CN112839799A - 带金属层的碳质构件及导热板 - Google Patents

带金属层的碳质构件及导热板 Download PDF

Info

Publication number
CN112839799A
CN112839799A CN201980067770.9A CN201980067770A CN112839799A CN 112839799 A CN112839799 A CN 112839799A CN 201980067770 A CN201980067770 A CN 201980067770A CN 112839799 A CN112839799 A CN 112839799A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
metal
carbonaceous member
carbonaceous
edge
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.)
Granted
Application number
CN201980067770.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112839799B (zh
Inventor
喜多晃一
长瀬敏之
中矢清隆
岩田广太郎
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.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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 Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Publication of CN112839799A publication Critical patent/CN112839799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112839799B publication Critical patent/CN112839799B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/16—Layered products comprising a layer of metal next to a particulate layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/16—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer formed of particles, e.g. chips, powder or granules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/03—3 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/04—Coating on the layer surface on a particulate layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/28—Multiple coating on one surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/538—Roughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111—Tin [Sn] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

一种碳质构件(21)，其包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，所述碳质构件的结构为扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将所述石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，并使扁平状的所述石墨颗粒的基底面朝一个方向取向。金属层(25)具备金属镀层(26)，所述金属镀层(26)直接形成于在碳质构件(21)中层叠的所述石墨颗粒的边缘面所面对的表面(边缘层叠面)，金属镀层(26)以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成。

Description

带金属层的碳质构件及导热板
技术领域
本发明涉及一种例如能够有效地传递发热体所散发的热量，且尤其适合作为导热构件的带金属层的碳质构件及由该带金属层的碳质构件组成的导热板。
本申请主张基于2018年10月31日于日本申请的专利申请2018-206000号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
在搭载有发热体(功率半导体元件及LED元件)的各种装置例如像功率模块及LED模块等中，具备散热器，用于对产生于发热体的热进行有效地散热，在这种发热体(元件及搭载有元件的基板等)与散热器之间，有时配设了例如在专利文献1-3中公开的导热板。
在专利文献1中公开有具备绝缘板及由设于该绝缘板的主面的板状的二维超导热体组成的表面导体的功率模块。二维超导热体设为将单层石墨烯在生长轴方向堆积多层的结构，其在正交于生长轴方向的面上具有优异的导热性。在专利文献1中，在该二维超导热体的表面蒸镀钛之后，形成Ni-P镀层。
在专利文献2中公开有各向异性导热元件，其具有沿着与热源接触的面相交的面层叠的石墨烯薄片的结构体及覆盖所述结构体的周缘部的支撑构件。在结构体及支撑构件的表面形成成为活性物质的钛层，在其上形成镍层或铜层。该专利文献2中，作为结构体应用MINTEQ International Inc.制造的“PYROID HT”(商标名)。
