【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱発生体に当接して熱の出入を行うために介在される製品及びその製品の製造方法に係り、例えば、熱伝導性の物体の表面にそれよりも熱伝導率の高い超微粒子を固着させる方法及び製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱発生体は発生した熱を効率的に放熱したり、又は逆に外部より熱供給を効率的に受けることが必要になる。そのため、熱発生体には熱出入用の製品が付設され、熱の出入を効率的に行うように構成されている。例えば、コンピュータ等に使用される半導体製品（ＣＰＵ）は連続使用により発熱し、その機能を正常に保持するために外部に熱を放散するためのヒートシンクが付設されている。図１４乃至図１６はその一例を示すものである。
【０００３】
図１７（ａ），（ｂ）に従来一般に使用されているヒートシンク１ａ，１ｂを示す。ヒートシンク１ａはアルミニウム材からなる基台４からなる。基盤１２を有する半導体製品６は基台４の表面に搭載され半導体製品６の熱放散を行うように形成されている。一方、ヒートシンク１ｂは多数のフィン５ｂ有する基台４ｂからなるが、基台４ｂの表面に銅体３を形成するものからなる。半導体製品６はこの銅体３上に搭載され熱放散される。
【０００４】
半導体製品６は以上の構造のヒートシンク１ａ，１ｂの表面に直接搭載されることが望ましいが、この接触面をミクロ的に観察するとかなり凹凸があり、半導体製品６はヒートシンク１ａ，１ｂ側に密着されず接触面積が小さくなり、熱伝導率が悪くなる不具合がある。このため、従来技術では図１８（ａ），（ｂ）に示すようにこのヒートシンク１ａ，１ｂの表面側と半導体製品６の基盤１２の下面側の熱放出面１０との間に介在物１１を介入する手段が採用されている。なお、図１８の（ａ），（ｂ）には半導体製品６の熱放出面１０に介在物１１が全面的に接触する場合が図示されているが、熱放出面１０が部分的に形成されている半導体製品（図示されていない）の場合は局部的に介在物１１が介設される。なお、図１８に（ａ），（ｂ）に示すように、ヒートシンク１ａや１ｂと半導体製品６とは締め付け具１３により固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
介在物１１としては各種のものがあるが、従来技術では図１８（ａ），（ｂ）に示すようにポリエステルフィルムパッキン１７の両面に放熱用シリコーンコンパウンド１８，１８を貼着し、この放熱用シリコーンコンパウンド１８，１８を半導体製品６の熱放出面１０及びヒートシンク１ａ又は１ｂの基台４の表面又は銅体３の表面に当接せしめるものが一般に採用されている。なお、ポリエステルフィルムパッキン１７の替わりにグラファイトシートを用いるものもある。以上の介在物１１は一応は熱伝導性シートとして評価されているものであるが、あくまでも樹脂シートや樹脂油であり、熱伝導性は低い。よって、半導体製品６の熱伝導性が悪く、これを補完するために大型のヒートシンクを用いたり、放熱用のファン１９の容量をアップさせざるを得ずコスト高となる。一方、半導体製品を用いたＣＰＵの発熱の益々の増大に追従できず、ＣＰＵの機能劣化の原因の一つとなる問題点がある。
【０００６】
一方、ダイヤモンドはその自体として熱伝導率の極めて高いものであり、銅の熱伝導率を３．９ｗ／ｃｍＫとするとダイヤモンドは９〜２０ｗ／ｃｍＫと極めて高い。よって、この熱伝導率の高いダイヤモンドの粒子をヒートシンクの表面に固着させることができ、かつその表面に半導体製品６をそのまま搭載できれば熱伝導性を極めて向上させることが可能になる。一方、ダイヤモンドは１００Å位以下の微粒子になると潤滑性を有することが知られているため、従来でもこの位のサイズのダイヤモンド微粒子をヒートシンク等に付着することが色々研究されていた。その一例として微粒子のダイヤモンドをニッケルにまぜてニッケル無電解メッキの手段を用いて工具刃物等に付着させいるが、ヒートシンクの銅，アルミニウム材に較べてニッケルの熱伝導率は低く、かつコスト高となり実用化は困難である。特に、この場合１００Å以上の微粒子でないと付着しない結果となり、表面粗さの点から採用できないものであった。更に、元々ニッケルは熱伝導性が悪く、前記の熱伝導性の向上のための手段としては不十分のものである。
【０００７】
本発明は、以上の事情に鑑みて、創案されたものであり、ヒートシンクのような物体の表面側に微細な凹穴や凹溝を形成し、この上にダイヤモンドの熱微粒子を乗せてこれを摺圧又は押圧するとイオン結合等によりダイヤモンド粒子が物体側に固着するとの実証に基づいて発明された物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、物体の表面の全面又は局部にバインダを用いることなく超微粒子を固着させる方法であって、該方法は、物体の表面側に多数の連続又は不連続の凹穴又は凹溝を形成する第１の手順と、前記凹穴や凹溝の寸法よりも小寸の前記超微粒子を直接前記物体の表面に摺圧又は押圧する第２の手順とからなることを特徴とする。バインダを用いないため、物体の表面に超微粒子のみが形成され、超微粒子の特性をそのまま発揮させることができる。
