KR20070077287A - 레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20070077287A
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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 지지판과; 상기 지지판 상부에 접합된 레이저 다이오드와; 상기 레이저 다이오드를 감싸며 상기 지지판에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과; 상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된다.
따라서, 본 발명은 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하면, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드가 반응성 가스의 산소(O)와 반응되어 제거됨으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
탄화수소, 산소, 광, 반응성가스, 분해, 파장

Description

레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법 { Laser diode package and method of manufacturing the same }
도 1은 종래 기술의 레이저 다이오드의 미러에서 C-C 본드가 형성되는 현상을 설명하기 위한 개념도
도 2는 종래 기술의 레이저 다이오드의 프론트 미러(Front mirror)에 형성된 탄화수소 오염원을 촬영한 주사 전자 현미경의 사진도
도 3은 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 개략적인 단면도
도 4는 본 발명에 따라 레이저 다이오드 패키지의 제조 공정 단면도
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따라 레이저 다이오드 패키지의 제조 공정 단면도
도 6은 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지를 제조하기 위한 캡 실링 웰더(Cap sealing welder)의 개략적인 구성도
도 7a와 7b는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 탄화수소 오염원이 충전된 반응성 가스에 의해 제거된 상태를 촬영한 주사 전자 현미경의 사진도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50 : 지지판 55,150 : 레이저 다이오드
60,170 : 캡 70,180 : 비활성 가스
101,102 : 관통홀 110 : 평판부
120 : 돌출부 130 : 히트싱크
141,142 : 리드봉 161,162 : 와이어
171 : 투명창 200 : 캡 실링 웰더(Cap sealing welder)
210 : 하우징 220,230 : 주입관
본 발명은 레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 다이오드 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하여, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드를 제거함으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, BD(Blue ray disk)-RW이나 HD-RW용의 대용량 고속 저장장치의 픽업용으로 사용되는 고출력 레이저 다이오드의 경우에, 데이터 저장 속도의 고속화에 따른 레이저 다이오드의 고출력화가 진행 중에 있다.
이러한, 레이저 다이오드의 고출력화에 따른 레이저 소자 신뢰성의 중요성이 제기되어 왔다.
특히, 신뢰성에 미치는 미러의 오염에 따라 소자의 신뢰성 저하가 심각한 문제로 대두되었다.
레이저 다이오드의 가장 취약한 부분이 근자외선(NUV, Near UV) 파장의 고출력 광이 나오는 미러부분이다.
레이저 다이오드를 제조하는 공정 중에 레이저 다이오드의 미러 부분에 탄화수소(Hydrocarbon, CxHy) 등과 같은 오염원이 잔류하게 된다.
예를 들어, 포토레지스트를 이용한 패터닝 공정, 평탄화를 위한 왁스(Wax) 공정과 알콜을 이용한 크리닝 공정 등에서 탄화수소가 레이저 다이오드의 미러에 흡착된다.
이런, 탄화수소는 장파장인 CD-RW용(780㎚)나 DVD-RW(650㎚) 레이저 다이오드의 경우에는 큰 문제가 되지 않는다.
그러나, 자외선에 가까운 BD-RW 레이저 다이오드의 경우, 도 1과 같은 문제점이 발생한다.
도 1은 종래 기술의 레이저 다이오드의 미러에서 C-C 본드가 형성되는 현상을 설명하기 위한 개념도로서, 전술된 바와 같이, 레이저 다이오드를 제조하는 공정 중에 레이저 다이오드(10)의 광출력되는 면에는 탄화수소(12)가 흡착된다.
이렇게 흡착된 탄화수소는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(10)가 구동되어 근자외선을 방출하게 되면, 탄화수소(12)는 분해되어 미러면(11)에는 탄소이온(13)이 생성된다.
이 탄소이온(13)은 C-C본드가 되어 광을 흡수하게 되어, 미러부분의 광학특성 저하를 가져온다.
