CN100397733C - 激光二极管模块 - Google Patents

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Abstract

LD(12)、用于在LD上叠加高频电流的高频叠加电路以及用于减少该高频叠加电路中产生的电磁噪声的EMC管理组件一起集成为一个模块。该LD安装于多层板(21)的表面，同时高频叠加电路和EMC管理组件的至少一部分包括在多层板的内部。除了LD以外，安装于该板表面上的组件(18)通过树脂模制形成一树脂模制部件(31)。当安装该模块时，该树脂模制部件(31)用作定位导轨。在LD的安装部件中提供了热辐射通孔(20)。

Description

激光二极管模块
技术领域
本发明涉及一种激光二极管模块，尤其涉及一种在诸如DVD驱动器，CD驱动器或MO驱动器之类的光盘设备中使用的半导体激光模块。
背景技术
将诸如DVD或MO盘之类的光盘用作记录介质的光盘设备配置有具备内置半导体激光二极管(下称为LD)的光拾取设备，它利用LD产生的光束照射光盘的方式来执行信息的记录和再现。
从光盘反射的包括播放信息的光束，通过分束器被引导到光检测器(下称为PD)。但是，很难将所有的反射光束引导到PD。部分反射光束入射到LD并产生使得播放信号恶化的返回射束噪声。
所以，在现有技术的光拾取设备中，高频叠加电路通常用于将几百MHz量级的高频电流叠加到LD的驱动电流上，以展宽LD的谱线宽度(进入多模)，籍此来消除返回射束噪声的影响。但是，随着高频电流的叠加产生了电磁噪声。为了减少这种电磁噪声，提供了EMC(电磁兼容)管理电路。
在以下的专利文献中已经公开了这种类型的光拾取设备。
公开号为2002-230812的日本专利公开号为H6-259798/(1994)的日本专利
公开号为2001-307372的日本专利顺便提及，当设计和生产光盘设备或光拾取设备时，通常准备LD芯片、高频叠加电路和EMC管理组件(电路)，以便将它们组合形成光盘设备。
但是，添加高频叠加电路或EMC管理组件到LD对于设备制造者的设计人员来说是繁重的工作。这种工作对光盘设备的设计和生产产生了延迟。这是因为，不能独立地决定每一个高频叠加电路和EMC管理组件的结构，即其最佳电路结构根据所用LD或安装LD的板的电路图案的种类和特性(波长，输入阻抗，等等)而有很大地改变。因此，无论什么时候设计光拾取设备时，必须设计叠加电路和EMC管理组件、调整叠加的量、确定LD的操作、检测辐射噪声等等。为此需要大量的时间和劳动。
上述专利文献并未公开任何技术用以解决伴随有高频叠加和EMC管理的问题。
另一方面，使用能够执行自振荡的激光二极管(LD)，即可以构想使用不需要高频叠加电路的多模式(自激)激光二极管。
在目前情况下，难以大规模生产具有优良合格率的多模式LD。而且，用于多模式LD中稳定振荡的温度范围比用于单模LD的温度范围窄。所以，不利的是，由于消耗大量的电能并产生大量的热量，所以多模式LD缺乏可靠性。特别是，当波长变短时，能量密度(例如，在DVD中需要较短的波长)变大并且产生的热量也增加。由于这种原因，所以难以稳定地控制产生的热量。另外，需要大型辐射结构使得难以减小光盘设备的尺寸。
尽管最近几年国际上已经强化了EMC(电磁兼容)标准，该标准是提供用于将电子设备中产生的电磁噪声或电子设备所接收的电磁噪声电平减少到不高于预定电平，但是电子设备的寿命周期已经显现出下滑的趋势。由于这种原因，就要求缩短研发和设计产品所需的周期以及减少尺寸和增加等级以及功能的数量。所以，需要为设计叠加电路和管理EMC准备昂贵的的技术、资金或人力资源的情形不能说成是对光盘设备的生产者有利的。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种LD模块，与多模LD的处理特性等效的该模块的处理特性被提供给光拾取设备的设计人员，同时还能够维持单模LD的极佳特性。
为了实现上述目的以解决该问题，本发明提供了第一激光二极管模块，它具有具有一个LD(即单模半导体激光二极管)和在LD的驱动电流上叠加高频电流的高频叠加电路，该高频叠加电路与LD集成以提供一个模块。
