JP2011135109A - Heat dissipation substrate and substrate for light-emitting diode - Google Patents

Heat dissipation substrate and substrate for light-emitting diode Download PDF

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睦明 村上
Taiji Nishikawa
泰司 西川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the deterioration of element functions is caused by the generation of heat in LEDs and high-density LSI chips, and light emission efficiency and a lifetime are reduced accompanied by an increase of the amount of heat generated especially when the LEDs are used for high luminance/high output applications. <P>SOLUTION: A substrate which is used as a heat dissipation substrate, especially as a substrate for mounting a light-emitting diode, comprises two or more layers composed of at least an isotropic heat conduction layer and an anisotropic heat conduction layer. The heat conductivity of the anisotropic heat conduction layer in a high heat conductivity direction is two or more times larger than that of the isotropic heat conduction layer, and the anisotropy of heat conductivity in the anisotropic heat conduction layer is ten times larger, thereby obtaining the substrate with a better heat dissipation effect than that obtained when the isotropic heat conductor is only used alone. Thus, heat generated from an LED chip is efficiently dissipated. The anisotropic heat conduction layer is a graphite layer having the anisotropy of heat conductivity, and the graphite has heat conductivity in the layer plane direction of 200 W/mK or higher. Even if a drive current is increase, the LED chip does not suffer from deterioration in light emission efficiency, and has a longer lifetime. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は放熱(熱拡散)特性に優れた基板に関する。また、発光ダイオード用として有効な放熱(熱拡散)特性に優れた実装基板に関する。   The present invention relates to a substrate excellent in heat dissipation (thermal diffusion) characteristics. The present invention also relates to a mounting substrate having excellent heat dissipation (heat diffusion) characteristics effective for a light emitting diode.

近年、発光ダイオードや高性能LSIなどの発熱の問題は非常に大きな問題となりつつあり、それらの素子における発熱を、如何に実装基板を通して放熱するかが重要な課題となりつつある。   In recent years, the heat generation problem of light emitting diodes and high performance LSIs is becoming a very big problem, and how to dissipate the heat generated by these elements through the mounting board is becoming an important issue.

特に発光ダイオードは各種表示板、交通信号機等として広く応用されていおり、室内照明用としてもその用途が広がりつつある。この種の発光ダイオード(LED)は発熱量が多く、発熱によりLEDの温度が上昇して発光特性が低下することが知られている。例えば、LEDチップが実装されている回路基板の材質が熱伝導性の悪いガラスエポキシ樹脂の場合、上昇した熱は電極パターンのメッキ面を通して放熱を行うのみでありその放熱効率は悪いため、発光ダイオードの温度上昇の問題が発生する。   In particular, light-emitting diodes are widely used as various display boards, traffic signals, and the like, and their uses are expanding for indoor lighting. It is known that this type of light emitting diode (LED) generates a large amount of heat, and the temperature of the LED rises due to the heat generation and the light emission characteristics deteriorate. For example, when the material of the circuit board on which the LED chip is mounted is a glass epoxy resin having poor thermal conductivity, the increased heat only dissipates through the plated surface of the electrode pattern, and the heat dissipation efficiency is poor. The problem of temperature rise occurs.

例えば、LEDの放熱特性を向上させこの様な問題を解決するために、樹脂製ケース内に多数のLEDを配置して樹脂製キャップで覆った表示技術が開示されている(特許文献1)。これは、上記ケース内部および外部に放熱板を設置し、両者を連結したものである。しかし、このような構成では、LEDを構成する二本のリード線が直接放熱板に接続されておらず、シリコーン樹脂を介して器具本体へ熱伝導し、外部に放熱されるものであるために効率よく放熱できないと考えられる。   For example, in order to improve the heat dissipation characteristics of LEDs and solve such problems, a display technology in which a large number of LEDs are arranged in a resin case and covered with a resin cap is disclosed (Patent Document 1). In this case, heat sinks are installed inside and outside the case and both are connected. However, in such a configuration, the two lead wires constituting the LED are not directly connected to the heat sink, but are thermally conducted to the instrument body via the silicone resin and radiated to the outside. It is considered that heat cannot be efficiently dissipated.

また、放熱向上を狙ったLEDを有する照明装置として、開口部を有する器具本体と、この器具本体の中に配設されたプリント基板と、このプリント基板に実装されて前記開口側に向かって光を放射するLEDと、この半導体光源から導出された通電端子およびプリント基板を被覆して保護する保護樹脂と、前記器具本体の開口部に設けられた照射レンズとで構成された照明装置が開示されている(特許文献2)。これは、前記通電端子およびプリント基板からある程度の熱を伝導、放熱するものであるが、放熱には限界があると考えられる。   Moreover, as an illuminating device having an LED aiming at improving heat dissipation, an instrument body having an opening, a printed circuit board disposed in the instrument body, and a light mounted toward the opening side mounted on the printed circuit board. An illumination device is disclosed which includes an LED that emits light, a protective resin that covers and protects a power supply terminal and a printed circuit board that are derived from the semiconductor light source, and an irradiation lens that is provided in an opening of the instrument body. (Patent Document 2). This is to conduct and dissipate a certain amount of heat from the energizing terminal and the printed circuit board, but it is considered that there is a limit to heat dissipation.

さらに、リード端子からの放熱を向上させる目的で、高熱伝導性のグラファイトを使用技術が提示されている(特許文献3)。これは発光部が基板の一面側に配設され、リード線端部が前記基板の他面側に露出して配設されて実装されたLEDと、前記基板の他面側に配設された点灯回路部品と、前記LEDのリード線端部および点灯回路部品を覆い前記リード線端部に接するように設けられた熱伝導性グラファイトと、前記熱伝導性グラファイトに直接または間接的に設けられた放熱体と、を具備している、照明装置である。これは熱伝導性のグラファイトを用いる事により放熱効果を向上させる効果があると考えられるが、放熱は基本的にリード線を介してであり、その放熱能力には限界があると考えられる。   Furthermore, for the purpose of improving heat dissipation from the lead terminals, a technique using graphite having high thermal conductivity has been proposed (Patent Document 3). This is because the light emitting part is arranged on one side of the board, the lead wire end is exposed and arranged on the other side of the board, and the LED is arranged on the other side of the board. A lighting circuit component, a heat conductive graphite provided so as to cover the LED lead wire end and the lighting circuit component, and to be in contact with the lead wire end, and directly or indirectly provided on the heat conductive graphite And an illuminating device. This is considered to have the effect of improving the heat dissipation effect by using thermally conductive graphite, but the heat dissipation is basically via the lead wire, and the heat dissipation capability is considered to be limited.

また、放熱性および光利用効率を向上させ、高密度でLEDを集積したLED照明光源を提供する事を目的に、基板の片面にLEDが実装された着脱可能なカ−ド型LED照明光源が開示されている(特許文献4)。このカ−ド型LED照明光源は、金属ベ−ス基板と金属ベ−ス基板の片面に実装された複数のLEDとを備え、金属ベ−ス基板のうちLEDが実装されていない基板裏面が照明装置の一部に熱的に接触し、コネクタと電気的に接続される給電端子は、金属ベ−ス基板のうちLEDが実装されている基板片面に設けられた構造となっている。   In addition, for the purpose of providing an LED illumination light source in which LEDs are integrated at a high density with improved heat dissipation and light utilization efficiency, a detachable card-type LED illumination light source having LEDs mounted on one side of a substrate is provided. (Patent Document 4). The card-type LED illumination light source includes a metal base substrate and a plurality of LEDs mounted on one side of the metal base substrate, and the back surface of the metal base substrate on which the LEDs are not mounted is provided. The power supply terminal that is in thermal contact with a part of the lighting device and is electrically connected to the connector has a structure provided on one side of the metal base board on which the LED is mounted.

実開平1−153586号公報。Japanese Utility Model Publication No. 1-153586. 特開平11−312403号公報。Japanese Patent Laid-Open No. 11-312403. 特開2003−100110号公報。JP2003-100110A. 特開2003−124528号公報。JP2003-124528A.

本発明の課題は、発光ダイオードや高性能LSIなどの発熱を効果的に放熱する事の出来る実装基板を提供する事である。特に放熱が重要な課題となっているLEDチップを実装できる基板を提供する事である。   An object of the present invention is to provide a mounting substrate that can effectively dissipate heat generated by a light emitting diode, a high performance LSI, or the like. In particular, it is to provide a substrate on which an LED chip on which heat dissipation is an important issue can be mounted.

LEDチップは一定の動作領域まで駆動電流と輝度は略比例関係にあり、高輝度を得るには、駆動電流を増加させる必要がある。しかし、駆動電流を増加させるとそれに比例してLEDチップの電力損失が増加し、エネルギーの大部分は熱に変換され、LEDチップの温度が上昇する。LEDチップは温度が低いほど発光効率効率が高いので、LEDチップが高温になると発光輝度は低下するという問題が生じる。さらに、LEDチップの動作寿命も高温動作になるほど短くなり、LEDチップを封止している透光性封止樹脂が熱による変色で透明度を低下させるなどの問題が発生する。すなわちLEDを高輝度高出力用途として使用するにはその温度上昇を如何に抑えるかが課題であった。特にこの様な問題は照明用途として多数のLEDを実装する場合には顕著となる。   In the LED chip, the drive current and the luminance are in a substantially proportional relationship up to a certain operating region, and it is necessary to increase the drive current to obtain high luminance. However, when the drive current is increased, the power loss of the LED chip increases in proportion to it, and most of the energy is converted into heat, and the temperature of the LED chip rises. Since the LED chip has a higher luminous efficiency efficiency as the temperature is lower, there is a problem that the light emission luminance is lowered when the LED chip is at a higher temperature. Furthermore, the operating life of the LED chip is shortened as the operation is performed at a higher temperature, and there arises a problem that the translucent sealing resin that seals the LED chip deteriorates transparency due to discoloration due to heat. That is, in order to use the LED as a high-luminance and high-power application, how to suppress the temperature rise is a problem. In particular, such a problem becomes conspicuous when a large number of LEDs are mounted for illumination.

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的はLEDの発熱を速やかに拡散し、結果としてLEDの温度上昇を抑える事の出来る実装基板を提供する事である。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a mounting substrate capable of quickly diffusing the heat generation of the LED and consequently suppressing the temperature rise of the LED.

課題解決の手段として、本発明では実装基板を、等方的な熱伝導度を有する層と異方的な熱伝導度を有する層の少なくとも2層以上の構造とする。本発明の手段は、これらの等方的高熱伝導材料を単独で使用するよりも一定の特性を有する異方的熱伝導材料との多層構造とする方が優れた放熱特性が得られる事を発見した事をその主旨としている。このとき異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が10倍以上であり、かつ高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より2倍以上大きい場合には、単独で等方的な熱伝導体のみを用いた場合より放熱効果に優れる基板を実現する事ができる。   As means for solving the problems, in the present invention, the mounting substrate has a structure of at least two layers of a layer having isotropic thermal conductivity and a layer having anisotropic thermal conductivity. The means of the present invention has been found that better heat dissipation characteristics can be obtained by using a multilayer structure with anisotropic heat conductive materials having certain characteristics than using these isotropic high heat conductive materials alone. The purpose of this is. In this case, when the anisotropic thermal conductivity of the anisotropic heat conduction layer is 10 times or more and the thermal conductivity in the high thermal conductivity direction is 2 times or more larger than that of the isotropic heat conduction layer Thus, it is possible to realize a substrate having a better heat dissipation effect than when only an isotropic heat conductor is used alone.

好ましい実施形態において、前記熱伝導度の異方性を有する層が少なくとも熱伝導性の異方性を有するグラファイト層であり、グラファイト層面方向の熱伝導度が200W/mK以上である。この様なグラファイト材料を用いる事により優れた放熱特性を実現する基板を得る事が出来る。   In a preferred embodiment, the layer having thermal conductivity anisotropy is a graphite layer having at least thermal conductivity anisotropy, and the thermal conductivity in the surface direction of the graphite layer is 200 W / mK or more. By using such a graphite material, a substrate that realizes excellent heat dissipation characteristics can be obtained.

さらに、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度100W/mK以上の金属を含む。   Furthermore, in a preferred embodiment, the isotropic thermal conductivity layer includes a metal having a thermal conductivity of 100 W / mK or more.

また、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度10W/mK以上のセラミックを含む。   In a preferred embodiment, the isotropic thermal conductivity layer includes a ceramic having a thermal conductivity of 10 W / mK or more.

好ましい実施形態において、前記異方的熱伝導層の厚さが1mm以下である。   In a preferred embodiment, the anisotropic heat conductive layer has a thickness of 1 mm or less.

好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している。具体的な好ましい実施の一態様としては、前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範ちゅう(範疇)である。   In a preferred embodiment, the isotropic heat conductive layer and the anisotropic heat conductive layer in the substrate are in direct contact. As a specific preferred embodiment, the isotropic heat conduction layer and the anisotropic heat conduction layer in the substrate are in direct contact without an adhesive layer. This is more preferable in order to realize better heat dissipation characteristics. Here, without an adhesive layer means that a metal layer or a ceramic layer is directly formed on the graphite layer by a chemical method such as plating or a physical method such as sputtering or vapor deposition. It is also in this category that it is mechanically caulked with screws or screws.

