JP2007027703A - Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2007027703A
JP2007027703A JP2006166581A JP2006166581A JP2007027703A JP 2007027703 A JP2007027703 A JP 2007027703A JP 2006166581 A JP2006166581 A JP 2006166581A JP 2006166581 A JP2006166581 A JP 2006166581A JP 2007027703 A JP2007027703 A JP 2007027703A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
functional
functional region
diamond
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006166581A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Ito
繁 伊東
Shuichi Torii
修一 鳥居
Mutsumi Toge
睦 峠
Kazuyuki Sotomoto
和幸 外本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kumamoto University NUC
Original Assignee
Kumamoto University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kumamoto University NUC filed Critical Kumamoto University NUC
Priority to JP2006166581A priority Critical patent/JP2007027703A/en
Publication of JP2007027703A publication Critical patent/JP2007027703A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a functional substrate in which particles of functional material are embedded in a substrate by a simple process to form a functional region. <P>SOLUTION: Diamond powder 21A is arranged on the substrate 10A comprising an aluminum, etc., and coated with a protecting material 30 to seal. This is set in a water W together with an explosive 41 to receive a shock wave SW by explosion of the explosive 41. The diamond powder 21A is accelerated at a high speed, and collides and penetrates the substrate 10A, and is embedded in at least a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A, to form a functional region. The obtained functional substrate is suitable as a heat radiating member, etc. Distribution of content of the diamond particles in the functional region is adjustable, for example, when it is decreased gradually in the thickness direction from the surface of the substrate 10A, a nonequilibrium functional region which is vary difficult to acquire in a conventional manufacturing method utilizing high temperature of casting and mixing of powders is acquired. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば放熱機能などの機能領域を有する機能性基板の製造方法、および機能性基板、並びにこの機能性基板を放熱部材として用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a functional substrate having a functional region such as a heat dissipation function, a functional substrate, and a semiconductor device using the functional substrate as a heat dissipation member.

半導体装置の放熱部材(ヒートシンク)には、熱伝導率が高いことに加えて、それに接合される半導体素子の構成材料であるSiやGaAsとの熱膨張係数差をできるだけ小さくすることが求められる。このような要請に応えて、従来より、銅(Cu)とタングステン(W)あるいはモリブデン(Mo)との合金、または銅とダイヤモンドとの複合材料などが開発され、それらの製造方法についても研究が行われている。   In addition to high thermal conductivity, a heat dissipation member (heat sink) of a semiconductor device is required to have as small a difference in thermal expansion coefficient as possible from Si and GaAs, which are constituent materials of a semiconductor element bonded thereto. In response to these requests, alloys of copper (Cu) and tungsten (W) or molybdenum (Mo), or composite materials of copper and diamond have been developed, and research has been conducted on their production methods. Has been done.

例えば、特許文献1には、銅または銀の粒子とタングステンまたはモリブデンの粒子とを機械的に攪拌混合して、銅または銀の粒子の表面がタングステンまたはモリブデンの粒子で被覆された複合粒子を作製し、これを射出成形法により成形したのち焼結するという方法が記載されている。   For example, in Patent Document 1, copper or silver particles and tungsten or molybdenum particles are mechanically stirred and mixed to produce composite particles in which the surfaces of copper or silver particles are coated with tungsten or molybdenum particles. However, a method is described in which this is molded by injection molding and then sintered.

また、特許文献2は、ダイヤモンド粒子,Ag−Cu合金粉末およびチタン(Ti)粉末の混合粉末を加圧成形したものと、Ag−Cu合金を加圧成形したものとを接触させながら加熱することにより、ダイヤモンド粒子表面にTiC層を形成して密着性を高めると共にダイヤモンド粒子間隙にAg−Cu合金を無負荷で溶浸し緻密体とする方法を開示している。
特開2003−213360号公報 特開2004−197153号公報 A.モリ(A. Mori )、外2名,「マテリアルズ サイエンス フォーラム(Materials Science Forum )」,トランス テック パブリケーションズ インク(Trans Tech Publications Inc.),スイス,2004年,第465−466巻,p.307 B.クロスランド(Crossland, B. )著,「金属の爆発圧接とその応用(Explosive Welding of Metals and Its Application )」,オクスフォードユニバーシティプレス(Oxford University Press ),英国,1982年,p.95
Patent Document 2 discloses that a mixture of diamond particles, Ag-Cu alloy powder and titanium (Ti) powder is pressure-molded and an Ag-Cu alloy is pressure-molded while being heated. Discloses a method in which a TiC layer is formed on the surface of diamond particles to improve adhesion, and an Ag-Cu alloy is infiltrated into the diamond particle gaps without load to form a dense body.
JP 2003-213360 A JP 2004-197153 A A. A. Mori, two others, “Materials Science Forum”, Trans Tech Publications Inc., Switzerland, 2004, 465-466, p. 307 B. Crossland, B., “Explosive Welding of Metals and Its Application”, Oxford University Press, UK, 1982, p. 95

しかしながら、これらの従来方法はいずれも工程が複雑であるという問題があった。また、得られた合金または複合材料は、銅または銀の母材中にタングステンあるいはモリブデンの粒子またはダイヤモンド粒子が均一に分散されていた(特許文献1の図1および特許文献2の図1参照。)。分散される粒子の体積含有率は数十vol%と極めて高く、少量の粒子では所望の熱伝導率または熱膨張係数などの特性を得ることができなかった。   However, each of these conventional methods has a problem that the process is complicated. Further, in the obtained alloy or composite material, tungsten or molybdenum particles or diamond particles were uniformly dispersed in a copper or silver base material (see FIG. 1 of Patent Document 1 and FIG. 1 of Patent Document 2). ). The volume content of the dispersed particles is extremely high, such as several tens of vol%, and characteristics such as desired thermal conductivity or thermal expansion coefficient could not be obtained with a small amount of particles.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、基板内に放熱などの機能領域を簡単な工程で形成することができる機能性基板の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is to provide a method of manufacturing a functional substrate capable of forming a functional region such as heat dissipation in the substrate by a simple process. is there.

本発明の第2の目的は、少量の機能性材料により所望の特性を得ることができ、放熱部材などとして好適な機能性基板を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide a functional substrate that can obtain desired characteristics with a small amount of functional material and is suitable as a heat radiating member.

また、本発明の第3の目的は、放熱部材の熱伝導性を高め、熱放散効率を向上させることができる半導体装置を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a semiconductor device that can increase the thermal conductivity of the heat dissipating member and improve the heat dissipation efficiency.

本発明による機能性基板の製造方法は、所定の厚みを有する基板の表面に機能性材料の粉末を配置する工程と、衝撃波を与えることにより機能性材料を基板の表面から厚み方向の少なくとも一部に埋め込んで基板内に機能領域を形成する工程とを含むようにしたものである。   The method for producing a functional substrate according to the present invention includes a step of placing a powder of a functional material on the surface of a substrate having a predetermined thickness, and at least a part of the functional material in the thickness direction from the surface of the substrate by applying a shock wave. And a step of forming a functional region in the substrate.

