JP2004281440A

JP2004281440A - 半導体レーザユニット

Info

Publication number: JP2004281440A
Application number: JP2003066729A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sakamoto; 尚一坂本; Koji Nemoto; 浩二根本; Masaru Komatsu; 賢小松
Original assignee: Chichibu Fuji Co Ltd
Current assignee: Chichibu Fuji Co Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】ＤＶＤの読み込み，書き込みなどの大容量レーザ出射用であり、小型ながらレーザ出射量の増大に対応可能な半導体レーザユニットを提供する。
【解決手段】アイランド５底部に放熱機能を増大させる突出部（増量部）５５を形成し、樹脂成形部６におけるアイランド５下部に突出するソケット部１０内の空間部１１にその突出部５５を収容したので、外形寸法は従来と同様に維持しながら放熱性を大幅に改善し、小型ながらレーザ出射量の増大に対応可能な半導体レーザユニットＡとした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも光源用のレーザダイオードチップ（以下「ＬＤチップ」と称する）を搭載する半導体レーザユニットに関し、主として、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ），ＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌｖｅｒｓａｔｉｌｅｄｉｓｋ）などの光ディスクの読み込み、書き込みやその他各種の光ディスク応用機器に組み込まれてピックアップを構成する半導体レーザユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音楽用ＣＤやその他のＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の各種光ディスクの読み込み、書き込みを行う光ディスク応用機器において、ビーム生成、光分岐、誤差信号生成等の機能を有するホログラム素子（ＨＯＥ）を光学系として採用したホログラム方式のピックアップが提案されている。
このピックアップは、光源用のＬＤチップと信号読み込み用の受光部材とを一つのパッケージ内に配置した半導体レーザユニットと、その半導体レーザユニットの上面に接着固定したホログラム素子とを備えている。
このようなホログラム方式のピックアップは、部品点数の削減，耐環境性能の向上等によって小型軽量化，低価格化，高速アクセスを可能にする等、様々な利点を達成することができる。
【０００３】
一方、本願出願人は、ノート型パソコン用のＣＤ−ＲＯＭドライブ、音楽用ＣＤ等の携帯型や車搭載型プレーヤー等の光ディスク応用機器における更なる小型軽量化、低コスト化のニーズに即応可能なものとして、特許文献１などに開示された半導体レーザユニットを先に提案している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５６６４９号公報（図７）
【０００５】
この半導体レーザユニットは、特許文献１の図７に開示されるように、ＬＤチップや受光部材などを搭載する金属製のアイランドと、該アイランドを挟んで相互に嵌合する左右一対の樹脂成形体からなる樹脂成形部と、前記各樹脂成形体に鉛直方向をもって並列状に保持されワイヤボンディングなどの導通手段で前記レーザダイオードチップに電気的に接続される多数のリードピンとからなるユニット構造とすることで、部品点数の削減、組み立て作業の簡素化、製品の小型化、低コスト化等を実現し得るものである。
【０００６】
また本願出願人は、特許文献２に開示されるように、前記樹脂成形部のアイランド下面側に膨出する部分が、各リードピンの側部の電気的接続面が露呈するソケット部となるよう構成し、ピックアップ部への実装作業を簡単に行え、小型化された光ディスク応用機器の製造に極めて有用な半導体レーザユニットを先に提案している。
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２３３８０８号公報（図８、図１１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＣＤよりも容量の大きいＤＶＤがノート型パソコンや各種マルチメディア機器などの製品の記録媒体として多用されつつあるが、この種ＤＶＤの読み込み、書き込みに用いる半導体レーザユニットでは、レーザ出射量が大きくなるに伴いその放熱量が大きくなるため、より大きな放熱性を備えた半導体レーザユニットが要求されている。
