JP5622721B2 - 少なくとも一つの半導体素子、特に、レーザ素子または発光ダイオード素子を有する熱伝達デバイス、およびその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つの半導体部品を有する熱伝達デバイスに関し、特に、請求項１の序文に従ったレーザ素子または発光ダイオード素子の熱伝達デバイス、およびその組立方法に関する。
（優先権の主張）
本特許出願は、独国特許出願第１０ ２００８ ０２６ ８０１．１号明細書の優先権を主張するもので、その開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。

レーザ・ダイオード・バーの冷却をサポートする熱伝達デバイスの熱抵抗を抑制するためにレーザバーの反対側に熱伝導体を取り付けることが、たとえば、特許および未審査の米国特許第５，３２５，３８４号明細書、国際公開第２００６／０９８８９７号パンフレット、および国際公開第２００７／０８２５０８号パンフレットから知られている。熱伝導体の熱除去能力が、たとえば、熱伝導体に接続されたヒートシンクが明らかに異なる熱抵抗を有するがために異なる場合、熱伝達デバイスの熱抵抗は、レーザ・ダイオード・バー近傍の熱伝達セクションにおいて両熱伝導体を互いに熱的に接続することによって抑制されうるし、その結果、冷却が不十分な熱伝導体の熱の一部分はより十分に冷却された熱伝導体によって吸収されうる。極端な場合、一方の熱伝導体のみがヒートシンクに接続され、他方の熱伝導体によって吸収されるレーザ・ダイオード・バーの熱の実質的にすべてを吸収しなければならない。このような配置はＰｒｏｃ．ＳＰＩＥ ｖｏｌ．６８７６（２００８）の公開番号６８７６０Ｑから知られており、この場合、熱伝導体間で良好な熱的接続を実現するために、高い熱伝導性の電気絶縁窒化アルミニウム・セラミック・プレートがエピタキシ側金属熱除去体と基板側金属熱伝導体との間の発光とは反対側のレーザ・ダイオード・バー側で二つの金属はんだ層を用いてはんだ付けされた。

上記の配置および同様の配置では、熱伝導体の熱伝達セクション間に配置される高い熱伝導性の中間要素はその二つの側の間のレーザ・ダイオード・バーと同じ厚さを有することが好ましいという問題があり、これら二つの側は、一方でレーザバーと熱伝導体の熱吸収セクションとの間の接合ゾーンの厚さと他方で中間要素と熱伝導体の熱伝達セクションとの間の接合ゾーン厚さとが、一方で同一に保たれ、他方で各接合ゾーンの範囲で一定に保たれるよう熱放散させるために熱伝導体の熱吸収セクションによって接続される。

接合ゾーンの厚さが一定、一様、かつ特に小さいことは、熱的にもさらに電気的にも光学的にも高負荷がかかるダイオードレーザの一様な品質および信頼性を確保するために、特にレーザ・ダイオード・バーの接続にとって絶対不可欠である。レーザ・ダイオード・バーの厚さは、バッチ内でも異なり、複数のバッチ間でも異なる。同じことは中間要素にも当てはまる。レーザ・ダイオード・バーおよび中間要素の厚さを２μｍ以下の差に再現可能に一致させることは、製造の点でコストがかかるか、あるいは、時間のかかる選択および割当工程を伴う。

したがって、本発明の目的は、前述の欠点を排除する半導体部品の熱伝達デバイスを記述することである。
本発明の目的は、特に、ダイオードレーザの連続製造工程においてレーザ・ダイオード・バーと熱吸収熱伝導体の間の接合ゾーンが一様かつ実質的に一定の厚さとなるようにすることである。同時に、本発明の目的は、熱伝導体間の良好な熱伝達を可能にすることである。

該目的は、少なくとも一つの半導体部品、特に、請求項１の特徴的機能と請求項１５によるその組立方法とを含むレーザ素子または発光ダイオード素子の熱伝達デバイスによって実現される。

半導体素子から見ると、支持セクション間に配置されるスペーサは、本発明に従って熱伝達セクションの他方の側に設置される。熱伝導体が互いに接続されかつ／または少なくとも一つの熱伝導体が半導体部品に接続されると、半導体部品は組立中に一方の熱伝導体によって他方の熱伝導体に加えられる圧縮力の一部を吸収して支持セクション間で熱伝導体相互の距離を定める。半導体部品からの距離には好ましい大きさがあるため、この距離は半導体部品と第１および第２の接合ゾーンとの厚さの和に正確に一致する必要がなく、対応する差によって生じる角度誤差は非常に小さい状態にとどまるため、角度誤差によって第１および第２の接合ゾーンの厚さに生じる変動は無視しうる範囲にある。

スペーサの厚さ、すなわち、支持点間の距離は、第１および第２の接合ゾーンのいずれもが±５０％を超える厚さの変動をもたらすことのないように、熱流入面および半導体部品の厚さに関する支持セクションの対向する支持面の位置に一致することが好ましい。好ましい方向に配向された共通軸上の二つの熱伝導体の各々の表面に互いに同一平面上に配置される支持面および熱流入面、平行六面体半導体部品、および平均厚さがｄの、二つの等しい厚さの第１および第２の接合ゾーンに適用される支持点間の距離（スペーサの厚さ）は、好ましい方向の半導体部品の範囲のｐ倍に相当し、半導体部品の厚さから±２ｄ・（ｐ−１）を超えない半導体部品の中心から好ましい方向のある距離において異なることが好ましい。

