JP2005251838A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】 この半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子3,4が、実装基板1の放熱材で作製された放熱基部10の搭載面6に搭載されていて、放熱基部10と蓋部5とが半導体レーザ素子3,4を囲む外囲器14を構成している。また、放熱基部10と放熱基部10の延在面7に形成された配線2a〜2cとが外部接続端子13を構成している。したがって、半導体レーザ素子3,4が発生する熱は放熱材で作製された放熱基部10に効率良く伝達される。また、実装基板1の放熱基部10と放熱基部10の延在面7に形成された配線2a〜2cとが外部接続端子13を構成しているので、リードレス化を図れる。
【選択図】 図1
Description
この発明は、半導体レーザ装置に関し、一例として、光ディスクに代表される光記録媒体に情報を記録または記録された情報を読み取る光ピックアップ装置に用いる半導体レーザ装置に関する。
従来、CD−ROMやMD(ミニディスク)、DVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)などの光ディスクへ信号を書き込んだり読み取ったりする光ピックアップ装置としては、2つのタイプのものがある。
すなわち、φ5.6mmのいわゆるCANタイプを中心とした単体の半導体レーザ装置と光学部品や信号検出素子とをディスクリートで組上げたディスクリートタイプの光ピックアップ装置と、回折格子や信号検出素子と半導体レーザ素子とを一体化したホログラムレーザと呼ばれる半導体レーザ装置を用いた光ピックアップ装置とがある。
なお、近年では、CANタイプのような単体の半導体レーザ装置とともに、より低コストを目指したフレーム型の半導体レーザ装置が市場に出てきている。
図5にCANタイプの半導体レーザ装置を示し、図6にフレーム型の半導体レーザ装置を示す。
図5では、上記CANタイプの半導体レーザ装置の内部構造が分かるように部分的に切断した様子を示している。図5に示すように、アイレット部であるステム105にキャップ102が固定され、このキャップ102でもってステムブロック107およびステムブロック107に固定された半導体レーザ素子103およびモニタ用フォトダイオード106を覆っている。キャップ102の天井はキャップガラス101になっている。
また、ワイヤ108aがモニタ用フォトダイオード106をリードピン109aに電気的に接続しており、ワイヤ108bが半導体レーザ素子103をリードピン109bに電気的に接続している。
次に、図6に示すフレーム型の半導体レーザ装置を説明する。このフレーム型の半導体レーザ装置としては、そのコスト重視の目的から、図6に示すように、半導体レーザ素子や配線のワイヤボンドなどが露出したいわゆる「オープンタイプ」が主流となっている。
図6に示すフレーム型の半導体レーザ装置210は、樹脂材料で作製された樹脂基部200とリードフレーム207a,207b,207cを有する。上記樹脂基部200は円盤形状の台部202とこの台部202に立設した半円柱形状の支持部201を有する。上記リードフレーム207a,207b,207cは、支持部201の平面201aにボンディング表面が露出した状態で埋め込まれている。
このリードフレーム207bの露出面には半導体レーザ素子205が固定されており、この半導体レーザ素子205はワイヤ205でリードフレーム207cに電気的に接続されている。
なお、図6では、複数組のリードフレーム207a〜207cがフレーム基部207に繋がっている状態を示しているが、各リードフレーム207a〜207cはリードフレーム基部207から切り離されて、1個ずつの半導体レーザ装置210が完成する。
ところで、前者の図5に示すCANタイプの半導体レーザ装置では、通常アイレット部と呼ばれる丸型の金属平板部からなすステム105を、光ピックアップ装置のハウジングに挿入することで、この半導体レーザ装置の位置決めと固定を行う。
このため、図5の半導体レーザ装置を採用した場合、光ピックアップ装置のハウジングの大きさ(厚み)を、アイレットの径よりも小さくすることは困難であり、このことが光ピックアップ装置の薄型化に対する支障となっている。
また、放熱特性という観点から見た場合、発熱源である半導体レーザ素子103の熱は、一旦、半導体レーザ素子103が搭載されているステムブロック107を経由してステム105へと伝達され、その後、光ピックアップ装置のハウジングへと伝導して行く。このため、放熱のためのルートが長くなってしまうので、放熱特性の向上が困難になる。
また、図5の半導体レーザ装置において、通常鉄材であるステム(アイレット部)105の材質を銅にすれば、熱伝導特性を上げることができるが、ステム105の材質を銅にした場合、ステム105が低抵抗となるので、抵抗溶接でステム105にキャップ102を溶接することができないという問題がある。
また、後者の図6に示すフレーム型の半導体レーザ装置210では、リードフレーム基部207を用いて多連化を図り、製造コストを低減することに成功している。
しかし、このフレーム型の半導体レーザ装置210では、その構造上、金属と比較して熱伝導特性が1桁以上悪い樹脂材料を用いて樹脂基部200をリードフレーム207a〜207cに一体成形して、リードフレーム207a〜207c間の絶縁性能を確保しているのが実情である。
