KR20050027622A - 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스템(stem)의 상부로 돌출 형성되는 히트싱크가 열전도성이 양호한 동(銅)으로 구성되어 레이저 다이오드에서 발산되는 열을 금속판재로 이루어진 스템에 신속하게 전달하여 방열 효과를 높여 줄 수 있도록 한 발명에 관한 것이다. 전술한 본 발명은, 금속판재로 이루어진 스템(10)의 상면에 원통형 덮개(20)가 결합되고, 스템(10)에서 일체로 돌출된 히트싱크(11)에는 레이저 다이오드(12)가 고정되며, 레이저 다이오드(12)로부터 발산된 빔을 감지하는 포토 다이오드(13)가 레이저 다이오드(12)에 근접 설치되고, 스템(10)의 하부로는 레이저 다이오드(12) 및 포토 다이오드(13)와 접속되거나 접지를 위한 단자핀(14)들이 돌출 형성된 반도체 레이저 다이오드 패키지에 있어서, 상기 스템(10)에는 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)이 각각 형성되고, 결합공(15)에는 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)이 삽입되어 그 돌출부가 금형에 의하여 가압되며, 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15) 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정되고, 봉(11a)의 상부는 금형의 홈 형상으로 성형되어 스템(10)의 상부로 돌출되는 동 재질의 히트싱크(11)를 구성함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법{a stem for crystal laser diode package}
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스템(stem)의 상부로 돌출 형성되는 히트싱크가 열전도성이 양호한 동(銅)으로 구성되어 레이저 다이오드에서 발산되는 열을 금속판재로 이루어진 스템에 신속하게 전달하여 방열(放熱) 효과를 높여 줄 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
일반적으로, 레이저 다이오드(Laser Diode)에서 발진되는 레이저빔은 주파수 폭이 좁고 지향성이 높기 때문에 광통신, 다중통신, 우주통신 등과 같은 여러 분야에 응용되고 있다.
현대에는 원거리 통신 서비스에 대한 요구가 증가함에 따라 광통신 망과 함께 레이저 다이오드의 주요한 응용 분야 중의 하나인 광디스크 즉, 컴팩트 디스크 플레이어(Compact Disk Player) 및 컴팩트 디스크 재생/기록(Compact Disk Reading/Writing System)장치에서는 저 전류 발진이 가능하고 장시간 작동할 수 있는 우수한 특성을 갖는 레이저 다이오드가 요구되고 있다.
이와 같은 레이저 다이오드는 반도체 패키지로 구성되어 PCB 등에 장착되는 것으로서, 도 1에서 도시한 바와 종래의 반도체 레이저 다이오드 패키지는 금속판재로 이루어진 스템(10)의 상면에 렌즈(21)가 구비된 원통형 덮개(20)가 결합되고, 스템(10)에서 일체로 돌출된 히트싱크(11)에는 레이저빔을 照射(조사)하는 레이저 다이오드(12)가 고정되며, 레이저 다이오드(12)로부터 발산된 빔을 감지하는 포토 다이오드(13)가 레이저 다이오드(12)에 근접 설치되고, 스템(10)의 하부로는 레이저 다이오드(12) 및 포토 다이오드(13)와 접속되거나 접지를 위한 단자핀(14)들이 돌출 형성된 구성으로 되어 있다.
또한, 전술한 히트싱크(11)는 금속판재를 프레스로 성형하여 스템(10)을 형성할 때 일체로 돌출 형성되고, 내구성 및 제조비용을 감안하여 SPC와 같은 일반적인 금속으로 제조된다.
그러나, SPC와 같은 금속은 내구성이 뛰어난 반면 열전도율은 높지 않기 때문에 레이저 다이오드(12)가 레이저빔을 발산할 때 고열이 발생되면 열전도율이 낮은 히트싱크(11)로는 발산되는 고열을 스템(10)으로 신속하게 전달하여 방열(放熱)시킬 수 없었다.
