CN100367585C - 半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

一种半导体激光器，采用模制树脂构成的树脂部使管芯焊盘和多个引线保持成为一体，通过子管脚将激光器芯片安装在管芯焊盘上。树脂部(2)由基座部(21)和管芯焊盘保持部(22)形成，基座部使多个引线保持成为一体，外形大致是圆形状的，管芯焊盘保持部在该基座部的上方连续形成，保持所述管芯焊盘的内面和侧部。管芯焊盘保持部外形形成为容纳于比基座部的大致圆形外径小的圆形P内的形状。结果，采用与桶型同样的结构，利用廉价的树脂封装，制成CD用或DVD用的光盘用的半导体激光器。

Description

半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种结构小型化并且可以廉价简便地制造的半导体激光器，特别适合用作CD、DVD(数字通用光盘，digital versatile disk)、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RW等的拾波器用光源。更具体地说，涉及一种模制型半导体激光器，不是已有的盖上金属盖的桶型，而是通过采用树脂形成封装，既廉价，又不改变光拾波器的结构而具有可直接置换的互换性的结构。
背景技术
已有的CD用的拾波器等采用的管芯式半导体激光器，例如特开2001-111152号公报所公开的，具有图5所示结构。亦即，采用冷锻法成型铁等金属材料，基座61的中心部的一部分隆起，形成散热部62，采用通过玻璃66等固定引线63、65的管芯60，利用硅基片等构成的子管脚74把激光器芯片71安装在该散热部62上，一个电极(芯片71的内侧)通过子管脚74的转接部78利用导线73与引线63电连接，另一个电极通过导线73与子管脚74连接，通过其内面经过散热部62和基座61与公共引线64电连接。
72是监视器用的受光元件，一个电极通过导线73与引线65电连接，另一个电极分别通过子管脚74、散热部62和基座61与公共引线64电连接。而且，在其周围盖上盖子75。在盖子75的顶部中央设置贯通孔75a，以使激光器芯片71发出的光透过，利用粘结剂77封装玻璃板76。
如上所述，已有的CD或DVD等拾波器用的半导体激光器采用作为主流的封装，即采用在金属制基座61上固定引线63、64、65，将激光器芯片71固定在与基座61连接的散热部62上这样的桶型结构。因此，热传导良好，并且由于周围被金属制盖子75包围，所以气密性良好，可靠性也良好。但是，由于必须利用玻璃66等对引线63、65等进行封装，所以在不能缩小管芯60直径的同时，存在诸如部件数量多，制造工序复杂，特别是成本增大这些问题。
另一方面，近年来，以个人计算机等为代表的电子设备的低价格化非常显著，即使就拾波器等用的半导体激光器而言，也要求大幅度降低成本。因而，要求采用与已有的桶型结构完全相同的结构，采用引线框和树脂模制而成的廉价模制型结构，在激光器芯片方面改善激光器芯片对外部环境的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体激光器，是CD或DVD等光盘用的半导体激光器，不是桶型结构，不但采用引线框和模制树脂的廉价框架结构，而且形状与已有的桶型结构相同，具有原样可置换的结构。
本发明的其它目的在于提供一种半导体激光器，在采用模制树脂成型的情况下，上模和下模不完全一致，尽管具有夹持分型线的面不完全是一定的平面这样的特性，但也可以将由模制树脂形成的面作为基准面，而进行激光器芯片的定位。
本发明的其它目的在于提供一种半导体激光器，不但能够对半导体激光器正确地进行必要的精密定位，而且能够防止引线框的腐蚀等，可以维持高的特性。
根据本发明的半导体激光器，包括：由板状引线框形成的管芯焊盘和多个引线，使该管芯焊盘和多个引线保持成为一体的由模制树脂构成的树脂部，在所述管芯焊盘的一面侧安装的激光器芯片，所述树脂部由基座部和管芯焊盘保持部形成，所述基座部使所述多个引线保持成为一体，外形大致是圆形状，所述管芯焊盘保持部在该基座部的上方连续形成，保持所述管芯焊盘的内面和侧部，外形形成为容纳于比所述基座部的大致圆形外径小的圆形内的形状。所述管芯焊盘保持部，大致平坦地形成所述管芯焊盘内侧的侧面，从上面看的平面形状可以形成为凹型形状，使所述管芯焊盘的部分作为洼陷部。
作为大致圆形状不必是完全的真圆，是指近似于圆形以便能够旋转的形状即可，同时在圆形状的周围再形成各种形状的凹部，一部分切去，成为平面状。
以所述引线框的内面作为分型线，通过模具成型形成所述树脂部，所述基座部的未形成所述管芯焊盘保持部而露出的上面，最好在所述管芯焊盘的表面侧和内面侧，以所述分型线作为分界线，形成有台阶。具有所述台阶的所述基座部的露出面之中，最好仅有该露出的上面高的一侧的所述基座部的上面，作为安装所述激光器芯片时，和/或安装拾波器时的定位基准。
所述多个引线和管芯焊盘的表面施加银镀层或者Ni/Pd/Au三层镀层，所述树脂部由超级工程塑料形成，最好由聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺(PA；9T尼龙)或者液晶聚合物形成。
通过采用这种结构，模制树脂的基座部形成与已有的金属基座相同的形状，固定管芯焊盘的管芯焊盘保持部形成框状，但是由于该框状的管芯焊盘保持部形成为可进入比大致圆形状的基座外径要小的圆形内，所以成为进入已有的金属制盖内的形状，可以进行与设置已有的盖的外形相同的操作。亦即，实际上在拾波器等上组装半导体激光器时，一面进行位置配合，一面旋转半导体激光器进行调整，可以进行与设置已有的金属盖的桶型结构同样地旋转调整，能够进行完全相同的操作。
并且，由于管芯焊盘内面侧的管芯焊盘保持部的侧面形成为平坦面，所以在管芯焊盘上安装激光器芯片时，并且在利用导线键合电连接各引线和激光器芯片等的电极时，由于在工作台上装载平坦面部分，所以操作非常简单，同时可以进行可靠性良好的导线键合。其上不使用金属基座或金属盖等，利用模制树脂形成封装，导线键合工序之外的制造工序也非常容易，同时可以采用廉价的材料形成，能够非常廉价地获得。
并且，利用模具的分型线在基座部上面的高度形成台阶，由此例如以管芯焊盘内面作为分型线，形成树脂部，以使其表面侧的基座部上面的位置比管芯焊盘内面侧的上面位置更高，可以不受分型线产生的表面凹凸的影响，常常以管芯焊盘侧的基座部上面作为基准，可以作为激光器芯片定位或组装拾波器时定位的基准，不但采用树脂形成封装，而且可以正确地定位。
而且，使用超级工程塑料，特别是聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺(PA；9T尼龙)或者液晶聚合物作为树脂部的材料，具有刚性的同时还能够形成精密的形状，即使对于要求非常严格的尺寸和强度的半导体激光器，也能满足这些要求，同时对在引线或管芯焊盘表面施加的银镀层无腐蚀，即使安装激光器芯片等时，安装的可靠性也可以非常好，由于半导体激光器的电气特性没有劣化，所以是优选的。
附图说明
图1A～1B是表示本发明的半导体激光器的一个实施方式的结构正面和平面的说明图。
图2是表示图1的半导体激光器所用的引线框的说明图。
图3是图1所示半导体激光器的侧面图，扩大地表示了上部模制基座部和下部模制基座部的台阶的图。
图4是使用本发明的半导体激光器构成拾波器时的结构图。
图5是已有的桶型结构的半导体激光器的说明图。
具体实施方式
以下，将参照附图对本发明的半导体激光器予以说明。根据本发明的半导体激光器，其一个实施方式的正面和上面的说明图分别如图1A～1B所示，利用模制树脂构成树脂部2，将由板状的引线框所形成的管芯焊盘11a和多个引线11～13保持为一体。通过子管脚3，将激光器芯片4安装在管芯焊盘的11a的一面(表面)上。树脂部2由外形是大致圆形状的基座部21和管芯焊盘保持部22形成，基座部21一体化保持多个引线11～13，管芯焊盘保持部22在基座部21的上方连续地形成，保持管芯焊盘11a的内面和侧部。管芯焊盘保持部22的外形是容纳于比基座部21的大致圆形外径小的圆形P内的形状，并且管芯焊盘11a的内侧的侧面B是大致平坦地形成的，从上面看的平面形状形成为以管芯焊盘11a的部分作为凹陷部的凹型形状。
如图2所示，通过冲压成型等，使例如42合金或者铜或铜合金等制成的0.4mm左右厚的板材形成引线框1，所以第1～第3引线11～13固定在侧杆17，在第1引线11的前端部形成管芯焊盘11a，在第2和第3引线12、13的前端部分别形成导线键合部12a、13a，多个这种组连接在一起。在这种引线框1上施加银镀层或者Ni/Pd/Au三层镀层，形成树脂部2之后，如图1A所示，组装激光器芯片4等，从侧杆17切离各引线11～13，使各个半导体激光器分离。再有，18是定位孔。
