特開2024-135491 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社カネカの特許一覧

特開2024-135491放熱シートおよび放熱シートの製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1
2A
2B
3
4A
4B

(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】P2024135491

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】放熱シートおよび放熱シートの製造方法

(51)【国際特許分類】

C23C 28/02 20060101AFI20240927BHJP

C23C 4/08 20160101ALI20240927BHJP

B32B 7/027 20190101ALI20240927BHJP

B32B 15/04 20060101ALI20240927BHJP

H01L 23/36 20060101ALI20240927BHJP

H05K 3/38 20060101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

C23C28/02

C23C4/08

B32B7/027

B32B15/04 Z

H01L23/36 D

H05K3/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046200

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤竜太

(72)【発明者】

【氏名】藤原雅宏

(72)【発明者】

【氏名】▲吉▼田一輝

【テーマコード（参考）】

4F100

4K031

4K044

5E343

5F136

【Ｆターム（参考）】

4F100AB01A

4F100AB01B

4F100AB01D

4F100AB01E

4F100AB17A

4F100AB17B

4F100AD11C

4F100BA03

4F100BA05

4F100BA06

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10C

4F100BA10E

4F100DE01B

4F100DE01D

4F100EH562

4F100EH56B

4F100EH56D

4F100EH712

4F100EH71A

4F100EH71E

4F100EJ242

4F100JJ01

4F100YY00B

4F100YY00D

4K031AA08

4K031AB02

4K031AB07

4K031CB12

4K031DA04

4K031FA06

4K044AA06

4K044AB02

4K044BA06

4K044BB03

4K044BB11

4K044BB13

4K044BC05

4K044BC12

4K044CA11

4K044CA15

4K044CA18

4K044CA23

4K044CA24

4K044CA29

4K044CA44

4K044CA48

5E343AA02

5E343BB24

5E343BB58

5E343DD33

5E343DD43

5E343DD71

5E343GG01

5F136BC07

5F136EA13

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA23

5F136GA21

5F136GA40

(57)【要約】

【課題】グラファイトシートと金属膜との密着性を損なうことなく、接着剤を削減する放熱シートを提供する。
【解決手段】放熱シート１は、グラファイトシート１０を備える放熱シートであって、グラファイトシート１０の両面または片面に配置されており、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する下地層２１と、金属のめっき層２２との積層構造を有する金属膜２０を備え、前記グラファイトシート１０の主面側からみて、前記下地層２１における前記金属粒子の大きさは０．９μｍ以上５００μｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

グラファイトシートを備える放熱シートであって、
前記グラファイトシートの両面または片面に配置されており、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する下地層と、金属のめっき層との積層構造を有する金属膜を備え、
前記グラファイトシートの主面側からみて、前記下地層における前記金属粒子の大きさは０．９μｍ以上５００μｍ以下である、
放熱シート。

【請求項2】

前記グラファイトシートの主面に沿う前記下地層の断面、および、前記グラファイトシートの主面に交差する前記下地層の断面において、前記金属粒子の粒界には隙間が存在し、
前記下地層における前記めっき層側の一部の前記金属粒子の粒界の隙間には、前記めっき層の一部が埋め込まれている、
請求項１に記載の放熱シート。

【請求項3】

前記グラファイトシートの主面に交差する断面において、前記グラファイトシートと前記下地層の前記金属粒子との境界には隙間が存在する、請求項１または２に記載の放熱シート。

【請求項4】

請求項１に記載の放熱シートの製造方法であって、
減圧溶射法を用いて、減圧環境下で、放電によって金属粒子を溶融させ、キャリアガスによって溶融された金属粒子を前記グラファイトシートに噴射し、前記グラファイトシート上に金属粒子を堆積させることにより、前記下地層を形成する工程と、
めっき法を用いて、前記下地層上に金属のめっき層を形成する工程と、
を含む、放熱シートの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱シートおよび放熱シートの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

グラファイトシートを用いた放熱シートが知られている（例えば特許文献１参照）。このような放熱シートでは、半田との接合性を高めるために、グラファイトシートの表面に金属膜を配置するすることがある。また、このような放熱シートでは、グラファイトシートの表面に接着剤を塗布することにより、グラファイトシートと金属膜との密着性を高めることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１３９３６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、グラファイトシートと金属膜との密着性を損なうことなく、接着剤を削減する放熱シートおよび放熱シートの製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る放熱シートは、グラファイトシートを備える放熱シートであって、前記グラファイトシートの両面または片面に配置されており、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する下地層と、金属のめっき層との積層構造を有する金属膜を備え、前記グラファイトシートの主面側からみて、前記下地層における前記金属粒子の大きさは０．９μｍ以上５００μｍ以下である。

