JP3235276B2 - Diamond heat dissipation substrate and method of manufacturing the same - Google Patents
Diamond heat dissipation substrate and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子やコンプレ
ッサーなどの放熱用に用いられる、極めて高い放熱性を
有するダイヤモンド放熱基板とその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diamond heat dissipation substrate having extremely high heat dissipation and used for heat dissipation of semiconductor devices and compressors, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子を実装するパッケージなどに
対する放熱特性は、実装される素子の高性能化に伴う発
熱量の増大で、ますます要求される特性が厳しくなって
きている。これに対して、パッケージの熱抵抗を低下さ
せる手法として、例えばより高熱伝導性の材料を採用す
ることや、強制空冷や強制水冷等による対流熱伝達性の
改善などがこれまで行われてきている。2. Description of the Related Art The heat radiation characteristics of a package or the like on which a semiconductor element is mounted are increasingly required due to an increase in the amount of heat generated by the high performance of the mounted element. On the other hand, as a method of reducing the thermal resistance of the package, for example, adoption of a material having higher thermal conductivity, improvement of convective heat transfer by forced air cooling, forced water cooling, and the like have been performed so far. .
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】現在パッケージに用い
られているアルミナなどの材料では、近い将来により高
性能な素子が実用化された際、その放熱特性が問題とな
ることが確実である。すなわち、現状パッケージでは、
その熱抵抗が大きく、素子自体の発熱を十分に放散させ
ることができずに素子温度が上昇し、その結果素子が誤
動作、あるいは暴走をおこすなどの問題が生じる。この
問題を解決するためには、前述したようにより高熱伝導
性の材料を用いることが有効であり、現存する物質中も
っとも熱伝導率の大きいダイヤモンドも半導体レ−ザダ
イオードなどでは使用されている。現在、放熱用に用い
られているダイヤモンドは天然または高圧合成法で人工
的に製造された単結晶と気相合成法で製造された多結晶
のものがあるが、これらは一般に板状のものに限られ
る。しかしながら、放熱基板が輸送する熱は最終的には
空気や冷却水などの流体に伝えて排出されなければなら
ない。このような流体への熱交換性能を向上させるため
には、フィンなどを備えた放熱面積の大きい構造が有利
である。With materials such as alumina currently used for packages, it is certain that heat dissipation characteristics will become a problem when high performance devices are put into practical use in the near future. That is, in the current package,
The heat resistance is large, and the heat generated by the element itself cannot be sufficiently dissipated, so that the temperature of the element rises. As a result, a problem such as malfunction or runaway of the element occurs. In order to solve this problem, it is effective to use a material having higher thermal conductivity as described above, and diamond having the highest thermal conductivity among existing substances is also used in semiconductor laser diodes and the like. Currently, diamonds used for heat dissipation include single crystals artificially produced by natural or high-pressure synthesis and polycrystals produced by gas-phase synthesis, but these are generally plate-shaped. Limited. However, the heat transported by the heat radiating substrate must ultimately be transmitted to a fluid such as air or cooling water and discharged. In order to improve the performance of exchanging heat with such a fluid, a structure having a large radiating area including fins is advantageous.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は以上の問題点に
鑑みてなされたものであり、まず、放熱面に熱伝導性の
大きな材料から成るフィン構造を持った放熱基板を形成
することにより、その熱抵抗を大幅に低減する。また、
気相合成法によりフィン構造を持ったダイヤモンドによ
る放熱基板を得るための非常に簡便な製造方法を提供す
る。すなわち、適当なブロックをフィンを形成する間隔
で配置し、その間隙にダイヤモンド自立膜を挿入、ブロ
ックの上にダイヤモンドを成長させるための基材を置い
て、その上にダイヤモンドを気相成長させる方法と、加
工のしやすい基材に、あらかじめ所望の大きさに用意し
たダイヤモンド自立膜を挿入するための溝を形成し、こ
の溝にダイヤモンド自立膜を挿入した後そのうえにダイ
ヤモンドを成長させ、基材を除去することによって、フ
ィン構造を持ったダイヤモンド放熱基板を得る方法であ
る。ここで、間隙あるいは溝の中に挿入するフィンとな
る物質に関しては、ダイヤモンド自立膜である必要はな
く、１Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の熱伝導性を持つ物質であれば
よい。なお、ここで自立膜というのは、基材を除去して
もダイヤモンド膜として形状を維持できる程度の厚みを
有する膜のことで通常０．２ｍｍ以上あればよい。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems. First, a heat dissipation substrate having a fin structure made of a material having high thermal conductivity is formed on a heat dissipation surface. , Greatly reduce its thermal resistance. Also,
An extremely simple manufacturing method for obtaining a heat dissipation substrate made of diamond having a fin structure by a gas phase synthesis method is provided. That is, a method of arranging appropriate blocks at intervals for forming fins, inserting a self-supporting diamond film in the gap, placing a base material for growing diamond on the block, and vapor-growing diamond thereon. A groove for inserting a self-supporting diamond film prepared in a desired size in advance is formed on a base material which is easy to process, and after inserting the self-supporting diamond film into this groove, diamond is grown thereon. This is a method of obtaining a diamond heat dissipation substrate having a fin structure by removing the substrate. Here, the substance to be a fin inserted into the gap or groove does not need to be a diamond free-standing film, but may be any substance having a thermal conductivity of 1 W / cm · K or more. Here, the self-supporting film is a film having such a thickness that the shape can be maintained as a diamond film even if the base material is removed, and it is usually 0.2 mm or more.
