JP2009187983A - レーザ素子用フレームパッケージおよびその製造方法 - Google Patents

レーザ素子用フレームパッケージおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パッケージの構造を簡素化して、品質のばらつきを抑え、容易に量産が可能なレーザ素子用フレームパッケージおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】レーザ素子が搭載されるダイアタッチ部10と、ダイアタッチ部に接続して設けられたリード12a、12b、12cとを備えるレーザ素子用フレームパッケージであって、前記ダイアタッチ部10およびリード12a、12b、12cは、金属板をプレス加工して形成され、前記ダイアタッチ部10は、リード素子を搭載する素子搭載面が平坦面に形成されるとともに、側縁部が前記素子搭載面に対して起立する折り曲げ部と10cして形成され、前記ダイアタッチ部10に連結して形成された折り曲げ片16a、16bの表面に電気的絶縁性を有する絶縁層20が形成され、該絶縁層20を内面側とし、前記ダイアタッチ部10と電気的に絶縁して、前記折り曲げ片16a、16bによりリード12a、12cが挟圧支持されている。
【選択図】図4

Description

本発明はレーザ素子を搭載するフレームパッケージおよびその製造方法に関する。
半導体レーザ素子を光源とするレーザ装置は、CDROM、DVD、光通信用として広く用いられている。これらのレーザ装置には、ヒートシンクを備えたステムと窓付きキャップからなるものや、カンタイプ等の種々の製品が提供されてきた。近年は、レーザ素子の耐久性および安定性が向上したことから、レーザ素子を気密に封止することなく搭載するレーザ装置が多用されている。
図6は、レーザ素子を搭載するフレームパッケージの従来の製造方法を示す。図6(a)に示すリードフレーム5は、単位フレーム部として、レーザ素子を搭載するダイアタッチ部10とダイアタッチ部10の一方側に配置された3本のリード12a、12b、12cとを備える。
3本のリード12a、12b、12cのうち、中央のリード12bはアースリードとして使用されるもので、ダイアタッチ部10に一体に連結されている。リード12aとリード12cは信号線として使用されるもので、リードフレーム5の一方側のレール部6aからダイアタッチ部10に向けて先端が延出して設けられる。リード12a、12cとダイアタッチ部10とが電気的に短絡しないように、リード12a、12cの先端部分の周囲のダイアタッチ部10はスリット状に切除されている。
図6(b)は、リードフレーム5を樹脂成形し、レーザ素子を搭載するフレームパッケージを形成した状態を示す。フレームパッケージに設ける樹脂成形部14は、ダイアタッチ部10に搭載したレーザ素子や、レーザ素子とリード12a、12cとを接続するボンディングワイヤが、レーザ装置の搬送時や、レーザ装置を実装した際に外部の電子部品等と接触したりしないように、ダイアタッチ部10の素子搭載面から外方に突出する突出部が設けられている。リード12a、12cのボンディング部12dは、樹脂成形部14から露出する。
特開2000−357839号公報 特開2002−43672号公報
レーザ素子を搭載するフレームパッケージをリードフレーム5を用いて形成する方法は、プレス加工によって製造できることから、リードをガラス封止するステムを形成するといった方法と比較してはるかに製造が容易であり、量産が可能で製造コストを効果的に低減させることができる。しかしながら、リードフレームを用いてフレームパッケージを形成する方法には、以下のような課題がある。
(1)レーザ素子とリードとはワイヤボンディングによって接続するから、リードのボンディング部については、ワイヤボンディング性を良好にするめっき(通常は金めっき)を施す必要がある。この場合のめっき厚は比較的厚いから、リードフレームの全体にめっきを施すと、めっきが不要な個所にも厚くめっきが付着することになり、めっきが無駄になる。
(2)リードフレームは樹脂モールド金型を用いて樹脂成形することになるが、製品の形態が異なると、製品ごとに樹脂モールド金型を別個に製作する必要があり、金型の製作コストが高くなる。また、モールド金型を新たに製作して量産工程にはいるため、製品を立ちあげる期間が長くかかる。
