JP2023057517A - Laser semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、レーザ半導体技術分野に関し、特にレーザ半導体素子及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present application relates to the field of laser semiconductor technology, and more particularly to a laser semiconductor device and its manufacturing method.
従来のレーザ半導体産業においては、銅、アルミニウム等の金属元素を含む合金材料をプレス方式によりダイシングし、その後、ダイシングして得られた合金材料をホットフィラメント溶融技術によって半導体基板に固定して、レーザ半導体素子のパッケージを完成させることがしばしば行われている。しかしながら、従来技術で製造されたレーザ半導体素子では、封止性がまだ不十分であり、レーザ半導体素子の寿命に影響を及ぼす。 In the conventional laser semiconductor industry, an alloy material containing metal elements such as copper and aluminum is diced by a press method. Complete packaging of semiconductor devices is often done. However, the laser semiconductor device manufactured by the prior art still has insufficient sealing properties, which affects the life of the laser semiconductor device.
本願の主要な目的は、従来技術におけるレーザ半導体素子の気密性が悪いことに起因して寿命が短くなってしまうという問題を解決するためのレーザ半導体素子及びその製造方法を提供することにある。 The main object of the present application is to provide a laser semiconductor device and a method of manufacturing the same for solving the problem that the lifetime of the laser semiconductor device is shortened due to the poor airtightness of the conventional laser semiconductor device.
レーザ半導体素子であって、基板と、レーザ結晶と、導電部材と、第1本体と、第2本体とを備え、
前記第1本体は、前記基板に設けられ、且つ前記基板と共同で収容キャビティを形成し、
前記レーザ結晶は、前記収容キャビティ内に収容され、
前記導電部材は、前記第1本体に取り付けられ、且つ前記レーザ結晶と電気的に接続され、
前記第2本体は、前記収容キャビティを覆うように前記第1本体に設けられた取付け枠と、前記取付け枠に設けられたレンズと、を含み、前記第1本体、前記導電部材及び前記取付け枠は、いずれも鉄・ニッケル・コバルト合金である。
A laser semiconductor device comprising a substrate, a laser crystal, a conductive member, a first body, and a second body,
the first body is provided on the substrate and jointly forms a receiving cavity with the substrate;
the laser crystal is housed within the housing cavity;
the conductive member is attached to the first body and electrically connected to the laser crystal;
The second body includes an attachment frame provided on the first body so as to cover the accommodation cavity, and a lens provided on the attachment frame, and comprises the first body, the conductive member, and the attachment frame. are all iron-nickel-cobalt alloys.
好ましくは、前記導電部材と前記第1本体との間は、第1封止材によって接続及びシールされ、前記レンズと前記取付け枠との間は、第2封止材によって接続及びシールされている。 Preferably, the conductive member and the first body are connected and sealed by a first sealing material, and the lens and the mounting frame are connected and sealed by a second sealing material. .
さらに、前記第1封止材及び前記第2封止材は、いずれも封止樹脂である。 Furthermore, both the first sealing material and the second sealing material are sealing resins.
好ましくは、前記取付け枠は、前記第1本体にレーザ溶接により固定され、
前記取付け枠には、前記レンズが収容される凹溝が凹設されており、
前記凹溝の溝底には、透かし部が設けられており、
前記透かし部が前記取付け枠を貫いて設けられるため、前記レーザ結晶の励起光が前記透かし部を透過して前記レンズに照射される。
Preferably, the mounting frame is fixed to the first body by laser welding,
The mounting frame is provided with a concave groove in which the lens is accommodated,
A watermark is provided on the groove bottom of the concave groove,
Since the watermark portion is provided through the mounting frame, the excitation light of the laser crystal passes through the watermark portion and is irradiated to the lens.
好ましくは、前記第1本体、前記導電部材及び前記取付け枠は、いずれも粉末冶金の方法により製造される。 Preferably, the first body, the conductive member and the mounting frame are all manufactured by a powder metallurgy method.
好ましくは、前記導電部材は、対になって設けられ、一対の前記導電部材は、それぞれ前記第1本体の両側に位置し、
前記基板における前記レーザ結晶が1つである場合、前記レーザ結晶は一対の前記導電部材に対応し、前記レーザ結晶は前記第1本体の両側の前記導電部材と電気的に接続され、
前記レーザ結晶が複数である場合、前記レーザ結晶は、前記基板において結晶アレイを構成し、各列の前記レーザ結晶は、一対の前記導電部材に対応し、
同一列且つ隣接する2つの前記レーザ結晶同士の間が電気的に接続され、前記導電部材に隣接する前記レーザ結晶は、その隣の前記導電部材と電気的に接続される。
Preferably, the conductive members are provided in pairs, and the pair of conductive members are positioned on both sides of the first body, respectively;
if there is one laser crystal on the substrate, the laser crystal corresponds to a pair of the conductive members, the laser crystal is electrically connected to the conductive members on both sides of the first body;
when there are a plurality of laser crystals, the laser crystals constitute a crystal array on the substrate, and each row of the laser crystals corresponds to a pair of the conductive members;
Two adjacent laser crystals in the same row are electrically connected to each other, and the laser crystal adjacent to the conductive member is electrically connected to the adjacent conductive member.
