JP2001237484A - レーザダイオードのマウント構造及びその製造方法 - Google Patents

レーザダイオードのマウント構造及びその製造方法

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JP2001237484A
JP2001237484A JP2000048375A JP2000048375A JP2001237484A JP 2001237484 A JP2001237484 A JP 2001237484A JP 2000048375 A JP2000048375 A JP 2000048375A JP 2000048375 A JP2000048375 A JP 2000048375A JP 2001237484 A JP2001237484 A JP 2001237484A
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laser diode
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ceramic
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Kazuhiro Kobayashi
和裕 小林
Naoichi Iwasaki
直一 岩崎
Kazumasa Fujisawa
千正 藤沢
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Cimeo Precision Co Ltd
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Citizen Electronics Co Ltd
Cimeo Precision Co Ltd
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48463Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch

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  • Die Bonding (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードのマウント部材の製造工数
と設備費の削減。 【解決手段】 高熱伝導金属材料からなる放熱用ブロッ
ク1の前面の対向する各々の隅に、両面全面メタライズ
処理したセラミックス薄板2、4がそれぞれ接合してあ
る。ブロック1とセラミックス薄板2との隣り合う2側
面同士、並びにブロック1とセラミックス薄板4との隣
り合う2側面同士は各々同一面上にある。セラミックス
薄板2上に接合されたレーザダイオード3の一方の電極
はセラミックス薄板4前面へ、他方の電極はセラミック
ス薄板2前面からブロック1前面へワイヤボンディング
接続されている。セラミックス薄板4前面とブロック1
下面とは回路基板への接続電極端子となっている。

