JP2010045184A - 熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 - Google Patents
熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010045184A JP2010045184A JP2008208088A JP2008208088A JP2010045184A JP 2010045184 A JP2010045184 A JP 2010045184A JP 2008208088 A JP2008208088 A JP 2008208088A JP 2008208088 A JP2008208088 A JP 2008208088A JP 2010045184 A JP2010045184 A JP 2010045184A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- conductive plate
- thermally conductive
- plate component
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】人工ダイヤモンド層2と結晶珪素を含む基材3とが積層された積層構造を有してなる熱伝導性プレート部品1。また、前記人工ダイヤモンド層2及び基材3の厚さt1,t2が夫々20μm以上であって、かつプレートの反りが10μm/mm以下である熱伝導性プレート部品1。
【選択図】図1
Description
・人工ダイヤ層の厚さ 50 μm
・結晶珪素層の厚さ 100 μm
・プレートの反り 8 μm/mm
・窒素濃度 1.0×108 cm−3
・平均粒子径 0.5 μm
・厚さ方向絶縁破壊電界 2.0×108 V/m
・厚さ方向熱伝導率 150 W/mK
・面内方向絶縁破壊電界 1.0×108 V/m
・人工ダイヤモンド層の厚さ 100 μm
・結晶珪素層の厚さ 50 μm
・炭化珪素層の厚さ 3 μm
(酸化または窒化珪素の場合) 0.1 μm
・プレートの反り 10 μm/mm
・窒素濃度 1.0×1020 cm−3
・平均粒子径 2 μm
・厚さ方向絶縁破壊電界 3.0×108 V/m
・厚さ方向熱伝導率 80 W/mK
・面内方向絶縁破壊電界 1.0×108 V/m
先ず、本発明に係る熱伝導性プレート部品の中核を成す人工ダイヤモンド層の基本的な作製方法につき説明する。基体として、(001)結晶面又は(111)結晶面を有する単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを使用して、人工ダイヤモンド層2を基板3上に気相合成した。このダイヤモンド層2はマイクロ波CVD法により作製したが、他にダイヤモンドの気相合成法として知られている、熱フィラメントCVD法、直流プラズマCVD法、プラズマジェット法、及び熱CVD法等を使用することもできる。
・マイクロ波パワー:3.5〜60kW
・ガス圧 :6.67〜17.3kPa
・試料表面温度 :450〜1100℃
・水素ガス流量 :0.1〜5リッター/min
・メタンガス流量 :0.02〜0.5リッター/min
・二酸化炭素流量 :0.02〜0.1リッター/min
ダイヤモンドは基本的に優れた絶縁体であり、天然産出の高品質単結晶では絶縁破壊電界が1×109V/mに達するが、人工ダイヤモンドは多結晶体であり、結晶粒と結晶粒の界面(粒界)や、結晶粒内部に積層欠陥、転位などの結晶欠陥が存在するために、上記極限値よりも低い電界で絶縁破壊が見られる。
ダイヤモンド層2を成膜する基板3の選択は重要である。基板材質として、酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素、タングステン、チタン、モリブデン、窒化アルミ、窒化チタン、二酸化アルミを用いて試作してみた。その結果、基板3として珪素を含む材質、即ち、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SiN)及び炭化珪素(SiC)のうちから選択された1種以上の材料からなる珪素層3bを、結晶珪素層3a上に形成すると、人工ダイヤモンド層2が良好な密着性で形成できるだけでなく、絶縁破壊電界や熱伝導性に影響を及ぼす結晶性の面でも優れたものが得られることが確認された。
ここで、上記絶縁破壊電界はJIS規格C2110に準拠して測定した。人工ダイヤモンド2と結晶珪素3aの二層からなるプレート1(結晶珪素厚さ:100μm、サイズ:20mm×20mm)の両表面をアルミニウムで被覆し、熱伝導性プレート部品1とした。前記人工ダイヤモンド2の層厚さt1や平均粒子径を変えた試料を用意し、アルミニウム間に徐々に直流電圧を印加して、急激に電流値が上昇する電圧を求めた。絶縁破壊電界は、その電圧を人工ダイヤモンド2の層厚t1で除した値とした。また、熱伝導性プレート部品1を構成する材質の熱伝導特性は、周期加熱サーモリフレクタンス法に基づく薄膜熱浸透率から求めた。
次に、前記の如く作成した熱伝導性プレート部品1を用いて、電子デバイスを放熱板に接合し、絶縁破壊の有無を確認した。実装(組立)工程を、添付図8(a)〜(d)を参照しながら説明する。先ず、層厚さt2が約700μmの結晶珪素層3a上に、厚さ50nmの炭化珪素からなる珪素層3bを成膜して基板3を作製した。更に、この珪素層3bの上から厚さ50μmの人工ダイヤモンド層2を成膜して、三層からなるサイズ25mm×25mmの熱伝導性プレート1を作成した(図8(a))。
・チタンの厚さ:100nm(好ましい範囲は50〜400nm)
・銅の厚さ : 50nm(好ましい範囲は20〜100nm)
・チタン側半田層の厚さ:50μm(好ましい範囲は10〜150μm)
・銅側半田層の厚さ :50μm(好ましい範囲は10〜150μm)
・放熱板の材質 :アルミニウムまたは銅
・電子デバイス:青色発光ダイオード、青色レーザダイオード、パワトラ
ンジスタ
t1:人工ダイヤモンド層厚さ, t2:結晶珪素を含む基板厚さ,
t3:珪素層厚さ,
1:熱伝導性プレート部品, 2:人工ダイヤモンド層,
3:基板(基材), 3a:結晶珪素層, 3b:中間珪素層,
4:半田層, 5:放熱板, 6:電子デバイス
Claims (12)
- 人工ダイヤモンド層と結晶珪素を含む基材とが積層された積層構造を有してなることを特徴とする熱伝導性プレート部品。
- 前記人工ダイヤモンド層及び基材の厚さが夫々20μm以上であって、かつプレートの反りが10μm/mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記人工ダイヤモンド層中に含まれる窒素濃度が1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であって、かつ、基板と反対側の前記人工ダイヤモンド層表面の平均粒子径が0.2μm以上、20μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記基材が、結晶珪素層に加えて、酸化珪素、窒化珪素及び炭化珪素のうちから選択された1種以上の材料からなる中間珪素層を有すると共に、この中間珪素層が前記人工ダイヤモンド層と前記結晶珪素層の間に積層されてなることを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記中間珪素層が酸化珪素または/及び窒化珪素から構成されると共に、前記中間珪素層が酸化珪素または窒化珪素から構成される場合は何れか単独層厚さが、前記中間珪素層が酸化珪素及び窒化珪素から構成される場合は合計した層厚さが0.05μm以上、かつ2μm未満であることを特徴とする請求項4に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記炭化珪素の層厚さが0.05μm以上、かつ10μm未満であることを特徴とする請求項4に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記プレートの厚さ方向の平均絶縁破壊電界が108V/m以上であり、かつ平均熱伝導率が10W/mK以上であることを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記プレートの面内方向の平均絶縁破壊電界が108V/m以上であることを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記プレート温度が350〜550Kの範囲において、このプレートの厚さ方向の平均絶縁破壊電界が108V/m以上であり、かつ平均熱伝導率が10W/mK以上であることを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品。
- 前記プレート温度が350〜550Kの範囲において、このプレートの面内方向の平均絶縁破壊電界が108V/m以上であることを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品。
- 請求項1乃至10のうちの何れか一つの項に記載の熱伝導性プレート部品を備えた電子部品であって、前記プレート部品と電子素子及び放熱部材とが接合されてなることを特徴とする電子部品。
- 前記電子素子が、接着層を介して前記プレート部品の人工ダイヤモンド層の表面側に接合されると共に、前記放熱部材が、接着層を介して前記プレート部品の基材表面に接合されてなることを特徴とする請求項11に記載の電子部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008208088A JP2010045184A (ja) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | 熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008208088A JP2010045184A (ja) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | 熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010045184A true JP2010045184A (ja) | 2010-02-25 |
Family
ID=42016337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008208088A Pending JP2010045184A (ja) | 2008-08-12 | 2008-08-12 | 熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010045184A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015348A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 住友電気工業株式会社 | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法、スクライブツール、スクライブホイール、ドレッサー、回転工具、ウォータージェット用オリフィス、伸線ダイス、切削工具ならびに電子放出源 |
JP2013028498A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
JP2013028499A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法ならびに電子放出源 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01157412A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-20 | Nippon Soken Inc | ダイヤモンド膜付基板の製造方法 |
JPH05339730A (ja) * | 1992-06-04 | 1993-12-21 | Fujitsu Ltd | ダイヤモンド被膜の形成方法 |
JPH06280020A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ダイヤモンド膜およびその作製方法 |
JP2004158726A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Kobe Steel Ltd | ヒートスプレッダ付半導体素子及び半導体パッケージ |
-
2008
- 2008-08-12 JP JP2008208088A patent/JP2010045184A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01157412A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-20 | Nippon Soken Inc | ダイヤモンド膜付基板の製造方法 |
JPH05339730A (ja) * | 1992-06-04 | 1993-12-21 | Fujitsu Ltd | ダイヤモンド被膜の形成方法 |
JPH06280020A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ダイヤモンド膜およびその作製方法 |
JP2004158726A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Kobe Steel Ltd | ヒートスプレッダ付半導体素子及び半導体パッケージ |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015348A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 住友電気工業株式会社 | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法、スクライブツール、スクライブホイール、ドレッサー、回転工具、ウォータージェット用オリフィス、伸線ダイス、切削工具ならびに電子放出源 |
