JPH04105572U - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡潔な構造でペルチェ素子を具備するレーザ
装置を構成し、製造の簡易化、コストの低廉化をはか
る。 【構成】 ペルチェ素子１２を挟んで設けられる下部基
板１１または下部基板１３のいずれか一方をレーザ装置
のパッケージのベース部材と兼用する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、レーザ装置、特にそのレーザ素子を具備するレーザ装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】

半導体レーザにおいて大出力化がなされるにつれ、効率良く冷却されることの 必要性が大となって来る。

【０００３】 このような冷却を行う方法として電子冷却素子として利用可能なペルチェ素子 を用いることが行われる。

【０００４】 その一例としては、図４に示すように、ペルチェ素子、実際上はペルチェ素子 群５３が、その各ペルチェ素子の各一方の電極と接続し、例えば順次隣り合うペ ルチェ素子を接続する導電パターンがそれぞれ被着形成された下部基板５１と上 部基板５２との間に挟み込まれて、上部基板５２側を冷却側とする冷却構体５４ いわゆるＴＥクーラーを有し、その冷却側の上部基板５２上に半導体レーザ素子 ５５が取付けられたヒートシンク５６が実装（マウント）される。５７はレーザ 素子５５の後方からの発光を検出し、これによってレーザ素子５５が所定の動作 状態に保持されるように駆動を制御する光検出素子例えばフォトダイオードであ る。

【０００５】 このように、レーザ素子５５が取付けられた冷却構体５４は、その下部基板５ １が金属ケース等のパッケージ５８のベース部材５９に半田６０を介して取付け られる。

【０００６】 パッケージ５８からは複数のリード６１が気密的に導出されペルチェ素子群５ ３、レーザ素子５５、光検出素子５７等のリード導出がなされる。またパッケー ジ５８の上端には、レーザ素子５５からの光を導出する透光窓６２を有するキャ ップ部材６３が閉塞封着される。

【０００７】 このパッケージ５８は、更に必要に応じて放熱フィン、水冷手段等を具備する 冷却手段にそのベース部材５９が熱的に結合するように取付けられて、ペルチェ 素子の熱極側からの熱を放散するようになされる。

【０００８】 ところが、このような構成による場合、実際上、冷却構体５４の下部基板５１ 、即ち温極側をベースに半田付けすることは、その熱伝達を著しく阻害し、レー ザ素子の冷却が不充分となる場合があり、温度上昇が生じ、これに伴って安定な 発振が害われるとか、発振波長に狂いを生じて、例えば固体レーザ例えばＹＡＧ レーザの励起等に用いる場合、励起効率を低下させるなどの不都合が生じる。

【０００９】 また、その組立も、冷却構体５４の下部基板５１に半田付けする作業やリード 導出のためのリードワイヤーの半田付けをパッケージ５８内の狭隘な部分で行う 必要があるなど、生産性が著しく低く、コスト高を招来している。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

本考案が解決しようとする課題は、構成が簡単で、放熱効果にすぐれ、組立容 易で生産性の向上、したがってコストの低廉化をはかることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、図１Ａにその一例の断面図を示し、同図Ｂにその平面図を示すよう に、下部基板１１と、ペルチェ素子１２と、上部基板１３とを積層して成る冷却 構体１０上にレーザ素子１４を取り付けたヒートシンク１５を実装し、キャップ 部材１６により封止されて成るレーザ装置において、下部基板１１または上部基 板１３がレーザ装置のベース部材と、即ちパッケージのベース部材を兼ねさせる 。

【００１２】

【作用】 上述の本考案のレーザ装置は、その冷却構体１４、いわゆるＴＥクーラーの一 方の基板１１または１３をベース部材１６、即ちパッケージの一部と兼用させた ことにより部品点数の減少、組立の簡易化がはかられると共に、ベース部材への 半田付けによる熱伝達の低減化を回避できる。

【００１３】

【実施例】

本考案においては、図１にその一例を示すように、下部基板１１と上部基板１ ３との間に、ＴＥ（Ｔｈｅｒｍｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ）素子のペルチェ素子 １２、具体的には複数のペルチェ素子より成るペルチェ素子群を挟み込んだ冷却 構体１０を構成する。

【００１４】 各ペルチェ素子１２は、上部基板１３側を冷却がなされるいわゆる冷極側とし 、下部基板１１側をいわゆる熱極側とするように配置する。

【００１５】 そして、図２にその一例の断面図を示すように各上部基板１１及び１３には、 それぞれ各素子１２の冷極及び熱極と電気的に接続し、各素子１２間を所要の接 続関係をもって連結する導電層１７が互いの対向面側に形成される。

