JP3528375B2 - Substrate and heat dissipation substrate using the same, semiconductor device, element mounting device - Google Patents

Substrate and heat dissipation substrate using the same, semiconductor device, element mounting device

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JP3528375B2
JP3528375B2 JP31063695A JP31063695A JP3528375B2 JP 3528375 B2 JP3528375 B2 JP 3528375B2 JP 31063695 A JP31063695 A JP 31063695A JP 31063695 A JP31063695 A JP 31063695A JP 3528375 B2 JP3528375 B2 JP 3528375B2
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diamond
high thermal
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thermal conductive
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喜之 山本
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進啓 太田
直治 藤森
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板およびこれを
用いた放熱基板、半導体装置、素子搭載装置に関する。
本発明の基板は、超高速MPU、大出力半導体レーザー
などの半導体素子をはじめとする大きな発熱密度を有す
る素子を実装し、冷却するのに好適である。素子は、温
度の管理を厳密にする必要のあるものであってよく、高
密度に配置されていてよい。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate, a heat dissipation substrate using the same, a semiconductor device, and an element mounting device.
The substrate of the present invention is suitable for mounting and cooling an element having a large heat generation density such as a semiconductor element such as an ultra high speed MPU or a high power semiconductor laser. The elements may be those requiring strict temperature control, and may be arranged in high density.

【0002】[0002]

【従来の技術】海底ケーブルなどに使用される半導体レ
ーザーは、長距離伝送を実現するため、大出力化が進ん
でおり、それに伴い素子自体の発熱量も急増している。
また、情報処理システム等の小型化、処理速度高速化に
伴い、これらの機器に内蔵される半導体素子の単位面積
当たりの処理能力の向上が急速に進展している。これら
のことは、半導体素子の発生する単位面積当たりの熱量
の増大を招き、実装する基板を設計する上でその放熱性
を確保することの重要性が注目されている。また、これ
らの素子は、動作温度を厳密に管理する必要があり、素
子温度の変化は、例えば、発振波長のずれなどを引き起
こす。
2. Description of the Related Art Semiconductor lasers used for submarine cables and the like have been increased in output in order to realize long-distance transmission, and the amount of heat generated by the element itself has been rapidly increasing accordingly.
Further, with the downsizing of information processing systems and the increase in processing speed, the processing capability per unit area of semiconductor elements incorporated in these devices is rapidly improving. These things lead to an increase in the amount of heat generated per unit area of the semiconductor element, and the importance of ensuring the heat dissipation of the mounted substrate has attracted attention. Further, in these elements, it is necessary to strictly control the operating temperature, and a change in element temperature causes, for example, a shift in oscillation wavelength.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】現在パッケージに主と
して用いられているアルミナなどの材料では、上記のよ
うな高性能な素子を実装する際、その放熱特性が問題と
なる。すなわち、現状パッケージでは、その固有の熱抵
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、前述の通り、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ーザーダイオード
などでは使用されている。
With materials such as alumina which are mainly used in packages at present, the heat dissipation characteristics thereof become a problem when the above high performance elements are mounted. That is, in the current package, the inherent thermal resistance is large, the heat generated by the device itself cannot be sufficiently dissipated, and the device temperature rises. As a result, the device may malfunction or run away. 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.

【0004】しかしながら、放熱基板が輸送する熱は最
終的には外界の空気や冷却水などに伝達して排出しなけ
ればならない。搭載する半導体素子などの発生する熱量
が大きくなれば、高熱伝導率材料を使用しなければなら
ないのはもちろん、高熱伝導性材料を伝導してきた大量
の熱をいかに効率的に基板から放熱するかが重要にな
る。その為、基板の裏面にフィンや冷却水配管を取り付
けて放熱面積、放熱効率の増大を図る工夫がなされてい
る。しかし、基板の裏側に冷却水配管を取り付けるとそ
の取り付け部分に余計な熱抵抗が入るのは防止できない
し、フィンではさらに冷却効率が落ちるため、さらに効
率的な冷却ができる高い放熱性を持った基板の開発が要
請されている。
However, the heat transported by the heat dissipation board must be finally transferred to the outside air or cooling water to be discharged. If the amount of heat generated by the mounted semiconductor element increases, it is of course necessary to use a high thermal conductivity material, and how to efficiently dissipate the large amount of heat that has conducted through the high thermal conductivity material from the substrate. Becomes important. Therefore, a fin and a cooling water pipe are attached to the back surface of the substrate to increase the heat radiation area and heat radiation efficiency. However, if the cooling water pipe is attached to the back side of the board, it is not possible to prevent extra heat resistance from entering that attachment part, and the fins will have a lower cooling efficiency, and thus have high heat dissipation that enables more efficient cooling. Substrate development is required.

【0005】近年の半導体素子、特にLSIの処理速度
の向上と、ラップトップパソコンなど、携帯情報処理機
器の実装技術の進展には、目を見張るものがある。LS
Iの処理速度の向上は、各チップ間を連絡する配線によ
る信号遅延を無視できないものにした。さらに、携帯情
報処理機器へのニーズは、上記LSIの実装密度の急激
な上昇をもたらした。
Recent improvements in the processing speed of semiconductor devices, particularly LSIs, and progress in packaging technology for portable information processing equipment such as laptop personal computers are remarkable. LS
The improvement in the processing speed of I made the signal delay due to the wiring connecting between the chips not negligible. Further, the need for portable information processing equipment has brought about a sharp increase in the packaging density of the LSI.

【0006】これら要求を満たす実装基板には、各半導
体素子の実質的な実装密度を向上させ、かつ発生する熱
を効率よく除去するという、相反する要求を満たす必要
があった。そのため、MCM(Multi Chip Module)
基板を初めとする高密度実装技術が開発され、主にスー
パーコンピューターのCPUに使用され始めている。
A mounting board satisfying these requirements has been required to meet the contradictory requirements of improving substantially the mounting density of each semiconductor element and efficiently removing the generated heat. Therefore, MCM (Multi Chip Module)
High-density mounting technology including boards has been developed and is now being used mainly in CPUs of supercomputers.

【0007】MCM基板に関しては、現在、最も放熱特
性の要求される基板では、AlN基板が使用されてい
る。しかし、AlNは、熱伝導率が2W/cm・K程度で
あり、今後さらに高密度実装、高発熱密度素子を搭載す
るためには、対応が難しくなってきている。
With respect to the MCM substrate, the AlN substrate is currently used as the substrate that requires the most heat dissipation characteristics. However, AlN has a thermal conductivity of about 2 W / cm · K, and it is becoming difficult to cope with it in order to mount high-density mounting and high heat-density elements in the future.

【0008】特開平4−273466号公報には、ダイ
ヤモンドを用いた3次元集積回路基板において、基板の
側面部に穴を設け、冷媒を流す構造が提案されている。
しかしながら、この構造では基板の中央付近(実際には
最も温度が上昇すると予想される部分)が最も冷媒の通
過するところから離れており、効率が悪い。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-273466 proposes a structure in which a coolant is allowed to flow in a side surface of a three-dimensional integrated circuit board using diamond.
However, in this structure, the vicinity of the center of the substrate (the part where the temperature is expected to rise most) is farthest from the place where the refrigerant passes, and the efficiency is poor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、以
上のような問題点に鑑み、より冷却効率の大きな放熱基
板を得るべく鋭意研究を重ね、高熱伝導性物質に直接冷
媒を通すための流路を形成することにより従来の基板よ
りも格段に放熱効率の向上した基板を得ることに成功し
た。
In view of the above problems, the inventors of the present invention have conducted diligent research to obtain a heat dissipation board having a higher cooling efficiency, and pass the refrigerant directly through the high thermal conductivity material. We have succeeded in obtaining a substrate with significantly improved heat dissipation efficiency by forming the flow path of.

【0010】本発明は、熱伝導率が10W/cm・K以
上の高熱伝導性物質層が基材の上に配置され、かつ基材
/高熱伝導性物質層の界面部の高熱伝導性物質層側に冷
却用媒体を通過させるための流路を備えることを特徴と
する基板(例えば、放熱基板)を提供する。また、本発
明は、熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱伝導性物質
層が基材の上に配置され、かつ基材/高熱伝導性物質層
の界面部の高熱伝導性物質層側に冷却用媒体を通過させ
るための流路を備え、かつ該高熱伝導性物質層の上部に
最大発熱密度1W/cm2以上の発熱素子を搭載すること
を特徴とする素子搭載装置を提供する。この素子搭載装
置は、基材および高熱伝導性物質層によって形成される
基板、ならびに基板の上に搭載された素子を有してな
る。
According to the present invention, a high thermal conductive material layer having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more is disposed on a base material, and the high thermal conductive material layer at the interface between the base material / high thermal conductive material layer. Provided is a substrate (for example, a heat dissipation substrate) having a channel for passing a cooling medium on its side. Further, the present invention provides a high thermal conductive substance layer having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more on a substrate, and the high thermal conductive substance layer side of the interface portion of the substrate / high thermal conductive substance layer. An element mounting apparatus, characterized in that a heating element having a maximum heat generation density of 1 W / cm 2 or more is mounted on the high thermal conductive material layer, the heating element having a flow path for passing a cooling medium. This element mounting device comprises a substrate formed of a base material and a high thermal conductive material layer, and an element mounted on the substrate.

【0011】加えて、本発明は、熱伝導率が10W/cm
・K以上の高熱伝導性物質からなる板中に、冷却用媒体
を通過させるための1本以上の流路が埋め込まれている
ことを特徴とする基板(例えば、放熱基板)を提供す
る。さらに、本発明は、熱伝導率10W/cm・K以上の
高熱伝導性物質から成る基板中に、冷却用媒体を通過さ
せるための1本以上の流路が埋め込まれており、かつ基
板上に最大発熱密度1W/cm2以上の少なくとも1つの
発熱素子を搭載することを特徴とする素子搭載装置を提
供する。さらに加えて、本発明は、熱伝導率10W/cm
・K以上の高熱伝導性物質から成る基板中に、冷却用媒
体を通過させるための1本以上の流路が埋め込まれてい
る基板が、2枚以上積み重ねられており、かつ各々の基
板には1個以上の電子素子が搭載され、各電子素子間を
接続する金属配線が基板上、あるいは基板中に配置され
ていることを特徴とする半導体装置を提供する。
In addition, the present invention has a thermal conductivity of 10 W / cm.
Provide a substrate (for example, a heat dissipation substrate) characterized in that one or more flow paths for passing a cooling medium are embedded in a plate made of a high thermal conductive material of K or more. Furthermore, according to the present invention, one or more flow paths for passing a cooling medium are embedded in a substrate made of a highly heat-conductive substance having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more, and the substrate has Provided is an element mounting device having at least one heating element having a maximum heat generation density of 1 W / cm 2 or more. Furthermore, the present invention has a thermal conductivity of 10 W / cm.
-Two or more substrates in which one or more flow paths for passing a cooling medium are embedded in a substrate made of a high thermal conductive material of K or more are stacked, and each substrate is Provided is a semiconductor device, wherein one or more electronic elements are mounted, and metal wiring for connecting the electronic elements is arranged on or in the substrate.

【0012】以下に、本発明の具体的な内容について詳
細に開示する。本発明における基板の1つの形態におい
て、高熱伝導性物質層が基材の上に積層されており、高
熱伝導性物質層と基材との界面に、冷媒を流すための溝
が高熱伝導性層側に形成されている。すなわち、高熱伝
導性物質層の表面に配置された半導体装置などの発熱体
から生じる熱は、高熱伝導性物質層の中を温度勾配が小
さいまま伝えられ、物質層裏面に形成された溝を通過す
る冷媒によって効率よく除去される。
The specific contents of the present invention will be disclosed in detail below. In one mode of the substrate of the present invention, the high thermal conductive material layer is laminated on the base material, and a groove for flowing a refrigerant is provided at the interface between the high thermal conductive material layer and the base material. Formed on the side. That is, the heat generated from the heating element such as a semiconductor device arranged on the surface of the high thermal conductive material layer is transmitted through the high thermal conductive material layer with a small temperature gradient and passes through the groove formed on the back surface of the material layer. Is efficiently removed by the refrigerant.

【0013】高熱伝導性物質層としては、熱伝導性は高
い方が素子温度を押さえることができ好ましい。その熱
伝導率は、高ければ高い程良いが、10W/cm・K以上
あることが適当である。この様な材質を持つ物質として
は、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、および
気相合成ダイヤモンドが挙げられる。これらはいずれも
本発明における高熱伝導性物質層として適当であるが、
特に気相合成法により得られるダイヤモンドを利用する
と、比較的大面積の高熱伝導性物質層が安価に得ること
ができる。熱伝導率は、一般に温度依存性があり、上記
ダイヤモンドは、室温以上の温度領域では温度上昇と共
にその熱伝導率は低下する。通常の素子(例えば、半導
体素子のような電子素子)を搭載する基板の場合、搭載
される素子温度は精々100℃から200℃以下であ
り、この温度領域で熱伝導率が10W/cm・K以上であ
ることが本発明における高熱伝導性物質層においても望
ましい。高熱伝導性物質層の厚さは、少なくとも30μ
m以上、より好ましくは70μm以上あることが好まし
い。高伝導性物質層の厚さの上限は、通常、10mm、例
えば5mmである。高熱伝導性物質は、半導電性または導
電性であってもよいが、絶縁性であることが好ましい。
高熱伝導性物質の抵抗率は、1x108Ω・cm以上、よ
り好ましくは1x109Ω・cm以上であることが好まし
い。
As the high thermal conductivity material layer, it is preferable that the thermal conductivity is higher because the element temperature can be suppressed. The higher the thermal conductivity, the better, but 10 W / cm · K or more is suitable. Examples of substances having such a material include natural diamond, high-pressure synthetic diamond, and vapor-phase synthetic diamond. All of these are suitable as the high thermal conductive material layer in the present invention,
In particular, when diamond obtained by the vapor phase synthesis method is used, a relatively large area high thermal conductivity material layer can be obtained at low cost. The thermal conductivity is generally temperature-dependent, and the thermal conductivity of the diamond decreases with increasing temperature in the temperature range above room temperature. In the case of a substrate on which an ordinary element (for example, an electronic element such as a semiconductor element) is mounted, the temperature of the mounted element is 100 ° C to 200 ° C or less at most, and the thermal conductivity is 10 W / cmK in this temperature range. The above is also preferable in the high thermal conductive material layer in the present invention. The thickness of the high thermal conductive material layer is at least 30 μ
It is preferably m or more, and more preferably 70 μm or more. The upper limit of the thickness of the highly conductive material layer is usually 10 mm, for example 5 mm. The high thermal conductivity material may be semi-conductive or conductive, but is preferably insulative.
The resistivity of the high thermal conductive material is preferably 1 × 10 8 Ω · cm or more, more preferably 1 × 10 9 Ω · cm or more.

【0014】溝については、典型的には、その断面形状
は長方形である。高熱伝導性物質層に存在する溝につい
ては、その深さは深いほど熱交換率は上昇するが、あま
り深すぎるとその機械強度が弱くなるので好ましくな
い。具体的には、溝の深さ(c)は20μm以上、より
好ましくは50μm以上である。溝の深さ(c)は、高
熱伝導性物質層の膜厚の90%以下、より好ましくは8
0%以下、例えば70%以下が好ましい。また、溝の幅
(a)は広いほど熱交換率は上昇するが、そのかわり基
材に接する部分の強度を保つために溝の数が少なくなる
ために広すぎても逆に熱交換率は悪くなる。一方、溝の
間隔(b)についても幅と同様なことがいえ、広すぎて
も狭すぎても良くない。溝の幅(a)および間隔(b)
は、20μm以上10mm以下、より好ましくは40μm以
上2mm以下、更により好ましくは50μm以上2mm以下
であることが望ましい。幅(a)と間隔(b)の長さの
比(a/b)の範囲について、下限は、0.02、より
好ましくは0.04であり、一方、上限は、50、より
好ましくは25であることが望ましい。幅(a)と深さ
(c)の長さの比(a/c)の範囲について、下限は、
0.05、より好ましくは0.1であり、一方、上限は1
00、より好ましくは50であることが望ましい(図7
参照)。
The groove typically has a rectangular cross section. Regarding the grooves existing in the high thermal conductive material layer, the deeper the depth, the higher the heat exchange rate, but if it is too deep, the mechanical strength becomes weak, which is not preferable. Specifically, the depth (c) of the groove is 20 μm or more, more preferably 50 μm or more. The depth (c) of the groove is 90% or less of the thickness of the high thermal conductive material layer, more preferably 8
It is preferably 0% or less, for example 70% or less. Also, the wider the width (a) of the groove, the higher the heat exchange rate, but instead the number of grooves is reduced in order to maintain the strength of the portion in contact with the base material. become worse. On the other hand, the groove spacing (b) is similar to the width, and it is neither too wide nor too narrow. Groove width (a) and spacing (b)
Is preferably 20 μm or more and 10 mm or less, more preferably 40 μm or more and 2 mm or less, and even more preferably 50 μm or more and 2 mm or less. Regarding the range of the ratio of the length of the width (a) to the length of the interval (b) (a / b), the lower limit is 0.02, more preferably 0.04, while the upper limit is 50, more preferably 25. Is desirable. Regarding the range of the ratio (a / c) of the length of the width (a) to the depth (c), the lower limit is
0.05, more preferably 0.1, while the upper limit is 1
00, more preferably 50 (FIG. 7)
reference).

