特許 7631590 熱伝導体、ヒートスプレッダおよび放熱構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-07

(45)【発行日】2025-02-18

(54)【発明の名称】熱伝導体、ヒートスプレッダおよび放熱構造体

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20250210BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20250210BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H05K7/20 F

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024053896

(22)【出願日】2024-03-28

【審査請求日】2024-04-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】ノリタケ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(74)【代理人】

【識別番号】100219483

【弁理士】

【氏名又は名称】宇野 智也

(72)【発明者】

【氏名】行▲徳▼ 聡人

(72)【発明者】

【氏名】澤村 俊貴

(72)【発明者】

【氏名】馬場 健吾

(72)【発明者】

【氏名】五十君 智

【審査官】五貫 昭一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１７８６７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１層に並べられた複数のダイヤモンドと、前記ダイヤモンドを固定する金属とを含むダイヤモンド含有金属層を有する熱伝導体であって、
下記（Ｉ）と、下記（ＩＩ）と、下記（ＩＩＩ－１）または（ＩＩＩ－２）とを満たす熱伝導体。
（Ｉ）前記ダイヤモンドが、八面体以上の多面体であり、前記ダイヤモンド含有金属層から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンドと面接触している。
（ＩＩ）前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面は、前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部が、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面になるように平滑化された面である。
（ＩＩＩ－１）前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部が、前記ダイヤモンドの頂点または稜線である。
（ＩＩＩ－２）前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面は、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の端部が前記他方の面と同一面になるように平滑化された面であり、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。

【請求項2】

前記ダイヤモンド含有金属層が、その頂点または稜線を下にして１層に並べた、八面体以上の多面体である複数のダイヤモンドを前記金属で固着した層の少なくとも上側の面を平滑化したものである、請求項１に記載の熱伝導体。

【請求項3】

前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面における、前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上である、請求項１に記載の熱伝導体。

【請求項4】

前記（Ｉ）と、前記（ＩＩ）と、前記（ＩＩＩ－２）とを満たし、
前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面における前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上である、請求項１に記載の熱伝導体。

【請求項5】

前記ダイヤモンドが、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状、または、六・八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状であり、
前記ダイヤモンドは、（ｉ）切り取られた部分の面を１つ有し、前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であるか、または、（ｉｉ）切り取られた部分の面を２つ有し、一方の前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であり、他方の前記切り取られ部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面と同一面である、請求項１に記載の熱伝導体。

【請求項6】

平面部を有する熱伝導性部材と、
前記平面部の少なくとも一方の面側に配置された前記ダイヤモンド含有金属層とを有し、
前記ダイヤモンド含有金属層は、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面が、前記平面部が位置する側と反対側となるように配置されている、請求項１に記載の熱伝導体。

【請求項7】

請求項１～６のいずれかに記載の熱伝導体からなる、ヒートスプレッダ。

【請求項8】

熱源体の上に配置され、熱的に接合される、請求項７に記載のヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの上に配置され、熱的に接合された、ヒートシンクとを備える、放熱構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱伝導体およびヒートスプレッダに関するものである。また、前記ヒートスプレッダを備えた放熱構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ヒートシンク、ヒートスプレッダの性能を向上させるために熱伝導性に優れたダイヤモンドを使用することが知られている。例えば、特許文献１には、絶縁体層と、該絶縁体層の両側に配置された高熱伝導体層とを備え、前記絶縁体層が、接合層と、前記高熱伝導体層に突出されている絶縁性高熱伝導硬質粒子とを有する絶縁伝熱構造体において、前記接合層の面内方向の一方向で前記絶縁性高熱伝導硬質粒子を等間隔に複数配置した粒子群が、前記面内方向の前記一方向は異なる方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体が開示されており、前記絶縁性高熱伝導硬質粒子の一つとして、ダイヤモンドが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２１４４９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

熱源とヒートシンクの間にダイヤモンドが配置された層を備える構造とすることにより、熱源からのヒートシンクへの熱流路（縦ルート）の改善はなされる。しかし、特許文献１の構造体は、ダイヤモンドが間隔を空けて配置されており、ダイヤモンド間（横ルート）の熱移動がないため、十分にダイヤモンドの伝熱性能を使い切れているとはいえなかった。

【0005】

また、ヒートシンクとヒートスプレッダは、一般的に、熱伝導グリスや放熱ギャップフィラーといった接着剤によって接合されている。図１１に示すように、ヒートシンク３とヒートスプレッダ１４を接合する際に、ヒートシンク３やヒートスプレッダ１４の表面の凹部６０に熱伝導グリスや放熱ギャップフィラー等の接着剤５が詰まり、凹部６０の空隙を埋めることで空気ポケット（エアギャップ）を埋めて、熱がしっかり伝わるようにされている。しかし、ダイヤモンドは硬い材料であるため、ヒートスプレッダ１４の表面にダイヤモンド４ｂが突き出していると、ヒートシンク３と接合するときに、ヒートシンク３がダイヤモンド４ｂの先端に押されていびつな穴３Ｈができる可能性があった。そして、ダイヤモンド４ｂに押されたヒートシンク３に穴３Ｈができるときに、接着剤５が押し出され、穴３Ｈの形状もいびつな故に接着剤５が不十分となるおそれがあった。また、これにより、空気ポケットができる可能性があり、熱伝導率が低下するおそれがあった。

