JP2012019086A - ヒートシンクおよびその製造方法並びに半導体レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】浸食による流路内壁の構造劣化を防止することが可能なヒートシンクおよび半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】第1層21〜第5層25の5枚の薄板をニッケル(Ni)めっきしたのち、各層21〜25を固相拡散接合により接合させると共に流路3を形成する。硝酸等による強酸化処理またはアニール処理によってNiを不動態化処理することにより流路3の内壁表面にNiO2からなる不動態膜6を形成する。ヒートシンク1Aの流路3の内壁が不動態膜6で覆われていることにより、冷却溶媒による流路3の浸食が抑制される。
【選択図】図1
【解決手段】第1層21〜第5層25の5枚の薄板をニッケル(Ni)めっきしたのち、各層21〜25を固相拡散接合により接合させると共に流路3を形成する。硝酸等による強酸化処理またはアニール処理によってNiを不動態化処理することにより流路3の内壁表面にNiO2からなる不動態膜6を形成する。ヒートシンク1Aの流路3の内壁が不動態膜6で覆われていることにより、冷却溶媒による流路3の浸食が抑制される。
【選択図】図1
Description
本発明は、冷却媒体が通る流路を有するヒートシンクおよびその製造方法並びにこのようなヒートシンクに半導体レーザ素子を実装した半導体レーザ装置に関する。
数〜数十Wクラスの高出力の半導体レーザ装置では、半導体レーザで発生した熱を効率よく放熱(冷却)するためにヒートシンクが用いられる。このヒートシンクとしては、内部に水等の冷却媒体が通過する微細流路構造を有する、マイクロチャネル型ヒートシンクが知られている。
従来、この種のマイクロチャネル型ヒートシンクは、図9に示したように複数枚の薄板を重ね合わせて構成されている。即ち、このヒートシンク100は、半導体レーザ素子を実装し冷却するための冷却薄板101、上部放熱フィン形成薄板102、仕切り薄板103、下部放熱フィン形成薄板104および冷媒流入出口薄板105を有している。各薄板は接合金属によって高温・加圧条件下において接合される。接合方法としては液相拡散接合やロウ付け等が用いられる。
接合金属のめっきは、液相拡散接合等を行った際に接合金属が溶け出して微細な構造部分が埋没することのないように、例えば微細構造を備えた上部放熱フィン形成薄板102および下部放熱フィン形成薄板104には施さず、冷却薄板101、仕切り薄板103、および冷媒流入出口薄板105に施される。このように各層を交互にめっきしたのち接合を行うと、流路の内壁は異なる金属が表出する構造となる。即ち、流路内には母材が露出する部分と接合金属が露出する部分とが混在する構造となる。
しかし、このような構造では使用時間が経つにつれてガルバニック腐食が発生するという問題があった。ガルバニック腐食とは、冷却媒体中において異種金属が接触した際にイオンが移動し、イオン化傾向の卑なる金属が減肉する(削れる)現象のことである。詳しくは、冷却媒体中において異種金属が接触していると冷却媒体を介して異種金属同士に電位差が発生する。この状態で数千時間前後の長期間冷却媒体を循環させると接液部の電気化学的な機構により、ヒートシンク内の卑金属側(例えば銅)に減肉が、また、貴金属側(例えば金,銀)で腐食生成物の堆積および付着が発生してしまう。これにより、流路内の構造破壊(通水時間数千時間での冷却能力低下)や、ヒートシンク外壁との導通(通水時間数千時間程度での冷却媒体の漏れ出し)が生じ、ヒートシンクとしての信頼性を著しく低下させる原因となっていた。
従来、このような問題を解決する方法として以下のような方法が提案されている。第1の方法は、図10(A)に示したように各薄板111〜115を接合金属を介さずに固相拡散接合によって接合させる方法、第2の方法は図10(B)に示したように各薄板111〜115の表面を接合前に予め接合金属120によってめっきしたのち接合させる方法である。第3の方法は、図10(C)に示したように各薄板111〜115の接合部のみに接合金属120を塗膜して接合させる方法である(例えば特許文献1参照)。このような方法で作製されたヒートシンク110A〜110Cの流路の内壁は単一金属、あるいはほぼ母材のみを露出する形態となっている。従って、図10(A),(B)に示したヒートシンク110A,110Bでは、上記異種金属間で発生するガルバニック腐食は発生することはなく、長期使用することが可能であり、また図10(C)に示したヒートシンク110Cでもガルバニック腐食の発生を抑制することができるとされている。
