DE69826798T2 - Verfahren zur Herstellung einer Kühlungsdurchlass-enthaltenden Wärmesenke - Google Patents

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Yoshiyuki Itami-shi Yamamoto
Takahiro Itami-shi Imai
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Description

  • 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.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • EP-A-0 715 314 offenbart ein Diamantfenster, das Kühlmittelrinnen ohne jedes Haftungsmaterial beinhaltet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch eine Wärmesenke zeigt, wie sie aus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung resultiert.
  • 2 ist eine schematische Schnittdarstellung, die eine Wärmesenke zeigt, wie sie aus einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung resultiert.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung, die eine Wärmesenke zeigt, wie sie aus noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung resultiert.
  • 4A bis 4D sind schematische Schnittdarstellungen, die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 5A bis 5D sind schematische Schnittdarstellungen, die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 6A bis 6D sind schematische Schnittdarstellungen, die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigen, und
  • 7A bis 7D sind schematische Schnittdarstellungen, die einen Prozess zur Herstellung einer Wärmesenke gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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°.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im weiteren werden einige Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke deutlicher beschrieben.
  • Beispiel 1
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 2
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 3
  • 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.
  • 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.
  • Beispiel 4
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vergleichendes Beispiel 1
  • 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.
  • Vergleichendes Beispiel 2
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke, umfassend die Schritte: Herstellen eines wärmeleitenden Substrats (11); Ausbilden einer Kühlmittelrinne (15) auf einer Haupt-Oberfläche des Substrats (11) zum Durchleiten von Kühlmittel; Anbringen eines Deckels (12) auf der Kühlmittelrinne (15), um die Kühlmittelrinne (15) abzudichten; und Ausbilden einer wärmeleitenden Deckschicht (13) auf dem Deckel (12) und der Haupt-Oberfläche des Substrats (11).
  2. Ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke nach Anspruch 1, in welchem das wärmeleitende Substrat (11) durch Gasphasenabscheidung einer Diamantplatte hergestellt wird.
  3. Ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke nach Anspruch 1 oder 2, in welchem der Deckel (12) durch Gasphasenabscheidung einer Diamantplatte hergestellt wird.
  4. Ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem die wärmeleitende Deckschicht (13) durch das Herstellen einer Diamantschicht durch Gasphasenabscheidung gebildet wird.
  5. Ein Verfahren zur Herstellung einer Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die Kühlmittelrinne (15) unter Benutzung eines Excimerlasers ausgebildet wird.
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