另外，在专利文献3公开了各向异性导热元件，其具有沿着第1方向层叠有石墨烯薄片的结构体及在与第1方向相交的第2方向上接合于上述结构体的端面的中间构件，中间构件隔着至少包含钛的嵌入材料被压接于上述端面。在该专利文献3中，作为结构体应用MINTEQ International Inc.制造的“PYROID HI”(商标名)。
专利文献1：日本专利第6299407号公报
专利文献2：日本特开2011-023670号公报
专利文献3：日本特开2012-238733号公报
而上述专利文献1～3中，在碳质构件的表面形成了金属层，用于保护层叠有石墨烯的碳质构件，或提高与其他构件的接合性。
上述专利文献1～3中，在层叠有石墨烯的碳质构件的表面形成金属层时，在碳质构件的表面形成钛层，在该钛层上形成镍层或铜层。即，通过使作为活性金属的钛层介于碳质构件与金属层之间而确保了接合强度。
然而，由于钛的导热系数比较低，为17W/(m·K)，因此介于碳质构件与金属层之间的钛层成为热阻，即使将碳质构件配置为石墨烯的基底面在导热板的厚度方向延伸，有可能也无法将热量有效地传递到厚度方向。
发明内容
本发明鉴于上述情况而完成，目的在于提供一种将金属层与碳质构件牢固地接合且可有效地传导热量的带金属层的碳质构件及使用该带金属层的碳质构件的导热板。
本发明一方式的带金属层的碳质构件具备碳质构件及形成于该碳质构件的表面的至少一部分的金属层，其特征在于，所述碳质构件包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，所述碳质构件的结构为扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将所述石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，且扁平状的所述石墨颗粒的基底面朝一个方向取向，所述金属层具备金属镀层，所述金属镀层直接形成于在所述碳质构件中层叠的所述石墨颗粒的边缘面所面对的表面(称为边缘层叠面)，所述金属镀层以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成。
关于该带金属层的碳质构件，由于在所述石墨颗粒的边缘面所面对的表面(称为边缘层叠面)形成适当的凹凸，所述金属层具备金属镀层，该金属镀层形成于经层叠的所述石墨颗粒的边缘面所面对的表面(边缘层叠面)，构成金属镀层的镀敷金属充分渗入至存在于所述碳质构件的表层部的凹凸，从而提高金属镀层与碳质构件的接合强度。因此，无需使作为活性金属的钛等介于碳质构件与金属层之间。
并且，由于所述金属镀层以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成，因此金属镀层的热阻不大。因此，可将配设于金属层的发热体所散发的热量通过金属层有效地传导于碳质构件侧。
在本方式的带金属层的碳质构件中，所述金属层优选具备所述金属镀层及由接合于所述金属镀层的金属构件组成的金属构件层。该情况下，由于所述金属层具备所述金属镀层及所述金属构件层，因此能够通过所述金属构件层确保所述金属层的厚度，使热量沿所述金属层充分扩散，可进一步提高导热特性。所述金属镀层与所述金属构件层由于是金属彼此之间的接合，因此能够确保充分的接合强度。
在本方式的带金属层的碳质构件中，优选在所述金属镀层与所述金属构件层之间，形成有由金属煅烧体组成的接合层。该情况下，由于形成于所述金属镀层与所述金属构件层之间的所述接合层以金属煅烧体构成，因此能够在所述接合层中缓和在该带金属层的碳质构件负载热循环时所产生的热应力，该热应力由所述碳质构件与所述金属构件层之间的热膨胀系数的差值所引起，由此可抑制带金属层的碳质构件的损坏。
在本方式的带金属层的碳质构件中，优选所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上。当满足这些范围时，所述金属镀层更牢固地与所述边缘层叠面的凹凸结合，因此能够进一步提高金属镀层与碳质构件的接合强度。算术平均高度Sa表示测量面中各点相对于测量区域面的高度的平均面的高度差的绝对值的平均。最大高度Sz表示从测量区域面的表面的最高点至最低点的距离。
更优选所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上且5μm以下，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上且50μm以下。进一步优选所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上且3.0μm以下，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上且40μm以下。测量所述边缘层叠面的算术平均高度Sa及最大高度Sz时的基准面可以为例如3.02mm×3.02mm。并且，也可以使用将通过白光干涉显微镜获得的干涉条纹明暗信息转换为高度信息的方法，测量算术平均高度Sa及最大高度Sz。
在本方式的带金属层的碳质构件中，为了将所述边缘层叠面的算术平均高度Sa及最大高度Sz设定在规定范围内，也可以事先通过臭氧处理等粗糙化处理将所述边缘层叠面粗糙化。所述边缘层叠面进行臭氧处理后，所述金属镀层更牢固地与通过臭氧处理而被粗糙化的所述边缘层叠面的凹凸结合，因此能够进一步提高金属镀层与碳质构件的接合强度。
本发明的其他方式的导热板将搭载于主面的发热体所散发的热量向面方向扩散并在厚度方向传导，其由上述带金属层的碳质构件组成，所述碳质构件被配置为所述石墨颗粒的所述基底面在所述碳质构件的厚度方向延伸，且所述金属镀层形成于所述石墨颗粒的边缘面所面对的所述碳质构件的主面。
根据该导热板，由于其由上述带金属层的碳质构件组成，所述碳质构件被配置为所述石墨颗粒的所述基底面在所述碳质构件的厚度方向延伸，因此向碳质构件厚度方向的导热系数变大。而且，由于所述金属镀层形成于所述石墨颗粒的边缘面所面对的所述碳质构件的主面，因此搭载于主面的发热体所散发的热量能够向具有所述金属镀层的所述金属层的面方向有效地扩散，并在厚度方向有效地传导热量。由于所述金属镀层以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成并且形成于所述石墨颗粒的边缘面所面对的所述主面，因此所述金属镀层不会成为热阻，并能够在厚度方向有效地传导热量。
根据本发明，可提供一种将金属层与碳质构件牢固地接合且可有效地传导热量的带金属层的碳质构件及使用该带金属层的碳质构件的导热板。
附图说明
图1是使用本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的功率模块的概略说明图。
图2是本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的概略说明图。
图3是本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的碳质构件与金属镀层的接合界面的观察结果。
图4是本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的碳质构件与金属镀层的接合界面的示意图。
图5是表示本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的制造方法的流程图。
图6是本发明另一实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的概略说明图。
图7是使用本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的其他功率模块的概略说明图。
图8是使用本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的其他功率模块的概略说明图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明实施方式。关于以下所示的各实施方式，除非另有说明，否则不会限制本发明。以下说明中所使用的附图，为了使本发明的特征易于理解，为方便起见，有放大显示重要部分的情况，各构成要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
首先，参考图1至图5说明使用作为本发明实施方式的导热板(带金属层的碳质构件)的功率模块。
图1所示的功率模块1具备：绝缘电路基板10、通过焊料层2接合于该绝缘电路基板10的一面侧(图1中为上侧)的半导体元件3、配设于绝缘电路基板10的另一面侧(图1中为下侧)的导热板20、及配设于该导热板20的另一面侧的散热器30。
绝缘电路基板10具备：绝缘层11、配设于该绝缘层11的一面(图1中为上侧面)的电路层12、配设于绝缘层11的另一面(图1中为下侧面)的传热层13。
绝缘层11用于防止电路层12与传热层13之间的电连接，在本实施方式中，以绝缘性较高的氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)等陶瓷构成。绝缘层11的厚度设定在0.2～1.5mm的范围内，在本实施方式也可以设定为0.635mm。
电路层12通过将导电性优异的金属板接合于绝缘层11的一面上而形成。本实施方式中，作为构成电路层12的金属板，使用由铜或铜合金组成的铜板，具体而言使用无氧铜的压延板。在该电路层12形成有电路图案，其一面(图1中为上面)作为供半导体元件3搭载的搭载面。
成为电路层12的金属板(铜板)的厚度设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，在本实施方式中也可以设定为0.6mm。
传热层13通过将导热性优异的金属板接合到绝缘层11的另一面而形成。在本实施方式中，作为构成传热层13的金属板，使用由铜或铜合金组成的铜板，具体而言使用无氧铜的压延板。
成为传热层13的金属板(铜板)的厚度设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，本实施方式中也可以设定为0.6mm。
能够通过使用活性金属的钎焊法、DBC法等接合由陶瓷组成的绝缘层11及成为电路层12、传热层13的铜板。
散热器30用于冷却所述绝缘电路基板10，且具有设有多条用于流通冷却介质(例如冷却水)的流路31的结构。
该散热器30优选由导热性良好的材质，例如以铝或铝合金、铜或铜合金构成，在本实施方式中也可以由无氧铜构成。
半导体元件3以例如Si或SiC等的半导体材料构成。该半导体元件3通过由例如Sn-Ag类、Sn-In类或Sn-Ag-Cu类的焊料组成的焊料层2搭载于电路层12上。
本实施方式的导热板20介于绝缘电路基板10与散热器30之间。如后述，导热板20的两主面的最表层以无氧铜构成，由铜组成的绝缘电路基板10的传热层13及散热器30，如图1所示，通过例如由Sn-Ag类、Sn-In类或Sn-Ag-Cu类的焊料组成的焊料层6、8而接合。
如图2所示，本实施方式的导热板20具备：由碳质构件组成的板主体21、形成于该板主体21的两主面(边缘层叠面)的金属层25。构成板主体21的碳质构件包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，所述碳质构件的结构为扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠。
如图4所示，扁平状的石墨颗粒具有呈现碳六角网面的基底面及呈现碳六角网面的端部的边缘面。作为该扁平状的石墨颗粒，能够使用鳞片状石墨、鳞状石墨、土状石墨、薄片状石墨、凝析石墨、热解石墨、高定向热解石墨等。对于从石墨颗粒的基底面观察到的平均粒径，例如通过线段法测量时，优选在10μm以上且1000μm以下的范围内，更优选在50μm以上且800μm以下的范围内。通过将石墨颗粒的平均粒径设在上述范围内，从而提高导热性。
对于石墨颗粒的平均厚度，例如通过线段法测量时，优选在1μm以上且50μm以下的范围内，更优选在1μm以上且20μm以下的范围内。通过将石墨颗粒的厚度设在上述范围内，适当地调节石墨颗粒的取向性。
通过将石墨颗粒的厚度设在从基底面观察到的粒径的1/1000～1/2的范围内，适当地调节优异的导热性及石墨颗粒的取向性。石墨颗粒的厚度更优选在从基底面观察到的粒径的1/1000～1/500的范围内。
石墨烯聚集体是单层或多层的石墨烯堆积而成，多层石墨烯的层叠数为例如100层以下，优选为50层以下。该石墨烯的聚集体可通过例如如下方式制造：将单层或多层的石墨烯分散于含有低级醇或水的溶剂中而得到的石墨烯分散液滴在滤纸上，一边分离溶剂一边堆积。
对于石墨烯聚集体的平均粒径，例如通过线段法测量时，优选在1μm以上且1000μm以下的范围内。通过将石墨烯聚集体的平均粒径设在上述范围内，可提高导热性。石墨烯聚集体的平均粒径更优选为50μm以上且800μm以下。
另外，对于石墨烯聚集体的厚度，例如通过线段法测量时，优选在0.05μm以上且小于50μm的范围内。通过将石墨烯聚集体的厚度设在上述范围内，可确保碳质构件的强度。石墨烯聚集体的厚度更优选为1μm以上且20μm以下。
本实施方式中，构成板主体21的碳质构件被配置为经层叠的石墨颗粒的基底面沿着板主体21的厚度方向延伸。因此，如图4所示，使石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面(边缘层叠面)。如此，通过使石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面，在板主体21的主面(边缘层叠面)形成凹凸。板主体21的主面(边缘层叠面)的凸部及凹部较大概率呈具有一对大致平行的面的剖面U字状，因此通过金属层25侵入凹凸部而获得较高的锚固作用，从而提高边缘层叠面21与金属层25的接合强度。为了可靠地形成边缘层叠面的凹凸部，还能够实施臭氧处理来增大表面粗糙度。
该实施方式的金属层25具备：直接形成于板主体21的主面的金属镀层26、由与该金属镀层26接合的金属构件组成的金属构件层27、形成于金属构件层27与金属镀层26之间的接合层28。其中，本发明中，金属层25也可设为单层。金属镀层26以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成，具体而言以Ni、Cu、Ag、Sn、Co等纯金属及以这些金属为主成分的合金所构成。这些元素具有比钛高的导热系数。本实施方式中，金属镀层26也可以为以纯银构成的Ag镀层。
构成金属镀层26的金属的导热系数更优选为100W/(m·K)以上。进一步优选构成金属镀层26的金属的导热系数为200W/(m·K)以上。
金属镀层26的厚度优选在0.1μm以上且500μm以下的范围内，更优选在1μm以上且300μm以下的范围内。金属镀层26的厚度更优选为0.5μm以上且100μm以下。
构成金属构件层27的金属构件优选以导热性优异的金属构成，本实施方式的金属构件例如也可以为无氧铜的压延板。
该金属构件层27的厚度(金属构件的厚度)优选在30μm以上且5000μm以下的范围内，进一步优选在50μm以上且3000μm以下的范围内。
形成于金属镀层26与金属构件层27之间的接合层28以金属煅烧体构成，本实施方式中设为含有银颗粒或氧化银颗粒的银浆的煅烧体。
对于该接合层28的致密度，例如通过观察SEM图像来测量时，优选在60％以上且90％以下的范围内，进一步优选在70％以上且80％以下的范围内。通过将接合层28的孔隙率设在上述范围内，可在接合层28中缓和负载热循环时所产生的热应力。
接着，图3显示本实施方式的板主体21与金属镀层26的接合界面的观察照片，图4显示板主体21与金属镀层26的接合界面的示意图。
图3中，下方的黑色部为板主体21(碳质构件)，位于其上部的灰色部为金属镀层26(例如Ag镀层)。
本实施方式中，如图3及图4所表示，通过使石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面，在板主体21的主面形成凹凸，与该凹凸对应地，金属镀层26的镀敷金属(本实施方式为Ag)渗入至板主体21侧。由此，通过通常被称为锚固效应的作用而牢固地接合了金属镀层26与板主体21。
接着，参考图5所示的流程图说明本实施方式的导热板20(带金属层的碳质构件)的制造方法。
(板主体形成工序S01)
首先，将上述的扁平状石墨颗粒及石墨烯聚集体按照规定的配合比称量，并通过球磨机等现有的混合装置将其混合。
通过将所得到的混合物填充于规定形状的模具中并进行加压从而获得成型体。加压时也可以进行加热。
对于所得到的成型体进行切割加工来获得板主体21。此时，以扁平状的石墨颗粒的基底面在板主体21的厚度方向延伸、且扁平状的石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面的方式进行切割。
对于成型时的压力虽没有限制，但优选设在20MPa以上且1000MPa以下的范围内，进一步优选在100MPa以上且300MPa以下的范围内。对于成型时的温度虽没有限制，但优选设在50℃以上且300℃以下的范围内。另外，对于加压时间虽没有限制，但优选在0.5分钟以上且10分钟以下的范围内。
所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上，边缘层叠面的最大高度Sz优选为20μm以上。满足该范围时，金属镀层更牢固地与所述边缘层叠面的凹凸结合，因此能够进一步提高金属镀层与碳质构件的接合强度。
更优选所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上且5μm以下，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上且40μm以下。进一步优选所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上且3μm以下，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上且40μm以下。测量所述边缘层叠面的算术平均高度Sa及最大高度Sz时的基准面也可以为例如3.02mm×3.02mm。并且，能够使用将通过白光干涉显微镜获得的干涉条纹明暗信息转换为高度信息的方法，测量算术平均高度Sa及最大高度Sz。
为了将所述边缘层叠面的算术平均高度Sa及最大高度Sz设定在规定范围内，所述边缘层叠面也可事先进行臭氧处理而将其粗糙化。对所述边缘层叠面进行臭氧处理后，所述金属镀层更牢固地与通过臭氧处理而形成的所述边缘层叠面的凹凸结合，因此能够进一步提高金属镀层与碳质构件的接合强度。
用于使所述边缘层叠面粗糙化的臭氧处理的条件，例如如下。
通过具备低压水银灯的臭氧清洁装置(型号UV312，TECHVISION股份有限公司)对所述边缘层叠面照射30分钟的紫外线来进行臭氧处理。
为了使所述边缘层叠面粗糙化，能够使用等离子体处理来代替臭氧处理，作为该情况的条件的一例，还可使用通过等离子体处理装置(YAMATO科学公司制造的Plasma DryCleaner“PDC-210”(商品名))，对所述石墨烯照射O2等离子体，进行等离子体处理的方法。
(金属镀层形成工序S02)
接着，在板主体21的两主面形成金属镀层26。对于镀敷方法没有特别限制，能够使用电解镀敷法、化学镀敷法等的湿式镀敷法。本实施方式，可通过电解镀敷法形成Ag镀层。
实施镀敷之前，也可对板主体21的主面(边缘层叠面)实施等离子体处理、氧化处理等预处理。通过进行预处理，可控制边缘层叠面的粗糙状态。
对于金属镀层形成工序S02的镀敷条件虽没有限制，但电解镀敷的电流密度设在0.1A/dm2以上且10A/dm2以下的范围内，优选设在1A/dm2以上且3A/dm2以下的范围内。
对于镀敷液虽没有限制，但可以使用常规的氰化Ag镀敷液，也可以适当地使用添加剂。例如能够使用在30g/L以上且50g/L以下的范围内含有氰化银(AgCN)、在100g/L以上且150g/L以下的范围内含有氰化钾(KCN)的镀敷液。
如上述，通过使适当取向的石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面(边缘层叠面)而形成凹凸，镀敷液中的金属进入该凹凸，金属镀层26的镀敷金属渗入至板主体21侧，而牢固地接合了板主体21与金属镀层26。
(金属构件层形成工序S03)
接着，将金属构件接合于金属镀层26的表面而形成金属构件层27。本实施方式中，在金属镀层16的表面，涂布含有银粉或氧化银粉的银浆。银浆设为含有银粉与溶剂。也可根据需要含有树脂或分散剂。也可含有氧化银粉和还原剂来代替银粉。
银粉及氧化银粉的平均粒径优选设在10nm以上且10μm以下的范围内，进一步优选设在100nm以上且1μm以下的范围内。银浆的涂布厚度优选设在10μm以上且100μm以下的范围内，进一步优选设在30μm以上且50μm以下的范围内。
在如上述涂布银浆之后，层叠作为金属构件的无氧铜的压延板。接着，在层叠方向对作为金属构件的无氧铜的压延板及形成有金属镀层26的板主体21进行加压并加热，将银浆进行煅烧，由此接合金属构件与金属镀层26。
对于所述加压时的加压负荷虽没有限制，但优选设在5MPa以上且30MPa以下的范围内，加热温度设在150℃以上且280℃以下的范围内。并且，在本实施方式中，虽没有限制，但优选上述加热温度的保持时间设在3分钟以上且20分钟以下的范围内，气氛设为非氧化气氛。
在金属构件层27与金属镀层26之间，形成由银煅烧体组成的接合层28，通过如上述规定接合条件，而使接合层28的孔隙率设在例如70％以上且80％以下的范围内。
通过以上工序，制造本实施方式的导热板20(带金属层的碳质构件)。
根据本实施方式的导热板20(带金属层的碳质构件)，构成板主体21的碳质构件包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，所述碳质构件的结构为扁平状的石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，石墨颗粒的基底面被配置为在板主体的厚度方向延伸，因此在板主体21(碳质构件)中向厚度方向的导热系数变大。
通过使石墨颗粒的边缘面面对板主体21的主面而形成凹凸。
因在形成有凹凸的板主体21的主面(边缘层叠面)形成金属镀层26，因此如图3所示，金属镀层26的镀敷金属充分渗入至板主体21(碳质构件)的内部，并通过粗糙面的锚固作用牢固地接合了金属镀层26与板主体21(碳质构件)。
金属镀层26以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成，具体而言以Ni、Cu、Ag、Sn、Co等纯金属及以这些金属为主成分的合金所构成，本实施方式中由于设为Ag镀层，因此金属镀层26的热阻不大。
因此，搭载于金属层25的发热体(搭载半导体元件3的绝缘电路基板10)所散发的热量可有效地向板主体21的厚度方向传导。
并且，在本实施方式中，由于金属层25具备金属镀层26、及由接合于该金属镀层26的金属构件组成的金属构件层27，因此能够确保金属层25的厚度，使发热体(搭载半导体元件3的绝缘电路基板10)所散发的热量沿着该金属层25在面方向充分地扩散，可进一步提高导热性。另外，金属镀层26与金属构件层27由于是金属之间的接合，因此能够确保充分的接合强度。
并且，本实施方式中，由于在金属镀层26与金属构件层27之间，形成由金属煅烧体组成的接合层28，因此能够在该接合层28中缓和对该导热板20(带金属层的碳质构件)负载热循环时所产生的热应力，可抑制负载热循环时对导热板20(带金属层的碳质构件)的损坏。
尤其，在本实施方式中，将接合层28的孔隙率设在70％以上且80％以下的范围内时，能够可靠地缓和热应力，并能够抑制该接合层28成为热阻。
另外，在本实施方式中，在板主体21的两主面分别形成金属层25，因此能够抑制由于形成金属层25时的热历程使板主体21产生翘曲。
本实施方式中，由于在板主体的两主面形成凹凸而发挥金属镀层26与板主体21的锚固作用，因此能够充分提高金属镀层26与板主体21(碳质构件)的接合强度。
另外，在本实施方式，由于在绝缘电路基板10与散热器30之间配置有导热板20，因此能够在导热板20的一主面侧所形成的金属层25中，将绝缘电路基板10所散发的热量在面方向扩散，使该热量有效地传递到厚度方向，而能够在散热器30中散热。由此，能够构成散热特性优异的功率模块1。
综上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于此，可在不脱离本发明技术思想的范围内适当地变更。
