(57)【要約】【課題】製造が容易で、低熱膨張率で、高放熱性のＷ−Ｃｕ合金の焼結体またはＭｏ−Ｃｕ合金の焼結体からなるヒートシンクを提供するとともに、このようなヒートシンクを用いた半導体キャリヤを提供する。【解決手段】本発明のヒートシンクは、タングステン−銅（ＷＣｕ）合金またはモリブデン−銅（ＭｏＣｕ）合金からなる焼結体からなる。そして、この焼結体を構成するＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径は３μｍ以下で、焼結体を構成するＣｕの割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下になるようにしている。これにより、低熱膨張率で、高放熱性のヒートシンクを提供することが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣｕ合金の焼結体またはＭｏＣｕ合金の焼結体からなるヒートシンクであって、
前記焼結体を構成するＷおよびＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、前記焼結体を構成するＣｕの含有割合が該焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下であることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記焼結体はＷ−Ｃｕ複合金属粉末またはＷ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体、あるいはＭｏ−Ｃｕ複合金属粉末またはＭｏ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体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。
【請求項３】
半導体素子を搭載するマウント部を有するキャリヤベースを備えた半導体キャリヤであって、
前記マウント部を有するキャリヤベースはＷＣｕ合金の焼結体またはＭｏＣｕ合金の焼結体からなり、
前記焼結体を構成するＷおよびＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、前記焼結体を構成するＣｕの割合が該焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下であることを特徴とする半導体キャリヤ。
【請求項４】
前記焼結体はＷ−Ｃｕ複合金属粉末またはＷ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体、あるいはＭｏ−Ｃｕ複合金属粉末またはＭｏ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体であることを特徴とする請求項３に記載の半導体キャリヤ。
【請求項５】
前記半導体素子は発振波長が９８０ｎｍ帯で、発振出力が１２０ｍＷ以下の半導体レーザであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体キャリヤ。
【請求項６】
前記半導体素子は発振波長が１４８０ｎｍ帯で、発振出力が８０ｍＷ以下の半導体レーザであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体キャリヤ。
【請求項７】
前記半導体レーザを搭載するマウント部は二次加工により表面が平滑化されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体キャリヤ。
【請求項８】
半導体素子を収容する底板と枠体と蓋体とからなるパッケージ構成材を有する半導体素子用パッケージであって、
前記パッケージ構成材の少なくとも底板はＷＣｕ合金の焼結体またはＭｏＣｕ合金の焼結体からなり、
前記焼結体を構成するＷおよびＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、前記焼結体を構成するＣｕの割合が該焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下であることを特徴とする半導体素子用パッケージ。
【請求項９】
前記焼結体はＷ−Ｃｕ複合金属粉末またはＷ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体、あるいはＭｏ−Ｃｕ複合金属粉末またはＭｏ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体であることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子用パッケージ。
【請求項１０】
前記パッケージ構成材の底板と枠体は、Ｗ−Ｃｕ複合金属粉末またはＷ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により一体的に成形された成形体の焼結体、あるいはＭｏ−Ｃｕ複合金属粉末またはＭｏ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により一体的に成形された成形体の焼結体により形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱膨張率で高放熱性のＷＣｕ合金の焼結体またはＭｏＣｕ合金の焼結体からなるヒートシンク、およびこのヒートシンクを用いた半導体キャリヤならびに半導体素子用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体パッケージや光通信モジュール（光半導体モジュール）などの半導体装置には、ヒートシンクと呼ばれる放熱部材を設けて、半導体パッケージや光半導体モジュール内で発生した熱を効率的に系外に放散させる（排熱する）ようにしている。このようなヒートシンクにおいては、熱伝導率が高くて熱の伝導性が良好であること、およびセラミック基板やガラス基板と接合されるために、熱膨張率がセラミックやガラスの熱膨張率（４〜１０ｐｐｍ／Ｋ）に近似することが要求されている。このような熱伝導率と熱膨張率の相反する両特性を有する材料としては、現在のところ、タングステン−銅（ＷＣｕ）合金が用いられている。
【０００３】
このようなタングステン−銅（ＷＣｕ）合金からなるヒートシンクとしては、タングステン（Ｗ）で構成された焼結体の空孔部に銅（Ｃｕ）を溶浸（含浸）させた溶浸焼結合金から成るヒートシンクが使用される。ところで、このような溶浸焼結合金から成るヒートシンクは、例えば、以下のような手順で製造されている。まず、タングステン（Ｗ）粉末に、有機バインダーを予備配合して原料混合体とし、この原料混合体を、金型プレスでプレスして薄板状の成形体とする。この成形体を脱脂・焼結して多孔質の焼結体とした後、この焼結体の空孔部に銅（Ｃｕ）を溶浸（含浸）させる。その後に、溶浸焼結体の表面を、フライス盤やラップ盤などにより表面加工して、最終的にヒートシンクとする製法が一般的に採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような溶浸焼結合金から成るヒートシンクは、金型プレスでプレスした成形体を焼結しているので、複雑な形状に作製することが困難である。このため、複雑な形状のヒートシンクを作製する場合には、溶浸焼結合金に切削加工などの二次加工を施す必要がある。しかしながら、溶浸焼結合金は難加工性材料であるため、切削加工をするのは容易ではなく、切削加工のコストが高価になるとともに、生産性も悪いという問題を生じた。
【０００５】
また、タングステン粉末の焼結体はスポンジ状の構造体であるため、この構造体を構成する空孔の大きさや空孔密度が不均一である。このため、空孔内に溶浸される銅の充填密度は不均一になって、熱膨張率や熱伝導率が部位により異なることとなる。この結果、このような溶浸焼結体から成るヒートシンクにあっては、熱特性が安定せず、信頼性に欠けるという問題を生じた。また、銅が溶浸された焼結体は、銅が存在する部分に沿って熱伝導がなされるが、銅の充填密度が不均一であると、熱の伝導方向はランダムな方向となる。このため、発生した熱を系外に素早く放熱することが困難になって、放熱効率が低下するという問題も生じた。
【０００６】
また、焼結体の焼結密度を上げるために、タングステンと固溶するニッケル（Ｎｉ）等の焼結助剤が添加されることがある。しかしながら、焼結助剤を添加すると、焼結密度が向上する反面、タングステンの結晶粒が成長して、熱伝導の経路が絶たれて熱伝導率が低下するという問題を生じた。また、タングステンの結晶粒が成長すると、溶浸焼結体の表面粗さが粗くなるので、ラップ盤などを使用した表面研磨加工（二次加工）を施して、焼結体の表面を平滑面にする工程が必要になる。このため、ヒートシンクの製造工程が複雑になって、製造コストが上昇するという問題も生じた。
