JP4088724B2

JP4088724B2 - 光送信器用パッケージ・アセンブリおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4088724B2
Application number: JP16497797A
Authority: JP
Inventors: ブライアン・エー・ウエッブ
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: JPH1065079A; US6171877B1; US5808325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に光学素子に関し、更に特定すれば光送信器用パッケージ・アセンブリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ・ダイオードは、コンパクトディスク・プレーヤおよびドライバ，バーコードリーダ，ならびにその他の同様の識別およびデータ記憶技術など、広範囲のエレクトロニクス関連用途で用いられている。これらのレーザ・ダイオードは通常、上面に透明レンズを有する特別なメタル・キャン(metal can) に取り付けられた端面発光型レーザ(side-emitting laser) である。これらの用途には、例えば公知のＴＯ−１８，４６，５６メタル・キャンなど、業界標準のメタル・キャンがいくつかある。
【０００３】
端面発光型レーザはかなりの熱を発生し、過熱した場合には劣化するので、動作中の十分に熱を放散するため上記のようなメタル・キャンを用いる必要がある。典型的に、このメタル・キャンはヘッダに取り付けられ、レーダー・ダイがこのヘッダの上に垂直に起立する柱に取り付けられ、またレンズはこのメタル・キャンの上面に別個に取り付けられる。結果的に得られるパッケージは密封されていないことが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のメタル・キャンは、取り付けが特殊なヘッダおよびメタル・キャンが必要であるため製造コストが高いことを含めて、いくつかの欠点がある。更に、端面発光型レーザの検査は半導体ウエハからのシンギュレーション(singulation) に先だってに行うことができない。このため製造歩留りが低下する。その上、この従来のメタル・キャン・パッケージでは、光学最終製品の製造段階でレーザ・ダイオードとパッケージの臨界光学アラインメント(critical optical alignment)が必要であり、このときレンズを内蔵する光チューブなどの別の光学素子にメタル・キャンを組み合わせなければならない。製造過程のこの時点でのアラインメントは、裕度が１０ミクロンと小さいので非常に重大である。この臨界光学アラインメントと小さな裕度の結果として、歩留りのロスが大きくなる。したがって、製造コストの低減および歩留りの改善を図り、しかも光学的用途の最終製品の製造過程の遅い時点での臨界光学アラインメントを必要としない改良されたレーザー・ダイオード用パッケージ・アセンブリが要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるパッケージ・アセンブリは、位置決めフランジを含むリードフレーム，リードフレームに取り付けられたレーザ・ダイオードなどの光送信器，およびパッケージを有する。パッケージは、リードフレームの位置決めフランジがパッケージの外に配置されるように、光送信器とリードフレームの一部とを収納する。位置決めフランジを参照基準として用いて、製造段階で、光送信器の相対的高さおよび横方向位置を整合する。また光学最終製品において他の素子にパッケージ・アセンブリを取り付けるとき、パッケージ・アセンブリを他の標準光学素子に組み合わせる際に、位置決めフランジを参照基準として用いる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるパッケージ・アセンブリの製造に用いるリードフレーム１０の平面図を示すものである。リードフレーム１０は、信号リード１２，１４、およびフラッグ１８と一体化された接地リード１６を有する。以下に論ずるように、フラッグ１８は、後に半導体レーザ・ダイまたはその他の同様の光学素子を取り付ける際に用いる。またリードフレーム１０はオプションとしてキー２０を有し、これは最終パッケージ・アセンブリ（後の図面に示す）を適用可能な光学製品において別の素子に組み合わせるのに有用である。
【０００７】
