KR100521920B1 - 반도체 레이저장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반도체 레이저소자는, 반도체 레이저소자와, 이 반도체 레이저소자가 탑재되는 리드프레임 및, 이 리드프레임에 부착된 외위기를 가진 반도체 레이저장치에서, 상기 리드프레임은, 그 이면이 상기 외위기로부터 노출되어 있으면서, 상기 반도체 레이저소자로부터 주 레이저빔이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자가 탑재된 부분 보다 후방에 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖도록 되어 있다.

Description

반도체 레이저장치{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
본 발명은 반도체 레이저장치에 관한 것이다.
근년, DVD(Digital Versatile Disc) 시스템 등에서, 광디스크면 상에 레이저빔을 조사하기 위한 반도체 레이저장치가 폭 넓게 이용되고 있다. 종래의 반도체 레이저 장치의 구성을 도 4에 나타내는바, 도 4a는 본 장치를 나타낸 평면도, 도 4b는 도 4a에서 C-C선에 따른 종단면도, 도 4c는 우측면도에 상당한다.
반도체 레이저 소자(103)는, 반도체 레이저소자 탑재용 헤드와 수광소자(104)가 형성된 실리콘 등의 재료로 이루어진 기판(105) 상에 탑재된다. 반도체 레이저소자(103)는, 전방(도면 중 좌측 방향)을 향해 주(主) 레이저빔(108)을 출사하고, 또 후방을 향해 모니터용 빔(109)을 출사하게 된다. 또, 기판(105)의 표면부분에 형성된 수광소자(104)가 모니터용 빔(109)을 수광하게 된다.
반도체 레이저소자(103)는 리드프레임(101)과 본딩와이어(107a)로 접속되고, 수광소자(104)는 리드프레임(101)과 분리된 리드(101a)에 본딩와이어(107b)로 접속되며, 기판(105)은 리드(101b)에 본딩와이어(107c)로 접속되도록 되어 있다.
더욱이, 수지 등의 재료로 이루어진 외위기(102:外圍器)가 반도체 레이저소자(103)의 후방 및 양 측면을 에워싸도록 리드프레임(101) 상에 형성되고, 외위기(102a)가 리드프레임(101)의 하면에 설치되어 있다.
이와 같은 반도체 레이저장치는 도시되지 않은 픽업헤드 홀더의 내부에 설치된 구멍에 장착된다. 이 장착 시에는, 리드프레임(101)의 전단면(201)이 전후방향(도면 중 좌우방향)의 위치결정을 하기 위한 기준면으로 되고, 측단면(202)이 횡방향(도면 중, 상하방향)의 위치결정을 하기 위한 기준면으로 된다.
그러나, 상기 장치에서는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 반도체 레이저장치가 픽업헤드 홀더 내에 장착될 경우, 반도체 레이저소자(103)와 홀더의 상대적인 위치관계가 중요하게 된다. 이 경우, 전후 방향의 기준으로 되는 전단면(201)과 반도체 레이저소자(103)가 도 4에 나타낸 바와 같이 거의 같은 위치에 있게 되어, 양쪽의 상대적인 위치관계가 한가지로 결정되어 버리므로, 설계상의 자유도(自由度)가 극히 낮았었다. 반도체 레이저소자(103)를 필요에 따라 후방(도면 중, 오른쪽 방향)으로 어긋나게 함으로써 설계상의 자유도를 높이는 것도 고려할 수는 있다. 그러나, 이 경우, 장치 전체의 전후방향의 치수가 길어져 장치의 대형화를 초래하게 된다는 문제가 일어나기 때문에, 이와 같은 수법을 취하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 된 반도체 레이저장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 실시예에 따른 반도체 레이저장치는, 반도체 레이저소자와, 이 반도체 레이저소자가 탑재되는 리드프레임 및, 이 리드프레임에 부착된 외위기를 가진 반도체 레이저장치에서, 상기 리드프레임은, 그 이면이 상기 외위기로부터 노출되어 있으면서, 상기 반도체 레이저소자로부터 주 레이저빔이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자가 탑재된 부분 보다 후방에 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖도록 된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 레이저장치는, 반도체 레이저소자와, 이 반도체 레이저소자를 탑재하는 리드프레임, 이 리드프레임에 부착된 외위기 및, 히트싱크를 가진 반도체 레이저장치에서, 싱기 히트싱크가, 상기 반도체 레이저소자로부터 주 레이저빔이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖고, 상기 전방방향에 대해 수직방향을 횡방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자에 대한 횡방향 기준으로 되는 기준면을 갖도록 된 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
(1) 제1실시예
본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 레이저장치의 구성을 도 1에 나타낸다. 도 1a는 본 장치에서 외위기(2)의 덮개(2a)를 제거한 상태를 나타낸 평면도, 도 1b는 도 1a의 A-A선에 따른 종단면도, 도 1c는 죄측면도에 상당한다.
