专利名称：激光源模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有散热器的激光源模块。
背景技术：
激光源模块至少使用1个半导体激光元件作为光源，从该光源振荡发生的激光由 聚光光学系统聚光，入射到光纤等的光学元件。为了保护半导体激光元件不被氧化，将罩覆 盖在半导体激光元件或半导体激光阵列上，以包围该罩的方式配置镜筒，在该镜筒的顶部 配置聚光光学系统。在这样构成的激光源模块中，来自半导体激光元件的发热量较多，特别是在由多 个半导体激光元件构成的半导体激光阵列中发热量非常多。在将半导体激光阵列用作光源 的高输出的激光源模块中，若不实施散热对策地按高输出继续使用，则各个半导体激光元 件将因自身产生的热量而劣化、元件寿命显著缩短。因此，需要效率良好的散热机构。若将半导体激光阵列安装在铜类材料制的散热器中，则能够提高散热效率，但若 激光源模块中的铜类材料的使用量变多，则将导致机械强度下降、成本上升。因此，在大多 数的激光源模块中采用这样的结构，即，在机械强度高而且价格低廉的铁类材料制的管座 中搭载半导体激光阵列，在该管座中设置铜类材料制的散热器。例如在专利文献1中记载了制造带散热器的管座的方法，该方法在形成于铁制的 孔眼的贯通孔或凹部中压入铜制的散热器形成材料，从而将具有元件固定面的散热器与孔 眼一体化。在该制造方法中，不使用焊料地将散热器和孔眼一体化。另外，在专利文献2中记载了一种激光二极管封装用管座，该激光二极管封装用 管座通过在管座上形成越从上向下去则宽度越大的锥状的结合槽，并在该结合槽中插入铜 制的杆构件后用规定的金属模连续地打击该杆构件，从而使杆构件在结合槽内膨胀而固定 在管座上，由此形成散热器。在该激光二极管封装用管座中，在散热器的上面搭载着激光二 极管。在具有铁制的管座和铜制的散热器的激光源模块中，铁的线膨胀系数与铜的线膨 胀系数相互不同，所以，由于伴随着半导体激光元件的动作的温度上升而在管座与散热器 的接合部作用较大的热应力，但是若形成为将散热器压入到管座的结构，则能够防止因该 热应力使管座与散热器分离。专利文献1 日本特开平10-116943号公报专利文献2 日本特开2005-223302号公报
发明内容
然而，在记载于专利文献1的带散热器的管座及记载于专利文献2的激光二极管 封装用管座中，铜制的散热器的大部分位于管座内或管座上，仅一小部分露出到管座的下 面。因此，散热器的散热效率还存在改善的余地。另外，在记载于专利文献2的激光二极管封装用管座中，用规定的金属模连续打
4击铜制的杆构件、形成散热器，该散热器的上面成为搭载半导体激光元件(激光二极管)的 元件固定面，所以，难以同时提高聚光光学系统的光轴方向的半导体激光元件的位置精度 和在与聚光光学系统的光轴垂直的方向的半导体激光元件的位置精度双方。在半导体激光元件的位置精度低的场合，在仅将1个半导体激光元件作为光源的 激光源模块中，能够通过主动调节确定出射光强度最大的聚光光学系统的位置，但在将半 导体激光阵列作为光源的激光源模块中，求出出射光强度最大的聚光光学系统的位置本身 很困难。因此，若以半导体激光阵列为光源的激光源模块中的元件固定面的位置精度低，则 来自该激光源模块的出射光强度下降，并且使出射了的激光入射到光纤等光学元件中时的 连接损失变大。本发明就是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种激光源模块，该激光源 模块容易确保所期望的机械强度，并且容易提高散热效率及出射光强度，而且容易抑制连 接损失。