(3)リードフレームは多数個取りとなっているから、樹脂成形の際のばらつきによって品質が不安定となり、製品の歩留まりが悪い。樹脂モールドの際に発生するガスによって品質が低下する。樹脂成形には耐熱性を有する比較的高価な樹脂を使用するが、製品に使用されるのは、成形に用いる樹脂量のうちの5〜10%程度であり樹脂が無駄になる。
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、量産性を損なうことなく、また、パッケージの構造を簡素化することによって、樹脂成形を利用する方法と比較して容易にフレームパッケージを製造することができるレーザ素子用フレームパッケージおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、レーザ素子が搭載されるダイアタッチ部と、ダイアタッチ部に接続して設けられたリードとを備えるレーザ素子用フレームパッケージであって、前記ダイアタッチ部およびリードは、金属板をプレス加工して形成され、前記ダイアタッチ部は、リード素子を搭載する素子搭載面が平坦面に形成されるとともに、側縁部が前記素子搭載面に対して起立する折り曲げ部として形成され、前記ダイアタッチ部に連結して形成された折り曲げ片の表面に電気的絶縁性を有する絶縁層が形成され、該絶縁層を内面側とし、前記ダイアタッチ部と電気的に絶縁して、前記折り曲げ片によりリードが挟圧支持されていることを特徴とする。
また、前記ダイアタッチ部に一体に連結して形成されたリードと、該リードを挟む配置に、前記折り曲げ片により挟圧支持された一対のリードとを備え、該折り曲げ片により支持されたリードは、前記素子搭載面上に一方のリード端を延出して支持されている構成とすることが有用である。
また、前記折り曲げ片により前記リードを挟圧支持した部位にかしめ加工が施されていることによって、リードがより確実に支持される。
また、前記レーザ素子用フレームパッケージにレーザ素子を搭載してなるレーザ装置であって、前記ダイアタッチ部の素子搭載面にレーザ素子が搭載され、該レーザ素子と前記ダイアタッチ部に電気的に絶縁して支持されたリードとがワイヤボンディング接続されていることを特徴とする。
また、帯状に形成された金属板を順送りしながらプレス加工を施して形成するレーザ素子用フレームパッケージの製造方法であって、前記金属板にレーザ素子を搭載するダイアタッチ部と、リードを支持する折り曲げ片を形成する工程と、前記折り曲げ片の表面に、前記ダイアタッチ部とリードとを電気的に絶縁する絶縁層を形成する工程と、該絶縁層が形成された位置に合わせてリードをセットする工程と、前記絶縁層を内面側として前記折り曲げ片により前記リードを挟圧するように折り曲げる工程とを備えることを特徴とする。
また、前記折り曲げ片の表面に絶縁層を形成した後、前記ダイアタッチ部の側縁と前記折り曲げ片とを、ダイアタッチ部の素子搭載面に直角に折り曲げ、次いで、前記絶縁層が形成された位置に合わせてリードをセットすることを特徴とする。
また、前記リードの配置位置に合わせてリードを形成した別体のリードフレームを用意し、前記絶縁層にリードをセットする工程において、前記ダイアタッチ部および折り曲げ片が形成されたリードフレームに位置合わせして前記別体のリードフレームをセットすることを特徴とする。リードを形成したリードフレームを使用することによって、リードを絶縁層に位置合わせしてセットすることが容易になる。
本発明に係るレーザ素子用フレームパッケージは、金属板をプレス加工して形成することができる簡易な構成となっていることから、製造が容易であり、多品種に容易に対応することができ、製品の立ち上げに要する時間を短縮することができる。また、本発明に係るレーザ素子用フレームパッケージの製造方法によれば、品質のばらつきを抑え、フレームパッケージを容易に量産することが可能となる。
以下、本発明に係るフレームパッケージおよびその製造方法について図面とともに説明する。
図1はレーザ素子を搭載するフレームパッケージの製造工程を示す。本実施形態のフレームパッケージの製造方法においては、樹脂成形方法を利用せず、かしめ加工を利用したプレス加工のみによってフレームパッケージを形成することを特徴とする。
