JP4010679B2

JP4010679B2 - 半導体レーザ装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4010679B2
Application number: JP34051998A
Authority: JP
Inventors: 慶夫野一色
Original assignee: Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000164966A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置の大部分は、缶タイプと呼ばれる構造、すなわち、ステム上に形成した放熱ブロックの側面に、サブマウントを介して半導体レーザ素子を取り付け、ステム上面に受光素子を配置し、これらを円筒形の缶、及びガラス付きの蓋によって封止した構造としているので、比較的高価な材料を必要とするとともに、素子の組み立てやワイヤボンドを異なる面で行う必要があるので組み立て作業性が悪いという問題が有った。
【０００３】
そこで、本願出願人は、上記缶タイプの欠点を解消するため、例えば特開平６−５３６０３号公報に示されているように、リードフレームの一部に保護樹脂を一体形成してフレーム部を形成し、このフレーム部に半導体レーザ素子やその出力を検出するための受光素子を取り付けた後、ワイヤボンド配線を行うフレームタイプの半導体レーザ装置を提案している。
【０００４】
しかしながら、上記フレームタイプのレーザ装置は、保護樹脂の左右に放熱と位置決めを兼用するフィンを設けているので、幅が広くなってしまう。このフィンの幅を狭くすると、放熱特性の悪化や位置決め精度の低下が生じるという問題が生じる。また、半導体レーザ素子の取り付け前に保護樹脂を形成するので、樹脂の耐熱温度を超える高温プロセスの適用に適さないなどの問題がある。
【０００５】
一方、特開平２−２０９７８５号公報には、上記の問題点を考慮した半導体レーザ装置が開示されている。すなわち、一対の翼部を備える金属板の表面に絶縁層を介して配線層を形成した基板を用い、この基板の上にフォトダイオード内臓のシリコンサブマウントを介して半導体レーザチップを配置し、ワイヤボンド配線した後、前記翼部を折り曲げることによって先端部にレーザチップを覆う筒状部を形成した半導体レーザ装置が開示されている。この構造の半導体レーザ装置によれば、レーザチップの取り付けに高温プロセスが利用できる。
【０００６】
しかしながら、半導体装置をピックアップ等に組み込む場合の位置決め基準となる部分の精度が不十分になり易いという問題が生じる。すなわち、折り曲げによって形成された側面、若しくは折り曲げされた角部分が位置決め基準として用いられるが、この部分は金属製基板の一部である翼部を折り曲げて形成されるので、その絶対位置が数１０μｍ以上のオーダーで変動し易く、２０μｍ以内の精度が要求されるピックアップへの組み込みに適用することが困難になるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、素子の保護機能を持ちながらも小型で放熱性が良くしかも光ピックアップ等の光学装置への組み込みの際の位置決め精度を高めることができる半導体レーザ装置を提供することを課題の1つとしている。また、組み立て時の熱的制約を減少させ半田による組み立てや共晶を行うための高温プロセスの利用を可能とすることを課題の1つとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ装置において、前記保護枠は、前記基板に前記半導体レーザ素子を配置した後に、前記半導体レーザ素子と非接触の状態を保って前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置するように基板の上面に取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体レーザ装置は、平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子及びその出力を検出する受光素子を前記保護枠と非接触の状態を保って配置した半導体レーザ装置において、前記保護枠は、遮光性の樹脂によって形成しているとともに、前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置するように係止手段によって基板の上面に取り付けられており、前記係止手段は、基板に形成した孔と、この孔に差し込まれるように保護枠に形成した突起とで構成していることを特徴とする。
【００１０】
前記保護枠の突起は、前記基板の裏面よりも上に位置することができ、また、前記基板は、金属板の上に絶縁性の被膜を介して配線パターン及びそのパターンに接続した端子を形成し、さらにまた、裏面にグランド用の端子配置部を形成した基板とすることができる。
【００１１】
本発明の製造方法は、平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ装置の製造方法において、前記基板に前記半導体レーザ素子を装着した後に、前記保護枠を前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置させ、しかも前記半導体レーザ素子と非接触の状態で前記基板の上面に取り付けることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第1の実施例を図１〜３を参照して説明する。図１は半導体レーザ装置の斜視図、図２（Ａ）は半導体レーザ装置の横断面図、図２（Ｂ）は半導体レーザ装置の縦断面図、図３は半導体レーザ装置の組み立て途中の状態を示す平面図である。図に示すように、半導体レーザ装置１は、平板状の回路基板２の上面に保護枠３を設け、この保護枠３によって囲まれる基板２の上面に、半導体レーザ素子４とその出力を検出する受光素子５が装着され、これらを金ワイヤーなどの細線５によってワイヤボンド接続して構成している。
【００１３】
基板２は、導電性、熱伝導性が良好な銅、リン青銅、アルミニウム、鉄等の金属から選択された厚さが０．４ｍｍ程度の金属板をベース材として用い、これを例えばプレス加工によって図３に示すような平面形状、すなわち、前半部分に縦横の長さが各々約３ｍｍの素子配置部２１を備え、後半部分に２〜３ｍｍの長さの端子配置部２２を一体に形成した平面形状に加工して利用している。基板２のベース材料を上記のようにプレス加工によって形成する場合は、位置決め基準となる裏面側にプレス時のバリが生じないようにするため、基板の裏面となる側から表面となる側にプレスを行い、バリが生じてもそれが表面側に位置するようにすることが望ましい。
【００１４】
基板2の素子配置部２１には、その先端部分に深さが０．４ｍｍ程度の小凹部２３を形成しているとともに、外周部分に後述する係止手段を構成する複数の小孔２４を形成している。素子配置部２１の後半部分から端子配置部２２の上面の略全面には、電気絶縁性の被膜２５（図3の破線ハッチング参照）が形成され、この被膜２５の上に金メッキ等の導電性被膜によって電源用と信号用の２つの配線パターン２６ａ，２６ｂが形成されている。ここで、配線パターン２６ａ，２６ｂの後端は外部接続線と接続される接続用端子部２６ｃ，２６ｄとなる。共通グランド用の配線は金属板自体を利用し、端子配置部２２の裏側に位置する部分には金メッキなどによってグランド端子（図示せず）を形成しているので、上面側の配線パターン２６ａ，２６ｂの幅を広くすることができる。
【００１５】
保護枠３は、黒色で遮光性、絶縁性の樹脂によって形成し、前面３１の一部と底面３２が開口した箱状に構成されている。前面３１の開口は、レーザ光Ｌの出射窓として機能する。そして、半導体レーザ装置１のＸ，Ｚ方向（図１参照）の位置決めの際の支障とならないように、保護枠３の平面形状は、素子配置部２１の平面形状よりも小さく設定され、素子配置部２１の周辺部分と保護枠３の周辺部分との間に所定の間隔を保って配置されている。保護枠３の側面底部には、レーザ素子４等の組み立て後に保護枠３を基板２に装着するための係止手段を構成する小突起３３が前記小孔２４の位置と対応して一体的に形成されいる。
【００１６】
この保護枠３は、基板２に半導体レーザ素子４や受光素子５を装着し、その後ワイヤボンド接続を行った後に、小突起３３を基板２の小孔２４に填め込むことによって、基板２に装着される。この保護枠３の装着には、接着剤を併用しても良い。ここで、保護枠３は、半導体レーザ素子４や受光素子５、並びにそれらを接続する細線６と非接触の状態を保つように、天面３４の高さなどが設定されているが、取り扱い上必要がなければ、この天面３４部分を除去して開口させ、側面部のみの構成とすることもできる。
【００１７】
半導体レーザ素子４は、ＣＤ−ＲＯＭや、ＤＶＤの読出用や書込用の光源として用いることができる種々の構成のものが利用できる。受光素子５は、シリコンサブマウントの表面にＰＩＮタイプのフォトダイオードを形成して受光素子とサブマウントを兼用する構成としているが、レーザ素子固定用のサブマウントとは別構成の受光素子を用いることもできる。
【００１８】
基板２に保護枠３を固定するための係止手段は、基板２に形成した複数の小孔２４と保護枠３に形成した複数の小突起３３とで構成しているが、基板２の裏面を基準としたＹ方向の位置決めの際に小突起３３が支障にならないように、小孔２４の深さを基板２の厚さ寸法よりも短く設定して小孔２４が基板２を貫通しないように、すなわち、小突起３３が基板２の下面より突出しないようにしている。尚、基板２を貫通した貫通孔に突起を挿入し、突起の先端を溶着して抜け止めを行う場合は、図６（Ａ）に示すように、貫通孔２４Ａの裏側に径が貫通孔よりも大きな窪み２４Ｂを形成し、貫通孔２４Ａより突出し溶着された部分３３Ａを窪み２４Ｂ内に位置させて基板２の裏側に突出しないようにすることができ、また、図６（Ｂ）に示すように取付け対象面Ｓに溶着によって突出した部分３３Ａを受け入れる窪みＤが形成されている場合は、溶着によって突出した部分３３Ａを基板２の裏側にそのままの状態で残しておいても良い。
【００１９】
上記のように半導体レーザ素子４の装着後に保護枠３を係止手段を利用して基板２に装着するので、半導体レーザ素子４の組み立ての際に、樹脂製の保護枠３による温度規制（樹脂の変形が生じない温度で加熱する制約）を受けることがなくなり、半田や共晶化のための２００度Ｃを超える熱処理に対応することができる。すなわち、基板２の所定位置に半導体レーザ素子４や受光素子５を例えば半田（金―錫、金―シリコン等）を用いて固定して熱伝導性や電気伝導性を高めることができる。また、２００度Ｃ以上の温度に保ってレーザ素子４の電極部分周辺の共晶化を行った後、細線６をワイヤボンド接続して組み立てを行うことができる。この組み立ての後、保護枠３を係止手段によって基板２に固定することにより、保護枠３によって、半導体レーザ装置１の取扱中の接触事故から半導体レーザ素子４、受光素子５あるいは細線６を保護することができる。