세라믹 등의 재료로 이루어진 기판(6) 상에 반도체 레이저소자(3)가 탑재되고, 리드프레임(1) 상에 상기 기판(6)과 반도체기판(4)이 탑재된다. 반도체 레이저소자(3)는 전방(도면 중, 왼쪽 방향)을 향해 주 레이저빔(8)을 출사하고, 더욱이 후방을 향해 모니터용 빔(9)을 출사하게 된다. 반도체기판(4)의 표면 부분에는 도시되지 않은 수광소자가 형성되어 있고, 외위기(2)의 덮개(2a)에 설치된 광반사면(10)에 의해 모니터용 빔(9)이 반사된 반사빔(9a)을 수광하게 된다.
반도체 레이저소자(3)는 리드프레임(1)과 본딩와이어(7a)로 접속되고, 수광소자는 리드프레임(1)과 분리된 리드(1b)에 본딩와이어(7c)로 접속되며, 기판(6)은 리드(1a)에 본딩와이어(7b)로 접속되면서 리드(1c)에 본딩와이어(7d)로 접속되도록 되어 있다.
따라서, 수지 등의 재료로 이루어진 외위기(2)가 리드프레임(1) 상에 탑재된 반도체 레이저소자(3)의 전방을 제외하고 후방과 양 측면 및 상면을 에워싸도록 리드프레임(1) 상에 설치된다.
이 반도체 레이저장치는 도시되지 않은 픽업헤드 홀더의 내부에 설치된 구멍에 장착된다. 이 장착 시에, 반도체 레이저소자(3)로부터 주 레이저빔(8)이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 리드프레임(1)에 설치된 잘라낸 부분(notch; 이하 노치라 함)에서의 전단면(301)이 전후방향(도면 중 좌우방향)의 위치결정을 하기 위한 기준면으로 된다. 또한, 전방방향에 대해 수직이면서 리드프레임(1)에서 반도체 레이저소자(3)의 탑재면에 평행한 방향을 횡방향으로 정의한 경우, 측단면(302)이 횡방향(도면 중, 상하방향)의 위치결정을 하기 위한 기준면으로 된다. 더욱이, 리드프레임(1)에서 반도체 레이저소자(3)의 탑재면에 수직인 방향을 상하방향으로 정의하고, 반도체 레이저소자(3)의 탑재면을 리드프레임(1)의 표면으로 한 경우, 리드프레임(1)의 이면(裏面)을 상하방향 기준면으로 한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 전후방향의 기준으로 되는 전단면(301)이 반도체 레이저소자(3) 보다 후방(도면 중, 우측 방향)에 위치하게 된다. 그리고, 전단면(301)과 반도체 레이저소자(3)의 상대적인 거리(X1)를 원하는 값으로 설정할 수 있도록 되어 있다. 그에 따라, 홀더 내에 반도체 레이저장치를 장착할 때의 홀더와 반도체 레이저소자(3)의 상대적인 거리에 관한 설계상의 자유도가 대폭적으로 향상된다. 또한, 리드프레임(1)의 이면을 상하방향 기준면으로 함으로써, 리드프레임의 이면측이 외위기로 덮였던 도 4에 도시된 장치 보다 고정밀 장치가 실현될 수 있게 된다.여기서, 설계상의 자유도라는 것은, 설계상 제약을 받지 않고 변동시킬 수 있는 정도를 의미하는 것으로, 예컨대 종래와 같이 위치결정의 기준면으로 되는 외위기 전단면(前斷面)이 반도체 레이저소자와 대략 동일한 위치에 있고, 이들의 상대적 위치관계가 일의적(一義的)으로 결정되어 버리면, 자유도가 없다고 할 수 있고, 반면 본원 발명과 같이 이들의 상대적 위치관계가 비교적 자유롭게 설계될 수 있으면 설계상의 자유도를 갖는다고 할 수 있다또한, 종래에는 반도체 레이저장치를 픽업헤드 홀더에 설치하는 경우, 외우기 전단면이 전후방향의 위치결정 기준면으로 되기 때문에, 반도체 레이저소자의 위치가 홀더위치에 대해 거의 고정될 수 밖에 없었다. 그에 반해, 본원 발명에서는, 위치결정 기준면이 리드프레임이나 히트싱크에 형성된 노치(잘려진 부분)의 전단면(도 1a에서의 참조부호 301)으로 됨으로써, 반도체 레이저장치에서 외위기 전단면과 노치의 전단면과의 거리(도 1a에서의 X1의 길이)를 원하는 값으로 설정할 수 있게 되고, 결국 홀더위치에 대한 반도체 레이저소자의 위치를 비교적 자유롭게 변동시킬 수 있도록 됨으로써, 종래 기술에 비해 자유도가 향상될 수 있게 된다.그리고, 일반적으로, 리드프레임 성형시의 치수(바디 두께) 오차가 사출성형 등에 의해 형성되는 수지의 성형 치수의 오차 보다 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 종래에는 성형 오차가 큰 수지로 형성되는 외위기에서 상하방향의 위치결정을 함으로써 위치결정의 기준으로 되는 부분에 상대적으로 큰 오차가 발생하고 있었지만, 본원 발명에서는 상대적으로 성형 오차가 작은 리드프레임 이면을 기준으로 해서 위치결정을 함으로써, 기준으로 되는 부분의 치수 오차가 억제되어 설치 정밀도를 향상시킬 수 있게 되고, 결국 고정밀도의 장치가 실현될 수가 있게 된다.