支持面と熱流入面は互いに平行であるが同一平面内になく互いにずれている場合、前述の許容偏差はこのような各熱伝導体に対して正確にこのずれの分だけ増加または減少する。

熱伝達セクション間の第３の接合ゾーンの厚さが第１または第２の接合ゾーンの厚さよりも大きいという事実があるときのみスペーサの支持作用が実現し、さもなければ、支持作用は熱伝達セクション間の領域にあるため、このことは、一方で最初に挙げた問題を生じることが分かっており、他方で第３の接合ゾーンが第１および第２の接合ゾーンの少なくとも一方の厚さを決定するという望ましくない結果を有する。

しかし、レーザ・ダイオード・バーの信頼性の高い接続のためには、第１および第２の接合ゾーンの厚さが、重要性の低い方の接合ゾーン、すなわち、第３の接合ゾーンの厚さを決定することが実際には望ましく、これは、第１および第２の接合ゾーンと比べて大きい第３の接合ゾーンの厚さで組み立てる場合のスペーサの支持作用によって実現される。

接合ゾーンとは固形化された接合剤の層のことである。接合ゾーンと接合ギャップは、接合ゾーンが接合剤のみを含むのに対して、接合ギャップは少なくとも一つの接合ゾーンと、オプションとして、さらなる部品と接着、ボンディング、溶接、またははんだ付けを併用して接合ギャップを完全に埋める接合ゾーンとを含む点が異なる。

それゆえ、第３の接合ゾーンは、接合ギャップ全体に十分に広がっている可能性があり接合ギャップがもっぱら接合剤だけで完全に埋められる。その一方で、第３の接合ゾーンは、さらに、接合ギャップによって決定される熱伝達セクションの間の間隔の一部分のみでその厚さに関して延在しうる。この場合、第３の接合ゾーンに加えて、第４の接合ゾーンと、第３接合ゾーンと第４の接合ゾーンの間に設置された中間体とが接合ギャップ内に配置されうる。接合剤は基本的に接合剤として使用できない固体よりも熱伝導特性が劣るため、半導体部品の厚さのほぼ半分以上の厚さに相当する接合ギャップの場合には、金属（たとえば、銅）、セラミック（たとえば、窒化アルミニウム）、または結晶（たとえば、ダイアモンド）の中間体を使用することが有利である。

接合相手の接着ボンディングが行われる順序、接続に接合剤および／または接合補助剤が使用されるかどうか、接続にどんな接合剤および／または接合補助剤が使用されるかは重要でない。熱伝達セクション間の接着ボンディングは、ａ）接着剤が半導体部品と第１および第２の熱伝導体との間で固化された後で行われうる。熱伝達セクション間の接着ボンディングは、さらに、ｂ）半導体部品と第１の熱伝導体の間の接着剤が固化された時点で半導体部品と第２の熱伝導体の間の接着剤の固化とともに少なくとも時々行われうるか、あるいは、半導体部品と第２の熱伝導体の間の接着剤が固化された時点で半導体部品と第１の熱伝導体の間の接着剤の固化とともに少なくとも時々行われうる。最後に、ｃ）熱伝達セクション間の接着剤の形成は、両熱伝導伝達体への半導体部品の接着による接続の形成とともに少なくとも時々行われうる。

いずれの場合においても、その支持作用の結果として、スペーサは、両熱伝導体が互いに接着によって固定された状態になる少なくとも接合工程において、第１および第２の接合ゾーンを介して半導体部品によって、あるいは第３の接合ゾーンを介して熱伝達セクションの領域において、本発明に従って接合工程が関与する製造における接合ゾーンの平衡接合ゾーン厚さを確保する。

本発明によれば、第３の接合ゾーンの厚さが第３の接合ゾーンの厚さとともに少なくとも時々形成される第１または第２の接合ゾーンの厚さよりも大きい場合に有利である。
第１および第２の接合ゾーンの厚さが同様でかつ小さい場合、たとえば、１μｍ〜およそ１０μｍの範囲にあり、二つが最大厚さ比を有する場合、第３の接合ゾーンの厚さが第１および第２のゾーンの厚さよりも大きく、それによって第１および第２の接合ゾーンのいずれか大きい方の厚さよりも大きければ有利である。

組立要件による負担をより少なくするために、少なくとも第３の接合ゾーンのセクションは第１および第２の接合ゾーンの厚さの和よりも大きい厚さを有する。
本発明は、半導体部品近傍の熱伝導体部品の接着ボンディングによる接続によって効率の良い放散や伝導による熱リダイレクションを確立し、半導体部品自体は効率的に放熱する熱伝導体の間で高品質の接合精度ではんだ付けされる。

組立時にスペーサを使用することは、スペーサが組立後に所定位置に留まらなければならないことを必ずしも意味しているわけではない。熱伝導体が少なくとも支持セクションにおいて金属であり、かつそれぞれの金属領域が半導体部品の対応する接触面に電気的に接続される場合、半導体部品を静電放電（ＥＳＤ）から保護する金属支持セクション間の短絡ブリッジとして導電性の、好ましくは金属のスペーサが使用されうる。組み立てられた半導体部品、たとえば、ダイオードレーザを作動させるとき、この短絡ブリッジは取り外され、操作直後に支持セクションの間に再び挿入されて半導体部品を短絡しうる。

