专利名称：散热器、电子器件、散热器的制造方法和电子器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种散热器(heat sink)、一种电子器件、一种散热器的制造方法和一种电子器件的制造方法。具体而言，本发明涉及一种用于释放由电子器件的操作产生的热的散热器、一种这种散热器的制造方法、一种包括这种散热器的电子器件和一种这种电子器件的制造方法。
背景技术：
随着半导体制造技术领域的发展，已经实现了半导体元件的更高的集成度和更高的电路操作速度，导致半导体元件性能的快速提高。另一方面，与这种技术发展相反，其上设置半导体元件的半导体基片的热密度(即单位面积产生的热量)越来越高，这使得需要高效率地冷却半导体基片的方法。
作为如上所述用于冷却半导体基片的方法，已知有在半导体基片上设置高导热性材料(例如碳、石墨、金属、陶瓷、金刚石等等)的技术(例如，参见日本公开待审PCT专利申请(Kohyo)No.2002-519846)。具体而言，金刚石具有非常高的导热性，铜的导热性在通常的工业材料中是最高的，而单晶金刚石具有大约是铜的5倍的高导热性，多晶金刚石具有大约是铜的2.5倍的高导热性。因此，金刚石作为在产生高热量的半导体激光器和微波振荡器等领域中用于形成散热器的材料而成为关注的焦点。
而且，在其中不掺杂杂质时，金刚石是绝缘的。因此，当金刚石膜形成在半导体基片的上表面上，而不是在其背面上时，原则上可以利用这种金刚石基片来冷却基片。
半导体基片的发热部分是主要形成有源元件的有源元件部分，并且该有源元件部分局部地存在于半导体基片上。因此，通过在半导体基片表面上形成具有绝缘性能和高导热性的金刚石膜，发热部分产生的热可以通过金刚石膜传送到不发热部分，而不影响半导体元件的操作。结果是，可以使半导体基片的温度在整个表面上是均匀的。如上所述，降低有源元件部分(发热部分)的温度以确保半导体元件的正常操作和电可靠性是很重要的。有鉴于此，可以通过使半导体基片的温度在整个表面上均匀来降低有源元件部分的温度。
但是，利用在半导体基片上形成的金刚石层来冷却半导体基片的上述方法具有以下缺点。具体而言，在半导体制造工艺中，通常在半导体基片上形成半导体元件然后形成用于电连接该半导体元件的配线之后，引入形成金刚石薄膜的工艺。通常情况下，可以利用CVD(化学汽相沉积)法来形成金刚石薄膜，基片的温度大约是800℃。但是，例如，当铝合金用作配线的材料时，在形成金刚石薄膜的时候会损坏配线，并且因而损坏半导体元件，因为铝合金的熔点是大约600℃。而且，由于金刚石薄膜的热膨胀系数小于硅，所以在金刚石薄膜和半导体基片之间产生温度循环引起的应力，这对机械强度比金刚石薄膜更低的半导体基片产生了损坏。
另一方面，近年来，纳米金刚石薄膜引起了关注。在上述金刚石薄膜是具有粒度以微米(μm)为单位的晶粒的多晶膜时，纳米金刚石薄膜包含粒度以纳米(nm)为单位的晶粒，尽管它也是多晶膜。而且，可以在基板温度等于或低于400℃的情况下形成纳米金刚石薄膜。即，利用纳米金刚石薄膜作为散热路径会提供以下优点，在半导体制造工艺中，可以在半导体基片上形成半导体元件然后形成配线之后来形成金刚石薄膜，形成膜时的基片温度设置为等于或低于配线材料的熔点。但是，虽然可以在低温下形成纳米薄膜，但是纳米金刚石的导热性很低，而导热性是最重要的。这是因为纳米金刚石薄膜包含具有小的粒度的晶粒，因而在传热路径中具有大量的颗粒边界，这阻止了晶格振动的传播。因此难以利用纳米金刚石薄膜来冷却半导体器件。
发明内容
进行本发明以解决现有技术中的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种具有高导热性和优良的冷却效率的散热器以及一种包括这种散热器的电子器件。
而且，本发明的目的在于提供一种制造具有高导热性和优良的冷却效率的散热器的方法和一种制造电子器件的方法。
本发明的实施例的第一个方面涉及一种散热器，包括由绝缘金刚石形成的基座部分和由绝缘金刚石形成并设置在基座部分上的多个压接件。
实施例的第二个方面涉及一种电子器件，该电子器件包括形成有器件的基片，该基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；以及散热器，其具有由绝缘金刚石形成的基座部分、压接到所述基片的所述发热部分上的多个第一压接件以及压接到所述基片的所述不发热部分上的多个第二压接件，所述第一压接件和所述第二压接件由绝缘金刚石形成并且设置在所述基座部分上。
实施例的第三个方面涉及一种散热器的制造方法，所述方法包括在绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜；形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔；在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模；选择性地除去所述多孔涂层膜；以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向，蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件。
