JP6927490B2 - 放熱構造体 - Google Patents

Description

本発明は、パワーデバイスなどの発熱性部材から発生する熱を効率よく外部に放散させる放熱構造体に関する。

パワーデバイスなどの発熱性部材には、自己が発生する熱によって過熱されて自己の温度が上昇することによる発熱性部材およびその周辺部材の性能の劣化を防止するため、ヒートシンクと呼ばれる放熱部材が接合されている。

前記発熱性部材と、放熱部材との接合には、例えば、金属ペースト、熱伝導性接着剤、半田、耐熱性のグリース等が使用されている（特許文献１の段落［００４７］、特許文献２の段落［００１４］）。
しかしながら、近年、基材のコンパクト化や高機能化により、発熱性部材における発熱量がより大きくなっており、従来の金属ペースト、熱伝導性接着剤、半田、耐熱性のグリースでは、発熱性部材から放熱部材への熱伝導が十分に行えず、発熱性部材およびその周辺部材が高温化する問題がある。このような高温は発熱性部材およびその周辺部材の特性、さらには、これらの部材を備えた装置の動作へ悪影響を与えるおそれがある。

特許第４７４８１７３号 特許第４９４７１３５号

本発明の目的は、比較的簡易な構成でありながら、効率のよい放熱を実現できる放熱構造体を提供することにある。

本発明者らは上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、発熱性部材と放熱部材との間を接合する接合層として、銀原子の集合体からなるナノ銀粒子、例えば、平均粒径が１〜２０ｎｍの範囲にある銀核の周囲に、炭素数が１〜１２のアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層を有する複合銀ナノ粒子の焼結体を採用することで、発熱性部材から放熱部材への熱伝導性が顕著に向上して、放熱を効率よく行うことが可能になることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の要旨は、
（１）発熱性部材と放熱部材とが接合層を介して熱的に接合され、且つ、前記発熱性部材が接合されている前記放熱部材の表面または内部に一層または積層されたグラフェンが配置された放熱構造体であって、
前記接合層の厚さが０．０２〜０．１ｍｍであり、
前記接合層が、銀原子の集合体からなる平均粒径が１〜２０ｎｍの範囲にある銀核の周囲に、炭素数が１〜１２のアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層を有する複合銀ナノ粒子の焼結体からなることを特徴とする放熱構造体、
（２） 前記放熱部材の材質が、タングステン、モリブデン、アルミニウム、鉄、銅、銅タングステン合金、銅モリブデン合金、セラミックス、アルミ−ケイ素複合体、アルミ−炭化ケイ素複合体又はマグネシウム−炭化ケイ素複合体である、前記（１）に記載の放熱構造体、
（３）前記グラフェンの表面に金または銀を含むコーティング層が設けられている前記（２）に記載の放熱構造体
に関する。

本発明の放熱構造体によれば、発熱性部材と放熱部材との間の接合層として、前記複合銀ナノ粒子の焼結体を用いるという比較的簡易な構成でありながら、発熱性部材から放熱部材への熱伝導率が顕著に向上するため、電子機器などの様々な装置に本発明の放熱構造体を設けることで、これらの装置において効率のよい放熱を実現することが可能になる。
また、本発明の放熱構造体では、前記複合銀ナノ粒子の焼結体は、耐熱性に優れたものであり、前記発熱性部材と前記放熱部材との接合状態を安定に維持することができる。

本発明の一実施形態による放熱構造体１の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による放熱構造体１ａの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による放熱構造体１ｂの構造を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による放熱構造体１ｃの構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態による放熱構造体１の構造を示す断面図である。同図に示す放熱構造体１は、発熱性部材２および放熱部材３を有し、前記発熱性部材２と前記放熱部材３とが接合層４を介して熱的に接合されている。

前記発熱性部材２としては、例えば、ＣＰＵのような発熱量の大きな集積回路やパワートランジスタを搭載している半導体チップ、前記発熱量の大きな半導体チップを搭載する半導体基板、放熱性の半導体パッケージなどが挙げられるが、特に限定はない。

前記放熱部材３とは、放熱を目的とする部品であり、いわゆるヒートシンクまたはヒートスプレッダーなどの熱を移動させることを目的としての部品である。
前記放熱部材３の材質としては、タングステン、モリブデン、アルミニウム、鉄、銅などの金属、銅タングステン合金、銅モリブデン合金などの複合金属、セラミックス、アルミ−ケイ素複合体、アルミ−炭化ケイ素複合体、マグネシウム−炭化ケイ素複合体などのセラミックス−金属複合体などが挙げられるが、特に限定はない。また、前記放熱部材３の形状についても、表面積が大きくなるような形状、例えば、図１、２、３、４に示すようなフィン状の他に、剣山状、蛇腹状などが挙げられるが、特に限定はない。また、前記放熱部材３の大きさについても、放熱構造体１、１ａ、１ｂ、１ｃを備える装置の大きさに応じて適宜決定すればよい。例えば、前記放熱部材３がフィン状であれば、０．５〜５ｍｍの厚みに調整されていればよい。

前記接合層４は、銀原子の集合体からなる平均粒径が１〜２０ｎｍの範囲にある銀核の周囲に、炭素数が１〜１２のアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層を有する複合銀ナノ粒子の焼結体で構成される。かかる構成により、前記接合層４の接合強度が高くなり、かつ優れた熱伝導性を有するものとなる。

前記複合銀ナノ粒子の銀核粒径は１〜２０ｎｍであり、複合銀ナノ粒子自体の粒径はアルコール有機被覆層の厚み分だけ増大するが、炭素数が１〜１２に制限されるから、その厚みはそれほど大きくない。炭素数が小さくなるほどその厚みも小さくなり、同時に銀核重量比が増大し、接合強度も強くなる性質を有する。

前記複合銀ナノ粒子の銀核粒径は、複合銀ナノ粒を高分解能透過型電子顕微鏡で観察することで確認できる。例えば、国際公開第２００９／０９０８４６号に記載の複合銀ナノ粒子では、京都大学に設置されている加速電圧２００ｋＶの透過型電子顕微鏡ＪＥＭ−２０００ＦＸにより撮影すると、単分散した状態にある複合銀ナノ粒子の銀核に格子像が確認されており、その銀核直径は１〜２０ｎｍの範囲にあり、格子間隔は０．２４ｎｍとなり、バルク銀の（１１１）面の面間隔と一致することが確認され、この結果から、銀核は多結晶ではなく、銀の単結晶であるか、単結晶に近い状態にあることが分かっている。従って、アルコール由来物質により銀核が被覆されている複合銀ナノ粒子は、格子像が観察される程度に結晶性が高く、その結果、銀核内部に粒界が殆んど無いため、熱散乱性が小さく、優れた熱伝導性を有する。

前記複合銀ナノ粒子では、前記銀核の周囲に、有機被覆層を有しており、前記有機被膜層が炭素数（Ｃ数）が１〜１２のアルコールで構成されているため、Ｃ１４以上と比較してアルコール分子量が従来よりも比較的小さく、焼成時の排ガス量が少ないだけにボイド発生量が少なくなり、接合強度が高く且つ銀核重量比が増大する利点がある。前記有機被覆層はアルコール由来成分から構成されるので、手肌に付着しても安全であり、焼成によりＣＯ_２とＨ_２Ｏが気散するだけであるから極めて安全で、環境保全に有効である。アルコール分子誘導体とはアルコール分子から誘導生成されるアルコール誘導物質全般であり、カルボン酸やカルボン酸基、アルコキシドやアルコキシド基などが含まれる。アルコール分子残基とはアルコール分子の一部成分が分離された残基であり、アルコキシドやアルコキシド基も含まれ、その他の切断残基も含まれる。アルコール分子とはアルコール分子自体である。

前記有機被覆層において、アルコールの分子式をＣ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨとしたとき、そのアルコキシド基とはＣ_ｎＨ_２ｎ＋１Ｏであり、更に低級のアルコキシド基でも、前記アルコキシド基に相当する。アルコキシド基はアルコール分子残基といってもよいが、アルコール分子誘導体といっても構わない。また、アルコールの分子式をＣ_ｎＨ_２ｎ＋１ＯＨとしたとき、そのカルボン酸基とはＣ_ｎ−１Ｈ_２ｎ−１ＣＯＯであるが、更に低級のカルボン酸基でも構わない。このカルボン酸基はアルコール分子誘導体に含まれる。
前記有機被覆層がカルボン酸基やアルコキシド基を含む場合には、複合銀ナノ粒子が極めて安全である。また、生成後の有機被覆層が時間的に変化して、カルボン酸基になったり、アルコキシド基になったり、それらの混合層に変化することもある。Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１Ｏは狭義のアルコキシド基であるが、本発明でアルコキシド被覆複合銀ナノ粒子と称する場合は広義の意味で使用され、前記アルコール由来有機被覆層を有した複合銀ナノ粒子を意味する。有機被覆層の材料は全てアルコール由来であり、アルコールの安全性は他の有機物と比較して極めて高いから、本発明で使用する複合銀ナノ粒子は、安全性、環境保全性、取扱容易性において保証される。

前記複合銀ナノ粒子は、国際公開第２００９／０９０８４６号に記載の方法で作製することができる。
例えば、銀塩微粒子を炭素数１〜１２のアルコール溶媒中に混合してアルコール溶液を調製し、前記アルコール溶液を反応室中で所定の生成温度ＰＴで所定の生成時間だけ加熱して、前記アルコール溶媒により前記銀塩微粒子を還元して平均粒径が１〜２０ｎｍの銀核を形成し、この銀核の周囲に前記アルコール溶媒のアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層を形成する複合銀ナノ粒子の製法が提供される。

前記銀塩としては、無機銀塩と有機銀塩が使用でき、無機銀塩には炭酸銀、塩化銀、硝酸銀、リン酸銀、硫酸銀、ほう酸銀、フッ化銀などがあり、また有機銀塩にはギ酸銀、酢酸銀などの脂肪酸塩、スルホ酸塩、ヒドロキシ基・チオール基・エノール基の銀塩などがある。この中でもＣ、Ｈ、ＯとＡｇからなる銀塩又はＣ、ＯとＡｇからなる銀塩が好ましく、炭酸銀（Ａｇ_２ＣＯ_３）が好適である。
アルコールを溶媒として用いるから、アルコールの還元力により、無機銀塩でも有機銀塩でも比較的低温で本発明の複合銀ナノ粒子が生成できる。無機銀塩はアルコールに難溶性であるが、有機銀塩はアルコールに溶解するものと難溶性のものがある。アルコール溶解性有機銀塩としてはアビチエン酸銀など極めて少数であり、無機銀塩と多くの有機銀塩はアルコール難溶性と考えてよい。

前記アルコール溶液とは、銀塩とアルコールの混合液であり、アルコール量を増加させて、生成された複合銀ナノ粒子がアルコール中を浮遊する状態にすれば、相互の衝突確率が低減し、複合銀ナノ粒子の会合が阻止できる。また、大量のアルコール分子を前記銀塩微粒子の表面に吸着させ、表面反応を促進させる。アルコールの一般式はＲ_ｎＯＨ（Ｒ_ｎは炭化水素基）であり、Ｒ_ｎは疎水基で、ＯＨは親水基であるから、考え方を変えればアルコールは界面活性作用を有した界面活性剤である。銀塩の多くはアルコール難溶性であるが、銀塩微粒子表面はアルコールのＯＨ基が結合しやすい性質を有している。従って、銀塩微粒子はアルコールで取り囲まれ、銀塩微粒子の粒径が小さくなると安定な単分散コロイドになると云っても良い。銀塩微粒子の粒径が大きくなると、アルコール中を沈殿する可能性があるが、混合攪拌して一定時間分散状態にある場合には、その間に反応を完了させればよい。
また、アルコール自体でも還元作用を有するが、アルコールは２００℃以下の生成温度でもアルデヒドに容易に変化し、このアルデヒドは強力な還元作用を有する。つまり、前記銀塩微粒子の表面にアルコール及び／又はアルデヒドが作用して次第に銀が析出し、最終的には銀塩微粒子の全領域が還元されて銀核へと転化する。この銀核の周囲に、アルコールに由来するアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層が形成されて複合銀ナノ粒子が生成される。生成温度ＰＴを例えば２００℃以下に設定すれば、金属化温度Ｔ３の低い複合銀ナノ粒子を生成できる。本発明では、生成温度ＰＴを金属化温度Ｔ３（≦２００℃）より低く設定して、低温焼成用の複合銀ナノ粒子を生成する。銀核の平均粒径は１〜２０ｎｍであるが、銀塩微粒子の微細化処理を徹底的に行えば、より小さな粒径の複合銀ナノ粒子を製造することができる。

前記複合銀ナノ粒子は、ＣｎＡｇＡＬとも表現される。ｎ＝１〜１２に対応して、Ｃ１ＡｇＡＬ、Ｃ２ＡｇＡＬ、Ｃ３ＡｇＡＬ、Ｃ４ＡｇＡＬ、Ｃ５ＡｇＡＬ、Ｃ６ＡｇＡＬ、Ｃ７ＡｇＡＬ、Ｃ８ＡｇＡＬ、Ｃ９ＡｇＡＬ、Ｃ１０ＡｇＡＬ、Ｃ１１ＡｇＡＬ、Ｃ１２ＡｇＡＬが存在する。その意味は、炭素数ｎ＝１〜１２のアルコールから生成された複合銀ナノ粒子である。従って、Ｃ１はメタノール、Ｃ２はエタノール、Ｃ３はプロパノール、Ｃ４はブタノール、Ｃ５はペンタノール、Ｃ６はヘキサノール、Ｃ７はヘプタノール、Ｃ８はオクタノール、Ｃ９はノナノール、Ｃ１０はデカノール、Ｃ１１はウンデカノール、Ｃ１２はドデカノールを意味している。ｎ＝偶数のアルコールは天然植物由来のアルコールであり、他方、ｎ＝奇数は化学合成アルコールであるから、ｎ＝偶数のアルコールは比較的安価であり、安価な複合銀ナノ粒子を提供できる。また、炭素数ｎが少なくなるに応じて銀核の重量比が高くなり、銀量の多い複合銀ナノ粒子を提供できる。

前記複合銀ナノ粒子としては、国際公開第２００９／０９０８４６号に記載の方法以外にも、国際公開第２００９／１１６１３６号、国際公開第２００９／１１６１８５号に記載の製造方法に準じて作製された複合銀ナノ粒子も好適に使用することができる。

本発明において、前記複合銀ナノ粒子の焼結体とは、前記複合銀ナノ粒子が２５０〜４５０℃の温度で焼結処理されたものをいう。例えば、前記複合銀ナノ粒子の焼結体は、発熱性部材２上に複合銀ナノ粒子及び揮発説溶媒からなるナノ銀ペーストを塗布し、さらにその上に放熱部材３を配置した後、これらを真空中や不活性雰囲気中で熱処理することにより、複合銀ナノ粒子中の銀の超粒子を溶融させて、一体化した金属の状態にし（金属化）、次いで、冷却して発熱性部材２と放熱部材３との間で焼結体とすることで、前記発熱性部材２と前記放熱部材３との間を機械的、熱的に接合することが可能になる。

前記ナノ銀ペーストの塗布面には、焼結処理で生じる揮発性溶媒のガスを通りを抜け易くするために、当該塗布面にパターンを設けたり、溝を設けたりしてもよい。前記溝の形状としては、特に限定はなく、例えば、十字形、丸形、三角形、多角形などが挙げられる。また、前記溝の一部は、前記発熱性部材２および放熱部材３との端部まで設けることで、溝内部の空間が外部環境と通じることになり、後述の焼結処理に際してナノ銀ペーストから発生する揮発性溶媒のガスの通り道となる。これにより、焼成時に発生するガスが接合部内で留まり、焼成後の接合層に発生する空隙が抑制され、前記ナノ銀ペーストで大きな面積、例えば、３０×３０ｃｍ程度の塗布面を形成した場合でも、厚みが均一で接合強度が強い接合層を形成することができる。

前記焼結処理としては、接合層４の接合強度が顕著に高くなるという観点から、２５０〜４５０℃に加熱する焼結処理を行うことが好ましい。
前記焼結処理は、最終的に２５０〜４５０℃の温度範囲で一定時間加熱できればよい。例えば、室温よりも低い温度から昇温していき、２５０〜４５０℃の範囲に維持して焼結処理を行ってもよい。

また、前記焼結処理においては、接合強度を向上する観点から、焼成時に圧力を加えてもよい。加圧する圧力としては、本発明の効果を有する範囲に於いて特に制限は無いが、０．１ＭＰａ以上が好ましいく、接合対象への付加を考慮すると、１．０〜５０．０ＭＰaがより好ましい。

前記ナノ銀ペーストに使用される揮発性溶媒としては、疎水性非水系溶媒が挙げられ、例えば、トルエン、キシレン、ケロシン、シクロヘキサン等の石油系炭化水素類、及びテレピン油、ターピネオール等のテルペン類等の有機溶媒がある。また、親水性非水系溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類等がよく利用される。
更に、本発明で用いられる揮発性溶媒は、前記疎水性非水系溶媒でも親水性非水系溶媒でもよい。

なお、本発明では、揮発性溶媒として水は排除される。例えば、複合銀ナノ粒子の中に水が入ると、銀原子を含む金属部分が空気と触れた時に酸化して金属酸化物に変質する。これらの理由から、本発明では、水は揮発性溶媒として排除される。

また、前記ナノ銀ペーストは、粘性付与剤を含有していてもよい。前記粘性付与剤は前記溶液に添加して塗着し易い粘性を付与する材料であり、例えばテレピンオイル、ターピネオール、メチルセルロース、エチルセルロース、ブチラール、各種テルペン誘導体、ＩＢＣＨ（イソボルニルシクロヘキサノール）、グリセリン、Ｃ１４以上の常温で固形のアルコールなどが利用できる。テルペン誘導体としては１，８−テルピンモノアセテート、１，８−テルピンジアセテートなどがある。ＩＢＣＨは松脂状、グリセリンはシロップ状、Ｃ１４以上のアルコールは固液変化する性質を有し、１０℃以下では非流動性を有する。前記非流動性粘性付与剤に本発明の複合銀ナノ粒子を混合分散させて非流動性ペーストにすれば、１０℃以下の低温では複合銀ナノ粒子が分散状に固定されているから、複合銀ナノ粒子同士の凝集が生起しない。使用する直前に前記非流動性ペーストを加熱すれば流動化してペーストとして塗着可能になり、ペーストとしての機能を発揮できる。また、使用直前に前記非流動性ペーストに溶剤を添加すれば、加熱しなくても流動性ペーストになり、ペーストとしての機能を発揮できる。
また、前記ナノ銀ペーストには、前記複合銀ナノ粒子の特性に悪影響を与えない範囲で、他の金属微粒子を含んでいても良く、当該金属微粒子の種類は、ＣｕやＰｄ、Ｐｔ等が例示でき、粒子サイズは、１００ｎｍ〜１０μｍ程度が好ましい。

前記複合銀ナノ粒子の焼結体では、前記揮発性溶媒が揮発して、実質的に銀を主成分とする金属化物となっており、銀の溶融温度である９６０℃以上に加熱しないと再溶融しないことから、前記接合層４は耐熱性が非常に優れたものとなる。

前記接合層４の厚みとしては、特に限定はないが、例えば、０．０２〜０．１ｍｍが好ましい。

前記のような構成の接合層４を備えた放熱構造体１では、発熱性部材２と放電部材３、との間の熱伝導性が向上するため、発熱性部材２で発生した熱を放電部材３で効率よく放熱させることが可能になる。

また、本発明の別の態様としては、図２に示す放熱構造体１ａのように、前記放熱部材３の表面にグラフェン５が配置されていてもよい。なお、前記グラフェン５は、前記発熱性部材２が接合される側の放熱部材３の表面に配置される。
前記グラフェン５とは、１原子の厚さのｓｐ２結合炭素原子のシートである。本発明では、前記グラフェンが一層又は複数積層された状態のものであればよい。また、グラフェンの配向も本発明の効果を有する範囲で制限はされない。
例えば、グラフェン及びグラフェンが複数積層された状態のものとしては、人造的に作製されるコークス粒子などのフィラーをバインダーで固めたものや、ポリイミド樹脂など高温高圧化で焼成炭化したものや、炭化水素系ガスなどを熱分解及び気相合成して作製したものなどが挙げられる。
前記グラフェン５の厚みとしては、特に限定はないが、１〜５ｍｍ程度であればよい。

また、グラフェン５は、図２に示す放熱構造体１ａのように、前記放熱部材３の表面だけでなく、図３に示す放熱構造体１ｂのように前記放熱部材３の内部に配置されていてもよい。また、図４に示す放熱構造体１ｃのように、前記放熱部材３の表面に凹部７を設け、グラフェン５を前記凹部７に配置してもよい。前記凹部７の表面には、前記接合層４で使用するとの同じ複合銀ナノ粒子の焼結体の層を設けていたもよい。また、前記凹部７に配置されたグラフェン５の発熱性部材２側の表面には、さらに前記複合銀ナノ粒子の焼結体の層を設け、次いで接合層４が形成されてもよいし、前記グラフェン５の発熱性部材２側の表面に前記接合層４を直接形成されてもよい。

また、図３に示す放熱構造体１ｂおよび図４に示す放熱構造体１ｃのように、前記グラフェン５と、前記放熱部材３との熱的な接合性を高める観点から、前記グラフェン５の表面に金または銀を含むコーティング層６が設けられていてもよい。
前記金または銀を含むコーティング層６としては、金または銀を含有した材料からなるコーティング層であればよいが、熱伝導性に優れるという観点から、前記ナノ銀ペーストを用いてもよい。
前記グラフェン５の表面に前記金または銀を含むコーティング層６を設ける方法としては、公知の方法であればよく、特に限定はなく、例えば、湿式による電解及び無電解めっき法や乾式による蒸着、スパッタリング法などが挙げられる。

図２、３、４に示す放熱構造体１ａ、１ｂ、１ｃでは前記放熱部材３の表面または内部にグラフェン５が配置されていることで、グラフェン５の部分からの放熱効果が顕著向上される。この場合、図２、３、４に示す放熱構造体１ａ、１ｂ、１ｃの放熱効果は、図１に示す放熱構造体１に比べて有意に向上される。

また、前記放熱構造体１、１ａ、１ｂ、１ｃの発熱性部材２と放熱部材３との間には、図示しないが、放熱効率を高めるために、ヒートスプレッダ（インテグレーテッドヒートスプレッダ）などの緩衝体を設けてもよい。
前記ヒートスプレッダは、主に集積回路で使用される構造であり、その材質、形状、大きさなどについては公知のものと同じであればよく、特に限定はない。
また、前記ヒートスプレッダと、前記発熱性部材２および放熱部材３との接合には、前記ナノ銀ペーストの焼結体からなる接合層４を介して行うことで、放熱効果を良好に保つことができるが、部分的には熱伝導性接着剤、半田、耐熱性のグリース等を用いてもよい。
前記ヒートスプレッダを含む放熱構造については、例えば、図１、３に示す放熱構造体１、１ｂであれば、発熱性部材２／接合層４／ヒートスプレッダ／接合層４／放熱部材３のような積層構造が挙げられる。また、図２に示す放熱構造体１ａであれば、発熱性部材２／接合層４／ヒートスプレッダ／接合層４／グラフェン５／放熱部材３のような積層構造が挙げられる。

次に、図１に記載の放熱構造体１の製造方法について説明する。
まず、発熱性部材２および放熱部材３を用意する。
次いで、発熱性部材２および放熱部材３の接合面の一方またはいずれかにナノ銀ペースト（４）を適量、塗布する。
ナノ銀ペースト（６）の量は、２５０〜４５０℃の加熱を伴う焼結処理により金属化した銀接着層の厚さとして、０．０２〜０．１ｍｍとなるよう調整する。
次いで、発熱性部材２と放熱部材３とを接合させた後、電気炉に入れ、２５０〜４５０℃の加熱を伴う焼結処理を施してナノ銀ペーストを金属化して放熱構造体１を製造する。焼結処理時間は、前記ナノ銀ペースト中の複合銀ナノ粒子の焼結が完了するまでの時間であればよいが、発熱性部材２および放熱部材３への熱による影響を抑える観点から、１０〜６０分程度が好ましい。

図２に記載の放熱構造体１ａの製造方法について説明する。
まず、発熱性部材２、放熱部材３、および表面に金または銀を含むコーティング層６を有するグラフェン５を用意する。
次いで、発熱性部材２およびグラフェン５の接合面の一方またはいずれかにナノ銀ペースト（４）を適量、塗布する。
次いで、発熱性部材２とグラフェン５とを接合させた後、電気炉に入れ、加熱を伴う焼結処理を施してナノ銀ペーストを金属化する。焼結処理の条件は、放熱構造体１と同様の条件であればよい。
次いで、前記グラフェン５の表面に放熱部材３を接合する。この接合には、熱伝導性接着剤を用いてもよいが、前記ナノ銀ペーストを用いてもよい。
ナノ銀ペーストを用いる場合は、前記と同様に加熱を伴う焼結処理を施してナノ銀ペーストを金属化すればよい。
このようにして、放熱構造体１ａを製造することができる。

