JP2003017717A

JP2003017717A - 集積素子

Info

Publication number: JP2003017717A
Application number: JP2001203187A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Ozawa; 正文小沢; Kiyoshi Yamauchi; 淨山内; Tadashi Taniguchi; 正谷口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-17

Abstract

(57)【要約】【課題】光ピックアップ装置等の集積素子にあって、
部品及び素子が正確に位置決めされ、部品及び素子を接
合する際に部品及び素子を劣化させないような構成の集
積素子を提供する。【解決手段】本レーザ／光学系集積素子４０は、半導
体レーザ素子等近傍に局所ヒータ４２を備えていること
を除いて、従来からのレーザ／光学系集積素子と同じ構
成を備えている。レーザ／光学系集積素子では、局所ヒ
ータ４２Ａ〜Ｃが、半導体レーザ素子１４、光反射ミラ
ー１６、及びフォトダイオード１８とは反対側のセラミ
ックス製のパッケージ体４４の面上にそれぞれ設けてあ
る。局所ヒータ４２は、パッケージ体４４の面上に作り
込まれている微細タングステン線を発熱体とするヒータ
であって、タングステン線４６は、幅Ｗが０．１ｍｍ、
厚みが１５μｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品と基板との
間、又は素子と基板との間に介在する接合剤層を溶融、
固化させて、部品又は素子を基板上に接合してなる集積
素子に関し、更に詳細には、部品及び素子が正確に位置
決めされ、部品及び素子を接合する際に部品及び素子を
劣化させないような構成の集積素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクは、大量の情報を高密度で記
録できる情報記録媒体として、多くの分野で、その利用
が進められている。また、光ディスクは、情報記録媒体
自体の交換が容易であることから、光ファイルやコンピ
ュータ等の外部記録媒体としても注目されている。ま
た、近年は、携帯情報端末の記録媒体としても、光ディ
スクの需要が拡大している。そして、情報化社会の進展
に対応して、光ディスクも、小型化、高密度大容量化が
進んでいる。

【０００３】そこで、光ディスクに情報を記録し、また
光ディスクに記録された情報を再生する記録／再生装置
の書き込み／読みだし手段として使用されている光ピッ
クアップ装置も、光ディスクの携帯化（小型化）、及び
高密度大容量化に対応して、小型化及び薄型化が求めら
れている。そして、それに応えるために、部品、素子の
集積化による光ピックアップ装置の小型化及び薄型化が
進められている。

【０００４】ここで、図４を参照して、光ピックアップ
装置に用いられているレーザ／光学系集積素子の構成を
説明する。図４（ａ）はレーザ／光学系集積素子の構成
を示す模式図であり、図４（ｂ）はレーザ／光学系集積
素子の機能を説明する模式図である。レーザ／光学系集
積素子１０は、光磁気ディスクの記録・再生装置の光ピ
ックアップ装置に設けられている集積素子であって、図
４（ａ）に示すように、それぞれ、パッケージ体１２
と、パッケージ体１２上に直接搭載され、またはサブマ
ウント１３（図４（ｂ）参照）を介してパッケージ体１
２上に搭載された半導体レーザ素子１４、光反射ミラー
１６、及びフォトダイオード（ＰＤＩＣ）１８とを備え
ている。更に、レーザ／光学系集積素子１０は、パッケ
ージ体１２上に直立する支柱２０に支持された複合レン
ズ２２と、複合レンズ２２上に設けられた複合プリズム
２４とを備えている。

【０００５】レーザ光は、半導体レーザ素子１４の出射
端面から光反射ミラー１６に向かって出射され、光反射
ミラー１６で反射して複合レンズ２２に向かう。レーザ
光は、複合レンズ２２によって所定のＮＡ（開口数）に
変換され、複合プリズム２４、対物レンズ（図示せず）
を経て光磁気ディスク（図示せず）に照射され、次いで
光磁気ディスク面で反射して複合プリズム２４に戻る。
複合プリズム２４は、光磁気ディスクから戻って来た光
の光路を変えて光をＰＤＩＣ１８上に導く。フォトダイ
オード１８は、光磁気ディスクから戻ってきた反射光を
検出して、電気信号として出力する。

