TW201942054A - 異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法 - Google Patents

異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201942054A
TW201942054A TW108110868A TW108110868A TW201942054A TW 201942054 A TW201942054 A TW 201942054A TW 108110868 A TW108110868 A TW 108110868A TW 108110868 A TW108110868 A TW 108110868A TW 201942054 A TW201942054 A TW 201942054A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
anisotropic graphite
titanium
axis
anisotropic
graphite
Prior art date
Application number
TW108110868A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI789510B (zh
Inventor
村島健介
沓水真琴
奧聡志
竹馬克洋
Original Assignee
日商鐘化股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商鐘化股份有限公司 filed Critical 日商鐘化股份有限公司
Publication of TW201942054A publication Critical patent/TW201942054A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI789510B publication Critical patent/TWI789510B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/043—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/18—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
    • B32B9/007—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile comprising carbon, e.g. graphite, composite carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/205—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B32B2255/205—Metallic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/538—Roughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/706—Anisotropic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70—Other properties
    • B32B2307/732—Dimensional properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32—Thermal properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/90—Other properties not specified above
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本發明提供一種具備作為熱傳遞元件優異之熱傳遞性能及長期可靠性之異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法。藉由對與異向性石墨之石墨層之結晶配向面垂直之面進行表面處理，而獲得設為特定之界面粗度之異向性石墨。又，藉由設為具備具有特定之界面粗度之界面之異向性石墨、含鈦金屬層、及無機材質層之異向性石墨複合體來解決問題。

Description

異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法
本發明係關於一種異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法。
作為有效地使自電子設備及電子裝置產生之熱移動並散熱之元件，石墨被廣泛利用。
尤其是，具備六元環利用共價鍵連接而成之石墨結構、且各石墨結構利用凡得瓦爾力鍵結之異向性石墨具有較高之熱導率。異向性石墨作為抑制於作為熱源之電子設備及電子零件所產生之熱點且自熱源向冷卻器高效率地傳遞熱之熱傳遞元件有用。
於使用熱傳遞元件之情形時，必須使熱源與熱傳遞元件緊密接觸。由於異向性石墨具備結構上較脆且容易崩解之性質，故而於專利文獻1中，提出有考慮熱源與異向性石墨之接觸，而於異向性石墨之表面形成無機材質層。於專利文獻1中，作為於異向性石墨之表面形成無機材質層之方法，提出有於異向性石墨與無機材質層之間，使用具有0.05 mm~0.10 mm之厚度之含鈦金屬層作為插入材。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5930604號
[發明所欲解決之問題]
含鈦金屬層之熱導率低於異向性石墨之熱導率，於具有較厚之含鈦金屬層之異向性石墨複合體中，存在熱傳遞性能欠佳之情形。另一方面，於具有較薄之含鈦金屬層之異向性石墨複合體中，存在異向性石墨與含鈦金屬層之間之接合強度、及/或含鈦金屬層與無機材質層之間之接合強度較低之情形。若接合強度較低，則於反覆使用電子設備或電子零件之過程中，異向性石墨或無機材質層會自含鈦金屬層剝離，因此作為異向性石墨複合體之長期可靠性存在問題。
本發明之課題在於提供一種具備作為熱傳遞元件優異之熱傳遞性能及長期可靠性之異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法。
[解決問題之技術手段]
本發明者等人為了解決上述問題進行了銳意研究，結果完成了本發明。即，本發明如下：
[1]
一種異向性石墨，其
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
上述異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
上述異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
上述異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
[2]
一種異向性石墨複合體，其係具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層者，且
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
上述(a)異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
上述(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層依序於Z軸方向積層並且相互接合，
與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，
與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
[3]
一種異向性石墨複合體之製造方法，其
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，且包含：
(i)表面處理步驟，其係將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之至少一個面之表面粗糙化或進行研磨；及
(ii)接合步驟，其係將上述(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層按上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層之順序於Z軸方向積層並且進行接合。
[發明之效果]
根據本發明之一實施形態，可提供一種具備作為熱傳遞元件優異之熱傳遞性能及長期可靠性之異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法。
以下對本發明之一實施形態進行說明，但本發明並不限定於此。本發明並不限定於以下進行說明之各構成，能夠於申請專利範圍所示之範圍內進行各種變更。又，關於將不同之實施形態或實施例中分別揭示之技術性手段適當組合所獲得之實施形態或實施例，亦包含於本發明之技術性範圍。進而，藉由將各實施形態中分別揭示之技術性手段組合，可形成新的技術性特徵。再者，本說明書中所記載之全部學術文獻及專利文獻於本說明書中作為參考文獻被引用。又，於本說明書中只要未特別記載，則表示數值範圍之「A~B」意指「A以上(包含A且大於A)B以下(包含B且小於B)」。
以下，對本發明之一實施形態之(a)異向性石墨、(A)異向性石墨複合體及其製造方法進行說明。
＜1.(a)異向性石墨＞
本發明之一實施形態之異向性石墨之特徵在於，設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
本發明之一實施形態之(a)異向性石墨呈積層有多個具有六元環利用共價鍵連接而成之石墨結構之層(換言之，石墨層)的塊狀形狀。塊狀之(a)異向性石墨於與石墨層之結晶配向面平行之方向上具有較高之導熱性。異向性石墨之「異向性」意指由於石墨層配向，故而於與石墨層之結晶配向面平行之方向及垂直之方向之各者上，異向性石墨之導熱性大幅度不同。圖1中表示就X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸而言，以石墨層之結晶配向面14與X-Z平面平行之方式配置之(a)異向性石墨1。以下，為方便起見，使用該XYZ軸進行說明。
＜與結晶配向面垂直之剖面＞
如圖1所示，本發明之一實施形態之(a)異向性石墨1具有與X-Z平面平行之結晶配向面14。與結晶配向面14垂直之剖面係與X-Y平面平行之面11及其背面、及與Y-Z平面平行之面13及其背面。再者，與結晶配向面14平行之面係與X-Z平面平行之面12及其背面。
＜(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度＞
本發明之一實施形態之(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度較佳為4 mm以上300 mm以下，更佳為10 mm以上100 mm以下。
＜(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度＞
本發明之一實施形態之(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度較佳為4 mm以上300 mm以下，更佳為10 mm以上100 mm以下。
關於異向性石墨之平行於X軸之邊之長度與異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度，(i)可相同，(ii)亦可異向性石墨之平行於X軸之邊之長度較異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度長，(iii)還可異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度較異向性石墨之平行於X軸之邊之長度長。
＜(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度＞
本發明之一實施形態之(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度較佳為0.5 mm以上5.0 mm以下，更佳為1.0 mm以上3.5 mm以下，進而較佳為1.2 mm以上2.5 mm以下。
＜(a)異向性石墨之表面粗糙度＞
於本發明之一實施形態之(a)異向性石墨中，與石墨層之結晶配向面垂直之面(圖1之面11及其背面、面13及其背面)中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，較佳為2 μm以上10 μm以下，更佳為3 μm以上5 μm以下。
於上述表面粗糙度為15 μm以下之情形時，於使用含鈦金屬層將異向性石墨與其他構件接合時，接合面處之原子擴散容易進行，所獲得之異向性石墨複合體之熱傳遞性能及長期可靠性之平衡良好。另一方面，於上述表面粗糙度為1 μm以上之情形時，因接合面之比表面積變大而形成良好之原子擴散層，因此所獲得之異向性石墨複合體之熱傳遞性能及長期可靠性之平衡良好。
又，於本發明之一實施形態之(a)異向性石墨中，與石墨層之結晶配向面垂直之面中之兩個面(例如，相對向之兩個面，圖1之面11及其背面之兩個面、或圖1之面13及其背面之兩個面)之表面粗糙度較佳為1 μm以上15 μm以下，更佳為2 μm以上10 μm以下，更佳為3 μm以上5 μm以下。
再者，本發明中之「表面粗糙度」係指表面之最高之部分與最低之部分之差量、即所謂之最大高度。
＜異向性石墨之種類＞
本發明之一實施形態之(a)異向性石墨只要為於六元環利用共價鍵連接而成之石墨結構之面方向上具有較高之導熱性者，則並無特別限制。具體而言，作為(a)異向性石墨，可使用高分子分解異向性石墨、熱分解異向性石墨、擠出成形異向性石墨及模鑄(mould)成形異向性石墨等。自(a)異向性石墨於六元環利用共價鍵連接而成之石墨結構之面方向上具有1500 W/mK以上之較高之熱導率，且使用該(a)異向性石墨製造之異向性石墨複合體之熱傳遞性能優異之觀點而言，作為(a)異向性石墨，較佳為使用高分子分解異向性石墨、或熱分解異向性石墨。
＜異向性石墨之製造方法＞
作為本發明之一實施形態之(a)異向性石墨之製造方法，存在將使聚醯亞胺等高分子之膜積層體石墨化所獲得之石墨塊切斷之方法。作為切斷方法，可適當選擇金剛石切割器、線切割機及切削等公知之技術。自容易將(a)異向性石墨之表面粗糙度設為20 μm以下之觀點而言，作為切斷方法，較佳為線切割機。又，作為將表面進行研磨或粗面化之方法，亦可適當使用銼刀研磨、拋光研磨及噴砂處理等公知之技術。
