JP2003209209A - Highly thermal conductive material, substrate for wiring board using it, and thermoelectric element module - Google Patents
Highly thermal conductive material, substrate for wiring board using it, and thermoelectric element moduleInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、配線板用基板や、
ゼーベック効果を利用する発電用素子モジュール、ある
いはペルチェ効果を利用する冷却・加熱用素子モジュー
ルなどにおける基板等として好適な高熱伝導性材料の技
術分野に属する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wiring board substrate,
It belongs to the technical field of high thermal conductivity materials suitable as substrates for power generation element modules utilizing the Seebeck effect, cooling / heating element modules utilizing the Peltier effect, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、基板に対して銅箔などの金属箔を
積層させた配線板用基板が広く用いられている。この配
線板用基板は、金属箔の部分に配線パターンを描き、そ
れに沿ってエッチング等を行うフォトリソグラフィー技
術によってプリント配線板とされ、種々の電気・電子機
器に用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a wiring board substrate in which a metal foil such as a copper foil is laminated on a substrate has been widely used. This wiring board substrate is made into a printed wiring board by a photolithography technique in which a wiring pattern is drawn on a metal foil portion and etching is performed along the wiring pattern, and is used in various electric and electronic devices.
【0003】上記プリント配線板は、一般に、使用に伴
って回路から発熱することがある。その場合、熱が回路
近傍に蓄積され温度が上昇すると、熱暴走などの不測の
障害が発生する恐れがあるため、発生した熱は速やかに
放散させることが必要となる。しかしながら、従来のプ
リント配線板の基板(すなわち配線板用基板の基板)
は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂や、フ
ェノール樹脂を紙に含浸させ複数枚積層させたもの等か
ら構成されており、このような合成樹脂はそれ自体の熱
伝導性が劣るので、発生した熱を十分に放散できないと
いう問題があった。The printed wiring board generally generates heat from the circuit as it is used. In this case, if heat accumulates in the vicinity of the circuit and the temperature rises, an unexpected failure such as thermal runaway may occur, so it is necessary to quickly dissipate the generated heat. However, the conventional printed wiring board substrate (that is, the wiring board substrate)
Is composed of a synthetic resin such as epoxy resin or polyimide resin, or a laminate of multiple sheets of paper impregnated with phenolic resin.Since such a synthetic resin is inferior in its thermal conductivity, it is generated. There was a problem that the heat was not sufficiently dissipated.
【0004】これに対し、本発明者は、従来に比して熱
伝導性に優れ、発生した熱を速やかに放散させ得る配線
板用基板を発明し、既に特許出願を行っている(特願2
000−214963号)。この発明は、炭素繊維強化
複合材料などの炭素質基板に、金属箔又はリードフレー
ムを絶縁性接着層を介して積層させたものであり、炭素
質基板の熱伝導性が高いため、回路の熱の放熱性に非常
に優れている。しかしながら、上記炭素質基板は若干高
価であり、商業的見地からも製造コストのさらなる低減
が望まれていた。On the other hand, the inventor of the present invention has invented a wiring board substrate which is superior in thermal conductivity as compared with the conventional one and can dissipate generated heat quickly, and has already applied for a patent (patent application). Two
000-214963). This invention is one in which a metal foil or a lead frame is laminated on a carbonaceous substrate such as a carbon fiber reinforced composite material with an insulating adhesive layer interposed between them. It has very good heat dissipation. However, the above-mentioned carbonaceous substrate is slightly expensive, and further reduction of manufacturing cost has been desired from a commercial standpoint.
【0005】一方、従来、ゼーベック効果やペルチェ効
果を利用した熱電素子モジュールが知られている。熱電
素子モジュールは、基本的に、複数枚の基板を対向して
配置し、各基板の対向面にそれぞれ金属電極を接合し、
その金属電極を介して複数のn型及びp型の半導体を交
互に接続させた構造となっている。そして、この熱電素
子モジュールは、一方の基板側を高温にし、他方の基板
側を低温にして温度差を形成したときに起電力が発生す
るゼーベック効果を利用して、発電用素子モジュールと
して使用したり、あるいは、n型半導体からp型半導体
(もしくはその逆)に電流を流したときに、一方の基板
側では熱が吸収され、他方の基板側では熱が発生するペ
ルチェ効果を利用して、冷却・加熱用素子モジュールと
して使用されている。On the other hand, conventionally, thermoelectric element modules utilizing the Seebeck effect and the Peltier effect have been known. The thermoelectric element module is basically arranged by arranging a plurality of substrates facing each other, and joining metal electrodes to the facing surfaces of the respective substrates,
It has a structure in which a plurality of n-type and p-type semiconductors are alternately connected via the metal electrode. Then, this thermoelectric element module is used as a power generation element module by utilizing the Seebeck effect in which an electromotive force is generated when one substrate side is heated to a high temperature and the other substrate side is cooled to form a temperature difference. Or, when a current is passed from an n-type semiconductor to a p-type semiconductor (or vice versa), heat is absorbed on one substrate side, and heat is generated on the other substrate side. It is used as a cooling / heating element module.
【0006】上記熱電素子モジュールの基板としては、
従来、セラミック板が主に用いられていた。しかしなが
ら、セラミック板は熱伝導性が劣るので、熱効率が悪い
という問題があった。また、熱効率を改善するものとし
て、アルミニウム等の金属板を基板に用いたものが知ら
れている。しかしながら、金属板は、熱伝導性は良好で
あるが、熱膨張率が半導体やセラミック板等と比べて非
常に大きいので、基板の金属板と半導体との間などに大
きな熱応力が生じ、接合部の剥離、半導体の破損等の恐
れがあり、信頼性の点で問題があった。As a substrate of the thermoelectric element module,
Conventionally, a ceramic plate has been mainly used. However, since the ceramic plate is inferior in thermal conductivity, there is a problem that thermal efficiency is poor. In addition, as a means for improving the thermal efficiency, one using a metal plate such as aluminum for the substrate is known. However, although the metal plate has good thermal conductivity, the coefficient of thermal expansion is much larger than that of a semiconductor or a ceramic plate, so that a large thermal stress is generated between the metal plate of the substrate and the semiconductor, resulting in a bond. There is a risk of peeling of parts, damage of the semiconductor, etc., and there was a problem in terms of reliability.
【0007】そこで本発明者は、上記基板として、炭素
繊維強化複合材料などの炭素質基板を用いた熱電素子モ
ジュールを発明し、既に特許出願を行っている(特開2
001−135867号公報)。この熱電素子モジュー
ルは、高い熱伝導性を有する炭素質基板のために、全体
の熱効率を大幅に向上させることができ、また信頼性も
高いという特長がある。しかし、上述の配線板用基板の
場合と同様に、炭素質基板が若干高価であるため、製造
コストをより低減することが求められていた。Therefore, the inventor of the present invention invented a thermoelectric element module using a carbonaceous substrate such as a carbon fiber reinforced composite material as the substrate, and has already filed a patent application (Japanese Patent Laid-Open No. 2-216058)
001-135867). This thermoelectric element module has the features that it can greatly improve the overall thermal efficiency and has high reliability because of the carbonaceous substrate having high thermal conductivity. However, as in the case of the wiring board substrate described above, since the carbonaceous substrate is slightly expensive, it has been required to further reduce the manufacturing cost.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
状況に鑑み、十分に高い熱伝導性を維持しつつ、より低
コストで、信頼性も高い高熱伝導性材料を提供すること
を目的とする。また、その材料を利用した新規な配線板
用基板、及び熱電素子モジュールを提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned conventional circumstances, the present invention aims to provide a highly heat-conductive material having a low cost and a high reliability while maintaining a sufficiently high heat conductivity. And Another object of the present invention is to provide a novel wiring board substrate and a thermoelectric element module using the material.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の高熱伝導性材料は、請求項1として、炭素
粉末と、フェノール樹脂との混合物を、所定形状になる
よう加熱し加圧硬化したことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the high thermal conductivity material of the present invention is, as claimed in claim 1, a mixture of carbon powder and phenol resin, which is heated and pressed into a predetermined shape. It is characterized by being cured.
