DE19729922C1 - Method for producing metal-coated diamond thermal conductors - Google Patents

Abstract

A scored channel (2) is made by laser cutting into the surface of a diamond disc (1) to a preset depth without cutting the diamond disc in half. After cutting into it, the whole diamond disc's top and bottom sides are metallised by lithography. It is then broken along one of the scored channels and cleaned after being cut into by an acid treatment creating graphite coatings. After being turned into a polished chemical vapour deposition diamond disc, one of its top surfaces is cut into up to half its thickness while both its top surfaces are cut into up to one third of the discs's thickness.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung metallisierter Diamant-Wärmespreizer und einen Dia­ mant-Wärmespreizer selbst.The invention relates to a method for manufacturing metallized diamond heat spreader and a slide mant heat spreader itself.

Diamant-Wärmespreizer werden bei der Montage von Hochleistungs-Laserdioden bzw. -diodenbarren verwen­ det. Dazu wird eine Diamantscheibe auf der Ober- und Unterseite metallisiert, wobei zumindest für eine Anzahl von Anwendungsfällen die schmalen Seitenflä­ chen isolierend sein sollten, damit keine elektrische Verbindung zwischen der Metallfläche auf der Obersei­ te und der auf der Unterseite auftritt. Diese Dia­ mant-Wärmespreizer ermöglichen die elektrisch iso­ lierte Montage von Laserdioden auf metallischen Trä­ gern, insbesondere auf den üblichen Mikrokanalküh­ lern. Dies ist vor allem dann wichtig, wenn mehrere Laserdioden elektrisch in Reihe geschaltet werden sollen. Üblicherweise werden die Diamant-Wärmespreizer mit ihrer metallischen Oberfläche durch Löten auf den metallischen Träger aufgebracht. Dabei dienen die iso­ lierenden und metallfreien Seitenflächen zum Unterbin­ den des Hochkriechens des Lotes.Diamond heat spreaders are used when assembling Use high-performance laser diodes or diode bars det. To do this, a diamond disc is placed on the top and Metallized underside, at least for one Number of use cases the narrow side surface Chen should be insulating, so that no electrical Connection between the metal surface on the upper egg te and that occurs on the bottom. This slide mant heat spreaders enable the electrically iso Mounting of laser diodes on metallic supports like, especially on the usual micro-channel cooling learn. This is especially important when there are several Laser diodes can be electrically connected in series  should. Usually the diamond heat spreaders with their metallic surface by soldering onto the metallic carrier applied. The iso serve gating and metal-free side panels that of creeping up the solder.

Die Diamant-Wärmespreizer werden aus einer großen Dia­ mantscheibe in kleinere für die Funktion als Wärme­ spreizer benötigten Teile geschnitten. Aufgrund der extremen Härte von Diamant ist ein mechanisches Schnei­ den bzw. Sägen nicht möglich. Aus diesem Grund werden für die Segmentierung von Diamantscheiben Laserschnei­ deverfahren eingesetzt. Diese haben allerdings den Nachteil, daß an den Schnittflächen ein graphitischer Belag zurückbleibt, der entfernt werden muß, damit kei­ ne elektrischen Verbindungen zwischen der metallisier­ ten Ober- und Unterseite auftreten, wobei als Mittel zum Entfernen des Belages eine sehr aggressive Säure verwendet werden muß.The diamond heat spreaders are made from a large slide jacket in smaller for the function as heat spreader needed parts cut. Due to the extreme hardness of diamond is a mechanical cutting saws or not possible. For this reason for the segmentation of diamond discs laser cutting de process used. However, these have the Disadvantage that a graphitic on the cut surfaces Coverage remains that must be removed so that no ne electrical connections between the metallized th top and bottom occur, being as a means a very aggressive acid to remove the coating must be used.

Für die Herstellung von Diamant-Wärmespreizern ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine größere Diamantscheibe erst segmentiert und dann die segmentierten Teile me­ tallisiert werden. (B. Fiegl et al., "Diamond films as thermal conductors and electrical insulators applied to semiconductor power modules", Diamon and Related Materials 3 (1994), S. 658-662). Bei dem Verfahren wird somit eine Diamantscheibe mittels Laserschneiden seg­ mentiert, der graphitische Belag wird in Säure ent­ fernt, die einzelnen segmentierten Teile bzw. Wärme­ spreizer werden zum Abdecken der Seitenflächen in eine Einbettmasse eingebettet und anschließend werden die Metallschichten aufgebracht. For the production of diamond heat spreaders, a method is known in which a larger diamond disk is first segmented and then the segmented parts are tallied. (B. Fiegl et al., "Diamond films as thermal conductors and electrical insulators applied to semiconductor power modules", Diamon and Related Materials 3 ( 1994 ), pp. 658-662). In the process, a diamond disc is segmented by means of laser cutting, the graphite coating is removed in acid, the individual segmented parts or heat spreaders are embedded in an investment material to cover the side surfaces, and the metal layers are then applied.

