JP6367980B2 - 一体型のダイヤモンドヒートスプレッダを有する電子デバイス構成要素 - Google Patents
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米国特許出願公開第2010/0149756号は、ダイヤモンドヒートスプレッダを電子デバイスパッケージ内へ一体化するための代替の配置を開示している。同文献の提案によれば、ダイヤモンドヒートスプレッダが金属フレームに取り付けられ、この複合的なダイヤモンドヒートスプレッダ/金属フレームの構造がセラミックキャリア基板の上に結合され、セラミックキャリア基板上には半導体ダイが取り付けられ、ダイヤモンドヒートスプレッダの表面が半導体ダイの表面に接触するが付着しないようになっている。次いで、この複合的なダイヤモンドヒートスプレッダ/金属フレームの構造の上に放熱器が取り付けられ、放熱器の表面がダイヤモンドヒートスプレッダの表面に接触するが付着しないようになっている。
図1は、標準的なRFデバイス構成を示す概略図を示す。この構成は、結合材料6を介して金属ヒートスプレッダ4上に取り付けられた半導体構成要素2を備える。金属ヒートスプレッダ4上に、電気絶縁セラミックフレーム8が設けられる。電気絶縁セラミックフレーム8上には電気的接続10が取り付けられ、ワイア接続12を介して1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成される。このパッケージは、カプセル化キャップ14によってカプセル化され、結合材料18を介して金属放熱器16上に取り付けられる。放熱器16上には、電気的接続10を放熱器から電気的に絶縁するために、絶縁層20が設けられる。
この構成は、結合材料5を介してダイヤモンドヒートスプレッダ3上に取り付けられた半導体構成要素2を備える。ダイヤモンドヒートスプレッダ3は、結合材料6を介して金属ヒートスプレッダ4上に取り付けられる。金属ヒートスプレッダ4上に、電気絶縁セラミックフレーム8が設けられる。電気絶縁セラミックフレーム8上には電気的接続10が取り付けられ、ワイア接続12を介して1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成される。このパッケージは、カプセル化キャップ14によってカプセル化され、結合材料18を介して金属放熱器16上に取り付けられる。放熱器16上には、電気的接続10を放熱器から電気的に絶縁するために、絶縁層20が設けられる。
この構成は、結合材料5を介してダイヤモンドヒートスプレッダ3上に取り付けられた半導体構成要素2を備える。ダイヤモンドヒートスプレッダ3は、結合材料6を介して金属ヒートスプレッダ4内の窓内へ取り付けられる。金属ヒートスプレッダ4上に、電気絶縁セラミックフレーム8が設けられる。電気絶縁セラミックフレーム8上には電気的接続10が取り付けられ、ワイア接続12を介して1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成される。このパッケージは、カプセル化キャップ14によってカプセル化され、結合材料18を介して金属放熱器16上に取り付けられる。放熱器16上には、電気的接続10を放熱器から電気的に絶縁するために、絶縁層20が設けられる。
図3に示すものに類似している電子デバイスパッケージ構成は、欧州特許第0932199号に記載および例示されている。同文献は、ダイヤモンドヒートスプレッダ上に取り付けられた電子デバイス内のパッケージ構成について記載しており、ダイヤモンドヒートスプレッダ自体は、銅クラッドモリブデンのヒートスプレッダまたはフランジの窓内に取り付けられる。銅クラッドモリブデンのフランジ上には、アルミナフレームが設けられる。アルミナフレーム上には銅リードの形の電気的接続が取り付けられ、ワイア接続を介して電子デバイスに電気的に接続するように構成される。このパッケージは、カプセル化キャップによってカプセル化され、結合材料18を介して金属放熱器16上に取り付けられる。
支持フレームであって、頂面、底面、および支持フレームの頂面と底面との間に延びる開口を備える支持フレームと、
頂面および底面を有する人工ダイヤモンド材料のウェーハを備えるダイヤモンドヒートスプレッダであって、ダイヤモンドヒートスプレッダが支持フレーム内の開口にわたって延びるように支持フレームに結合されるダイヤモンドヒートスプレッダと、
ダイヤモンドヒートスプレッダの頂面上に取り付けられて結合された1つまたは複数の半導体構成要素とを備え、
支持フレームは、電気絶縁セラミック材料から形成され、電気絶縁セラミック材料にダイヤモンドヒートスプレッダが結合され、
電気絶縁セラミック支持フレーム上に1つまたは複数の電気的接続が取り付けられ、1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成される。
(i)金属の熱拡散フレームを不要にすることによって、構成はより小型で簡単な構造になる。支持フレームを電気的接続から電気的に絶縁する別個の構成要素を有するという要件はなくなる。
(ii)ダイヤモンドヒートスプレッダと支持フレームとの間の熱インターフェースがより良好になる。金属材料は主に電子の流れを介して熱を伝導するのに対して、ダイヤモンドおよび電気絶縁セラミックでは、熱はフォノンを介して伝導される。電気絶縁セラミック支持フレームに直接熱接触してダイヤモンドヒートスプレッダを設けることによって、ダイヤモンドヒートスプレッダ内とセラミック支持フレーム内の両方で熱はフォノンを介して流れ、それにより、ダイヤモンドヒートスプレッダと電気絶縁セラミック支持フレームとの間の障壁での熱伝達に役立つことができる。対照的に、ダイヤモンドヒートスプレッダが金属の支持フレームに結合されるとき、ダイヤモンド材料内のフォノンによる熱流機構と金属材料内の電子による熱流機構との間の遷移が、熱伝達に対する抵抗障壁をもたらす可能性がある。