さらに、前記第2本体に被覆されているパッケージ層をさらに備え、
前記パッケージ層には集光部が設けられており、前記集光部は、前記取付け枠から離間して設けられ、
前記集光部は、前記基板における前記レーザ結晶と同数存在しており、且つそれに対応する前記レーザ結晶によって生成される励起光の光路に設置される。
Furthermore, further comprising a package layer coated on the second body,
The package layer is provided with a condensing part, the condensing part is provided apart from the mounting frame,
The condensing parts are present in the same number as the laser crystals on the substrate, and are installed in the optical path of the excitation light generated by the corresponding laser crystals.
レーザ半導体素子の製造方法であって、
基板の表面に、当該基板と共同で収容キャビティを画成し、且つ鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる第1本体を取り付ける工程と、
鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる導電部材を前記第1本体に装着する工程と、
前記収容キャビティ内にレーザ結晶を収容し、且つ前記レーザ結晶と前記導電部材とを電気的に接続する工程と、
鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる取付け枠にレンズを取付けて第2本体第2本体を得る工程と、
前記収容キャビティを覆うように前記第1本体に前記第2本体を取り付けて、さらに前記レーザ半導体素子を得る工程と、を含む。
A method for manufacturing a laser semiconductor device,
attaching to the surface of the substrate a first body which jointly defines a receiving cavity with the substrate and is made of an iron-nickel-cobalt alloy material;
attaching a conductive member made of an iron-nickel-cobalt alloy material to the first body;
housing a laser crystal in the housing cavity and electrically connecting the laser crystal and the conductive member;
obtaining a second main body by mounting a lens on a mounting frame made of an iron-nickel-cobalt alloy material;
attaching the second body to the first body so as to cover the receiving cavity to further obtain the laser semiconductor device.
好ましくは、前記レーザ半導体素子の製造方法は、前記取付け枠に凹溝を形成し、且つ前記凹溝内に透かし部を形成する工程と、前記凹溝に前記レンズを前記透かし部から露出させつつ収容する工程と、をさらに含む。 Preferably, the method for manufacturing a laser semiconductor element includes the steps of forming a groove in the mounting frame and forming a watermark portion in the groove; and a step of containing.
好ましくは、前記レーザ半導体素子の製造方法は、集光部が形成されたパッケージ層を提供する工程と、前記取付け枠と前記パッケージ層との間に前記レンズが位置するように、前記パッケージ層を前記第2本体に被覆させて、前記集光部を前記取付け枠から離間させる工程と、をさらに含む。 Preferably, the method for manufacturing a laser semiconductor device includes the steps of: providing a package layer having a condensing portion; and covering the second body to separate the condensing portion from the mounting frame.
従来の技術に比べて、本願は以下の利点を有する。
1、本願は、低熱膨張係数の鉄・ニッケル・コバルト合金材料で第1本体、導電部材及び取付け枠を作製することにより、素子が優れた耐熱性を有し、熱膨張冷縮が起こりにくく、レーザ半導体素子の封止性が効果的に改善され、ひいてはレーザ半導体素子の長寿命化に有利である。
2、本願は、第1封止材、第2封止材を設けて素子間のシールを図り、さらにレーザ溶接方式を採用して溶接効果を改善し、溶接ビードのシール性を向上させるので、レーザ半導体素子のシール性をさらに向上させることができる。
3、本願は、熱膨張係数の差が小さい第1、2封止材及び鉄・ニッケル・コバルト合金材料を用いることにより、異なる素子の材質の熱膨張係数の差が大き過ぎることに起因する素子の位置ずれの問題を回避し、レーザ半導体素子の安定した良好な気密性能及び安全性能を確保することができる。
4、本願は、実際の需要に応じてレーザ結晶の数を設けることができ、レーザ結晶が1つだけ設けられる従来のレーザ半導体素子よりも、本願のレーザ半導体素子の方が高いレーザ強度を達成することができる。
Compared with the prior art, the present application has the following advantages.
1. In the present application, by manufacturing the first main body, the conductive member, and the mounting frame from an iron-nickel-cobalt alloy material with a low coefficient of thermal expansion, the element has excellent heat resistance, and thermal expansion and coldness are less likely to occur. The encapsulation of the laser semiconductor device is effectively improved, which is advantageous in extending the life of the laser semiconductor device.
2. The present application provides a first sealing material and a second sealing material to seal between elements, and adopts a laser welding method to improve the welding effect and improve the sealing performance of the weld bead. The sealing performance of the laser semiconductor element can be further improved.