【0006】

かかる状況下、本発明は、隣接するダイヤモンド同士の熱流路を形成でき、他の部材と接合したときに他の部材を変形させにくい、熱伝導体およびヒートスプレッダを提供することを目的とする。また、前記ヒートスプレッダを備えた放熱構造体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】

【0007】

本発明の熱伝導体は、１層に並べられた複数のダイヤモンドと、前記ダイヤモンドを固定する金属とを含むダイヤモンド含有金属層を有する熱伝導体であって、下記（Ｉ）と、下記（ＩＩ）と、下記（ＩＩＩ－１）または（ＩＩＩ－２）とを満たす。
（Ｉ）前記ダイヤモンドが、八面体以上の多面体であり、前記ダイヤモンド含有金属層から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンドと面接触している。
（ＩＩ）前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面は、前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部が、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面になるように平滑化された面である。
（ＩＩＩ－１）前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部が、前記ダイヤモンドの頂点または稜線である。
（ＩＩＩ－２）前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面は、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の端部が前記他方の面と同一面になるように平滑化された面であり、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。

【0008】

このような構造のダイヤモンド含有金属層は、その頂点または稜線を下にして１層に並べた、八面体以上の多面体である複数のダイヤモンドを前記金属で固着した層の少なくとも上側の面を平滑化することで得ることができる。

【0009】

このように、八面体以上のダイヤモンドを１層に配置した構成とすることで、薄くできるとともに、隣接するダイヤモンドを面接触させつつ、ダイヤモンドの露出面積を増やすことで、熱源体からの熱流路（縦ルート）に加えて、ダイヤモンド間の熱流路（横ルート）が形成され、より広く熱を拡散することができ、ダイヤモンドの伝熱性能を十分に発揮することができる。

【0010】

また、他の部材と接合したときに、他の部材にダメージを与えにくいものとできる。例えば、ヒートシンクおよび熱源体と組み合わせる場合、硬いダイヤモンドの方を相手側（ヒートシンクおよび熱源体）の表面形状に合わせる形になることから、相手側へダイヤモンドの硬さによる予期せぬダメージ（凹部形成）を与えないで済むようになる。ダイヤモンドは熱による変形が少ないが相手側はその限りではないことから、ダイヤモンドで相手側へダメージ（凹部形成）を与えた場合、熱による変形が無いタイミングでは空気ギャップが無い状態であったとしても、熱による変形が生じた際に、ダメージ（凹部形成）部分の変形により空気ギャップが発生する可能性がある。しかし、本発明の熱伝導体は、予期せぬダメージ（凹部形成）を与える可能性が低いため、熱による変形が無いタイミングで熱伝導グリスや放熱ギャップフィラー等の接着剤を用いて空気ギャップを埋めることで、熱による変形が生じても埋めが維持される期待値が高い。具体的には、図１０に示すように、本発明の熱伝導体からなるヒートスプレッダ１２をヒートシンク３に押し付け接合する場合には、ダイヤモンド４ａによってヒートシンク３に予期せぬ穴が発生することが起こりにくい。また、ヒートシンク３が熱膨張しても、不規則な膨張が少なくなり、ヒートシンク３とヒートスプレッダ１２の間の接着剤５がやや足りない状況でも、空気ギャップが発生しにくい。よって、縦方向の高い伝熱性を熱による変形が始まっても維持できる可能性を高くすることができる。

【0011】

また、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部、または、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の平滑化前の端部が、頂点または稜線（以下、「頂点または稜線」を「エッジ部」と称する場合がある。）となるようにダイヤモンドが配置されていることで、ダイヤモンドの形状や向きの揃い具合によらず、隣り合うダイヤモンド同士を面接触させやすく、使用するダイヤモンドの形状の自由度を高めることができ、生産自由度を高めることができる。さらに、隣り合うダイヤモンド同士が面接触する面積が増大する。そのため、ダイヤモンド間の熱流路（横ルート）での熱伝導が増大し、熱がより拡散しやすいものとできる。

【0012】

なお、「頂点」は、ダイヤモンドの３本以上の辺（稜線）が共有している点であり、「稜線」は、ダイヤモンドの頂点と頂点を結ぶ線である。また、本願において、「端部」とは、厚さ方向において、中央から最も離れた部分を意味する。例えば、「ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部」とは、ダイヤモンド含有金属層の厚さ方向において、ダイヤモンドの中の、中央からダイヤモンド含有金属層の一方の面の方向に最も離れた部分を意味し、ダイヤモンドの頂点が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部は頂点であり、ダイヤモンドの稜線が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部は稜線であり、ダイヤモンドの面が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部は面である。「ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部」とは、ダイヤモンド含有金属層の厚さ方向において、ダイヤモンドの中の、中央からダイヤモンド含有金属層の他方の面の方向に最も離れた部分を意味し、ダイヤモンドの頂点が、ダイヤモンド含有金属層の他方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部は頂点であり、ダイヤモンドの稜線が、ダイヤモンド含有金属層の他方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部は稜線であり、ダイヤモンドの面が、ダイヤモンド含有金属層の他方の面の方向に最も離れている部分であるとき、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部は面である。

【0013】

また、本発明の熱伝導体は、前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面における、前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上であることが好ましい。
ダイヤモンドの露出面積を大きくすることで、ダイヤモンド含有金属層への熱の流入またはダイヤモンド含有金属層からの熱の流出の効率が高まり、熱伝導性を高めることができる。また、頂点またや稜線（すなわち、点や線）でなく、面で露出した状態のダイヤモンドを増やすことができるため、ダイヤモンド含有金属層の一方の面と隣接する部分に効率的に熱を伝えることができる。

【0014】

さらに熱伝導性を高めるためには、本発明の熱伝導体は、前記（Ｉ）と、前記（ＩＩ）と、前記（ＩＩＩ－２）とを満たし、前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面における、前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上であることが好ましい。
ダイヤモンド含有金属層の両面のダイヤモンド露出面積を大きくすることで、ダイヤモンド含有金属層への熱の流入およびダイヤモンド含有金属層からの熱の流出が起こりやすく、熱伝導性をさらに高めることができる。

【0015】

また、本発明の熱伝導体は、前記ダイヤモンドが、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状、または、六・八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状であり、かつ、前記ダイヤモンドは、（ｉ）切り取られた部分の面を１つ有し、前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であるか、または、（ｉｉ）切り取られた部分の面を２つ有し、一方の前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であり、他方の前記切り取られ部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面と同一面であることが好ましい。
このような構造は、切頭八面体または六・八面体であるダイヤモンドを１層に並べ、少なくともダイヤモンド含有金属層の一方の面を平滑化することで得られる。切頭八面体または六・八面体のダイヤモンドを用いることで、より高密度のダイヤモンドを並べることができ、ダイヤモンド間の熱流路をさらに増大させることができる。

【0016】

また、本発明の熱伝導体は、平面部を有する熱伝導性部材と、前記平面部の少なくとも一方の面側に配置された前記ダイヤモンド含有金属層とを有し、前記ダイヤモンド含有金属層は、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面が、前記平面部が位置する側と反対側となるように配置されていることが好ましい。
このような構成とすることで、他の部材と接合したときに、他の部材にダメージを与えにくいものとできる。また、熱伝導性部材と組み合わせることで、熱伝導体の形状の設計の自由度を高めることができる。

【0017】

本発明の熱伝導体は、ヒートスプレッダとして利用することができる。すなわち、本発明のヒートスプレッダは、本発明の熱伝導体からなるものである。

【0018】

また、本発明の熱伝導体は、放熱構造体に組み込むことができる。本発明の放熱構造体は、熱源体の上に配置され、熱的に接続される、本発明のヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの上に配置され、熱的に接続された、ヒートシンクとを備えた、放熱構造体である。
このような構成とすることで、ヒートスプレッダ中のダイヤモンドによって熱源体およびヒートシンクが変形させられることが抑えられ、また、熱源体からヒートスプレッダに流入した熱を、効率的にヒートスプレッダからヒートシンクへ伝えることができ、放熱性に優れた放熱構造体とできる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、隣接するダイヤモンド同士の熱流路を形成でき、他の部材と接合したときに他の部材を変形させにくい、熱伝導体およびヒートスプレッダ、ならびに、前記ヒートスプレッダを備えた放熱構造体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態にかかる熱伝導体の模式図である。

【図2】図１の熱伝導体の製造方法を説明するための図である。

【図3】本発明の別の実施形態にかかる熱伝導体の模式図である。

【図4】本発明の別の実施形態にかかる熱伝導体の模式図である。

【図5】本発明の別の実施形態にかかる熱伝導体の模式図である。

【図6】本発明の別の実施形態にかかる熱伝導体の模式図である。

【図7】本発明の実施形態にかかる放熱構造体の模式図である。

【図8】図７の放熱構造体の構成をより詳しく説明するための図である。

【図9】本発明の別の実施形態にかかる放熱構造体の模式図である。

【図10】ヒートシンクと本発明のヒートスプレッダとを接合するときの様子を説明するための図である。

【図11】ヒートシンクと従来のヒートスプレッダとを接合するときの様子を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図１～図９を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。また、図１～図９中において共通する部分については同じ符号を付して説明を省略する。

【0022】

＜実施形態１＞
図１は、本発明にかかる熱伝導体１００の模式図である。図１に示す熱伝導体１００は、１層に並んだ複数のダイヤモンド４０と、ダイヤモンド４０を固定する金属４２とを含むダイヤモンド含有金属層２０からなる板状体である。また、ダイヤモンド４０は、ダイヤモンド含有金属層２０から突き出しておらず、隣接するダイヤモンド４０同士は面接触している。

【0023】

ダイヤモンド含有金属層２０において、ダイヤモンド含有金属層の２０の一方の面である面２０Ｓは、ダイヤモンド４０の面２０Ｓ側の端部４０Ｓ（すなわち、面２０Ｓに露出したダイヤモンド４０の面）が面２０Ｓと同一面となるように平滑化された面である。さらに、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓにおけるダイヤモンド４０の露出面積の割合が３０％以上（例えば、３０％以上１００％未満）である。このダイヤモンド４０の露出面積は、例えば、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓをデジタルマイクロスコープなどの顕微鏡にて撮影し、この撮影画像から求めることができる。

