WO2017061307A1 - 放熱フィン、放熱フィンの製造方法、および放熱フィンを備える半導体パッケージ - Google Patents

放熱フィン、放熱フィンの製造方法、および放熱フィンを備える半導体パッケージ Download PDF

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WO2017061307A1
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papermaking
heat
fibrous filler
fin
fiber
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Inventor
遼介 杉野
享起 谷口
Original Assignee
住友ベークライト株式会社
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a radiating fin, a method for manufacturing the radiating fin, and a semiconductor package including the radiating fin.
  • heat dissipation measure As a heat dissipation measure, heat radiation fins formed by extruding or die-casting a metal with high thermal conductivity (copper, aluminum, aluminum alloy, magnesium alloy, etc.) are placed near the heat source, and the ambient air It is common to dissipate heat efficiently.
  • these heat dissipation measures required to increase the outer dimensions of the heat dissipation fins in order to secure a heat dissipation area in order to achieve high heat dissipation performance.
  • the metal with high heat conductivity mentioned above has large specific gravity, the weight of the radiation fin may increase. In view of such problems, there is a demand for the development of a material having excellent heat conductivity in a high temperature environment and having excellent thermal conductivity.
  • Patent Document 1 discloses a heat dissipation structure composed of a heat conductive resin composition containing carbon fiber or the like. It is described that by using such a heat conductive resin composition as a constituent material of the heat dissipation structure, a heat dissipation structure that is excellent in heat dissipation and lightweight is produced by an injection molding method.
  • JP 2012-79794 A Japanese Patent No. 4675276 Japanese Patent No. 5426399
  • the present invention provides a heat radiation fin having excellent strength and excellent heat dissipation while being lightweight, a method for manufacturing the heat radiation fin, and a semiconductor package including the heat radiation fin.
  • the present invention is composed of a papermaking molded body including a thermosetting resin, a fibrous filler composed of at least one of carbon fibers and metal fibers, and a powdery filler composed of a carbon material.
  • a heat dissipating fin is provided.
  • thermosetting resin a fibrous filler composed of at least one of carbon fiber and metal fiber
  • a powdery filler composed of a carbon material
  • a method of manufacturing a heat radiating fin including a step of manufacturing a papermaking body from a material slurry containing, and a step of forming the papermaking body under heat and pressure to manufacture a radiating fin composed of the papermaking formed body.
  • a semiconductor package including a semiconductor chip and the heat radiating fin provided adjacent to the semiconductor chip.
  • a heat dissipating fin having excellent strength and excellent thermal conductivity and heat dissipation while being lightweight. Moreover, according to this invention, the manufacturing method of such a radiation fin is provided. Moreover, according to this invention, a semiconductor package provided with such a radiation fin is provided.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an example of a sheet-like papermaking body according to the present embodiment.
  • 2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views schematically showing an example of a method for producing a papermaking according to this embodiment.
  • FIGS. 3A and 3B are perspective views schematically showing an example of the heat radiating fin according to the present embodiment.
  • FIGS. 4A and 4B are perspective views schematically showing an example of the radiation fin according to the present embodiment.
  • 5 (a) and 5 (b) are diagrams for explaining a method of manufacturing the radiation fin shown in FIGS. 3 (a) and 4 (b).
  • 6 (a) and 6 (b) are diagrams for explaining a method of manufacturing the radiation fin shown in FIGS. 3 (b) and 4 (a).
  • the heat dissipating fin according to the present embodiment is a papermaking molded body including a thermosetting resin, a fibrous filler composed of at least one of carbon fiber and metal fiber, and a powdery filler composed of a carbon material. It is configured.
  • the heat dissipating fin according to the present embodiment uses a papermaking method to manufacture a papermaking body from a material slurry containing a thermosetting resin, the fibrous filler, and the powdery filler, and the papermaking body. It is comprised from the papermaking molded object obtained by heat-press-molding.
  • a molded body obtained by molding a papermaking body under heat and pressure is referred to as a papermaking molded body.
  • the radiation fin includes a thermosetting resin, a fibrous filler composed of at least one of carbon fiber and metal fiber, and a powdery filler composed of a carbon material.
  • the heat dissipating fin of the present invention has excellent heat conductivity and heat dissipation because a powdery filler composed of a carbon material having excellent heat conductivity is interposed between the fibrous fillers.
  • the radiation fin of this invention is comprised from the thermosetting resin, the fibrous filler, and the powdery filler, and it is not necessary to use a metal material with large specific gravity. Therefore, it is possible to achieve the same or further light weight as the conventional heat radiation fin obtained by aluminum die casting.
  • the radiation fin of this invention is obtained by die-molding the papermaking body obtained from the component material mentioned above using a papermaking method.
  • the fibrous fillers are appropriately entangled with each other, and the thermosetting resin functions as a binder resin between the fibrous fillers to obtain a heat radiation fin having high strength.
  • the radiating fin is manufactured by molding a paper-making body obtained by using a paper-making method, using a die having a desired shape.
  • the papermaking method refers to a wet papermaking method, that is, a papermaking technique which is one of papermaking techniques.
  • a papermaking body refers to the sheet-like material obtained by the papermaking method from the slurry in which the fiber etc. were disperse
  • the papermaking body refers to the above-mentioned wet state remaining on the filter after a raw material slurry obtained by dispersing raw materials such as fibers and thermosetting resin in a dispersion medium is made on the filter. A sheet-like material obtained by drying and removing the dispersion medium from the raw material.
  • the thermosetting resin contained therein is in a state before being completely cured.
  • papermaking method and “papermaking body” refer to, for example, the state of an object obtained by using a technique of papermaking as described in Patent Document 2 and Patent Document 3, to which the present invention belongs.
  • the papermaking product is described as a wet solid content remaining on a filter after dehydrating a liquid component from a raw material slurry in which raw materials such as fibers and resins are dispersed in a dispersion medium.
  • the wet state means a state before drying and heat treatment, that is, a cured state before post-cure.
  • the papermaking body is used for obtaining a molded body by heating in a mold and dry-molding. Therefore, it is described that the papermaking body is used as a molding material.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a sheet-like papermaking body according to the present embodiment.
  • FIG. 1 shows an enlarged view of a sheet-shaped papermaking body 10 and a region surrounded by a dotted line of the papermaking body 10.
  • the papermaking body 10 according to the present embodiment includes a thermosetting resin A, a fibrous filler B, and a powdery filler C made of a carbon material.
  • the orientation of the fibrous filler B in the papermaking body 10 is highly controlled. Specifically, as shown in FIG. 1, the fibrous filler B is randomly oriented when viewed from the in-plane direction of the papermaking 10, while when viewed from the thickness direction of the papermaking 10.
  • the fibrous filler B is oriented in the plane direction of the papermaking body 10.
  • the thermosetting resin A contained in the papermaking body 10 functions as a binder that binds the carbon fibers B to each other, and also functions as a molding material for forming the papermaking body 10 into the shape of the radiation fins by subsequent heat treatment. .
  • the thermosetting resin A is in a state where it is not completely cured, for example, in a B stage state, and is present between the carbon fibers B and binds the carbon fibers B together. .
  • the papermaking body 10 can be transformed into another shape, and the thermosetting resin A is completely cured to obtain a desired shape.
  • a paper-molded molded article can be obtained.
  • the papermaking body 10 is used as a molding material for producing the papermaking molding.
  • the papermaking body 10 is obtained by a papermaking method and has structural features in the following points. The following characteristics are also maintained in the papermaking compact.
  • the filler B is oriented in a specific direction (a planar direction of the papermaking body 10). Moreover, the orientation of the fiber material in the thickness direction of the papermaking body 10 is high.
  • the fiber material is laminated in the thickness direction of the papermaking body 10.
  • C) The fibrous fillers B are bound together by a thermosetting resin A as a binder.
  • the thermal conductivity in the plane direction of the papermaking body 10 can be increased.
  • the papermaking body 10 of the present embodiment has a thermal conductivity in the planar direction of the papermaking body 10 because the powdery filler C composed of a carbon material is interposed between the fibrous fillers B as shown in FIG. Especially high.
  • the radiating fin (papermaking molded body) manufactured using the papermaking body 10 heat from the heat generating device is conducted to the entire radiating fin in a short time, so that heat can be efficiently radiated from the entire surface of the radiating fin. . Therefore, a heat radiating fin having excellent heat dissipation can be obtained.
  • the fibrous filler B is uniformly and highly overlapped in the thickness direction of the papermaking body 10 in a state of being oriented in the plane direction of the papermaking body 10.
  • the radiating fin (paper-molded molded body) manufactured using the papermaking body 10 has excellent mechanical strength and can reliably suppress variations in mechanical strength.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the fibrous filler B and the surface direction of the papermaking body 10 is preferably about 0 to 10 °, and more preferably about 0 to 8 °.
  • the thermal conductivity in the planar direction of the papermaking body 10 can be further improved.
  • the mechanical strength of the papermaking body 10 can be further improved. Therefore, the heat radiation fin manufactured using the papermaking body 10 is further improved in heat dissipation and mechanical strength.
  • the specific shape of a radiation fin is later mentioned based on FIG. 3 and FIG.
  • thermosetting resin A a resin that can act as a binder and bind the fibrous filler B can be used.
  • thermosetting resin A it is more preferable to use solid resin, for example at 25 degreeC from a viewpoint of manufacturing the papermaking body 10 stably.
  • resins include phenolic resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, and polyurethanes. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
  • the thermosetting resin A is preferably a resin that takes a B-stage state in the papermaking body 10.
  • the sheet-like aggregate F obtained from the material slurry by the paper making method is in a B-stage state as shown in FIG.
  • the obtained papermaking body 10 is shape
  • the thermosetting resin A contained in this is heat-hardened, and a papermaking shaping
  • a thermosetting resin A a phenol resin and an epoxy resin are mentioned.
  • the thermosetting resin A may have a granular or powdery shape, for example.
  • the heat conductivity of the radiation fin which is a molded article obtained by hardening the papermaking body 10 can be improved more effectively.
  • the thermosetting resin A has a granular or powdery shape, so that the impregnation property at the time of melting is improved, and the fibrous filler It is presumed that the interface between B or the powdery filler C and the thermosetting resin A is well formed.
  • thermosetting resin A which is a granular material, a fibrous filler B, and a powdered filler C
  • thermosetting resin A which is a granular material, a fibrous filler B, and a powdered filler C
  • thermosetting resin A having a granular or powdery shape examples include a thermosetting resin A having an average particle diameter of 500 ⁇ m or less. From the viewpoint of more effectively improving the thermal conductivity of the papermaking product obtained by curing the papermaking product 10, the average particle size of the thermosetting resin A having a granular or powdery shape is 1 nm or more and 300 ⁇ m or less. It is more preferable that The thermosetting resin A having such an average particle diameter can be obtained by performing a pulverization process using, for example, an atomizer pulverizer. The average particle diameter of the thermosetting resin A is obtained by using a laser diffraction particle size distribution measuring device such as SALD-7000 manufactured by Shimadzu Corporation as the average particle diameter based on a 50% particle diameter. be able to.
  • SALD-7000 laser diffraction particle size distribution measuring device
  • the content of the thermosetting resin A is preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, and particularly preferably 20% by weight or more with respect to the entire papermaking 10. Thereby, the workability and lightness of the papermaking body 10 can be improved more effectively.
  • the content of the thermosetting resin A is preferably 80% by weight or less, more preferably 60% by weight or less, and particularly preferably 40% by weight or less, based on the entire papermaking body 10. preferable. Thereby, it becomes possible to improve the thermal characteristic of the radiation fin obtained by hardening the papermaking body 10 more effectively.
  • the fibrous filler B used in the present invention is made of carbon fiber or metal fiber.
  • the fibrous filler B preferably has an aspect ratio of 100 or more. Thereby, it becomes possible to improve the thermal conductivity of the papermaking molded body obtained by curing the papermaking body 10. It is thought that the fibrous filler B contributes to the improvement of the thermal conductivity in the planar direction of the heat radiating fin obtained. From the viewpoint of improving thermal conductivity, the aspect ratio of the fibrous filler B is more preferably 150 or more, and particularly preferably 200 or more.
  • the aspect ratio of the fibrous filler B is preferably 1000 or less from the viewpoint of improving the ease of production of the papermaking product 10 and the strength of the papermaking product obtained by curing the papermaking product 10, and 700 The following is more preferable.
  • the aspect ratio of the fibrous filler B is determined by the fiber length / fiber width.
  • the fibrous filler B in this specification is the concept which does not contain the pulp mentioned later.
  • the fiber length of the fibrous filler B is preferably, for example, 100 ⁇ m or more and 200 mm or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 50 mm or less, and particularly preferably 500 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the fiber width of the fibrous filler B is, for example, preferably from 0.5 ⁇ m to 1 mm, and more preferably from 3 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • ⁇ Fiber filler B of various shapes can be used according to the required characteristics.
  • a chopped fiber can be used as the fibrous filler B. Thereby, it is possible to realize excellent thermal conductivity more stably.
  • the metal fiber may be a metal fiber composed of a single metal element or an alloy fiber composed of a plurality of metals.
  • the metal fiber preferably contains one or more metal elements selected from the group consisting of, for example, aluminum, silver, copper, magnesium, iron, chromium, nickel, titanium, zinc, tin, molybdenum, and tungsten.
  • metal fiber in this embodiment for example, Nippon Seisen Co., Ltd. and Bekaert Japan Co., Ltd. stainless steel fiber, Nigi Co., Ltd. copper fiber, aluminum fiber, brass fiber, steel fiber, titanium fiber, Phosphor bronze fibers and the like are available as commercial products, but are not limited thereto.
  • metal fibers may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • one or more of copper fiber, aluminum fiber, and brass fiber is preferable from the viewpoint of thermal conductivity
  • one or more of stainless fiber, copper fiber, and aluminum fiber are preferable from the viewpoint of electromagnetic shielding properties. preferable.
  • the fibrous filler B includes inorganic fibers such as glass fibers and ceramic fibers in addition to the above-described metal fibers or carbon fibers; natural fibers such as wood fibers, cotton, hemp, and wool; regenerated fibers such as rayon fibers; and cellulose fibers.
  • Semi-synthetic fiber selected from synthetic fiber such as polyamide fiber, aramid fiber, polyimide fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyester fiber, acrylic fiber, polyparaphenylene benzoxazole fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber, polyacrylonitrile fiber, ethylene vinyl alcohol fiber
  • One or two or more fibrous fillers may be included.
  • the radiating fin from the viewpoint of improving the mechanical properties of the radiating fin, it is preferable to use one or more of synthetic fibers and inorganic fibers in combination. From the viewpoint of improving the impact resistance of the radiating fin, it is preferable to use an aramid fiber in combination.
  • the fibrous filler B may be surface-treated with a silane coupling agent, an aluminate coupling agent, a titanate coupling agent, or the like according to necessary characteristics, or converged to improve adhesion and handling properties with the resin. It may be treated with an agent.
  • the content of the fibrous filler B is preferably 3% by weight or more, more preferably 5% by weight or more, and particularly preferably 7% by weight or more with respect to the entire papermaking 10. Thereby, the balance of the mechanical property of the papermaking molded object obtained by hardening the papermaking body 10, a thermal characteristic, and electromagnetic wave shielding can be improved more effectively.
  • the content of the fibrous filler B is preferably 80% by weight or less, more preferably 75% by weight or less, and particularly preferably 70% by weight or less with respect to the entire papermaking 10. . Thereby, the workability and lightness of the papermaking body 10 can be improved.
  • the powdery filler C refers to a filler having the shape of a granular material.
  • the powder filler C made of a carbon material it is possible to more stably realize the thermal conductivity and heat dissipation of the heat dissipating fins.
  • the constituent material of the powder filler C examples include carbon materials such as graphite, carbon black, charcoal, coke, diamond, carbon nanotubes, graphene, and fullerene.
  • carbon materials such as graphite, carbon black, charcoal, coke, diamond, carbon nanotubes, graphene, and fullerene.
  • the powder filler C may contain components other than the carbon material mentioned above.
  • the powder filler C is composed of silicate such as talc, calcined clay, unfired clay, mica and glass; oxide such as titanium oxide and alumina; magnesium silicate, fused silica and crystalline silica.
  • Silicon compounds such as: carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate, hydrotalcite; oxides such as zinc oxide and magnesium oxide; hydroxides such as aluminum hydroxide, magnesium hydroxide and calcium hydroxide; Sulfates or sulfites such as barium sulfate, calcium sulfate, calcium sulfite; borates such as zinc borate, barium metaborate, aluminum borate, calcium borate, sodium borate; aluminum nitride, boron nitride, nitride A nitride such as silicon may be included.
  • the powder filler C may be surface-treated with a silane coupling agent, an aluminate coupling agent, a titanate coupling agent, or the like according to the required characteristics, and converges to improve adhesion and handling properties with the resin. It may be treated with an agent.
  • the content of the powder filler C is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, still more preferably 15% by weight or more, based on the entire papermaking product 10; It is particularly preferable that the amount be at least% by weight.
  • the content of the powder filler C is preferably 80% by weight or less, more preferably 75% by weight or less, and particularly preferably 70% by weight or less with respect to the entire papermaking 10. . Thereby, the workability and lightness of the papermaking body 10 can be improved. Further, by improving the dispersibility of the powder filler C more effectively, the mechanical properties and thermal properties of the papermaking molded body obtained by curing the papermaking body 10, and further improving the electromagnetic wave shielding properties Can do.
  • the papermaking body 10 can contain a pulp, for example.
  • Pulp is a fiber material having a fibril structure and can be obtained, for example, by mechanically or chemically fibrillating the fiber material.
  • the thermosetting resin A is more Since it can be made to aggregate effectively, it becomes possible to implement
  • Examples of the pulp include cellulose fibers such as linter pulp and wood pulp; natural fibers such as kenaf, jute and bamboo; para-type wholly aromatic polyamide fibers (aramid fibers) and copolymers thereof, aromatic polyester fibers, and polybenzazole.
  • Examples thereof include fibrillated organic fibers such as fibers, meta-type aramid fibers and copolymers thereof, acrylic fibers, acrylonitrile fibers, polyimide fibers, and polyamide fibers.
  • the pulp can contain one or more of these.
  • aramid fibers from the viewpoint of improving the mechanical characteristics and thermal characteristics of the heat radiating fins obtained from the papermaking body 10, and from the viewpoint of improving the dispersibility of the fibrous filler B and the powdery filler C, it is composed of aramid fibers. It is particularly preferable that one or both of an aramid pulp and a polyacrylonitrile pulp constituted by acrylonitrile fibers are included.
  • the content of the pulp is preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1.5% by weight or more, and particularly preferably 2% by weight or more based on the entire papermaking body 10. Thereby, aggregation of the thermosetting resin A at the time of papermaking can be generated more effectively, and the more stable manufacture of the papermaking body 10 can be realized. Further, the pulp content is preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less, and particularly preferably 15% by weight or less based on the entire papermaking body 10. Thereby, it becomes possible to improve the mechanical characteristic and thermal characteristic of the radiation fin obtained by hardening the papermaking body 10 more effectively.
  • the papermaking body 10 can contain a flocculant, for example.
  • the aggregating agent has a function of aggregating the thermosetting resin A, the fibrous filler B, and the powdery filler C in a floc form in the manufacturing method of the papermaking body 10 using the papermaking method described later. For this reason, the more stable manufacture of the papermaking body 10 is realizable.
  • the flocculant can include one or more selected from, for example, a cationic polymer flocculant, an anionic polymer flocculant, a nonionic polymer flocculant, and an amphoteric polymer flocculant.
  • flocculants include cationic polyacrylamide, anionic polyacrylamide, Hoffman polyacrylamide, mannic polyacrylamide, amphoteric copolymer polyacrylamide, cationized starch, amphoteric starch, polyethylene oxide and the like.
  • the polymer structure and molecular weight, the amount of functional groups such as hydroxyl groups and ionic groups, and the like can be adjusted according to the required characteristics.
  • the content of the flocculant is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.05% by weight or more, and particularly preferably 0.08% by weight or more with respect to the entire papermaking 10. preferable. Thereby, in the manufacture of the papermaking body 10 using the papermaking method, the yield can be improved.
  • the content of the flocculant is preferably 3% by weight or less, more preferably 2% by weight or less, and particularly preferably 1.6% by weight or less, based on the entire papermaking product 10. . Thereby, in manufacture of the papermaking body 10 using a papermaking method, it becomes possible to perform a dehydration process etc. more easily and stably.
  • the papermaking body 10 can contain, for example, a powdery substance having ion exchange ability in addition to the above-described components.
  • a powdery substance having ion exchange ability for example, one or more intercalation compounds selected from clay minerals, scaly silica fine particles, hydrotalcites, fluorine teniolite and swellable synthetic mica are preferably used.
  • the clay mineral include smectite, halloysite, kanemite, kenyanite, zirconium phosphate, and titanium phosphate.
  • hydrotalcites include hydrotalcite and hydrotalcite-like substances.
  • fluorine teniolite examples include lithium type fluorine teniolite and sodium type fluorine teniolite.
  • swellable synthetic mica examples include sodium-type tetrasilicon fluorine mica and lithium-type tetrasilicon fluorine mica.
  • intercalation compounds may be natural products or synthesized ones.
  • clay minerals are more preferable, and smectite is more preferable in that it exists from natural products to synthetic products and has a wide range of selection.
  • smectite include montmorillonite, beidellite, nontronite, saponite, hectorite, soconite, and stevensite, and any one or more of these can be used.
  • Montmorillonite is a hydrated silicate of aluminum, but may be bentonite containing montmorillonite as a main component and minerals such as quartz, mica, feldspar, and zeolite. Synthetic smectite with few impurities is preferable when used for applications such as coloring and impurities.
  • the papermaking product 10 is also composed of stabilizers such as antioxidants and ultraviolet absorbers, mold release agents, plasticizers, flame retardants, resin curing catalysts and accelerators, pigments, dry paper strength improvers, Paper strength improvers such as wet paper strength improvers, yield improvers, drainage improvers, size fixers, antifoaming agents, rosin sizing agents for acidic papermaking, rosin sizing agents for neutral papermaking, alkyl ketene dimer systems One or more selected from sizing agents, alkenyl succinic anhydride-based sizing agents, sizing agents such as specially modified rosin-based sizing agents, and coagulants such as sulfate bands, aluminum chloride, and polyaluminum chloride. It can be included for the purpose of adjusting production conditions and expressing required physical properties.
  • stabilizers such as antioxidants and ultraviolet absorbers, mold release agents, plasticizers, flame retardants, resin curing catalysts and accelerators, pigments, dry paper strength
  • the thickness of the papermaking body 10 according to the present embodiment is preferably 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the radiation fin comprised from the papermaking molded object obtained by hardening-molding the papermaking body 10 by heating-pressing is 500 micrometers or more and 4 mm or less. By setting it as the said range, it can be set as the radiation fin provided with favorable thermal conductivity and heat dissipation. Further, the thickness of the heat radiating fin can be appropriately changed by adjusting the thickness of the papermaking body 10 or by adjusting the pressure heating conditions of the papermaking body 10.
  • the cured product obtained by heat-treating the papermaking body 10 under the conditions of a pressure of 300 kg / cm 2 and a temperature of 180 ° C. for 10 minutes has a thermal conductivity in the plane direction of ⁇ 1 and a thermal conductivity in the thickness direction. Is ⁇ 2 .
  • the thermal conductivity ⁇ 1 is preferably 20 W / mK or more, more preferably 30 W / mK or more, and even more preferably 40 W / mK or more.
  • the heat conductivity in the plane direction of the papermaking molded object obtained by hardening the papermaking body 10 can be improved more effectively.
  • the upper limit value of the thermal conductivity ⁇ 1 is not particularly limited, but can be set to, for example, 600 W / mK.
  • the thermal conductivity ⁇ 2 is preferably, for example, 1.0 W / mK or more, and more preferably 3.0 W / mK or more. Thereby, the heat conductivity in the thickness direction of the hardened
  • the upper limit value of the thermal conductivity ⁇ 2 is not particularly limited, but can be set to, for example, 100 W / mK.
  • the thermal conductivity ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ 2 can be controlled, for example, by adjusting the types and blending ratios of the components constituting the papermaking body 10. Further, the thermal conductivity ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ 2 can be changed by adjusting the manufacturing conditions of the papermaking body 10.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a method for producing a papermaking according to the present embodiment.
  • the papermaking body 10 of this embodiment is manufactured using, for example, a wet papermaking method.
  • the manufacturing method of the papermaking body which concerns on this embodiment prepares the material slurry containing the thermosetting resin A, the fibrous filler B, and the powdery filler C, for example using a papermaking method (FIG. 2 ( a)), adding a flocculant into the material slurry to obtain an agglomerate F in which the thermosetting resin A, the fibrous filler B, and the powder filler C are aggregated in a floc form, and a bottom surface Includes a step (FIG. 2B) of putting the aggregate F and the solvent in a container constituted by the mesh 30 and discharging the solvent from the mesh 30 to the outside of the container. Aggregate F remains on the mesh 30 in the form of a sheet. In this embodiment, the sheet-like aggregate F is taken out and dried, and the remaining solvent is removed from the aggregate F, whereby the papermaking body 10 can be obtained (FIG. 2 (c)).
  • a papermaking method FIG. 2 ( a)
  • the orientation of the fibrous filler B in the papermaking body 10 is controlled as described above. Further, by using the papermaking method, the fibrous filler B can be uniformly dispersed in the papermaking body 10, and the entanglement between the fibrous fillers B can be appropriately made. Furthermore, the fibrous fillers B or the fibrous filler B and the powder filler C are bound to each other by the thermosetting resin A.
  • the components excluding the flocculant are added to the solvent, and are stirred and dispersed.
  • a varnish-like material slurry is obtained by adding and dispersing the thermosetting resin A, fibrous filler B, powdery filler C, and other additives as required in a solvent. It is done.
  • the method for dispersing each component in the solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of stirring using a disperser.
  • the solvent for producing the material slurry is not particularly limited, but it is difficult to volatilize in the process of dispersing the constituent materials of the material composition and the solvent is removed to suppress the remaining in the papermaking body 10. From the viewpoints of ease, suppression of energy increase due to solvent removal, and the like, a solvent having a boiling point of 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower is preferable.
  • solvents include water; alcohols such as ethanol, 1-propanol, 1-butanol, and ethylene glycol; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, 2-heptanone, and cyclohexanone; ethyl acetate, butyl acetate, and methyl acetoacetate.
  • esters such as methyl acetoacetate; ethers such as tetrahydrofuran, isopropyl ether, dioxane and furfural.
  • These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • it is particularly preferable to use water because the supply amount is abundant, the cost is low, the environmental load is low, the safety is high, and the handling is easy.
  • thermosetting resin A the fibrous filler B, and the powder filler C in the solvent can be aggregated in a floc form to obtain an aggregate F.
  • the material slurry obtained by dispersing the aggregate F in the solvent is put into a container whose bottom surface is made of the mesh 30, and the solvent is discharged from the mesh 30. To do. Thereby, the aggregate F and the solvent can be separated from each other. At this time, the aggregate F remains in a sheet form on the mesh 30.
  • the shape of the resulting papermaking body 10 by appropriately selecting the shape of the mesh 30.
  • the papermaking body 10 having a sheet-like shape is obtained.
  • a mesh 30 having a three-dimensional shape such as a wave shape or unevenness
  • a papermaking body having a three-dimensional shape is obtained.
  • the shape of the papermaking body can be appropriately selected according to the shape of a molded product obtained by curing and molding the paper, the shape of a mold, and the like.
  • the thickness of the papermaking body 10 can be adjusted by adjusting the amount of each of the above components in the material slurry, or by repeating the papermaking process shown in FIG.
  • the sheet-like aggregate F obtained above is taken out, placed in a drying furnace and dried to further remove the solvent. In this way, a sheet-shaped papermaking body 10 as shown in FIG. 2C is produced.
  • FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B are perspective views schematically showing an example of the heat radiating fin according to the present embodiment.
  • 5 (a) and 5 (b) are diagrams for explaining a method of manufacturing the radiation fin shown in FIGS. 3 (a) and 4 (b).
  • 6 (a) and 6 (b) are diagrams for explaining a method of manufacturing the radiation fin shown in FIGS. 3 (b) and 4 (a).
  • the radiating fin 100 is obtained by molding the papermaking body 10 under heat and pressure.
  • Examples of the shape of the radiating fin 100 include the shapes shown in FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A and 4B.
  • the radiating fin 100 can be manufactured by heating and pressurizing the sheet-shaped papermaking body using a mold having the shape of the target radiating fin 100.
  • the radiating fins 100 can be manufactured by molding a three-dimensional paper-making body having irregularities.
  • each structure of the radiation fin shown in FIG. 3 and FIG. 4 and its manufacturing method are demonstrated.
  • FIG. 3 (a) has a flat base 101 and a plurality of thin fins 102 that are erected from the upper surface of the base 101 and arranged substantially parallel to each other. Note that the base 101 and the plurality of fins 102 are integrally formed.
  • the fibrous filler B is oriented in the planar direction at each of the base portion 101 and the fins 102 (FIG. 3A). (See the enlarged view of the area surrounded by the dotted line in the middle)
  • the heat dissipating fin 100 conducts heat uniformly and promptly in the left-right direction of the base 101 when the base 101 is installed in contact with the heat generating device.
  • the heat conducted in the left-right direction of the base 101 can be quickly conducted in each fin 102 in the upward direction in FIG. 3A (the height direction of the fin 102) and efficiently radiated from the surface of each fin 102. it can.
  • the heat dissipating fin 100 having such a configuration can be manufactured by molding one paper-making body 10 under heat and pressure using a molding die shown in FIG.
  • the manufacturing method of the radiation fin 100 shown to Fig.3 (a) is demonstrated.
  • the molding die shown in FIG. 5A includes an outer frame portion 21, a lower die 22 fixed in the outer frame portion 21 and formed with slits (grooves) having a shape corresponding to the fins 102, and the outer frame.
  • An upper mold 23 having substantially the same outer shape as the inner periphery of the portion 21 is provided.
  • the papermaking body 10 is placed on the lower mold 22. Thereafter, as shown in FIG.
  • the upper mold 23 while heating the papermaking body 10, the upper mold 23 is inserted into the outer frame portion 21, and the papermaking body 10 is pressurized so as to approach the lower mold 22. . Thereby, the thermosetting resin A of the papermaking body 10 is melted, and the constituent components of the papermaking body 10 are poured into the slits of the lower mold 23. In this state, the papermaking body 10 is heated and pressurized for a predetermined time, and then the papermaking molded body after the molding process is taken out from the molding die to obtain the heat radiation fin 100 having the shape shown in FIG.
  • the fibrous filler B enters the slit together with the flowing thermosetting resin A so that the longitudinal direction of the fibrous filler B is in the depth direction of the slit. .
  • the fibrous filler B in each fin 102 is oriented in the planar direction of each fin 102.
  • the heat radiating fin 100 shown in FIG. 3B has a structure that is folded in a bellows shape (wave shape) so that a crest portion (convex portion) 103 and a trough portion (concave portion) 104 are continuously formed.
  • the radiating fin 100 has a plurality of thin-plate fins 102 arranged substantially parallel to each other, and the upper end sides of the fins 102 are connected to form a peak portion 103. The lower end side is connected to form a trough 104.
  • the fibrous filler B is oriented in the planar direction of the fins 102 (region surrounded by a dotted line in FIG. 3B). (See the enlarged view).
  • the heat dissipating fins 100 are installed so that the valleys 104 are in contact with the heat generating device, the fins 100 are quickly conducted in the upward direction in FIG. 3B (the height direction of the fins 102) in each fin 102.
  • the heat can be efficiently radiated from the surface of each fin 102.
  • the heat dissipating fin 100 having such a configuration can be manufactured by molding one paper-making body 10 under heat and pressure using a molding die shown in FIG.
  • the manufacturing method of the radiation fin 100 shown in FIG.3 (b) is demonstrated.
  • the sheet-like papermaking body 10 described above and a molding die shown in FIG. 6A has the same configuration as the molding die shown in FIG. 5A except that the configurations of the lower mold 22 and the upper mold 23 are different.
  • the lower die 22 has a plurality of recesses (grooves) formed on the upper side thereof.
  • the upper mold 23 has a plurality of convex portions formed on the lower side thereof. As shown in FIG. 6B, the convex portion of the upper mold 23 is configured to be inserted with a space in the concave portion of the lower mold 22.
  • the papermaking body 10 is placed on the lower mold 22. Thereafter, as shown in FIG. 6B, while heating the papermaking body 10, the upper mold 23 is inserted into the outer frame portion 21, and the papermaking body 10 is pressurized so as to approach the lower mold 22. . Thereby, the thermosetting resin A of the papermaking body 10 is melted, and the papermaking body 10 is deformed by pushing and bending. In this state, the papermaking body 10 is heated and pressurized for a predetermined time, and then the papermaking molded body after the molding process is taken out from the molding die to obtain the heat radiation fin 100 having the shape shown in FIG.
  • the fibrous filler B flows together with the thermosetting resin A so that the longitudinal direction of the fibrous filler B follows a space formed between the lower mold 22 and the upper mold 23 when the papermaking body 10 is heated and pressed. .
  • the fibrous filler B in each fin 102 is oriented in the planar direction of each fin 101.
  • the heat radiating fin 100 shown in FIG. 4A is an offset fin having a bottom plate portion 105 and a plurality of convex portions 106 arranged offset on the bottom plate portion 105.
  • Each convex portion 106 includes a pair of leg walls 107 erected from the bottom plate portion 105 and a top wall 108 that connects the upper ends of the pair of leg walls 107 and is parallel to the bottom plate portion 105.
  • the radiation fin 100 shown to Fig.4 (a) has multiple sets of the row
  • the fibrous filler B extends in the planar direction in each of the bottom plate portion 105, the leg wall 107, and the top wall 108. They are oriented (see the enlarged view of the region surrounded by the dotted line in FIG. 4A).
  • the radiating fin 100 having such a configuration can be manufactured using a mold having the same pattern as the molding mold shown in FIG. That is, in the molding die shown in FIG. 6, use is made of a molding die in which the groove pattern formed in the lower die 22 and the upper die 23 is designed in accordance with the shape of the radiating fin 100 in FIG. Thus, the heat dissipating fin 100 of FIG. 4A can be obtained.
  • a heat radiating fin 100 shown in FIG. 4B has a flat plate-like base portion 109 and a plurality of columnar (pin-like) fins that are erected from the upper surface of the base portion 109 and arranged at almost equal intervals. 102.
  • the base 109 and the plurality of fins 102 are integrally formed.
  • the fibrous filler B in each fin 102 is oriented in the longitudinal direction of the fin 102 (see an enlarged view of a region surrounded by a dotted line in FIG. 4B).
  • the fibrous filler B in the base portion 109 is the same as the base portion 101 of the radiating fin 100 of the first configuration example described above.
  • the heat dissipating fin 100 having such a configuration can be manufactured using a mold having the same pattern as the molding mold shown in FIG. That is, in the molding die shown in FIG. 5, by using a molding die in which the pattern of the groove (opening) formed in the lower die 21 is designed in accordance with the shape of the radiation fin 100 in FIG. 4 (b) can be obtained.
  • Example 1 Solid resol resin as a thermosetting resin (trade name PR-51723 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) 23 vol%, carbon fiber as a fibrous filler (Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.) pulverized to an average particle size of 100 ⁇ m by an atomizer pulverizer )
  • Product name XN100 13 vol%
  • Graphite product name UF-G30 manufactured by Showa Denko KK
  • Kevlar registered trademark
  • Pulp trade name TIARA KY400S manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.
  • 0.1 vol% polyethylene oxide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight 1,000,000
  • Wako Pure Chemical Industries, Ltd. molecular weight 1,000,000
  • the constituent material is flocked. Agglomerated.
  • the aggregate was separated from water with a 30 mesh metal net. Thereafter, the separated aggregate was subjected to dehydration press, and further put into a 70 ° C. dryer for 3 hours to dry, thereby obtaining a composite resin composition (paper product) with a yield of 98%.
  • Example 2 The constituent materials of Example 1 were 19 vol% of the above solid resol resin, 7 vol% of the above carbon fiber, 61 vol% of the above graphite, 9 vol% of aramid fiber (trade name T32ONW manufactured by Teijin Ltd.) as a fibrous filler, and the above Kevlar ( A composite resin composition (papermaking product) was obtained in a yield of 98% in the same manner as in Example 1 except that the constituent material was 4 vol% of registered pulp.
  • aramid fiber trade name T32ONW manufactured by Teijin Ltd.
  • Example 1 Except having changed the constituent material of Example 1 into the constituent material which consists of the said solid resole resin 50vol%, the said aramid fiber 40vol%, and the said Kevlar (trademark) pulp 10vol%, it is the same as that of the said Example 1, A composite resin composition (papermaking product) was obtained in a yield of 98%.
  • Example 2 The constituent material of Example 1 is 30 vol% of the above solid resole resin, 10 vol% of the above Kevlar (registered trademark) pulp, 10 vol% of polyparaphenylene benzoxazole fiber (PBO fiber) as a fibrous filler, and nitriding as a powder filler.
  • a composite resin composition papermaking product was obtained in a yield of 98% in the same manner as in Example 1 except that the constituent material was changed to 50 vol% boron.
  • Example 3 The composite resin composition obtained in Example 1 was set in the mold shown in FIG. 5 to which a release agent was applied, and the composite resin composition was subjected to conditions of 180 ° C. and 10 minutes under a surface pressure of 50 MPa. Was subjected to compression molding to obtain a papermaking molded product having a shape shown in FIG.
  • the obtained papermaking compact has a specific gravity of 1.66, the thermal conductivity in the plane direction of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102 is 95 W / mK, and the thickness of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102.
  • the thermal conductivity in the direction was 5 W / mK, and the emissivity was 0.8.
  • the thermal conductivity in the planar direction and the thickness direction of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102 was measured by a laser flash method using a xenon flash analyzer LFA447 (manufactured by NETZSCH).
  • LFA447 manufactured by NETZSCH
  • the heat conductivity was measured using the same method.
  • Example 4 Except that the composite resin composition used in Example 3 (the composite resin composition obtained in Example 1) was changed to the composite resin composition obtained in Example 2, the same procedure as in Example 3 was performed. A papermaking molded article having a shape shown in FIG. 3A of 6 cm long ⁇ 6 cm wide was obtained.
  • the obtained paper-molded body has a specific gravity of 1.62, the planar portion thermal conductivity of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102 is 70 W / mK, and the thickness of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102.
  • the thermal conductivity in the direction was 4 W / mK and the emissivity was 0.8.
  • Example 3 The composite resin composition used in Example 3 is changed to the composite resin composition obtained in Comparative Example 1, and is shown in FIG. A shaped paper-molded body was obtained.
  • the obtained papermaking compact has a specific gravity of 1.33, the thermal conductivity in the plane direction of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102 is 0.6 W / mK, and the substrate portion 101 and each plate-like fin 102.
  • the thermal conductivity in the thickness direction was 0.2 W / mK, and the emissivity was 0.8.
  • Example 4 The composite resin composition used in Example 3 is changed to the composite resin composition obtained in Comparative Example 2, and is shown in FIG. A shaped paper-molded body was obtained.
  • the obtained papermaking compact has a specific gravity of 1.90, the thermal conductivity in the planar direction of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102 is 11 W / mK, and the thickness of the substrate portion 101 and each plate-like fin 102.
  • the thermal conductivity in the direction was 1 W / mK, and the emissivity was 0.8.
  • Reference Example 1 As Reference Example 1, a heat radiating fin manufactured by aluminum die casting was used.
  • the radiating fin according to Reference Example 1 had the same shape as Example 3 and Example 4.
  • the radiation fin of Reference Example 1 had a specific gravity of 2.68, a thermal conductivity of 92 W / mK, and a radiation rate of 0.1.
  • the thermal conductivity in the planar direction (longitudinal direction) of each fin was high.
  • the heat dissipating fins of the respective examples were able to quickly conduct heat to the entire heat dissipating fins and efficiently dissipate heat.
  • the heat radiation fin of each Example had sufficient intensity
  • the weight of the heat dissipating fin of Reference Example 1 is increased, and it is difficult to reduce the weight of the heat dissipating fin.
  • the present invention is composed of a papermaking molded body including a thermosetting resin, a fibrous filler composed of at least one of carbon fibers and metal fibers, and a powdery filler composed of a carbon material.
  • a thermosetting resin thermosetting resin
  • a fibrous filler composed of at least one of carbon fibers and metal fibers
  • a powdery filler composed of a carbon material.
  • the radiation fin of this invention is comprised from the thermosetting resin, the fibrous filler, and the powdery filler, and it is not necessary to use a metal material with large specific gravity. Therefore, it is possible to achieve the same or further light weight as the conventional heat radiation fin obtained by aluminum die casting. That is, according to the present invention, there is provided a heat radiating fin that is lightweight and has excellent strength and excellent thermal conductivity and heat dissipation. Therefore, the present invention has industrial applicability.

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Abstract

本発明によれば、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーと、を含む抄造成形体で構成される放熱フィン、および、抄造法を用いて、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーとを含む材料スラリーから抄造体を製造する工程と、前記抄造体を加熱加圧下で成形して抄造成形体で構成される放熱フィンを製造する工程と、を含む、放熱フィンの製造方法が提供される。

Description

放熱フィン、放熱フィンの製造方法、および放熱フィンを備える半導体パッケージ
　本発明は、放熱フィン、放熱フィンの製造方法、および放熱フィンを備える半導体パッケージに関する。
　近年、電子電気機器の中には、例えば、ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、パワー半導体といった発熱密度の高いデバイスが実装されている。そこで、これらのデバイス駆動に高い信頼性を確保するために、放熱対策が求められる。放熱対策としては、熱伝導率の高い金属（銅、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）を押し出し成形法やダイキャスト成形法を用いて成形した放熱フィンを発熱源近傍に配置して、外界空気に効率的に熱放散するのが一般的である。しかしこれらの放熱対策は、高い放熱性能を実現するうえで、放熱面積確保のために放熱フィンの外寸法を増大させる必要があった。また、上述した熱伝導率の高い金属は、比重が大きいため、放熱フィンの重量が増大する場合があった。このような課題を鑑み、高温環境において耐熱安定性に優れるとともに、優れた熱伝導性を有する材料の開発が求められている。
　特許文献１には、炭素繊維等を配合した熱伝導性樹脂組成物から構成された放熱構造体が開示されている。放熱構造体の構成材料として、このような熱伝導性樹脂組成物を用いることにより、放熱性に優れ、軽量な放熱構造体を射出成型法により作製することが記載されている。
特開２０１２－７９７９４号公報 特許第４６７５２７６号公報 特許第５４２６３９９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の放熱構造体は、放熱性や強度において改善の余地があった。
　本発明は、軽量でありながら優れた強度と優れた放熱性とを有する放熱フィン、係る放熱フィンの製造方法、および係る放熱フィンを備える半導体パッケージを提供する。
　本発明によれば、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーと、を含む抄造成形体で構成される放熱フィンが提供される。
　また、本発明によれば、抄造法を用いて、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーとを含む材料スラリーから抄造体を製造する工程と、前記抄造体を加熱加圧下で成形して抄造成形体で構成される放熱フィンを製造する工程と、を含む放熱フィンの製造方法が提供される。
　さらに、本発明によれば、半導体チップと、該半導体チップに隣接して設けられた、上記放熱フィンとを備える半導体パッケージが提供される。
　本発明によれば、軽量でありながら、優れた強度と優れた熱伝導性および放熱性とを有する放熱フィンが提供される。また、本発明によれば、このような放熱フィンの製造方法が提供される。また、本発明によれば、このような放熱フィンを備える半導体パッケージが提供される。
図１は、本実施形態に係るシート状の抄造体の一例を模式的に示す斜視図である。 図２（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る抄造体の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。 図３（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る放熱フィンの一例を模式的に示す斜視図である。 図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る放熱フィンの一例を模式的に示す斜視図である。 図５（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）および図４（ｂ）に示す放熱フィンの製造方法を説明するための図である。 図６（ａ）および（ｂ）は、図３（ｂ）および図４（ａ）に示す放熱フィンの製造方法を説明するための図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において同様な構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
（放熱フィン）
　本実施形態に係る放熱フィンは、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーとを含む抄造成形体で構成されている。詳細には、本実施形態に係る放熱フィンは、抄造法を用いて、熱硬化性樹脂と、上記繊維状フィラーと、上記粉末状フィラーとを含む材料スラリーから抄造体を製造し、かかる抄造体を加熱加圧成形して得られる抄造成形体から構成されている。本実施形態において、抄造体を加熱加圧下で成形して得られる成形体を抄造成形体と称する。
　本実施形態において、放熱フィンは、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーとを含む。本発明の放熱フィンは、繊維状フィラーの間に、熱伝導性に優れる炭素材料で構成された粉末状フィラーが介在するため、優れた熱伝導性を備えるとともに、放熱性に優れる。また、本発明の放熱フィンは、熱硬化性樹脂、繊維状フィラー、および粉末状フィラーから構成されており、比重の大きい金属材料を使用する必要がない。そのため、アルミニウムダイキャストにより得られる従来の放熱フィンと同程度またはさらなる軽量化を達成することができる。また、本発明の放熱フィンは、抄造法を用いて、上述した構成材料から得られる抄造体を金型成形して得られる。かかる抄造体を用いることにより、繊維状フィラー同士が適度に絡み合うとともに、熱硬化性樹脂が繊維状フィラー間の結着樹脂として機能して、高い強度を有する放熱フィンが得られる。
　本実施形態において、放熱フィンは、抄造法を用いて得られる抄造体を、目的の形状の金型を用いて金型成型することにより製造される。
　ここで、抄造法とは、湿式抄紙法、すなわち製紙化技術の一つである紙抄きの技術のことをいう。また、抄造体とは、繊維等が溶媒中に分散されたスラリーから、抄造法により得られたシート状物を指す。本実施形態において、抄造体とは、繊維および熱硬化性樹脂等の原料を分散媒に分散させて得られる原料スラリーをフィルター上に抄き上げた後、このフィルター上に残った湿潤状態の上記原料から上記分散媒を乾燥除去して得られるシート状物を指す。抄造体において、これに含まれる熱硬化性樹脂は完全硬化される前の状態にある。
　なお、抄造法および抄造体という用語は、例えば、特許文献２および特許文献３に記載されるように、繊維材料を抄く手法を使用して得られた物の状態を示す、本発明が属する技術分野で一般的に使用される技術用語である。同文献では、抄造体とは、繊維や樹脂等の原料を分散媒に分散させた原料スラリーから、液体分を脱水し、フィルター上に残った湿式状態の固形分を指す、と記載されている。ここで湿式状態とは、乾燥および加熱処理を施す前の状態、すなわち、ポストキュア前の硬化状態を意味する。また、同文献によれば、当該抄造体は、成形型内で加熱して乾燥成形して成形体を得るために利用される。そのため、抄造体は成形材料として用いられると記載されている。
　図１は、本実施形態に係るシート状の抄造体の一例を模式的に示す斜視図である。また、図１は、シート状の抄造体１０と、この抄造体１０の点線で囲まれた領域の拡大図を示す。本実施形態に係る抄造体１０は、熱硬化性樹脂Ａと、繊維状フィラーＢと、炭素材料で構成された粉末状フィラーＣとを含む。抄造体１０は抄造法を用いて作製されることにより、この抄造体１０中の繊維状フィラーＢの配向が高度に制御されている。詳細には、図１に示すように、繊維状フィラーＢは、抄造体１０の面内方向から見た際に、ランダムに配向しており、一方、抄造体１０の厚み方向から見た際に、繊維状フィラーＢは抄造体１０の平面方向に配向されている。
　抄造体１０に含まれる熱硬化性樹脂Ａは、炭素繊維Ｂ同士を結着するバインダーとして機能するとともに、後の加熱処理により抄造体１０を放熱フィンの形状に成形するための成形材として機能する。具体的には、抄造体１０において、熱硬化性樹脂Ａは、完全硬化していない状態、例えば、Ｂステージ状態にあり、炭素繊維Ｂ間に存在して炭素繊維Ｂ同士を結着している。また、抄造体１０を、使用された熱硬化性樹脂Ａの硬化温度で加熱することにより、抄造体１０を別の形状に変形できるとともに、熱硬化性樹脂Ａを完全硬化して、所望の形状の抄造成形体を得ることができる。このように抄造体１０は、抄造成形体を製造するための成形材料として使用される。
　本実施形態に係る抄造体１０は、抄造法により得られたものであり、以下の点において構造上の特徴を有する。下記特徴は、抄造成形体においても維持される。
（Ａ）抄造体１０の面内方向において（抄造体１０を平面視した際に）、繊維状フィラーＢはランダムに配向している。
（Ｂ）抄造体１０の厚み方向において（抄造体１０厚み方向から見た際に）、繊維状フィラーＢの配向状態が高度に制御されている、すなわち、抄造体１０の厚み方向において、繊維状フィラーＢが特定方向（抄造体１０の平面方向）に配向している。また、抄造体１０の厚み方向における繊維材料の配向性が高い。抄造体１０の厚み方向において、繊維材料は積層した状態である。
（Ｃ）繊維状フィラーＢ同士がバインダーとしての熱硬化性樹脂Ａにより結着されている。
　上記特徴（Ａ）～（Ｃ）を有する抄造体１０は、繊維状フィラーＢが抄造体１０の平面方向に配向するため、抄造体１０の平面方向への熱伝導性を高くすることができる。特に、本実施形態の抄造体１０は、図１に示すように、繊維状フィラーＢ間に炭素材料で構成された粉末状フィラーＣが介在するため、抄造体１０の平面方向の熱伝導性が特に高くなる。かかる抄造体１０を用いて製造された放熱フィン（抄造成形体）では、発熱デバイスからの熱が放熱フィン全体に短時間で伝導されるため、放熱フィン全体の表面から効率良く放熱することができる。したがって、優れた放熱性を有する放熱フィンを得ることができる。
　また、図１に示すように、繊維状フィラーＢは、抄造体１０の平面方向に配向した状態で、抄造体１０の厚み方向に、均一に、かつ高い密度で重なっている。かかる抄造体１０を用いて製造された放熱フィン（抄造成形体）は、優れた機械的強度を有するとともに、機械的強度のバラつきを確実に抑えることができる。
　また、抄造体１０において、繊維状フィラーＢの長手方向と抄造体１０の面方向とのなす角度は、０～１０°程度であることが好ましく、０～８°程度であることがより好ましい。かかる条件を満たすように繊維状フィラーＢが配向することにより、抄造体１０の平面方向の熱伝導性をより向上させることができる。また、繊維状フィラーＢが、抄造体１０の厚み方向により均一に設けられるため、抄造体１０の機械的強度をより向上させることができる。そのため、かかる抄造体１０を用いて製造された放熱フィンは、放熱性および機械的強度がより向上する。なお、放熱フィンの具体的な形状については、図３および図４に基づいて後述する。
　以下に、本発明の放熱フィンに用いる材料について記載する。
（熱硬化性樹脂Ａ）
　熱硬化性樹脂Ａは、バインダーとして作用して繊維状フィラーＢを結着し得る樹脂を使用できる。なお、熱硬化性樹脂Ａとしては、例えば２５℃において固形状の樹脂を用いることが抄造体１０の製造を安定的に行う観点からより好ましい。このような樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、およびポリウレタン等が挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
　熱硬化性樹脂Ａは、抄造体１０中でＢステージ状態をとる樹脂であることが好ましい。言い換えると、図２（ｃ）に示すような、材料スラリーから抄造法により得られたシート状の凝集物Ｆを加熱乾燥した状態において、Ｂステージの状態にあることが好ましい。これにより、得られた抄造体１０を目的の形状に成形し、これに含まれる熱硬化性樹脂Ａを加熱硬化して、抄造成形体を得ることができる。このような熱硬化性樹脂Ａとしては、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂が挙げられる。
　本実施形態において、熱硬化性樹脂Ａは、例えば粒状または粉状の形状を有していてもよい。これにより、抄造体１０を硬化して得られた成形品である放熱フィンの熱伝導性をより効果的に向上させることができる。この理由は明らかではないが、抄造体１０を加熱、加圧して成形する際に、熱硬化性樹脂Ａが粒状または粉状の形状を有することにより溶融時の含浸性が向上し、繊維状フィラーＢや粉末状フィラーＣと熱硬化性樹脂Ａとの界面が良好に形成されることによると推定されている。本実施形態においては、例えば粉粒体である熱硬化性樹脂Ａと、繊維状フィラーＢと、粉末状フィラーＣとを使用し、抄造法により抄造体１０を作製することにより、粒状または粉状の形状を有する熱硬化性樹脂Ａを含む抄造体１０を得ることができる。
　粒状または粉状の形状を有する熱硬化性樹脂Ａとしては、例えば平均粒径５００μｍ以下の熱硬化性樹脂Ａが挙げられる。抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の熱伝導性をより効果的に向上させる観点からは、粒状または粉状の形状を有する熱硬化性樹脂Ａの平均粒径は、１ｎｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。このような平均粒径を有する熱硬化性樹脂Ａは、例えばアトマイザー粉砕機等を用いて粉砕処理を行うことにより得ることが可能である。なお、熱硬化性樹脂Ａの平均粒径は、例えば（株）島津製作所製のＳＡＬＤ－７０００等のレーザ回折式粒度分布測定装置を用いて、質量基準の５０％粒子径を平均粒径として求めることができる。
　熱硬化性樹脂Ａの含有量は、抄造体１０全体に対して１０重量％以上であることが好ましく、１５重量％以上であることがより好ましく、２０重量％以上であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０の加工性や軽量性をより効果的に向上させることができる。一方で、熱硬化性樹脂Ａの含有量は、抄造体１０全体に対して８０重量％以下であることが好ましく、６０重量％以下であることがより好ましく、４０重量％以下であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られる放熱フィンの熱的特性をより効果的に向上させることが可能となる。
（繊維状フィラーＢ）
　本発明で用いられる繊維状フィラーＢは、炭素繊維または金属繊維からなる。この繊維状フィラーＢは、アスペクト比が１００以上であることが好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られた抄造成形体の熱伝導性を向上させることが可能となる。繊維状フィラーＢは、特に、得られる放熱フィンの平面方向における熱伝導性の向上に寄与すると考えられる。熱伝導性を向上させる観点からは、繊維状フィラーＢのアスペクト比が１５０以上であることがより好ましく、２００以上であることが特に好ましい。一方で、繊維状フィラーＢのアスペクト比は、抄造体１０の製造容易性や、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の強度を向上させる観点から、１０００以下であることが好ましく、７００以下であることがより好ましい。なお、繊維状フィラーＢのアスペクト比は、繊維長／繊維幅により求められる。また、本明細書における繊維状フィラーＢは、後述するパルプを含まない概念である。
　繊維状フィラーＢの繊維長は、例えば１００μｍ以上２００ｍｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以上５０ｍｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以上１０ｍｍ以下であることが特に好ましい。また、繊維状フィラーＢの繊維幅は、例えば０．５μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。繊維状フィラーＢの繊維長および繊維幅を上述の範囲内とすることにより、繊維状フィラーＢのアスペクト比を所望の範囲内とすることがより容易となる。このため、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の熱伝導性をより効果的に向上させることができる。また、抄造体１０中における繊維状フィラーＢの均一分散性の向上に寄与することも可能となる。
　必要な特性に応じて種々の形状の繊維状フィラーＢを使用できる。本実施形態においては、繊維状フィラーＢとして、例えばチョップドファイバーを用いることができる。これにより、優れた熱伝導性をより安定的に実現することが可能となる。
　金属繊維は、単独の金属元素で構成される金属繊維であっても、複数の金属で構成される合金繊維であってもよい。金属繊維は、例えばアルミニウム、銀、銅、マグネシウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、錫、モリブデンおよびタングステンからなる群から選択される１種または二種以上の金属元素を含むことが好ましい。なお、本実施形態における金属繊維としては、例えば日本精線（株）やベカルトジャパン（株）製のステンレス繊維、虹技（株）製の銅繊維、アルミニウム繊維、黄銅繊維、鋼繊維、チタン繊維、りん青銅繊維等が市販品として入手可能であるが、これらに限定されるものではない。これらの金属繊維は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。また、これらのうち、熱伝導性という観点では銅繊維、アルミニウム繊維、黄銅繊維のいずれか１種以上が好ましく、電磁波シールド性という観点ではステンレス繊維、銅繊維、アルミニウム繊維のいずれか１種以上が好ましい。
　繊維状フィラーＢは、上述の金属繊維または炭素繊維に加え、ガラス繊維、セラミック繊維等の無機繊維；木材繊維、木綿、麻、羊毛等の天然繊維；レーヨン繊維等の再生繊維；セルロース繊維等の半合成繊維；ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、エチレンビニルアルコール繊維等の合成繊維から選択される一種または二種以上の繊維状フィラーを含んでいてもよい。特に、放熱フィンの機械的特性を向上させる観点からは、合成繊維および無機繊維のうちの一種または二種以上を併用することが好ましい。放熱フィンの耐衝撃性を向上させる観点からは、アラミド繊維を併用することが好ましい。
　繊維状フィラーＢは、必要特性に応じてシランカップリング剤、アルミネートカップリング剤、チタネートカップリング剤等で表面処理されてもよいし、樹脂との密着性や取り扱い性を向上させるために収束剤処理されていてもよい。
　繊維状フィラーＢの含有量は、抄造体１０全体に対して３重量％以上であることが好ましく、５重量％以上であることがより好ましく、７重量％以上であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の機械的特性や熱的特性、電磁波遮蔽性のバランスをより効果的に向上させることができる。一方で、繊維状フィラーＢの含有量は、抄造体１０全体に対して８０重量％以下であることが好ましく、７５重量％以下であることがより好ましく、７０重量％以下であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０の加工性や軽量性を向上させることができる。
（粉末状フィラーＣ）
　本明細書において、粉末状フィラーＣとは、粉粒体の形状を有するフィラーをいう。本実施形態では、炭素材料で構成された粉末状フィラーＣを用いることにより、放熱フィンの熱伝導性と放熱性をより安定的に実現することが可能となる。
　粉末状フィラーＣの構成材料としては、黒鉛、カーボンブラック、炭、コークス、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素材料が挙げられる。粉末状フィラーＣの構成材料として、このような炭素材料を用いることにより、放熱フィンの機械的特性と、熱伝導性および放熱性とのバランスを向上させることができる。また、粉末状フィラーＣは、上述した炭素材料の中でも、特に、黒鉛またはカーボンブラックのうちの少なくとも一方を含むことがより好ましい。
　また、粉末状フィラーＣは、上述した炭素材料以外の成分を含んでいてもよい。例えば、粉末状フィラーＣは、構成材料として、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラスのようなケイ酸塩；酸化チタン、アルミナのような酸化物；ケイ酸マグネシウム、溶融シリカ、結晶シリカのようなケイ素化合物；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトのような炭酸塩；酸化亜鉛、酸化マグネシウムのような酸化物；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムのような水酸化物；硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムのような硫酸塩または亜硫酸塩；ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウムのようなホウ酸塩；窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素のような窒化物等を含んでいてもよい。
　粉末状フィラーＣは、必要特性に応じてシランカップリング剤、アルミネートカップリング剤、チタネートカップリング剤等で表面処理されていてもよく、樹脂との密着性や取り扱い性を向上させるために収束剤処理されていてもよい。
　粉末状フィラーＣの含有量は、抄造体１０全体に対して５重量％以上であることが好ましく、１０重量％以上であることがより好ましく、１５重量％以上であることがさらにより好ましく、２０重量％以上であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の機械的特性や熱的特性、特に熱伝導性と放熱性とのバランスをより効果的に向上させることができる。一方で、粉末状フィラーＣの含有量は、抄造体１０全体に対して８０重量％以下であることが好ましく、７５重量％以下であることがより好ましく、７０重量％以下であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０の加工性や軽量性を向上させることができる。また、粉末状フィラーＣの分散性をより効果的に向上させて、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の機械的特性や熱的特性、さらには、電磁波遮蔽性を良好にすることができる。
（パルプ）
　本実施形態において、抄造体１０は、例えばパルプを含むことができる。パルプは、フィブリル構造を有する繊維材料であり、例えば機械的または化学的に繊維材料をフィブリル化することによって得ることができる。後述する抄造法を用いた抄造体の製造方法においては、熱硬化性樹脂Ａ、繊維状フィラーＢ、および粉末状フィラーＣとともにパルプを含む材料スラリーを抄造することによって、熱硬化性樹脂Ａをより効果的に凝集させることができることから、より安定的な抄造体１０の作製を実現することが可能となる。
　パルプとしては、例えばリンターパルプ、木材パルプ等のセルロース繊維；ケナフ、ジュート、竹等の天然繊維；パラ型全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）やその共重合体、芳香族ポリエステル繊維、ポリベンザゾール繊維、メタ型アラミド繊維やその共重合体、アクリル繊維、アクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維等の有機繊維がフィブリル化したものが挙げられる。パルプは、これらのうちの一種または二種以上を含むことができる。これらの中でも、抄造体１０から得られる放熱フィンの機械的特性や熱的特性を向上させる観点や、繊維状フィラーＢおよび粉末状フィラーＣの分散性を向上させる観点からは、アラミド繊維により構成されるアラミドパルプ、およびアクリロニトリル繊維により構成されるポリアクリロニトリルパルプのうちのいずれか一方または双方を含むことが特に好ましい。
　パルプの含有量は、抄造体１０全体に対して０．５重量％以上であることが好ましく、１．５重量％以上であることがより好ましく、２重量％以上であることが特に好ましい。これにより、抄造時における熱硬化性樹脂Ａの凝集をより効果的に発生させて、さらに安定的な抄造体１０の製造を実現することができる。また、パルプの含有量は、抄造体１０全体に対して３０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、１５重量％以下であることが特に好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られる放熱フィンの機械的特性や熱的特性をより効果的に向上させることが可能となる。
（凝集剤）
　本実施形態において、抄造体１０は、例えば凝集剤を含むことができる。凝集剤は、後述する抄造法を用いた抄造体１０の製造方法において、熱硬化性樹脂Ａ、繊維状フィラーＢおよび粉末状フィラーＣをフロック状に凝集させる機能を有する。このため、より安定的な抄造体１０の製造を実現することができる。
　凝集剤は、例えばカチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、および両性高分子凝集剤から選択される一種または二種以上を含むことができる。このような凝集剤の例示としては、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイド等を挙げることができる。また、凝集剤において、そのポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基等の官能基量等は、必要特性に応じて調整することが可能である。
　凝集剤の含有量は、抄造体１０全体に対して０．０１重量％以上であることが好ましく、０．０５重量％以上であることがより好ましく、０．０８重量％以上であることが特に好ましい。これにより、抄造法を用いた抄造体１０の製造において、収率の向上を図ることができる。一方で、凝集剤の含有量は、抄造体１０全体に対して３重量％以下であることが好ましく、２重量％以下であることがより好ましく、１．６重量％以下であることが特に好ましい。これにより、抄造法を用いた抄造体１０の製造において、脱水処理等をより容易にかつ安定的に行うことが可能となる。
　本実施形態において、抄造体１０は、例えば、上述の各成分の他に、イオン交換能を有する粉末状物質を含むことができる。
　イオン交換能を有する粉末状物質としては、例えば、粘土鉱物、鱗片状シリカ微粒子、ハイドロタルサイト類、フッ素テニオライト及び膨潤性合成雲母から選ばれる１種又は２種以上の層間化合物を用いることが好ましい。
　粘土鉱物としては、例えば、スメクタイト、ハロイサイト、カネマイト、ケニヤイト、燐酸ジルコニウム及び燐酸チタニウム等が挙げられる。
　ハイドロタルサイト類としては、例えば、ハイドロタルサイト、ハイドロタルサイト状物質等が挙げられる。
　フッ素テニオライトとしては、例えば、リチウム型フッ素テニオライト、ナトリウム型フッ素テニオライト等が挙げられる。
　膨潤性合成雲母としては、例えば、ナトリウム型四珪素フッ素雲母、リチウム型四珪素フッ素雲母等が挙げられる。
　これらの層間化合物は、天然物であってもよく、合成されたものであってもよい。これらのうちでは、粘土鉱物がより好ましく、スメクタイトが天然物から合成物まで存在し、選択の幅が広いという点において更に好ましい。スメクタイトとしては、例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト及びスチーブンサイト等が挙げられ、これらのうち、いずれか１種以上を使用できる。モンモリロナイトは、アルミニウムの含水ケイ酸塩であるが、モンモリロナイトを主成分とし、他に石英や雲母、長石、ゼオライト等の鉱物を含んでいるベントナイトであってもよい。着色や不純物を気にする用途に用いる場合等には、不純物が少ない合成スメクタイトが好ましい。
　本実施形態において、抄造体１０はまた、酸化防止剤や紫外線吸収剤等の安定剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤等の紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、消泡剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤等のサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミ等の凝結剤等の添加剤から選択される一種または二種以上を、生産条件調整や、要求される物性を発現させることを目的として含み得る。
　本実施形態に係る抄造体１０の厚みは、好ましくは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。また、抄造体１０を加熱加圧下で硬化成形して得られる抄造成形体から構成される放熱フィンの厚みは、５００μｍ以上４ｍｍ以下である。上記範囲とすることにより、良好な熱伝導性と放熱性を備えた放熱フィンとすることができる。また、放熱フィンの厚みは、抄造体１０の厚みを調整することにより、または抄造体１０の加圧加熱条件を調整することにより、適宜変更することができる。
　本実施形態において、抄造体１０を圧力３００ｋｇ／ｃｍ２、温度１８０℃の条件で１０分間熱処理して得られる硬化物の、平面方向における熱伝導率をλ１とし、厚さ方向における熱伝導率をλ２とする。この場合において、熱伝導率λ１は、２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、３０Ｗ／ｍＫ以上であるとさらに好ましく、４０Ｗ／ｍＫ以上であるとより一層好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られる抄造成形体の平面方向における熱伝導性をより効果的に向上させることができる。一方で、熱伝導率λ１の上限値は、特に限定されないが、例えば６００Ｗ／ｍＫとすることができる。
　また、熱伝導率λ２は、例えば１．０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、３．０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。これにより、抄造体１０を硬化して得られた硬化物の厚さ方向における熱伝導性をより効果的に向上させることができる。一方で、熱伝導率λ２の上限値は、特に限定されないが、例えば１００Ｗ／ｍＫとすることができる。
　本実施形態において、熱伝導率λ１および熱伝導率λ２は、例えば抄造体１０を構成する各成分の種類や配合割合を調整することによって制御することができる。また抄造体１０の製造条件を調整することにより、熱伝導率λ１および熱伝導率λ２を変更することができる。
　次に、抄造体の製造方法について説明する。
　図２は、本実施形態に係る抄造体の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。本実施形態の抄造体１０は、例えば湿式抄造法を用いて製造される。
　本実施形態に係る抄造体の製造方法は、例えば、抄造法を用いて、熱硬化性樹脂Ａと、繊維状フィラーＢと、粉末状フィラーＣとを含む材料スラリーを調製する工程（図２（ａ））と、材料スラリー中に凝集剤を添加して、熱硬化性樹脂Ａと、繊維状フィラーＢと、粉末状フィラーＣとがフロック状に凝集された凝集物Ｆを得る工程と、底面がメッシュ３０で構成された容器に凝集物Ｆと溶媒とを入れ、溶媒をメッシュ３０から容器の外部に排出する工程（図２（ｂ））とを含む。メッシュ３０上には凝集物Ｆがシート状の形態で残存する。本実施形態において、シート状の凝集物Ｆを取り出し、乾燥させて、凝集物Ｆから残存する溶媒を除去し、抄造体１０を得ることができる（図２（ｃ））。
　抄造法を用いて抄造体１０を作製することにより、上記のように、抄造体１０中の繊維状フィラーＢの配向が制御される。また、抄造法を用いることによって、繊維状フィラーＢが抄造体１０中に均一に分散するとともに、繊維状フィラーＢ同士の絡み合いを適度に作ることができる。さらに、繊維状フィラーＢ同士、または繊維状フィラーＢと粉末状フィラーＣとは、熱硬化性樹脂Ａにより互いに結着される。
　まず、図２（ａ）に示すように、上述の各成分のうち凝集剤を除く成分を溶媒に添加して撹拌し、分散させる。本実施形態において、熱硬化性樹脂Ａ、繊維状フィラーＢ、粉末状フィラーＣ、および必要に応じた他の添加剤を、溶媒中へ添加して分散させることにより、ワニス状の材料スラリーが得られる。各成分を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されないが、例えばディスパーザーを用いて撹拌する方法が挙げられる。
　材料スラリーを作製するための溶媒としては、特に限定されないが、上記材料組成物の構成材料を分散させる過程において揮発しにくいことと、抄造体１０中への残存を抑制するために脱溶媒をしやすいこと、脱溶媒によってエネルギーが増大してしまうことを抑制すること、等の観点から、沸点が５０℃以上２００℃以下である溶媒が好ましい。このような溶媒としては、例えば水；エタノール、１－プロパノール、１－ブタノール、エチレングリコール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、２－ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸メチル等のエステル類；テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラール等のエーテル類等が挙げられる。これらの溶媒は、１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも、供給量が豊富であり、安価、環境負荷が低い、安全性も高く扱いやすいという理由から水を用いることが特に好ましい。
　本実施形態においては、上記で得られた材料スラリー中に、凝集剤を添加することが好ましい。これにより、溶媒中の熱硬化性樹脂Ａと、繊維状フィラーＢと、粉末状フィラーＣとをフロック状に凝集させて凝集物Ｆを得ることができる。
　次に、図２（ｂ）に示すように、底面がメッシュ３０で構成された容器に、上記で得られた、凝集物Ｆが溶媒中に分散した材料スラリーを入れてメッシュ３０から溶媒を排出する。これにより、凝集物Ｆと溶媒とを互いに分離することができる。このとき、メッシュ３０上には凝集物Ｆがシート状となって残存することとなる。
　本実施形態において、メッシュ３０の形状を適宜選択することによって、得られる抄造体１０の形状を調整することが可能である。例えば、平坦なシート形状のメッシュ３０を用いた場合、シート様の形状を有する抄造体１０が得られる。また、例えば、波型、凹凸等の立体形状を有するメッシュ３０を用いた場合、立体形状を有する抄造体が得られる。抄造体の形状は、これを硬化成型して得られる成形品の形状、金型の形状等に応じて適宜選択することができる。また、抄造体１０の厚みは、材料スラリー中の上記各成分の量を調整することにより、または図２（ｂ）に示す抄造工程を繰り返すことにより調整することができる。
　本実施形態においては、例えば、上記で得られたシート状の凝集物Ｆを取り出して、乾燥炉内に入れて乾燥させて、溶媒をさらに除去する。このようにして、図２（ｃ）に示すようなシート状の抄造体１０が作製される。
　次に、本実施形態の放熱フィンの構成例および各構成例の製造方法について説明する。
　図３（ａ）、（ｂ）および図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る放熱フィンの一例を模式的に示す斜視図である。図５（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）および図４（ｂ）に示す放熱フィンの製造方法を説明するための図である。図６（ａ）および（ｂ）は、図３（ｂ）および図４（ａ）に示す放熱フィンの製造方法を説明するための図である。
　なお、以下の説明では、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）中の上側を「上」と言い、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）中の下側を「下」と言う。
　放熱フィン１００は、上記の抄造体１０を加熱加圧下で金型成形することにより得られる。放熱フィン１００の形状としては、例えば、図３（ａ）、（ｂ）および図４（ａ）、（ｂ）に示す形状が挙げられる。放熱フィン１００は、目的の放熱フィン１００の形状を有する金型を用いて、シート状の抄造体を加熱加圧することにより作製することができる。または、放熱フィン１００は、凹凸を有する立体形状の抄造体を金型成型して作製することができる。以下、図３および図４に示す放熱フィンの各構成およびその製造方法について説明する。
＜放熱フィンの第１構成例＞
　まず、図３（ａ）に示す放熱フィン１００について説明する。
　図３（ａ）に示す放熱フィン１００は、平板状の基部１０１と、基部１０１上面から立設し、かつ、互いにほぼ平行に配置された複数の薄板状のフィン１０２とを有している。なお、基部１０１と複数のフィン１０２とは、一体的に形成されている。かかる構成の放熱フィン１００では、基部１０１および各フィン１０２を厚み方向から見た際に、繊維状フィラーＢが基部１０１および各フィン１０２のそれぞれにおいて平面方向に配向している（図３（ａ）中の点線で囲まれた領域の拡大図参照）。
　この放熱フィン１００は、基部１０１が発熱デバイスと接触するように設置した場合に、基部１０１の左右方向に均一に、かつ速やかに熱が伝導する。基部１０１の左右方向に伝導した熱は、各フィン１０２において、図３（ａ）中上方向（フィン１０２の高さ方向）に速やかに伝導し、各フィン１０２の表面から効率良く放熱することができる。かかる構成の放熱フィン１００は、１つの抄造体１０を、図５に示す成形金型を用いて加熱加圧下で成形することにより製造することができる。
　次に、図５に基づいて、図３（ａ）に示す放熱フィン１００の製造方法を説明する。
　まず、前述したシート状の抄造体１０と、図５（ａ）に示す成形金型とを準備する。図５（ａ）に示す成形金型は、外枠部２１と、外枠部２１内に固定され、フィン１０２に対応する形状のスリット（溝）が形成された下部金型２２と、外枠部２１の内周とほぼ同じ外形を有する上部金型２３とを有している。
　次に、図５（ａ）に示すように、下部金型２２上に抄造体１０を配置する。その後、図５（ｂ）に示すように、抄造体１０を加熱しながら、上部金型２３を外枠部２１内に挿入して、下部金型２２に接近するように抄造体１０を加圧する。これにより、抄造体１０の熱硬化性樹脂Ａが溶融し、抄造体１０の構成成分を下部金型２３のスリットに流し込む。この状態で、抄造体１０を所定時間、加熱加圧した後、成形金型から成形加工後の抄造成形体を取り出すことにより、図３（ａ）に示す形状の放熱フィン１００が得られる。
　なお、抄造体１０の加熱加圧時に、繊維状フィラーＢは、繊維状フィラーＢの長手方向がスリットの深さ方向になるようにして、流動する熱硬化性樹脂Ａとともにスリット内に入り込んでいく。その結果、得られる放熱フィン１００は、図３（ａ）に示すように、各フィン１０２中の繊維状フィラーＢが、各フィン１０２の平面方向に配向する。
＜放熱フィンの第２構成例＞
　次に、図３（ｂ）に示す放熱フィン１００について説明する。
　図３（ｂ）に示す放熱フィン１００は、山部（凸部）１０３と谷部（凹部）１０４とが連続して形成されるように、蛇腹状（波状）に折り畳まれたような構造を有している。言い換えれば、放熱フィン１００は、互いにほぼ平行に併設された複数の薄板上のフィン１０２を有し、各フィン１０２の上端側が連結されて山部１０３を形成しており、また、各フィン１０２の下端側が連結されて谷部１０４を形成している。かかる構成の放熱フィン１００では、各フィン１０２を厚み方向から見た際に、繊維状フィラーＢが各フィン１０２の平面方向に配向している（図３（ｂ）中の点線で囲まれた領域の拡大図参照）。
　この放熱フィン１００は、例えば、谷部１０４が発熱デバイスと接触するように設置した場合に、各フィン１０２において、図３（ｂ）中上方向（フィン１０２の高さ方向）に速やかに伝導し、各フィン１０２の表面から効率良く放熱することができる。また、各フィン１０２は互いに連結しているため、放熱フィン１００（谷部１０４）の一部しか発電デバイスと接触していない場合であっても、図３（ｂ）中左右方向に熱を速やかに伝導して、各フィン１０２の表面から効率良く放熱することができる。かかる構成の放熱フィン１００は、１つの抄造体１０を、図６に示す成形金型を用いて加熱加圧下で成形することにより製造することができる。
　次に、図６に基づいて、図３（ｂ）に示す放熱フィン１００の製造方法を説明する。
　まず、前述したシート状の抄造体１０と、図６（ａ）に示す成形金型とを準備する。図６（ａ）に示す成形金型は、下部金型２２および上部金型２３の構成が異なる以外は、図５（ａ）に示す成形金型と同様の構成を有している。図６（ａ）の成形金型において、下部金型２２は、その上側に複数の凹部（溝）が形成されている。また、上部金型２３は、その下側に複数の凸部が形成されている。図６（ｂ）に示すように、上部金型２３の凸部は、下部金型２２の凹部にスペースを開けて挿入されるように構成されている。
　次に、図６（ａ）に示すように、下部金型２２上に抄造体１０を配置する。その後、図６（ｂ）に示すように、抄造体１０を加熱しながら、上部金型２３を外枠部２１内に挿入して、下部金型２２に接近するように抄造体１０を加圧する。これにより、抄造体１０の熱硬化性樹脂Ａが溶融し、抄造体１０は押し曲げにより変形する。この状態で、抄造体１０を所定時間、加熱加圧した後、成形金型から成形加工後の抄造成形体を取り出すことにより、図３（ｂ）に示す形状の放熱フィン１００が得られる。
　なお、抄造体１０の加熱加圧時に、繊維状フィラーＢは、その長手方向が下部金型２２と上部金型２３との間にできるスペースに沿うようにして、熱硬化性樹脂Ａとともに流動する。その結果、得られる放熱フィン１００は、図３（ｂ）に示すように、各フィン１０２中の繊維状フィラーＢが、各フィン１０１の平面方向に配向する。
＜放熱フィンの第３構成例＞
　次に、図４（ａ）に示す放熱フィン１００について説明する。
　図４（ａ）に示す放熱フィン１００は、底板部１０５と、底板部１０５上にオフセット配置された複数の凸部１０６とを有するオフセットフィンである。各凸部１０６は、底板部１０５から立設する一対の脚壁１０７と、一対の脚壁１０７の上端同士を連結し、底板部１０５と平行となる頂壁１０８とを備えている。また、図４（ａ）に示す放熱フィン１００は、隣接する頂壁１０８がズレた状態（オフセット状態）で接続された列を複数組有する。なお、底板部１０５と複数の凸部１０６とは、一体的に形成されている。かかる構成の放熱フィン１００では、底板部１０５、脚壁１０７および頂壁１０８を厚み方向から見た際に、繊維状フィラーＢが底板部１０５、脚壁１０７および頂壁１０８のそれぞれにおいて平面方向に配向している（図４（ａ）中の点線で囲まれた領域の拡大図参照）。
　この放熱フィン１００は、底板部１０５が発熱デバイスと接触するように設置した場合に、底板部１０５および各凸部１０６（脚壁１０７および頂部１０８）の全体に速やかに熱が伝導し、各凸部１０６の表面から効率良く放熱することができる。
　かかる構成の放熱フィン１００は、前述した図６に示す成形金型と同様のパターンの金型を用いて製造することができる。すなわち、図６に示す成形金型において、下部金型２２および上部金型２３に形成される溝のパターンを図４（ａ）の放熱フィン１００の形状に合わせて設計した成形金型を用いることにより、図４（ａ）の放熱フィン１００を得ることができる。
＜放熱フィンの第４構成例＞
　次に、図４（ｂ）に示す放熱フィン１００について説明する。
　図４（ｂ）に示す放熱フィン１００は、平板状の基部１０９と、基部１０９上面から立設し、かつ、互いにほぼ等間隔になるように配置された複数の円柱状（ピン状）のフィン１０２を有している。なお、基部１０９と複数のフィン１０２とは一体的に形成されている。かかる構成の放熱フィン１００では、各フィン１０２中の繊維状フィラーＢが、フィン１０２の長手方向に配向している（図４（ｂ）中の点線で囲まれた領域の拡大図参照）。なお、基部１０９中の繊維状フィラーＢは、上述した第１構成例の放熱フィン１００の基部１０１と同様である。
　この放熱フィン１００は、基部１０９が発熱デバイスと接触するように設置した場合に、基部１０９の左右方向に均一に、かつ速やかに熱が伝導する。基部１０９の左右方向に伝導した熱は、各フィン１０２において、図４（ｂ）中上方向（フィン１０２の高さ方向）に速やかに伝導し、各フィン１０２の表面から効率良く放熱することができる。
　かかる構成の放熱フィン１００は、前述した図５に示す成形金型と同様のパターンの金型を用いて製造することができる。すなわち、図５に示す成形金型において、下部金型２１に形成する溝（開口）のパターンを図４（ｂ）の放熱フィン１００の形状に合わせて設計した成形金型を用いることにより、図４（ｂ）の放熱フィン１００を得ることができる。
　以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
１．複合樹脂組成物の作製
（実施例１）
　アトマイザー粉砕機で平均粒径１００μｍに粉砕した、熱硬化性樹脂としての固形レゾール樹脂（住友ベークライト（株）製商品名ＰＲ－５１７２３）２３ｖｏｌ％、繊維状フィラーとしての炭素繊維（日本グラファイトファイバー（株）製商品名ＸＮ１００）１３ｖｏｌ％、粉末状フィラーとしての黒鉛（昭和電工（株）製商品名ＵＦ－Ｇ３０）６０ｖｏｌ％、およびケブラー（登録商標）パルプ（ダイセル化学工業（株）製商品名ティアラＫＹ４００Ｓ）４ｖｏｌ％からなる構成材料を１００００ｖｏｌ％の水に添加して、ディスパーザーで３０分撹拌して混合液を得た。その後、あらかじめ水に溶解させた、構成材料に対して０．１ｖｏｌ％のポリエチレンオキシド（和光純薬工業（株）製、分子量１，０００，０００）を混合液に添加し、構成材料をフロック状に凝集させた。次に、その凝集物を３０メッシュの金属網で水と分離した。その後、分離後の凝集物を、脱水プレスし、さらに７０℃の乾燥器に３時間入れて乾燥させることにより、複合樹脂組成物（抄造体）を９８％の収率で得た。
（実施例２）
　実施例１の構成材料を、上記固形レゾール樹脂１９ｖｏｌ％、上記炭素繊維７ｖｏｌ％、上記黒鉛６１ｖｏｌ％、繊維状フィラーとしてのアラミド繊維（帝人（株）製商品名Ｔ３２ＯＮＷ）９ｖｏｌ％、および上記ケブラー（登録商標）パルプ４ｖｏｌ％からなる構成材料に変更した以外は、前記実施例１と同様にして複合樹脂組成物（抄造体）を９８％の収率で得た。
（比較例１）
　実施例１の構成材料を、上記固形レゾール樹脂５０ｖｏｌ％、上記アラミド繊維４０ｖｏｌ％、および上記ケブラー（登録商標）パルプ１０ｖｏｌ％からなる構成材料に変更した以外は、前記実施例１と同様にして、複合樹脂組成物（抄造体）を９８％の収率で得た。
（比較例２）
　実施例１の構成材料を、上記固形レゾール樹脂３０ｖｏｌ％、上記ケブラー（登録商標）パルプ１０ｖｏｌ％、繊維状フィラーとしてのポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）１０ｖｏｌ％、および粉末状フィラーとしての窒化ホウ素５０ｖｏｌ％からなる構成材料に変更した以外は、前記実施例１と同様にして、複合樹脂組成物（抄造体）を９８％の収率で得た。
２．成形体の作製
（実施例３）
　実施例１で得られた複合樹脂組成物を、離型剤を塗布した図５に示す金型にセットし、複合樹脂組成物に対して、面圧５０ＭＰａ加圧下、１８０℃、１０分間の条件でコンプレッション成形を行い、縦６ｃｍ×横６ｃｍの図３（ａ）に示す形状の抄造成形体を得た。
　得られた抄造成形体は、比重が１．６６であり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の平面方向の熱伝導率が９５Ｗ／ｍＫであり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の厚み方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫであり、輻射率が０．８であった。なお、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の平面方向および厚み方向の熱伝導率は、キセノンフラッシュアナライザー　ＬＦＡ４４７（ＮＥＴＺＳＣＨ社製）を用いて、レーザーフラッシュ法により測定した。なお、後述する実施例４、比較例３および４、および参考例１についても、同様の方法を用いて熱伝導率を測定した。
（実施例４）
　実施例３で使用した複合樹脂組成物（実施例１で得られた複合樹脂組成物）を、実施例２で得られた複合樹脂組成物に変更した以外は、前記実施例３と同様にして縦６ｃｍ×横６ｃｍの図３（ａ）に示す形状の抄造成形体を得た。
　得られた抄造成形体は、比重が１．６２であり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の平面方向の熱伝導率が７０Ｗ／ｍＫであり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の厚み方向の熱伝導率が４Ｗ／ｍＫであり、輻射率が０．８であった。
（比較例３）
　実施例３で使用した複合樹脂組成物を、比較例１で得られた複合樹脂組成物に変更した以外は、前記実施例３と同様にして縦６ｃｍ×横６ｃｍの図３（ａ）に示す形状の抄造成形体を得た。
　得られた抄造成形体は、比重が１．３３であり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の平面方向の熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫであり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の厚み方向の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍＫであり、輻射率が０．８であった。
（比較例４）
　実施例３で使用した複合樹脂組成物を、比較例２で得られた複合樹脂組成物に変更した以外は、前記実施例３と同様にして縦６ｃｍ×横６ｃｍの図３（ａ）に示す形状の抄造成形体を得た。
　得られた抄造成形体は、比重が１．９０であり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の平面方向の熱伝導率が１１Ｗ／ｍＫであり、基板部１０１および各プレート状フィン１０２の厚み方向の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫであり、輻射率が０．８であった。
（参考例１）
　参考例１として、アルミニウムダイキャストにより作製された放熱フィンを用いた。参考例１に係る放熱フィンは、実施例３および実施例４と同じ形状を有していた。
　参考例１の放熱フィンは、比重が２．６８であり、熱伝導率が９２Ｗ／ｍＫであり、輻射率が０．１であった。
　実施例３および４の放熱フィンは、いずれも、優れた熱伝導性を有していた。特に、各フィンの平面方向（長手方向）への熱伝導性が高かった。そのため、各実施例の放熱フィンは、放熱フィン全体に速やかに熱伝導が行われ、効率良く放熱することができることが分かった。また、各実施例の放熱フィンは、比重が小さく、軽量でありながら、十分な強度を有していることを確認した。
　一方、比較例３および比較例４の放熱フィンは、十分な熱伝導率を有していなかった。また、参考例１の放熱フィンは、その重量が大きくなってしまい、放熱フィンの軽量化が困難であった。
　本発明によれば、熱硬化性樹脂と、炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーと、を含む抄造成形体で構成される放熱フィンを提供する。かかる放熱フィンは、繊維状フィラーの間に、熱伝導性に優れる炭素材料で構成された粉末状フィラーが介在するため、優れた熱伝導性を備えるとともに、放熱性に優れる。また、本発明の放熱フィンは、熱硬化性樹脂、繊維状フィラー、および粉末状フィラーから構成されており、比重の大きい金属材料を使用する必要がない。そのため、アルミニウムダイキャストにより得られる従来の放熱フィンと同程度またはさらなる軽量化を達成することができる。すなわち、本発明によれば、軽量でありながら、優れた強度と優れた熱伝導性および放熱性とを有する放熱フィンが提供される。したがって、本発明は、産業上の利用可能性を有する。

Claims (10)

  1. 　熱硬化性樹脂と、
    　炭素繊維および金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、
    　炭素材料で構成された粉末状フィラーと、を含む抄造成形体で構成されることを特徴とする放熱フィン。
  2. 　前記繊維状フィラーのアスペクト比は、１００以上である請求項１に記載の放熱フィン。
  3. 　前記繊維状フィラーは、チョップドファイバーである請求項１または２に記載の放熱フィン。
  4. 　前記繊維状フィラーは、炭素繊維である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の放熱フィン。
  5. 　前記炭素材料は、黒鉛、カーボンブラック、炭、コークス、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラフェン、およびフラーレンからなる群より選択される少なくとも１種である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の放熱フィン。
  6. 　前記炭素材料は、黒鉛またはカーボンブラックである請求項５に記載の放熱フィン。
  7. 　当該放熱フィンの全重量に対して、前記熱硬化性樹脂の含有量は、１０重量％以上８０重量％以下であり、前記繊維状フィラーの含有量は、３重量％以上８０重量％以下であり、前記粉末状フィラーの含有量は、５重量％以上８０重量％以下である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の放熱フィン。
  8. 　抄造法を用いて、熱硬化性樹脂と、炭素繊維または金属繊維のうちの少なくとも一種で構成された繊維状フィラーと、炭素材料で構成された粉末状フィラーとを含む材料スラリーから抄造体を製造する工程と、
    　前記抄造体を加熱加圧下で成形して抄造成形体で構成される放熱フィンを製造する工程と、を含むことを特徴とする放熱フィンの製造方法。
  9. 　前記抄造体は、シート状または立体形状である請求項８に記載の放熱フィンの製造方法。
  10. 　半導体チップと、
    　前記半導体チップに隣接して設けられた、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放熱フィンとを備えることを特徴とする半導体パッケージ。
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