JP3759064B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光半導体素子をパッケージングした光半導体装置に関し、特に組立工程を簡略化して生産性を高めた光半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体装置の代表的なものとしての半導体レーザ装置は、通常パッケージングしたレーザダイオードに対してリードを通して電流を供給してレーザ光を発光させ、パッケージの外部に向けて出射する構成である。このような半導体レーザ装置の汎用型の構成の一例を図２１に示す。金属材を加工して上面にポスト２０２を一体に立設したステム２０１を形成し、かつステム２０１には絶縁材２０３を用いて複数本のリード２０４を貫通支持させている。そして、ダイボンディング工程によりポスト２０２にレーザダイオードＬＤをマウントし、またこれに相対するステム２０１の上面にフォトダイオードＰＤをマウントする。次いで、ワイヤボンディング工程によりレーザダイオードＬＤ及びフォトダイオードＰＤを金属細線２０５を用いてステム２０１及びリード２０４に電気接続する。その上で、仮想線で示すように、前記ステム２０１の上面を覆うように開口窓を有する円筒状をしたキャップ２０６を被せ、その周縁部をステムに融着して半導体レーザ装置を組み立てている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体レーザ装置では、ステムを金属材の切削加工、あるいは各部分を溶接加工し、さらにはリードをガラス等によって絶縁支持して形成しているため、ステム自体の製造工程が多く、また、複数の半導体レーザ装置を一括して加工、組立することが困難で、コスト低減及び寸法精度を向上する上での障害になっている。また、個別部品として形成したステムに対してレーザダイオードやフォトダイオードをマウントする工程が必要であるため、ステムの取り扱い、特にダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、キャップ溶着工程の各工程装置に対してステムをロード、アンロードし、さらに各工程装置においてステムを位置決めする等の処理が必要となり、そのために生産性が低く、コスト低減が一層困難なものとなる。また、ステムの位置決め精度が低いとダイボンディングやワイヤボンディング精度も低くなり、高品質の半導体レーザ装置を得ることが困難になる。
【０００４】
このような問題に対し、特開２００１−７７２６２公報では、図２２に示すように、ステムの製造工程を簡略化した技術（以下、第１の公知技術と称する）が提案されている。この第１の公知技術では金属板をプレス加工してステム３０１の外郭となる円筒部３０２及びフランジ部３０３と、円筒部３０２の上縁部の一部に設けた切片を曲げ起こしたマウント部３０４とを一体に形成し、この円筒部３０２内に樹脂等の絶縁材３０５を充填してステム３０１を形成するとともに、この絶縁材３０５によってリード３０６を貫通状態に支持させる。そして、前記マウント部３０４にサブマウント３０７を取着し、さらにその上にレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤをマウントし、これらレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤを金属細線３０８によってリード３０６にワイヤボンディングしたものである。この第１の公知技術によれば、ステムの製造が容易になるとともに寸法精度を向上する上で図２１に示した技術に比較して有利である。しかしながら、レーザダイオードのダイボンディング工程やワイヤボンディング工程、さらにキャップ溶着工程については図２１の技術と同様に個別部品に対する処理であるため、生産性やコスト低減の問題を改善するまでには至っていない。
【０００５】
また、特開２００１−６８７７８公報にはリードフレームを利用した技術（以下、第２の公知技術と称する）が提案されている。この第２の公知技術では、一部の工程については明確ではないが、図２３に示すように、図には表れないリードフレームで構成されるリード３０１に対して、これらを包含する状態で樹脂等により薄い箱型のパッケージ３０２を形成した上で、当該パッケージ３０２内に露呈されているリード３０１の一部にフォトダイオードＰＤを形成したサブマウント３０３を設けてレーザダイオードＬＤを搭載し、当該レーザダイオードＬＤやフォトダイオードＰＤとリード３０１の他のリードとを柔軟な配線３０４によって電気接続した構成である。この第２の公知技術では、リードフレームは金属板材をプレス加工等によって形成することが可能であるため製造が容易になるとともに寸法精度を向上する上で有利ではあるが、この場合にはパッケージの形状は第２の公知技術に記載のようなフラット型のパッケージに限られることになり、図２０や図２１に示した半導体レーザ装置や第１の公知技術のようないわゆるキャン型の半導体レーザ装置を形成することは困難になる。そのため、キャン型に比較して放熱性が低くなり品質上の問題が生じるとともに、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器への適用が難しく、光学機器側での設計変更が必要になる等の新たな問題が生じることになる。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような問題を解消し、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置等で代表される光半導体装置とその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、平板状のフランジと、光半導体素子を搭載したアイランドと、光半導体素子に電気接続されるリードとが同一導電材料で形成され、アイランドとリードはフランジに対して垂直な同一平面上に延在され、フランジのアイランドが存在する側と反対側の全面にわたって絶縁性ベースが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光半導体装置では、次の形態とすることが好ましい。
（Ａ）絶縁性ベースはフランジの外形形状とほぼ同じ形状である。
（Ｂ）リードは絶縁性ベースを貫通した状態に支持され、アイランド側のインナー部において光半導体素子にワイヤボンディングされる。
（Ｃ）フランジは一側辺を切り欠いた円形、あるいは両側辺を切り欠いた円形の外形状とされる。
（Ｄ）フランジは絶縁性ベースの表面に露出される。
（Ｅ）少なくともフランジ上に光半導体素子、リードのインナ部等を覆うように被せられ、かつ光半導体装置の光軸上に開口窓を有するキャップが接着される。
（Ｆ）キャップは金属あるいは樹脂からなる円筒容器状あるいは半円筒容器状に形成される。
（Ｇ）キャップの周囲にはフランジが露出状態に延在される。
（Ｈ）光半導体素子はレーザダイオード、発光ダイオード、フォトダイオードのいずれか又はこれらの組み合わせである。
【０００９】
本発明の光半導体装置の製造方法は、フランジとアイランド及びリードが一体化されたリードフレームを用意し、前記アイランドに光半導体素子をダイボンディングする工程と、前記アイランドとリードが前記フランジに対して垂直な同一平面上に延在されるように曲げ加工する工程と、前記フランジの前記アイランドが存在する側と反対側の全面に絶縁性ベースを形成する工程と、前記リードとフランジとを前記リードフレームから切断分離する工程と、前記光半導体素子と前記リードとをワイヤボンディングする工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の製造方法では、次の工程を含むことが好ましい。
（ａ）フランジに樹脂モールド法により樹脂製の絶縁性ベースを一体に形成する。
（ｂ）アイランドに光半導体素子をダイボンディングした後に前記曲げ加工する。
（ｃ）曲げ加工する工程の後にアイランドに光半導体素子をダイボンディングする。
（ｄ）フランジ上にアイランド、リード等を覆うキャップを接着する工程を含んでいる。
（ｅ）フランジをフレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工する。
（ｆ）アイランド及びリードをフレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工する。
（ｇ）前記（ｅ）の場合に、リードフレームの一部を切り欠いた開口を設け、当該開口に対して垂直な方向に曲げ形成されたフランジに対し、リードフレームの平面方向に沿った当該開口側からキャップを被せて接着を行う。
【００１１】
本発明の光半導体装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ加工工程、絶縁性ベースの形成工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離する工程をリードフレーム状態でのバッチ処理で行うことができる。これにより、製造の自動組立が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【００１２】
また、本発明の製造方法によって製造される本発明の光半導体装置は、パッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能になる。また、フランジ及びアイランドは一体に形成されているので光半導体素子で発生した熱をアイランドからフランジにまで伝達して高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにダイボンディングするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理し、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。また、フランジの全面に絶縁性ベースが形成されるのでフランジの機械的な強度が確保される。さらに、アイランドとリードは平行であるので、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明を半導体レーザ装置に適用した実施形態の一部を破断した斜視図である。この半導体レーザ装置１は、所要の厚さのＣｕ（銅）板をプレス加工により形成したリードフレームから切り離されたリード構体１０１を有しており、このリード構体１０１は、円周一部を切り欠いた円形に近い外形状のフランジ１０２と、前記フランジ１０２のほぼ中央部分に位置された矩形をしたアイランド１０３と、前記アイランド１０３の下辺から下方に伸びる１本のリード１０４及びアイランドの両側において下方に伸びる３本のリード１０５ａ〜１０５ｃを備えており、前記フランジ１０２は水平方向に向けられ、アイランド１０３及び各リード１０４，１０５ａ〜１０５ｃはほぼ垂直方向に向けられている。そして、前記フランジ１０２には下面に沿って一体に樹脂がモールド成形された円形板状の樹脂ベース１１０が形成され、この樹脂ベース１１０によって前記フランジ１０２の機械的な強度を保持するとともに、前記アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２に対して絶縁した状態で支持している。
【００１４】
前記アイランド１０３には２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤがダイボンディングによってマウントされるとともに、これらレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤは金属細線１１１によって前記リード１０５ａ〜１０５ｃとの間にワイヤボンディングされている。この実施形態では、アイランド１０３上には２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んで搭載したフォトダイオードＰＤがマウントされている。各レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は発光するレーザ光の波長が異なるレーザダイオードであり、ここでは一方のレーザダイオードＬＤ１からはＣＤ用のレーザ光が出射され、他方のレーザダイオードＬＤ２からはＤＶＤ用のレーザ光が出射されるコンパチブルな半導体レーザ装置として構成した例を示している。また、フォトダイオードＰＤは各レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で発光されたレーザ光を受光してモニタするためののものである。
【００１５】
その上で前記フランジ１０２上には前記アイランド１０３及び各リード１０５ａ〜１０５ｃのインナー部を覆うように円筒容器状のキャップ１２０が被せられ、かつその周縁部において接着剤等によってフランジ１０２に接着されている。前記キャップ１２０の上面には前記レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から出射されるレーザ光を透過させるための開口窓１２１が開けられている。また、前記フランジ１０２に接着されたキャップ１２０の周囲一部には前記フランジ１２０の周縁部の上面が露出されており、当該半導体レーザ装置１を光学機器に実装する際の基準面として構成されている。