이하, 본 장치를 제조하는 순서에 대해 설명한다.먼저, 원하는 패턴으로 프레스해서 성형가공한 리드프레임(1) 상에, 사출성형 등으로 외위기(2)로 되는 수지를 반도체 레이저소자(3)의 탑재부를 에워싸도록 형성한다. 리드프레임(1)의 모재(母材)는 동작 시의 방열성을 고려해서, 예컨대 동 계열 재료를 이용하지만, 경우에 따라서는 42합금 등의 철 계열 재료를 사용할 수도 있다. 리드프레임(1)에는 조립성을 고려해서 미리 금, 니켈, 팔라듐 도금 등, 적당한 외장을 실시해도 좋다.
다음에, 형성된 리드프레임(1) 상에 수광소자가 형성된 반도체기판(4)과 반도체 레이저소자(3)를 탑재한 기판(6)을 탑재한다. 여기서, 기판(6)에는 반도체 레이저소자(3)와 선팽창계수가 비슷하면서 실리콘 등에 비해서도 열전도율이 높은 질화알루미늄의 세라믹재료 등이 이용된다. 그리고, 이 기판(6)에는 미리 금 등의 전극재료를 증착함과 더불어 패터닝을 하고, 그 표면 상에 전극을 형성해 둔다.
리드프레임(1) 상에 반도체기판(4) 및 기판(6)을 탑재할 때에는, 예컨대 금주석땜납(gold-tin solder) 등의 접착제를 섭씨 약 300℃°로 가열 용융시켜 접착함으로써 도통을 확보한다. 또는, 땜납 대신 은에폭시 접착제 등을 사용해도 된다.
리드프레임(1)의 이면측은, 접착제의 가열이나 홀더 내에 실장할 때의 방열성 등을 고려해고, 외위기(2)로 덮이지 않게 노출된 상태로 되어 있다. 특히, 리드프레임(1)을 사이에 두고 반도체 레이저소자(3) 또는 반도체기판(4)에서 수광소자가 탑재되는 위치의 이면에 해당하는 부분은 리드프레임(1)이 노출되는 것이 바람직하다.
도 4에 나타낸 장치에서는 리드프레임(101)의 이면측이 외위기(102)의 일부분(102a)으로 덮여져 있어 방열성이 좋지 않았다. 이에 대해, 본 실시예에 따른 장치에서는 리드프레임(1)의 이면측이 외위기(2)로 덮여지지 않고 노출되게 된다. 그에 따라, 본 장치를 픽업헤드 홀더 내에 장착하는 경우, 리드프레임(1)의 이면측이 직접 홀더와 접촉하게 된다. 그 결과, 반도체 레이저소자(3)로부터의 발열이 리드프레임(1) 및 홀더를 매개로 외부로 방열됨으로써 방열성이 향상될 수 있게 된다.
반도체기판(4)의 표면부분에 형성된 수광소자는, 리드프레임(1)의 표면 상에서 반도체 레이저소자(3)와 평행한 평면 상에 탑재되어 있다. 이는 후프라인(hoop line) 등의 일련의 리드프레임 플로우공정(lead frame flows)에서의 작업성 및 생산성을 향상시키기 위함이다. 반도체 레이저소자(3) 및 반도체기판(4)은 이와 같이 성형이 완료된 리드프레임(1) 상에 가열 접착된다. 이와 같이, 가열처리가 이루어지게 되므로, 외위기(2)에는 내열성 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PPA 등의 재료)이나 액정폴리머 등의 재료를 사용해도 된다. 또는, PSF, PES, PPS, PEEK, PAR, PAI, PEI, PI, FR(PTFE) 등의 재료를 외위기(2)에 이용해도 되지만, 내열성, 내약품성, 기계적 강도, 리드밀착성, 성형성, 기체제거(outgas), 비용 등을 종합적으로 고려하는 것이 바람직한바, 본 실시예에서는 PPA를 채용하고 있다.