【０００５】少なくとも板状のダイヤモンド基板と、放
熱性を高めるために該ダイヤモンド基板上に設けられた
熱伝導率１Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の材質からなるフィンを有
する、ダイヤモンド放熱基板である。少なくとも板状の
ダイヤモンド基板と、放熱性を高めるために該ダイヤモ
ンド基板上に設けられたダイヤモンドからなるフィンを
有するダイヤモンド放熱基板である。[0005] A diamond heat dissipating substrate having at least a plate-like diamond substrate and fins made of a material having a thermal conductivity of 1 W / cm · K or more provided on the diamond substrate to enhance heat dissipation. A diamond heat dissipation substrate having at least a plate-like diamond substrate and a fin made of diamond provided on the diamond substrate to enhance heat dissipation.
【０００６】放熱性を高めるためのフィンを有するダイ
ヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくとも
分割基材をフィンを挿入するための間隙をおいてブロッ
ク上に並べる工程と、フィンの最上部が分割基材表面の
高さとほぼ等しくなるようにフィンを分割基材の間隙に
挿入する工程と、分割基材とフィンの上にダイヤモンド
を成長させる工程と、分割基材を除去してフィンを持つ
ダイヤモンド放熱基板を得る工程を含むことを特徴とす
るダイヤモンド放熱基板の製造方法に関するものであ
る。A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate having fins for improving heat dissipation, comprising the steps of arranging at least divided substrates on a block with a gap for inserting the fin, Inserting a fin into the gap between the divided base materials so as to be substantially equal to the height of the divided base material surface, growing a diamond on the divided base material and the fins, and removing the divided base material and holding the fins The present invention relates to a method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate, which includes a step of obtaining a diamond heat dissipation substrate.
【０００７】放熱性を高めるためのフィンを有するダイ
ヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくとも
気相合成法により製造したダイヤモンド板を適当な形状
に切断加工してダイヤモンド分割基材とする工程と、ダ
イヤモンド分割基材をフィンを挿入するための間隙をお
いてブロック上に並べる工程と、フィンの最上部がダイ
ヤモンド分割基材表面の高さとほぼ等しくなるようにフ
ィンをダイヤモンド分割基材の間隙に挿入する工程と、
ダイヤモンド分割基材とフィンの上にダイヤモンドを成
長させる工程と、ダイヤモンド分割基材を除去せずにフ
ィンを持つダイヤモンド放熱基板を得る工程を含むこと
を特徴とするダイヤモンド放熱基板の製造方法に関する
ものである。A method for manufacturing a diamond heat-dissipating substrate having fins for improving heat-dissipating properties, comprising the steps of cutting at least a diamond plate manufactured by a vapor phase synthesis method into an appropriate shape to form a diamond- divided substrate. a step of arranging the diamond divided base on the block at a gap for inserting the fins, the top of the fin die
Inserting a fin gap of the diamond divided base material so as to be substantially equal to the height of Yamondo divided substrate surface,
A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate, comprising the steps of: growing a diamond on a diamond division substrate and fins; and obtaining a diamond heat radiation substrate having fins without removing the diamond division substrate. is there.