放熱性の改善はアイランドを大きくすれば対応可能ではあるが、アイランドの外形寸法を拡大した場合、その拡大に合わせて、半導体レーザユニットが実装されるピックアップ部の構成も変更しなければならず、且つそれに合わせて製品自体の内部構造も変更を余儀なくされる。
このような変更は、小型化，薄型化，軽量化が著しいマルチメディア機器、光ディスク応用機器において現実的ではなく、ユニット全体の外形寸法を変更することなく放熱性を改善し得る新規な半導体レーザユニットが強く要望されている。
【０００９】
本発明はこのような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、主としてＤＶＤなどの光記録媒体への書き込みなどの大容量のレーザ出射を伴う分野に使用される半導体レーザユニットであって、ユニット全体の外形寸法を変更することなく放熱性を改善し得る新規な半導体レーザユニットを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明は、少なくとも光源用のＬＤチップ（レーザダイオードチップ）の搭載面を有する金属製のアイランドと、該アイランドを挟んで相互に嵌合する左右一対の樹脂成形体からなる樹脂成形部と、前記各樹脂成形体に鉛直方向をもって並列状に保持されワイヤボンディングなどの導通手段で前記ＬＤチップに電気的に接続される多数のリードピンからなる半導体レーザユニットであって、
前記左右の樹脂成形体は、並列状の各リードピンにおける上部と側部に電気的接続面を残して各リードピンを保持し、且つ前記樹脂成形部のアイランド下面側に膨出する部分に、各リードピンの側部の電気的接続面が露呈するソケット部が形成されるよう一体成形され、
さらに前記アイランドの底部に、該アイランドの放熱機能を増大させる増量部を突出形成すると共に、前記樹脂成形部におけるソケット部の内側には、前記増量部が収容される空間部を形成して、外形寸法を変えることなく放熱性を改善し得るよう形成したことを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このような構成によれば、アイランド底部に増量部を形成することで該アイランドの放熱機能が増大すると共に、その増量部は樹脂成形部内の空間部に収容されるので、ユニット全体の外形寸法を変更することなく、放熱性を改善することができる。
よって、アイランド下部に突出するソケット部によりピックアップ部への実装作業を簡単に行え、小型化された光ディスク応用機器などの製造に極めて有用であるという本出願人による先提案の効果をそのまま奏し、且つ、ユニット全体の外形寸法は従来と同様のため、該ユニットを実装するピックアップ部の構成さらにはこのピックアップ部を内蔵した光ディスク応用機器などの製品自体の内部構造を変更することなく、放熱性が改善された半導体レーザユニットを得ることができる。
【００１２】
本発明において、前記アイランド底部の増量部が、前記ソケット部内に収容可能な最大許容寸法に形成されていることが好ましい（請求項２）。
このように構成した場合、ユニット全体の外形寸法を変更することなく、より大きな放熱機能を得ることができる。
【００１３】
また本発明において、前記左右の樹脂成形体に保持される任意のリードピンに電気的に接続されるバイパスコンデンサを備え、前記樹脂成形体の側面に窓穴を開設して前記任意のリードピンの側部適所を該窓穴に臨ませると共に、該窓穴内に前記バイパスコンデンサを埋設して、外形寸法を変えることなく前記バイパスコンデンサを装着することが好ましい（請求項３）。
【００１４】
このように構成した場合、本発明の半導体レーザユニットが実装されたピックアップによりＤＶＤなどへの書き込み作業を行っている最中に、半導体レーザユニットへの電源電圧が瞬間的に降下した場合でも、バイパスコンデンサに蓄えられた電位によりその降下が補填されることで、前記書き込み作業への悪影響を防ぐことができる。該作用は、ＤＶＤなどへの書き込み作業などの高速応答が要求される場合に特に有効である。
【００１５】
また、本発明の半導体レーザユニットは、光源用のレーザダイオードチップ、信号読み込み用の受光部材などを搭載する前の態様（請求項１〜３）と、アイランドにレーザダイオードチップ、受光部材などを搭載してなる態様（請求項４）との双方を含むものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例を図１〜図３を参照して説明する。
本例の半導体レーザユニットＡは、基本的構成を前述の本願出願人による先提案と同様とするユニット体であるが、以下、主に本例の特徴点について説明する。
【００１７】
すなわち、半導体レーザユニットＡは、光源用のＬＤチップ（レーザダイオードチップ）１の搭載面２と、信号読み込み用の受光素子（受光部材）３の搭載面４を有する金属製のアイランド５と、該アイランド５を挟んで相互に嵌合する左右一対の樹脂成形体６ａ，６ｂからなる樹脂成形部６と、各樹脂成形体６ａ，６ｂに鉛直方向をもって並列状に保持されワイヤボンディング（導通手段）７でＬＤチップ１，受光素子３に電気的に接続される多数のリードピン８からなり、そのユニット体上面を不図示のカバーで覆ってＬＤチップ１，受光素子３，ワイヤボンディング７等を保護し、さらにカバーの上面には不図示のホログラム素子を取り付けてホログラム方式のピップアップを構成するようになっている。
【００１８】
アイランド５は、例えばＦｅ，Ａｌ，Ｃｕなどの所望の放熱特性を備えた金属材料を用いて冷間鋳造等により、左右の耳部５１，５２と、これら耳部５１，５２の中央部位間に連設される矩形部５３と、この矩形部５３の上面に突出する搭載部５４と、矩形部５３の底部に設けた突出部（増量部）５５とを、高精度に一体成型したもので、その表面には、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ａｕなどのメッキが施されている。
【００１９】
搭載部５４には、ＬＤチップ１の搭載面２がその側面に、受光素子３の搭載面が上面に、夫々形成されている。
【００２０】
突出部（増量部）５５は、矩形部５３の長さ方向と幅方向のほぼ全域にわたる分部を下方へ突出させて、アイランド５の放熱機能を増大させるようになっている。該突出部５５は、後述する空間部１１内に収容可能な最大許容寸法をもって、アイランド５の底面に一体成形されている。
【００２１】
樹脂成形部６を構成する左右の樹脂成形体６ａ，６ｂは、リードフレームに成形された並列状のリードピン８の上部にワイヤボンディング７との電気的接続面９ａを、側部に実装時の電気的接続面９ｂを夫々残して、各リードピン８を並列状に保持し得るようモールド成形されたもので、各リードピン８の上半部を被覆する上段部６ａ−１，６ｂ−１と、各リードピン８の下半部を被覆する下段部６ａ−２，６ｂ−２を備えると共に、内面側にはアイランド５及び相対する樹脂成形体６ａ，６ｂとの接合部となる窪み部６ａ−３，６ｂ−３が凹設されるよう一体成形されている。
【００２２】
各樹脂成形体６ａ，６ｂの下段部６ａ−２，６ｂ−２は、前記した電気的接続面９ｂを残して各リードピン８の下半部を被覆するよう形成されており、これら下段部６ａ−２，６ｂ−２により、半導体レーザユニットＡのピックアップ部への実装作業を簡単に行い得るソケット部１０が構成されている。
【００２３】
各樹脂成形体６ａ，６ｂ内面側の窪み部６ａ−３，６ｂ−３は、アイランド５をその搭載面２，４と耳部５１，５２を残して収容可能に形成されている。すなわち、両窪み部６ａ−３，６ｂ−３間には、矩形部５３，搭載部５４の搭載面２，４以外の部分，突出部５５が収容される空間部１１が形成されており、この空間部１１内に突出部５５が収容されることで、半導体レーザユニットＡの外形寸法を変えることなくその放熱性を改善し得るようになっている。
【００２４】
また、左右の樹脂成形体６ａ，６ｂの上段部６ａ−１，６ｂ−１の側面には、各樹脂成形体６ａ，６ｂに保持される任意のリードピン８に電気的に接続されるバイパスコンデンサ１２を装填するための窓穴１３を開設し、前記任意のリードピン８の側面を該窓穴１３に臨ませてある。
バイパスコンデンサ１２は、半導体レーザユニットＡを実装したピックアップ部によってＤＶＤなどへの書き込み作業を行っている最中に、半導体レーザユニットＡへの電源電圧が瞬間的に降下した場合に、その降下を補填するためのものである。
そうして、窓穴１３内にバイパスコンデンサ１２を埋設状に装填して任意のリードピン８に電気的に接続することで、半導体レーザユニットＡの外形寸法を変えることなく、ＤＶＤなどへの書き込み作業が円滑になされるよう構成されている。
【００２５】
並列状のリードピン８は左右の樹脂成形体６ａ，６ｂを樹脂モールドで成形することで、両樹脂成形体６ａ，６ｂに分散して保持されている。すなわち、本願出願人による先提案の特許文献に記載されるように、各リードピン８はリードフレームに一体成形されたもので、該リードフレームは基板となる帯状の極薄金属板、例えば４２アロイ板や銅板等にプレス成型或いはエッチング等の周知手段を施して複数のリードピン８を所望ピッチをもって多数並列状に有するよう成形され、左右の樹脂成形体６ａ，６ｂ成形用の型にこのリードフレームをセットし各樹脂成形体６ａ，６ｂを各々モールド成形することにより、多数のリードピン８が各樹脂成形体６ａ，６ｂに対し、鉛直方向をもって並列状に保持されるようになっている。
【００２６】
以上の構成になる本例の半導体レーザユニットＡは、リードフレームに極小ピッチで多数並列状に形成されるリードピン８を、該リードフレームに対しモールド成形される左右の樹脂成形体６ａ，６ｂで保持するので、多数のリードピン８を高精度で集積し得、また各リードピン８を各樹脂成形体６ａ，６ｂに鉛直方向をもって保持するので、アイランド５上のＬＤチップ１、受光素子３の周囲を各リードピン８のインナーリードで占有することが無くなり、小型化への対応が容易である。
【００２７】
また、アイランド５は金属材料で成形され平面度、直角度に優れた搭載面２，４を具備することから、ＬＤチップ１，受光素子３を高精度で取り付けることができる。
【００２８】
また、各リードピン８の電気的接触面９ｂを露呈させたソケット部１０を有し、このソケット部１０をピックアップ部に形成される装填口に挿入するだけでピックアップ部への実装が行われるので、各リードピン８毎にリード線を繋ぎ半田付けするなどの実装作業を余儀なくされた従来の不具合を解消し、ピックアップの組み立て作業を大幅に簡素化し得る。
【００２９】
さらに本例の半導体レーザユニットＡは、アイランド５を挟んで左右の樹脂成形体６ａ，６ｂを相互に嵌合させることで、アイランド５と樹脂成形部６を一体化させると共に、両樹脂成形体６ａ，６ｂ間に形成される空間部１１内に、アイランド５の矩形部５３，搭載部５４の搭載面２，４以外の部分，突出部５５を収容する。
突出部（増量部）５５はアイランド５の放熱機能を増大させるべく、アイランド５の底面に突出状に形成するものであるが、該突出部５５の形成寸法を、前記空間部１１内に収容可能な最大許容寸法とすることで、半導体レーザユニットＡの外形寸法を従来の半導体レーザユニットと同一規格に維持したままで、従来の半導体レーザユニットよりも大きな放熱機能を得ることができる。
【００３０】
また、左右の樹脂成形体６ａ，６ｂに設けた窓穴１３内にバイパスコンデンサ１２を装填することで、半導体レーザユニットＡの外形寸法を従来の半導体レーザユニットと同一規格に維持したままで、バイパスコンデンサ１２により、半導体レーザユニットＡへの電源電圧の瞬間的な降下を補填して、ＤＶＤなどへの書き込み作業への悪影響を防ぐことができる。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体レーザユニットと従来品との放熱機能の測定試験について説明する。
本発明の実施品として、図１〜図３に基づき説明した前述の半導体レーザユニットＡを用いた。
【００３２】
比較品として、前記半導体レーザユニットＡにおけるアイランド５に代えて、図４に示すアイランド１００を備えた従来の半導体レーザユニットＢを用いた。
このアイランド１００は、前述のアイランド５と同じ金属材料を用いて冷間鋳造等により、左右の耳部１０１，１０２と、これら耳部１０１，１０２の中央部位間に連設される矩形部１０３と、この矩形部１０３の上面に突出する搭載部１０４を備えると共に、搭載部１０４にＬＤチップ１の搭載面２と受光素子３の搭載面４を有するよう、高精度に一体成型したもので、矩形部１０３の底部に突出部（増量部）５５を備えないこと以外は前記アイランド５と同様の形状に成形され、その表面には前述のアイランド５と同様のメッキが施されている。
【００３３】
このような実施品（半導体レーザユニットＡ）と比較品（半導体レーザユニットＢ）を試料とし、図５に示す測定器２００を用いて放熱効果を測定した。
測定器２００は、経過時間に伴う温度変化を記録するもので、各アイランド５，１００におけるＬＤチップの搭載面２に相当する第一の測定点▲１▼と、各アイランドの左右の端部（耳部５１，５２と１０１，１０２の中央部位）に相当する第二，第三の測定点▲２▼，▲３▼の、夫々の温度変化を記録し得るようになっている。
【００３４】
そうして、先端温度が約１１０℃に加熱された棒状ヒータの先端部を、上記実施品と比較品におけるＬＤチップの搭載面２に当て、各測定点▲１▼〜▲３▼における時間経過に伴う温度変化を測定した。結果を図６に示す。
【００３５】
図６（イ）は比較品の測定結果、（ハ）は実施品の測定結果を表し、測定開始から３００秒経過後の各測定点の値は、比較品では▲１▼４６．５℃、▲２▼４６．０℃、▲３▼４４．８℃であるのに対し、実施品では▲１▼４３．６℃、▲２▼４４．０℃、▲３▼４２．８℃であり、各測定点毎の比較では、実施品が比較品に対し、▲１▼−２．９℃、▲２▼−２．０℃、▲３▼−２．０℃と、全ての測定点で下回り、実施品が放熱効果に優れていることが確認できた。
【００３６】
以上、本発明に係る半導体レーザユニットの実施形態の一例を説明したが、本発明は図示例に限定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内であれば、異なる実施形態とすることも可能であることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザユニットは以上説明したように構成したので、以下の効果を奏する。
【００３８】
（請求項１）
ノート型パソコンやＰＤＡ、携帯型や車搭載型のＡＶ機器のような小型化，薄型化，軽量化が顕著な光ディスク応用機器への組み込みが容易で、極小型でありながら製品精度が高く、しかもＤＶＤへの書き込みのような大容量のレーザ出射にも対応可能な放熱量を有し、しかも、従来品の規格寸法をそのまま維持しながら前記各効果を有する、コンパクトな構造の半導体レーザユニットを提供できた。
【００３９】
（請求項２）
従来品の規格寸法をそのまま維持し得る最大許容範囲内で最大限の放熱効果が得られるので、前述の効果をより実効あるものとし得た。
【００４０】
（請求項３）
前述の効果に加え、ＤＶＤなどへの書き込み作業を行っている最中に電源電圧が瞬間的に降下した場合でも、バイパスコンデンサによりその降下を補填して前記書き込み作業への悪影響を防止し得るので、ＤＶＤなどのへの大容量記録光媒体へ移行しつつあるノート型パソコンや車搭載型のＡＶ機器への対応が容易であるなどの効果を有する。
【００４１】
（請求項４）
光源用のレーザダイオードチップや信号読み込み用の受光部材などの素子を搭載した、前記各効果を有する半導体レーザユニットとして提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す斜視図。
【図２】図１の分解斜視図。
【図３】アイランドの斜視図で、（イ）は上面側、（ロ）は底面側を表す。
【図４】従来のアイランドの斜視図で、（イ）は上面側、（ロ）は底面側を表す。
【図５】アイランドの放熱効果の測定方法を表す簡略図で、（イ）半導体レーザユニットの上面側、（ロ）は同正面側を表す。
【図６】図５の方法により得られた放熱効果の結果を表すグラフで、（イ）は従来の半導体レーザユニットを、（ロ）は本願の半導体レーザユニットを夫々を示す。
【符号の説明】
Ａ：半導体レーザユニット
１：ＬＤチップ（レーザダイオードチップ）
３：受光素子
２，４：搭載面
５：アイランド
５５：突出部（増量部）
６ａ，６ｂ：樹脂成形体
６：樹脂成形部
７：ワイヤボンディング（導通手段）
８：リードピン
９ａ，９ｂ：電気的接続面
１０：ソケット部
１１：空間部

Claims

少なくとも光源用のレーザダイオードチップの搭載面を有する金属製のアイランドと、該アイランドを挟んで相互に嵌合する左右一対の樹脂成形体からなる樹脂成形部と、前記各樹脂成形体に鉛直方向をもって並列状に保持されワイヤボンディングなどの導通手段で前記レーザダイオードチップに電気的に接続される多数のリードピンからなる半導体レーザユニットであって、
前記左右の樹脂成形体は、並列状の各リードピンにおける上部と側部に電気的接続面を残して各リードピンを保持し、且つ前記樹脂成形部のアイランド下面側に膨出する部分に、各リードピンの側部の電気的接続面が露呈するソケット部が形成されるよう一体成形され、
さらに前記アイランドの底部に、該アイランドの放熱機能を増大させる増量部を突出形成すると共に、前記樹脂成形部におけるソケット部の内側には、前記増量部が収容される空間部を形成して、外形寸法を変えることなく放熱性を改善し得るよう形成したことを特徴とする半導体レーザユニット。
前記アイランド底部の増量部が、前記ソケット部内に収容可能な最大許容寸法に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザユニット。
前記左右の樹脂成形体に保持される任意のリードピンに電気的に接続されるバイパスコンデンサを備え、前記樹脂成形体の側面に窓穴を開設して前記任意のリードピンの側部適所を該窓穴に臨ませると共に、該窓穴内に前記バイパスコンデンサを埋設して、外形寸法を変えることなく前記バイパスコンデンサを装着したことを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザユニット。
前記アイランドに、光源用のレーザダイオードチップや信号読み込み用の受光部材などの素子を搭載すると共に、該素子と前記各リードピンとを、ワイヤボンディングなどの導通手段で電気的に接続してなる請求項１又は２又は３記載の半導体レーザユニット。