【００１６】
次に、以上の構成の半導体レーザ装置１の製造方法について説明する。本発明では所定長さの短冊状をしたリードフレーム１００に対して複数個の半導体レーザ装置をバッチ処理により製造することが可能であり、このリードフレーム１００は、図２に示すように、Ｃｕ板をプレス加工、あるいはエッチング加工して形成されており、長さ方向に複数個のリード構体１０１を連ねて形成されている。ここでは複数個のリード構体のうち、２つのリード構体１０１のみを図示しており、各リード構体１０１は、矩形の枠状をしたフレーム１００Ａの内部に、外形状が円周一部を切り欠いた円形をしたフランジ１０２と、前記フランジ１０２の内部に位置された微小矩形のアイランド１０３と、前記アイランド１０３の下辺の一部からリードフレームの長手方向と垂直な方向に真直に延長されてそれぞれ逆Ｌ字型をした連結片１０６によって前記フランジに連結された１本の長いリード１０４と、前記アイランド１０３の両側辺から両側に突出された一対の連結片１０７によって前記アイランド１０３に連結され、前記長いリード１０４と平行に延長された３本の短いリード１０５ａ〜１０５ｃが形成されている。また、前記フランジ１０２は長手方向の両端部においてクランク状をした一対の連結片１０８によって前記フレーム１００Ａに連結されている。
【００１７】
図３は前記リードフレーム１００を利用して半導体レーザ装置を組み立てる製造装置のブロック構成図である。前記リードフレーム１００を供給するローダ部Ｓ１と、供給されたリードフレーム１００に対してレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤをマウントするダイボンディング部Ｓ２と、前記マウントが完了したリードフレーム１００を曲げ加工する曲げ加工部Ｓ３と、曲げ加工されたリードフレーム１００に樹脂をモールド成形する樹脂モールド部Ｓ４と、リードを連結していた連結片１０７を切断除去する切断部Ｓ５と、切断したリードと前記レーザダイオード及びフォトダイオードを金属細線で接続するワイヤボンディング部Ｓ６と、各リード構体１０１をリードフレーム１００のフレーム１００Ａから切断分離して個々の個片に分離する個片分離部Ｓ７と、分離した個々のリード構体１０１に対してキャップ１２０を接着するキャップ接着部Ｓ８と、キャップを接着して組立が完成された半導体レーザ装置を取り出すアンローダ部Ｓ９とを備えている。
【００１８】
図４〜図１０は、図２に示したリードフレーム１００を図３に示した組立装置により図１の半導体レーザ装置１を組み立てる第１の実施形態の製造方法を模式的に示す工程図である。先ず、ローダ部Ｓ１からダイボンディング部Ｓ２に供給されてきたリードフレーム１００は、図４に平面図と正面図を示すように、各リード構体１０１の平面状態が保たれたままアイランド１０３にフォトダイオードＰＤをマウントする。この実施形態では、前記したようにフォトダイオードＰＤには予め２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んで搭載している。このダイボンディングでは熱抵抗低減のためにハードソルダ系での金属接合によりマウントが行われる。
【００１９】
次いで、ダイボンディング部Ｓ２から曲げ加工部Ｓ３に移動されたリードフレーム１００は、図５に平面図と正面図を示すように、各リード構体１０１においてフランジ１０２を両側においてフレーム１００Ａに連結している連結片１０８を立面方向に捩じり曲げ加工を施し、フランジ１０２をフレーム１００Ａ面に対して９０度の角度で曲げ起こす。したがって、アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃはフレーム１００Ａの面と同一平面上に保持されるが、フランジ１０２に対しては相対的に９０度の角度方向に向けられることになる。
【００２０】
次いで、曲げ加工部Ｓ３から樹脂モールド部Ｓ４に移動されたリードフレーム１００は、樹脂モールド部Ｓ４に設けられた図外の成形用金型内にセットされ、図６に平面図と正面図を示すように、樹脂モールドが行われる。ここでは、成形用金型は一対の金型がフレーム１００Ａの面と平行な両方向からフレームと干渉しないように移動されてフランジ１０２を両面から挟持するようにセットが行われ、当該成形用金型のキャビティに樹脂が注入されて樹脂モールドが行われる。このとき、当該成形用金型はフランジ１０２の一方の面、すなわちアイランド１０３が存在する側と反対側の面側にのみにフランジ１０２の外形に沿った薄い円形のキャビティが形成されるため、モールド成形される樹脂ベース１１０はフランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状に形成される。これにより、フランジ１０２は樹脂ベース１１０と一体化されてその機械的な強度が高められる。また、同時にアイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃは当該樹脂ベース１１０によってフランジ１０２と共に一体的に支持されることになり、特に３本のリード１０５ａ〜１０５ｃは樹脂ベース１１０の上面側にインナー部が突出した状態で、また各リード１０４，１０５ａ〜１０５ｃは樹脂ベース１１０の下面側にアウター部が突出した状態で支持されることになる。なお、フランジ１０２の他方の面は樹脂ベース１１０の片側に露出された状態とされる。
【００２１】
次いで、リードフレーム１００は樹脂モールド部Ｓ４から切断部Ｓ５に移動され、ここで図７に平面図を示すように、アイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断する。これにより、短い３本のリード１０５ａ〜１０５ｃはアイランド１０３から切り離され、それぞれ機械的、電気的に独立したものとなる。また、各リード１０５ａ〜１０５ｃはアイランド１０３から切り離されても樹脂ベース１１０によって支持されている状態は保たれる。また、長いリード１０４はアイランド１０３及びフランジ１０２と連結した状態に保たれている。
【００２２】
次いで、リードフレーム１００は切断部Ｓ５からワイヤボンディング部Ｓ６に移動され、ここで図８に平面図を示すように、アイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。アイランド面、すなわちレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤの電極面はフレーム１００Ａの面と平行であるため、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することができる。これにより、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤを３本のリード１０５ａ〜１０５ｃの各インナー部に対してそれぞれ金属細線１１１によって電気接続する。
【００２３】
次いで、リードフレーム１００は個片分離部Ｓ７に移動され、ここで図９に示すように、リードフレーム１００のフレーム１００Ａから各リード構体１０１を切り離す。この切り離しに際しては、フランジ１０２の両側の連結片１０８において切離しを行う。この切り離しによりリードフレーム１００の各フレーム１００Ａにおいてそれぞれのリード構体１０１が個片に分離される。
【００２４】
しかる後、分離された個片の各リード構体１０１はキャップ接着部Ｓ８にそれぞれ移動され、図１０に示すように、フランジ１０２の上面側に前記アイランド１０３及びリード１０５ａ〜１０５ｃのインナ部を覆うようにキャップ１２０、ここでは金属あるいは樹脂からなる円筒容器状をしたキャップを被せ、当該キャップ１２０の開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。なお、フランジ１０２が存在しない箇所では樹脂ベース１１０の上面に接着する。キャップ１２０は図１に示したように上面に開口窓１２１が設けられており、この開口窓１２１を通して前記アイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から出射した光を外部に射出することが可能とされている。また、キャップ１２０の外径寸法はフランジ１０２の径寸法よりも若干短くされているため、キャップ１２０の開口縁の周囲にはフランジ１０２の金属面が露出された状態とされる。これにより、図１に示した半導体レーザ装置１が完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００２５】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ工程、モールド樹脂工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離するまでの工程まではリードフレーム状態での処理が可能である。そして、リード構体を個片に切断分離した後のキャップ接着工程についてのみこれまでと同様な個別部品に対する処理を行えばよい。そのため、複数のリード構体に対してリードフレーム単位でのバッチ処理ないしは連続処理が可能となり、しかもリードフレームの位置決め穴を利用しての搬送、位置決めが可能となる。これにより、組立の自動化が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【００２６】
また、このような高生産性、高品質が得られる一方で、組立られる半導体レーザ装置はパッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である。また、この場合、フランジ及びアイランドはリードフレームに一体に形成されて単に曲げ形成されている構成であるため、レーザダイオードで発生した熱をアイランドからリード及び連結片を介してフランジにまで伝達し、さらにキャップを通して放熱することが可能となり、高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにマウントするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理することも可能であり、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００２７】
図１１は本発明の第２の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。なお、以降の実施形態において第１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態では同図（ａ）に示すように、リードフレーム１００−１のフレーム１００Ａはリードフレームの長手方向に沿う一辺、特にフランジ１０２に対してアイランド１０３が配置される側の一辺が除去され、この領域に開口部１００ａが形成されているものを使用する。そして、このリードフレーム１００−１に対し、図１２に示すように、前記第１の実施形態での組立装置と同様な組立装置を用いて組み立てを行う。ただし、この実施形態ではワイヤボンディング部Ｓ６の直後にキャップ接着部Ｓ８が配置され、このキャップ接着部Ｓ８の直後に個片分離部Ｓ７が配置された構成となっている。すなわち、リードフレーム１００−１を供給するローダ部Ｓ１と、供給されたリードフレームに対してレーザダイオード及びフォトダイオードをマウントするダイボンディング部Ｓ２と、前記マウントが完了したリードフレームを曲げ加工する曲げ加工部Ｓ３と、曲げ加工されたリードフレームに樹脂をモールド成形する樹脂モールド部Ｓ４と、リードを連結していた連結片を切断除去する切断部Ｓ５と、切断したリードと前記レーザダイオード及びフォトダイオードを金属細線で接続するワイヤボンディング部Ｓ６と、リードフレーム上の各リード構体に対してキャップを接着するキャップ接着部Ｓ８と、リード構体をリードフレームのフレームから切断分離して個々の個片に分離する個片分離部Ｓ７と、個片に分離された半導体レーザ装置を取り出すアンローダ部Ｓ９とを備えている。
【００２８】
そして、図１１（ｂ）に示すように、ローダ部Ｓ１から供給されてきたリードフレーム１００−１に対してダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したフォトダイオードＰＤをマウントし、次いで、曲げ加工部Ｓ３においてフランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工して、フランジ１０２をフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こし、その上で樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。さらに、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離し、続いて、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。この工程は第１の実施形態の図５〜図８に示したと同様である。
【００２９】
しかる後、リードフレーム１００−１は第１の実施形態における個片分離部Ｓ７を経ることなくキャップ接着部Ｓ８に移動され、図１１（ｃ）に示すように、フランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。このとき、リードフレームのフレーム１００Ａは一辺側に開口１００ａが確保されているため、この開口１００ａを通してキャップ１２０をフランジ１０２の上面側に移動し、かつ当接させることが可能になる。そして、以降の図示は省略するが、キャップ１２０をフランジ１０２に固定した後、リードフレーム１００−１を個片分離部Ｓ７に移動し、ここでフランジ１０２の両側の連結片１０８を切断し、リード構体１０１をフレーム１００Ａから切断分離することにより個別化された図１に示した半導体レーザ装置１と同じが完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３０】
以上のように、第２の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、ダイボンディング工程からキャップ接着工程及び個片分離工程までの全ての工程にわたってリードフレーム状態での処理が可能である。そのため、複数のリード構体に対するリードフレーム単位でのバッチ処理ないしは連続処理を全ての工程にわたって行うことができ、第１の実施形態に比較してさらに生産性の高い半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。なお、製造された半導体レーザ装置は第１の実施形態の場合と同じであるので、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である一方で、高い放熱性を得ることができ、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００３１】
図１３は本発明の第３の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。この実施形態ではリードフレーム１００−２は第１の実施形態のリードフレーム１００とほぼ同じであるが、リード１０４についてはフレーム１００Ａから分離された構成のものを用いている。また、このリードフレーム１００−２に対し、前記第２の実施形態での組立装置と同様な組立装置を用いて組み立てを行う。ただし、この実施形態では曲げ加工部Ｓ３においては、フランジ１０２を曲げ加工するのではなく、アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフレーム１００Ａに対して曲げ加工するように構成されている。
【００３２】
すなわち、ローダ部Ｓ１から供給されてきた図１３（ａ）に示すリードフレーム１００−２に対して、図１３（ｂ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したフォトダイオードＰＤをマウントし、次いで、曲げ加工部Ｓ３において連結片１０６を捩じり曲げ加工し、アイランド１０３及びリード１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２及びフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。しかる後、前記各実施形態と同様に、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。この樹脂モールドではフランジ１０２はフレーム１００Ａと同じ平面上にあるのでリードフレーム１００−２の平面の上下方向から成形用金型を挟持させるようにして樹脂モールドを行うことができる。次いで、図１３（ｃ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離す。その上で、リードフレーム１００−２はワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。なお、このワイヤボンディングではリードフレーム１００−２を立面方向に向けた状態で行うことになる。
【００３３】
しかる後、リードフレーム１００−２はキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側にキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。このとき、フランジ１０２はフレーム１００Ａと同じ平面上にあるのでリードフレーム１００−２を平面状態に保持して上側からキャップ１２０をフランジ１０２の上面側に移動し、かつ当接させることが可能になる。そして、キャップ１２０を固定した後、リードフレーム１００−２を個片分離部Ｓ７に移動し、ここで図示は省略するがフランジ１０２の両側の連結片１０８を切断し、リード構体１０１をフレーム１００Ａから切断分離することにより個別化された図１に示した半導体レーザ装置が完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３４】
以上のように、第３の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、第２の実施形態と同様に、ダイボンディング工程からキャップ接着工程及び個片分離工程までの全ての工程にわたってリードフレーム状態での処理が可能であり、生産性の高い半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。また、製造された半導体レーザ装置は第１及び第２の実施形態の場合と同じであるので、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である一方で、高い放熱性を得ることができ、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００３５】
図１４は本発明の第４の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。この実施形態は前記第１ないし第３の実施形態におけるダイボンディング工程を切断工程の後に行うようにしたものである。なお、製造装置のブロック構成については図３に示した装置の順序が入れ代わるのみであるので図示は省略する。ここで第１の実施形態のリードフレーム１００に適用した場合を説明すると、ローダ部Ｓ１から供給されてきたリードフレーム１００を曲げ加工部Ｓ３において図１４（ａ）に示すように、フランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工し、リードフレーム１００のフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。次いで、図１４（ｂ）に示すように、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドが行われ、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０が形成される。次いで、図１４（ｃ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみが切断され、各リード１０５ａ〜１０５ｃはアイランドから切り離される。次いで、図１４（ｄ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載しているフォトダイオードＰＤをダイボンディングする。以降の工程は第１の実施形態と同様であるので図示は省略するが、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。
【００３６】
しかる後、リードフレーム１００を個片分離部においてリード構体１０１を個片に切断分離した後、キャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側にキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着し、図１に示した半導体レーザ装置が完成される。完成された半導体レーザ装置は、その後アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３７】
以上のように、第４の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、フランジを曲げ形成し、かつ樹脂ベースをモールド成形し、さらに連結部を切断した後に、アイランドにレーザダイオード及びフォトダイオードをダイボンディングしているので、前記第１ないし第３の実施形態のように、ダイボンディングした後に曲げ加工、切断を行うことがなく、レーザダイオードやフォトダイオードに対する工程途中でのダメージを防止することができ、製造歩留りを向上することができる。
【００３８】
図１５はリードフレームのリード構体の変形例を示す第５の実施形態を示す図である。この実施形態では、図１５（ａ）に示すように、フランジ１０２、アイランド１０３の構成は前記各実施形態と同じであるが、アイランド１０３の両側から両方向に突出した逆Ｌ字型の連結片１０７によってアイランド１０３をフランジ１０２に連結するとともに、前記連結片１０７から４本のリード１０５ａ〜１０５ｄをほぼ平行に延長したものである。このリードフレームを用いた半導体レーザ装置の組み立て方法は第１の実施形態と同じあり、図１５（ｂ）のように、フランジ１０２を曲げ加工し、樹脂ベース１１０を形成した後、切断部Ｓ５において連結片１０７の切断を行うが、ここでは図１５（ｃ）示すように、前記連結片１０７はアイランド１０３を支持するために残しており、当該連結片１０７と前記各リード１０５ａ〜１０５ｄとの接続箇所において切断分離する構成がとられている。その後の工程も第１の実施形態と同様であり、図１５（ｄ）のように金属細線１１１をワイヤボンディングし、キャップ１２０を接着することにより半導体レーザ装置を完成する。この実施形態では、リードフレームにおける４本のリードを等間隔でかつ平行に延長配置することが可能であり、半導体レーザ装置を光学機器に実装する際の自由度を高めることが可能になる。
【００３９】
図１６はフォトダイオードをフランジの一部にマウントした第６の実施形態を示す図である。この実施形態では、図１６（ａ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３に２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んでマウントする。この際レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の下には金属体からなるヒートシンクＨを同時にマウントし、ハードソルダ系による金属接合により行う。次いで、曲げ加工部Ｓ３においてフランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工し、フレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こし、さらに、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。次いで、図１６（ｂ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７を切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離す。次いで、図１６（ｄ）に示すように、フランジ１０２の一部、ここではアイランド１０３から延長されているリード１０４上にフォトダイオードＰＤをマウントする。このマウントではＡｇペースト等の導電性樹脂接着剤を用いる。なお、この際フォトダイオードＰＤの下に戻り光低減のため角度付の導電体を同時にマウントしてもよい。次いで、図１６（ｄ）に示すように、ワイヤボンディング部Ｓ６においてレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを行って金属細線１１１を接続する。しかる後、図示は省略するが、リード構体を個片分離部において個片に切断分離し、さらにキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。これにより、半導体レーザ装置が完成される。
【００４０】
この第６の実施形態では、レーザダイオードとフォトダイオードを異なる手法でマウントすることが可能であり、したがって、前述のようにレーザダイオードをヒートシンクを介してマウントすることで放熱性を高めることができる一方で、フォトダイオードは同時にマウントした導電体によって戻り光を低減し受光効率を向上させることが可能になる。なお、この実施形態の場合、フォトダイオードのダイボンディングは連結片を切断する前工程において行ってもよい。
【００４１】
図１７及び図１８は本発明を半導体受光装置に適用した参照例としての第７の実施形態を示す図である。この実施形態ではリードフレームのリード構体におけるアイランド及びリードの形状が前記各実施形態とは異なる他は基本的には同じである。すなわち、この実施形態では、図１７（ａ）に示すように、アイランド１０３が比較的に大きな面積に形成されるとともにフランジ１０２と連続した状態で一体化されたリードフレーム１００−３を用いており、図１７（ｂ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にフォトダイオードＰＤをマウントする。次いで、図１７（ｃ）に示すように、曲げ加工部Ｓ３においてアイランド１０３の両側において連結片１０７によりフランジ１０２に連結されているリード１０５ｅ，１０５ｆを立面方向に捩じり曲げ加工し、リードフレーム１００−３のフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。
【００４２】
次いで、図１８（ａ）に平面図と正面図を示すように、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。次いで、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７の一方（同図では右側）を切断し、切断した側のリード１０５ｆをアイランドから切り離す。次いで、図１８（ｂ）に平面図と正面図を示すように、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のフォトダイオードＰＤと切断した側のリード１０５ｆとを金属細線１１１で接続する。しかる後、図１８（ｃ）に平面図と正面図を示すように、リード構体を個片分離部Ｓ７において個片に切断分離し、さらにキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。これにより、半導体受光装置が完成される。
【００４３】
この第７の実施形態による半導体受光装置においては、半導体レーザ装置と同様に生産性が向上でき、高品質が得られる優れた半導体受光装置として構成することが可能である。
【００４４】
図１９は本発明を小型半導体レーザ装置に適用した第８の実施形態である。図１９（ａ）に示すように、リードフレーム１００−４のリード構体は一部の形状、特にフランジ１０２の形状として両側辺が切り欠かれた円形の外形状とされている他は大略において第１の実施形態のリードフレームと同じである。しかる上で、図１９（ｂ）に示すように、アイランド１０３にフォトダイオードＰＤとレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２をマウントした後、アイランド１０３とこれに連結片１０７を介して接続されているリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２に対して９０度曲げ加工する。続いて、フランジ１０２に樹脂ベース（図示せず）を形成した後、アイランド１０３とリード１０５ａ〜１０５ｃとを連結している連結片１０７を切断する。その後、図１９（ｃ）に示すように、フォトダイオードＰＤ及びレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２をリード１０５ａ〜１０５ｃに金属細線１１１でワイヤボンディングし、さらにここでは連結片１０８をフレーム１００Ａから切断して個片に分離した後、矩形をしたキャップ１２０Ａを接着する。このとき、樹脂ベースの下面に突出されているリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃを樹脂ベースの底面に沿って曲げ加工し、他の接地側のリード１０４と平行に向けてもよい。
【００４５】
この第８の実施形態では、フランジの形状が両側辺において切り欠いているため、図１９（ｃ）のように図面の上下方向の寸法Ｄを低減することができ、前記した各実施形態に比較して幅寸法を低減することが可能となり、本半導体レーザ装置を実装する場合の取付筐体の高さに制限を受けることが少なくなる。また、各リードをフランジに沿って水平方向に曲げることで全体として薄型化を図ることができる。勿論、各リードを垂直方向に延長したままで構成することが可能であることは言うまでもない。
【００４６】
ここで、前記各実施形態では、フランジ上に接着されるキャップは円筒状あるいは矩形の容器状に形成した例を示しているが、この形状に限定されるものではない。すなわち、前記各実施形態でのキャップは光半導体素子及びこれに接続される金属細線やリードを機械的な外力から保護するために設けられているものであるため、少なくとも光半導体素子をマウントした側にキャップを配設すればその目的を達成することが可能である。図２０は前記第１の実施形態に適用した例であり、フォトダイオードＰＤ、半導体レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したアイランド１０３の表面側においてのみ、これらの素子、アイランド１０３、金属細線１１１及び各リード１０５ａ〜１０４ａのインナー部を覆うように半円筒状のキャップ１２０Ｂをフランジ１０２上に接着している。このようなキャップを用いることにより、第１の実施形態の製造方法においては、図８に示したワイヤボンディング工程の直後にリード構体１０１をフレーム１００Ａから個片に分離する前にフランジ１０２にキャップ１２０Ｂを接着することが可能になり、第２の実施形態の場合と同様に個片状態での製造工程を無くすことができ、製造の自動化を図る上で有効である。
【００４７】
以上各実施形態について説明したが、本発明におけるリードフレームは、組立工程の途中でフランジ或いはアイランドとリードを９０度曲げ加工することが必要であるため、この曲げ加工によっても曲げた部分がフレームから裂断されることがないようにある程度の強度を有する材料で用いることが必要である。前記実施形態ではＣｕを用いたが、その他に４２アロイ、アルミニウム、アルミニウム合金等の他の金属材料を用いることも可能である。また、前記リードフレームの形状、特にフレーム内に形成されるリード構体を構成するフランジ、アイランド、リードの形状は前記各実施形態に限られるものではなく、また寸法についても要求される光半導体装置に対応して任意の形状、寸法に構成できるものであることは言うまでもない。
【００４８】
また、前記各実施形態では上面に開口部を設けたキャップを用いた例を示しているが、当該開口部に集光レンズを配設して内部を封止した構造とすることも可能である。また、特にキャップを被せることがない光半導体装置として構成することも可能である。さらに、前記アイランドに搭載する光半導体素子については前記各実施形態の構成に限定されるものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光半導体装置は、パッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能になる。また、フランジ及びアイランドは一体に形成されているので光半導体素子で発生した熱をアイランドからフランジにまで伝達して高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにダイボンディングするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理し、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。また、フランジの全面に絶縁性ベースが形成されるのでフランジの機械的な強度が確保される。さらに、アイランドとリードは平行であるので、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することが可能である。
【００５０】
また、本発明の光半導体装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ加工工程、絶縁性ベースの形成工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離する工程をリードフレーム状態でのバッチ処理で行うことができる。これにより、製造の自動組立が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体レーザ装置の第１の実施形態の一部を破断した斜視図である。
【図２】第１の実施形態で用いられるリードフレームの２つのフレームを示す図である。
【図３】第１の実施形態の製造装置のブロック構成図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法の工程１の平面図と側面図である。
【図５】第１の実施形態の製造方法の工程２の平面図と側面図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法の工程３の平面図と側面図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法の工程４の平面図と側面図である。
【図８】第１の実施形態の製造方法の工程５の平面図と側面図である。
【図９】第１の実施形態の製造方法の工程６の平面図と側面図である。
【図１０】第１の実施形態の製造方法の工程７の平面図と側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を工程順に示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の製造装置を示すブロック構成図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を工程順に示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態を工程順に示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態を工程順に示す図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態を工程順に示す図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の工程前半の平面図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の工程後半の平面図と正面図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態を工程順に示す図である。
【図２０】異なるキャップを接着した第１の実施形態の変形例の斜視図である。
【図２１】従来の半導体レーザ装置の一例の斜視図である。
【図２２】従来の異なる半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２３】従来の更に異なる半導体レーザ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１００，１００−１〜１００−３ リードフレーム
１００Ａ フレーム
１０１ リード構体
１０２ フランジ
１０３ アイランド
１０４ ，１０５ａ〜１０５ｆ リード
１０６，１０７，１０８ 連結片
１１０ 樹脂ベース
１１１ 金属細線
１２０ キャップ
１２１ 開口窓
ＰＤ フォトダイオード
ＬＤ１，ＬＤ２ レーザダイオード
【発明の属する技術分野】
本発明は光半導体素子をパッケージングした光半導体装置に関し、特に組立工程を簡略化して生産性を高めた光半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体装置の代表的なものとしての半導体レーザ装置は、通常パッケージングしたレーザダイオードに対してリードを通して電流を供給してレーザ光を発光させ、パッケージの外部に向けて出射する構成である。このような半導体レーザ装置の汎用型の構成の一例を図２１に示す。金属材を加工して上面にポスト２０２を一体に立設したステム２０１を形成し、かつステム２０１には絶縁材２０３を用いて複数本のリード２０４を貫通支持させている。そして、ダイボンディング工程によりポスト２０２にレーザダイオードＬＤをマウントし、またこれに相対するステム２０１の上面にフォトダイオードＰＤをマウントする。次いで、ワイヤボンディング工程によりレーザダイオードＬＤ及びフォトダイオードＰＤを金属細線２０５を用いてステム２０１及びリード２０４に電気接続する。その上で、仮想線で示すように、前記ステム２０１の上面を覆うように開口窓を有する円筒状をしたキャップ２０６を被せ、その周縁部をステムに融着して半導体レーザ装置を組み立てている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体レーザ装置では、ステムを金属材の切削加工、あるいは各部分を溶接加工し、さらにはリードをガラス等によって絶縁支持して形成しているため、ステム自体の製造工程が多く、また、複数の半導体レーザ装置を一括して加工、組立することが困難で、コスト低減及び寸法精度を向上する上での障害になっている。また、個別部品として形成したステムに対してレーザダイオードやフォトダイオードをマウントする工程が必要であるため、ステムの取り扱い、特にダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程、キャップ溶着工程の各工程装置に対してステムをロード、アンロードし、さらに各工程装置においてステムを位置決めする等の処理が必要となり、そのために生産性が低く、コスト低減が一層困難なものとなる。また、ステムの位置決め精度が低いとダイボンディングやワイヤボンディング精度も低くなり、高品質の半導体レーザ装置を得ることが困難になる。
【０００４】
このような問題に対し、特開２００１−７７２６２公報では、図２２に示すように、ステムの製造工程を簡略化した技術（以下、第１の公知技術と称する）が提案されている。この第１の公知技術では金属板をプレス加工してステム３０１の外郭となる円筒部３０２及びフランジ部３０３と、円筒部３０２の上縁部の一部に設けた切片を曲げ起こしたマウント部３０４とを一体に形成し、この円筒部３０２内に樹脂等の絶縁材３０５を充填してステム３０１を形成するとともに、この絶縁材３０５によってリード３０６を貫通状態に支持させる。そして、前記マウント部３０４にサブマウント３０７を取着し、さらにその上にレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤをマウントし、これらレーザダイオードＬＤとフォトダイオードＰＤを金属細線３０８によってリード３０６にワイヤボンディングしたものである。この第１の公知技術によれば、ステムの製造が容易になるとともに寸法精度を向上する上で図２１に示した技術に比較して有利である。しかしながら、レーザダイオードのダイボンディング工程やワイヤボンディング工程、さらにキャップ溶着工程については図２１の技術と同様に個別部品に対する処理であるため、生産性やコスト低減の問題を改善するまでには至っていない。
【０００５】
また、特開２００１−６８７７８公報にはリードフレームを利用した技術（以下、第２の公知技術と称する）が提案されている。この第２の公知技術では、一部の工程については明確ではないが、図２３に示すように、図には表れないリードフレームで構成されるリード３０１に対して、これらを包含する状態で樹脂等により薄い箱型のパッケージ３０２を形成した上で、当該パッケージ３０２内に露呈されているリード３０１の一部にフォトダイオードＰＤを形成したサブマウント３０３を設けてレーザダイオードＬＤを搭載し、当該レーザダイオードＬＤやフォトダイオードＰＤとリード３０１の他のリードとを柔軟な配線３０４によって電気接続した構成である。この第２の公知技術では、リードフレームは金属板材をプレス加工等によって形成することが可能であるため製造が容易になるとともに寸法精度を向上する上で有利ではあるが、この場合にはパッケージの形状は第２の公知技術に記載のようなフラット型のパッケージに限られることになり、図２０や図２１に示した半導体レーザ装置や第１の公知技術のようないわゆるキャン型の半導体レーザ装置を形成することは困難になる。そのため、キャン型に比較して放熱性が低くなり品質上の問題が生じるとともに、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器への適用が難しく、光学機器側での設計変更が必要になる等の新たな問題が生じることになる。
【０００６】
本発明の目的は、以上のような問題を解消し、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置等で代表される光半導体装置とその製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、平板状のフランジと、光半導体素子を搭載したアイランドと、光半導体素子に電気接続されるリードとが同一導電材料で形成され、アイランドとリードはフランジに対して垂直な同一平面上に延在され、フランジのアイランドが存在する側と反対側の全面にわたって絶縁性ベースが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光半導体装置では、次の形態とすることが好ましい。
（Ａ）絶縁性ベースはフランジの外形形状とほぼ同じ形状である。
（Ｂ）リードは絶縁性ベースを貫通した状態に支持され、アイランド側のインナー部において光半導体素子にワイヤボンディングされる。
（Ｃ）フランジは一側辺を切り欠いた円形、あるいは両側辺を切り欠いた円形の外形状とされる。
（Ｄ）フランジは絶縁性ベースの表面に露出される。
（Ｅ）少なくともフランジ上に光半導体素子、リードのインナ部等を覆うように被せられ、かつ光半導体装置の光軸上に開口窓を有するキャップが接着される。
（Ｆ）キャップは金属あるいは樹脂からなる円筒容器状あるいは半円筒容器状に形成される。
（Ｇ）キャップの周囲にはフランジが露出状態に延在される。
（Ｈ）光半導体素子はレーザダイオード、発光ダイオード、フォトダイオードのいずれか又はこれらの組み合わせである。
【０００９】
本発明の光半導体装置の製造方法は、フランジとアイランド及びリードが一体化されたリードフレームを用意し、前記アイランドに光半導体素子をダイボンディングする工程と、前記アイランドとリードが前記フランジに対して垂直な同一平面上に延在されるように曲げ加工する工程と、前記フランジの前記アイランドが存在する側と反対側の全面に絶縁性ベースを形成する工程と、前記リードとフランジとを前記リードフレームから切断分離する工程と、前記光半導体素子と前記リードとをワイヤボンディングする工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の製造方法では、次の工程を含むことが好ましい。
（ａ）フランジに樹脂モールド法により樹脂製の絶縁性ベースを一体に形成する。
（ｂ）アイランドに光半導体素子をダイボンディングした後に前記曲げ加工する。
（ｃ）曲げ加工する工程の後にアイランドに光半導体素子をダイボンディングする。
（ｄ）フランジ上にアイランド、リード等を覆うキャップを接着する工程を含んでいる。
（ｅ）フランジをフレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工する。
（ｆ）アイランド及びリードをフレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工する。
（ｇ）前記（ｅ）の場合に、リードフレームの一部を切り欠いた開口を設け、当該開口に対して垂直な方向に曲げ形成されたフランジに対し、リードフレームの平面方向に沿った当該開口側からキャップを被せて接着を行う。
【００１１】
本発明の光半導体装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ加工工程、絶縁性ベースの形成工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離する工程をリードフレーム状態でのバッチ処理で行うことができる。これにより、製造の自動組立が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【００１２】
また、本発明の製造方法によって製造される本発明の光半導体装置は、パッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能になる。また、フランジ及びアイランドは一体に形成されているので光半導体素子で発生した熱をアイランドからフランジにまで伝達して高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにダイボンディングするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理し、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。また、フランジの全面に絶縁性ベースが形成されるのでフランジの機械的な強度が確保される。さらに、アイランドとリードは平行であるので、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明を半導体レーザ装置に適用した実施形態の一部を破断した斜視図である。この半導体レーザ装置１は、所要の厚さのＣｕ（銅）板をプレス加工により形成したリードフレームから切り離されたリード構体１０１を有しており、このリード構体１０１は、円周一部を切り欠いた円形に近い外形状のフランジ１０２と、前記フランジ１０２のほぼ中央部分に位置された矩形をしたアイランド１０３と、前記アイランド１０３の下辺から下方に伸びる１本のリード１０４及びアイランドの両側において下方に伸びる３本のリード１０５ａ〜１０５ｃを備えており、前記フランジ１０２は水平方向に向けられ、アイランド１０３及び各リード１０４，１０５ａ〜１０５ｃはほぼ垂直方向に向けられている。そして、前記フランジ１０２には下面に沿って一体に樹脂がモールド成形された円形板状の樹脂ベース１１０が形成され、この樹脂ベース１１０によって前記フランジ１０２の機械的な強度を保持するとともに、前記アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２に対して絶縁した状態で支持している。
【００１４】
前記アイランド１０３には２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤがダイボンディングによってマウントされるとともに、これらレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤは金属細線１１１によって前記リード１０５ａ〜１０５ｃとの間にワイヤボンディングされている。この実施形態では、アイランド１０３上には２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んで搭載したフォトダイオードＰＤがマウントされている。各レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は発光するレーザ光の波長が異なるレーザダイオードであり、ここでは一方のレーザダイオードＬＤ１からはＣＤ用のレーザ光が出射され、他方のレーザダイオードＬＤ２からはＤＶＤ用のレーザ光が出射されるコンパチブルな半導体レーザ装置として構成した例を示している。また、フォトダイオードＰＤは各レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２で発光されたレーザ光を受光してモニタするためののものである。
【００１５】
その上で前記フランジ１０２上には前記アイランド１０３及び各リード１０５ａ〜１０５ｃのインナー部を覆うように円筒容器状のキャップ１２０が被せられ、かつその周縁部において接着剤等によってフランジ１０２に接着されている。前記キャップ１２０の上面には前記レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から出射されるレーザ光を透過させるための開口窓１２１が開けられている。また、前記フランジ１０２に接着されたキャップ１２０の周囲一部には前記フランジ１２０の周縁部の上面が露出されており、当該半導体レーザ装置１を光学機器に実装する際の基準面として構成されている。
【００１６】
次に、以上の構成の半導体レーザ装置１の製造方法について説明する。本発明では所定長さの短冊状をしたリードフレーム１００に対して複数個の半導体レーザ装置をバッチ処理により製造することが可能であり、このリードフレーム１００は、図２に示すように、Ｃｕ板をプレス加工、あるいはエッチング加工して形成されており、長さ方向に複数個のリード構体１０１を連ねて形成されている。ここでは複数個のリード構体のうち、２つのリード構体１０１のみを図示しており、各リード構体１０１は、矩形の枠状をしたフレーム１００Ａの内部に、外形状が円周一部を切り欠いた円形をしたフランジ１０２と、前記フランジ１０２の内部に位置された微小矩形のアイランド１０３と、前記アイランド１０３の下辺の一部からリードフレームの長手方向と垂直な方向に真直に延長されてそれぞれ逆Ｌ字型をした連結片１０６によって前記フランジに連結された１本の長いリード１０４と、前記アイランド１０３の両側辺から両側に突出された一対の連結片１０７によって前記アイランド１０３に連結され、前記長いリード１０４と平行に延長された３本の短いリード１０５ａ〜１０５ｃが形成されている。また、前記フランジ１０２は長手方向の両端部においてクランク状をした一対の連結片１０８によって前記フレーム１００Ａに連結されている。
【００１７】
図３は前記リードフレーム１００を利用して半導体レーザ装置を組み立てる製造装置のブロック構成図である。前記リードフレーム１００を供給するローダ部Ｓ１と、供給されたリードフレーム１００に対してレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２及びフォトダイオードＰＤをマウントするダイボンディング部Ｓ２と、前記マウントが完了したリードフレーム１００を曲げ加工する曲げ加工部Ｓ３と、曲げ加工されたリードフレーム１００に樹脂をモールド成形する樹脂モールド部Ｓ４と、リードを連結していた連結片１０７を切断除去する切断部Ｓ５と、切断したリードと前記レーザダイオード及びフォトダイオードを金属細線で接続するワイヤボンディング部Ｓ６と、各リード構体１０１をリードフレーム１００のフレーム１００Ａから切断分離して個々の個片に分離する個片分離部Ｓ７と、分離した個々のリード構体１０１に対してキャップ１２０を接着するキャップ接着部Ｓ８と、キャップを接着して組立が完成された半導体レーザ装置を取り出すアンローダ部Ｓ９とを備えている。
【００１８】
図４〜図１０は、図２に示したリードフレーム１００を図３に示した組立装置により図１の半導体レーザ装置１を組み立てる第１の実施形態の製造方法を模式的に示す工程図である。先ず、ローダ部Ｓ１からダイボンディング部Ｓ２に供給されてきたリードフレーム１００は、図４に平面図と正面図を示すように、各リード構体１０１の平面状態が保たれたままアイランド１０３にフォトダイオードＰＤをマウントする。この実施形態では、前記したようにフォトダイオードＰＤには予め２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んで搭載している。このダイボンディングでは熱抵抗低減のためにハードソルダ系での金属接合によりマウントが行われる。
【００１９】
次いで、ダイボンディング部Ｓ２から曲げ加工部Ｓ３に移動されたリードフレーム１００は、図５に平面図と正面図を示すように、各リード構体１０１においてフランジ１０２を両側においてフレーム１００Ａに連結している連結片１０８を立面方向に捩じり曲げ加工を施し、フランジ１０２をフレーム１００Ａ面に対して９０度の角度で曲げ起こす。したがって、アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃはフレーム１００Ａの面と同一平面上に保持されるが、フランジ１０２に対しては相対的に９０度の角度方向に向けられることになる。
【００２０】
次いで、曲げ加工部Ｓ３から樹脂モールド部Ｓ４に移動されたリードフレーム１００は、樹脂モールド部Ｓ４に設けられた図外の成形用金型内にセットされ、図６に平面図と正面図を示すように、樹脂モールドが行われる。ここでは、成形用金型は一対の金型がフレーム１００Ａの面と平行な両方向からフレームと干渉しないように移動されてフランジ１０２を両面から挟持するようにセットが行われ、当該成形用金型のキャビティに樹脂が注入されて樹脂モールドが行われる。このとき、当該成形用金型はフランジ１０２の一方の面、すなわちアイランド１０３が存在する側と反対側の面側にのみにフランジ１０２の外形に沿った薄い円形のキャビティが形成されるため、モールド成形される樹脂ベース１１０はフランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状に形成される。これにより、フランジ１０２は樹脂ベース１１０と一体化されてその機械的な強度が高められる。また、同時にアイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃは当該樹脂ベース１１０によってフランジ１０２と共に一体的に支持されることになり、特に３本のリード１０５ａ〜１０５ｃは樹脂ベース１１０の上面側にインナー部が突出した状態で、また各リード１０４，１０５ａ〜１０５ｃは樹脂ベース１１０の下面側にアウター部が突出した状態で支持されることになる。なお、フランジ１０２の他方の面は樹脂ベース１１０の片側に露出された状態とされる。
【００２１】
次いで、リードフレーム１００は樹脂モールド部Ｓ４から切断部Ｓ５に移動され、ここで図７に平面図を示すように、アイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断する。これにより、短い３本のリード１０５ａ〜１０５ｃはアイランド１０３から切り離され、それぞれ機械的、電気的に独立したものとなる。また、各リード１０５ａ〜１０５ｃはアイランド１０３から切り離されても樹脂ベース１１０によって支持されている状態は保たれる。また、長いリード１０４はアイランド１０３及びフランジ１０２と連結した状態に保たれている。
【００２２】
次いで、リードフレーム１００は切断部Ｓ５からワイヤボンディング部Ｓ６に移動され、ここで図８に平面図を示すように、アイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。アイランド面、すなわちレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤの電極面はフレーム１００Ａの面と平行であるため、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することができる。これにより、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤを３本のリード１０５ａ〜１０５ｃの各インナー部に対してそれぞれ金属細線１１１によって電気接続する。
【００２３】
次いで、リードフレーム１００は個片分離部Ｓ７に移動され、ここで図９に示すように、リードフレーム１００のフレーム１００Ａから各リード構体１０１を切り離す。この切り離しに際しては、フランジ１０２の両側の連結片１０８において切離しを行う。この切り離しによりリードフレーム１００の各フレーム１００Ａにおいてそれぞれのリード構体１０１が個片に分離される。
【００２４】
しかる後、分離された個片の各リード構体１０１はキャップ接着部Ｓ８にそれぞれ移動され、図１０に示すように、フランジ１０２の上面側に前記アイランド１０３及びリード１０５ａ〜１０５ｃのインナ部を覆うようにキャップ１２０、ここでは金属あるいは樹脂からなる円筒容器状をしたキャップを被せ、当該キャップ１２０の開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。なお、フランジ１０２が存在しない箇所では樹脂ベース１１０の上面に接着する。キャップ１２０は図１に示したように上面に開口窓１２１が設けられており、この開口窓１２１を通して前記アイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２から出射した光を外部に射出することが可能とされている。また、キャップ１２０の外径寸法はフランジ１０２の径寸法よりも若干短くされているため、キャップ１２０の開口縁の周囲にはフランジ１０２の金属面が露出された状態とされる。これにより、図１に示した半導体レーザ装置１が完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００２５】
以上のように、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ工程、モールド樹脂工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離するまでの工程まではリードフレーム状態での処理が可能である。そして、リード構体を個片に切断分離した後のキャップ接着工程についてのみこれまでと同様な個別部品に対する処理を行えばよい。そのため、複数のリード構体に対してリードフレーム単位でのバッチ処理ないしは連続処理が可能となり、しかもリードフレームの位置決め穴を利用しての搬送、位置決めが可能となる。これにより、組立の自動化が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【００２６】
また、このような高生産性、高品質が得られる一方で、組立られる半導体レーザ装置はパッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である。また、この場合、フランジ及びアイランドはリードフレームに一体に形成されて単に曲げ形成されている構成であるため、レーザダイオードで発生した熱をアイランドからリード及び連結片を介してフランジにまで伝達し、さらにキャップを通して放熱することが可能となり、高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにマウントするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理することも可能であり、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００２７】
図１１は本発明の第２の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。なお、以降の実施形態において第１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。この実施形態では同図（ａ）に示すように、リードフレーム１００−１のフレーム１００Ａはリードフレームの長手方向に沿う一辺、特にフランジ１０２に対してアイランド１０３が配置される側の一辺が除去され、この領域に開口部１００ａが形成されているものを使用する。そして、このリードフレーム１００−１に対し、図１２に示すように、前記第１の実施形態での組立装置と同様な組立装置を用いて組み立てを行う。ただし、この実施形態ではワイヤボンディング部Ｓ６の直後にキャップ接着部Ｓ８が配置され、このキャップ接着部Ｓ８の直後に個片分離部Ｓ７が配置された構成となっている。すなわち、リードフレーム１００−１を供給するローダ部Ｓ１と、供給されたリードフレームに対してレーザダイオード及びフォトダイオードをマウントするダイボンディング部Ｓ２と、前記マウントが完了したリードフレームを曲げ加工する曲げ加工部Ｓ３と、曲げ加工されたリードフレームに樹脂をモールド成形する樹脂モールド部Ｓ４と、リードを連結していた連結片を切断除去する切断部Ｓ５と、切断したリードと前記レーザダイオード及びフォトダイオードを金属細線で接続するワイヤボンディング部Ｓ６と、リードフレーム上の各リード構体に対してキャップを接着するキャップ接着部Ｓ８と、リード構体をリードフレームのフレームから切断分離して個々の個片に分離する個片分離部Ｓ７と、個片に分離された半導体レーザ装置を取り出すアンローダ部Ｓ９とを備えている。
【００２８】
そして、図１１（ｂ）に示すように、ローダ部Ｓ１から供給されてきたリードフレーム１００−１に対してダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したフォトダイオードＰＤをマウントし、次いで、曲げ加工部Ｓ３においてフランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工して、フランジ１０２をフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こし、その上で樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。さらに、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離し、続いて、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。この工程は第１の実施形態の図５〜図８に示したと同様である。
【００２９】
しかる後、リードフレーム１００−１は第１の実施形態における個片分離部Ｓ７を経ることなくキャップ接着部Ｓ８に移動され、図１１（ｃ）に示すように、フランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。このとき、リードフレームのフレーム１００Ａは一辺側に開口１００ａが確保されているため、この開口１００ａを通してキャップ１２０をフランジ１０２の上面側に移動し、かつ当接させることが可能になる。そして、以降の図示は省略するが、キャップ１２０をフランジ１０２に固定した後、リードフレーム１００−１を個片分離部Ｓ７に移動し、ここでフランジ１０２の両側の連結片１０８を切断し、リード構体１０１をフレーム１００Ａから切断分離することにより個別化された図１に示した半導体レーザ装置１と同じが完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３０】
以上のように、第２の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、ダイボンディング工程からキャップ接着工程及び個片分離工程までの全ての工程にわたってリードフレーム状態での処理が可能である。そのため、複数のリード構体に対するリードフレーム単位でのバッチ処理ないしは連続処理を全ての工程にわたって行うことができ、第１の実施形態に比較してさらに生産性の高い半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。なお、製造された半導体レーザ装置は第１の実施形態の場合と同じであるので、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である一方で、高い放熱性を得ることができ、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００３１】
図１３は本発明の第３の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。この実施形態ではリードフレーム１００−２は第１の実施形態のリードフレーム１００とほぼ同じであるが、リード１０４についてはフレーム１００Ａから分離された構成のものを用いている。また、このリードフレーム１００−２に対し、前記第２の実施形態での組立装置と同様な組立装置を用いて組み立てを行う。ただし、この実施形態では曲げ加工部Ｓ３においては、フランジ１０２を曲げ加工するのではなく、アイランド１０３及びリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフレーム１００Ａに対して曲げ加工するように構成されている。
【００３２】
すなわち、ローダ部Ｓ１から供給されてきた図１３（ａ）に示すリードフレーム１００−２に対して、図１３（ｂ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したフォトダイオードＰＤをマウントし、次いで、曲げ加工部Ｓ３において連結片１０６を捩じり曲げ加工し、アイランド１０３及びリード１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２及びフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。しかる後、前記各実施形態と同様に、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。この樹脂モールドではフランジ１０２はフレーム１００Ａと同じ平面上にあるのでリードフレーム１００−２の平面の上下方向から成形用金型を挟持させるようにして樹脂モールドを行うことができる。次いで、図１３（ｃ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみを切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離す。その上で、リードフレーム１００−２はワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。なお、このワイヤボンディングではリードフレーム１００−２を立面方向に向けた状態で行うことになる。
【００３３】
しかる後、リードフレーム１００−２はキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側にキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。このとき、フランジ１０２はフレーム１００Ａと同じ平面上にあるのでリードフレーム１００−２を平面状態に保持して上側からキャップ１２０をフランジ１０２の上面側に移動し、かつ当接させることが可能になる。そして、キャップ１２０を固定した後、リードフレーム１００−２を個片分離部Ｓ７に移動し、ここで図示は省略するがフランジ１０２の両側の連結片１０８を切断し、リード構体１０１をフレーム１００Ａから切断分離することにより個別化された図１に示した半導体レーザ装置が完成され、その後、アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３４】
以上のように、第３の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、第２の実施形態と同様に、ダイボンディング工程からキャップ接着工程及び個片分離工程までの全ての工程にわたってリードフレーム状態での処理が可能であり、生産性の高い半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。また、製造された半導体レーザ装置は第１及び第２の実施形態の場合と同じであるので、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能である一方で、高い放熱性を得ることができ、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。
【００３５】
図１４は本発明の第４の実施形態の製造方法を工程順に示す図である。この実施形態は前記第１ないし第３の実施形態におけるダイボンディング工程を切断工程の後に行うようにしたものである。なお、製造装置のブロック構成については図３に示した装置の順序が入れ代わるのみであるので図示は省略する。ここで第１の実施形態のリードフレーム１００に適用した場合を説明すると、ローダ部Ｓ１から供給されてきたリードフレーム１００を曲げ加工部Ｓ３において図１４（ａ）に示すように、フランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工し、リードフレーム１００のフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。次いで、図１４（ｂ）に示すように、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドが行われ、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０が形成される。次いで、図１４（ｃ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７のみが切断され、各リード１０５ａ〜１０５ｃはアイランドから切り離される。次いで、図１４（ｄ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載しているフォトダイオードＰＤをダイボンディングする。以降の工程は第１の実施形態と同様であるので図示は省略するが、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを実行する。
【００３６】
しかる後、リードフレーム１００を個片分離部においてリード構体１０１を個片に切断分離した後、キャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側にキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着し、図１に示した半導体レーザ装置が完成される。完成された半導体レーザ装置は、その後アンローダ部Ｓ９から搬出する。
【００３７】
以上のように、第４の実施形態の半導体レーザ装置の製造方法では、フランジを曲げ形成し、かつ樹脂ベースをモールド成形し、さらに連結部を切断した後に、アイランドにレーザダイオード及びフォトダイオードをダイボンディングしているので、前記第１ないし第３の実施形態のように、ダイボンディングした後に曲げ加工、切断を行うことがなく、レーザダイオードやフォトダイオードに対する工程途中でのダメージを防止することができ、製造歩留りを向上することができる。
【００３８】
図１５はリードフレームのリード構体の変形例を示す第５の実施形態を示す図である。この実施形態では、図１５（ａ）に示すように、フランジ１０２、アイランド１０３の構成は前記各実施形態と同じであるが、アイランド１０３の両側から両方向に突出した逆Ｌ字型の連結片１０７によってアイランド１０３をフランジ１０２に連結するとともに、前記連結片１０７から４本のリード１０５ａ〜１０５ｄをほぼ平行に延長したものである。このリードフレームを用いた半導体レーザ装置の組み立て方法は第１の実施形態と同じあり、図１５（ｂ）のように、フランジ１０２を曲げ加工し、樹脂ベース１１０を形成した後、切断部Ｓ５において連結片１０７の切断を行うが、ここでは図１５（ｃ）示すように、前記連結片１０７はアイランド１０３を支持するために残しており、当該連結片１０７と前記各リード１０５ａ〜１０５ｄとの接続箇所において切断分離する構成がとられている。その後の工程も第１の実施形態と同様であり、図１５（ｄ）のように金属細線１１１をワイヤボンディングし、キャップ１２０を接着することにより半導体レーザ装置を完成する。この実施形態では、リードフレームにおける４本のリードを等間隔でかつ平行に延長配置することが可能であり、半導体レーザ装置を光学機器に実装する際の自由度を高めることが可能になる。
【００３９】
図１６はフォトダイオードをフランジの一部にマウントした第６の実施形態を示す図である。この実施形態では、図１６（ａ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３に２つのレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を並んでマウントする。この際レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の下には金属体からなるヒートシンクＨを同時にマウントし、ハードソルダ系による金属接合により行う。次いで、曲げ加工部Ｓ３においてフランジ１０２を立面方向に捩じり曲げ加工し、フレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こし、さらに、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。次いで、図１６（ｂ）に示すように、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７を切断し、各リード１０５ａ〜１０５ｃをアイランド１０３から切り離す。次いで、図１６（ｄ）に示すように、フランジ１０２の一部、ここではアイランド１０３から延長されているリード１０４上にフォトダイオードＰＤをマウントする。このマウントではＡｇペースト等の導電性樹脂接着剤を用いる。なお、この際フォトダイオードＰＤの下に戻り光低減のため角度付の導電体を同時にマウントしてもよい。次いで、図１６（ｄ）に示すように、ワイヤボンディング部Ｓ６においてレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２とフォトダイオードＰＤに対するワイヤボンディングを行って金属細線１１１を接続する。しかる後、図示は省略するが、リード構体を個片分離部において個片に切断分離し、さらにキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。これにより、半導体レーザ装置が完成される。
【００４０】
この第６の実施形態では、レーザダイオードとフォトダイオードを異なる手法でマウントすることが可能であり、したがって、前述のようにレーザダイオードをヒートシンクを介してマウントすることで放熱性を高めることができる一方で、フォトダイオードは同時にマウントした導電体によって戻り光を低減し受光効率を向上させることが可能になる。なお、この実施形態の場合、フォトダイオードのダイボンディングは連結片を切断する前工程において行ってもよい。
【００４１】
図１７及び図１８は本発明を半導体受光装置に適用した参照例としての第７の実施形態を示す図である。この実施形態ではリードフレームのリード構体におけるアイランド及びリードの形状が前記各実施形態とは異なる他は基本的には同じである。すなわち、この実施形態では、図１７（ａ）に示すように、アイランド１０３が比較的に大きな面積に形成されるとともにフランジ１０２と連続した状態で一体化されたリードフレーム１００−３を用いており、図１７（ｂ）に示すように、ダイボンディング部Ｓ２においてアイランド１０３にフォトダイオードＰＤをマウントする。次いで、図１７（ｃ）に示すように、曲げ加工部Ｓ３においてアイランド１０３の両側において連結片１０７によりフランジ１０２に連結されているリード１０５ｅ，１０５ｆを立面方向に捩じり曲げ加工し、リードフレーム１００−３のフレーム１００Ａの面に対して９０度の角度で曲げ起こす。
【００４２】
次いで、図１８（ａ）に平面図と正面図を示すように、樹脂モールド部Ｓ４において樹脂モールドを行ない、フランジ１０２の当該一方の面に沿って円形板状をした樹脂ベース１１０を形成する。次いで、切断部Ｓ５においてアイランド１０３の両側辺から左右に突出している連結片１０７の一方（同図では右側）を切断し、切断した側のリード１０５ｆをアイランドから切り離す。次いで、図１８（ｂ）に平面図と正面図を示すように、ワイヤボンディング部Ｓ６においてアイランド１０３上のフォトダイオードＰＤと切断した側のリード１０５ｆとを金属細線１１１で接続する。しかる後、図１８（ｃ）に平面図と正面図を示すように、リード構体を個片分離部Ｓ７において個片に切断分離し、さらにキャップ接着部Ｓ８においてフランジ１０２の上面側に円筒容器状をした金属製のキャップ１２０を被せ、当該キャップ１２０を開口周縁部においてフランジ１０２の上面に接着する。これにより、半導体受光装置が完成される。
【００４３】
この第７の実施形態による半導体受光装置においては、半導体レーザ装置と同様に生産性が向上でき、高品質が得られる優れた半導体受光装置として構成することが可能である。
【００４４】
図１９は本発明を小型半導体レーザ装置に適用した第８の実施形態である。図１９（ａ）に示すように、リードフレーム１００−４のリード構体は一部の形状、特にフランジ１０２の形状として両側辺が切り欠かれた円形の外形状とされている他は大略において第１の実施形態のリードフレームと同じである。しかる上で、図１９（ｂ）に示すように、アイランド１０３にフォトダイオードＰＤとレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２をマウントした後、アイランド１０３とこれに連結片１０７を介して接続されているリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃをフランジ１０２に対して９０度曲げ加工する。続いて、フランジ１０２に樹脂ベース（図示せず）を形成した後、アイランド１０３とリード１０５ａ〜１０５ｃとを連結している連結片１０７を切断する。その後、図１９（ｃ）に示すように、フォトダイオードＰＤ及びレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２をリード１０５ａ〜１０５ｃに金属細線１１１でワイヤボンディングし、さらにここでは連結片１０８をフレーム１００Ａから切断して個片に分離した後、矩形をしたキャップ１２０Ａを接着する。このとき、樹脂ベースの下面に突出されているリード１０４，１０５ａ〜１０５ｃを樹脂ベースの底面に沿って曲げ加工し、他の接地側のリード１０４と平行に向けてもよい。
【００４５】
この第８の実施形態では、フランジの形状が両側辺において切り欠いているため、図１９（ｃ）のように図面の上下方向の寸法Ｄを低減することができ、前記した各実施形態に比較して幅寸法を低減することが可能となり、本半導体レーザ装置を実装する場合の取付筐体の高さに制限を受けることが少なくなる。また、各リードをフランジに沿って水平方向に曲げることで全体として薄型化を図ることができる。勿論、各リードを垂直方向に延長したままで構成することが可能であることは言うまでもない。
【００４６】
ここで、前記各実施形態では、フランジ上に接着されるキャップは円筒状あるいは矩形の容器状に形成した例を示しているが、この形状に限定されるものではない。すなわち、前記各実施形態でのキャップは光半導体素子及びこれに接続される金属細線やリードを機械的な外力から保護するために設けられているものであるため、少なくとも光半導体素子をマウントした側にキャップを配設すればその目的を達成することが可能である。図２０は前記第１の実施形態に適用した例であり、フォトダイオードＰＤ、半導体レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を搭載したアイランド１０３の表面側においてのみ、これらの素子、アイランド１０３、金属細線１１１及び各リード１０５ａ〜１０４ａのインナー部を覆うように半円筒状のキャップ１２０Ｂをフランジ１０２上に接着している。このようなキャップを用いることにより、第１の実施形態の製造方法においては、図８に示したワイヤボンディング工程の直後にリード構体１０１をフレーム１００Ａから個片に分離する前にフランジ１０２にキャップ１２０Ｂを接着することが可能になり、第２の実施形態の場合と同様に個片状態での製造工程を無くすことができ、製造の自動化を図る上で有効である。
【００４７】
以上各実施形態について説明したが、本発明におけるリードフレームは、組立工程の途中でフランジ或いはアイランドとリードを９０度曲げ加工することが必要であるため、この曲げ加工によっても曲げた部分がフレームから裂断されることがないようにある程度の強度を有する材料で用いることが必要である。前記実施形態ではＣｕを用いたが、その他に４２アロイ、アルミニウム、アルミニウム合金等の他の金属材料を用いることも可能である。また、前記リードフレームの形状、特にフレーム内に形成されるリード構体を構成するフランジ、アイランド、リードの形状は前記各実施形態に限られるものではなく、また寸法についても要求される光半導体装置に対応して任意の形状、寸法に構成できるものであることは言うまでもない。
【００４８】
また、前記各実施形態では上面に開口部を設けたキャップを用いた例を示しているが、当該開口部に集光レンズを配設して内部を封止した構造とすることも可能である。また、特にキャップを被せることがない光半導体装置として構成することも可能である。さらに、前記アイランドに搭載する光半導体素子については前記各実施形態の構成に限定されるものではない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光半導体装置は、パッケージがいわゆるキャン型に分類される構成であるため、既存のキャン型の半導体レーザ装置を用いる光学機器へそのまま適用することが可能になる。また、フランジ及びアイランドは一体に形成されているので光半導体素子で発生した熱をアイランドからフランジにまで伝達して高い放熱性を得ることができる。また、フランジとアイランドとが一体であることにより、フランジとアイランドにダイボンディングするレーザダイオードとの相対位置を高精度に管理し、光学機器の基準面に対してフランジの表面を当接した状態で当該半導体レーザ装置の実装を行うことで、光学機器の光源位置に対して半導体レーザ装置を高精度に位置設定することも可能になる。また、フランジの全面に絶縁性ベースが形成されるのでフランジの機械的な強度が確保される。さらに、アイランドとリードは平行であるので、既存のワイヤボンディング装置をそのまま利用することが可能である。
【００５０】
また、本発明の光半導体装置の製造方法では、ダイボンディング工程、曲げ加工工程、絶縁性ベースの形成工程、切断工程、ワイヤボンディング工程、及びリード構体を個片に切断分離する工程をリードフレーム状態でのバッチ処理で行うことができる。これにより、製造の自動組立が可能になり、生産性の高い、かつ高品質な半導体レーザ装置の組立が実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体レーザ装置の第１の実施形態の一部を破断した斜視図である。
【図２】第１の実施形態で用いられるリードフレームの２つのフレームを示す図である。
【図３】第１の実施形態の製造装置のブロック構成図である。
【図４】第１の実施形態の製造方法の工程１の平面図と側面図である。
【図５】第１の実施形態の製造方法の工程２の平面図と側面図である。
【図６】第１の実施形態の製造方法の工程３の平面図と側面図である。
【図７】第１の実施形態の製造方法の工程４の平面図と側面図である。
【図８】第１の実施形態の製造方法の工程５の平面図と側面図である。
【図９】第１の実施形態の製造方法の工程６の平面図と側面図である。
【図１０】第１の実施形態の製造方法の工程７の平面図と側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態を工程順に示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の製造装置を示すブロック構成図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態を工程順に示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態を工程順に示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態を工程順に示す図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態を工程順に示す図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の工程前半の平面図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の工程後半の平面図と正面図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態を工程順に示す図である。
【図２０】異なるキャップを接着した第１の実施形態の変形例の斜視図である。
【図２１】従来の半導体レーザ装置の一例の斜視図である。
【図２２】従来の異なる半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２３】従来の更に異なる半導体レーザ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１００，１００−１〜１００−３ リードフレーム
１００Ａ フレーム
１０１ リード構体
１０２ フランジ
１０３ アイランド
１０４ ，１０５ａ〜１０５ｆ リード
１０６，１０７，１０８ 連結片
１１０ 樹脂ベース
１１１ 金属細線
１２０ キャップ
１２１ 開口窓
ＰＤ フォトダイオード
ＬＤ１，ＬＤ２ レーザダイオード
Claims (19)
- 平板状のフランジと、光半導体素子を搭載したアイランドと、前記光半導体素子に電気接続されるリードとが同一導電材料で形成され、前記アイランドとリードは前記フランジに対して垂直な同一平面上に延在され、前記フランジの前記アイランドが存在する側と反対側の全面にわたって絶縁性ベースが設けられていることを特徴とする光半導体装置。
- 前記絶縁性ベースは前記フランジの外形形状とほぼ同じ形状であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
- 前記リードは前記絶縁性ベースを貫通した状態に支持され、前記アイランド側のインナー部において前記光半導体素子にワイヤボンディングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
- 前記フランジは一側辺を切り欠いた円形の外形状をしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記フランジは両側辺を切り欠いた円形の外形状をしていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記フランジは前記絶縁性ベースの表面に露出していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光半導体装置。
- 少なくとも前記フランジ上に前記光半導体素子を覆うように被せられ、かつ前記光半導体装置の光軸上に開口窓を有するキャップが接着されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記キャップは金属あるいは樹脂からなる円筒容器状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
- 前記キャップは金属あるいは樹脂からなる半円筒容器状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光半導体装置。
- 前記キャップの周囲には前記フランジが露出状態に延在されていることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光半導体装置。
- 前記光半導体素子はレーザダイオード、発光ダイオード、フォトダイオードのいずれか又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の光半導体装置。
- フランジとアイランド及びリードが一体化されたリードフレームを用意し、前記アイランドに光半導体素子をダイボンディングする工程と、前記アイランドとリードが前記フランジに対して垂直な同一平面上に延在されるように曲げ加工する工程と、前記フランジの前記アイランドが存在する側と反対側の全面に絶縁性ベースを形成する工程と、前記リードとフランジとを前記リードフレームから切断分離する工程と、前記光半導体素子と前記リードとをワイヤボンディングする工程とを含むことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
- 前記フランジに樹脂モールド法により樹脂製の絶縁性ベースを形成することを特徴とする請求項１２に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記アイランドに光半導体素子をダイボンディングした後に前記曲げ加工する工程を行うことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記曲げ加工する工程の後に前記アイランドに光半導体素子をダイボンディングすることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記フランジ上に前記アイランド、リード等を覆うキャップを接着する工程を含むことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記フランジを前記フレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工することを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記アイランド及びリードを前記フレームの面に対して垂直な面方向に曲げ加工することを特徴とする請求項１２ないし１７のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記リードフレームの一部を切り欠いた開口を設け、当該開口に対して垂直な方向に曲げ形成された前記フランジに対し、前記リードフレームの平面方向に沿った当該開口側からキャップを被せて接着を行うことを特徴とする請求項１７に記載の光半導体装置の製造方法。
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