实施例的第四个方面涉及一种电子器件的制造方法，所述方法包括生产形成有器件的基片，所述基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；通过以下步骤生产散热器在绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜，形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔，在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模，选择性地除去所述多孔涂层膜，以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向上蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件；以及将所述散热器的压接件压接到所述基片的所述发热部分和所述不发热部分的每一个上。
实施例的第五个方面涉及一种电子器件的制造方法，所述方法包括生产形成有器件的基片，所述基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；通过以下步骤生产散热器评估其上设置有所述发热部分和所述不发热部分的所述基片的表面上的台阶形状，蚀刻绝缘金刚石基片的表面，使得所述绝缘金刚石基片的表面对应于所述基片表面的台阶形状，在被蚀刻的所述绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜，形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔，在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模，选择性地除去所述多孔涂层膜，以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向上蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件；以及将所述散热器的所述压接件压接到所述基片的所述发热部分和所述不发热部分的每一个上。
图1是根据本发明第一实施例的包括散热器的电子器件的示意性横截面图；图2是示出在根据第一实施例的散热器中的多晶金刚石的晶粒尺寸和导热性之间的关系的视图；图3是示出器件主体和自支持绝缘金刚石基片之间的压接状态的主要部分的横截面图，用于解释根据第一实施例的电子器件的比较例；图4是示出根据第一实施例的电子器件的器件主体和散热器之间的压接状态的主要部分的横截面图；
图5是示出在根据第一实施例的电子器件中压接负荷与接触量之间的关系的曲线图；图6是示出根据第一实施例的电子器件的器件主体和散热器之间的另一种压接状态的主要部分的横截面图；图7是示出用于解释制造根据第一实施例的散热器和电子器件的方法的第一工艺的横截面图；图8是示出第二工艺的横截面图；图9是示出第三工艺的横截面图；图10是示出第四工艺的横截面图；图11是示出第五工艺的横截面图；图12是示出第六工艺的横截面图；图13是示出在图8所示的散热器制造工艺中多孔涂层膜的阳极氧化之后的状态的主要部分透视图；图14是在根据本发明第二实施例的电子器件中设置的散热器的示意性横截面图；图15是示出用于解释制造根据第二实施例的散热器和电子器件的方法的第一工艺的横截面图；图16是示出第二工艺的横截面图；图17是示出第三工艺的横截面图；图18是示出第四工艺的横截面图；图19是示出第五工艺的横截面图；图20是示出第六工艺的横截面图；图21是示出第七工艺的横截面图；图22是根据第二实施例包括散热器的电子器件的示意性横截面图；图23是根据本发明第三实施例设置在电子器件中的散热器的示意性横截面图；图24是示出用于解释制造根据第三实施例的散热器和电子器件的方法的第一工艺的横截面图；图25是示出第二工艺的横截面图；
图26是示出第三工艺的横截面图；图27是示出第四工艺的横截面图；图28是示出第五工艺的横截面图；图29是示出第六工艺的横截面图；以及图30是根据本发明的第三实施例的具有散热器的电子器件的示意性横截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)[散热器的结构禾包括散热器的电子器件]如图1所示，根据本发明第一实施例的电子器件1包括形成有器件的基片11和散热器20。形成有器件的基片11称为器件主体10。器件主体10包括在基片11的第一区域内的发热部分12和在除了第一区域之外的基片11的第二区域内的不发热部分13。散热器20包括由绝缘金刚石形成的基座部分21、被压接到器件主体10的发热部分12上的第一压接件221、以及被压接到器件主体10的不发热部分13上的第二压接件222。第一和第二压接件221和222设置在基座部分21上，并由类似于基座部分21的绝缘金刚石形成。