(iii)電気絶縁セラミック支持フレームおよび電気絶縁セラミック支持フレーム内に結合されたダイヤモンドヒートスプレッダ上に直接、電気トラックを形成することができ、それにより個々のワイア接続に対する要件なく、ダイヤモンドヒートスプレッダ上に取り付けられた構成要素に電気的接続を提供するというさらなる融通性が与えられる。
(iv)セラミック支持フレーム上には、極端な熱管理を必要としない他の電気構成要素を取り付けることができ、これにより、項目(iii)に記載の金属化されたトラックと組み合わせて、ダイヤモンド/セラミックヒートスプレッダ構成要素上に複雑な回路を提供するというさらなる融通性が与えられる。
支持フレームであって、頂面、底面、および支持フレームの頂面と底面との間に延びる開口を備える支持フレームと、
頂面および底面を有する人工ダイヤモンド材料のウェーハを備えるダイヤモンドヒートスプレッダであって、ダイヤモンドヒートスプレッダが支持フレーム内の開口にわたって延びるように支持フレームに結合されるダイヤモンドヒートスプレッダとを備え、
支持フレームは、電気絶縁セラミック材料から形成される。
そのような熱拡散基板は、セラミック支持フレームの頂面および/もしくは底面ならびに/またはダイヤモンドヒートスプレッダの頂面および/もしくは底面上に配置された金属化層をさらに備えることができる。そのようなパッケージ構成は、所望の回路設計に応じて金属化層をパターニングし、ダイヤモンドヒートスプレッダおよび任意選択でセラミック支持フレーム上へ半導体構成要素を取り付け、次いで電子デバイス構成要素をカプセル化することができる電子デバイス製造者に販売することができる。この場合も、熱拡散基板に対する1つの構成は、ダイヤモンドヒートスプレッダの面および支持フレームの頂面に対して共平面の配置を提供し、支持フレームの頂面およびダイヤモンドヒートスプレッダの頂面上に配置された金属化層を提供することである。
ダイヤモンドヒートスプレッダを未焼結セラミック体内に取り付けるステップと、
未焼結セラミック体を焼成し、それによってセラミック体がダイヤモンドヒートスプレッダの周りで収縮して硬化し、したがってダイヤモンドヒートスプレッダをセラミック体に直接結合し、ダイヤモンドヒートスプレッダの周りにセラミック支持フレームを形成するステップと、
ダイヤモンドヒートスプレッダおよびセラミック支持フレームの頂面を金属化するステップとを含む。
電子デバイス構成要素は、放熱器に取り付けることができ、ダイヤモンドヒートスプレッダの底面が放熱器とのインターフェースを形成する。
本明細書に記載する電子デバイス構成要素は、半導体構成要素をダイヤモンドヒートスプレッダの頂面上に直接取り付けることを可能にしながら、それでもなおダイヤモンドヒートスプレッダの底面は露出されたままにし、その結果、ダイヤモンドヒートスプレッダの底面は、放熱器との直接熱インターフェースを形成することができる。放熱器は、金属とすることができ、支持フレームは絶縁セラミックであるため、放熱器と、ダイヤモンドヒートスプレッダが中に取り付けられたセラミック支持フレームの頂面上に設けられる電気回路との間の短絡に伴う問題は生じない。
本発明による電子デバイス構成の一例を図4に示す。図4に示す構成は、結合材料5を介してダイヤモンドヒートスプレッダ3上に取り付けられた半導体構成要素2を備える。ダイヤモンドヒートスプレッダ3は、結合材料42を介して電気絶縁セラミック支持フレーム40内の窓内へ取り付けられる。電気絶縁セラミックフレーム42上には電気的接続44が取り付けられ、1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成される。このパッケージは、カプセル化キャップ45によってカプセル化され、結合材料48を介して金属放熱器46上に取り付けられる。放熱器46上には、電気的接続44を放熱器46から電気的に絶縁するために、絶縁層50が設けられる。通常、絶縁層50上には回路が取り付けられ、すなわちプリント回路基板とすることができる。
図4に示す構成は、図3に示す構成に類似しているが、図3の金属ヒートスプレッダ4および電気絶縁セラミックフレーム8は単一の電気絶縁セラミック支持フレームに置き換えられ、この電気絶縁セラミック支持フレームにダイヤモンドヒートスプレッダが結合される。図4の構成では、ダイヤモンドヒートスプレッダが結合される支持フレームは電気絶縁性を有するため、電気絶縁セラミック支持フレーム上に直接、1つまたは複数の電気的接続を取り付けて、1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成することができる。
(i)金属の熱拡散フレームを不要にすることによって、構成はより小型で簡単な構造になる。支持フレームを電気的接続から電気的に絶縁する別個の構成要素を有するという要件はなくなる。
(ii)ダイヤモンドヒートスプレッダと支持フレームとの間の熱インターフェースがより良好になる。金属材料は主に電子の流れを介して熱を伝導するのに対して、ダイヤモンドおよび電気絶縁セラミックでは、熱はフォノンを介して伝導される。電気絶縁セラミック支持フレームに直接熱接触してダイヤモンドヒートスプレッダを設けることによって、ダイヤモンドヒートスプレッダ内とセラミック支持フレーム内の両方で熱はフォノンを介して流れ、それにより、ダイヤモンドヒートスプレッダと電気絶縁セラミック支持フレームとの間の障壁での熱伝達に役立つことができる。対照的に、ダイヤモンドヒートスプレッダが金属の支持フレームに結合されるとき、ダイヤモンド材料内のフォノンによる熱流機構と金属材料内の電子による熱流機構との間の遷移が、熱伝達に対する抵抗障壁をもたらす可能性がある。
