专利名称：模制半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明是涉及具有特别适用于CD、DVD(数据多用途盘digitalversatile disk)、DVD-ROM、可写入数据的CD-R/RW等的拾取用光源的，小型且能够廉价制造的结构的半导体激光器。进一步详细地讲，是涉及不是历来的覆盖金属罩的罐(can)型，而是通过形成树脂的封装(package)可得到廉价且能够补正像散的结构的模制半导体激光器。
背景技术：
历来的CD用拾取器等中所使用、能够防止像散的心柱(stem)型的半导体激光器，具有如图6所示的结构。就是说，将铁等金属材料由冷锻法成形，使基底21的中心部的一部分抬起形成热沉部22，使用由玻璃26将导线23、25固定的心柱20，激光器片(laser chip)31通过由硅基板等所构成的副底座(submount)34而安装于该热沉部22，一侧的电极(片31的背面侧)通过副底座34的中继部38由电线33与导线23相电气连接，另一侧的电极通过电线33连接于副底座34，通过其背面，经热沉部22和基底21，与共通导线24相电气连接。
还有，32是监控用受光元件，一侧的电极通过电线33与导线25，另一侧的电极通过副底座34、热沉部22及基底21，与共通导线24分别相电气连接。而且，其周围被罩35所覆盖，在罩35的顶部中央设置有使激光器片31所发出的光透过的贯通孔35a，由接合剂(低熔点玻璃)37密封玻璃板36。如图6所示，该罩35的顶部被切割为斜面，使得在激光器片31的半导体层叠层面(x-y面)内既定厚度的玻璃板36对于激光束的方向不是90度，而是以既定的角度倾斜配置，由此发生与激光器片31内产生的像散同量反向的像散，从而对像散进行补正。上述方法已为人所知，例如可以参照特公平5-6261号公报(图2)。
另一方面，如图7所示，例如在特开2001-284695号公报中表示了，对CD用光盘系统中使用的半导体激光器，使用导线框41，由下模42a与上模42b形成封装42，在其光射出面上形成光隔离器43的结构。在图7中，44是副底座，45是激光器片，46是树脂模(resin mould)的开口部。
如上所述，历来的CD、DVD等的拾取器中所使用的半导体激光器，是使用罐(can)结构的封装为主流，为了补正半导体激光器一侧的像散，必须将圆筒状罩成形为切割成斜面的特殊形状。在这样的罐型结构中，必须使用冷锻的高价心柱，同时，为了补正像散，还必须将圆筒状的罩成形为切断成斜面的特殊形状，存在有价格非常高的问题。特别是，为了补正像散，必须根据激光器片所发出的激光的像散而对激光射出方向的角度及平行透明板的厚度进行严密的设定，不仅是罩的成形，而且对罩的焊接时的旋转等也必须注意，这会使成本大大增加。而且，在罐型结构中，由于部件数目的增多，工序也增多，必须使用难度高的手法，还存在有成品率下降等问题。
另一方面，在使用导线框的结构，即称为导线框结构的装置中，例如如图7所示，虽然有在模塑树脂(mould resin)的端面贴敷光隔离物的结构，但是如果单配置透明板，或配置圆偏光板(光隔离物)，即使树脂的端面不是平面而稍有倾斜也不会有影响，但由上模塑树脂与下模塑树脂，成形的树脂端面不能完全一致，在分界面会产生台阶，在该端面上贴敷的圆偏光板等会发生倾斜，为了进行上述像散的补正，必须对平行透明板进行严格的配置，也就是，平行透明板为既定的厚度，且对于激光器片的半导体叠层面为直角，对于激光束的轴向为从90度倾斜既定的角度，但是，贴敷于上模塑树脂与下模塑树脂的结构，存在有不能得到所希望的特性的问题。
发明内容
本发明是基于上述状况而提出，其目的在于，提供一种不是罐型结构，而是使用导线框与模塑树脂等的廉价结构的，并能够可靠地补正半导体激光一侧的像散的结构的，CD及DVD等光盘所使用的半导体激光器。
本发明的模制半导体激光器，具有由板状的导线框所形成的压料垫(die pad)及多条导线，由一体保持该压料垫及多条导线的模塑树脂所构成的封装(package)，在所述压料垫上通过副底座而安装的激光器片，以及在该激光器片射出面的前方所设置的平行透明板，该封装至少具有将所述压料垫及多条导线的下面作为分界线，由该分界线将所述导线的上面侧覆盖的上部模塑树脂部，在该上部模塑树脂部上形成向着与所述激光器片的激光射出方向相平行的方向延伸、且夹持所述激光器片在其两侧形成的比所述激光器片的射出面更向前方延伸的两个框体侧壁，在这两个框体侧壁上，为了不与所述激光束的激光射出方向相垂直、而是以补正像散的既定角度配置所述透明板的狭缝构成以下结构，即，该狭缝从所述框体侧壁的上面侧的深度比所述激光器片的下面(激光器片的副底座侧的面)要深，且仅形成于所述上模塑树脂部，在该狭缝内固定有所述平行透明板。
这里所谓上面及下面，是以压料垫的结合(bounding)有激光器片的一侧的面为上面，相反的一侧为下面，而且，所谓前方，意味着从激光器片射出利用的激光束的行进方向。而且，所谓透明板，意味着即使不是完全透明，只要是能够无障碍地透过光的板即可，包含半透明等材料，所谓平行透明板，意味着一面与和它相对的另一面大致平行的板。
根据这样的结构，若在模塑树脂的两框体侧壁上形成狭缝，在该狭缝内插入固定平行透明板，则由于是平行透明板与激光束的射出方向呈既定的角度而形成狭缝，所以平行透明板的设置非常容易，同时，该狭缝的角度由模具所正确地固定，所以能够将插入到狭缝的平行透明板对于激光束的射出方向以所希望的角度正确地设置。而且，由于狭缝是不跨越分界线而仅形成于上部模塑树脂部，所以不会由上下模具的偏差而产生台阶。其结果是，仅靠将平行透明板插入狭缝内，即能够以非常正确的角度设置平行透明板，能够以非常廉价的帧激光(frame laser)而得到补正像散的高性能半导体激光器。
所述封装，夹持所述分界线具有所述上部模塑树脂部与下部模塑树脂部，并该封装具有外形实质上为圆形状的本体部，以及设置于该本体部的中心部侧、向所述激光束射出方向延伸的所述两个框体侧壁。这里所谓的实质上的圆形状中包括如图1b所示即使一部分形成切口及凹部的形状但大体为圆的形状。
所述封装也能够采用仅由所述上部模塑树脂部所构成、所述狭缝不贯通所述上部模塑树脂部的结构。根据这样的结构，由于压料垫的背面不被树脂覆盖而能够露出，所以能够与放热板相接触，即使是高能量的半导体激光器，也能够很好地放热，高度维持元件特性，同时，由于狭缝是比激光器片的下面形成得深且不贯通，所以能够在不遮断激光束并补正像散的同时，将平行透明板插入，仅由黏结剂就能够简单地固定。
通过去除所述狭缝前方的所述框体侧壁，能够采取在所述框体侧壁的前端部所形成的由所述狭缝的一壁面与底面所构成的台阶上，固定所述平行透明板的结构。即使在这样的结构中，台阶也与上述狭缝同样，能够由成型模具正确地决定位置，可以不插入平行透明板，仅把平行透明板接触黏附固定于台阶上即可，虽然用于固定接合的黏结部分增多，但由于将黏结剂与正面接触并装载在台阶部分上涂敷即可，所以能够顺利地将平行透明板固定，同时，还能够缩短半导体激光器的长度，有助于小型化。
图1A～1B是表示本发明的模制半导体激光器的一个实施形式的结构的主视及俯视说明图。
图2是表示图1的半导体激光器中所使用的导线框体的说明图。
图3A～3B是由平行透明板能够补正像散的原理说明图。
图4A～4B是表示本发明中半导体激光器的其它实施形式的说明图。
图5是表示本发明中半导体激光器的另一其它实施形式的说明图。
图6是历来的由罐型补正像散的例的半导体激光器的说明图。
