DE102004015446B4

DE102004015446B4 - Heat sink for a discrete semiconductor device and method for its production and electronic component

Info

Publication number: DE102004015446B4
Application number: DE102004015446A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schwarz; Ulrich Dr. Steegmüller; Michael Dr. Kühnelt; Stefan GRÖTSCH
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: DE102004015446A1

Abstract

Wärmesenke (1) für ein diskretes Halbleiterbauelement (9), das einen ersten Ausdehnungskoeffizienten aufweist, mit einer Oberseite (5) und einer Unterseite (6), wobei
die Wärmesenke (1) aus mehreren Schichten aufgebaut ist,
wobei mindestens eine an die Ober- oder die Unterseite (5, 6) grenzende Außenschicht (7, 8) aus einem metallischen Werkstoff mit einem zweiten Ausdehnungskoeffizienten gebildet ist,
und wobei eine Innenschicht (2) aus einem Halbleitermaterial mit einem dritten Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist, die zu der Außenschicht (7, 8) eine innige mechanische Verbindung aufweist, so dass die Außenschicht (7, 8) an der Ober- oder Unterseite einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem ersten Ausdehnungskoeffizienten des auf die Ober- oder Unterseite montierbaren Halbleiterbauelements (9) angenähert ist, wobei
in der Innenschicht (2) der Wärmesenke aktive Bauelemente (12, 14) integriert sind.A heat sink (1) for a discrete semiconductor device (9) having a first coefficient of expansion with a top side (5) and a bottom side (6), wherein
the heat sink (1) is made up of several layers,
wherein at least one outer layer (7, 8) adjoining the upper or the lower side (5, 6) is formed from a metallic material with a second expansion coefficient,
and wherein an inner layer (2) of a semiconductor material having a third coefficient of expansion is provided, which has an intimate mechanical connection to the outer layer (7, 8), so that the outer layer (7, 8) has an expansion coefficient at the upper or lower side which approximates the first coefficient of expansion of the top or bottom mounted semiconductor device (9), wherein
in the inner layer (2) of the heat sink active components (12, 14) are integrated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmesenke für ein diskretes Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Komponente mit einer derartigen Wärmesenke.The The invention relates to a heat sink for a discrete semiconductor device and a method for its production. The invention further relates to an electronic component with such a heat sink.

Die Druckschriften US 6,084,895 A , DE 40 25 163 C2 , US 6,178,188 B1 , US 2003/0086465 A1 , DE 198 21 544 A1 , DE 100 11 892 A1 , DE 196 05 302 A1 offenbaren optoelektronische Vorrichtungen mit Halbleiterlasern, die zur Kühlung eine Wärmesenke aufweisen.The pamphlets US 6,084,895 A . DE 40 25 163 C2 . US 6,178,188 B1 . US 2003/0086465 A1 . DE 198 21 544 A1 . DE 100 11 892 A1 . DE 196 05 302 A1 disclose opto-electronic devices with semiconductor lasers having a heat sink for cooling.

Halbleiterbauelemente, wie z. B. Leistungsdiodenlaser, erzeugen hohe Verlustleistungsdichten. Diese bewegen sich in einem Bereich größer als 12 W/mm². Für einen zuverlässigen Betrieb derartiger Halbleiterbauelemente muss die entstehende Wärme abgeführt werden. Hierzu werden Wärmesenken mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet. Das beste Verhältnis hinsichtlich Preis und Leistung bieten dabei Wärmesenken aus Kupfer. Kupfer weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 390 W/mK auf.Semiconductor devices, such. As power diode lasers, generate high power dissipation densities. These move within a range greater than 12 W / mm ² . For a reliable operation of such semiconductor devices, the resulting heat must be dissipated. For this purpose, heat sinks with a high thermal conductivity are used. The best ratio in terms of price and performance offer heat sinks made of copper. Copper has a high thermal conductivity of 390 W / mK.

