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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Wärmesenke,
die einen Kühlungsdurchlass
enthält,
und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung einer
Wärmesenke, die
vorzugsweise als Kühlsubstrat
für ein
Halbleiter-Bauelement,
das eine große
Menge an Wärme erzeugt,
oder als ein Spektralfenster für
hochenergetisches Licht verwendbar ist.
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Beschreibung des Stands
der Technik
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Als
Folge von der wachsenden Notwendigkeit von langreichweitigen Übertragungen
oder ähnlichem
ist die Ausgangsleistung von Halbleiter-Lasem, die für die optische
Kommunikation verwendet werden, gewachsen. Das hat zur Folge, dass
die von einem Halbleiter-Bauelement erzeugte Wärme selbst ebenso zugenommen
hat. Weiterhin führt
die Verbesserung der Leistung und die Miniaturisierung von tragbaren
informationstechnologischen Geräten
zu einem Anwachsen der von den in den Geräten eingebauten Halbleiter-Bauelementen
pro Oberflächeneinheit
erzeugten Wärme.
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Heutzutage
stellt sich das Problem, dass die Wärmeabstrahlungsfähigkeit
von einem Material wie Aluminium, das hauptsächlich als abstrahlendes Substrat
für ein
solches Halbleiter-Bauelement benutzt wird, für den Fall, dass solch ein
hochleistungsfähiges
Halbleiter-Bauelement fest eingebaut ist, nicht ausreichend ist.
Der spezifische thermische Widerstand des konventionellen strahlenden
Substrats selbst ist nämlich
zu groß,
um Wärme,
die von dem Halbleiter-Bauelement erzeugt wird, hinreichend an die
Umgebung abzuführen.
Eine wirksame Lösung dieses
Problem besteht darin, ein Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit anstelle der konventionellen Materialien
wie Aluminium zu verwenden. In jüngerer Zeit
fand Diamant, der die höchste
Wärmeleitfähigkeit
der heute vorhandenen Materialien aufweist, als abstrahlendes Substrat
für eine
Halbleiter-Laserdiode oder ähnliches
Verwendung.
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Die
Anforderungen an verschiedene optische Fenster, wie sie in groß angelegten
experimentellen Anordnungen für
Synchrotronstrahlungs-Experimente oder ähnlichem benutzt werden, wachsen tendenziell
hinsichtlich der Intensität
des zu transmittierenden Lichts und der Umgebung, in der die Fenster
benutzt werden sollen. Somit wird vorhergesagt, dass die Anforderungen
an verschiedene physikalische Eigenschaften, wie die mechanische
Festigkeit des Fensters, Haltbarkeit gegenüber Strahlung und ähnliches
höher werden.
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Während Be,
Si, ZnSe, NaCl und ähnliches als
Materialien für
verschiedene Arten von optischen Fenstern verwendet werden, so haben
diese Fenstermaterialien doch im allgemeinen sehr niedrige Wärmeleitfähigkeiten.
Wenn Fenster, die aus solchen Materialien hergestellt sind, mit
hochenergetischem Licht bestrahlt werden, erhöht sich daher die Temperatur
der bestrahlten Oberflächen
der Fenster selbst, wodurch Probleme hinsichtlich des Schmelzens,
der Veränderungen
und des Brechens entstehen. Die Energiebereiche des Lichts, die
bei der Verwendung dieser Fenster erlaubt sind, sind somit beschränkt.
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Auf
der anderen Seite dient Diamant, der für Licht über einen extrem weiten Bereich
von ultravioletten Strahlen im Vakuum, sichtbaren Strahlen und infraroten
Strahlen durchlässig
ist, als ein überlegenes
optisches Fenstermaterial. Im allgemeinen lässt sich jedoch ein Fenster,
das aus Diamant hergestellt wurde, nur von seiner Peripherie her
kühlen.
Somit ist voraussagbar, dass das Diamantfenster unzureichend gekühlt wird,
wenn seine Größe erhöht wird.
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Wärme, die
von dem abstrahlenden Substrat transportiert wird, muss letztlich
an die Außenluft oder
Wasser übertragen
und somit abgeführt
werden. Ebenso muss die Wärme,
die das Fenster erzeugt, letztlich an die Außenluft oder an das Wasser abgeführt werden.
Sowohl für
das abstrahlende Substrat als auch für das Fenster müssen wärmeleitende Materialien
verwendet werden, wenn die thermischen Belastungen sich erhöhen, wobei
die geleitete Wärme
wirksam von dem Substrat und dem Fenster entfernt werden muss. Zu
diesem Zweck wird eine Kühlrippe
oder eine Kühlmittelleitung
an der rückseitigen
Oberfläche
des wärmeabstrahlenden
Substrats angebracht, um das abstrahlende Gebiet und die Abstrahleffizienz
zu erhöhen.
Aber unvermeidlicher Weise wird ein zusätzlicher thermischer Widerstand in
den Bereichen der Befestigung verursacht, wenn die Kühlmittelleitung
auf der rückseitigen
Oberfläche des
Substrats angebracht ist, wohingegen die Kühlrippe von unzureichender
Kühleffizienz
ist. Andererseits verursacht eine auf der rückseitigen Oberfläche angebrachte
Kühlmittelleitung
in dem Fall der Fensters ein Problem mit der Kompatibilität der Lichttransmission.
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Das
japanische Patent mit der Offenlegungsnummer 4-273466 (1992) schlägt eine
Konstruktion zum Einleiten eines Kühlmittels zu einem dreidimensionalen
integrierten Schaltkreis-Bauelement, das auf geschichteten Diamantsubstraten
ausgebildet ist, vor, gemäß der Löcher in
seitlichen Kantenbereichen durch die Dicke des Schaltkreis-Bauelements verlaufen.
In dieser Struktur ist jedoch ein Bereich um das Zentrum des Bauelements,
das heißt
der Bereich, in dem erwartungsgemäß in der Praxis die Temperatur am
meisten ansteigt, am weitesten von den Löchern, durch die das Kühlmittel
geleitet wird, entfernt, was zu einer verminderten Ableitung der
Wärme führt.
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Jedes
der japanischen Patente mit den Offenlegungsnummern 8-227953 (1996)
und 8-227956 (1996) offenbart ein Kühlsubstrat, das Durchlässe für ein Kühlmittel
parallel zu der Oberfläche
des Substrats beinhaltet und eine Methode zur Herstellung desselben.
