JP2001237480A - レーザダイオード用マウントの実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードの高精度な実装を汎用性の
高い装置で、低工数で実現する。 【解決手段】 セラミックス等の高熱伝導材料から成る
マウント２の上面にメタライズパターン３を形成し、そ
の寸法を幅は発光素子１の幅と略等しく、長さは発光素
子１の長さＬよりαだけ短くしておく。また、メタライ
ズパターン２の長手方向の中央部から両幅方向にＬ／２
以下の幅の引き出しパターン３ａを形成しておく。マウ
ント２への発光素子１の搭載に際しては、メタライズパ
ターン３の上に半田リボン４を位置を合わせて載置し、
次ぎに発光素子１をその上から載置する。マウント２を
窒素雰囲気中の加熱炉で加熱し、半田が溶融したところ
で反転させる。半田の表面張力の作用により発光素子１
にセルフアライメント作用が働いて、そのまま冷却すれ
ばメタライズパターン３に沿った高精度な実装が出来上
がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
用マウントの実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザダイオード（以下、単に発光素子
という）は光センサの発光光源として各種精密測長器、
リモートコントロール、情報の記録再生、自動機械の位
置決め用などに広く用いられている。発光素子は動作時
の電流密度が１〜４ｋＡ／ｃｍ２ と高いため、動作電
流による発熱が大きく、これを効率よく外部へ伝達して
放熱しないと、その熱により発光素子の発光効率が低下
して光量が減少する。そこで光量を維持するためには更
に動作電流を増加させることになる。この繰り返しから
動作電流が増大して発光素子の寿命が極端に短くなって
しまう。従って、放熱を効率よく行うことが重要にな
る。そこで、発光素子は熱伝導率の高い放熱用ブロック
（ヒートシンク）にマウントした上で、電極の配線等が
なされ、パッケージに納められて製品とされている。こ
のような発光素子の従来のマウント構造を図面により説
明する。図７、図８、図９は従来の発光素子のマウント
構造を示す斜視図である。図１０は発光素子の搭載位置
を示す要部側面図である。

【０００３】まず、従来の発光素子のマウント構造の構
成について説明する。図７において、５３は発光素子で
あり、５１は銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料を
切削・研磨や粉末成型等の方法で形成した１乃至１０数
ｍｍ３ 程度の直方体形状の放熱用ブロックである。発
光素子５３をブロック５１へマウントする際には、発光
素子５３とブロック５１との熱膨張係数の差が無視でき
ないほど大きいために、インジウム合金等の柔らかい半
田を用いて接合しその差を吸収させている。ところが、
このマウント構造では、半田が柔らかいので初期位置精
度が悪いのと長期的には無視できない位置ズレを起こす
ので、発光素子の信頼性を高めるのが難しい。

【０００４】図８に示すものはこれに代わる信頼性の高
いマウント構造である。図８において、５２は熱膨張係
数の値が発光素子５３に近い値を持つ高熱伝導のセラミ
ックス薄板から成るマウントであり、発光素子５３とブ
ロック５１との間に介在する。マウント５２は発光素子
５３及びブロック５１との接合のために接合面を金等で
メタライズしてある。発光素子５３を搭載するに当たっ
ては、まずマウント５２とブロック５１とを接合する
が、これは半田接続用のダイボンダを用いて行う。レー
ザー光を所望の方向に出射させるために後述する所定の
組立精度が必要であり、発光素子５３をマウント５２に
マウントするには画像認識装置を持つ専用の高精度ダイ
ボンダーを用いる。接続材料としては金合金等の高熱伝
導材料を用いている。

【０００５】図９により、更に発光素子５３の位置合わ
せについて説明する。５４はパッケージの基台であり、
ブロック５１を基台５４に組み立て後に、発光素子５３
をマウントする。このときに、光軸Ｋの位置と傾きとが
基台５４外形を基準として所定の精度に入っている必要
がある。光軸Ｋは発光素子５３の外形と略平行であるか
ら、まず、互いの外形を基準としてマウント５２をブロ
ック５１に搭載しておき、次ぎにブロック１の外形を基
準として発光素子５３をサブマウント５２にマウントす
る。発光素子５３の組立精度は、一般的に図９、図１０
に示すように、位置については、ｘｙｚ軸方向に各々±
３０μｍ、傾きについては、±３度以内とし、発光素子
５３の発光部５３ａのある端面がマウント５２の上端か
ら０〜４０μｍ突き出るようにする。発光素子５３のマ
ウントには１個につき３秒から３０秒の工数を要してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このマ
ウント構造の場合、ブロックとマウント間、マウントと
発光素子間の２回もの高精度マウントを行う必要があ
り、専用の高精度なダイボンダーを用いて多くの時間を
かけて発光素子を固着実装している。そのための設備
費、工数ともに大きく、製品コストを増大させている。

【０００７】上記発明はこのような従来の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、汎用性の高
い装置を用いて、工数及び設備費用の低減に寄与するこ
とのできるレーザダイオード用マウント構造とその実装
方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、レーザダイオードをマウントを介して放
熱ブロックに搭載するレーザダイオード用マウントの実
装方法において、前記レーザダイオードの長さより短い
長さと前記レーザダイオードの幅と略等しい幅のメタラ
イズパターンとを有すると共に、該メタライズパターン
の長さに等しいマウントを形成する工程と、該マウント
に半田リボンを介して前記レーザダイオードを搭載する
工程と、前記レーザダイオードを搭載した前記マウント
を加熱する工程とを有することことを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項２の発明は、請求項１記載
の発明において、前記マウントを加熱する工程におい
て、半田溶融後に前記サブマウントを反転する段階を有
することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は発光素子の実装方法
を示す斜視図である。図２、図３は加熱中のマウントの
断面図、図４は本発明の実施の形態である発光素子用マ
ウント構造を示す斜視図、図５は発光素子の斜視図、図
６はマウントの斜視図である。

【００１１】まず、本発明の実施の形態である発光素子
用マウント構造の構成を説明する。図４において、１は
図５に示す発光素子であり、外形は発光部１ａを通る光
軸Ｋ方向の長さＬの方が幅Ｗよりも大きい直方体であ
る。２は図６に詳細を示すセラミックス等の高熱伝導絶
縁材料から成る直方体形状のマウントであり、一辺の長
さＬ−αは発光素子１の長さＬに比べてα（３μｍから
３０μｍ）短く形成されている。３はマウント２上に外
形線に平行に形成されたメタライズパターンであり、発
光素子１の幅Ｗと略等しい幅とマウント２と同じ長さと
を持っており、長さ方向のほぼ中央部から幅方向の両側
に延在するように、長さＬの半分以下の幅で適宜な長さ
を持つ引き出しパターン３ａが設けられている。発光素
子１は図４に示すように予めマウントへ搭載されてか
ら、図示しない放熱ブロックへと搭載され、レンズ他の
光学部品と共にパッケージされ、製品となる。

【００１２】次ぎに、この発光素子の実装方法を図１か
ら図３により説明する。図１において、４はメタライズ
パターン３と略同一寸法で厚さが５μｍから５０μｍの
半田リボンである。図２、図３において、４’は半田リ
ボン４が溶けた溶融半田である。１０は加熱炉、１１は
加熱炉１０内に備えられたマウント２の押さえ治具を含
む反転機構であり、図示しない駆動部により回転軸１１
ｂを軸に押さえ治具１１ａを炉外から操作して反転させ
ることができる。まず、半田リボン４をマウント２のメ
タライズパターン３へ位置を合わせて供給後、発光素子
１を半田リボン４上に配置し、更にマウント２をこの状
態のまま図２に示すように、加熱炉１０内の押さえ治具
１１ａに外周をセットして、窒素等の非酸化雰囲気中で
無加圧で加熱する。半田リボン４が溶解し、発光素子１
の下面とメタライズパターン３ａが溶融半田４’に濡れ
るようになったら、図３に示すようにマウント２を押さ
え治具１１ごと反転状態にする。ここで溶融半田４’に
は表面張力が発生して発光素子１をメタライズパタ−ン
３の位置に合わせようとするセルフアライメント作用が
働く。そこでそのまま冷却すれば発光素子１をマウント
の外形に対して高精度で位置決めし半田付けすることが
できる。

【００１３】このとき、マウント２の長さＬ−αが発光
素子１の長さＬよりも短く設定してあるために、図４に
示すように発光素子１の両端が均等にマウント２よりも
僅かに（ほぼα／２づつ）突出した状態となる。また、
メタライズパターン３の幅と発光素子１の幅Ｗとを略等
しく形成してあるために両者の側縁が一致するようにな
る。また、半田溶融時に発光素子１を位置決め移動させ
た余分の溶融半田４’が引き出しパターン３ａに流れ出
すことにより、発光素子１下面の半田量を減少させるこ
とができる。更に、図２の加熱炉１０内の作業におい
て、マウント実装が複数個同時にできるのは勿論であ
る。

【００１４】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。溶融半田４’によるセルフアライメント作用が働く
ので、メタライズパターン３をマウント２の外形に対し
て精度よく平行に設けておくことによって、発光素子１
をマウント２に搭載するときには０．１ｍｍ程度と低い
位置決め精度しか要求されないため、高価な専用装置を
必要としないため有利である。また、引き出しパターン
３ａにより発光素子１下の半田膜を薄くできるから発光
素子１の発熱を効率よくマウント２に伝達させることが
できる。また、半田溶融後にマウント２を反転すること
により、発光素子１の重力が半田層に対して逆に作用す
るので、セルフアライメント作用が更に有効に効果を発
揮する。また、発光部１ａがマウント２端面より確実に
突出するために、出射光がマウント２表面で反射してし
まう、いわゆる「ケラレ」が発生することがない。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マウントにメタライズパターンを形成しておき、半田リ
ボンを介して発光素子を０．１ｍｍ程度の精度で配置
し、加熱・冷却するのみで高精度の実装が汎用装置によ
り達成できる。

【００１６】また、マウントに発光素子を搭載して半田
を加熱する時には多数個を同時に処理できるため、大量
高速の処理が可能になった。故に低工数で高精度のマウ
ントへの実装が確保できる。

【００１７】半田溶融後にマウントを反転することによ
り、溶融半田のセルフアライメント作用が一層効果を発
揮して、実装歩留が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である発光素子用サブマン
トの実装方法を示す斜視図である。

【図２】加熱中のマウントの断面図である。

【図３】加熱中のマウントの断面図である。

【図４】マウントに搭載した発光素子の斜視図である。

【図５】発光素子の斜視図である。

【図６】マウントの詳細を示す斜視図である。

【図７】従来の発光素子のマウント構造を示す斜視図で
ある。

【図８】従来の他のマウント構造を示す斜視図である。

【図９】発光素子の位置決め基準を示す斜視図である。

【図１０】発光素子の搭載位置を示す要部側面図であ
る。

【符号の説明】 １ 発光素子 ２ マウント ３ メタライズパターン ３ａ 引き出しパターン ４ 半田リボン ４’溶融半田

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザダイオードをマウントを介して放
   熱ブロックに搭載するレーザダイオード用マウントの実
   装方法において、前記レーザダイオードの長さより短い
   長さと前記レーザダイオードの幅と略等しい幅のメタラ
   イズパターンとを有すると共に、該メタライズパターン
   の長さに等しいマウントを形成する工程と、該マウント
   に半田リボンを介して前記レーザダイオードを搭載する
   工程と、前記レーザダイオードを搭載した前記マウント
   を加熱する工程とを有することを特徴とするレーザダイ
   オード用マウントの実装方法。
2. 【請求項２】 前記マウントを加熱する工程において、
   半田溶融後に前記サブマウントを反転する段階を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザーダイオード用
   マウントの実装方法。