特許 5679557 アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板、それを用いた放熱部品及びＬＥＤ発光部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5679557

(24)【登録日】2015年1月16日

(45)【発行日】2015年3月4日

(54)【発明の名称】アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板、それを用いた放熱部品及びＬＥＤ発光部材

(51)【国際特許分類】

   C04B 41/88 20060101AFI20150212BHJP

   C01B 31/04 20060101ALI20150212BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20150212BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20150212BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20150212BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20150212BHJP

   B24B 27/06 20060101ALI20150212BHJP

【ＦＩ】

   C04B41/88 V

   C01B31/04 101A

   H01L23/12 J

   H01L23/36 C

   H01L23/36 M

   H01L33/00 450

   B24B27/06 D

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2010-550506(P2010-550506)

(86)(22)【出願日】2010年2月8日

(86)【国際出願番号】JP2010051777

(87)【国際公開番号】WO2010092923

(87)【国際公開日】20100819

【審査請求日】2012年11月15日

(31)【優先権主張番号】特願2009-29866(P2009-29866)

(32)【優先日】2009年2月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】電気化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(72)【発明者】

【氏名】廣津留 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】日隈 智志

(72)【発明者】

【氏名】成田 真也

(72)【発明者】

【氏名】辻村 好彦

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１５８３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０５９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５８２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３９０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００２４７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ４１／８８

Ｂ２４Ｂ ２７／０６

Ｃ０１Ｂ ３１／０４

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３

Ｈ０１Ｌ ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３〜２０質量％の珪素を含有するアルミニウム合金を気孔率が１０〜２０体積％のコークス系黒鉛を原料とする等方性黒鉛材料中に溶湯鍛造により含浸させてなり、表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜３μｍ、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫ、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が４×１０^-６〜７．５×１０^-６／Ｋ、直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３、かつ、３点曲げ強度が５０〜１５０ＭＰａであるアルミニウム-黒鉛複合体を、マルチワイヤーソーを用いて、下記（１）〜（４）の条件：
（１）接合する砥粒がダイヤモンド、Ｃ-ＢＮ、炭化珪素、アルミナから選ばれる１種以上で平均粒子径が１０〜１００μｍ、
（２）ワイヤー線径が０．１〜０．３ｍｍ、
（３）ワイヤー送り速度が１００〜７００ｍ／分、
（４）切り込み速度が０．１〜２ｍｍ／分、
のもとに、厚さ０．５〜３ｍｍの板状に加工する基板の製造方法。

【請求項2】

請求項１記載の製造方法により製造された基板を有する放熱部品。

【請求項3】

基板の一主面がフィン形状に加工された請求項２記載の放熱部品。

【請求項4】

基板に穴加工が施された請求項２又は３記載の放熱部品。

【請求項5】

基板の表面にめっき層が形成された請求項２〜４のいずれか一項記載の放熱部品。

【請求項6】

基板の一主面又は両主面に絶縁層を介して金属回路が形成された請求項２〜５のいずれか一項記載の放熱部品。

【請求項7】

基板の一主面又は両主面に活性金属接合剤層を介して金属回路が形成された請求項２〜５いずれか一項記載の放熱部品。

【請求項8】

請求項２〜５のいずれか一項に記載の放熱部品における基板の一主面又は両主面に直接ＬＥＤベアチップ及び／又はＬＥＤパッケージを搭載した発光部材。

【請求項9】

請求項６又は７に記載の放熱部品における前記金属回路上に、ＬＥＤベアチップ及び／又はＬＥＤパッケージを搭載した発光部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板、それを用いた放熱部品及びＬＥＤ発光部材に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、軽量化、薄型化及び省電力化が可能な照明、発光手段として、発光ダイオード（以下ＬＥＤと云う）が注目されている。ＬＥＤ素子は、半導体のｐｎ接合に順方向電流を流すと発光する素子であり、ＧａＡｓ、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶を用いて製造される。半導体のエピタキシャル成長技術と発光素子プロセス技術の進歩により、変換効率の優れたＬＥＤが開発され、様々な分野において幅広く使用されている。

【0003】

ＬＥＤ素子は、単結晶成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶をエピタキシャル成長させたｐ型層とｎ型層及び両者に挟まれる光活性層から構成される。一般的には、単結晶サファイア等の成長基板上に、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族族半導体結晶をエピタキシャル成長させた後、電極等を形成しＬＥＤ発光素子を形成する（特許文献１）。

【0004】

近年、ＬＥＤ素子の発光効率の改善が急速に進み、ＬＥＤの高輝度化に伴って発熱量が増加している。そのため、十分な放熱対策を取らないとＬＥＤの信頼性が低下する。具体的には、ＬＥＤ素子温度の上昇に伴い、輝度の低下及び素子寿命の低下という問題が発生する。そこで、ＬＥＤパッケージの放熱性を高めるために、ＬＥＤを実装する基板部分に銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属材料が用いられている。基板だけでは放熱が不十分である場合には、放熱対策としてさらに金属製のヒートシンクが用いられることがある。

【0005】

ＬＥＤ素子の照明用途への応用に向け、さらにＬＥＤの高出力化、大型化が進んでいる。一般にＬＥＤ素子は、基板にはんだ等により接合して用いられるが、ＬＥＤ素子と基板材料の熱膨張率が異なると接合層に応力が発生し、最悪の場合、ＬＥＤ素子の破壊等が起こり、信頼性が著しく低下する場合がある。

【0006】

ＬＥＤの高出力化、大型化に伴う発熱量の増加に対応するため、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さい材料として、セラミックス粒子と金属アルミニウムを複合化した金属基複合材料が知られている（特許文献２）。例えば、アルミニウムに炭化珪素を複合化した金属基複合材料は、特性面では上記した特性を満たすが、難加工性材料であり、ＬＥＤ用基板として用いる場合、高価になると云った課題がある。このため、比較的加工性に優れる金属基複合材料として、アルミニウムに黒鉛を複合化した金属基複合材料が検討されている（特許文献３）。

【0007】

アルミニウムと黒鉛からなる金属基複合材料は、当初、摺動部材として開発された。特性を向上させるべく、高温・高圧下でアルミニウム合金を黒鉛材料に含浸させ、特性を改善する検討がなされている（特許文献４）。

【特許文献1】特開２００５−１１７００６号公報

【特許文献2】特許第３４６８３５８号

【特許文献3】特許第３６７３４３６号

【特許文献4】特開平５−３３７６３０号公報

【発明の概要】

【0008】

アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導特性を向上させるには、黒鉛材料として結晶性が高いコークス系黒鉛材料を使用することが有効である。しかし、コークス系黒鉛材料は材料の異方性が強く、アルミニウムと複合化して得られるアルミニウム−黒鉛複合体も、特性に異方性が生じる。ＬＥＤ発光部材の基板材料は、熱伝導率や熱膨張率といった特性に加え、部材としての均一性が重要である。極端に異方性のある材料を用いた場合、反り等の発生や、最悪の場合、ＬＥＤ素子の破壊が起こると云った課題がある。

【0009】

熱伝導率等の特性に優れるアルミニウム−黒鉛複合体は、溶湯鍛造法で製造するのが好適である。しかし、溶湯鍛造法において使用する材料が高価であることから、溶湯鍛造法を用いて通常通り製造したアルミニウム−黒鉛複合体をＬＥＤ発光部材用の基板として用いた場合、ＬＥＤ発光部材が高価になってしまうと云った課題がある。

【0010】

ＬＥＤ発光部材は、使用する基板材料に加えて、発光部材全体での放熱対策が非常に重要である。この為、放熱特性に優れた基板材料を用いることに加えて、ＬＥＤを搭載する回路部分に用いる絶縁材料の特性及び厚み等が適切でなければ、ＬＥＤ発光部材として十分な特性が得られないと云った課題がある。

【0011】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱特性及び信頼性に優れたＬＥＤ発光部材及びそれを構成する放熱部品を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、直方体形状の等方性黒鉛材料を溶湯鍛造法にてアルミニウム合金と複合化することで、熱伝導率、熱膨張率、強度特性に優れたアルミニウム−黒鉛複合体を効率的に作製し、マルチワイヤーソーにて加工条件を適正化することで切りしろ（切削幅）の材料損失を低減し、且つ効率的に板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板を得ることができるとの知見を得た。更に、基板形状、絶縁材料および回路構成を適性化することにより、放熱特性および信頼性に優れるＬＥＤ発光部材を得ることができるとの知見を得て本発明を完成した。なお、本明細書中、「基板」とは、銅箔や電子部品を取り付ける前の母材を指す。

【0013】

即ち、本発明は、アルミニウム−黒鉛複合体の表面粗さ（Ｒａ）が０．１〜３μｍ、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫ、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が４×１０^−６〜７．５×１０^−６／Ｋ、直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３、かつ、３点曲げ強度が５０〜１５０ＭＰａであるアルミニウム−黒鉛複合体を、マルチワイヤーソーを用いて、下記（１）〜（４）の条件：
（１）接合する砥粒がダイヤモンド、Ｃ−ＢＮ、炭化珪素、アルミナから選ばれる１種以上で平均粒子径が１０〜１００μｍ、
（２）ワイヤー線径が０．１〜０．３ｍｍ、
（３）ワイヤー送り速度が１００〜７００ｍ／分、
（４）切り込み速度が０．１〜２ｍｍ／分、
のもとに、厚さ０．５〜３ｍｍの板状に加工する基板の製造方法に関する。

【0014】

更に、本発明は、上記の製造方法により製造された基板を有する放熱部品に関する。放熱部品は、基板の一主面がフィン形状に加工されていてもよく、基板に穴加工が施されていてもよく、基板の表面にめっき層が形成されていてもよく、基板の一主面及び／又は両主面に絶縁層を介して金属回路が形成されていてもよく、基板の一主面及び／又は両主面に活性金属接合剤層を介して金属回路が形成されていてもよい。

【0015】

また本発明は、放熱部品における基板の一主面及び／又は両主面に直接及び／又はこれらの面上に形成された絶縁層及び／又は活性金属接合剤層及び／又は金属回路上に、ＬＥＤベアチップ及び／又はＬＥＤパッケージを搭載した発光部材にも関する。

【0016】

また、本発明はアルミニウム−黒鉛複合体の製造方法をも含み、当該製造方法は、温度２５℃の熱伝導率が１００〜２００Ｗ／ｍＫ、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が２×１０^−６〜５×１０^−６／Ｋ、直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３、気孔率が１０〜２０体積％のコークス系黒鉛を原料とする各辺の長さが１００〜５００ｍｍの直方体形状の等方性黒鉛材料に、溶湯鍛造法により２０ＭＰａ以上の圧力で、珪素３〜２０質量％を含有するアルミニウム合金を加圧含浸して、等方性黒鉛材料の気孔の７０％以上をアルミニウム合金で含浸することを含む。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光部材の構造図

【図2】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光部材の構造図

【図3】本発明の一実施の形態を示す、ＬＥＤ発光部材の構造図

【符号の説明】

【0018】

１ 基板
２ ＬＥＤチップ
３ 金属回路
４ 絶縁層
５ ソルダーレジスト
６ 層間接続突起
７ 活性金属接合剤層

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明のＬＥＤ発光部材およびそれに用いるアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板の実施形態について説明する。
本発明のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１を構成する黒鉛材料は、温度２５℃の熱伝導率が１００〜２００Ｗ／ｍＫであり、且つ直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３であって、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が２×１０^−６〜５×１０^−６／Ｋであり、且つ直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３であって、気孔率が１０〜２０体積％のコークス系黒鉛を原料とする各辺の長さが１００〜５００ｍｍの直方体形状の等方性黒鉛材料である。本明細書において、「直交する３方向」とは、直方体形状の等方性黒鉛材料の各主面に対して垂直な３方向（縦方向、横方向、高さ方向）である。

【0020】

等方性黒鉛材料にアルミニウム合金を加圧含浸することにより、アルミニウム−黒鉛複合体を作製する。上記特性を有する等方性黒鉛材料を用いることにより、ＬＥＤ発光部材の基板材料として要求される特性を有するアルミニウム−黒鉛複合体が得られる。等方性黒鉛材料とアルミニウム合金とを複合化する手法としては、得られるアルミニウム−黒鉛複合体の特性を考慮すると、等方性黒鉛材料とアルミニウム合金とをアルミニウム合金の融点以上に加熱した後に加圧含浸する溶湯鍛造法が好適である。

【0021】

等方性黒鉛材料の温度２５℃の熱伝導率は、１００〜２００Ｗ／ｍＫであり、且つ直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３である。等方性黒鉛材料の熱伝導率が、１００Ｗ／ｍＫ未満では、得られるアルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率が低くなり、ＬＥＤ発光部材の基板材料として用いる場合、放熱特性が不足して好ましくない。上限に関しては、特性上の制約はないが、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫを超えると、材料自体が高価になったり、特性の異方性が強くなるため好ましくない。また、等方性黒鉛材料の直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１．３を超えると、放熱特性の異方性が大きくなり過ぎ、ＬＥＤ発光部材の基板材料として用いる場合、過渡的にＬＥＤ素子の温度が上昇する等の問題が発生し、好ましくない。

【0022】

等方性黒鉛材料の温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は、２×１０^−６〜５×１０^−６／Ｋであり、且つ直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３である。等方性黒鉛材料の温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が２×１０^−６／Ｋ未満又は５×１０^−６／Ｋを超えると、得られるアルミニウム−黒鉛複合体とＬＥＤ素子との熱膨張係数の差が大きくなりすぎて、ＬＥＤ素子の寿命低下、場合によってはＬＥＤ素子が破損する等の問題が発生し好ましくない。更に、等方性黒鉛材料の温度２５℃〜１５０℃の直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１．３を超えると、得られるアルミニウム−黒鉛複合体の熱膨張係数の異方性が大きくなり過ぎる。ＬＥＤ素子の発光時にＬＥＤ素子に不均一な応力が加わり、ＬＥＤ素子の寿命低下、場合によってはＬＥＤ素子が破損する等の問題が発生し好ましくない。

【0023】

更に、等方性黒鉛材料は、気孔率が１０〜２０体積％のコークス系黒鉛を原料とする。気孔率が１０体積％未満では、アルミニウム合金を加圧含浸する際に、気孔部分にアルミニウム合金が十分に含浸されず、得られるアルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率特性が低下することがある。また、気孔率が２０体積％を超えると、得られるアルミニウム−黒鉛複合体中のアルミニウム合金の含有量が多くなり、その結果、アルミニウム−黒鉛複合体の熱膨張係数が大きくなる場合がある。等方性黒鉛材料の原料としては、熱伝導率の点から、コークス系黒鉛を原料とし、静水圧成形した後、黒鉛化して得られる等方性黒鉛材料が好適である。

【0024】

最終的に得られる基板１を安価に提供するため、その後の加工工程（具体的には切断加工工程）も視野にいれ、最も効率的にアルミニウム−黒鉛複合体を作製する必要がある。特に、加圧含浸法においては、如何に効率的にアルミニウム−黒鉛複合体を作製するかが重要である。切断加工を効率的に実施するためには、各辺の長さが１００〜５００ｍｍの直方体形状が最も効率的である。各辺の長さが、１００ｍｍ未満の直方体形状の場合、１回の複合化で得られるアルミニウム−黒鉛複合体の体積が小さく、加工後に得られる基板１の単位体積当たりのコストが高くなり、好ましくない。一方、各辺の長さが５００ｍｍを超えると、ハンドリング性が低下することに加えて、複合化に使用する設備および切断加工に使用する設備が非常に高価となり、最終的な加工後に得られる基板１の単位体積当たりのコストが高くなり、好ましくない。

【0025】

次に、この直方体形状の等方性黒鉛材料を鉄製の治具等で挟み、積層体とした後、温度６００〜７５０℃で大気雰囲気又は窒素雰囲気下で加熱後、高圧容器内に配置し、積層体の温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金を黒鉛材料の空隙中に含浸させることで、アルミニウム−黒鉛複合体が得られる。なお、含浸時の歪み除去の目的で、含浸品にアニール処理を行うこともある。積層時に用いる治具は、離型性の面から、黒鉛やアルミナ等の離型剤を塗布して用いることがある。

【0026】

積層体の加熱温度が、温度６００℃未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率等の特性が低下して好ましくない。一方、加熱温度が７５０℃を超えると、アルミニウム合金との複合化時に、低熱伝導率の炭化アルミニウムが生成し、アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率が低下して好ましくない。更に、含浸時の圧力が２０ＭＰａ未満では、アルミニウム合金の複合化が不十分となり、アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率が低下して好ましくない。より好ましい含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。

【0027】

アルミニウム−黒鉛複合体の製造に用いるアルミニウム合金は、珪素３〜２０質量％を含有することが好ましい。珪素含有量が２０質量％を超えると、アルミニウム合金の熱伝導率が低下し好ましくない。一方、珪素含有量が３質量％未満では、溶解したアルミニウム合金の湯流れが悪くなり、含浸時に等方性黒鉛材料の空隙内にアルミニウム合金が十分に浸透することができないため好ましくない。アルミニウム合金中のアルミニウム、珪素以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、マグネシウムであれば３質量％程度まで含有することができる。

【0028】

直方体形状のアルミニウム−黒鉛複合体を効率的に基板１に加工する方法として、マルチワイヤーソーによる切断を行う。アルミニウム合金を黒鉛材料の空隙中に含浸させたアルミニウム−黒鉛複合体は加工性に優れる材料であるが、材料自体は、銅やアルミニウム等の金属材料に比べると高価である。この為、基板１をより安価に作製するには、如何に効率的にアルミニウム−黒鉛複合体を作製し板状に加工するかが重要となる。具体的には、マルチワイヤーソーにて加工条件を適正化することで、切りしろ（切削幅）の材料損失を極力低減させ効率的に切断加工を行い、且つ、基板材料として用いるに十分な表面精度を確保できることを見出した。なお、本明細書において「板状」とは、平行又は略平行な２主面を有する形状を総称するものであり、その主面は円板形状、楕円形状、三角形等の形状であってもよい。

【0029】

マルチワイヤーソーでの切断加工には、大別して遊離砥粒方式と固定砥粒方式があるが、被加工物であるアルミニウム−黒鉛複合体の硬度が高いことから、効率的に切断加工するには固定砥粒方式を採用することが好ましい。直方体形状のアルミニウム−黒鉛複合体の切断に用いるマルチワイヤーソーのワイヤーは、砥粒として平均粒子径が１０〜１００μｍのダイヤモンド、Ｃ−ＢＮ、炭化珪素、アルミナから選ばれる１種以上の砥粒を接合してなるワイヤーである。加工効率の面からは、ダイヤモンド砥粒を電着したワイヤーを用いるのが最も好ましい。砥粒の平均粒子径が１０μｍ未満では、加工性が低下し、効率的に切断加工を行うことができず、また、加工時のワイヤーのブレによる加工面の凹凸が発生し好ましくない。一方、砥粒の平均粒子径が１００μｍを超えると、加工品の面精度が低下し、表面粗さが粗くなり過ぎて好ましくない。また、砥粒の平均粒子径が１００μｍを超えると、ワイヤー径が大きくなり、ワイヤーの価格が高価になると共に、切りしろの材料損失が大きくなり好ましくない。

【0030】

マルチワイヤーソーのワイヤー線径は、０．１〜０．３ｍｍが好ましく、更に好ましくは、０．１５〜０．２５ｍｍである。ワイヤー線径が０．１ｍｍ未満では、接合できる砥粒の粒度が細かくなり過ぎて、加工速度が低下するため好ましくない。ワイヤー線径が０．３ｍｍを超えるとワイヤーの価格が高価になると共に、切りしろの材料損失が大きくなり好ましくない。

【0031】

マルチワイヤーソーによる加工条件は、ワイヤー送り速度が１００〜７００ｍ／分で且つ切り込み速度が０．１〜２ｍｍ／分の条件である。ワイヤーの送り速度が１００ｍ／分未満では、十分な加工速度が得られず加工コストが高くなり好ましくない。一方、ワイヤーの送り速度が７００ｍ／分を超えると、十分な加工速度は得られるが、高価なワイヤーの摩耗が激しく好ましくない。また、ワイヤーの切り込み速度が０．１ｍｍ／分未満では十分な加工速度が得られず加工コストが高くなり好ましくなく、逆に切り込み速度が、２ｍｍ／分を超えると、切断加工面の凹凸の発生や、ワイヤーの断線が起こり好ましくない。

【0032】

マルチワイヤーソーでアルミニウム−黒鉛複合体を切断加工して得られる基板１の厚さは、０．５〜３ｍｍが好ましく、更に好ましくは、１〜２ｍｍである。アルミニウム−黒鉛複合体１の板厚が０．５ｍｍ未満では、ＬＥＤ素子を搭載する基板材料として用いる場合に、熱容量が不足し、ＬＥＤ素子の温度が瞬間的に上昇するため好ましくない。一方、板厚が３ｍｍを超えると、厚み方向の熱抵抗が増加し、ＬＥＤ素子の温度が上昇するため好ましくない。

【0033】

アルミニウム−黒鉛複合体は、等方性黒鉛材料の気孔の７０％以上がアルミニウム合金で含浸される。アルミニウム合金で含浸されない気孔が３０％を超えると、アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率が低下し好ましくない。

【0034】

アルミニウム−黒鉛複合体は、温度２５℃の熱伝導率が１５０〜３００Ｗ／ｍＫであり且つ直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１〜１．３である。温度２５℃の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ未満では、ＬＥＤ発光部材の基板材料として用いる場合、放熱特性が不足して好ましくない。上限に関しては、特性上の制約はないが、材料自体が高価になったり、特性の異方性が強くなるため好ましくない。また、直交する３方向の熱伝導率の最大値／最小値が１．３を超えると、放熱特性の異方性が大きくなりすぎて、ＬＥＤ発光部材の基板材料として用いる場合、過渡的にＬＥＤ素子の温度が上昇する等の問題があり好ましくない。

【0035】

アルミニウム−黒鉛複合体は、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が４×１０^−６〜７．５×１０^−６／Ｋであり、且つ直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１〜１．３である。温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数が４×１０^−６／Ｋ未満、又は７．５×１０^−６／Ｋを超えると、アルミニウム−黒鉛複合体とＬＥＤ素子の熱膨張係数の差が大きくなりすぎて、ＬＥＤ素子の寿命低下、場合によってはＬＥＤ素子が破損する等の問題が発生し好ましくない。更に、温度２５℃〜１５０℃の直交する３方向の熱膨張係数の最大値／最小値が１．３を超えると、アルミニウム−黒鉛複合体の熱膨張係数の異方性が大きくなり過ぎ、ＬＥＤ素子発光時にＬＥＤ素子に不均一な応力が加わり、ＬＥＤ素子の寿命低下、場合によってはＬＥＤ素子が破損する等の問題が発生し好ましくない。

【0036】

アルミニウム−黒鉛複合体の３点曲げ強度は、５０〜１５０ＭＰａである。３点曲げ強度が５０ＭＰａ未満では、取り扱い時に欠け等が発生する場合がある。この場合、アルミニウム−黒鉛複合体は導電性材料であるため、絶縁不良等の原因となり好ましくない。また、アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１をヒートシンクや筐体にネジ止めして用いる場合、締め付け時に欠け等が発生することがあり好ましくない。３点曲げ強度の上限に関しては、特性上の制約はないが、アルミニウム−黒鉛複合体の３点曲げ強度が１５０ＭＰａを超える高強度とするには、他のセラミックス粒子の添加や熱伝導特性の悪いモザイク黒鉛等を添加する必要がある。この場合、アルミニウム−黒鉛複合体の熱伝導率が低下することがあり好ましくない。更に、ＬＥＤ発光部材を自動車等の移動機器用の照明用途に用いる場合、強度が十分でないと振動等によって欠けや割れ等が発生し好ましくない。

【0037】

アルミニウム−黒鉛複合体の表面粗さ（Ｒａ）は、０．１〜３μｍであることが好ましく、更に好ましくは、０．１〜２μｍである。表面粗さ（Ｒａ）が、３μｍを超えると、ＬＥＤ発光部材の基板材料として用いる場合に、絶縁層４やＬＥＤ素子と接合する際の密着強度が得られず、更には、低熱伝導の絶縁層４の厚みが厚くなり放熱特性が低下するために好ましくない。一方、表面粗さ（Ｒａ）の下限に関しては、特性面での制約はないが、Ｒａを０．１μｍ未満にするには、直方体形状のアルミニウム−黒鉛複合体の切断効率が低下し、加工コストが高価になり好ましくない。表面粗さは、切断加工面にて、目標とする表面粗さを達成するが、必要に応じて、研磨加工等を施し、所望の表面粗さに調整することも可能である。

【0038】

ＬＥＤ素子を搭載した基板１をＬＥＤ発光部材として用いる場合、放熱性の面より、金属製のヒートシンクや筐体等に放熱グリスや放熱シート等を介して接合して用いることが多い。この様な使用形態では、接合面の密着性を確保するため、ＬＥＤ素子を搭載した基板１を、金属製のヒートシンクや筐体等にネジ止めする方法が採用される。基板１に穴を形成し、ＬＥＤ素子を搭載した基板をヒートシンクや筐体等にネジ止めすることで、両者の密着性を向上せしめるとともに接合部分の信頼性を向上させることができる。アルミニウム−黒鉛複合体は、加工性に優れるため通常のドリル等で穴加工を行うことができる。また、レーザー加工やウォータージェット加工、更には、プレス加工によっても穴を形成することが出来る。穴の形状に関しては、ネジ止めが可能な形状であればよく、Ｕ字形状等でもよい。

【0039】

ＬＥＤ発光部材の放熱性を向上させるためには、放熱グリスや放熱シート等を介することなく、板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１に直接ヒートシンク機構（放熱フィン）を設けることが好ましい。アルミニウム−黒鉛複合体は、加工性に優れるため、ＬＥＤ素子の非搭載面側を直接フィン形状に加工することによりヒートシンク機構を設けることができる。基板１の一主面をフィン形状に加工することで、ＬＥＤ発光部材の放熱特性を改善すると共に、他の放熱用部材が不要となり、部品数の低減およびＬＥＤ発光部材の小型化が可能となる。また、アルミニウム−黒鉛複合体は、放射による放熱特性に優れるため、放熱フィンとして好適な材料である。

【0040】

ＬＥＤ発光部材は、板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１にＬＥＤ素子を接合したものである。接合方法は、一般に高熱伝導性接着剤やはんだ付け等が用いられている。熱伝導性の面からは、熱伝導率の低い絶縁層４を介さずに基板１に直接はんだ付けすることが好ましい。しかし、アルミニウム−黒鉛複合体は直接はんだ付けができないため、アルミニウム−黒鉛複合体の表面にめっき層を形成する。めっき層の形成方法は特に限定されず、電気めっきや無電解めっきにより形成することができる。めっき材質は、ニッケル、銅、金、錫等が採用でき、これらの複合めっきも使用可能である。めっき厚に関しては、基材であるアルミニウム−黒鉛複合体とめっき層の密着性およびはんだ濡れ性が確保できる範囲であれば、熱伝導の面からは極力薄い方が好ましく、一般的には１〜５μｍである。

【0041】

ＬＥＤ発光部材のＬＥＤ素子は、べアチップでもパッケージ化された構造でもよい。又、基板１の一主面又は両主面に金属回路３を形成した放熱部品とＬＥＤ素子の接触する部分は、電気的絶縁処置がされていてもされていなくてもよい。ここで、本明細書において「放熱部品」とは、ＬＥＤ素子から発生した熱を放熱する部材の総称であり、例えば、アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１の一主面又は両主面に任意に金属回路３を形成したものを指す。

【0042】

図１及び図３に、ＬＥＤ素子と放熱部品の接触する部分が電気的絶縁処置されていない場合の一実施の形態を示す。板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１の一主面又は両主面に絶縁層４または活性金属接合材層７を介して金属回路３を形成し、金属回路３表面又は基板１に直接ろう付け法等により、ＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ２）を配置する構造である。

【0043】

基板１の一主面又は両主面に形成される絶縁層４は、耐熱性樹脂と無機フィラーを主成分とする硬化性樹脂組成物であり、しかも硬化後の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。耐熱樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂等が使用できる。耐熱樹脂の使用割合は、１０〜４０容量％であり、１０容量％未満では絶縁層組成物の粘度が上昇して作業性が低下し、一方、４０容量％を超えると絶縁層４の熱伝導性が低下して好ましくない。

【0044】

基板１とＬＥＤ素子の材質の熱膨張係数の差が大きい場合は、熱サイクルによる接合部分の疲労を緩和するために、硬化後の樹脂組成物の貯蔵弾性率が、３００Ｋで１５０００ＭＰａ以下であることが好ましい。この場合、硬化性樹脂組成物は、（１）エポキシ樹脂を主体とする樹脂、（２）ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミノ基を有する硬化剤、及び（３）無機充填剤を組み合わせることにより、応力緩和性、電気絶縁性、放熱性、耐熱性、耐湿性に優れた硬化物を提供することができる。エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の汎用のエポキシ樹脂を用いることができるが、ジシクロペンタジエン骨格を持つエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を持つエポキシ樹脂及びノボラック骨格を持つエポキシ樹脂から選ばれた１種以上を、全エポキシ樹脂中１０質量％以上含むと、応力緩和性と耐湿性のバランスが更に向上する。ノボラック骨格を持つ代表的なエポキシ樹脂には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂があるが、ジシクロペンタジエン骨格、ナフタレン骨格又はビフェニル骨格とノボラック骨格を併せ持つエポキシ樹脂を用いることもできる。エポキシ樹脂として、上記の骨格を持つエポキシ樹脂を単独で使用してもかまわない。また、エポキシ樹脂を主体に他の樹脂として、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂やフェノキシ樹脂、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等の高分子量樹脂を配合してもよいが、応力緩和性、電気絶縁性、耐熱性、耐湿性のバランスを考慮すると、上記高分子量樹脂の配合量はエポキシ樹脂との合計量に対して３０質量％以下であることが好ましい。

【0045】

硬化剤は、ポリエーテル骨格を有し、主鎖の末端に１級アミノ基を有する硬化剤を硬化後の樹脂組成物の貯蔵弾性率を下げるために使用する。他の硬化剤と併用することもできる。芳香族アミン系硬化剤を併用すると、応力緩和性、電気絶縁性、耐湿性等のバランスを更に好適にすることができる。芳香族アミン系硬化剤としては、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、メタフェニレンジアミン等が使用できる。フェノールノボラック樹脂等の硬化剤を更に併用することもできる。

【0046】

無機フィラーとしては、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ケイ素、酸化マグネシウム等の酸化物セラミックス、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物セラミックス及び炭化物セラミックス等が挙げられる。硬化性樹脂組成物中の無機フィラーの割合は、無機フィラー１８〜２７容量％である。この範囲以外では樹脂組成物粘度の上昇、熱伝導率の低下があり好ましくない。無機フィラーは、最大粒子径１００μｍ以下、最小粒子径０．０５μｍ以上で球状粒子が好ましい。更に、粒子径５〜５０μｍの粒子を５０〜７５質量％、粒子径０．２〜１．５μｍの粒子を２５〜５０質量％含むことがより好ましい。

【0047】

絶縁層４を構成する硬化性樹脂組成物には、必要に応じてシラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、安定剤、硬化促進剤等も用いることができる。
金属回路３の材料としては、銅箔、アルミニウム箔、銅−アルミニウムクラッド箔、銅−ニッケルアルミニウムクラッド箔等が挙げられる。

【0048】

アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１上に絶縁層４を介して金属回路３を形成する手法としては、例えば次のものが挙げられる。絶縁層４を構成する硬化性樹脂組成物スラリーを基板１にスクリーン印刷等の方法によりパターン印刷し、加熱して半硬化状態にした後、これに金属箔を張り合わせ、さらなる加熱によりほぼ完全な硬化状態とする方法や、あらかじめ、絶縁層４を半硬化状態のシート状に加工し、ホットプレス装置により金属箔とともに一体化させる方法である。回路のパターン形成方法については特に制限はないが、あらかじめ、金属箔上の所定箇所にレジストインクを塗布し、加熱あるいはＵＶ硬化させた後、塩化第二銅、過酸化水素水と硫酸の混合物等のエッチャントを利用して、エッチングにより形成することが望ましい。

【0049】

図２に、ＬＥＤ素子と放熱部品の接触する部分が電気的絶縁処置されている場合の一実施の形態を示す。図２は、アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１の一主面又は両主面に絶縁層４を介して金属回路３を形成しＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ２）の下部に層間接続突起６を介して層間で接続した構造を示す。
もしくは、図３に示したように、アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１の一主面及び／又は両主面に活性金属接合材層７を介して金属回路３を形成してなることを特徴とする放熱構造が好ましい。

【0050】

図２において、金属回路３の材料、絶縁層４の材料としては、図１に示す場合と同様でかまわない。アルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１上に層間接続突起６を形成する方法は、金属回路３と層間接続突起６とが導電接続可能であるように形成するものであれば何れでもよく、例えば金属のメッキにより形成する方法、導電性ペーストにより形成する方法などが挙げられる。この層間接続突起６を有した状態で絶縁層４を形成する手法としては、絶縁層４を構成する組成物をスラリー状にしたものを層間接続突起６の周囲及び上部にスクリーン印刷等の方法により、充填させ、加熱して半硬化状態にした後、これに金属箔を張り合わせ、さらなる加熱によりほぼ完全な硬化状態とした後、層間接続突起６の上部の金属回路をエッチング等により除去し、絶縁層組成物をレーザー加工等により除去する方法や、あらかじめ、絶縁層組成物を半硬化状態のシート状に加工し、ホットプレス装置により、金属箔とともに一体化させ、層間接続突起６に対応する位置に凸部を有し表面に金属層が形成された積層体とし、この積層体の凸部を除去して、層間接続突起６を露出させる等の手法がある。

【0051】

図３において、金属回路３の材料としては、単体Ａｌ製、又はＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ等の単体Ａｌ合金製が用いられる。
活性金属接合材層７を構成する材料としては、Ａｌ−Ｓｉ系又はＡｌ−Ｇｅ系の合金やＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金が用いられるが、特にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金が好ましい。まず、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金は、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ系あるいはこれらにＭｇを加えた系に比べて、セラミック系素材との接合条件の許容幅が広く、真空中でなくとも接合できるので、生産性に優れた接合が可能となるからである。すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｇｅ系では、比較的多量にＳｉやＧｅを添加しないと融点が低下しないが、多量に添加すると硬くて脆くなる問題が生じる。このような問題を起こさせないように、例えばＡｌ−Ｓｉ系合金においてＳｉの割合を５％まで下げると、融点が６１５℃となり加圧を行っても６２０℃以下の温度での接合は困難となる。これに対し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金では、Ｃｕの割合を４％程度まで下げても、適切に加圧等の手段を講じることによって６００℃程度での接合も可能となり、接合条件の許容幅が広がる。

【0052】

次に、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金は、ＳｉやＧｅに比べてＣｕやＭｇがＡｌ中に均一に拡散し易いため、局部的な溶融が生じたり、余分な接合材が押し出されてハミダシが生じ難く、比較的短時間で安定した接合が可能となることによる。

【0053】

使用されるＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇの三成分合金はもとより、それ以外の成分を含んでいてもよい。例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｂ、Ｆｅ等の成分を合計で５重量％程度以下を含んでいてもよい。

【0054】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金中のＣｕの割合は、２〜６重量％であることが好ましい。２重量％未満では接合温度が高くなってＡｌの融点に近くなってしまい、また６重量％超では接合後の接合材の拡散部が特に硬くなって回路基板の信頼性が低下する恐れがある。好ましくは１．５〜５重量％である。一方、Ｍｇについては、少量添加することによって接合状態が良好になる。これはＡｌ表面の酸化物層の除去効果や窒化アルミニウム基板表面と接合材の濡れ性改善効果によると推察される。Ｍｇの割合は、０．１〜２重量％が好ましい。０．１重量％未満では添加効果が顕著でなくなり、２重量％超ではＡｌ又はＡｌ合金の硬度に悪影響を与えるうえ、接合時に多量に揮発して炉操業に支障をきたすことがある。特に好ましくは、０．３〜１．５重量％である。

【0055】

使用される接合材の市販品の一例をあげれば、Ａｌ中に４重量％程度のＣｕと０．５重量％程度のＭｇが含まれる２０１８合金、更に０．５重量％程度のＭｎ等が含まれる２０１７合金を始め、２００１、２００５、２００７、２０１４、２０２４、２０３０、２０３４、２０３６、２０４８、２０９０、２１１７、２１２４、２２１４、２２１８、２２２４、２３２４、７０５０等である。

【0056】

接合温度は、５６０〜６３０℃とかなり広範囲が適用できるが、接合材の組成によって適正範囲は異なる。ＺｎやＩｎ等の低融点成分が添加されていたり、ＣｕやＭｇ等の含有量が比較的多い場合には、６００℃以下でも十分に接合できる。接合温度が６３０℃超では、接合時にろう接欠陥（回路に生じる虫食い現象）が生じやすくなるので好ましくない。

【0057】

加熱接合時に、アルミニウム−黒鉛複合体からなるからなる基板１の板面に対して垂直方向に１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍ^２、特に１５〜８０ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧することが好ましい。加圧方法としては、重しを載せる、治具を用いて機械的に加えることによって行うことができる。加圧は、少なくとも接合が始まる温度、例えば、９５．７％Ａｌ−４％Ｃｕ−０．３％Ｍｇ合金箔を用いて６１０℃で接合する場合は５８０℃まではこの圧力内に保たれていることが望ましい。

【0058】

放熱部品においては、板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１の一主面及び／又は両主面に金属回路３、例えばＡｌ系回路が形成される。Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金の接合材は、基板１と金属回路３を構成するＡｌ系回路パターン、Ａｌ系回路形成用金属板との間に積層して介在させるが、あらかじめこれらとクラッド化しておくと使用しやすい。

【0059】

活性金属接合材層７を構成する接合剤としてＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金を用いることによって、放熱部品の生産性を著しく高めることができる。その理由の一つは、接合が真空炉に限定されないことである。真空炉は元来高価なうえ、連続化が難しく、またバッチ炉では容積効率が悪い。大型炉にすると温度分布が生じ易く、高収率での生産は望めない。これに対し、従来のＡｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｇｅ系合金の接合材のかわりに、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系合金を用いると、真空下でなくとも、Ｎ_２、Ｈ_２、不活性ガス及びこれらの混合ガスの低酸素雰囲気下で接合することができるので、炉構造が簡単になり、連続化も容易となる。連続化によって、温度分布等の製品のバラツキ要因を低減させることができ、歩留まりよく、品質の安定した製品を製造することができる。

【0060】

金属回路３を構成する部材としてＡｌ系回路形成用金属板を用いて放熱部品を製造する際、Ａｌ系回路形成用金属板と板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１同士が隣り合うように積層して加熱することが好ましい。何故ならば、Ａｌ系回路形成用金属板は、アルミニウム−黒鉛複合体よりも熱膨張係数が大きいので、接合後の冷却によって、板状のアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板１側が凸形となる変形を軽減させるためである。これは、Ａｌが塑性変形の容易な材料である点を利用したものであり、Ａｌ材同士の接着を避けるため、必要に応じてスペーサー材を介在させても良い。

【実施例】

【0061】

（実施例１、２）
実施例１は、嵩密度１．８３ｇ／ｃｍ^３の等方性黒鉛材料（東海カーボン社製：Ｇ３４７）、実施例２は、嵩密度１．８９ｇ／ｃｍ^３の等方性黒鉛材料（東海カーボン社製：Ｇ４５８）を、２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍの寸法の直方体形状に加工した後、黒鉛離型剤を塗布した板厚１２ｍｍの鉄板で挟み、Ｍ１０のボルト・ナットで連結して積層体とした。得られた積層体は、電気炉で窒素雰囲気下、温度６５０℃で１時間予備加熱した後、予め加熱しておいた内径４００ｍｍ×高さ３００ｍｍのプレス型内に収め、珪素を１２質量％含有するアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧して、等方性黒鉛材料にアルミニウム合金を含浸させた。次に、室温まで冷却した後、湿式バンドソーでアルミニウム合金及び鉄板部分を切断し、２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミニウム−黒鉛複合体を得た。得られた複合体は、含浸時の歪み除去の為、温度５００℃で２時間のアニール処理を行った。

【0062】

一方で、各等方性黒鉛材料を研削加工して、直交する３方向の熱膨張係数測定用試験体（３×３×２０ｍｍ）及び熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）で測定した。その結果を表１に示す。等方性黒鉛材料の気孔率は、黒鉛の理論密度：２．２ｇ／ｃｍ^３を用いて、アルキメデス法で測定した嵩密度より算出した。

【0063】

【表1】

注１：熱伝導率と熱膨張係数の平均値は、直交する３方向の値の平均値
注２：熱伝導率と熱膨張係数の最大／最小は、直交する３方向の最大値と最小値の比

【0064】

次に、得られたアルミニウム−黒鉛複合体を研削加工して、直交する３方向の熱膨張係数測定用試験体（３×３×２０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍ）および強度試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、それぞれの試験体を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）および３点曲げ強度（ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠）を測定した。また、試験体の嵩密度をアルキメデス法で測定し、等方性黒鉛材料の気孔の含浸率を算出した。

【0065】

【表2】

注１：熱伝導率と熱膨張係数の平均値は、直交する３方向の値の平均値
注２：熱伝導率と熱膨張係数の最大／最小は、直交する３方向の最大値と最小値の比

【0066】

次に、得られた２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍのアルミニウム−黒鉛複合体を固定し、マルチワイヤーソー（タカトリ社製；ＭＷＳ−６１２ＳＤ）にて、アルミニウム−黒鉛複合体の２００ｍｍ×２００ｍｍの面と平行な切断面となるように、表３の加工条件にて、線径：０．２０ｍｍの電着タイプのワイヤーを１．５ｍｍ間隔で配置して、切断加工を実施した。切りしろ（切削幅）はいずれも０．３ｍｍであった。得られた板状のアルミニウム−黒鉛複合体の板厚をノギスにて、切断加工面の表面粗さ（Ｒａ）を表面粗さ計にて測定した。その結果を表３に示す。

【0067】

【表3】

【0068】

（ＬＥＤ発光部材の製造例）
（１）エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エピコート８０７：エポキシ当量＝１７３、油化シェルエポキシ株式会社製）１００質量部、シランカップリング剤、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（ＡＺ−６１６５：日本ユニカー株式会社製）５質量部、無機フィラーとして平均粒径５μｍのアルミナ（ＡＳ−５０：昭和電工株式会社製）５００質量部を、万能混合撹拌機で混合し、これに硬化剤としてポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ−４００：テキサコケミカル社製）２５質量部、ポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ２０００：テキサコケミカル社製）２０質量部を配合、混合した。
（２）上記混合物を上記板状のアルミニウム−黒鉛複合体上に硬化後の絶縁接着層の厚みが１００μｍになるように塗布し、Ｂステージ状態に予備硬化させ、ラミネーターで厚さ３５μｍの電解銅箔を張り合わせ、その後８０℃×２ｈｒｓ＋１５０℃×３ｈｒｓアフターキュアを行い絶縁接着層付き銅箔付き複合体を作製した。更に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成して、アルミニウム−黒鉛複合体回路基板とした。次に、特定の回路上に白色ソルダーレジスト（ＰＳＲ４０００−ＬＥＷ１：太陽インキ社製）をスクリーンにて塗布後、ＵＶ硬化させた。さらに、電解銅箔露出部分上に絶縁されていないＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図１に示すようなＬＥＤ発光部材を得た。また、所望の個所の絶縁層露出部分をＣＯ_２レーザーにより、除去し、その部分上に絶縁されているＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図３に示すような構造のＬＥＤ発光部材を得た。

【0069】

（実施例３）
（ＬＥＤ発光部材の製造例）
（１）実施例１の板状のアルミニウム−黒鉛複合体上に電解めっきにより、３５μｍ厚の銅層を複合体の片面全体に形成させた後、所望の個所以外の銅層をエッチングにて除去することにより、銅バンプ付きアルミニウム−黒鉛複合体を作成した。また一方で、エポキシ樹脂としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エピコート８０７：エポキシ当量＝１７３、油化シェルエポキシ株式会社製）１００質量部、シランカップリング剤、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン（ＡＺ−６１６５：日本ユニカー株式会社製）５質量部、無機フィラーとして平均粒径５μｍのアルミナ（ＡＳ−５０：昭和電工株式会社製）５００質量部を、万能混合攪拌機で混合し、これに硬化剤としてポリオキシプロピレンアミン（ジェファーミンＤ−４００：テキサコケミカル社製）４５質量部を配合、混合した。これを３５μｍ厚の銅箔上に厚みが１００μｍになるように塗布し、Ｂステージ状態として樹脂付き銅箔を作成した。
（２）前述の銅バンプ付きアルミニウム−黒鉛複合体と樹脂付き銅箔を積層して、１８０℃にて加熱プレスを行い一体化した後に、銅バンプ上に凸状態となった個所の銅箔をエッチングにて除去し、その後、絶縁層（Ｂステージシートの硬化部分）をＣＯ_２レーザーにより除去し、構造の銅バンプ付きアルミニウム−黒鉛複合体回路基板とした。次に、特定の回路上に白色ソルダーレジスト（ＰＳＲ４０００−ＬＥＷ１：太陽インキ社製）をスクリーンにて塗布後、ＵＶ硬化させた。上述の銅バンプ上の回路面を＃２００の研磨紙にて絶縁層の残留物を除去し、その後、＃８００の研磨紙にて表面を平滑に仕上げた。この表面上に絶縁されているＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図２に示すような構造のＬＥＤ発光部材を得た。

【0070】

（実施例４）
（ＬＥＤ発光部材の製造例）
実施例１で得られた板状のアルミニウム−黒鉛複合体と、９５％Ａｌ−４％Ｃｕ−１％Ｍｇの組成、厚み０．３ｍｍの合金からなる接合材と、０．４ｍｍ厚のＡｌ回路とを、この順で積層して１組とし、スペーサーを介して、１０組重ねて積層した。これを炉外から油圧式の一軸加圧装置でカーボン製の押し棒を介してアルミニウム−黒鉛複合体からなる基板面に対して垂直方向に５００ＭＰａの圧力で加圧しながら４×１０^−３Ｐａの真空中（バッチ炉）６１０℃にて１０分間加熱を行い、接合し、アルミニウム−黒鉛複合体回路基板とした。次に、特定の回路上に白色ソルダーレジスト（ＰＳＲ４０００−ＬＥＷ１：太陽インキ社製）をスクリーンにて塗布後、ＵＶ硬化させた。さらに、電解銅箔露出部分上に絶縁されたＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図１に示すようなＬＥＤ発光部材を得た。

【0071】

（実施例５〜１９、比較例１〜３）
実施例１にて作製した２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍ形状のアルミニウム−黒鉛複合体を固定し、マルチワイヤーソー（タカトリ社製；ＭＷＳ−６１２ＳＤ）にて、アルミニウム−黒鉛複合体の２００ｍｍ×２００ｍｍの面と平行な切断面となるように、表４の加工条件にて、切断加工を実施した。得られた板状のアルミニウム−黒鉛複合体の板厚および表面粗さ（Ｒａ）を表５に示す。尚、比較例１は、切断加工時にワイヤー切れが頻発し、板状のアルミニウム−黒鉛複合体を得ることが出来なかった。

【0072】

【表4】

【0073】

【表5】

【0074】

（実施例２０〜２６、比較例４）
表６に示す各種等方性黒鉛材料（実施例２０〜２６）および押し出し黒鉛材料（比較例４）を２００ｍｍ×２５０ｍｍ×１５０ｍｍの直方体形状に加工し、実施例１と同様にして、アルミニウム−黒鉛複合体を作製した。得られたアルミニウム−黒鉛複合体は、実施例１と同様にして特性評価を実施した。その結果を表７に示す。

【0075】

【表6】

注１：熱伝導率と熱膨張係数の平均値は、直交する３方向の値の平均値
注２：熱伝導率と熱膨張係数の最大／最小は、直交する３方向の最大値と最小値の比

【0076】

【表7】

注１：熱伝導率と熱膨張係数の平均値は、直交する３方向の値の平均値
注２：熱伝導率と熱膨張係数の最大／最小は、直交する３方向の最大値と最小値の比

【0077】

（実施例２７〜３３、比較例５）
実施例１で用いた２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５０ｍｍ形状の等方性黒鉛材料を、黒鉛離型剤を塗布した板厚１２ｍｍの鉄板で挟み、Ｍ１０のボルト・ナットで連結して積層体とした。得られた積層体は、表８に示す条件以外は実施例１と同様にして、等方性黒鉛材料にアルミニウム合金を含浸させ、アルミニウム−黒鉛複合体を作製した。得られた複合体は、含浸時の歪み除去の為、温度５００℃で２時間のアニール処理を行った後、実施例１と同様の手法にて評価を実施した。その結果を表９に示す。

【0078】

【表8】

【0079】

【表9】

【0080】

（実施例３４）
実施例２の材料を、ワイヤー間隔を６．３ｍｍとした以外は、実施例２と同様にしてマルチワイヤーソーで、板厚６ｍｍの板状のアルミニウム−黒鉛複合体に切断加工した。得られたアルミニウム−黒鉛複合体は、マシニングセンターにて、超鋼のエンドミルを用いて、片面を５ｍｍ間隔で、幅２ｍｍ、高さ５ｍｍのフィン形状に加工した。

【0081】

実施例１と同様の手法で、フィン形状非形成面に絶縁されていないＬＥＤチップを接着して図１に示すような構造のＬＥＤ発光部材を得た。また、絶縁されているＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図３に示すような構造のＬＥＤ発光部材を得た。

【0082】

（実施例３５、３６）
実施例１の板状に加工したアルミニウム−黒鉛複合体（２００ｍｍ×２００ｍｍ×１．２ｍｍ）を、水にて超音波洗浄した後、膜厚３μｍの無電解Ｎｉ―Ｐめっき処理をおこなった。実施例３５は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき後に、膜厚１μｍの無電解Ｎｉ−Ｂめっきを行い、実施例３６は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき後に、膜厚１μｍの無電解Ａｕめっきを行い、アルミニウム黒鉛複合体の表面にめっき層を形成した。得られためっき品は、肉眼で確認されるピンホールはなく良好であった。また、めっき面にフラックスを塗布した後、鉛／錫の共晶はんだに浸漬した。めっき面は、９９％以上がはんだで濡れていた。

【0083】

実施例３と同様の手法で、絶縁されているＬＥＤチップ（１ｍｍ^２）をＡｇペーストにて接着させ、図２に示すような構造のＬＥＤ発光部材を得た。

【図1】

【図2】

【図3】