JP2009016794A - キャップレスパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数やコストの増加を抑えつつ、レーザダイオードやワイヤの破損を防ぐことができるキャップレスパッケージを得る。
【解決手段】ダイパッド部１１上にサブマウント１２が搭載されている。サブマウント１２上にレーザダイオード１３（光半導体素子）が搭載されている。ダイパッド部１１に、ガラエポ基板１４（絶縁部材）が固定されている。ガラエポ基板１４に信号用リード電極１５（リード電極）が挿入されている。レーザダイオード１３は信号用リード電極１５やダイパッド部１１とワイヤ１６により接続されている。サブマウント１２、レーザダイオード１３、信号用リード電極１５のガラエポ基板１４よりもレーザダイオード１３側の部分、及びワイヤ１６は、ダイパッド部１１の上方の領域内に存在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、搭載されたレーザダイオードがキャプで覆われていないキャップレスパッケージ及びその製造方法に関するものである。

一般的なレーザダイオードパッケージで用いられるステムは、円形のアイレット部とブロック状のダイパッド部を有する金属部材からなる。そして、アイレット部に形成された穴にリード電極が挿入されてガラス封止される（例えば、特許文献１参照）。

このような金属部材は、鍛造によって製造される場合が多い。しかし、金属部材の形状が複雑であるため、製造に用いる金型の寿命が短く、製造コストが大きくなっていた。また、リード電極を含めた全体を組み立てた後に、複雑な形状のパッケージ全表面にめっき膜を形成する必要があった。このため、貴金属の価格高騰に伴うコスト上昇の懸念があった。

また、アイレット部と樹脂ベースが接合されたステムコンパチブルのパッケージが用いられている（例えば、特許文献２〜７参照）。このようなパッケージにおいて、樹脂ベースにリード電極が挿入されている。そして、レーザダイオードが搭載されるダイパッド部が、アイレット部に接合されているか、またはアイレット部を折り曲げることによって成形されている。

特開平０７−３３５９８０号公報 特開２００２−３２４９３４号公報 特開平０４−２３３８３号公報 実開昭６３−１７０９７８号公報 実開昭６３−１７８３４４号公報 特開平０９−２０５２５１号公報 特開２０００−２５２５７５号公報

特許文献２〜７のパッケージは、キャップによる気密パッケージングが前提である。従って、これらのパッケージ構造を近年の主流であるキャップレスパッケージに適用した場合、レーザダイオードやワイヤが機械的に保護されていないため、外部との接触により破損するという問題があった。

また、樹脂ベースと金属カバーとを固定する接着剤が、熱や圧力で破損する場合や、キャップレスパッケージに適用した場合に大気中の湿度によって変質して変形し、剥離する場合があった。

また、アイレット部の裏面は、樹脂ベースで覆われ金属部分が露出していなかった。このため、バーンイン工程において、アイレット部を金属放熱ブロックで挟み込んで加熱する場合に、十分な放熱ができなかった。また、はんだダイボンド工程において、ヒータブロックでアイレット部を挟み込んでも加熱する場合に、急峻な加熱ができず、生産性が確保できないという問題点があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、部品点数やコストの増加を抑えつつ、レーザダイオードやワイヤの破損を防ぐことができるキャップレスパッケージを得るものである。本発明の第２の目的は、接着剤などを用いることなく、ダイパッド部を形成する金属部材と絶縁部材を固定することができるキャップレスパッケージを得るものである。本発明の第３の目的は、放熱時や加熱時の熱経路を確保することができるキャップレスパッケージを得るものである。

本発明の請求項１に係るキャップレスパッケージは、金属製のダイパッド部と、ダイパッド部上に搭載されたサブマウントと、サブマウント上に搭載された光半導体素子と、ダイパッド部に固定された絶縁部材と、絶縁部材に挿入されたリード電極と、リード電極とレーザダイオードを接続するワイヤと、を備え、サブマウント、光半導体素子、リード電極の絶縁部材よりも光半導体素子側の部分、及びワイヤは、ダイパッド部の上方の領域内に存在することを特徴とする。

本発明の請求項２に係るキャップレスパッケージは、ダイパッド部の両側にダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成され、レーザダイオード及びワイヤを保護する保護壁を更に備えることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るキャップレスパッケージは、ダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成され、絶縁部材に挿入された電極を更に備えることを特徴とする。

本発明の請求項４に係るキャップレスパッケージは、ダイパッド部に対して垂直な面を持ち、この面に絶縁部材が重ね合わされた金属製のアイレット部を更に備え、アイレット部の外接円に対して同心円であり、直径が外接円の直径の８０％である円の外側には、ダイパッド部、保護壁及び絶縁部材は存在しないことを特徴とする。

