JP4926458B2 - 光半導体素子用ステムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は光半導体素子用ステムの製造方法に係り、さらに詳しくは、光通信装置や光ディスク装置などに適用される半導体レーザ素子などが実装される光半導体素子用ステムの製造方法に関する。

従来、半導体レーザ素子や受光素子が実装される光半導体素子用ステムがある。図１に示すように、従来の光半導体素子用ステムは、円板状のアイレット１００とその上に立設する素子実装部１１０とアイレット１００に設けられた第１〜第３リード１２０ａ，１２０ｂ、１２０ｃとにより基本構成されている。

アイレット１００には、その厚み方向に貫通する貫通孔１００ｘが設けられており、その貫通孔１００ｘ内に第１、第２リード１２０ａ，１２０ｂがガラス１３０によって封着された状態で挿通して固定されている。また、第３リード１２０ｃはアイレット１００の下面に抵抗溶接によって固定されている。このようにして、第１、第２リード１２０ａ，１２０ｂはアイレット１００と電気的に絶縁されて設けられ、第３リード１２０ｃはアイレット１００に電気的に接続された状態で設けられている。

素子実装部１１０は半導体レーザ素子（不図示）が実装される実装側面Ｓを備えている。また、実装側面Ｓの前方のアイレットの部分には、底面がスロープ状となったへこみ部１００ａが形成されており、そのへこみ部１００ａの底面に受光素子（不図示）が実装される。そして、半導体レーザ素子及び受光素子は、ワイヤなどを介して所定のリード１２０ａ〜１２０ｃにそれぞれ電気接続される。

このような光半導体素子用ステムに類似したものは、特許文献１〜３に記載されている。
特開２００４−７２０７２号公報 特開２００５−１５０６８４号公報 実開平２−９４６１号公報

上記した従来の光半導体素子用ステムでは、半導体レーザ素子は、ある程度の厚みをもつサブマウントを介して素子実装部１１０の実装側面Ｓに実装されるので、サブマウントの厚み分だけ実装側面Ｓから離れた位置に実装される。そして、アイレット１００のへこみ部１００ａの底面に受光素子が実装され、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光が受光素子によってモニタされる。

近年では、サブマウントは、熱伝導性が悪く半導体レーザ素子の放熱の妨げになること及びコスト削減を図ることから、その厚みを薄くするか又は省略する試みがなされている。

しかしながら、サブマウントの厚みを薄くしたり、省略したりすると、半導体レーザ素子は素子実装部の実装側面に接近して実装されることから、半導体レーザ素子からのレーザ光が受光素子の受光部からずれた位置に当たるので、半導体レーザ素子からのレーザ光を受光素子で精度よくモニタできなくなる問題がある。

本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、実装側面に実装される発光素子の位置がずれる場合であっても、その下側に配置される受光素子で発光素子から出射される光を精度よくモニタできる光半導体素子用ステムの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は光半導体素子用ステムの製造方法に係り、第１のプレス加工によって金属部材を成形することにより、アイレットと、該アイレットの上に立設する実装側面を備えた素子実装部とを形成する工程と、前記アイレット及び前記素子実装部を形成する工程の後に、前記実装側面の付け根部から前記アイレットの部分を押圧する部分に曲面をもち、かつ前記アイレットを押圧する部分に凸部を備えたポンチを使用する第２のプレス加工によって、前記実装側面の付け根部と前記アイレットとの境界部に曲面を形成すると共に、前記アイレットの部分に前記曲面に繋がるへこみ部を形成する工程と、前記曲面及び前記へこみ部を形成する工程の後に、前記素子実装部を横方向に押圧する第１ポンチと、前記素子実装部の上面を押さえる第２ポンチと、前記アイレットを押さえると共に、前記素子実装部の前記実装側面の位置を決めるストッパとなる第３ポンチとを使用する第３のプレス加工によって、前記素子実装部の前記実装側面を前記へこみ部側に移動して前記実装側面の位置を調整する工程とを有することを特徴とする。

本発明では、まず、金属部材をプレス加工することにより、板状のアイレットと、その上に立設する、発光素子が実装される実装側面を備えた素子実装部と、素子実装部の前方のアイレットの部分に設けられる、受光素子が実装されるへこみ部とが形成される。この工程では、素子実装部の実装側面は、正規の実装側面の位置から外側にずれた位置に配置される。