前記金属層が、前記グラファイト層表面に無電解メッキ法により形成される事は本発明の好ましい実施形態である。   It is a preferred embodiment of the present invention that the metal layer is formed on the surface of the graphite layer by an electroless plating method.

好ましい実施形態において、前記熱伝導性の異方性を有するグラファイトはポリイミド、ポリオキサゾ−ル、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた高分子フィルムを不活性ガス中、2400℃以上の温度で熱処理して得られたものである。なお、本発明の高分子フィルムは、樹脂フィルムをも含む広い概念である。   In a preferred embodiment, the graphite having thermal conductivity anisotropy is obtained by heat-treating a polymer film selected from polyimide, polyoxazole, and polyparaphenylene vinylene in an inert gas at a temperature of 2400 ° C. or higher. It is what was done. The polymer film of the present invention has a broad concept including a resin film.

特にLEDにおける発熱の課題解決手段として、本発明では発光ダイオードの実装基板を、等方的な熱伝導度を有する層と異方的な熱伝導を有する層の少なくとも2層以上の構造とする。本発明の手段は、これらの等方的高熱伝導材料を単独で使用するよりも一定の特性を有する異方的熱伝導材料との多層構造とする方が優れた放熱特性が得られる事を発見した事をその主旨としている。このとき異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が10倍以上であり、かつ高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より2倍以上大きい場合には、単独で等方的な熱伝導体のみを用いた場合より放熱効果に優れる発光ダイオード用基板を実現する事ができる。   In particular, as a means for solving the problem of heat generation in LEDs, in the present invention, the mounting substrate of the light emitting diode has a structure of at least two layers of a layer having isotropic thermal conductivity and a layer having anisotropic thermal conductivity. The means of the present invention has been found that better heat dissipation characteristics can be obtained by using a multilayer structure with anisotropic heat conductive materials having certain characteristics than using these isotropic high heat conductive materials alone. The purpose of this is. In this case, when the anisotropic thermal conductivity of the anisotropic heat conduction layer is 10 times or more and the thermal conductivity in the high thermal conductivity direction is 2 times or more larger than that of the isotropic heat conduction layer Thus, it is possible to realize a light emitting diode substrate that is more excellent in heat dissipation effect than when only an isotropic thermal conductor is used alone.

好ましい実施形態において、前記熱伝導度の異方性を有する層が少なくとも熱伝導性の異方性を有するグラファイト層であり、グラファイト層面方向の熱伝導度が200W/mK以上である。この様なグラファイト材料を用いる事により優れた放熱特性を実現する事が出来る。   In a preferred embodiment, the layer having thermal conductivity anisotropy is a graphite layer having at least thermal conductivity anisotropy, and the thermal conductivity in the surface direction of the graphite layer is 200 W / mK or more. By using such a graphite material, excellent heat dissipation characteristics can be realized.

さらに、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度100W/mK以上の金属である。   Furthermore, in a preferred embodiment, the isotropic thermal conductivity layer is a metal having a thermal conductivity of 100 W / mK or more.

また、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度10W/mK以上のセラミックである。   In a preferred embodiment, the isotropic thermal conductivity layer is a ceramic having a thermal conductivity of 10 W / mK or more.

好ましい実施形態において、前記異方的熱伝導層の厚さが1mm以下である。   In a preferred embodiment, the anisotropic heat conductive layer has a thickness of 1 mm or less.

好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的な熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範疇である。   In a preferred embodiment, the isotropic heat conductive layer and the anisotropic heat conductive layer in the substrate are in direct contact without an adhesive layer. This is more preferable in order to realize better heat dissipation characteristics. Here, without an adhesive layer means that a metal layer or a ceramic layer is directly formed on the graphite layer by a chemical method such as plating or a physical method such as sputtering or vapor deposition. This category also includes mechanically caulking with screws or screws.

前記金属層が、前記グラファイト層表面に無電解メッキ法により形成される事は本発明の好ましい実施形態である。   It is a preferred embodiment of the present invention that the metal layer is formed on the surface of the graphite layer by an electroless plating method.

好ましい実施形態において、発光ダイオードチップは直接基板に実装されており、前記実装基板の最表面が金属層である。これは熱伝導性を有するグラファイト層に特有の剥離による粉落ちの問題を防止するためである。   In a preferred embodiment, the light emitting diode chip is directly mounted on a substrate, and the outermost surface of the mounting substrate is a metal layer. This is to prevent the problem of powder falling due to peeling, which is peculiar to the graphite layer having thermal conductivity.

好ましい実施形態において、発光ダイオードチップは直接基板に実装されており、前記実装基板の最表面がセラミック層である。これは前記と同様にグラファイト層の剥離による粉落ちを防ぎ、さらに絶縁性を付与するためである。   In a preferred embodiment, the light emitting diode chip is directly mounted on a substrate, and the outermost surface of the mounting substrate is a ceramic layer. This is to prevent powder falling off due to peeling of the graphite layer as described above and to provide insulation.

好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的な熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範ちゅうである。   In a preferred embodiment, the isotropic heat conductive layer and the anisotropic heat conductive layer in the substrate are in direct contact without an adhesive layer. This is more preferable in order to realize better heat dissipation characteristics. Here, without an adhesive layer means that a metal layer or a ceramic layer is directly formed on the graphite layer by a chemical method such as plating or a physical method such as sputtering or vapor deposition. It is also in this category that it is mechanically caulked with screws or screws.

好ましい実施形態において、前記熱伝導性の異方性を有するグラファイトはポリイミド、ポリオキサゾ−ル、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた高分子フィルムを不活性ガス中、2400℃以上の温度で熱処理して得られたものである。   In a preferred embodiment, the graphite having thermal conductivity anisotropy is obtained by heat-treating a polymer film selected from polyimide, polyoxazole, and polyparaphenylene vinylene in an inert gas at a temperature of 2400 ° C. or higher. It is what was done.

本発明によればLEDチップの上昇温度を、本発明の構造を有する実装基板を通して効果的に放熱する事により抑え、駆動電流を増やしてもLEDチップの発光効率および動作寿命を低下させることのない発光ダイオードを提供することが可能である。   According to the present invention, the rising temperature of the LED chip is suppressed by effectively radiating heat through the mounting substrate having the structure of the present invention, and even if the drive current is increased, the light emission efficiency and the operating life of the LED chip are not reduced. It is possible to provide a light emitting diode.

本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。Sectional drawing of the light emitting diode concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。Sectional drawing of the light emitting diode concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。Sectional drawing of the light emitting diode concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。Sectional drawing of the light emitting diode concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。Sectional drawing of the light emitting diode concerning embodiment of this invention.

本発明の各構成要素について説明する。   Each component of the present invention will be described.

<発光ダイオード>
本発明で言う発光ダイオードの発光部は、インジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)、ガリウム・リン(GaP)、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン(AlInGaP)とガリウム・リン(GaP)またはインジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)とYAG構造を有する蛍光体からなる発光ダイオード、またはインジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)と蛍光体からなる発光ダイオード、またはジンク・セレン(ZnSe)からなる発光ダイオードを言う。これらの発光ダイオードは複数個直列または並列に接続したものであってもよい。
<Light emitting diode>
The light emitting part of the light emitting diode according to the present invention includes indium gallium nitride (InGaN), gallium phosphorus (GaP), aluminum indium gallium phosphorus (AlInGaP) and gallium phosphorus (GaP) or indium gallium. A light emitting diode made of phosphor having a nitride (InGaN) and YAG structure, a light emitting diode made of indium gallium nitride (InGaN) and a phosphor, or a light emitting diode made of zinc selenium (ZnSe). A plurality of these light emitting diodes may be connected in series or in parallel.

これらの発光ダイオードにおいて、青色、緑色、黄色、赤色および白色の発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)およびアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン(AlInGaP)とガリウム・リン(GaP)のそれぞれの発光ダイオードを使用することができる。また、青色から緑色を発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)の発光ダイオードを使用することができる。また、黄色から赤色を発光させるためには、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン(AlInGaP)とガリウム・リン(GaP)のそれぞれの発光ダイオードを使用することができる。赤色から赤外線を発光させるためには、ガリウム・リン(GaP)に亜鉛(Zn)をドープした発光ダイオードを使用することができる。白色を発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)とYAG構造を有する蛍光体からなる発光ダイオードの周囲にYAG構造を有する蛍光体(主波長:黄色)を塗布してチップ化した発光ダイオード、または紫外線発光するインジウム・ガリウム・ナイトライド(InGaN)と蛍光体を組合せてなる発光ダイオード、またはジンク・セレン(ZnSe)の発光ダイオードを使用することができる。   In these light emitting diodes, in order to emit blue, green, yellow, red and white light, indium gallium nitride (InGaN) and aluminum indium gallium phosphorus (AlInGaP) and gallium phosphorus (GaP) are used. Each light emitting diode can be used. In order to emit blue to green light, an indium gallium nitride (InGaN) light emitting diode can be used. In order to emit yellow to red light, each of light emitting diodes of aluminum, indium, gallium, phosphorus (AlInGaP) and gallium, phosphorus (GaP) can be used. In order to emit infrared light from red, a light emitting diode in which zinc (Zn) is doped into gallium phosphorus (GaP) can be used. In order to emit white light, a phosphor (main wavelength: yellow) having a YAG structure was applied around a light emitting diode composed of indium, gallium, nitride (InGaN) and a phosphor having a YAG structure to form a chip. A light emitting diode, a light emitting diode combining indium gallium nitride (InGaN) that emits ultraviolet light and a phosphor, or a light emitting diode of zinc selenium (ZnSe) can be used.

<等方的熱伝導層>
本発明に用いられる等方的熱伝導層としては、アルミニウム(熱伝導度:237W/mK)、銅(熱伝導度:398W/mK)、銀(熱伝導度:428W/mK)、ニッケル(熱伝導度:90W/mK)、などの熱伝導性に優れた金属材料、シリカ(熱伝導度:1.5W/mK)、アルミナ(熱伝導度:20W/mK)、酸化マグネシュウム(MgO)(熱伝導度:40W/mK)、窒化ホウ素(BN)(熱伝導度:60(200)W/mK)、窒化アルミ(AlN)(熱伝導度:70(270)W/mK)、炭化ケイ素(SiC)(熱伝導度:88〜128W/mK(結晶系により異なる))などのセラミック材料、またはこれらを組合せた基板を使用することができる。
<Isotropic heat conduction layer>
The isotropic heat conductive layer used in the present invention includes aluminum (thermal conductivity: 237 W / mK), copper (thermal conductivity: 398 W / mK), silver (thermal conductivity: 428 W / mK), nickel (thermal Metal materials with excellent thermal conductivity such as conductivity: 90 W / mK, silica (thermal conductivity: 1.5 W / mK), alumina (thermal conductivity: 20 W / mK), magnesium oxide (MgO) (heat Conductivity: 40 W / mK), boron nitride (BN) (thermal conductivity: 60 (200) W / mK), aluminum nitride (AlN) (thermal conductivity: 70 (270) W / mK), silicon carbide (SiC) ) (Thermal conductivity: 88 to 128 W / mK (depending on the crystal system)), or a substrate combining these materials.

<異方的熱伝導層>
本発明の目的に使用される異方的熱伝導層としては、異方的熱伝導層における熱伝導度の異方性が10倍以上で、かつ前記、異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より2倍以上大きければ特に制限はない。
<Anisotropic heat conduction layer>
The anisotropic thermal conductive layer used for the purpose of the present invention has an anisotropic thermal conductivity anisotropy of 10 times or more in the anisotropic thermal conductive layer, and the high thermal conductivity in the anisotropic thermal conductive layer. There is no particular limitation as long as the thermal conductivity in the direction is twice or more larger than the thermal conductivity of the isotropic thermal conductive layer.

この様な異方性熱伝導層に用いられる最も好ましい材料として、グラファイトを挙げる事ができる。グラファイトは炭素原子が層状に広がった構造を持ち、その面方向に優れた熱伝導性を有する。理想的なグラファイトでは面方向の熱伝導度は2000W/mKに達し、この値は銅の熱伝導398W/mKの5倍である。しかも、グラファイトの厚さ方向の熱伝導度は面方向の1/400程度である、という特徴がある。本発明の目的に用いられるグラファイトフィルムは、フィルム面方向の熱伝導度が200W/mK以上であり、フィルム面に垂直方向の熱伝導度との異方性が10倍以上である事が好ましい、さらに20倍以上が好ましい。   As the most preferable material used for such an anisotropic heat conductive layer, graphite can be mentioned. Graphite has a structure in which carbon atoms are spread in layers, and has excellent thermal conductivity in the surface direction. With ideal graphite, the thermal conductivity in the plane direction reaches 2000 W / mK, which is five times that of copper, 398 W / mK. Moreover, the thermal conductivity in the thickness direction of graphite is characterized by being about 1/400 in the plane direction. The graphite film used for the purpose of the present invention preferably has a thermal conductivity of 200 W / mK or more in the film surface direction and anisotropy of 10 times or more of the thermal conductivity in the direction perpendicular to the film surface. Furthermore, 20 times or more is preferable.

