JPS60155600A - Heat sink for electronic device - Google Patents

Heat sink for electronic device

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Publication number
JPS60155600A
JPS60155600A JP1149484A JP1149484A JPS60155600A JP S60155600 A JPS60155600 A JP S60155600A JP 1149484 A JP1149484 A JP 1149484A JP 1149484 A JP1149484 A JP 1149484A JP S60155600 A JPS60155600 A JP S60155600A
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JP
Japan
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coating
heat sink
diamond
gold
film
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Application number
JP1149484A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuji Yatsu
矢津 修示
Shuichi Sato
周一 佐藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/023Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material only coatings of metal elements only

Abstract

PURPOSE:The titled heat sink, obtained by coating the surface of an Ib type synthetic diamond crystal with a specific metal, and coating the resultant film with a specific different metal. CONSTITUTION:A heat sink for electronic devices obtained by coating the surface of an Ib type synthetic diamond crystal wth one or more metals of Ti, Cr, Hf, Zr and Ta, and coating the resultant film with one or many layers of one or more metals of Au, Pt, Ag, Ni and Sn. The Ib type synthetic diamond single crystal has a definite face orientation and is surrounded by faces, and therefore is easily worked and capable of supplying the heat sink at a low cost. The peeling of a coating film and deterioration in heat resistance can be prevented by coating the surface thereof with Ti by ion plating, etc. The coating of an alloy film of gold and tin on the outermost layer of the coating film improves the yield in bonding of the diamond heat sink to both a semiconductor device and a substrate, and labor of soldering is saved.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) ダイヤモンドは既知の如く、最も熱伝導度の良い物質で
あり、工業的用途も大きい材質である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) As is known, diamond is a material with the highest thermal conductivity and has a wide range of industrial uses.

ところが、天然のダイヤモンド原石の場合には、 −含
有窒素量によって、熱伝導度が著しく異なる性質を有し
ている。含有窒素量が多い方が熱伝導度が小さくその値
は室温で含有窒素量により24W/℃、・Cm〜6W/
℃・σ程度変化する。この内、含有窒素量が1PPM以
下のダイヤモンドを選別し、■aタイプ(窒素量が更に
多いものをIaタイプと称する)と称している。この[
laタイプのダイヤモンドは、殆んどが20W/’C・
σ以、上と言う高い熱伝導度を示し、高熱を発生する半
導体レーザー、ダイオード、マイクロ波発振素子等のエ
レクトロニクス用デバイスの放熱用ヒートシンクとして
、用いられている。特に近年半導体レーザーの高出力化
が進み、レーザープリンター、光メモリーディスり等の
新しい分野にもヒートシンクとして使用されており、そ
の需要は極めて大きい。
However, in the case of natural rough diamonds, their thermal conductivity varies significantly depending on the amount of nitrogen they contain. The higher the amount of nitrogen content, the lower the thermal conductivity, and the value is 24W/℃, ・Cm~6W/℃ depending on the amount of nitrogen content at room temperature.
It changes by about ℃・σ. Among these diamonds, diamonds with a nitrogen content of 1 PPM or less are selected and referred to as Type 1a (those containing even more nitrogen are referred to as Type Ia). this[
Most LA type diamonds are 20W/'C.
It exhibits a high thermal conductivity of σ or higher, and is used as a heat sink for heat dissipation in electronic devices such as semiconductor lasers, diodes, and microwave oscillation elements that generate high heat. In particular, semiconductor lasers have become more powerful in recent years, and are now being used as heat sinks in new fields such as laser printers and optical memory displays, and the demand for them is extremely large.

本発明は、このエレクトロニクス用デバイスに用いるダ
イヤモンドヒートシンクに関するものである。特に半導
体素子とダイヤモンドヒートシンク、基盤とダイヤモン
ドヒートシンクを接iする為にほどこす金属のコーテイ
ング膜に関する発明である。
The present invention relates to a diamond heat sink used in this electronics device. In particular, this invention relates to a metal coating film applied to bond a semiconductor element and a diamond heat sink, and a substrate and a diamond heat sink.

(従来技術とその問題点) しかしながら、天然産■λ型ダイヤモンドは、産出量が
少なく、極めて高価である為、デバイス性能の高信頼性
、及びデバイスの長寿命が要求される通信用半導体レー
ザーあるいはマイクロ波用ダイオード用ヒートシンクに
限られることが多い。
(Prior art and its problems) However, naturally produced λ-type diamonds are produced in small quantities and are extremely expensive. It is often limited to heat sinks for microwave diodes.