3. The present application uses the first and second encapsulants and the iron-nickel-cobalt alloy material with a small difference in thermal expansion coefficient. It is possible to avoid the problem of misalignment and ensure stable and good airtight performance and safety performance of the laser semiconductor device.
4. The present application can provide the number of laser crystals according to the actual demand, and the laser semiconductor device of the present application achieves higher laser intensity than the conventional laser semiconductor device provided with only one laser crystal. can do.
本願の実施例や先行技術における技術的手段をより明確に説明するために、実施例や先行技術の記載において必要な図面を簡単に紹介すると、以下の記載における図面は本願の実施例に過ぎず、当業者にとって創造的な工夫を要せずに、提供される図面からも別の図面を得られることが明らかである。 In order to more clearly explain the technical means in the embodiments of the present application and the prior art, the drawings required in the description of the embodiments and the prior art are briefly introduced. The drawings in the following description are only the embodiments of the present application. , it is obvious that a person skilled in the art can derive other drawings from the drawings provided without any creative effort.
本技術分野の当業者による本願発明の理解をより良くするために、以下、本願実施例に添付図面を用いて本願実施例に係る発明を明確かつ完全に述べることとし、当然のことながら、述べられた実施例は本願の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本願における実施例に基づいて、当業者は創造的な工夫なしに得られるすべての他の実施例が、本願の保護範囲内に属する。 In order to facilitate the understanding of the present invention by those skilled in the art, the present invention will be clearly and completely described below with reference to the accompanying drawings. The examples provided are only some, but not all, examples of the present application. Based on the embodiments in the present application, all other embodiments obtained by those skilled in the art without creative efforts fall within the protection scope of the present application.
本願の明細書及び上記添付図面における「第1」及び「第2」等の用語は、特定の順序について記述するものではなく、異なる対象を区別するために用いられる。また、「含む」、及びその類似する用語は、網羅的に含まれることを意図しており、例えば、一連の工程またはモジュールを含むプロセス、方法、システム、製品、または装置は、リストアップされた工程またはモジュールに限定されるものではなく、リストアップされていない工程またはモジュールを含んでいてもよいし、これらプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の工程またはモジュールを含んでいてもよい。 Terms such as "first" and "second" in the specification and accompanying drawings of the present application are used to distinguish between different objects rather than to describe any particular order. Also, "comprising" and like terms are intended to be exhaustive, e.g., a process, method, system, product, or apparatus comprising a series of steps or modules, such as the listed It is not limited to steps or modules and may include steps or modules not listed or other steps or modules specific to these processes, methods, products or devices. .
図1に示すように、本願はレーザ半導体素子100を提供するが、例示的には、レーザダイオードに適用されてもよく、投影装置の光源部として投影装置に適用することができる。図1に示すように、レーザ半導体素子100は、基板1と、レーザ結晶2と、導電部材3と、第1封止材4と、第1本体5と、第2本体6とを備えている。
As shown in FIG. 1, the present application provides a
前述の基板1は、鉄、鉄合金または銅などの金属材料、またはAlN(即ち、窒化アルミニウム)、SiC(即ち、炭化ケイ素)またはSi3N4(即ち、窒化ケイ素)などのセラミックス材料、またはこれらの金属材料とセラミックス材料との組成物からなる。
The
図1に示すように、前記レーザ結晶2は、励起光を受けるための結晶粒子21と、反射部材22とを含む。結晶粒子21は、導電部材3および他の結晶粒子21と電気的に接続される。反射部材22は、結晶粒子21の励起光の出射光路に設けられ、励起光を反射し、励起光の方向を変化させる役割を果たす。
