JP2001237481A - Mounting structure for laser diode and mounting method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーダイオー
ド用マウント構造及びその実装方法に関する。The present invention relates to a mounting structure for a laser diode and a mounting method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザダイオード（以下、単に発光素子
という）は光センサの発光光源として各種精密測長器、
リモートコントロール、情報の記録再生、自動機械の位
置決め用などに広く用いられている。発光素子は動作時
の電流密度が１〜４ｋＡ／ｃｍ２ と高いため、動作電
流による発熱が大きく、これを効率よく外部へ伝達して
放熱しないと、その熱により発光素子の発光効率が低下
して光量が減少する。そこで光量を維持するためには更
に動作電流を増加させることになる。この繰り返しから
動作電流が増大して発光素子の寿命が極端に短くなって
しまう。従って、放熱を効率よく行うことが重要にな
る。そこで、発光素子は熱伝導率の高い放熱用ブロック
（ヒートシンク）にマウントした上で、電極の配線等が
なされ、パッケージに納められて製品とされている。こ
のような発光素子の従来のマウント構造を図面により説
明する。図５、図６、図７は従来の発光素子のマウント
構造を示す斜視図である。図８は発光素子の搭載位置を
示す要部側面図である。2. Description of the Related Art A laser diode (hereinafter simply referred to as a light emitting element) is used as a light source of a light sensor for various precision length measuring instruments.
Widely used for remote control, recording and reproduction of information, positioning of automatic machines, etc. Since the light emitting element has a high current density of 1 to 4 kA / cm 2 during operation, heat generated by the operating current is large. Unless this is efficiently transmitted to the outside and dissipated, the heat reduces the light emitting efficiency of the light emitting element. The amount of light decreases. Therefore, in order to maintain the light amount, the operating current is further increased. From this repetition, the operating current increases and the life of the light emitting element becomes extremely short. Therefore, it is important to efficiently dissipate heat. Therefore, the light-emitting element is mounted on a heat-dissipating block (heat sink) having a high thermal conductivity, is provided with electrode wiring and the like, and is housed in a package to form a product. A conventional mounting structure of such a light emitting device will be described with reference to the drawings. FIGS. 5, 6, and 7 are perspective views showing a conventional light emitting element mounting structure. FIG. 8 is a main part side view showing a mounting position of the light emitting element.
【０００３】まず、従来の発光素子のマウント構造の構
成について説明する。図５において、５３は発光素子で
あり、５１は銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料を
切削・研磨や粉末成型等の方法で形成した１乃至１０数
ｍｍ３ 程度の直方体形状の放熱用ブロックである。発
光素子５３をブロック５１へマウントする際には、発光
素子５３とブロック５１との熱膨張係数の差が無視でき
ないほど大きいために、インジウム合金等の柔らかい半
田を用いて接合しその差を吸収させている。ところが、
このマウント構造では、半田が柔らかいので初期位置精
度が悪いのと長期的には無視できない位置ズレを起こす
ので、発光素子の信頼性を高めるのが難しい。First, the configuration of a conventional light emitting element mounting structure will be described. In FIG. 5, reference numeral 53 denotes a light emitting element, and 51 denotes a rectangular parallelepiped heat radiation of about 1 to several tens mm 3 formed by cutting, polishing or powder molding a metal material having high thermal conductivity such as copper or copper alloy. Block. When the light emitting element 53 is mounted on the block 51, the difference in thermal expansion coefficient between the light emitting element 53 and the block 51 is so large that it cannot be ignored. Therefore, the light emitting element 53 is joined using a soft solder such as an indium alloy to absorb the difference. ing. However,
In this mounting structure, since the solder is soft, the initial positional accuracy is poor and a positional deviation that cannot be ignored in the long term is caused. Therefore, it is difficult to enhance the reliability of the light emitting element.