＜2.異向性石墨複合體＞
本發明之一實施形態之異向性石墨複合體之特徵在於，其係具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層者，且設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，(a)異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、(c)無機材質層依序於Z軸方向上積層並且相互接合，與(b)含鈦金屬層接合之(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，與(b)含鈦金屬層接合之(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層。例如，如圖2般，本發明之(A)異向性石墨複合體2係於Z軸方向上自上方起具備(c)無機材質層23、(b)含鈦金屬層22、(a)異向性石墨21、(b)含鈦金屬層22、及(c)無機材質層23。
＜(a)異向性石墨＞
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體中，作為(a)異向性石墨，可使用上述＜1.(a)異向性石墨＞之欄中所說明之(a)異向性石墨。
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體中，與(b)含鈦金屬層接合之(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，較佳為2 μm以上10 μm以下，更佳為2 μm以上4 μm以下，與(b)含鈦金屬層接合之(c)無機材質層之面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，較佳為2 μm以上8 μm以下，更佳為3 μm以上5 μm以下。
＜(b)含鈦金屬層＞
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體中，藉由於異向性石墨與無機材質層之間，設置包含作為活性金屬之鈦之金屬層，而金屬層之相對於(a)異向性石墨及(c)無機材質層之潤濕性極高，原子擴散容易良好地進行。其結果，所獲得之(A)異向性石墨複合體之長期可靠性優異。
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體中，(b)含鈦金屬層中之鈦含量較佳為0.1重量%以上2.0重量%以下，更佳為0.5重量%以上1.5重量%以下。(b)含鈦金屬層中之鈦含量亦可多於1.5重量%。若(b)含鈦金屬層中之鈦含量為2.0重量%以下，則不會對(A)異向性石墨複合體之長期可靠性產生影響，而且將熱導率較低之鈦之含量抑製得較低，因此可使所獲得之(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能良好。另一方面，若(b)含鈦金屬層中之鈦含量為0.1重量%以上，則金屬層之相對於(a)異向性石墨、及(c)無機材質層之潤濕性提高，原子擴散容易進行，因此可使所獲得之異向性石墨複合體之長期可靠性良好。
作為(b)含鈦金屬層中所包含之除鈦以外之成分，並無特別限定，但自熱導率較高，且所獲得之(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能優異之方面而言，(b)含鈦金屬層較佳為包含銀及/或銅。
關於(b)含鈦金屬層之厚度，並無特別限制，但自所獲得之(A)異向性石墨複合體具有良好之熱傳遞率，且獲得良好之長期可靠性之方面而言，較佳為10 μm以上60 μm以下，更佳為20 μm以上40 μm以下。
(b)含鈦金屬層之形狀可為具有規定之厚度之板或箔，但亦可將漿料狀之含鈦金屬層及/或粉末狀之含鈦金屬層一併使用。
＜(c)無機材質層＞
作為(c)無機材質層，可列舉金屬層或陶瓷層。
＜金屬層＞
對作為(c)無機材質層之金屬層進行說明。作為形成金屬層之金屬並無特別限制，可列舉：銅、鋁、鎳、鉬、及鎢。自(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能之觀點而言，特佳為銅。又，金屬可僅使用1種，亦可使用複數種，例如亦可於銅之表面形成金及/或鎳等之鍍覆。
＜陶瓷層＞
對作為(c)無機材質層之陶瓷層進行說明。作為形成陶瓷層之陶瓷並無特別限制，可列舉：氧化鋁、氧化鋯、碳化矽、氮化矽、氮化硼、及氮化鋁。自(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能之觀點而言，特佳為碳化矽或氮化鋁。
＜(c)無機材質層之表面粗糙度＞
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體中，形成(c)無機材質層之面中之與(b)含鈦金屬層接合之(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，較佳為2 μm以上8 μm以下，更佳為3 μm以上5 μm以下。若上述與(b)接合之(c)之界面之界面粗糙度為15 μm以下，則於加熱接合時，(b)含鈦金屬層與(c)無機材質層之接合面處之原子擴散容易進行，所獲得之(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能及長期可靠性之平衡優異。
＜(c)無機材質層之厚度＞
(c)無機材質層之厚度並無特別限制，但較佳為10 μm以上1 mm以下，更佳為50 μm以上500 μm以下，進而較佳為100 μm以上300 μm以下。若上述(c)無機材質層之厚度為10 μm以上，則(c)無機材質層具有充分之強度，可獲得具有良好之長期可靠性之異向性石墨複合體。若上述(c)無機材質層之厚度為1 mm以下，則(c)無機材質層之熱阻較小，獲得熱傳遞性能優異之異向性石墨複合體。
＜(A)異向性石墨複合體之製造方法＞
對本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法進行說明。
本發明之一實施形態之異向性石墨複合體之製造方法之特徵在於，設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，包含：(i)表面處理步驟，其係將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之至少一個面之表面粗糙化或進行研磨；及(ii)接合步驟，其係將(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層按照(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、(c)無機材質層之順序於Z軸方向上積層並且進行接合。
本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體如上所述般包含(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層及(c)無機材質層。
圖2中表示其製造方法之一例。
本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法包含如下之表面處理步驟：將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之至少一個面之表面粗糙化或進行研磨。