この機能性基板の製造方法では、基板の表面に機能性材料の粉末が配置されたのち、衝撃波が与えられることにより、機能性材料の粉末が高速に加速されて基板に衝突・貫通し、機能性材料が基板の表面から厚み方向の少なくとも一部に埋め込まれて機能領域が形成される。機能領域での機能性材料の含有量の分布は調整可能であり、基板の表面から奥に向かって均一にすることもできるし、また、基板の表面から奥に向かって次第に減少するようにして、従来の鋳造や粉末どうしの混合などの高温を利用した製造方法では極めて困難であった非平衡な機能領域を実現することもできる。なお、基板は板状に限らずどのような形状でもよく、また、その平面形状も任意である。   In this method of manufacturing a functional substrate, a functional material powder is placed on the surface of the substrate, and then a shock wave is applied, whereby the functional material powder is accelerated at high speed and collides with and penetrates the substrate. The functional region is formed by embedding the functional material in at least part of the thickness direction from the surface of the substrate. The distribution of the content of the functional material in the functional area can be adjusted, and can be made uniform from the surface of the substrate to the back, or gradually decreased from the surface of the substrate to the back. In addition, it is possible to realize a non-equilibrium functional region that has been extremely difficult by a manufacturing method using a high temperature such as conventional casting or mixing of powders. The substrate is not limited to a plate shape and may have any shape, and the planar shape is also arbitrary.

本発明による機能性基板は、基板内の、基板の表面から厚み方向の少なくとも一部に機能性材料を含む機能領域を有し、機能領域は、基板の表面に機能性材料の粉末を配置したのち粉末に衝撃波を与えることにより形成されたものである。   The functional substrate according to the present invention has a functional region containing a functional material in at least part of the thickness direction from the surface of the substrate in the substrate, and the functional region has a functional material powder disposed on the surface of the substrate. It was formed by applying a shock wave to the powder.

この機能性基板では、基板内に、衝撃波を用いて形成された機能領域を有しているので、機能領域での機能性材料の含有量の分布が調整可能となっている。よって、機能性材料としてダイヤモンド粉末を選択することにより、少量の機能性材料で機能領域の熱伝導性を飛躍的に高め、半導体装置の放熱部材等として利用することができる。   Since this functional substrate has a functional region formed using shock waves in the substrate, the distribution of the content of the functional material in the functional region can be adjusted. Therefore, by selecting diamond powder as the functional material, the thermal conductivity of the functional region can be dramatically increased with a small amount of functional material, and can be used as a heat radiating member of a semiconductor device.

本発明による半導体装置は、放熱部材上に半導体素子を備えたものであって、放熱部材は金属板であり、金属板はその表面から厚み方向の少なくとも一部にダイヤモンド粒子を含む機能領域を有し、かつ機能領域は、金属板の表面にダイヤモンドの粉末を配置したのち粉末に衝撃波を与えることにより形成されたものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor element on a heat dissipation member, and the heat dissipation member is a metal plate, and the metal plate has a functional region including diamond particles at least partly in the thickness direction from the surface thereof. The functional region is formed by placing a diamond powder on the surface of a metal plate and then applying a shock wave to the powder.

この半導体装置では、半導体素子から発生した熱は、ダイヤモンド粉末を含む熱伝導率の高い機能領域を介して効率良く放散される。   In this semiconductor device, the heat generated from the semiconductor element is efficiently dissipated through the functional region having high thermal conductivity including diamond powder.

本発明の機能性基板の製造方法によれば、衝撃波を用いるようにしたので、簡単な工程で機能性材料の粉末を基板に埋め込み、機能領域を形成することができる。   According to the method for manufacturing a functional substrate of the present invention, since shock waves are used, the functional region can be formed by embedding the powder of the functional material in the substrate with a simple process.

また、本発明の機能性基板によれば、基板内に、衝撃波を用いて形成された機能領域を有するので、機能領域での機能性材料の含有量の分布が調整可能となっている。よって、機能性材料としてダイヤモンド粉末を選択することにより少量の機能性材料で機能領域の熱伝導性を飛躍的に高め、半導体装置の放熱部材等として利用することができる。   Further, according to the functional substrate of the present invention, since the functional region formed using shock waves is included in the substrate, the distribution of the content of the functional material in the functional region can be adjusted. Therefore, by selecting diamond powder as the functional material, the thermal conductivity of the functional region can be dramatically increased with a small amount of functional material, and can be used as a heat radiating member of a semiconductor device.

更に、本発明の半導体装置によれば、本発明の機能性基板を放熱部材として備えるようにしたので、放熱部材の熱伝導性が高く、熱放散効率を向上させることができる。   Furthermore, according to the semiconductor device of the present invention, since the functional substrate of the present invention is provided as a heat radiating member, the heat radiating member has high thermal conductivity and heat dissipation efficiency can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図において各構成要素は本発明が理解できる程度の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示したものであり、実寸とは異なっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, each component schematically shows the shape, size, and arrangement relationship to the extent that the present invention can be understood, and is different from the actual size.

図1は本発明の一実施の形態に係る機能性基板の全体構成を表し、図2および図3はその断面構造を表すものである。この機能性基板10は、基板10A内に機能性材料として例えばダイヤモンド粒子21を含む機能領域20を形成したものであり、例えば半導体装置やコンピュータ部品等の放熱部材として用いられる。   FIG. 1 shows the overall structure of a functional substrate according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show its cross-sectional structure. This functional substrate 10 is obtained by forming a functional region 20 including, for example, diamond particles 21 as a functional material in a substrate 10A, and is used as a heat radiating member such as a semiconductor device or a computer component.

基板10Aは、例えば、全体の厚みが1.5mmの金属板であり、アルミニウム(Al),マグネシウム(Mg)および亜鉛(Zn)からなる群のうちの少なくとも一種により構成されている。この基板10A内の、基板10Aの表面から厚み方向に数百μmないし1mm程度の領域が、機能領域20となっている。   The substrate 10A is, for example, a metal plate having an overall thickness of 1.5 mm, and is made of at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn). A region of about several hundred μm to 1 mm in the thickness direction from the surface of the substrate 10A in the substrate 10A is a functional region 20.

機能領域20は、母材である基板10Aの強度、熱伝導性または熱膨張係数などの特性を機能性材料により変化させ、機能性材料に応じた機能を持たせたものである。例えば機能性材料としてダイヤモンド粒子21を含む場合、機能領域20は、物質の中でも最高の2500W/m・Kという熱伝導率を有するダイヤモンドにより、熱伝導性が著しく高くなり、優れた放熱機能を有するものとなる。ダイヤモンド粒子21の直径は、例えば約10μmないし20μmである。また、機能性材料はSiC粒子でもよい。その場合、機能領域20は、ダイヤモンドにつぐモース硬さ9.5を有する極めて硬いSiCにより、強度や安定性が高まり、優れた耐熱性、耐摩耗性能を有するものとなる。   The functional region 20 has a function corresponding to the functional material by changing characteristics such as strength, thermal conductivity, or thermal expansion coefficient of the base substrate 10A using the functional material. For example, when diamond particles 21 are included as a functional material, the functional region 20 has a high thermal conductivity due to diamond having the highest thermal conductivity of 2500 W / m · K among the substances, and has an excellent heat dissipation function. It will be a thing. The diameter of the diamond particle 21 is, for example, about 10 μm to 20 μm. The functional material may be SiC particles. In that case, the functional region 20 is made of extremely hard SiC having a Mohs hardness of 9.5, which is similar to that of diamond, so that the strength and stability are increased, and the heat resistance and wear resistance are excellent.

このような機能領域20は、後述するように、基板10Aの表面にダイヤモンド粉末を配置したのち、衝撃波を与えてダイヤモンド粉末を基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込むことにより形成されたものである。これにより、この機能性基板10では、機能領域でのダイヤモンド粒子21の含有量の分布が調整可能となっており、少量のダイヤモンド粒子21により機能領域20の熱伝導性を飛躍的に高めることができるようになっている。   As described later, the functional region 20 is formed by disposing diamond powder on the surface of the substrate 10A and then embedding the diamond powder in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A by applying a shock wave. It is. Thereby, in this functional substrate 10, the distribution of the content of the diamond particles 21 in the functional region can be adjusted, and the thermal conductivity of the functional region 20 can be drastically increased by a small amount of the diamond particles 21. It can be done.