【００１６】 冷却構体１０の一方の基板、図１の例では、下部基板１１は、例えばその一側 縁に側方に延長された端子導出部１８が形成される。この端子導出部１８には、 例えば導電層１７と同時に形成された或いは別工程で形成した銅箔パターン等に よって形成し得る端子導電層１９が形成される。

【００１７】 また、例えば上部基板１０上に、レーザ素子１４からの光を受光し、その動作 を制御するフォトダイオード等の光検出素子２０がマウントされる。

【００１８】 レーザ素子１４は、単一発光部を有する半導体レーザ或いは多数の発光部を有 するレーザアレイのいずれの構成を採ることもできる。

【００１９】 このようにレーザ素子１４、光検出素子２０等がマウントされた冷却構体１０ の下部基板１１自体をパッケージのベース部材として、これら冷却構体１０、特 にレーザ素子１４、光検出素子２０を収容するように、キャップ部材１６を被冠 して封止する。

【００２０】 このキャップ部材１６は、例えばフランジ部１６ｆを外周に突出して有するカ ップ状をなし、これがコバール等より成るリング状シール体２１を介して溶接す るとか樹脂シール等によって下部基板１１上に気密的に封着される。

【００２１】 端子導出部１８は、キャップ部材１６によって囲まれる領域内に延在させ、そ れぞれ、例えばレーザ素子１４、光検出素子２０、ペルチェ素子１２の電極導電 層１７、更に或いは図示しないが、このペルチェ素子による冷却温度を制御する ための温度検出素子、例えばサーミスタ、熱電対等を設ける場合は、これを含め てそれぞれリードワイヤ等によって電気的に接続する。

【００２２】 尚、上部基板１３上にもレーザ素子１４、光検出素子２０の各電極が図示しな いが例えばリードワイヤによって接続される導電層が設けられ、これが対応する 端子導電層１９とリードワイヤ等によって接続される構成となし得る。

【００２３】 そして、これら端子導電層１９上を横切ってキャップ部材１６が封着される部 分には必要に応じて絶縁層２２が被着される。

【００２４】 キャップ部材１６のレーザ素子１４との対向部には、これよりの発光を導出す る透光窓２３が設けられる。

【００２５】 下部基板１１及び上部基板１３は、熱伝導性が高い、例えば絶縁性の基板、例 えばＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ、或いはこれらとＷＳｉとの２層構造基板等によって構 成し得る。 そして、これら基板１１及び１３上に、無電解メッキ及び電気メッキ、蒸着、 銅箔等の金属箔の被着、フォトエッチング等のパターン化によって、上述した各 導電層の形成を行う。

【００２６】 また、このような構成による大出力レーザ装置は、通常のように、図示しない が放熱手段、冷却手段等に、その下部基板１１の下面（外面）が熱的に結合する ように取付けられる。 上述の図１の例では、冷却構体１０の下部基板１１をもって、キャップ部材１ ６の閉蓋を行った場合、即ち下部基板１１をいわばパッケージのベース部材に兼 ねさせた場合であるが、図３にその一例の断面図を示すように上部基板１３によ ってキャップ部材１６を閉蓋することもできる。即ち上部基板１３をいわばパッ ケージのベース部材に兼ねさせた構成とすることもできる。

【００２７】 図３において、図１Ａと対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する が、この場合においては、その組立手順としては、下部基板１１上に順次ペルチ ェ素子１２群、上部基板１３、レーザ素子１２を有するヒートシンク１５、及び 光検出素子２０、キャップ部材１６を組上げて行くこともできるし、上部基板１ ３を中心に、その両面に各部品を組立るという方法を採ることができる。

【００２８】 尚、本考案の具体的構造は、図示の各例に限らず、種々の変形変更を行うこと ができることは云うまでもないところである。

【００２９】

【考案の効果】

上述したように、本考案によれば、冷却構体１０、いわゆるＴＥクーラーの上 下いずれか一方の基板１１または１３を、パッケージベース部材と兼ねさせたの で、その組品点数の減少と共に、熱伝達の向上がはかられ、その構成が簡略化さ れることによってその組立が極めて簡易化される。したがって量産性の向上はも とより不良品の発生率の低下がはかられ、工業上大きな利益をもたらすことがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案によるレーザ装置の一例の断面図及び平
面図である。

【図２】ペルチェ素子群の一例の断面図である。

【図３】本考案によるレーザ装置の他の例の断面図であ
る。

【図４】従来のレーザ装置の断面図である。

【符号の説明】

１１ 下部基板 １２ ペルチェ素子 １３ 上部基板 １４ レーザ素子 １６ キャップ部材

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部基板と、ペルチェ素子と、上部基板
   を積層して成る冷却構体上にレーザ素子を取り付けたヒ
   ートシンクを実装し、キャップ部材により封止されて成
   るレーザ装置において、上記下部基板または上記基板が
   上記レーザ装置のベース部材を兼ねるレーザ装置。