しかしながら、上記いずれの方法においてもガルバニック腐食等の発生を完全に防止することは困難であった。即ち、図10(C)の形態では構造上完全に腐食作用を抑えることは難しい。図10(B)の形態でも、冷却媒体の循環による浸食によって流路内壁を覆う接合金属が溶出して母材が露わになることによりガルバニック腐食が発生する。図10(A)の形態ではガルバニック腐食は抑えられるが、マイクロチャネル型ヒートシンクとして一般的な使用方法であるヒートシンクを半導体レーザ素子への電力供給のための導通路として用いた場合には、冷却媒体との電位差によってヒートシンクを構成する金属が冷却媒体中へ溶出、即ち減肉が起こり最終的には使用不能となる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ガルバニック腐食等の腐食による流路内壁の構造劣化を防止し、信頼性の向上を図ることが可能なヒートシンクおよびその製造方法並びにこのようなヒートシンクに半導体レーザ素子を実装した半導体レーザ装置を提供することにある。
本発明のヒートシンクは、冷却媒体が通る流路を有する本体を備えると共に、流路の内壁表面を不動態膜により覆うようにしたものである。
本発明のヒートシンクの製造方法の一態様は、以下の(A)〜(C)の工程を含むものである。
(A)少なくとも1枚に内部を冷却媒体が通る流路を有する複数枚の薄板に、不動態化金属をめっきする工程
(B)複数枚の薄板を不動態化金属を介して接合し流路を有するヒートシンクの本体を形成する工程
(C)不動態化金属を酸化して流路の内壁に不動態膜を形成する工程
(A)少なくとも1枚に内部を冷却媒体が通る流路を有する複数枚の薄板に、不動態化金属をめっきする工程
(B)複数枚の薄板を不動態化金属を介して接合し流路を有するヒートシンクの本体を形成する工程
(C)不動態化金属を酸化して流路の内壁に不動態膜を形成する工程
ここで「不動態化金属」とは酸化により不動態膜を形成可能な金属のことであり、例えばニッケル(Ni),クロム(Cr),スズ(Sn),チタン(Ti),タンタル(Ta),コバルト(Co),鉛(Pb),ニオブ(Nb),アンチモン(Sb),ジルコニウム(Zr)およびアルミニウム(Al)、またはこれらの合金が挙げられる。
本発明の半導体レーザ装置は、上記本発明のヒートシンクに半導体レーザ素子を実装したものである。
本発明のヒートシンクまたは半導体レーザ装置では、流路の内壁表面が化学的に安定な不動態膜によって覆われていることにより、耐腐食性が向上する。
本発明のヒートシンクの製造方法では、複数枚の薄板を不動態化金属を介して接合したのち、不動態化金属を酸化して流路の内壁に不動態膜を形成することにより、従来の工程を維持しつつ耐腐食性が向上したヒートシンクを製造することが可能となる。
本発明のヒートシンク(半導体レーザ装置)およびその製造方法によれば、流路の内壁表面を化学的に安定な不動態膜によって覆うようにしたので、ガルバニック腐食等の電位差による腐食を防止することが可能となる。即ち、従来の工程を維持しつつ流路内壁の構造劣化を防止し、信頼性の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(金属薄板全体に不動態化金属をめっきし、流路を形成したのち不動態化処理を行う方式)
2.第2の実施の形態(流路を形成し流路内を不動態化金属でめっきしたのち、不動態化処理する方式)
3.第3の実施の形態(流路内壁となる部位のみ不動態化金属または不動態膜を形成可能な非金属を塗布したのち、流路を形成し不動態化処理を行う方式)
4.変形例
1.第1の実施の形態(金属薄板全体に不動態化金属をめっきし、流路を形成したのち不動態化処理を行う方式)
2.第2の実施の形態(流路を形成し流路内を不動態化金属でめっきしたのち、不動態化処理する方式)
