JP2004134797A - ヒートシンク並びにヒートシンクを備えた光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】板状部材1〜5を張り合わせて形成されるヒートシンクであって、冷却流体が供給される供給口6と排出される排出口7がヒートシンク外側表面に設けられ、供給口と排出口を連通される流路がヒートシンク内部に形成されるように少なくとも板状部材に溝及び/又は孔8〜12が設けられたヒートシンクの製造方法において、各板状部材を張り合わせる接着部材として共晶材料を使用する。このヒートシンクを用いて、高出力のレーザ及び高輝度のLEDの光源装置とする。
【選択図】図2
Description
従来、水冷による能動的冷却手段を得る方法として、例えば拡散接合により銅系薄板を積層し、拡散接合にて接合する方法がある。しかしながら、銅系薄板からなるヒートシンクの製造方法として1000℃以上の高温での熱処理が必要であった。また、銅製の薄板と共晶合金を作る金属、例えば銀ろうを施し積層し、真空炉中で加熱圧着する方法が示されているが、800℃以上の高温での熱処理が必要であった。
[実施例1]
以下に実施例を示すが、本発明は当然これに限定されるものではない。厚みで200μm以上500μm以下の無酸素銅からなる板状部材を、図2に示すように加工を施し、その表面にAu層、その裏面にAuSn層を形成した。これら一枚一枚の銅薄板を積層し、N2ガス雰囲気中にて300℃〜400℃の熱処理を施し貼り合わせ、厚みで1mm程度のヒートシンク110を得た。
[比較例]
[実施例2]
厚みが200μm以上500μm以下の無酸素銅からなる3枚の板状部材を、図5(a)および(b)に示すように加工を施し、すべての板状部材表面に第1の金属膜111としてAu層を形成し、それぞれの板状部材をAuSnからなる共晶材料により接着させてヒートシンク110を形成した。図5(a)は冷却部材の供給口と排出口とが両面に形成され、一方の孔が供給口で他方の孔が排出口となる。また図5(b)は冷却部材の供給口と排出口とが片面に形成されている。これにレーザダイオード810を共晶材料より溶融温度の低い材料として、AuSnの重量比をかえた共晶材料を用い、レーザダイオード810を実装した。レーザダイオード810は、ヒートシンク110の内部が中空で冷却材の水路となる、供給口及び排出口と反対のヒートシンク110表面端部501に実装した。このヒートシンク110に冷却部材を供給しレーザ発振させたところ、冷却部材がヒートシンク110内部で漏れることなく、また好適に放熱されるヒートシンク110が得られた。
[実施例3]
実施例2において、板状部材の表面に形成されるAu層を、板状部材の孔の側面まで連続して形成したほかは、実施例2と同様にして、レーザダイオード810が実装されたヒートシンク110を作製した。図6は板状部材の1つについて示すものであり、孔の側面601にもAu層が形成されている。これにより、冷却部材がヒートシンク110内部で漏れることがなく、またさらにヒートシンク110の冷却部材による劣化も抑制することができた。
[実施例4]
厚みが200μm以上500μm以下の無酸素銅からなる5枚の板状部材を、図7(a)および(b)に示すように加工を施し、すべての板状部材表面に第1の金属膜111としてAu層を形成し、それぞれの板状部材をAuSnからなる共晶材料により接着させてヒートシンク110を形成した。図7(a)は冷却部材の供給口と排出口とが両面に形成され、一方の孔が供給口で他方の孔が排出口となる。また図7(b)は冷却部材の供給口と排出口とが片面に形成されている。これにレーザダイオード810を共晶材料より溶融温度の低い材料として、AuSnの重量比をかえた共晶材料を用い、レーザダイオード810を実装した。レーザダイオード810は、ヒートシンク110の内部が中空で冷却材の水路となる、供給口及び排出口と反対のヒートシンク110表面端部701に実装した。このヒートシンク110に冷却部材を供給しレーザ発振させたところ、冷却部材がヒートシンク110内部で漏れることなく、また好適に放熱されるヒートシンク110が得られた。
[実施例5]
実施例4において、板状部材の表面に形成されるAu層を、板状部材の孔の側面まで連続して形成したほかは、実施例4と同様にして、レーザダイオード810が実装されたヒートシンク110を作製した。図6は板状部材の1つについて示すものであり、孔の側面601にもAu層が形成されている。これにより、冷却部材がヒートシンク110内部で漏れることがなく、またさらにヒートシンク110の冷却部材による劣化も抑制することができた。
[実施例6]
実施例5と同様にして、レーザダイオード810が実装された板状部材を積層したヒートシンク110を得る。図8は本実施例のヒートシンク110を模式的に示したものである。図8(a)は斜視図を、(b)は(a)の点線でカットしたときの断面図を、(c)は(b)の一部を拡大したものである。本実施例ではレーザダイオード810はバー状で略記されているが複数のレーザダイオード810をアレイ状に実装している。ここでレーザダイオード810はヒートシンク110と電気的に接続される。次にヒートシンク110のレーザダイオード810実装側表面に絶縁性で熱硬化性の接着部材を用いて第2の金属膜803として、CuとAuの積層体を形成する。この第2の金属膜803は、ヒートシンク110の供給口もしくは排出口となる孔に対応する位置に孔を有している。次に第2の金属膜803上にCuからなるスペーサ802を接着する。このスペーサ802にも、第2の金属膜803と同様に、ヒートシンク110の供給口もしくは排出口となる穴に対応する位置に孔を有している。
[実施例7]
実施例6によって得られたヒートシンク110を図9の(c)に示すように4つ用い、積層して光源装置を形成した。図8に示されるヒートシンク110を積層する際、スペーサ802とヒートシンク110とが接合される。
[実施例8]
実施例5によって得られたヒートシンク110であって、ヒートシンク110上に、窒化ガリウム系の半導体素子を1個実装してレーザ発振を試みた。この結果、1WのCW駆動光源が得られた。また図10に示すI−L特性が得られた。
[実施例9]
実施例5によって得られたヒートシンク110であって、ヒートシンク110上に11個のレーザダイオード810を直列接続でアレイ状に実装してレーザ発振を試みた。この結果、4WのCW駆動光源が得られた。また図11に示されるようなI−L特性が得られた。
[実施例10]
実施例7によって得られた光源装置であって、1つのヒートシンク110上に12個の窒化ガリウム系の半導体素子を実装して、合計48個のレーザダイオード810を用いた光源装置とし、レーザ発振を試みた。この結果、18WのCW駆動光源が得られた。また図12に示されるようなI−L特性が得られた。
6・・・流体の供給口、
7・・・流体の排出口、
8、9、10、11、12・・・流路を構成する孔、
501・・・レーザダイオードを実装する面、
601・・・孔の側面、
701・・・レーザダイオードを実装する面、
801・・・Oリング、
802・・・スペーサ、
803・・・第2の金属膜、
804・・・絶縁膜、
810・・・レーザダイオード、
811・・・ワイヤ、
901・・・供給口、
902・・・排出口。
Claims (16)
- 少なくとも2以上の板状部材を貼り合わせて形成されるヒートシンクであって、流体が供給される供給口と排出される排出口がヒートシンク外側表面に設けられ、供給口と排出口を連通される流路がヒートシンク内部に形成されるように少なくとも前記板状部材に溝及び/又は孔が設けられた、レーザダイオードを表面に具備するヒートシンクにおいて、貼り合わせの接着材料は共晶材料であることを特徴とするヒートシンク。
- 前記共晶材料がAuSn、AuSi、SnAgBi、SnAgCu、SnAgBiCu、SnCu、SnBi、PbSn、Inからなる群から選択される少なくとも1種または1種を含む接着材料であることを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。
- 前記板状部材の共晶材料と接する面に、第1の金属膜が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートシンク。
- 前記第1の金属膜は、AuもしくはAuを含む積層体であることを特徴とする請求項3に記載のヒートシンク。
- 前記第1の金属膜は、前記板状部材の共晶材料と接する面から連続して、溝及び/又は孔の側面に形成されてなることを特徴とする請求項3または4に記載のヒートシンク。
- 前記ヒートシンクに実装されてなるレーザダイオードは、該ヒートシンクと接着部材により接着されてなり、前記接着部材は、前記共晶材料に対して、溶融温度が低い材料からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のヒートシンク。
- 前記レーザダイオードは2以上であって、前記ヒートシンク表面に、アレイ状に実装されてなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のヒートシンク。
- 前記レーザダイオードを具備するヒートシンクを複数積層した光源装置であって、対向する2つのヒートシンクが、該2つのヒートシンクのそれぞれの外側表面に設けられた供給口及び/または排出口が連結される孔を有するスペーサを介して接続されてなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかのヒートシンクを用いた光源装置。
- 前記スペーサは、一方がヒートシンクと、他方がヒートシンク上に絶縁膜を介して形成された第2の金属膜と、それぞれ電気的に接続されてなることを特徴とする請求項8に記載の光源装置。
- 前記絶縁膜は、熱硬化性の接着部材からなることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記絶縁膜は、ポリイミドを母材とする接着部材からなることを特徴とする請求項9に記載の光源装置。
- 前記レーザダイオードは、第1導電型層と第2導電型層とを有し、第1導電型層が該レーザダイオードが実装されたヒートシンクと、第2導電型層がヒートシンク上の第2の金属膜と、電気的に接続されてなることを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の光源装置。
- 前記第2導電型層と第2の金属膜とは、ワイヤーで接続されてなることを特徴とする請求項12に記載の光源装置。
- 前記第1導電型層とヒートシンクとは、ワイヤーで接続されてなることを特徴とする請求項12または13に記載の光源装置。
- 前記スペーサは、孔にOリングを有することを特徴とする請求項8乃至14のいずれかに記載の光源装置。
- 前記レーザダイオードが窒化物半導体素子であることを特徴とする請求項8乃至15のいずれかに記載の光源装置。
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