CN1449079A - 半导体激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的半导体激光装置，配备有：半导体激光元件，载置前述半导体激光元件的引线框，安装到前述引线框上的外壳，在把从前述半导体激光元件出射的主光束方向的定义为前方的情况下，前述引线框在载置前述半导体激光元件的部分的后方，具有成为相对于前述半导体元件的前后方向的基准的基准面。

Description

半导体激光装置
技术领域
本发明涉及半导体激光装置。
背景技术
近年来，在DVD(Dgital Versatils Disc：数字多用盘)系统等当中，为了将激光光束照射到光盘面上，广泛应用半导体激光装置。现有技术的半导体激光装置的结构示于图4。图4A是表示本装置的平面图，图4B是表示沿图4A的C-C线的纵剖面图，图4C相当于左侧视图。
在形成半导体激光元件载置用头(head)和光接受元件104的硅等材料构成的基板105上，载置半导体激光元件103。半导体激光元件103，向前方(图中左方)出射主激光光束108，此外，向后方产生监视器用光束109。形成在基板105的表面部分上的光接受元件104，接受监视器用光束109。
半导体激光元件103利用连接线107a与引线框101连接，光接受元件104利用连接线107b与和引线框101分离的引线框101a连接，基板105用连接线107c与引线框101b连接。
进而，由树脂材料构成的管壳102，以包围半导体激光元件103的后方及两个侧面的方式形成在引线框101上，外壳102a设置在引线框101的下面。
这样的半导体激光装置，安装在设于图中未示出的拾取头的保持器内部的孔内。在进行这种安装时，引线框101的前断面201成为沿前后方向(图中的左右方向)进行定位用的基准面。，其侧断面202成为横向方向(图中的上下方向)定位用的基准面。
但是，在上述装置中，存在着以下的问题。在将半导体激光装置安装到拾取头的保持器内时，半导体激光元件103与保持器的相对的位置关系非常重要。在这种情况下，成为前后方向的基准面的前断面201与半导体激光元件103如图4所示基本上处于同一位置，两者的相对的位置关系被唯一地决定，在设计上，自由度非常低。通过根据需要将半导体激光元件103向后方(图中的右方)错开，可以提高设计上的自由度。但是，在这种情况下，装置的整体沿前后方向的尺寸变长，存在着导致装置的大型化的问题，因此这种方法不是很理想的。
发明内容
根据本发明的一个方面，半导体激光装置，在配备有半导体激光元件、载置前述半导体激光元件的引线框、安装在前述引线框上的外壳的半导体激光装置中，在把从前述半导体激光元件出射的主光束方向的定义为前方的情况下，前述引线框在载置前述半导体激光元件的部分的后方，具有成为相对于前述半导体元件的前后方向的基准的基准面。
根据发明的另一个方面，半导体激光装置，配备有半导体激光元件，载置前述半导体激光元件的引线框，安装在前述引线框上的外壳，安装在前述外壳上、散发前述半导体激光元件产生的热量的散热片，在将从前述半导体激光元件出射的光束的方向定义为前方的情况下，前述散热片具有相对于前述半导体元件成为前后方向的基准的基准面，进而，当把相对于前述前方垂直的方向定义为横的方向的情况下，前述散热片具有成为前述半导体元件的横向方向的基准面。
附图说明
图1A、图1B、图1C、是表示本发明的第一种实施形式的半导体激光装置的平面图，纵剖面图，及侧视图。
图2A、图2B、图2C、是按工序表示在所示半导体激光装置中用热铆接将盖安装到外壳上的方法。
图3A、3B、3C、是表示本发明的第二种实施形式的半导体激光装置的平面图，纵剖面图，及侧视图。
图4A、4B、4C、是表示现有技术的半导体激光装置的平面图，纵剖面图，及侧视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
(1)第一个实施例
图1表示根据本发明的第一个实施例的半导体激光装置的结构。图1A是表示在本装置中，除去外壳2的盖2a的状态的平面图，图1B是沿图1A的A-A线的纵剖面图，图1C相当于左侧视图。
