JP3028660B2 - ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 - Google Patents
ダイヤモンドヒートシンクの製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
- H01L21/4803—Insulating or insulated parts, e.g. mountings, containers, diamond heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
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- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、気相合成法により合
成されたダイヤモンドの表面に金属化処理を施したダイ
ヤモンドヒートシンクの製造方法に関するものである。
成されたダイヤモンドの表面に金属化処理を施したダイ
ヤモンドヒートシンクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヒートシンク（放熱器）は、半導体レー
ザダイオード，ＬＥＤ（発光ダイオード），半導体高周
波素子などのデバイスの動作時に発生する熱を効率よく
放散させるために用いられる。このヒートシンクは、使
用するデバイスの発熱量により、その材料が選択され
る。各ヒートシンク材料の特性を表１に示す。
ザダイオード，ＬＥＤ（発光ダイオード），半導体高周
波素子などのデバイスの動作時に発生する熱を効率よく
放散させるために用いられる。このヒートシンクは、使
用するデバイスの発熱量により、その材料が選択され
る。各ヒートシンク材料の特性を表１に示す。
【０００３】
【表１】
【０００４】表１に示されるように、ダイヤモンドは、
熱伝導率が高い。このため、発熱量の多いデバイス、た
とえば、高出力半導体レーザ（通信用，光メモリ溶離，
固体レーザ励起用など）には、その放熱部材として、ダ
イヤモンドのヒートシンクが用いられている。現状で
は、このダイヤモンドヒートシンクには、天然もしくは
合成の単結晶ダイヤモンドが主に使用されている。
熱伝導率が高い。このため、発熱量の多いデバイス、た
とえば、高出力半導体レーザ（通信用，光メモリ溶離，
固体レーザ励起用など）には、その放熱部材として、ダ
イヤモンドのヒートシンクが用いられている。現状で
は、このダイヤモンドヒートシンクには、天然もしくは
合成の単結晶ダイヤモンドが主に使用されている。
【０００５】図６は、従来のダイヤモンドヒートシンク
の製造方法を順に示す工程図である。図６を参照して、
高圧合成法などにより単結晶ダイヤモンドが製造される
（ステップ６０１）。まず、第１の製造工程によれば、
この単結晶ダイヤモンドが、ダイヤモンドソーによって
切断される（ステップ６１０）。所定の形状に切断され
たダイヤモンドは、互いに隙間なく並べられて、金属化
処理が施される（ステップ６１１）。この金属化処理に
より、ダイヤモンドの上下２面のみに金属化処理が施さ
れる。このようにして、第１の製造方法によるダイヤモ
ンドヒートシンクが完成する。
の製造方法を順に示す工程図である。図６を参照して、
高圧合成法などにより単結晶ダイヤモンドが製造される
（ステップ６０１）。まず、第１の製造工程によれば、
この単結晶ダイヤモンドが、ダイヤモンドソーによって
切断される（ステップ６１０）。所定の形状に切断され
たダイヤモンドは、互いに隙間なく並べられて、金属化
処理が施される（ステップ６１１）。この金属化処理に
より、ダイヤモンドの上下２面のみに金属化処理が施さ
れる。このようにして、第１の製造方法によるダイヤモ
ンドヒートシンクが完成する。
【０００６】次に、第２の製造方法によれば、第１の製
造方法と同様に単結晶ダイヤモンドが、ダイヤモンドソ
ーによって切断される（ステップ６１０）。切断された
ダイヤモンドは、最終形状に加工される。最終形状に加
工されたダイヤモンドは、全面に金属化処理が施される
（ステップ６１２）。表面全面に金属化処理が施された
ダイヤモンドの側面はダイヤモンド砥石で研削される
（ステップ６１３）。この研削によって、ダイヤモンド
表面の上下２面のみに金属化膜が残される。このように
して、第２の製造方法によるダイヤモンドヒートシンク
が完成する。
造方法と同様に単結晶ダイヤモンドが、ダイヤモンドソ
ーによって切断される（ステップ６１０）。切断された
ダイヤモンドは、最終形状に加工される。最終形状に加
工されたダイヤモンドは、全面に金属化処理が施される
（ステップ６１２）。表面全面に金属化処理が施された
ダイヤモンドの側面はダイヤモンド砥石で研削される
（ステップ６１３）。この研削によって、ダイヤモンド
表面の上下２面のみに金属化膜が残される。このように
して、第２の製造方法によるダイヤモンドヒートシンク
が完成する。
【０００７】第３の製造方法によれば、単結晶ダイヤモ
ンドは、切断される前に金属化処理が施される（ステッ
プ６２０）。金属化処理が施された単結晶ダイヤモンド
は、ダイヤモンドソーによって切断され、最終形状に加
工される（ステップ６２１）。このようにして、第３の
製造方法によるダイヤモンドヒートシンクが完成する。
ンドは、切断される前に金属化処理が施される（ステッ
プ６２０）。金属化処理が施された単結晶ダイヤモンド
は、ダイヤモンドソーによって切断され、最終形状に加
工される（ステップ６２１）。このようにして、第３の
製造方法によるダイヤモンドヒートシンクが完成する。
【０００８】上記のように、従来のダイヤモンドヒート
シンクは製造される。
シンクは製造される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のダ
イヤモンドヒートシンクの製造方法においては、単結晶
ダイヤモンドが、ダイヤモンドソーによって切断され
る。このため、精度よくダイヤモンドを切断することが
できず、切断速度も遅い。よって、加工が難しい。ま
た、切断による切りしろ，研削による削りしろなどが多
く生じる。よって、ダイヤモンドの歩留が悪くなる。し