【０００８】放熱性を高めるためのフィンを有するダイ
ヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくとも
ダイヤモンドを成長させるための基材にフィンを挿入す
るための適当な深さの溝を形成する工程と、基材に形成
した溝に溝の深さとほぼ等しい高さのフィンを挿入する
工程と、フィンを挿入した基材の上に気相合成法でダイ
ヤモンドを成長させる工程と、基材を除去してフィンを
持つダイヤモンド放熱基板を得る工程を含むことを特徴
とするダイヤモンド放熱基板の製造方法に関するもので
ある。ダイヤモンド放熱基板の厚みは当然自立膜以上の
厚さを必要とするが、厚すぎると合成に時間がかかり経
済的でなく、薄すぎると機械的強度が弱くなるので、５
ｍｍ以下０．３ｍｍ以上の厚みが適当である。A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate having fins for improving heat dissipation, comprising the steps of: forming a groove having an appropriate depth for inserting a fin into at least a substrate for growing diamond. A step of inserting fins having a height substantially equal to the depth of the grooves into the grooves formed in the base material, a step of growing diamond by vapor phase synthesis on the base material in which the fins are inserted, and removing the base material. The present invention relates to a method for manufacturing a diamond heat radiating substrate, comprising a step of obtaining a diamond heat radiating substrate having fins. The thickness of the diamond heat dissipation substrate naturally needs to be greater than the thickness of the self-supporting film. However, if it is too thick, it takes a long time to synthesize and it is not economical. If it is too thin, the mechanical strength becomes weak.
A thickness of 0.3 mm or less and 0.3 mm or more is appropriate.
【０００９】[0009]
【作用】以下に本発明の具体的な内容について示す。ま
ず、フィンとなるべき材料であるが、例えば気相合成ダ
イヤモンドの自立膜が、その大きな熱伝導率、さらに大
面積のものが比較的容易に得られる点で好ましい。この
膜の合成方法は何であっても良い。自立膜として得るこ
とができる厚さ以上で、フィンとして用いたい厚さに成
長させた後、その基材を何らかの方法（例えば酸処理）
で除去する。この自立膜は放熱基板のフィンの部分とな
るので、その大きさに切断加工を行う。ダイヤモンドの
切断加工には、例えばレーザー光を用いた加工を利用す
ることができる。The specific contents of the present invention will be described below. First, a material to be a fin is preferable, for example, a self-supporting film of vapor-phase synthetic diamond is preferable because its large thermal conductivity and a material having a large area can be obtained relatively easily. This film may be synthesized by any method. After growing to a thickness that is more than the thickness that can be obtained as a free-standing film and that is to be used as a fin, the base material is subjected to some method (for example, acid treatment).
To remove. Since this self-supporting film becomes the fin portion of the heat dissipation substrate, the size thereof is cut. For example, processing using laser light can be used for cutting diamond.
【００１０】本発明では、放熱基板の熱輸送の主体とし
て熱伝導性の最も高いダイヤモンドを使用しているの
で、フィンとして使用する材料にはダイヤモンドほど熱
伝導率の高くない材料を用いても、全体として高い放熱
効果を発揮することができる。ダイヤモンド放熱基板の
フィンとして効果を有するのは、室温付近で１Ｗ／ｃｍ
・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料でダイヤモンドを成長
する際の７００℃の温度に耐える材料であれば良い。こ
のような材料としてはダイヤモンド、立方晶窒化ホウ
素、珪素、炭化珪素、窒化アルミ、銅、タングステン、
モリブデンなどがある。この中でも、熱膨張係数がダイ
ヤモンドに近い方がよいのでダイヤモンド、立方晶窒化
ホウ素、珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、タングス
テン、モリブデンなどが良好である。これらの材料は分
割基材としても用いられる。これらの中で、その端部に
気相合成でダイヤモンドを成長させたときに密着性が保
たれるものである方がより好ましく、そのような条件を
備えるものとしては高圧合成あるいは天然の単結晶ダイ
ヤモンド、あるいは先ほど示した気相合成ダイヤモン
ド、さらにはｃＢＮ等をあげることができる。ｃＢＮの
中では、ほとんど結合材を含まないＴｃＢＮ（多結晶立
方晶型窒化硼素）と言われているものや、気相合成で得
られたｃＢＮ膜を利用することができる。In the present invention, diamond having the highest thermal conductivity is used as a main component of heat transfer of the heat dissipation substrate. Therefore, even if a material having a lower thermal conductivity than diamond is used as a material for the fin, A high heat radiation effect can be exhibited as a whole. The effect as a fin of the diamond heat dissipation substrate is 1 W / cm around room temperature.
