JP2004186527A

JP2004186527A - Laser diode cooling apparatus

Info

Publication number: JP2004186527A
Application number: JP2002353322A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Matsumoto; 好博松本; Tokihiro Kaneda; 時宏金田
Original assignee: Tecnisco Ltd
Current assignee: Tecnisco Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser diode cooling apparatus capable of effectively cooling laser diodes without a large increase in the manufacturing cost. <P>SOLUTION: The laser diode cooling apparatus is for cooling laser diodes 5, and it has main body sections 16, 20, 30 wherein a channel is formed for flowing a cooling liquid and a submount section 14 connected to the main body sections and mounted with the laser diodes 5. Only the submount section 14 is formed of a material selected from the group consisting of diamond, a diamond-copper composite material, molybdenum, a copper-tungsten composite material, silicon carbide, and aluminum nitride. By using this configuration, the manufacturing cost is greatly reduced without a loss in the effect of laser diode cooling or in the effect of suppressing degradation in laser diode characteristics attributable to difference in coefficients of thermal expansion. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，レーザーダイオード冷却装置にかかり，特に，水冷方式のレーザーダイオード冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，高出力レーザーダイオードを効果的に冷却するための冷却装置として，水冷式のヒートシンクが用いられている。この水冷式のヒートシンクは，レーザーダイオードが設置される放熱体の内部にマイクロチャネルと呼ばれる水路が形成されており，かかる水路に冷却水を流すことにより，発熱したレーザーダイオードを冷却することができる。
【０００３】
かかる水冷式ヒートシンクの例としては，複数のプレート（板状部材）を積層して上記放熱体を構成し，かかるプレート同士の接合面などに上記水路を形成する構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。このようなヒートシンクでは，全体が同一の材質で形成されていた。
【０００４】
ところで，かかるヒートシンクの材質としては，まず，熱伝導率が高いことが要求される。これは，ヒートシンクの放熱効果を高めて，レーザーダイオードを効果的に冷却するためである。さらに，当該材質の熱膨張率が，レーザーダイオードの熱膨張率と同程度であることも要求される。これは，レーザーダイオードとヒートシンクとの熱膨張率の差が大きいと，レーザーダイオードの駆動による発熱や，動作／非動作の繰り返しによって生じる周期的な温度差などが原因で，レーザーダイオードに熱的なストレス（応力）が加わり，レーザーダイオードの特性が劣化してしまうからである。具体的には，レーザーダイオードの結晶転移などにより，レーザーダイオードの特性が変化してしまうことが分かっている。
【０００５】
このような要求の双方を満たすヒートシンクの材質としては，例えば，ダイヤモンド，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどが挙げられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１６０１４９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記好適な材質であるダイヤモンド，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどは非常に高価であるので，上記従来のヒートシンクのように，ヒートシンク全体をこれらの材料で形成すると，製造コストが大幅に増加してしまうという問題があった。
【０００８】
他方，銅などの比較的安価な材料でヒートシンクを形成すると，製造コストは抑制できるが，上記熱膨張率の差などが原因で，レーザーダイオード特性が早期に劣化してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は，上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，製造コストを大幅に増加させることなく，レーザーダイオードを効果的に冷却できるとともに，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化をも防止することが可能な，新規かつ改良されたレーザーダイオードの冷却装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，レーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置が提供される。このレーザーダイオード冷却装置は，内部に冷却液を流すための水路が形成されている本体部と；本体部に接合されるとともに，レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；を備え，サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されていることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成により，内部の水路に冷却液を循環させることで，発熱体であるレーザーダイオードを冷却することが可能な，水冷式のレーザーダイオード冷却装置（ヒートシンク）を提供できる。また，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウムは，高い熱伝導率と，レーザーダイオードに近い熱膨張率とを兼ね備えた材料であり，機能面ではヒートシンクの素材として好適な材料である。また，サブマウント部は，レーザーダイオードに直接的に接触する部分であるので，このサブマウント部の熱伝導率や熱膨張率が，レーザーダイオードの冷却効率やレーザーダイオード特性の劣化に対して大きな影響を与えることとなる。このため，上記レーザーダイオード冷却装置では，かかるサブマウント部にだけ上記好適材料を使用することにより，レーザーダイオードの冷却効果と，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化を抑制する効果を維持したままで，高価な好適材料の使用量を低減して，製品コストを削減することができる。
【００１２】
また，上記サブマウント部の内部にも，水路が形成されているように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオードの近傍に位置するサブマウント部の放熱効果が高まるので，レーザーダイオードをより効果的に冷却できる。
【００１３】
また，上記本体部は，銅，金メッキされた銅，およびタングステン焼結合金からなる群から選択されるいずれか１つで形成されるように構成してもよい。かかる構成により，ヒートシンクにおけるサブマウント部以外の部分である本体部に，熱伝導率が高く，かつ比較的安価な材料を使用できる。このため，レーザーダイオード冷却装置全体の放熱効果を維持しながら，製品コストを低減することができる。
【００１４】
また，上記本体部及び／又はサブマウント部は，積層された複数のプレートから構成されているように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオード冷却装置の本体部の内部，或いは本体部及びサブマウント部の内部に，水路を容易かつ好適に形成できる。
【００１５】
また，上記サブマウント部の体積は，複数のプレートのうちサブマウント部と接合される本体部のプレートの体積より，小さいように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオード冷却装置の製造に要する上記好適材料の使用量をより低減することができるので，製品コストをさらに削減できる。
【００１６】
また，上記サブマウント部は，本体部に形成された略コの字形の嵌合部に嵌合されるように構成してもよい。かかる構成により，水平断面での形状が略コの字形となるように成形された略コの字形の嵌合部は，嵌合したサブマウント部が略水平方向へ移動することを制限できる。このため，本体部とサブマウント部とをより強固に接合できるので，レーザーダイオード冷却装置は，略水平方向から受ける力に対する強度が高まる。また，サブマウント部を小さくして上記好適材料の使用量をより低減できるので，より一層コストダウンすることもできる。
【００１７】
また，上記サブマウント部は，本体部に形成された略段差型の嵌合部に嵌合されるように構成してもよい。かかる構成により，レーザーダイオードの設置面に対して略垂直方向の段差形状を有する略段差型の嵌合部は，嵌合したサブマウント部が略垂直方向へ移動することを制限できる。このため，本体部とサブマウント部とをより強固に接合できるので，レーザーダイオード冷却装置は，略垂直方向から受ける力に対する強度が高まる。また，サブマウント部を小さくして上記好適材料の使用量をより低減できるので，より一層コストダウンすることもできる。
【００１８】
また，上記サブマウント部は，その一側面が，本体部を構成する複数のプレートのうちサブマウント部と接合されるプレートの一側面と面接合し，その他側面が，本体部を構成する別のプレートの一側面と面接合されるように構成してもよい。かかる構成により，当該プレートとサブマウント部との接合部を，略平面的形状にできるので，本体部の加工が容易になる