JP2013028498A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法 |
JP2013028499A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 多結晶ダイヤモンドおよびその製造方法ならびに電子放出源 |
CN103717530A (zh) * | 2011-07-28 | 2014-04-09 | 住友电气工业株式会社 | 多晶金刚石及其制法、划线工具、划线轮、修整器、旋转工具、水射流喷嘴、拉丝模具、切削工具、以及电子发射源 |
US9714197B2 (en) | 2011-07-28 | 2017-07-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof, scribe tool, scribing wheel, dresser, rotating tool, orifice for water jet, wiredrawing die, cutting tool, and electron emission source |
US9878956B2 (en) | 2011-07-28 | 2018-01-30 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof, scribe tool, scribing wheel, dresser, rotating tool, orifice for water jet, wiredrawing die, cutting tool, and electron emission source |
US10829379B2 (en) | 2011-07-28 | 2020-11-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Polycrystalline diamond and manufacturing method thereof, scribe tool, scribing wheel, dresser, rotating tool, orifice for water jet, wiredrawing die, cutting tool, and electron emission source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6129145A (en) | Heat dissipator including coolant passage and method of fabricating the same | |
US8470400B2 (en) | Graphene synthesis by chemical vapor deposition | |
US10410860B2 (en) | Transparent nanocrystalline diamond coatings and devices | |
JP2603257B2 (ja) | ダイヤモンド多層薄膜 | |
JP5218431B2 (ja) | 溶液法による単結晶成長用種結晶軸 | |
US7811914B1 (en) | Apparatus and method for increasing thermal conductivity of a substrate | |
TWI361839B (en) | Sputtering film forming apparatus and backing plate for use in sputtering film forming apparatus | |
JP3557457B2 (ja) | SiC膜の製造方法、及びSiC多層膜構造の製造方法 | |
JP2006502580A (ja) | 熱伝播器 | |
JP2006290662A (ja) | アルミニウム系iii族窒化物結晶の製造方法並びに製造装置 | |
TWI230749B (en) | Heat sink and method making for the same | |
JPH08241942A (ja) | 薄膜積層体 | |
JPS59169121A (ja) | 半導体デバイスの製造方法 | |
TW201139676A (en) | Diamond neural devices and associated methods | |
JP2010045184A (ja) | 熱伝導性プレート部品及びこれを備えた電子部品 | |
US20150132486A1 (en) | Vapor deposition apparatus and method using the same | |
JP2019519111A (ja) | 合成ダイヤモンドヒートスプレッダ | |
WO2014079836A2 (en) | Synthetic diamond heat spreaders | |
JP2002033375A (ja) | 静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置 | |
TWM407489U (en) | IC carrier board with high thermal conductivity, packaging IC carrier board, and electronic devices | |
JP3929669B2 (ja) | ダイヤモンド膜の製造方法 | |
US6794274B2 (en) | Method for fabricating a polycrystalline silicon film | |
JPH03203285A (ja) | プリント配線板の製造方法 | |
JP2001278691A (ja) | 単結晶ダイヤモンド合成用基板 | |
JP2009260168A (ja) | 放熱構造、放熱装置及び放熱構造の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110204 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20110412 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20110412 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120316 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20120410 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20120608 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120703 |