도 2는 종래 기술의 레이저 다이오드의 프론트 미러(Front mirror)에 형성된 탄화수소 오염원을 촬영한 주사 전자 현미경의 사진도로서, 레이저 다이오드의 프론트 미러에는 탄화수소 오염원(10)이 생성되어 있다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 다이오드 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하여, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드를 제거함으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 레이저 다이오드 패키지 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 1 양태(樣態)는,
지지판과;
상기 지지판 상부에 접합된 레이저 다이오드와;
상기 레이저 다이오드를 감싸며 상기 지지판에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과;
상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 2 양태(樣態)는,
평판부와 이 평판부 상부로부터 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 평판부와 돌출부를 관통하는 한 쌍의 관통홀이 형성된 히트 싱크와;
상기 히트 싱크의 관통홀 각각에 삽입된 리드봉과;
상기 히트 싱크의 돌출부 상부에 접합된 레이저 다이오드와;
상기 레이저 다이오드와 상기 리드봉과 전기적으로 연결시키는 도전체와;
상기 레이저 다이오드와 상기 돌출부를 감싸며 상기 평판부에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과;
상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 3 양태(樣態)는,
레이저 다이오드를 지지판에 실장하는 단계와;
상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡을 상기 지지판에 부착하면서, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 상기 캡 내부에 충전하는 단계를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법이 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 제 4 양태(樣態)는,
평판부와 이 평판부 상부로부터 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 평판부와 돌 출부를 관통하는 한 쌍의 관통홀이 형성된 히트 싱크를 준비하는 단계와;
상기 히트 싱크의 관통홀 각각에 리드봉을 삽입하는 단계와;
상기 히트 싱크의 돌출부 상부에 레이저 다이오드를 접합하는 단계와;
상기 레이저 다이오드와 상기 리드봉을 도전체에 의해 전기적으로 연결하는 단계와;
상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡을 상기 캡 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성가스(Inert gas)를 충전하면서 상기 레이저 다이오드와 상기 히트싱크의 돌출부를 감싸며 상기 평판부에 고정시키는 단계를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 개략적인 단면도로서, 지지판(50)과; 상기 지지판(50) 상부에 접합된 레이저 다이오드(55)와; 상기 레이저 다이오드(55)를 감싸며 상기 지지판(50)에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드(50)의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡(60)과; 상기 캡(60) 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)(70)를 포함하여 구성된다.
여기서, 반응성 가스는 NO, NO2와 N2O 중 어느 하나 또는 모두이다.
그리고, 상기 비활성 가스(70)는 N2, Ar과 He 중 어느 하나이다.
이렇게, 레이저 다이오드 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하면, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드가 반응성 가스의 산소(O)와 반응되어 제거됨으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따라 레이저 다이오드 패키지의 제조 공정 단면도로서, 먼저, 레이저 다이오드를 지지판에 실장한다.(S10단계)
그 후, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡을 상기 지지판에 부착하면서, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 상기 캡 내부에 충전한다.(S20단계)
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따라 레이저 다이오드 패키지의 제조 공정 단면도로서, 먼저, 평판부(110)와 이 평판부(110) 상부로부터 돌출된 돌출부(120)를 가지며, 상기 평판부(110)와 돌출부(120)를 관통하는 한 쌍의 관통홀(101,102)이 형성된 히트 싱크(130)를 준비한다.(도 5a)
그 후, 상기 히트 싱크(130)의 관통홀(101,102) 각각에 리드봉(141,142)을 삽입한다.(도 5b)
연이어, 상기 히트 싱크(130)의 돌출부(120) 상부에 레이저 다이오드(150)를 접합한다.(도 5c)
여기서, 상기 레이저 다이오드(150)는 370 ~ 430㎚ 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드가 바람직하다.
즉, 상기 레이저 다이오드는 BD(Blue ray disk)용 레이저 다이오드로서, 실제 BD용 레이저 다이오드는 레이징 파장이 400㎚이지만, 자발적인 방출(Spontaneous emission)에 의하여 광출력 밴드폭(Bandwidth)이 370 ~ 430㎚ 파장이 된다.
이어서, 상기 레이저 다이오드(150)와 상기 리드봉(141,142)을 도전체에 의해 전기적으로 연결한다.(도 5d)
여기서, 상기 도전체는 도 5d에 도시된 바와 같이, 와이어(161,162)이다.
그 다음, 상기 레이저 다이오드(150)의 광을 외부로 출사시키는 투명창(171)이 마련된 캡(170)을 상기 캡(170) 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성가스(Inert gas)(180)를 충전하면서 상기 레이저 다이오드(150)와 상기 히트싱크(130)의 돌출부(120)를 감싸며 상기 평판부(110)에 고정시킨다.(도 5e)
여기서, 상기 캡(170)을 상기 평판부(110)에 고정시키는 것은 상기 캡(170)을 상기 평판부(110)에 웰딩(Welding)하여 고정하는 것이 바람직하다.
