JP2007035884A - 半導体レーザ装置及び半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部への物の侵入を防止するとともに小型化され、高い放熱効率を有する半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】 金属板１と、金属板１の上に設けられた、受光素子と発光素子とを含む受発光部と、少なくとも一部が金属板１の上に設けられた、上記受発光部と電気的に接続されたフレキシブルシート５と、金属板１の上方に設けられたガラス基板７と、金属板１の上の側部に設けられた、封止基板６ａ，６ｂとを備え、金属板１及びガラス基板７の相手方と対向する面には、それぞれ溝１ａ，１ｂ、溝７ａ，７ｂが設けられており、封止基板６ａは溝１ａ及び溝７ａに嵌め込まれており、封止基板６ｂは溝１ｂ及び溝７ｂに嵌め込まれている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）やコンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスクに情報を書き込んだり、光ディスクに書かれている情報を読み取ったりする光ディスクドライブを構成する半導体レーザ装置に関する。

近年、音楽情報のみならず映像情報の記録媒体として、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−Ｒ，ＣＤ−ＲＷ等）及びＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−ＲＷ，ＤＶＤ−ＲＡＭ等）が急速に普及している。同時に、そのような記録媒体に情報を書き込んだり、書き込まれた情報を読み取ったりする光ディスクドライブも急速に普及している。光ディスクドライブの心臓部となる光ピックアップには、光ディスクドライブの薄型化に伴う小型化と、高倍速記録対応のための高出力化とが強く要望されてきている。そのため、光ピックアップに用いられる半導体レーザ装置には、小型化のための幅の狭いパッケージ構造と、その構造での装置内部へのダストや水分の浸入防止が可能な封止構造と、高出力化を実現するためのパッケージの放熱改善とが要求される。

従来の半導体レーザ装置を、図１０を用いて説明する（特許文献１参照）。図１０（ａ）は従来の半導体レーザ装置の上面図であり、図１０（ｂ）は従来の半導体レーザ装置の断面図（図１０（ａ）のＸ−Ｘ'線における断面図）である。

従来の半導体レーザ装置は、図１０に示すように、リードフレーム１０１と、パッケージ１０２と、シリコン基板１０３と、半導体レーザ１０４とを備えている。パッケージ１０２は樹脂モールドにより成型されている。シリコン基板１０３は、パッケージ１０２の中央部に配置されており、受光素子１１０と、半導体レーザ１０４からの光をパッケージ１０２の上部へ反射させるための４５度反射鏡と、光ディスクからの反射光を受光し処理をする回路とを有する。

半導体レーザ１０４からの出射光１０５は、反射鏡でパッケージ１０２の上方へ反射し、ホログラム素子１０６の下面に形成されたグレーティングパターン１０７で回折してホログラム素子１０６を透過した後、図示していないコリーメーターレンズや対物レンズ等の光学部品を通過して光ディスクに到達する。光ディスクからの反射光１０８は、同じ経路を通過後、ホログラム素子１０６の上面に形成されたホログラムパターン１０９で回折し、信号処理回路と集積化された受光素子１１０に入射する。
特許第３４１２６０９号公報

従来の半導体レーザ装置の構造では、小型化するためには、パッケージ１０２の幅（図１０（ａ）のパッケージ１０２の垂直方向の長さ）を狭くする必要があり、そのためにはパッケージ１０２の側壁の樹脂の厚みを薄くする、又は無くすことが必要である。しかしながら、受発光素子の厚み及びワイヤーの高さをカバーするためには、６００μｍの高さの側壁を設ける必要があり、その側壁を支持するためには少なくとも底面部で４００μｍ以上の幅の側壁が必要である。また、ワイヤーボンド実施時に側壁が障害となるため、パッケージ１０２の側壁とインナーパッドとのクリアランスを設ける必要がある。そのため、従来の半導体レーザ装置の構造では、パッケージ１０２の幅を狭くすることができない。また、パッケージ１０２の側壁を無くすと、装置内部にダストや水分が浸入し、光学特性が変化する。従って、従来の構造では、半導体レーザ装置を小型化することは困難である。

