JP2008016714A - フレームパッケージ型半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来例と同じサイズの小型のパッケージでありながらより高出力が得られるフレームパッケージ型半導体レーザ装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、半導体レーザダイオードチップ１４と、チップ搭載領域１６ａ及びリード部１６ｂを有する主フレーム１６と、ワイヤーボンディング部１７ａ、１８ａ及びリード部１７ｂ、１８ｂを有する複数の副フレーム１７、１８と、樹脂形成部１５と、を備えるフレームパッケージ型半導体レーザ装置１０において、前記樹脂形成部１５は、前記主フレーム１６及び副フレーム１７、１８のリード部側が閉鎖されかつ前記半導体レーザダイオードチップ１４側が開放され、前記開放端側の間隔Ｗ１が閉鎖端側の間隔Ｗ２よりも狭い略Ｕ字状の樹脂枠１５ｂを備えているとともに、前記樹脂枠１５ｂの開放端側と閉鎖端側の間に設けられた接続部１５ｃは曲面状となされていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フレームパッケージ型半導体レーザ装置に関し、特に、従来例と同じサイズのフレーム及び樹脂からなる小型のパッケージを用いておりながらより高出力が得られるフレームパッケージ型半導体レーザ装置に関する。

現在、光記録媒体として、コンパクトディスク（ＣＤ）、レコーダブルコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）、書き換え可能なコンパクトディスク（ＣＤ−ＲＷ）、更に高密度なデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）や記録型ＤＶＤ等が知られており、特に近年に至り、次世代ＤＶＤとしてブルーレイディスク（Blu-ray Disk：登録商標名）やＨＤ ＤＶＤ（High Definition DVD：登録商標名）が開発されてきている。これらの記録媒体の記録及び再生用の光ピックアップには、光源として小型の半導体レーザ装置が慣用的に使用されている。

一般に、半導体レーザ装置としては、金属ステムにリードを個別に取付け、半導体レーザ装置をキャップで封止するキャンパッケージを使用したもの及び金属製フレームを樹脂でインサート成型したパッケージ（以下、「フレームパッケージ」という。）を使用したものが知られており、特に後者のフレームパッケージ型の半導体レーザ装置は、安価であること、量産性に優れていることから、注目されている。しかしながら、光記録媒体にデータの書き込む際に必要なレーザビームの出力は、光記録媒体に記録されたデータを読み出す際に必要なレーザビームの出力よりも約１０倍〜２０倍もの出力が必要である。

従って、フレームパッケージ型の半導体レーザ装置は、従来から広く用いられているキャンパッケージ型のものに比較すると放熱性が悪いため、温度特性の良い赤外レーザ装置に多く使用されており、ＣＤ−Ｒ／ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＤＶＤ−ＲＷ用の高出力レーザ装置、２波長レーザ装置、或いは動作電圧が高いブルーレイディスクやＨＤ ＤＶＤ用に使用されている青色系ないし青紫系レーザ装置に用いるには更なる改良が求められている。例えば、下記特許文献１〜３には、放熱性及び強度を改善するとともに取付時の位置決め基準を容易にしたフレームパッケージを用いた半導体レーザ装置が開示されている。

このような従来のフレームパッケージ型の半導体レーザ装置を図６及び図７を用いて説明する。なお、図６は従来のフレームパッケージ型半導体レーザ装置８０の平面図であり、また、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

この半導体レーザ装置８０は、フレーム８２の上面にＡｌＮ等のサブマウント８３が配置固定され、このサブマウント８３の上面には半導体レーザダイオードチップ８４が配置固定され、フレーム８２は密着した樹脂８５で固定されている。フレーム８２は、熱伝導性、導電性が良い金属製で、銅や鉄やその合金などを加工して板状に形成されている。また、フレーム８２は半導体レーザダイオードチップを搭載する主フレーム８６とこの主フレーム８６とは独立した配線用の副フレーム８７、８８の複数のフレームからなり、これらを前記絶縁性の樹脂８５によって一体化することによりフレームパッケージを構成している。

主フレーム８６は、チップ搭載領域８６ａと電流通路となるリード部８６ｂと、放熱用並びに位置決め用となる左右の翼部８６ｃ、８６ｄを一体に備えている。そして、主フレーム８６の厚さは、ここではサブマウント８３及び半導体レーザダイオードチップ８４を搭載するチップ搭載領域８６ａ及び翼部８６ｃ、８６ｄの一部が厚くて厚肉部となっており、翼部８６ｃ、８６ｄの一部とリード部８６ｂが薄くて薄肉部となっている。副フレーム８７、８８は、リード部８６ｂと同様に薄肉に構成されているので、フレーム８２をプレス加工によって打ち抜いて形成する際の微細加工を容易に行なうことができる。そのため、リード部分の間隔を狭く保って装置の小型化を図ることができる。

