JP2022178275A - 放熱板および半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を提供する。【解決手段】３層以上の層が積層された構造を有する放熱板であって、前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備え、前記第１層は第１材料で構成されており、前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料であり、前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含み、前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満であり、前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、前記第１層の前記厚さ方向と直交する面方向の熱伝導率から前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率を引いた値が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、放熱板とした。【選択図】図２

Description

本開示は、放熱板および半導体パッケージに関する。

半導体分野において、半導体素子から生じる熱を効率的に拡散させて半導体素子の過熱を防止するために放熱板が用いられている。放熱板としては、熱伝導率の高い銅などの金属が用いられてきた。放熱板である金属と半導体素子やセラミックスパッケージとの線膨張係数の差により、これらの界面に熱応力が発生し、半導体素子等の破損を生じることがある。このため、熱伝導率の高い金属と線膨張係数が小さい金属との複合材が放熱板として用いられる。例えば、特許文献１には、銅（Ｃｕ）層とモリブデン銅（Ｍｏ－Ｃｕ）複合体層が交互に積層され、最外層が銅層からなる放熱板が開示されている。積層された最外層の銅層を薄くすることで板厚方向の熱伝導率に優れ、かつ熱膨張率が小さい放熱板が得られるとされている。

特開２０１９－０９６６５４号公報

特許文献１に記載される構造によれば、表面中央部に接するように配置された半導体素子からの発熱が放熱板の板厚方向に伝わりやすく、かつ放熱板の平面方向の熱膨張を小さくできる。しかし、半導体技術の進展により半導体素子からの発熱が従来以上に大きくなる傾向にある。従来以上に放熱性能が高く、かつ熱応力による破損が生じ難い放熱板が求められている。本開示は、熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、従来よりもさらに放熱性能に優れた放熱板の提供を目的とする。

本開示の放熱板は、３層以上の層が積層された構造を有する放熱板であって、前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備え、前記第１層は第１材料で構成されており、前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料であり、前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含み、前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満であり、前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、前記第１層の前記厚さ方向と直交する面方向の熱伝導率から前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率を引いた値が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

また、本開示の放熱板は、３層以上の層が積層された構造を有する放熱板であって、前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備え、前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、前記第１層は第１材料で構成されており、前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料であり、前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含み、前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満であり、前記複数の添加粒子の前記金属相の中での配置の異方性を示す配向指標が７０％以上である。

また、本開示の半導体パッケージは、上述した放熱板と、前記第１層の表面上に配置されている半導体素子とを備える。

本開示の放熱板によれば、熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

図１は、実施形態に係る放熱板の一例を示す斜視図である。 図２は、図１の放熱板のＡ－Ａ断面を説明する断面模式図である。 図３は、図２の領域Ｂを拡大した断面模式図である。 図４は、金属相中の添加粒子の配向指標の求め方を説明する図である。 図５Ａは、実施形態に係る放熱板の３層の例を示す断面模式図である。 図５Ｂは、実施形態に係る放熱板の７層の例を示す断面模式図である。 図５Ｃは、実施形態に係る放熱板の４層の例を示す断面模式図である。 図５Ｄは、実施形態に係る放熱板の他の３層の例を示す断面模式図である。 図６は、半導体パッケージの構成例を示す図である。 図７は、面方向の熱伝導率の測定試料の作成手順を説明する図である。 図８は、厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順を説明する図である。 図９は、積層体の放熱性能の評価方法を説明する図である。

［本開示の実施形態の説明］
放熱板の厚さ方向の熱伝導を向上させる従来の技術においては、発熱体から放熱板に伝わった熱は放熱板の厚さ方向と平面方向に等方的に伝わる。このため、厚さの薄い表面層において表面の熱が平面方向に拡がる前に裏面まで伝わる。言い換えると、発熱源の直下において板厚方向に熱の流れが集中する。本願発明者は、このような熱の流れに着目し、発熱体が接していない放熱板の周辺部では板厚方向の熱伝導の効果が得られ難いという課題を見いだした。特に発熱体が放熱板に接している部分の面積よりも放熱板の表面全体の面積が大きい場合に、発熱体が接していない部分が放熱に寄与し難く、放熱板の性能を十分には発揮できない。

以下、本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態に係る放熱板は、３層以上の層が積層された構造を有する放熱板である。前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備える。前記第１層は第１材料で構成されている。前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料である。前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含む。前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満である。前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。前記第１層の前記厚さ方向と直交する面方向の熱伝導率から前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率を引いた値が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。なお、前記積層された構造の厚さ方向は前記３層以上の層が積層された方向である。

発熱体と接する表層である最外層に熱伝導性の良い粒子を添加することで、金属相のみを用いる場合に比べて熱伝導率を変化させることができる。金属相は代表的には銅であり、純銅あるいは銅合金が用いられる。金属相に用いられる材料よりも熱伝導性に優れる粒子を用いることが好ましい。好ましい粒子は、ダイヤモンド粒子または立方晶窒化ホウ素（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ：以下ｃＢＮと記載する）粒子である。ここで、第１層の厚さ方向の熱伝導率と面方向の熱伝導率に差を持たせ、厚さ方向よりも面方向に熱が伝わりやすくすることで、面全体での熱伝達が放熱に寄与しやすくなる。発熱体と接する表面を有する第１層において熱が面方向に拡がることにより、面全体で厚さ方向への熱が伝わりやすくなる。これにより、熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（２）本開示の他の実施形態に係る放熱板は、３層以上の層が積層された構造を有する放熱板である。前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備える。前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。前記第１層は第１材料で構成されている。前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料である。前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含む。前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満である。前記複数の添加粒子の前記金属相の中での配置の異方性を示す配向指標が７０％以上である。

発熱体と接する表層である最外層に熱伝導性の良い粒子を添加することで、金属相のみを用いる場合に比べて熱伝導率を変化させることができる。金属相は代表的には銅であり、純銅あるいは銅合金が用いられる。金属相に用いられる材料よりも熱伝導性に優れる粒子を用いることが好ましい。好ましい粒子は、ダイヤモンド粒子またはｃＢＮ粒子である。ここで、複数の添加粒子の金属相の中での配置が異方性を示すと良い。配置の異方性とは、金属相の中に分散した添加粒子が、直交する２つの方向において密集度が異なることを意味する。言い換えると、ある方向における隣り合う粒子の間隔が、その方向に直交する方向における粒子の間隔より密である。粒子の熱伝導率が金属相の熱伝導率よりも高いことにより、間隔が密である方向への熱の伝達が、間隔が疎である方向の熱の伝達よりも優れる。結果として、当該層の熱伝導率は異方性を持つ。本実施形態においては、当該異方性の程度を配向指標として表す。配向指標の定義と測定方法は後述する。第１層が異方性を有することにより、熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（３）上記実施形態の一態様として、前記放熱板の前記厚さ方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、室温から３００℃まで温度が変化した際の前記放熱板の前記面方向の線膨張係数が９．５ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

