EP0953208A1 - Diamond body - Google Patents

Diamond body

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Publication number
EP0953208A1
EP0953208A1 EP97953665A EP97953665A EP0953208A1 EP 0953208 A1 EP0953208 A1 EP 0953208A1 EP 97953665 A EP97953665 A EP 97953665A EP 97953665 A EP97953665 A EP 97953665A EP 0953208 A1 EP0953208 A1 EP 0953208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diamond body
recesses
body according
diamond
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97953665A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Koidl
Christof Wild
Eckhard WÖRNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP0953208A1 publication Critical patent/EP0953208A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3732Diamonds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/0213Sapphire, quartz or diamond based substrates
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Definitions

  • the invention relates to a diamond body for connection to at least one component.
  • diamond films as thermal conductors and electrical insulators applied to semiconductor power modules
  • B. Fiegl, R. Kuhnert, H. Schwarzbauer and F. Koch in Diamond and Related Materials, 3 (1 994), pages 658 to 662 it is known that diamond bodies can advantageously be used as heat sources for dissipating large amounts of heat, for example from semiconductor components, because of the very high thermal conductivity of diamond.
  • the invention has for its object to provide a diamond body of the type mentioned, in which the risk of loosening a connection to other in particular relatively inelastic materials or the destruction of the diamond body due to thermally induced mechanical stresses is reduced, especially when connected with heat.
  • At least one elongated recess in the diamond body which is at an angle to at temperature differences, for example when the diamond body is connected to the component under heat application and room temperature, or under certain circumstances also between an operating state with a very high temperature and an idle state. stood, thermally induced mechanical stresses, these are at least partially compensated by the or each obliquely aligned recess by the resulting increase in the mobility of the diamond body, so that the risk of flaking of the diamond body is significantly reduced, the exploited properties of diamond how much however, good electrical insulation behavior or excellent thermal conductivity are essentially retained.
  • a number of recesses is preferably provided, which are preferably arranged at right angles to mechanical stresses. It is expedient for the recesses to be oriented at a small angle to heat flow directions determined by the geometry of the diamond body and the arrangement of heat sources or heat sinks formed, for example, by the or each component. It is particularly advantageous if a number of recesses run essentially at right angles to mechanical stresses and essentially parallel to the directions of heat flow.
  • a number of recesses are designed as internal slots that are open to two surfaces of the diamond body.
  • the recesses are designed as slots which are open to three surfaces, the respective residual material thickness on an edge side adjacent to the slot end being smaller than the depth of each slot.
  • FIG. 2 is a perspective representation of a flattened cuboid diamond body with recesses made from two edge sides and oriented parallel to one another,
  • FIG. 3 shows a flattened cuboid diamond body with parallel, parallel to each other introduced from two cover sides other aligned recesses in a perspective view
  • FIG. 5 shows the arrangement of heat sources as components in a diamond body according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 6 shows a perspective view of a diamond body according to FIG. 2 as a heat spreader arranged between a laser diode bar and a microchannel cooler.
  • the diamond body 1 shows a perspective illustration of a diamond body 1 made from one piece, which has a flattened cuboid shape.
  • the diamond body 1 has a first edge side 2, a second edge side 3 opposite the first edge side 2, a third edge side 4 extending between the first edge side 2 and the second edge side 3, and a fourth edge side 5 opposite the third edge side 4 form the peripheral surface of the diamond body 1 all around.
  • the diamond body 1 has a first cover side 6 visible in the illustration according to FIG. 1 and a second cover side 7 opposite the first cover side 6, which form the cover surfaces of the diamond body 1.
  • the diamond body 1 shown in FIG. 1, as the first group of recesses, has a number of short edge slots 8 which extend between the cover sides 6, 7 and are each open to one of the edge sides 2, 3, 4, 5.
  • the short edge slots 8 are elongated and aligned substantially perpendicular to the edge side 2, 3, 4, 5 to which they are open.
  • first inner slots 9, each parallel to one another are introduced into the diamond body 1 shown in FIG. 1, only a few of which are provided with reference numerals for reasons of clarity.
  • the diamond body 1 has elongated second inner slots 10 aligned at right angles to the first inner slots 9, of which only a few are provided with the relevant reference numerals for reasons of clarity.
  • the inner slots 9, 10 extend open between the cover sides 6, 7 and are closed at their ends facing the edge sides 2, 3, 4, 5.
  • the first inner slots 9 are aligned in groups in parallel to the first edge side 2 and the second edge side 3 and are regularly spaced. Every second inner slot 10 is arranged between two adjacent first inner slots 9 and runs parallel to the third edge side 4 and the fourth edge side 5, each in alignment with its second inner slots 10, which are adjacent in the longitudinal direction.
  • the length of the edge slits 8 and inner slits 9, 10 is set up in such a way that the respective remaining material thickness 1 1 at selected locations with reference characters to an inner slit 9, 10 adjacent to the respective slit end is smaller than the length of the edge slits 8 or inner slits 9, 10 .
  • the diamond body 1 shown as an exemplary embodiment in FIG. 1 is particularly suitable for connection to point-shaped heat sources or heat sinks as components which are each symmetrically surrounded by two pairs of inner slots 9, 10.
  • the diamond body 1 can also advantageously be connected to components which extend through a plate which extends essentially over the entire surface of the diamond body 1 is formed, which is connected to the diamond body 1 by point-shaped connections enclosed by inner slots 9, 10 and has a considerable temperature difference of, for example, a few 100 degrees in two operating states, the diamond body 1 being used primarily as an electrical insulator in this case.
  • the mechanical stresses caused in the diamond body 1 due to the temperature difference in the two operating states of the component are compensated to such an extent that deformations, damage or breaks in the component and / or the diamond body 1 are avoided .
  • FIG. 2 shows a perspective illustration of a further exemplary embodiment of a flattened cuboid diamond body 1 2 with edge sides 2, 3, 4, 5 and cover sides 6, 7 aligned in pairs parallel to one another.
  • the diamond body 1 2 shown in FIG. 2 is the first group of elongated recesses first long edge slots 1 3, which extend from the first edge side 2 parallel to the third edge side 4 and fourth edge side 5 in the direction of the second edge side 3 opposite the first edge side 2 and are open to both edge sides 6, 7.
  • the remaining material thickness 1 4 remaining between the end of the first long edge slots 1 3 facing the second edge side 3 and the second edge side 3 is many times smaller than the length of the first long edge slots 1 3.
  • the first long edge slots 1 3 are regularly spaced apart and parallel to one another aligned.
  • the diamond body 1 2 shown in Fig. 2 can also be worked out from a single piece and has a meandering structure which, when applied transversely to the course of the long edge slots 1 3, 1 5 or elongated heat sources or heat sinks as components for a particularly effective compensation of thermal induced mechanical stresses.
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of a further exemplary embodiment of a flattened cuboid diamond body 17 with edge sides 2, 3, 4, 5 and cover sides 6, 7 formed in accordance with the diamond bodies 1, 1 2 shown in FIGS. 1 and 2
  • the diamond body 1 7 shown in FIG. 3 is a first group of elongate recesses, a number extending from the first cover side 6 in the direction of the second cover side 7, parallel to the third edge side 4 and the fourth edge side 5 and to the first edge side 2 and the second edge side 3 open first slot slots 1 8 introduced.
