发光装置、光学扫描装置以及成像装置的制作方法

专利名称：发光装置、光学扫描装置以及成像装置的制作方法
技术领域：
本发明总地来说涉及发光装置、光学扫描装置以及成像装置。特别 地，本发明涉及具有改进了散热特性的发光装置、光学扫描装置以及成像 装置。
背景技术：
垂直腔表面发射激光器(VCSEL;下文中被称为表面发射激光器)沿 着垂直于半导体衬底的方向发射激光。与沿着平行于所述半导体衬底的方 向发射激光的边缘发射半导体激光器相比，所述表面发射激光器成本低、 消耗能量小、更好实施以及尺寸较小。因此，所述表面发射激光器作为例 如光通信和/或打印机写入的光源在近年来越来越受到重视。
特别地，使用表面发射激光器实现半导体激光元件的二维阵列结构， 而这对于所述边缘发射半导体激光器来说是不可能的。所述表面发射激光 器元件的二维阵列结构允许光源高密度的集成，因此实现高输出激光振 荡。
当表面发射激光器元件被布置成二维时，从较小的区域中产生大量的 热，因此需要充分散热。如果所述表面发射激光器散热不充分，每个表面 发射激光器元件的温度会增加。结果，在单独的表面发射激光器元件中更 难发生载流子感应发射，导致发射效率降低。振荡波长也会波动，或所述 元件自身的使用寿命会缩短。
因此，为了防止所述表面发射激光器元件的温度升高，不仅所述表面 发射激光器本身的特性是很重要，而且表面发射激光器的封装应当具有较 高的耐久性以及优良的散热特性。
在这方面，陶乾封装提供了比由例如树脂的有机材料制成的有机封装 优良的耐久性、散热特性、以及抗热和抗腐蚀性。因此，所述陶瓷封装适 合于安装所述表面发射激光器元件。
日本专利申请^^开说明书第2004-228549号^Hf 了 一种用于安装例如传统表面发射激光器元件的的发光元件的陶瓷封装。该陶资封装包括该封 装上表面上的中心部分处的空腔(此后被称为"开口部分")，其中放置有 发光元件。在该开口部分的底部表面的大致中心部分，通过金属化处理形
成导体层以提供其上邦定(bonding)发光元件的安装部分。围绕作为所述安 装部分的所述导体层的区域被金属化处理(在金属布线形成步骤中)以形 成用于引线邦定的导体层。
予以制造:首二 具有穿孔部分的原^"片被层叠以形成开口部分，一因此获
得层叠体。所述层叠体的开口部分中的底部表面涂有例如用于通过丝网印 刷方法形成金属层(金属布线层)的导电膏。如此涂有导电膏的原料片然 后在高温下被煅烧，获得具有金属层的陶瓷烧结体。
当发光装置通过将表面发射激光器安装在以上陶瓷封装中得以构造而 成时，存在以下问题。即，当所述表面发射激光器被安装在上述陶瓷封装 的安装部分中时，与使用树脂的有机封装相比，散热仅取决于具有优良散 热特性的陶瓷材料，并取决于所述安装部分中的共用电极。没有采取其他 措施以有效地改进散热特性，导致不能充分散热。
前述共用电极是结合其中布置多个表面发射激光器元件的表面发射激 光器的下部电极的单个电极。当所述表面发射激光器被安装在所述陶瓷封 装中时，所述共用电极一般被安装在底侧上并通过焊接或使用导电粘合剂 被电连接和热连接到陶瓷封装的接地端子。因此，在此情况下，所述表面 发射激光器的共用电极经由所述陶瓷封装的接地端子和接地布线被电连接 到地。然而，所述接地端子和接地布线具有有限的横截面面积，该面积限 制可以经由所述接地端子和接地布线散出的表面发射激光器所产生的热 量。
另外，当具有所述表面发射激光器的陶瓷封装被安装在印刷电路板上 时，由于对应于发光的打开和关闭，温度反复地升高和降低，通过所述陶 瓷封装和所述印刷电路板之间的热膨胀系数不同而产生反复应力。该应力 聚集在焊接在一起的所述印刷电路板和所述陶瓷封装之间的端子电极周 围，导致焊接部分损坏。
而且，当所述表面发射激光器被用作光通信或打印机写入的光源时， 所述发光方向会改变，当与光学部件结合时需要单独调节，因此降低了生产率。
在通过前述原料片层叠方法形成的陶瓷封装中，后表面、安装表面以 及上表面是由所述原料片表面形成的，在这种情况下能够保证平行度。所 述表面发射激光器具有沿着垂直于所述半导体衬底表面的方向发光的特 性。因此，当所述表面发射激光器被安装在设置于所述陶乾封装中的开口 部分的底面上的安装部分上，所述发射光基本垂直于所述陶资封装的底面 或上表面。
然而，当形成穿透电极作为从所述开口部分中的底面到其背面穿透所 述陶瓷封装的散热电极时，所述穿透电极周围区域通过在原料片中形成过 孔的工艺得以升高，因此产生表面不规则。如果所迷表面发射激光器被安 装在该升高部分，所述表面发射激光器会被倾斜，以使光的发射方向也相 对于所述陶瓷封装的上表面的法向得以倾斜。

发明内容
本发明的一般目的是提供一种发光装置、光学扫描装置以及成像装 置，其中一个或更多前述问题得以消除。