【0015】但し、最適な幅、間隔については、放熱基
板上に搭載される素子に依存する。なお、溝の形状とし
ては、断面が長方形である必要はなく、半円形、半楕円
形やさらに複雑な形状をとりうる。また、1つの基板中
で、上記のa, b, cの値が一定である必要はなく、上に
示した条件の中で変化させうる。溝によって占められる
高熱伝導性物質層の表面の割合は、高熱伝導性物質層の
表面の面積に対して、基板の場合に通常、2〜90%、
好ましくは10〜80%である。溝の側面が高熱伝導性
物質層表面に対する鉛直線となす角度(テーパー角)
は、30°以下であることが好ましい。
However, the optimum widths and intervals depend on the elements mounted on the heat dissipation board. The shape of the groove does not have to be rectangular in cross section, and may be semicircular, semielliptic, or a more complicated shape. Further, the values of a, b, and c described above do not have to be constant in one substrate, and can be changed under the conditions shown above. The ratio of the surface of the high thermal conductive material layer occupied by the groove is usually 2 to 90% in the case of the substrate with respect to the surface area of the high thermal conductive material layer,
It is preferably 10 to 80%. Angle (taper angle) between the side surface of the groove and the vertical line with respect to the surface of the high thermal conductive material layer
Is preferably 30 ° or less.

【0016】この冷媒の通過するべき溝は、本基板上に
設置される半導体素子などの発熱体の配置に応じて適宜
形成することができる。搭載される半導体素子などの発
熱体により、最も発熱する部分、あるいは最も低温であ
ることが要求される部分が最も効率的に冷却されるよう
に溝を形成することが望ましい。具体的には、最も冷却
したい部分に冷媒が最も多く通過する様に溝を配置す
る。溝の断面形状を複雑にし、溝の表面積を大きくする
ことによっても冷却効率を上げることができる。また、
冷媒の導入口付近は最も冷媒の温度も低いので、冷却効
率が高くなる。従って、発熱体の発熱量分布がほぼ均等
である場合、中央部分が最も温度が高くなるので、中央
部に導入口を設け、そこから螺旋状、あるいは放射線状
に冷媒溝を配置すると効率的でよい。
The groove through which the coolant passes can be appropriately formed according to the arrangement of the heating element such as a semiconductor element installed on the main substrate. It is desirable to form the groove so that the portion that generates the most heat or the portion that requires the lowest temperature is cooled most efficiently by the heating element such as the mounted semiconductor element. Specifically, the grooves are arranged so that the refrigerant most passes through the portion to be cooled most. The cooling efficiency can also be improved by making the cross-sectional shape of the groove complicated and increasing the surface area of the groove. Also,
Since the temperature of the refrigerant is lowest near the inlet of the refrigerant, the cooling efficiency is high. Therefore, if the calorific value distribution of the heating element is almost even, the temperature will be highest in the central part, so it is efficient to provide an inlet in the central part and arrange the refrigerant groove in a spiral or radial shape from there. Good.

【0017】溝は、高熱伝導性物質層を形成した後に、
該物質層をレーザー加工(例えば、エキシマレーザーを
使用する)すること、エッチング法により加工すること
などによって形成することができる。溝の表面に、厚さ
1nm以上1μm以下の非ダイヤモンドの炭素成分(例え
ば、グラファイト、非結晶質カーボン)から成る層が存
在してよい。非ダイヤモンド層は、非酸化雰囲気(例え
ば、不活性ガス雰囲気)において、高熱伝導性物質層を
1000〜1500℃に30分〜10時間(例えば、1
時間)加熱することによって、形成することができる
(この場合には、溝以外の高熱伝導性物質層の表面にも
非ダイヤモンド層が形成されるが、これは、研磨などに
よって除去することができる。)。非ダイヤモンド層の
有無は、ラマン分光法によって測定することが可能であ
る。
The groove is formed after forming the high thermal conductive material layer.
The material layer can be formed by laser processing (for example, using an excimer laser), processing by an etching method, or the like. A layer of a non-diamond carbon component (for example, graphite or amorphous carbon) having a thickness of 1 nm or more and 1 μm or less may be present on the surface of the groove. The non-diamond layer is formed by subjecting the high thermal conductive material layer to a temperature of 1000 to 1500 ° C. for 30 minutes to 10 hours (eg, 1 to 1) in a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas atmosphere).
It can be formed by heating for a time (in this case, a non-diamond layer is also formed on the surface of the high thermal conductive material layer other than the groove, which can be removed by polishing or the like). .). The presence or absence of the non-diamond layer can be measured by Raman spectroscopy.

【0018】溝の表面において、冷媒に対する濡れ性が
良好であることが好ましい。接触角は、通常65°以
下、より好ましくは60°以下であることが好ましい。
ダイヤモンドの表面には、水素原子が存在するので、こ
のままの状態では、水などの冷媒をはじく。そこで、水
素原子に代えて、酸素原子を含む親水基(例えば、OH
基)をつけることによってダイヤモンド層表面の親水性
を上げることができる。溝の表面の濡れ性の向上するに
は、例えば、酸化雰囲気(例えば、大気雰囲気)におい
て、500〜800℃で10分〜10時間アニールする
か、またはあるいは酸素または酸素を含む気体のプラズ
マで処理すればよい。溝を形成する方法として酸素プラ
ズマを使用する場合には、幾分親水性が上がっていると
考えられるが、さらに上記の濡れ性向上の操作を行って
よい。さらに、溝の表面の冷媒に対する濡れ性を改善す
る処理としては、上記の他、窒素、ホウ素あるいは不活
性ガス等を含むガス中でのプラズマ処理を挙げることが
できる。
It is preferable that the surface of the groove has good wettability with the refrigerant. The contact angle is usually 65 ° or less, more preferably 60 ° or less.
Since hydrogen atoms are present on the surface of diamond, in this state, it repels a coolant such as water. Therefore, instead of a hydrogen atom, a hydrophilic group containing an oxygen atom (for example, OH
By adding a base), the hydrophilicity of the diamond layer surface can be increased. In order to improve the wettability of the surface of the groove, for example, annealing is performed at 500 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours in an oxidizing atmosphere (for example, air atmosphere), or treatment with oxygen or a gas plasma containing oxygen is performed. do it. When oxygen plasma is used as the method for forming the grooves, it is considered that the hydrophilicity is increased to some extent, but the above-mentioned operation for improving wettability may be further performed. Further, as the treatment for improving the wettability of the surface of the groove with respect to the coolant, in addition to the above, plasma treatment in a gas containing nitrogen, boron or an inert gas can be mentioned.

【0019】溝を形成した後に、高熱伝導性層を基材に
貼り合わせる。貼り合わせは、金属または接着剤などで
行ってよい。金属層または接着剤層の厚さは、通常0.
01〜10μmである。あるいは張り合わせは、金属な
どの物質を使用せずに、高熱伝導性層を直接に基材に付
着させることによって行ってもよい。
After forming the groove, the high thermal conductivity layer is attached to the substrate. The bonding may be performed with a metal or an adhesive. The thickness of the metal layer or adhesive layer is usually 0.
It is from 01 to 10 μm. Alternatively, the bonding may be performed by directly attaching the high thermal conductivity layer to the base material without using a substance such as metal.

【0020】基材は、例えば、B、Be、Al、Cu、
Si、Ag、Ti、Fe、Ni、Mo、W、これらの合
金およびこれらの化合物(例えば、炭化物、窒化物)な
どの物質からできている。基材は、例えば、絶縁性であ
ってよい。基材は、板状であってよい。基材の厚さは、
通常0.1〜10mm、好ましくは0.5〜5mmである。
The base material is, for example, B, Be, Al, Cu,
It is made of materials such as Si, Ag, Ti, Fe, Ni, Mo, W, alloys thereof and compounds thereof (for example, carbides and nitrides). The substrate may be insulative, for example. The substrate may be plate-shaped. The thickness of the substrate is
It is usually 0.1 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm.

【0021】素子を基板上に実装する場合に、素子は高
熱伝導物質層の上に配置されることが好ましい。冷媒と
しては、例えば、水、空気、不活性ガス(例えば、窒
素、アルゴンなど)、フルオロカーボン、液体窒素、液
体酸素、液体ヘリウムなどを使用する。本発明の基板
は、半導体デバイス、例えば、レーザーチップ、MPU
などにおいて有用である。本発明において使用する素子
は、半導体素子(例えば、半導体レーザー、MPU(マ
イクロプロセッサユニット)、IC)であることが好ま
しい。本発明のような基板を使用した場合に、素子が効
率良く冷却され、素子の温度上昇が防止される。素子温
度が上昇すると、一般に半導体レーザーの発振波長が長
波長側にシフトするが、本発明においては、素子温度が
上昇しないので、半導体レーザーの発振波長が長波長側
にシフトすることはない。
When the device is mounted on the substrate, the device is preferably arranged on the high thermal conductive material layer. As the refrigerant, for example, water, air, an inert gas (for example, nitrogen, argon, etc.), fluorocarbon, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid helium, etc. are used. The substrate of the present invention is a semiconductor device such as a laser chip or MPU.
It is useful in The element used in the present invention is preferably a semiconductor element (for example, a semiconductor laser, MPU (microprocessor unit), IC). When the substrate as in the present invention is used, the element is efficiently cooled and the temperature rise of the element is prevented. When the element temperature rises, the oscillation wavelength of the semiconductor laser generally shifts to the long wavelength side. However, in the present invention, since the element temperature does not rise, the oscillation wavelength of the semiconductor laser does not shift to the long wavelength side.

【0022】さて、以下にこの冷媒の通過する溝を基材
と高熱伝導性物質層との界面に有する基板の製造方法に
ついて説明する。まず、基材に、冷媒通過溝を持つ高熱
伝導性物質層を接着して得る方法について示す。高熱伝
導性物質層となる物質を、所望の大きさに用意する。こ
れに、冷媒が通過する溝を配置するには、レーザー光線
を利用した加工方法、選択的なエッチングなどが利用で
きる。レーザー加工は、物質表面にレーザー光線を集光
することによって物質の削除加工を行い、溝を表面に形
成する。この方法によれば、任意の配置の溝を得ること
ができる。高熱伝導性物質の表面に、十分なエネルギー
密度を持ったレーザー光線を集光し、物質を削除しなが
ら徐々に集光位置を移動させて溝を表面に形成する。レ
ーザー光線としては、YAGレーザー、エキシマレーザ
ーなどが利用できるが、特にエキシマレーザーはその加
工精度の点から、任意の深さ、配置の溝を再現性よく形
成することができ好ましい。
Now, a method for manufacturing a substrate having the groove through which the coolant passes at the interface between the base material and the high thermal conductive material layer will be described below. First, a method of adhering a high thermal conductive substance layer having a coolant passage groove to a base material will be described. A substance to be the high thermal conductive substance layer is prepared in a desired size. In order to arrange the groove through which the coolant passes, a processing method using a laser beam, selective etching, or the like can be used. In the laser processing, the material is removed by focusing a laser beam on the surface of the material to form a groove on the surface. According to this method, it is possible to obtain grooves having an arbitrary arrangement. A laser beam having a sufficient energy density is focused on the surface of the high thermal conductivity material, and the focusing position is gradually moved while deleting the material to form a groove on the surface. As the laser beam, a YAG laser, an excimer laser, or the like can be used, and in particular, the excimer laser is preferable because it can form a groove having an arbitrary depth and arrangement with good reproducibility in terms of its processing accuracy.

【0023】レーザー光の波長は、360nm以下、例え
ば、190〜360nmの範囲であることが好ましい。照
射する光のエネルギー密度は、10〜1011W/cm2
ある。パルス状レーザー光を用い、その1パルス当たり
のエネルギー密度が10-1J/cm2以上で、106J/cm
2以下の範囲とすることが好ましい。さらに、レーザー
発振器より発振される際のレーザー光の広がり角度が1
-2〜5x10-1mradとし、レーザー光の発振スペクト
ルの半値幅を10-4〜1nmとすることが好ましい。レー
ザー光のビーム断面におけるエネルギー分布の均一性は
10%以下であることが好ましい。パルスレーザー光を
円筒型レンズまたは円筒型ミラーにより集光することに
よって、良好な加工の結果を得る。このようなエキシマ
レーザーによる表面溝加工において、適当な雰囲気中で
加工を行うことによって、ダイヤモンド表面の改質を行
うことができ、冷媒との濡れ性をも改善することが可能
となる。例えば、含アミノ基化合物(例えばアンモニ
ア、ヒドラジンなど)雰囲気中において上記の加工を行
うことによって、形成された溝の表面にアミノ基が導入
され、親水性を向上させることが可能である。
The wavelength of the laser light is preferably 360 nm or less, for example, in the range of 190 to 360 nm. The energy density of the irradiation light is 10 to 10 11 W / cm 2 . Energy density per pulse is 10 -1 J / cm 2 or more using pulsed laser light and 10 6 J / cm 2
The range is preferably 2 or less. Furthermore, the divergence angle of the laser light when oscillated by the laser oscillator is 1
It is preferable to set it to 0 −2 to 5 × 10 −1 mrad, and to set the half width of the oscillation spectrum of the laser beam to 10 −4 to 1 nm. The uniformity of energy distribution in the beam cross section of the laser light is preferably 10% or less. Good processing results are obtained by focusing the pulsed laser light with a cylindrical lens or a cylindrical mirror. In such surface groove processing by the excimer laser, by performing the processing in an appropriate atmosphere, the diamond surface can be modified and the wettability with the refrigerant can be improved. For example, by performing the above-mentioned processing in the atmosphere of an amino group-containing compound (for example, ammonia, hydrazine, etc.), an amino group can be introduced into the surface of the formed groove, and hydrophilicity can be improved.

【0024】一方、エッチング法による表面溝加工は、
以下のように行うことができる。即ち、適当なマスクを
高熱伝導性物質層上に形成した後、マスクはエッチング
せず、高熱伝導性物質のみをエッチングする条件で処理
する。その後マスクを除去して、表面に溝を持った高熱
伝導性物質層が得られる。ダイヤモンド上にマスク材料
としてAl、あるいはSiO2を形成し、酸素あるいは酸
素を含むガスによりダイヤモンドを選択的にエッチング
することができると知られており(第53回応物学会予
稿集第二分冊第411頁参照)、この技術を利用してダ
イヤモンド上に溝加工ができる。また、酸素あるいは酸
素を含むガスの代わりに、窒素または水素を利用しても
よい。
On the other hand, the surface groove processing by the etching method is
It can be done as follows. That is, after forming an appropriate mask on the high thermal conductive material layer, the mask is not etched, and only the high thermal conductive material is etched. After that, the mask is removed to obtain a high thermal conductive material layer having grooves on the surface. It is known that Al or SiO 2 can be formed as a mask material on diamond and the diamond can be selectively etched by oxygen or a gas containing oxygen (53rd Proceedings of the Society of Physical and Chemical Engineering, Second Volume, Volume 411). (See page), this technology can be used to form grooves on diamond. Alternatively, nitrogen or hydrogen may be used instead of oxygen or a gas containing oxygen.