Das angeführte Beispiel ist mit viel Aufwand und großen technischen Problemen verbunden, beispielsweise muß die Einbettmasse mit der Montagekante des Wärmespreizers abschließen und muß beim Metallisiervorgang eine Tempe­ ratur von ca. 500°C aushalten.The example given is a lot of effort and great technical problems, for example the Investment with the mounting edge of the heat spreader complete and must a tempe during the metallization Endure temperature of approx. 500 ° C.

Aus den Druckschriften EP 0 613 765 A1 und DE-OS 21 21 455 sind Verfahren zur Herstellung und Aufteilung von Platten aus sprödem keramischen Material bekannt, bei denen mit Laser-Ritzen und Brechen rechteckige und sechseckige vereinzelte Plättchen erzeugt werden.From the publications EP 0 613 765 A1 and DE-OS 21 21 455 are manufacturing and dividing processes known from plates made of brittle ceramic material, those with rectangular laser cuts and breaking hexagonal isolated platelets are generated.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von metallisierten Diamant-Wärmespreizern der gattungs­ gemäßen Art zu schaffen, das eine einfache und kosten­ günstige Herstellung von Diamant-Wärmespreizern mit verbesserter Güte sowie von Teilen einer Diamantscheibe mit besonders scharfen, geradlinigen Teilekanten mit Metallisierung eines Teils der Seitenflächen ermög­ licht.The Erfin is based on this state of the art based on the task of a method for manufacturing of metallized diamond heat spreaders of the genus contemporary way of creating a simple and cost-effective inexpensive manufacture of diamond heat spreaders improved quality and parts of a diamond wheel with particularly sharp, straight part edges Metallization of part of the side surfaces made possible light.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by the features of the main claim solved.

Dadurch, daß die Diamantscheibe erst eingeritzt, dann metallisiert und anschließend gebrochen wird, wobei die Einschnitte als Sollbruchstellen dienen, können Dia­ mant-Wärmespreizer im Vergleich zum Stand der Technik sehr viel einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger hergestellt werden, da einerseits die durch das Laser­ schneiden bzw. Lasereinritzen entstehenden graphiti­ schen Beläge vor der Metallisierung entfernt werden können und andererseits die Metallisierung für die ge­ samte Diamantscheibe durchgeführt werden kann. Dabei können Wärmespreizer erzeugt werden, bei denen zumin­ dest ein Teil der Seitenflächen isolierend ist. By scratching the diamond disc first, then is metallized and then broken, the Incisions serve as predetermined breaking points, dia mant heat spreader compared to the state of the art much easier, more reliable and less expensive be produced, on the one hand, by the laser cutting or laser scoring resulting graphiti deposits are removed prior to metallization can and on the other hand the metallization for the ge entire diamond wheel can be performed. Here  heat spreaders can be generated, in which at least at least part of the side surfaces are insulating.  

Die Diamantscheibe wird durch die Schnittfugen für eine Segmentierung vorbereitet. Danach kann das so definierte Feld von Wärmespreizern parallel prozes­ siert werden (Reinigung, Metallisierung, Strukturie­ rung der Metallisierung etc.). Durch die abschließen­ de Segmentierung (Brechen) werden die einzelnen Wär­ mespreizer nicht beeinträchtigt.The diamond disc is cut through for the prepared a segmentation. After that, it can defined field of heat spreaders in parallel process be cleaned (cleaning, metallization, structure metallization etc.). Complete by de segmentation (breaking) the individual heat mespreader not affected.