更に従来の半導体レーザ装置では、パッケージ１０２は熱伝導率の低い樹脂（熱伝導率が約０．５Ｗ／ｍ／ｄｅｇ）で形成されている。そのため、従来の半導体レーザ装置は熱抵抗の高い構造となっており、半導体レーザ１０４での発熱を効率良く外部に放散することができず、半導体レーザ１０４の温度が上昇する。その結果、従来の半導体レーザ装置の信頼性は低いという課題を有している。

本発明は、上記課題を考慮し、内部への物の侵入を防止するとともに小型化され、高い放熱効率を有する半導体レーザ装置と、その製造方法とを提供することを目的とする。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置は、金属板と、前記金属板の上に設けられた、受光素子と発光素子とを含む受発光部と、少なくとも一部が前記金属板の上に設けられた、前記受発光部と電気的に接続された配線基板と、前記金属板の上方に設けられた、光を透過させる、板状の光学素子と、前記金属板の上の側部に設けられた、第１の板状部を有する封止基板とを備え、前記金属板及び前記光学素子の少なくとも一方の相手方と対向する面には溝が設けられており、前記封止基板の前記第１の板状部は前記溝に嵌め込まれている。

この構成により、半導体レーザ装置の幅を従来より狭くすることができ、半導体レーザ装置の小型化を実現することができる。また、金属板と光学素子との間を封止することができる。また、金属板の上に受発光部が設けられているので、半導体レーザ装置の放熱効率は高い。ここで、封止基板を金属により形成すると、放熱効率は更に高くなる。

前記配線基板は、配線である銅線を樹脂で挟んだフレキシブルシートであってもよい。
本発明の半導体レーザ装置は、更に、前記金属板と前記光学素子との間の空間に設けられた透明な樹脂部材を備えてもよい。

前記封止基板は、前記第１の板状部の前記光学素子寄りの端面に設けられた、前記第１の板状部と直交する第２の板状部を有してもよい。

前記光学素子は、３ビーム生成用グレーティングと、光を回折する回折格子とを有してもよい。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、金属板の上に、受光素子と発光素子とを含む受発光部を設け、少なくとも前記金属板の上の一部に配線基板を設け、前記金属板の上の側部に封止基板を配置し、前記金属板の上方に、光を透過させる、板状の光学素子を設ける方法であって、前記金属板及び前記光学素子の少なくとも一方の相手方と対向する面には溝が設けられており、前記封止基板を前記溝に嵌め込む。

前記金属板と前記配線基板との接続、前記金属板と前記封止基板との接続、及び、前記光学素子と前記配線基板との接続の少なくとも一部を、シート状の接着剤を用いて行なってもよい。

本発明は、内部への物の侵入を防止するとともに小型化され、高い放熱効率を有する半導体レーザ装置と、その製造方法とを提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１の半導体レーザ装置を、図１から図６を用いて説明する。

図１は実施の形態１の半導体レーザ装置の分解斜視図である。図２（ａ）はその半導体レーザ装置を上面から見た図であり、図２（ｂ）はその半導体レーザ装置の第１の断面図（図２（ａ）のＸ−Ｘ'線における断面図）であり、図２（ｃ）はその半導体レーザ装置の第２の断面図（図２（ａ）のＹ−Ｙ'線における断面図）である。

図１及び図２に示すように、実施の形態１の半導体レーザ装置は、金属板１と、シリコン基板２と、半導体レーザ３と、フレキシブルシート５と、封止基板６ａ，６ｂと、ガラス基板７と、ワイヤー８とを有する。

金属板１は、幅が例えば３ｍｍの銅板の表面にニッケル又は金がめっきされている板であって、長さ方向の中央部の厚みが両端部より薄く、両側に、長さ方向に沿って溝１ａ，１ｂが設けられている。金属板１の幅が３ｍｍであれば、ノートパソコン用薄型光ディスクドライブを実現することができる。実施の形態１の半導体レーザ装置は光ドライブの薄型化に対応する。シリコン基板２は、半導体レーザ３が設けられており、金属板１の中央部に配置されている。また、シリコン基板２には、シリコンの（１１１）面を利用した４５度マイクロミラーが形成されており、そのミラーにより半導体レーザ３から出射された光は垂直に立ち上がる。更に、シリコン基板２には光検出回路と信号処理回路とが集積されている。

