KR101492321B1 - 서브마운트형 포토다이오드를 구비한 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈 - Google Patents

서브마운트형 포토다이오드를 구비한 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TO 형태를 갖는 리드프레임 타입의 레이저다이오드 모듈 구성에 관한 것으로, 수광소자의 구조와 배치를 그 기능상 좀 더 유리하게 구성하고자 하였고, 배선에 의해 전선이 중첩되어 발생하는 불량을 줄이고, 비용절감을 위해 전선을 좀 더 짧게 배선하고자 하였다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 수광소자를 레이저다이오드의 후면에 서브마운트 역할을 겸하도록 서브형으로 구성하고, 배선을 위한 전선 간 중첩이 없도록 배선 경로를 고려하여 서로 멀리 떨어진 위치에 전극을 배치하는 전극 패턴을 설계하였다.

Description

서브마운트형 포토다이오드를 구비한 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈{LEAD FRAME TYPE LASER DIODE MODULE WITH SUBMOUNT TYPE PHOTODIODE}
본 발명은 TO 형태를 갖는 리드프레임 타입의 레이저다이오드 모듈 구성에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 레이저다이오드 칩을 중심으로 한 리드 프레임 전극 패턴 및 그에 따른 배선 구조에 관한 것이다.
레이저 빔 프린터, CDP, DVD, power tool용 레이저다이오드의 제조단가를 낮추기 위하여 기존의 금속재질의 TO 패키지에서 리드 프레임 재질로 변경이 진행되고 있다.
레이저다이오드는 발진하는 광량의 세기를 측정하기 위하여, 레이저다이오드 칩의 광출력 발진 면(Anti Reflect (AR) 면)과 마주보고 있는 면(High Reflect(HR) 면) 뒤쪽에 포토다이오드를 설치하고, 포토다이오드 수광면에 도달하는 HR 면에서 발진된 레이저 광량을 전류로 전환하여 측정할 수 있다.
TO 형태의 패키지에서 포토다이오드의 위치는 레이저다이오드 칩과 수직방향에서 몇도 틀어져 장착되며, 형태는 도 1과 같다. 수직방향에서 일정 각도를 틀어서 장착하는 이유는 포토다이오드 표면에서 입사된 빛 일부가 반사되어 레이저다이오드 칩으로 다시 입사되는 것을 방지하기 위해서이다. 대한민국 등록특허 제10-0787280호는 도 1과 같은 구조를 개시하고 있다.
리드 프레임 패키지에서 포토다이오드는 레이저다이오드 칩과 수평하게 설치되며, 다양한 방법으로 설치가 가능하다. 가장 일반적인 방법으로 포토다이오드를 레이저다이오드 칩의 서브 기능을 포함한 서브형(서브마운트형의 줄임말이다) 포토다이오드가 사용된다. 대한민국 등록특허 제10-0321393호에서는 서브마운트와 포토다이오드를 일체화한 레이저다이오드 패키지를 개시한다. TO 형태를 갖는 서브형 리드 프레임 타입 패키지에 대한 형태는 도 2와 같다.
기존 서브형 포토다이오드는 레이저다이오드 칩이 부착되는 서브마운트 부분과, 포토다이오드 기능을 담당하는 수광 소자 영역으로 구성되어 있다. 수광 소자 기능의 전극은 기판 뒷면 전면의 하부 전극과 수광 소자 영역에 형성된 상부 전극으로 구성되어 있다.
기존의 서브형 포토다이오드의 전극 형태를 이용하여 리드 프레임 타입 패키지 레이저다이오드 모듈 제조시 포토다이오드 및 레이저다이오드 칩을 부착한 후 리드 프레임 금속 리드의 패드 면에 금속 전선(금, 은 및 그의 다양한 합금으로 이루어짐)을 연결할 때, 금속 전선의 길이가 길어 작업 중 또는 작업 완료 후 외부의 충격에 금속 전선이 끊어지는 문제와 레이저다이오드의 전선과의 교차로 인한 전극 쇼트 현상이 발생한다.
