JPH04362096A - Production of heat transfer fin - Google Patents
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Abstract
Description
［発明の目的］ [Purpose of the invention]
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス等や各
種機器の放熱のために用いられるダイヤモンドの伝熱フ
ィンの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing diamond heat transfer fins used for heat radiation of semiconductor devices and various types of equipment.
【０００２】0002
【従来の技術】近年、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を中
心とした気相成長法によりダイヤモンドの合成が可能と
なり、このような合成ダイヤモンドの工業的応用が種々
考えられている（『ダイヤモンド薄膜』犬塚、澤邊、産
業図書、１９８７年等参照）。例えば発熱による性能劣
化や寿命低下が大きな問題となるような個別半導体デバ
イスにおいては、ヒートシンクとしてのダイヤモンドの
適用が検討されている。[Prior Art] In recent years, it has become possible to synthesize diamonds using chemical vapor deposition (CVD) and other vapor phase growth methods, and various industrial applications of such synthetic diamonds are being considered (see "Diamond (See "Thin Film" by Inuzuka, Sawabe, Sangyo Tosho, 1987, etc.). For example, the use of diamond as a heat sink is being considered for individual semiconductor devices where performance deterioration and shortened lifespan due to heat generation are major problems.
【０００３】ダイヤモンドがヒートシンクの材料として
着目される最大の理由は、９０〜１２００Ｋの温度領域
において物質中で最高の熱伝導率をもつため、効率のよ
い熱の発散が期待できるからである。The main reason why diamond attracts attention as a material for heat sinks is that it has the highest thermal conductivity among substances in the temperature range of 90 to 1,200 K, so it can be expected to dissipate heat efficiently.
【０００４】ダイヤモンドのもつ高熱伝導性を生かした
部材、すなわちダイヤモンド伝熱体は、半導体デバイス
におけるような発熱問題対策上の用途ばかりでなく、伝
熱による熱の損失を極力低減させ熱交換を効率よく行な
うための熱交換器や、優れた温度応答性をもつ温度セン
サなどへの幅広い用途が期待される。Components that take advantage of the high thermal conductivity of diamond, that is, diamond heat transfer bodies, are not only used to counter heat generation problems such as in semiconductor devices, but also to minimize heat loss due to heat transfer and improve heat exchange efficiency. It is expected to have a wide range of applications, such as heat exchangers for high performance and temperature sensors with excellent temperature responsiveness.
【０００５】これらの応用に際して、気相合成されたダ
イヤモンドは、基体上に形成された薄膜の形態、あるい
は厚膜化により得られた板状の形態で利用される（特開
昭６０−１２８６２５ など）。また、天然ダイヤモン
ドや高圧合成されたダイヤモンドは、カット後に表面研
磨された板状の状態で利用される（特開昭６０−１５５
６００ 、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．１
１（１９６７）ｐ２９２ 、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．Ｖｏｌ．１７（１９７０）ｐ１０９ 、Ｐｒｏｃ
．ＩＥＥＥ ５５（１９６７）ｐ１６１７ など）。こ
れらの薄膜または板のいずれの形態のダイヤモンドも、
不可避的に形成された表面のミクロな凹凸やミクロな亀
裂を除いて平らな表面を有している。このような平らな
表面を有した膜や板が利用される理由は、設計の容易さ
、製造の容易さ、機器や素子への適用の容易さなどに加
えて、それらの機器や素子に当面必要とされる機能を発
揮できるからである。[0005] In these applications, diamond synthesized in a vapor phase is used in the form of a thin film formed on a substrate, or in the form of a plate obtained by thickening the film (see Japanese Patent Laid-Open No. 128625/1983, etc.). ). In addition, natural diamonds and high-pressure synthesized diamonds are used in the form of a plate whose surface is polished after cutting (Japanese Patent Laid-Open No. 60-155
600, Appl. Phys. Lett. Vol. 1
1 (1967) p292, Appl. Phys. Le
tt. Vol. 17 (1970) p109, Proc.
．． IEEE 55 (1967) p1617, etc.). Diamonds in either of these thin film or plate forms are
It has a flat surface with the exception of unavoidably formed microscopic irregularities and microcracks. The reasons why films and plates with such flat surfaces are used include ease of design, ease of manufacture, and ease of application to devices and devices, as well as the ease of application to devices and devices. This is because it can perform the required functions.
【０００６】もし、熱交換の相手である気体や液体など
の流体にたいする接触面積を大きくとることができる伝
熱フィンがあれば、単位時間に流れる熱エネルギーを増
加できるために放熱や熱交換の効率が一層向上するもの
と考えられる。このような伝熱フィンは、小型でかつ素
子の集積度が高いため単位面積あたりの発熱量が大きい
ＬＳＩ用のヒートシンクや冷却フィンとして、また、単
一素子であるが高パワー化にともなって発熱量の増加が
避けられない半導体デバイスのヒートシンクや冷却フィ
ンとして、また、高温や低温条件でより一層の伝熱効率
の向上が要求される熱交換器の部材としての用途など広
範囲の応用が期待できる。[0006] If there were heat transfer fins that could increase the contact area with the fluid such as gas or liquid that is the partner of heat exchange, the efficiency of heat radiation and heat exchange would increase because the thermal energy flowing per unit time could be increased. It is thought that this will further improve. These heat transfer fins are used as heat sinks and cooling fins for LSIs that generate a large amount of heat per unit area due to their small size and high degree of element integration. It can be expected to find a wide range of applications, including as heat sinks and cooling fins for semiconductor devices, where an increase in volume is unavoidable, and as a component of heat exchangers, which require further improvement in heat transfer efficiency under high and low temperature conditions.
【０００７】ダイヤモンドの伝熱フィンを製造する方法
としては、予めフィンの形状に加工したダイヤモンドを
ろう材や接着剤を用いて基体に接着したりあるいは機械
的に固定する方法が考えられる。このような伝熱フィン
では、基体とダイヤモンドフィンの中間にろう材や接着
剤などのバインダー層があること、固定部での接触面積
が十分にとれないことなどに起因して伝熱効率の低下は
避けられない。[0007] As a method for manufacturing diamond heat transfer fins, there may be a method in which a diamond that has been processed into a fin shape in advance is adhered to a substrate using a brazing material or an adhesive, or mechanically fixed. In such heat transfer fins, heat transfer efficiency decreases due to the presence of a binder layer such as brazing material or adhesive between the base and the diamond fin, and insufficient contact area at the fixed part. Inevitable.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前述したように、取り
扱う単位面積当たりの熱量が従来よりもはるかに大きい
素子や機器に対しても適用できるダイヤモンドの伝熱フ
ィンの実現が望まれている。基体と接する部分にろう材
や接着剤などのバインダー層を持たずに基体と一体化し
たダイヤモンドの伝熱フィンを製造する方法を提供する
ことにある。
［発明の構成］As mentioned above, it is desired to realize a diamond heat transfer fin that can be applied to elements and equipment that handle a much larger amount of heat per unit area than conventional devices. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a diamond heat transfer fin that is integrated with a base without having a binder layer such as a brazing material or an adhesive on the part in contact with the base. [Structure of the invention]
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、基体
上に配向成長したダイヤモンド結晶粒と非ダイヤモンド
炭素物質からなる混合層を形成する工程（第１工程）と
、前記非ダイヤモンド炭素物質を選択的に除去する工程
（第２工程）と、前記ダイヤモンド結晶粒上にダイヤモ
ンドを成長させる工程（第３工程）を行なうことを特徴
とするものである。[Means and effects for solving the problems] The present invention provides a step (first step) of forming a mixed layer of oriented diamond crystal grains and non-diamond carbon material on a substrate, and This method is characterized by performing a step of selectively removing (second step) and a step of growing diamond on the diamond crystal grains (third step).