【００１９】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，積層された複数のプレートと，少なくとも複数のプレートの接合面に形成された水路とを備え，水路に冷却液を流すことにより，複数のプレートのうちのいずれかのプレートに設置されるレーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置が提供される。かかるレーザーダイオード冷却装置においては，レーザーダイオードが設置されるプレートが，少なくとも，ベース部と；ベース部の一端に接合され，レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；から構成され，サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されている，ことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
まず，図１に基づいて，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の全体構成について説明する。なお，図１は，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【００２２】
図１に示すように，レーザーダイオード冷却装置は，例えば，発熱体であるレーザーダイオード５が装着されるヒートシンク１と，このヒートシンク１が設置される水冷治具７と，を備える。
【００２３】
ヒートシンク１は，例えば，装着されたレーザーダイオード５の発熱を放熱するための放熱体として構成されており，例えば３枚のプレート１０，２０，３０を積層した積層構造を有する。このプレート１０，２０，３０は，例えば，高い熱伝導率を有する素材で形成された板状部材である。かかるプレート１０，２０，３０は，例えば，半田などの融着剤を用いた方法，または拡散接合などによって相互に面接合されて，積層される。
【００２４】
このように積層された３枚のプレート１０，２０，３０のうち，例えば最上部に位置するプレート１０にレーザーダイオード５が装着される。このプレート１０は，例えば，レーザーダイオード５が装着されるサブマウント部１４と，それ以外の部分であるベース部１６とから構成されており，双方の材質が異なる点が本実施形態にかかる大きな特徴であるが，詳細については後述する。
【００２５】
このような複数のプレート１０，２０，３０からなる積層構造を有するヒートシンク１は，レーザーダイオード５から伝導してきた熱を放熱することにより，レーザーダイオード５を冷却することができる。
【００２６】
さらに，このようなヒートシンク１は，例えば，内部に，マイクロチャネルと呼ばれる微細な水路（図示せず。）が形成されており，かかる水路に冷却水などの冷却液を循環させることができる。なお，この水路は，例えば，上記積層されたプレート１０，２０，３０相互の接合面に，微細加工技術などによって形成されているが，詳細については後述する。このように，ヒートシンク１は，例えば水冷式のヒートシンク（即ち，水冷ジャケット）として構成されており，冷却水の循環によって放熱効果を高めることにより，レーザーダイオード５をより効果的に冷却することができる。
【００２７】
また，ヒートシンク１を構成する各プレート１０，２０，３０には，例えば，冷却水の流入口となる給水用貫通孔４０と，冷却水の流出口となる排水用貫通孔５０などが，共通して設けられている。かかる構成より，例えば，複数のヒートシンク１を例えば垂直方向（図１の上下方向）に並べて併設し，これら複数のヒートシンク１が，例えば連結パイプや液漏れ防止パッキング材（図示せず。）などで相互に連結された給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０を共用できるようになる。なお，図１では，これら複数のヒートシンクのうち１つのヒートシンク１のみを図示しており，他のヒートシンクについては図示を省略してある。また，このように複数のヒートシンク１を併設せずに，例えば，１つのヒートシンク１のみを備えるようにしても勿論よい。
【００２８】
上記のような構成のヒートシンク１において，プレート１０のベース部１６と，プレート２０と，プレート３０とを合わせた部分（即ち，サブマウント部１４以外の部分）が，本実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の本体部として構成されている。この本体部は，内部に冷却液を流すための水路が形成されている放熱体などであり，上記サブマウント部１４と接合されるものである。また，本実施形態では，例えば，かかる本体部のみならず，上記サブマウント部１４にも水路が形成されている。
【００２９】
レーザーダイオード５は，例えば，高出力の半導体レーザを略棒状に形成したＬＤバーなどである。このレーザーダイオード５は，例えば，ガリウム・ヒ素ＧａＡｓ，インジウム・リンＩｎＰ，窒化インジウムＩｎＮ，窒化ガリウムＧａＮ，或いはこれらの混晶等の化合物半導体材料などで形成されている。また，かかるレーザーダイオード５は，例えば，上記プレート１０の端部に位置するサブマウント部１４に装着される。このレーザーダイオード５の装着は，例えば，半田等の融着剤などを用いた接着によりなされる。この半田材としては，例えば，金スズ，金ゲルマニウムなどがある。また，かかる半田材は，例えば，蒸着等によって，予め，サブマウント部１４表面に形成されていてもよい。
【００３０】
このようなレーザーダイオード５は，電力を供給することにより，例えば，レーザ光を出射（発振）することができる。かかるレーザ光は，例えば，光学レンズ（図示せず。）などによって収束されてから，外部に出射されるようにしてもよい。このような構成のレーザーダイオード５は，レーザ光出射時に発熱し，高温化してしまう。このため，過熱によるレーザーダイオード５の特性劣化を防止するために，上記のようなヒートシンク１を用いてレーザーダイオード５を冷却する必要がある。特に，ＧａＮ等を用いた青色レーザなどを出射する高出力のレーザーダイオード５では，発熱量も多いため，より十分な冷却が必要となる。
【００３１】
水冷治具７は，例えば，その上部に設置された上記ヒートシンク１に対して冷却水を供給するための治具である。より詳細には，ヒートシンク１は，例えば，水冷治具７の設置スペース７１に嵌合するようにして設置される。この設置スペース７１には，例えば，上記ヒートシンク１の給水用貫通孔４０と排水用貫通孔５０とに対応する位置に，給水口７２と排水口７４がそれぞれ設けられている。これにより，ヒートシンク１を設置したときに，給水用貫通孔４０と給水口７２を連通させるとともに，排水用貫通孔５０と排水口７４とを連通させることができる。
【００３２】
このようにしてヒートシンク１を設置することにより，水冷治具７は，ヒートシンク１に対して，冷却水を供給するとともに，使用済みの冷却水を排出することができる。より具体的には，水冷治具７は，例えば，給水ポンプ（図示せず。）などから給水ノズル７６を介して供給された例えば高圧の冷却水を，ヒートシンク１の給水用貫通孔４０に流入させることができる。また，水冷治具７は，例えば，ヒートシンク１内を循環した後，排水用貫通孔５０を通って流出してきた冷却水を，排水ノズル７８を介して外部に排出することができる。
【００３３】
また，例えば，上記のように１つのレーザーダイオード冷却装置内に複数のヒートシンク１が併設されている場合には，水冷治具７は，共通の給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０を利用して，かかる複数のヒートシンク１に対して，冷却水を同時に供給および排出することもできる。これにより，レーザーダイオード冷却装置は，かかる比較的簡便な装置を利用して，複数のヒートシンク１にそれぞれ設置された複数のレーザーダイオード５を同時に冷却できるとともに，装置の設置スペースも抑制できるので，効率的である。なお，この場合には，レーザーダイオード冷却装置内に，例えば，シリコン系のゴム材などを用いた水漏れ防止手段を設けるようにしても勿論よい。
【００３４】
次に，図２に基づいて，本実施形態にかかるヒートシンク１を構成する各プレート１０，２０，３０の構成について詳細に説明する。なお，図２（ａ）〜（ｃ）は，本実施形態にかかるヒートシンク１を構成する３つのプレート１０，２０，３０をそれぞれ示す底面図である。図２では，各プレート１０，２０，３０を裏面側（即ち，水冷治具７側）から見た態様を表しており，また，冷却水が流れる部分には，均一ドット状のハッチングを施してある。また，冷却水の水流方向は，以下に説明する例に限定されず，例えば逆方向であってもよい。
【００３５】
まず，各プレート１０，２０，３０の大きさについて説明する。
【００３６】
図２に示すように，プレート１０，２０，３０は，例えば，その外形がいずれも略同一の矩形状を有しており，プレート幅（プレートの短手方向の長さ）が例えば約１５ｍｍ程度，プレート長（プレートの長手方向の長さ）が例えば約１５〜２０ｍｍ程度などである。
【００３７】
一方，プレート厚さは，例えば，各プレート１０，２０，３０によって異なる。例えば，プレート１０の厚さは，例えば約１〜２ｍｍ程度が標準であるが，プレート１０のベース部１６の素材として銅タングステンなどを使用する場合には，銅を素材とする場合と略同一の熱伝導率にするために，例えば，プレート厚さを上記標準の約１／４にすることが好ましい。また，プレート２０の厚さは，例えば，プレート１０の厚さより薄いことが好ましいが，必須条件ではない。また，プレート３０の厚さは，例えば，プレート１０と略同一の厚さにすることが好ましい。これにより，プレート１０，２０，３０を積層したヒートシンク１全体の厚さは，例えば約２〜６ｍｍ程度となるが，かかる例に限定されるものではない。
【００３８】
次に，各プレート１０，２０，３０の面上及び／又は内部に形成されている水路の形状について，それぞれ詳述する。
【００３９】
図２（ａ）に示すように，ヒートシンク１の例えば最上層であるプレート１０には，裏面（プレート２０との接合面）上に水路１２が形成されるとともに，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート１０を貫通して形成されている。この水路１２は，例えば当該プレート１０の裏面に対して，微細加工技術等による切削加工，或いはエッチング加工などを施すことで形成されたものであり，例えば，サブマウント部１４とベース部１６の双方にまたがる比較的広い範囲にわたって形成されている。かかる水路１２は，プレート２０から流入した冷却水を，レーザーダイオード５の近傍に広範囲にわたり接触させた後，排水用貫通孔５０に誘導する機能を有する。このため，この水路１２の幅は，例えば，表面側にレーザーダイオード５が装着されているサブマウント部１４付近で最も広く，排水用貫通孔５０に向かうにつれ徐々に狭くなっている。また，水路１２の内部には，例えば，冷却水を整流するとともにプレート強度を補強するための複数の整流兼補強用突起１７や，給水用貫通孔４０への冷却水の侵入を防止するための防止壁１８などが形成されている。さらに，サブマウント部１４における水路１２の表面には，例えば，ブラスト加工，またはフィン状の構造物などにより凹凸を形成して，表面積を増大させるようにしてもよい。これにより，レーザーダイオード５直下の水路１２表面に対する冷却水の接触面積を増大させ，冷却効果を高めることができる。
【００４０】
また，図２（ｂ）に示すように，ヒートシンク１の例えば中間層であるプレート２０には，スリット２２，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート２０を貫通して形成されている。このスリット２２は，例えば，プレート２０の端部に形成された幅の狭い貫通孔であり，プレート３０から流入した冷却水をプレート１０に流出させるための連絡用の水路として機能する。プレート２０上では，例えば，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０に対して冷却水が流出入することはない。
