專利名稱：半導(dǎo)體激光器以及引線接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光器以及用于此儀器的引線接合方法。
傳統(tǒng)上，存在一種半導(dǎo)體激光器，其中有一個(gè)半導(dǎo)體激光元件和用于監(jiān)控半導(dǎo)體激光元件輸出的監(jiān)控用光電二極管(此后稱為監(jiān)控PD)，被布置在一金屬管座上，然而，為了從記錄介質(zhì)例如CD(小型盤)和DVD(數(shù)字通用盤)中讀出信息，需要用兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件發(fā)射出兩種不同波長(zhǎng)的激光的半導(dǎo)體激光器。
因此，可以考慮如

圖12所示的半導(dǎo)體激光器，在此布置了兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和一種用于監(jiān)控半導(dǎo)體激光元件輸出的監(jiān)控PD，圖12表示了此半導(dǎo)體激光器移去蓋子后的內(nèi)部透視圖，值得注意的是，示出此半導(dǎo)體激光器是為了幫助解釋本發(fā)明而不是現(xiàn)有技術(shù)。
如圖12所示，此半導(dǎo)體激光器組件包括一孔板(eyelet)201的金屬管座200和熱輻射基座202，它們一體形成。引銷221到223被安裝在管座200的孔板201中，引銷224的一端作為公用電極與孔板201電氣連接，引銷221到224用低熔點(diǎn)的玻璃固定在孔板201中，并相對(duì)管座200絕緣，孔板201具有5.6毫米外徑，引銷221到224由外徑0.4毫米的金屬柱構(gòu)成，這些金屬柱以90度的相同間隔布置在直徑為2毫米的圓內(nèi)。
硅子固定件(sub-mount)(此后稱為Si子固定件)260用導(dǎo)電糊(未示出)模接合(die-bonding)于與孔板201一體形成的熱幅射基座202上。兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232用Au_Sn合金制成的釬焊材料(圖中未示出)模接合于Si子固定件260上，Si子固定件260的模接合表面用金屬覆蓋，提供了半導(dǎo)體激光元件231和232的公用電極，在Si子固定件260表面上的公共電極與熱幅射基座202通過金屬引線252和254分別連接，另一方面，半導(dǎo)體激光元件231和232的上部的電極分別通過金屬引線251和253與引銷221和222相連，監(jiān)控PD240用導(dǎo)電糊(圖中未示出)模接合于形成在管座200孔板201上的凹槽201b上，且監(jiān)控PD240的上部電極與引銷223的一端面223a通過金屬引線255連接。
通過放射紅色激光(波長(zhǎng)為630nm到680nm)InGaAlP基的半導(dǎo)體激光元件231和放射紅外線激光(波長(zhǎng)760nm到850nm)AlGaAs基的半導(dǎo)體激光元件232的組合特別提供了兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232。
要求用熔點(diǎn)足夠高于80攝氏度的(例如Au_Sn合金)一釬焊材料將半導(dǎo)體激光元件231和232模接合在Si子固定件260上，80度是正常使用溫度范圍的上限，所以這樣不會(huì)在工作時(shí)移動(dòng)兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232放射點(diǎn)的相對(duì)位置，如果兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232與金屬的熱幅射基座202直接模接合在一起，那么存在的問題為由于金屬和半導(dǎo)體的線性熱膨脹系數(shù)不同，對(duì)兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232施加拉應(yīng)力，從而就會(huì)破壞或逐漸破壞晶體，所以，模接合于Si子固定件260是必不可少的。
如圖12所示，具有兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光器存在問題為因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，且模接合監(jiān)控PD240和Si子固定件260的過程的增加提高了成本。
因此，可以考慮通過在Si子固定件的表面上形成監(jiān)控PD并消除監(jiān)控PD的模接合過程來簡(jiǎn)化制造過程。如果采用上面所提到的結(jié)構(gòu)，那么監(jiān)控PD的電極表面平行于兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的電極表面以及形成在Si子固定件表面上的電極表面。用金屬引線將半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD的電極與引銷連接時(shí)，不能輕易實(shí)現(xiàn)引線的接合，除非半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD的電極表面與金屬引線要接合的引銷的表面相互平行，將在下面描述根據(jù)圖12所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器(假設(shè)監(jiān)控PD是形成在Si子固定件的表面上)。
在此半導(dǎo)體激光器中，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件231和232分別與在兩邊的引銷221和222相連，因此，在圖12中只有引銷223位于上邊且能夠與形成在表面的監(jiān)控PD的電極相連。在這種情況下，存在著這樣的問題，由于引銷223的頂端沒有從孔板201的表面201中伸出，幾乎沒有表面平行于形成在Si子固定件260上的監(jiān)控PD的電極。作為解決這個(gè)問題的方法，也可以考慮圍繞在孔板201上的引銷提供一凹槽以暴露引銷223并進(jìn)行與圓柱形引銷223的多圓周表面模接合。然而，這關(guān)系到該凹槽將穿過孔板201而使得內(nèi)部無法用蓋子(圖中未示出)密封住，而且將導(dǎo)致半導(dǎo)體激光元件容易損壞的問題。
當(dāng)將引銷223的端面223a與形成在Si子固定件260上的監(jiān)控PD的電極模接合時(shí)，引銷223的端面223a和監(jiān)控PD的電極表面相互垂直，并因此，用傳統(tǒng)的引線接合方法是很難將這些表面連接起來，參考圖13到19，將在下面解釋此原因，在這些圖中，示出了圖12中的半導(dǎo)體激光器的引線接合過程。
首先，將參考圖13到18，描述用于將圖12所示的半導(dǎo)體激光器200的監(jiān)控PD240的電極表面與引銷223的端面223a連接的傳統(tǒng)引線接合方法。
如圖13所示，焊接頭70有一安裝在毛細(xì)管托72的頂端上的毛細(xì)管71和一金屬絲夾73，且毛細(xì)管71和金屬絲夾73以作為一個(gè)整體的方式移動(dòng)，毛細(xì)管71有一約200微米直徑的尖部，且毛細(xì)管71執(zhí)行引導(dǎo)金屬絲50保持直線的作用，直徑為25微米的金絲作為金屬引線50且球50a通過弧形放電或類似地在從毛細(xì)管71的頂部伸出的金屬絲50的頂部形成。
接著，如圖14所示，使焊接頭70向下移動(dòng)以使得球50a(如圖13所示)與監(jiān)控PD240的電極表面接觸，且施加超聲波振動(dòng)使球50a與監(jiān)控PD240(與球50相連的點(diǎn)作為第一連接點(diǎn))的電極相連。
接著，當(dāng)管座200適宜地繞垂直于毛細(xì)管71軸向的軸翻轉(zhuǎn)以使引銷223的連接表面223a垂直于毛細(xì)管71的軸向的同時(shí)，在如圖15所示打開金屬絲夾73時(shí)焊接頭70向上移動(dòng)拉長(zhǎng)金屬絲50。
接著，如圖16所示，使焊接頭70沿著平行于引銷223的連接表面223a的平面移動(dòng)，以使引銷223的連接表面223a垂直位于毛細(xì)管71的下面。如果在此階段，監(jiān)控PD240的電極表面和引銷223的連接表面223a相對(duì)被毛細(xì)管71導(dǎo)引的金屬絲不在同一平面上，則適當(dāng)移動(dòng)管座以便引銷223的連接表面223a位于毛細(xì)管71的軸上。
如圖17所示，再向下移動(dòng)焊接頭70，使金屬引線50與引銷223的連接表面223a接觸，并且施用超聲波振動(dòng)到金屬引線，以使金屬絲50與引銷223(與引線接合的點(diǎn)作為第二連接點(diǎn))的連接表面223a相連接。
最后，如圖18所示，在此狀態(tài)下通過關(guān)閉金屬絲夾73向上移動(dòng)焊接頭70，切斷金屬絲50，隨后，雖未示出，金屬球通過弧光放電形成在金屬絲50的頂端，且流程返回到第一步。
根據(jù)上面所提到的引線接合方法，不管圓柱200旋轉(zhuǎn)所繞的中心軸在什么位置，都不會(huì)有特別的問題發(fā)生，是因?yàn)榈谝贿B接的連接表面和第二連接的連接表面形成了大約13度的夾角，然而，有一個(gè)問題是，如果管座200的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)一步增加，則會(huì)由于毛細(xì)管71與管座200、半導(dǎo)體激光元件或類似物相接觸而毀壞，正如圖19所示，這導(dǎo)致的問題是，金屬絲50在毛細(xì)管的頂部可能被嚴(yán)重彎曲，或者在第一個(gè)連接點(diǎn)的地方和毛細(xì)管71的頂部被歪曲或切斷。
當(dāng)Si子固定件260與在半導(dǎo)體激光器中的熱輻射基座202模接合在一起時(shí)，如圖12所示，理想的是通過用填充金屬(例如用銀填充物)的樹脂而獲得的導(dǎo)電糊來固定它們，這樣就不會(huì)在將半導(dǎo)體激光元件231和232固定到Si260上的釬焊材料上產(chǎn)生熱影響。然而，有一個(gè)問題是，當(dāng)由于附在引線要接合的表面的導(dǎo)電糊而失去光滑時(shí)，金屬絲的連接不能執(zhí)行，因?yàn)閷?dǎo)電糊有很強(qiáng)的流動(dòng)性且容易在連接表面蔓延。
因此，本發(fā)明的目的是提供一半導(dǎo)體激光器，用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)能簡(jiǎn)化制造過程，而且能在一緊湊的封裝上輕易安裝兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD，并提供了一種用于上述半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，此連接方法能很容易的執(zhí)行可靠引線接合而不會(huì)毀壞管座，半導(dǎo)體激光元件等器件。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器，它包括一提供有多個(gè)引銷的管座；一子固定件，它模接合在管座的上面，且具有與監(jiān)控光電二極管整體形成的表面；以及兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件，它們模接合在子固定件的上面，而且發(fā)射能被監(jiān)控光電二極管監(jiān)控到的放射光，具有分別通過金屬絲與引銷電連接的電極的半導(dǎo)體激光元件，以及通過金屬絲與相應(yīng)的引銷電連接的監(jiān)控光電二極管，其中，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的至少一個(gè)的第一連接面和監(jiān)控光電二極管大致垂直于要模接合于第一個(gè)連接面的引銷的第二個(gè)連接面。