【0024】

また、ダイヤモンド４０は、ダイヤモンド含有金属層２０の他方の面である面２０Ｂ側の端部４０Ｂが、エッジ部となるように配置されている。すなわち、ダイヤモンド４０のエッジ部だけが、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｂと接している。

【0025】

ダイヤモンド含有金属層２０は、後述のように、図２に示すように、その頂点または稜線（エッジ部）を下（基板４４側）にして１層に並べられた、切頭八面体形状の複数のダイヤモンド４０ｂを、金属４２によって固着した層２１の上側の面２１Ｓを研磨等の加工により平滑化したものである。研磨等の加工を行うことで、面２１Ｓの表面の凹凸がきっちり平滑状態となる。このとき、ダイヤモンド４０ｂ同士を六角形の面で面接触させて並べることで、横方向の接触面積を大きいものとできる。

【0026】

ダイヤモンド含有金属層２０において、ダイヤモンド４０は、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状である。具体的には、図２に示すように、基板４４に、エッジ部を下に向けて、１層に並べられた切頭八面体のダイヤモンドの列の上側を、基板４４の表面と平行な面で切り取った構造であり、ダイヤモンド４０は、切り取られた部分の面を１つ有し、この切り取られた部分の面が、端部４０Ｓ（すなわち、面２０Ｓに露出したダイヤモンド４０の面）であり、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓと同一面である。このとき、ダイヤモンド４０は、１００面および１１１面以外の面が面２０Ｓに露出することになる。

【0027】

なお、ダイヤモンド含有金属層２０において、複数のダイヤモンド４０は、端部４０Ｂがエッジ部Ｅであるものが大半であればよく、端部４０Ｂが面であるものを一部含んでもよい。端部４０Ｂがエッジ部Ｅであり、隣接するダイヤモンド４０と面接触しているダイヤモンド４０の割合は、具体的には、ダイヤモンド含有金属層２０に含まれるダイヤモンドのうち５０％以上であり、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましく、８０％以上がさらに好ましい。ダイヤモンドの端部４０Ｂの形状や隣接するダイヤモンドとの面接触の有無は、例えば、ダイヤモンド含有金属層２０を顕微鏡で観察することで判断でき、必要に応じて表面または裏面のダイヤモンド４０を露出させてから顕微鏡観察を行うことで評価することができる。

【0028】

（製造例１）
本発明の熱伝導体は、例えば、ダイヤモンドのエッジ部を基板に向けて、基板上に複数のダイヤモンドを１層に並べる工程と、ダイヤモンドが並んだ基板にめっきを施しめっき層を形成する工程と、めっき層の表面を研磨等の加工により平滑化し、ダイヤモンド含有金属層とする工程とを有する方法により得ることができる。熱伝導体１００の場合は、めっき層の表面を平滑化した後、基板とダイヤモンド含有金属層とを分離することで得られる。

【0029】

熱伝導体１００の製造方法について、図２を参照して具体的に説明すると、まず、振動を与えながら基板４４上にダイヤモンド４０ｂ（研磨等の加工前のダイヤモンド）を充填し、隣接するダイヤモンド４０ｂと面接触した状態で、エッジ部Ｅを下にしてダイヤモンド４０ｂを高密度に並べる（図２（Ａ））。基板４４としては、例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、鋼、超硬合金、モリブデン、モリブデン合金、サーメット、チタンなどの金属、セラミックス、プラスチック等が用いられる。

【0030】

ダイヤモンド４０ｂ（研磨等の加工前のダイヤモンド）は、平均粒径が３５μｍ～１０００μｍのものの中から適宜選択して用いることが好ましい。また、平均粒径±１５％の粒径を有するダイヤモンド４０ｂの割合は、９０％以上が好ましく、９３％以上がより好ましく、９５％以上がさらに好ましい。このように、粒径の揃ったダイヤモンド４０ｂを用いることで、ダイヤモンド４０のエッジ部Ｅを基板４４に向けた状態で、より高密度にダイヤモンド４０ｂを配列させた構造を形成させやすい。この平均粒径は、任意の１００個のダイヤモンド４０ｂの粒径の平均値であり、各ダイヤモンド４０ｂの粒径は、外接する四角形の長辺と短辺の平均値である。また、この平均粒径を算出する際に、下記の平均粒径±１５％の粒径を有するダイヤモンド４０ｂの割合も求めることができる。

【0031】

次いで、基板４４上にめっき処理により金属４２を析出させることで、ダイヤモンド４０ｂを金属４２により固着し、めっき層２１（研磨等の加工前のダイヤモンド含有金属層）が基板４４上に形成される（図２（Ｂ））。金属４２としては、ニッケルおよびその合金が好ましく、その例としては、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｓ合金、Ｎｉ－Ｐ合金、Ｎｉ－Ｂ合金、Ｎｉ－Ｃｏ合金などが挙げられる。