【0025】こうして所望の溝を形成した高熱伝導性物
質層を、別途用意した基材に貼り付けすることにより、
非常に大きな放熱効率を有する基板を得ることができ
る。基材には、別途上記層に設けた溝に通すべき冷却媒
体を導入する出入口を設けておく。
By attaching the high thermal conductive material layer having the desired groove thus formed to a base material prepared separately,
It is possible to obtain a substrate having a very large heat dissipation efficiency. The base material is provided with an inlet / outlet for introducing the cooling medium to be separately passed through the groove provided in the layer.

【0026】高熱伝導性物質層と基材との張り付けは、
メタライズ処理によって、あるいは接着剤によって、行
うことができる。結合する2つの面を公知の方法でメタ
ライズ処理し、金属を溶融させることによって行ってよ
い。メタライズ処理で使用する金属の例は、Ti、P
t、Au、Sn、Pb、In、Agなどである。接着剤
(例えば、Ag/エポキシ系、Ag/ポリイミド系、A
u/エポキシ系)あるいはAg系ロウ剤、および他の接
着方法を使用してよい。接着剤層の厚さは、通常0.0
1〜10μmである。
Adhesion between the high thermal conductive material layer and the substrate is
It can be performed by a metallizing process or by an adhesive. It may be performed by metalizing the two surfaces to be bonded by a known method and melting the metal. Examples of metals used in the metallization treatment are Ti, P
t, Au, Sn, Pb, In, Ag and the like. Adhesive (eg Ag / epoxy type, Ag / polyimide type, A
u / epoxy based) or Ag based brazing agents, and other bonding methods may be used. The thickness of the adhesive layer is usually 0.0
It is 1 to 10 μm.

【0027】また、高熱伝導性物質層として、気相合成
法により合成されたダイヤモンドを利用する場合、溝を
形成するのにレーザー光線、エッチング法などによる加
工ではなく、マスクによる選択成長を使用することがで
きる。これは、例えば特開平1−104761号公報、
特開平1−123423号公報等に開示されている。基
材(例えば、Si、SiC、Cu、Mo、cBN等)の表面
に、マスク材を形成したい溝と対応する形状に配置して
おき、その上に気相合成法によりダイヤモンドを積層さ
せればよい。この時、50μm以上ダイヤモンドを成長
させることにより、ダイヤモンドがマスクの上部にも横
方向成長し、結果として全面を覆うようになる。その
後、基材を溶解などの方法で除去すれば、取り出される
ダイヤモンドは基材面側に溝を有している。マスクは、
Ti、SiO2、Mo等を公知の方法で形成すればよい。こ
の方法の利点は、ダイヤモンドを成長させた後に衝撃を
与える必要がないので、加工中の破損などが生じにくい
ことが挙げられる。
When diamond synthesized by the vapor phase synthesis method is used as the high thermal conductive material layer, selective growth using a mask should be used to form the groove, rather than processing by laser beam or etching method. You can This is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-1047661,
It is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-123423. If a mask material is placed on the surface of a base material (for example, Si, SiC, Cu, Mo, cBN, etc.) in a shape corresponding to the groove in which the mask material is to be formed, and diamond is laminated thereon by the vapor phase synthesis method. Good. At this time, by growing the diamond by 50 μm or more, the diamond grows laterally also on the upper part of the mask, and as a result, the whole surface is covered. After that, if the base material is removed by a method such as melting, the diamond taken out has grooves on the base material surface side. The mask is
Ti, SiO 2 , Mo and the like may be formed by a known method. The advantage of this method is that since it is not necessary to give an impact after growing the diamond, it is unlikely to be damaged during processing.

【0028】上記の方法において、マスクを形成する代
わりに、板状材料そのものを加工し、溝と対応する形状
に凸凹を設けておき、その上に気相合成法によりダイヤ
モンドを成長させることもできる。所望の厚さに成長さ
せた後、板状材料を除去すると、板状材料面側には溝を
有するダイヤモンド自立膜を得ることができる。板状材
料としては、例えば、Si、SiC、Moなどが挙げら
れる。
In the above method, instead of forming a mask, the plate-shaped material itself is processed to form irregularities in a shape corresponding to the groove, and diamond can be grown on it by vapor phase synthesis. . When the plate-shaped material is removed after the growth to a desired thickness, a diamond free-standing film having a groove on the plate-shaped material surface side can be obtained. Examples of the plate-shaped material include Si, SiC, Mo and the like.

【0029】さらに、高熱伝導性物質層として気相合成
ダイヤモンドを使う場合には、上記の方法を発展させ、
接着の工程を省略することもできる。即ち、基材の上
に、まずマスクをつけ、その上に気相合成ダイヤモンド
を成長させた後、マスクのみを溶解する事により、基材
とダイヤモンドの界面のダイヤモンド側に冷媒の通過す
る溝を有する基板を得ることができる。この方法によれ
ば、接着材を使用する必要がないため、基板全体の放熱
効率をさらに上げることができる。このような基材とし
ては、Si、SiC、Cu、Moが好ましい。
Furthermore, when vapor phase synthetic diamond is used as the high thermal conductivity material layer, the above method is developed,
The step of bonding can be omitted. That is, a mask is first placed on the base material, and after vapor phase synthetic diamond is grown on the base material, only the mask is melted to form a groove through which a coolant passes on the diamond side of the interface between the base material and the diamond. A substrate having can be obtained. According to this method, since it is not necessary to use an adhesive material, the heat dissipation efficiency of the entire substrate can be further increased. As such a base material, Si, SiC, Cu and Mo are preferable.

【0030】前記のいずれの方法も高熱伝導性物質層/
基材の界面の高熱伝導性層側に溝を有する基板の製造に
有効である。エッチングによる方法は、微細な溝を精度
良く形成することができる。レーザー加工による方法
は、その形成速度が速い。また、選択成長による方法
(マスクを使用する方法)は、比較的大きな溝を形成す
るのが容易である。
In any of the above methods, the high thermal conductivity material layer /
This is effective for manufacturing a substrate having a groove on the high thermal conductive layer side of the interface of the base material. The etching method can form fine grooves with high precision. The method using laser processing has a high formation speed. Further, in the method using selective growth (method using a mask), it is easy to form a relatively large groove.

【0031】本発明における基板の他の形態において、
流路の上下方向と横方向は、高熱伝導性物質によって包
囲されている。すなわち、基板の表面に配置された素子
(例えば、半導体素子)から生じる熱は、高熱伝導性物
質の中を温度勾配が小さいまま伝えられ、流路を通過す
る冷媒によって効率よく除去される。
In another form of the substrate according to the present invention,
The upper and lower directions and the lateral direction of the flow path are surrounded by the high thermal conductive material. That is, the heat generated from an element (for example, a semiconductor element) arranged on the surface of the substrate is transmitted through the high thermal conductivity material with a small temperature gradient, and is efficiently removed by the refrigerant passing through the flow path.

【0032】高熱伝導性物質としては、熱伝導性は高い
方が素子温度を押さえることができ好ましい。その熱伝
導率は、高ければ高い程良いが、10W/cm・K以上あ
ることが適当である。この様な材質を持つ物質として
は、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、および
気相合成ダイヤモンドが挙げられる。これらはいずれも
本発明における高熱伝導性物質として適当であるが、特
に気相合成法により得られるダイヤモンドを利用する
と、比較的大面積の高熱伝導性物質が安価に得ることが
できる。熱伝導率は、一般に温度依存性があり、上記ダ
イヤモンドは、室温以上の温度領域では温度上昇と共に
その熱伝導率は低下する。通常の電子素子を搭載する基
板の場合、搭載される素子温度は精々100℃から20
0℃以下であり、この温度領域で熱伝導率が10W/cm
・K以上であることが本発明における高熱伝導性物質に
おいても望ましい。基板の厚さは、30μm以上、より
好ましくは70μm以上であることが好ましい。基板の
厚さの上限は、通常、10mm、例えば5mmである。高熱
伝導性物質は、半導電性または導電性であってもよい
が、絶縁性であることが好ましい。高熱伝導性物質の抵
抗率は、1x108Ω・cm以上、より好ましくは1x1
9Ω・cm以上であることが好ましい。
As the high thermal conductivity material, it is preferable that the thermal conductivity is higher because the element temperature can be suppressed. The higher the thermal conductivity, the better, but 10 W / cm · K or more is suitable. Examples of substances having such a material include natural diamond, high-pressure synthetic diamond, and vapor-phase synthetic diamond. All of these are suitable as the high thermal conductivity substance in the present invention, but particularly when diamond obtained by the vapor phase synthesis method is used, a relatively large area high thermal conductivity substance can be obtained at low cost. The thermal conductivity is generally temperature-dependent, and the thermal conductivity of the diamond decreases with increasing temperature in the temperature range above room temperature. In the case of a board on which an ordinary electronic element is mounted, the temperature of the mounted element is 100 ° C to 20 ° C at best.
It is below 0 ℃, and the thermal conductivity is 10W / cm in this temperature range.
-It is preferable that it is K or more also in the high thermal conductive material in the present invention. The thickness of the substrate is preferably 30 μm or more, more preferably 70 μm or more. The upper limit of the thickness of the substrate is usually 10 mm, for example 5 mm. The high thermal conductivity material may be semi-conductive or conductive, but is preferably insulative. The high thermal conductivity material has a resistivity of 1 × 10 8 Ω · cm or more, more preferably 1 × 1.
It is preferably not less than 09 Ω · cm.

【0033】流路については、典型的には、その断面形
状は長方形である。流路の高さは大きければ大きいほど
熱交換率は上昇するが、あまり大きすぎるとその機械強
度が弱くなるので好ましくない。具体的には、流路の高
さ(c)は20μm以上、より好ましくは50μm以上で
ある。流路の高さ(c)は、基板の厚さの90%以下、
より好ましくは80%以下、例えば70%以下が好まし
い。また、流路の幅(a)は広いほど熱交換率は上昇す
るが、基板の強度を保つために流路の数が少なくなるた
めに広すぎても逆に熱交換率は悪くなる。一方、流路の
間隔(b)についても幅と同様なことがいえ、広すぎて
も狭すぎても良くない。流路の幅および間隔は、20μ
m以上10mm以下、より好ましくは40μm以上2mm以
下、更により好ましくは50μm以上2mm以下であるこ
とが望ましい。幅(a)と間隔(b)の比(a/b)の
範囲について、下限は、0.02、より好ましくは0.0
4であり、一方、上限は、50、より好ましくは25で
あることが望ましい。幅(a)と高さ(c)の比(a/
c)の範囲について、下限は、0.05、より好ましく
は0.1であり、一方、上限は100、より好ましくは
50であることが望ましい。
The flow path is typically rectangular in cross section. The heat exchange rate increases as the height of the flow path increases, but if it is too high, the mechanical strength of the flow path decreases, which is not preferable. Specifically, the height (c) of the flow path is 20 μm or more, more preferably 50 μm or more. The height (c) of the flow path is 90% or less of the thickness of the substrate,
It is more preferably 80% or less, for example 70% or less. Further, the wider the width (a) of the flow path, the higher the heat exchange rate, but since the number of flow paths is reduced in order to maintain the strength of the substrate, the heat exchange rate deteriorates if the width is too wide. On the other hand, the spacing (b) of the flow paths is the same as the width, and it is neither too wide nor too narrow. The width and spacing of the flow path is 20μ
It is desirable that the thickness is m or more and 10 mm or less, more preferably 40 μm or more and 2 mm or less, and even more preferably 50 μm or more and 2 mm or less. Regarding the range of the ratio (a / b) of the width (a) and the interval (b), the lower limit is 0.02, more preferably 0.0.
On the other hand, it is desirable that the upper limit is 4, while the upper limit is 50, more preferably 25. Ratio of width (a) to height (c) (a /
Regarding the range of c), it is desirable that the lower limit is 0.05, more preferably 0.1, while the upper limit is 100, more preferably 50.

【0034】但し、最適な幅、間隔、高さについては、
基板上に搭載される素子に依存する。なお、流路の形状
としては、断面が長方形である必要はなく、半円形、半
楕円形やさらに複雑な形状をとりうる。また、1つの基
板中で、上記のa, b, cの値が一定である必要はなく、
上に示した条件の中で変化させうる。流路によって占め
られる基板の表面の割合(基板の平面に対して垂直方向
にみた場合に流路が基板表面に占める面積の割合)は、
2〜90%、好ましくは10〜80%である。流路の側
面が基板の表面に対する鉛直線となす角度(テーパー
角)は、30°以下であることが好ましい。
However, regarding the optimum width, spacing, and height,
It depends on the device mounted on the substrate. The shape of the flow path does not have to be rectangular in cross section, and may be semicircular, semielliptic, or a more complicated shape. Also, it is not necessary that the values of a, b, and c are constant in one board,
It can be varied within the conditions given above. The ratio of the surface of the substrate occupied by the flow channel (the ratio of the area occupied by the flow channel on the surface of the substrate when viewed in the direction perpendicular to the plane of the substrate) is
It is 2 to 90%, preferably 10 to 80%. The angle (taper angle) between the side surface of the flow path and the vertical line with respect to the surface of the substrate is preferably 30 ° or less.

【0035】流路は、基板上に設置される電子素子の配
置に応じて適宜形成することができる。搭載される電子
素子により、最も発熱する部分、あるいは最も低温であ
ることが要求される部分が最も効率的に冷却されるよう
に流路を形成することが望ましい。具体的には、最も冷
却したい部分に冷媒が最も多く通過する様に流路を配置
する。流路の断面形状を複雑にし、流路の表面積を大き
くすることによっても冷却効率を上げることができる。
また、冷媒の導入口付近は最も冷媒の温度も低いので、
冷却効率が高くなる。従って、電子素子の発熱量分布が
ほぼ均等である場合、中央部分が最も温度が高くなるの
で、中央部に導入口を設け、そこから螺旋状、あるいは
放射線状に冷媒流路を配置すると効率的でよい。
The flow path can be appropriately formed according to the arrangement of the electronic elements installed on the substrate. It is desirable that the flow path be formed so that the electronic element mounted therein can most efficiently cool the part that generates the most heat or the part that requires the lowest temperature. Specifically, the flow passages are arranged so that the refrigerant most passes through the portion to be cooled most. The cooling efficiency can also be improved by making the cross-sectional shape of the flow channel complicated and increasing the surface area of the flow channel.
Also, since the temperature of the refrigerant is the lowest near the inlet of the refrigerant,
Higher cooling efficiency. Therefore, when the heat generation distribution of the electronic element is almost uniform, the temperature becomes highest in the central part, so it is efficient to provide an inlet at the central part and arrange the refrigerant flow path spirally or radially from there. Good.

【0036】流路の表面に、厚さ1nm以上1μm以下の
非ダイヤモンドの炭素成分(例えば、グラファイト、非
結晶質カーボン)から成る層が存在してよい。非ダイヤ
モンド層は、非酸化雰囲気(例えば、不活性ガス雰囲
気)において、高熱伝導性物質膜を1000〜1500
℃に30分〜10時間(例えば、1時間)加熱すること
によって、形成することができる(この場合には、流路
以外の基板の表面にも非ダイヤモンド層が形成される
が、これは、研磨などによって除去することができ
る。)。非ダイヤモンド層の有無は、ラマン分光法によ
って測定することが可能である。
A layer made of a non-diamond carbon component (for example, graphite or amorphous carbon) having a thickness of 1 nm or more and 1 μm or less may be present on the surface of the channel. The non-diamond layer is formed of a high thermal conductive material film of 1000 to 1500 in a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas atmosphere).
It can be formed by heating at 30 ° C. for 30 minutes to 10 hours (for example, 1 hour) (in this case, the non-diamond layer is also formed on the surface of the substrate other than the flow channel. It can be removed by polishing etc.). The presence or absence of the non-diamond layer can be measured by Raman spectroscopy.