【０００９】
また、請求項２の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記超微粒子が、熱伝導性材質のものからなることを特徴とする。超微粒子が熱伝導性材質のため、物体表面を熱伝導性のあるものにすることができる。
【００１０】
また、請求項３の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記物体が熱伝導性材質のものからなり、前記超微粒子が前記物体よりも熱伝導率の高い熱伝導性材質からなることを特徴とする。物体を熱伝導性材質のものにし、その表面に固着される超微粒子をそれよりも高い熱伝導性を有するものにすることにより、物体の表面を高度の熱伝導性を有する形態にすることができる。
【００１１】
また、請求項４の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記物体が、金属，無機物質，有機物質のいずれかのものからなることを特徴とする。これにより、広範囲の物体に適用される。即ち、セラミックスにも適用可能となる。
【００１２】
また、請求項５の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記物体が、薄膜シート若しくは薄膜リボンであり、その両面又は片面に前記超微粒子を固着することを特徴とする。物体を薄膜の別体のものにすることにより熱発生体の任意の場所に手軽に適用され、使用範囲の拡大、取扱性の向上等が図れる。
【００１３】
また、請求項６の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記超微粒子が、数百ナノメータ以下の寸法のダイヤモンドの粉末，グラファイトダイヤモンド，ダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする。このサイズの超微粒子を用いると超微粒子のために空隙がなく、互いに粒子関係結合が生じ固化され、バインダを用いないで確実な固着が行われ、かつイオン結合的作用による固着性の向上効果を上げることができる。
【００１４】
また、請求項７の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記物体の表面側に形成される凹穴や凹溝が、レーザ加工によって形成されることを特徴とする。凹穴や凹溝の加工は各種手段が考えられるが、高精密な微細凹部の形成にはレーザ加工による高精度加工が最良である。
【００１５】
また、請求項８の物体の表面に超微粒子を固着させる方法は、前記凹穴，凹溝が、物体の表面に縦横，斜め，弧状に、渦巻状に、さらに方向性を有する形状のものから形成されることを特徴とする。凹溝形状を前記のように色々と変えることにより局部に形成でき、又は正確な超微粒子の固着が行われる。
【００１６】
また、請求項９の製品は、物体の表面の全面又は局部にバインダを用いることなく直接超微粒子を固着することを特徴とする。この製品は超微粒子の有する特性を有し、例えば、高効率熱出入体として使用可能となる。
【００１７】
また、請求項１０の製品は、前記超微粒子が、熱伝導性材質のものからなることを特徴とする。熱伝導性のある物体として本製品を使用することができる。
【００１８】
また、請求項１１の製品は、前記物体が、熱伝導性材質のものからなり、前記超微粒子が前記物体よりも熱伝導率の高い熱伝導性材質のものからなることを特徴とする。これにより、熱伝導性のある物体の表面をより高い熱伝導性のあるものにすることができる。
【００１９】
また、請求項１２の製品は、前記物体が、金属，無機物質，有機物質のいずれかのものからなる特徴とする。これにより、広範囲の物体、例えば、セラミックスにも適用される。
【００２０】
また、請求項１３の製品は、前記物体が、薄膜シート状又は薄膜リボン状のものからなり、その両面又は片面に前記超微粒子を固着することを特徴とする。介在物として使用されるため取扱性がよく、広範囲の場所に適用される。
【００２１】
また、請求項１４の製品は、前記超微粒子が数百ナノメータ以下のダイヤモンドの粉末，グラファイトダイヤモンド，グラファイトライクカーボンからなることを特徴とする。これにより、熱伝導性がよく、かつダイヤモンドの固着性のよい製品を提供できる。
【００２２】
また、請求項１５の製品は、前記物体の表面の全面又は局部に超微粒子を固着するために前記物体に形成される凹穴や凹溝がレーザ加工により形成され、前記超微粒子がこの凹穴や凹溝に摺圧又は押圧されて固着することを特徴とする。これにより、固着度の向上が図れる。
【００２３】
また、請求項１６の製品は、前記凹穴，凹溝が、物体の表面に縦横，斜め，弧状に，渦巻状に，さらに方向性を有する形状のものから形成されることを特徴とする。以上により局部に形成でき又は超微粒子の正確な固着ができる。
【００２４】
また、請求項１７の製品は、前記物体がヒートシンクであることを特徴とする。これにより、高熱伝導性のヒートシンクが形成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品の実施の形態を図面を参照して詳述する。まず、本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法について図３のフローチャートと図４乃至図７に示す模式図により説明する。まず、物体８の表面に多数の凹穴又は凹溝（図４は凹溝７を示す）を形成する（ステップ１００）。図４では凹溝７は縦横に形成されたものからなり、例えば、レーザ加工により形成される巾寸法約３５μｍで深さ約３５μｍ程度のＶ溝を多数本縦横に隣接して形成したものからなる。勿論、寸法や溝の形態は図示や前記内容のものに限定するものではない。
【００２６】
次に、図５に示すように前記のように形成した凹溝７の上に超微粒子９を乗せる（ステップ１０１）。この超微粒子９としては、例えば、ダイヤモンド粒子，グラファイトダイヤモンド，ダイヤモンドライクカーボン等が採用され、凹溝７の寸法が約３５μｍ程度の場合には５０Åの小径の超微粒子のダイヤモンド９が一例として採用される。
【００２７】
次に、図６に示すように、凹溝７内及び物体８の表面に搭載されている超微粒子９を摺圧又は押圧し（ステップ１０２）、凹溝７内及び物体８の表面に固着させる（ステップ１０３）。即ち、超微粒子９に圧力を加えながらこれを物体８の表面に摺接させることによりイオン結合効果等によりやや粘着性をおびたものに変化し、図７に示すように物体８と一体化し表面に超微粒子層２を形成する。超微粒子層には１００ナノメータ以下で空隙なく凹穴，凹溝７内に充填され固着される。以上により、図１（ａ），（ｂ）に示す製品が形成される（ステップ１０４）。なお、図１の製品はヒートシンク１ａ，１ｂを示しているが勿論これに限定するものではない。
【００２８】
図１に示すように、製品としてのヒートシンク１ａは多数のフィン５を有するアルミニウム材からなる基台４からなり、基台４の表面には超微粒子層２が前記した製造方法により形成される。また、ヒートシンク１ｂはアルミニウム材からなる基台４ｂと、その表面に一体的に形成されている銅体３と、前記の製造方法によって銅体３の表面に銅体と混在しながら形成される超微粒子層２とからなる。以上の構造のヒートシンク１ａ，１ｂの上面に、図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えば、熱発生体である半導体製品６を直接搭載することにより半導体製品６の基盤１２の下面の熱放出面１０が超微粒子層２の表面に隙間なく接し安定支持される。よって、半導体製品６内で発生した熱は超微粒子層２を介して基台４，４ｂへと導かれ、基台４，４ｂのフィン５，５ｂを介して放熱される。図２（ａ），（ｂ）の場合はヒートシンク１ａ，１ｂ側に超微粒子層２を形成して、その上に直接半導体製品６を搭載したものであるが、後に図１５及び図１６により説明する薄膜シート１４を介在させてもよい。また、ヒートシンク１ａ，１ｂ側と半導体製品６との接着を更に良好にするために放熱用シリコーンコンパンドに超微粒子のダイヤモンドを混在させた接着材を用いてもよい。
【００２９】
前記のように、超微粒子９がダイヤモンドの場合、この熱伝導率は９乃至２０ｗ／ｃｍＫであり、３．９ｗ／ｃｍＫの銅に較べて数倍高い。よって、従来のものに較べて熱伝導率は大幅に増加する。このため、半導体製品６を常時所望の温度状態に保持することができ、信頼性の向上や寿命の向上が図れる。また、逆に熱伝導率を従来のものと同様にすれば、ヒートシンク１ａとしては極めて小型のものでよく、コストダウン，省スペース化が図れる。なお、超微粒状のダイヤモンドは、爆発高温高圧法により大量に、かつ比較的安価に製造でき、安価に入手することが可能である。また、以上の説明のヒートシンク１ａについて述べたが、物体はこれに限定するものではなく、各種のものに適用され、その材質も金属，有機物質及び無機物質と範囲が極めて広い。
【００３０】
また、超微粒子９としては数百ナノメータ以下のものが用いられるが、この理由としては凹溝７等への固着性の点からであり、それ以上のものは固着性がかなり低下することが実証されている。
【００３１】
前記に説明したヒートシンク１ａ，１ｂの場合、図２及び図８に示すように、超微粒子層２はヒートシンク１ａの表面のほぼ全面にわたり形成された場合について説明したが、図９は局部的に超微粒子層２ａを形成した場合を示している。即ち、搭載される半導体製品６の接触面の形状に合わせて局部的に超微粒子層２ａが形成される場合もある。
【００３２】
図１０は物体８の表面に形成される凹穴や凹溝７の形状の１つを示すものであり、この凹溝７は図４と同じく縦横真直な筋の集りからなる。図１１は図１０と異なり斜線の凹溝７ａからなり、図１２は円弧状凹溝７ｂからなり、図１３は方向性を有する渦巻状の凹溝７ｃのものからなる。また、図１４は以上の凹溝７，７ａ等を混合したものからなる。なお、凹穴や凹溝の数は製品の性質や搭載される熱発生体の形状，形態等に対応して適宜設定される。また、凹穴や凹溝については前記のものに限定するものではなく、連続性のものに限らず不連続性のものでも勿論よい。