그 후, 전기적 접속을 갖기 위해, 반도체 레이저소자(3), 반도체기판(4), 기판(6)을 각각 리드프레임(1) 또는 리드(1a~1c)에 대해 와이어본딩(7a~7d)으로 결선한다.
여기서, 장치의 소형화를 도모하기 위해, 리드프레임(1) 상의 본딩스페이스는 상당히 제한되어 있다. 특히, 2가지의 다른 파장을 출사하는 2파장 반도체 레이저소자(3)를 구비하는 본 실시예와 같은 장치에서는, 본딩와이어의 갯수가 그 만큼 증가하기 때문에 본딩스페이스의 확보가 중요하다. 특히, 반도체 레이저소자(3)에 일단이 접속된 와이어(7a)는 기판(6)에 접속되지 않도록 리드프레임(1) 상에 타단을 본딩할 필요가 있다. 그러나, 와이어의 루프가 도중에 절곡되는 형상으로 되면, 조립 수율이나 조립 속도의 저하를 초래하게 된다. 따라서, 본 실시예에서는 도 1a, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 리드프레임(1)에서, 기판(6)이 탑재된 위치 보다 전방측에 와이어(7a)의 타단을 접촉하기 위한 본딩스페이스를 설치하도록 되어 있다.
그에 따라, 와이어(7a)의 루프를 짧아지게 하고, 또 비교적 직선적이고 단순한 형상으로 할 수가 있어, 조립성이 향상될 수가 있다.
그러나 한편, 반도체 레이저소자(3)에서의 레이저빔 출사점이, 리드프레임(1)의 전방 선단(도면 중 좌단) 보다 후방(도면 중 우측)에 위치하는 구조로 되어 있다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 레이저빔이 리드프레임(1)의 전방 선단에서 차폐되어 간섭 등의 악영향이 생기지 않도록, 리드프레임(1)에서 반도체 레이저소자(3)가 탑재된 영역 보다 전방 부분에 잘라낸 창부(303; window)를 설치함으로써, 문제점이 발생하지 않도록 한 구조로 되어 있다.
반도체 레이저소자(3)를 탑재할 때의 기준으로서, 창부(303)를 인식해서 반도체 레이저소자(3) 및 반도체기판(4)을 리드프레임(1) 상에 탑재할 수 있다. 특히, 단일의 반도체 레이저소자(3)에서 복수의 레이저빔을 출사하는 본 실시예와 같은 경우, 기판(6) 상의 전극 패턴에 맞춰서 반도체 레이저소자(3)를 탑재할 필요가 있다. 이에 따라, 기판(6)이 리드프레임(1) 상에 정밀도 좋게 탑재될 필요가 있으므로, 탑재위치의 인식이 중요하다.
이와 같은 장치의 조립이 완료된 후, 외위기(2) 본체에 대해 덮개(2a)가 접착제나, 열융착, 초음파 융착, 압입(壓入; press fit), 끼워 맞춤(fitting) 등으로 정밀하게 장착된다. 예컨대, 실리콘계열 접착제를 접착면에 도포해서 덮개(2a)를 외위기(2)에 장착하고, 섭씨 200℃로 경화시켜 접착해도 된다. 이 덮개(2a)의 내면 일부에는 상기한 바와 같이 광반사면(10)이 설치되어 있어, 반도체 레이저소자(3)의 후방으로부터 출사되는 모니터용 빔(9)을 반사해서 수광소자로 입사시키도록 된 구조로 되어 있다. 따라서, 덮개(2a)는 광반사면(10)에서 광반사율이 높아지도록 그 재료나 표면처리를 선정할 필요가 있다.
본 실시예에서는 접착제 뿐만 아니라 초음파 융착이나 열융착도 고려해서, 외위기(2) 본체와 동일하게 PPA를 덮개(2a)의 재료로서 이용하고 있다. 그 밖의 재료로서는, 예컨대 PBT나, 금속, 수지 상에 도금한 것 등도 덮개(2a)에 사용할 수 있다. 덮개(2a)에 대해서도 리드프레임(1)과 마찬가지로 반도체 레이저소자(3)로부터의 주 레이저빔(8)이 차폐되지 않도록 전면측에 마찬가지의 노치를 설치해도 된다.
또는, 외위기(2)의 본체측에 단수 또는 복수의 돌기부를 설치하고, 이 돌기부에 대응하는 구멍을 덮개(2a)측에 설치한 다음, 끼워맞춘 후, 돌기부의 선단을 가열하면서 가압해서 문드러지게 함으로써, 덮개(2a)가 외위기(2)의 본체에 부착되는, 소위 열접합이라는 수법을 채용할 수도 있다.
이 수법에 대해 도 2a 내지 도 2c를 이용해서 설명한다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 덮개(400)에 구멍(401)을 형성한다. 또한, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 외위기(410)의 표면 상에 돌기부(411)를 설치한다. 여기서, 리드(415)에 도시되지 않은 와이어로 접속된 리드프레임(416) 상에 기판(412)이 탑재되고, 그 표면 상에 레이저빔을 출사하는 반도체소자가 탑재된다. 이 레이저빔은 반도체기판(414)에 형성된 수광소자로 수광하게 된다. 그리고, 외위기(410)는 리드프레임(416)의 표면 상에 설치된다.
돌기와 구멍을 원하는 정밀도로 형성함으로써, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 덮개(400)가 외위기(410)에 정밀하게 부착될 수 있게 된다. 돌기부(411)가, 예컨대 PPA인 경우는, 150~300℃ 정도로 가열하면서 녹이는 것으로, 충분한 부착강도를 얻을 수 있게 된다. 직접가열·가공되지 않는 덮개로는, 비교적 내열온도가 낮은 재료나 플라스틱 이외의, 예컨대 금속 계열 재료 등도 폭넓게 선택할 수 있다.
이와 같은 열접합을 채용한 경우에는 접착용 재료를 사용하지 않기 때문에, 공정을 간소화시키거나 재료비를 절약할 수 있게 되면서 반도체 레이저소자나 광학계에 대한 불순물 부착 등 특성에 악영향을 미칠 우려는 없게 된다.
도 1a~도 1c에서, 리드프레임(1) 상에 복수의 소자(본 실시예에서는 반도체 레이저소자(3) 및 수광소자)가 탑재되어 있는 경우에는 리드 수가 증가하므로, 본 실시예와 같이 리드프레임(1)과 리드(1a 내지 1c)를 절단해서 분리한다.
본 장치는 도 1a에 나타낸 바와 같이, 노치에서 전후방향의 기준면으로 되는 전단면(301)을 경계로 해서 전반부가 폭이 좁으면서 후반부가 폭이 넓이지도록 되어 있다. 실장된 측의 픽업헤드 홀더에는 반도체 레이저장치의 전반부의 폭이 좁은 부분에 대응한 삽입용 구멍이 설치되고, 그 구멍에 본 레이저장치를 삽입하여 장착하는 것으로 된다.
반도체 레이저장치의 부착 정밀도는, 예컨대 장착된 측의 픽업헤드 등의 성능에 현저하게 영향을 준다. 따라서, 본 실시예에서는 상기한 바와 같이, 리드프레임(1)에서의 노치의 측단면(302)을 횡방향 위치결정용 기준면으로 하고 있다. 단, 잘라낸 단면(端面)[또는 단면(斷面);notched end faces(sections)]만을 기준면으로 하는 것으로 한정되는 것은 아니고, 단면(end faces)을 절곡하는 등에 의해 단면(section) 이외의 부분을 기준면으로 함으로써 기준면의 면적을 증가시키는 것도 가능하다.
또한, 상기한 바와 같이, 리드프레임(1)에서의 노치의 폭이 좁은 부분과 폭이 넓은 부분의 경계선에 생기는 단차 부분인 전단면(301)이 전후방향 위치결정용 기준면으로 되고 있다. 그에 따라, 본 장치가 홀더 구멍에 삽입될 때, 이 기준면[전단면(301)]이 홀더 내의 면에 닺아 전후방향의 위치를 결정할 수가 있게 된다. 이 위치결정용 기준면에 대해, 돌기형상 부분을 설치해서 그 선단부를 기준 위치로 설정하여도 되고, 또 도 1a에 나타낸 바와 같이 리드프레임(1) 전단면(301)의 직선부분을 그대로 기준면으로 이용해도 된다. 또, 리드프레임(1) 이외의, 예컨대 외위기(2)의 일부를 전후방향 위치결정용 기준으로 설정해도 된다.
(2) 제2실시예
다음에, 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 레이저장치에 대해 설명한다. 본 반도체 레이저장치의 구성을 도 3에 나타낸다. 도 3a는 본 장치에서 외위기(2)의 덮개(2a)를 제거한 상태를 나타낸 평면도, 도 3b는 도 3a에서 A-A선에 따른 종단면도, 도 3c는 죄측면도에 상당한다. 여기서, 도 1에 나타낸 제1실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 붙이고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예는 도 1의 실시예에 따른 장치에 대해 히트싱크(11)를 장착한 것에 상당한다. 히트싱크(11)가 리드프레임(1)에 장착됨으로써 반도체 레이저소자(3)로부터의 발열이 보다 양호하게 외부로 방열될 수 있게 된다.
