JP4692272B2 - レーザ集積装置及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を発生するレーザ集積装置、光記録媒体の信号を読み取り可能な光ピックアップ装置及びそのレーザ集積装置の製造方法に関する。

従来から、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光ディスクに信号を記録し、あるいは記録された信号を再生するための光ピックアップ装置には、半導体レーザを備える半導体集積装置や、対物レンズ等の光学部品が搭載されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１の半導体集積装置では、セラミックスでなるベース体（３）上に半導体基板（５）及びサブマウント（６）等を介して半導体レーザ（７）が搭載されている。さらに、半導体レーザ（７）から出射されたレーザ光をほぼ垂直に立ち上げるプリズム（１０）が半導体基板（５）上に載置されている。一般的に、このような半導体集積装置は、フレキシブルプリント配線板を介して外部のドライバ用のＩＣ（Integrated Circuit）と電気的に接続される。したがって、半導体集積装置は、そのフレキシブルプリント配線板と電気的に接触するための電極を、ベース体（３）の裏面側に備えている。
特開２００４−２２０６７５号公報（図３）

上記電極のうちグランド電極の面積が小さい場合にはノイズが大きくなるという問題がある。また、フレキシブルプリント配線板の導線が細長い場合にも、アンテナ効果により別の不要なノイズが拾われてしまう。従来において、例えば、フレキシブルプリント配線板の導線を太くすることでノイズの影響は低減されていたが、フレキシブルプリント配線板の大きさには限界があり、ノイズの低減はあまり見込めなかった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電気信号のノイズを低減することができるレーザ集積装置光ピックアップ装置及びそのレーザ集積装置の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ集積装置は、表面を有する基板と、前記表面に形成された導体膜と、前記導体膜上に搭載されたレーザ発生素子と、前記表面に形成され、前記レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極とを具備する。

本発明では、グランド電極が、レーザ発生素子が搭載される表面に形成されているので、基板の裏面に形成される場合に比べ、グランド電極の表面積を極力大きくすることができる。これにより、ノイズを低減することができる。

本発明において、レーザ集積装置は、前記基板が有する裏面に形成され、前記レーザ集積素子が駆動されるときに用いられる信号電極をさらに具備し、前記グランド電極の表面積は、前記信号電極の表面積より大きい。これにより、さらにノイズが低減される。本発明には、１つのグランド電極の表面積が１つの信号電極の表面積より大きい、という意味、あるいは、信号電極が複数ある場合に、その総表面積よりグランド電極１つの表面積が大きい、という両方の意味が含まれる。

本発明において、当該レーザ集積装置は、前記レーザ発生素子が発生するレーザ光を光記録媒体に導く光学系を備える光ピックアップ装置のベースフレームに搭載される装置であり、前記基板の前記表面は、前記ベースフレームに接触させるための基準面である。すなわち、基準面にグランド電極が形成されるので、グランド電極が大きく形成される分、そのグランド電極がベースフレーム自体、あるいはベースフレームのグランド導通部に接触して、確実にベースフレームに導通させることができる。グランド電極がベースフレーム自体に接触する場合、ベースフレームは導電性の材質でなる。

さらに、導体膜とグランド端子の厚さがほぼ同じであれば有利になる。例えばレーザ発生素子からのレーザ光の光軸が導体膜及びグランド電極の膜厚方向に延びる場合、グランド電極がベースフレーム（またはベースフレームの導通部）に接触したときに、そのレーザ光の光路長あるいは光学系の焦点距離を所期の値に設定することができる。つまり、光ピックアップの製造時において、基準面に形成されたグランド電極がベースフレームに接触させられるだけで、当該焦点距離に関する位置決めを簡単に行うことができる。

さらに、その場合、前記導体膜は、タングステン膜、ニッケル膜及び金膜を含む膜である。特に、タングステン膜やニッケル膜の厚さのばらつきは比較的大きいものである。したがって、基板表面にグランド電極がなく、その導体膜だけがある場合は、光路長または焦点距離のばらつきも大きくなってしまう。しかしながら、基板表面にグランド電極が形成されていれば、上述のように光路長または焦点距離を高精度に合わせることができる。