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的電極和監(jiān)控PD的電極有相互平行的電極表面，而且，這三個(gè)電極表面中至少有一個(gè)作為第一連接表面，此第一連接表面與大致垂直于第一連接表面的引銷的第二連接表面模接合，例如，在具有5.6mm直徑，有限引銷數(shù)量的小尺寸封裝內(nèi)，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件被布置在管座上，使得兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件放射光的光軸相互平行，且垂直于管座表面(孔板表面)，如果兩個(gè)引銷存在于布置方向的兩側(cè)，而另一個(gè)引銷在垂直于布置方向的方向上，那么半導(dǎo)體激光元件的電極和監(jiān)控PD的電極分配給三個(gè)引銷，而且電極和引銷用引線連接在一起(每個(gè)元件的另一電極與作為公用電極的管座連接)，在上述的情況中，在兩種半導(dǎo)體激光元件安裝方向上兩側(cè)上的引銷的圓周上的切面，在半導(dǎo)體激光元件的電極外的兩電極表面和監(jiān)控PD的電極變?yōu)橄嗷テ叫?，使引線接合變得更容易執(zhí)行。然而，剩下元件的電極表面(第一連接表面)，其也垂直與剩下的引銷的外圍的切平面，用金屬絲與引銷的端面(第二連接表面)連接，此引銷大致與剩下元件的電極表面(第一連接表面)垂直，通過這樣使大致垂直的第一和第二連接表面導(dǎo)線連接，能用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化形成過程，而且，半導(dǎo)體激光元件能夠很容易安裝在有兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD的小型封裝的管座上。值得注意的是，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件要與之模接合的子固定件由半導(dǎo)體如硅組成的子固定臺(tái)提供，以便由于熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力不會(huì)影響半導(dǎo)體激光元件。
在一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器中，第一個(gè)連接表面的連接位置與第二個(gè)連接表面的連接位置位于與第一和第二連接表面垂直的同一平面上。
根據(jù)上面實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，第一連接表面的連接位置和第二連接表面的連接位置位于大致與第一和第二連接表面垂直的同一平面上，采用這種結(jié)構(gòu)，在引線接合狀態(tài)下，管座沿同一平面翻轉(zhuǎn)。所以，金屬絲不會(huì)扭曲，也不會(huì)給半導(dǎo)體激光元件和與引線連接的檢測(cè)PD施加應(yīng)力，所以可靠性提高了。
一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器還包括多個(gè)金屬線，這些金屬線形成在子固定件上，且半導(dǎo)體激光元件分別模接合于它們，其中，與相應(yīng)的半導(dǎo)體激光元件相連的金屬絲間彼此絕緣。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，位于子固定件上且半導(dǎo)體激光元件與其模接合的金屬線是獨(dú)立地提供給相應(yīng)的半導(dǎo)體激光元件的且相互絕緣的金屬線，這種布置允許兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件在模接合側(cè)有不同的電特性。例如，模接合一種半導(dǎo)體激光元件的p_極側(cè)和模接合另一種半導(dǎo)體激光元件的n極側(cè)是可以接受的，所以，使用半導(dǎo)體激光元件的環(huán)境有較大的寬限。
一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器還包括一些金屬線，它們形成在子固定件上，且兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件模接合于它們，其中，沒有金屬線從兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件中的至少一個(gè)的后端面伸向光電二極管檢測(cè)儀。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，為了使來自半導(dǎo)體激光元件的最大量的發(fā)射光入射到與子固定件整體形成的監(jiān)控PD上，至少一個(gè)金屬線避免從半導(dǎo)體激光元件伸出到在半導(dǎo)體激光元件的放射端面附近的監(jiān)控PD上，這種布置對(duì)于其的光放射點(diǎn)位于比子固定件的表面高幾毫米的地方的半導(dǎo)體激光元件特別有效。
在一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器中，引銷的一個(gè)端面是第二連接表面，而且，此引銷的端面位于與管座表面相同的高度上或低于管座表面的高度上。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，由于引銷的端面或第二連接表面位于與管座表面同高或低于管座表面高度的位置上，當(dāng)進(jìn)行導(dǎo)線連接到第一連接表面時(shí)，引線接合裝置的毛細(xì)管能避免碰撞具有第二連接表面的引銷。
在一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器中，管座提供臺(tái)階部分，該臺(tái)階部分具有與子固定件被連接的面平行但不等高的連接表面。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，管座提供了有連接表面的臺(tái)階部分，此連接表面與子固定件連接面平行且不等高，這種布置消除了引線接合不能操作的問題發(fā)生的可能性，這是由于在與子固定件連接的管座表面上的導(dǎo)電糊沒有粘附在引線接合表面上。