用于达到上述目的的本发明的激光源模块的特征在于设有具有贯通孔的铁类 材料制的管座；压入到该管座的贯通孔中的铜类材料制的第1散热器；固定在该第1散热 器上的铜类材料制的支架；安装在该支架的上面侧的至少1个半导体激光元件；固定在管 座上、包围半导体激光元件的镜筒；配置在该镜筒的顶部侧、对来自半导体激光元件的激光 进行聚光的聚光光学系统；以及利用导热性粘接材料接合在管座及第1散热器的各个的下 面的第2散热器；第1散热器的上面处于与管座的上面同一的平面上，该第1散热器的下面 比管座的下面更处于上方。用于达到目的的本发明的另一激光源模块的特征在于设有具有贯通孔的铁类 材料制的管座；压入到该管座的贯通孔中的铜类材料制的第1散热器；固定在该第1散热 器上的铜类材料制的支架；安装在支架的上面侧的至少1个半导体激光元件；固定在管座 上、包围半导体激光元件的镜筒；配置在该镜筒的顶部侧、对来自半导体激光元件的激光进 行聚光的聚光光学系统；以及利用导热性粘接材料接合在管座及第1散热器的各个的下面 的第2散热器；管座具有的贯通孔包含位于该管座的上面侧的第1贯通孔部和与该第1贯 通孔部相连的第2贯通孔部，俯视贯通孔时的第1贯通孔部的内形尺寸比第2贯通孔部的 内形尺寸大，在第2贯通孔部的上端的周围形成有与管座的上面平行的平坦面，第1散热器 的上面与管座的上面平行，该第1散热器的下面比管座的下面更处于上方。发明效果在本发明的激光源模块中，第1散热器和支架为分开的构件，所以，容易进行与聚 光光学系统的光轴正交的方向上的半导体激光元件的位置调整。另外，在第1散热器的上 面处于与管座的上面相同平面上的结构中，使用该各个上面作为基准面，另外，在管座所具 有的贯通孔中包含了第1贯通孔部和第2贯通孔部的结构中，使用第2贯通孔部的上端的 周围的平坦面作为基准面，能够通过被动调节进行聚光光学系统的光轴方向上的半导体激 光元件的定位。另外，由于第1散热器的下面比管座的下面更处于上方，所以，难以发生在第2散 热器的上面从管座的上面倾斜的状态下，将该第2散热器接合在管座上的情况，因此，即使 在以第2散热器的下面为基准配置激光源模块时，也难以发生聚光光学系统的光轴与光纤 等的光学元件的光轴的偏移。
基于这些原因，在本发明的激光源模块中，容易提高来自该激光源模块的出射光 强度，而且容易抑制与光纤等的光学元件的连接损失。另外，由于具有铁类材料制的管座， 所以，容易确保所期望的机械强度。另外，支架、第1散热器及第2散热器都由铜类材料制 成，而且适当选定第2散热器的大小，由此与没有该第2散热器的场合相比，能够容易地增 大外气与散热器的接触面积，所以，容易提高散热效率。
图1为概略地表示本发明的激光源模块的一例的剖视图。图2为分解透视图，其概略地表示在本发明的激光源模块中、设有在下部具有固 定销部的镜筒的结构的一例。图3为剖视图，其概略地表示在本发明的激光源模块中、设有在下部具有导向部 的镜筒的结构的一例。图4为剖视图，其概略地表示在本发明的激光源模块中、在设有第1散热器的区域 内形成有如下的基准面的结构的一例，所述基准面限定光轴上的半导体激光元件与聚光光 学系统的距离。符号说明
UlA管座
Ia贯通孑L
lb、lc销插入孔
3第1散热器
5支架
7半导体激光阵列
7a半导体激光元件
9罩
11、11A、11B 镜筒
IlaUlb固定销部
Ilc导向部
13聚光光学系统
15第2散热器
17导热性粘接材料
19光纤
20激光源模块
31管座
31a贯通孔
31&1第1贯通孔部
31 第2贯通孔部
40激光源模块
USpUS31管座的上面
LS^LS31管座的下面
US3、US33第1散热器的上面LS3、LS33第1散热器的下面US15第2散热器的上面LS15第2散热器的下面RF平坦面