As shown in FIG. 1, the
第1本体5は、半田付けにより基板1の1つの表面に固定されている。ここで、第1本体5は、鉄・ニッケル・コバルト合金である。本願の少なくとも1つの実施例においては、図1及び図4に示すように、第1本体5は、中空の四角枠体形状であり、且つ基板1の表面と共同で収容キャビティ8を形成している。レーザ結晶2は、収容キャビティ8内に収容される。もちろん、本実施形態では、第1本体5の外形を制限しない。第1本体5は、実際の必要に応じて中空の台体、円柱等の形状に設置されてもよい。
The
本願の少なくとも1つの実施形態において、基板1は、レーザ結晶2の実際の高さ需要に応じて、平板状または階段状に設けられてもよい。例えば、図1に示すように、基板1は、中央が高く、周縁が低い階段状に設けられていてもよく、レーザ結晶2は、基板1の中央に置かれるため、レーザ結晶2の高さがより高くなる。もちろん、基板1の中央部分と周辺エッジとの高さの差は、実際のニーズに応じて設けられてもよい。
In at least one embodiment of the present application, the
レーザ結晶2の数は、実際のニーズに応じて設けられればよく、1つ以上であってもよい。例えば、ある場合、図1に示すように、レーザ結晶2の数は、複数である。複数のレーザ結晶2は、結晶アレイを構成する。
The number of
導電部材3の材質としては、上記のレーザ半導体素子100のリードピンとして、レーザ結晶2に外部の正または負の電圧を印加し、レーザ結晶2が励起光を受光できるようにするために、鉄・ニッケル・コバルト合金材質を採用している。
As the material of the conductive member 3, iron, iron, or the like is used as the lead pin of the
本願の少なくとも1つの実施形態において、導電部材3を第1本体5に容易に装着するために、第1本体5の対向する2つの側面にはそれぞれ複数の挿通孔51を有している。上記の第1本体5は、例えば図1に示すように、その対向する両側に上記の挿通孔51が4個ずつ設けられているが、本願実施例においては、上記挿通孔51の数は制限されるものではない。導電部材3は、例えば長尺棒状に設けられ得るものであり、且つ挿通孔51の数と同じである。各導電部材3の一端が対応する1つの挿通孔51に挿通され、且つ収容キャビティ8において露出するとともに、各導電部材3の他端が第1本体5の外側に位置し、その後の使用時においてレーザ半導体素子100が外部回路と接続されるようになっている。
In at least one embodiment of the present application, two opposite sides of the
本願の少なくとも1つの実施形態において、導電部材3と第1本体5との間は、第1封止材4によって接続されて封止されてもよい。第1封止材4は、封止樹脂によって製造されてもよい。封止樹脂は、例えば、低温ガラスであってもよく、低溶解温度(例えば、溶解温度が300~400℃程度)、耐高圧(例えば、約10-9Paの高圧に耐え得る)、封止効果を達成できるという利点がある。導電部材3は、その第1本体5に挿着するための一端には第1封止材4が被せられ、さらに第1本体5の挿通孔51内に挿入される。このように、導電部材3が第1封止材4を介して、対応する挿通孔51内に挿着された際に、第1封止材4は、導電部材3と第1本体5との間の隙間を埋め、且つ、第1封止材4が溶融した後に、導電部材3と第1本体5とに密着し、シール効果がさらに向上する。
In at least one embodiment of the present application, the conductive member 3 and the
本願の少なくとも1つの実施形態において、導電部材3は対になって設けられている。一対の導電部材3は、それぞれ、第1本体5の両側に位置する。ここで、基板1におけるレーザ結晶2が1つである場合、レーザ結晶2は一対の導電部材3に対応し、レーザ結晶2と第1本体5の両側の導電部材3とは導線で電気的に接続される。レーザ結晶2が複数である場合、レーザ結晶2は、基板1において結晶アレイを構成する。各列のレーザ結晶2は、一対の導電部材3に対応する。同一列のレーザ結晶2同士の間が導線によって電気的に接続され、導電部材3に隣接するレーザ結晶2は、その隣の導電部材3と導線によって電気的に接続される。
In at least one embodiment of the present application, the conductive members 3 are provided in pairs. A pair of conductive members 3 are positioned on both sides of the
図2~図3を併せて参照すると、第2本体6は、第1本体5に被せられる。図1に示すように、第2本体6は、取付け枠61と、レンズ62と、第2封止材63とを備える。ここで、取付け枠61としては、鉄・ニッケル・コバルト合金が採用されている。本願の少なくとも1つの実施例においては、取付け枠61の外形は、限定されず第1本体5と係合して収容キャビティ8を覆うことができるものであれば、実際のニーズに応じて他の形状であってもよい。例えば、図1に示すように、本実施例では、取付け枠61は、前記第1本体5の形状に合わせて、収容キャビティ8を完全に覆い隠すことができるように四角形の外形をしている。
Referring also to FIGS. 2-3, the
取付け枠61と第1本体5との間は、レーザ溶接により接続されている。従来、ヒートフィラメント融解技術の溶接面は平面でなければならなく、且つ一定の面積の大きさを保つ必要があるため、溶接要求が高く、溶接要求に至らないと溶接ビードのシール性に直接影響する。レーザ溶接方式を採用することにより、素子の外形が制限を受けることなく、溶接ビードの気密性、技術の適用性において、従来多用されているヒートフィラメント融解技術と比較して顕著なメリットがある。
The
レンズ62は、取付け枠61の上方に重ねて設けられている。なお、取付け枠61は、その中心位置に、レンズ62とマッチングする形状の凹溝611が凹設されている。レンズ62は、凹溝611に収容され、凹溝611によって位置規制され、取付け枠61の上方に安定して取り付けられることが可能である。
The
レーザ結晶2の励起光がレンズ62に照射されるように、凹溝611の溝底には透かし部612が設けられている。透かし部612は、レーザ結晶2の励起光が透かし部612を透過してレンズ62に照射されるように、取付け枠61を貫いて設けられている。即ち、結晶粒子21が発生した励起光は、反射部材22によって反射されると、レンズ62に直射可能である。励起光は、レンズ62を通過した後に外部に放出される。
A
