RU2413329C9 - Теплоотводящий элемент - Google Patents
Теплоотводящий элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413329C9 RU2413329C9 RU2009133423/28A RU2009133423A RU2413329C9 RU 2413329 C9 RU2413329 C9 RU 2413329C9 RU 2009133423/28 A RU2009133423/28 A RU 2009133423/28A RU 2009133423 A RU2009133423 A RU 2009133423A RU 2413329 C9 RU2413329 C9 RU 2413329C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat sink
- layer
- plate
- element according
- sink element
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоотводящим элементам. Указанный элемент состоит из пластины, выполненной из композитного материала, обладающего высокой теплопроводностью, причем на сторонах пластины нанесены электроизоляционные слои. Электроизоляционные слои покрыты слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью. Заявленное изобретение направлено на улучшения изолирующих свойств, повышение теплопроводности и механической прочности теплоотводящего элемента. 7 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области электроники и предназначено преимущественно для использования в качестве теплоотводящей электроизолирующей подложки при изготовлении полупроводниковых приборов и электронных устройств.
Известен теплоотводящий элемент, выполненный из композиционного материала, состоящего из алмазных зерен, связанных медью и медными сплавами (патент US 5783316, B23K 31/02, публ. 1998 г.). Этот материал обеспечивает теплопроводность выше теплопроводности меди за счет введения в композит алмазных зерен, имеющих теплопроводность более 1000 Вт/м·K. Для повышения адгезии медных сплавов к частицам алмаза последние предварительно покрывают тонким слоем карбидообразующих металлов.
Недостатками известного теплоотводящего элемента являются его относительно высокий удельный вес, обусловленный высоким удельным весом меди, и высокий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), также определяемый медью. Последнее приводит к значительной температурной деформации изделия при повышенных температурах. Теплоотводящий элемент, как и чистая медь, недостаточно устойчив к окислению и является электропроводным.
Техническим результатом, который можно получить при осуществлении изобретения, является улучшение изолирующих свойств, повышение теплопроводности и механической прочности теплоотводящего элемента.
Технический результат достигается тем, что теплоотводящий элемент состоит из пластины, выполненной из композиционного материала, обладающего высокой теплопроводностью, с нанесенным с одной или с обеих сторон электроизоляционным слоем, который покрыт слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью.
Пластина может быть выполнена из композиционного материала на основе карбида кремния или композиционного материала, содержащего алмазные зерна в матрице из карбида кремния и кремния.
В качестве электроизоляционного слоя на пластину может быть нанесен слой поликристаллического алмаза или слой нитрида алюминия.
В случае нанесения электроизоляционного слоя с одной стороны пластины другая ее сторона покрыта слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью.
Электроизоляционный слой последовательно металлизируют сначала слоем металла, обеспечивающего адгезию с электроизоляционным слоем, а затем слоем металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например алюминия, серебра, золота или их сплавов.
В случае нанесения электроизоляционного слоя с одной стороны пластины другая ее сторона покрыта слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью, при этом поверхность другой стороны пластины последовательно металлизируют сначала слоем металла, обеспечивающего адгезию с материалом пластины, а затем слоем металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например алюминия, серебра, золота или их сплавов.
Теплоотводящий элемент получают следующим способом.
Сначала изготавливают пластину толщиной более 200 мкм из карбида кремния или композиционного материала на его основе с повышенной теплопроводностью и ограниченными изолирующими свойствами, например композиционного карбидосодержащего материала, способ получения которого описан в патенте Российской Федерации №2189367. Нижний предел толщины пластины определяется механической прочностью конструкции, а верхний ~2000 мкм - массогабаритными параметрами электронных устройств. Комплекс положительных свойств: высокие механическая прочность, теплопроводность, а также возможность получения заданной и окончательной формы заготовки, позволяет использовать ее для создания теплоотводящего элемента.
После шлифовки, полировки и очистки поверхности пластины на одну или обе ее стороны методом лазерного ионно-лучевого распыления графита из газовой фазы наносят изолирующий слой поликристаллического алмаза (алмазоподобную пленку) толщиной более 1 мкм, что обеспечивает конструкции заданную статическую электрическую прочность выше 2 кВ без снижения теплопроводности. Толщина алмазоподобного покрытия менее 1 мкм может не гарантировать сплошности покрытия и, соответственно, требуемой электрической прочности. Верхний предел толщины покрытия 5÷10 мкм ограничивается экономической целесообразностью.
После этого на слой поликристаллического алмазного покрытия и на непокрытую поверхность пластины из карбида кремния (если пластина покрыта слоем поликристаллического алмаза с одной стороны) наносят слой металла, обеспечивающего адгезию с поликристаллическим алмазным покрытием, например, хрома, молибдена или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты.
Затем проводится операция «вжигание» металлизации в атмосфере азота при температуре 200÷700°C.
При необходимости наносят дополнительные слои металлов: никеля или титана и алюминия, серебра или золота (или их сплавов), для обеспечения надежного контакта и кондуктивной теплопроводности от электронного компонента к поверхности теплосъемника.
Изготовление теплоотводящего элемента, содержащего в качестве электроизоляционного слоя нитрид алюминия, проводится аналогично описанному выше способу. На первом этапе изготавливают пластину из композиционного материала на основе карбида кремния или композиционного материала, содержащего алмазные зерна в матрице из карбида кремния и кремния. После шлифовки, полировки и очистки поверхности пластины на одну или обе ее стороны из газовой фазы, например, методом эпитаксиального наращивания при температуре выше 700°C разложением металлоорганического соединения алюминия в среде аммиака наносят слой нитрида алюминия толщиной более 5-10 мкм, что обеспечивает конструкции электрическую прочность выше 2 кВ без снижения теплопроводности, верхний предел толщины слоя нитрида алюминия определяется технологичностью конструкции.