なお、グランド端子も、導体膜と同様な材料が用いられるが、必ずしも同じでなくもよい。同じ材料であれば、レーザ集積装置の製造が容易になる。

本発明に係る光ピックアップ装置は、表面を有する基板と、前記表面に形成された導体膜と、前記導体膜上に搭載されたレーザ発生素子と、前記表面に形成され、前記レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極とを有するレーザ集積素子と、前記レーザ発生素子が発生するレーザ光を光記録媒体に導く光学系と、前記グランド電極が電気的に接続される導通部を有し、前記レーザ集積素子と前記光学系とが搭載されるベースフレームと具備する。

本発明に係るレーザ集積装置の製造方法は、表面を有する基板と、前記基板上に設けられるレーザ発生素子とを備えるレーザ集積装置の製造方法であって、前記表面のうち前記レーザ発生素子が載置される領域に導体膜を形成する工程と、レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極を前記表面に形成する工程とを具備する。本発明において、導体膜を形成する工程と、グランド電極を形成する工程は同じ工程で（同じ時に）行われてもよいし、異なる工程で（異なる時に）行われてもよい。

以上のように、本発明によれば、レーザ集積装置に発生する電気信号のノイズを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る光ピックアップ装置を示す概略的な斜視図である。図２は、図１の光ピックアップ装置３０の一部を示す概略的な平面図である。

光ピックアップ装置３０は、光記録媒体としての光ディスク２００の径方向に移動するベースフレーム２２を備えている。このベースフレーム２２の径方向への移動は、いわゆるスレッドモータあるいは送りモータと呼ばれるモータにより行われる。ベースフレーム２２は例えば導体でなる。ベースフレーム２２の側面２２ａにはレーザ集積素子１が搭載され、また対物レンズ２３が搭載されている。ベースフレーム２２には、対物レンズ２３を光ディスク２００のトラッキング方向（Ｙ方向）及びフォーカシング方向（Ｚ方向）に移動させるための図示しない２軸アクチュエータも搭載されている。さらにベースフレーム２２には、対物レンズ２３のほかにも、レーザ集積素子１から発生したレーザ光を光ディスク２００の信号記録面に導く光学系も搭載されている。ここでいう「光学系」は、上記対物レンズ２３のほか、例えば、レーザ集積素子１からＸ方向に出射されたレーザ光を、対物レンズＺ方向にほぼ垂直に立ち上げる図示しないミラー等を含む。図２に示すように、ベースフレーム２２の側面２２ａには、レーザ集積素子１のケース１７等が挿入されてレーザ集積素子１を保持するための穴または切り欠き２２ｂが形成されている。

なお、２軸アクチュエータでなくても、Ｚ−Ｙ平面内またはＺ−Ｘ平面内で、光ディスク２００の信号記録面に対して対物レンズ２３を傾けるチルトアクチュエータを含む３軸アクチュエータが搭載される場合もある。

図３は、レーザ集積素子１にフレキシブルプリント配線板（以下、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit board）という。）２４が接続された状態を示す斜視図である。ＦＰＣ２４には、導線２５が印刷されており、ＦＰＣ２４の一端２４ａが後述するレーザ集積素子１のベース基板３に設けられた電極に接続されている。ＦＰＣ２４の他端２４ｂは、レーザ集積素子１を駆動したり、例えばレーザ集積素子１に搭載された後述するフォトディテクタからの再生信号を入力したりする図示しない集積回路に接続されている。

図４は、レーザ集積素子１を示す斜視図である。図５は、レーザ集積素子１のＸ−Ｙ平面で見た断面図である。

レーザ集積素子１はパッケージ２に所定の各部品が配置されて構成される。パッケージ２は、例えばセラミックス材料によって平板状に形成されたベース基板３と、例えば樹脂材料によって形成された、上述したケース１７から構成される。ケース１７は、例えば、図５に示すように内部に、レーザ発生素子の一部または全部を構成する半導体レーザ７等、その他の部品を収容するハウジング４と、ハウジング上に設けられた、各種光学部品を搭載したブロック１３とにより構成される。ベース基板３は、例えば多層配線基板であるが、多層配線の基板でなくてもよい。

ハウジング４は、例えば、断熱性の高い樹脂材料によって下方に開口された箱状に形成され、上面４ａに透過孔４ｂが形成されている。ハウジング４内であってベース基板３の基準面Ａとなる表面３ａには、導体膜２１を介して半導体基板５が搭載されている。半導体基板５上にはサブマウント６が載置され、該サブマウント６上には半導体レーザ７が配置されている。半導体レーザ７からはレーザ光が出射される。このレーザ光は、半導体基板５上であって半導体レーザ７の隣に配置されたプリズム１０に向かう方向（Ｙ方向）に出射される。