이러한 공정으로 제조된 레이저 다이오드 패키지는 도 5e에 도시된 바와 같이, 평판부(110)와 이 평판부(110) 상부로부터 돌출된 돌출부(120)를 가지며, 상기 평판부(110)와 돌출부(120)를 관통하는 한 쌍의 관통홀(101,102)이 형성된 히트 싱크(130)와; 상기 히트 싱크(130)의 관통홀(101,102) 각각에 삽입된 리드봉(141,142)과; 상기 히트 싱크(130)의 돌출부(120) 상부에 접합된 레이저 다이오드 (150)와; 상기 레이저 다이오드(150)와 상기 리드봉(141,142)과 전기적으로 연결시키는 전도체와; 상기 레이저 다이오드(150)와 상기 돌출부(120)를 감싸며 상기 평판부(110)에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드(150)의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡(170)과; 상기 캡(170) 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)(180)를 포함하여 구성된다.
이렇게 구성된 레이저 다이오드 패키지는 레이저 다이오드가 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)(180) 분위기에서 구동된다.
여기서, 상기 반응성 가스가 N2O가스인 경우, 상기 레이저 다이오드에서 출사되는 레이저광에 의해 상기 레이저 다이오드의 광출력면에 존재하는 탄화수소가 분해되더라도, N2O가스에서 분해된 산소 이온(O)이 탄화수소에서 분해된 탄소 이온(C)와 결합되어 일산화탄소(CO)가 된다.
즉, 하기의 증발 반응(Volatilization reaction)식에 의해 산소 이온(O)와 탄소 이온(C)는 일산화탄소(CO, CO2)가 된다.
C + O → CO ↑
C + 2O → CO2 ↑
더 상세히 설명하면, 본 발명은 레이저 다이오드가 구동되어 자외선의 광출력이 발생되면, 레이저 다이오드의 광출력면, 즉, 미러(Mirror)에서 흡착되어 있는 탄화수소 오염원에서 탄소 이온(C)가 하기의 반응식과 같이 분해된다.
CxHy + hv → C + CaHb
이와 동시에, 레이저 다이오드 패키지에 실링(Sealing)되어 있는 N2O가스에서 산소 이온(O)이 하기의 반응식과 같이 분해된다.
N2O + hv → O + N2
결과적으로, 상기 탄화수소에서 분해된 탄소 이온(C)과 산소 이온(O)이 반응하여 일산화탄소를 형성하기 때문에, 상기 레이저 다이오드의 광출력면에는 탄소 이온 본드인 C-C본드가 남아 있지 않게 된다.
따라서, 본 발명은 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하여, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드를 제거함으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시키는 장점이 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 레이저 다이오드 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)(180)를 충전하는 것을 특징으로 하는 바, 레이저 다이오드가 실장되고 상기 레이저 다이오드와 전기적으로 연결되어 외부로 노출되는 리드가 형성된 바디(Body)와; 상기 레이저 다이오드를 감싸며 상기 바디에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과; 상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지를 제조하기 위한 캡 실링 웰 더(Cap sealing welder)의 개략적인 구성도로서, 전술된 도 5e의 제조 공정에서는, 레이저 다이오드(150)의 광을 외부로 출사시키는 투명창(171)이 마련된 캡(170) 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성가스(Inert gas)(180)를 충전하면서, 상기 캡(170)을 상기 레이저 다이오드(150)와 상기 히트싱크(130)의 돌출부(120)를 감싸며 상기 평판부(110)에 고정시키는 공정을 수행하는데, 상기 캡(170)을 상기 평판부(110)에 고정시키는 것은 상기 캡(170)을 상기 평판부(110)에 웰딩(Welding)하여 고정하는 것이 바람직하다.
그러므로, 이렇게 캡(170)을 상기 평판부(110)에 웰딩(Welding)하여 고정하는 것은 도 6에 도시된 캡 실링 웰더(Cap sealing welder)에서 수행한다.