本発明の請求項５に係るキャップレスパッケージは、ダイパッド部に対して垂直な面を持ち、この面に絶縁部材が重ね合わされた金属製のアイレット部を更に備え、アイレット部にはスリットが設けられ、ダイパッド部はアイレット部のスリットに嵌合されていることを特徴とする。

本発明の請求項６に係るキャップレスパッケージの製造方法は、リード電極をダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成し、リード電極とダイパッド部の接続部分に切り欠き部を形成し、絶縁部材をダイパッド部に固定し、リード電極を絶縁部材に挿入した後に、切り欠き部を切断することを特徴とする。

本発明の請求項１，２に係るキャップレスパッケージにより、部品点数やコストの増加を抑えつつ、レーザダイオードやワイヤの破損を防ぐことができる。

本発明の請求項３に係るキャップレスパッケージにより、接着剤などを用いることなく、ダイパッド部を形成する金属部材と絶縁部材を固定することができる。

本発明の請求項４に係るキャップレスパッケージにより、放熱時や加熱時の熱経路を確保することができる。

本発明の請求項５に係るキャップレスパッケージにより、ダイパッド部とアイレット部を金属平板として低コスト化を図ることができ、両者を繋ぐ放熱経路を確保することができる。

本発明の請求項６に係るキャップレスパッケージの製造方法により、ダイパッド部とリード電極の絶縁部材への取り付けが１回で完了するため、低コスト化と生産性の向上を図ることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。金属製のダイパッド部１１上にサブマウント１２がＡｕＳｎはんだ（不図示）により搭載されている。サブマウント１２上にレーザダイオード１３（光半導体素子）がＡｕＳｎはんだ（不図示）により搭載されている。レーザダイオード１３は赤色半導体レーザであり、その外形は０．２ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さは０．１ｍｍである。サブマウント１２はＡｌＮ製であり、その外形は０．６ｍｍ×１．５ｍｍ、厚さは０．２ｍｍである。

ダイパッド部１１に、厚さ０．８ｍｍのガラエポ基板１４（絶縁部材）が固定され、ステムコンパチブルのパッケージが形成されている。ガラエポ基板１４に信号用リード電極１５（リード電極）が挿入されている。信号用リード電極１５はＣｕ製、断面は０．４ｍｍ角であり、表面にＮｉ／Ａｕめっきが施されている。レーザダイオード１３は信号用リード電極１５やダイパッド部１１とワイヤ１６により接続されている。

本実施の形態では、サブマウント１２、レーザダイオード１３、信号用リード電極１５のガラエポ基板１４よりもレーザダイオード１３側の部分、及びワイヤ１６は、ダイパッド部１１の上方の領域内に存在する。さらに、ダイパッド部１１の両側に、レーザダイオード１３及びワイヤ１６を保護する保護壁１７が形成されている。これにより、キャップレスパッケージであってもレーザダイオード１３やワイヤ１６を保護して破損を防ぐことができる。そして、キャップレスパッケージであるため、メディアの回転風を利用した放熱が可能である。

また、厚さ０．４ｍｍのＣｕリードフレームにプレス打ち抜きと折り曲げ加工を行うことで、ダイパッド部１１、アイレット部１８、保護壁１７及びアースリード電極１９（電極）を同じ金属部材により一体的に形成している。これにより、保護壁１７を形成したことによる部品点数やコストの増加を抑えることができる。

また、アースリード電極１９をガラエポ基板１４に挿入させ、アイレット部１８を締め付けている。これにより、接着剤などを用いることなく、ダイパッド部１１とガラエポ基板１４を固定することができる。

なお、ダイパッド部１１や信号用リード電極１５としてＣｕを用いたが、Ｆｅ系や４２アロイなど他の一般的な電子部品用金属材を用いてもよい。また、信号用リード電極１５の表面にＮｉ／Ａｕめっきではなく、ＡｇめっきやＮｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの電子部品用めっきを施してもよい。また、信号用リード電極１５の断面を角断面ではなく、円形断面としてもよい。また、アースリード電極１９をダイパッド部１１などとは別部材で形成してもよい。また、レーザダイオード１３は青色レーザや２波長チップなどでもよい。また、サブマウント１２は、ＡｌＮ製に限らず、ＳｉＣ製やアルミナ製でもよい。また、ダイパッド部１１などを形成する際に、Ｃｕリードフレームを打ち抜きによって成形するのに限らず、エッチングによって成形してもよい。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。本実施の形態は、アイレット部１８の形状以外は実施の形態１と同様である。なお、レーザダイオード１３及びサブマウント１２は破線で囲った領域に搭載されるが、ここでは図示を省略している。