本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法亦可包含如下之表面處理步驟：將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之兩個面(例如，相對向之兩個面，圖1之面11及其背面之兩個面、或圖1之面13及其背面之兩個面)之表面粗糙化或進行研磨。
藉由表面處理步驟，可將面之表面粗糙度調節為所期望之表面粗糙度(例如，1 μm以上15 μm以下，較佳為2 μm以上10 μm以下，更佳為3 μm以上5 μm以下)。
表面處理步驟之具體之方法並無特別限定。於將面之表面粗糙化之情形時，例如，可藉由噴砂處理、發紋處理或緞紋加工面處理之方法，調節面之表面粗糙度。另一方面，於對面之表面進行研磨之情形時，例如，可藉由拋光研磨、精研研磨或旋轉研磨之方法，調節面之表面粗糙度。
供於表面處理步驟之(a)異向性石墨之形狀並無特別限定。(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度較佳為4 mm以上300 mm以下，更佳為10 mm以上100 mm以下。(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度較佳為4 mm以上300 mm以下，更佳為10 mm以上100 mm以下。關於異向性石墨之平行於X軸之邊之長度與異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度，(i)可相同，(ii)亦可異向性石墨之平行於X軸之邊之長度較異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度長，(iii)還可異向性石墨之平行於Y軸之邊之長度較異向性石墨之平行於X軸之邊之長度長。(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度較佳為0.5 mm以上5.0 mm以下，更佳為1.0 mm以上3.5 mm以下，進而較佳為1.2 mm以上2.5 mm以下。於表面處理步驟中，亦可以(a)異向性石墨之形狀成為上述形狀之方式，將(a)異向性石墨切斷或研磨。
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法中，於設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸之情形時，於Z軸方向上，自上方起配置保持構件24、(c)無機材質層23、(b)含鈦金屬層22、(a)異向性石墨21、(b)含鈦金屬層22、(c)無機材質層23、保持構件24而形成積層體，對該積層體施加負載並沿方向25施加壓力，於該狀態下，於真空環境下(例如，10-3 Pa)，將積層體加熱(例如，於700~1000℃之溫度範圍內30分鐘~1小時)之後，冷卻至常溫，藉此獲得(A)異向性石墨複合體2。
＜壓力＞
關於上述壓力，只要(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層相互接合，則並無特別限制。
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法中，於接合步驟中，較佳為以50~500 kg/m2 之負載對積層體進行加壓，更佳為以100~300 kg/m2 之負載對積層體進行加壓。於負載為50 kg/m2 以上之情形時，於(a)異向性石墨與(b)含鈦金屬層之接合面、或(b)含鈦金屬層與(c)無機材質層之接合面，原子擴散容易進行，所獲得之(A)異向性石墨複合體之長期可靠性優異。於負載為500 kg/m2 以下之情形時，由於釺料不會潤濕擴散至未與(b)含鈦金屬層接觸之(c)無機材質層，故而不會引起熱源與異向性石墨複合體之接觸不良。
＜加熱＞
於本發明之一實施形態之(A)異向性石墨複合體之製造方法中，於接合步驟中，上述加熱可於真空中、氮氣及/或氬氣等惰性氣體中、氫氣等還原性氣體中、或惰性氣體與還原性氣體之混合氣體中進行。自所獲得之(A)異向性石墨複合體之長期可靠性之觀點而言，較佳為真空中或還原性氣體中，更佳為真空中。
藉由如上所述般施加負載，進而加熱至700~1000℃(更佳為780℃以上830℃以下，進而較佳為790℃以上820℃以下)，而於反應性較高之(b)含鈦金屬層與(a)異向性石墨之接合部分、及反應性較高之(b)含鈦金屬層與(c)無機材質層之接合部分之各者，原子擴散。藉此，(b)含鈦金屬層中所包含之鈦與(a)異向性石墨及(c)無機材質層形成鈦化合物，故而(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層成為宛如一體物質般之較強之構造體。其結果，所獲得之(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能及長期可靠性優異。
又，所獲得之異向性石墨複合體亦可使用公知之技術切斷或研磨成規定之形狀、或者進行鍍覆。
本發明亦可以如下方式構成。
[1]
一種異向性石墨，其
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
上述異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
上述異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
上述異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
[2]
如[1]之異向性石墨，其中上述異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
[3]
如[1]之異向性石墨，其中上述異向性石墨之與X-Y平面平行之兩個面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
[4]
一種異向性石墨複合體，其係具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層者，且
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
上述(a)異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
上述(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
上述(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層依序於Z軸方向上積層並且相互接合，
與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，
與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
[5]
如[4]之異向性石墨複合體，其中與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為2 μm以上4 μm以下。
[6]
如[4]或[5]之異向性石墨複合體，其中上述(b)含鈦金屬層之厚度為20 μm以上40 μm以下。
[7]
如[4]至[6]中任一項之異向性石墨複合體，其中上述(b)含鈦金屬層之鈦含量為0.1重量%以上2.0重量%以下。
[8]
如[4]至[7]中任一項之異向性石墨複合體，其中與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為2 μm以上8 μm以下。
[9]
一種異向性石墨複合體之製造方法，其
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，且包含：
(i)表面處理步驟，其係將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之至少一個面之表面粗糙化或進行研磨；及
(ii)接合步驟，其係將上述(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層按照上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層之順序於Z軸方向上積層並且進行接合。
[10]
如[9]之異向性石墨複合體之製造方法，其中上述接合步驟係於真空中、惰性氣體中、還原性氣體中、或惰性氣體與還原性氣體之混合氣體中，一面以50~500 kg/m2 之負載對依序積層有上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層之積層體進行加壓，一面以780℃以上830℃以下進行。
本發明亦可以如下方式構成。
＜1＞
一種異向性石墨，其
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
＜2＞
如＜1＞之異向性石墨，其中表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
＜3＞
如＜1＞之異向性石墨，其中石墨層之與X-Y平面平行之兩個面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
＜4＞
一種異向性石墨複合體，其係具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層者，且
設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，
(a)中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置，
與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下，
Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下，
(a)(b)(c)依序於Z軸方向上積層並且進行接合，
(a)之與(b)接合之面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，
(c)之與(b)接合之面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
＜5＞
如＜4＞之異向性石墨複合體，其中與(b)接合之(a)之面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
＜6＞
如＜4＞或＜5＞之異向性石墨複合體，其中(b)含鈦金屬層之厚度為20 μm以上40 μm以下。
＜7＞
如＜4＞至＜6＞中任一項之異向性石墨複合體，其中(b)含鈦金屬層之鈦含量為0.1重量%以上2.0重量%以下。
＜8＞
如＜4＞至＜7＞中任一項之異向性石墨複合體，其中(c)之與(b)接合之界面之表面粗糙度為2 μm以上8 μm以下。
＜9＞
一種異向性石墨複合體之製造方法，其包含：
(i)表面處理步驟，其係將作為與異向性石墨之石墨層之結晶配向面垂直之剖面之面中之至少一個剖面之表面粗糙化或進行研磨；及
(ii)接合步驟，其係設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，將(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、(c)無機材質層按照(a)(b)(c)之順序於Z軸方向上積層並且進行接合。
＜10＞
如＜9＞之異向性石墨複合體之製造方法，其中接合步驟係於真空中、惰性氣體中、還原性氣體中或惰性氣體與還原性氣體之混合氣體中，一面以50~500 kg/m2 之負載加壓，一面以780℃以上830℃以下進行。
[實施例]
以下，列舉實施例及比較例，對本發明之一實施形態之異向性石墨複合體及其製造方法詳細地進行說明，但並不限定於其等。
＜表面粗糙度之測定方法＞
關於(a)異向性石墨、(c)無機材質層之表面粗糙度，使用Mitutoyo製造之小型表面粗糙度測定器(型號：SJ-310)，將單位設為μm，並精確至小數點後第一位，測定5次。根據該等5次之測定值求出平均值，將平均值之小數點後第一位四捨五入，並將所得之值設為表面粗糙度之測定值(單位μm)。
＜厚度之測定方法＞
關於(b)含鈦金屬層之厚度，使用Mitutoyo製造之測微計(型號：MDC-25SX)，將單位設為μm，以最小1 μm單位測定5次。根據該等5次之測定值求出平均值，將平均值之小數點後第一位四捨五入，並將所得之值設為厚度T2之測定值(單位μm)。
＜異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度之測定方法＞
關於異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度，以如下方式進行測定。藉由沿著與異向性石墨中之石墨層之結晶配向面垂直之平面，使用IMT公司製造之桌上試樣研磨機(型號：IM-P2)，對異向性石墨複合體進行拋光研磨而製作剖面，進而使用寬離子束對剖面進行研磨。利用掃描式電子顯微鏡觀察(倍率：5000倍)該剖面，將以1 μm單位讀取所觀察之範圍內之最大界面粗糙度所得之值設為異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度(μm)。
圖4中表示實施例1之異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之掃描式電子顯微鏡照片。
＜異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度之測定方法＞
關於異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度，以如下方式進行測定。藉由沿著與異向性石墨中之石墨層之結晶配向面垂直之平面，使用IMT公司製造之桌上試樣研磨機(型號：IM-P2)，對異向性石墨複合體進行拋光研磨而製作剖面，進而使用寬離子束對剖面進行研磨。利用掃描式電子顯微鏡觀察(倍率：200倍)該剖面，將以1 μm單位讀取所觀察之範圍內之平均之最大界面粗糙度所得之值設為含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度(μm)。
＜熱傳遞性能之評估方法＞
圖3中以立體圖表示評估異向性石墨複合體之熱傳遞性能時之構造體。於Z軸方向上，自上方起積層有陶瓷加熱器31、異向性石墨複合體2、及水冷散熱片32。再者，異向性石墨複合體2積層有無機材質層23、含鈦金屬層22、異向性石墨21、含鈦金屬層22、及無機材質層23。
於20 mm×20 mm且厚度為5 mm之異向性石墨複合體2之上表面中央部，貼附塗佈有Shin-Etsu Silicone製造之矽潤滑脂(型號：G775)之陶瓷加熱器31(阪口電熱公司製造之微陶瓷加熱器，型號：MS-M5，5 mm×5 mm)。進而，於異向性石墨複合體2之下表面塗佈Shin-Etsu Silicone製造之矽潤滑脂(型號：G775)，並貼附水冷散熱片32(PEPARESS公司製造之散熱片，型號：TR-WHS7V1)。於水冷散熱片32中，於使溫度18℃之水循環，並對陶瓷加熱器31施加10 W之熱量之狀態下，利用日本Avionics公司製造之紅外線相機(型號：InfRec R300SR)拍攝異向性石墨複合體2之上表面及陶瓷加熱器31之熱圖像。對該熱圖像進行解析，測定陶瓷加熱器31之最大溫度K1、及異向性石墨複合體2之上表面之最低溫度K2，算出K1與K2之溫度差(K1-K2)之值。
基於以下之基準，判定熱傳遞性能。
「A」：K1與K2之溫度差(K1-K2)為5℃以下。
「B」：K1與K2之溫度差(K1-K2)大於5℃且為10℃以下。
「C」：K1與K2之溫度差(K1-K2)大於10℃。
若為「A」或「B」，則判斷為熱於異向性石墨複合體2中均勻地擴散，熱傳遞性能優異。
＜長期可靠性之評估方法＞
於ESPEC製造之熱衝擊試驗機(型號：TSA-43EL)中，加入異向性石墨複合體2，進行溫度條件為-40~150℃、-40℃及150℃下之穩定時間為5分鐘且循環數為500循環之熱衝擊試驗。
將熱衝擊試驗前之陶瓷加熱器31之最大溫度設為K10 ，將熱衝擊試驗後之陶瓷加熱器31之最大溫度設為K11 ，若溫度變化(K11 -K10 )為3℃以下則設為「A」，若大於3℃且為5℃以下則設為「B」，若大於5℃則設為「C」，若為「A」或「B」，則判斷為熱傳遞性能未下降，長期可靠性優異。
＜製造例1(石墨塊之製作)＞
以下表示石墨塊之製造例。
將尺寸100 mm×100 mm、厚度25 μm之Kaneka製造之聚醯亞胺膜積層1500片之後，一面以40 kg/cm2 之加壓力進行按壓加壓，一面於惰性氣體氛圍下進行熱處理至2900℃為止，藉此製作石墨塊(尺寸90 mm×90 mm，厚度15 mm)。石墨塊之熱導率於石墨層之結晶配向面之方向上為1500 W/mK，於相對於結晶配向面垂直之方向上為5 W/mK。
＜製造例2-1(異向性石墨(a1)之製作)＞
將製造例1中所製作之石墨塊(尺寸90 mm×90 mm，厚度15 mm)就X軸、與X軸正交之Y軸、及與包含X軸及Y軸之平面垂直之Z軸而言，以石墨之結晶配向面與X-Z平面平行之方式配置，使用線切割機，於X-Y平面中切斷為20 mm×20 mm且Z軸方向之厚度4.5 mm之尺寸。然後，獲得與X-Y平面平行之面11、與Y-Z平面平行之面13及其等之背面之表面粗糙度為50 μm之異向性石墨(a1)。
＜製造例2-2(異向性石墨(a2)之製作)＞
如圖1般，將所獲得之異向性石墨之面中之與X-Y平面平行之面11及其背面側之面利用粒度8000號之銼刀進行研磨，而獲得與X-Y平面平行之面11及其背面之表面粗糙度為5 μm之異向性石墨(a2)。
＜製造例2-3(異向性石墨(a3)之製作)＞
如圖1般，將所獲得之異向性石墨之面中之與X-Y平面平行之面11及其背面側之面利用粒度2000號之銼刀進行研磨，而獲得與X-Y平面平行之面11及其背面之表面粗糙度為12 μm之異向性石墨(a3)。
＜製造例2-4(異向性石墨(a4)之製作)＞
如圖1般，將所獲得之異向性石墨之面中之與X-Y平面平行之面11及其背面側之面利用粒度1000號之銼刀進行研磨，而獲得與X-Y平面平行之面11及其背面之表面粗糙度為15 μm之異向性石墨(a4)。
＜製造例2-5(異向性石墨(a5)之製作)＞
如圖1般，將所獲得之異向性石墨之面中之與X-Y平面平行之面11及其背面側之面利用粒度600號之銼刀進行研磨，而獲得與X-Y平面平行之面11及其背面之表面粗糙度為30 μm之異向性石墨(a5)。
(a1)異向性石墨：面11、面13及其等之背面之表面粗糙度為50 μm。
(a2)異向性石墨：面11及其背面之表面粗糙度為5 μm。
(a3)異向性石墨：面11及其背面之表面粗糙度為12 μm。
(a4)異向性石墨：面11及其背面之表面粗糙度為15 μm。
(a5)異向性石墨：面11及其背面之表面粗糙度為30 μm。
＜製造例3：(b)含鈦金屬層之製作＞
作為(b)含鈦金屬層，使用(b1)~(b4)。
(b1)含鈦之銀焊料(鈦含量1.0重量%，厚度30 μm，20 mm×20 mm)。
(b2)含鈦之銀焊料(鈦含量1.0重量%，厚度50 μm，20 mm×20 mm)。
(b3)含鈦之銀焊料(鈦含量1.5重量%，厚度30 μm，20 mm×20 mm)。
(b4)銀焊料(鈦含量0重量%，厚度30 μm，20 mm×20 mm)。
＜製造例4：(c)無機材質層之製造方法＞
作為(c)無機材質層，將20 mm×20 mm且厚度200 μm之純銅之單側之表面利用粒度1000~8000號之銼刀進行研磨，而獲得以下之(c1)~(c3)之純銅。
(c1)20 mm×20 mm、厚度200 μm且單面之表面粗糙度3 μm之純銅。
(c2)20 mm×20 mm、厚度200 μm且單面之表面粗糙度10 μm之純銅。
(c3)20 mm×20 mm、厚度200 μm且單面之表面粗糙度20 μm之純銅。
＜(d)保持構件＞
使用(d1)Toyo Tanso製造之等向性石墨塊(型號：TTK-9)。
[實施例1]
如圖2般，於沿Z軸方向自上方起積層(d1)作為保持構件24，積層(c1)作為無機材質層23，積層(b1)作為含鈦金屬層22，積層(a2)作為異向性石墨21，積層(b1)作為含鈦金屬層22，積層(c1)作為無機材質層23，積層(d1)作為保持構件24之狀態下，且於自Z軸方向之上下(施加負載之方向25)施加100 kg/m2 之負載之狀態下，以10-3 Pa之真空環境、及810℃之溫度範圍加熱30分鐘之後，冷卻至常溫，而獲得(A1)異向性石墨複合體2。
(a2)異向性石墨：面11及其背面之表面粗糙度為5 μm。
(b1)鈦含量為1.0%且厚度為30 μm之含鈦之銀焊料。
(c1)單面之表面粗糙度為3 μm之純銅。
(d1)Toyo Tanso製造之等向性石墨塊(型號：TTK-9)。
如圖3般，製作包括陶瓷加熱器31、(A1)異向性石墨複合體2及水冷散熱片32之構造體，進行(A)異向性石墨複合體之熱傳遞性能及長期可靠性之評估。
如圖4所示，於實施例1之異向性石墨複合體42中，異向性石墨42與含鈦金屬層41之界面(換言之，異向性石墨與含鈦金屬層之界面部分43)之界面粗糙度為2 μm。又，如圖5所示，於實施例1之異向性石墨複合體中，含鈦金屬層51與無機材質層52之界面(換言之，含鈦金屬層與無機材質層之界面部分53)之界面粗糙度為3 μm。
[實施例2]
於實施例1中，除了使用(a3)代替(a2)以外，藉由相同之方法，獲得(A2)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為5 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為3 μm。
[實施例3]
於實施例1中，除了使用(c2)代替(c1)以外，藉由相同之方法，獲得(A3)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為2 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為10 μm。
[實施例4]
於實施例1中，除了使用(b2)代替(b1)以外，藉由相同之方法，獲得(A4)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為2 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為3 μm。
[實施例5]
於實施例1中，除了使用(b3)代替(b1)以外，藉由相同之方法，獲得(A5)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為2 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為3 μm。
[實施例6]
於實施例1中，除了使用(a4)代替(a2)，使用(b2)代替(b1)以外，藉由相同之方法，獲得(A6)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為7 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為10 μm。
＜比較例1＞
於實施例1中，除了使用(a5)代替(a2)以外，藉由相同之方法，獲得(A7)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為20 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為3 μm。
＜比較例2＞
於實施例1中，除了使用(a4)代替(a2)，使用(b2)代替(b1)，使用(c3)代替(c1)以外，藉由相同之方法，獲得(A8)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為7 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為20 μm。
＜比較例3＞
於實施例1中，除了使用(b4)代替(b1)以外，藉由相同之方法，獲得(A9)異向性石墨複合體，進行熱傳遞性能及長期可靠性之評估。再者，異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之界面粗糙度為2 μm。又，異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之界面粗糙度為3 μm。
以下，將實施例及比較例中所評估之異向性石墨複合體(A1)~(A9)之熱傳遞性能(K1-K2)及長期可靠性(K11 -K10 )之測定值、評估之結果進行彙總。
[表1]
如表1所示，根據實施例1~6及比較例1~3，可知於具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層及(c)無機材質層之異向性石墨複合體(A)中，於與(b)接合之(a)之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下，與(b)接合之(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下之情形時，熱傳遞性能及長期可靠性優異。
[產業上之可利用性]
根據本發明之一實施形態，可獲得熱傳遞性能及長期可靠性優異之異向性石墨。因此，本發明之一實施形態之異向性石墨及異向性石墨複合體可較佳地用於電子設備及電子零件等中。
1‧‧‧異向性石墨
2‧‧‧異向性石墨複合體
3‧‧‧構造體
11‧‧‧與X-Y平面平行之面
12‧‧‧與X-Z平面平行之面
13‧‧‧與Y-Z平面平行之面
14‧‧‧石墨層之結晶配向面之一
21‧‧‧異向性石墨
22‧‧‧含鈦金屬層
23‧‧‧無機材質層
24‧‧‧保持構件
25‧‧‧施加負載之方向
31‧‧‧陶瓷加熱器
32‧‧‧水冷散熱片
41‧‧‧含鈦金屬層
42‧‧‧異向性石墨
43‧‧‧異向性石墨與含鈦金屬層之界面部分
51‧‧‧含鈦金屬層
52‧‧‧無機材質層
53‧‧‧含鈦金屬層與無機材質層之界面部分
圖1係異向性石墨之立體圖。
圖2係異向性石墨複合體之立體圖。
圖3係對異向性石墨複合體進行評估時之構造體之立體圖。
圖4係異向性石墨複合體中之異向性石墨與含鈦金屬層之界面之利用掃描式顯微鏡所得之像。
圖5係異向性石墨複合體中之含鈦金屬層與無機材質層之界面之利用掃描式顯微鏡所得之像。

Claims (10)

  1. 一種異向性石墨，其 設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸， 上述異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置， 上述異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下， 上述異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下， 上述異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下， 上述異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
  2. 如請求項1之異向性石墨，其中上述異向性石墨之與X-Y平面平行之面中之至少一個面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
  3. 如請求項1之異向性石墨，其中上述異向性石墨之與X-Y平面平行之兩個面之表面粗糙度為2 μm以上10 μm以下。
  4. 一種異向性石墨複合體，其係具備(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層者，且 設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸， 上述(a)異向性石墨中之石墨層之結晶配向面與X-Z平面平行地配置， 上述(a)異向性石墨之與X軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下， 上述(a)異向性石墨之與Y軸平行之邊之長度為4 mm以上300 mm以下， 上述(a)異向性石墨之Z軸方向之厚度為0.5 mm以上5.0 mm以下， 上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層依序於Z軸方向上積層並且相互接合， 與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下， 與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為1 μm以上15 μm以下。
  5. 如請求項4之異向性石墨複合體，其中與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(a)異向性石墨之界面之界面粗糙度為2 μm以上4 μm以下。
  6. 如請求項4或5之異向性石墨複合體，其中上述(b)含鈦金屬層之厚度為20 μm以上40 μm以下。
  7. 如請求項4或5之異向性石墨複合體，其中上述(b)含鈦金屬層之鈦含量為0.1重量%以上2.0重量%以下。