さらに、素子実装部をプレス加工することにより、素子実装部の実装側面をへこみ部側に移動して、素子実装部の実装側面を正規の実装側面の位置に配置されるように位置調整する。これによって、発光素子が実装される素子実装部の実装側面は、受光素子が実装されるアイレットのへこみ部の領域にオーバーラップする所望の位置に配置される。

前述したように、発光素子は、ある程度の厚みをもつサブマウントを介して素子実装部の実装側面に実装されるが、コスト削減や放熱性の改善を目的にサブマウントの厚みを薄くしたり、サブマウントを省略したりする要望がある。

本発明では、素子実装部の実装側面を受光素子が実装されるへこみ部の領域の任意の位置にずらして調整して配置できるので、サブマウントを薄くして発光素子が素子実装部の実装側面により接近して実装される場合であっても、発光素子の発光部の下に受光素子の受光部を配置できるようになる。このように、発光素子と受光素子の実装する際の位置関係を容易に調整できるので、発光素子の実装位置がずれる場合であっても、発光素子から出射される光を受光素子によって高精度にモニタできるようになる。

しかも、金型のポンチのチッピングを防止するために素子実装部とへこみ部との境界部を曲面とし、これによって受光素子をこれ以上実装側面側に移動できない場合であっても、何ら不具合は発生することはない。

さらには、サブマウントを省略する場合であっても、素子実装部の実装側面をへこみ部側にさらに移動して配置することにより、発光素子から出射される光を受光素子によって高精度にモニタできるようになる。

なお、特許文献３には、放熱体の基部に設けられた凹部にモニタ素子の端部を収容して実装することにより、放熱体の側面に実装される半導体レーザ素子の真下にモニタ素子の受光面が配置されるように構成することが記載されているが、製造方法に関しては何ら考慮されておらず、本発明の構成を示唆するものではない。

以上説明したように、本発明の光半導体素子用ステムの製造方法では、発光素子が実装される実装側面の位置を容易に調整できるので、実装側面と発光素子の距離が変化する場合であっても容易に対応することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

本発明の実施形態を説明する前に、サブマウントを薄くして半導体レーザ素子を素子実装部の実装側面に実装する際に発生する不具合について説明する。

図２には、光半導体素子用ステムのアイレット１００とその上に立設する素子実装部１１０とが示されており、素子実装部１１０の実装側面Ｓの前方のアイレット１００の部分に底面がスロープ状になったへこみ部１００ａが設けられている。素子実装部１１０の実装側面Ｓの下部とへこみ部１００ａの一端側とは境界部Ａで繋がっており、その境界部Ａは曲面（Ｒ面）となって丸みを帯びて形成されている。境界部Ａを曲面とする理由は、金属部材を一連のプレス加工によって成形してステムを製造する際に、へこみ部１００ａを形成するプレス工程において金型のポンチに角部が存在するとポンチにチッピング（欠け）が発生し、連続して精度よくプレス加工することが困難になるからである。

そして、半導体レーザ素子２００がサブマウント１３０を介して素子実装部１１０の実装側面Ｓに実装される。また、半導体レーザ素子２００の下部から出射されるレーザ光Ｌをモニタする受光素子３００がへこみ部１００ａの底面に実装される。このようにして、半導体レーザ素子２００から出射されるレーザ光Ｌを受光素子３００によってモニタすることができる。

前述したように、近年では、サブマウント１３０は、熱伝導性が悪く半導体レーザ素子２００の放熱の妨げになること及びコスト削減を図ることから、その厚みを薄くするか又は省略する試みがなされている。

そこで、図３に示すように、サブマウント１３０の厚みを薄くすると、半導体レーザ素子２００の位置が実装側面Ｓ側に移動するため、半導体レーザ素子２００から出射されるレーザ光Ｌが受光素子３００の受光部からずれた位置に当たるようになり、半導体レーザ素子２００からのレーザ光Ｌを受光素子３００で精度よくモニタできなくなる。しかも、実装側面Ｓとへこみ部１００ａの境界部Ａは曲面となっているため、受光素子３００をこれ以上半導体レーザ素子２００側に近づけることは困難である。

以下に説明する本発明の実施形態は上記した不具合を容易に解消することができる。

図４〜図９は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法は、まず、図４（ａ）に示すように、金属部材５を用意し、さらに、下型２０ａ及び下部側に凹部２０ｘが形成された上型２０ｂを備えた第１金型２０を用意する。金属部材５としては、全体にわたって鉄（Ｆｅ）又は銅（Ｃｕ）からなる金属材、もしくは鉄（Ｆｅ）／銅（Ｃｕ）／鉄（Ｆｅ）からなるクラッド材などが好適に使用される。

