JPH10138052A - 少なくとも１つの金属基板にダイヤモンド基板を結合させる方法 - Google Patents
少なくとも１つの金属基板にダイヤモンド基板を結合させる方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 境界面の熱抵抗が減少した金属基板とダイヤ
モンド基板との結合方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、少なくとも１つの金属基板に
ダイヤモンド基板を結合させるために、ダイヤモンド基
板の少なくとも１つの面をアルミニウム箔で被覆し、前
記ダイヤモンド基板と前記アルミニウム箔とを調整雰囲
気の室内に配置し、アルゴン下または真空下の第一の熱
圧縮段階で互いに結合させることによって多層複合基板
を形成し、前記アルミニウム表面を金属基板に接触させ
ながら前記多層複合基板を金属基板上に配置し、前記多
層複合基板と前記金属基板とを第二の熱圧縮段階によっ
て結合させる。
モンド基板との結合方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、少なくとも１つの金属基板に
ダイヤモンド基板を結合させるために、ダイヤモンド基
板の少なくとも１つの面をアルミニウム箔で被覆し、前
記ダイヤモンド基板と前記アルミニウム箔とを調整雰囲
気の室内に配置し、アルゴン下または真空下の第一の熱
圧縮段階で互いに結合させることによって多層複合基板
を形成し、前記アルミニウム表面を金属基板に接触させ
ながら前記多層複合基板を金属基板上に配置し、前記多
層複合基板と前記金属基板とを第二の熱圧縮段階によっ
て結合させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
金属基板にダイヤモンド基板を結合させる方法に関す
る。
金属基板にダイヤモンド基板を結合させる方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】給電用電子モジュール（electronic pow
er modules）においては、高電位を有する給電用電子素
子を冷却する必要がある。
er modules）においては、高電位を有する給電用電子素
子を冷却する必要がある。
【０００３】従来の冷却手段においては、素子が銅トラ
ックに鑞付けされており、高電位の素子及び銅トラック
が基板及びアースされた冷却デバイスから絶縁されるよ
うに、銅トラックがＡｌＮ型または等価の電気絶縁セラ
ミックに装着されている。
ックに鑞付けされており、高電位の素子及び銅トラック
が基板及びアースされた冷却デバイスから絶縁されるよ
うに、銅トラックがＡｌＮ型または等価の電気絶縁セラ
ミックに装着されている。
【０００４】銅トラック／ＡｌＮの多層構造は給電用素
子の電気絶縁には極めて適しているが、この多層構造の
製造には多数の境界面、蝋、接着剤及びグリースが使用
されており、これらはかなりの累積熱抵抗（６２５μｍ
のＡｌＮ及び３００μｍのＣｕの場合、約１５×１０-6
Ｋ／Ｗ）を発生させる。給電用素子から発生され給電用
素子自体または冷却デバイスを介して散逸される熱エネ
ルギーを適正に排出するための多層構造の排熱能力は、
この累積熱抵抗の影響を受ける。
子の電気絶縁には極めて適しているが、この多層構造の
製造には多数の境界面、蝋、接着剤及びグリースが使用
されており、これらはかなりの累積熱抵抗（６２５μｍ
のＡｌＮ及び３００μｍのＣｕの場合、約１５×１０-6
Ｋ／Ｗ）を発生させる。給電用素子から発生され給電用
素子自体または冷却デバイスを介して散逸される熱エネ
ルギーを適正に排出するための多層構造の排熱能力は、
この累積熱抵抗の影響を受ける。
【０００５】更に、電位が高くなるほど誘電性セラミッ
ク層を厚くする必要があるが、セラミック誘電体が熱の
良導体でないことは周知である。
ク層を厚くする必要があるが、セラミック誘電体が熱の
良導体でないことは周知である。
【０００６】優良な電気絶縁体でありＡｌＮの約１０倍
の熱伝導率（ダイヤモンド：１５００Ｗ／ｍ・Ｋ；Ａｌ
Ｎ：１８０Ｗ／ｍ・Ｋ）をもつという利点を有している
人工ダイヤモンドの使用は公知である。
の熱伝導率（ダイヤモンド：１５００Ｗ／ｍ・Ｋ；Ａｌ
Ｎ：１８０Ｗ／ｍ・Ｋ）をもつという利点を有している
人工ダイヤモンドの使用は公知である。
【０００７】銅またはアルミニウムのトラックに人工ダ
イヤモンド基板を溶接する方法は一般に、ＰＶＤ技術に
よってチタン、白金及び金の薄層を人工ダイヤモンド基
板に堆積させるメタライゼーションから成る第一段階
と、従来の鑞付けを用いる鑞付けから成る第二段階と、
を含み、銅またはアルミニウムのトラックにダイヤモン
ド／Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが積層された複合基板を形成す
る。
イヤモンド基板を溶接する方法は一般に、ＰＶＤ技術に
よってチタン、白金及び金の薄層を人工ダイヤモンド基