더욱이, 소형화를 확보하면서, 본 장치를 픽업헤드 홀더 내로 장착시킬 때의 강도성을 향상시킬 수 있게 된다. 도 4에 나타낸 반도체 레이저장치에서는, 본 장치를 홀더 내에 압입 장착할 때, 위치결정용 기준면으로 되는 리드프레임(101)의 전단면(201) 및 측단면(202)이 큰 압력이나 응력을 받는 것으로 된다. 이에 따라, 그 외력에 의한 변형을 방지하기 위해, 리드프레임(101)이 어느 정도 두껍게 될 필요가 있고, 또 그 재질에도 큰 제약이 생기고 있다.
이에 대해, 본 실시예에서는 반도체 레이저소자(3)로부터 주 레이저빔(8)이 출사되는 전방방향에 대해 수직방향을 횡방향으로 정의한 경우에는, 히트싱크(11)에서의 원호형상의 측면(112)을 횡방향의 위치결정용 기준면으로 한다. 더욱이, 히트싱크(11)의 전방측 표면(111)을 전후방향의 기준면으로 한다. 이에 따라, 홀더 내에 장착할 때에도 히트싱크(11)에서 면적이 큰 면(111,112)이 압력이나 응력을 받게 됨으로써 리드프레임(1)을 두껍게 하지 않고서도 충분한 강도성을 확보할 수 있게 된다.
더욱이, 도 4에 나타낸 바와 같은 구조에서는 방열성 향상을 위해 히트싱크를 장착한다고 해도 정밀도 좋게 장착하는 것이 곤란하였다.
본 실시예에서는 상기 제1실시예와 마찬가지로 리드프레임(1)에 노치가 설치되어 있고, 그 노치에서 전후방향의 위치결정용 기준면으로 되는 전단면(301)과 횡방향의 위치결정용 기준면으로 되는 측단면(302)에 히트싱크(11)가 닫도록 장착시킨다. 이에 따라, 히트싱크(11)가 리드프레임(1)에 대해 용이하면서 고정밀도로 장착될 수 있게 된다.
여기서, 히트싱크(11)의 재료로는 방열성을 고려하여, 동 계열이나 철 계열 등의 금속 재료를 사용하지만, 방열성이 그다지 요구되지 않는 경우에는 플라스틱 등 그 외의 재료를 이용할 수도 있다.
본 실시예에서, 히트싱크(11)의 형상이 소정의 두께를 가진 원반형상의 하단(114) 및 상단(115)을 직선적으로 잘라낸 것처럼 되어 있고, 그 측면(112)은 원통면의 일부로 구성된 원호형상으로 되어 있다. 따라서, 이 측면(112)에서 원호의 중심축(P)이 반도체 레이저소자(3)로부터의 주 레이저빔(8)의 출사위치의 근방에 위치하고, 출사방향과 대략 평행하게 되도록 설정된다.
그리고, 본 장치를 실장할 홀더 내에 둥근 구멍을 뚫어두고, 둥근 구멍의 내벽측면에 히트싱크(11)의 원호형상의 측면(112)이 밀착되도록 본 장치를 삽입함으로써 주 레이저빔(8)의 출사방향이 용이하면서 고정밀도로 결정된다. 또한, 둥근 구멍에 본 장치를 삽입함으로써, 주 레이저빔(8)에 대해 수직방향의 위치결정도 하단(114), 상단(115)에 의해 용이하게 할 수 있고, 삽입 후에 본 장치의 회전방방향을 조정하는 것도 용이하게 할 수 있게 된다.
여기서, 히트싱크(11)의 하단(114) 및 상단(115)을 잘라 내고 있는 것은, 반도체 레이저장치를 소형화하기 위한 것으로, 박형 픽업헤드 등에 장착할 수 있도록 하는 것이다. 상기 제1실시예에 의한 장치가 박형화될 수 있기 때문에, 이에 히트싱크(11)를 장착한 본 실시예에 의한 장치도 박형으로 될 수가 있다. 또한, 픽업헤드의 설계에 맞춰서, 히트싱크(11)의 상하방향의 치수나 형상을 자유롭게 설계할 수 있다. 그러나, 박형이 아닌 통상의 픽업헤드에 장착하는 경우에는 히트싱크(11)의 상하단을 잘라낼 필요는 없다.
히트싱크(11)의 일부에는 리드프레임(1) 등을 장착하기 위한 노치(116)가 형성되어 있다. 그리고, 상기한 바와 같이, 반도체 레이저소자(3)로부터의 주 레이저빔(8)의 출사위치가 도 3c에 나타낸 바와 같이, 히트싱크(11)에서 원호형상의 측면(112)의 중심축(P)과 일치하도록 설정된다. 이는 본 장치를 픽업헤드 홀더 내에 장착했을 경우의 회전방방향을 조정할 때, 반도체 레이저소자(3)의 빔 출사점이 항상 일정한 위치로 되도록 하기 위함이다. 또, 히트싱크(11)의 전면측 표면(111)이 측면(112)에 대해 수직인바, 상기한 바와 같이 이 표면(111)의 일부분 또는 전체가 전후방향의 위치결정용 기준면으로 된다.
여기서, 본 실시예에서는 기준으로 되는 측면(112)과, 표면(111)을 직접 기준면으로 이용하고 있지만, 이들 면(111,112) 상에 기준부를 별도로 설치해도 된다. 예컨대, 측면(112) 및/또는 표면(111) 상에 돌출부를 설치하고, 그 돌출부의 선단을 기준위치로 해도 된다. 이 경우에는, 돌출부의 선단을 홀더 내의 구멍의 내벽에 닿도록 함으로써, 위치결정을 하는 것으로 된다.
히트싱크(11)의 리드프레임(1)에 대한 장착은, 리드프레임(1)에서 반도체 레이저소자(3)를 탑재한 부분에 대응하는 표면의 근방부분 또는 대응하는 이면에 열적으로 접합 또는 접촉하도록 장착하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 방열성을 보다 높일 수 있게 된다. 본 실시예에서는 히트싱크(11)에서의 돌출부(113)가 반도체 레이저소자(3)를 탑재한 부분의 대응하는 이면에 접합되는 것으로 된다. 이 돌출부(113)는 도 3c에 나타낸 바와 같이, 원호형상의 측면(112)의 직경(D) 보다 외부로 돌출되지 않는 치수로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 소형화를 확보하면서 홀더 내에 장착할 수 있도록 된다.
히트싱크(11)는, 예컨대 땜납, 은에폭시, 은납땜(silver brazing) 등에 의해 리드프레임(1)에 장착할 수가 있다. 그러나, 접착제나 글리스를 이용하거나, 또는 간단히 압착하는 것만으로도 방열성을 확보하면서 장착할 수가 있다. 이에 의해, 반도체 레이저소자(3)로부터 발생된 열이 리드프레임(1), 히트싱크(11), 실장측의 홀더를 매개로 외부로 방열된다.
상기한 실시예는 모두 일례로서, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 상기 제1, 제2실시예에서는 소자로서 반도체 레이저소자 이외에 수광소자를 탑재하고 있다. 그러나, 반도체 레이저소자 이외의 소자를 탑재하지 않은 장치에 대해서도 본 발명을 적용할 수가 있고, 또 반도체 레이저소자 및 수광소자 이외에 또 다른 소자를 탑재하는 경우에도 본 발명을 적용할 수가 있다. 또, 각 요소의 재료 등은 필요에 따라 자유롭게 선택할 수가 있다.
더욱이, 제2실시예에서, 히트싱크에서 반도체 레이저소자가 탑재된 부분 보다 후방에, 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 설치하고 있지만, 픽업헤드 홀더의 형상 등에 따라 전후방향에 관해, 반도체 레이저소자(3)에서의 주 레이저빔(8)의 출사위치와 거의 동일한 위치에 전후방향 기준으로 되는 기준면을 설치할 수도 있다. 즉, 반도체 레이저소자(3)의 주 레이저빔(8)의 출사위치와 거의 동일 위치로부터 후방의 범위 내에서 홀더의 형상 등에 따라 히트싱크에 전후방향의 기준면을 설치하면 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 레이저장치는, 리드프레임에서, 반도체 레이저소자가 탑재된 부분 보다 후방에 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖게 됨으로써, 장치를 홀더 등에 장착할 때의 위치결정에 관해 설계상의 자유도를 높일 수가 있게 된다.
또, 히트싱크를 갖는 경우, 장착시의 응력을 리드프레임에서가 아니라 히트싱크에서 받게 됨으로써 리드프레임의 강도성을 높일 필요성이 없어져, 리드프레임의 재질이나 두께 등에 제약을 주지 않아 장착시의 강도성을 확보할 수가 있게 된다.
도 1a, 도 1b, 도 1c는, 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 레이저장치의 구성을 나타낸 평면도와 종단면도 및 측면도,
도 2a, 도 2b, 도 2c는, 동 반도체 레이저장치에서 덮개를 외위기에 열접합을 이용해서 부착시키는 경우의 수법을 공정별로 나타낸 사시도,
도 3a, 도 3b, 도 3c는, 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 레이저장치의 구성을 나타낸 평면도와 종단면도 및 측면도,
도 4a, 도 4b, 도 4c는, 종래의 반도체 레이저장치의 구성을 나타낸 평면도와 종단면도 및 측면도이다.

