KR20000051852A - Bonding structure of laser diode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 다이오드의 본딩(bonding) 구조에 관한 것으로, 특히 고출력 레이저 다이오드의 음극과 전극판을 접착시킬때, 가해지는 힘을 줄일 수 있는 레이저 다이오드의 본딩 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonding structure of a laser diode, and more particularly to a bonding structure of a laser diode that can reduce the force applied when bonding a cathode and an electrode plate of a high power laser diode.
일반적으로, 레이저 다이오드는 화학증착공정을 통해 알루미늄-갈륨-비소, 인듐-갈륨-비소-인 등의 화합물을 증착하여 제조되는 반도체소자로, 이와같은 레이저 다이오드는 도1의 단면도에 도시한 바와같이 금속 전극(1,3) 사이에 레이저 방출영역(2)이 삽입되어 이루어진다. 이때, 레이저 방출영역(2)은 도시한 바와같이 수십 [W]급 고출력 레이저 다이오드에서 소정거리씩 이격되어 다수개가 분할되어 있다.In general, a laser diode is a semiconductor device manufactured by depositing a compound such as aluminum-gallium-arsenide, indium-gallium-arsenide-phosphorus through a chemical vapor deposition process, such a laser diode is as shown in the cross-sectional view of FIG. The laser emission region 2 is inserted between the metal electrodes 1 and 3. At this time, as shown in the figure, a plurality of laser emission regions 2 are divided by a predetermined distance from several ten [W] class high output laser diodes.
상기 레이저 다이오드는 기본적으로 일반 다이오드와 유사하며, 순방향으로 전류를 흘리면 일반 다이오드와 달리 레이저가 방출된다.The laser diode is basically similar to a general diode, and when a current flows in a forward direction, unlike a general diode, a laser is emitted.
이때, 금속 전극(3)은 다이오드의 양극(anode)에 해당되며, 금속 전극(1)은 다이오드의 음극(cathode)에 해당된다.In this case, the metal electrode 3 corresponds to the anode of the diode, and the metal electrode 1 corresponds to the cathode of the diode.
상기한 바와같이 레이저 방출영역(2)의 길이가 긴 고출력 레이저 다이오드는 양극(anode)이 열전도계수가 큰 열전도체에 접착되어 레이저 다이오드에서 발생하는 열을 제거함과 아울러 레이저 다이오드에 전류를 공급한다.As described above, the high power laser diode having a long length of the laser emission region 2 is bonded to a thermal conductor having a high thermal conductivity and removes heat generated from the laser diode and supplies current to the laser diode.
한편, 상기 열전도체에 접착된 레이저 다이오드에 음극(cathode)을 연결하는 것은 와이어나 전극판을 사용한다.On the other hand, connecting the cathode to the laser diode bonded to the thermal conductor uses a wire or an electrode plate.
이때, 와이어를 사용하여 음극(cathode)을 연결하는 경우에는 수십 개의 와이어를 균일한 간격으로 배치하여 레이저 다이오드의 음극(cathode)과 도전성패드(pad)를 연결시키고, 전극판을 사용하여 음극(cathode)을 연결하는 경우에는 전극판에 납을 균일하게 도포하고, 전극판을 레이저 다이오드에 밀착시켜 납을 녹임으로써, 레이저 다이오드의 음극에 전극판을 접착시킨다.In this case, when connecting a cathode using a wire, dozens of wires are arranged at even intervals to connect a cathode of the laser diode and a conductive pad, and a cathode using an electrode plate. ), The lead is uniformly applied to the electrode plate, and the electrode plate is adhered to the laser diode to melt the lead, thereby adhering the electrode plate to the cathode of the laser diode.
상기한 바와같은 종래 레이저 다이오드의 본딩 구조를 도2 및 도3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The bonding structure of the conventional laser diode as described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 as follows.
먼저, 도2는 종래 와이어를 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 양극이 열전도체(11)의 상면 일부에 접착된 레이저 다이오드(12)와; 상기 레이저 다이오드(12)와 이격되어 열전도체(11)의 상면에 형성된 절연체(13)와; 상기 절연체(13)의 상부에 형성된 도전성패드(14)와; 상기 레이저 다이오드(12)의 음극과 상기 도전성패드(14)를 연결시키도록 일정한 간격으로 배치된 다수의 와이어(15)로 이루어진다.First, Figure 2 is an exemplary view showing a bonding structure of a laser diode using a conventional wire, as shown in the laser diode 12, the anode is bonded to a portion of the upper surface of the heat conductor 11; An insulator (13) formed on an upper surface of the thermal conductor (11) spaced apart from the laser diode (12); A conductive pad 14 formed on the insulator 13; A plurality of wires 15 are arranged at regular intervals so as to connect the cathode of the laser diode 12 and the conductive pad 14.
이때, 상기 레이저 다이오드(12)에는 수십 암페어의 고전류를 인가함에 따라 음극 및 양극을 균일하게 접착시켜야 한다.At this time, the cathode and the anode should be uniformly bonded to the laser diode 12 by applying a high current of several tens of amps.
따라서, 열전도체(11)에 납막을 균일한 두께로 형성하고, 레이저 다이오드(12)의 양극을 납막 상부에 정렬시킨 다음 열을 가함으로써, 납을 녹여 레이저 다이오드(12)의 양극을 열전도체(11) 상부에 균일하게 접착시킨다.Therefore, by forming a lead film in the heat conductor 11 with a uniform thickness, aligning the anode of the laser diode 12 on the lead film and applying heat, melting the lead to heat the anode of the laser diode 12 to the heat conductor ( 11) Evenly adhere to the top.
그리고, 레이저 다이오드(12)의 음극은 레이저 다이오드(12)와 이격되어 형성된 열전도체(11) 상의 절연체(13) 상부에 도전성패드(14)를 형성하고, 레이저 다이오드(12)의 음극과 도전성패드(14) 사이를 다수의 와이어(15)로 접착한다. 이때, 와이어(15)는 금 또는 은 등을 사용하여 균일한 간격으로 조밀하게 형성함으로써, 균일한 전류가 레이저 다이오드(12)에 흐르도록 한다.The cathode of the laser diode 12 forms a conductive pad 14 on the insulator 13 on the thermal conductor 11 spaced apart from the laser diode 12, and the cathode and the conductive pad of the laser diode 12. A plurality of wires 15 are bonded between the fourteen ones. At this time, the wire 15 is densely formed at uniform intervals using gold, silver, or the like, so that a uniform current flows through the laser diode 12.
한편, 도3은 종래 전극판을 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 양극이 열전도체(21)의 상면 일부에 접착된 레이저 다이오드(22)와; 상기 레이저 다이오드(22)와 이격되어 열전도체(21)의 상면에 형성된 절연체(23)와; 상기 절연체(23)의 상부로부터 레이저 다이오드(22)의 음극 상부에까지 전체적으로 형성된 전극판(24)으로 이루어진다.On the other hand, Figure 3 is an exemplary view showing a bonding structure of a laser diode using a conventional electrode plate, as shown in the laser diode 22, the anode is bonded to a portion of the upper surface of the heat conductor 21; An insulator 23 formed on an upper surface of the thermal conductor 21 spaced apart from the laser diode 22; It consists of an electrode plate 24 formed entirely from the top of the insulator 23 to the top of the cathode of the laser diode 22.
이때, 레이저 다이오드(22)의 양극은 상기 도2에서 설명한 바와 같은 방식으로 열전도체(21)와 접착시키며, 레이저 다이오드(22)의 음극은 레이저 다이오드(22)와 절연체(23)를 덮는 전극판(24)에 납막을 균일한 두께로 형성하고, 레이저 다이오드(22)의 음극에 정렬한 다음 납을 녹여 전극판(24)을 레이저 다이오드(22)의 음극 및 절연체(23)에 접착시킨다.At this time, the anode of the laser diode 22 is bonded to the thermal conductor 21 in the same manner as described in FIG. 2, the cathode of the laser diode 22 is an electrode plate covering the laser diode 22 and the insulator 23. A lead film is formed on the 24 at a uniform thickness, aligned with the cathode of the laser diode 22, and then melted to bond the electrode plate 24 to the cathode and the insulator 23 of the laser diode 22.
따라서, 상기 와이어를 이용하는 경우에 비해 간편하고, 전기적 저항값을 매우 작게 할 수 있는 잇점이 있다.Therefore, there is an advantage that the electric resistance value can be made very small compared to the case of using the wire.
그러나, 상기한 바와같은 종래 와이어를 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조는 와이어 접착시에 가해지는 힘, 초음파의 파워 및 시간등을 섬세하게 설정하기 어려움에 따라 과도한 힘이나 시간을 설정할 경우에 레이저 다이오드에 금이 생기거나 수명이 단축되는 문제점이 있고, 전극판을 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조는 고온에서 납을 녹여 전극판을 접착한 다음 상온에서 냉각함에 따라 전극판과 레이저 다이오드의 열팽창 차이로 레이저 다이오드에 수평 및 수직으로 큰 힘에 가해져서 레이저 다이오드에 금이 생기거나 수명이 단축되는 문제점이 있었다.However, the bonding structure of the laser diode using the conventional wire as described above is difficult to set the force applied at the time of wire bonding, the power and time of the ultrasonic wave, etc., so that when the excessive force or time is set, the laser diode is cracked. This problem occurs or the lifespan is shortened. The bonding structure of the laser diode using the electrode plate is horizontal to the laser diode due to the difference in thermal expansion between the electrode plate and the laser diode as the lead is melted at a high temperature to bond the electrode plate and then cooled at room temperature. And there is a problem in that the laser diode is cracked or the life is shortened by being applied to a large force vertically.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 고출력 레이저 다이오드의 음극과 전극판을 접착시킬때, 가해지는 힘을 줄일 수 있는 레이저 다이오드의 본딩 구조를 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a bonding structure of a laser diode that can reduce the force applied when bonding the cathode and the electrode plate of a high power laser diode. It is.
도1은 일반적인 레이저 다이오드의 단면도.1 is a cross-sectional view of a typical laser diode.
도2는 종래 와이어를 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 보인 예시도.Figure 2 is an illustration showing a bonding structure of a laser diode using a conventional wire.
도3은 종래 전극판을 이용한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 보인 예시도.3 is an exemplary view showing a bonding structure of a laser diode using a conventional electrode plate.
도4는 본 발명의 일 실시예를 보인 예시도.Figure 4 is an exemplary view showing an embodiment of the present invention.
도5는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
도6은 도5의 레이저 다이오드의 본딩 구조를 적층한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view of a bonding structure of the laser diode of FIG. 5.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
31:열전도체32:레이저 다이오드31: thermal conductor 32: laser diode
33:절연체34:전극판33: insulator 34: electrode plate
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 레이저 다이오드의 본딩 구조는 열전도체의 상면 일부에 접착된 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드와 이격되어 열전도체의 상면에 형성된 절연체와; 상기 절연체의 상부로부터 레이저 다이오드의 상부에까지 전체적으로 형성되며, 상기 레이저 다이오드와 접촉되는 영역은 빗살모양으로 형성된 전극판을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Bonding structure of a laser diode for achieving the object of the present invention as described above is a laser diode bonded to a portion of the upper surface of the thermal conductor; An insulator formed on an upper surface of the thermal conductor spaced apart from the laser diode; It is formed entirely from the top of the insulator to the top of the laser diode, the area in contact with the laser diode is characterized by comprising an electrode plate formed in the shape of a comb.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The bonding structure of the laser diode according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도4는 본 발명에 의한 레이저 다이오드 본딩 구조의 일 실시예를 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와같이 열전도체(31)의 상면 일부에 양극이 접착된 레이저 다이오드(32)와; 상기 레이저 다이오드(32)와 이격되어 열전도체(31)의 상면에 형성된 절연체(33)와; 상기 절연체(33)의 상부로부터 레이저 다이오드(32)의 음극 상부에까지 전체적으로 형성되며, 상기 레이저 다이오드(32)의 음극과 접촉되는 영역이 빗살모양으로 형성된 전극판(34)으로 이루어진다.Figure 4 is an exemplary view showing an embodiment of a laser diode bonding structure according to the present invention, the laser diode 32, the anode is bonded to a portion of the upper surface of the heat conductor 31 as shown therein; An insulator (33) formed on an upper surface of the thermal conductor (31) spaced apart from the laser diode (32); The electrode plate 34 is formed as a whole from the upper part of the insulator 33 to the upper part of the cathode of the laser diode 32, and in contact with the cathode of the laser diode 32.
이때, 상기 전극판(34)은 레이저 다이오드(32)의 음극과 접촉되는 영역에 일정한 간격으로 돌출영역을 형성하여 빗살모양으로 형성한다.At this time, the electrode plate 34 is formed in the shape of a comb by forming a protruding region at regular intervals in the area in contact with the cathode of the laser diode 32.
상기와 같이 빗살모양으로 형성된 전극판(34)에 납을 균일한 두께로 형성하고, 레이저 다이오드(32)의 음극에 정렬한 다음 납을 녹여 전극판(34)을 레이저 다이오드(32)의 음극 및 절연체(33)에 접착시킨다.Lead is formed in a comb-shaped electrode plate 34 having a uniform thickness, aligned with the cathode of the laser diode 32, and then melted to form the electrode plate 34 with the cathode of the laser diode 32 and the like. It adheres to the insulator 33.
따라서, 빗살모양의 전극판(34)으로 전류가 흐르게 되면 레이저 다이오드(32)의 전극면 전체가 금속으로 접착되어 있기 때문에 레이저가 전체적으로 균일하게 발진한다.Therefore, when an electric current flows into the comb-shaped electrode plate 34, since the whole electrode surface of the laser diode 32 is adhere | attached with metal, a laser oscillates uniformly as a whole.
또한, 레이저 다이오드(32)의 음극에 접착되는 영역의 전극판(34)을 빗살모양으로 형성하여 고온에서 납을 녹여 전극판(34)을 접착한 다음 상온에서 냉각함에 따라 전극판(34)과 레이저 다이오드(32)의 열팽창 차이로 레이저 다이오드(32)에 수평 및 수직으로 큰 힘에 가해지는 것을 완화시킬 수 있게 된다.In addition, the electrode plate 34 in the region bonded to the cathode of the laser diode 32 is formed in the shape of a comb to melt the lead at a high temperature to bond the electrode plate 34 and then cooled at room temperature, the electrode plate 34 and The difference in thermal expansion of the laser diode 32 makes it possible to mitigate the application of large forces to the laser diode 32 both horizontally and vertically.
즉, 상이한 물체의 온도변화로 인한 길이변화는 온도변화와 접착된 면적에 비례하며, 이에 따라 빗살모양의 전극판(34)은 평판의 전극판에 비해 온도변화로 인한 전극판(34)과 레이저 다이오드(32)의 길이변화를 줄일 수 있게 된다.That is, the length change due to the temperature change of the different objects is proportional to the temperature change and the bonded area, so that the comb-shaped electrode plate 34 has the electrode plate 34 and the laser due to the temperature change compared to the electrode plate of the plate. It is possible to reduce the length change of the diode 32.
한편, 도5는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단면도로서, 도4에 보인 본 발명의 일 실시예와의 차이점은 절연체(33)의 두께를 레이저 다이오드(32) 보다 두껍게 하여 적층구조에 알맞도록 한 것이다.Meanwhile, FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention, which is different from the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 in that the thickness of the insulator 33 is thicker than that of the laser diode 32 so as to suit the stacking structure. It is.
이때, 레이저 다이오드(32)와 빗살모양 전극판(34)의 접착력은 평판의 전극판에 비해 향상된다.At this time, the adhesion between the laser diode 32 and the comb-shaped electrode plate 34 is improved compared to the electrode plate of the flat plate.
왜냐하면, 절연체(33)와 레이저 다이오드(32)의 두께차로 인해 전극판(34)이 도시한 바와같이 경사지게 휘어지는데, 전극판(34)이 평판인 경우에는 빗살모양에 비해 복원력이 강하기 때문에 접착력이 약하여 레이저 다이오드(32)의 수명을 단축시키는 요인으로 작용한다.This is because the electrode plate 34 is bent inclined due to the thickness difference between the insulator 33 and the laser diode 32. When the electrode plate 34 is a flat plate, since the restoring force is stronger than that of the comb-shape, the adhesive force is increased. It is weak and acts as a factor of shortening the lifetime of the laser diode 32.
그리고, 도6은 상기 도5에 보인 본 발명의 다른 실시예를 적층한 레이저 다이오드의 본딩 구조를 보인 단면도로서, 이에 도시한 바와같이 레이저 다이오드 본딩 구조의 적층을 용이하게 할 수 있어 수백 [W]급의 레이저 출력을 쉽게 얻을 수 있다.6 is a cross-sectional view illustrating a bonding structure of a laser diode in which another embodiment of the present invention shown in FIG. 5 is stacked, and as shown in FIG. Class laser power can be easily obtained.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 본딩 구조는 레이저 다이오드의 음극과 전극판을 접착시킬 때, 빗살모양의 전극판을 사용함에 따라 레이저 다이오드에 가해지는 힘을 줄일 수 있게 되어 또한 레이저 다이오드에 금이 가는 현상을 방지하고, 레이저 다이오드의 수명을 증가시킬 수 있으며, 아울러 레이저 다이오드의 본딩 구조를 쉽게 적층할 수 있게 되어 수백 [W]급의 레이저 출력을 쉽게 얻을 수 있는 효과가 있다.The bonding structure of the laser diode according to the present invention as described above can reduce the force applied to the laser diode by using a comb-shaped electrode plate when bonding the cathode and the electrode plate of the laser diode. It is possible to prevent cracking, increase the lifetime of the laser diode, and to easily stack the bonding structure of the laser diode, thereby easily obtaining several hundred [W] -class laser output.
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| CN109950789A (en) * | 2019-04-11 | 2019-06-28 | 江苏天元激光科技有限公司 | A kind of electrode welding structure of laser bar item |
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| KR100282177B1 (en) | 2001-02-15 |
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