CN1893206A - 半导体激光单元及光拾取装置 - Google Patents

Abstract

提供一种具有放热效率好、小型化了的、防止了断线的发生、组装容易的构成的半导体激光单元。半导体激光单元，包括：具有中央部(100a)比其他区域宽度大的金属板(100)；形成了第一开口部的可挠衬底(130)；设置在中央部(100a)上的衬底(120)；设置在衬底(120)上的半导体激光器(110)；形成了第二开口部，将可挠衬底从金属板(100)的上表面沿着两侧面弯曲的状态下固定的外壳(150)，覆盖第二开口部的光学元件(160)。可挠衬底(130)，固定为第一开口部跨过中央部(100a)的上表面及侧面的形式。

Description

半导体激光单元及光拾取装置

技术领域

本发明，涉及一种半导体激光单元，特别是涉及构成向光盘，例如向数字通用磁盘(DVD)或高密度盘(CD)等的纪录媒介物写入/读取信息的光拾取装置的半导体激光单元以及包含它的光拾取装置。

背景技术

近年，不只是音乐信息还有影象信息的纪录媒介物，如高密度盘(CD)类(CD-ROM、CD-R、CD-RW等)及数字通用磁盘(DVD)类(DVD-ROM、DVD-RW、DVD-RAM等)的纪录媒介物正在急速地普及。同时，向/从这样的纪录媒介物写入信息或读取已写入的信息的光盘驱动器也在急速地普及。成为光盘驱动器心脏部的光拾取装置上，为对应高倍数纪录的高速输出化、为同时对应高密度盘(CD)和数字通用磁盘(DVD)两种规格的高性能化、以及伴随着光盘驱动器的薄型化的小型化提出了更高的要求。因此，对于用在光拾取装置的半导体激光单元，提出了为实现高速输出化的标准部件(pack age)散热性的改善、为高性能化的多头对应、以及为小型化的宽度窄小标准部件构造的要求。

以专利文献1所记载的半导体激光单元为例用图6说明以前的光拾取装置的半导体激光单元。

图6(a)，是表示以前半导体激光单元的上表面图，图6(b)，是表示以前半导体激光单元图6(a)所示VIb-VIb线的剖面图。

如图6(a)、图6(b)所示，以前的半导体激光单元，包括：标准框1600，搭载在标准框1600上的硅衬底1630，设置在标准部件1610的中央部的硅衬底1630上的，向上方射出激光半导体激光器1640，设置在硅衬底1630上的芯片状受光元件1620，密封标准框1600，由树脂铸模成型的标准部件1610，设置在硅衬底1630上，在下表面上形成了光栅(grating pattern)1650b，在上表面上形成了综合衍射光栅1650a的综合衍射元件1650。还有，在硅衬底1630上，形成了处理由受光元件1620接收的来自光盘的反射光的电路。

上述以前的半导体激光单元中，如图6(b)所示，从半导体激光器1640射出的射出光1660，由反射镜反射到标准部件1610上方，再由光栅1650b接收衍射后，透过综合衍射元件1650。其后，射出光1660通过照准镜或物镜等光学部件(未图示)，到达光盘(未图示)。从光盘的反射光1670，通过与射出光1660相同的光路后，再由综合衍射光栅1650a衍射，射入信号处理电路及受光元件1620。

然而，由上述半导体激光单元的构成要实现光拾取装置的高速输出化、高性能化、小型化的情况下，会产生两个问题。一个是伴随着高速输出化放热量的提高，再一个是随着高性能化和小型化的点间距(pinpitch)的变小。

一般地，对应高速纪录地光盘驱动器中，有必要从半导体激光单元射出200mW以上的高输出光强。如果要实现这个要求，半导体激光器1640的驱动电流就会变大半导体激光器1640的温度就会上升，从而使半导体激光器1640的可信度就会下降。这样，为了安定地驱动半导体激光器1640，就必须有效地扩散驱动时产生的热量。但是，上述以前的半导体激光单元，因为标准部件1610是由热传导率低的树脂(热传导率约为0.5W/m/deg)形成的，所以成为了热阻高的构成，无法有效地散热。