【００４１】
また，図２（ｃ）に示すように，ヒートシンク１の例えば最下層であるプレート３０には，表面（プレート２０との接合面）上に水路３２が形成されるとともに，給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がプレート３０を貫通して形成されている。この水路３２は，例えば当該プレート３０の表面に対して，微細加工技術等による切削加工，或いはエッチング加工などを施すことで形成されたものである。かかる水路３２は，例えば，給水用貫通孔４０から流入した冷却水を，上記スリット２２に対して略均等に供給できるように誘導する機能を有する。このため，この水路３２の幅は，例えば，給水用貫通孔４０から離れるにつれてれ徐々に広がっており，スリット２２に対応する位置で最も広くなっている。また，水路３２の内部には，例えば，冷却水を均等に拡散および整流するとともにプレート強度を補強するための複数の整流兼補強用突起３７などが形成されている。
【００４２】
次に，図３に基づいて，本実施形態にかかるヒートシンク１内に冷却水が流れる態様について説明する。なお，図３は，本実施形態にかかるヒートシンク１を示す分解斜視図である。また，図３において，太い矢印は，ヒートシンク１内の冷却水の流れを表している。
【００４３】
図３に示すように，まず，水冷治具７から供給された冷却水は，プレート３０の給水用貫通孔４０を通って，プレート３０の表面に形成された水路３２に流入する。次いで，この冷却水は，水路３２に沿って流れてプレート３０の端部に達し，さらに，プレート２０のスリット２２を通過して，プレート１０の裏面に形成された水路１２に到達する。その後，この冷却水は，この水路１２に沿って，レーザーダイオード５が設けられたサブマウント部１４から，ベース部１６に設けられた排水用貫通孔５０に向かって流れ，最終的には排水用貫通孔５０から外部に排出される。なお，上記冷却水は，例えば，水温３０℃前後の水であり，水冷治具７は，この冷却水をヒートシンク１に対して例えば１分間当たり６００ｃｃ程度で供給することができる。
【００４４】
このようにして，ヒートシンク１内に冷却水を循環させることにより，レーザーダイオード５からヒートシンク１に伝導している熱が，冷却水によって奪われる。即ち，冷却水を排熱媒体として，ヒートシンク１を水冷することができる。このため，ヒートシンク１の放熱効果が高まり，レーザーダイオード５を効果的に冷却することができる。
【００４５】
次に，本実施形態にかかる大きな特徴である，ヒートシンク１におけるサブマウント部１４とその他の部分との材質の相違について詳細に説明する。
【００４６】
上記図１〜図３で示したように，ヒートシンク１は，例えば積層された３つのプレート１０，２０，３０から構成されており，このうち，プレート１０は，例えば，サブマウント部１４と，ベース部１６とから構成されている。
【００４７】
本実施形態にかかるヒートシンク１においては，このサブマウント部１４だけが，例えば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素（ＳｉＣ：単結晶型およびＣＶＤ型），窒化アルミニウム，モリブデン，または銅−タングステンの複合材料（銅タングステン等のタングステン焼結合金などを含む。）などの材質で形成されており，それ以外のベース部１６，プレート２０およびプレート３０（上記本体部に該当する部分）は，例えば，銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金（銅タングステン等）などの材質で形成されていることを特徴とする。なお，サブマウント部１４の材質にモリブデン，または銅−タングステンの複合材料などを用いる場合には，例えば，上記本体部の材質としては，例えば，銅，または金メッキされた銅などのより安価な材料が用いられる。このため，例えば，サブマウント部１４と本体部の材質が同一となることはない。
【００４８】
上記従来技術の欄で説明したように，ヒートシンク１の材質としては，放熱効果を高めるために熱伝導率が高いことだけでなく，レーザーダイオード５の特性劣化を抑制するために熱膨張率（熱膨張係数）がレーザーダイオード５の熱膨張率と同程度であることが要求される。かかる双方の要求を満たす好適な材料としては，例えば，上記ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，窒化アルミニウム，モリブデン，または銅−タングステンの複合材料等（以下では，これらの材料群を好適材料という。）が挙げられる。
【００４９】
具体的を挙げてより詳細に説明すると，レーザーダイオード５の熱膨張率は，例えば，化合物半導体材料としてインジウム・リンＩｎＰを用いた場合に４．５×１０^‐６［／Ｋ］程度であり，ガリウム・ヒ素ＧａＡｓを用いた場合に５．９×１０^‐６［／Ｋ］程度である。また，これらの化合物半導体材料は，熱伝導率が５０〜７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，当該化合物半導体材料自体の温度上昇は比較的大きい。
【００５０】
また，ヒートシンク１の材質として一般的な材料である銅は，熱伝導率が４００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が１７×１０^‐６［／Ｋ］程度である。このように，銅は，高い熱伝導率を有するものの，熱膨張率が上記例示したレーザーダイオード５の熱膨張率と大きくかけ離れている。このため，かかる銅をレーザーダイオード５の設置部分の材質として用いると，熱膨張率の差に起因した応力の発生や温度差により，レーザーダイオード５が早期に劣化してしまう。従って，かかる銅などは，レーザーダイオード５の設置部分の材質としては，不適である。
【００５１】
これに対し，上記好適材料について検討すると，ダイヤモンド−銅の複合材料は，例えば，熱伝導率が５５０〜６００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が４．０〜６．０×１０^‐６［／Ｋ］程度である。また，炭化珪素は，例えば，熱伝導率が２００〜３００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度（ＣＶＤ型）あるいは４００〜４９０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度（単結晶型）であり，熱膨張率が４．０〜４．７×１０^‐６［／Ｋ］程度である。また，窒化アルニウムは，例えば，熱伝導率が１６０〜１７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が４．０〜４．６×１０^‐６［／Ｋ］程度である。また，モリブデンは，例えば，熱伝導率が１４０〜１７０［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が５．０〜７．０×１０^‐６［／Ｋ］程度である。また，銅−タングステン複合材料は，例えば，熱伝導率が１８０〜２００［Ｗ／ｍ・Ｋ］程度であり，熱膨張率が５．１〜８．３×１０^‐６［／Ｋ］程度である。このように，これらの好適材料は，熱伝導率が比較的高い上に，熱膨張率が上記例示したレーザーダイオード５の熱膨張率と極めて近い。従って，かかる好適材料は，上記要求の双方を満たしており，レーザーダイオード５の設置部分を含めてヒートシンク１の材質として好適であるといえる。特に，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，および炭化珪素などは，熱伝導率および熱膨張率の双方が非常に適切であり，材料特性面ではヒートシンク１の材質として非常に好適である。
【００５２】
しかしながら，これらの好適材料は，銅などと比較して高価であるため，ヒートシンク１全体に使用すると，ヒートシンク１の製造コストが大幅に増加してしまうという欠点がある。
【００５３】
このため，本願発明者らは，上記好適材料の使用量を低減すべく，ヒートシンク１のいなかる範囲にまで上記好適材料を適用すれば，レーザーダイオード５の劣化を防止できるかに着目して，鋭意努力した。この結果，レーザーダイオード５が装着される近傍にのみ上記好適材料を適用しても，レーザーダイオード５の劣化を十分に抑制できることに想到した。
【００５４】
かかる観点から，本実施形態にかかるヒートシンク１では，高価な上記好適材料が，例えば，レーザーダイオード５が装着されるサブマウント部１４にのみ適用されている。一方，このサブマウント部１４以外のベース部１６，プレート２０およびプレート３０の材質には，比較的安価かつ熱伝導率が高い材料である上記銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金などが使用されている。換言すれば，ヒートシンク１においては，例えば，熱膨張率の差によってレーザーダイオード５の劣化を誘発し得る必要最小限の部分についてのみ，熱伝導率及び熱膨張率に優れた好適材料を適用し，その他の部分については，高放熱性および低コスト化を重視して，熱伝導率およびコスト性に優れた銅などが使用されている。
【００５５】
従って，ヒートシンク１を製造する際に，高価な好適材料の使用量を大幅に低減できるので，低コスト化を図ることができる。さらに，ヒートシンク１は，例えば，全体が上記好適材料または銅などの熱伝導率が高い材質で形成されており，放熱性に優れているので，レーザーダイオード５を効果的に冷却することができる。加えて，レーザーダイオード５近傍に位置するサブマウント部１４は，熱膨張率がレーザーダイオード５の熱膨張率に近い好適材料で形成されているので，レーザーダイオード５の駆動による発熱や，レーザーダイオード５の動作・非動作に伴う周期的な温度差などに起因してレーザーダイオード５に作用する応力を低減できる。このため，ヒートシンク１は，レーザーダイオード５の特性の劣化を十分に抑制することも可能である。
【００５６】
次に，図４に基づいて，本実施形態にかかるプレート１０のサブマウント部１４とベース部１６の接合方法および接合態様について，詳細に説明する。なお，図４（ａ）は，本実施形態にかかるサブマウント部１４とベース部１６の接合態様を示す斜視図である。また，図４（ｂ）および図４（ｃ）は，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様の別態様を示す斜視図である。
【００５７】
図４に示すように，別々に成形されたサブマウント部１４とベース部１６とを，例えば，Ａｕメタライズによる拡散接合などによって相互に接合することにより，プレート１０が形成される。この拡散接合とは，例えば，５００〜１０００℃程度の高温下で，異種金属同士を熱圧着して接合する方法である。なお，サブマウント部１４とベース部１６との接合方法は，かかる拡散接合の例に限定されず，例えば，金ゲルマニウム，金スズ系の半田材などの融着剤を利用して，両者を接合してもよい。この場合，例えば，サブマウント部１４には，予め，スパッタリングやメッキ手法などにより，材料表面にメタライジング処理を行っておくようにしてもよい。
【００５８】
次に，サブマウント部１４とベース部１６との接合態様について，３つの具体例を挙げて，より詳細に説明する。
【００５９】
まず，図４（ａ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部１６０が，例えば，水平断面での形状が略直線となるような形状を有している。即ち，ベース部１６の接合部１６０が略平面形状を有しており，サブマウント部１４とベース部１６とが例えば単一面で面接合されている。かかる接合態様を採用することにより，ベース部１６の形状を，比較的単純な例えば板形状とすることができるので，ベース部１６の成形加工が容易となる。
