JP4031605B2

JP4031605B2 - サージ保護付き半導体レーザおよび光ピックアップ

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Publication number: JP4031605B2
Application number: JP2000069244A
Authority: JP
Inventors: 直太郎中田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: US20010024461A1; JP2001257411A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＬＢＰ（レーザビームプリンタ）、ＤＶＤ−ＲＯＭなどのピックアップ用光源に用いるのにとくに適した、半導体レーザおよびそれを用いた光ピックアップに関する。さらに詳しくは、レーザダイオードと並列にコンデンサが接続されることにより、レーザダイオードのサージに対する破壊耐量を向上させたサージ保護付き半導体レーザおよびそれを用いた光ピックアップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザをピックアップに装着する際、図５（ａ）に示されるように、可撓性基板３０の表面に設けられた配線のアノード配線３１とカソード配線（コモン）３２との間に積層セラミックコンデンサ３３が接続されており、半導体レーザ（図示せず）をマウントする際、またはその後の取扱い時に半導体レーザが静電気などのサージにより破壊されるのを防止する方策がとられている。なお、図５（ａ）で、２１、２２、２３は、たとえばキャンシール型の半導体レーザのピンを挿入して半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）をマウントすることができるように形成されたスルーホールで、それぞれアノード用、コモン用、モニタ受光用である。
【０００３】
従来のピックアップは、このようにフレキシブル基板３０（ピックアップがスライド動作をするため、このようなフレキシブル基板が必要）に、図５（ａ）に示されるように保護コンデンサ３３が取り付けられると共に、図５（ｂ）に示されるように、その端部側にショート用ハンダ付け端子３４が設けられ、そのハンダ付け端子３４にハンダ付けをして、予め両配線３１、３２をショートさせている。このショート用端子３４は、フレキシブル基板３０にＬＤをハンダ付けする際に、予め取り付けられている保護コンデンサの帯電を除くため、および受光素子、レンズアクチュエータ端子のハンダ付け作業の際に、フレキシブル基板３０が帯電物に触れ、ＬＤが破壊するのを防ぐためである。このショート端子３４のハンダ３５は、ピックアップにフレキシブル基板３０がハンダ付けされ、フレキシブル基板３０のコネクタ端子３６がコネクタに差し込まれた後に吸い取られ、ショートが解除される。
【０００４】
ピックアップの駆動回路がオンにされ、ディスク再生信号を測定し、モニタ用ホトダイオードの位置調整が終了し、ピックアップが完成する。このピックアップの組立後、フレキシブル基板３０のショート端子３４に再度ハンダ付けがなされ、ショートされた後、メカデッキ組立ラインに送られる。メカデッキ組立ラインでは、メカデッキにピックアップを取り付け、フレキシブル基板３０をコネクタに差し込んだ後、このショート用端子３４のハンダを再度吸い取り、信号再生テストが行われる。前述のショート用ハンダ付け端子に代えて、図５（ｂ）に示されるように、コネクタ端子３６をショートピン３７で挟んでショートする場合もある。
【０００５】