【００１０】すなわち本発明は、第１工程と第３工程で
炭素を構成成分とする化学種からなるガス（以下、炭素
源ガスという）と水素とを含有した原料ガスを放電また
は加熱によって分解、励起する反応過程を制御して、気
相からダイヤモンドや非ダイヤモンド炭素物質を析出さ
せる手段を用い、第２工程で非ダイヤモンド炭素物質を
エッチングする手段を用いた製造方法である。That is, in the first step and the third step, the raw material gas containing hydrogen and a gas consisting of chemical species having carbon as a constituent component (hereinafter referred to as carbon source gas) is decomposed by electric discharge or heating. This is a manufacturing method that uses a method of controlling the excited reaction process to precipitate diamond or non-diamond carbon material from the gas phase, and etching the non-diamond carbon material in the second step.
【００１１】気相からダイヤモンドや非ダイヤモンド炭
素物質を析出させる際の炭素源ガスとしては、ガス化し
た炭素やメタン、エタン、プロパン、アセチレン、アセ
トン、メタノール、エタノール、ブタノール、アセトア
ルデヒド、一酸化炭素、二酸化炭素などのガスが挙げら
れる。[0011] Carbon source gases for depositing diamonds and non-diamond carbon substances from the gas phase include gasified carbon, methane, ethane, propane, acetylene, acetone, methanol, ethanol, butanol, acetaldehyde, carbon monoxide, Examples include gases such as carbon dioxide.
【００１２】また、ダイヤモンドや非ダイヤモンド炭素
物質を析出させる具体的な方法としては、熱フィラメン
トによる熱分解を利用する化学気相成長法、基体への電
子衝撃を与えて分解、励起を促進させる化学気相成長法
、マイクロ波放電や直流放電によるプラズマを用いた化
学気相成長法などが挙げられる。ダイヤモンドや非ダイ
ヤモンド炭素物質を析出させるための反応条件について
簡単に説明する。[0012] Specific methods for depositing diamond and non-diamond carbon materials include chemical vapor deposition that utilizes thermal decomposition using a hot filament, and chemical vapor deposition that promotes decomposition and excitation by applying electron bombardment to the substrate. Examples include a vapor phase growth method and a chemical vapor growth method using plasma generated by microwave discharge or direct current discharge. The reaction conditions for precipitating diamond and non-diamond carbon materials will be briefly explained.
【００１３】炭素源ガスと水素とを含む原料ガス中の炭
素源ガス濃度は、基体上への析出物の性質を変化させる
重要な条件である。この条件に関しては、後により詳細
に説明する。The concentration of the carbon source gas in the source gas containing the carbon source gas and hydrogen is an important condition that changes the properties of deposits on the substrate. This condition will be explained in more detail later.
【００１４】反応圧力は、ダイヤモンドの成長速度に大
きく影響する条件であるが、他の反応条件によっても左
右されるため特に限定されない。一般には、圧力が高い
と反応に寄与する炭素の濃度が高まることに起因して析
出速度が増加する。結晶性の良いダイヤモンドを成長さ
せるためには合成反応の方法に応じた適切な圧力に設定
することが好ましい。例えば、プラズマを用いた化学気
相成長法の場合は、０．１〜１０００Ｔｏｒｒ． の範
囲が望ましい。The reaction pressure is a condition that greatly influences the growth rate of diamond, but is not particularly limited because it is also influenced by other reaction conditions. Generally, when the pressure is high, the precipitation rate increases due to the increased concentration of carbon contributing to the reaction. In order to grow diamond with good crystallinity, it is preferable to set the pressure appropriately depending on the method of synthesis reaction. For example, in the case of chemical vapor deposition using plasma, the pressure is 0.1 to 1000 Torr. range is desirable.
【００１５】ガスの流量は、各気相成長法や装置の規模
にも左右されるため、特に限定されない。一般的には、
反応によって消費された原料ガスを補充でき、かつ反応
によって生成した不要なガス成分を反応容器外に排出で
きる程度のガスの流れがあればよい。[0015] The flow rate of the gas is not particularly limited, since it depends on each vapor phase growth method and the scale of the apparatus. In general,
It is sufficient to have a gas flow sufficient to replenish the raw material gas consumed by the reaction and to discharge unnecessary gas components generated by the reaction to the outside of the reaction vessel.
【００１６】原料ガスの分解、励起を制御する条件、基
体温度を制御する条件も、特に限定されず、各気相成長
法に応じた反応条件を設定すればよい。例えば、熱フィ
ラメント法ではフィラメントを２０００℃程度に加熱す
ることが望ましい。また、直流放電を用いた化学気相成
長法では、放電としては正規グロー放電よりもアーク放
電側の領域を必要とするので、直流印加電圧を、両極間
距離及び反応圧力一定の条件下における正規グロー放電
時の両極間電圧と同等か又は高い値に規定することが好
ましい。基体温度は６００〜１０００℃の範囲とするこ
とが好ましい。次に、炭素源ガスと水素とを含む原料ガ
ス中の炭素源ガス濃度と、ダイヤモンドや非ダイヤモン
ド炭素物質などの析出物との関係を詳細に説明する。The conditions for controlling the decomposition and excitation of the source gas and the conditions for controlling the substrate temperature are not particularly limited either, and reaction conditions may be set in accordance with each vapor phase growth method. For example, in the hot filament method, it is desirable to heat the filament to about 2000°C. In addition, in the chemical vapor deposition method using DC discharge, the area on the arc discharge side is required for the discharge compared to the normal glow discharge, so the DC applied voltage is adjusted to the normal It is preferable to specify a value equal to or higher than the voltage between the electrodes during glow discharge. The substrate temperature is preferably in the range of 600 to 1000°C. Next, the relationship between the carbon source gas concentration in the raw material gas containing carbon source gas and hydrogen and precipitates such as diamond and non-diamond carbon substances will be explained in detail.