在第一实施例中，器件主体10是由硅(Si)半导体芯片形成的半导体器件，基片11是Si单晶基片。注意，在本发明中，器件主体10不局限于Si半导体芯片，并是可以由产生大量热的III-V化合物半导体芯片形成，例如激光振荡器、微波振荡器等等。
在器件主体10的发热部分12中，主要设置有通过其操作而发热的有源元件，例如绝缘栅型场效应晶体管(IGFET)、双极晶体管等等。而且，包括这种有源元件的电路设置在发热部分12上。在这里使用时，术语“包括有源元件的电路”包括由一个或多个有源元件组成的电路、由有源元件和无源元件组成的电路等等。无源元件包括电阻、电容等等。
不发热部分13是基片11的除了发热部分12之外的部分。不发热部分13包括设置有无源元件的区域、不设置元件的区域、用于电隔离这些元件的绝缘隔离区域等等。
图1示意性地示出了器件主体10的横截面结构。在实际的器件主体10中，有源元件和无源元件设置在基片11的表面部分，配线和中间层绝缘膜交替地设置在这些元件上。在器件主体10的表面上，即在基片11上的最上层中，设置有未示出的最终钝化膜。
根据第一实施例，由单晶或多晶绝缘金刚石形成散热器20。
图2示意性地示出了多晶金刚石中的晶粒尺寸和导热性之间的关系。在图2中，横轴表示多晶金刚石的晶粒尺寸，纵轴表示其导热性。而且，符号“A”表示粒度以μm为单位的多晶金刚石的导热性，符号“B”表示粒度以nm为单位的多晶金刚石的导热性。由“A”表示的粒度以μm为单位的多晶金刚石的导热性大约是1000W/M-K，由“B”表示的粒度以nm为单位的多晶金刚石的导热性大约是10W/M-K到100W/M-K。而且，没有晶粒边界的单晶金刚石的导热性大约是2000W/M-K。
如上所述，考虑到导热性，优选地绝缘金刚石由单晶金刚石形成。但是，由于单晶金刚石非常昂贵，所以考虑到制造成本，实际上优选地使用多晶绝缘金刚石基片，尤其是自支持绝缘金刚石基片。由于多晶自支持绝缘金刚石基片可以买到，并且因而容易以低成本获得，所以可以降低散热器20和电子器件1的制造成本。
还希望多晶绝缘金刚石基片由粒度以微米为单位的金刚石形成。具体而言，尽管μm粒度的多晶金刚石的导热性是单晶金刚石的一半，但是它是nm粒度的多晶金刚石的10到100倍，如图2所示。nm尺寸的多晶金刚石的导热性和半导体例如Si的导热性几乎相同。具有小的粒度以nm为单位的多晶金刚石的导热性低，理由如下。具体而言，尽管金刚石通过晶格振动传播热，但是在具有nm的小粒度的多晶金刚石中，由于在热传导路径中存在大量晶粒边界而阻止了这种晶格振动的传播，从而降低了导热性。
如图1所示，第一压接件221和第二压接件222具有从基座部分突起的多个长柱形，并且它们形成为相同的形状。第一压接件221设置在与器件主体10的发热部分12相应的区域内，并且向基座部分21释放由发热部分12产生的热，如图1的箭头所示。第二压接件222设置在与器件主体19的不发热部分13相应的区域内，并且向不发热部分13释放从发热部分12释放到基座部分21的热，如图1的箭头所示。换句话说，散热器20配置为使器件主体10的发热部分12产生的热被传递并散发到不发热部分13中，因此可以使基片11整个表面上的温度分布均匀，从而冷却器件主体10。根据本实施例的第一压接件221和第二压接件222都由长柱形形成，该长柱形的径向尺寸(直径)设置为15nm到25nm，高度设置为1μm到2μm。在本实施例中，散热器20的基本上所有晶粒的尺寸都在μm尺寸范围内(即1μm≤粒度＜10000μm)。粒度在例如几μm到几十μm的范围内时，第一压接件221和第二压接件222在高度方向上(热传导方向上)具有很少的颗粒边界。而且，优选地基座部分21形成为厚度是第一和第二压接件221和222的高度的几十倍，从而降低热阻。换句话说，优选地第一和第二压接件221和222的机械强度设置为低于基座部分21的，从而第一和第二压接件221和222容易通过翘曲而变形。
在本实施例中，散热器20可以由具有单晶的绝缘金刚石基片制成，尽管与使用多晶绝缘金刚石基片相比材料成本和制造成本增加。这样，在本实施例的散热器20中，最好采用具有多晶金刚石的绝缘金刚石，可以降低最终的制造成本，并提供充足的热排放效果。
下面将说明压接根据第一实施例的电子器件1中的器件主体10和散热器20的方法。
