(57)【要約】【課題】傷、欠け、ひび割れ等の損傷に対する強度を高めたグラフェンを積層した積層基板を提供する。【解決手段】複数のグラフェンを、その厚さ方向を積層方向として積層したグラフェン積層体基板において、前記積層方向に垂直な対向する面のそれぞれに、非晶質炭素膜または窒化ホウ素膜のいずれかが被覆層として設けられていることを特徴とするグラフェン積層体基板。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のグラフェンを、異方性を揃えその厚さ方向を積層方向として積層したグラフェン積層体基板において、
前記積層方向に垂直な対向する面のそれぞれに、非晶質炭素膜または窒化ホウ素膜のいずれかが被覆層として設けられていることを特徴とするグラフェン積層体基板。
【請求項２】
前記積層方向に垂直な対向する面に垂直な面の少なくとも一部に、前記被覆層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のグラフェン積層体基板。
【請求項３】
前記被覆層の層厚が０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のグラフェン積層体基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のグラフェン積層体基板の前記被覆層をＣＶＤ法またはＰＶＤ法のいずれかにより形成することを特徴とするグラフェン積層体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆層を有し、特に、放熱基板として用いられる炭素系材料基板（炭素系材料の積層基板）およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の消費電力の上昇による発熱量の増加、特に、ＭＯＳＦＥＴに代表されるパワー半導体の大電流対応による発熱量の増加により放熱器の高性能化が、また、パワー半導体の電気自動車等の車載向けの用途拡大により放熱器の一層の軽量化が、求められている。
【０００３】
この放熱器の材料として、Ｃｕ、Ａｌ等が従前より用いられているが、熱伝導特性の高いＣｕでも熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫ程度であり、前述の発熱量の増加を考慮すると、熱伝導率がより高い材料が求められている。
【０００４】
近年、熱伝導率が高く軽量な材料として、炭素系材料が注目されており、非特許文献１には、グラファイト材料等の炭素系材料の積層体が放熱器の材料として適用できる可能性が示されており、一方、炭素系材料の中でもグラフェンの熱伝導率が高いことも知られている（非特許文献２）。
【０００５】
すなわち、グラフェンは炭素原子が六角形格子構造に配列した、１原子の厚さのｓｐ2結合炭素原子からなるシート状物質であって、グラフェンはシート面に平行な向きに対して優れた電気伝導率、熱伝導率及び機械的強度を示す。また、グラフェン積層体とは、多数のグラフェンが、シート面が平行になるように積層された構造をもつ物体であり、積層方向に対して垂直な方向に関しては、グラフェンと同様に高い熱伝導率を示すことが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】大同大学  紀要  ５０巻（２０１４）ｐｐ１３３−１３７
【非特許文献２】日本真空学会誌（Ｊ．  Ｖａｃ．  Ｓｏｃ．  Ｊｐｎ．）  ５７巻（２０１４）ｐｐ４５７−４６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１では、グラファイト等の炭素系材料の積層体が放熱器の材料に適用できる可能性が示されている。しかし、グラファイト等の炭素系材料の積層体、特に、グラフェン積層体は、積層方向に対して垂直な方向の力に対しては高い強度を有するものの、積層方向に対して平行な方向の引張り力に対しては、層間剥離が起こりやすく、傷、欠け、ひび割れ等の損傷の発生が生じることがある。そのため、炭素系材料の積層体を放熱器材として用いるためには、この損傷に対して何らかの対策が必要である。
【０００８】
そこで、本発明は、傷、欠け、ひび割れ等の損傷に対する強度を高めた、すなわち、脆弱性を解消したグラフェンを積層した基板（グラフェン積層体基板という）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】
【０００９】
本発明者は、グラフェン積層体基板の脆弱性を解消し、傷、欠け、ひび割れなどの損傷しにくいグラフェン積層体基板を開発するために検討を行った。その結果、複数のグラフェンを、その厚さ方向を積層方向として積層したグラフェン積層体基板において、少なくとも、前記積層方向に垂直な対向する面のそれぞれ（以下、上下面ということがある）に、非晶質炭素膜、または、窒化ホウ素膜を設けることにより、グラフェン積層体基板の軽量性、熱伝導性を損なうことなくグラフェン積層体基板の傷、欠け、ひび割れなどの損傷に対する強度を高めることができることを知見した。
