JP2611412B2 - ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 全体がダイヤモンドからなるヒートシンクの代替品と
して用いることが可能なヒートシンクの製造方法に関
し、 簡単且つ容易に行える工程により、全体がダイヤモン
ドからなるヒートシンクと同等の冷却効果を有するダイ
ヤモンドヒートシンクの製造方法の提供を目的とし、 ダイヤモンド膜を具備するヒートシンクのCVD法によ
る製造方法であって、気孔性を有し、ダイヤモンドの熱
膨張係数と近似の熱膨張係数を有する基板の表面に、ア
ーク放電によって発生させた炭素プラズマにより合成し
たダイヤモンド膜を成長させる工程と、前記基板の気孔
内に、熱伝導度の大なる金属を含浸させる工程とを含む
よう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ヒートシンクに係り、特に全体がダイヤモ
ンドからなるヒートシンクの代替品として用いることが
可能なヒートシンクの製造方法に関するものである。

半導体レーザ等の発熱量の大なる能動素子の冷却を行
うためには、銅の数倍の高い熱伝導度を有するダイヤモ
ンドがヒートシンクとして用いられている。

しかしながら、ダイヤモンドからなるヒートシンクの
製造工程にはメタライズ工程が含まれており種々な障害
が生じている上、複雑な工程が必要であるため価格が高
価なものとなっている。

以上のような状況から製造工程が簡単で、性能が安定
しており、価格が低廉なヒートシンクが要望されてい
る。

〔従来の技術〕

従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法を第２図
により詳細に説明する。

まず、ダイヤモンドの原石をレーザによりカットし、
第２図（ａ）に示すような0.7mm四角で、厚さ0.4mmの基
板21aを製造する。

つぎに、ダイヤモンドパウダーを用いてこの基板21a
の上下面を研磨仕上げする。

ついで、この基板21aの0.7mm四角の二面或いは側面を
も含む全表面にメタライズ加工を施して金属膜を形成す
る。

このメタライズ加工は、チタン（Ti），白金（Pt），
金（Au）を順次各々2,000〜3,000Åの膜厚で形成し、チ
タン膜厚21b,白金膜厚21c,金膜厚21dの三層の金属膜を
形成してゆくものである。

最後に、第２図（ｃ）に示すように銅からなるサブキ
ャリア22の表面の中央に、上記の製造方法により製造し
たダイヤモンドヒートシンク21をはんだ付けし、このダ
イヤモンドヒートシンク21の中央に半導体レーザ23の電
極23aをはんだ付けして一体構造にする。

したがって、半導体レーザ23で発生した熱はダイヤモ
ンドヒートシンク21に伝導し、このダイヤモンドヒート
シンク21の表面から放熱すると同時に、その下部にはん
だ付けされているサブキャリア22に伝導される。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明した従来のダイヤモンドヒートシンクにおい
ては、半導体レーザ及びサブキャリアにはんだ付けする
ため、表面にメタライズ加工により金属膜を形成してい
るが、この金属膜を安定した状態で形成することが非常
に難しく、密着性不良に起因する剥離が多発し、剥離に
至らなくても接触不良による熱伝導性能の劣化が生じる
という問題点があり、また、ヒートシンク全体がダイヤ
モンドであり、メタライズ工程が複雑な工程のため、価
格が高価になるという問題点があった。

本発明は以上のような状況か簡単且つ容易に行える工
程により、全体がダイヤモンドからなるヒートシンクと
同等の冷却効果を有するダイヤモンドヒートシンクの製
造方法の提供を目的としたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のダイヤモンドヒートシンクの製造方法は、気
孔性を有し、ダイヤモンドの熱膨張係数と近似の熱膨張
係数を有する基板の表面に、アーク放電によって発生さ
せた炭素プラズマを原料とするCVD法により合成したダ
イヤモンド膜を成長させる工程と、前記基板の気孔内
に、熱伝導度の大なる金属を含浸させる工程とを含むよ
う構成する。

〔作用〕

即ち本発明においては、水素ガスとメタンガスをアー
ク放電によりプラズマジェットにし、気孔性を有し、ダ
イヤモンドの熱膨張係数と近似の熱膨張係数を有する基
板の表面にCVD法を用いてダイヤモンド膜を成長させる
ので、ダイヤモンド膜と基板の密着性が良く、更にこの
基板の気孔内に熱伝導度の大なる金属を溶融して含浸さ
せるから、半導体レーザの発熱をダイヤモンド膜に伝導
してその表面から放散させると同時に、基板を通してサ
ブキャリアに伝導させることが可能となる。

〔実施例〕

以下第１図により本発明の一実施例を工程順に説明す
る。

まず、第１図に示すようなCVD装置を用いて下記の条
件でタングステンを焼結した基板１の表面にダイヤモン
ド膜２を形成する。

導入ガス及びガス流量 ……水素ガス（Ｈ） 10〜50l/分 及びメタンガス（CH₄） 0.5〜1.0l/分 直流電源電圧 ……50〜150V アーク電流 ……10〜70A 反応室内圧 ……1,000〜10,000パスカル 第１図（ａ）はCVD装置の概略構造図であり、排気口1
0に接続されている排気装置11によって室内圧が上記の
反応室内圧に保持された反応室４内下部の、冷却水が冷
却水供給口5aから供給されているのステージ５には基板
１が載置されており、反応室４の上部にはガス導入口6a
を具備する電極６が設けられており、この電極６には直
流電源７により電圧が印加され、アーク放電８によりプ
ラズマジェット９が発生する。

ガス導入口6aからは水素ガスとメタンガスが導入され
ているので、このプラズマジェット９が基板１に当たる
と、この基板１の表面にダイヤモンド膜２が成長する。

基板１は気孔率70％の焼結タングステン（Ｗ）で、そ
の寸法は20mm四角で厚さは0.5mmである。

このようにして密着力の優れた厚さ1mmのダイヤモン
ド膜２を成長させた基板１を、第１図（ｂ）に示すよう
に溶融装置12で1,150℃で溶融した銅３の中に浸漬し、
基板１の気孔内に銅３を含浸させる。

本発明の製造方法により製造したタングステンの基板
１にダイヤモンド膜２を成長させたダイヤモンドヒート
シンクを実用に供した結果、従来の全体がダイヤモンド
からなるヒートシンクと同等の冷却効果を有することが
判明した。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、メタ
ライズ加工を要しない簡単且つ容易に行える工程によ
り、タングステンにダイヤモンド膜を基板の表面に成長
させた低廉な価格のヒートシンクを用いることによっ
て、全体がダイヤモンドからなるヒートシンクと同様の
冷却効果を得ることができる利点があり、著しい経済的
及び、信頼性向上の効果が期待できるダイヤモンドヒー
トシンクの製造方法の提供が可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による一実施例を工程順に示す図、 第２図は従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法を
工程順に示す図、 である。 図において、 １は基板、２はダイヤモンド膜、３は銅、４は反応室、
５はステージ、5aは冷却水供給口、６は電極、6aはガス
導入口、７は直流電源、８はアーク放電、９はプラズマ
ジェット、10は排気口、11は排気装置、12は溶融装置、 を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤモンド膜を具備するヒートシンクの
   CVD法による製造方法であって、 気孔性を有し、ダイヤモンドの熱膨張係数と近似の熱膨
   張係数を有する基板（１）の表面に、アーク放電（８）
   によって発生させた炭素プラズマにより合成したダイヤ
   モンド膜（２）を成長させる工程と、 前記基板（１）の気孔内に、熱伝導度の大なる金属
   （３）を含浸させる工程と、 を含むことを特徴とするダイヤモンドヒートシンクの製
   造方法。