(57)【要約】【課題】  光素子が発する熱をステムに速やかに伝導することによって放熱効果を高める。【解決手段】  ステム１０の上面にはヒートシンク１１が突設されている。ヒートシンク１１にはレーザ光を出射する光素子としてのレーザダイオード１２が固定されている。また，レーザダイオード１２の近傍にはレーザダイオード１２から発せられたレーザ光を感知する光感知素子としてのフォトダイオード１２が固定されている。レーザダイオード１２の動作により発生する熱は，ヒートシンク１１を介して金属ステム１０に伝導され放熱される。ヒートシンク１１は，銅または銅を含む材料で構成されている。この構成によって，レーザダイオード１２が高い熱を発しても，この高熱を速やかに金属ステム１０に伝導して放熱することが可能となる。【選択図】  図２
2005093966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が取り付けられるヒートシンクを備える光素子用ステムであって，
前記ヒートシンクは，前記ステムに形成された結合孔に挿入された銅または銅を含む金属から成る棒を圧縮することによって前記ステムに固定され，成形されたものであることを特徴とする，光素子用ステム。
【請求項２】
前記ステムは，
前記光素子から発せられた光が透過するレンズを有するキャップが結合され，
前記光素子から発せられた光を感知する光感知素子が設置され，
前記光素子と前記光感知素子に電気的に接続される複数の端子ピンが設けられる，
ことを特徴とする，請求項１に記載の光素子用ステム。
【請求項３】
光素子が取り付けられるヒートシンクを備える光素子用ステムの製造方法であって：
前記ステムの材料となる金属板材をプレス加工して外形を成形し，前記金属板材に結合孔を形成する段階と；
前記結合孔に，銅または銅を含む金属から構成され前記ヒートシンクの材料となる棒を挿入し，前記棒の一部が前記金属板材の上面に突出するように前記棒の位置決めを行う段階と；
前記棒が挿入された前記金属板材を下部金型に載置する段階と；
上部金型を前記棒に当接させて前記棒を加圧する段階と； 
を含むことを特徴とする，光素子用ステムの製造方法。
【請求項４】
前記結合孔は，当該結合孔の内部において膨張する前記棒が係止される係止部を備えることを特徴とする，請求項３に記載の光素子用ステムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光素子用ステム(ｓｔｅｍ)及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，光素子としてのレーザダイオード(Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ)が出力するレーザ光は，周波数幅が狭くかつ指向性が高いため，光通信，多重通信，宇宙通信などのさまざまな分野で利用されている。
【０００３】
近年，遠距離通信サービスに対する需要が高まり，これに伴い，光通信機器に組み込まれるレーザダイオードの性能向上を目的とした研究開発も盛んになってきている。また，この光通信システムと並んでレーザダイオードの主要応用分野の一つと位置づけられている光ディスクシステム，例えばコンパクトディスクプレーヤー(Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｐｌａｙｅｒ）やコンパクトディスク再生／記録システム(Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄｉｎｇ／Ｗｒｉｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ)においては，低電流発振，長時間駆動など，レーザダイオードの各種特性の向上が求められている。
【０００４】
このようなレーザダイオードは，半導体パッケージで構成されＰＣＢ(Ｐｏｌｙ  Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｂｉｐｈｅｎｙｌ)などに装着される。従来の半導体レーザダイオードパッケージの構成を図１に示す。金属製のステム１１０の上面にはレンズ１２１を有する円筒形状のキャップ１２０が取り付けられる。ステム１１０と一体であり突出した形状を有するヒートシンク１１１にはレーザ光を出射するレーザダイオード１１２が固定され，レーザダイオード１１２の近傍には，レーザダイオード１１２から発せられたレーザ光を感知するフォトダイオード１１３が設置されている。ステム１１０の下部には，レーザダイオード１１２及びフォトダイオード１１３と外部回路との電気的接続やアースのために，複数の端子ピン１１４が設けられている。