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
のマウント構造及びその製造方法に関する。
【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
流による発熱を効率よく外部へ伝達して放熱しないと、
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。そこで、
放熱を効率よく行うことが重要である。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、電極の配線がなされ、パッケージに
納められて製品化されている。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。
【0003】図8において、53は発光素子であり、5
1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
程度の任意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、半田の柔らかさが災いし、発光素子の初期
位置精度が悪く、長期的には無視できない位置ズレを起
こすので信頼性を高めるのが難しい。図9はこれに代わ
る信頼性の高いマウント構造である。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
クス薄板であり、発光素子53とブロック51との間に
介在する。セラミックス薄板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。セラミックス薄板52とブロック51との接
合には半田接続用のダイボンダを用いて行う。発光素子
53をセラミックス薄板52上へマウントするには、専
用のダイボンダを用いて金合金等の高熱伝導材料により
固着する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このようなマウント構造では、ブロックとセラミックス
薄板間、セラミックス薄板と発光素子間の2箇所の高精
度マウントを行う必要があり、そのための設備費、工数
がともに大きくなり、製品コストの増大を招いている。
【0005】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、設備費用
及び工数の低減に寄与するレーザダイオードのマウント
構造及びマウント方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちで請求項1記載の発明は、レーザダイ
オードを高熱伝導金属材料から成る放熱用ブロックに搭
載するレーザダイオードのマウント構造において、前記
ブロックの一面に両面をメタライズ処理した2枚のセラ
ミックス板が接合され、そのうちの1枚のセラミックス
板上に前記レーザダイオードが接合され、前記レーザダ
イオードの少なくとも一方の電極は他のセラミックス板
上に配線されたことを特徴とする。
【0007】また請求項2記載の発明は、請求項1記載
の発明のうち、前記セラミックス板は隣り合う2側面が
それぞれ前記ブロックの隣り合う2側面と一致するよう
に前記ブロックの対向する両隅に接合されていることを
特徴とする。
【0008】また請求項3記載の発明は、請求項1また
は請求項2のいずれかに記載の発明のうち、前記ブロッ
クのセラミックス板を接合してある方の面は金メッキし
てあることを特徴とする。
【0009】また請求項4記載の発明は、レーザダイオ
ードを放熱用ブロックに搭載するレーザダイオードのマ
ウント方法において、それぞれ多数個のマウント部材が
取り出せる大きさの高熱伝導金属基板の少なくとも一面
には金メッキを施し、セラミックス基板の少なくとも一
面には部分的にメタライズ処理を施して、これらの表面
処理を施した面同士を接合して接合板を形成する工程
と、該接合板を切断してマウント部材を単個に取り出す
工程とを有することを特徴とする。
【0010】また請求項5記載の発明は、請求項4記載
の発明のうち、前記接合板を形成する前に、前記金属基
板又は前記セラミックス基板のいずれか一方に治具板を
接着した上で該治具板を接着した方の前記金属基板又は
前記セラミックス基板を予め小区域に予備切断しておく
ことを特徴とする。
【0011】また請求項6記載の発明は、請求項4記載
の発明のうち、前記治具板は前記金属基板と同材料か、
同程度の熱膨張係数を持つ材料から成り、前記接合板を
形成する前に前記セラミックス基板に接着した上で前記
セラミックス基板を予め小区域に予備切断しておくこと
を特徴とする。
【0012】
【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は本発明のの実施の形
態である発光素子のマウント構造を示す斜視図、図2か
ら図7はこのマウント構造の製造方法を示す図であり、
図2はブロック基板の平面図、図3はセラミックス基板
の平面図、図4は接合板の平面図、図5はマウント部材
の斜視図、図6は発光素子のマウント状態を示す斜視
図、図7は接合板の切断工程を示す斜視図である。
【0013】まず、本発明の実施の形態である発光素子
のマウント構造の構成を説明する。図1において、1は
銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料から成る直方体
形状の放熱用ブロックであり、少なくとも前面は金等の
金属メッキが施され、酸化・腐食防止がなされたワイヤ
ボンディング可能な表面状態になっている。2はブロッ
ク1前面の一隅に接合された直方体形状のセラミックス
薄板であり、ブロック1の隣り合う2側面とセラミック
ス薄板2の隣り合う2側面とはそれぞれ同一面に一致し
ている。3はセラミックス薄板2に発光部3aが上を向
くようにアノード電極側が接合された発光素子である。
【0014】4はブロック1の前記一隅に対向する他の
隅に接合された直方体形状のセラミックス薄板であり、
ブロック1の隣り合う2側面とセラミックス薄板2の隣
り合う2側面とはそれぞれ同一面に一致している。セラ
ミックス薄板2、4は同じ厚さであり、各々の前後面は
予め全面メタライズ処理が施されている。5は発光素子
3のカソード電極とセラミックス薄板4前面とを接続す
る配線ワイヤであり、6は発光素子3のアノード電極と
接合されたセラミックス薄板2前面とブロック1前面と
を接続する配線ワイヤである。7、8は本レーザマウン
トを実装する回路基板上の配線パターンであり、9、1
0はそれぞれセラミックス薄板4、ブロック1と配線パ
ターン7、8とを接続固定するための導電性固着材料で
ある。セラミックス薄板4の前面下端部とブロック1の
下面とは配線パターン7、8との接続端子となってい
る。なお、配線ワイヤはセラミックス薄板2側の接続点
が互いに入れ替わったものも成り立つ。
【0015】次ぎに、このマウント構造の製造方法を説
明する。図2において、11は銅、銅合金等の熱伝導率
の高い金属材料から成る厚さ1mm程度のブロック基板
であり、ブロック1が多数個(図では簡略化して表現し
てあるが、例えば1000個)取り出せる大きさを持
ち、表裏の少なくとも一面には金メッキ等で表面処理を
施して、酸化・腐食防止をし、ワイヤボンディング可能
状態にしてある。図3において、12はブロック基板1
1と同じ外形形状のセラミックス基板であり、その表面
全面に金等のメタライズ処理が施され、その裏面には大
小一対の金等のメタライズ処理を部分的に施したパター
ン12aが縦横に配列してある。そのパターン12a上
には更に金錫等の半田膜が形成してある。
【0016】ブロック基板11の表面処理面にセラミッ
クス基板12の裏面を重ね合わせ、加圧・加熱・冷却処
理をして半田膜を溶融後固着一体化して図4に示す接合
板13(セラミックス基板12が上側)を形成する。次
に、図4のA線に沿ってセラミックス基板12の厚さ分
だけ接合板13を切断し、その後B線に沿ってセラミッ
クス基板12とブロック基板11とを一緒に切断する。
するとセラミックス基板12のメタライズ処理がなされ
ていない部分が脱落して、図5に示すような、ブロック
1前面にセラミックス薄板2、4が接合された発光素子
3のマウント部材15が完成する。この後、図6に示す
ように発光素子3をセラミックス薄板2にダイボンダで
固着して、更にワイヤボンダを用いて発光素子3の電極
とマウント部材との配線を行う。
【0017】ところで、上記のブロック基板11とセラ
ミックス基板12との一体化の際に、両者の熱膨張係数
の間には大きな差があるので、広い基板のまま一体化す
ると接合板13に大きな反りを生じることになる。従っ
て、これを防止する必要があるが、そのためにはブロッ
ク基板11又はセラミックス基板12のいずれか一方
に、治具板を予め接着しておき、他方の基板との加圧・
加熱に先立って、この治具板を接着した方のブロック基
板11またはセラミックス基板12を適当な大きさに予
備分割しておけばよい。分割部分は治具板によって保持
された状態になっており、熱膨張の影響が予備切断され
た小区域の範囲に留まるので接合板の形成において反り
の発生を少なくできる。
【0018】工数を低くし、更に精度を高く保つのに望
ましいマウントの製造法を図7によって説明する。ブロ
ック基板11と同材料か同程度の熱膨張係数を持つ材料
から成る同サイズの治具板14を用意する。まず、図7
(a)に示すように、治具板14をセラミックス基板1
2の方にパターン12aが外側を向くように接着した
後、セラミックス基板12を図4に示すのと同じ意味を
持つA線に沿って切断し予備分割しておく。このとき治
具板14を一部切り込んでもよいが切り離さないように
する。次にブロック基板11の表面処理面をセラミック
ス基板12のパターン12aのある面に重ねて加圧・加
熱することにより、図7(b)に示すように治具板14
を接着した接合板13を形成する。次に図7(c)に示
すように、接合板13から治具板14を剥離した後、接
合板13に対して図4に示すのと同じ意味を持つB線に
よる切断をする。
【0019】本実施の形態の効果について説明する。セ
ラミックス薄板の接合を多数個処理で行うので、工数削
減ができる。また、マウント部材の下面に両電極が引き
出されているので基板の配線パターンへの接合も容易に
なる。
【0020】ブロック基板11と同材料の治具板14を
接着したセラミックス基板12は予備分割されており、
両面を同材料の板に挟まれているので加圧・加熱・冷却
に際し、熱膨張係数の差の影響がセラミックス基板12
の分割された小区域に留まり、接合板13の反りが防止
できる。
【0021】接合板13の単個どりと同時に外形が仕上
がるので精度のよいマウント部材15が形成できる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ブロックとセラミックス薄板との接合が多数個同時に処
理できるので、工数削減に寄与する。
【0023】また、ブロック基板の分割時にマウントの
外形加工が多数個同時にできる。故に低工数で高精度の
マウントが確保できる。
【0024】また、特殊な専用装置を用いる必要がない
ので設備費の低減にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態であるレーザダイオードの
マウント構造を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態であるブロック基板を示す
平面図である。
【図3】本発明の実施の形態であるセラミックス基板を
示す平面図である。
【図4】本発明の実施の形態である接合板の平面図であ
る。
【図5】本発明の実施の形態であるマウント部材の斜視
図である。
【図6】本発明の実施の形態であるマウント部材の配線
を示す斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態である接合板の切断工程を
示す斜視図である。
【図8】従来のレーザダイオードのマウント構造を示す
斜視図である。
【図9】従来の他のマウント構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ブロック 2、4 セラミックス板 3 レーザダイオード 5、6 配線ワイヤ 11 ブロック基板 12 セラミックス基板 12a パターン 13 接合板 14 治具板 15 マウント部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 直一 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107− 5 シメオ精密株式会社内 (72)発明者 藤沢 千正 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107− 5 シメオ精密株式会社内 Fターム(参考) 5F047 AA03 AA19 BA01 CA08 5F073 BA04 FA14 FA18 FA23 FA27