【０００６】複合レンズ２２は、グレーティング、カッ
プリングレンズ、シリンダーレンズ、凹レンズ等からな
る集合レンズであって、光反射ミラー１６で反射された
レーザ光を整形する機能を有する。複合レンズ２２は、
一般に、ポリオレフィン系、アクリル系等の樹脂モール
ド成形品であって、その耐熱性は、低く、１００℃程度
である。複合プリズム２４は、ビームスプリッタやＨＷ
Ｐ（Half Wavelength Plate 、半波長板）等の光学部品
を貼り合わせてなる集合部品として構成されており、貼
り合わせに用いられる接着剤の耐熱性は、低く、通常、
１００℃程度である。半導体レーザ素子１４は、動作時
に、発熱するので、半導体レーザ素子１４をパッケージ
体１２に接合する際に用いる接着剤は、熱伝導性の良好
な接着剤であることが必要であり、一般的には銀ペース
トまたは半田が用いられている。

【０００７】次いで、図５を参照して、レーザ／光学系
集積素子１０の組み立て方法を説明する。図５（ａ）か
ら（ｃ）は、それぞれ、レーザ／光学系集積素子１０の
組み立て工程を説明する模式的断面図である。先ず、図
５（ａ）に示すように、パッケージ体１２上に半導体レ
ーザ素子１４、光ミラー１６、及びフォトダイオード
（ＰＤＩＣ）１８を接合剤、例えば銀ペーストを用いて
固定する。

【０００８】次いで、図５（ｂ）に示すように、複合レ
ンズ２２に支柱２０を設け、更に複合レンズ２２上に複
合プリズム２４を固定し、続いて複合プリズム２４を載
せた複合レンズ２２を、支柱２０を介して、パッケージ
体１２上に載せる。更に、図５（ｃ）に示すように、複
合レンズ２２／複合プリズム２４と、半導体レーザ素子
１４、光反射ミラー１６、及びフォトダイオード（ＰＤ
ＩＣ）１８との位置を調整し、次いで複合レンズ２２／
複合プリズム２４の支柱２０とパッケージ体１２とを例
えばアクリル系の接着剤を用いて固定する。

【０００９】ところで、半導体レーザ素子１４をパッケ
ージ体１２上に銀ペーストまたは半田を使って接合する
ためには、一般に、半導体レーザ素子１４の温度を複合
レンズ２２／複合プリズム２４の温度限界である１００
℃以上に昇温することが必要である。

【００１０】例えば、銀ペーストを接合剤として使用す
るには、パッケージ体１２上に半導体レーザ素子１４、
光反射ミラー１６、及びフォトダイオード１８を載せ
て、銀ペーストの硬化温度である１２０〜２３０℃以上
の温度に維持されているオーブンに入れている。また、
半田を接合剤として使用するには、リフロー法を適用し
ている。リフロー法では、予めパッケージ体１２の所定
領域に半田を印刷しておき、その上に半導体レーザ素子
１４、光反射ミラー１６、及びフォトダイオード１８を
位置決めして載せ、それらを載せたパッケージ体１２を
温度が２００℃から２５０℃に維持されているリフロー
炉に入れている。

【００１１】従って、従来のレーザ／光学系集積素子１
０の構成では、半導体レーザ素子１４等の接合を先に行
い、その後で、複合レンズ２２／複合プリズム２４をパ
ッケージ体１４上に接合することが必要である。さもな
いと、耐熱性の低い複合レンズ２２／複合プリズム２４
を損なうことが生じるからである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光ディスクの
記録高密度化に伴い、光ピックアップ装置の組立て精度
の要求が厳しくなり、従来の組立て及び位置調整方法で
は、その要求に応えられなくなって来た。それは、従来
の組み立て手順では、半導体レーザ素子、光反射ミラ
ー、及びフォトダイオードが既に接合されているパッケ
ージ体に、比較的大きな複合レンズ／複合プリズム組み
合わせ体を位置合わせする必要があったからである。