【００２０】
そして、基板２の前半部に素子４や細線６の保護のために装着された保護枠３は、基板２の前縁２１ａ、並びに左右の側縁２１ｂ，２１ｃから所定間隔だけ内側に位置しているので、レーザ装置１を取り付け対象物に装着する際のＸ，Ｚ方向の位置決め基準として、素子配置部２１の前縁２１ａ、並びに左右の側縁２１ｂ，２１ｃを利用するに際して、保護枠３が位置決め対象物に当たって位置ずれを起こすことを未然に防止することができる。
【００２１】
上記構成の半導体レーザ装置１は、基板２の裏面の殆どが露出しているので、放熱面積を広く確保して放熱効果を高めることができる。また、樹脂製の保護枠３を用いながらも半田によって素子４を固定することができるので、素子４の放熱性、導電性を高めることができる。
【００２２】
図４、図５は本発明の他の実施例を示している。先の実施例は、共通グランド端子部を基板の裏側に配置する場合を示したが、この実施例は、共通グランド端子部２６ｅも基板２の上面側の端子配置部２２に他の端子部２６ｃ，２６ｄと一緒に配置した場合を示している。本実施例の構造は、先の実施例に比べて配線パターンや端子部の幅が若干狭くなるが、全ての端子部を同一面に配置することができるので、外部配線との接続作業性を高めることができる。
【００２３】
尚、上記の各実施例において、基板２をプレス加工によって形成するに際して、図外の連結部によって例えば端子配置部２２側において予め複数個を連結しておき、上記の組み立て作業後に個々の装置１に分離する製造方法を採用することができ、このようにすれば、製造時の組み立て作業性を高めることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体レーザ素子の保護機能を持ちながらも小型で放熱性が良くしかも光ピックアップ等の光学装置への組み込みの際の位置決め精度を高めることができる半導体レーザ装置を提供することができる。また、組み立て時の熱的制約を減少させ半田による組み立てや共晶化のための高温プロセスの利用を可能とすることでき、ＣＤ−ＲＯＭ用のみならずＤＶＤ用の光源としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】同実施例の横断面図（Ａ）と、縦断面図（Ｂ）である。
【図３】同実施例の組み立て途中の状態を示す平面図である。
【図４】本発明装置の他の実施例を示す横断面図（Ａ）と、縦断面図（Ｂ）である。
【図５】同実施例の組み立て途中の状態を示す平面図である。
【図６】本発明実施例の要部の第１変更例（Ａ）と第２変更例（Ｂ）を示す断面図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ装置
２基板
３保護枠
４半導体レーザ素子
５受光素子

Claims

平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ装置において、前記保護枠は、前記基板に前記半導体レーザ素子を配置した後に、前記半導体レーザ素子と非接触の状態を保って前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置するように基板の上面に取り付けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子及びその出力を検出する受光素子を前記保護枠と非接触の状態を保って配置した半導体レーザ装置において、前記保護枠は、遮光性の樹脂によって形成しているとともに、前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置するように係止手段によって基板の上面に取り付けられており、前記係止手段は、基板に形成した孔と、この孔に差し込まれるように保護枠に形成した突起とで構成していることを特徴とする半導体レーザ装置。
前記保護枠の突起は、前記基板の裏面よりも上に位置することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
前記基板は、金属板の上に絶縁性の被膜を介して配線パターン及びそのパターンに接続した端子を形成した基板であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の半導体レーザ装置。
前記基板は、金属板の上面に絶縁性の被膜を介して配線パターン及びそのパターンに接続した端子を形成し、裏面にグランド用の端子配置部を形成した基板であることを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の半導体レーザ装置。
平板状の基板の先端部に保護枠を設け、この保護枠によって囲まれる前記基板の上面に半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ装置の製造方法において、前記基板に前記半導体レーザ素子を装着した後に、前記保護枠を前記基板の前縁及び左右側縁よりも所定距離だけ内側に位置させ、しかも前記半導体レーザ素子と非接触の状態で前記基板の上面に取り付けることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。