本發(fā)明也提供了半導(dǎo)體激光器，包括一管座，它提供有多個(gè)引銷；一子固定件，模接合在于管座上；以及一半導(dǎo)體激光元件，其模接合在子固定件上，該半導(dǎo)體激光元件具有通過金屬絲與引銷電連接的電極，其中，管座提供了具有連接表面的臺(tái)階部分，此連接表面與子固定件接合表面平行且不等高。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，管座提供了具有連接表面的臺(tái)階部分，此連接表面與子固定件的接合表面平行且不等高，這種布置，減少了引線接合不能進(jìn)行的問題發(fā)生的可能性，是由于在與子固定件連接的管座表面上的導(dǎo)電糊沒有粘附在引線接合表面上。
本發(fā)明也為半導(dǎo)體激光器提供了引線接合方法，該半導(dǎo)體激光器包括一提供有多個(gè)引銷的管座；形成在管座上且具有與監(jiān)控光電二極管整體地形成的子固定件，以及兩個(gè)模接合在子固定件上而且有被監(jiān)控光電二極管監(jiān)控到的放射光的半導(dǎo)體激光元件，這種方法包括
第一步，保留管座使得用于引導(dǎo)金屬絲的毛細(xì)管的軸垂直于兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的第一連接表面和監(jiān)控中的至少一個(gè)，將金屬絲的一端與第一連接面連接；第二步，在完成連接金屬絲一端和第一連接表面以及金屬絲的另一端與第二連接表面連接的操作后，繞垂直于金屬絲的軸翻轉(zhuǎn)管座，使得毛細(xì)管的軸垂直于引銷的與第一連接表面大致垂直的第二連接表面。
根據(jù)上面半導(dǎo)體激光器引線接合方法，保持管座，使得引線接合裝置的毛細(xì)管的軸垂直于兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的第一連接表面和監(jiān)控光電二極管中的至少一個(gè)，且金屬絲的一端連接到第一連接面上，此后，繞垂直于金屬絲的軸翻轉(zhuǎn)管座使得毛細(xì)管的軸垂直于引銷的與第一連接表面大致垂直的第二連接表面，且金屬絲的另一端與第二連接表面連接。經(jīng)過這些過程，金屬絲能與大致相互垂直的第一連接表面和第二連接表面連接而不用使金屬絲扭曲，所以，容放兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD的小型封裝的半導(dǎo)體激光器很容易進(jìn)行引線接合，而不會(huì)破壞管座、半導(dǎo)體激光器等。
根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，在第二步中的管座旋轉(zhuǎn)軸平行于大致相互垂直的第一連接表面和第二連接表面的交線。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，在第二步中的管座翻轉(zhuǎn)軸平行于大致相互垂直的第一連接表面和第二連接表面相交線。引線接合在晶體管座的翻轉(zhuǎn)方向上觀察，通過此操作，當(dāng)觀察金屬絲怎樣扭曲時(shí)，引線接合操作能被執(zhí)行，所以，連接不會(huì)失敗，引線接合能可靠執(zhí)行。
根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，第一個(gè)連接表面和第二個(gè)連接表面的連接位置位于與第一和第二連接表面大致垂直的同一平面上。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，第一個(gè)連接表面的連接位置和第二個(gè)連接表面的連接位置位于與第一和第二連接表面大致垂直的同一平面上，且在引線接合狀態(tài)，管座沿同一平面翻轉(zhuǎn)。所以金屬絲不會(huì)扭曲，而且不會(huì)給半導(dǎo)體激光元件和與引線接合的監(jiān)控PD施加應(yīng)力。所以，可靠性提高了。
根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，第二步中的從管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第一連接表面的距離與從管座所繞的軸到第二連接表面的距離設(shè)成相等。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，從管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第一連接表面的距離與從該軸到第二連接表面的距離設(shè)成相等，用這種布置，從毛細(xì)管的頂端到第一連接表面和第二連接面的距離在翻轉(zhuǎn)前后變得相等。所以，引線接合方法很容易執(zhí)行，而且連接的金屬絲不容易切斷。
根據(jù)一實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，在第一步后，通過在垂直于第一連接表面的方向上拉毛細(xì)管而從毛細(xì)管頂端抽出的金屬絲的長(zhǎng)度比從半導(dǎo)體激光器的前端面到第一連接表面的連接部分的長(zhǎng)度要長(zhǎng)。
根據(jù)上述實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，在進(jìn)行第一接合面的連接后，當(dāng)在垂直于第一連接表面的方向上拉毛細(xì)管時(shí)，拉出毛細(xì)管頂端的金屬絲的長(zhǎng)度比從半導(dǎo)體激光器的前端面到第一連接表面的連接位置的長(zhǎng)度要長(zhǎng)，用這種布置，當(dāng)管座翻轉(zhuǎn)時(shí)，毛細(xì)管能避免與半導(dǎo)體激光元件相撞。