在根据本发明的第一激光模块中，在把该模块提供作为部件单元之前，将LD和高频叠加电路合并在该模块中。根据LD形成合并在该模块中的高频叠加电路(即该电路被设计适于该LD)。因此，光拾取设备设计人员能够直接通过合并该模块来形成光拾取设备，而不必麻烦地设计高频叠加电路和调整叠加的量。
根据本发明所提供的第二激光二极管模块，第一模块还包括提供在该模块中的EMC(电磁兼容)管理组件，用于减少高频叠加电路所产生的电磁噪声。
也就是说，根据本发明提供了这样一种激光二极管模块，包括：单模半导体激光二极管；和高频叠加电路，用于在所述激光二极管的驱动电流上叠加高频电流，其中，所述高频叠加电路与所述激光二极管集成以便提供一个模块，所述激光二极管模块还包括EMC管理组件，用于减少所述高频叠加电路所产生的电磁噪声，其中所述EMC管理组件被集成为所述模块。
根据第二模块的结构，由于不需要考虑EMC管理，光拾取设备设计人员能够容易地设计出一种光拾取设备。所以，根据本发明，在研发和设计光拾取设备时，能够获得等同于多模LD的处理特性，同时维持了单模LD的极佳特性(例如，更低的功耗、用于稳定工作的宽的工作温度范围、大规模生产、降低光拾取设备的成本等等)。
根据所使用的LD的种类和特性(例如，输入阻抗)，不能具体地说明本发明所使用的EMC管理组件来设计最佳组件元件或电路结构。例如，EMC管理组件可以通过无源元件诸如电感(线圈)、电容(电容器)和电阻构成，或者由根据这些无源元件组合形成的电路而构成。
在任何将诸如DVD、CD和MD(迷你盘)、MO(磁光)盘、光学录像盘、光学PCM唱片之类的光盘用作记录介质的光盘设备中都能够使用根据本发明的模块。
优选地，在每个第一和第二模块中，单模LD安装于多层电路板的表面上；并且构成高频叠加电路的电路元件的至少一部分包括在多层电路板内部。
这是因为当构成高频叠加电路的电路元件的至少一部分被布置在多层电路板内部时，能够实现减小模块的大小。
优选地，由于相同的原因，单模LD安装于多层电路板的表面；并且构成EMC管理组件的电路元件的至少一部分包括在多层电路板内部。
多层板可能为近似正方形的平面形状，它有一对彼此相对的上侧和下侧以及一对彼此相对的左侧和右侧，从而单模LD被安装于基本上位于该对左侧和右侧的中心并接近于该对上侧和下侧其中之一的位置。
当LD被布置在形状基本上类似于如上平面视图所示的正方形的多层板的该对左侧和右侧的中心位置时，在光拾取设备中合并该模块时，LD的光轴能够参照模块(板)的中心(中心线)进行对齐。因此，能够很容易地对包括该模块的光拾取设备执行机械设计(布置部件)并能够很容易地将该模块附加到光拾取设备。当LD布置接近于该板的下侧时，能够防止当LD布置在板表面上时激光束的路线(光路)被板的末端干扰或者反射/散射。
在本发明中，多层板的形状可能为近似正方形的平面形状，它具有一对彼此相对的上侧和下侧以及一对彼此相对的左侧和右侧，从而在该对上侧和下侧的任何一侧上形成外部连接端。
这是因为当在板的该对上侧和下侧的其中任何一侧上共同形成外部连接端时，LD模块能够容易地连接到各种类型的输入/输出线(诸如用于给LD提供驱动电流的输入线，用于控制LD的PD的接地线和输出线)。
可以在多层板的表面提供表面安装的组件，以便能够利用树脂将除LD之外的表面安装组件的至少一部分作成模型以形成树脂部件。
根据这种结构，当能够保持表面安装组件电绝缘时，则能够在机械上和物理上来保护表面安装组件，从而例如，在组装时能够防止表面安装组件被折断。
通过模制表面安装组件而形成的树脂部件外表面的至少一部分可以毗邻用于安装LD模块的安装部件的壁表面(例如，光拾取设备壳体框架的内壁表面)，借此使得定位LD模块成为可能。
根据该模块的结构，LD模块能够更容易地并且更有效地合并在光拾取设备中，这是因为通过模制形成的树脂部件还可以用作定位导轨。
可以在多层板中形成通孔用于从LD辐射热量。
这是因为能够保持安装于板表面上的LD的热辐射特性。具体而言，当例如，在LD安装部件中形成与LD和板后侧面上的接地相连接的用于热传导的热辐射通孔时，能够辐射LD所产生的热量。例如，能够提供这种热辐射通孔作为一种结构，在这种结构中，每个电镀的通孔内部填充有热传导材料(诸如导电树脂浆)。当需要保持更高的热辐射特性时，优选地，从热辐射效率的观点来看，提供这些通孔作为所谓的“填充通孔(filled via)”结构，在该结构中，在每个通孔的内部填充有沉淀为圆柱形的电镀金属。
