JP6005537B2 - 半導体パッケージ用ステム及び半導体パッケージ - Google Patents

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Description

本発明は、半導体パッケージ用ステム、及び半導体パッケージ用ステムに発光素子を搭載した半導体パッケージに関する。
従来、発光素子を搭載する半導体パッケージ用ステムとして、円板状のアイレット本体と、アイレット本体に設けられた放熱体と、アイレット本体に封着されたリードとを備えたものが知られている。このような半導体パッケージ用ステムでは、放熱体の側面に発光素子を接合し、発光素子とリードとをワイヤボンディングで接続し、窓を備えたキャップをアイレット本体に溶接することにより、半導体パッケージとなる。
そして、上記半導体パッケージは、円板状のアイレット本体の外側面を位置決めの基準として、光ピックアップ等の構成部品である固定部材に固定される。この際、上記半導体パッケージに搭載されている発光素子の発光点位置と固定部材の中心が一致するように固定される。
特開平1−259548号公報
ところで、半導体パッケージ用ステムに搭載される発光素子の発光点位置は様々である。そのため、半導体パッケージに搭載されている発光素子の発光点位置と固定部材の中心が一致するように固定するためには、発光点位置が異なる発光素子毎に、対応する半導体パッケージ用ステムを用意しなければならない。これは、設計的な負担を増加させると共に、半導体パッケージ用ステムのコスト上昇につながるため、好ましくない。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、発光点位置が異なる複数の発光素子に対応可能な半導体パッケージ用ステム等を提供することを課題とする。
本半導体パッケージ用ステムは、第1の円板状部と、前記第1の円板状部より小径の第2の円板状部と、発光素子を搭載する発光素子搭載面を備えた発光素子固定部と、を有し、前記第2の円板状部は、前記第1の円板状部の上面から突出すると共に、前記第1の円板状部の上面の外縁部を露出するように設けられ、前記発光素子固定部は、前記第2の円板状部の上面に、前記発光素子搭載面が前記第2の円板状部の上面に対して垂直になるように設けられ、前記第1の円板状部と前記第2の円板状部が偏芯しており、前記第1の円板状部及び前記第2の円板状部の中心は、平面視において、前記発光素子搭載面と垂直な線上の異なる位置にあることを要件とする。
開示の技術によれば、発光点位置が異なる複数の発光素子に対応可能な半導体パッケージ用ステム等を提供できる。
本実施の形態に係る半導体パッケージ用ステムを例示する図である。 図1の部分拡大図である。 本実施の形態に係る半導体パッケージを例示する図(その1)である。 本実施の形態に係る半導体パッケージを固定部材に取り付けた状態を例示する図(その1)である。 本実施の形態に係る半導体パッケージを例示する図(その2)である。 本実施の形態に係る半導体パッケージを固定部材に取り付けた状態を例示する図(その2)である。 比較例に係る半導体パッケージを例示する図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
まず、本実施の形態に係る半導体パッケージ用ステムの構造について説明する。図1は、本実施の形態に係る半導体パッケージ用ステムを例示する図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。図1において、X方向は後述する第1リード31、第2リード32、及び第3リード33の配列方向と平行な方向、Y方向はX方向に垂直な方向を夫々示している(他の図においても同様)。又、Z方向は第1リード31、第2リード32、及び第3リード33の長手方向を示しており、X方向及びY方向と垂直である(他の図においても同様)。なお、便宜上、後述する第1の円板状部21側を下、発光素子固定部23側を上として以下の説明をする。
図1を参照するに、本実施の形態に係る半導体パッケージ用ステム10は、アイレット20と、リード30と、封止部40とを有する。アイレット20は、第1の円板状部21と、第2の円板状部22と、発光素子固定部23とを有する。
