JP2005116700A - 半導体レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＤ用やＤＶＤ用など光ディスク用の半導体レーザを、キャンタイプ構造ではなく、リードフレームとモールド樹脂を用いた安価なフレーム構造としながら、従来のキャンタイプ構造と同様の形状として置換え可能な構造の半導体レーザを提供する。
【解決手段】 ダイパッド１１ａおよび複数のリード１１〜１３がモールド樹脂からなる樹脂部２により一体に保持され、ダイパッド１１ａ上には、サブマウント３を介してレーザチップ４がマウントされている。樹脂部２は、複数のリード１１〜１３を一体に保持し、外形がほぼ円形状のベース部２１と、その上方に連続して形成され、ダイパッド１１ａの裏面および側部を保持するダイパッド保持部２２とから形成されている。ダイパッド保持部２２は、外形がベース部２１のほぼ円形の外径より小さい円形Ｐ内に収まる形状で、かつ、ダイパッド１１ａ裏側の側面Ｂがほぼ平坦に形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク；digital versatile disk）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−Ｒ/ＲＷなどのピックアップ用光源に用いるのにとくに適した、小形、かつ、安価で簡便に製造できる構造の半導体レーザに関する。さらに詳しくは、従来の金属キャップを被せたキャンタイプではなく、樹脂によりパッケージを形成することにより安価にしながら、光ピックアップの構成を変えることなく、そのまま置き換え可能な互換性のある構造のモールド型の半導体レーザに関する。

従来のＣＤ用のピックアップなどに用いられるステムタイプの半導体レーザは、図５に示されるような構造になっている。すなわち、鉄などの金属材料を冷間鍛造法により成形して、ベース６１の中心部の一部を盛り上げてヒートシンク部６２を形成し、リード６３、６５をガラス６６などにより固定したステム６０が用いられ、このヒートシンク部６２にレーザチップ７１がシリコン基板などからなるサブマウント７４を介してマウントされ、一方の電極（チップ７１の裏側）がサブマウント７４の中継部７８を介してワイヤ７３によりリード６３と電気的に接続され、他方の電極はワイヤ７３を介してサブマウント７４に接続され、その裏面を介してヒートシンク部６２およびベース６１を経てコモンリード６４と電気的に接続されている（たとえば特許文献１参照）。

なお、７２はモニター用の受光素子で、一方の電極はワイヤ７３を介してリード６５と、他方の電極はサブマウント７４、ヒートシンク部６２およびベース６１を介してコモンリード６４とそれぞれ電気的に接続されている。そしてその周囲にキャップ７５が被せられることにより形成されている。キャップ７５の頂部中央部にはレーザチップ７１により発光する光が透過するように貫通孔７５ａが設けられ、ガラス板７６が接着剤７７により封着されている。
特開２００１−１１１１５２号公報（図７）

従来のＣＤやＤＶＤなどのピックアップに用いられる半導体レーザは、前述のように、金属製ベース６１にリード６３、６４、６５を固定してレーザチップ７１をベース６１に接続されたヒートシンク６２に固定されるキャンタイプ構造のパッケージが主流として用いられている。そのため、熱伝導がよく、しかも周囲が金属製のキャップ７５により被覆されているため、気密性もよくて信頼性にも優れているが、リード６３、６５をガラス６６などにより封着しなければならないため、ステム６０の径を小さくすることができないと共に、部品点数が多く、製造工程も複雑で非常にコストアップになるという問題がある。

一方、近年ではパーソナルコンピュータなどを筆頭として電子機器の低価格化が著しく、ピックアップなどに用いる半導体レーザに関しても、コストダウンが大きく要求されている。そのため、従来のキャンタイプ構造と全く同様の構造で、リードフレームと樹脂モールドによる安価なモールド型の構造で、レーザチップの外気に対する信頼性は、レーザチップ側で改良することが要求されている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、ＣＤ用やＤＶＤ用など光ディスク用の半導体レーザを、キャンタイプ構造ではなく、リードフレームとモールド樹脂を用いた安価なフレーム構造としながら、従来のキャンタイプ構造と同様の形状としてそのまま置き換えることができる構造の半導体レーザを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、モールド樹脂で成形する場合に、上型と下型とが完全には一致せず、パーティングラインを挟んである面が完全には一定の平面にはならないという特性を有しているにも拘わらず、モールド樹脂により形成される面を基準面としてレーザチップの位置決めなどをし得る構造の半導体レーザを提供することにある。

