- Device Developement
PAP
Plasma Assisted Polishing
プラズマ援用研磨法
プラズマによるワーク・シール表面の活性化現象を利用し、スラリーを使わず、機械的加工を伴わないので、クリーンで高効率、加工変質層が生じない研磨を実現！
加工対象物
ダイヤモンド,
酸化物セラミック
適用例
- ・ダイヤ（多結晶・単結晶）の高速研磨
- ・結晶構造変化等のないダメージレス表面の創成
ジェイテックコーポレーションのPAP技術
PAP(Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法)
プラズマを利用して表面を活性化し研磨する技術であり、特にダイヤモンドなどの硬質材料の研磨に特化しています。従来のダイヤモンド砥粒を用いた機械研磨に比べて、高効率でありながら、加工変質層が生じません。この技術は、今後パワーデバイスとして注目されるダイヤモンド基板の研磨工程において大きな期待を集めています。
PAPの強み
POINT
高効率・高精度な研磨
加工速度と精度を高い水準で両立
POINT
加工変質層なし
結晶構造の乱れや表面損傷がなく、製品の信頼性と性能を向上
POINT
環境への配慮
薬剤、研磨スラリーを使用しない完全ドライプロセスで、環境負荷の低減に貢献
PAPの優位性
PAP（Plasma Assisted Polishing、プラズマ援用研磨法）装置は、プラズマによって活性化された粒子（イオン、ラジカル）が被加工物（ワーク）表面の原子と化学的に結合し、ワーク原子間の結合を弱めることにより、高効率かつダメージレスな研磨を実現する装置です。これにより、従来の機械的な研磨法では困難だったダイヤモンドなどの超硬材料の高精度加工が可能となります。
幅広い適用
ダイヤモンド以外の硬質材料や新素材にも適用可能で、研究開発から量産まで、幅広いフェーズでの設備を提供
研磨時間の短縮
研磨時間が短縮され、効率がアップ
コスト低減
シンプルな設計にすることで、設備コストを低減し、スラリーレスでランニングコストを低減
PAPの活用例
ダイヤモンドやシリコンカーバイド（SiC）などの硬質材料で作られたデバイスは、熱伝導率が高く熱膨張率が低いため熱効率が優れており、高温でも効率を落とすことなく使用できる特徴があります。そのため、放熱設計が簡単になり、高温での耐久性や信頼性が向上します。これにより、半導体、電子機器、航空宇宙、医療機器、再生可能エネルギー、レーザー技術、自動車や電車など、さまざまな分野で今後多く利用されることが期待されています。
パワーデバイスへの応用：高品質なSiCウェハやダイヤモンド基板への適用により、次世代パワーデバイスの性能向上に寄与
光学部品のへの応用：高精度なダイヤモンドレンズやウィンドウの製造に適用
ヒートシンクへの応用：ダイヤモンド基板のヒートシンクは、優れた熱伝導性と高い耐久性を誇るため、非常に効果的な冷却ソリューションとして注目
メカニカル用途への応用：耐摩耗性、耐溶着性に優れたダイヤモンドは、工具、金型、摺動部品として今後より注目、また加工精度の向上、欠陥の低減によるコストダウン、長寿命化が期待
PAP技術の応用例
パワーデバイス
ダイヤモンド基板はその高い熱伝導性、耐圧性により、パワーデバイスの効率向上や信頼性向上に寄与します。また、ダイヤモンドの優れた特性により、過酷な動作環境でも安定したパフォーマンスを維持することが可能です。ダイヤモンド基板はコスト、加工の難しさ、接合技術、熱膨張の問題など、実用化に向けた課題が存在しますが、加工の難しさにおいてPAP(Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法)がクリーンで高効率、加工変質層が生じない研磨を実現しました。
用途
- パワーエレクトロニクス: パワーMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）
- 電力変換装置: 太陽光発電システムや風力発電システムなどの電力変換装置
- 電動車（EV）やハイブリッド車（HEV）: 電動車やハイブリッド車のインバーターや電力制御ユニット
- 高周波および高出力通信機器: 高周波通信機器や高出力の通信デバイス
（レーダーシステムや衛星通信機器など） - 高出力レーザー装置: 高出力レーザー装置やレーザー誘導システム
ヒートシンク
ヒートシンクは、アルミニウムや銅を基板にしたものが一般的に使用されてきました。しかし、高い熱負荷がかかる電子機器や特殊な用途においては、冷却機構が複雑で大掛かりになります。一方、ダイヤモンドヒートシンクを用いると、シンプルで効率的なソリューションを提供できます。ダイヤモンドはコストや加工の難しさから使用が限られていましたが、PAP（Plasma Assisted Polishingプラズマ援用研磨法）がクリーンで高効率、加工変質層が生じない研磨を実現しました。この技術によって、ダイヤモンド基板のヒートシンクの実用化の可能性が広がります。
用途
- 高性能電子機器: 高性能の半導体デバイスや集積回路（IC）
- レーザー機器: 高出力レーザー装置や
レーザーダイオード - 高出力電力機器: パワーエレクトロニクス（高出力トランジスタやパワーMOSFETなど）
- 航空宇宙および衛星技術
- 医療機器: 高精度で冷却が求められる医療機器（MRIやCTスキャナーなどの機器）
PAPの加工概略説明
プラズマによる表面改質
硬質材料でも加工できる理由は、加工テーブル上にあるプラズマが、ワーク（ダイヤモンド基板など）表面の原子と強固に化学結合することにより、ワーク内部との結合を切るため
研磨プロセス
通常の硬質材料向け研磨材料で使用されるダイヤモンドスラリーや研磨盤を用いないドライプロセス
PAP処理を行うことによる表面粗さの改善
（ワーク ： 3 ㎜×3 ㎜単結晶ダイヤモンド）
PAP(Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法)加工することで、
ダイヤモンド基板の表面粗さ（Sa値）が10.7 nmから0.23 nmまで改善
原子間力顕微鏡による測定
加工後表面粗さ： 0.15 nm rms
共焦点ラマン顕微鏡による測定
結晶性の乱れやグラファイト構造への変化が発生していないことを確認しダメージレスな研磨が実現
従来の研磨法との比較およびその優位性
| 課題点 | PAP(Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法)の優位性 | |
|---|---|---|
|
機械的研磨法との比較 機械的研磨法は、ダイヤモンド砥粒などの 硬質な研磨剤を用いて物理的に材料を削り取る研磨法 |
【研磨効率が低い】 硬質材料の研磨には時間がかかり、生産性が低い
【表面損傷の発生】 研磨時に表面に微小な損傷や欠陥が生じやすい
|
【高効率な研磨】 プラズマによる表面改質を併用することで、硬質材料でも高速な研磨が可能
【ダメージレス研磨】 表面損傷を最小限に抑え、製品の品質を向上
|
| 化学機械研磨（CMP）法との比較 CMPは、化学的エッチングと機械的研磨を組み合わせた方法で、主に半導体ウェハの平坦化に用いられる |
【環境負荷】 大量の化学薬品を使用するため、廃液処理や環境への影響が懸念
【硬質材料への適用困難】 ダイヤモンドなどの超硬材料には効果が限定的
|
【環境に優しい】 プラズマを利用するだけで、
化学薬品は一切使用しない 【硬質材料に特化】 ダイヤモンドなど、CMPでは難しい材料の高精度研磨が可能 |
|
イオンビーム研磨法との比較 イオンビーム研磨法は、イオンビームを材料表面に照射して物質を除去する研磨法 |
【装置コストが高い】 高度な真空装置とイオン源が必要で、
初期投資が大きい 【研磨速度の遅さ】 除去レートが低く、 広範囲の研磨や大量生産には不向き |
【経済的な装置】 PAP装置はイオンビーム装置に比べてコストが抑えられる
【高い研磨速度】 プラズマと機械研磨の組み合わせにより、効率的な研磨が可能
|
|
レーザー加工法との比較 レーザー加工法は、高出力レーザーを用いて材料を蒸発・昇華させる加工法 |
【熱影響】 高温により材料の熱変形や内部応力が発生する可能性がある
【表面品質の限界】 微細なクラックや再凝固層が生じることがある
|
【低熱影響】 プラズマによる表面改質は低温で行われ、熱による材料劣化が少ない
【高品質な表面】 ダメージレスな研磨により、表面品質を大幅に向上
|
製品の特長
PAP（Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法）は、競合する研磨手法と比べて、硬質材料の高効率かつダメージレスな研磨を可能にする点で大きな優位性を持っています。これにより、以下のメリットを享受できます。
- 製品品質の向上：高品質な表面仕上げにより、製品の性能と信頼性を向上
- 生産性の向上：研磨速度の向上により、生産効率を高める
- コスト削減：研磨時間の短縮と環境負荷の低減により、全体的なコストを削減
- 環境対応：化学薬品は使用しないので、環境規制への適合と企業イメージの向上
設備導入までのステップ
STEP 1
お問い合わせ
PAP(Plasma Assisted Polishing プラズマ援用研磨法)技術、 装置に関する質問等受付
STEP 2
技術紹介
希望に合わせて、 訪問・Web会議
STEP 3
サンプル研磨・評価
必要に応じてテスト研磨と
評価のサイクルを実施
STEP 4
概算見積・装置詳細仕様等の提案
ニーズやテスト研磨の結果を基にご提案
PAPの本体構成例
PAPの装置一般仕様
| PAP （プラズマ援用研磨法） Plasma Assisted Polishing |
PA1300 | |
|---|---|---|
| 基本仕様 | 加工テーブル材質 | 石英、シリコン（8 inch） |
| ワークサイズ | 平面：最大直径4inch、厚み：0.4mm～20mm | |
| プラズマ発生電源 | 最大1kW | |
| プロセスガス | Ar、O2 | |
| 真空度（加工時） | 到達真空度 20 Pa | |
※ワークサイズについてはご相談ください