在只有自支持绝缘金刚石基片用作散热器的情况下，自支持绝缘金刚石基片210的压接表面211要被压接到器件主体10的基片11表面侧的压接表面110上，如图3所示。在这种情况下，由于压接表面110和压接表面211的接触面积小，所以不能实现足够的器件主体10的冷却效果。这里，为了简化说明，假设基片11的压接表面110没有由半导体元件、电极等的形状导致的大的不规则性，或者没有对应于表面粗糙度等等的微小的不规则性，并且压接表面110被模塑成光滑表面。另一方面，自支持绝缘金刚石基片210的压接表面211被模塑成不光滑表面，其具有与表面粗糙度等等相应的不规则性。
向压接表面(不光滑表面)211靠近的压接表面(光滑表面)110首先与具有最大高度的压接表面211的凸起部分接触。为了使压接表面110接触压接表面211的下一个最高凸起部分，首先接触压接表面110的最高凸起部分必须最大程度地变形。这样，由于重复一系列这种接触和变形步骤，所以需要大的压接负荷，从而在压接表面110和压接表面211之间具有更多数量的接触点。具体而言，利用在自然界中存在的所有已知基片中最硬的材料金刚石，难以通过上述变形来确保大量的接触点。因此，器件主体10侧上的压接表面110和自支持绝缘金刚石基片210侧上的压接表面211的接触面积非常小，这使得在器件主体10和自支持绝缘金刚石基片210之间难以实现充分的热释放或热消散，从而不能获得充分的冷却效果。而且，由于器件主体10的实际接触表面110包括大的不规则性和微小的不规则性，所以仍然难以实现冷却效果。
另一方面，根据第一实施例的散热器20包括基座部分21的表面上突起的长柱形的多个压接件(第一和第二压接件221和222)。如图4所示，第一和第二压接件221和222由于小的压接负荷而受到翘曲(buckling)变形。这里，基座部分21的顶表面包括对应于表面粗糙度等等的不规则性。因此，在与顶表面相对的表面上设置的第一和第二压接件221和222具有与基座部分21的表面不规则性(台阶形状)相对应的高度(长度)分布(台阶形状)。
随着器件主体10的压接表面(光滑表面)110接近散热器21的压接件组即多个第一和第二压接件221和222，压接表面110首先与压接件组中具有最大高度的压接件的最顶端接触。然后，压接负荷施加给这个压接件，并且，一旦压接负荷超过该压接件的翘曲负荷，压接件就由于翘曲而变形。随后，压接表面110接触下一个最高的压接件的顶端，向该压接件施加压接负荷以使该压接件由于翘曲而变形。这样，重复一系列的接触和翘曲变形步骤。这里，由于已经翘曲变形的压接件会由于小于或等于翘曲变形所需的压接负荷的负荷而经受进一步的变形，所以与器件主体10的压接表面110接触的压接件的数量，即接触点数量，与压接负荷成正比，如图5所示。在图5中，纵轴表示压接负荷P，横轴表示基片11的压接表面110相对于散热器20的压接件221和222顶端的接近量6，符号Pcr表示每个压接件的压接负荷。具体而言，根据本实施例，可以随着压接负荷的增大确保接触点的适当数量，而与和自支持绝缘金刚石基片210的表面不规则性相对应的压接件的高度分布无关。随着压接表面110与压接件221和222之间的接触点数量增加，总的接触面积也增加，从而可以减小器件主体10和散热器20之间的接触热阻。
图6示出了散热器20的压接件组被压接到基片11的压接表面119上，压接件由于自支持绝缘金刚石基片210的表面倾斜和弯曲而相对于压接表面110略微倾斜。在这种情况下，由于在第一和第二压接件221和222中产生力矩，所以可以可靠地利用小的压接负荷使第一和第二压接件221和222翘曲。结果是，可以获得大量的接触点，从而减小接触热阻。
下面将说明根据第一实施例的散热器20的制造方法和包括这种散热器20的电子器件1的制造(组装)方法。
首先，提供绝缘金刚石基片200。对于绝缘金刚石基片200，使用具有高导热性和绝缘性能并且包含晶粒尺寸以μm为单位的多晶金刚石的自支持绝缘金刚石基片。可以通过以下步骤将绝缘金刚石基片200制造成多晶金刚石膜，首先通过利用氢气和甲烷气体的CVD法在Si基片上形成厚度为400μm到500μm的多晶金刚石膜，然后通过蚀刻等除去Si基片。通过CVD法形成多晶金刚石膜时的膜形成温度是大约800℃。
然后，在绝缘金刚石基片200的表面上形成多孔涂层膜30(参见图7)。例如，在实践中可以用通过溅射形成的厚度为1.5μm到2.0μm的高纯铝(Al)膜来用作这种多孔涂层膜30。
而且，多孔涂层膜30在酸性溶液例如硫磺溶液中进行阳极氧化处理，从而形成在每个涂层单元311中具有微孔312的多孔层31，并且还在微孔312的底部形成阻挡层32(参见图8)。通过阳极氧化处理，用作多孔涂层膜30的上述Al膜的表面层被转化为氧化铝(Al2O3)膜，从而可以在具有六角柱状的每个涂层单元311的中心部分，从表面朝着深度方向形成长形的微孔312，如图13所示。