【0037】流路の表面において、冷媒に対する濡れ性
が良好であることが好ましい。接触角は、通常65°以
下、より好ましくは60°以下であることが好ましい。
ダイヤモンドの表面には、水素原子が存在するので、こ
のままの状態では、水などの冷媒をはじく。そこで、水
素原子に代えて、酸素原子を含む親水基(例えば、OH
基)をつけることによってダイヤモンド膜表面の親水性
を上げることができる。
It is preferable that the surface of the channel has good wettability with the refrigerant. The contact angle is usually 65 ° or less, more preferably 60 ° or less.
Since hydrogen atoms are present on the surface of diamond, in this state, it repels a coolant such as water. Therefore, instead of a hydrogen atom, a hydrophilic group containing an oxygen atom (for example, OH
By adding a base, the hydrophilicity of the diamond film surface can be increased.

【0038】流路の表面の濡れ性の向上するには、例え
ば、酸化雰囲気(例えば、大気雰囲気)において、50
0〜800℃で10分〜10時間アニールするか、また
はあるいは酸素または酸素を含む気体のプラズマで処理
すればよい。流路を形成する方法として酸素プラズマを
使用する場合には、幾分親水性が上がっていると考えら
れるが、さらに上記の濡れ性向上の操作を行ってよい。
In order to improve the wettability of the surface of the channel, for example, in an oxidizing atmosphere (for example, atmospheric air), 50
It may be annealed at 0 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours, or may be treated with plasma of oxygen or a gas containing oxygen. When oxygen plasma is used as the method of forming the flow channel, it is considered that the hydrophilicity is increased to some extent, but the above-mentioned operation for improving wettability may be further performed.

【0039】さらに、流路の表面の冷媒に対する濡れ性
を改善する処理としては、上記の他、窒素、ホウ素ある
いは不活性ガス等を含むガス中でのプラズマ処理を挙げ
ることができる。
Further, as the treatment for improving the wettability of the surface of the flow path with respect to the refrigerant, there can be mentioned plasma treatment in a gas containing nitrogen, boron or an inert gas in addition to the above.

【0040】冷媒としては、例えば、水、空気、不活性
ガス(例えば、窒素、アルゴンなど)、フルオロカーボ
ン、液体窒素、液体酸素、液体ヘリウムなどを使用す
る。本発明において使用する素子は、半導体素子、例え
ば、半導体レーザーチップ、MPU(マイクロプロセッ
サユニット)、ICであることが好ましい。本発明のよ
うな基板を使用した場合に、素子が効率よく冷却され、
素子の温度上昇が防止される。素子温度が上昇すると、
一般に半導体レーザーの発振波長が長波長側にシフトす
るが、本発明においては、素子温度が上昇しないので、
半導体レーザーの発振波長が長波長側にシフトすること
はない。
As the refrigerant, for example, water, air, inert gas (for example, nitrogen, argon, etc.), fluorocarbon, liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid helium, etc. are used. The element used in the present invention is preferably a semiconductor element, for example, a semiconductor laser chip, MPU (microprocessor unit), or IC. When the substrate as in the present invention is used, the device is efficiently cooled,
The temperature rise of the element is prevented. When the element temperature rises,
Generally, the oscillation wavelength of the semiconductor laser shifts to the long wavelength side, but in the present invention, since the element temperature does not rise,
The oscillation wavelength of the semiconductor laser does not shift to the long wavelength side.

【0041】さて、以下に、高熱伝導性物質によって包
囲されている流路を有する基板の製造方法について説明
する。基板は、例えば、レーザー加工などにより、基板
に直接に穴をあけて流路を形成することによって形成で
きる。また、基板は、1枚の膜に溝を形成した後、他の
膜を貼り合わせることによっても形成できる。
Now, a method of manufacturing a substrate having a channel surrounded by a high thermal conductive material will be described below. The substrate can be formed by directly making holes in the substrate to form a flow path by, for example, laser processing. Alternatively, the substrate can be formed by forming a groove in one film and then bonding another film.

【0042】前者の方法では、まず所望の形状の高熱伝
導性物質からなる板を用意し、この側面にレーザー光線
を集光することにより、穴加工を施し、高熱伝導性物質
板の内部に冷媒を通過させる流路を形成する。
In the former method, first, a plate made of a highly heat-conductive substance having a desired shape is prepared, and a laser beam is focused on this side surface to form a hole, and a coolant is placed inside the high-heat conductive substance plate. A flow passage is formed.

【0043】第1高熱伝導性物質膜と第2高熱伝導性物
質膜との貼り合わせによって得る方法を以下に示す。第
1高熱伝導性物質膜には、流路になる溝が形成されてお
り、第2高熱伝導性物質膜には溝が形成されていない。
高熱伝導性物質からなる膜を所望の大きさに用意する。
第1高熱伝導性物質膜の片面に、完成時に内部に埋め込
まれるべき流路をレーザー光線による加工方法、選択的
なエッチングによる加工方法等によって形成する。
A method of obtaining the first high thermal conductivity substance film and the second high thermal conductivity substance film by bonding is shown below. The first high thermal conductivity material film has a groove that serves as a flow channel, and the second high thermal conductivity material film has no groove.
A film made of a material having high thermal conductivity is prepared in a desired size.
On one surface of the first high thermal conductivity material film, a flow path to be embedded inside at the time of completion is formed by a laser beam processing method, a selective etching processing method, or the like.

【0044】レーザー加工は、物質表面にレーザー光線
を集光することによって物質の削除加工を行い、溝を表
面に形成する。この方法によれば、任意の配置の流路を
得ることができる。高熱伝導性物質の表面に、十分なエ
ネルギー密度を持ったレーザー光線を集光し、物質を削
除しながら徐々に集光位置を移動させて溝を表面に形成
する。レーザー光線としては、YAGレーザー、エキシ
マレーザーなどが利用できるが、特にエキシマレーザー
はその加工精度の点から、任意の深さ、配置の流路を再
現性よく形成することができ好ましい。
In the laser processing, the material is removed by focusing a laser beam on the surface of the material to form a groove on the surface. According to this method, it is possible to obtain a flow path having an arbitrary arrangement. A laser beam having a sufficient energy density is focused on the surface of the high thermal conductivity material, and the focusing position is gradually moved while deleting the material to form a groove on the surface. As the laser beam, a YAG laser, an excimer laser, or the like can be used. In particular, the excimer laser is preferable because it can form a flow path having an arbitrary depth and arrangement with good reproducibility in terms of its processing accuracy.

【0045】レーザー光の波長は、360nm以下、例え
ば、190〜360nmの範囲であることが好ましい。照
射する光のエネルギー密度は、10〜1011W/cm2
ある。パルス状レーザー光を用い、その1パルス当たり
のエネルギー密度が10-1J/cm2以上で、106J/cm
2以下の範囲とすることが好ましい。さらに、レーザー
発振器より発振される際のレーザー光の広がり角度が1
-2〜5x10-1mradとし、レーザー光の発振スペクト
ルの半値幅を10-4〜1nmとすることが好ましい。レー
ザー光のビーム断面におけるエネルギー分布の均一性は
10%以下であることが好ましい。パルスレーザー光を
円筒型レンズまたは円筒型ミラーにより集光することに
よって、良好な加工の結果を得る。このようなエキシマ
レーザーによる表面溝加工において、適当な雰囲気中で
加工を行うことによって、ダイヤモンド表面の改質を行
うことができ、冷媒との濡れ性をも改善することが可能
となる。例えば、含アミノ基化合物(例えばアンモニ
ア、ヒドラジンなど)雰囲気中において上記の加工を行
うことによって、形成された溝の表面にアミノ基が導入
され、親水性を向上させることが可能である。
The wavelength of the laser light is preferably 360 nm or less, for example, in the range of 190 to 360 nm. The energy density of the irradiation light is 10 to 10 11 W / cm 2 . Energy density per pulse is 10 -1 J / cm 2 or more using pulsed laser light and 10 6 J / cm 2
The range is preferably 2 or less. Furthermore, the divergence angle of the laser light when oscillated by the laser oscillator is 1
It is preferable to set it to 0 −2 to 5 × 10 −1 mrad and to set the half width of the oscillation spectrum of the laser beam to 10 −4 to 1 nm. The uniformity of energy distribution in the beam cross section of the laser light is preferably 10% or less. Good processing results are obtained by focusing the pulsed laser light with a cylindrical lens or a cylindrical mirror. In such surface groove processing by the excimer laser, by performing the processing in an appropriate atmosphere, the diamond surface can be modified and the wettability with the refrigerant can be improved. For example, by performing the above-mentioned processing in the atmosphere of an amino group-containing compound (for example, ammonia, hydrazine, etc.), an amino group can be introduced into the surface of the formed groove, and hydrophilicity can be improved.

【0046】一方、エッチング法による流路形成は、以
下のように行うことができる。即ち、適当なマスクを高
熱伝導性物質膜上に形成した後、マスクはエッチングせ
ず、高熱伝導性物質のみをエッチングする条件で処理す
る。その後マスクを除去して、表面に溝を持った第1高
熱伝導性物質膜が得られる。ダイヤモンド上にマスク材
料としてAl、あるいはSiO2を形成し、酸素あるいは
酸素を含むガスによりダイヤモンドを選択的にエッチン
グすることができると知られており(第53回応物学会
予稿集第二分冊第411頁参照)、この技術を利用して
ダイヤモンド上に溝加工ができる。また、酸素あるいは
酸素を含むガスの代わりに、窒素または水素を利用して
もよい。
On the other hand, the flow path formation by the etching method can be performed as follows. That is, after forming an appropriate mask on the high thermal conductive material film, the mask is not etched, and only the high thermal conductive material is etched. After that, the mask is removed to obtain a first high thermal conductive material film having grooves on the surface. It is known that Al or SiO 2 can be formed as a mask material on diamond and the diamond can be selectively etched by oxygen or a gas containing oxygen (53rd Proceedings of the Society of Physical and Chemical Engineering, Second Volume, Volume 411). (See page), this technology can be used to form grooves on diamond. Alternatively, nitrogen or hydrogen may be used instead of oxygen or a gas containing oxygen.

【0047】こうして所望の溝を形成した第1高熱伝導
性物質膜を、別途用意した第2高熱伝導性物質膜に貼り
付けすることにより、非常に大きな放熱効率を有する基
板を得ることができる。第2高熱伝導性物質膜には、別
途、流路に通すべき冷却媒体を導入する出入口を設けて
おいてよい。
By adhering the first high thermal conductivity material film having the desired groove formed thereon to the separately prepared second high thermal conductivity material film, it is possible to obtain a substrate having a very high heat dissipation efficiency. The second high thermal conductive material film may be separately provided with an inlet / outlet for introducing a cooling medium to be passed through the flow path.

【0048】第1高熱伝導性物質膜にのみ、溝を形成す
る方法を上記に示したが、第2高熱伝導性物質膜にも溝
を形成し、双方の溝を有する面同士を貼り合わせること
もできる。但し、この場合工程が複雑になるため、上記
第1高熱伝導性物質膜のみに溝を形成する方が好まし
い。
Although the method of forming the groove only on the first high thermal conductive material film has been described above, the groove is also formed on the second high thermal conductive material film, and the surfaces having both grooves are bonded to each other. You can also However, in this case, since the process becomes complicated, it is preferable to form the groove only in the first high thermal conductive material film.

【0049】第1高熱伝導性物質膜と第2高熱伝導性物
質膜との貼り付けは、メタライズ処理によって、あるい
は接着剤によって、行うことができる。結合する2つの
面を公知の方法でメタライズ処理し、金属を溶融させる
ことによって行ってよい。メタライズ処理で使用する金
属の例は、Ti、Pt、Au、Sn、Pb、In、Ag
などである。接着剤(例えば、Ag/エポキシ系、Ag
/ポリイミド系、Au/エポキシ系)あるいはAg系ロ
ウ剤、および他の接着方法を使用してよい。接着剤層の
厚さは、通常0.01〜10μmである。
The first high thermal conductivity substance film and the second high thermal conductivity substance film can be attached by a metallizing treatment or an adhesive. It may be performed by metalizing the two surfaces to be bonded by a known method and melting the metal. Examples of metals used in the metallization treatment are Ti, Pt, Au, Sn, Pb, In, Ag.
And so on. Adhesives (eg Ag / epoxy, Ag
/ Polyimide based, Au / epoxy based) or Ag based brazing agents, and other bonding methods may be used. The thickness of the adhesive layer is usually 0.01 to 10 μm.

【0050】また、高熱伝導性物質膜として、気相合成
法により合成されたダイヤモンドを利用する場合、溝を
形成するのにレーザー光線、エッチング法などによる加
工ではなく、マスクによる選択成長を使用することがで
きる。これは、例えば特開平1−104761号公報、
特開平1−123423号公報等に開示されている。基
材(例えば、Si、SiC、Cu、Mo、cBN等)の表面
に、マスク材を形成したい溝と対応する形状に配置して
おき、その上に気相合成法によりダイヤモンドを積層さ
せればよい。この時、50μm以上ダイヤモンドを成長
させることにより、ダイヤモンドがマスクの上部にも横
方向成長し、結果として全面を覆うようになる。その
後、基材を溶解などの方法で除去すれば、取り出される
ダイヤモンドは基材面側に溝を有している。マスクは、
Ti、SiO2、Mo等を公知の方法で形成すればよい。こ
の方法の利点は、ダイヤモンドを成長させた後に衝撃を
与える必要がないので、加工中の破損などが生じにくい
ことが挙げられる。
When diamond synthesized by the vapor phase synthesis method is used as the high thermal conductive material film, the selective growth using a mask should be used to form the groove, instead of processing by a laser beam or an etching method. You can This is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-1047661,
It is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-123423. If a mask material is placed on the surface of a base material (for example, Si, SiC, Cu, Mo, cBN, etc.) in a shape corresponding to the groove in which the mask material is to be formed, and diamond is laminated thereon by the vapor phase synthesis method. Good. At this time, by growing the diamond by 50 μm or more, the diamond grows laterally also on the upper part of the mask, and as a result, the whole surface is covered. After that, if the base material is removed by a method such as melting, the diamond taken out has grooves on the base material surface side. The mask is
Ti, SiO 2 , Mo and the like may be formed by a known method. The advantage of this method is that since it is not necessary to give an impact after growing the diamond, it is unlikely to be damaged during processing.

【0051】上記の方法において、マスクを形成する代
わりに、板状材料そのものを加工し、溝と対応する形状
に凸凹を設けておき、その上に気相合成法によりダイヤ
モンドを成長させることもできる。所望の厚さに成長さ
せた後、板状材料を除去すると、板状材料面側には溝を
有するダイヤモンド自立膜を得ることができる。板状材
料としては、例えば、Si、SiC、Moなどが挙げら
れる。
In the above method, instead of forming a mask, the plate-shaped material itself is processed to form irregularities in a shape corresponding to the groove, and diamond can be grown on it by vapor phase synthesis. . When the plate-shaped material is removed after the growth to a desired thickness, a diamond free-standing film having a groove on the plate-shaped material surface side can be obtained. Examples of the plate-shaped material include Si, SiC, Mo and the like.

【0052】さらに、高熱伝導性物質膜として気相合成
ダイヤモンドを使う場合には、上記の方法を発展させ、
接着の工程を省略することもできる。即ち、ダイヤモン
ド膜の上に、まずマスクをつけ、その上に気相合成ダイ
ヤモンドを成長させた後、マスクのみを溶解する事によ
り、流路を有する基板を得ることができる。この方法に
よれば、接着材を使用する必要がないため、基板全体の
放熱効率をさらに上げることができる。
Further, when vapor phase synthetic diamond is used as the high thermal conductive material film, the above method is developed,
The step of bonding can be omitted. That is, a substrate having a channel can be obtained by first attaching a mask on the diamond film, growing vapor-phase synthetic diamond on the diamond film, and then dissolving only the mask. According to this method, since it is not necessary to use an adhesive material, the heat dissipation efficiency of the entire substrate can be further increased.

【0053】前記のいずれの方法も流路を有する基板の
製造に有効である。エッチングによる方法は、微細な溝
を精度良く形成することができる。レーザー加工による
方法は、その形成速度が速い。また、選択成長による方
法(マスクを使用する方法)は、比較的大きな溝を形成
するのが容易である。
Any of the above methods is effective for manufacturing a substrate having a flow path. The etching method can form fine grooves with high precision. The method using laser processing has a high formation speed. Further, in the method using selective growth (method using a mask), it is easy to form a relatively large groove.

【0054】こうして得た基板に、レーザー光線による
穴あけ加工によって穴を形成する。この穴は、上記基板
を作製する段階で、例えば選択成長や、エッチングなど
によっても得ることができる。この穴の中や基板上に適
宜電気的配線を形成する。電気的配線を有する基板を複
数枚積み重ねて、半導体装置を得る。基板間の電気接続
は、穴の中の電気配線によって行われる。半導体装置に
おける基板の数は、少なくとも2以上である。基板の数
は、200以下、例えば、50以下であってよい。そし
て、半導体装置の一部分、例えば、基板の側面から、各
基板の流路に冷媒を流す。
Holes are formed in the substrate thus obtained by drilling with a laser beam. This hole can also be obtained by, for example, selective growth or etching at the stage of manufacturing the substrate. Electrical wiring is appropriately formed in the holes and on the substrate. A plurality of substrates each having electrical wiring are stacked to obtain a semiconductor device. Electrical connection between the substrates is made by electrical wiring in the holes. The number of substrates in the semiconductor device is at least two or more. The number of substrates may be 200 or less, for example 50 or less. Then, the coolant is caused to flow into the flow path of each substrate from a part of the semiconductor device, for example, the side surface of the substrate.

【0055】以下、添付図面を参照して、本発明を説明
する。図1は、本発明における溝付高熱伝導性物質層の
概念を示す平面図である。高熱伝導性物質層11には、
溝が形成されていない表面が櫛型状になるように、溝1
2が設けられている。図2は、本発明における放熱基板
の正面図である。放熱基板16は、高熱伝導性物質層1
1、基材13および接着剤層15を有してなる。基材1
3には、溝12と連絡する2つの冷媒出入口14が設け
られている。基材13における冷媒出入口14の大きさ
および数は、特に限定されない。例えば、溝の両端に対
応する基材の部分のそれぞれに、冷媒出入口が存在して
よい。
The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view showing the concept of a grooved high thermal conductivity material layer in the present invention. The high thermal conductive material layer 11 includes
Groove 1 so that the surface without grooves is comb-shaped
Two are provided. FIG. 2 is a front view of the heat dissipation board in the present invention. The heat dissipation substrate 16 is the high thermal conductive material layer 1
1, a base material 13 and an adhesive layer 15. Substrate 1
Three refrigerant inlets / outlets 14 communicating with the groove 12 are provided in 3. The size and number of the refrigerant inlet / outlet ports 14 in the base material 13 are not particularly limited. For example, there may be a refrigerant inlet / outlet on each of the portions of the substrate that correspond to the ends of the groove.

【0056】図3は、本発明における溝付高熱伝導性物
質層の概念を示す平面図である。高熱伝導性物質層21
には、ら旋状に溝22が形成されている。図4は、本発
明には含まれない比較例1の溝付AlN層の概念を示す
平面図である。AlN層31には、図1と同様の形状の
溝32が形成されている。図5は、本発明には含まれな
い比較例1における溝付AlN層を使った放熱基板の正
面図である。放熱基板36は、AlN層31、基材33
および接着剤層35を有してなる。基材33には、溝3
2と連絡する2つの冷媒用出入口34が設けられてい
る。
FIG. 3 is a plan view showing the concept of the grooved high thermal conductive material layer in the present invention. High thermal conductive material layer 21
The groove 22 is formed in the spiral shape. FIG. 4 is a plan view showing the concept of the grooved AlN layer of Comparative Example 1 which is not included in the present invention. A groove 32 having the same shape as that of FIG. 1 is formed in the AlN layer 31. FIG. 5 is a front view of a heat dissipation substrate using a grooved AlN layer in Comparative Example 1 which is not included in the present invention. The heat dissipation substrate 36 includes the AlN layer 31 and the base material 33.
And an adhesive layer 35. The groove 33 is formed on the base material 33.
Two refrigerant inlet / outlet ports 34 communicating with the two are provided.

【0057】図6は、本発明には含まれない比較例2に
おける従来型放熱基板の概念を示す側面図である。基板
46は、溝の形成されていないダイヤモンド層41、基
材43および接着剤層45を有してなる。図7は、本発
明における高熱伝導性物質層に形成される溝を示す断面
図である。溝12は、幅aおよび深さcを有しており、
間隔bで形成されている。
FIG. 6 is a side view showing the concept of the conventional heat dissipation board in Comparative Example 2 which is not included in the present invention. The substrate 46 includes a diamond layer 41 having no groove, a base material 43, and an adhesive layer 45. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a groove formed in the high thermal conductivity material layer according to the present invention. The groove 12 has a width a and a depth c,
It is formed with a space b.

【0058】図8は、ダイヤモンドおよび非ダイヤモン
ド炭素のラマンスペクトルを示す。曲線aは、ダイヤモ
ンドのスペクトルであり、1333cm-1に強いピーク
を有する。曲線bは、非ダイヤモンド炭素を多く含む物
質のスペクトルであり、ブロードな2つのピークを有す
る。図9は、高熱伝導性物質が流路周囲を包囲している
本発明の基板を示す平面図である。基板111には流路
112が形成されており、流路112は基板内部に埋め
込まれている。
FIG. 8 shows the Raman spectra of diamond and non-diamond carbon. Curve a is the spectrum of diamond and has a strong peak at 1333 cm -1 . A curve b is a spectrum of a substance containing a large amount of non-diamond carbon and has two broad peaks. FIG. 9 is a plan view showing the substrate of the present invention in which the high thermal conductive material surrounds the periphery of the flow path. A flow channel 112 is formed in the substrate 111, and the flow channel 112 is embedded inside the substrate.

【0059】図10は、図9の基板の正面図である。基
板111は、流路112が形成されている第1高熱伝導
性物質膜113、第2高熱伝導性物質膜114および接
着剤層115を有してなる。流路112は、2つの冷媒
出入口116に接続している。冷媒出入口116は、こ
のような位置になくてもよく、第1高熱伝導性物質膜1
13または第2高熱伝導性物質膜114の主表面に設け
られていてもよい。冷媒出入口の大きさおよび数は、特
に限定されない。
FIG. 10 is a front view of the substrate of FIG. The substrate 111 includes a first high thermal conductivity substance film 113 having a flow channel 112 formed therein, a second high thermal conductivity substance film 114, and an adhesive layer 115. The flow path 112 is connected to the two refrigerant inlet / outlets 116. The refrigerant inlet / outlet 116 may not be located at such a position, and the first high thermal conductive material film 1 may be provided.
13 or the main surface of the second high thermal conductivity substance film 114 may be provided. The size and number of the refrigerant inlet / outlet ports are not particularly limited.

【0060】図11は、高熱伝導性物質が流路を包囲し
ている本発明の別の基板を示す平面図である。基板12
1には、放射状に流路122が形成されている。放射状
流路122を包囲するように、流路122に接続する別
の流路123がある。流路122は冷媒入口124に接
続し、流路123は冷媒出口125に接続している。図
12は、本発明における基板に形成される流路を示す断
面図である。流路112は、幅aおよび高さcを有して
おり、間隔bで形成されている。
FIG. 11 is a plan view showing another substrate of the present invention in which the high thermal conductive material surrounds the flow path. Board 12
1, the channels 122 are radially formed. There is another channel 123 connected to the channel 122 so as to surround the radial channel 122. The flow path 122 is connected to the refrigerant inlet 124, and the flow path 123 is connected to the refrigerant outlet 125. FIG. 12 is a sectional view showing a flow path formed in the substrate in the present invention. The flow path 112 has a width a and a height c, and is formed at intervals b.

【0061】図13は、本発明の半導体装置(3次元I
C基板)を示す斜視図である。半導体装置210は、4
つの基板201を有する。それぞれの基板201は、ダ
イヤモンドからできており、図9に示す基板と同様のも
のである。それぞれの基板201には、2つの冷媒出入
口206、および9個のIC209がある。図14は、
図13の半導体装置の一部分の断面図である。図14に
は、2つの基板201が見えている。基板201の上に
は、IC(電子素子)209および金属配線208があ
る。金属配線(例えば、Au)208は、ビアホール2
04およびハンダバンプ205を介して、他の基板上に
ある金属配線208に接続されている。基板201は、
冷却媒体が通過する流路202を有する。図15は、高
熱伝導性物質が流路を包囲している本発明における他の
基板を示す平面図である。高熱伝導性物質221には、
渦巻状に、流路222が埋め込まれている。
FIG. 13 shows a semiconductor device of the present invention (three-dimensional I
It is a perspective view showing (C board). The semiconductor device 210 has four
It has two substrates 201. Each substrate 201 is made of diamond and is similar to the substrate shown in FIG. Each substrate 201 has two refrigerant inlets / outlets 206 and nine ICs 209. Figure 14
FIG. 14 is a sectional view of a part of the semiconductor device of FIG. 13. Two substrates 201 are visible in FIG. An IC (electronic element) 209 and a metal wiring 208 are provided on the substrate 201. The metal wiring (for example, Au) 208 is provided in the via hole 2
04 and the solder bump 205, it is connected to the metal wiring 208 on another substrate. The substrate 201 is
It has a flow path 202 through which the cooling medium passes. FIG. 15 is a plan view showing another substrate in the present invention in which the high thermal conductive material surrounds the flow path. The high thermal conductive material 221 includes
The flow path 222 is embedded in a spiral shape.

【0062】[0062]

【実施例】以下、実施例により、具体的に本発明を開示
する。実施例1 CVD、レーザー溝入れ、貼り付け:傷つけ処理をした
多結晶Si基材(10mmx10mmx厚さ2mm)上に、マイ
クロ波プラズマCVD法によりダイヤモンドを成長させ
た。成長条件は、メタン1%−水素系で、圧力80Tor
r、基材温度は900℃であった。400hrの成長の
後、成長面を研磨し、Si基板を酸により溶解したとこ
ろ、10mmx10mmx厚さ0.5mmのダイヤモンド自立
膜を得た。熱伝導率を測定したところ17.2W/cm・
Kであった。
EXAMPLES The present invention will be specifically disclosed below with reference to examples. Example 1 CVD, laser grooving, attachment: Diamond was grown by a microwave plasma CVD method on a scratch-treated polycrystalline Si substrate (10 mm x 10 mm x thickness 2 mm). The growth conditions are methane 1% -hydrogen system, pressure 80 Tor.
The substrate temperature was 900 ° C. After the growth for 400 hours, the growth surface was polished and the Si substrate was dissolved with an acid to obtain a self-supporting diamond film of 10 mm × 10 mm × thickness 0.5 mm. The thermal conductivity was measured to be 17.2 W / cm.
It was K.

【0063】上記のようにして得たダイヤモンド自立膜
の片面に、KrFエキシマレーザーを線集光および点集
光し、図1の様な溝を形成した。溝の深さは約150μ
m、幅約500μm、間隔は約400μmであった。両者
にTi、PtおよびAuを蒸着した後、Auを溶融する
ことにより、溝付ダイヤモンドをCuW合金上に接着し
た。Ti/Pt/Au/Pt/Ti層の厚さは0.1μm
であった。CuW合金には、あらかじめダイヤモンドの
溝に導入する冷媒の出入口(直径:400μm)を設け
てある(図2)。
A KrF excimer laser was line-focused and point-focused on one surface of the diamond free-standing film thus obtained to form a groove as shown in FIG. The groove depth is about 150μ
m, the width was about 500 μm, and the interval was about 400 μm. After Ti, Pt and Au were vapor-deposited on both of them, the grooved diamond was adhered onto the CuW alloy by melting Au. Thickness of Ti / Pt / Au / Pt / Ti layer is 0.1 μm
Met. The CuW alloy is provided in advance with a refrigerant inlet / outlet (diameter: 400 μm) to be introduced into the diamond groove (FIG. 2).

【0064】以上のようにして作製した溝入りダイヤ/
CuW基板の溝に、冷却用水(水温25℃)を供給した。
ダイヤモンドの表面から冷媒の水の間の熱抵抗を測定し
たところ、0.014℃/Wであった。溝入り基板のダ
イヤモンド層上に赤外線発光レーザー半導体素子(1mm
x 1mm x 0.5mm)(出力密度5.3W/cm2)を搭
載し、所定の配線を行って、レーザー素子搭載装置を作
製した。ダイヤモンド表面には、金属(Au)による配
線を通常のパターニングにより形成した。レーザー素子
搭載装置の溝に、冷却用水(水温25℃)を供給した。レ
ーザー素子を発振させたところ、長時間にわたり変化
(特に、発振波長の変化)はみられなかった。
Grooved diamond / made as described above
Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the grooves of the CuW substrate.
The thermal resistance between the surface of the diamond and the water of the coolant was measured and found to be 0.014 ° C./W. Infrared emitting laser semiconductor device (1 mm on the diamond layer of the grooved substrate)
x 1 mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted and predetermined wiring was performed to fabricate a laser element mounting device. Wirings made of metal (Au) were formed on the diamond surface by ordinary patterning. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the groove of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0065】実施例2 高圧合成、溝入れレーザー、貼り付け:高温高圧下で合
成したIb型ダイヤモンド(8mm×8mm×厚さ0.6mm、
熱伝導率18.3W/cm・K)を用いて、実施例1と同様
に溝入りダイヤ/CuW基板を作製した。但し、ダイヤ
モンドに形成する溝は、ArFエキシマレーザーを使用
し、深さ約200μm、幅約350μm、間隔約400μ
mであった(図3)。基材には、冷媒の出入口として、2
箇所に穴(直径約350μmの円形)をKrFエキシマ
レーザーを点集光して加工した。
Example 2 High-pressure synthesis, grooving laser, pasting: Ib type diamond (8 mm × 8 mm × thickness 0.6 mm, synthesized under high temperature and high pressure)
A grooved diamond / CuW substrate was prepared in the same manner as in Example 1 using a thermal conductivity of 18.3 W / cmK. However, the grooves formed in the diamond are formed by using an ArF excimer laser and have a depth of about 200 μm, a width of about 350 μm, and an interval of about 400 μm.
m (Fig. 3). As a refrigerant inlet / outlet for the base material, 2
Holes (circles with a diameter of about 350 μm) were formed at points by focusing with a KrF excimer laser.

【0066】こうして作製した溝入りダイヤ/CuW基
板の溝に、実施例1と同様に冷却用水(水温25℃)を供
給した。この時、ダイヤモンドの表面から冷媒の水の間
の熱抵抗を測定したところ、0.021℃/Wであっ
た。基板のダイヤモンド層上に赤外線発光レーザー半導
体素子(1mm x 1mm x0.5mm)(出力密度5.3W
/cm2)を搭載し、所定の配線を行って、レーザー素子
搭載装置を作製した。ダイヤモンド表面には、金属(A
u)による配線を通常のパターニングにより形成した。
レーザー素子搭載装置の溝に、冷却用水(水温25℃)を
供給した。レーザー素子を発振させたところ、長時間に
わたり変化(特に、発振波長の変化)はみられなかっ
た。
Cooling water (water temperature: 25 ° C.) was supplied to the grooves of the grooved diamond / CuW substrate thus manufactured in the same manner as in Example 1. At this time, the thermal resistance between the water of the coolant and the surface of the diamond was measured and found to be 0.021 ° C./W. Infrared emitting laser semiconductor device (1mm x 1mm x 0.5mm) on the diamond layer of the substrate (power density 5.3W
/ Cm 2 ) was mounted and predetermined wiring was performed to fabricate a laser element mounting device. Metal (A
The wiring according to u) was formed by ordinary patterning.
Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the groove of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0067】比較例1 AlN、溝有り:AlN基材(10mmx10mmx0.5m
m、熱伝導率1.9W/cm・K)の片面に、上記実施例1
と同様にKrFエキシマレーザーを使用して、光線を線
集光して溝を形成した(図4)。溝の深さは約150μ
m、幅は約500μm、間隔は約400μmであった。こ
の溝付AlNを、CuW合金上に接着した。CuW合金に
は、あらかじめAlNの溝に導入する冷媒の出入口を設
けてある(図5)。以上のようにして作製した溝入りAl
N/CuW基板の溝に、冷却用水(水温25℃)を供給し
た。この時、AlNの表面から冷媒の水の間の熱抵抗を
測定したところ、0.098℃/Wであった。
Comparative Example 1 AlN with groove: AlN base material (10 mm × 10 mm × 0.5 m)
m, thermal conductivity of 1.9 W / cmK) on one side,
Similarly, a KrF excimer laser was used to linearly collect light rays to form grooves (FIG. 4). The groove depth is about 150μ
m, the width was about 500 μm, and the spacing was about 400 μm. This grooved AlN was bonded onto a CuW alloy. The CuW alloy is preliminarily provided with an inlet / outlet for a refrigerant to be introduced into the groove of AlN (FIG. 5). Grooved Al produced as described above
Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the groove of the N / CuW substrate. At this time, the thermal resistance between the surface of the AlN and the water of the refrigerant was measured and found to be 0.098 ° C./W.

【0068】基板のAlN層上に赤外線発光レーザー半
導体素子(1mm x 1mm x 0.5mm)(出力密度5.3
W/cm2)を搭載し、所定の配線を行って、レーザー素
子搭載装置を作製した。AlN表面には、金属(Au)
による配線を通常のパターニングにより形成した。レー
ザー素子搭載装置の溝に、冷却用水(水温25℃)を供給
した。レーザー素子を発振させたところ、発振波長が徐
々に長波長側にシフトしていくのが観測された。
On the AlN layer of the substrate, an infrared emitting laser semiconductor device (1 mm x 1 mm x 0.5 mm) (power density 5.3)
W / cm 2 ) was mounted and predetermined wiring was performed to fabricate a laser element mounting device. Metal (Au) on the AlN surface
The wiring was formed by ordinary patterning. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the groove of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, it was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0069】比較例2 CVD、溝なし:実施例1と同様に、気相合成ダイヤ1
0mmx10mmx0.5mmの自立膜(熱伝導率17.2W/c
m・K)を作製した。これに、溝を形成することなく、C
uW合金に接着した(図6)。こうして作製したダイヤ
/CuW基板の熱抵抗を、CuW基板裏面に25℃の空
気を吹き付けながら測定したところ、3.4℃/Wであ
った。基板のダイヤモンド層上に赤外線発光レーザー半
導体素子(1mm x 1mm x0.5mm)(出力密度5.3
W/cm2)を搭載し、レーザー素子搭載装置を作製し
た。レーザー素子搭載装置の裏側よりに25℃の空気を
吹き付けながら、レーザー素子を発振させたところ、発
振波長が徐々に長波長側にシフトしていくのが観測され
た。
Comparative Example 2 CVD, No Groove: As in Example 1, vapor phase synthetic diamond 1
0mmx10mmx0.5mm self-supporting film (thermal conductivity 17.2W / c
m · K) was prepared. In this, without forming a groove, C
Bonded to uW alloy (Fig. 6). The thermal resistance of the thus-produced diamond / CuW substrate was measured while blowing air at 25 ° C. on the back surface of the CuW substrate and found to be 3.4 ° C./W. Infrared emitting laser semiconductor device (1mm x 1mm x 0.5mm) on the diamond layer of the substrate (power density 5.3
W / cm 2 ) was mounted to prepare a laser element mounting device. When the laser element was oscillated while blowing air at 25 ° C. from the back side of the laser element mounting device, it was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0070】比較例3 CVD、溝細すぎ:実施例1と同様に、気相合成ダイヤ
10mmx10mmx0.5mmの自立膜(熱伝導率17.2W
/cm・K)を作製した。これに、KrFエキシマレーザー
を利用して、光線を線集光して溝を形成した。溝の深さ
は約150μm、幅は10μm、間隔は990μmであっ
た。この溝付ダイヤモンドをCuW合金上に接着した。
CuW合金には、あらかじめCVDダイヤの溝に導入す
る冷媒の出入口を設けてあった。
Comparative Example 3 CVD, groove too thin: As in Example 1, a vapor phase synthetic diamond 10 mm × 10 mm × 0.5 mm self-supporting film (thermal conductivity: 17.2 W)
/ Cm · K) was produced. Then, a KrF excimer laser was used to linearly focus the light beam to form a groove. The grooves had a depth of about 150 μm, a width of 10 μm, and an interval of 990 μm. The grooved diamond was bonded onto a CuW alloy.
The CuW alloy was previously provided with an inlet / outlet for a refrigerant to be introduced into the groove of the CVD diamond.

【0071】以上のようにして作製した溝入りダイヤ/
CuW基板の溝に、冷却用水(水温25℃)を供給した。
この時、ダイヤモンドの表面から冷媒の水の間の熱抵抗
を測定したところ、0.34℃/Wであった。
A grooved diamond produced as described above /
Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the grooves of the CuW substrate.
At this time, the thermal resistance between the diamond surface and the coolant water was measured and found to be 0.34 ° C./W.

【0072】基板のダイヤモンド層上に赤外線発光レー
ザー半導体素子(1mm x 1mm x0.5mm)(出力密度
5.3W/cm2)を搭載し、レーザー素子搭載装置を作製
した。レーザー素子搭載装置の溝に、冷却用水(水温2
5℃)を供給した。レーザー素子を発振させたところ、
発振波長が徐々に長波長側にシフトしていくのが観測さ
れた。
An infrared emitting laser semiconductor device (1 mm x 1 mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted on the diamond layer of the substrate to prepare a laser device mounting device. Water for cooling (water temperature 2
5 ° C.) was supplied. When oscillating the laser element,
It was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0073】実施例1および2ならびに比較例1〜3で
得られた結果を表1に示す。
Table 1 shows the results obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.

【0074】[0074]

【表1】 実施例1 2 比較例1 2 3 高熱伝導 CVD 高圧合成 AlN CVD CVD 物質層 ダイヤ ダイヤ ダイヤ ダイヤ 熱伝導率 17.2 18.3 1.9 17.2 17.2 (W/cm・K) 厚さ(mm) 0.5 0.6 0.5 0.5 0.5 溝の幅(a) 0.5 0.35 0.5 なし 0.01 (mm) 間隔(b) 0.4 0.4 0.4 なし 0.99 (mm) 深さ(c) 0.15 0.2 0.15 なし 0.15 (mm) a/b 1.25 0.88 1.25 − 0.01 熱抵抗(℃/W)0.014 0.021 0.098 3.4 0.34[Table 1]               Example 1 2 Comparative Example 1 2 3   High thermal conductivity CVD High pressure synthesis AlN CVD CVD   Material Layer Diamond Diamond Diamond Diamond   Thermal conductivity 17.2 18.3 1.9 17.2 17.2  (W / cm / K)   Thickness (mm) 0.5 0.6 0.5 0.5 0.5 0.5   Groove width (a) 0.5 0.35 0.5 None 0.01     (mm)   Interval (b) 0.4 0.4 0.4 None 0.99     (mm)   Depth (c) 0.15 0.2 0.15 None 0.15     (mm)   a / b 1.25 0.88 1.25-0.01   Thermal resistance (℃ / W) 0.014 0.021 0.098 3.4 0.34

【0075】実施例3 大気アニール 実施例1と同様にして、図1のような溝入りダイヤモン
ドを得た。これを600℃で大気中30分アニールした
後、実施例1と同様にCuW基材上に貼り付けた。こう
して作製した溝入りダイヤ/CuW基板の溝に、冷媒の
水(水温25℃)を導入した。ダイヤモンド表面から冷
媒の間の熱抵抗を調べたところ、0.012℃/Wであ
った。溝入り基板のダイヤモンド層上に赤外線発光レー
ザー半導体素子(1mm x 1mm x 0.5mm)(出力密
度5.3W/cm2)を搭載し、所定の配線を行って、レー
ザー素子搭載装置を作製した。レーザー素子搭載装置の
溝に、冷却用水(水温25℃)を供給した。レーザー素子
を発振させたところ、長時間にわたり変化(特に、発振
波長の変化)はみられなかった。
Example 3 Air Annealing In the same manner as in Example 1, a grooved diamond as shown in FIG. 1 was obtained. This was annealed at 600 ° C. in the atmosphere for 30 minutes, and then attached on a CuW substrate in the same manner as in Example 1. Refrigerant water (water temperature 25 ° C.) was introduced into the grooves of the grooved diamond / CuW substrate thus prepared. When the thermal resistance between the diamond surface and the coolant was examined, it was 0.012 ° C./W. An infrared emitting laser semiconductor device (1 mm x 1 mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted on the diamond layer of the grooved substrate, and predetermined wiring was performed to fabricate a laser device mounting device. . Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the groove of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0076】実施例4 真空アニール 実施例1と同様にして、図1のような溝入りダイヤモン
ドを得た。これを、1200℃で真空中30分アニール
した。この試料に対し、ラマンスペクトル測定を行った
ところ図8のbに示すように非ダイヤモンド成分を示す
ピークがみられた。この後、実施例1と同様にCuW基
材上に貼り付けた。こうして作製した溝入りダイヤ/C
uW基板の溝に、冷媒の水(水温25℃)を導入した。
ダイヤモンド表面から冷媒の間の熱抵抗を調べたとこ
ろ、0.011℃/Wであった。溝入り基板のダイヤモ
ンド層上に赤外線発光レーザー半導体素子(1mm x 1
mm x 0.5mm)(出力密度5.3W/cm2)を搭載し、
所定の配線を行って、レーザー素子搭載装置を作製し
た。レーザー素子搭載装置の溝に、冷却用水(水温25
℃)を供給した。レーザー素子を発振させたところ、長
時間にわたり変化(特に、発振波長の変化)はみられな
かった。
Example 4 Vacuum Annealing In the same manner as in Example 1, a grooved diamond as shown in FIG. 1 was obtained. This was annealed at 1200 ° C. in vacuum for 30 minutes. When Raman spectrum measurement was performed on this sample, a peak showing a non-diamond component was observed as shown in b of FIG. After that, it was stuck on the CuW substrate in the same manner as in Example 1. Grooved diamond / C produced in this way
Refrigerant water (water temperature 25 ° C.) was introduced into the groove of the uW substrate.
When the thermal resistance between the diamond surface and the coolant was examined, it was 0.011 ° C./W. Infrared emitting laser semiconductor device (1mm x 1 on the diamond layer of the grooved substrate)
mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 )
A predetermined wiring was performed to manufacture a laser element mounting device. Water for cooling (water temperature 25
C) was supplied. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0077】実施例5 実施例1と同様に作製した溝入り基板のダイヤモンド層
上に、MPUチップ(Siチップに膨大な数の回路が形
成されている)をTAB技術により電気的な配線を伴っ
て配置した。基板内に形成された流路に冷却水(水温2
5℃)を流しながら、半導体素子を稼働させたところ、
長時間にわたり誤動作なく稼働した。
Example 5 On a diamond layer of a grooved substrate manufactured in the same manner as in Example 1, an MPU chip (a huge number of circuits are formed on a Si chip) is formed along with electrical wiring by the TAB technique. I placed it. Cooling water (water temperature 2
When the semiconductor element was operated while flowing (5 ° C),
It operated without malfunction for a long time.

【0078】実施例6 実施例1と同様にして、図1のような溝入りダイヤモン
ドを得た。これを、μ波プラズマにより、水素中100
Torr、温度800℃で30分処理した。この試料のラ
マンスペクトル測定を行った。すると、図8のaに示す
ようにダイヤモンドの鋭いピークがみられた。この後、
実施例1と同様にCuW基材上に貼り付けた。こうして
作製した溝入りダイヤ/CuW基板の溝に、冷媒の水
(水温25℃)を導入した。ダイヤモンド表面から冷媒
の間の熱抵抗を調べたところ、0.038℃/Wであっ
た。
Example 6 In the same manner as in Example 1, a grooved diamond as shown in FIG. 1 was obtained. This is heated to 100 in hydrogen by μ-wave plasma.
Processed at Torr and temperature of 800 ° C. for 30 minutes. Raman spectrum measurement of this sample was performed. Then, a sharp peak of diamond was observed as shown in FIG. After this,
It was stuck on a CuW substrate in the same manner as in Example 1. Refrigerant water (water temperature 25 ° C.) was introduced into the grooves of the grooved diamond / CuW substrate thus prepared. When the thermal resistance between the diamond surface and the cooling medium was examined, it was 0.038 ° C./W.

【0079】実施例7 CVD、レーザー流路入れ、貼り付け:傷つけ処理をし
た多結晶Si基材(10mmx10mmx厚さ2mm)を2枚用
意し、その上にマイクロ波プラズマCVD法によりダイ
ヤモンドを成長させた。成長条件は、メタン1%−水素
系で、圧力80Torr、基材温度は900℃であった。
1枚は250hr、もう1枚は200hrの成長の後、成長
面を研磨し、Si基材を酸により溶解したところ、10
mm x 10mm x 厚さ0.3mmおよび10mm x10mm
x 0.15mmの2枚のダイヤモンド自立膜を得た。熱伝
導率を測定したところ、それぞれ17.2W/cm・K
(厚さ0.3mmのもの、第1ダイヤモンド自立膜)およ
び16.9W/cm・K(厚さ0.15mmのもの、第2ダイ
ヤモンド自立膜)であった。
Example 7 CVD, Laser Flow Path Insertion, Adhesion: Two scratch-treated polycrystalline Si substrates (10 mm × 10 mm × thickness 2 mm) were prepared, and diamond was grown on them by microwave plasma CVD method. It was The growth conditions were 1% methane-hydrogen system, the pressure was 80 Torr, and the substrate temperature was 900 ° C.
After the growth of one sheet for 250 hours and the other for 200 hours, the growth surface was polished and the Si substrate was dissolved with an acid.
mm x 10mm x thickness 0.3mm and 10mm x 10mm
Two free-standing diamond films of x 0.15 mm were obtained. When thermal conductivity was measured, each was 17.2 W / cm · K
(Thickness of 0.3 mm, first freestanding diamond film) and 16.9 W / cmK (thickness of 0.15 mm, second freestanding diamond film).

【0080】上記のようにして得た第1ダイヤモンド自
立膜(厚さ0.3mmのダイヤモンド自立膜)の片面に、
KrFエキシマレーザーを線集光および点集光し、図9
の様な溝を形成した。溝の深さは約150μm、幅は約
500μm、間隔は約400μmであった。両者にTi、
PtおよびAuを蒸着により積層した後、Auを溶融す
ることにより、第1ダイヤモンド自立膜を第2ダイヤモ
ンド自立膜に接着し、基板を作製した(図9および図1
0)。Ti/Pt/Au/Pt/Ti層の厚さは0.1
μmであった。基板は、基板の側面から冷媒を注入、排
出できるような出入口を有した。
On one side of the first free-standing diamond film (0.3 mm thick diamond free-standing film) obtained as described above,
Line focusing and point focusing of the KrF excimer laser,
To form a groove. The grooves had a depth of about 150 μm, a width of about 500 μm, and an interval of about 400 μm. Ti to both
After stacking Pt and Au by vapor deposition, by melting Au, the first diamond free-standing film was bonded to the second diamond free-standing film to prepare a substrate (FIGS. 9 and 1).
0). Thickness of Ti / Pt / Au / Pt / Ti layer is 0.1
It was μm. The substrate had an inlet / outlet through which a refrigerant could be injected and discharged from the side surface of the substrate.