板に堆積させるメタライゼーションから成る第一段階
と、従来の鑞付けを用いる鑞付けから成る第二段階と、
を含み、銅またはアルミニウムのトラックにダイヤモン
ド／Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕが積層された複合基板を形成す
る。
【０００８】複合基板の熱散逸率はＡｌＮの多層構造に
比較して約２５〜３０％向上するが、この向上率は、人
工ダイヤモンドの熱伝導特性から予想されていた値より
も低い。その理由は、鑞付けによってかなりの熱抵抗が
生じるからである（３００μｍのダイヤモンド、１００
μｍの蝋、３００μｍのＣｕの場合、累積熱抵抗は約１
３×１０-6Ｋ／Ｗであり、そのうちの１２×１０-6Ｋ／
Ｗは蝋及び境界面によって誘発される）。
比較して約２５〜３０％向上するが、この向上率は、人
工ダイヤモンドの熱伝導特性から予想されていた値より
も低い。その理由は、鑞付けによってかなりの熱抵抗が
生じるからである（３００μｍのダイヤモンド、１００
μｍの蝋、３００μｍのＣｕの場合、累積熱抵抗は約１
３×１０-6Ｋ／Ｗであり、そのうちの１２×１０-6Ｋ／
Ｗは蝋及び境界面によって誘発される）。
【０００９】更に、人工ダイヤモンドは極めて高価なた
め、熱散逸率の向上が製造費と見合わない。これは、大
量生産の場合重大な障害となる。
め、熱散逸率の向上が製造費と見合わない。これは、大
量生産の場合重大な障害となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するため
の手段】本発明の目的の１つは、境界面の熱抵抗が減少
した金属基板とダイヤモンド基板との結合方法を提供す
ることである。
の手段】本発明の目的の１つは、境界面の熱抵抗が減少
した金属基板とダイヤモンド基板との結合方法を提供す
ることである。
【００１１】このために、本発明は、ダイヤモンド基板
を少なくとも１つの金属基板に結合する方法に関する。
を少なくとも１つの金属基板に結合する方法に関する。
【００１２】本発明方法は、ダイヤモンド基板の少なく
とも１つの面をアルミニウム箔で被覆し、前記ダイヤモ
ンド基板と前記アルミニウム箔とを調整（controlled）
雰囲気の室内に配置し、アルゴン下または真空下の第一
熱圧縮段階で互いに結合させて多層複合基板を形成し、
アルミニウム表面を金属基板に接触させながら前記多層
複合基板を金属基板上に配置し、前記多層複合基板と前
記金属基板とを第二熱圧縮段階で結合させる段階から成
る。
とも１つの面をアルミニウム箔で被覆し、前記ダイヤモ
ンド基板と前記アルミニウム箔とを調整（controlled）
雰囲気の室内に配置し、アルゴン下または真空下の第一
熱圧縮段階で互いに結合させて多層複合基板を形成し、
アルミニウム表面を金属基板に接触させながら前記多層
複合基板を金属基板上に配置し、前記多層複合基板と前
記金属基板とを第二熱圧縮段階で結合させる段階から成
る。
【００１３】変形実施態様によれば、前記多層複合基板
は、２枚のアルミニウム箔にサンドイッチされた前記ダ
イヤモンド基板を含み、アルミニウム箔の各々に金属基
板が結合されている。
は、２枚のアルミニウム箔にサンドイッチされた前記ダ
イヤモンド基板を含み、アルミニウム箔の各々に金属基
板が結合されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明方法の第一熱圧縮段階の１
つの実施態様においては、熱圧縮温度が５５０℃〜６５
０℃であり、作用させる熱圧縮圧力は１００〜１５０ｋ
ｇ／ｃｍ2である。
つの実施態様においては、熱圧縮温度が５５０℃〜６５
０℃であり、作用させる熱圧縮圧力は１００〜１５０ｋ
ｇ／ｃｍ2である。
【００１５】金属基板が銅基板である場合、第二熱圧縮
温度は５００℃〜５５０℃であり、作用させる第二熱圧
縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2である。
温度は５００℃〜５５０℃であり、作用させる第二熱圧
縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2である。
【００１６】本発明の別の利点及び特徴は以下の記載か
ら理解されよう。
ら理解されよう。
【００１７】熱圧縮は、種々の材料間の境界面の熱抵抗
を実質的に減少させる。
を実質的に減少させる。
【００１８】ダイヤモンドのような基板上に直接配置さ
れた銅を熱圧縮する場合、使用される温度は約１０００
℃であるが、ダイヤモンドＣＶＤは８００〜９００℃よ
りも高温になると安定でなく、黒鉛に変態することが知
られている。
れた銅を熱圧縮する場合、使用される温度は約１０００
℃であるが、ダイヤモンドＣＶＤは８００〜９００℃よ
りも高温になると安定でなく、黒鉛に変態することが知
られている。
【００１９】この重大な欠点を解消するために、本発明
方法では、ダイヤモンド基板を少なくとも１つの金属基
板に結合させるために２つの熱圧縮段階を使用する。