本发明更具体的目的是提供一种具有优良散热特性的发光装置、光学 扫描装置以及成像装置，其中防止了由热膨胀系数的不同引起的焊接部分 的损坏，并且不会引起发光方向的倾斜。
根据本发明的一个方面，发光装置包括表面发射激光器，该表面发 射激光器具有设置在其上表面上的多个单独的电极以及设置在其下表面上 的共用电极；以及陶瓷封装，该陶瓷封装具有开口部分以及设置在所述开 口部分的底面上用于安装所述表面发射激光器的金属安装部分。
所述表面发射激光器的共用电极被电连接于所述安装部分。所迷陶瓷 封装包括设置在所述陶瓷封装背面上的边缘处的第一背面电极、以及设置 在所述陶瓷封装的背面的中心部分处的背面散热电极。所述共用电极电连 接的安装部分经由共用电极引线被电连接到设置在所述陶瓷封装的背面上
的边缘处的第二背面电极。
所述安装部分还经由在所述开口部分的底面和所述陶瓷安装件的背面 之间穿过陶瓷封装的穿透电极被热连接到背面散热电极。
根据本发明的另 一方面，用光扫描被扫描表面的光学扫描装置包括以上的发光装置；被配置成偏转由该发光装置发射的光的偏转器；以及被配
置成将由偏转器偏转的光汇集在所述扫描表面上的光扫描系统。
仍根据本发明的另一方面， 一种成像装置包括上述光学扫描装置，以 及具有被扫描表面的图像载体。所述光学扫描装置用具有有关图像信息的 光来扫描图像载体的被扫描表面，以在所述图像载体的被扫描表面上形成 图像。


当结合附图阅读时，对本领域技术人员来说，本发明的这些或其他目
的、特征和优点将从本发明的以下详细描述显而易见，其中 图l是根据本发明的第一实施方式的发光装置的平面图； 图2示意性地表示根据所述第一实施方式的发光装置的背面； 图3是沿着图1的线A-A得到的根据所述第一实施方式的发光装置的
横截面图4是由图1的虚线包围的区域S的放大平面图5是根据所述第一实施方式的发光装置的另一横截面图6是表示根据所述第一实施方式的发光装置中的穿透电极周围的高
度中的变化的曲线图7是根据安装在印刷电路板上的第一实施方式的发光装置的组件的
横截面；
图8A表示所述第一实施方式的第一变型的例子； 图8B表示所述第一实施方式的第一变型的另一例子； 图9是沿着图8A的线B-B得到的所述第一实施方式的第一变型的发 光装置的横截面图10示意性表示根据所述第一实施方式的第二变型的发光装置的背
面；
图11是根据所述第一实施方式的第二变型的发光装置的横截面图； 图12是安装在印刷电路板上的根据所述第一实施方式的第二变型的 发光装置组件的横截面图13是根据所述第一实施方式的第三变型的发光装置的横截面图； 图14是根据本发明的第二实施方式的光学扫描装置的横截面图；图l5表示其上布置有表面发射激光器元件的根据所述第二实施方式 的光学扫描装置的表面发射激光器阵列，图示了所述表面发射激光器元件 和所述扫描方向之间的关系；以及
图16示意性表示根据本发明的第三实施方式的作为成像装置的激光 打印才几。
具体实施例方式
本发明的实施方式是参照附图予以描述的，其中在这些附图中相同的 附图标记表示相同或对应的部件。 (第一实施方式)
参照图1到4，描述了根据本发明的第一实施方式的发光装置50。图 1是发光装置50的示意性平面视图。图2表示发光装置50的背面。图3 表示沿着图1的A-A线截取的横截面图。图4是发光装置50的平面图， 其表示由图1中的虛线包围的区域S的放大视图。
参照图1到3，发光装置50包括表面发射激光器阵列10以及用于安 装该表面发射激光器阵列10的陶瓷封装20。表面发射激光器阵列10包括 多个表面发射激光器元件11、与多个表面发射激光器元件11对应的多个 单独的电极12，以及共用电极13。陶瓷封装20包括封装衬底21、安装部 分31、背面电极32、背面散热电极33、单独的电极引线34、共用电极引 线35以及穿透电极36。表面发射激光器阵列10被安装在所述安装部分 31上并经由导电粘合剂或通过焊接被电连接和热连接到所述安装部分 31。
如图4所示，所述表面发射激光器元件11被二维地布置在集成半导体 衬底上。这将随后参照所述第二实施方式予以描述，所述发光装置50在 光学扫描装置900中可以起到光源单元110的作用。
根据本实施方式，表面发射激光器元件11可以布置成4行x 10列的 阵列，如图4所示。当表面发射激光器阵列10被安装到根据所述第二实 施方式的光学扫描装置900中时，所述行方向和所述列方向分别对应于被 扫描表面上的主扫描方向和副扫描方向。表面发射激光器元件11以阶梯 方式沿着副扫描方向交错。表面发射激光器阵列IO可以具有1.2平方毫米 的芯片尺寸。每个表面发射激光器元件11可以具有25平方微米的元件尺寸。
参照图3，所述封装衬底21包括衬底底部24和一体形成在所述衬底 底部24的上周边表面上的衬底凸起部分25。由所述衬底凸起部分25包围 的衬底底部24之上的空间提供封装衬底21的开口部分22。台阶部分形成 在衬底凸起部分25中，允许封装盖23以锁定方式放置，因此封闭了开口 部分22。