附图说明
图1为示出了根据本发明的LD模块的一个实例的方框图。
图2为典型地示出了根据本发明的LD模块的一个实例的平面视图。
图3为典型地示出了根据本发明的LD模块的一个实例的前视图(LD安装侧表面)。
图4为典型地示出了根据本发明的LD模块的一个实例的后视图(形成外部连接端的侧面表面)。
图5为典型示出根据本发明的LD模块的一个实例的侧视图。
图6为典型示出了根据本发明的LD模块的一个实例的剖面视图(沿着图2中的线A-A)。
具体实施方式
以下将参考附图描述实现本发明的模式(下称为实施例)。
图1到图6示出了根据本发明的LD模块的实例。在图1到图6中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。
如图1所示，LD模块11具有一个用于产生激光束的单模LD12，该激光束用于从光盘读取信息或向光盘写入信息，还具有一个高频叠加电路13，用于在LD12的驱动电流上叠加高频电流，以及一个EMC管理电路14。多层板21(参见图2到6)用于将这些组成构件12到14集成在一个模块中。
LD12是以将LD12的电极焊点引线接合到多层板21的导电图案上的方式而被安装于多层板21的表面。该LD12通过在多层板21上或多层板21中形成的导电图案(未示出)与高频叠加电路13和EMC管理电路14相连接。LD12通过高频叠加电路13和EMC管理电路14与外部连接端组15相连接。
外部连接端组15包括为LD12提供驱动电流的输入端15b，接地端15c，和用于控制LD12的PD(光检测器)的输出端15a。这些外部连接端组15a到15c被共同布置在板21的末端，以将输入/输出线容易地连接到LD模块11。EMC管理电路14由诸如电感、电容之类的无源元件构成。EMC管理电路14被提供在高频叠加电路13和外部连接端组15之间以及LD12和外部连接端组15之间。
多层板21可能由例如使用电绝缘的陶瓷层的陶瓷多层板构成。或者多层板21可能由有机树脂板或者如有机材料-无机填充物混合物等复合材料制成的复合材料板构成。或者多层板21可能由所谓聚合板构成，这种聚合板以切割巨大的板材料并将其分割为单个板的方式形成。例如，导电图案可以通过在陶瓷片上印制导体浆料的厚膜方法形成，或者可以通过诸如喷镀之类的厚膜方法形成。
多层板21的形状基本上类似于矩形平行六面体(即在平面视图中类似于矩形)。在顶视图中(参见图2)，多层板21具有一对彼此相对的下侧和上侧21a和21b，并还具有一对彼此相对的左侧和右侧21c和21d。LD12布置在基本上位于该对左侧和右侧21c和21d的中心(即沿板21纵向方向的中心线20)和靠近该对下侧和上侧21a和21b中21a(与外部连接端组15相对)的位置。这是因为，当LD模块11合并在光拾取设备中时能够容易地对齐LD12的光轴，而且原因还在于靠近板21的下侧所布置的LD能够防止激光束的光路受到该板末端部分的干扰。
LD12发出的激光束并不是精确平行的射线，而是具有预定的展宽(spread)。形成这种展宽是为了水平展宽不等于垂直展宽。由于这种原因，根据在后级中提供的光学系统的结构或者LD12和盘之间布局的关系，可能发生在LD12绕光轴以微小角度(几度)旋转的同时必须安装LD12的情况。在这种情况下，如果LD12安装在模块11的中心(即沿纵向方向的中心线20)同时如在本实施例中所描述的LD12的光轴与(板21的)模块11的中心线重合，那么模块11能够绕模块11的中心线20旋转而不会引起LD12的光轴的位置偏移。最终，有可能提供一种用户(光盘设备的生产者)能够容易设计并且容易处理的LD模块。
顺便提及，优选地LD12不位于正切于板21下侧面21a的位置(即恰好沿下侧面21a的位置)，而是位于从下侧面21a向内后移的位置。这是因为当安装或处理LD模块11时能够防止LD12相碰撞的情形而折断LD12，并且还因为即使在板的纵向方向产生位置偏移误差的情况下，也能够确保LD12放置(安装)在板上。