【0081】以上のようにして作製した基板の第1ダイ
ヤモンド自立膜上に赤外線レーザー半導体素子(1mm
x 1mm x 0.5mm)(出力密度5.3W/cm2)を搭載
し、所定の配線を行って、レーザー素子搭載装置を作成
した。ダイヤモンド表面には、金属(Au)による配線
を通常のパターニングにより形成した。レーザー素子搭
載装置の流路に、冷却用水(水温25℃)を供給した。レ
ーザー素子を発振させたところ、長時間にわたり変化
(特に、発振波長の変化)はみられなかった。
An infrared laser semiconductor device (1 mm) was formed on the first diamond free-standing film of the substrate manufactured as described above.
x 1 mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted and predetermined wiring was performed to prepare a laser element mounting device. Wirings made of metal (Au) were formed on the diamond surface by ordinary patterning. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the flow path of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0082】上記のような基板を5枚作製し、各々にL
SIチップを5〜10個程度実装した。各基板には、エ
キシマレーザーにより電気配線を取るための穴開け加工
を施した。穴の直径は0.1〜0.5mmであり、基板内、
および表面にはAuにより電気配線を施した。上記の様
に作製した5枚の基板を積み重ね、半導体装置を得た。
この半導体装置は、従来のAlN基板を利用したMCM
基板で搭載できる素子の全発熱量に比べて30倍に相当
する素子を実装できた。それぞれの基板の流路に冷媒と
して水(水温25℃)を供給した。半導体装置は誤動作
を起こさず安定に動作した。
Five substrates as described above were prepared, and each had L
About 5 to 10 SI chips were mounted. Each substrate was perforated by an excimer laser for electrical wiring. The diameter of the hole is 0.1-0.5mm,
And the surface was electrically wired with Au. The five substrates manufactured as described above were stacked to obtain a semiconductor device.
This semiconductor device is an MCM using a conventional AlN substrate.
It was possible to mount an element corresponding to 30 times the total heat generation amount of the element that can be mounted on the board. Water (water temperature: 25 ° C.) was supplied as a coolant to the flow path of each substrate. The semiconductor device operated stably without causing a malfunction.

【0083】実施例8 実施例7と同様にして、第1ダイヤモンド自立膜および
第2ダイヤモンド自立膜を得た。但し、第1ダイヤモン
ド自立膜に形成される溝は、図11の様に放射状をして
いる。第1ダイヤモンド自立膜を、真空炉にセットし、
1200℃、30分間真空中でアニールした。この自立
膜に対し、ラマンスペクトル測定を行ったところ、図8
のbに示すように非ダイヤモンド成分を示すピークがみ
られた。この後、実施例7と同様に、第2ダイヤモンド
自立膜を貼り付け、ダイヤモンド基板を得た。
Example 8 In the same manner as in Example 7, a first freestanding diamond film and a second freestanding diamond film were obtained. However, the grooves formed in the first diamond free-standing film are radial as shown in FIG. Set the first diamond free-standing film in a vacuum furnace,
It was annealed in vacuum at 1200 ° C. for 30 minutes. When Raman spectrum measurement was performed on this self-supporting film, FIG.
As shown in b), a peak showing a non-diamond component was observed. Then, the second diamond free-standing film was attached in the same manner as in Example 7 to obtain a diamond substrate.

【0084】上記のような基板を5枚作製し、各々にL
SIチップを5〜10個程度実装した。各基板には、エ
キシマレーザーにより電気配線を取るための穴開け加工
を施した。穴の直径は0.1〜0.5mmであり、基板内、
および表面にはAuにより電気配線を施した。
Five substrates as described above were prepared, and L
About 5 to 10 SI chips were mounted. Each substrate was perforated by an excimer laser for electrical wiring. The diameter of the hole is 0.1-0.5mm,
And the surface was electrically wired with Au.

【0085】上記の様に作製した5枚の基板を積み重
ね、半導体装置を得た。この半導体装置は、従来のAl
N基板を利用したMCM基板で搭載できる素子の全発熱
量に比べて30倍に相当する素子を実装できた。それぞ
れの基板の流路に冷媒として水(水温25℃)を供給し
た。半導体装置は誤動作を起こさず安定に動作した。
The five substrates manufactured as described above were stacked to obtain a semiconductor device. This semiconductor device uses the conventional Al
It was possible to mount an element corresponding to 30 times the total heat generation amount of the element that can be mounted on the MCM board using the N board. Water (water temperature: 25 ° C.) was supplied as a coolant to the flow path of each substrate. The semiconductor device operated stably without causing a malfunction.

【0086】実施例9 高圧合成、流路入れレーザー、貼り付け:高温高圧下で
合成したIb型ダイヤモンド[第1ダイヤモンド自立膜
(8mm×8mm×厚さ0.4mm、熱伝導率18.3W/cm・
K)および第2ダイヤモンド自立膜(8mm×8mm×厚さ
0.2mm、熱伝導率18.3W/cm・K)]を用いて、実
施例7と同様に流路入りダイヤ基板を作製した。但し、
第1ダイヤモンド自立膜に形成する流路は、ArFエキ
シマレーザーを使用し、深さ約200μm、幅約350
μm、間隔約400μmであり、図15に示すようなもの
であった。第2ダイヤモンド自立膜には、流路に導入す
る冷媒の出入口として、2箇所に穴(直径約350μm
の円形)をKrFエキシマレーザーを点集光して加工し
た。
Example 9 High-pressure synthesis, flow-through laser, attachment: Ib type diamond synthesized under high temperature and high pressure [first diamond freestanding film (8 mm × 8 mm × thickness 0.4 mm, thermal conductivity 18.3 W / cm·
K) and the second diamond free-standing film (8 mm × 8 mm × thickness 0.2 mm, thermal conductivity 18.3 W / cm · K)] were used to prepare a diamond substrate with a flow path in the same manner as in Example 7. However,
The flow path formed in the first diamond free-standing film uses an ArF excimer laser and has a depth of about 200 μm and a width of about 350 μm.
The distance was about 400 μm, and it was as shown in FIG. The second diamond free-standing film has holes (diameter of about 350 μm) at two locations as inlets and outlets for the refrigerant introduced into the flow channel.
The circle) was processed by focusing with a KrF excimer laser.

【0087】こうして作製した基板の流路に、実施例7
と同様に冷却用水(水温25℃)を供給した。この時、ダ
イヤモンドの表面から冷媒の水の間の熱抵抗を測定した
ところ、0.013℃/Wであった。基板の第1ダイヤ
モンド自立膜上に赤外線レーザー半導体素子(1mm x
1mmx 0.5mm)(出力密度5.3W/cm2)を搭載し、
所定の配線を行って、レーザー素子搭載装置を作成し
た。ダイヤモンド表面には、金属(Au)による配線を
通常のパターニングにより形成した。レーザー素子搭載
装置の流路に、冷却用水(水温25℃)を供給した。レー
ザー素子を発振させたところ、長時間にわたり変化(特
に、発振波長の変化)はみられなかった。
Example 7 was placed in the flow path of the substrate thus produced.
Water for cooling (water temperature 25 ° C.) was supplied in the same manner as in. At this time, the thermal resistance between the diamond surface and the coolant water was measured and found to be 0.013 ° C./W. Infrared laser semiconductor device (1mm x
1mm x 0.5mm) (output density 5.3W / cm 2 )
Predetermined wiring was performed to prepare a laser element mounting device. Wirings made of metal (Au) were formed on the diamond surface by ordinary patterning. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the flow path of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, no change (especially change in oscillation wavelength) was observed over a long period of time.

【0088】比較例4 AlN、流路あり:第1AlN自立膜(10mm x 10
mm x 厚さ0.5mm、熱伝導率1.8〜1.9W/cm・
K)の片面に実施例7と同様にKrFエキシマレーザー
を使用して、溝を形成した。溝の深さは約150μm、
幅は約500μm、間隔は約400μmであった。第1A
lN自立膜を第2AlN自立膜(10mm x 10mm x
厚さ0.3mm、熱伝導率1.8〜1.9W/cm・K)と接
着し、流路を有する基板を得た。AlN基板の流路に冷
却用水(水温25℃)を供給した。この時、AlNの表
面から冷却用水の間の熱抵抗を測定したところ、0.0
88℃/Wであった。
Comparative Example 4 AlN, with flow path: First AlN free-standing film (10 mm x 10
mm x thickness 0.5 mm, thermal conductivity 1.8-1.9 W / cm
Grooves were formed on one surface of (K) using a KrF excimer laser as in Example 7. The depth of the groove is about 150 μm,
The width was about 500 μm and the spacing was about 400 μm. 1A
The 1N self-supporting film is replaced with the second AlN self-supporting film (10 mm x 10 mm x
A substrate having a flow path was obtained by bonding with a thickness of 0.3 mm and a thermal conductivity of 1.8 to 1.9 W / cmK. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the flow path of the AlN substrate. At this time, the thermal resistance between the surface of AlN and the cooling water was measured and found to be 0.0
It was 88 ° C / W.

【0089】基板のAlN層上に赤外線レーザー半導体
素子(1mm x 1mm x 0.5mm)(出力密度5.3W/
cm2)を搭載し、所定の配線を行って、レーザー素子搭
載装置を作成した。AlN層表面には、金属(Au)に
よる配線を通常のパターニングにより形成した。レーザ
ー素子搭載装置の流路に、冷却用水(水温25℃)を供給
した。レーザー素子を発振させたところ、発振波長が徐
々に長波長側にシフトしていくのが観測された。
On the AlN layer of the substrate, an infrared laser semiconductor device (1 mm x 1 mm x 0.5 mm) (power density 5.3 W /
cm 2 ) was mounted, and predetermined wiring was performed to prepare a laser element mounting device. Wirings made of metal (Au) were formed on the surface of the AlN layer by ordinary patterning. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the flow path of the laser element mounting device. When the laser element was oscillated, it was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0090】比較例5 CVD、流路なし:実施例7と同様に、気相合成ダイヤ
10mmx10mmx0.5mmの自立膜(熱伝導率17.2W
/cm・K)を作製した。これの片面に、25℃の空気を
吹き付けながら、表面と空気の間の熱抵抗を測定したと
ころ、2.8℃/Wであった。ダイヤモンド自立膜上に
赤外線レーザー半導体素子(1mm x 1mm x 0.5m
m)(出力密度5.3W/cm2)を搭載し、所定の配線を
行って、レーザー素子搭載装置を作成した。ダイヤモン
ド自立膜表面には、金属(Au)による配線を通常のパ
ターニングにより形成した。 レーザー素子搭載装置の裏面に25℃の空気を吹き付け
ながら、レーザー素子を発振させたところ、発振波長が
徐々に長波長側にシフトしていくのが観測された。
Comparative Example 5 CVD, no flow path: As in Example 7, a vapor phase synthetic diamond 10 mm × 10 mm × 0.5 mm self-supporting film (thermal conductivity of 17.2 W) was used.
/ Cm · K) was produced. The thermal resistance between the surface and the air was measured while blowing air at 25 ° C. on one surface thereof, and it was 2.8 ° C./W. Infrared laser semiconductor device (1mm x 1mm x 0.5m on diamond free-standing film)
m) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted and predetermined wiring was performed to prepare a laser element mounting device. Wirings made of metal (Au) were formed on the surface of the diamond free-standing film by ordinary patterning. When the laser element was oscillated while blowing air at 25 ° C. on the back surface of the laser element mounting device, it was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0091】比較例6 CVD、流路細すぎ:実施例7と同様に、気相合成によ
って、第1ダイヤモンド自立膜(10mmx10mmx0.3
mm、熱伝導率17.2W/cm・K)および第2ダイヤモン
ド自立膜(10mm x 10mm x 0.15mm、熱伝導率
17.2W/cm・K)を作製した。第1ダイヤモンド自
立膜に、KrFエキシマレーザーを利用して、図9に示
すように、光線を線集光して溝を形成した。溝の深さは
約150μm、幅は10μm、間隔は990μmであっ
た。この溝付第1ダイヤモンド自立膜を、第2ダイヤモ
ンド自立膜に接着し、ダイヤモンド基板を作成した。ダ
イヤモンド基板の流路に、冷却用水(水温25℃)を供給
した。この時、ダイヤモンドの表面から冷媒の水の間の
熱抵抗を測定したところ、0.32℃/Wであった。
Comparative Example 6 CVD, Channel Too Thin: Similar to Example 7, the first diamond free-standing film (10 mm × 10 mm × 0.3) was formed by vapor phase synthesis.
mm, thermal conductivity 17.2 W / cm · K) and a second diamond freestanding film (10 mm x 10 mm x 0.15 mm, thermal conductivity 17.2 W / cm · K) were prepared. Grooves were formed on the first free-standing diamond film by linearly focusing the light rays using a KrF excimer laser as shown in FIG. The grooves had a depth of about 150 μm, a width of 10 μm, and an interval of 990 μm. This grooved first diamond free-standing film was adhered to the second diamond free-standing film to prepare a diamond substrate. Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the flow path of the diamond substrate. At this time, the thermal resistance between the water of the coolant and the surface of the diamond was measured and found to be 0.32 ° C./W.

【0092】基板の第1ダイヤモンド自立膜上に赤外線
レーザー半導体素子(1mm x 1mmx 0.5mm)(出力
密度5.3W/cm2)を搭載し、所定の配線を行って、レ
ーザー素子搭載装置を作成した。ダイヤモンド表面に
は、金属(Au)による配線を通常のパターニングによ
り形成した。レーザー素子搭載装置の流路に、冷却用水
(水温25℃)を供給した。レーザー素子を発振させたと
ころ、発振波長が徐々に長波長側にシフトしていくのが
観測された。
An infrared laser semiconductor element (1 mm x 1 mm x 0.5 mm) (output density 5.3 W / cm 2 ) was mounted on the first diamond free-standing film on the substrate, and predetermined wiring was performed to mount the laser element mounting device. Created. Wirings made of metal (Au) were formed on the diamond surface by ordinary patterning. Cooling water in the flow path of the laser element mounting device
(Water temperature 25 ° C.) was supplied. When the laser element was oscillated, it was observed that the oscillation wavelength gradually shifted to the long wavelength side.

【0093】実施例10 大気アニール:実施例7と同様にして、溝付第1ダイヤ
モンド自立膜および第2ダイヤモンド自立膜を得た。第
1ダイヤモンド自立膜を、大気炉にセットし、600
℃、30分間大気中でアニールした。この後、実施例7
と同様に、第2ダイヤモンド自立膜を貼り付け、ダイヤ
モンド基板を得た。上記基板に、冷却用水(水温25
℃)を供給した。ダイヤモンド表面から冷媒の水の間の
熱抵抗を測定したところ、0.01℃/Wであった。実
施例7と同様に、レーザー素子搭載装置を得た。基板の
流路に、冷媒の水(温度25℃)を導入した。レーザー
素子を発振させたところ、長時間にわたり安定に動作
し、発振波長の変化などは見られなかった。
Example 10 Air Annealing: In the same manner as in Example 7, a grooved first diamond freestanding film and a second diamond freestanding film were obtained. The first diamond free-standing film is set in an atmospheric furnace, and 600
Annealing was performed in the air at 30 ° C. for 30 minutes. After this, Example 7
Similarly, the second diamond free-standing film was attached to obtain a diamond substrate. Cooling water (water temperature 25
C) was supplied. The thermal resistance between the diamond surface and the coolant water was measured and found to be 0.01 ° C./W. A laser device mounting apparatus was obtained in the same manner as in Example 7. Refrigerant water (temperature: 25 ° C.) was introduced into the flow path of the substrate. When the laser element was oscillated, it operated stably for a long time and no change in oscillation wavelength was observed.

【0094】実施例11 真空アニール:実施例7と同様にして、溝付第1ダイヤ
モンド自立膜および第2ダイヤモンド自立膜を得た。第
1ダイヤモンド自立膜を、真空炉にセットし、1200
℃、30分間真空中でアニールした。この自立膜に対
し、ラマンスペクトル測定を行ったところ図8のbに示
すように非ダイヤモンド成分を示すピークがみられた。
この後、実施例7と同様に、第2ダイヤモンド自立膜を
貼り付け、ダイヤモンド基板を得た。
Example 11 Vacuum Annealing: In the same manner as in Example 7, a grooved first diamond freestanding film and a second diamond freestanding film were obtained. The first diamond free-standing film is set in a vacuum furnace, and 1200
Annealed in vacuum at 30 ° C. for 30 minutes. When Raman spectrum measurement was performed on this self-supporting film, a peak showing a non-diamond component was observed as shown in b of FIG.
Then, the second diamond free-standing film was attached in the same manner as in Example 7 to obtain a diamond substrate.

【0095】上記基板に、冷却用水(水温25℃)を供
給した。ダイヤモンド表面から冷媒の水の間の熱抵抗を
測定したところ、0.01℃/Wであった。実施例7と
同様に、レーザー素子搭載装置を得た。基板の流路に、
冷媒の水(温度25℃)を導入した。レーザー素子を発
振させたところ、長時間にわたり安定に動作し、発振波
長の変化などは見られなかった。
Cooling water (water temperature 25 ° C.) was supplied to the substrate. The thermal resistance between the diamond surface and the coolant water was measured and found to be 0.01 ° C./W. A laser device mounting apparatus was obtained in the same manner as in Example 7. In the flow path of the substrate,
The coolant water (temperature 25 ° C.) was introduced. When the laser element was oscillated, it operated stably for a long time and no change in oscillation wavelength was observed.