方法では、ダイヤモンド基板を少なくとも１つの金属基
板に結合させるために２つの熱圧縮段階を使用する。
【００２０】第一の熱圧縮段階は、ダイヤモンド基板と
少なくとも１枚のアルミニウム箔とを使用する。
少なくとも１枚のアルミニウム箔とを使用する。
【００２１】ダイヤモンド基板の面の１つをアルミニウ
ム箔によって被覆する。
ム箔によって被覆する。
【００２２】ダイヤモンド基板／アルミニウム箔のアセ
ンブリを調整雰囲気の熱圧縮室内に配置する。
ンブリを調整雰囲気の熱圧縮室内に配置する。
【００２３】アルゴン下または真空下に第一の熱圧縮段
階を実施して、アルミニウム箔とダイヤモンド基板とを
互いに結合させ、多層複合基板を形成する。変形実施態
様では、ダイヤモンド基板を２枚のアルミニウム箔間に
サンドイッチする。熱圧縮温度としては、ダイヤモンド
ＣＶＤが完全に安定であるような約６００℃を使用す
る。
階を実施して、アルミニウム箔とダイヤモンド基板とを
互いに結合させ、多層複合基板を形成する。変形実施態
様では、ダイヤモンド基板を２枚のアルミニウム箔間に
サンドイッチする。熱圧縮温度としては、ダイヤモンド
ＣＶＤが完全に安定であるような約６００℃を使用す
る。
【００２４】第一熱圧縮段階で得られた多層複合基板を
１つ（または複数）の金属基板上に配置する。この場
合、１つ（または複数）のアルミニウム表面を１つ（ま
たは複数）の金属基板に接触させる。
１つ（または複数）の金属基板上に配置する。この場
合、１つ（または複数）のアルミニウム表面を１つ（ま
たは複数）の金属基板に接触させる。
【００２５】第二熱圧縮段階で、１つ（または複数）の
アルミニウム表面を１つ（または複数）の金属基板に結
合させる。ここでもまた、使用される熱圧縮温度は約６
００℃である。
アルミニウム表面を１つ（または複数）の金属基板に結
合させる。ここでもまた、使用される熱圧縮温度は約６
００℃である。
【００２６】本発明方法の第一熱圧縮段階の実施態様に
おいては、熱圧縮温度は５５０℃〜６５０℃であり、作
用させる熱圧縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2であ
る。
おいては、熱圧縮温度は５５０℃〜６５０℃であり、作
用させる熱圧縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2であ
る。
【００２７】金属基板が銅基板である場合、第二熱圧縮
温度は５００℃〜５５０℃であり、作用させる第二熱圧
縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2である。
温度は５００℃〜５５０℃であり、作用させる第二熱圧
縮圧力は１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2である。
【００２８】
【実施例】本発明の代表的であるが非限定的な実施例に
おいて、３００μｍのダイヤモンド基板と、１００μｍ
のアルミニウム箔と、３００μｍの銅基板とを結合させ
た。累積熱抵抗は２．９×１０-6Ｋ／Ｗであり、これは
従来技術の１／５である。
おいて、３００μｍのダイヤモンド基板と、１００μｍ
のアルミニウム箔と、３００μｍの銅基板とを結合させ
た。累積熱抵抗は２．９×１０-6Ｋ／Ｗであり、これは
従来技術の１／５である。
【００２９】このように熱抵抗が減少すると、多くの利
点が得られる。
点が得られる。
【００３０】第一に、ＡｌＮの約１０倍の価格の高価な
ダイヤモンドを使用しても採算が合う。
ダイヤモンドを使用しても採算が合う。
【００３１】第二に、絶縁体の厚みが減り、熱排出デバ
イスの寸法が縮小されるので、給電用電子モジュールを
小型化し得る。
イスの寸法が縮小されるので、給電用電子モジュールを
小型化し得る。
【００３２】最後に、同等の寸法の場合には、給電用電
子モジュールがより大きい電力を供給し得る。
子モジュールがより大きい電力を供給し得る。
【００３３】勿論、本発明は記載の実施態様に限定され
ることなく、本発明を逸脱しない範囲で当業者には多数
の変形が可能である。特に、金属基板が銅以外の金属か
ら形成されてもよく、また、アルミニウム箔に代替して
ダイヤモンドの変態温度よりも低温度の熱圧縮によって
ダイヤモンド基板及び金属基板に結合し得る任意の材料
を使用してもよい。
ることなく、本発明を逸脱しない範囲で当業者には多数
の変形が可能である。特に、金属基板が銅以外の金属か
ら形成されてもよく、また、アルミニウム箔に代替して
ダイヤモンドの変態温度よりも低温度の熱圧縮によって
ダイヤモンド基板及び金属基板に結合し得る任意の材料
を使用してもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリツク・ランシー フランス国、92140・クラマール、アブニ ユ・シユネルデール・49
Claims (5)
- 【請求項１】 ダイヤモンド基板の少なくとも１つの面
をアルミニウム箔で被覆し、 前記ダイヤモンド基板と前記アルミニウム箔とを調整雰