Any material having a thermal conductivity of K or more that can withstand a temperature of 700 ° C. when growing diamond may be used. Such materials include diamond, cubic boron nitride, silicon, silicon carbide, aluminum nitride, copper, tungsten,
Molybdenum and the like. Among them, diamond, cubic boron nitride, silicon, silicon carbide, aluminum nitride, tungsten, molybdenum, and the like are preferable because the thermal expansion coefficient is preferably closer to that of diamond. These materials are also used as a divided substrate. Among these, it is more preferable that the adhesiveness is maintained when diamond is grown at the end by vapor phase synthesis, and such a condition is satisfied by high pressure synthesis or natural single crystal. Examples of the diamond include diamond, the vapor-phase synthetic diamond described above, and cBN. Among cBN, what is called TcBN (polycrystalline cubic boron nitride) containing almost no binder, and a cBN film obtained by vapor phase synthesis can be used.
【００１１】このフィンの形状であるが、その放熱特性
と生産効率を考慮した場合、厚さ５００μｍ以上２ｍｍ
以下、高さとしては５ｍｍ以上であることが好ましい。
また、フィンのとりつけられるべき間隔は小さすぎると
その放熱特性が著しく損なわれるが、開きすぎても放熱
面積を稼ぐことができずやはり好ましくない。具体的に
は１ｍｍ以上５ｍｍ以下程度が目安となるが、その搭載
する素子の発熱状況、およびパッケージの空冷条件等に
よりこれらの値は影響をうける。次に、このフィンを持
つダイヤモンド放熱基板の作製法について示す。本発明
において示されるフィンを持つダイヤモンド放熱基板の
作成方法は、フィンとなる材料を何らかの方法で保持
し、その上端部をそろえてその上に気相合成法によりダ
イヤモンドを成長させる方法に要約される。その保持方
法に関して２つの方法をあげることができ、以下により
詳細に開示する。The shape of the fins is 500 μm or more and 2 mm in consideration of the heat radiation characteristics and production efficiency.
Hereinafter, the height is preferably 5 mm or more.
If the spacing between the fins is too small, the heat radiation characteristics are significantly impaired. However, if the distance between the fins is too large, the heat radiation area cannot be increased, which is not preferable. Specifically, about 1 mm to 5 mm is a guideline, but these values are affected by the heat generation state of the mounted element, the air cooling condition of the package, and the like. Next, a method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate having the fins will be described. The method of producing a diamond radiating substrate having fins according to the present invention is summarized as a method of holding a material to be a fin by some method, aligning the upper ends thereof, and growing diamond thereon by vapor phase synthesis. . Two methods can be mentioned for the holding method, which will be disclosed in more detail below.
【００１２】まず第一に、適当な間隔をあけたブロック
を用いる方法について示す。即ち、ダイヤモンド気相合
成の雰囲気で安定である材質でできたブロックを、その
間にフィン用の物質を挿入するための隙間をあけて並べ
る。その大きさは、フィンをつける間隔に応じて適宜選
べばよい。気相合成のダイヤモンドを成長させることの
できる分割基材をこのブロックの上に敷き詰める。この
分割基材はダイヤモンドをその上に成長させることがで
き、かつ後で容易に取り除くことができるものである必
要があり、具体的には多結晶Ｓｉ基板があげられる。こ
の際、ダイヤモンドをより容易に成長させるために、分
割基材に傷つけ処理を施した方が好ましい。First, a method using blocks with appropriate intervals will be described. That is, blocks made of a material that is stable in the atmosphere of diamond vapor phase synthesis are arranged with a gap for inserting a fin material therebetween. The size may be appropriately selected according to the interval at which the fins are provided. A divided substrate on which vapor-grown diamond can be grown is spread over the block. The split base material must be capable of growing diamond thereon and can be easily removed later, such as a polycrystalline Si substrate. At this time, in order to grow the diamond more easily, it is preferable that the divided substrate is subjected to a damage treatment.
