(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結体からなり、一方の主面に接合層を介して電子部品が搭載される第１の領域を有する放熱部材であって、前記第１の領域におけるうねり曲線が、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上であり、うねり曲線要素の高さの最大値が１５μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする放熱部材。
【請求項２】
前記主面が、前記第１の領域と該第１の領域以外の第２の領域とを有し、前記主面におけるうねり曲線において、前記第２の領域の幅における６０％以上が、前記主面におけるうねり曲線の平均線よりも山側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
【請求項３】
前記セラミック焼結体の他方の面にフィンを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放熱部材。
【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部材に電子部品が搭載されてな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な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、放熱部材およびこの放熱部材に電子部品を搭載してなる電子装置ならびにこの電子装置を備えてなる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は、ＬＥＤや高周波回路部品など各種の電子部品が実装された電子装置が用いられているが、高性能化に応えることのできる電子部品は動作時に大量の熱を発生する。この発生した大量の熱は、電子部品の動作不良や性能の低下など、特性の発揮の妨げとなるものであることから、電子部品は、動作時に発生した熱を逃がす機能を有する放熱部材上に搭載されている。そして、このような放熱部材としてセラミック焼結体が用いられている。
【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】
しかしながら、電子部品の高出力化や高密度実装が進む今日において、放熱部材には電子部品との密着強度が高いとともに放熱特性に優れてい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、電子部品との密着強度を高めることができるとともに放熱特性に優れた放熱部材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】
本発明の放熱部材は、セラミック焼結体からなり、一方の主面に接合層を介して電子部品が搭載される第１の領域を有する放熱部材であって、前記第１の領域におけるうねり曲線が、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上であり、うねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の放熱部材に電子部品が搭載されてな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、上記構成の本発明の電子装置を備えてなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の放熱部材によれば、電子部品との密着強度を高めることができるとともに放熱特性に優れている。
【００１１】
また、本発明の電子装置によれば、上記構成の本発明の放熱部材に電子部品が搭載され
てなることから、高い密着性により信頼性が向上し、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。
【００１２】
また、本発明の画像表示装置によれば、信頼性が高く、電子部品の有する特性を十分に発揮できる本発明の電子装置を備えてなることから、長期間にわたって使用可能な高い信頼性と優れた性能とを兼ね備えた画像表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）における接合部を拡大した模式図である。
【図２】本実施形態の電子装置の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態の画像表示装置の一例であり、画像表示側から見たときの電子装置の搭載部分のみ透過して示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態の放熱部材およびこの放熱部材に電子部品が搭載されてなる電子装置ならびにこの電子装置を備えてなる画像表示装置について説明する。図１は、本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）における接合部を拡大した模試図である。
【００１５】
まず、本実施形態の放熱部材１について説明する。本実施形態の放熱部材１は、セラミック焼結体からなり、一方の主面１ａに接合層２を介して電子部品３が搭載される第１の領域Ａを有し、第１の領域Ａにおけるうねり曲線が、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上であり、うねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下であることを特徴としている。
【００１６】
なお、図１（ｂ）に示すように、セラミック焼結体の一方の主面１ａにおいて、第１の領域Ａ以外は、第２の領域Ｂである。すなわち、放熱部材１（セラミック焼結体）を平面視したとき、電子部品３が中央部に搭載されるものであるとき、電子部品３が搭載される中央部が第１の領域Ａであり、中央部以外の周辺部は第２の領域Ｂということである。
【００１７】
そして、第１の領域Ａにおけるうねり曲線とは、評価長さが第１の領域Ａというだけであって、うねり曲線自体は、ＪＩＳ  Ｂ0601：2013に準拠するものであり、断面曲線にカットオフ値λｆおよびλｃの輪郭曲線フィルタを順次適用することによって得られる輪郭曲線のことである。
【００１８】
また、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍとは、うねり曲線の横方向のパラメータの１つであり、平均線Ｃよりも上側の部分である山とそれに隣り合う平均線Ｃよりも下側の部分である谷からなる曲線部分の長さ（図１（ｂ）に示すＸＳ）の基準長さにおける平均値のことである。
【００１９】
また、うねり曲線要素の高さの最大値とは、基準長さにおいて、山とそれに隣り合う谷からなる曲線部分における高さ（図１（ｂ）に示すＺｔ）の値の最大値のことである。すなわち、第１の領域Ａにおいて、最も大きいうねりの高さの値のことである。
【００２０】
また、電子部品３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。
【００２１】
そして、本実施形態の放熱部材１は、第１の領域Ａにおけるうねり曲線が、うねり曲線
要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上であり、うねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下であることから、電子部品３との密着強度が高いとともに放熱特性に優れている。
【００２２】
本実施形態の放熱部材１が、密着強度が高いのは、第１の領域Ａがうねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上、かつうねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下のうねりを有していることによるアンカー効果と、第１の領域Ａがうねりを有しているものの、うねりの谷底まで十分に接合層となる接合剤が入り込んで空隙を生じることが少なく、セラミック焼結体と接合層との接合面積が大きくなっているからである。
【００２３】
また、本実施形態の放熱部材１が、放熱特性に優れているのは、第１の領域Ａがうねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上、かつうねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下のうねりを有していることで、電子部品３の動作時に生じる熱を受けるセラミック焼結体の第１の領域Ａの表面積が大きくなっており、接合層となる接合剤が、うねりの谷底まで十分に入り込んで空隙を生じることが少ないからである。
【００２４】
これに対し、うねり曲線要素の平均長さが３ｍｍ未満やうねり曲線要素の高さの最大値が60μｍを超えると、接合層２となる接合剤が谷底にまで十分に入り込むことができず、セラミック焼結体と接合層の間に空隙が生じ、密着強度や放熱特性の低下を招きやすくなる。また、うねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ未満では、密着強度の向上を図りにくい。
【００２５】
なお、具体的な測定方法としては、表面形状測定器（例えば、（株）東京精密社製  ＳＵＲＦＣＯＭ  130Ａ）を用い、評価長さを第１の領域Ａとし、カットオフ波長：0.8ｍｍ、測定レンジ：±400μｍ、測定速度：6.0ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：２ＲＣ（位相非補償）、傾斜補正：両端補正の測定条件で測定する。
【００２６】
本実施形態の放熱部材１において、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍの上限を設けていないが、７ｍｍ以下とすることが好適である。また、うねり曲線要素の高さの最大値は、20μｍ以上40μｍ以下であることが好適である。
【００２７】
そして、本実施形態の電子装置10は、本実施形態の放熱部材１が、電子部品３との密着強度が高い、すなわち密着性に優れていることから信頼性を向上させることができる。また、電子部品３の動作時における放熱特性に優れていることから、電子部品３の有する特性を十分に発揮することができる。また、電子部品３の動作時に生じる熱によって電子部品３が脱落するおそれが少ないという点においても信頼性を高めることができる。電子装置10の具体例としては、ＬＥＤバックライトユニット、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＤ／ＡＤコンバータなどが挙げられる。
【００２８】
また、本実施形態の放熱部材１は、主面１ａにおけるうねり曲線において、第２の領域Ｂの60％以上が、主面１ａにおけるうねり曲線の平均線よりも山側に位置していることが好適である。なお、主面１ａにおけるうねり曲線とは、第１の領域Ａおよび第２の領域Ｂを含む主面１ａを評価長さにするということである。
【００２９】
また、第２の領域Ｂの60％以上が、主面１ａにおけるうねり曲線の平均線よりも山側に位置しているとは、主面１ａにおけるうねり曲線において、平均線を基に山と谷を明確にし、第２の領域Ｂにおける平均線の長さを分母とし、平均線の中で山の部分にあたる平均線の長さを分子として百分率で示すものである。なお、第２の領域Ｂにおける平均線の長さは、山の部分にあたる平均線の長さと谷の部分にあたる平均線の長さの和であることは言うまでもない。
【００３０】
そして、主面１ａにおけるうねり曲線で見たとき、第２の領域Ｂの60％以上が、主面１ａにおけるうねり曲線の平均線よりも山側に位置しているときには、主面１ａにおいて、第２の領域Ｂは電子部品３が搭載される第１の領域Ａよりも盛り上がっている状態であることから、放熱部材１の第２の領域Ｂにおける体積が大きくなるため、放熱特性が向上する。
【００３１】
図２は、本実施形態の電子装置の他の例を示す概略断面図である。図２に示す例の電子装置10’は、セラミック焼結体の他方の面にフィン４を備えている。このように、放熱部材１’がフィン４を備えているときには、主面側に配置にされる電子部品３’の動作時に生じる熱は、主面を介して各フィン４に熱が伝達され、各フィン４から熱が放射されることから、さらに放熱特性が向上する。
【００３２】
また、図２に示す電子装置10’において、ファンや圧縮ポンプ等を用いて、空気などの気体または水などの液体からなる流体の循環を行なえば、さらに放熱特性を高められることは言うまでもない。
【００３３】
図３は、本実施形態の画像表示装置の一例であり、画像表示側から見たときの電子装置の搭載部分のみ透過して示す概略図である。
【００３４】
本実施形態の画像表示装置20は、本実施形態の放熱部材１，１’に電子部品３，３’が搭載された電子装置10，10’を備えている。なお、図示していないが、画像表示装置は、画像パネルユニット、画像パネルユニットに光を照射するバックライトユニット等を備えていることは言うまでもない。
【００３５】
そして、本実施形態の画像表示装置20は、本実施形態の放熱部材１，１’に電子部品３，３’を搭載した本実施形態の電子装置10,10’を備えてなることから、電子部品３，３
’との密着強度が高いとともに、電子部品３，３’の動作時における放熱特性に優れており、電子部品３，３’の有する特性を十分に発揮できるものであるため、長期間にわたって使用可能な高い信頼性と優れた性能とを兼ね備えた画像表示装置20とすることができる。
【００３６】
次に、本実施形態の放熱部材の製造方法の一例を説明する。
【００３７】
放熱部材となるセラミック焼結体としては、熱伝導性や耐熱性などの熱特性の観点から、主成分が、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸化アルミニウムから選択されるセラミックスであることが好適である。なお、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference:電磁波障害）対策および製造コストの観点から考慮すれば酸化アルミニウムを主成分とすることが好適である。そのため、以下においては、放熱部材が酸化アルミニウム質焼結体からなる製造方法を説明する。
【００３８】
まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、焼結助剤、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）と、バインダと、溶媒とを秤量する。なお、アルミナの含有量が高い方が、熱伝導率が高い傾向にあることから、アルミナと焼結助剤との質量の合計100質量％のうち、アルミナが93〜99.8質量％となるように秤量することが好適で
ある。また、焼結助剤として、マグネシアやカルシアと記載したが、水酸化マグネシウムや炭酸カルシウム等も用いることができる。
【００３９】
そして、これらを調合してスラリーとした後、公知のドクターブレード法やロールコンパクション法でセラミックグリーンシートを形成し、本実施形態の放熱部材の表面性状を
転写可能な金型を用いて成形する。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焼結体を得る。なお、成形後に切削加工を施したり、焼成後に研削加工を施したりして、本実施形態の表面性状を有する放熱部材としてもよい。また、坏土を用いた押出成形により成形体を得てもよい。
【００４０】
次に、フィンを備えた放熱部材を作製するには、アルミナ、焼結助剤、バインダ、分散剤、潤滑材および溶媒を秤量し、攪拌混合機にて所定時間攪拌・混合し、さらにこれをニーダー混練機により所定時間混練して坏土とする。得られた坏土を押出成形機に投入し、本実施形態の表面性状を有する放熱部材となる成形体を得ることができる金型を通過させて成形体を得る。その後、成形体を連続炉またはバッチ炉を用いて、大気雰囲気において約1400〜1600℃の最高温度で焼成することにより焼結体を得る。なお、成形後に切削加工を施したり、焼成後に研削加工を施したりして、本実施形態の表面性状を有する放熱部材としてもよい。
【００４１】
そのため、フィンを備えた放熱部材の成形方法として、スラリーから顆粒を作製した後、粉末プレス法を用いたり、冷間静水圧成形法（ＣＩＰ）を用いたりすることもできる。
【００４２】
次に、放熱部材と電子部品との接合に関して説明する。
【００４３】
まず、接合剤を用意する。なお、本実施形態において、接合剤としては、両面テープ、接着剤、ろう材を用いることができる。そして、接合の目的や発揮すべき特性等に合わせて接合剤を選択すればよい。なお、以下においては、両面テープを例に説明する。
【００４４】
両面テープとしては、例えば、粘着性付与材を含有したアクリル系樹脂を用いることができる。また、熱伝導性を高めるには、アクリル系樹脂に、さらに金属フィラーやセラミックフィラーを含有させればよい。
【００４５】
そして、放熱部材の主面における第１の領域または電子部品の少なくともいずれかに両面テープを貼り、両部材を合わせることで、放熱部材と電子部品とを接合することができる。このように、放熱部材に電子部品を搭載することで、本実施形態の電子装置とすることができる。
【００４６】
また、本実施形態の画像表示装置は、本実施形態の電子装置をキャビネット等に取りつけて画像表示装置内に備えればよい。
【実施例１】
【００４７】
以下、本実施形態の放熱部材の実施例を記載する。
【００４８】
まず、平均粒径が２μｍ程度のアルミナと、焼結助剤として、マグネシア、シリカおよびカルシアとを用意し、アルミナの含有量を96質量％、焼結助剤を４質量％となるように秤量した。これを、１次原料とした。また、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）を用意し、１次原料100質量％に対して６質量％秤量した。
【００４９】
また、分散剤として脂肪酸エステルを用意し、１次原料100質量％に対して2.5質量％秤量した。また、潤滑剤としてワックスエマルジョンを用意し、１次原料100質量％に対し
て10質量％秤量した。さらに、溶媒として水を用意した。そして、これらを攪拌混合機にて攪拌・混合した後、ニーダー等で十分に混練することによって坏土を得た。なお、坏土が成形に適した粘度になるように、水の添加量で調整した。
【００５０】
次に、得られた坏土を押出成形機に投入し、表１に示す表面性状を有する焼結体となる
成形体を得ることができる金型を通過させ、任意の長さで切断することにより成形体を得た。その後、得られた成形体をバッチ炉に入れ、大気雰囲気において1550℃の最高温度で焼成した。そして、焼成後に研削加工を施した。なお、各試料につき複数個作製するとともに、焼結体寸法は、外形が100ｍｍ角の正方形であり、厚みが５ｍｍの板状体とした。
【００５１】
次に、各試料につき、一方の主面において電子部品が搭載される第１の領域に相当する部分の表面性状の測定を行なった。具体的には、主面の100ｍｍ四方の中央の60ｍｍ四方
を第１の領域に相当する部分とした。そして、成形時の押出方向に垂直な方向の60ｍｍを評価長さ（測定長さ）とし、表面形状測定器（（株）東京精密社製  ＳＵＲＦＣＯＭ  130Ａ）を用い、カットオフ波長：0.8ｍｍ、測定レンジ：±400μｍ、測定速度：6.0ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：２ＲＣ（位相非補償）、傾斜補正：両端補正の測定条件で測定した。うねり曲線要素の平均長さＷＳｍおよびうねり曲線の高さの最大値を表１に示す。
【００５２】
次に、各試料を用いて、密着強度および放熱特性の確認を行なった、まず、密着強度試験について説明する。両面テープ（デクセリアルズ（株）社製  商品名：熱伝導性両面粘着テープ  型番：ＵＴ5918Ｗ  厚み180μｍ）を、電子部品が搭載される領域に相当する
部分に貼り、ここに、60ｍｍ角で支柱を有するアルミニウム製からなる冶具を30Ｎの圧力を加えて貼り付けた。
【００５３】
その後、各試料を固定するとともに冶具における支柱を万能試験機（アイコーエンジニアリング（株）社製  型名：ＨＲ−1000）に取り付け、垂直方向に0.5ｍｍ／ｍｉｎの速
度で引っ張り、耐力に応じて順位付けを行なった。なお、１位が最も引っ張りに耐えることができたものである。
【００５４】
次に、放熱特性試験については、密着強度試験と同様に、各試料に両面テープを介して、60ｍｍ角で支柱を有するアルミニウム製からなる冶具を30Ｎの圧力を加えて貼り付けた。そして、支柱と熱源とを接続し、熱源により80℃となるまで加熱した。その後、熱源を外し、冶具が室温となるときの順位付けを行なった。なお、１位が最も冶具が室温となるのが早かったものである。結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
0006051115.tif 000002
【００５６】
表１の結果より、うねり曲線要素の平均長さＷＳｍが３ｍｍ以上であり、うねり曲線要素の高さの最大値が15μｍ以上60μｍ以下であることにより、電子部品との密着強度が高いとともに放熱特性に優れた放熱部材とできることがわかった。
【実施例２】
【００５７】
次に、実施例１と同様の方法で成形体を形成した後、得られた成形体をバッチ炉に入れ
、大気雰囲気において1550℃の最高温度で焼成した。そして、焼成後に研削加工を施した。なお、得られた試料における第１の領域に相当する部分の表面性状は、試料Ｎｏ．８と同じとし、第２の領域の表面性状を研削加工により調整して作製した。
【００５８】
主面を評価長さ（測定長さ）とし、成形時の押出方向に垂直な方向を測定方向とし、表面形状測定器（（株）東京精密社製  ＳＵＲＦＣＯＭ  130Ａ）を用い、カットオフ波長
：0.8ｍｍ、測定レンジ：±400μｍ、測定速度：6.0ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：２ＲＣ
（位相非補償）、傾斜補正：両端補正の測定条件で測定した。そして、主面におけるうねり曲線において、平均線を基に山と谷を明確にし、第２の領域における平均線の長さ（20ｍｍ＋20ｍｍ＝40ｍｍ）を分母とし、平均線の中で山の部分にあたる平均線の長さを分子として百分率で示した。
【００５９】
そして、実施例１と同様の方法で放熱特性の評価を行ない、順位付けを行なった。結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
0006051115.tif 000003
【００６１】
主面におけるうねり曲線で見たとき、第２の領域の60％以上が主面１ａにおけるうねり曲線の平均線よりも山側に位置していることにより、さらに放熱特性の向上した放熱部材とできることがわかった。
【符号の説明】
【００６２】
１，１’：放熱部材（セラミック焼結体）
２，２’：接合層
３，３’：電子部品
４：フィン
10，10’：電子装置
20：画像表示装置
Ａ：第１の領域
Ｂ：第２の領域
Ｃ：第１の領域におけるうねり曲線の平均線
ＸＳ：うねり曲線要素の長さ
Ｚｔ：うねり曲線要素の高さ
【図１】
0006051115.tif 000004
【図２】
0006051115.tif 000005
【図３】
0006051115.tif 000006