一方、たとえば特開平３−２８３４８２号公報にも示され、図６に示されるように、ＬＤチップ２５のすぐ近くにチップコンデンサ２６を配置して金線２７などのワイヤボンディングによりＬＤチップ２５と並列に接続したり、図示されていないが、ＬＤチップおよびそれに直列に接続されたインダクタンス素子と並列にチップコンデンサを接続した半導体レーザが示されている。なお、２８はヒートシンクである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフレキシブル基板に予めコンデンサを取り付けておく構造では、フレキシブル基板３０の保護用コンデンサ３３を取付ける場所と、実際のＬＤを取付ける場所とは、少なくともＬ＝２〜６ｍｍ程度は離れている。このフレキシブル基板の配線のインダクタンスは、フラットワイヤインダクタと見なされ、幅２００μｍ、厚さ１０μｍの一般的なフレキシブル基板配線では図７に示されるように、その長さが長くなるにつれてそのインダクタンスが大きくなる。そのため、保護用コンデンサ３３が設けられた場所よりもＬＤと反対側からサージが入る場合は充分にＬＤを保護することができるが、ＬＤに近い側からサージが入ったり、ＬＤの取り付けの際に、直接ＬＤのリードピンが静電気を帯電したものに触れたり、帯電した作業者がＬＤのリードピンに触れると、接触部に近いＬＤチップにサージが流れ込んで破壊するという問題がある。
【０００７】
さらに、フレキシブル基板に保護用コンデンサが取り付けられていても、その配線の端部側でＬＤのアノード配線とカソード配線とをショートしておかないと完全な保護をすることができず、非常に作業が煩わしくなるという問題がある。
【０００８】
また、図６に示されるように、保護用コンデンサをワイヤボンディングにより接続して内蔵した半導体レーザにすると、ワイヤによりインダクタンスが生じる。すなわち、リード付きコンデンサのインダクタンスをリードの長さを変えて測定した結果が、２ＭＨｚの場合Ａ、１０ＭＨｚの場合Ｂ、１００ＭＨｚの場合Ｃのそれぞれについて図８に示されるように、リード長が長くなるにつれてそのインダクタンスＬが大きくなる。後述するＥＩＡＪの２００ｐＦ、０Ωの耐圧試験を行うと、５〜１０ｎＨのインダクタンスがあると、そのコンデンサへ流れる電流は３０ｎｓの時間遅れが生じることが知られている。そのため、サージが入った場合に、先にＬＤチップ側に流れ込み、インダクタンスの大きい保護用コンデンサによっては充分にサージを吸収することができず、ＬＤチップを破壊するという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決し、組立段階での煩わしい作業をすることなく、しかもサージが入った場合には、半導体レーザチップに達する前に必ず保護用コンデンサにより吸収することができるような構造のサージ保護付き半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は、この半導体レーザを用いた光ピックアップおよび光ディスク再生装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるサージ保護付き半導体レーザは、複数本のリードがそれぞれ電気的に絶縁して上下に延びるように固定されるステムと、該ステムの一方側における前記複数のリードの２本に、そのアノードおよびカソードが少なくとも一方はワイヤを介して電気的に接続されるレーザチップと、該レーザチップのアノードおよびカソードの一方に接続されるリードの前記一方側に設けられ、該アノードまたはカソードとワイヤを介して接続されるインダクタンス素子と、前記レーザチップの周囲を被覆するキャップと、前記ステムの他方側の前記レーザチップのアノードおよびカソードが接続される２本のリード間にワイヤを介さないで直接導電剤により接着されるチップコンデンサとからなっている。
【００１２】
ここに直接導電剤により接着とは、ハンダや導電性接着剤などのインダクタンスの生じにくい導電性材料により接着されることを意味する。
【００１３】
この構造にすることにより、半導体レーザのリードに直接保護用のチップコンデンサがワイヤを介さないで直接接続されているため、そのインダクタンスは２ｎＨ以下と小さくなり、静電気などのサージが直接半導体レーザのリードに印加されても、時間遅れなくその電荷をコンデンサにより吸収することができる。しかも、レーザチップはステムのリードや金線などのワイヤを介して接続されているため、リードの外部端子からレーザチップまでの間にインダクタンスが形成され、サージなどの電荷はレーザチップ側には進みにくく（時間遅れが生じ）、保護用のチップコンデンサにより吸収されやすい。すなわち、保護用コンデンサが、サージが印加し得る場所の半導体レーザに一番近いと共に、レーザチップからは最も離れた場所に接続されているため、敢えてインダクタンス素子を接続しなくても、リードに印加し得るサージは保護用コンデンサによりすべて吸収され、レーザチップが保護される。