【0006】

本発明に係る放熱シートの製造方法は、上記の放熱シートの製造方法であって、減圧溶射法を用いて、減圧環境下で、放電によって金属粒子を溶融させ、キャリアガスによって溶融された金属粒子を前記グラファイトシートに噴射し、前記グラファイトシート上に金属粒子を堆積させることにより、前記下地層を形成する工程と、めっき法を用いて、前記下地層上に金属のめっき層を形成する工程とを含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、放熱シートにおいて、グラファイトシートと金属膜との密着性を損なうことなく、接着剤を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る放熱シートの側面を示す概略図である。

【図2A】本実施形態に係る放熱シートの製造方法における金属膜の下地層形成工程を示す図である。

【図2B】本実施形態に係る放熱シートの製造方法における金属膜のめっき層形成工程を示す図である。

【図3】本実施形態の変形例に係る放熱シートの側面を示す概略図である。

【図4A】図１の放熱シートにおける金属膜の下地層の表面を撮像したＳＥＭ画像の一例である。

【図4B】図４ＡのＩＶＢ部分を拡大したＳＥＭ画像の一例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

【0010】

（放熱シート）
図１は、本実施形態に係る放熱シートの側面を示す概略図である。図１に示すように、放熱シート１は、グラファイトシート１０と、グラファイトシート１０上に配置された金属膜２０とを備える。

【0011】

グラファイトシート１０は、絶縁性および高い熱伝導特性を有するシート状の放熱基材である。

【0012】

金属膜２０は、グラファイトシート１０上に配置されている。金属膜２０は、グラファイトシート１０上に順に配置された下地層２１とめっき層２２との積層構造を有する。

【0013】

下地層２１は、後述するように、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ等の粒子状の金属材料を用いた減圧溶射法によって形成される。図４Ａは、金属膜２０の下地層２１の表面を撮像したＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像の一例であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ部分を拡大したＳＥＭ画像の一例である。図４Ａおよび図４Ｂの例では、粒子径８μｍの銅粉末を用いて減圧溶射した。

【0014】

図４Ａおよび図４Ｂの例に示すように、下地層２１は、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する。グラファイトシート１０の主面側からみて、下地層２１における金属粒子の大きさ（粒子径）は、０．９μｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは０．９μｍ以上１３μｍ以下である。

【0015】

また、グラファイトシート１０の主面に沿う下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。また、グラファイトシート１０の主面に交差する下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。また、グラファイトシート１０の主面に交差する断面において、グラファイトシート１０と下地層２１の金属粒子との境界には隙間が存在する。

【0016】

めっき層２２は、後述するように、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ等の金属材料を用いためっき法（電解めっき法または無電解めっき法）によって形成される。これにより、下地層２１におけるめっき層２２側の一部の金属粒子の粒界の隙間には、めっき層２２の一部が埋め込まれている。

【0017】

（放熱シートの製造方法）
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態に係る放熱シートの製造方法について説明する。図２Ａは、本実施形態に係る放熱シートの製造方法における金属膜の下地層形成工程を示す図であり、図２Ｂは、本実施形態に係る放熱シートの製造方法における金属膜のめっき層形成工程を示す図である。

【0018】

まず、図２Ａに示すように、グラファイトシート１０の主面に、金属膜２０の下地層２１を形成する（金属膜の下地層形成工程）。例えば、粒子状の金属材料を用いた減圧溶射法を用いて、金属膜２０の下地層２１を形成する。減圧溶射法とは、減圧環境下で、
・プラズマ放電等の放電によって、粒子状の金属材料を溶融させ、
・キャリアガスによって、溶融粒子を対象物表面に噴射し、
・溶融粒子を対象物表面に堆積する、
製膜方法である。対象物表面に堆積した溶融粒子は、瞬時に冷却され、金属膜を形成する。

【0019】

これにより、上述したように、金属膜２０の下地層２１は、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する。また、グラファイトシート１０の主面に沿う金属膜２０の下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。また、グラファイトシート１０の主面に交差する金属膜２０の下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。また、グラファイトシート１０の主面に交差する断面において、グラファイトシート１０と金属膜２０の下地層２１の金属粒子との境界には隙間が存在する。

【0020】

次に、図２Ｂに示すように、めっき法（電解めっき法または無電解めっき法）を用いて、下地層２１上にめっき層２２を形成する（金属膜のめっき層形成工程）。これにより、下地層２１におけるめっき層２２側の一部の金属粒子の粒界の隙間には、めっき層２２の一部が埋め込まれる。

【0021】

以上の工程により、本実施形態の放熱シート１が得られる。

【0022】

以上説明したように、本実施形態の放熱シートの製造方法によれば、粒子状の金属材料を用いた減圧溶射法を用いて、金属膜２０の下地層２１を形成する。これにより、本実施形態の放熱シート１によれば、金属膜２０の下地層２１は、金属粒子が連なって堆積した層構造を有する。

【0023】

また、グラファイトシート１０の主面に沿う金属膜２０の下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。また、グラファイトシート１０の主面に交差する金属膜２０の下地層２１の断面において、金属粒子の粒界には隙間が存在する。

【0024】

また、グラファイトシート１０の主面に交差する断面において、グラファイトシート１０と金属膜２０の下地層２１の金属粒子との境界には隙間が存在する。

【0025】

これにより、接着剤を削減しても、グラファイトシート１０と金属膜２０との密着性を高めることができる。これにより、グラファイトシート１０と金属膜２０との密着性を損なうことなく、接着剤を削減することができる。

【0026】

また、本実施形態の放熱シートの製造方法によれば、めっき法を用いて、金属膜２０のめっき層２２を形成する。これにより、本実施形態の放熱シート１によれば、金属膜２０は、めっき層２２を有し、放熱対象との密着性を高めることができる。

【0027】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、グラファイトシート１０の片面に金属膜２０が配置された放熱シート１を例示した。しかし、本発明の放熱シートはこれに限定されず、図３に示すように、グラファイトシート１０の両面に金属膜２０が配置された形態であってもよい。

【実施例0028】

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0029】

（実施例１）
図１に示す本実施形態の放熱シートを実施例１として作製した。実施例１の放熱シートの主な構成は以下の通りである。
グラファイトシート１０
金属膜２０：Ｃｕ溶射下地層２１およびＣｕめっき層２２
Ｃｕ溶射下地層２１の膜厚：３μｍ
Ｃｕめっき層２２の厚さ；３μｍ

【0030】

（実施例２）
実施例２の放熱シートは、実施例１と比較して、主に以下の点で異なる。
Ｃｕめっき層２２の厚さ；１０μｍ

【0031】

（比較例１）
比較例１の放熱シートは、実施例１と比較して、主に以下の点で異なる。
金属膜２０：Ｃｕ溶射下地層２１のみ
Ｃｕ溶射下地層２１の膜厚：３μｍ

【0032】

（比較例２）
比較例２の放熱シートは、実施例１と比較して、主に以下の点で異なる。
金属膜２０：Ｃｕめっき層２２のみ
Ｃｕめっき層２２の厚さ；１０μｍ

【0033】

（評価）
実施例および比較例の放熱シートの評価として、
・グラファイトシート１０と金属膜２０との密着性
・金属膜２０の表面の平滑性（表面粗さ）
・金属膜２０の表面の加工性（半田接合性）
を測定した。

【0034】

グラファイトシート１０と金属膜２０との密着性の評価では、サンプル数３個において、JIS-H8504規格に準拠したピーリング剥離試験を行った。３個全てにおいて金属膜２０が剥離しなかった場合には「◎」とし、３個中２個以上において金属膜２０が剥離しなかった場合（換言すれば、１個において金属膜２０が剥離してしまった場合）には「〇」とし、３個全てにおいて金属膜２０が剥離してしまった場合には「×」とした。

【0035】

金属膜２０の表面の平滑性（表面粗さ）の評価では、サンプル数１個において、最大高さ粗さＲｚ（JIS B061：2013、ISO 1365-1）の評価を行った。最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ未満である場合には「◎」とし、最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以上１．０μｍ以下である場合には「〇」とし、最大高さ粗さＲｚが１．０ｍを超える場合には「×」とした。

【0036】

金属膜２０の表面の加工性（半田接合性）の評価では、サンプル数３個において、JIS-Z3198-8、JIS-K6855に準拠したツィーザーピール強度試験を行った。３個全てにおいて半田の接合性が良好であった場合には「◎」とし、３個中２個以上において半田の接合性が良好であった場合（換言すれば、１個において半田の接合性が不良であった場合）には「〇」とした。

【0037】

これらの評価結果を表１に示す。

【表1】