【００３３】
図１５は熱発生体（半導体製品）と物体（ヒートシンク等）との間に介在させて熱放熱を効果的に行うためのダイヤモンド薄膜シート１４を示す。このダイヤモンド薄膜シート１４は銅箔１５のような薄いシート材の表面又は両面に前記のように凹穴や凹溝を形成し、ここに超微粒子のダイヤモンドを摺圧又は押圧し超微粒子層１６を形成するものからなる。このダイヤモンド薄膜シート１４は図１６に示すように薄膜シート巻回体１４ａから適宜長さだけ引き出されてＡ−Ａ線に沿って切断されたものであり、任意の大きさのものを得ることができる。これにより、取扱性の向上、製作コストの低減等が図れる。
【００３４】
以上の説明において、物体８は半導体製品６のような熱発生体からの熱を吸収して放熱する場合について説明したが、その逆の場合、即ち、物体８側から熱発生体側に熱を与える場合についても適用される。また、前記のように物体はヒートシンク１等に限るものではなく、広範囲の用途に適用される。また、前記のように本発明の製品は直接熱発生体と接触する構造からなるが、前記のようにダイヤモンド等の高熱伝導体を含有したシリコーンコンパウンド等を介在物として介在させることも考えられる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来に較べて極めて高い熱伝導性を有する物体を製作することができ、その物体は熱の効率的出入を要するすべての部分に適用されるため大幅な用途拡大が図れる。また、構造が比較的簡便で、製作も比較的容易であり、多量に、かつ安価に提供することができる。また、ヒートシンクとして適用された場合は半導体製品（ＣＰＵ）の低熱化が図れ、品質の安定による信頼性の向上や寿命の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超微粒子層を形成した製品（ヒートシンク）を示す断面図であり、（ａ）は銅体のないもの（ｂ）は銅体のあるものを夫々示す。
【図２】本発明の製品（ヒートシンク）とこれに搭載される熱発生体である半導体製品の取付け状態を示す断面図。
【図３】本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を説明するためのフローチャート。
【図４】本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を説明するための模式図。
【図５】本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を説明するための模式図。
【図６】本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を説明するための模式図。
【図７】本発明の物体の表面に超微粒子を固着させる方法及び製品を説明するための模式図。
【図８】物体の表面全体に超微粒子層を形成した製品を示す平面図。
【図９】物体の表面の局部に超微粒子層を形成した製品を示す平面図。
【図１０】物体の表面に縦横に形成される凹溝を示す模式平面図。
【図１１】物体の表面に斜線として形成される凹溝を示す模式的平面図。
【図１２】物体の表面に弧状に形成される凹溝を示す模式的平面図。
【図１３】物体の表面に方向性を有する渦巻状として形成される凹溝を示す模式的平面図。
【図１４】図１０乃至図１３の凹溝の一部又はすべてを組合わせてなる凹溝を示す模式的平面図。
【図１５】本発明のダイヤモンド薄膜シートを示す斜視図。
【図１６】図１５のダイヤモンド薄膜シートの巻回体からの切断作成容量を示す模式図。
【図１７】従来のヒートシンクの概要構造を示す斜視図（ａ）は銅体のないもの（ｂ）は銅体のあるもの。
【図１８】従来のヒートシンク上にシリコンシート等を用いて搭載される半導体製品等を示す断面図。
【符号の説明】
１ 製品
１ａ ヒートシンク
１ｂ ヒートシンク
２ 超微粒子層
２ａ 超微粒子層
３ 銅体
４ 基台
４ｂ 基台
５ フィン
５ｂ フィン
６ 半導体製品
７ 凹溝
７ａ 凹溝
７ｂ 凹溝
７ｃ 凹溝
８ 物体
９ 超微粒子
１０ 熱放出面
１１ 介在物
１２ 基盤
１３ 締め付け具
１４ ダイヤモンド薄膜シート
１５ 銅箔
１６ 超微粒子層
１９ ファン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a product and a method of manufacturing the product which are interposed for bringing heat in and out in contact with a heat generator, for example, a superconductive material having a higher heat conductivity on the surface of a heat conductive object. The present invention relates to a method and a product for fixing fine particles.