【０００４】図６に示すものはこれに代わる信頼性の高
いマウント構造である。図６において、５２は熱膨張係
数の値が発光素子５３と近い値を持つ高熱伝導のセラミ
ックス薄板から成るマウントであり、発光素子５３とブ
ロック５１との間に介在する。マウント５２は発光素子
５３及びブロック５１との接合のために接合面を金等で
メタライズしてある。発光素子５３を搭載するに当たっ
ては、まずマウント５２とブロック５１とを接合する
が、これは半田接続用のダイボンダを用いて行う。レー
ザー光を所望の方向に出射させるために後述する所定の
組立精度が必要であり、発光素子５３をマウント５２に
マウントするには画像認識装置を持つ専用の高精度ダイ
ボンダーを用いる。接続材料としては金合金等の高熱伝
導材料を用いている。FIG. 6 shows an alternative highly reliable mounting structure. In FIG. 6, reference numeral 52 denotes a mount formed of a high thermal conductive ceramic thin plate having a thermal expansion coefficient close to that of the light emitting element 53, and is interposed between the light emitting element 53 and the block 51. The mounting surface of the mount 52 is metallized with gold or the like for bonding with the light emitting element 53 and the block 51. In mounting the light emitting element 53, first, the mount 52 and the block 51 are joined together, using a die bonder for solder connection. In order to emit laser light in a desired direction, a predetermined assembling accuracy described later is required. To mount the light emitting element 53 on the mount 52, a dedicated high precision die bonder having an image recognition device is used. A high heat conductive material such as a gold alloy is used as a connection material.
【０００５】図７により、更に発光素子５３の位置合わ
せについて説明する。５４はパッケージの基台であり、
ブロック５１を基台５４に組み立て後に発光素子５３を
搭載する。このときに、光軸Ｋの位置と傾きとが基台５
４外形を基準として所定の精度に入っている必要があ
る。光軸Ｋは発光素子５３の外形と略平行であるから、
まず、互いの外形を基準としてマウント５２をブロック
５１に搭載しておき、次ぎにブロック１の外形を基準と
して発光素子５３をマウント５２にマウントする。発光
素子５３の組立精度は、一般的に図７、図８に示すよう
に、位置については、ｘｙｚ軸方向に各々±３０μｍ、
傾きについては、±３度以内とし、発光素子５３の発光
部５３ａのある端面がマウント５２の上端から僅かに
（４０μｍ未満）突き出るようにする。発光素子５３の
マウントには１個につき３秒から３０秒の工数を要して
いる。Referring to FIG. 7, the positioning of the light emitting element 53 will be further described. 54 is a base of the package,
After the block 51 is assembled on the base 54, the light emitting element 53 is mounted. At this time, the position and inclination of the optical axis K are
4 It is necessary to have a predetermined accuracy based on the outer shape. Since the optical axis K is substantially parallel to the outer shape of the light emitting element 53,
First, the mount 52 is mounted on the block 51 based on the outer shape of each other, and then the light emitting element 53 is mounted on the mount 52 based on the outer shape of the block 1. As shown in FIGS. 7 and 8, the assembly accuracy of the light emitting element 53 is generally ± 30 μm in the xyz-axis direction.
The inclination is set within ± 3 degrees, and the end face of the light emitting element 53 where the light emitting portion 53a is provided slightly protrudes (less than 40 μm) from the upper end of the mount 52. The mounting of the light emitting element 53 requires a man-hour of 3 to 30 seconds for each mounting.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このマ
ウント構造の場合、ブロックとマウント間、マウントと
発光素子間の２回もの高精度マウントを行う必要があ
り、専用の高精度なダイボンダーを用いて多くの時間を
かけて発光素子を固着実装している。そのための設備
費、工数ともに大きく、製品コストを増大させている。However, in the case of this mounting structure, it is necessary to perform high-precision mounting twice between the block and the mounting, and between the mounting and the light-emitting element. The light emitting element is fixedly mounted over time. The equipment costs and man-hours for this are both large, increasing the product cost.
【０００７】上記発明はこのような従来の問題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、汎用性の高
い装置を用いて、工数及び設備費用の低減に寄与するこ
とのできるレーザダイオード用マウント構造とその実装
方法を提供することである。The above-mentioned invention has been made to solve such a conventional problem, and an object thereof is to provide a laser diode which can contribute to reduction of man-hours and equipment costs by using a highly versatile device. It is to provide a mounting structure and a mounting method thereof.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、レーザダイオードをマウントを介して放
熱ブロックに搭載するレーザダイオード用マウント構造
において、前記マウントの長さを前記レーザダイオード
の長さより短くしたことを特徴とする。According to the present invention, there is provided a laser diode mounting structure in which a laser diode is mounted on a heat radiating block via a mount. It is shorter than the length.
【０００９】本発明の請求項２の発明は、請求項１記載
の発明において、前記マウントには、前記レーザダイオ
ードの幅と略等しい幅で、前記マウントの長さと等しい
長さのメタライズパターンを設けたことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the mount is provided with a metallized pattern having a width substantially equal to the width of the laser diode and a length equal to the length of the mount. It is characterized by having.