이와 같이 히트싱크로 전도되는 고열이 신속하게 방열되지 않는 경우에는 반도체 레이저 다이오드의 특성이 저하되고 전체적인 수명이 단축되는 등의 폐단이 발생되었을 뿐 아니라 결국 기능성이 높은 고품질의 반도체를 제공할 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 스템(stem)의 상부로 돌출 형성되는 히트싱크가 열전도성이 양호한 동(銅)으로 구성되어 레이저 다이오드에서 발산되는 열을 금속판재로 이루어진 스템에 신속하게 전달하여 방열(放熱) 효과를 높여 줄 수 있는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템 및 그 제조방법을 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 금속판재로 이루어진 스템(10)의 상면에 렌즈(21)가 구비된 원통형 덮개(20)가 결합되고, 스템(10)에서 일체로 돌출된 히트싱크(11)에는 레이저 다이오드(12)가 고정되며, 레이저 다이오드(12)로부터 발산된 빔을 감지하는 포토 다이오드(13)가 레이저 다이오드(12)에 근접 설치되고, 스템(10)의 하부로는 레이저 다이오드(12) 및 포토 다이오드(13)와 접속되거나 접지를 위한 단자핀(14)들이 돌출 형성된 반도체 레이저 다이오드 패키지에 있어서, 상기 스템(10)에는 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)이 각각 형성되고, 결합공(15)에는 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)이 삽입되어 그 돌출부가 금형에 의하여 가압되며, 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15) 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정되고, 봉(11a)의 상부는 금형의 홈 형상으로 성형되어 스템(10)의 상부로 돌출되는 동(銅) 재질의 히트싱크(11)를 구성함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지는 도 4에서 도시한 바와 같이, 금속판재를 원판형으로 성형한 스템(10)의 상부에는 원통형 덮개(20)가 결합되어 있고, 덮개(20)에는 레이저빔 투과용 렌즈(21)가 구비되어 있다.
상기 스템(10)의 상부면에는 히트싱크(11)가 일체로 돌출 형성되어 있고, 히트싱크(11)에는 레이저 다이오드(12)가 고정되어 레이저빔을 照射(조사)할 수 있도록 되어 있으며, 레이저 다이오드(12)의 근접 부위에는 포토 다이오드(13)가 고정되어 레이저 다이오드(12)로부터 발산된 빔을 감지할 수 있도록 되어 있다.
상기 스템(10)의 하부로는 레이저 다이오드(12) 및 포토 다이오드(13)와 접속되거나 접지를 위한 3개의 단자핀(14)들이 각각 돌출 형성되어 있고, 각각의 단자핀(14)들은 금속 스템(10)에 뚫려진 삽입공(17)을 관통한 상태에서 절연체(14a)에 의하여 절연된다.
이러한, 종래의 반도체 레이저 다이오드(12)는 외부회로에서 각각의 단자핀(14)들을 통해 포토 다이오드(13)와 레이저 다이오드(12)에 베이스의 전압이 인가되면 레이저 다이오드(12)로부터 레이저빔이 조사(照射)됨과 동시에 포토 다이오드(13)는 이를 감지한다.
상기 포토 다이오드(13)에 의하여 감지된 신호(Signal)는 레이저 다이오드(12)에 인가되는 전압이 일정하도록 하는 피드백(Feed back) 신호와 레이저 다이오드(12)의 특성을 검사하는 신호로 사용된다.
상기 레이저 다이오드(12)로부터 발생된 레이저빔은 덮개(20)의 렌즈(21)를 통해 발산되며 레이저 다이오드(12)가 작동됨에 따라 발생되는 고열은 히트싱크(11)를 통해 금속 스템(10)으로 전달되어 방열된다.
물론, 전술한 구성으로 이루어진 반도체 레이저 다이오드(12)는 이미 알려진 공지의 기술사상이다. 그러나, 본 발명에 있어서 가장 중요한 특징은 상기 히트싱크(11)가 금속 스템(10)과는 다른 재질인 동(銅)으로 구성되어 레이저 다이오드(12)에서 발산하는 고열을 신속하게 금속 스템(10)으로 전달하여 방열시킬 수 있도록 함에 있는 것이다.
즉, 상기 히트싱크(11)는 순도(99.8％)가 높은 순수한 동(銅)으로 구성되어 열전도성이 매우 높은 재질로 이루어진 것이므로 레이저 다이오드(12)에서 발산되는 고열을 신속하게 금속 스템(10)으로 전달하여 방열시킬 수 있도록 되어 있다.
경우에 따라서는 동(銅) 재질에 다른 금속을 소량 첨가한 동(銅) 합금으로 히트싱크(11)를 구성하여 반도체의 종류에 따라 금속의 강도, 연성 및 전성 등을 적절하게 조절할 수 있는 것이므로 본 발명의 히트싱크(11)는 꼭 순수한 동(銅)에 국한되는 것은 아니다.
상기 히트싱크(11)는 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)을 스템(10)에 뚫려진 결합공(15)에 삽입 고정하여 견고하게 고정된다.
상기 스템(10)의 결합공(15)에 삽입된 동(銅) 재질의 봉(11a) 머리부가 스템(10)의 상부로 돌출되고, 이 돌출부를 프레스 등에 장치된 금형으로 가압시켜 봉(11a)을 압축시키면 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15) 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정된다.
또한, 봉(11a)의 상부는 금형의 홈 형상으로 성형되어 스템(10)의 상부로 돌출되고, 돌출된 머리는 동(銅) 재질의 히트싱크(11)를 구성할 수 있도록 되어 있다.
전술한 구성으로 이루어진 히트싱크(11)는 금속 스템(10)과는 다른 재질인 고 순도의 동(銅)으로 구성되어 레이저 다이오드(12)에서 발산하는 고열을 신속하게 금속 스템(10)으로 전달하여 방열시킬 수 있는 것이므로 전체적인 반도체의 방열 효과가 상승되어 열 방출 특성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 반도체의 수명을 상당기간 연장시킬 수 있는 것으로서 기능성이 향상된 고품질의 반도체 레이저 다이오드패키지를 제공할 수 있는 것이다.
특히, 상기 히트싱크(11)는 금속 스템(10)을 관통하여 밀착 삽입된 것이므로 전체적으로 동(銅)으로 이루어진 히트싱크(11)가 차지하는 면적이 넓은 상태에서 스템(10)과 접촉되어 방열 효과를 더욱 높여줄 수 있는 것이다.
더욱이 동(銅) 재질의 봉(11a)을 스템(10)에 뚫려진 결합공(15)에 삽입하여 프레스로 눌러 주기만 하면 동(銅)으로 이루어진 히트싱크(11)의 성형이 완료되는 것이므로 히트싱크(11)의 성형작업이 신속 간편하게 이루어지는 등의 이점이 있는 것이다.
한편, 상기 히트싱크(11)가 형성된 금속 스템(10)의 제조방법은, 금속판재를 프레스로 가공하여 외형을 성형하면서 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)을 형성하는 단계; 상기 금속판재에 수직으로 뚫려진 결합공(15)에 동(純銅)으로 이루어진 봉(11a)을 삽입하여 봉(11a)의 상부가 금속판재의 상부로 돌출되도록 하는 단계; 봉(11a)이 삽입된 금속판재를 평평한 하부금형(31) 위에 놓여지도록 하는 단계; 프레스에 장착된 상부금형(30)을 하강시켜 금속판재의 상부로 돌출된 봉(11a)을 가압하는 단계; 상기 가압단계에 의하여 봉(11a)의 돌출부가 금형에 의하여 가압되어 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정되고, 봉(11a)의 상부는 상부금형(30)의 홈(30a) 형상으로 성형되어 금속판재에 동(純銅) 재질의 히트싱크(11)가 형성된 스템(10)이 완성됨을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템의 제조방법에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
한편, 바람직하기는 상기 결합공(15)의 하부 주연부에는 모따기 가공된 걸림홈(15a)이 형성되어 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정될 때 상기 걸림홈(15a) 부위에 봉(11a)의 하부가 팽창되면서 밀착되어 동(銅) 재질의 히트싱크(11)가 스템(10)의 결합공(15)에 더욱 견고하게 고정되도록 할 수도 있다.