还有，由上述以前的半导体激光单元的构成如果要小型化标准部件1610的话标准部件1610的宽度就要变窄，伴随着高性能化所必要的点数(pin)的增加就受到限制。原因是减小标准部件1610的宽度且增加点数就必将减小点间距，而现在的标准框1600的加工技术中约0.4mm间距是最小界限，无法比0.4mm再小。

提高了防热性的半导体激光单元，记载在专利文献2中。这个半导体激光单元中，搭载了半导体激光器的激光器单位的下面安装了金属制衬底，能够有效地散发半导体激光器产生的热量。

还有，专利文献3所记载的光头装置中，在金属形成的板上安装了光学元件构成体，所以提高了放热效率。

专利文献4记载的半导体激光单元中，作为布线衬底使用了曲折了的挠性衬底，所以可减小布线宽度。再有，专利文献4所记载的半导体激光单元中，半导体激光器产生的热从金属制岛(island)的背面有效地散发。

(专利文献1)日本专利第3412609号公报

(专利文献2)日本特开2003-67959号公报

(专利文献3)日本特开平8-227532号公报

(专利文献4)日本特开2002-198605号公报

(发明所要解决的课题)

然而，专利文献2所记载的半导体激光单元构成中，要使小型化和高性能化同时成立是困难的。

还有，专利文献3所记载的光头装置中，因为可挠性衬底从板面突出而使薄型化变得困难。再有，光头装置，有可能会被壳体接合时产生的粉尘污染。

还有，专利文献4所记载的半导体激光单元的制造工序复杂，要缩短作业时间是困难的，要充分地确保各部件的设置精度也是困难的。再有，专利文献4所记载的半导体激光单元中，因为是可挠性衬底的端子部在弯曲的状态下粘贴到金属制岛上，所以制造时的作业变得复杂，在连接部分有可能得不到充分地粘结强度。

发明内容

因此，本发明考虑了上述课题，以提供一种具有放热效率好、小型化、防止了断线的发生、组装容易的构成的半导体激光单元为目的。

(为解决课题的方法)

为了解决上述课题，本发明的半导体激光单元，包括：具有第一部分和比上述第一部分宽度大的第二部分的金属板；设置在第一开口部，具有布线图案，一部分接合于上述第一部分的上表面的可挠衬底；搭载在上述金属板从平面看的位于上述第一开口部内侧部分上表面的，具有受光元件的半导体衬底；设置在上述半导体衬底上的发光元件；在与上述发光元件平面重合位置设置第二开口部，覆盖上述第一部分、上述第二部分及上述半导体衬底，从上述第一部分的上表面沿着两侧面将上述可挠衬底在弯曲状态下固定的外壳。

根据这个构成，因为金属板的第二部分变宽，可以防止从外壳或金属板的侧面部向可挠衬底施加物理荷载。为此，可挠衬底上的布线图案就不容易产生断线等接触不良。第二部分既可以是搭载半导体衬底的中央部，也可以是这个以外的部分。

还有，上述的构成中，因为在具有受光元件及发光元件的半导体衬底的下面设置了金属板，散热效果得到改善。为此，本发明的半导体激光单元可以在比以前更高温的环境下使用。

还有，本发明的半导体激光单元中，因为使用了形成布线图案的可挠衬底，所以，为了和面向半导体衬底的内部或外部器件连接的外部的布线间距与没有使用可挠衬底的以前的半导体激光单元的相比能够大幅度缩小。为此，即便是随着激光单元的高性能化进展的端子数增加，要减小半导体激光单元的面积也是可能的。

再有，本发明的半导体激光单元中，还可能防止在外壳上安装的透明光学元件或受光元件由于粉尘的污染。还有，本发明的半导体激光单元中，较容易组装。在此基础上，还可以在光学元件上形成衍射光栅，所以，削减光盘驱动器零部件的点数就成为可能。

只要使用本发明的半导体激光单元，制作高性能、小型化且可信度高的光拾取装置就成为可能。

-发明的效果-

本发明的半导体激光单元中，作为发热源的受发光部，设置在金属板的上表面。为此，根据本发明，可以奏效能够实现有效地放热的的半导体激光单元的效果。因此，只要使用本发明的半导体激光单元，就可以实现比以前高环境温度下能够使用的光盘驱动器。