【００１７】炭素源ガス濃度が低い条件では、ダイヤモ
ンドは基体に対して特に配向性をもたず等方的に成長し
、双晶が重なりあった多重双晶粒子が得られる。この成
長様式では、基体表面に平行な方向に対しても成長が進
むことから、隣り合うダイヤモンド粒子間での粒子の合
体あるいは接合がなされ、膜形成に至る。Under conditions where the carbon source gas concentration is low, diamond grows isotropically with no particular orientation with respect to the substrate, resulting in multi-twinned grains in which twins overlap. In this growth mode, since growth also progresses in a direction parallel to the substrate surface, adjacent diamond particles coalesce or join together, leading to film formation.
【００１８】炭素源ガス濃度が高い条件では、ダイヤモ
ンドは特定な配向性を持って異方的に成長し、柱状構造
の結晶粒が得られる。このような柱状のダイヤモンド結
晶は、いわゆる配向成長している。この成長様式では、
基体表面に対し一定な方向に成長が進むことから、ダイ
ヤモンドの核形成密度が小さい場合には、隣り合うダイ
ヤモンド粒子間での粒子の合体あるいは接合は起こりに
くい。Under conditions where the carbon source gas concentration is high, diamond grows anisotropically with a specific orientation, resulting in crystal grains having a columnar structure. Such columnar diamond crystals grow in a so-called oriented manner. In this growth pattern,
Since growth proceeds in a fixed direction with respect to the substrate surface, when the nucleation density of diamond is low, coalescence or bonding of adjacent diamond particles is unlikely to occur.
【００１９】配向性の強い結晶が成長する条件よりもさ
らに炭素源ガス濃度が高い条件では、微細で、明瞭な結
晶面をもたない粒子からなる非ダイヤモンド炭素物質の
割合が多い膜が得られる。ここで、非ダイヤモンド炭素
物質とは、ダイヤモンドとは異なった構造の炭素であり
、二重結合（ｓｐ２ 結合）成分をもつ黒鉛、非晶質炭
素などを意味する。本発明の第１，第３工程においては
、上記の条件を調節しながら行なう。[0019] Under conditions where the carbon source gas concentration is higher than the conditions under which highly oriented crystals grow, a film containing a high proportion of non-diamond carbon material consisting of fine particles without clear crystal planes can be obtained. . Here, the non-diamond carbon material refers to carbon having a structure different from that of diamond, such as graphite and amorphous carbon having a double bond (sp2 bond) component. The first and third steps of the present invention are carried out while adjusting the above conditions.
【００２０】本発明の方法において、基体上に配向成長
したダイヤモンド結晶粒、および非ダイヤモンド炭素物
質からなる混合層を形成する第１工程（以下、混合成長
工程という）では、炭素源ガス濃度として、前述した配
向性の強い結晶が成長する条件と、微細な非ダイヤモン
ド炭素物質の割合が多い析出物が得られる条件の中間の
条件が適用される。このような条件を達成するためには
、炭素源ガスと水素とを含む原料ガス中の炭素源ガス濃
度（体積比）は、１個の炭素原子を有する分子のガスの
場合には１〜１０％、２個の炭素原子を有する分子のガ
スの場合には１〜８％、３個の炭素原子を有する分子の
ガスの場合には１〜５％、４個の炭素原子を有する分子
のガスの場合には１〜４％の範囲とすることが好ましい
。具体的には、例えばメタンと水素の混合ガスを用いる
場合、メタン濃度を１．５〜６％の範囲とすることが好
ましい。特に、メタン濃度を３〜６％の範囲とした場合
、ダイヤモンド柱状結晶粒は＜１００＞結晶方位に強く
配向したものとなる。以上のような条件にすることによ
りこの工程は、配向成長した柱状のダイヤモンド結晶粒
を非ダイヤモンド炭素物質が取り囲んだ構造を有する、
ダイヤモンドと非ダイヤモンド物質とが混合した析出層
が形成される。In the method of the present invention, in the first step (hereinafter referred to as mixed growth step) of forming a mixed layer consisting of oriented diamond crystal grains grown on a substrate and a non-diamond carbon material, the carbon source gas concentration is Conditions are applied that are intermediate between the aforementioned conditions for growing highly oriented crystals and conditions for obtaining precipitates with a high proportion of fine non-diamond carbon substances. In order to achieve such conditions, the carbon source gas concentration (volume ratio) in the raw material gas containing carbon source gas and hydrogen must be 1 to 10 in the case of a gas with molecules having one carbon atom. %, 1-8% for gases with molecules of 2 carbon atoms, 1-5% for gases of molecules with 3 carbon atoms, gases of molecules with 4 carbon atoms In this case, it is preferably within the range of 1 to 4%. Specifically, when using a mixed gas of methane and hydrogen, for example, the methane concentration is preferably in the range of 1.5 to 6%. In particular, when the methane concentration is in the range of 3 to 6%, the diamond columnar crystal grains are strongly oriented in the <100> crystal orientation. By setting the above conditions, this process has a structure in which non-diamond carbon material surrounds oriented columnar diamond crystal grains.
A precipitate layer containing a mixture of diamond and non-diamond material is formed.
【００２１】なお、混合成長工程において析出する個々
のダイヤモンド柱状粒子の低面積（粒が基体表面に接し
ている面積）の大きさは、ダイヤモンドの核形成密度に
依存して決定される。例えば、核形成密度が小さい場合
には低面積は大きくなり、逆に核形成密度が大きい場合
には低面積は小さくなる。これは、基体表面でのダイヤ
モンドの核形成が析出の所期段階で行なわれ、それ以降
は核形成が起きず、核を中心とするダイヤモンドの成長
が隣り合う粒子との接触・接合に至るまで継続されるこ
とに起因する。ここで、ダイヤモンドの核形成密度は、
主として基体の表面状態に応じて変化する。[0021] The size of the low area (the area where the grains are in contact with the substrate surface) of each diamond columnar grain precipitated in the mixed growth step is determined depending on the diamond nucleation density. For example, when the nucleation density is low, the low area becomes large, and conversely, when the nucleation density is high, the low area becomes small. This is because diamond nucleation occurs on the surface of the substrate at the initial stage of precipitation, and no nucleation occurs after that, until the diamond grows around the nucleus until it comes into contact with and joins with neighboring particles. This is due to its continuation. Here, the nucleation density of diamond is
It changes mainly depending on the surface condition of the substrate.
【００２２】一般に、ダイヤモンドの核を高密度に形成
するためには、基体表面をダイヤモンドや炭化けい素な
どの硬質粉を用いて研磨する前処理（言わゆる傷付け処
理）が行なわれる。例えば、基体として、Ｓｉウエハー
を用いる場合、傷付け処理を施さない鏡面研磨状態の表
面では核形成密度は１０３ 個／ｃｍ２ 程度であるが
、傷付け処理を施すと核形成密度は１０８ 個／ｃｍ２
のオーダーとなる。したがって、例えば、Ｓｉウエハ
ーを基体として用いる場合、傷付け処理を調整すること
によって、ダイヤモンドの核形成密度を１０３ 〜１０
８ 個／ｃｍ２ の範囲で調整でき、それに応じてダイ
ヤモンド柱状結晶粒の大きさ（低面積）を調整すること
ができる。Generally, in order to form diamond nuclei at a high density, a pretreatment (so-called scratching treatment) is performed in which the surface of the substrate is polished using hard powder such as diamond or silicon carbide. For example, when using a Si wafer as a substrate, the nucleation density is about 103 nucleations/cm2 on a mirror-polished surface without scratching, but the nucleation density is 108 nucleations/cm2 after scratching.
It becomes an order. Therefore, for example, when using a Si wafer as a substrate, by adjusting the scratching process, the diamond nucleation density can be increased from 103 to 10
It can be adjusted within a range of 8 pieces/cm2, and the size (low area) of the diamond columnar crystal grains can be adjusted accordingly.
【００２３】次に、本発明の方法における、非ダイヤモ
ンド炭素物質を選択的に除去する第２工程（以下、除去
工程という）について説明する。この工程では、水素、
空気、酸素から選ばれるガスを供給し、プラズマエッチ
ングを行なう。これらのエッチングガスを使用した場合
、エッチング速度は非ダイヤモンド炭素物質の方がダイ
ヤモンドよりも格段に速いため、非ダイヤモンド炭素が
選択的に除去される。この工程において、使用するガス
以外のプラズマエッチングの条件は、プラズマ化の方法
やエッチング装置によって異なるため特には限定されな
い。Next, the second step (hereinafter referred to as the removal step) of selectively removing non-diamond carbon substances in the method of the present invention will be explained. In this process, hydrogen,
A gas selected from air and oxygen is supplied to perform plasma etching. When these etching gases are used, non-diamond carbon is selectively removed because the etching rate is much faster for non-diamond carbon materials than for diamond. In this step, the plasma etching conditions other than the gas used are not particularly limited because they vary depending on the plasma generation method and etching apparatus.
【００２４】本発明の方法において、除去工程の次に、
残存した結晶粒をさらに成長させて大きくする第３工程
（以下、大型化工程という）では、炭素源ガス濃度とし
て、前述したダイヤモンドが等方的に成長する条件、あ
るいは配向成長する条件のどちらかが適用される。等方
的成長条件では非ダイヤモンド炭素物質の析出が少ない
という利点がある。一方、配向成長条件下で結晶成長さ
せた場合、結晶は一方向に成長するので等方的成長条件
で結晶を成長させた場合より高さが高いフィンを得るこ
とができる。[0024] In the method of the present invention, after the removal step,
In the third step (hereinafter referred to as the enlarging step) in which the remaining crystal grains are further grown and enlarged, the carbon source gas concentration is set to either the above-mentioned conditions for isotropic growth of diamond or conditions for oriented growth. applies. Isotropic growth conditions have the advantage of less precipitation of non-diamond carbon substances. On the other hand, when crystals are grown under oriented growth conditions, the crystals grow in one direction, so it is possible to obtain a fin with a higher height than when the crystals are grown under isotropic growth conditions.
【００２５】ダイヤモンドが等方的に成長する条件を達
成するためには、炭素源ガスと水素とを含む原料ガス中
の炭素源ガス濃度（体積比）は、１個の炭素原子を有す
る分子のガスの場合には０．１〜１％、２個の炭素原子
を有する分子のガスの場合には０．１〜０．８％、３個
の炭素原子を有する分子のガスの場合には０．１〜０．
５％、４個の炭素原子を有する分子のガスの場合には０
．１〜０．４％の範囲とすることが好ましい。具体的に
は、例えばメタンと水素の混合ガスを用いる場合、メタ
ン濃度を０．１〜１％の範囲とすることが好ましい。
この等方的成長条件では、除去工程により残存させたダ
イヤモンド上に特定の配向性をもたず、双晶が重なりあ
った多重双晶粒子から構成されるダイヤモンドが成長す
る。開放している空隙の底の部分（基板面）にはダイヤ
モンドの析出は起こらない。このダイヤモンドの成長方
向は等方的であり、基板表面に平行な方向に対しても成
長が進む。したがって、隣り合う結晶どうしが接触もし
くは接合を起こさないように、あらかじめ結晶間の間隔
を調整することが好ましい。In order to achieve the conditions for diamond to grow isotropically, the concentration (volume ratio) of the carbon source gas in the raw material gas containing carbon source gas and hydrogen must be equal to that of a molecule having one carbon atom. 0.1-1% for gases, 0.1-0.8% for gases of molecules with 2 carbon atoms, 0 for gases of molecules with 3 carbon atoms. .1~0.
5%, 0 for gases whose molecules have 4 carbon atoms
．． It is preferably in the range of 1 to 0.4%. Specifically, for example, when using a mixed gas of methane and hydrogen, the methane concentration is preferably in the range of 0.1 to 1%. Under these isotropic growth conditions, diamond that does not have a specific orientation and is composed of multitwinned grains with overlapping twins grows on the diamond left after the removal process. No diamond precipitation occurs at the bottom of the open gap (substrate surface). The growth direction of this diamond is isotropic, and growth also proceeds in a direction parallel to the substrate surface. Therefore, it is preferable to adjust the spacing between crystals in advance so that adjacent crystals do not come into contact or join.
【００２６】一方、大型化工程において配向成長する条
件を達成するためには、混合成長工程における炭素源ガ
ス濃度と同一とすることが好ましい。この条件では、除
去工程により残存させた配向成長ダイヤモンド上に非ダ
イヤモンド炭素物質に優先してこのダイヤモンドと同じ
配向性をもったダイヤモンドが成長し、柱状のダイヤモ
ンドが形成される。配向成長条件において炭素源ガス濃
度が高い方の条件ではダイヤモンドとともに非ダイヤモ
ンド炭素物質の析出が起こる。この場合は、除去工程と
同一の条件で非ダイヤモンド炭素物質のエッチングを行
なうことが好ましい。On the other hand, in order to achieve the conditions for oriented growth in the enlargement process, it is preferable that the carbon source gas concentration be the same as in the mixed growth process. Under these conditions, diamond having the same orientation as the diamond grows on the oriented diamond left after the removal process in preference to the non-diamond carbon material, forming columnar diamonds. Under oriented growth conditions where the carbon source gas concentration is high, non-diamond carbon substances are precipitated together with diamond. In this case, it is preferable to etch the non-diamond carbon material under the same conditions as the removal process.