これらの態様は放熱板として求められる好ましい性能である。熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板とすることができる。

（４）上記実施形態の一態様として、前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率が３７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、室温から３００℃まで温度が変化した際の前記第１層の前記面方向の線膨張係数が１６．０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

放熱板全体の高い放熱性能を得るために、第１層の厚さ方向の熱伝導率は高い方が好ましい。また、高温での使用を考慮して第１層の面方向の線膨張係数は一定値以下であることが好ましい。これらの態様により厚さ方向の熱伝導率と面方向の線膨張係数のバランスが良く、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（５）上記実施形態の一態様として、前記第１層に接する第２層を備え、第２層の前記厚さ方向の熱伝導率が１４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、室温から３００℃まで温度が変化した際の前記第２層の前記面方向の線膨張係数が７．５ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

第２層は、放熱板全体としての面方向の線膨張係数を低くする目的で設けられる。第２層が上記の態様であると、熱伝導率と線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（６）上記実施形態の一態様として、前記第２層はモリブデンまたはタングステンのいずれか１方または両方を含む第２材料で構成されているとよい。

モリブデンやタングステンは第２層の熱伝導率と線膨張係数を調整するために適した材料である。第２層にはモリブデンやタングステンを単体で用いてもよい。またモリブデンやタングステンと銅を複合させた材料により所望の性能を得ることもできる。これにより、厚さ方向の熱伝導率と面方向の線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（７）上記実施形態の一態様は、前記積層された構造の層の数が３層であり、前記両最外層はいずれも前記第１層であり、前記両最外層の間の層は前記第２層であるとよい。

第１層、第２層、第１層をこの順で積層することは、積層数が３層の場合の好ましい組み合わせの例である。この３層構造により、厚さ方向の熱伝導率と面方向の線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。また、積層方向に対称な層構造にすることにより、放熱板自体の反りが生じ難い。

（８）上記実施形態の一態様は、前記積層された構造の層の数が５層以上の奇数であり、前記両最外層はいずれも前記第１層であり、前記両最外層のそれぞれに接する一対の層はいずれも前記第２層であり、一対の前記第２層の前記第１層と接する面とは対向する面に接する第３層は銅または銅合金で構成されているとよい。

５層の積層体を放熱板とする場合は、第１層、第２層、第３層、第２層、第１層という順で積層することが好ましい。ここで、第３層は主に熱伝導の性能を得るための層であって、銅を主成分とする材料で構成されることが好ましい。第３層は銅または銅合金であるとよい。第３層には第１層と同じ材料を用いてもよい。また、第３層には銅と不可避不純物からなる純銅も好ましく用いられる。この５層構造により、厚さ方向の熱伝導率と面方向の線膨張係数のバランスがよく、放熱性能に優れた放熱板を得ることができる。

（９）本開示の一実施形態に係る半導体パッケージは、上述のいずれかの放熱板と、前記第１層の表面上に配置されている半導体素子とを備える。

上記の放熱性能に優れた放熱板を用いることによって、過熱による動作不良や破損の発生を抑止した半導体パッケージを得ることができる。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態に係る放熱板の具体例を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一の部分又は相当する部分を示す。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。
１つの実施形態において説明する構成は、特段の断りがない限り、他の実施形態にも適用可能である。以下の説明で特定の方向や位置を示す用語を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。特定の方向や位置を示す用語としては、例えば、「上」「上面」「前」「表」などが挙げられる。

図１は、実施形態に係る放熱板の一例を示す斜視図である。図１の放熱板１は表面２と裏面３を有し、平面視で長方形をなす板状体である。以下の説明では放熱板１の表面２と裏面３を構成する面の方向をＸ－Ｙ平面とし、板の厚さ方向をＺ方向と定義する。表面２の一部または全部に放熱する対象である発熱体（図示しない）を配置する。発熱体から表面２に伝わった熱は、厚さ方向、即ちＺ方向に伝わり、裏面３から放熱される。裏面３には他の伝熱媒体としての金属や液体などが接していても良い。放熱板１はＺ方向に複数の層が積層された構造を有しており、最外層の一方の面が表面２、他の最外層の一方の面が裏面３として露出している。なお、図１の形状はあくまで説明のための例示であって、放熱板の形状は長方形に限定されない。放熱板の形状と寸法は実装される目的に応じて設計される。

図２は、図１の放熱板１をＡ－Ａ線にてＺ方向に切断した断面を説明する模式図である。放熱板１はＺ方向に複数の層を有している。この実施形態では５層の場合を示している。図の上部に配置される表面２を有する層が第１層１０１、第１層１０１に接する層が第２層１０２、第２層１０２の第１層１０１に接する側とは反対側の面に接する層が第３層１０３である。第１層１０１は第１材料１０で構成されている。第１層１０１に接する第２層１０２は第２材料２０で構成されている。第３層１０３は第３材料３０で構成されている。第３層１０３に続く４番目の層は第２層１０２と同じ第２材料２０で構成されている。裏面３を有する層は第１層と同じ第１材料１０で構成されている。各層の厚さは放熱板１としての所望の性能が得られる範囲で種々選択可能である。図２に示す実施形態では、厚さ方向の中央を挟んで上下に対称な積層構造となるように各層の厚さを決めている。

第１材料１０は、銅を主成分とする金属相の中に添加粒子を含む材料である。添加粒子は金属相の中に複数の独立した粒子として分散している。添加粒子の材料は金属相の材料よりも熱伝導率の高い材料である。好ましい態様として、添加粒子にはダイヤモンドまたはｃＢＮのいずれか一方を含む。ダイヤモンドおよびｃＢＮの両方を含んでも良い。添加粒子は代表的にはダイヤモンド粒子またはｃＢＮ粒子である。ここで、「銅を主成分とする金属相」とは、金属相に占める銅の含有量が５０質量パーセント以上の金属相である。銅を主成分とする金属相は、７０質量パーセント以上の銅を含有していることが好ましく、最も好ましくは純銅である。純銅とは、銅と不可避不純物とからなる金属材料である。

このような材料を用いることで、第１層１０１の面方向の熱伝導率から厚さ方向の熱伝導率を引いた値が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが可能となる。面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高いことで、熱が面方向に伝わりやすい。例えば第１層１０１の表面２の一部に伝わった熱は、第１層１０１の中で面方向に伝わりつつ厚さ方向にも伝わってゆく。このため第１層１０１全体が厚さ方向の熱伝導に寄与することができる。第１層１０１の表面２から第２層１０２に接する面に伝わった熱は、その後第２層１０２から順に厚さ方向に伝わってゆく。このため、放熱板１全体として効率よく厚さ方向に熱を伝えることが可能となる。

図３は、金属相中に添加粒子が存在する様子を表している。図３は図２に破線で示される領域Ｂを拡大した断面を模式的に示した図である。添加粒子１２は金属相１１の中に複数の粒子として分散している。添加粒子１２の形状は一定ではない。個々の粒子は互いに離間して存在していてもよいし、複数の粒子が接するように存在していてもよい。

複数の添加粒子の金属相の中での配置は異方性を有している。配置が異方性を有するとは、金属相の中に分散した添加粒子が、直交する２つの方向において密集度が異なることを意味する。具体的には、第１層の面方向と厚さ方向とを比較した場合に、隣り合う添加粒子の平均的な距離は、面方向の距離の方が厚さ方向よりも短い。この異方性の度合いを配向指標として定義する。以下、添加粒子１２の配向指標について説明する。

図４は図３に示した第１層１０１の厚さ方向の断面における添加粒子の配置状態を示している。ここで添加粒子１２０を基準とする粒子とした場合に、隣り合う粒子である添加粒子１２１、１２２，１２３が存在している。隣り合う粒子は次の通り定義する。基準とする粒子の重心を中心としてその粒子の輪郭までの最大距離を求める。次に、ある粒子と基準となる粒子との間隔の最短距離を求める。間隔とは基準となる粒子の表面と、ある粒子の表面の間の距離である。求めた最短距離が、上記最大距離の１５％以内の長さの場合に、その粒子を隣り合う粒子と定義する。図４において、基準となる添加粒子１２０の断面の重心を重心１３０とする。同様に添加粒子１２１の断面における重心１３１、添加粒子１２２の重心１３２、添加粒子１２３の重心１３３がそれぞれ黒い点で示されている。図４の横軸は面方向であるＸ－Ｙ平面に平行な方向、縦軸は厚さ方向であるＺ方向である。重心１３０と重心１３１とを結ぶ直線が面方向である横軸と成す角度をθ_Ａとする。重心１３０と重心１３２とを結ぶ直線が面方向と成す角度をθ_Ｂとする。重心１３０と重心１３３とを結ぶ直線が面方向と成す角度をθ_Ｃとする。このような角度θが４５度より小さいことは、隣り合う粒子が厚さ方向よりも面方向に近く配置されていることを示すことになる。

断面観察において基準となる粒子を３０個以上抽出する。抽出されたそれぞれの基準粒子について隣り合う粒子を求めて角度θを算出する。算出された全ての角度θの数に対して、角度θが３０度以下の数の割合を百分率で表したものを、配向指標と定義する。このように、配向指標は添加粒子の金属相中での異方性を表している。配向指標が大きな値であるほど添加粒子は面方向に近く密集していることとなる。

第２材料２０は、モリブデンまたはタングステンを含む材料である。第２層１０２には第１層１０１に比較して線膨張係数が小さい材料を用いることが好ましい。第２層１０２の線膨張係数を小さくすることで、放熱板１全体の面方向の線膨張係数を小さくすることができる。モリブデンまたはタングステンを含む材料としては、放熱板１に用いられる既知の材料を適用することができる。例えば、第２層１０２を構成する材料は、モリブデンまたはタングステン、および不可避不純物からなる材料であっても良い。第２層１０２を構成する材料は、モリブデンまたはタングステンの粉体を焼結した多孔体中に銅を含浸させた複合材料であってもよい。複合材料を用いることで、熱伝導率と線膨張係数を所望の範囲に調整することができる。なお、モリブデンまたはタングステンを含む材料は、モリブデンを含む材料、タングステンを含む材料、モリブデンとタングステンの両方を含む材料のいずれでもよい。

第３材料３０は、銅を主成分とする材料であると良いが、特に限定されない。第３材料３０として第１材料１０と同じ材料を用いることもできる。第３層１０３には熱伝導が良い材料を用いることで放熱板１全体の厚さ方向の熱伝導率を高める効果がある。第３材料３０には純銅が好ましく用いられる。

以上、放熱板１の積層数が５層の場合を例として説明したが、層の数は３層以上であれば良い。３層の場合の放熱板１の例を図５Ａに示す。図５Ａの放熱板１は表面２から裏面３に向けて順に第１材料１０、第２材料２０、第１材料１０の順で構成されている。７層以上の場合は、第３材料３０と第２材料２０の層の繰り返しを増やすことが好ましい。図５Ｂは７層の場合の代表的な構造を示す。図５Ｂの放熱板１は、表面２から裏面３に向けて順に第１材料１０、第２材料２０、第３材料３０、第２材料２０、第３材料３０、第２材料２０、第１材料１０の順で構成されている。

本開示の実施形態においては、層数にかかわらず、表面２を備える第１層１０１は第１材料１０で構成される。表面２は放熱の対象となる発熱体が接する面であり、放熱板１は表面２から裏面３に向けて熱を伝える。層数が奇数の場合は表面２と裏面３が同じ第１材料１０で構成されると良い。層数は偶数とする事も可能である。この場合は表面２は第１材料１０で構成し、第２層１０２は第２材料２０で構成する以外は特に限定されない。図５Ｃに層数が偶数の場合の一例として４層の構成例を示す。図５Ｃの放熱板１は、表面２から裏面３に向けて順に第１材料１０、第２材料２０、第３材料３０、第２材料２０の順で構成されている。

以上に説明した構造の変形例は種々考えられ、上述の構成には限定されない。例えば３層の場合の放熱板１の他の構成例を図５Ｄに示す。図５Ｄに示す放熱板１は、表面２を有する第１層１０１を第１材料１０、表面２から２番目の層である第２層１０２を第２材料２０で構成し、裏面３を有する層の材料を第３材料３０で構成している。

（半導体パッケージ）
図６は、本開示にかかる放熱板１を備えた半導体パッケージ５０の一例を説明する図である。放熱板１の表面２に、半導体素子５３が配置される。半導体素子５３には端子５１を介して電流が供給される。また放熱板１の表面２には半導体素子５３を封止するためのケース部材５２が設けられている。半導体素子５３から生じた熱を素早く外部に伝えて半導体素子５３の温度を保つことが放熱板１の機能である。そのため、放熱板１の裏面は図示しない金属板や他の冷却媒体に接して用いられる。本開示にかかる放熱板１は半導体素子５３から生じた熱を、表面２を構成する第１層において面方向に伝えやすい。面方向に拡がった熱は放熱板１全体を通して厚さ方向に伝わる。さらに放熱板１の面方向の線膨張係数は、半導体素子５３やケース部材５２に用いられるセラミックス等の材料に近い値であるため、温度変化によって各材料や接合面での破損が生じ難い。従来の放熱板を用いた場合に比べて、半導体素子５３からの熱が裏面に伝わりやすく、高い冷却性能と耐久性を兼ね備えた半導体パッケージ５０とすることができる。なお、半導体パッケージ５０の構成は多くの種類があり、上記の例には限定されない。構成の違いにかかわらず、本開示の半導体パッケージ５０には、本開示の放熱板１の表面２に半導体素子５３からの熱が加わるように半導体素子５３が配置され、当該熱を放熱板１の裏面に伝えることで冷却効果を得る構造を含む。

＜実施例Ａ＞
（放熱板の製造）
図２に示す５層の放熱板１を以下の説明のように製造した。

（第１材料の準備）
球状銅（Ｃｕ）粉と、ダイヤモンド粉末を体積比率で１００：０から７４：２６となるように混合した。球状銅粉（福田金属箔粉工業株式会社製Ｃｕ－Ａｔ－１００）は、開き目４５μｍのふるいで粗大粉を除去することで、平均粒径３０μｍとした。ダイヤモンド粉末（株式会社グローバルダイヤモンド社製ＧＭＭ２５）は平均粒径５μｍである。混合された粉を直径２９ｍｍの超硬合金製の型に装填した後、油圧プレスにより１０００ＭＰａの加圧により成形体とした。成形体を直径３０ｍｍの黒鉛型に入れ、通電プラズマ焼結装置にて３０ＭＰａの加圧をしながら温度７００℃、時間２０分の加熱を行って、焼結体を得た。

（第２材料の準備）
第２材料として、所定の厚さのモリブデン（Ｍｏ）板を準備した。

（第３材料の準備）
第３材料として、所定の厚さの純銅板を準備した。

（積層体の製造）
上記のように準備した第１材料、第２材料、第３材料を、それぞれ直径３０ｍｍの円板状に加工した。円板状の各材料を、第１材料、第２材料、第３材料、第２材料、第１材料の順に積層して、内直径３２ｍｍのグラファイト製の型に装填した。装填された積層試料を、温度１０００℃、時間６０分、圧力５０ＭＰａの条件でホットプレスによって接合した。ホットプレス後の全体の厚みが所望の厚さになるようにした。ホットプレスにおいて第１材料に含まれる銅粉はプレスに従い、プレスの方向に直交する方向に沿って扁平形状に変形する。銅粉の変形に伴い、添加粒子であるダイヤモンド粒子またはｃＢＮ粒子は銅粉の扁平の形状に沿うように配置される。これにより、添加粒子の配置の異方性が生じると考えられる。なお、第１材料は銅粉の充填率に応じてホットプレスにより厚さが小さくなるため、ホットプレス後に所望の厚さになるように予め厚さを調整しておく。本実施例ではホットプレスのみによる製造としたが、圧延による製造とすることもできる。

（評価）
積層前の各層の材料および接合された積層体について、面方向および厚さ方向の熱伝導率、面方向の線膨張係数を測定した。

（面方向の熱伝導率を測定するための測定試料）
第１材料の面方向の熱伝導率を測定するための試料は次のように作製した。図７は、面方向の熱伝導率の測定試料の作成手順を説明する図である。図７は放熱板１から第１材料１０を切り出して試料を作成する手順を示している。図７の（ａ）は評価の対象とする放熱板１である。放熱板１は積層体である。積層体の第１層を構成する第１材料１０を積層体から切り出す。切り出された第１材料の厚さをｔｍｍとする。当該材料を図７（ｂ）のような長さＡｍｍ、幅２ｍｍの大きさの薄片に切断する。長さＡは１ｍｍから１０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍである。今回の測定では長さＡを１０ｍｍとした。

以降の手順を図７の（ｃ）（ｄ）を参照して説明する。１０（ｍｍ）をｔ（ｍｍ）で除した値の小数点以下を切上げた数をＸとし、１０（ｍｍ）をＡ（ｍｍ）で除した数の小数点以下を切上げた数をＹとする。準備する薄片の数は、ＸとＹの積の数とする。Ｘ枚の薄片を積層して、高さ約１０ｍｍ、長さＡｍｍ、幅２ｍｍのブロックを作成する。このブロックをＹ個作製する。ここで、図７（ｃ）にＡｇと矢印で示されるように、積層する薄片の各片の間に平均粒径約４μｍの純銀不定形粉末（福田金属箔粉工業株式会社製ＡｇＣ－７４ＳＥ）を配置する。用いる純銀不定形粉末Ａｇの量は各層間に１００ｍｍ^２あたり０．２ｇ±３０％の範囲とする。次にこのブロックを開口の内寸がＡ（ｍｍ）×２（ｍｍ）の矩形状の黒鉛製の型にいれる。上部から４．９Ｎから９．８Ｎの荷重Ｐを図７（ｃ）の太矢印のようにかけながら、不活性ガス中で温度９００℃、時間１０分の熱処理によって銀粉末を軟化変形させて接着する。得られたブロックをＹ個並べることで、高さ約１０ｍｍ、長さ約１０ｍｍ、幅２ｍｍの測定試料が完成する（図７（ｄ））。ここで、Ｙ個並べる際には、ブロックの間を銀ロウ箔やセラミックス接着剤などの８００℃程度まで耐熱が得られる接着部材で接着しても良い。またブロックの外周をステンレスワイヤなどで巻くことで固定しても良い。

（厚さ方向の熱伝導率を測定するための測定試料）
第１材料、第２材料、第３材料または積層体の厚さ方向の熱伝導率の測定試料は次のように作成した。図８は、厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順を説明する図である。図８は放熱板１から第１材料を切り出して試料を作成する手順を示している。図８の（ａ）は評価の対象とする放熱板１である。放熱板１は積層体である。積層体の第１層を構成する第１材料１０を積層体から切り出す。第２材料または第３材料を測定対象とする場合は切り出す対象が異なるだけで手順は同じである。測定対象とする切り出された材料の厚さをｔｍｍとする。当該材料を図８（ｂ）のような長さＢｍｍ、幅Ｃｍｍの大きさの薄片に切断する。長さＢおよび長さＣはそれぞれ１ｍｍから１０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍである。今回の測定では長さＢ、幅Ｃをいずれも１０ｍｍとした。

以降の手順を図８の（ｃ）（ｄ）を参照して説明する。２（ｍｍ）をｔ（ｍｍ）で除した値の小数点以下を切上げた数をＸ１、１０（ｍｍ）をＢ（ｍｍ）で除した数の小数点以下を切上げた数をＹ１、１０（ｍｍ）をＣ（ｍｍ）で除した数の小数点以下を切上げた数をＹ２とする。当該材料について準備する薄片の数は、Ｘ１とＹ１とＹ２との積とする。まず、Ｘ１枚の薄片を積層して、高さ約２ｍｍ、長さＢｍｍ、幅Ｃｍｍのブロックを作成する。当該ブロックをＹ１とＹ２の積の数だけ作製する。ここで、図８（ｃ）にＡｇと矢印で示されるように積層する薄片の各片の間に平均粒径４μｍの純銀不定形粉末Ａｇを配置する。用いる純銀不定形粉末の量は各層間に１００ｍｍ^２あたり０．２ｇ±３０％の範囲であればよい。次にこのブロックを開口の内寸がＢ（ｍｍ）×Ｃ（ｍｍ）の矩形状の黒鉛製の型にいれる。上部から４．９Ｎから９．８Ｎの荷重Ｐを図８（ｃ）の太矢印のようにかけながら、不活性ガス中で温度９００℃、時間１０分の熱処理によって銀粉末を軟化変形させて接着する。得られたブロックを縦Ｙ１個、横Ｙ２個並べることで、高さ約１０ｍｍ、長さ約１０ｍｍ、幅２ｍｍの測定試料が完成する（図８（ｄ））。ここで、縦Ｙ１個、横Ｙ２個並べる際には、ブロックの間を銀ロウ箔やセラミックス接着剤などの８００℃程度まで耐熱が得られる接着部材で接着しても良い。またブロックの外周をステンレスワイヤなどで巻くことで固定しても良い。

（熱伝導率の測定）
熱伝導率の評価はレーザフラッシュ法によって測定される。熱伝導率の測定装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製ＬＦＡ４５７ＭｉｃｒｏＦｌａｓｈ）を用いて熱拡散係数が測定される。構成材料の体積比率から求めた測定試料の比熱を用いて、室温における熱伝導率を算出する。用いる比熱値は次の通りである。
Ｃｕ：３８６Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
Ｍｏ：２５１Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
Ａｇ：２３４Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
（以上、金属データブック第４版、日本金属学会（２００４）より）
ダイヤモンド：５２０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
（Ｃ．Ｍｏｅｌｌｅ ｅｔ ａｌ．，Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ７ （１９９８） ４９９－５０３．より）
ｃＢＮ：６２０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）
（Ｏ．Ｌ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ， Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ． Ｖｏｌ．２４（１９６３）９０９－９１７．より）
なお、評価においては同形状の純銅試料をリファレンスとして同条件下で測定し、数値補正を行った。

（面方向の線膨張係数の測定）
室温から３００℃まで温度が変化した際の第１材料１０の層内方向での線膨張係数は、熱膨張計（ブルカーＡＸＳ社製ＴＤ５０００ＳＡ）を用いて室温から３００℃まで温度が変化した際の第１材料１０の層内方向での膨張変位を測定することにより算出される。第１材料１０の平面形状は、Ｌ３ｍｍ×Ｌ４ｍｍの矩形形状とする。Ｌ３は１ｍｍ以上であり、３ｍｍから５ｍｍが好ましい。Ｌ４は１ｍｍ以上であり、１０ｍｍから２０ｍｍが好ましい。試料厚みはｔｍｍである。測定値は、任意の５カ所から切り出した試料についての平均値とする。評価対象が上記寸法よりも小さい場合には、Ｘ線回折法を用いて線膨張係数を算出しても良い。第１材料１０の放熱面が総面積１００ｍｍ^２となるように１辺１０ｍｍ以上の矩形を同一平面に集積する。室温および３００℃において集積された試料の表面にＸ線を照射し、Ｃｕ（３３１）に対応する回折ピークから回折角（２θ）を導出する。回折角から下記の式を用いることで、格子面間隔の変化率を線膨張係数として利用することができる。材料の面内に異方性が存在する場合は、試料の線膨張係数の測定目的の方向がＸ線の入射面に平行になるように試料を整列させる。室温を２５℃とした場合の線膨張係数の算出式を示す。
（線膨張係数）＝（１／ｓｉｎ（θａｔ３００℃）－１／ｓｉｎ（θａｔ２５℃））×ｓｉｎ（θａｔ２５℃）／（３００－２５）
ここで、θａｔ２５℃は２５℃測定時の回折角２θの１／２倍である。
θａｔ３００℃は３００℃測定時の回折角２θの１／２倍である。

（積層体の放熱性能の評価）
上記で作製した積層体について面方向の放熱性能の評価を行った。積層体の表面での中央部分の温度と、その面の端部の温度との差を端部温度差と呼ぶ。端部温度差を積層体の放熱性能を示す指標として次のように評価した。

図９は、積層体である放熱板の放熱性能の評価方法を説明する図である。図９は次に説明する配置を、放熱板１の一方の側面から見た状態を模式的に示している。放熱板１を表面に垂直な方向からみて縦横１０ｍｍの大きさの矩形状に切断する。当該放熱板１の表面の中央に縦横１ｍｍの発熱体６０を接触させる。発熱体の出力は５０Ｗである。また、放熱板１の裏面に接するようにアルミニウムフィン７０を設ける。放熱板１とアルミニウムフィン７０とはシリコーンオイル（信越化学社製Ｇ－７５１）を界面に塗布し、荷重９．８Ｎをかけて接着させる。発熱体６０と放熱板１の表面との界面の温度Ｔ１と、放熱板１の表面の角部である端部の温度Ｔ２、および放熱板１とアルミニウムフィン７０との接着部の温度を熱電対（図示しない）により測温する。放熱板１とアルミニウムフィン７０との接着部の温度が２５℃±３℃になるようにアルミニウムフィン７０の空冷を制御する。測定環境としての周囲温度は２５℃±５℃である。発熱体６０を放熱板１に接触させた後３０秒以上経過して、温度が定常状態になった状態での温度差Ｔ１－Ｔ２（℃）を端部温度差とする。測定は１０回行い、その平均値を端部温度差として採用した。温度差が小さいほど面内での熱伝導が良好であることを示している。

（添加粒子の配向性評価）
第１材料の添加粒子の配向性評価を行うための試料は次のように作製した。評価試料として、面方向の熱伝導率の測定試料の作成手順における図７の（ｂ）の状態の平板を用いる。当該平板の板面に直交する断面の組織観察を視野を一辺５００μｍの矩形、倍率２００倍として光学顕微鏡または走査電子顕微鏡によって実施した。断面観察において基準とする粒子を３０個抽出し、それぞれについて隣り合う粒子を求め、面方向となす角度θを算出する。算出された全ての角度θの数に対して、角度θが３０度以下の数の割合を百分率で表したものを、配向指標とする。

（積層体の銅と添加粒子の体積比率）
積層体全体の銅（Ｃｕ）と添加粒子との体積比率は、以下の手順で求める。まず、添加粒子がダイヤモンドもしくはｃＢＮであることをＸ線回折（ＸＲＤ）にて確認する。次に、０．５ｇ以上の複合材を試料として、Ｃｕおよびダイヤモンドの炭素またはｃＢＮに含まれるホウ素の重量比率を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法（ＩＣＰ－ＯＥＳ）により求める。ｃＢＮの場合の重量比率はホウ素と窒素が原子比１：１として計算する。得られた重量比率から、各物質の密度を用いて体積比率に換算する。用いる各物質の密度は次の通りである。
Ｃｕ：８．９６ｇ／ｃｍ^３
ダイヤモンド：３．５１ｇ／ｃｍ^３
ｃＢＮ：３．４８ｇ／ｃｍ^３

（評価結果Ａ）
第１層を構成する第１材料の添加粒子として、ダイヤモンド粒子を用いた。ダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標、および厚さが異なる複数の試料を準備して測定を行った。さらに、第２層および第３層の厚さが異なる試料を複数準備した。完成後の積層体の厚さは、０．８ｍｍから２ｍｍである。各試料の構成と測定結果を表１に示す。第１層については、ダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標、層の厚さ、面方向および厚さ方向の熱伝導率およびその差、面方向の線膨張係数を示す。第２層および第３層についてはそれぞれ、層の厚さ、厚さ方向の熱伝導率、面方向の線膨張係数を示す。完成した放熱板である積層体については、全体の厚さ、全体に占める銅の体積比率であるＣｕ割合、厚さ方向の熱伝導率、面方向の線膨張係数、端部温度差を示す。

放熱板となる積層体に求められる性能として端部温度差が５０℃以下、かつ層内の線膨張係数が９．５ｐｐｍ／Ｋ以下であることを判定基準として良好と判断した。表１に示されるように、試料Ａ２からＡ４、Ａ７、Ａ８、Ａ１２からＡ１４、Ａ１７、Ａ１８、Ａ２０からＡ２２、Ａ２５，Ａ２６が判定基準に照らして良好と判断される。

試料Ａ９と試料Ａ１０は第１層に添加粒子であるダイヤモンドを含まない試料での測定結果である。添加粒子を含まないことから、第１層の厚さによらず上記の判定基準を満たしていない。

試料Ａ１から試料Ａ５、試料Ａ１０から試料Ａ１５，および試料Ａ１９から試料Ａ２３は、第１層の厚さが同じでダイヤモンド比率とダイヤモンドの配向指標が異なる試料での測定結果である。試料Ａ１，Ａ５，Ａ１１，Ａ１５，Ａ１９，Ａ２３に示されるダイヤモンド比率が５．０Ｖｏｌ％および２５．０Ｖｏｌ％の試料では、判定基準を満たしていない。これらのデータを考慮して、ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％超、２５Ｖｏｌ％未満が必要である。ダイヤモンド比率は１０Ｖｏｌ％以上２５Ｖｏｌ％未満が好ましく、さらに好ましくは１２Ｖｏｌ％以上２０Ｖｏｌ％以下である。

ダイヤモンドの配向指標に着目すると、配向指標が６１．０％の試料では判定基準を満たさず、７１．０％以上の試料では判定基準を満たしている。ダイヤモンドの配向指標は６５％以上あれば良く、好ましくは７１％以上、さらに好ましくは８２％以上と考える。

試料Ａ１からＡ５の群と、Ａ１０からＡ１５の群、Ａ１９からＡ２３の群の各群は、第２層と第３層の厚さが異なり、放熱板全体の厚さも異なっている。これらいずれの群の試料においても、上述のダイヤモンド比率とダイヤモンドの配向指標の好ましい範囲は同じである。したがって、第２層等の構成にかかわらず第１層が一定の要件を満たすことにより放熱性能に優れた放熱板が得られることが解る。

第１層の面方向の熱伝導率から厚さ方向の熱伝導率を引いた熱伝導率差は、大きな値であるほど面方向へ熱が伝わりやすいことを示す。熱伝導率差が６３Ｗ／ｍ・Ｋでは判定基準を満たさない試料があることから、６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要であると解る。判定基準を満たす試料は全てこの熱伝導率差が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。さらに好ましくは９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると考える。

試料Ａ６から試料Ａ８、試料Ａ１６から試料Ａ１８、および試料Ａ２４から試料Ａ２６は、ダイヤモンド比率とダイヤモンドの配向指標が同じで、第１層の厚さが異なる試料での測定結果である。この結果から、第１層の厚さは０．０５ｍｍ超が必要である。好ましくは、第１層の厚さは０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。

＜実施例Ｂ＞
第２材料としてモリブデン銅（Ｍｏ－Ｃｕ）複合体を用いた以外は実施例Ａと同様の方法で積層体を作成した。

（モリブデン銅複合体の準備）
平均粒径３μｍの粒状モリブデン粉（株式会社アライドマテリアル製ＴＭＯ－３０）を焼結容器に６５体積％、厚さ１０ｍｍで充填した。これを水素雰囲気中にて温度１８００℃、時間１時間で焼結し多孔体を得た。この多孔体に溶解した銅を注湯して含浸させた。含浸後の材料を圧延して０．１ｍｍから１ｍｍの所望の厚さに薄く延ばしてモリブデン銅複合体とした。

（評価結果Ｂ）
評価結果Ａと同様に、第１層を構成する第１材料のダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標が異なる複数の試料を準備して測定を行った。第１層の厚さは０．２５ｍｍ、第２層の厚さは０．１２５ｍｍ、完成後の積層体の厚さを１ｍｍとした。各試料の構成と測定結果を表２に試料Ｂ１から試料Ｂ５で示す。表２に示される測定項目は表１と同じである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定した。表２に示されるように、試料Ｂ２から試料Ｂ４が良好と判断される。

ダイヤモンド比率が４．９Ｖｏｌ％の試料Ｂ１および２６．０Ｖｏｌ％の試料Ｂ５では判定基準を満たしていない。ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％以上、２６Ｖｏｌ％未満が必要である。ダイヤモンド比率は１０Ｖｏｌ％以上２５Ｖｏｌ％未満が好ましく、さらに好ましくは１１．８Ｖｏｌ％以上２０．０Ｖｏｌ％以下である。また、ダイヤモンドの配向指標が、６３．２％の試料では判定基準を満たさず、７１．１％以上の試料では判定基準を満たしている。ダイヤモンドの配向指標は６５％以上あれば良く、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは７１．１％以上が良いと考える。また、第１層の熱伝導率差の値は、試料Ｂ５と試料Ｂ２の比較から７５Ｗ／ｍ・Ｋ超が必要であり、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは８１Ｗ／ｍ・Ｋ以上と考える。

＜実施例Ｃ＞
第２材料として厚さ０．１ｍｍのタングステン（Ｗ）板を用いた以外は実施例Ａと同様の方法で積層体を作成した。

（評価結果Ｃ）
評価結果Ａと同様に、第１層を構成する第１材料のダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標が異なる複数の試料を準備して測定を行った。第１層の厚さは０．２５ｍｍ、第２層の厚さは０．１ｍｍ、完成後の積層体の厚さを１ｍｍとした。各試料の構成と測定結果を表２に試料Ｃ１から試料Ｃ５で示す。表２に示される測定項目は表１と同じである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定した。表２に示されるように、試料Ｃ２から試料Ｃ４が良好と判断される。

ダイヤモンド比率が５．０Ｖｏｌ％の試料Ｃ１および２５．０Ｖｏｌ％の試料Ｃ５では判定基準を満たしていない。ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％超、２５Ｖｏｌ％未満が必要である。ダイヤモンド比率は１０Ｖｏｌ％以上２５Ｖｏｌ％未満が好ましく、さらに好ましくは１２Ｖｏｌ％以上２０Ｖｏｌ％以下である。また、ダイヤモンドの配向指標が、６１．０％の試料では判定基準を満たさず、７１．０％以上の試料では判定基準を満たしている。ダイヤモンドの配向指標は６５％以上あれば良く、好ましくは７１％以上であれば良いと考える。また、第１層の熱伝導率差の値は、試料Ｃ５と試料Ｃ２の比較から６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要であり、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。

＜実施例Ｄ＞
第２材料としてタングステン銅（Ｗ－Ｃｕ）複合体を用いた以外は実施例Ａと同様の方法で積層体を作成した。

（タングステン銅複合体の準備）
平均粒径３μｍの粒状タングステン粉（株式会社アライドマテリアル製Ｃ５０）を焼結容器に６５体積％となるように厚さ１ｍｍで充填した。これを水素雰囲気中にて温度２２００℃、時間１時間で焼結し多孔体を得た。この多孔体に溶解した銅を注湯して含浸させた。含浸後の材料を０．１５ｍｍの厚さに研磨により薄肉化してタングステン銅複合体とした。

（評価結果Ｄ）
評価結果Ａと同様に、第１層を構成する第１材料のダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標が異なる複数の試料を準備して測定を行った。第１層の厚さは０．２５ｍｍ、第２層の厚さは０．１２５ｍｍ、完成後の積層体の厚さを１．００ｍｍとした。各試料の構成と測定結果を表２に試料Ｄ１から試料Ｄ５で示す。表２に示される測定項目は表１と同じである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定した。表２に示されるように、試料Ｄ２から試料Ｄ４が良好と判断される。

ダイヤモンド比率が４．９Ｖｏｌ％の試料Ｄ１および２６．０Ｖｏｌ％の試料Ｄ５では判定基準を満たしていない。ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％以上、２６Ｖｏｌ％未満が必要である。ダイヤモンド比率は１０Ｖｏｌ％以上２５Ｖｏｌ％未満が好ましく、さらに好ましくは１１．８Ｖｏｌ％以上２０．０Ｖｏｌ％以下である。また、ダイヤモンドの配向指標が、６３．２％の試料では判定基準を満たさず、７１．１％以上の試料では判定基準を満たしている。ダイヤモンドの配向指標は６５％以上あれば良く、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは７１．１％以上が良いと考える。また、第１層の熱伝導率差の値は、試料Ｄ５と試料Ｄ２の比較から７５Ｗ／ｍ・Ｋ超が必要であり、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは８１Ｗ／ｍ・Ｋ以上と考える。

＜実施例Ｅ＞
第２材料としてタングステンモリブデン銅（Ｗ－Ｍｏ－Ｃｕ）複合体を用いた以外は実施例Ａと同様の方法で積層体を作成した。

（タングステンモリブデン銅複合体の準備）
平均粒径５μｍの粒状モリブデン粉（株式会社アライドマテリアル製ＴＭＯ６０）と平均粒径３μｍの粒状タングステン粉（株式会社アライドマテリアル製Ｃ５０）を準備した。これらの材料を、モリブデンを３５体積％、タングステンを３５体積％となるように、焼結容器に厚さ１ｍｍで充填した。これを水素雰囲気中にて温度２２００℃、時間１時間で焼結し多孔体を得た。この多孔体に溶解した銅を注湯して含浸させた。含浸後の材料を０．１５ｍｍの厚さに研磨により薄肉化してタングステンモリブデン銅複合体とした。

（評価結果Ｅ）
評価結果Ａと同様に、第１層を構成する第１材料のダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標が異なる複数の試料を準備して測定を行った。第１層の厚さは０．２５ｍｍ、第２層の厚さは０．１２５ｍｍ、完成後の積層体の厚さを１．００ｍｍとした。各試料の構成と測定結果を表２に試料Ｅ１から試料Ｅ５で示す。表２に示される測定項目は表１と同じである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定した。表２に示されるように、試料Ｅ２から試料Ｅ４が良好と判断される。

ダイヤモンド比率が４．９Ｖｏｌ％の試料Ｅ１および２６．０Ｖｏｌ％の試料Ｅ５では判定基準を満たしていない。ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％以上、２６Ｖｏｌ％未満が必要である。ダイヤモンド比率は１０Ｖｏｌ％以上２５Ｖｏｌ％未満が好ましく、さらに好ましくは１１．８Ｖｏｌ％以上２０．０Ｖｏｌ％以下である。また、ダイヤモンドの配向指標が、６３．２％の試料では判定基準を満たさず、７１．１％以上の試料では判定基準を満たしている。ダイヤモンドの配向指標は６５％以上あれば良く、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは７１．１％以上が良いと考える。また、第１層の熱伝導率差の値は、試料Ｅ５と試料Ｅ２の比較から６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上がさらに好ましく得られる。

＜実施例Ｆ＞
ダイヤモンドに変えてｃＢＮを添加粒子として用いた評価を行った。第２材料としてモリブデン板を用いて、実施例Ａと同様の方法で各層の厚さを変えた積層体を作成した。

（第１材料の準備）
球状銅（Ｃｕ）粉と、ｃＢＮ粉末を体積比率で９０：１０から約７０：３０となるように混合した。球状銅粉（福田金属箔粉工業株式会社製Ｃｕ－Ａｔ－１００）は開き目４５μｍのふるいで粗大粉を除去することで平均粒径３０μｍとした。ｃＢＮ粉末（株式会社グローバルダイヤモンド社製ＦＢＮ－ＢＭ）は平均粒径５μｍである。混合された粉を直径２９ｍｍの超硬合金製の型に装填した後、油圧プレスにより１０００ＭＰａの加圧により成形体とした。成形体を直径３０ｍｍの黒鉛型に入れ、通電プラズマ焼結装置にて３０ＭＰａの加圧をしながら温度７００℃、時間２０分の加熱を行って、焼結体を得た。

（評価結果Ｆ）
評価結果Ａと同様に、第１層を構成する第１材料のダイヤモンド比率、ダイヤモンドの配向指標が異なる複数の試料を準備して測定を行った。第１層の厚さは０．２５ｍｍ、第２層の厚さは０．１０ｍｍ、完成後の積層体の厚さを１．００ｍｍとした。各試料の構成と測定結果を表３に示す。表３に示される測定項目は表１と同じである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定した。表３に示されるように、試料Ｆ２から試料Ｆ４が良好と判断される。

ｃＢＮ比率が１０．０Ｖｏｌ％の試料Ｆ１および３０．２Ｖｏｌ％の試料Ｆ５では判定基準を満たしていない。ｃＢＮ比率は１０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％以下であることが必要であると考えられる。ｃＢＮ比率の下限は、好ましくは１２Ｖｏｌ％以上、さらに好ましくは１８Ｖｏｌ％以上である。ｃＢＮ比率の上限は、好ましくは２５Ｖｏｌ％以下、さらに好ましくは２０Ｖｏｌ％以下であると考える。ｃＢＮの配向指標に着目すると、６８．０％の試料では判定基準を満たしていない。ｃＢＮの配向指標は６８％超、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上がよいと考える。また、第１層の熱伝導率差の値は、６０Ｗ／ｍ・Ｋ超、さらには７１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より限定的には８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とできることが判る。