전술한, 히트싱크의 접합방법을 첨부된 도면에 의하여 자세하게 설명하면 다음과 같다. 도 5a와 도 6a에서 도시한 바와 같이, 일정 두께를 갖는 금속판재를 프레스로 펀칭하여 원반형을 이루도록 외형을 성형하면서 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)들을 각각 형성한다.
상기 금속판재를 펀칭하여 외형을 형성하는 공정과 결합공(15), 삽입공(17) 및 경사홈(16) 등을 형성하는 공정은 프레스에서 1번이 공정으로 일시에 형성할 수도 있고, 경우에 따라서는 연속적인 공정에 의하여 단계적으로 형성할 수 있는 것으로서 본 발명은 금속판재를 가공하는 공정의 수에 국한되는 것은 아니다.
이어서, 도 5b와 도 6b에서 도시한 바와 같이, 상기 금속판재에 수직으로 뚫려진 결합공(15)에 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)을 삽입하여 봉(11a)의 상부가 금속판재의 상부로 돌출되도록 하고, 봉(11a)이 삽입된 금속판재를 평평한 하부금형(31) 위에 놓여지도록 한다. 상기 하부금형(31)은 프레스의 정반에 고정되어 있고, 하부금형(31)의 상부면은 평평한 상태를 유지한다.
이어서, 도 5c에서 도시한 바와 같이, 프레스에 장착된 상부금형(30)을 하강시켜 금속판재의 상부로 돌출된 봉(11a)을 가압하여 봉(11a)을 압축시킨다. 상기 상부금형(30)은 프레스의 슬라이드에 장착되어 승강되고, 상부금형(30)에는 특정 형상의 홈(30a)이 형성되어 있다.
이와 같이 상부금형(30)이 하강되어 봉(11a)의 돌출부가 금형에 의하여 가압되면 도 5d에서 도시한 바와 같이, 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 밀착되면서 봉(11a)이 결합공(15) 내부에 견고하게 고정된다.
그리고, 6c에서 도시한 바와 같이 돌출된 봉(11a)의 상부는 상부금형(30)의 홈(30a) 형상으로 성형되어 금속판재에 동(銅) 재질의 히트싱크(11)가 형성된 스템(10)의 제조가 완료되는 것이다.
이때, 상기 결합공(15)의 하부 주연부에 모따기 가공된 걸림홈(15a)이 형성된 경우에는 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 밀착되면서 상기 걸림홈(15a) 부위에 봉(11a)의 하부가 팽창되면서 밀착되어 동(銅) 재질의 히트싱크(11)가 스템(10)의 결합공(15)에 더욱 견고하게 고정된다.
그리고, 도 5f와 도 6d에서 도시한 바와 같이 동(銅)으로 이루어진 히트싱크(11)에는 레이저 다이오드(12)를 고정시키고, 경사홈(16)에는 포토 다이오드(13)를 장착시킨 후 도 2에서 도시한 바와 같이 하여 스템(10)에 뚫려진 삽입공(17)들에 단자핀(14)들을 각각 삽입하여 절연체(14a)로 고정시키고, 단자핀(14)들과 포토 다이오드(13) 및 레이저 다이오드(12)를 와이어로 연결한 후 스템(10)의 상면에 원통형 덮개(20)를 고정시키면 반도체 레이저 다이오드 패키지가 완성되는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 스템(10)에는 스템(10)을 구성하는 금속판재와는 다른 재질인 고 순도의 동(銅)으로 이루어진 히트싱크(11)가 돌출형성되어 레이저 다이오드(12)에서 발산하는 고열을 신속하게 금속 스템(10)으로 전달하여 방열시킬 수 있는 것이므로 전체적인 반도체의 방열 효과가 상승되어 열 방출 특성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 반도체의 수명을 상당기간 연장시킬 수 있는 것으로서 기능성이 향상된 고품질의 반도체 레이저 다이오드 패키지를 제공할 수 있는 등의 이점이 있는 것이다.