通过阳极氧化处理，例如可以将微孔312的数量控制在109/cm2到1011/cm2的范围内，并且微孔312的内径可以控制在10nm到100nm的范围内。而且，阻挡层32的厚度和涂层单元311的尺寸可以控制在10nm到100nm的范围内。上述微孔312的数量和内径、阻挡层32的厚度以及涂层单元311的尺寸都仅仅取决于在阳极氧化处理时施加的电压，而不取决于溶液的温度或浓度。因此，通过调节阳极氧化处理时的电压就可以控制这些参数。在第一实施例中，在多孔涂层膜30的多孔层31中形成每个都具有15nm到25nm的内径和1.5μm到2.5μm深度的微孔312。
实际上，这样通过阳极氧化处理形成的微孔312在顶表面侧更宽，并且朝着底部逐渐变窄。但是，因为微孔312需要的深度仅仅是大约几个μm，并且其内径也在几十μm和几百μm之间的范围内，所以微孔312的横截面结构可以看成基本上是柱状。
因此，通过微孔312除去在多孔涂层膜30的微孔312底部存在的阻挡层32，从而形成从多孔涂层膜30的顶表面连接到其背表面的孔33(参见图9)。例如，通过利用各向异性蚀刻例如活性离子蚀刻(RIE)来除去阻挡层32，该蚀刻可以在垂直于多孔涂层膜30表面的方向上实现高速蚀刻。
然后，在多孔涂层膜30的孔中埋入掩模40(参见图10)。具体而言，可以通过例如利用CVD在包括孔33的内部的多孔涂层膜30的表面上形成氧化物膜(SiO2)，然后利用RIE除去这样形成的氧化物膜、化学机械抛光(CMP)直到暴露多孔涂层膜30的表面，来形成掩模40。
而且，选择性地除去多孔涂层膜30，从而在绝缘金刚石基片200表面上形成具有长柱状的掩模40(参见图11)。例如利用PIE除去多孔涂层膜30。掩模40被用作用于在绝缘金刚石基片200的表面层上形成包括第一压接件221和第二压接件222的压接件组的掩模。
最后，通过将掩模40用作蚀刻掩模，沿着从顶表面到背表面的厚度方向蚀刻绝缘金刚石基片200的一部分，从而形成长形的第一压接件221和第二压接件222(参见图12)。沿厚度方向的蚀刻可以通过RIE等来实现。对于RIE，可以使用包含CF4气体和O2气体的混合蚀刻气体。
当上述一系列工序结束时，可以制造出散热器20，该散热器20包括含有晶粒尺寸以μm为单位的多晶金刚石作为主要成分的基座部分21以及在基座部分21上突起的第一压接件221和第二压接件222。
然后，提供由传统的已知工艺制造的器件主体10，并且将散热器20的第一压接件221压接到器件主体10的发热部分12上，将散热器20的第二压接件222压接到器件主体10的不发热部分13上。这个工艺结束后，就制造出散热器20安装在器件主体10上的电子器件1。
如上所述，在第一实施例的散热器20中，晶粒尺寸以μm为单位的绝缘金刚石基片200用于形成基座部分21以及要压接到器件主体10上的第一和第二压接件221和222。通过这种结构，可以减少在热传播路径中存在的晶粒边界，从而降低接触热阻，因而可以提高冷却效率。
而且，在电子器件1中，设置上述散热器，使得基片11的发热部分12产生的热可以通过第一压接件221、基座部分21和第二压接件222有效地分散到不发热部分13中。因此，可以使基片11的整个区域上的温度分布均匀，结果可以提高冷却效率。
而且，在电子器件1中，散热器20的第一压接件221和第二压接件222是长形的，并且配置为可以相对于压接负荷而翘曲变形。通过这种结构，可以增加发热部分12与第一压接件221之间的接触面积和不发热部分13与第二压接件222之间的接触面积，从而减小接触热阻，因而可以提高冷却效率。具体而言，即使在散热器20的基座部分21中使用硬的绝缘金刚石基片，由于在绝缘金刚石基片上形成了多个压接件，所以也可以确保器件主体10和散热器20之间的有效接触面积。
此外，可以以如下所述的简单方式来制造散热器20。具体而言，对多孔涂层膜30进行阳极氧化处理，从而形成规则排列的大量孔33，并且在这些孔33中埋入掩模40。然后通过利用这个掩模40进行蚀刻而除去绝缘金刚石基片200的表面层的一部分，从而制造散热器20。
最后，可以通过将散热器20压接到器件主体10上的简单方式来制造电子器件1。
(第二实施例)在本发明的第二实施例中，提供了散热器20，其中进一步向第一实施例的散热器20添加了弹性特性。
如图14所示，根据本发明第二实施例的散热器20包括具有槽(弯曲槽或弯曲沟)231的固定基座元件(弯曲基片)23，以使得在与其上设置有压接件221和222的顶表面(第一表面)相对的基座部分21的背表面(第二表面)上，基座部分21卷曲(wrap)。通过这种结构，散热器20整体会相对于槽231而弯曲，并且从而可以具有弹性。第二实施例的散热器20的其它部分和第一实施例的散热器20相同，并且不再说明。
而且，在根据第二实施例的散热器20中，图1中所示的要压接到器件主体10的发热部分12上的第一压接件(第一压接件组)221和要压接到器件主体10的不发热部分13上的第二压接件(第二压接件组)222彼此分开。利用这样彼此分开设置的第一压接件221和第二压接件222，器件主体10和散热器20彼此部分地互相压接。而且，散热器20可以变形，从而增加压接部分的粘着性。