Claims (20)

  1. 반도체 레이저소자와, 이 반도체 레이저소자가 탑재되는 리드프레임 및, 이 리드프레임에 부착된 외위기를 가진 반도체 레이저장치에서,
    상기 리드프레임은, 그 이면이 상기 외위기로부터 노출되어 있으면서, 상기 반도체 레이저소자로부터 주 레이저빔이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자가 탑재된 부분 보다 후방에, 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전방방향에 대해 수직이면서 상기 리드프레임에서 상기 반도체 레이저소자의 탑재면에 평행한 방향을 횡방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자에 대한 횡방향 기준으로 되는 기준면을 더 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 외위기가, 상기 반도체 레이저소자에서 출사된 빔을 전방방향으로 추출하기 위한 창부를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면이, 상기 리드프레임의 잘라낸 부분(노치)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 횡방향 기준으로 되는 기준면이, 상기 리드프레임의 측면에서, 상기 측면이 상기 리드프레임의 상기 반도체 레이저소자를 탑재하는 면에 수직이고, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면 보다 전방방향에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임에서의 상기 반도체 레이저소자의 탑재면에 수직인 방향을 상하방향으로 정의하고, 상기 반도체 레이저소자의 탑재면을 상기 리드프레임의 표면으로 한 경우, 상기 리드프레임의 이면이 상기 반도체 레이저소자에 대한 상하방향 기준으로 되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 외위기가, 상기 반도체 레이저소자에서 출사된 빔을 전방방향으로 추출하기 위한 창부를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면이, 상기 리드프레임의 노치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  10. 반도체 레이저소자와, 이 반도체 레이저소자를 탑재하는 리드프레임, 이 리드프레임에 부착된 외위기 및, 히트싱크를 가진 반도체 레이저장치에서,
    싱기 히트싱크가, 상기 반도체 레이저소자로부터 주 레이저빔이 출사되는 방향을 전방방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을 갖고, 상기 전방방향에 대해 수직방향을 횡방향으로 정의한 경우, 상기 반도체 레이저소자에 대한 횡방향 기준으로 되는 기준면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 반도체 레이저소자에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면을, 상기 반도체 레이저소자가 탑재된 부분보다 후방에 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 전방방향에 대해 평행인 측면이 원호형상을 갖고서, 상기 반도체 레이저소자에 대한 횡방향 기준으로 되는 기준면에 상당하고,
    상기 전방방향에 대해 수직인 면이 상기 반도체에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면에 상당하며,
    상기 측면의 원호 중심축이 상기 반도체 레이저소자로부터의 주 레이저빔의 출사방향과 대략 평행하고,
    상기 리드프레임에서의 상기 반도체 레이저소자의 탑재면을 표면으로 정의한 경우, 상기 리드프레임의 이면에서 상기 반도체 레이저소자의 탑재위치의 이면측에 상당하는 부분 또는 이면측에 상당하는 부분의 근방 부분이 상기 히트싱크와 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 측면의 원호 중심축에 평행하면서 상기 원호의 직경 보다 작은 간격으로 이격된 상면 및 하면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면보다도 전방측에 돌출부를 갖고서, 이 돌출부가 상기 리드프레임의 이면에서의 상기 반도체 레이저소자의 탑재위치의 이면측에 상당하는 부분과 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 측면의 원호 중심축에 평행하면서 상기 원호의 직경 보다 작은 간격으로 이격된 상면 및 하면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 전방방향에 대해 평행한 측면이 원호형상을 갖고서, 상기 반도체 레이저소자에 대한 횡방향 기준으로 되는 기준면에 상당하고,
    상기 전방방향에 대해 수직인 면이 상기 반도체에 대한 전후방향 기준으로 되는 기준면에 상당하며,
    상기 측면의 원호 중심축이 상기 반도체 레이저소자로부터의 주 레이저빔의 출사방향과 대략 평행하고,
    상기 리드프레임에서의 상기 반도체 레이저소자의 탑재면을 표면으로 정의한 경우, 상기 리드프레임의 이면에서 상기 반도체 레이저소자의 탑재위치의 이면측에 상당하는 부분 또는 이면측에 상당하는 부분의 근방 부분이 상기 히트싱크와 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면보다도 전방측에 돌출부를 갖고서, 이 돌출부가 상기 리드프레임의 이면에서 상기 반도체 레이저소자의 탑재위치의 이면측에 상당하는 부분과 접촉하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 히트싱크가, 상기 측면의 원호 중심축에 평행하면서 상기 원호의 직경 보다 작은 간격으로 이격된 상면과 하면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  19. 제10항에 있어서, 상기 히트 싱크가, 상기 측면의 원호 중심축에 평행하면서 상기 원호의 직경 보다 작은 간격으로 이격된 상면과 하면을 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
  20. 제10항에 있어서, 상기 반도체 레이저장치가, 상기 전후방향 기준으로 되는 기준면 보다 전방 부분이, 상기 측면의 원호와 동일한 중심축을 가지면서 상기 원호와 동일한 직경을 가진 원통 내부로 받아들여지는 형상 및 치수를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 반도체 레이저장치.
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