【００１３】また、ここにダイヤモンドを用いると、ダ
イヤモンド分割基材となり、以下の分割基材を取り除く
工程を省略することができ、またダイヤモンド分割基材
を有効利用することが可能となる。こうして分割基材あ
るいはダイヤモンド分割基材を並べた後、気相合成法で
ダイヤモンドを成長させる。ダイヤモンドを気相合成す
る方法は、特に制限されるものではないが、例えば熱フ
ィラメントＣＶＤ法等を用いると、比較的容易に大面積
の放熱基板を得ることができる。成長させる厚さは自立
膜を得られる程度以上であればよく、所望の厚さのダイ
ヤモンドを成長させた後、必要に応じて基材を除去し、
フィン付きのダイヤモンド放熱基板を得ることができ
る。[0013] In addition, here the use of diamond, da
It becomes the diamond divided substrate, and the following step of removing the divided substrate can be omitted, and the diamond divided substrate can be effectively used . Thus dividing the substrate Oh
Alternatively , after arranging diamond-divided base materials , diamond is grown by a vapor phase synthesis method. The method of vapor phase synthesis of diamond is not particularly limited. For example, when a hot filament CVD method or the like is used, a large-area heat dissipation substrate can be obtained relatively easily. The thickness to be grown only needs to be at least as long as a free-standing film can be obtained, and after growing a diamond having a desired thickness, the base material is removed as necessary,
A finned diamond heat dissipation substrate can be obtained.
【００１４】次に第二の方法として、溝入れ加工の可能
な基材を用いる方法について示す。即ち、ダイヤモンド
をその上に成長させることが可能で、また溝入れ加工が
容易であり、かつその成長後その材料だけを容易に除去
可能という条件を満たす材料を選び、所望の位置にフィ
ン用の物質例えば先に作製したダイヤモンド自立膜を挿
入するための加工を施す。この加工方法も特に限定され
るものではなく、フィン用の物質を挿入するだけの精度
で基材上に加工ができるものであれば何でもよい。フィ
ンを挿入する際には、フィンの上端が基板の表面と同じ
高さであるか、若干でていることが好ましく、基板表面
よりも低くなっているのは好ましくない。ここで用いる
べき基材の材料としては、例えば多結晶Ｓｉをあげるこ
とができる。Next, as a second method, a method using a base material capable of grooving will be described. That is, a material that satisfies the condition that diamond can be grown thereon, grooving is easy, and only the material can be easily removed after the growth is selected, and a fin for a fin is formed at a desired position. A process for inserting a substance, for example, the self-supported diamond film prepared above is performed. The processing method is not particularly limited, and any processing method may be used as long as the processing can be performed on the base material with an accuracy sufficient to insert a fin substance. Fi
When inserting the fin, it is preferable that the upper end of the fin is at the same height or slightly above the surface of the substrate, and it is not preferable that the fin is lower than the surface of the substrate. As a material of the substrate to be used here, for example, polycrystalline Si can be cited.
【００１５】また、これもブロックを用いる方法と同じ
ように基材の溝のない部分に、ダイヤモンドを敷き詰
め、この上にダイヤモンドを成長させることによって、
以下の分割基材を除去する工程を省略することができ、
ブロックの再利用も可能となる。この場合も、敷き詰め
たダイヤモンドの表面と、フィンの高さとの関係はフィ
ンが若干でているか全く同じになっていることが望まし
い。こうして、高熱伝導性のフィン用の物質を挿入した
基材上に、気相合成法によりダイヤモンドを成長させ
る。この方法の場合も、溝入れ加工を施す前か、フィン
用の物質を挿入する前に、基材表面に傷つけ処理を施し
た方が望ましい。ここで成長させるダイヤモンドも、自
立膜が得られる程度の膜厚が必要である。自立膜が得ら
れる程度にダイヤモンドを成長させた後、ブロック上か
ら基材ごと取り出し、その基材を除去する。そうする
と、ダイヤモンド上に、ダイヤモンドあるいは高熱伝導
性を持つフィンを有する放熱基板を得ることができる。
基材部分を除去する方法としては、酸処理などをあげる
ことができる。[0015] Also, in the same manner as in the method using a block, a diamond is laid on a non-grooved portion of the base material, and the diamond is grown thereon.
The step of removing the following divided base material can be omitted,
Blocks can also be reused. Also in this case, it is desirable that the relationship between the surface of the laid diamond and the height of the fins be slightly or exactly the same. In this manner, diamond is grown on the base material into which the material for fins having high thermal conductivity is inserted by a gas phase synthesis method. Also in the case of this method, it is preferable that the surface of the base material is subjected to a damage treatment before the grooving process is performed or before the fin material is inserted. The diamond grown here also needs to be thick enough to obtain a free-standing film. After growing diamond to such an extent that a self-supporting film is obtained, the substrate is taken out from the block and the substrate is removed. Then, a heat dissipation substrate having diamond or fins having high thermal conductivity can be obtained on diamond.