Bei der Herstellung dieses Kühlsubstrats werden
Kühlmittelrinnen
auf einer Haupt-Oberfläche einer
dünnen
Platte aus einem wärmeleitenden
Material (z. B. einer dünnen
Diamantplatte) mit einer Wärmeleitfähigkeit
von mindestens 10 W/cm·K
mithilfe der Bearbeitung mit einem Laserstrahl durch selektive Gasphasenabscheidung
oder selektives Ätzen
ausgebildet. Die Oberfläche
der wärmeleitenden dünnen Platte,
die mit den Kühlmittelrinnen
versehen ist, wird mit einem Basismaterial verbunden, wodurch man
ein Kühlsubstrat
erhält.
Die wärmeleitende
dünne Platte,
die mit den Kühlmittelrinnen
versehen ist, kann alternativ mit einer anderen wärmeleitenden dünnen Platte
verbunden werden. Jedoch ist in einem solchen Kühlsubstrat ein Haftungsmittel
vorhanden, das die Wärmeleitfähigkeit
oder die Lichtdurchlässigkeit
des Kühlsubstrats
mindert. Zudem ist es wahrscheinlich, dass das Haftungsmittel während des
Prozesses der Verbindung in die Kühlmittelrinnen fließt und somit
die Güte
des Produkts schmälert. In
dem Fall, dass die Kühlmittelrinnen
durch selektive Gasphasenabscheidung oder selektives Ätzen ausgebildet
werden, ist zudem ein zusätzlicher
Zeitaufwand für
das Ausbilden und Entfernen einer Maske erforderlich.
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EP-A-0
715 314 offenbart ein Diamantfenster, das Kühlmittelrinnen ohne jedes Haftungsmaterial
beinhaltet.
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Jedes
der japanischen Patente mit den Offenlegungsnummern 8-293573 (1996)
und 8-325097 (1996) schlägt
eine Mikro-Kühlungs-Vorrichtung,
die eine Durchlass-Konstruktion aufweist, um eine Kühlmittel
darin zu leiten, eine komplexe Vorrichtung für elektronische Komponenten
und Verfahren zur Herstellung derselben vor. Die Durchlass-Konstruktion ist
mithilfe eines Substrats ausgebildet, das geradlinige Aushöhlungen
und eine Deckschicht, um diese Aushöhlungen gegenüber dem
Außenraum
zu bedecken, aufweist. Die Deckschicht ist elektrisch nicht leitend
und wärmeleitend,
und es wird eine gasphasen-abgeschiedene
Diamantschicht konkret für
eine solche Schicht vorgeschlagen. Gemäß solchen Schriften, die den
Stand der Technik repräsentieren, ist
es jedoch wahrscheinlich, dass die Deckschicht in die Aushöhlungen
gerät und
diese füllt.
Zudem weisen die größten Teile
der inneren Wände
der Durchlässe
für das
Kühlmittel
eine niedrige Wärmeleitfähigkeit
und einen hohen thermischen Widerstand auf. Außerdem wird nichts über die
Lichtdurchlässigkeit des
Substrats ausgesagt.
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J.
Electrochem. Soc., Band 138, 1991, Seiten 1706–1709 offenbart eine diamantene
Wärmesenke
mit Mikrokanälen
für das
Durchleiten eines Kühlmittels.
In dieser diamantenen Wärmesenke wird
eine SiO2-Schicht auf den inneren Wänden der rinnenförmigen Mikrokanäle, die
in einem Si-Substrat gebildet werden, ausgebildet, um Diamantwachstum darauf
zu verhindern und dadurch zu verhindern, dass die Mikrokanäle ausgefüllt werden.
Es wird beschrieben, dass die Mikrokanäle durch kontinuierliche Diamant-Synthese über etwa
80 Stunden mit diamantenen Schichten im wesentlichen bedeckt werden
können.
Jedoch ist es wahrscheinlich, dass die diamantenen Schichten, die
quer über
den Öffnungen
der rinnenförmigen
Mikrokanäle
abgeschieden werden, nicht vollständig miteinander verbunden
und integriert werden können,
und dass die kommerzielle Güte
des Produkts durch ein Lecken des Kühlmittels oder ähnliches
vermindert wird. Zudem werden in diesem Fall die Rinnen wie die
Kühlungsdurchlässe auf
der Seite des Substrats ausgebildet, wodurch die Wärmesenke
unerwünschter
Weise einen hohen thermischen Widerstand aufweist, wie es auch in dem
japanischen Patent mit der Offenlegungsnummer 8-293573 der Fall
ist. Außerdem
werden keine Überlegungen über die
Lichtdurchlässigkeit
des Substrats angeführt.
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Wie
oben beschrieben ist das konventionelle abstrahlende Substrat oder
das Fenster für
hochenergetisches Licht hinsichtlich der Wärmeabstrahlungsfähigkeit
eingeschränkt.
Für das
abstrahlende Substrat mit den Kühlungsdurchlässen ist
eine Verbesserung der Wärmeabstrahlungsfähigkeit
weiterhin durch den thermischen Widerstand der Befestigungsteile
für die
Durchlässe
oder durch Probleme in dem Herstellungsprozess beschränkt. In
dem Fall, dass ein abstrahlendes Substrat mit Kühlungsdurchlässen als
ein Fenster benutzt wird, ist es schwierig, ein Fenster herzustellen,
das Licht über
einen großen Wellenlängenbereich über eine
große
Fläche
durchlässt,
während
andererseits eine hohe Wärmeabstrahlungsfähigkeit
nach dem Stand der Technik implementiert ist.
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In
Anbetracht der oben erwähnten
Probleme des Stands der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren für
die Herstellung einer Wärmesenke
mit einer herausragenden Kühlungseigenschaft
zur Verfügung
zu stellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,
ein Verfahren für die
Herstellung einer Wärmesenke
mit herausragender Lichtdurchlässigkeit
zur Verfügung
zu stellen.
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Eine
Wärmesenke,
die gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung einen Kühlungsdurchlass aufweisend
hergestellt worden ist, beinhaltet gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein wärmeleitendes
Substrat, einen Deckel und eine wärmeleitende Deckschicht. Eine
Kühlmittelrinne
zum Durchleiten eines Kühlmittels
ist auf einer Haupt-Oberfläche
des Substrats ausgebildet. Der Deckel ist über der Kühlmittelrinne angebracht, um dieselbe
abzudichten, und die Deckschicht bedeckt die Haupt-Oberfläche des
Substrats und den Deckel.