实际上，可以利用Si基片作为固定基座元件23。Si基片可以在半导体制造工艺中提供高度适应性，还可以实现弯曲槽231的稳定加工。
下面将说明根据第二实施例的散热器20的制造方法和包括这种散热器20的电子器件1的制造方法(组装方法)。
首先，提供固定基座元件23，并且在固定基座元件23表面上形成绝缘金刚石层200。这里，由于第二实施例中的“绝缘金刚石层200”具有和根据上述第一实施例的散热器20的“绝缘金刚石基片200”相同的功能，所以为了说明，这两种元件使用相同的附图标记200。固定基座元件23用作要在其上形成绝缘金刚石层200的基座基片，例如，可以使用厚度为500μm到700μm的Si基片。绝缘金刚石层200由具有高导热性、绝缘性能，并具有晶粒尺寸以μm为单位的多晶自支持绝缘金刚石层来形成。尽管在第二实施例中，可以以和第一实施例的绝缘金刚石基片200相同的方法形成绝缘金刚石层200，但是绝缘金刚石层200的厚度设置为较小的厚度，例如在1μm和3μm之间。
随后，在绝缘金刚石层200的表面形成多孔涂层膜30(参见图15)。和第一实施例一样，实际上可以利用1.5μm到2.0μm厚的Al薄膜作为多孔涂层膜30。
然后，和第一实施例中一样，在酸溶液例如硫磺溶液中阳极氧化处理多孔涂层膜30，从而形成在每个涂层单元311中具有微孔312的多孔层31，如图13所示，并且在微孔312的底部形成阻挡层32(参见图16)。例如，多孔层31的微孔312的内径和深度分别设置为15nm到25nm和1.5μm到2.0μm。
然后，在多孔涂层膜30中(或者多孔层31中)，对除了与器件主体10的发热部分12相对应的第一压接件221的形成区域221A和与不发热部分13相对应的第二压接件222的形成区域222A之外的区域进行密封工艺。在该密封工艺中，保护膜形成在形成区域221A和222A上，然后使暴露于保护膜之外的部分多孔涂层膜30与沸水或者加热的蒸汽接触，以促进多孔涂层膜30尤其是微孔312内壁的氧化。一旦密封工艺结束，就可以完全封闭微孔312(参见图17)。
在密封工艺之后，在形成区域221A和222A中，通过微孔312除去多孔涂层膜30底部存在的阻挡层32，从而形成从多孔涂层膜30的顶表面连接到其背表面的孔33(参见图18)。和第一实施例一样，利用RIE等除去阻挡层32。
然后，在多孔涂层膜30的孔33的内部埋入掩模40(参见图19)。可以和第一实施例一样由氧化物膜形成掩模40。
随后，选择性地除去多孔涂层膜30，从而在绝缘金刚石层200的表面上形成具有长柱形的掩模40(参见图20)。掩模40用于在多晶金刚石膜200的表面形成压接件组，包括第一和第二压接件221和222。
最后，将掩模40用作蚀刻掩模，沿着从顶表面朝着其背表面的厚度方向上蚀刻绝缘金刚石层200的一部分，从而在形成区域221A中形成长形的第一压接件221，在形成区域222A形成第二压接件222(参见图21)。沿厚度方向的蚀刻是利用RIE等执行的。这里，当采用RIE时，可以使用包含CF4气体和O2气体的混合蚀刻气体。
然后，从其背表面朝着其顶表面在固定基座元件23中形成槽231，如上述图14所示。利用光刻技术形成的掩模通过RIE等来形成槽231。
一旦完成一系列上述步骤，就可以制造出散热器20，该散热器20包括含有晶粒尺寸以μm为单位的多晶金刚石作为主要成分的绝缘金刚石层200，以及设置在绝缘金刚石层200上的第一和第二压接件221和222。
而且，提供由传统的已知工艺制造的器件主体10，并且以上述的压接方法将散热器20的第一压接件221压接到器件主体10的发热部分12上，将散热器20的第二压接件222压接到器件主体10的不发热部分13上。一旦结束这个步骤，就制造出散热器20安装在器件主体10上的电子器件1，如图22所示。
如上所述，在根据第二实施例的散热器20中，在与其上设置有第一和第二压接件221和222的顶表面相对的基座部分21的背表面上，设置具有槽231的固定基座元件23，以使基座部分21可以卷曲。因此，固定基座元件23和基座部分21可以相对于固定基座元件23的槽231而弯曲，因而实现散热器20的弹性。根据第二实施例的电子器件1，由于散热器20的弹性，器件主体10和散热器20可以彼此紧密地互相粘附，而与由器件主体10的大的不规则性和微小的不规则性引起的其表面粗糙度、由大的不规则性引起的散热器20的表面粗糙度、整个器件主体10的翘曲等无关，使得能够降低器件主体10和散热器20之间的热阻，从而进一步提高冷却效果。
(第三实施例)根据本发明的第三实施例，在根据第一实施例的散热器20和电子器件1中，提供一种散热器20，其能够对应于由器件主体10表面的大的不规则性引起的表面粗糙度的同时，紧密地贴附到器件主体10上。