【００２７】次に、本発明において得られるダイヤモン
ドのフィンの形状と表面積について説明する。フィンが
、基体面と接触または基体面上で接合されている部分の
面積を低面積と称し、この底面の部分を除いたフィンの
表面の面積を表面積と称する。（フィンの表面積／フィ
ンの低面積）比が１よりも大きいほど熱伝達の効率が大
きいと考えることができる。フィンが単純な立体である
場合、（フィンの表面積）／（フィンの低面積）比は、
球を球の中心を通る平面で切断しその断面を底面とする
半球のフィンでは２、立方体では５、正四角錐では３で
ある。また、正８面体や正１２面体などの多面体につい
て、断面積が最も大きくなる断面を底面とした場合では
、（フィンの表面積／フィンの低面積）比は３よりも小
さく、面の数が増えるほど２に近づいていく。また、立
方体から出発して、低面積を一定のまま、高さを増加さ
せた形状、すなわち、角柱状のフィンについての（フィ
ンの表面積／フィンの低面積）比は、５よりも大きくな
り、例えば、高さが２倍になった場合には９になる。３
角柱、４角柱、３角錐、４角錐、直円柱、直円錐などの
場合で、低面積が一定、高さが一定の条件では、（フィ
ンの表面積／フィンの低面積）比が最も大きいのは、三
角柱で、ついで四角柱、ついで直円柱である。本発明で
得られるフィンは（フィンの表面積／フィンの低面積）
比＞１であることは明らかであり、大型化工程において
柱状に形成したフィンでは（フィンの表面積／フィンの
低面積）比が１よりもはるかに大きくなる。したがって
、高い熱伝達効率が得られる。Next, the shape and surface area of the diamond fin obtained in the present invention will be explained. The area of the portion of the fin that is in contact with or bonded to the base surface is referred to as the low area, and the area of the surface of the fin excluding the bottom portion is referred to as the surface area. It can be considered that the larger the ratio (surface area of fins/lower area of fins) is than 1, the higher the efficiency of heat transfer. If the fin is a simple solid, the ratio (surface area of the fin)/(low area of the fin) is
The number is 2 for a hemispherical fin whose base is a plane that cuts a sphere through the center of the sphere, 5 for a cube, and 3 for a regular square pyramid. In addition, for polyhedra such as regular octahedrons and regular dodecahedrons, when the cross section with the largest cross-sectional area is taken as the bottom, the ratio (surface area of fins/low area of fins) is smaller than 3, and the number of faces increases. It's getting closer to 2. Furthermore, for a shape starting from a cube and increasing the height while keeping the low area constant, that is, a prismatic fin, the ratio (surface area of fin/low area of fin) is larger than 5, For example, if the height is doubled, it becomes 9. 3
In the case of a square prism, square prism, triangular pyramid, square pyramid, right circular cylinder, right circular cone, etc., if the low area is constant and the height is constant, the ratio of (surface area of fin / low area of fin) is the largest. , which is a triangular prism, followed by a square prism, and then a right circular prism. The fin obtained by the present invention is (surface area of fin/low area of fin)
It is clear that the ratio is >1, and the ratio (surface area of fin/low area of fin) is much larger than 1 for fins formed into columnar shapes during the enlargement process. Therefore, high heat transfer efficiency can be obtained.
【００２８】基体上に設けるフィンの数は、適用する素
子や機器の仕様や設計条件に応じて決まり特には限定さ
れない。フィン数が多くなればそれだけ熱エネルギー通
過断面積の増加につながるが、製造工程が複雑化するな
どの問題も予想されることから、放熱設計や伝熱設計な
どに基づく総合的な最適化により決められるのが好まし
い。The number of fins provided on the substrate is determined depending on the specifications and design conditions of the applied element or device and is not particularly limited. The larger the number of fins, the greater the cross-sectional area through which thermal energy passes, but this is expected to lead to problems such as complicating the manufacturing process. Preferably.
【００２９】基体の形状は、膜状でも板状でもよく、適
用する素子や機器の仕様に応じて決まるもので、特には
限定されない。基体材料は金属、セラミックス、ダイヤ
モンドなどの固体であり、適用する素子や機器の仕様上
で必要な性質、すなわち、高熱伝導性、高電気伝導性、
高電気絶縁性、低誘電率、高強度、高耐熱性、高耐蝕性
などの諸々の性質のいずれかまたは複数の性質を有して
いる物質であれば良い。例えば、基体の性質として高熱
伝導率であることが全てに優先される場合には、基体は
ダイヤモンドであることが望ましい。適用する素子や機
器の仕様によってはダイヤモンドが適用できない場合も
あり、必ずしもダイヤモンドには限定されない。例えば
、ＣｕやＡｌ（高電気伝導性、高熱伝導性など）、Ｍｏ
（高電気伝導性、高強度、高耐熱性など）、ＢｅＯ，Ａ
ｌＮ，ＳｉＣ，ＢＮ（高熱伝導性、高電気絶縁性、低誘
電率、高強度、高耐熱性など）、Ａｌ２ Ｏ３ （高電
気絶縁性、高強度、高耐熱性など）などをあげることが
できる。The shape of the substrate may be film-like or plate-like, and is determined depending on the specifications of the device or device to which it is applied, and is not particularly limited. The base material is a solid such as metal, ceramic, or diamond, and has the properties required by the specifications of the device or device to which it is applied, such as high thermal conductivity, high electrical conductivity,
Any material having one or more of various properties such as high electrical insulation, low dielectric constant, high strength, high heat resistance, and high corrosion resistance may be used. For example, if high thermal conductivity is a top priority as a property of the substrate, it is desirable that the substrate be diamond. Diamond may not be applicable depending on the specifications of the applied element or equipment, and is not necessarily limited to diamond. For example, Cu, Al (high electrical conductivity, high thermal conductivity, etc.), Mo
(high electrical conductivity, high strength, high heat resistance, etc.), BeO, A
Examples include IN, SiC, BN (high thermal conductivity, high electrical insulation, low dielectric constant, high strength, high heat resistance, etc.), Al2O3 (high electrical insulation, high strength, high heat resistance, etc.) .
【００３０】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の方法を工程
毎に示す模式図である。図１（ａ）に示すように、混合
成長工程においては、基体１上にダイヤモンド柱状結晶
粒２と非ダイヤモンド炭素物質３とを成長させる。この
工程では、基体表面の傷付け処理などによるダイヤモン
ドの核形成密度、および炭素源ガス濃度を調整すること
によって、ダイヤモンド柱状結晶粒２と非ダイヤモンド
炭素物質３との割合を調整できる。図１（ｂ）に示すよ
うに、除去工程においては、ダイヤモンド柱状結晶粒２
を取り囲んでいる非ダイヤモンド炭素物質３を選択的に
除去してこの部分に空隙を形成し、ダイヤモンド柱状結
晶粒２のみを残す。したがって、混合成長工程の条件を
調整することにより空隙の大きさ、換言するとダイヤモ
ンド柱状結晶粒２の形成密度を調整できる。大型化工程
においては、２種類の形態のフィンが形成される。すな
わち、図１（ｃ）に示すように、ダイヤモンドを等方的
に、隣り合う粒子間の適当な間隔を維持させた状態で成
長させ反応を中止する方法により、ダイヤモンド柱状結
晶粒２の上に等方結晶粒４が形成される。また、図１（
ｂ）に示すように、ダイヤモンドを基体表面に一定方向
に優先的に成長させる反応を継続することにより、ダイ
ヤモンド柱状結晶粒２の上にさらに柱状結晶粒５が形成
される。このように大型化工程において、ダイヤモンド
のフィンの（表面積／低面積）比は著しく増大する。
なお、基体とフィンの接合部もしくは境界部には、接合
剤や接着剤などの中間層はなく基体とフィンが一体化し
ている。FIGS. 1(a) to 1(d) are schematic diagrams showing each step of the method of the present invention. As shown in FIG. 1(a), in the mixed growth step, diamond columnar crystal grains 2 and non-diamond carbon material 3 are grown on a substrate 1. As shown in FIG. In this step, the ratio of the diamond columnar crystal grains 2 to the non-diamond carbon material 3 can be adjusted by adjusting the diamond nucleation density by scratching the substrate surface and the carbon source gas concentration. As shown in FIG. 1(b), in the removal process, diamond columnar crystal grains 2
The non-diamond carbon material 3 surrounding the diamond is selectively removed to form a void in this area, leaving only the diamond columnar crystal grains 2. Therefore, by adjusting the conditions of the mixed growth process, the size of the voids, in other words, the formation density of the diamond columnar crystal grains 2 can be adjusted. In the enlarging process, two types of fins are formed. That is, as shown in FIG. 1(c), by growing diamond isotropically while maintaining an appropriate distance between adjacent grains and stopping the reaction, diamond is grown on top of the diamond columnar crystal grains 2. Isotropic crystal grains 4 are formed. In addition, Figure 1 (
As shown in b), columnar crystal grains 5 are further formed on the diamond columnar crystal grains 2 by continuing the reaction of growing diamond preferentially in a certain direction on the surface of the substrate. In this upsizing process, the (surface area/low area) ratio of the diamond fins increases significantly. Note that there is no intermediate layer such as a bonding agent or adhesive at the joint or boundary between the base and the fins, and the base and the fins are integrated.
【００３１】本発明によれば、ダイヤモンドからなる基
体あるいはダイヤモンド以外の物質からなる基体上に（
フィンの表面積／フィンの低面積）比が１をはるかに越
える形状のダイヤモンドフィンを形成できる。すなわち
、熱伝導率が大きいダイヤモンドから構成され、かつ熱
が通過する断面積が大きく、熱伝導を妨げるろう材や接
着剤などのバインダーを用いずに基体と一体化したフィ
ンを製造することができる。このような構造のダイヤモ
ンドフィンを形成することによって、基体のみの場合よ
りも流れる熱エネルギーをはるかに増加させることが可
能となり、熱交換または伝熱の効率を飛躍的に高めるこ
とができる。また、本発明の方法によれば、混合成長工
程の条件を調整することにより、フィンの密度（単位面
積当たりの数）を調整できるという利点がある。さらに
、各工程は、ガスの切換えなどの操作を行なうだけで、
同一の装置内で連続的に実施できるので、経済性に優れ
ている。According to the present invention, (
Diamond fins can be formed with a fin surface area/fin low area ratio of much greater than 1. In other words, the fin is made of diamond, which has high thermal conductivity, has a large cross-sectional area through which heat passes, and can be integrated with the base without using a binder such as a brazing material or adhesive that interferes with heat conduction. . By forming diamond fins with such a structure, it is possible to greatly increase the flowing thermal energy compared to the case of only the base body, and the efficiency of heat exchange or heat transfer can be dramatically increased. Furthermore, the method of the present invention has the advantage that the density of fins (number per unit area) can be adjusted by adjusting the conditions of the mixed growth process. Furthermore, each process can be completed simply by performing operations such as switching the gas.
Since it can be carried out continuously in the same device, it is highly economical.
【００３２】[0032]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
（実施例１）Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (Example 1)
【００３３】図２に示した反応装置を用いたダイヤモン
ドフィンを製造した。この反応装置６は、石英ガラス製
の反応容器７を有する。この反応容器７は、原料ガスを
供給するガス供給装置（図示せず）に接続されたガス供
給口８、および反応によって生じた不要なガスを排出す
るための排気装置（図示せず）に接続されたガス排出口
９を有する。また、反応容器７内には、ダイヤモンドを
析出するための基体１を固定するためのモリブデン製基
体ホルダー１０が設けられている。基体ホルダー１０の
下部には、図示しない電源から給電され、基体１を所定
の温度に調整する加熱ヒーター１１が設けられている。
さらに、この基体ホルダー１０の上部には、反応容器７
内に導入された原料ガスを分解するためのタンタル製の
フィラメント１２が配置されている。このフィラメント
１２はモリブデン製給電治具１３に固定されるとともに
、給電治具１３を介して電源（図示せず）から給電され
る。これらの基体ホルダー１０とフィラメント１２との
間には、基体ホルダー１０上の基体１に対して正電位が
印加されるように、直流電源１４が接続されている。A diamond fin was manufactured using the reaction apparatus shown in FIG. This reaction device 6 has a reaction vessel 7 made of quartz glass. This reaction vessel 7 is connected to a gas supply port 8 connected to a gas supply device (not shown) for supplying raw material gas, and to an exhaust device (not shown) for discharging unnecessary gas generated by the reaction. It has a gas exhaust port 9. Furthermore, a molybdenum substrate holder 10 for fixing the substrate 1 for depositing diamond is provided in the reaction vessel 7. A heater 11 is provided at the bottom of the substrate holder 10, which is supplied with power from a power source (not shown) and adjusts the temperature of the substrate 1 to a predetermined temperature. Furthermore, a reaction vessel 7 is provided on the upper part of this substrate holder 10.
A filament 12 made of tantalum is disposed to decompose the raw material gas introduced therein. This filament 12 is fixed to a power supply jig 13 made of molybdenum, and is supplied with power from a power source (not shown) via the power supply jig 13. A DC power source 14 is connected between the substrate holder 10 and the filament 12 so that a positive potential is applied to the substrate 1 on the substrate holder 10.
【００３４】本実施例においては、基体１として、表面
をダイヤモンドペーストにより研磨処理したＳｉウエハ
ー（１５ｍｍ×１５ｍｍ）を使用し、以下のような条件
で反応を行なった。反応容器７内に基体１を配置し、反
応容器７を１０−７Ｔｏｒｒに排気後、フィラメント１
２を２０００℃に加熱しながら、メタン／水素の体積比
３／９７の混合ガスを圧力６０Ｔｏｒｒ、流量１５０ｃ
ｃ／分で反応容器７内に流すとともに、基体ホルダー１
０に正の直流電位１５０Ｖを印加しながら、基体１の温
度を加熱ヒーター１１を補助加熱源として調整し、８８
０℃に保持した。
この工程を１０時間継続して、配向成長したダイヤモン
ド柱状結晶粒、および非ダイヤモンド炭素物質からなる
混合層を形成した（混合成長工程）。In this example, a Si wafer (15 mm x 15 mm) whose surface was polished with diamond paste was used as the substrate 1, and the reaction was carried out under the following conditions. The substrate 1 is placed in the reaction vessel 7, and after the reaction vessel 7 is evacuated to 10-7 Torr, the filament 1 is
While heating 2 to 2000°C, a mixed gas of methane/hydrogen with a volume ratio of 3/97 was heated at a pressure of 60 Torr and a flow rate of 150 c.
c/min into the reaction vessel 7, and the substrate holder 1
While applying a positive DC potential of 150 V to 88
It was kept at 0°C. This step was continued for 10 hours to form a mixed layer consisting of oriented diamond columnar crystal grains and a non-diamond carbon material (mixed growth step).
【００３５】メタンガスの供給を中止し、フィラメント
１２を２０００℃に加熱しながら、水素ガスを圧力１０
０Ｔｏｒｒ、流量２００ｃｃ／分で反応容器７内に流す
とともに、基体ホルダー１５に正の直流電位３００Ｖを
印加することにより、基体１とフィラメント１２間に直
流放電による水素プラズマを形成した。この工程を１時
間継続して、前工程で形成された非ダイヤモンド炭素物
質を除去し、ダイヤモンド結晶粒の残存した基体を得た
（除去工程）。Stopping the supply of methane gas, and heating the filament 12 to 2000°C, hydrogen gas is supplied at a pressure of 10°C.
Hydrogen plasma was formed between the substrate 1 and the filament 12 by direct current discharge by flowing the hydrogen into the reaction vessel 7 at a flow rate of 0 Torr and 200 cc/min and applying a positive DC potential of 300 V to the substrate holder 15. This step was continued for 1 hour to remove the non-diamond carbon material formed in the previous step to obtain a substrate in which diamond crystal grains remained (removal step).
【００３６】つぎに、フィラメント１２を２０００℃に
加熱しながら、メタン／水素の容積比１／９９の混合ガ
スを圧力６０Ｔｏｒｒ、流量１５０ｃｃ／分で反応容器
７内に流すとともに、基体ホルダー１０に正の直流電位
１５０Ｖを印加しながら、基体１の温度を８８０℃に保
持した。この工程を１０時間継続してダイヤモンドを等
方的に成長させた（大型化工程）。Next, while heating the filament 12 to 2000° C., a mixed gas of methane/hydrogen with a volume ratio of 1/99 is flowed into the reaction vessel 7 at a pressure of 60 Torr and a flow rate of 150 cc/min, and the substrate holder 10 is directly The temperature of the substrate 1 was maintained at 880°C while applying a DC potential of 150V. This process was continued for 10 hours to grow the diamond isotropically (large-scale process).
【００３７】反応後の基体表面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、柱状に成長した粒子が１０６ 個／ｃｍ
２ のオーダーの密度で形成されていることが分かった
。基体表面の模式図を図３に示す。柱状粒子の全体の高
さは２５〜３５μｍ、横断面の大きさはおおよそ１０×
１０μｍであった。これらの析出物をラマン分光法で調
べた結果、ダイヤモンドであることが確認された。この
柱状粒子の寸法から（フィンの表面積／フィンの底面積
）の比を見積もると約１３であった。
（実施例２）When the surface of the substrate after the reaction was observed using a scanning electron microscope, it was found that there were 106 particles/cm that had grown into columnar shapes.
It was found that they were formed at a density of the order of 2. A schematic diagram of the substrate surface is shown in FIG. The overall height of the columnar particles is 25 to 35 μm, and the cross-sectional size is approximately 10×
It was 10 μm. When these precipitates were examined using Raman spectroscopy, they were confirmed to be diamonds. The ratio (surface area of fin/bottom area of fin) was estimated to be about 13 from the dimensions of the columnar particles. (Example 2)
【００３８】基体１として表面をダイヤモンドペースト
により研磨処理したＳｉウエハー（１５ｍｍ×１５ｍｍ
）を使用し、実施例１と同様に混合成長工程と除去工程
を行なった。The substrate 1 was a Si wafer (15 mm x 15 mm) whose surface was polished with diamond paste.
), and the mixed growth process and removal process were performed in the same manner as in Example 1.
【００３９】つぎに、フィラメント１２を２０００℃に
加熱しながら、メタン／水素の容積比３／９７の混合ガ
スを圧力６０Ｔｏｒｒ、流量１５０ｃｃ／分で反応容器
７内に流すとともに、基体ホルダー１０に正の直流電位
１５０Ｖを印加しながら、基体１の温度を８８０℃に保
持した。この工程を２０時間継続してダイヤモンドを配
向に成長させた（大型化工程）。この工程では、ダイヤ
モンド柱状結晶間に非ダイヤモンド炭素物質が堆積され
た。Next, while heating the filament 12 to 2000° C., a mixed gas of methane/hydrogen at a volume ratio of 3/97 is flowed into the reaction vessel 7 at a pressure of 60 Torr and a flow rate of 150 cc/min. The temperature of the substrate 1 was maintained at 880°C while applying a DC potential of 150V. This step was continued for 20 hours to grow the diamond in an oriented manner (large-sized step). In this step, non-diamond carbon material was deposited between the diamond pillars.
【００４０】つづいてメタンガスの供給を中止し、フィ
ラメント１２を２０００℃に加熱しながら、水素ガスを
１００Ｔｏｒｒ、流量２００ｃｃ／分で反応容器７内に
流すとともに、基体ホルダー１５に正の直流電位３００
Ｖを印加することにより、基体１とフィラメント１２間
に直流放電による水素プラズマを形成した。この工程を
１時間継続して、前工程で形成された非ダイヤモンド炭
素物質を除去した。Next, the supply of methane gas was stopped, and while heating the filament 12 to 2000° C., hydrogen gas was flowed into the reaction vessel 7 at a flow rate of 200 cc/min at 100 Torr, and a positive DC potential of 300 cc was applied to the substrate holder 15.