したがって、このフレーム型の半導体レーザ装置210においても、放熱特性の向上が困難である。
これに対し、近年、光ディスクドライブでは、薄型、小型化、低価格化のおよび高出力化の要求が厳しく、これに合わせて使用する半導体レーザ装置においても、同様のことが求められている。
以上を踏まえ、特に薄型化、高出力化に対応した、すなわちパッケージの放熱特性が優れた半導体レーザ装置が求められている。
特開平10−107190号公報
特開平2000−049414号公報
そこで、この発明の課題は、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、この発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が搭載される実装基板と、
上記実装基板に搭載された上記半導体レーザ素子を覆うと共に上記実装基板に取り付けられる蓋部とを備え、
上記実装基板は、
上記半導体レーザ素子が搭載される搭載面とこの搭載面に連なる延在面とを含む実装面を有すると共に放熱材で作製される放熱基部と、
上記放熱基部の上記実装面に形成されると共に上記半導体レーザ素子に電気的に接続された所定パターンの配線とを備え、
上記放熱基部と上記蓋部とが上記半導体レーザ素子を囲む外囲器を構成し、
上記放熱基部とこの放熱基部の上記延在面に形成された上記配線とが外部接続端子を構成していることを特徴としている。
上記半導体レーザ素子が搭載される実装基板と、
上記実装基板に搭載された上記半導体レーザ素子を覆うと共に上記実装基板に取り付けられる蓋部とを備え、
上記実装基板は、
上記半導体レーザ素子が搭載される搭載面とこの搭載面に連なる延在面とを含む実装面を有すると共に放熱材で作製される放熱基部と、
上記放熱基部の上記実装面に形成されると共に上記半導体レーザ素子に電気的に接続された所定パターンの配線とを備え、
上記放熱基部と上記蓋部とが上記半導体レーザ素子を囲む外囲器を構成し、
上記放熱基部とこの放熱基部の上記延在面に形成された上記配線とが外部接続端子を構成していることを特徴としている。
この発明の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子が、実装基板の放熱材で作製された放熱基部の搭載面に搭載されていて、上記放熱基部と上記蓋部とが上記半導体レーザ素子を囲む外囲器を構成し、上記放熱基部の上記延在面に形成された上記配線が外部接続端子を構成している。
したがって、この発明によれば、半導体レーザ素子が発生する熱は、放熱材で作製された放熱基部に効率良く伝達され、この放熱基部と蓋部とがなす外囲器から、この外囲器が取り付けられる光ピックアップ装置等のハウジングに効率良く放熱することが可能となる。
また、この発明によれば、実装基板の放熱基部と放熱基部の延在面に形成された配線とが外部接続端子をなしているので、リードレス化を図れ、全体として薄型化が容易でコンパクトな半導体レーザ装置を実現できる。
したがって、この発明によれば、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を実現できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記実装基板の上記放熱基部は、セラミックス材料で形成されており、上記放熱基部の線膨張係数は上記半導体レーザ素子の線膨張係数と略一致している。
この実施形態では、上記放熱基部の線膨張係数が上記半導体レーザ素子の線膨張係数と略一致しているので、熱歪を抑制できる。上記セラミックス材料としては、一例として、アルミニウムや窒化アルミニウム等を成分とするものを採用できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記実装基板の上記放熱基部は、金属材料を芯材とした。
この実施形態では、放熱基部の芯材が金属材料であるので、放熱特性の向上を図れる。上記金属材料としては、一例として、アルミや銅を採用できる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記実装基板は、上記搭載面を含むと共にセラミックス材料または金属材料で形成された下層と、
上記延在面と上記延在面に形成された配線とを含むプリント基板で構成した上層とを有する。
上記延在面と上記延在面に形成された配線とを含むプリント基板で構成した上層とを有する。
この実施形態では、上記実装基板は、半導体レーザ素子を搭載する搭載面を含む下層をセラミックス材料または金属材料で形成して放熱特性を向上させることが可能である。また、上記実装基板の上層を、硬質プリント基板や可撓性プリント基板(フレキシブルプリント基板)等のプリント基板で構成したことで、製造が容易になる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記配線は、上記放熱基部の上記搭載面に形成された搭載部配線と、上記放熱基部の上記延在面に形成された延在配線とを有し、さらに、上記半導体レーザ素子と上記延在配線とを接続するリボンワイヤを備えた。
この実施形態では、半導体レーザ素子が発生する熱を、搭載面の搭載部配線を経由して放熱基部に効率よく伝達できる。また、この実施形態では、上記半導体レーザ素子と上記延在配線との接続にリボンワイヤを採用した。したがって、上記接続に金ワイヤ(直径25μm程度)を採用した場合に比べて、上記半導体レーザ素子が発生する熱を、上記リボンワイヤを経由して効率よく発散し、かつ、放熱基部の延在面に伝達することができる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記蓋部は、放熱材で作製されていると共に上記半導体レーザ素子に対向する裏面に形成された所定のパターンの配線を有し、
上記蓋部の上記裏面と上記実装基板の上記放熱基部の上記搭載面とで上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記半導体レーザ素子の他方の電極を挟んでおり、
上記半導体レーザ素子の一方の電極が上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線に電気的に接続されると共に、上記半導体レーザ素子の他方の電極が上記実装基板の上記搭載面に形成された配線に電気的に接続されている。
上記蓋部の上記裏面と上記実装基板の上記放熱基部の上記搭載面とで上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記半導体レーザ素子の他方の電極を挟んでおり、
上記半導体レーザ素子の一方の電極が上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線に電気的に接続されると共に、上記半導体レーザ素子の他方の電極が上記実装基板の上記搭載面に形成された配線に電気的に接続されている。
この実施形態では、上記半導体レーザ素子が発生する熱を上記一方の電極から上記蓋部へ伝達でき、上記他方の電極から上記放熱基部へ伝達できるので、放熱効率の向上を図れる。また、半導体レーザ素子の電極にワイヤによる配線を行う必要を無くすることが可能となり、一層の薄型化を図れると共に、製造工程も簡単になる。
また、一実施形態の半導体レーザ装置では、上記蓋部の上記裏面または上記実装基板の上記延在面の少なくとも一方に形成された凸部を有し、
上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線または上記実装基板の上記延在面に形成された配線の少なくとも一方が上記凸部の表面に形成されており、
上記凸部の表面で上記蓋部の裏面に形成された配線と上記実装基板の延在面に形成された配線とが導電材または直接接触によって電気的に接続されている。
上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線または上記実装基板の上記延在面に形成された配線の少なくとも一方が上記凸部の表面に形成されており、
上記凸部の表面で上記蓋部の裏面に形成された配線と上記実装基板の延在面に形成された配線とが導電材または直接接触によって電気的に接続されている。
この実施形態によれば、上記蓋部の上記裏面または上記実装基板の上記延在面の少なくとも一方に形成された凸部を有し、上記凸部の表面で上記蓋部の裏面に形成された配線と上記実装基板の延在面に形成された配線とが導電材または直接接触によって電気的に接続されている。なお、上記導電材としては、一例として、銀ペーストのような導電性接着剤や金属ロウ材を採用できる。
したがって、上記凸部の存在によって、ワイヤによる配線を無くすることが可能となり、一層の薄型化を図れる。
また、一実施形態では、上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線とは、バンプ電極、導電性接着剤、インジウム等の金属ロウ材のうちの少なくとも一つを介して、電気的に接続されている。
この実施形態では、バンプ電極または導電性接着剤の少なくとも一方を介して、上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線とが電気的に接続されているので、一層の薄型化を図れる。なお、上記バンプ電極を採用した場合、上記バンプ電極が、半導体レーザ素子の熱膨張係数と放熱基部や蓋部の熱膨張係数との違いを吸収して、半導体レーザ素子へのダメージを低減する効果もある。
また、一実施形態では、上記実装基板は、上記蓋部が嵌合する凹部を含む段差部を有している。
この実施形態では、上記実装基板が有する段差部の凹部に上記蓋部を嵌合させる構造なので、上記実装基板と上記蓋部との位置決め精度の維持を図れる上に、上記半導体レーザ素子を搭載するための上記実装基板と上記蓋部との間のスペースを適切に確保できる。
また、一実施形態では、上記蓋部は、導電性のある金属材料で作製された電極をなす。
この実施形態では、上記蓋部自体が電極をなし、この蓋部がなす電極が半導体レーザ素子の一方の電極に電気的に接続されているから、この蓋部自体を外部接続端子とすることも可能となり、さらなる構造の簡略化および製造の簡略化を図れる。
また、一実施形態では、上記蓋部に取り付けられると共に上記半導体レーザ素子の光出力をモニタするフォトダイオードを有する。
この実施形態では、上記蓋部に取り付けられたフォトダイオードで半導体レーザ素子の光出力をモニタできる。
また、一実施形態では、上記蓋部はシリコンで作製され、上記フォトダイオードは上記蓋部と一体に形成されている。