このために、熱伝導体は、各々が少なくとも一つの金属領域を有するか、あるいは主にまたは完全に金属からなるか、あるいは導電性の炭素−金属複合材料、たとえば、ダイアモンド−銀からなることが好ましい。導電性領域は、各々が支持セクションから熱伝導体の熱吸収セクションの中に延在して半導体部品の対応する接触面に電気的に接続される。熱伝達セクションの対向する熱伝達面は各々がこれら導電性領域の構成要素である場合、二つの熱伝達セクションの接続部は、電気絶縁中間体の形態あるいは電気絶縁接合剤を有する接合ゾーンの形態のいずれかの電気絶縁性を有していなければならない。

他方において、熱伝達セクションの対向する熱伝達面の一つだけがこれら導電性領域の構成要素である場合、あるいは熱伝達セクションの対向する熱伝達面のどれもこれら導電性領域の構成要素でない場合、導電性接合剤、たとえば、金属はんだが電気絶縁中間体の使用を必要とせずに二つの熱伝達セクションを接続するために使用されうる。この場合、両熱伝導体は単一の金属はんだ層によって互いに直接接続されうる。これは、主に高い熱伝導性の電気絶縁材料、たとえば、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、ダイアモンドなどからなり、支持セクションの対向する支持面から熱吸収セクションの対向する熱流入面に延在する導電体を備える熱伝導体によってとりわけ可能である。さらに、金属導体は、金属はんだを用いて熱伝導体に直接接続しやすくするために半導体部品に電気的に接続せずに熱伝達セクションの対向する面に取り付けられうる。熱伝達セクションの非金属領域を湿らす活性はんだ（ａｃｔｉｖｅ ｓｏｌｄｅｒ）は、接続部を形成するために当然ながら同様に採用されうる。

金属熱伝導体を使用するとき、製造上および経済上の理由から電気絶縁接合剤を優先して電気絶縁中間要素を省くことが有利である。電気絶縁接合ゾーンの厚さは熱的な理由からできる限り小さくされるべきであるが、本発明による組立技術では第１および第２の接合ゾーンの厚さの少なくとも小さい方を有する第３の接合ゾーンの厚さを必要とする。さらに、電気的理由から、製造工程において電気絶縁を確保するために十分に大きい厚さを有することが必要である。第１および第２の接合ゾーンの厚さが小さくかつ同様である場合、第３の接合ゾーンの厚さが第１および第２の接合ゾーンの厚さの大きい方よりも大きければ有利であり、これらの和よりも実際に大きいことが好ましい。

組立が終了した後スペーサが所定位置に留まる必要がある場合、たとえば、スペーサは組立中または組立前にあるいは接着によって少なくとも一つの熱伝導体に固定されたため、熱伝導体を使用してその対向する支持面が半導体部品に電気的に接続される金属領域の一部を形成するとき、電気絶縁スペーサが使用されなければならない。

上記の意味で、スペーサは決して必ずしも単独部品として存在する必要がないことも明らかである。一方、原則として、対称性に基づいて半導体部品およびこれに付随する所要の接合許容範囲を簡単に実現することに関して、スペーサを異なる物理的実体として優先的に扱う必要があり、本発明の次に好ましい発展段階において、スペーサは二つの熱伝導体の少なくとも一方の一体構成要素であり、半導体部品の方向の熱伝達セクション上で支持セクションから完全に突き出る***セクションの形で存在する。好都合なことに、組立に使用される部品の数は、こうして５個から４個に、あるいは４個から３個に１個だけ削減される。

好ましくは、半導体部品の電気接続は、熱伝導体によって熱伝達デバイス内に物体や部品をさらに追加することなく行われ、この目的のために、熱流入面は熱吸収セクションの金属領域に存在する。好ましくは、両熱伝導体は金属である。熱伝導体は、金属はんだ、たとえば、金−錫、インジウムなどによって接触面に接続されることが好ましい。

好ましくは、熱伝導体はプレート状に形成される。
熱伝導プレートの高い熱伝導性を確保するために、接触面の少なくとも一つに対して垂直方向のプレートの厚さは、一方または両方の接触面に対して平行な半導体部品の少なくとも一方の横寸法よりも大きいことが好ましい。こうすると、たとえ個々のレーザ・ダイオードに移着されても、プレートの厚さは発光方向／共振器長に対して垂直で一方または両方の接触面の平面に対して平行な方向に向けられたレーザ・ダイオードの幅よりも大きいことになり、したがってレーザ・ダイオード・バーに移着されても、プレートの厚さはレーザ・ダイオード・バーの共振器長よりも大きいことになる。

接合ゾーンの高い熱伝導性を確保するために、接合ゾーンの面積範囲（ａｒｅａｌ ｅｘｔｅｎｔ）はレーザ・ダイオード素子の平行面積範囲（ｐａｒａｌｌｅｌ ａｒｅａｌ ｅｘｔｅｎｔ）よりも大きい。

本発明による熱伝達デバイスの第１実施形態例の部品の側面図である。 本発明による熱伝達デバイスの第１実施形態例の側面図である。 本発明による熱伝達デバイスの第２実施形態例の部品の側面図である。 本発明による熱伝達デバイスの第２実施形態例の側面図である。