By applying V, hydrogen plasma was formed between the base 1 and the filament 12 by direct current discharge. This process continued for 1 hour to remove the non-diamond carbon material formed in the previous process.
【００４１】反応後の基体表面を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、柱状に成長した粒子が１０６ 個／ｃｍ
２ のオーダーの密度で形成されていることが分かった
。基体表面の模式図を図４に示す。柱状粒子の全体の高
さは５５〜６５μｍ、横断面の大きさはおおよそ１０×
１０μｍであった。これらの析出物をラマン分光法で調
べた結果、ダイヤモンドであることが確認された。この
柱状粒子の寸法から（フィンの表面積／フィンの低面積
）の比を見積もると約２５であった。When the surface of the substrate after the reaction was observed using a scanning electron microscope, it was found that there were 106 particles/cm that had grown into columnar shapes.
It was found that they were formed at a density of the order of 2. A schematic diagram of the substrate surface is shown in FIG. The overall height of the columnar particles is 55 to 65 μm, and the cross-sectional size is approximately 10×
It was 10 μm. When these precipitates were examined using Raman spectroscopy, they were confirmed to be diamonds. The ratio (fin surface area/fin low area) was estimated to be about 25 from the dimensions of the columnar particles.
【００４２】実施例１および実施例２で得られたダイヤ
モンドフィン付き基体試料、および比較するために用意
した基体のみ（ダイヤモンドフィン付き基体試料の基体
と同一形状で同一材料の基体）について、基体の裏側か
らフィン付きの表側への伝熱の効果を熱量計を用いて調
べた。熱量計は、加熱ヒーター付きの試料保持カートリ
ッジが純水の入った容器内に配置され、ヒーターの加熱
による熱が試料を通じて伝わったことによる純水の温度
上昇を温度計で測定する構造になっている。本測定では
、試料はフィン付きの基体表側を外側（純水と接触する
側）に出して、基体裏側を加熱ヒーターと対向するよう
に試料保持カートリッジに取り付けられた。なお、試料
保持カートリッジは、試料を取り付けた状態で気密が維
持され、また熱が伝わる試料以外の部分は断熱構造とな
っている。２種類のダイヤモンドフィン付き基体につい
ての測定結果を図５に示す。一定温度（１０℃）に保持
した所定量の純水が２℃上昇するのに要した時間は、実
施例２の試料では５分、実施例１の試料では１０分、基
体のみ試料では１６分であった。すなわち、実施例２の
試料の熱伝達の効率は実施例１の試料の場合の２倍であ
り（フィンの表面積／フィンの低面積）比が大きいほど
熱伝達の効率が優れていることが確認された。また、フ
ィン付きの試料の熱伝達の効率は、基体のみの試料に比
べて、はるかに優れたものであることが確認された。[0042] Regarding the diamond finned substrate samples obtained in Example 1 and Example 2, and only the substrate prepared for comparison (a substrate of the same shape and the same material as the diamond finned substrate sample), the The effect of heat transfer from the back side to the finned front side was investigated using a calorimeter. A calorimeter has a structure in which a sample holding cartridge with a heating heater is placed inside a container containing pure water, and the thermometer measures the temperature rise in the pure water due to the heat generated by the heater being transmitted through the sample. There is. In this measurement, the sample was attached to a sample holding cartridge so that the front side of the substrate with fins was exposed to the outside (the side in contact with pure water) and the back side of the substrate was facing the heater. Note that the sample holding cartridge maintains airtightness when the sample is attached, and has a heat-insulating structure in parts other than the sample where heat is transferred. FIG. 5 shows the measurement results for two types of diamond finned substrates. The time required for a predetermined amount of pure water held at a constant temperature (10°C) to rise by 2°C was 5 minutes for the sample of Example 2, 10 minutes for the sample of Example 1, and 16 minutes for the substrate only sample. Met. In other words, the heat transfer efficiency of the sample of Example 2 is twice that of the sample of Example 1, confirming that the larger the ratio (fin surface area/fin low area), the better the heat transfer efficiency. It was done. It was also confirmed that the heat transfer efficiency of the sample with fins was much better than that of the sample with only a base.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
体と一体化した構造のダイヤモンドからなる基体と一体
化した構造のフィンを簡便に製造し得る方法を提供する
ことができる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a method for easily manufacturing a fin that is made of diamond and has a structure that is integrated with the base body.
【図１】 本発明の方法を工程順に示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the method of the present invention in order of steps.
【図２】 本発明の実施例において用いられた気相成
長装置を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a vapor phase growth apparatus used in an example of the present invention.
【図３】 本発明の実施例１において得られた基体表
面の模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of the substrate surface obtained in Example 1 of the present invention.
【図４】 本発明の実施例２において得られた基体表
面の模式図。FIG. 4 is a schematic diagram of the surface of a substrate obtained in Example 2 of the present invention.
【図５】 伝熱効率の測定結果を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of heat transfer efficiency.
１…基体 ２…ダイヤモンド柱状結晶粒 ３…非ダイヤモンド炭素物質 ４…ダイヤモンド等方成長結晶粒 ５…ダイヤモンド柱状結晶粒 ６…気相成長装置 ７…反応容器 １０…基体ホルダー １１…加熱ヒーター １２…フィラメント １４…直流電源 1...Base 2...Diamond columnar crystal grains 3...Non-diamond carbon material 4...Diamond isotropically grown crystal grains 5...Diamond columnar crystal grains 6...Vapor phase growth device 7...Reaction container 10...Base holder 11...heater 12...Filament 14...DC power supply
Claims (1)
晶粒と非ダイヤモンド炭素物質からなる混合層を形成す
る工程と、前記非ダイヤモンド炭素物質を選択的に除去
する工程と、前記ダイヤモンド結晶粒上にダイヤモンド
を成長させる工程を行うことを特徴とする伝熱フィンの
製造方法。1. A step of forming a mixed layer of oriented diamond crystal grains and a non-diamond carbon material on a substrate, selectively removing the non-diamond carbon material, and a step of forming a mixed layer of diamond crystal grains on the diamond crystal grains. A method for manufacturing a heat transfer fin, comprising a step of growing a heat transfer fin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13451091A JPH04362096A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Production of heat transfer fin |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13451091A JPH04362096A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Production of heat transfer fin |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362096A true JPH04362096A (en) | 1992-12-15 |
Family
ID=15130014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13451091A Pending JPH04362096A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Production of heat transfer fin |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362096A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0630045B1 (en) * | 1993-06-14 | 2002-03-06 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Process for the production of a finned diamond heatsink |
-
1991
- 1991-06-06 JP JP13451091A patent/JPH04362096A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0630045B1 (en) * | 1993-06-14 | 2002-03-06 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Process for the production of a finned diamond heatsink |
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