又、同じlaタイプダイヤモンド原石でも、窒素含有量
によって、熱伝導度が変化する為、安定性に欠けると言
う欠点が有る。又、ダイヤモンドは、最も硬い物質であ
ることも良く知られている。この為加工が極めて難しい
Furthermore, even with the same LA type diamond rough, the thermal conductivity changes depending on the nitrogen content, so it has the disadvantage of lacking stability. It is also well known that diamond is the hardest substance. For this reason, processing is extremely difficult.

ダイヤモンドは結晶面(第1図参′照)による摩耗特性
が著しく異なる。(110)面(6)を研摩すれば良く
削れるが、誤まって(111)面(1)を研摩すると、
ダイヤモンドは、殆んど削れない状態となる。
Diamond has significantly different wear characteristics depending on its crystal plane (see Figure 1'). If you polish the (110) surface (6), you can get good results, but if you accidentally polish the (111) surface (1),
The diamond becomes almost uncuttable.

この為、ダイヤモンド原石の面方位を正しく判定する事
は、ダイヤモンドを加工する上で不可欠の条件である。
For this reason, correctly determining the surface orientation of rough diamonds is an essential condition for processing diamonds.

天然原石の多くは、110面(3)よりなる12面体、
あるいは111面(1)よりなる8面体で構成されてい
るが、面と面の境界の稜が融解しているものが多く、面
方位を探すのは、熟練を要し、誤ることも多い。なお第
1図中(2)は(100面)である。
Most natural gemstones are dodecahedrons, consisting of 110 faces (3).
Alternatively, it is composed of an octahedron consisting of 111 faces (1), but in many cases the edges at the boundaries between faces are fused, and finding the face orientation requires skill and often leads to mistakes. Note that (2) in FIG. 1 is (100 planes).

次のダイヤモンドヒートシンク作成上の問題点は、エレ
クトロニクス用デバイスの電極としてダイヤモンド表面
を用いる為、金のコーティングを表面に施さなければな
らない。その際の技術が難かしく、充分な表面強度が全
てのヒートシンクに亘って得られず歩留りが悪いことに
ある。ダイヤただけでは、ダイヤモンドとの密着強度が
低く、デバイス及びリード線等を接着することが出来な
い。通常は、Ti、Cr等の酸素と反応し易すい金属を
、先ず蒸着方法、スパッタリング等の方法で、コーティ
ングしその上に金あるいは、白金及び金を同方法でコー
ティングし、ヒートシンクとして用いる事が多い。この
場合、Ti、Cr等をコーティングする際の表面処理及
びコーティング条件が難しく、ダイヤモンドと、コーテ
イング膜の間に、充分な接着強度が得られず、リード線
を接着した場合、コーテイング膜が剥離することが有る
。又付着強度が低い場合には、熱抵抗上昇の原因となる
The next problem in making a diamond heat sink is that since the diamond surface is used as an electrode in an electronic device, a gold coating must be applied to the surface. The technology involved is difficult, and sufficient surface strength cannot be obtained over all the heat sinks, resulting in poor yields. If diamond alone is used, the adhesion strength with diamond is low, and devices, lead wires, etc. cannot be bonded together. Usually, a metal that easily reacts with oxygen, such as Ti or Cr, is first coated using a method such as vapor deposition or sputtering, and then gold or platinum and gold is coated on top using the same method and used as a heat sink. many. In this case, the surface treatment and coating conditions when coating Ti, Cr, etc. are difficult, and sufficient adhesion strength cannot be obtained between the diamond and the coating film, resulting in the coating film peeling off when the lead wire is glued. There are things. Furthermore, if the adhesion strength is low, it will cause an increase in thermal resistance.

上述の如き方法によって作成したダイヤモンドヒートシ
ンクの表面に半導体デバイスを接着し、他の一面に基盤
を接着する。この場合、金錫半田を用いる事が多い。金
錫半田を用いて半導体デバイスあるいは基盤と接着する
際に半田とコーティングした金が合金化してしまい液滴
状となり易い。
A semiconductor device is bonded to one surface of the diamond heat sink produced by the method described above, and a substrate is bonded to the other surface. In this case, gold-tin solder is often used. When adhering to a semiconductor device or substrate using gold-tin solder, the solder and the coated gold tend to become alloyed and form droplets.

この現象によって下記の如き不都合が生じる。This phenomenon causes the following inconveniences.