囲気の室内に配置し、アルゴン下または真空下の第一の
熱圧縮段階で互いに結合させることによって多層複合基
板を形成し、 前記アルミニウム表面を金属基板に接触させながら前記
多層複合基板を金属基板上に配置し、 前記多層複合基板と前記金属基板とを第二の熱圧縮段階
によって結合させる段階から成る少なくとも１つの金属
基板にダイヤモンド基板を結合させる方法。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンド基板を２枚のアルミニ
ウム箔間にサンドイッチすることを特徴とする請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 第一の熱圧縮段階において、熱圧縮温度
が５５０℃〜６５０℃の範囲であり、作用させる熱圧縮
圧力が１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2であることを特徴と
する請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】 金属基板が銅基板であることを特徴とす
る請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項５】 第二の熱圧縮段階において、熱圧縮温度
が５００℃〜５５０℃の範囲であり、作用させる熱圧縮
圧力が１００〜１５０ｋｇ／ｃｍ2であることを特徴と
する請求項１または２に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9613321A FR2755129B1 (fr) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Procede de liaison d'un substrat de diamant a au moins un substrat metallique |
| FR9613321 | 1996-10-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10138052A true JPH10138052A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=9497229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9300179A Pending JPH10138052A (ja) | 1996-10-31 | 1997-10-31 | 少なくとも１つの金属基板にダイヤモンド基板を結合させる方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6006979A (ja) |
| EP (1) | EP0840373B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10138052A (ja) |
| KR (1) | KR19990033885A (ja) |
| CN (1) | CN1190643A (ja) |
| CA (1) | CA2217790A1 (ja) |
| DE (1) | DE69721693T2 (ja) |
| FR (1) | FR2755129B1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9920384D0 (en) * | 1999-08-28 | 1999-11-03 | De Beers Ind Diamond | Joining of cvd diamond bodies to metal structures |
| KR101068115B1 (ko) * | 2009-04-03 | 2011-09-27 | 한밭대학교 산학협력단 | 이미지 센서 플립칩 접속용 유리기판의 제조방법 |
| CN104858435B (zh) * | 2015-05-12 | 2017-02-22 | 东南大学 | 一种三明治结构金刚石‑Al复合材料的制备方法 |
| CN110335798B (zh) * | 2019-06-21 | 2021-01-19 | 西安交通大学 | 一种金刚石输能窗及其制备方法 |
| CN114214552A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-22 | 广东工业大学 | 一种金刚石制品及其制造方法 |
| CN117448745B (zh) * | 2023-10-17 | 2025-10-28 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种高导热超薄金刚石/铝复合材料的制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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