特開 2024-147872 熱伝導部材および熱伝導部材の製造方法

(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】P2024147872

(43)【公開日】2024-10-17

(54)【発明の名称】熱伝導部材および熱伝導部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20241009BHJP

   B32B 7/027 20190101ALI20241009BHJP

   B32B 15/04 20060101ALI20241009BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241009BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 M

B32B7/027

B32B15/04 B

H05K7/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023060568

(22)【出願日】2023-04-04

(71)【出願人】

【識別番号】390022471

【氏名又は名称】アオイ電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100145229

【弁理士】

【氏名又は名称】秋山 雅則

(74)【代理人】

【識別番号】100174573

【弁理士】

【氏名又は名称】大坂 知美

(74)【代理人】

【識別番号】100131152

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 耕司

(72)【発明者】

【氏名】加藤 貴章

【テーマコード（参考）】

4F100

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

4F100AB00C

4F100AB00D

4F100AB17C

4F100AB21D

4F100AB31C

4F100AB31D

4F100AD11A

4F100AD11B

4F100BA04

4F100EH71C

4F100EH71D

4F100EJ423

4F100JJ01

5E322AA01

5E322AA11

5E322FA04

5E322FA09

5F136BA04

5F136BB04

5F136BC07

5F136DA33

5F136FA03

5F136FA14

5F136FA16

5F136FA18

5F136FA23

5F136GA12

5F136GA17

5F136GA22

(57)【要約】

【課題】熱伝導性がより高められた熱伝導部材および熱伝導部材の製造方法を提供する。
【解決手段】熱伝導部材１は、複数のグラファイト３１と、合金層３２と、を備える。複数のグラファイト３１は、ベーサル面に直交する方向に積層される。合金層３２は、積層方向に互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に設けられる。合金層３２は、複数の金属部材を含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベーサル面に直交する方向に積層される複数のグラファイトと、
積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に設けられ、複数の金属部材を含む合金層と、
を備える熱伝導部材。

【請求項2】

前記合金層は、第１金属部材と前記第１金属部材の融点より低い融点を有する第２金属部材とを含む、
請求項１に記載の熱伝導部材。

【請求項3】

前記第１金属部材で形成され、前記グラファイトと前記合金層とに前記積層方向に挟まれる第１金属層をさらに備える、
請求項２に記載の熱伝導部材。

【請求項4】

前記積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に２つの前記合金層が設けられ、
前記第２金属部材で形成され、前記積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に設けられる２つの前記合金層に挟まれる第２金属層をさらに備える、
請求項２または３に記載の熱伝導部材。

【請求項5】

前記第１金属部材は、銅または銅合金で形成される、
請求項２または３に記載の熱伝導部材。

【請求項6】

前記第２金属部材は、錫で形成される、
請求項２または３に記載の熱伝導部材。

【請求項7】

前記第１金属層は、メッキ層で形成される、
請求項３に記載の熱伝導部材。

【請求項8】

前記第２金属層は、メッキ層で形成される、
請求項４に記載の熱伝導部材。

【請求項9】

複数のグラファイトの少なくともいずれかに対して、該グラファイトの少なくとも一方の主面に複数の金属部材を重ねて形成、または、前記複数のグラファイトに対して、前記グラファイトの少なくとも一方の主面に前記複数の金属部材のいずれかを形成する工程と、
前記グラファイトの間に前記複数の金属部材が位置する向きで、前記複数のグラファイトをベーサル面に直交する方向に積層する工程と、
積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い金属部材の融点より高い温度で加熱して、前記複数の金属部材を合金化することで、積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に合金層を形成する工程と、
を備える熱伝導部材の製造方法。

【請求項10】

間に前記合金層が形成された前記複数のグラファイトをエッジ面に沿って切断することで、主面が前記グラファイトのそれぞれのエッジ面を含む板状部材を生成する工程をさらに備える、
請求項９に記載の熱伝導部材の製造方法。

【請求項11】

前記合金層を形成する工程では、積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い前記金属部材の融点より高く、かつ、前記複数の金属部材の内、最も融点が高い前記金属部材の融点より低い温度で加熱して、前記複数の金属部材を合金化する、
請求項９または１０に記載の熱伝導部材の製造方法。

【請求項12】

前記合金層を形成する工程では、積層された前記複数のグラファイトを前記積層方向に加圧した状態で、積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い前記金属部材の融点より高い温度で加熱することで、前記複数の金属部材を合金化する、
請求項９または１０に記載の熱伝導部材の製造方法。

【請求項13】

前記金属部材を形成する工程では、前記金属部材のメッキ加工を行う、
請求項９または１０に記載の熱伝導部材の製造方法。

【請求項14】

前記金属部材を形成する工程は、
前記グラファイトの少なくとも一方の主面に第１金属部材を形成する工程と、
前記グラファイトに形成された前記第１金属部材に、前記第１金属部材の融点より低い融点を有する第２金属部材を形成、あるいは、前記第１金属部材が形成された前記グラファイトとは異なる前記グラファイトの少なくとも一方の主面または前記第１金属部材が形成された前記グラファイトの前記主面とは異なる主面に前記第２金属部材を形成する工程と、を含む、
請求項９または１０に記載の熱伝導部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱伝導部材および熱伝導部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

回路基板の放熱を目的に使用される熱伝導部材には、グラファイトシートから構成されるものがある。この種の熱伝導部材の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される放熱シートは、放熱シートのシート面に対してベーサル面が垂直になる向きに複数枚積層されたグラファイトシートを備える。放熱シートの厚さ方向がグラファイトシートのベーサル面に沿うため、放熱シートの厚さ方向の熱伝導性は、シート面に取り付けられる発熱体から伝達される熱を放熱して発熱体を冷却することが可能となる程度に高い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－３０３２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される放熱シートは、グラファイトシートの間に設けられ、グラファイトシート同士を接着する部材を備える。グラファイトシートの間に設けられる部材として用いられるアクリル接着剤、エポキシ系接着剤等の接着剤の熱伝導率は、グラファイトシートのベーサル面に沿う方向の熱伝導率と比べると著しく低い。このため、特許文献１に開示される放熱シートのシート面に沿う方向の熱伝導性は低い。

【0005】

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、熱伝導性がより高められた熱伝導部材および熱伝導部材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】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明の第一の観点に係る熱伝導部材は、
ベーサル面に直交する方向に積層される複数のグラファイトと、
積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に設けられ、複数の金属部材を含む合金層と、
を備える。

【0007】

前記合金層は、第１金属部材と前記第１金属部材の融点より低い融点を有する第２金属部材とを含んでもよい。

【0008】

前記第１金属部材で形成され、前記グラファイトと前記合金層とに前記積層方向に挟まれる第１金属層をさらに備えてもよい。

【0009】

前記積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に複数の前記合金層が設けられ、
前記第２金属部材で形成され、前記積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に設けられる２つの前記合金層に挟まれる第２金属層をさらに備えてもよい。

【0010】

前記第１金属部材は、銅または銅合金で形成されてもよい。

【0011】

前記第２金属部材は、錫で形成されてもよい。

【0012】

前記第１金属層は、メッキ層で形成されてもよい。

【0013】

前記第２金属層は、メッキ層で形成されてもよい。

【0014】

本発明の第二の観点に係る熱伝導部材の製造方法は、
複数のグラファイトの少なくともいずれかに対して、該グラファイトの少なくとも一方の主面に複数の金属部材を重ねて形成、または、前記複数のグラファイトに対して、前記グラファイトの少なくとも一方の主面に前記複数の金属部材のいずれかを形成する工程と、
前記グラファイトの間に前記複数の金属部材が位置する向きで、前記複数のグラファイトをベーサル面に直交する方向に積層する工程と、
積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い金属部材の融点より高い温度で加熱して、前記複数の金属部材を合金化することで、積層方向に互いに隣接する２つの前記グラファイトの間に合金層を形成する工程と、
を備える。

【0015】

間に前記合金層が形成された前記複数のグラファイトをエッジ面に沿って切断することで、主面が前記グラファイトのそれぞれのエッジ面を含む板状部材を生成する工程をさらに備えてもよい。

【0016】

前記合金層を形成する工程では、積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い前記金属部材の融点より高く、かつ、前記複数の金属部材の内、最も融点が高い前記金属部材の融点より低い温度で加熱して、前記複数の金属部材を合金化してもよい。

【0017】

前記合金層を形成する工程では、積層された前記複数のグラファイトを前記積層方向に加圧した状態で、積層された前記複数のグラファイトを、前記複数の金属部材の内、最も融点が低い前記金属部材の融点より高い温度で加熱することで、前記複数の金属部材を合金化してもよい。

【0018】

前記金属部材を形成する工程では、前記金属部材のメッキ加工を行ってもよい。

【0019】

前記金属部材を形成する工程は、
前記グラファイトの少なくとも一方の主面に第１金属部材を形成する工程と、
前記グラファイトに形成された前記第１金属部材に、前記第１金属部材の融点より低い融点を有する第２金属部材を形成、あるいは、前記第１金属部材が形成された前記グラファイトとは異なる前記グラファイトの少なくとも一方の主面または前記第１金属部材が形成された前記グラファイトの前記主面とは異なる主面に前記第２金属部材を形成する工程と、を含んでもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明の構成によれば、グラファイトの間に合金層が設けられているため、グラファイトのベーサル面に沿う方向に加えて、ベーサル面に直交するグラファイトの積層方向に効率よく熱を伝えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施の形態１に係る熱伝導部材を備える電子部品の平面図である。

【図2】図１に示すＩＩ－ＩＩ切断線の断面図である。

【図3】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法のフローチャートである。

【図4】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む金属部材形成工程において第１金属部材が形成されたグラファイトの斜視図である。

【図5】図４に示すＶ－Ｖ切断線の断面図である。

【図6】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む金属部材形成工程において第２金属部材が形成されたグラファイトの斜視図である。

【図7】図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ切断線の断面図である。

【図8】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む積層工程において積層されたグラファイトの断面図である。

【図9】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む合金層形成工程における加圧の例を示す図である。

【図10】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む合金層形成工程において間に合金層が形成されたグラファイトの断面図である。

【図11】実施の形態１に係る熱伝導部材の製造方法が含む切断工程において生成された板状の熱伝導部材を示す図である。

【図12】本発明の実施の形態２に係る熱伝導部材を備える電子部品の断面図である。

【図13】実施の形態２に係る熱伝導部材の製造方法が含む金属部材形成工程において第１金属が形成されたグラファイトの斜視図である。

【図14】実施の形態２に係る熱伝導部材の製造方法が含む積層工程において積層されたグラファイトの断面図である。

【図15】実施の形態２に係る熱伝導部材の製造方法が含む合金層形成工程における加圧の例を示す図である。

【図16】実施の形態２に係る熱伝導部材の製造方法が含む合金層形成工程において間に合金層が形成されたグラファイトの断面図である。

【図17】実施の形態２に係る熱伝導部材の製造方法が含む切断工程において生成された板状の熱伝導部材を示す図である。

【図18】実施の形態に係る熱伝導部材の製造方法の変形例が含む合金層形成工程において間に合金層が形成されたグラファイトの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施の形態に係る熱伝導部材および熱伝導部材の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

【0023】

（実施の形態１）
回路基板上に設けられた発熱体で発生した熱をヒートシンクに伝達する熱伝導部材を例に、図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１に係る熱伝導部材１について説明する。図１は、熱伝導部材１を備える電子部品１０の平面図である。図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ切断線の断面図である。

【0024】

図１および図２に示すように、電子部品１０は、回路基板１１と、発熱体である半導体素子１２と、配線１３，１４と、ワイヤ１５，１６と、熱伝導部材１と、冷却装置２１と、を備える。理解を容易にするため、図１では、回路基板１１の内、半導体素子１２が取り付けられる領域周辺のみが示され、配線１３，１４の形状が単純化されている。

【0025】

回路基板１１は、発光ダイオード、スイッチング素子等の半導体素子１２を取り付けることができる形状、例えば、平板状の形状を有する。半導体素子１２が取り付けられる回路基板１１の主面１１ａに直交する方向をＺ軸とし、回路基板１１の主面１１ａに平行な面に含まれてＺ軸に直交する軸としてＸ軸を設定し、Ｘ軸およびＺ軸のそれぞれに直交する軸としてＹ軸を設定する。

【0026】

回路基板１１のＺ軸正方向に向く主面１１ａに、半導体素子１２が取り付けられ、配線１３，１４が形成される。半導体素子１２の端子１２ａ，１２ｂと配線１３，１４とは、ワイヤ１５，１６によってそれぞれ接続される。配線１３，１４に電流が流れることで半導体素子１２が通電すると、半導体素子１２が発熱する。半導体素子１２で生じた熱は回路基板１１に伝達される。

【0027】

回路基板１１は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の熱伝導率が高い部材によって形成される。これにより、半導体素子１２で生じた熱は、回路基板１１の延在方向、すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、ならびに、回路基板１１の厚み方向、すなわち、Ｚ軸方向へ高効率で伝わる。

【0028】

回路基板１１のＺ軸負方向に向く主面１１ｂに熱伝導部材１が取り付けられる。熱伝導部材１は、複数のグラファイト３１と、互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に設けられる合金層３２と、を備える。実施の形態１の例では、熱伝導部材１は、Ｘ軸方向の両端に位置する第１金属層３３をさらに備える。

【0029】

複数のグラファイト３１は、ベーサル面に直交する方向に積層されている。換言すれば、複数のグラファイト３１はＸ軸方向に積層されて、各グラファイト３１のベーサル面は、ＹＺ平面に平行に位置する。各グラファイト３１のエッジ面は、ＸＹ平面またはＸＺ平面に平行に位置する。

【0030】

各グラファイト３１は、シート形状を有し、ベーサル面に平行な方向に１５００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導性を有する。上述のように、複数のグラファイト３１は、ベーサル面に直交する方向に積層されているため、熱伝導部材１は、グラファイト３１の領域において、厚み方向、換言すれば、Ｚ軸方向に１５００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導性を有する。また、熱伝導部材１は、グラファイト３１の領域において、ベーサル面に沿うＹ軸方向にも１５００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導性を有する。

【0031】

合金層３２は、複数の金属部材を含む。実施の形態１では、合金層３２は、第１金属部材と第１金属部材より低い融点を有する第２金属部材とを含む。具体的には、第１金属部材は銅または銅合金であり、第２金属部材は錫であり、合金層３２は、銅または銅合金と錫とで構成されることが好ましい。

【0032】

第１金属層３３は、合金層３２を構成する上記第１金属部材、例えば、銅または銅合金で形成される。

【0033】

上記構成を有する熱伝導部材１は、回路基板１１のＺ軸負方向に向く主面１１ｂに取り付けられ、回路基板１１を介して半導体素子１２から伝達された熱を冷却装置２１に伝達する。上述のように、熱伝導部材１はＺ軸方向に高い熱伝導性を有するので、半導体素子１２で生じた熱は冷却装置２１に効率よく伝達される。

【0034】

複数の金属部材を含む合金層３２は、樹脂製の接着剤に比べて高い熱伝導率を有するため、熱伝導部材１は、積層されたグラファイトの間に接着剤が設けられている熱伝導部材と比べて、グラファイトの積層方向にも高い熱伝導性を有する。このため、熱伝導部材１は、グラファイト３１のベーサル面に沿うＹ軸方向だけでなく、グラファイト３１の積層方向であるＸ軸方向に熱を分散することが可能となる。これにより、回路基板１１に設けられる複数の半導体素子１２の発熱量にばらつきがあっても、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に熱を分散することで、回路基板１１の局所的な温度上昇を抑制することが可能となる。

【0035】

冷却装置２１は、熱伝導部材１のＺ軸負方向に向く面に取り付けられる。実施の形態１では、冷却装置２１は、フィン形状を有する金属で形成されるヒートシンクである。冷却装置２１は、熱伝導率が高い金属、例えば、純アルミニウム、アルミニウム合金等で形成される。上記構成を有する冷却装置２１は、回路基板１１および熱伝導部材１を介して半導体素子１２から伝達された熱を周囲の空気に放熱する。これにより、半導体素子１２および回路基板１１が冷却される。

【0036】

上記構成を有する熱伝導部材１は、図３に示す工程によって製造される。最初に、複数のグラファイト３１の少なくともいずれかに対して、該グラファイト３１の少なくとも一方の主面に複数の金属部材を重ねて形成、または、複数のグラファイト３１に対して、グラファイト３１の少なくとも一方の主面に複数の金属部材のいずれかを形成する金属部材形成工程が行われる（ステップＳ１）。グラファイト３１の主面は、ベーサル面に平行な面である。

【0037】

実施の形態１では、金属部材形成工程において、一部のグラファイト３１に対して、両方の主面に複数の金属部材が重ねて形成される。

【0038】

詳細には、図４および図５に示すように、各グラファイト３１の両方の主面に対して、第１金属部材３４のメッキ加工、例えば、銅または銅合金のメッキ加工を行うことで、グラファイト３１に第１金属部材３４が形成される。メッキ加工は、例えば、電解メッキ、無電解メッキ、スパッタリング、真空蒸着等である。図４は、グラファイト３１の斜視図であり、図５は、図４に示すＶ－Ｖ切断線の断面図である。

【0039】

図４および図５において、グラファイト３１のベーサル面に直交する方向をＺ’軸とし、ベーサル面に平行な面に含まれてＺ’軸に直交する軸として、Ｘ’軸を設定し、Ｘ’軸およびＺ’軸のそれぞれに直交する軸としてＹ’軸を設定する。後続の図６から図１０におけるＸ’Ｙ’Ｚ’直交座標系についても同様である。

【0040】

グラファイト３１に対してメッキ加工する際には、グラファイト３１の主面を、ウエットブラスト、サンドブラスト、ブロワブラスト、ドライアイスブラスト、ショットブラスト等の任意の方法で粗面化してからメッキ加工することが好ましい。粗面化により、グラファイト３１の主面に高さが１μｍ以上、かつ、３μｍ以下の微細な凹凸が形成されることで、グラファイト３１の主面に第１金属部材３４を直接形成することができるようになる。

【0041】

微細な凹凸が形成されたグラファイト３１の主面の全体に亘って、例えば、厚さが５μｍ以上、かつ、１０μｍ以下になるように、第１金属部材３４のメッキ加工が行われる。

【0042】

その後、図６および図７に示すように、グラファイト３１に形成された第１金属部材３４の少なくともいずれかに対して、第２金属部材３５のメッキ加工、例えば、錫のメッキ加工を行うことで、第１金属部材３４上に第２金属部材３５が形成される。図６は、グラファイト３１の斜視図であり、図７は、図６に示すＶＩＩ－ＶＩＩ切断線の断面図である。詳細には、第１金属部材３４の主面の全体に亘って、例えば、厚さが５μｍ以上、かつ、１０μｍ以下になるように、第２金属部材３５のメッキ加工が行われる。

【0043】

上述の金属部材形成工程が完了すると、図３に示すように、グラファイト３１の間に複数の金属部材が位置する向きで、複数のグラファイト３１をベーサル面に直交する方向に積層する積層工程が行われる（ステップＳ２）。詳細には、図８に示すように、第１金属部材３４が両方の主面に形成されたグラファイト３１によって、第１金属部材３４が両方の主面に形成され、第１金属部材３４上に第２金属部材３５が形成されたグラファイト３１を挟むように、複数のグラファイト３１がＺ’軸方向に積層される。図８において、図の複雑化を避けるためにグラファイト３１が互いに離れているが、実際にはグラファイト３１は隙間無く積層される。

【0044】

上述の積層工程が完了すると、図３に示すように、積層された複数のグラファイト３１を、複数の金属部材の内、最も融点が低い金属部材の融点より高い温度で加熱して、複数の金属部材を合金化することで、積層方向に互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に合金層３２を形成する合金層形成工程が行われる（ステップＳ３）。

【0045】

実施の形態１では、図９に示すように、積層されたグラファイト３１は、固定部材４１によって挟まれて、Ｚ’軸方向に加圧された状態で加熱される。固定部材４１は、グラファイト３１、第１金属部材３４、および第２金属部材３５よりも高い剛性を有する部材、例えば、ステンレス鋼で形成される。固定部材４１として、例えば、ステンレス鋼製の万力が用いられる。

【0046】

積層されたグラファイト３１をＺ’軸方向に加圧した状態で、積層されたグラファイト３１を、第２金属部材３５の融点より高い温度で加熱することで、第１金属部材３４と第２金属部材３５とを合金化する。これにより、図１０に示すように、互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に合金層３２が形成される。合金層３２は、銅錫合金で形成されている。

【0047】

合金層形成工程において、積層された複数のグラファイト３１は、複数の金属部材の内、最も融点が低い金属部材の融点より高く、かつ、複数の金属部材の内、最も融点が高い金属部材の融点より低い温度で加熱されることが好ましい。換言すれば、加熱時の温度は、第２金属部材３５の融点より高く、かつ、第１金属部材３４の融点より低いことが好ましい。例えば、第１金属部材３４として用いられる銅の融点は摂氏約１０８０度であり、第２金属部材３５として用いられる錫の融点は摂氏約２３０度である。このとき、積層されたグラファイト３１を加圧した状態で、一定期間、例えば、３０分間に亘って、摂氏２７０度で加熱することで、第１金属部材３４と第２金属部材３５とを合金化して合金層３２を形成することができる。

【0048】

上述のようにグラファイト３１に形成された第１金属部材３４と第１金属部材３４上に形成された第２金属部材３５とが合金化されて合金層３２が形成されることで、合金層３２を間に挟む２つのグラファイト３１の相対的な位置関係は、合金層３２によって固定される。合金層３２の融点は摂氏約７００度であり、錫の融点よりも高くなるため、熱伝導部材１の耐熱温度は、第２金属部材３５として用いられる錫よりも高くなる。

【0049】

上述の合金層形成工程が完了すると、図３に示すように、間に合金層３２が形成された複数のグラファイト３１をエッジ面に沿って切断することで、主面がグラファイト３１のそれぞれのエッジ面を含む板状部材、すなわち、板状の熱伝導部材１を生成する切断工程が行われる（ステップＳ４）。

【0050】

詳細には、図１０に一点鎖線で示すように、Ｙ’Ｚ’平面に平行な面Ｐ１に沿って、間に合金層３２が形成された複数のグラファイト３１を切断することで、図１１に示す板状の熱伝導部材１が得られる。図１１におけるＸＹＺ直交座標系は、図１および図２におけるＸＹＺ直交座標系と同じである。図１１のＸ軸方向両端に位置する第１金属部材３４は、図２に示す第１金属層３３を形成する。第１金属層３３は、第１金属部材３４で構成されるメッキ層で形成される。図１１に示す熱伝導部材１の主面１ａ，１ｂはそれぞれ、各グラファイト３１のエッジ面を含む。

【0051】

以上説明した通り、実施の形態１に係る熱伝導部材１は、ベーサル面に直交する方向に積層される複数のグラファイト３１と、グラファイト３１の間に設けられ、複数の金属部材を含む合金層３２と、を備える。これにより、熱伝導部材１は、積層されたグラファイトの間に接着剤が設けられている熱伝導部材と比べて、グラファイト３１の積層方向にも高い熱伝導性を有する。

【0052】

実施の形態１に係る電子部品１０において、半導体素子１２から冷却装置２１に向かう方向は、熱伝導部材１が備える各グラファイト３１のベーサル面に沿うため、半導体素子１２から回路基板１１を介して熱伝導部材１に伝達された熱は、高効率で冷却装置２１に伝達される。

【0053】

また、グラファイト３１およびグラファイト３１の間に設けられる合金層３２によって、半導体素子１２から回路基板１１を介して熱伝導部材１に伝達された熱は、熱伝導部材１の主面に沿う方向に分散されるので、回路基板１１の温度が局所的に上昇することが抑制される。

【0054】

第１金属部材３４と第２金属部材３５を合金化することでグラファイト３１の間に合金層３２が形成されるため、互いに隣接する２つのグラファイト３１の相対的な位置関係は、合金層３２によって強固に固定される。

【0055】

合金層３２の熱伝導率および融点は、第２金属部材３５の熱伝導率および融点より高い。銅である第１金属部材３４と錫である第２金属部材３５との合金の融点は、摂氏約７００度であるため、融点が摂氏約４００度である樹脂製の接着剤がグラファイトの間に設けられている熱伝導部材と比べて、実施の形態１に係る熱伝導部材１の耐熱温度は高い。また、合金層３２の熱伝導率は第２金属部材３５と比べて高いため、合金層３２によって、熱伝導部材１に伝達された熱を、熱伝導部材１の主面に沿う方向により効率よく分散させることが可能となる。

【0056】

上述のように熱伝導部材１が備えるグラファイト３１の間に合金層３２が形成されているため、合金層３２の領域で、回路基板１１を熱伝導部材１に半田付けによって取り付けることが可能となる。

【0057】

上述のように積層されたグラファイト３１を積層方向に加圧しながら加熱することで、グラファイト３１の間の合金層３２の内部に空隙、気泡等ができることが抑制され、強度の高い熱伝導部材１が得られる。

【0058】

（実施の形態２）
熱伝導部材の構成および製造方法は、上述の例に限られない。図１２に示す実施の形態２に係る熱伝導部材２は、複数のグラファイト３１と、積層方向であるＸ軸方向に互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に設けられる合金層３２と、グラファイト３１と合金層３２とに積層方向であるＸ軸方向に挟まれる第１金属層３６と、を備える。

【0059】

熱伝導部材２を備える電子部品１０は、冷却装置２１を備えないため、熱伝導部材２が冷却装置としての役割を果たす。詳細には、熱伝導部材２は、回路基板１１を介して半導体素子１２から伝達された熱を周囲の空気に放熱する。

【0060】

熱伝導部材２は、実施の形態１に係る熱伝導部材１と同様に、図３に示す工程によって製造される。実施の形態２では、図１３に示すように、グラファイト３１の両方の主面に対して、第１金属部材３４のメッキ加工を行うことで、グラファイト３１に第１金属部材３４が形成される。その後、一方の主面に形成された第１金属部材３４、具体的には、Ｚ’軸正方向側の第１金属部材３４に対して、第２金属部材３５のメッキ加工を行うことで、グラファイト３１の一方の主面に形成された第１金属部材３４上に第２金属部材３５が形成される。図１３および後続の図１４から図１６におけるＸ’Ｙ’Ｚ’直交座標系は、図４から図１０におけるＸ’Ｙ’Ｚ’直交座標系と同じである。

【0061】

上述の金属部材形成工程が完了すると、図１４に示すように、一方の主面に形成された第１金属部材３４上にのみ第２金属部材３５が形成されたグラファイト３１が、積層される。図１４に示すように、一方の主面に形成された第１金属部材３４上にのみ第２金属部材３５が形成された各グラファイト３１が順に積層され、一方の主面にのみ第１金属部材３４が形成されたグラファイト３１が上端に設けられる。

【0062】

上述の積層工程が完了すると、図１５に示すように、積層されたグラファイト３１を積層方向に加圧した状態で加熱して、第１金属部材３４および第２金属部材３５を合金化することで互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に合金層を形成する合金層形成工程が行われる。このとき、第１金属部材３４が全て第２金属部材３５と合金化する前に加熱を停止する。これにより、図１６に示すように、第１金属部材３４の一部が合金化されていない状態で残る。

【0063】

上述の合金層形成工程が完了すると、間に合金層３２が形成された複数のグラファイト３１をエッジ面に沿って切断する切断工程が行われる。切断工程において、図１６に一点鎖線で示すように、Ｙ’Ｚ’平面に平行な面Ｐ２に沿って、間に合金層３２が形成された複数のグラファイト３１を切断することで、図１７に示すように、板状の熱伝導部材２が得られる。合金化されていない状態で残った第１金属部材３４は、グラファイト３１と合金層３２とに積層方向に挟まれる第１金属層３６を形成する。第１金属層３６は、第１金属部材３４で構成されるメッキ層で形成される。図１７に示す熱伝導部材２の主面２ａ，２ｂはそれぞれ、各グラファイト３１のエッジ面を含む。

【0064】

以上説明した通り、実施の形態２に係る熱伝導部材２は、ベーサル面に直交する方向に積層される複数のグラファイト３１と、グラファイト３１の間に設けられ、複数の金属部材を含む合金層３２と、グラファイト３１と合金層３２とに積層方向に挟まれる第１金属層３６と、を備える。これにより、熱伝導部材２は、積層されたグラファイトの間に接着剤が設けられている熱伝導部材と比べて、グラファイト３１の積層方向にも高い熱伝導性を有する。

【0065】

第１金属層３６は、第１金属部材３４のみで形成されているため、合金層３２より熱伝導性が高い。このため、半導体素子１２から回路基板１１を介して熱伝導部材１に伝達された熱を、熱伝導部材２の主面に沿う方向により効率よく分散し、回路基板１１の温度が局所的に上昇することを抑制することが可能となる。

【0066】

以上、本発明の実施の形態１，２に係る熱伝導部材１，２および熱伝導部材１，２の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。

【0067】

一例として、実施の形態１に係る熱伝導部材１は、Ｘ軸方向の両端に第２金属部材３５で形成される第２金属層をさらに備えてもよい。第２金属層は、第２金属部材３５で構成されるメッキ層で形成されてもよい。

【0068】

熱伝導部材１，２の製造方法は、上述の例に限られない。一例として、熱伝導部材１，２は、図３に示す製造方法のステップＳ４の切断工程を行わずに製造されてもよい。具体的には、ステップＳ４の切断工程を行わずに、図１０に示すように積層されたグラファイト３１の間に合金層３２が形成されたブロック状の形状を有する熱伝導部材１を製造してもよい。このとき、ブロック状の熱伝導部材１が、グラファイト３１のベーサル面が回路基板１１の主面１１ｂに直交する向きで、回路基板１１の主面１１ｂに取り付けられればよい。

【0069】

他の一例として、熱伝導部材１の製造方法が含む金属部材形成工程において、全てのグラファイト３１について、グラファイト３１の両方の主面に対する第１金属部材３４の形成および各第１金属部材３４に対する第２金属部材３５の形成が行われてもよい。このとき、後続の積層工程において、図６および図７に示すように両方の主面に第１金属部材３４および第２金属部材３５が重ねて形成されたグラファイト３１が積層されればよい。

【0070】

他の一例として、熱伝導部材１の製造方法が含む金属部材形成工程において、一部のグラファイト３１の両方の主面に第１金属部材３４を形成して、他のグラファイト３１の両方の主面に第２金属部材３５を形成してもよい。このとき、後続の積層工程において、第１金属部材３４が形成されたグラファイト３１と第２金属部材３５が形成されたグラファイト３１とが交互に積層されればよい。

【0071】

他の一例として、熱伝導部材１の製造方法が含む金属部材形成工程において、グラファイト３１の一方の主面に第１金属部材３４を形成して、グラファイト３１の他方の主面に第２金属部材３５を形成してもよい。このとき、後続の積層工程において、グラファイト３１に形成された第１金属部材３４と他のグラファイト３１に形成された第２金属部材３５とが当接する向きで、グラファイト３１が積層されればよい。

【0072】

他の一例として、熱伝導部材２の製造方法が含む合金層形成工程において、第１金属部材３４の全部と第２金属部材３５の全部とが合金化される前に、加熱が停止されてもよい。これにより、図１８に示すように、第１金属部材３４の一部および第２金属部材３５の一部が合金化されていない状態で残る。図１８の例では、積層方向、すなわち、Ｚ’軸方向に互いに隣接する２つのグラファイト３１の間に２つの合金層３２が設けられ、第２金属部材３５によって形成され、２つの合金層３２に挟まれる第２金属層が設けられる。

【0073】

グラファイト３１のベーサル面に直交する方向の厚みは、熱伝導部材１，２に求められる熱伝導性能に応じて定められればよい。グラファイト３１のベーサル面に直交する方向の厚みを大きくすることで、熱伝導部材１，２の主面１ａ，２ａに直交する方向の熱伝導率を高めることが可能となる。

【0074】

金属部材形成工程においてグラファイト３１に形成される第１金属部材３４の厚みおよび第１金属部材３４上に形成される第２金属部材３５の厚みは、例えば、後続の合金層形成工程で形成される合金層３２の厚みに応じて定められればよい。

【0075】

合金層３２は、一様な合金でなくてもよい。例えば、合金層３２において、グラファイト３１に近い位置での第２金属部材３５の濃度は、グラファイト３１から遠い位置、すなわち、合金層３２においてグラファイト３１の積層方向の中央での第２金属部材３５の濃度より低くてもよい。

【0076】

合金層３２は、上述の金属部材に限られず、任意の複数種類の金属部材で構成されればよい。一例として、銅、錫、亜鉛、アルミニウム、銀、ニッケル、金、パラジウム、チタン、タングステン、および鉛から任意の個数の金属部材を組み合わせて合金層３２が形成されればよい。上述の各金属部材は、純金属でもよいし、各金属を主成分とする合金でもよい。

【0077】

融点の差が大きい複数の金属部材を、合金層３２を構成する複数の金属部材として用いると、合金層形成工程において、一部の金属部材のみを溶かすことが容易である。

【0078】

金属部材形成工程において、グラファイト３１の主面だけでなく、エッジ面に平行な側面に対しても第１金属部材３４または第２金属部材３５のメッキ加工が行われてもよい。

【0079】

金属部材形成工程において、グラファイト３１の主面に対して、第１金属部材３４のペーストが塗布されてもよい。同様に、第１金属部材３４に対して、第２金属部材３５のペーストが塗布されてもよい。

【0080】

熱伝導部材１，２の形状は、上述の例に限られない。一例として、冷却装置としての役割を果たす熱伝導部材２の冷却性能を高めるために、熱伝導部材２の表面積を増大させる加工、例えば、熱伝導部材２をフィン形状、複数の突起を有する形状にする加工が行われてもよい。

【0081】

発熱体は、発光ダイオード、スイッチング素子等の半導体素子１２に限られず、情報処理を行うプロセッサ、ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）チップ、記憶素子、電力の供給制御を行うパワー半導体、抵抗素子、コイル等の発熱する任意の電子部品である。

【0082】

冷却装置２１は、ヒートシンクに限られず、冷媒が封入されているヒートパイプでもよい。

【符号の説明】

【0083】

１，２ 熱伝導部材
１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ 主面
１０ 電子部品
１１ 回路基板
１１ａ，１１ｂ 主面
１２ 半導体素子
１２ａ，１２ｂ 端子
１３，１４ 配線
１５，１６ ワイヤ
２１ 冷却装置
３１ グラファイト
３２ 合金層
３３，３６ 第１金属層
３４ 第１金属部材
３５ 第２金属部材
４１ 固定部材
Ｐ１，Ｐ２ 面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】