半導体レーザ７は、例えば第１の波長のレーザ光と、第１の波長より短い第２の波長のレーザ光を出射する。第１の波長は、例えば６５０〜７８０ｎｍ程度の赤色のレーザ光であり、第２の波長は、例えば４０５ｎｍ前後の青色のレーザ光である。しかし、半導体レーザ７は、上記第１及び第２の波長のうちのいずれか１波長のレーザ光のみを出射する半導体レーザであってもよい。あるいは、半導体レーザ７は、４０５ｎｍより短い波長または長い波長のレーザ光を出射するものであってもよいし、さらに７８０ｎｍより長い波長のレーザ光を出射するものであってもよい。あるいは、可視光以外の波長、例えば可視光波長より長い波長、または可視光波長より短い波長のレーザ光が出射される半導体レーザであってもよい。

プリズム１０は、半導体基板５に例えば接着剤等により取り付けられている。プリズム１０は、例えば半導体レーザ７から発光されるレーザ光の光量が一定となるように制御するＡＰＣ（Automatic Power Controller）機能を有する図示しないモニター用受光素子を覆うように配置されている。プリズム１０には、４５度程度に傾斜して形成された光反射面１０ａと、ほぼ垂直な光透過面１０ｂとがそれぞれ形成されている。半導体レーザ７から出射したレーザ光は、光反射面１０ａで約９０度折り曲げられて反射され、反射されたレーザ光は光ディスク２００へ向かう。半導体レーザ７からのレーザ光の一部は、光透過面１０ｂを透過し、透過したレーザ光は上記モニター用受光素子に向かう。

なお、半導体基板５上には、光ディスクから反射された戻り光を受光して電気信号に変換する図示しないフォトディテクタ等がさらに搭載されている。

ハウジング４の上面４ａ上に設けられたブロック１３は、例えば、透明な樹脂材料によって形成され、下端部の中央部にグレーティング１４が配置され、上端部の中央部に１／４波長板１５が配置されている。さらに、ブロック１３には１／４波長板１５の下側に所定の間隔をおいてホログラム１６が配置されている。ホログラム１６はレーザ光の光路を変更する光路変更機能及びレーザ光を分割する光分割機能を有する素子である。

図６は、ベース基板３の裏面３ｂを示す平面図である。ベース基板３の裏面３ｂには、上述したように上記ＦＰＣ２４の図示しない電極との導通を図るための電極１８及び１９が設けられている。例えば、図５においてほぼ中央に配置された電極１８はグランド電極であり、グランド電極１８の周囲に配置された複数の電極１９が信号電極である。ベース基板３の裏面３ｂのグランド電極１８及び信号電極１９の配置は、図５に示された配置に限られない。ベース基板３と半導体基板５の間の導体膜２１は、例えばベース基板３を介して裏面３ｂのグランド電極１８と導通されている。また、半導体基板５等から延びるボンディングワイヤ２０は、例えばベース基板３上に設けられた端子９に接続され、端子９はベース基板３を介して裏面３ｂの信号電極１９等と導通されている。

図４及び図５に示すように、ケース１７の外側であってベース基板３の表面３ａには、グランド電極２６ａ及び２６ｂが形成されている。グランド電極２６ａ及び２６ｂは、例えばケース１７の両側に配置され、裏面３ｂのグランド電極２６ａ及び２６ｂと導通している。

このように、ベース基板３の表面３ａにグランド電極２６ａ及び２６ｂが形成されることにより、ベース基板３の裏面等に形成される場合に比べ、グランド電極２６ａあるいはグランド電極２６ｂの表面積を極力大きくすることができる。これにより、信号のノイズを低減することができる。特に、本実施の形態では、信号電極１９の表面積よりグランド電極２６ａまたはグランド電極２６ｂの表面積が大きく形成されている。

さらに、例えば図７に示すように、上記ベースフレーム２２の穴または切り欠き２２ａからレーザ集積素子１が挿入されて、導体のベースフレーム２２の側面２２ａとグランド電極２６ａ及び２６ｂが接触する。すなわち、グランド電極２６ａ及び２６ｂが基準面Ａである表面３ａに大きく形成される分、確実にベースフレーム２２に導通させることができる。

なお、ベースフレーム２２が導体でない樹脂等の絶縁体の場合、ベースフレームはグランド電極２６ａ及び２６ｂが接触する部位に電気的な導通部が設けられ、その導通部がさらに別のグランドに導通する構成であればよい。