또한 포토다이오드의 상부 전극과 리드 프레임의 리드 패드 간 거리가 길어 금속 전선 사용량의 증대로 인하여 제조 단가 인상의 원인이 된다. 이와 같은 문제점은 도 3의 레이저다이오드 모듈에서 볼 수 있으며, 여기서 포토다이오드는 공통 전극인 리드 패드(301)와 하부전극이 연결되어 있으며, 상부 전극은 금속 전선(304)을 통하여 리드 패드와 연결되어 있다. 이때 상부 전극을 연결한 전선(304)은 레이저다이오드를 구동시키기 위한 전극을 연결한 금속 전선(303)과 중첩이 되는 형상이 확인된다.
따라서 본 발명의 목적은 TO 형태 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈 구성에서, 레이저다이오드로부터 발광 되는 빛을 수광하는 수광소자의 구조와 배치를 좀 더 구현이 용이하면서도 기능을 향상시키도록 개선하고, 모듈 제작시 소자 간 전기접속을 위한 배선에 있어 전선의 중첩을 없애 불량률을 줄이고, 전선 길이를 최소화할 수 있는 전극 패턴을 설계하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 수광소자를 레이저다이오드의 발진면 후방에 서브마운트 역할을 겸하도록 서브형으로 구성하고, 배선을 위한 전선 간 중첩이 없도록 배선 경로를 고려하여 서로 멀리 떨어진 위치에 전극을 배치하는 전극 패턴을 설계하였다.
즉, 본 발명은,
리드 프레임에 안착 되는 레이저다이오드 모듈로서,
레이저다이오드;와
상기 레이저다이오드 발진면의 후방에 배치되는 수광소자;를 포함하여, 상기 레이저다이오드는 상기 수광소자 위에 배치되어 상기 수광소자가 상기 레이저다이오드의 서브마운트 역할을 겸하며,
상기 수광소자를 위한 전극이 각각 수광면과 수광면의 이면에 위치하고, 상기 수광면 쪽에 형성되는 상부 전극은, 수광면 중 레이저다이오드가 배치된 쪽으로부터 이격된 수광면 하단에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 수광면 쪽에 형성되는 상부 전극은, 수광면 중 레이저다이오드가 배치되는 쪽과 반대편인 하단 모서리의 좌 또는 우 단부에 하나 이상 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 수광면 쪽에 형성되는 전극은, 수광면 중 레이저다이오드가 배치되는 쪽과 반대편인 하단 모서리와 상기 하단 모서리로부터 연장되는 좌우측 모서리를 포함한 울타리 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 레이저다이오드의 상부전극과 리드를 연결한 전선과 상기 수광소자를 위한 상부 전극과 리드를 연결한 전선이 중첩되지 않게 배선되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 레이저다이오드는 다중 발광 레이저다이오드이고, 상기 다중 발광 레이저다이오드의 다수의 칩 각각을 위한 각각의 상부 전극과 리드를 연결한 전선들 및 다중 발광 레이저다이오드의 하부 전극과 리드를 연결한 전선은 각 전극들이 위치하는 지점으로부터 발산하는 형태를 이루고, 상기 수광소자를 위한 상부 전극과 리드를 연결한 전선은 상기 발산하는 형태를 이루는 전선들과는 중첩되지 않게 배선되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에 있어서, 상기 레이저다이오드 모듈은 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈이고,
상기 레이저다이오드 용 하부 전극은,
서브마운트를 겸하는 수광소자의 상단에 형성하고, 하단 모서리 단부에 배치된 수광소자를 위한 상부 전극과 간격을 두어, 각각의 전극과 리드를 연결하는 전선의 중첩을 방지하고 배선의 길이를 단축한 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 레이저다이오드 모듈은 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈이고,
상기 레이저다이오드 용 하부 전극은,
서브마운트를 겸하는 수광소자의 상단에 형성하고,
울타리식으로 배치된 수광소자를 위한 상부 전극과 간격을 두어, 각각의 전극과 리드를 연결하는 전선의 중첩을 방지하고 배선의 길이를 단축한 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈을 제공한다.