図２は、リードフレーム１０、およびそれに取り付けられたいくつかの素子の概略平面図である。レーザ・ダイオードのような光送信器２２は、好ましくは垂直空洞面発光型レーザであり、例えば、導電性エポキシを使ってフラッグ１８に取り付けられる。光受信器２４も同様にフラッグ１８に取り付けられ、これをオプションとして用いて光送信器２２からの光出力のフィードバック制御を与えることができる。また送信器２２および受信器２４は、例えば、ワイヤ・ボンド２６によってリード１２，１４に電気的に接続されて、さらに同様にフラッグ１８および接地リード１６との電気的接続を共有することができる。
【０００８】
図２に点線で示すパッケージ境界２８は、のちに送信器２２および受信器２４を封入するために形成されるパッケージの位置を示す。本発明では、パッケージ境界２８がフラッグ１８の外縁を囲み、パッケージ境界２８の外に延在する位置決めフランジ３０を規定することに注意されたい。後に論ずるように、最終製品の最終アセンブリの遅い段階での臨界光学アラインメントを不要とするために（従来のメタル・キャン・パッケージでは必要であった）、位置決めフランジ３０を製造過程でアラインメントと参照の基準として用いる。キー２０を位置決めフランジ３０の周囲に配置することを注記しておく。
【０００９】
図３は、図２に示したリードフレーム１０および素子を用いて形成された、パッケージ・アセンブリ３１の簡略断面図である。図２について先に論じたように、素子を取り付けた後、送信器２２および受信器２４を囲むようにパッケージ３２を形成する。パッケージ３２の周囲は、図２のパッケージ境界２８に対応することに注意されたい。図３に示すように、、送信器２２の高さを位置決めフランジ３０の上にこれに対して調整する必要に応じて、例えば、従来のリードフレーム打ち抜き法によって、高架プラットフォーム３９を形成する。しかしながら、用途によっては、かかる高架プラットフォームを用いる必要がない場合もあることを注記しておく。例えば、送信器２２および受信器２４は、従来の標準メタル・キャン・パッケージのパッケージ・アセンブリ３１との交換機能が所望とされない、または必要でないような光学最終製品の用途における使用では、高い位置とする必要はない。
【００１０】
パッケージ３２は、例えば、透過性のある即ち透明なプラスチック成形材料で形成する。かかるプラスチック・パッケージを用いる場合、送信器２２は垂直空洞面発光型レーザであることが有利であり好ましい。このタイプのレーザはかなり低い電力動作し、また従来のメタル・キャン・パッケージの端面発光型レーザでは必要とされた特殊なヒート・シンクは不要なためである。
【００１１】
光学素子３４は、例えばホログラムまたはレンズ（フレネル・レンズ，カルミネート・レンズ(culminating lens)またはコリメート・レンズなど）であり、パッケージ３２に取り付けられる。ホログラムはホログラフィ・フィルムによって提供することができる。ホログラフィ・フィルムを形成するには、従来の手法により、例えば、ポロリイミド系材料の上に形成し、ガラス板に接着して、次いでこれを透明接着剤を用いてパッケージ３２の上面に取り付ける。あるいは、機械的保護が必要でなければ、ホログラフィ・フィルムを直接パッケージ３２に接着するように形成してもよい。光学素子３４がレンズである場合は、このレンズを直接プラスチック・パッケージ３２の上面に成形することができる。
【００１２】
上記のようなプラスチック・パッケージを用いる場合、反射性または不透明の被膜をオプションとしてプラスチック・パッケージ３２の表面に堆積すれば、周辺光による性能劣化を回避することができる。また、従来のメタル・キャン・パッケージに対するプラスチック・パッケージの一つの利点は、優れた密封信頼性を達成できることである。
【００１３】
上述の具体的な実施例は、成形プラスチック・パッケージを有するものとして説明したが、異なる材料および／または形状の使用を含む、別のタイプのパッケージも本発明で使用可能であることを、当業者は認めよう。例えば、予め成形済みのプラスチック・パッケージを用いることもできる。かかる他のパッケージを用いる場合、ここで説明したように、パッケージ・アセンブリ３１自体の製造段階および最終製品との組立段階で、アラインメントの参照基準として位置決めフランジ３０を使用できることを、当業者は理解できよう。
【００１４】
図３に示すように、位置決めフランジ３０は表面３６および縁部３８を有する。上述のように、位置決めフランジ３０は、パッケージ・アセンブリ３１の製造段階でアラインメントおよび参照の基準として用いることができる。特に、リードフレーム１０の位置決めフランジ３０上の送信器２２の高さ（すなわちリードフレーム１０に対し実質的に垂直の方向の位置）は、参照として位置決めフランジ３０を用いて決められる。例えば、表面３６を製造段階でかかる参照として用いることができ、また精密ダイ取り付けおよびリードフレーム打ち抜き技術を使って、例えば、約０．５ミクロンの裕度内に位置決めフランジ３０の上に送信器２２を配置することができる。