采用传递铸模的树脂成型来形成树脂部2，第1～第3引线11～13即使与引线框分离，也不会七零八落，而是被牢固地固定，可以确保激光器芯片4等的各电极和引线11～13的连接。根据本发明，分别相当于已有的桶型封装结构中的管芯部和覆盖激光器芯片的盖部形成该基座部21和管芯焊盘保持部22。因此，基座部21的外形是与已有结构的管芯的外形相同的形状，例如外径φ是5.6mm，在其外周与已有结构同样地也形成用于位置对准的切口部25等。而且，如图1所示，该基座部21不是完全的圆形(真圆)，如图1B中的C所示，也可以形成平面状的切口。要点是，以与已有的管芯相同的大致圆形来形成，只要可以旋转即可。
如图1A所示，管芯焊盘保持部22从基座部21向上方延伸地形成，以覆盖管芯焊盘11a的内面和侧部，其外周与基座部21的外径同心，比其外径小，形成为容纳在相当于已有的金属制盖的外径的圆P(直径3.2mm)的内部，同时管芯焊盘11a的内面侧的侧面B形成为平坦面。这样，使得管芯焊盘保持部22的外形容纳在与已有的盖的外径相当的圆P内，通过形成管芯焊盘保持部22，即使用于已有的拾波器器件，也可以与已有的桶型结构的半导体激光器同样地一面旋转一面调整激光束。并且，由于管芯焊盘11a的内面侧的管芯焊盘保持部22的侧面B形成为平坦面，所以易于容纳在所述的圆P内，同时即使在安装激光器芯片4，进行激光器芯片4和引线12、13的导线键合时，也可以牢固地固定管芯焊盘11a，从而具有操作非常容易这样的优点。
如上所述，在用模具固定引线框1的状态，通过注入树脂，形成该树脂部2，所以，模具的上模和下模的边界面设定在引线框、即管芯焊盘11a的表面(安装激光器芯片的面)或者内面侧。如图1所示的例子中，以管芯焊盘11a的内面作为模具的分割面，在管芯焊盘11a的内面形成分型线A，但是，根据本发明，如图3的侧面图所示，在基座部21的上面D(管芯焊盘保持部22延伸侧的面)，利用分型线A的部分，在上部模制基座部(引线框表面侧基座部)21a与下部模制基座部(引线框面内面侧基座部)22b的上表面之间设置0.1mm左右的台阶d，由此形成基座部21。如果在0.1mm左右，即使考虑公差是0.05mm，高度也不会逆转，可以保证上部模制基座部21a的上面D较高。
亦即，在上模和下模对合进行树脂模制的场合，重合时会产生少量的微妙的模穴偏移，由于基于上模的基座部上面与基于下模的基座部上面不是完全平坦面，可能产生台阶，或者在接合面形成突起部。在已有的桶型结构的半导体激光器中，由于管芯部由板状的金属板构成，所以其平面度没有问题，安装激光器芯片时，以及在拾波器内组装时，作为定位等的基准面。但是，在用树脂模制构成封装时，因分型线产生的问题，基准面存在偏差的问题。因此根据本发明，以上模和下模使基座部21的上面D的位置不同，基座部21最好这样地形成，即管芯焊盘表面侧的上部模制基座部21a的上面D，仅比下部模制基座部21b的上面高出上述的d。而且，高出的一侧，即便不是在管芯焊盘的表面侧，也可以在内面侧，重要的是要形成台阶。
并且，本发明的树脂部2的特征在于使用超级工程塑料，具体的是聚邻苯二甲酰胺(PPA)、聚酰胺(PA；9T尼龙)、液晶聚合物(LCP)等。亦即，在通过模制树脂的封装形成这种半导体激光器的情况下，从必须精确定位这一点来看，由于未发生树脂溢料等，能有严密的尺寸，为了即使受到外力也不会变形，因此就必须采用具有刚性的热塑性材料构成。从这种精密性和刚性的观点来看，虽然将已有的聚苯硫醚(PPS)作为廉价刚性的材料使用，但是本发明人重点深入地研究的结果，发现就PPS而言，其成分硫(S)易于与引线框表面设置的银镀层的银反应，使引线框变色，导致半导体激光器的特性劣化(接合面的电阻增大等)。
这样，发现使用PPA或LCP这样的超级工程塑料，半导体激光器的特性不会劣化，可以形成精密的封装。亦即，拾波器所用的这种必须精密封装的半导体激光器，如果通过采用施加镀银层的引线框和模制树脂的封装来形成，则会产生使用通常的材料所产生的可靠性问题，但是作为树脂材料，通过使用超级工程塑料，则不会产生上述问题，可以获得高特性的半导体激光器。
激光器芯片4形成为例如AlGaAs系或者InGaAlP系等化合物半导体组成的通常的双异质结结构，对于CD用的，其大小是250μm×250μm左右，对于DVD用的，是250μm×500μm左右，对于CD-R/RW用的，是250μm×800μm左右。这些是非常小的，为了容易地对其操作，进一步确保散热性，通常键合在0.8mm×1mm左右大小的硅基片或者AlN(氮化铝)等构成的子管脚3上。这样，如图1(a)所示，一个电极通过金线6等的导线键合与子管脚3连接，经过管芯焊盘11a从其内面利用导电性粘结剂等连接到第1引线11，另一个电极(内面电极)经过子管脚3上的连接部3a，通过采用金线6等的导线键合连接到第2引线12。