【００１３】そこで、新たな構成の別のレーザ／光学系
集積素子が提案されている。ここで、図６を参照して、
別のレーザ／光学系集積素子の構成を説明する。図６は
別のレーザ／光学系集積素子の構成を示す模式図であ
る。別のレーザ／光学系集積素子３０は、図６に示すよ
うに、半導体レーザ素子１４、光反射ミラー１６、及び
フォトダイオード１８と、複合レンズ２２／複合プリズ
ム２４組み合わせ体との配置関係が異なることを除い
て、従来のレーザ／光学系集積素子１０と同じ構成を備
えている。つまり、複合レンズ２２は、支柱２０で支持
されてパッケージ体３２上に支持され、複合プリズム２
４は複合レンズ２２上に固定されている。半導体レーザ
素子１４、光反射ミラー１６、及びフォトダイオード１
８は、複合レンズ２２とは反対側のパッケージ体３２の
面に配置されている。パッケージ体３２は光透過性であ
る。

【００１４】次に、図７を参照して、レーザ／光学系集
積素子３０の作製方法を説明する。図７（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、レーザ／光学系集積素子３０を作
製する際の各工程を説明する模式図である。先ず、図７
（ａ）に示すように、支柱２０上に複合レンズ２２を固
定し、次いで複合レンズ２２上に複合プリズム２４を固
定する。次いで、図７（ｂ）に示すように、複合プリズ
ム２４を固定した複合レンズ２２を、支柱２０を介して
パッケージ体３２上に固定する。続いて、図６に示すよ
うに、半導体レーザ素子１４、光反射ミラー１６、及び
フォトダイオード（ＰＤＩＣ）１８をパッケージ体３２
の複合レンズ２２等とは反対の面上に載せて、位置調整
し、続いて、レーザ素子１４、光反射ミラー１６、及び
フォトダイオード（ＰＤＩＣ）１８を接合剤、例えば半
田、銀ペーストで接合、固定する。

【００１５】レーザ／光学系集積素子１０では、複合プ
リズム／複合レンズの組み合わせ体を半導体レーザ素子
１４等に対して位置調整するために、位置合わせが難し
かったが、レーザ／光学系集積素子３０では、複合レン
ズ２２に対して、半導体レーザ素子１４、光反射ミラー
１６、及びフォトダイオード１８をそれぞれ個々に微細
に位置合わせすることができるので、位置合わせの自由
度が増し、正確な位置合わせを行うことができる。ま
た、半導体レーザ素子の位置調整を行うことができるの
で、従来、不可能だったデフォーカス調整を行うことも
できる。

【００１６】ところで、別のレーザ／光学系集積素子の
作製では、半導体レーザ素子等の接合に当たって、複合
プリズム／複合レンズ組み合わせ体を固定したパッケー
ジ体上に、半導体レーザ素子等を位置合わせし、リフロ
ー炉に入れることが必要である。しかし、複合プリズム
／複合レンズ組み合わせ体を固定したパッケージ体をリ
フロー炉に入れると、複合プリズム及び複合レンズの耐
熱性の問題から、複合プリズム及び複合レンズの劣化が
生じるおそれがある。そのため、半導体レーザ素子等を
パッケージ体上に接合する際、ＵＶ光やレーザ光を用い
て、スポット的に加熱して、半田付けを行う方法、又
は、半田鏝によってスポット的に半田付けする方法を適
用せざるを得ない。

【００１７】しかし、ＵＶ光やレーザ光を用いたスポッ
ト的な半田付け方法や、半田鏝によるスポット的な半田
付け方法では、半導体レーザ素子等の接合作業の能率が
著しく悪く、実用化が難しい。また、これらのスポット
的な半田付け方法を適用して半導体レーザ素子等を接合
する際、複合プリズム／複合レンズが邪魔になるため
に、半田付けは、半導体レーザ素子等の側から行わざる
を得ない。

【００１８】ところで、半導体レーザ素子単体をパッケ
ージ体上に接合する際には、半導体レーザ素子が劣化し
ないような温度に半田付け温度を制御することにより、
スポット的な半導体レーザ素子の半田付けが可能であ
る。しかし、半導体レーザ素子単体ではなく、いわゆる
ＬＯＰ（レーザ・オン・フォトダイオード、Laser on P
D ）構造、またはサブマウント上に搭載された半導体レ
ーザ素子を半田付け接合するときには、半導体レーザ素
子をフォトダイオード上に又はサブマウント上に接着し
て接着剤が溶融して、半導体レーザ素子がフォトダイオ
ード又はサブマウントから遊離するおそれがある。従っ
て、スポット的な半田付け方法にも種々の問題があっ
て、実用化が難しい。以上の説明では、レーザ／光学系
集積素子を例にして問題を説明したが、これは、部品と
基板との間、又は素子と基板との間に介在する接合剤層
を溶融、固化させて、部品又は素子を基板上に接合して
なる集積素子全般に該当する問題である。