機能領域20でのダイヤモンド粒子21の含有量は、例えば図2に示したように、基板10Aの表面から厚み方向に向かって均一であることが好ましい。このようにすれば、熱伝導率をより高めることができる。なお、ここで「均一」とは完全に均一である場合のみでなく、ある程度ばらつきがある場合も含む。   As shown in FIG. 2, for example, the content of the diamond particles 21 in the functional region 20 is preferably uniform from the surface of the substrate 10A toward the thickness direction. In this way, the thermal conductivity can be further increased. Here, the term “uniform” includes not only the case of being completely uniform but also the case where there is some variation.

また、図3に示したように、機能領域20でのダイヤモンド粒子21の含有量は、基板10Aの表面から厚み方向に向かって次第に減少していることも好ましい。このようにダイヤモンド粒子21が基板10Aの表面に集中していれば、基板10Aの表面からの放熱効率を極めて高くすることができる。また、ダイヤモンドの硬度が極めて高いので、表面の耐摩耗性能を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 3, it is also preferable that the content of the diamond particles 21 in the functional region 20 gradually decreases from the surface of the substrate 10A in the thickness direction. Thus, if the diamond particles 21 are concentrated on the surface of the substrate 10A, the heat dissipation efficiency from the surface of the substrate 10A can be made extremely high. Further, since the hardness of diamond is extremely high, the wear resistance performance of the surface can be improved.

この機能性基板は、例えば、次のようにして製造することができる。   This functional substrate can be manufactured as follows, for example.

まず、図4に示したように、例えば、厚みが1.5mmのアルミニウム(Al)よりなる基板10Aの上に、直径が例えば約10μmないし20μmのダイヤモンド粉末21Aを配置し、保護材30で覆うと共に周囲を封止層31により封止する。   First, as shown in FIG. 4, for example, diamond powder 21A having a diameter of, for example, about 10 μm to 20 μm is arranged on a substrate 10A made of aluminum (Al) having a thickness of 1.5 mm and covered with a protective material 30. At the same time, the periphery is sealed with a sealing layer 31.

保護材30はダイヤモンド粉末21Aの散逸(飛散、流出など)を防止するためのものであり、例えば、基板10Aと同様に、厚みが1.5mmのアルミニウム(Al)などの金属板を用いることができる。なお、衝撃波SWは保護材30を介してダイヤモンド粉末21Aに与えられるので、保護材30の厚みや質量は、衝撃波SWによるダイヤモンド粉末21Aの加圧条件を考慮して設定する必要がある。封止層31としては、例えば厚みが0.5mmの市販の粘着テープを用いることができる。   The protective material 30 is for preventing the dissipation (scattering, outflow, etc.) of the diamond powder 21A. For example, a metal plate such as aluminum (Al) having a thickness of 1.5 mm may be used similarly to the substrate 10A. it can. Since the shock wave SW is applied to the diamond powder 21A via the protective material 30, the thickness and mass of the protective material 30 must be set in consideration of the pressurizing condition of the diamond powder 21A by the shock wave SW. As the sealing layer 31, for example, a commercially available adhesive tape having a thickness of 0.5 mm can be used.

次いで、衝撃波発生源40として爆薬41を準備する。この爆薬41は、例えば、電気雷管42により起爆される板状の爆薬であり、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)よりなる支持板42に配設されている。   Next, an explosive 41 is prepared as a shock wave generation source 40. The explosive 41 is, for example, a plate-shaped explosive initiated by an electric detonator 42, and is disposed on a support plate 42 made of PMMA (polymethyl methacrylate).

なお、衝撃波発生源40としては、例えば、化学的エネルギーを利用するものとして爆薬、電気的エネルギーを利用するものとして電気パルス発生装置が挙げられる。また、機械的エネルギーを利用するものとして、液体中への金属球の打ち込みを利用して衝撃波SWを発生させる手法などが挙げられる。もちろん、衝撃波発生源40は、上記以外の他のエネルギーを利用して衝撃波SWを発生させるものであってもよい。   Examples of the shock wave generation source 40 include an explosive that uses chemical energy and an electric pulse generator that uses electrical energy. Further, as a method using mechanical energy, there is a method of generating a shock wave SW by using a metal sphere driven into a liquid. Of course, the shock wave generation source 40 may generate the shock wave SW using energy other than the above.

続いて、伝達媒体Mとして水Wが満たされた水槽50を用意し、基板10Aと保護材30との間にダイヤモンド粉末21Aを封入したものを、衝撃波発生源40と共に水槽50の水W中に設置する。   Subsequently, a water tank 50 filled with water W is prepared as the transmission medium M, and the diamond powder 21A sealed between the substrate 10A and the protective material 30 is placed in the water W of the water tank 50 together with the shock wave source 40. Install.

伝達媒体Mは、衝撃波SWに伴う圧力を伝達させるためのもの(圧力伝達媒体)である。この伝達媒体Mは、例えば、気体または液体などの圧縮性流体や、ゴムなどの弾性体である。   The transmission medium M is for transmitting the pressure accompanying the shock wave SW (pressure transmission medium). The transmission medium M is, for example, a compressive fluid such as gas or liquid, or an elastic body such as rubber.

なお、衝撃波SWは、伝達媒体M中において高速(音速を超える速度)で伝播する強い圧力変化の波であり、圧力、温度および密度などの物理的因子を瞬間的に急激に変化させる性質を有するものである。特に、水Wを伝達媒体Mとする水中衝撃波SWを用いることが好ましい。試料にかかる熱の影響を減少することができ、試料が焼けるおそれがないからである。また、水中衝撃波SWは作用時間が長くなるといわれており、圧力を比較的長い時間試料に負荷することができるからである。ダイヤモンド粉末21Aに係るダイヤモンド粉末21A上にある保護材30上に作用する水中衝撃波SWの圧力は、保護材30と爆薬41との間の距離twを変化させることにより比較的容易に制御することが可能であり、例えば約1GPa〜3GPaとすることが好ましい。また、距離twは例えば5mm以上40mm以下とすることが好ましい。   The shock wave SW is a strong pressure change wave that propagates at high speed (speed exceeding the speed of sound) in the transmission medium M, and has the property of instantaneously and rapidly changing physical factors such as pressure, temperature, and density. Is. In particular, it is preferable to use the underwater shock wave SW using the water W as the transmission medium M. This is because the influence of heat applied to the sample can be reduced, and there is no fear of burning the sample. In addition, the underwater shock wave SW is said to have a long action time, and the pressure can be applied to the sample for a relatively long time. The pressure of the underwater shock wave SW acting on the protective material 30 on the diamond powder 21A according to the diamond powder 21A can be controlled relatively easily by changing the distance tw between the protective material 30 and the explosive 41. For example, about 1 GPa to 3 GPa is preferable. The distance tw is preferably 5 mm or more and 40 mm or less, for example.

そののち、爆薬41を爆発させることにより衝撃波SWを発生させる。発生した衝撃波SWは水Wを媒体として伝播し、保護材30を介してダイヤモンド粉末21Aに与えられる。これにより、ダイヤモンド粉末21Aは高速に加速されて基板10Aに衝突・貫通し、基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込まれ、機能領域20が形成される。以上により、図1ないし図3に示した機能性基板10が完成する。   After that, the shock wave SW is generated by detonating the explosive 41. The generated shock wave SW propagates using the water W as a medium, and is given to the diamond powder 21 </ b> A through the protective material 30. As a result, the diamond powder 21A is accelerated at high speed, collides with and penetrates the substrate 10A, and is buried in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A, so that the functional region 20 is formed. Thus, the functional substrate 10 shown in FIGS. 1 to 3 is completed.