本発明は、実施形態例を用いて以下でさらに詳しく説明される。
すべての実施形態例は、レーザ・ダイオード・バーを有するダイオードレーザ部品を表す。同様に、すべての実施形態例は、一つまたは複数のシングルまたはマルチプル・エミッタ・レーザ・ダイオード、あるいはシングルまたはマルチプルエミッタ発光ダイオード、あるいは互いに対して平行に配置された発光ダイオードバーを有する放射源を表しうる。さらに、熱伝達デバイスは、半導体スイッチング素子、たとえば、高出力トランジスタ、高出力サイリスタなどの冷却にも適している。
（第１実施形態例）
本発明による熱伝達デバイスの第１実施形態例の第１の変形の製造に使用される部品が図１ａに示される。レーザ・ダイオード・バー１０は、電気接続のための第１のエピタキシ側接触面１１と、エピタキシ側接触面と反対側にある第２の基板側接触面１２とを有する。レーザ・ダイオード・バーは、２ｍｍの共振器長を有する。操作中に起こる発光は、光軸上に配置される矢印１５によって確認される。厚さ１００μｍの窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０が発光と反対方向の厚さ１２０μｍのレーザ・ダイオード・バーの後ろに配置される。厚さ１００μｍの窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０は、エピタキシ側および基板側に配向された対向金属熱伝達面４１および４２を有する。

第１のエピタキシ側プレート状熱伝導体２０は、主に、ダイアモンド−銀複合材料からなり、エピタキシ側接触面１１に対向する熱流入面２１と、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０のエピタキシ側熱伝達面４１に対向して存在する熱伝達面２２とを有する。第１のエピタキシ側プレート状熱伝導体２０は、厚さが４ｍｍである。

第２の基板側プレート状熱伝導体３０は、同様に、主に、ダイアモンド−銀複合材料からなり、基板側接触面１２に対向する熱流入面３１と、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の基板側熱伝達面４２に対向して存在する熱伝達面３２とを有する。第２の基板側プレート状熱伝導体３０は、同様に、厚さが４ｍｍである。

窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の長さ、すなわち、熱吸収セクション２５／３５から支持セクション２７／３７までの熱伝導体２０／３０の延在方向（図の平面において左から右）に対応する好ましい方向の範囲は１０ｍｍである。

第１実施形態例の第１の変形を形成する上記の部品１０、２０、３０、４０の間の接着剤または材料の閉合（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｌｏｓｕｒｅ）の定着に備えて、エピタキシ側熱伝導体２０はエピタキシ側熱流入面２１の領域およびエピタキシ側熱伝達面２２の領域に５μｍの金−錫はんだでコーティングされる。同様に、基板側熱伝導体３０は基板側熱流入面３１の領域および基板側熱伝達面３２の領域に５μｍの金−錫はんだでコーティングされる。

さらに、２５μｍ厚の金−錫はんだプレフォーム箔がエピタキシ側熱伝導体２０の基板側熱伝達面３２のはんだ層と、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の基板側熱伝達面４２との間に導入される。レーザ・ダイオード・バー１０とは反対側の窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の側方に配置されるのは、エピタキシ側熱伝導体２０および基板側熱伝導体３０の二つの対向する支持面２３と３３との間のスペーサとしての１２５μｍ厚の高品質鋼箔６０である。

種々の機能を備える熱伝導体の種々のセクションが、図１ｂにおいて点線の境界線によって強調されている。
第１の接合工程において接合される部品１０、２０、３０、４０の間に接着剤を定着させるために、レーザ・ダイオード・バー１０がエピタキシ側でエピタキシ側熱伝導体２０のエピタキシ側熱吸収セクションにはんだ付けされ、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０でエピタキシ側熱伝導体２０のエピタキシ側熱伝達セクション２６にはんだ付けされる。

基板側熱伝導体３０をレーザ・ダイオード・バー１０および窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０に接続する必要のある第２の接合工程に備えて、窒化アルミニウム・セラミック・ブロック４０およびはんだプレフォームとともにはんだ層を備えるスタックが表面３１、３２、および３３の平面と比べて表面２１、２２、および２３の平面の上方１３５μｍの最高点にあることが考慮されるべきである。これに対して、レーザ・ダイオード・バーとはんだ層と合わせた高さがわずか１３０μｍであり、スペーサは高さが１２５μｍである。それゆえ、基板側熱伝導体は熱伝達セクションの領域内のみにある。

第２の接合工程中に、はんだプレフォームは基板側からエピタキシ側熱伝導体に加えられる圧力の下で融解して生成される。その際に、基板側熱吸収セクション３１はレーザ・ダイオード・バーの基板側接触面１２と接触し、基板側支持セクションはエピタキシ側支持セクションの表面に存在するスペーサと接触する。

組立工程の最後に、すべての部品は、レーザ・ダイオード・バー１０とエピタキシ側熱伝導体２０のエピタキシ側熱吸収セクション２５との間の高品質はんだ付け接続部１３と、レーザ・ダイオード・バー１０と基板側熱伝導体３０の基板側熱吸収セクション３５との間の高品質はんだ付け接続部１４と、エピタキシ側熱伝導体２０のレーザ・ダイオード・バー１０を超えて発光１５の方向と反対の方向に延在する窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０とエピタキシ側熱伝達セクション２６との間の高品質のはんだ付け接続部５１と、基板側熱伝導体３０のレーザ・ダイオード・バー１０を超えて発光１５の方向と反対の方向に延在する窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０と基板側熱伝達セクション３６との間の高品質はんだ付け接続部５０と、のすべてを定着させるのに適した温度プロファイルを通過している。

はんだ付け接続部５０は、他の三つのはんだ付け接続部１３、１４、および５１よりも大きい厚さを有する。はんだ付け接続部５０は、非常に小さい厚さで製造される窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の基板側熱伝導体までの距離の一定の許容差を埋める。