【００６０】
また，図４（ｂ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部には，例えば，水平断面での形状が略コの字形となるように成形された略コの字形の嵌合部１６２が設けられている。この略コの字形の嵌合部１６２は，例えば，ベース部１６の接合部の両端部分から突出した一対の突出部と，中央部分の陥没部とからなるともいえる。この略コの字形の嵌合部１６２は，例えば，ベース部１６の接合部の中央部分を切り欠くことによって形成される。かかる嵌合部１６２の略コの字形形状は，例えば，サブマウント部１４の外形に対応するように形成されているので，サブマウント部１４はこの嵌合部１６２に嵌合することができる。
【００６１】
このような嵌合部１６２を利用して，サブマウント部１４とベース部１６を嵌合させた状態で相互に接合することにより，サブマウント部１４がベース部１６に対して例えば略水平方向（プレート１０の幅方向）にずれることを制限できる。このため，プレート１０の水平方向の強度を高めることができる。さらに，当該嵌合部１６２に嵌合するようにサブマウント部１４の体積をより小さくできるので，１枚のプレート１０を製造するために必要な上記好適材料の使用量を，より低減することもできる。
【００６２】
また，図４（ｃ）に示す接合態様では，サブマウント部１４と接合するベース部１６の接合部には，例えば，プレート１０の厚み方向の段差形状を有する略段差型の嵌合部１６４が設けられている。この略段差型の嵌合部１６４は，例えば，ベース部１６の接合部の例えば上部を切削除去することによって，形成される。かかる嵌合部１６４の段差は，例えば，サブマウント部１４の外形に対応するように形成されているので，サブマウント部１４はこの嵌合部１６４に嵌合することができる。
【００６３】
このような嵌合部１６４を利用して，サブマウント部１４とベース部１６を嵌合させた状態で相互に接合することにより，サブマウント部１４がベース部１６に対して例えば略垂直方向（プレート１０の厚み方向）にずれることを制限できる。このため，プレート１０の垂直方向の強度を高めることができる。さらに，当該嵌合部１６４に嵌合するようにサブマウント部１４の体積をより小さくできるので，１枚のプレート１０を製造するために必要な上記好適材料の使用量を，より低減することもできる。
【００６４】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
例えば，上記実施形態では，ヒートシンク１は，例えば３枚のプレート１０，２０，３０を積層した３層構造を有していたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１は，任意の複数のプレート（板状部材）を積層して構成されてもよく，例えば，２層構造，４層構造，５層構造，…などを有してもよい。
【００６６】
また，上記実施形態では，サブマウント部１４の材質は，例えば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウムなどであったが，本発明はかかる例に限定されない。サブマウント部１４の材質は，例えば，シリコン，上記材料同士の複合材料，或いは，ガリウム・ヒ素，インジウム・リン等の化合物半導体材料などであってもよい。
【００６７】
上記実施形態では，ヒートシンク１の本体部（即ち，ベース部１６，プレート２０およびプレート３０）の材質は，例えば，銅，金メッキされた銅，またはタングステン焼結合金などであったが，本発明はかかる例に限定されない。ヒートシンク１の本体部の材質は，例えば，アルミニウム，酸化アルミニウム，アルミニウム合金，モリブデン，モリブデン合金等の各種金属材料，またはこれらの複合材料などであってもよい。
【００６８】
また，上記実施形態では，冷却液として冷却水を用いたが，本発明はかかる例に限定されず，例えば，冷却油など各種の冷却用の液体を用いてもよい。
【００６９】
また，上記実施形態では，ヒートシンク１には給水用貫通孔４０および排水用貫通孔５０がヒートシンク１全体を貫通して設けられていたが，本発明はかかる例に限定されない。ヒートシンク１は，外部から供給された冷却液を，内部の水路に循環させて，排出できるように構成されればよく，例えば，給水用貫通孔４０および給排水用貫通孔５０の有無，位置，形状などは多様に変更可能である。例えば，給水用貫通孔４０は，水冷治具７から冷却液が供給されるプレート３０などにのみ設けられてもよい。また，排水用貫通孔５０は，例えば，冷却液を排出するプレート１０などにのみ設けられてもよい。さらに，このような，ヒートシンク１における冷却液の供給・排出の態様に合わせて，例えば，水冷治具７の形状，構成等は多様に変更可能である。また，冷却液の流れる方向も，上記実施形態の例に限定されず，例えば逆方向に流してもよい。
【００７０】
また，ヒートシンク１内に設けられる水路は，上記の水路１２，２２，３２の例に限定されず，例えば，水路の形状，大きさ，位置などは多様に変更可能である。
【００７１】
また，上記実施形態では，図４に基づいて，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様について３つの例を挙げて説明したが，サブマウント部１４とベース部１６の接合態様は，かかる例に限定されない。例えば，ベース部１６の接合部に，平面形状が略Ｕの字形，略Ｖの字形，略Ｗの字形，任意の凸形または凹形等の各種形状の切り欠きを形成して，サブマウント部１４との嵌合部を構成してもよい。また，ベース部１６の接合部上面に，例えばプレート幅方向の溝を形成し，かかる溝にサブマウント部１６を嵌合可能にしてもよい。また，図４（ｂ）に示した略コの字形の嵌合部１６２と，図４（ｃ）で示した略段差型の嵌合部１６４とを組み合わせたような嵌合部を形成してもよい。この場合には，例えば，プレート１０の上記水平方向および垂直方向の双方の強度を高めることができるとともに，上記好適材料の使用量をより一層低減できる。
【００７２】
また，上記実施形態では，プレート１０のベース部１６のみに上記嵌合部１６２，１６４などを形成する例について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１の本体部全体を利用して，上記各種の嵌合部などを形成してもよい。つまり，上記各種の嵌合部は，例えば，本体部を構成する複数のプレート１０，２０…などにまたがって，形成されてもよい。より具体的には，例えば，上記略コの字形嵌合部１６２を，プレート１０およびプレート２０の双方に一体形成することによって，プレート１０及びプレート２０にまたがって形成された略コの字形スペースに，サブマウント部１４を嵌合するようにしてもよい。また，例えば，プレート１０の接合部を上記図４（ａ）に示したような略直線的な接合部１６０とし，かつ，プレート２０に上記略段差型の嵌合部１６２を形成することによって，プレート１０及びプレート２０にまたがって形成された段差スペースに，サブマウント部１４を嵌合するようにしてもよい。
【００７３】
また，上記実施形態では，サブマウント部１４は，例えば，単層構造であり，プレート１０にのみ含まれていたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１の本体部だけでなく，サブマウント部１４もが積層構造を有してもよい。即ち，サブマウント部１４は，例えば，上記好適材料からなる複数のサブプレートを積層することによって構成されもよい。換言すると，サブマウント部１４の一部が，例えば，プレート１０のみならず，上記プレート２０及び／又はプレート３０などにも，含まれるようにしてもよい。この場合には，例えば，まず，プレート１０，２０，３０などの各サブプレート（上記ベース部１６に相当）と，サブマウント部１４の一部をなす各サブプレートとをそれぞれ接合して，複数のプレートを形成し，次いで，このように形成された複数のプレートと，サブマウント部１４を含まないプレートなどとを積層して，相互に接合することによって，ヒートシンク１を構成してもよい。
【００７４】
また，上記実施形態では，ヒートシンク１は，複数のプレートが積層された積層構造を有していたが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，ヒートシンク１は，一体形成された本体部と，この本体部に接合されたサブマウント部１４とから構成され，積層構造を有さないようにしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，ダイヤモンド，ダイヤモンド−銅の複合材料，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，炭化珪素，または窒化アルミニウム等の高価な素材をサブマウント部にのみ適用することにより，レーザーダイオード冷却装置の製造コストを大幅に低減することができる。さらに，このようにして製造されたレーザーダイオード冷却装置は，レーザーダイオードを効果的に冷却できるとともに，熱膨張率の差に起因するレーザーダイオード特性の劣化をも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態にかかるレーザーダイオード冷却装置の構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は，第１の実施形態にかかるヒートシンクを構成する３つのプレートをそれぞれ示す底面図である。
【図３】図３は，第１の実施形態にかかるヒートシンクを示す分解斜視図である。
【図４】図４（ａ）は，第１の実施形態にかかるサブマウント部とベース部の接合態様を示す斜視図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）は，第１の実施形態にかかるサブマウント部とベース部の接合態様の別態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：ヒートシンク
５：レーザーダイオード
１０，２０，３０：プレート
１２，３２：水路
１４：サブマウント部
１６：ベース部
２２：スリット
４０：給水用貫通孔
５０：排水用貫通孔
１６０：接合部
１６２：略コの字形の嵌合部
１６４：略段差型の嵌合部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser diode cooling device, and more particularly to a water-cooled laser diode cooling device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a water-cooled heat sink has been used as a cooling device for effectively cooling a high-power laser diode. In this water-cooled heat sink, a water channel called a microchannel is formed inside a radiator in which a laser diode is installed, and a laser diode that has generated heat can be cooled by flowing cooling water through the water channel.