【００１４】
前記チップコンデンサの容量が０ . ４７μＦ以上で、前記インダクタンス素子のインダクタンスが５〜１００ｎＨであることにより、より一層レーザチップが保護される。
【００１５】
本発明による半導体レーザの他の形態は、少なくとも２本のリードと、該２本のリードの一端部側にそのアノードおよびカソードが電気的に接続されるレーザチップと、該レーザチップからの光を出射し得るように前記レーザチップの周囲を被覆し、前記少なくとも２本のリードの他端部側を露出させる被覆部とを有し、前記アノードおよびカソードの少なくとも一方と、該一方が接続される前記リードとの間にインダクタンス素子がワイヤを介して直列に接続され、かつ、前記レーザチップから前記インダクタンス素子よりも遠い位置で、前記被覆部内での前記アノードおよびカソードがそれぞれ接続されるリード間にチップコンデンサがワイヤを介しないで導電剤により直接接続されている。
【００１６】
ここに被覆部とは、キャンシールのようにステム上に被せられるキャップや樹脂によりレーザチップなどの一部を被覆するようなパッケージなどを含む意味である。また、インダクタンス素子とは、通常のワイヤよりは単位長さあたりで大きなインダクタンスを生じる素子を意味する。
【００１７】
このような構造にしても、保護用のチップコンデンサがワイヤを介して接続されていないため、２ｎＨ以下の非常に小さいインダクタンスにより接続され、僅かなインダクタンスを有する小さなインダクタンス素子をレーザチップ側に接続するだけで、保護用コンデンサとレーザチップ側へのインダクタンス差を充分に確保することができ、レーザチップをサージから保護することができる。
【００１８】
前記チップコンデンサが、該コンデンサが接続される２本のリード間で、インダクタンスが２ｎＨ（ナノヘンリー）以下になるように形成されれば、サージによる電荷を殆どコンデンサにより吸収することができ、レーザチップを保護することができる。
【００１９】
本発明による光ピックアップは、半導体レーザと、該半導体レーザから出射する光と反射して戻る光とを分離するビームスプリッタと、光ディスク上に前記半導体レーザからのビームの焦点を結ばせる対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を前記ビームスプリッタにより分離して検出する光検出器とからなり、前記半導体レーザが請求項１または３記載の半導体レーザからなっている。
【００２０】
本発明による光ディスク再生装置は、前記光ピックアップにディスク回転装置および該光ピックアップを移動するスライダ機構がさらに設けられることにより構成されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。本発明の半導体レーザは、図１にその一実施形態の説明図が斜視図およびキャップを取り除いた状態の側面図で示されるように、複数本のリード１１〜１３がそれぞれ電気的に絶縁して上下に延びるように固定されてステム１が形成されている。そのステム１の一方側にレーザチップ２が設けられ、そのアノードおよびカソードが少なくとも一方はワイヤ８を介して２本のリード１１、１２に電気的に接続され、レーザチップ２の周囲がキャップ４により被覆されている。そして、ステム１の他方側（キャップ４により覆われないで露出する側）におけるレーザチップ２のアノードおよびカソードが接続される２本のリード１１、１２間にワイヤを介さないで、チップコンデンサ３が直接導電剤により接着されている。
【００２２】
レーザチップ２は、従来と同様のたとえばＡｌＧａＡｓ系化合物半導体のダブルヘテロ構造からなり、図示されていないシリコンサブマウントなどを介して、ヒートシンクとなり、コモンリード１２と電気的に接続される台座１４にマウントされている。なお、図１（ｂ）において、７はモニター用の受光素子である。この例では、レーザチップ２の一方のアノード電極が金線などのワイヤ８を介して、第１のリード１１と電気的に接続されており、カソード電極は台座１４を介してリード１２と電気的に接続されている。なお、リード１３には、モニター用受光素子７の一方の電極がワイヤ８により電気的に接続されている。
【００２３】
図１（ａ）に示されるように、キャップ４が被されるのと反対側のリード１１、１２の間にチップ型積層セラミックコンデンサ３が、リードなどを介さないでハンダ付けなどにより直接接続されている。この積層セラミックコンデンサは、その容量が、後述するように、０.５μＦ以上のものが好ましく、また、リード付きではなく、チップ状のものを直接リードに接着するのが好ましい。チップコンデンサ３をキャップ４内に設けないで、外付けにする理由は、キャップ４内に直接サージが印加される虞れはなく、サージが印加されるのは、リード１１、１２を介してであり、サージが印加し得る一番レーザチップ２に近い側という点と、レーザチップ２からサージの印加側にできるだけ離れた位置という点からである。
【００２４】
このように配置することにより、印加され得るサージは、必ず直ちに保護用のチップコンデンサ３に流れ込み、レーザチップ２には流れ込むのに時間遅れが生じる。その結果、レーザチップ２にはサージが流れ込まないで保護される。
【００２５】
この構造で、コンデンサ３の容量、およびリード付きコンデンサおよびチップ型コンデンサの種類を変えて耐圧試験を行い、何Ｖまでのサージに絶えられるかを調べた。コンデンサの種類は、リード付き（リードの長さ５ｍｍ）０.０１μＦ、リード付き０.１μＦ、チップ型０.１μＦ、チップ型０.４７μＦ、チップ型１μＦ、チップ型２.２μＦの６種類と、コンデンサを接続しないものとで調べた。耐圧試験の方法は、ＥＩＡＪの２００ｐＦ、０Ω法（２００ｐＦのコンデンサを検査する電圧で充電し、その充電されたコンデンサを、負荷抵抗のない（０Ω）ＬＤのリード間に接続した場合に、動作電流がサージ印加前の値に比べ１０ｍＡ上昇するサージ電圧値により、レーザチップの破壊を判定する方法）により調べた結果を、図２に平均値Ｐ、最大値Ｑ、最小値Ｒにより示す。
【００２６】
図２から明らかなように、コンデンサを接続しないものやリード付きコンデンサを装着したものでは、充分な耐圧の向上を図れないが、チップコンデンサを直付けしたものは、大幅に向上し、チップコンデンサの容量が０.４７μＦ以上になると、平均で５０００Ｖ以上に向上した。すなわち、０.４７μＦ以上のチップ型コンデンサを半導体レーザのリードの外側に直付けすることにより、サージに対して非常に耐性が強くなることが分る。なお、従来のコンデンサなしでは２５０Ｖで破壊するものが、２.２μＦのチップコンデンサを直付けしたものは、最大で６５００Ｖまで耐圧が向上した。図２からも明らかなように、保護用コンデンサの容量は大きいほど好ましいが、容量が大きくなると外形も大きくなり、必要な耐性とスペースとの関係で選択される。図２から０.５μＦ以上あることが好ましいが、０.４μＦ以上あれば従来構造より遥かに耐圧が向上する。
【００２７】
本発明によれば、半導体レーザのリードで、サージが入り得る露出部で本体に一番近いところ、かつ、レーザチップに一番遠いところに、しかも、インダクタンスが生じないようにワイヤを用いないで直付けにより保護用のチップコンデンサが取り付けられている。その結果、外部から半導体レーザのリードに直接、または他の配線を介してサージが印加しても、レーザチップは保護用のチップコンデンサが取り付けられた位置からさらにリードおよびワイヤなどを経て接続されているため、インダクタンスが５〜１０ｎＨはあり、前述の試験法では、３０ｎｓ以上の時間遅れが生じ、チップコンデンサにサージが吸収されて、レーザチップが破壊することがない。そのため、半導体レーザのフレキシブル基板などへの取付け時や、組立工程の途中での運搬時などにおいても、フレキシブル基板などに帯電したサージによりレーザチップが破壊されることがなくなり、取扱いが非常に容易になると共に、信頼性が大幅に向上する。
【００２８】
前述の例は、チップコンデンサの位置からレーザチップまでのリードやワイヤによるインダクタンスを利用しており、保護用のチップコンデンサを直付けすることにより、通常の半導体レーザではレーザチップを保護するインダクタンスを充分に確保することができるが、さらに安全を期するためにレーザチップとリードとの間にインダクタンス素子を直列に接続することもできる。インダクタンス素子としては、５〜１００ｎＨ程度の僅かのインダクタンスを生じればよく、たとえばチップインダクタなどの小形素子を使用することができる。