スペーサ６０は、部品がはんだ層５０の中に互いに傾いて入ることを阻止して、接合ゾーン１３および１４の厚さがさらに接合ゾーン５０および５１の厚さと同様に実質的に一定となるようにする。接合工程の簡便な説明では、はんだプレフォームのはんだ層の厚さを除いて、接合工程におけるすべてのはんだ層のはんだ層厚さが変化しないものと仮定されうるが、その一方で、はんだプレフォームのはんだ層の厚さは、レーザ・ダイオード・バー１０およびそのはんだ層（合計で１３０μｍ）とスペーサ６０（１２５μｍ）とによって決定される距離に適合する。それゆえ、はんだプレフォームのはんだの厚さは、２０％〜４０％だけ減少して１５μｍ〜２０μｍとなる。接合工程は接合ゾーンのはんだ層から出てくるはんだを取り込み、その厚さは、第１のはんだ付け接続部５０の厚さを除いて、はんだ層の厚さに相当する。窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０と基板側熱伝導体３０の基板側熱伝達セクション３６との間の接合ゾーン５０の厚さは、レーザ・ダイオード・バー１０に対向する側の２５μｍから支持要素に対向する側の２０μｍまでテーパ状に変化する。全体的に見て、エピタキシ側熱伝達セクション２６と基板側熱伝達セクション３６との間の接合ギャップは、その厚さが二つの熱伝達セクション２６と３６との間の距離に対応し、熱流入セクション２５と３５との間（はんだ付け接続部１３および１４を有するレーザ・ダイオード・バー１０）と支持セクション２７と３７との間（スペーサ６０）のスペーサとによって決定されるためやはりテーパ状になる。レーザ・ダイオード・バー１０に面する終端では厚さが１３０μｍであり、スペーサ６０に面する終端では厚さが１２５μｍである。

レーザ・ダイオード・バーを熱伝達デバイスにおいて操作するために、ヒートシンクがレーザ・ダイオード・バー１０および窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０とは反対側のエピタキシ側熱伝導体２０の側部２９に配置される放熱面に固定され、第１の電気接続部がエピタキシ側熱伝導体２０に取り付けられ、第２の電気接続部が基板側熱伝導体３０に取り付けられる。熱伝導体２０および３０によってレーザ・ダイオード・バー１０のエピタキシ側および基板側接触を短絡するスペーサは、その位置から移動される。

レーザ・ダイオード・バーの使用中、アクティブなゾーンにおいて生成される熱の第１の部分はエピタキシ側接触面１１、エピタキシ側はんだ付け接続部１３、およびエピタキシ側熱流入面２１を介してエピタキシ側熱伝導体２０のエピタキシ側熱吸収セクション２５によって吸収され、少なくとも部分的にエピタキシ側熱伝達セクション２６の中に広がる。熱の第２の部分は、基板側接触面１２、基板側はんだ付け接続部１４、および基板側熱流入面３１を介して基板側熱伝導体３０の基板側熱吸収セクション３５によって吸収され、その少なくともほとんどすべては基板側熱伝達セクション３６の中に伝導される。基板側熱伝達セクション３６から、熱の第２の部分は、基板側熱伝達面３２、はんだ付け接続部５０、基板側熱伝達面４２、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０、エピタキシ側熱伝達面４１、はんだ付け接続部５１、およびエピタキシ側熱伝達面２２を介してエピタキシ側熱伝導体２０のエピタキシ側熱伝達セクション２６の中に移送され、そこで熱の第１の部分と結合される。熱は、この後、放熱面２９を介して熱を除去するためのヒートシンク体に放出される。窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０は、熱伝導体２０と３０との間の電気絶縁を保証するもので、熱伝導体２０と３０との間にはレーザ・ダイオード・バーの操作に適した電位差がなければならない。窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の厚さはレーザ・ダイオード・バーの厚さよりもほんの僅かに小さいため、はんだ付け接続部５０および５１の厚さも比較的小さい、すなわち、２５μｍおよび５μｍである。金−錫はんだは熱伝導率が適度であるものの、窒化アルミニウム・セラミック・プレート４０の高い熱伝導率を考慮すると、基板側熱伝達セクション３６からエピタキシ側熱伝達セクション２６までの熱抵抗は小さいままである。それゆえ、基板側熱伝導体はレーザ・ダイオード・バーを両側で冷却するために実際に効率的に利用されうる。
（第２実施形態例）
第１実施形態例とは異なり、第２実施形態例は電気絶縁用に熱伝導体間に導入されるプレート４０を使用せずに対処する。代わりに、電気絶縁接合剤を用いた接合ゾーンは、熱伝導体の電気絶縁接続部に使用される。このために、熱伝導体２０、３０の少なくとも一方（本実施形態例においては熱伝導体２０および２０の両方）は、熱伝達セクション２６、３６の領域に***セクションを備えており、これは接着接合された熱伝達デバイスにおいてレーザ・ダイオード・バー１０のバックアライメントまで、すなわち、二つの接触平面間で延在している。それゆえ、熱吸収セクション２５、３５の熱流入面２１、３１は、各々が支持セクション２７、３７の支持面２３、３３とともに共通平面内にあり、一方でこの共通平面は熱伝達セクション２６、３６内の熱伝達面２２、３２の平面に対して平行にずれて位置する。第１実施形態例とは違って、第２実施形態例は最小限の部品のみで対処する。

