JP2009088205A - 放熱基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱をより効率的に行うことが可能な放熱基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】放熱基板の製造方法は、薄片状金属粉１２ａ及び金属酸化物が分散されたスラリーＳを用意する工程と、スラリーＳをドクターブレード法によってフィルムＦ上に塗布することで、グリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、放熱基板及びその製造方法に関する。

従来、金属粉末と無機化合物の粉末との混合物を成型して加圧及び加熱（いわゆる、粉体成形）することによって一体化させた焼結体によって構成された放熱体が知られている（例えば、特許文献１参照）。この放熱体を、発熱する半導体装置等と接触させることにより、電子素子（例えば、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode：発光ダイオード）といった半導体発光素子や、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ））において発生する熱が放熱体を通じて放出されることとなるので、発熱に起因する電子素子の特性劣化等を防止することができるようになっている。
特開２００１−２３４２６２号公報

ところで、近年、電子素子の特性劣化等を確実に防止すべく、電子素子において生じる熱の放熱要求が高まっている。

そこで、本発明は、放熱をより効率的に行うことが可能な放熱基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る放熱基板の製造方法は、薄片状金属粉及び金属酸化物が分散されたスラリーを用意する工程と、スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することで、グリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とを備える。

本発明に係る放熱基板の製造方法では、スラリーがドクターブレード法によってフィルム上に塗布される際に、スラリーが、ドクターブレード装置のブレード部の先端とフィルムの表面とによって形成される間隙を通過するので、スラリーの流れ（流線）がフィルムの搬送方向に沿うこととなる。このとき、スラリー中に分散された薄片状金属粉も、スラリーの流れ（流線）に沿うように当該間隙を通過する。そのため、グリーンシート内における薄片状金属粉の多くは、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。その結果、本発明に係る製造方法によって製造された放熱基板においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。従って、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板を用いて電子素子の放熱を行った場合、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板によれば、任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。

好ましくは、薄片状金属粉は銀又は銀合金であり、金属酸化物は酸化亜鉛である。薄片状金属粉の材料として銀又は銀合金を用いると、銅等を用いた場合と比較して酸化しにくいので、放熱基板の放熱特性の安定化を図ることが可能となる。また、銀又は銀合金と酸化亜鉛との組み合わせにより製造された放熱基板は撓りやすいので、割れにくい放熱基板とすることが可能となる。さらに、酸化亜鉛は白色であるので、素体が酸化亜鉛を主成分として形成された放熱基板に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板による反射率を高めることが可能となる。

一方、本発明に係る放熱基板は、金属酸化物を主成分とする素体と、素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを備え、複数の金属塊は、その厚さ方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする。

本発明に係る放熱基板では、素体内における金属塊の多くが、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。そのため、本発明に係る放熱基板においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。その結果、本発明に係る放熱基板を用いて電子素子の放熱を行った場合、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板によれば、任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。

好ましくは、素体は、第１の面及び当該第１の面とは異なる第２の面を有しており、第１の面と第２の面とは、複数の金属塊によって電気的に導通している。このようにすると、素体内において複数の金属塊による放熱経路が形成されることとなるので、放熱基板内での伝熱及び放熱基板からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。

好ましくは、金属塊は銀又は銀合金であり、金属酸化物は酸化亜鉛である。このようにすると、金属塊が銀又は銀合金であると、銅等であるような場合と比較して酸化しにくいので、放熱基板の放熱特性の安定化を図ることが可能となる。また、銀又は銀合金と酸化亜鉛との組み合わせにより製造された放熱基板は撓りやすいので、割れにくい放熱基板とすることが可能となる。さらに、酸化亜鉛は白色であるので、素体が酸化亜鉛を主成分として形成された放熱基板に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板による反射率を高めることが可能となる。

本発明によれば、放熱をより効率的に行うことが可能な放熱基板及びその製造方法を提供することができる。

本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（放熱基板の構成）
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る放熱基板１０の構成について説明する。

放熱基板１０は、図１に示されるように、直方体形状を呈している。放熱基板１０は、図２に示されるように、金属塊１２と金属酸化物を主成分とする素体１４との複合材料によって形成されている。

金属塊１２は、素体１４の内部の全体にわたって多数配置されている。多数の金属塊１２のうちの大部分は、薄片（フレーク：flake）状部を有している。薄片状部を有する金属塊１２とは、具体的には、それ自体が薄片状を呈する薄片状体であるか、焼成の際に薄片状を呈する金属粉と他の金属粉とが結合した結合体であって、その一部が薄片状を呈する結合体であるものをいう。薄片状部を有する複数の金属塊１２は、その薄片状部の厚さ方向がいずれも所定の方向（本実施形態においては、放熱基板１０の厚さ方向）に揃っている。

金属塊１２は、例えば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ等の銀合金、Ｐｄ又はＣｕといった金属によって構成されている。このうち、酸化しにくく、放熱特性が安定しているという理由から、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の銀合金を用いることが好ましい。

素体１４は、図１に示されるように、主面１４ａ〜１４ｆを有している。主面１４ａと主面１４ｂとは互いに対向しており、主面１４ｃと主面１４ｄとは互いに対向しており、主面１４ｅと主面１４ｆとは互いに対向している。これらの主面１４ａ〜１４ｆのうち少なくとも第１の面１４ａと第２の面１４ｂとは、多数の金属塊１２によって電気的に導通されている。

素体１４は、例えば、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２又はＺｒＯ_２といった金属酸化物を主成分として構成されている。このうち、ＺｎＯは白色であるので、素体１４がＺｎＯを主成分として形成された放熱基板１０に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板１０による反射率を高めることができるという理由から、ＺｎＯを用いることが好ましい。また、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の銀合金とＺｎＯとの組み合わせにより製造された放熱基板１０は、撓りやすく、そのため割れにくくなるという理由から、金属塊１２がＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の銀合金によって構成されている場合には、ＺｎＯを用いることがより好ましい。

（放熱基板の製造方法）
続いて、図３及び図４を参照して、以上のような構成を有する放熱基板１０の製造方法について説明する。

まず、素体１４の主成分であるＺｎＯと、副成分である、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ及びＡｌの金属又は金属酸化物等とを所定の割合で混合して、素体材料を調整する。次に、この素体材料に金属塊１２となる薄片状金属粉末１２ａ、有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて混合し、スラリーＳを得る。なお、このときに球状金属粉末１２ｂを更に加えてもよいが、この球状金属粉末１２ｂの量は薄片状金属粉末１２ａの量を超えない程度であることが好ましい。また、金属粉末を十分に混合分散させる目的で、混合の際に、更にメディアを加えてもよい。

続いて、このスラリーＳをドクターブレード法にてフィルムＦ上に塗布する。具体的には図３（ａ）に示されるように、ドクターブレード部１６ａと筐体１６ｂとによってタンク状とされたドクターブレード装置１６内にスラリーＳを投入し、ドクターブレード装置１６を固定しつつフィルムＦを所定方向に搬送することによって、スラリーＳがフィルムＦ上に塗布される。

このとき、図４に示されるように、ドクターブレード装置１６内におけるスラリーＳ中の薄片状金属粉末１２ａの厚さ方向はランダム（不規則）となっている。その後、スラリーＳがドクターブレード部１６ａの先端とフィルムＦの表面とによって形成される間隙Ｇに向かうにつれて、薄片状金属粉末１２ａの厚み方向が流線と直交する方向となるように薄片状金属粉末１２ａの姿勢が変化していく。その結果、フィルムＦ上に塗布されたスラリーＳ中の薄片状金属粉末１２ａの厚さ方向は流線と直交する方向（すなわち、塗布されたスラリーＳの厚さ方向）に揃うこととなる。

ここで、フィルムＦ上に塗布されたスラリーＳの厚さは、本実施形態では２０μｍ〜３０μｍ程度となるように設定されているが、間隙Ｇの大きさに応じて適宜調整することが可能である。ただし、間隙Ｇの大きさが小さいほど、薄片状金属粉末１２ａの厚さ方向を所定の方向に揃えやすくなる。

続いて、図３（ｂ）に示されるように、フィルムＦ上に塗布されたスラリーＳを乾燥して、フィルムから剥離し、グリーンシート１８を得る。そして、図３（ｃ）に示されるように、このグリーンシート１８を複数枚（本実施形態においては、２０枚程度）重ねて、図３（ｄ）に示されるようなグリーン体２０を形成する。

その後、得られたグリーン体２０をＯ_２雰囲気下で８００℃以上の温度にて０．１時間〜５時間程度焼成することで、放熱基板１０が完成する。

以上のような本実施形態においては、スラリーＳが、ドクターブレード法によってフィルムＦ上に塗布される際に、ドクターブレード装置１６のブレード部１６ａの先端とフィルムＦの表面とによって形成される間隙Ｇを通過するので、スラリーＳの流れ（流線）がフィルムＦの搬送方向に沿うこととなる。このとき、スラリーＳ中に分散された薄片状金属粉１２ａも、スラリーＳの流れ（流線）に沿うように間隙Ｇを通過する。そのため、グリーンシート１８内における薄片状金属粉１６ａの多くは、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。その結果、本実施形態に係る製造方法によって製造された放熱基板１０においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。従って、放熱基板１０を用いて電子素子の放熱を行った場合には、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、放熱基板１０では任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、金属塊１２の薄片状部の厚さ方向がいずれも放熱基板１０の厚さ方向に揃っていたが、これに限られない。すなわち、グリーン体２０を焼成した後の切断方法によって、放熱基板１０内における金属塊の薄片状部の厚さ方向を任意の方向とすることが可能であり、これにより、放熱基板１０による熱の伝導方向についても任意の方向に調整することが可能となる。

図１は、本実施形態に係る放熱基板の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、本実施形態に係る放熱基板の製造工程を示す図である。 図４は、ドクターブレード装置によってフィルム上にスラリーを塗布する工程を説明するための図である。

符号の説明

１０…放熱基板、１２…金属塊、１２ａ…薄片状金属粉、１４…素体、１４ａ〜１４ｆ…主面、１６…ドクターブレード装置、１８…グリーンシート、Ｆ…フィルム、Ｓ…スラリー。

Claims (5)

1. 薄片状金属粉及び金属酸化物が分散されたスラリーを用意する工程と、
   前記スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することで、グリーンシートを形成する工程と、
   前記グリーンシートを焼成する工程とを備えることを特徴とする放熱基板の製造方法。
2. 前記薄片状金属粉は銀又は銀合金であり、
   前記金属酸化物は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１に記載された放熱基板の製造方法。
3. 金属酸化物を主成分とする素体と、
   前記素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを備え、
   前記複数の金属塊は、その厚さ方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする放熱基板。
4. 前記素体は、第１の面及び当該第１の面とは異なる第２の面を有しており、
   前記第１の面と前記第２の面とは、前記複数の金属塊によって電気的に導通していることを特徴とする請求項３に記載された放熱基板。
5. 前記金属塊は銀又は銀合金であり、
   前記金属酸化物は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項３又は４に記載された放熱基板。

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