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Ein
Verfahren für
die Herstellung einer Wärmesenke
beinhaltet gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung Schritte zu der Herstellung eines wärmeleitenden
Substrats, zu dem Ausbilden einer Kühlmittelrinne zum Durchleiten
eines Kühlmittels
auf einer Haupt-Oberfläche
des Substrats, zu dem Anbringen eines Deckels über der Kühlmittelrinne, um dieselbe
abzudichten und zu dem Ausbilden einer wärmeleitenden Deckschicht, um
die Haupt-Oberfläche
des Substrats und den Deckel zu bedecken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung dichtet der Deckel die Kühlmittelrinne ab, so dass die
Deckschicht die Kühlmittelrinne
nicht füllt.
Weiterhin gelangt kein Haftmittel zwischen die Kontaktflächen von dem
Substrat, dem Deckel und der Deckschicht, wodurch man eine herausragende
Wärmesenke
mit einem niedrigen thermischen Widerstand erhält. Weiterhin können das
Substrat, der Deckel und die Deckschicht aus lichtdurchlässigem Material
hergestellt sein, wodurch man ein Hochenergie-Fenster mit sowohl
herausragender Wärmeabführung als
auch herausragender Lichtdurchlässigkeit
erhalten kann, indem man den Bereich, der von der Kühlmittelrinne besetzt
wird, auf nicht mehr als ein bestimmtes Maß beschränkt.
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Die
genannten und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden beispielhaften und
ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
begleitenden Zeichnungen weiter ersichtlich werden.
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1 ist eine Schnittdarstellung,
die schematisch eine Wärmesenke
zeigt, wie sie aus einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung resultiert.
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2 ist eine schematische
Schnittdarstellung, die eine Wärmesenke
zeigt, wie sie aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung resultiert.
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3 ist eine schematische
Schnittdarstellung, die eine Wärmesenke
zeigt, wie sie aus noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung resultiert.
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4A bis 4D sind schematische Schnittdarstellungen,
die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
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5A bis 5D sind schematische Schnittdarstellungen,
die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel
2 der vorliegenden Erfindung zeigen.
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6A bis 6D sind schematische Schnittdarstellungen,
die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel
3 der vorliegenden Erfindung zeigen, und
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7A bis 7D sind schematische Schnittdarstellungen,
die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel
4 der vorliegenden Erfindung zeigen.
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In
den 1, 2 und 3 sind
schematische Schnittdarstellungen von Wärmesenken gezeigt, die Kühlungsdurchlässe gemäß einigen
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beinhalten. In den Zeichnungen dieser
Anmeldung bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder gleichartige
Elemente.
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Auf 1 Bezug nehmend beinhaltet
die Wärmesenke 10 ein
wärmeleitendes
Substrat 11. Auf einer oberen Oberfläche des Substrats 11 werden Kühlmittelrinnen 15 für das Durchleiten
eines Kühlungsmittels
ausgebildet. Deckel 12 dichten die Kühlmittelrinnen 15 ab.
Eine wärmeleitende
Deckschicht 13 deckt die Deckel 12 und die obere
Oberfläche
des Substrats 11 ab.
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Ebenso
werden in der Wärmesenke 10,
die in 2 gezeigt ist,
Kühlmittelrinnen 15 auf
einer oberen Oberfläche
eines wärmeleitenden
Substrats 11 ausgebildet. Die Wärmesenke 10, die in 2 gezeigt ist, wird weiterhin
mit Deckelnuten 14 versehen, die der Positionierung und
Anbringung der Deckel 12 über den Kühlmittelrinnen 15 dienen.
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Die
Wärmesenke 10,
die in 3 gezeigt ist, weist
Deckelnuten 14, von der Art wie in 2 gezeigt, auf. Bei der Wärmesenke 10,
die in 3 gezeigt ist,
ist die Tiefe der Deckelnuten 14 jedoch gleich wie die
Dicke der Deckel 12. Somit schließen obere Oberflächen der
Deckel 12, die in den Deckelnuten 14 angebracht
sind, bündig
mit einer oberen Oberfläche
eines Substrats 11 ab.
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Das
wärmeleitende
Substrat 11, das in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, besitzt vorzugsweise die höchst mögliche Wärmeleitfähigkeit,
vorzugsweise mindestens 10 W/cm·K, um die Zwecke der vorliegenden
Erfindung zu erreichen. Das Material für ein solches Substrat 11 kann
aus natürlichem
Diamant oder synthetischem Hochdruck-Diamant angefertigt sein, wobei
gasphasen-abgeschiedener Diamant, der ein wärmeleitendes Substrat darstellen
kann, das eine größeren Fläche bei
geringen Kosten aufweist, besonders bevorzugt wird. Wenn die Dicke
des Substrats 11 zu gering ist, wird die mechanische Festigkeit
unerwünschter
Weise verringert. Wenn die Dicke des Substrats 11 andererseits
zu groß ist,
werden die Kosten für
das Substrat 11 unerwünschter
Weise erhöht
und wird ebenso die Distanz der Wärmeleitung über die Dicke unerwünschter
Weise erhöht.
Wenn die Dicke des Substrats 11 übermäßig ist, wird zudem die Transmission
von Licht, wenn die Wärmesenke 10 als
Fenster verwendet wird, unvorteilhafter Weise verringert. Daher
liegt die Dicke des Substrats 11 bevorzugter Weise in dem
Bereich von 0,03 bis 5 mm, und noch bevorzugter in dem Bereich von
0,07 bis 2 mm. Weiterhin kann das wärmeleitende Substrat 11 elektrisch
halbleitend oder leitend, bevorzugter Weise aber nicht leitend sein.
Sein elektrischer spezifischer Widerstand beträgt bevorzugter Weise wenigstens
1·108 Ω·cm und
noch bevorzugter Weise wenigstens 1·109 Ω·cm.
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Die
wärmeleitende
Deckschicht 13 wird so angebracht, dass sie die obere Oberfläche des
Substrats 11 und sämtliche
Deckel 12 bedeckt. Die wärmeleitende Deckschicht 13,
die selbstverständlich eine
hohe Wärmeleitfähigkeit
aufweisen muss, muss die auf dem wärmeleitenden Substrat 11 angebrachten
Kühlmittelrinnen 15 mit
hervorragender Haftung an dem Substrat 11 abdichten, um
ein Lecken des dort eingebrachten Kühlmittels zu verhindern. Für diesen
Zweck ist eine Diamantschicht, die durch Gasphasenabscheidung gewonnen
wurde, als Material für
die wärmeleitende
Deckschicht 13 am geeignetsten. Es ist schwierig, die Kühlmittelrinnen 15 vollständig abzudichten,
wenn die Dicke der Deckschicht 13 zu gering ist, wohingegen
die Kosten anwachsen, wenn die Dicke zu groß ist. Daher liegt die Dicke
der Deckschicht 13 vorzugsweise in dem Bereich von 0,02
und 0,4 mm und noch bevorzugter in dem Bereich von 0,05 bis 0,35
mm.