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザダイオードを高熱伝導金属材料か
    ら成る放熱用ブロックに搭載するレーザダイオードのマ
    ウント構造において、前記ブロックの一面に両面をメタ
    ライズ処理した2枚のセラミックス板が接合され、その
    うちの1枚のセラミックス板上に前記レーザダイオード
    が接合され、前記レーザダイオードの少なくとも一方の
    電極は他のセラミックス板上に配線されたことを特徴と
    するレーザダイオードのマウント構造。
  2. 【請求項2】 前記セラミックス板は隣り合う2側面が
    それぞれ前記ブロックの隣り合う2側面と一致するよう
    に前記ブロックの対向する両隅に接合されていることを
    特徴とする請求項1記載のレーザダイオードのマウント
    構造。
  3. 【請求項3】 前記ブロックのセラミックス板を接合し
    てある方の面は金メッキしてあることを特徴とする請求
    項1または請求項2のいずれかに記載のレーザダイオー
    ドのマウント構造。
  4. 【請求項4】 レーザダイオードを放熱用ブロックに搭
    載するレーザダイオードのマウント方法において、それ
    ぞれ多数個のマウント部材が取り出せる大きさの高熱伝
    導金属基板の少なくとも一面には金メッキを施し、セラ
    ミックス基板の少なくとも一面には部分的にメタライズ
    処理を施して、これらの表面処理を施した面同士を接合
    して接合板を形成する工程と、該接合板を切断してマウ
    ント部材を単個に取り出す工程とを有することを特徴と
    するレーザダイオードのマウントの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記接合板を形成する前に、前記金属基
    板又は前記セラミックス基板のいずれか一方に治具板を
    接着した上で該治具板を接着した方の前記金属基板又は
    前記セラミックス基板を予め小区域に予備切断しておく
    ことを特徴とする請求項4記載のレーザダイオードのマ
    ウントの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記治具板は前記金属基板と同材料か、
    同程度の熱膨張係数を持つ材料から成り、前記接合板を
    形成する前に前記セラミックス基板に接着した上で前記
    セラミックス基板を予め小区域に予備切断しておくこと
    を特徴とする請求項4記載のレーザダイオードのマウン
    トの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274500A (ja) * 2000-03-28 2001-10-05 Sharp Corp 半導体レーザ装置
JP2002305345A (ja) * 2001-04-04 2002-10-18 Cimeo Precision Co Ltd レーザダイオード用サブマウント及びその製造方法
JP2018085422A (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 住友電気工業株式会社 光モジュール

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