【0010】上記手段によれば、フェノール樹脂中に炭
素粉末が良好に分散し、全体として熱伝導性と強度に優
れた材料となる。なお、ここで炭素粉末とは、炭素を主
成分とする粉末をいい、結晶、無定形を問わない。具体
的には、グラファイト粉末、カーボンブラック、木炭粉
等を含む。According to the above means, the carbon powder is well dispersed in the phenol resin, and the material as a whole has excellent thermal conductivity and strength. Here, the carbon powder refers to a powder containing carbon as a main component, and may be crystalline or amorphous. Specifically, it includes graphite powder, carbon black, charcoal powder and the like.
【0011】また、請求項2に係る高熱伝導性材料は、
炭素粉末と、フェノール樹脂との混合物を、振動を加え
つつ搗き固め、かつ所定形状になるよう加熱し加圧硬化
したことを特徴とする。The high thermal conductive material according to claim 2 is
It is characterized in that a mixture of carbon powder and a phenol resin is stiffened while being vibrated and heated and pressed and cured to have a predetermined shape.
【0012】上記手段によれば、振動を加えることによ
り、炭素粉末が均一に並んだ状態で硬化するので、全体
の熱伝導率が向上する。According to the above means, by applying vibration, the carbon powder is cured in a state where the carbon powders are evenly arranged, so that the overall thermal conductivity is improved.
【0013】また、請求項3は、請求項1又は2記載の
高熱伝導性材料において、フェノール樹脂を、炭素粉末
とフェノール樹脂との混合物に対して5〜40重量%混
合することを特徴とする。A third aspect of the present invention is the high thermal conductive material according to the first or second aspect, wherein the phenol resin is mixed in an amount of 5 to 40% by weight with respect to the mixture of carbon powder and the phenol resin. .
【0014】上記手段によれば、高い熱伝導性を維持し
つつ、全体の十分な強度を確保するため、フェノール樹
脂と炭素粉末との混合割合が最適化される。According to the above means, the mixing ratio of the phenol resin and the carbon powder is optimized in order to secure sufficient strength as a whole while maintaining high thermal conductivity.
【0015】また、請求項4は、請求項1〜3のいずれ
か記載の高熱伝導性材料において、混合物に、さらに粉
末状の熱伝導性充填材を配合することを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the high thermal conductive material according to any one of the first to third aspects, the mixture is further mixed with a powdery thermal conductive filler.
【0016】上記手段によれば、全体の熱伝導性をさら
に高めるため、特定の充填材が併用される。According to the above means, a specific filler is used in combination in order to further enhance the overall thermal conductivity.
【0017】また、請求項5は、請求項1〜4のいずれ
か記載の高熱伝導性材料において、所定形状が、板状で
あることを特徴とするA fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the high thermal conductivity material according to any one of the first to fourth aspects, the predetermined shape is a plate shape.
【0018】上記手段によれば、用途に対応して、高熱
伝導性材料の形状が特定される。According to the above means, the shape of the high thermal conductive material is specified according to the application.
【0019】さらに、本発明の請求項6は、請求項5記
載の高熱伝導性材料の少なくとも片面に、絶縁層を介し
て金属層を備えてなる配線板用基板である。Further, a sixth aspect of the present invention is a wiring board substrate comprising a metal layer on at least one surface of the high thermal conductive material according to the fifth aspect with an insulating layer interposed therebetween.
【0020】上記手段によれば、回路等で発生した熱を
速やかに放散し得る配線板用基板が提供される。According to the above means, there is provided a wiring board substrate which can quickly dissipate heat generated in a circuit or the like.
【0021】さらに、本発明の請求項7は、請求項5記
載の高熱伝導性材料が、対向して複数配置され、各高熱
伝導性材料の対向面に絶縁層を介して金属電極が接合さ
れ、前記金属電極を介して複数のn型及びp型の半導体
が交互に接続されてなる熱電素子モジュールである。Further, in a seventh aspect of the present invention, a plurality of the high thermal conductive materials according to the fifth aspect are arranged so as to face each other, and a metal electrode is bonded to the facing surface of each high thermal conductive material via an insulating layer. , A thermoelectric element module in which a plurality of n-type and p-type semiconductors are alternately connected via the metal electrodes.
【0022】上記手段によれば、基板の熱伝導性が高い
ため、ゼーベック効果、ペルチェ効果による熱―電気の
変換効率が向上する。また、熱応力が抑えられ、信頼性
が高まる。According to the above means, the heat conductivity of the substrate is high, so that the heat-electricity conversion efficiency by the Seebeck effect and the Peltier effect is improved. In addition, thermal stress is suppressed and reliability is improved.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の高熱伝導性材料は、炭素粉末と、フェノール樹
脂との混合物を、板状になるよう加熱し加圧硬化して概
略構成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
The high thermal conductive material of the present invention is roughly constituted by heating a mixture of carbon powder and a phenol resin into a plate shape and pressurizing and curing the mixture.
【0024】炭素粉末としては、結晶、無定形を問わ
ず、炭素を主成分とするものであれば適用可能である。
具体例としては、カーボンブラック、グラファイト、木
炭粉等を挙げることができる。カーボンブラックは、炭
素を主成分とし、酸素、水素、及び窒素からなる黒色粉
末であり、天然ガス、石油、あるいは動・植物等の不完
全燃焼あるいは熱分解によって得ることができる。その
原料と製造法によって、サーマルブラック、アセチレン
ブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、
ランプブラック、ボーンブラック等が知られているが本
発明はいずれも適用可能である。また、グラファイト
は、通常は六方晶系の6角板状扁平な結晶であり、熱伝
導性が高いので、本発明における炭素粉末として特に好
適に用いられる。グラファイトは、一般的に、タールピ
ッチ、石油コークスなどを練り混ぜて電気抵抗加熱炉で
2500℃以上に高温加熱して得ることができる。ある
いは、高温の基板上で炭化炭素を熱分解させたり、炭素
を主体とした高分子薄膜を熱分解しつつ累積させること
により得ても良い。The carbon powder may be crystalline or amorphous as long as it contains carbon as a main component.
Specific examples include carbon black, graphite, charcoal powder and the like. Carbon black is a black powder containing carbon as a main component and containing oxygen, hydrogen, and nitrogen, and can be obtained by incomplete combustion or thermal decomposition of natural gas, petroleum, animals or plants. Depending on its raw material and manufacturing method, thermal black, acetylene black, channel black, furnace black,
Lamp black, bone black, etc. are known, but any of the present invention is applicable. Further, graphite is usually a hexagonal plate-shaped flat plate having a hexagonal plate shape, and has high thermal conductivity, so that it is particularly preferably used as the carbon powder in the present invention. Graphite can be generally obtained by kneading tar pitch, petroleum coke, etc. and heating at a high temperature of 2500 ° C. or higher in an electric resistance heating furnace. Alternatively, it may be obtained by thermally decomposing carbon carbide on a high-temperature substrate, or by thermally decomposing and accumulating a polymer thin film mainly composed of carbon.