리드 프레임 타입 레이저다이오드에 사용되는 서브형 포토다이오드의 금속 전극 위치 및 형태를 변경함으로 포토다이오드의 전극과 리드 패드와 최적 위치에서 전극을 연결하여 레이저다이오드 제조, 운송, 보관 및 사용시 금속 전선 단락 및 쇼트에 의한 불량을 감소시킬 수 있다.
또한 최단 위치에 리드 패드와 전선을 연결함으로 제조 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래 TO 패키지 타입의 레이저다이오드 칩과 포토다이오드 위치에 관한 도면.
도 2는 종래 TO 형태 리드 프레임 타입 패키지의 서브형 포토다이오드와 그 위에 장착된 레이저다이오드 칩을 보여주는 도면.
도 3은 종래 리드 프레임 타입 레이저다이오드 전선 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따라, 서브형 포토다이오드의 전극 위치를 변경한 레이저다이오드 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따라 개선된 서브형 포토다이오드를 적용한 다중빔 발진 레이저다이오드 전선 연결도.
도 6은 본 발명에 따라 개선된 서브형 포토다이오드 금속 전극 형태 및 위치를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 다중빔 레이저다이오드 칩과 다양한 금속 전선 연결 도식을 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따라 서브형 포토다이오드의 전극 위치를 변경한 레이저다이오드 모듈 구성을 나타내는 평면도이다. 종래, 서브형 포토다이오드의 전극은 도 3에서 보듯이 수광소자 영역 중 레이저다이오드 칩 근처에 모두 집중 배치되어, 그로 인한 전선(303, 304) 간 단락 위험이 있어왔고, 리드 패드까지의 배선 길이가 길어져 귀금속으로 된 값비싼 전선으로 인한 비용부담도 컸다. 이에 비해, 도 4의 레이저다이오드 모듈구성에서는 서브형 포토다이오드의 상부전극의 위치를 레이저다이오드의 상부 전극과 멀리 떨어지게 설정하여 레이저다이오드의 상부전극과 리드를 연결한 전선(403)과 서브형 포토다이오드의 상부 전극과 리드를 연결한 전선(404)이 전혀 중첩되지 않아 단락(short) 위험성에서 벗어나게 하였다. 이러한 전극 패턴의 변경은 전선(404)의 길이를 단축시켜 고가의 전선에 따르는 비용부담도 감소시킨다.
도 5는 다중 발광 레이저다이오드 하단에 서브형 포토다이오드 전극 패턴 구성과 그에 따른 배선 실시예들을 나타내고 있다. 즉, 다중 발광 레이저다이오드의 1번 칩의 상부 전극과 리드를 연결한 전선(501), 다중 발광 레이저다이오드의 2번 칩의 상부 전극과 리드를 연결한 전선(502), 다중 발광 레이저다이오드의 하부 전극과 리드를 연결한 전선(503)은 각각 레이저다이오드 칩 주변에 형성된 전극으로부터 발산하는 형태를 이루고, 서브형 포토다이오드의 상부 전극은 레이저다이오드로부터 멀리 떨어진 하단에 형성하여, 상기 포토다이오드의 상부전극과 리드를 연결한 전선(504)은 상기 전선들(501, 502, 503)과는 전혀 중첩되지 않으며, 상대적으로 짧은 길이로 배선되어 고가의 전선을 절약할 수 있다.
도 6은, 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈의 서브형 포토다이오드에 대해 제안되는 금속 전극의 형태와 위치를 도시한다. 즉, 레이저다이오드 용 하부 전극(601)을 상단에, 그리고 서브형 포토다이오드의 상부 전극(602)을 하단 내지는 울타리식으로 형성한 두 가지 실시예를 보여준다.