[0003]
As an example of such a water-cooled heat sink, there has been proposed a structure in which a plurality of plates (plate-like members) are stacked to constitute the radiator, and the water passage is formed at a joint surface between the plates (see, for example, Patent Reference 1). In such a heat sink, the whole was formed of the same material.
[0004]
By the way, as a material of such a heat sink, high heat conductivity is first required. This is to enhance the heat radiation effect of the heat sink and effectively cool the laser diode. Further, it is required that the thermal expansion coefficient of the material is substantially equal to the thermal expansion coefficient of the laser diode. This is because if the difference between the coefficient of thermal expansion of the laser diode and the heat sink is large, heat is generated by the drive of the laser diode and the periodic temperature difference caused by repetition of operation / non-operation causes thermal damage to the laser diode. This is because stress (stress) is applied and the characteristics of the laser diode deteriorate. Specifically, it is known that the characteristics of the laser diode change due to the crystal transition of the laser diode or the like.
[0005]
Examples of the material of the heat sink that satisfies both of these requirements include diamond, silicon carbide, and aluminum nitride.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-160149 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the preferred materials such as diamond, silicon carbide, and aluminum nitride are very expensive, if the entire heat sink is made of these materials as in the case of the above-mentioned conventional heat sink, the manufacturing cost is greatly increased. There was a problem that would.
[0008]
On the other hand, if the heat sink is formed of a relatively inexpensive material such as copper, the manufacturing cost can be reduced, but there is a problem that the laser diode characteristics deteriorate early due to the difference in the coefficient of thermal expansion.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a laser diode that can be effectively cooled without significantly increasing the manufacturing cost, and to reduce the difference in thermal expansion coefficient. An object of the present invention is to provide a new and improved laser diode cooling device capable of preventing deterioration of laser diode characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser diode cooling device for cooling a laser diode. The laser diode cooling device includes a main body having a water passage formed therein for flowing a cooling liquid therein; and a submount joined to the main body and mounted with a laser diode. Wherein only one is selected from the group consisting of diamond, molybdenum, a composite material of copper-tungsten, a composite material of diamond-copper, silicon carbide, and aluminum nitride.
[0011]
With this configuration, it is possible to provide a water-cooled laser diode cooling device (heat sink) that can cool the laser diode, which is a heating element, by circulating a coolant through an internal water passage. In addition, diamond, molybdenum, copper-tungsten composite material, diamond-copper composite material, silicon carbide, or aluminum nitride are materials having both high thermal conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of a laser diode. In terms of surface, it is a suitable material for a heat sink. Also, since the submount is a part that directly contacts the laser diode, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of this submount have a large effect on the cooling efficiency of the laser diode and the deterioration of the laser diode characteristics. Will be given. For this reason, in the laser diode cooling device, by using the above-mentioned suitable material only for such a submount portion, the cooling effect of the laser diode and the effect of suppressing the deterioration of the laser diode characteristics caused by the difference in the coefficient of thermal expansion are reduced. While maintaining this, it is possible to reduce the amount of expensive suitable materials used, thereby reducing product costs.
[0012]
Further, a configuration may be adopted in which a water channel is also formed inside the submount. With such a configuration, the heat radiation effect of the submount located near the laser diode is enhanced, so that the laser diode can be cooled more effectively.
[0013]
Further, the main body may be formed of one selected from the group consisting of copper, gold-plated copper, and a tungsten sintered alloy. With this configuration, a material having a high thermal conductivity and a relatively inexpensive material can be used for the main body portion other than the submount portion in the heat sink. Therefore, the product cost can be reduced while maintaining the heat radiation effect of the entire laser diode cooling device.
[0014]
In addition, the main body and / or the submount may be configured to include a plurality of stacked plates. With this configuration, a water path can be easily and suitably formed inside the main body of the laser diode cooling device, or inside the main body and the submount.
[0015]
Further, the volume of the submount may be smaller than the volume of the plate of the main body joined to the submount of the plurality of plates. With such a configuration, the amount of the above-described preferable material required for manufacturing the laser diode cooling device can be further reduced, so that the product cost can be further reduced.
[0016]
Further, the sub-mount portion may be configured to be fitted into a substantially U-shaped fitting portion formed on the main body portion. With such a configuration, the substantially U-shaped fitting portion formed so as to have a substantially U-shaped shape in a horizontal cross section can restrict the fitted submount from moving in a substantially horizontal direction. For this reason, the main body and the submount can be more firmly joined to each other, so that the laser diode cooling device has an increased strength against a force received from a substantially horizontal direction. In addition, the size of the submount can be reduced to reduce the amount of the preferred material used, so that the cost can be further reduced.
[0017]
Further, the submount may be configured to be fitted to a substantially step-shaped fitting portion formed in the main body. With this configuration, the substantially step-type fitting portion having a step shape substantially perpendicular to the installation surface of the laser diode can restrict the fitted submount from moving in the substantially vertical direction. For this reason, the main body and the submount can be more firmly joined to each other, so that the laser diode cooling device has an increased strength against a force received from a substantially vertical direction. In addition, the size of the submount can be reduced to reduce the amount of the preferred material used, so that the cost can be further reduced.
[0018]
The submount has one side surface joined to one side surface of a plate to be joined to the submount portion among a plurality of plates constituting the main body portion, and the other side surface has another surface constituting the main body portion. You may comprise so that one side surface of a plate may be surface-bonded. With this configuration, the joint between the plate and the submount can be formed in a substantially planar shape, so that the processing of the main body is facilitated.
[0019]
According to another embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a plurality of stacked plates; and a water channel formed on at least a joint surface of the plurality of plates, wherein a coolant is supplied to the water channel. Accordingly, a laser diode cooling device that cools a laser diode installed on any one of the plurality of plates is provided. In such a laser diode cooling device, the plate on which the laser diode is installed is composed of at least a base portion; a submount portion joined to one end of the base portion and mounted with the laser diode; Is formed of any one selected from the group consisting of diamond, molybdenum, a composite material of copper-tungsten, a composite material of diamond-copper, silicon carbide, and aluminum nitride.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0021]
(First Embodiment)
First, the overall configuration of the laser diode cooling device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the laser diode cooling device according to the first embodiment.
[0022]
As shown in FIG. 1, the laser diode cooling device includes, for example, a heat sink 1 on which a laser diode 5 as a heating element is mounted, and a water cooling jig 7 on which the heat sink 1 is installed.
[0023]
The heat sink 1 is configured, for example, as a heat radiator for radiating heat generated by the mounted laser diode 5, and has, for example, a laminated structure in which three plates 10, 20, and 30 are laminated. The plates 10, 20, 30 are, for example, plate members formed of a material having high thermal conductivity. The plates 10, 20, and 30 are surface-bonded to each other by, for example, a method using a fusion agent such as solder, or diffusion bonding, and are stacked.
[0024]
The laser diode 5 is mounted on, for example, the uppermost one of the three plates 10, 20, 30 stacked in this way. The plate 10 is composed of, for example, a submount 14 on which the laser diode 5 is mounted, and a base 16 which is the other part. A major feature of the present embodiment is that both materials are different. The details will be described later.
[0025]
The heat sink 1 having such a laminated structure including the plurality of plates 10, 20, 30 can cool the laser diode 5 by radiating heat conducted from the laser diode 5.
[0026]
Further, in such a heat sink 1, for example, a fine water channel (not shown) called a microchannel is formed inside, and a cooling liquid such as cooling water can be circulated through the water channel. The water channel is formed, for example, on the joint surface of the stacked plates 10, 20, and 30 by a fine processing technique or the like, and the details will be described later. As described above, the heat sink 1 is configured as, for example, a water-cooled heat sink (that is, a water-cooling jacket), and the laser diode 5 can be more effectively cooled by increasing the heat radiation effect by circulating the cooling water. .
[0027]
For example, the plates 10, 20, and 30 constituting the heat sink 1 are commonly provided with a water supply through hole 40 serving as a cooling water inflow port and a drainage through hole 50 serving as a cooling water outflow port. It is provided. With such a configuration, for example, a plurality of heat sinks 1 are arranged side by side in, for example, a vertical direction (vertical direction in FIG. 1), and the plurality of heat sinks 1 are connected by, for example, a connection pipe or a liquid leakage prevention packing material (not shown). The interconnected water supply through-hole 40 and drainage through-hole 50 can be shared. In FIG. 1, only one of the plurality of heat sinks is shown, and other heat sinks are not shown. Also, it is of course possible to provide only one heat sink 1 without providing a plurality of heat sinks 1 in this way.
[0028]
In the heat sink 1 configured as described above, the portion where the base portion 16 of the plate 10, the plate 20, and the plate 30 are combined (that is, the portion other than the submount portion 14) is the laser diode cooling according to the present embodiment. It is configured as a body of the device. The main body is a radiator or the like in which a water passage for flowing a cooling liquid is formed, and is joined to the submount 14. In the present embodiment, for example, a water channel is formed not only in the main body, but also in the submount 14.
[0029]
The laser diode 5 is, for example, an LD bar in which a high-power semiconductor laser is formed in a substantially rod shape. The laser diode 5 is made of, for example, a compound semiconductor material such as gallium arsenide GaAs, indium phosphorus InP, indium nitride InN, gallium nitride GaN, or a mixed crystal thereof. The laser diode 5 is mounted on, for example, a submount 14 located at an end of the plate 10. The laser diode 5 is mounted by, for example, bonding using a fusion agent such as solder. Examples of the solder material include gold tin and gold germanium. Further, such a solder material may be formed in advance on the surface of the submount unit 14 by, for example, vapor deposition or the like.