具体实施例方式下面，参照附图详细说明本发明的激光源模块的实施方式。而且，本发明并不限于 上述实施方式。实施方式1图1为概略地表示本发明的激光源模块的一例的剖视图。该图所示的激光源模块 20具有管座1、第1散热器3、支架5、半导体激光阵列7、罩9、镜筒11、聚光光学系统13以 及第2散热器15。上述管座1是由铁、钢铁等的铁类材料制作的平板状的构件，在该管座1的中央部 形成有贯通孔la。第1散热器3由铜(Cu)、铜钨(CuW)等的铜类材料形成，压入到管座1的 贯通孔Ia中，由该管座1约束、保持。该第1散热器3的上面US3处于与管座1的上面US1 相同的平面上，该第1散热器3的下面LS3比管座1的下面LS1更处于上方。以管座1的下 面LS1为基准的该下面LS1与第1散热器3的下面LS3的高低差Dh1例如为数十μ m左右。 而且，管座1的上面US1与管座1的下面LS1相互平行。支架5由铜类材料制作，用焊锡等的导热性接合材料(图中未表示)固定在第1散 热器3的上面US3上。在该支架5的上面侧形成有用于安装半导体激光阵列7的凹部5a。 半导体激光阵列7由多个半导体激光元件构成，由焊锡等的导电性接合材料(图中未表示) 固定、安装在支架5的凹部5a中。在图1中，仅看到1个半导体激光元件7a。罩9为保护各半导体激光元件7a不被氧化的箱状构件，固定在管座1的上面US1 上、覆盖支架5及半导体激光阵列7。镜筒11为固定于管座1的上面US1、对罩9进行覆盖 的圆筒状构件，在该镜筒11的顶部配置有聚光光学系统13。由该镜筒11限定聚光光学系 统13相对于半导体激光阵列7的位置及半导体激光阵列7与聚光光学系统13的距离。聚光光学系统13通过组合多个圆柱形透镜、凸透镜等光学元件而构成，对从半导 体激光阵列7中的各半导体激光元件7a振荡发生的激光进行聚光，并聚光到光纤19等的 光波导路构件或其它光学元件上。在图1中，用1个凸透镜代表聚光光学系统13进行绘图。 来自聚光光学系统13的出射光入射的光纤19等的光学元件，可作为激光源模块20的构成 部件，也可作为非构成部件。第2散热器15为由铜类材料制作的平板状的构件，俯视时的大小比管座1大。该 第2散热器15由导热性粘接材料17接合在管座1及第1散热器3各个的下面LSpLS3上。 在管座1的下面LS1与第2散热器15的上面US15之间以及在第1散热器3的下面LS3与第 2散热器15的上面US15之间，填充有导热性粘接材料17。导热性粘接材料17例如可使用 具有所期望的导热性的无机或有机粘接材料、润滑脂、硅片等。在这样构成的激光源模块20中，从外部电路(图中未表示)向半导体激光阵列7 供电，各个半导体激光元件7a振荡产生激光。这些激光由聚光光学系统13聚光，入射到光
7纤19等的光学元件中。伴随着各半导体激光元件7a的激光器振荡产生的热，从支架5传 导到第1散热器3，再通过导热性粘接材料17传导到第2散热器15，从这里散发到外部。管座1由铁类材料制成，所以，在激光源模块20中容易确保所期望的机械强度。另 外，由于除了第1散热器3之外还具有第2散热器15，并且支架5、第1散热器3及第2散 热器15分别由铜类材料构成，所以，容易获得高散热效率。由于例如铁的导热系数为52W/ m · K，而铜的导热系数为384W/m · K，所以，若由铜形成第1散热器3，则与设置铁制的散热 器而代替第1散热器3的场合相比，从支架5传递到第2散热器15的热量成为约8倍。另 外，通过适当选定第2散热器15的大小，与没有该第2散热器15的场合相比，能够容易地 增大散热器与外部气体的接触面积，所以，容易提高散热效率。另外，由于第1散热器3与支架5为分开的部件，所以，能够相应于镜筒11的位置 适当调整支架5在第1散热器3上的位置，结果，容易通过被动调节在聚光光学系统13的 光轴0A(参照图1)上配置半导体激光阵列7。