【０００５】
ヒートシンク１１１は，金属板材をプレス成形してステム１１０を製造する際に，ステム１１０と一体で形成される。ステム１１０（ヒートシンク１１１）の材料としては，耐久性及び製造コストを考慮して，ＳＰＣ（冷間圧延鋼板）のような一般的な金属が用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし，ＳＰＣのような金属は耐久性に優れているものの，熱伝導率は高くないため，これをヒートシンク１１１の材料として採用したのではレーザダイオード１１２がレーザ光を発する際に発生する高熱を速やかにステム１０に伝導して放熱することができない。
【０００７】
このようにレーザダイオード１１２が発する熱を速やかに放熱できない場合，レーザダイオードの特性が低下するとともに，レーザダイオードの寿命が短くなってしまうおそれがある。この結果，半導体レーザダイオードシステムを構築したときに，所望の機能，品質を得ることができない場合があった。
【０００８】
本発明は，かかる問題点に鑑みてなされたもので，その目的は，光素子が発する熱をヒートシンクを介してステムに速やかに伝導することが可能な高い放熱効果を有する光素子用ステム及びこの光素子用ステムを効率よく製造することが可能な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，光素子が取り付けられるヒートシンクを備える光素子用ステムが提供される。そして，ヒートシンクは，ステムに形成された結合孔に挿入された銅または銅を含む金属から成る棒を圧縮することによってステムに固定され，成形されたものであることを特徴としている。かかる構成によれば，光素子が発熱した場合，その熱は，高い熱伝導率を有するヒートシンクを介してステムに迅速に伝えられ放熱されることになる。この結果，光素子の動作が安定化するとともに，熱による光素子の故障を防止することが可能となる。
【００１０】
ステムは金属によって形成されることが好ましい。また，ステムに対して，光素子から発せられた光が透過するレンズを有するキャップを結合させ，光素子から発せられた光を感知する光感知素子を設置し，光素子と光感知素子に電気的に接続される複数の端子ピンを設けることが好ましい。
【００１１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，光素子が取り付けられるヒートシンクを備える光素子用ステムの製造方法が提供される。そして，この製造方法は，ステムの材料となる金属板材をプレス加工して外形を成形し，金属板材に結合孔を形成する段階と，結合孔に銅または銅を含む金属から構成されヒートシンクの材料となる棒を挿入し，棒の一部が金属板材の上面に突出するように棒の位置決めを行う段階と，棒が挿入された金属板材を下部金型に載置する段階と，上部金型を棒に当接させて棒を加圧する段階とを含むことを特徴としている。この方法によれば，加圧された棒が結合孔内において膨張してステムに固定されるとともに，ステムの上面から突出していた棒の一部が上部金型の形状に合わせて成形される。したがって，高い熱伝導率を有するヒートシンクおよびそのヒートシンクを備えたステムが効率よく，かつ，高精度に形成される。また，ヒートシンクをステムに対して確実に固着させることが可能となる。
【００１２】
結合孔は，当該結合孔の内部において膨張する棒が係止される係止部を備えることが好ましい。これによって，ヒートシンクはより強くステムに固着されることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，光素子が発した熱は，高い熱伝導率を有するヒートシンクを介してステムに迅速に伝えられる。この結果，光素子の動作が安定化するとともに，熱による光素子の故障を防止することが可能となる。
【００１４】
また，本発明によれば，高い熱導電率を有するヒートシンクおよびこのヒートシンクを備えたステムを効率よく，かつ高精度に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
本実施の形態にかかる光素子用ステムを含む半導体レーザダイオードのパッケージ（以下，「パッケージ」という）の構成を図２〜図４に示す。金属板材を円板形状に成形して得られるステム１０の上部には円筒形状のキャップ２０が結合されており，キャップ２０にはレーザ光透過用のレンズ２１が備えられている。
【００１７】