透かし部612は、少なくとも1つ設けられてもよい。即ち、透かし部612が1つしかない場合、基板1におけるレーザ結晶2の数は、少なくとも1つでもよい。基板1におけるレーザ結晶2の励起光は、同一の透かし部612から現れるレンズ部分に入射することになる。透かし部612が少なくとも2つである場合、レーザ結晶2の数は、透かし部612の数と同じであり、レーザ結晶2と透かし部612とがいずれもアレイ状に配置され、レーザ各レーザ結晶2がそれぞれ1つの透かし部612に対応する。レーザ結晶2ごとの励起光は、対応する透かし部612から現れるレンズ部分にそれぞれ入射する。
At least one
レンズ62と取付け枠61との間は、第2封止材63により連結及び密封されている。幾つかの実施例では、レンズ62には光学レンズが採用され得る。第2封止材63は、第1封止材4と同一の材料、例えばいずれも封止樹脂を採用することができる。封止樹脂は、例えば、低温ガラスなどであってよい。第2封止材63をレンズ62の外周縁に被せ、さらに、第2封止材63を被せたレンズ62を取付け枠61内に載置することにより、第2封止材63が取付け枠61とレンズ62との間の隙間を埋めるように作用する。また、第2封止材63は、熱溶着後に、取付け枠61とレンズ62とを更に貼り合わせることができ、シール効果が一層高くなる。
A
第1封止材4及び第2封止材63の材料としては、ともに封止樹脂が採用されており、封止樹脂が絶縁と封止作用を有するため、レーザ半導体素子100の気密性と安全性に有利である。
Sealing resin is used as a material for both the first sealing member 4 and the second sealing
一般的に用いられているレーザ半導体素子が採用する合金材料は、銅、アルミニウム等を含むため、一定の熱膨張係数を有する。そのため、レーザ半導体素子が湿度の大きい空気環境で使用される場合、金属材料は、自身の熱膨張性により、熱膨張冷縮が発生しやすく、封止性が保証されにくい。このように、しばらく使用した後、金属材料に熱膨張および冷収縮が起こりやすくなるだけでなく、その分、レーザ半導体素子の内部が接触する空気も熱膨張および冷収縮する。これにより、レーザ半導体素子の内部の空気が流れ、外界雰囲気の空気がレーザ半導体素子の中に持ち込まれ、外界雰囲気の空気中に水分、不純物等が含まれるため、レーザ半導体素子にダメージを与える可能性が高くなる。これに対して、本願では、第1本体5、導電部材3及び取付け枠61をいずれも低熱膨張係数の鉄・ニッケル・コバルト合金材料で作製することにより、レーザ半導体素子100に用いられる金属材料の熱膨張係数が大きく、素子の気密性に影響を及ぼすことが有効に回避される。
Alloy materials generally used in laser semiconductor devices contain copper, aluminum, etc., and therefore have a certain coefficient of thermal expansion. Therefore, when the laser semiconductor element is used in an air environment with high humidity, the metal material is likely to undergo thermal expansion and cold contraction due to its own thermal expansibility, making it difficult to ensure sealing performance. In this way, after being used for a while, not only does the metal material easily undergo thermal expansion and cold contraction, but also the air with which the inside of the laser semiconductor element is in contact thermally expands and contracts accordingly. As a result, the air inside the laser semiconductor element flows, and the air in the external atmosphere is brought into the laser semiconductor element, and the air in the external atmosphere contains moisture, impurities, etc., which can damage the laser semiconductor element. become more sexual. In contrast, in the present application, the first
従来の合金プレス等の方式では、通常、切断、打ち抜き等により所望の製品にする必要があり、合金の硬度が大きいため、金型の寿命への影響が避けられない。したがって、本願の少なくとも1つの実施形態においては、第1本体5、導電部材3及び取付け枠61を、粉末冶金で作製することにより、所望の形状に応じた形状の部品を直接作製することができ、より柔軟性に優れ、かつダイシングまたはプレスも不要であり、廃棄物の発生を避けることができる。
In conventional methods such as alloy pressing, it is usually necessary to form desired products by cutting, punching, etc., and the high hardness of the alloy inevitably affects the life of the mold. Therefore, in at least one embodiment of the present application, by fabricating the
また、レーザ半導体素子100の封止性能をより強くするために、図1乃至図3に示すように、レーザ半導体素子100は、パッケージ層7をさらに備えている。パッケージ層7は、第2本体6に被覆されていてもよい。パッケージ層7は、ガラス材料を用い、耐熱性、耐圧性及び封止性に優れ、UV接着剤等の接着剤により第2本体6に接着される。
In order to enhance the sealing performance of the
本願の少なくとも1つの実施形態では、パッケージ層7には集光部71が設けられており、集光部71は円弧状にすることができる。集光部71は、取付け枠61から離間して設けられている。この集光部71は、レンズ62を透過した励起光を集光し、レーザ半導体素子100の投影装置の光源部としての光強度を大きくすることができる。
In at least one embodiment of the present application, the package layer 7 is provided with a
幾つかの実施形態では、集光部71は、基板1におけるレーザ結晶2と同数存在している。各集光部71は、1つのレーザ結晶2に対応する。レーザ結晶2が1つである場合、集光部71は、レーザ結晶2によって生成される励起光の光路上に1つ配置されてもよい。レーザ結晶2が2つまたは複数である場合、集光部71は、結晶アレイに対応し、アレイを構成し、各集光部71は、それに対応するレーザ結晶2によって生成される励起光の光路にそれぞれ位置する。
In some embodiments, there are as
本願が提供するレーザ半導体素子100では、第1本体5、導電部材3及び取付け枠61はともに低熱膨張係数の鉄・ニッケル・コバルト合金を用い、第1封止材4及び第2封止材63としては、いずれも低熱膨張係数の封止樹脂が用いられ、取付け枠61と第1本体5との間をより密封性に優れたレーザ溶接方式により接続することにより、レーザ半導体素子100の気密性を効果的に向上させることができる。また、封止樹脂及び鉄・ニッケル・コバルト合金は、いずれも低熱膨張性を有し、互いの熱膨張係数の差が小さいため、異なる素子の材質の熱膨張係数差が大き過ぎることに起因する素子の位置ずれを回避できる。
In the
図4は、本願が提供するレーザ半導体素子100の製造方法のフローを示す図である。この方法は、上述のレーザ半導体素子100を製造するためのものであり、具体的には、以下の工程を備えている。
FIG. 4 is a diagram showing the flow of the method for manufacturing the
S1工程では、基板1の表面に、当該基板1と共同で収容キャビティ8を画成する第1本体5を取り付ける。
In step S1, a
本願の少なくとも1つの実施形態において、第1本体5は、鉄・ニッケル・コバルト合金材料により製造され、四角形の枠体形状とすることができる。基板1は、鉄、鉄合金もしくは銅などの金属材料、またはA1N(即ち、窒化アルミニウム)、SiC(即ち、炭化ケイ素)もしくはSi3N4(即ち、窒化ケイ素)などのセラミックス材料、またはこれらの金属材料とセラミックス材料との組成物から作製でき、その形状は平板状または中間突起の階段状に設計することができる。
In at least one embodiment of the present application, the
工程S1において、まず、第1本体5と基板1との接触部に銀銅ソルダペーストを塗布した後、第1本体5と基板1とを銀ろう付炉の中に載置し、温度が900℃~1000℃、気圧が10-9Paの真空雰囲気下で1h~2h焼成することにより、第1本体5が基板1に銀銅ソルダペーストによりろう付けされる。この真空焼成プロセスでは、銀銅ソルダペーストが不純物により化学的に反応して発生するガスを低減し、ガスが逃げて気孔が形成されて、第1本体5と基板1との接合部、即ち溶接の気密性を損なうことが回避される。
In step S1, first, after applying a silver-copper solder paste to the contact portion between the
工程S2では、第一本体5の側面に導電部材3を取り付ける。
1つ本願の少なくとも1つの実施形態において、導電部材3は、例えば長尺ロッド状の鉄・ニッケル・コバルト合金材料からなり、レーザ半導体素子100のピンとして機能する。
In step S<b>2 , the conductive member 3 is attached to the side surface of the first
In at least one embodiment of the present application, the conductive member 3 is made of, for example, a long rod-shaped iron-nickel-cobalt alloy material and functions as a pin of the
工程S2具体的な過程は、導電部材3における第1本体5と接続するための一端を第1封止材4で被覆し、この第1封止材4が被せられた導電部材3の一端を、第1本体5の対向する両側の挿通孔51に挿入する。この一端は、上記の収容キャビティ8において露出してレーザ、後にレーザ結晶2と電気的に接続する。導電部材3の他端は、第1本体5の外に位置して、後に外部回路と電気的に接続する。
The specific process of step S2 is to coat one end of the conductive member 3 for connection with the first
その後、導電部材3、第1封止材4及び第1本体5を900℃~1000℃の空気雰囲気中に放置して3h~4h焼成し、第1封止材4が溶融して冷却されるまで待つことにより、導電部材3と第1本体5との接続箇所を封止して、導電部材3を第1本体5に封止固定することができる。
After that, the conductive member 3, the first sealing material 4, and the first
工程S3では、レーザ結晶2を収容キャビティ8内に収容し、且つレーザ結晶2と導電部材3とをワイヤで接続する。
In step S3, the
工程S3の具体的な過程は、まず、収容キャビティ8内の基板1の表面に、発光源としてレーザ結晶2の結晶粒子21を載置する。レーザ結晶2の反射部材22を対応する結晶粒子21が発する励起光の光路にそれぞれ設置されている。これにより、各結晶粒子21が励起光を受けた後、励起光が対応する反射部材22に適切に入射して、反射される。その後、回線接続を行う。基板1におけるレーザ結晶2の数が1つである場合、レーザ結晶2の結晶粒子21と、第1本体5の両側の導電部材3とはワイヤによって接続されている。
The specific process of step S3 is as follows. First, the
基板1におけるレーザ結晶2の数が複数である場合、レーザ結晶2は基板1において結晶アレイを構成する。そのうち、同一列において2つずつ隣接するレーザ結晶2の結晶粒子21同士がワイヤで接続され、導電部材3に隣接するレーザ結晶2の結晶粒子21は隣接する導電部材3とワイヤで接続されている。
When the number of
工程S4では、レンズ62を取付け枠61に取り付けて、第2本体6を得る。
In step S4, the
本願の少なくとも1つの実施形態において、取付け枠61は、鉄・ニッケル・コバルト合金材料からなる。
In at least one embodiment of the present application, mounting
工程S4の具体的な過程は、取付け枠61に凹溝611を形成した後、凹溝611内に透かし部612を形成し、レンズ62の縁を第2封止材63で被覆した後、第2封止材63を被覆したレンズ62を凹溝611の中に収容するとともに、透かし部612から露出させる。次に、レンズ62、第2封止材63及び取付け枠61を共に400℃~500℃、10-9Paの真空雰囲気の中で1h~2h焼成し、第2封止材63が溶融して冷却されるまで待つだけで、取付け枠61とレンズ62との接続箇所が封止され、レンズ62の取付け枠61内への封止固定が図られる。