■ コーテイング膜がダイヤモンドの稜で切断され、半
導体デバイスと基盤間の電気的導通が無くなる。
■ The coating film is cut at the edge of the diamond, eliminating electrical continuity between the semiconductor device and the substrate.

OP型素子とN型素子に付着し両者を電気的に短絡させ
る。
It attaches to the OP type element and the N type element to electrically short-circuit them.

θ 発光素子に対しては、発光部分を液滴状となった金
錫合金が一部あるいは全部を覆う事が有る。
For a θ light-emitting element, the light-emitting portion may be partially or completely covered by droplet-shaped gold-tin alloy.

(発明の構成) 本発明は、前述の各問題点に対し、人工合成ダイヤモン
ドを用いることにより安定した高熱伝導度を有し、かつ
加工がし易すいダイヤモンドヒートシンクを供給するも
のである。
(Structure of the Invention) The present invention solves the above-mentioned problems by providing a diamond heat sink that has stable high thermal conductivity and is easy to process by using artificially synthesized diamond.

即ち本発明のエレクトロニクスデバイス用ヒートシンク
は、Ib型合成ダイヤモンド結晶を用い、ダイヤモンド
の表面をチタン、クローム、ハフニウム、ジルコニウム
、タンタルの金属の内1種あるいは複数種の金属でコー
ティングし、さらにその上に金、白金、銀、ニッケル、
錫の内1種あるいは複数種の金属を一層あるいは多層コ
ーティングしたことを特徴とするものである。
That is, the heat sink for electronic devices of the present invention uses Ib type synthetic diamond crystal, coats the surface of the diamond with one or more metals selected from titanium, chromium, hafnium, zirconium, and tantalum, and further coats the surface of the diamond with one or more of the following metals: gold, platinum, silver, nickel,
It is characterized by being coated with one layer or multiple layers of one or more metals among tin.

更に上記に於いて、チタン、クローム、ハフニウム、ジ
ルコニウム、タンタルの金属の内1種あるいは複数種の
金属のコーティングはイオンブレーティング法を用いる
事によってダイヤモンドに付着力の強固な金属膜をコー
ティングするものである。
Furthermore, in the above, the coating with one or more of the metals titanium, chromium, hafnium, zirconium, and tantalum is a method in which the diamond is coated with a metal film with strong adhesion by using an ion-blating method. It is.

又本発明では従来の如く最外層に金等の金属をコーティ
ングするのではなく、あらかじめ最外層に金錫合金をコ
ーティングすることによって半導体素子とヒートシンク
及び基盤とヒートシンクとの半田付けの手間をはぶくば
かりでなく、金錫合金が液滴状となって半導体デバイス
に与える悪影響を阻止するものである。
In addition, in the present invention, instead of coating the outermost layer with a metal such as gold as in the past, the outermost layer is coated with a gold-tin alloy in advance, thereby eliminating the trouble of soldering the semiconductor element and the heat sink and the board and the heat sink. Instead, it prevents the gold-tin alloy from turning into droplets and having an adverse effect on semiconductor devices.

以下本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

■Ib型ダイヤモンド結晶をヒートシンクに用いる発明
について 天然産ダイヤモンドは窒素含有量によってIIa(窒素
量2 PPm以下)タイプと、Ia(窒素量2PPm以
上)タイプに分けられている。この内■3タイプの熱伝
導は室温でばらつきがあるが20W/℃・αと現存する
物質上量も高い値を示しヒートシンクの材質として最適
だが、産出量が極めて少なく、高価である。Jaタイプ
のダイヤモンドとなると熱伝導度は5〜14 W’/℃
・国と広い範囲にばらつき、殆んどのものは6〜9W/
℃・印の値を示す。合成ダイヤモンド(’Ibタイプ)
は極めて高い熱伝導度20W/℃・口を示し、しかもば
らつきが少なく安価である。さらに加工し易ずいと言う
利点が有り、■b型ダイヤモンド結晶を用いることによ
って安価なヒートシンクが供給出来る。
■About the invention using type Ib diamond crystals in heat sinks Naturally produced diamonds are divided into type IIa (nitrogen content of 2 PPm or less) and type Ia (nitrogen content of 2 PPm or more) depending on the nitrogen content. Among these, the thermal conductivity of type (1) varies at room temperature, but it has a high amount of existing material of 20 W/°C α, making it ideal as a material for heat sinks, but it is produced in extremely small quantities and is expensive. Ja type diamond has a thermal conductivity of 5 to 14 W'/℃
・Variation across a wide range of countries, most of them are 6~9W/
Indicates the value in °C. Synthetic diamond ('Ib type)
exhibits an extremely high thermal conductivity of 20 W/°C, and is inexpensive with little variation. Furthermore, it has the advantage of being easy to process, and by using the b-type diamond crystal, an inexpensive heat sink can be provided.