图7是历来的由树脂模所形成的半导体激光器的说明图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的模制半导体激光器的实施方式加以说明。本发明的模制半导体激光器的一个实施形式的主视及俯视说明图分别示于图1A～1B。如图所示，由板状的导线框体1所形成的压料垫11a及多条导线11～13一体保持于由模塑树脂构成的封装2。在压料垫11a上，通过副底座3安装有激光器片4。而且，在激光器片4的射出面D的前方固定有不与激光束的射出方向C垂直、以补正像散的既定角度θ、使平行透明板7形成于封装2的狭缝23、24。还有，θ是平行透明板7对于与激光束的射出方向C垂直的面所成的角度，即平行透明板7的法线方向与激光束的射出方向C所成的角度。
而且，封装2至少有以压料垫11a及多条导线11～13的下面为分界线A、由该分界线A将导线11～13的上面侧B覆盖的上部模塑树脂部20a，在上部模塑树脂部20a上，至少有在与激光器片4的激光束射出方向C平行延伸、且在夹持激光器片4的两侧、比激光器片4的射出面向前方延伸的两个框体侧壁211a、212a，在这两个框体侧壁211a、212a上，形成从所述框体侧壁的上面侧比所述激光器片的下面要深、进而希望比压料垫11a的上面更深，且仅形成于所述上模塑树脂部20a的所述狭缝23、24，在该狭缝23、24内固定有平行透明板7。
如图2所示，导线框体1是例如将由42合金或铜构成的厚度为0.4mm左右的板材冲裁成形而形成的，在侧轨17上固定第一到第三导线11～13，在第一导线11的前端部形成压料垫11a，在第二、第三导线12、13的前端部分别形成引线接合部12a、13a，多个该组合相连接。如图1所示，在该导线框体1上组装有激光器片4等，封装2形成之后，各导线11～13从侧轨17切割分离，分离为各个半导体激光器。还有，18是指示孔。
在该例中，激光器片为一个波长用，包含监控用受光元件5的导线是由三条导线所形成，但在如后面叙述的图5所示的例，例如在使用两个波长用的激光器片4的情况下，可以由4条导线构成如图1所示形状封装2。导线框体1所形成的导线的数目，可以根据激光器片4及受光元件5而自由地设定。
激光器片4，例如可以形成由AlGaAs系、InGaAlP系、或GaN系等化合物半导体所构成的通常的双异质结构，其大小是，CD用约为250μm×250μm；DVD用约为250μm×500μm；CD-R/RW用约为250μm×800μm。它们非常小，为了容易操作，通常是结合于由大小约为0.8mm×1mm的硅基板或AlN(氮化铝)等所构成的副底座3上。而且，如图1A所示，一侧的电极由金线6等引线接合而连接于副底座3，从其背面由导电性黏结剂等通过压料垫11a连接于第一导线11，另一侧的电极(背面电极)通过副底座3上的连接部3a由金线6等引线接合而连接于第二导线12。
而且，用于监视激光器片4的发光输出的受光元件5也同样设置于副底座3，其一侧的电极通过副底座3及压料垫11a等而连接于第一导线11，另一侧的电极则通过金线6等的引线接合而直接电气连接于第三导线13。还有，该受光元件5也可以设置在与副底座3不同的地方，在不需要受光元件5的情况下，也可以没有受光元件5。
封装2是即使第一到第三导线11～13从导线框体1分离，也将它们很好地固定而不零散，且可靠地保持激光器片4等的各电极与导线11～13的连接用的，是由传递模塑等树脂成形而形成。在图1所示的例中，由于形成了与历来的密封外壳封装相似的结构，因此封装2具有与心柱(stem)部及其周围的罩部相当的本体部22(22a、22b)，同时，由保护激光器片4侧面的框体21所构成的模塑树脂所形成。在本发明中，为了形成该模塑树脂，是在导线框体1的下面设置模具分割面(分界线)A，形成覆盖上面侧及下面侧两方的上部模塑树脂部20a与下部模塑树脂部20b，在上部模塑树脂部20a中包含框体侧壁211a、212a与上部本体部22a，在下部膜树脂部20b中包含框体底面212b与下部本体部22b。
还有，本体部22形成相当于历来的心柱(stem)的大体圆形状，由固定导线的部分与设置于该激光器片4一侧、激光器片4的上面侧开口、其余部分形成外形大体为圆形状的裙部(skirt)所构成，与历来的罩型半导体激光器同样，在本体部22的下面侧形成对位用的切口部25。