Neben einer hohen thermischen Empfindlichkeit sind Halbleiterbauelemente empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen. Diese Belastungen sind durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterbauelements und der Wärmesenke verursacht. Je größer der Unterschied ist, desto höher wird die Belastung. Ein aus Galliumarsenid (GaAs) bestehender Leistungsdiodenlaser weist z. B. einen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 6 ppm/K auf, während eine aus Kupfer bestehende Wärmesenke einen Ausdehnungskoeffizienten von 17 ppm/K hat.Next High thermal sensitivity are semiconductor devices sensitive to mechanical loads. These burdens are different Expansion coefficients of the semiconductor device and the heat sink caused. The bigger the Difference is, the higher will be the burden. A gallium arsenide (GaAs) power diode laser has z. B. an expansion coefficient of about 6 ppm / K, while a heat sink made of copper has an expansion coefficient of 17 ppm / K.

Es wäre deshalb wünschenswert, über eine Wärmesenke zu verfügen, die sowohl eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, um eine möglichst große Wärme von dem Halbleiterbauelement abführen zu können, als auch an den Ausdehnungskoeffizienten des Materials des Halbleiterbauelements angepasst ist.It That would be why desirable, over a heat sink to dispose of which has both a high thermal conductivity has one as possible size Heat from dissipate the semiconductor device can, as well as the coefficient of expansion of the material of the semiconductor device is adjusted.

Dazu ist bislang bekannt, das diskrete Halbleiterbauelement mit einem Hartlot auf eine aus einem Verbundwerkstoff bestehende Wärmesenke zu montieren. Verbundwerkstoffe aus CuW oder CuDiamant weisen einen an das Material des diskreten Halbleiterbauelementes angepassten Ausdehnungskoeffizienten auf. Nachteilig bei diesen aus Verbundwerkstoffen bestehenden Wärmesenken ist jedoch der hohe Preis.To is hitherto known, the discrete semiconductor device with a Brazing on a heat sink made of a composite material to assemble. Composite materials made of CuW or CuDiamant have one adapted to the material of the discrete semiconductor device Expansion coefficients on. A disadvantage of these composites existing heat sinks However, the high price.

Alternativ ist bekannt, das diskrete Halbleiterbauelement mit einem Weichlot direkt auf eine aus Kupfer bestehende Wärmesenke zu montieren. Das Weichlot ist in der Lage, einen großen Teil der in Betrieb des Halbleiterbauelementes entstehenden mechanischen Belastungen aufzunehmen und so von dem Halbleiterbauelement fernzuhalten. In der Praxis haben sich hierbei jedoch Probleme bei der Zuverlässigkeit des Bauteils, insbesondere bei sog. Zykeltests, ergeben. Weiterhin besteht bei dieser Variante die Notwendigkeit, geringe Schwankungen in der Betriebstemperatur sicher zu stellen.alternative is known, the discrete semiconductor device with a soft solder Mount directly on a heat sink made of copper. The soft solder is capable of a big one Part of the resulting in operation of the semiconductor device mechanical To absorb loads and so keep away from the semiconductor device. In practice, however, this has problems in reliability of the component, in particular during so-called cycle tests. Farther In this variant there is a need for small fluctuations in the operating temperature to ensure.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Wärmesenke für ein diskretes Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht mehr aufweisen.The Object of the present invention is therefore a heat sink for a discrete semiconductor device and a method for its production specify that no longer have the disadvantages mentioned above.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmesenke mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch eine elektronische Komponente mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Patentansprüchen.These Task is accompanied by a heat sink the features of claim 1, by an electronic component with the features of claim 9 and by a method for Production of a heat sink solved with the features of claim 13. Advantageous embodiments each result from the dependent Claims.

