KR102146974B1 - 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법 - Google Patents

수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법 Download PDF

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임정운
송영호
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Abstract

수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, n형 전극판 및 p형 전극판을 구비하고, 상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩이 본딩됨에 따라 상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 구분하는 제1 다이싱 라인이 구비된 서브 마운트를 준비하는 준비과정; 상기 서브 마운트의 상면에 제1 접착부재를 도포하는 제1 도포과정; 상기 서브 마운트의 상면에 상기 제1 다이싱 라인과 동일한 위치에 형성된 제2 다이싱 라인을 구비하는 렌즈 가이드를 본딩시키는 렌즈 가이드 본딩과정; 상기 n형 전극판의 상면에 제2 접착부재를 토출시키는 토출과정; 상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 본딩하는 칩 본딩과정; 상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩과 상기 p형 전극판에 와이어를 본딩하는 와이어 본딩과정; 상기 렌즈 가이드의 상면에 제3 접착부재를 도포하는 도포과정; 상기 렌즈 가이드의 상면에 디퓨저 렌즈를 본딩하는 디퓨저 렌즈 본딩과정; 및 상기 제1 및 제2 다이싱 라인을 따라 상기 서브 마운트, 렌즈 가이드 및 디퓨저 렌즈를 다이싱하는 다이싱과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법을 제공한다.

Description

수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법{Method for Vertical Cavity Surface Emitting Laser Package}
본 발명은 수직 공진형 표면 발광 레이저 어레이로부터 개별 소자를 분리시켜 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 종래의 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, n형 전극판(112) 및 p형 전극판(114)이 구비된 DPC(Direct Plating Copper) 기판(110)이 준비된다. 수직 공진형 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL, 이하, 'VCSEL'로 약칭함) 칩(120)은 n형 전극판(112)의 상면(+z축 방향)에 본딩되도록 구성된다. n형 전극판(112)의 상면(+z축 방향)에 VCSEL 칩(120)이 본딩되면, 와이어(130)는 VCSEL 칩(120)과 p형 전극판(114)을 연결시키도록 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, DPC 기판(110)의 상면(+z축 방향) 즉, n형 전극판(112) 및 p형 전극판(114)이 형성된 면적을 제외한 DPC 기판(110)의 둘레 부분에는 접착부재(미도시)가 도포되며, 접착부재(미도시)에 의해 DPC 기판(110)의 상면(+z축 방향)에는 렌즈 가이드(210)가 결합된다. 여기서, 렌즈 가이드(210)는 중공(中孔, 212)을 갖는 육면체 형태로 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 가이드(210)의 상면(+z축 방향)에 디퓨저 렌즈(Diffuser Lens, 310)가 결합됨에 따라 VCSEL 패키지(300)가 제조된다.
이와 같이, 종래의 VCSEL 패키지(300)는 VCSEL 패키지(300) 내 구성요소가 각각 단계적으로 결합되는 방법에 의해 제조되었다. 이러한 공정은 생산성을 저하시킬뿐만 아니라 제품 단가 상승의 원인으로 작용할 수 있다.
따라서, 생산성은 증대되는 반면, 비용은 적게드는 효율적인 VCSEL 패키지의 제조방법이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는, 수율이 높은 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL) 패키지의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 고출력의 레이저를 안정적으로 발진시키는 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL) 패키지의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, n형 전극판 및 p형 전극판을 구비하고, 상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩이 본딩됨에 따라 상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 구분하는 제1 다이싱 라인이 구비된 서브 마운트를 준비하는 준비과정; 상기 서브 마운트의 상면에 제1 접착부재를 도포하는 제1 도포과정; 상기 서브 마운트의 상면에 상기 제1 다이싱 라인과 동일한 위치에 형성된 제2 다이싱 라인을 구비하는 렌즈 가이드를 본딩시키는 렌즈 가이드 본딩과정; 상기 n형 전극판의 상면에 제2 접착부재를 토출시키는 토출과정; 상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 본딩하는 칩 본딩과정; 상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩과 상기 p형 전극판에 와이어를 본딩하는 와이어 본딩과정; 상기 렌즈 가이드의 상면에 제3 접착부재를 도포하는 도포과정; 상기 렌즈 가이드의 상면에 디퓨저 렌즈를 본딩하는 디퓨저 렌즈 본딩과정; 및 상기 제1 및 제2 다이싱 라인을 따라 상기 서브 마운트, 렌즈 가이드 및 디퓨저 렌즈를 다이싱하는 다이싱과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 다이싱 라인은, 상기 서브 마운트의 행 및 열 방향에 동일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 접착부재는, 열경화성 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 도포과정은, 상기 제1 접착부재가 