【0096】実施例12 実施例7と同様に作製した基板上に、MPUチップ(S
iチップに膨大な数の回路が形成されている)がTAB
技術により電気的な配線を伴って配置した。基板内に形
成された流路に冷却水(水温25℃)を流しながら、半
導体素子を稼働させたところ、長時間にわたり誤動作な
く稼働した。
Example 12 The MPU chip (S
i-chip has a huge number of circuits)
Placed with electrical wiring due to technology. When the semiconductor element was operated while flowing cooling water (water temperature 25 ° C.) in the flow path formed in the substrate, it operated without malfunction for a long time.

【0097】[0097]

【発明の効果】本発明による放熱基板は、高い放熱特性
を持っている。特に、これまでの基板では対応が困難で
あった高エネルギー密度のレーザーチップなど、単位面
積当たりの発熱量の非常に大きな素子を搭載する場合
に、大きな効果を発揮することができる。本発明におい
ては、高い放熱特性を持ち、素子を長時間にわたって安
定に動作させる素子搭載装置が得られる。本発明を利用
すれば、排熱性に優れ、ひいては実装密度を大幅に上げ
た半導体装置を得ることができる。これにより、高性能
な情報処理機器を小型にかつ安価に提供することができ
る。
The heat dissipation board according to the present invention has high heat dissipation characteristics. In particular, when a device having a very large amount of heat generation per unit area, such as a laser chip having a high energy density, which has been difficult to cope with with conventional substrates, is mounted, a great effect can be exerted. According to the present invention, it is possible to obtain an element mounting device that has high heat dissipation characteristics and that operates the element stably for a long time. By utilizing the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device which is excellent in heat dissipation and, in turn, has a significantly increased packaging density. As a result, a high-performance information processing device can be provided in a small size and at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明における溝付高熱伝導性物質層の概念
を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing the concept of a grooved high thermal conductivity material layer in the present invention.

【図2】 本発明における基板の正面図。FIG. 2 is a front view of a substrate according to the present invention.

【図3】 本発明における溝付高熱伝導性物質層の概念
を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing the concept of a grooved high thermal conductivity material layer in the present invention.

【図4】 本発明には含まれない比較例1の溝付AlN
層の概念を示す平面図。
FIG. 4 Grooved AlN of Comparative Example 1 not included in the present invention
The top view which shows the concept of a layer.

【図5】 本発明には含まれない比較例1における溝付
AlN層を使った放熱基板の正面図。
FIG. 5 is a front view of a heat dissipation board using a grooved AlN layer in Comparative Example 1 which is not included in the present invention.

【図6】 本発明には含まれない比較例2における従来
型放熱基板の概念を示す側面図。
FIG. 6 is a side view showing the concept of a conventional heat dissipation board in Comparative Example 2 which is not included in the present invention.

【図7】 本発明における高熱伝導性物質層に形成され
る溝を示す断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a groove formed in the high thermal conductivity material layer according to the present invention.

【図8】 ダイヤモンドおよび非ダイヤモンド炭素のラ
マンスペクトル。
FIG. 8: Raman spectra of diamond and non-diamond carbon.

【図9】 高熱伝導性物質が流路周囲を包囲する本発明
の基板の平面図。
FIG. 9 is a plan view of a substrate of the present invention in which a highly thermal conductive material surrounds the periphery of a flow channel.

【図10】 図9の基板の正面図。FIG. 10 is a front view of the substrate of FIG.

【図11】 高熱伝導性物質が流路周囲を包囲する本発
明の別の基板の平面図。
FIG. 11 is a plan view of another substrate of the present invention in which the high thermal conductive material surrounds the flow path periphery.

【図12】 本発明の基板に形成される流路を示す断面
図。
FIG. 12 is a sectional view showing a flow channel formed in the substrate of the present invention.

【図13】 本発明の半導体装置の斜視図。FIG. 13 is a perspective view of a semiconductor device of the present invention.

【図14】 図13の半導体装置の一部分の断面図。14 is a sectional view of a part of the semiconductor device of FIG.

【図15】 高熱伝導性物質が流路周囲を包囲する本発
明における他の基板を示す平面図。
FIG. 15 is a plan view showing another substrate of the present invention in which a highly heat-conductive substance surrounds the periphery of a flow channel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、21、41…高熱伝導性物質層 31…AlN層 12、22、32…冷媒通過用の溝 13、33、43…基材 14、34…冷媒出入口 15、35、45…接着層 16、36、46…基板 111,121,201,221…基板 112,122,123,222…冷媒通過用の流路 113…第1高熱伝導性膜 114…第2高熱伝導性膜 115…接着層 116,206…冷媒出入口 124…冷媒入口 125…冷媒出口 209…IC 210…半導体装置 11, 21, 41 ... High thermal conductivity material layer 31 ... AlN layer 12, 22, 32 ... Grooves for passing refrigerant 13, 33, 43 ... Base material 14, 34 ... Refrigerant inlet / outlet 15, 35, 45 ... Adhesive layer 16, 36, 46 ... Substrate 111, 121, 201, 221 ... Substrate 112, 122, 123, 222 ... Channels for passing refrigerant 113 ... First high thermal conductivity film 114 ... Second high thermal conductive film 115 ... Adhesive layer 116, 206 ... Refrigerant inlet / outlet 124 ... Refrigerant inlet 125 ... Refrigerant outlet 209 ... IC 210 ... Semiconductor device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平6−319978 (32)優先日 平成6年12月22日(1994.12.22) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平6−319982 (32)優先日 平成6年12月22日(1994.12.22) (33)優先権主張国 日本(JP) (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 実開 平2−24588(JP,U) R. Ramesham,Fabri cation of Microcha nnels in Synthetic Polycrystalline D iamond Thin Films for Heat Sinking A pplic,J. Electroch em.Soc.,1991年 6月,第138 巻、第6号,p.1706−1709 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/373 H01L 23/473 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 6-319978 (32) Priority date December 22, 1994 (December 22, 1994) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 6-319982 (32) Priority date December 22, 1994 (December 22, 1994) (33) Priority claim country Japan (JP) (72) Inventor Naoji Fujimori 1-1-1 Kunyokita, Itami-shi, Hyogo Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) References: 2-24588 (JP, U) Rameshham, Fabrication of Microchannels in Synthetic Polycrystalline Diamond Thin Films for Heat Sinking A pplc, J. Am. Electroch em. Soc. , June 1991, Volume 138, No. 6, p. 1706-1709 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/373 H01L 23/473

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱伝
導性物質層が基材の上に配置され、かつ基材/高熱伝導
性物質層の界面部の高熱伝導性物質層側のみに冷却用媒
体を通過させるための流路を備えており、高熱伝導性物
質がダイヤモンドであることを特徴とする基板。
1. A high thermal conductive substance layer having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more is disposed on a substrate, and only the high thermal conductive substance layer side of an interface portion of the substrate / high thermal conductive substance layer. Is equipped with a flow path for passing a cooling medium,
Board quality is characterized by Oh Rukoto a diamond.
【請求項2】 ダイヤモンドが気相合成法により作製さ
れたことを特徴とする請求項に記載の基板。
2. The substrate according to claim 1 , wherein diamond is produced by a vapor phase synthesis method.
【請求項3】 冷却用媒体を通過させるための流路の深
さが、50μm以上、高熱伝導性物質層の厚さの90%
以下であることを特徴とする請求項1に記載の基板。
3. The depth of the flow path for passing the cooling medium is 50 μm or more, and 90% of the thickness of the high thermal conductive material layer.
The substrate according to claim 1, wherein:
【請求項4】 冷却用媒体を通過させるための流路の幅
が、20μm以上10mm以下であることを特徴とする請
求項1に記載の基板。
4. The substrate according to claim 1, wherein the width of the flow path for passing the cooling medium is 20 μm or more and 10 mm or less.
【請求項5】 冷却用媒体を通過させるための流路の間
隔が、20μm以上10mm以下であることを特徴とする
請求項1に記載の基板。
5. The substrate according to claim 1, wherein the distance between the flow paths for passing the cooling medium is 20 μm or more and 10 mm or less.
【請求項6】 冷却用媒体を通過させるための流路の幅
(a)と間隔(b)の比が、0.02≦(a/b)≦50であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の基板。
6. A width of a flow path for passing a cooling medium.
The substrate according to claim 1, wherein the ratio of (a) to the interval (b) is 0.02 ≦ (a / b) ≦ 50.
【請求項7】 冷却用媒体を通過させるための流路が、
基板の中央部から外周部へ螺旋状あるいは放射線状に配
置されていることを特徴とする請求項1に記載の基板。
7. A flow path for passing a cooling medium,
The substrate according to claim 1, wherein the substrate is spirally or radially arranged from the central portion to the outer peripheral portion of the substrate.
【請求項8】 冷却用媒体を通過させるための流路の表
面が、冷却用媒体に対する濡れ性を向上させるように処
理されていることを特徴とする請求項1に記載の基板。
8. The substrate according to claim 1, wherein the surface of the flow path for passing the cooling medium is treated to improve the wettability with respect to the cooling medium.
【請求項9】 熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱伝
導性物質層が基材の上に配置され、かつ基材/高熱伝導
性物質層の界面部の高熱伝導性物質層側のみに冷却用媒
体を通過させるための流路を備えており、高熱伝導性物
質がダイヤモンドであることを特徴とする放熱基板。
9. A high thermal conductive material layer having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more is disposed on a base material, and only the high thermal conductive material layer side of the base material / high thermal conductive material layer interface portion. Is equipped with a flow path for passing a cooling medium,
Heat sink substrate that quality is characterized by Oh Rukoto a diamond.
【請求項10】 熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱
伝導性物質層が基材の上に配置され、かつ基材/高熱伝
導性物質層の界面部の高熱伝導性物質層側のみに冷却用
媒体を通過させるための流路を備え、かつ該高熱伝導性
物質層の上部に最大発熱密度1W/cm以上の発熱素
子を搭載しており、高熱伝導性物質がダイヤモンドであ
ることを特徴とする素子搭載装置。
10. A high thermal conductive material layer having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more is disposed on a base material, and only the high thermal conductive material layer side of the base material / high thermal conductive material layer interface portion. Is provided with a flow path for passing a cooling medium, and a heating element having a maximum heat generation density of 1 W / cm 2 or more is mounted on the high thermal conductive material layer, and the high thermal conductive material is diamond. An element mounting device characterized by the above.
【請求項11】 前記発熱素子が半導体素子であること
を特徴とする請求項1に記載の素子搭載装置。
11. The device mounting apparatus of claim 1 0, characterized in that said heating element is a semiconductor element.
【請求項12】 前記半導体素子が半導体レーザーであ
ることを特徴とする請求項1に記載の素子搭載装置。
12. The device mounting apparatus of claim 1 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor laser.
【請求項13】 前記半導体素子がマイクロプロセッサ
であることを特徴とする請求項1に記載の素子搭載装
置。
13. The device mounting apparatus of claim 1 1, wherein the semiconductor device is a microprocessor.
【請求項14】 熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱
伝導性物質から成る板中に、冷却用媒体を通過させるた
めの1本以上の流路が埋め込まれており、高熱伝導性物
質がダイヤモンドであることを特徴とする基板。
14. A plate made of a highly heat-conductive substance having a heat conductivity of 10 W / cm · K or more, in which one or more flow paths for allowing a cooling medium to pass through are embedded .
Board quality is characterized by Oh Rukoto a diamond.
【請求項15】 熱伝導率が10W/cm・K以上の高熱
伝導性物質から成る板中に、冷却用媒体を通過させるた
めの1本以上の流路が埋め込まれており、高熱伝導性物
質がダイヤモンドであることを特徴とする放熱基板。
15. A plate made of a highly heat-conductive substance having a heat conductivity of 10 W / cm · K or more, in which one or more flow paths for allowing a cooling medium to pass through are embedded, whereby a highly heat-conductive substance is obtained.
Heat sink substrate that quality is characterized by Oh Rukoto a diamond.
【請求項16】 熱伝導率10W/cm・K以上の高熱伝
導性物質から成る基板中に、冷却用媒体を通過させるた
めの1本以上の流路が埋め込まれており、かつ基板上に
最大発熱密度1W/cm以上の少なくとも1つの発熱素
子を搭載しており、高熱伝導性物質がダイヤモンドであ
ることを特徴とする素子搭載装置。
16. A substrate made of a highly heat-conductive substance having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more is embedded with one or more flow paths for allowing a cooling medium to pass therethrough, and has a maximum size on the substrate. An element mounting apparatus, wherein at least one heating element having a heat generation density of 1 W / cm 2 or more is mounted , and the high thermal conductivity substance is diamond .
【請求項17】 熱伝導率10W/cm・K以上の高熱伝
導性物質から成る基板中に、冷却用媒体を通過させるた
めの1本以上の流路が埋め込まれている基板が、2枚以
上積み重ねられており、かつ各々の基板には1個以上の
素子が搭載され、各素子間を接続する金属配線が基板
上、あるいは基板中に配置されており、高熱伝導性物質
がダイヤモンドであることを特徴とする半導体装置。
17. Two or more substrates in which one or more flow paths for passing a cooling medium are embedded in a substrate made of a highly heat-conductive substance having a thermal conductivity of 10 W / cm · K or more. stacked and, and the each of the substrates is equipped with a one or more elements, metal wiring for connecting between the elements are arranged on or in a substrate on the substrate, high thermal conductivity material
There semiconductor device according to claim Oh Rukoto a diamond.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3479957B2 (en) * 1994-08-03 2003-12-15 住友電気工業株式会社 Diamond heat sink and method of manufacturing the same
US5874775A (en) * 1994-08-03 1999-02-23 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Diamond heat sink including microchannel therein and methods for manufacturing diamond heat sinks
JP3379623B2 (en) * 1996-11-25 2003-02-24 Abb株式会社 Rotary atomizing head type electrostatic coating equipment
JP4048579B2 (en) * 1997-08-28 2008-02-20 住友電気工業株式会社 Heat dissipating body including refrigerant flow path and manufacturing method thereof
DE69936226T2 (en) * 1998-08-18 2008-01-24 Hamamatsu Photonics K.K., Hamamatsu COOLING BODY, AND SEMICONDUCTOR LASER DEVICE WITH SUCH A REFRIGERATOR
CN1167126C (en) * 1998-08-18 2004-09-15 浜松光子学株式会社 Heatsink and semiconductor laser device and semiconductor laser stack using heatsink
DE10246990A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-22 Atotech Deutschland Gmbh Microstructure cooler and its use
US6988535B2 (en) * 2002-11-01 2006-01-24 Cooligy, Inc. Channeled flat plate fin heat exchange system, device and method
JP2005013905A (en) * 2003-06-27 2005-01-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Microchip for chemical reaction and method for producing the same
TWI287700B (en) * 2004-03-31 2007-10-01 Delta Electronics Inc Heat dissipation module
JP4608641B2 (en) * 2005-04-27 2011-01-12 株式会社豊田自動織機 Power module heat sink
JP4600220B2 (en) * 2005-09-01 2010-12-15 三菱マテリアル株式会社 Cooler and power module
US7432592B2 (en) * 2005-10-13 2008-10-07 Intel Corporation Integrated micro-channels for 3D through silicon architectures
JP2009109401A (en) * 2007-10-31 2009-05-21 Fuji Xerox Co Ltd Microflow path device and manufacturing method of same
US9759495B2 (en) * 2008-06-30 2017-09-12 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly having heat exchanger with serpentine flow path
WO2019146039A1 (en) * 2018-01-25 2019-08-01 ソフトバンク株式会社 Coolant-based cooling system for three-dimensional stacked integrated circuit, and three-dimensional stacked integrated circuit using same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R. Ramesham,Fabrication of Microchannels in Synthetic Polycrystalline Diamond Thin Films for Heat Sinking Applic,J. Electrochem.Soc.,1991年 6月,第138巻、第6号,p.1706−1709

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