本発明の他の目的は、半導体レーザに必要な精密な位置決めなどを正確に行なうことができながら、リードフレームの腐食などを防止し、高特性を維持し得る半導体レーザを提供することにある。

本発明による半導体レーザは、板状のリードフレームから形成されたダイパッドおよび複数のリードと、該ダイパッドおよび複数のリードを一体に保持するモールド樹脂からなる樹脂部と、前記ダイパッドの一面側にマウントされるレーザチップとを有し、前記樹脂部は、前記複数のリードを一体に保持し、外形がほぼ円形状のベース部と、該ベース部の上方に連続して形成され、前記ダイパッドの裏面および側部を保持し、外形が前記ベース部のほぼ円形の外径より小さい円形内に収まる形状で、かつ、前記ダイパッド裏側の側面がほぼ平坦に形成され、上面から見た平面形状が前記ダイパッドの部分を窪み部とした凹型形状に形成されるダイパッド保持部とにより形成されている。

ここにほぼ円形状とは、完全な新円である必要はなく回転させ得るように円形に近い形状であればよいことを意味すると共に、さらに、円形状の周囲に種々の形状の凹部が形成されたり、一部が切り欠かれて平面状になっているものも含む意味である。

前記樹脂部は、前記リードフレームの裏面をパーティングラインとして型成形で形成され、前記ベース部の前記ダイパッド保持部が形成されないで露出する上面が、前記ダイパッドの表面側と裏面側とで、前記パーティングラインを境として段差を有するように形成され、前記上面の高い側の上面のみが、前記レーザチップをマウントする際、および／またはピックアップに装着の際の位置決め基準とされている。

前記複数のリードおよびダイパッドの表面が銀メッキされ、前記樹脂部がスーパーエンジニアリングプラスティックにより形成され、さらに好ましくは、ポリフタルアミドまたは液晶ポリマーにより形成される。

この構造にすることにより、モールド樹脂のベース部が従来の金属ベースと同様の形状に形成され、ダイパッドを固定するダイパッド保持部が枠状に形成されるが、この枠状のダイパッド保持部はほぼ円形状のベースの外径より小さい円形内に入るように形成されているため、従来の金属製キャップ内に入る形状となっており、従来のキャップが設けられた外形と同様の取扱いをすることができる。すなわち、実際に半導体レーザをピックアップなどに組み込む際に、位置合せなどを行うのに、半導体レーザを回転させながら調整を行うが、従来の金属製キャップが設けられたキャンタイプ構造と同様に回転させて調整を行うことができ、全く同様に取扱うことができる。

さらに、ダイパッド裏面側のダイパッド保持部の側面は平坦面に形成されているため、ダイパッド上にレーザチップをマウントする際、並びに各リードとレーザチップなどの電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続する場合に、平坦面部分を作業台上に載置して行えるため、非常に作業が簡単であると共に、信頼性のよいワイヤボンディングを行うことができる。その上、金属ベースや金属キャップなどを用いることなく、モールド樹脂によりパッケージが形成されており、ワイヤボンディング工程以外の製造工程も非常に容易であると共に、安い材料で形成することができ、非常に安価に得ることができる。

また、金型のパーティングラインで、ベース部上面の高さに段差を形成することにより、たとえばダイパッド裏面をパーティングラインとしてその表面側のベース部上面の位置をダイパッド裏面側の上面の位置より高くなるように樹脂部が形成されていることにより、パーティングラインによる表面の凹凸の影響を受けることなく、常にダイパッド側のベース部上面を基準としてレーザチップの位置決めやピックアップに組み込む際の位置決めの基準とすることができ、樹脂によりパッケージを形成しながら、正確な位置決めをすることができる。

また、樹脂部の材料として、スーパーエンジニアリングプラスティック、とくに、ポリフタルアミドまたは液晶ポリマーを用いることが、剛性があると共に、精密な形状に形成することができ、非常に厳密な寸法と強度が要求される半導体レーザにおいても、これらの要求を満たすことができると共に、リードやダイパッド表面に施される銀メッキを腐食することが無く、レーザチップなどをマウントする場合にも、非常に信頼性よくマウントすることができ、半導体レーザの電気的特性を劣化させることがないので、好ましい。

つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体レーザについて説明をする。本発明による半導体レーザは、その一実施形態の正面および上面の説明図が図１（ａ）〜（ｂ）にそれぞれ示されるように、板状のリードフレームから形成されたダイパッド１１ａおよび複数のリード１１〜１３がモールド樹脂からなる樹脂部２により一体に保持されている。ダイパッド１１ａの一面（表面）上には、サブマウント３を介してレーザチップ４がマウントされている。樹脂部２は、複数のリード１１〜１３を一体に保持し、外形がほぼ円形状のベース部２１と、そのベース部２１の上方に連続して形成され、ダイパッド１１ａの裏面および側部を保持するダイパッド保持部２２とから形成されている。ダイパッド保持部２２は、外形がベース部２１のほぼ円形の外径より小さい円形Ｐ内に収まる形状で、かつ、ダイパッド１１ａ裏側の側面Ｂがほぼ平坦に形成され、上面から見た平面形状がダイパッド１１ａの部分を窪み部とした凹型形状になるように形成されている。

リードフレーム１は、たとえば４２アロイまたは銅もしくは銅合金などからなる０.４ｍｍ厚程度の板材を、図２に示されるように、打抜き成形などにより形成されるもので、サイドレール１７に第１〜第３のリード１１〜１３が固定されており、第１リード１１の先端部にダイパッド１１ａが形成され、第２および第３リード１２、１３の先端部にはワイヤボンディン部１２ａ、１３ａがそれぞれ形成され、その組が多数個連結されている。このリードフレーム１に、銀メッキが施され、樹脂部２が形成された後に、図１に示されるように、レーザチップ４などが組み立てられ、各リード１１〜１３がサイドレール１７から切り離されてそれぞれの半導体レーザに分離されるようになっている。なお、１８はインデックス孔である。

樹脂部２は、第１〜第３のリード１１〜１３が、リードフレームから分離されてもバラバラにならないでしっかりと固定され、レーザチップ４などの各電極とリード１１〜１３との接続を確実に保持するためのもので、トランスファモールドなどによる樹脂成形で形成されている。本発明では、このベース部２１およびダイパッド保持部２２が、従来のキャンパッケージ構造における、ステム部およびレーザチップを被覆するキャップ部にそれぞれ相当するように形成されている。そのため、ベース部２１の外形は、従来構造のステムの外形と同様の形状とし、たとえば外径が５.６ｍｍφで、その外周には、位置合せ用の切欠き部２５なども従来構造と同様に形成されている。また、このベース部２１は、図１に示されるように、完全な円形（真円）ではなく、図１（ｂ）にＣで示されるように、平面状に切欠きが形成されていてもよい。要は、従来のステムと同様にほぼ円形で、回転し得るように形成されていればよい。

ダイパッド保持部２２は、図１に示されるように、ベース部２１から上方に延びてダイパッド１１ａの裏面および側部を覆うように形成され、その外周は、ベース部２１の外径と同心でその外径より小さく、従来の金属製キャップの外径に相当する円Ｐ（直径３.２ｍｍ）の内部に入るように形成されると共に、ダイパッド１１ａの裏面側の側面Ｂが平坦面に形成されている。このように、ダイパッド保持部２２の外形が従来のキャップの外径に相当する円Ｐ内に入るように、ダイパッド保持部２２が形成されることにより、従来のピックアップ装置に用いても、従来のキャンタイプ構造の半導体レーザと同様に、回転させながらレーザビームの調整をすることができる。さらに、ダイパッド１１ａ裏面側のダイパッド保持部２２の側面Ｂが平坦面に形成されているため、前述の円Ｐ内に納まりやすいと共に、レーザチップ４をマウントしたり、レーザチップ４とリード１２、１３とのワイヤボンディングをする場合でも、ダイパッド１１ａをしっかりと固定することができるため、非常に作業をしやすいというメリットがある。

この樹脂部２は、前述のように、金型でリードフレーム１を固定した状態で樹脂を流し込むことにより形成されるため、金型の上型と下型との境界面がリードフレーム、すなわちダイパッド１１ａの表面（レーザチップがマウントされる面）または裏面側に設定される。図１に示される例では、ダイパッド１１ａの裏面を金型の分割面として、ダイパッド１１ａの裏面にパーティングラインＡが形成されているが、本発明では、図３に側面図が示されるように、ベース部２１の上面Ｄ（ダイパッド保持部２２が延びる側の面）に、パーティングラインＡの部分で、上部モールドベース部２１ａと下部モールドベース部２２ｂの上面との間に０.１ｍｍ程度の段差ｄが設けられるように、ベース部２１が成形されている。０.１ｍｍ程度あれば、公差を０.０５ｍｍ程度考慮しても、高さが逆転することがなく、必ず上部モールドベース部２１ａの上面Ｄを高くすることができる。