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Die
Deckel 12, die so angebracht sind, dass sie obere Öffnungen
der Kühlmittelrinnen 15 abdichten,
sind notwendig, um zu vermeiden, dass die Kühlmittelrinnen 15 mit
der wärmeleitenden
Deckschicht 13 gefüllt
werden. Die Deckel 12 sind bevorzugter Weise aus einem
Material hergestellt, das die Ausbildung der wärmeleitenden Deckschicht 13 mit
hervorragender Haftung erlaubt, und das vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit
besitzt. Zu diesem Zweck sind Diamant-Platten, die durch Gasphasenabscheidung
gewonnen werden, am meisten für
die Bildung der Deckel 12 geeignet. Die Deckel 12 werden
in ihrer mechanischen Stabilität
geschwächt, wenn
ihre Dicke zu gering ist. Wenn die Dicke der Deckel 12 andererseits
zu groß ist,
verursachen die Deckschicht 13, die die obere Oberfläche des
Substrats 11 bedeckt, und die Deckel 12 eine bemerkbar
irreguläre
Oberfläche,
wenn keine Deckelnuten 14 ausgebildet werden. Wenn die
Dicke der Deckel 12 zu groß ist, ist es zudem schwierig,
die Deckelnuten 14, wie es höchst wünschenswert ist, in einer Tiefe auszubilden,
die, wie in 3 gezeigt
ist, gleich der Dicke der Deckel 12 ist. Daher liegt die
Dicke der Deckel 12 vorzugsweise in dem Bereich von 0,02
und 0,5 mm. Die Breite der Deckel 12 muss größer als
die der Kühlmittelrinnen 15,
die abzudichten sind, sein. Wenn die Breite der Deckel 12 hingegen
zu groß ist, kann
die Deckschicht 13 die Kühlmittelrinnen 15 nicht erfolgreich
abdichten. Daher ist die Breite der Deckel 12 bevorzugter
Weise nicht über
5 mm größer als
die der Kühlmittelrinnen 15.
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Die
Kühlmittelrinnen 15 sind
vorgesehen, um das Kühlmittel
parallel zu der Haupt-Oberfläche der Wärmesenke 10 zu
leiten. Während
die Wärmeaustauschrate
verbessert wird, wenn Tiefe der Kühlmittelrinnen 15 vergrößert wird,
wird die mechanische Festigkeit des Substrats 11 unerwünschter
Weise verringert, wenn die Tiefe der Kühlmittelrinnen 15 zu groß ist. Somit
liegt die Tiefe der Kühlmittelrinnen 15 bevorzugter
Weise bei wenigstens 20 μm,
weiterhin bevorzugter Weise bei wenigstens 50 μm, während andererseits die Tiefe
bevorzugter Weise nicht mehr als 90%, noch mehr bevorzugter Weise
nicht mehr als 80% der Dicke des wärmeleitenden Substrats 11 beträgt. Die
Breite der Kühlmittelrinnen 15 wird
ebenso hinsichtlich der Rate des Wärmeaustauschs bevorzugter Weise
vergrößert, wohingegen
die mechanische Festigkeit des Substrats 11 und seine Lichtdurchlässigkeit
bei der Benutzung als Fenster negativ beeinflusst werden, wenn die
Breite zu groß ist. Daher
liegt die Breite der Kühlmittelrinnen 15 bevorzugter
Weise in dem Bereich von 20 μm
bis 10 mm und mehr bevorzugter Weise in dem Bereich von 40 μm bis 2 mm.
Des weiteren liegt das Verhältnis
a/b der Breite a der Kühlmittelrinnen 15 zu
dem Abstand b zwischen diesen Kühlmittelrinnen
(siehe 1) vorzugsweise
innerhalb des Bereichs von 0,02 ≤ (a/b) ≤ 50, und mehr
bevorzugter Weise innerhalb des Bereichs von 0,04 ≤ (a/b) ≤ 25. Die Kühlmittelrinnen 15 können im
Querschnitt in einer rechtwinkligen Form ausgebildet werden. In
diesem Fall liegt das Verhältnis
a/c der Breite a der Kühlmittelrinnen 15 zu ihrer
Tiefe c (siehe 1) vorzugsweise
innerhalb des Bereichs von 0,05 ≤ (a/c) ≤ 100, und
mehr bevorzugter Weise innerhalb des Bereichs von 0,1 ≤ (a/c) ≤ 50.
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Die
optimale Breite und Tiefe der Kühlmittelrinnen 15 und
der optimale Abstand zwischen ihnen wird jedoch in Abhängigkeit
von der thermischen oder mechanischen Last, die an der Wärmesenke 10 angelegt
ist, bestimmt. Zudem ist die im Profil gegebene Form der Kühlmittelrinnen 15 nicht
notwendigerweise rechtwinklig, sondern können die Kühlmittelrinnen 15 in
beliebiger Form im Profil ausgebildet sein, wie selbstverständlich,
wenn es so gewünscht ist,
etwa in halbrunder oder halbelliptischer Form. Weiterhin muss die
Breite a und die Tiefe c der Kühlmittelrinnen 15 und
der Abstand zwischen ihnen nicht konstant sein, sondern kann innerhalb
der oben angeführten
Bereiche verändert
werden. Die Kühlmittelrinnen 15 belegen
vorzugsweise einen Anteil von 2 bis zu 90%, und mehr bevorzugter
Weise einen Anteil von 10 bis zu 80%, der oberen Oberfläche des
Substrats 11. Der Winkel (der spitze Winkel), der zwischen
jeder seitlichen Fläche
der Kühlmittelrinnen 15 und
einer Geraden, die senkrecht auf der oberen Oberfläche des
Substrats 11 steht, gebildet wird, ist vorzugsweise nicht
größer als
30°.
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Die
Verteilungsdichte der Kühlmittelrinnen 15,
die auf dem Substrat 11 angebracht sind, kann geeignet
in Abhängigkeit
von der Verteilung der thermischen Last, die an der Wärmesenke 10 angelegt ist,
angepasst werden: Zum Beispiel werden die Kühlmittelrinnen 15 vorzugsweise
so ausgebildet, dass sie am effizientesten einen Bereich in einem elektronischen
Gerät,
das auf der Wärmesenke 10 angebracht
ist, der am meisten Wärme
erzeugt oder einen Bereich der auf der niedrigsten Temperatur zu halten
ist kühlen.
