JP2000114439A - ヒートシンクの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エッジ部に至るまで所望の精密な面精度を有
し、かつ製造コストを低減することにある。 【解決手段】板状部材１０の一面を鏡面１２に加工する
工程と、エッチング処理を施すことによって第１溝部１
６ａ〜１６ｅを形成する荒処理工程と、エッチング処理
を施すことによって第２溝部２０ａ〜２０ｅを形成する
仕上げ処理工程と、前記第２溝部２０ａ〜２０ｅと前記
鏡面１２との間にエッジ部３０を形成する工程と、前記
板状部材１０を切断する工程とを有する。

Description

【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。通常、図２３に示されるよ
うに、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
自身の自己破壊を防止するために、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
率のよい銅系材料が使用されている。

【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
好適であり、これに対し、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２
６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側のエッジ部分には、ＬＤチップ３から照射された
レーザ光の障害とならないためには、バリ等がないこと
が要求される。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
効率良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のに対し、図２８に示されるよ
うに、エッジ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の面を加工した
後、プレス装置による打ち抜き、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、前記ラッピングとは、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、エッジに発生する
バリや垂れ下がりが大きい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。

【００１０】さらに、近年において、ますますＬＤの高
出力化が要請され、このため増大する内部発熱をより一
層効率的に吸収することが望まれている。

【００１１】本発明は、前記の種々の不具合等を考慮し
てなされたものであり、エッジに至るまで所望の精密な
面精度を有し、かつ製造コストを低減することが可能な
ヒートシンクの加工方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【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に形成し、前記板状部材の鏡面
にエッチング処理を施して第１溝部を形成した後、この
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。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
れ下がりが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。

【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。従っ
て、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。

【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一層で形成される。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、ろう材の代替とすることが可
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。

【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
ドバイト等による研削加工や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。

【００１７】次に、板状部材１０の鏡面１２に、所定間
隔離間し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が形成された
板状部材１０の鏡面１２にエッチング処理を施すことに
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１
６ａ〜１６ｅが形成される（図３参照）。なお、この第
１溝部１６ａ〜１６ｅは、荒処理用フォトマスク１４ａ
〜１４ｄ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〜１
４ｄが板状部材１０の鏡面１２から取り除かれた後（図
４参照）、板状部材１０の鏡面１２には、所定間隔離間
し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が形成
される（図５参照）。仕上げ処理用フォトマスク１８ａ
〜１８ｄは、板状部材１０の凸部の幅よりも数十マイク
ロメータ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〜１
６ｅにエッチング処理を施すことにより、前記第１溝部
１６ａ〜１６ｅを１回り削り取ったようにして断面円弧
状の第２溝部２０ａ〜２０ｅが形成される（図６参
照）。

【００２１】次いで、板状部材１０から仕上げ処理用フ
ォトマスク１８ａ〜１８ｄが除去された後、例えば、ワ
イヤカット等により前記第２溝部２０ａ〜２０ｅ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中、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（以下、ＬＤチップという）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（以
下、ＬＤという）２８の製造作業が完了する（図９参
照）。

【００２２】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から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２４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３２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。

【００２３】また、図２４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１
２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
直交しまたは断面が直線状である必要がない。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、しかも直線である必要はない。

【００２４】このようにして製造されたヒートシンク２
２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、荒処理で深さ方向に一
挙に彫り込むことによって鏡面１２にバリが発生して
も、仕上げ処理によりこのバリを容易かつ確実に除去す
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、設備投資が多大となることを抑制することができ
る。これにより、製造コストを低減することが可能にな
る。

【００２５】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。

【００２６】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の実施形態に示す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。

【００２７】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。

【００２８】続いて、板状部材１０の鏡面１２には、所
定間隔離間し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が形
成される（図１３参照）。

【００２９】次に、板状部材１０の鏡面１２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間に沿って
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）。

【００３０】そして、荒処理用メッキマスク４０ａ〜４
０ｃが板状部材１０から取り除かれることにより、鏡面
１２には第１メッキ層４２を構成する帯状の複数の凸部
４２ａ〜４２ｄが略平行に形成され、隣接する前記凸部
４２ａ〜４２ｄ同士の間には、第１溝部４４ａ〜４４ｃ
が形成される（図１５参照）。そこで、第１メッキ層４
２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）４５
ａ〜４５ｅが形成される（図１６参照）。

【００３１】次いで、仕上げ処理用メッキマスク４５ａ
〜４５ｅ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〜４６
ｄが略平行に形成され、隣接する前記凸部４６ａ〜４６
ｄ同士の間には、第２溝部４８ａ〜４８ｃが形成される
（図１８参照）。

【００３２】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、４８ａ〜４８ｃ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ＬＤチ
ップ２６がろう材等によって固着されることにより、Ｌ
Ｄ２８の製造が完了する（図２１参照）。

【００３３】なお、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、詳細な説明を省略する。

【００３４】第２の実施形態では、メッキ処理の材料と
して銅を用いて説明し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
いうメリットがある。

【００３５】また、銅のメッキ層に代替して、ニッケル
等の材料で一層のメッキ層を形成することにより、ＬＤ
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。

【００３６】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５
２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、精密なろう付けをすることができるという利点が
ある。

【００３７】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に凸部４２
ａ〜４２ｄ、４６ａ〜４６ｄを形成するようにしてもよ
い。

【００３８】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、ＬＤチップ２６が発光するヒートシンク５
０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。

【００３９】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。

【００４０】

【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。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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒートシンクの
加工方法で使用される板状部材の斜視説明図である。

【図２】荒処理用フォトマスクが形成された前記板状部
材の斜視説明図である。

【図３】前記板状部材に荒処理用エッチング処理を施す
際の斜視説明図である。

【図４】前記荒処理用フォトマスクが除去された前記板
状部材の斜視説明図である。

【図５】前記板状部材に仕上げ処理用エッチング処理を
施す際の斜視説明図である。

【図６】仕上げ処理用フォトマスクが除去された前記板
状部材の斜視説明図である。

【図７】切断された前記板状部材の斜視説明図である。

【図８】前記板状部材が切断されたヒートシンクの斜視
説明図である。

【図９】ＬＤチップが固着された前記ヒートシンクの斜
視説明図である。

【図１０】図８に示されるヒートシンクのエッジ部を矢
印Ｘ方向からみた一部省略拡大図である。

【図１１】図１０に示されるエッジ部の説明図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係るヒートシンク
の加工方法で使用される板状部材の斜視説明図である。

【図１３】荒処理用メッキマスクが形成された前記板状
部材の斜視説明図である。

【図１４】荒処理用メッキ処理が施された前記板状部材
の斜視説明図である。

【図１５】前記荒処理用メッキマスクが除去された前記
板状部材の斜視説明図である。

【図１６】仕上げ処理用メッキマスクが形成された前記
板状部材の斜視説明図である。

【図１７】第１および第２メッキ層が形成された前記板
状部材の斜視説明図である。

【図１８】前記仕上げ処理用メッキマスクが除去された
前記板状部材の斜視説明図である。

【図１９】切断された前記板状部材の斜視説明図であ
る。

【図２０】前記板状部材が切断されたヒートシンクの斜
視説明図である。

【図２１】ＬＤチップが固着された前記ヒートシンクの
斜視説明図である。

【図２２】ヒートシンクの加工方法の変形例を示す斜視
図である。

【図２３】半導体レーザ素子の斜視図である。

【図２４】前記半導体レーザ素子を構成するヒートシン
クの良好な形状を示す縦断面図である。

【図２５】前記半導体レーザ素子を構成するヒートシン
クの不良の形状を示す縦断面図である。

【図２６】前記半導体レーザ素子を構成するヒートシン
クの不良の形状を示す縦断面図である。

【図２７】ヒートシンクのエッジ部が良好な時の半導体
レーザ素子の動作状態を示す縦断面図である。

【図２８】ヒートシンクのエッジ部が不良な時の半導体
レーザ素子の動作状態を示す縦断面図である。

【図２９】ヒートシンクのエッジ部が不良な時の半導体
レーザ素子の動作状態を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０…板状部材 １２…鏡面 １４ａ〜１４ｄ、１８ａ〜１８ｄ…フォトマスク １６ａ〜１６ｅ、２０ａ〜２０ｅ、４４ａ〜４４ｃ、４
８ａ〜４８ｃ…溝部 ２２、５０…ヒートシンク ３０、５２…エッジ
部 ２６…半導体レーザチップ（ＬＤチップ） ２８…半導体レーザ素子（ＬＤ） ４０ａ〜４０ｃ、４５ａ〜４５ｅ…メッキマスク ４２ａ〜４２ｄ、４６ａ〜４６ｄ…凸部

フロントページの続き (72)発明者 藤澤 守 神奈川県南足柄市中沼210番地 富士写真 フイルム株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB01 5F073 DA21 DA35 FA14 FA16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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に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に、エッチング処理を施して第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、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、 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。
2. 【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に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板状部材
   の鏡面にメッキ処理を施して第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、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。
3. 【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一層で形成
   されることを特徴とするヒートシンクの加工方法。