(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結板と黒鉛板を密接するように金型内に配置した後、１１００℃以下の融点の金属又は合金の溶湯を注ぎ、１０ＭＰａ以上の圧力を加えて、金属又は合金を凝固鋳造し、セラミック焼結板と金属又は合金が含浸された黒鉛板の接合された部分をとりだすことを特徴とする電気絶縁性を有する放熱基板の製造方法。
【請求項２】
セラミック焼結板が、その電気比抵抗値が１×１０6Ω・ｃｍ以上である請求項１記載の放熱基板の製造方法。
【請求項３】
黒鉛板が、電極用黒鉛ブロックから切り出したもの、或いは人工黒鉛粉、天然黒鉛粉又は黒鉛繊維の１種以上のものから成形したものであって、黒鉛の体積率が６０％以上のものである請求項１又は２記載の放熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高温になると短寿命になったり、故障したりするＬＥＤパッケージ、高負荷半導体、高負荷コンデンサー、レンズ集光型太陽光発電素子の基板に好適なセラミックス焼結板と黒鉛および金属又は合金（以下金属）の組合せからなる放熱基板に関する。
【０００２】
黒鉛材料を含む黒鉛−金属複合体には、金属マトリックスと黒鉛粒子、又は黒鉛繊維を材料として、分散させた金属基複合材料や、押出成形体や冷間等方圧力成形体、金型にて一方向圧力による成形体より焼成してなる黒鉛成形体に金属を分散する黒鉛基金属複合材料が知られている。（特願平１１−３２１８２８、特願２００１−１３５５５１）
【０００３】
一方で黒鉛を含む複合体は熱拡散率が１．５〜３ｃｍ２／ｓｅｃと大きく、アルミニウムや銅、窒化アルミニウムなどといった伝熱媒体として通常多用されている材料の熱拡散率が０．７〜１．０ｃｍ２／ｓｅｃと比較すると、その熱拡散性能が卓越していることが知られている。
【０００４】
他方で、黒鉛を含む複合体は、優れた導電性を有するので、複合体の一方の表面に回路基板を形成する時、何らかの絶縁層を付加せねばならない。
【０００５】
黒鉛−金属複合体の一方の表面に絶縁性を付与する時、一旦は、黒鉛−金属複合体を所定形状に加工した後に、その表にメッキ処理などを施して、有機フィルムや、セラミック焼結体を接着剤やハンダ等により、接合して、絶縁層を形成する方法が、多く用いられている。これは、工程が多岐に亘るので、高価になってしまう。又、接着剤やハンダの使用は、熱伝導度を下げることになる。  
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は上記問題に鑑み、黒鉛−金属複合体の良好な熱拡散率を保持しつつ、セラミック焼結体を密接させて、１回の工程で電気絶縁被膜を具備した放熱基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、用いる材料の組合せを考案することにより、上記の目的を良好に達成しうる以下の要旨を有する本発明に到達した。
【０００８】
セラミック焼結板の種類としては、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ベリリア、マグネシア、マグネシア−アルミナスピネル、トリアなどの酸化物の他に、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物で電気比抵抗値が１×１０６Ω・ｃｍ以上のものである。
セラミック焼結板の大きさは、適宣、用途に応じて変わるが、厚さは薄い程良好で、０．０１ｍｍ〜１ｍｍのものが、工程中のハンドリングや、出来上がった放熱基板の電気絶縁性、熱拡散率の低下を防ぐために好ましい。
【０００９】
黒鉛の成形体としては、黒鉛電極のブロックから板状に切り出したもの、人工黒鉛の粉末、天然黒鉛の粉末、黒鉛繊維のチョップド化したものなど一種以上のものを混合して、板状にプレスしたものなどが好適で、冷間等方圧力成形体なども、用いることができる。これらの黒鉛は、その大きさは、適宣、用途に応じて変わるが、厚さは０．５ｍｍ〜１０ｍｍのものが、出来上がった放熱基板の熱拡散率の低下を防ぐために好ましい。
【００１０】
この発明に供される黒鉛は体積率が６０％以上のものが好ましく、良好な熱拡散率が期待できる。
【００１１】
セラミック板と接合し、黒鉛板とは複合される金属としてアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、銀、銀合金、亜鉛、亜鉛合金、錫、錫合金、金、金合金などの融点が１１００℃以下のものが利用できる。
【００１２】
セラミック焼結板（４）と黒鉛板（３）とを、例えば鉄製の治具（６）によって密接させて、金型（１）内に配置し、金属溶湯（５）を注ぎ、加圧パンチ（２）によって、溶湯を加圧し、金属凝固後、セラミック焼結板と黒鉛に金属含浸された複合体の接合された部分を切出して得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気絶縁性セラミックス板と、黒鉛−金属複合体の一体成形物は、優れた熱拡散性を有し、工程も非常に簡素で、経済性も高い。このものは、産業上では、ＬＥＤパッケージ、高負荷半導体、高負荷コンデンサー、レンズ集光型発電素子などに有用な基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
セラミック焼結板と黒鉛板が密接させた状態で、金属溶湯に１０ＭＰａ以上の圧力を加えて、凝固させて、電気絶縁性を有する放熱基板を得る。１０ＭＰａ以下の圧力では、セラミックの表面に金属が密着せず、目的を達し得ない。セラミックの表面に、金属を予め溶射しても良い。
【００１５】