또한, 동(純銅) 재질의 봉(11a)을 스템(10)에 뚫려진 결합공(15)에 삽입하여 프레스로 눌러 주기만 하면 동(銅)으로 이루어진 히트싱크(11)의 성형이 완료되는 것이므로 히트싱크(11)의 성형작업이 신속 간편하게 이루어지는 것이다.
도 1은 종래의 반도체 레이저 다이오드를 예시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예를 예시한 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예를 예시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예를 예시한 결합단면도,
도 5a∼도 5f는 본 발명에 의한 스템의 제조과정을 순차적으로 예시한 단면도,
도 6a∼도 6d는 본 발명에 의한 스템의 제조과정을 순차적으로 예시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 스템 11 : 히트싱크
11a : 봉 12 : 레이저 다이오드
13 : 포토 다이오드 14 : 단자핀
14a : 절연체 15 : 결합공
15a : 걸림홈 16 : 경사홈
17 : 삽입공 20 : 덮개
21 : 렌즈 30 : 상부금형
30a : 홈 31 : 하부금형

Claims (3)

  1. 금속판재로 이루어진 스템(10)의 상면에 렌즈(21)가 구비된 원통형 덮개(20)가 결합되고, 스템(10)에서 일체로 돌출된 히트싱크(11)에는 레이저 다이오드(12)가 고정되며, 레이저 다이오드(12)로부터 발산된 빔을 감지하는 포토 다이오드(13)가 레이저 다이오드(12)에 근접 설치되고, 스템(10)의 하부로는 레이저 다이오드(12) 및 포토 다이오드(13)와 접속되거나 접지를 위한 단자핀(14)들이 돌출 형성된 반도체 레이저 다이오드 패키지에 있어서,
    상기 스템(10)에는 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)이 각각 형성되고, 결합공(15)에는 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)이 삽입되어 그 돌출부가 금형에 의하여 가압되며, 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15) 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정되고, 봉(11a)의 상부는 금형의 홈 형상으로 성형되어 스템(10)의 상부로 돌출되는 동(純銅) 재질의 히트싱크(11)를 구성함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템.
  2. 금속판재를 프레스로 가공하여 외형을 성형하면서 히트싱크(11) 결합공(15), 단자핀(14) 삽입공(17) 및 포토 다이오드(13) 장착용 경사홈(16)을 형성하는 단계;
    상기 금속판재에 수직으로 뚫려진 결합공(15)에 동(銅)으로 이루어진 봉(11a)을 삽입하여 봉(11a)의 상부가 금속판재의 상부로 돌출되도록 하는 단계;
    봉(11a)이 삽입된 금속판재를 평평한 하부금형(31) 위에 놓여지도록 하는 단계;
    프레스에 장착된 상부금형(30)을 하강시켜 금속판재의 상부로 돌출된 봉(11a)의 머리부를 가압하는 단계;
    상기 가압단계에 의하여 봉(11a)의 돌출부가 금형에 의하여 가압되어 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정되고, 봉(11a)의 상부는 상부금형(30)의 홈(30a) 형상으로 성형되어 금속판재에 동(銅) 재질의 히트싱크(11)가 형성된 스템(10)이 완성됨을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 결합공(15)의 하부 주연부에는 모따기 가공된 걸림홈(15a)이 형성되어 봉(11a)이 압축되면서 결합공(15)의 내부에서 팽창되어 긴밀하게 고정될 때 상기 걸림홈(15a) 부위에 봉(11a)의 하부가 팽창되면서 밀착되어 동(銅) 재질의 히트싱크(11)가 스템(10)의 결합공(15)에 더욱 견고하게 고정될 수 있도록 함을 특징으로 하는 반도체 레이저 다이오드 패키지용 스템의 제조방법.
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