そして、金属部材５を下型２０ａと上型２０ｂとの間に配置し、上型２０ｂによって下型２０ａ上の金属部材５を押圧する。これにより、図４（ｂ）に示すように、上型２０ｂの凹部２０ｘ側に金属部材５が押し込まれることで上側に突出する凸部が形成され、板状のアイレット１０とその上に立設する素子実装部（放熱部）１２が得られる。素子実装部１２は、半導体レーザ素子が実装される実装側面Ｓを備えており、その実装側面Ｓは、後に半導体レーザ素子が配置される正規の実装側面の位置から距離ｄｍｍ（例えば、０．２〜０．５ｍｍ）分だけ外側にずれて（オフセット）されて配置される。正規の実装側面の位置は、サブマウントの厚みを薄くする場合やサブマウントを省略する場合に対応して半導体レーザ素子が最適の位置に配置されるように設定され、それによって距離ｄが適宜調整される。

次いで、図５（ａ）に示すように、下型２１ａと押え部材２１ｘとポンチ２１ｙとを備えた第２金型２１を用意する。第２金型２１のポンチ２１ｙは、素子実装部１２の実装側面Ｓの前方のアイレット１０の部分に受光素子が実装されるへこみ部を形成するためのものであり、その下部にへこみ部に対応する凸部Ｃが形成されている。

そして、下型２１ａの上に素子実装部１２が立設したアイレット１０を配置し、押え部材２１ｘで保持した状態でポンチ２１ｙによって素子実装部１２の実装側面Ｓの前方のアイレット１０の部分を押圧する。これにより、図５（ｂ）に示すように、素子実装部１２の実装側面Ｓの前方のアイレット１０の部分に底面がスロープ状のへこみ部１０ａが形成される。このとき、素子実装部１２の付け根部分を押圧するポンチ２１ｙの部分はチッピング（欠け）を防止するために曲面（Ｒ面）となっており、これによって素子実装部１２の実装側面Ｓとアイレット１０のへこみ部１０ａの境界部Ａ（図５（ｂ））が曲面（Ｒ面）となって成形される。

次いで、図６に示すように、下型２２ａ、第１ポンチ２２ｘ、第２ポンチ２２ｙ及び第３ポンチ２２ｚを備えた第３金型２２を用意する。第１ポンチ２２ｘは素子実装部１２を横方向に押圧するためのものであり、第２ポンチ２２ｙは素子実装部１２の上面を押えるものであり、また第３ポンチ２２ｚはアイレット１０を押えると共に、素子実装部１２の実装側面Ｓの位置を決めるストッパとして機能するものである。つまり、素子実装部１２の実装側面Ｓに対向する第３ポンチ２２ｚの面は、予め外側にオフセットされて配置された素子実装部１２の実装側面Ｓを正規の実装側面の位置に調整するための基準面Ｂとなっている。そして、第３金型２２の下型２２ａの上に素子実装部１２が立設するアイレット１０を配置し、素子実装部１２の回りに第１〜第３ポンチ２２ｘ〜２２ｚを素子実装部１２に位置合わせして配置する。

続いて、図７に示すように、第２ポンチ２２ｙで素子実装部１２の上面を押え、かつ第３ポンチ２２ｚによってアイレット１０を押えた状態で、第１ポンチ２２ｘによって素子実装部１２をアイレット１０のへこみ部１０ａ側に押圧することにより、実装側面Ｓを横方向に移動させる。これにより、素子実装部１２の実装側面Ｓは、第３ポンチ２２ｚの基準面Ｂに当接して正規の実装側面の位置に配置される。

このようにして、図８に示すように、素子実装部１２の実装側面Ｓの側がアイレット１０のへこみ部１０ａ側に押しだされて、へこみ部１０ａの領域にオーバーラップするように付け根から突き出た突出部Ｔが形成され、実装側面Ｓの位置が調整されて配置される。また、素子実装部１２の実装側面Ｓと反対面は第１ポンチ２２ｘによって押圧されて凹部１２ｘが設けられる。

続いて、図９及び図１０に示すように、プレス加工によって、アイレット１０に第１、第２貫通孔１１ａ，１１ｂを形成すると共に、アイレットの外周部に位置決め用の一対の三角形状の切り欠き部１０ｘと、方向表示用の四角形状の切り欠き部１０ｙとを形成する。

