CN1265529A

CN1265529A - 半导体激光器

Info

Publication number: CN1265529A
Application number: CN00103030A
Authority: CN
Inventors: 上林秀史
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2000-09-06
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP3869575B2; KR20000062648A; CN100388574C; KR100681655B1; JP2000252575A

Abstract

一种半导体激光器,设计自由度大并可简单地制造,同时可得到与已有密封外壳型半导体激光器相同尺寸精密度和安装基准面的小型而廉价的半导体激光器。设有由半导体材料组成的多根引线11—13上下露出并以树脂构件14整体成型的底座1,以及与该多根引线11—13的一根引线11进行电连接的基座15,然后在该基准座15上设置激光芯片2。该激光芯片2安装在硅副框架3上并将其固定在基座15。外壳5覆盖该激光芯片2等周围并用胶粘剂6等将其固定在底座1上。

Description

半导体激光器

本发明涉及一种气密封装激光芯片周围的密封外壳型半导体激光器。更具体地说，本发明涉及特别适用于数字录像盘(DVD)、激光打印机、DVD-ROM等电视摄像管用光源的、廉价的半导体激光器。

用于已有的DVD光源等的半导体激光器，具有如图4所示的结构。即是说，为了确保可靠性，需要保护激光芯片23防止来自外部空气，由外壳24覆盖激光芯片23的周围进行气密封装。

图4中，(a)为俯视图，(b)为一部分剖面的侧视图，(c)为将外壳24焊接在底座21上的剖面说明图。21为底座，由金属冷锻加工等与基座21a整体成型，如图4(c)所示，两处设有贯穿孔21b，引线26、27由低熔点玻璃29等绝缘进行气密封装。在基座21a上通过由硅基板等构成的副框架22使激光芯片23键合，并与引线26、27的前端进行引线键合。进而，在底座的底面一侧，共用引线28通过焊接等粘接。该底座21的上部由于气密封装激光芯片23的周围，所以外壳24通过接接等安装在底座21上。在外壳24的透过激光部分设置贯穿孔，窗玻璃25是通过低熔点玻璃粘接的。此外，本例由于设置激光二极管与用于监视激光二极管输出的光二极管的两方，所以将分别与一方电极连接的引线26、27和分别与另一方电极共同连接的共用电极28的三根引线导出封装的外部。还有，光二极管在图中未示出，在底座21的中心部形成凹部，并设置在该凹部内，而且与副框架22直接形成。

所述外壳24与底座21的焊接，如图4(c)所示，通过在外壳24的底部的凸缘部24a的底面一侧所设置的突起部24b。以集中电流的方式由上下通过电极31、32夹接进行焊接。于是，底座21的外周面A成为位置伸出等的基准面。还有，21c为旋转方向定位的切口部。

图4所示的已有结构的半导体激光器的底座是通过如前所述的将厚金属板冷锻压，与基座一起进行底座成型加工而制造的。与该底座整体成形的基座要求有：对底座的底面的垂直度必须在1°左右的范围之内；同时底座的外径尺寸精度为0.03mm以下的公差。为了冷锻制造，要求模具有非常高的精度。因此存在着模具维修费用高，金属底座单价上升的问题。

此外，在金属底座成型加工时，必需在底座上开孔，然后由玻璃封入引线。为此，即使在封入0.45mm左右粗度的引线时，在底座上所设置的孔径也需要约1mmΦ；包括外壳焊接部分及基准面部分的底座最外径为5.6mm左右小的底座上，设置引线空间的自由度受到限制，同时还必需由另一种玻璃封入引线，从而成为进一步增加工时，提高成本的原因。

本发明为解决上述问题，其目的在于，提供一种半导体激光器设计自由度大并可简单地制造，同时可得到与已有气密封装型半导体激光器相同尺寸精度和安装基准面的小型而廉价的半导体激光器。

本发明的半导体激光器由以导电材料组成的多根引线上下露出并以树脂整体成型的底座、与该多根引线的一根电连接设置的基座、在该基座上紧固的激光基片、覆盖在该激光芯片周围并在顶部有透光窗且固定在所述底座上的外壳所构成。

通过作成这样的结构，可在模具中将引线固定并只向中其中流入树脂就可简单地制成树脂底座，可大量减少工时并廉价制造。另一方面，由于作成树脂制的，虽然其外径和高度的基准面难于保持恒定，但通利用构成基座的金属和外壳等的金属，可做成所需要的基准面。

所述引线的一根与所述基座整体成型，而且与该基座整体成型的同时，设置有在所述底座上露出并向所述底座周围延伸的突出部，通过在该突出部上紧固所述外壳的底部，使安装在基座上的激光芯片的热通过基底、突出部和外壳容易逃散，是理想的。