【0025】炭素粉末の形状は、特に限定されるもので
はなく、球状、繊維状などを適宜選択することができ
る。その中でも、球状の炭素粉末は、フェノール樹脂中
に均一に分散し易く、配向もランダムになり、方向によ
って熱伝導率にむらがなくなるため、素子を形成したと
きの信頼性が高く好ましい。また、繊維状の炭素粉末を
用いる場合は、均一な分散を確保するべくアスペクト比
を設定する。The shape of the carbon powder is not particularly limited, and a spherical shape, a fibrous shape or the like can be appropriately selected. Among them, spherical carbon powder is preferable because it is easy to uniformly disperse in the phenol resin, the orientation is random, and there is no unevenness in thermal conductivity depending on the direction, so that reliability is high when an element is formed. When fibrous carbon powder is used, the aspect ratio is set to ensure uniform dispersion.
【0026】炭素粉末の粒径は、大き過ぎるとフェノー
ル樹脂への分散性が悪くなって熱伝導性が低下したり、
材料全体の強度が低下する傾向がある。また、逆に小さ
過ぎると扱いづらいので、これらを考慮して適宜設定さ
れる。If the particle size of the carbon powder is too large, the dispersibility in the phenol resin will deteriorate and the thermal conductivity will decrease.
The strength of the entire material tends to decrease. On the other hand, if it is too small, it is difficult to handle.
【0027】次に、フェノール樹脂としては、その合成
条件によってノボラック型とレゾール型が知られている
が、本発明はいずれも適用可能である。また、粉末状、
融液状のどちらでも良いが、炭素粉末との混合性を考慮
して粉末状のものがより好ましい。さらに、原料のモノ
マーは、フェノールに限定されず、クレゾール、キシレ
ノール、p−ter−ブチルフェノール、p−フェニル
フェノール、レゾルシノール等のフェノール誘導体から
構成した樹脂であれば適用可能である。フェノール樹脂
の分子量は、一般に低いため、炭素粉末との親和性に富
み、したがってフェノール樹脂に対して約9倍量の炭素
粉末であっても、良好な分散状態を維持することができ
る。Next, as the phenol resin, novolac type and resol type are known depending on the synthesis conditions, but the present invention is applicable. Also in powder form,
Either of the melted liquids may be used, but powdery ones are more preferable in consideration of the mixing property with the carbon powder. Further, the raw material monomer is not limited to phenol, and any resin composed of a phenol derivative such as cresol, xylenol, p-ter-butylphenol, p-phenylphenol, resorcinol can be applied. Since the molecular weight of the phenol resin is generally low, it has a high affinity for the carbon powder, and therefore, even if the carbon powder is about 9 times the amount of the phenol resin, a good dispersion state can be maintained.
【0028】粉末状のフェノール樹脂を用いる場合、そ
の粒径は特に限定されるものではないが、炭素粉末と同
程度の粒径とすると、均一に分散でき熱伝導性も高くな
るので好ましい。When a powdery phenol resin is used, its particle size is not particularly limited, but it is preferable that the particle size is about the same as that of carbon powder because it can be uniformly dispersed and the thermal conductivity becomes high.
【0029】炭素粉末とフェノール樹脂との混合割合に
ついては、フェノール樹脂の相対量が少ない(炭素粉末
が多い)と、加圧による成形性が悪くなり、得られる材
料の強度も弱くなる。逆に炭素粉末が少ない(フェノー
ル樹脂が多い)と、熱伝導性が低下する。したがって、
これらのバランスを考慮し、フェノール樹脂の割合を、
炭素粉末とフェノール樹脂との混合物に対して5〜40
重量%、特に5〜20重量%とすることが好ましい。こ
の範囲であれば、材料内に分散された炭素粉末が互いに
接触した状態となって高い熱伝導性が維持されるととも
に、フェノール樹脂が材料に均一に行き渡って硬化し、
十分な強度が確保される。Regarding the mixing ratio of the carbon powder and the phenol resin, when the relative amount of the phenol resin is small (the carbon powder is large), the moldability due to pressurization becomes poor and the strength of the obtained material also becomes weak. On the contrary, when the carbon powder is small (the phenol resin is large), the thermal conductivity is lowered. Therefore,
Considering these balances, the ratio of phenol resin is
5-40 for a mixture of carbon powder and phenolic resin
It is preferable to set it as a weight%, especially 5 to 20 weight%. Within this range, the carbon powders dispersed in the material are in contact with each other to maintain high thermal conductivity, and the phenol resin is evenly distributed and cured in the material,
Sufficient strength is secured.
【0030】また、上記炭素粉末及びフェノール樹脂に
加えて、各種の熱伝導性充填材を配合することができ
る。熱伝導性充填材としては、フェノール樹脂への分散
性を考慮して適宜選択される。具体的には、Cu−Zn
系、Ni−Zn系あるいはMn−Mg系等の軟磁性フェ
ライト、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミニウム
粉、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等
を挙げることができる。また、熱伝導性充填材の粒径
は、各原料を均一に混合する観点から、炭素粉末と同程
度とすることが好ましい。In addition to the above carbon powder and phenol resin, various heat conductive fillers can be blended. The heat conductive filler is appropriately selected in consideration of dispersibility in the phenol resin. Specifically, Cu-Zn
Examples thereof include soft magnetic ferrites based on Ni, Zn, Mn, Mg, etc., aluminum nitride, boron nitride, aluminum powder, carbon nanotubes, carbon microcoils, and the like. The particle size of the thermally conductive filler is preferably about the same as the carbon powder from the viewpoint of uniformly mixing the raw materials.
【0031】上記熱伝導性充填材の配合量は、特に限定
されるものではないが、多過ぎると材料の成形性や強度
が低下する傾向がある。したがって、具体的には、炭素
粉末とフェノール樹脂の合計量に対して20重量%以下
とすることが好ましい。The amount of the above-mentioned thermally conductive filler compounded is not particularly limited, but if it is too large, the moldability and strength of the material tend to decrease. Therefore, specifically, it is preferably 20% by weight or less based on the total amount of the carbon powder and the phenol resin.
【0032】その他、本発明の高熱伝導性材料には、硬
化剤、触媒、可塑剤、酸化防止剤等を適宜配合すること
ができる。In addition, a curing agent, a catalyst, a plasticizer, an antioxidant and the like can be appropriately added to the high thermal conductive material of the present invention.
【0033】上述の炭素粉末、フェノール樹脂その他の
原料を混合する手段としては、特に限定されるものでは
なく、各種ミキサーなどを適宜選択して、均一に混合す
ることができる。The means for mixing the above-mentioned carbon powder, phenol resin and other raw materials is not particularly limited, and various mixers and the like can be appropriately selected and uniformly mixed.
【0034】そして、各原料を均一に混合したものを、
各種プレス機で板状になるよう加圧成形し、加熱するこ
とによってフェノール樹脂の重合を完了させ、目的の高
熱伝導性材料を得ることができる。なお、加熱は、加圧
成形に先んじて行っても良いし、加圧と同時に加熱して
も良い。あるいは、まず混合物を加圧した状態に保持し
てから加熱を行い重合させることもできる。硬化後の材
料の密度については、小さ過ぎると、得られる材料の強
度が弱くなりまた熱伝導性が低下する場合がある。逆に
密度が大き過ぎると、特にグラファイトを用いた場合に
は結晶自体が劈開して破壊され、その結果熱伝導性がむ
しろ低下したり、材料中で炭素粉末が一方向に配向して
熱伝導率に異方性やむらを生ずる場合がある。また、材
料自体が破壊される場合があるのでこれらを考慮して適
宜設定する。Then, a mixture obtained by uniformly mixing the respective raw materials is
It is possible to complete the polymerization of the phenol resin by press-molding into a plate-like shape with various presses and heating to obtain the desired high thermal conductivity material. The heating may be performed prior to the pressure molding, or the heating may be performed simultaneously with the pressing. Alternatively, the mixture can be first kept under pressure and then heated to polymerize. If the density of the material after curing is too small, the strength of the obtained material may be weakened and the thermal conductivity may be lowered. On the other hand, if the density is too high, especially when graphite is used, the crystal itself is cleaved and destroyed, resulting in a rather low thermal conductivity, or carbon powder is oriented in one direction in the material and the thermal conductivity is reduced. The rate may be anisotropic or uneven. In addition, since the material itself may be destroyed, these are taken into consideration and set appropriately.
【0035】加圧する際の圧力、加圧時間、及び加熱す
る際の温度は、特に限定されるものではなく適宜設定す
ることができる。具体的には、炭素粉末とフェノール樹
脂の種類、混合割合などによって異なり一概には言えな
いが、例えば、粉末状のノボラック型フェノール樹脂と
グラファイト粉末とを混合したもの(フェノール樹脂の
割合が全体の10重量%)を加熱し加圧硬化する場合、
圧力は200〜3000kgf/cm2程度、加圧時間
は5〜30分間程度、加熱温度は180〜220℃とす
ることが適当である。The pressure for pressurizing, the pressurizing time, and the temperature for heating are not particularly limited and can be set appropriately. Specifically, it varies depending on the types of carbon powder and phenolic resin, the mixing ratio, etc., and cannot be generally stated, but for example, a mixture of powdered novolac type phenolic resin and graphite powder (the ratio of phenolic resin is 10% by weight) is heated and pressure-cured,
It is appropriate that the pressure is about 200 to 3000 kgf / cm 2 , the pressing time is about 5 to 30 minutes, and the heating temperature is 180 to 220 ° C.
【0036】さらに、本発明では、炭素粉末、フェノー
ル樹脂その他の原料の混合物を、振動を加えつつ搗き固
めることによって熱伝導率をより高めることができる。
この工程は、通常は上述の加熱・加圧工程の前に行う
が、場合によっては硬化させた後の板状の材料に対して
行っても良い。具体的には、例えば、図3に示すような
装置を用いて好適に実施することができる。図3では、
加振器30上に金型31、31’をセットし、その間に
搗き固めるべき混合物32を挟み込んでいる。そして、
加振器30により高周波振動を加えつつ、金型31’に
取り付けた重り33が上下動して衝撃振動を加えること
で混合物32が搗き固められるようになっている。これ
により、炭素粉末、フェノール樹脂粉末などが相互の隙
間を埋めるように均一に並び、迅速にかつ強力に搗き固
められるので、熱の移動がより円滑になり、全体の熱伝
導性が向上する。なお、図3の例では、一方から高周波
振動を加え他方からは重りの上下動による衝撃を加える
場合について示したが、これに限定されず、例えば上下
の金型にそれぞれ加振器を取り付け、両方の金型を別々
に高周波振動させることによって混合物を搗き固めても
良い。あるいは一方の金型を固定させ、他方を振動させ
ることによって搗き固めることもできる。Further, in the present invention, the thermal conductivity can be further enhanced by stiffening a mixture of carbon powder, phenol resin and other raw materials while applying vibration.
This step is usually performed before the heating / pressurizing step described above, but in some cases, it may be performed on the plate-shaped material after curing. Specifically, for example, the apparatus shown in FIG. 3 can be preferably used. In Figure 3,
The molds 31 and 31 'are set on the shaker 30, and the mixture 32 to be stiffened is sandwiched between them. And
While the high frequency vibration is applied by the vibration exciter 30, the weight 33 attached to the mold 31 ′ is moved up and down to apply impact vibration, so that the mixture 32 is solidified. As a result, the carbon powder, the phenol resin powder, and the like are evenly arranged so as to fill the gaps between them, and are quickly and strongly solidified, so that the transfer of heat becomes smoother and the overall thermal conductivity is improved. In addition, in the example of FIG. 3, a case where high frequency vibration is applied from one side and a shock due to vertical movement of the weight is applied from the other side is shown. The mixture may be compacted by subjecting both molds to high frequency vibration separately. Alternatively, one of the molds may be fixed and the other may be vibrated for hardening.
【0037】上記のように加振器等を用いて振動を加え
る場合、その周波数、振幅、加速度、加振時間などの諸
条件は、混合物の量や、加熱・加圧条件との兼ね合いで
異なり一概には言えない。一般的には、周波数20〜1
000Hz、振幅0.01〜5mm、加速度0.2〜1.
0G、加振時間1〜10分程度が適当であるが、これら
に限定されるものではない。When vibration is applied using a vibration exciter or the like as described above, various conditions such as frequency, amplitude, acceleration and vibration time differ depending on the amount of the mixture and the heating / pressurizing conditions. I can't say for sure. Generally, frequencies 20-1
000 Hz, amplitude 0.01-5 mm, acceleration 0.2-1.
0 G and a vibration time of about 1 to 10 minutes are suitable, but the invention is not limited thereto.
【0038】高熱伝導性材料の板厚は、用途などを考慮
して適宜設定されるが、薄すぎると強度が不十分とな
り、厚すぎると重合の際に炭素粉末が材料の中心部に偏
在してしまい、全体の熱伝導性が低下するので、これら
のバランスを考慮して、0.1〜5mm程度とすること
が好ましい。ただし、これに限定されるものではない。The plate thickness of the high thermal conductive material is appropriately set in consideration of the application etc., but if it is too thin, the strength will be insufficient, and if it is too thick, carbon powder will be unevenly distributed in the center of the material during polymerization. Since the overall thermal conductivity is reduced, it is preferable to set the thickness to about 0.1 to 5 mm in consideration of the balance between them. However, it is not limited to this.
【0039】なお、以上は、板状の高熱伝導性材料を製
造する場合について述べたが、これに限定されず、最終
的な用途に応じた所定の形状に成形することができる。
また、ブロック状等の形状に成形したものを用途に応じ
た形状に適宜切り出して用いても良い。このような所定
形状の高熱伝導性材料は、後述の配線板用基板や熱電素
子モジュールの他、リッド、ヒートスプレッダ等のIC
パッケージ用電熱部品や、キャリヤ、サブマウント、ス
テム等の半導体レーザ・光・マイクロ波デバイス用部品
等の、多様な部品に使用することができる。In the above, the case of manufacturing a plate-shaped high heat conductive material has been described, but the present invention is not limited to this, and it can be molded into a predetermined shape according to the final application.
Moreover, you may use what was shape | molded by block shape etc. suitably cut | disconnected to the shape according to a use. Such a highly heat-conductive material having a predetermined shape can be used as an IC for a lid, a heat spreader, etc., as well as a wiring board substrate and a thermoelectric element module described later.
It can be used for a variety of parts such as electrothermal parts for packages and parts for semiconductor lasers, optical devices, microwave devices such as carriers, submounts and stems.