由衬底凸起部分25包围并限定开口部分22的衬底底部24的上表面 #1称为开口部分22的底面26。
封装村底21是由具有比有机材料导热性更高的材料制作而成，例如 铝烧结体或氮化铝烧结体。
封装盖23保护表面发射激光器阵列10以及其为让来自表面发射激光 器阵列10的激光向上从所述陶瓷封装20发射出去提供窗口。封装盖23 仅需要对由表面发射激光器阵列10发射的激光是透明的并且不另外特别 地限定。封装盖23可以包含透明的无机材料例如光学玻璃、硅石玻璃或 氧化铝单晶(所谓的"蓝宝石玻璃")的衬底。
安装部分31是通过使底面26的中心部分金属化予以形成的。安装部 分31起到电连接于表面发射激光器阵列10的背面上的共用电极13的电 极的作用，以及为表面发射激光器阵列IO提供基座。安装部分31在平面 视图中具有盖住所述表面发射激光器阵列10的整个背面的尺寸。平面视 图中的安装部分31的尺寸可以是2.4平方毫米。
参照图2,多个背面电极32可以以预定的间隔设置在陶瓷封装20的 背面上的周边边缘。背面电极32可以用来将发光装置50安装在外部衬底 上或用来连接到外部连接线。背面电极32的数量没有特别限定。例如， 十二个背面电极32以预定间隔设置在方形封装衬底21的每个边。在12 个中，内部的10个可以用来与对应的单个电极12相连接。在此情况下， 总数为40个的单独电极12被连接到所有各边周围的背面电极32。
在此情况下，在所述方形的每条边的每个端部处的背面电极中的两个 被指定为32a,或总数为八个的背面电极32a被连接到共用电极13而不是 表面发射激光器元件11的单独电极12。
如图2所示，背面散热电极33基本在陶瓷封装20的背面的整个范围 内延伸。所述背面散热电极33经由穿透电极36被热连接到安装部分31，这将在后面予以描述，以便将由发光装置50产生的热散出。当整个的背 面散热电极33被连接到用于将印刷电路板的热散出的端子电极时，所述 背面散热电极33还作用为防止所述陶乾封装20的背面电极32和所述印 刷电路板的端子电极之间的焊料损坏或剥落。所述焊接部分的损坏或剥落 是由于当与发光的打开和关闭对应而温度升高和降低时陶乾封装20和所 述印刷电路板之间热膨胀系数不同所引起的。
背面散热电极33与在陶瓷封装20的背面的边缘处的背面电极32分 离开预定距离。因此，背面散热电极33在形状上类似于陶乾封装20。
如图1和3所示，所述单独的电极引线34被布置在衬底底部24的上 表面上并与安装部分31间隔开。具体地说，每个单独的电极引线34从距 离安装部分31的外部周边预定距离的点处朝向陶瓷封装20的边缘延伸， 并且彼此没有交叉。单独的电极引线34进一步延伸直到它们抵达封装衬 底21的边，并且然后绕封装衬底21的下部边缘转动，最终在封装衬底21 的背面上的边缘处抵达背面电极32。
单独的电极引线34以一对一的关系将多个表面发射激光器元件11的 单独的电极12连接到封装衬底21的背面上的边缘处的多个背面电极32。 每个单独的电极12经由引线37被引线邦定到对应的电极引线34。平面视 图中的单独电极引线34的图案形状没有特别限定。示于图1到4的径向 图案只是一个例子，在此所述单个电极引线34从所述封装衬底的中心朝 向所述边缘径向延伸以便减小布线距离。
如图1所示，共用电极引线35被布置在衬底底部24上并电连接到安 装部分31。具体地说，共用电极引线35从基本为方形的安装部分31的四 个角的每一个的顶点的周围被抽出。共用电极引线35进一步从其延伸， 并且没有交叉于任何的单个电极引线34，直到它们被抽出到封装衬底21 的边上。共用电极引线35然后围绕封装衬底21的边的下部边缘旋转，并 且最终被连接到封装衬底21的背面上的边缘处的背面电极32。
共用电极引线35将形成在表面发射激光器阵列10的背面上的表面发 射激光器元件11的共用电极13连接到封装衬底21的背面的每条边的端 部处的总共8个背面电极32a上。共用电极引线35在平面视图中的图案形 状没有特别限定。示于图1到4的径向模式只是一个例子，其中共用电极 引线35从所述封装衬底的中心朝向所述边缘径向延伸以便减小布线距离。
穿透电极36在所述开口部分的底面和所述陶瓷封装20的背面之间穿 过衬底底部24。穿透电极36将安装部分31热连接到背面散热电极33。 穿透电极36布置在安装部分31的没有安装表面发射激光器阵列10的区 域之下。具体地说，如图1所示，在平面视图中，穿透电极36被设置成 它们围绕被安装在安装部分31的中心处的表面发射激光器阵列10。根据 本实施方式，可以形成总共8个穿透电极36,如图1所示。
如上所述，表面发射激光器阵列10的共用电极13被初始电连接和热 连接到安装部分31。安装部分31经由所述穿透电极36被电连接和热连接 到背面散热电极33。因此，由表面发射激光器阵列10产生的热经由安装 部分31和穿透电才及36 ^^皮传递到背面散热电极33。