たがって、従来の製造方法では、ダイヤモンドヒートシ
ンクが容易に製造できず、また、量産性に欠けるなどの
問題点があった。
イヤモンドヒートシンクの製造方法においては、単結晶
ダイヤモンドが、ダイヤモンドソーによって切断され
る。このため、精度よくダイヤモンドを切断することが
できず、切断速度も遅い。よって、加工が難しい。ま
た、切断による切りしろ，研削による削りしろなどが多
く生じる。よって、ダイヤモンドの歩留が悪くなる。し
たがって、従来の製造方法では、ダイヤモンドヒートシ
ンクが容易に製造できず、また、量産性に欠けるなどの
問題点があった。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、加工が容易で、歩留がよく、
かつ量産性のよいダイヤモンドヒートシンクの製造方法
を提供することを目的とする。
るためになされたもので、加工が容易で、歩留がよく、
かつ量産性のよいダイヤモンドヒートシンクの製造方法
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段、発明の作用効果】この発
明に従ったダイヤモンドヒートシンクの製造方法によれ
ば、気相合成法により合成されたダイヤモンド多結晶体
を準備した後、前記多結晶体の表面にレーザを用いて溝
を形成する工程と、少なくとも上下２面に金属化処理す
る工程とを経て、前記溝に沿って、前記多結晶体に圧力
を加えて機械的に分割し、前記金属化処理が施された上
下二面の間の電気抵抗が１×１０ 6 Ω以上であることを
特徴とする、ダイヤモンドヒートシンクの製造方法に関
するものである。この方法によれば、ダイヤモンドの多
結晶体を溝に沿って一挙に分割することが可能となる。
よって、加工は容易となり、加工に要する時間も短くて
済む。また切りしろは、溝を形成した分しか生じないた
め。歩留まりが高くなる。以上のように、加工時間の短
縮及び歩留まりの向上などによって加工コストは低減す
る。電気抵抗値は、一般に、半導体レーザに必要な絶縁
抵抗値であり、これ以下の抵抗値になると半導体レーザ
の特性が低下する。
明に従ったダイヤモンドヒートシンクの製造方法によれ
ば、気相合成法により合成されたダイヤモンド多結晶体
を準備した後、前記多結晶体の表面にレーザを用いて溝
を形成する工程と、少なくとも上下２面に金属化処理す
る工程とを経て、前記溝に沿って、前記多結晶体に圧力
を加えて機械的に分割し、前記金属化処理が施された上
下二面の間の電気抵抗が１×１０ 6 Ω以上であることを
特徴とする、ダイヤモンドヒートシンクの製造方法に関
するものである。この方法によれば、ダイヤモンドの多
結晶体を溝に沿って一挙に分割することが可能となる。
よって、加工は容易となり、加工に要する時間も短くて
済む。また切りしろは、溝を形成した分しか生じないた
め。歩留まりが高くなる。以上のように、加工時間の短
縮及び歩留まりの向上などによって加工コストは低減す
る。電気抵抗値は、一般に、半導体レーザに必要な絶縁
抵抗値であり、これ以下の抵抗値になると半導体レーザ
の特性が低下する。
【００１２】請求項２に記載のダイヤモンドヒートシン
クの製造方法においては、用いるレーザが、ＹＡＧ（Ｙ
ｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レー
ザを用いて行われる。このように、ＹＡＧレーザを用い
るため、精度良く、また、効率よく加工することが出来
る。
クの製造方法においては、用いるレーザが、ＹＡＧ（Ｙ
ｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レー
ザを用いて行われる。このように、ＹＡＧレーザを用い
るため、精度良く、また、効率よく加工することが出来
る。
【００１３】請求項３に記載のダイヤモンドヒートシン
クの製造方法においては、分割された多結晶体の縁部の
欠損部の大きさは、５０μｍ以下である。一般に、レー
ザ素子などをろう付けするとき、縁部が位置決めの基準
になる。このため、縁部において、大きな欠損が生じる
と位置決めが困難となる。また、欠損が大きいと、放熱
性が低下する。
クの製造方法においては、分割された多結晶体の縁部の
欠損部の大きさは、５０μｍ以下である。一般に、レー
ザ素子などをろう付けするとき、縁部が位置決めの基準
になる。このため、縁部において、大きな欠損が生じる
と位置決めが困難となる。また、欠損が大きいと、放熱
性が低下する。
【００１４】
【００１５】請求項４に記載のダイヤモンドヒートシン
クの製造方法においては、溝の底部からそれに対向する
多結晶体の表面までの距離は、０．０３ｍｍ以上、０．
３ｍｍ以下である。また、請求項５に記載のダイヤモン
ドヒートシンクの製造方法においては、気相合成法によ
り合成されたダイヤモンドの比抵抗は１０9Ω・ｃｍ以
上である。これらは、請求項１に記載の絶縁性を確保す
るために、少なくとも必要なヒートシンクの厚みおよび
ダイヤモンドの比抵抗である。なお、この厚みが大きく
なると、ダイヤモンドを分割する際に、欠損が生じやす
くなる。また、溝入れ加工は多結晶の上下両面から対向
して行なってもよい。この場合も対向する溝の底部間の
距離は０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるのが望ま
しい。
クの製造方法においては、溝の底部からそれに対向する
多結晶体の表面までの距離は、０．０３ｍｍ以上、０．
３ｍｍ以下である。また、請求項５に記載のダイヤモン
ドヒートシンクの製造方法においては、気相合成法によ
り合成されたダイヤモンドの比抵抗は１０9Ω・ｃｍ以
上である。これらは、請求項１に記載の絶縁性を確保す
るために、少なくとも必要なヒートシンクの厚みおよび
ダイヤモンドの比抵抗である。なお、この厚みが大きく
なると、ダイヤモンドを分割する際に、欠損が生じやす
くなる。また、溝入れ加工は多結晶の上下両面から対向
して行なってもよい。この場合も対向する溝の底部間の
距離は０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるのが望ま
しい。
【００１６】請求項６に記載のダイヤモンドヒートシン
クの製造方法においては、気相合成法により合成された
ダイヤモンドの熱伝導率は５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上２０Ｗ／
ｃｍ・Ｋ以下である。単結晶ダイヤモンドの製造装置の
制約によって、ダイヤモンドの熱伝導率の上限は２０Ｗ
／ｃｍ・Ｋとなる。また、ヒートシンクとして高性能を
示すダイヤモンドを用いるため、熱伝導率の下限は５Ｗ
／ｃｍ・Ｋ以上があることが望ましい。
クの製造方法においては、気相合成法により合成された
ダイヤモンドの熱伝導率は５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上２０Ｗ／
ｃｍ・Ｋ以下である。単結晶ダイヤモンドの製造装置の
制約によって、ダイヤモンドの熱伝導率の上限は２０Ｗ
／ｃｍ・Ｋとなる。また、ヒートシンクとして高性能を
示すダイヤモンドを用いるため、熱伝導率の下限は５Ｗ
／ｃｍ・Ｋ以上があることが望ましい。
【００１７】なお、気相合成法により合成されたダイヤ
モンドの多結晶体は、室温から２００℃までの温度範囲
において、熱伝導率が５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることが
望ましい。また、ダイヤモンドの多結晶体の粒径は、５
０μｍ以下が好ましい。これは、ダイヤモンドの多結晶
体を分割したときに、欠損が生じにくい粒径の範囲であ
る。
モンドの多結晶体は、室温から２００℃までの温度範囲
において、熱伝導率が５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることが
望ましい。また、ダイヤモンドの多結晶体の粒径は、５
０μｍ以下が好ましい。これは、ダイヤモンドの多結晶
体を分割したときに、欠損が生じにくい粒径の範囲であ
る。
【００１８】さらに、少なくともダイヤモンドの上下２
面が金属化処理されていることが好ましい。この金属化
処理は、レーザ素子のろう付けおよびヒートシンク自体
のステムへのろう付けに必要である。また、金属化処理
によってダイヤモンドの表面に形成される金属化膜は、
複数層から構成されるのが好ましい。その第１層が、Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｎｉの１種以上によって形成され、その
第２層が、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｐｂの１種以上（単体膜，合金
膜，または多層膜）から形成されていることが好まし
い。この第１層の金属は、ダイヤモンドと反応し、接着
力を高める役割をなす。また、第２層の金属は、耐熱性
およびろう付け性に貢献する役割をなす。
面が金属化処理されていることが好ましい。この金属化
処理は、レーザ素子のろう付けおよびヒートシンク自体
のステムへのろう付けに必要である。また、金属化処理
によってダイヤモンドの表面に形成される金属化膜は、
複数層から構成されるのが好ましい。その第１層が、Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｎｉの１種以上によって形成され、その
第２層が、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｐｂの１種以上（単体膜，合金
膜，または多層膜）から形成されていることが好まし
い。この第１層の金属は、ダイヤモンドと反応し、接着
力を高める役割をなす。また、第２層の金属は、耐熱性
およびろう付け性に貢献する役割をなす。
【００１９】完成されたヒートシンクの標準的な寸法範
囲は、厚さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、縦・横
の長さが０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
囲は、厚さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、縦・横
の長さが０．２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００２０】なお、本発明のダイヤモンドヒートシンク
の製造方法においては、ダイヤモンドの多結晶体が用い
られたが、単結晶体が使用された場合、以下の問題があ
る。ダイヤモンドの多結晶体の曲げ強度は２００ｋｇ／
ｍｍ2 である。これに対して、単結晶体の曲げ強度は４
００ｋｇ／ｍｍ2 であり、多結晶体よりも高い。そのた
め、単結晶体は割れにくい。したがって、単結晶体を用
いた場合、分割加工が難しくなる。また、ダイヤモンド
の多結晶体が粒界に沿って破壊するのに対し、単結晶体
は（１１１）面にそって劈開破壊を生ずる。このため、
単結晶体の方が、分割の際に亀裂が発生しやすく欠損も
大きくなる。よって、歩留が低下する。さらに、ダイヤ
モンドの多結晶体では、大きな面積の素材が得られるの
に対し、単結晶体では、せいぜい５ｍｍ×５ｍｍ程度で
ある。このため、単結晶体の方が、加工効率が劣る。
の製造方法においては、ダイヤモンドの多結晶体が用い
られたが、単結晶体が使用された場合、以下の問題があ
る。ダイヤモンドの多結晶体の曲げ強度は２００ｋｇ／
ｍｍ2 である。これに対して、単結晶体の曲げ強度は４
００ｋｇ／ｍｍ2 であり、多結晶体よりも高い。そのた
め、単結晶体は割れにくい。したがって、単結晶体を用
いた場合、分割加工が難しくなる。また、ダイヤモンド
の多結晶体が粒界に沿って破壊するのに対し、単結晶体
は（１１１）面にそって劈開破壊を生ずる。このため、
単結晶体の方が、分割の際に亀裂が発生しやすく欠損も
大きくなる。よって、歩留が低下する。さらに、ダイヤ
モンドの多結晶体では、大きな面積の素材が得られるの
に対し、単結晶体では、せいぜい５ｍｍ×５ｍｍ程度で
ある。このため、単結晶体の方が、加工効率が劣る。
【００２１】以上のように、ダイヤモンドの単結晶体で
は種々の問題が生ずるため、本発明の製造方法において
は、ダイヤモンドの多結晶体を用いる。
は種々の問題が生ずるため、本発明の製造方法において
は、ダイヤモンドの多結晶体を用いる。
【００２２】
【実施例】図１は、本発明におけるダイヤモンドヒート
シンクの製造方法を概略的に示す工程図である。また、
図２は、本発明におけるダイヤモンドヒートシンクの製
造方法を工程順に示すダイヤモンド多結晶体の斜視図で
ある。図１，図２を参照して、ダイヤモンドヒートシン
クの第１の製造工程について説明する。まず、ダイヤモ
ンド多結晶体は気相法により製造される（ステップ１０
１）。次に、図２（ａ）を参照して、このダイヤモンド
多結晶体２０１には、金属化処理が施される。この金属
化処理により、ダイヤモンド多結晶体２０１の表面全面
に金属化膜が形成される（ステップ１０２）。図２
（ｂ）を参照して、金属化処理が施されたダイヤモンド
多結晶体２０１には、レーザによって溝入れ加工が施さ
れる。この溝入れ加工によって、ダイヤモンド多結晶体
２０１の上面には、溝２０２が縦横に形成される（ステ
ップ１０３）。図２（ｃ）を参照して、溝入れ加工が施
されたダイヤモンド多結晶体２０１は、溝２０２に沿っ
て、機械的に分割される。この分割によって、ダイヤモ
ンドヒートシンク２０３が形成される（ステップ１０
４）。
シンクの製造方法を概略的に示す工程図である。また、
図２は、本発明におけるダイヤモンドヒートシンクの製
造方法を工程順に示すダイヤモンド多結晶体の斜視図で
ある。図１，図２を参照して、ダイヤモンドヒートシン
クの第１の製造工程について説明する。まず、ダイヤモ
ンド多結晶体は気相法により製造される（ステップ１０
１）。次に、図２（ａ）を参照して、このダイヤモンド
多結晶体２０１には、金属化処理が施される。この金属
化処理により、ダイヤモンド多結晶体２０１の表面全面
に金属化膜が形成される（ステップ１０２）。図２
（ｂ）を参照して、金属化処理が施されたダイヤモンド
多結晶体２０１には、レーザによって溝入れ加工が施さ
れる。この溝入れ加工によって、ダイヤモンド多結晶体
２０１の上面には、溝２０２が縦横に形成される（ステ
ップ１０３）。図２（ｃ）を参照して、溝入れ加工が施
されたダイヤモンド多結晶体２０１は、溝２０２に沿っ
て、機械的に分割される。この分割によって、ダイヤモ
ンドヒートシンク２０３が形成される（ステップ１０
４）。
【００２３】次に、図１，図２を参照して、ダイヤモン
ドヒートシンクの第２の製造工程について説明する。ま
ず、図２（ａ）を参照して、ダイヤモンド多結晶体は気
相法により製造される（ステップ１０１）。図２（ｂ）
を参照して、このダイヤモンド多結晶体２０１には、レ
ーザによって溝入れ加工が施される。この溝入れ加工に
よって、ダイヤモンド多結晶体２０１の上面に、溝２０
２が縦横に形成される（ステップ１１２）。この溝入れ
加工が施されたダイヤモンド多結晶体２０１には、金属
化処理が施される。この金属化処理によりダイヤモンド
多結晶体２０１の表面全面に金属化膜が形成される（ス
テップ１１３）。図２（ｃ）を参照して、金属化処理が
施されたダイヤモンド多結晶体２０１は、溝２０２に沿
って、機械的に分割される。この分割によって、ダイヤ
モンドヒートシンク２０３が形成される（ステップ１０
４）。
ドヒートシンクの第２の製造工程について説明する。ま
ず、図２（ａ）を参照して、ダイヤモンド多結晶体は気
相法により製造される（ステップ１０１）。図２（ｂ）
を参照して、このダイヤモンド多結晶体２０１には、レ
ーザによって溝入れ加工が施される。この溝入れ加工に
よって、ダイヤモンド多結晶体２０１の上面に、溝２０
２が縦横に形成される（ステップ１１２）。この溝入れ
加工が施されたダイヤモンド多結晶体２０１には、金属
化処理が施される。この金属化処理によりダイヤモンド
多結晶体２０１の表面全面に金属化膜が形成される（ス
テップ１１３）。図２（ｃ）を参照して、金属化処理が
施されたダイヤモンド多結晶体２０１は、溝２０２に沿
って、機械的に分割される。この分割によって、ダイヤ
モンドヒートシンク２０３が形成される（ステップ１０
４）。
【００２４】このようにして、本発明のダイヤモンドヒ
ートシンクが完成する。図３は、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により合成されたダイヤモンド多結晶体におい
て、レーザ加工条件と加工溝深さの関係の測定結果を示
す図である。図３を参照して、レーザ出力が同じ場合、
加工溝深さは、加工速度が遅くなるにつれて、またはス
キャン回数が多くなるにつれて深くなった。熱フィラメ
ント法により合成されたダイヤモンド多結晶体および高
圧合成法により合成されたダイヤモンド単結晶体におい
ても、レーザ加工条件と加工溝深さの関係は図３とほぼ
同一であった。
ートシンクが完成する。図３は、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法により合成されたダイヤモンド多結晶体におい
て、レーザ加工条件と加工溝深さの関係の測定結果を示
す図である。図３を参照して、レーザ出力が同じ場合、
加工溝深さは、加工速度が遅くなるにつれて、またはス
キャン回数が多くなるにつれて深くなった。熱フィラメ
ント法により合成されたダイヤモンド多結晶体および高
圧合成法により合成されたダイヤモンド単結晶体におい
ても、レーザ加工条件と加工溝深さの関係は図３とほぼ
同一であった。
【００２５】次に、本発明の一実施例によるダイヤモン
ドヒートシンクの製造方法について説明する。まず、ダ
イヤモンド多結晶体が、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より合成された。このダイヤモンド多結晶体は、厚さが
０．３ｍｍ，縦・横が２５．４ｍｍの寸法に形成され
た。この寸法のダイヤモンド多結晶体は、研削加工によ
り０．２５ｍｍの厚みに仕上げられた。研削加工された
ダイヤモンド多結晶体の表面には、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕの
順で蒸着され、金属化処理が施された。このときの金属
化膜のそれぞれの厚みは、Ｔｉが６００Å，Ｐｔが８０
０Å、Ａｕが１００００Åであった。この金属化処理が
施されたダイヤモンドの多結晶体の一面には、溝入れ加
工が施された。この溝入れ加工は、ＹＡＧレーザを用い
て、０．７７ｍｍピッチで格子状に溝を入れる加工であ
った。このときの加工条件は、出力が３Ｗ，Ｑスイッチ
周波数が３ＫＨｚ，加工速度が１ｍｍ／ｓ，スキャン回
数が１回であった。このような加工条件で溝入れ加工を
行なったとき、溝の深さは０．１５ｍｍであった。
ドヒートシンクの製造方法について説明する。まず、ダ
イヤモンド多結晶体が、マイクロ波プラズマＣＶＤ法に
より合成された。このダイヤモンド多結晶体は、厚さが
０．３ｍｍ，縦・横が２５．４ｍｍの寸法に形成され
た。この寸法のダイヤモンド多結晶体は、研削加工によ
り０．２５ｍｍの厚みに仕上げられた。研削加工された
ダイヤモンド多結晶体の表面には、Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕの
順で蒸着され、金属化処理が施された。このときの金属
化膜のそれぞれの厚みは、Ｔｉが６００Å，Ｐｔが８０
０Å、Ａｕが１００００Åであった。この金属化処理が
施されたダイヤモンドの多結晶体の一面には、溝入れ加
工が施された。この溝入れ加工は、ＹＡＧレーザを用い
て、０．７７ｍｍピッチで格子状に溝を入れる加工であ
った。このときの加工条件は、出力が３Ｗ，Ｑスイッチ
周波数が３ＫＨｚ，加工速度が１ｍｍ／ｓ，スキャン回
数が１回であった。このような加工条件で溝入れ加工を
行なったとき、溝の深さは０．１５ｍｍであった。
【００２６】次にこの多結晶体の溝に、ステンレス製の
クサビが入れられた。このクサビによってダイヤモンド
多結晶体は加圧された。この加圧により、ダイヤモンド
多結晶体は、溝に沿って容易に切断された。
クサビが入れられた。このクサビによってダイヤモンド
多結晶体は加圧された。この加圧により、ダイヤモンド
多結晶体は、溝に沿って容易に切断された。
【００２７】上記の製造工程によって、厚みが０．２５
ｍｍ，縦・横が０．７５ｍｍであり、上下面がＴｉ−Ｐ
ｔ−Ａｕの金属化膜により被覆されたダイヤモンド多結
晶体ヒートシンクが得られた。このダイヤモンド多結晶
体ヒートシンクの製造過程において、エッジ部に発生し
たカケの最大値は３０μｍであり、加工歩留は１００％
であった。このダイヤモンド多結晶体ヒートシンクの上
下面の金属化膜間の電気抵抗は５×１０8 Ωであった。
なお、ここで使用したダイヤモンド多結晶体の比抵抗は
５×１０9 であり、熱伝導率は温度２５℃において１５
Ｗ／ｃｍ・Ｋであった。
ｍｍ，縦・横が０．７５ｍｍであり、上下面がＴｉ−Ｐ
ｔ−Ａｕの金属化膜により被覆されたダイヤモンド多結
晶体ヒートシンクが得られた。このダイヤモンド多結晶
体ヒートシンクの製造過程において、エッジ部に発生し
たカケの最大値は３０μｍであり、加工歩留は１００％
であった。このダイヤモンド多結晶体ヒートシンクの上
下面の金属化膜間の電気抵抗は５×１０8 Ωであった。
なお、ここで使用したダイヤモンド多結晶体の比抵抗は
５×１０9 であり、熱伝導率は温度２５℃において１５
Ｗ／ｃｍ・Ｋであった。
【００２８】次に、上記製造方法によって完成されたダ
イヤモンドヒートシンクの構造について以下に述べる。
イヤモンドヒートシンクの構造について以下に述べる。
【００２９】図４は、本発明の一実施例によるダイヤモ
ンドヒートシンクの概略構造を示す側面図である。図４
を参照して、ダイヤモンド多結晶体ヒートシンク４１０
は、ダイヤモンド多結晶体４１１および金属化膜４１２
から構成されている。ダイヤモンド多結晶体４１１の上
面および下面に金属化膜４１２が形成されている。この
金属化膜４１２は、ダイヤモンド多結晶体４１１に接す
る側からＴｉ，Ｐｔ，Ａｕの順で形成されている。この
ように、本発明の一実施例によるダイヤモンドヒートシ
ンクは構成されている。
ンドヒートシンクの概略構造を示す側面図である。図４
を参照して、ダイヤモンド多結晶体ヒートシンク４１０
は、ダイヤモンド多結晶体４１１および金属化膜４１２
から構成されている。ダイヤモンド多結晶体４１１の上
面および下面に金属化膜４１２が形成されている。この
金属化膜４１２は、ダイヤモンド多結晶体４１１に接す
る側からＴｉ，Ｐｔ，Ａｕの順で形成されている。この
ように、本発明の一実施例によるダイヤモンドヒートシ
ンクは構成されている。
【００３０】また、高圧合成法により合成されたダイヤ
モンド単結晶体を使用して、厚み０．３ｍｍの素材を作
製した。このダイヤモンド単結晶体についても、上記条
件と同じ条件で、金属化処理およびレーザ加工が行なわ
れた。その結果、溝の深さは、ダイヤモンド多結晶体を
使用した場合と同じく０．１５ｍｍであった。しかし、
亀裂，および１００μｍ以上のカケが発生しやすいた
め、歩留よく切断することが困難であり、加工歩留は１
０％であった。
モンド単結晶体を使用して、厚み０．３ｍｍの素材を作
製した。このダイヤモンド単結晶体についても、上記条
件と同じ条件で、金属化処理およびレーザ加工が行なわ
れた。その結果、溝の深さは、ダイヤモンド多結晶体を
使用した場合と同じく０．１５ｍｍであった。しかし、
亀裂，および１００μｍ以上のカケが発生しやすいた
め、歩留よく切断することが困難であり、加工歩留は１
０％であった。
【００３１】次に、本発明の他の実施例によるダイヤモ
ンドヒートシンクの製造方法について説明する。ダイヤ
モンド多結晶体が、熱フィラメント法により合成され
た。このダイヤモンド多結晶体は、厚みが０．８ｍｍ，
縦・横が５０．８ｍｍの寸法であった。ダイヤモンド多
結晶体は、研削加工により、０．６３５ｍｍの厚みに仕
上げられた。研削加工されたダイヤモンド多結晶体に
は、溝入れ加工が施された。この溝入れ加工は、上下両
面よりＹＡＧレーザを用いて行なわれた。この溝入れ加
工によって、ダイヤモンドの多結晶体の上下両面に、２
０．１ｍｍピッチで格子状に溝が形成された。この溝入
れ加工の条件は、出力が２．５Ｗ，Ｑスイッチ周波数が
３ＫＨｚ，加工速度が０．５ｍｍ／ｓ，スキャン回数が
６回であった。このときの上下面における溝のずれは１
０μｍであった。また溝の深さは、上下面各々から０．
２５ｍｍであった。
ンドヒートシンクの製造方法について説明する。ダイヤ
モンド多結晶体が、熱フィラメント法により合成され
た。このダイヤモンド多結晶体は、厚みが０．８ｍｍ，
縦・横が５０．８ｍｍの寸法であった。ダイヤモンド多
結晶体は、研削加工により、０．６３５ｍｍの厚みに仕
上げられた。研削加工されたダイヤモンド多結晶体に
は、溝入れ加工が施された。この溝入れ加工は、上下両
面よりＹＡＧレーザを用いて行なわれた。この溝入れ加
工によって、ダイヤモンドの多結晶体の上下両面に、２
０．１ｍｍピッチで格子状に溝が形成された。この溝入
れ加工の条件は、出力が２．５Ｗ，Ｑスイッチ周波数が
３ＫＨｚ，加工速度が０．５ｍｍ／ｓ，スキャン回数が
６回であった。このときの上下面における溝のずれは１
０μｍであった。また溝の深さは、上下面各々から０．
２５ｍｍであった。
【００３２】溝入れ加工が施されたダイヤモンド多結晶
体の上下両面にスパッタ法によりＴｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａ
ｕの順で金属化処理が施された。この４層の金属化膜の
厚みは、それぞれ、Ｔｉが６００Å，Ｍｏが８００Å，
Ｎｉが１０００Å，Ａｕが５０００Åであった。さら
に、ダイヤモンド多結晶体の金属化処理が施された上下
両面のいずれか一面に、蒸着法によって、Ａｕ／Ｓｎの
共晶合金の金属化膜が被覆された。このＡｕ／Ｓｎの共
晶合金の金属化膜の厚みは３μｍであった。
体の上下両面にスパッタ法によりＴｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａ
ｕの順で金属化処理が施された。この４層の金属化膜の
厚みは、それぞれ、Ｔｉが６００Å，Ｍｏが８００Å，
Ｎｉが１０００Å，Ａｕが５０００Åであった。さら
に、ダイヤモンド多結晶体の金属化処理が施された上下
両面のいずれか一面に、蒸着法によって、Ａｕ／Ｓｎの
共晶合金の金属化膜が被覆された。このＡｕ／Ｓｎの共
晶合金の金属化膜の厚みは３μｍであった。
【００３３】溝の形状に合わせて加工された格子状の金
属治具が、金属化処理されたダイヤモンド多結晶体の溝
に入れられた。この金属治具によってダイヤモンド多結
晶体は加圧された。この加圧によってダイヤモンド多結
晶体は、溝に沿って、容易に切断された。このようにし
て、ダイヤモンド多結晶体ヒートシンクが得られた。
属治具が、金属化処理されたダイヤモンド多結晶体の溝
に入れられた。この金属治具によってダイヤモンド多結
晶体は加圧された。この加圧によってダイヤモンド多結
晶体は、溝に沿って、容易に切断された。このようにし
て、ダイヤモンド多結晶体ヒートシンクが得られた。
【００３４】このヒートシンクの上下面の金属化膜間の
電気抵抗は、１×１０7 Ωであった。またエッジ部に発
生したカケの最大値は、２０μｍであった。なお、ここ
で使用したダイヤモンド多結晶体の比抵抗は、２×１０
9 であり、熱伝導率は温度１００℃において１０Ｗ／ｃ
ｍ・Ｋであった。
電気抵抗は、１×１０7 Ωであった。またエッジ部に発
生したカケの最大値は、２０μｍであった。なお、ここ
で使用したダイヤモンド多結晶体の比抵抗は、２×１０
9 であり、熱伝導率は温度１００℃において１０Ｗ／ｃ
ｍ・Ｋであった。
【００３５】次に、上記製造方法によって完成されたダ
イヤモンドヒートシンクの構造について以下に述べる。
イヤモンドヒートシンクの構造について以下に述べる。
【００３６】図５は、本発明の他の実施例におけるダイ
ヤモンドヒートシンクの概略構造を示す側面図である。
図５を参照して、ダイヤモンドヒートシンク４２０は、
ダイヤモンドの多結晶体４２１，金属化膜４２２および
Ａｕ／Ｓｎ共晶合金４２３から構成されている。ダイヤ
モンドの多結晶体４２１の上下両面には、金属化膜４２
２が形成されている。この金属化膜４２２は、ダイヤモ
ンドの多結晶体４２１に接する側から、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎ
ｉ，Ａｕの順で４層から構成されている。この金属化膜
４２２が形成されたダイヤモンド多結晶体４２１の上下
面のいずれか一方に、Ａｕ／Ｓｎ共晶合金からなる金属
化膜４２３が被覆されている。このように、本発明の他
の実施例におけるダイヤモンドヒートシンク４２０は構
成されている。
ヤモンドヒートシンクの概略構造を示す側面図である。
図５を参照して、ダイヤモンドヒートシンク４２０は、
ダイヤモンドの多結晶体４２１，金属化膜４２２および
Ａｕ／Ｓｎ共晶合金４２３から構成されている。ダイヤ
モンドの多結晶体４２１の上下両面には、金属化膜４２
２が形成されている。この金属化膜４２２は、ダイヤモ
ンドの多結晶体４２１に接する側から、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎ
ｉ，Ａｕの順で４層から構成されている。この金属化膜
４２２が形成されたダイヤモンド多結晶体４２１の上下
面のいずれか一方に、Ａｕ／Ｓｎ共晶合金からなる金属
化膜４２３が被覆されている。このように、本発明の他
の実施例におけるダイヤモンドヒートシンク４２０は構
成されている。
【００３７】なお、高圧合成法により合成されたダイヤ
モンドの多結晶体の場合、厚み０．６３５ｍｍで縦・横
が２０ｍｍの寸法の素材は、現在の科学技術では製造不
可能である。また、厚み０．６３５ｍｍ、縦・横が４ｍ
ｍの寸法の素材を用いて、上記と同様の条件で上下両面
からレーザ加工を行ない、切断を試みたが、切断部から
亀裂が発生し、切断は不可能であった。
モンドの多結晶体の場合、厚み０．６３５ｍｍで縦・横
が２０ｍｍの寸法の素材は、現在の科学技術では製造不
可能である。また、厚み０．６３５ｍｍ、縦・横が４ｍ
ｍの寸法の素材を用いて、上記と同様の条件で上下両面
からレーザ加工を行ない、切断を試みたが、切断部から
亀裂が発生し、切断は不可能であった。
【図１】本発明におけるダイヤモンドヒートシンクの製
造方法を概略的に示す工程図である。
造方法を概略的に示す工程図である。
【図２】本発明におけるダイヤモンドヒートシンクの製
造方法を工程順に示すダイヤモンド多結晶体の斜視図
（ａ）〜（ｃ）である。
造方法を工程順に示すダイヤモンド多結晶体の斜視図
（ａ）〜（ｃ）である。
【図３】マイクロ波プラズマＣＶＤ法により合成された
ダイヤモンド多結晶体のレーザ加工条件と加工溝深さの
関係を示すグラフである。
ダイヤモンド多結晶体のレーザ加工条件と加工溝深さの
関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例におけるダイヤモンドヒート
シンクの概略構造を示す側面図である。
シンクの概略構造を示す側面図である。
【図５】本発明の他の実施例におけるダイヤモンドヒー
トシンクの概略構造を示す側面図である。
トシンクの概略構造を示す側面図である。
【図６】従来のダイヤモンドヒートシンクの製造方法を
概略的に示す工程図である。
概略的に示す工程図である。
Claims (6)
- 【請求項１】気相合成法により合成されたダイヤモンド
多結晶体を準備した後、 前記多結晶体の表面にレーザを用いて溝を形成する工程
と、少なくとも上下２面に金属化処理する工程とを経て 、 前記溝に沿って、前記多結晶体に圧力を加えて機械的に
分割し、前記金属化処理が施された上下二面の間の電気抵抗が１
×１０ 6 Ω以上 であることを特徴とする、ダイヤモンド
ヒートシンクの製造方法。 - 【請求項２】前記レーザは、ＹＡＧレーザである請求項
１に記載のダイヤモンドヒートシンクの製造方法 - 【請求項３】前記分割された多結晶体の縁部の欠損部の
大きさは５０μｍ以下である、請求項１に記載のダイヤ
モンドヒートシンクの製造方法。 - 【請求項４】前記溝の底部からそれに対向する前記多結
晶体の表面までの距離は０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以
下である、請求項１に記載のダイヤモンドヒートシンク
の製造方法 - 【請求項５】前記気相合成法により合成されたダイヤモ
ンドの比抵抗が１０9Ω・ｃｍ以上である、請求項１に
記載のダイヤモンドヒートシンクの製造方法。 - 【請求項６】前記気相合成法により合成されたダイヤモ
ンドの熱伝導率が５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上２０Ｗ／ｃｍ・Ｋ
以下である、請求項１に記載のダイヤモンドヒートシン
クの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272830A JP3028660B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
| DE69228104T DE69228104T2 (de) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | Diamant-Wärmesenke |
| EP92117932A EP0538798B1 (en) | 1991-10-21 | 1992-10-20 | Diamond heat sink |
| US07/964,390 US5294381A (en) | 1991-10-21 | 1992-10-29 | Method of manufacturing a diamond heat sink |
| US08/181,680 US5495126A (en) | 1991-01-21 | 1994-01-14 | Polycrystalline diamond heat sink having major surfaces electrically insulated from each other |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272830A JP3028660B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30798299A Division JP3209217B2 (ja) | 1991-10-21 | 1999-10-29 | ダイヤモンドヒートシンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114677A JPH05114677A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3028660B2 true JP3028660B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17519366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3272830A Expired - Lifetime JP3028660B2 (ja) | 1991-01-21 | 1991-10-21 | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5294381A (ja) |
| EP (1) | EP0538798B1 (ja) |
| JP (1) | JP3028660B2 (ja) |
| DE (1) | DE69228104T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3028660B2 (ja) * | 1991-10-21 | 2000-04-04 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
| US5387776A (en) * | 1993-05-11 | 1995-02-07 | General Electric Company | Method of separation of pieces from super hard material by partial laser cut and pressure cleavage |
| US5490963A (en) * | 1993-06-07 | 1996-02-13 | General Electric Company | Preparation of thin free-standing diamond films |
| US5391229A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-21 | General Electric Company | Apparatus for chemical vapor deposition of diamond including graphite substrate holders |
| US5354717A (en) * | 1993-07-29 | 1994-10-11 | Motorola, Inc. | Method for making a substrate structure with improved heat dissipation |
| US5514242A (en) * | 1993-12-30 | 1996-05-07 | Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Method of forming a heat-sinked electronic component |
| DE69503285T2 (de) * | 1994-04-07 | 1998-11-05 | Sumitomo Electric Industries | Diamantwafer und Verfahren zur Herstellung eines Diamantwafers |
| US5507987A (en) * | 1994-04-28 | 1996-04-16 | Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. | Method of making a free-standing diamond film with reduced bowing |
| DE69526129T2 (de) | 1994-05-23 | 2002-08-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines mit hartem Material bedeckten Halbleiters durch Polieren |
| EP0699776B1 (en) * | 1994-06-09 | 1999-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Wafer and method of producing a wafer |
| US6466446B1 (en) * | 1994-07-01 | 2002-10-15 | Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Integrated circuit package with diamond heat sink |
| US5587124A (en) * | 1994-07-05 | 1996-12-24 | Meroth; John | Method of making synthetic diamond film with reduced bowing |
| JPH0864724A (ja) * | 1994-07-25 | 1996-03-08 | General Electric Co <Ge> | 順応性金属のチップ‐基板結合層を有する電子装置 |
| US6158952A (en) * | 1994-08-31 | 2000-12-12 | Roberts; Ellis Earl | Oriented synthetic crystal assemblies |
| US5643523A (en) * | 1995-04-18 | 1997-07-01 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. | Method of manufacturing diamond-coated cutting tool inserts |
| US5620745A (en) * | 1995-12-19 | 1997-04-15 | Saint Gobain/Norton Industrial Ceramics Corp. | Method for coating a substrate with diamond film |
| US6270898B1 (en) * | 1996-05-27 | 2001-08-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Tool tip and bonding tool comprising the tool tip and control method for the bonding tool |
| DE19701680C2 (de) | 1997-01-18 | 2001-08-02 | Fraunhofer Ges Forschung | Diamantkörper |
| US5847927A (en) * | 1997-01-27 | 1998-12-08 | Raytheon Company | Electronic assembly with porous heat exchanger and orifice plate |
| JPH10226589A (ja) * | 1997-02-14 | 1998-08-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドヒートシンクの製造方法 |
| WO2000036648A1 (en) * | 1998-12-16 | 2000-06-22 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Method of manufacturing diamond heat sink |
| WO2000036647A1 (en) * | 1998-12-16 | 2000-06-22 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Diamond heat sink and method of manufacture thereof |
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