【０００７】
さらに、焼結体の空孔内に銅が溶浸（含浸）されない部分が存在する場合には、焼結体の表面にピンホールが発生し易く、このピンホールの上にめっき層を形成した場合には、めっき膨れが発生し易く、めっき性が良好で高品質のヒートシンクが得にくいという問題も生じた。また、銅が溶浸（含浸）した後に、余剰の溶浸材（銅）が焼結体表面に多量に付着するため、研削加工などによって表面に固着した余剰の溶浸材を取り除いたり、この後に、表面研磨加工を実施する必要があり、ヒートシンクの仕上げ加工工数が増加して製造コストがさらに上昇するという問題も生じた。
【０００８】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであり、製造が容易で、低熱膨張率で、高放熱性のタングステン−銅（ＷＣｕ）合金の焼結体またはモリブデン−銅（ＭｏＣｕ）合金の焼結体からなるヒートシンクを提供するとともに、このようなヒートシンクを用いた半導体キャリヤならびに半導体素子用パッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のヒートシンクは、焼結体を構成するタングステン（Ｗ）およびモリブデン（Ｍｏ）の結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、焼結体を構成する銅（Ｃｕ）の割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下であるタングステン−銅（ＷＣｕ）合金の焼結体またはモリブデン−銅（ＭｏＣｕ）合金の焼結体からなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、ＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金において、Ｃｕの割合が増大するに伴って熱伝導度が増大する反面、熱膨張率も増大する。これは、Ｃｕは熱伝導に優れた金属であることから、Ｃｕの割合が増大すればするほど熱膨張率が増大する。このため、低熱膨張率のＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金とするためにはＣｕの割合を規制する必要がある。そして、一般的に、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下であれば充分に低熱膨張率ということができるので、ＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金のＣｕの含有割合はＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金の質量に対して３０ｗｔ％以下にするのが望ましいということができる。
【００１１】
一方、ＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金において、ＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径が小さいほど熱伝導率が向上することが分かった。一般的に、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば高熱伝導性ということができる。そして、ＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍのものにおいては、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋのときの熱膨張率は５．５ｐｐｍ／Ｋで、このときのＣｕの割合は焼結体の質量に対して５ｗｔ％という結果が得られた。
このことから、ＷＣｕ合金またはＭｏＣｕ合金の焼結体においては、ＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下のものを用いるのが好ましいということができる。
【００１２】
この場合、焼結体はＷ−Ｃｕ複合金属粉末またはＷ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体、あるいはＭｏ−Ｃｕ複合金属粉末またはＭｏ粉末とＣｕ粉末との混合金属粉末の射出成形により成形された成形体の焼結体であると、この種の焼結体に二次加工を施すことなく、複雑な形状のヒートシンクを簡単、容易に得ることができるので望ましい。
そして、このようなヒートシンクを、半導体素子を搭載するマウント部を有するキャリヤベースを備えた半導体キャリヤあるいは半導体素子用パッケージに適用すると、半導体素子で生じた発熱を素早く系外に放出（排熱）することができるようになる。このため、このような構成となるヒートシンクを半導体キャリヤあるいは半導体素子用パッケージに用いるのが好適である。
【００１３】
なお、半導体レーザの光出力変換効率は、通常、２０〜５０％とされているため、半導体レーザに投入された電力の半分以上が熱として消費されることとなる。そして、一般的に、半導体キャリヤの温度が４５℃を越えると、それ以上の電圧を印加しても半導体レーザの発振出力は低下する。そこで、上述のような半導体キャリヤに半導体レーザを搭載すると、半導体レーザで生じた発熱を素早く系外に放出できるようになる。このため、半導体キャリヤの温度が４５℃に達するまでの半導体レーザの発振出力を大きくすることが可能となる。
【００１４】
このような半導体レーザとしては、９８０ｎｍ帯の半導体レーザ、あるいは１４８０ｎｍ帯の半導体レーザとするのが好ましい。そして、９８０ｎｍ帯の半導体レーザを半導体キャリヤに搭載した場合、半導体キャリヤのＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍの焼結体からなるヒートシンクにおいては、半導体キャリヤの温度が４５℃に達する半導体レーザの発振出力は１２０ｍＷであった。このことから、半導体素子は発振波長が９８０ｎｍ帯の半導体レーザで、発振出力が１２０ｍＷ以下の半導体レーザとするのが好ましいということができる。
【００１５】
一方、１４８０ｎｍ帯の半導体レーザを半導体キャリヤに搭載した場合、半導体キャリヤのＷまたはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍの焼結体からなるヒートシンクにおいては、半導体キャリヤの温度が４５℃に達する半導体レーザの発振出力は８０ｍＷであった。このことから、半導体素子は発振波長が１４８０ｎｍ帯の半導体レーザで、発振出力が８０ｍＷ以下の半導体レーザとするのが好ましいということができる。
なお、上述の半導体キャリヤに半導体レーザを搭載する場合、半導体レーザを正確な位置に配置して、レーザ光を光ファイバに効率よく結合させる必要がある。このため、半導体キャリヤのマウント部は二次加工により平滑化（鏡面化）されているのが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明のヒートシンクおよびこのヒートシンクを用いた半導体キャリヤの実施の形態を、光半導体モジュールに用いられる半導体キャリヤに適用した場合の一例を図１に基づいて説明する。なお、図１は、本発明の半導体キャリヤをステムタイプの光半導体モジュールに用いられる半導体キャリヤに適用した一例を模式的に示す斜視図である。
【００１７】
１．半導体キャリヤ（ヒートシンク）
図１の半導体キャリヤ１０は、半導体レーザを搭載するマウント部１５を有するキャリヤベース１１を備えている。そして、これらのキャリヤベース１１とマウント部１５は焼結体により一体的に形成されている。ここで、キャリヤベース１１は、３段階の階段状に形成されており、第１段で底部を形成する平面形状が長方形で平板状の取付部１２と、第２段で後述するキャップ（図８参照）を固定する円柱状のキャップ固定部１３と、第３段で複数のリードを固定して第２段より小径の円柱状に形成された端子部１４とからなるものである。また、マウント部１５はキャリヤベース１１の上部に位置して、六角柱状に形成されていて、その一側壁の表面は平面化されている。
【００１８】
このように構成される半導体キャリヤ１０は、ヒートシンクの機能を有しており、図１に示されるような形状に成形された焼結体からなる。このようなヒートシンクの機能を有する焼結体としては、ＷＣｕ合金の焼結体あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体である。この場合、ＷＣｕ合金の焼結体においては、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの含有割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下になるようなものである。また、ＭｏＣｕ合金の焼結体においては、Ｍｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの含有割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下になるようなものである。
【００１９】
ここで、ＷＣｕ合金の焼結体あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体において、Ｗの結晶粒あるいはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの含有割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下のものを用いる理由は、熱膨張係数が同じであっても、焼結体組織のＷの結晶粒あるいはＭｏの結晶粒の粒径が細かいほど、高い熱伝導度が得られたためである。このことを以下の実験結果に基づいて説明する。図２は、ＷＣｕ合金の焼結体のＷの結晶粒の平均粒径とＣｕの含有割合を変化させた場合の、熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）と熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）の関係を求めた結果を示している。
【００２０】
なお、図２において、曲線ａはＷの結晶粒の平均粒径が３μｍのときの結果を示しており、曲線ｂはＷの結晶粒の平均粒径が５μｍのときの結果を示しており、曲線ｃはＷの結晶粒の平均粒径が７μｍのときの結果を示しており、曲線ｄはＷの結晶粒の平均粒径が１０μｍのときの結果を示している。また。図２において、９５Ｗ５Ｃｕとは、Ｗの質量割合が９５ｗｔ％でＣｕの質量割合が５ｗｔ％であるＷＣｕ合金のことを意味する。また、９０Ｗ１０Ｃｕ、８５Ｗ１５Ｃｕ、８０Ｗ２０Ｃｕ、７５Ｗ２５Ｃｕ、７０Ｗ３０Ｃｕ、６５Ｗ３５Ｃｕについても同様である。
【００２１】
図２の結果から明らかなように、ＷＣｕ合金のＣｕの含有割合が増大するに伴って熱伝導率が増大する反面、熱膨張率も増大することが分かる。これは、Ｃｕは熱伝導に優れた金属であることから、Ｃｕの含有割合が増大するほど熱膨張率が増大する。このため、低熱膨張率のＷＣｕ合金とするためにはＣｕの含有割合を規制する必要がある。そして、一般的に、熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋ以下であれば充分に低熱膨張率ということができる。また、ＷＣｕ合金のＣｕの含有割合が３０ｗｔ％よりも多くなると、Ｗ粒の骨格体積が減少し、粗いスポンジが水を保持できなくなるようにＣｕを保持できなくなって、Ｃｕが表面にフリーズアウト（しみだす）して形状が崩れるようになり、熱特性の向上が望めなくなる。このため、ＷＣｕ合金のＣｕの含有割合はＷＣｕ合金（焼結体）の質量に対して３０ｗｔ％以下にするのが望ましいということができる。
【００２２】
一方、Ｗの結晶粒の平均粒径が１０μｍから３μｍに向けて小さくなるほど、図２の曲線が上方に移動することから、Ｗの結晶粒の平均粒径が小さいほど熱伝導率が向上することが分かる。このことから、Ｗの結晶粒の平均粒径が小さいものを用いるのが好ましいということができる。一般的に、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、高熱伝導性ということができる。そして、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋの場合の熱膨張係数は、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍのものにおいては、５．５ｐｐｍ／Ｋとなり、平均粒径が５μｍのものにおいては、５．８ｐｐｍ／Ｋとなり、平均粒径が７μｍのものにおいては、６．３ｐｐｍ／Ｋとなり、平均粒径が１０μｍのものにおいては、６．６ｐｐｍ／Ｋとなる。
このことから、ＷＣｕ合金の焼結体においては、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下のものを用いるのが好ましいということができる。
【００２３】
また、図３は、ＭｏＣｕ合金の焼結体のＭｏの結晶粒の平均粒径とＣｕの質量割合を変化させた場合の、熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）と熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）の関係を求めた結果を示している。なお、図３において、曲線ｅはＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍのときの結果を示しており、曲線ｆはＭｏの結晶粒の平均粒径が５μｍのときの結果を示しており、曲線ｇはＭｏの結晶粒の平均粒径が７μｍのときの結果を示しており、曲線ｈはＭｏの結晶粒の平均粒径が１０μｍのときの結果を示している。この図３においても、図２のＷＣｕ合金の焼結体の場合とほぼ同様な結果が得られた。このことから、ＭｏＣｕ合金の焼結体のＭｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの含有割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下のものを用いるのが好ましいということがいえる。
【００２４】
なお、図４は、ＷＣｕ合金の焼結体において、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍの場合のＷの結晶粒の粒径とその頻度の関係を求めた図であり、図５は、ＷＣｕ合金の焼結体において、Ｗの結晶粒の平均粒径が１０μｍの場合のＷの結晶粒の粒径とその頻度の関係を求めた図である。図４より明らかなように、Ｗの結晶粒の粒径が３μｍのときにピークとなる正規分布になっていることが分かる。また、図５より明らかなように、Ｗの結晶粒の粒径が１０μｍのときにピークとなる正規分布になっていることが分かる。
【００２５】
２．半導体キャリヤの作製
ついで、上述のような構成となる半導体キャリヤ（ヒートシンク）１０の作製手順を、図６〜図７に基づいて、以下に詳細に説明する。なお、図６は複合金属粉末の射出成形により形成された半導体キャリヤになるグリーン体を示す斜視図であり、図７は、図６のグリーン体を焼結して形成した半導体キャリヤを示す斜視図である。
【００２６】
まず、Ｗの含有割合が９５〜７０質量％で、Ｃｕの含有割合が５〜３０質量％になるように調整した平均粒径が１μｍのＷ−Ｃｕ複合金属粉末を用意した。この後、このＷ−Ｃｕ複合金属粉末をジェットミルに投入した。このとき、ジェットミルの圧力を３〜１０ｂａｒにし、ジェットミルの回転数を５０００ｒｐｍにした。この状態でジェットミルを２０分間回転させて、Ｗ−Ｃｕ複合金属粉末が互いに凝集しないようにして、Ｗ−Ｃｕ複合金属粉末を微細化、球状化した。これにより、平均粒径が０．１〜０．３μｍのＷ−Ｃｕ複合金属粉末を得た。
【００２７】
ここで、Ｗ−Ｃｕ複合金属粉末としては、所定量のタングステン酸化物と所定量の銅酸化物とから製造される例えば、特開平８ー２３９２１９号公報、特開平８ー３３３１１９号公報に開示された製造方法によって製造されたものを用いることができる。タングステン酸化物としては、パラタングステン酸アンモニウム（ＡＰＴ）またはメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）が好ましい。また、銅酸化物としては、酸化第一銅、酸化第二銅または水酸化銅が好ましい。そして、パラタングステン酸アンモニウム（ＡＰＴ）またはメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）のいずれかと、酸化第一銅、酸化第二銅または水酸化銅のいずれかとを適宜の質量比で混合して混合粉末を形成し、この混合粉末から脱水して形成したタングステンー銅複合酸化物である、タングステン酸第二銅（ＣｕＷＯ４  ）／三酸化タングステン（ＷＯ３）を用いることが望ましい。
【００２８】
なお、Ｗ−Ｃｕ複合金属粉末に代えて、Ｗ粉末とＣｕ粉末の混合金属粉末を用いるようにしてもよい。この場合も、Ｗの割合が９５〜７０質量％で、Ｃｕの割合が５〜３０質量％になるように調整する必要がある。
また、ジェットミルを用いることに代えて、ボールミルを用いてＷ−Ｃｕ複合金属粉末あるいはＷ粉末とＣｕ粉末の混合金属粉末を粉砕するようにしてもよい。この場合は、回転数が５０ｒｐｍで２０〜２００時間ボールミルを回転させて、複合金属粉末あるいは混合金属粉末を平均粒径が０．１〜０．３μｍになるまで粉砕する必要がある。
【００２９】
ついで、このようにして得られた平均粒径が０．１〜０．３μｍのＷ−Ｃｕ複合金属粉末４５〜５０ｖｏｌ％に対して、バインダーを５５〜５０ｖｏｌ％添加して、混合、混練して成形用組成物とした。なお、バインダーとしては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、アクリル、ＰＯＭ系樹脂などの有機系樹脂に、パラフィンワックス、カルナウパワックス、密蝋などのワックスを添加したものを用いるのが望ましい。
【００３０】
ついで、得られた成形用組成物をペレタイザーによりペレット化した。これを型締圧が２０ｔの射出成型機のホッパ内に投入し、射出温度が１６０℃で、金型温度が２５℃の金型内に射出成形した。この後、金型を水冷して射出物を固化させて半導体キャリヤ１０になるグリーン体（成形体）１０Ａを得た。図６は、このようにして得られたグリーン体１０Ａを示している。このグリーン体１０Ａは、マウント部１５Ａを有するキャリヤベース１１Ａを備えており、これらのキャリヤベース１１Ａとマウント部１５Ａは一体的に形成されている。
【００３１】
なお、キャリヤベース１１Ａは、３段階の階段状に形成されている。第１段で底部を形成する平面形状が長方形で平板状の取付部１２Ａと、第２段でキャップを固定する円柱状のキャップ固定部１３Ａと、第３段で複数のリードを固定して第２段より小径の円柱状の端子部１４Ａとからなるものである。そして、取付部１２Ａの両端部には取付用の開口１２ａ−１，１２ａ−１が形成されている。また、端子部１４Ａにはリード挿入用の複数の貫通孔１４ａ−１が形成されている一方、マウント部１５Ａは、キャリヤベース１１Ａの上部に位置して、六角柱状に形成されている。
【００３２】
ついで、このグリーン体１０Ａを図示しない脱バインダ装置内に配置した。この後、脱バインダ装置内に１リットル／分の流量の窒素ガスを流入させて、窒素雰囲気にした。そして、昇温速度が０．１℃／分で加熱し、５５０℃の温度を２時間保持して、グリーン体１０Ａを脱バインダ処理した。この脱バインダ処理により、上述したバインダは揮散して（除去されて）、ＷとＣｕからなるブラウン体とした。この後、室温まで冷却してブラウン体を脱バインダ装置から取り出した。
【００３３】
ついで、得られたブラウン体を図示しない脱酸素装置内に配置した。この後、脱酸素装置内に１〜１０リットル／分の流量の水素ガスを流入させて、銅の融点温度以下の５００℃〜１０００℃の温度環境で、ブラウン体を水素ガスの気流に充分に曝して、ブラウン体を脱酸素処理した。この脱酸素処理により、ブラウン体を構成するタングステン粒子表面の酸化層は充分に還元されて、銅との濡れ性が向上するようになる。
【００３４】
ついで、脱酸素処理されたブラウン体を焼結炉に入れ、水素気流中で、昇温速度が５℃／１時間で、以下のような焼結温度になるまで昇温した。この後、この焼結温度を２時間保持することにより焼結した。これにより、グリーン体１０Ａが収縮して小さくなり、図７に示すような、ＷＣｕ合金の焼結体からなる半導体キャリヤ１０を作製した。このようにして作製された半導体キャリヤ１０は、焼結時にタングステンの結晶粒が大きく成長する。しかしながら、本発明においては、焼結温度を以下のように調整しているので、タングステンの結晶粒の成長を抑えることが可能になった。
【００３５】
具体的には、Ｃｕの割合が複合金属粉末の質量に対して、５質量％になるように調整したＷ−Ｃｕ複合金属粉末を用いた場合は、１２７５〜１３２５℃の温度環境になるようにして焼結を行った。同様に、Ｃｕの割合が１０質量％の場合は１２２５〜１２７５℃で、Ｃｕの割合が１５質量％の場合は１１７５〜１２２５℃で、Ｃｕの割合が２０質量％の場合は１１５０〜１２００℃で、Ｃｕの割合が３０質量％の場合は１１２５〜１１７５℃で、それぞれ焼結を行った。得られた半導体キャリヤ１０のタングステンの結晶粒の平均粒径を測定すると、３μｍ以下であることが分かった。
【００３６】
なお、この焼結により半導体キャリヤ１０はグリーン体１０Ａよりも収縮して小さくなっているが、マウント部１５を有する３段階の階段状に形成されたキャリヤベース１１を備えた構成は同じである。そして、キャリヤベース１１は、第１段で底部を形成する平面形状が長方形で平板状の取付部１２と、第２段でキャップを固定する円柱状のキャップ固定部１３と、第３段で複数のリードを固定して第２段より小径の円柱状の端子部１４とからなる。取付部１２の両端部には取付用の開口１２ａ，１２ａが形成されており、端子部１４にはリード挿入用の複数の貫通孔１４ａが形成されている。一方、マウント部１５は、キャリヤベース１１の上部に位置して、六角柱状に形成されている。
【００３７】
３．半導体キャリヤを用いた光半導体モジュール
ついで、上述のように作製した半導体キャリヤ（ヒートシンク）１０を用いた光半導体モジュール２０の作製手順を、図８〜図９に基づいて、以下に詳細に説明する。なお、図８は、図７の半導体キャリヤ１０に半導体レーザ等を搭載して形成した光半導体モジュールを示す斜視図であり、図９は、図８の光半導体モジュールにキャップ（カバー）を装着した状態の光半導体モジュールを示す斜視図である。
【００３８】
まず、上述のようにして作製された半導体キャリヤ１０を用いて、この半導体キャリヤ１０のマウント部１５の一側面部を機械加工により、表面粗さがＴＩＲ（最大高さ）で最大３μｍ、Ｒａ（平均粗さ）で０．５μｍ以下となるように平滑に研磨した。その後、ブラストマシンにより、加工バリを除去して、鏡面仕上げを施して二次加工を行った。この後、この平滑面にレーザが上向きに出射するように半導体レーザ２１を載置して固定した。また、この半導体レーザ２１の下部の平滑面に、レーザの出力を監視、制御するための受光素子２２を載置して固定した。
【００３９】
さらに、キャリヤベース１１のリード挿入用の複数の貫通孔１４ａ内に複数のリード線２３，２３，２３と、アース線２４を挿入した。この後、貫通孔１４ａ内にガラス封着剤２５を充填して、複数のリード線２３，２３，２３とアース線２４を各貫通孔１４ａ内に固定した。なお、複数のリード線２３，２３，２３の上部はキャリヤベース１１の端子部１４の上面に延出しており、この延出した部分は、半導体レーザ２１や受光素子２２等との接続のための端子となる。
【００４０】
一方、半導体レーザ２１や受光素子２２を気密に保持するためのキャップ２６を用意し、このキャップ２６をキャリヤベース１１のキャップ固定部１３に載置した。この後、キャップ２６の下端部の内周面をキャップ固定部１３の周壁に固着した。この場合、キャップ２６の下端部の内周面とキャップ固定部１３の周壁との間に蝋材（例えば銀蝋）を介在させて、カーボン製あるいはアルミナ製の治具に配置した。ついで、この治具を４０％の水素（Ｈ２）を含む窒素（Ｎ２）ガスの雰囲気のリフロー炉中で、移動速度が３０ｍｍ／分のベルト上に配置し、最高温度が９００℃で２０分間加熱されるようなリフロー条件（昇温プロファイル）で加熱処理して、キャップ２６の下端部の内周面をキャップ固定部１３の周壁に固着した。
【００４１】
ついで、キャップ２６内に窒素ガスを封入して、キャップ２６内を窒素ガスの雰囲気にして、光半導体モジュール２０が作製されることとなる。なお、このキャップ２６の先端部には光ファイバ２７が取り付けられ、この光ファイバ２７に効率よくレーザ光が入射するように、レンズ（図示せず）が収容されている。
このように構成された半導体キャリヤ１０を用いた光半導体モジュール２０においては、半導体レーザ２１から上方に出射されたレーザ光は、レンズによって光ファイバ２７に効率よく結合される。また、このような光半導体モジュール２０においては、ペルチェ素子等の冷却手段を有しない構造とされているので、特に、半導体キャリヤ１０においては、その材料に放熱性が要求される。
【００４２】
これは、半導体レーザ２１の光出力変換効率は、通常、２０〜５０％とされているためである。即ち、半導体レーザ２１に投入された電力の半分以上が熱として消費されることとなる。そして、一般的に、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃を越えると、それ以上の電圧を印加してもレーザの出力は低下する。
そこで、半導体レーザ２１として、９８０ｎｍ帯の半導体レーザと、１４８０ｎｍ帯の半導体レーザが搭載された光半導体モジュール２０（Ａ，Ｂ）を構成した。これらの各光半導体モジュール２０（Ａ，Ｂ）に用いる半導体キャリヤ１０として、以下のように変化させた焼結体を用いて、各光半導体モジュール２０（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）を構成した。
【００４３】
即ち、Ｃｕの含有割合が複合金属粉末の質量に対して１５質量％になるように調整したＷ−Ｃｕ複合金属粉末を用い、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍになるように焼結された焼結体よりなる半導体キャリヤ１０を用いた光半導体モジュール２０をＡ１，Ｂ１とした。また、同様のＣｕの含有割合になる複合金属粉末を用い、Ｗの結晶粒の平均粒径が５μｍのものを用いた光半導体モジュール２０をＡ２，Ｂ２とし、７μｍのものを用いた光半導体モジュール２０をＡ３，Ｂ３とし、１０μｍのものを用いた光半導体モジュール２０をＡ４，Ｂ４とした。
【００４４】
ついで、各光半導体モジュール２０（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）の各半導体レーザへの印加電圧を変化させて、各半導体レーザの発振出力（レーザ出力）（ｍＷ）に対する半導体キャリヤ１０の温度（℃）の関係を求めると、図１０および図１１に示すような結果となった。なお、図１０は９８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載した場合を示しており、図１１は１４８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載した場合を示している。
図１０および図１１の結果から明らかなように、９８０ｎｍ帯の半導体レーザであっても、１４８０ｎｍ帯の半導体レーザであっても、レーザ出力が増大するに伴って半導体キャリヤ１０の温度が上昇することが分かる。これは、レーザ出力が増大すると、その発熱量が増大するためである。
【００４５】
ところで、図１０において、光半導体モジュールＡ４（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が１０μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は５０ｍＷとなり、光半導体モジュールＡ３（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が７μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は７０ｍＷとなり、光半導体モジュールＡ２（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が５μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は１００ｍＷとなり、光半導体モジュールＡ１（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が３μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は１２０ｍＷとなっていることが分かる。
【００４６】
一方、図１１において、光半導体モジュールＢ４（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が１０μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は４０ｍＷとなり、光半導体モジュールＢ３（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が７μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は５８ｍＷとなり、光半導体モジュールＢ２（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が５μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は７５ｍＷとなり、光半導体モジュールＢ１（半導体キャリヤ１０のＷの結晶粒の平均粒径が３μｍのもの）においては、半導体キャリヤ１０の温度が４５℃に達するレーザ出力は９０ｍＷとなっていることが分かる。
【００４７】
これらのことから、ＷＣｕ合金のＷの結晶粒の平均粒径が３μｍの半導体キャリヤ１０を用いれば、この半導体キャリヤ１０に９８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載すれば、半導体レーザの最大出力は１２０ｍＷとなる。また、この半導体キャリヤ１０に１４８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載すれば、半導体レーザの最大出力は８０ｍＷとなる。このように本発明の半導体キャリヤ１０を用いると、半導体レーザの最大出力を増大させることが可能になる。なお、レーザの光出力変換効率が上がれば、更に高出力のレーザも搭載可能となる。
【００４８】
４．光半導体モジュールの取付構造の変形例
上述した光半導体モジュール２０においては、半導体レーザの出射方向に対して直角方向になる位置に取付部１２が設けられている。このため、レーザ光を水平方向に出射させるためには、断面形状がＬ字状のアングルを別部材として用いて、取付部１２の両端部に形成された取付用開口１２ａ，１２ａと、この別部材のアングルに形成された取付用開口にボルトを挿通し、このボルトにナットを螺合させて、別部材のアングルに光半導体モジュール２０を取り付ける必要があった。そこで、別部材のアングルを用いることなく、レーザ光を水平方向に出射させることができる取付構造について検討した。この結果、以下のような種々の変形例を得ることができた。
【００４９】
（１）第１変形例
本第１変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１２（ａ）に示すように、平板状のキャリヤ保持部２８ａと、このキャリヤ保持部２８ａから垂直に立ち下がる取付部２８ｂからなる固定部２８を用いるようにしている。そして、この固定部２８を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部２８ｂには取付用開口２８ｃ，２８ｃが設けられている。このような固定部２８を設けることにより、別部材のアングルを用いることなく取付部２８ｂを水平面に固定することにより、光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。
【００５０】
（２）第２変形例
本第２変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１２（ｂ）に示すように、平板状のキャリヤ保持部２９ａと、このキャリヤ保持部２９ａの両側から垂直に立ち下がる取付部２９ｂ，２９ｂを備えた固定部２９を用いるようにしている。そして、この固定部２９を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、各取付部２９ｂには取付用開口２９ｃがそれぞれ設けられている。このような固定部２９を設けることにより、別部材のアングルを用いることなく取付部２９ｂを水平面に固定することにより、光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、上述した第１変形例の取付部２８ｂよりも取付部２９ｂ，２９ｂの材料を減少させることができるので、この種の固定部２９を軽量化できる。
【００５１】
（３）第３変形例
本第３変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１２（ｃ）に示すように、平板状のキャリヤ保持部３０ａと、このキャリヤ保持部３０ａから垂直に立ち下がる取付部３０ｂを備えた固定部３０を用いるようにしている。そして、この固定部３０を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３０ｂには取付溝３０ｃ，３０ｃが設けられている。このような固定部３０を設けることにより、別部材のアングルを用いることなく取付部３０ｂを水平面に固定することにより、光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、上述した第２変形例と同様に取付部３０ｂの材料を減少させることができるので、この種の固定部３０を軽量化できる。
【００５２】
（４）第４変形例
本第４変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１３（ａ）に示すように、平板状のキャリヤ保持部３１ａと、このキャリヤ保持部３１ａから垂直に立ち上がる取付部３１ｂからなる固定部３１を用いるようにしている。そして、この固定部３１を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３１ｂには取付用開口３１ｃ，３１ｃが設けられている。これにより、取付部３１ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、取付部３１ｂの長さをキャリヤ保持部３１ａの長さより長くすることにより、被固定部への取付が容易になるとともに、取付部３１ｂがキャリヤ保持部３１ａから垂直に立ち上っているので、この固定部３１の被固定部への取付時にリード線２３，２３，２３やアース線２４が邪魔になることがなく、容易に取り付けることができる。
【００５３】
（５）第５変形例
本第５変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１３（ｂ）に示すように、図１３（ａ）と同様に、平板状のキャリヤ保持部３２ａと、このキャリヤ保持部３２ａから垂直に立ち上がる取付部３２ｂからなる固定部３２を用いるようにしている。そして、この固定部３２を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３２ｂには取付用開口３２ｃ，３２ｃが設けられている。これにより、取付部３２ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、取付部３１ｂの長さをキャリヤ保持部３１ａの長さと等しくすることにより、取付部３２ｂの材料を減少させることができるので、この種の固定部３２を軽量化できる。また、固定部３１と同様に、取付部３２ｂがキャリヤ保持部３２ａから垂直に立ち上っているので、この固定部３２の被固定部への取付時にリード線２３，２３，２３やアース線２４が邪魔になることがなく、容易に取り付けることができる。
【００５４】
（６）第６変形例
本第６変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１３（ｃ）に示すように、平板状のキャリヤ保持部３３ａと、このキャリヤ保持部３３ａの両側から垂直に立ち上がる取付部３３ｂ，３３ｂを備えた固定部３３を用いるようにしている。そして、この固定部３３を円柱状のキャップ固定部３３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３３ｂには取付用開口３３ｃがそれぞれ設けられている。これにより、取付部３３ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。また、上述した第５変形例の取付部３２ｂよりも取付部３３ｂ，２３３の材料を減少させることができるので、この種の固定部３３を軽量化できる。また、第５変形例の固定部３２と同様に、取付部３３ｂがキャリヤ保持部３３ａから垂直に立ち上っているので、この固定部３３の被固定部への取付時にリード線２３，２３，２３やアース線２４が邪魔になることがなく、容易に取り付けることができる。
【００５５】
（７）第７変形例
本第７変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１４（ａ）に示すように、平板状で若干変形したキャリヤ保持部３４ａと、このキャリヤ保持部３４ａから垂直に立ち下がる取付部３４ｂからなる固定部３４を用いるようにしている。そして、この固定部３４を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。これにより、取付部３４ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、キャリヤ保持部３４ａの面積を小さくするように、キャップ固定部１３の直径よりも若干大きい正方形状に形成されているが、取付部３４ｂは第１変形例と同じ大きさになるように形成されている。このため、キャリヤ保持部３４ａから取付部３４ｂに向けて広がるように若干変形した形状となっている。なお、取付部３４ｂには取付用開口３４ｃ，３４ｃが設けられている。これにより、キャリヤ保持部３４ａの材料を減少させることができるので、この種の固定部３４を軽量化できる。
【００５６】
（８）第８変形例
本第８変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１４（ｂ）に示すように、半円形の平板状のキャリヤ保持部３５ａと、このキャリヤ保持部３５ａから垂直に立ち下がる取付部３５ｂからなる固定部３５を用いるようにしている。そして、この固定部３５を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。これにより、取付部３５ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、キャリヤ保持部３５ａの面積を小さくするように、キャップ固定部１３の直径よりも若干大径の半円形状に形成されているが、取付部３５ｂは第１変形例と同じ大きさになるように形成されている。このため、キャリヤ保持部３５ａから取付部３５ｂに向けて広がった形状となっている。なお、取付部３５ｂには取付用開口３５ｃ，３５ｃが設けられている。これにより、キャリヤ保持部３５ａの材料を減少させることができるので、この種の固定部３５を軽量化できる。
【００５７】
（９）第９変形例
本第９変形例においては、図１５（ａ）に示すように、上述した平板状の取付部１２を用いることなく、直接、キャップ固定部１３を被固定部に取り付けるようにしている。この場合、キャップ固定部１３の周壁にねじ山を形成して、これを水平方向に直接螺着して、被固定部に固定するようにすればよい。このように固定しても、別部材のアングルを用いることなく、光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。
【００５８】
（１０）第１０変形例
本第１０変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１５（ｂ）に示すように、平板で短冊状のキャリヤ保持部３７ａと、このキャリヤ保持部３７ａから垂直に立ち下がる取付部３７ｂからなる固定部３７を用いるようにしている。そして、この固定部３７を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３７ｂには取付用開口３７ｃが設けられている。これにより、取付部３７ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、キャリヤ保持部３７ａは短冊状で幅狭に形成されているとともに、取付部３７ｂもキャリヤ保持部３７ａと同幅で幅狭に形成されているため、固定部３７の材料を減少させることができるので、この種の固定部３７を軽量化できる。
【００５９】
（１１）第１１変形例
本第１１変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１５（ｃ）に示すように、平板で短冊状のキャリヤ保持部３８ａと、このキャリヤ保持部３８ａから垂直に立ち下がる取付部３８ｂからなる固定部３８を用いるようにしている。そして、この固定部３８を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、取付部３８ｂには取付用開口３８ｃが設けられている。これにより、取付部３８ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、キャリヤ保持部３８ａは短冊状で幅狭に形成されているが、取付部３８ｂはキャリヤ保持部３８ａよりも幅広に形成されている。このため、固定部３７よりも少なくなるが固定部３８の材料を減少させることができるので、この種の固定部３８を軽量化できる。
【００６０】
（１２）第１２変形例
本第１２変形例においては、上述した平板状の取付部１２に代えて、図１６（ａ）に示すように、平板状で若干変形したキャリヤ保持部４０ａと、このキャリヤ保持部４０ａの両側から垂直に立ち下がる取付部４０ｂ，４０ｂを備えた固定部４０を用い、この固定部４０を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。なお、各取付部４０ｂ，４０ｂには取付用開口４０ｃがそれぞれ設けられている。これにより、取付部４０ｂ，４０ｂを水平面に固定すれば光半導体モジュール２０からレーザ光を水平方向に出射させることができるようになる。この場合、キャリヤ保持部４０ａの面積を小さくするように、キャップ固定部１３の直径よりも若干大きい正方形状に形成されている。このため、キャリヤ保持部４０ａから取付部４０ｂに向けて若干広がった形状となっていて、くびれ部４０ｄが形成されている。これにより、キャリヤ保持部４０ａの材料を減少させることができるので、この種の固定部４０を軽量化できる。
【００６１】
（１３）第１３変形例
本第１３変形例においては、上述した第１２変形例の固定部４０とほぼ同様であって、図１６（ｂ）に示すように、平板状で若干変形したキャリヤ保持部４１ａと、このキャリヤ保持部４１ａの両側から垂直に立ち下がる取付部４１ｂ，４１ｂを備えた固定部４１を用い、この固定部４１を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。この場合も、各取付部４１ｂ，４１ｂには取付用開口４１ｃがそれぞれ設けられている。そして、キャリヤ保持部４１ａの面積を小さくするために、キャップ固定部１３の直径よりも若干大きい正方形状に形成されている。このため、キャリヤ保持部４１ａから取付部４１ｂに向けて若干広広がった形状となっていて、くびれ部４１ｄが形成されている。ところが、各取付部４１ｂ，４１ｂの根本部に応力が集中して破断する恐れが生じるため、この第１３変形例においては、両取付部４１ｂ，４１ｂの根本部にリブ部４１ｅを両取付部４１ｂ，４１ｂと一体的に形成するようにして、両取付部４１ｂ，４１ｂの強度を補強するようにしている。
【００６２】
（１４）第１４変形例
本第１４変形例においては、上述した第１２変形例の固定部４０とほぼ同様であって、図１６（ｃ）に示すように、平板状で若干変形したキャリヤ保持部４２ａと、このキャリヤ保持部４２ａの両側から垂直に立ち下がる取付部４２ｂ，４２ｂを備えた固定部４２を用い、この固定部４２を円柱状のキャップ固定部１３の下部に配設するようにしている。この場合も、各取付部４２ｂ，４２ｂには取付用開口４２ｃがそれぞれ設けられており、キャリヤ保持部４２ａから取付部４２ｂに向けて若干広がった形状となっていて、くびれ部４２ｄが形成されている。そして、この第１４変形例においては、両取付部４２ｂ，４２ｂの根本部にＲ部４２ｅを両取付部４２ｂ，４２ｂと一体的に形成するようにして、両取付部４２ｂ，４２ｂの強度を補強するようにしている。
【００６３】
５．半導体素子用パッケージ
上述した例においては、半導体キャリヤ１０およびこの半導体キャリヤ（ヒートシンク）１０を用いたステムタイプの光半導体モジュール２０について説明した。しかしながら、本発明のヒートシンクを用いて半導体素子用パッケージを形成し、この半導体素子用パッケージを用いて、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ：ピン（リード線）がパッケージの２長辺に沿って配置されたタイプのもの）タイプの光半導体モジュールを作製することができる。以下では、ＤＩＰ型光半導体モジュールを作製するために用いられる半導体素子用パッケージについて、図１７（ａ），（ｂ）に基づいて以下に説明する。なお、図１７（ａ），（ｂ）は半導体素子用パッケージを模式的に示す斜視図である。
【００６４】
本発明の半導体素子用パッケージ５０ａは、図１７（ａ）に示すように、フレーム部材５１と、このフレーム部材５１のカバーとなる蓋部材５５とからなる。フレーム部材５１は、略箱形形状で一側壁に略円筒形状の窓ホルダ５１ａを備えた本体部５２と、この本体部５２の底板となるべース部５３と、本体部５２の他の側壁から延出して該フレーム部材５１を被固定部材に固定する固定部５４，５４とからなる。これらの本体部５２とべース部５３と固定部５４，５４は焼結により一体的に形成されている。
【００６５】
また、本発明の半導体素子用パッケージ５０ｂは、図１７（ｂ）に示すように、フレーム部材５６と、このフレーム部材５６のカバーとなる蓋部材５５とからなる。フレーム部材５６は、略箱形形状で一側壁に略円筒形状の窓ホルダ５６ａを備えた本体部５７と、この本体部５７の底板となるべース部５８と、本体部５７の他の側壁から延出して該フレーム部材５６を被固定部材に固定する固定部５９，５９とからなる。これらの本体部５７とべース部５８と固定部５９，５９は焼結により一体的に形成されている。
【００６６】
なお、フレーム部材５１（５６）のべース部５３（５８）には、図示しないリード挿入用の複数の貫通孔が配設されており、これらの貫通孔内に複数のリード線と、アース線を挿入した後、貫通孔内にガラス封着剤を充填して、複数のリード線とアース線を各貫通孔内にハーメチックシールにより固定するようにしている。なお、複数のリード線の上部は端子部の上面に延出しており、この延出した部分は、半導体レーザや受光素子等との接続のための端子となるようになされている。
【００６７】
そして、べース部５２（５８）上に図示しない半導体レーザーや光学系が配置され、このフレーム部材５１（５６）上に蓋部材５５がシーム溶接で接合されて、半導体素子用パッケージ５０ａ（５０ｂ）が形成され、かつ光半導体モジュールが形成されることとなる。なお、半導体素子用パッケージ５０ａにおいては、図１７（ａ）に示すように、固定部５４に円形の固定穴５４ａが形成されている。一方、半導体素子用パッケージ５０ｂにおいては、図１７（ｂ）に示すように、固定部５９に半欠けの半円形の固定穴５９ａが形成されている。
【００６８】
ここで、半導体素子用パッケージ５０ａのように、固定部５４に円形の固定穴５４ａを設けるようにすると、モジュールを基板に取り付ける際に精確な位置に取り付けることができるようになる。一方、半導体素子用パッケージ５０ｂのように、固定部５９に半欠けの半円形の固定穴５９ａを設けるようにすると、射出成形時のウェルドの発生を抑えることができ、製品に亀裂などの欠陥が生じなくなる。
【００６９】
このように構成される半導体素子用パッケージ５０ａ（５０ｂ）のフレーム部材５１（５６）および蓋部材５５は、上述した半導体キャリヤ１０の場合と同様に、ＷＣｕ合金の焼結体あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体であるのが望ましい。この場合、ＷＣｕ合金の焼結体においては、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下になるようなものが望ましい。また、ＭｏＣｕ合金の焼結体においては、Ｍｏの結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、Ｃｕの割合がこの焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下になるようなものが望ましい。
【００７０】
ついで、上述のような構成となるフレーム部材５１（５６）および蓋部材５５の製造方法について以下に説明する。まず、上述と同様に、Ｗの割合が９５〜７０質量％で、Ｃｕの割合が５〜３０質量％になるように調整した平均粒径が１μｍのＷ−Ｃｕ複合金属粉末を用意した後、このＷ−Ｃｕ複合金属粉末をジェットミルに投入して、平均粒径が０．１〜０．３μｍのＷ−Ｃｕ複合金属粉末を得た。このようにして得られたＷ−Ｃｕ複合金属粉末４０〜４５ｖｏｌ％に対して、バインダー（ＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、アクリル、ＰＯＭ系樹脂などの有機系樹脂に、パラフィンワックス、カルナウパワックス、密蝋などのワックスを添加したもの）を６０〜５５ｖｏｌ％添加して、混合、混練して成形用組成物とした。
【００７１】
ついで、得られた成形用組成物をペレタイザーによりペレット化した後、これを射出成型機のホッパ内に投入し、射出温度が１６０℃で、金型温度が２５℃のフレーム部材用金型および蓋部材用金型内に射出成形した。この後、これらの金型を水冷して射出物を固化させて、フレーム部材５１（５６）および蓋部材５５になるグリーン体（成形体）を得た。ついで、これらのグリーン体を図示しない脱バインダ装置内に配置した後、１リットル／分の流量の窒素ガスを流入させて、窒素雰囲気にした。そして、昇温速度が０．１℃／分で加熱し、５５０℃の温度を２時間保持して、グリーン体を脱バインダ処理した。この脱バインダ処理により、上述したバインダは揮散して（除去されて）、ＷとＣｕからなるブラウン体とした。この後、室温まで冷却してブラウン体を脱バインダ装置から取り出した。
【００７２】
ついで、得られたブラウン体を図示しない脱酸素装置内に配置した後、脱酸素装置内に水素ガスを流入させて、銅の融点温度以下の５００℃〜１０００℃の温度環境で、ブラウン体を水素ガスの気流に充分に曝して、ブラウン体を脱酸素処理した。この脱酸素処理により、ブラウン体を構成するタングステン粒子表面の酸化層は充分に還元されて、銅との濡れ性が向上するようになる。ついで、脱酸素処理されたブラウン体を焼結炉に入れ、水素気流中で、以下のような焼結温度になるまで昇温した。この後、この焼結温度を２時間保持することにより焼結した。これにより、ＷＣｕ合金の焼結体からなるフレーム部材５１（５６）および蓋部材５５を作製した。このようにして作製されたフレーム部材５１（５６）および蓋部材５５は、焼結時にタングステンの結晶粒が大きく成長する。しかしながら、本発明においては、焼結温度を以下のように調整しているので、タングステンの結晶粒の成長を抑えることが可能になった。
【００７３】
具体的には、Ｃｕの割合が複合金属粉末の質量に対して、５質量％になるように調整したＷ−Ｃｕ複合金属粉末を用いた場合は、１２７５〜１３２５℃の温度環境になるようにして焼結を行った。同様に、Ｃｕの割合が１０質量％の場合は１２２５〜１２７５℃で、Ｃｕの割合が１５質量％の場合は１１７５〜１２２５℃で、Ｃｕの割合が２０質量％の場合は１１５０〜１２００℃で、Ｃｕの割合が３０質量％の場合は１１２５〜１１７５℃で、それぞれ焼結を行った。得られた半導体キャリヤ１０のタングステンの結晶粒の平均粒径を測定すると、３μｍ以下であることが分かった。
【００７４】
なお、上述した半導体素子用パッケージ５０ａ（５０ｂ）においては、フレーム部材５１（５６）および蓋部材５５をＷＣｕ合金あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体で構成する例について説明したが、これらの全てをＷＣｕ合金あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体で構成する必要はなく、少なくともフレーム部材５１（５６）のべース部５３（５８）をＷＣｕ合金あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体で構成するようにすればよい。この場合、フレーム部材５１（５６）の本体部５２（５７）および固定部５４（５９）あるいは蓋部材５５は、ＷＣｕ合金あるいはＭｏＣｕ合金と熱膨張率と近似するコバール（ＦｅＮｉＣｏ合金）を用いるようにし、これらとＷＣｕ合金あるいはＭｏＣｕ合金のべース部５３（５８）を焼結により一体的に形成したり、あるいはＡｇＣｕなどのロウ材によりロウ付けするようにすればよい。
【００７５】
また、本発明のヒートシンクを用いて半導体素子用パッケージを形成し、この半導体素子用パッケージを用いて、図１８に示すようなＣＡＮタイプの光半導体モジュールを作製することができる。このＣＡＮ型光半導体モジュールはベース径の小さい光半導体モジュールである。なお、図１８はＣＡＮ型光半導体モジュールを模式的に示す斜視図である。図１８のＣＡＮ型光半導体モジュール６０は、半導体レーザを搭載するマウント部６２を有するキャリヤベース６１を備えている。そして、これらのキャリヤベース６１とマウント部６２は、上述と同様なＷＣｕ合金の焼結体あるいはＭｏＣｕ合金の焼結体により一体的に形成されている。
【００７６】
ここで、キャリヤベース６１は、円板状に形成されており、マウント部６２はキャリヤベース６１の上部に位置して、その一側壁の表面は平面化されている。この平面化された一側壁に半導体レーザが上向きに出射するように半導体レーザが固定され、この半導体レーザの下部に、半導体レーザの出力を監視、制御するための受光素子が固定されている。一方、半導体レーザや受光素子を気密に保持するためのキャップ６３がマウント部６２のキャップ固定部に載置されて、キャップ６３の下端部の内周面がキャップ固定部の周壁に固着されている。そして、キャップ６３内には窒素ガスが封入されてＣＡＮ型光半導体モジュール６０が作製されることとなる。
【００７７】
なお、このキャップ６３の先端部には光ファイバに効率よくレーザ光が入射するように、レンズ６４が収容されている。さらに、キャリヤベース６１にはリード挿入用の複数の貫通孔内に複数のリード線６５，６５，６５が固着されている。このように構成されるＣＡＮ型光半導体キャリヤ６０は、取付部が設けられていないため、レーザ光を水平方向に出射させるためにホルダを別部材として用い、この別部材のホルダに形成された取付用開口にＣＡＮ光半導体モジュール６０を挿通して取り付ける。なお、別部材のホルダはＦｅあるいはＦｅＮｉ合金で形成するのが望ましい。
【００７８】
【発明の効果】
上述したように、本発明のヒートシンクは、タングステン−銅（ＷＣｕ）合金またはモリブデン−銅（ＭｏＣｕ）合金からなる焼結体を構成するタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）の結晶粒の平均粒径が３μｍ以下で、焼結体を構成するＣｕの含有割合が、この焼結体の質量に対して５ｗｔ％以上で３０ｗｔ％以下であるので、低熱膨張率で、高放熱性のヒートシンクを提供することが可能になる。また、このような低熱膨張率で、高放熱性のヒートシンクを半導体素子を搭載する半導体キャリヤあるいは半導体素子用パッケージに用いれば、半導体素子の発熱を速やかに系外に放出することが可能になる。
【００７９】
なお、上述した実施形態においては、本発明の半導体キャリヤおよび半導体パッケージを光半導体モジュールに適用する例について説明したが、本発明の半導体キャリヤおよび半導体パッケージは、光半導体モジュールに限らず、各種の半導体素子を搭載、収容する半導体パッケージなどの半導体装置に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体キャリヤをステムタイプの光半導体モジュールに用いられる半導体キャリヤに適用した一例を示す斜視図である。
【図２】Ｗ−Ｃｕ合金の焼結体のＷの結晶粒の平均粒径とＣｕの質量割合を変化させた場合の、熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）と熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）の関係を示す図である。
【図３】Ｍｏ−Ｃｕ合金の焼結体のＭｏの結晶粒の平均粒径とＣｕの質量割合を変化させた場合の、熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）と熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）の関係を示す図である。
【図４】Ｗ−Ｃｕ合金の焼結体において、Ｗの結晶粒の平均粒径が３μｍの場合のＷの結晶粒の粒径と頻度の関係を求めた図である。
【図５】Ｗ−Ｃｕ合金の焼結体において、Ｗの結晶粒の平均粒径が１０μｍの場合のＷの結晶粒の粒径と頻度の関係を求めた図である。
【図６】複合金属粉末の射出成形により形成された半導体キャリヤになるグリーン体を示す斜視図である。
【図７】図５のグリーン体を焼結して形成した半導体キャリヤを示す斜視図である。
【図８】図６の焼結体に半導体レーザ等を搭載して形成した光半導体モジュールを示す斜視図である。
【図９】図７の光半導体モジュールにキャップ（カバー）を装着した状態の光半導体モジュールを示す斜視図である。
【図１０】９８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載した場合の半導体レーザの出力（ｍＷ）に対する半導体キャリヤの温度（℃）の関係を示す図である。
【図１１】１４８０ｎｍ帯の半導体レーザを搭載した場合の半導体レーザの出力（ｍＷ）に対する半導体キャリヤの温度（℃）の関係を示す図である。
【図１２】光半導体モジュールの取付構造の変形例を模式的に示す斜視図であり、図１２（ａ）は第１変形例を示す図であり、図１２（ｂ）は第２変形例を示す図であり、図１２（ｃ）は第３変形例を示す図である。
【図１３】光半導体モジュールの取付構造の変形例を模式的に示す斜視図であり、図１３（ａ）は第４変形例を示す図であり、図１３（ｂ）は第５変形例を示す図であり、図１３（ｃ）は第６変形例を示す図である。
【図１４】光半導体モジュールの取付構造の変形例を模式的に示す斜視図であり、図１４（ａ）は第７変形例を示す図であり、図１４（ｂ）は第８変形例を示す図である。
【図１５】光半導体モジュールの取付構造の変形例を模式的に示す斜視図であり、図１５（ａ）は第９変形例を示す図であり、図１５（ｂ）は第１０変形例を示す図であり、図１５（ｃ）は第１１変形例を示す図である。
【図１６】光半導体モジュールの取付構造の変形例を模式的に示す斜視図であり、図１６（ａ）は第１２変形例を示す図であり、図１６（ｂ）は第１３変形例を示す図であり、図１６（ｃ）は第１４変形例を示す図である。
【図１７】ＤＩＰ型光半導体モジュールを作製するために用いられる半導体素子用パッケージを模式的に示す斜視図である。
【図１８】ＣＡＮ型光半導体モジュールを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…半導体キャリヤ、１０ａ…グリーン体、１１…キャリヤベース、１２…取付部、１２ａ…開口、１３…キャップ固定部、１４…端子部、１４ａ…貫通孔、１５…マウント部、２０…光半導体モジュール、２１…半導体レーザ素子、２２…受光素子、２３…リード線、２４…アース線、２５…ガラス接着剤、２６…キャップ、２７…光ファイバ、２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３７，３８，４０，４１，４２…固定部、２８ａ，２９ａ，３０ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３７ａ，３８ａ，４０ａ，４１ａ，４２ａ…キャリヤ保持部、２８ｂ，２９ｂ，３０ｂ，３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂ，３７ｂ，３８ｂ，４０ｂ，４１ｂ，４２ｂ…取付部、５０ａ，５０ｂ…半導体素子用パッケージ、５１…フレーム部材、５１ａ…窓ホルダ、５２…本体部、５３…底部、５４…固定部、５４ａ…固定穴、５５…蓋部材、５６…フレーム部材、５６ａ…窓ホルダ、５７…本体部、５８…底部、５９…固定部、５９ａ…固定穴、６０…ＣＡＮ型光半導体モジュール、６１…キャリヤベース、６２…マウント部、６３…キャップ、６４…レンズ、６５…リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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