  • the first slot slots 18 are regularly spaced and have a depth which is greater than the first residual material thickness 19 remaining between their slot end facing the second cover side 7 and the second cover side 7.
  • a number of extending from the second cover side 7 in the direction of the first cover side 6, parallel to the third edge side 4 and the center between adjacent first groove slots 1 8 as a second group of elongate recesses fourth Edge slot 5 extending and to the first edge side 2 and the second edge side 3 open second slot slots 20 are introduced.
  • the depth of the regularly spaced second slot slots 20 is also set so that it is greater than the second residual material thickness 21 remaining between the slot end of the second slot slots 20 facing the first cover side 6 and the cover side 6.
  • the diamond bodies 1, 1 2, 1 7 shown in FIGS. 1 to 3 are preferably made of synthetically produced polycrystalline diamond disks with a thickness of a few 100 micrometers between the cover sides 6, 7 and edge lengths of the edge sides 2, 3, 4, 5 of made up to a few centimeters.
  • the width of the recesses 8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20 is in the range of a few tens of micrometers, the distance between adjacent short-edge slots 8, inner slots 9, 10, long-edge slots 1 3, 1 5 and slot slots 1 8, 20 is in the range of a few 100 micrometers.
  • Typical values for the residual material thicknesses 1 1, 14, 1 6, 1 9, 21 are also in the range of a few 1 00 micrometers.
  • FIG. 4 shows a top view of a flattened, disc-shaped diamond body 22 which has a cylindrical edge side 23 and a first cover surface 24 visible in the illustration according to FIG. 4 and a second cover surface 25 opposite the first cover surface 24 and running parallel to it.
  • the diamond body 22 shown in FIG. 4 has, as a first group of elongate recesses, annular slits 26 arranged on concentrically nested circular circumferential lines, each of which extends in sections along five circular circumferences in the diamond body 22 shown in FIG. 4.
  • ring slots 26 arranged in each case next to the circumference of the circle extend in the same ring slot angle segment, the individual ring slot angle segments being separated from one another with the same spacing angle.
  • the diamond body 22 shown in FIG. 4 as a second group of elongate recesses, has a number of radial radial slots 27, each arranged between adjacent ring slots 26, which are arranged centrally on the concentrically arranged circumferential lines along which the ring slots 26 extend are, wherein the radial slots 27 arranged on the circumferential line with the largest diameter are open to the edge side 23.
  • the diamond body 22 shown in FIG. 4 is provided in particular as a heat spreader for use with a centrally arranged heat source or heat sink as a component and with a metal ring attached to the edge side 23 for heat dissipation or heat supply.
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of the diamond body 1 according to FIG. 1 when used with periodically arranged heat sources 28 positioned centrally between the inner slots 9, 10 or the edge sides 2, 3, 4, 5 and short edge slots 8 as components with locally opposite surrounding temperatures.
  • the heat sources 28 are, for example, surface-emitting laser arrays, the electrical contacting of which is not shown in FIG. 5 for reasons of clarity.
  • the heat sources 28 are provided on their sides opposite the diamond body 1 with a cover 29 which extends over the heat sources 28 and which together form a structural unit with a coefficient of thermal expansion different from diamond.
  • FIG. 6 shows a perspective illustration of the diamond body 1 2 according to FIG. 2, to which a laser diode bar 30, adjacent to the second edge side 3, is applied by, for example, brazing at a relatively high temperature. Due to the long edge slots 1 3, 1 5 extending at right angles to the second edge side 3 with the resulting meandering structure, mechanical stresses are due to the different thermal expansion coefficients of the semiconductor material of the laser diode bar 30 and the diamond body 1 2 when the mechanical connection is carried out equalizable, so that the risk of damage to the laser diode bar 30 is significantly reduced.
  • the distances between optically active areas of the laser diode bar 30, from which laser radiation 31 can be emitted with arrows, and between the second long edge slots 15 which are open to the second edge side 3 and the intermediate first long edge slots 13 are for effective heat spreading by those which are optically active Areas generated as heat sources are matched to each other so that each optically active area is arranged on sections of the diamond body 1 2 extending between two long edge slots 1 3, 1 5.
  • a microchannel cooler 32 is attached to the cover side 7 of the diamond body 1 2 opposite the laser diode bar 30.
  • Inflow lines 33 aligned parallel to one another with microchannels 34 open to the second cover side 7 of the diamond body 1 2 and outflow lines 35 adjoining the inflow lines 33 are aligned parallel to the long edge slots 1 3, 1 5.

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Abstract

The invention concerns a diamond body designed to enable the thermal contacting with at least one source of heat (30) and presenting at least one recess (13, 15) defining an angular position in relation to the mechanical tensions generated by said or any source of heat (30). Consequently, the mechanical tensions generated at various temperatures, either, for example, by various thermal expansion coefficients of the diamond body (12) or by the source of heat (30) featured by one semi-conductor component, are at least partly compensated, resulting in the possibility to take advantage of the exceptional thermoconductive capacity and insulating characteristics of the diamond, including diamond bodies (12) of a relatively big size.

Description

Diamantkörper Diamond body
Die Erfindung betrifft einen Diamantkörper zur Verbindung mit wenigstens einem Bauelement.The invention relates to a diamond body for connection to at least one component.
Aus dem Artikel "Diamond films as thermal conductors and electrical insulators applied to semiconductor power modules" von B. Fiegl, R. Kuhnert, H. Schwarzbauer und F. Koch in Diamond and Related Materials, 3 ( 1 994), Seiten 658 bis 662 ist bekannt, daß Diamantkörper aufgrund der sehr hohen Wärmeleitfähigkeit von Diamant sich vorteilhaft zur Ableitung großer Wärmemengen beispielsweise von Halbleiterbauelementen als Wärmequellen einsetzen lassen.From the article "Diamond films as thermal conductors and electrical insulators applied to semiconductor power modules" by B. Fiegl, R. Kuhnert, H. Schwarzbauer and F. Koch in Diamond and Related Materials, 3 (1 994), pages 658 to 662 it is known that diamond bodies can advantageously be used as heat sources for dissipating large amounts of heat, for example from semiconductor components, because of the very high thermal conductivity of diamond.
Wie aus dem Artikel "Applications of CVD Diamond in Thermal Management" von G. Lu in 2nd International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, Herausgeber M. Yoshikawa, M. Murakawa, Y. Tzeng und W. A. Yarbrough, MYU, Tokio 1 993 bekannt lassen sich mit aus der Gasphase abgeschiedenen Diamantplatten als Diamantkörper aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit insbesondere von punktartigen Wärmequellen auch große Wärmemengen schnell mit einer sogenannten Wärmespreizung, das heißt einer effektiven räumlichen Verteilung der Wärme, abführen.As from the article "Applications of CVD Diamond in Thermal Management" by G. Lu in 2nd International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, editors M. Yoshikawa, M. Murakawa, Y. Tzeng and WA Yarbrough, MYU, Tokyo 1 993 known, with diamond plates deposited from the gas phase as diamond bodies, large amounts of heat can also be dissipated quickly with a so-called heat spreading, that is to say an effective spatial distribution of the heat, due to the high thermal conductivity, in particular of point-like heat sources.
Dabei tritt jedoch, wie aus dem Artikel " Thermal Stress in Diamond Films" von V. G. Ralchenko, E. D. Obraztova, K. G. Koro- toushenko et al. in Applications of Diamond Films and Related Materials: Third International Conference, 1 995, Herausgeber A. Feldman, Y. Tzeng, W.A. Yarbrough et al. bekannt, das Problem auf, daß aufgrund des sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Diamant aufgrund der Temperaturdifferenz bei der Verbindung mit anderen Materialien wie beispielsweise Halbleiter oder Metallen durch Löten und im Betrieb bei in der Regel Raumtempe- ratur zum Teil erhebliche thermisch induzierte mechanische Spannungen auftreten, die unter Umständen nachteiligerweise zu einer Zerstörung der Verbindung oder des Diamantkörpers selbst führen können.However, as is evident from the article "Thermal Stress in Diamond Films" by VG Ralchenko, ED Obraztova, KG Korotooshenko et al. in Applications of Diamond Films and Related Materials: Third International Conference, 1 995, editor A. Feldman, Y. Tzeng, WA Yarbrough et al. known, the problem that due to the very low coefficient of thermal expansion of diamond due to the temperature difference when connecting to other materials such as semiconductors or metals by soldering and in operation at usually room temperatures In some cases, considerable thermally induced mechanical stresses occur, which under certain circumstances can disadvantageously lead to the destruction of the connection or of the diamond body itself.
Bisher wurde zum Abbau derartiger in Verbindung mit aufgebrachten Bauelementen thermisch induzierter mechanischer Spannungen vorgeschlagen, bei der Verbindung eines Diamantkörpers mit Bauelementen eine dicke Weichlotschicht vorzusehen, um über deren Elastizität die bei der Lötverbindung thermisch induzierten mechanischen Spannungen zu kompensieren. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist jedoch, daß sich dadurch der Wärmewiderstand deutlich erhöht, so daß die Wärmeabfuhr insbesondere bei einer Wärmespreizung verringert ist.So far, it has been proposed to reduce such thermal stresses in connection with components that have been applied that a thick soft solder layer be provided when a diamond body is connected to components in order to compensate for the mechanical stresses that are thermally induced in the soldered connection via their elasticity. A disadvantage of this procedure, however, is that the heat resistance increases significantly, so that the heat dissipation is reduced, particularly when heat is spread.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Diamantkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Gefahr des Lösens einer Verbindung zu anderen insbesondere verhältnismäßig inelastischen Materialien oder der Zerstörung des Diamantkörpers aufgrund thermisch induzierter mechanischer Spannungen insbesondere bei einer Verbindung mit Wärmebeaufschlagung verringert ist.The invention has for its object to provide a diamond body of the type mentioned, in which the risk of loosening a connection to other in particular relatively inelastic materials or the destruction of the diamond body due to thermally induced mechanical stresses is reduced, especially when connected with heat.
Diese Aufgabe wird bei einem Diamantkörper der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, daß wenigstens eine längliche Ausnehmung eingebracht ist, die sich winklig zu aus der Verbindung mit dem oder jedem Bauelement thermisch induzierten mechanischen Spannungen erstreckt.This object is achieved in the case of a diamond body of the type mentioned at the outset by introducing at least one elongate recess which extends at an angle to mechanical stresses which are thermally induced from the connection with the or each component.
Durch das Vorsehen wenigstens einer länglichen Ausnehmung in dem Diamantkörper, die sich unter einem Winkel zu bei Temperaturdifferenzen, beispielsweise bei der Verbindung des Diamantkörpers mit dem Bauelement unter Wärmebeaufschlagung und Raumtemperatur oder unter Umständen auch zwischen einem Betriebszustand mit sehr hoher Temperatur und einem Ruhezu- stand, thermisch induzierten mechanischen Spannungen erstreckt, werden diese durch die oder jede schräg ausgerichtete Ausnehmung durch die dadurch erzielte Erhöhung der Beweglichkeit des Diamantkörpers wenigstens teilweise kompensiert, so daß die Gefahr beispielsweise eines Abplatzens des Diamantkörpers deutlich verringert ist, die ausgenutzten Eigenschaften von Diamant wie sehr gutes elektrisches Isolationsverhalten oder hervorragende Wärmeleitfähigkeit jedoch im wesentlichen erhalten bleiben.By providing at least one elongated recess in the diamond body, which is at an angle to at temperature differences, for example when the diamond body is connected to the component under heat application and room temperature, or under certain circumstances also between an operating state with a very high temperature and an idle state. stood, thermally induced mechanical stresses, these are at least partially compensated by the or each obliquely aligned recess by the resulting increase in the mobility of the diamond body, so that the risk of flaking of the diamond body is significantly reduced, the exploited properties of diamond how much however, good electrical insulation behavior or excellent thermal conductivity are essentially retained.
Vorzugsweise ist eine Anzahl von Ausnehmungen vorgesehen, die vorzugsweise rechtwinklig zu mechanischen Spannungen ausgerichtet angeordnet sind. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Ausnehmungen unter einem kleinen Winkel zu von durch die Geo- metrie des Diamantkörpers sowie der Anordnung von beispielsweise durch das oder jedes Bauelement gebildeten Wärmequellen beziehungsweise Wärmesenken festgelegten Wärmeflußrichtungen ausgerichtet sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Anzahl von Ausnehmungen im wesentlichen rechtwinklig zu mechanischen Spannungen und im wesentlichen parallel zu Wärmeflußrichtungen verlaufen.A number of recesses is preferably provided, which are preferably arranged at right angles to mechanical stresses. It is expedient for the recesses to be oriented at a small angle to heat flow directions determined by the geometry of the diamond body and the arrangement of heat sources or heat sinks formed, for example, by the or each component. It is particularly advantageous if a number of recesses run essentially at right angles to mechanical stresses and essentially parallel to the directions of heat flow.
In einer Ausgestaltung sind eine Anzahl von Ausnehmungen als innenliegende Schlitze ausgeführt, die zu zwei Oberflächen des Diamantkörpers offen sind. In anderen Ausgestaltungen sind die Ausnehmungen als zu drei Oberflächen offene Schlitze ausgeführt, wobei die jeweilige Restmaterialstärke zu einer dem Schlitzende benachbarten Randseite kleiner als die Tiefe jedes Schlitzes ist. Dadurch ist ein besonders hoher Ausgleich von in Zusammenhang mit schmalen länglichen Bauelementen thermisch induzierten mechanischen Spannungen erzielt, wobei es in diesem Fall für eine gute Wärmespreizung zweckmäßig ist, daß zueinander parallel angeordnete Schlitze quer zu einer länglichen Wärmequelle oder Wärmesenke ausgerichtet vorgesehen sind. Bei einer gitterartigen Anordnung von mehreren punktförmigen Wärmequellen oder Wärmesenken als Bauelemente ist es vorteilhaft, die Ausnehmungen sich zwischen benachbarten Wärmequellen erstreckend und jede Wärmequelle umschließend anzuordnen, um zum einen die erzeugte Wärme über einen größeren Flächenbereich zu spreizen und zum anderen im Bereich jeder Wärmequelle erzeugte mechanische Spannungen lokal zu kompensieren.In one embodiment, a number of recesses are designed as internal slots that are open to two surfaces of the diamond body. In other configurations, the recesses are designed as slots which are open to three surfaces, the respective residual material thickness on an edge side adjacent to the slot end being smaller than the depth of each slot. This results in a particularly high compensation of thermally induced mechanical stresses in connection with narrow elongate components, in which case it is expedient for good heat spreading that slots arranged parallel to one another are provided oriented transversely to an elongated heat source or heat sink. In the case of a grid-like arrangement of a plurality of punctiform heat sources or heat sinks as components, it is advantageous to arrange the recesses extending between adjacent heat sources and to enclose each heat source in order to spread the heat generated over a larger area on the one hand and mechanical ones generated in the area of each heat source on the other To compensate tensions locally.
Mit derart ausgestalteten Diamantkörpern lassen sich insbeson- dere auch bei verhältnismäßig hoher Temperatur mit Lot zu verbindende Bauelemente wie Halbleiterlaser oder Rechenbausteine aufbringen, ohne daß eine große Gefahr von Ablösungen, Brüchen und/oder Deformationen der aufgebrachten Bauelemente beziehungsweise von Diamantkörpern besteht, wobei vorteilhafterweise aufgrund der Kompensation der mechanischen Spannungen durch die Ausnehmungen eine sehr dünne Lotschicht mit einem dementsprechend geringen Wärmewiderstand verwendet werden kann.With diamond bodies designed in this way, components to be connected with solder, in particular at a relatively high temperature, such as semiconductor lasers or computing modules, can be applied without there being a great risk of detachments, breaks and / or deformations of the applied components or of diamond bodies, advantageously due to the Compensation of the mechanical stresses through the recesses, a very thin solder layer with a correspondingly low thermal resistance can be used.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:Further expedient refinements and advantages of the invention are the subject of the subclaims and the following description of exemplary embodiments with reference to the figures of the drawing. Show it:
Fig. 1 einen abgeflacht quaderförmigen Diamantkörper mit randseitig und innenseitig eingebrachten Ausnehmungen in einer perspektivischen Darstellung,1 is a flattened cuboid diamond body with recesses made on the edge and inside in a perspective view,
Fig. 2 einen abgeflacht quaderförmigen Diamantkörper mit von zwei Randseiten eingebrachten, parallel zuein- ander ausgerichteten Ausnehmungen in einer perspektivischen Darstellung,2 is a perspective representation of a flattened cuboid diamond body with recesses made from two edge sides and oriented parallel to one another,
Fig. 3 einen abgeflacht quaderförmigen Diamantkörper mit von zwei Deckseiten eingebrachten, parallel zuein- ander ausgerichteten Ausnehmungen in einer perspektivischen Darstellung,3 shows a flattened cuboid diamond body with parallel, parallel to each other introduced from two cover sides other aligned recesses in a perspective view,
Fig. 4 auf Umfangslinien quer und längs verlaufend ange- ordnete Ausnehmungen bei einem rundlichen Diamantkörper in Draufsicht,4 a circumferential and longitudinally arranged recesses in a round diamond body in a top view,
Fig. 5 die Anordnung von Wärmequellen als Bauelemente bei einem Diamantkörper gemäß Fig. 1 in einer per- spektivischen Darstellung und5 shows the arrangement of heat sources as components in a diamond body according to FIG. 1 in a perspective view and
Fig. 6 einen Diamantkörper gemäß Fig. 2 als zwischen einem Laserdiodenbarren und einem Mikrokanalkühler angeordneter Wärmespreizer in einer perspektivischen Darstellung.6 shows a perspective view of a diamond body according to FIG. 2 as a heat spreader arranged between a laser diode bar and a microchannel cooler.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein aus einem Stück gearbeiteten Diamantkörper 1 , der eine abgeflacht quader- förmige Gestalt hat. Der Diamantkörper 1 weist eine erste Rand- seite 2, eine der ersten Randseite 2 gegenüberliegende zweite Randseite 3, eine sich zwischen der ersten Randseite 2 und der zweiten Randseite 3 erstreckende dritte Randseite 4 sowie eine der dritten Randseite 4 gegenüberliegende vierte Randseite 5 auf, die umlaufend die Umrandungsfläche des Diamantkörpers 1 bilden. Weiterhin weist der Diamantkörper 1 eine in der Darstellung gemäß Fig. 1 sichtbare erste Deckseite 6 und eine der ersten Deckseite 6 gegenüberliegende zweite Deckseite 7 auf, die die Deckflächen des Diamantkörpers 1 bilden.1 shows a perspective illustration of a diamond body 1 made from one piece, which has a flattened cuboid shape. The diamond body 1 has a first edge side 2, a second edge side 3 opposite the first edge side 2, a third edge side 4 extending between the first edge side 2 and the second edge side 3, and a fourth edge side 5 opposite the third edge side 4 form the peripheral surface of the diamond body 1 all around. Furthermore, the diamond body 1 has a first cover side 6 visible in the illustration according to FIG. 1 and a second cover side 7 opposite the first cover side 6, which form the cover surfaces of the diamond body 1.
Der in Fig. 1 dargestellte Diamantkörper 1 verfügt als erste Gruppe von Ausnehmungen über eine Anzahl von sich zwischen den Deckseiten 6, 7 erstreckenden und jeweils zu einer der Randseiten 2, 3, 4, 5 offenen Kurzrandschlitze 8. Die Kurzrandschlitze 8 sind länglich ausgebildet und im wesentlichen rechtwinklig zu der Randseite 2, 3, 4, 5 ausgerichtet, zu der sie geöffnet sind. Als zweite Gruppe von länglichen Ausnehmungen sind in den in Fig. 1 dargestellten Diamantkörper 1 jeweils zueinander parallele erste Innenschlitze 9 eingebracht, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Weiterhin verfügt der Diamantkörper 1 über rechtwinklig zu den ersten Innenschlitzen 9 ausgerichtete längliche zweite Innenschlitze 10, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige mit den betreffenden Bezugszeichen versehen sind. Die Innenschlitze 9, 10 erstrecken sich geöffnet zwischen den Deck- seiten 6, 7 und sind an ihren den Randseiten 2, 3, 4, 5 zugewandten Enden geschlossen. Die ersten Innenschlitze 9 sind gruppenweise fluchtend parallel zu der ersten Randseite 2 sowie der zweiten Randseite 3 ausgerichtet und regelmäßig beabstandet. Jeder zweite Innenschlitz 1 0 ist zwischen zwei benachbarten ersten Innenschlitzen 9 angeordnet und verläuft parallel zu der dritten Randseite 4 sowie der vierten Randseite 5 jeweils mit seinen in Längsrichtung benachbarten zweiten Innenschlitzen 10 fluchtend.The diamond body 1 shown in FIG. 1, as the first group of recesses, has a number of short edge slots 8 which extend between the cover sides 6, 7 and are each open to one of the edge sides 2, 3, 4, 5. The short edge slots 8 are elongated and aligned substantially perpendicular to the edge side 2, 3, 4, 5 to which they are open. As a second group of elongated recesses, first inner slots 9, each parallel to one another, are introduced into the diamond body 1 shown in FIG. 1, only a few of which are provided with reference numerals for reasons of clarity. Furthermore, the diamond body 1 has elongated second inner slots 10 aligned at right angles to the first inner slots 9, of which only a few are provided with the relevant reference numerals for reasons of clarity. The inner slots 9, 10 extend open between the cover sides 6, 7 and are closed at their ends facing the edge sides 2, 3, 4, 5. The first inner slots 9 are aligned in groups in parallel to the first edge side 2 and the second edge side 3 and are regularly spaced. Every second inner slot 10 is arranged between two adjacent first inner slots 9 and runs parallel to the third edge side 4 and the fourth edge side 5, each in alignment with its second inner slots 10, which are adjacent in the longitudinal direction.
