CN100466403C - 半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

一种半导体激光器，利用由模制树脂形成的树脂部将由板状引线框形成的管芯焊盘和多条引线一体化保持，通过子管脚安装激光器芯片。由于引线框的管芯焊盘和多条引线前端部没有实施成型加工，因此在引线框的一部分的表背两面上设置树脂部的同时，管芯焊盘的大部分背面因未被树脂部覆盖而露出，并且，在管芯焊盘的侧部形成未被树脂部覆盖表背两面而露出的定位用和/或散热用的散热片。通过此结构，能获得一方面提高了引线框和树脂的密封性，一方面可正确地确定在壳体等上安装时的位置，同时可获得能充分进行散热的模制树脂型半导体激光器。

Description

半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种特别适用于在CD、DVD(数字通用光盘，digitalversatile disk)、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RW等的拾波器用光源中使用的、小型且廉价的、能够简单地制造的模制型半导体激光器。更详细地说，本发明涉及一种用于大功率、同时必须有效地进行散热、由引线框和模制树脂形成的廉价结构的半导体激光器。
背景技术
利用引线框和模制树脂构成封装的模制型半导体激光器，具有如图8所示的结构。在图8中，在作为引线框61而整体形成的三条引线62、63、64内，在公共引线62的前端的管芯焊盘62a上装配有焊接激光器(LD)芯片68的子管脚67。利用未示出的导线，该LD芯片68和监视器用的光敏元件65与其它引线63、64导线键合在一起。并且，如图8中所示，利用合成树脂、例如进行传递铸模，在除光束的射出侧之外的四周形成框体66，并使其与各引线62、63、64一体化，即使与引线框61分离，也能固定各引线62-64。
此情况下，当完全暴露引线框的下表面时，由于需要防止在导体上等设置的情况下在相邻的引线62-64之间因受管芯焊盘62a散热的影响而导致的短路，或必须利用框体66来牢固地固定引线62-64，因此通过使树脂延伸到引线框61背面侧，从而形成引线62-64周围被覆盖的结构。但是，如图8所示，由于管芯焊盘62a若是露出的状态则易于散热，因此对管芯焊盘62a部分进行低于引线框61表面露出的向下设置的成型加工，或不使管芯焊盘62a的引线62变形，而进行向上方弯曲两侧引线63、64的前端部的向上设置(ァツプセツト)的成型加工。
如上所述，现有的模制型半导体激光器通过露出引线框的管芯焊盘背面、形成平坦表面，构成通过接触散热板等来进行散热的结构。但是，当一边从框架表面下压管芯焊盘、一边抬起其它引线的前端部侧来实施向下设置和向上设置等的成型加工时，加工作业就有困难，同时，即使加工后有恢复，但任何情况下都容易发生变形，因此成型精度的管理就存在困难，一旦成型形状稍微错位，铸模时就会产生树脂溢料，因此就会产生所谓的管芯焊盘背面就不能与散热板牢固地进行接触，不能充分散热的问题。
而且，也存在很多引线部被树脂覆盖的情况，如图8所示，由于管芯焊盘部是仅在其四周的一面上设置有树脂的结构，因此就存在所谓的因结合力弱、管芯焊盘容易从树脂部浮起，当发生浮起时，就存在管芯焊盘活动且导线键合可靠性下降的问题。
而且，当组装入拾波器时，在放入壳体等中来进行正确的定位的同时，构成进行散热的结构，但由于在管芯焊盘周围形成作为框体的树脂部，因此必须通过树脂部进行位置的确定，树脂部由于树脂溢料的发生等不能进行正确的定位，在不能确定正确位置的同时，不能通过使管芯焊盘的露出部与壳体牢固地接触而散热。并且，即使使树脂部与壳体相接触，由于树脂热传导恶化，因此也不能充分地进行散热。特别地，随着最近的可写入数据的CD-R/RW等的普及等，使半导体激光器高输出化，从现有的5mW要求到200mW的高输出能力，就存在所谓的不能有效地进行散热并且会缩短半导体激光器寿命的问题。
