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発明の名称 ヒートシンクの加工方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−24113(P2001−24113A)
公開日 平成13年1月26日(2001.1.26)
出願番号 特願平11−191496
出願日 平成11年7月6日(1999.7.6)
代理人 【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏 (外1名)
【テーマコード(参考)】
5F036
【Fターム(参考)】
5F036 AA01 BB01 
発明者 前田 弘
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】半導体レーザ素子を構成するヒートシンクの加工方法であって、板状部材の一面を鏡面に加工する工程と、前記板状部材の鏡面および前記鏡面とは反対側の裏面に、それぞれ所定間隔離間する複数の略平行な第1フォトマスクを形成する工程と、前記板状部材の鏡面および裏面に、エッチング処理を施してそれぞれ第1溝部を形成する工程と、前記第1フォトマスクを除去した後、少なくとも前記板状部材の鏡面に所定間隔離間する複数の略平行な第2フォトマスクを形成する工程と、少なくとも前記板状部材の鏡面および前記第1溝部に、エッチング処理を施して第2溝部を形成することにより、前記第2溝部と前記鏡面との間にエッジ部を設ける工程と、前記第2フォトマスクを除去した後、前記第2溝部に沿って板状部材を切断することにより複数のヒートシンクを得る工程と、を有することを特徴とするヒートシンクの加工方法。
【請求項2】半導体レーザ素子を構成するヒートシンクの加工方法であって、板状部材の一面を鏡面に加工する工程と、前記板状部材の鏡面および前記鏡面とは反対側の裏面に、それぞれ所定間隔離間する複数の略平行な第1メッキマスクを形成する工程と、前記第1メッキマスクが形成された部分を除く前記板状部材の鏡面および裏面に、メッキ処理を施してそれぞれ第1メッキ層を形成する工程と、前記第1メッキマスクを除去した後、少なくとも前記板状部材の鏡面側の前記第1メッキ層に、所定間隔離間する複数の略平行な第2メッキマスクを形成する工程と、前記第2メッキマスクが形成された部分を除く前記第1メッキ層にメッキ処理を施して第2メッキ層を形成し、前記第1および第2メッキ層からなる凸部と前記鏡面との間にエッジ部を形成する工程と、前記第2メッキマスクを除去した後、隣接する前記凸部間に形成された溝部に沿って板状部材を切断することにより複数のヒートシンクを得る工程と、を有することを特徴とするヒートシンクの加工方法。
【請求項3】請求項2記載の方法において、メッキ層は、銅、ニッケルまたはハンダ材料からなる1層で形成されることを特徴とするヒートシンクの加工方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子を構成する半導体レーザチップが一体的に積層されるヒートシンクの加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば、電気・電子・通信機器等の各種分野において、半導体レーザ素子(以下、LDという)が利用されている。図23に示されるように、通常、LD1は、ヒートシンク2と、前記ヒートシンク2上に積層された状態で一体的に結合される半導体レーザチップ(以下、LDチップという)3とを備えており、略面一に形成されたヒートシンク2とLDチップ3の一端面からレーザ光が発光されるように構成されている。
【0003】上記のように、LDチップ3は、レーザ光を発光する際に生ずる内部発熱によって該LDチップ3自身が自己破壊することを防止するために、熱伝導性の良好なヒートシンク2上にボンディングされている。そこで、ヒートシンク2は、LDチップ3の発熱を効率良く吸収し、かつレーザ光を無駄なく発光させるために、熱伝導率のよい銅系材料により形成されている。
【0004】この場合、LDチップ3の放熱を確実に行うためには、LDチップ3とヒートシンク2とを全面にわたって確実に密着させる必要があり、前記LDチップ3が結合されるヒートシンク2の面は、そのエッジに至るまで精密な面粗さと平坦性が要求される。すなわち、ヒートシンク2の断面形状は、図24に示されるような精密な面粗さおよび平坦性を有するヒートシンク2aが好適である。一方、図25に示されるような面粗さが大きくかつ平坦度が悪いヒートシンク2bや、図26に示されるようなエッジにバリ4が存在するヒートシンク2cは、不適当である。