【0032】

なお、図２（Ｂ）では、ダイヤモンド４０ｂが突き出すよう金属４２をめっきしているが、めっき処理はこれに限定されない。ダイヤモンド４０ｂが覆われるように金属４２をめっきしてもよい。固定されたダイヤモンド４０の安定性や生産性等を考慮して、めっき厚みは、ダイヤモンド４０ｂの平均粒径の３５～９５％程度が好ましい。

【0033】

次いで、基板４４上に形成されためっき層２１の表面（面２１Ｓ）を研磨等の加工により平滑化し、ダイヤモンド含有金属層２０とする（図２（Ｃ））。研磨等の加工は、ダイヤモンド４０が突き出しておらず、形成されるダイヤモンド含有金属層２０の表面（面２０Ｓ）におけるダイヤモンド４０の露出面積が３０％以上となるまで行われる。

【0034】

そして、研磨等の加工後に、ステンレス基板４４とダイヤモンド含有金属層２０とを分離することで、ダイヤモンド含有金属層２０が得られる（図２（Ｄ））。得られたダイヤモンド含有金属層２０は、一方の面である面２０Ｓが研磨等の加工により平滑化されており、他方の面である面２０Ｂも基板４４に沿って形成された面であるため平滑である。そのため、他の部材と接合したときに、他の部材を変形させにくい。

【0035】

また、後述するように、ダイヤモンド含有金属層２０は基板４４から分離せずに用いてもよく、熱伝導体１００とヒートシンク等の他の部材を組み合わせる場合には、他の部材の上に熱伝導体１００を直接形成させてもよい。

【0036】

なお、本発明にかかる熱伝導体は、ダイヤモンドのダイヤモンド含有金属層の一方の面側に配置される端部が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面である。すなわち、ダイヤモンドの面またはエッジ部が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面上にある。ただし、熱伝導性の観点から、ダイヤモンドの面が、ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面上であることが好ましく、ダイヤモンドの露出面積を３０％以上とすることがより好ましい。

【0037】

＜実施形態２＞
図３は、本発明にかかる熱伝導体１１０の模式図である。図３に示す熱伝導体１１０は、１層に並んだ複数のダイヤモンド４６と、ダイヤモンド４６を固定する金属４２とを含むダイヤモンド含有金属層２２からなる板状体である。また、隣接するダイヤモンド４６同士は面接触している。

【0038】

ダイヤモンド含有金属層２２において、一方の面である面２２Ｓは、ダイヤモンド４６の面２２Ｓ側の端部４６Ｓ（すなわち、面２２Ｓに露出したダイヤモンド４６の面）が面２２Ｓと同一面となるように平滑化された面であり、面２２Ｓにおけるダイヤモンド４６の露出面積の割合は３０％以上（例えば、３０％以上１００％未満）である。また、ダイヤモンド含有金属層２２の他方の面である面２２Ｂは、ダイヤモンド４６の面２２Ｂ側の端部４６Ｂ（すなわち、面２２Ｂに露出したダイヤモンド４６の面）が面２２Ｂと同一面となるように平滑化された面であり、面２２Ｂにおけるダイヤモンド４６の露出面積の割合は３０％以上（例えば、３０％以上１００％未満）である。

【0039】

ダイヤモンド含有金属層２２は、面２２Ｂにおけるダイヤモンド４６の露出面積の割合が３０％以上となるように、図１のダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｂを研磨等の加工により平滑化したものである。すなわち、エッジ部Ｅを下にして１層に並べられた、切頭八面体形状の複数のダイヤモンド４０ｂを、金属４２によって固着した層の両面を研磨等の加工により平滑化したものである。よって、ダイヤモンド４６の面２２Ｂ側の平滑化前の端部（すなわち、図１の４０Ｂ）は、頂点または稜線である。なお、平滑化の有無は、平滑化された面における研磨等の加工の跡および平滑化後のダイヤモンドの形状から判断可能であり、また、平滑化後のダイヤモンドの形状から、平滑化前のダイヤモンドの端部の形状を判断することができる。具体的には、平滑化後のダイヤモンドの他方の面と接する稜線を延長したときの交点が平滑化前の他方の面上にあれば、ダイヤモンドの他方の面側の平滑化前の端部は、頂点又は稜線であると推定できる。

【0040】

ダイヤモンド含有金属層２２において、ダイヤモンド４６は、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状である。具体的には、エッジ部を下に向けて、１層に並べられた切頭八面体のダイヤモンドの列の上側と下側を、対向する平行な面で切り取った構造であり、ダイヤモンド４６は、切り取られた部分の面を２つ有し、一方の切り取られた部分の面が、端部４６Ｓであり、ダイヤモンド含有金属層２２の面２２Ｓと同一面であり、他方の切り取られた部分の面が、端部４６Ｂであり、ダイヤモンド含有金属層２２の面２２Ｂと同一面である。

【0041】

なお、ダイヤモンドの形状は、八面体以上の形状であり、かつ、ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面となる面を有するものであれば特に限定されない。より高密度なダイヤモンドの配置を達成しやすいものとする観点からは、研磨等の加工前のダイヤモンドは、切頭八面体または六・八面体が好ましい。よって、ダイヤモンドは、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状、または、六・八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状であり、かつ、ダイヤモンドは、（ｉ）切り取られた部分の面を１つ有し、切り取られた部分の面がダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であるか、または、（ｉｉ）切り取られた部分の面を２つ有し、一方の切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であり、他方の切り取られた部分の面がダイヤモンド含有金属層の他方の面と同一面であることが好ましい。