本実施の形態では、アイレット部１８を、ダイパッド部１１及び保護壁１７と同じ金属部材により一体的に形成している。これにより、部品点数を削減することができる。そして、ダイパッド部１１とアイレット部１８の接合界面の抵抗が減少するため、放熱性を向上させることができる。また、アイレット部１８はダイパッド部１１と垂直な面を持ち、この面にガラエポ基板１４が重ね合わされる。そして、アイレット部１８の外形の一部が円弧状になっている。また、アイレット部１８には信号用リード電極１５の貫通孔２０が形成されている。

図３は、本発明の実施の形態２に係るキャップレスパッケージを示す正面図であり、図４は背面図である。図中において、アイレット部１８の外接円と、この外接円に対して同心円であり、直径が外接円の直径の８０％である円（８０％直径の同心円）と、直径が外接円の直径の５０％である円（５０％直径の同心円）とを破線で描いている。

５０％直径の同心円の内側には信号用リード電極１５が存在するため、この部分を放熱時や加熱時の熱経路に利用することはできない。一方、８０％直径の同心円の外側には、ダイパッド部１１、保護壁１７及びガラエポ基板１４は存在しない。従って、８０％直径の同心円の外側においてアイレット部１８の両面が露出するため、バーンインなどの放熱時やダイボンドなどの加熱時の熱経路を確保することができる。

図５は、放熱ブロックの開口径とレーザダイオードの最大出力との関係を示す図である。ここで、図６に示すように、アイレット部１８の外縁を放熱ブロックで表裏から挟んで実験を行った。アイレット部１８の外接円の直径は５．６ｍｍである。この実験結果から、放熱ブロック開口径が４．４ｍｍ（アイレット部１８の８０％直径）の場合でも、片面放熱では最大出力が半分以下となることが分かる。一方、アイレット部１８の直径４．４ｍｍの同心円の外側部分が両面放熱利用できれば、最大出力をほとんど損なわないことが分かる。

なお、アイレット部１８やガラエポ基板１４の上下部分を直線とし、ガラエポ基板１４の上下方向の幅をアイレット部１８の幅よりも同じか広くすることが好ましい。これにより、パッケージ製造時にガラエポ基板１４をＶ溝カットやミシン目を入れた連接シートとして扱うことができ、アイレット部１８との固定や信号用リード電極１５の挿入時などにおける生産性を高くすることができる。また、ガラエポ基板１４を八角形ではなく、四角形や、四隅にＲの付いた形状や、逆Ｒの切り欠きのついた形状にしてもよい。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。本実施の形態では、アイレット部１８をダイパッド部１１や保護壁１７とは異なる金属部材により形成している。これにより、アイレット部１８を厚くして熱容量を大きくすることができる。その他の構成は実施の形態２と同様である。

なお、アイレット部１８は、アースリード電極１９をガラエポ基板１４へ挿入する際の圧力によって、ダイパッド部１１や保護壁１７を形成する金属部材に電気的・熱的に接合される。ただし、ろう付やはんだ付、超音波圧接や導電性接着剤を用いれば、より確実に接合することができる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。アイレット部１８にアースリード電極１９の直径に近い幅の切り欠き部２１が形成されている。この切り欠き部２１にアースリード電極１９を嵌合させることで、両者の固定と導通を得ることができる。その他の構成は実施の形態２と同様である。

また、切り欠き部２１の代わりに、アースリード電極１９の直径に近い幅の開口部をアイレット部１８に形成してもよい。また、アースリード電極１９の直径よりもやや大きい開口部をアイレット部１８に形成し、フランジ付きのアースリード電極１９を挿入するか、アースリード電極１９の突出部分を加圧などにより変形させてもよい。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るキャップレスパッケージの製造工程について図面を用いて説明する。

まず、厚さ０．４ｍｍのＣｕリードフレームにプレス打ち抜きと折り曲げ加工を行うことで、図９に示すように、ダイパッド部１１、アースリード電極１９及び信号用リード電極１５を同じ金属部材により一体的に形成する。そして、信号用リード電極１５とダイパッド部１１の接続部分に切り欠き部２２を形成する。

次に、図１０に示すように、アースリード電極１９をダイパッド部１１のスリット２３とガラエポ基板１４の貫通孔２４に挿入し、信号用リード電極１５をダイパッド部１１の貫通孔２０とガラエポ基板１４の貫通孔２５に挿入し、ダイパッド部１１をアイレット部１８のスリット２３に嵌合させる。これにより、ダイパッド部１１とアイレット部１８は電気的及び熱的に接続される。

次に、図１１に示すように、ダイパッド部１１上にサブマウント１２とレーザダイオード１３を搭載する。そして、図１２に示すように、レーザダイオード１３と信号用リード電極１５やダイパッド部１１をワイヤ１６により接続する。その後に、切り欠き部２２をレーザ溶断によって切断して、信号用リード電極１５とダイパッド部１１を電気的に分離する。以上の工程により、本実施の形態に係るキャップレスパッケージが製造される。