将半导体激光元件载置于陶瓷等材料制成的基板6上，将该基板6和半导体基板4载置于引线框1上。半导体激光元件3向前方(图中的左方)出射主激光光束8，进而向后方出射监视器用光束9。在半导体基板4的表面部分上形成图中未示出的光接受元件，接受利用设于外壳2的盖2a上的光反射面10反射的监视器用光束9的反射光束9a。
半导体激光元件3利用连接线(bonding wire)7a与引线框1连接，光接受元件利用连接线7c与和引线框1分离的引线1b连接，基板6利用连接线7b与引线1a连接，进而利用引线7d连接到引线1c上。
同时，由树脂等材料构成的外壳2，除载置在引线框1上的半导体激光元件3的前方之外，以包围后方、两个侧面以及上面的方式，设置在引线框1上。
该半导体激光装置安装在设于图中未示出的拾取头(pickup)的保持器的内部的安装孔上。在进行这种安装时，在把从半导体激光元件3出射主光束8的方向定义为前方的情况下，设于引线框1上的切口的前断面301成为进行前后方向(图中的左右方向)定位用的基准面。此外，在把垂直于前方、并且与半导体激光元件在引线框1上的载置面偏心的方向定为横向方向的情况下，侧断面302成为进行横向方向(图中的上下方向)的定位用的基准面。进而，将垂直于半导体激光元件3在引线框1上的载置面的方向定义为上下方向、将半导体激光元件3的载置面定义为引线框1的表面的情况下，引线框1的背面成为上下方向的基准面。
这样，在本实施例中，成为前后方向的基准的前断面301，位于比半导体激光元件3靠后(图中的右方)的位置处。同时，可以将前断面301和半导体激光元件3的相对距离X设定成所需的值。从而，将半导体激光装置安装到保持器内时，可以大幅度提高保持器和半导体激光元件3之间的相对距离在设计上的自由度。此外，通过将引线框1的背面作为上下发明的基准面，可以实现比图所示的利用外壳覆盖引线框的背面侧的装置更高的安装精度。
下面，说明制造本装置的步骤。首先，在压力加工成形为所需图案的引线框1上，利用注塑成形等，以包围半导体激光元件3的载置部的方式成形构成外壳2的树脂。引线框1的基体材料，考虑到工作时的散热性能，例如使用铜系材料，但根据不同的情况也可以使用42号合金等铁系材料。考虑到组装特性，也可以预先在引线框1上镀金，镍，钯等，进行适当的表面处理。
其次，将形成光接受元件的半导体基板4和装载半导体激光元件3的基板6载置于成形好的引线框1上。这里，对于基板6，采用与半导体激光元件3的线膨胀系数相近、比硅等热传导率高的氮化铝陶瓷材料等。同时，在基板6上，预先蒸发金等电极材料，进行图案成形，在其表面上形成电极。
在将半导体基板4和基板6向引线框1上载置时，例如，将金锡焊料等粘结剂加热到约300度将其熔融焊接，确保导通。或者，也可以使用银环氧(エポキシ)粘结剂等代替焊接。
考虑到粘结剂的加热及安装到保持器内时的散热性等，引线框1的背面侧不被外壳2覆盖，处于露出的状态。特别是，在夹持引线框1、相当于半导体激光元件3或者半导体基板4上载置光接受元件的位置的背面侧的部分，最好是露出到引线1之外。
在图4所示的装置中，引线框101的背面侧被外壳102的一部分102a覆盖，散热性能不好。与此相对，在本实施例的装置中，引线框1的背面侧不被外壳2覆盖暴露在外。借此，在把本装置安装到拾取头保持器内的情况下，引线框1的背面侧与保持器直接接触。从而，由于从半导体激光元件3发出的热量经由引线框1及保持器向外部散热，所以提高散热性能。
形成在半导体基板4的表面部分上的光接受元件，在引线框1的表面上，载置在与半导体激光元件3平行的平面上。这是由于可以提高在环形线等一连串的引线框流程中的作业性能和生产性能的缘故。半导体激光液晶及半导体基板4，在成形完毕后，通过加热粘结在引线框1上。由于进行这种加热处理，所以，对于外壳2，可以使用耐热性的工程塑料(例如PPA等材料)，以及液晶聚合物等材料。或者，也可以将PSF，PES，PPS，PEEK，PAR，PAI，PEI，PI，FR(PTFE)等材料用于外壳2，但从耐热性能，耐药品性能，机械强度，引线密封性，成形性，除气，成本等综合考虑，优选地，本实施例采用PPA。
