JP2010103361A - 放熱材料およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高熱伝導基板と、少なくともその一面の表面に形成された窒化硼素層から構成され、前記窒化硼素層は、それを構成する窒化硼素化合物の硼素と窒素の六員環結合面が前記高熱伝導基板面と平行である配向性窒化硼素膜を含むことを特徴とする放熱材料に関する。
【選択図】図1
Description
本発明に係る放熱材料は、前記高熱伝導基板がCu、Al、グラファイトシート、SiCからなる群から選択されたいずれか一種からなる高熱伝導基板であることを特徴とする。
本発明に係る放熱材料を図1を用いて説明する。図1(a)は未処理状態の放熱材料の模式的斜視断面図であり、高熱伝導基板3と、前記高熱伝導基板3上に形成された窒化硼素層2aからなる。図1(b)は本発明に係る放熱材料の模式的斜視断面図であり、高熱伝導基板3と、少なくともその一面の表面に形成された窒化硼素層2bからなり(図1(b)では、高熱伝導基板3の両面に窒化硼素層が形成されている)、前記窒化硼素層2bは、配向性窒化硼素膜を含むことを特徴とする。
高熱伝導基板3としては、熱伝導率の高い金属やセラミックスが好ましい。例えば、Cu、Al、グラファイトシート、SiC等である。特に、窒化硼素層が絶縁性であるため、基板が導電性である場合に効果が大きい。このうち、グラファイトシートは面内の熱輸送能力が最も高いので好ましい。
窒化硼素(以下「BN」ともいう)は絶縁性セラミックスとして知られている。中でも六方晶BN(以下「h−BN」ともいう)はグラファイトと同じ結晶構造を持つ。すなわち、硼素原子と窒素原子の六員環が規則正しく配列した層状構造を持ち、各層はファンデルワールス力で結合しているため、層内方向(a軸、b軸方向)に極めて高い熱伝導率を持つという特徴がある。すなわち基板面にh−BNがc軸方向に積層され配向性窒化硼素膜を形成すると、層内の熱の拡散が極めて速くなるためにスポット発熱を防止することができる。
(放熱材料の製造工程)
本発明に係る放熱材料の製造工程は、(1)高熱伝導基板上の少なくとも一面に硼素と窒素を含む窒化硼素層を形成する第一の工程と、(2)前記窒化硼素層の表面をGa蒸気に接触させる第二の工程からなる。
配向性窒化硼素膜は、例えば図2に示す配向性窒化硼素膜製造装置によって製造することができる。
図2に示す配向性窒化硼素膜製造装置を使用して、配向性窒化硼素膜を製造する方法について説明する。
前記のGa蒸気5中の熱処理で、前記アモルファス構造の窒化硼素層2aの表面に、配向性窒化硼素膜が形成される。
本発明に係る放熱構造は、図1(b)の通り、前記放熱材料を用いた放熱構造であって、配向性窒化硼素膜を有する窒化硼素層2bを発熱体1と接触させることを特徴とする。
実施例1〜5および比較例1〜3は、表1に示す材質および厚さの高熱伝導基板を用いる。各高熱伝導基板の熱伝導率は周期加熱法を用いて測定した。グラファイトシートの熱伝導率はシート面内方向の値である。
実施例1〜5については、図2に示す配向性窒化硼素膜生成装置を使用して配向性窒化硼素膜を形成した。
比較例2および3は、高熱導電性基板3上にアモルファスカーボン層を形成した被処理基板を、前記配向性窒化硼素膜生成装置と同一の装置を使用してGa蒸気で処理したものである。Ga蒸気での熱処理は表1に記載の処理温度で1時間行った。
得られた試料基板のシート抵抗値から絶縁性と導電性を判断した。
図3示す装置を使用して熱抵抗を測定した。
試験条件は、測定時間10分間、12Wの発熱量である。
熱抵抗の測定(K/W)=(試料上面温度T0−試料下面の中心部の温度T1)/印加電力
なお、試料基板裏面の面内方向の放熱性の指標として、T1とT2の温度差(ΔT=T1−T2)を算出した。
アモルファス構造の窒化硼素層をGa蒸気と接触させた実施例1〜5の試料基板は、ΔTが小さいので、試料裏面の面内方向の放熱性に優れる。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (9)
- 高熱伝導基板と、少なくともその一面の表面に形成された窒化硼素層から構成され、前記窒化硼素層は、それを構成する窒化硼素化合物の硼素と窒素の六員環結合面が前記高熱伝導基板面と平行である配向性窒化硼素膜を含むことを特徴とする放熱材料。
- 前記高熱伝導基板が導電性基板であることを特徴とする請求項1記載の放熱材料。
- 前記高熱伝導基板がCu、Al、グラファイトシート、SiCからなる群から選択されたいずれか一種からなる高熱伝導基板であることを特徴とする請求項1または2記載の放熱材料。
- 高熱伝導基板上の少なくとも一面に硼素と窒素を含む窒化硼素層を形成する第一の工程と、
前記窒化硼素層の表面をGa蒸気に接触させる第二の工程からなる請求項1〜3いずれか1つに記載の放熱材料の製造方法。 - 前記第一の工程で形成される窒化硼素層が非晶質であることを特徴とする請求項4記載の放熱材料の製造方法。
- 前記Ga蒸気の温度が600℃以上であることを特徴とする請求項4または5記載の放熱材料の製造方法。
- 前記高熱伝導基板が導電性基板であることを特徴とする請求項4〜6いずれか1つに記載の放熱材料の製造方法。
- 前記高熱伝導基板がCu、Al、グラファイトシート、SiCからなる群から選択されたいずれか一種からなることを特徴とする請求項4〜7いずれか1つに記載の放熱材料の製造方法。
- 請求項1〜3いずれか1つに記載の放熱材料を用いた放熱構造であって、窒化硼素層を発熱体と接触させることを特徴とする放熱構造。
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