特開 2023-174240 基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023174240

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20231130BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20231130BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20231130BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 J

H01L23/36 C

H05K1/02 F

H05K1/03 630Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086984

(22)【出願日】2022-05-27

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】長澤 隆政

【テーマコード（参考）】

5E338

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E338AA03

5E338AA15

5E338BB05

5E338EE02

5E338EE60

5F136BB01

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA25

5F136FA51

5F136FA82

(57)【要約】

【課題】熱負荷時の応力を緩和でき、かつ高熱伝導率の熱伝導部材を用いた基板の提供。
【解決手段】本基板は、複数のカーボンナノチューブ、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に設けられた第１樹脂層、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に設けられた第２樹脂層、を有する熱伝導部材と、前記第１樹脂層上に積層された第１金属層と、前記第２樹脂層上に積層された第２金属層と、を有し、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層はフィラーを含有せず、前記第１樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に含浸し、前記第２樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に含浸している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のカーボンナノチューブ、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に設けられた第１樹脂層、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に設けられた第２樹脂層、を有する熱伝導部材と、
前記第１樹脂層上に積層された第１金属層と、
前記第２樹脂層上に積層された第２金属層と、を有し、
前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層はフィラーを含有せず、
前記第１樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に含浸し、
前記第２樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に含浸している、基板。

【請求項2】

複数のカーボンナノチューブ、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に設けられた第１樹脂層、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に設けられた第２樹脂層、を有する２つの熱伝導部材と、
一方の前記熱伝導部材の前記第１樹脂層上に積層された第１金属層と、
他方の前記熱伝導部材の前記第２樹脂層上に積層された第２金属層と、
一方の前記熱伝導部材の前記第２樹脂層と、他方の前記熱伝導部材の前記第１樹脂層との間に接合されたセラミック基板と、を有し、
各々の前記熱伝導部材の前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層はフィラーを含有せず、
各々の前記熱伝導部材の前記第１樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に含浸し、
各々の前記熱伝導部材の前記第２樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に含浸している、基板。

【請求項3】

前記熱伝導部材は、
前記第１樹脂層の前記第１金属層側に積層された第３樹脂層と、
前記第２樹脂層の前記第２金属層側に積層された第４樹脂層と、をさらに有し、
前記第３樹脂層は、前記第１樹脂層よりも熱伝導率が高く、
前記第４樹脂層は、前記第２樹脂層よりも熱伝導率が高く、
前記第３樹脂層及び前記第４樹脂層はフィラーを含有する、請求項１又は２に記載に基板。

【請求項4】

前記第１樹脂層を構成する樹脂は、前記第１金属層の前記第１樹脂層側の面の凹凸に追従した表面形状を有し、
前記第２樹脂層を構成する樹脂は、前記第２金属層の前記第２樹脂層側の面の凹凸に追従した表面形状を有する、請求項１又は２に記載の基板。

【請求項5】

前記第３樹脂層を構成する樹脂は、前記第１金属層の前記第３樹脂層側の面の凹凸に追従した表面形状を有し、
前記第４樹脂層を構成する樹脂は、前記第２金属層の前記第４樹脂層側の面の凹凸に追従した表面形状を有する、請求項３に記載の基板。

【請求項6】

前記第１樹脂層の前記第１金属層側は、複数の前記カーボンナノチューブの一端側が入り込んでいなく、樹脂のみから形成された領域であり、
前記第２樹脂層の前記第２金属層側は、複数の前記カーボンナノチューブの他端側が入り込んでいなく、樹脂のみから形成された領域である、請求項１又は２に記載の基板。

【請求項7】

前記第１樹脂層は前記第３樹脂層よりも薄く、前記第２樹脂層は前記第４樹脂層よりも薄い、請求項３に記載の基板。

【請求項8】

前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層は、ポリフェニレンエーテル系樹脂から形成されている、請求項１又は２に記載の基板。

【請求項9】

前記第３樹脂層及び前記第４樹脂層は、ポリフェニレンエーテル系樹脂から形成されている、請求項３に記載の基板。

【請求項10】

前記熱伝導部材は、前記熱伝導部材を貫通し、前記第１金属層を露出する第１開口部を備え、
前記第２金属層は、前記第２金属層を貫通し、前記第１開口部と連通する第２開口部を備える、請求項１に記載の基板。

【請求項11】

前記熱伝導部材は、
前記第１樹脂層を貫通し、前記カーボンナノチューブの一端と接合する第１パッドと、
前記第２樹脂層を貫通し、前記カーボンナノチューブの他端と接合する第２パッドと、を備え、
前記第１パッドと前記第２パッドとは、前記カーボンナノチューブを介して導通する、請求項１に記載の基板。

【請求項12】

前記熱伝導部材は、
前記第１樹脂層及び前記第３樹脂層を貫通し、前記カーボンナノチューブの一端と接合する第１パッドと、
前記第２樹脂層及び前記第４樹脂層を貫通し、前記カーボンナノチューブの他端と接合する第２パッドと、を備え、
前記第１パッドと前記第２パッドとは、前記カーボンナノチューブを介して導通する、請求項３に記載の基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミック基板等の絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面に形成された回路パターンを有する金属層と、他方の面に形成された放熱用の金属層とを有する基板が知られている。回路パターンを有する金属層には、例えば、電力制御用の半導体チップ等の動作時に発熱体となるデバイスが実装される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

しかしながら、セラミック基板等の絶縁基板は、柔軟性が低くて硬く、また上下に配置される金属層との間に熱膨張係数の差があることから、熱負荷時に応力が生じて絶縁基板と金属層との間に剥離が発生したりする場合があった。また近年、セラミック基板等の代替として、絶縁樹脂層の利用が広がっているが、熱伝導率とすると１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７－２５８４１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、熱負荷時の応力を緩和でき、かつ高熱伝導率の熱伝導部材を用いた基板の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本基板は、複数のカーボンナノチューブ、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に設けられた第１樹脂層、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に設けられた第２樹脂層、を有する熱伝導部材と、前記第１樹脂層上に積層された第１金属層と、前記第２樹脂層上に積層された第２金属層と、を有し、前記第１樹脂層及び前記第２樹脂層はフィラーを含有せず、前記第１樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの一端側に含浸し、前記第２樹脂層を構成する樹脂は、複数の前記カーボンナノチューブの他端側に含浸している。

【発明の効果】

【0007】

開示の技術によれば、熱負荷時の応力を緩和でき、かつ高熱伝導率の熱伝導部材を用いた基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る基板を例示する断面図である。

【図2】第１実施形態に係る熱伝導部材の製造工程を例示する図（その１）である。

【図3】第１実施形態に係る熱伝導部材の製造工程を例示する図（その２）である。

【図4】第１実施形態に係る熱伝導部材の製造工程を例示する図（その３）である。

【図5】第１実施形態に係る基板の製造工程を例示する図である。

【図6】第１実施形態の変形例１に係る基板を例示する断面図である。

【図7】第１実施形態の変形例２に係る基板を例示する断面図である。

【図8】第１実施形態の変形例３に係る基板を例示する断面図（その１）である。

【図9】第１実施形態の変形例３に係る基板の製造方法を例示する図である。

【図10】第１実施形態の変形例３に係る基板を例示する断面図（その２）である。

【図11】第２実施形態に係る基板を例示する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0010】

〈第１実施形態〉
［基板の構造］
図１は、第１実施形態に係る基板を例示する断面図であり、図１（ａ）は全体図、図１（ｂ）は図１（ａ）の熱伝導部材１０の部分拡大図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ部の拡大図である。

【0011】

図１（ａ）を参照すると、第１実施形態に係る基板１は、熱伝導部材１０と、第１金属層２０と、第２金属層３０とを有している。図１（ｂ）を参照すると、熱伝導部材１０は、複数のカーボンナノチューブ１１と、第１樹脂層１２と、第２樹脂層１３とを有している。

【0012】

第１金属層２０と第２金属層３０とは、熱伝導部材１０を挟んで上下に配置されている。熱伝導部材１０は、所謂ＴＩＭ（Thermal Interface Material）であり、第１金属層２０と第２金属層３０との間の熱伝導を行う部材である。第１金属層２０は、熱伝導部材１０の第１樹脂層１２上に積層されている。第１金属層２０の上面は、熱伝導部材１０の第１樹脂層１２の下面と接している。図１（ｃ）に示すように、第１金属層２０の上面には凹凸があるが、第１樹脂層１２を構成する樹脂が第１金属層２０の上面に形成された凹凸に入り込む。すなわち、第１樹脂層１２を構成する樹脂は、第１金属層２０の第１樹脂層１２側の面の凹凸に追従した表面形状を有する。そのため、第１金属層２０の上面と第１樹脂層１２の下面とは、点接触にならず、広い面積で接触する。その結果、第１金属層２０の上面と第１樹脂層１２の下面との間の熱抵抗が低くなり、第１樹脂層１２から第１金属層２０に容易に熱が伝わる。

【0013】

第２金属層３０は、熱伝導部材１０の第２樹脂層１３上に積層されている。第２金属層３０の下面は、熱伝導部材１０の第２樹脂層１３の上面と接している。図１（ｃ）の場合と同様に、第２金属層３０の下面には凹凸があるが、第２樹脂層１３を構成する樹脂が第２金属層３０の下面に形成された凹凸に入り込む。すなわち、第２樹脂層１３を構成する樹脂は、第２金属層３０の第２樹脂層１３側の面の凹凸に追従した表面形状を有する。そのため、第２金属層３０の下面と第２樹脂層１３の上面とは、点接触にならず、広い面積で接触する。その結果、第２金属層３０の下面と第２樹脂層１３の上面との間の熱抵抗が低くなり、第２金属層３０から第２樹脂層１３に容易に熱が伝わる。

【0014】

第２金属層３０上には、発熱体となるデバイスを実装可能である。第２金属層３０は、例えば、実装されるデバイスの電極構造に合わせてパターニングされている。第２金属層３０上に実装されるデバイスが動作時に発熱すると、熱は熱伝導部材１０を経由して第１金属層２０に伝達され、第１金属層２０から放熱される。第１金属層２０及び第２金属層３０は、例えば、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた材料から形成することができる。第１金属層２０及び第２金属層３０の厚さは、例えば、０．１μｍ～３．０μｍ程度とすることができる。なお、第２金属層３０の一部又は全部は、配線として機能してもよいし、実装されるデバイスと電気的に接続されていない単なる金属層であってもよい。また、第２金属層３０は、パターニングされていなくてもよい。また、第１金属層２０は、放熱板と接合されてもよい。

【0015】

［熱伝導部材の構造］
図１（ｂ）に示すように、熱伝導部材１０において、複数のカーボンナノチューブ１１は、第１樹脂層１２と第２樹脂層１３との間に、長手方向を概ね熱伝導方向に向けて配置されている。ここで、熱伝導方向とは、第２樹脂層１３の上面及び第１樹脂層１２の下面に略垂直な方向である。隣接するカーボンナノチューブ１１の間隔は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。隣接するカーボンナノチューブ１１は接してもよいが、隣接するカーボンナノチューブ１１の間に空隙があることが好ましい。これにより、カーボンナノチューブ１１の収縮性が向上し、膨張や収縮しやすくなる。

【0016】

カーボンナノチューブ１１は、例えば直径が０．７～７０ｎｍ程度の略円筒形をした炭素の結晶である。カーボンナノチューブ１１の長手方向の長さは、例えば、５０μｍ以上３００μｍ以下である。カーボンナノチューブ１１は熱伝導性が高く、その熱伝導率は、例えば３０００Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。良好な伝熱性能を得るために、カーボンナノチューブ１１の面密度は、１×１０^１０本／ｃｍ^２以上であることが好ましい。

【0017】

第１樹脂層１２は、複数のカーボンナノチューブ１１の一端側に設けられている。第１樹脂層１２を構成する樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１１の一端側に含浸している。言い換えれば、複数のカーボンナノチューブ１１の一端側は、第１樹脂層１２に埋め込まれている。

【0018】

複数のカーボンナノチューブ１１の一端側において、第１樹脂層１２に埋め込まれている部分の長さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。なお、それぞれのカーボンナノチューブ１１の一端側の先端１１ａの位置は、ばらついていても構わない。

【0019】

複数のカーボンナノチューブ１１の一端側の先端１１ａは、第１樹脂層１２の下面から突出していない。すなわち、第１樹脂層１２の第１金属層２０側は、複数のカーボンナノチューブ１１の一端側が入り込んでいなく、樹脂のみから形成された領域である。ただし、一部のカーボンナノチューブ１１の一端側の先端１１ａは、第１樹脂層１２の下面に達してもよいし、下面から突出してもよい。

【0020】

第２樹脂層１３は、複数のカーボンナノチューブ１１の他端側に設けられている。第２樹脂層１３を構成する樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１１の他端側に含浸している。言い換えれば、複数のカーボンナノチューブ１１の他端側は、第２樹脂層１３に埋め込まれている。

【0021】

複数のカーボンナノチューブ１１の他端側の、第２樹脂層１３に埋め込まれている部分の長さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。ただし、それぞれのカーボンナノチューブ１１の他端側の先端１１ｂの位置は、ばらついていても構わない。

【0022】

複数のカーボンナノチューブ１１の他端側の先端１１ｂは、第２樹脂層１３の上面から突出していない。すなわち、第２樹脂層１３の第２金属層３０側は、複数のカーボンナノチューブ１１の他端側が入り込んでいなく、樹脂のみから形成された領域である。ただし、一部のカーボンナノチューブ１１の他端側の先端１１ｂは、第２樹脂層１３の上面に達してもよいし、上面から突出してもよい。

【0023】

第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々は、フィラーを含有していない。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々の熱伝導率は、例えば、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ～０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々は、例えば、ポリフェニレンエーテル系樹脂から形成することができる。

【0024】

第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々の厚さは、例えば、１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下とすることがより好ましい。

【0025】

第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の厚さが１μｍ以上３０μｍ以下であれば、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の熱抵抗を低く抑えられ、熱伝導部材１０全体としての熱伝導率の低下を抑制することができる。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の厚さが１μｍ以上１０μｍ以下であれば熱伝導部材１０全体としての熱伝導率の低下をさらに抑制することができ、０．１μｍ以上５μｍ以下であれば熱伝導部材１０全体としての熱伝導率の低下をさらに抑制することができる。

【0026】

熱伝導部材１０では、カーボンナノチューブ１１の一端側にフィラーを含有しない第１樹脂層１２を配置し、カーボンナノチューブ１１の他端側にフィラーを含有しない第２樹脂層１３を配置している。そのため、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３を構成する樹脂がカーボンナノチューブ１１の両端側へ含浸することができ、シート化が可能となる。また、熱伝導部材１０では、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３を熱伝導部材１０の放熱性に影響がない程度に薄化している。その結果、熱伝導部材１０は、シート化が可能であるとともに、高熱伝導率であり放熱性に優れている。熱伝導部材１０の熱伝導率は、例えば、２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とすることができる。

【0027】

［熱伝導部材の製造方法］
次に、熱伝導部材の製造方法について説明する。図２～図４は、第１実施形態に係る熱伝導部材の製造工程を例示する図である。

【0028】

まず、図２（ａ）に示す工程では、基板２００を準備し、基板２００の上面に複数のカーボンナノチューブ１１を形成する。基板２００としては、例えば、板状のシリコン（Ｓｉ）や銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

【0029】

より具体的には、基板２００の上面にスパッタ法等によって、金属触媒層を形成する。金属触媒層としては、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ａｌ、及びＮｉ等を用いることができる。金属触媒層の厚さは、例えば数ｎｍ程度とすることができる。次に、金属触媒層が形成された基板２００を加熱炉に入れて、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）により所定の圧力及び温度、プロセスガスで金属触媒層上にカーボンナノチューブ１１を形成する。加熱炉の圧力及び温度は、例えば０．１～８．０ｋＰａ及び５００～８００℃とすることができる。又、プロセスガスとしては、例えばアセチレンガス等を用いることができ、キャリアガスとしては、例えばアルゴンガスや水素ガス等を用いることができる。

【0030】

次に、図２（ｂ）に示す工程では、基板２００上に成長したカーボンナノチューブ１１の上端部に転写部材２１０を接触させ、基板２００側に押圧する。転写部材２１０としては、例えば、シリコンゴムシート等を用いることができる。次に、図２（ｃ）に示す工程では、図２（ｂ）に示す基板２００を剥離する。これにより、カーボンナノチューブ１１が転写部材２１０に転写される。

【0031】

次に、図３（ａ）に示す工程では、保護層１６及び第１樹脂層１２の積層体を準備し、カーボンナノチューブ１１が転写された転写部材２１０を、カーボンナノチューブ１１を第１樹脂層１２側に向けて第１樹脂層１２上に配置する。第１樹脂層１２としては、例えば、フィルム状の熱硬化性のポリフェニレンエーテル系樹脂を用いることができる。第１樹脂層１２は、フィラーを含有していない。保護層１６としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム等を用いることができる。

【0032】

次に、図３（ｂ）に示す工程では、図３（ａ）に示す構造体を加熱しながら、転写部材２１０を第１樹脂層１２側へ押圧する。これにより、第１樹脂層１２が軟化し、第１樹脂層１２を構成する樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１１の一端側に含浸する。

【0033】

次に、図４（ａ）に示す工程では、図３（ｂ）に示す転写部材２１０をカーボンナノチューブ１１から除去する。図３（ｂ）に示す工程において加熱する際の熱は、転写部材２１０にも伝えられ、転写部材２１０が軟化する。そのため、転写部材２１０はカーボンナノチューブ１１から容易に除去することができる。

【0034】

次に、図４（ｂ）に示す工程では、保護層１７及び第２樹脂層１３の積層体を準備する。そして、第２樹脂層１３をカーボンナノチューブ１１側に向けて配置し、加熱しながら第１樹脂層１２側へ押圧する。これにより、第２樹脂層１３が軟化し、第２樹脂層１３を構成する樹脂は、複数のカーボンナノチューブ１１の他端側に含浸する。第２樹脂層１３としては、例えば、フィルム状の熱硬化性のポリフェニレンエーテル系樹脂を用いることができる。第２樹脂層１３は、フィラーを含有していない。保護層１７としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム等を用いることができる。以上の工程により、保護層１６及び１７を備えた熱伝導部材１０が完成する。

【0035】

［基板の製造方法］
引き続き、基板の製造方法について説明する。図５は、第１実施形態に係る基板の製造工程を例示する図である。

【0036】

まず、図５（ａ）に示す工程では、図４（ｂ）に示す熱伝導部材１０の第１樹脂層１２上に設けられた保護層１６を剥がす。そして、第１金属層２０を準備し、第１金属層２０と第１樹脂層１２とが接するように、第１金属層２０上に熱伝導部材１０を配置する。次に、第１樹脂層１２及び第１金属層２０を加熱し、第１樹脂層１２と第１金属層２０とを仮接着する。加熱は、例えば、１５０～２００℃程度で数分程度行う。その際、保護層１７側からローラー等を転がして押圧することが好ましい。

【0037】

次に、図５（ｂ）に示す工程では、第１樹脂層１２及び第１金属層２０を冷却した後、熱伝導部材１０の第２樹脂層１３上に設けられた保護層１７を剥がす。そして、第２金属層３０を準備し、第２金属層３０と第２樹脂層１３とが接するように、第２樹脂層１３上に第２金属層３０を配置する。次に、第２樹脂層１３及び第２金属層３０を加熱し、第２樹脂層１３と第２金属層３０とを仮接着する。加熱は、例えば、１５０～２００℃程度で数分程度行う。その際、第２金属層３０側からローラー等を転がして押圧することが好ましい。

【0038】

図５（ｂ）に示す工程の後、熱伝導部材１０と第１金属層２０及び第２金属層３０とを本接着する。具体的には、例えば、２００℃程度の温度の雰囲気中で、０．１～１．０ＭＰａ程度の圧力で第１金属層２０及び第２金属層３０側から熱伝導部材１０側に１０～２０分間程度押圧し続ける。これにより、基板１が完成する。

【0039】

前述のように第１金属層２０の上面には凹凸があるが、仮接着時及び／又は本接着時に、加熱により軟化した第１樹脂層１２を構成する樹脂が第１金属層２０の上面に形成された凹凸に入り込む。そのため、第１金属層２０の上面と第１樹脂層１２の下面とは広い面積で接触し、両者の間の熱抵抗が低くなる。同様に、第２金属層３０の下面には凹凸があるが、仮接着時及び／又は本接着時に、加熱により軟化した第２樹脂層１３を構成する樹脂が第２金属層３０の下面に形成された凹凸に入り込む。そのため、第２金属層３０の下面と第２樹脂層１３の上面とは広い面積で接触し、両者の間の熱抵抗が低くなる。

【0040】

なお、従来のＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板やＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板では、基板１の熱伝導部材１０の位置にセラミック基板が設けられており、セラミック基板は上面及び下面に位置する金属層と拡散接合により、強固な接合が得られている。しかし、セラミック基板は、柔軟性が低くて硬く、また上下に配置される金属層との間に熱膨張係数の差があることから、熱負荷時に応力が生じてセラミック基板と金属層との間に反りによる剥離が発生する。そのため、セラミック基板の上面及び下面と金属層との界面に空隙が発生し、セラミック基板の上面及び下面と金属層とは点接触となり、両者の間の熱抵抗が高くなる。

【0041】

また、従来のＤＢＣ基板やＤＢＡ基板から置き換えが進む絶縁樹脂層を用いた基板構造においては、高熱伝導フィラー等を用いて熱伝導率の向上が図られているが、熱伝導率とすると１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

【0042】

一方、熱伝導部材１０を有する基板１では、熱伝導部材１０の厚さ方向の中央部に柔軟性に優れたカーボンナノチューブ１１が配置されている。そのため、各部材の熱膨張係数の差から生じる熱負荷時の応力をカーボンナノチューブ１１が緩和することができる。その結果、熱負荷時に熱伝導部材１０と第１金属層２０及び第２金属層３０との間に剥離が発生したり反りが生じたりするおそれを低減できる。なお、カーボンナノチューブ１１を有する熱伝導部材１０の弾性率は５ＧＰａ以下であり、この値はセラミック基板やはんだ等に対して十分に小さい。また、カーボンナノチューブ１１を有する熱伝導部材１０は、上記の絶縁樹脂層を用いた基板構造に対して、２～３倍程度の高熱伝導率となる。

【0043】

なお、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３を構成する樹脂は絶縁性樹脂であるため、第１金属層２０と第２金属層３０との絶縁性を確保することができる。また、これらの絶縁性樹脂は、熱硬化性樹脂であるため、耐熱性が良好であり、３７０℃程度の耐熱温度を実現可能である。

【0044】

〈第１実施形態の変形例〉
第１実施形態の変形例では、第１実施形態に係る基板とは構造の異なる基板の例を示す。なお、第１実施形態の変形例において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0045】

図６は、第１実施形態の変形例１に係る基板を例示する断面図である。図６を参照すると、第１実施形態の変形例１に係る基板１Ａは、２つの熱伝導部材１０と、第１金属層２０と、第２金属層３０と、セラミック基板４０とを有している。

【0046】

第１金属層２０は、一方の熱伝導部材１０（図６では下側の熱伝導部材１０）の第１樹脂層１２上に積層されている。第２金属層３０は、他方の熱伝導部材１０（図６では上側の熱伝導部材１０）の第２樹脂層１３上に積層されている。セラミック基板４０は、一方の熱伝導部材１０の第２樹脂層１３と、他方の熱伝導部材１０の第１樹脂層１２との間に接合されている。言い換えれば、第１金属層２０とセラミック基板４０とは、一方の熱伝導部材１０を挟んで上下に配置されている。また、第２金属層３０とセラミック基板４０とは、他方の熱伝導部材１０を挟んで上下に配置されている。

【0047】

このように、基板１Ａでは、２つの熱伝導部材１０の間にセラミック基板４０を挟んでいるため、セラミック基板４０の放熱性、絶縁性、及び耐久性を活かしつつ、熱負荷時に各部材の熱膨張係数の差から生じる応力を各々の熱伝導部材１０のカーボンナノチューブ１１が緩和する。その結果、熱負荷時に熱伝導部材１０に反りや剥離が発生することなく、第２金属層３０から第１金属層２０に良好な熱伝導を実現可能である。

【0048】

図７は、第１実施形態の変形例２に係る基板を例示する断面図である。図７を参照すると、第１実施形態の変形例２に係る基板１Ｂでは、熱伝導部材１０は、熱伝導部材１０を貫通し、第１金属層２０の上面を露出する第１開口部１０ｘを備えている。また、第２金属層３０は、第２金属層３０を貫通し、第１開口部１０ｘと連通する第２開口部３０ｘを備えている。第１開口部１０ｘ及び第２開口部３０ｘは平面視で円形や矩形の貫通孔でもよいし、熱伝導部材１０や第２金属層３０を複数の領域に分割するスリットであってもよい。基板１Ｂのような構造により、例えば、第１開口部１０ｘ及び第２開口部３０ｘ内にワイヤを配置し、第１金属層２０と第２金属層３０とを電気的に接続することが可能となる。

【0049】

図８は、第１実施形態の変形例３に係る基板を例示する断面図（その１）である。図８を参照すると、第１実施形態の変形例３に係る基板１Ｃでは、熱伝導部材１０は、第１樹脂層１２を貫通し、カーボンナノチューブ１１の一端と接合する第１パッド１０ａを備えている。また、熱伝導部材１０は、第２樹脂層１３を貫通し、カーボンナノチューブ１１の他端と接合する第２パッド１０ｂを備えている。第１パッド１０ａと第２パッド１０ｂとは、カーボンナノチューブ１１を介して導通している。

【0050】

第１パッド１０ａは、第１樹脂層１２を貫通するビアホール１０ｙ内に形成されている。また、第２パッド１０ｂは、第２樹脂層１３を貫通するビアホール１０ｚ内に形成されている。また、第２金属層３０を貫通する第２開口部３０ｘが、ビアホール１０ｙ及び１０ｚと平面視で重複する位置に形成されている。

【0051】

図９は、第１実施形態の変形例３に係る基板の製造方法を例示する図である。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図４（ｂ）とは上下を反転して描かれている。

【0052】

まず、第１実施形態の図２（ａ）～図４（ｂ）と同様の工程を実施後、図９（ａ）に示す工程では、熱伝導部材１０の第１樹脂層１２を貫通するビアホール１０ｙを形成する。ビアホール１０ｙは、例えば、保護層１６を介して第１樹脂層１２にレーザ光を照射することで形成できる。ビアホール１０ｙの形成には、例えば、炭酸ガスレーザや紫外線レーザ等を用いることができる。

【0053】

次に、図９（ｂ）に示す工程では、ビアホール１０ｙ内に第１パッド１０ａを形成する。第１パッド１０ａは、例えば、ビアホール１０ｙ内に熱硬化性の導電性ペーストや導電性フィルムを配置し、加熱して硬化させることで形成できる。

【0054】

次に、図９（ｃ）に示す工程では、図９（ｂ）に示す構造体を上下反転させ、図９（ａ）と同様にして熱伝導部材１０の第２樹脂層１３を貫通するビアホール１０ｚを形成し、さらに図９（ｂ）と同様にしてビアホール１０ｚ内に第２パッド１０ｂを形成する。

【0055】

次に、図９（ｄ）に示す工程では、図５（ａ）及び図５（ｂ）と同様にして、第１樹脂層１２と接するように第１金属層２０を形成し、第２樹脂層１３と接するように第２開口部３０ｘを有する第２金属層３０を形成する。これにより、基板１Ｃが完成する。

【0056】

基板１Ｃのような構造により、例えば、第２開口部３０ｘ内にワイヤを配置し、第２金属層３０と第２パッド１０ｂとを電気的に接続することが可能となる。これにより、第２金属層３０と第１パッド１０ａ及び第２パッド１０ｂとが電気的に接続される。

【0057】

図１０は、第１実施形態の変形例３に係る基板を例示する断面図（その２）である。図１０に示す基板１Ｄのように、ビアホール１０ｙ内に第１パッド１０ｃが形成され、ビアホール１０ｚ内に第２パッド１０ｆが形成されてもよい。第１パッド１０ｃは、カーボンナノチューブ１１側から薄膜樹脂層１０ｄとはんだ層１０ｅが積層された構造である。また、第２パッド１０ｆは、カーボンナノチューブ１１側から薄膜樹脂層１０ｇとはんだ層１０ｈが積層された構造である。

【0058】

基板１Ｄにおいて、薄膜樹脂層１０ｄ及び１０ｇを極力薄くすることで、はんだ層１０ｅとはんだ層１０ｈとを、カーボンナノチューブ１１を介して導通させることができ、図９の導電性ペーストや導電性フィルムを用いた構造より、電気伝導性の向上が期待できる。はんだ層１０ｅとはんだ層１０ｈの代わりに、焼結材やインジウム等を用いてもよい。この場合も、図９の導電性ペーストや導電性フィルムを用いた構造より、電気伝導性の向上が期待できる。なお、薄膜樹脂層１０ｄ及び１０ｇは、カーボンナノチューブ１１とはんだ層、焼結材やインジウム等との直接接着が困難であるため、バッファー層の役割を果たしている。

【0059】

〈第２実施形態〉
第２実施形態では、第１実施形態とは構造の異なる熱伝導部材を有する基板の例を示す。なお、第２実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0060】

図１１は、第２実施形態に係る基板を例示する断面図であり、図１１（ａ）は全体図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の熱伝導部材１０Ａの部分拡大図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＢ部の拡大図である。

【0061】

図１１（ａ）を参照すると、第２実施形態に係る基板２は、熱伝導部材１０が熱伝導部材１０Ａに置換された点が、基板１（図１等参照）と相違する。

【0062】

熱伝導部材１０Ａは、熱伝導部材１０の構成に加え、第１樹脂層１２の第１金属層２０側に積層された第３樹脂層１４と、第２樹脂層１３の第２金属層３０側に積層された第４樹脂層１５とをさらに有している。

【0063】

第１金属層２０は、熱伝導部材１０Ａの第３樹脂層１４上に積層されている。第１金属層２０の上面は、熱伝導部材１０Ａの第３樹脂層１４の下面と接している。図１１（ｃ）に示すように、第１金属層２０の上面には凹凸があるが、第３樹脂層１４を構成する樹脂が第１金属層２０の上面に形成された凹凸に入り込む。すなわち、第３樹脂層１４を構成する樹脂は、第１金属層２０の第３樹脂層１４側の面の凹凸に追従した表面形状を有する。そのため、第１金属層２０の上面と第３樹脂層１４の下面とは、点接触にならず、広い面積で接触する。その結果、第１金属層２０の上面と第３樹脂層１４の下面との間の熱抵抗が低くなり、第３樹脂層１４から第１金属層２０に容易に熱が伝わる。

【0064】

第２金属層３０は、熱伝導部材１０Ａの第４樹脂層１５上に積層されている。第２金属層３０の下面は、熱伝導部材１０Ａの第４樹脂層１５の上面と接している。図１１（ｃ）の場合と同様に、第２金属層３０の下面には凹凸があるが、第４樹脂層１５を構成する樹脂が第２金属層３０の下面に形成された凹凸に入り込む。すなわち、第４樹脂層１５を構成する樹脂は、第２金属層３０の第４樹脂層１５側の面の凹凸に追従した表面形状を有する。そのため、第２金属層３０の下面と第４樹脂層１５の上面とは、点接触にならず、広い面積で接触する。その結果、第２金属層３０の下面と第４樹脂層１５の上面との間の熱抵抗が低くなり、第２金属層３０から第４樹脂層１５に容易に熱が伝わる。

【0065】

第１実施形態と同様に、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々は、フィラーを含有していない。一方、第３樹脂層１４は、フィラー１４ｆを含有する。第３樹脂層１４は、第１樹脂層１２よりも熱伝導率が高い。また、第４樹脂層１５は、フィラー１５ｆを含有する。第４樹脂層１５は、第２樹脂層１３よりも熱伝導率が高い。フィラー１４ｆ及び１５ｆとしては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等を用いることができる。フィラー１４ｆ及び１５ｆの径は、例えば、０．１μｍ～１０μｍ程度とすることができる。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々の熱伝導率は、例えば、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ～０．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。一方、第３樹脂層１４及び第４樹脂層１５の各々の熱伝導率は、例えば、１Ｗ／ｍ・Ｋ～１５Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。

【0066】

第３樹脂層１４及び第４樹脂層１５は、例えば、ポリフェニレンエーテル系樹脂から形成することができる。なお、第３樹脂層１４及び第４樹脂層１５を構成する樹脂層は、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３と異なる樹脂から形成してもよい。

【0067】

第１樹脂層１２は第３樹脂層１４よりも薄く、第２樹脂層１３は第４樹脂層１５よりも薄いことが好ましい。第１樹脂層１２及び第３樹脂層１４の各々の厚さは、例えば、１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の各々の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下とすることがより好ましい。第３樹脂層１４及び第４樹脂層１５の各々の厚さは、例えば、５０μｍ～２５０μｍ程度とすることができる。

【0068】

第１樹脂層１２は第３樹脂層１４よりも熱伝導率が低く、第２樹脂層１３は第４樹脂層１５よりも熱伝導率が低い。しかし、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の厚さが１μｍ以上３０μｍ以下であれば、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の熱抵抗を低く抑えられ、熱伝導部材１０Ａ全体としての熱伝導率の低下を抑制することができる。第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３の厚さが１μｍ以上１０μｍ以下であれば熱伝導部材１０Ａ全体としての熱伝導率の低下をさらに抑制することができ、０．１μｍ以上５μｍ以下であれば熱伝導部材１０Ａ全体としての熱伝導率の低下をさらに抑制することができる。

【0069】

熱伝導部材１０Ａでは、熱伝導部材１０と同様に、カーボンナノチューブ１１の一端側にフィラーを含有しない第１樹脂層１２を配置し、カーボンナノチューブ１１の他端側にフィラーを含有しない第２樹脂層１３を配置している。そのため、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３を構成する樹脂がカーボンナノチューブ１１の両端側へ含浸することができ、シート化が可能となる。また、第１樹脂層１２及び第２樹脂層１３を熱伝導部材１０Ａの放熱性に影響がない程度に薄化し、さらに第１樹脂層１２に熱伝導率のよい第３樹脂層１４を積層し、第２樹脂層１３に熱伝導率のよい第４樹脂層１５を積層している。その結果、熱伝導部材１０Ａは、シート化が可能であるとともに、高熱伝導率であり放熱性に優れている。熱伝導部材１０Ａの熱伝導率は、例えば、カーボンナノチューブ１１、第１金属層２０、及び第２金属層３０と、第３樹脂層１４及び第４樹脂層１５内のフィラー１４ｆ及び１５ｆが、コンタクトした場合、２０～３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とすることができる。

【0070】

基板２のように、基板１の熱伝導部材１０に代えて熱伝導部材１０Ａを用いても、基板１と同様の効果を奏することができる。なお、熱伝導部材１０Ａは、熱伝導部材１０と同様にして製造可能である。ただし、図３（ａ）に示す工程では、保護層１６、第３樹脂層１４、及び第１樹脂層１２の積層体を準備する。また、図４（ｂ）に示す工程では、保護層１７、第４樹脂層１５、及び第２樹脂層１３の積層体を準備する。

【0071】

以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0072】

例えば、第１実施形態の変形例１～３及び第２実施形態は、技術的な矛盾がない範囲内で組み合わせることができる。

【0073】

例えば、第１実施形態の変形例３と第２実施形態とを組み合わせると、熱伝導部材は、第１樹脂層及び第３樹脂層を貫通し、カーボンナノチューブの一端と接合する第１パッドと、第２樹脂層及び第４樹脂層を貫通し、カーボンナノチューブの他端と接合する第２パッドと、を備え、第１パッドと第２パッドとがカーボンナノチューブを介して導通する。

【符号の説明】

【0074】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，２ 基板
１０，１０Ａ 熱伝導部材
１０ａ，１０ｃ 第１パッド
１０ｂ，１０ｆ 第２パッド
１０ｄ，１０ｇ 薄膜樹脂層
１０ｅ，１０ｈ はんだ層
１０ｘ 第１開口部
１０ｙ，１０ｚ ビアホール
１１ カーボンナノチューブ
１１ａ カーボンナノチューブの一端側の先端
１１ｂ カーボンナノチューブの他端側の先端
１２ 第１樹脂層
１３ 第２樹脂層
１４ｆ，１５ｆ フィラー
１４ 第３樹脂層
１５ 第４樹脂層
１６，１７ 保護層
２０ 第１金属層
３０ 第２金属層
３０ｘ 第２開口部
４０ セラミック基板
２００ 基板
２１０ 転写部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】