しかし、上記グラファイトの熱伝導度は理想的な単結晶グラファイトでの値であり、現実に得られるグラファイト材料の熱伝導は理想値よりも劣るものとなる。現実的に本発明の目的に使用できる様なグラファイトとして、(1)天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛粉末をシート化して得られるグラファイトフィルム、(2)高分子フィルムを熱処理して得られるグラファイトフィルムを挙げる事が出来る。(1)の製造方法で得られるグラファイトフィルムとしては、フィルム面方向の熱伝導度が200〜400W/mK、厚さ方向の熱伝導度が5〜20W/mK、厚さ100〜1000μmのものが得られる。   However, the thermal conductivity of the graphite is a value of an ideal single crystal graphite, and the thermal conductivity of the graphite material actually obtained is inferior to the ideal value. As graphite that can be practically used for the purpose of the present invention, (1) a graphite film obtained by sheeting graphite powder such as natural graphite or artificial graphite, and (2) a graphite film obtained by heat-treating a polymer film Can be mentioned. The graphite film obtained by the production method (1) has a film surface thermal conductivity of 200 to 400 W / mK, a thickness direction thermal conductivity of 5 to 20 W / mK, and a thickness of 100 to 1000 μm. can get.

グラファイトの熱伝導度はグラファイト本来の構造に由来する熱伝導の異方性を有し、面方向の熱伝導度を高くするほど厚さ方向の熱伝導度は小さくなる。本発明の目的は熱の拡散であるから本発明にとっては面方向の熱伝導度が大きい事は極めて重要である。一方、異方的熱伝導層おける面の厚み方向の熱伝導度は小さいので、面方向に十分熱拡散が可能となる範囲で厚さ方向の厚みは小さいほど好ましい。前記グラファイトを用いた場合には、異方的熱伝導層の厚さは1mm以下である事が好ましい。1mm以上のグラファイトを用いると、等方的熱伝導層を単独で用いた場合よりかえって放熱特性は悪くなる。   The thermal conductivity of graphite has anisotropy of thermal conductivity derived from the original structure of graphite. The higher the thermal conductivity in the plane direction, the smaller the thermal conductivity in the thickness direction. Since the object of the present invention is diffusion of heat, it is extremely important for the present invention that the thermal conductivity in the surface direction is large. On the other hand, since the thermal conductivity in the thickness direction of the surface in the anisotropic heat conductive layer is small, it is preferable that the thickness in the thickness direction is as small as possible in the range in which sufficient heat diffusion is possible in the surface direction. In the case of using the graphite, the thickness of the anisotropic heat conductive layer is preferably 1 mm or less. When graphite of 1 mm or more is used, the heat dissipation characteristics are worse than when an isotropic heat conductive layer is used alone.

<熱伝導度の異方性、熱伝導度の測定・算出>
本発明における「熱伝導度の異方性」とは、
面方向の熱伝導度の値と、厚み方向の熱伝導度の値との間で、
大きい方の熱伝導度の値を、小さい方の熱伝導度の値で割った値で、表す。
<Measurement and calculation of thermal conductivity anisotropy and thermal conductivity>
In the present invention, “anisotropy of thermal conductivity”
Between the value of the thermal conductivity in the plane direction and the value of the thermal conductivity in the thickness direction,
The value obtained by dividing the value of the larger thermal conductivity by the value of the smaller thermal conductivity is expressed.

フィルム面方向(X方向、Y方向)の熱伝導度も、フィルム厚さ方向(Z方向)の熱伝導も、それぞれ、下記の方法で、独立に測定することが出来る。   The thermal conductivity in the film surface direction (X direction, Y direction) and the thermal conductivity in the film thickness direction (Z direction) can be measured independently by the following methods.

フィルム面方向の熱伝導度は、グラファイトの場合は、グラファイトの本質的な結晶構造に由来して、XY方向には差が無い。   In the case of graphite, the thermal conductivity in the film surface direction is derived from the essential crystal structure of graphite, and there is no difference in the XY direction.

熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置(アルバック理工(株)社から入手可能な「LaserPit」)を用いて、20℃の雰囲気下、10Hzにおいて測定された。測定された熱拡散率から密度および比熱の値をもちいて熱伝導率・熱伝導度を算出した。グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの重量(g)をグラファイトフィルムの縦、横、厚みの積で算出した体積(cm)の割り算により算出された。なお、グラファイトフィルムの厚みは、任意の10点で測定した平均値を使用した。 The thermal diffusivity was measured at 10 Hz in an atmosphere of 20 ° C. using a thermal diffusivity measuring apparatus (“LaserPit” available from ULVAC Riko Co., Ltd.) by an optical alternating current method. Thermal conductivity and thermal conductivity were calculated from the measured thermal diffusivity using the values of density and specific heat. The density of the graphite film was calculated by dividing the weight (g) of the graphite film by the volume (cm 3 ) calculated by the product of the vertical, horizontal and thickness of the graphite film. In addition, the average value measured by arbitrary 10 points | pieces was used for the thickness of a graphite film.

<グラファイトフィルムの製造法−1>
前記グラファイトの製造方法について述べる。
<Method for producing graphite film-1>
A method for producing the graphite will be described.

前記、(1)の製法はグラファイト粉末をシート状に押し固めたグラファイトフィルムである。グラファイト粉末がフィルム状に成型されるためには粉末がフレーク状、あるいはリン片状になっている必要がある。この様なグラファイト粉末の製造のための最も一般的な方法がエキスパンド法と呼ばれる方法である。これはグラファイト硫酸などの酸に浸漬し、グラファイト層間化合物を作製し、しかる後にこれを熱処理、発泡させてグラファイト層間を剥離するものである。剥離後、グラファイト粉末を洗浄して酸を除去し薄膜のグラファイト粉末を得る。この様な方法で得られたグラファイト粉末をさらに圧延ロール成型してフィルム状のグラファイトを得る。この様な手法で得られたグラファイトフィルムは柔軟性にとみ、フィルム面方向に高い熱伝導性を有するので本発明の目的に好ましく用いられる。   The production method (1) is a graphite film obtained by pressing graphite powder into a sheet. In order for the graphite powder to be formed into a film, the powder needs to be in the form of flakes or flakes. The most common method for producing such graphite powder is a method called an expanding method. In this method, a graphite intercalation compound is produced by immersing in an acid such as graphite sulfuric acid, and thereafter, this is heat-treated and foamed to separate the graphite layers. After peeling, the graphite powder is washed to remove the acid to obtain a thin film graphite powder. The graphite powder obtained by such a method is further subjected to rolling roll molding to obtain film-like graphite. The graphite film obtained by such a method has flexibility and is preferably used for the purpose of the present invention because it has high thermal conductivity in the film surface direction.

<グラファイトフィルムの製造法−2>
前記、(2)の方法で得られるグラファイトフィルムとしてはフィルム面方向の熱伝導が400〜1000W/mK、厚さ方向の熱伝導度が5〜20W/mK、厚さ50〜200μmのものが得られる。これらは本発明の目的にとっていずれも好ましく用いられる。
<Method for producing graphite film-2>
The graphite film obtained by the method (2) has a thermal conductivity in the film surface direction of 400 to 1000 W / mK, a thermal conductivity in the thickness direction of 5 to 20 W / mK, and a thickness of 50 to 200 μm. It is done. Any of these is preferably used for the purpose of the present invention.

このグラファイトは、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを2400℃以上の温度で熱処理して得られる。本発明で用いることができる高分子フィルムは、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾビスオキサザール(PBBO)、ポリチアゾール(PT)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリオキサジアゾール(POD)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾビスチアゾール(PBBT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリベンゾビスイミダゾール(PBBI)が挙げられる。特に、最終的に得られるグラファイトの熱伝導性が大きくなることから、ポリイミド(PI)、ポリオキサジアゾール(POD)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)は本目的のグラファイト製造原料として好ましく用いられる。これらのフィルムは公知の製造方法で製造すればよい。中でも以下に述べるポリイミドは、他の有機材料を原料とする高分子フィルムよりもフィルムの炭化、黒鉛化が進行しやすく、結晶性、熱伝導性に優れたグラファイトとなりやすいために、本目的にとって特に好ましいい出発原料である。   This graphite is obtained by heat-treating a raw material film composed of a polymer film and / or a carbonized polymer film at a temperature of 2400 ° C. or higher. Polymer films that can be used in the present invention include polybenzoxazole (PBO), polybenzobisoxazal (PBBO), polythiazole (PT), polyimide (PI), polyamide (PA), and polyoxadiazole (POD). ), Polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (PBT), polybenzobisthiazole (PBBT), polyparaphenylene vinylene (PPV), polybenzimidazole (PBI), and polybenzobisimidazole (PBBI). In particular, since the finally obtained graphite has high thermal conductivity, polyimide (PI), polyoxadiazole (POD), and polyparaphenylene vinylene (PPV) are preferably used as raw materials for producing graphite for this purpose. What is necessary is just to manufacture these films with a well-known manufacturing method. Above all, the polyimide described below is particularly suitable for this purpose because the film is more easily carbonized and graphitized than the polymer films made of other organic materials, and is easily converted to graphite having excellent crystallinity and thermal conductivity. Preferred starting material.

本発明の目的に用いられるグラファイトとして、100〜200℃の範囲における平均線膨張係数が2.5×10−5cm/cm/℃以下であるポリイミドフィルムを2400℃以上の温度で熱処理して作製されたグラファイトフィルムであることは優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。 As graphite used for the purpose of the present invention, a polyimide film having an average linear expansion coefficient of 2.5 × 10 −5 cm / cm / ° C. or less in the range of 100 to 200 ° C. is heat-treated at a temperature of 2400 ° C. or more. It is preferable that the graphite film is made to realize excellent thermal conductivity.

また、複屈折が0.13以上であるポリイミドフィルムを2400℃以上の温度で熱処理してグラファイトフィルムを用いる事は優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。   In addition, it is preferable to use a graphite film by heat-treating a polyimide film having a birefringence of 0.13 or more at a temperature of 2400 ° C. or more in order to realize excellent thermal conductivity.

無論、100〜200℃の範囲における平均線膨張係数が2.5×10−5cm/cm/℃以下であり、かつ、複屈折が0.13以上であるポリイミドフィルムを2400℃以上の温度で熱処理しグラファイトフィルムを作製する事は優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。 Of course, a polyimide film having an average linear expansion coefficient in the range of 100 to 200 ° C. of 2.5 × 10 −5 cm / cm / ° C. or less and a birefringence of 0.13 or more is obtained at a temperature of 2400 ° C. or more. It is preferable to produce a graphite film by heat treatment in order to realize excellent thermal conductivity.

この様なグラファイト化に好ましく用いられるポリイミドは、
下記、一般式(1)、(2)、(3)で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも1種以上の繰り返し単位を有するポリイミド、あるいは下記、一般式(1)、(2)、(3)で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも2種以上の繰り返し単位を有するポリイミドの共重合体フィルム、あるいは、一般式(1)、一般式(2)、及び一般式(3)で表されるポリイミド共重合体からなる群からから選択される少なくとも2種以上のポリイミド共重合体の混合物フィルムである事、でその目的を達成する事が出来る。
The polyimide preferably used for such graphitization is
Polyimide having at least one or more repeating units selected from the group consisting of repeating units represented by the following general formulas (1), (2) and (3), or the following general formulas (1) and (2 ), A polyimide copolymer film having at least two types of repeating units selected from the group consisting of repeating units represented by (3), or general formula (1), general formula (2), and general The object can be achieved by being a mixture film of at least two kinds of polyimide copolymers selected from the group consisting of polyimide copolymers represented by the formula (3).

である。なお、Rは、 It is. R 1 is

からなる群から選択される2価の有機基であって、Rはそれぞれ独立して、−CH、−Cl、−Br、−F、または−CHOである。
式(3)中のRは
A divalent organic group selected from the group consisting of: R 2 is independently —CH 3 , —Cl, —Br, —F, or —CH 3 O.
R in the formula (3) is

であって、ここでnは1〜3の整数。そしてXおよびYはそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、カルボキシル基、炭素数6以下の低級アルキル基、または炭素数6以下のアルコキシ基、そしてAは、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、または−CH2−、である。 Where n is an integer from 1 to 3. X and Y are each independently hydrogen, halogen, carboxyl group, lower alkyl group having 6 or less carbon atoms, or alkoxy group having 6 or less carbon atoms, and A is -O-, -S-, -CO- , -SO2-, or -CH2-.

また、上記一般式(1)、(2)および下記一般式(6)、(7)で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも2種以上の繰り返し単位を有するポリイミドの共重合体、あるいは、一般式(1)、一般式(2)、一般式(6)、一般式(7)で表されるポリイミド共重合体からなる群からから選択される少なくとも3種以上の混合物を含むポリイミド共重合体は本目的のグラファイトを得るために特に好ましい。本目的のグラファイトシートはこれらのポリイミドを2400℃以上の温度で熱処理して得ることが出来る。   Moreover, the copolymer of the polyimide which has at least 2 or more types of repeating unit selected from the group which consists of the repeating unit represented by the said General formula (1), (2) and following General formula (6), (7) Or a mixture of at least three or more selected from the group consisting of polyimide copolymers represented by general formula (1), general formula (2), general formula (6), and general formula (7) Polyimide copolymers are particularly preferred for obtaining the intended graphite. The target graphite sheet can be obtained by heat-treating these polyimides at a temperature of 2400 ° C. or higher.

さらに、一般式(1)、(2)で表される繰り返し単位をもつポリイミド共重合体ポリイミドフィルムであって、4、4’−オキシジアニリンおよびパラフェニレンジアミンをモル比で9/1〜4/6の割合で含むジアミンを用いて得られるポリイミドフィルムは本目的のグラファイトを得るために最も好ましく用いられる。これらのポリイミドフィルムを2400℃以上の温度で熱処理することにより、本発明の目的のグラファイトフィルムを得ることが出来る。中でも上記、ポリイミドが一般式(1)、(2)、(6)、(7)で表される繰り返し単位をもつポリイミド共重合体であって、それぞれの繰り返し単位の数を、a、b、c、dとし、a+b+c+dをsとしたとき、(a+b)/s、(a+c)/s、(b+d)/s、(c+d)/sが0.25〜0.75を満たすポリイミドフィルムである場合は最も好ましく本発明のグラファイトフィルムを作製する目的で用いられる。 Furthermore, it is a polyimide copolymer polyimide film having a repeating unit represented by the general formulas (1) and (2), and 4 / 4′-oxydianiline and paraphenylenediamine are used in a molar ratio of 9/1 to 4 A polyimide film obtained by using a diamine containing at a ratio of / 6 is most preferably used for obtaining graphite for this purpose. By heat-treating these polyimide films at a temperature of 2400 ° C. or higher, the target graphite film of the present invention can be obtained. Above all, the polyimide is a polyimide copolymer having repeating units represented by the general formulas (1), (2), (6) and (7), and the number of each repeating unit is represented by a, b, When c, d and a + b + c + d is s, (a + b) / s, (a + c) / s, (b + d) / s, (c + d) / s is a polyimide film satisfying 0.25 to 0.75 Is most preferably used for the purpose of producing the graphite film of the present invention.

以上述べたポリイミドを用いる事により、100〜200℃の範囲における平均線膨張係数が2.5×10−5cm/cm/℃以下、好ましくは2.0×10−5cm/cm/℃以下、更に好ましくは1.5×10−5cm/cm/℃以下、であるポリイミドフィルムを得ることができる。フィルムの線膨張係数はTMA(熱機械分析装置)を用いて、まず試料を10℃/分の昇温速度で350℃まで昇温させたのち一旦室温まで空冷し、再度10℃/分の昇温速度で350℃まで昇温させ、2回目の昇温時から100℃〜200℃の平均線膨張係数とした。また更にフィルムの弾性率については、200kg/mm2、以上であり、更には250kg/mm2、以上、より好ましくは350kg/mm2、以上である事が好ましい。また、本発明に用いられるポリイミドフィルムは、面内配向性を示す複屈折Δnがフィルム面内のどの方向においても0.13以上、好ましくは0.15以上、最も好ましくは0.16以上であることが好ましい。ここでいう複屈折とはフィルム面内方向の屈折率と厚み方向の屈折率の差であり、本明細書においてはフィルム面内X方向の複屈折Δnxは式1で与えられる。   By using the polyimide described above, the average linear expansion coefficient in the range of 100 to 200 ° C. is 2.5 × 10 −5 cm / cm / ° C. or less, preferably 2.0 × 10 −5 cm / cm / ° C. or less, A polyimide film that is preferably 1.5 × 10 −5 cm / cm / ° C. or less can be obtained. The linear expansion coefficient of the film was measured using a TMA (thermomechanical analyzer), first the sample was heated to 350 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, then air-cooled to room temperature, and then increased again to 10 ° C./min. The temperature was increased to 350 ° C. at a temperature rate, and the average linear expansion coefficient was 100 ° C. to 200 ° C. from the second temperature increase. Further, the elastic modulus of the film is 200 kg / mm 2 or more, further 250 kg / mm 2 or more, more preferably 350 kg / mm 2 or more. The polyimide film used in the present invention has a birefringence Δn indicating in-plane orientation of 0.13 or more, preferably 0.15 or more, and most preferably 0.16 or more in any direction in the film plane. It is preferable. Birefringence here is the difference between the refractive index in the in-plane direction of the film and the refractive index in the thickness direction. In this specification, the birefringence Δnx in the in-plane direction of the film is given by Equation 1.

具体的測定方法を説明すると、フィルム試料をくさび形に切り出してナトリウム光をフィルム面内のX方向に垂直な方向から当て、偏光顕微鏡で観察すると干渉縞がみられる。この干渉縞の数をnとすると、フィルム面内X方向の複屈折Δnxは、式2で表される。 A specific measurement method will be described. When a film sample is cut into a wedge shape, sodium light is applied from a direction perpendicular to the X direction in the film plane, and observed with a polarizing microscope, interference fringes are observed. When the number of interference fringes is n, the birefringence Δnx in the X direction in the film plane is expressed by Equation 2.

ここで、λはナトリウム光の波長589nm、dは試料の巾(幅)(nm)である。詳しくは「新実験化学講座」第19巻(丸善(株))などに記載されている。 Here, λ is the wavelength of sodium light 589 nm, and d is the width (width) (nm) of the sample. Details are described in "New Experimental Chemistry Course" Vol. 19 (Maruzen Co., Ltd.).

なお、前記した「複屈折Δnがフィルム面内のどの方向においても」とは、例えばフィルム製膜時の流れ方向を基準として、面内の0゜方向、45゜方向、90゜方向、135゜方向のどの方向においても、の意味である。   The above-mentioned “birefringence Δn is in any direction in the film plane” means, for example, 0 ° direction, 45 ° direction, 90 ° direction, 135 ° in the plane with reference to the flow direction during film formation. It means in any direction.

<高分子フィルムのグラファイト化プロセスと構造>
次に、高分子フィルムのグラファイト化のプロセスについて述べる。一例として、ポリイミドフィルムのグラファイト化のプロセスについて述べるが、本発明は、下記だけに限定を受ける物ではない。
<Graphitization process and structure of polymer film>
Next, the process of graphitization of the polymer film will be described. As an example, the process of graphitization of a polyimide film will be described, but the present invention is not limited to the following.

本発明では出発物質であるポリイミドフィルムを窒素ガス中で予備加熱し、炭素化を行う。予備加熱は通常1000℃程度の温度で行い、例えば、10℃/分昇温速度で予備処理を行った場合には1000℃の温度領域で30分程度の保持を行う事が望ましい。予備処理の段階では出発高分子フィルムの配向性が失われない様に、フィルムの破壊が起きない程度の面方向の圧力を加える事が有効である。   In the present invention, the starting polyimide film is preheated in nitrogen gas to perform carbonization. The preheating is usually performed at a temperature of about 1000 ° C., and for example, when pretreatment is performed at a rate of temperature increase of 10 ° C./min, it is desirable to hold for about 30 minutes in a temperature range of 1000 ° C. In the pretreatment stage, it is effective to apply a pressure in the plane direction that does not cause the film to break so that the orientation of the starting polymer film is not lost.

次に、上記の方法で炭素化されたフィルムを超高温炉内にセットし、グラファイトを行う。グラファイト化は不活性ガス中で行うが不活性ガスとしてはアルゴンが最も適当であり、アルゴンに少量のヘリウムを加えるとさらに好ましい。処理温度は2400℃以上である事が好ましく、2700℃以上の温度で処理する事はより好ましい。   Next, the film carbonized by the above method is set in an ultrahigh temperature furnace, and graphite is performed. Graphitization is carried out in an inert gas, but argon is most suitable as the inert gas, and it is more preferable to add a small amount of helium to the argon. The treatment temperature is preferably 2400 ° C or higher, more preferably 2700 ° C or higher.

処理温度は高ければ高いほど良質のグラファイトに転化出来るが、経済性の面からは出来るだけ低温で良質のグラファイトに転化できる事が好ましい。2500℃以上の超高温を作り出すには、通常グラファイトヒーターに直接電流を流し、そのジュ−ル熱を利用して過熱を行う。グラファイト化は前処理で作製した炭素化フィルムをグラファイト構造に転化する事によって起きるが、その際には炭素−炭素結合の開裂・再結合化が起きなくてはならない。グラファイト化をスムーズに起こすためには、その開裂・再結合が最小のエネルギーで起こる様にする必要があり、出発ポリイミドフィルムの分子配向は炭素化フィルムの炭素の配列に影響を与え、それはグラファイト化の際の炭素−炭素結合の開裂・再結合化のエネルギーを少なくする効果を持つ。従って分子が配向するように分子設計を行い、高度な配向を実現することで低温でのグラファイト化と良質のグラファイトフィルムへの転化が可能になる。   The higher the treatment temperature is, the higher the quality of graphite can be converted, but from the viewpoint of economy, it is preferable that it can be converted to high quality graphite at the lowest possible temperature. In order to create an ultra-high temperature of 2500 ° C. or higher, an electric current is usually passed directly to a graphite heater, and overheating is performed using the juule heat. Graphitization occurs by converting the carbonized film prepared in the pretreatment to a graphite structure, and in that case, the carbon-carbon bond must be cleaved and recombined. In order for the graphitization to occur smoothly, the cleavage and recombination must occur with minimal energy, and the molecular orientation of the starting polyimide film affects the carbon alignment of the carbonized film, which is graphitization. This has the effect of reducing the energy of carbon-carbon bond cleavage and recombination. Therefore, by designing the molecules so that the molecules are oriented and realizing a high degree of orientation, graphitization at a low temperature and conversion to a high-quality graphite film becomes possible.

得られたグラファイトフィルムは、内部に最短径0.1〜50μmの不定形形状の模様を有していても良い。この様な構造のグラファイトフィルムでは、JIS Z 0237に基づいて測定される粘着テープ・粘着シート試験方法に基づいて測定される表面粘着力が3N/cm以上、好ましくは4N/cm以上、さらに好ましくは5N/cm以上となる。3N/cm以上では、グラファイトと発熱部品を接着剤や粘着剤を用いて取り付けた場合に、剥がれることなく、グラファイトが本来有する放熱特性を発揮することが出来る。また、表面の外観の具体的レベルは、JIS K 5400に基づいて測定されるXカットテープ法に基づいて測定される評価が6以上、好ましくは8以上となる。外観が6以上では、グラファイトと発熱部品を接着剤や粘着剤を用いて取り付けた場合に、剥がれることなく、また、取り付け時の接触や装置に組み込んだ後にファンの風によって表面から黒鉛が剥がれ落ちることがなくなり、電子機器内を汚染しなくなる。   The obtained graphite film may have an irregularly shaped pattern having a shortest diameter of 0.1 to 50 μm inside. In the graphite film having such a structure, the surface adhesive force measured based on the adhesive tape / adhesive sheet test method measured based on JIS Z 0237 is 3 N / cm or more, preferably 4 N / cm or more, more preferably 5 N / cm or more. At 3 N / cm or more, when the graphite and the heat-generating component are attached using an adhesive or a pressure-sensitive adhesive, the heat dissipation characteristics inherent to graphite can be exhibited without peeling. Further, the specific level of the appearance of the surface is 6 or more, preferably 8 or more, as measured based on the X-cut tape method measured based on JIS K 5400. When the appearance is 6 or more, graphite and exothermic parts will not peel off when attached using adhesive or adhesive, and the graphite will peel off from the surface due to the wind of the fan after contact with the equipment or after being installed in the device Will not contaminate the electronic equipment.

また、本発明のグラファイトは表面層の断面模様と表面層以外の断面模様とが、少なくとも異なる部分を有するグラファイトフィルムであっても良い。さらに、表面層の断面模様の一部が、1μm未満の厚みの略長方形が略平行に積層した結果形成される短辺5μm以上の略長方形の形状を有するグラファイトフィルムであっても良い。ここで「表面層」とは、グラファイトフィルムの断面を見た場合に、フィルム全体の厚みの外側30%以内の厚みの部分であるフィルム両表面からの範囲をいう。グラファイトフィルムの構造としては(1)グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらがフィルム表面形状に平行に積層した高密度なグラファイト層の断面模様、(2)グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらが積層しているが、フィルム表面形状に平行ではなく、うねった状態で存在している高密度のグラファイト層の断面模様、(3)グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、フィルム表面形状に平行に存在している低密度な空気層に富んだグラファイト層の断面模様、(4)グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、またフィルム表面形状に平行ではなく、うねった状態で存在している低密度な空気層に富んだグラファイト層の断面模様。(5)グラファイト結晶子が発達しておらず、燐片状のグラファイト層の断面模様。(6)上記(1)〜(5)以外の断面模様、例えばグラファイト化工程において不純物などの影響により形成された、グラフェン構造ではない炭素塊などのグラファイト層を形成していないもの、を例示できる。   Further, the graphite of the present invention may be a graphite film in which the cross-sectional pattern of the surface layer and the cross-sectional pattern other than the surface layer have at least different portions. Furthermore, a part of the cross-sectional pattern of the surface layer may be a graphite film having a substantially rectangular shape with a short side of 5 μm or more formed as a result of laminating substantially rectangular shapes having a thickness of less than 1 μm in parallel. Here, the “surface layer” refers to a range from both surfaces of the film, which is a portion having a thickness within 30% of the outer thickness of the entire film when the cross section of the graphite film is viewed. The structure of the graphite film is as follows: (1) Graphite crystallites develop in the plane direction, these are cross-sectional patterns of a high-density graphite layer laminated in parallel with the film surface shape, and (2) Graphite crystallites develop in the plane direction. Although these are laminated, the cross-sectional pattern of the high-density graphite layer that exists in a wavy state, not parallel to the film surface shape, (3) the graphite crystallites are developed in the plane direction, These are not laminated, and the cross-sectional pattern of the graphite layer rich in the low-density air layer that exists in parallel with the film surface shape. (4) Graphite crystallites are developed in the plane direction. Cross-sectional pattern of a graphite layer rich in low-density air layers that are not laminated and are not parallel to the film surface shape but exist in a wavy state. (5) A cross-sectional pattern of a flake-like graphite layer with no developed graphite crystallites. (6) Cross-sectional patterns other than the above (1) to (5), for example, those formed by the influence of impurities or the like in the graphitization step and not formed with a graphite layer such as a carbon block having no graphene structure can be exemplified. .

