KR100265808B1

KR100265808B1 - Laser diode package

Info

Publication number: KR100265808B1
Application number: KR1019930022494A
Authority: KR
Inventors: 이상호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR950012927A

Abstract

PURPOSE: A laser diode package is provided to stabilize the operation by allowing the chip to produce heat emission stably, to miniaturize the chip size, and to increase the durability. CONSTITUTION: In the laser diode, a header has a sidewall(110a) surrounded the header. Multiple leads(130) are formed on the bottom surface of the header to be connected to external devices electrically. On one side of the sidewall(110a), a through hole(111) is formed. A thermoelectric cooler(TEC)(120) is fixed inside the through hole(111) looking to a hot flate(121). An L-type base(100) is fixed on the center of the bottom of the header(110) through an insulation element(120). A vertical extender(101) is fixed on the cold flate(120) of the thermoelectric cooler(TEC). Here, as the hot flate(121) is exposed, heat release is good. And as the cold flate(120) is fixed on the wall(110a) of the header , the structure can be miniaturised.

Description

Laser diode package

제1도는 종래 레이저 다이오드 패키지의 개략적 측면도이다.1 is a schematic side view of a conventional laser diode package.

제2도는 제1도에 도시된 패키지의 방열판을 정면으로 보인 배면도이다.FIG. 2 is a rear view of the heat sink of the package shown in FIG.

제3도는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 개략적 측면도이다.3 is a schematic side view of a laser diode package according to the present invention.

제4도는 제3도에 도시된 본 발명 패키지의 방열판을 정면으로 보인 배면도이다.4 is a rear view showing the heat sink of the package of the present invention shown in FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1, 10 : 레이저 다이오드 칩 2, 20 : 히이트 싱글(Heat Sink)1, 10: laser diode chip 2, 20: Heat Sink

3, 30 : 포토 다이오드 4, 40 : 마운트3, 30: photodiode 4, 40: mount

5, 50 : 서어미스터 6, 60 : 광 파이버 고정 물질5, 50: thermistor 6, 60: optical fiber fixing material

7, 70 : 광 파이버 고정대 8, 80 : 광 파이버7, 70: optical fiber holder 8, 80: optical fiber

9, 90 : 베이스 10, 100 : 방열판9, 90: base 10, 100: heat sink

11, 110 : 헤더 12, 120 : 열전 냉각기(TEC)11, 110: header 12, 120: thermoelectric cooler (TEC)

13, 130 : 리이드 14, 140 : 홀더13, 130: lead 14, 140: holder

본 발명은 레이저 다이오드 패키지에 관한 것으로서, 특히 온도 제어가 용이하고 열방출이 원활한 레이저 다이오드 패키지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser diode package, and more particularly, to a laser diode package that is easy to control temperature and has good heat dissipation.

반도체 레이저 소자는 P-N 접합구조를 기본으로 하여 양자 전자(Quantum electron) 개념을 포함하는 반도체 소자로서, 반도체 물질로 구성된 얇은 박막, 소위 활성층에 전류를 주입하여 인위적으로 전자-정공 재결합을 유도함으로써 이들 재결합에 기인한 감소 에너지에 해당하는 빛을 발진하는 반도체 다이오드이다. 이 레이저 다이오드는 He-Ne 또는 Nd:YAG 레이저와 같은 고체 레이저에 비해서 크기가 작고, 가격 또한 저렴하고, 특히 전류 조절을 통해 강도 조절이 가능하다는 특징을 가진다. 이러한 반도체 레이저 소자는 소출력의 것을 경우 광학적 기록 및 재생 장치의 헤드로서 적용되며, 고출력의 경우 Nd:YAG와 같은 고체 레이저 장치의 여기장치로서 적용된다.A semiconductor laser device is a semiconductor device including a concept of quantum electrons based on a PN junction structure, and is a thin thin film made of a semiconductor material, so-called active layer, by injecting an electric current to artificially induce electron-hole recombination. It is a semiconductor diode that emits light corresponding to the reduced energy. Compared to solid-state lasers such as He-Ne or Nd: YAG lasers, these laser diodes are smaller in size, less expensive, and can be specifically controlled for intensity through current control. Such a semiconductor laser element is applied as a head of an optical recording and reproducing apparatus in the case of a low power, and as an excitation device of a solid state laser device such as Nd: YAG in the case of a high output.