[0002]
[Prior art]
It is necessary for the heat generator to efficiently radiate the generated heat or, conversely, to efficiently receive heat from the outside. For this reason, a product for heat input / output is attached to the heat generator, so that heat is input / output efficiently. For example, a semiconductor product (CPU) used for a computer or the like generates heat by continuous use, and a heat sink for dissipating heat to the outside is provided in order to normally maintain its function. 14 to 16 show one example thereof.
[0003]
FIGS. 17A and 17B show heat sinks 1a and 1b conventionally used generally. The heat sink 1a includes a base 4 made of an aluminum material. The semiconductor product 6 having the base 12 is mounted on the surface of the base 4 so as to dissipate heat of the semiconductor product 6. On the other hand, the heat sink 1b is composed of a base 4b having a number of fins 5b, and is formed of a copper body 3 formed on the surface of the base 4b. The semiconductor product 6 is mounted on the copper body 3 and dissipates heat.
[0004]
It is desirable that the semiconductor product 6 be directly mounted on the surfaces of the heat sinks 1a and 1b having the above structure. However, when this contact surface is observed microscopically, the semiconductor product 6 has considerable irregularities, and the semiconductor product 6 is closely attached to the heat sinks 1a and 1b. However, there is a problem that the contact area is reduced and the thermal conductivity is deteriorated. For this reason, in the prior art, as shown in FIGS. 18A and 18B, an intervening body 11 is provided between the surface side of the heat sinks 1a and 1b and the heat emitting surface 10 on the lower side of the base 12 of the semiconductor product 6. Means of intervention are employed. 18 (a) and 18 (b) show the case where the inclusion 11 is in full contact with the heat emitting surface 10 of the semiconductor product 6, but the heat emitting surface 10 is partially formed. In the case of a semiconductor product (not shown), an inclusion 11 is locally provided. As shown in FIGS. 18A and 18B, the heat sinks 1a and 1b and the semiconductor product 6 are fixed by the fastener 13.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
There are various types of inclusions 11, but in the prior art, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b), silicone compounds 18 for heat dissipation are adhered to both surfaces of a polyester film packing 17, and this heat dissipation material is used. In general, the silicone compound 18 is brought into contact with the heat release surface 10 of the semiconductor product 6, the surface of the base 4 of the heat sink 1a or 1b, or the surface of the copper body 3. In some cases, a graphite sheet is used instead of the polyester film packing 17. The above-mentioned inclusions 11 are evaluated as a thermally conductive sheet for the time being, but are only resin sheets or resin oils, and have low thermal conductivity. Therefore, the thermal conductivity of the semiconductor product 6 is poor, and a large heat sink must be used to compensate for the poor thermal conductivity, and the capacity of the fan 19 for heat radiation must be increased, resulting in an increase in cost. On the other hand, there is a problem that it is not possible to keep up with the increasing heat generation of the CPU using the semiconductor product, which is one of the causes of the deterioration of the function of the CPU.
[0006]
On the other hand, diamond itself has an extremely high thermal conductivity. If the thermal conductivity of copper is 3.9 w / cmK, diamond is extremely high at 9 to 20 w / cmK. Therefore, if the diamond particles having a high thermal conductivity can be fixed to the surface of the heat sink and the semiconductor product 6 can be directly mounted on the surface, the thermal conductivity can be significantly improved. On the other hand, since diamond is known to have lubricity when it becomes fine particles of about 100 ° or less, various studies have been made on attaching diamond fine particles of this size to a heat sink or the like. As an example, fine diamond particles are mixed with nickel and adhered to tool blades using nickel electroless plating. However, the heat conductivity of nickel is lower and the cost is higher than copper and aluminum materials for heat sinks. Practical application is difficult. In particular, in this case, if the particles are not more than 100 °, the particles will not adhere, and cannot be adopted from the viewpoint of surface roughness. Further, nickel originally has poor thermal conductivity, and is insufficient as a means for improving the thermal conductivity.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been devised.A minute concave hole or concave groove is formed on the surface side of an object such as a heat sink, and hot diamond particles of diamond are placed thereon, and this It is an object of the present invention to provide a method and a product in which ultrafine particles are fixed to the surface of an object invented based on the demonstration that diamond particles are fixed to an object side by ion bonding or the like when sliding pressure or pressing is performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in order to achieve the above object, the method for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to claim 1 is a method for fixing ultrafine particles without using a binder on the entire surface of the object or locally. The method comprises: a first step of forming a large number of continuous or discontinuous concave holes or grooves on the surface side of the object; and directly applying the ultrafine particles smaller than the dimensions of the concave holes or grooves. A second step of sliding or pressing the surface of the object. Since no binder is used, only the ultrafine particles are formed on the surface of the object, and the characteristics of the ultrafine particles can be exhibited as they are.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for fixing ultrafine particles on a surface of an object, wherein the ultrafine particles are made of a heat conductive material. Since the ultrafine particles are a thermally conductive material, the surface of the object can be made thermally conductive.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the method of fixing ultrafine particles on the surface of an object, the object is made of a heat conductive material, and the ultrafine particles are made of a heat conductive material having a higher heat conductivity than the object. It is characterized by. By making the object a heat conductive material and making the ultrafine particles adhered to its surface have higher thermal conductivity, the surface of the object can be made into a form with high thermal conductivity. it can.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for fixing ultrafine particles on a surface of an object, wherein the object is made of any one of a metal, an inorganic substance, and an organic substance. Thereby, it is applied to a wide range of objects. That is, it can be applied to ceramics.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for fixing ultra-fine particles on a surface of an object, wherein the object is a thin film sheet or a thin film ribbon, and the ultra-fine particles are fixed on both surfaces or one surface thereof. By forming the object as a separate thin film, the object can be easily applied to any place of the heat generating body, and the range of use can be expanded and the handling property can be improved.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method of fixing ultrafine particles on the surface of an object, wherein the ultrafine particles are made of diamond powder, graphite diamond, or diamond-like carbon having a size of several hundred nanometers or less. When ultrafine particles of this size are used, there are no voids due to the ultrafine particles, and the particles are bonded to each other by solidification, solidification is performed without using a binder, and the effect of improving the adhesion due to the ionic bonding effect is improved. Can be raised.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of fixing ultrafine particles on a surface of an object, wherein the concave hole or the groove formed on the surface side of the object is formed by laser processing. Various methods can be considered for processing the concave holes and grooves, but high-precision processing by laser processing is best for forming highly precise fine concave portions.
[0015]
The method for fixing ultra-fine particles on the surface of an object according to claim 8 is characterized in that the concave holes and the concave grooves have a shape that has vertical, horizontal, oblique, arcuate, spiral, and directional shapes on the surface of the object. It is characterized by being formed. By variously changing the shape of the concave groove as described above, it can be formed locally, or accurate fixing of ultrafine particles is performed.
[0016]
The product according to claim 9 is characterized in that ultrafine particles are directly adhered to the entire surface of the object or to a local area without using a binder. This product has the properties of ultrafine particles and can be used, for example, as a high-efficiency heat input / output element.
[0017]
The product of claim 10 is characterized in that the ultrafine particles are made of a heat conductive material. The product can be used as a thermally conductive object.
[0018]
Further, a product according to claim 11 is characterized in that the object is made of a heat conductive material, and the ultrafine particles are made of a heat conductive material having higher heat conductivity than the object. Thereby, the surface of the heat conductive object can be made to have higher heat conductivity.
[0019]
The product according to claim 12 is characterized in that the object is made of any one of a metal, an inorganic substance, and an organic substance. Accordingly, the present invention is applied to a wide range of objects, for example, ceramics.
[0020]
A product according to a thirteenth aspect is characterized in that the object is formed of a thin film sheet or a thin film ribbon, and the ultrafine particles are fixed to both surfaces or one surface thereof. Since it is used as an inclusion, it is easy to handle and can be applied to a wide range of places.
[0021]
The product of claim 14 is characterized in that the ultrafine particles are made of diamond powder having a diameter of several hundred nanometers or less, graphite diamond, and graphite-like carbon. This makes it possible to provide a product having good thermal conductivity and good diamond adhesion.
[0022]
Further, in the product according to claim 15, a concave hole or a groove formed in the object is formed by laser processing in order to fix the ultrafine particles on the entire surface or a local portion of the surface of the object, and the ultrafine particles are formed in the concave hole. And is fixed by sliding pressure or pressing on the groove. Thereby, the degree of fixation can be improved.
[0023]
According to a sixteenth aspect of the present invention, the concave hole and the concave groove are formed in a shape having vertical, horizontal, oblique, arcuate, spiral, and directional shapes on the surface of the object. As described above, it can be formed locally or the ultrafine particles can be accurately fixed.
[0024]
The product according to claim 17 is characterized in that the object is a heat sink. As a result, a heat sink having high thermal conductivity is formed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the method for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 3 and the schematic diagrams shown in FIGS. First, a number of concave holes or grooves (FIG. 4 shows the concave grooves 7) are formed on the surface of the object 8 (step 100). In FIG. 4, the concave grooves 7 are formed vertically and horizontally. For example, a large number of V grooves formed by laser processing and having a width of about 35 μm and a depth of about 35 μm are formed adjacent to each other vertically and horizontally. . Of course, the dimensions and the shape of the grooves are not limited to those shown and described above.
[0026]
Next, as shown in FIG. 5, the ultrafine particles 9 are placed on the concave grooves 7 formed as described above (step 101). As the ultrafine particles 9, for example, diamond particles, graphite diamond, diamond-like carbon and the like are employed. When the size of the concave groove 7 is about 35 μm, ultrafine diamond 9 having a small diameter of 50 ° is employed as an example. You.
[0027]
Next, as shown in FIG. 6, the ultrafine particles 9 mounted in the concave groove 7 and on the surface of the object 8 are slid or pressed (Step 102) to be fixed to the inside of the concave groove 7 and the surface of the object 8. (Step 103). In other words, by applying pressure to the ultrafine particles 9 and bringing them into sliding contact with the surface of the object 8, the ultrafine particles 9 become slightly tacky due to an ionic bonding effect or the like, and as shown in FIG. Then, the ultrafine particle layer 2 is formed. The ultrafine particle layer is filled and fixed in the concave hole and the concave groove 7 with a gap of 100 nm or less without a gap. Thus, the product shown in FIGS. 1A and 1B is formed (Step 104). Note that the product in FIG. 1 shows the heat sinks 1a and 1b, but is not limited to this.
[0028]
As shown in FIG. 1, a heat sink 1a as a product includes a base 4 made of an aluminum material having a large number of fins 5, and an ultrafine particle layer 2 is formed on the surface of the base 4 by the above-described manufacturing method. In addition, the heat sink 1b includes a base 4b made of an aluminum material, a copper body 3 integrally formed on the surface thereof, and a super body formed on the surface of the copper body 3 while being mixed with the copper body by the above-described manufacturing method. And a fine particle layer 2. As shown in FIGS. 2A and 2B, for example, as shown in FIGS. 2A and 2B, the semiconductor product 6 which is a heat generator is directly mounted on the upper surfaces of the heat sinks 1a and 1b to form the lower surface of the base 12 of the semiconductor product 6. Is in contact with the surface of the ultrafine particle layer 2 without any gap and is stably supported. Therefore, the heat generated in the semiconductor product 6 is guided to the bases 4 and 4b through the ultrafine particle layer 2, and is radiated through the fins 5 and 5b of the bases 4 and 4b. 2A and 2B, the ultrafine particle layer 2 is formed on the side of the heat sinks 1a and 1b, and the semiconductor product 6 is directly mounted thereon. This will be described later with reference to FIGS. A thin film sheet 14 may be interposed. Further, in order to further improve the adhesion between the heat sinks 1a and 1b and the semiconductor product 6, an adhesive in which ultrafine diamond particles are mixed in a silicone compound for heat radiation may be used.
[0029]
As described above, when the ultrafine particles 9 are diamond, the thermal conductivity is 9 to 20 w / cmK, which is several times higher than that of 3.9 w / cmK copper. Therefore, the thermal conductivity is greatly increased as compared with the conventional one. For this reason, the semiconductor product 6 can be always maintained at a desired temperature state, and the reliability and the life can be improved. Conversely, if the heat conductivity is made the same as that of the conventional heat sink, the heat sink 1a may be extremely small, and cost reduction and space saving can be achieved. It should be noted that ultrafine diamond can be produced in large quantities and relatively inexpensively by the explosive high-temperature and high-pressure method, and can be obtained at low cost. Also, the heat sink 1a described above has been described, but the object is not limited to this, but can be applied to various objects, and the material thereof is extremely wide in a range of metals, organic substances, and inorganic substances.
[0030]
Further, the ultrafine particles 9 having a size of several hundred nanometers or less are used, because the reason for this is from the viewpoint of the adhesion to the groove 7 and the like. Have been.
[0031]
In the case of the heat sinks 1a and 1b described above, the case where the ultrafine particle layer 2 is formed over almost the entire surface of the heat sink 1a as shown in FIGS. 2 and 8 has been described. The case where the fine particle layer 2a is formed is shown. That is, the ultrafine particle layer 2a may be locally formed in accordance with the shape of the contact surface of the semiconductor product 6 to be mounted.
[0032]
FIG. 10 shows one of the shapes of the concave hole or the concave groove 7 formed on the surface of the object 8, and the concave groove 7 is composed of a group of straight and vertical straight lines as in FIG. FIG. 11 differs from FIG. 10 in that it comprises a hatched groove 7a, FIG. 12 comprises an arc-shaped groove 7b, and FIG. 13 comprises a spiral groove 7c having directionality. FIG. 14 is a mixture of the above-mentioned concave grooves 7, 7a and the like. The number of the concave holes and the concave grooves is appropriately set according to the properties of the product and the shape and form of the mounted heat generating body. Further, the concave holes and the concave grooves are not limited to those described above, and are not limited to continuous ones, but may be discontinuous ones.
[0033]
FIG. 15 shows a diamond thin film sheet 14 interposed between a heat generator (semiconductor product) and an object (heat sink or the like) to effectively dissipate heat. The diamond thin film sheet 14 has concave holes or grooves formed on the surface or both surfaces of a thin sheet material such as a copper foil 15 as described above, and the ultrafine diamond is slid or pressed thereon to form the ultrafine particle layer 16. Consists of what forms. As shown in FIG. 16, the diamond thin film sheet 14 is pulled out from the thin film sheet roll 14a by an appropriate length and cut along the line AA. it can. As a result, it is possible to improve the handleability, reduce the manufacturing cost, and the like.
[0034]
In the above description, the case where the object 8 absorbs heat from the heat generating body such as the semiconductor product 6 and dissipates heat has been described. However, the reverse case, that is, heat is applied from the object 8 side to the heat generating body side. The case also applies. Further, as described above, the object is not limited to the heat sink 1 or the like, but is applied to a wide range of uses. Further, as described above, the product of the present invention has a structure in direct contact with the heat generator, but it is also conceivable that a silicone compound containing a high heat conductor such as diamond is interposed as an intervening material as described above.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to manufacture an object having extremely high thermal conductivity as compared with the related art, and the object is applied to all parts that require efficient heat input and output, so that the use can be greatly expanded. In addition, the structure is relatively simple, the manufacture is relatively easy, and it can be provided in large quantities at low cost. Further, when applied as a heat sink, the heat of a semiconductor product (CPU) can be reduced, and the reliability and the life can be improved by stabilizing the quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a product (heat sink) on which an ultrafine particle layer of the present invention is formed, wherein (a) shows a product without a copper body and (b) shows a product with a copper body.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a mounting state of a product (heat sink) of the present invention and a semiconductor product which is a heat generator mounted on the product.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic view for explaining a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a method and a product for fixing ultrafine particles on the surface of an object according to the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a product having an ultrafine particle layer formed on the entire surface of an object.
FIG. 9 is a plan view showing a product in which an ultrafine particle layer is formed locally on the surface of an object.
FIG. 10 is a schematic plan view showing concave and vertical grooves formed on the surface of an object.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a groove formed as oblique lines on the surface of the object.
FIG. 12 is a schematic plan view showing concave grooves formed in an arc shape on the surface of an object.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a concave groove formed as a spiral having directivity on the surface of an object.
FIG. 14 is a schematic plan view showing a groove formed by combining some or all of the grooves shown in FIGS. 10 to 13;
FIG. 15 is a perspective view showing a diamond thin film sheet of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing the capacity of cutting the diamond thin film sheet of FIG. 15 from a roll.
17 (a) is a perspective view showing a schematic structure of a conventional heat sink, and FIG. 17 (b) is a perspective view showing a structure without a copper body.
FIG. 18 is a sectional view showing a semiconductor product or the like mounted on a conventional heat sink using a silicon sheet or the like.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 product 1a heat sink 1b heat sink 2 ultrafine particle layer 2a ultrafine particle layer 3 copper body 4 base 4b base 5 fin 5b fin 6 semiconductor product 7 concave groove 7a concave groove 7b concave groove 7c concave groove 8 object 9 ultrafine particles 10 heat release Surface 11 Inclusions 12 Base 13 Clamping tool 14 Diamond thin film sheet 15 Copper foil 16 Ultrafine particle layer 19 Fan