面方向の優れた熱伝導性には、グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらが積層した高密度のグラファイト層が必要である。高密度のグラファイト層であれば、熱伝導のロスが少なく効率が良い。したがって、観察される上記(1)〜(6)の断面模様のなかで、高熱伝導性を示す断面模様として、好ましいのは(1)と(2)であり、次に好ましいのは(3)と(4)であり、次に好ましいのは(5)、次にこのましいのは(6)である。仮に、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様が高密度なグラファイト層である(1)の断面模様だけであれば、熱拡散率に優れ、フィルムの強度にも優れるが、一方で、屈曲した場合などに緩衝する部位がないために、柔軟性に乏しいグラファイトフィルムになる。また、仮に、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様が、空気層を含んだ低密度なグラファイト層である(3)の断面模様だけであれば、柔軟性に優れるが、熱拡散率に劣り、フィルムの強度も劣るグラファイトフィルムになる。したがって、高熱伝導性と柔軟性を兼ね備えたグラファイトフィルムには、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様とが、上記の観察される断面模様(1)〜(6)で異なった組み合わせが好ましい。表面層に高密度にグラファイト層が積層した(1)(2)の断面模様が存在し、表面層以外には空気層を含んだグラファイト層である(3)(4)の断面模様が存在することが好ましい。   Excellent thermal conductivity in the plane direction requires a high-density graphite layer in which graphite crystallites develop in the plane direction and are laminated. If it is a high-density graphite layer, there is little loss of heat conduction and efficiency is good. Accordingly, among the observed cross-sectional patterns (1) to (6), (1) and (2) are preferable as the cross-sectional pattern exhibiting high thermal conductivity, and (3) is the next preferable. And (4), the next preferred is (5), and the next preferred is (6). If the cross-sectional pattern of the surface layer and the cross-sectional pattern other than the surface layer are only the high-density graphite layer (1), the thermal diffusivity is excellent and the film strength is excellent. Since there is no portion to be buffered when bent, it becomes a graphite film with poor flexibility. Moreover, if the cross-sectional pattern of the surface layer and the cross-sectional pattern other than the surface layer are only the cross-sectional pattern of (3), which is a low-density graphite layer containing an air layer, the flexibility is excellent, but the thermal diffusivity It becomes a graphite film inferior to the strength of the film. Therefore, in the graphite film having both high thermal conductivity and flexibility, the cross-sectional pattern of the surface layer and the cross-sectional pattern other than the surface layer have different combinations in the observed cross-sectional patterns (1) to (6). preferable. There are cross-sectional patterns (1) and (2) in which graphite layers are laminated on the surface layer at high density, and there are cross-sectional patterns (3) and (4) that are graphite layers including an air layer other than the surface layer. It is preferable.

内部に最短径0.1〜50μmの不定形形状の模様を有する、グラファイトフィルムは高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを2400℃以上の温度で熱処理し、熱処理前および/または熱処理中に金属を含む物質と接触させて行う。具体的な方法としては、例えば、(1)熱処理する前に、高分子フィルムの表面に金属を含む物質を付着させ熱処理する方法、(2)黒鉛化する前に、炭素化した高分子フィルムの表面に金属を含む物質を付着させ熱処理する方法、(3)高分子フィルムまたは炭素化した高分子フィルムを、金属を含む容器に入れて熱処理する方法、高分子フィルムに金属を含む物質を添加する方法、等がある。   The graphite film having an irregularly shaped pattern with a shortest diameter of 0.1 to 50 μm inside is heat-treated at a temperature of 2400 ° C. or higher before a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film, and before the heat treatment and In contact with a substance containing metal during heat treatment. Specific methods include, for example, (1) a method in which a metal-containing substance is attached to the surface of the polymer film before heat treatment, and (2) a method in which the carbonized polymer film is graphitized before graphitization. Method of attaching and heat-treating a substance containing metal on the surface, (3) Method of heat-treating a polymer film or carbonized polymer film in a container containing metal, and adding a substance containing metal to the polymer film There are methods, etc.

グラファイトフィルムは、高分子フィルムおよび/または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを、通電可能な容器(A)内に保持し、該容器に電圧を印加、通電しながらグラファイト化することで作製される。   A graphite film is produced by holding a raw material film made of a polymer film and / or a carbonized polymer film in an energizable container (A), and applying a voltage to the container and graphitizing it while energizing. Is done.

<等方的熱伝導層と異方的熱伝導層の複合化>
本発明においては前記異方的熱伝導層を等方的熱伝導層と複合化してLED用の放熱基板とする。前記大面積のグラファイトは機械的な強度が低く、かつグラファイトの層に沿って燐片状のグラファイトが剥がれ落ちる現象、などのために強固な接着が難しく電子部品の実装基板として用いる事は困難であった。本発明はその様なグラファイトの欠点を金属やセラミックとの多層構造とする事で補い、さらに等方的な熱伝導層を単独で用いる場合よりも優れた放熱特性を実現し、発光ダイオード実装基板として用いるものである。
<Combination of isotropic and anisotropic heat conduction layers>
In the present invention, the anisotropic heat conductive layer is combined with an isotropic heat conductive layer to form a heat dissipation substrate for LED. The large-area graphite has low mechanical strength and is difficult to use as a mounting board for electronic components due to the phenomenon that flake-like graphite peels off along the graphite layer. there were. The present invention compensates for the disadvantage of such graphite by making it a multilayer structure with metal and ceramic, and further realizes heat dissipation characteristics better than when using an isotropic heat conduction layer alone, and a light emitting diode mounting substrate It is used as

複合化の方法としては優れた粘着・接着性を示す接着層を介して異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着し、複合化することができる。粘着層の形成にはディップやロールによる塗布法、フィルム状の粘着材をグラファイト膜と貼り付ける方法等、があり、いずれも好ましく用いる事が出来る。この様な目的に好ましい接着剤として、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、COPNA系接着剤などを例示する事ができる。これらは使用される温度環境によって適切に選択されるが、シリコーン系接着剤やポリイミド系接着剤は耐熱性に優れ好ましく用いられる。   As a composite method, an anisotropic heat conductive layer and an isotropic heat conductive layer can be bonded via an adhesive layer exhibiting excellent adhesion / adhesiveness to form a composite. For forming the adhesive layer, there are a coating method using a dip or a roll, a method of attaching a film-like adhesive material to a graphite film, etc., and any of them can be preferably used. Examples of preferable adhesives for such purposes include silicone adhesives, acrylic adhesives, polyimide adhesives, epoxy adhesives, and COPNA adhesives. These are appropriately selected depending on the temperature environment to be used, but silicone adhesives and polyimide adhesives are preferably used because of their excellent heat resistance.

複合化に際して粘着・接着材に熱伝導性にすぐれる各種のフィラーを添加する事によって放熱効果をより高める事ができる。この様な目的に用いられるフィラーとして、シリカ、SiC、アルミナ、酸化マグネシュウム、窒化ホウ素、窒化アルミ、銅、アルミ、銀、ニッケル、等を例示することができる。   The heat radiation effect can be further enhanced by adding various fillers with excellent thermal conductivity to the adhesive / adhesive material when composite. Examples of fillers used for such purposes include silica, SiC, alumina, magnesium oxide, boron nitride, aluminum nitride, copper, aluminum, silver, nickel, and the like.

接着層を介さずに異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着する事は、よりすぐれた放熱特性を実現するためには好ましい方法である。   Adhering the anisotropic heat conductive layer and the isotropic heat conductive layer without using an adhesive layer is a preferable method for realizing better heat dissipation characteristics.

等方的熱伝導層が金属であり異方的熱伝導層がグラファイトである場合、グラファイト表面に金属化学メッキの手法で金属層を形成し、しかる後に電気メッキ法により金属化学メッキ層の上に任意の厚さまで金属層を形成する事は好ましく用いられる。この様な目的に用いられる化学メッキ用金属としては銅、ニッケル、クロム、銀、アルミ、亜鉛、金などを例示する事ができる。化学メッキプロセスは、脱脂、ソフトエッチ、触媒付与、無電解メッキのプロセスを経て実施される。   When the isotropic heat conduction layer is a metal and the anisotropic heat conduction layer is graphite, a metal layer is formed on the graphite surface by a metal chemical plating method, and thereafter, the metal layer is formed on the metal chemical plating layer by electroplating. It is preferable to form the metal layer to an arbitrary thickness. Examples of the metal for chemical plating used for such purposes include copper, nickel, chromium, silver, aluminum, zinc, and gold. The chemical plating process is performed through processes of degreasing, soft etching, applying a catalyst, and electroless plating.

電気メッキにより金属層を形成する場合の下地金属形成法として、蒸着やスパッタリングなどの物理的方法を用いても良い。この様な場合、比較的強固な接続を実現するためには、例えばスパッタ銅層とグラファイト層との間にさらにニッケルなどの金属層を設けても良い。   As a base metal forming method when forming a metal layer by electroplating, a physical method such as vapor deposition or sputtering may be used. In such a case, in order to realize a relatively strong connection, for example, a metal layer such as nickel may be further provided between the sputtered copper layer and the graphite layer.

接着層を介さずに異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着する方法として、単に機械的な圧力で固定することでも良い。高品質のグラファイトは基本的に柔らかくフィルム厚さ方向に圧縮され、この様な特性はパッキンやガスケットとして利用されている。本発明においてもこの様なグラファイト本来の性質を利用し、高熱伝導性基板を作製する事が出来る。例えば、各種セラミック基板の間にグラファイトフィルムを挟み機械的に固定すればよい。無論セラミックの代わりに金属であっても良く、一方が金属で他方がセラミックなどの構造であっても良い。   As a method of bonding the anisotropic heat conductive layer and the isotropic heat conductive layer without using an adhesive layer, it may be simply fixed by mechanical pressure. High quality graphite is basically soft and compressed in the film thickness direction, and such properties are used as packings and gaskets. Also in the present invention, it is possible to produce a high thermal conductive substrate by utilizing such inherent properties of graphite. For example, a graphite film may be sandwiched between various ceramic substrates and mechanically fixed. Of course, a metal may be used instead of ceramic, and one may be a metal and the other may be a ceramic structure.

<LEDの実装構造>
図1に示す構成は、LEDの最も基本的な実装構造に本発明の放熱基板を適用した例である。通常、LEDディスプレイでは基板材料に樹脂が用いられるが通常の樹脂材料の熱伝導率は低く熱がこもりやすくなるので、大出力での点灯には適していない。本発明の構造(図1)では、放熱基板は等方的熱伝導層として絶縁性のセラミック層16、異方的熱伝導層15、さらに等方的熱伝導層17の3層構造となっている。等方的熱伝導層17は絶縁性のセラミックでも良く、導電性の金属材料でも良い。LEDベアチップの内部構造は図示していないが、例えばサファイア、SiC、GaAs、GaP、などの素子基板上に、GaNのn型半導体層、活性層、p型半導体層の順に構成されている。このベアチップからはそれぞれN型半導体層、P型半導体層より引き出されたリード線13が絶縁基板上に形成された回路14に接続している。ベアチップ11は絶縁性のセラミック基板に実装されており従来の構造ではベアチップ11で発生した熱は、主にこのリード線を通しては放熱されていたが、本発明の構造ではベアチップで発生した熱は絶縁性のセラミック基板を通して異方性熱伝導層に伝わり、ここで速やかに基板全体に広がり放熱される。すなわち、この構造では前記基板のうち前記LEDが実装されていない基板裏面全体から熱を放熱させる手段を備えているのである。これに対して異方的熱伝導層を備えていない場合には、ベアチップの直下の基板裏面温度は高くなるが、その他の部分の温度は温度が低いため全体としての放熱特性は劣る事になる。
<LED mounting structure>
The configuration shown in FIG. 1 is an example in which the heat dissipation substrate of the present invention is applied to the most basic mounting structure of LEDs. In general, a resin is used as a substrate material in an LED display. However, since the heat conductivity of a normal resin material is low and heat is easily trapped, it is not suitable for lighting at a high output. In the structure of the present invention (FIG. 1), the heat dissipation substrate has a three-layer structure of an insulating ceramic layer 16, an anisotropic heat conductive layer 15, and an isotropic heat conductive layer 17 as isotropic heat conductive layers. Yes. The isotropic heat conductive layer 17 may be an insulating ceramic or a conductive metal material. Although the internal structure of the LED bare chip is not shown, the n-type semiconductor layer of GaN, the active layer, and the p-type semiconductor layer are sequentially formed on an element substrate such as sapphire, SiC, GaAs, or GaP. Lead wires 13 drawn from the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are connected to the circuit 14 formed on the insulating substrate from the bare chip. The bare chip 11 is mounted on an insulating ceramic substrate. In the conventional structure, the heat generated in the bare chip 11 is mainly dissipated through the lead wire. In the structure of the present invention, the heat generated in the bare chip is insulated. Is transmitted to the anisotropic heat conductive layer through the conductive ceramic substrate, where it quickly spreads over the entire substrate and dissipates heat. That is, in this structure, a means for radiating heat from the entire back surface of the substrate on which the LED is not mounted is provided. On the other hand, when the anisotropic heat conductive layer is not provided, the substrate back surface temperature immediately below the bare chip is high, but the temperature of the other portions is low, so the heat dissipation characteristics as a whole are inferior. .

図2に示す構成は、ベアチップの実装された等方的熱伝導層21が金属のような導電体層である場合である。この様な場合には回路14は絶縁層22を介して基板上に形成される。ベアチップの最下層は素子基板であり、必要に応じて絶縁体を介して基板上に実装される。他の構造や放熱の機構は図1と同じである。   The configuration shown in FIG. 2 is a case where the isotropic thermal conductive layer 21 on which the bare chip is mounted is a conductive layer such as a metal. In such a case, the circuit 14 is formed on the substrate via the insulating layer 22. The lowest layer of the bare chip is an element substrate, and is mounted on the substrate via an insulator as necessary. Other structures and heat dissipation mechanisms are the same as in FIG.

図3に示す構成は、LEDドットマトリクスディスプレイに採用される実装構造である。LEDディスプレイでは複数のLEDが実装されるがこの時、素子間には隔壁31が設けられる。この隔壁はLEDの発光と非発光部のコントラストを上げるように機能する。この隔壁は放熱の役割としても重要で複数個のLEDの温度が可能な限り均一となるようにする事が重要である。そのために隔壁としては放熱特性に優れた金属やセラミック材料がもちいられる。この隔壁として、等方的熱伝導層/異方的熱伝導層/等方的熱伝導層からなる本発明の放熱基板材料を用いることは有用である。   The configuration shown in FIG. 3 is a mounting structure employed in an LED dot matrix display. In the LED display, a plurality of LEDs are mounted. At this time, a partition wall 31 is provided between the elements. This partition functions to increase the contrast between the light emission and the non-light emitting portion of the LED. This partition is also important for the role of heat dissipation, and it is important to make the temperature of the plurality of LEDs as uniform as possible. Therefore, a metal or ceramic material having excellent heat dissipation characteristics is used as the partition wall. As this partition, it is useful to use the heat dissipation substrate material of the present invention comprising an isotropic heat conductive layer / an anisotropic heat conductive layer / isotropic heat conductive layer.

図4は、セラミックなどの放熱性基板に凹部を設け、その凹部にLEDベアチップを実装し表面に形成された回路との間をリード線で接続したものである。この様な構造を取ることによって発熱体であるLEDと異方的熱伝導層との距離が短くなり、より有効に熱の拡散が行われる。また斜めにカットされた等方的熱伝導体面は、光を効率良く反射する役割にも寄与する。   FIG. 4 shows a structure in which a concave portion is provided in a heat-radiating substrate such as ceramic, an LED bare chip is mounted in the concave portion, and a circuit formed on the surface is connected with a lead wire. By adopting such a structure, the distance between the LED, which is a heating element, and the anisotropic heat conductive layer is shortened, and heat is diffused more effectively. In addition, the isotropic heat conductor surface cut obliquely contributes to the role of efficiently reflecting light.

図5はさらに効率良く光を前面に放射するLED実装構造の一例である。絶縁基板53上に実装されたベアチップ11と回路14は直接接合されている。隔壁52は光反射が有効に起きるように斜めにカットされており、LEDからの光、隔壁で反射された光は集光レンズ51を通して前方に放射される。この時ベアチップで発生した熱は本発明の基板を通して効率良く放熱されることは言うまでも無い。   FIG. 5 shows an example of an LED mounting structure that radiates light to the front surface more efficiently. The bare chip 11 mounted on the insulating substrate 53 and the circuit 14 are directly bonded. The partition 52 is cut obliquely so that light reflection occurs effectively, and the light from the LED and the light reflected by the partition are radiated forward through the condenser lens 51. Needless to say, the heat generated in the bare chip at this time is efficiently dissipated through the substrate of the present invention.

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

<グラファイトフィルム>
まず、本発明の実施例に異方的熱伝導層として用いた5種類のグラファイトフィルムについて述べるが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
<Graphite film>
First, five types of graphite films used as anisotropic heat conductive layers in the examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

(1)グラファイトフィルム−A
グラフテック社製(eGRAF−HiTherm,販売元巴工業(株)商品番号710)。厚み250μm、面方向熱伝導率240W/mK、厚さ方向熱伝導度6W/mK。
(1) Graphite film-A
Manufactured by Graphtec (eGRAF-HiTherm, sales source Sakai Kogyo Co., Ltd., product number 710). Thickness 250 μm, surface direction thermal conductivity 240 W / mK, thickness direction thermal conductivity 6 W / mK.

(2)グラファイトフィルム−B
鈴木総業社製(スーパーλ−GS−300)。厚み300μm、面方向熱伝導率300W/mK、厚さ方向熱伝導度5〜10W/mK。
(2) Graphite film-B
Made by Suzuki Sogyo Co., Ltd. (Super λ-GS-300). Thickness 300 μm, surface direction thermal conductivity 300 W / mK, thickness direction thermal conductivity 5-10 W / mK.

(3)グラファイトフィルム−C
パナソニック製(PGSグラファイトシート、商品番号:EYGS182310)。厚み70μm、面方向熱伝導率700W/mK、厚さ方向熱伝導度5W/mK。
(3) Graphite film-C
Panasonic (PGS graphite sheet, product number: EYGS182310). Thickness 70 μm, plane direction thermal conductivity 700 W / mK, thickness direction thermal conductivity 5 W / mK.

(4)グラファイトフィルム−D
ピロメリット酸二無水物、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミンをモル比で4/3/1の割合で合成したポリアミド酸の18wt%のDMF溶液100gに無水酢酸20gとイソキノリン10gからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布した。攪拌から脱泡までは0℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を120℃で150秒間加熱し、自己支持性を有するゲルフィルムを得た。このゲルフィルムをアルミ箔から剥がし、フレームに固定した。このゲルフィルムを300℃、400℃、500℃で各30秒間加熱して100〜200℃の平均線膨張係数が1.6×10−5cm/cm/℃のポリイミドフィルムを製造した。フィルム厚さは75μmである。これらの方法で作製したフィルムの複屈折率は0.14であった。
(4) Graphite film-D
From 10 g of acetic anhydride and 10 g of isoquinoline to 100 g of a 18 wt% DMF solution of polyamic acid prepared by synthesizing pyromellitic dianhydride, 4,4′-diaminodiphenyl ether and p-phenylenediamine in a molar ratio of 4/3/1. The resulting curing agent was mixed, stirred, defoamed by centrifugation, and cast onto an aluminum foil. The process from stirring to defoaming was performed while cooling to 0 ° C. The laminate of the aluminum foil and the polyamic acid solution was heated at 120 ° C. for 150 seconds to obtain a gel film having self-supporting properties. This gel film was peeled off from the aluminum foil and fixed to the frame. This gel film was heated at 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C. for 30 seconds each to produce a polyimide film having an average linear expansion coefficient of 100 to 200 ° C. of 1.6 × 10 −5 cm / cm / ° C. The film thickness is 75 μm. The birefringence of the film produced by these methods was 0.14.

得られたフィルムを電気炉を用いて窒素ガス中、10℃/分の速度で1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保って予備処理した。得られた炭素化フィルムを自由に伸び縮み出来る様に円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、20℃/分の昇温速度で2800℃まで昇温、10分間保持し、その後40℃/分の速度で降温した。処理はアルゴン雰囲気で0.5kg/cmの加圧下でおこなった。 The obtained film was heated up to 1000 ° C. at a rate of 10 ° C./min in nitrogen gas using an electric furnace, and preliminarily treated at 1000 ° C. for 1 hour. The obtained carbonized film is set inside a cylindrical graphite heater so that it can be stretched and contracted freely, heated to 2800 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min, held for 10 minutes, and then 40 ° C./min. The temperature dropped at a rate of. The treatment was performed under a pressure of 0.5 kg / cm 2 in an argon atmosphere.

このポリイミドフィルムは2800℃で良質グラファイトへの転化が可能である事が分った。得られたグラファイトフィルム−Dの厚みは40μm、面方向熱伝導度は、1200W/mK、厚さ方向熱伝導度6W/mKであった。   It was found that this polyimide film can be converted to high-quality graphite at 2800 ° C. The obtained graphite film-D had a thickness of 40 μm, a plane direction thermal conductivity of 1200 W / mK, and a thickness direction thermal conductivity of 6 W / mK.

(5)グラファイトフィルム−E
ピロメリット酸二無水物、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミンをモル比で3/2/1の割合で合成したポリアミド酸の18wt%のDMF溶液100gに無水酢酸20gとイソキノリン10gからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布した。攪拌から脱泡までは0℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を120℃で150秒間加熱し、自己支持性を有するゲルフィルムを得た。このゲルフィルムをアルミ箔から剥がし、フレームに固定した。このゲルフィルムを300℃、400℃、500℃で各30秒間加熱して100〜200℃の平均線膨張係数が1.0×10−5cm/cm/℃のポリイミドフィルム(厚さ75μm)を製造した。このフィルムの複屈折は、0.15〜0.16の範囲であった。このフィルムを用いて前記(4)のケースと同様に2800℃でグラファイト化を行った。得られたグラファイトフィルム−Eの厚みは40μm、面方向熱伝導度は1400W/mK、厚さ方向熱伝導度10W/mKであった
(6)グラファイトフィルム−F
前記、(5)で得られた125μmポリイミドフィルムの炭化処理品)に硝酸鉄の10wt%メタノール溶液を塗布した後、黒鉛板に挟み、黒鉛容器にセットした。この容器全体を、黒鉛化炉を用いて、2100℃以下では減圧下、2100℃以上ではアルゴン雰囲気下で3000℃まで昇温された後、3000℃で1時間熱処理し、グラファイトフィルムFを作製した。得られたグラファイトフィルムFの厚みは70μm、面方向熱伝導度は1000W/mK、厚さ方向熱伝導度5W/mKであった。
(5) Graphite film-E
From 10 g of acetic anhydride and 10 g of isoquinoline to 100 g of a 18 wt% DMF solution of polyamic acid synthesized from pyromellitic dianhydride, 4,4′-diaminodiphenyl ether and p-phenylenediamine in a molar ratio of 3/2/1. The resulting curing agent was mixed, stirred, defoamed by centrifugation, and cast onto an aluminum foil. The process from stirring to defoaming was performed while cooling to 0 ° C. The laminate of the aluminum foil and the polyamic acid solution was heated at 120 ° C. for 150 seconds to obtain a gel film having self-supporting properties. This gel film was peeled off from the aluminum foil and fixed to the frame. This gel film was heated at 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C. for 30 seconds each to obtain a polyimide film (thickness 75 μm) having an average linear expansion coefficient of 100 × 200 ° C. to 1.0 × 10 −5 cm / cm / ° C. Manufactured. The birefringence of this film was in the range of 0.15 to 0.16. Using this film, graphitization was performed at 2800 ° C. as in the case of (4). The obtained graphite film-E had a thickness of 40 μm, a plane direction thermal conductivity of 1400 W / mK, and a thickness direction thermal conductivity of 10 W / mK. (6) Graphite film-F
A 10 wt% methanol solution of iron nitrate was applied to the carbonized product of the 125 μm polyimide film obtained in (5) above, and then sandwiched between graphite plates and set in a graphite container. The entire container was heated to 3000 ° C. under reduced pressure at 2100 ° C. or lower and argon atmosphere at 2100 ° C. or higher using a graphitization furnace, and then heat-treated at 3000 ° C. for 1 hour to prepare a graphite film F. . The obtained graphite film F had a thickness of 70 μm, a plane direction thermal conductivity of 1000 W / mK, and a thickness direction thermal conductivity of 5 W / mK.

<グラファイトフィルムの物性測定法>
熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置(アルバック理工(株)社から入手可能な「LaserPit」)を用いて、20℃の雰囲気下、10Hzにおいて測定された。測定された熱拡散率から密度および比熱の値をもちいて熱伝導率・熱伝導度を算出した。グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの重量(g)をグラファイトフィルムの縦、横、厚みの積で算出した体積(cm)の割り算により算出された。なお、グラファイトフィルムの厚みは、任意の10点で測定した平均値を使用した。
<Method for measuring physical properties of graphite film>
The thermal diffusivity was measured at 10 Hz in an atmosphere of 20 ° C. using a thermal diffusivity measuring apparatus (“LaserPit” available from ULVAC Riko Co., Ltd.) by an optical alternating current method. Thermal conductivity and thermal conductivity were calculated from the measured thermal diffusivity using the values of density and specific heat. The density of the graphite film was calculated by dividing the weight (g) of the graphite film by the volume (cm 3 ) calculated by the product of the vertical, horizontal and thickness of the graphite film. In addition, the average value measured by arbitrary 10 points | pieces was used for the thickness of a graphite film.