최근 반도체 레이저 소자는 고출력, 단파장화되어 가고 있는데, 이는 동작시 상당한 열을 발생하기 때문에 이를 외부로 신속히 방출할 수 있는 부수구조를 요구한다. 이러한 요구에 따라 소자에서 동작시 발생되는 열을 외부로 신속히 방출할 수 있는 패키지 구조와 방법이 다수 제안되고 있는데, 일반적으로 고출력의 반도체 레이저 소자의 패키지는 LD칩(Laser Diode Chip)이 탑재되는 히이트 싱크(Heat sink)에 TEC(열전 냉각기; ThermoElectric Cooler)등과 같은 냉각장치가 마련되고, 이에 부수하여 열감지를 위한 서어미스터(Thermistor), 칩으로 부터의 광을 검지하는 포토다이오드가 마련되는 구조를 가진다. 이에 더하여 광통신용 패키지인 경우 광파이버 및 이의 홀더가 추가된다.In recent years, semiconductor laser devices have become high-powered and short-wavelength, and since they generate considerable heat during operation, they require an auxiliary structure capable of quickly discharging them to the outside. In response to these demands, a number of package structures and methods have been proposed for quickly dissipating heat generated during operation of the device to the outside. In general, a package of a high power semiconductor laser device has a hey chip mounted with an LD chip. In the heat sink, a cooling device such as a TEC (thermoelectric cooler) is provided, and along with this, a thermistor for thermal detection and a photodiode for detecting light from a chip are provided. Have In addition, in the case of an optical communication package, an optical fiber and a holder thereof are added.

제1도는 종래 반도체 레이저 소자의 패키지의 개략적(빔출사 방향의 방향의 옆에서 본)측면도이며, 제2도는 빔출사 방향의 후방에서 본 것으로 방열판의 정면을 보인 배면도이다.FIG. 1 is a schematic side view (viewed from the side in the direction of beam exit direction) of a package of a conventional semiconductor laser device, and FIG. 2 is a rear view of the heat sink as viewed from the rear in the beam exit direction.

이 도면을 참조하면, 그 바닥에 다수의 리이드(13)가 마련되고, 그 상면에 벽체(11a)이 소정높이로 형성된 패키지 헤더(11)의 내측 바닥에 TEC(12)가 마련되고 그 위에 베이스(10)가 고정된다. 베이스(10)의 전방측(도면에서는 우측의)상면에는, 레이저 다이오드(1)가 탑재되어 있는 히이트 싱크(2)가 설치되고, 이의 후방측(도면에서는 좌측)에는 포토 다이오드(3)와 이를 지지하는 마운트(4)가 설치된다. 그리고, 상기 히이트 싱크(2)와 상기 마운트(4)사이에는 서어미스터(5)가 위치한다. 한편, 상기 벽체(11a)의 일측(도면에서 우측)에는 상기 레이저 다이오드(1)로 수평방향으로 그 선단부가 접근되는 것으로 베이스 바닥에 고정된 서포터(7)에 그 선단부의 일부가 지지되는 광 파이버(8)가 홀더(14)에 의해 설치되며, 그 타측(도면에서 좌측)에는 방열판(16)이 설치된다. 도면에서 미설명된 부호 6은 파이버 고정 물질이다.Referring to this figure, a plurality of leads 13 are provided at the bottom thereof, and a TEC 12 is provided at the inner bottom of the package header 11 having a wall 11a formed at a predetermined height on an upper surface thereof, and a base thereon. 10 is fixed. On the front side (right side in the drawing) of the base 10, a heat sink 2 on which the laser diode 1 is mounted is provided, and on the rear side (left side in the drawing), a photodiode 3 and A mount 4 supporting this is installed. A thermistor 5 is positioned between the heat sink 2 and the mount 4. On the other hand, the one end (right side in the drawing) of the wall (11a) is the optical fiber in which a portion of the front end is supported by the supporter 7 fixed to the base bottom to the front end thereof in the horizontal direction to the laser diode (1). 8 is provided by the holder 14, and the heat sink 16 is provided in the other side (left side in the figure). Reference numeral 6, which is not described in the drawings, is a fiber fixing material.