從下面所給的具體描述和僅用圖解方式給出的附圖中，本發(fā)明能被更好地理解，而且這些并不作為本發(fā)明的限制，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例為具有兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光器的透視圖；圖2表示上述半導(dǎo)體激光器主要部分的前視圖；圖3表示上述半導(dǎo)體激光器主要部分的俯視圖；圖4表示上述半導(dǎo)體激光器的90度引線的連接過程；圖5表示圖4之后的連接過程；圖6表示圖5之后的連接過程；圖7表示圖6之后的連接過程；圖8表示圖7之后的連接過程；圖9表示圖8之后的連接過程；圖10表示圖9之后的連接過程；圖11表示圖10之后的連接過程；圖12表示具有兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的半導(dǎo)體激光器的透視圖；圖13表示上述半導(dǎo)體激光器的引線的連接過程；圖14表示圖13之后的連接過程；圖15表示圖14之后的連接過程；圖16表示圖15之后的連接過程；圖17表示圖16之后的連接過程；圖18表示圖17之后的連接過程；
圖19為一示意圖，它示出了管座在接合過程中翻轉(zhuǎn)90度角的地方。
下面依據(jù)圖中所示的實(shí)施例，將具體描述本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器和金屬線接合方法。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器移去蓋子后的內(nèi)部的透視圖。
如圖1所示，半導(dǎo)體激光器包含一具有整體形成的一孔板101和一熱輻射基座102的金屬管座100，引銷(lead pin)121到123都被安裝在管座100的孔板101中，以使引銷121到123的末端穿透管座100的孔板101，且作為公用電極的引銷124的一端與孔板100電連接，引銷121到123用低融點(diǎn)的玻璃固定在孔板101上，且相對(duì)管座100絕緣，孔板101具有5.6毫米的外徑，并且0.4mm直徑的圓柱形的，金屬制成的引銷121到124為90°等間隔布置在孔板101上2mm直徑的圓內(nèi)。
Si子固定件160用為導(dǎo)電糊的銀糊170(圖2所示)模接合于與孔板101整體形成的熱輻射基座102，監(jiān)控PD140與子固定件160的表面整體地形成，此外，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件131和132由金-錫合金制成的釬焊材料(沒有顯示)模接于Si子固定件160上。如圖2所示，半導(dǎo)體激光元件131的上部的電極通過引線152與熱輻射基座102臺(tái)階部分111的表面102b相連，且半導(dǎo)體激光元件132上部的電極通過引線153與引銷122相連，另一方面，在Si子固定件160的表面上的金屬線181(圖3所示)通過金屬絲151與引銷121相連，且在硅子固定件160的表面上的金屬線182(圖3所示)通過引線154與熱輻射基座102臺(tái)階部分111的表面102b相連。
值得注意的是，孔板101提供有一凹槽103，此槽位于一包含引銷123外圍的矩形區(qū)域中，所以引銷123的端表面123a沒有從孔板101的表面101a中伸出。
圖2表示半導(dǎo)體激光器的主要部分的前視圖，而圖3表示圖2所示的半導(dǎo)體激光器主要部分俯視圖，為了使圖形容易看清，在圖2和圖3中，孔板未示出。
如圖2所示，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件131和132用金-錫合金制成的釬焊材料(未示出)模接合于在Si子固定件160上形成的金屬線181和182(如圖3所示)，這兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件131和132布置在Si子固定件160上，使得發(fā)射激光的光軸彼此平行且垂直于孔板101的表面，值得注意的是半導(dǎo)體激光元件131有一個(gè)似平行四邊形的截面形狀，且在分離基片(off-substrate)上以結(jié)晶形式生長(zhǎng)。
熱輻射基座102設(shè)置有臺(tái)階部分111，除此之外還有與Si子固定件160模接合的表面102a，臺(tái)階部分111位于熱輻射基座102的兩邊，而且具有平行于表面102a的不等高的表面102b，借助于表面102a與102b具有不同的高度，涂在表面102a上面的銀糊170，由于表面張力，不向表面102a邊緣向外蔓延開，結(jié)果，即使在Si子固定件160與熱輻射基座102模接合后，表面102b仍能保持光滑，且使金屬絲152和154很輕易模接合。與孔板101(如圖1所示)整體地形成的熱輻射基座102與作為公用電極的引銷124(如圖1所示)電連接。
圓柱引銷121到124都是由金屬制成，它們的表面光滑加工，所以，與半導(dǎo)體激光元件132的上部電極平行的接觸表面存在于引銷122的外圓周表面，并因此，用傳統(tǒng)的引線連接儀器可以與引線153相連。同樣，形成在Si子固定件160上的金屬線181(如圖3所示)通過引線151與引銷121相連。
如圖3所示，監(jiān)控PD140的陰極184與半導(dǎo)體激光元件132通過引線156相連，另一方面，監(jiān)控PD140的陽極183通過引線155與引銷123的端面123a相連，引銷123的端面123a大致垂直于監(jiān)控PD140的陽極183的表面。從而，用一根引線(90度金屬絲)將大致相互垂直的連接表面連接在一起，排除了與Si子固定件獨(dú)立地提供監(jiān)控PD的需要，通過提供具有凹槽103(如圖1所示)的管座100的孔板101，來省去暴露引銷123的需要，換言之，移去凹槽103是有可能的，所以，半導(dǎo)體元件諸如半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD，能夠通過用蓋保持半導(dǎo)體激光器內(nèi)部氣密而得到保護(hù)，將上面所提到的所有組件裝入一個(gè)外部直徑5.6毫米的緊湊封裝中是有可能的。
圖4到圖11示出上述的半導(dǎo)體激光器的引線接合過程，而且參照?qǐng)D4到圖11，將描述上述半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，被用于半導(dǎo)體激光器連接方法的引線接合儀器除了管座的翻轉(zhuǎn)角度是90度外，與圖13所示的連接儀器具有相同的構(gòu)造，且相同的元件用相同的附圖標(biāo)記，且對(duì)此不再描述。
首先，假定第一個(gè)連接表面是與監(jiān)控PD140(圖1)的陽極相連的陽極183(如圖3所示)的表面，假定第二個(gè)連接表面是引銷123的端面123a，且使得端面123a不至于伸出孔板101的表面101a，采用這種布置，以通過將毛細(xì)管71放置離孔板101的表面101a盡可能近，來防止毛細(xì)管71與在Si子固定件160上的半導(dǎo)體激光元件131和132相撞。
從毛細(xì)管71的中心軸到引銷123的端面123a或到第二個(gè)連接表面的距離假定為h1，從而，管座100固定成，使得毛細(xì)管71的軸與監(jiān)控PD140的第一連接表面(陽極183)垂直。
接著，焊接頭70如圖5所示，向下移動(dòng)形成第一個(gè)連接點(diǎn)X。
接著，焊接頭70如圖6所示向上移動(dòng)，在這個(gè)階段，從毛細(xì)管71的頂端到第一個(gè)連接點(diǎn)X的距離假定為d2，這個(gè)距離d2優(yōu)選地制得比從半導(dǎo)體激光元件131和132的前端面到第一個(gè)連接點(diǎn)X的距離d1長(zhǎng)(d2＞d1)，采用這種布置，當(dāng)管座100被翻轉(zhuǎn)時(shí)，毛細(xì)管71能避免與半導(dǎo)體產(chǎn)生元件131和132相撞。
接著，如圖7所示，晶體管座100繞著位于在第一個(gè)連接點(diǎn)X和毛細(xì)管71間延伸的金屬引線50上的軸O翻轉(zhuǎn)，軸O穿過距第一個(gè)連接點(diǎn)特定高度為h2的點(diǎn)且垂直于圖7所在紙的平面。垂直于紙平面的方向與引線接合被觀察的方向相同，即，管座100翻轉(zhuǎn)所圍繞的軸O平行于幾乎相互垂直的第一個(gè)和第二連接表面(陽極183和端面123a)的相交線。
如圖8所示，經(jīng)過上面的操作，從毛細(xì)管71的頂端到第一個(gè)連接點(diǎn)X的距離和從毛細(xì)管71頂端到第二個(gè)連接點(diǎn)Y的距離在管座100翻轉(zhuǎn)前后大體上沒有改變，所以，當(dāng)管座100在翻轉(zhuǎn)時(shí)，金屬引線50沒有從毛細(xì)管71中拉出，而且對(duì)于金屬絲50的斷開沒有利害關(guān)系。
更優(yōu)選地是，在圖7中的管座100翻轉(zhuǎn)中心軸O的高度h2與圖4中高度h1相等(h2=h1)，那么，在管座100翻轉(zhuǎn)前后，圖6中所示的從毛細(xì)管71頂端到第一連接點(diǎn)X的距離變得與圖8內(nèi)所示的從毛細(xì)管71的頂端到第二連接點(diǎn)Y的距離相等(d2=d3)，而且金屬引線50的粘附進(jìn)入了最佳狀態(tài)。
接著，如圖9所示，在管座100以90度角翻轉(zhuǎn)后，焊接頭70水平地沿著引銷123的端面123a移動(dòng)，以使得毛細(xì)管71的頂端位于穿過端面123a的第二個(gè)連接點(diǎn)Y的垂直線上。
然后，如圖10所示，焊接頭70再次向下移動(dòng)，執(zhí)行向作為第二連接表面的引銷123的端面123a的連接，由于該引銷123的端面123a最多比管座100的孔板101的表面101a低1毫米，不會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)管71不能進(jìn)入的這種問題。
最后，如圖11所示，引線夾73合攏，且焊接頭70在這種狀態(tài)下上移，割斷金屬線50以完成引線接合。
與監(jiān)控PD140整體形成的Si子固定件下面接著描述，眾所周知，半導(dǎo)體激光元件不僅從前端表面而且后端表面放射激光，從半導(dǎo)體激光元件的后端面放射的激光部分地入射到與Si子固定件160整體形成的監(jiān)控PD140上，且從監(jiān)控PD140上的一監(jiān)控輸出作為半導(dǎo)體激光輸出控制信號(hào)。
在此實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器中，半導(dǎo)體激光器元件132具有AlGaAs系統(tǒng)，其中發(fā)射波長(zhǎng)為770納米到850納米紅外線激光，而且激光發(fā)射點(diǎn)大約位于距Si子固定件160表面50微米的地方，另一方面，半導(dǎo)體激光器元件131為InGaALP系統(tǒng)，其中發(fā)射波長(zhǎng)為630到680納米的紅色激光，且光發(fā)射點(diǎn)大約位于距Si子固定件160的表面5微米的地方。
如果從半導(dǎo)體激光器元件131的光發(fā)射點(diǎn)到Si子固定件160的表面的高度有一個(gè)將近5微米的小值，那么，優(yōu)選地是將監(jiān)控PD140盡可能靠近半導(dǎo)體激光元件131的末端表面，是因?yàn)楸O(jiān)控信號(hào)增大。然而，如果與半導(dǎo)體激光元件131裝在一起的金屬線181從半導(dǎo)體激光元件的末端表面甚至伸出一點(diǎn)點(diǎn)至監(jiān)控PD140側(cè)，則半導(dǎo)體激光器的發(fā)射光在金屬線上反射，監(jiān)控信號(hào)大小減小至幾分之一，結(jié)果是，紅外線激光的監(jiān)控信號(hào)的大小以及紅色激光監(jiān)控信號(hào)的大小彼此顯著不同，而且需要復(fù)雜的控制電路。所以，根據(jù)此實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器，在Si子固定件160上的金屬線181應(yīng)制成具有在半導(dǎo)體激光元件131的后端面181a(如圖3所示)附近不在監(jiān)控PD140一側(cè)上伸出的圖形。
