(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザチップを、リードフレーム、ステム、または、サブマウント等のダイボンド面の所定の位置に、導電性ダイボンドペーストを用いてダイボンドした半導体レーザ装置の製造方法において、
前記導電性ダイボンドペーストを前記所定の位置に塗布する工程と、
該塗布した導電性ダイボンドペーストを予備加熱した後に、半導体レーザチップを搭載する工程と
を有し、
前記予備加熱の温度は、前記導電性ダイボンドペーストの希釈剤が蒸散し始める温度以上、前記導電性ダイボンドペーストの熱硬化反応開始温度以下とすることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、
前記導電性ダイボンドペーストは、エポキシ樹脂を基剤としたペーストとし、その予備加熱の温度は６０℃以上、８０℃以下としたことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置の製造方法に関し、特に半導体レーザチップを導電性ダイボンドペーストを用いてダイボンドした半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体レーザ装置では、その半導体レーザチップは、特開平６−３７４０３号公報等で開示されているように、Ｉｎ，Ｐｂ/Ｓｎ（半田），Ａｕ/Ｓｎ等の金属ロウ材を介して、リードフレーム、ステム、または、該ステム上に配設されたサブマウント等のボンディング面の所定のボンディング位置にダイボンドされているものであった。
【０００３】
例えば、図５は第１の従来例の半導体レーザ装置で、半導体レーザチップ５０をサブマウント５１のダイボンド面５１ａの所定の位置に金属ロウ材５２を介してダイボンドして作成されている部分を表している。金属ロウ材５２は常温では固体であり、ボンディング面の所定のボンディング位置に蒸着等により付着させておく。次に、半導体レーザチップ５０を金属ロウ材５２の上に置いてから１５０℃以上に加熱して金属ロウ材５２を溶融する。このとき、半導体レーザチップ５０が動かないように、ボンディングコレット等（図示せず）で固定しておく。最後に冷却して金属ロウ材５２を硬化させることにより半導体レーザチップ５０はダイボンド面５１ａの所定のボンディング位置にダイボンドされる。なお、図５において、５３は半導体レーザチップ５０の主出射側レーザ発光点、５４はモニター用副出射側レーザ発光点、５５は主出射側レーザ発光点と副出射側レーザ発光点とを結ぶ半導体レーザチップ５０の発光光軸である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示す第１の従来例のような半導体レーザ装置の製造方法では金属ロウ材５２の溶融温度が高いため、加熱・冷却サイクルに時間がかかり、作成時間が長くなるという問題があった。また、硬化後の金属ロウ材５２の厚さが０．０１ｍｍより薄いために、第１の従来例の半導体レーザ装置を、光ピックアップのトラッキング制御方式の主流である三ビーム方式を用いた光ピックアップに採用すると、光ディスクから戻ってきた三つのビームのうち、副ビームの一つが半導体レーザチップ５０の出射面で正反射されて、光ディスクに戻り、さらに信号検出用フォトダイオードに戻って、ノイズを発生するという問題があった。
【０００５】
作成時間が長いという問題の改善策として、金属ロウ材の代わりに導電性ダイボンドペースト（導電性接着剤）を用いて半導体レーザチップをダイボンドするという方法を用いて、半導体レーザ装置を作成するという提案がある（以下「第２の従来例」という）。導電性ダイボンドペーストは樹脂に銀片等の導電性フィラーを充填したものであり、使用する樹脂により硬化温度を１００℃程度と低くすることができ、従って、加熱、冷却サイクルが短いので半導体レーザ装置の作成時間を短縮することができる。
【０００６】
図６に導電性ダイボンドペーストを用いてダイボンドして作成された半導体レーザ装置を示す。図６において、５０は半導体レーザチップ、５１はステム、５１ａはダイボンド面、５３は半導体レーザチップ５０の主出射側レーザ発光点、５４はモニター用副出射側レーザ発光点、５５は主出射側レーザ発光点と副出射側レーザ発光点とを結ぶ半導体レーザチップ５０の発光光軸、５６は導電性ダイボンドペーストである。
