JP3798483B2

JP3798483B2 - 半導体レーザ装置

Info

Publication number: JP3798483B2
Application number: JP27944196A
Authority: JP
Inventors: 保夫国分; 稔生澤; 清二冨田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH10125996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばディスク状の記録媒体に対して光学的に情報の記録または再生を行なうための光ヘッド装置等に使用される半導体レーザ装置に係り、特にその駆動時の発熱による温度上昇を抑制するための放熱構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、首記の如き光ヘッド装置を搭載した光学式ディスクドライブ装置として、現在では、例えばＣＤ（Compact Disk）プレーヤ、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）プレーヤ、ＬＤ（Laser Disk）プレーヤ及びＤＶＤ（Didital Video Disk）プレーヤ等が、主流となっている。
【０００３】
図１１は、この種の光学式ディスクドライブ装置に使用される光ヘッド装置１１の光学系の詳細を示している。すなわち、この光ヘッド装置１１は、回転駆動される光ディスク１２の信号記録面に対向して設置されており、光源として半導体レーザ１１ａを備えている。
【０００４】
そして、光ディスク１２への情報の記録時には、半導体レーザ１１ａから照射されたレーザ光が、回折格子１１ｂ，光軸分離用の光学素子１１ｃ，立ち上げミラー１１ｄ，収差補正用の光学素子１１ｅ及び対物レンズ１１ｆを介して、光ディスク１２の信号記録面上に集光されることにより、光ディスク１２に対して情報の記録が行なわれる。
【０００５】
また、光ディスク１２からの情報の再生時には、上記のようにして光ディスク１２の信号記録面上に照射され反射されたレーザ光が、対物レンズ１１ｆ，光学素子１１ｅ，ミラー１１ｄ及び光学素子１１ｃを介して信号検出器１１ｇに受光され、電気的信号に変換されることにより、光ディスク１２に記録された情報の再生が行なわれる。
【０００６】
ここで、上記半導体レーザ１１ａ及び信号検出器１１ｇは、図１２に示すように、例えば銅等のような熱伝導性の高い材料で構成されたヒートシンク１３に接合されている。また、このヒートシンク１３には、半導体レーザ１１ａから照射されるレーザ光を検出するための光検出器１１ｈも接合されている。
【０００７】
このヒートシンク１３は、略円盤状に形成されたステム１４の中央部に接合されている。また、上記半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈは、ステム１４の周縁部にガラスハーメされた複数のピン１５，１５，……にワイヤーボンディングされており、この複数のピン１５，１５，……を介して外部との電気的接続が行なえるようになされている。
【０００８】
そして、上記した半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ，光検出器１１ｈ，ヒートシンク１３，ステム１４及び複数のピン１５，１５，……が、ＩＯＵ（Integrated Optical Unit ）と称される、放熱構造を有する半導体レーザユニット１７として一体化され、図示しないヘッド筐体内に組み込まれることになる。
【０００９】
ところで、上記した半導体レーザ１１ａに対する放熱構造では、複数のピン１５，１５，……をステム１４に対して絶縁して設置する必要がある。そして、この複数のピン１５，１５，……とステム１４とを絶縁するために、従来では、図１３に示すように、ピン１５をガラス１６によってステム１４から浮かせるように構成している。
【００１０】
しかしながら、このような構成の従来の放熱手段では、ヒートシンク１３とステム１４とを同じ材料で形成した場合、ガラス１６との熱膨張率の違いにより、変形等の不都合が生じるという問題がある。また、上記半導体レーザ１１ａの発熱に対して、ヒートシンク１３とステム１４との間に熱抵抗が発生するため、良好な熱伝導が得られず放熱が妨げられるという問題も生じている。
【００１１】
さらに、従来の放熱手段では、上記半導体レーザユニット１７をヘッド筐体内に組み込む際に、同じヘッド筐体内に支持される回折格子１１ｂ，光学素子１１ｃ，ミラー１１ｄ，光学素子１１ｅ及び対物レンズ１１ｆ等の各種の光学部品に対して、光軸を一致させるための位置決め調整を行なう必要があり、組み立て作業性が悪いという不都合もある。
【００１２】
なお、従来の光ヘッド装置としては、図１４に示すように、上記半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈ７をセラミックパッケージ１８に取り付け、このセラミックパッケージ１８をヘッド筐体に取着する構成のものもある。
【００１３】