还有，本发明的半导体激光单元中，因为可挠衬底是沿着金属板上表面及一对侧面弯曲的，可挠衬底不会沿着光拾取装置的厚度方向扩展。由此，能够实现光拾取装置的薄型化。

还有，本发明的半导体激光单元中，因为外壳和金属板连接部分的金属板的宽度，比弯曲可挠衬底部分的宽度在可挠衬底厚度以上还宽，所以，不会从金属板侧面及外壳受到强的物理性荷载。为此，就可以防止可挠衬底上的断线。

再有，因为外壳覆盖着受发光部，所以在将半导体激光单元组装到光拾取装置之际，就可以抑制粉尘等侵入受发光部。由此，就能够实现特性安定的光拾取装置。

还有，本发明的半导体激光单元中，因为使用了细节距布线可能的可挠衬底，在渐渐减小面积的同时，伴随着高性能化还能够实现多节化。为此，就能够实现薄型多功能的光盘驱动器。

还有，本发明的半导体激光单元，在设置了衍射从发光元件的射出光及向受光元件的射入光的光学元件的情况下，无需再在外部安装衍射格子或综合衍射元件，这样就削减了光盘驱动器的零件点数，就能够谋求降低光盘驱动器的制造成本。

附图说明

图1(a)至图1(c)，是表示本发明第一实施方式所涉及半导体激光单元的制造方法的立体图。

图2(a)，是表示第一实施方式所涉及的半导体激光单元的上表面图。图2(b)，是表示第一实施方式所涉及的半导体激光单元的侧面图。

图3，是表示第一实施方式的第一变形例所涉及的半导体激光单元的侧面图。

图4，是表示第一实施方式的第二变形例所涉及的半导体激光单元的侧面图。

图5(a)，是表示本发明第二实施方式所涉及的光拾取装置的上表面图。图5(b)，是表示第二实施方式所涉及的光拾取装置的剖面图。

图6(a)，是表示以前半导体激光单元的上表面图，图6(b)，是表示以前半导体激光单元图6(a)所示VIb-VIb线的剖面图。

(符号说明)

100       金属板

100a      中央部

110       半导体激光

120       硅衬底

130       挠性衬底

130a      内部

130b      外部

132       端子

134       垫圈

140       导线

150       外壳

160、200  光学元件

200a      综合衍射光栅

500       光拾取装置

510       照准镜

520       反射镜

530       物镜

540       半导体激光单元

550       散热块

560       焊锡连接处

570       光盘

具体实施方式

(第一实施方式)

首先，参照图1及图2说明本发明的第一实施方式所涉及的半导体激光单元。

图1(a)至图1(c)，是表示本发明第一实施方式所涉及半导体激光单元的制造方法的立体图。图2(a)，是表示第一实施方式所涉及的半导体激光单元的上表面图。图2(b)，是表示第一实施方式所涉及的半导体激光单元的侧面图。

本实施方式的半导体激光单元，具有组装容易的简单构造，散热容易，且实现了高性能和小型化。

本实施方式的半导体激光单元，如下所述地被组装。

首先，如图1(a)所示，准备由铜等形成的金属板100，在中央设置了开口部的可挠衬底130。金属板100，从上方看的情况，长方向中央部100a的宽度(短方向的长度)比其他部分大。可挠衬底130，例如具有长方形的外形，这个可挠衬底130上，开口部的长边的缘部(内部130a)的上表面上形成了端子132，可挠衬底130的短边两端部(外部130b)的上表面上形成了垫134。

接下来，可挠衬底130的背面(没有形成端子132及垫134的面)粘结于金属板100上表面上。在此之际，金属板100的内宽度变宽使中央部100a能够收入可挠衬底130的开口部内将可挠衬底130粘结于金属板100。在此，金属板100中，中央部100a和可挠衬底130粘结部分的高低差的大小，一侧为可挠衬底的厚度以上。可挠衬底的厚度，如约为0.1mm。

接下来，如图1(b)所示，将组装了半导体激光器(发光元件)110的硅衬底120，粘结到金属板100的中央部100a上，固定。其后，设置在可挠衬底130内部130a的端子132和设置在硅衬底120上的端子用金属线140连接。

接下来，如图1(c)所示，将金属制的外壳150从金属板100的上方，嵌入金属板100。由此，可挠衬底130中，从平面看金属板100两面突出的部分，由外壳150弯曲到金属板100的侧面。