좌측의 경우, 레이저다이오드 용 하부 전극(601)은 레이저다이오드가 고정되는 상단 쪽에 형성하고, 서브형 포토다이오드의 상부 전극(602)은 그로부터 멀리 떨어진 서브형 포토다이오드의 하단 양쪽에 형성함으로써, 배선에 있어, 전선 중첩 방지 및 배선 길이 단축효과를 보게 구성하였고, 우측의 경우, 레이저다이오드 용 하부 전극(601)은 좌측과 같게 형성하되, 서브형 포토다이오드의 상부 전극(602)은 서브형 포토다이오드의 좌우 측단과 하단에 걸쳐 울타리를 치듯 형성하였다. 이와 같은 전극 패턴은 배선의 길이를 최단 화하면서 전선들이 서로 중첩되지 않게 배열하는 데 융통성이 있어 바람직하다.
도 7은 도 6의 우측에 도시된 서브형 포토다이오드 위에 다중 빔 발광 레이저다이오드 칩을 부착한 상태를 보여주며, 본 발명에 따라 개선된 포토다이오드 금속 전극을 이용한 다양한 위치의 리드 패드와의 전선연결이 가능함을 확인하게 하여준다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
101: 스탬 베이스
102: 스탬 헤더
103: 리드
104: 포토다이오드
105: 레이저다이오드 용 서브
106, 205: 레이저다이오드 칩
201: 리드 프레임
202: (리드 프레임의) 리드
203, 705: 리드 패드
204, 702: 서브형 포토다이오드
204-1: (서브형 포토다이오드의) 수광 소자 영역
206: 리드와 포토다이오드, 리드와 레이저다이오드를 연결하는 전선
207, 602, 703: 포토다이오드용 상부 전극
208, 601: 레이저다이오드용 하부 전극
209: 포토다이오드용 하부 전극
301, 401: 공통 전극용 패드
302, 303, 304, 402, 403, 404, 501, 502, 503, 504, 704: 전선
701: 다중 발광 레이저다이오드

Claims (7)

  1. 리드 프레임에 안착 되는 레이저다이오드 모듈로서,
    레이저다이오드;와
    상기 레이저다이오드 발진면의 후방에 배치되는 수광소자;를 포함하여, 상기 레이저다이오드는 상기 수광소자 위에 배치되어 상기 수광소자가 상기 레이저다이오드의 서브마운트 역할을 겸하며,
    상기 수광소자를 위한 전극이 각각 수광면과 수광면의 이면에 위치하고, 상기 수광면 쪽에 형성되는 수광소자용 전극은,
    수광면 중 레이저다이오드가 배치되는 쪽과 반대편인 하단 모서리와 상기 하단 모서리로부터 연장되는 좌우측 모서리를 포함한 울타리 형태로 배치되어 레이저다이오드의 상부전극과 리드를 연결한 전선과 수광소자용 전극과 리드를 연결한 전선이 서로 중첩되지 않게 하고 수광소자용 전극과 리드를 연결한 전선 길이를 단축한 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저다이오드는 다중 발광 레이저다이오드이고, 상기 다중 발광 레이저다이오드의 다수의 칩 각각을 위한 각각의 상부 전극과 리드를 연결한 전선들 및 다중 발광 레이저다이오드의 하부 전극과 리드를 연결한 전선은 각 전극들이 위치하는 지점으로부터 발산하는 형태를 이루고, 상기 수광소자를 위한 전극과 리드를 연결한 전선은 상기 발산하는 형태를 이루는 전선들과는 중첩되지 않게 배선되는 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 레이저다이오드 모듈은 리드 프레임 타입 레이저다이오드 모듈이고,
    상기 레이저다이오드 용 하부 전극은,
    서브마운트를 겸하는 수광소자의 상단에 형성하고,
    울타리식으로 배치된 수광소자를 위한 전극과 간격을 두어, 각각의 전극과 리드를 연결하는 전선의 중첩을 방지하고 배선의 길이를 단축한 것을 특징으로 하는 레이저다이오드 모듈.
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