図３に記載の放熱構造体１ｂは、発熱性部材２のかわりに、グラフェン５が内部に配置された発熱性部材２を用意する以外は、図１に記載の放熱構造体１と同様にして製造することができる。

図４に記載の放熱構造体１ｃの製造方法について説明する。
まず、発熱性部材２、発熱性部材２との接合面側の表面に凹部７を有する放熱部材３、および金または銀を含むコーティング層６を有するグラフェン５を用意する。
次いで、前記凹部７の表面にナノ銀ペースト（４）を適量、塗布する。
次いで、前記凹部７の表面のナノ銀ペースト（４）と接触するようにグラフェン５を配置した後、前記放熱部材３と発熱性部材２とをナノ銀ペースト（４）を挟んで接合させる。
次いで、得られた構造体を電気炉に入れ、加熱を伴う焼結処理を施してナノ銀ペーストを金属化することで、放熱構造体１ｃを製造することができる。焼結処理の条件は、放熱構造体１と同様の条件であればよい。

（試験例１ 放熱試験）
放熱性部材の表面にグラファイトを配置した場合に、放熱性がどの程度向上するかを調べた。
まず、厚みが１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍおよび４ｍｍのグラファイト（１ｃｍ×１ｃｍ）並びに放熱性鋼材（材質ＳＫＤ６１、１ｃｍ×１ｃｍ）をそれぞれ用意した。
次いで、１）厚みが４ｍｍのグラファイトと厚みが１ｍｍの鋼材、２）厚みが３ｍｍのグラファイトと厚みが２ｍｍの鋼材、３）厚みが２ｍｍのグラファイトと厚みが３ｍｍの鋼材および４）厚みが１ｍｍのグラファイトと厚みが４ｍｍの鋼材を、ナノ銀ペースト（応用ナノ粒子研究所製アルコナノ銀ペーストＡＮＰ−１）を用いた焼結処理により接合させて、それぞれを放熱試験用サンプル１〜４とした。
塗布したナノ銀ペーストの厚みは約１００μｍ程度とし、焼成条件は、３００℃で６０分程度に加圧した。

焼結処理後、得られた４種類の放熱試験用サンプル１〜４について、熱拡散率、密度および熱伝導率を、以下の方法に従って調べた。
（熱拡散率及び比熱）
・レーザーフラッシュ測定装置にて測定した。
（密度）
・アルキメデス法にて測定した。
（熱伝導率）
・熱拡散率ｘ比熱ｘ密度により算出した。
得られた結果を表１に示す。

表１に示す結果より、鋼材およびグラフェンからなる放熱性構造では、厚み方向のグラフェンの比率が高くなるのに比例して、熱拡散率および熱伝導率がいずれも顕著に高くなることがわかる。
したがって、グラフェンを用いることで、比較的簡易な構成でありながら、効率のよい放熱を実現できる放熱構造体であることがわかる。

１ １ａ １ｂ １ｃ 放熱構造体
２ 発熱性部材
３ 放熱部材
４ 接合層
５ グラフェン
６ 金または銀を含むコーティング層
７ 放熱部材３の表面の凹部

Claims (3)

1. 発熱性部材と放熱部材とが接合層を介して熱的に接合され、且つ、前記発熱性部材が接合されている前記放熱部材の表面または内部に一層または積層されたグラフェンが配置された放熱構造体であって、
   前記接合層の厚さが０．０２〜０．１ｍｍであり、
   前記接合層が、銀原子の集合体からなる平均粒径が１〜２０ｎｍの範囲にある銀核の周囲に、炭素数が１〜１２のアルコール分子誘導体、アルコール分子残基、又はアルコール分子の一種以上からなる有機被覆層を有する複合銀ナノ粒子の焼結体からなることを特徴とする放熱構造体。
2. 前記放熱部材の材質が、タングステン、モリブデン、アルミニウム、鉄、銅、銅タングステン合金、銅モリブデン合金、セラミックス、アルミ−ケイ素複合体、アルミ−炭化ケイ素複合体又はマグネシウム−炭化ケイ素複合体である、請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記グラフェンの表面に金または銀を含むコーティング層が設けられている請求項２に記載の放熱構造体。

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