然后，为了进行电连接，将半导体激光元件3，半导体基板4，基板6分别利用连接线7a～7d连接到引线框1或者引线1a～1c上。
这里，为了使装置小型化，在引线框1上的结合空间是相当有限的。特别是，在具有出射不同的两个波长的双波长半导体激光元件3的本实施例的装置中，由于连接线增加了相应的条数，确保结合空间是十分重要的。此外，特别是一端连接到半导体激光元件3上的连接线7a，必须在不接触基板6的情况下，将另一端结合到引线框1上。但是，当将导线的环路制成在中途弯折的形状时，会导致组装成品率和组装速度的降低。因此，在装载基板6的位置的前方侧设置连接导线7a的另一端用的结合(bonding)空间。
借此，缩短导线7a的环路，此外，能够制成接近于直线的比较简单的形状，可以提高组装性能。
但是，另一方面，在半导体激光元件3中的激光光束出射点位于比引线框1的前部尖端(图中的左端)更靠后方的位置处。因此，为了不使激光光束被引线框1的前部尖端遮挡而产生干扰等恶劣的影响，在引线框1上，在装载半导体激光元件3的区域的前方部分上，设置切口的窗部303，制成不会造成不便的结构。
作为装载半导体激光元件3时的基准，可以辨认窗部303，将半导体激光元件3和半导体基板4载置于引线框1上。特别是，在从单一的半导体激光元件3中出射多个激光光束的实施例的情况下，有必要与基板6上的电极图案对准，载置半导体激光元件3。因此，由于必须将基板6高精度地载置于引线框1上，所以，辨认装载位置是十分重要的。
在这种装置组装完毕之后，将盖2a利用粘结剂和热熔敷，超声波熔敷，压入，嵌合等安装到外壳2的主体上。例如，可以将硅酮(シリコン)系粘结剂涂布到粘结面上，将盖2a安装到外壳2上，在摄氏200度左右使之固化，进行粘结。在该盖2a的内表面的一部分上，设置光反射面10，将从半导体激光元件3的后方出射的监视器用光束9反射，入射到光接受元件上。从而，为了提高光反射面10的光反射率，有必要选择盖2a的材料，并对其进行表面处理。
在本实施例，不仅利用粘结剂，也可以利用超声波熔敷和热熔敷，和外壳2主体一样，将PPA作为盖2a的材料。作为其它材料，例如，也可以将PBT以及金属，在树脂上镀敷的材料等用于盖2a。对盖2a也和引线框1一样，为了不遮挡从半导体激光条件3来的主激光光束8，在其前面侧设置同样的切口。
或者，也可以采用在外壳2的主体侧树脂多个突起部，在盖2a侧设置对应于所述突起部的孔，在嵌合之后，通过一面将突起部的前端加热一面加压将其压扁，将盖2a安装到外壳2的主体上的所谓热铆接的方法。
下面，用图2A～图2C对这种方法进行说明。
如图2A所示，在盖400上形成孔401。此外，如图2B所示，在外壳410的表面上设置突起部411。这里，将基板412装载到用图中未示出的导线连接到引线415上的引线框416上，在其表面上装载出射激光光束的半导体激光元件。该激光光束被形成在半导体基板414上的光接受元件接受。外壳410设置在引线框416的表面上。
通过以所需的精度形成突起和孔，如图2C所示，可以将盖400高精度地安装在外壳410上。例如在突起部411是PPA的情况下，通过一面加热到150～300℃一面压扁，可以获得足够的安装强度。对于不直接加热、加压的盖，除耐热温度较低的材料及塑料之外，例如还可以广泛地选择金属材料等。
在采用这种热铆接的情况下，由于不使用粘结用材料，所以，可以简化工艺以及节省材料费用，同时还不必担心杂质等附着在半导体激光条件和光学系统上等造成的不良影响。
在图1A～图1C中，在引线框1上装载多个元件(在本实施例中，半导体激光元件3及光接受元件)的情况下，由于引线数目增加，所以如本实施例那样，将引线框1与引线1a～1c切断分离。
如图1A所示，本装置以成为在切口部的前后方向的基准面的前断面301为界，前半部宽度窄，后半部变宽。在安装侧的拾取头的保持器上，设置对应于半导体激光装置的前半部的宽度窄的部分的插入用孔，将本激光装置插入安装到该孔中。
半导体激光装置的安装精度，例如，对安装侧的拾取头等的性能有十分显著的影响。因此，在本实施例中，如上所述，将引线框1上的切口部的侧断面302作为横向方向定位用的基准面。但是，并不局限于仅利用切口的端面(断面)作为基准面，通过将端面弯折等将断面以外的部分作为基准面，可以增加基准面的面积。