この実施形態では、半導体レーザ素子の光出力をモニタするフォトダイオードをシリコンで作製された蓋部に一体に形成したことで、厚さの増大を招くことなく、光出力をモニタすることが可能になる。
この発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子が、実装基板の放熱材で作製された放熱基部の搭載面に搭載されていて、上記放熱基部と上記蓋部とが上記半導体レーザ素子を囲む外囲器を構成し、上記放熱基部の上記延在面に形成された上記配線が外部接続端子を構成している。
したがって、この発明によれば、半導体レーザ素子が発生する熱は、放熱材で作製された放熱基部に効率良く伝達され、この放熱基部と蓋部とがなす外囲器から、この外囲器が取り付けられる光ピックアップ装置等のハウジングに効率良く放熱することが可能となる。
また、この発明によれば、実装基板の放熱基部と放熱基部の延在面に形成された配線とが外部接続端子をなしているので、リードレス化を図れ、全体として薄型化が容易でコンパクトな半導体レーザ装置を実現できる。
また、リードレス化することで、リード曲がり等に起因する不具合が無くなるとともに組立時のハンドリングが容易になり、組立工程の自動化も実現が可能となる。
したがって、この発明によれば、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を実現できる。
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
図1(A)に、この発明の半導体レーザ装置の第1実施形態が備える実装基板1と蓋部5を分離した状態を示し、図1(B)に上記実装基板1に蓋部5を組み付けた完成状態を示す。
図1(A)に、この発明の半導体レーザ装置の第1実施形態が備える実装基板1と蓋部5を分離した状態を示し、図1(B)に上記実装基板1に蓋部5を組み付けた完成状態を示す。
図1(A)に示すように、この第1実施形態は、略平板形状の実装基板1とこの実装基板1に搭載された2つの半導体レーザ素子3,4と上記実装基板1に取り付けられる蓋部5を備える。上記実装基板1は、放熱材で作製された放熱基部10とこの放熱基部10が有する矩形状の実装面11に形成された配線2a〜2cとを有する。上記放熱基部10の実装面11は、上記2つの半導体レーザ素子3,4が搭載される搭載面6とこの搭載面6に連なる延在面7を含む。
上記放熱基部10をなす上記放熱材としては一例としてセラミックス材料を採用できる。
上記実装基板1の放熱基部10の実装面11には、半導体レーザ素子3の下側電極(図示せず)に接続された配線2aと半導体レーザ素子4の下側電極(図示せず)に接続された配線2cが形成されている。また、上記実装面11には、上記配線2aと配線2cとの間に配線2bが形成され、この配線2bはワイヤ16で半導体レーザ素子3の上側電極(図示せず)に接続され、ワイヤ17で半導体レーザ素子4の上側電極(図示せず)に接続されている。
上記配線2a,2cは、搭載面6から延在面7にかけて形成されており、上記配線2bは、延在面7に形成されている。
一方、蓋部5は、矩形状の上部5bと側部5aとを含み、上記実装基板1の実装面11の略2分の1の領域を覆い、上記2つの半導体レーザ素子3,4を覆う形状である。上記側部5aには、矩形状の切欠5a-1が形成されている。この切欠5a-1は、上部5bに関して側部5aの反対側の側部まで貫通している。図1(B)に示すように、上記配線2a〜2cは、放熱基部10の実装面11上において上記切欠5a-1を通過して延在している。なお、上記蓋部5は、上記放熱基部10と同様に放熱材で作製することが望ましい。
また、上記蓋部5の外に延在して露出している配線2a〜2cの露出部分2a-1,2b-1,2c-1と上記放熱基部10とが外部接続端子13を構成している。また、上記蓋部5と上記放熱基部10とがパッケージつまり外囲器14を構成している。
上記構成の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子3,4が、実装基板1の放熱材で作製された放熱基部10の搭載面6に搭載されていて、上記放熱基部10と上記蓋部5とが上記半導体レーザ素子3,4を囲む外囲器14を構成している。また、上記放熱基部10と上記放熱基部10の上記延在面7に形成された上記配線2a〜2cとが外部接続端子13を構成している。
したがって、この第1実施形態によれば、半導体レーザ素子3,4が発生する熱は、放熱材で作製された放熱基部10に効率良く伝達され、この放熱基部10と蓋部5とがなす外囲器14から、この外囲器14が取り付けられる一例として光ピックアップ装置等のハウジングに効率良く放熱することが可能となる。
また、この第1実施形態によれば、実装基板1の放熱基部10と放熱基部10の延在面7に形成された配線2a〜2cとが外部接続端子13を構成しているので、リードレス化を図れ、全体として薄型化が容易でコンパクトな半導体レーザ装置を実現できる。また、リードレス化することで、リード曲がり等に起因する不具合が無くなるとともに組立時のハンドリングが容易になり、組立工程の自動化も実現が可能となる。したがって、この第1実施形態によれば、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を実現できる。
なお、上記実施形態において、上記実装基板1の上記放熱基部10をセラミックス材料で形成して、上記放熱基部10の線膨張係数を上記半導体レーザ素子3,4の線膨張係数と略一致させた場合には、放熱基部10と半導体レーザ素子3,4との間の熱歪を抑制できる。また、上記セラミックス材料としては、一例として、アルミニウムや窒化アルミニウム等を成分とするものを採用できる。また、上記実装基板1の放熱基部10は、金属材料を芯材としてもよい。この場合には、放熱基部10の放熱特性の向上を図れる。上記金属材料としては、一例としてアルミニウムや銅を採用できる。
(第2の実施の形態)
次に、図2(A),(B)を参照して、この発明の半導体レーザ装置の第2実施形態を説明する。
次に、図2(A),(B)を参照して、この発明の半導体レーザ装置の第2実施形態を説明する。
図2(A)に示すように、この第2実施形態は、半導体レーザ素子23,24が実装された実装基板20と、この実装基板20に取り付けられて上記半導体レーザ素子23,24を覆う蓋部25を備える。上記実装基板20は、放熱材としてのセラミックス材料もしくは金属材料で作製された下層21とプリント基板からなる上層26を有する。
図2(B)に示すように、上記下層21は、搭載面21aを有する。この搭載面21aには、配線28が形成され、この配線28上に半導体レーザ素子23,24が搭載されている。したがって、この半導体レーザ素子23,24の下側電極(図示せず)は上記配線28に接続されている。
一方、上記プリント基板からなる上層26は延在面26aを有し、この延在面26aにプリント配線22a,22b,22cが形成されている。この上層26は切欠26bを有する。図2(A)に示すように、下層21に上層26を貼り合わせたときに、この切欠26bは、上記下層21の搭載面21aに形成された配線28を露出させる。
また、上層26は、切欠26bの両側に、切欠26c,26dを有する。この切欠26c,26d内に、蓋部25の側部25a,25c,25dが嵌るようになっており、蓋部25の側部25a,25c,25dを下層21に直接に接触させるようになっている。これにより、下層21の熱を蓋部25に直接に伝達できる。
図2(A)に示すように、下層21と上層26とが放熱基部30を構成する。上記上層26に形成されたプリント配線22aはワイヤ27aで半導体レーザ素子23の上側電極(図示せず)に接続され、プリント配線22cはワイヤ27cで半導体レーザ素子24の上側電極(図示せず)に接続される。また、上層26に形成されたプリント配線22bは、ワイヤ27bで下層21の搭載面21aに形成された配線28に接続される。
一方、蓋部25は、矩形状の上部25bと側部25a,25c,25dとを含み、側部25aに切欠25a-1が形成されている。この蓋部25は、半導体レーザ素子23,24および上層26の略半分を覆うように、上記実装基板20に取り付けられる。この蓋部25を実装基板20に取り付けた状態で、蓋部25の切欠25a-1をプリント配線22a〜22cが通って延在していて、蓋部25から露出している。なお、上記蓋部25は、上記下層21と同様に放熱材としてのセラミック材料または金属材料で作製することが望ましい。
上記蓋部25の外に露出している配線22a〜22cの露出部分を含む上層26と上記下層21とが外部接続端子29を構成する。また、上記蓋部25と放熱基部30とが外囲器を構成する。
上記構成の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子23,24が発生する熱は、放熱材で作製された下層21に効率良く伝達され、この下層21,上層26と蓋部25とがなす外囲器から、この外囲器が取り付けられる一例としての光ピックアップ装置等のハウジングに効率よく放熱することが可能となる。
また、この第2実施形態によれば、上記蓋部25の外に露出している配線22a〜22cの露出部分を含む上層26と上記下層21とが外部接続端子29を構成するので、リードレス化を図れ、全体として薄型化が容易でコンパクトな半導体レーザ装置を実現できる。また、リードレス化することで、リード曲がり等に起因する不具合が無くなるとともに組立時のハンドリングが容易になり、組立工程の自動化も実現が可能となる。したがって、この第2実施形態によれば、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を実現できる。さらに、この第2実施形態によれば、上記実装基板20の上層26を、硬質プリント基板や可撓性プリント基板(フレキシブルプリント基板)等のプリント基板で構成したことで、製造が容易になる。
なお、上記実施形態において、上記下層21をセラミックス材料で形成して、上記下層21の線膨張係数を上記半導体レーザ素子23,24の線膨張係数と略一致させた場合には、熱歪を抑制できる。また、上記セラミックス材料としては、一例として、アルミニウムや窒化アルミニウム等を成分とするものを採用できる。また、上記下層21は金属材料を芯材としてもよい。この場合には、放熱特性の向上を図れる。上記金属材料としては、一例としてアルミニウムや銅を採用できる。
また、上記第1、第2実施形態において、ワイヤ6,7、ワイヤ27a,27b,27cとして径が25μm程度の金線を採用してもよい。また、上記ワイヤ6,7、ワイヤ27a,27b,27cとして、リボンワイヤを採用した場合には、上記ワイヤとして径が25μm程度の金線を採用した場合に比べて、半導体レーザ素子3,4、半導体レーザ素子23,24からの熱伝達を向上させることができ、かつ、熱発散を増加させることができる。