也就是，可挠衬底130，是将垫134朝向外侧的状态弯曲成逆U字型。在此，可挠衬底130的开口部的宽度(图1的例中开口部的长边的长度)，比中央部100a的宽度与金属板100的两侧面的厚度的和还大。由此，外壳150嵌入之际可挠衬底130不会受金属板100中央部100a的影响而弯曲。再有，中央部100a和金属板100的其他部分的两侧的宽度差，各自比可挠衬底130的厚度大，所以，即便是外壳150内侧的宽度窄小的情况可挠衬底130上也不会施加上负荷。为此，回避了可挠衬底130上断线发生的危险。

还有，外壳150中，形成了位于和金属板100的中央部100a平面重合的开口部。设置了外壳150以后，将比这个开口部平面尺寸大，玻璃质的板状光学元件160粘结到外壳150上，固定，用光学元件160覆盖外壳150的开口部。

接下来，用图2说明以上的方法所制作的本实施方式的半导体激光单元的构成。同图，为了便于说明还表示了外壳150的内侧构成。

如图2(a)、图2(b)所示，本实施方式的半导体激光单元，包括：从平面看长向的中央部100a(参看图1(a))的宽度比其他部分大的金属板100；搭载在中央部100a上，上表面上形成了端子的硅衬底120；设置在硅衬底120上的半导体激光器110；形成了平面尺寸比中央部100a大的，粘结在金属板100的上表面的可挠衬底130；形成了位于与半导体激光器110平面重合位置的开口部，使可挠衬底130的开口部跨过中央部100a的上表面及两侧面，从金属板100的上表面沿着两侧面将可挠衬底130在弯曲的状态下固定的外壳150；设置在外壳150上，覆盖外壳150的开口部的透明光学元件160。

金属板100，是由表面上实施了镀镍层的铜等金属构成。还有，在硅衬底120上在设置了利用硅(111)面的45度微型镜的同时，还形成了光检测电路的受光元件及信号处理电路。

可挠衬底130上形成了设置在上表面一侧的外部130b的垫134；形成在开口部的边缘中位于从平面看与金属板100重合位置的端子132；连接端子132和垫134的布线。这个端子132，垫134及布线是由铜等金属形成，再由亚酰胺等树脂夹住这个布线构成可挠衬底130。还有，本实施方式的半导体激光单元中，设置了电连接硅衬底120上的端子和可挠衬底130上的端子132的由金等形成的导线140。

还有，如图2(a)、图2(b)所示，可挠衬底130中，设置在金属板100上方的内部130a的端子132和设置在金属板100外部的外部130b的垫134具有相互不同的端子间隔。内部130a中，例如具有0.1mm×0.3mm面积的复数个端子132沿着可挠衬底130的边形成，内部130b中，为了不在组装到光盘驱动器之际产生(电)短路等的问题，以例如端子宽0.35mm，间距宽0.65mm的形式排列垫134。

本实施方式的半导体激光单元中，光学元件160，使从半导体激光器110射出的光及射入受光元件的光透过的由板状玻璃材料制成。这个光学元件160，是由例如紫外线硬化树脂等的粘结剂以覆盖外壳150的开口部的方式固定在外壳150的上表面上。粘结剂，为了防止在金属板的外壳150上蔓延，或从外壳150的开口部溢出，最好的是用粘性或搅动液化性高的。还有，外壳150，由粘结或激光焊接固定在金属板100上。

在以上这样构成的本实施方式的半导体激光单元中，从半导体激光器110射出的光，由反射镜(未图示)沿着垂直于金属板100的方向被反射，透过光学元件160射出激光单元外部。并且，从光盘(未图示)的反射光，通过与射出光相同的光路后，透过光学元件160射入设置在硅衬底120的受光元件。

如以上的说明，本实施方式的半导体激光单元中，金属板100两侧突出的可挠衬底130，由外壳150固定为弯曲在金属板100的侧面的状态。为此，本实施方式的半导体激光单元，能够小型化。还有，金属板100中，为搭载硅衬底120的中央部100a和可挠衬底130被粘结的部分的高低差在可挠衬底130的厚度以上，就能够防止外壳150对可挠衬底130施加的大荷载。为此，也就可以防止可挠衬底130内的断线等的接触不良的发生。

