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
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22K14163
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
松前 貴司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (10807431)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / インプリント / 微細構造 / ニッケル / 微細加工 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではダイヤモンドからなる次世代デバイス冷却構造のため「金属金型への固溶によるダイヤモンド高速微細加工」および「導電性ダイヤモンド層によるデバイス磁場の遮蔽」を実現する。ダイヤモンドは高温・高圧下にて金属に固溶することを利用し、ダイヤモンドへの微細金型の加圧加熱による流路加工を実現する。さらに絶縁性ダイヤモンドはデバイスからの交流磁場を遮蔽できないため、本研究では導電性ダイヤモンド層を用いた磁場遮蔽を実現する。これにより最高レベルの放熱効率・電気絶縁に加え、磁場遮蔽可能・低熱歪みである「究極のオールダイヤモンド放熱構造」が実現できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
次年度に実施予定の金型とダイヤモンド剥離技術において基礎技術が実証できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度ではNi伯を用いた加工を行ったが、微細加工した金型を用いて、ダイヤモンドにも微細構造を写し取る。また透磁性や放熱効率の評価を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
