JP4273055B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体レーザ装置に関するものであり、さらに詳しくは、ＣＤ−ＲＯＭやＭＤ（ミニディスク）などの光メモリ装置用光ディスクの信号を読み取る光ピックアップ装置などに使用される半導体レーザ装置に関するものであり、よりいっそう詳しくは、１つのパッケージに半導体レーザ素子とホログラム素子と信号受光素子とが組み込まれてなり、半導体レーザ素子から光線を出射し、光ディスクから反射して戻ってきた光線をホログラム素子により回折させて、光軸から離れた場所に配置された信号受光素子に導く方式の、光源兼信号受光用として使われる、ホログラムレーザ方式の半導体レーザ装置に関するものである。

従来のホログラムレーザ方式の半導体レーザ装置としては、特許文献１に開示され、この明細書で図６〜図８に示されたようなものが知られている。

特開２００３−２６４３３２号公報

図６〜図８に示されたパッケージでは、枠体１に、ＬＤチップ５と、ＬＤチップ５を搭載するためのサブマウント４と、ミラーチップ６と、信号受光素子７とが搭載され、パッケージの上にホログラム素子（図示せず）を取り付けている。内部素子への電源供給、外部への信号の取り出しはリード２により行う。

図６〜図８に示されたパッケージの平面における外形形状は一部円弧状となっており、この円弧状部分は、基準面または基準円弧と呼ばれている。光ピックアップ装置のハウジングに組み付ける際にこの円弧状部分をハウジング側の円弧状部分に嵌合させることにより、半導体レーザ装置をハウジングに対して位置決めして、光軸出しができるようになっている。

近年、光ピックアップ装置の低価格化を図るために、パッケージは、樹脂化され、ＬＤチップ５を搭載するためのアイランドプレート３とリード２とからなるリードフレームをインサート成形して作られている。アイランドプレート３にはＬＤチップ５を搭載するための認識マーク９がプレスの凹みなどによって付けられていて、この認識マーク９を目印にしてＬＤチップ５をアイランドプレート３に搭載する。なお、ＬＤチップ５を直接アイランドプレート３にダイボンディングする代わりに、ＬＤチップ５をサブマウントに先に搭載したものを位置決めして、ダイボンディングする場合もある。

ＬＤチップ５のダイボンディングには高精度が要求されるため、認識マーク９の位置を画像認識で精度よく測定し、その測定結果から計算した所定のダイボンド位置にＬＤチップ５を搭載する。ＬＤチップ５のアライメントには高精度のステージを用いる。

ホログラムレーザ方式の半導体レーザ装置にあっては、パッケージの基準面に対する所定の位置に、ＬＤチップ５や信号受光素子７を高精度で取り付けることが重要である。

しかしながら、従来の認識マーク９はアイランドプレート３に付けられており、一方、基準面は絶縁性樹脂で成形された枠体１の側に設けられているため、インサート成形時のリードフレームとインサート成形型との位置ズレの量だけ、基準面と認識マーク９との位置がずれてしまうという欠点がある。

そして、ＬＤチップ５が基準面に対して所定の位置からずれてしまうため、光軸がずれて、光ピックアップ装置に取り付けた際に所定の特性が出なくなったりする。また、基準面を直接画像認識するには、カメラの視野を広げる必要があるが、カメラの視野が広がると相対的に画像分解能が悪くなり、画像認識の精度が落ちてしまう。さらに、複数のカメラで基準面を高分解能で見るようにするには、装置の調整にかなりの手数と時間とが必要になってしまう。

この発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、パッケージの所定位置にＬＤチップを精度よく搭載することができ、光軸のズレが少なく、電気的・光学的特性の良好な半導体レーザ装置を提供することを課題とする。

この発明によれば、半導体レーザ素子を搭載するためのアイランドプレート部と外部配線のためのリード部とからなるリードフレームが絶縁性枠体にインサート成形されてなるパッケージに、インサート成形時に前記枠体と一体に成形された、半導体レーザ素子位置決め用の認識マークを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。

この発明の半導体レーザ装置にあっては、インサート成形時に絶縁性枠体と一体に成形された、半導体レーザ素子位置決め用の認識マークを備えているので、パッケージの所定位置にＬＤチップを精度よく搭載することができ、光軸のズレが少なく、電気的・光学的特性の良好なものである。

この発明の半導体レーザ装置は例えば、前記認識マークが、アイランドプレート部に設けられた樹脂充填用孔とこの孔の位置に対応してインサート成形型に設けられた樹脂充填用凹部とで形成された空間に樹脂を充填することにより成形された突起であってもよい。
前記認識マークがこのような突起である場合には、前記空間に充填された樹脂のうち、突起を成形する部分以外の樹脂は、前記孔の内部に入り込んでおり外側から見えないので、前記孔の外部へ突出している突起の部分だけを認識マークにすることができ、半導体レーザ素子の位置決めをより正確に行うことができる。

前記突起は、その平面方向における大きさが、前記孔のそれよりも、インサート成形型とリードフレームとの位置合わせ精度分だけ大きくされているのが好ましい。前記突起がこのように構成されている場合には、インサート成形型とリードフレームとの間に位置ズレが発生しても、アイランドプレートの前記孔を隠すことができ、上から見た認識マークの形状が変わることがない。したがって、認識マークを画像認識して面積重心などの画像処理で位置を求める場合も常に同じ形状の画像処理をすればよく、測定精度が向上する。

前記突起はその形状が半球状であるのが好ましい。前記突起の形状が半球状である場合には、落射照明でも周辺光でも認識マークがはっきり見えるので、画像認識がいっそう容易である。また、半球状の形状は画像処理で２値化する場合に円になるので、面積重心を計算し易い。

この発明の半導体レーザ装置は、前記突起の表面の色と前記アイランドプレート部の表面の色とが異なっていて両者の間にコントラストが付けられているのが好ましい。前記突起の表面の色と前記アイランドプレート部の表面の色との間にこのようにコントラストが付けられている場合には、画像認識がいっそう容易である。

この発明の半導体レーザ装置は例えば、前記認識マークが、アイランドプレート部に設けられた樹脂充填用孔とその孔の位置に対応してインサート成形型に設けられた突起とを利用するインサート成形によって前記の孔に充填された樹脂の表面（上端面）に成形された窪みであってもよい。前記認識マークがこのような窪みである場合には、前記孔の内部に充填された樹脂はその表面を除いて外側から見えないので、その樹脂の表面に成形された窪みの部分だけを認識マークにすることができ、半導体レーザ素子の位置決めをより正確に行うことができる。また、窪みであるので、ワイヤ配線の邪魔にならないし、認識マークの上にチップを搭載することもできる。

前記窪みは、その平面方向における大きさが、前記孔のそれよりも、インサート成形型とリードフレームとの位置合わせ精度分だけ小さくされているのが好ましい。前記窪みがこのように構成されている場合には、インサート成形型とリードフレームとの間に位置ズレが発生しても、窪みの形状が変わることがない。したがって、認識マークを画像認識して面積重心などの画像処理で位置を求める場合も常に同じ形状の画像処理をすればよく、測定精度が向上する。

前記窪みはその形状が半球状であるのが好ましい。前記窪みの形状が半球状である場合には、落射照明でも周辺光でも影が付き易くなるので、画像認識がいっそう容易である。
また、半球状の形状は画像処理で２値化する場合に円になるので、面積重心を計算し易い。

この発明の半導体レーザ装置は、前記突起が２箇所以上に設けられているのが好ましい。前記突起が２箇所以上に設けられている場合には、回転方向のズレも補正することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の半導体レーザ装置に関する２つの実施形態を説明する。

第１の実施形態
図１〜図４はこの発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を説明する図である。
すなわち、図１は、この発明の半導体レーザ装置を光軸方向から見た平面図、図２は、図１からチップなどを取り払ったパッケージ部分だけの平面図、図３は、図２のパッケージのリードフレーム部分だけの平面図、図４は、図２の認識マーク付近の拡大図およびＡ−Ａ線に沿う断面図である。

パッケージは、図３のリードフレームをインサート成形型に入れて樹脂成形することで作られている。絶縁性枠体１がアイランドプレート３とリード２とを保持している。枠体１には基準面１１および基準円弧１２が成形されている。アイランドプレート３の表面の色はメッキの銀色または金色である。

アイランドプレート３の上には、サブマウント４を介して端面発光のＬＤチップ５が搭載されている。ＬＤチップ５のビーム出射面の前方にはミラーチップ６が搭載されている。このミラーチップ６は出射光の光軸を９０度変化させる。ＬＤチップ５およびミラーチップ６の右側方には信号受光素子７が搭載されている。各素子はＡｕ線８でリード２と配線されており、これら全体の上に、枠体１の内部をカバーするようにホログラム素子（図示せず）が搭載されている。

ＬＤチップ５が搭載されたサブマウント４をアイランドプレート３に搭載する際には、認識マーク９を目印にして位置決めを行う。この認識マーク９は半球状の突起である。認識マーク９は、枠体１を前記リードフレームとともにインサート成形する際に、アイランドプレート３に設けられた樹脂充填用の円形孔１０とこの孔１０の位置に対応して予めインサート成形型に設けられた半球状の樹脂充填用凹部とで形成された空間に樹脂が充填されて成形されている。すなわち、図４の断面図に示すように、インサート成形時に前記空間に充填された樹脂が回り込んで、アイランドプレート３の孔１０の上方に半球状突起の認識マーク９が成形される。ここで用いられた充填用樹脂の色は黒であり、したがって、認識マーク９の半球状突起における表面の色は黒である。

この認識マーク９はインサート成形型の前記凹部によって形状および大きさが決まるため、アイランドプレート３における認識マーク９の位置は、枠体１の基準面１１や基準円弧１２に対し、インサート成形型の加工精度・組み付け精度の程度しかズレが生じない。
したがって、この認識マーク９で位置合わせしてＬＤチップ５などの素子を搭載すれば、パッケージの基準面１１や基準円弧１２に対して高精度で各素子を搭載することが可能になる。

この第１の実施形態では、認識マーク９は、パッケージの長手方向に並べて２個設けられている（図２）。この並びの方向にＬＤチップ５、信号受光素子７およびホログラム素子を位置決めすることで、パッケージの長手方向に対し方向が決まった位置に各素子を位置決めすることが可能になる。

この実施形態では、認識マーク９は半球状突起であり、その直径の大きさはアイランドプレート３に穿たれた孔１０の直径よりも所定寸法だけ大きくされている。すなわち、（認識マーク９の直径）≧（孔１０の直径）＋（インサート成形型とリードフレームとの位置合わせのズレの最大値）の関係にされている。

したがって、この実施形態にあっては、インサート成形時に成形型とリードフレームとがずれても、下方の孔１０は常に認識マーク９に隠れている。したがって、画像処理で位置を求める際に下方の孔１０が見えて測定が狂うということがない。

また、認識マーク９は半球状突起であるので落射照明や周囲光による間接照明でもはっきりと認識マーク９を見ることができ、画像処理での認識性が優れている。

さらに、この実施形態にあっては、黒色の充填用樹脂を採用して、アイランドプレート３の表面の色（メッキの銀色や金色）に対しコントラストが付けられているので、画像処理での認識性が優れている。

第２の実施形態
図５は、この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を説明する一部拡大図およびＡ−Ａ線に沿う断面図である。この実施形態では、第１の実施形態に比べて、アイランドプレート３における樹脂充填用円形孔１０の大きさがより大きくされている。また、認識マーク９は、アイランドプレート３の孔１０とこの孔１０の位置に対応してインサート成形型に設けられた突起とを利用するインサート成形によって孔１０に充填された樹脂の表面に半球状の窪みとして成形されている。

第１の実施形態と同様に、認識マーク９は枠体１を前記リードフレームとともにインサート成形する際に同時に成形されるが、予めインサート成形型に設けられた半球状の突起により、孔１０に充填された樹脂の表面に窪みが成形されるのである。

この実施形態では、認識マーク９は半球状窪みであり、その直径の大きさはアイランドプレート３に穿たれた孔１０の直径よりも所定寸法だけ小さくされている。すなわち、（認識マーク９の直径）≦（孔１０の直径）―（インサート成形型とリードフレームとの位置合わせのズレの最大値）の関係にされている。

したがって、この実施形態にあっては、インサート成形時に成形型とリードフレームとがずれても、認識マーク９は常に孔１０の中に納まる。また、認識マーク９は半球状窪みであるため、落射照明により窪み部分に影ができてコントラストが付くため、周りの樹脂から認識マーク９だけを認識することができる。さらに、図５の断面図に示すように、アイランドプレート３の表面から認識マーク９が飛び出していないので、ＬＤチップ５を搭載する際やＡｕ線をワイヤボンディングする際などに認識マーク９が邪魔になることがない。

この発明の半導体レーザ装置を光ピックアップ装置に組み込めば、特性の良好な光ピックアップ装置を作ることができる。

図１は、この発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装置を光軸方向から見た平面図である。 図２は、図１からチップなどを取り払ったパッケージ部分だけの平面図である。 図３は、図２のパッケージのリードフレーム部分だけの平面図である。 図４は、図２の認識マーク付近の拡大図およびＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５は、この発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を説明する一部拡大図およびＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図６は、従来の半導体レーザ装置を光軸方向から見た平面図である。 図７は、図６からチップなどを取り払ったパッケージ部分だけの平面図である。 図８は、図６のパッケージのリードフレーム部分だけの平面図である。

符号の説明

１…枠体
２…リード
３…アイランドプレート
４…サブマウント
５…ＬＤチップ
６…ミラーチップ
７…信号受光素子
８…Ａｕ線
９…認識マーク
１０…孔
１１…基準面
１２…基準円弧

Claims (9)

1. 半導体レーザ素子を搭載するためのアイランドプレート部と外部配線のためのリード部とからなるリードフレームが絶縁性枠体にインサート成形されてなるパッケージに、インサート成形時に前記枠体と一体に成形された、半導体レーザ素子位置決め用の認識マークを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. 前記認識マークは、アイランドプレート部に設けられた樹脂充填用孔とこの孔の位置に対応してインサート成形型に設けられた樹脂充填用凹部とで形成された空間に樹脂を充填することにより成形された突起である請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記突起は、その平面方向における大きさが、前記孔のそれよりも、インサート成形型とリードフレームとの位置合わせ精度分だけ大きくされている請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記突起は、その形状が半球状である請求項２または３に記載の半導体レーザ装置。
5. 前記突起の表面の色と前記アイランドプレート部の表面の色とが異なっていて両者の間にコントラストが付けられている請求項２〜４のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。
6. 前記認識マークは、アイランドプレート部に設けられた樹脂充填用孔とその孔の位置に対応してインサート成形型に設けられた突起とを利用するインサート成形によって前記の孔に充填された樹脂の表面に成形された窪みである請求項１に記載の半導体レーザ装置。
7. 前記窪みは、その平面方向における大きさが、前記孔のそれよりも、インサート成形型とリードフレームとの位置合わせ精度分だけ小さくされている請求項６に記載の半導体レーザ装置。
8. 前記窪みは、その形状が半球状である請求項６または７に記載の半導体レーザ装置。
9. 前記突起は、２箇所以上に設けられている請求項２〜８のいずれか1つに記載の半導体レーザ装置。

Images