オールダイヤモンド冷却構造のための微細加工法および最適構造の探索

全金刚石冷却结构微细加工方法及优化结构的探索

基本信息

批准号：
22K14163
负责人：
松前貴司
金额：
$ 3万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14163/
关键词：
ダイヤモンドインプリント微細構造ニッケル微細加工

项目摘要

半導体デバイスの微細化や高出力化に伴ってパワー密度が急増しており冷却の重要性が高まっている。その中で固体中最大の熱伝導率を持つダイヤモンドに微細なフィン構造を加工しヒートシンクとできれば、非常に高い放熱効率が実現できる。ダイヤモンドの高い硬度のため機械加工は難しく、本研究計画ではダイヤモンド微細加工工程の実現を目的として、Ni金型への固溶を用いた微細構造技術を研究した。加工工程は、1).微細Ni金型をダイヤモンドに加圧加熱、2).Ni金型を剥離し次のダイヤモンド基板加工に使用とできれば、ダイヤモンドヒートシンクが簡易に製造できるようになる。2022年度の研究では1).の工程を実証するため、Ni箔をダイヤモンド基板に加圧しながら加熱する研究を行った。本研究では純度>99%のNi箔を、5 mm角・0.3 mm厚のダイヤモンド基板と重ね合わせた試料を用いた。これらを200 Nで加圧しながら、500-1000℃で35分間加熱した。Ni箔とダイヤモンド基板は500℃では結合しなかったが、600℃以上でプレスすることで結合できた。900℃で加熱加圧した場合にて、加工後にNi箔を硝酸で除去し、またNi/ダイヤモンド間に発生したグラファイト層を除去した後、加工深さを段差系にて測定した。結果より4-8μm程度ダイヤモンドが削られていることがわかった。今後微細構造の作製とフィン構造を実現を目標に研究を進める。

随着半导体器件的小型化和高输出化，功率密度迅速提高，冷却的重要性也日益增加。金刚石这种固体中导热率最高的材料，如果能够制作出精细的翅片结构并用作散热器，则可以实现极高的散热效率。由于金刚石硬度高，加工难度大，在本研究项目中，我们研究了在镍模具中固溶的微结构技术，旨在实现金刚石微加工工艺。加工步骤为：1）用精细的Ni模具对金刚石进行加压和加热，2）剥离Ni模具并将其用于下一步的金刚石基板加工，从而可以轻松制造金刚石散热器。在2022年的研究中，为了演示过程1)，我们进行了将镍箔压在金刚石基板上的同时进行加热的研究。在本研究中，我们使用了纯度 >99% 的镍箔堆叠在 5 毫米见方、0.3 毫米厚的金刚石基板上的样品。将它们在500-1000℃下加热35分钟，同时施加200N的压力。尽管Ni箔和金刚石基体在500℃下不能粘合在一起，但在600℃以上的温度下可以通过压制将它们粘合在一起。当在900℃加热加压时，加工后用硝酸去除Ni箔，去除Ni/金刚石之间生成的石墨层，然后使用阶梯系统测量加工深度。结果显示，金刚石被削去约4-8μm。未来，我们将继续以创造微结构和实现翅片结构为目标进行研究。