(57)【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。
【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。
【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。
【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１６ａ〜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〜１４ｄ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〜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〜４０ｃ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〜４６ｄが略平行に形成され、隣接する前記凸部４６ａ〜４６ｄ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、ＬＤ２８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４２ａ〜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。
【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、４８ａ〜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
【図１】
0003848477.tif 000002
【図２】
0003848477.tif 000003
【図３】
0003848477.tif 000004
【図４】
0003848477.tif 000005
【図５】
0003848477.tif 000006
【図６】
0003848477.tif 000007
【図７】
0003848477.tif 000008
【図８】
0003848477.tif 000009
【図９】
0003848477.tif 000010
【図１０】
0003848477.tif 000011
【図１１】
0003848477.tif 000012
【図１２】
0003848477.tif 000013
【図１３】
0003848477.tif 000014
【図１４】
0003848477.tif 000015
【図１５】
0003848477.tif 000016
【図１６】
0003848477.tif 000017
【図１７】
0003848477.tif 000018
【図１８】
0003848477.tif 000019
【図１９】
0003848477.tif 000020
【図２０】
0003848477.tif 000021
【図２１】
0003848477.tif 000022
【図２２】
0003848477.tif 000023
【図２３】
0003848477.tif 000024
【図２４】
0003848477.tif 000025
【図２５】
0003848477.tif 000026
【図２６】
0003848477.tif 000027
【図２７】
0003848477.tif 000028
【図２８】
0003848477.tif 000029
【図２９】
0003848477.tif 000030