[0030]
Such a laser diode 5 can emit (oscillate) laser light, for example, by supplying electric power. Such laser light may be converged by, for example, an optical lens (not shown) or the like and then emitted to the outside. The laser diode 5 having such a configuration generates heat at the time of emitting laser light, and becomes high in temperature. For this reason, it is necessary to cool the laser diode 5 using the heat sink 1 as described above in order to prevent the characteristic deterioration of the laser diode 5 due to overheating. In particular, a high-output laser diode 5 that emits a blue laser or the like using GaN or the like generates a large amount of heat, and thus requires more sufficient cooling.
[0031]
The water cooling jig 7 is, for example, a jig for supplying cooling water to the heat sink 1 installed thereon. More specifically, the heat sink 1 is installed, for example, so as to fit into the installation space 71 of the water cooling jig 7. In the installation space 71, for example, a water supply port 72 and a water discharge port 74 are provided at positions corresponding to the water supply through hole 40 and the drainage through hole 50 of the heat sink 1, respectively. Thereby, when the heat sink 1 is installed, the water supply through-hole 40 and the water supply port 72 can be communicated, and the drainage through-hole 50 and the drainage port 74 can be communicated.
[0032]
By installing the heat sink 1 in this manner, the water cooling jig 7 can supply the cooling water to the heat sink 1 and discharge the used cooling water. More specifically, the water cooling jig 7 flows, for example, high-pressure cooling water supplied from a water supply pump (not shown) through a water supply nozzle 76 into the water supply through hole 40 of the heat sink 1. Can be done. Further, the water cooling jig 7 can, for example, circulate through the heat sink 1 and discharge the cooling water flowing out through the drainage through hole 50 to the outside through the drainage nozzle 78.
[0033]
Further, for example, when a plurality of heat sinks 1 are provided in one laser diode cooling device as described above, the water cooling jig 7 uses a common water supply through hole 40 and a common drainage through hole 50. Thus, cooling water can be simultaneously supplied to and discharged from the plurality of heat sinks 1. Thus, the laser diode cooling device can simultaneously cool the plurality of laser diodes 5 respectively installed on the plurality of heat sinks 1 by using such a relatively simple device, and can also reduce the installation space of the device, thereby improving the efficiency. Is the target. In this case, of course, a means for preventing water leakage using, for example, a silicon rubber material may be provided in the laser diode cooling device.
[0034]
Next, the configuration of each of the plates 10, 20, and 30 constituting the heat sink 1 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIGS. 2A to 2C are bottom views respectively showing three plates 10, 20, and 30 that constitute the heat sink 1 according to the present embodiment. FIG. 2 shows a state in which the plates 10, 20, and 30 are viewed from the back side (that is, the water cooling jig 7 side), and a portion where the cooling water flows is hatched in a uniform dot shape. is there. Further, the flow direction of the cooling water is not limited to the example described below, and may be, for example, a reverse direction.
[0035]
First, the size of each of the plates 10, 20, 30 will be described.
[0036]
As shown in FIG. 2, the plates 10, 20, and 30 have, for example, substantially the same rectangular shape in outer shape, and have a plate width (length in the lateral direction of the plate) of, for example, about 15 mm. , Plate length (length in the longitudinal direction of the plate) is, for example, about 15 to 20 mm.
[0037]
On the other hand, the plate thickness differs for each of the plates 10, 20, and 30, for example. For example, the standard thickness of the plate 10 is, for example, about 1 to 2 mm, but when copper tungsten or the like is used as the material of the base portion 16 of the plate 10, the thickness is substantially the same as when copper is used as the material. In order to achieve thermal conductivity, for example, the plate thickness is preferably reduced to about 1/4 of the standard. The thickness of the plate 20 is preferably smaller than the thickness of the plate 10, for example, but is not an essential condition. Further, it is preferable that the thickness of the plate 30 is, for example, substantially the same as that of the plate 10. As a result, the thickness of the entire heat sink 1 in which the plates 10, 20, 30 are stacked is, for example, about 2 to 6 mm, but is not limited to this example.
[0038]
Next, the shapes of the water channels formed on and / or inside the surfaces of the plates 10, 20, 30 will be described in detail.
[0039]
As shown in FIG. 2A, a water channel 12 is formed on a back surface (a joint surface with the plate 20) of the plate 10 which is, for example, the uppermost layer of the heat sink 1, and a water supply through hole 40 and a drainage hole are formed. A through hole 50 is formed through the plate 10. The water channel 12 is formed, for example, by subjecting the back surface of the plate 10 to a cutting process using a microfabrication technique or an etching process. For example, both the sub-mount portion 14 and the base portion 16 are formed. Over a relatively wide range. The water channel 12 has a function of guiding the cooling water flowing from the plate 20 to the drain hole 50 after bringing the cooling water into contact with the laser diode 5 in a wide range. For this reason, the width of the water channel 12 is the widest, for example, in the vicinity of the submount 14 where the laser diode 5 is mounted on the surface side, and gradually narrows toward the drainage through hole 50. Further, inside the water channel 12, for example, a plurality of rectifying and reinforcing projections 17 for rectifying the cooling water and reinforcing the plate strength, and for preventing the cooling water from entering the water supply through hole 40. A prevention wall 18 and the like are formed. Further, the surface of the water channel 12 in the sub-mount portion 14 may be made uneven by, for example, blasting or a fin-like structure to increase the surface area. Thereby, the contact area of the cooling water with the surface of the water channel 12 immediately below the laser diode 5 can be increased, and the cooling effect can be enhanced.
[0040]
Further, as shown in FIG. 2B, a slit 22, a water supply through-hole 40, and a drainage through-hole 50 are formed in the plate 20 which is, for example, an intermediate layer of the heat sink 1 so as to penetrate the plate 20. . The slit 22 is, for example, a narrow through-hole formed at an end of the plate 20, and functions as a communication channel for allowing the cooling water flowing from the plate 30 to flow out to the plate 10. On the plate 20, for example, the cooling water does not flow into and out of the water supply through-hole 40 and the drainage through-hole 50.
[0041]
As shown in FIG. 2 (c), a water passage 32 is formed on the surface (joint surface with the plate 20) of the plate 30, which is the lowermost layer of the heat sink 1, for example. A drain hole 50 is formed through the plate 30. The water channel 32 is formed, for example, by subjecting the surface of the plate 30 to a cutting process using a fine processing technique or an etching process. The water passage 32 has a function of, for example, guiding the cooling water flowing from the water supply through hole 40 to the slit 22 so as to be supplied substantially uniformly. For this reason, the width of the water channel 32 gradually increases, for example, as the distance from the water supply through hole 40 increases, and is greatest at a position corresponding to the slit 22. Further, inside the water channel 32, for example, a plurality of rectifying and reinforcing projections 37 for uniformly diffusing and rectifying the cooling water and reinforcing the plate strength are formed.
[0042]
Next, based on FIG. 3, the manner in which the cooling water flows in the heat sink 1 according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is an exploded perspective view showing the heat sink 1 according to the present embodiment. In FIG. 3, thick arrows indicate the flow of cooling water in the heat sink 1.
[0043]
As shown in FIG. 3, first, the cooling water supplied from the water cooling jig 7 flows into the water passage 32 formed on the surface of the plate 30 through the water supply through hole 40 of the plate 30. Next, the cooling water flows along the water channel 32 to reach the end of the plate 30, further passes through the slit 22 of the plate 20, and reaches the water channel 12 formed on the back surface of the plate 10. Thereafter, the cooling water flows from the submount 14 provided with the laser diode 5 to the drainage through-hole 50 provided in the base 16 along the waterway 12 and finally to the drainage It is discharged outside through the through-hole 50. The cooling water is, for example, water having a water temperature of about 30 ° C., and the water cooling jig 7 can supply the cooling water to the heat sink 1 at, for example, about 600 cc per minute.
[0044]
By circulating the cooling water in the heat sink 1 in this manner, the heat conducted from the laser diode 5 to the heat sink 1 is removed by the cooling water. That is, the heat sink 1 can be water-cooled using the cooling water as a heat-dissipating medium. For this reason, the heat radiation effect of the heat sink 1 is enhanced, and the laser diode 5 can be effectively cooled.
[0045]
Next, the difference between the materials of the submount 14 and the other parts of the heat sink 1, which is a major feature of the present embodiment, will be described in detail.
[0046]
As shown in FIGS. 1 to 3, the heat sink 1 is composed of, for example, three stacked plates 10, 20, and 30, of which the plate 10 is, for example, a submount 14 and a base. And a section 16.
[0047]
In the heat sink 1 according to the present embodiment, only the submount portion 14 is made of, for example, diamond, a composite material of diamond-copper, silicon carbide (SiC: single crystal type and CVD type), aluminum nitride, molybdenum, or copper- It is formed of a material such as a composite material of tungsten (including a tungsten sintered alloy such as copper tungsten), and the other portions of the base portion 16, the plate 20, and the plate 30 (portions corresponding to the main body portion) are: For example, it is characterized by being formed of a material such as copper, gold-plated copper, or a sintered tungsten alloy (such as copper tungsten). When molybdenum or a composite material of copper-tungsten is used as the material of the submount portion 14, for example, as the material of the main body portion, a cheaper material such as copper or gold-plated copper is used. Is used. Therefore, for example, the material of the submount 14 and the material of the main body are not the same.
[0048]
As described in the section of the prior art, the material of the heat sink 1 has not only a high thermal conductivity in order to enhance the heat radiation effect, but also a thermal expansion coefficient (heat) in order to suppress the characteristic deterioration of the laser diode 5. (Expansion coefficient) is required to be approximately equal to the thermal expansion coefficient of the laser diode 5. Suitable materials satisfying both requirements include, for example, the above-mentioned diamond, diamond-copper composite material, silicon carbide, aluminum nitride, molybdenum, and copper-tungsten composite material (hereinafter, these material groups are preferably used). Material).
[0049]
More specifically, the coefficient of thermal expansion of the laser diode 5 is, for example, 4.5 × 10 4 when indium phosphorus InP is used as the compound semiconductor material. ^-6 [/ K], which is 5.9 × 10 5 when gallium arsenide GaAs is used. ^-6 [/ K]. These compound semiconductor materials have a thermal conductivity of about 50 to 70 [W / m · K], and the temperature rise of the compound semiconductor material itself is relatively large.
[0050]
Copper, which is a general material for the heat sink 1, has a thermal conductivity of about 400 [W / m · K] and a thermal expansion coefficient of 17 × 10 ^-6 [/ K]. As described above, although copper has a high thermal conductivity, the coefficient of thermal expansion is significantly different from the coefficient of thermal expansion of the laser diode 5 exemplified above. Therefore, if such copper is used as a material for the installation portion of the laser diode 5, the laser diode 5 will be deteriorated early due to the occurrence of stress and the temperature difference due to the difference in thermal expansion coefficient. Therefore, such copper or the like is unsuitable as a material of the installation portion of the laser diode 5.
[0051]
On the other hand, when examining the preferred materials, the diamond-copper composite material has, for example, a thermal conductivity of about 550 to 600 [W / m · K] and a thermal expansion coefficient of 4.0 to 6.0. × 10 ^-6 [/ K]. Silicon carbide has a thermal conductivity of, for example, about 200 to 300 [W / m · K] (CVD type) or about 400 to 490 [W / m · K] (single crystal type). Is 4.0 to 4.7 × 10 ^-6 [/ K]. Also, for example, aluminum nitride has a thermal conductivity of about 160 to 170 [W / m · K] and a thermal expansion coefficient of 4.0 to 4.6 × 10 4. ^-6 [/ K]. Molybdenum has, for example, a thermal conductivity of about 140 to 170 [W / m · K] and a thermal expansion coefficient of 5.0 to 7.0 × 10. ^-6 [/ K]. The copper-tungsten composite material has, for example, a thermal conductivity of about 180 to 200 [W / m · K] and a thermal expansion coefficient of 5.1 to 8.3 × 10 5. ^-6 [/ K]. Thus, these preferred materials have a relatively high thermal conductivity and a thermal expansion coefficient very close to that of the laser diode 5 exemplified above. Therefore, such a suitable material satisfies both of the above requirements, and can be said to be suitable as a material of the heat sink 1 including the installation portion of the laser diode 5. In particular, diamond, a composite material of diamond-copper, silicon carbide, and the like have very appropriate thermal conductivity and thermal expansion coefficient, and are very suitable as the material of the heat sink 1 in terms of material characteristics.
[0052]
However, these preferred materials are expensive as compared with copper or the like, and thus, when used for the entire heat sink 1, there is a disadvantage that the manufacturing cost of the heat sink 1 is greatly increased.
[0053]
Therefore, the inventors of the present application focused on whether the deterioration of the laser diode 5 can be prevented by applying the above-mentioned preferable material to any range of the heat sink 1 in order to reduce the amount of use of the above-mentioned preferable material. I worked hard. As a result, it has been conceived that deterioration of the laser diode 5 can be sufficiently suppressed even when the above-mentioned suitable material is applied only in the vicinity where the laser diode 5 is mounted.
[0054]
From this point of view, in the heat sink 1 according to the present embodiment, the expensive suitable material is applied only to the submount portion 14 on which the laser diode 5 is mounted, for example. On the other hand, the material of the base portion 16, the plate 20, and the plate 30 other than the submount portion 14 is copper, gold-plated copper, tungsten sintered alloy, or the like, which is relatively inexpensive and has high thermal conductivity. It is used. In other words, in the heat sink 1, for example, a suitable material having excellent thermal conductivity and thermal expansion coefficient is applied only to a necessary minimum portion which can induce the deterioration of the laser diode 5 due to a difference in thermal expansion coefficient. For other parts, copper and the like having excellent thermal conductivity and cost performance are used with emphasis on high heat dissipation and low cost.
[0055]
Therefore, when the heat sink 1 is manufactured, the amount of use of expensive suitable materials can be significantly reduced, so that cost reduction can be achieved. Furthermore, since the heat sink 1 is entirely made of, for example, the above-mentioned preferable material or a material having high thermal conductivity such as copper and has excellent heat dissipation, the laser diode 5 can be effectively cooled. In addition, since the submount 14 located near the laser diode 5 is made of a suitable material having a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the laser diode 5, heat generated by driving the laser diode 5 and heat generated by the laser diode 5 The stress acting on the laser diode 5 due to a periodic temperature difference accompanying the operation / non-operation of the device can be reduced. For this reason, the heat sink 1 can also sufficiently suppress the deterioration of the characteristics of the laser diode 5.
[0056]
Next, based on FIG. 4, the joining method and the joining mode of the submount portion 14 and the base portion 16 of the plate 10 according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 4A is a perspective view illustrating a bonding state of the submount 14 and the base 16 according to the present embodiment. FIGS. 4B and 4C are perspective views showing another embodiment of the joining mode of the submount unit 14 and the base unit 16.
[0057]
As shown in FIG. 4, the plate 10 is formed by joining the separately formed submount portion 14 and base portion 16 to each other by, for example, diffusion bonding by Au metallization. The diffusion bonding is a method of bonding different metals by thermocompression bonding at a high temperature of, for example, about 500 to 1000 ° C. The joining method of the submount 14 and the base 16 is not limited to the example of the diffusion joining. For example, the joining is performed by using a fusion agent such as gold germanium or gold tin based solder material. May be. In this case, for example, the submount 14 may be subjected to a metallizing process on the material surface in advance by sputtering or plating.
[0058]
Next, the manner of joining the submount 14 and the base 16 will be described in more detail with three specific examples.
[0059]
First, in the joining mode shown in FIG. 4A, the joining section 160 of the base section 16 joined to the submount section 14 has, for example, a shape such that the shape in a horizontal cross section is substantially straight. That is, the joint 160 of the base 16 has a substantially planar shape, and the submount 14 and the base 16 are surface-joined, for example, on a single surface. By adopting such a joining mode, the shape of the base portion 16 can be made relatively simple, for example, a plate shape, so that the forming process of the base portion 16 becomes easy.
[0060]
In addition, in the joining mode shown in FIG. 4B, the joint portion of the base portion 16 joined to the submount portion 14 has, for example, a substantially U-shape formed so that the shape in a horizontal cross section is substantially U-shaped.嵌合 -shaped fitting portion 162 is provided. It can be said that the substantially U-shaped fitting portion 162 includes, for example, a pair of projecting portions projecting from both end portions of the joining portion of the base portion 16 and a depressed portion at the center. The substantially U-shaped fitting portion 162 is formed, for example, by cutting out a central portion of a joining portion of the base portion 16. Since the substantially U-shaped shape of the fitting portion 162 is formed, for example, so as to correspond to the outer shape of the submount portion 14, the submount portion 14 can be fitted to the fitting portion 162.
[0061]
By using such a fitting part 162 and joining the sub-mount part 14 and the base part 16 to each other in a fitted state, the sub-mount part 14 is, for example, substantially horizontally ( (In the width direction of the plate 10). Therefore, the strength of the plate 10 in the horizontal direction can be increased. Further, since the volume of the submount 14 can be made smaller so as to fit into the fitting portion 162, the amount of the above-described preferable material necessary for manufacturing one plate 10 can be further reduced. it can.
[0062]
Further, in the joining mode shown in FIG. 4C, for example, a substantially step-type fitting portion 164 having a step in the thickness direction of the plate 10 is provided at the joining portion of the base portion 16 to be joined to the submount portion 14. Is provided. The substantially stepped fitting portion 164 is formed, for example, by cutting and removing, for example, an upper portion of a joint portion of the base portion 16. Since the step of the fitting portion 164 is formed, for example, so as to correspond to the outer shape of the sub-mount portion 14, the sub-mount portion 14 can be fitted to the fitting portion 164.
[0063]
By using such a fitting portion 164 and joining the submount portion 14 and the base portion 16 to each other in a fitted state, the submount portion 14 is, for example, substantially perpendicular to the base portion 16 ( (The thickness direction of the plate 10). Therefore, the strength of the plate 10 in the vertical direction can be increased. Further, since the volume of the submount 14 can be made smaller so as to fit into the fitting portion 164, the amount of the above-mentioned preferable material required for manufacturing one plate 10 can be further reduced. it can.
[0064]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person skilled in the art can conceive various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims, and those changes naturally fall within the technical scope of the present invention. It is understood to belong.
[0065]
For example, in the above embodiment, the heat sink 1 has a three-layer structure in which, for example, three plates 10, 20, 30 are stacked, but the present invention is not limited to such an example. For example, the heat sink 1 may be configured by stacking a plurality of arbitrary plates (plate-shaped members), and may have, for example, a two-layer structure, a four-layer structure, a five-layer structure, and the like.
[0066]
In the above embodiment, the material of the submount 14 is, for example, diamond, a composite material of diamond-copper, molybdenum, a composite material of copper-tungsten, silicon carbide, or aluminum nitride. It is not limited to such an example. The material of the submount 14 may be, for example, silicon, a composite material of the above materials, or a compound semiconductor material such as gallium / arsenic or indium / phosphorus.
[0067]
In the above embodiment, the material of the main body (that is, the base 16, the plate 20, and the plate 30) of the heat sink 1 is, for example, copper, gold-plated copper, or a tungsten sintered alloy. It is not limited to such an example. The material of the main body of the heat sink 1 may be, for example, various metal materials such as aluminum, aluminum oxide, aluminum alloy, molybdenum, molybdenum alloy, or a composite material thereof.
[0068]
Further, in the above embodiment, the cooling water is used as the cooling liquid. However, the present invention is not limited to such an example. For example, various cooling liquids such as cooling oil may be used.
[0069]
Further, in the above embodiment, the water supply through-hole 40 and the drainage through-hole 50 are provided in the heat sink 1 so as to penetrate the entire heat sink 1, but the present invention is not limited to this example. The heat sink 1 may be configured so that the coolant supplied from the outside can be circulated and discharged to the internal water channel. For example, the presence / absence, position, and shape of the water supply through-hole 40 and the water supply / drainage through-hole 50 are provided. Can be variously changed. For example, the water supply through hole 40 may be provided only in the plate 30 to which the cooling liquid is supplied from the water cooling jig 7. Further, the drainage through-hole 50 may be provided only in the plate 10 for discharging the coolant, for example. Further, for example, the shape and configuration of the water cooling jig 7 can be variously changed in accordance with the manner of supplying and discharging the cooling liquid in the heat sink 1. Further, the direction in which the cooling liquid flows is not limited to the example in the above embodiment, and may flow in the opposite direction, for example.
[0070]
The water channels provided in the heat sink 1 are not limited to the above-described water channels 12, 22, and 32. For example, the shape, size, and position of the water channels can be variously changed.
[0071]
Further, in the above embodiment, three examples of the joining mode of the submount unit 14 and the base unit 16 have been described based on FIG. 4, but the joining mode of the submount unit 14 and the base unit 16 is described in this example. It is not limited to. For example, a notch of various shapes such as a substantially U-shape, a substantially V-shape, a substantially W-shape, an arbitrary convex shape or a concave shape is formed in a joint portion of the base portion 16 to form a sub-mount portion. 14 may be configured. Alternatively, for example, a groove in the plate width direction may be formed on the upper surface of the joint portion of the base portion 16 so that the submount 16 can be fitted into such a groove. Further, a fitting portion is formed by combining the substantially U-shaped fitting portion 162 shown in FIG. 4B and the substantially stepped fitting portion 164 shown in FIG. 4C. Is also good. In this case, for example, the strength of the plate 10 in both the horizontal direction and the vertical direction can be increased, and the amount of the suitable material used can be further reduced.
[0072]
Further, in the above embodiment, the example in which the fitting portions 162, 164 and the like are formed only in the base portion 16 of the plate 10 has been described, but the present invention is not limited to this example. For example, the above-mentioned various fitting portions may be formed using the entire body of the heat sink 1. That is, the above-mentioned various fitting portions may be formed, for example, over a plurality of plates 10, 20,... More specifically, for example, the substantially U-shaped fitting portion 162 is integrally formed on both the plate 10 and the plate 20 to form a substantially U-shaped space formed over the plate 10 and the plate 20. , The submount 14 may be fitted. Further, for example, by forming the joining portion of the plate 10 into a substantially linear joining portion 160 as shown in FIG. 4A and forming the above-mentioned substantially step-shaped fitting portion 162 on the plate 20, The submount 14 may be fitted in a step space formed over the plate 10 and the plate 20.
[0073]
Further, in the above embodiment, the submount 14 has, for example, a single-layer structure and is included only in the plate 10, but the present invention is not limited to such an example. For example, not only the main body of the heat sink 1 but also the submount 14 may have a laminated structure. That is, the submount 14 may be configured by, for example, laminating a plurality of subplates made of the above-described suitable material. In other words, a part of the submount 14 may be included not only in the plate 10 but also in the plate 20 and / or the plate 30, for example. In this case, for example, first, each of the sub-plates (corresponding to the base portion 16) such as the plates 10, 20, and 30 and each of the sub-plates forming a part of the sub-mount portion 14 are joined to form a plurality of sub-plates. The heat sink 1 may be formed by forming a plurality of plates and then laminating a plurality of plates formed as described above and a plate that does not include the submount portion 14 and joining them together.
[0074]
Further, in the above embodiment, the heat sink 1 has a laminated structure in which a plurality of plates are laminated, but the present invention is not limited to such an example. For example, the heat sink 1 may be composed of a main body formed integrally and a submount 14 joined to the main body, and may not have a laminated structure.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an expensive material such as diamond, diamond-copper composite material, molybdenum, copper-tungsten composite material, silicon carbide, or aluminum nitride is applied only to the submount. Thereby, the manufacturing cost of the laser diode cooling device can be significantly reduced. Further, the laser diode cooling device manufactured as described above can effectively cool the laser diode and also prevent deterioration of the laser diode characteristics due to a difference in the coefficient of thermal expansion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a laser diode cooling device according to a first embodiment.
FIGS. 2A to 2C are bottom views each showing three plates constituting a heat sink according to the first embodiment.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the heat sink according to the first embodiment.
FIG. 4A is a perspective view illustrating a joining mode of a submount unit and a base unit according to the first embodiment. FIGS. 4B and 4C are perspective views showing another embodiment of the joining mode of the submount unit and the base unit according to the first embodiment.
[Explanation of symbols]
1: Heat sink
5: Laser diode
10, 20, 30: Plate
12, 32: Waterway
14: Submount
16: Base part
22: slit
40: Water supply through hole
50: Through-hole for drainage
160: Joint
162: U-shaped fitting part
164: Substantially stepped fitting part

Claims

レーザーダイオードを冷却するレーザーダイオード冷却装置であって：
内部に冷却液を流すための水路が形成されている本体部と；
前記本体部に接合されるとともに，前記レーザーダイオードが装着されるサブマウント部と；
を備え，
前記サブマウント部のみが，ダイヤモンド，モリブデン，銅−タングステンの複合材料，ダイヤモンド−銅の複合材料，炭化珪素，および窒化アルミニウムからなる群から選択されるいずれか１つで形成されていることを特徴とする，レーザーダイオード冷却装置。A laser diode cooling device for cooling a laser diode, comprising:
A main body in which a water passage for flowing a cooling liquid is formed;
A submount unit joined to the main body unit and mounted with the laser diode;
With
Only the submount is formed of any one selected from the group consisting of diamond, molybdenum, copper-tungsten composite material, diamond-copper composite material, silicon carbide, and aluminum nitride. Laser diode cooling device.

前記サブマウント部の内部にも，前記水路が形成されていることを特徴とする，請求項１に記載のレーザーダイオード冷却装置。The laser diode cooling device according to claim 1, wherein the water passage is also formed inside the submount.

前記本体部は，銅，金メッキされた銅，およびタングステン焼結合金からなる群から選択されるいずれか１つで形成されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。3. The laser according to claim 1, wherein the body is formed of one selected from the group consisting of copper, gold-plated copper, and a tungsten sintered alloy. 4. Diode cooling device.

前記本体部及び／又は前記サブマウント部は，積層された複数のプレートから構成されていることを特徴とする，請求項１，２または３のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。4. The laser diode cooling device according to claim 1, wherein the main body and / or the submount is formed of a plurality of stacked plates.

前記サブマウント部の体積は，前記複数のプレートのうち前記サブマウント部と接合される前記本体部のプレートの体積より，小さいことを特徴とする，請求項４に記載のレーザーダイオード冷却装置。5. The laser diode cooling device according to claim 4, wherein a volume of the submount is smaller than a volume of a plate of the main body joined to the submount of the plurality of plates.

前記サブマウント部は，前記本体部に形成された略コの字形の嵌合部に嵌合されることを特徴とする，請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。The laser according to any one of claims 1, 2, 3, 4, and 5, wherein the submount is fitted into a substantially U-shaped fitting portion formed on the main body. Diode cooling device.

前記サブマウント部は，前記本体部に形成された略段差型の嵌合部に嵌合されることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５または６のいずれかに記載のレーザーダイオード冷却装置。7. The sub-mount unit according to claim 1, wherein the sub-mount unit is fitted into a substantially step-shaped fitting unit formed in the main body unit. Laser diode cooling device.