盡管形成在Si子固定件160上的金屬線181和182，也起用于半導(dǎo)體激光元件131和132的熱輻射板作用，由于半導(dǎo)體激光元件在后端面產(chǎn)生熱少于在前端面產(chǎn)生的，即使熱輻射惡化也沒問題，尤其是，在其的熱能輻射重要的高能量半導(dǎo)體激光元件中，前端表面的反射率適當(dāng)設(shè)成低于后端表面反射率，并因此，后端面附近產(chǎn)生熱不會(huì)變得同前端面一樣大。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器中，半導(dǎo)體激光元件131具有金屬線181模接合于其的p_電極側(cè)，而半導(dǎo)體激光元件132具有金屬線182模接合于其的n_電極側(cè)，采用這種布置是因?yàn)榧t色半導(dǎo)體激光元件131可靠性較低，而且要求將光放射點(diǎn)放在離金屬直線盡可能近的地方，另一方面，當(dāng)具有較高表面電阻的p_極側(cè)被用作模接合表面時(shí)，紅外線半導(dǎo)體激光元件132更優(yōu)選，也存在的問題是為外延表面的p_極側(cè)有顯著的不平整而導(dǎo)致引線難于接合。金屬線181和182與上述的半導(dǎo)體激光器電連接。因此，即采用上述的布置，兩種半導(dǎo)體激光元件131和132不必順序安裝，而是依賴于圖2所示的金屬線151到154的連接方法而允許并行安裝。
由上面顯而易見，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器，監(jiān)控PD的電極表面與引銷的引線接合表面被形成為相互垂直的表面，結(jié)果，能夠提供一種半導(dǎo)體激光器，其中將二個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD安裝在一小型管座上(例如直徑5.6毫米)。
第一個(gè)連接表面的連接位置和第二個(gè)連接表面的連接位置位于同一平面，此平面垂直于第一個(gè)連接面和第二個(gè)連接面，而且在引線接合狀態(tài)下，晶體管座沿著此平面翻轉(zhuǎn)，所以，金屬線未被扭曲，而且沒有對(duì)半導(dǎo)體激光元件和金屬線所連接的監(jiān)控PD產(chǎn)生應(yīng)力，所以可靠性提高了。
通過在半導(dǎo)體激光元件所安裝的Si子固定件上單獨(dú)形成金屬線且相互絕緣，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件的模接合側(cè)上的電特性彼此可能不同，換言之，也有可能模接合一個(gè)激光元件的p_極側(cè)和另一個(gè)激光元件的n_電極側(cè)。因此使用半導(dǎo)體激光元件的自由度提高了。
為了使來自半導(dǎo)體激光元件的大量激光入射到與Si子固定件的表面一體形成的監(jiān)控PD上，在Si子固定件上的金屬線被形成為使得半導(dǎo)體激光元件的光放射端面近端不會(huì)從半導(dǎo)體激光元件中突出，這種布置對(duì)于光發(fā)射點(diǎn)位于比硅子固定件表面高幾毫米的位置的半導(dǎo)體激光元件是特別有效的。
作為第二個(gè)連接表面的引銷的端面位于與管座的表面等高或較低的位置，所以當(dāng)執(zhí)行在第一個(gè)連接面上的引線接合時(shí)，引線接合裝置的毛細(xì)管能夠避免與有第二個(gè)連接面的引銷相撞。
通過給管座提供臺(tái)階部分，其彼此平行并且在Si子固定件要被模接合的表面和要承受引線接合的管座表面間不等高，導(dǎo)電糊避免了與引線接合表面的粘附，這消除了金屬線不粘附在連接面這個(gè)問題發(fā)生的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器引線接合方法，通過連接金屬線與第一連接點(diǎn)且隨后繞穿過拉伸的金屬線且垂直于金屬線的軸翻轉(zhuǎn)晶體管座，金屬絲能與大致相互垂直的第一和第二連接面相連，而不會(huì)扭曲金屬線。
通過在垂直于觀察引線接合平面的方向上設(shè)置晶體管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸，在觀察金屬絲如何扭曲同時(shí)可以執(zhí)行引線接合操作，所以連接不會(huì)造成失敗。
通過大約在同一平面上設(shè)置第一個(gè)連接平面和第二個(gè)連接平面的連接位置，金屬線沒有扭曲，且沒有對(duì)半導(dǎo)體激光元件和與金屬線相連的監(jiān)控PD產(chǎn)生應(yīng)力，所以可靠性提高了。
此外，將從管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第一個(gè)連接表面的距離設(shè)成與管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第二連接表面的距離相同，采用這種布置，從引線接合裝置的毛細(xì)管頂端到第一連接表面的距離和從毛細(xì)管頂端到第二個(gè)連接表面的距離在晶體管座翻轉(zhuǎn)前后變?yōu)楸舜讼嗟?，因此，引線接合很容易執(zhí)行。而且被連接的金屬線難以脫落。
通過設(shè)置從第一連接面的位置拉出的金屬線的長(zhǎng)度長(zhǎng)于從半導(dǎo)體激光元件的前端面到第一模接合位置的長(zhǎng)度，當(dāng)為了執(zhí)行金屬絲與下一個(gè)第二連接表面相連而翻轉(zhuǎn)晶體管座時(shí)，毛細(xì)管能避免與半導(dǎo)體激光元件相撞。