除LD12以外，诸如晶体管之类的无源元件的表面安装组件18、用于构成高频叠加电路13和EMC管理电路14的片形电容器和片形电阻器都安装于多层板21的表面上。这些表面安装组件18通过树脂模制而被密封以形成模制部件(树脂部件)31。模制部件(树脂部件)31被提供用于电绝缘板表面上的表面安装组件18，同时还用于保护表面安装组件18防止其被物理或机械折断。当LD模块11附加到光拾取设备(光盘设备)上时，模制部件(树脂部件)31还用作定位导轨。
也就是说，如从图3到图6所显而易见的，树脂部件31具有几乎扁平的上表面和预定的厚度Z1。因此，LD模块11具有预定的厚度Z0。所以，当如图2，3和5所示，假定一种三维正交坐标系，模块11的宽度方向作为x轴，模块11的长度方向作为y轴，以及模块11的厚度方向作为z轴，这时例如，以这种方式能够定位LD模块11，即x方向的对齐通过板21的宽度x 0来限制，y方向的对齐通过板21的下侧21a来限制并且z方向的对齐通过模块11的厚度z 0来限制。
用于接受和固定LD模块11的光拾取设备(光盘设备)侧固定部件的结构没有特别地限制。例如，在光拾取设备(光盘设备)的壳体框架中可能形成一个正好适合于LD模块11的孔或者空腔，从而能够将LD模块11插入并固定于固定部件中。在这种情况下，可以优选地设置固定部件内表面的大小，以便固定部件的内表面的宽度等于LD模块11的宽度x0，且其高度等于LD模块11的厚度z0。
树脂部件31的高度z1(厚度)大于LD12的高度(参见图3)。树脂部件31包括两个臂部件31a(参见图2)，从而LD12的左右两侧都由该臂部件31a所围绕。臂部件31a能够在处理LD模块11时防止LD12被损坏。
用于形成高频叠加电路13和EMC管理电路14的无源元件(诸如电感和电容)以及导电图案(由图6的附图标记19表示)被形成在板21的内部。当用于形成高频叠加电路13和EMC管理电路14的无源元件部分地通过这种方式在多层板21的内部形成时，能够减小LD模块11的大小。
在安装LD12的多层板21的部分中提供热辐射导电图案和中心线20通孔。通常以这种方式进行热辐射，即LD12产生的热量通过导电图案和中心线20通孔被引导到板后表面的接地图案35上。例如，热辐射中心线20通孔可能形成为一种结构，在该结构中，在每个电镀通孔内部填充有如上所述的热传导材料。或者热辐射中心线20通孔可能形成为一种所谓的“填充通孔”结构，在该结构中，在每个通孔的内部填充有圆柱形的电镀金属沉淀，以保持较高的热辐射特性。
表1示出了与背景技术中的单模LD和背景技术中的多模LD相比，根据本实施例的LD模块的优点。
[表1]
  评估项目   LD模块   单模LD   多模LD   评论
  辐射噪声测量 ○ ×(参见评论) ○ 单模LD需要EMC测量
  可用温度范围 ○ ○ ×(参见评论)   用于稳定振荡的温度范围较窄
  激光器中产生的热量   ○   ○   ×(参见评论)   与单模LD相比产生的热量较大
消耗电流 ○ ○ ×(参见评论)   与单模LD相比激光器的工作(消耗)电流较大
可靠性 ○ ○ ×(参见评论)   与单模LD相比由于热量产生和温度特性所以可靠性较低
可用性 ○ ○ ×(参见评论)   由于难以大规模生产，供应量不充足
  价格   -   -   -   基本上相同
如表1所示，单模LD在各个方面如可用温度范围，激光器产生的热量，消耗电流，可靠性以及可用性方面都表现很好，但是其缺点是，由于提供了高频叠加电路，因此必须放置EMC管理电路以测量辐射噪声。多模LD具有的优点是，由于没有提供任何高频叠加电路，因此也没有必要考虑EMC管理。但是，该多模LD的缺点是，用于稳定振荡的温度范围窄，激光器产生的热量和工作(消耗)电流与单模LD相比较大，并且可靠性低，这是由于热量产生和温度特性而引起的。此外，难以大规模生产优良合格率的多模LD。因此，多模LD的缺点是，由于市场上不能充足地供应多模LD，因此多模LD不可获得。