樹脂８５は、フレーム８２の表と裏側の面を挟むように、例えばインサート成型して形成される。樹脂８５の表側は、レーザ光の出射用の窓８５ａを備えていて前方が開いている略Ｕ字状の樹脂枠８５ｂの形態をしている。そしてこの樹脂枠８５ｂの開放端側の間隔は閉鎖端側の間隔に比べて狭くなっており、この樹脂枠８５ｂの開放端側と閉鎖端側との間の接続部８５ｃは角形に形成されている。また、樹脂８５の裏側は、チップ搭載領域８６ａを覆うようにべた平坦面となっている。

樹脂枠８５ｂによって囲まれた主フレーム８６のチップ搭載領域８６ａ、副フレーム８７、８８の表面は、樹脂８５が存在しないので表面が露出している。そして、この露出したチップ搭載領域８６ａの上に、サブマウント８３を介在して半導体レーザダイオードチップ８４が配置固定される。その後、前記半導体レーザダイオードチップ８４と主フレーム８６の間、及び、サブマウント８３と副フレーム８７、８８の間でワイヤー（図示せず）による配線が施される。

このフレームパッケージ型半導体レーザ装置８０は、放熱特性及び強度が改善されると共に、底面の平坦性が良好になってフレームパッケージの支持平面が広くなるため、取付安定性が高まるという効果を奏している。
特開２００２−４３６７９号公報（段落［００１０］〜［００２２］、図１、図２、図４） 特開２００１−５３３７２号公報（特許請求の範囲、段落［００４２］〜［００５８］、図１〜図３） 特開平１１−３０７８７１号公報号（特許請求の範囲、段落［００２４］〜［００３２］、図１）

フレームに長共振器半導体レーザダイオードチップを搭載する場合、ＡｌＮ等のサブマウントにレーザダイオードチップを接合した状態のチップセットを主フレームに実装するが、この時、主フレームにサブマウントの搭載領域及びワイヤーを配線するためのスペースが必要となる。そのため、現在の光記録媒体用として汎用的に採用されている小型サイズのフレームパッケージでは、レーザダイオードチップとして長さ１．５ｍｍの長共振器半導体レーザダイオードチップの搭載が可能なものが限界であった。しかしながら、上述のような更なる高出力のレーザダイオードチップを採用するには、レーザダイオードチップの共振器の長さを１．５ｍｍよりも大きくし、例えば２ｍｍ以上の長共振器チップを採用することが必要とされる。

この場合、高出力化に対応した２ｍｍ以上の長共振器の半導体レーザダイオードチップを搭載するには、フレームのサイズをレーザダイオードチップの長共振器化に合わせて大きくすれば一応対応可能であることは明らかである。しかしながら、このようにフレームを大型化すると、従来から多く使用されていた光ピックアップの設計変更が要求されることとなり、フレームパッケージ型半導体レーザ装置の組み込み時の自由度が制限されるため、可能な限り小型化が望まれ、少なくとも現在採用されている長さ１．５ｍｍの長共振器半導体レーザダイオードチップの搭載が可能なフレームに納めることが要求される。

また、フレームサイズを一定としたまま高出力化に対応した２ｍｍ以上の長共振器の半導体レーザダイオードチップを搭載するには、樹脂により絶縁されている主フレームと副フレーム間の間隔を小さくしてその分だけ主フレームのレーザダイオードチップ搭載領域の面積を大きくすることも考えられる。しかしながら、フレームは、通常金属製板材をプレス打ち抜き加工を施して形成されるが、この打ち抜き幅を板厚以下にして打ち抜くことは困難である。これは打ち抜き用金型刃の強度を確保するために必要な制限である。そのため、金属製板材としては一般に０．４ｍｍ厚のものが採用されているため、主フレームと副フレーム間の間隔は０．４ｍｍとすることが限度であり、これ以上の主フレームと副フレーム間の間隔の低減化による半導体レーザダイオードチップの搭載領域の拡大化には限界がある。