在没有穿透电极36和背面散热电极33的情况下，由表面发射激光器 阵列10产生的热会经由安装部分31和共用电极引线35被传递到接地的 背面电极32a。在此情况下，所述热传递路径具有较小的横截面面积，并 且热不能有效散出。
因此，所述穿透电极36和背面散热电极33允许由表面发射激光器阵 列10产生的热经由安装部分31和穿透电极36被有效地传递。因此，表 面发射激光器阵列10的温升能得到控制并且能抑制表面发射激光器阵列 IO恶化，因此延长了表面发射激光器阵列IO的寿命。
此后，描述包括封装衬底21的金属化处理的陶瓷封装的制造方法。
封装衬底21没有特别限定，并可以包括已知的陶瓷封装。用于所述 封装衬底的材料的例子包括HTCC (高温共同烧结陶瓷(Co-fired ceramic)),其包含氧化铝作为主要成分；LTCC (低温共同烧结陶瓷)，其 是玻璃和铝的复合材料；以及ALN封装，其包含氮化铝作为主要成分。
在HTCC封装的情况下，通过将几个重量百分比的作为烧结辅助剂的 氧化锰、硅石、氧化镁以及氧化钙的粉末的每一种与氧化铝粉末混合作为 材料粉末。在LTCC封装的情况下，可以使用包含分散形式的玻璃和陶瓷 粉末的混合物粉末。在ALN封装的情况下，通过将几个重量百分比的作 为烧结辅助剂的Y203和CaO粉末每一种与ALN粉末混合而得到材料粉 末。
本领域内已知的 一种有机粘合剂和溶剂被添加到材料粉末中并被捏制(kneaded)以调制浆液。此后，原料片通过已知的刮刀方法由所述浆液制造 而成。另外，有机粘合剂可被添加到所述混合物粉末中，并且原料片可以 通过本领域内已知的压制成形或滚压而制造而成。
为了在所述封装衬底中形成穿透电极，在制造原料片之后，直径为50 到250微米的过孔是通过使用微型钻形成的或通过使用模具沖压得以形 成。在本实施方式中，可以形成直径为200孩i米的过孔。
因此设置在所述原料片中的过孔然后被填注导电胶，并且该导电胶是 通过例如丝网印刷或凹版印刷得以施加以形成所希望的布线模式。
所述导电胶可以包括鴒或钼作为导电成分。为了在所述氧化铝烧结体 和所述导体层之间实现更高的粘结，百分之十重量的氧化铝粉末可以被添 加到所述导电胶。在LTCC封装的情况下，可以使用银或铜。
此后，当适当定位的同时，印制有导电胶的原料片被层叠并被压合， 以此获得层叠体。该层叠体然后被煅烧以使所述原料片变为陶瓷形式，因 此获得封装衬底。在HTCC封装的情况下，可以在大约1600摄氏度的温 度下进行煅烧。在LTCC封装的情况下，煅烧温度大约为850摄氏度。在 ALN封装的情况下，煅烧温度可以是大约1800摄氏度。
在例子中，形成在所述封装衬底上的导体层的表面然后被镀镍，并且 该表面为了金属化处理进一步镀金(Au)。由此制备的封装衬底21的安装 部分31然后被涂覆导电胶，并且所述表面发射激光器阵列10被安装在安 装部分31上。然后进行固化(使用烤箱在100到200摄氏度下进行几十 分钟)，因此所迷表面发射激光器阵列10被连接到安装部分31。此后，开 口部分22的底面上的单独电极引线34通过引线邦定经由导线37被电连 接到表面发射激光器阵列10的单独电极12。
最后，开口部分22被封装盖23封闭，其可以由透明衬底做成。封装 盖23然后可以用树脂密封住。因此，获得发光装置，在此表面发射激光 器阵列10被安装在陶瓷封装20。
参照图1、 5和6，描述了根据本实施方式的发光装置的机构，用于将 激光发射的方向与所述陶瓷封装的开口部分中的底面的法向方向平行对 准。
图5表示根据本实施方式的发光装置的示意性横截面。图6是表示绘 出所述发光装置的穿透电极附近的高度的曲线图。如图6所示，凸起部分R具有大约5微米的高度，其在每个穿透电极 36的IOO到150微米内。这些凸起R是在在制造原料片之后通过由微型钻 或用模具冲压形成过孔时得以产生的，或当所述过孔填充所述导电胶并且 该导电月交通过印刷而施加时得以产生的。
如果表面发射激光器阵列10安装成使得表面发射激光器阵列10的背 面局部地靠在穿透电极36周围的凸起部分R上，表面发射激光器阵列10 的背面会相对于所述开口部分的底面26倾斜。结果，从表面发射激光器 阵列10发射出的光会相对于所述陶瓷封装20的上表面或背面的法向方向 倾斜。因此，表面发射激光器阵列10需要被安装成使得表面发射激光器 阵列10的背面的任何部分都没有靠在穿透电极36周围的凸起部分R。因 此，根据本实施方式，穿透电极36被设置在安装部分31的这些区域中， 即，在这些区域上没有安装表面发射激光器阵列10。
而且，为了彻底消除穿透电极36周围的凸起部分R的影响，仅确保 表面发射激光器阵列10的背面的任何部分都没有靠在穿透电极36周围的 凸起部分R上是不够的。如图6所示，当穿透电极36具有0.2毫米的直径 时，在穿透电极36周围100到150微米的区域中具有大约5微米高度的 凸起部分R。因此，穿透电极36和表面发射激光器阵列10在平面视图中 ^:分开距离L，如图5所示。具体地说，距离L可以是0.2毫米或更大。
在此情况下，穿透电极36可以布置成如图1所示，在此所述矩形的 表面发射激光器阵列10在平面视图中被安装在安装部分31的中心，并由 总共8个穿透电极36所包围。8个穿透电极36的四个位于表面发射激光 器阵列10的四个角处，其余的四个位于在角落处的相邻的那些电极的中 间点处。
当表面发射激光器阵列IO被制作成1.2平方毫米的尺寸时，如果在表 面发射激光器阵列10的其中一条边的端部之间产生5微米的高度差，产 生tan"(5/1200户0.24度的倾斜，当发射角的变化需要减小在± 0.5度内 时，其成为偏斜的主要原因。另一方面，当表面发射激光器阵列10和穿 透电极36在平面视图中被分开0，2毫米或更大时，如图6所示，所述表面 发射激光器阵列10的边的各端部之间的高度差可以被减小到1微米内， 以使所迷倾斜角可以被包含在tan"(5/1200)=0.05度内。
参照图7，描述安装在印刷电路板40上的根据本实施方式的发光装置50的组件。还描述了由于热积累在安装到所述印刷电路板上之后防止所述
焊接部分剥落的作用。
如图7的示意性的横截面所示，印刷电路板40包括印刷电路板 ("PB")衬底41。在PB衬底41的上表面上，形成PB上表面电极42以 及PB上表面散热电极43,它们分别对应于发光装置50的背面电极32和 背面散热电极33。在PB衬底41的下表面上，形成有背面散热电极44。 而且，穿透电极45穿过PB衬底41得以形成以便热连接所述PB上表面散 热电极43和所述PB背面散热电极44。
发光装置50被安装在印刷电路板40上，使用焊料46焊接背面电极 32和PB上表面电极42。背面散热电极33和PB上表面散热电极43还通 过焊料46得以焊接。结果，表面发射激光器阵列10的单独电极12经由 陶瓷封装20的单独电极引线34和陶瓷封装20的背面上的背面电极32被 电连接于PB上表面电极42。
经由陶瓷封装20的安装部分31和共用电极引线35以及接地的陶瓷 封装20背面上的背面电极(未示出)，表面发射激光器阵列10的共用电 极13被电连接到接地的PB上表面电极(未示出)。
表面发射激光器阵列10的共用电极13还经由安装部分31、穿透电极 36以及陶瓷封装20的背面散热电极33被热连接到PB上表面散热电极 43。而且，所述共用电极13经由PB穿透电极45被热连接到PB背面散热 电极44。
基本遍及陶乾封装20的背面形成的背面散热电极33通过焊接被热连 接到PB上表面散热电极43。例如，焊接胶被涂在印刷电路板40上的焊 接电极部分，并且发光装置50被安装在印刷电路板40上以使单独的焊接 电极部分被对准，之后是回流处理。
PB衬底41的材料没有特别限定，可以使用通常的玻璃环氧树脂，例 如FR-4。
当表面发射激光器阵列10的单独电极12和共用电极13之间的施加 电压被开启和断开时，开始和停止发射光。对应地，表面发射激光器阵列 10开始和停止产生热，引起重复温升和温降，因此产生热积累。所迷陶瓷 封装中的氧化铝陶瓷的热膨胀系统是7 ppm/。C,然而PB衬底41中的玻璃 环氧树脂的热膨胀系统是16 ppm厂C。热膨胀系数的巨大差别产生重复应力，这些应力施加在陶瓷封装20的背面电极32和PB上表面电极42结合 的焊接部分46上。结果，焊接部分会发生疲劳并且可以最终损坏它。
根据本发明的实施方式，陶瓷封装20和印刷电路板40通过焊接不仅 在背面电极32、 32a和PB上表面电极42之间连接，而且还在背面散热电 极33和PB上表面散热电极43之间连接。在此情况下，因为背面散热电 极33基本遍及陶瓷封装20的背面形成，所述陶资封装20和印刷电路板 40之间的结合区域显著增加。
例如，当陶瓷封装20的背面是14平方毫米时，48个背面电极32、 32a中的每个都是1平方毫米，并且背面散热电极33是10平方毫米，所 述背面电极32和32a的总面积单独为48平方毫米。另一方面，48个背面 电极32、 32a的总面积和背面散热的面积是148平方米，表明增加了大约 三倍的接合面积。
假定每单位面积的焊接力没有改变，接合面积增加三倍也转化为接合 强度增加三倍。当背面散热电极33也被焊接时，因为由热积累产生的应 力没有改变，所述背面散热电极33和印刷电路板40之间的另外焊接使得 陶瓷封装20和印刷电路板40的组件能抵抗热积累中的更大量的重复温升 和温降。
因此，根据本发明的发光装置呈现出改进的散热特性并抵抗由于所述 陶瓷封装20和印刷电路板40之间的热膨胀不同引起的损坏，其中防止了 在发光方向上的倾斜。
尽管根据本实施方式，所述背面散热电极基本遍及所述陶瓷封装的背 面形成，只要能确保足够的散热,所述背面散热电极可以设置在所述陶瓷 封装背面的中心部分。
(第一实施方式的第一变型)
下面，参照图8A到9描述根据本发明的第一实施方式的第一变型的 发光装置。
图8A和犯是表示在安装表面发射激光器阵列之前的根据本变型的发 光装置的陶瓷封装的结构的平面图。图9是沿着图8A的线B-B得到的发 光装置的横截面图。
根据本变型的发光装置不同于根据第一实施方式的发光装置之处在于 所述穿透电极可以设置在所迷表面发射激光器之下。参照图8A和9，在根据本变型的发光装置50a中，穿透电极36a可以 设置在安装部分31内表面发射激光器阵列10所安装的位置之下之下。例 如，穿透电极36a的总量是所示的9个，其比根据所述第一实施方式的8 个多一个。每个穿透电极36a的直径可以是如所述第一实施方式的0.2毫 米。
通过将穿透电极36a直接设置在表面发射激光器阵列IO之下，可以在 安装表面发射激光器阵列10之处产生大约5微米的高度差。然而，穿透 电极36a直接位于表面发射激光器阵列10之下增加了从安装部分31到背 面散热电极33的热传递路径的横截面面积，能更好的散热。因此，能防 止由于温升引起的表面发射激光器阵列10的寿命的减少或特性的降低。
穿透电极36a的数量可以增加以便改进散热特性。例如，如图8B所 示，可以采用13个穿透电极36a。 (第一实施方式的第二变型)
下面，参照图10到12描述根据本发明的第一实施方式的第二变型的 发光装置。
图10示意性表示根据所述第二变型的发光装置的背面。图11表示根 据所述第二变型的发光装置的横截面。图12表示安装在印刷电路板上的 根据所述第二变型的发光装置的组件的橫截面。
根据所述第二变型的发光装置不同于所述第一实施方式之处在于所述 背面散热电极被分成5个部分。
参照图10和11, 5个分离的背面散热电极33b形成在所述陶瓷封装 20b的背面上。5个背面散热电极33b的每个经由穿透电极36b ^f皮热连接 于安装部分31。因此，虽然所述背面散热电极被分开，但是根据所述变型 的发光装置呈现出如所述第一实施方式的高散热特性。
下面，参照图12描述安装在所述印刷电路板上的陶瓷封装20b的组件。
如图所示，陶乾封装20b通过焊料46焊接被安装在印刷电路板40b 上以使5个分离的背面散热电极33b被热连接于PB (印刷电路板)的上 表面的散热电极43b。多个背面散热电极33b和所述PB上表面散热电极 43b之间的间隙填充有底层填料47。以此，发光装置50b的整个背面经由 多个背面散热电极33b和底层填料47被连接到印刷电路板40b。将发光装置50b的整个背面和所述印刷电路板40b连接改进了所述发 光装置50b和所述印刷电路板40b之间的热连接。另外，所述连接防止了 由于热膨胀不同引起的焊接部分的损坏。
尽管在所述第二变型中，所述背面散热电极由5个分离的部分组成， 但是所述背面电极可以被分成任何数量或形状，只要这些部分具有基本两 重对称的或四重对称的形状以使所述陶资封装作为整体能均匀散热。 (第一实施方式的第三变型)
此后，参照图13描述根据本发明的第一实施方式的第三变型的发光 装置。
图13表示根据所述第三变化的发光装置的横截面图，其不同于所述 第 一 实施方式之处在于散热器被连接到所述背面散热电极。
如图13所示，在发光装置50c中，散热器48被连接到背面散热电极 33而不是如第一实施方式中的印刷电路板40c。
如图13所示，散热装置48包括用于促进和外部进行热交换的翅片 49。因此，由表面发射激光器阵列10产生并经由共用电极13、安装部分 31以及穿透电极36被传递的热能有效地散到外部。
在另一实施方式中，散热器48可以进一步地设置有水冷型或空冷型 (未示出)的冷却机构以使来自所述发光装置的热能被甚至更有效地散出 到外部。
因此，根据本实施方式的发光装置，安装在背面散热电极上的散热器 改进了散热效果。
(第二实施方式)
参照图14和15,描述了根据本发明的第二实施方式的光学扫描装置。
根据本实施方式的光学扫描装置包括根据所述第一实施方式以及第一 实施方式的第一到第三变型的任何一个的发光装置作为光源单元。由发光 装置发出的光被偏转器和扫描光学系统汇集在被扫描表面上。
图14表示根据第二实施方式的光学扫描装置的结构的示意图。图15 示意性示出形成在表面发射激光器阵列上的单独的表面发射激光器元件和 所迷光学扫描装置扫描方向之间的关系。
参照图14,光学扫描装置900包括光 单元110，该光源单元110包括表面发射激光器阵列10;耦合透镜lll;光圈112;柱形透镜113;多角 镜114; f6透镜115;曲面透镜116;反射镜117和118;以及用于中央控 制前述单元的主控制器(未示出)。
由光源单元110发出的光束被耦合透镜111改变为基本平行的光。穿 过所述耦合透镜111的光束的尺寸由光圈112限定，并且穿过光圈112的 光束经由反射镜117被柱形透镜113会聚在多角镜114的反射表面上。
多角镜114是高度减小的六边形柱，并具有形成在各边上的六个偏转 表面。多角镜114以恒定角速度沿着图14箭头的方向由旋转机构(未示 出)旋转。因此，当所述多角镜114旋转时，由光源单元110发射然后由 柱形透镜113会聚在多角镜114的偏转表面上的光束以恒定的角速度偏 转。
fe透镜115具有与来自多角镜114的光束的入射角成比例的图像高 度。因此，当光束以恒定角速度被多角镜U4偏转时，fe透镜ii5使得所 述光束的图像平面相对于所述主扫描方向以恒定角速度移动。曲面透镜
116经由反射镜118使来自f6透镜115的光束聚焦在感光鼓901的表面处。
在光学扫描装置卯o中，当表面发射激光器阵列io被布置成如图is 所示时，所述表面发射激光器元件11的中心沿着副扫描方向被布置成等
间隔(d2)。因此，通过调节单个的表面发射激光器元件11的打开时刻， 能够获得如当光源沿着副扫描方向以等间隔布置在感光鼓901之上时相同 的效果。
例如，当表面发射激光器元件11沿着副扫描方向具有26.5微米的节 距dl时，间隔d2是2.65微米。当所述光系统具有2倍的放大率时，写入 点沿着副扫描方向以5.3孩i米的间隔形成在感光鼓901上。这对应于4800 dpi(每英寸的点)的高密度写入。甚至更高清晰度的打印能通过沿着主扫 描方向增加表面发射激光器元件11的数量、减小节距dl和间隔d2或减 小所述光系统的放大率而得以执行。沿着主扫描方向的写入间隔能通过控 制所述光源的打开时刻得以容易地控制。
在此情况下，因为即使当写入点的密度增加时，所述表面发射激光器 元件11产生较高的单个基本横向模式的输出，可在不减小打印速度的情 况下进行打印。换句话说，当写入点密度相同时，所述打印速度能进一步增力口。
根据本实施方式的光学扫描装置900包括根据所述第一实施方式以及 所述第一实施方式的第一到第三变型的任何一个的发光装置。因此，减小
了表面发射激光器阵列10上的单独的表面发射激光器元件11中的温升， 以使即使当节距dl为26.5微米并且间隔d2为2.65微米时，每个表面发 射激光器元件11能输出高输出的光束。还能改进光学扫描装置900的长 期可靠性(元件寿命)。
如上所述，根据本发明的光学扫描装置900，其中光源单元110包括 表面发射激光器阵列10、在感光鼓901的表面上可以高速形成高分辨率潜 像。
(第三实施方式)
参照图16，描述根据本发明的第三实施方式的成像装置。
根据本发明的第三实施方式的成像装置可以包括如图16所示的激光 打印机500。激光打印机500包括根据所述第二实施方式的光学扫描装置 900,以及至少一个图像载体，例如感光鼓，该图像载体具有由所述光学 扫描装置光学扫描的被扫描表面。
参照图16，激光打印机500包括光学扫描装置900;感光鼓901;充 电器902;显影辊卯3;调色剂盒904;清理刀片905;供纸盘906;供纸 辊907;阻挡辊对卯8;转印充电器911;中和单元914;定影辊909;弹 出辊912;以及弹出纸盘910。
充电器902、显影辊903、转印充电器911、中和单元914以及清理刀 片905沿着感光鼓901的旋转方向以随后次序"&置在感光鼓901的表面附 近充电器902 —显影辊903 —转印充电器911 —中和单元914—清理刀片 905。
在所述感光鼓901的表面上，形成感光层。在图16所示的例子中， 感光鼓901沿着顺时针方向旋转(如箭头所示)。充电器902给感光鼓901 的表面均匀充电。
感光鼓901的充电表面然后受到来自光学扫描装置900的光的照射， 该光基于更高等级的装置(例如个人计算机)的图像信息进行调制。结 果，对应于所述图像信息的潜像形成在所述感光鼓901的表面上。当感光 鼓901旋转时，所述潜像然后被传送到显影辊903。调色剂盒904储存被供给到显影辊903的调色剂。显影辊903使得所 迷调色剂粘附到感光鼓卯l上的潜像上，由此使所述图像信息显影。当感 光鼓901旋转时，被显影的图像然后被传送到转印充电器911。
供纸盘906包含多张记录纸913。记录纸913通过布置在供纸盘906 附近的供纸辊卯7被从供纸盘906 —次一张地取出，由所述供纸辊907拾 取的记录纸913然后与感光鼓901的旋转同步地被传送到感光鼓901和转 印充电器911之间的间隙，同时被布置在所述转印充电器911附近的阻挡 辊对908保持。
转印充电器911被供应与所述调色剂的极性相反的电压以使感光鼓 901表面上的调色剂被朝向记录紙913电吸引。所述电压因此使所述感光 鼓表面上的被显影的图像转印到记录纸913。其上具有转印图像的记录纸 913被传送到定影辊909。