상기 제1 다이싱 라인이 형성된 상기 서브 마운트의 상면에 도포되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 다이싱 라인은, 상기 렌즈 가이드의 행 및 열 방향에 동일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈 가이드 본딩과정은, 상기 서브 마운트의 외벽과 상기 렌즈 가이드의 외벽이 동일선상에 위치하도록 본딩되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제2 접착부재는, 기 설정된 양으로 상기 n형 전극판의 상면에 토출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제3 접착부재는, 열 경화성의 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 디퓨저 렌즈는, 회절 광학 소자(DOE) 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 디퓨저 렌즈 본딩과정은, 상기 서브 마운트 및 상기 렌즈 가이드의 외벽이 상기 디퓨저 렌즈의 외벽과 동일선상에 위치하도록 본딩되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 다이싱 과정은, 초음파, 레이저, 에칭, 샌딩(Sanding) 및 절삭 도구 중 어느 하나의 도구에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL) 어레이를 제조하여 이를 다이싱(Dicing)하는 공정을 적용함으로써, 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL) 패키지의 제조 수율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 열 전도성이 우수한 재질의 기판을 이용함으로써, 고출력의 레이저를 안정적으로 발진시킬 수 있는 수직 공진형 표면 발광 레이저(VCSEL) 패키지를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 어레이의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판 및 p형 전극판이 구비된 서브 마운트를 준비하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판 및 p형 전극판이 구비된 서브 마운트의 상면을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 제1 접착부재를 도포하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접착부재가 도포된 서브 마운트의 상면을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 렌즈 가이드를 결합시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 렌즈 가이가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 사시도 및 상면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판의 상면에 제2 접착부재가 토출되는 과정을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 본딩하는 과정을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩과 p형 전극판을 와이어 본딩하는 과정을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 상면에 제3 접착부재를 도포하는 과정을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 상면에 디퓨저 렌즈가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 어레이를 다이싱하는 과정을 도시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 어레이가 다이싱됨에 따라 복수 개의 수직 공진형 표면 발광 패키지로 분리되는 모습을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 어레이의 사시도이다.
도 4를 참조하면, VCSEL 어레이(400)는 복수 개의 VCSEL 패키지(410)를 포함하도록 구성되며, 절단장치 등에 의해 절단됨에 따라 복수 개의 VCSEL 패키지(410)로 분리되도록 구성된다. 배경기술에서 언급하였듯이, 종래에는 (제조장치 등이) VCSEL 패키지(300) 내 구성요소를 재단(裁斷)하고 단계적으로 배치시킴으로써 VCSEL 패키지(300)를 제조하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 패키지(410)는 (제조장치 등이) VCSEL 어레이(400)를 제조한 후, 다이싱 라인(Dicing Line, l)을 따라 VCSEL 어레이(400)를 절단함으로써 하나의 서브 마운트(420) 상에 복수 개의 VCSEL 패키지(410)를 제조한다. 이에 따라, 종래의 공정에 비해 제조시간은 줄어드는 반면, 생산성은 향상되는 장점이 있다.
VCSEL 어레이(400)는 서브 마운트(420), 렌즈 가이드(430), VCSEL 칩(440), 와이어(450) 및 디퓨저 렌즈(Diffuser Lens, 460)를 포함한다.
서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에는 VCSEL 어레이(400) 내 구성요소가 배치됨으로써, 서브 마운트(420)는 VCSEL 어레이(400) 내 구성요소를 지지하도록 구성된다. 서브 마운트(420)는 제1 다이싱 라인(l)을 구비하도록 구성되는데, 제1 다이싱 라인(l)은 서브 마운트(420)의 행 방향 및 열 방향에 등간격으로 형성된다. 제1 다이싱 라인(l)은 샌딩공정, 에칭(Etching)공정 또는 초음파 공정 등 어느 하나의 공정에 의해 절단되도록 구성되며, 이에 따라, VCSEL 어레이(400)로부터 복수 개의 VCSEL 패키지(410)가 제조될 수 있다. 서브 마운트(420)는 AlN(Aluminum Nitride) 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 열 전도성이 우수하고, 열팽창계수가 큰 특성을 갖는 금속이라면 어떠한 재질로 구성되어도 무방하다. 서브 마운트(420)의 두께는 약 250㎛ 정도로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
서브 마운트(420)는 n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)을 구비한다.
n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)은 제1 다이싱 라인(l)에 의해 구분된 VCSEL 패키지(410)의 영역 내에 각각 구비된다. n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)은 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향) 및 하면(-z축 방향)에 구비됨으로써, 별도의 전선(미도시)으로 전류를 공급받아 복수 개의 VCSEL 패키지(410)가 레이저를 발진시킬 수 있도록 한다. n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)은 구리(Cu) 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 열 전도성이 큰 금속의 재질이라면 어떠한 재질로 구성되어도 무관하다. n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)의 두께는 약 75㎛ 정도로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에는 디퓨저 렌즈(460)가 배치됨으로써, 렌즈 가이드(430)는 디퓨저 렌즈(460)를 지지하도록 구성된다. 렌즈 가이드(430)는 서브 마운트(420)의 행 방향 및 열 방향에 등간격으로 형성된 제1 다이싱 라인(l)과 일치하는 제2 다이싱 라인(l')을 구비하도록 구성된다. 제1 다이싱 라인(l)과 마찬가지로, 제2 다이싱 라인(l')은 샌딩공정, 에칭공정 또는 초음파 공정 등에 의해 절단되도록 구성되며, 이에 따라, VCSEL 어레이(400)로부터 복수 개의 VCSEL 패키지(410)가 제조될 수 있다. 렌즈 가이드(430)는 제2 다이싱 라인(l')을 기준으로 5X5 행렬 구조를 갖도록 구성되나, 이에 한정되지 않으며, 렌즈 가이드(430)의 행렬 구조는 제조하고자 하는 VCSEL 패키지(410)의 개수에 따라 다르게 구성될 수 있다. 렌즈 가이드(430)의 구조에 대해서는 도 11을 참조하여 후술하도록 한다.
VCSEL 칩(440)은 고출력의 레이저를 수직 방향(+z축 방향)으로 발진시키는 광원원으로서, 와이어(450)에 의해 n형 및 p형 전극판(422, 424)과 VCSEL 칩(440)이 전기적으로 연결됨으로써 레이저를 발진시키도록 구성된다. VCSEL 칩(440)은 복수 개의 VCSEL 패키지(410) 영역 내에 각각 배치되며, n형 전극판(422)의 상부(+z축 방향)에 배치되도록 구성된다.
와이어(450)는 n형 및 p형 전극판(422, 424)과 VCSEL 칩(440)을 전기적으로 연결시킴으로써, VCSEL 칩(440)의 상면(+z축 방향)으로부터 p형 전극판(424)의 상면(+z축 방향)으로 연결되는 복수 개의 전선(電線)으로 구성될 수 있다. 와이어(450)는 VCSEL 칩(440)과 마찬가지로, 복수 개의 VCSEL 패키지(410) 영역 내에 각각 배치되도록 구성된다.
디퓨저 렌즈(460)는 3D 물체를 인식하기 위한 구성요소로서, 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 결합되도록 구성된다. (절단장치 등에 의해) 제1 및 제2 다이싱 라인(l, l')이 절단됨에 따라, 디퓨저 렌즈(460)는 5X5 행렬로 분리되도록 구성된다.