ステム１０の上面にはヒートシンク１１が突設されている。ヒートシンク１１にはレーザ光を出射する光素子としてのレーザダイオード１２が固定されている。また，レーザダイオード１２の近傍にはレーザダイオード１２から発せられたレーザ光を感知する光感知素子としてのフォトダイオード１２が固定されている。
【００１８】
ステム１０の下部には，レーザダイオード１２及びフォトダイオード１３と外部回路との電気的接続やアースのために，２本の端子ピン１４が備えられている。各端子ピン１４は，金属ステム１０に設けられた挿入孔１７に挿入されている。各挿入孔１７の内部には絶縁体１４ａが備えられており，この絶縁体１４ａによって，各端子ピン１４はステム１０と電気的に絶縁される。
【００１９】
このように構成された本実施の形態にかかるパッケージにおいて，外部回路から各端子ピン１４を介してフォトダイオード１３及びレーザダイオード１２に所定の電圧が印加されると，レーザダイオード１２から光が出射され，フォトダイオード１３は，レーザダイオード１２から出射された光を感知し，電気信号に変換して出力する。
【００２０】
フォトダイオード１３が出力する電気信号は，レーザダイオード１２が出射する光を安定させるためのフィードバック信号として，またレーザダイオード１２の動作を検査する信号として用いられる。
【００２１】
レーザダイオード１２から出射された光は，キャップ２０に備えられたレンズ２１を介して外部に発せられる。このときのレーザダイオード１２の動作により発生する熱は，ヒートシンク１１を介して金属ステム１０に伝導され放熱される。
【００２２】
本実施の形態において，ヒートシンク１１は，銅または銅を含む材料で構成されている。この構成によって，レーザダイオード１２が高い熱を発しても，この高熱を速やかに金属ステム１０に伝導して放熱することが可能となる。
【００２３】
ヒートシンク１１が，熱伝導率の極めて高い，高純度(例えば９９．８％)の銅で形成されると，レーザダイオード１２からの高熱をより速やかに金属ステム１０に伝導して放熱することができる。
【００２４】
また，銅に他の金属を適量加えた銅合金でヒートシンク１１を形成するようにしてもよい。この場合，例えばレーザダイオード１２やフォトダイオード１３を構成する半導体の種類に応じて金属の強度，延性，展性などを適切に調整することが可能となる。このように，ヒートシンク１１の材質は必ずしも純粋な銅に限定されるものではない。なお，本実施の形態にかかるステム１０は，ヒートシンク１１とは異なる材料で形成されているが，ステム１０をヒートシンク１１と同じ銅によって形成することも可能である。ステム１０が銅で形成されると放熱効果がより向上する。
【００２５】
ヒートシンク１１を形成するためには，先ず，銅製の棒１１ａをステム１０に設けられた結合孔１５に挿入する（図６参照）。
【００２６】
ステム１０の結合孔１５に挿入された銅製の棒１１ａは，その頭部（一部）がステム１０の上面から突出する。この突出部をプレスなどに取り付けられた金型で加圧すると，棒１１ａが圧縮されながら結合孔１５の内部で膨張する。これによって，棒１１ａは結合孔１５に密着固定される。
【００２７】
また，棒１１ａの上部は金型の溝形状にあわせて成形される。この結果，ステム１０の上面に突出した形状を有する銅製のヒートシンク１１が形成される。
【００２８】
以上のように，本実施の形態によれば，ヒートシンク１１が高純度の銅で形成されているため，レーザダイオード１２からの高熱を速やかにステム１０に伝導して放熱することができる。この結果，パッケージの全体的な放熱特性を向上させることができ，組み込まれる半導体装置（レーザダイオード１２やフォトダイオード１３）の寿命を伸ばすことができる。すなわち，最終製品（半導体装置が組み込まれたパッケージ）の機能を向上させ，品質を高めることが可能となる。
【００２９】
また，ヒートシンク１１は，ステム１０の表裏面を貫通する貫通孔１５に密着挿入されているため，銅製のヒートシンク１１の表面のうち広い面積がステム１０と接触する。したがって，レーザダイオード１１が発する熱は，より速やかにヒートシンク１１からステム１０に伝導され，効率よく放熱される。
【００３０】
さらに，ヒートシンク１１は，銅製の棒１１ａをステム１０の結合孔１５に挿入してプレスで押さえることで成形されるものであり，その成形に要する時間は短く，その作業も簡便である。
【００３１】
次に，上記構成を有する本実施の形態にかかるステム１０とヒートシンク１１の製造方法について，図５と図６を参照しながら説明する。なお，図５ａ〜ｆは，ステム１０とヒートシンク１１の正面図（縦断面図）であり，図６ａ〜ｄはその斜視図である。