通过在所述外壳底部形成覆盖所述底座的周围上部及侧部的阶梯形裙部，树脂制底座的径即使不能精密地形成，由于外壳的外径可决定正确安装的定位，而且还可将侧缘部的上面作为激光芯片的位置伸出(自激光芯片的距离)的基准面，是理想的。

所述外壳由导热良好的胶粘剂紧固在所述底座上，因此，可使传入基座的热由外壳高效率地散热，所谓导热性良好的胶粘剂，系指混入如银膏等这样的金属填料等导热率良好的材料的胶粘剂。

以下对附图及其主要符号作简单说明。

图1为表示本发明半导体激光器一实施例结构的说明图。

图2为图1的底座部平面及侧面说明图。

图3为表示图1半导体激光器热电阻特性与已有的金属底座的半导体激光器特性比较图。

图4为表示已有半导体激光器一例的结构说明图。

在上述附图中，1-树脂制底座，2-激光芯片，5-外壳，11-共用引线，12-引线，13-引线，14-树脂构件，15-基座，16-突起部。

实施例

以下参照附图，说明本发明的半导体激光器。

本发明的半导体激光器，其一实施例的外壳切口侧面说明图及仰视图如图1所示，设有以由导电材料组成的多根引线11-13上下露出并由树脂构件14整个成型的底座1，以及与该多根引线11-13的一根进行电连接的基座15。然后，在基座15上紧固着激光芯片2。该芯片2安装在硅副框架3上，该副框架3被紧固在基座15上。在基座15上设置有用于监视激光芯片2输出的受光元件4。该激光芯片2等的周围被外壳5所覆盖，并由胶粘剂6等将其固定在底座1上。在外壳5的顶部形成有透光窗51。此外，也还有在该透光窗51上由窗玻璃等气密封装的情况。

底座1如图2俯视图及侧视图所示，在该例中三根引线11-13由绝缘性树脂构件14紧固。其中的一根引线11与基座15整个成形，在树脂构件14的上部形成基座15，在下部引线作为共用引线延伸。在树脂构件14的上部，与基座15整个以突起部16在树脂构件14上部的露出的形式向底座1的外周延伸。该突出部16的结构为以由树脂构件14的表面稍露出的一定尺寸设置的，而且在其上载置并紧固着所述外壳5。也即是说，由激光芯片2所发生的的热通过基座15及突起部16向外壳5逃散，就可以由外壳5散发热。还有，虽然树脂构件14不能象金属那样使其尺寸高精度地形成，并难于在底座上设定激光芯片2的位置伸出的基准面，但是，由于该突起部16与基座15整个成形，通过与基座相对的突出部16的位置正确定位，进而与该突出部16接触而设置外壳5，可将外壳5的侧缘部52的平面部B作为激光芯片2的位置伸出用的基准面。

突起部16如图2所示，由基座15部分向底座1的周缘部分延伸形成的，例如以平面的形状形成コ字形。该突起部16不仅限于此种形状，在本来的底座周围外壳5的底部的相当部分沿圆周方向设计，这从散热与外壳的固定观点来看，是理想的。在基座15的上部中央设置的切口部15a是作成不能遮挡由激光芯片2射出光，图2(a)的17是在引线12、13与基座15之间所填充的固定引线用的树脂，在引线键合时，通过底座1是树脂制的，引线保持力与由低融点玻璃封装引线时相比下降了，因此，这也是为防止键合性能下降而用的。

树脂构件14在将已完成的元件装入电路基板等进行焊接时，温度容易上升，采用有耐热性的树脂是理想的，例如可采用液晶聚合物，也可采用通常的PPS(聚苯硫醚)等树脂。这种树脂构件14的厚度可制成0.8-1mm，比已有的金属制品(1.1-1.3mm)薄一些。还有，14a-14c与已有的相同，是对底座1上所形成的旋转定位用的切口部。这种切口部14a-14c也只是在模具中形成凸起的，可很容易地按所希望的形状形成。

为了制造这种底座1，例如在形成有这种树脂构件14的形状空洞的模具中，将预先对基座15及突起部16等经过冲压和弯曲加工等形成的引线11-13定形，通过注入树脂使之固化，即可形成在树脂构件14内固定引线11-13的底座1。此外，引线11-13如引线框架那样可连接多组，通过在一个模具中设置多个空洞，便可一次同时制造数十个底座。

激光芯片2以射出激光的光形成，但其大小为250μm×250μm，非常小，为便于其处理，通常在由0.8×1mm左右的硅基板等所组成的副框架3上键合。于是，一方的电极与副框架3直接连接由导电胶与共用引线11连接，而另一方电极经过副框架3的电浮动部分通过引线键合与引线13连接。这种激光芯片2安装在副框架3由吸附夹套传送，并以突起部16的上面为基准合位而被装在基座15。由于以该突起部16的上面为基准，为使如后所述的外壳5紧固在该突起部16上，相对于外壳5的侧缘部52的基准面B，高精度地组装激光芯片2的位置。此外，用于监视激光芯片2的发光输出的受光元件4同样被键合在基座15上。其一方的电极通过基座15与共用引线11连接，而另一方的电极通过未图示的引线键合与引线12电连接。还有，这种受光元件4也可直接与副框架3形成。