＜実施例Ｇ＞
積層体の層数の違いによる性能の違いを確認するため、添加粒子としてダイヤモンドを用い、第２材料としてモリブデン板を用い、構成の異なる複数の試料を作成して実験を行った。

（放熱板の製造）
全体が３層の放熱板は図５Ａに示す構造である。実施例Ａの製造方法と同様に第１材料および第２材料を準備して、実施例Ａと同様の条件でホットプレスにより積層体を形成した。全体が５層の放熱板は実施例Ａで用いた積層体である。全体が７層の放熱板は図５Ｂに示す構造である。実施例Ａの製造方法と同様に第１材料、第２材料および第３材料を準備して、実施例Ａと同様の条件でホットプレスにより積層体を形成した。全体が９層の放熱板は、図示しないが図５Ｂの７層構造にさらに第２材料と第３材料の層を加えて全体として９層とする。第１材料、第２材料および第３材料の準備、および積層体の形成方法は実施例Ａと同様である。

（評価結果Ｇ）
表４の試料Ｇ１から試料Ｇ８に、全体が３層の積層体の構成と評価結果を示す。表４の試料Ｈ１から試料Ｈ８に、全体が７層の積層体の構成と評価結果を示す。表４の試料Ｋ１から試料Ｋ７に、全体が９層の積層体の構成と評価結果を示す。全体が５層の積層体の構成と評価結果は、表１に示した通りである。

実施例Ａと同じ判定基準を用いて良否を判定する。表１および表７を参照して、第１層の厚さが同じでダイヤモンド比率とダイヤモンドの配向指標が異なる試料での測定結果を比較すると、全体の積層数にかかわらず、ダイヤモンド比率は５Ｖｏｌ％超２５Ｖｏｌ％未満、好ましくは１０Ｖｏｌ％以上、２５Ｖｏｌ％以下、さらに好ましくは１２Ｖｏｌ％以上、２０Ｖｏｌ％以下である。ダイヤモンドの配向指標は６１％超、好ましくは７１％以上である。また、ダイヤモンド比率とダイヤモンドの配向指標が同じで厚さが異なる試料での測定結果を参照すると、第１層の厚さは０．０５ｍｍ超が必要であり、０．１０ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下が好ましい。好ましいダイヤモンド比率の範囲において、第１層の熱伝導率差の値は、６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要であると解る。判定基準を満たす試料は全てこの熱伝導率差が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。さらに好ましくは９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると考える。

＜実施例全体＞
放熱板全体の特性としては、厚さ方向の熱伝導率が大きいことも重要である。厚さ方向の熱伝導率は３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。上記実施例において判断基準を満たすと判断された試料のうち試料Ｇ７のみは３００Ｗ／ｍ・Ｋを満たしていない。これは層数が３層である試料の層構造においては、放熱板全体のＣｕ比率が少なくなってしまうことで厚さ方向の熱伝導率が小さくなるためであると考えられる。

第１層の特性に着目すると、厚さ方向の熱伝導率が高く、面方向の線膨張係数が小さいことが好ましい。上記実施例において判断基準を満たすと判断された試料において、添加粒子がダイヤモンド粒子の場合は、厚さ方向の熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、面方向の線膨張係数が１６．０ｐｐｍ／Ｋ以下である。また、添加粒子がｃＢＮ粒子の場合は、厚さ方向の熱伝導率が３７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、面方向の線膨張係数が１５．０ｐｐｍ／Ｋ以下である。これらから、第１層の厚さ方向の熱伝導率が３７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
室温から３００℃まで温度が変化した際の第１層の面方向の線膨張係数が１６．０ｐｐｍ／Ｋ以下であると好ましいと考える。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 放熱板
２ 表面
３ 裏面
１０ 第１材料
２０ 第２材料
３０ 第３材料
１０１ 第１層
１０２ 第２層
１０３ 第３層
１１ 金属相
１２ 添加粒子
５０ 半導体パッケージ
５１ 端子
５２ ケース部材
５３ 半導体素子
６０ 発熱体
７０ アルミニウムフィン

Claims (9)

1. ３層以上の層が積層された構造を有する放熱板であって、
   前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備え、
   前記第１層は第１材料で構成されており、
   前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料であり、
   前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含み、
   前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満であり、
   前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、
   前記第１層の前記厚さ方向と直交する面方向の熱伝導率から前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率を引いた値が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、
   放熱板。
2. ３層以上の層が積層された構造を有する放熱板であって、
   前記積層された構造における厚さ方向の両最外層の少なくとも一方の層である第１層を備え、
   前記第１層の厚さが０．１ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、
   前記第１層は第１材料で構成されており、
   前記第１材料は、銅を主成分とする金属相の中に分散した状態の複数の添加粒子を含む材料であり、
   前記添加粒子はダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素のいずれか一方または両方を含み、
   前記添加粒子が前記第１材料全体に占める体積比率が１０体積％超２５体積％未満であり、
   前記複数の添加粒子の前記金属相の中での配置の異方性を示す配向指標が７０％以上である、
   放熱板。
3. 前記放熱板の前記厚さ方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
   室温から３００℃まで温度が変化した際の前記放熱板の前記面方向の線膨張係数が９．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
   請求項１または請求項２に記載の放熱板。
4. 前記第１層の前記厚さ方向の熱伝導率が３７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
   室温から３００℃まで温度が変化した際の前記第１層の前記面方向の線膨張係数が１６．０ｐｐｍ／Ｋ以下である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放熱板。
5. 前記第１層に接する第２層を備え、
   前記第２層の前記厚さ方向の熱伝導率が１４５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
   室温から３００℃まで温度が変化した際の前記第２層の前記面方向の線膨張係数が７．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放熱板。
6. 前記第２層はモリブデンまたはタングステンのいずれか１方または両方を含む第２材料で構成されている、
   請求項５に記載の放熱板。
7. 前記積層された構造の層の数が３層であり、
   前記両最外層はいずれも前記第１層であり、
   前記両最外層の間の層は前記第２層である、
   請求項５または請求項６に記載の放熱板。
8. 前記積層された構造の層の数が５層以上の奇数であり、
   前記両最外層はいずれも前記第１層であり、
   前記両最外層のそれぞれに接する一対の層はいずれも前記第２層であり、
   一対の前記第２層の前記第１層と接する面と対向する面に接する第３層は銅または銅合金で構成されている、
   請求項５または請求項６に記載の放熱板。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の放熱板と、
   前記第１層の表面上に配置されている半導体素子と、
   を備える半導体パッケージ。

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