还有，本实施方式的半导体激光单元中，使用了可以由细节距形成布线的可挠衬底130作为布线衬底。为此，本实施方式的半导体激光单元，可将使用标准框的以前构成中达到极限的内部布线间距宽度，降低到约为以前的五分之一的宽度为止。由此，本实施方式的半导体激光单元，同时实现伴随高性能化的多点化和小型化成为可能。为此，将本实施方式的半导体激光单元用于光盘驱动器的光拾取装置的话，就能够实现薄型多功能的光盘驱动器。

还有，本实施方式的半导体激光单元中，搭载了半导体激光器110，形成了受光元件的的硅衬底120设置在金属板100上。为此，发热源的受发光部的下面就成为全由金属构成，受发光部所产生的热量就能够容易地发散。其结果，将本实施方式的半导体激光单元用于光盘驱动器的光拾取装置的话，就能够实现比以前在更高温度环境下使用的光盘驱动器。还有，由于放热性的提高搭载高速输出的半导体激光器也就成为可能。

且，本实施方式的说明中，说明了中央部100a比其他部分宽度宽的金属板100的情况，但是，比用可挠衬底130覆盖的部分宽度宽的部分只要设置在设置了外壳150的金属板100的区域内即便是不增大中央部100a的宽度也能够避免在可挠衬底130上施加负荷。也就是，覆盖金属板100的外壳150的部分之中，只要与可挠衬底130接触的部分的宽度比任何一个部分的宽度小就可以。

还有，用图1说明的制造方法中，金属板100上粘结可挠衬底之后组装了硅衬底120，但是，将硅衬底120组装到金属板100上之后，再将可挠衬底130设置到金属板100上亦可。

还有，本实施方式的半导体激光单元中，外壳150上形成的开口部由板状的光学元件160覆盖，所以，在组装光拾取装置之际等防止了向受发光部的粉尘等的侵入。

图3，是表示第一实施方式的第一变形例所涉及的半导体激光单元的侧面图。本实施方式的半导体激光单元中，如图1(c)及图2(b)所示，玻璃制的光学元件160设置在了外壳150的外部，但是，如图3所示，光学元件160设置在外壳150内部的顶面上亦可。这种情况也是，形成在外壳150的开口部由光学元件160堵塞，就可以防止向受发光部的粉尘等的侵入。为此，在将图3所示的半导体激光单元安装到光拾取装置之际，可以不损伤受发光部的特性进行安装作业。

再有，本实施方式的半导体激光单元，与专利文献4中记载的以前的半导体激光单元相比没有采用立体设置可挠衬底，且不弯曲受发光部和受发光部，所以组装就变得容易，抑制了制造成本的增加。

还有，说明了外壳150被固定到金属板150上以后，光学元件160被用粘结剂固定到外壳150上的例，但是，光学元件160，预先被用低熔点玻璃固定，这种状态的外壳150固定在金属板100上亦可。

还有，金属板100由铜以外的金属构成亦可。但是，用铜可以控制成本是最好的。

还有，由金属板100和外壳150形成的空间中，用透明的树脂填充亦可。

还有，外壳150，还具有防止不要的光射入设置在中央部100a的受光元件中的效果。且，外壳150由金属以外的材料构成亦可。

还有，图4，是表示本实施方式的半导体激光单元的第二变形例的侧面图。如同图所示，将具有衍射光的综合衍射光栅200a的光学元件200设置在外壳150上亦可。由此，可以使来自光盘的反射光有效地射入硅衬底120的受光部，也就可以简化光拾取装置的构成。

且，作为形成受光元件或信号处理电路的衬底，还可以使用硅衬底以外的半导体衬底。

(第二实施方式)

接下来，参照图5说明本发明的第二实施方式所涉及的光拾取装置。

图5(a)，是本实施方式的光拾取装置500的上表面图。图5(b)，是光拾取装置500的剖面图。

本实施方式的光拾取装置500，包括：照准镜510；反射镜520；物镜530；第一实施方式所涉及的半导体激光单元540；在半导体激光单元540的金属板背面由粘结剂，例如硅系列热传导性粘结剂粘结固定的放热块550。从半导体激光单元540射出的激光，经过照准镜510、反射镜520、及物镜530照射光盘570。从光盘570反射回来的反射光经过同样的光路射入半导体激光单元。