【００１０】本発明の請求項３の発明は、請求項２記載
の発明において、前記メタライズパターンには中央部両
側に引き出された引き出しパターンを持つことを特徴と
する。A third aspect of the present invention, in the second aspect, is characterized in that the metallized pattern has a leading pattern drawn on both sides of a central portion.
【００１１】本発明の請求項４の発明は、請求項３記載
の発明において、前記引き出しパターンの幅は前記レー
ザダイオードの長さの半分以下であることを特徴とする
ことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the width of the lead pattern is not more than half the length of the laser diode.
【００１２】本発明の請求項５の発明は、レーザダイオ
ードをマウントを介して放熱ブロックに搭載するレーザ
ダイオード用マウントの実装方法において、前記レーザ
ダイオードの長さより短い長さと前記レーザダイオード
の幅と略等しい幅を持つメタライズパターンを有し、該
メタライズパターンと長さの等しいマウントを形成する
工程と、該マウントにレーザダイオードを搭載する工程
と、放熱ブロックを形成する工程と、前記放熱ブロック
にマウントを搭載する工程とを有することを特徴とす
る。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for mounting a laser diode mount in which a laser diode is mounted on a heat dissipation block via a mount, wherein a length shorter than the length of the laser diode and a width of the laser diode are substantially equal to each other. Having a metallized pattern having an equal width, forming a mount having the same length as the metallized pattern, mounting a laser diode on the mount, forming a heat dissipation block, and mounting the mount on the heat dissipation block. Mounting step.
【００１３】本発明の請求項６の発明は、請求項５に記
載の発明において、前記マウントに前記レーザダイオー
ドを搭載する工程において、前記メタライズパターン上
に半田リボンを載置する段階と、前記レーザダイオード
を該半田リボン上に載置する段階と、前記レーザダイオ
ードと前記半田リボンとを載置した前記マウントを加熱
する段階とを有することを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, in the step of mounting the laser diode on the mount, a step of mounting a solder ribbon on the metallized pattern; Mounting a diode on the solder ribbon; and heating the mount on which the laser diode and the solder ribbon are mounted.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は発光素子の実装方法
を示す斜視図である。図２は本発明の実施の形態である
発光素子用マウント構造を示す斜視図、図３は発光素子
の斜視図、図４はマウントの斜視図である。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a method for mounting a light emitting element. FIG. 2 is a perspective view showing a light emitting element mount structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of the light emitting element, and FIG. 4 is a perspective view of the mount.
【００１５】まず、本発明の実施の形態である発光素子
用マウント構造の構成を説明する。図２において、１は
図３に示す発光素子であり、外形は発光部１ａを通る光
軸Ｋ方向の長さＬの方が幅Ｗよりも大きい直方体であ
る。２は図４に詳細を示すセラミックス等の高熱伝導絶
縁材料から成る直方体形状のマウントであり、一辺の長
さＬ−αは発光素子１の長さＬに比べてα（３μｍから
３０μｍ）短く形成されている。３はマウント２上に外
形線に平行に形成されたメタライズパターンであり、発
光素子１の幅Ｗと略等しい幅とマウント２と同じ長さと
を持っており、長さ方向のほぼ中央部から幅方向の両側
に延在するように、長さＬの半分以下の幅で適宜な長さ
を持つ引き出しパターン３ａが設けられている。発光素
子１は図２に示すように、光軸に直角な端面がマウント
２の端面から突き出して予めマウントへ搭載されてか
ら、図示しない放熱ブロックへと搭載され、レンズ他の
光学部品と共にパッケージされ、製品となる。First, the structure of the light emitting element mount structure according to the embodiment of the present invention will be described. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes the light-emitting element shown in FIG. Reference numeral 2 denotes a rectangular parallelepiped mount made of a highly heat-conductive insulating material such as ceramics shown in detail in FIG. 4. The length L-α of one side is shorter than the length L of the light emitting element 1 by α (3 μm to 30 μm). Have been. Reference numeral 3 denotes a metallized pattern formed on the mount 2 in parallel with the outline, having a width substantially equal to the width W of the light emitting element 1 and the same length as the mount 2, and having a width substantially from the center in the length direction. A lead pattern 3a having a width equal to or less than half the length L and having an appropriate length is provided so as to extend on both sides in the direction. As shown in FIG. 2, the light emitting element 1 has an end surface perpendicular to the optical axis protruding from the end surface of the mount 2 and is mounted on the mount in advance, then mounted on a heat radiation block (not shown), and packaged together with the lens and other optical components. , Product.