セラミック焼結板の表面に何ら前処理しない場合、５０ＭＰａ以上の加圧をすれば、密着性は良好となる。
【００１６】
本発明に用いられる黒鉛板は、板厚方向に良好な熱拡散率を有するものが、好適である。そのため、黒鉛板としては、黒鉛電極に用いられるような押出材が好適であり、熱拡散率が２ｃｍ２／ｓｅｃ以上のものがより好まれる。この黒鉛の成分の一部として、針状黒鉛、黒鉛のチョップド繊維、天然黒鉛などを含む場合、熱拡散率の高いものが得られる。
【００１７】
本発明に用いられるセラミック焼結板は、その焼結板の熱拡散率の大きいものが、やはり好まれる。しかしながら、熱拡散率の低いセラミック焼結板でも、その厚さを小さくすれば、黒鉛−金属複合体の良好な熱拡散率を阻害する要因を小さくすることができる。逆に熱拡散率の低いセラミック焼結板の場合、黒鉛一金属複合体の部分の厚さを増すことにより、電気絶縁性を有する放熱基板の良好な性質を持つものを得ることができる。
【００１８】
本発明に用いられるセラミック焼結板の種類として、酸化物系のものは概して、熱拡散率が低く、好ましくはないが、電気絶縁性は優れているので、板厚を薄くして使用すればよいが、０．０１ｍｍ以下では、ハンドリングに困難をきたすので好ましくない。
窒化物系は、熱拡散率が酸化物系より高いので、１ｍｍ程度の板厚でも、放熱基板としての性能は優れたものが得られる。
【００１９】
本発明に用いられる金属として、融点として、１１００℃以下の金属ならば良いが、それは、金型が鉄性を用いることに由来する。又、経済性の面から、一般に安価で融点の低いものの方が、好まれる。鋳造時のハンドリングの良さなどから、アルミニウム、アルミニウム合金などが好適な金属である。
【００２０】
以下、本発明を実施例により、具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
体積率８５％の電極用黒鉛ブロックの押出材の押出方向に直角に２ｍｍの厚さで切り出し、１２０ｍｍ×６０ｍｍのものを得た。このものの熱拡散率は、２．３ｃｍ２／ｓｅｃであった。一方で、セラミックス焼結体として、窒化アルミニウムを厚さ０．４ｍｍで１２０ｍｍ×６０ｍｍのものを図−１のように鉄製補助治具で密接することにした。この時の窒化アルミニウムの熱拡散率は０．８ｃｍ２／ｓｃｅであった。
【００２２】
このようにして、組立したものを図−１のように金型内に配置し、ＪＩＳ−ＡＣ３Ａ溶湯を７００℃で注ぎ、加圧パンチにて、８０ＭＰａで鋳造凝固後、セラミック焼結板と黒鉛板の部分を採り出した。黒鉛にはＡＣ３Ａのアルミニウム合金が、その空隙に浸漬しており、セラミック焼結板には密に接合していた。
【００２３】
以上のようにして得られた電気絶縁性を有する放熱基板の熱拡散率は、２．１ｃｍ２／ｓｅｃであった。又、セラミック焼結板と黒鉛一金属複合体の接合強度は、４５ＭＰａ以上であった。このものは５５Ｗの出力を有する高負荷半導体の基板として、充分な絶縁特性と、放熱特性を有していた。
【実施例２】
【００２４】
ピッチ系炭素繊維の黒鉛化したものを長さ１ｍｍ（平均）に切断したものを体積で３０％含む黒鉛の押出成形体を得た。このものを押出方向と直角に切り出して、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３ｍｍ厚さのものを得た。このものの熱拡散率は２．６ｃｍ２／ｓｅｃであった。
【００２５】
一方で窒化珪素焼結板を１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．２ｍｍ厚さのもので、この熱拡散率は０．５ｃｍ２／ｓｅｃであり、これを実施例１と同様に、鋳造処理して、電気絶縁性を有する放熱基板を得た。このものの熱拡散率は、２．１ｃｍ２／ｓｅｃであった。
【実施例３】
【００２６】
実施例２と同様にして、アルミナ焼結板を厚さ０．０５ｍｍのもので行った。この時に利用したアルミナの熱拡散率は０．０８ｃｍ２／ｓｅｃであった。得られた電気絶縁性を有する放熱基板の熱拡散率は、２．１ｃｍ２／ｓｅｃであった。
【００２７】
実施例２と実施例３で得られた放熱基板をレンズ集光型太陽光発電機のシリコンチップの基板として、用いたところ、シリコンチップの温度を８０℃以下に保持できた。
【比較例１】
【００２８】
実施例１の黒鉛一金属複合体部のみを採り出して、これにＮｉメッキを５μｍ施して、その後、銅−銀−亜鉛からなるハンダを片面のみ塗布し、それに、やはり実施例1と同じサイズの窒化アルミニウム板を接合した。このものの接合強度は、２８ＭＰａで、熱拡散率は、１．４ｃｍ２／ｓｅｃであった。
【００２９】
このようにして得られたものは、本発明の実施例１に比較すると、強度、熱拡散率の両面で劣り、かつ、工程がメッキ工程、ハンダ工程、接合工程が必要で、コスト的に大きな差異となって来て、経済的に不利であった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の電気絶縁性セラミックス板と、黒鉛−金属複合体の一体成形物は、優れた熱拡散性を有し、工程も非常に簡素で、経済性も高い。このものは、産業上では、ＬＥＤパッケージ、高負荷半導体、高負荷コンデンサー、レンズ集光型発電素子などに有用な基板となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図−１】セラミック板と黒鉛板を隣接して配置し、金属溶湯を加えて、加圧鋳造する工程。
【符号の説明】
【００３２】
１．      
金型
２．      
加圧パンチ
３．      
電気絶縁性セラミック板
４．      
黒鉛板
５．      
金属溶湯
６．      
補助治具
【図−１】
0005467782.tif 000002