すなわち、上型と下型とを向い合せて樹脂モールドを行う場合、重ね合せの際に微妙なキャビティのズレが少なからず生じ、上型によるベース部上面と、下型によるベース部上面とが完全な平坦面にはならないで、段差ができたり、接合面に突起部が形成されたりする。従来のキャンタイプ構造の半導体レーザでは、ステムが板状の金属板からなっているため、その平面度は問題がなく、レーザチップをマウントする際や、ピックアップ内に組み込む際の位置決めなどの基準面とされているが、樹脂モールドでパッケージを構成する際には、このパーティングラインによる問題で基準面がばらつくという問題がある。そこで本発明では、上型と下型とで、敢えてベース部２１上面Ｄの位置を異ならせ、好ましくはダイパッド表面側の上部モールドベース部２１ａの上面Ｄが、下部モールドベース部２１ｂの上面より前述のｄだけ高くなるようにベース部２１が形成されている。なお、高くする側は、ダイパッドの表面側でなくても裏面側でもよく、要は段差が形成されていればよい。

さらに、本発明の樹脂部２は、スーパーエンジニアリングプラスティック、具体的には、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、液晶ポリマ（ＬＣＰ）などを用いることにも特徴がある。すなわち、この種の半導体レーザをモールド樹脂によるパッケージで形成する場合には、精密な位置出しが必要である点から、樹脂バリなどが発生しないで厳密な寸法出しが可能で、外力に対しても変形しないように、剛性のある熱可塑性の材料で構成する必要がある。このような精密性と剛性の観点からは、従来ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が安価で剛性のある材料として用いられているが、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、ＰＰＳでは、その成分であるイオウ（Ｓ）がリードフレームの表面に設けられる銀メッキのＡｇと反応しやすく、リードフレームを変色させて半導体レーザの特性に劣化（接合面の抵抗増加など）を来すことを見出した。

そして、ＰＰＡやＬＣＰのようなスーパーエンジニアリングプラスティックを用いるこにより、半導体レーザの特性を劣化させることなく、精密なパッケージを形成し得ることを見出した。すなわち、ピックアップに用いるような精密なパッケージを必要とする半導体レーザを、銀メッキを施したリードフレームとモールド樹脂を用いたパッケージにより形成しようとすると、通常の材料を用いると信頼性の問題が生じるが、樹脂材料として、スーパーエンジニアリングプラスティックを用いることにより、前述のような問題を生じることなく、高特性の半導体レーザを得ることができる。

レーザチップ４は、たとえばＡｌＧａＡｓ系またはＩｎＧａＡｌＰ系などの化合物半導体からなる通常のダブルヘテロ構造に形成され、その大きさはＣＤ用では２５０μｍ×２５０μｍ程度であるが、ＤＶＤ用では２５０μｍ×５００μｍ程度、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用では２５０μｍ×８００μｍ程度となる。これらは非常に小さく、その取扱を容易にし、さらに放熱性を確保するため、通常０.８ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさのシリコン基板またはＡｌＮ（アルミナイトライド）などからなるサブマウント３上にボンディングされている。そして、図１（ａ）に示されるように、一方の電極はサブマウント３に金線６などのワイヤボンディングにより接続されてその裏面から導電性接着剤などによりダイパッド１１ａを介して第１リード１１に接続され、他方の電極（裏面電極）はサブマウント３上の接続部３ａを介して金線６などを用いたワイヤボンディングにより第２リード１２と接続されている。

また、レーザチップ４の発光出力をモニタするための受光素子５が同様にサブマウント３に設けられ、その一方の電極はサブマウント３およびダイパッド１１ａなどを介して第１リード１１に接続され、他方の電極は金線６などのワイヤボンディングにより第３リード１３と直接電気的に接続されている。なお、この受光素子５は、サブマウント３とは別のところに設けられてもよいし、受光素子５を必要としない場合には、受光素子５はなくてもよい。

本発明の半導体レーザによれば、リードフレームとモールド樹脂とを用いたパッケージを使用しながら、ベース部とダイパッド保持部とを従来のキャンタイプ構造のステムとキャップに相当する形状に形成しているため、従来のキャンタイプ構造の半導体レーザと置き換えてそのまま使用することができる。とくに、ダイパッド保持部が従来のキャップの径内に納まるように形成されているため、従来のキャンタイプ構造のものと同様に、ピックアップ装置内に組み込む際に、半導体レーザを回転させながら調整することができる。また、ダイパッド保持部のダイパッド裏面側の側面が平坦面に形成されているため、レーザチップなどのマウントおよびワイヤボンディングが非常に容易になると共に、信頼性の高いボンディングを行うことができる。

さらに、本発明によれば、モールド樹脂でベース部を形成しながら、パーティングラインによりベース部の高さに段差を形成し、上金型と下金型による上部モールドベース部と下部モールドベース部の一方の面だけを基準面とし得るようにベース部が形成されているため、パーティングラインによる平坦面のバラツキや凸凹の形成を防止することができ、非常に安定した基準面を形成することができ、従来構造の金属板ステムと同等以上の精密性を得ることができる。

さらに、樹脂部を構成する樹脂材料として、スーパーエンジニアリングプラスティックを用いることにより、精密加工性および外力に対する安定のための剛性を得ることができると共に、リードフレームの銀メッキなどとの反応によるリードフレームの腐食を招くこともなく、非常に安定した半導体レーザが得られる。

図４は、この半導体レーザを用いて、薄型のピックアップを構成する例の概略を示す説明図である。すなわち、半導体レーザ５０を横向きに配置し、半導体レーザからの光を回折格子５１により、たとえば３ビーム法では３分割し、出射光と反射光とを分離するビームスプリッタ５２を介して、コリメータレンズ５３により平行ビームとし、プリズムミラー（反射鏡）５４により９０°（ｚ軸方向）ビームを曲げて対物レンズ５５によりＤＶＤやＣＤなどのディスク５６の表面に焦点を結ばせる。そして、ディスク５６からの反射光を、ビームスプリッタ５２を介して、凹レンズ５７などを経て光検出器５８により検出する構成になっている。なお、図４で半導体レーザ５０と光検出器５８とはほぼ同一面（ｘｙ面）内にある。

前述の例では、リードが３本の１波長用の例であったが、２波長用のレーザチップをマウントしてリードが４本の構造にすることもできる。

本発明による半導体レーザの一実施形態の構造を示す正面および平面の説明図である。 図１の半導体レーザに用いるリードフレームを示す説明図である。 図１に示される半導体レーザの側面図で、上部モールドベース部と下部モールドベース部との段差を誇張して示した図である。 本発明による半導体レーザを用いてピックアップを構成する場合の構成図である。 従来のキャンタイプ構造による半導体レーザの説明図である。

符号の説明

１ リードフレーム
２ 樹脂部
３ サブマウント
４ レーザチップ
１１〜１３ リード
１１ａ ダイパッド
２１ ベース部
２１ａ 上部モールドベース部
２１ａ 下部モールドベース部
２２ ダイパッド保持部

Claims (4)

1. 板状のリードフレームから形成されたダイパッドおよび複数のリードと、該ダイパッドおよび複数のリードを一体に保持するモールド樹脂からなる樹脂部と、前記ダイパッドの一面側にマウントされるレーザチップとを有し、前記樹脂部は、前記複数のリードを一体に保持し、外形がほぼ円形状のベース部と、該ベース部の上方に連続して形成され、前記ダイパッドの裏面および側部を保持し、外形が前記ベース部のほぼ円形の外径より小さい円形内に収まる形状で、かつ、前記ダイパッド裏側の側面がほぼ平坦に形成され、上面から見た平面形状が前記ダイパッドの部分を窪み部とした凹型形状に形成されるダイパッド保持部とにより形成されてなる半導体レーザ。
2. 前記樹脂部が、前記リードフレームの裏面をパーティングラインとして型成形で形成され、前記ベース部の前記ダイパッド保持部が形成されないで露出する上面が、前記ダイパッドの表面側と裏面側とで、前記パーティングラインを境として段差を有するように形成され、前記上面の高い側の上面のみが、前記レーザチップをマウントする際、および／またはピックアップに装着の際の位置決め基準とされてなる請求項１記載のモールド型半導体レーザ。
3. 前記複数のリードおよびダイパッドの表面が銀メッキされ、前記樹脂部がスーパーエンジニアリングプラスティックにより形成されてなる請求項１または２記載の半導体レーザ。
4. 前記スーパーエンジニアリングプラスティックが、ポリフタルアミドまたは液晶ポリマーからなる請求項３記載の半導体レーザ。

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