発明者は、このような従来のフレームパッケージ型半導体レーザ装置８０の構成について種々の検討を重ねた結果、樹脂枠の形状を見直すとともにフレームの表面及び裏面の関係をも見直すことにより、主フレーム８６のチップ搭載領域８６ａの面積を大きくすることができ、長共振器化された半導体レーザダイオードチップ８４を使用しても、フレームパッケージを大型化する必要なしに、従来例と同様のサイズのフレームパッケージ型半導体レーザ装置を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

すなわち、
（１）図６に示したとおり、フレーム８２上に設けられている略Ｕ字状の樹脂枠８５ｂは、開放端側（半導体レーザダイオードチップ８４側）の間隔が閉鎖端側（リード部８６ｂ、８７ｂ、８８ｂ側）の間隔よりも狭くなっており、両者の接続部は角形となっているが、この角形の部分の角を落として曲線状とすることにより主フレーム８６のチップ搭載領域８６ａの面積を大きくするための領域を確保でき、更に、
（２）図８に示したとおり、フレーム８２を打ち抜き金型９０による打ち抜きにより形成すると、打ち抜き方向に向かってバリ９１が生じるが、従来例ではこのバリ９１部分の影響を避けるためにバリ形成面を裏側として使用したため、樹脂によりモールドすると表面側の一部は幅Ｌに亘って樹脂８５によって覆われてしまう（図９参照）ので、この裏面と表面との関係を逆にすることによって幅Ｌだけフレーム８２のチップ搭載領域８６ａないしワイヤーボンディング部８７ａ、８８ａの面積を大きくすることができるようになる。

なお、図８はフレームを打ち抜き金型による打ち抜きにより形成した際の模式断面図であり、図９は従来例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置におけるフレームと樹脂形成部との境界部の拡大断面図であり、図８及び図９においては本発明の効果を理解しやすくするために、各部の寸法を誇張して描いてある。

従って、本発明は、従来例と同じサイズのフレーム及び樹脂からなる小型のパッケージを用いておりながら、より高出力が得られる長共振器半導体レーザチップの搭載が可能なフレームパッケージ型半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の発明は、半導体レーザダイオードチップと、前記半導体レーザダイオードチップを搭載するためのチップ搭載領域及びリード部を有する主フレームと、前記主フレームの切り欠き部に近接配置されたワイヤーボンディング部及びリード部を有する複数の副フレームと、樹脂形成部と、を備えるフレームパッケージ型半導体レーザ装置において、前記樹脂形成部の前記主フレーム及び副フレーム上に位置する部分は、前記主フレーム及び副フレームのリード部側が閉鎖されかつ前記半導体レーザダイオードチップ側が開放された略Ｕ字状の樹脂枠を備え、前記樹脂枠の開放端側の間隔は閉鎖端側の間隔よりも狭くなっており、前記樹脂枠の開放端側と閉鎖端側との間に設けられた接続部は前記半導体レーザダイオードチップ側が曲面状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、上記フレームパッケージ型半導体レーザ装置において、前記樹脂枠の開放端側の外形は光軸に沿って平行となるようになされていることを特徴とする。

また、本発明は、上記フレームパッケージ型半導体レーザ装置において、前記主フレーム及び副フレームはバリ面側がそれぞれのチップ搭載領域及びワイヤーボンディング部とされていることを特徴とする。

本発明は、上述の構成を備えることにより以下のような優れた効果を奏する。すなわち、本発明のフレームパッケージ型半導体レーザ装置によれば、フレーム上に設けられている略Ｕ字状の樹脂枠の間隔が狭くなっている半導体レーザダイオードチップ側と間隔が広くなっているリード部側との間の接続部の形状を曲面状とすることにより、この接続部が角形となっている従来例と比すると角を落とした分だけ主フレームのチップ搭載領域の面積を大きくすることができ、フレームパッケージ内の横方向の配線スペースを確保することができるので、従来例と同サイズのフレームパッケージ型半導体レーザ装置であっても、より高出力化された長共振器化半導体レーザダイオードチップを使用することができるフレームパッケージ型半導体レーザ装置が得られる。

また、本発明のフレームパッケージ型半導体レーザ装置によれば、前記樹脂枠の開放端側の外形は光軸に沿って平行となるようになされているため、小さな光ピックアップ等への装着する際に、正確に位置決めしかつスムーズに行うことができるようになる。