そして、このような構成の光ヘッド装置の場合にも、セラミックパッケージ１８をヘッド筐体内に組み込む際に、同じヘッド筐体内に支持された各種の光学部品に対して位置決め調整を行なう必要があり、組み立て作業性が悪くなるという上記した不都合が生じることになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、半導体レーザに対する従来の放熱手段では、ヒートシンクとステムとが別部材であるため、接合部の熱抵抗により放熱が妨げられるとともに、製造工程において細かな位置決め作業が必要で、組み立て作業性が悪いという問題を有している。
【００１５】
この発明は上記事情を考慮してなされたもので、効率的で高い放熱効果を得ることができるとともに、半導体レーザの光学部品に対する位置決めを高精度でしかも容易に行なうことができる極めて良好な半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザが設けられる本体部とこの本体部に一体的に形成されたフランジ部とを有するヒートシンクを備えるとともに、このヒートシンクの本体部が挿通される挿通孔と半導体レーザに接続される配線パターンとが形成された基板を備え、基板の挿通孔に、ヒートシンクの本体部を挿通し、フランジ部を基板に取着するように構成している。
【００１７】
上記のような構成によれば、ヒートシンクのフランジ部が完全に露出した状態となるので、例えばヘッド筐体内等に設置した際に、フランジ部を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることにより、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【００１８】
また、この発明に係る半導体レーザ装置は、上記の構成において、ヒートシンクに筐体への取付部を設け、この取付部を半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように、筐体に支持させるようにしている。このため、半導体レーザは、ヘッド筐体内に支持される各種の光学部品に対して、その光軸を一致させるための位置決めが高精度でしかも容易に行なわれるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。すなわち、図１は、半導体レーザユニット１９を示している。この半導体レーザユニット１９は、セラミック基板２０の表面となる図中上面に、前述した半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈがそれぞれ接合された、ヒートシンク２１を突設している。
【００２０】
また、このセラミック基板２０の表面には、半導体レーザ１１ａ（例えばレーザダイオード等でなる）を駆動するための発振用ＩＣ（Integrated Circuit）２２や、信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈ（いずれも例えばフォトダイオード等でなる）から得られる電気的信号を、電流／電圧変換するためのＩ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３及びチップコンデンサ２４等の各種電子部品が搭載されている。
【００２１】
さらに、上記セラミック基板２０の表面には、ヒートシンク２１に接合された半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈ等の各種の電子素子や、発振用ＩＣ２２，Ｉ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３及びチップコンデンサ２４等の各種の電子部品に対して、それらの相互間の電気的接続を行なうための配線パターン２５が形成されている。
【００２２】
ここで、図２は、上記セラミック基板２０とヒートシンク２１との取り付けを示している。すなわち、ヒートシンク２１は、上記半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈ等がそれぞれ接合される本体部２１ａと、この本体部２１ａの図中下部に一体的に形成されるフランジ部２１ｂとを備えた構造となっている。
【００２３】
また、上記セラミック基板２０には、その略中央部に、ヒートシンク２１の本体部２１ａが挿通される挿通孔２０ａが形成されている。そして、ヒートシンク２１の本体部２１ａを、セラミック基板２０の裏面となる図中下面側から、つまり、発振用ＩＣ２２，Ｉ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３，チップコンデンサ２４及び配線パターン２５等が設けられていない面側から、挿通孔２０ａに挿通させる。
【００２４】
その後、ヒートシンク２１のフランジ部２１ｂを、セラミック基板２０の裏面にろう付けして固定する。これにより、ヒートシンク２１は、図１に示したように、その本体部２１ａがセラミック基板２０の表面側に突出されるようにして、セラミック基板２０に取着されることになる。このとき、セラミット基板２０上の配線と、ヒートシンク２１とは、特別な位置決めや処理を供なうことなく、絶縁されている。