【0005】また、ヒートシンク2の一端面のLDチップ3側のエッジ部分にバリ等があると、LDチップ3から照射されたレーザ光の障害となってしまう。すなわち、図27に示されるように、所望の精密な面精度を有しかつエッジにバリ4等がないヒートシンク2aを用いた場合には、LDチップ3の発熱を効率よく吸収するとともに発生したレーザ光を無駄なく発光させることができるが、図28に示されるように、エッジ部分に大きな垂れ下がり5があるヒートシンク2dでは、レーザ光が発光されるLDチップ3とヒートシンク2dの一端面が完全に密着せずにクリアランス6が生じてしまい、LDチップ3の放熱が悪くなって、該LDチップ3が破壊されるという不具合がある。
【0006】また、図29に示されるように、LDチップ3側の一端面のエッジにバリ4が存在するヒートシンク2cを用いた場合には、前記バリ4によってレーザ光の発光が遮断され、レーザ光の出力が不足するという不具合がある。
【0007】ヒートシンク2に対するこのような要求に対し、従来技術に係るヒートシンク2の加工方法では、精密研削、ラッピング等の機械的加工処理によってLDチップ3が積層されるヒートシンク2に対し面加工を施した後、プレス装置による打ち抜き加工、あるいは研削機械等による切断加工を施すことにより、所定の形状のヒートシンク2を得ていた。なお、ラッピングとは、研磨材を用いてヒートシンク2の表面を研磨加工することをいう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の従来技術に係るヒートシンクの加工方法では、精密な面精度(面粗さ、平坦度等)を有するヒートシンクを安定して得ることが困難であるとともに、エッジに大きなバリや垂れ下がりが発生してしまうという不具合がある。
【0009】また、従来技術に係るヒートシンクの加工方法では、ヒートシンクに対して機械的加工処理を施す機械的設備に要する費用が多大となるため、製造コストが高騰するという不具合がある。さらに、ヒートシンクを切断加工する際には、LDチップが結合される面(鏡面)とは反対側の面(裏面)にバリや変形等が発生し易く、バリ取り等の後処理工程が相当に煩雑なものになっているという問題がある。
【0010】本発明はこの種の問題を解決するものであり、エッジに至るまで所望の精密な面精度を有し、製造工程の簡素化および製造コストの削減を図ることが可能なヒートシンクの加工方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートシンクの加工方法では、所定のパターンを有する第1フォトマスクを板状部材の鏡面および前記鏡面とは反対側の裏面に形成し、前記板状部材の鏡面および裏面にエッチング処理を施してそれぞれ第1溝部を形成した後、少なくとも前記鏡面に所定のパターンを有する第2フォトマスクを形成し、前記鏡面および前記第1溝部にエッチング処理を施して第2溝部を形成する。
【0012】これにより、深くかつ高精度な溝部を効率的に得ることができるとともに、バリや垂れ下がりのない精密な面精度を有するエッジ部が形成されたヒートシンクを安定して得ることが可能になる。しかも、板状部材の裏面に少なくとも第1溝部が形成されるため、前記板状部材を切断する際に前記裏面側エッジ部にバリや変形等が発生することがない。従って、従来、切断後に行われていたバリ取り処理等が不要になり、製造工程の簡素化および製造コストの削減を容易に達成することができる。
【0013】また、本発明では、所定のパターンを有する第1メッキマスクが板状部材の鏡面および前記鏡面とは反対側の裏面に形成され、この第1メッキマスクを除く板状部材の鏡面および裏面にメッキ処理が施されて第1メッキ層が得られる。次いで、第1メッキ層には、第2メッキマスクが形成されて第2メッキ処理が施されることにより、第2メッキ層が得られる。このため、第1および第2メッキ層から厚くかつ高精度な凸部が形成され、この凸部と鏡面との間に所望のエッジ部が形成される。さらに、板状部材の裏面には、少なくとも第1メッキ層が設けられるため、前記板状部材を切断する際に前記裏面側エッジ部にバリや変形等が発生することを確実に阻止することが可能になる。
【0014】さらにまた、メッキ層が、銅の他、ニッケルまたはハンダ材料からなる1層で形成される。ニッケルを使用することにより、ボンディング用下地処理を兼用することができる一方、ろう付け機能を有するハンダ材料を用いることにより、ろう材を不要とすることが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施形態に係るヒートシンクの加工方法について、以下に説明する。
【0016】先ず、図1に示すように、無酸素銅材料からなる板状部材10の一面に対し、例えば、ダイヤモンドバイト等による切削加工やCMP(化学研磨)等による精密ポリッシング仕上げ加工を施して鏡面12を形成する。これにより、所望の精密な面粗さと平坦度を有する鏡面12が板状部材10に形成される。この場合、鏡面12とは反対側の裏面13には仕上げ処理が施されていない。
【0017】次に、板状部材10の鏡面12および裏面13に、所定間隔離間して平行に形成された複数の長方形状の荒処理用フォトマスク(第1フォトマスク)14a〜14dおよび14e〜14hが形成される(図2参照)。
【0018】さらに、図示しないエッチング用媒体を用いて荒処理用フォトマスク14a〜14dおよび14e〜14hが形成された板状部材10の鏡面12および裏面13にエッチング処理が施される。これにより、隣接する荒処理用フォトマスク14a〜14d間および板状部材10の端面に断面略円弧状の第1溝部16a〜16eが形成されるとともに、隣接する荒処理用フォトマスク14e〜14h間および板状部材10の端面に断面略円弧状の第1溝部16f〜16jが形成される(図3参照)。この第1溝部16a〜16eおよび16f〜16jは、荒処理用フォトマスク14a〜14dおよび14e〜14hの長手方向に沿って延在するように形成される。
【0019】そして、荒処理用フォトマスク14a〜14dおよび14e〜14hが板状部材10の鏡面12および裏面13から取り除かれた後(図4参照)、前記板状部材10の鏡面12および裏面13には、所定間隔離間して略平行に形成された複数の長方形状の仕上げ処理用フォトマスク(第2フォトマスク)18a〜18dおよび18e〜18hが形成される(図5参照)。仕上げ処理用フォトマスク18a〜18dおよび18e〜18hは、板状部材10の凸部の幅よりも数十μmだけ狭く設定されている。
【0020】続いて、図示しないエッチング用媒体を用いて、仕上げ処理用フォトマスク18a〜18dが形成された板状部材10の鏡面12および第1溝部16a〜16eにエッチング処理を施すことにより、前記第1溝部16a〜16eが1回り分だけ削り取られて断面円弧状の第2溝部20a〜20eが形成される(図6参照)。
【0021】同様に、図示しないエッチング用媒体を用いて、仕上げ処理用フォトマスク18e〜18hが形成された板状部材10の裏面13および第1溝部16f〜16jにエッチング処理を施すことにより、前記第1溝部16f〜16jが1回り分だけ削り取られて断面円弧状の第2溝部20f〜20jが形成される。なお、板状部材10の鏡面12と裏面13とには、上記のエッチング処理が略同時に施されることになる。
【0022】次いで、板状部材10から仕上げ処理用フォトマスク18a〜18dおよび18e〜18hが除去された後、例えば、ワイヤカット等により第2溝部20b〜20dおよび20g〜20iに沿って前記板状部材10が直線状に切断される(図7参照)。さらに、切断された長尺な部材を、図7に示す点線部分に沿って所定の寸法に切断することにより、複数のヒートシンク22が得られる(図8参照)。このようにして形成されたヒートシンク22の鏡面12に、半導体レーザチップ26をろう材等によって固着することにより、半導体レーザ素子28の製造作業が完了する(図9参照)。
【0023】図10および図11は、上記のようにして得られたヒートシンク22のエッジ部30を、図8に示す矢印X方向からみた拡大図である。ヒートシンク22のエッジ部30では、精密な面精度(面粗さ、平坦度)に形成された鏡面12に2回目のエッチングによりダレのないエッジが形成される。図27に示すような半導体レーザ素子の構造から、レーザ光がケラレないためには、このエッジの高さは、ヒートシンク22の鏡面12から5〜10μmの範囲内であればよい。
【0024】また、図27に示すような半導体レーザ素子の機能を満たすためには、ヒートシンク22の鏡面12から下方側に延在する5〜10μmの範囲を除いた他の壁面34は、必ずしもヒートシンク22の鏡面12に直交していなくてもよく、断面が直線状である必要もない。また、図11に示されるように、エッジ部30は、ヒートシンク22の鏡面12に対する角度θが約45度以上に形成されていればよく、直線である必要もない。