【００１９】本発明の目的は、光ピックアップ装置等の
集積素子にあって、部品及び素子が正確に位置決めさ
れ、部品及び素子を接合する際に部品及び素子を劣化さ
せないような構成の集積素子を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る集積素子は、部品と基板との間、又は
素子と基板との間に介在する接合剤層を溶融、固化させ
て、部品又は素子を基板上に接合してなる集積素子であ
って、局所的加熱が可能な局所ヒータを接合剤層の近傍
に備え、局所ヒータで接合剤層を加熱、溶融することに
より、部品又は素子が基板上に接合されていることを特
徴としている。

【００２１】本発明で、基板とは、部品、素子を接合す
る基盤又はパッケージ体を言う。接合剤層は、半田層、
又は銀ペースト層である。局所ヒータは、微細発熱線を
平面コイル状又は平面蛇管状に巻いた巻線からなり、基
板上又は基板内に形成されていて、接合剤層を加熱、溶
融できる能力を有する。発熱体は金属であって、金属の
種類、組成は問わない。局所ヒータは、接合剤層とは反
対側の基板面上に形成されているか、又はセラミック保
護層を介して接合剤層の下に形成されている。本発明
は、集積素子全般に適用できるが、特に耐熱性の低い部
品、素子を集積している光ピックアップ装置に好適に適
用できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例本実施形態例は、本発明に係る集積素子をレーザ／光学
系集積素子に適用した実施形態の一例である。図１は本
実施形態例のレーザ／光学系集積素子の構成を示す模式
図、図２は局所ヒータの構成を示す平面図、図３（ａ）
から（ｃ）は、それぞれ、局所ヒータの設置方法を示す
断面図である。本実施形態例のレーザ／光学系集積素子
４０は、半導体レーザ素子等近傍に局所ヒータ４２を備
えていることを除いて、レーザ／光学系集積素子３０と
同じ構成を備えている。レーザ／光学系集積素子４０で
は、図１に示すように、局所ヒータ４２Ａ〜Ｃが、半導
体レーザ素子１４、光反射ミラー１６、及びフォトダイ
オード１８とは反対側のセラミックス製の光透過性のパ
ッケージ体４４の面上にそれぞれ設けてある。

【００２３】局所ヒータ４２は、パッケージ体４４の面
上に作り込まれている、微細タングステン線を発熱体と
するヒータであって、タングステン線４６は、図２に示
すように、幅Ｗが０．１ｍｍ、厚みが１５μｍである。
半導体レーザ素子１４用の局所ヒータ４２Ａは、幅１ｍ
ｍ×長さ１ｍｍ程度の領域を加熱するために、図２に示
すように、１．４ｍｍ（Ｓ₁）×１．４（Ｓ₂）ｍｍの
領域にタングステン線４６が０．１ｍｍ／０．１ｍｍの
ライン／スペース、つまりピッチＰが０．２ｍｍの一様
な分布で配線されている。

【００２４】本実施形態例では、局所ヒータ４２は、図
３（ａ）に示すように、パッケージ体４４に設けた半導
体レーザ素子１４等の接合剤層４８とは反対側の面上に
形成されている。タングステン線４６を保護するため
に、セラミックスのコーティングがタングステン線４６
上に施され、保護層５０が形成されている。局所ヒータ
４２は、パッケージ体４４を介して接合剤層４８を加熱
する。また、パッケージ体４４を複数層のセラミックス
層、例えば２層のセラミックス層４４Ａ、Ｂの積層体と
して形成し、図３（ｂ）に示すように、セラミックス層
４４Ａ、Ｂ間に局所ヒータ４２を介在させても良い。更
には、図３（ｃ）に示すように、半導体レーザ素子１４
等を接合するパッケージ体４４の接合剤層４８の下に局
所ヒータ４２を形成し、次いでセラミックス層５２を局
所ヒータ４２上に設け、接合層４８を局所ヒータ４２で
直接的に加熱するようにしても良い。