如图23所示，根据第三实施例的电子器件1的散热器20包括具有相同高度h1的多个第一压接件221和具有相同高度h2的多个第二压接件222，其中h2比第一压接件221的高度h1更短。在这里使用的高度h1和h2都是指从基座部分21的背表面开始测量的高度。换句话说，在第三实施例中，将第一压接件221的高度h1设置为比第二压接件222的高度h2更高，并且当器件主体10的发热部分12存在于凹部而器件主体10的不发热部分13存在于凸部时，可以使器件主体10的台阶形状和散热器20匹配，从而使器件主体10和散热器20以它们的互相平行的接触表面彼此紧密地接触。
这里，根据第三实施例的散热器20不仅可以应用于发热部分12存在于器件主体10的凹部而不发热部分13存在于器件主体10的凸部的情况，而且还可以应用于其它情况，即发热部分12存在于凸部而不发热部分13存在于凹部的情况，以及一些发热部分12和一些不发热部分13存在于凹部而其它发热部分12和其它不发热部分13存在于凸部的情况。
因此，通过利用评估器件主体10的发热部分12和不发热部分13表面上的大的不规则性引起的表面粗糙度(台阶形状)的方法，利用光学非接触式表面粗糙度测量装置测量其上设置有发热部分12和不发热部分13的表面的台阶形状的方法等，来评估或测量器件主体10的表面粗糙度(即评价表面粗糙度)，并且可以制造散热器20以适应这样评估和测量的表面粗糙度。散热器20和电子器件1的其它部分和第一实施例的相同，因而不再说明。
下面将说明根据第三实施例的散热器20的制造方法以及包括这种散热器20的电子器件1的制造方法(组装方法)。
首先，提供由已知工艺(例如参见图24)制造的器件主体10b，并且利用光学非接触式表面粗糙度测量装置来测量其上设置有发热部分12和不发热部分13的器件主体10表面的台阶形状。
然后，提供绝缘金刚石基片200。而且，根据之前测量的器件主体10b表面的台阶形状，在绝缘金刚石基片200上形成相应于器件主体10b的台阶形状的大的不规则性，使得绝缘金刚石基片200和器件主体10紧密粘附，它们的接触表面彼此平行(参见图25)。和根据第一实施例的制造方法一样，使用具有高导热性和绝缘性能并且还具有晶粒尺寸以μm为单位的多晶自支持绝缘金刚石基片作为绝缘金刚石基片200。利用各向异性蚀刻例如偏压溅射(bias sputtering)和增加侧面蚀刻量的RIE，来执行在绝缘金刚石基片200表面上形成大的不规则。
而且，在绝缘金刚石基片200表面上形成多孔涂层膜30(参见图25)。对于形成多孔涂层膜30的工艺和随后的工艺，使用与上述第一实施例中相同的制造工艺和制造条件。
然后，在酸溶液例如硫磺酸溶液中阳极氧化处理多孔涂层膜30，从而形成在每个涂层单元311中具有微孔312的多孔层31，如图13所示，并且在微孔312的底部形成阻挡层32(参见图26)。随后，通过微孔312除去多孔涂层膜30的微孔312底部存在的阻挡层32，从而形成从多孔涂层膜30的顶表面连接到其背表面的孔33(参见图27)。
而且，在多孔涂层膜30的孔33的内部埋入掩模40(参见图28)。然后，选择性地除去多孔涂层膜30，从而在绝缘金刚石基片200的表面形成具有长柱形的掩模40(参见图29)。
最后，将掩模40用作蚀刻掩模，沿着从其顶表面朝着其背表面的厚度方向除去一部分绝缘金刚石基片200，从而形成长形的第一压接件221和第二压接件222。
一旦完成一系列上述步骤，就可以制造出散热器20，该散热器20包括含有晶粒尺寸以μm为单位的多晶金刚石作为主要成分的基座部分21，以及设置为从基座部分21突起的第一压接件221和第二压接件222。
然后，通过上述压接方法，将散热器20的第一压接件221压接到上述器件主体10b的发热部分12上，将第二压接件222压接到器件主体10b的不发热部分13上(参见图30)。一旦结束这个步骤，就完成了通过将散热器20安装到器件主体10b上所形成的电子器件1。
如上所述，根据第三实施例的散热器20包括具有相应于器件主体10表面的大的不规则性的不同表面粗糙度的第一压接件221和第二压接件222，因而可以提高散热器20与器件主体10b之间的粘附性，从而减小它们之间的热阻，导致冷却效果的进一步提高。这样，通过具有相应于器件主体10b表面的大的不规则性的表面粗糙度的散热器20，根据第三实施例的电子器件10使器件主体10b和散热器20可以彼此紧密地粘附，因而可以减小器件主体10b和散热器20之间的热阻，从而进一步提高冷却效果。
(其它实施例)应当理解，本发明不局限于上述典型实施例，并是可以应用于其中的散热器要求高冷却效率的电子器件，所述电子器件为包括安装在单个电路基片上的多个半导体芯片的电子器件、包括设置在电路基片上的半导体芯片和激光振荡器的电子器件等等。
至此，本发明提供一种具有高导热性和优良冷却效率的散热器以及包括这种散热器的电子器件。
而且，本发明提供一种具有高导热性和优良冷却效率的散热器的制造方法以及包括这种散热器的电子器件的制造方法。
权利要求
1.一种散热器，包括由绝缘金刚石形成的基座部分；和由绝缘金刚石形成并设置在所述基座部分上的多个压接件。
2.如权利要求1所述的散热器，其中所述绝缘金刚石由多晶金刚石形成。