例如，本实施方式中，说明了在绝缘电路基板的电路层上搭载半导体元件(功率半导体元件)而构成功率模块的方式，但不限于此。例如，也可以在绝缘电路基板上搭载LED元件而构成LED模块，也可以在绝缘电路基板的电路层搭载热电元件而构成热电模块。
本实施方式中，作为使用金属浆接合金属镀层与金属构件层的结构而进行了说明，但不限于此，对于金属镀层与金属构件层(金属构件)的接合方法没有特别限制，能够使用焊接法、扩散接合法等现有的各种方法。
例如，如图6所示的导热板120(带金属层的碳质构件)那样，在金属镀层126及金属构件层127中的一方以铝或铝合金构成，金属镀层126及金属构件层127中的另一个以铜或铜合金构成的情况下，也可通过固相扩散接合来接合金属镀层126与金属构件层127。该情况下，在金属镀层126与金属构件层127的接合界面，会层状地形成多种铜和铝的金属间化合物。
如图1所示，本实施方式举例说明了功率模块1，其结构为在绝缘电路基板10与散热器30之间配设了导热板20，但不限于此，对于本发明的导热板(带金属层的碳质构件)的使用方法没有特别限制。
例如，如图7所示的导热板220(带金属层的碳质构件)那样，也可以为在绝缘电路基板210的电路层212与半导体元件3之间配设的结构。该情况下，通过例如以Sn构成导热板220(带金属层的碳质构件)的金属层225，能够使用焊料接合半导体元件3及电路层212与导热板220(带金属层的碳质构件)。
另外，如图8所示的导热板320(带金属层的碳质构件)那样，也可以使用导热板320(带金属层的碳质构件)作为绝缘电路基板310的传热层。即，也可以在绝缘层311的一面形成电路层312，在绝缘层311的另一面接合本发明的导热板320，构成绝缘电路基板310。
实施例
对于为了确认本发明的有效性而进行的确认实验进行说明。
[实验1]
如本实施方式所公开那样，通过将扁平状的石墨颗粒及石墨烯聚集体以规定配合比配合并混合，并进行加压加热而成型，从而获得成型体，其结构为扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠。
从所述石墨颗粒的基底面观察到的平均粒径以线段法测量的结果为100μm。所述石墨颗粒的平均厚度以线段法测量的结果为3μm。在电子显微镜的视场范围内进行确认的结果，所述石墨烯聚集体平均为10层。所述石墨烯聚集体的平均粒径以线段法测量的结果为5μm，所述石墨烯聚集体的平均厚度为10μm。
以扁平状的石墨颗粒的基底面在板主体的厚度方向延伸，并使扁平状的石墨颗粒的边缘面面对板主体的主面的方式对所得的成型体进行切割。
在本实施方式记载的方法中，Ag镀层(厚度2μm)直接形成于上述板主体的边缘面所面对的表面(边缘层叠面)，而获得导热板(带金属层的碳质构件)。针对所获得的导热板，参考JIS K 5600-5-6(附着力试验(划格法))评价金属层的密合性。金属层形成后，将金属层以100μm间隔横切成网格状，对横切的金属层粘贴透明胶带，通过确认当剥离胶带时金属层是否被剥落来评价密合性。其结果，确认到并无金属层剥离，且牢固地接合了金属层与碳质构件。
综上所述确认到根据本发明，可提供一种无需钛的介入而将金属层与碳质构件牢固地接合且可有效地传导热量的带金属层的碳质构件(导热板)。
[实验2]
为了制作实施例1、2及比较例1、2的导热板，准备了具有表1所记载的算术表面高度Sa、最大高度Sz的碳质构件。为了增大算术表面高度Sa，在实施例1中实施了臭氧处理。
作为实施例1的成型体，通过以下条件对边缘层叠面进行臭氧处理，将其粗糙化。
臭氧处理条件：通过照射30分钟的紫外线进行臭氧处理。
通过白光干涉显微镜(使用变焦5.5倍的0.5倍)观察作为实施例1、2及比较例1、2的成型体的边缘层叠面，拍摄视场3.02mm×3.02mm的区域，基于干涉条纹测量边缘层叠面的算术平均高度Sa及最大高度Sz。结果示于表1。
接着，将表1记载的金属镀敷种类的金属，以平均厚度2μm直接形成于边缘层叠面，而获得实施例1、2及比较例1、2的导热板(带金属层的碳质构件)。
针对实施例1、2及比较例1、2的导热板，以与实验1同样的方法进行横切试验，评价金属层的密合性。结果一并示于表1。
[表1]
Figure BDA0003019765740000131
如表1所示，在边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上，且最大高度Sz为20μm以上的实施例1、2中，没有发生金属镀层的剥离。然而，在未满足边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上且最大高度Sz为20μm以上的条件的比较例1、2则发生了剥离。也能够在对边缘层叠面进行臭氧处理的实施例1中，确认到良好的接合强度。
产业上的可利用性
根据本发明，可提供一种将金属层与碳质构件牢固地接合且可有效地传导热量的带金属层的碳质构件及使用该带金属层的碳质构件的导热板，因此可利用于产业上。
符号说明
20、120、220、320-导热板(带金属层的碳质构件)，21、121-板主体(碳质构件)，25、125-金属层，26、126-金属镀层，27、127-金属构件层，28-接合层。

Claims (5)

1.一种带金属层的碳质构件，其具备碳质构件及形成于该碳质构件的表面的至少一部分的金属层，所述带金属层的碳质构件的特征在于，
所述碳质构件包含由单层或多层的石墨烯堆积而成的石墨烯聚集体及扁平状的石墨颗粒，所述碳质构件的结构为扁平状的所述石墨颗粒以其基底面叠摞的方式将所述石墨烯聚集体作为粘合剂而层叠，且扁平状的所述石墨颗粒的基底面朝一个方向取向，
所述金属层具备金属镀层，所述金属镀层直接形成于在所述碳质构件中层叠的所述石墨颗粒的边缘面所面对的边缘层叠面，
所述金属镀层以导热系数为50W/(m·K)以上的金属构成。
2.根据权利要求1所述的带金属层的碳质构件，其中，
所述金属层具备所述金属镀层及由接合于所述金属镀层的金属构件组成的金属构件层。
3.根据权利要求2的带金属层的碳质构件，其中，
所述金属镀层与所述金属构件层之间形成有由金属煅烧体组成的接合层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带金属层的碳质构件，其中，
所述边缘层叠面的算术平均高度Sa为1.1μm以上，所述边缘层叠面的最大高度Sz为20μm以上。