【００２９】
図３は、他の実施形態である平面実装型の半導体レーザを示す平面説明図で、この例は、たとえばレーザチップからの光の透過部を除いて樹脂などにより保護する被覆部（図示せず）が設けられる構造であり、その被覆部で覆われる部分にチップ型コンデンサ３が設けられる例である。この場合、レーザチップ２とリード１１とをワイヤ８で接続する部分にインダクタンス素子５を介在させることにより、チップコンデンサ３が前述のように、リード１１、１２と直付けされているため、レーザチップ２側でのインダクタンスを相対的に充分に稼ぐことができ、レーザチップ２を充分に保護することができる。この場合もインダクタンス素子５としては、せいぜい５〜１００ｎＨ程度あればよく、たとえばチップインダクタなどを使用することができる。なお、図３で図１と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
チップコンデンサ３として、０.１μＦの小型のものを使用し、１００ｎＨのインダクタンス素子５を用いた結果、前述の例の２.２μＦのコンデンサを用いたのと同様の６５００Ｖの耐サージ特性が得られた。また、この構造にすることにより、保護用コンデンサが被覆部内に内蔵されているため、外部で邪魔になることもなく、非常に取扱いやすく信頼性の向上する半導体レーザになる。なお、図３に示される例は、平面実装型の例で、被覆部を樹脂により被覆する例であったが、この例に限らず、前述のようなステムを使用するものにも同様に適用することができる。
【００３１】
図４に、図１に示される半導体レーザを用いたピックアップの一例の構成説明図が示されている。すなわち、図４（ａ）に示されるように、ボディの一壁面に取り付けられたフレキシブル基板３０のスルーホールに図１に示される半導体レーザ５０のリード１１、１２、１３が挿入されてハンダ付けされている。半導体レーザ５０はボディ４０内に入っており、そのリード１１、１２の根元にチップコンデンサ３が接続されている（図４（ａ）において、破線によりコンデンサ記号で示されている）。なお、３８は半導体レーザの出力を一定に調整するためのボリュームを示しており、図示しない他の必要な部品が搭載されると共に、配線が設けられており、フレキシブル基板３０の他端部にコネクタ端子３６が形成されており、電源や信号などを供給できる構造になっている。
【００３２】
ボディ４０の中には、図４（ｂ）に、たとえば３ビーム法の構成説明図が示されるように、半導体レーザ５０が横向きに配置され、半導体レーザ５０からの光を回折格子５１により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°ビームを曲げて（ｚ軸方向にして）対物レンズ５５によりＤＶＤやＣＤなどの光ディスク５６の表面に焦点を結ばせる。そして、光ディスク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、コリメータレンズと対物レンズを一体化し、１枚のレンズにした有限系対物レンズを用いた光ピックアップもある。この対物レンズはフォーカスサーボ機構、トラッキング機構を有するアクチュエータにより、ディスク上読出位置の最適位置が保たれる。
【００３３】
このボディ４０に取り付けられた金具４１またはボディ４０に直接設けられたガイド溝４２、４３によりスライドできるようにピックアップが保持され、図示しない光ディスクの載置台や回転機構、光ピックアップを移動するスライダ機構などが設けられることにより、光ディスク再生装置が構成され、フレキシブル基板の可撓性により光ピックアップをスライドさせ、トラッキングサーボやフォーカスサーボを行いながら信号の検出を行える構造になっている。このような光ピックアップや光ディスク再生装置を製造する段階においても、半導体レーザが静電気などにより破損することは解消され、取扱いが容易になると共に、非常に信頼性が向上する。
【００３４】
図４に示される例では、半導体レーザが図１に示される構造の例であったが、図３に示される構造の半導体レーザでも同様に光ピックアップおよび光ディスク再生装置を構成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、チップコンデンサをリードに直付けすることにより、保護用のコンデンサへのインダクタンスを小さくすることができ、また、レーザチップ側のワイヤボンディングによりコンデンサに対するインダクタンスの差を形成することができるため、非常に簡単な構成により、サージに対して非常に耐性の強い半導体レーザが得られる。また、半導体レーザ自身に保護用のコンデンサが装着されているため、フレキシブル基板などに予め保護用コンデンサを装着する必要がなく、フレキシブル基板などへの組立や、組立工程での運搬などにおいても、非常に取扱いが容易になり、作業の大幅な簡略化がなされると共に信頼性が非常に向上する。
【００３６】
また、本発明によれば、光ピックアップや光ディスク再生装置の製造段階において、半導体レーザの破損に過剰な神経を使う必要がなくなり、製造コストを下げることができると共に、その信頼性が非常に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザの一実施形態の構造を示す説明図である。
【図２】図１の半導体レーザにおいて、保護用コンデンサを種々変えたときの耐圧特性を示す図である。
【図３】本発明による半導体レーザの他の実施形態を示す説明図である。
【図４】図１に示される半導体レーザを用いて光ピックアップを構成した例の説明図である。
【図５】従来のＣＤなどに用いられるフレキシブル基板への半導体レーザの実装例を示す説明図である。
【図６】従来の半導体レーザに保護用コンデンサが設けらる構造の説明図である。
【図７】フレキシブル基板の配線の長さによるインダクタンスの変化を示す図である。
【図８】リード付きコンデンサのリード長によるインダクタンスの変化を示す図である。
【符号の説明】
１ステム
２レーザチップ
３チップコンデンサ
５インダクタンス素子
８ワイヤ
１１リード
１２コモンリード

Claims

複数本のリードがそれぞれ電気的に絶縁して上下に延びるように固定されるステムと、該ステムの一方側における前記複数のリードの２本に、そのアノードおよびカソードが少なくとも一方はワイヤを介して電気的に接続されるレーザチップと、該レーザチップのアノードおよびカソードの一方に接続されるリードの前記一方側に設けられ、該アノードまたはカソードとワイヤを介して接続されるインダクタンス素子と、前記レーザチップの周囲を被覆するキャップと、前記ステムの他方側の前記レーザチップのアノードおよびカソードが接続される２本のリード間にワイヤを介さないで直接導電剤により接着されるチップコンデンサとからなる半導体レーザ。
前記チップコンデンサの容量が０ . ４７μＦ以上で、前記インダクタンス素子のインダクタンスが５〜１００ｎＨである請求項１記載の半導体レーザ。
少なくとも２本のリードと、該２本のリードの一端部側にそのアノードおよびカソードが電気的に接続されるレーザチップと、該レーザチップからの光を出射し得るように前記レーザチップの周囲を被覆し、前記少なくとも２本のリードの他端部側を露出させる被覆部とを有し、前記アノードおよびカソードの少なくとも一方と、該一方が接続される前記リードとの間にインダクタンス素子がワイヤを介して直列に接続され、かつ、前記レーザチップから前記インダクタンス素子よりも遠い位置で、前記被覆部内での前記アノードおよびカソードがそれぞれ接続されるリード間にチップコンデンサがワイヤを介しないで導電剤により直接接続されてなる半導体レーザ。
前記チップコンデンサが、該コンデンサが接続される２本のリード間で、インダクタンスが２ｎＨ以下になるように形成されてなる請求項１、２または３記載の半導体レーザ。
半導体レーザと、該半導体レーザから出射する光と反射して戻る光とを分離するビームスプリッタと、光ディスク上に前記半導体レーザからのビームの焦点を結ばせる対物レンズと、前記光ディスクからの反射光を前記ビームスプリッタにより分離して検出する光検出器とからなり、前記半導体レーザが請求項１または３記載の半導体レーザである光ピックアップ。
請求項５記載の光ピックアップにディスク回転装置および該光ピックアップを移動するスライダ機構がさらに設けられてなる光ディスク再生装置。