【００２５】実験例１パッケージ体４４の複合レンズ２２側の面の所定領域上
に局所ヒータ４２を形成し、図３（ａ）に示すように、
局所ヒータ４２と反対側のパッケージ体４４の面に銀ペ
ーストを塗って接合剤層４８を形成し、接合剤層４８上
に半導体レーザ素子１４を配置した。次いで、局所ヒー
タ４２に約１０Ｗの電力を投入することにより、パッケ
ージ体４４と半導体レーザ素子１４との界面付近の温度
が約１５０℃となり、その温度で１時間保持することに
より、接合剤層４８の銀ペーストを硬化させることがで
きた。

【００２６】実験例２パッケージ体４４の複合レンズ２２とは反対側の面の所
定領域上に、図３（ｃ）に示すように、局所ヒータ４２
を形成し、次いでセラミックスコートを局所ヒータ４２
上に施して、保護層としてセラミックス層５２を形成し
た。次いで、局所ヒータ４２上に蒸着法、印刷法等で半
田層を形成して接合剤層４８とし、続いて接合剤層４８
上に半導体レーザ素子１４を配置した。局所ヒータ４２
に約２０Ｗの電力を投入することにより、パッケージ体
４４と半導体レーザ素子１４との界面付近の温度が約２
７０℃となり、接合剤層４８の半田層を溶融、固化させ
て、半導体レーザ素子１４を固定することができた。実
験例１及び２では、局所ヒータ４２による発熱領域が小
さいため、パッケージ体４４以外の耐熱性に劣る部品に
はなんら影響がなかった。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、局所的に加熱する局所
ヒータを接合剤層の近傍に備え、局所ヒータで接合剤層
を加熱、溶融することにより、部品又は素子を基板上に
接合している。これにより、熱に弱い部品、素子を劣化
させることなく、部品、素子をパッケージ体に熱伝導の
良い状態で固定することができる。また、組立工程や半
田材料等の制約を受けず、所望の集積素子を組立てるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例のレーザ／光学系集積素子の構成を
示す模式図である。

【図２】局所ヒータの構成を示す平面図である。

【図３】図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、局所ヒー
タの設置方法を示す断面図である。

【図４】図４（ａ）はレーザ／光学系集積素子の構成を
示す模式図であり、図４（ｂ）はレーザ／光学系集積素
子の機能を説明する模式図である。

【図５】図５（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、従来のレ
ーザ／光学系集積素子の組み立て工程を説明する模式的
断面図である。

【図６】別のレーザ／光学系集積素子の構成を示す模式
図である。

【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、別のレー
ザ／光学系集積素子を作製する際の工程を説明する模式
図である。

【符号の説明】

１０……レーザ／光学系集積素子、１２……パッケージ
体、１３……サブマウント、１４……半導体レーザ素
子、１６……光反射ミラー、１８……フォトダイオード
（ＰＤＩＣ）、２０……支柱、２２……複合レンズ、２
４……複合プリズム、３０……別の半導体レーザ素子、
３２……パッケージ体、４０……実施形態例のレーザ／
光学系集積素子、４２……局所ヒータ、４４……パッケ
ージ体、４６……タングステン線、４８……接合剤層、
５０……保護層、５２……セラミックス層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口正東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5D119 AA02 BA01 CA09 JA00 JC03 NA08 5F073 BA04 FA22 FA30 5F088 AA01 BA16 BB10 JA01 JA09 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】部品と基板との間、又は素子と基板との
間に介在する接合剤層を溶融、固化させて、部品又は素
子を基板上に接合してなる集積素子において、局所的加熱が可能な局所ヒータを接合剤層の近傍に備
え、局所ヒータで接合剤層を加熱、溶融することにより、部
品又は素子が基板上に接合されていることを特徴とする
集積素子。
【請求項２】接合剤層が、半田層、又は銀ペースト層
であることを特徴とする請求項１に記載の集積素子。
【請求項３】局所ヒータは、微細発熱線を平面コイル
状又は平面蛇管状に巻いた巻線からなり、基板上又は基
板内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の集積素子。
【請求項４】局所ヒータが、接合剤層とは反対側の基
板面上に形成されていることを特徴とする請求項３に記
載の集積素子。
【請求項５】局所ヒータが、セラミック保護層を介し
て接合剤層の下に形成されていることを特徴とする請求
項３に記載の集積素子。