また、本発明のフレームパッケージ型半導体レーザ装置によれば、主フレーム及び副フレームは、バリ面側がそれぞれチップ搭載領域及びワイヤーボンディング部とされているため、バリ面とは反対側がそれぞれチップ搭載領域及びワイヤーボンディング部とされた従来例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置よりもチップ搭載領域及びワイヤーボンディング部の面積が大きくなるので、従来例と同サイズのフレームパッケージ型半導体レーザ装置であっても、より高出力化された長共振器化半導体レーザダイオードチップを使用することができるフレームパッケージ型半導体レーザ装置が得られる。

以下、本発明の実施例について図１〜図５を参照して説明するが、以下に示す実施例は本発明の技術思想を具体化するためのフレームパッケージ型半導体レーザ装置を例示するものであって、本発明をこの実施例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれるものに等しく適用し得るものである。

図１は本発明の実施例に係るフレームパッケージ型半導体レーザ装置１０の斜視図であり、図２は同じく平面図であり、図３は図２の接続部近傍の部分拡大図であり、図４は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、また、図５は実施例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置のフレームと樹脂形成部との境界部の拡大断面図である。なお、図５においては、本発明の効果を理解しやすくするために、各部の寸法を誇張して描いてある。

この実施例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置１０は、フレーム１２の上面にサブマウント１３が配置固定され、このサブマウント１３の上面には半導体レーザダイオードチップ１４が配置固定され、フレーム１２は密着した樹脂形成部１５で固定されている。フレーム１２は、熱伝導性、導電性が良い金属製で、銅や鉄やその合金などを加工して板状に形成している。また、フレーム１２は半導体レーザダイオードチップ１４を搭載する主フレーム１６とこの主フレーム１６とは独立した配線用の副フレーム１７、１８の複数のフレームからなり、これらを前記絶縁性の樹脂形成部１５によって一体化することによりフレームパッケージを構成している。

主フレーム１６は、チップ搭載領域１６ａと電流通路となるリード部１６ｂと放熱用並びに位置決め用となる左右の翼部１６ｃ、１６ｄを一体に備えている。副フレーム１７、１８は、それぞれワイヤーボンディング部１７ａ、１８ａとそれらに繋がるリード部１７ｂ、１８ｂとを備えており、主フレーム１６のリード部１６ｂと同様の厚さに構成されている。なお、ここではフレーム１２として一般的に採用されている厚さ０．４ｍｍの均一厚さのものを採用した。

樹脂形成部１５は、フレーム１２の表と裏側の面を挟むように、例えばインサート成型して形成される。樹脂形成部１５の表側は、レーザ光の出射用の窓１５ａを備えており、前方が開いた略Ｕ字状の樹脂枠１５ｂ形態をしている。この樹脂枠１５ｂの開放端側の間隔Ｗ１は閉鎖端側の間隔Ｗ２に比べて狭くなっている。樹脂枠１５ｂの開放端側の両方の外側部分は光軸方向に平行に伸びている。また、樹脂形成部１５の裏側も、チップ搭載領域１６ａの裏側に対応する部分の一部のフレームを露出した状態でその周囲をコ字状に囲むように成形されており、表側の樹脂枠１５ｂの外形とほぼ同等の外形形状をなしている。このような構成とすることで、光ピックアップ等への装着を正確に位置決めしかつスムーズに行うことができるようになる。

そして、樹脂枠１５ｂによって囲まれた主フレーム１６のチップ搭載領域１６ａ、副フレーム１７、１８は、樹脂形成部１５が存在しないので表面が露出している。この露出したチップ搭載領域１６ａの上に、サブマウント１３を介在して半導体レーザダイオードチップ１４が配置固定される。その後、前記半導体レーザダイオードチップ１４と主フレーム１６の間、及び、サブマウント１３と副フレーム１７、１８のワイヤーボンディング部１７ａ、１８ａとの間でワイヤー１９〜２１による配線が施される。

また、この実施例では、樹脂形成部１５の主フレーム１６及び副フレーム１７、１８上に位置する部分は、閉鎖端側、すなわち主フレーム１６及び副フレーム１７、１８のリード部側１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ側が閉鎖され、かつ開放端側、すなわち半導体レーザダイオードチップ１４側が開放されてレーザ光の出射用の窓１５ａが形成され、半導体レーザダイオードチップ１４側の間隔Ｗ１が前記リード部側の間隔Ｗ２よりも狭い略Ｕ字状の樹脂枠１５ｂを備えているとともに、前記樹脂枠の半導体レーザダイオードチップ側と前記リード部側との間の接続部１５ｃが曲面状となるようにした。このような構成とすると、図３に示した接続部１５ｃ近傍の部分拡大図から明らかなように、この接続部を角形とした図６に示した従来例のものと比すると、角を落とした分だけの主フレーム１６のチップ搭載領域１６ａの端部と接続部１５ｃとの間の距離ｄを大きくすることができ、結果としてチップ搭載領域１６ａの面積を大きくすることができるので、その分だけ横方向に配線のためのスペースを確保することができる。