Examples of the method for removing the base material portion include an acid treatment.
【００１６】[0016]
【実施例】（実施例１） 多結晶Ｓｉ基板（３０×３０
×５ｍｍ）に、ダイヤモンド砥粒を用いて傷付け処理を
行った後、長さ２４ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ４ｍｍの溝
を、２ｍｍ間隔で８本形成した。この溝の各々に、いわ
ゆるＴｃＢＮ（多結晶立方晶型窒化硼素）と言われるｃ
ＢＮ焼結体（４×２４×１ｍｍ、５Ｗ／ｃｍ・Ｋ）を挿
入した。このときその頭部がＳｉ基板より５０μｍ以
上、１００μｍ以下でるように溝中に適当なスペーサー
を挿入して高さを調節した。このようにして得たｃＢＮ
焼結体の入った多結晶Ｓｉ基板の上に、熱フィラメント
ＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンドを１ｍｍ成長させ
た。成長条件は２％ＣＨ4−Ｈ2雰囲気中、全圧１００Ｔ
ｏｒｒ、基板温度８５０℃であった。基材のＳｉを混酸
で処理することで、３０×３０×１ｍｍの大きさで、２
４×４×１ｍｍのｃＢＮフィンを８枚持つダイヤモンド
放熱基板を得ることができた。こうして得られた放熱基
板の放熱特性は、２ｍ／ｓｅｃ強制空冷下での測定にお
いて０．８℃／Ｗとなり、フィンを持たないものの熱抵
抗３℃／Ｗに比べ、大幅に向上した。（図１）(Example 1) Polycrystalline Si substrate (30 × 30)
× 5 mm) using diamond abrasive grains, and thereafter, eight grooves having a length of 24 mm, a width of 1 mm, and a depth of 4 mm were formed at intervals of 2 mm. Each of these grooves is provided with a so-called TcBN (polycrystalline cubic boron nitride) c
A BN sintered body (4 × 24 × 1 mm, 5 W / cm · K) was inserted. At this time, an appropriate spacer was inserted into the groove to adjust the height so that the head was 50 μm or more and 100 μm or less than the Si substrate. CBN thus obtained
1 mm of polycrystalline diamond was grown on a polycrystalline Si substrate containing a sintered body by a hot filament CVD method. The growth conditions are 2% CH 4 —H 2 atmosphere, total pressure 100T.
orr, the substrate temperature was 850 ° C. By treating Si of the base material with a mixed acid, a size of 30 × 30 × 1 mm and 2
A diamond radiating substrate having eight 4 × 4 × 1 mm cBN fins was obtained. The heat radiation characteristic of the heat radiation substrate thus obtained was 0.8 ° C./W in a measurement under forced air cooling at 2 m / sec, which was significantly improved as compared with a heat resistance of 3 ° C./W without a fin. (Fig. 1)
【００１７】（実施例２） 多結晶Ｓｉ基板（２５ｘ２
５ｘ５ｍｍ）上に、熱フィラメントＣＶＤ法で、実施例
１と同じ条件で多結晶ダイヤモンドを６００μｍ成長さ
せた。基材溶解後、これをエキシマレーザーにより、２
ｘ２４ｘ０．６ｍｍ厚のダイヤモンド自立膜とした。ま
た、フィンとなるダイヤモンド自立膜（１５Ｗ／ｃｍ・
Ｋ）を同様にして１ｍｍ厚に作製、これを４ｘ２４ｘ１
ｍｍにレーザー加工した。次に、Ｍｏブロック（２ｘ２
５ｘ３．５ｍｍ）９個用意し、これを１ｍｍ間隔で並
べ、その間に先ほど用意したフィンを挿入した。またこ
のブロックの表面に、２ｘ２４ｘ０．６ｍｍ厚のダイヤ
モンド自立膜をダイヤモンド分割基材として置いた。こ
うして、Ｍｏブロック上に並べたダイヤモンド分割基
材、及びその間に挟んだダイヤモンドフィンの上に、実
施例１と同様の条件でダイヤモンドを０．４ｍｍ成長さ
せた。成長後、なんらの処理を経ずに、２６ｘ２４ｘ１
ｍｍの大きさで、ダイヤモンドフィンを８枚持つダイヤ
モンド放熱基板を得ることができた。熱抵抗を２ｍ／ｓ
ｅｃ強制空冷下で測定したところ０．５℃／Ｗとなり、
フィンを持たないものに比べその放熱特性が大幅に向上
した。（図２）Example 2 Polycrystalline Si substrate (25 × 2
A polycrystalline diamond was grown to a thickness of 600 μm on a 5 × 5 mm) under the same conditions as in Example 1 by a hot filament CVD method. After dissolution of the base material,
A diamond free-standing film having a thickness of x24 x 0.6 mm was obtained. In addition, a diamond free-standing film (15 W / cm ·
K) was similarly manufactured to a thickness of 1 mm, and this was 4 × 24 × 1