【0025】このようにして製造されたヒートシンク22では、バリや垂れ下がりのない精密な面精度を有するエッジ部30を安定して形成することができる。特に、第1の実施形態では、荒処理と仕上げ処理との2段階によるエッチング処理を施すため、荒処理により深さ方向に一挙に彫り込むことによってエッジ部30の直線度が悪化しても、仕上げ処理により真直なエッジ形状を得ることが可能になるという効果が得られる。また、複数のヒートシンク22を一挙に加工することができるとともに、設備費が増大することを抑制することができ、これによって製造コストを低減することが可能になる。
【0026】しかも、第1の実施形態では、板状部材10の裏面13にエッチング処理を施すことにより第2溝部20f〜20jが形成されるため、前記板状部材10を切断して複数のヒートシンク22を形成する際、このヒートシンク22の裏面13のエッジ部30にバリや変形等が発生することを確実に阻止することができる。これにより、切断処理後にヒートシンク22の裏面13に対してバリ取り処理等の後加工を施す必要がなく、前記ヒートシンク22を簡単な工程で効率的に製造することが可能になるという効果がある。従って、高精度なヒートシンク22を安価にかつ安定して製造することができるという利点が得られる。
【0027】また、仕上げ処理用フォトマスク18a〜18dおよび18e〜18hを板状部材10の切断処理後に各ヒートシンク22から除去すれば、前記仕上げ処理用フォトマスク18a〜18dおよび18e〜18hが、前記ヒートシンク22を切断する際の保護マスクとして機能する。このため、特に、鏡面12が損傷することや、該鏡面12への異物の付着を有効に防止することが可能になる。
【0028】なお、第1の実施形態では、第1エッチング処理として荒処理を行った後、第2エッチング処理として仕上げ処理を行っているが、これに限定されるものではなく、第1エッチング処理として精密エッチング処理を行った後、第2エッチング処理として深彫り処理を行うこともできる。
【0029】また、第1の実施形態では、板状部材10の裏面13に荒処理と仕上げ処理の2段階によるエッチング処理を施しているが、第1溝部16f〜16jを形成した状態において、切断時におけるバリや変形等が裏面13のエッジ部30に生じることがなければ、この裏面13には、仕上げ処理用の第2エッチング処理を行わなくてもよい。
【0030】次に、本発明に係る第2の実施の形態に係るヒートシンクの加工方法について、以下に説明する。なお、第1の実施形態で用いられた構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0031】先ず、図12に示すように、無酸素銅の材料からなる板状部材10の一面に対し、例えば、ダイヤモンドバイト等によって切削加工が施され、所望の精密な面粗さと平坦度を有する鏡面12が形成される。
【0032】続いて、板状部材10の鏡面12および裏面13には、所定間隔離間して略平行に形成された複数の帯状の荒処理用メッキマスク(第1メッキマスク)40a〜40cおよび40d〜40fが形成される(図13参照)。次に、板状部材10の鏡面12および裏面13に対し、例えば、銅材料からなるメッキ処理を施すことにより、隣接する荒処理用メッキマスク40a〜40cおよび40d〜40f間に沿ってそれぞれ所定の厚さを有する第1メッキ層42が形成される(図14参照)。
【0033】そして、荒処理用メッキマスク40a〜40cおよび40d〜40fが板状部材10から取り除かれることにより、鏡面12および裏面13には、第1メッキ層42を構成する帯状の複数の凸部42a〜42dおよび42e〜42hが略平行に形成される。隣接する凸部42a〜42d同士の間および凸部42e〜42h同士の間には、それぞれ第1溝部44a〜44cおよび44d〜44fが形成される(図15参照)。そこで、第1メッキ層42には、所定間隔離間し略平行に形成された複数の帯状の仕上げ処理用メッキマスク(第2メッキマスク)45a〜45eおよび45f〜45jが形成される(図16参照)。
【0034】次いで、仕上げ処理用メッキマスク45a〜45eおよび45f〜45jが形成された部分を除く第1メッキ層42に対し、例えば、銅材料からなるメッキ処理を施すことにより、前記第1メッキ層42上には、隣接する仕上げ処理用メッキマスク45a〜45eおよび45f〜45j間に沿って所定の厚さを有する第2メッキ層46が形成される(図17参照)。さらに、仕上げ処理用メッキマスク45a〜45eおよび45f〜45jが板状部材10から取り除かれることにより、第1メッキ層42には、第2メッキ層46を構成する帯状の複数の凸部46a〜46dおよび46e〜46hが略平行に形成される。隣接する凸部46a〜46d同士の間および凸部46e〜46h同士の間には、第2溝部48a〜48cおよび48d〜48fが形成される(図18参照)。
【0035】そして、例えば、ワイヤカット等により第1および第2溝部44a〜44cおよび44d〜44fに沿って板状部材10を直線状に切断することにより、複数のヒートシンク50が得られる(図19および図20参照)。このように形成されたヒートシンク50に半導体レーザチップ26がろう材等によって固着されることにより、半導体レーザ素子28の製造が完了する(図21参照)。
【0036】このようにして得られたヒートシンク50のエッジ部52は、エッチング処理による第1の実施形態と同様の形状を有し、その効果も同様であるため、その詳細な説明を省略する。また、板状部材10の裏面13には、第1および第2メッキ層42、46が形成されているが、この板状部材10を切断する際にバリや変形等が生じることを確実に阻止することが可能であれば、第1メッキ層42のみを設けるだけでよい。
【0037】なお、第2の実施形態では、メッキ処理の材料として銅を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、ハンダ等のろう付け機能を有する材料をメッキ処理によって板状部材10の鏡面12および裏面13に積層するように形成してもよい。この場合、エッジ部52の精密な形状とろう材の塗布とを同時に行うことができるという利点がある。
【0038】また、銅のメッキ層に代替して、ニッケル等の材料で1層のメッキ層を形成することにより、半導体レーザチップ26とヒートシンク50をボンディングするための下地処理を兼用することも可能である。
【0039】さらに、図22に示されるように、メッキ処理によって銅とハンダとを二層積層するように構成してもよい。この場合、ヒートシンク50の鏡面12に積層される銅材料の第1層54によって精密なエッジ部52が形成されるとともに、前記第1層54に積層されるハンダからなる第2層56をろう付け専用とすることにより、精密なろう付け処理をすることができるという利点がある。
【0040】さらにまた、第2の実施形態において、電解メッキに代替して、無電解メッキ、スパッタ、金属蒸着等の方法を用いて板状部材10の鏡面12および裏面13に凸部42a〜42h、46a〜46hを形成するようにしてもよい。
【0041】また、第2の実施形態において、板状部材10の鏡面12の面精度を低くし、メッキ処理によって積層されるメッキ層を、例えば、10μm以上の厚肉に形成した後、半導体レーザチップ26が発光するヒートシンク50の一端面を機械加工によって切削仕上げをするようにしてもよい。
【0042】なお、第1および第2の実施形態において、板状部材10の一面をダイヤモンドバイト等による高精度切削加工に代替して、ラッピング処理を行った後、CMP等の精密研磨仕上げをするようにしてもよい。また、板状部材10の鏡面12の要求精度が低い場合には、高精度機械による切削加工に代替して、ラッピングによる面加工のみとすることも可能である。
【0043】
【発明の効果】本発明に係るヒートシンクの加工方法では、板状部材の鏡面に2段階のエッチング処理により溝部を形成し、あるいは、2段階のメッキ処理により凸部を形成し、溝部と鏡面との間あるいは凸部と鏡面との間にエッジ部を形成する。これにより、バリや垂れ下がりのない所望の精密な面精度を有するヒートシンクを安定して得ることができる。しかも、板状部材の鏡面とは反対側の裏面に、エッチング処理により溝部を形成し、あるいは、メッキ処理により凸部を形成し、前記板状部材を溝部または凸部間に沿って切断することにより、裏面エッジ部にバリや変形等が発生することを確実に阻止することが可能になる。また、高精度な機械的加工を行う機械的設備の投資が抑制されることにより、製造コストを低減することができる。




 

 


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