【００１５】
また、送信器２２の横方向位置（すなわちリードフレーム１０に対し実質的に平行な位置）は、例えば、位置決めフランジ３０の端部３８およびキー２０に対する組立の間に同様に決定する。さらに、光学素子３４は送信装置２２に光学的に結合および整合され、またこのアラインメントは参照基準として位置決めフランジ３０を使って決定することが好ましい。
【００１６】
したがって、参照基準として位置決めフランジ３０を用いて光学素子３４および送信装置２２を取り付けることによって、従来のメタル・キャン・パッケージにおけるよりも早い製造段階で、これらの素子の臨界光学アラインメントを達成できる。製造後、位置決めフランジ３０を取り付け参照として用いて、パッケージ・アセンブリ３１を別の標準的な光素子に取り付けるだけで済む。フランジ３０をそのように用いることで、パッケージ・アセンブリ３１，送信器２２，光学素子３４およびパッケージ・アセンブリ３１に組み合わせるその他の最終製品光学素子の光学系の間で、良好なアラインメントが達成される。
【００１７】
図４はパッケージ・アセンブリ３１の平面図である。図４に示すように、リード１２，１４，１６はパッケージ３２の外へ延在し、ほぼ平行である。このリード構成の利点は、所与の数のパッケージに必要なリードフレーム領域を大幅に縮小する、交互配置リードフレーム構造(interdigitated leadframe design) において使用できることである。しかしながら、例えば、リードがパッケージ３２の円周から均一に離間される、他のリードフレーム構成も使用可能である。
【００１８】
図５は、本発明の別の実施例によるパッケージ・アセンブリ４１の簡略化断面図である。共通の素子には共通の参照番号を用いる。この特定実施例では、従来のかしめ技術(staking techniques)により、ステーク(stake) ４２を用いて受け台(pedestal)４０をリードフレーム１０に取り付ける。受け台４０を高架プラットフォーム３９（図３参照）の代わりに用いて、リードフレーム１０上の送信器２２の高さを調整する。
【００１９】
本発明によるパッケージ・アセンブリ３１は、現在レーザ・ダイオードに用いられている業界標準のＴＯ−１８，４６，５６との互換性を保つように、容易に設計することができる。しかしながら、上述のように、パッケージ・アセンブリ３１は、光学最終製品の他の光学素子との組み合わせの過程で、位置決めフランジ３０を用いた新しい方法でアラインメントを達成する。このため製造コストの低減が図られる。また、垂直空洞面発光型レーザを用いる場合、各レーザ・ダイの試験を半導体ウエハ・レベルで実施できるので、さらに製造コストが低減する。これに対して従来のメタル・キャン・パッケージでは、このような他の光学素子に組み合わせる時点で臨界光学アラインメントが必要であった。
【００２０】
以上、光送信器のための新しいパッケージ・アセンブリについて説明してきたことが認められよう。このパッケージ・アセンブリは、パッケージ・アセンブリの製造段階で位置決めフランジに対する臨界光学アラインメントを可能にすることによって、製造コストの低減を図る。これにより、最終的な光学最終製品の組立において他の光学素子にパッケージ・アセンブリを組み合わせる時点での臨界光学アラインメントが不要となる。更に、面発光型レーザおよびプラスチック・パッケージを用いると、レーザ・ダイオード上のパッケージに直接レンズなどの光学素子を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図３のパッケージ・アセンブリに用いるリードフレームの平面図。
【図２】図３のパッケージ・アセンブリ内の光学素子の相対的な横方向位置を示した概略平面図。
【図３】本発明によるパッケージ・アセンブリの簡略断面図。
【図４】図３のパッケージ・アセンブリの平面図。
【図５】別の実施例によるパッケージ・アセンブリの簡略断面図。
【符号の説明】
１０リードフレーム
１２，１４信号リード
１６接地リード
１８フラッグ
２０キー
２２光送信器
２４光受信器
２６ワイヤ・ボンド
３０位置決めフランジ
３２パッケージ
３４光学素子
３９高架プラットフォーム
４０受け台
４１パッケージ・アセンブリ

Claims

リードフレームと、
前記リードフレーム上に位置する光送信器と、
前記リードフレーム上に位置し前記光送信器を囲むパッケージと、を含み、
前記リードフレームは、位置決めフランジを有し、
前記位置決めフランジは、前記パッケージの外に位置し、
前記位置決めフランジにキーが形成され、
前記パッケージ上に光学素子が成形されており、
前記パッケージの外周形状は円周状であり、
前記位置決めフランジの外周形状は円周状である、パッケージ・アセンブリ。
リードフレームと、
前記リードフレーム上に位置する光送信器と、
前記リードフレーム上に位置し前記光送信器を密封するパッケージと、を含み、
前記リードフレームは、位置決めフランジを有し、
前記位置決めフランジは、前記パッケージの外に位置し、
前記位置決めフランジにキーが形成され、
前記パッケージ上に光学素子が成形されており、
前記パッケージの外周形状は円周状であり、
前記位置決めフランジの外周形状は円周状である、パッケージ・アセンブリ。
リードフレームと、
前記リードフレーム上に位置する光送信器と、
前記リードフレーム上に位置し前記光送信器を囲むパッケージと、
前記パッケージ上に位置する光学素子と、を含み、
前記リードフレームは、位置決めフランジを有し、
前記位置決めフランジは、前記パッケージの外に位置し、
前記位置決めフランジにキーが形成されており、
前記パッケージの外周形状は円周状であり、
前記位置決めフランジの外周形状は円周状である、パッケージ・アセンブリ。
リードフレームと、
前記リードフレーム上に位置する光送信器と、
前記リードフレーム上に位置し前記光送信器を密封するパッケージと、
前記パッケージ上に位置する光学素子と、を含み、
前記リードフレームは、位置決めフランジを有し、
前記位置決めフランジは、前記パッケージの外に位置し、
前記位置決めフランジにキーが形成されており、
前記パッケージの外周形状は円周状であり、
前記位置決めフランジの外周形状は円周状である、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記位置決めフランジの端部は、前記パッケージの外周から均一に離間されている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記リードフレームは第１リードを含み、
前記第１リードは、前記光送信器と第１ワイヤにより電気的に接続されている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記リードフレームは接地リードを含む、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記リードフレームに取り付けられた光受信器を含む、パッケージ・アセンブリ。
請求項８において、
前記リードフレームは第２リードを含み、
前記第２リードは、前記光受信器と第２ワイヤにより電気的に接続されている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記光送信器は、垂直空洞面発光型レーザを含む、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記パッケージは、透過性のあるプラスチック成形材料を含む、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記光学素子はレンズである、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
前記パッケージの表面に反射性の被膜が形成されている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
前記パッケージの表面に不透明の被膜が形成されている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至１４のいずれかにおいて、
前記光送信器と前記リードフレームとの間に受け台が配置され、
前記受け台はステークを有し、かつ、前記ステークにより前記リードフレームに取り付けられている、パッケージ・アセンブリ。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記キーは、前記位置決めフランジに形成された切欠き部である、パッケージ・アセンブリ。
リードフレーム上に光送信器を取り付ける第１工程と、
前記リードフレーム上に前記光送信器を囲むパッケージを形成する第２工程と、
前記パッケージ上に光学素子を成形する第３工程と、を含み、
前記第２工程において、前記リードフレームにおける前記パッケージの外に延在する領域である位置決めフランジにキーが形成され、
前記第３工程において、前記光学素子のアライメントが前記位置決めフランジを用いてなされる、パッケージ・アセンブリの製造方法。
リードフレーム上に光送信器を取り付ける第１工程と、
前記リードフレーム上に前記光送信器を囲むパッケージを形成する第２工程と、
前記パッケージ上に光学素子を取り付ける第３工程と、を含み、
前記第２工程において、前記リードフレームにおける前記パッケージの外に延在する領域である位置決めフランジにキーが形成され、
前記第３工程において、前記光学素子のアライメントが前記位置決めフランジを用いてなされる、パッケージ・アセンブリの製造方法。