이러한 종래 반도체 레이저 소자 패키지는 TEC 위에 1mm 이상의 사각형 베이스를 접착시킨 구조이기 때문에 소형화가 어렵고, 그리고 베이스의 위에 히이트 싱크, 포토 다이오드, 포토 다이오 마운트, 그리고 서어미스터 등을 부착한 구조로서 베이스의 두께가 두껍고 접착제등의 영향으로 인하여 원활한 열 방출이 어렵고, 온도 제어가 정밀하게 이루어 질수 없는 단점이 있다. 이와 같은 종래 반도체 레이저 소자 패키지에서의 열 방출의 어려움은 열방출(전도)경로가 복잡함에도 기인하는데, 이러한 문제는 고출력 동작을 불안하게 하고 그리고 다이오드 칩의 수명을 크게 저하시키게 된다.The conventional semiconductor laser device package is difficult to miniaturize because it has a structure of 1mm or more square base bonded to the TEC, and the thickness of the base as a structure in which a heat sink, a photodiode, a photodiode mount, and a thermistor are attached on the base. Due to the thick and the influence of the adhesive is difficult to smooth heat dissipation, there is a disadvantage that the temperature control can not be made precisely. The difficulty of heat dissipation in such a conventional semiconductor laser device package is also due to the complexity of the heat dissipation (conducting) path, which makes the high power operation unstable and greatly reduces the lifetime of the diode chip.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제공되는 것으로서, 안정된 열방출이 가능하고, 이로써 안정된 동작 상태의 구득이 가능한 레이저 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to provide a laser diode package that can provide a stable heat dissipation, thereby obtaining a stable operating state is provided to improve the above problems.

또한 본 발명은 소형화가 용이하고 내구성이 향상된 레이저 다이오드 패키지를 제공함을 그 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a laser diode package that can be easily downsized and improved in durability.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 다이오드 패키지는, 그 바닥에 다수의 리이드가 마련되고 그 몸체 둘레에 소정 높이의 벽체가 마련된 헤더와, 상기 헤더에 설치되는 것으로 콜드 후레이트(Cold Flate)와 핫 후레이트(Hot Flate)를 갖는 열전 냉각기(TEC)와, 상기 열전 냉각기의 콜드 후레이트의 상부에 설치되는 베이스와, 상기 베이스에 설치되는 히이트 싱크와, 상기 히이트 싱크에 고정되는 레이저 다이오드 칩을 구비한 레이저 다이오드 패키지에 있어서,In order to achieve the above object, the laser diode package of the present invention includes a header provided with a plurality of leads at a bottom thereof, and a wall having a predetermined height around the body, and a cold flat plate installed at the header. And a thermoelectric cooler (TEC) having hot flats, a base installed on top of a cold frit of the thermoelectric cooler, a heat sink installed on the base, and a laser fixed to the heat sink. In a laser diode package having a diode chip,

상기 열전 냉각기는 관통공이 마련된 상기 헤더의 벽체의 일측에 고정되어 상기 관통공을 통해 상기 핫 후레이트가 외부로 노출되게 설치되어 있는 점에 그 특징이 있다.The thermoelectric cooler is characterized in that the hot frit is fixed to one side of the wall of the header provided with the through hole so that the hot frit is exposed to the outside through the through hole.