The specific process of step S4 is as follows: after forming a
工程S5では、収容キャビティ8を覆うように第2本体6を第1本体5に装着し、さらに、レーザ半導体素子100を得る。
In step S5, the
本願の少なくとも1つの実施形態において、取付け枠61の縁と第1本体5とをレーザ溶接により接続して、第2本体6を第1本体5に固定する。
In at least one embodiment of the present application, the edge of the mounting
また、シール効果を高めるために、上記の工程を終えた後に、工程S6を更に増やしてもよい。 Moreover, in order to enhance the sealing effect, step S6 may be added after the above steps.
具体的には、第2本体6の上方に、レンズ62が取付け枠61とパッケージ層7との間に位置するように、集光部71が設けられたパッケージ層7を覆う。ここで、集光部71は、取付け枠61から離反している。パッケージ層7は予め成形されており、実装時に、例えば、UV接着材などの接着剤によってパッケージ層7が前記第2本体6に固定されていればよい。パッケージ層7の実装後、レーザ結晶2の各々から発生した励起光は、レンズ62を透過した後、対応する集光部71によって集光され、その後のレーザ半導体素子100は、投影装置に適用される際に、より大きな光強度の光を提供することができる。
Specifically, above the
なお、前述の各方法実施例については、簡単に記述するために、一連の動作の組み合わせとして表現することとしたが、当業者は、本願が記述された動作順序に制限されることなく、本願によって、ある工程が他の順序を採用するかまたは同時に行われることが理解すべきである。 It should be noted that each of the above-described method embodiments is represented as a combination of a series of operations for the sake of simplicity of description, but those skilled in the art will appreciate that the present application is not limited to the order of operations in which the application is described. It should be understood that certain steps may adopt other sequences or be performed simultaneously.
以上述べた実施例は、本願の技術案を説明するためにのみ使用され、それを制限するものではない。前述の実施例を参照して本願を詳細に説明しているにもかかわらず、当業者は、前述の各実施例に記載されている技術案を補正したり、その技術的特徴の一部を同等に置換したりすることが可能である。これらの補正又は置換は、対応する発明の本質を本願発明の範囲から逸脱させるものではない。 The above-described embodiments are only used to describe the technical solution of the present application and are not intended to limit it. Although the present application has been described in detail with reference to the above-described embodiments, those skilled in the art may amend the technical solutions described in the above-described embodiments, or part of the technical features thereof. Equivalent replacement is possible. These amendments or replacements do not depart from the scope of the present invention from the essence of the corresponding invention.
100 レーザ半導体素子
1 基板
2 レーザ結晶
21 結晶粒子
22 反射部材
3 導電部材
4 第1封止材
5 第1本体
51 挿通孔
6 第2本体
61 取付け枠
611 凹溝
612 透かし部
62 レンズ
63 第2封止材
7 パッケージ層
71 集光部
8 収容キャビティ
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
前記第1本体は、前記基板に設けられ、且つ前記基板と共同で収容キャビティを形成し、
前記レーザ結晶は、前記収容キャビティ内に収容され、
前記導電部材は、前記第1本体に取り付けられ、且つ前記レーザ結晶と電気的に接続され、
前記第2本体は、前記収容キャビティを覆うように前記第1本体に設けられた取付け枠と、前記取付け枠に設けられたレンズとを含み、
前記第1本体、前記導電部材及び前記取付け枠は、いずれも鉄・ニッケル・コバルト合金であることを特徴とするレーザ半導体素子。 A laser semiconductor device comprising a substrate, a laser crystal, a conductive member, a first body, and a second body,
the first body is provided on the substrate and jointly forms a receiving cavity with the substrate;
the laser crystal is housed within the housing cavity;
the conductive member is attached to the first body and electrically connected to the laser crystal;
the second body includes a mounting frame provided on the first body so as to cover the housing cavity, and a lens provided on the mounting frame,
A laser semiconductor device, wherein the first body, the conductive member and the mounting frame are all made of an iron-nickel-cobalt alloy.