ここで、導体膜２１は、ベース基板３側から半導体基板５側にかけて順にタングステン、ニッケル、金等で構成される。タングステンが形成される理由は、タングステンは融点が高く、酸化しにくく安定しているからである。金は例えばメッキにより形成される。金メッキが形成される理由は、金は導電性が良好であり、かつ、酸化しにくいからである。しかし、金は、タングステンとの接合力が弱いため、ニッケルが中間層として介在している。

グランド電極２６ａ及び２６ｂも導体膜２１と同じ材料の多層の導体膜でなるが、必ずしもそうでなくてもよい。例えば、上記のようにベース基板３に図示しないマスクが被せられた上から印刷工程により導体膜２１、グランド電極２６ａ及び２６ｂが同じ工程で成膜される場合、導体膜２１、グランド電極２６ａ及び２６ｂの材料は同じになる。

具体的に、これら導体膜２１等の製造工程において、タングステン層の膜厚のばらつきは８〜２０μｍ程度である。また、ニッケル層の膜厚のばらつきは１〜９μｍ程度である。金はフラッシュメッキであり、ばらつきはナノメートルオーダであり小さい。したがって、タングステンやニッケルの膜厚のばらつきが、レーザ光の光路長あるいは焦点距離に悪影響を及ぼす。つまり、それらの膜厚がばらつくと、半導体基板５、サブマウント６、半導体レーザ７等の図５中Ｘ方向での位置にばらつきが生じるからである。

図８で示すように、ベース基板３の表面３ａにグランド電極２６ａ及び２６ｂがない場合、基準面Ａである表面１０３ａが直接ベースフレーム２２に接触することで、レーザ集積素子１００がベースフレーム２２に対して位置決めされる。しかし、この場合、基準面Ａである、ベース基板１０３の表面１０３ａと、半導体基板５の下面（つまり、導体膜２１の上面２１ａ）とは異なる位置（異なる高さ）になる。この場合、上記のようにレーザ光の光路長あるいは焦点距離がばらつき、光ディスク２００への記録信号あるいは光ディスク２００からの再生信号の品質が低下してしまうおそれがある。

しかしながら、本実施の形態では、ベース基板３の表面３ａにグランド電極２６ａ及び２６ｂが形成されているので、基準面Ａの代わりに基準面がＢの位置、すなわちグランド電極２６ａ及び２６ｂの上面Ｂの位置が新たな基準面（図５及び図７参照）になる。したがって、図７に示すようにグランド電極２６ａ及び２６ｂがベースフレーム２２に当接され、レーザ光の光路長または焦点距離を所期の値に設定することができる。つまり、光ピックアップ装置３０の製造時において、基準面Ａに形成されたグランド電極２６ａ及び２６ｂがベースフレーム２２に接触させられるだけで、当該焦点距離に関する位置決めを簡単に行うことができる。レーザ光の波長が短いほど焦点距離の制御が困難になるので、レーザ光の波長が短いほど効果は大きい。また、上述したように導体膜２１、グランド電極２６ａ及び２６ｂが同じ工程で形成される場合、導体膜２１、グランド電極２６ａ及び２６ｂの膜厚がほぼ等しくなり、特に有利となる。

従来では、図９に示すように、ベース基板１０３のＶ字状の溝１０３ｂに、例えば金メッキ１０５等が施されていた。このレーザ集積素子１００が上記ベースフレーム２２に接触する場合に、そのＶ溝１０３ｂの金メッキ１０５とベースフレーム２２とが半田で接合されることで、グランドの導通が図られていた。しかし、この場合、上記したように、グランド電極の大きさが小さくなりノイズが増えること及び焦点距離の調整が困難であること等の問題があった。

図１０（Ａ）は、ベース基板３の表面３ａにグランド電極２６ａ及び２６ｂがある場合の、光ディスク２００の再生信号のアイパターンを示す。図１０（Ｂ）は、ベース基板３の表面３ａにグランド電極２６ａ及び２６ｂがない場合の光ディスク２００の再生信号のアイパターンを示す。この実験でのレーザ光の波長は赤色で６５０ｎｍ程度である。これらの図から、グランド電極２６ａ及び２６ｂがある場合のアイパターンの方が高品質であることが分かる。