Es ist zweckmäßig, die Innenschlitze 9, 1 0 so anzuordnen, daß sie regelmäßige Abstände und damit einen hochsymmetrischen Aufbau aufweisen. Die Länge der Randschlitze 8 sowie Innenschlitze 9, 10 ist so eingerichtet, daß die jeweilige an ausgewählten Stellen mit Bezugszeichen versehene Restmaterialstärke 1 1 zu einer dem jeweiligen Schlitzende benachbarten Innenschlitz 9, 1 0 kleiner als die Länge der Randschlitze 8 beziehungsweise Innenschlitze 9, 10 ist.It is expedient to arrange the inner slots 9, 1 0 so that they have regular distances and thus a highly symmetrical structure. The length of the edge slits 8 and inner slits 9, 10 is set up in such a way that the respective remaining material thickness 1 1 at selected locations with reference characters to an inner slit 9, 10 adjacent to the respective slit end is smaller than the length of the edge slits 8 or inner slits 9, 10 .
Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Diamantkörper 1 eignet sich insbesondere zur Verbindung mit punktförmigen Wärmequellen oder Wärmesenken als Bauelemente, die jeweils von zwei Paaren von Innenschlitzen 9, 1 0 symmetrisch umgeben sind. Der Diamantkörper 1 ist auch vorteilhafterweise mit Bauelementen verbindbar, die durch eine sich im wesentlichen über die gesamte Fläche des Diamantkörpers 1 erstreckende Platte gebildet ist, die mit punktförmigen, von Innenschlitzen 9, 10 umschlossenen Verbindungen mit dem Diamantkörper 1 verbunden ist und in zwei Betriebszuständen eine erhebliche Temperaturdifferenz von beispielsweise einigen 100 Grad aufweist, wobei der Diamantkörper 1 in diesem Fall in erster Linie als elektrischer Isolator eingesetzt ist. Durch das Vorsehen der Innenschlitze 9, 10 und auch der Randschlitze 8 sind die aufgrund der Temperaturdifferenz bei den beiden Betriebszuständen des Bauelementes in dem Diamantkörper 1 hervorgerufenen mechanischen Spannungen soweit kompensiert, daß Deformationen, Beschädigungen oder Brüche des Bauelementes und/oder des Diamantkörpers 1 vermieden sind.The diamond body 1 shown as an exemplary embodiment in FIG. 1 is particularly suitable for connection to point-shaped heat sources or heat sinks as components which are each symmetrically surrounded by two pairs of inner slots 9, 10. The diamond body 1 can also advantageously be connected to components which extend through a plate which extends essentially over the entire surface of the diamond body 1 is formed, which is connected to the diamond body 1 by point-shaped connections enclosed by inner slots 9, 10 and has a considerable temperature difference of, for example, a few 100 degrees in two operating states, the diamond body 1 being used primarily as an electrical insulator in this case. By providing the inner slots 9, 10 and also the edge slots 8, the mechanical stresses caused in the diamond body 1 due to the temperature difference in the two operating states of the component are compensated to such an extent that deformations, damage or breaks in the component and / or the diamond body 1 are avoided .
Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines abgeflacht quaderförmigen Diamantkörpers 1 2 mit paarweise parallel zueinander ausgerichteten Randseiten 2, 3, 4, 5 und Deckseiten 6, 7. Der in Fig. 2 dargestellte Diamantkörper 1 2 weist als erste Gruppe von länglichen Ausnehmungen erste Langrandschlitze 1 3 auf, die sich von der ersten Randseite 2 parallel zu der dritten Randseite 4 und vierten Randseite 5 in Richtung der der ersten Randseite 2 gegenüberliegenden zweiten Randseite 3 erstrecken und zu beiden Randseiten 6, 7 offen sind. Die zwischen dem der zweiten Randseite 3 zugewandten Ende der ersten Langrandschlitze 1 3 und der zwei- ten Randseite 3 verbleibende Restmaterialstärke 1 4 ist um ein Vielfaches kleiner als die Länge der ersten Langrandschlitze 1 3. Die ersten Langrandschlitze 1 3 sind regelmäßig beabstandet und parallel zueinander ausgerichtet.FIG. 2 shows a perspective illustration of a further exemplary embodiment of a flattened cuboid diamond body 1 2 with edge sides 2, 3, 4, 5 and cover sides 6, 7 aligned in pairs parallel to one another. The diamond body 1 2 shown in FIG. 2 is the first group of elongated recesses first long edge slots 1 3, which extend from the first edge side 2 parallel to the third edge side 4 and fourth edge side 5 in the direction of the second edge side 3 opposite the first edge side 2 and are open to both edge sides 6, 7. The remaining material thickness 1 4 remaining between the end of the first long edge slots 1 3 facing the second edge side 3 and the second edge side 3 is many times smaller than the length of the first long edge slots 1 3. The first long edge slots 1 3 are regularly spaced apart and parallel to one another aligned.
Mittig zwischen zwei benachbarten ersten Langrandschlitzen 1 3 erstrecken sich ausgehend von der zweiten Randseite 3 in Richtung der ersten Randseite 2 als zweite Gruppe von länglichen Ausnehmungen zu beiden Deckseiten 6, 7 offene zweite Langrandschlitze 1 5, wobei zwischen dem der ersten Randseite 2 zugewandten Ende der zweiten Langrandschlitze 1 5 ebenfalls eine gegenüber der Länge der zweiten Langrandschlitze 1 5 um ein Vielfaches kleinere zweite Restmaterialstärke 1 6 verbleibt. Um dem Diamantkörper 1 2 an der ersten Randseite 2 und zweiten Randseite 3 unterschiedliche Kompensationseigenschaften zu verleihen, ist es zweckmäßig, daß die Langrandschlitze 1 3, 1 5 jeweils unterschiedlich lang sind, so daß jeweils verschiedene Restmaterialstärken 14, 1 6 verbleiben.In the middle between two adjacent first long edge slots 1 3, starting from the second edge side 3, in the direction of the first edge side 2, as the second group of elongate recesses to both cover sides 6, 7, open second long edge slots 1 5, with the end facing the first edge side 2 second long edge slots 1 5 also one compared to the length of the second long edge slots 1 5 remains a much smaller second residual material thickness 1 6. In order to impart different compensation properties to the diamond body 1 2 on the first edge side 2 and the second edge side 3, it is expedient that the long edge slots 1 3, 1 5 each have different lengths, so that different residual material thicknesses 14, 1 6 remain in each case.
Der in Fig. 2 dargestellte Diamantkörper 1 2 läßt sich auch aus einem Stück herausarbeiten und weist eine mäanderförmige Struktur auf, die bei quer zu dem Verlauf der Langrandschlitze 1 3, 1 5 aufgebrachten länglichen Wärmequellen oder Wärmesenken als Bauelemente zu einer besonders wirkungsvollen Kompensation von thermisch induzierten mechanischen Spannungen führt.The diamond body 1 2 shown in Fig. 2 can also be worked out from a single piece and has a meandering structure which, when applied transversely to the course of the long edge slots 1 3, 1 5 or elongated heat sources or heat sinks as components for a particularly effective compensation of thermal induced mechanical stresses.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines abgeflacht quaderförmigen Diamantkörpers 1 7 mit entsprechend den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Diamantkörpern 1 , 1 2 ausgebildete Randseiten 2, 3, 4, 5 und Deckseiten 6, 7. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Diamantkörper 1 7 sind als erste Gruppe von länglichen Ausnehmungen eine Anzahl von sich von der ersten Deckseite 6 in Richtung der zweiten Deckseite 7 erstreckenden, parallel zu der dritten Randseite 4 und der vierten Randseite 5 verlaufenden und zu der ersten Randseite 2 und der zweiten Randseite 3 offenen ersten Nutschlitzen 1 8 eingebracht. Die ersten Nutschlitze 1 8 sind regelmäßig beabstandet und weisen eine Tiefe auf, die größer als die zwischen ihrem der zweiten Deckseite 7 zugewandten Nutende und der zweiten Deckseite 7 verbleibende erste Restmaterialstärke 1 9 ist.FIG. 3 shows a perspective illustration of a further exemplary embodiment of a flattened cuboid diamond body 17 with edge sides 2, 3, 4, 5 and cover sides 6, 7 formed in accordance with the diamond bodies 1, 1 2 shown in FIGS. 1 and 2 The diamond body 1 7 shown in FIG. 3 is a first group of elongate recesses, a number extending from the first cover side 6 in the direction of the second cover side 7, parallel to the third edge side 4 and the fourth edge side 5 and to the first edge side 2 and the second edge side 3 open first slot slots 1 8 introduced. The first slot slots 18 are regularly spaced and have a depth which is greater than the first residual material thickness 19 remaining between their slot end facing the second cover side 7 and the second cover side 7.
Weiterhin sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Diamantkörper 1 7 mittig zwischen benachbarten ersten Nutschlitzen 1 8 als zweite Gruppe von länglichen Ausnehmungen eine Anzahl von sich von der zweiten Deckseite 7 in Richtung der ersten Deckseite 6 erstreckenden, parallel zu der dritten Randseite 4 und der vierten Randseite 5 verlaufenden und zu der ersten Randseite 2 und der zweiten Randseite 3 offenen zweiten Nutschlitzen 20 eingebracht. Auch die Tiefe der regelmäßig beabstandeten zweiten Nutschlitze 20 ist so eingerichtet, daß sie größer als die zwischen dem der ersten Deckseite 6 zugewandten Nutende der zweiten Nutschlitze 20 und der Deckseite 6 verbleibende zweite Restmaterialstärke 21 ist.Furthermore, in the diamond body 1 7 shown in FIG. 3, a number of extending from the second cover side 7 in the direction of the first cover side 6, parallel to the third edge side 4 and the center between adjacent first groove slots 1 8 as a second group of elongate recesses fourth Edge slot 5 extending and to the first edge side 2 and the second edge side 3 open second slot slots 20 are introduced. The depth of the regularly spaced second slot slots 20 is also set so that it is greater than the second residual material thickness 21 remaining between the slot end of the second slot slots 20 facing the first cover side 6 and the cover side 6.
Die in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten Diamantkörper 1 , 1 2, 1 7 sind vorzugsweise aus synthetisch hergestellten polykristallinen Diamantscheiben mit einer Dicke von einigen 100 Mikrometern zwischen den Deckseiten 6, 7 und Kantenlängen der Randseiten 2, 3, 4, 5 von bis zu einigen Zentimetern gefertigt. Die Breite der Ausnehmungen 8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20 liegt im Bereich von einigen zehn Mikrometern, der Abstand zwischen benachbarten Kurzrandschlitzen 8, Innenschlitzen 9, 1 0, Langrandschlitzen 1 3, 1 5 und Nutschlitzen 1 8, 20 liegt im Bereich von einigen 100 Mikrometern. Typische Werte für die Restmaterialstärken 1 1 , 14, 1 6, 1 9, 21 liegt ebenfalls im Bereich von einigen 1 00 Mikro- metern.The diamond bodies 1, 1 2, 1 7 shown in FIGS. 1 to 3 are preferably made of synthetically produced polycrystalline diamond disks with a thickness of a few 100 micrometers between the cover sides 6, 7 and edge lengths of the edge sides 2, 3, 4, 5 of made up to a few centimeters. The width of the recesses 8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20 is in the range of a few tens of micrometers, the distance between adjacent short-edge slots 8, inner slots 9, 10, long-edge slots 1 3, 1 5 and slot slots 1 8, 20 is in the range of a few 100 micrometers. Typical values for the residual material thicknesses 1 1, 14, 1 6, 1 9, 21 are also in the range of a few 1 00 micrometers.
Fig. 4 zeigt in einer Draufsicht einen abgeflacht scheibenförmigen Diamantkörper 22, der eine zylindrische Randseite 23 sowie eine in der Darstellung gemäß Fig. 4 sichtbare erste Deckfläche 24 und eine der ersten Deckfläche 24 gegenüberliegende, parallel zu ihr verlaufende zweite Deckfläche 25 aufweist. Der in Fig. 4 dargestellte Diamantkörper 22 verfügt als erste Gruppe von länglichen Ausnehmungen über auf konzentrisch ineinanderliegenden Kreis- umfangslinien angeordnete Ringschlitze 26, die sich jeweils abschnittsweise entlang von in dem in Fig. 4 dargestellten Diamantkörper 22 fünf Kreisumfängen erstrecken. Dabei erstrecken sich auf jeweils übernächsten Kreisumfängen angeordnete Ringschlitze 26 in dem gleichen Ringschlitzwinkelsegment, wobei die einzelnen Ringschlitzwinkelsegmente mit einem gleichen Ab- Standswinkel voneinander separiert sind. Weiterhin verfügt der in Fig. 4 dargestellte Diamantkörper 22 als zweite Gruppe von länglichen Ausnehmungen über eine Anzahl von radial verlaufenden, jeweils zwischen benachbarten Ringschlitzen 26 angeordnete Radialschlitze 27, die mittig auf den konzentrisch ineinander angeordneten Kreisumfangslinien, entlang denen sich die Ringschlitze 26 erstrecken, angeordnet sind, wobei die auf der Kreisumfangslinie mit dem größten Durchmesser angeordneten Radialschlitze 27 zu der Randseite 23 offen sind.FIG. 4 shows a top view of a flattened, disc-shaped diamond body 22 which has a cylindrical edge side 23 and a first cover surface 24 visible in the illustration according to FIG. 4 and a second cover surface 25 opposite the first cover surface 24 and running parallel to it. The diamond body 22 shown in FIG. 4 has, as a first group of elongate recesses, annular slits 26 arranged on concentrically nested circular circumferential lines, each of which extends in sections along five circular circumferences in the diamond body 22 shown in FIG. 4. In this case, ring slots 26 arranged in each case next to the circumference of the circle extend in the same ring slot angle segment, the individual ring slot angle segments being separated from one another with the same spacing angle. Furthermore, the diamond body 22 shown in FIG. 4, as a second group of elongate recesses, has a number of radial radial slots 27, each arranged between adjacent ring slots 26, which are arranged centrally on the concentrically arranged circumferential lines along which the ring slots 26 extend are, wherein the radial slots 27 arranged on the circumferential line with the largest diameter are open to the edge side 23.
Der in Fig. 4 dargestellte Diamantkörper 22 ist insbesondere als Wärmespreizer zur Verwendung mit einer mittig angeordneten Wärmequelle oder Wärmesenke als Bauelement und einem mit der Randseite 23 angebrachten Metallring zur Wärmeabfuhr beziehungsweise Wärmezufuhr vorgesehen.The diamond body 22 shown in FIG. 4 is provided in particular as a heat spreader for use with a centrally arranged heat source or heat sink as a component and with a metal ring attached to the edge side 23 for heat dissipation or heat supply.
Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Diamantkörper 1 gemäß Fig. 1 bei einer Verwendung mit periodisch angeordneten, mittig zwischen den Innenschlitzen 9, 10 beziehungsweise den Randseiten 2, 3, 4, 5 sowie Kurzrandschlitzen 8 positionierten Wärmequellen 28 als Bauelemente mit lokal gegenüber der Umgebung erhöhten Temperaturen. Die Wärmequellen 28 sind beispielsweise oberflächenemittierende Laserarrays, wobei deren elektrische Kontaktierung aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 5 nicht dargestellt ist. Die Wärmequellen 28 sind an ihren dem Diamantkörper 1 gegenüberliegenden Seiten mit einer sich über die Wärmequellen 28 erstreckenden Abdeckung 29 versehen, die zusammen eine Baueinheit mit einem von Diamant verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten bilden.FIG. 5 shows a perspective illustration of the diamond body 1 according to FIG. 1 when used with periodically arranged heat sources 28 positioned centrally between the inner slots 9, 10 or the edge sides 2, 3, 4, 5 and short edge slots 8 as components with locally opposite surrounding temperatures. The heat sources 28 are, for example, surface-emitting laser arrays, the electrical contacting of which is not shown in FIG. 5 for reasons of clarity. The heat sources 28 are provided on their sides opposite the diamond body 1 with a cover 29 which extends over the heat sources 28 and which together form a structural unit with a coefficient of thermal expansion different from diamond.
Die aufgrund der Temperaturdifferenzen entlang der Verbindung zwischen zwei benachbarten Wärmequellen 28 bei Aufbringen der durch die Wärmequellen 28 und die Abdeckung 29 gebildeten Baueinheit auf den Diamantkörper 1 durch Wärmebeaufschlagen beispielsweise bei Löten auftretenden thermisch induzierten mechanischen Spannungen sind durch die zwischenliegenden Innenschlitze 9, 10 sowie Kurzrandschlitze 8, die sich zum Teil rechtwinklig, zum Teil unter 45 Grad zwischen benachbarten Wärmequellen 28 erstrecken, bei Verringern der Gefahr von Beschädigungen weitgehend kompensiert, wobei die Innenschlitze 9, 10 aufgrund ihrer im wesentlichen schräg verlaufenden Ausrichtung zu den von den Wärmequellen 28 radial wegweisend verlaufenden Wärmeflußrichtungen ausgerichtet sind, so daß eine verhältnismäßig gute Wärmeabfuhr zu einem in Fig. 5 nicht dargestellten, auf der den Wärmequellen 28 gegenüberliegenden Seite des Diamantkörpers 1 angebrachten Wärmeableitelement sichergestellt ist.The thermally induced mechanical stresses that occur due to the temperature differences along the connection between two adjacent heat sources 28 when the structural unit formed by the heat sources 28 and the cover 29 is applied to the diamond body 1 by applying heat, for example during soldering, are due to the intermediate ones Inner slits 9, 10 and short-edge slits 8, which extend partly at right angles, partly at 45 degrees between adjacent heat sources 28, are largely compensated for by reducing the risk of damage, the inner slits 9, 10 due to their essentially oblique orientation to those of the heat sources 28 are oriented radially pointing heat flow directions, so that a relatively good heat dissipation is ensured to a heat dissipation element, not shown in FIG. 5, arranged on the side of the diamond body 1 opposite the heat sources 28.
Fig. 6 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Diamantkörper 1 2 gemäß Fig. 2, auf das an die zweite Randseite 3 an- grenzend ein Laserdiodenbarren 30 durch beispielsweise Hartlöten bei einer relativ hohen Temperatur aufgebracht ist. Aufgrund der sich rechtwinklig zu der zweiten Randseite 3 erstreckenden Langrandschlitze 1 3, 1 5 mit der sich daraus ergebenden mäander- förmigen Struktur sind mechanische Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleiter- materiales des Laserdiodenbarrens 30 und des Diamantkörpers 1 2 bei dem Ausführen der mechanischen Verbindung ausgleichbar, so daß die Gefahr von Beschädigungen des Laserdiodenbarrens 30 erheblich verringert ist.FIG. 6 shows a perspective illustration of the diamond body 1 2 according to FIG. 2, to which a laser diode bar 30, adjacent to the second edge side 3, is applied by, for example, brazing at a relatively high temperature. Due to the long edge slots 1 3, 1 5 extending at right angles to the second edge side 3 with the resulting meandering structure, mechanical stresses are due to the different thermal expansion coefficients of the semiconductor material of the laser diode bar 30 and the diamond body 1 2 when the mechanical connection is carried out equalizable, so that the risk of damage to the laser diode bar 30 is significantly reduced.