アイレット20の第1の円板状部21、第2の円板状部22、及び発光素子固定部23は、銅や鉄等の金属材料から形成することができる。第1の円板状部21、第2の円板状部22、及び発光素子固定部23を、複数の金属層(銅層や鉄層等)が積層された金属材料(例えば、所謂クラッド材)等から形成してもよい。第1の円板状部21、第2の円板状部22、及び発光素子固定部23の表面にめっきを施してもよい。
第1の円板状部21は相対的に大径であり、第2の円板状部22は相対的に小径である。第2の円板状部22は、第1の円板状部21の上面から突出すると共に、第1の円板状部21の上面の外縁部を露出するように設けられており、外縁部には段差がある。
第1の円板状部21の直径は、例えば、φ5.6mm程度とすることができる。第1の円板状部21の厚さは、例えば、0.5〜1.0mm程度とすることができる。第2の円板状部22の直径は、例えば、φ4.3mm程度とすることができる。第2の円板状部22の厚さは、例えば、0.5〜1.0mm程度とすることができる。
なお、本願において、円板状とは、平面形状が略円形で所定の厚さを有するものを指す。直径に対する厚さの大小は問わない。又、部分的に凹部や凸部等が形成されているものも含むものとする。
発光素子固定部23は、第2の円板状部22の上面に立設されている。発光素子固定部23は、発光素子を搭載する発光素子搭載面が第2の円板状部22の上面に対して略垂直になるように設けられている。図1(a)では、発光素子固定部23の発光素子搭載面は、平面視において、X方向と平行な方向を向くように配置されている。なお、平面視とは、図1等のZ方向から視ることをいう。発光素子固定部23は、半導体パッケージ用ステム10が発光素子を搭載した半導体パッケージとして使用されるときに発光素子を搭載し固定する部分であり、発光素子から発する熱を放散する放熱板としての機能も有する。
アイレット20は、例えば、冷間鍛造プレス等により第1の円板状部21及び第2の円板状部22を一体に形成し、第2の円板状部22上に、ろう付け等により発光素子固定部23を接合することにより製造できる。又、第1の円板状部21、第2の円板状部22、及び発光素子固定部23を、冷間鍛造プレス等により一体に形成してもよい。冷間鍛造プレス等により一体に形成することにより、精度の良い部品が製造できる。
リード30は、第1リード31と、第2リード32と、第3リード33とを有する。第1リード31及び第3リード33は、第1の円板状部21及び第2の円板状部22を厚さ方向(Z方向)に貫通する貫通孔に、長手方向を厚さ方向(Z方向)に向けて挿入され、周囲を封止部40に封止されている。第1リード31及び第3リード33の一部は、第1の円板状部21の下面から下側に突出している。第1の円板状部21の下面からの突出量は、例えば、6〜7mm程度とすることができる。
第1リード31及び第3リード33は、例えば、銅等の金属から構成されており、封止部40は、例えば、ガラス材等の絶縁材料から構成されている。第1リード31及び第3リード33は、例えば、半導体パッケージ用ステム10に搭載される発光素子と電気的に接続される。半導体パッケージ用ステム10に受光素子も搭載する場合には、受光素子と電気的に接続されてもよい。又、発光素子や受光素子と接続されるリードの数を更に増やしてもよい。
第2リード32は、長手方向を厚さ方向(Z方向)に向けて第1の円板状部21の下面から下側に突出するように、第1の円板状部21の下面に溶接等により接合されている。第2リード32は、例えば、銅等の金属から構成されており、例えば、接地用として用いられる。なお、第2リード32はアイレット20と導通するように接合されており、第2リード32が接地されるとアイレット20も接地される。
第1の円板状部21の外縁部には、平面視において、外周側から中心側に窪んだ形状の切り欠き部21x及び21yが形成されている。切り欠き部21xは、例えば、平面形状がVの字状に形成されて対向配置されており、例えば、半導体パッケージ用ステム10が発光素子を搭載する際の発光素子搭載面の位置出しに用いることができる。
切り欠き部21yは、例えば、平面形状がコの字状に形成されており、例えば、半導体パッケージ用ステム10の回転方向の位置出しに用いることができる。但し、切り欠き部21x及び21yは、必要に応じて設ければよい。
図2は、図1の部分拡大図である。図2に示すように、第1の円板状部21の中心Oと、第2の円板状部22の中心Oとは、Y方向にずれている。換言すれば、平面形状が相対的に大径である第1の円板状部21の上面に、平面形状が相対的に小径である第2の円板状部22が、Y方向に偏芯した状態で搭載されている。