また、この実施例では、フレーム１２のバリ面の表面を処理してバリ取り加工を行い、このバリ面をそれぞれ主フレーム１６のチップ搭載領域１６ａ及び副フレーム１７、１８のワイヤーボンディング部１７ａ、１８ａとなるようにした。このような構成とすると、フレーム１２と樹脂形成部１５との境界部分の断面は図５に示したとおりとなり、図９に示した従来例の構造と対比すると明らかなように、フレーム１２のそれぞれの大きさが従来例のものと同じ大きさであっても、従来例では樹脂で被覆されていた長さＬに相当する分だけ、実質的に主フレーム１６のチップ搭載領域１６ａ及び副フレーム１７、１８のワイヤーボンディング部１７ａ、１８ａの面積を大きくすることができる。

従って、この実施例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置１０によれば、従来例と同サイズのフレームパッケージ型半導体レーザ装置であっても、より高出力化された長共振器化半導体レーザダイオードチップを使用することができるようになる。

なお、サブマウント１３は、Ｓｉを母材とした受光素子とすることで半導体レーザダイオードチップ１４の後面出射光をモニタすることができるようにしたり、Ｓｉ以外にも例えばＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｃｕなど、熱伝導性の優れたセラミック、金属材料等を用いることができる。サブマウント１３は、Ａｕ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｂｉ等の半田材やＡｇペースト等を用いてフレーム１２に固定される。また、半導体レーザダイオードチップ１４としては、通常１ビーム半導体レーザダイオードチップが使用されるが、２ビーム半導体レーザダイオードチップを用いることもできる。この場合、２ビーム半導体レーザダイオードチップが光検出器を備えているものであれば４端子型のフレームを使用する必要があるが、光検出器を備えていないものであれは３端子型のフレームを使用することができる。なお、半導体レーザダイオードチップ１４はＡｕ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ等の半田材やＡｇペースト等を用いてサブマウント１３の所定の位置に固定される。

本発明の実施例によるフレームパッケージ型半導体レーザ装置の斜視図である。 本発明の実施例によるフレームパッケージ型半導体レーザ装置の平面図である。 図２の接続部近傍の部分拡大図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施例によるフレームと樹脂形成部との境界部の拡大断面図である。 従来例のフレームパッケージ型半導体レーザ装置の平面図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 フレームを打ち抜き金型による打ち抜きによって形成した際の模式断面図である。 従来例によるフレームと樹脂形成部との境界部の拡大断面図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ装置
１２ フレーム
１３ サブマウント
１４ 半導体レーザダイオードチップ
１５ 樹脂形成部
１５ｂ 樹脂枠
１５ｃ 接続部
１６ 主フレーム
１６ａ チップ搭載領域
１６ｂ リード部
１７、１８ 副フレーム
１７ａ、１８ａ ワイヤーボンディング部
１７ｂ、１８ｂ リード部
１９〜２１ ワイヤー

Claims (3)

1. 半導体レーザダイオードチップと、前記半導体レーザダイオードチップを搭載するためのチップ搭載領域及びリード部を有する主フレームと、前記主フレームの切り欠き部に近接配置されたワイヤーボンディング部及びリード部を有する複数の副フレームと、樹脂形成部と、を備えるフレームパッケージ型半導体レーザ装置において、
   前記樹脂形成部の前記主フレーム及び副フレーム上に位置する部分は、前記主フレーム及び副フレームのリード部側が閉鎖されかつ前記半導体レーザダイオードチップ側が開放された略Ｕ字状の樹脂枠を備え、
   前記樹脂枠の開放端側の間隔は閉鎖端側の間隔よりも狭くなっており、
   前記樹脂枠の開放端側と閉鎖端側との間に設けられた接続部は前記半導体レーザダイオードチップ側が曲面状に形成されていることを特徴とするフレームパッケージ型半導体レーザ装置。
2. 前記樹脂枠の開放端側の外形は光軸に沿って平行となるようになされていることを特徴とする請求項１に記載のフレームパッケージ型半導体レーザ装置。
3. 前記主フレーム及び副フレームはバリ面側がそれぞれのチップ搭載領域及びワイヤーボンディング部とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフレームパッケージ型半導体レーザ装置。

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