フレキシブルシート５は、配線である銅線をポリイミドで挟んだ、「Ｕ」字状のシートであって、「Ｕ」字状の対向する部位相互が金属板１の上に位置するように、金属板１の上に配置されている。封止基板６ａは、板に切り欠きが設けられた状態の基板であって、各切り欠きがフレキシブルシート５の「Ｕ」字状の各部位と接するように、接着剤により金属板１の溝１ａに配置されている。封止基板６ｂは、切り欠きが設けられていない板状の基板であって、接着剤により金属板１の溝１ｂに配置されている。封止基板６ａ，６ｂは金属により形成されている。

ガラス基板７は、両側に、長さ方向に沿って溝７ａ，７ｂが設けられており、封止基板６ａがガラス基板７の溝７ａに嵌めこまれ、封止基板６ｂがガラス基板７の溝７ｂに嵌めこまれるように、接着剤により金属板１の上に設けられている。ガラス基板７は半導体レーザ３から出射した光が透過する。ガラス基板７は、図２（ｂ）に示すように、金属板１の上に、シリコン基板２とワイヤー８とを覆うようにして設置されている。ワイヤー８は、金線で形成されており、シリコン基板２とフレキシブルシート５とを電気的に接続している。また、ワイヤー８は、シリコン基板２に設けられている半導体レーザ３と回路とを電気的に接続している。

上述したように、実施の形態１の半導体レーザ装置は、幅方向の両側に封止基板６ａ，６ｂを有することにより、従来よりも半導体レーザ装置の幅方向を薄型化することができる。これにより、半導体レーザ装置の小型化が実現される。また、封止基板６ａ，６ｂ及びガラス基板７により装置を封止するので、ダストや水分がシリコン基板２に設けられている回路及び半導体レーザ３に付着しない。その結果、半導体レーザ装置の光学特性は劣化しない。なお、シリコン基板２に設けられている回路及び半導体レーザ３は、本発明の半導体レーザ装置の受発光部の一例である。

また、金属板１の溝１ａ，１ｂ、及びガラス基板７の溝７ａ，７ｂにより、接着剤は装置の外部にはみ出にくい。したがって、接着剤が流れる可能性を考慮して、装置の外形及びサイズを決定する必要がない。更に、発熱源である受発光部が設けられているシリコン基板２の直下は金属板１が位置し、封止基板６ａ，６ｂも金属で形成されているので、実施の形態１の半導体レーザ装置の放熱効率は高い。従って、実施の形態１の半導体レーザ装置を光ディスクドライブの光ピックアップ部に用いることにより、従来よりも小型で、従来よりも高い環境温度において使用可能な光ディスクドライブを実現することが可能となる。

なお、封止基板６ａ，６ｂは金属により形成されていると限定されない。
また、ガラス基板７を、半導体レーザを透過させ得る材料、例えばポリオレフィン等の樹脂を用いた基板に置き換えてもよい。また、金属板１の溝１ａ，１ｂの内側に、溝１ａ，１ｂとは別に、溝１ａ，１ｂに封止基板６ａ，６ｂを接着させる接着剤の流出を防止するための溝を設けてもよい。また、接着剤の全部又は一部は、シート状の接着剤であってもよい。これにより、安定した強度と封止状態とを実現することができる。

次に、実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法を、図３から図６を用いて説明する。

最初に、図３に示すように、両側部に長さ方向に沿って溝１ａ，１ｂが設けられている金属板１の、長さ方向において厚みが両端部より薄い中央部に、接着シート４ａ、半導体レーザ３を有するシリコン基板２、及び接着シート４ｂを配置する。