このように本実施の形態では、衝撃波SWを用いるようにしたので、簡単な工程でダイヤモンド粉末21Aを基板10Aに埋め込み、機能領域20を形成することができる。また、機能領域20におけるダイヤモンド粒子21の含有量の分布は調整可能であり、機能性材料としてダイヤモンド粒子21を選択することにより、少量のダイヤモンド粒子21で機能領域20の熱伝導性を飛躍的に高め、半導体装置の放熱部材等として好適に利用することができる。   Thus, in this embodiment, since the shock wave SW is used, the diamond powder 21A can be embedded in the substrate 10A and the functional region 20 can be formed by a simple process. In addition, the distribution of the content of the diamond particles 21 in the functional region 20 can be adjusted. By selecting the diamond particles 21 as the functional material, the thermal conductivity of the functional region 20 can be drastically increased with a small amount of the diamond particles 21. It can be used suitably as a heat radiating member of a semiconductor device.

以下、本発明の機能性基板の具体的な適用例について説明する。   Hereinafter, specific application examples of the functional substrate of the present invention will be described.

図5は、本発明の機能性基板を用いた半導体装置の一例を表すものである。この半導体装置は、放熱部材110上に半導体素子120を配設したものであり、放熱部材110は上記実施の形態で説明した機能性基板10により構成されている。すなわち、放熱部材110は、アルミニウム(Al)などの金属板である基板10A内に、基板10Aの表面から厚み方向の一部に、機能性材料としてダイヤモンド粒子21を含む機能領域20を有している。機能領域20は、基板10Aの表面にダイヤモンド粉末を配置したのち、衝撃波SWを与えてダイヤモンド粉末を基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込むことにより形成されたものである。これにより、この半導体装置では、放熱部材110の熱伝導性が高く、熱放散効率を向上させることができるようになっている。   FIG. 5 shows an example of a semiconductor device using the functional substrate of the present invention. In this semiconductor device, a semiconductor element 120 is disposed on a heat radiating member 110, and the heat radiating member 110 is constituted by the functional substrate 10 described in the above embodiment. That is, the heat radiating member 110 has a functional region 20 including diamond particles 21 as a functional material in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A in the substrate 10A that is a metal plate such as aluminum (Al). Yes. The functional region 20 is formed by disposing diamond powder on the surface of the substrate 10A and then embedding the diamond powder in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A by applying a shock wave SW. Thereby, in this semiconductor device, the heat dissipation member 110 has high thermal conductivity, and the heat dissipation efficiency can be improved.

半導体素子120は、はんだなどの接着層(図示せず)を間にして放熱部材110に接合されている。なお、半導体素子120の種類は特に限定されず、レーザあるいは発光ダイオードなどの半導体発光素子、コンピュータのCPU(Central Processing Unit ;中央処理装置)などが挙げられる。   The semiconductor element 120 is bonded to the heat dissipation member 110 with an adhesive layer (not shown) such as solder interposed therebetween. The type of the semiconductor element 120 is not particularly limited, and examples thereof include a semiconductor light emitting element such as a laser or a light emitting diode, a computer CPU (Central Processing Unit).

この半導体装置では、半導体素子120から発生した熱は、ダイヤモンド粒子21を含む熱伝導率の高い機能領域20を介して効率良く放散される。   In this semiconductor device, heat generated from the semiconductor element 120 is efficiently dissipated through the functional region 20 including the diamond particles 21 and having high thermal conductivity.

このように本実施の形態では、本発明の機能性基板10を放熱部材110として備えるようにしたので、熱放散効率を向上させることができる。   Thus, in this Embodiment, since the functional board | substrate 10 of this invention was provided as the heat radiating member 110, heat dissipation efficiency can be improved.

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。   Furthermore, specific examples of the present invention will be described.

(実施例1)
上記実施の形態と同様にして機能性基板10を作製した。まず、ダイヤモンド粉末21Aとして、直径10μm〜20μmの人工合成ダイヤモンド粉末0.8gを用意した。そのSEM(走査型電子顕微鏡写真;Scanning Electron Micrograph)を図6に示す。
Example 1
A functional substrate 10 was fabricated in the same manner as in the above embodiment. First, 0.8 g of artificial synthetic diamond powder having a diameter of 10 μm to 20 μm was prepared as the diamond powder 21A. The SEM (Scanning Electron Micrograph) is shown in FIG.

また、基板10Aおよび保護材30として2枚の工業用純粋アルミニウム板(厚み1.5mm,JIS A1050−O,(>99.5 mass% Al))を用意し、これらを0.1mmの空気の間隙をおいて対向配置すると共にその間にダイヤモンド粉末21Aを配置し、周囲を封止層31により封止した。   Also, two industrial pure aluminum plates (thickness 1.5 mm, JIS A1050-O, (> 99.5 mass% Al)) are prepared as the substrate 10A and the protective material 30, and these are made of 0.1 mm air. The diamond powder 21 </ b> A was placed in opposition with a gap, and the periphery was sealed with a sealing layer 31.

次いで、基板10Aと保護材30との間にダイヤモンド粉末21Aを封入したものと、衝撃波発生源40とを、伝達媒体Mとして水Wが満たされた水槽50中に、互いに平行に設置した。衝撃波発生源40の爆薬41としては、旭化成社製SEP(商品名)(爆速約7km/s、密度約1300kg/m3 )を用いた。爆薬41の厚みは5mmに固定し、保護材30と爆薬41との間の距離tw=40mmとした。 Next, the diamond powder 21 </ b> A sealed between the substrate 10 </ b> A and the protective material 30 and the shock wave generation source 40 were installed in parallel in a water tank 50 filled with water W as the transmission medium M. As the explosive 41 for the shock wave generation source 40, SEP (trade name) manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. (explosion speed: about 7 km / s, density: about 1300 kg / m 3 ) was used. The thickness of the explosive 41 was fixed to 5 mm, and the distance tw between the protective material 30 and the explosive 41 was 40 mm.

続いて、爆薬41を爆発させることにより衝撃波SWを発生させ、ダイヤモンド粉末21Aに対して衝撃波SWを与えてダイヤモンド粉末21Aを基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込み、機能領域20を形成した。この衝撃波SWの最大圧力を別途評価したところ、その値は数的シミュレーション(非特許文献1参照。)により約1GPaであった。   Subsequently, a shock wave SW is generated by detonating the explosive 41, the shock wave SW is applied to the diamond powder 21A, and the diamond powder 21A is embedded in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A to form the functional region 20. . When the maximum pressure of the shock wave SW was separately evaluated, the value was about 1 GPa by numerical simulation (see Non-Patent Document 1).

そののち、得られた機能性基板10を回収し、その断面を調べた。図7はその写真を表すものであるが、基板10Aにダイヤモンド粒子21が埋め込まれていた。すなわち、ダイヤモンド粉末21Aに対して衝撃波SWを与えることにより、ダイヤモンド粉末21Aを基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込んで機能領域20を形成することができることが分かった。   After that, the obtained functional substrate 10 was collected and the cross section was examined. FIG. 7 shows the photograph. Diamond particles 21 were embedded in the substrate 10A. In other words, it was found that the functional region 20 can be formed by embedding the diamond powder 21A from the surface of the substrate 10A into a part in the thickness direction by applying the shock wave SW to the diamond powder 21A.