さて従来天然原石より、ダイヤモンドヒートシンクを加
工する際下記のような欠点があった。
Now, when processing diamond heat sinks compared to natural rough stones, there were the following drawbacks.

■面方位が良く判からず、研摩面(よく研摩出来る面)
を誤まることがある。
■The surface orientation is not well determined, and the polished surface (the surface that can be polished well)
may be mistaken.

■ダイヤモンド表面は、曲面が多く加工代が多く加工時
間も掛かる。
■Diamond surfaces have many curved surfaces and require a lot of machining allowance and time.

上記本発明では、結晶面が明確な人工合成ダイヤモンド
(第1図参照)を用いることによってダイヤモンド結晶
面の面方位が簡単に判別出来研摩面を誤まることもない
。さらに結晶面が、平面である為加工代が少なくてすむ
と言う利点が有る。
In the present invention, by using an artificially synthesized diamond with clear crystal planes (see FIG. 1), the orientation of the diamond crystal plane can be easily determined and there is no possibility of erroneously identifying the polished plane. Furthermore, since the crystal plane is flat, there is an advantage that machining allowance is small.

@ イオンブレーティングによりIb型ダイヤモンドヒ
ートシンクにチタン、クローム等金属をコーティングす
る発明について 上述の如き優れた利点を持ったIb型原石を用いても金
属コーテイング膜の接着強度が低い場合は半導体デバイ
スあるいは基盤とヒートシンクを半田付けする際にダイ
ヤモンド表面と金属膜が剥離する事が多く使用不可能と
なる。又熱抵抗が増加し、熱の放散が悪くなると言う欠
点かある。
@ Regarding the invention of coating Ib type diamond heat sinks with metals such as titanium and chromium by ion blating Even if type Ib rough stones, which have the excellent advantages mentioned above, are used, if the adhesion strength of the metal coating film is low, semiconductor devices or substrates may be damaged. When soldering a heat sink, the diamond surface and metal film often separate, making it unusable. Another disadvantage is that thermal resistance increases and heat dissipation becomes poor.

従来、ダイヤモンド表面に、チタン、クローム等の金属
をコーティングする場合、蒸着法、スパッタリング法が
用いられて来た。しかしながら同方法で作成した上記金
属膜は、接着強度が不充分で有り、金属膜の剥離、熱抵
抗の増加により接着歩留りが低かった。特に上記方法で
金属膜をコーティングするには下記の様な注意が必要で
あった。
Conventionally, when coating a diamond surface with a metal such as titanium or chromium, a vapor deposition method or a sputtering method has been used. However, the metal film produced by the same method had insufficient adhesive strength, and the adhesive yield was low due to peeling of the metal film and increased thermal resistance. In particular, the following precautions were required when coating a metal film using the above method.

■′ココ−ィングするダイヤモンド表面を酸、アルカリ
で充分に洗浄する。
■' Thoroughly clean the surface of the diamond to be coated with acid or alkali.

■′有機溶材を用いてダイヤモンド表面を充分脱脂する
■' Thoroughly degrease the diamond surface using an organic solvent.

■′ココ−ィングする際ダイヤモンド表面温度を高温に
保つ必要が有る。
■'When co-coating, it is necessary to maintain the diamond surface temperature at a high temperature.

07表面、側面の膜厚を均一にする為、ダイヤモンドを
保持している台や治具を回転させる必要がある。
07 In order to make the film thickness uniform on the surface and sides, it is necessary to rotate the table or jig that holds the diamond.

本発明では、従来の蒸着法、スパッタリング法とは異な
り、イオンブレーティング方法を用いることによりIb
型ダイヤモンドとチタン、クローム等金属との接着強度
を向上するものである。
In the present invention, unlike the conventional vapor deposition method and sputtering method, the Ib
This improves the adhesive strength between the molded diamond and metals such as titanium and chrome.

イオンブレーティングの場合には、エレクトロンビーム
銃によりチタン、クローム等を蒸発させ、さらにイオン
化電極によって金属のイオン化率を上げる。さらにダイ
ヤモンドを保持している台や治具との間に高電圧を掛け
ることによりチタン、クローム等の金属を強固にダイヤ
モンド表面にコーティングする事が可能である。
In the case of ion blating, titanium, chromium, etc. are vaporized using an electron beam gun, and the ionization rate of the metal is further increased using an ionization electrode. Furthermore, by applying a high voltage between the diamond and the stand or jig that holds it, it is possible to firmly coat the diamond surface with metals such as titanium and chrome.