另外，由于管座1的上面US1与第1散热器 3的上面US3处于同一平面上，所以，容易利用使用这些面USpUS3作为基准面的被动调节对 光轴OA上的各半导体激光元件7a进行定位。例如，根据预先确定的尺寸公差及几何公差分别制作支架5及镜筒11。另外，根据 预先确定的位置度公差将各半导体激光元件7a安装在支架5上，并且将聚光光学系统13 配置在镜筒11上。另外，以预先形成在管座1的上面US1上的调节标记为基准点，分别预 先确定支架5在第1散热器3上的位置及镜筒11在管座1上的位置。这样，仅通过以上述 调节标记为基准点将安装了半导体激光阵列7的支架5及配置了聚光光学系统13的镜筒 11固定在规定位置，就能够将半导体激光阵列7自身配置到聚光光学系统13的光轴OA上 的规定位置。通过被动调节能够进行半导体激光阵列7与聚光光学系统13的定位。若在光轴OA上的规定位置配置半导体激光阵列7，则来自各半导体激光元件7a的 激光以良好效率入射到聚光光学系统13，由该聚光光学系统13聚光后出射，所以容易提高 来自聚光光学系统13的出射光强度，并且也容易使来自聚光光学系统13的出射光聚光到 光纤19的光入射端。由于第1散热器3的下面LS3比管座1的下面US1更处于上方，所以，与使第1散 热器3的下面LS3从管座1的下面US1突出的场合相比，不易在第2散热器15的上面US15 从管座1的上面US1倾斜的状态下将该第2散热器15接合在管座1。结果，若预先相互平 行地成形第2散热器15的上面US15和下面LS15,则能够抑制在以第2散热器15的下面LS15 为基准配置该激光源模块20时光轴OA与光纤19的光轴偏移，所以，从这一点考虑，也容易 使来自聚光光学系统13的出射光聚光到光纤19的光入射端。因此，在激光源模块20中， 也容易抑制激光在与光纤19之间的连接损失。实施方式2在本发明的激光源模块中，在镜筒的下部预先形成多个固定销部，通过在形成于 管座的销插入孔中分别插入这些固定销部，也能够限定镜筒相对于管座的相对位置。在该 场合，形成于镜筒的固定销部的数量为1以上的所期望数量。图2为概略地表示设置了具有上述固定销部的镜筒的激光源模块的一例的分解 透视图。该图所示的激光源模块20A，代替图1所示的管座1及镜筒11而具有形成有2个 销插入孔la、lb的管座IA及在下部形成有2个固定销部IlaUlb的镜筒11A，除了该点之外，具有与图1所示的激光源模块20同样的构成。对于图2所示的构成要素中的与图1所 示的构成要素相同的部分，标注与在图1中使用的参照符号相同的参照符号，省略其说明。在该激光源模块20A中，将镜筒IlA的各固定销部IlaUlb插入到管座IA的销插 入孔Ia或销插入孔Ib中，将镜筒IlA固定在管座IA上。镜筒IlA相对于管座IA的相对 位置由2个销插入孔la、lb和2个固定销部IlaUlb限定，所以，当将安装了半导体激光阵 列7的支架5固定在第1散热器3上(参照图1)时，能够以2个销插入孔la、lb为基准， 利用图像识别等方法正确地确定支架5的位置。通过被动调节能够容易地将半导体激光阵 列7配置在聚光光学系统13的光轴0A(参照图1)上。该激光源模块20A起到与图1所示 的激光源模块20同样的技术效果。实施方式3在本发明的激光源模块中，在镜筒的下部预先形成与管座的侧面抵接的至少1个 导向部，通过使该导向部抵接在管座的侧面也能够限制镜筒相对于管座的相对位置。上述 导向部的数量能够为1以上的所期望数量。在管座具有多个侧面的场合，最好以抵接在管 座的多个侧面上的方式选定导向部的数量及形状。图3为概略地表示设置了具有上述导向部的镜筒的激光源模块的一例的剖视图。 该图所示的激光源模块20B，代替图1所示的镜筒11而具有在下部形成有导向部Ilc的镜 筒11B，除了这一点以外，具有与图1所示的激光源模块20同样的构成。图3所示的构成要 素中的与图1所示的构成要素相同的部分，标注与在图1中使用的参照符号相同的参照符 号，并省略其说明。在该激光源模块20B中，在使镜筒IlB的导向部Ilc抵接在管座1的侧面的状态 下，将镜筒IlB固定在管座1上。导向部Ilc抵接在管座1的2个侧面上。镜筒IlB相对 于管座1的相对位置由导向部Ilc规定，所以，预先使得管座1的侧面及导向部Ilc各个的 尺寸公差及几何公差为高精度，从而能够利用被动调节将半导体激光阵列7配置在聚光光 学系统13的光轴0A(参照图1)上。该激光源模块20B产生与图1所示的激光源模块20 同样的技术效果。实施方式4在本发明的激光源模块中，将与管座的上面、第1散热器的上面不同的其它面形 成为限定聚光光学系统的光轴上的半导体激光元件与聚光光学系统的距离的基准面。例 如，可在形成第1散热器的区域内设置上述基准面。图4为概略地表示在形成有第1散热器的区域内形成了上述基准面的激光源模块 的一例的剖视图。该图所示的激光源模块40代替图1所示的管座1及第1散热器3，设有 具有上述基准面RS的管座31和形成于该管座31的第1散热器33，除了这一点之外具有与 图1所示的激光源模块20同样的结构。图4所示的构成要素中的与图1所示的构成要素 相同的部分，标注与在图1中使用的参照符号相同的参照符号并省略其说明。上述管座31具有形成有第1散热器33的贯通孔31a，该贯通孔31a包含位于管 座31的上面US31侧的第1贯通孔部31&1和与该第1贯通孔部31&1相连的第2贯通孔部 31a2。俯视贯通孔31时的第1贯通孔部3Ia1的内形尺寸比第2贯通孔部3Ia2的内形尺寸 大，在第2贯通孔部31a2的上端的周围形成与管座31的上面US31平行的平坦面FS。该平 坦面FS成为上述基准面。
9
第1散热器33通过将铜类材料压入到上述贯通孔31a中而形成。该第1散热器 33的上面US33与管座31的上面US31平行，该第1散热器33的下面LS33与图1所示的激光 源模块20中的情形相同，比管座31的下面LS31更处于上方。第1散热器33的上面US33可 处于与管座31的上面US31相同的平面上，也可处于与管座31的上面US31不同的平面上。 在图示例中，第1散热器33的上面US33比管座31的上面US31更处于上方。在该激光源模块40中，以上述平坦面FS为基准面求出管座31的上面US31与第1 散热器33的上面US33的高低差Dh2,考虑该高低差Dh2而适当调整支架5的尺寸和半导体 激光阵列7的安装位置。这样，能够通过被动调节将半导体激光阵列7配置在聚光光学系 统13的光轴OA上。该激光源模块40起到与图1所示的激光源模块20同样的技术效果。以上，列举实施方式说明了本发明的激光源模块，但是如上述那样本发明并不局 限于上述方式。例如光源并不局限于半导体激光阵列，也可为1个半导体激光元件。另外， 构成激光源模块的各个构件的平面形状能够适当选定。也可将第2散热器的俯视时的大小 设为与管座的俯视的大小相同或其以下。另外，也可在底座部上设置副支架、构成支架。在该场合，在副支架上安装半导体 激光元件或半导体激光阵列。副支架例如最好由氮化铝等高导热性材料形成。镜筒向管座 的固定方法并不局限于将限定聚光光学系统的光轴上的半导体激光元件与聚光光学系统 的距离的基准面设在何处，能够适当选定。例如，即使如在实施方式4中说明的激光源模块 中那样在形成有第1散热器的区域内设置了上述基准面的场合，也能够与在实施方式2、3 中说明的激光源模块中的情形同样地将镜筒固定在管座上。关于本发明的激光源模块，除 了上述情形以外，也可进行各种变形、修饰、组合。产业上利用的可能性本发明的激光源模块可用作激光电视等的显示装置、激光打印机等印刷装置等的 光源模块。