Die erfindungsgemäße Wärmesenke ist aus mehreren Schichten aufgebaut, wobei mindestens eine an die Ober- oder Unterseite der Wärmesenke grenzende Außenschicht aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und eine Innenschicht aus einem Halbleitermaterial vorgesehen ist. Das zum Aufbringen auf die Wärmesenke vorgesehene diskrete Halbleiterbauelement weist einen ersten Ausdehnungskoeffizienten auf, die metallische Außenschicht weist einen zweiten Ausdehnungskoeffizienten auf und die Innenschicht weist einen dritten Ausdehnungskoeffizienten auf. Die Innenschicht und die Außenschicht stehen in inniger mechanischer Verbindung zueinander, so dass die Außenschicht an der Ober- oder Unterseite einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterbauelementes angenähert ist, welches auf die Ober- oder Unterseite der Wärmesenke montierbar ist. In der Innenschicht der Wärmesenke sind aktive Bauelemente integriert.The heat sink according to the invention is composed of several layers, with at least one of the Upper or lower side of the heat sink adjacent outer layer is formed of a metallic material and an inner layer is provided of a semiconductor material. The application on the heat sink provided discrete semiconductor device has a first expansion coefficient on, the metallic outer layer facing a second coefficient of expansion and the inner layer has a third coefficient of expansion. The inner layer and the outer layer are in intimate mechanical connection with each other, so that the outer layer has an expansion coefficient at the top or bottom, which approximates the expansion coefficient of the semiconductor device, which can be mounted on the top or bottom of the heat sink. In the inner layer of the heat sink are active components integrated.

Bevorzugt ist sowohl eine an die Oberseite als auch eine an die Unterseite der Innenschicht grenzende Außenschicht aus dem metallischen Werkstoff mit dem zweiten Ausdehnungskoeffizienten gebildet, so dass die Innenschicht zwischen den Außenschichten angeordnet ist. Weitergehend können für die beiden Außenschichten auch verschiedene metallische Werkstoffe verwendet werden.Prefers is both one at the top and one at the bottom the inner layer bordering outer layer from the metallic material with the second expansion coefficient formed, leaving the inner layer between the outer layers is arranged. Can continue for the both outer layers also different metallic materials are used.

Beim Verbinden des Metalls der Außenschicht mit dem Halbleitermaterial der Innenschicht, was vorzugsweise durch einen galvanischen Abscheideprozess geschieht, entsteht an der Oberfläche des Metalls ein neuer, geringerer Ausdehnungskoeffizient im Vergleich zu dem zweiten Ausdehnungskoeffizient des metallischen Materials. Dieser neue Ausdehnungskoeffizient ist damit dem ersten Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterbauelementes angenähert, wodurch sich mechanische Spannungen bzw. Belastungen im Betrieb der elektronischen Komponente verringern.When connecting the metal of the outer layer with the semiconductor material of the inner layer, which is preferably done by a galvanic deposition, arises at the surface of the metal, a new, lesser expansion coefficient compared to the second coefficient of expansion of the metallic material. This new expansion coefficient is thus approximated to the first coefficient of expansion of the semiconductor device, which reduces mechanical stresses in the operation of the electronic component.

Je kleiner der Ausdehnungskoeffizient des Materials der Innenschicht ist im Vergleich zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Außenschichten, desto stärker kann die Ausdehnung der metallischen Außenschicht an der Ober- oder Unterseite verringert werden. Aus diesem Grund eignet sich als Material für die Innenschicht insbesondere ein Halbleitermaterial, das im Falle von Silizium einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3,5 ppm/K aufweist. Aufgrund seiner hohen thermischen Wärmeleitfähigkeit wird als metallischer Werkstoff Kupfer bevorzugt. Als Halbleitermaterial der Innenschicht kommt prinzipiell jeder beliebige Halbleiter in Betracht, bevorzugt wird jedoch Silizium verwendet.ever smaller the coefficient of expansion of the material of the inner layer is compared to the thermal expansion coefficient the outer layers, the stronger can the expansion of the metallic outer layer at the top or Base be reduced. For this reason, is suitable as a material for the Inner layer, in particular a semiconductor material, which in the case of Silicon has a thermal expansion coefficient of 3.5 ppm / K. Due to its high thermal thermal conductivity is preferred as the metallic material copper. As semiconductor material The inner layer comes in principle any semiconductor in Consider, but preferably silicon is used.