機能領域20の厚みは約数百μmであり、表面から深さ1mmよりも深く貫通したダイヤモンド粒子21はほとんどなかった。深さ200μmないし1mmの間に存在するダイヤモンド粒子21を点算法により測定したところ、2vol%〜4vol%であり、機能領域20でのダイヤモンド粒子21の含有量は基板10Aの表面から厚み方向に向かって次第に減少していた。表面から200μm(0.02mm)に30vol%以上のダイヤモンド粒子21が認められた。   The thickness of the functional region 20 was about several hundreds μm, and there were almost no diamond particles 21 penetrating deeper than the depth of 1 mm from the surface. When diamond particles 21 existing between 200 μm and 1 mm in depth are measured by a point calculation method, they are 2 vol% to 4 vol%, and the content of diamond particles 21 in the functional region 20 is from the surface of the substrate 10A toward the thickness direction. Gradually decreased. 30 vol% or more of diamond particles 21 were observed at 200 μm (0.02 mm) from the surface.

図8は、機能性基板10の表面から0.5mmにおけるダイヤモンド粒子21の拡大光学顕微鏡写真である。ダイヤモンド粒子21の直径は約10μmであり、元の寸法を維持していた。このことは、ダイヤモンド粉末21Aが基板10Aに高速衝突する際にダイヤモンド粉末21Aの細片化が生じなかったことを示唆している。また、図8から分かるように、ダイヤモンド粒子21の中には、基板10Aを貫通する際の擦過によりシャープエッジが消滅してしまったものが見られた。   FIG. 8 is an enlarged optical micrograph of the diamond particles 21 at 0.5 mm from the surface of the functional substrate 10. The diameter of the diamond particles 21 was about 10 μm, and the original dimensions were maintained. This suggests that the diamond powder 21A was not fragmented when the diamond powder 21A collided with the substrate 10A at high speed. In addition, as can be seen from FIG. 8, some of the diamond particles 21 have disappeared sharp edges due to rubbing when penetrating the substrate 10A.

また、機能性基板10の断面には、ダイヤモンド粉末21Aの貫通により形成された穴の跡は観察されなかった。このことは、高圧下の極めて高いひずみ速度での材料の液状作用により、変形後に穴が閉じられたことを示唆している。図9は、このようなダイヤモンド粉末21Aの衝突および貫通の過程を概略的に表したものである。高速に加速されたダイヤモンド粉末21Aの粒子はアルミニウムよりなる基板10Aに衝突し(図9;右)、基板10Aを貫通するが(図9;中央)、穴10Bは柔らかいアルミニウムの流動化により短期間に閉じられたものと推定される(図9;左)。回収後の機能性基板10の重量変化を測定したところ、重量増加はダイヤモンド粒子21の平均体積含有率から見込まれる重量増加よりも小さいことが確認された。このことは、流動アルミニウムの一部が水滴のように飛沫10Cとして外部に飛散したことを示唆している(図9;左)。また、この結果は、極めて高いひずみ速度での液状作用も示唆している。ダイヤモンド粉末21Aの速度の評価または測定は現在では極めて難しいが、このような流動を考えると、ダイヤモンド粉末21Aは数百m/sに加速されていたはずである。なぜなら、このような激しい流動により接着された爆発圧接がその速度で達成されているからである(例えば、非特許文献2参照。)。なお、同様な貫通が保護材30にも生じていた。   Further, in the cross section of the functional substrate 10, no trace of holes formed by the penetration of the diamond powder 21A was observed. This suggests that the hole was closed after deformation due to the liquid action of the material at a very high strain rate under high pressure. FIG. 9 schematically shows the process of collision and penetration of such diamond powder 21A. The diamond powder 21A accelerated at high speed collides with the substrate 10A made of aluminum (FIG. 9; right) and penetrates the substrate 10A (FIG. 9; center), but the hole 10B has a short period due to fluidization of soft aluminum. (Fig. 9; left). When the weight change of the functional substrate 10 after the collection was measured, it was confirmed that the weight increase was smaller than the weight increase expected from the average volume content of the diamond particles 21. This suggests that part of the fluidized aluminum was scattered outside as droplets 10C like water droplets (FIG. 9; left). The results also suggest a liquid action at very high strain rates. The evaluation or measurement of the speed of the diamond powder 21A is very difficult at present, but considering such a flow, the diamond powder 21A should have been accelerated to several hundred m / s. This is because the explosive pressure welding bonded by such intense flow is achieved at that speed (for example, see Non-Patent Document 2). The same penetration occurred in the protective material 30.

また、得られた機能性基板10を熱源としてシリコンラバーヒータに載せて、機能領域20、その周囲のダイヤモンド粒子21を含まない領域および熱源側の3箇所に熱電対を貼り、温度を測定した。その結果を図10に示す。   The obtained functional substrate 10 was placed on a silicon rubber heater as a heat source, thermocouples were attached to the functional region 20, the region not including the diamond particles 21 around the functional region 20, and the heat source side, and the temperature was measured. The result is shown in FIG.

図10から分かるように、機能領域20は、その周囲の領域よりも温度が高かった。すなわち、基板10Aの内部に、衝撃波SWを用いて形成された機能領域20を有するようにすれば、機能領域20の熱伝導率を高めることができることが分かった。   As can be seen from FIG. 10, the functional region 20 was higher in temperature than the surrounding region. That is, it was found that the thermal conductivity of the functional region 20 can be increased if the functional region 20 formed using the shock wave SW is provided inside the substrate 10A.

(実施例2−1〜2−7)
twを変えたことを除いては実施例1と同様にして機能性基板10を形成した。その際、実施例2−1ではtw=10mm、実施例2−2ではtw=15mm、実施例2−3ではtw=20mm、実施例2−4ではtw=25mm、実施例2−5ではtw=30mm、実施例2−6ではtw=35mm、実施例2−7ではtw=40mmとした。なお実施例2−7は実施例1と同一のものである。得られた機能性基板10を回収し、実施例2−3(tw=20mm)のものについて機能領域20でのダイヤモンド粒子21の含有量の分布を調べた。図11にその結果を示す。図11から分かるように、機能領域20でのダイヤモンド粒子21の含有量は基板10Aの表面から厚み方向に向かって次第に減少しており、実施例1と同様の結果が得られた。他の実施例2−1,2−2,2−4,2−5の機能性基板10については目視により確認したところ、twによりダイヤモンド粒子21の含有量の分布に多少の違いが認められたことを除いては実施例2−3と同様の結果が得られた。
(Examples 2-1 to 2-7)
A functional substrate 10 was formed in the same manner as in Example 1 except that tw was changed. At that time, in Example 2-1, tw = 10 mm, in Example 2-2, tw = 15 mm, in Example 2-3, tw = 20 mm, in Example 2-4, tw = 25 mm, and in Example 2-5, tw. = 30 mm, tw = 35 mm in Example 2-6, and tw = 40 mm in Example 2-7. Example 2-7 is the same as Example 1. The obtained functional substrate 10 was collected, and the distribution of the content of diamond particles 21 in the functional region 20 was examined for the substrate of Example 2-3 (tw = 20 mm). FIG. 11 shows the result. As can be seen from FIG. 11, the content of the diamond particles 21 in the functional region 20 gradually decreased from the surface of the substrate 10A in the thickness direction, and the same result as in Example 1 was obtained. Regarding the functional substrates 10 of other Examples 2-1, 2-2, 2-4, and 2-5, when visually confirmed, a slight difference was observed in the distribution of the content of the diamond particles 21 by tw. Except for this, the same results as in Example 2-3 were obtained.