(iii)電気絶縁セラミック支持フレームおよび電気絶縁セラミック支持フレーム内に結合されたダイヤモンドヒートスプレッダ上に直接、電気トラックを形成することができ、それにより個々のワイア接続に対する要件なく、ダイヤモンドヒートスプレッダ上に取り付けられた構成要素に電気的接続を提供するというさらなる融通性が与えられる。
(iv)セラミック支持フレーム上には、極端な熱管理を必要としない他の電気構成要素を取り付けることができ、これにより、項目(iii)に記載の金属化されたトラックと組み合わせて、ダイヤモンド/セラミックヒートスプレッダ構成要素上に複雑な回路を提供するというさらなる融通性が与えられる。
加えて、半導体ダイとダイヤモンドヒートスプレッダとの間の良好な熱接触を提供しながら、半導体ダイとダイヤモンドヒートスプレッダとの間の熱膨張の不一致を補償するのに十分な融通性を有するために、ダイヤモンドヒートスプレッダの頂面上に複数の半導体ダイを取り付けて結合することができるように、熱伝導結合材料を選択することができることが分かった。したがって、米国特許出願公開第2010/0149756号に記載されているように半導体ダイが別個の支持基板に取り付けられるより複雑な取付け配置を回避することができる。
少なくとも50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、または600μmの厚さ、
少なくとも600Wm-1K-1、800Wm-1K-1、1000Wm-1K-1、1200Wm-1K-1、または1400Wm-1K-1の熱伝導率(たとえば、レーザフラッシュによって平面を通って測定される)、
倍率nを1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8、または2として、多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成面で、100〜500μmの厚さの場合は760MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は450MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は400MPa×n以上の引張破断強度、
倍率nを1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8、または2として、多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長面で、100〜500μmの厚さの場合は330MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は175MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は150MPa×n以上の引張破断強度、
750MPa以上の破壊応力を有する単結晶ダイヤモンドプレート、および
20μm以下、10μm以下、または5μm以下の表面平坦性という特徴の1つまたは複数を含むことができる。
また、より厚いダイヤモンドヒートスプレッダは、使用の際に半導体ダイの下でホットスポットからの横方向の熱拡散を増大させ、それにより、半導体ダイの熱管理を改善するとともに、半導体ダイとダイヤモンドヒートスプレッダとの間の結合が熱誘起機械応力による障害を受けにくいことを確実にすることができることに留意されたい。しかし、特定の適用分野の場合、人工ダイヤモンド材料の比較的薄いウェーハを利用することができ、熱伝導は主に垂直方向に生じ、それにより熱が下にある放熱器内へ直接輸送される。そのような配置は、半導体ダイ内で生成される温度がそれほど極端ではない適用分野、または電子デバイスパッケージが極めて効率的な放熱器に取り付けられる適用分野で使用することができる。
上記の金属の導電結合材料に対する代替手段として、ダイヤモンドヒートスプレッダをセラミック支持フレームに結合するために、電気絶縁結合材料を使用することもできる。そのような材料の一例は、セラミックセメントである。そのような電気絶縁結合は、ダイヤモンドヒートスプレッダ−結合−セラミック支持プレートのアセンブリにわたって表面金属化を可能にしながら、アセンブリの頂面および底面が電気的に分離されることを確実にする。
製造手段に関して、1つの方法は、ダイヤモンドヒートスプレッダをセラミック支持フレーム内に取り付け、次いでダイヤモンドヒートスプレッダ上へ半導体ダイを取り付けることである。しかし、半導体ダイをダイヤモンドヒートスプレッダに結合するために使用される取付け材料と比較すると、ダイヤモンドヒートスプレッダをセラミック支持フレームに対して保持する取付け材料に関する制約はより少ないため、特定の実施形態では、半導体ダイをダイヤモンドヒートスプレッダに取り付け、次いでダイヤモンドヒートスプレッダをセラミック支持フレームに取り付けることが好ましい可能性がある。ダイヤモンドヒートスプレッダに対する半導体ダイの取付けは、ダイヤモンドがまだ独立したウェーハの形であるときでも行うことができ、これは、大量処理の場合に役立つことができる。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔1〕支持フレームであって、頂面、底面、および支持フレームの前記頂面と前記底面との間に延びる開口を備える支持フレームと、