【０００７】
しかしながら、第２の従来例の半導体レーザ装置の製造方法では、導電性ダイボンドペースト５６の電気抵抗を下げるために導電性フィラーの割合を高くすると、導電性ダイボンドペースト５６の粘性が高くなり、半導体レーザチップ５０を導電性ダイボンドペースト５６の上に搭載したとき、半導体レーザチップ５０の端面及び側面に導電性ダイボンドペーストが盛り上がって付着し、主出射側発光点５３またはモニター側発光点５４を塞いでしまうという問題があった。このことを、図７により具体的に説明する。
【０００８】
図７（ａ）において、ディスペンサ（図示せず）により、シリンジニードル針先５７には一定微量の導電性ダイボンドペースト５６が吐出されている。そして、シリンジニードル針先５７が下降方向５８Ａに下降し、サブマウント５１のダイボンド面５１ａの所定の位置に導電性ダイボンドペースト５６を付着させた後、図７（ｂ）に示すように上昇方向５８Ｂに上昇すると、導電性ダイボンドペースト５６がサブマウント５１の搭載面５１ａの所定の位置に塗布される。
【０００９】
次に、図６に示すように半導体レーザチップ５０は前記塗布された導電性ダイボンドペースト５６上に搭載されるが、半導体レーザチップ５０の下面のサイズは約０．２ｍｍ角であり、発光点の高さは該チップ５０の下面より約０．０５ｍｍの高さにある。すなわち、搭載面５１ａより０．０５ｍｍの高さにある。一方、シリンジニードル針先５７のサイズは導電性ダイボンドペースト５６の塗布安定性を考慮するとφ０．３ｍｍ程度より小さくすることはできない。このため、半導体レーザチップ５０のサイズに対し、導電性ダイボンドペースト５６の塗布面積の方が広くなるので、該ペースト５６の厚みは０．０５ｍｍを越えてしまうことが多い。従って、図６に示すように、この上に搭載された半導体レーザチップ５０の発光点５３，５４を有する端面及び側面には、導電性ダイボンドペースト５６が盛り上がり、このまま硬化用加熱・冷却処理を行うと、主出射側発光点５３およびモニター側発光点５４を塞いでしまうことになる。
【００１１】
本発明は、導電性ダイボンドペーストを用いて半導体レーザ装置を作成しても、導電性ダイボンドペーストが主出射側発光点およびモニター側発光点を塞いでしまう不具合を発生しない半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明は、半導体レーザチップを、リードフレーム、ステム、または、サブマウント等のダイボンド面の所定の位置に、導電性ダイボンドペーストを用いてダイボンドした半導体レーザ装置の製造方法において、前記導電性ダイボンドペーストを前記所定の位置に塗布する工程と、該塗布した導電性ダイボンドペーストを予備加熱した後に、半導体レーザチップを搭載する工程とを有し、前記予備加熱の温度は、前記導電性ダイボンドペーストの希釈剤が蒸散し始める温度以上、前記導電性ダイボンドペーストの熱硬化反応開始温度以下とすることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法である。
【００１４】
また、予備加熱の温度は、導電性ダイボンドペーストの希釈剤が蒸散し始める温度を下限とし、導電性ダイボンドペーストの熱硬化反応開始温度を上限とする。
【００１５】
そのことにより、導電性ダイボンドペーストを用いて半導体レーザ装置を作成しても、導電性ダイボンドペーストが主出射側発光点およびモニター側発光点を塞いでしまう不具合を発生しない。
【００１６】
また本発明は、エポキシ樹脂を基剤とした導電性ダイボンドペーストを用い、その予備加熱の温度を６０℃以上、１００℃以下とする。
【００１７】
そのことにより、導電性ダイボンドペーストを用いても、導電性ダイボンドペーストが主出射側発光点およびモニター側発光点を塞いでしまう不具合を発生しない半導体レーザ装置をより容易に作成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の実施形態の半導体レーザ装置において、半導体レーザチップ５がステム１にダイボンドされている部分を示す図である。該半導体レーザ装置の製造方法を図１及び図２にもとづいて説明する。
【００１９】
図１において、ステム１は鉄系または銅系の金属合金の母材を加工して形成され、金メッキ等の表面処理を施されている。導電性ダイボンドペースト２は従来例と同様にしてステム１の半導体レーザチップ５のダイボンド面１ａの所定の位置に塗布される。すなわち、シリンジニードル針先３にディスペンサ（図示せず）により一定微量射出された導電性ダイボンドペースト２がシリンジニードル針先３の下降４Ａ・上昇４Ｂにより、図１（ｂ）に示すようにステム１上に塗布される。
【００２０】
なお、本実施形態の半導体レーザ装置で用いる導電性ダイボンドペースト２は、銀片等の導電性フィラーをエポキシ樹脂に８０重量％以上充填したエポキシ樹脂を基材とした導電性ダイボンドペーストである。該導電性ダイボンドペースト２のＴＧ及びＤＴＡの温度依存性特性の一例を図４に示す。図４では横軸は時間であるが、略５分後より時間に比例して温度が上昇していくことを示している。ＴＧが下降を始める▲１▼点に対応する温度が希釈剤の蒸散開始温度であり、ＤＴＡが上昇し始める▲２▼点に対応する温度が熱硬化反応開始温度である。図４は、希釈剤の蒸散開始温度は略６０℃、熱硬化反応開始温度は略１００℃であることを示している。
【００２１】
次に、ステム１を、該塗布した導電性ダイボンドペースト２の熱硬化反応開始温度より低い温度である約７０℃で予備加熱する。図２に示すように、塗布した直後は粘度が高く、水玉状に盛り上がった導電性ダイボンドペースト２は、この予備加熱により粘度が下がり、拡散して厚みが薄い予備加熱された導電性ダイボンドペースト２０となる。予備加熱された導電性ダイボンドペースト２０の厚みが０．０２ｍｍ程度にまで薄くなるまで予備加熱を行う。予備加熱時間は短い方が生産性が良い。一方、ステム１の熱容量を考慮すると２秒以上行うことが好ましい。
【００２２】
また、導電性ダイボンドペーストの熱硬化反応開始温度は１００℃であるが、予備加熱温度を８０℃より高く設定すると、希釈剤の蒸散が早くなり、予備加熱の時間によっては導電性ダイボンドペーストが部分的に硬化してしまうという問題が生じることがある。一方、加熱温度が６０℃未満の場合には熱硬化反応が生じないので粘度が下がらない。そのため、予備加熱する温度範囲は６０乃至８０℃が好ましい。
【００２３】
予備加熱された導電性ダイボンドペースト２０の上に、半導体レーザチップ５を搭載し、熱硬化反応開始温度より高い温度に加熱して導電性ダイボンドペースト２を本硬化させて図３に示す半導体レーザ装置とする。このようにすると、予備加熱された導電性ダイボンドペースト２０は半導体レーザチップ５の主出射側発光点６およびモニター側発光点７（各々高さ：０．０５ｍｍ程度）より高く盛り上がることがない。
【００２４】
なお、本硬化は時間がかかるため、ダイボンド装置の上では短い時間だけ行い、半導体レーザチップ５が軽い衝撃では動かない程度に硬化させた後、別の場所に移動して、完全に硬化させる方が好ましい。
【００２５】
予備加熱された導電性ダイボンドペースト２０は、半導体レーザチップ５の搭載面１ａからの高さが０．０１ｍｍより高い。三ビーム方式の光ピックアップでは、光ディスク（図示せず）より戻ってきた三つのビーム（図示せず）はダイボンド面に対し略垂直方向にそれぞれ５０μｍ程度の間隔で並んで半導体レーザチップ５の端面に戻ってくる。このため、本実施形態の半導体レーザ装置を用いると、この三つのビーム（図示せず）のうち主ビームは発光点に戻るが、副ビームの一つは半導体レーザチップ５の上を通過し、他の副ビームは該導電性ダイボンドペースト２０により散乱して前記半導体レーザチップ５の出射面で正反射されなくなり、光検出器（図示せず）に戻らないのでノイズを発生しない。
【００２６】
また、導電性ダイボンドペーストは銀片等の導電性フィラーがエポキシ樹脂に８０重量％以上充填された、エポキシ樹脂を基材とする導電性ダイボンドペーストを用いた。基材とする樹脂はエポキシ系に限らず、シリコーン系樹脂やポリイミド系樹脂等であってもよい。しかし、ポリイミド系樹脂は熱硬化温度が高い為硬化させるのに時間がかかる、他の材料へ悪影響を与える恐れがある等の問題があり、シリコーン系樹脂は硬化しても柔らかい為、硬化後の外的衝撃等により半導体レーザチップのダイボンド位置や向きが移動する恐れがある。半導体レーザチップのダイボンド位置や向きが移動すると光ディスクシステムの光学系の光軸に対する半導体レーザチップの光軸がずれてしまうため、光ディスクの情報が読み取れなくなるという問題がある。
【００２７】
一方、エポキシ系樹脂を基材とする導電性ダイボンドペーストは、硬化前後での形状の変化が小さいので本硬化を行うときに半導体レーザチップの位置や向きが移動しない。その結果、本実施形態の半導体レーザ装置を光ピックアップに用いたとき、光ピックアップの他の光学素子との位置関係を正しく設定することが容易となる。
【００２８】
以上、本実施形態の半導体レーザ装置及びその製造方法では、半導体レーザチップをステムに直接搭載する場合について説明したが、セラミック、シリコン等のサブマウントに搭載してからステムに搭載する場合や、リードフレームに搭載する場合にも適用できることは明らかである。
【００２９】
また、ペースト塗布方法についてはディスペンス方式で説明したが、スタンピング方式であっても構わない。
【００３０】
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、導電性ダイボンドペーストを用いて半導体レーザ装置を作成するので加熱、冷却時間を短くすることができる。また、加熱温度が低いため、半導体レーザ装置の他の部品に影響を与えることもない。さらに、導電性ダンボンドペーストをディスペンスした後、予備加熱を行い、導電性ダイボンドペーストの粘度を下げることにより、導電性ダイボンドペーストが主出射側発光点およびモニター側発光点を塞いでしまうという問題がない。特に導電性フィラーを多く充填した抵抗の低い導電性ダイボンドペーストを用いることができるので大きい電流を流す半導体レーザチップのダイボンドに好適である。
【００３２】
さらに、本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、エポキシ系樹脂を基材とする導電性ダイボンドペーストを用いることにより、導電性ダイボンドペーストを硬化させたとき半導体レーザチップのダイボンド位置や向きが動くことがなく、本硬化後は樹脂が固いので半導体レーザチップの搭載位置や向きが容易に動かない。そのため、光ピックアップに用いた場合、他の光学素子との位置関係を正しく設定することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の半導体レーザ装置の、製造工程を示す図であり、（ａ）はダイボンドペースト塗布前を表す図、（ｂ）はダイボンドペースト塗布後を表す図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体レーザ装置の、図１から続く製造工程を示す図であり、（ａ）は予備硬化を行う前の状態を表わす図であり、（ｂ）は予備硬化を行った後の状態を表わす図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体レーザ装置の半導体レーザチップをステムにダイボンドした部分を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の半導体レーザ装置の製造に用いるエポキシ樹脂を基材とする導電性ダイボンドペーストのＴＧ及びＤＴＡの温度依存性を示す図である。
【図５】第１の従来例の半導体レーザ装置の半導体レーザチップをステムにダイボンドした部分を示す図である。
【図６】第２の従来例の半導体レーザ装置の半導体レーザチップをステムにダイボンドした部分を示す図である。
【図７】第２の従来例の半導体レーザ装置の製造工程を示す図であり、（ａ）はダイボンドペースト塗布前を表す図、（ｂ）はダイボンドペースト塗布後を表す図である。
【符号の説明】
１  ステム
２，２０  導電性ダイボンドペースト
５  半導体レーザチップ
６  主出射側発光点
７  モニター側発光点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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