【0040】続いて、板状の高熱伝導性材料を基板とし
て用いた、配線板用基板について説明する。図1は、配
線板用基板の一実施形態における断面図である。図1の
配線板用基板1は、高熱伝導性材料10の片面に、絶縁
層11を介して金属層12が備えられ、概略構成されて
いる。Next, a wiring board substrate using a plate-shaped high thermal conductive material as a substrate will be described. FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a wiring board substrate. The wiring board substrate 1 of FIG. 1 is roughly configured by providing a metal layer 12 on one surface of a high thermal conductive material 10 with an insulating layer 11 interposed therebetween.
【0041】金属層12としては、通常、銅、ニッケ
ル、アルミニウム等の各種金属からなる金属箔が好適に
用いられる。金属箔の厚さは、特に限定されるものでは
ないが、比較的薄い方が好ましい。また、金属層12
を、金属めっきにより形成することもできる。金属めっ
きは、従来知られた無電解めっき法や真空蒸着法を適宜
採用して行うことができる。そして、上記の金属箔又は
金属めっきにより形成した金属層12には、フォトリソ
グラフィー等の手段により回路パターンを形成してプリ
ント配線板とされる。さらに、金属層12としては、上
記金属箔等の他に、予め回路パターンを打ち抜く等して
作製した、いわゆるリードフレームを用いることもでき
る。As the metal layer 12, usually, a metal foil made of various metals such as copper, nickel and aluminum is preferably used. The thickness of the metal foil is not particularly limited, but it is preferably relatively thin. In addition, the metal layer 12
Can also be formed by metal plating. The metal plating can be performed by appropriately adopting the conventionally known electroless plating method or vacuum deposition method. Then, a circuit pattern is formed on the metal layer 12 formed by the above metal foil or metal plating by means such as photolithography to obtain a printed wiring board. Further, as the metal layer 12, a so-called lead frame, which is produced by punching out a circuit pattern in advance, can be used in addition to the above metal foil and the like.
【0042】絶縁層11は、高熱伝導性材料10の基板
と金属層12との間を絶縁しつつ接着するものであり、
一般的には、回路から発熱する温度で溶融や劣化を起こ
さないことを条件として従来知られた各種の接着剤の中
から適宜選択し、形成することができる。具体例として
は、ゴム系、アクリル樹脂系、ポリアミド系、ポリイミ
ド系、エポキシ系、エチレン−酢酸ビニル共重合体、シ
リコーン樹脂系等の接着剤を挙げることができる。The insulating layer 11 serves to insulate and adhere between the substrate of the high thermal conductive material 10 and the metal layer 12,
Generally, it can be formed by appropriately selecting from various conventionally known adhesives under the condition that they do not melt or deteriorate at the temperature at which heat is generated from the circuit. Specific examples include rubber-based, acrylic resin-based, polyamide-based, polyimide-based, epoxy-based, ethylene-vinyl acetate copolymer, and silicone resin-based adhesives.
【0043】配線板用基板1を製造する際には、上記接
着剤を、例えば、スプレー法、カレンダリング法、ワイ
ヤーバーコート法、ディッピング法等の公知の手段によ
り、高熱伝導性材料10の表面、又は金属箔もしくはリ
ードフレーム等の金属層12の表面に塗布し、高熱伝導
性材料10と金属層12とを貼着して製造することがで
きる。その際、高熱伝導性材料10と金属層12とを積
層させ、全体をロールや平板プレス等の各種プレス機に
より加圧しつつ、必要に応じて加熱しながら接着剤を硬
化させることができる。加圧する際の圧力は、接着剤の
種類や基板の厚さ等によって異なり特に限定されるもの
ではないが、高熱伝導性材料10の密度を高くし過ぎて
熱伝導性を低下させないように注意する。加圧すること
により、高熱伝導性材料10と金属層12とが互いに強
く密着したまま硬化が進むので、後に剥離や空隙を生じ
る層間の欠陥が除かれ、高い熱伝導性が維持される。な
お、金属層12を、金属めっきにより形成する場合は、
上記と異なり、まず接着剤を高熱伝導性材料10の表面
に塗布し硬化させた後、硬化した接着剤の表面(絶縁層
11の表面)に金属めっきを施して目的の配線板用基板
1を製造する。When the wiring board substrate 1 is manufactured, the surface of the high thermal conductive material 10 is coated with the above-mentioned adhesive by a known means such as a spraying method, a calendering method, a wire bar coating method or a dipping method. Alternatively, it can be manufactured by applying it on the surface of the metal layer 12 such as a metal foil or a lead frame, and adhering the high thermal conductive material 10 and the metal layer 12 to each other. At that time, the high thermal conductive material 10 and the metal layer 12 are laminated, and the adhesive can be cured while being pressed as necessary with various pressing machines such as a roll or a flat plate press, while being heated if necessary. The pressure at which the pressure is applied varies depending on the type of adhesive and the thickness of the substrate and is not particularly limited, but care should be taken not to increase the density of the high thermal conductive material 10 too much and reduce the thermal conductivity. . By pressurizing, the high thermal conductive material 10 and the metal layer 12 are cured while being strongly adhered to each other, so that defects between layers that cause peeling or voids later are eliminated, and high thermal conductivity is maintained. When the metal layer 12 is formed by metal plating,
Unlike the above, first, the adhesive is applied to the surface of the high thermal conductive material 10 and cured, and then the surface of the cured adhesive (the surface of the insulating layer 11) is metal-plated to obtain the target wiring board substrate 1. To manufacture.
【0044】また、高熱伝導性材料10及び金属層12
の表面には、接着性を向上させるため、必要に応じて、
予めプライマーを塗布しておくこともできる。このプラ
イマーの例として、プライマーC(商品名:信越シリコ
ーン社製)、プライマーX(商品名:東レ・ダウコーニ
ング・シリコーン社製)、プライマーY(商品名:東レ
・ダウコーニング・シリコーン社製)、ME151(商
品名:東芝シリコーン社製)等を挙げることができる。The high thermal conductivity material 10 and the metal layer 12 are also included.
To improve the adhesiveness of the surface of the
It is also possible to apply a primer in advance. Examples of this primer include primer C (trade name: manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.), primer X (trade name: manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.), primer Y (product name: manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.), ME151 (trade name: manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.) and the like can be mentioned.
【0045】図1の例では、金属層12を、高熱伝導性
材料10の片面に形成した場合について説明したが、こ
の他に、金属層12を高熱伝導性材料10の両面に形成
することもできる。In the example of FIG. 1, the case where the metal layer 12 is formed on one side of the high thermal conductive material 10 has been described, but in addition to this, the metal layer 12 may be formed on both sides of the high thermal conductive material 10. it can.
【0046】以上の配線板用基板は、金属層としてリー
ドフレームを用いる場合は格別、その他の場合は、従来
知られたフォトリソグラフィー技術に従って回路を形成
しプリント配線板とされる。このプリント配線板は、基
板の熱伝導性に優れるため、回路から発生した熱を速や
かに放熱することができる。また、基板として炭素繊維
強化複合材料を使用した場合などと比較すると、非常に
低コスト(1/3〜1/5)で製造することが可能とな
る。The above wiring board substrate is used as a printed wiring board by forming a circuit in accordance with a conventionally known photolithography technique, especially when a lead frame is used as a metal layer. Since this printed wiring board has excellent thermal conductivity of the substrate, it is possible to quickly dissipate heat generated from the circuit. Further, as compared with the case where a carbon fiber reinforced composite material is used as the substrate, it becomes possible to manufacture at a very low cost (1/3 to 1/5).
【0047】次に、上述の高熱伝導性材料を利用した、
熱電素子モジュールについて説明する。図2は、熱電素
子モジュールの一実施形態における断面図である。図2
の熱電素子モジュール2は、高熱伝導性材料20、2
0’が、対向して2つ配置され、各高熱伝導性材料2
0、20’の対向面201、201’に絶縁層21、2
1’を介して金属電極22、22’が接合され、その金
属電極22、22’を介して複数のn型半導体23及び
p型半導体24が交互に接続されて、概略構成されてい
る。Next, using the above-mentioned high thermal conductive material,
The thermoelectric element module will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view of one embodiment of the thermoelectric element module. Figure 2
The thermoelectric element module 2 of FIG.
Two 0's are arranged facing each other, and each high thermal conductive material 2
Insulating layers 21, 2 on the facing surfaces 201, 201 'of 0, 20'
The metal electrodes 22 and 22 ′ are joined via 1 ′, and a plurality of n-type semiconductors 23 and p-type semiconductors 24 are alternately connected via the metal electrodes 22 and 22 ′, thereby forming a schematic configuration.
【0048】この熱電素子モジュール2をゼーベック効
果を利用した発電用素子として使用する場合には、例え
ば、高熱伝導性材料20の外面202に、放熱フィン等
の冷却手段を接合し、一方、高熱伝導性材料20’の外
面202’には、受熱フィン等の加熱手段を接合して、
両基板間に温度差を形成することにより起電力を得るこ
とができる。なお、高熱伝導性材料20、20’に、デ
ィスクカッターや鋸刃等でスリットを形成することによ
り、高熱伝導性材料自体をフィン形状に加工しても良
い。When the thermoelectric element module 2 is used as a power generating element utilizing the Seebeck effect, for example, a cooling means such as a radiation fin is joined to the outer surface 202 of the high thermal conductive material 20, while the high thermal conductive material is used. A heating means such as a heat receiving fin is joined to the outer surface 202 ′ of the conductive material 20 ′,
An electromotive force can be obtained by forming a temperature difference between both substrates. The high thermal conductive material itself may be processed into a fin shape by forming slits in the high thermal conductive material 20, 20 'with a disc cutter, a saw blade, or the like.
【0049】また、熱電素子モジュール2をペルチェ効
果を利用した冷却・加熱素子として使用する場合には、
例えば、電流をp型半導体24からn型半導体23へ流
すことにより、一方の外面202は吸熱側となり、他方
の外面202’は発熱側となるので、吸熱側に被冷却物
を接合し、発熱側に放熱フィン等の冷却手段を接合すれ
ば良い。When the thermoelectric element module 2 is used as a cooling / heating element utilizing the Peltier effect,
For example, when an electric current is passed from the p-type semiconductor 24 to the n-type semiconductor 23, one outer surface 202 becomes a heat absorbing side and the other outer surface 202 ′ becomes a heat generating side. Therefore, an object to be cooled is joined to the heat absorbing side to generate heat. A cooling means such as a radiation fin may be joined to the side.
【0050】そして、図2の絶縁層21、金属電極22
については、上述の配線板用基板における、絶縁層1
1、金属層12にそれぞれ準じて構成することができ
る。また、n型半導体23及びp型半導体24として
は、従来知られた各種半導体を適宜選択して用いること
ができる。具体的には、Bi−Te系、Si−Ge系等
のp型及びn型半導体が挙げられる。n型半導体23及
びp型半導体24を金属電極22、22’にそれぞれ接
合するに当たっては、半田付け、ロウ付け等の、従来知
られた各種接合手段を採用することができる。The insulating layer 21 and the metal electrode 22 shown in FIG.
For the insulating layer 1 in the wiring board substrate described above,
1 and the metal layer 12 can be configured according to each. As the n-type semiconductor 23 and the p-type semiconductor 24, various conventionally known semiconductors can be appropriately selected and used. Specific examples include p-type and n-type semiconductors such as Bi-Te-based and Si-Ge-based semiconductors. In joining the n-type semiconductor 23 and the p-type semiconductor 24 to the metal electrodes 22 and 22 ', various conventionally known joining means such as soldering or brazing can be adopted.
【0051】図2の熱電素子モジュール2では、本発明
の高熱伝導性材料を、対向配置させる基板の両方に使用
する場合について説明したが、この他に、対向配置させ
る複数の基板の内の一部に高熱伝導性材料を使用した構
成としても良い。例えば、受熱側の基板のみに高熱伝導
性材料を用い、放熱側の基板には従来のセラミック基板
を用いる場合が挙げられる。In the thermoelectric element module 2 of FIG. 2, the case where the high thermal conductive material of the present invention is used for both of the substrates arranged to face each other has been described. However, in addition to this, one of a plurality of substrates arranged to face each other. A structure using a high thermal conductivity material may be used for the part. For example, there is a case where a high thermal conductive material is used only for the heat receiving side substrate and a conventional ceramic substrate is used for the heat radiating side substrate.
【0052】さらに、図2に示す熱電素子モジュール2
は、基板を2枚対向させ、それらの間に半導体を配列さ
せた1段のモジュールであるが、これに限らず、3枚以
上の基板を配置して各基板間に半導体をそれぞれ配列さ
せた、多段の熱電素子モジュールにすることもできる。Further, the thermoelectric element module 2 shown in FIG.
Is a one-stage module in which two substrates are opposed to each other and semiconductors are arranged between them, but the invention is not limited to this, and three or more substrates are arranged and semiconductors are respectively arranged between the substrates. It is also possible to make a multi-stage thermoelectric element module.
【0053】以上の熱電素子モジュールは、基板が熱伝
導性に優れるため、ゼーベック効果、ペルチェ効果によ
る熱―電気変換の効率が向上する。また、高熱伝導性材
料の熱膨張率が低いため、接合部に熱応力が生じず、剥
離等の欠陥を生じ難いため、素子の信頼性も高い。In the above thermoelectric element module, since the substrate has excellent thermal conductivity, the efficiency of heat-electric conversion by the Seebeck effect and Peltier effect is improved. Further, since the high thermal conductivity material has a low coefficient of thermal expansion, thermal stress is not generated in the joint portion, and defects such as peeling are unlikely to occur, so that the reliability of the element is high.
【0054】[0054]
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明をさら
に詳細に説明するが、これらに限定されるものではな
い。
(実施例1〜4)まず、炭素粉末(平均粒子径10μ
m)と、フェノール樹脂粉末(平均粒子径15μm)と
を均一に混合した。その際の混合割合は、全体量に対し
てフェノール樹脂を5重量%ないし10重量%とした。
なお、フェノール樹脂は、鐘紡株式会社製の製品名ベル
パール(登録商標)S−899を用いた。このフェノー
ル樹脂は、重量平均分子量が3000以上の微粒子であ
り、分子内にいずれも反応性のメチロール基を含有して
いて熱溶融・自硬化性を有している。次に、上記混合物
を成形金型内に投入し、成形圧力1000kgf/cm
2ないし2000kgf/cm2、及び金型温度180℃
で10分間加熱加圧し、目的の高熱伝導性材料を得た。
得られた高熱伝導性材料について、熱伝導率、及び曲げ
強度(JIS C6481準拠)を測定した。その結果
を表1に示す。なお、熱伝導率の測定は、レーザーフラ
ッシュ法熱定数測定装置TC−7000(アルバック理
工株式会社製、JIS R1611準拠)を使用した。
表1に示すように、熱伝導率はいずれも8.0W/mK
以上であり、非常に高い熱伝導性を示した。また、曲げ
強度も十分であった。The present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the invention is not limited thereto. (Examples 1 to 4) First, carbon powder (average particle diameter 10 μm
m) and the phenol resin powder (average particle diameter 15 μm) were uniformly mixed. The mixing ratio at that time was 5 wt% to 10 wt% of the phenol resin with respect to the total amount.
The phenol resin used was Bellpearl (registered trademark) S-899 manufactured by Kanebo Co., Ltd. This phenol resin is fine particles having a weight average molecular weight of 3000 or more, and each contains a reactive methylol group in the molecule and has heat melting / self-curing properties. Next, the above mixture is put into a molding die, and the molding pressure is 1000 kgf / cm.
2 to 2000 kgf / cm 2 , and mold temperature 180 ° C.
By heating and pressurizing for 10 minutes, the target high thermal conductive material was obtained.
The thermal conductivity and bending strength (according to JIS C6481) of the obtained high thermal conductive material were measured. The results are shown in Table 1. The thermal conductivity was measured using a laser flash method thermal constant measuring device TC-7000 (manufactured by ULVAC-RIKO, Inc., JIS R1611 compliant).
As shown in Table 1, the thermal conductivity of each is 8.0 W / mK.
The above is the very high thermal conductivity. The bending strength was also sufficient.
【0055】[0055]
【表1】 [Table 1]
【0056】(実施例5)上記実施例1と同様の配合割
合とした混合物を、図3の成形装置内に投入し、加振器
にて振動を加えつつ搗き固めた。加振器の条件は周波数
が50Hz、加速度0.5G、加振時間10分間とし
た。続いて、搗き固めた混合物を、上記実施例1と同様
の成形金型内にセットし、成形圧力1000kgf/c
m2、180℃で10分間加熱加圧を行い、目的の高熱
伝導性材料を得た。かくして得られた高熱伝導性材料に
ついて、熱伝導率、及び曲げ強度を測定した。その結果
を表1に示す。表1の実施例1と実施例5との比較か
ら、振動・搗き固め工程を経ることによって熱伝導率が
さらに向上(8.5W/mKから9.8W/mKへ向
上)することが明らかとなった。また、実施例2と実施
例5との比較から、振動・搗き固め工程を経ることによ
って、その後の工程での成形圧力を半分にしても同等以
上の熱伝導性を得られることがわかった。Example 5 A mixture having the same mixing ratio as in Example 1 was put into the molding apparatus shown in FIG. 3 and was solidified while being vibrated by a vibrator. The conditions of the vibrator were a frequency of 50 Hz, an acceleration of 0.5 G, and a vibration time of 10 minutes. Then, the stiffened mixture was set in a molding die similar to that in Example 1 above, and the molding pressure was 1000 kgf / c.
Heating and pressurization was performed at m 2 and 180 ° C. for 10 minutes to obtain a target high thermal conductivity material. The thermal conductivity and bending strength of the high thermal conductive material thus obtained were measured. The results are shown in Table 1. From the comparison between Example 1 and Example 5 in Table 1, it is clear that the thermal conductivity is further improved (improved from 8.5 W / mK to 9.8 W / mK) by passing through the vibration / squeeze hardening process. became. Further, from the comparison between Example 2 and Example 5, it was found that the heat conductivity equal to or higher than the above can be obtained even if the molding pressure in the subsequent steps is halved by passing through the vibration / squeeze hardening step.
【0057】(実施例6)上記実施例1における炭素粉
末とフェノール樹脂粉末との混合物に対し、さらに熱伝
導性充填材としてアルミ粉を混合した。アルミ粉の配合
量は、全体の合計量に対して10重量%とした。続い
て、この混合物を上記実施例2と同様の方法によって成
形し、目的の高熱伝導性材料を得た。かくして得られた
高熱伝導性材料について熱伝導率を測定した。その結果
を表1に示す。表1に示すように、アルミ粉を配合する
ことによって熱伝導性が大幅に高まることが明らかとな
った。Example 6 To the mixture of carbon powder and phenol resin powder in Example 1 above, aluminum powder was further mixed as a heat conductive filler. The blending amount of aluminum powder was set to 10% by weight based on the total amount. Subsequently, this mixture was molded by the same method as in Example 2 above to obtain the desired high thermal conductivity material. The thermal conductivity of the high thermal conductive material thus obtained was measured. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, it has been clarified that the thermal conductivity is significantly increased by adding the aluminum powder.
【0058】(比較例1)比較例として、サンハヤト製
プリント基板No.31からエッチングにより表面の銅
箔を取り除いたガラス−エポキシ基板について熱伝導率
を測定した。測定には熱伝導率計QTM−500(京都
電子社製)を用いた。なお、測定の際には、ガラス−エ
ポキシ基板をアルミ板(厚さ25mm)上に置いて行っ
た。アルミ板を用いる理由は、熱伝導率を測定するに当
たってある程度の厚みが必要なためである。そして、測
定の結果、0.552(W/mK)の値を得た。実施例
1〜6と比較例1とでは熱伝導率の測定法が異なるため
一概には言えないが、本発明の熱伝導率は比較例1のそ
れに比べて一桁以上高いことが示唆される。(Comparative Example 1) As a comparative example, a printed circuit board No. 1 manufactured by Sanhayato. The thermal conductivity of the glass-epoxy substrate from which the surface copper foil was removed by etching from 31 was measured. A thermal conductivity meter QTM-500 (manufactured by Kyoto Electronics Co., Ltd.) was used for the measurement. The glass-epoxy substrate was placed on an aluminum plate (thickness: 25 mm) for the measurement. The reason why the aluminum plate is used is that a certain thickness is required to measure the thermal conductivity. Then, as a result of the measurement, a value of 0.552 (W / mK) was obtained. Although the method of measuring the thermal conductivity is different between Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, it cannot be generally stated, but it is suggested that the thermal conductivity of the present invention is higher than that of Comparative Example 1 by one digit or more. .
【0059】(実施例7)上記実施例1で得られた高熱
伝導性材料の片面に、ポリイミド電着塗料を、30Vで
2.5分、常温にて電着塗りし、80℃で10分乾燥さ
せ、さらに250℃で30分焼付することによりポリイ
ミド電着塗膜を形成した。そして上記のポリイミド電着
塗膜上に、シリコーン系接着剤・KE1800T(商品
名:信越シリコーン社製)を塗布した厚さ70μmの銅
箔を、接着剤塗布面が上記ポリイミド電着塗膜に接触す
るように積層させた。なお、積層に当たっては、ポリイ
ミド電着塗膜、及び接着剤を塗布する前の銅箔に対し
て、予めプライマーA(商品名:東レ・ダウコーニング
・シリコーン社製)を刷毛塗りすることによりプライマ
ー処理を施しておいた。続いて、120℃で3分間ヒー
トプレスにて294N/cm2の押圧状態としてエアー
や余剰の接着剤を排除し、その後押圧状態から開放して
120℃で60分間加熱処理することにより接着剤を硬
化させ目的の配線板用基板を作製した。さらに、得られ
た配線板用基板に適当な回路パターンでエッチングを施
したところ、十分に回路パターンを再現、形成し得るも
のであった。このプリント配線板は、優れた放熱性を有
していた。Example 7 Polyimide electrodeposition coating was applied on one surface of the high thermal conductive material obtained in Example 1 above at 30V for 2.5 minutes at room temperature and at 80 ° C. for 10 minutes. It was dried and further baked at 250 ° C. for 30 minutes to form a polyimide electrodeposition coating film. Then, a 70 μm thick copper foil coated with silicone adhesive KE1800T (trade name: manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) is applied to the polyimide electrodeposition coating film, and the adhesive coating surface is in contact with the polyimide electrodeposition coating film. It was laminated so that. For lamination, primer A (trade name: manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.) is applied to the polyimide electrodeposition coating film and the copper foil before the adhesive is applied by brushing in advance. Have been given. Next, the air and excess adhesive are removed by applying a pressure of 294 N / cm 2 with a heat press at 120 ° C. for 3 minutes, then released from the pressed state and heat-treated at 120 ° C. for 60 minutes to remove the adhesive. A target wiring board substrate was prepared by curing. Further, when the obtained wiring board substrate was subjected to etching with an appropriate circuit pattern, the circuit pattern could be sufficiently reproduced and formed. This printed wiring board had excellent heat dissipation.
【0060】(実施例8)上記実施例7で得られた配線
板用基板の金属面に、ドライフィルム系のネガ型ホトレ
ジストを被覆し、所定の銅電極パターンを露光し、エッ
チングして、127個の銅電極を形成した。この基板を
2枚用い、それらに形成されている銅電極を介して、寸
法1.5mm×1.5mm×1.5mmのSi系のn型
半導体素子とGe系のp型半導体素子を直列接続となる
よう交互に127個半田付けし、目的の熱電素子モジュ
ールを作製した。得られた熱電素子モジュールの片面に
前記シリコーン系接着剤を用いてアルミニウム製の放熱
フィンを接合した。そして、他方の面を、ガスライター
の炎で60秒間の加熱し、ゼーベック効果による起電力
を測定したところ、従来に比較してより急激な電圧上昇
が観測された。これは、基板の熱伝導性が高いために効
率良く温度差を生じたことが原因と考えられる。Example 8 The metal surface of the wiring board substrate obtained in Example 7 was coated with a dry film type negative photoresist, and a predetermined copper electrode pattern was exposed and etched to form 127. Copper electrodes were formed. Two of these substrates are used, and a Si-based n-type semiconductor element and a Ge-based p-type semiconductor element with dimensions of 1.5 mm × 1.5 mm × 1.5 mm are connected in series via copper electrodes formed on them. 127 pieces were alternately soldered so as to obtain the desired thermoelectric element module. Aluminum radiating fins were bonded to one surface of the obtained thermoelectric element module using the silicone adhesive. Then, the other surface was heated with a flame of a gas lighter for 60 seconds, and the electromotive force due to the Seebeck effect was measured. As a result, a more rapid voltage increase was observed as compared with the conventional case. It is considered that this is because the temperature difference was efficiently generated because the substrate had high thermal conductivity.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上、本発明の高熱伝導性材料は、炭素
粉末とフェノール樹脂とから構成するので、十分に高い
熱伝導性を有し、かつ低コストで製造することができ、
産業上非常に有用である。特に、炭素粉末とフェノール
樹脂との混合物を振動を加えつつ搗き固めることによっ
て粒子を均一に並べ、全体の熱伝導率をさらに向上させ
ることができる。また、この高熱伝導性材料を基板とす
る配線板用基板及び熱電素子モジュールは、発生した熱
の放熱性や、熱−電気の変換効率が高い。また、基板が
熱膨張し難いので熱応力を抑えることができる。その結
果、界面の剥離等を生じず信頼性が向上する。As described above, since the high thermal conductive material of the present invention is composed of carbon powder and phenol resin, it has sufficiently high thermal conductivity and can be manufactured at low cost.
Very useful in industry. In particular, the mixture of carbon powder and phenol resin is stiffened while being vibrated to uniformly arrange the particles, and the overall thermal conductivity can be further improved. In addition, the wiring board substrate and the thermoelectric element module using the high thermal conductive material as a substrate have high heat dissipation of generated heat and high thermo-electric conversion efficiency. In addition, the substrate is less likely to thermally expand, so that thermal stress can be suppressed. As a result, peeling of the interface does not occur and reliability is improved.
【図1】 本発明の配線板用基板の一実施形態における
断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a wiring board substrate of the present invention.
【図2】 本発明の熱電素子モジュールの一実施形態に
おける断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of the thermoelectric element module of the present invention.
【図3】 本発明の高熱伝導性材料の製造方法を説明す
る図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a method for producing a high thermal conductive material according to the present invention.
1 配線板用基板 10 高熱伝導性材料 11 絶縁層 12 金属層 2 熱電素子モジュール 20 高熱伝導性材料 201 対向面 201’ 対向面 202 外面 202’ 外面 21 絶縁層 22 金属電極 23 n型半導体 24 p型半導体 30 加振器 31 金型 31’ 金型 32 混合物 33 重り 1 Wiring board substrate 10 High thermal conductivity material 11 insulating layer 12 metal layers 2 Thermoelectric element module 20 High thermal conductivity material 201 Opposing surface 201 'facing surface 202 exterior 202 'exterior 21 insulating layer 22 Metal electrode 23 n-type semiconductor 24 p-type semiconductor 30 shaker 31 mold 31 'mold 32 mixture 33 weight
Claims (7)
を、所定形状になるよう加熱し加圧硬化してなる高熱伝
導性材料。1. A highly heat-conductive material obtained by heating a mixture of carbon powder and a phenol resin into a predetermined shape and pressure-curing the mixture.
を、振動を加えつつ搗き固め、かつ所定形状になるよう
加熱し加圧硬化してなる高熱伝導性材料。2. A high thermal conductive material obtained by stiffening a mixture of carbon powder and a phenol resin while applying vibration, and heating and pressing so as to obtain a predetermined shape.
おいて、フェノール樹脂を、炭素粉末とフェノール樹脂
との混合物に対して5〜40重量%混合することを特徴
とする高熱伝導性材料。3. The high thermal conductivity material according to claim 1, wherein the phenol resin is mixed in an amount of 5 to 40% by weight with respect to the mixture of carbon powder and phenol resin.
性材料において、混合物に、さらに粉末状の熱伝導性充
填材を配合することを特徴とする高熱伝導性材料。4. The high heat conductive material according to claim 1, wherein the mixture is further mixed with a powdery heat conductive filler.
性材料において、所定形状が、板状であることを特徴と
する高熱伝導性材料。5. The high thermal conductivity material according to claim 1, wherein the predetermined shape is a plate shape.
とも片面に、絶縁層を介して金属層を備えてなる配線板
用基板。6. A wiring board substrate comprising a metal layer on at least one side of the high thermal conductivity material according to claim 5 with an insulating layer interposed therebetween.
して複数配置され、各高熱伝導性材料の対向面に絶縁層
を介して金属電極が接合され、前記金属電極を介して複
数のn型及びp型の半導体が交互に接続されてなる熱電
素子モジュール。7. A plurality of the high thermal conductive materials according to claim 5 are arranged facing each other, a metal electrode is bonded to an opposing surface of each high thermal conductive material via an insulating layer, and a plurality of metal electrodes are bonded via the metal electrodes. A thermoelectric element module in which n-type and p-type semiconductors are alternately connected.
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