KR20220034906A - 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(cvd) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기 - Google Patents

선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(cvd) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기 Download PDF

Info

Publication number
KR20220034906A
KR20220034906A KR1020227005819A KR20227005819A KR20220034906A KR 20220034906 A KR20220034906 A KR 20220034906A KR 1020227005819 A KR1020227005819 A KR 1020227005819A KR 20227005819 A KR20227005819 A KR 20227005819A KR 20220034906 A KR20220034906 A KR 20220034906A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat spreader
diamond
cvd
substrate
high aspect
Prior art date
Application number
KR1020227005819A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102591227B1 (ko
Inventor
데이비드 에이치. 알트만
수잔 씨. 트룰리
아브람 바-코헨
Original Assignee
레이던 컴퍼니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 레이던 컴퍼니 filed Critical 레이던 컴퍼니
Publication of KR20220034906A publication Critical patent/KR20220034906A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102591227B1 publication Critical patent/KR102591227B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3732—Diamonds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling

Abstract

시스템은, 열 에너지를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 부품(108), 상기 적어도 하나의 부품으로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 열 확산기(100), 및 상기 열 확산기로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 기판(110)을 포함한다. 상기 열 확산기는 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)을 포함한다. 상기 열 확산기의 제1 부분은 기판에 결합되고, 상기 열 확산기의 제2 부분은 적어도 하나의 부품에 결합된다. 상기 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물(106)을 포함한다. 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 한다.