Laserdioden werden in der Regel bündig mit einer Kan­ te montiert. Diese Kante soll möglichst scharf und geradlinig sein, wobei der Laserschnitt mit zunehmen­ der Schnittiefe immer unschärfer wird. Erfindungsge­ mäß ist die als Montagekante dienende Kante zwischen großer Oberfläche und schmalen Seitenflächen beim Brechen deutlich schärfer und geradliniger, da einer­ seits die Schnittiefe nicht so groß ist - die mit dem Laser erzeugten Schnitte "fransen" mit zunehmender Schnittiefe aus - und andererseits die Schnittfuge nur eine einmalige Schneidbewegung des Lasers erfor­ dert - ; durchgehende Schnitte benötigen, üblicher­ weise ein mehrmaliges Schneiden entlang derselben Fuge.Laser diodes are usually flush with a channel te mounted. This edge should be as sharp and sharp as possible be straight, increasing the laser cut the depth of cut becomes increasingly blurred. Invention Ge The edge serving as the mounting edge is between large surface and narrow side surfaces when Break much sharper and more straightforward as one because the depth of cut is not so great - that with the Laser generated cuts "fringe" with increasing Depth of cut - and on the other hand the kerf only a single cutting movement of the laser is required dert -; need continuous cuts, more common wise repeated cutting along the same Gap.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich. Zur besseren Definition der unteren Kante, zum Beispiel als Montageanschlag, kann es sinnvoll sein, die Diamantscheibe sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite anzuritzen, wobei die Metallisierung eine saubere Kante liefert.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible. For a better definition of the lower one Edge, for example as a mounting stop, it can be useful to both the diamond wheel from the To scratch the top as well as the bottom, the metallization provides a clean edge.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden un­ ter Heranziehung der beigefügten Zeichnung näher er­ läutert werden. Die Fig. 1a bis 1d zeigt die Prozeß­ schritte für die Herstellung von metallisierten Dia­ mant-Wärmespreizern.The method according to the invention is to be explained in more detail below using the accompanying drawing. Figs. 1a to 1d showing the process steps for the production of metallized Dia mant heat spreaders.

Fig. 1a ist eine vorzugsweise mit dem CVD-Verfahren hergestellte Diamantscheibe 1, die poliert ist. Ent­ sprechend Fig. 1b wird die Diamantscheibe 1 mittels Laserschneiden angeritzt, d. h. es werden Schnittfugen 2 erzeugt, deren Tiefe zum Beispiel ca. 50% der Scheibendicke beträgt. Die Schnittiefe kann abhängig vom gewünschten Anwendungsfall variiert werden; we­ sentlich ist, daß einerseits die Diamantscheibe als ein Stück bestehen bleibt und andererseits ein Bre­ chen in die segmentierten Wärmespreizer möglich ist. Anschließend wird die eingeschnittene Scheibe 1 von dem beim Laserschneiden entstehenden graphitischen Belag als einstückige eingeritzte Scheibe mit Säure gereinigt und an der Oberseite und der Unterseite der Diamantscheibe mit einer Metallschicht 3 versehen, wobei die Metallisierung, d. h. das Aufbringen der Metallschicht 3, mit bekannten Abscheide- oder Auf­ dampfverfahren durchgeführt werden kann. Wie zu er­ kennen ist, setzt sich ein Teil des bei der Metalli­ sierung aufgebrachten Metalls in den Schnittfugen ab und ein Teil der Schnittfugen 2 wird somit mit einem leitenden Überzug versehen. FIG. 1a is a diamond wheel is preferably produced by the CVD method 1, which is polished. Accordingly Fig. 1b, the diamond wheel 1 is scored by laser cutting, ie it kerf 2 are produced whose depth is for example about 50% of the wafer thickness. The depth of cut can be varied depending on the desired application; it is significant that on the one hand the diamond disc remains as one piece and on the other hand a bre chen in the segmented heat spreader is possible. Subsequently, the incised disk 1 is cleaned of the graphitic coating formed during laser cutting as a one-piece incised disk with acid and provided with a metal layer 3 on the top and bottom of the diamond disk, the metallization, ie the application of the metal layer 3 , using known separators. or can be carried out on steam processes. As is known to him, part of the metal applied in the metallization settles in the kerfs and part of the kerfs 2 is thus provided with a conductive coating.

Die Metallisierung kann gegebenenfalls in ein ge­ wünschtes Schaltungsmuster beispielsweise durch ein Lithographieverfahren strukturiert werden.The metallization can optionally in a ge desired circuit pattern, for example by a Lithography processes are structured.

Anschließend wird die Diamantscheibe 1 entlang der Schnittfugen 2 gebrochen, wie in Fig. 1d dargestellt ist, wodurch eine Mehrzahl von Diamant-Wärmespreizern entsprechend Fig. 1d geliefert wird. Dabei weist in dem Ausführungsbeispiel der Diamant-Wärmespreizer an der Übergangsstelle zwischen Oberseite und Seitenflä­ che eine definierte Montagekante 4 auf, die aufgrund des Metallüberzuges entsteht. Die Bruchfläche 5 der Seitenfläche weist etwa eine Höhe der halben Schei­ bendicke auf, wobei die Bruchfläche 5 rein isolierend ist.The diamond disc 1 is then broken along the kerfs 2 , as shown in Fig. 1d, whereby a plurality of diamond heat spreaders are delivered according to Fig. 1d. Here, in the embodiment, the diamond heat spreader at the transition point between the top and Seitenflä surface to a defined mounting edge 4, which arises due to the metal coating. The fracture surface 5 of the side surface has approximately a height of half the thickness of the pane, the fracture surface 5 being purely insulating.