在激光芯片2的周围，外壳5是通过粘接在底座1而设置的。外壳5最好是由铜等导热性良好的材料构成，铁等金属也可以。此外，施以镀无光泽的银容易防止里面光的漫反射，是理想的。还有，在外壳5的顶部的中心部，设置有通过激光的贯穿孔，形成窗部51。再有，在底部形成阶梯形裙部52，阶梯形成的平面部作为位置伸出用的基准面，覆盖裙部52的底座1的部分作为制品外径的基准。这种外壳5是金属制的，因此其尺寸精度是以非常高精度地形成的，不受树脂制底座1尺寸偏移的约束，常常成为一定尺寸的基准面与基准径。此外，这种外壳5是用环氧树脂等胶粘剂粘接的，而且激光芯片2所发生的热容易散发，因此导热性良好的材料，是理想的，使用混入银等金属填料，也是理想的。

根据本发明的半导体激光器，底座是利用树脂构件紧固引线形成的，与已有的用冷锻法形成金属板需要复杂的形成工序相比，可非常廉价地制造。而且，以后不需要用玻璃封装引线，不需封装引线的工时，同时不需要比引线粗度大的空间，因此可在狭的范围内固定引线，提高了引线等设置的自由度。此外，使基座与引线整体成形中若通过树脂成形，则其直角度等也由于模具的精密度，可非常精密地成型，可得到弯曲小的高性能半导体激光器。另一方面，作为由树脂构成底座的不利之处，可以为放热性与尺寸精度差。然而，关于放热性问题，与安装有激光芯片2的基座15一体，设置有由树脂构件14露出的突起部16，使外壳5的底部与该突出部16接触，通过金属构件15、突起部16可将热传导至外壳5，由外壳5散发热。因此，即使树脂构件14的导热稍有下降，也无碍于由激光芯片所发生的热散发。

还有，关于尺寸的精度的问题，树脂构件14自身的收缩率不恒定，为确定向激光芯片的光射出方向的尺寸设定定位或通过在安装基板等上的所设置的孔插入其底座的外径来决定XY方向的定位，不能得到充分的精度。然而，在其外周所设置的外壳是金属制的，可充分高精度地形成尺寸精度。通过在该尺寸精度良好的外壳的底部设置阶梯形裙部并使该阶梯部的内面与所述基座为一体的突起部接触紧固，就可在外壳裙部的阶梯部设定激光芯片定位的基准面。还有，通过覆盖底座外周的裙部可高精度地形成其外径，因此亦可充分地高精度地形成XY方向的定向。

对于所述图1所示结构的半导体激光器固定在厚度为3mm和角30mm铝组成的散热板(本发明P₁、已有结构Q₁)的情况下和不安装散热板(本发明P₂、已有结构Q₂)的情况下，在顺向电流Tr＝30mA、取样电流I_M＝1.5mA、取样时间T_D＝1μS的条件下使其动作，研究了其热电阻(R_th)的变化，并与已有的半导体激光器作了对比，其结果示于图3。由图3可看出，使用树脂制的底座对散热几乎无影响。此外，图3中横轴表示外加电流时间T_P(秒)，纵轴表示热电阻R_th(℃/W)。

如上所述，根据本发明，利用树脂构件制成底座，不需要特殊加工即可简单地制造。此外，由于不需要玻璃封装引线，从而可减少构件数并节省其加工时间。因此，可获得不降低电性能与光学性能且价格非常便宜的半导体激光器。还有，从外形上来看，本半导体激光器与已有的使用金属底座的半导体激光器完全相同，故可直接取代已有的产品。

Claims

1.一种半导体激光器，由以导电材料组成的多根引线上下露出并以树脂整体成型的底座、与该多根引线的一根电连接设置的基座、在该基座上紧固的激光芯片、覆盖在该激光芯片周围并在顶部有透光窗且固定在所述底座上的外壳所构成。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，所述引线的一根与所述基座整体成型，在与所述基座整体成型的同时，设置有在所述底座上露出并向所述底座周围延伸的突出部，在该突出部上紧固所述外壳的底部。

3.根据权利要求1或2所述的半导体激光器，在所述外壳的底部形成覆盖所述底座的周围上部及侧部的阶梯形裙部，该外壳的裙部作成位置伸出的基准面。

4.根据权利要求1、2或3所述的半导体激光器，所述外壳由导热性良好的胶粘剂紧固在所述底座上。