次に、図４に示すように、接着シート４ａ，４ｂを利用して、金属板１の中央部にフレキシブルシート５を配置して固定する。そして、ワイヤー８により、シリコン基板２とフレキシブルシート５とを接続する。

次に、図５に示すように、金属板１に設けられている溝１ａ，１ｂに接着剤を塗布し、溝１ａに、板に切り欠きが設けられた状態の封止基板６ａを、切り欠きを溝１ａに対向させて配置して固定する。同様に、溝１ｂに、切り欠きが設けられていない板状の封止基板６ｂを配置して固定する。すなわち、封止基板６ａ，６ｂにより、金属板１の側部を囲う。

次に、金属板１の厚みが中央部より厚い両端部に接着剤を塗布し、ガラス基板７の溝７ａ，７ｂにも接着剤を塗布する。そして、図６に示すように、封止基板６ａがガラス基板７の溝７ａに嵌り、封止基板６ｂがガラス基板７の溝７ｂに嵌るように、ガラス基板７を金属板１の上に配置して固定する。

このようにして、実施の形態１の半導体レーザ装置を製造する。
なお、封止基板６ａ，６ｂとガラス基板７とを一体化させておき、金属板１の溝１ａに封止基板６ａが位置し、金属板１の溝１ｂに封止基板６ｂが位置するように、上記の一体化した物を金属板１の上に配置してもよい。

また、封止基板６ａ，６ｂにより金属板１の側部を囲った後に、ワイヤー８により、シリコン基板２とフレキシブルシート５とを接続してもよい。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の半導体レーザ装置を、図７を用いて説明する。

図７は、実施の形態２の半導体レーザ装置の断面図である。図７は、実施の形態２の半導体レーザ装置と、実施の形態１の半導体レーザ装置とを対比するための図であり、実施の形態１の半導体レーザ装置の一断面を示す図２（ｃ）に対応する。

実施の形態２の半導体レーザ装置の基本構成は、実施の形態１の半導体レーザ装置と同じである。実施の形態２の半導体レーザ装置は、図７に示すように、半導体レーザ３を有するシリコン基板２と、ガラス基板７との間の空間を充填する、透明の接着剤２１を有する。

接着剤２１により、実施の形態２の半導体レーザ装置の内部へのダストや水分の浸入をより防ぐことができる。また、接着剤２１は透明である。したがって、装置の光学特性は変化しない。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３の半導体レーザ装置を、図８を用いて説明する。

図８は、実施の形態３の半導体レーザ装置の断面図である。図８は、実施の形態３の半導体レーザ装置と、実施の形態１の半導体レーザ装置とを対比するための図であり、実施の形態１の半導体レーザ装置の一断面を示す図２（ｃ）に対応する。

実施の形態３の半導体レーザ装置の基本構成は、実施の形態１の半導体レーザ装置と同じである。実施の形態３の半導体レーザ装置では、図８に示すように、封止基板６ａ，６ｂの替わりに、封止基板６ｃ，６ｄを有する。封止基板６ｃ，６ｄは、封止基板６ａ，６ｂのガラス基板７寄りの端部に、溝１ａ，１ｂに収まる板状部材と直交する、板状の部材が設けられた封止部材である。溝１ａ，１ｂに収まる板状部材と直交する部材は、接着剤３１によりガラス基板７と接着する。

上記の溝１ａ，１ｂに収まる板状部材と直交する部材により、封止基板６ｃ，６ｄとガラス基板７との接着面積が増大し、封止基板６ｃ，６ｄとガラス基板７との接着強度を増加することができ、より外圧に強い半導体レーザ装置が得られる。

なお、ガラス基板７は、溝７ａ，７ｂが設けられていない板状のガラス基板に置き換えられてもよい。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４の半導体レーザ装置を、図９を用いて説明する。

図９は、実施の形態４の半導体レーザ装置の断面図である。図９は、実施の形態４の半導体レーザ装置と、実施の形態１の半導体レーザ装置とを対比するための図であり、実施の形態１の半導体レーザ装置の一断面を示す図２（ｂ）に対応する。