Die Verwendung eines Halbleitermaterials als Innenschicht weist darüber hinaus weitere Vorteile auf. In der Innenschicht können so die aktiven Bauelemente, wie z. B. Thermistoren, Dioden, Fotodetektoren, usw., integriert sein. Die Innenschicht lässt sich dadurch als funktionale Schicht nutzen.The Use of a semiconductor material as an inner layer points beyond more benefits. In the inner layer, the active components, such as As thermistors, diodes, photodetectors, etc., integrated be. The inner layer can be thereby use as a functional layer.

Um eine Diffusion von Metallionen aus einer der Außenschichten in Richtung der Innenschicht zu verhindern, ist es zweckmäßig, zwischen zumindest einer der Außenschichten und der Innenschicht eine Barriereschicht anzuordnen. Die Barriereschicht wird bevorzugt aus Platin ausgeführt.Around a diffusion of metal ions from one of the outer layers in the direction of To prevent inner layer, it is expedient between at least one the outer layers and the inner layer to arrange a barrier layer. The barrier layer is preferably carried out of platinum.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist zumindest eine der Außenschichten zumindest eine Aussparung auf, in welcher auf oder in der Innenschicht Markierungen für passive Bauelemente, wie z. B. optische Komponenten, aufgebracht sind. Die Markierungen stellen Positionsmarken für Bauelemente optischer Art, die auf der Innenschicht – im Bereich der Aussparung der Metallschicht – angeordnet werden. Die Markierungen sind vorzugsweise in Dünnschichttechnik realisiert. Die Markierungen können zusammen mit den aktiven Bauelementen während der Prozessierung der Halbleiterschicht hergestellt werden, wodurch sich eine außerordentlich hohe Präzision bei der Fertigung erzielen lässt.According to one further advantageous embodiment, at least one of the outer layers at least a recess in which on or in the inner layer markings for passive Components such. As optical components are applied. The Markers provide position marks for optical components, on the inner layer - im Area of the recess of the metal layer - to be arranged. The marks are preferably in thin-film technology realized. The markers can along with the active components during the processing of the Semiconductor layer can be produced, resulting in an extraordinary high precision can be achieved during production.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind in der Innenschicht mit einem leitenden Material gefüllte Löcher vorgesehen, wobei das leitende Material in elektrischem und/oder thermischem Kontakt mit zumindest einer der Metallschichten stehen kann. Mit anderen Worten sind in der Innenschicht Durchkontaktierungen eingebracht, die mit den bekannten Methoden der Halbleiterfertigung erstellt werden können. Bei einer großen Anzahl solcher Durchkontaktierungen oder entsprechend großen Durchmessern kann ein hohes Maß an Wärme von der mit dem diskreten Halbleiterbauelement verbundenen Metallschicht zur anderen Metallschicht geleitet werden. Bevorzugt werden die Durchkontaktierungen deshalb in der Innenschicht im Bereich unterhalb des Bereiches, in dem später das diskrete Halbleiterbauelement montiert wird, angeordnet.In a further advantageous embodiment are in the inner layer filled with a conductive material holes provided, wherein the conductive material in electrical and / or are in thermal contact with at least one of the metal layers can. In other words, vias are in the inner layer introduced, using the known methods of semiconductor production can be created. With a big one Number of such vias or correspondingly large diameters can a high level of Heat from the metal layer connected to the discrete semiconductor device be conducted to the other metal layer. Preference is given to Through holes therefore in the inner layer in the area below of the area in which later the discrete semiconductor device is mounted.

Die Befestigung des diskreten Bauelementes kann wahlweise mittels einem Hartlot oder einem Weichlot an der Außenschicht erfolgen. Hierbei ist die Direktmontage des diskreten Halbleiterbauelementes möglich. Das Halbleiterbauelement stellt insbesondere einen Leistungsdiodenlaser (z. B. aus GaAs) oder einen beliebigen anderen Halbleiter aus Si, InP, GaAs-LEDs usw. dar.The Attachment of the discrete component can optionally by means of a Brazing or a soft solder on the outer layer done. in this connection the direct mounting of the discrete semiconductor device is possible. The Semiconductor device in particular provides a power diode laser (eg GaAs) or any other Si semiconductor, InP, GaAs LEDs, etc.