상기 캡 실링 웰더(200)는 내부가 외부로부터 밀폐된 하우징(210)과; 상기 하우징(210)를 관통하여 비활성 가스를 상기 하우징(210) 내부로 주입하는 제 1 주입관(220)과; 상기 하우징(210)를 관통하여 반응성 가스를 상기 하우징(210) 내부로 주입하는 제 2 주입관(230)을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 비활성 가스 및 반응성 가스가 주입된 상기 캡 실링 웰더(200)의 하우징(210) 내부에서 상기 캡(170)을 상기 평판부(110)에 웰딩하면, 상기 캡(170) 내부에 비활성 가스 및 반응성 가스가 충진된다.
물론, 상기 캡 실링 웰더(200)는 레이저 다이오드 패키지를 위한 히트싱크를 안착 및 고정시킬 수 있는 기구가 설치되어 있고, 이 기구의 상부에서 상기 캡을 히트싱크에 웰딩시킬 용접부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 하우징(210)은 도어(Door)가 형성되어 있어, 캡과 히트싱크 등 의 출입이 원활하고, 도어가 밀폐되면, 상기 하우징(210) 내부의 가스는 외부로 누출되지 않고, 외부의 공기가 하우징(210) 내부로 침입되지 않는다.
도 7a와 7b는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 탄화수소 오염원이 충전된 반응성 가스에 의해 제거된 상태를 촬영한 주사 전자 현미경의 사진도로서, 도 7a는 탄화수소 오염원이 존재한 상태의 사진도이고, 도 7b는 탄화수소 오염원이 제거된 상태의 사진도이다.
도 7a의 탄화수소 오염원(300)은 도 7b에 도시된 바와 같이, 반응성 가스에 의해 완전히 제거되었음을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 레이저 다이오드의 제조 공정에서 흡착된 탄화수소 오염원이 레이저 다이오드가 구동시, 분해되어 레이저 다이오드의 미러면에 C-C본드를 만들어 소자의 광출력을 저하시키는 문제점이 있었으나,
본 발명은 레이저 다이오드 패키지 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 충전하여, 소자가 구동되어 생성되는 C-C본드를 산소(O)와 반응시켜 제거함으로써, 소자의 광출력 저하를 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. 지지판과;
    상기 지지판 상부에 접합된 레이저 다이오드와;
    상기 레이저 다이오드를 감싸며 상기 지지판에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과;
    상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지.
  2. 평판부와 이 평판부 상부로부터 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 평판부와 돌출부를 관통하는 한 쌍의 관통홀이 형성된 히트 싱크와;
    상기 히트 싱크의 관통홀 각각에 삽입된 리드봉과;
    상기 히트 싱크의 돌출부 상부에 접합된 레이저 다이오드와;
    상기 레이저 다이오드와 상기 리드봉과 전기적으로 연결시키는 도전체와;
    상기 레이저 다이오드와 상기 돌출부를 감싸며 상기 평판부에 고정되어 있고, 상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡과;
    상기 캡 내부에 충전되고, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는,
    370 ~ 430㎚ 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 반응성 가스는,
    NO, NO2와 N2O 중 어느 하나 또는 모두인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지.
  5. 레이저 다이오드를 지지판에 실장하는 단계와;
    상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡을 상기 지지판에 부착하면서, 반응성 가스를 포함하는 비활성 가스(Inert gas)를 상기 캡 내부에 충전하는 단계를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법.
  6. 평판부와 이 평판부 상부로부터 돌출된 돌출부를 가지며, 상기 평판부와 돌출부를 관통하는 한 쌍의 관통홀이 형성된 히트 싱크를 준비하는 단계와;
    상기 히트 싱크의 관통홀 각각에 리드봉을 삽입하는 단계와;
    상기 히트 싱크의 돌출부 상부에 레이저 다이오드를 접합하는 단계와;
    상기 레이저 다이오드와 상기 리드봉을 도전체에 의해 전기적으로 연결하는 단계와;
    상기 레이저 다이오드의 광을 외부로 출사시키는 투명창이 마련된 캡을 상기 캡 내부에 반응성 가스를 포함하는 비활성가스(Inert gas)를 충전하면서 상기 레이저 다이오드와 상기 히트싱크의 돌출부를 감싸며 상기 평판부에 고정시키는 단계를 포함하여 구성된 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캡을 상기 평판부에 고정시키는 것은,
    상기 캡을 상기 평판부에 웰딩(Welding)하여 고정하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법.
  8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 반응성 가스는,
    NO, NO2와 N2O 중 어느 하나 또는 모두인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드는,
    BD(Blue ray disk)용 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지의 제조 방법.
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