頂面および底面を有する人工ダイヤモンド材料のウェーハを備えるダイヤモンドヒートスプレッダであって、前記ダイヤモンドヒートスプレッダが前記支持フレーム内の前記開口にわたって延びるように前記支持フレームに結合されるダイヤモンドヒートスプレッダと、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に取り付けられて結合された1つまたは複数の半導体構成要素とを備え、
前記支持フレームが、電気絶縁セラミック材料から形成され、前記電気絶縁セラミック材料に前記ダイヤモンドヒートスプレッダが結合され、
前記電気絶縁セラミック支持フレーム上に1つまたは複数の電気的接続が取り付けられ、前記1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成され、
前記1つまたは複数の電気的接続が、前記支持フレームの前記頂面および前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に配置された金属化層から形成され、前記金属化層が、前記支持フレームおよび前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に1つまたは複数の導電トラックを形成するようにパターニングされ、
前記支持フレームの前記頂面上に1つまたは複数の半導体構成要素が取り付けられて結合され、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面が、500μmの範囲内で、前記リードフレームの前記頂面と共平面である、
電子デバイス構成要素。
〔2〕前記支持フレームおよび/または前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記底面上に金属化層をさらに備える、
前記〔1〕に記載の電子デバイス構成要素。
〔3〕前記支持フレームが2つ以上の開口を備え、前記支持フレーム内の各開口にわたってダイヤモンドヒートスプレッダが延び、
各ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に1つまたは複数の半導体構成要素が取り付けられて結合される、
前記〔1〕または〔2〕に記載の電子デバイス構成要素。
〔4〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダの少なくとも2つが、異なる幾何形状を有し、かつ/または異なる熱伝導率を有する異なる等級のダイヤモンド材料から構成される、
前記〔3〕に記載の電子デバイス構成要素。
〔5〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記底面が、500μm、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、30μm、または20μmの範囲内で、前記リードフレームの前記底面と共平面である、
前記〔1〕から〔4〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔6〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面が、400μm、300μm、200μm、100μm、50μm、30μm、または20μmの範囲内で、前記リードフレームの前記頂面と共平面である、
前記〔1〕から〔5〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔7〕前記人工ダイヤモンド材料のウェーハが、多結晶CVDダイヤモンド材料または単結晶ダイヤモンド材料から形成される、
前記〔1〕から〔6〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔8〕前記電気絶縁セラミック支持フレームが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、または炭化ケイ素の1つまたは複数から形成される、
前記〔1〕から〔7〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔9〕前記電気絶縁セラミック支持フレームが、少なくとも50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、または600μmの厚さを有する、
前記〔1〕から〔8〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔10〕前記支持フレームの前記頂面と前記底面との間に延びる前記開口が、くさび状または階段状の側壁を備え、前記側壁に前記ダイヤモンドヒートスプレッダが取り付けられる、前記〔1〕から〔9〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔11〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、
少なくとも50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、400μm、500μm、または600μmの厚さ、
少なくとも600Wm -1 K -1 、800Wm -1 K -1 、1000Wm -1 K -1 、1200Wm -1 K -1 、または1400Wm -1 K -1 の熱伝導率、
倍率nを1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8、または2として、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成面で、50〜500μmの厚さの場合は760MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は450MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は400MPa×n以上の引張破断強度、
倍率nを1.0、1.1、1.2、1.4、1.6、1.8、または2として、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長面で、50〜500μmの厚さの場合は330MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は175MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は150MPa×n以上の引張破断強度、
750MPa以上の破壊応力を有する単結晶ダイヤモンドプレート、
20μm以下、10μm以下、5μm以下の表面平坦性、
2μm、3μm、5μm、7μm、10μm、13μm、または15μmを超過する頂面粒径、
0.5μm、1μm、2μm、3μm、5μm、7μm、または10μmを超過する底面粒径、
3.0cm -1 、2.5cm -1 、2.0cm -1 、1.5cm -1 、1.2cm -1 、1.0cm -1 、0.8cm -1 、または0.6cm -1 以下の光吸収、
1×10 10 Ωcm、3×10 10 Ωcm、1×10 11 Ωcm、3×10 11 Ωcm、または1×10 12 Ωcm以上の電気抵抗率、という特徴の1つまたは複数をさらに備える、前記〔1〕から〔10〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔12〕前記ダイヤモンドヒートスプレッダが前記支持フレームに直接結合される、前記〔1〕から〔11〕までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
〔13〕支持フレームであって、頂面、底面、および支持フレームの前記頂面と前記底面との間に延びる開口を備える支持フレームと、
頂面および底面を有する人工ダイヤモンド材料のウェーハを備えるダイヤモンドヒートスプレッダであって、ダイヤモンドヒートスプレッダが前記支持フレーム内の前記開口にわたって延びるように前記支持フレームに結合されるダイヤモンドヒートスプレッダとを備え、
前記支持フレームが、電気絶縁セラミック材料から形成され、
前記支持フレームの前記頂面および前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に金属化層が配置され、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面が、500μmの範囲内で、前記支持フレームの前記頂面と共平面である、
前記〔1〕から〔12〕までのいずれか1項に記載の前記電子デバイス構成要素内で使用するための熱拡散基板。
〔14〕熱拡散基板を製作する方法であって、
ダイヤモンドヒートスプレッダを未焼結セラミック体内に取り付けるステップと、
前記未焼結セラミック体を焼成し、それによって前記セラミック体が前記ダイヤモンドヒートスプレッダの周りで収縮して硬化し、したがって前記ダイヤモンドヒートスプレッダを前記セラミック体に直接結合し、前記ダイヤモンドヒートスプレッダの周りにセラミック支持フレームを形成するステップと、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダおよび前記セラミック支持フレームの頂面を金属化するステップとを含む方法。
Claims (13)
- 支持フレームであって、頂面、底面、および支持フレームの前記頂面と前記底面との間に延びる開口を備える支持フレームと、
頂面および底面を有する人工ダイヤモンド材料のウェーハを備えるダイヤモンドヒートスプレッダであって、前記ダイヤモンドヒートスプレッダが前記支持フレーム内の前記開口にわたって延びるように前記支持フレームに結合されるダイヤモンドヒートスプレッダと、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に取り付けられて結合された1つまたは複数の半導体構成要素とを備え、
前記支持フレームが、電気絶縁セラミック材料から形成され、前記電気絶縁セラミック材料に前記ダイヤモンドヒートスプレッダが結合され、
前記電気絶縁セラミック支持フレーム上に1つまたは複数の電気的接続が直接取り付けられ、前記1つまたは複数の半導体構成要素に電気的に接続するように構成され、
前記1つまたは複数の電気的接続が、前記支持フレームの前記頂面および前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に直接配置された金属化層から形成され、前記金属化層が、前記支持フレームおよび前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に1つまたは複数の導電トラックを形成するようにパターニングされ、
前記支持フレームの前記頂面上に1つまたは複数の半導体構成要素が取り付けられて結合され、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面が、500μmの範囲内で、前記支持フレームの前記頂面と共平面である、
電子デバイス構成要素。 - 前記支持フレームおよび/または前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記底面上に金属化層をさらに備える、