  8. 如請求項4或5之異向性石墨複合體，其中與上述(b)含鈦金屬層接合之上述(c)無機材質層之界面之界面粗糙度為2 μm以上8 μm以下。
  9. 一種異向性石墨複合體之製造方法，其 設X軸、與X軸正交之Y軸、及與X-Y平面垂直之Z軸，且包含： (i)表面處理步驟，其係將(a)異向性石墨之面且為與該(a)異向性石墨中所包含之石墨層之平行於X-Z平面之結晶配向面垂直之面中之至少一個面之表面粗糙化或進行研磨；及 (ii)接合步驟，其係將上述(a)異向性石墨、(b)含鈦金屬層、及(c)無機材質層按照上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層之順序於Z軸方向上積層並且進行接合。
  10. 如請求項9之異向性石墨複合體之製造方法，其中上述接合步驟係於真空中、惰性氣體中、還原性氣體中、或惰性氣體與還原性氣體之混合氣體中，一面以50~500 kg/m2 之負載對依序積層有上述(a)異向性石墨、上述(b)含鈦金屬層、上述(c)無機材質層之積層體進行加壓，一面以780℃以上830℃以下進行。
TW108110868A 2018-03-28 2019-03-28 異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法 TWI789510B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-062844 2018-03-28
JP2018062844 2018-03-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201942054A true TW201942054A (zh) 2019-11-01
TWI789510B TWI789510B (zh) 2023-01-11

Family

ID=68059218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108110868A TWI789510B (zh) 2018-03-28 2019-03-28 異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11905456B2 (zh)
JP (1) JP7072051B2 (zh)
CN (1) CN111971789B (zh)
TW (1) TWI789510B (zh)
WO (1) WO2019188915A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024004555A1 (ja) * 2022-06-30 2024-01-04 株式会社カネカ グラファイト複合体、およびグラファイト複合体の製造方法
CN115070045B (zh) * 2022-08-22 2022-12-02 有研工程技术研究院有限公司 一种超高导热石墨-铜复合材料及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004311505A (ja) 2003-04-02 2004-11-04 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 熱電変換モジュール製造用治具
JP2008212982A (ja) 2007-03-05 2008-09-18 Kanto Yakin Kogyo Co Ltd チタンの連続ろう付け方法
CN102317236B (zh) 2009-02-12 2014-04-09 电气化学工业株式会社 由铝-石墨复合体形成的基板、使用了该基板的散热部件及led发光构件
US8085531B2 (en) 2009-07-14 2011-12-27 Specialty Minerals (Michigan) Inc. Anisotropic thermal conduction element and manufacturing method
JP5671266B2 (ja) * 2010-06-17 2015-02-18 デクセリアルズ株式会社 熱伝導性シート
TWI610407B (zh) 2010-06-17 2018-01-01 Dexerials Corp 導熱片及其製造方法
JP2012023335A (ja) * 2010-06-17 2012-02-02 Sony Chemical & Information Device Corp 熱伝導性シート及びその製造方法
JP5930604B2 (ja) 2011-05-12 2016-06-08 株式会社サーモグラフィティクス 異方性熱伝導素子の製造方法
JP6594639B2 (ja) 2015-02-12 2019-10-23 株式会社カネカ 高熱伝導性放熱基板、及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111971789B (zh) 2024-03-01
CN111971789A (zh) 2020-11-20
US20210017438A1 (en) 2021-01-21
US11905456B2 (en) 2024-02-20
WO2019188915A1 (ja) 2019-10-03
JPWO2019188915A1 (ja) 2021-02-12
JP7072051B2 (ja) 2022-05-19
TWI789510B (zh) 2023-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9017824B2 (en) Aluminum-diamond composite and manufacturing method
EP2213756B1 (en) Metal-graphite composite material having high thermal conductivity and method for producing the same
JP5759152B2 (ja) アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法
TWI668312B (zh) 半導體元件用散熱零件
JPWO2013015158A1 (ja) 半導体素子用放熱部品
TWI789510B (zh) 異向性石墨、異向性石墨複合體及其製造方法
JP2012158783A (ja) アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法
JP6621736B2 (ja) アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びこれを用いた放熱部品
JP7000347B2 (ja) 半導体素子用放熱部品
CN112912524B (zh) 复合构件
WO2020059605A1 (ja) 半導体パッケージ
JP6105262B2 (ja) アルミニウム−ダイヤモンド系複合体放熱部品
JP7142864B2 (ja) 異方性グラファイト複合体の製造方法
JP2004175626A (ja) 高熱伝導性ダイヤモンド焼結体とそれを用いた半導体搭載用ヒートシンク及びその製造方法
CN112771661B (zh) 各向异性石墨及各向异性石墨复合体
CN110246782A (zh) 一种cof封装用的热压合头及其制备方法