Description

선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기
본 개시 내용은 일반적으로 집적 회로 장치 또는 다른 장치를 위한 열 확산기(heat spreader)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 선택적으로 가요성(pliable)인 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기에 관한 것이다.
열 확산기는 전력 증폭기 또는 기타 집적 회로 칩과 같은 장치의 부품(component)에서 열 에너지를 제거하기 위해 전자 장치에서 일상적으로 사용된다. 고전력 시스템에서, 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 형성된 다이아몬드 기반 열 확산기는 실리콘 카바이드(SiC) 전력 증폭기 상의 질화갈륨(GaN) 또는 기타 높은 열 손실 밀도 장치와 같은 집적 회로 칩에서 열을 제거하는데 사용되었다. 이러한 유형의 장치는 종종 장치의 작동 온도를 적절하고 안정적으로 관리하기 위해 매우 효과적이고 열팽창과 일치하는 열 확산이 필요하다. 불행히도, 고품질 CVD 다이아몬드는 일반적으로 제조 비용이 상대적으로 비싸고 열팽창 계수(CTE)가 낮으며, 즉 CVD 다이아몬드는 온도가 상승해도 팽창하지 않는다. 결과적으로, CVD 다이아몬드 열 확산기는 일반적으로 더 높은 CTE가 필요하거나 비용에 민감한 패키징 기술과 호환되지 않는다.
본 개시 내용은 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기를 제공한다.
제1 양태에서, 장치는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 열 확산기를 포함한다. 열 확산기의 제1 부분은 기판에 연결되도록 구성되고, 열 확산기의 제2 부분은 냉각될 적어도 하나의 장치에 연결되도록 구성된다. 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비(aspect-ratio) 구조물을 포함한다. 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 한다.
제2 양태에서, 시스템은 열 에너지를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 부품(component), 상기 적어도 하나의 부품으로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 열 확산기, 및 상기 열 확산기로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 기판을 포함한다. 열 확산기는 제1 부분과 제2 부분을 포함한다. 열 확산기의 제1 부분은 기판에 결합되고, 열 확산기의 제2 부분은 적어도 하나의 부품에 결합된다. 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물을 포함한다. 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 한다.
제3 양태에서, 방법은, 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 열 확산기를 수득하는 단계, 상기 열 확산기의 제1 부분을 기판에 부착하는 단계, 및 상기 열 확산기의 제2 부분을 냉각될 적어도 하나의 장치에 부착하는 단계를 포함한다. 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물을 포함한다. 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 한다.
다른 기술적 특징은 하기 도면, 설명 및 청구범위로부터 당업자에게 용이하게 명백해질 수 있다.
본 개시 내용의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 취해진 다음 설명을 참조한다. 여기서:
도 1은 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기의 예를 도시하고;
도 2는 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 형성하기 위한 예시적인 시스템을 도시하고;
도 3은 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 형성하기 위한 예시적인 방법을 도시하고;
도 4는 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 사용하기 위한 예시적인 방법을 도시한다.
후술하는 도 1 내지 4, 및 이 특허 문서에서 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된 다양한 양태는 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 당업자는, 본 발명의 원리가 적절하게 배열된 임의의 유형의 장치 또는 시스템에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
상술한 바와 같이, 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 형성된 다이아몬드 기반 열 확산기는 실리콘 카바이드(SiC) 전력 증폭기 또는 기타 장치 위의 질화갈륨(GaN)과 같은 집적 회로 칩에서 열을 제거하는데 사용될 수 있다. 불행히도, 고품질 CVD 다이아몬드는 일반적으로 제조 비용이 상대적으로 비싸고, 열팽창 계수(CTE)가 낮기 때문에, CVD 다이아몬드 열 확산기는 일반적으로 더 높은 CTE가 필요하거나 비용에 민감한 특정 패키징 기술과 호환되지 않는다. 예를 들면, 저가의 무선 주파수(RF) 모듈 및 기타 부품은 부품의 비용을 제어하기 위해 종종 저가의 열 확산기를 필요로 한다. 또한, RF 모듈 및 기타 부품은 종종 CVD 다이아몬드에 비해 더 높은 열팽창 계수를 갖는 구리 기판 또는 기타 기판에 장착되는데, 이는 이러한 기판이 온도가 증가함에 따라 CVD 다이아몬드보다 빠른 속도로 팽창하는 것을 의미한다. 이것은 CVD 다이아몬드 열 확산기와 관련 패키지 기판 사이의 계면(interface)에서 관리해야 하는 많은 양의 스트레스를 생성할 수 있다. 일반적으로, 열 응력을 관리하는데 사용되는 재료는 열전도율이 낮기 때문에 다이아몬드의 열적 이점을 손상시킨다.
CVD 다이아몬드 제조 업체는 열전도율, 비용 및 CTE 간의 절충안을 제공하고, 저렴한 재료(예를 들면, 산화 베릴륨)와 순수한 다결정 CVD 다이아몬드 사이의 "스위트 스팟(sweet spot)"을 찾기 위해 다양한 재료를 개발했다. 이러한 시도는 알루미늄-다이아몬드, 구리-다이아몬드, 및 은-다이아몬드 재료와 같은 금속/다이아몬드 복합재와 기타 더욱 이국적인 다이아몬드 복합재에 주로 초점을 맞추었다. 또한, 성능과 비용을 최적화하기 위해 제조 중 CVD 다이아몬드의 품질을 변화시켜 열 확산기의 두께에 걸쳐 열전도율을 "등급화(grade)"하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 시도는 CTE의 등급화 능력을 보여주지 않았고, 결과적으로 낮은 CTE를 갖는 CVD 다이아몬드의 생산이 계속되고 있다.
본 개시 내용은, 열 확산기가 맞춤형 가요성, 높은 열 성능 및 저비용의 조합을 달성하는 고전력 애플리케이션 또는 기타 애플리케이션에 사용하기 위한 다양한 선택적으로 가요성인 다이아몬드 열 확산기 또는 기타 열 확산기를 제공한다. 하기에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 일부 양태에서, 붕소 도핑된 CVD 다이아몬드 재료 또는 다른 다이아몬드 재료(예를 들면, 웨이퍼)가 제조되거나 그렇지 않으면 수득되고, 기계적으로 가요성인 기둥 구조물 또는 다른 높은 종횡비 구조물이 다이아몬드 재료의 한 주요 표면에 형성된다. 이러한 높은 종횡비 구조물의 존재는 다이아몬드 재료의 이 표면을 매우 유연하게 만들어, 이 표면이 더 높은 CTE를 갖는 다른 구조물(예를 들면, 구리 또는 기타 기판)에 결합될 수 있다. 다이아몬드 재료의 이 표면은 높은 종횡비 구조물의 존재로 인해 유연하기 때문에, 다이아몬드 재료와 구리 또는 다른 속도로 발생하는 기타 기판의 팽창 및 수축을 수용할 수 있다. 결과적으로, 다이아몬드 재료의 이 표면은 CTE 불일치에 의해 야기되는 다이아몬드 재료와 구리 또는 기타 기판의 다른 팽창 및 수축에 의해 증가될 응력을 감소시킬 수 있다.
다이아몬드 재료의 다른 주요 표면은 에칭되지 않거나 그렇지 않으면 고체로 남아 있을 수 있다. 이는, 다이아몬드 재료가 실리콘(Si), 실리콘 카바이드, 또는 장치(들)의 다른 기판(들)에 결합될 때와 같이, 냉각될 하나 이상의 낮은 CTE 집적 회로 칩 또는 기타 장치에 부착된 영역에서 표면이 더 높은 강성과 더 높은 열 전도성을 유지하도록 해준다. 결과적으로, 완전히 조밀한 고전도성 다이아몬드는, 재료가 가장 필요한 냉각될 장치(들)에 가장 가깝게 배치되는 반면, 높은 종횡비 구조물을 갖는 가요성인 표면은 CTE 불일치를 해결해야 하는 반대쪽에 위치한다.
일부 경우에, 붕소 도핑된 다이아몬드 재료의 사용은 붕소 도핑된 CVD 다이아몬드가 가장 낮은 등급의 순수 CVD 다이아몬드보다 현저히 빠르게 성장될 수 있고 에칭이 사실상 더 쉬울 수 있기 때문에, 비용을 제어하거나 줄이는데 도움이 된다. 열 확산기의 여러 예들이 동일한 웨이퍼 상에 형성되는 경우, 웨이퍼를 절단하거나 가공하여 제조 후 열 확산기를 분리할 수 있으며, 이는 또한 제조 작업을 단순화하고 제조 수율을 높일 수 있다.
이러한 접근 방식은 구현에 따라 다양한 이익 또는 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 접근 방식 중 하나를 사용하여 형성된 열 확산기는 붕소 도핑된 다이아몬드 또는 기타 다이아몬드 재료의 열전도율이 800 W/m·K 내지 2000 W/m·K 이상과 같이 매우 높기 때문에 높은 열 성능을 제공한다. 또한, 열 확산기의 에칭된 면에서 CVD 다이아몬드 재료의 선택적 가요성으로 인해 땜납 박막과 같은 다이아몬드 재료의 에칭되지 않은 부분에 얇고 낮은 열 저항 다이 부착 재료를 사용할 수 있다. 또한, 붕소 도핑 다이아몬드 또는 기타 다이아몬드 재료가 직류(DC) 및 RF 접지를 위한 랩어라운드 금속화(wrap-around metallization)에 대한 의존도를 완화할 수 있는 정도의 전기 전도성을 제공하기 때문에, 붕소 도핑된 다이아몬드 열 확산기 또는 기타 다이아몬드 열 확산기의 사용은 확산기 금속화 비용을 줄이는 기회를 만드는데 도움이 된다.
도 1은 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기(100)의 예를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열 확산기(100)는 제1 부분(102) 및 제2 부분(104)을 포함한다. 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 열 확산기(100)의 제1 주 표면(first major surface)(도 1에서 열 확산기(100)의 바닥을 따라 위치됨)을 정의한다. 열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 제1 주 표면에 대향하는 열 확산기(100)의 제2 주 표면(도 1에서 열 확산기(100)의 상부를 따라 위치됨)을 정의한다. 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 일반적으로 분리된 기둥 또는 다른 높은 종횡비 구조물(106)을 형성하기 위해 에칭되거나 처리된 열 확산기(100)의 부분을 나타낸다. 열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 일반적으로 보통 에칭되지 않거나 그렇지 않으면 고체이고 열 확산기(100)를 냉각될 하나 이상의 장치에 연결하는데 사용되는 열 확산기(100)의 일부를 나타낸다.
열 확산기(100)의 적어도 제1 부분(102)은 CVD 다이아몬드를 사용하여 형성된다. 일부 경우에, 열 확산기(100)의 적어도 제1 부분(102)을 형성하는 CVD 다이아몬드는 붕소 도핑된 CVD 다결정 다이아몬드와 같은 도핑된 CVD 다이아몬드를 나타낼 수 있다. 일부 양태에서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 도핑은 일반적으로 또는 사실상 완전히 일정하다. 다른 양태에서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 도핑은, 도펀트의 양이 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 바닥에서 최대이고, 상향으로 이동하면서 감소하는 경우와 같이 구배(gradient)를 갖는다(도 1에 도시된 배향에서). 이러한 구배는 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 더 쉬운 에칭을 용이하게 할 수 있고/있거나 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 열 전도도의 구배를 초래할 수 있다. 도핑 구배(doping gradient)는 성장 속도 및 결과적으로 다결정 다이아몬드의 결정립 크기 및 배향을 변화시키는 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 생성될 수 있다. 또 다른 양태에서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 도핑되지 않은 CVD 다이아몬드일 수 있다.
열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 CVD 다결정 다이아몬드와 같은 다이아몬드를 사용하여 형성되고, 임의의 도펀트를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 일부 경우에, 열 확산기(100)의 제1 및 제2 부분(104)은 초기에 CVD 다이아몬드의 단일 일체형 조각으로서 형성될 수 있고, 그 후 CVD 다이아몬드의 일체형 조각은 에칭되거나 그렇지 않으면 처리되어, 높은 종횡비 구조물(106)을 형성할 수 있다(이에 의해, 열 확산기(100)의 제1 및 제2 부분(104)을 구별함). 예를 들어, 일부 양태에서, 열 확산기(100)는 CVD 기술을 사용하여 제조될 수 있으며, 여기서 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 도펀트(가능하게는 구배 방식으로)를 사용하여 성장된 후, 열 확산기(100)의 제2 부분(104)이 도펀트를 사용하지 않고 성장된다. 물론, 열 확산기(100)의 제2 부분(104)이 도펀트를 사용하지 않고 성장된 후, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)이 도펀트를 사용하여(가능한 구배 방식으로) 성장되는 반대의 경우도 발생할 수 있다. 일단 성장되거나 다른 방식으로 형성되면, 열 확산기(100)의 제1 및 제2 부분(104)은 필요에 따라 처리될 수 있고, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 에칭되거나 그렇지 않으면 처리되어 높은 종횡비 구조물(106)을 형성할 수 있다.
열 확산기(100)의 두 부분(102, 104) 및 열 확산기(100) 자체는 각각 임의의 적절한 크기, 형상 및 치수를 가질 수 있다. 이 예에서, 열 확산기(100)는 측면에서 볼 때 일반적으로 직사각형이고, 열 확산기(100)는 위에서 볼 때 일반적으로 직사각형일 수 있다. 그러나, 이것은 예시일 뿐이며, 임의의 다른 적절한 규칙적이거나 불규칙한 모양이 여기서 사용될 수 있다. 또한, 이 예에서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 열 확산기(100)의 제2 부분(104)의 두께보다 더 크고 아마도 훨씬 더 큰 두께(도 1에서 위아래로 측정됨)를 갖는다. 다시 말하지만, 이것은 단지 예시를 위한 것이며, 열 확산기(100)의 각 부분(102, 104)은 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 또한, 이 예에서, 열 확산기(100)의 각 부분(102, 104)은 반드시 그럴 필요는 없지만 사실상 일정한 두께를 갖는다. 예를 들어, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 상이한 영역에서 높은 종횡비 구조물(106)은 상이한 높이를 가질 수 있다.
열 확산기(100)의 높은 종횡비 구조물(106)은 일반적으로 높은 종횡비를 갖는 기둥 또는 다른 연신된 구조물을 나타내며, 여기서 이러한 구조물들은 갭에 의해 서로 분리된다. 높은 종횡비는 일반적으로 각 구조물(106)이 그 너비(도 1에서 왼쪽에서 오른쪽으로 측정됨)에 비해 사실상 더 큰 높이(도 1에서 위아래로 측정됨)를 가짐을 나타낸다. 열 확산기(100)에서 높은 종횡비 구조물(106)은 각각 임의의 적절한 크기, 형상 및 치수를 가질 수 있고, 높은 종횡비 구조물(106)은 열 확산기(100)에서 임의의 적절한 규칙적 또는 불규칙적 배열을 가질 수 있다. 또한, 높은 종횡비 구조물(106) 각각은 원형, 직사각형, 또는 다른 형상과 같은 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있고, 상이한 높은 종횡비 구조물(106)은 상이한 단면 형상을 갖거나 갖지 않을 수도 있다.
높은 종횡비 구조물(106)은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 예시적인 기술은 심층 반응성 이온 에칭(DRIE) 공정 또는 다른 플라즈마 에칭 공정, 워터 제트 에칭 공정, 또는 열 확산기(100)의 제1 부분(102)으로부터 재료를 제거하는 임의의 다른 적합한 공정을 사용하여 열 확산기(100)의 제1 부분(102)을 형성하는 다이아몬드 재료를 에칭하여 높은 종횡비 구조물(106)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 양태에서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 더 쉬운 에칭을 용이하게 하기 위해, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)에 도핑 구배가 사용될 수 있다. 그러나, 도핑 구배의 사용(적어도 에칭을 용이하게 하기 위해)은 선택 사항이며, 열 확산기(100)의 특정 구현에서 사용될 필요는 없다.
이 예에서, 열 확산기(100)는 하나 이상의 장치(108)로부터 적어도 하나의 기판(110)으로 열 에너지를 전달하는데 사용된다. 각각의 장치(108)는 열 확산기(100)에 의해 제거될 열 에너지를 생성(또는 다른 공급원으로부터 수신)하는 임의의 적절한 집적 회로 칩 또는 다른 구조물을 나타낸다. 일부 양태에서, 적어도 하나의 장치(108)는 하나 이상의 질화갈륨-온-실리콘 카바이드 집적 회로 칩(gallium nitride-on-silicon carbide integrated circuit chip) 또는 다른 고전력 집적 회로 칩을 나타낸다. 특정 예로서, 적어도 하나의 장치(108)는 하나 이상의 전력 증폭기 또는 하나 이상의 RF 모듈을 포함할 수 있다. 하나 이상의 장치(108)가 여기서 열 확산기(100)의 제2 부분(104)의 폭을 완전히 가로질러 연장되는 것으로 도시되지만, 이는 단지 예시를 위한 것임에 유의한다. 열 확산기(100)의 제2 부분(104)에 의해 형성된 열 확산기(100)의 주 표면은 냉각될 하나 이상의 장치(108)보다 더 클 수 있다(가능하게는 상당히 더 클 수 있음).
각각의 기판(110)은 열 확산기(100)로부터 열 에너지를 수신하고 하나 이상의 원하는 목적지로 열 에너지를 전달하는 (제거를 위한 것과 같은) 임의의 적합한 구조물을 나타낸다. 일부 양태에서, 각각의 기판(110)은 구리 기판 또는 높은 CTE를 갖는 다른 금속성 또는 고열 전도성 기판을 나타낸다. 많은 경우에, 각 기판(110)을 형성하는 재료(들)의 CTE는 열 확산기(100)을 형성하는 재료(들)의 CTE보다 높을 것이다. 그 결과, 각각의 기판(110)은 동일한 온도 변화에 걸쳐 열 확산기(100)에 대해 더 많이 팽창 및 수축할 것이다. 기판(110)에 대한 열 확산기(100)의 상대적인 크기 및 치수는 여기서만 예시를 위한 것이며, 필요하거나 원하는 대로 변할 수 있다는 점에 유의한다.
열 계면 재료(thermal interface material, TIM)(112)는 열 확산기(100)와 각 장치(108) 사이에 위치될 수 있고, 열 계면 재료(114)는 열 확산기(100)와 각각의 기판(110) 사이에 위치될 수 있다. 각각의 열 계면 재료(112, 114)는 일반적으로 부품들 사이의 열 에너지 전달을 용이하게 하고 부품 중 적어도 하나(예를 들면, 열 확산기(100))에 보호를 제공하는 얇은 층의 재료를 나타낸다. 각각의 열 계면 재료(112, 114)는 임의의 적절한 재료(들)로부터 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 특정 예로서, 각각의 열 계면 재료(112, 114)는 땜납 또는 소결 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 각각의 열 계면 재료(112, 114)는 임의의 적절한 크기, 형상 및 치수를 가질 수 있다. 열 계면 재료(112, 114)의 두께는 단지 예시를 위한 것이고, 열 계면 재료(112, 114)는 일반적으로 여기에 예시된 것보다 훨씬 얇을 수 있는 점에 유의한다.
상술한 바와 같이, 높은 종횡비 구조물(106)의 형성은 열 확산기(100)의 제1 부분(102)이 선택적으로 유연하게 만들어질 수 있게 한다. 무엇보다도, 이러한 가요성은 열 확산기(100)가 열 팽창기(100)의 다이아몬드 재료와 비교하여 상이한(및 아마도 상당히 상이한) 열 팽창 계수를 갖는 적어도 하나의 기판(110)과 함께 사용될 수 있게 한다. 예를 들어, 열 확산기(100)의 CVD 다이아몬드는 약 1 ppm/K의 CTE를 가질 수 있는 반면, 기판(110)의 구리는 약 17 ppm/K의 CTE를 가질 수 있다. 높은 종횡비 구조물(106)의 사용은 열 확산기(100)의 제1 부분(102)이 CVD 다이아몬드와 구리의 CTE들 사이의 큰 불일치를 수용할 수 있게 한다. 다시 말해서, 높은 종횡비 구조물(106)은 유연하고, 따라서 필요에 따라 어느 정도 구부릴 수 있기 때문에, 높은 종횡비 구조물(106)은 기판(들)(110)의 재료가 열 확산기(100)의 재료와 비교하여 상당히 다른 속도에서 팽창 및 수축하도록 할 수 있다.
또한, 높은 종횡비 구조물(106)의 맞춤형 특성은 수용량이 상이한 구현을 위해 상이한 방식으로 맞춤형이 되도록 한다. 따라서, 예를 들어, 높은 종횡비 구조물(106)의 상이한 구성 또는 배열이 상이한 양의 가요성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 높은 종횡비 구조물(106)의 이러한 상이한 구성 또는 배열은 동일한 열 확산기(100)의 동일한 제1 부분(102)의 상이한 영역에서 또는 상이한 열 확산기(100)에서 사용될 수 있다. 특정 예로서, 더 두꺼운 높은 종횡비 구조물(106) 및/또는 더 많은 높은 종횡비 구조물(106)은 더 적은 가요성을 제공할 수 있는 반면, 더 얇은 높은 종횡비 구조물(106) 및/또는 더 적은 높은 종횡비 구조물(106)은 더 많은 가요성을 제공할 수 있다. 결과적으로, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 하나 이상의 영역에서 원하는 양의 가요성은 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 하나 이상의 영역에서 적절한 높은 종횡비 구조물(106)의 적절한 제조를 통해 얻어질 수 있다.
또한, 열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 적어도 하나의 장치(108)의 장착 및 적어도 하나의 장치(108)로부터 열 에너지의 제거를 용이하게 하기 위해 일반적으로 견고하고 사실상 평평하게 유지될 수 있다. 각각의 장치(108)가 약 3 ppm/K의 CTE를 가질 때와 같이, 각각의 장치(108)는 CVD 다이아몬드의 CTE에 훨씬 더 가까운 CTE를 가질 수 있다. 이러한 불일치는 종종 열 계면 재료(112) 또는 다른 메커니즘의 사용을 통해 수용될 수 있다. 결과적으로, 열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 임의의 CTE 불일치가 수용되는 동안 하나 이상의 장치(108)로부터 열 에너지를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 도핑의 선택적인 사용은 열 확산기(100)의 더 쉬운 제조 및/또는 열 확산기(100)의 개선된 작동을 용이하게 하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 붕소 도핑된 CVD 다이아몬드는 순수한 CVD 다이아몬드보다 훨씬 빠르게 성장될 수 있고, 에칭이 사실상 더 쉬울 수 있고, 이에 의해 높은 종횡비 구조물(106)의 더 쉬운 형성을 촉진할 수 있다. 다른 예로서, 도핑은 구배를 생성하거나 그렇지 않으면 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 원하는 열 전도성을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
마지막으로, 높은 종횡비 구조물(106)의 존재에도 불구하고, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 열 전도도는 여전히 적절하게 높을 수 있고, 가능하게는 장치(들)(108)의 열 전도도보다 훨씬 더 높을 수 있다. 이것은 높은 종횡비 구조물들(106) 사이의 갭이 열 확산기(100)의 제2 부분(104)의 열전도율에 비해 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 열전도율을 감소시키기 때문에 유용하다. 따라서, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 더 낮은 열 전도도는 장치(들)(108)와 기판(들)(110) 사이에서 적절한 방식으로 열 에너지를 전달하기에 여전히 적절하다.
도 1은 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기(100)의 일례를 도시하지만, 도 1에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 열 확산기(100)의 각각의 부품은 임의의 적절한 크기, 형상 및 치수를 가질 수 있고, 임의의 적절한 재료(들)로부터 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 재료, 제조 기술 및 열 전도율의 특정 예가 앞서 제공되었지만, 이는 단지 예시를 위한 것이며, 본 개시의 범위를 이러한 특정 재료, 제조 기술 및 열 전도율로 제한하지 않는다. 특정 예로서, 종종 CVD에 의해 형성된 다이아몬드 재료의 사용을 포함하는 것으로 기술되지만, 다이아몬드 재료는 임의의 다른 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 또한, 열 확산기(100)는 다이아몬드 재료를 사용하여 형성될 필요가 없으며, 실리콘 카바이드 또는 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 다른 에칭 가능한 높은 열전도성 확산기 재료(들)를 사용하여 형성될 수 있다. 다른 특정 예로서, 종종 붕소 도핑된 다이아몬드 재료의 사용을 포함하는 것으로 기술되지만, 다이아몬드 재료는 에칭, 성장, 또는 높은 종횡비 구조물(106)의 다른 형성을 용이하게 하는 임의의 다른 적절한 도펀트(들)을 가질 수 있거나, 또는 도핑이 다이아몬드 재료와 함께 사용되지 않을 수 있다.
도 2는 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 형성하기 위한 예시적인 시스템(200)을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 2의 시스템(200)은 도 1의 열 확산기(100)의 하나 이상의 예들을 제조하는데 사용되는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 도 1의 열 확산기(100)는 임의의 다른 적절한 시스템을 사용하여 임의의 다른 적절한 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 도 2의 시스템(200)은 본 개시 내용의 교시에 따라 설계된 임의의 다른 적절한 열 확산기를 제조하는데 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 CVD 장비(202), 에칭/절단 장비(204), TIM 증착 장비(206), 및 장착 장비(208)를 포함한다. CVD 장비(202)는 일반적으로 증착 챔버(들) 내에서 하나 이상의 화학 기상 증착 공정을 수행하는데 사용되는 적어도 하나의 증착 챔버 및 관련 장비를 나타낸다. 무엇보다도, CVD 장비(202)는 붕소 도핑된 CVD 다이아몬드 재료 또는 열 확산기를 제조하는데 사용하기 위한 다른 다이아몬드 재료를 형성하는데 사용될 수 있다. 특정 예로서, CVD 장비(202)는 붕소 도핑된 CVD 다이아몬드 재료 또는 다른 다이아몬드 재료의 웨이퍼를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 다이아몬드 재료의 각각의 웨이퍼는 희생 기판 상에서 다이아몬드 재료를 성장시킨 후, 다이아몬드 재료의 웨이퍼를 얻기 위해 희생 기판을 에칭하거나 그렇지 않으면 제거함으로써 생성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 일부 경우에, CVD 장비(202)에 의해 생성된 다이아몬드 재료는 다결정질일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, CVD 장비(202)에 의해 생성된 다이아몬드 재료는 구배가 있거나 없이 도핑될 수 있으며, 이는 다이아몬드 재료의 성장 동안 증착 챔버에 적절한 도펀트 또는 도펀트들을 도입함으로써 달성될 수 있다. CVD 장비(202)는 화학 기상 증착 공정을 사용하여 다이아몬드 재료 또는 다른 열 확산 재료를 형성하는데 사용되는 임의의 적절한 부품을 포함한다.
에칭/절단 장비(204)는 일반적으로 CVD 장비(202)에 의해 생성된 다이아몬드 재료를 에칭 및/또는 절단하는데 사용되는 장비를 나타낸다. 예를 들어, 에칭/절단 장비(204)는 높은 종횡비 구조물(106)을 형성하기 위해 다이아몬드 재료의 웨이퍼 상에서 심층 반응성 이온 에칭 공정 또는 다른 플라즈마 에칭 공정을 수행하는데 사용되는 적어도 하나의 에칭 챔버 및 관련 장비를 포함할 수 있다. 에칭/절단 장비(204)는 대안적으로 높은 종횡비 구조물(106)을 형성하기 위해 다이아몬드 재료의 웨이퍼로부터 재료를 제거하는 워터 제트 에칭 공정 또는 다른 적절한 에칭 공정을 수행하는데 사용되는 장비를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 높은 종횡비 구조물(106)의 형성은 열 확산기(100)에서 원하는 수준의 가요성을 달성하도록 맞춰질 수 있다. 동일한 열 확산기(100)의 제1 부분(102)의 상이한 영역은 이들 영역에서 상이한 가요성을 달성하기 위해 상이한 특성을 갖는 높은 종횡비 구조물(106)을 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 다중 열 확산기(100)가 다이아몬드 재료의 단일 웨이퍼의 상이한 부분에서 제조될 수 있다면, 에칭/절단 장비(204)는 다이아몬드 재료의 웨이퍼를 별도의 열 확산기(100)로 절단하는데 사용되는 장비를 더 포함할 수 있다. 에칭/절단 장비(204)는 높은 종횡비 구조물(106) 및 (필요한 경우) 개별 열 확산기(100)를 형성하기 위해 다이아몬드 재료 또는 기타 열 확산기 재료를 에칭, 절단 또는 기계적으로 처리하는데 사용되는 임의의 적절한 부품을 포함한다.
TIM 증착 장비(206)는 일반적으로 열 확산기(100) 상에 및/또는 열 확산기(100)에 결합되는 부품 상에 하나 이상의 열 계면 재료를 증착하는데 사용되는 장비를 나타낸다. 예를 들어, TIM 증착 장비(206)는 열 확산기(100)의 제2 부분(104)의 일반적으로 평평한 표면 상에 열 계면 재료(112)를 증착하고, 열 확산기(100)의 제1 부분(102)에 결합될 기판(110)의 일반적으로 평평한 표면 상에 열 계면 재료(114)를 증착하기 위해 사용되는 장비를 포함할 수 있다. 열 계면 재료(112, 114)의 배치는 구현에 따라 변할 수 있고, 임의의 다른 적절한 방식으로 증착될 수 있음을 유의한다. TIM 증착 장비(206)는 하나 이상의 열 계면 재료를 증착하는데 사용되는 임의의 적절한 부품을 포함한다.
장착 장비(208)는 일반적으로 열 확산기(100)을 더 큰 시스템의 다른 부품에 연결하는데 사용되는 장비를 나타낸다. 예를 들어, 장착 장비(208)는 하나 이상의 장치(108)를 적어도 하나의 열 확산기(100)에 장착하고, 하나 이상의 열 확산기(100)를 적어도 하나의 기판(110)에 장착하는데 사용되는 장비를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 장착 장비(208)는 각각의 열 확산기(100)를 장치(들)(108) 및 기판(110)에 연결하기 위해, 열 계면 재료(112, 114)를 형성하는 솔더 또는 다른 재료를 "리플로우(reflow)"하기 위해 이러한 부품들 중 하나 이상을 가열할 수 있다. 장착 장비(208)는 부품을 열 확산기(100)에 결합하는데 사용되는 임의의 적절한 부품을 포함한다.
도 2는 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기(100)를 형성하기 위한 시스템(200)의 일례를 도시하지만, 도 2에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 다양한 부품은 결합, 더 세분화, 복제, 생략 또는 재배열될 수 있고, 추가 부품이 특정 요구에 따라 추가될 수 있다. 특정 예로서, 다이아몬드 재료의 임의의 형성 후 처리 및/또는 장착된 열 확산기/장치/기판의 임의의 장착 후 처리와 같은 추가 장비가 시스템(200)에서 추가 작업을 수행하는데 사용될 수 있다. 다른 특정 예로서, 앞서 논의된 작업의 일반적인 순서는 단지 설명을 위한 것이며, 사용 중인 장비에 따라 달라질 수 있다.
도 3은 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 형성하기 위한 예시적인 방법(300)을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 3의 방법(300)은 도 1의 열 확산기(100)의 하나 이상의 예들을 제조하는데 사용되는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 도 1의 열 확산기(100)는 임의의 다른 적절한 기술을 사용하여 임의의 다른 적절한 방식으로 제조될 수 있다. 또한, 도 3의 방법(300)은 본 개시 내용의 교시에 따라 설계된 임의의 다른 적절한 열 확산기를 제조하는데 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 열 확산기용 다이아몬드 재료는 단계(302)에서 제조되거나 그렇지 않으면 수득된다. 이것은, 예를 들면 CVD 다이아몬드 재료의 적어도 하나의 웨이퍼를 제조하거나 그렇지 않으면 수득하는 것을 포함할 수 있다. CVD 다이아몬드 재료의 제조는, 가능하게는 성장 동안 하나 이상의 적절한 시간에 적절한 도펀트 또는 도펀트들의 도입과 함께(선택적으로 도핑 구배의 형성과 함께) CVD 다이아몬드 재료) 하나 이상의 웨이퍼를 형성하기 위한 CVD 다이아몬드 재료의 성장을 포함할 수 있다. 필요한 경우, 단계(304)에서 다이아몬드 재료에 대해 하나 이상의 전처리 작업이 수행될 수 있다. 이는, 예를 들면 다이아몬드 재료가 원하는 두께 또는 다른 특성(들)을 갖도록 CVD 다이아몬드 재료의 웨이퍼를 사전 처리하는 것을 포함할 수 있다.
다이아몬드 재료는 단계(306)에서 다이아몬드 재료의 주 표면에 높은 종횡비 구조물을 형성하도록 에칭되거나 그렇지 않으면 처리된다. 이것은, 예를 들면 다이아몬드 재료의 하나의 주 표면을 따라 원하는 높은 종횡비 구조물(106)을 형성하기 위해 CVD 다이아몬드 재료의 각 웨이퍼를 에칭하는 것을 포함할 수 있다. 다이아몬드 재료의 반대쪽 주 표면은 평평하거나 에칭되지 않은 상태로 남아 있을 수 있다. 상술한 바와 같이, 높은 종횡비 구조물(106)의 특성(예를 들면, 높이, 너비 또는 밀도)은 열 확산기(100)에서 원하는 수준의 가요성을 달성하도록 맞춰질 수 있다. 또한, 단일 열 확산기(100)의 제1 부분(102)은 이들 영역에서 상이한 수준의 가요성을 얻기 위해 상이한 특성(예를 들면, 상이한 높이, 폭 또는 밀도)을 갖는 높은 종횡비 구조물(106)을 갖는 상이한 영역을 포함할 수 있다. 따라서, 열 확산기(100)의 가요성인 성질은 일정하거나 가변적인 가요성을 달성하기 위해 다수의 인자에 기초하여 맞춰질 수 있다. 다이아몬드 재료는 (필요한 경우) 절단되어, 단계 308에서 개별 열 확산기를 형성한다. 이것은, 예를 들어 개별 열 확산기(100)를 형성하기 위해 CVD 다이아몬드 재료의 각 웨이퍼를 절단하는 것을 포함할 수 있다.
각 열 확산기는 단계(310)에서 추가 부품에 부착된다. 이것은, 예를 들어, 열 계면 재료(112) 또는 다른 메커니즘을 사용하여 각 열 확산기(100)(열 확산기(100)의 제2 부분(104)과 같은)를 하나 이상의 장치(108)에 연결하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이는 열 계면 재료(114) 또는 다른 메커니즘을 사용하여 각 열 확산기(100)(열 확산기(100)의 제1 부분(102)과 같은)를 적어도 하나의 기판(110)에 결합하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 결합은 임의의 다른 적절한 방식으로 수행될 수 있으며, 열 계면 재료(112, 114)의 사용에 의존할 필요가 없다.
도 3은 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기(100)를 형성하기 위한 방법(300)의 일례를 도시하지만, 도 3에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 일련의 단계로 표시되지만, 도 3의 다양한 단계는 중첩되거나, 병렬로 발생하거나, 다른 순서로 발생하거나, 여러 번 발생할 수 있다.
도 4는 본 개시 내용에 따른 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기를 사용하기 위한 예시적인 방법(400)을 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 4의 방법(400)은 도 1의 열 확산기(100)의 하나 이상의 예들의 사용을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 그러나, 도 1의 열 확산기(100)은 임의의 다른 적절한 방식으로 사용될 수 있다. 또한, 도 4의 방법(400)은 본 개시 내용의 교시에 따라 설계된 임의의 다른 적절한 열 확산기의 사용을 수반할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열 에너지는 단계(402)에서 냉각될 하나 이상의 장치에 의해 생성되거나 그렇지 않으면 수득된다. 이는, 예를 들면 적어도 하나의 열 확산기(100)에 연결된 하나 이상의 장치(108)를 작동시키는 것을 포함할 수 있다. 특정 예로서, 이것은 적어도 하나의 열 확산기(100)에 결합된 하나 이상의 전력 증폭기 또는 하나 이상의 RF 모듈을 동작시키는 것을 포함할 수 있다.
열 에너지의 적어도 일부는 단계(404)에서 적어도 하나의 열 확산기의 제2 부분으로 냉각될 하나 이상의 장치로부터 전달된다. 이는, 예를 들면 하나 이상의 장치(108)로부터 열 계면 재료(112)를 통해 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제2 부분(104)으로 흐르는 열 에너지를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제2 부분(104)은 에칭되지 않거나 그렇지 않으면 평평한 표면을 제공하며, 이는 열 확산기(들)(100)로의 열 에너지의 흐름을 증가시키는 것을 도울 수 있다.
열 에너지의 적어도 일부는 단계(406)에서 적어도 하나의 열 확산기의 제2 부분으로부터 적어도 하나의 열 확산기의 제1 부분으로 전달된다. 이는, 예를 들면 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제2 부분(104)으로부터 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제1 부분(102)으로 흐르는 열 에너지를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제1 부분(102)이 갭에 의해 분리된 높은 종횡비 구조물(106)을 포함하지만(따라서 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제2 부분(104)에 비해 더 낮은 열 전도성을 가짐), 적어도 하나의 열 확산기(100)의 전체 열 전도도는 여전히 하나 이상의 장치(108)로부터 상당한 양의 열 에너지를 전달하기에 충분할 수 있다.
열 에너지의 적어도 일부는 단계(408)에서 적어도 하나의 열 확산기의 제1 부분으로부터 적어도 하나의 기판으로 전달된다. 이는, 예를 들면 적어도 하나의 열 확산기(100)의 제1 부분(102)으로부터 열 계면 재료(114)를 통해 하나 이상의 기판(110)으로 흐르는 열 에너지를 포함할 수 있다. 여기서, 단계(402-408)의 전체 결과는, 하나 이상의 장치(108)가 적어도 하나의 열 확산기(100)을 통해 기판(들)(110)으로 발생하는 열 에너지 전달에 기초하여 냉각된다는 것이다.
적어도 하나의 열 확산기와 적어도 하나의 기판의 불일치된 열 팽창 및/또는 수축은 단계(410)에서 수용된다. 이는, 예를 들면 하나 이상의 장치(108)의 작동 중에 적어도 하나의 열 확산기(100)가 구부러지거나 변형되는 제1 부분(102)의 높은 종횡비 구조물(106)을 포함할 수 있다. 이것은 적어도 하나의 기판(110) 내의 구리 또는 다른 재료가 적어도 하나의 열 확산기(100) 내의 다이아몬드 재료와 상이한 속도로 팽창하거나 수축하는 것을 허용한다. 결과적으로, 이것은 적어도 하나의 기판(110)과 적어도 하나의 열 확산기(100) 사이의 경계를 따라 상당한 응력의 생성을 억제하는데 도움이 된다.
도 4가 선택적으로 가요성인 CVD 다이아몬드 또는 다른 열 확산기(100)를 사용하기 위한 방법(400)의 일례를 도시하지만, 도 4에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 일련의 단계로 표시되지만, 도 3의 다양한 단계는 중첩되거나, 병렬로 발생하거나, 다른 순서로 발생하거나, 여러 번 발생할 수 있다.
이 특허 문헌 전체에 사용된 특정 단어 및 구문의 정의를 설명하는 것이 유리할 수 있다. "포함한다(include)" 및 "포함한다(comprise)" 및 그 파생어는 제한 없이 포함됨을 의미한다. "또는(or)"이라는 용어는 포괄적이며, 및/또는 을 의미한다. "~와 관련된(associated with)"이라는 문구 및 그 파생어는 포함, 그 안에 포함, 상호 연결, 함유, 그 안에 함유, 연결 또는 함께, 연결 또는 함께, 통신 가능, 협력, 인터리브, 병치하다, ~에 근접하다, ~에 묶이거나 ~와, ~을 가지다, ~의 속성을 가지다, ~과 또는 함께 관계를 맺다 등을 의미할 수 있다. 항목 목록과 함께 사용될 때 "적어도 하나의(at least one of)"라는 문구는 나열된 항목들 중 하나 이상을 서로 다른 조합으로 사용할 수 있으며, 목록에서 하나의 항목만 필요할 수 있음을 의미한다. 예를 들면 "A, B 및 C 중 적어도 하나"는 하기 조합들: A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, A와 B와 C 중 어느 것을 포함한다.
본 출원의 설명은, 임의의 특정 요소, 단계 또는 기능이 청구 범위에 포함되어야 하는 필수 또는 중요한 요소임을 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특허된 주제의 범위는 허용된 청구 범위에 의해서만 정의된다. 또한, "~의 수단(means for)" 또는 "~의 단계(step for)"라는 정확한 단어가 기능을 식별하는 문구 후에 특정 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는 한, 첨부된 청구항 또는 청구항 요소와 관련하여 35 U.S.C. § 112(f)를 인용한 청구항은 없다.
본 개시 내용은 특정 양태 및 일반적으로 관련된 방법을 기술했지만, 이들 양태 및 방법의 변경 및 순열은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 예시적인 양태에 대한 상기 설명은 본 개시 내용을 정의하거나 제한하지 않는다. 하기 청구범위에 의해 정의된 바와 같이, 본 개시 내용의 정신 및 범위를 벗어나지 않고, 다른 변경, 대체 및 변경이 또한 가능하다.

Claims (20)

  1. 장치로서, 상기 장치는,
    제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 열 확산기(heat spreader)로서, 상기 열 확산기의 제1 부분은 기판에 결합되도록 구성되고, 상기 열 확산기의 제2 부분은 냉각될 적어도 하나의 장치에 결합되도록 구성되는 것인, 열 확산기;를 포함하고,
    상기 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물(high aspect-ratio structure)을 포함하고, 상기 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 하는 것인, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 확산기의 각 부분은 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드를 포함하는 것인, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드가 도핑되는 것인, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드의 도핑은 구배(gradient)를 갖는 것인, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드의 도핑은 기판에 인접한 열 확산기의 외부 표면을 따라 가장 크고, 외부 표면으로부터 멀어질수록 감소하는 것인, 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드는 붕소로 도핑되는 것인, 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 CVD 다이아몬드는 CVD 다결정 다이아몬드를 포함하는 것인, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 열 확산기의 제1 부분의 외부 표면 상의 제1 열 계면 재료(first thermal interface material); 및
    상기 열 확산기의 제2 부분의 외부 표면 상의 제2 열 계면 재료; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인, 장치.
  9. 시스템으로서, 상기 시스템은,
    열 에너지를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 부품(component);
    상기 적어도 하나의 부품으로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 열 확산기; 및
    상기 열 확산기로부터 열 에너지를 제거하도록 구성된 적어도 하나의 기판;을 포함하고,
    상기 열 확산기는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하고, 상기 열 확산기의 제1 부분은 기판에 결합되고, 상기 열 확산기의 제2 부분은 적어도 하나의 부품에 결합되고;
    상기 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물을 포함하고, 상기 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 하는 것인, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부품은 적어도 하나의 집적 회로 칩을 포함하는 것인, 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 부품 중 적어도 하나는 질화갈륨-온-실리콘 카바이드 장치(gallium nitride-on-silicon carbide device)를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 기판 중 적어도 하나는 구리를 포함하는 것인, 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 열 확산기의 각 부분은 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드를 포함하는 것인, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드가 도핑되는 것인, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드의 도핑은 구배를 갖는 것인, 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 열 확산기는,
    상기 열 확산기의 제1 부분의 외부 표면 상의 제1 열 계면 재료; 및
    상기 열 확산기의 제2 부분의 외부 표면 상의 제2 열 계면 재료; 중 적어도 하나를 더 포함하는 것인, 시스템.
  16. 방법으로서, 상기 방법은,
    제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 열 확산기를 수득하는 단계;
    상기 열 확산기의 제1 부분을 기판에 부착하는 단계; 및
    상기 열 확산기의 제2 부분을 냉각될 적어도 하나의 장치에 부착하는 단계;를 포함하고,
    상기 열 확산기의 제1 부분은 서로 분리된 높은 종횡비 구조물을 포함하고, 상기 높은 종횡비 구조물은 열 확산기의 제1 부분을 유연하게 하고, 열 확산기의 재료와 기판의 재료 사이의 열팽창 계수의 불일치를 수용할 수 있게 하는 것인, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 열 확산기의 각 부분은 화학 기상 증착(CVD) 다이아몬드를 포함하는 것인, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열 확산기를 수득하는 단계는,
    CVD 다이아몬드 웨이퍼를 수득함;
    상기 웨이퍼를 에칭하여, 높은 종횡비 구조물을 형성함; 및
    상기 웨이퍼를 절단하여, 개별 열 확산기를 형성함;에 의해 열 확산기를 제조하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드가 도핑되는 것인, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 열 확산기의 제1 부분에서 CVD 다이아몬드의 도핑은 구배를 갖는 것인, 방법.
KR1020227005819A 2019-07-22 2020-06-16 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(cvd) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기 KR102591227B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962877248P 2019-07-22 2019-07-22
US62/877,248 2019-07-22
US16/901,922 2020-06-15
US16/901,922 US11476178B2 (en) 2019-07-22 2020-06-15 Selectively-pliable chemical vapor deposition (CVD) diamond or other heat spreader
PCT/US2020/037953 WO2021015890A1 (en) 2019-07-22 2020-06-16 Selectively-pliable chemical vapor deposition (cvd) diamond or other heat spreader

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220034906A true KR20220034906A (ko) 2022-03-18
KR102591227B1 KR102591227B1 (ko) 2023-10-19

Family

ID=74189632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227005819A KR102591227B1 (ko) 2019-07-22 2020-06-16 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(cvd) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11476178B2 (ko)
EP (1) EP4004968B1 (ko)
JP (1) JP7333461B2 (ko)
KR (1) KR102591227B1 (ko)
CN (1) CN114402432A (ko)
AU (1) AU2020318823A1 (ko)
IL (1) IL289761B2 (ko)
TW (1) TW202109796A (ko)
WO (1) WO2021015890A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635258A (en) * 1995-04-03 1997-06-03 National Science Council Method of forming a boron-doped diamond film by chemical vapor deposition
JP2000133752A (ja) * 1998-10-26 2000-05-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 上下絶縁型ダイヤモンドヒートシンクとその製造方法
US20030183368A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Paradis Leo Richard Diamond heat sink
DE102013212469A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung mit einem Kühlkörper

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3893681B2 (ja) 1997-08-19 2007-03-14 住友電気工業株式会社 半導体用ヒートシンクおよびその製造方法
US6858080B2 (en) 1998-05-15 2005-02-22 Apollo Diamond, Inc. Tunable CVD diamond structures
US6783589B2 (en) * 2001-01-19 2004-08-31 Chevron U.S.A. Inc. Diamondoid-containing materials in microelectronics
US20060113546A1 (en) 2002-10-11 2006-06-01 Chien-Min Sung Diamond composite heat spreaders having low thermal mismatch stress and associated methods
US20080019098A1 (en) 2002-10-11 2008-01-24 Chien-Min Sung Diamond composite heat spreader and associated methods
US20050070048A1 (en) 2003-09-25 2005-03-31 Tolchinsky Peter G. Devices and methods employing high thermal conductivity heat dissipation substrates
US7355855B2 (en) * 2005-06-14 2008-04-08 International Business Machines Corporation Compliant thermal interface structure utilizing spring elements
JP2008294280A (ja) 2007-05-25 2008-12-04 Showa Denko Kk 半導体装置
JP2009130060A (ja) 2007-11-21 2009-06-11 Toyota Industries Corp 放熱装置
US20100085713A1 (en) 2008-10-03 2010-04-08 Balandin Alexander A Lateral graphene heat spreaders for electronic and optoelectronic devices and circuits
TWI392117B (zh) 2008-10-08 2013-04-01 Kinik Co 具有鑽石薄膜之發光二極體及其製造方法
US8809820B2 (en) 2010-01-27 2014-08-19 Heraeus Noblelight Fusion Uv Inc. Micro-channel-cooled high heat load light emitting device
JP5935330B2 (ja) 2012-01-12 2016-06-15 富士通株式会社 半導体装置及びその製造方法、電子装置
US9496197B1 (en) 2012-04-20 2016-11-15 Hrl Laboratories, Llc Near junction cooling for GaN devices
GB201301560D0 (en) 2013-01-29 2013-03-13 Element Six Ltd Synthetic Diamond Heat Spreaders
GB2529512B (en) 2014-06-18 2016-09-21 Element Six Tech Ltd An electronic device component with an integral diamond heat spreader
JP2016149489A (ja) 2015-02-13 2016-08-18 富士通株式会社 放熱シートとその製造方法、及び電子装置
JP6582718B2 (ja) 2015-08-18 2019-10-02 富士電機株式会社 電子電気機器
GB201701173D0 (en) 2017-01-24 2017-03-08 Element Six Tech Ltd Synthetic diamond plates

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5635258A (en) * 1995-04-03 1997-06-03 National Science Council Method of forming a boron-doped diamond film by chemical vapor deposition
JP2000133752A (ja) * 1998-10-26 2000-05-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 上下絶縁型ダイヤモンドヒートシンクとその製造方法
US20030183368A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Paradis Leo Richard Diamond heat sink
DE102013212469A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung mit einem Kühlkörper

Also Published As

Publication number Publication date
IL289761B1 (en) 2023-04-01
IL289761A (en) 2022-03-01
WO2021015890A1 (en) 2021-01-28
JP7333461B2 (ja) 2023-08-24
EP4004968B1 (en) 2023-10-18
JP2022541615A (ja) 2022-09-26
US20210028083A1 (en) 2021-01-28
TW202109796A (zh) 2021-03-01
IL289761B2 (en) 2023-08-01
KR102591227B1 (ko) 2023-10-19
US11476178B2 (en) 2022-10-18
EP4004968A1 (en) 2022-06-01
AU2020318823A1 (en) 2022-02-03
CN114402432A (zh) 2022-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5680269B2 (ja) 低マイクロパイプの１００ｍｍ炭化ケイ素ウェハ
KR100941305B1 (ko) 질화물 반도체 기판 및 그 제조 방법
US8945966B2 (en) Method for manufacturing semiconductor devices having gallium nitride epilayers on diamond substrates using intermediate nucleating layer
EP2228821B1 (en) Methods for Making Millichannel Substrate
EP2072646A1 (en) Process for producing single crystal of silicon carbide
JP6772711B2 (ja) 半導体積層構造体および半導体デバイス
KR20160044489A (ko) 열적 비아들 내 다이아몬드의 선택적 증착
KR102047864B1 (ko) 단결정 재료 사용의 개선된 효율을 갖는 유사 기판
US8507922B2 (en) Silicon carbide substrate, semiconductor device, and SOI wafer
JP4631499B2 (ja) ダイヤモンド基板及びその製造方法
CN108183065A (zh) 一种消除晶圆翘曲的方法及复合衬底
EP3559720A1 (en) Synthetic diamond plates
KR102591227B1 (ko) 선택적으로 가요성인 화학 기상 증착(cvd) 다이아몬드 또는 기타 열 확산기
KR101942528B1 (ko) 에피텍셜 기판 및 그 제조 방법
Okamoto et al. Backside processing of RF GaN-on-GaN HEMTs considering thermal management
US10651278B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2023119916A1 (ja) 窒化物半導体基板および窒化物半導体基板の製造方法
CN113571416B (zh) 一种金刚石基氮化镓高电子迁移率晶体管及其制备方法
US11088049B2 (en) Heat sink formed from a high pipe density silicon carbide substrate
JP2023092416A (ja) 窒化物半導体基板および窒化物半導体基板の製造方法
KR101942517B1 (ko) 에피텍셜 기판 및 그 제조 방법
CN117894770A (zh) 一种电卡制冷增强散热的氮化镓器件及制备方法
US20050184385A1 (en) Semiconductor device with improved thermal characteristics

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant