JP3806725B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザ装置に関する。

フレームおよび樹脂からなるパッケージを用いた半導体レーザ装置は価格、量産性に優れ、注目されている。しかし、従来広く用いられている金属製のキャンパッケージに比較すると放熱性が悪く、現在は温度特性の良い赤外レーザに使用されているのみであり、ＣＤ−Ｒ／Ｗ用の高出力レーザ、ＤＶＤ用などの赤色レーザ、或いは動作電圧が高い青色系レーザには用いられていない。また、放熱性を改善するためにフレームのレーザ素子を配置する部分のみを厚くし、その部分を露出させるように周囲を樹脂で囲む構造が提案されている（特許文献１）。

上記のようにフレームのレーザ素子を配置する部分のみを厚くしても、この部分はピックアップ装置に組み込まれた場合にその一部（ボディ）に接触させて使用されることが少ないので、放熱に寄与する割合は少ない。また、フレームの周囲を完全に樹脂を囲むと、樹脂を位置きめ基準に用いなければならず、位置きめ基準が変化しやすい。また、フレームの厚肉部分は半導体レーザ装置の幅方向の一部の領域にしか配置されていないので、半導体レーザ装置の強度増加には殆ど寄与していない。
特開平１１−３０７８７１号公報

そこで本発明は、放熱特性および強度を改善することを課題の１つとする。また、位置きめ基準面を安定させ、取り付け時の精度を向上させることを課題の１つとする。また、簡単な構造で量産性に優れたフレームパッケージを提供することを課題の１つとする。

本発明は、半導体レーザ素子と、前記素子を配置するフレームと、前記フレームに密着した樹脂を備え、前記フレームは厚肉部分と薄肉部分を備えるとともに、前記樹脂の両側に突出した左右の翼部を備え、前記素子配置部と前記左右翼部に跨って前記フレームの全幅にわたって前記厚肉部分が形成されていることを特徴とする。前記厚肉部分は、フレームの前端部に形成することができる。

放熱特性および強度を改善することができる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１に半導体レーザ装置１の斜視図を、図２に正面図を、図3に背面図を、図4にレーザ光の出射方向Ｘ（光軸Ｘ）に沿った断面図を示す。

この実施形態の半導体レーザ装置１は、フレーム２の上面にサブマウント３を配置固定し、このサブマウント３の上面に半導体レーザ素子４を配置固定し、フレーム２は密着した樹脂５で固定されている。

フレーム２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２は半導体レーザ素子を搭載する主フレーム６とこのフレーム６とは独立した配線用の副フレーム７，８の複数のフレームからなり、これらを前記絶縁性の樹脂５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６は、素子配置部６ａと電流通路となるリード部６ｂと放熱用並びに位置決め用となる左右の翼部６ｃ、６ｄを一体に備えている。そして、主フレーム６の厚さは、半導体レーザ素子３を搭載する素子配置部６ａ及び翼部６ｃ，６ｄの一部が厚くて厚肉部６ｅ、翼部６ｃ，６ｄの一部とリード部６ｂが薄くて薄肉部６ｆとなっている。この例では、リード部６ｂの付根部分、すなわち素子配置部６ａとリード部６ｂの接続部分近傍を境界として、その境界線よりも前方を厚さが０．５〜１．５ｍｍ程度の厚肉部６ｅ、後方を厚さが０．３〜０．５ｍｍ程度の薄肉部６ｆとしている。厚肉部６ｅは、薄肉部６ｆよりも厚く、１．２から３倍程度の厚さに設定している。
副フレーム７，８は、リード部６ｂと同様に薄肉に構成されているので、フレーム２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。
このように、レーザ光の出射方向Ｘに沿ってフレーム２の厚さが変化しており、それに伴って、レーザの出射方向と直交する方向に段差９が形成される。この段差９は、半導体レーザ素子４が搭載されている面とは反対側のフレーム裏面にあるが、素子３を搭載する面と同じ側の面に形成することもできる。
主フレーム６の厚肉部６ｅは、素子配置部６ａと左右翼部６ｃ，６ｄに跨って主フレーム６の全幅に亙って形成されているので、フレーム２の放熱効率を高めると同時に、強度増加を図ることができる。そのため、左右翼部６ｃ、６ｄを溝に差し込んで装着する際に翼部６ｃ，６ｄが変形するのを防止することができる。また、主フレーム６の厚肉部分は、樹脂５の幅方向に樹脂５の幅と同等の長さ以上に亙って形成されているので、樹脂５の補強を行なうことができ、もって装置１の強度増加を図ることができる。また、素子配置部６ａと左右の翼部６ｃ，６ｄの間に図２に破線で丸く示すように、樹脂５を上下（フレームの表裏）に連絡するための孔６ｉを形成しているが、この孔６ｉを肉厚部６ｅに形成することができるので、前記樹脂連絡用の孔６ｉを大きく確保することができる。
樹脂５は、フレーム２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５の表側は、レーザ光の出射用の窓５ａを備えていて前方が開いたＵ字状の枠５ｂ形態をしている。この枠５ｂの前側の幅Ａは後側の幅Ｂに比べて狭くなっている。枠５ｂの両側前端部分には、テーパー面５ｃを形成している。このテーパー面５ｃの存在によって、半導体レーザ装置１を所定位置に配置する際の挿入をスムーズに行なうことができる。前記樹脂連絡用の円形の孔６ｉは、樹脂の幅が広い部分に配置するために、前記テーパー面５ｃよりも後方に配置している。
樹脂５の裏側は、素子配置部６ａを覆うようにべた平坦面５ｄとなっており、表側の樹脂枠５ｂの外形と同等の外形形状（６角形状）をなしている。すなわち、前側の幅Ａは後側の幅Ｂに比べて狭くなっている。その両側前端部分には、テーパー面５ｅを形成している。このテーパー面５ｅの存在によって、半導体レーザ装置１を所定位置に配置する際の挿入をスムーズに行なうことができる。また、レーザ装置１の裏面を構成するこの樹脂５の裏面（平坦面５ｄ）は、厚肉の素子配置部６ａよりも広面積な支持平面となっているので、レーザ装置１を所定の平面に配置する場合の安定性を高めることができる。