(実施例3−1)
上記実施の形態と同様にして機能性基板10を作製した。まず、ダイヤモンド粉末21Aとして、直径10μm〜20μmの人工合成ダイヤモンド粉末0.2gを用意した。そのSEMを図12に示す。
(Example 3-1)
A functional substrate 10 was fabricated in the same manner as in the above embodiment. First, 0.2 g of artificial synthetic diamond powder having a diameter of 10 μm to 20 μm was prepared as the diamond powder 21A. The SEM is shown in FIG.

また、基板10Aおよび保護材30として2枚のマグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金AZ31(Mg−3Al−1Zn)よりなる板を用意し、これらを0.5mmの空気の間隙をおいて対向配置すると共にその間にダイヤモンド粉末21Aを配置し、周囲を封止層31により封止した。ダイヤモンド粉末21Aを配置する際には、溶媒としてエタノールに混合させたダイヤモンド粉末21Aを基板10Aに流した後に、溶媒を乾燥させた。ダイヤモンド粉末21Aを配置した面積は900mm2 となるようにし、その周囲に厚み0.5mmの防水テープを貼ることにより、基板10Aと保護材30との間隙を保持すると共に防水を行った。 Further, as the substrate 10A and the protective material 30, two plates made of magnesium-aluminum-zinc alloy AZ31 (Mg-3Al-1Zn) are prepared, and they are arranged opposite to each other with an air gap of 0.5 mm. The diamond powder 21A was disposed on the periphery, and the periphery was sealed with a sealing layer 31. When arranging the diamond powder 21A, the diamond powder 21A mixed with ethanol as a solvent was passed through the substrate 10A, and then the solvent was dried. The area where the diamond powder 21A was disposed was set to 900 mm 2, and a waterproof tape having a thickness of 0.5 mm was pasted around it to keep the gap between the substrate 10A and the protective material 30 and waterproof.

次いで、基板10Aと保護材30との間にダイヤモンド粉末21Aを封入したものと、衝撃波発生源40とを、伝達媒体Mとして水Wが満たされた水槽50中に、互いに平行に設置した。衝撃波発生源40の爆薬41としては、旭化成ケミカルズ社製SEP(商品名)(爆速7000km/s、密度約1310kg/m3 )を用いた。爆薬41の厚みは5mmに固定し、保護材30と爆薬41との間の距離twは15mmとした。なお、基板10Aと保護材30との間にダイヤモンド粉末21Aを封入したものは、水槽50の底に設けられた軟鋼板よりなる支持体(図示せず)上に設置した。 Next, the diamond powder 21 </ b> A sealed between the substrate 10 </ b> A and the protective material 30 and the shock wave generation source 40 were installed in parallel in a water tank 50 filled with water W as the transmission medium M. As the explosive 41 of the shock wave generation source 40, SEP (trade name) (explosion speed: 7000 km / s, density: about 1310 kg / m 3 ) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation was used. The thickness of the explosive 41 was fixed to 5 mm, and the distance tw between the protective material 30 and the explosive 41 was 15 mm. In addition, what enclosed diamond powder 21A between the board | substrate 10A and the protective material 30 was installed on the support body (not shown) which consists of a mild steel plate provided in the bottom of the water tank 50. FIG.

続いて、爆薬41を爆発させることにより衝撃波SWを発生させ、ダイヤモンド粉末21Aに対して衝撃波SWを与えてダイヤモンド粉末21Aを機能性基板10の表面から厚み方向の一部に埋め込み、機能領域20を形成した。   Subsequently, a shock wave SW is generated by detonating the explosive 41, the shock wave SW is applied to the diamond powder 21A, and the diamond powder 21A is embedded in a part in the thickness direction from the surface of the functional substrate 10, and the functional region 20 is formed. Formed.

(実施例3−2〜3−6)
twを変えたことを除いては実施例3−1と同様にして機能性基板10を形成した。その際、実施例3−2ではtw=20mm、実施例3−3ではtw=25mm、実施例3−4ではtw=30mm、実施例3−5ではtw=35mm、実施例3−6ではtw=40mmとした。
(Examples 3-2 to 3-6)
A functional substrate 10 was formed in the same manner as in Example 3-1, except that tw was changed. At that time, tw = 20 mm in Example 3-2, tw = 25 mm in Example 3-3, tw = 30 mm in Example 3-4, tw = 35 mm in Example 3-5, and tw in Example 3-6. = 40 mm.

得られた機能性基板10を回収し、機能領域20の形成状況を調べたところ、実施例3−1〜3−6の全ての機能性基板10の表面において、ダイヤモンド粒子21が被膜された機能領域20が形成されていた。機能領域20が形成された機能性基板10の写真を図13、表面SEM写真を図14、表面X線回折の解析結果を図15にそれぞれ示す。また、図16には、実施例3−4で得られた機能領域20の断面顕微鏡写真を示す。   When the obtained functional substrate 10 was collected and the formation state of the functional region 20 was examined, the function in which the diamond particles 21 were coated on the surfaces of all the functional substrates 10 of Examples 3-1 to 3-6. Region 20 was formed. FIG. 13 shows a photograph of the functional substrate 10 on which the functional region 20 is formed, FIG. 14 shows a surface SEM photograph, and FIG. 15 shows the analysis result of the surface X-ray diffraction. Moreover, in FIG. 16, the cross-sectional microscope picture of the functional area | region 20 obtained in Example 3-4 is shown.

図14から分かるように、機能領域20の表面にはダイヤモンド粒子21が隙間なく並んでいたが、このダイヤモンド粒子21の寸法や形状は図12に示した埋め込み前のダイヤモンド粉末21Aと同じであり、外形のシャープなエッジもそのまま残存していた。また、図15から分かるように、機能領域20からは、AZ31の合金とダイヤモンド以外のピークは確認されなかった。   As can be seen from FIG. 14, the diamond particles 21 were arranged on the surface of the functional region 20 without any gaps, but the dimensions and shape of the diamond particles 21 are the same as the diamond powder 21A before embedding shown in FIG. The sharp edge of the outline remained. Further, as can be seen from FIG. 15, no peaks other than the alloy of AZ31 and diamond were confirmed from the functional region 20.

更に、図16から分かるように、実施例3−4で得られた機能領域20には、ダイヤモンド粉末21Aの打ち込みが開始される表面近傍約50μmの深さまで、ダイヤモンド粒子21が集中して存在していた。他の実施例についても、深さに差異はあるが、同様にAZ31表面近傍でのダイヤモンド粒子21の存在を確認することができた。   Furthermore, as can be seen from FIG. 16, in the functional region 20 obtained in Example 3-4, the diamond particles 21 are concentrated to a depth of about 50 μm near the surface where the diamond powder 21A starts to be implanted. It was. Regarding other examples, the presence of diamond particles 21 in the vicinity of the surface of AZ31 could be confirmed in the same manner, although there was a difference in depth.

すなわち、ダイヤモンド粉末21Aに対して衝撃波SWを与えることにより、ダイヤモンド粉末21Aを基板10Aの表面から厚み方向の一部に埋め込むようにようにすれば、ダイヤモンド粉末21Aの外形寸法や形状を保持しつつ、ダイヤモンド粉末21Aおよび基板10Aの性質を変えずに機能領域20を形成することができることが分かった。なお、実施例3−1〜3−6ではtwを最大40mmとしたが、tw=40mmを超えても機能性基板10の形成は可能であると考えられる。予想ではtw=60mm程度が機能性基板10の形成可能な範囲となる。   That is, by applying a shock wave SW to the diamond powder 21A so that the diamond powder 21A is embedded in a part of the thickness direction from the surface of the substrate 10A, the outer dimensions and shape of the diamond powder 21A are maintained. It has been found that the functional region 20 can be formed without changing the properties of the diamond powder 21A and the substrate 10A. In Examples 3-1 to 3-6, tw was set to 40 mm at the maximum, but it is considered that the functional substrate 10 can be formed even if tw = 40 mm is exceeded. In an expectation, about tw = 60 mm is a range in which the functional substrate 10 can be formed.

