(57)【要約】  【課題】  放熱特性に優れた放熱板およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置を提供する。  【解決手段】  ガラス成分を含むセラミック焼結体からなり、該セラミック焼結体は、発熱体の搭載部を有するとともに、該搭載部における前記発熱体との対向領域の少なくとも一部に、前記搭載部以外の第２の領域よりガラス成分が少ない第１の領域を備えている放熱板である。第２の領域の存在により、機械的特性を維持しつつ、第１の領域における発熱体の動作時に生じる熱の伝わり方が速く、熱を引き出しやすいため、放熱特性に優れた放熱板とすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス成分を含むセラミック焼結体からなり、該セラミック焼結体は、発熱体の搭載部を有するとともに、該搭載部における前記発熱体との対向領域の少なくとも一部に、前記搭載部以外の第２の領域よりガラス成分が少ない第１の領域を備えていることを特徴とする放熱板。
【請求項２】
前記搭載部が凹部からなり、該凹部における前記発熱体との対向領域の少なくとも１面が、前記第１の領域で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
【請求項３】
前記セラミック焼結体が、アルミナ質焼結体からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放熱板。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の放熱板に、前記発熱体として電子部品を搭載していることを特徴とする電子装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子装置を備えていることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱板およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビなどの画像表示装置内において、半導体素子など各種の電子部品が、セラミックス等からなる部材に実装されて用いられている。このような部材には、電子部品の動作時に生じる熱を逃がすべく、優れた放熱特性を有していることが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、発熱素子の温度を下げるために用いるセラミック放熱モジュールであって、前記セラミック放熱モジュールが、セラミック放熱モジュール本体を含み、そのうち前記セラミック放熱モジュール本体の組成が実質上重量百分率70％以上の酸化アルミニウムを含むセラミック放熱モジュールが提案されている。そして、一実施例として、含有量が、酸化アルミニウムが81.1％、二酸化珪素が12.8％、三酸化鉄が0.33％、二酸化チタンが0.18％、酸化カルシウムが0.37％、酸化マグネシウムが0.55％、酸化ナトリウムが0.24％、酸化カリウムが0.17％、酸化バリウムが3.77％であるとき、熱伝導率が10.47Ｗ／ｍ・Ｋであることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012−222339号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１におけるセラミック放熱モジュールは、セラミック放熱モジュール本体（自体）の熱伝導率が約10Ｗ／ｍ・Ｋと低いため、単なる平板状等では十分な放熱性が得られない。そのため、優れた放熱性を有するものとするためには、複数のフィン等を立設するなど形状による放熱特性の向上が必要となる。しかしながら、複数のフィン等を立設したときには、画像表示装置の薄型化やコンパクト化が図ることができない。そのため、電子部品を実装する部材自体には、機械的特性を維持しつつ放熱特性に優れていることが求められている。さらには、画像表示装置の薄型化やコンパクト化にも応えられることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、機械的特性を維持しつつ放熱特性に優れた放熱板およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の放熱板は、ガラス成分を含むセラミック焼結体からなり、該セラミック焼結体は、発熱体の搭載部を有するとともに、該搭載部における前記発熱体との対向領域の少なくとも一部に、前記搭載部以外の第２の領域よりガラス成分が少ない第１の領域を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の電子装置は、上記構成の放熱板に前記発熱体として電子部品を搭載していることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の画像表示装置は、上記構成の電子装置を備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の放熱板は、第２の領域の存在により、機械的特性を維持しつつ、第１の領域における発熱体の動作時に生じる熱の伝わり方が速く、熱を引き出しやすいため、放熱特性に優れた放熱板とすることができる。
【００１１】
また、本発明の電子装置は、上記構成の放熱板に発熱体として電子部品を搭載していることから、放熱板の優れた放熱特性により、電子部品の有する特性を十分に発揮することができるとともに、信頼性の高い電子装置とすることができる。
【００１２】
また、本発明の画像表示装置は、上記構成の電子装置を備えていることから、画像表示装置としても信頼性が高い。また、放熱板自体の放熱特性が高いものであることから、薄型化やコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の放熱板の一例を示す斜視図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。（ｃ）は、（ａ）の放熱板に電子部品を搭載した電子装置の斜視図である。
【図２】本実施形態の放熱板における搭載部の一部の断面を拡大した一例を示す模式図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。
【図３】本実施形態の放熱板における搭載部の一部の断面を拡大した他の例を示す模式図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。
【図４】本実施形態の放熱板が積層体からなるときの一例を示す斜視図である。
【図５】電子装置の搭載部分のみ透過して示す、本実施形態の画像表示装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態の放熱板およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置について説明する。図１は、本実施形態の放熱板の一例を示す斜視図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。また、（ｃ）は、（ａ）の放熱板に電子部品を搭載した電子装置の斜視図である。
【００１５】
本実施形態の放熱板１，２は、ガラス成分を含むセラミック焼結体からなり、セラミック焼結体は、発熱体の搭載部を有するとともに、搭載部における発熱体との対向領域の少なくとも一部に、搭載部以外の第２の領域よりガラス成分が少ない第１の領域を備えている。ここで、搭載部における発熱体との対向領域とは、図１（ａ）によれば、主面１ａ上の破線で囲まれた領域であり、図１（ｂ）によれば、キャビティ４内の底面４ａおよび側面４ｂのことである。
【００１６】
そして、第１の領域とは、搭載部における発熱体との対向領域において、搭載部以外の領域（第２の領域）よりガラス成分が少ない領域のことである。なお、ガラス成分量の比較は、表面分析により、まず、搭載部以外の第２の領域におけるガラス成分量を確認する。次に、搭載部における発熱体との対向領域において確認し、この対向領域に、搭載部以外の第２の領域よりガラス成分の少ない領域があればよい。なお、波長分散型Ｘ線分析装置（ＥＰＭＡ）を用いたマッピングにより確認してもよい。
【００１７】
そして、図１（ｃ）に示すように、本実施形態の電子装置10は、放熱基板１に、発熱体として電子部品５が実装されて搭載されてなるものである。また、放熱基板２におけるキャビティ４に電子装置５が実装されて搭載されてなるものも本実施形態の電子装置である
。また、キャビティ４を有しているときには、電子部品５を組み込んだ状態での低背化を図ることができる。
【００１８】
ここで、電子部品５とは、半導体素子、発光素子、抵抗、コンデンサ、インダクタンスおよびスイッチング電源を含み、さらに、トランス、リレー、電動機などをも含むものである。
【００１９】
図２は、本実施形態の放熱板における搭載部の一部の断面を拡大した一例を示す模式図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。なお、図２においては、発熱体として電子部品５を搭載した例を示している。ここで、本実施形態の放熱板１，２に搭載される電子部品５は、接合材６を介して接合されるものである。
【００２０】
ここで、接合材６とは、金属ろう材、はんだ、熱硬化性樹脂接着材、グリースおよび両面接着テープのいずれかからなるものであり、第１の領域におけるセラミック粒子８が凹凸状態であっても、空気を介在させず熱伝導性を低下させずに強固に電子部品５を接合させるには、一旦溶融させて固化させる金属ろう材や熱硬化性樹脂接着剤であることが好ましい。また、熱硬化性樹脂接着剤に、熱伝導性を向上させるために金属フィラーや無機フィラーを含有させてもよい。
【００２１】
そして、本実施形態の放熱基板１，２は、図２の模式図に示すように、セラミック粒子８と、ガラス成分９とを有しており、搭載部における電子部品５との対向領域の少なくとも一部に、搭載部以外の第２の領域よりもガラス成分９が少ない第１の領域を備えている。具体的には、（ａ）において主面１ａの一点鎖線で囲まれた部分が第１の領域にあたり、（ｂ）においては、側面４ｂの一点鎖線で囲まれた部分が第１の領域にあたり、第１の領域においては、搭載部以外の第２の領域よりもガラス成分９が少ないことから、主にセラミック粒子８が接合材６と接することとなる。
【００２２】
このような構成からなる本実施形態の放熱板１，２は、第２の領域の存在により、機械的特性を維持しつつ、第１の領域を備えていることにより、主にガラス成分９よりも熱伝導率の高いセラミック粒子８が接合材６と接することとなり、第１の領域における電子部品５の動作時に生じる熱の伝わり方が速く、熱を引き出しやすいため、放熱特性に優れた放熱板１，２とすることができる。
【００２３】
なお、第１の領域は、主面１ａおよび側面４ｂの表面から法線方向（接合材６から遠のく方向）において４μｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、第１の領域におけるセラミック粒子８が脱落するおそれが少なく、機械的特性を低下させるおそれが少ないため、優れた放熱特性を発揮することができる。
【００２４】
また、別の視点によれば、これらの模式図に示すような断面において、第１の領域におけるガラス成分９の面積占有率が10〜30％であることが好ましい。この範囲内であることにより、セラミック粒子８が脱落するおそれが少ないため、機械的特性を低下させることなく優れた放熱特性を発揮することができる。
【００２５】
そして、これらの模式図に示すように、第１の領域である一点鎖線で囲まれた部分以外は、搭載部以外の第２の領域であり、このような断面において、ガラス成分９の面積を確認することによっても、第１の領域の存在を知ることができる。
【００２６】
また、放熱板２に示すように、搭載部がキャビティ４（凹部）からなり、キャビティ４における発熱体との対向領域の少なくとも１面、すなわち、底面４ａおよび４つの側面４
ｂの少なくとも１面が、第１の領域で形成されていることが好ましい。このように、発熱体との対向領域における第１の領域の占有面積が増えることにより、さらに、放熱特性に優れた放熱板２とすることができる。
【００２７】
さらに、上述した優れた放熱特性を有する放熱板１，２とするには、電子部品５との対向領域のすべてが、第１の領域で形成されていることが好ましい。これにより、第１の領域における電子部品５の動作時に生じる熱の伝わりがさらに速くなり、第１の領域から放熱板１，２全体に熱が拡散されるため、さらに放熱特性に優れた放熱板１，２とすることができる。
【００２８】
図３は、本実施形態の放熱板における搭載部の一部の断面を拡大した他の例を示す模式図であり、（ａ）は平板状の放熱板であり、（ｂ）はキャビティを有する放熱板である。なお、図３においても、発熱体として電子部品５を搭載した例を示している。ここで、一点鎖線で囲む領域に示したのは、レーザ照射によってガラス成分９が昇華し、セラミック粒子８が溶解したあとに固化（以下、溶融固化部と記載する。）しているものであり、この溶融固化部は、第１の領域に相当するものである。なお、図３においては、図２との差異を明確にすべく、放熱板の符号には「’」を付す。
【００２９】
図３に示す放熱板１’，２’のように、第１の領域が溶融固化部からなるときには、図２に示す放熱板１，２よりもガラス成分９が少ないため、図２に示す放熱板１，２よりも優れた放熱特性を有することができる。また、この溶融固化部の表面は、滑らかであることから、接合材６との間に空気が介在するおそれが少ないことも放熱特性の向上に寄与している。
【００３０】
次に、図４は、本実施形態の放熱板が積層体からなるときの一例を示す斜視図である。図４に示すように、本実施形態の放熱３は、複数の部材の積層体からなるものであってもよい。このような構成は、特に、底面４ａに第１の領域を備えたキャビティ４の形成を容易にする点で有効である。
【００３１】
次に、本実施形態の放熱板等の材質に関して説明する、なお、以下の記載において、図１〜図４の放熱板に共通するときには放熱板には符号は付さず、固有のものである場合のみそれぞれの符号を付して説明する。放熱板となるセラミック焼結体は、例えば、アルミナ質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体および窒化アルミニウム質焼結体から選択される少なくとも一種からなる。ここで、「アルミナ質焼結体」とは、セラミック焼結体を構成する全成分のうち50質量％以上をアルミナが占有する焼結体のことである。
【００３２】
また、ガラス成分９とは、放熱板を構成するセラミックスの主成分よりも熱伝導率が低いものであり、例えば、酸化珪素、酸化ホウ素、五酸化リンから選択される少なくとも１種を主成分とするものである。なお、前述した成分以外に、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化テルル、五酸化バナジウム等を含むものであってもよい。また、ガラス成分９は、放熱板を構成するセラミックスの主成分より融点も低いことが好ましい。本実施形態におけるガラス成分とは、放熱板を構成するセラミックス材料の焼結助剤として添加されるものである。
【００３３】
そして、本実施形態の放熱板においては、セラミック焼結体がアルミナ質焼結体からなることが好ましい。それは、アルミナ質焼結体が、セラミック材料の中でも熱伝導率が高く、電磁波の輻射による電子部品５の障害を抑制でき、さらに、原料代を含め製造コストが安価であることによる。
【００３４】
そして、アルミナ質焼結体には、焼結性を高め、かつ、粒成長を抑制し強度を高めるために添加する焼結助剤としては、酸化珪素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムなどを添加すればよい。なお、アルミナ質焼結体からなる放熱板のアルミナ含有量は、93〜99.8質量％が好ましく、熱伝導率はアルミナ含有量に相関し、93質量％で約16Ｗ／ｍ・Ｋ、96質量％で約24Ｗ／ｍ・Ｋ、99.6質量％で約32Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる。また、アルミナ質焼結体に酸化ジルコニウムを適宜添加してもよい。酸化ジルコニウムを含有するアルミナ質焼結体であれば、厚みを薄くしても高い機械的特性を有する放熱板１とすることができる。
【００３５】
そして、本実施形態の電子装置10は、本実施形態の放熱板に電子部品５を搭載してなるものであることから、本実施形態の放熱板の優れた放熱特性により、電子部品５が有する特性を十分に発揮することができるとともに、信頼性の高い電子装置10とすることができる。なお、本実施形態の電子装置10とは、本実施形態の放熱板に、発熱体として電子部品が搭載されていることを要件とするものであるため、図１（ｃ）に示す構成に限定されるものではない。
【００３６】
次に、図５は、電子装置の搭載部分のみ透過して示す、本実施形態の画像表示装置の一例を示す概略図である。
【００３７】
本実施形態の画像表示装置20は、本実施形態の放熱板に電子部品５を搭載した電子装置10を備えている。このように、本実施形態の画像表示装置20は、信頼性の高い電子装置10を搭載しているため、画像表示装置20も高い信頼性を有する。また、ファンやヒートパイプなどの強制冷却機能を付加せずとも、放熱板自体の放熱特性が高いものであることから、画像表示装置の薄型化やコンパクト化を図ることができる。
【００３８】
次に、本実施形態の放熱板の製造方法の一例を説明する。
【００３９】
まず、セラミック焼結体の含有量が、アルミナで96質量％、酸化珪素で３質量％、残部が酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムとなるように、各種粉末を用いて秤量して出発原料とする。
【００４０】
次に、この出発原料に溶媒を加えてスラリーとした後、ドクターブレード法によりグリーンシートを形成する。そして、金型を用いてグリーンシートをプレス成型することにより成形体を得る。その後、成形体を連続炉またはバッチ炉を用いて、最高温度が約1400〜1600℃の大気雰囲気で焼成することによりセラミック焼結体を得る。なお、成形方法として、公知の粉末プレス成形、押出成形等を用いてもよく、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）後に、切削加工を施すものであってもよい。
【００４１】
次に、第１の領域の形成方法の一例について説明する。
【００４２】
得られたセラミック焼結体において、搭載部における発熱体との対向領域の少なくとも一部が露出するようにマスキングを施した後、水により希釈した５〜30％程度の濃度のフッ化水素酸溶液に30分程度浸漬する。これにより、マスキングを施していない部分は、マスキングを施した部分（搭載部以外の領域）よりガラス成分９が少なくなり、このマスキングを施していない部分が第１の領域となり、本実施形態の放熱板を得ることができる。このとき、上述した方法における第１の領域の法線方向の深さは約１μｍ程度となる。
【００４３】
なお、第１の領域における法線方向の深さは、フッ化水素酸溶液の希釈割合、浸漬時間や溶液の温度の調整によって任意の深さの第１の領域とすることができる。
【００４４】
次に、第１の領域の形成方法の他の例について説明する。
【００４５】
得られたセラミック焼結体において、搭載部における発熱体との対向領域の少なくとも一部にレーザ光を照射する。ここで、レーザの種類としては、公知のＣＯ２レーザやＹＡＧなどのＬＤ励起固体レーザ、エキシマレーザが挙げられる。なお、高出力を得るためにはＣＯ２レーザが好ましい。
【００４６】
ここで、セラミック焼結体が上述した製造方法によって得られたアルミナ質焼結体からなるものであるとき、セラミック粒子８がアルミナであり、ガラス成分９が酸化珪素であるが、搭載部における発熱体との対向領域の少なくとも一部に、アルミナの融点（約2050℃）以上で沸点（約2980℃）以下のレーザ光を照射すれば、ガラス成分９である酸化珪素（沸点約1880℃）は昇華され、アルミナは溶融する。そして、冷却に伴って溶融したアルミナは固化し、溶融固化部が形成される。そして、この溶融固化部が、第１の領域となり、本実施形態の放熱板を得ることができる。このとき、上述した方法における第１の領域の法線方向の深さは約２μｍ程度となる。
【００４７】
なお、レーザの照射条件としては、例えば、発信周波数1.333ｋＨＺ、パルス周期50μ
ｓｅｃ．、ＯＮ信号時間173μｓｅｃ．、加工速度10ｍ／分以下とすればよい。また、第
１の領域が広いときには、発信周波数を低く、ＯＮ信号時間を長く、加工速度を遅くすればよい。
【００４８】
そして、このようにして得られた本実施形態の放熱板は、第２の領域の存在により、機械的特性を維持しつつ、第１の領域における発熱体の動作時に生じる熱の伝わり方が速く、熱を引き出しやすいため、放熱特性に優れた放熱板とすることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１，２，３：放熱板
Ａ：搭載部
４：キャビティ
５：電子部品
６：接合材
７：接合部
８：セラミック粒子
９：ガラス成分
10：電子装置
20：画像表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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