請求項1に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記支持フレームが2つ以上の開口を備え、前記支持フレーム内の各開口にわたってダイヤモンドヒートスプレッダが延び、
各ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面上に1つまたは複数の半導体構成要素が取り付けられて結合される、
請求項1または2に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの少なくとも2つが、異なる幾何形状を有し、かつ/または異なる熱伝導率を有する異なる等級のダイヤモンド材料から構成される、
請求項3に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記底面が、500μmの範囲内で、リードフレームの前記底面と共平面である、
請求項1から4までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記ダイヤモンドヒートスプレッダの前記頂面が、400μmの範囲内で、リードフレームの前記頂面と共平面である、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記人工ダイヤモンド材料のウェーハが、多結晶CVDダイヤモンド材料または単結晶ダイヤモンド材料から形成される、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記電気絶縁セラミック支持フレームが、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、または炭化ケイ素の1つまたは複数から形成される、
請求項1から7までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記電気絶縁セラミック支持フレームが、少なくとも50μmの厚さを有する、
請求項1から8までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記支持フレームの前記頂面と前記底面との間に延びる前記開口が、くさび状または階段状の側壁を備え、前記側壁に前記ダイヤモンドヒートスプレッダが取り付けられる、請求項1から9までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
- 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが、
少なくとも50μmの厚さ、
少なくとも600Wm-1K-1の熱伝導率、
nを1.0として、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの核形成面で、50〜500μmの厚さの場合は760MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は700MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は650MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は600MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は550MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は500MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は450MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は400MPa×n以上の引張破断強度、
nを1.0として、前記多結晶CVDダイヤモンドウェーハの成長面で、50〜500μmの厚さの場合は330MPa×n以上、500〜750μmの厚さの場合は300MPa×n以上、750〜1000μmの厚さの場合は275MPa×n以上、1000〜1250μmの厚さの場合は250MPa×n以上、1250〜1500μmの厚さの場合は225MPa×n以上、1500〜1750μmの厚さの場合は200MPa×n以上、1750〜2000μmの厚さの場合は175MPa×n以上、または2000μm以上の厚さの場合は150MPa×n以上の引張破断強度、
750MPa以上の破壊応力を有する単結晶ダイヤモンドプレート、
20μm以下の表面平坦性、
2μmを超過する頂面粒径、
0.5μmを超過する底面粒径、
3.0cm-1以下の光吸収係数、
1×1010Ωcm以上の電気抵抗率、という特徴の1つまたは複数をさらに備える、請求項1から10までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。 - 前記ダイヤモンドヒートスプレッダが前記支持フレームに直接結合される、請求項1から11までのいずれか1項に記載の電子デバイス構成要素。
- 熱拡散基板を製作する方法であって、
ダイヤモンドヒートスプレッダを未焼結セラミック体内に取り付けるステップと、
前記未焼結セラミック体を焼成し、それによって前記セラミック体が前記ダイヤモンドヒートスプレッダの周りで収縮して硬化し、したがって前記ダイヤモンドヒートスプレッダを前記セラミック体に直接結合し、前記ダイヤモンドヒートスプレッダの周りにセラミック支持フレームを形成するステップと、
前記ダイヤモンドヒートスプレッダおよび前記セラミック支持フレームの頂面を金属化するステップとを含む方法。
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