【００３２】
本実施の形態にかかるステム１０とヒートシンク１１の製造方法は，次の工程を有している。
【００３３】
ステップ１（図５ａ，図６ａ）
金属板材をプレスで加工して外形を成形しながら，ヒートシンク１１の結合孔１５，端子ピン１４の挿入孔１７及びフォトダイオード１３を装着する傾斜溝１６を形成する。これによって，ヒートシンク１１が取り付けられる前のステム１０が出来上がる。
【００３４】
ステップ２（図５ｂ，図６ｂ）
金属板材（ステム１０）に垂直に設けられた結合孔１５に銅製の棒１１ａを挿入し，棒１１ａの上部（一部）が金属板材の上面に突出するように位置決めを行う。
【００３５】
ステップ３（図５ｂ）
棒１１ａが挿入された金属板材を平坦な下部金型３１上に載置する。
【００３６】
ステップ４（図５ｃ〜ｅ）
プレスに装着された上部金型３０を下降させて，金属板材の上面に突出した棒１１ａを加圧する。棒１１ａの突出部が上部金型３０と下部金型３１によって加圧されると，棒１１ａが圧縮されながら結合孔１５の内部で膨張し，ここに密着固定される。また，棒１１ａの上部が上部金型３０の溝３０ａの形状にあわせて成形される。
【００３７】
ステップ５（図５ｅ，ｆ）
上部金型３０を上方に引き上げる。以上の工程を経て，銅製のヒートシンク１１が形成されたステム１０が完成する。
【００３８】
ところで，ステップ１において形成される結合孔１５の形状については，図５に示すように，結合孔１５の下部周縁部を面取り加工することによって形成される係止部１５ａを備えることが好ましい。この係止部１５ａは例えば，テーパー形状あるいは溝形状を有している。結合孔１５が係止部１５ａを備えることによって，棒１１ａが圧縮されながら結合孔１５の内部で膨張して密着固定されるとき，棒１１ａの下部が係止部１５ａに噛合することになる。これによって，銅製のヒートシンク１１がステム１０の結合孔１５にさらに強く固着される。
【００３９】
ここで，ヒートシンク１１の接合方法について，添付図面を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００４０】
まず，図５ａと図６ａに示すように，一定の厚さを有する金属板材をプレスで打ち抜いてその外形を円板形状に成形する。この金属板材は最終的にステム１０となる。そして，ヒートシンク１１の結合孔１５，端子ピン１４の挿入孔１７及びフォトダイオード１３を装着する傾斜溝１６をそれぞれ形成する。
【００４１】
なお，金属板材を打ち抜いて外形を形成する工程と，結合孔１５，挿入孔１７及び傾斜溝１６などを形成する工程を一回のプレスで一括して行うようにしてもよい。また，各部位を連続的な工程により段階的に形成することもできる。このように，金属板材の加工の工程数については，加工形状，金属の種類等に応じて設定することが好ましい。
【００４２】
続いて，図５ｂと図６ｂに示すように，金属板材に垂直に設けられた結合孔１５に銅製の棒１１ａを挿入して，棒１１ａの上部が金属板材の上面から突出するように棒１１ａの位置決めを行う。次に，棒１１ａが挿入された金属板材を平坦な下部金型３１上に載置する。下部金型３１はプレスの定盤に固定されており，下部金型３１の上面は平坦な状態を維持する。
【００４３】
続いて，図５ｃに示すように，プレスに装着された上部金型３０を下降させて，金属板材の上面から突出した棒１１ａを加圧して棒１１ａを圧縮する。上部金型３０は，プレスのスライドに装着され昇降するもので，上部金型３０には所定形状の溝３０ａが形成されている。
【００４４】
上部金型３０が下降し，棒１１ａの突出部が上部金型３０によって加圧されると，図５ｄに示すように，棒１１ａが圧縮されながら結合孔１５の内部で膨張する。これによって，棒１１ａが結合孔１５の内壁に密着することになり，棒１１ａが結合孔１５の内部に強固に固定される。また，金属板材の上面から突出した棒１１ａの上部が上部金型３０の溝３０ａ（図５ｅ参照）の形状に成形される。
【００４５】
次いで，図５ｅに示すように上部金型３０を上昇させると，図５ｆと図６ｃに示すように，金属板材に銅製のヒートシンク１１が形成される。ここまでの工程を経て，ステム１０の製造が完了する。
【００４６】
ところで，金属板材にヒートシンク１１の結合孔１５を形成する際，結合孔１５の下部（金属板材の裏面側）周縁部を面取り加工することによって係止部１５ａを形成することが好ましい。また，結合孔１５の内壁のいずれかの箇所に溝形状の係止部を形成してもよい。棒１１ａがプレスによって圧縮されて結合孔１５の内部で膨張して結合孔１５の内壁に密着するとき，係止部１５ａに棒１１ａの下部が膨張しながら係止される。この結果，銅製のヒートシンク１１がステム１０の結合孔１５にさらに強く固定される。
【００４７】
ステム１０が完成したところで，図５ｆと図６ｄに示すように，銅製のヒートシンク１１にレーザダイオード１２を固定し，傾斜溝１６にフォトダイオード１３を装着する。その後，図２〜図４に示すように，ステム１０の各挿入孔１７に端子ピン１４を挿入して絶縁体１４ａで固定する。端子ピン１４とフォトダイオード１３及びレーザダイオード１２をワイヤで連結し，その他の電気的な接続を行った後，ステム１０の上面に円筒形状のキャップ２０を固定させることで，パッケージが完成する。
【００４８】
以上のように，本実施の形態にかかるパッケージの製造方法によれば，銅製のヒートシンク１１を備えたステム１０を効率よく，しかも高精度に製造することが可能となる。そして，高機能，高品質の製品（半導体装置が組み込まれたパッケージ）が得られる。
【００４９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は，例えば，光ディスクシステムや光通信システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来の半導体レーザダイオードのパッケージの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる半導体レーザダイオードのパッケージの構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示した半導体レーザダイオードのパッケージの外観を示す斜視図である。
【図４】図２に示した半導体レーザダイオードのパッケージの構成を示す断面図である。
【図５ａ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その１）である。
【図５ｂ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その２）である。
【図５ｃ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その３）である。
【図５ｄ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その４）である。
【図５ｅ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その５）である。
【図５ｆ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す断面図（その６）である。
【図６ａ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す斜視図（その１）である。
【図６ｂ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す斜視図（その２）である。
【図６ｃ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す斜視図（その３）である。
【図６ｄ】同実施の形態にかかるステムの製造過程を示す斜視図（その４）である。
【符号の説明】
【００５２】
１０    ステム
１１    ヒートシンク
１１ａ    棒
１２    レーザダイオード
１３    フォトダイオード
１４    端子ピン
１４ａ    絶縁体
１５    結合孔
１５ａ    係止部
１６    傾斜溝
１７    挿入孔
２０    キャップ
２１    レンズ
３０    上部金型
３０ａ    溝
３１    下部金型
【図１】
2005093966.tif 000003
【図２】
2005093966.tif 000004
【図３】
2005093966.tif 000005
【図４】
2005093966.tif 000006
【図５ａ】
2005093966.tif 000007
【図５ｂ】
2005093966.tif 000008
【図５ｃ】
2005093966.tif 000009
【図５ｄ】
2005093966.tif 000010
【図５ｅ】
2005093966.tif 000011
【図５ｆ】
2005093966.tif 000012
【図６ａ】
2005093966.tif 000013
【図６ｂ】
2005093966.tif 000014
【図６ｃ】
2005093966.tif 000015
【図６ｄ】
2005093966.tif 000016