定影辊909给记录纸913施加热和压力，由此将调色剂定影在记录纸 913上。其上具有定影的调色剂的记录纸913经由弹出辊912被最终弹出 和层叠在弹出纸盘910上。
感光鼓901的表面被中和单元914中和。感光鼓901表面上的残留调 色剂(剩余调色剂)被清理刀片905移除。移除的剩余调色剂可以循环。 剩余调色剂已从其被移除的感光鼓901的表面然后回到充电器卯2的位 置。
根据本实施方式，激光打印机500包括根据第二实施方式的光学扫描 装置900。光学扫描装置900的光源单元110包括根据所述第一实施方式 的发光装置50。因此，所述光源单元110能以高速使高分辨率的潜像形成 在感光鼓卯l的表面上。
优选地，光源单元110可以包括根据所述第一实施方式的第一到第三 变化的任何一个的发光装置。同样在此情况下，高分辨率的潜像能以高速 形成在感光鼓901的表面上。
上述实施方式采用单个的感光鼓901以使所述成像装置仅能使用例如 黑色调色剂形成黑白图像。然而，根据另一实施方式的成像装置可以被配 置成形成彩色图像。例如，所述成像装置可以包括串列彩色激光打印机， 该串列彩色激光打印机包括适合于彩色图像的光学扫描装置，在此，针对 黑(K)、青(C):品红(M)和黄(Y)的颜色提供多个感光鼓。虽然已经参照特定实施方式详细描述了本发明，但是各个变化和修改 可以存在于如所附权利要求限定和描述的本发明的范围和精神内。
权利要求
1.一种发光装置，包括表面发射激光器，该表面发射激光器具有设置在其上表面上的多个单独电极以及设置在其下表面上的共用电极；以及陶瓷封装，该陶瓷封装具有开口部分以及设置在所述开口部分的底面上用于安装所述表面发射激光器的金属安装部分，其中所述表面发射激光器的共用电极被电连接于所述安装部分，所述陶瓷封装包括设置在所述陶瓷封装背面上的边缘处的第一背面电极，以及设置在所述陶瓷封装的背面的中心部分处的背面散热电极，其中所述共用电极电连接的安装部分经由共用电极引线被电连接到设置在所述陶瓷封装的背面上的边缘处的第二背面电极，所述第二背面电极被接地，其中所述安装部分还经由在所述开口部分的底面和所述陶瓷安装件的背面之间穿过所述陶瓷封装的穿透电极热连接到所述背面散热电极。
2. 如权利要求1所述的发光装置，其中所述共用电极引线从所述开口 部分的底面被引出到所述陶瓷封装的边上，所述共用电极引线还从这条边 处，围绕所述边的下边缘延伸，并抵达所述陶瓷封装的背面。
3. 如权利要求1或2所述的发光装置，其中所述背面散热电极基本上 遍及所述陶资封装的背面形成。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的发光装置，其中多个穿透电极被
5. 如权利要求4所述的发光装置，其中每个所述穿透电极在平面视图 中与所述表面发射激光器间隔幵0.2毫米或更大。
6. 如权利要求1到5中任一项所述的发光装置，其中所述背面散热电 极包括多个背面散热电极部分，每个背面散热电极部分经由所述穿透电极 被热连接到所述安装部分。
7. 如权利要求6所述的发光装置，其中所述陶瓷封装被焊接到印刷电 路板上，其中所述多个背面散热电极部分和所述陶瓷封装的背面的边缘处 的第 一和第二背面电极之间的间隙被填充有底层填料。
8. 如权利要求1到7中任一项所述的发光装置，其中散热器被连接到所述背面散热电极上。
9. 一种用光扫描被扫描表面的光学扫描装置，包括 根据权利要求1到8中任一项所述的发光装置；偏转器，该偏转器被配置成将由所述发光装置发出的光偏转；以及 光扫描系统，该光扫描系统被配置成将由所述偏转器偏转的光汇集在 所述^l皮扫描表面上。
10. —种成像装置，包括 根据权利要求9所述的光学扫描装置；以及 具有被扫描表面的图像载体，其中所述光学扫描装置用具有有关图像信息的光来扫描所述图像载体 的被扫描表面，以便在所述图像载体的被扫描表面上形成图像。
全文摘要
本发明公开了一种发光装置、光学扫描装置以及成像装置，其中所述发光装置包括表面发射激光器和陶瓷封装。所述表面发射激光器具有在其背面上的共用电极并经由所述共用电极被安装在所述陶瓷封装上。所述表面发射激光器的共用电极被电连接到所述陶瓷封装的安装部分。该安装部分被电连接到所述陶瓷封装的背面上的背面电极。该安装部分还经由穿过所述陶瓷封装的穿透电极被热连接到所述陶瓷封装的背面上的背面散热电极。所述表面发射激光器与所述穿透电极分开，以便防止沿着发光方向倾斜。当所述发光装置通过焊接被安装在衬底上时，所述背面散热电极防止损坏所述焊接部分。
文档编号H01S5/024GK101593934SQ200910202830
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月26日 优先权日2008年5月29日
发明者山口隆行 申请人:株式会社理光