【００１６】次ぎに、この発光素子の実装方法を説明す
る。図１において、４はメタライズパターン３と略同一
寸法で厚さが１０μｍから３０μｍの半田リボンであ
る。半田リボン４をマウント２のメタライズパターン３
へ位置を合わせて供給後、発光素子１を半田リボン４上
に配置し、窒素等の非酸化雰囲気中で無加圧で加熱す
る。これにより半田リボン４が溶解し、発光素子１の下
面とメタライズパターン３が溶融半田に濡れる。溶融半
田には表面張力が発生して発光素子１をメタライズパタ
−ン３の位置に合わせようとするセルフアライメント作
用が働く。そこでそのまま冷却すれば発光素子１をマウ
ントの外形に対して高精度で位置決めし半田付けするこ
とができる。Next, a method of mounting the light emitting device will be described. In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a solder ribbon having substantially the same dimensions as the metallized pattern 3 and a thickness of 10 μm to 30 μm. Solder ribbon 4 is mounted on metallized pattern 3 of mount 2
Then, the light emitting element 1 is placed on the solder ribbon 4 and heated without pressure in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. Thereby, the solder ribbon 4 is melted, and the lower surface of the light emitting element 1 and the metallized pattern 3 become wet with the molten solder. A surface tension is generated in the molten solder, and a self-alignment action for aligning the light emitting element 1 with the position of the metallized pattern 3 is effected. Therefore, if the light emitting element 1 is cooled as it is, the light emitting element 1 can be positioned and soldered with high accuracy with respect to the outer shape of the mount.
【００１７】このとき、マウント２の長さＬ−αが発光
素子１の長さＬよりも短く設定してあるために、図２に
示すように発光素子１の両端がマウント２よりも僅かに
（ほぼα／２づつ）突出する。また、メタライズパター
ン３の幅と発光素子１の幅Ｗとを略等しく形成してある
ために両者の側縁が一致するようになる。また、半田溶
融時に発光素子１を位置決め移動させた余分の半田が引
き出しパターン３ａに流れ出すことにより、発光素子１
下面の半田量を減少させることができる。At this time, since the length L-α of the mount 2 is set shorter than the length L of the light emitting element 1, both ends of the light emitting element 1 are slightly smaller than the mount 2 as shown in FIG. (Almost every α / 2). In addition, since the width of the metallized pattern 3 and the width W of the light emitting element 1 are substantially equal, the side edges of the two coincide. In addition, when the solder is melted, the extra solder that has moved the light emitting element 1 is moved to the extraction pattern 3a.
The amount of solder on the lower surface can be reduced.
【００１８】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。溶融半田によるセルフアライメント作用が働くの
で、予めメタライズパターン３をマウント２の外形に対
して精度よく平行に設けておくことによって、発光素子
１をマウント２に搭載するときには０．１ｍｍ程度と低
い位置決め精度しか要求されない。また、引き出しパタ
ーン３ａにより発光素子１下の半田膜を薄くできるから
発光素子１の発熱を効率よくマウント２に伝達させるこ
とができる。また、発光素子の電極を配線する際にもこ
の引き出しパターンが用いられる。更に、発光部１ａが
マウント２端面より確実に突出した構造になるために、
出射光がマウント２表面で反射してしまう、いわゆる
「ケラレ」が発生することがない。Next, effects of the present embodiment will be described. Since the self-alignment effect of the molten solder works, by providing the metallized pattern 3 in parallel with the outer shape of the mount 2 with high precision in advance, when the light emitting element 1 is mounted on the mount 2, the positioning accuracy is as low as about 0.1 mm. Only required. Further, since the solder film under the light emitting element 1 can be thinned by the lead pattern 3a, heat generated by the light emitting element 1 can be efficiently transmitted to the mount 2. The lead pattern is also used when wiring the electrodes of the light emitting element. Further, since the light emitting portion 1a has a structure that protrudes from the end face of the mount 2 reliably,
There is no occurrence of so-called "vignetting" in which emitted light is reflected on the surface of the mount 2.
【００１９】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マウントにメタライズパターンを形成しておき、半田リ
ボンを介して発光素子を０．１ｍｍ程度の精度で配置
し、加熱・冷却するのみで高精度の実装が汎用装置によ
り達成できる。As described above, according to the present invention,
A metallized pattern is formed on the mount, the light emitting elements are arranged with an accuracy of about 0.1 mm via a solder ribbon, and high-precision mounting can be achieved by a general-purpose device only by heating and cooling.