相反，根据本发明(本实施例)的LD模块这样形成，高频叠加电路包括在该模块的内部，并且在该模块中提前执行EMC管理。因此，由于不需要考虑EMC管理，从而光拾取设备的设计人员从繁重的设计和调整EMC管理中获得了解脱。另外，能够享受单模LD的所有的优秀特性，即辐射噪声测量、可用温度范围、激光器产生的热量、消耗电流、可靠性以及可用性。就成本方面而言，能够保持其成本基本上等于单模LD的成本。如上所述，根据本实施例，能够容易地设计光拾取设备，并且还能够同时获得等效于多模LD的处理特性以及单模LD的优秀特性。
尽管上面已经描述了本发明的实施例，但是本发明并不限制于该实施例，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以作出各种改变而不会偏离权利要求书的范围。例如，如果该LD为需要高频叠加电路的单模LD，那么可以使用安装在根据本发明的LD模块中的LD，而不管LD的波长是长还是短。例如，LD可以为可见光LD或可以为具有较短波长的蓝紫LD。在该模块中安装(集成)的LD的数量不需要限制为一个。例如，多个波长不同的LD(例如两个LD)可以合并在根据本发明的模块中，从而能够形成CD和DVD的用于记录和再现的LD模块。所使用的光盘设备的类型是没有限制的。例如，LD模块能够用于以下的光盘设备中，诸如DVD、CD、MD(迷你盘)、MO(磁光)盘、光学录像盘、光学PCM唱片等等。
本发明的有益效果
如上所述，根据本发明所提供的LD模块，能够为光拾取设备设计人员提供等效于多模LD的处理特性，同时还能够保持单模LD的优秀特性。

Claims (10)

1.一种激光二极管模块，包括：
多层板，由多个绝缘层和多个导电图案层构成，所述多个绝缘层和所述多个导电图案构成包含电感器和电容器的无源器件；
单模半导体激光二极管，安装在所述多层板的表面上；
高频叠加电路，用于在所述激光二极管的驱动电流上叠加高频电流；
EMC管理组件，用于减少所述高频叠加电路所产生的电磁噪声，
其中，所述高频叠加电路的电路组件中的至少一部分与所述EMC管理组件的至少一部分被包括在所述多层板的内部，从而所述高频叠加电路和述EMC管理组件与所述激光二极管集成以便提供一个模块；和
所述无源器件起着所述高频叠加电路或者所述EMC管理元件的部分作用。
2.根据权利要求1所述的激光二极管模块，其中，所述多层板具有近似于正方形的平面形状，它具有一对彼此相对的上下侧和一对彼此相对的左右侧；以及
所述单模半导体激光二极管安装在位于所述左右侧对的中央和靠近于所述一对上下侧其中之一的位置上。
3.根据权利要求1所述的激光二极管模块，其中，所述多层板具有近似于正方形的平面形状，它具有一对彼此相对的上下侧和一对彼此相对的左右侧；以及
在所述一对上下侧中任何一侧上形成外部连接端。
4.根据权利要求1所述的激光二极管模块，其中，在所述多层板的所述表面上提供表面安装的组件；以及
除了所述单模半导体激光二极管以外，所述表面安装组件的至少一部分通过树脂模制来形成一树脂部件。
5.根据权利要求4所述的激光二极管模块，其中，通过模制所述表面安装组件而形成的所述树脂部件外表面的至少一部分毗邻用于安装所述激光二极管模块的安装部件的壁表面，从而使得定位所述激光二极管模块成为可能。
6.根据权利要求1所述的激光二极管模块，其中，在所述多层板中形成用于从所述单模半导体激光二极管辐射热量的通孔。
7.根据权利要求2所述的激光二极管模块，其中，在所述多层板的所述表面上提供表面安装的组件；以及
除了所述单模半导体激光二极管以外，所述表面安装组件的至少一部分通过树脂模制来形成一树脂部件。
8.根据权利要求7所述的激光二极管模块，其中，通过模制所述表面安装组件而形成的所述树脂部件外表面的至少一部分毗邻用于安装所述激光二极管模块的安装部件的壁表面，从而使得定位所述激光二极管模块成为可能。
9.根据权利要求3所述的激光二极管模块，其中，在所述多层板的所述表面上提供表面安装的组件；以及
除了所述单模半导体激光二极管以外，所述表面安装组件的至少一部分通过树脂模制来形成一树脂部件。
10.根据权利要求9所述的激光二极管模块，其中，通过模制所述表面安装组件而形成的所述树脂部件外表面的至少一部分毗邻用于安装所述激光二极管模块的安装部件的壁表面，从而使得定位所述激光二极管模块成为可能。
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