(第3の実施の形態)
次に、図3を参照して、この発明の第3実施形態を説明する。この第3実施形態の半導体レーザ装置は、実装基板31と、この実装基板31に実装された半導体レーザ素子33,34と、この半導体レーザ素子33,34を覆うように実装基板31に取り付けられる蓋部35とを備える。
次に、図3を参照して、この発明の第3実施形態を説明する。この第3実施形態の半導体レーザ装置は、実装基板31と、この実装基板31に実装された半導体レーザ素子33,34と、この半導体レーザ素子33,34を覆うように実装基板31に取り付けられる蓋部35とを備える。
上記実装基板31は、放熱材で作製された放熱基部41と、この放熱基部41の実装面41aに形成された配線32a,32b,32cを有する。
上記放熱基部41は、実装面41aを有し、この実装面41aは半導体レーザ素子33,34が搭載される搭載面41a-1とこの搭載面41a-1に連なる延在面41a-2とを含む。また、放熱基部41は、上記搭載面41aに対して所定の距離だけ離れて対向する部分に凸部42を有する。また、放熱基部41は、搭載面41a-1と凸部42を挟む両側に段差部39,40を有する。この段差部39,40は、凹部39a,40aを有し、この凹部39a,40aに蓋部35が嵌合されるようになっている。
また、上記実装面41aに形成された配線32aは半導体レーザ素子33の下側電極(図示せず)に接続され、配線32cは半導体レーザ素子34の下側電極(図示せず)に接続されている。また、配線32bは、配線32bの部分32b-1が上記凸部42の表面上に延在している。また、上記半導体レーザ素子33は上部電極として複数の金属バンプ電極37を有し、半導体レーザ素子34は上部電極として複数の金属バンプ電極38を有する。この金属バンプ電極38は一例として金のスタッドバンプとしてもよい。
また、上記蓋部35は、放熱材で作製され、裏面に配線36が形成されている。この配線36は、蓋部35を上記段差部39,40の凹部39a,40aに嵌合させた状態において、上記金属バンプ電極37,38および上記凸部42の表面上に延在している配線32bに直接接触して電気的かつ熱的に接続される。
上記構成の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子33,34が、放熱材で作製された放熱基部41の搭載面41a-1に搭載されていて、上記放熱基部41と蓋部35とが半導体レーザ素子33,34を囲む外囲器を構成している。また、上記放熱基部41と上記放熱基部41の延在面41a-2に形成された配線32a〜32cとが外部接続端子43を構成している。
したがって、この第3実施形態によれば、半導体レーザ素子33,34が発生する熱は、放熱材で作製された放熱基部41に効率良く伝達され、この放熱基部41と蓋部35とがなす外囲器から、この外囲器が取り付けられる一例としての光ピックアップ装置等のハウジングに効率良く放熱することが可能となる。
また、この第3実施形態によれば、実装基板31の放熱基部41と放熱基部41の延在面41a-2に形成された配線32a〜32cとが外部接続端子43を構成しているので、リードレス化を図れ、全体として薄型化が容易でコンパクトな半導体レーザ装置を実現できる。また、リードレス化することで、リード曲がり等に起因する不具合が無くなるとともに組立時のハンドリングが容易になり、組立工程の自動化も実現が可能となる。したがって、この第3実施形態によれば、放熱特性が優れ、薄型化にも対応可能な半導体レーザ装置を実現できる。
また、この第3実施形態では、蓋部35は、放熱材で作製されていると共に上記半導体レーザ素子33,34に対向する裏面に形成された裏面配線36を有し、この蓋部35の裏面配線36と実装基板31の放熱基部41の搭載面41a-1の配線32a,32cとで、半導体レーザ素子33,34の金属バンプ電極37,38と下側電極を挟んでいる。そして、上記半導体レーザ素子33,34の金属バンプ電極37,38が蓋部35の裏面配線36に電気的に接続されると共に、上記半導体レーザ素子33,34の下側電極が実装基板31の搭載面41a-1に形成された配線32a,32cに電気的に接続されている。
したがって、この第3実施形態では、上記半導体レーザ素子33,34が発生する熱を上記金属バンプ電極37,38から蓋部35へ伝達でき、上記下側電極から放熱基部41へ伝達できる。すなわち、放熱基部41と蓋部35とがなす外囲器(パッケージ)全体がヒートシンクをなす構造となっているので、放熱効率の向上を図れる。また、半導体レーザ素子37,38にワイヤによる配線を行う必要な無くすることが可能となり、一層の薄型化を図れると共に、製造工程も簡単になる。
また、この第3実施形態によれば、放熱基部41の延在面41a-2に形成された凸部42を有し、この凸部42の表面において蓋部35の裏面配線36と放熱基部41の延在面41a-2に形成された配線32bとが導電材または直接接触によって電気的に接続されている。なお、上記導電材としては、一例として、銀ペーストのような導電性接着剤や金属ロウ材を採用できる。したがって、上記凸部42の存在によって、ワイヤによる配線を無くすることが可能となり、一層の薄型化を図れる。