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Die
inneren Wände
der Kühlmittelrinnen 15 haben
vorzugsweise eine herausragende Benetzbarkeit und es können nicht-diamantene
Kohlenstoffschichten (Schichten, die zum Beispiel aus Graphit oder
amorphem Kohlenstoff bestehen) mit einer Dicke in dem Bereich von
1 nm bis zu 1 μm
darauf aufgetragen sein. Solche nicht-diamantene Kohlenstoffschichten
können
durch Erhitzung des diamantenen Substrats 11 in einer nicht
oxidierenden Atmosphäre, wie
in einer Edelgasätmosphäre, auf
Temperaturen innerhalb des Bereichs von 1000 bis zu 1500°C über 30 Minuten
bis hin zu 10 Stunden (zum Beispiel 1 Stunde) ausgebildet werden.
Wenn weitere nicht-diamantene Kohlenstoffschichten auf anderen Bereichen
der Oberfläche
des Substrats 11 als in den inneren Wänden der Kühlmittelrinnen 15 ausgebildet werden,
so können
solche zusätzlichen
Schichten durch Polieren oder ähnliches
entfernt werden. Die Anwesenheit/Abwesenheit von einer nicht-diamantenen Kohlenstoffkomponente
kann zum Beispiel mithilfe der Raman-Spektroskopie bestimmt werden.
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Wie
oben beschrieben weisen die inneren Wände der Kühlmittelrinnen 15 vorzugsweise
eine herausragende Benetzbarkeit bezüglich des Kühlmittels auf, und der Kontaktwinkel
bei Benetzung mit dem Kühlmittel
beträgt
allgemein vorzugsweise nicht mehr als 65°, und mehr bevorzugter Weise
nicht mehr als 60°.
Die Oberflächen
von gasphasen-abgeschiedenem
Diamant, der im allgemeinen Wasserstoffatome enthält, weisen
die Tendenz auf, das Kühlmittel,
wie Wasser, abzustoßen.
In diesem Fall kann die Hydrophilie der diamantenen Oberflächen durch das
Ersetzen der Wasserstoffatome durch hydrophile, Sauerstoff enthaltenden
Gruppen (zum Beispiel durch eine OH Gruppe) verbessert werden. Zu
diesem Zweck können
die diamantenen Oberflächen
in einer oxidierenden Atmosphäre,
wie etwa Luft, bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 500
bis zu 800°C
für eine
Zeit innerhalb des Bereichs von 10 Minuten bis zu 10 Stunden vergütet werden,
oder sie können
mit einem Sauerstoff-Plasma oder Plasma aus einem Gas, das Sauerstoff
enthält,
bearbeitet werden.
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Die
Deckel 12 sind so positioniert, dass sie die oberen Öffnungen
der Kühlmittelrinnen 15 abdichten,
wie es in 1 gezeigt
ist. Eckbereiche zwischen den oberen und den seitlichen Flächen der
Deckel 12 werden vorzugsweise leicht abgeschrägt. Das
liegt dann begründet,
dass die Qualität
der wärmeleitenden
Deckschicht 13 in den Eckbereichen der Deckel 12 bei
der Bildung der Deckschicht 13 herabgesetzt ist, und ein
Abschrägen
der Eckbereiche eine Verminderung der Verschlechterung der Qualität der Deckschicht 13 zur
Folge hat.
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Da
die Deckel 12 so positioniert sein sollen, dass sie die
Kühlmittelrinnen 15 abdichten,
werden die Deckelnuten 14 vorzugsweise so angebracht, dass
sie mit den oberen Bereichen der Kühlmittelrinnen 15 überlappen,
wie es in 2 gezeigt
ist. Solche Deckelnuten 14 vereinfachen die Positionierung der
Deckel 12, stabilisieren die angebrachten Deckel 12 und
verbessern die Herstellungsgüte
der Wärmesenke 10 deutlich.
Bevorzugter Weise ist die Tiefe der Deckelnuten 14 gleich
der Dicke der Deckel 12. Durch die Verwendung solcher Deckelnuten 14 schließen die
oberen Oberflächen
der angebrachten Deckel 12 bündig mit denen des Substrats 11 ab,
wodurch Irregularitäten
auf der oberen Oberfläche
der wärmeleitenden
Deckschicht 13, die jene Oberflächen abdeckt, reduziert werden,
und der Vorgang der Polierung dieser Oberfläche vereinfacht wird.
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Das
wärmeleitende
Substrat 11, die Deckel 12 und die wärmeleitende
Deckschicht 13 sind sämtlich
vorzugsweise aus gasphasen-abgeschiedenem Diamant hergestellt. In
diesem Fall ist es möglich, eine
Wärmesenke 10 zu
erhalten, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit
und eine sehr große
Lichtdurchlässigkeit
und im wesentlichen keine Verunreinigungen aufweist. Eine solche
Wärmesenke 10 kann
als Kühlsubstrat
Verwendung finden, die keine Schicht mit einem hohen thermischen
Widerstand beinhaltet, und die herausragende Wärmeabstrahlungs-/Kühlungseigenschaften
aufweist, oder in der Verwendung als optisches Fenster über einen
großen
Wellenlängenbereich
und auf einer großen
Fläche
eine herausragende Durchlässigkeit
für Licht
mit einer herausragenden Wärmeableitung
besitzt.
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Im
folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Wärmesenke 10,
wie in den 1, 2 oder 3 gezeigt, beschrieben. Zuerst wird das
wärmeleitende Substrat 11 mit
einer vorgeschriebenen Form hergestellt und werden die Kühlmittelrinnen 15 auf
seiner oberen Oberfläche
ausgebildet. Wenn gewünscht werden
ebenso die Deckelnuten 14 in dem oberen Bereich der Kühlmittelrinnen 15 ausgebildet.
Dann werden die Deckel 12 hergestellt und angebracht, um die
Kühlmittelrinnen 15 abzudichten.
Die Abdeckschicht 13 wird ausgebildet, um die angebrachten Deckel 12 und
die obere Oberfläche
des wärmeleitenden
Substrats 11 abzudecken, wodurch die Wärmesenke 10 fertiggestellt
wird.