5.一种导热板，其将搭载于主面的发热体所散发的热量向面方向扩散并向厚度方向传导，所述导热板的特征在于，
具有权利要求1至4中任一项所述的带金属层的碳质构件，
所述碳质构件被配置为所述石墨颗粒的所述基底面在所述厚度方向延伸，且所述金属镀层形成于所述石墨颗粒的边缘面所面对的所述主面。
CN201980067770.9A 2018-10-31 2019-10-31 带金属层的碳质构件及导热板 Active CN112839799B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018206000 2018-10-31
JP2018-206000 2018-10-31
PCT/JP2019/042914 WO2020091008A1 (ja) 2018-10-31 2019-10-31 金属層付き炭素質部材、及び、熱伝導板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112839799A true CN112839799A (zh) 2021-05-25
CN112839799B CN112839799B (zh) 2023-01-24

Family

ID=70464562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980067770.9A Active CN112839799B (zh) 2018-10-31 2019-10-31 带金属层的碳质构件及导热板

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210352828A1 (zh)
EP (1) EP3875267A4 (zh)
JP (1) JP7047933B2 (zh)
KR (1) KR102437007B1 (zh)
CN (1) CN112839799B (zh)
TW (1) TWI787554B (zh)
WO (1) WO2020091008A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114728858A (zh) * 2019-11-22 2022-07-08 三菱综合材料株式会社 陶瓷-铜-石墨烯接合体及其制造方法、以及陶瓷-铜-石墨烯接合结构
JP6803106B1 (ja) * 2020-09-18 2020-12-23 株式会社半導体熱研究所 半導体デバイスの接合部材
CN114763020A (zh) * 2021-01-11 2022-07-19 深圳市汉嵙新材料技术有限公司 一种导热板
TWI833063B (zh) * 2021-01-27 2024-02-21 大陸商河南烯力新材料科技有限公司 導熱結構與電子裝置
WO2024024371A1 (ja) * 2022-07-27 2024-02-01 ローム株式会社 半導体装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08335652A (ja) * 1995-06-09 1996-12-17 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板及びその製造方法
CN1819172A (zh) * 2005-01-20 2006-08-16 日产自动车株式会社 半导体装置及其制造方法
CN102318093A (zh) * 2009-02-13 2012-01-11 电气化学工业株式会社 用于led发光元件的复合材料基板、其制造方法及led发光元件
CN107666818A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 Ｊｘ金属株式会社 附散热用金属材的结构物、印刷电路板、电子设备及散热用金属材
JP2018518020A (ja) * 2015-05-15 2018-07-05 モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク 熱管理のための熱分解グラファイトを用いた発光ダイオードアセンブリ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011023670A (ja) 2009-07-17 2011-02-03 Thermo Graphitics Co Ltd 異方性熱伝導素子及びその製造方法
CN102555340B (zh) * 2010-12-28 2015-08-19 碳元科技股份有限公司 一种高散热膜复合结构及其制造方法
EP2699631A4 (en) * 2011-04-14 2015-01-21 Ada Technologies Inc THERMAL INTERFACE MATERIALS AND SYSTEMS AND DEVICES CONTAINING SAME
JP5930604B2 (ja) 2011-05-12 2016-06-08 株式会社サーモグラフィティクス 異方性熱伝導素子の製造方法
KR20140138577A (ko) * 2011-08-03 2014-12-04 앵커 사이언스 엘엘씨 동적 열 계면 재료
ES2471568B1 (es) * 2012-11-22 2015-08-21 Abengoa Solar New Technologies S.A. Procedimiento para la creación de contactos eléctricos y contactos así creados
JP6299407B2 (ja) 2014-05-14 2018-03-28 日産自動車株式会社 パワー半導体モジュール及びその製造方法
JP6432466B2 (ja) * 2014-08-26 2018-12-05 三菱マテリアル株式会社 接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク、接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンクの製造方法
