JPH039552A - 高熱伝導性部材 - Google Patents
高熱伝導性部材Info
- Publication number
- JPH039552A JPH039552A JP1145977A JP14597789A JPH039552A JP H039552 A JPH039552 A JP H039552A JP 1145977 A JP1145977 A JP 1145977A JP 14597789 A JP14597789 A JP 14597789A JP H039552 A JPH039552 A JP H039552A
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- JP
- Japan
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- diamonds
- thermal conductivity
- diamond
- thermally conductive
- high thermal
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は熱伝導率が高く、製造も容易で、安価な絶縁性
放熱板として好適に用いられる高熱伝導性部材に関する
。
放熱板として好適に用いられる高熱伝導性部材に関する
。
［従来の技術および発明が解決すべき課題］近年、ＬＳ
Ｉの高集積化に伴ない、熱伝導率の高い絶縁性の放熱板
の需要か増えている。
Ｉの高集積化に伴ない、熱伝導率の高い絶縁性の放熱板
の需要か増えている。
この需要に応じるために、炭化ケイ素や窒化アルミニウ
ムからなる絶縁性部材が既に開発されているが、今後の
高集積化に対しては件部が不十分であり、よりすぐれた
絶縁性部材がさらに要求されている。
ムからなる絶縁性部材が既に開発されているが、今後の
高集積化に対しては件部が不十分であり、よりすぐれた
絶縁性部材がさらに要求されている。
このような高度の要求に応るべく、ダイヤモンドの持つ
高熱伝導性に着目した絶縁性部材の開発か進んでいるが
、種々の問題点が発生している。
高熱伝導性に着目した絶縁性部材の開発か進んでいるが
、種々の問題点が発生している。
たとえば、天然ダイヤモンドは熱伝導性の非常にすぐれ
たものである反面、何といっても高価であり、しかも薄
膜の大面積化を図ることが困難である。また、セラミ・
ンクスからなるマトリックス中に粒状や粉状のダイヤモ
ンドを分散してなる部材が知られている。しかし、この
絶縁性部材は粒状や粉状ダイヤモンドの配合量を増やし
ても、その割には熱伝導性が向上しないという問題があ
る。
たものである反面、何といっても高価であり、しかも薄
膜の大面積化を図ることが困難である。また、セラミ・
ンクスからなるマトリックス中に粒状や粉状のダイヤモ
ンドを分散してなる部材が知られている。しかし、この
絶縁性部材は粒状や粉状ダイヤモンドの配合量を増やし
ても、その割には熱伝導性が向上しないという問題があ
る。
さらに従来から知られている高温・高圧合成法によるダ
イヤモンドでは、製造も薄膜化も困難である。
イヤモンドでは、製造も薄膜化も困難である。
一方、天然ダイヤモンドや高温、高圧合成法のダイヤモ
ンドに替るものとして、気相合成法によるダイヤモンド
がある。
ンドに替るものとして、気相合成法によるダイヤモンド
がある。
しかし、このダイヤモンドの薄膜で天然ダイヤモンド並
の高熱伝導性を得るには、たとえばＣＨ４／ Ｈｌ比を
０．５．好ましくは８．３以下に抑える必要があり、１
％ではその不純物生成により性ｆＩ＠が１／ｌｏに低下
する。このため、１００ＯＷ ／ｍ・に程度の高性能の
ダイヤモンドを得るためには成膜速度が非常に遅くなり
、実用性のあるものを工業的に製造することは困難であ
る。したがって２０ｇｍ以上の厚みを有する放熱膜の製
造は実質的に困難である。
の高熱伝導性を得るには、たとえばＣＨ４／ Ｈｌ比を
０．５．好ましくは８．３以下に抑える必要があり、１
％ではその不純物生成により性ｆＩ＠が１／ｌｏに低下
する。このため、１００ＯＷ ／ｍ・に程度の高性能の
ダイヤモンドを得るためには成膜速度が非常に遅くなり
、実用性のあるものを工業的に製造することは困難であ
る。したがって２０ｇｍ以上の厚みを有する放熱膜の製
造は実質的に困難である。
他方、比較的最近になって金属やセラミックスからなる
基板に多数の貫通孔を設け、その内部と基板の表面とに
気相法によるダイヤモンドを形成してなる集積回路基板
が提案されている（特開昭６２−１５４６５１号公報）
。
基板に多数の貫通孔を設け、その内部と基板の表面とに
気相法によるダイヤモンドを形成してなる集積回路基板
が提案されている（特開昭６２−１５４６５１号公報）
。
しかしながら、この回路基板では熱伝導率の向上も限界
があるうえ、製造も困難である。
があるうえ、製造も困難である。
また、アスペクト比が２以上の、高温・高圧下で製造さ
れた粒子が規則的に配列された高熱伝導性部品が提案さ
れている（特開昭６４−９８６９号公報）。
れた粒子が規則的に配列された高熱伝導性部品が提案さ
れている（特開昭６４−９８６９号公報）。
しかし、このものは製造に高圧を必要とするうえ、薄膜
化、広面積化が困難である。
化、広面積化が困難である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱伝導率が
高く、用途により任意の厚みの部材を容易に製造でき、
安価な絶縁性放熱板として好適に使用できる高熱伝導性
部材を提供することを目的とする。
高く、用途により任意の厚みの部材を容易に製造でき、
安価な絶縁性放熱板として好適に使用できる高熱伝導性
部材を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明の高熱伝導性部材は、熱伝導性物質からなるマト
リックス中に針状ダイヤモンドを含有してなることを特
徴とする。
リックス中に針状ダイヤモンドを含有してなることを特
徴とする。
本発明において、マトリックスとして用いる熱伝導性物
質として一般的には金属やセラミックスなどを使用する
ことができるのであるが、その熱伝導率か５０Ｗ／−・
に以上である熱伝導物質か好ましい、具体的には、銀、
銅、金、アルミニウム、シリコン、アルミナ、ＳｉＣ，
ＡｉＮ等を挙げることができる。なかても、ＳｉＣ，Ａ
！ＬＮなどの絶縁性のセラミックスが好適に用いられる
。
質として一般的には金属やセラミックスなどを使用する
ことができるのであるが、その熱伝導率か５０Ｗ／−・
に以上である熱伝導物質か好ましい、具体的には、銀、
銅、金、アルミニウム、シリコン、アルミナ、ＳｉＣ，
ＡｉＮ等を挙げることができる。なかても、ＳｉＣ，Ａ
！ＬＮなどの絶縁性のセラミックスが好適に用いられる
。
本発明では上記熱伝導性物質からなるマトリックス中に
針状ダイヤモンドを含有もしくは分散させる。
針状ダイヤモンドを含有もしくは分散させる。
針状ダイヤモンドは、天然ダイヤモンドに等しい結晶構
造を有し、そのアスペクト比は通常２〜１００であり、
平均直径は１〜ｌＯμｍである。この針状ダイヤモンド
は、後述する製造方法によって製造することができる。
造を有し、そのアスペクト比は通常２〜１００であり、
平均直径は１〜ｌＯμｍである。この針状ダイヤモンド
は、後述する製造方法によって製造することができる。
マトリックス中での針状ダイヤモンドの分散状態は、ラ
ンダム状態であっても良いが、一方向に配向した分散状
態であるのがはるかに好ましい。
ンダム状態であっても良いが、一方向に配向した分散状
態であるのがはるかに好ましい。
この一方向と言うのは熱伝導方向において平行あるいは
直交する方向であると言うことができる。いずれの方向
に沿って針状ダイヤモンドを配向させると良いかは、こ
の高熱伝導性部材をどのような用途に供するかに応じて
決定することができる。
直交する方向であると言うことができる。いずれの方向
に沿って針状ダイヤモンドを配向させると良いかは、こ
の高熱伝導性部材をどのような用途に供するかに応じて
決定することができる。
特に厚み方向に針状ダイヤモンドを容易に配列すること
ができることも、本発明の大きな特徴である。
ができることも、本発明の大きな特徴である。
また、本発明の高熱伝導性部材における針状ダイヤモン
ドの含有量は通常１０〜６Ｇ！ｌｉ量％、好ましくは２
０〜４０重量％である。その含有量が１８重置火を下回
るときは、目的とする高熱伝導度が得られなくなり、ま
た含有量が６０重量％を上回るときは針状ダイヤモンド
の量が多くなり１部材の機械的強度が低下し、使用上問
題となって好ましくない。
ドの含有量は通常１０〜６Ｇ！ｌｉ量％、好ましくは２
０〜４０重量％である。その含有量が１８重置火を下回
るときは、目的とする高熱伝導度が得られなくなり、ま
た含有量が６０重量％を上回るときは針状ダイヤモンド
の量が多くなり１部材の機械的強度が低下し、使用上問
題となって好ましくない。
次に本発明の高熱伝導性部材の製法について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
第１図は本発明の一実施態様である高熱伝導性部材の概
略構造を示す。
略構造を示す。
第１因に示す高熱伝導性部材は、たとえばＳｉからなる
基板ｌの上に熱伝導性物質として５ＬＣＩＩ！１２が植
層され、さらにこの上に針状ダイヤモンド３が基板１に
対して略垂直に配列され、そして、さらにその上にＳｉ
Ｃ膜２ａが針状ダイヤモンド３間の隙間をも充填して被
覆している。なお、基板ｌは最後にエツチングや研磨等
の手段により取除かれるが、用途によってはそれを残し
ておいてもよい。
基板ｌの上に熱伝導性物質として５ＬＣＩＩ！１２が植
層され、さらにこの上に針状ダイヤモンド３が基板１に
対して略垂直に配列され、そして、さらにその上にＳｉ
Ｃ膜２ａが針状ダイヤモンド３間の隙間をも充填して被
覆している。なお、基板ｌは最後にエツチングや研磨等
の手段により取除かれるが、用途によってはそれを残し
ておいてもよい。
このような高熱伝導性部材は次のようにして製造するこ
とができる。
とができる。
まず、Ｓｉかうなる基板１の上に５ｉＣＷＪ２を気相合
成法により被覆させる。具体的にはたとえばＣＨ，ガス
とＨ，ガスとＳｉＨ，ガスとからなる原料ガスを励起さ
せて活性ガスを得、それを基板ｌに接触させてその表面
に５ｉＣ７ｌ１２を被覆する。
成法により被覆させる。具体的にはたとえばＣＨ，ガス
とＨ，ガスとＳｉＨ，ガスとからなる原料ガスを励起さ
せて活性ガスを得、それを基板ｌに接触させてその表面
に５ｉＣ７ｌ１２を被覆する。
原料ガスの励起手段としては、たとえばマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣ
ＶＤ法、熟フィラメント法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、
燃焼法、スパッタリング法などがあるが、これらのうち
でも好ましいのは各種プラズマＣＶＤ法（有磁場プラズ
マ法を含む）である。
ズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣ
ＶＤ法、熟フィラメント法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、
燃焼法、スパッタリング法などがあるが、これらのうち
でも好ましいのは各種プラズマＣＶＤ法（有磁場プラズ
マ法を含む）である。
次にＳｉＣ膜２の上に針状ダイヤモンド３からなる膜を
形成する。Ａ体重にはたとえばＣＯガスとＨｔガス、メ
タンと水素ガス等からなる原料ガスを前記手段と同様に
して励起させて活性ガスを得てから、それをＳｉＣ膜２
に接触させてダイヤモンド膜を被覆する。
形成する。Ａ体重にはたとえばＣＯガスとＨｔガス、メ
タンと水素ガス等からなる原料ガスを前記手段と同様に
して励起させて活性ガスを得てから、それをＳｉＣ膜２
に接触させてダイヤモンド膜を被覆する。
かくして形成されたダイヤモンド膜に含ｍ素エツチング
ガスを励起して得られるガスを接触させると、ｔＪ記ダ
イヤモンド膜に含有されるダイヤモンド状炭素、グラフ
ァイト等の非ダイヤモンド成分が除去されて、針状ダイ
ヤモンド３が形成される。
ガスを励起して得られるガスを接触させると、ｔＪ記ダ
イヤモンド膜に含有されるダイヤモンド状炭素、グラフ
ァイト等の非ダイヤモンド成分が除去されて、針状ダイ
ヤモンド３が形成される。
次に、針状ダイヤモンド３問および膜の上に前記と同様
にしてＳｉＣを気相合成法により形成すると１表面がＳ
ｉＣからなり、針状ダイヤモンドとＳｉＣが一体化した
。高熱伝導性部材を得ることができる。
にしてＳｉＣを気相合成法により形成すると１表面がＳ
ｉＣからなり、針状ダイヤモンドとＳｉＣが一体化した
。高熱伝導性部材を得ることができる。
本発明は前記実施態様に限定されるものではなく、気相
合成法における原料ガスを適宜に選択することにより所
望の高熱伝導性部材を得ることができる。
合成法における原料ガスを適宜に選択することにより所
望の高熱伝導性部材を得ることができる。
また、本発明では気相合成法以外に焼結や溶融含浸など
の方法による高熱伝導性部材も提供することができる。
の方法による高熱伝導性部材も提供することができる。
たとえば第２図は本発明の他の実施態様である高熱伝導
性部材を示すもので、セラミックスや金属からなるマト
リックス４の中に針状ダイヤモンド５が部材の底面に対
し略平行に分散されている。
性部材を示すもので、セラミックスや金属からなるマト
リックス４の中に針状ダイヤモンド５が部材の底面に対
し略平行に分散されている。
このような高熱伝導性部材は、セラミックスに針状ダイ
ヤモンドを配合して焼結するか、あるいは金属に針状ダ
イヤモンドを配合して焼結もしくは溶融含浸して製造す
ることができる。
ヤモンドを配合して焼結するか、あるいは金属に針状ダ
イヤモンドを配合して焼結もしくは溶融含浸して製造す
ることができる。
この場合、配合する針状ダイヤモンドとしては、たとえ
ば基板上に気相合成法およびエツチングによって形成し
た針状ダイヤモンドを、基板を溶解除去することにより
、容易に調製することができる。
ば基板上に気相合成法およびエツチングによって形成し
た針状ダイヤモンドを、基板を溶解除去することにより
、容易に調製することができる。
また、金属やセラミックスからなるマトリックス中に針
状ダイヤモンドを略平行に分散させるためには、針状ダ
イヤモンドを内部に分散させた金属、または針状ダイヤ
モンドと金属等の混合粉を圧縮、圧延、延伸などすれば
良い。
状ダイヤモンドを略平行に分散させるためには、針状ダ
イヤモンドを内部に分散させた金属、または針状ダイヤ
モンドと金属等の混合粉を圧縮、圧延、延伸などすれば
良い。
本発明の高熱伝導性部材は、熱伝導性物質からなるマト
リックス中に針状ダイヤモンドか含有されているので、
粒状や粉状のダイヤモンドを配合した場合と違って熱伝
導性ｆｓ賀の配合量を増さずに高い熱伝導性を得ること
ができる。しかも製造手段として気相合成法や焼結法、
溶融金療法などを適用することができるので、厚みの大
きい部材を安価に短時間で得ることがてきる。
リックス中に針状ダイヤモンドか含有されているので、
粒状や粉状のダイヤモンドを配合した場合と違って熱伝
導性ｆｓ賀の配合量を増さずに高い熱伝導性を得ること
ができる。しかも製造手段として気相合成法や焼結法、
溶融金療法などを適用することができるので、厚みの大
きい部材を安価に短時間で得ることがてきる。
次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明す
る。
る。
［実施例］
Ｓｉからなる基板をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反
応室内に設置し、次いでこの反応室内にＳｉＨ４ガスを
ＩＯｓｅｃｇ＋、ＣＨ４ガスを２０ｓｃｃ−１Ｈ２ガス
を７０ｓｃｃ−でそれぞれ導入し１反応室内の圧力を４
０Ｔｏｒｒ、基板温度９００°Ｃの条件下に周波数２・
４５ＧＨｚのマイクロ波電源の出力を４００Ｗに設定し
た。
応室内に設置し、次いでこの反応室内にＳｉＨ４ガスを
ＩＯｓｅｃｇ＋、ＣＨ４ガスを２０ｓｃｃ−１Ｈ２ガス
を７０ｓｃｃ−でそれぞれ導入し１反応室内の圧力を４
０Ｔｏｒｒ、基板温度９００°Ｃの条件下に周波数２・
４５ＧＨｚのマイクロ波電源の出力を４００Ｗに設定し
た。
この条件でマイクロ波放電方式によるプラズマ処理を２
時間行なって、基板の表面にＳｉＣ膜を推持させた。
時間行なって、基板の表面にＳｉＣ膜を推持させた。
次に５反応室内にＣＯガスを２０ｓｃｃ■、Ｈ２ガスを
８０ｓｃｃ園でそれぞれ導入し、反応室内の圧力を２０
Ｔｏｒｒ、基板温度８００°Ｃの条件下で上記と同様に
プラズマ処理を１０時間行なって、上記ＳｉＣ膜上にダ
イヤモンド膜を形成した。
８０ｓｃｃ園でそれぞれ導入し、反応室内の圧力を２０
Ｔｏｒｒ、基板温度８００°Ｃの条件下で上記と同様に
プラズマ処理を１０時間行なって、上記ＳｉＣ膜上にダ
イヤモンド膜を形成した。
続いて反応室内に０□ガスを２０ｓｅｃｍで導入し、反
応室内の圧力を１０Ｔｏｒｒ、基板温度を８００℃に保
ってエツチング処理を３０分行ない、針状ダイヤモンド
膜を形成した。
応室内の圧力を１０Ｔｏｒｒ、基板温度を８００℃に保
ってエツチング処理を３０分行ない、針状ダイヤモンド
膜を形成した。
次に反応室内の混合ガス比をＳ ｉ Ｈ４１０％、ＣＨ
４２０％、Ｈｔ７Ｑ％とし、圧力を０．１〜１０１）Ｔ
ｏｒｒに保ち、基板温度を９００℃に維持して、１口０
Ｔｏｒｒ１秒−０，１Ｔｏｒｒ ２秒の周期３秒で５時
間２パルスＣＶＩを行なった。
４２０％、Ｈｔ７Ｑ％とし、圧力を０．１〜１０１）Ｔ
ｏｒｒに保ち、基板温度を９００℃に維持して、１口０
Ｔｏｒｒ１秒−０，１Ｔｏｒｒ ２秒の周期３秒で５時
間２パルスＣＶＩを行なった。
しかるのち、基板な工・ンチングにより除去して、放熱
板を得た。
板を得た。
一方、比較のためにこの放熱板と同じ厚みの５ｉＣ１ｉ
を前記と同様の手段により製造し、放熱板を得た。
を前記と同様の手段により製造し、放熱板を得た。
これらの放熱板の熱伝導度（相対値）を、エツチング処
理前の前記ダイヤモンド膜のそれと比較して、表１に示
す。
理前の前記ダイヤモンド膜のそれと比較して、表１に示
す。
表 １
［発明の効果］
本発明の部材は、熱伝導性物質からなるマトリッス中に
針状ダイヤモンドが含有されているため、高い熱伝導性
に有し、しかも気相合成法、焼結法、溶融含浸法により
容易に任意の厚みのものを、特に薄膜から厚みの大きい
ものまで製造することができる。
針状ダイヤモンドが含有されているため、高い熱伝導性
に有し、しかも気相合成法、焼結法、溶融含浸法により
容易に任意の厚みのものを、特に薄膜から厚みの大きい
ものまで製造することができる。
したがワて安価な絶縁性放熱板としてレーザー、ダイオ
ード、パワーＩＣ等の分野に好適に使用することができ
る。
ード、パワーＩＣ等の分野に好適に使用することができ
る。
第１図およびｉ２図は、本発明の互に異なる実施態様を
示す高熱伝導性部材の模式図である。 ｌ・・・基板、２・＝ＳｉＣ膜、３．５−・・針状ダイ
ヤモンド・４・・・マトリックス。 第１図 第２図
示す高熱伝導性部材の模式図である。 ｌ・・・基板、２・＝ＳｉＣ膜、３．５−・・針状ダイ
ヤモンド・４・・・マトリックス。 第１図 第２図
Claims (3)
- （１）熱伝導性物質からなるマトリックス中に針状ダイ
ヤモンドを含有してなることを特徴とする高熱伝導性部
材。 - （２）前記針状ダイヤモンドが前記マトリックスル中で
一方向に配向している前記請求項１に記載の高熱伝導性
部材。 - （３）前記熱伝導性物質はその熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上である特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性部
材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145977A JPH039552A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 高熱伝導性部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145977A JPH039552A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 高熱伝導性部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH039552A true JPH039552A (ja) | 1991-01-17 |
Family
ID=15397349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1145977A Pending JPH039552A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 高熱伝導性部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH039552A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6031285A (en) * | 1997-08-19 | 2000-02-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heat sink for semiconductors and manufacturing process thereof |
| US6270848B1 (en) | 1997-02-06 | 2001-08-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heat sink material for use with semiconductor component and method for fabricating the same, and semiconductor package using the same |
| US7252795B2 (en) | 2003-08-26 | 2007-08-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High thermal conductivite element, method for manufacturing same, and heat radiating system |
| WO2021143674A1 (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 荣耀终端有限公司 | 移动终端、均热板及其制备方法、电子设备 |
-
1989
- 1989-06-07 JP JP1145977A patent/JPH039552A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6270848B1 (en) | 1997-02-06 | 2001-08-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heat sink material for use with semiconductor component and method for fabricating the same, and semiconductor package using the same |
| US6031285A (en) * | 1997-08-19 | 2000-02-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heat sink for semiconductors and manufacturing process thereof |
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| US7402340B2 (en) | 2003-08-26 | 2008-07-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High thermal conductive element, method for manufacturing same, and heat radiating system |
| WO2021143674A1 (zh) * | 2020-01-14 | 2021-07-22 | 荣耀终端有限公司 | 移动终端、均热板及其制备方法、电子设备 |
| US12245402B2 (en) | 2020-01-14 | 2025-03-04 | Honor Device Co., Ltd. | Mobile terminal, vapor chamber and preparation method thereof, and electronic device |
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