이와 같이, VCSEL 어레이(400)는 (제조장치 등에 의해) 하나의 서브 마운트(420) 상에 렌즈 가이드(430), VCSEL 칩(440), 와이어(450) 및 디퓨저 렌즈(460)가 배치됨에 따라 제조된다. 그리고 VCSEL 어레이(400) 내 구성요소인 서브 마운트(420) 및 렌즈 가이드(430)의 행 및 열 방향에 등간격으로 형성된 제1 및 제2 다이싱 라인(l, l')을 (절단장치 등이) 다이싱함으로써, VCSEL 어레이(400)로부터 복수 개의 VCSEL 패키지(410)가 제조된다. 이러한 VCSEL 패키지(410)가 제조되는 과정에 대해서는 도 5 내지 도 18을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판 및 p형 전극판이 구비된 서브 마운트를 준비하는 과정을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판 및 p형 전극판이 구비된 서브 마운트의 상면을 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 복수 개의 VCSEL 패키지(410)를 제조하기 위하여 n형 전극판(422) 및 p형 전극판(424)이 구비된 서브 마운트(420)가 준비된다. 도 4에서 전술한 대로, 서브 마운트(420) 상에는 다이싱 라인(l)이 형성되어 있으며, 다이싱 라인(l)에 의해 복수 개의 VCSEL 패키지(410)의 영역이 각각 구분된다. n형 및 p형 전극판(422, 424)은 다이싱 라인(l)에 의해 구분된 복수 개의 VCSEL 패키지(410) 영역 내에 각각 구비되며, 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향) 및 하면(-z축 방향)에 형성되도록 구성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 제1 접착부재를 도포하는 과정을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 접착부재가 도포된 서브 마운트의 상면을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, n형 및 p형 전극판(422, 424)이 구비된 서브 마운트(420)의 상면에 제1 접착부재(720)가 도포된다. 제1 접착부재(720)는 본딩 툴(710)에 의해 도포됨으로써, 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)으로 렌즈 가이드(430)가 배치될 수 있도록 한다. 제1 접착부재(720)는 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)의 면적에서 n형 및 p형 전극판(422, 424)이 차지하는 면적을 제외한 부분에 도포되는데, 즉, 해당 부분은 제1 다이싱 라인(l)이 형성된 부분을 의미한다. 제1 접착부재(720)는 에폭시(Epoxy) 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 접착성이 강하고 열에 의해 경화되는 성질을 갖는 재질이라면 어떠한 재질로 구성되어도 무방하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 렌즈 가이드를 결합시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에 제1 접착부재(720)가 도포됨에 따라, 렌즈 가이드(430)의 하부면(-z축 방향)과 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)이 결합된다. 이때, (제조장치 등은) 렌즈 가이드(430)의 제2 다이싱 라인(l')과 서브 마운트(420)의 제1 다이싱 라인(l)이 일치하도록 렌즈 가이드(430)를 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에 결합시킨다. 렌즈 가이드(430)의 구조에 대해서는 도 11을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 사시도 및 상면도이다.
도 11(a) 및 (b)를 참조하면, 렌즈 가이드(430)는 중공(910)을 포함함으로써, 상면(+z축 방향) 및 하부면(-z축 방향)이 개방된 복수 개의 육면체가 5X5 행렬 구조로 배치된 형태로 구성된다. 렌즈 가이드(430) 상에는 제2 다이싱 라인(l')이 형성되어 있으며, 제2 다이싱 라인(l')은 렌즈 가이드(430) 상에 서브 마운트(420)의 제1 다이싱 라인(l)과 동일한 위치에 형성되도록 구성된다. 렌즈 가이드(430)는 알루미나(Alumina)와 같이 경도가 큰 재질로 구성될 수 있으며, 렌즈 가이드(430)의 폭은 950㎛ 정도로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 마운트의 상면에 렌즈 가이가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에 제1 접착부재(720)가 도포됨에 따라, 렌즈 가이드(430)의 하부면(-z축 방향)은 서브 마운트(420)의 상면에 결합된다. (제조장치 등에 의해) 서브 마운트(420)의 제1 다이싱 라인(l)과 렌즈 가이드(430)의 제2 다이싱 라인(l')이 동일선상에 위치하도록 서브 마운트(420)와 렌즈 가이드(430)가 결합됨에 따라, 렌즈 가이드(430)의 상부(+z축 방향) 또는 서브 마운트(420)의 하부(-z축 방향)로 열이 가해진다. 이에 따라, 서브 마운트(420)의 제1 다이싱 라인(l)에 도포된 제1 접착부재(720)가 경화됨으로써, 렌즈 가이드(430)는 서브 마운트(420)로부터 분리되지 않도록 결합된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판의 상면에 제2 접착부재가 토출되는 과정을 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에 렌즈 가이드(430)가 결합되면, 토출 툴(1210)은 서브 마운트(420)의 상면(+z축 방향)에 구비된 n형 전극판(422)의 상부(+z축 방향)로 제2 접착부재(1220)를 기 설정된 양만큼 토출한다. 토출 툴(1210)에 의해 제2 접착부재(1220)가 토출됨에 따라, n형 전극판(422)의 상면(+z축 방향)에는 VCSEL 칩(440)이 본딩(Bonding)된다. 제2 접착부재(1220)는 Ag 페이스트로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 전도율이 높고, EMI(Electro Magnetic Interference)를 차폐함과 동시에 열에 의해 경화되는 성질을 갖는 물질이라면 어떠한 것으로 구성되어도 무방하다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 본딩하는 과정을 도시한 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, n형 전극판(422)의 상면(+z축 방향)에 제2 접착부재(1220)가 도포되면, 칩 본딩용 픽업 툴(1310)은 VCSEL 칩(440)을 픽업하여 제2 접착부재(1220)의 상부(+z축 방향)에 본딩시킨다. 칩 본딩용 픽업 툴(1310)에 의해 n형 전극판(422)의 상면(+z축 방향)에 VCSEL 칩(440)이 모두 본딩되면, 오븐(Oven) 등을 이용하여 경화(Curing)시킴으로써 VCSEL 칩(440)이 n형 전극판(422)으로부터 분리되지 않도록 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩과 p형 전극판을 와이어 본딩하는 과정을 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, n형 전극판(422)의 상면(+z축 방향)에 VCSEL 칩(440)이 고정되면, 복수 개의 전선으로 구성된 와이어(450)는 와이어 본딩용 툴(1410)에 의해 VCSEL 칩(440)으로부터 p형 전극판(424)의 상면(+z축 방향)으로 연장되도록 본딩된다. 이에, VCSEL 칩(440)과 서브 마운트(420)는 전기적으로 연결되도록 구성되며, 별도의 전류공급장치(미도시) 등으로부터 전류가 공급됨에 따라, VCSEL 칩(440)은 수직 방향으로 레이저를 발진시키도록 구성된다. 와이어(450)는 전도성이 높은 Au 재질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 상면에 제3 접착부재를 도포하는 과정을 도시한 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 와이어(450)가 본딩됨에 따라, 본딩 툴(1510)은 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 제3 접착부재(1520)를 도포함으로써, 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 디퓨저 렌즈(460)가 배치될 수 있도록 한다. 제3 접착부재(1520)는 열경화성의 에폭시 수지로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈 가이드의 상면에 디퓨저 렌즈가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 16을 참조하면, 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 제3 접착부재(1520)가 도포됨에 따라, (제조장치 등에 의해) 디퓨저 렌즈(460)는 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 본딩된다. 여기서, 디퓨저 렌즈(460)는 DOE(Diffractive Optical Elements, 또는, 회절 광학 소자)를 구비함으로써 VCSEL 패키지(410)가 3D 물체를 인식할 수 있도록 구성된다. 디퓨저 렌즈(460)는 기 설정된 두께를 갖도록 구성되며, 디퓨저 렌즈(460)의 면적은 서브 마운트(420) 및 렌즈 가이드(430)의 면적과 동일한 면적을 갖도록 구성된다. (제조장치 등에 의해) 디퓨저 렌즈(460)의 외벽은 서브 마운트(420) 및 렌즈 가이드(430)의 외벽과 동일선상에 위치하도록 배치된다. 디퓨저 렌즈(460)가 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 배치되면, 오븐 등을 이용하거나 열을 가함으로써 제3 접착부재(1520)를 경화시킨다. 이에 따라, 디퓨저 렌즈(460)는 렌즈 가이드(430)로부터 분리되지 않도록 구성된다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 레이저 어레이를 다이싱하는 과정을 도시한 도면이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 디퓨저 렌즈(460)가 렌즈 가이드(430)의 상면(+z축 방향)에 본딩됨에 따라, VCSEL 어레이(400)가 제조된다. 그리고 VCSEL 어레이(400)는 다이싱 툴(1710)에 의해 다이싱됨에 따라 복수 개의 VCSEL 패키지(410)로 분리되도록 구성된다. 다이싱 툴(1710)은 제1 및 제2 다이싱 라인(l. l')을 따라 VCSEL 어레이(400)를 절단하도록 구성된다. 도면에서는 다이싱 툴(1710)이 절삭 도구와 같은 모양으로 도시되어 있지만, 다이싱 툴(1710)은 레이저, 초음파, 에칭 또는 샌딩(Sanding) 방법에 사용되는 도구로 구성될 수도 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 공진형 표면 발광 어레이가 다이싱됨에 따라 복수 개의 수직 공진형 표면 발광 패키지로 분리되는 모습을 도시한 도면이다.
도 18에 도시된 바와 같이, VCSEL 어레이(400)가 다이싱 툴(1710)에 의해 다이싱됨에 따라, 복수 개의 VCSEL 패키지(410)로 분리되는 모습을 확인할 수 있다. 전술한 대로, 제1 및 제2 다이싱 라인(l, l')은 각각 서브 마운트(420) 및 렌즈 가이드(430) 상에 열 및 행을 따라 동일한 간격으로 형성됨으로써, 서브 마운트(420) 및 렌즈 가이드(430)는 5X5 행렬 구조를 갖도록 구성된다. 이러한 제1 및 제2 다이싱 라인(l, l')을 따라 (제조장치 등이) 다이싱 툴(1710)을 이용하여 VCSEL 어레이(400)를 절단함으로써, VCSEL 어레이(400)는 25개의 VCSEL 패키지(410)로 분리되도록 구성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 패키지(410)의 제조방법은 VCSEL 패키지(410) 내 구성요소를 하나씩 재단하고 단계적으로 배치시키지 않고, 하나의 서브 마운트(420) 상에 VCSEL 어레이(400)를 형성시킨 후, 이를 절단하여, 복수 개의 VCSEL 패키지(410)가 제조되도록 함으로써 종래에 비해 공정 시간은 단축되고, 생산성은 향상되는 효과가 있다.
도 4 내지 도 18에서는 서브 마운트(420) 및 렌즈 어레이(430)의 행렬구조를 5X5로 표현하였지만, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐이며, 제조하고자 하는 VCSEL 패키지(410)의 개수에 따라 서브 마운트(420) 및 렌즈 어레이(430)의 행렬 구조는 변경될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: DPC 기판
112, 422: n형 전극판
114, 424: p형 전극판
120, 440: VCSEL 칩
130, 450: 와이어
210, 430: 렌즈 가이드
212, 910: 중공
300: 종래의 VCSEL 패키지
310, 460: 디퓨저 렌즈
400: VCSEL 어레이
410: VCSEL 패키지
420: 서브 마운트
l: 제1 다이싱 라인
l': 제2 다이싱 라인
710, 1510: 본딩 툴
720: 제1 접착부재
1210: 토출 툴
1220: 제2 접착부재
1310: 칩 본딩용 픽업 툴
1410: 와이어 본딩용 툴
1520: 제3 접착부재
1710: 다이싱 툴

Claims (11)

  1. n형 전극판 및 p형 전극판을 구비하고, 상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩이 본딩됨에 따라 상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 구분하는 제1 다이싱 라인이 구비된 서브 마운트를 준비하는 준비과정;
    상기 서브 마운트의 상면에 제1 접착부재를 도포하는 제1 도포과정;
    상기 서브 마운트의 상면에 상기 제1 다이싱 라인과 동일한 위치에 형성된 제2 다이싱 라인을 구비하는 렌즈 가이드를 본딩시키는 렌즈 가이드 본딩과정;
    상기 n형 전극판의 상면에 제2 접착부재를 토출시키는 토출과정;
    상기 n형 전극판의 상면에 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩을 본딩하는 칩 본딩과정;
    상기 수직 공진형 표면 발광 레이저 칩과 상기 p형 전극판에 와이어를 본딩하는 와이어 본딩과정;
    상기 렌즈 가이드의 상면에 제3 접착부재를 도포하는 도포과정;
    상기 렌즈 가이드의 상면에 디퓨저 렌즈를 본딩하는 디퓨저 렌즈 본딩과정; 및
    상기 제1 및 제2 다이싱 라인을 따라 상기 서브 마운트, 렌즈 가이드 및 디퓨저 렌즈를 다이싱하는 다이싱과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이싱 라인은,
    상기 서브 마운트의 행 및 열 방향에 동일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접착부재는,
    열경화성 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도포과정은,
    상기 제1 접착부재가 상기 제1 다이싱 라인이 형성된 상기 서브 마운트의 상면에 도포되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 다이싱 라인은,
    상기 렌즈 가이드의 행 및 열 방향에 동일한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈 가이드 본딩과정은,
    상기 서브 마운트의 외벽과 상기 렌즈 가이드의 외벽이 동일선상에 위치하도록 본딩되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 접착부재는,
    기 설정된 양으로 상기 n형 전극판의 상면에 토출되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3 접착부재는,
    열 경화성의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디퓨저 렌즈는,
    회절 광학 소자(DOE) 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 디퓨저 렌즈 본딩과정은,
    상기 서브 마운트 및 상기 렌즈 가이드의 외벽이 상기 디퓨저 렌즈의 외벽과 동일선상에 위치하도록 본딩되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 다이싱 과정은,
    초음파, 레이저, 에칭, 샌딩(Sanding) 및 절삭 도구 중 어느 하나의 도구에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저 패키지의 제조방법.
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