実施例3−1〜3−6で得られた機能性基板10について、機能領域20の磨耗実験を行い、実験前と実験後との重量変化を測定した。磨耗試験の条件としては、測定負荷30g、測定速度382rpm、測定半径2.5mm、測定時間1000s、測定温度室温、測定距離1Kmとした。得られた結果を表1に示す。   About the functional board | substrate 10 obtained in Examples 3-1 to 3-6, the abrasion test of the functional area | region 20 was done, and the weight change before and after an experiment was measured. The conditions for the wear test were a measurement load of 30 g, a measurement speed of 382 rpm, a measurement radius of 2.5 mm, a measurement time of 1000 s, a measurement temperature of room temperature, and a measurement distance of 1 km. The obtained results are shown in Table 1.

比較例として、機能領域20を形成しない未処理のAZ31合金よりなる板についても、上記実施例と同一条件で摩耗実験を行い、実験前と実験後との重量変化を測定した。その結果も表1に合わせて示す。   As a comparative example, a plate made of an untreated AZ31 alloy that does not form the functional region 20 was also subjected to a wear experiment under the same conditions as in the above example, and the change in weight before and after the experiment was measured. The results are also shown in Table 1.

Figure 2007027703
Figure 2007027703

表1から分かるように、衝撃波負荷により表面をダイヤモンド粒子21によって処理され、機能領域20が形成された上記実施例の機能性基板10は、機能領域20を形成していない比較例と比べて質量減少量が極めて小さく、はるかに削れ難くなっていた。すなわち、衝撃波SWにより機能領域20を形成した機能性基板10では、機能領域20を形成しないものに比べて耐磨耗性を著しく高めることができることが分かった。   As can be seen from Table 1, the functional substrate 10 of the above example in which the functional region 20 was formed by treating the surface with a diamond particle 21 by shock wave loading has a higher mass than the comparative example in which the functional region 20 is not formed. The amount of reduction was very small and much harder to cut. That is, it was found that the functional substrate 10 in which the functional region 20 is formed by the shock wave SW can significantly improve the wear resistance as compared with the case where the functional region 20 is not formed.

(実施例4)
機能性材料としてダイヤモンド粒子21の代わりにSiC粒子を用いたことを除いては実施例1と同様にして機能性基板10を形成した。その際、250メッシュのSiC粉末を0.1g使用し、tw=20mmとした。得られた機能性基板10を回収して断面の状態を調べたところ、実施例1と同様の結果が得られた。
Example 4
A functional substrate 10 was formed in the same manner as in Example 1 except that SiC particles were used instead of diamond particles 21 as the functional material. At that time, 0.1 g of 250 mesh SiC powder was used, and tw = 20 mm. When the obtained functional substrate 10 was collected and the state of the cross section was examined, the same result as in Example 1 was obtained.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、機能領域20を、基板10Aの表面から厚み方向の一部に形成する場合について説明したが、衝撃波SWによるダイヤモンド粉末21Aの加圧条件等によっては基板10Aの表面から厚み方向の全部に形成することも可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, although the case where the functional region 20 is formed in a part in the thickness direction from the surface of the substrate 10A has been described, depending on the pressing condition of the diamond powder 21A by the shock wave SW, the functional region 20 is formed in the entire thickness direction from the surface of the substrate 10A. It is also possible to do.

また、上記実施の形態および実施例では、機能性基板10の構成を具体的に挙げて説明したが、機能性基板10の構成は上記実施の形態および実施例に限られない。例えば、機能領域20は必ずしも図1に示したように機能性基板10の表面の一部のみに形成されている必要はなく、機能性基板10の表面の全面にわたって形成されていてもよい。   In the above-described embodiments and examples, the configuration of the functional substrate 10 is specifically described. However, the configuration of the functional substrate 10 is not limited to the above-described embodiments and examples. For example, the functional region 20 is not necessarily formed on only part of the surface of the functional substrate 10 as shown in FIG. 1, and may be formed over the entire surface of the functional substrate 10.

更に、各構成要素の材料および厚み、または衝撃波SWによるダイヤモンド粉末21Aの加圧条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の加圧条件としてもよい。加えて、保護材30としてアルミニウム(Al)板の代わりに銅(Cu),チタン(Ti)またはステンレス鋼などの他の材料を用いることも可能である。   Furthermore, the material and thickness of each component, or the pressurizing conditions of the diamond powder 21A by the shock wave SW are not limited, and may be other materials and thicknesses, or other pressurizing conditions. In addition, other materials such as copper (Cu), titanium (Ti), or stainless steel can be used as the protective material 30 instead of the aluminum (Al) plate.

本発明の一実施の形態に係る機能性基板の構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the functional board | substrate which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した機能領域の断面構造の一例を表す断面図である。It is sectional drawing showing an example of the cross-sectional structure of the functional area | region shown in FIG. 機能領域の断面構造の他の例を表す断面図である。It is sectional drawing showing the other example of the cross-section of a functional area. 図1に示した機能性基板の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the functional board | substrate shown in FIG. 図1に示した機能性基板を放熱部材として用いた半導体装置の一例を表す断面図である。It is sectional drawing showing an example of the semiconductor device which used the functional board | substrate shown in FIG. 1 as a heat radiating member. 実施例1で使用した粉末のSEMである。2 is an SEM of powder used in Example 1. 実施例1の結果を表す写真である。2 is a photograph showing the result of Example 1. FIG. 実施例1の結果を表す写真である。2 is a photograph showing the result of Example 1. FIG. ダイヤモンド粉末の衝突および貫通の過程を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of collision and penetration of a diamond powder. 実施例1の結果を表す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the result of Example 1. 実施例2−3の結果を表す図である。It is a figure showing the result of Example 2-3. 実施例3−1〜3−6で使用した粉末のSEM写真である。It is a SEM photograph of the powder used in Examples 3-1 to 3-6. 実施例3−1〜3−6で得られた機能性基板の表面写真である。It is a surface photograph of the functional substrate obtained in Examples 3-1 to 3-6. 実施例3−1〜3−6で得られた機能領域の表面のSEM写真である。It is a SEM photograph of the surface of the functional region obtained in Examples 3-1 to 3-6. 実施例3−1〜3−6で得られた機能領域の表面のX線解析の写真である。It is a photograph of the X-ray analysis of the surface of the functional region obtained in Examples 3-1 to 3-6. 実施例3−4で得られた機能領域の断面顕微鏡写真である。It is a cross-sectional photomicrograph of the functional region obtained in Example 3-4.

符号の説明Explanation of symbols

10…機能性基板、10A…基板、10B…穴、10C…飛沫、20…機能領域、21…ダイヤモンド粒子、21A…ダイヤモンド粉末、30…保護材、31…封止層、40…衝撃波発生源、41…爆薬、42…電気雷管、43…支持板、50…水槽、SW…衝撃波、W…水、110…放熱部材、120…半導体素子。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Functional substrate, 10A ... Substrate, 10B ... Hole, 10C ... Splash, 20 ... Functional area, 21 ... Diamond particle, 21A ... Diamond powder, 30 ... Protective material, 31 ... Sealing layer, 40 ... Shock wave generation source, DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Explosive, 42 ... Electric detonator, 43 ... Support plate, 50 ... Water tank, SW ... Shock wave, W ... Water, 110 ... Radiation member, 120 ... Semiconductor element.