此外，如上所述，将在引线框1的切口部的宽度窄的部分和宽度宽的部分的交界处产生的阶梯差部分的前断面301作为前后方向定位用的基准面。借此，当把本装置插入保持器孔内时，该基准面(前断面301)与保持器的内表面接触，可以进行前后方向的定位。也可以相对于该定位用基准面设置突起部分，将其前端部设定在基准位置上，或者也可以如图1A所示的那样，将引线框1的前断面301的直线部分原封不动作为基准面。或者，将引线框1以外的例如外壳2的一部分设定成前后方向定位用的基准。
(2)第二个实施例
其次，对本发明的第二个实施例的半导体激光装置进行说明。图3表示本半导体激光装置的结构。图3A是表示在本装置中除去外壳2的盖2a的状态的平面图，图3B是沿图3A中的A-A线的纵剖面图，图3C相当于左侧视图。这里，与图1所示的第一个实施例相同的结构部件赋予相同的标号，省略其说明。
本实施例，相当于将第一个实施例的装置安装散热片11的装置。通过将散热片11安装到引线框1上，可以将半导体激光元件3发出的热量很好地散发到外部。
进而，在确保小型化的情况下，可以提高使本装置安装到拾取头的保持器内时的强度。在图4所示的半导体激光装置中，在将本装置压入保持器内进行安装时，成为定位用基准面的引线框101的前断面201以及侧断面202受到大的压力和应力。因此，为了防止因外力引起的变形，有必要在一定程度上将引线框101加厚，此外，其材料也受到大的制约。
与此相对，在本实施例中，在把垂直于半导体激光元件3出射主光束8的前方方向定义为横向方向的情况下，将在散热片11上的圆弧状的侧面112作为横向方向定位用的基准面。进而，将散热片11的前侧的表面111作为前后方向的基准面。借此，在安装到保持器内时，由于在散热片11上的面积大的面111、112承受压力和应力，所以，不加厚引线框1就可以确保足够的强度。
进而，在如图4所示的结构中，为了提高散热性能安装散热片时，很难进行高精度地安装。
在本实施例中，和上述第一个实施例一样，在引线框1上设置切口部，令散热片11与该切口部的成为前后方向的定位用基准面的前断面301和成为横向方向的定位用基准面的侧断面302接触地进行安装。因此，可以很容易的将散热片对引线框1进行高精度地安装。
这里，对于散热片11的材料，考虑到散热性能，使用铜系和铁系等金属材料，但在不过分要求散热性能的情况下，也可以使用塑料等材料。
本实施例的散热片11的形状，为将规定厚度的圆盘的下端114及上端115直线状地切掉，其侧面112用圆筒面的一部分构成的圆弧状。同时，该侧面112处的圆弧的中心轴P，位于主激光光束8从半导体激光元件3出射的位置附近，与出射方向大致平行。
同时，在安装本装置的保持器内开设圆孔，通过以散热片11的圆弧状的侧面112贴紧在圆孔的内壁侧面上的方式将本装置插入，容易且高精度地决定主激光光束8的出射方向。此外，通过把本装置插入圆孔内，可以更容易利用下端114、上端115对主激光光束8进行垂直方向的定位，插入后可以很容易地调整本装置的旋转方向。
这里，切掉散热片11的下端114和上端115，是为了将半导体激光装置小型化，能够向薄型的拾取头上进行安装。由于利用上述第一个实施例的装置能够薄型化，所以向其上安装散热片11的本实施例的装置也能够薄型化。此外，与拾取头的设计相一致，可以自由地设计散热片11的上下方向的尺寸和形状。但是，在安装到非薄型的通常的拾取头上的情况下，没有必要切掉散热片11的上下端。
在散热片11的一部分上，形成用于安装引线框1等的切口部116。同时，如上所述，从半导体激光元件3出射主激光光束8的位置，如图3C所示，设定成与散热片11上的圆弧状的侧面112的中心P相一致。这是因为，在调整将本装置安装到拾取头的保持器内时的旋转方向的时候，总是使半导体激光条件3的光束出射点处于一定的位置处的缘故。此外，散热片11的前面侧的表面111相对于侧面112是垂直的，如上面所述，该面111的一部分或者全部成为前后方向的定位用的基准面。
这里，在本实施例中，直接利用成为基准的侧112，表面11作为基准面，但是，也可以在这些面上另外设置基准部。例如，在侧面112及/表面111上设置突出部，将该突出部的前端作为基准位置。在这种情况下，通过将突出部的前端与保持器的孔的内壁接触进行定位。