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Für das Herstellen
des wärmeleitenden
Substrat 11 aus gasphasen-abgeschiedenem Diamant in der
gewünschten
Form, ist zunächst
ein Basismaterial für
synthetische Diamanten bereitzustellen. Ein solches Basismaterial
kann aus Si, SiC, Mo, Si3N4 oder ähnlichem
bestehen. Eine Diamantschicht wächst
auf solch einem Basismaterial nach einer gut bekannten Methode der
Gasphasenabscheidung, wie etwa der Verbrennungsmethode, der Heißdraht-CVD,
der Mikrowellen-Plasma unterstützten CVD
oder ähnlichem.
Unter solchen Methoden wird die Mikrowellen-Plasma unterstützte CVD,
die gasphasen-abgeschiedenen
Diamant von hoher Reinheit erzeugen kann, besonders bevorzugt. Hernach wird
das Basismaterial mit einem geeigneten Verfahren entfernt, wie etwa
durch Zersetzung durch Säure oder
Schleifen, wodurch man eine gasphasen-abgeschiedene Diamantplatte
erhalten kann.
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Die
Kühlmittelrinnen 15 werden
auf einer Haupt-Oberfläche
der gasphasen-abgeschiedenen Diamantplatte
(die durch Polieren oder ähnliches nach
Bedarf geglättet
wird) durch eine gut bekannte Bearbeitung mit Laserstrahlen (siehe
das japanische Patent mit der Offenlegungsnummer 8-227953), selektives Ätzen (siehe
das japanische Patent mit der Offenlegungsnummer 8-227953) oder
selektive Gasphasenabscheidung (siehe das japanische Patent mit
der Offenlegungsnummer 8-227956) ausgebildet.
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Die
Deckel 12 können
durch die Abscheidung von Diamantplatten auf geeigneten Basismaterialien
durch gut bekannte Gasphasenabscheidung und Entfernen der Basismaterialien
(und durch Glättung
der Oberfläche
und Zuschneiden nach Bedarf) ähnlich
wie bei dem wärmeleitenden
Substrat 11 hergestellt werden. Die Deckel 12 werden
auf den Kühlmittelrinnen 15 des
wärmeleitenden
Substrats 11 angebracht. Wenn die Deckelnuten 14 so
ausgebildet werden, dass sie mit den oberen Bereichen der Kühlmittelrinnen 15 überlappen,
können
die Deckel 12 schnell und verlässlich positioniert und eingesetzt werden.
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Hernach
wird eine Diamantschicht als wärmeleitende
Deckschicht 13 mithilfe gut bekannter Gasphasenabscheidung
abgeschieden, um die angebrachten Deckel 12 und die obere
Oberfläche
des wärmeleitenden
Substrats 11 zu bedecken. Durch eine solche Gasphasenabscheidung
der wärmeleitenden
Deckschicht 13 können
die Deckel 12 ohne weiteres fixiert und können die
Kühlmittelrinnen 15 verlässlich abgedichtet
werden. Hierbei werden, wegen der Anwesenheit der Deckel 12,
die Kühlmittelrinnen 15 nicht
mit der wärmeleitenden
Deckschicht 13 gefüllt.
Weiterhin ist es nicht nötig,
sich darum zu sorgen, dass die Kühlmittelrinnen 15 mit
Lötmetall gefüllt werden,
da zu dem Fixieren der Deckel 12 kein Lötmetall benötigt wird.
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Die
Wärmesenke 10,
die in der oben genannten Weise bereitgestellt wurde, und die in
allen wesentlich Teilen aus Diamant hergestellt worden ist und keine
Verunreinigungen wie Lötmetall
enthält, weist
nicht nur eine herausragende Wärmeableitung, sondern
auch herausragende optische Eigenschaften auf und ist vorzugsweise
als ein abstrahlendes Substrat, ein Kühlsubstrat oder ein Fenster
für hochenergetisches
Licht verwendbar.
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Im
weiteren werden einige Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Wärmesenke
deutlicher beschrieben.
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Beispiel 1
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Dünne Diamantplatten
wurden auf zwei geritzten polykristallinen Si-Basismaterialien von
20 × 20 × 2 mm3 durch Mikrowellen-Plasma unterstützte CVD
unter Abscheidungsbedingungen abgeschieden, die durch ein Quellgas,
das 1,5% Methan und Wasserstoff enthielt, einen Druck von 85 Torr
und eine Wachstumstemperatur von 930°C gegeben waren. Die Oberflächen der
abgeschiedenen dünnen Diamantplatten
wurden poliert und die Si-Basismaterialien wurden mit Säure zersetzt,
wodurch man zwei freistehende dünne
Diamantplatten A und B mit 20 × 20 × 0,5 mm3 und 20 × 20 × 0,2 mm3 erhielt.
Die Wärmeleitfähigkeit
von diesen beiden freistehenden dünnen Diamantplatten betrug
18 W/cm·K.
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Ein
KrF-Excimerlaserstrahl wurde auf eine obere Oberfläche eines
Substrats 11, das aus der freistehenden dünnen Diamantplatte
A bestand, strich-fokussiert oder punkt-fokussiert, um eine Kühlmittelrinne 15,
wie in 4A gezeigt, auszubilden. Diese
Kühlmittelrinne 15 hatte
eine Tiefe von etwa 125 μm
und eine Breite von etwa 800 μm,
und der Abstand zwischen solchen Rinnen 15 betrug etwa
900 μm.
Andererseits wurde die freistehende dünne Diamantplatte B mit einem
Laserstrahl geschnitten und auf der Kühlmittelrinne 15 als
ein Deckel 12, wie in 4B gezeigt,
positioniert.
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Sodann
wurde eine Diamantschicht 13a durch Heißdraht-CVD abgeschieden, um
den Deckel 12 und die obere Oberfläche des Substrats 11,
wie in 4C gezeigt, abzudecken.
Diese Diamantschicht 13a wurde unter Abscheidungsbedingungen
abgeschieden, die durch ein Quellgas, das 1% Methan und Wasserstoff
enthielt, eine Temperatur des Drahts von 2200°C, einen Abstand vom Draht zur
Basis von 6 mm, einem Druck von 80 Torr und einer Wachstumstemperatur
von 880°C
gegeben waren.
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Hernach
wurde die Oberfläche
der abgeschiedenen Diamantschicht 13a mechanisch poliert, um
eine Wärmesenke 10 von
20 × 20 × 1 mm3, wie in 4D gezeigt,
zu erhalten. In die Kühlmittelrinnen 15 dieser
Wärmesenke 10 wurde
Kühlwasser
mit 25°C
geleitet. Während
einer Erhöhung
des Drucks dieses Wassers auf bis zu 3 kgf/cm2 wurde
weder eine Undichtigkeit noch eine Stauung in den Kühlmittelrinnen 15 festgestellt.