つまり、前述のように、発光素子固定部23の発光素子搭載面は、平面視において、X方向と平行な方向を向くように配置されている。そして、半導体パッケージ用ステム10を構成する夫々の円板状部の中心は、平面視において、発光素子搭載面と垂直な方向(Y方向)の線上の異なる位置にある。
半導体パッケージ用ステム10が発光素子を搭載した半導体パッケージとして使用されるときに、第1の円板状部21の外側面又は第2の円板状部22の外側面の何れか一方が、半導体パッケージを固定部材に位置決めする際の位置決めの基準として使用される。これに関しての詳細は後述する。
次に、本実施の形態に係る半導体パッケージの構造について説明する。図3は、本実施の形態に係る半導体パッケージを例示する図(その1)であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
図3を参照するに、半導体パッケージ100Aは、半導体パッケージ用ステム10(アイレット20、リード30、及び封止部40)と、発光素子110Aと、キャップ120と、接着剤130と、透明部材140とを有する。
発光素子110Aは、例えば、波長が780nmの半導体レーザチップであり、一方の端面が上側(透明部材140側)を向き、他方の端面が下側(第2の円板状部22側)を向くように、発光素子固定部23の発光素子搭載面に搭載され固定されている。なお、半導体パッケージ100Aでは、平面視において、発光素子110Aの発光点位置が第2の円板状部22の中心Oと一致するように、発光素子110Aが搭載されている。発光素子110Aの電極(図示せず)は、例えば、ボンディングワイヤ等によりリード30の少なくとも1つと接続されている。
キャップ120は、例えば、鉄や銅等の金属から形成され、平面視において略中央部に開口部120x(窓)が設けられている。透明部材140は、例えば、ガラス等から形成され、開口部120xを塞ぐように、低融点ガラス等からなる接着剤130によりキャップ120のアイレット20側の面(内側の面)に接着されている。透明部材140が接着剤130により接着されたキャップ120は、例えば溶接等により、第2の円板状部22の上面外縁部に接合されており、発光素子110Aを気密封止している。
なお、後述のように、半導体パッケージ100Aは、第2の円板状部22の外側面を位置決めの基準として固定部材200に固定されるので、平面視において、キャップ120の外周部が第2の円板状部22の外側面からはみ出さないようにする必要がある。
発光素子110Aの一方の端面側から出射された光(例えば、レーザ光)は、開口部120x内の透明部材140を透過してZ方向に出射される。なお、発光素子110Aの他方の端面側から出射された光をフォトダイオード等により受光して、発光素子110Aの出射光量をモニタするようにしてもよい。フォトダイオードで受光する光量が一定になるように、半導体パッケージ100Aの外部に配置された回路で制御することにより、環境温度等によらず、半導体パッケージ100Aの出射光量を一定にすることができる。
次に、半導体パッケージ100Aの固定方法について説明する。図4は、本実施の形態に係る半導体パッケージを固定部材に取り付けた状態を例示する図(その1)であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
図4を参照するに、固定部材200(ホルダ)は、平面形状が円形である小径部200xと、小径部200xの下側に小径部200xと連通するように設けられた、小径部200xよりも径が大きい大径部200yとを有する。小径部200xと大径部200yとは、固定部材200を貫通する貫通孔を構成している。
小径部200xは、半導体パッケージ100Aの第2の円板状部22と略同一径とされており、第2の円板状部22を嵌合可能に構成されている。又、大径部200yは、半導体パッケージ100Aの第1の円板状部21よりも大径とされており、大径部200yの内側面は、第1の円板状部21の外側面と接しないように構成されている。
半導体パッケージ100Aは、第2の円板状部22の外側面を位置決めの基準として、固定部材200に固定されている。換言すれば、半導体パッケージ100Aは、第2の円板状部22の外側面が固定部材200の小径部200xの内側面と嵌合するように、固定部材200に固定されている。又、半導体パッケージ100Aは、第1の円板状部21の上面外縁部が、小径部200xと大径部200yで構成する段差部の下面と接するように、固定部材200に固定されている。
このように固定することにより、第2の円板状部22の中心Oと、小径部200xの中心とが一致する。前述のように、半導体パッケージ100Aに搭載された発光素子110Aの発光点位置は第2の円板状部22の中心Oと一致しているため、結果的に、発光素子110Aの発光点位置と小径部200xの中心とが一致することになる。
ところで、固定部材200は、例えば、光ディスク装置に搭載される光学ピックアップ(図示せず)の構成部品である。そして、光学ピックアップを構成するレンズ等の光学素子は、小径部200xの中心から光が出射されることを前提にして位置決め固定されている。
従って、上記のように、発光素子110Aの発光点位置と小径部200xの中心とが一致するように、半導体パッケージ100Aを固定部材200に固定することにより、発光素子110Aの発光点位置が光学ピックアップの所望の位置に位置決めされる。
次に、発光素子110Aとは発光点位置が異なる発光素子110Bを搭載した半導体パッケージ100Bについて説明する。図5は、本実施の形態に係る半導体パッケージを例示する図(その2)であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
図5を参照するに、半導体パッケージ100Bは、発光素子110Aが発光素子110Bに置換された点が、半導体パッケージ100A(図3参照)と相違する。
発光素子110Bは、例えば、波長が780nmの半導体レーザチップであり、一方の端面が上側(透明部材140側)を向き、他方の端面が下側(第2の円板状部22側)を向くように、発光素子固定部23の発光素子搭載面に搭載され固定されている。なお、半導体パッケージ100Bでは、平面視において、発光素子110Bの発光点位置が第1の円板状部21の中心Oと一致するように、発光素子110Bが搭載されている。
発光素子110Bの一方の端面側から出射された光(例えば、レーザ光)は、半導体パッケージ100Aの場合と同様に、開口部120x内の透明部材140を透過してZ方向に出射される。なお、半導体パッケージ100Aの場合と同様に、発光素子110Bの他方の端面側から出射された光をフォトダイオード等により受光して、発光素子110Aの出射光量をモニタするようにしてもよい。フォトダイオードで受光する光量が一定になるように、半導体パッケージ100Bの外部に配置された回路で制御することにより、環境温度等によらず、半導体パッケージ100Bの出射光量を一定にすることができる。
次に、半導体パッケージ100Bの固定方法について説明する。図6は、本実施の形態に係る半導体パッケージを固定部材に取り付けた状態を例示する図(その2)であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 図6を参照するに、固定部材300は、平面形状が円形である小径部300xと、小径部300xの下側に小径部300xと連通するように設けられた、小径部300xよりも径が大きい大径部300yとを有する。小径部300xと大径部300yとは、固定部材300を貫通する貫通孔を構成している。
小径部300xは、半導体パッケージ100Bの第2の円板状部22よりも大径とされており、小径部300xの内側面は、第2の円板状部22の外側面と接しないように構成されている。又、大径部300yは、半導体パッケージ100Bの第1の円板状部21と略同一径とされており、第1の円板状部21を嵌合可能に構成されている。
半導体パッケージ100Bは、第1の円板状部21の外側面を位置決めの基準として、固定部材300に固定されている。換言すれば、半導体パッケージ100Bは、第1の円板状部21の外側面が固定部材300の大径部300yの内側面と嵌合するように、固定部材300に固定されている。又、半導体パッケージ100Bは、第1の円板状部21の上面外縁部が、小径部300xと大径部300yで構成する段差部の下面と接するように、固定部材300に固定されている。
このように固定することにより、第1の円板状部21の中心Oと、大径部300yの中心とが一致する。前述のように、半導体パッケージ100Bに搭載された発光素子110Bの発光点位置は第1の円板状部21の中心Oと一致しているため、結果的に、発光素子110Bの発光点位置と大径部300yの中心とが一致することになる。
ところで、固定部材300は、固定部材200と同様に、例えば、光ディスク装置に搭載される光学ピックアップ(図示せず)の構成部品である。そして、光学ピックアップを構成するレンズ等の光学素子は、大径部300yの中心から光が出射されることを前提にして位置決め固定されている。
従って、上記のように、発光素子110Bの発光点位置と大径部300yの中心とが一致するように、半導体パッケージ100Bを固定部材300に固定することにより、発光素子110Bの発光点位置が光学ピックアップの所望の位置に位置決めされる。
ここで、比較例を示しながら、本実施の形態の特有の効果について説明する。図7は、比較例に係る半導体パッケージを例示する図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
図7を参照するに、半導体パッケージ400は、発光素子110Aが発光素子400Aに置換された点、及び、アイレット20がアイレット500に置換された点が、半導体パッケージ100A(図3参照)と相違する。
アイレット500は、円板状部510と、発光素子固定部520とを有する。円板状部510の上面には、発光素子固定部520が立設されている。発光素子固定部520は、発光素子400Aを搭載する発光素子搭載面が円板状部510の上面に対して略垂直になるように設けられている。
発光素子400Aは、例えば、半導体レーザチップであり、一方の端面が上側(透明部材140側)を向き、他方の端面が下側(円板状部510側)を向くように、発光素子固定部520の発光素子搭載面に搭載され固定されている。なお、半導体パッケージ400では、発光素子400Aの発光点位置が円板状部510の中心Oと一致するように、発光素子400Aが搭載されている。
半導体パッケージ400は、円板状部510の外側面を位置決めの基準として、平面形状が円形であり円板状部510と略同一径とされた貫通孔が形成された固定部材(図示せず)に固定される。換言すれば、半導体パッケージ400は、円板状部510の外側面が固定部材の貫通孔の内側面と嵌合するように、固定部材に固定される。
このように固定することにより、円板状部510の中心Oと、貫通孔の中心とが一致する。前述のように、半導体パッケージ400に搭載された発光素子400Aの発光点位置は円板状部510の中心Oと一致しているため、結果的に、発光素子400Aの発光点位置と貫通孔の中心とが一致することになる。
ところで、半導体パッケージ400を固定する固定部材は、固定部材200及び300と同様に、例えば、光ディスク装置に搭載される光学ピックアップ(図示せず)の構成部品である。そして、光学ピックアップを構成するレンズ等の光学素子は、固定部材に設けられた貫通孔の中心から光が出射されることを前提にして位置決め固定されている。
従って、上記のように、発光素子400Aの発光点位置と固定部材に設けられた貫通孔の中心とが一致するように、半導体パッケージ400を固定部材に固定することにより、発光素子400Aの発光点位置が光学ピックアップの所望の位置に位置決めされる。
しかしながら、半導体パッケージ400は、円板状部を1つしか有していないため、所定の発光点位置を有する1種類の発光素子しか搭載することができない。例えば、半導体パッケージ400に発光素子400Aとは発光点位置が異なる他の発光素子を搭載すると、他の発光素子の発光点位置は円板状部510の中心Oと一致しなくなる。
その結果、他の発光素子を搭載した半導体パッケージ400を光学ピックアップの構成部品である固定部材の貫通孔に嵌合させた場合に、他の発光素子の発光点位置と固定部材に設けられた貫通孔の中心とが一致しなくなる。つまり、他の発光素子の発光点位置は、光学ピックアップの所望の位置に位置決めされないことになり、光学ピックアップを正常に動作させることができない。
このような問題を回避するためには、所定の発光点位置を有する発光素子毎に、それに対応するように、円板状部の外側面を基準とした発光素子搭載面の位置が異なる半導体パッケージ用ステムを準備する必要がある。これは、設計的な負担を増加させると共に、半導体パッケージ用ステムのコスト上昇につながるため、好ましくない。
一方、本実施の形態に係る半導体パッケージ用ステムは、中心位置の異なる(偏芯した)2つの円板状部を有し、夫々の外側面を位置決めの基準として、固定部材に対する発光素子の位置決めが可能である。従って、1つの半導体パッケージ用ステムに発光点位置の異なる2種類の発光素子を搭載できる。その結果、部品の共通化が可能となり、設計及び製造コストを低減可能になる。なお、2つの円板状部のY方向の偏芯量は、搭載可能な複数の発光素子の発光点位置のずれに依存して定まるが、一例を挙げれば100μm〜300μm程度とすることができる。