得られたグラファイトフィルムを、縦20mm×横10mmの短冊状の大きさにカッターナイフで切り取った。さらにこのフィルムの一端に面方向に剃刀で微小な切り目を入れ、その切り目の反対側から力を加え、フィルムを割断させることで断面を出し、SEM(日立製走査型電子顕微鏡S−4500型、加速電圧5kV)によるフィルムの断面の観察をおこなった。   The obtained graphite film was cut with a cutter knife into a strip size of 20 mm long × 10 mm wide. Furthermore, a fine cut is made in the surface direction with a razor at one end of this film, a force is applied from the opposite side of the cut, and the cross section is taken out by cleaving the film. SEM (Hitachi scanning electron microscope S-4500 type, The cross section of the film was observed with an acceleration voltage of 5 kV.

グラファイトフィルムA,Bは、原料に天然黒鉛を用いており、表面層および表面層以外の断面の模様は、グラファイト結晶子が発達しておらず、空気層を含む低密度なグラファイト層の断面模様であった。   Graphite films A and B use natural graphite as a raw material, and the cross-sectional pattern other than the surface layer and the surface layer is a cross-sectional pattern of a low-density graphite layer including an air layer, where graphite crystallites are not developed. Met.

グラファイトフィルムCは、原料にポリイミドフィルムを熱処理して作製されていると推定され、表面層および表面層以外の断面模様は、グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、低密度なグラファイト層の断面の模様であった。   It is presumed that the graphite film C is produced by heat-treating a polyimide film as a raw material, and the cross-sectional pattern other than the surface layer and the surface layer has developed graphite crystallites in the plane direction. It was a pattern of the cross section of the low-density graphite layer.

グラファイトフィルムDは、表面層および表面層以外の断面模様は、グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、また、この断面の模様はグラファイトフィルムCの断面模様と類似していることがわかる。但し、熱拡散率は、グラファイトフィルム、A,B、Cよりも優れている。   In the graphite film D, the cross-sectional pattern other than the surface layer and the surface layer has graphite crystallites developed in the plane direction, but these are not laminated, and the cross-sectional pattern is the cross-sectional pattern of the graphite film C. It turns out that it is similar. However, the thermal diffusivity is superior to graphite films, A, B, and C.

グラファイトフィルムDの断面模にはフィルム内部に当初の原料フィルムには観察されなかった最短径0.1〜50μmの不定形形状の模様(不均一層)が形成されていた。さらに、グラファイトフィルム1〜3、5のような層間に空気層はなくが密な状態であった。このような構造を有しているために、優れた熱伝導特性に加え、鉛事硬度はHB以上、密度1.9g/cm以上、ビール強度5.0N/cm以上、外観8以上と各特性に優れていた。 In the cross section of the graphite film D, an irregularly shaped pattern (nonuniform layer) having a shortest diameter of 0.1 to 50 μm, which was not observed in the original raw material film, was formed inside the film. Further, there was no air layer between the layers such as the graphite films 1 to 3 and 5, but it was in a dense state. Since it has such a structure, in addition to excellent heat conduction characteristics, lead hardness is HB or higher, density is 1.9 g / cm 3 or higher, beer strength is 5.0 N / cm or higher, and appearance is 8 or higher. Excellent characteristics.

なお、グラファイトフィルムの鉛筆硬度は、JIS K 5400(1990年)(JIS K 5600(1999年))「塗料一般試験方法」の8.4.1 試験機法に準じて、評価した。また、 グラファイトフィルムのピール強度は、JIS Z 0237(1980年)「粘着テープ・粘着シート試験方法」に準じて、評価した。値が大さいほど、表面の接着剤や粘着剤に対する接着性が高いことを意味している。 グラファイトフィルムの外観は、JIS K 5400(1990年)(JIS K 5600(1999年))「塗料一般試験方法」の8.5.3 Xカットテープ法に準じて、評価した。値は0〜10の範囲で示され、値が大きいほど表面の剥がれが少ないことを意味している。   The pencil hardness of the graphite film was evaluated in accordance with the test method 8.4.1 of “Paint General Test Method” of JIS K 5400 (1990) (JIS K 5600 (1999)). The peel strength of the graphite film was evaluated according to JIS Z 0237 (1980) “Testing method for adhesive tape / adhesive sheet”. A larger value means higher adhesion to the surface adhesive or pressure-sensitive adhesive. The appearance of the graphite film was evaluated in accordance with the 8.5.3 X-cut tape method of “JIS K 5400 (1990) (JIS K 5600 (1999))“ Paint General Test Method ”. A value is shown in the range of 0-10, and it means that there are few peeling of a surface, so that a value is large.

(実施例1〜6)
前記の6種類のグラファイト(A、B,C,D,E,F)をもちいてその両表面に無電解Cuメッキを実施した。無電解メッキの前処理条件、メッキ条件を表1、表2に示した。安定な化学メッキ膜を形成するには前処理条件、メッキ条件を厳密に選択する必要がある。特に化学的に安定なグラファイト層面にメッキを施すには前処理条件が重要である。
(Examples 1-6)
The six types of graphite (A, B, C, D, E, F) were used for electroless Cu plating on both surfaces. Tables 1 and 2 show pretreatment conditions and plating conditions for electroless plating. In order to form a stable chemical plating film, it is necessary to strictly select pretreatment conditions and plating conditions. In particular, pretreatment conditions are important for plating a chemically stable graphite layer surface.

無電解メッキの後に通常の電解メッキ法をもちいて任意の厚さに銅の電解メッキ膜を形成した。無電解メッキと電解銅メッキ層の厚さの和をそれぞれ40μmとなるようにした。 After the electroless plating, a copper electrolytic plating film was formed in an arbitrary thickness using a normal electrolytic plating method. The sum of the thicknesses of the electroless plating and the electrolytic copper plating layer was set to 40 μm.

得られた第一銅層/グラファイト/第二銅層からなる基板(面積10×10cm)の放熱特性を見積もる目的で、基板中央にセラミックヒーター(坂口電熱株式会社製マイクロセラミックヒーター、MS−3(サイズ10×10mm)を置き、一定の電力(16W)を印加し、ヒーターの温度上昇を熱電対で測定した(なお測定値は±2〜3℃程度の誤差を含んでいる)基板の熱伝導が良好で、放熱特性に優れるほどセラミックヒーターの温度は上昇しない事になる。得られた結果を表3に示す。また、比較のために同じ厚さの銅板をもちいて、同様の実験を行いセラミックヒーター表面の温度を測定した。得られた結果を比較例として表4にしめす。なお、上記条件下でヒーター単独ではその表面温度はおよそ150℃となる。 For the purpose of estimating the heat dissipation characteristics of the obtained substrate (area 10 × 10 cm 2 ) composed of the first copper layer / graphite / second copper layer, a ceramic heater (a micro ceramic heater manufactured by Sakaguchi Electric Heat Co., Ltd., MS-3) (Size 10 × 10 mm 2 ) was placed, a constant power (16 W) was applied, and the temperature rise of the heater was measured with a thermocouple (note that the measured value includes an error of about ± 2 to 3 ° C.) The better the heat conduction and the better the heat dissipation characteristics, the more the temperature of the ceramic heater will not rise, and the results obtained are shown in Table 3. For comparison, the same experiment was conducted using a copper plate of the same thickness. The temperature of the ceramic heater surface was measured, and the obtained results are shown in Table 4 as a comparative example, and the surface temperature of the heater alone is about 150 ° C. under the above conditions.

本発明の銅/グラファイト/銅からなる3層構造の基板ではいずれも50℃〜60℃の温度となり著しい放熱効果が確認できた。また比較例では、実施例D、Eの基板と同じ厚さである120μmの厚さの銅基板を取り付けた時のヒーター表面温度は85℃であり(比較例3)、実施例C、Fの基板と同じ厚さである150μmの厚さの銅基板を取り付けた時のヒーター表面温度は70℃であり(比較例2)本発明の構成になる基板が例えば銅のみからなる基板と比較して優れた放熱特性を有する事が分かる。また、実施例Aの基板と同じ厚さである330μmの銅基板を用いた場合(比較例1)の場合にはヒーター表面の温度は60℃で、ほぼ実施例1と同等であった。すなわち、実施例C、D、E、Fではその厚さは比較例1のケースに比較して半分以下であるにも関わらず、同等または同等以上の優れた放熱特性を有している事が明らかになり、本発明の有用性が確認できた。 In the three-layer substrate of copper / graphite / copper according to the present invention, the temperature was 50 ° C. to 60 ° C., and a significant heat dissipation effect could be confirmed. Moreover, in the comparative example, the heater surface temperature when attaching a 120 μm thick copper substrate that is the same thickness as the substrates of Examples D and E is 85 ° C. (Comparative Example 3). The heater surface temperature when a copper substrate having a thickness of 150 μm, which is the same thickness as the substrate, is attached is 70 ° C. (Comparative Example 2) The substrate according to the present invention is compared with, for example, a substrate made only of copper. It can be seen that it has excellent heat dissipation characteristics. Further, when a 330 μm copper substrate having the same thickness as the substrate of Example A was used (Comparative Example 1), the temperature of the heater surface was 60 ° C., which was almost equivalent to Example 1. That is, in Examples C, D, E, and F, although the thickness thereof is less than half that in the case of Comparative Example 1, it has excellent heat dissipation characteristics that are equal or equal to or greater. It became clear and the usefulness of this invention was confirmed.

(実施例7〜12)
実施例4と同じ方法で、グラファイトDをもちいて第一層および第二層の銅層の厚さをそれぞれに変えて、同じセラミックヒーターを用いてその放熱効果を測定した。その結果を表5に示す。第一銅層の厚さは放熱特性に大きな影響を与える。本検討でもちいたグラファイトDの様に面方向の熱伝導度が1200W/mKであって、銅の熱伝導度398W/mKよりもはるかに大きい場合には、第一層の厚さが薄いほど放熱効果は優れたものとなる。望ましくは第一層の銅層がなく、グラファイトが第一層である事は特性上は最も好ましい。グラファイトFはグラファイトの粉落ちが少なくグラファイト層を第一層とする場合には好ましく用いる事が出来る。
(Examples 7 to 12)
In the same manner as in Example 4, the thickness of the copper layer of the first layer and the second layer was changed using graphite D, and the heat dissipation effect was measured using the same ceramic heater. The results are shown in Table 5. The thickness of the first copper layer has a great influence on the heat dissipation characteristics. When the thermal conductivity in the plane direction is 1200 W / mK as in the case of the graphite D used in this study and is much larger than the thermal conductivity of copper 398 W / mK, the thinner the first layer is, The heat dissipation effect is excellent. Desirably, there is no first copper layer and graphite is the first layer in terms of characteristics. Graphite F can be preferably used when the graphite layer is used as the first layer because the graphite powder does not fall off.

一方、第二銅層の影響は第一層の影響に比べると大きくない。第二層の役割はグラファイト層の効果で基板全体に広がった熱放熱するための物であり、熱容量の大きさという影響はあるものの、放熱効果と言う観点からは影響が小さいのであろう。   On the other hand, the influence of the second copper layer is not as great as that of the first layer. The role of the second layer is to dissipate heat spread over the entire substrate due to the effect of the graphite layer, and although there is an influence of the heat capacity, the influence will be small from the viewpoint of the heat dissipation effect.

(実施例13〜18)
前記の3種類のグラファイト(A、C,D)を用い、その表面に蒸着法でアルミ層を形成した。次にこうして得られたアルミ/グラファイト/アルミの3層板をアルミ板上にプレス圧着した。得られた放熱基板を実施例1と同じセラミックヒーターを用いてその放熱特性を測定した。結果を表6に示す。また、比較のために同じ厚さのアルミ単体の板を用いてその放熱特性を測定し効果を比較した。厚さ150μm、180μm、1250μmのアルミを用いた場合にはセラミックヒーターの表面温度はそれぞれ98℃、95℃、85℃であった。この事からグラファイトを用いる本発明の方法が優れた放熱効果を有する事が確認できた。
(Examples 13 to 18)
The above three types of graphite (A, C, D) were used, and an aluminum layer was formed on the surface by vapor deposition. Next, the aluminum / graphite / aluminum three-layer plate thus obtained was press-bonded onto the aluminum plate. The heat dissipation characteristics of the obtained heat dissipation substrate were measured using the same ceramic heater as in Example 1. The results are shown in Table 6. For comparison, the heat dissipation characteristics were measured using a single aluminum plate having the same thickness, and the effects were compared. When aluminum having a thickness of 150 μm, 180 μm, and 1250 μm was used, the surface temperature of the ceramic heater was 98 ° C., 95 ° C., and 85 ° C., respectively. From this, it was confirmed that the method of the present invention using graphite has an excellent heat dissipation effect.