【００１０】
本発明は、前記知見に基づくものであって、
「（１）複数のグラフェンを、異方性を揃えその厚さ方向を積層方向として積層したグラフェン積層体基板において、
前記積層方向に垂直な対向する面のそれぞれに、非晶質炭素膜または窒化ホウ素膜のいずれかが被覆層として設けられていることを特徴とするグラフェン積層体基板。
（２）前記積層方向に垂直な対向する面に垂直な面の少なくとも一部に、前記被覆層がさらに設けられていることを特徴とする前記（１）に記載のグラフェン積層体基板。
（３）前記被覆層の層厚が０．１〜１００μｍであることを特徴とする前記（１）または（２）のいずれかに記載のグラフェン積層体基板。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載のグラフェン積層体基板の前記被覆層をＣＶＤ法またはＰＶＤ法のいずれかにより形成することを特徴とするグラフェン積層体基板の製造方法。」
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、グラフェン積層体基板の少なくとも上下面に軽量でかつ硬度、熱伝導性に優れる非晶質炭素膜、または、窒化ホウ素膜を被覆することによって、グラフェン積層体基板の特徴である軽量性、高熱伝導性を損なうことなく、グラフェン積層体基板の強度を高めるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】上下面に非晶質炭素膜、または窒化ホウ素膜コーティングを施したグラフェン積層体基板の模式図である。
【図２】上下面に加えて側面の全部または一部に非晶質炭素膜、または窒化ホウ素膜を設けたグラフェン積層体基板の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明のグラフェン積層体基板について、より詳細に説明する。
【００１４】
グラフェン積層体基板：
グラフェン積層体基板は、グラフェン単体、もしくはグラフェンが複数枚積層した薄片状の物質を厚さ方向に積層してグラフェン積層体基板を得る。グラフェン積層体基板の厚さは、例えば、１〜３０ｍｍが好ましい。その理由は、１ｍｍ未満であると、薄すぎて十分な放熱能力を有することができないことがあり、一方、３０ｍｍを超えると、基板が大型化してしまうことがあるためである。
【００１５】
非晶質炭素膜、または、窒化ホウ素膜：
炭素系材料基板の傷、欠け、ひび割れなどの損傷に対する強度を高めるために、図１に示すように、非晶質炭素膜、または、窒化ホウ素膜のいずれかを被覆層として、少なくとも、炭素系材料の積層方向に垂直な対向する面（上下面）に被覆する。
この被覆層の層厚は、０．１〜１００μｍ、さらには０．１〜１μｍが好ましい。その理由は、層厚が０．１μｍ未満であると、炭素系材料基板の強度を高める効果が得られず、一方、層厚が１００μｍを超えると、被覆層が剥離してしまい炭素系材料基板の強度を高めることができないだけでなく、剥離した被覆層が炭素系材料基板の損傷の原因になることもあるためである。
また、この被覆膜の形成手段は、１μｍ以下の層厚で形成する場合はＰＶＤによる成膜が、１μｍを超える層厚で形成する場合はＣＶＤによる成膜が好ましい。
【００１６】
また、図２に示すように、上下面に加えて、側面の一部にも非晶質炭素膜、または、窒化ホウ素膜のいずれかの被覆層が形成されてもよい。この場合には、上下面に加えて、側面にも被覆層が存在することによりグラフェン積層体基板の傷、欠け、ひび割れなどに対して、さらに強度が向上する。
【実施例】
【００１７】
次に、実施例について説明する。
【００１８】
本実施例では、グラフェン積層体基板の上下面に被覆層として非晶質炭素膜を形成した。グラフェン積層体基板の大きさは、３０ｍｍ（縦）×３ｍｍ（横）×１．５ｍｍ（厚さ）である。非晶質炭素膜の密着性を高めるため、炭素系材料基板は成膜前に−２５００Ｖのバイアス電圧を印加してＡｒボンバードを６０分間行うことで表面のクリーニングを行った。
【００１９】
次に、ＦＣＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｃａｔｈｏｄｅｉｃ  Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ）法によって非晶質炭素膜を成膜した。成膜条件として、バイアス電圧：−１００Ｖ、アーク電流：８０Ａ、成膜時間：８０分で成膜を行ったところ、グラフェン積層体に剥離がなく非晶質炭素膜を成膜することができた。膜厚を測定したところ、０．４μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のグラフェン積層体基板は、他の放熱材料と組み合わせて放熱効果を高める放熱ユニットなどに利用できる。
【図１】
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【図２】
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