Claims (10)

所定の厚みを有する基板の表面に機能性材料の粉末を配置する工程と、
衝撃波を与えることにより機能性材料を前記基板の表面から厚み方向の少なくとも一部に埋め込んで前記基板内に機能領域を形成する工程と
を含むことを特徴とする機能性基板の製造方法。
Placing a functional material powder on the surface of a substrate having a predetermined thickness;
And a step of embedding a functional material in at least part of the thickness direction from the surface of the substrate by applying a shock wave to form a functional region in the substrate.
前記基板として金属板、前記機能性材料としてダイヤモンド粒子を用いる
ことを特徴とする請求項1記載の機能性基板の製造方法。
The method for producing a functional substrate according to claim 1, wherein a metal plate is used as the substrate and diamond particles are used as the functional material.
前記金属板はアルミニウム(Al),マグネシウム(Mg)および亜鉛(Zn)からなる群のうちの少なくとも一種により構成されている
ことを特徴とする請求項2記載の機能性基板の製造方法。
The method of manufacturing a functional substrate according to claim 2, wherein the metal plate is made of at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn).
前記基板上の粉末を保護材により覆ったのち、衝撃波を与える
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の機能性基板の製造方法。
The method for manufacturing a functional substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein a shock wave is applied after the powder on the substrate is covered with a protective material.
基板内の、前記基板の表面から厚み方向の少なくとも一部に機能性材料を含む機能領域を有し、
前記機能領域は、前記基板の表面に機能性材料の粉末を配置したのち前記粉末に衝撃波を与えることにより形成された
ことを特徴とする機能性基板。
In the substrate, having a functional region containing a functional material in at least part of the thickness direction from the surface of the substrate,
The functional region is formed by disposing a powder of a functional material on the surface of the substrate and then applying a shock wave to the powder.
前記機能領域での機能性材料の含有量は、前記基板の表面から厚み方向に向かって均一である
ことを特徴とする請求項5記載の機能性基板。
The functional substrate according to claim 5, wherein the content of the functional material in the functional region is uniform in the thickness direction from the surface of the substrate.
前記機能領域での機能性材料の含有量は、前記基板の表面から厚み方向に向かって次第に減少している
ことを特徴とする請求項5記載の機能性基板。
The functional substrate according to claim 5, wherein the content of the functional material in the functional region gradually decreases from the surface of the substrate in the thickness direction.
金属板内にダイヤモンド粒子からなる機能領域を備えた
ことを特徴とする請求項5記載の機能性基板。
The functional substrate according to claim 5, further comprising a functional region made of diamond particles in the metal plate.
前記金属板はアルミニウム,マグネシウムおよび亜鉛からなる群のうちの少なくとも一種により構成されている
ことを特徴とする請求項8記載の機能性基板。
The functional board according to claim 8, wherein the metal plate is made of at least one member selected from the group consisting of aluminum, magnesium, and zinc.
放熱部材上に半導体素子を備えた半導体装置であって、
前記放熱部材は金属板であり、前記金属板はその表面から厚み方向の少なくとも一部にダイヤモンド粒子を含む機能領域を有し、かつ前記機能領域は、前記金属板の表面にダイヤモンドの粉末を配置したのち前記粉末に衝撃波を与えることにより形成された
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device including a semiconductor element on a heat dissipation member,
The heat dissipating member is a metal plate, the metal plate has a functional region containing diamond particles in at least part of the thickness direction from the surface thereof, and the functional region is arranged with diamond powder on the surface of the metal plate. Then, the semiconductor device is formed by applying a shock wave to the powder.
JP2006166581A 2005-06-15 2006-06-15 Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device Pending JP2007027703A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006166581A JP2007027703A (en) 2005-06-15 2006-06-15 Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005175017 2005-06-15
JP2006166581A JP2007027703A (en) 2005-06-15 2006-06-15 Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007027703A true JP2007027703A (en) 2007-02-01

Family

ID=37788001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006166581A Pending JP2007027703A (en) 2005-06-15 2006-06-15 Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007027703A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011181846A (en) * 2010-03-03 2011-09-15 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module, method of manufacturing the same, substrate for power module with heat sink, and power module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170452A (en) * 1988-10-11 1990-07-02 Amoco Corp Structure using diamond composite substance and heat sink and electronic device
JPH05221791A (en) * 1991-12-18 1993-08-31 Kobe Steel Ltd Method for synthesizing diamond by combustion
JP2003117379A (en) * 2001-10-11 2003-04-22 National Institute For Materials Science Method for synthesizing hexagonal diamond

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02170452A (en) * 1988-10-11 1990-07-02 Amoco Corp Structure using diamond composite substance and heat sink and electronic device
JPH05221791A (en) * 1991-12-18 1993-08-31 Kobe Steel Ltd Method for synthesizing diamond by combustion
JP2003117379A (en) * 2001-10-11 2003-04-22 National Institute For Materials Science Method for synthesizing hexagonal diamond

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011181846A (en) * 2010-03-03 2011-09-15 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module, method of manufacturing the same, substrate for power module with heat sink, and power module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ralphs et al. In situ alloying of thermally conductive polymer composites by combining liquid and solid metal microadditives
Firkowska et al. The origin of high thermal conductivity and ultralow thermal expansion in copper–graphite composites
Lalet et al. Thermal expansion coefficient and thermal fatigue of discontinuous carbon fiber-reinforced copper and aluminum matrix composites without interfacial chemical bond
US20150313041A1 (en) Graphene dissipation structure
Ivanov et al. Fatigue life of silumin treated with a high-intensity pulsed electron beam
Tayeh et al. Hardness and Young's modulus behavior of Al composites reinforced by nanometric TiB2 elaborated by mechanosynthesis
Sharma et al. Ballistic performance of functionally graded boron carbide reinforced Al–Zn–Mg–Cu alloy
Casati Aluminum matrix composites reinforced with alumina nanoparticles
Rajkumar et al. Microwave heat treatment on aluminium 6061 alloy-boron carbide composites
Tanaka et al. Micropunching large-area metal sheets using underwater shock wave: Experimental study and numerical simulation
KR101860236B1 (en) Heat Dissipation sheet having electromagnetic wave shield function and manufacturing method thereof
Raju et al. Thermal convective conditions on MHD radiated flow with suspended hybrid nanoparticles
Usman et al. Heat and mass transfer along vertical channel in porous medium with radiation effect and slip condition
Zhou et al. Rapid selective ablation and high-precision patterning for micro-thermoelectric devices using femtosecond laser directing writing
Mezghani et al. Laser powder bed fusion additive manufacturing of copper wicking structures: fabrication and capillary characterization
Hutsch et al. Innovative metal-graphite composites as thermally conducting materials
Aljoaba et al. Modeling the effects of coolant application in friction stir processing on material microstructure using 3D CFD analysis
JP2007027703A (en) Method for manufacturing functional substrate, functional substrate and semiconductor device
JPWO2008010270A1 (en) Method for manufacturing functional substrate, functional substrate, and semiconductor device
Mostafavi et al. Molecular dynamics simulation of interface atomic diffusion in ultrasonic metal welding: Effect of crystal orientation and sliding velocity
Sharma et al. Heat transport of radiative ternary hybrid nanofluid over a convective stretching sheet with induced magnetic field and heat source/sink
EP3837930A1 (en) Heat management device
Handler et al. Design and process considerations for effective additive manufacturing of heat exchangers
KR101473708B1 (en) Method of manufacturing heat sink plate having excellent thermal conductivity in thickness direction and heat sink plate manufactured by the same
Tang et al. Comparative investigation of microjetting from tin surface subjected to laser and plane impact loadings via molecular dynamics simulations

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20090615

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100108

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120118

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120315

A02 Decision of refusal

Effective date: 20121004

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02