框体侧壁211a、212a，向着与激光器片4的激光束射出方向相平行的方向延伸，且夹持激光器片4，在两侧按照比激光器片射出面D更向前方延伸的方式，形成两个，在这两个框体侧壁211a、212a上分别形成狭缝23、24。该狭缝23、24是用于插入后述的平行透明板7，在两个框体侧壁上形成的狭缝23、24是在直线上连续形成，同时，各自的狭缝23、24距框体侧壁211a、212a的上面侧的深度比激光器片4的下面深，优选比压料垫(die pad)11a的上面深，且狭缝23、24仅形成于上部模塑树脂部20a。
狭缝23、24，如图1A所示，两个狭缝23、24的连接方向不是与激光束的射出方向C成直角，而是对于直角面的角度θ，即连接狭缝23、24的面的法线方向与射出方向C所成的角度，形成后述的既定的角度，同时，设狭缝23、24的底面与分界线A的距离为x，导线框体1(压料垫11a)的厚度为T，副底座3的厚度为S时，分别形成框体侧壁211a、212a，使该狭缝23、24的深度为0≤x≤T+S，更希望为0≤x≤T。也就是说，狭缝23、24在压料垫11a的表面形成或形成至比其更下面，且仅在上部模塑树脂部20a形成，使插入到狭缝23、24的平行透明板7将从激光器片4射出的激光束的前面完全覆盖。
至下部模塑树脂部20b形成狭缝23、24时，必须在模具的上型与下型双方上形成用于狭缝的突起部，这是由于模具的上型与下型不完全一致，在狭缝上产生台阶，插入平行透明板7时不能插入，而扩大狭缝的宽度插入时，又有产生其角度失常的可能性。
而且，狭缝23、24的宽度形成为，与平行透明板7的厚度几乎相同，能够间隙很小地插入平行透明板7。这是由于间隙大时，插入平行透明板7时倾斜角θ容易发生变化。实际上，是形成比平行透明板7的厚度大30～50μm的宽度。
该狭缝23、24是通过在由模塑树脂成形时的模具上形成突起部而形成，所以能够由模具而正确地形成突起部的方向、厚度与高度，由模具的精度能够形成狭缝23、24的角度、宽度、及深度。其结果，能够以非常高的精度形成狭缝23、24的角度、宽度、及深度。
平行透明板7例如可以由玻璃板、塑料板等透光或半透光(半透明)的平行板所构成。该平行透明板7插入在所述框体侧壁上形成的狭缝23、24中，其上部例如由紫外线硬化树脂等容易固化的黏结剂8而固定于框体侧壁211a、212a。
该平行透明板7是为了补正激光器片4所发生的像散而设置，如图3A所示，在通过平行透明板7的倾斜，以光束方向径的两端部不同的距离入射到平行透明板7的情况下，由于平行透明板7的折射，会使聚光点位置发生偏差，相对于此，如图3B所示，在与光束的所述方向呈直角的方向，以光束径的两端相同的距离入射到平行透明板7的一侧，聚光点位置不发生偏差，而是原封不动地聚光，所以能够补正像散。由于从图3A可知，在设平行透明板7的法线与光轴所成的角度为θ、厚度为t、折射率为n时，像散的补正量As可由下面的式(1)而求出，所以如果知道了预先设计的激光器片4的像散量，则能够通过设定平行透明板7的材质(折射率)、厚度及倾斜角θ，使其值与式(1)一致，就能够补正像散。
As=tn2-sin2θ[n2cos2θn2-sin2θ-1]---(1)]]>根据本发明的半导体激光器，在由导线框体与模塑树脂所组成的封装而构成光盘的拾取用中所使用的激光光源的同时，还能够得到补正像散结构的半导体激光器。而且，由于插入平行透明板的狭缝仅在封装的上部模塑树脂部形成，而不跨越下部模塑树脂而形成，所以不会形成狭缝的台阶，能够以非常正确的角度配置平行透明板。其结果是，能够得到模塑树脂型半导体激光器的非常廉价的结构，同时，能够得到补正像散的高性能半导体激光器。还有，由于激光器片的像散能够由该设计而大体一定，所以对于该激光器片利用形成既定的宽度、既定的角度的狭缝的模具，形成封装，就能够批量生产性能非常稳定的半导体激光器。
在上述的例中，是狭缝23、24比框体侧壁211a、212a的前端部更在本体部22一侧所形成，如果形成这样的狭缝形式，则由于将平行透明板7插入仅固定上部即可，所以容易安装。但是，在要求长度等小型化的半导体激光器的情况下，如图4A所示，也可以没有比狭缝23、24前方的框体侧壁211a、212a。在这种情况下，框体侧壁212a的狭缝部分的IVB-IVB截面说明图如图4B所示，也可以是在框体侧壁211a、212a的前端部形成台阶26的形状。当然，该台阶26是上述仅去除了狭缝前端部的形状，其底面比激光器片4下面，优选比压料垫11a的上面更深，且未插入到下部注塑树脂21b，从压料垫下面的距离x，而且，壁面(框体侧的前端面)形成所述既定的角度θ。在图4B中，平行透明板7(框体底面21b)的倾斜面与截面是作为非截面图与非截面图而放大表示。
根据这样的结构，不可能插入平行透明板7从上部由黏结剂固定，虽然有必要推压至端面由黏结剂8进行接合，但由于仅靠推压也能够由框体侧壁121a、122a正确形成所希望的角度，所以能够与上述实施形式同样以正确的角度安装平行透明板7，且能够达到长度缩短的小型化。
图5是表示本发明中模塑型半导体激光器的另一其它实施形式的立体说明图。该例是仅在导线框体的一侧面形成封装2，同时，激光器片4是两波长的脉动(pulsation)型的例。为此，在形成4条导线的同时，压料垫11a与各导线11～14的背面(图的背面侧)向外部露出。也就是说，不存在下部模塑树脂部，仅由上部模塑树脂部20a所构成，封装2的下面成为分界线A。而且，在该例中，上部模塑树脂部20a也没有本体部，是平坦的封装，仅由框体侧壁211a、212a与框体固定部213a所形成，框体侧壁211a、212a从激光器片4的两侧比压料垫11a更向前方突出。还有，在图5所示的例中，框体侧壁211a、212a的前端部侧的厚度形成得较薄，但也可以与框体固定部213a形成同样的厚度。
在该例中，由于没有下部模塑树脂，所以狭缝23、24的深度不是形成到上部模塑树脂部20a的下面，而是在狭缝23、24的底与下面之间残留厚度仅为x的树脂，形成狭缝23、24。如上所述，由于狭缝23、24必须形成得在激光器片4的下面或比其深，所以如果导线框体的厚度为T，副底座3的厚度为S，则在该底面侧残留的树脂厚度x形成为，满足0＜x≤T+S，优选满足0＜x≤T。该下限具有能够保持平行透明板7的机械强度即可。这是由于如果能够保持，即使机械强度不那么高，但由于插入平行透明板7之后由黏结剂8进行固定，从而能够由黏结剂而得到机械强度。
在该例中，如上所述，由于激光器片4形成为两波长发光用，所以分别形成使各自的发光部独立动作的导线，新设置与第二波长的发光部相连接的导线14，由引线接合与激光器片4相连接，其余的结构与图1所示的例相同，特别是关于框体侧壁211a、212a上所设置的狭缝23、24以及平行透明板7的配置，与上述例相同，同样的部分都赋予同样的符号，其说明予以省略。还有，在该例中，也可以不设置狭缝23、24，而是切去狭缝23、24前方的框体侧壁211a、212a，取代狭缝而在前端部形成台阶，关于这一点也与上述相同。
而且，通过形成图5所示的平坦的封装、仅有上部模塑树脂的结构，能够使压料垫的背面侧露出，提高其放热特性，更好是两波长的脉动型。但是，也可以如图1所示，使激光器片4为一波长用，由3条导线的结构构成平坦的封装，进而形成只有使背面露出的上部模塑树脂的结构。即使是一波长用激光器片4，在输出大的情况下，从放热的观点看，也优选背面露出的结构。
根据本发明，由于在由树脂模塑构成的同时，能够在激光器片的前方将平行透明板对于激光束的射出方向以既定的角度而正确地配置，所以能够正确地补正像散。其结果是，能够取代历来的将金属制的罩斜面切断，或必须有使用心柱的复杂工序而非常高价的盖型半导体激光器，能够将1/3左右非常廉价的半导体激光器作为CD及DVD用等光源而使用，对光盘系统的成本下降做出大的贡献。
权利要求
1.一种模制半导体激光器，其特征在于具有由板状的导线框所形成的压料垫及多条导线，由一体保持该压料垫及多条导线的模塑树脂所构成的封装，在所述压料垫上通过副底座而安装的激光器片，以及在该激光器片射出面的前方所设置的平行透明板；该封装至少具有将所述压料垫及多条导线的下面作为分界线，由该分界线将所述导线的上面侧覆盖的上部模塑树脂部，在该上部模塑树脂部上形成向着与所述激光器片的激光束射出方向相平行的方向延伸、且在夹持所述激光器片的两侧、比该激光器片的射出面更向前方延伸的两个框体侧壁，在这两个框体侧壁上，形成不与所述激光束射出方向相垂直、而是以补正像散的既定角度配置所述透明板的狭缝，该狭缝从所述框体侧壁的上面侧的深度比所述激光器片的下面要深，且仅形成于所述上部模塑树脂部，在该狭缝内固定所述平行透明板。
2.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于所述封装夹隔着所述分界线具有所述上部模塑树脂部与下部模塑树脂部，该封装具有外形实质上为圆形的本体部，与设置于该本体部的中心部侧、且向所述激光束射出方向延伸的所述两个框体侧部。
3.根据权利要求2所述的模制半导体激光器，其特征在于所述本体部具有固定导线的底面，以及所述激光器片的上面侧开口、开口以外的部分形成外形大体为圆形形状的裙部。
4.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于设所述狭缝的底面与分界线的距离为x，所述压料垫的厚度为T，所述副底座的厚度为S时，该狭缝的深度按0≤x≤T+S设定。
5.根据权利要求4所述的模制半导体激光器，其特征在于所述狭缝的深度按0≤x≤T设定。
6.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于所述狭缝的宽度形成为比平行透明板的厚度大30～50μm的宽度。
7.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于所述激光器片是两波长的脉动型激光器片。
8.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于所述封装是仅由所述上部模塑树脂部所构成的平坦的封装，所述狭缝形成为不贯通所述上部模塑树脂部。
9.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于设所述狭缝的底面与分界线的距离为x，所述压料垫的厚度为T，所述副底座的厚度为S时，所述狭缝的深度按0＜x≤T+S而设定。
10.根据权利要求9所述的模制半导体激光器，其特征在于所述狭缝的深度按0＜x≤T而设定。
11.根据权利要求1所述的模制半导体激光器，其特征在于通过去除所述狭缝前方的所述框体侧壁，而在所述框体侧壁的前端部所形成的由所述狭缝的一壁面与底面所构成的台阶上，固定有所述平行透明板。
全文摘要
一种模制半导体激光器，在压料垫上安装激光器片，由封装固定各导线。封装以压料垫的下面作为分界线(A)，在覆盖上面侧(B)的上部模塑树脂部，形成向着与激光器片的激光束射出方向(C)相平行的方向上延伸，且在夹持激光器片的两侧、比激光器片的射出面(D)向前方延伸的两个框体侧壁。在这两个框体侧壁上，不与所述激光束射出方向相垂直、而是以补正像散的即定角度形成狭缝，在该狭缝内固定有所述平行透明板(7)。根据本发明，得到能够可靠地进行像散补正的，不具有罐型结构，而具有使用导线框体与模塑树脂的廉价结构的CD及DVD用等光盘用半导体激光器。
文档编号H01S3/04GK1574520SQ20041004920
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月2日 优先权日2003年6月2日
发明者山本刚司 申请人:罗姆股份有限公司