この場合、前述の如〈従来方法でチタン、クローム等を
ダイヤモンド表面にコーティングする際必要だった前記
注意事項■′〜■′に対する手間はイオンブレーティン
グ法においてはかなり軽減される。
In this case, as mentioned above, the ion blating method considerably reduces the effort required to take precautions (1) to (2) when coating the diamond surface with titanium, chromium, etc. using the conventional method.

○ コーテイング膜の最外層を、金錫合金膜で形成する
発明に関して Hbbダイヤモンド単結晶を用いイオンブレーティング
で強固なチタン、クローム等の金属膜をダイヤモンド表
面にコーティングしても従来の如く金あるいは白金及び
金等のコーティングをその膜の上に行なったのでは下記
の様な不都合が生じる。すなわち金錫半田によってダイ
ヤモンドヒートシンクと半導体デバイス及び基盤を接着
する際にコーテイング膜の金と半田が合金化して液滴状
になる。この為 ■“コーテイング膜がダイヤモンドの稜で切断され半導
体デバイスと基盤間の電気的導通が無くなる。
○ Regarding the invention in which the outermost layer of the coating film is formed with a gold-tin alloy film, even if Hbb diamond single crystal is coated with a strong metal film of titanium, chromium, etc. on the diamond surface by ion blasting, the outermost layer of the coating film will not be coated with gold or platinum as in the past. If a coating of gold or the like is applied on the film, the following problems will occur. That is, when a diamond heat sink, a semiconductor device, and a substrate are bonded together using gold-tin solder, the gold in the coating film and the solder become alloyed and form droplets. For this reason, the coating film is cut at the edge of the diamond, and electrical continuity between the semiconductor device and the substrate is lost.

■“P型素子とN型素子に付着し電気的に短絡させ作動
しなくなる。
■“It adheres to the P-type element and N-type element, causing an electrical short circuit and making them inoperable.

■“発光素子に対しては、発光部分を液滴状となった金
錫合金が一部あるいは全部を覆う事が有る。
■“For a light-emitting element, the light-emitting part may be partially or completely covered by gold-tin alloy in the form of droplets.

が生じ易い。is likely to occur.

本発明では、あらかじめコーテイング膜の最外層に金錫
合金をコーティングすることによりかかる欠点を改良す
るものである。
In the present invention, this drawback is improved by coating the outermost layer of the coating film with a gold-tin alloy in advance.

本発明の如くコーテイング膜の最外層にあらかじめ均一
に金錫合金をコーティングすることにより半導体デバイ
スあるいは基盤とヒートシンクの接着は極めて容易にな
る。接着方法はヒートシンク全体を金錫合金の融点付近
に上昇させ基盤あるいは半導体デバイスを圧着すること
で接着する。この場合、均一に金錫合金が融けるので従
来の如く液滴状となることは無い。従って前述の従来方
法による欠点■〃〜■”が解消され接着歩留は著しく向
上する。最外層に金錫合金をコーティングする方法は蒸
着方法、スパッタリング方法、イオンブレーティング方
法のいずれを用いてもほぼ同じ効果が出る。又、あらか
じめ合金化した金属を蒸発させてコーティングする方法
でも金と錫を同時に蒸発させてコーティング過程で合金
化する方法でも本発明の効果に大きな相違はなかった。
By uniformly coating the outermost layer of the coating film with a gold-tin alloy in advance as in the present invention, adhesion between a semiconductor device or a substrate and a heat sink becomes extremely easy. The bonding method is to raise the entire heat sink to around the melting point of the gold-tin alloy, and then press-bond the substrate or semiconductor device. In this case, since the gold-tin alloy melts uniformly, it does not form into droplets as in the conventional case. Therefore, the above-mentioned drawbacks of the conventional method are eliminated, and the bonding yield is significantly improved.The outermost layer can be coated with a gold-tin alloy by vapor deposition, sputtering, or ion-blating. Almost the same effect was obtained.Also, there was no significant difference in the effect of the present invention whether the method involved coating by evaporating a pre-alloyed metal or the method of simultaneously evaporating gold and tin and alloying them during the coating process.