3.如权利要求2所述的散热器，其中所述多晶金刚石具有以微米为单位的粒度。
4.如权利要求1所述的散热器，还包括固定基座元件，其设置在与其上设置有所述压接件的第一表面相对的所述基座部分的第二表面上，所述固定基座元件具有槽，以使所述基座部分可以卷曲。
5.一种电子器件，包括形成有器件的基片，该基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；和散热器，其具有由绝缘金刚石形成的基座部分、压接到所述基片的所述发热部分上的多个第一压接件以及压接到所述基片的所述不发热部分上的多个第二压接件，所述第一压接件和所述第二压接件由绝缘金刚石形成并且设置在所述基座部分上。
6.如权利要求5所述的电子器件，其中所述散热器的所述第一压接件和所述第二压接件分别以翘曲状态压接到所述发热部分和所述不发热部分上。
7.如权利要求5所述的电子器件，其中所述基片是半导体基片，以及所述发热部分是其中配置有包括元件的电路的区域，所述不发热部分是其中不配置所述元件的区域。
8.如权利要求5所述的电子器件，其中所述第一压接件和所述第二压接件配置为彼此分开。
9.如权利要求5所述的电子器件，还包括设置在与其上设置有所述第一压接件和所述第二压接件的第一表面相对的所述基座部分的第二表面上的固定基座元件，所述固定基座元件具有槽，以使所述基座部分可以卷曲。
10.如权利要求5所述的电子器件，其中所述散热器的所述多个第一压接件的高度不同于所述多个第二压接件的高度。
11.如权利要求5所述的电子器件，其中所述散热器通过所述多个第一压接件、所述基座部分和所述第二压接件中的每一个，将所述发热部分中产生的热扩散到所述不发热部分中。
12.一种散热器的制造方法，所述方法包括在绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜；形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔；在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模；选择性地除去所述多孔涂层膜；以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向，蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件。
13.如权利要求12所述的散热器的制造方法，其中通过阳极氧化处理形成所述大量孔。
14.一种电子器件的制造方法，所述方法包括生产形成有器件的基片，所述基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；通过以下步骤生产散热器在绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜，形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔，在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模，选择性地除去所述多孔涂层膜，以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向上蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件；以及将所述散热器的压接件压接到所述基片的所述发热部分和所述不发热部分的每一个上。
15.一种电子器件的制造方法，所述方法包括生产形成有器件的基片，所述基片在第一区域具有发热部分，在不同于所述第一区域的第二区域具有不发热部分；通过以下步骤生产散热器评估其上设置有所述发热部分和所述不发热部分的所述基片的表面上的台阶形状，蚀刻绝缘金刚石基片的表面，使得所述绝缘金刚石基片的表面对应于所述基片表面的台阶形状，在被蚀刻的所述绝缘金刚石基片的表面上形成多孔涂层膜，形成从所述多孔涂层膜的顶表面连接到与该顶表面相对的背表面的大量孔，在所述多孔涂层膜的孔内埋入掩模，选择性地除去所述多孔涂层膜，以及利用所述掩模作为蚀刻掩模，沿着从所述绝缘金刚石基片的顶表面朝着与该顶表面相对的背表面的厚度方向上蚀刻所述绝缘金刚石基片的一部分，从而形成多个压接件；以及将所述散热器的所述压接件压接到所述基片的所述发热部分和所述不发热部分的每一个上。
全文摘要
一种散热器包括由绝缘金刚石形成的基座部分和由绝缘金刚石形成并设置在基座部分上的多个压接件。
文档编号H05K7/20GK101038900SQ20071008853
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月17日
发明者小野富男, 酒井忠司, 佐久间尚志, 吉田博昭, 铃木真理子 申请人:株式会社东芝