【0042】

＜実施形態３＞
図４は、本発明にかかる熱伝導体１２０の模式図である。図４に示す熱伝導体１２０は、平面部５０Ｘを有する熱伝導性部材５０と、平面部５０Ｘの一方の面上に配置されたダイヤモンド含有金属層２０とを備える。ダイヤモンド含有金属層２０は、熱伝導体１００のダイヤモンド含有金属層２０と同様の構成であり、面２０Ｓが平面部５０Ｘ側と反対側に位置するように配置されている。

【0043】

熱伝導性部材５０は、熱伝導性を有する材料によって形成された部材であり、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｂと平行な面を有する平面部５０Ｘを備える。熱伝導体１２０において、熱伝導性部材５０は平面部５０Ｘからなる板状部材であるが、熱伝導性部材５０の形状は、特に限定されない。熱伝導性部材５０は、平面部と熱源体を囲むための壁部とを有し、一方が開口した箱型のフレーム（図６参照）などとしてもよい。熱伝導性部材が、箱型のフレームの場合、ダイヤモンド含有金属層は、平面部の熱源体側と反対側に設けられる構成であっても、平面部の熱源体側に設けられる構成であってもよい。

【0044】

ダイヤモンド含有金属層２０と熱伝導性部材５０とは、接合され、熱的に接続されている。この接合は、例えば、熱伝導グリスや放熱ギャップフィラー等の熱伝導を有する接着剤を用い、ダイヤモンド含有金属層２０と熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘとを接着させるものとしてもよいし、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘにダイヤモンド含有金属層２０を直接形成するものとしてもよい。

【0045】

（製造例３－１）
熱伝導性を有する接着剤を用いる方法としては、例えば、製造例１の方法と同様にして、ダイヤモンド含有金属層２０を得たのち、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘとダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｂ（基板４４側の面）を、熱伝導性を有する接着剤を介して重ねて接着させる方法が挙げられる。

【0046】

（製造例３－２）
熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘにダイヤモンド含有金属層２０を直接形成する方法としては、例えば、熱伝導性部材５０を基板４４として用い、製造例１のダイヤモンド４０の充填、めっき処理を行う方法が挙げられる。

【0047】

また、熱伝導体１２０では、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓが熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘ側と反対側に位置するように、ダイヤモンド含有金属層２０を配置しているが、これに限定されない。本発明の熱伝導体は、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓが熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘ側に位置するように、ダイヤモンド含有金属層２０を配置した構成としてもよい。このような構造の熱伝導体は、製造例３－１において、平面部５０Ｘとダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｂを接着剤で接着させる代わりに、平面部５０Ｘとダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓを接着剤で接着させることで得ることができる。また、熱伝導体１２０において、ダイヤモンド含有金属層２０を、ダイヤモンド含有金属層２２とした構成としてもよい。

【0048】

＜実施形態４＞
図５は、本発明にかかる熱伝導体１３０の模式図である。図５に示す熱伝導体１３０は、ダイヤモンド含有金属層２３と、ダイヤモンド含有金属層２３の上に配置された平面部５０Ｘを有する熱伝導性部材５０と、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘの上に配置されたダイヤモンド含有金属層２４とを備える。ダイヤモンド含有金属層２３、２４は、熱伝導体１００のダイヤモンド含有金属層２０と同様の構成であり、ダイヤモンド含有金属層２３、２４は、共に、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓに相当する面２３Ｓ、２４Ｓが平面部５０Ｘ側と反対側に位置するように配置され、複数のダイヤモンド４０は、平面部５０Ｘ側にエッジ部を向けて１層に並んでいる。また、ダイヤモンド含有金属層２３、２４は、熱伝導性部材５０と接合され、熱的に接続されている。

【0049】

ダイヤモンド含有金属層２３および熱伝導性部材５０の接合方法と、ダイヤモンド含有金属層２４および熱伝導性部材５０の接合方法は、同じであっても、異なってもよい。熱伝導体１３０は、面２３Ｓ、面２４Ｓの向きに応じて、製造例１、製造例３－１、製造例３－２の方法等を適宜選択して製造することができ、これらの製造方法は組み合わせてもよい。

【0050】

＜実施形態５＞
図６は、本発明にかかる熱伝導体１４０の模式図である。図６に示す熱伝導体１４０は、箱型の熱伝導性部材５２と、板状の熱伝導性部材５３と、ダイヤモンド含有金属層２５と、板状の熱伝導性部材５４と、ダイヤモンド含有金属層２６とを備える。熱伝導性部材５２は、熱伝導性を有する材料によって形成された部材であり、平面部５２Ｘと、熱源体を囲むための壁部５２Ｙとを有し、一方が開口した箱型のフレームである。熱伝導性部材５３、５４は、熱伝導性を有する材料によって形成された板状の部材であり、熱伝導性部材５３は、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘに一方の面側に配置されており、熱伝導性部材５４は、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘに他方の面側に配置されている。ダイヤモンド含有金属層２５は、熱伝導性部材５３の平面部５２Ｘ側と反対側の位置に配置されており、ダイヤモンド含有金属層２６は、熱伝導性部材５４の平面部５２Ｘ側と反対側の位置に配置されている。これらの部材は、熱的に接続されている。ダイヤモンド含有金属層２５、２６は、熱伝導体１００のダイヤモンド含有金属層２０と同様の構成であり、ダイヤモンド含有金属層２５は、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓに相当する面２５Ｓが熱伝導性部材５３側と反対側に位置するように配置されており、ダイヤモンド含有金属層２６は、ダイヤモンド含有金属層２０の面２０Ｓに相当する面２６Ｓが熱伝導性部材５４側と反対側に位置するように配置されている。