上記のようにダイパッド部１１をアイレット部１８のスリットに嵌合する構成としたことで、ダイパッド部１１とアイレット部１８を金属平板として低コスト化を図ることができ、両者を繋ぐ放熱経路を確保することができる。

また、ダイパッド部１１と信号用リード電極１５を同じ金属部材により一体的に形成し、両者をガラエポ基板１４へ取り付けた後に分離することで、ダイパッド部１１と信号用リード電極１５のガラエポ基板１４への取り付けが１回で完了するため、低コスト化と生産性の向上を図ることができる。

なお、切り欠き部２２の切断をワイヤボンド前に行ってもよい。切り欠き部２２の切断は、レーザ溶断に限らず、金型を用いたプレス切断など他の方法により行ってもよい。ダイパッド部１１とアイレット部１８を、ろう付、はんだ付、超音波圧接又は導電性接着剤により接着することで、両者をより確実に接続することができる。

また、本実施の形態では、信号用リード電極１５の元の金属部材のプレス切断面にワイヤボンドを行うことにより低コスト化を実現している。ただし、信号用リード電極１５を９０°曲げ加工して、元の金属部材におけるダイパッド部１１と同じ表面にワイヤボンドを行ってもよい。

また、本実施の形態では、予め所望のめっき（表面メタライズ）を行ったダイパッド部１１、信号用リード電極１５及びアイレット部１８を用いている。ただし、切り欠き部２２でダイパッド部１１と信号用リード電極１５が電気的に接続され、スリット２３部分でダイパッド部１１とアイレット部１８が電気的に接続されていることを利用して、図１２の段階まで組み立てたあとでめっきを行ってもよい。これにより、低コスト化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るキャップレスパッケージを示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係るキャップレスパッケージを示す背面図である。 放熱ブロックの開口径とレーザダイオードの最大出力との関係を示す図である。 実験の様子を説明するための正面図と側面図である。 本発明の実施の形態３に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。 本発明の実施の形態４に係るキャップレスパッケージを示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るキャップレスパッケージの製造工程を説明するための示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るキャップレスパッケージの製造工程を説明するための示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るキャップレスパッケージの製造工程を説明するための示す斜視図である。 本発明の実施の形態５に係るキャップレスパッケージの製造工程を説明するための示す斜視図である。

符号の説明

１１ ダイパッド部
１２ サブマウント
１３ レーザダイオード（光半導体素子）
１４ ガラエポ基板（絶縁部材）
１５ 信号用リード電極（リード電極）
１６ ワイヤ
１７ 保護壁
１８ アイレット部
１９ アースリード電極（電極）
２１，２２ 切り欠き部
２３ スリット
２４，２５ 貫通孔

Claims (6)

1. 金属製のダイパッド部と、
   前記ダイパッド部上に搭載されたサブマウントと、
   前記サブマウント上に搭載された光半導体素子と、
   前記ダイパッド部に固定された絶縁部材と、
   前記絶縁部材に挿入されたリード電極と、
   前記リード電極と前記レーザダイオードを接続するワイヤと、
   を備え、
   前記サブマウント、前記光半導体素子、前記リード電極の前記絶縁部材よりも前記光半導体素子側の部分、及び前記ワイヤは、前記ダイパッド部の上方の領域内に存在することを特徴とするキャップレスパッケージ。
2. 前記ダイパッド部の両側に前記ダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成され、前記レーザダイオード及び前記ワイヤを保護する保護壁を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のキャップレスパッケージ。
3. 前記ダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成され、前記絶縁部材に挿入された電極を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のキャップレスパッケージ。
4. 前記ダイパッド部に対して垂直な面を持ち、この面に前記絶縁部材が重ね合わされた金属製のアイレット部を更に備え、
   前記アイレット部の外接円に対して同心円であり、直径が前記外接円の直径の８０％である円の内側にのみ、前記ダイパッド部、前記保護壁及び前記絶縁部材が存在することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のキャップレスパッケージ。
5. 前記ダイパッド部に対して垂直な面を持ち、この面に前記絶縁部材が重ね合わされた金属製のアイレット部を更に備え、
   前記アイレット部にはスリットが設けられ、
   前記ダイパッド部は前記アイレット部の前記スリットに嵌合されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のキャップレスパッケージ。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のキャップレスパッケージを製造する方法であって、
   前記リード電極を前記ダイパッド部と同じ金属部材により一体的に形成し、
   前記リード電極と前記ダイパッド部の接続部分に切り欠き部を形成し、
   前記絶縁部材を前記ダイパッド部に固定し、前記リード電極を前記絶縁部材に挿入した後に、前記切り欠き部を切断することを特徴とするキャップレスパッケージの製造方法。

Images