상기 본 발명 패키지에 있어서, 상기 관통공 주위에 방열판을 설치하는 것이 방열효과를 배가할 수 잇고, 콜드 후레이트에 고정되는 상기 베이스는 콜드 후레이트에 고정되는 부위와 상기 히이트 싱크가 고정되는 부위가 직교되는 L자형상으로 구성함이 바람직하다.In the package of the present invention, installing a heat sink around the through hole can double the heat dissipation effect, and the base fixed to the cold frit has a portion fixed to the cold frit and a portion at which the heat sink is fixed. It is preferable to comprise in the L-shape orthogonal.

그리고 더욱 바람직하기는 상기 히이트 싱크가 고정되는 히이트 싱크의 일측 부위를 상기 헤더의 바닥에 전기 절연성 접착제 또는 절연 블럭에 의해 전기적 절연이 유지되는 상태로 고정하는 것이 안정된 고정 및 더욱 증대된 방열 효과를 거둘 수 있다.And more preferably, fixing one side portion of the heat sink to which the heat sink is fixed to the bottom of the header in a state in which electrical insulation is maintained by an electrically insulating adhesive or an insulating block. Can be harvested.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제3도는 본 발명에 따른 반도체 레이저 소자의 패키지의 개략적(빔출사 방향의 방향의 옆에서 본)측면도이며, 제4도는 빔출사 방향의 후방에서 본 것으로 방열판의 정면을 보인 배면도이다.FIG. 3 is a schematic side view (viewed from the side of the beam exit direction) of the package of the semiconductor laser device according to the present invention, and FIG. 4 is a rear view showing the front of the heat sink as viewed from the rear of the beam exit direction.

이들 도면을 참조하면, 전체 부품을 수용하는 헤더(110)는 그 주위에 벽체(110a)가 형성되어 있는 구조를 가진다. 그리고, 상기 헤더(110)의 저면에는 외부 장치와의 전기적인 접속을 위한 다수의 리이드(130)가 돌출되게 설치되어 있다. 상기 측벽(110a)의 일측에는 본 발명의 특징에 따라 관통공(111)이 형성되어 있고, 여기에 핫 후레이트(121)가 향하도록 열전 냉각기(TEC : 120)가 고정된다. 그리고, 상기 헤더(110)의 바닥 중앙에는 L형 베이스(100)가 절연체(120)의 매개로 고정되고, 상방으로 돌출된 수직연장부(101)는 상기 열전 냉각기(120)의 콜드 후레이트(122)에 고정된다. 그리고 상기 수직 연장부(101)의 내측에는 포토 다이오드(30)가 고정되고, 상기 수직 연장부(101)로 부터 소정 거리 이격된 베이스(100)의 전방부에는 레이저 다이오드 칩(10)인 탑재된 히이트 싱크(20)가 고정되고, 히이트 싱크(20)와 상기 수직 연장부(101)의 사이에는 베이스(100)의 온도를 전기적 신호로 검출하는 서어미스터(5)가 위치한다. 한편, 상기 벽체(110a)의 일측(도면에서 우측)에는 상기 레이저 다이오드 칩(10)으로 수평방향으로 그 선단부가 접근되는 것으로 베이스 바닥에 고정된 서포터(70)에 그 선단부의 일부가 지지되는 광 파이버(80)가 홀더(140)에 의해 설치되며, 그 타측(도면에서 좌측)에는 방열판(100)이 설치된다. 도면에서 미설명된 부호 60은 파이버 고정 물질이다.Referring to these drawings, the header 110 accommodating the entire part has a structure in which a wall 110a is formed around it. In addition, a plurality of leads 130 are provided at the bottom of the header 110 to protrude from each other. One side of the side wall (110a) is formed with a through hole 111 in accordance with the features of the present invention, the thermoelectric cooler (TEC: 120) is fixed to the hot frit 121 is directed thereto. In addition, the L-shaped base 100 is fixed to the center of the bottom of the header 110 through the insulator 120, and the vertical extension portion 101 protruding upward is a cold frit of the thermoelectric cooler 120 ( 122). The photodiode 30 is fixed to the inside of the vertical extension 101, and the laser diode chip 10 is mounted on the front part of the base 100 spaced apart from the vertical extension 101 by a predetermined distance. The heat sink 20 is fixed, and a thermistor 5 for detecting the temperature of the base 100 as an electrical signal is positioned between the heat sink 20 and the vertical extension 101. On the other hand, the one end (right side in the drawing) of the wall (110a) is the front end portion of the laser diode chip 10 in the horizontal direction to approach the light that is supported by a part of the front end portion of the supporter 70 fixed to the base bottom The fiber 80 is installed by the holder 140, and the heat sink 100 is installed on the other side (left side in the drawing). Reference numeral 60, which is not described in the drawings, is a fiber fixing material.