Die Abstände zwischen optisch aktiven Bereichen des Laserdiodenbarrens 30, aus denen mit durch Pfeile dargestellte Laserstrahlung 31 emittierbar ist, sowie zwischen den zu der zweiten Randseite 3 offenen zweiten Langrandschlitzen 1 5 sowie den zwischenliegenden ersten Langrandschlitzen 1 3 sind zur effektiven Wärmespreizung der durch die optisch aktiven Bereiche als Wärmequellen erzeugten Verlustleistung so aufeinander abgestimmt, daß jeder optisch aktive Bereich auf sich zwischen zwei Langrandschlitzen 1 3, 1 5 erstreckenden Abschnitten des Diamantkörpers 1 2 angeordnet ist. Auf der dem Laserdiodenbarren 30 gegenüberliegenden Deckseite 7 des Diamantkörpers 1 2 ist ein Mikrokanalkühler 32 angebracht. Parallel zueinander ausgerichtete Zuflußleitungen 33 mit zu der zweiten Deckseite 7 des Diamantkörpers 1 2 offenen Mikrokanälen 34 sowie sich an die Zuflußleitungen 33 anschließende Abflußleitungen 35 sind parallel zu den Langrandschlitzen 1 3, 1 5 ausgerichtet. Dadurch ergibt sich ein Wärmefluß bei Betrieb des Laserdiodenbarrens 30 im wesentlichen parallel zu den Langrandschlitzen 1 3, 1 5, während mechanische Spannungen quer dazu auftreten, so daß zum einen eine effektive Wärmespreizung, zum anderen eine wirksame Kompensation der mechanischen Spannungen erfolgt. The distances between optically active areas of the laser diode bar 30, from which laser radiation 31 can be emitted with arrows, and between the second long edge slots 15 which are open to the second edge side 3 and the intermediate first long edge slots 13 are for effective heat spreading by those which are optically active Areas generated as heat sources are matched to each other so that each optically active area is arranged on sections of the diamond body 1 2 extending between two long edge slots 1 3, 1 5. A microchannel cooler 32 is attached to the cover side 7 of the diamond body 1 2 opposite the laser diode bar 30. Inflow lines 33 aligned parallel to one another with microchannels 34 open to the second cover side 7 of the diamond body 1 2 and outflow lines 35 adjoining the inflow lines 33 are aligned parallel to the long edge slots 1 3, 1 5. This results in a heat flow during operation of the laser diode bar 30 essentially parallel to the long edge slots 1 3, 1 5, while mechanical stresses occur transversely thereto, so that on the one hand there is an effective heat spreading and on the other hand an effective compensation of the mechanical stresses.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
Diamantkörper zur Verbindung mit wenigstens einem Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine längliche Ausnehmung (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) eingebracht ist, die sich winklig zu aus der Verbindung mit dem oder jedem Bauelement thermisch induzierten mechanischen Spannungen erstreckt.Diamond body for connection to at least one component, characterized in that at least one elongate recess (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) is introduced, which is at an angle to the connection with the or each component extends thermally induced mechanical stresses.
2. Diamantkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) sich wenigstens schräg zu einer durch wenigstens eine Wärmequelle (28, 30) und/oder wenig- stens eine Wärmesenke induzierten Wärmeflußrichtung erstreckend angeordnet ist.2. Diamond body according to claim 1, characterized in that a number of recesses (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) are at least obliquely to one by at least one heat source (28, 30) and / or at least one heat sink induced heat flow direction is arranged extending.
3. Diamantkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) in bezug auf die oder jede Wärmequelle3. Diamond body according to claim 2, characterized in that a number of recesses (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) with respect to the or each heat source
(28, 30) und/oder die oder jede Wärmesenke so ausgerichtet ist, daß die Ausrichtwinkel zu den mechanischen Spannungen größer als die Ausrichtwinkel zu Wärmeflußrichtungen sind.(28, 30) and / or the or each heat sink is aligned such that the alignment angles to the mechanical stresses are greater than the alignment angles to the directions of heat flow.
4. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) sich im wesentlichen rechtwinklig zu mechanischen Spannungen erstreckend angeordnet ist.4. Diamond body according to one of claims 1 to 3, characterized in that a number of recesses (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) are arranged extending at right angles to mechanical stresses is.
5. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) sich im wesentlichen parallel zu einer durch die oder jede Wärmequelle (28, 30) und/oder die oder jede Wärmesenke induzierten Wärmeflußrichtung erstreckend angeordnet ist.5. Diamond body according to one of claims 2 to 4, characterized in that a number of recesses (8, 9, 10, 1 3, 1 5, 1 8, 20, 26, 27) are substantially parallel to one through or any heat source (28, 30) and / or the or each heat sink-induced heat flow direction is arranged to extend.
6. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Ausnehmungen (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20) vorgesehen ist.6. Diamond body according to one of claims 1 to 5, characterized in that a number of mutually parallel recesses (8, 9, 1 0, 1 3, 1 5, 1 8, 20) is provided.
7. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von rechtwinklig zueinander ausgerichteten Ausnehmungen (8, 9; 8, 10; 9, 10) vorgesehen ist.7. Diamond body according to one of claims 1 to 6, characterized in that a number of mutually perpendicular recesses (8, 9; 8, 10; 9, 10) is provided.
8. Diamantkörper nach Anspruch 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei zueinander rechtwinkligen8. Diamond body according to claim 6 and claim 7, characterized in that in two mutually perpendicular
Richtungen Ausnehmungen (9, 10) mit alternierenden Ausrichtungen aufeinanderfolgen.Directions Recesses (9, 10) with alternating alignments follow one another.
9. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl auf wenigstens einer9. Diamond body according to one of claims 1 to 6, characterized in that a number on at least one
Umfangslinie angeordneten Ausnehmungen (26, 27) vorgesehen ist.Recesses (26, 27) arranged circumferentially are provided.
10. Diamantkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (27) sich quer zu der oder jeder Umfangslinie erstreckend angeordnet ist.10. Diamond body according to claim 9, characterized in that a number of recesses (27) extending transversely to the or each circumferential line is arranged.
1 1 . Diamantkörper nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmun- gen (26) sich längs zu der oder jeder Umfangslinie erstreckend angeordnet ist.1 1. Diamond body according to Claim 9 or Claim 10, characterized in that a number of recesses (26) are arranged to extend along the or each circumferential line.
1 2. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmun- gen randseitig geschlossene, innenliegende Schlitze (9, 10, 26, 27) sind, die sich von einer Deckseite (6, 24) des Diamantkörpers (1, 22) zu einer dieser Deckseite (6, 24) gegenüberliegenden Deckseite (7, 25) erstrecken.1 2. Diamond body according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that a number of recesses closed internal edges (9, 10, 26, 27), which extend from a cover side (6, 24) of the diamond body (1, 22) to a cover side (7, 25) opposite this cover side (6, 24).
13. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Ausnehmungen (8, 13, 15, 18, 20, 27) an drei Seiten (2, 6, 7; 3, 6, 7; 4, 6, 7; 5, 6, 7; 2, 3, 6; 2, 3, 7; 23, 24, 25) offen sind, wobei die jeweilige Restmaterialstärke (11, 14, 16, 19, 21) an der geschlossenen Seite der Schlitze (2, 6, 7;13. Diamond body according to one of claims 1 to 12, characterized in that a number of recesses (8, 13, 15, 18, 20, 27) on three sides (2, 6, 7; 3, 6, 7; 4, 6, 7; 5, 6, 7; 2, 3, 6; 2, 3, 7; 23, 24, 25) are open, with the respective residual material thickness (11, 14, 16, 19, 21) on the closed side the slots (2, 6, 7;
3, 6, 7; 4, 6, 7; 5, 6, 7; 2, 3, 6; 2, 3, 7; 23, 24, 25) kleiner als die Tiefe jeder Ausnehmung (8, 13, 15, 18, 20, 27) ist.3, 6, 7; 4, 6, 7; 5, 6, 7; 2, 3, 6; 2, 3, 7; 23, 24, 25) is smaller than the depth of each recess (8, 13, 15, 18, 20, 27).
14. Diamantkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ein in einer Dimension abgeflachter Quader oder Zylinder ist. 14. Diamond body according to one of claims 1 to 13, characterized in that it is a cuboid or cylinder flattened in one dimension.
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