さらに、アイレット１０の第１、第２貫通孔１１ａ、１１ｂに第１、第２リード１６ａ，１６ｂを挿通し、ガラス１８によって封着して固定する。また、アイレット１２の下面に第３リード１６ｃを抵抗溶接によって固定する。

以上により、図１０に示すような本実施形態に係わる光半導体素子用ステム１が製造される。なお、前述した形態では、一連のプレス加工の工程で素子実装部１２を横方向に押圧して実装側面Ｓの位置を調整しているが、アイレット１０にリード１６ａ〜１６ｃを設けた後に、素子実装部１２の実装側面Ｓの位置を調整してもよい。

以上説明したように、本実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法では、まず、金属部材５をプレス加工することにより、板状のアイレット１０と、その上に立設する素子実装部１２と、素子実装部１２の前方のアイレット１０の部分に設けられるへこみ部１０ａとを形成する。このとき、素子実装部１２の実装側面Ｓの下部とアイレット１０のへこみ部１０ａの底面との境界部Ａは、金型のポンチのチッピングを防止するために曲面となって形成される。この時点では、素子実装部１２の実装側面Ｓはへこみ部１０ａの一端部の直上に配置され、正規の実装側面の位置よりも外側にずれた（オフセット）状態で形成される。

さらに、プレス加工により、素子実装部１２をアイレット１０のへこみ部１０ａ側に押圧して実装側面Ｓをへこみ部１０ａ側に移動することにより、素子実装部１２の実装側面Ｓを正規の実装側面の位置に配置されるように調整する。これによって、半導体レーザ素子が実装される素子実装部１２の実装側面Ｓは、受光素子が実装されるアイレット１０のへこみ部１０ａの領域にオーバーラップする所望の位置に配置される。

そのような製造方法によって製造される光半導体素子用ステム１は、図１０に示すように、アイレット１０とその上に立設する素子実装部１２とアイレット１０に装着された３つのリード１６（第１〜第３リード１６ａ〜１６ｃ）とにより基本構成されている。素子実装部１２は半導体レーザ素子が実装される実装側面Ｓを備えている。また、実装側面Ｓの前方のアイレット１０の部分には受光素子が実装される底面がスロープ状になったへこみ部１０ａが設けられている。素子実装部１２では、その付け根部分からアイレット１０のへこみ部１０ａ側に突き出る突出部Ｔが設けられており、その実装側面Ｓがへこみ部１０ａの領域にオーバーラップする位置に配置されている。

さらに、アイレット１０にはその厚み方向に貫通する２つの貫通孔（第１、第２貫通孔１１ａ，１１ｂ）が設けられている。そして、第１、２リード１６ａ，１６ｂが第１、第２貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ挿通され、ガラス１８によって第１、第２貫通孔１１ａ，１１ｂにそれぞれ封着されて固定されている。

さらに、第３リード１６ｃがアイレット１０の下面に抵抗溶接されており、第３リード１６ｃはアイレット１０及び素子実装部１２に電気的に接続された状態で固定されている。

また、アイレット１０には位置決め用の一対の三角形状の切り欠き部１０ｘと、方向表示用の四角形状の切り欠き部１０ｙとが設けられている。

そして、例えば、第１リード１６ａが発光素子用リードとなり、第２リード１６ｂが受光素子用リードとなり、第３リード１６ｃが共通グランドリードとなる。素子実装部１２の実装側面Ｓに実装される発光素子はワイヤを介して第１リード１６ａに電気接続される。また、アイレット１０のへこみ部１０ａの底面に実装される受光素子はワイヤを介して受光素子用の第２リード１６ｂに電気接続される。さらに、発光素子及び受光素子は、ワイヤなどによってアイレット１０を介して第３リード１６ｃ（共通グランドリード）に電気接続される。

図１１には、本実施形態に係る光半導体素子用ステム１に半導体レーザ素子と受光素子が実装された例が示されている。図１１のステムは図１０のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。図１１に示すように、素子実装部１２の実装側面Ｓの上にサブマウント３２を介して半導体レーザ素子３０が実装され、アイレット１０のへこみ部１０ａの底面に受光素子４０が実装されている。

前述したように、素子実装部１２の実装側面Ｓは、アイレット１０のへこみ部１０ａの領域にオーバーラップする所望の位置に配置される。このため、サブマウント３２を薄くして半導体レーザ素子３０が素子実装部１２の実装側面Ｓに接近して実装される場合であっても、受光素子４０の受光部を半導体レーザ素子３０の発光部の真下に配置できるので、半導体レーザ素子３０から出射されるレーザ光Ｌを受光素子４０によって精度よくモニタできるようになる。

しかも、金型のポンチのチッピングを防止するために素子実装部１２とへこみ部１０ａとの境界部を曲面とし、これによって受光素子４０をこれ以上実装側面Ｓ側に移動できない場合であっても、何ら不具合が発生することなく対応することができる。

さらには、コスト削減や放熱性を改善するためにサブマウント３２を省略する場合であっても、素子実装部１２の実装側面Ｓをへこみ部１０ａ側にさらに移動して配置することにより、半導体レーザ素子３０から出射されるレーザ光Ｌを受光素子４０によって精度よくモニタできるようになる。

図１は従来技術の光半導体素子用ステムの一例を示す斜視図である。 図２は光半導体素子用ステムに半導体レーザ素子と受光素子が実装された様子を示す断面図である。 図３は、図２の半導体素子用ステムにおいて半導体レーザ素子が実装されるサブマウントの厚みを薄くした場合に発生する不具合を説明する断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態の半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その１）である。 図５（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その２）である。 図６は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その３）である。 図７は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その４）である。 図８は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その５）である。 図９は本発明の実施形態の光半導体素子用ステムの製造方法を示す断面図（その６）である。 図１０は本発明の実施形態に係る光半導体素子用ステムを示す斜視図である。 図１１は本発明の実施形態に係わる光半導体素子用ステムに半導体レーザ素子及び受光素子が実装された様子を示す断面図である。

符号の説明

１…光半導体素子用ステム、５…金属部材、１０…アイレット、１０ａ…へこみ部、１０ｘ，１０ｙ…切り欠け部、１１ａ，１１ｂ…貫通孔、１２…素子実装部、１２ｘ…凹部、１６ａ…第１リード、１６ｂ…第２リード、１６ｃ…第３リード、１８…ガラス、２０…第１金型、２０ａ，２１ａ，２２ａ…下型、２０ｂ…上型、２０ｘ…凹部、２１…第２金型、２１ｘ…押え部材、２１ｙ…ポンチ、２２…第３金型、２２ｘ…第１ポンチ、２２ｙ…第２ポンチ、２２ｚ…第３ポンチ、３０…半導体レーザ素子、３２…サブマウント、４０…受光素子、Ａ…境界部、Ｓ…実装側面、Ｔ…突出部、Ｃ…凸部、Ｌ…レーザ光。

Claims (5)

1. 第１のプレス加工によって金属部材を成形することにより、アイレットと、該アイレットの上に立設する実装側面を備えた素子実装部とを形成する工程と、
   前記アイレット及び前記素子実装部を形成する工程の後に、前記実装側面の付け根部から前記アイレットの部分を押圧する部分に曲面をもち、かつ前記アイレットを押圧する部分に凸部を備えたポンチを使用する第２のプレス加工によって、前記実装側面の付け根部と前記アイレットとの境界部に曲面を形成すると共に、前記アイレットの部分に前記曲面に繋がるへこみ部を形成する工程と、
   前記曲面及び前記へこみ部を形成する工程の後に、前記素子実装部を横方向に押圧する第１ポンチと、前記素子実装部の上面を押さえる第２ポンチと、前記アイレットを押さえると共に、前記素子実装部の前記実装側面の位置を決めるストッパとなる第３ポンチとを使用する第３のプレス加工によって、前記素子実装部の前記実装側面を前記へこみ部側に移動して前記実装側面の位置を調整する工程とを有することを特徴とする光半導体素子用ステムの製造方法。
2. 前記アイレットと、前記素子実装部とを形成する工程において、
   前記素子実装部の前記実装側面を、後に発光素子が配置される位置から前記アイレットの外側にずれた位置に配置し、
   前記実装側面の位置を調整する工程において、前記素子実装部の前記実装側面を前記発光素子が配置される位置に配置し、
   前記発光素子が配置される前記実装側面は、前記へこみ部にオーバーラップする位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
3. 前記実装側面の位置を調整する工程の後又は前に、前記アイレットにリードを装着する工程をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
4. 前記素子実装部の前記実装側面には発光素子が実装され、前記アイレットの前記へこみ部には前記発光素子から出射される光をモニタする受光素子が実装されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
5. 前記金属部材は、鉄、銅、又は鉄／銅／鉄から構成されるクラッド材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。

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