前記取付け枠には、前記レンズが収容される凹溝が凹設されており、
前記凹溝の溝底には、透かし部が設けられており、
前記透かし部が前記取付け枠を貫いて設けられるため、前記レーザ結晶の励起光が前記透かし部を透過して前記レンズに照射されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ半導体素子。 The mounting frame is fixed to the first body by laser welding,
The mounting frame is provided with a concave groove in which the lens is accommodated,
A watermark is provided on the groove bottom of the concave groove,
2. The laser semiconductor device according to claim 1, wherein said watermark portion is provided through said mounting frame, so that the excitation light of said laser crystal passes through said watermark portion and irradiates said lens.
前記基板における前記レーザ結晶が1つである場合、前記レーザ結晶は一対の前記導電部材に対応し、前記レーザ結晶は前記第1本体の両側の前記導電部材と電気的に接続され、
前記レーザ結晶が複数である場合、前記レーザ結晶は、前記基板において結晶アレイを構成し、各列の前記レーザ結晶は、一対の前記導電部材に対応し、
同一列且つ隣接する2つの前記レーザ結晶同士の間が電気的に接続され、前記導電部材に隣接する前記レーザ結晶は、その隣の前記導電部材と電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ半導体素子。 the conductive members are provided in pairs and located on both sides of the first body, respectively;
if there is one laser crystal on the substrate, the laser crystal corresponds to a pair of the conductive members, the laser crystal is electrically connected to the conductive members on both sides of the first body;
when there are a plurality of laser crystals, the laser crystals constitute a crystal array on the substrate, and each row of the laser crystals corresponds to a pair of the conductive members;
The laser crystals adjacent to each other in the same column are electrically connected to each other, and the laser crystal adjacent to the conductive member is electrically connected to the adjacent conductive member. Item 1. The laser semiconductor device according to item 1.
前記パッケージ層には集光部が設けられており、前記集光部は、前記取付け枠から離間して設けられ、
前記集光部は、前記基板における前記レーザ結晶と同数存在しており、且つそれに対応する前記レーザ結晶によって生成される励起光の光路に設置されることを特徴とする請求項6に記載のレーザ半導体素子。 further comprising a package layer coated on the upper surface of the second body;
The package layer is provided with a condensing part, the condensing part is provided apart from the mounting frame,
7. The laser according to claim 6, wherein said condensing parts are present in the same number as said laser crystals on said substrate, and are installed in the optical path of the excitation light generated by said corresponding laser crystals. semiconductor device.
基板の表面に、当該基板と共同で収容キャビティを画成し、且つ鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる第1本体を取り付ける工程と、
鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる導電部材を前記第1本体に装着する工程と、
前記収容キャビティ内にレーザ結晶を収容し、且つ前記レーザ結晶と前記導電部材とを電気的に接続する工程と、
鉄・ニッケル・コバルト合金材からなる取付け枠にレンズを取付けて第2本体を得る工程と、
前記収容キャビティを覆うように前記第1本体に前記第2本体を取り付けて、さらに前記レーザ半導体素子を得る工程と、
を含むことを特徴とするレーザ半導体素子の製造方法。 A method for manufacturing a laser semiconductor device,
attaching to the surface of the substrate a first body which jointly defines a receiving cavity with the substrate and is made of an iron-nickel-cobalt alloy material;
attaching a conductive member made of an iron-nickel-cobalt alloy material to the first body;
housing a laser crystal in the housing cavity and electrically connecting the laser crystal and the conductive member;
obtaining a second body by mounting a lens on a mounting frame made of an iron-nickel-cobalt alloy material;
attaching the second body to the first body so as to cover the receiving cavity to further obtain the laser semiconductor element;
A method for manufacturing a laser semiconductor device, comprising:
前記凹溝に前記レンズを前記透かし部から露出させつつ収容する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のレーザ半導体素子の製造方法。 forming a groove in the mounting frame and forming a watermark in the groove;
9. The method of manufacturing a laser semiconductor device according to claim 8, further comprising: housing the lens in the concave groove while exposing the lens from the watermark portion.
前記取付け枠と前記パッケージ層との間に前記レンズが位置するように、前記パッケージ層を前記第2本体に被覆させて、前記集光部を前記取付け枠から離間させている工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載のレーザ半導体素子の製造方法。 providing a package layer having a condensing part;
covering the second main body with the package layer such that the lens is positioned between the mounting frame and the package layer, and separating the condensing portion from the mounting frame;
9. The method of manufacturing a laser semiconductor device according to claim 8, further comprising:
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