【0051】

（製造例５）
熱伝導体１４０は、例えば、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの一方の面に、ダイヤモンド含有金属層２５を形成した熱伝導性部材５３を接合し、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの他方の面に、ダイヤモンド含有金属層２６を形成した熱伝導性部材５４を接合することで得ることができる。具体的には、まず、製造例３－２の基板４４として熱伝導性部材５３を用いて、ダイヤモンド含有金属層２５を形成した熱伝導性部材５３を得る。これとは別に、製造例３－２の基板４４として熱伝導性部材５４を用いて、ダイヤモンド含有金属層２６を形成した熱伝導性部材５４を得る。次いで、熱伝導性を有する接着剤を用いて、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの一方の面と熱伝導性部材５３とを接着し、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの他方の面と熱伝導性部材５４とを接着する。

【0052】

なお、ダイヤモンド含有金属層２３～２６の向きは、上記の構成に限定されない。本発明の熱伝導体が、熱伝導性部材の平面部の両側にダイヤモンド含有金属層が配置された構成であるとき、ダイヤモンド含有金属層は、それぞれ独立して、平滑化されている一方の面を、熱伝導性部材の平面部側に向けてもよいし、平面部側と反対側に向けてもよい。また、熱伝導体１３０、１４０において、ダイヤモンド含有金属層の一方または両方をダイヤモンド含有金属層２２とする構成としてもよい。

【0053】

＜実施形態６＞
本発明の熱伝導体は、ヒートスプレッダとすることができ、ヒートシンクなどの放熱部材と組み合わせて、熱源体の熱を逃がすための放熱構造体とすることができる。
図７は、本発明にかかる放熱構造体２００の模式図である。図７に示す放熱構造体２００は、熱源体１の上に配置されるヒートスプレッダ１０と、ヒートスプレッダ１０の上に配置されたヒートシンク３とを備える。

【0054】

ヒートシンク３は、熱源体１に対向する面３０Ｓを有するベース部３０を備える部材であり、例えば、ベース部３０とベース部３０の面３０Ｓと反対側の面に立設された複数の放熱フィン（図示せず）を備える部材が挙げられる。ヒートスプレッダ１０は、熱源体１とヒートシンク３のベース部３０の面３０Ｓとの間に配置される部材である。ヒートスプレッダ１０は、本発明の熱伝導体である。熱源体１とヒートスプレッダ１０とヒートシンク３とを熱的に接続することで、熱源体１の熱をヒートスプレッタ１０からヒートシンク３に伝え、ヒートシンク３から外へ逃がすことができる。

【0055】

例えば、放熱構造体２００は、図８（Ａ）に示す放熱構造体２００ａのように、ヒートスプレッダ１０が、ダイヤモンド含有金属層２０（熱伝導体１００）であり、熱源体１と接着剤５（熱伝導性を有する接着剤）によって接合されるヒートスプレッダ１０と、ヒートスプレッダ１０と接着剤５によって接合されたヒートシンク３とを備える構造とすることができる。

【0056】

また、放熱構造体２００は、図８（Ｂ）に示す放熱構造体２００ｂのように、ヒートスプレッダ１０が、平面部５０Ｘを有する熱伝導性部材５０と、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘの一方の面と接着剤５によって接合されたダイヤモンド含有金属層２０と、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘの他方の面と接着剤５によって接合されたダイヤモンド含有金属層２０とを備える熱伝導体であり、熱源体１と接着剤５によって接合されるヒートスプレッダ１０と、ヒートスプレッダ１０と接着剤５によって接合されたヒートシンク３とを備える構造とすることができる。

【0057】

また、図８（Ｃ）、図８（Ｄ）に示すように、放熱構造体２００は、本発明の熱伝導体のダイヤモンド含有金属層をヒートシンク３に直接形成させた構成としてもよい。これにより、電着で、ダイヤモンド含有金属層を接合できる。

【0058】

図８（Ｃ）に示す放熱構造体２００ｃは、熱源体１と接着剤５によって接合されるダイヤモンド含有金属層２０が、ヒートシンク３に直接形成された構造である。この場合、ダイヤモンド含有金属層２０がヒートスプレッダ１０である。放熱構造体２００ｃでは、ヒートシンク３を基板４４として用いて、ヒートシンク３の面３０Ｓにダイヤモンド含有金属層２０を直接形成した後、ヒートシンク３とダイヤモンド含有金属層２０とを分離せずに用いる。