이상의 구조에 있어서, 고온의 핫 후레이트가 헤더의 벽체에 설치되어 외부로 노출되어 있어서 방열효율이 매우 높다. 그리고, 베이스의 절연체를 매개로 헤더의 바닥면에 접촉되어 있는 구조이므로 열방출이 이부위를 통해서도 이루어 지게 된다. 그리고 열전 냉각기가 헤더의 벽체에 고정되는 구조이기 때문에 전체 구성의 소형화가 가능하다.In the above structure, a hot hot frate is provided on the wall of the header and exposed to the outside, so that the heat dissipation efficiency is very high. And, since the structure is in contact with the bottom surface of the header via the insulator of the base, heat dissipation is also made through this portion. In addition, since the thermoelectric cooler is fixed to the wall of the header, the entire structure can be miniaturized.

이와 같은 본 발명 레이저 다이오드 패키지는 방열 효율이 높기 때문에 열적으로 안정될 뿐 아니라 온도 콘트롤이 매우 용이하다. 이러한 본 발명 레이저 다이오드 패키지는 열방출 경로를 최단화와 베이스의 두께의 최소화하여 효율적이고 원활한 열방출을 도모한 것이며, 이에 따라 레이저 다이오드의 신뢰성의 향상이 이루어 지고 정밀한 온도제어가 가능하게 된다. 이로 인해, 그 규모에 있어서도 종래에 비해 축소되게 되어 보다 융통성있는 설치 조건의 변경이 가능하게 된다.Since the laser diode package of the present invention has high heat dissipation efficiency, it is not only thermally stable but also very easy in temperature control. The laser diode package of the present invention aims to efficiently and smoothly discharge heat by minimizing the heat emission path and minimizing the thickness of the base, thereby improving the reliability of the laser diode and enabling precise temperature control. As a result, even in the scale, it is reduced compared with the conventional one, and thus the installation conditions can be changed more flexibly.

Claims

A thermoelectric cooler (TEC) having a plurality of leads provided at the bottom thereof, and a wall having a predetermined height around the body thereof, and a cold flat plate and a hot flat plate installed in the header. And a base installed on an upper portion of a cold frit of the thermoelectric cooler, a heat sink installed on the base, and a laser diode chip fixed to the heat sink.

The thermoelectric cooler is fixed to one side of the wall of the header is provided with a through hole is a laser diode package, characterized in that the hot frit is installed to be exposed to the outside through the through hole.

The laser diode package of claim 1, wherein a heat sink is disposed around the through hole.

The laser diode according to claim 1 or 2, wherein the base fixed to the cold frit has an L-shape in which a portion fixed to the cold frit and a portion to which the heat sink is fixed are orthogonal to each other. package.

The laser diode package of claim 3, wherein the base is in contact with a bottom surface of the header.

The laser diode package of claim 4, wherein the base and the header are electrically insulated.