実施の形態４の半導体レーザ装置の基本構成は、実施の形態１の半導体レーザ装置と同じである。実施の形態４の半導体レーザ装置は、図９に示すように、ガラス基板７の替わりに、ホログラム素子１５を有する。ホログラム素子１５には、下面に、すなわち金属板１と対向する部位に３ビーム生成用グレーティング１６が設けられており、上面にホログラムパターン１７が設けられている。

３ビーム生成用グレーティング１６は、半導体レーザ３からの出射光を３ビーム化する手段である。ホログラムパターン１７は、光ディスクからの反射光を回折してシリコン基板２に設けられている受光部へと入射させる機能を有する。

ホログラム素子１５により、従来は半導体レーザ装置の外側に設置されていた回折格子やホログラム素子を集積化することになるため、光ディスクドライブの部品点数の削減を実現することができる。

本発明の半導体レーザ装置は、光ディスクドライブの光ピックアップ等として有用である。

実施の形態１の半導体レーザ装置の分解斜視図である。 （ａ）は実施の形態１の半導体レーザ装置の上面図であり、（ｂ）はその半導体レーザ装置の第１の断面図であり、（ｃ）はその半導体レーザ装置の第２の断面図である。 実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法を説明するための第１図である。 実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法を説明するための第２図である。 実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法を説明するための第３図である。 実施の形態１の半導体レーザ装置の製造方法を説明するための第４図である。 実施の形態２の半導体レーザ装置の断面図である。 実施の形態３の半導体レーザ装置の断面図である。 実施の形態４の半導体レーザ装置の断面図である。 （ａ）は従来の半導体レーザ装置の上面図であり、（ｂ）はその半導体レーザ装置の断面図である。

符号の説明

１ 金属板
１ａ，１ｂ 溝
２ シリコン基板
３ 半導体レーザ
４ａ，４ｂ 接着シート
５ フレキシブルシート
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 封止基板
７ ガラス基板
７ａ，７ｂ 溝
８ ワイヤー
２１ 接着剤
３１ 接着剤
１５ ホログラム素子
１６ ３ビーム生成用グレーティング
１７ ホログラムパターン

Claims (7)

1. 金属板と、
   前記金属板の上に設けられた、受光素子と発光素子とを含む受発光部と、
   少なくとも一部が前記金属板の上に設けられた、前記受発光部と電気的に接続された配線基板と、
   前記金属板の上方に設けられた、光を透過させる、板状の光学素子と、
   前記金属板の上の側部に設けられた、第１の板状部を有する封止基板とを備え、
   前記金属板及び前記光学素子の少なくとも一方の相手方と対向する面には溝が設けられており、前記封止基板の前記第１の板状部は前記溝に嵌め込まれている
   半導体レーザ装置。
2. 前記配線基板は、配線である銅線を樹脂で挟んだフレキシブルシートである
   請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 更に、前記金属板と前記光学素子との間の空間に設けられた透明な樹脂部材を
   備える請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 前記封止基板は、前記第１の板状部の前記光学素子寄りの端面に設けられた、前記第１の板状部と直交する第２の板状部を有する
   請求項１記載の半導体レーザ装置。
5. 前記光学素子は、３ビーム生成用グレーティングと、光を回折する回折格子とを有する
   請求項１記載の半導体レーザ装置。
6. 金属板の上に、受光素子と発光素子とを含む受発光部を設け、
   少なくとも前記金属板の上の一部に配線基板を設け、
   前記金属板の上の側部に封止基板を配置し、
   前記金属板の上方に、光を透過させる、板状の光学素子を設ける、半導体レーザ装置の製造方法であって、
   前記金属板及び前記光学素子の少なくとも一方の相手方と対向する面には溝が設けられており、前記封止基板を前記溝に嵌め込む
   半導体レーザ装置の製造方法。
7. 前記金属板と前記配線基板との接続、前記金属板と前記封止基板との接続、及び、前記光学素子と前記配線基板との接続の少なくとも一部を、シート状の接着剤を用いて行なう
   請求項６記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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