In einer weiteren Ausgestaltung ist unterhalb zumindest eines der Bauelemente optischer Art in der Innenschicht ein aktives Bauelement integriert. Stellt das Bauelement optischer Art beispielsweise einen Spiegel dar, so kann ein von dem diskreten Halbleiterbauelement emittierter Lichtstrahl durch diesen umgelenkt und einer unterhalb davon in der Innenschicht integrierten Empfangsdiode zugeführt werden.In a further embodiment is below at least one of the components optical type integrated in the inner layer of an active component. provides the optical-type device is a mirror, for example For example, a light beam emitted from the discrete semiconductor device deflected by this and one below it in the inner layer be fed integrated receive diode.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Wärmesenke umfasst die Schritte des Bereitstellens einer aus einem Halbleitermaterial bestehenden Innenschicht, in welcher aktive Bauelemente integriert sind, mit einer ersten und einer zweiten Hauptseite sowie des Aufbringens zumindest einer aus einem Metall bestehenden Außenschicht auf eine der Hauptseiten der Innenschicht, die in Form einer Folie aufgelötet, aufgeklebt oder mittels eines Thermokompressionsverfahrens aufgebondet wird. Alternativ kann die Außenschicht galvanisch abgeschieden werden.The inventive method for producing a heat sink includes the steps of providing one of a semiconductor material existing inner layer, in which integrated active components are, with a first and a second main page as well as the application at least one outer layer made of a metal on one of the main sides the inner layer, which is soldered in the form of a film, glued or by means of a thermocompression process is bonded. alternative can the outer layer be deposited galvanically.

Im Gegensatz zu bislang bekannten Wärmesenken aus einem Verbundwerkstoff, bei dem die Metallschicht direkt auf die Innenschicht gebondet wird, wird bei der Erfindung bevorzugt ein Galvanikprozess eingesetzt. Besondere Vorteile dieses Verfahrens ergeben sich dann, wenn zumindest eine der Außenschichten eine Aussparung zum Freilegen einer der Hauptseiten der Innenschicht aufweisen soll. Mit einem galvanischen Abscheidungsprozess können Flanken mit einer hohen Konturschärfe erzeugt werden, im Gegensatz zu einem Ätzprozess. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Laserfacetten auf der Metallschicht aufgebracht werden sollen.in the Contrary to previously known heat sinks made of a composite material, where the metal layer directly on the inner layer is bonded is preferred in the invention used a galvanic process. Special advantages of this method arise when at least one of the outer layers a recess to expose one of the major sides of the inner layer. With In a galvanic deposition process, edges can be high contour sharpness are generated, as opposed to an etching process. This is special advantageous when applied laser facets on the metal layer should be.

Prinzipiell braucht nur diejenige Außenschicht mittels galvanischer Abscheidung erzeugt werden, in welcher präzise Flanken benötigt werden. Bevorzugt ist es jedoch, beide auf der Innenschicht angeordnete Außenschichten mittels galvanischer Abscheidung herzustellen.In principle, only that outer layer needs to be produced by means of galvanic deposition, in which precise flanks are required. However, it is preferred to produce both outer layers arranged on the inner layer by means of electrodeposition.

Zur Erzeugung von Aussparungen in der Metallschicht kann das galvanische Abscheiden gemäß einer Ausgestaltung unter Verwendung einer Maske erfolgen.to Generation of recesses in the metal layer can be galvanic Separate according to one Embodiment made using a mask.

