KR20050029009A - 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리드프레임타입 반도체 레이저 다이오드장치에 있어서, 레이저빔을 출사하는 발광소자; 상기 발광소자가 상부영역에 구비되고, 레이저빔의 생성시 발생되는 열을 방열하는 중앙리드프레임과, 그 좌우양측에 배치되어 상기 발광소자와 와이어부재를 매개로 전기적으로 연결되는 보조리드프레임으로 이루어진 프레임부; 상기 중앙,보조리드프레임의 하부단이 몸체외부로 노출되고, 상기 중앙,보조리드프레임의 상부가 몸체내에 일체로 구비되도록 사출형성되고, 상기 몸체의 사출성형시 몸체외부면에 발광소자를 외부로 노출시키는 개구부를 형성하고, 몸체중앙에 상기 레이저빔이 출사되는 출사공을 관통형성한 케이스부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의하면, 리드프레임을 케이스부재에 일체형으로 사출형성하여 조립구조를 보다 단순화하고, 부품수를 줄여 제조원가를 줄이고, 작업생산성을 향상시키며, 방열 표면적으로 증대시켜 방열특성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.

Description

리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치{A SINGLE UNIT LEAD FRAME OF SEMICONDUCTOR LASER DIODE}

본 발명은 발광소자가 구비되는 리드프레임을 사출성형되는 케이스내에 일체로 갖추어 조립구조를 단순화하고, 부품수를 줄여 제조원가를 절감하고, 방열면적을 넓혀 방열특성을 향상시킨 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 레이저 다이오드장치는 순방향 전류 주입에 의해 레이저 발진을 일으키는 p-n 접합 반도체 소자의 전기적인 특성및 광특성을 이용하여 동작되며, 포인터(pointer),레이저 프린터(Laser Printer), 스캐너(Scanner) 또는 CD-P, CD-ROM, CD-RW, DVD-P, DVD-ROM 등과 같은 데이터저장(Data Storage)및 광픽업(Optical Pick-up)기기에 채용되어 다양하게 응용되는 것이다.

이러한 리드프레임타입 레이저다이오드장치(10)는 도 1에 도시한 바와같이, 레이저빔을 출사하는 레이저칩(LC)이 상부면에 올려지는 포토다이오드(PD)와, 상기 포토다이오드(PD)가 비교적 넓은 표면적을 갖는 안착부(14c)의 상부면에 에폭시와 같은 본딩접착제를 매개로 에폭시본딩되어 탑재되는 중앙리드프레임(34a)과 그 좌우양측에 구비되는 보조리드프레임(14b)을 갖추고, 상기 중앙,리드프레임(14a)(14b)는 상기 레이저칩(LC),포토다이오드(PD)를 전면으로 노출시키면서 수직하게 위치되도록 사출성형물인 가이드홀더(12)에 일체로 구비되는 한편, 하부단 대부분은 메인기판(미도시)에 실장되도록 노출된다.

그리고, 상기 포토다이오드(PD)와 레이저칩(LC)은 와이어부재(15)를 매개로 하여 상기 보조리드프레임(14b)의 상부단과 전기적으로 각각 와이어본딩되고, 상기 가이드홀더(132)는 상기 레이저칩(LC)에서 생성된 레이저빔이 통과되는 출사공(17a)을 관통형성한 케이스부재(16)의 내부공(17)에 삽입배치된다.

이러한 레이저 다이오드장치(10)를 조립하는 종래작업은 가이드홀더용 금형을 이용하여 중앙, 보조리드프레임(14a)(14b)을 일체로 갖도록 가이드홀더(12)를 사출성형하고, 케이스부재용 금형을 이용하여 내부공(17), 사출공(17a)을 형성하도록 케이스부재(16)를 사출성형한 다음, 조립라인에서 상기 케이스부재(16)의 내부공(17)에 맞추어 상기 가이드홀더(12)를 하부에서 상부로 삽입하여 조립하였다.

그러나, 이러한 종래 작업은 별도의 금형을 각각 준비하여 가이드홀더와 케이스부재를 사출성형하여 제작한 다음, 이들을 조립라인에서 합형조립해야만 하기 때문에, 중앙, 보조리드프레임(14a)(14b), 가이드홀더(12), 케이스부재(16)로 이루어지는 구성부품의 개수가 많고, 구조가 복잡하여 제조원가가 비싸고, 조립하는 작업시간이 과다하게 소요되어 작업생산성을 저하시켰다.

또한, 외부로부터 전원을 공급받아 레이저칩(LC)에서 레이저빔을 발생시킬때 발생되는 열원은 상기 레이저칩(LC), 포토다이오드(PD)가 탑재된 중앙리드프레임(14a), 가이드홀더(12)및 케이스부재(16)를 통해 외부로 방열되어야 하는데, 발열원인 상기 레이저칩(LC)이 탑재되는 중앙리드프레임(14a)의 안착부(14)의 면적이 크지 않기 때문에, 방열체인 상기 중앙리드프레임(14a)을 통한 방열특성이 저하되어 수지물로 이루어진 가이드홀더와 케이스부재의 온도를 상승시키고, 이로 인하여 부품의 열적변형을 초래하고, 사용수명을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 리드프레임을 케이스부재에 일체형으로 사출형성하여 조립구조를 보다 단순화하고, 부품수를 줄여 제조원가를 줄이고, 작업생산성을 향상시키며, 방열 표면적으로 증대시켜 방열특성을 향상시킬 수 있는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로써, 본 발명은,

리드프레임타입 반도체 레이저 다이오드장치에 있어서,

레이저빔을 출사하는 발광소자;

상기 발광소자가 상부영역에 구비되고, 레이저빔의 생성시 발생되는 열을 방열하는 중앙리드프레임과, 그 좌우양측에 배치되어 상기 발광소자와 와이어부재를 매개로 전기적으로 연결되는 보조리드프레임으로 이루어진 프레임부;

상기 중앙,보조리드프레임의 하부단이 몸체외부로 노출되고, 상기 중앙,보조리드프레임의 상부가 몸체내에 일체로 구비되도록 사출형성되고, 상기 몸체의 사출성형시 몸체외부면에 발광소자를 외부로 노출시키는 개구부를 형성하고, 몸체중앙에 상기 레이저빔이 출사되는 출사공을 관통형성한 케이스부를 포함함을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치를 마련함에 의한다.

바람직하게는 상기 발광소자는 상기 프레임부에 다이본딩되는 포토다이오드와, 상기 포토다이오드의 상부면에 다이본딩되는 레이저칩으로 구성된다.

바람직하게는 상기 중앙리드프레임은 상기 출사공의 내주면과 상기 몸체의 외주면사이에 채워지는 수지물에 위치되도록 'ㄴ'단면상으로 절곡된 방열프레임을 상부에 연장형성한다.

보다 바람직하게는 상기 방열프레임은 방열면적을 증대시킬 수 있도록 상기 출사공을 따라 굴곡되는 호형단면상으로 형성된다.

보다 바람직하게는 상기 방열프레임은 절곡이 용이하도록 절개부를 전면에 형성한다.

이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치를 단면한 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치의 종단면도이다.

본 발명의 레이저 다이오드장치(100)는 도 2 내지 4에 도시한 바와같이, 발광소자(110)를 갖는 프레임부(120)와 내부공을 갖는 케이스부(130)를 일체로 사출성형하여 조립구조를 단순화하고, 조립부품수를 줄여 제조원가를 절감하며, 방열면적을 넓혀 작업을 방열특성을 향상시킬수 있는 것으로서, 이러한 장치(100)는 발광소자(110), 프레임부(120)및 케이스부(130)로 구성된다.

즉, 전원인가시 레이저빔을 발생시켜 이를 외부로 출사하는 발광소자(110)는 포토다이오드(111)와 레이저칩(112)을 상기 프레임부(120)중 중앙에 배치되는 중앙리드프레임(121)전면에 다이본딩(die bonding)할 수 있도록 일체형 다이칩(die chip)으로 구성된다.

그리고, 상기 레이저칩(111)은 활성층과 이를 감싸는 클래드층으로 이루어진 GaAlAs계, 고밀도 광디스크의 적색반도체 레이저소자에 사용되는 AlGainP계와 AlGainPAs계, 전자장치에 사용되는 GaN계등의 재료를 이용하여 구성되며, 전방에 주 출사면이 위치하도록 이면전극이 상기 포토다이오드(112)의 표면전극상에 본딩층(113)을 매개로 접착된다.

이때, 상기 본딩층(113)은 다이본딩작업을 위하여 금(Au) 또는 은(Ag)소재로 구성하거나 주석(Sn)소재로 구성하여도 좋다.

또한, 상기 레이저칩(111)이 상부표면에 본딩접착된 포토다이오드(112)는 P-I-N 구조로 이루어지는 실리콘계 결정에 표면, 이면전극이 설치되고, 상기 표면전극은 P형 확산영역으로 이루어지는 수광부와 오미크(Ohmic)접촉하여 형성되고 있다.

여기서, 상기 포토다이오드(111)의 표면전극에는 상기 레이저칩(111)이 본딩접착되고, 이면전극은 상기 프레임부(120)을 구성하는 중앙리드프레임(121)의 전면에 Au-Sn 또는 Sn소재의 본딩층(114)을 매개로 하여 유테틱 다이본딩방식으로 본딩접착된다.

또한, 상기 프레임부(120)는 중앙리드프레임(121)과 그 좌우양측에 배치되는 보조리드프레임(122)으로 구성되는바, 상기 발광소자(110)가 상부영역 전면에 구비되고, 레이저빔의 생성시 발생되는 열을 외부로 방열하는 방열수단이다.

그리고, 상기 중앙리드프레임(121)의 좌우양측에 배치되는 보조리드프레임(122)은 상기 발광소자(110)와 와이어부재(115)를 매개로 전기적으로 연결되어 상기 발광소자(110)에 전원을 공급하도록 전기도체로 구성된다.

상기 중앙, 보조리드프레임(121)(122)은 열전도성, 절단및 벤딩 가공성이 좋은 구리, 철 또는 이들의 합금들을 소재로 구성되며, 상기 와이어부재(115)는 금(Au), 은(Ag)과 같은 금속소재로 이루어져 상기 발광소자(110)와 보조리드프레임(122)을 전기적으로 연결되는 금속세션이다.

또한, 상기 케이스부(130)는 상기 중앙,보조리드프레임(121)(122)의 하부단이 메인기판(미도시)과의 조립이 용이하도록 하부면으로 노출시키는 원통형 몸체(131)를 갖추는바, 사출성형되는 몸체(131)의 내부에는 상기 중앙,보조리드프레임(121)(1122)의 나머지 부분이 일체로 구비된다.

그리고, 상기 몸체(131)의 사출성형시 상기 몸체(131)외부면에는 상기 발광소자(110)를 외부로 노출시킬 수 있도록 개구부(133)를 형성하고, 상기 몸체(131)의 중앙에는 상기 레이저빔이 출사되는 출사방향(X)과 동일한 수직선상에 위치되는 출사공(132)을 관통형성한다.

한편, 상기 발광소자(110)가 구비되는 중앙리드프레임(121)은 상기 출사공(132)의 내주면과 상기 몸체(131)의 외주면사이에 채워지는 수지물에 위치되도록 'ㄴ'단면상으로 절곡된 방열프레임(123)을 상부에 일체로 연장형성하며, 상기 방열프레임(123)은 사출성형되는 몸체(131)외부면으로 노출되지 않도록 한다.

이에 따라, 상기 발광소자(110)가 구비된 중앙리드프레임(121)의 상부영역에서 발생되는 열원은 넓은 표면적을 갖는 방열프레임(123)을 통하여 전도되어 열전도성이 우수한 수지물로 이루어진 몸체(131)를 통해 외부로 방열되는 것이다.

이를 위해서, 상기 몸체(131)는 PPS(Polyphenylene sulfide), LCP(Liguid Crystal Polymer)중 어느 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 방열프레임(123)은 도 5(a)에 도시한 바와같이, 상기 출사공(132)과 교차하지 않고 상기 몸체(132)내에 매입되는 일직선형 단면상으로 구성되어도 좋지만, 도 5(b)에 도시한 바와같이, 방열면적을 최대한으로 증대시킬 수 있도록 상기 출사공(132)을 따라 굴곡되는 호형단면상으로 형성되어도 좋다.

한편, 상기 방열프레임(123)은 'ㄴ'단면상으로의 절곡이 용이하도록 전면에 절개부(123a)를 절개 형성한다.

상기한 구성을 갖는 레이저 반도체 다이오드장치를 조립하기전에 레이저빔을 생성하는 발광소자(110)를 제조하는 공정은 도 6(a)(b)(c)에 도시한 바와같이 웨어퍼(wafer)형상의 기판(200)일측면에 Au-Sn소재 또는 Sn소재의 본딩층(114)을 형성한 다음, 그 상부면에 매트릭스상으로 분할구획한다.

그리고, 매트릭스상으로 분할구획된 기판(200)의 각 분할구역마다 Sn소재의 본딩층(113)을 매개로 하여 레이저칩(111)이 다이본딩방식으로 각각 장착되고, 상기 레이저칩(111)이 장착된 기판(200)은 길이방향으로 절단되어 다수개의 바형태로 절단된다.

상기 바형태로 절단된 기판(200a)은 폭방향으로 스크라이브(scribe)하는 것에 의해 바형상의 기판(200a)을 레이저칩(111)과 포토다이오드(112)가 일체형 접합된 칩형상으로 절단하여 발광소자(110)를 구성한다.

연속하여, 상기 발광소자(110)는 포토다이오드(112)를 하부부품으로 하여 중앙리드프레임(121)의 상부영역에 올려놓고, 3㎛내외의 두께로 금, 또는 은도금처리된 중앙리드프레임(121)과 상기 발광소자(110)의 접합부위에 300℃의 열원을 제공함으로서, 상기 중앙리드프레임(121)의 도금층과 상기 포토다이오드(112)의 본딩층(114)을 서로 융착시키는 유테틱 다이본딩(eutectic die bonding)방식으로 상기 중앙리드프레임(121)의 상부영역에 발광소자(110)를 구비한다.

그리고, 상기 중앙리드프레임(121)을 상,하부금형(미도시)의 내부에 배치하고, 그 좌우양측에는 보조리드프레임(122)을 위치시킨 다음, 상기 상,하부금형사이의 캐비티내로 수지물을 주입함으로서, 상기 중앙,보조리드프레임(121)(122)의 하부단이 하부면으로 노출되고, 방열프레임(123)을 포함하는 상부 일부가 일체로 매입되는 원통형의 몸체(131)를 사출성형한다.

이러한 몸체(131)의 사출성형시 상기 발광소자(110)에서 생성되는 레이저빔을 출사방향으로 출사할 수 있도록 사출공(132)을 관통형성하고, 상기 발광소자(110)를 외부로 노출시키는 개구부(133)를 개구형성한다.

그리고, 상기 몸체(131)의 개구부(133)를 통해 외부로 노출되는 발광소자(110)와 보조리드프레임(122)은 와이어부재(115)를 매개로 전기적으로 연결되도록 와이어본딩되어 전원인가시 상기 몸체(131)의 출사공(132)을 통해 출사방향으로 레이저빔을 출사하는 반도체 레이저 다이오드장치(100)를 제조완성할 수 있는 것이다.

상술한 바와같은 본 발명에 의하면, 발광소자가 구비된 프레임부를 출사공이 형성되는 케이스부의 사출성형시 몸체내에 일체로 갖춤으로서, 종래와 같이 내부공, 사출공이 관통형성되는 케이스부와, 프레임부를 일체로 갖는 가이드홀더를 별도로 사출성형한 다음 이들을 조립라인에서 합형조립하는 조립공정을 삭제할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 제조공정을 보다 단순화하고, 부품수를 줄여 작업생산성을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 사출성형된 케이스부의 몸체내에 갖추어지는 중앙리드프레임의 상부에 'ㄴ'단면상의 방열프레임을 연장형성함으로서, 방열수단인 중앙리드프레임의 방열면적을 종래에 비하여 증대시킬 수 있기 때문에, 제조완성된 반도체 레이저 다이오드장치의 방열특성을 향상시켜 제품의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 얻어진다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 일반적인 리드프레임타입 반도체 레이저 다이오드장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치의 정면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치를 단면한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치의 종단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치에 채용되는 프레임부로서,

a)는 평판형 리드프레임이고,

b)는 굴곡형 리드프레임이다.

도 6은 본 발명에 따른 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치에 채용되는 발광소자를 제조하는 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 발광소자 111 : 레이저칩

112 : 포토다이오드 120 : 프레임부

121 : 중앙리드프레임 122 : 보조리드프레임

123 : 방열프레임 123a : 절개부

130 : 케이스부 131 : 몸체

132 : 출사공 133 : 개구부

Claims (5)

1. 리드프레임타입 반도체 레이저 다이오드장치에 있어서,

   레이저빔을 출사하는 발광소자;

   상기 발광소자가 상부영역에 구비되고, 레이저빔의 생성시 발생되는 열을 방열하는 중앙리드프레임과, 그 좌우양측에 배치되어 상기 발광소자와 와이어부재를 매개로 전기적으로 연결되는 보조리드프레임으로 이루어진 프레임부;

   상기 중앙,보조리드프레임의 하부단이 몸체외부로 노출되고, 상기 중앙,보조리드프레임의 상부가 몸체내에 일체로 구비되도록 사출형성되고, 상기 몸체의 사출성형시 몸체외부면에 발광소자를 외부로 노출시키는 개구부를 형성하고, 몸체중앙에 상기 레이저빔이 출사되는 출사공을 관통형성한 케이스부를 포함함을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 발광소자는 상기 프레임부에 다이본딩되는 포토다이오드와, 상기 포토다이오드의 상부면에 다이본딩되는 레이저칩으로 구성됨을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 중앙리드프레임은 상기 출사공의 내주면과 상기 몸체의 외주면사이에 채워지는 수지물에 위치되도록 'ㄴ'단면상으로 절곡된 방열프레임을 상부에 연장형성함을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 방열프레임은 방열면적을 증대시킬 수 있도록 상기 출사공을 따라 굴곡되는 호형단면상으로 형성됨을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 방열프레임은 절곡변형이 용이하도록 절개부를 전면에 형성함을 특징으로 하는 리드프레임 일체형 반도체 레이저 다이오드장치.