并且，在子管脚3上同样设置用于监视激光器芯片4的发光输出的受光元件5，其一个电极经过子管脚3和管芯焊盘11a等与第一引线11连接，另一个电极通过金线6等的导线键合直接与第3引线电连接。而且，该受光元件5也可以不设置在子管脚3上，在不需要受光元件5的情形，也可以没有受光元件5。
根据本发明的半导体激光器，采用这种使用引线框和模制树脂的封装，同时将基座部和管芯焊盘保持部形成为与已有的桶型结构的管芯和盖相当的形状，所以能够与已有的桶型结构的半导体激光器置换，直接使用。特别是，由于管芯焊盘保持部形成为能够容纳于已有的盖的内径内，所以与已有的桶型结构同样地，向拾波器装置内组装时，可以一面旋转半导体激光器一面进行调整。而且，由于管芯焊盘保持部的管芯焊盘内面侧的侧面形成为平坦面，所以激光器芯片等的安装和导线键合非常容易进行，同时能够进行可靠性高的键合。
进一步，根据本发明，一面采用模制树脂形成基座部，一面利用分型线在基座部高度上形成台阶，以基于上模和下模的上部模制基座部和下部模制基座部的仅一方的面作为基准面，如此形成基座部，所以可以防止分型线导致的平坦面的偏差或凹凸的形成，可以形成非常稳定的基准面，能够获得与已有结构的金属板管芯同等以上的精密性。
进一步，作为构成树脂部的树脂材料，通过使用超级工程塑料，可以获得精密加工性和对外力稳定的刚性，同时不会产生与引线框的银镀层等的反应导致的引线框的腐蚀，获得非常稳定的半导体激光器。
图4是采用该半导体激光器构成薄型拾波器的示例的示意说明图。亦即，构成如下，横向配置半导体激光器50，来自半导体激光器的光经过衍射光栅51，例如采用三束法分割三分，经过分离出射光和反射光的分光器52，利用准直透镜53形成平行光束，经过三棱镜(反射镜)54，弯折90°(z轴方向)光束，经过物镜55在DVD或CD等盘56表面上聚焦。而且，来自盘56的反射光经过分光器52，通过凹透镜57等由检光器58检出。图4中现有的半导体激光器50与检光器58几乎在同一面(xy面)内。
在上述的例子中，虽然引线举例的是3条单波长用的，但是也可以安装双波长用的激光器芯片，引线采用4条引线的结构。

Claims (7)

1.一种半导体激光器，包括：由板状引线框形成的管芯焊盘和多个引线、使该管芯焊盘和多个引线保持成为一体的由模制树脂构成的树脂部、在作为所述管芯焊盘的一面侧的表面上安装的激光器芯片，
其中，所述树脂部由基座部和管芯焊盘保持部形成，所述基座部使所述多个引线保持成为一体，外形大致是圆形状，所述管芯焊盘保持部在该基座部的上方连续形成，保持所述管芯焊盘的和所述一面相反的面、即内面以及侧部，外形形成为容纳于比所述基座部的大致圆形外径小的圆形内的形状，
并且，以所述引线框的表面或内面作为分型线，通过模具成型形成所述树脂部，所述基座部的未形成所述管芯焊盘保持部而露出的上面，在所述管芯焊盘的表面侧和内面侧，以所述分型线作为分界线，形成有台阶。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，
保持所述管芯焊盘的内面以及侧部的管芯焊盘保持部覆盖所述管芯焊盘表面的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器，其中，以所述分型线作为分界线、具有所述台阶的所述基座部的露出面之中，仅有该露出的上面高的一侧的所述基座部的上面，作为安装所述激光器芯片时和/或安装在拾波器时的定位基准。
4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其中，所述分型线形成在所述引线框的内面，所述引线框的表面侧的所述基座部上面作为所述定位基准。
5.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述管芯焊盘保持部，以从上面看到的平面形状大致平坦地形成所述管芯焊盘内侧的底面，将所述管芯焊盘的部分形成为作为洼陷部并具有侧部的凹形形状。
6.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，在所述基座部的外周形成用于位置配合用的切口部。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其中，所述多个引线和管芯焊盘的表面施加银镀层或者Ni/Pd/Au三层镀层，所述树脂部由包括聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺或者液晶聚合物的超级工程塑料形成。
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