【００２０】また、マウントに発光素子を搭載して半田
を加熱する時には多数個を同時に処理できるため、大量
高速の処理が可能になった。故に低工数で高精度のマウ
ントへの実装が確保できる。In addition, when a light emitting element is mounted on a mount and solder is heated, a large number of pieces can be processed at the same time. Therefore, mounting on a high-precision mount can be secured with a small number of man-hours.
【図１】本発明の実施の形態である発光素子用サブマン
トの実装方法を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a mounting method of a light emitting element submount according to an embodiment of the present invention.
【図２】マウントの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a mount.
【図３】発光素子の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a light emitting element.
【図４】マウントの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a mount.
【図５】従来の発光素子のマウント構造を示す斜視図で
ある。FIG. 5 is a perspective view showing a conventional light emitting element mounting structure.
【図６】従来の他のマウント構造を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing another conventional mounting structure.
【図７】発光素子の位置決め基準を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a reference for positioning a light emitting element.
【図８】発光素子の搭載位置を示す要部側面図である。FIG. 8 is a main part side view showing a mounting position of a light emitting element.
１ 発光素子 ２ マウント ３ メタライズパターン ３ａ 引き出しパターン ４ 半田リボン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light emitting element 2 Mount 3 Metallization pattern 3a Leader pattern 4 Solder ribbon
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 直一 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107− ５ シメオ精密株式会社内 (72)発明者 藤沢 千正 長野県北佐久郡御代田町大字御代田4107− ５ シメオ精密株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 EA29 FA11 FA22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naoichi Iwasaki 4107-5, Miyoshida-cho, Miyota-machi, Kitasaku-gun, Nagano Inside of Simeo Precision Co., Ltd. (72) Chimasa Fujisawa 4107-5, Miyoshida-cho, Miyota-cho, Kitasaku-gun, Nagano F-term (reference) in Simeo Seimitsu Co., Ltd. 5F073 EA29 FA11 FA22
Claims (6)
熱ブロックに搭載するレーザダイオード用マウント構造
において、前記マウントの長さを前記レーザダイオード
の長さより短くしたことを特徴とする光半導体用マウン
ト構造。1. A laser diode mounting structure in which a laser diode is mounted on a heat radiation block via a mount, wherein the length of the mount is shorter than the length of the laser diode.
ドの幅と略等しい幅で、前記マウントの長さと等しい長
さのメタライズパターンを設けたことを特徴とする請求
項１記載のレーザーダイオード用マウント構造。2. The mounting structure for a laser diode according to claim 1, wherein the mount has a metallized pattern having a width substantially equal to a width of the laser diode and a length equal to a length of the mount. .
に引き出された引き出しパターンを持つことを特徴とす
る請求項２記載のレーザーダイオード用マウント構造。3. The mounting structure for a laser diode according to claim 2, wherein said metallized pattern has a drawing pattern drawn on both sides of a central portion.
ダイオードの長さの半分以下であることを特徴とする請
求項３記載のレーザーダイオード用マウント構造。4. The mounting structure for a laser diode according to claim 3, wherein the width of the lead pattern is not more than half the length of the laser diode.
熱ブロックに搭載するレーザダイオード用マウントの実
装方法において、前記レーザダイオードの長さより短い
長さと前記レーザダイオードの幅と略等しい幅を持つメ
タライズパターンを有し、該メタライズパターンと長さ
の等しいマウントを形成する工程と、該マウントにレー
ザダイオードを搭載する工程と、放熱ブロックを形成す
る工程と、前記放熱ブロックにマウントを搭載する工程
とを有することを特徴とするレーザーダイオード用マウ
ントの実装方法。5. A method for mounting a laser diode mount in which a laser diode is mounted on a heat-dissipating block via a mount, comprising a metallized pattern having a length shorter than the length of the laser diode and a width substantially equal to the width of the laser diode. And forming a mount having the same length as the metallized pattern, mounting a laser diode on the mount, forming a heat dissipation block, and mounting the mount on the heat dissipation block. Characteristic mounting method for laser diode mount.
搭載する工程において、前記メタライズパターン上に半
田リボンを載置する段階と、前記レーザダイオードを該
半田リボン上に載置する段階と、前記レーザダイオード
と前記半田リボンとを載置した前記マウントを加熱する
段階とを有することを特徴とする請求項５記載のレーザ
ーダイオード用マウントの実装方法。6. A step of mounting the laser diode on the mount, mounting a solder ribbon on the metallized pattern, mounting the laser diode on the solder ribbon, 6. The method according to claim 5, further comprising: heating the mount on which the solder ribbon is mounted.
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