一方面，随着近年来电子设备的轻、薄、短、小型化，要求拾波器也当然地小型化，针对半导体激光器，也非常希望小型化，而不能通过使外形增大来实现散热。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，本发明的目的在于提供一种一方面可提高引线框和树脂的密封性、一方面在安装在壳体等时可正确地确定位置的同时能充分进行散热的结构的模制型半导体激光器。
本发明的另一目的在于，提供一种即使在拾波器等上倾斜设置半导体激光器的情况下也不会使拾波器大型化而设计的结构的半导体激光器。
根据本发明的半导体激光器，包括：由板状引线框形成的管芯焊盘和多条引线、由一体化保持该管芯焊盘和多条引线的模制树脂形成的树脂部、以及在上述管芯焊盘表面侧安装的激光器芯片，由于在与引线框表面相垂直方向上没有对上述引线框的管芯焊盘和多条引线前端部实施成型加工，因此为了一体化保持上述多条引线和上述管芯焊盘，在上述引线框的一部分的表背两面上设置上述树脂部的同时，露出没有被树脂部覆盖的上述管芯焊盘的背面的一部分，并且，在上述管芯焊盘的侧部形成没有被树脂部覆盖表背两面上而露出的定位用和/或散热用的散热片。
在上述管芯焊盘的顶部背面上形成凹部，在该管芯焊盘表面上设置的上述树脂部，经过上述管芯焊盘的顶部、深入到上述管芯焊盘背面的凹部内，并且嵌入该凹部内的树脂和上述管芯焊盘背面的顶部侧形成大致齐平面，树脂和管芯焊盘很好地龇合，并且使管芯焊盘背面的顶部侧即从管芯焊盘背面的顶部的大部分面积成为平坦面，就能与壳体等外部的散热板良好地接触，能够实现散热。
并且，在从上述树脂部的表面侧到侧面的拐角部，由于形成C面或R面的去除部，即使在拾波器内按规定的角度倾斜设置的情况下，也不会使拾波器非常大，且能够装配半导体激光器。再有，所说的C面或R面的去除是指按截面形状以直线状或圆弧状来去除角部。
具体地，在上述引线框的背面上，使上述树脂部的面积比露出的未被该树脂部覆盖的引线框的面积小，通过由此形成的上述散热片和树脂部，使得与壳体等的外部散热板接触的金属部分(引线框)的面积增加，从而能提高散热效果。
更具体地，通过以上述激光器芯片的光的前进方向为中心轴，使到上述散热片的最外侧端的距离A(参照图2)与上述中心轴到达上述树脂部的最外侧端的距离B的差，及从上述树脂部的下端到管芯焊盘上端的距离D与从上述树脂部下端到达该树脂部的上端的距离C的差的和(A-B+D-C)大于2mm，并且，使上述散热片的最大部分的宽度2A小于5.6mm，由此形成上述散热片和树脂部，采用与现有半导体激光器相同的外形尺寸，能够增大金属部分露出的面积，能够进行有效的散热。
根据本发明，第一，由于没有按垂直于框架面方向对引线框进行成型加工，因此在不需要成型加工的工时的同时，就能够将管芯焊盘等的位置保持在稳定的位置处，即使是用模制树脂的情况下，也不会与模具产生偏差，并能够防止树脂溢料等的产生，能够形成固定的形状。第二，由于是通过覆盖引线框的一部分的背面侧来设置树脂部，因此也不用担心剥离等，且密封性的可靠性非常高。第三，由于在管芯焊盘的侧部侧形成未被树脂部覆盖表背两面上而露出的散热片，因此例如在壳体等上安装半导体激光器时，就能够使散热片成为位置配合的标准、能够以非常精密的尺寸进行安装，同时，由于散热片和管芯焊盘的背面能够与壳体(散热板)等紧密连接，所以也显著地提高散热特性。
而且，在管芯焊盘背面的顶部背面上形成凹部，使树脂延伸到其凹部内，在管芯焊盘中设置固定用贯通孔并填入树脂，一方面通过使管芯焊盘背面的顶部侧形成大致齐平面，来使管芯焊盘的大部分露出、使其容易与壳体等的散热板接触，另一方面由于在顶部没有树脂凸起部，因此就能够根据上述壳体的散热片来进行定位，及与壳体相接触。