リードフレームを加工する加工金型には、リードフレームを順送り(定寸送り)しながら所要の加工を施す複数の加工ステージが、リードフレームの送り方向に段階別に設けられている。リードフレームは加工金型上を順送りされつつ、これらの加工ステージにおいて順次加工が施され、所定の形状に加工される。
図1は、プレス金型を用いてリードフレームに加工を施した状態をA〜Fの加工ステージに対応して示す。
図のA部分は、リードフレーム5にダイアタッチ部10と一対の折り曲げ片16a、16bと、アース用のリード12bが形成された状態を示す。
ダイアタッチ部10は平面形状が長方形に形成され、吊りピン10aにより、リードフレーム5の他方側のレール部6bの近傍に配置されている。
リード12bはリードフレーム5の一方側のレール部6aからダイアタッチ部10に向けて延出し、ダイアタッチ部10と一体に連結して設けられている。
折り曲げ片16a、16bはダイアタッチ部10の基部位置(リード12bが連結される側)に、リード12b(リード12bの線方向)に対して左右対称に配置する。具体的には、ダイアタッチ部10側との連結部と、リード12bとの連結部との間にそれぞれスリット18a、18bを形成し、ダイアタッチ部10からウイング状に延出するように形成する。
ダイアタッチ部10、折り曲げ片16a、16b、リード12bは、通常、複数の加工ステージにより、順次プレス抜き加工を施して形成する。図のA部分は、これらの加工ステージにより加工した状態を示したものである。
加工ステージBは、折り曲げ片16a、16bの表面に電気的絶縁性を有する絶縁テープ20を貼付する工程である。絶縁テープ20としてはたとえばポリイミドテープが使用できる。
半導体素子を搭載する一般的なリードフレームの製造工程には、インナーリードの変形を防止するためにリードに保護用のテープを貼着する工程がある。折り曲げ片16a、16bに絶縁テープ20を貼着する場合も同様の方法で行えばよい。すなわち、リードフレーム5の上方にリードフレーム5の長手方向と交差するように長尺状の絶縁テープを配置し、長尺状の絶縁テープからポンチによりテープを抜き、ポンチを突き下ろしてリードフレーム5の折り曲げ片16a、16bに絶縁テープ20を押接する。
本実施形態ではリード12a、12cとダイアタッチ部10とが電気的に短絡しないように、ダイアタッチ部10側へ絶縁テープ20の一方の端部が延びるように、絶縁テープ20の平面形状をL字形としている。したがって、絶縁テープを抜くポンチには端面形状がL字形のポンチを使用する。絶縁テープ20を折り曲げ片16a、16bに貼着するから、絶縁テープ20としては粘着性のあるテープ、たとえばBステージのポリイミドテープを使用すればよい。ポリイミドテープは耐熱性の点からも有効である。
なお、絶縁テープ20はリードをダイアタッチ部10に対して電気的に絶縁する絶縁層として設けるものであり、必ずしもテープ状のものでなければならないわけではない。たとえば、電気的絶縁性を有するペースト状等の絶縁材をコーティングしたり印刷したりする方法や、めっき等の化学的な処理等によることも可能である。
加工ステージCは、折り曲げ片16a、16bとダイアタッチ部10の側縁部分を起立形状に折り曲げ加工する工程である。
折り曲げ片16a、16bおよびダイアタッチ部10を、スリット18aの基部位置において、素子搭載面に対し直角に、同じ方向に折り曲げる。
図2(a)に、加工ステージCにおいて、折り曲げ片16a、16bと、ダイアタッチ部10の側縁部をそれぞれ折り曲げた状態を正面方向から見た状態を拡大して示す。折り曲げ片16a、16bはダイアタッチ部10の側縁部よりも外方に長く延出するから、ダイアタッチ部10の側縁部を折り曲げた折り曲げ部10cよりも、折り曲げ片16a、16bの折り曲げ片16a、16bの方が長く延出する。折り曲げ片16a、16bの折り曲げ片16a、16bの内面には略全域にわたって絶縁テープ20が被着する。
加工ステージDは、絶縁テープ20上にリード12a、12cを位置合わせしてセットする工程である。リード12a、12bはその先端を絶縁テープ20に押接するようにしてセットする。絶縁テープ20に粘着性を有するテープを使用すれば、リード12a、12cを押接する方法で簡単にセットすることができる。リード12a、12bをセットする際に、リード12bと平行になるように、位置合わせしながらセットする。
リード12a、12cは、一方のリード端が折り曲げ片16a、16bを超えて、ダイアタッチ部10の素子搭載面上まで延出するように配置する。これはリード12a、12cの先端がワイヤボンディングのボンディング部12dとなるからであり、リード12a、12cの先端側が折り曲げ片16a、16bを横切るようにリード12a、12cを配置することにより、リード12a、12cを折り曲げ片16a、16bによって支持した際に、ボンディング部12dを露出させるようにすることができる。
図2(b)は、加工ステージDにおいて、リード12a、12cをセットした状態を示す。絶縁テープ20上にリード12a、12cが接した状態でセットされている。
本実施形態においては、単体に形成したリード12a、12cをダイアタッチ部10に貼着した絶縁テープ20の貼着位置に位置合わせしてセットするが、リード12a、12cを単体で扱うことが煩わしい場合には、図3に示すように、ダイアタッチ部10に接合する位置に位置合わせしてリード12a、12cを形成したリードフレーム7を利用してダイアタッチ部10にリード12a、12cをセットする方法によることもできる。
リードフレーム7にリード12a、12cを形成する際には、ダイアタッチ部10や折り曲げ片16a、16bと干渉しないようにリード12a、12cを支持する吊りピン13を配置し、また、折り曲げ片16a、16bを曲げ加工等する加工の妨げにならない位置に吊りピン13を配置する。
図3に示す例では、加工ステージDにリードフレーム5の単位フレーム部が順送りされてきたときに、その上方からリード12a、12cのみを形成したリードフレーム7をリードフレーム5に位置合わせして重ね合わせて、ダイアタッチ部10にリード12a、12cを位置合わせしてセットする方法である。この場合は、加工ステージD以後については、リードフレーム5の上にリードフレーム7が重なった形態で順送りして加工する。
リード12a、12cが形成されたリードフレーム7をダイアタッチ部10が形成されたリードフレーム5に位置合わせすることは容易である。リード12a、12cを支持する吊りピン13は後工程で、不要になったときにリード12a、12cの側縁位置から切り離して除去すればよい。
本実施形態のように、ワイヤボンディングされるリード12a、12cについては、ダイアタッチ部10とは別体に形成する方法であれば、リード12a、12cにワイヤボンディング用の金めっき等を施す場合に、従来のようにダイアタッチ部10等にめっきが被着することがなく、めっきの無駄をなくすことができる。また、ダイアタッチ部10等についてはワイヤボンディング用のめっきとは異なる専用のめっきを施すといったことが容易にできるという利点もある。
図1において、加工ステージEは、かしめ用の折り曲げ片16a、16bの内側にリード12a、12cをそれぞれ挟み込むようにして折り曲げ片16a、16bを挟み曲げする工程である。図は、折り曲げ片16a、16bによってリード12a、12cが厚さ方向に挟まれて支持されている状態を示す。
図2(c)が、この工程Eに対応する。リード12a、12bが折り曲げ片16a、16bによって挟み込まれて支持されている。折り曲げ片16a、16bのリード12a、12cが配置される内面(折り曲げる際に内側となる面)には絶縁テープ20が貼着されているから、リード12a、12cは絶縁テープ20を介して挟み込まれ、リード12a、12cとダイアタッチ部10とが電気的に短絡することが回避される。
加工ステージFは、折り曲げ片16a、16bによってリード12a、12cを挟み込んだ状態で、折り曲げ片16a、16bによる折り曲げ位置をかしめ加工する工程である。かしめ部22は、折り曲げ片16a、16bとリード12a、12cを厚さ方向にかしめることによって、側面形状が屈曲した形状となり、折り曲げ片16a、16bとリード12a、12cとが強固に支持される。
図2(d)が、工程Fに対応する。絶縁テープ20を介して折り曲げ片16a、16bによりリード12a、12cが挟圧支持されている構成は前工程と変わらない。かしめ加工によって、折り曲げ片16a、16b、リード12a、12cが屈曲した形状となるが、絶縁テープ20もこれらにならって屈曲し、絶縁テープ20による電気的な絶縁作用が阻害されることはない。
なお、図3に示した、リード12a、12cを形成したリードフレーム7を用いて加工する場合も、図1に示す場合とまったく同様の加工工程による。
図4(a)、(b)、(c)は、リード12a、12cをかしめ固定した後、リードフレーム5から切り離した単体のフレームパッケージ24の側面図、正面図、底面図である。リードフレーム7とリードフレーム5を組み合わせてフレームパッケージを形成する場合は、リード12a、12cの側縁位置で吊りピン13を切断して吊りピン13を除去することによってフレームパッケージ24が得られる。
図4に示すように、フレームパッケージ24は、レーザ素子30を搭載するダイアタッチ部10とリード12a、12b、12cとからなり、ダイアタッチ部10の素子搭載面は平坦面に形成され、ダイアタッチ部10の両側縁が素子搭載面に対し直角に折り曲げられた折り曲げ部10cとして形成されている。ダイアタッチ部10には一体にアース用のリード12bが連結され、リード12bを挟む配置に一対の信号用のリード12a、12cが折り曲げ片16a、16bにより挟圧され、かしめ部22によりかしめ固定されている。
ダイアタッチ部10の主面はレーザ素子を搭載する平坦面に形成され、ダイアタッチ部10の両側縁に折り曲げ部10cが起立して設けられていることにより、ダイアタッチ部10の強度が補強され、かつ折り曲げ部10cがレーザ素子28およびボンディングワイヤを保護する保護部となる。
リード12a、12cは、絶縁テープ20を介してダイアタッチ部10上にセットしてかしめ固定するから、図4(a)に示すように、ダイアタッチ部10と一体形成されるリード12bとは、リード12bの厚さ分程度、側面方向の位置が偏位した配置となる。
リード12a、12cとダイアタッチ部10との電気的絶縁は、電気的絶縁性を有する絶縁テープ20を介してリード12a、12cがかしめ固定されることによる。
リード12a、12cは、ダイアタッチ部10側の一方のリード端を折り曲げ片16a、16bを超えて、ダイアタッチ部10側に延出させた配置とすることにより、ボンディング部12dは、ダイアタッチ部10の素子搭載面と平行な面として露出する。リード12a、12cの先端部とダイアタッチ部10との間にも絶縁テープ20が介在し、リード12a、12cとダイアタッチ部10との電気的短絡が回避されている。
本実施形態のフレームパッケージ24の製造方法はプレス加工のみによってフレームパッケージ24を組み立てるから、従来の樹脂成形方法を使用する方法と比較して、大きく生産性を向上させることができる。また、樹脂成形方法を利用する場合と比較して製品の品質のばらつきを抑えることができ、品質を安定させることができる。
また、樹脂成形用にモールド金型を製作するといった必要がなくなることから、モールド金型の製作費用が削減できるとともに、新製品の立ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。
図5は、フレームパッケージ24にレーザ素子28を搭載したレーザ装置30を示す。レーザ素子28がダイアタッチ部10の素子搭載面に搭載され、レーザ素子28とリード12a、12cのボンディング部12dとがボンディングワイヤ29によりワイヤボンディングされている。ダイアタッチ部10の両側縁に起立形状に設けられた折り曲げ部10cが、ダイアタッチ部10の補強、およびレーザ素子28およびボンディングワイヤ29を保護するようの作用する。レーザ素子28からはダイアタッチ部10の素子搭載面に平行に上方にレーザ光が放射される。
本実施形態のレーザ装置30は、プレス加工のみによって形成される簡易な構成からなるから、製造が容易で、製造コストを効果的に引き下げることが可能である。
なお、上記実施形態においては、3本のリードを備えたフレームパッケージについて説明したが、リードの本数やダイアタッチ部の形状等、フレームパッケージの形態は上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、上記実施形態ではダイアタッチ部10の両側縁部に折り曲げ部10cを設けたが、レーザ光が放射されるダイアタッチ部10の上辺部に折り曲げ部を設けることも可能である。上辺部に折り曲げ部を設ける場合はレーザ光を遮蔽しないように折り曲げ部に開口あるいは切欠を設ければよい。
また、フレームパッケージを構成する材料も、鉄ーニッケル合金、銅等の適宜材料を選択することができる。
本発明に係るフレームパッケージの製造工程を示す説明図である。 工程C〜Fにおける曲げ加工を示す説明図である。 フレームパッケージの他の製造工程を示す説明図である。 フレームパッケージの側面図(a)、正面図(b)、底面図(c)である。 レーザ装置の正面図である。 従来のフレームパッケージの製造工程を示す説明図である。
符号の説明
5、7 リードフレーム
10 ダイアタッチ部
10c 折り曲げ部
12a、12b、12c リード
12d ボンディング部
13 吊りピン
14 樹脂成形部
16a、16b、 折り曲げ片
20 絶縁テープ
22 かしめ部
24 フレームパッケージ
28 レーザ素子
29 ボンディングワイヤ
30 レーザ装置

Claims (7)

  1. レーザ素子が搭載されるダイアタッチ部と、ダイアタッチ部に接続して設けられたリードとを備えるレーザ素子用フレームパッケージであって、
    前記ダイアタッチ部およびリードは、金属板をプレス加工して形成され、
    前記ダイアタッチ部は、リード素子を搭載する素子搭載面が平坦面に形成されるとともに、側縁部が前記素子搭載面に対して起立する折り曲げ部として形成され、
    前記ダイアタッチ部に連結して形成された折り曲げ片の表面に電気的絶縁性を有する絶縁層が形成され、該絶縁層を内面側とし、前記ダイアタッチ部と電気的に絶縁して、前記折り曲げ片によりリードが挟圧支持されていることを特徴とするレーザ素子用フレームパッケージ。
  2. 前記ダイアタッチ部に一体に連結して形成されたリードと、
    該リードを挟む配置に、前記折り曲げ片により挟圧支持された一対のリードとを備え、該折り曲げ片により支持されたリードは、前記素子搭載面上に一方のリード端を延出して支持されていることを特徴とする請求項1記載のレーザ素子用フレームパッケージ。
  3. 前記折り曲げ片により前記リードを挟圧支持した部位にかしめ加工が施されていることを特徴とする請求項1または2記載のレーザ素子用フレームパッケージ。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項記載のレーザ素子用フレームパッケージにレーザ素子を搭載してなるレーザ装置であって、
    前記ダイアタッチ部の素子搭載面にレーザ素子が搭載され、
    該レーザ素子と前記ダイアタッチ部に電気的に絶縁して支持されたリードとがワイヤボンディング接続されていることを特徴とするレーザ装置。
  5. 帯状に形成された金属板を順送りしながらプレス加工を施して形成するレーザ素子用フレームパッケージの製造方法であって、
    前記金属板にレーザ素子を搭載するダイアタッチ部と、リードを支持する折り曲げ片を形成する工程と、
    前記折り曲げ片の表面に、前記ダイアタッチ部とリードとを電気的に絶縁する絶縁層を形成する工程と、
    該絶縁層が形成された位置に合わせてリードをセットする工程と、
    前記絶縁層を内面側として前記折り曲げ片により前記リードを挟圧するように折り曲げる工程と
    を備えることを特徴とするレーザ素子用フレームパッケージの製造方法。
  6. 前記折り曲げ片の表面に絶縁層を形成した後、
    前記ダイアタッチ部の側縁と前記折り曲げ片とを、ダイアタッチ部の素子搭載面に直角に折り曲げ、
    次いで、前記絶縁層が形成された位置に合わせてリードをセットすることを特徴とする請求項5記載のレーザ素子用フレームパッケージの製造方法。
  7. 前記リードの配置位置に合わせてリードを形成した別体のリードフレームを用意し、
    前記絶縁層にリードをセットする工程において、前記ダイアタッチ部および折り曲げ片が形成されたリードフレームに位置合わせして前記別体のリードフレームをセットすることを特徴とする請求項5または6記載のレーザ素子用フレームパッケージの製造方法。
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