权利要求
一种激光源模块，其特征在于设有具有贯通孔的铁类材料制的管座；压入到该管座的上述贯通孔中的铜类材料制的第1散热器；固定在该第1散热器上的铜类材料制的支架；安装在该支架的上面侧的至少1个半导体激光元件；固定在上述管座上、包围上述半导体激光元件的镜筒；配置在该镜筒的顶部侧、对来自上述半导体激光元件的激光进行聚光的聚光光学系统；以及利用导热性粘接材料接合在上述管座及上述第1散热器的各个的下面的第2散热器；上述第1散热器的上面处于与上述管座的上面同一的平面上，该第1散热器的下面比上述管座的下面更处于上方。
2.根据权利要求1所述的激光源模块，其特征在于 上述管座具有多个销插入孔，上述镜筒具有形成于该镜筒的下部的多个固定销部，在将该多个固定销部分别插入到 上述销插入孔中的状态下，将该镜筒固定于上述管座。
3.根据权利要求1所述的激光源模块，其特征在于上述镜筒具有抵接在上述管座的 侧面、限定与该管座的相对位置的至少1个导向部。
4.根据权利要求1所述的激光源模块，其特征在于还具有来自上述聚光光学系统的 出射光入射的光学元件。
5.一种激光源模块，其特征在于设有 具有贯通孔的铁类材料制的管座；压入到该管座的上述贯通孔中的铜类材料制的第1散热器； 固定在该第1散热器上的铜类材料制的支架； 安装在支架的上面侧的至少1个半导体激光元件； 固定在上述管座上、包围上述半导体激光元件的镜筒；配置在该镜筒的顶部侧、对来自上述半导体激光元件的激光进行聚光的聚光光学系 统；以及利用导热性粘接材料接合在上述管座及上述第1散热器的各个的下面的第2散热器； 上述管座具有的贯通孔包含位于该管座的上面侧的第1贯通孔部和与该第1贯通孔部 相连的第2贯通孔部，俯视上述贯通孔时的上述第1贯通孔部的内形尺寸比上述第2贯通孔部的内形尺寸大，在上述第2贯通孔部的上端的周围形成有与上述管座的上面平行的平坦面， 上述第1散热器的上面与上述管座的上面平行，该第1散热器的下面比上述管座的下 面更处于上方。
6.根据权利要求5所述的激光源模块，其特征在于 上述管座具有多个销插入孔，上述镜筒具有形成于该镜筒的下部的多个固定销部，在将该多个固定销部分别插入到 上述销插入孔中的状态下将该镜筒固定于上述管座。
7.根据权利要求5所述的激光源模块，其特征在于上述镜筒具有抵接在上述管座的 侧面、限定与该管座的相对位置的至少1个导向部。
8.根据权利要求5所述的激光源模块，其特征在于还具有来自上述聚光光学系统的 出射光入射的光学元件。
全文摘要
为了获得激光源模块，将铜类材料压入到形成于铁类材料制的管座上的贯通孔中、形成第1散热器，在该第1散热器上固定铜类材料制的支架，在其上安装至少1个半导体激光元件，另一方面，由导热性粘接材料在管座及第1散热器各个的下面接合第2散热器，从而使得容易确保所期望的机械强度，并且容易提高散热效率。另外，使第1散热器的上面位于与管座的上面同一平面上，使第1散热器的下面比管座的下面更处于上方，从而使得在与聚光光学系统的光轴正交的方向上的半导体激光元件的位置调整及聚光光学系统的光轴方向上的半导体激光元件的定位容易，并且防止聚光光学系统的光轴与光纤等光学元件的光轴偏移。
文档编号H01S5/022GK101960681SQ200880127759
公开日2011年1月26日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者中村聪, 亿田宪治, 玉谷基亮, 相泽淳一, 难波知世 申请人:三菱电机株式会社