主フレーム６の前半部分が厚肉であるので、その前端面が幅広となっている。そのため、樹脂５から突出した素子配置部６ａや翼部６ｃ，６ｄの前端面を位置きめ基準として利用する際、基準面を広く確保することができる。特に、主フレーム６の前端面は、リード部６ｂないし副フレーム７，８に比べて厚肉であるので、通常のフレーム（リード部６ｂないし副フレーム７，８と同等）に比べて位置決め基準を広く確保することができる。
樹脂枠５ｂによって囲まれた主フレーム６の素子配置部６ａ、副フレーム７，８は、樹脂５が存在しないので表面が露出している。そして、この露出した素子配置部６ａの上に、サブマウント３を介在して半導体レーザ素子４が配置固定される。その後、前記半導体レーザ素子４、サブマウント３、副フレーム７，８の間でワイヤーボンド線などによる配線が施される。
サブマウント３はＳｉを母材とした受光素子であり、半導体レーザ素子４の後面出射光をモニタすることができる。サブマウント３には、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。受光素子をサブマウント３に内蔵できない場合は、別に受光素子を搭載する。サブマウント３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２に固定される。
半導体レーザ素子４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３の所定の位置に固定される。
上記実施例では、副フレーム７，８の厚さをリード部６ｂと同様に薄肉としたが、主フレーム６と同様に、厚肉部と薄肉部が混在する構成とすることもできる。この場合、樹脂枠５ｂの内側に位置する領域内に厚肉部を形成し、それ以外を薄肉部とすることが好ましい。このようにすれば、主フレーム６と同様に、樹脂５からフレーム２が抜けるのを阻止する抜け止めに厚肉部分を利用することができる。
上記実施形態によれば、放熱特性および強度を改善することができる。また、位置きめ基準面を安定させ、取り付け時の精度を向上させることができる。また、簡単な構造で量産性に優れたフレームパッケージを提供することができる。

フレームパッケージを用いた半導体レーザ装置に適用することができる。

本発明の実施形態を示す斜視図である。 同実施形態の正面図である。 同実施形態の背面図である。 同実施形態の断面図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ装置
２ フレーム
４ 半導体レーザ素子
５ 樹脂
６ 主フレーム
７ 副フレーム
８ 副フレーム
９ 段差

Claims (2)

1. 半導体レーザ素子と、前記素子を配置するフレームと、前記フレームに密着した樹脂を備え、前記フレームは厚肉部分と薄肉部分を備えるとともに、前記樹脂の両側に突出した左右の翼部を備え、前記素子配置部と前記左右翼部に跨って前記フレームの全幅にわたって前記厚肉部分が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記厚肉部分はフレームの前端部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。

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