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Beispiel 2
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Zwei
polykristalline Si-Basismaterialien ähnlich denen in Beispiel 1
wurden bereitgestellt, um darauf dünne Diamantplatten durch Heißdraht-CVD
unter Abscheidungsbedingungen abzuscheiden, die durch ein Quellgas,
das 1% Methan und Wasserstoff enthielt, einen Druck von 90 Torr,
eine Temperatur des Drahts von 2100°C und einen Abstand vom Draht
zur Basis von 8 mm gegeben waren. Die Oberflächen der abgeschiedenen dünnen Diamantplatten wurden
poliert und die Si-Basismaterialien wurden mit Säure zersetzt, wodurch man zwei
freistehende dünne
Diamantplatten C und D mit 20 × 20 × 0,6 mm3 und 20 × 20 × 0,3 mm3 erhielt.
Die Wärmeleitfähigkeit dieser
freistehenden dünnen
Diamantplatten betrug 14 W/cm·K.
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Ein
Laserstrahl wurde auf eine obere Oberfläche eines Substrats 11,
das aus der freistehenden dünnen
Diamantplatte C bestand und in der oben genannten Weise ähnlich wie
in Beispiel 1 erhalten wurde, strich-fokussiert oder punkt-fokussiert,
um eine Kühlmittelrinne 15 und
Deckelnuten 14, wie in 5A gezeigt,
auszubilden. In diesem Fall hatte die Kühlmittelrinne 15 eine
Breite von etwa 700 μm
und eine Tiefe von etwa 250 μm,
wohingegen die Deckelnuten 14 eine Breite von etwa 1700 μm und eine
Tiefe von etwa 150 μm
aufwiesen. Andererseits wurde die freistehende dünne Diamantplatte D mit einem Laserstrahl
zu einem Deckel 12 zugeschnitten, der dann, wie in 5B gezeigt, in den Deckelnuten 14 positioniert
und eingesetzt wurde. In diesem Fall war es im Vergleich zu dem
Beispiel 1 weiterhin möglich, den
Deckel 12 durch das Bereitstellen der Deckelnuten 14 leicht
und verlässlich
zu positionieren und einzusetzen.
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Hernach
wurde eine Diamantschicht 13a durch Heißdraht-CVD unter Abscheidungsbedingungen,
die denen bei der Herstellung der freistehenden dünnen Diamantplatten
C und D ähnlich
waren, abgeschieden, um den Deckel 12 und die obere Oberfläche des
Substrats 11, wie in 5C gezeigt,
abzudecken. Die Oberfläche
der abgeschiedenen Diamantschicht 13a wurde mechanisch
poliert, um eine Wärmesenke 10 von
20 × 20 × 0,9 mm3, wie in 5D gezeigt,
zu erhalten. Wenn Kühlwasser
mit 25°C
in die Kühlmittelrinnen 15 dieser
Wärmesenke geleitet
und der Druck dieses Wassers auf bis zu 3 kgf/cm2 erhöht wurde,
wurde weder eine Undichtigkeit noch eine Stauung festgestellt.
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Beispiel 3
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Zwei
freistehende dünne
Diamantplatten E und F von 20 × 20 × 0,6 mm3 und 20 × 20 × 0,2 mm3 wurden
durch Mikrowellen-Plasma unterstützte
CVD ähnlich
wie in Beispiel 1 hergestellt. Ein Laserstrahl wurde auf eine obere
Oberfläche
eines Substrats 11, das aus der freistehenden dünnen Diamantplatte
E bestand, ähnlich
wie im Beispiel 2 strich-fokussiert oder punkt-fokussiert, um eine
Kühlmittelrinne 15 und
Deckelnuten 14, wie in 6A gezeigt,
auszubilden. Die Kühlmittelrinne 15 hatte
eine Breite von etwa 800 μm
und eine Tiefe von etwa 200 μm,
wohingegen die Deckelnuten 14 eine Breite von etwa 2000 μm und eine
Tiefe von etwa 200 μm
aufwiesen. Die freistehende dünne
Diamantplatte F andererseits wurde mit einem Laserstrahl zu einem
Deckel 12 zugeschnitten, der dann, wie in 6B gezeigt, in den Deckelnuten 14 positioniert
und eingelassen wurde. In diesem Fall war es im Vergleich zu dem
Beispiel 1 weiterhin möglich,
den Deckel 12 durch das Bereitstellen der Deckelnuten 14 leicht
und verlässlich
zu positionieren und einzusetzen.
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Hernach
wurde eine Diamantschicht 13a durch Mikrowellen-Plasma
unterstützte
CVD abgelagert, um den Deckel 12 und die obere Oberfläche des Substrats 11,
wie in 6C gezeigt, abzudecken. Die
Abscheidungsbedingungen für
die Diamantschicht 13a waren ähnlich zu denen für die synthetische
Herstellung der dünnen
Diamantplatten A und B des Beispiels 1. Die Oberfläche der
in 6C gezeigten abgeschiedenen
Diamantschicht 13a wurde mechanisch poliert, um eine Wärmesenke 10 von
20 × 20 × 0,8 mm3, wie in 6D gezeigt,
zu erhalten. In diesem Beispiel wurde eine obere Oberfläche des Deckels 12 bündig mit
derjenigen des Substrats 11 abgeschlossen, wodurch Irregularitäten auf
einer oberen Oberfläche
der Diamantschicht 13a relativ gering ausgeprägt waren
und ein Poliervorgang nach kurzer Zeit beendet werden konnte. Wenn
Kühlwasser
mit 25°C
in die Kühlmittelrinnen 15 der
Wärmesenke 10,
die in 6D gezeigt ist,
geleitet und der Druck dieses Wassers auf bis zu 3 kgf/cm2 erhöht wurde,
wurde weder eine Undichtigkeit noch eine Stauung festgestellt.
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Beispiel 4
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Eine
freistehende gasphasen-abgeschiedene dünne Diamantplatte G mit 20 × 20 × 0,25 mm3 wurde unter ähnlichen Bedingungen wie denen
in Beispiel 1 bereitgestellt. Eine Maske aus Al wurde auf einer
oberen Oberfläche
des Substrats, das aus der freistehenden dünnen Diamantplatte G bestand,
ausgebildet und mithilfe eines Gasgemisches von Argon und Sauerstoff
unter den Bedingungen eines Sauerstoffverhältnisses von 20%, eines Gesamtdrucks
von 0,05 Torr und einer RF-Leistung von 200 W über 3 Stunden plasmageätzt. Nach
dem Ätzen
wurde die Al-Maske mit Säure
entfernt, um, wie in 7A gezeigt,
ein Diamantsubstrat 11, versehen mit einer Kühlmittelrinne 15 mit
einer Breite von 500 μm
und einer Tiefe von 50 μm,
zu erhalten.