其结果，根据本发明的大功率用半导体激光器，一方面使用引线框和模制树脂的模制型是非常廉价的结构，另一方面由于利用设置在管芯焊盘侧部的散热片来进行在壳体上的位置配合和散热，因此以非常高的精度来进行安装，并且，既具有非常好的散热特性，又能够非常廉价。为此，非常有助于提高使用CD、DVD、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RM等的拾波器的电子设备的可靠性、及降低成本。
附图说明
图1A～1D是表示本发明的半导体激光器的一个实施方式的结构的正面、背面、平面及侧面的说明图。
图2是说明图1的半导体激光器的树脂部和未被树脂覆盖而露出的引线框的尺寸关系图。
图3是表示在图1的半导体激光器中使用的引线框的说明图。
图4是图1的半导体激光器的管芯焊盘顶部的凹部和固定用贯通孔部分的截面图。
图5是为将图1所示的半导体激光器装配在拾波器内、说明嵌入壳体内的状态的与壳体的接触状况图。
图6A～6B为在本发明的半导体激光器的树脂部的拐角部嵌入C面切断面的状态的说明图，以及说明以与壳体倾斜为角度θ进行装配时能减薄壳体的说明图。
图7是表示拾波器的结构例子的说明图。
图8是利用现有的树脂铸模形成的半导体激光器的说明图。
具体实施方式
接下来，参照附图说明本发明的半导体激光器。本发明的半导体激光器，其一实施方式的正面、背面、上面和侧面的说明图分别如图1A～1D所示，利用由模制树脂形成的树脂部2(图1中在树脂部2施加阴影线)一体化保持由板状的引线框1(参照图3)形成的管芯焊盘15和多条引线11～14。在管芯焊盘15上，通过子管脚3安装激光器芯片4。
并且，由于引线框1的管芯焊盘15和多条引线11～14的前端部在垂直于引线框表面的方向上未进行成型加工，为了一体化保持多条引线11～14和管芯焊盘15，如图1A和1D所示，在引线框的一部分的表背两面上设置树脂部2的同时，露出未被树脂部2覆盖的管芯焊盘15的背面的一部分，并且，在管芯焊盘15的侧部形成表背两面未被树脂部2覆盖的露出的定位用和/或散热用的散热片16。虽然图1所示的例子的双波长半导体激光器用的引线以4条为例加以表示的，但同样也适用常规单波长3条引线的情况。
如图3所示，通过对由例如42合金或铜或铜合金等形成的0.2～0.4mm厚的板材冲压成型等来形成引线框1，在侧杆17上固定第一～第四引线11～14，在第一引线11的前端部形成管芯焊盘15，并且在管芯焊盘15的侧部侧形成定位用和/或散热用的散热片16。在第二～第四引线12～14的前端部分别形成导线键合部，多个这种组连接在一起。如图1A～1D所示，在此引线框1形成树脂部2后，安装激光器芯片4等，通过使各引线11～14从侧杆17切离，形成各半导体激光器分离的状态。再有，18为定位孔，19为框架搬运用导孔。
本发明具有在此引线框1的管芯焊盘15的两侧部侧与管芯焊盘15相连续，且形成散热片16的特点。由于通过不被树脂部2覆盖而从树脂部2露出，形成散热片16，因此在壳体等上安装半导体激光器时，通过利用在其壳体定位槽***散热片16部分使位置正确重合，来进行安装。为此，没有被树脂部2覆盖的部分的宽度E＝A-B(参照图2)和D-C的和至少在2mm之上，并且，使整体的宽度2A(参照图2)到成为现有的桶型结构的管芯座直径5.6mm以下。即，通过使A-B+D-C形成为2mm以上，与壳体槽的接触面积能够确保正确保持半导体激光器的位置，并且能够进行充分的散热。作为具体例子，形成为2A＝5.2mm左右，管芯焊盘15的高度F＝1.4mm左右，散热片16的长度G＝3.4mm左右，A-B＝0.75mm左右，D-C＝1.45mm左右。
而且，在图3所示的例子中，在管芯焊盘15的两个位置处形成固定用贯通孔15a。如图4中形成树脂部2后的部分截面说明图所示，由在管芯焊盘15的背面侧其直径大、在表面侧直径小的阶梯孔形成此贯通孔15a，在埋入树脂后，形成难于剥离的结构。而且，虽然图3中未示出，但在管芯焊盘顶部的背面侧的两个位置处形成(图1B，树脂部2从管芯焊盘15的顶部延伸到背面侧的部分)图4所示的凹部15b(压印状熔化)，表面侧树脂部2经过顶部被埋入管芯焊盘15背面的凹部15b内，同样形成难于剥离的结构。利用这样的结构，使管芯焊盘15的背面成为基本上平坦的表面，且容易与壳体等相接触，并将树脂部2牢固地固定到管芯焊盘15上。
由于树脂部2用来即使第一～第四的引线11～14从引线框分离，也能将第一～第四的引线11～14不隔离地固定在一起，及确保激光器芯片4等的各电极和引线11～14的连接，在上述引线框1的状态下，利用传递铸模等通过树脂成型来形成树脂部2。通常，在露出管芯焊盘15背面的情况下，如上所述，虽然对管芯焊盘部分等进行成型后进行铸模成型，但在本发明中，不进行引线框的成型，一边以平坦的状态来进行铸模成型，一边形成露出管芯焊盘15的大部分背面的结构。
为此，在本发明中，如图1A和B所示，在表面侧，通过覆盖管芯焊盘15的侧部和多条引线11～14的根部来设置树脂部2，同时，在引线框的背面侧从其顶部侧及底部侧延伸，直至管芯焊盘15的下端部，形成树脂部2。如图4所示，由于只延伸到在管芯焊盘15背面形成的凹部15b的内部，顶部侧的树脂部2的延伸与管芯焊盘15背面基本上相同的平面，形成平坦的表面。此外，在树脂部2的表面侧在位于激光器芯片4后方的部分处形成锥形部22，从而不使从激光器芯片4的后端面射出的光反射而返回到激光器芯片4一侧。
一方面，通过一直覆盖到引线11～14部和管芯焊盘15的下端部而形成延伸的底部侧，在管芯焊盘15的背面和树脂部2的内侧表面之间形成台阶。即，通常在这种器件中，在暴露管芯焊盘背面的情况下，一般进行引线成型，或在背面侧不整个形成树脂部，使管芯焊盘背面的整个成为平坦面，但本发明的特征在于，由于维持其引线框的平坦性不变，因此对引线框不进行成型加工，而是通过在背面侧设置树脂部2，特意形成台阶，通过形成利用小面积的树脂部2就能够牢固地固定引线11～14和管芯焊盘15部分的结构，不会增加整体尺寸，而是使散热片16从树脂部2露出，形成能在定位和/或散热用中使用的结构。
由于管芯焊盘15的背面与背面侧的树脂部2的表面不一致，因此背面侧就不会完全成为平坦面，但在实际中，将此种半导体激光器特别是将大功率用的半导体激光器装入拾波器内时，由于位置配合与散热同样重要，如图5所示，通过将半导体激光器8***由铝或锌等热传导性好的金属构成的壳体9内，在每次使壳体移动的同时进行半导体激光器的位置配合。为此，在本发明中，由于通过在壳体9的内部形成的台阶，使半导体激光器8的顶部侧成为平坦面，因此如果从其顶部侧***壳体内，就不受树脂部2的凸起部的影响，就能够在壳体9内密封地装配管芯焊盘的背面。在图5中，在壳体9内密封地装配此散热片16和管芯焊盘15的背面，考虑到因成型而产生的尺寸偏差，因而放大地表示树脂部与壳体9之间存在的间隙。
从位置固定和散热这两点出发，希望从此树脂部2露出的散热片16部分尽可能大，从而能够加大与壳体9的龇合。但是，由于不能增大整体尺寸，为了增加未被树脂部2覆盖的散热片16的宽度，如上所述，就必须减少树脂部2的面积。本发明者根据锐意研讨的结果，如上所述，以图2所示的尺寸表示，显示出优选以激光器芯片的光的前进方向为中心轴，通过使到散热片16的最外侧端的距离A与中心轴到达树脂部2的最外侧端的距离B的差，及从树脂部2的下端到达管芯焊盘15上端的距离D与从树脂部2下端到达该树脂部2的上端的距离C的差的和(A-B+D-C)大于2mm的引线框的露出部。再有，散热片16的最大部分的宽度2A形成为比现有封闭结构直径5.6mm小。
以不同的表达来进一步表示上述尺寸，在图2所示的引线框的背面中，优选通过使树脂部2的面积比未被树脂部2覆盖的露出的引线框的面积小，形成散热片16和树脂部2。即，本发明中，通过尽可能增加此散热片16与管芯焊盘15部和壳体的接触面积，在正确地进行半导体激光器8对壳体9的定位的同时，尽可能使热量容易释放出来。为此，如上所述，由于不对引线框进行成型加工，因此一方面正确维持其平面性，一方面使树脂部特意延伸到背面侧形成台阶，通过减少树脂部的面积来增加散热片16的露出面积。
图1C所示的例子中，按R面加工形状来形成从树脂部2的表面侧到侧面的形状。这在将半导体激光器装入拾波器时，有时必须使激光束以某一角度倾斜并发射，在此情况下，如图6所示，就必须在壳体9内进行倾斜安装。但是，当树脂部2的拐角部有棱角时，如图6B中虚线所示，壳体9就会变大，当在拐角部21处形成R面或C面(图6中表示出C面的例子)时，可将壳体的尺寸仅减小H，就有利于拾波器的薄型化。以上述尺寸为例，以0.5mm左右来形成此R面或C面。
由例如AlGaAs系或InGaAlP系等化合物半导体构成的普通的双异质结构来形成激光器芯片4，其尺寸，CD用的尺寸为250μm×250μm左右，DVD用的尺寸为250μm×500μm左右，CD-R/RW用的尺寸为250μm×800μm左右。这些尺寸非常小，为了容易地对其操作，进一步确保散热性，缓和因芯片和引线框的热膨胀系数的不同而产生的应力，通常在由0.8mm×1mm大小的硅基板(可内置PIN光电二极管)或AlN(氮化铝)等构成的子管脚3上进行焊接。在图1所示的例子中，示出了双波长用激光器芯片的例子，引出双波长用电极端子，如图1A所示，通过金线6等的导线键合，一个电极与子管脚3连接，并从其背面利用导电性粘接剂等经由管芯焊盘15与第一引线11连接，其他电极(里面电极)经由子管脚3上的连接部利用金线6等的导线键合与第二、第四引线12、14连接。
此外，同样地，在子管脚3上设置用于监测激光器芯片4的光输出的光敏元件5，其一电极经由子管脚3和管芯焊盘15等与第一引线11连接，另一电极利用金线6等的导电焊接与第三引线13直接电连接。再有，也可将此光敏元件5设置在不同于子管脚3的地方，在不需要光敏元件5的情况下，也可不使用光敏元件5。
根据本发明，由于在管芯焊盘的侧部以足够宽度(0.5mm以上)设置未被树脂部覆盖的定位用和散热用的散热片，因此安装框架时就能够在以高精度确定框架的位置来进行可靠安装的同时，由于能够使散热片和管芯焊盘的大部分背面与壳体很好地密封接触，因此就能够大幅度地提高散热特性。即，由于相对于框架表面没有在上下方向对引线框进行成型加工，因此散热片和管芯焊盘的各背面能够得到与引线框那样的平坦面，此外，由于未覆盖树脂的散热片的厚度是由引线框决定的厚度，不受树脂溢料等的影响，因此能够可靠地进行与壳体的龇合。其结果，如上述图5所示，作为与散热片背面相同的平面的管芯焊盘背面，也能够与壳体无间隙地进行接触，能够利用宽广的面积来进行有效散热。
并且，引线框和树脂部的关系，由于在管芯焊盘的下端部侧从表背两面上都被树脂覆盖，所以能够进行密封性非常好的结合。并且，在管芯焊盘上端侧，通过在管芯焊盘背面形成的凹部(压印状熔化)来设置树脂延伸部，也能够不损伤管芯焊盘背面的平坦性，并且提高密封性。而且，通过在管芯焊盘设置固定用的带有台阶的贯通孔，就能够更加提高密封性。
并且，通过对树脂部拐角部进行倒角，即使在以某一角度θ倾斜装配半导体激光器时，也能够减薄壳体(散热板)的厚度，随之能够减薄拾波器的厚度，有利于电子设备的薄型。
其结果，根据本发明，使用引线框和模制树脂的模制型封装，即使例如200mW左右以上的大功率用半导体激光器，也能够完全正确地确定位置，并且能够廉价地形成散热性优良的、高性能的拾波器。
图7示出了使用此半导体激光器构成薄型的拾波器的例子的概略说明图。即横向设置半导体激光器50，通过衍射光栅51、例如利用三光束法将来自半导体激光器的光分成3份，借助分离出射光和反射光的分光器52，通过准直透镜53，形成平行光束，利用三棱镜(反射镜)54使光束弯曲90°(z轴方向)，并利用物镜55在DVD和CD等的光盘56的表面聚焦。并且，通过分光器52，经过凹镜57等、利用光检测器58检测来自光盘56的反射光。再有，图7中半导体激光器50和光检测器58处于几乎相同的平面内(xy面)。再有，将此半导体激光器50***实际上如上所述的兼为散热和定位用的壳体(散热板)，由此进行设置。

Claims (12)

1、一种半导体激光器，包括：由板状引线框形成的管芯焊盘和多条引线、使该管芯焊盘和多个引线保持成为一体的由模制树脂构成的树脂部、在上述管芯焊盘的表面侧安装的激光器芯片，
在与所述引线框的表面不同的方向上没有对上述引线框的管芯焊盘和多条引线的前端部实施成型加工，
为了一体化保持上述多条引线和上述管芯焊盘，在上述引线框的一部分的表背两面上设置上述树脂部的同时，上述管芯焊盘的包括安装上述激光器芯片部分的顶部侧的背面没有被所述树脂部覆盖而露出，从而该管芯焊盘的包括安装上述激光器芯片部分的顶部侧的背面能够与装入半导体激光器的壳体面接触，
并且，在上述管芯焊盘的侧部形成表背两面未被所述树脂部覆盖而露出的定位用和/或散热用的散热片。
2、根据权利要求1所述的半导体激光器，在上述管芯焊盘的顶部背面上形成凹部，设置在该管芯焊盘表面上的上述树脂部，经过上述管芯焊盘的顶部、深入到上述管芯焊盘背面的凹部内，并且嵌入该凹部内的树脂和上述管芯焊盘背面的顶部侧大致形成为齐平面。
3、根据权利要求1所述的半导体激光器，去除上述树脂部的从表面侧到侧面的拐角部，使截面形状为直线状或圆弧状。
4、根据权利要求1所述的半导体激光器，在上述引线框的背面形成上述散热片和树脂部，使上述树脂部的面积比未被该树脂部覆盖而露出的引线框的面积小。
5、根据权利要求1所述的半导体激光器，通过以下方式形成上述散热片和树脂部，即，以上述激光器芯片的光前进方向为中心轴，使到达上述散热片的最外侧端的距离A与上述中心轴到上述树脂部的最外侧端的距离B的差、以及从上述树脂部的下端到管芯焊盘上端的距离D与从上述树脂部下端到达该树脂部的上端的距离C的差的和(A-B+D-C)大于2mm，并且，使上述散热片的最大部分的宽度小于5.6mm。
6、根据权利要求1所述的半导体激光器，在上述管芯焊盘上，形成在该管芯焊盘的背面侧直径大、在表面侧直径小的阶梯状的贯通孔。
7、根据权利要求1所述的半导体激光器，上述树脂部在覆盖上述引线根部的同时，还在上述管芯焊盘的顶部和底部，从表面经由所述管芯焊盘的端部到背面侧而形成。
8、根据权利要求7所述的半导体激光器，上述管芯焊盘15背面的露出面和延伸到该管芯焊盘背面侧的上述树脂部的表面，在上述管芯焊盘的顶部侧实质上是相同的平面，在上述底部侧形成台阶。
9、根据权利要求1所述的半导体激光器，在位于上述激光器芯片后方的上述树脂部处形成锥形部，以便不使从该激光器芯片的后端面射出的光反射而返回至激光器芯片一侧。
10、根据权利要求1所述的半导体激光器，形成上述树脂部，使未被上述树脂部覆盖而露出的上述散热片的宽度为0.5mm以上。
11、根据权利要求10所述的半导体激光器，上述散热片与由热传导好的金属构成的壳体相接触地***该壳体内。
12、根据权利要求1所述的半导体激光器，上述激光器芯片是双波长用激光器芯片。
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