本發(fā)明如此描述，很明顯，其可以以很多種方式變化。這些變化不被認(rèn)為脫離本發(fā)明的精髓和范圍，對(duì)一個(gè)本領(lǐng)域熟練技術(shù)的人來說，這些修改很明顯地包含在權(quán)利要求書范圍中。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體激光器，包括管座，其提供有多個(gè)引銷；子固定件，其模接合在管座上，且具有與監(jiān)控光電二極管整體形成的表面；以及兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件，它們模接合在子固定件上，且所放射的光能被監(jiān)控光電二極管監(jiān)控到；半導(dǎo)體激光元件具有通過金屬絲與相應(yīng)的引銷電連接的電極，且監(jiān)控光電二極管具有通過金屬絲與相應(yīng)引銷電連接的電極，其特征在于，兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控光電二極管的至少一個(gè)第一連接表面基本垂直于要絲焊到第一連接面的引銷的第二連接表面。
2．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，第一連接表面的連接位置和第二連接表面的連接位置大致位于與第一和第二連接表面垂直的同一平面上。
3．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，還包括一些金屬線，它們形成在子固定件上，而且兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件分別模接合于它們上，其特征在于，這些與半導(dǎo)體激光元件對(duì)應(yīng)的金屬線彼此絕緣。
4．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，還包括一些金屬線，它們形成在子固定件上，而且兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件分別模接合于它們上，其特征在于，從兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件中的至少一個(gè)的后端面上沒有形成伸向監(jiān)控光電二極管的金屬線。
5．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，引銷端面是第二連接表面，以及引銷的端表面位于與管座表面相同的高度或低于管座表面的高度的地方。
6．如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于管座提供有臺(tái)階部分，該臺(tái)階部分具有與子固定件要連接的表面平行但不等高的連接表面。
7．一種半導(dǎo)體激光器，包括管座，其提供有多個(gè)引銷；子固定件，其模接合于管座上，以及半導(dǎo)體激光元件，其模接合在子固定件上，該半導(dǎo)體激光元件具有經(jīng)過金屬絲與引銷電連接的電極，其特征在于，管座提供有臺(tái)階部分，該臺(tái)階部分具有與子固定件的表面平行但不等高的連接表面。
8．一種半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，該半導(dǎo)體激光器包括提供有多個(gè)引銷的管座，子固定件，其安裝在管座上，并且具有與監(jiān)控光電整體形成的表面，以及兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件，這些元件模接合在子固定件上，并有能被監(jiān)控光電二極管監(jiān)控到的放射光，這種方法包括第一步，保持管座，使用于引導(dǎo)金屬絲的毛細(xì)管的軸變得垂直于兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控光電二極管的至少一個(gè)第一連接表面，連接金屬絲的一端到第一個(gè)連接面；以及第二步，在完成連接金屬絲一端到第一連接表面以及連接金屬絲的另一端到第二連接表面的操作后，繞垂直于金屬絲的軸翻轉(zhuǎn)管座，使得毛細(xì)管的軸垂直于引銷的第二連接表面。
9．如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器的引線連接方法，其特征在于，在第二步中的翻轉(zhuǎn)管座的軸平行于大致相互垂直的第一和第二連接面的交線。
10．如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，其特征在于，第一連接面的連接位置和第二連接面的連接位置位于大致垂直于第一和第二連接表面的同一平面內(nèi)。
11．如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，其特征在于，從在第二步中管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第一連接面的距離被設(shè)成與從管座翻轉(zhuǎn)所繞的軸到第二連接面的距離相等。
12．如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器的引線接合方法，其特征在于，在第一步驟后，通過在垂直于第一連接表面的方向上拉毛細(xì)管而從毛細(xì)管頂端拉出的金屬絲的長(zhǎng)度比從半導(dǎo)體激光元件到第一連接表面的連接位置的距離長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體激光器,它能夠用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化裝配過程,使兩個(gè)半導(dǎo)體激光元件和監(jiān)控PD容易安裝在小型封裝上,還提供了半導(dǎo)體激光器的引線接合方法。提供了管座100,一子固定件160,以及兩個(gè)半導(dǎo)體激光發(fā)射元件131和132。第一連接表面,即監(jiān)控PD140的陽極183和大致垂直于第一連接表面的第二連接表面,即引銷123的端面123a用引線接合在一起。
文檔編號(hào)H01S5/02GK1313661SQ0111656
公開日2001年9月19日 申請(qǐng)日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月14日
發(fā)明者市川英樹, 岡西守, 山藤輝光, 吉田智彥 申請(qǐng)人:夏普公司