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Hernach
wurde ein Deckel 12 auf der Kühlmittelrinne 15 ähnlich wie
in dem Beispiel 1 positioniert. In Beispiel 4 wurden jedoch seitliche
Kantenbereiche einer oberen Oberfläche des Deckels 12 leicht abgeschrägt, wie
es in 7B gezeigt ist.
Sodann wurde eine gasphasen-abgeschiedene Diamantschicht 13a abgeschieden,
um den Deckel 12 und die obere Oberfläche des Substrats 11, ähnlich wie
in den anderen Beispielen und wie in 7C gezeigt, abzudecken.
Die Oberfläche
dieser abgeschiedenen Diamantschicht 13a wurde mechanisch
poliert, wodurch man eine Wärmesenke 10 von
20 × 20 × 0,7 mm3, wie in 7D gezeigt,
erhielt. Wenn Kühlwasser
mit 25°C
in die Kühlmittelrinnen 15 dieser
Wärmesenke
geleitet und der Druck dieses Wassers auf bis zu 3 kgf/cm2 erhöht
wurde, wurde weder eine Undichtigkeit noch eine Stauung festgestellt.
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Wenn
die Wärmesenke 10,
wie sie nach einem der zuvor erwähnten
Beispiele hergestellt wurde, einem Test als Kühlsubstrat für LD Chips
unterzogen wurde, so wurden hinreichende Kühleigenschaften für sämtliche
Wärmesenken 10 gefunden.
Wenn die Wärmesenken 10 als
optische Fenster verwendet und einer Messung der Lichtdurchlässigkeit
unterzogen wurden, wurde eine Lichtabsorption durch das Kühlwasser
in den Bereichen, die mit den Kühlmittelrinnen 15 versehen
waren, festgestellt, wohingegen mit dem Diamant eine herausragende
Lichtdurchlässigkeit
in den übrigen
Bereichen erreicht wurde. Wenn die Wärmesenke 10 nach Beispiel
4 als ein optisches Fenster bewertet wurde, wurde festgestellt, dass
das Auftreten von Bereichen niedriger Qualität, bedingt durch die Eckbereiche
des Deckels 12, gering gehalten wurde.
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Vergleichendes Beispiel
1
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Eine
freistehende gasphasen-abgeschiedene dünne Diamantplatte H mit 20 × 20 × 0,5 mm3 wurde ähnlich
wie in Beispiel 1 als ein Substrat 11 bereitgestellt, und
ein KrF-Excimerlaserstrahl
wurde auf eine obere Oberfläche
dieses Substrats 11 strich-fokussiert oder punkt-fokussiert,
um eine Kühlmittelrinne 15, ähnlich der
in, 4A gezeigten, auszubilden. Wenn
eine diamantene Deckschicht unter Bedingungen ähnlich denen des Beispiels 1 aber
ohne Deckel 12 abgeschieden wurde, füllte die diamantene Deckschicht
die Kühlmittelrinnen 15 auf.
Somit war es unmöglich,
Kühlwasser
in die Wärmesenke
des vergleichenden Beispiels 1 einzufüllen.
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Vergleichendes Beispiel
2
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Zwei
freistehende gasphasen-abgeschiedene dünne Diamantplatten I und J
mit 20 × 20 × 0,5 mm3 und 20 × 20 × 0,3 mm3 wurden ähnlich wie
in Beispiel 1 bereitgestellt, und ein KrF-Excimerlaserstrahl wurde
auf eine obere Oberfläche
eines Substrats 11, das aus der dünnen Diamantplatte I bestand, strich-fokussiert
oder punkt-fokussiert, um eine Kühlmittelrinne 15 ähnlich der
in 4A gezeigten auszubilden.
Diese Kühlmittelrinne 15 hatte
eine Tiefe von etwa 125 μm
und eine Breite von etwa 800 μm
und der Abstand zwischen den Rinnen 15 betrug etwa 4 mm.
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Andererseits
wurde die freistehende dünne Diamantplatte
J mit einem Laserstrahl zu einem Deckel 12 zugeschnitten,
der eine Breite von 3 mm hatte, und, wie in 4B gezeigt, auf der Kühlmittelrinne 15 angebracht
wurde. In diesem Fall wurden Ti, Pt und Au erfolgreich gasphasen-abgeschieden,
um eine obere Oberfläche
eines Substrats 11 und eine untere Oberfläche des
Deckels 12 in der Nähe
der Kühlmittelrinne 15 mit
Metall zu beschichten, und der Deckel 12 wurde durch geschmolzenes
Au mit dem Substrat 11 verbunden. Die Dicke der metallbeschichtenden
Schicht betrug 0,2 μm.
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Eine
Wärmesenke 10 gemäß dem vergleichenden
Beispiel 2 wurde, ähnlich
wie in Beispiel 1, durch die Ausbildung einer diamantenen Deckschicht 13a fertiggestellt.
Als sodann Wasser in die Kühlmittelrinne 15 eingeleitet
und der Druck dieses Wasser auf 3 kgf/cm2 erhöht wurde,
wurde weder eine Undichtigkeit noch eine Stauung festgestellt, jedoch
ließ ein
Bereich von 3 mm in der Breite, der von dem Deckel 12 besetzt
war, kein Licht durch. In einem Test für einen LD Chip, in dem die
Wärmesenke 10 gemäß dem vergleichenden
Beispiel 2 verwendet wurde, wurde eine leichte Verschlechterung
der Kühleigenschaften
im Vergleich zu denen gemäß den Beispielen
1 bis 4 festgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie oben beschrieben, kann ein Verfahren zur Herstellung
einer Wärmesenke
mit herausragender Wärmeableitung
bereitgestellt werden. Zudem kann die gesamte Wärmesenke im wesentlichen nur
aus Diamant gefertigt werden, so dass dieselbe nicht nur als ein
herausragendes Kühlsubstrat,
sondern auch als ein herausragendes Fenster für hochenergetisches Licht verwendet
werden kann. Weiterhin kann die mithilfe des Verfahren der vorliegenden
Erfindung gefertigte Wärmesenke
leicht so hergestellt werden, dass keine Undichtigkeit oder Stauung
in den Kühlmittelrinnen
auftritt.