Es kann von Vorteil sein, daß die Diamantscheibe 1 von der Ober- und Unterseite her angeritzt wird, wo­ bei die Schnittfugen dann zum Beispiel jeweils eine Tiefe von etwa ein Drittel der Scheibendicke aufwei­ sen. Wesentlich ist, daß im Falle, daß isolierende Seitenflächen erwünscht sind, die isolierende Bruch­ fläche eine ausreichende Höhe hat, damit die ge­ wünschten Werte für den elektrischen Widerstand zwi­ schen Ober- und Unterseite erzielt werden. Das Ein­ schneiden sowohl der Ober- als auch der Unterseite der Diamantscheibe und das anschließende Metallisie­ ren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn definierte Montagekanten gewünscht sind, die beispielsweise als Montageanschlag dienen können.It may be advantageous that the diamond disc 1 is scored from the top and bottom, where the kerfs then each have a depth of about a third of the disc thickness. It is essential that in the event that insulating side surfaces are desired, the insulating fracture surface has a sufficient height so that the desired values for the electrical resistance between the top and bottom sides can be achieved. The cutting both the top and bottom of the diamond disc and the subsequent Metallisie ren is particularly useful when defined mounting edges are desired, which can serve as a mounting stop, for example.

Meßergebnisse von elektrischen Messungen an Diamant- Wärmespreizern mit elektrisch isolierenden Seitenflä­ chen entsprechend dem oben angegebenen Verfahren zeigten, daß der elektrische Widerstand zwischen Ober- und Unterseite, z. B. bei einem Wärmespreizer mit den Abmessungen 3 × 11 × 0,3 mm³, im Bereich von 10 MOhm liegt.Measurement results of electrical measurements on diamond heat spreaders with electrically insulating Seitenflä Chen according to the above method showed that the electrical resistance between the top and bottom, z. B. in a heat spreader with the dimensions 3 × 11 × 0.3 mm ³ , in the range of 10 MOhm.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung metallisierter Diamant-Wärme­ spreizer, bei dem aus einer Diamantscheibe mindestens zwei an der Ober- und Unterfläche metallisierte Teile durch Trennen entlang mindestens einer Schnittfuge er­ zeugt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen mindestens einer Schnittfuge durch Ein­ schneiden einer Diamantscheibe von mindestens einer Oberfläche her bis zu einer vorgegebenen Tiefe ohne Trennung der Diamantscheibe,
Metallisieren der Ober- und Unterseite der eingeschnit­ tenen ganzen Diamantscheibe, und
Brechen der Diamantscheibe entlang der mindestens einen Schnittfuge. 1. A method for producing metallized diamond heat spreader, in which at least two parts metallized on the upper and lower surfaces are produced by cutting along at least one kerf, characterized by the following steps:
Producing at least one kerf by cutting a diamond wheel from at least one surface to a predetermined depth without separating the diamond wheel,
Metallizing the top and bottom of the cut whole diamond disc, and
Break the diamond wheel along the at least one kerf. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Diamantscheibe nach dem Einschnei­ den durch eine Säurebehandlung von graphitischen Belägen gereinigt wird.2. The method according to claim 1, characterized in net that the diamond wheel after cutting by an acid treatment of graphitic Coverings is cleaned. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Diamantscheibe eine po­ lierte CVD-Diamantscheibe verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that a po CVD diamond disc is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Diamantscheibe von einer Oberfläche vorzugsweise bis etwa zur hal­ ben Dicke eingeschnitten wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, because characterized in that the diamond disc of a surface preferably up to about half ben thickness is cut. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Diamantscheibe von beiden Oberflächen her vorzugsweise bis etwa jeweils zu 1/3 der Scheibendicke eingeschnitten wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, there characterized in that the diamond disc of both surfaces preferably up to about cut to 1/3 of the slice thickness becomes.   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schnittfugen durch Laserschneiden hergestellt werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, there characterized in that the kerfs through Laser cutting can be made. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Metallisierung vorzugsweise durch Lithographie strukturiert wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, there characterized in that the metallization preferably structured by lithography becomes.