mm. Next, a Mo block (2 × 2
Nine pieces (5 × 3.5 mm) were prepared, arranged at 1 mm intervals, and the fin prepared above was inserted between them. On the surface of this block, a 2 × 24 × 0.6 mm-thick diamond free-standing film was placed as a diamond division substrate . This
Then, the diamond dividing group arranged on the Mo block
On the material and the diamond fin interposed therebetween, diamond was grown 0.4 mm under the same conditions as in Example 1. After growth, without any treatment, 26x24x1
A diamond heat dissipation substrate having a size of 8 mm and having eight diamond fins was obtained. Thermal resistance 2m / s
ec When measured under forced air cooling, it was 0.5 ° C / W,
Its heat dissipation characteristics have been greatly improved compared to those without fins. (Fig. 2)
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上、本発明により提供されるダイヤモ
ンド放熱基板を用いることにより、従来のパッケージの
放熱特性が大幅に改善され、高速、大消費電力の素子を
搭載する放熱基板が実現される。また、本発明により提
供される製造方法を用いることにより、ダイヤモンドを
用いたフィンを持つ放熱基板を簡便に、効率よく作成す
ることが可能となり、高性能素子を搭載する基板を安価
に供給することができる。As described above, by using the diamond radiating substrate provided by the present invention, the radiating characteristics of the conventional package are greatly improved, and a radiating substrate on which a high-speed and large-power-consumption element is mounted is realized. In addition, by using the manufacturing method provided by the present invention, it is possible to easily and efficiently create a heat dissipation substrate having fins using diamond, and to supply a substrate on which high-performance elements are mounted at low cost. Can be.
【図１】実施例１において述べた本発明における放熱基
板の製造法を説明する図である。 ａ）フィンを挿入するべき溝を持った多結晶Ｓｉ基板。 ｂ）上述の溝にｃＢＮ焼結体を挿入した多結晶Ｓｉ基
板。 ｃ）ｂ）で示した基板に気相合成法によりダイヤモンド
を成長させたもの。 ｄ）ｃＢＮフィンを持つダイヤモンド放熱基板。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a heat dissipation board according to the present invention described in Example 1. a) A polycrystalline Si substrate having a groove into which a fin is to be inserted. b) A polycrystalline Si substrate having a cBN sintered body inserted in the above-mentioned groove. c) Diamond grown on the substrate shown in b) by vapor phase synthesis. d) A diamond heat dissipation substrate having cBN fins.
【図２】実施例２において述べた本発明における放熱基
板の製造法を説明する図である。 ａ）Ｍｏブロックを並べた間隙に気相合成ダイヤモンド
のフィンを挿入し、またその表面にダイヤモンドを並べ
たもの。 ｂ）ａ）で示した基板に気相合成ダイヤモンドを成長さ
せたもの。 ｃ）ダイヤモンドフィンをもつダイヤモンド放熱基板。FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a heat dissipation board according to the present invention described in Embodiment 2. a) A fin of vapor phase synthetic diamond is inserted into a gap where Mo blocks are arranged, and diamonds are arranged on the surface thereof. b) A vapor-phase synthetic diamond grown on the substrate shown in a). c) A diamond heat dissipation substrate having diamond fins.
１：多結晶Ｓｉ基板 ２：フィンを挿入すべき溝 ３：ｃＢＮ焼結体 ４：気相合成ダイヤモンド基板 ５：金属モリブデンブロック ６：分割基材として用いるダイヤモンド ７：フィンとして用いるダイヤモンド ８：気相合成ダイヤモンド 1: Polycrystalline Si substrate 2: Groove into which fin is to be inserted 3: cBN sintered body 4: Vapor-phase synthetic diamond substrate 5: Metal molybdenum block 6: Diamond used as divided base material 7: Diamond used as fin 8: Vapor phase Synthetic diamond
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 直治 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平４−362096（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−209751（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−349972（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473 C30B 29/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Naoji Fujimori 1-1-1, Koyokita, Itami-shi, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) References JP-A-4-362096 JP-A-3-209751 (JP, A) JP-A-6-349972 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 23/34-23/473 C30B 29 / 04
Claims (5)
放熱性を高めるために該ダイヤモンド基板上に設けられ
た熱伝導率１Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の材質からなるフィンを
有する、ダイヤモンド放熱基板。1. A diamond substrate having at least a plate shape,
A diamond heat dissipation substrate having a fin made of a material having a thermal conductivity of 1 W / cm · K or more provided on the diamond substrate to enhance heat dissipation.
放熱性を高めるために該ダイヤモンド基板上に設けられ
たダイヤモンドからなるフィンを有するダイヤモンド放
熱基板。2. At least a plate-shaped diamond substrate,
A diamond heat dissipation substrate having diamond fins provided on the diamond substrate to enhance heat dissipation.
イヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくと
も分割基材をフィンを挿入するための間隙をおいてブロ
ック上に並べる工程と、フィンの最上部が分割基材表面
の高さとほぼ等しくなるようにフィンを分割基材の間隙
に挿入する工程と、分割基材とフィンの上にダイヤモン
ドを成長させる工程と、分割基材を除去してフィンを持
つダイヤモンド放熱基板を得る工程を含むことを特徴と
するダイヤモンド放熱基板の製造方法。3. A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate having fins for improving heat dissipation, comprising: arranging at least divided base materials on a block with a gap for inserting fins; Inserting a fin into the gap between the divided substrates so that the upper portion is substantially equal to the height of the divided substrate surface; growing a diamond on the divided substrate and the fins; A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate, comprising the step of obtaining a diamond heat dissipation substrate having:
イヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくと
も気相合成法により製造したダイヤモンド板を適当な形
状に切断加工してダイヤモンド分割基材とする工程と、
ダイヤモンド分割基材をフィンを挿入するための間隙を
おいてブロック上に並べる工程と、フィンの最上部がダ
イヤモンド分割基材表面の高さとほぼ等しくなるように
フィンをダイヤモンド分割基材の間隙に挿入する工程
と、ダイヤモンド分割基材とフィンの上にダイヤモンド
を成長させる工程と、ダイヤモンド分割基材を除去せず
にフィンを持つダイヤモンド放熱基板を得る工程を含む
ことを特徴とするダイヤモンド放熱基板の製造方法。4. A method for producing a diamond heat radiation substrate having fins for improving heat radiation, wherein at least a diamond plate produced by a vapor phase synthesis method is cut into an appropriate shape to obtain a diamond divided substrate. Process and
A step of arranging the diamond divided base on the block at a gap for inserting the fins uppermost da fin
Inserting a fin into the gap between the diamond divided substrates so as to be substantially equal to the height of the diamond divided substrate surface, growing diamond on the diamond divided substrates and the fins, and removing the diamond divided substrate. A method for producing a diamond heat dissipation substrate having a fin without the fin.
イヤモンド放熱基板を製造する方法であって、少なくと
もダイヤモンドを成長させるための基材にフィンを挿入
するための適当な深さの溝を形成する工程と、基材に形
成した溝に溝の深さとほぼ等しい高さのフィンを挿入す
る工程と、フィンを挿入した基材の上に気相合成法でダ
イヤモンドを成長させる工程と、基材を除去してフィン
を持つダイヤモンド放熱基板を得る工程を含むことを特
徴とするダイヤモンド放熱基板の製造方法。5. A method of manufacturing a diamond heat dissipation substrate having fins for improving heat dissipation, wherein at least a groove having an appropriate depth is formed for inserting a fin into a substrate for growing diamond. A step of inserting a fin having a height substantially equal to the depth of the groove in the groove formed in the base material, a step of growing diamond by vapor phase synthesis on the base material in which the fin is inserted, A method for manufacturing a diamond heat dissipation substrate, comprising a step of removing a diamond heat dissipation substrate having fins.
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1993
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