Далее на слой нитрида алюминия и на непокрытую поверхность пластины из карбида кремния (если пластина покрыта слоем нитрида алюминия с одной стороны) наносят слой металла, обеспечивающего адгезию с нитридом алюминия покрытием, например, хрома, молибдена или вольфрама, используя любые известные методы: гальванический, напыление, нанесение пасты.
Затем проводится операция «вжигание» металлизации в атмосфере азота при температуре 200÷700°C.
При необходимости наносят дополнительные слои металлов: никеля или титана и алюминия, серебра или золота (или их сплавов), для обеспечения надежного контакта и кондуктивной теплопроводности от электронного компонента к поверхности теплосъемника.
Claims (8)
1. Теплоотводящий элемент, состоящий из пластины, выполненной из композиционного материала, обладающего высокой теплопроводностью, с нанесенным с одной или с обеих сторон электроизоляционным слоем, который покрыт слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью.
2. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, пластина выполнена на основе карбида кремния.
3. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, пластина выполнена из композиционного материала, содержащего алмазные зерна в матрице из карбида кремния и кремния.
4. Теплоотводящий элемент по пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, электроизоляционный слой представляет собой слой поликристаллического алмаза.
5. Теплоотводящий элемент по пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, электроизоляционный слой представляет собой слой нитрида-алюминия.
6. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, что в случае нанесения электроизоляционного слоя с одной стороны пластины другая ее сторона покрыта слоями металлов, обладающих высокой теплопроводностью.
7. Теплоотводящий элемент по п.1, отличающийся тем, что электроизоляционный слой последовательно металлизируют сначала слоем металла, обеспечивающего адгезию с электроизоляционным слоем, а затем слоем металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например алюминия, серебра, золота или их сплавов.
8. Теплоотводящий элемент по п.6, отличающийся тем, что поверхность другой стороны пластины последовательно металлизируют сначала слоем металла, обеспечивающего адгезию с материалом пластины, а затем слоем металла или сплава, обеспечивающего надежный контакт и высокую кондуктивную теплопроводность к теплосъемнику, например алюминия, серебра, золота или их сплавов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133423/28A RU2413329C9 (ru) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | Теплоотводящий элемент |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009133423/28A RU2413329C9 (ru) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | Теплоотводящий элемент |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2413329C1 RU2413329C1 (ru) | 2011-02-27 |
| RU2413329C9 true RU2413329C9 (ru) | 2016-04-20 |
Family
ID=46310739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009133423/28A RU2413329C9 (ru) | 2009-09-08 | 2009-09-08 | Теплоотводящий элемент |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2413329C9 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5783316A (en) * | 1994-05-20 | 1998-07-21 | Regents Of The University Of California | Composite material having high thermal conductivity and process for fabricating same |
| RU2206502C2 (ru) * | 2000-11-21 | 2003-06-20 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Композиционный материал |
-
2009
- 2009-09-08 RU RU2009133423/28A patent/RU2413329C9/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5783316A (en) * | 1994-05-20 | 1998-07-21 | Regents Of The University Of California | Composite material having high thermal conductivity and process for fabricating same |
| RU2206502C2 (ru) * | 2000-11-21 | 2003-06-20 | Акционерное общество закрытого типа "Карбид" | Композиционный материал |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2413329C1 (ru) | 2011-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8531026B2 (en) | Diamond particle mololayer heat spreaders and associated methods | |
| TWI283031B (en) | Method for integrating compound semiconductor with substrate of high thermal conductivity | |
| Feng et al. | Reliable contact fabrication on nanostructured Bi 2 Te 3-based thermoelectric materials | |
| JP2015526904A (ja) | 熱界面パッド及びその製造方法並びに放熱システム | |
| TW201121371A (en) | Electronic substrate having low current leakage and high thermal conductivity and associated methods | |
| US20180033716A1 (en) | Sintered multilayer heat sinks for microelectronic packages and methods for the production thereof | |
| WO2016152345A1 (ja) | 静電チャック装置 | |
| CN104008968A (zh) | 多孔金属涂敷 | |
| TW201139676A (en) | Diamond neural devices and associated methods | |
| TWI283463B (en) | Members for semiconductor device | |
| RU90728U1 (ru) | Теплоотводящий элемент | |
| RU2413329C9 (ru) | Теплоотводящий элемент | |
| US20140151009A1 (en) | Thermal interface element and method of preparation | |
| RU2411609C1 (ru) | Теплоотводящий элемент | |
| WO2020065700A1 (ja) | 金属接合体および金属接合体の製造方法、並びに半導体装置および導波路 | |
| Vysikaylo et al. | Plasma metallization coating and its adhesion to microwave transistor substrate—Part 1: Methods of experimental research | |
| JP7287900B2 (ja) | 熱伝導及び電気絶縁のための装置 | |
| JPWO2012147610A1 (ja) | 放熱基板 | |
| US6914330B2 (en) | Heat sink formed of diamond-containing composite material with a multilayer coating | |
| JPS6027188B2 (ja) | 半導体素子塔載用基板 | |
| RU131235U1 (ru) | Алмазный теплоотвод полупроводникового прибора | |
| KR101063576B1 (ko) | 다이아몬드 복합 방열기판 및 그 제조방법 | |
| TWM407489U (en) | IC carrier board with high thermal conductivity, packaging IC carrier board, and electronic devices | |
| Li et al. | Effects of the Cu coating thickness on the interfacial mechanical behavior of the AlN/Ag‒Cu composite structure | |
| CN108610083A (zh) | 一种陶瓷封装体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification |