專利名稱：：半導(dǎo)體激光器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及在光拾取器等中使用的引線框型的半導(dǎo)體激光器或者在引線框上包含半導(dǎo)體激光器芯片的安裝了各種光學(xué)部件的集成單元中的散熱性的改善。當(dāng)半導(dǎo)體激光器的溫度上升時(shí)，壽命急劇變短，這是公知的。一般，溫度每上升10℃，壽命減少一半。為此，在對周圍溫度進(jìn)行考慮的同時(shí)，研究其自身的發(fā)熱、散熱問題是非常重要的。現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器，如圖1所示的那樣，在金屬制的管座1上安裝未圖示的激光器芯片，在其上通過熔接(密封)安裝設(shè)有玻璃窗3a的金屬帽3。但是，由于該管座型激光器10的部件材料和安裝費(fèi)用較高，為了取代其，制造了所謂的引線框型激光器20。該引線框型激光器20大致由以下部分所構(gòu)成引線框6，將鍍鎳磷青銅薄板沖壓成預(yù)定形狀而形成；在應(yīng)放置半導(dǎo)體激光器芯片2的部位上，由給半導(dǎo)體激光器芯片2供電的引線4和用于把引線框型激光器20整體安裝在殼體(規(guī)定引線框型激光器20和物鏡的相對位置的殼體)上的板狀的翅片5組成；樹脂封裝7，注入成型以便于整體支撐該引線框6；半導(dǎo)體激光器芯片2，通過銀漿料等固定在引線框6的預(yù)定位置上。最近，如圖3所示的那樣，制造出了通過除激光器芯片外把多個(gè)光學(xué)部件裝配在引線框上來謀求小型化·低廉化的集成單元。圖3是分離全息元件16來進(jìn)行表示的集成單元30的透視圖。半導(dǎo)體激光器芯片2通過子支架11、光電二極管12安裝在引線框13上。而且，引線框13由樹脂封裝14所包封。16是全息元件，在其兩面上形成光柵16a和全息照相底片16b。而且，如公知的那樣，把從半導(dǎo)體激光器芯片2發(fā)射出并由微鏡15反射的激光束分成為三條光束(實(shí)線箭頭)，同時(shí)，把由未圖示的光盤所反射的激光引導(dǎo)到形成在光電二極管12上的感光傳感器中，由此，來得到跟蹤信號和聚焦信號。在圖3中，雖然是把全息元件16與樹脂封裝14分離來進(jìn)行表示，但是，實(shí)際上，全息元件16被粘接在樹脂封裝14上，是在半導(dǎo)體激光器芯片2和微鏡15等密封的狀態(tài)下使用的。在現(xiàn)有的管座型激光器10的情況下，由于管座1是金屬的，熱傳導(dǎo)率良好，散熱設(shè)計(jì)容易。例如，通過在支撐物鏡和反射鏡等的未圖示的金屬制的光學(xué)基座上接觸安裝管座型激光器10的管座1，金屬制的光學(xué)基座起到散熱器的作用，從管座1到光學(xué)基座的熱阻(每1瓦特的溫度上升)為20℃／W的程度。在通常的CD用的光拾取器中所使用的激光器的情況下，其輸出為0．1W左右，因此，溫度上升為2℃左右，沒有大問題。與此相反，在引線框型的情況下，通常，由熱傳導(dǎo)率較低的樹脂材料所包封，安裝是通過該樹脂成型部分來實(shí)現(xiàn)。由此，由半導(dǎo)體激光器芯片2產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到引線框的樹脂材料中的熱傳導(dǎo)率較小，即使散熱器安裝在該樹脂部分上，也不能希望有較大的散熱效果。因此，即使在與上述管座型激光器10的情況相同安裝在金屬制的光學(xué)基座上的情況下，即使引線框6以后的熱阻為200℃／W左右，同樣使激光器的輸出為0．1W，溫度也會(huì)上升20℃，則壽命惡化到1／4以下。這樣，引線框型激光器以及集成單元由熱傳導(dǎo)率較低的樹脂材料所包封，向光學(xué)基座等其他部件的安裝通常是通過該樹脂成型部來進(jìn)行安裝，因此，在樹脂部中熱的傳導(dǎo)惡化，即使在樹脂上安裝散熱器，也不能具有希望的散熱效果。其中，對圖3的集成單元30設(shè)定熱模型，對其散熱過程參照圖4至圖6來進(jìn)行研究。圖6是表示圖3的集成單元30的熱模型的圖。該圖是按1～11的編號順序來表示從作為發(fā)熱源的半導(dǎo)體激光器芯片2至樹脂封裝14的熱的傳導(dǎo)路徑的模式圖。圖4是橫軸為熱傳導(dǎo)方向、縱軸為熱傳導(dǎo)可能量(W／m℃)的曲線圖，圖5是橫軸為熱傳導(dǎo)方向、縱軸為散熱可能量(W／s℃)的曲線圖。在圖4和圖5中，在橫軸上的1、6、8、10、11分別表示半導(dǎo)體激光器芯片2、子支架11、光電二極管12、引線框13、樹脂封裝14。在圖6中，在半導(dǎo)體激光器芯片2與子支架11之間插入非常薄的Au膜、Sn膜等，在子支架11與光電二極管12之間以及光電二極管12與引線框13之間分別插入銀漿料膜，但是，在圖4和圖5中，為了簡化而省略了它們來表示。在圖5中，各個(gè)豎條中的陰影部分表示由輻射所產(chǎn)生的散熱，沒有陰影的部分表示由自然對流所產(chǎn)生的散熱。如從圖5所看到的那樣，最大的散熱是來自樹脂封裝14的輻射和對流所產(chǎn)生的部分。另一方面，若參照圖4，可以看出向該樹脂封裝14的熱傳導(dǎo)可能量變小。這樣，即使在外部安裝散熱器的情況下，由于是通過該樹脂封裝14而安裝的，則不可能有散熱器的效果。由于以上理由，在現(xiàn)有技術(shù)中，用樹脂包封的引線框的激光器裝置散熱困難。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，采用了這樣的措施通過提高激光器本身的效率來減少耗電量，來使自己發(fā)熱變少，但是，該方法在激光器的設(shè)計(jì)上是困難的，同時(shí)，還要考慮高輸出激光器的要求，不言而喻，存在限制。鑒于上述問題，本發(fā)明的第一方案提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，至少在引線框上安裝半導(dǎo)體激光器芯片，通過樹脂材料來密封該引線框，其特征在于，在該樹脂材料中混合了熱傳導(dǎo)率高的絕緣性材料的顆粒。本發(fā)明的第二方案提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，上述第一方案所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該熱傳導(dǎo)率高的絕緣性材料的顆粒為金屬氧化物。本發(fā)明的第三方案提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，上述第一或第二方案所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該樹脂材料為熱塑性樹脂。本發(fā)明的第四方案提供一種半導(dǎo)體激光器裝置，上述第三方案所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該熱塑性樹脂是PPS。本發(fā)明的這些和其他的目的、優(yōu)點(diǎn)及特征將通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例的描述而得到進(jìn)一步說明。在這些附圖中圖1是表示管座型激光器的簡要構(gòu)成的透視圖；圖2是表示引線框型激光器的簡要構(gòu)成的透視圖3是表示除了激光器芯片之外把多個(gè)光學(xué)部件安裝在引線框上的集成單元的構(gòu)成的透視圖；圖4是橫軸為熱傳導(dǎo)方向、縱軸為熱傳導(dǎo)可能量(W／m℃)的曲線圖；圖5是橫軸為熱傳導(dǎo)方向、縱軸為散熱可能量(W／s℃)的曲線圖；圖6是表示圖3的集成單元的熱模型的圖。本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置是對于圖2或圖3所示的引線框型激光器或者在引線框上整體安裝除激光器芯片之外的光學(xué)部件的集成單元的散熱性的改善。下面，以圖3所示的集成單元30為例來對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。首先，從研究的集成單元30的熱模型的結(jié)果可以看出如果加大樹脂封裝14的熱傳導(dǎo)率，就能大幅度改善散熱性。在現(xiàn)有技術(shù)中，在這種引線框型激光器20和集成單元30的封裝中可以使用熱固性的環(huán)氧樹脂或熱塑性的PPS。存在在市場銷售的材料中摻入玻璃和無機(jī)填充物等各種添加物的材料，但是，這些材料的熱傳導(dǎo)率僅是PPS為0．2～0．4W／m·K；環(huán)氧樹脂為0．4～0．6W／m·K左右。因此，在本發(fā)明中，在使基礎(chǔ)樹脂為PPS，而作為添加物的鐵類氧化物、鋁類氧化物中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠確認(rèn)在添加物的體積比率為40％以上時(shí)，可以使熱傳導(dǎo)率為1W／m·K以上。這些金屬氧化物其混合比率越高，熱傳導(dǎo)率越高，但是，其上限應(yīng)考慮成型時(shí)的材料的流動(dòng)性和金屬模的磨損來決定。在表1中表示了此次使用的PPS基的材料A和材料B的熱傳導(dǎo)率與現(xiàn)有樹脂的熱傳導(dǎo)率的比較。表1<tablesid="table1"num="001"><table>材料熱傳導(dǎo)率通常的環(huán)氧樹脂0．60W／m·K通常的PPS0．40W／m·K材料A1．15W／m·K材料B1．97W／m·K</table></tables>其中，材料A是在PPS中以容積比率添加40％的MnFe2O4的材料，材料B是添加50％的A12O3。在表2中，表示了使用通常的PPS時(shí)和使用該高熱導(dǎo)率樹脂材料A或B時(shí)的從子支架到樹脂封裝的熱阻的比較結(jié)果。表2<tablesid="table2"num="002"><table>材料熱阻通常的PPS230℃／W材料A160℃／W材料B110℃／W</table></tables>而且，在表3中表示了在把金屬制光學(xué)基座作為散熱器使用的情況下的子支架以后的熱阻的比較結(jié)果。表3<tablesid="table3"num="003"><table>材料熱阻(管座型激光器)(20℃／W)通常的PPS200℃／W材料A120℃／W材料B60℃／W</table></tables>根據(jù)這些結(jié)果，在使用材料A或B的情況下，如果與管座型激光器10的現(xiàn)有的集成單元(通常用PPS來形成樹脂封裝14)相比，能夠大幅度改善散熱性(約2～3倍)，而能夠?qū)崿F(xiàn)激光器壽命的大幅度改善。如果利用該方法，就能在將來的高輸出型激光器上，實(shí)現(xiàn)成本低廉的引線框型激光器和集成單元。在使用引線框的集成單元中，過去，僅有使用熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂的實(shí)例。這是因?yàn)樵跓峁绦原h(huán)氧樹脂的情況下，引線框與樹脂的密封性較高，濕度的侵入較少，這是從IC和LSI的密封的經(jīng)驗(yàn)得到的。但是，熱固性環(huán)氧樹脂的成型周期較長，在后處理中需要6小時(shí)～8小時(shí)以上的熱處理。而且毛刺容易出現(xiàn)，而不能除去去毛刺工序。從這些理由看，無論如何成本也會(huì)變高。與此相反，熱塑性樹脂的成型周期較短，不需要后處理，并且毛刺難于產(chǎn)生。因此，能夠大幅度縮短工序，而能夠壓低成本。另一方面，存在這樣的事實(shí)與引線框的密封性比環(huán)氧樹脂差，則存在濕度侵入的可能性。但是，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置與LSI等大規(guī)模集成電路不同，即使把半導(dǎo)體激光器芯片和光學(xué)部件等進(jìn)行集成化，引線之間的距離較長，則泄漏的擔(dān)心較少。由于與LSI相比電流較大，則電阻和靜電容等的變化的影響較少。而且，在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置中，半導(dǎo)體激光器芯片2本身不被樹脂密封，即使結(jié)露等侵入導(dǎo)引線和樹脂的界面中，激光器芯片本身也不會(huì)被水覆蓋。對于向激光器芯片表面的結(jié)露，能夠通過附著在發(fā)光部表面上的涂層的改善來完全解決。由此，完全能夠采用熱塑性材料來代替熱固性樹脂。在上述的實(shí)施例中，雖然是對使用金屬氧化物作為添加物的情況進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不僅限于此。例如，可以使用單晶硅和硼類氧化物等。根據(jù)上述這樣的本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置，能夠用成本低廉的引線框型激光器和集成單元來謀求大幅度提高散熱性，而能夠?qū)崿F(xiàn)激光器的壽命的改善。由于在本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器裝置中安裝的散熱器的效果大幅度改善，則散熱設(shè)計(jì)變得容易。而能夠應(yīng)用于將來的高輸出激光器。權(quán)利要求1．一種半導(dǎo)體激光器裝置，至少在引線框上安裝半導(dǎo)體激光器芯片，通過樹脂材料來密封該引線框，其特征在于，在該樹脂材料中混合了熱傳導(dǎo)率高的絕緣性材料的顆粒。2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該熱傳導(dǎo)率高的絕緣性材料的顆粒為金屬氧化物。3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該樹脂材料為熱塑性樹脂。4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器裝置，其特征在于，該熱塑性樹脂是PPS。全文摘要本發(fā)明提供一種散熱特性優(yōu)良的引線框型半導(dǎo)體激光器。該半導(dǎo)體裝置,在引線框13上安裝半導(dǎo)體激光器芯片2,在通過樹脂封裝14來密封包含引線框13的集成單元30,在樹脂封裝14中混合MnFe文檔編號G11B7/125GK1204171SQ9810256公開日1999年1月6日申請日期1998年6月29日優(yōu)先權(quán)日1997年6月30日發(fā)明者內(nèi)田悅嗣申請人:日本勝利株式會(huì)社