第２実施形態例の部品が図２ａに示される。熱伝導体２０および３０は、主に銅からなる。熱吸収セクション２５および３５における凹所の基底部における熱流入面２１および３１は、熱伝達セクション２６および３６における熱伝達面２２および３２に対してレーザ・ダイオード・バーから離れる方向に５０μｍだけ平行にずらされる。図２ｂに示されるように、凹所の対はレーザ・ダイオード・バー１０を収容するための空間を提供し、レーザ・ダイオード・バー１０はインジウムはんだ１３および１４による単一のはんだ付け工程で熱伝導体２０および３０の熱吸収セクション２５および３５に対して両側で接着によってはんだ付けされる。

同様に、支持セクション２７および３７における凹所の基底部における支持面２３および３３は、熱伝達セクション２６および３６における熱伝達面２２および３２に対してレーザ・ダイオード・バーから離れる方向に５０μｍだけ平行にずらされる。図２ｂに示されるように、凹所のこの対は、上記のはんだ付け工程を実行する前に、熱伝導体２０、３０の一方の支持面２３、３３に接着剤によって固定される１２５μｍ厚のポリイミド箔４０を収容するための空間を提供する。

前述のはんだ付け工程では、熱伝導体２０および３０の二つの熱伝達セクション２６と３６との間に事前に導入された電気絶縁接着層５０が材料を閉合するように（ｉｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｌｏｓｕｒｅ ｍａｎｎｅｒ）硬化する。はんだ付け工程が開始して、基板側熱伝導体２０によってエピタキシ側熱伝導体３０に圧縮力が加えられると、スペーサとしてのポリイミド箔は、厚さが２５〜３０μｍの範囲の電気絶縁接着層５０が形成されて金属熱伝導体が互いに確実に電気絶縁されるようにする。同時に、十分に均一な厚さのインジウムはんだ層が確保される。ポリイミド薄膜は、組立終了後、熱伝達デバイス内に残る。

１０ レーザ・ダイオード素子
１１ エピタキシ側接触面
１２ 基板側接触面
１３ エピタキシ側はんだ付け接続
１４ 基板側はんだ付け接続
１５ 放射の方向を示す矢印
２０ エピタキシ側熱伝導体
２１ エピタキシ側熱流入面
２２ エピタキシ側熱伝達面
２３ エピタキシ側支持面
２５ エピタキシ側熱吸収セクション
２６ エピタキシ側熱伝達セクション
２７ エピタキシ側支持セクション
２９ 放熱面
３０ 基板側熱伝導体
３１ 基板側熱流入面
３２ 基板側熱伝達面
３３ 基板側支持面
３５ 基板側熱吸収セクション
３６ 基板側熱伝達セクション
３７ 基板側支持セクション
４０ 電気絶縁プレート
４１ エピタキシ側伝達面
４２ 基板側伝達面
５０ 熱伝達セクション間の第１の接合ゾーン
５１ 熱伝達セクション間の第２の接合ゾーン
６０ スペーサ

Claims (24)

1. 熱伝達デバイスであって、
   少なくとも一つの半導体部品（１０）と、
   第１の熱伝導体（２０）と、
   少なくとも一つの第２の熱伝導体（３０）と
   を備え、
   前記半導体部品（１０）は、
   第１の側に第１の接触面（１１）を有し、前記第１の接触面（１１）の少なくとも一部分は実質的に平坦であり、
   前記第１の側とは反対側の第２の側に、第２の接触面（１２）を有し、前記第２の接触面（１２）の少なくとも一部分は実質的に平坦であり、
   前記第１および前記第２の熱伝導体（２０、３０）の間に少なくとも部分的に配置されており、
   前記第１の熱伝導体（２０）は、
   第１の熱流入面（２１）を備える第１の熱吸収セクション（２５）であって、前記第１の熱流入面（２１）の少なくとも一部分は、前記第１の接触面（１１）に対向して位置し、かつ前記半導体部品（１０）から離間されており、
   前記第１の接触面（１１）から前記第１の熱流入面（２１）まで延在し、かつ第１の接合ゾーン（１３）を形成する少なくとも一つの接着剤によって前記半導体部品（１０）に接続される、前記第１の熱吸収セクション（２５）と、
   第１の熱伝達セクション（２６）であって、該第１の熱伝達セクション（２６）の少なくとも一部分は、前記第１の接触面（１１）に対して平行な第１の熱伝達方向に前記半導体部品（１０）を超えて延在する、前記第１の熱伝達セクション（２６）と、
   を有し、
   前記第２の熱伝導体（３０）は、
   第２の熱流入面（３１）を備える第２の熱吸収セクション（３５）であって、前記第２の熱流入面（３１）の少なくとも一部分は、前記第２の接触面（１２）に対向して位置し、前記半導体部品（１０）から離間されており、
   前記第２の接触面（１２）から前記第２の熱流入面（３１）まで延在し、かつ第２の接合ゾーン（１４）を形成する少なくとも一つの接着剤によって前記半導体部品（１０）
   に接続される、前記第２の熱吸収セクション（３５）と、
   第２の熱伝達セクション（３６）であって、該第２の熱伝達セクション（３６）の少なくとも一部分は、前記第２の接触面（１２）に対して平行な前記第１の熱伝達方向に対して平行な第２の熱伝達方向に前記半導体部品（１０）を超えて延在し、かつ前記第２の熱伝達セクション（３６）の少なくとも一部分は、前記第１の熱伝導体（２０）の前記第１の熱伝達セクション（２６）に対向して位置する、前記第２の熱伝達セクション（３６）と、
   を有し、
   前記第１の熱伝導体（２０）および前記第２の熱伝導体（３０）の前記第１及び第２の熱伝達セクション（２６および３６）は、前記第１及び第２の熱伝達セクション（２６および３６）の対向領域の間の少なくとも一部分に配置された第３の接合ゾーン（５０）を有する接合ギャップを介して接着によって互いに接続され、
   前記熱伝達デバイスにおいて、
   前記第１の熱伝導体（２０）は、
   前記第１の熱伝達セクション（２６）に隣接する少なくとも一つの第１の支持セクション（２７）を有し、
   前記第２の熱伝導体（３０）は、
   前記第２の熱伝達セクション（３６）に隣接する少なくとも一つの支持セクション（３７）を有し、前記支持セクション（３７）の少なくとも一部分は前記第１の支持セクション（２７）に対向して位置し、
   少なくとも一つのスペーサ（６０）は前記二つの支持セクション（２７および３７）の対向領域の間に配置され、
   前記第３の接合ゾーン（５０）の少なくとも一部分は前記第１の接合ゾーン（１３）または前記第２の接合ゾーン（１４）よりも大きい厚さを有する
   ことを特徴とする、熱伝達デバイス。
2. 前記スペーサ（６０）は異なる物理的実体として、前記第１及び第２の熱伝導体とは別の部品として識別されることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達デバイス。
3. 前記スペーサ（６０）は、前記第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）の少なくとも一方の統合構成要素または一体構成要素であることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達デバイス。
4. 前記スペーサ（６０）は、前記半導体部品（１０）の前記第１の接触面（１１）および前記第２の接触面（１２）が位置する平面の間に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
5. 前記スペーサ（６０）は、電気的に絶縁性であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
6. 前記第１及び第２の接触面（１１および１２）の少なくとも一方に対して垂直な方向の前記スペーサ（６０）の厚さと、前記第１の接触面（１１）および前記第２の接触面（１２）の間の対向間隔との差は、前記対向間隔の５０％未満であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
7. 前記第１及び第２の接触面（１１および１２）の少なくとも一方に対して垂直な方向の前記スペーサ（６０）の厚さは、前記第１の接触面（１１）および前記第２の接触面（１２）の対向間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
8. 前記半導体部品（１０）は、少なくとも一つの放射光軸を含むレーザ・ダイオード・バーであり、
   前記レーザ・ダイオード・バー（１０）の前記第１及び第２の接触面（１１、１２）の少なくとも一方に対して垂直であり、かつ前記レーザ・ダイオード・バー（１０）の放射光軸に対して平行である方向に、前記第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）を通って延在する少なくとも一つの平面において、前記レーザ・ダイオード・バーの前記第１及び第２の接触面（１１、１２）の少なくとも一方に対して垂直に位置する直線上の前記第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）の少なくとも一方の寸法は、前記平面内に位置し前記第１及び第２の接触面（１１、１２）の少なくとも一方に対して平行に整列している前記レーザ・ダイオード・バー（１０）の少なくとも一つの延在部分よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
9. 前記支持セクション（２７、３７）は、前記スペーサ（６０）が載置され、前記スペーサ（６０）に載置するための支持面（２３、３３）を提供することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
10. 前記第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）の少なくとも一方の支持面（２３、３３）は、接合ゾーン（１３、１４）によって決定される平行性のずれとは別に、第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）の前記少なくとも一方の前記熱流入面（２１、３１）と共通の平面内に位置することを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
11. 前記第１の熱伝導体（２０）および前記第２の熱伝導体（３０）は、各々が少なくとも一つの表面凹所を有し、前記表面凹所の少なくとも一部分は、前記第１及び第２の熱吸収セクション（２５、３５）に配置され、前記表面凹所の基底面は、前記熱流入面（２１、３１）を少なくとも部分的に形成し、前記表面凹所の少なくとも一部分は、前記半導体部品（１０）を収容し、前記少なくとも一つの表面凹所は、該表面凹所の少なくとも一部分が前記支持セクション（２７、３７）に配置され、前記表面凹所の基底面は、支持面（２３、３３）を少なくとも部分的に形成し、前記第１の熱伝達セクション（２６）および前記第２の熱伝達セクション（３６）は、前記半導体部品（１０）の前記第１および前記第２の接触面（１１および１２）が位置する平面の間に少なくとも部分的に配置される、ことを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