なお、この第3実施形態では、放熱基部41の延在面41a-2に凸部42を形成したが、蓋部35の裏面に凸部を形成してもよい。また、蓋部35の裏面と放熱基部41の延在面41-2の両方に凸部を形成してもよい。
また、上記第3実施形態において、上記実装基板31の上記放熱基部41をセラミックス材料で形成して、上記放熱基部41の線膨張係数を上記半導体レーザ素子33,34の線膨張係数と略一致させた場合には、放熱基部41と半導体レーザ素子33,34との間の熱歪を抑制できる。また、上記セラミックス材料としては、一例として、アルミニウムや窒化アルミニウム等を成分とするものを採用できる。また、上記実装基板31の放熱基部41は、金属材料を芯材としてもよい。この場合には、放熱基部41の放熱特性の向上を図れる。上記金属材料としては、一例としてアルミニウムや銅を採用できる。
また、この第3実施形態では、上記実装基板31の放熱基部41は、蓋部35が嵌合する凹部39a,40aを含む段差部39,40を有し、この段差部39,40の凹部39a,40aに蓋部35を嵌合させる構造なので、実装基板31と蓋部35との位置決め精度の維持を図れる上に、半導体レーザ素子33,34を搭載するための上記実装基板31と上記蓋部35との間のスペースを適切に確保できる。
また、この第3実施形態において、上記蓋部35自体を導電性のある金属材料で作製された電極とした場合には、この蓋部35自体を外部接続端子とすることも可能となり、さらなる構造の簡略化および製造の簡略化を図れる。
(第4の実施の形態)
次に、図4(A)及び図4(B)を参照してこの発明の第4実施形態を説明する。この第4実施形態は、前述の第3実施形態の変形例であり、蓋部35の裏面に凹部35Aを形成して、この凹部35Aにフォトダイオード51を固定した点と、凸部42に替えて台形状の接続用凸部52を備えた点とが第3実施形態と異なる。また、この第4実施形態は、第3実施形態における配線32bに替えて、図4(A)に示すように、配線53,54を備えた点が前述の第3実施形態と異なる。
次に、図4(A)及び図4(B)を参照してこの発明の第4実施形態を説明する。この第4実施形態は、前述の第3実施形態の変形例であり、蓋部35の裏面に凹部35Aを形成して、この凹部35Aにフォトダイオード51を固定した点と、凸部42に替えて台形状の接続用凸部52を備えた点とが第3実施形態と異なる。また、この第4実施形態は、第3実施形態における配線32bに替えて、図4(A)に示すように、配線53,54を備えた点が前述の第3実施形態と異なる。
図4(A)に示すように、上記配線53は、接続用凸部52の表面上に延在しており、蓋部35の裏面に形成された配線36に直接接触して電気的かつ熱的に接続される。また、上記配線53は、フォトダイオード51のカソード(グランド)用のバンプ電極55に接続される。一方、上記配線54は、接続用凸部52の表面上に延在しているが、蓋部35の裏面の配線36には接触していなくて、フォトダイオード51のアノード用のバンプ電極56だけに接続されている。また、図4(B)に示すように、上記台形状の接続用凸部52は、立ち上げミラーをなすテーパ面52aを有し、このテーパ面52aでもって、半導体レーザ素子33,34の後端面33a,34aからのレーザ光をフォトダイオード51の受光部に反射するようにしている。また、半導体レーザ素子33,34の金属バンプ電極37,38が蓋部35の裏面の配線36に直接接触して電気的かつ熱的に接続される点は、前述の第3実施形態と同様であり、この配線36は凸部52上の配線53に直接接触して電気的かつ熱的に接続される。
この第4実施形態によれば、上記蓋部35に取り付けられると共に上記半導体レーザ素子33,34の光出力をモニタするフォトダイオード51を有するので、上記蓋部35に取り付けられたフォトダイオード51で半導体レーザ素子33,34の光出力をモニタできる。
上述のごとく、第1〜第4実施形態によれば、半導体レーザ素子とドライブ回路とを接続する手法として現在主流のフレキシブルプリント基板への接続も容易で、かつ樹脂を用いたフレームレ−ザと比較して、高耐熱化が図れるため、鉛フリーへの対応も可能になる。
また、上記第4実施形態に一例を示したように、上記第1〜第3実施形態において、上記蓋部に取り付けられると共に上記半導体レーザ素子の光出力をモニタするフォトダイオードを有する場合には、上記蓋部に取り付けられたフォトダイオードで半導体レーザ素子の光出力をモニタできる。また、上記蓋部がシリコンで作製され、上記フォトダイオードが上記蓋部と一体に形成されている場合には、半導体レーザ素子の光出力をモニタするフォトダイオードをシリコンで作製された蓋部に一体に形成したことで、厚さの増大を招くことなく、光出力をモニタすることが可能になる。
尚、上記第1〜第4実施形態では、2つの半導体レーザ素子を備えたが1つの半導体レーザ素子を備えてもよく、3つ以上の半導体レーザ素子を備えてもよい。
1、20、31 実装基板
2a〜2c、22a〜22c、32a〜32c 配線
3、4、23、24、33、34 半導体レーザ素子
5、25、35 蓋部
6、21a、41a-1 搭載面
7、26a、41a-2 延在面
10、30、41 放熱基部
11、41a 実装面
13、29、43 外部接続端子
14 外囲器
21 下層
26 上層
37、38 バンプ電極
39、40 段差部
39a、40a 凹部
42 凸部
51 フォトダイオード