(発明の効果) 上述の如く、■bb合成ダイヤモンド単結晶を用いる事
により天然産■λのタイプと同等かつばらつきの少ない
高熱伝導度を有したヒートシンクが作成可能となった。
(Effects of the Invention) As described above, by using the (1)bb synthetic diamond single crystal, it has become possible to create a heat sink that has a high thermal conductivity equivalent to that of the naturally produced (2)λ type and with less variation.

又、■bb単結晶は面方位が明確かつ平面で囲まれてい
る為加工し易すく加工ロスの少ない安価なヒートシンク
が供給可能となった。
In addition, since the bb single crystal has a clear plane orientation and is surrounded by a plane, it is easy to process, and an inexpensive heat sink with little processing loss can be provided.

又、Hb型型詰結晶用いたダイヤモンドヒートシンクの
表面に、イオンブレーティングで、チタン、クローム等
の金属をコーティングする事により、接着強度の強い膜
を作成出来るようになり、コーテイング膜の剥離、熱抵
抗の低下が防げる様になった。
In addition, by coating the surface of a diamond heat sink using Hb-type packed crystals with metals such as titanium and chromium using ion blating, it is possible to create a film with strong adhesive strength, which prevents peeling of the coating film and heat. A decrease in resistance can now be prevented.

又コーテイング膜の最外層に金錫合金膜をコーティング
することにより、半導体デバイス及び基盤とダイヤモン
ドヒートシンクの接着歩留りが向上しただけでなく半田
付けの手間かはふけるようになった。
Furthermore, by coating the outermost layer of the coating film with a gold-tin alloy film, not only the bonding yield between the semiconductor device and the substrate and the diamond heat sink was improved, but also the trouble of soldering became unnecessary.

(実施例) 以下に本発明の理解を助ける為実施例を述べる。(Example) Examples will be described below to help understand the present invention.

実施例−1 超高圧発生装置を用い、6.OGPの圧力下で、温度を
145D℃に5D時間保持して0.45カラツトの合成
ダイヤモンドIb型単結晶を作成した。
Example-1 Using an ultra-high pressure generator, 6. A 0.45 carat synthetic diamond type Ib single crystal was prepared under OGP pressure and the temperature was maintained at 145D°C for 5D hours.

この原石を研摩加工して2 mm X 2 mm X 
2の大きさにし熱伝導度を測定した所、19.1W/℃
・cm(at45℃)であった。又、含有窒素量を赤外
吸収係数より推定した所57 PPmであった(試料N
o、−L)。
This rough stone is polished to 2 mm x 2 mm x
When the thermal conductivity was measured with a size of 2, it was 19.1W/℃
・cm (at 45°C). In addition, the nitrogen content was estimated from the infrared absorption coefficient and was 57 PPm (sample N
o, -L).

2111111 X 2 rra X 2罵の形状に加
工した天然■型ダイヤモンド単結晶の熱伝導度を測定し
た所、18.5W/’C・cm (at 45℃)であ
った。含有窒素量を赤外吸収係数より推定した所1PP
mであった(試料No、 −2)。
The thermal conductivity of a natural ■-shaped diamond single crystal processed into the shape of 2111111 x 2 rra x 2 was measured to be 18.5 W/'C·cm (at 45°C). The nitrogen content estimated from the infrared absorption coefficient is 1PP.
m (sample No. -2).

天然ia型ダイヤモンド単結晶を2 mm X 2 m
m X2胴の形状に加工し熱伝導度を測定した所8.4
W/’C・cm(at45℃)であった。含有窒素量を
赤外吸収係数より推定した所1700PPmであった(
試料No、−3)。
Natural IA type diamond single crystal 2 mm x 2 m
8.4 when processed into the shape of m x 2 cylinder and measured the thermal conductivity
W/'C·cm (at 45°C). The nitrogen content was estimated from the infrared absorption coefficient and was 1700PPm (
Sample No.-3).

上述の試料No、 1〜3の一部を第2図に示す形状に
数個づつ加工しTiを600A0.Auを1.5μコー
テイングし、ダイヤモンドヒートシンクを作成した。さ
らに第6図に示す如く半導体レーザー素子とダイヤモン
ド及び金めつきしたCu基盤に半田付けし、リード線を
取り付けてレーザーの出力テストを行なった。素子及び
ヒートシンク表面に:て、体処理を施し赤外線測定装置
を用いて素子表面温度を測定した。以下第1表にテスト
結果を示す。
A portion of the above-mentioned samples Nos. 1 to 3 was processed several times into the shape shown in FIG. 2, and Ti was coated with 600A0. A diamond heat sink was created by coating Au with a thickness of 1.5μ. Furthermore, as shown in FIG. 6, the semiconductor laser element was soldered to a diamond and gold-plated Cu substrate, lead wires were attached, and a laser output test was conducted. The surfaces of the element and heat sink were subjected to body treatment, and the element surface temperature was measured using an infrared measuring device. The test results are shown in Table 1 below.

第1表に示す如く原石の熱伝導度測定値が、旧タイプと
Ibタイプで同等である。又、ヒートシンクとして用い
た場合でもlaタイプとIbタイプの放熱特性に相違が
なく優れたヒートシンクである事が判かる。
As shown in Table 1, the measured values of the thermal conductivity of the raw stones are the same for the old type and the Ib type. Furthermore, even when used as a heat sink, there is no difference in heat dissipation characteristics between the la type and the Ib type, indicating that they are excellent heat sinks.

第 1 表 米(at45℃) 実施例−2 実施例−1と同一方法で合成ダイヤモンドIb型を作製
し、第2図の形状に600個加工した。
Table 1 Rice (at 45° C.) Example 2 Synthetic diamond type Ib was prepared in the same manner as in Example 1, and 600 pieces were processed into the shape shown in FIG.

この内100個を蒸着方法で、Ti(600A”)、A
u(1,5μ)膜をダイヤモンド表面にコーティングし
た(試料No、−1)。
100 of them were deposited using a vapor deposition method such as Ti (600A”), A
A u(1,5μ) film was coated on the diamond surface (sample No.-1).

又、残りの内100個にスパッタリングで試料No、’
−1と同一の膜をコーティングした。さらに残りの10
0個にイオンブレーティングで、試料No、 −1と同
一の膜をコーティングし下記の様な接着強度テストを行
なった。テスト結果を第2表に示す。
In addition, 100 of the remaining samples were sputtered.
-1 was coated with the same membrane. Furthermore, the remaining 10
Sample No. 0 was coated with the same film as sample No. 1 by ion blating, and the following adhesive strength test was conducted. The test results are shown in Table 2.

第 2 表 (注)サンプル数は全て100個づつである。Table 2 (Note) The number of samples is 100 each.

(1)ビールテスト 強力な粘着力を有するテープをヒートシンク表面に接着
し、テープをはがす時コーテイング膜が一諸に剥離する
か否かで接着強度を判定するテスト (2)リード線ボンディングテスト ヒートシンクに室温から450℃まで10回熱サイクル
を掛けた後、250℃にし超音波を掛けた圧子で表面に
リード線を熱圧着する。
(1) Beer test A test in which a tape with strong adhesive strength is adhered to the heat sink surface, and the adhesion strength is determined by whether or not the coating film peels off all at once when the tape is peeled off. (2) Lead wire bonding test on the heat sink After 10 thermal cycles from room temperature to 450°C, a lead wire is thermocompression bonded to the surface using an indenter heated to 250°C and subjected to ultrasonic waves.

その際コーテイング膜が剥離するか否かで接着強度を判
定するテスト 第2表から判かるようにイオンブレーティング方法で作
製された膜が極めて接着強度の高い膜である事が判かる
At that time, the adhesion strength was determined by whether or not the coating film peeled off.As can be seen from Table 2, the film produced by the ion-blating method is a film with extremely high adhesive strength.

実施例−3 実施例−1と同一方法で合成ダイヤモンドIb型を作製
し第2図の形状に200個加工した。
Example 3 Synthetic diamond type Ib was prepared in the same manner as in Example 1, and 200 pieces were processed into the shape shown in FIG.

その内の100個にイオンブレーティング法で、Tiを
(6QQA)、Ptを(600A0)コーティングした
上に2μのAuコーティングを行なった(試グし、1μ
のAuをコーティングした。 さらにその上にAu−8
n合金を1μコーテイングした。(試料No、 −2)
100 of them were coated with Ti (6QQA) and Pt (600A0) using the ion blating method, and then coated with 2 μm of Au (1 μm for trial use).
It was coated with Au. Furthermore, Au-8
It was coated with 1μ of n-alloy. (Sample No. -2)
.

試料NQ、−1のダイヤモンドヒートシンクを用い第3
図に示すように半導体レーザーと基盤にAu−5n半田
を用いて接着した。リード線を取付けた後電力を掛けて
レーザーの出力テストを行なった。その内レーザー光を
出力しないものを出力不良と称し、又75 mAの順電
流を流しても9mW以上の出力しないものは素子不良と
称すして不良内容を分類した。又試料No、 −2のダ
イヤモンドヒートシンクを280℃に短時間上げて基盤
と半導体素子を接着した。試料N0−1と同様にリード
線を取付は第3図の状態にしてレーザーの出力テストを
行なった。その結果を第3表に示す。
Using the diamond heat sink of sample NQ, -1, the third
As shown in the figure, the semiconductor laser and the substrate were bonded using Au-5n solder. After attaching the lead wires, we applied power and tested the laser output. Among them, those that did not output laser light were called output defects, and those that did not output 9 mW or more even when a forward current of 75 mA was applied were called element defects, and the details of the defects were classified. Further, the diamond heat sink of sample No. -2 was heated to 280° C. for a short time to bond the substrate and the semiconductor element. As with sample No. 1, a laser output test was conducted with the lead wires attached as shown in FIG. The results are shown in Table 3.

第 3 表 第6表より分かるように本発明によるダイヤモンドヒー
トシンク(試料N[1−2)を使用する事で接着歩留り
が著しく改良されているのが判かる。
As can be seen from Tables 3 and 6, the adhesion yield was significantly improved by using the diamond heat sink according to the present invention (sample N[1-2).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はIb型合成ダイヤモンド単結晶の典型的な形状
を例示した斜視図である。第2図はヒートシンクの形状
を例示した斜視図である。第6図は基盤の上にダイヤモ
ンドヒートシンクを接着し、その上に半導体素子を接着
し、リード線をつなぎレーザーが発光出来る状態になっ
たパッケージの斜視図を例示する。 (1)・・・(111面)、(2)・・・(100面)
、(3)・・・(110面)、 (4)・・・ダイヤモンドヒートシンク、(5)・・・
半導体素子(レーザー素子)、(6)・・・基盤、(7
)・・・リード線、(8)・・・レーザー光、(9)・
・・リード線接続用端子 第1図 第2図 オ 3 図
FIG. 1 is a perspective view illustrating a typical shape of a type Ib synthetic diamond single crystal. FIG. 2 is a perspective view illustrating the shape of the heat sink. FIG. 6 is a perspective view of a package in which a diamond heat sink is bonded on a substrate, a semiconductor element is bonded thereon, lead wires are connected, and a laser beam can be emitted. (1)...(111 pages), (2)...(100 pages)
, (3)... (110 planes), (4)... diamond heat sink, (5)...
Semiconductor element (laser element), (6)... base, (7
)... Lead wire, (8)... Laser light, (9)...
・Lead wire connection terminal Fig. 1 Fig. 2 O Fig. 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 b (1)#型合酸ダイヤモンド原石を用い、ダイヤモンド
ノ表面ヲチタン、クローム、ハフニウム、ジルコニウム
、タンタルの金属の内1種あるいは複数種の金属でコー
ティングし、さらにその上に金、白金、銀、ニッケル、
錫の内1種あるいは複数種の金属を一層あるいは多層コ
ーティングしたことを特徴とするエレクトロニクろデバ
イス用ヒートシンク。 (2) チタン、クローム、ハフニウム、ジルコニウム
、タンタルの金属の内1種あるいは複数種の金属のコー
ティングが、イオンブレーティングのコーティングであ
る特許請求の範囲第(1)項記載ノエレクトロニクスデ
バイス用ヒートシンク。 (3)金、白金、銀、ニッケル、錫の内1種あるいは複
数種の金属の−、層あるいは多層コーティングが、最外
層が金錫合金のコーティングである特許請求の範囲第(
1)項記載のエレクトロニクスデバイス用ヒートシンク
[Claims] b (1) Using # type synthetic diamond rough, the surface of the diamond is coated with one or more metals selected from titanium, chromium, hafnium, zirconium, and tantalum, and further coated on top of the diamond surface. gold, platinum, silver, nickel,
A heat sink for an electronic filter device characterized by being coated with one or more metals selected from tin in one layer or in multiple layers. (2) The heat sink for an electronics device according to claim (1), wherein the coating of one or more metals selected from titanium, chromium, hafnium, zirconium, and tantalum is an ion-blating coating. (3) The outermost layer or multilayer coating of one or more metals selected from gold, platinum, silver, nickel, and tin is a coating of a gold-tin alloy.
1) A heat sink for electronic devices as described in item 1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6918178B2 (en) * 2000-04-08 2005-07-19 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Method of attaching a heat sink to an IC package

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