(実施例17〜19)
日本タングステン(株)製アルミナ(商品名NPA−5)を加工して得られた、直径100mm、熱伝導率20W/mKの円盤を2枚用意し(それぞれの厚さ2mm、10mm)その間にグラファイトフィルム(A、C、D)を挟んで周囲をクリップで留め、その表面(厚さ2mm板側)に実施例1と同様のセラミックヒーターを取り付け、その表面温度を測定した。グラファイトフィルムを挟まない場合にはヒーター表面温度は105℃であったが、グラファイトA、C、Dを挟んだ場合にはそれぞれ、95℃、90℃、84℃であった。この事からグラファイトを挟む事によって優れた放熱特性が実現できた事が分かった。
(Examples 17 to 19)
Two discs with a diameter of 100 mm and a thermal conductivity of 20 W / mK obtained by processing Nippon Tungsten Co., Ltd. alumina (trade name NPA-5) were prepared (each with a thickness of 2 mm and 10 mm). The periphery of the film (A, C, D) was clipped, and the same ceramic heater as in Example 1 was attached to the surface (2 mm thick plate side), and the surface temperature was measured. When the graphite film was not sandwiched, the heater surface temperature was 105 ° C., but when graphite A, C, and D were sandwiched, they were 95 ° C., 90 ° C., and 84 ° C., respectively. From this, it was found that excellent heat dissipation characteristics could be realized by sandwiching graphite.

(実施例20〜25)
グラファイト(A、B、C、D、E、F)の両表面にGE東芝シリコーン社製のTSE3080シリコーン樹脂を塗布し、それを2枚の日本タングステン(株)製窒化アルミ(商品名NPL−2)、厚さ3mm、直径100mm、熱伝導率170W/mKで挟み放熱基板を作製した。同様の方法で放熱特性を調べたが、グラファイトA、Bではグラファイトを挟んだ効果は認められなかった。これは、グラファイトA、Bの面方向の熱伝導はそれぞれ、240W/mK、300W/mKで窒化アルミの170W/mKよりも大きいにも関わらず、グラファイト面厚さ方向熱伝導がそれぞれ6W/mK、5〜10W/mKと小さいためにその影響が現れたものと考えられる。
(Examples 20 to 25)
TSE3080 silicone resin manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd. was applied to both surfaces of graphite (A, B, C, D, E, F), and two sheets of aluminum nitride manufactured by Nippon Tungsten Co., Ltd. (trade name NPL-2) ), A heat radiating substrate was produced by sandwiching it with a thickness of 3 mm, a diameter of 100 mm, and a thermal conductivity of 170 W / mK. The heat dissipation characteristics were examined by the same method, but graphite A and B did not show the effect of sandwiching the graphite. This is because the heat conduction in the surface direction of graphite A and B is 240 W / mK and 300 W / mK, respectively, which is larger than 170 W / mK of aluminum nitride, but the heat conduction in the thickness direction of graphite is 6 W / mK, respectively. It is thought that the influence appeared because it was as small as 5 to 10 W / mK.

しかしながら、グラファイトC、D、E、Fでは同じ厚さの窒化アルミ単体よりも10℃以上高い放熱特性が確認できた。これは、これらのグラファイトにおける面方向の高い熱伝導度(700W/mK以上)が熱の速やかな拡散に寄与したものと考えられる。   However, graphite C, D, E, and F were able to confirm heat dissipation characteristics that were 10 ° C. higher than that of aluminum nitride having the same thickness. This is presumably because the high thermal conductivity (700 W / mK or more) in the plane direction in these graphites contributed to the rapid diffusion of heat.

これらの事実から異方性熱伝導体を用いる場合には、異方性熱伝導体の高熱伝導方向の熱伝導率は用いられる等方性熱伝導体の2倍以上ある事が望ましい好ましい事が分かる。   From these facts, when an anisotropic heat conductor is used, it is desirable that the heat conductivity in the high heat conduction direction of the anisotropic heat conductor is preferably at least twice that of the isotropic heat conductor used. I understand.

(実施例26)
以上の実施例を元にLEDでの実証試験を行った。(1)ポリイミド樹脂上に銅配線を施した基板実装基板、(2)窒化アルミ基板に銅ペーストを焼き付けて回路形成を行った基板、(3)最表面を前記窒化アルミ回路としさらに裏面にグラファイトDを貼り付けた基板、の3種類で比較実験を行った。用意した発光ダイオードに3Vの電圧を印加し、200mAの電流を流すことができる素子を使用した。発光ダイオード(LED)のジャンクション温度の上昇が上昇すると相対的に光出力が減少するから、逆にそれぞれの基板を用いたときの発光強度を測定すれば基板の放熱効果を見積もる事が出来る。その結果、(1)基板の発光強度を100とすると、(2)の基板ではおよそ120、(3)の基板ではおよそ130の発光強度が得られた。この事から(3)基板を用いる事によって、ジャンクション温度を30℃以上低下出来る事が分かった。
(Example 26)
Based on the above examples, a verification test was conducted with LEDs. (1) Substrate mounting substrate with copper wiring on polyimide resin, (2) Substrate formed by baking copper paste on aluminum nitride substrate to form a circuit, (3) The outermost surface is the aluminum nitride circuit, and the back surface is graphite. A comparative experiment was performed with three types of substrates, D attached to the substrate. An element capable of applying a voltage of 3 V to the prepared light emitting diode and allowing a current of 200 mA to flow was used. When the increase in the junction temperature of the light emitting diode (LED) is increased, the light output is relatively decreased. On the contrary, if the emission intensity when each substrate is used is measured, the heat dissipation effect of the substrate can be estimated. As a result, assuming that (1) the emission intensity of the substrate is 100, the emission intensity of about 120 was obtained for the substrate of (2) and about 130 for the substrate of (3). From this, it was found that the junction temperature can be lowered by 30 ° C. or more by using the substrate (3).

11 LEDチップ
12 透明封止樹脂
13 リード線
14 配線回路
15 異方的熱伝導層(グラファイト層)
16 絶縁性等方的熱伝導層
17 絶縁性等方的熱伝導層
21 導電性等方的熱伝導層(金属層)
22 絶縁層
23 導電性等方的熱伝導層(金属層)
31 異方的熱伝導層(グラファイト層)
32 導電性等方的熱伝導層(金属層)
41 絶縁性等方的熱伝導層
51 透明封止樹脂
52 絶縁性等方的熱伝導層
53 導電性等方的熱伝導層(金属層)
11 LED chip 12 Transparent sealing resin 13 Lead wire 14 Wiring circuit 15 Anisotropic heat conduction layer (graphite layer)
16 Insulating Isotropic Thermal Conductive Layer 17 Insulating Isotropic Thermal Conductive Layer 21 Conductive Isotropic Thermal Conductive Layer (Metal Layer)
22 Insulating layer 23 Conductive isotropic thermal conductive layer (metal layer)
31 Anisotropic heat conduction layer (graphite layer)
32 Conductive isotropic heat conduction layer (metal layer)
41 Insulating Isotropic Thermal Conductive Layer 51 Transparent Sealing Resin 52 Insulating Isotropic Thermal Conductive Layer 53 Conductive Isotropic Thermal Conductive Layer (Metal Layer)

Claims (18)

少なくとも等方的熱伝導層と、異方的熱伝導層とを、含む2層以上の放熱基板であって、
異方的熱伝導層における熱伝導度の異方性が10倍以上であり、
異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より2倍以上大きい、放熱基板。
It is a heat dissipation board having two or more layers including at least an isotropic heat conductive layer and an anisotropic heat conductive layer,
Anisotropy of thermal conductivity in the anisotropic heat conductive layer is 10 times or more,
A heat dissipation board having a thermal conductivity in the direction of high thermal conductivity in the anisotropic heat conductive layer that is at least twice as large as that of the isotropic heat conductive layer.
前記の異方的熱伝導層が少なくとも熱伝導度の異方性を有するグラファイト層であり、
グラファイト層の面方向の熱伝導度が200W/mK以上である、請求項1記載の放熱基板。
The anisotropic heat conductive layer is a graphite layer having at least anisotropy of thermal conductivity;
The heat dissipation substrate according to claim 1, wherein the thermal conductivity in the plane direction of the graphite layer is 200 W / mK or more.
前記等方的な熱伝導層が熱伝導度100W/mK以上の金属を含む、請求項1〜2のいずれかに記載の放熱基板。   The heat dissipation substrate according to claim 1, wherein the isotropic heat conductive layer includes a metal having a thermal conductivity of 100 W / mK or more. 前記等方的な熱伝導層が熱伝導度10W/mK以上のセラミックを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の放熱基板。   The heat dissipation substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the isotropic heat conductive layer includes a ceramic having a thermal conductivity of 10 W / mK or more. 前記異方的熱伝導層の最大厚さが1mm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の放熱基板。   The heat dissipation substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the anisotropic heat conduction layer has a maximum thickness of 1 mm or less. 前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している、請求項1〜5のいずれかに記載の放熱基板。   The heat dissipation substrate according to claim 1, wherein the isotropic heat conductive layer and the anisotropic heat conductive layer in the substrate are in direct contact. 請求項3記載の金属が、請求項2記載のグラファイト層表面に無電解メッキ法により形成されている、放熱基板。   A heat dissipation substrate, wherein the metal according to claim 3 is formed on the surface of the graphite layer according to claim 2 by an electroless plating method. 請求項2記載の熱伝導性の異方性を有するグラファイトがポリイミド、ポリオキサゾ−ル、及びポリパラフェニレンビニレンから選ばれた1種以上の高分子フィルムを不活性ガス中、2400℃以上の温度で熱処理して得られうるものである、請求項2〜7のいずれかに記載の放熱用基板。   The at least one polymer film selected from the group consisting of polyimide, polyoxazole, and polyparaphenylene vinylene is used as the graphite having thermal conductivity anisotropy according to claim 2 in an inert gas at a temperature of 2400 ° C or higher. The heat dissipation substrate according to any one of claims 2 to 7, which can be obtained by heat treatment. 少なくとも等方的熱伝導層と、異方的熱伝導層とを含む2層以上の構成であって、
異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が10倍以上であり、
異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より2倍以上大きい、発光ダイオード用基板。
It is a configuration of two or more layers including at least an isotropic heat conductive layer and an anisotropic heat conductive layer,
Anisotropy of heat conduction in the anisotropic heat conduction layer is 10 times or more,
A substrate for a light emitting diode, wherein the thermal conductivity in the direction of high thermal conductivity in the anisotropic thermal conductive layer is at least twice as large as that of the isotropic thermal conductive layer.
前記の異方的熱伝導層が少なくとも熱伝導度の異方性を有するグラファイト層であり、
グラファイト層の面方向の熱伝導度が200W/mK以上である、請求項9記載の発光ダイオード用基板。
The anisotropic heat conductive layer is a graphite layer having at least anisotropy of thermal conductivity;
The light emitting diode substrate according to claim 9, wherein a thermal conductivity in a plane direction of the graphite layer is 200 W / mK or more.
前記等方的な熱伝導層が熱伝導度100W/mK以上の金属を含む、請求項9〜10のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。   The light-emitting diode substrate according to claim 9, wherein the isotropic heat conductive layer includes a metal having a thermal conductivity of 100 W / mK or more. 前記等方的な熱伝導度層が熱伝導度10W/mK以上のセラミックを含む、請求項9〜11のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。   The light-emitting diode substrate according to claim 9, wherein the isotropic thermal conductivity layer includes a ceramic having a thermal conductivity of 10 W / mK or more. 前記異方的熱伝導層の最大厚さが1mm以下である請求項9〜12のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。   The substrate for a light-emitting diode according to claim 9, wherein the anisotropic heat conductive layer has a maximum thickness of 1 mm or less. 前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している、請求項9〜13のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板。   The substrate for a light emitting diode according to claim 9, wherein the isotropic heat conductive layer and the anisotropic heat conductive layer in the substrate are in direct contact with each other. 請求項11記載の金属とする)が、請求項10記載のグラファイト層表面に無電解メッキ法により形成して得られうる、発光ダイオード用基板。   A substrate for a light emitting diode, which can be obtained by forming the surface of the graphite layer according to claim 10 by electroless plating. 請求項10記載の熱伝導性の異方性を有するグラファイトがポリイミド、ポリオキサゾ−ル、及び、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた1種以上の高分子フィルムを不活性ガス中、2400℃以上の温度で熱処理して得られうるものである、発光ダイオード用基板。   The one or more polymer films selected from the group consisting of polyimide, polyoxazole, and polyparaphenylene vinylene, wherein the graphite having thermal conductivity anisotropy according to claim 10 is at a temperature of 2400 ° C or higher in an inert gas. A substrate for a light-emitting diode, which can be obtained by heat treatment with. 最表面が金属を含み、請求項9〜16のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板と、発光ダイオードチップとを含む、発光ダイオード実装基板であって、
発光ダイオードチップが直接基板に実装されている、
発光ダイオード実装基板。
A light emitting diode mounting substrate, wherein the outermost surface includes a metal, and includes the light emitting diode substrate according to any one of claims 9 to 16, and a light emitting diode chip.
The light emitting diode chip is directly mounted on the substrate,
Light emitting diode mounting board.
最表面がセラミックを含み、請求項9〜16のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板と、発光ダイオードチップとを含む、発光ダイオード実装基板であって、
発光ダイオードチップが直接基板に実装されている、
発光ダイオード実装基板。
A light emitting diode mounting substrate, wherein the outermost surface includes ceramic, and includes the light emitting diode substrate according to any one of claims 9 to 16, and a light emitting diode chip.
The light emitting diode chip is directly mounted on the substrate,
Light emitting diode mounting board.
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