Die in der Wärmesenke vorgesehene Barriereschicht wird bevorzugt ebenfalls durch galvanische Abscheidung erzeugt.The in the heat sink provided barrier layer is preferably also by galvanic Deposition generated.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt vor dem Erzeugen der Außenschichten das Einbringen von zumindest einem Loch in die Innenschicht und das Auffüllen des zumindest einem Lochs mit einem metallischen Material. Dies geschieht zweckmäßigerweise nach dem Aufbringen einer gegebenenfalls vorhandenen Barriereschicht.According to one Another advantageous embodiment is carried out before generating the outer layers the introduction of at least one hole in the inner layer and the padding the at least one hole with a metallic material. This happens expediently after applying an optional barrier layer.

Bevorzugt werden vor dem Erzeugen der Außenschichten in der aus dem Halbleitermaterial bestehenden Innenschicht die aktiven Bauelemente integriert.Prefers be before creating the outer layers in the inner layer consisting of the semiconductor material, the active Integrated components.

Die Verwendung eines Halbleitermaterials, insbesondere Silizium, anstatt eines keramischen Materials weist weiterhin den Vorteil auf, dass Glaskomponenten, wie z. B. Bauelemente optischer Art (Linsen, Prismen, Spiegel), mit diesem durch anodisches Bonden äußerst zuverlässig verbunden werden können.The Use of a semiconductor material, in particular silicon, instead a ceramic material further has the advantage that Glass components, such as. B. optical components (lenses, prisms, Mirror), with this connected by anodic bonding extremely reliable can be.

Die Erfindung und deren Vorteile werden nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert.The Invention and its advantages will be described below with reference to FIG explained in more detail.

Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Wärmesenke 1, die eine Innenschicht 2 aus einem Halbleitermaterial, bevorzugt Silizium, aufweist. Auf deren Oberseite 3 ist eine metallische Außenschicht 7 und auf deren Unterseite 4 ist eine metallische Schicht 8 aufgebracht. In die Innenschicht 2 sind integrierte Bauelemente 12 und 14 eingebracht, die an die Oberseite 3 der Innenschicht 2 grenzen. In der Innenschicht 2 sind weiterhin Markierungen 13 gelegen, die ebenfalls an die Oberseite 3 angrenzen. Die Markierungen 13 werden bevorzugt in Dünnschichttechnik auf bzw. in der Innenschicht abgeschieden. Diese dienen als Positionsmarken für ein optisches Bauelement 10, das in einer Aussparung 17 der Außenschicht 7 direkt auf die Innenschicht 2 aufgebracht ist. Das passive optische Bauelement 10 stellt z. B. ein Prisma zur Bündelung eines von einem Licht emittierenden Bauelement 9 abgegebenen Lichtstrahls dar.The figure shows a heat sink according to the invention 1 which is an inner layer 2 from a semiconductor material, preferably silicon. On top of it 3 is a metallic outer layer 7 and on their underside 4 is a metallic layer 8th applied. Into the inner layer 2 are integrated components 12 and 14 placed at the top 3 the inner layer 2 limits. In the inner layer 2 are still marks 13 located at the top 3 adjoin. The marks 13 are preferably deposited in thin-layer technology on or in the inner layer. These serve as position marks for an optical component 10 that in a recess 17 the outer layer 7 directly on the inner layer 2 is applied. The passive optical component 10 represents z. B. a prism for bundling a light-emitting device 9 emitted light beam.

Das diskrete Bauelement 9, z. B. ein Leistungsdiodenlaser, ist auf der von der Innenschicht 2 abgewandten Hauptseite 5 der Metallschicht 7 über dem integrierten Bauelement 14 aufgebracht. Dieses stellt beispielsweise einen Thermistor zur Detektion der Betriebstemperatur des Leistungsdiodenlasers dar.The discrete component 9 , z. As a power diode laser, is on the of the inner layer 2 facing away from the main page 5 the metal layer 7 above the integrated component 14 applied. This represents, for example, a thermistor for detecting the operating temperature of the power diode laser.

Über dem als Empfangsdiode ausgeführten integrierten Bauelement 12 ist ein weiteres optisches Bauelement in der Aussparung 17 direkt auf der Oberseite 3 der Innenschicht 2 angeordnet. Das optische Bauelement 11 stellt einen Spiegel zur Umlenkung des von dem Leistungsdiodenlaser emittierten Lichtstrahls (Bezugszeichen 15) in Richtung der Empfangsdiode 12 dar. Diese kann mit einer (nicht gezeigten) Auswerteschaltung verbunden sein, die die Intensität des Lichtstrahls auswertet.Above the built-in receiving diode integrated device 12 is another optical component in the recess 17 directly on the top 3 the inner layer 2 arranged. The optical component 11 represents a mirror for deflecting the light emitted from the power diode laser light beam (reference numeral 15 ) in the direction of the receiving diode 12 This can be connected to an evaluation circuit (not shown) which evaluates the intensity of the light beam.

Zwischen der Innenschicht 2 und der Außenschicht 7 bzw. der Außenschicht 8 ist jeweils optional eine Barriereschicht 16, bevorzugt aus Platin, angeordnet. Die Barriereschicht dient dazu, dem Ausfall des diskreten Halbleiterbauelementes 9 zu begegnen, und verhindert eine Diffusion von Metallionen in Richtung der Innenschicht 2.Between the inner layer 2 and the outer layer 7 or the outer layer 8th is each optionally a barrier layer 16 , preferably of platinum, arranged. The barrier layer serves the failure of the discrete semiconductor device 9 to encounter, and prevents diffusion of metal ions in the direction of the inner layer 2 ,

Die Barriereschicht 16 sowie die Außenschichten 7,8 werden vorteilhafterweise mit einem galvanischen Abscheideverfahren erzeugt. Hierdurch lassen sich insbesondere sehr präzise Flanken an den Wandungen der Aussparung 17 erzeugen.The barrier layer 16 as well as the outer layers 7 . 8th are advantageously produced by a galvanic deposition process. This makes it possible in particular very precise flanks on the walls of the recess 17 produce.

Alternativ können diese Schichten auch in Form von Metallfolien aufgebracht werden, wobei die Metallfolien bevorzugt strukturiert ausgebildet sind. Metallfolien können beispielsweise aufgelötet, aufgeklebt oder mittels eines Thermokompressionsverfahrens aufgebondet werden.alternative can these layers are also applied in the form of metal foils, wherein the metal foils are preferably structured. metal foils can for example soldered, glued or bonded by means of a thermocompression process become.

Die aus einem Halbleiter bestehende Innenschicht ist bevorzugt als Einkristall-Wafer ausgeführt und wird vor der Beschichtung mit der Barriereschicht aus Platin oder den Außenschichten aus Kupfer mit den aktiven Bauelementen 12 und 14 versehen.The inner layer consisting of a semiconductor is preferably designed as a single-crystal wafer and, before the coating with the barrier layer, is made of platinum or the outer layers of copper with the active components 12 and 14 Mistake.

Die Außenschichten 7, 8 weisen eine Dicke zwischen 200 und 300 μm auf und können galvanisch in einer Dickresist-Lackmaske (z. B. SU-8) mit hohem Aspektverhältnis abgeschieden werden. Das beidseitige Abscheiden des Metalls ist deshalb vorteilhaft, um Spannungen oder Durchbiegungen zu begegnen. Von Vorteil ist die geringe Fügetemperatur von Kupfer und Silizium bei dem Galvanikprozess. Dies führt bei der Herstellung zu geringem thermischen Stress.The outer layers 7 . 8th have a thickness of between 200 and 300 microns and can be electrodeposited in a high resistivity thick resist resist mask (eg, SU-8). The two-sided deposition of the metal is therefore advantageous to counteract tensions or deflections. Of advantage is the low bonding temperature of copper and silicon in the electroplating process. This leads to low thermal stress during production.

Obwohl in der Figur nicht dargestellt, können in der Innenschicht Löcher eingebracht werden, die anschließend mit galvanischen Schichten gefüllt werden und als Durchkontaktierungen dienen. Diese können sowohl elektrische als auch thermische Funktionen übernehmen.Even though not shown in the figure, holes can be made in the inner layer that will be subsequently filled with galvanic layers and serve as vias. These can both take over electrical as well as thermal functions.

Claims

Heat sink ( 1 ) for a discrete semiconductor device ( 9 ), which has a first expansion coefficient, with an upper side ( 5 ) and a bottom ( 6 ), wherein the heat sink ( 1 ) is composed of several layers, wherein at least one of the top or the bottom ( 5 . 6 ) bordering outer layer ( 7 . 8th ) is formed of a metallic material having a second coefficient of expansion, and wherein an inner layer ( 2 ) is provided from a semiconductor material having a third coefficient of expansion, which leads to the outer layer ( 7 . 8th ) has an intimate mechanical connection, so that the outer layer ( 7 . 8th ) has an expansion coefficient at the top or bottom side which corresponds to the first coefficient of expansion of the semiconductor component which can be mounted on the top or bottom side ( 9 ), wherein in the inner layer ( 2 ) of the heat sink active components ( 12 . 14 ) are integrated.

Heat sink according to claim 1, characterized in that both one at the top ( 5 ) as well as one to the underside ( 6 ) bordering outer layer ( 7 . 8th ) is formed from the metallic material having the second expansion coefficient and the inner layer ( 2 ) is disposed between the outer layers.

heat sink according to one of the preceding claims, characterized that the second coefficient of expansion is greater than the first and greater than the third coefficient of expansion is.

Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that between at least one outer layer ( 7 . 8th ) and the inner layer ( 2 ) a barrier layer ( 16 ) is arranged to prevent diffusion of metal ions from the outer layers ( 7 . 8th ) in the direction of the inner layer.

Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the outer layers ( 7 . 8th ) at least one recess ( 17 ), in which on or in the inner layer ( 2 ) Markings ( 13 ) are provided for passive components, which within the recess on the inner layer ( 2 ) are provided for mounting.

Heat sink according to claim 5, characterized in that the markings ( 13 ) are realized in thin film technology.

Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that in the inner layer ( 2 ) are provided with a conductive material filled holes, wherein the conductive material may be in electrical and / or thermal contact with at least one of the metal layers.

Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor material of the inner layer ( 2 ) Is silicon.

Electronic component with a heat sink according to one of the preceding claims, wherein a discrete component ( 9 ) on one of the outer layers ( 7 . 8th ) is applied.

Electronic component according to claim 9, characterized in that the discrete component by means of a brazing or a soft solder on the outer layer ( 7 . 8th ) is attached.

Electronic component according to claim 9 or 10, characterized in that adjacent to the markings components ( 10 . 11 ) optical type on the inner layer ( 2 ) are arranged.

Electronic component according to one of claims 9 to 11, characterized in that below at least one of the components ( 10 . 11 ) optical type in the inner layer ( 2 ) an active component ( 12 ) is integrated.

Method of producing a heat sink according to one of Claims 1 to 8, comprising the steps of: providing an inner layer consisting of a semiconductor material ( 2 ) with a first and a second main page ( 3 . 4 ), wherein in the inner layer ( 2 ) active components ( 12 . 14 ) are integrated; Application of at least one outer layer consisting of a metal ( 7 . 8th ) on one of the main pages ( 3 . 4 ) of the inner layer ( 2 ), which is soldered, glued or bonded in the form of a film by means of a thermocompression process.

A method according to claim 13, characterized in that prior to the production of the outer layer ( 7 . 8th ) the application of a barrier layer acting as a diffusion barrier ( 16 ) to the corresponding main page ( 3 . 4 ) of the inner layer ( 2 ) he follows.

Method according to claim 14, characterized in that the barrier layer ( 16 ) is electrodeposited or soldered, glued or bonded in the form of a film by means of a thermocompression process.

Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that prior to the production of the outer layer ( 7 . 8th ) the introduction of at least one hole in the inner layer ( 2 ) and filling the at least one hole with a me made of metallic material.