散热片11向引线框1上的安装，优选地，通过热的结合或者接触安装到引线框1上载置半导体激光元件3的部分的正背面附近的部分上或者其正背面上。借此，可以进一步提高散热性能。在本实施例中，散热片11上的突出部113，结合到载置半导体激光元件3的部分的正背面上。该突出部113，如图3C所示，优选地，以不突出到圆弧状的侧面112的直径D的外部的尺寸形成。借此，在确保小型化的同时，能够安装到保持器内。
散热片11，例如，可以利用焊接，银环氧树脂，银釺焊等安装到引线框1上。但是，也可以利用粘结剂及油脂，或者简单地压接，在确保散热性能的情况下进行安装。借此，从半导体激光元件3发出的热量经由引线框1、散热片11、安装侧的保持器向外部散热。
上述实施例都只是一个例子，本发明并不局限于此。例如，在上述第一、第二个实施例中，作为元件，除半导体激光元件之外，装载光接受元件。但是，本发明也适用于不装载单体激元件之外的元件的装置，或者，本发明也适用于除装载半导体激光元件和光接受元件之外还进一步装载其它的元件的情况。此外，各部件的材料等可以根据需要自由地进行选择。
进而，在第二个实施例中，在散热片上载置半导体激光元件的部分的后方，设置成为相对于半导体激光元件的前后方向基准的基准面。但是，根据拾取头保持器的形状等，也可以相对于前后方向在与半导体激光元件3的主光束8的出射位置基本上相同的位置上设置成为前后方向基准的基准面。即，在从与半导体激光元件的主光束8的出射位置几乎是相同的位置起向后方的范围内，根据保持器的形状等，在散热片上设置前后方向的基准面。
如上面所说明的，上述实施例的本发明的半导体激光装置，在引线框上，通过在半导体激光元件的载置部分的后方具有成为相对于半导体激光元件的前后方向的基准的基准面，在把装置安装到保持器等时进行定位，可以提高设计上的自由度。
此外，在具有散热片的场合，通过引线框不受安装时的应力，而是由散热片承受安装时的应力，不必提高引线框的强度，不用对引线框的材料和厚度加以制约，可以确保安装时的强度。
相关申请的参考
本申请在35 USC 119之下基于并要求2002年4月28日提出的日本专利申请No.2002-91521，的优先权，其全部内容在这里被引用为参考文献。

Claims (20)

1、一种半导体激光装置，配备有半导体激光元件、载置前述半导体激光元件的引线框、安装在前述引线框上的外壳，其特征为，
在把从前述半导体激光元件出射的主光束方向的定义为前方的情况下，前述引线框在载置前述半导体激光元件的部分的后方，具有成为相对于前述半导体元件的前后方向的基准的基准面。
2、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征为，在把垂直于前述前方、且平行于在前述引线框内的前述半导体激光元件的载置面的方向定义为横向方向的情况下，进一步具有成为相对于前述半导体激光元件的横向方向的基准的基准面。
3、如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征为，前述外壳具有将从前述半导体激光元件出射的光束在前方取出用的窗部。
4、如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征为，前述成为前后方向基准的基准面，形成于前述引线框的切口部。
5、如权利要求2所述的半导体激光装置，其特征为，成为前述横向方向基准的基准面，是前述引线框的侧面，前述侧面垂直于前述引线框的载置前述半导体激光元件的面，形成在成为前述前后方向的基准的基准面的前方。
6、如权利要求1所述的半导体激光装置，其特征为，在把垂直于前述的引线框的前述半导体激光元件的载置面的方向定义为上下方向，把前述半导体激光元件的载置面作为前述引线框的表面的情况下，将前述引线框的背面作为相对于前述半导体激光元件的上下方向的基准。
7、如权利要求6所述的半导体激光装置，其特征为，前述引线框的背面从前述外壳露出。
8、如权利要求6所述的半导体激光装置，其特征为，前述外壳具有将从半导体激光元件出射的光束在前方取出用的窗部。
9、如权利要求6所述的半导体激光装置，其特征为，成为前述前后方向基准的基准面，形成在前述引线框的切口部。
10、一种半导体激光装置，配备有半导体激光元件、载置前述半导体激光元件的引线框、安装在前述引线框上的外壳及散热片，其特征为，
在将从前述半导体激光元件出射的光束的方向定义为前方的情况下，前述散热片具有相对于前述半导体元件成为前后方向的基准的基准面，进而，当把相对于前述前方垂直的方向定义为横的方向的情况下，前述散热片具有成为相对于前述半导体元件的横向方向基准的基准面。
11、如权利要求10所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片在载置前述半导体激光元件的部分的后方，具有成为前述半导体激光元件的前后方向的基准的基准面。
12、如权利要求11所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片相对于前述前方平行的侧面具有圆弧状形状，与成为相对于前述半导体激光元件的横向方向的基准的基准面相当；
垂直于前述前方的面，相当于成为前述半导体前后方向的基准的基准面，
前述侧面的中心轴与从前述半导体激光元件出射的主光束出射方向基本上平行；
在把前述引线框的前述半导体激光元件的载置面定义为表面时，在前述引线框的背面，相当于前述半导体激光元件的载置位置的背面侧的部分或者相当于背面侧部分的附近的部分，与前述散热片接触。
13、如权利要求11所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片具有平行于前述侧面的圆弧的中心轴、并且以比前述圆弧的直径小的间隔分开的上表面和下表面。
14、如权利要求12所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片在比成为前述前后方向的基准的基准面更靠前方侧具有突出部，该突出部与在前述引线框的背面的、相当于前述半导体激光元件的装载位置的背面侧的部分接触。
15、如权利要求12所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片具有具有平行于前述侧面的圆弧的中心轴，并且以比前述圆弧的直径小的间隔离开的上表面和下表面。
16、如权利要求10所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片，
与前述前方平行的侧面具有圆弧状形状，相当于成为前述半导体激光元件的横向方向的基准的基准面，
垂直于前述前方的面，相当于成为前述半导体前后方向的基准的基准面，
前述侧面的圆弧的中心轴与从前述半导体激光元件出射的主光束出射方向基本上平行，
在把前述引线框的前述半导体激光元件的载置面定义为表面时，在前述引线框的背面，相当于前述半导体激光元件的载置位置的背面侧的部分或者相当于背面侧部分的附近的部分，与前述散热片接触。
17、如权利要求16所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片在比成为前述前后方向的基准的基准面更靠前方侧具有突出部，该突出部与在前述引线框的背面的、相当于前述半导体激光元件的装载位置的背面侧的部分接触。
18、如权利要求16所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片具有平行于前述侧面的圆弧的中心轴、且以比前述圆弧的直径小的间隔分开的上表面和下表面。
19、如权利要求10所述的半导体激光装置，其特征为，前述散热片具有平行于前述侧面的圆弧的中心轴、且以比前述圆弧的直径小的间隔分开的上表面和下表面。
20、如权利要求10所述的半导体激光装置，其特征为，前述半导体激光装置在比成为前述前后方向的基准的基准面更靠前方的前方部分，其具有的形状和尺寸，为可以容纳在具有与前述侧面的圆弧同一个中心轴，并且与前述圆弧具有同一个直径的圆筒的内部。
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