【0059】

図８（Ｄ）に示す放熱構造体２００ｄは、ヒートシンク３と、ヒートシンク３に直接形成されたダイヤモンド含有金属層２０と、ダイヤモンド含有金属層２０と接着剤５によって接合された熱伝導性部材５０と、熱伝導性部材５０に直接形成されたダイヤモンド含有金属層２０とを備える構造であり、熱伝導性部材５０に直接形成されたダイヤモンド含有金属層２０が、接着剤５によって熱源体１と接合される。この場合、ダイヤモンド含有金属層２０と熱伝導性部材５０とダイヤモンド含有金属層２０との積層部分がヒートスプレッダ１０である。放熱構造体２００ｄは、次の方法で得ることができる。まず、ヒートシンク３を基板４４として用いて、ヒートシンク３の面３０Ｓにエッジ部が向くようにダイヤモンドを並べ、めっき処理をした後、その表面を平滑化し、ダイヤモンド含有金属層２０を形成する。これとは別に、熱伝導性部材５０の平面部５０Ｘの一方の側にエッジ部が向くようにダイヤモンドを並べ、めっき処理をした後、その表面を平滑化し、ダイヤモンド含有金属層２０を形成する。そして、ヒートシンク３に形成されたダイヤモンド含有金属層２０と熱伝導性部材５０とを接着剤５により接合する。

【0060】

＜実施形態７＞
本発明の放熱構造体は、電子機器等に組み込み利用することができる。図９は、放熱構造体２１０を、ＣＰＵダイの放熱構造体として組み込んだ例である。

【0061】

図９に示す放熱構造体２１０は、ヒートスプレッダである熱伝導体１５０と、ヒートシンク３を備える。熱伝導体１５０は、ダイヤモンド含有金属層２７が形成された銅板７０、および、箱型の熱伝導性部材５２を備える。ダイヤモンド含有金属層２７は、１層に並べられた複数のダイヤモンド４８と、ダイヤモンド４８を固定する金属４２とを含み、ダイヤモンド４８は、八面体以上の多面体であり、ダイヤモンド含有金属層２７から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンド４８と面接触している。また、ダイヤモンド含有金属層２７の一方の面である面２７Ｓは、ダイヤモンド４８の面２７Ｓ側の端部４８Ｓ（すなわち、面２７Ｓに露出したダイヤモンド４８の面）が面２７Ｓと同一面になるように平滑化された面であり、ダイヤモンド４８のダイヤモンド含有金属層２７の他方の面側（銅板７０側）の端部４８Ｂが、頂点または稜線である。ダイヤモンド含有金属層２７を形成した銅板７０は、熱伝導性を有する接着剤５を介して、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの両側に接合されている。ヒートシンク３は、熱伝導性部材５２の平面部５２Ｘの外側に位置するダイヤモンド含有金属層２７と接着剤５によって接合されている。

【0062】

ＣＰＵダイ１ａの放熱構造体とするときは、熱伝導性部材５２の壁部５２Ｙが、ＣＰＵダイ１ａを囲むように、放熱構造体２１０をパッケージ基板７上に配置し、熱伝導体１５０とＣＰＵダイ１ａとを接着剤５によって接着する。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明は、例えば、ヒートシンク、ヒートスプレッダ等に用いられる熱を効果的に逃がすための熱伝導体として、電子機器等の分野において利用することができ、産業上有用である。

【符号の説明】

【0064】

１ 熱源体
１ａ ＣＰＵダイ
３ ヒートシンク
３Ｈ 穴
４ａ、４ｂ、４０、４０ｂ、４６、４８ ダイヤモンド
５ 接着剤
７ パッケージ基板
１０、１２、１４ ヒートスプレッダ
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７ ダイヤモンド含有金属層
２０Ｓ、２０Ｂ、２１Ｓ、２２Ｓ、２２Ｂ、２３Ｓ、２４Ｓ、２５Ｓ、２６Ｓ、２７Ｓ３０Ｓ 面
３０ ベース部
４０Ｓ、４０Ｂ、４６Ｓ、４６Ｂ、４８Ｓ、４８Ｂ 端部
４２ 金属
４４ 基板
５０、５２、５３、５４ 熱伝導性部材
５０Ｘ、５２Ｘ 平面部
５２Ｙ 壁部
６０ 凹部
７０ 銅板
１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０ 熱伝導体
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２１０ 放熱構造体

【要約】

【課題】隣接するダイヤモンド同士の熱流路を形成でき、他の部材と接合したときに他の部材を変形させにくい、熱伝導体を提供する。
【解決手段】本発明の熱伝導体１００は、１層に並べられた複数のダイヤモンド４０と、ダイヤモンド４０を固定する金属４２とを含むダイヤモンド含有金属層２０を有し、ダイヤモンド４０が、八面体以上の多面体であり、ダイヤモンド含有金属層２０から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンド４０と面接触している。ダイヤモンド含有金属層２０の一方の面２０Ｓは、平滑化された面である。また、ダイヤモンド４０のダイヤモンド含有金属層２０の他方の面２０Ｂ側の端部４０Ｂが、頂点または稜線であるか、ダイヤモンド含有金属層２０の他方の面２０Ｂは、平滑化された面であり、ダイヤモンド４０の他方の面２０Ｂ側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】