なお、上記実施の形態では、中心位置の異なる2つの円板状部を有する半導体パッケージ用ステムについて説明したが、半導体パッケージ用ステムは、中心位置の異なる3つ以上の円板状部を有してもよい。
具体的には、図1等の第2の円板状部22の上面と発光素子固定部23との間に、更に1つ以上の円板状部を有するような構成とすればよい。この場合、上側の円板状部は下側の円板状部よりも小径であり、上側の円板状部は下側の円板状部の上面から突出すると共に、下側の円板状部の上面の外縁部を露出するように設けられる。又、発光素子固定部は、最上の円板状部の上面に、発光素子搭載面が最上の円板状部の上面に対して略垂直になるように設けられる。又、夫々の円板状部は偏芯している(夫々の円板状部の中心は、平面視において、発光素子搭載面と垂直な方向の線上の異なる位置にある)。
これにより、1つの半導体パッケージ用ステムに発光点位置の異なる3種類以上の発光素子を搭載できるため、設計及び製造コストをいっそう低減可能になる。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、発光素子110Aや110Bは、波長が780nmの半導体レーザチップには限定されず、波長が405nmや650nm等の半導体レーザチップとしてもよい。或いは、複数の波長を出射可能な半導体レーザチップとしてもよい。
10 半導体パッケージ用ステム
20 アイレット
21 第1の円板状部
21x、21y 切り欠き部
22 第2の円板状部
23 発光素子固定部
30 リード
31 第1リード
32 第2リード
33 第3リード
40 封止部
100A、100B 半導体パッケージ
110A、110B 発光素子
120 キャップ
120x 開口部
130 接着剤
140 透明部材
、O 中心

Claims (7)

  1. 第1の円板状部と、
    前記第1の円板状部より小径の第2の円板状部と、
    発光素子を搭載する発光素子搭載面を備えた発光素子固定部と、を有し、
    前記第2の円板状部は、前記第1の円板状部の上面から突出すると共に、前記第1の円板状部の上面の外縁部を露出するように設けられ、
    前記発光素子固定部は、前記第2の円板状部の上面に、前記発光素子搭載面が前記第2の円板状部の上面に対して垂直になるように設けられ、
    前記第1の円板状部と前記第2の円板状部が偏芯しており、前記第1の円板状部及び前記第2の円板状部の中心は、平面視において、前記発光素子搭載面と垂直な線上の異なる位置にある半導体パッケージ用ステム。
  2. 前記第2の円板状部の上面と前記発光素子固定部との間に、更に1つ以上の円板状部を有し、
    上側の円板状部は、下側の円板状部よりも小径であり、
    上側の円板状部は、下側の円板状部の上面から突出すると共に、前記下側の円板状部の上面の外縁部を露出するように設けられ、
    前記発光素子固定部は、最上の円板状部の上面に、前記発光素子搭載面が前記最上の円板状部の上面に対して垂直になるように設けられ、
    夫々の円板状部が偏芯している請求項1記載の半導体パッケージ用ステム。
  3. 夫々の円板状部が一体に形成されている請求項1又は2記載の半導体パッケージ用ステム。
  4. 請求項1乃至の何れか一項記載の半導体パッケージ用ステムと、
    前記発光素子搭載面に搭載された発光素子と、を有し、
    前記発光素子は、平面視において、発光点位置が前記第1の円板状部の中心と一致するように搭載されている半導体パッケージ。
  5. 前記第1の円板状部の外側面は、前記半導体パッケージ用ステムを固定部材に固定する際の位置決めの基準となる請求項記載の半導体パッケージ。
  6. 請求項1乃至の何れか一項記載の半導体パッケージ用ステムと、
    前記発光素子搭載面に搭載された発光素子と、を有し、
    前記発光素子は、平面視において、発光点位置が前記第2の円板状部の中心と一致するように搭載されている半導体パッケージ。
  7. 前記第2の円板状部の外側面は、前記半導体パッケージ用ステムを固定部材に固定する際の位置決めの基準となる請求項記載の半導体パッケージ。
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