図１１は、本発明の他の実施の形態に係るレーザ集積素子を示す平面図である。レーザ集積素子５０では、ベース基板３の表面３ａに上記レーザ集積素子１と同様のケース１７が設けられ、ケース１７の両側に、複数のグランド電極５６が形成されている。グランド電極５６は、例えば４つ形成されているがこれに限られない。このようにグランド電極の数や配置は、どのような形態であってもよい。

図１２は、本発明のさらに別の実施形態に係るレーザ集積素子を示す平面図である。レーザ集積素子６０では、ベース基板３の表面３ａの一方側に寄せられるようにケース１７が配置され、ケースの隣の表面３ａに１つのグランド電極６６が形成されている。このように、必ずしもケース１７の両側にグランド電極が形成されなくてもよい。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ７からのレーザ光がプリズム１０で反射させる形態であったが、これは単なる例である。プリズムではなく単にミラーで反射させる構成であってもよい。

ベースフレーム２２、ベース基板３、ケース１７等の形状は上記実施形態に限られず、また大きさ等も問わない。

本発明の一実施の形態に係る光ピックアップ装置を示す概略的な斜視図である。 図１の光ピックアップ装置の一部を示す概略的な平面図である。 レーザ集積素子にフレキシブルプリント配線板が接続された状態を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係るレーザ集積素子を示す斜視図である。 レーザ集積素子のＸ−Ｙ平面で見た断面図である。 ベース基板の裏面を示す平面図である。 ベースフレームとグランド電極が接触した状態を示す図である。 従来において、グランド電極がない場合に、表面が直接ベースフレームに接触することで、レーザ集積素子がベースフレームに対して位置決めされた状態を示す図である。 従来において、ベース基板のＶ溝に金メッキが施されたレーザ集積素子を示す斜視図である。 図１０（Ａ）は、ベース基板の表面にグランド電極がある場合の、光ディスクの再生信号のアイパターンを示す図であり、図１０（Ｂ）は、ベース基板の表面にグランド電極がない場合の光ディスクの再生信号のアイパターンを示す図である。 本発明の他の実施の形態に係るレーザ集積素子を示す平面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るレーザ集積素子を示す平面図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ…基準面
１、５０、６０…レーザ集積素子
３…ベース基板
３ａ…表面
３ｂ…裏面
３ａ…裏面
５…半導体基板
６…サブマウント
７…半導体レーザ
１０…プリズム
１１…ケース
１３…ブロック
１４…グレーティング
１５…波長板
１６…ホログラム
１７…ケース
２１…導体膜
２２…ベースフレーム
２３…対物レンズ
２６ａ、２６ｂ、５６、６６…グランド電極
３０…光ピックアップ装置
２００…光ディスク

Claims (5)

1. 表面を有する基板と、
   前記表面に形成された導体膜と、
   前記導体膜上に搭載されたレーザ発生素子と、
   前記表面に形成され、前記レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極と、
   前記基板が有する裏面に形成され、前記レーザ集積素子が駆動されるときに用いられる信号電極とを具備し、
   前記グランド電極の表面積は、前記信号電極の表面積より大きく形成されている
   レーザ集積装置。
2. 請求項１に記載のレーザ集積装置であって、
   前記導体膜と前記グランド端子の厚さがほぼ同じである
   レーザ集積装置。
3. 請求項２に記載のレーザ集積装置であって、
   前記導体膜は、タングステン膜、ニッケル膜及び金膜を含む膜である
   レーザ集積装置。
4. 表面を有する基板と、
   前記表面に形成された導体膜と、
   前記導体膜上に搭載されたレーザ発生素子と、
   前記表面に形成され、前記レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極とを具備し、
   当該レーザ集積装置は、前記レーザ発生素子が発生するレーザ光を光記録媒体に導く光学系を備える光ピックアップ装置のベースフレームに搭載される装置であり、
   前記基板の前記表面は、前記フレーム体に接触させるための基準面である
   レーザ集積装置。
5. 表面を有する基板と、前記表面に形成された導体膜と、前記導体膜上に搭載されたレーザ発生素子と、前記表面に形成され、前記レーザ発生素子が駆動されるときに用いられるグランド電極とを有するレーザ集積素子と、
   前記レーザ発生素子が発生するレーザ光を光記録媒体に導く光学系と、
   前記グランド電極が電気的に接続される導通部を有し、前記レーザ集積素子と前記光学系とが搭載されるベースフレームと
   を具備する光ピックアップ装置。