12. 前記第１の熱伝達セクション（２６）は、前記半導体部品（１０）の前記第１の接触面（１１）に電気的に接続される少なくとも一つの第１の金属領域を有し、前記第２の熱伝達セクション（２６）は、前記半導体部品（１０）の前記第２の接触面（１１）に電気的に接続される少なくとも一つの第２の金属領域を有し、前記第３の接合ゾーン（５０）の少なくとも一部分は、前記接合ギャップの少なくとも一部分において、接着によって前記第１および前記第２の金属領域の間にあるギャップの少なくとも半分を埋める電気絶縁接合剤を有することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
13. 前記第１の熱伝導体（２０）および前記第２の熱伝導体（３０）は、主に、銅および炭素−金属複合材料の少なくとも一方からなることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
14. 半導体部品（１０）の組立方法であって、
    ａ）前記半導体部品（１０）の少なくとも一部分を導入するステップであって、
    前記半導体部品（１０）は、
    第１の接触面（１１）の少なくとも一部分は、第１の熱伝導体（２０）の第１の熱吸収セクション（２５）の第１の熱流入面（２１）に対向して位置し、前記半導体部品（１０）から離間され、
    第２の接触面（１２）の少なくとも一部分は、第２の熱伝導体（３０）の第２の熱吸収セクション（３５）の第２の熱流入面（３１）に対向して位置し、前記半導体部品（１０）から離間されるように、
    第１の側に、第１の接触面（１１）を有し、前記第１の接触面（１１）の少なくとも一部分は実質的に平坦であり、かつ、
    前記第１の側とは反対側の第２の側に、第２の接触面（１２）を有し、前記第２の接触面（１２）の少なくとも一部分は実質的に平坦である、前記導入するステップと、
    ｂ）前記第１の接触面（１１）から前記第１の熱流入面（２１）まで延在する接着剤を含む第１の接合ゾーン（１３）を形成して、前記第１の熱吸収セクション（２５）を前記半導体部品（１０）に接着によって接続するステップと、
    ｃ）前記第２の接触面（１２）から前記第２の熱流入面（３１）まで延在する接着剤を含む第２の接合ゾーン（１４）を形成して、前記第２の熱吸収セクション（３５）を前記半導体部品（１０）に接着によって接続するステップと、
    ｄ）前記第１の熱伝導体（２０）の第１の熱伝達セクション（２６）と前記第２の熱伝導体（３０）の第２の熱伝達セクション（３６）との対向領域を接着によって接続するステップであって、少なくとも一部分が、前記第１または前記第２の接合ゾーンよりも大きい厚さを有する第３の接合ゾーン（５０）を形成して、前記第１の熱伝導体（２０）の第１の熱伝達セクション（２６）の少なくとも一部分は、前記第１の接触面（１１）に対して平行な第１の熱伝達方向に前記半導体部品（１０）を超えて延在し、前記熱伝導体（３０）の第２の熱伝達セクション（３６）の少なくとも一部分は、前記第２の接触面（１２）に対して平行な第２の熱伝達方向に前記半導体部品（１０）を超えて延在する、前記対向領域を接続するステップと、
    ｅ）前記方法のステップｂ）、ｃ）、およびｄ）のうちの少なくとも一つの間に、一つの支持セクション（２７、３７）によってスペーサ（６０）を介して、前記熱伝導体（２０および３０）の別の支持セクション（３７、２７）に圧縮力を加えるステップであって、前記スペーサ（６０）の少なくとも一部分は、前記第１の熱伝達セクション（２６）に隣接する前記第１の熱伝導体（２０）の第１の支持セクション（２７）と前記第２の熱伝達セクション（３６）に隣接する前記第２の熱伝導体（３０）の第２の支持セクション（３７）との対向領域との間の支持位置に配置される、前記圧縮力を加えるステップと、
    によって特徴付けられる、組立方法。
15. 前記方法のステップｂ）およびｄ）あるいは前記方法のステップｃ）およびｄ）は、共通接続工程において行われ、前記第３の接合ゾーン（５０）の少なくとも一部分の厚さは、前記第３の接合ゾーン（５０）とともに形成される前記第１の接合ゾーン（１３）または第２の接合ゾーン（１４）のいずれかの厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１４に記載の半導体部品の組立方法。
16. 前記方法のステップｂ）、ｃ）、およびｄ）は、共通接続工程において行われ、前記第３の接合ゾーン（５０）の少なくとも一部分の厚さは、前記第１の接合ゾーン（１３）および前記第２の接合ゾーン（１４）の厚さの和よりも大きいことを特徴とする、請求項１４または請求項１５に記載の半導体部品の組立方法。
17. 前記方法のステップｄ）に備えて、電気絶縁接合剤が前記二つの熱伝導体（２０および３０）の熱伝達セクション（２６および３６）の間に導入されることを特徴とする、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。
18. 前記方法のステップｅ）に備えて、前記スペーサ（６０）は、前記熱伝導体（２０、３
    ０）の前記支持セクション（２７、３７）間に導入され、方法のステップｅ）の間に前記支持セクション（２７、３７）の受圧支持面（２３、３３）の支持位置に存在し、
    前記他方の支持セクション（３７、２７）の加圧支持面（３３、２３）は、前記スペーサ（６０）の表面に存在する
    ことを特徴とする、請求項１４乃至１７のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。
19. 前記スペーサ（６０）は、導電性であり、その支持位置において、前記半導体部品（１０）の第１の接触面（１１）に電気的に接続される第１の金属領域を、前記半導体部品の第２の接触面に電気的に接続される第２の金属領域に電気的に接続することを特徴とする、請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。
20. 前記第１の熱伝導体（２０）は前記第１の金属領域を含み、前記第２の熱伝導体（３０）は前記第２の金属領域を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の半導体部品の組立方法。
21. 前記半導体部品（１０）を使用するために、前記スペーサ（６０）は、その支持位置から取り外されることを特徴とする、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。
22. 前記半導体部品（１０）を使用するために、前記第１及び第２の熱伝導体（２０、３０）の少なくとも一方が、前記半導体部品（１０）とは反対側で少なくとも一つのヒートシンクに接続されることを特徴とする、請求項１４乃至２１のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。
23. 前記少なくとも一つの半導体部品（１０）が、レーザ・ダイオード素子または発光ダイオード素子であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱伝達デバイス。
24. 前記半導体部品（１０）が、レーザ・ダイオード素子または発光ダイオード素子であることを特徴とする、請求項１４乃至２２のいずれか一項に記載の半導体部品の組立方法。

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