【００２５】
なお、上記セラミック基板２０の表面側に設置される、半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ，光検出器１１ｈ，発振用ＩＣ２２，Ｉ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３及びチップコンデンサ２４等の各種の電子素子や電子部品は、窒素雰囲気中に図示しない金属円筒によって一体的に封止される構成とすることによって、シールド効果を得られるようになされている。
【００２６】
上記した第１の実施の形態のような構成によれば、ヒートシンク２１のフランジ部２１ｂの底面が完全に露出しているので、半導体レーザユニット１９を図示しないヘッド筐体内に設置した際に、フランジ部２１ｂの底面を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることにより、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【００２７】
また、同一セラミック基板２０上に、ヒートシンク２１を介して、半導体レーザ１１ａ，信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈ等の各種の電子素子を設置するとともに、発振用ＩＣ２２，Ｉ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３及びチップコンデンサ２４等の各種の電子部品を、それぞれ設置するようにしている。
【００２８】
このため、半導体レーザ１１ａとそれを駆動する発振用ＩＣ２２とが近接して設置されるので、発振用ＩＣ２２が伝送経路による高周波損失なく半導体レーザ１１ａを駆動することができる。また、信号検出器１１ｇ及び光検出器１１ｈとＩ／Ｖ変換増幅用ＩＣ２３とも近接して設置されるので、やはり伝送経路による信号損失を低減することができる。
【００２９】
次に、図３は、この発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、上記セラミック基板２０には、その裏面に沿って取付用フランジ部２１ｃが設置されている。この取付用フランジ部２１ｃは、その両端部が、セラミック基板２０の長手方向の両端部からはみだすような長さに設定されている。
【００３０】
ここで、この取付用フランジ部２１ｃは、図４に示すように、ヒートシンク２１のフランジ部２１ｂの底面に一体的に形成されているものである。また、この取付用フランジ部２１ｃの長手方向の両端部には、後述するヘッド筐体への取り付けに利用される、位置決め用の透孔２１ｃ１，２１ｃ２がそれぞれ形成されている。
【００３１】
そして、前述したように、ヒートシンク２１の本体部２１ａをセラミック基板２０の挿通孔２０ａに挿通し、フランジ部２１ｂをセラミック基板２０にろう付けして、ヒートシンク２１をセラミック基板２０に取着することによって、図５に示されるように、取付用フランジ部２１ｃがセラミック基板２０と一体化されることになる。
【００３２】
上記のように構成された半導体レーザユニット１９は、図６に示すように、ヘッド筐体に取り付けられている。すなわち、ヘッド筐体には、上記取付用フランジ部２１ｃの長手方向の両端部に対応する位置に、台座部２６ａ，２６ｂがそれぞれ形成されている。これら台座部２６ａ，２６ｂには、位置決め用のピン２６ａ１，２６ｂ１がそれぞれ突設されている。
【００３３】
そして、上記取付用フランジ部２１ｃの両端部に形成された透孔２１ｃ１，２１ｃ２に、台座部２６ａ，２６ｂのピン２６ａ１，２６ｂ１をそれぞれ挿通させた状態で、取付用フランジ部２１ｃの両端部を台座部２６ａ，２６ｂに接着またはねじ２７ａ，２７ｂにより螺着することによって、半導体レーザユニット１９がヘッド筐体内に取り付けられるようになる。
【００３４】
上記した第２の実施の形態のような構成によれば、半導体レーザユニット１９をヘッド筐体内に設置した際に、第１の実施の形態と同様に、取付用フランジ部２１ｃの底面を開放したり、または、例えば図示しない冷却素子や放熱部材を接触させたりすることによって、効率的で高い放熱効果を得ることができるようになる。
【００３５】
また、半導体レーザユニット１９は、その取付用フランジ部２１ｃの透孔２１ｃ１，２１ｃ２に、台座部２６ａ，２６ｂのピン２６ａ１，２６ｂ１をそれぞれ挿通させることによって、同じヘッド筐体内に支持される各種の光学部品に対して、光軸を一致させるための位置決めが行なわれるので、半導体レーザユニット１９の位置決めが高精度でしかも容易に行なわれることになる。
【００３６】
次に、図７は、この発明の第３の実施の形態を示すもので、第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、上記取付用フランジ部２１ｃの底面には、半導体レーザ１１ａの発光点に対応する仮想中心点Ｏ１が設定される。
【００３７】
この仮想中心点Ｏ１は、半導体レーザユニット１９がヘッド筐体内に取り付けられた状態で、同じヘッド筐体内に支持された図示しない各種の光学部品の光軸に対応した仮想中心点Ｏ２と一致されるように設定されている。そして、取付用フランジ部２１ｃの長手方向の一方の端面は、仮想中心点Ｏ１から半径Ｒ１の円弧状に形成されている。
【００３８】
また、ヘッド筐体内には、この半径Ｒ１の円弧状に形成された端面をガイドするガイド部２８ａが形成されている。さらに、取付用フランジ部２１ｃの長手方向の他方の端面は、仮想中心点Ｏ１から半径Ｒ２の円弧状に形成されている。そして、ヘッド筐体内には、この半径Ｒ２の円弧状に形成された端面をガイドするガイド部２８ｂが形成されている。
【００３９】
このため、上記半導体レーザユニット１９は、ヘッド筐体内に取り付けられる際に、取付用フランジ部２１ｃの長手方向の両端面がそれぞれガイド部２８ａ，２８ｂによって、仮想中心点Ｏ１を中心に回動するようにガイドされるので、半導体レーザ１１ａの光学部品に対する位置を決めるための微調整を行なうことができるようになる。
【００４０】
次に、図８（ａ），（ｂ）は、この発明の第４の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して示している。すなわち、ヒートシンク２１のフランジ部２１ｂの底面で、半導体レーザ１１ａの発光点に対応する部分に、略円筒形状の凹部２１ｄを形成している。
【００４１】
また、略平板状の取付板２９が用意されている。この取付板２９は、その両端部がヘッド筐体に支持されることにより固定されている。そして、この取付板２９の略中央部には、ヒートシンク２１の凹部２１ｄに遊挿される略円柱形状の突部２９ａが形成されている。
【００４２】
このため、ヘッド筐体内に固定された取付板２９の突部２９ａに、ヒートシンク２１の凹部２１ｄを遊挿させることにより、半導体レーザユニット１９が取付板２９の平面に沿って回動される。これにより、半導体レーザ１１ａの、ヘッド筐体内に支持された各種の光学部品に対する位置を決めるための微調整を行なうことができるようになる。
【００４３】
この場合、半導体レーザ１１ａの回動中心部上である、半導体レーザ１１ａが出射するレーザ光の光軸延長線上のヒートシンク２１の一部に、凹部２１ｄによる回動基準部を設けるようにしたので、同じ形状精度で図７のように周縁部に回動基準を設ける場合に比して、部材の形状精度による軸ずれを緩和することができ、回動の精度を手軽に向上させることができる。また、回動基準の構造を小形化することもできる。
【００４４】
次に、図９は、この発明の第５の実施の形態を示している。すなわち、セラミック基板３０には、ヒートシンク３１が取り付けられている。このヒートシンク３１は、前記半導体レーザ１１ａ等の電子素子が接合される本体部３１ａと、この本体部３１ａの一方面から突出して、セラミック基板３０の中央部に形成された透孔３０ａを挿通する脚部３１ｂとを備えた構造となっている。
【００４５】
そして、このヒートシンク３１は、その脚部３１ｂがセラミック基板３０の透孔３０ａを挿通した状態で、その本体部３１ａがセラミック基板３２にろう付けされて固定されている。また、ヒートシンク３１の脚部３１ｂの中央部には、略円柱形状の突部３１ｃが形成されている。
【００４６】
ここで、図９において、符号３２はヘッド筐体である。このヘッド筐体３２には、その一端部に、ヒートシンク３１の脚部３１ｂに対向する台座３２ａが形成されており、この台座３２ａの略中央部には、ヒートシンク３１の突部３１ｃが遊挿される挿通孔３２ｂが形成されている。
【００４７】
そして、ヒートシンク３１の突部３１ｃをヘッド筐体３２の挿通孔３２ｂに挿通させ、ヒートシンク３１の脚部３１ｂをヘッド筐体３２の台座３２ａに接触させた状態で、セラミック基板３０に対して、脚部３１ｂを台座３２ａに圧接させる付勢力が、板ばね３３によって与えられている。
【００４８】
このような構成によれば、まず、ヒートシンク３１の脚部３１ｂが、板ばね３３によってヘッド筐体３２の台座３２ａに圧接されるため、脚部３１ｂと台座３２ａとの間の熱抵抗が低くなり、効率的で高い放熱効果を得ることができる。また、突部３１ｃを中心としてヒートシンク３１を回転させることにより、半導体レーザ１１ａのヘッド筐体３２内における位置調整を行なうことができるが、圧接されているので位置を決めた後にぐらついてずれることがない。
【００４９】
次に、図１０は、この発明の第６の実施の形態を示している。すなわち、セラミック基板３４には、その透孔３４ａに裏面側からヒートシンク３５の本体部３５ａが挿通され、フランジ部３５ｂがろう付けされている。なお、セラミック基板３４の表面側に突出したヒートシンク３５の本体部３５ａは、セラミック基板３４に取着されたケース３４ｂによって覆われ、図示しない金属円筒により窒素封止されている。
【００５０】
ここで、上記ヒートシンク３５のフランジ部３５ｂの底面は、冷却素子であるペルチェ素子３６の一方のプレート３６ａに接触されている。また、このペルチェ素子３６の他方のプレート３６ｂは、ヘッド筐体３７に形成された台座３７ａに接触されている。
【００５１】
そして、プレート３６ｂの中央部には、略円柱形状の突部３６ｃが形成され、台座３７ａには、突部３６ｃが遊挿される挿通孔３７ｂが形成されている。このプレート３６ｂの突部３６ｃを台座３７ａの挿通孔３７ｂに挿通させた状態で、プレート３６ｂが台座３７ａに圧接されるように、セラミック基板３４に付勢力が与えられている。
【００５２】
このような構成によれば、まず、ペルチェ素子３６に一定電流を流すことにより、ヒートシンク３５からヘッド筐体３７への熱伝達が良好に行なえるようになるので、効率的で高い放熱効果を得ることができる。また、突部３６ｃを中心としてヒートシンク３５を回転させることにより、半導体レーザ１１ａのヘッド筐体３７内における位置調整を行なうことができる。
なお、この発明は上記した各実施の形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、効率的で高い放熱効果を得ることができるとともに、半導体レーザの光学部品に対する位置決めを高精度でしかも容易に行なうことができる極めて良好な半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る半導体レーザ装置の第１の実施の形態を示す斜視図。
【図２】同第１の実施の形態における半導体レーザユニットを示す分解斜視図。
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す斜視図。
【図４】同第２の実施の形態における半導体レーザユニットを示す分解斜視図。
【図５】同半導体レーザユニットの詳細な構成を示す側面図。
【図６】同半導体レーザユニットのヘッド筐体への取付手段を示す分解斜視図。
【図７】この発明の第３の実施の形態を示す分解斜視図。
【図８】この発明の第４の実施の形態を示す構成図。
【図９】この発明の第５の実施の形態を示す側断面図。
【図１０】この発明の第６の実施の形態を示す側断面図。
【図１１】光ヘッド装置の詳細を示す構成図。
【図１２】同光ヘッド装置における従来の放熱手段を示す斜視図。
【図１３】同従来の放熱手段の詳細な構成を示す側断面図。
【図１４】光ヘッド装置の他の例を示す平面図。
【符号の説明】
１１…光ヘッド装置、
１２…光ディスク、
１３…ヒートシンク、
１４…ステム、
１５…ピン、
１６…ガラス、
１７…半導体レーザユニット、
１８…セラミックパッケージ、
１９…半導体レーザユニット、
２０…セラミック基板、
２１…ヒートシンク、
２２…発振用ＩＣ、
２３…Ｉ／Ｖ変換増幅用ＩＣ、
２４…チップコンデンサ、
２５…配線パターン、
２６ａ，２６ｂ…台座部、
２７ａ，２７ｂ…ねじ、
２８ａ，２８ｂ…ガイド部、
２９…取付板、
３０…セラミック基板、
３１…ヒートシンク、
３２…ヘッド筐体、
３３…板ばね、
３４…セラミック基板、
３５…ヒートシンク、
３６…ペルチェ素子、
３７…ヘッド筐体。

Claims

半導体レーザが設けられる本体部とこの本体部に一体的に形成されたフランジ部とを有するヒートシンクを備えるとともに、このヒートシンクの本体部が挿通される挿通孔と前記半導体レーザに接続される配線パターンとが形成された基板を備え、前記基板の挿通孔に、前記ヒートシンクの本体部を挿通し、前記フランジ部を前記基板に取着するように構成してなることを特徴とする半導体レーザ装置。
前記ヒートシンクには、筐体に支持される取付用フランジ部が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記取付用フランジ部は、前記半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように、前記筐体に支持されることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
前記ヒートシンクは、筐体に固定された取付板に対して、前記半導体レーザの発光点を中心に回動可能となるように支持されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記ヒートシンクと前記取付板とは、一方に凹部が形成され他方に突部が形成され、該凹部と突部とを遊嵌させて回動させる構成であることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ装置。
前記ヒートシンクには、前記筐体に圧接される脚部が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記フランジ部と筐体との間には、冷却素子が介在されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記基板の一方の面には、前記半導体レーザの駆動用回路が取り付けられ、前記配線パターンを介して前記半導体レーザに接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
前記半導体レーザが出射するレーザ光の光軸延長線上の前記ヒートシンクの一部に回動基準部を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。