2a〜2c、22a〜22c、32a〜32c 配線
3、4、23、24、33、34 半導体レーザ素子
5、25、35 蓋部
6、21a、41a-1 搭載面
7、26a、41a-2 延在面
10、30、41 放熱基部
11、41a 実装面
13、29、43 外部接続端子
14 外囲器
21 下層
26 上層
37、38 バンプ電極
39、40 段差部
39a、40a 凹部
42 凸部
51 フォトダイオード
Claims (12)
- 半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子が搭載される実装基板と、
上記実装基板に搭載された上記半導体レーザ素子を覆うと共に上記実装基板に取り付けられる蓋部とを備え、
上記実装基板は、
上記半導体レーザ素子が搭載される搭載面とこの搭載面に連なる延在面とを含む実装面を有すると共に放熱材で作製される放熱基部と、
上記放熱基部の上記実装面に形成されると共に上記半導体レーザ素子に電気的に接続された所定パターンの配線とを備え、
上記放熱基部と上記蓋部とが上記半導体レーザ素子を囲む外囲器を構成し、
上記放熱基部とこの放熱基部の上記延在面に形成された上記配線とが外部接続端子を構成していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記実装基板の上記放熱基部は、セラミックス材料で形成されており、上記放熱基部の線膨張係数は上記半導体レーザ素子の線膨張係数と略一致していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記実装基板の上記放熱基部は、金属材料を芯材としたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記実装基板は、
上記搭載面を含むと共にセラミックス材料または金属材料で形成された下層と、
上記延在面と上記延在面に形成された配線とを含むプリント基板で構成した上層とを有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記配線は、
上記放熱基部の上記搭載面に形成された搭載部配線と、上記放熱基部の上記延在面に形成された延在配線とを有し、
さらに、上記半導体レーザ素子と上記延在配線とを接続するリボンワイヤを備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記蓋部は、放熱材で作製されていると共に上記半導体レーザ素子に対向する裏面に形成された所定のパターンの配線を有し、
上記蓋部の上記裏面と上記実装基板の上記放熱基部の上記搭載面とで上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記半導体レーザ素子の他方の電極を挟んでおり、
上記半導体レーザ素子の一方の電極が上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線に電気的に接続されると共に、上記半導体レーザ素子の他方の電極が上記実装基板の上記搭載面に形成された配線に電気的に接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項6に記載の半導体レーザ装置において、
上記蓋部の上記裏面または上記実装基板の上記延在面の少なくとも一方に形成された凸部を有し、
上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線または上記実装基板の上記延在面に形成された配線の少なくとも一方が上記凸部の表面に形成されており、
上記凸部の表面で上記蓋部の裏面に形成された配線と上記実装基板の延在面に形成された配線とが導電材または直接接触によって電気的に接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項6に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザ素子の一方の電極と上記蓋部の上記裏面に形成された上記配線とは、バンプ電極、導電性接着剤、金属ロウ材のうちの少なくとも一つを介して、電気的に接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1または6に記載の半導体レーザ装置において、
上記実装基板は、上記蓋部が嵌合する凹部を含む段差部を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項6に記載の半導体レーザ装置において、
上記蓋部は、導電性のある金属材料で作製された電極をなすことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項1に記載の半導体レーザ装置において、
上記蓋部に取り付けられると共に上記半導体レーザ素子の光出力をモニタするフォトダイオードを有することを特徴とする半導体レーザ装置。 - 請求項11に記載の半導体レーザ装置において、
上記蓋部はシリコンで作製され、
上記フォトダイオードは上記蓋部と一体に形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
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