半导体激光单元540的可挠衬底的外部中与光拾取装置的可挠衬底的布线连接，由如图5(b)所示的光拾取装置500外部的焊锡连接处560形成。

这样，光拾取装置500包括向半导体激光单元540的金属板背面放热的放热块550。还有，半导体激光单元540的金属板和光拾取装置500的一部分(外壳)相接触。由此，放热面积大幅度扩大放热效果就被提高，在半导体激光器产生的热量有效地传向外部成为可能。其结果，本实施方式的光拾取装置500，能够安定地工作。

还有，构成本实施方式的光拾取装置500的半导体激光单元540中，作为布线衬底使用了可挠衬底。并且，半导体激光单元540的可挠衬底和光拾取装置的可挠衬底的布线连接，由光拾取装置500内的焊锡连接处560形成。因此，能够使与成为光学元件和焊锡连接处的可挠衬底的外部的距离，和以前的构造相比成为两倍以上，所以，本实施方式的光拾取装置500在用焊锡连接组装之际，大幅度减小加到半导体激光单元540内部的光学元件上的热负荷。

也就是，焊锡连接处560和可挠彻底的外部的距离充分地分离着，所以，用焊锡进行布线连接时，光学元件或固定着光学元件的粘结剂由热传导不会被加热到耐热温度以上。其结果，就能够抑制由于光学元件的光栅图案或综合衍射光栅上形成了的反射防止膜的剥离或粘结剂的软化而引起的光学元件的位置偏移的发生，能够防止光学元件特性的特性劣化或信赖性的降低。

还有，第一实施方式的半导体激光单元540中，可挠衬底不扩展到金属板的侧方，所以，可以使光拾取装置的厚度比以前的光拾取装置薄。

且，本实施方式的光拾取装置500中，将半导体激光单元540的金属板和放热块550用硅系列粘结剂粘结固定了，但是，只要是热传导性高的粘结剂就不限制于此，例如，使用热传导性高的石墨片亦可。

-实用性-

本发明的半导体激光单元，能够利用到光盘驱动器的光拾取装置等上。

Claims (7)

1.一种半导体激光单元，其特征为：

包括：

金属板，具有第一部分和比上述第一部分宽度大的第二部分；

可挠衬底，设置在第一开口部，具有布线图案，一部分接合于上述第一部分的上表面；

半导体衬底，搭载在上述金属板中从平面看位于上述第一开口部内侧部分的上表面，具有受光元件；

发光元件，设置在上述半导体衬底上；

外壳，在与上述发光元件平面重合的位置设置第二开口部，覆盖上述第一部分、上述第二部分及上述半导体衬底，从上述第一部分的上表面沿着两侧面将上述可挠衬底在弯曲状态下固定。

2.根据权利要求1所述的半导体激光单元，其特征为：

上述第二部分，是上述金属板的中央部，

上述半导体衬底，搭载在上述金属板中央部的上表面上，

上述可挠衬底，被固定为上述第一开口部跨过上述第二部分的上表面及两侧面。

3.根据权利要求1所述的半导体激光单元，其特征为：

还包括光学元件，该光学元件堵塞上述第二开口部。

4.根据权利要求3所述的半导体激光单元，其特征为：

上述光学元件上，形成了衍射射入光的光栅。

5.根据权利要求1所述的半导体激光单元，其特征为：

上述金属板，是由包含铜的金属构成。

6.根据权利要求1所述的半导体激光单元，其特征为：

上述第一部分和上述第二部分高低差的大小，在上述可挠衬底的厚度以上。

7.一种光拾取装置，其特征为：

包括半导体激光单元，该半导体激光单元包括：金属板，具有第一部分和比上述第一部分宽度大的第二部分；可挠衬底，设置在第一开口部，具有布线图案，一部分接合于上述第一部分的上表面；半导体衬底，搭载在上述金属板中从平面看位于上述第一开口部内侧部分的上表面，具有受光元件；发光元件，设置在上述半导体衬底上；外壳，在与上述发光元件平面重合的位置设置第二开口部，覆盖上述第一部分、上述第二部分及上述半导体衬底，从上述第一部分的上表面沿着两侧面将上述可挠衬底在弯曲状态下固定。

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