3.第3の実施の形態(流路内壁となる部位のみ不動態化金属または不動態膜を形成可能な非金属を塗布したのち、流路を形成し不動態化処理を行う方式)
4.変形例
[第1の実施の形態]
図1は本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を表すものである。図2はこの半導体レーザ装置に適用されるヒートシンク1Aの具体的な内部構造の一例を分解して示している。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を表すものである。図2はこの半導体レーザ装置に適用されるヒートシンク1Aの具体的な内部構造の一例を分解して示している。
この半導体レーザ装置は、マイクロチャネル型の微細流路構造を有するヒートシンク1A上に、半導体レーザ素子2を搭載したものである。半導体レーザ素子2は1個の発光点を有するシングルレーザ素子あるいは複数の発光点を有するアレイレーザ素子である。ヒートシンク1A(本体)は、複数枚の薄板を重ね合わせて接合した構造を有し、内部に冷却媒体が通る流路3(供給流路3A、中間流路3Bおよび排出流路3C)が形成されている。本実施の形態では、最も上側を第1層21として、第1層21,第2層22,第3層23,第4層24および第5層25の計5枚の薄板を積層した構成としている。また、流路3の内壁(側壁面,底面および天井面)の表面には不動態膜6が形成されている。
ヒートシンク1Aの各層21〜25は、全て単一の金属材料の薄板で構成されていることが好ましい。具体的な母材としては熱伝導率が高く、加工に適した銅(Cu)を用いることが好ましいが、Cuに限らず、その他、銀(Ag)または金(Au)等を用いることもできる。
第1層21は上面に半導体レーザ素子2を搭載し冷却するための冷却薄板である。第2層22は放熱フィン形成板であり、図2に示したように中間流路形成部16および放熱フィン16fを有している。中間流路形成部16は、第2層22を上下に貫通して形成されている。放熱フィン16fは、半導体レーザ素子2の搭載位置の下部に対応する位置に複数枚、並列的に配置されており、これら放熱フィン16fの間を冷却媒体が通るようになっている。
第4層24も同様に放熱フィン形成板であり、図2に示したように中間流路形成部14および放熱フィン14fを有している。第4層24はまた、供給流路形成孔12および排出流路形成孔18を有する。供給流路形成孔12と排出流路形成孔18は第4層24の上下を貫通している。
第3層23は中間流路形成部13,15および排出流路形成孔17を有する。中間流路形成部13,15および排出流路形成孔17はそれぞれ第3層23の上下を貫通している。中間流路形成部13,15は例えば矩形状に形成され、中間流路形成部13は第2層の供給流路形成孔12上に、中間流路形成部15は第2層22の放熱フィン16fと第4層24の放熱フィン14fとの間に位置している。
第5層25は供給流路形成孔11および排出流路形成孔19を有する。供給流路形成孔11および排出流路形成孔18は第5層25の上下を貫通している。
第5層25の供給流路形成孔11、第4層24の供給流路形成孔12および第3層の中間流路形成部13は、上下方向に対応する位置に設けられ、これにより下層側から上層側に向けて冷却媒体が通過する供給流路3Aが形成されている。冷却媒体が通過する側から順に、第4層24の中間流路形成部14および放熱フィン14fと、第3層23の中間流路形成部15と、第2層22の放熱フィン16fおよび中間流路形成部16とにより、全体として供給流路3Aを通過した後の冷却媒体が通過するための中間流路3Bが形成されている。第3層23の排出流路形成孔17と第4層24の排出流路形成孔18と第5層25の排出流路形成孔19とは、上下方向に対応する位置に設けられ、これにより全体として、中間流路3Bを通過した後の冷却媒体が上層側から下層側に向けて通過するための排出流路3Cが形成されている。
流路3は第1層21〜第5層25を重ね合わせることによって形成され、その内壁表面には不動態膜6が形成されている。この不動態膜6は、第1層21〜第5層25の全面にめっきされた接合金属5の酸化膜である。接合金属5としては第1層21〜第5層25の母材(例えばCu)と低温で拡散および合金化して各層の接合性を向上させる固体拡散接合に適した金属が好ましく、例えばスズ(Sn),ニッケル(Ni),クロム(Cr)等の低温で合金化する金属が挙げられる。また、例えばCuNi,Cu6Sn5,Cu3Sn等の上記金属の合金を用いてもよい。第1層21〜第5層25にめっきされる接合金属5の厚みは例えば1〜10μmであり、このうち酸化によって形成される不動態膜6の厚みは数十Å(数nm)である。不動態膜6の形成方法としては、例えば硝酸、硝弗酸、濃硫酸等による強酸化処理、または300〜700℃でのアニール処理が挙げられる。
この半導体レーザ装置では、ヒートシンク1Aの供給流路3Aおよび排出流路3Cが、冷却媒体の供給および排出と温度制御を行うチラーと称される循環装置(図示せず)に接続される。ヒートシンク1Aでは、供給流路3Aに冷却媒体(冷却水)が供給されると、この冷却媒体は上述のように供給流路3Aから中間流路3Bへと流れる。その後、冷却媒体は排出流路3Cから排出される。半導体レーザ素子2は駆動回路(図示せず)から受けた電気信号を光信号に変換して出力する。半導体レーザ素子2が駆動されることで発生した熱は、レーザチップ搭載板(第1層21)からヒートシンク1A内に伝達される。ヒートシンク1A内には、搭載した半導体レーザ素子2に対応する位置に放熱フィン14f,16fが設けられているので、流路3を冷却媒体が流れることで、半導体レーザ素子2から受けた熱が効率よく排熱される。これにより半導体レーザ素子2が冷却される。
次に、図3(A)〜(D)および図4を参照して上記ヒートシンク1Aおよび半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
まず、図3(A)に示したように、例えば厚さ0.2〜1mmの各層21〜25の母材シートを作製する。次に図3(B)に示したように、母材シートをエッチングしフィンなどの流路構造を形成する。具体的には従来のマイクロチャネル型ヒートシンクの製造工程を応用することができ、例えば切削加工、大量生産に好適な型抜きまたは更に微細な加工が可能なエッチングなどにより流路構造を精度よく形成する。
続いて、図3(C)に示したように各層21〜25に接合金属5として例えばNiをめっきし、厚さ2〜5μmのNi膜を形成したのち、図3(D)に示したように各層21〜25を重ね合わせて高温中(例えば300〜800℃)、高圧(例えば数〜数十MPa)にて加圧し、真空またはアルゴン雰囲気中で固相拡散接合により各層21〜25を接合する。これにより流路内部が不動態化可能な金属により塗膜された流路3が形成される。ここで、固相拡散接合は固相面間を固相状態で接合するものであり、接合材料の融点以下の温度で接合が行われる。このため接合の際に流路3内を材料ムラの少ない構造とすることができる。
次に、流路3の内壁表面に不動態膜6を形成する。具体的には流路3内に例えば、濃度30〜50%硝酸液を15分間循環させることによってNi膜を不動態化処理し、流路内壁表面にNiO2からなる不動態膜6を形成する。これによりヒートシンク1Aが完成する。
続いて、図4に示したようにヒートシンク1Aに半導体レーザ素子2を実装する。具体的にはヒートシンク1Aの外周部に例えばNi/Auめっきを施し、例えばAuSn半田を用いて半導体レーザ素子2を第1層21上の放熱フィン16fに対応する位置に実装する。半田は、その他、SnAgCu半田あるいは低応力なIn半田でもよい。最後に、半導体レーザ素子2と電極7とをAuワイヤあるいはAuリボンなどの配線8により電気的に接続させることにより半導体レーザ装置が完成する。
本実施の形態では、ヒートシンク1Aの流路3の内壁全体が腐食作用に耐性を持ち安定な不動態膜6で被覆されているので、冷却媒体が長時間流れても、ヒートシンク1A内の微細構造が浸食されることはない。また、前述のようなガルバニック腐食が発生することはなく、信頼性が向上する。更に、ヒートシンク1A自体を半導体レーザ素子2への電力供給のための導通路とし、ヒートシンク1Aと冷却溶媒との間に電位差が生じても、この不動態膜6によって電食の発生が抑制される。
以上のように本実施の形態のヒートシンク1Aおよび半導体レーザ装置では、流路3の内壁全体に不動態膜6を形成するようにしたので、冷却媒体が流れることによるフィンなどの微細構造の浸食を防ぐことができる。これにより高い冷却効率を初期より持続させることが可能となる。また、流路3内を単一の不動態膜6で覆うようにしたので、流路3内には異種金属が存在しない状態となり、ガルバニック腐食による流路内壁の構造劣化が防止され、信頼性が向上する。更に、従来、ヒートシンク1Aを半導体レーザ素子2への電力供給の導通路として使用する場合に生じていた電食の発生も防止されるため、長期間の使用が可能となる。
また、本実施の形態のヒートシンク1Aの製造方法では、薄板の接合工程の後に、流路3内への硝酸等の強酸の循環またはアニール処理による不動態化処理工程を追加するのみで従来のマイクロチャネル型ヒートシンクの作製工程を用いることができる。即ち、小型な外形サイズおよび工程をほぼ維持しつつ、信頼性の高いヒートシンクを提供することが可能となる。また、AgまたはAu等の高価な貴金属を使用せず作製することができるため、コストを抑えることが可能となる。
以下、本発明の他の実施の形態について説明するが、上記第1の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
[第2の実施の形態]
図5は第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置を表すものである。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、上記第1の実施の形態におけるヒートシンク1A(図1)に代えてヒートシンク1Bを備えたものである。このヒートシンク1Bは、各層21〜25の接合金属5の種類、および不動態膜6の形成方法が異なるのみで、基本的な構成は上記第1の実施の形態におけるヒートシンク1Aと同様である。
図5は第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置を表すものである。本実施の形態に係る半導体レーザ装置は、上記第1の実施の形態におけるヒートシンク1A(図1)に代えてヒートシンク1Bを備えたものである。このヒートシンク1Bは、各層21〜25の接合金属5の種類、および不動態膜6の形成方法が異なるのみで、基本的な構成は上記第1の実施の形態におけるヒートシンク1Aと同様である。
本実施の形態では、まず一層おき、例えば第1層21,第3層23および第5層25の薄板の表面を、接合金属5として例えばAgを用いてめっきする。続いて、各層21〜25を固相拡散接合によって接合して流路3を形成する。なお、第1の実施の形態と同様に各層21〜25ごとにめっきしてもよい。そののち、流路3内に例えばタンタル(Ta)等の不動態化金属6Aをめっきするためのめっき液を流し、例えばピンホールの形成が少ない電界めっきによって流路3の内壁に不動態化金属6Aの膜を形成する。続いて、上記第1の実施の形態と同様に流路3内の不動態化金属6Aの不動態化処理を行い、流路3の内壁に不動態膜6を形成する。なお、接合金属5はAgに限らずAu等他の金属を用いてもよい。
最後に、上記第1の実施の形態と同様にヒートシンク1Bの外周部に例えばNi/Auのめっきを施し、例えばAuSn半田等を用いて半導体レーザ素子2を実装したのち、図4に示したように半導体レーザ素子2と電極7とを配線8により電気的に接続させることにより半導体レーザ装置が完成する。
このように本実施の形態では、従来の流路形成工程ののちに、不動態化金属6Aのめっき工程を追加するものであるが、この不動態化金属のめっきは第1の実施の形態とは異なり流路3の内壁のみに施せばよい。よって不動態化金属としては任意に選択することができる。即ち、流路3内のめっきに用いる金属は、上記第1の実施の形態において挙げたSn,Cr,Niおよびこれらの合金に加えて、より不動態化しやすい金属であるTa,Ti,Nbを用いることが可能となる。その他、鉄(Fe),Co,Pb,Sb等の金属を用いることもできる。
以上のように本実施の形態のヒートシンク1Bおよび半導体レーザ装置では、流路3を形成したのち、流路3内に不動態化金属6Aをめっきし、不動態化処理を行うようにしたので、第1の実施の形態の効果に加えて、不動態化可能な金属を任意に選択できるという効果を奏する。よってTa,Ti,Nb等の種々の金属を用いることができ、より容易に不動態膜6を形成することが可能となる。
[第3の実施の形態]
図6は本発明の第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置を表すものである。この半導体レーザ装置は、上記ヒートシンク1A(図1)に代えてヒートシンク1Cを備えたものである。このヒートシンク1Cは、各層21〜25の接合金属5の種類および不動態膜6の形成方法が異なるのみで、基本的な構成はヒートシンク1Aと同様である。
図6は本発明の第3の実施の形態に係る半導体レーザ装置を表すものである。この半導体レーザ装置は、上記ヒートシンク1A(図1)に代えてヒートシンク1Cを備えたものである。このヒートシンク1Cは、各層21〜25の接合金属5の種類および不動態膜6の形成方法が異なるのみで、基本的な構成はヒートシンク1Aと同様である。
本実施の形態のヒートシンク1Cでは、各層21〜25を一層おきにAg等の接合金属5によってめっきしたのち、接合前に流路3となる面に不動態化可能な金属6Aまたは非金属6Bを塗布するものである。なお、めっきする薄板は先に述べた理由により、第2の実施の形態と同様に第1層21,第3層23および第5層25を選択することが好ましいが、第2層22および第4層24を選択しても構わない。本実施の形態では第2層22および第4層24をめっきする例について説明する。
図7(A)〜(C)はこのヒートシンク1Cの製造工程を示したものである。まず、図7(A)に示したように、上記第1の実施の形態と同様に母材シートをエッチングしフィンなどの流路構造を形成する。次いで、図7(B)に示したように、第2層22および第4層24を接合金属5、例えばAgによってめっきする。続いて各層21〜25の接合部をマスキング処理し、重ね合わせて流路3となる部分に不動態化金属6A(例えばジルコニウム(Zr),アルミニウム(Al))または不動態化可能な非金属6B(例えばケイ素(Si))を塗布する。なお、接合金属5はAgに限らずAu等他の金属を用いてもよい。
次に、図7(C)に示したように各層21〜25を重ね合わせて固相拡散接合によって接合し流路3を形成する。続いて、第1の実施の形態と同様に流路3内の不動態化金属6A(または不動態化可能な非金属6B)の不動態化処理を行い流路3の内壁に不動態膜6を形成する。これによりヒートシンク1Cが完成する。最後に、ヒートシンク1C上に半導体レーザ素子2を実装すると共にこの半導体レーザ素子2の配線を行う。
このように本実施の形態では、従来の製造工程に、接合部のマスキングおよび流路3となる領域への不動態化金属6A(または不動態化可能な非金属6B)の塗布工程を追加する。よって、上記実施の形態とは異なり、不動態化材料としてSiのようなめっきができない非金属またはZr,Alのようなめっきに不向きな金属を選択することが可能となる。
以上のように、本実施の形態のヒートシンク1Cおよび半導体レーザ装置では、各層21〜25を1枚おきまたはそれぞれをAg等の接合金属5によってめっきしたのち、各層21〜25の接合面をマスキングし、流路3となる領域に不動態化金属6A(または不動態化可能な非金属6B)を塗布するようにした。従って、不動態膜としてめっきに適さない金属に加えてSiのような非金属元素を用いることが可能となり、金属由来の不動態膜よりも更に安定な共有結合の不動態膜を形成することができる。これによりヒートシンクの信頼性を更に向上させることが可能となる。
(変形例)
上記第1〜3の実施の形態では5枚の薄板を用いて流路3を形成したが、薄板の積層枚数はこれに限定されるものではなく、例えば図8に示したヒートシンク1Dのように第1層31、第2層32および第3層33の3層構造としてもよい。第1層31は、前述の冷却薄板(第1層21)および上部放熱フィン形成薄板(第2層22)を一体化したものである。第2層32は上記第3層23に相当するもので、中間流路形成部13,15および排出流路形成孔17を有する。第3層33は、上記下部放熱フィン形成薄板(第4層24)および冷媒流入出口薄板(第5項25)を一体化したものである。第1層31および第3層32は切削やハーフエッチングにより形成することができる。
上記第1〜3の実施の形態では5枚の薄板を用いて流路3を形成したが、薄板の積層枚数はこれに限定されるものではなく、例えば図8に示したヒートシンク1Dのように第1層31、第2層32および第3層33の3層構造としてもよい。第1層31は、前述の冷却薄板(第1層21)および上部放熱フィン形成薄板(第2層22)を一体化したものである。第2層32は上記第3層23に相当するもので、中間流路形成部13,15および排出流路形成孔17を有する。第3層33は、上記下部放熱フィン形成薄板(第4層24)および冷媒流入出口薄板(第5項25)を一体化したものである。第1層31および第3層32は切削やハーフエッチングにより形成することができる。
このように本変形例では、切削やハーフエッチングによって冷却薄板および上部放熱フィン形成薄板、下部放熱フィン形成薄板および冷媒流入出口薄板をそれぞれ一体化するようにしたので、部品点数や接合部位を減らすことが可能となる。これによりコストが抑制され、信頼性の向上も図ることができる。
以上、第1〜第3の実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態等で示した流路構造は図示した構造に限らず、他の構造であってもよい。
また、上記第1の実施の形態では5枚の薄板を用いてヒートシンク1Aを形成したが、上部放熱フィン形成薄板(第2層22)および下部の放熱フィン形成薄板(第4層24)をそれぞれ2枚以上に増やしてもよい。これにより流路断面積が拡大し流路の圧損を小さくすることが可能となる。
更に、上記ヒートシンク1A〜1Dは半導体レーザ素子2の放熱部材として用いたが、これに限らず、半導体レーザ素子以外の半導体素子の放熱部材としても適用することができる。
1A,1B,1C,1D…ヒートシンク、2…半導体レーザ素子、3…流路、3A…供給流路、3B…中間流路、3C…排出流路、4…接合部、5…接合金属5、6…不動態膜、6A…不動態化金属、7…電極、8…配線、11,12…供給流路形成孔、13,14,15,16…中間流路形成部、17,18,19…排出流路形成孔、14f,16f…放熱フィン、21…レーザチップ搭載板(第1層)、22…放熱フィン形成板(第2層)、23…流路形成板 (第3層)、24…放熱フィン形成板(第4層)、25…流路形成板(第5層)31…第1層、32…第2層、33…第3層。
Claims (10)
- 本体と、
前記本体に設けられ、内部を冷却媒体が通る流路と、
前記流路の内壁表面を覆う不動態膜と
を備えたヒートシンク。 - 前記不動態膜は、ニッケル(Ni),スズ(Sn),チタン(Ti),タンタル(Ta),鉄(Fe),コバルト(Co),鉛(Pb),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),ジルコニウム(Zr),ニオブ(Nb),アンチモン(Sb)またはこれらの合金の酸化膜である、請求項1に記載のヒートシンク。
- 前記本体は複数枚の薄板の積層構造を有し、前記複数枚の薄板のうちの少なくとも1枚に前記流路を有する、請求項1に記載のヒートシンク。
- 前記薄板は銅(Cu),銀(Ag)または金(Au)からなる、請求項3に記載のヒートシンク。
- 前記複数枚の薄板は互いに接合金属を兼ねた不動態化金属により接合され、前記不動態膜は前記接合金属の酸化膜である、請求項3に記載のヒートシンク。
- 前記不動態化金属はSn,Ni,Crまたはこれらの合金である、請求項5に記載のヒートシンク。
- 前記複数枚の薄板は互いに銀(Ag)または金(Au)からなる接合金属により接合されている、請求項3に記載のヒートシンク。
- 少なくとも1枚に内部を冷却媒体が通る流路を有する複数枚の薄板に、不動態化金属をめっきする工程と、
前記複数枚の薄板を前記不動態化金属を介して接合し前記流路を有するヒートシンク本体を形成する工程と、
前記不動態化金属を酸化して前記流路の内壁に不動態膜を形成する工程と
を備えたヒートシンクの製造方法。 - 前記複数枚の薄板は固相拡散接合によって接合される、請求項8に記載のヒートシンクの製造方法。
- ヒートシンクと、前記ヒートシンクに実装された半導体レーザ素子とを備え、
前記ヒートシンクは、
本体と、
前記本体に設けられ、内部を冷却媒体が通る流路と、
前記流路の内壁表面を覆う不動態膜と
を備えた半導体レーザ装置。
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