JP5206399B2

JP5206399B2 - レーザ装置及びその製造方法

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Publication number: JP5206399B2
Application number: JP2008329680A
Authority: JP
Inventors: 純司藤野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: CN101764351B; US20100165597A1; CN101764351A; JP2010153569A; US8159835B2

Description

本発明は、放熱性の良い安価なレーザ装置及びその製造方法に関するものである。

リードフレームを封止したモールド樹脂に凹部を形成し、この凹部内にレーザ素子及びサブマウントを搭載したレーザ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。従来のレーザ装置では、レーザ素子やサブマウントは、リードフレームのダイパッド部に搭載され、ワイヤボンドにより内部リードと電気的に接続されている。

特許３９７３３４８号公報

従来のレーザ装置では、ダイパッド部を経由してレーザ素子の熱を裏面へ放熱するために、厚いＣｕリードフレームを用いる必要がある。また、ワイヤボンドを実施するために、内部リードの最表面に、比較的厚いＡｕめっきを行う必要がある。近年のＡｕやＣｕの高騰に伴い、これらのＣｕリードフレームやＡｕめっきのコストが大きくなっている。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は放熱性の良い安価なレーザ装置及びその製造方法を得るものである。

第１の発明は、第１の外部リードと、前記第１の外部リードに接続された第１の内部リードとを有するリードフレームと、上面を有し、前記第１の外部リードを封止せずに前記第１の内部リードを封止し、前記上面において前記第１の内部リードの一部を露出させているモールド樹脂と、互いに対向する搭載面と裏面を有し、前記搭載面は前記モールド樹脂の前記上面と向かい合わせになっており、前記裏面は前記モールド樹脂に覆われていないサブマウントと、前記サブマウントの前記搭載面に搭載され、前記第１の内部リードの露出した部分に接続されたレーザ素子とを備え、前記リードフレームは、第２の外部リードと、前記第２の外部リードに接続された第２の内部リードとを更に有し、前記サブマウントの前記搭載面に配線パターンが形成され、前記レーザ素子は前記配線パターンに接続され、前記モールド樹脂は、前記第２の外部リードを封止せずに前記第２の内部リードを封止し、前記上面において前記第２の内部リードの一部を露出させ、前記配線パターンの一部と前記第２の内部リードの露出した部分は、互いに対向し、第２の導電性材料を介して接合されていることを特徴とするレーザ装置である。

第２の発明は、第１の外部リードと、前記第１の外部リードに接続された第１の内部リードと、第２の外部リードと、前記第２の外部リードに接続された第２の内部リードとを有するリードフレームを形成する工程と、モールド樹脂により前記第１の外部リードを封止せずに前記第１の内部リードを封止し、前記第２の外部リードを封止せずに前記第２の内部リードを封止し、前記モールド樹脂の前記上面において前記第１の内部リードの一部と前記第２の内部リードの一部を露出させる工程と、互いに対向する搭載面と裏面を有するサブマウントの前記搭載面にレーザ素子を搭載する工程と、前記サブマウントの前記搭載面に配線パターンを形成する工程と、前記レーザ素子を前記配線パターンに接続する工程と、前記レーザ素子を搭載した前記サブマウントの前記搭載面を前記モールド樹脂の前記上面と向かい合わせにし、前記サブマウントの前記裏面が前記モールド樹脂に覆われない状態で、前記レーザ素子の一部と前記第１の内部リードの露出した部分を互いに対向させて第１の導電性材料を介して接合させ、前記配線パターンの一部と前記第２の内部リードの露出した部分を互いに対向させて第２の導電性材料を介して接合させる工程とを備え、前記レーザ素子と前記第１の内部リードを接合させる前に、前記レーザ素子の一部に前記第１の導電性材料を予め供給しておき、前記配線パターンと前記第２の内部リードを接合させる前に、前記配線パターンの一部に前記第２の導電性材料を予め供給しておくことを特徴とするレーザ装置の製造方法である。

本発明により、放熱性の良い安価なレーザ装置及びその製造方法を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ装置を示す斜視図であり、図２は図１の破線で囲った部分を拡大した図である。図３は図１，２のＡ−Ａ´における断面図、図４は図１，２のＢ−Ｂ´における断面図、図５は図１，２のＣ−Ｃ´における断面図である。

図６は、実施の形態１に係るリードフレームを示す斜視図である。リードフレーム１０は、外部リード１２（第１の外部リード）と、外部リード１２に接続された内部リード１４（第１の内部リード）と、外部リード１６（第２の外部リード）と、外部リード１６に接続された内部リード１８（第２の内部リード）と、フレーム２０と、フレーム２０に接続された放熱用フィン２２とを有する。なお、リードフレーム１０は、安価な薄い４２アロイ合金（例えば厚さ０．１５ｍｍ）をプレス加工などによって成型したものである。リードフレーム１０の表面にＡｇめっきが形成されている。

モールド樹脂２４は、内部リード１４，１８及びフレーム２０を封止する。ただし、外部リード１２，１６は封止しない。また、モールド樹脂２４の上面２４ａに凹部２６が形成されている。この上面２４ａの凹部２６において内部リード１４，１８の一部及びフレーム２０の一部が露出している。モールド樹脂２４の凹部２６内に突起２８が形成され、凹部２６の端部に切り欠き３０が形成されている。

図７は、実施の形態１に係るサブマウントを示す斜視図である。サブマウント３２は、互いに対向する搭載面３２ａと裏面３２ｂを有する。サブマウント３２の搭載面３２ａに配線パターン３４，３６が形成されている。レーザ素子３８は、サブマウント３２の搭載面３２ａに搭載され、ＡｕＳｎはんだ（融点２８０℃）などで配線パターン３４に接続されている。

露出したサブマウント３２の裏面３２ｂに、めっきやろう付けによって、放熱性に優れた厚さ１０μｍ以上、例えば２００μｍのＣｕ膜４０（金属膜）が形成されている。最表面はＮｉ／Ａｕめっきされている。

モールド樹脂２４の凹部２６に、予め接合されたレーザ素子３８とサブマウント３２がうつぶせに搭載されている。即ち、サブマウント３２の搭載面３２ａはモールド樹脂２４の上面２４ａと向かい合わせになり、レーザ素子３８及びサブマウント３２は凹部２６に収容されている。ただし、サブマウント３２の裏面３２ｂはモールド樹脂２４に覆われていない。この状態で、レーザ素子３８の一部と内部リード１４の露出した部分は、互いに対向し、ＳｎＡｇＣｕ半田４２（第１の導電性材料）を介して接合されている。配線パターン３４の一部と内部リード１８の露出した部分は、互いに対向し、ＳｎＡｇＣｕ半田４４（第２の導電性材料）を介して接合されている。フレーム２０の一部は、サブマウント３２の搭載面３２ａの配線パターン３６にＳｎＡｇＣｕ半田４６を介して接合されている。

上記のレーザ装置の製造方法について説明する。まず、図６に示すようなリードフレーム１０を形成する。このリードフレーム１０には、曲げ加工によってレーザ素子３８やサブマウント３２の厚さに応じた段差を形成する。次に、モールド樹脂２４により内部リード１４，１８及びフレーム２０を封止する。ただし、外部リード１２，１６は封止しない。また、モールド樹脂２４の上面２４ａに凹部２６を形成し、この上面２４ａの凹部２６において内部リード１４，１８の一部及びフレーム２０の一部を露出させる。

次に、図７に示すようにサブマウント３２の搭載面３２ａに配線パターン３４，３６を形成する。そして、レーザ素子３８をサブマウント３２の搭載面３２ａに搭載し、配線パターン３４に接続する。

次に、レーザ素子３８の一部にＳｎＡｇＣｕ半田４２を、配線パターン３４の一部にＳｎＡｇＣｕ半田４４、サブマウント３２の配線パターン３６にＳｎＡｇＣｕ半田４６をそれぞれ予め蒸着などで供給しておく。

次に、レーザ素子３８を搭載したサブマウント３２の搭載面３２ａをモールド樹脂２４の上面２４ａと向かい合わせにする。そして、レーザ素子３８の一部と内部リード１４の露出した部分を互いに対向させ、ＳｎＡｇＣｕ半田４２を介して接合させる。配線パターン３４の一部と内部リード１８の露出した部分を互いに対向させ、ＳｎＡｇＣｕ半田４４を介して接合させる。配線パターン３６とフレーム２０の一部を互いに対向させ、ＳｎＡｇＣｕ半田４６を介して接合させる。以上の工程により本実施の形態に係るレーザ装置が製造される。

本実施の形態では、サブマウント３２の搭載面３２ａにレーザ素子３８が搭載され、その搭載面３２ａに対向する裏面３２ｂがモールド樹脂２４に覆われずに露出している。このため、リードフレーム１０を経由せずにレーザ素子３８の熱を放熱することができる。従って、高価な厚いＣｕリードフレームを用いなくてもよいので、製造コストを削減することができる。また、熱抵抗の小さい放熱経路を確保することができるため、高出力のレーザ素子３８で発生した大きな熱も良好に放熱することができる。よって、放熱性の良い安価なレーザ装置を得ることができる。

また、レーザ素子３８の一部と内部リード１４の露出した部分は、互いに対向し、半田や導電性接着剤などのＳｎＡｇＣｕ半田４２を介して接合されている。そして、配線パターン３４の一部と内部リード１８の露出した部分は、互いに対向し、ＳｎＡｇＣｕ半田４４を介して接合されている。従って、ワイヤボンドが不要であるため、内部リード１４及び内部リード１８にＡｕめっきなど高価な表面処理を行う必要がない。よって、製造コストを更に削減することができる。

また、レーザ素子３８が搭載されたサブマウント３２の搭載面３２ａに、フレーム２０を介して放熱用フィン２２が接続されている。これにより、従来は放熱に利用されていなかったサブマウント３２の搭載面３２ａを有効に活用し、高い放熱性を得ることができる。

また、モールド樹脂２４に凹部２６を形成することで、レーザ素子３８及びサブマウント３２の位置決め搭載が容易になる。そして、搭載後のレーザ素子３８及びサブマウント３２の保護も可能となる。

また、モールド樹脂２４の凹部２６内にレーザ素子３８に接する突起２８が形成されている。はんだ接続のための加熱時に突起２８を熱変形させることで、突起２８によりレーザ素子３８を拘束する。これにより、接合強度を向上させ、信頼性を高めることができる。なお、突起２８がサブマウント３２を拘束するようにしてもよい。

また、レーザ素子３８と内部リード１４を接合させる前に、レーザ素子３８の一部にＳｎＡｇＣｕ半田４２を予め供給しておくことにより、搭載加熱時にＳｎＡｇＣｕ半田４２が溶融して簡単に両者を接合させることができる。よって、高い生産性を確保することができる。同様に、配線パターン３４と内部リード１８を接合させる前に、配線パターン３４の一部にＳｎＡｇＣｕ半田４４を予め供給しておくことにより、同様の効果を得ることができる。ＳｎＡｇＣｕ半田４２，４４の代わりに、導電性接着剤、導電性接着フィルム、Ａｕスタッドバンプなどを用いることができる。

また、露出したサブマウント３２の裏面３２ｂのみにＣｕ膜４０を形成することで、Ｃｕの使用量を最小限に抑えつつ高い放熱性を確保することができる。

実施の形態２．
図８〜１０は、実施の形態２に係るレーザ装置を示す断面図である。この図８〜１０は実施の形態１の図３〜５にそれぞれ対応する断面図である。

露出したサブマウント３２の裏面３２ｂに、実施の形態１のＣｕ膜４０の代わりに、リードフレーム１０とは別部材からなるＣｕ板４８（金属板）がＡｇろうやＴｉろうにより接合されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

これにより、Ｃｕの使用量を最小限に抑えつつ高い放熱性を確保することができる。なお、４２アロイのリードフレーム１０とＣｕ板４８の接合には、半田付け、溶接、接着剤などを用いることができる。

実施の形態３．
図１１〜１３は、実施の形態３に係るレーザ装置を示す断面図である。この図１１〜１３は実施の形態１の図３〜５にそれぞれ対応する断面図である。Ｃｕ板４８（金属板）が放熱用フィン２２の側面に接続されている。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、更に高い放熱性を確保することができる。

実施の形態４．
図１４〜１６は、実施の形態４に係るレーザ装置を示す断面図である。この図１４〜１６は実施の形態１の図３〜５にそれぞれ対応する断面図である。Ｃｕ板４８が放熱用フィン２２の上面に接続されている。その他の構成は実施の形態３と同様であり、実施の形態４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
図１７〜１９は、実施の形態５に係るレーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。この図１７〜１９は実施の形態１の図３〜５にそれぞれ対応する断面図である。

モールド樹脂２４に、上面２４ａと対向する下面２４ｂから内部リード１４まで達する開口５０（第１の開口）、下面２４ｂから内部リード１８まで達する開口５２（第２の開口）、下面２４ｂからフレーム２０まで達する開口５４を形成する。そして、レーザ素子３８と内部リード１４を接合させる際に、開口５０に通した金属針５６により内部リード１４を変形させてレーザ素子３８に押し付ける。同様に、配線パターン３４と内部リード１８を接合させる際に、開口５２に通した金属針５６により内部リード１８を変形させて配線パターン３４に押し付ける。そして、配線パターン３６とフレーム２０を接合させる際に、開口５４に通した金属針５６によりフレーム２０を変形させて配線パターン３６に押し付ける。

これにより、製造時の寸法誤差を吸収して、レーザ素子３８と内部リード１４、配線パターン３４と内部リード１８、配線パターン３６とフレーム２０をそれぞれ良好に接続することができる。さらに、金属針５６を通じて超音波を印加すれば、Ａｕスタッドバンプなどを用いた接合も可能となる。

実施の形態６．
図２０は、実施の形態６に係るレーザ装置を示す斜視図である。従来のレーザ装置と同様に、レーザ素子３８と内部リード１４、サブマウント３２上の配線パターン３４と内部リード１８は、それぞれワイヤ５８を介して接続されている。ただし、実施の形態１と同様に、放熱が必要なサブマウント３２の直下のみにＣｕ板４８を配置し、それ以外は安価な薄い４２アロイからなるリードフレーム１０を用いている。これにより、放熱性の良い安価なレーザ装置を得ることができる。

実施の形態１に係るレーザ装置を示す斜視図である。図１の破線で囲った部分を拡大した図である。図１，２のＡ−Ａ´における断面図である。図１，２のＢ−Ｂ´における断面図である。図１，２のＣ−Ｃ´における断面図である。実施の形態１に係るリードフレームを示す斜視図である。実施の形態１に係るサブマウントを示す斜視図である。実施の形態２に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態２に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態２に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態３に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態３に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態３に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態４に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態４に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態４に係るレーザ装置を示す断面図である。実施の形態５に係るレーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。実施の形態５に係るレーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。実施の形態５に係るレーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。実施の形態６に係るレーザ装置を示す斜視図である。

符号の説明

１０リードフレーム
１２外部リード（第１の外部リード）
１４内部リード（第１の内部リード）
１６外部リード（第２の外部リード）
１８内部リード（第２の内部リード）
２０フレーム
２２放熱用フィン
２４モールド樹脂
２４ａ上面
２６凹部
２８突起
３２サブマウント
３２ａ搭載面
３２ｂ裏面
３４配線パターン
３８レーザ素子
４２ＳｎＡｇＣｕ半田（第１の導電性材料）
４４ＳｎＡｇＣｕ半田（第２の導電性材料）
４０Ｃｕ膜（金属膜）
４８Ｃｕ板（金属板）
５０開口（第１の開口）
５２開口（第２の開口）
５６金属針（針）

Claims

第１の外部リードと、前記第１の外部リードに接続された第１の内部リードとを有するリードフレームと、
上面を有し、前記第１の外部リードを封止せずに前記第１の内部リードを封止し、前記上面において前記第１の内部リードの一部を露出させているモールド樹脂と、
互いに対向する搭載面と裏面を有し、前記搭載面は前記モールド樹脂の前記上面と向かい合わせになっており、前記裏面は前記モールド樹脂に覆われていないサブマウントと、
前記サブマウントの前記搭載面に搭載され、前記第１の内部リードの露出した部分に接続されたレーザ素子とを備え、
前記リードフレームは、第２の外部リードと、前記第２の外部リードに接続された第２の内部リードとを更に有し、
前記サブマウントの前記搭載面に配線パターンが形成され、
前記レーザ素子は前記配線パターンに接続され、
前記モールド樹脂は、前記第２の外部リードを封止せずに前記第２の内部リードを封止し、前記上面において前記第２の内部リードの一部を露出させ、
前記配線パターンの一部と前記第２の内部リードの露出した部分は、互いに対向し、第２の導電性材料を介して接合されていることを特徴とするレーザ装置。
前記レーザ素子の一部と前記第１の内部リードの露出した部分は、互いに対向し、第１の導電性材料を介して接合されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
前記リードフレームは、フレームと、前記フレームに接続された放熱用フィンとを更に有し、
前記フレームの一部は、前記モールド樹脂の前記上面において露出し、前記サブマウントの前記搭載面に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
前記サブマウントの前記裏面に形成された厚さ１０μｍ以上の金属膜を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ装置。
前記サブマウントの前記裏面に接合され、前記リードフレームとは別部材からなる金属板を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のレーザ装置。
前記サブマウントの前記裏面に接合され、前記リードフレームとは別部材からなる金属板を更に備え、
前記金属板は前記放熱用フィンに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
前記モールド樹脂の前記上面に凹部が形成され、
前記凹部において前記第１の内部リードの一部が露出され、
前記レーザ素子及び前記サブマウントは前記凹部に収容されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のレーザ装置。
前記モールド樹脂の前記凹部内に前記レーザ素子又は前記サブマウントを拘束する突起が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ装置。
第１の外部リードと、前記第１の外部リードに接続された第１の内部リードと、第２の外部リードと、前記第２の外部リードに接続された第２の内部リードとを有するリードフレームを形成する工程と、
モールド樹脂により前記第１の外部リードを封止せずに前記第１の内部リードを封止し、前記第２の外部リードを封止せずに前記第２の内部リードを封止し、前記モールド樹脂の前記上面において前記第１の内部リードの一部と前記第２の内部リードの一部を露出させる工程と、
互いに対向する搭載面と裏面を有するサブマウントの前記搭載面にレーザ素子を搭載する工程と、
前記サブマウントの前記搭載面に配線パターンを形成する工程と、
前記レーザ素子を前記配線パターンに接続する工程と、
前記レーザ素子を搭載した前記サブマウントの前記搭載面を前記モールド樹脂の前記上面と向かい合わせにし、前記サブマウントの前記裏面が前記モールド樹脂に覆われない状態で、前記レーザ素子の一部と前記第１の内部リードの露出した部分を互いに対向させて第１の導電性材料を介して接合させ、前記配線パターンの一部と前記第２の内部リードの露出した部分を互いに対向させて第２の導電性材料を介して接合させる工程とを備え、
前記レーザ素子と前記第１の内部リードを接合させる前に、前記レーザ素子の一部に前記第１の導電性材料を予め供給しておき、
前記配線パターンと前記第２の内部リードを接合させる前に、前記配線パターンの一部に前記第２の導電性材料を予め供給しておくことを特徴とするレーザ装置の製造方法。
前記モールド樹脂に、前記上面と対向する面から前記第１の内部リードまで達する第１の開口を形成し、
前記レーザ素子と前記第１の内部リードを接合させる際に、前記第１の開口に通した針により前記第１の内部リードを変形させて前記レーザ素子に押し付けることを特徴とする請求項９に記載のレーザ装置の製造方法。
前記モールド樹脂に、前記上面と対向する面から前記第２の内部リードまで達する第２の開口を形成し、
前記配線パターンと前記第２の内部リードを接合させる際に、前記第２の開口に通した針により前記第２の内部リードを変形させて前記配線パターンに押し付けることを特徴とする請求項９又は１０に記載のレーザ装置の製造方法。