EP3530618A4 (en) 2016-10-19 2020-05-27 Incubation Alliance, Inc. GRAPHITE / GRAPHEN COMPLEX MATERIAL, HEAT EXTRACTION BODY, HEAT TRANSFER BODY, HEAT RADIATION BODY AND HEAT RADIATION SYSTEM
JP2018206000A (ja) 2017-06-02 2018-12-27 株式会社日立製作所 生産計画システム、生産計画方法及び人員能力計算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08335652A (ja) * 1995-06-09 1996-12-17 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板及びその製造方法
CN1819172A (zh) * 2005-01-20 2006-08-16 日产自动车株式会社 半导体装置及其制造方法
CN102318093A (zh) * 2009-02-13 2012-01-11 电气化学工业株式会社 用于led发光元件的复合材料基板、其制造方法及led发光元件
JP2018518020A (ja) * 2015-05-15 2018-07-05 モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク 熱管理のための熱分解グラファイトを用いた発光ダイオードアセンブリ
CN107666818A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 Ｊｘ金属株式会社 附散热用金属材的结构物、印刷电路板、电子设备及散热用金属材

Also Published As

Publication number Publication date
EP3875267A4 (en) 2022-08-03
TW202027977A (zh) 2020-08-01
US20210352828A1 (en) 2021-11-11
EP3875267A1 (en) 2021-09-08
WO2020091008A1 (ja) 2020-05-07
JPWO2020091008A1 (ja) 2021-02-15
KR102437007B1 (ko) 2022-08-25
KR20210084456A (ko) 2021-07-07
JP7047933B2 (ja) 2022-04-05
CN112839799B (zh) 2023-01-24
TWI787554B (zh) 2022-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112839799B (zh) 带金属层的碳质构件及导热板
JP5679557B2 (ja) アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板、それを用いた放熱部品及びｌｅｄ発光部材
JP6462899B2 (ja) 高出力素子用放熱板材
WO2011096542A1 (ja) パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
JP2010192661A (ja) 放熱部品とその製造方法、およびこれを用いた放熱装置と放熱方法
WO2018180159A1 (ja) ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法
CN111448026B (zh) 包层材料及其制造方法
JP2010077013A (ja) 炭素−金属複合体およびこれを用いた回路部材または放熱部材
WO2021100860A1 (ja) セラミックス／銅／グラフェン接合体とその製造方法、およびセラミックス／銅／グラフェン接合構造
JP2021100006A (ja) 半導体パッケージ
JP2021088502A (ja) セラミックス／銅／グラフェン接合体とその製造方法、およびセラミックス／銅／グラフェン接合構造
JP6750422B2 (ja) 絶縁回路基板の製造方法、及び、絶縁回路基板、パワーモジュール、ｌｅｄモジュール、熱電モジュール
JP2004158659A (ja) モジュール構造体とそれを用いたモジュール
WO2017051798A1 (ja) 発光モジュール用基板、発光モジュール、冷却器付き発光モジュール用基板、および発光モジュール用基板の製造方法
WO2010084824A1 (ja) アルミニウム－黒鉛複合体、それを用いた放熱部品及びｌｅｄ発光部材
JP5646473B2 (ja) アルミニウム−黒鉛質複合体、それを用いた放熱部品及びｌｅｄ発光部材
JP6756189B2 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
JP5640571B2 (ja) パワーモジュール用基板の製造方法
JP4942257B2 (ja) ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体
JP2004344958A (ja) 炭素アルミニウム複合材料または炭化珪素アルミニウム複合材料に金属を接合したハイブリッド材料および該ハイブリッド材料を用いた熱交換器用部品
JP2001267468A (ja) セラミックス回路基板複合体
JP2002110875A (ja) パワーモジュール
JP2002252317A (ja) ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体
TW201034136A (en) Heat-dissipating carrier with electrical property

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant