(57)【要約】【課題】  ＬＥＤや高密度ＬＳＩにおける発熱が素子機能を低下させる。特にＬＥＤを高輝度・高出力用途で用いる場合、発熱量の増加に伴い発光効率、寿命が低下する。【解決手段】  放熱基板、特に発光ダイオードの実装基板として。前記基板を、少なくとも等方的熱伝導層と異方的熱伝導層よりなる２層以上の構成とし、異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きく、かつその異方性が１０倍以上とする事で。ＬＥＤチップから発生する熱を効率良く放熱する。また、前記異方性熱伝導層を熱伝導性の異方性を有するグラファイト層とし、層面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上であるグラファイトを用いる。駆動電流を増やしてもＬＥＤチップの発光効率低下させず、長寿命化が可能である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも等方的熱伝導層と、異方的熱伝導層とを、含む２層以上の放熱基板であって、
異方的熱伝導層における熱伝導度の異方性が１０倍以上であり、
異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きい、放熱基板。
【請求項２】
前記の異方的熱伝導層が少なくとも熱伝導度の異方性を有するグラファイト層であり、
グラファイト層の面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１記載の放熱基板。
【請求項３】
前記等方的な熱伝導層が熱伝導度１００Ｗ／ｍＫ以上の金属を含む、請求項１〜２のいずれかに記載の放熱基板。
【請求項４】
前記等方的な熱伝導層が熱伝導度１０Ｗ／ｍＫ以上のセラミックを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の放熱基板。
【請求項５】
前記異方的熱伝導層の最大厚さが１ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の放熱基板。
【請求項６】
前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している、請求項１〜５のいずれかに記載の放熱基板。
【請求項７】
請求項３記載の金属が、請求項２記載のグラファイト層表面に無電解メッキ法により形成されている、放熱基板。
【請求項８】
請求項２記載の熱伝導性の異方性を有するグラファイトがポリイミド、ポリオキサゾ−ル、及びポリパラフェニレンビニレンから選ばれた１種以上の高分子フィルムを不活性ガス中、２４００℃以上の温度で熱処理して得られうるものである、請求項２〜７のいずれかに記載の放熱用基板。
【請求項９】
少なくとも等方的熱伝導層と、異方的熱伝導層とを含む２層以上の構成であって、
異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が１０倍以上であり、
異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きい、発光ダイオード用基板。
【請求項１０】
前記の異方的熱伝導層が少なくとも熱伝導度の異方性を有するグラファイト層であり、
グラファイト層の面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上である、請求項９記載の発光ダイオード用基板。
【請求項１１】
前記等方的な熱伝導層が熱伝導度１００Ｗ／ｍＫ以上の金属を含む、請求項９〜１０のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。
【請求項１２】
前記等方的な熱伝導度層が熱伝導度１０Ｗ／ｍＫ以上のセラミックを含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。
【請求項１３】
前記異方的熱伝導層の最大厚さが１ｍｍ以下である請求項９〜１２のいずれかに記載の発光ダイオード用基板。
【請求項１４】
前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している、請求項９〜１３のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板。
【請求項１５】
請求項１１記載の金属とする）が、請求項１０記載のグラファイト層表面に無電解メッキ法により形成して得られうる、発光ダイオード用基板。
【請求項１６】
請求項１０記載の熱伝導性の異方性を有するグラファイトがポリイミド、ポリオキサゾ−ル、及び、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた１種以上の高分子フィルムを不活性ガス中、２４００℃以上の温度で熱処理して得られうるものである、発光ダイオード用基板。
【請求項１７】
最表面が金属を含み、請求項９〜１６のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板と、発光ダイオードチップとを含む、発光ダイオード実装基板であって、
発光ダイオードチップが直接基板に実装されている、
発光ダイオード実装基板。
【請求項１８】
最表面がセラミックを含み、請求項９〜１６のいずれかに記載の発光ダイオ−ド用基板と、発光ダイオードチップとを含む、発光ダイオード実装基板であって、
発光ダイオードチップが直接基板に実装されている、
発光ダイオード実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱（熱拡散）特性に優れた基板に関する。また、発光ダイオード用として有効な放熱（熱拡散）特性に優れた実装基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードや高性能ＬＳＩなどの発熱の問題は非常に大きな問題となりつつあり、それらの素子における発熱を、如何に実装基板を通して放熱するかが重要な課題となりつつある。
【０００３】
特に発光ダイオードは各種表示板、交通信号機等として広く応用されていおり、室内照明用としてもその用途が広がりつつある。この種の発光ダイオード（ＬＥＤ）は発熱量が多く、発熱によりＬＥＤの温度が上昇して発光特性が低下することが知られている。例えば、ＬＥＤチップが実装されている回路基板の材質が熱伝導性の悪いガラスエポキシ樹脂の場合、上昇した熱は電極パターンのメッキ面を通して放熱を行うのみでありその放熱効率は悪いため、発光ダイオードの温度上昇の問題が発生する。
【０００４】
例えば、ＬＥＤの放熱特性を向上させこの様な問題を解決するために、樹脂製ケース内に多数のＬＥＤを配置して樹脂製キャップで覆った表示技術が開示されている（特許文献１）。これは、上記ケース内部および外部に放熱板を設置し、両者を連結したものである。しかし、このような構成では、ＬＥＤを構成する二本のリード線が直接放熱板に接続されておらず、シリコーン樹脂を介して器具本体へ熱伝導し、外部に放熱されるものであるために効率よく放熱できないと考えられる。
【０００５】
また、放熱向上を狙ったＬＥＤを有する照明装置として、開口部を有する器具本体と、この器具本体の中に配設されたプリント基板と、このプリント基板に実装されて前記開口側に向かって光を放射するＬＥＤと、この半導体光源から導出された通電端子およびプリント基板を被覆して保護する保護樹脂と、前記器具本体の開口部に設けられた照射レンズとで構成された照明装置が開示されている（特許文献２）。これは、前記通電端子およびプリント基板からある程度の熱を伝導、放熱するものであるが、放熱には限界があると考えられる。
【０００６】
さらに、リード端子からの放熱を向上させる目的で、高熱伝導性のグラファイトを使用技術が提示されている（特許文献３）。これは発光部が基板の一面側に配設され、リード線端部が前記基板の他面側に露出して配設されて実装されたＬＥＤと、前記基板の他面側に配設された点灯回路部品と、前記ＬＥＤのリード線端部および点灯回路部品を覆い前記リード線端部に接するように設けられた熱伝導性グラファイトと、前記熱伝導性グラファイトに直接または間接的に設けられた放熱体と、を具備している、照明装置である。これは熱伝導性のグラファイトを用いる事により放熱効果を向上させる効果があると考えられるが、放熱は基本的にリード線を介してであり、その放熱能力には限界があると考えられる。
【０００７】
また、放熱性および光利用効率を向上させ、高密度でＬＥＤを集積したＬＥＤ照明光源を提供する事を目的に、基板の片面にＬＥＤが実装された着脱可能なカ−ド型ＬＥＤ照明光源が開示されている（特許文献４）。このカ−ド型ＬＥＤ照明光源は、金属ベ−ス基板と金属ベ−ス基板の片面に実装された複数のＬＥＤとを備え、金属ベ−ス基板のうちＬＥＤが実装されていない基板裏面が照明装置の一部に熱的に接触し、コネクタと電気的に接続される給電端子は、金属ベ−ス基板のうちＬＥＤが実装されている基板片面に設けられた構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平１−１５３５８６号公報。
【特許文献２】特開平１１−３１２４０３号公報。
【特許文献３】特開２００３−１００１１０号公報。
【特許文献４】特開２００３−１２４５２８号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、発光ダイオードや高性能ＬＳＩなどの発熱を効果的に放熱する事の出来る実装基板を提供する事である。特に放熱が重要な課題となっているＬＥＤチップを実装できる基板を提供する事である。
【００１０】
ＬＥＤチップは一定の動作領域まで駆動電流と輝度は略比例関係にあり、高輝度を得るには、駆動電流を増加させる必要がある。しかし、駆動電流を増加させるとそれに比例してＬＥＤチップの電力損失が増加し、エネルギーの大部分は熱に変換され、ＬＥＤチップの温度が上昇する。ＬＥＤチップは温度が低いほど発光効率効率が高いので、ＬＥＤチップが高温になると発光輝度は低下するという問題が生じる。さらに、ＬＥＤチップの動作寿命も高温動作になるほど短くなり、ＬＥＤチップを封止している透光性封止樹脂が熱による変色で透明度を低下させるなどの問題が発生する。すなわちＬＥＤを高輝度高出力用途として使用するにはその温度上昇を如何に抑えるかが課題であった。特にこの様な問題は照明用途として多数のＬＥＤを実装する場合には顕著となる。
【００１１】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的はＬＥＤの発熱を速やかに拡散し、結果としてＬＥＤの温度上昇を抑える事の出来る実装基板を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
課題解決の手段として、本発明では実装基板を、等方的な熱伝導度を有する層と異方的な熱伝導度を有する層の少なくとも２層以上の構造とする。本発明の手段は、これらの等方的高熱伝導材料を単独で使用するよりも一定の特性を有する異方的熱伝導材料との多層構造とする方が優れた放熱特性が得られる事を発見した事をその主旨としている。このとき異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が１０倍以上であり、かつ高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きい場合には、単独で等方的な熱伝導体のみを用いた場合より放熱効果に優れる基板を実現する事ができる。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記熱伝導度の異方性を有する層が少なくとも熱伝導性の異方性を有するグラファイト層であり、グラファイト層面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上である。この様なグラファイト材料を用いる事により優れた放熱特性を実現する基板を得る事が出来る。
【００１４】
さらに、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度１００Ｗ／ｍＫ以上の金属を含む。
【００１５】
また、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度１０Ｗ／ｍＫ以上のセラミックを含む。
【００１６】
好ましい実施形態において、前記異方的熱伝導層の厚さが１ｍｍ以下である。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が直接接触している。具体的な好ましい実施の一態様としては、前記基板における等方的熱伝導層と異方的熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範ちゅう（範疇）である。
【００１８】
前記金属層が、前記グラファイト層表面に無電解メッキ法により形成される事は本発明の好ましい実施形態である。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記熱伝導性の異方性を有するグラファイトはポリイミド、ポリオキサゾ−ル、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた高分子フィルムを不活性ガス中、２４００℃以上の温度で熱処理して得られたものである。なお、本発明の高分子フィルムは、樹脂フィルムをも含む広い概念である。
【００２０】
特にＬＥＤにおける発熱の課題解決手段として、本発明では発光ダイオードの実装基板を、等方的な熱伝導度を有する層と異方的な熱伝導を有する層の少なくとも２層以上の構造とする。本発明の手段は、これらの等方的高熱伝導材料を単独で使用するよりも一定の特性を有する異方的熱伝導材料との多層構造とする方が優れた放熱特性が得られる事を発見した事をその主旨としている。このとき異方的熱伝導層における熱伝導の異方性が１０倍以上であり、かつ高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きい場合には、単独で等方的な熱伝導体のみを用いた場合より放熱効果に優れる発光ダイオード用基板を実現する事ができる。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記熱伝導度の異方性を有する層が少なくとも熱伝導性の異方性を有するグラファイト層であり、グラファイト層面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上である。この様なグラファイト材料を用いる事により優れた放熱特性を実現する事が出来る。
【００２２】
さらに、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度１００Ｗ／ｍＫ以上の金属である。
【００２３】
また、好ましい実施形態において、前記等方的な熱伝導度層は熱伝導度１０Ｗ／ｍＫ以上のセラミックである。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記異方的熱伝導層の厚さが１ｍｍ以下である。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的な熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範疇である。
【００２６】
前記金属層が、前記グラファイト層表面に無電解メッキ法により形成される事は本発明の好ましい実施形態である。
【００２７】
好ましい実施形態において、発光ダイオードチップは直接基板に実装されており、前記実装基板の最表面が金属層である。これは熱伝導性を有するグラファイト層に特有の剥離による粉落ちの問題を防止するためである。
【００２８】
好ましい実施形態において、発光ダイオードチップは直接基板に実装されており、前記実装基板の最表面がセラミック層である。これは前記と同様にグラファイト層の剥離による粉落ちを防ぎ、さらに絶縁性を付与するためである。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記基板における等方的熱伝導層と異方的な熱伝導層が接着層を介さずに直接接触している。これは、よりすぐれた放熱特性を実現するためにより好ましい。ここで接着層を介さずにとは、メッキなどの化学的手法やスパッタや蒸着などの物理的手法により直接、金属層やセラミック層をグラファイト層上に形成する事を意味している。また機械的に、ビスやネジによってかしめる事もこの範ちゅうである。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記熱伝導性の異方性を有するグラファイトはポリイミド、ポリオキサゾ−ル、ポリパラフェニレンビニレンから選ばれた高分子フィルムを不活性ガス中、２４００℃以上の温度で熱処理して得られたものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によればＬＥＤチップの上昇温度を、本発明の構造を有する実装基板を通して効果的に放熱する事により抑え、駆動電流を増やしてもＬＥＤチップの発光効率および動作寿命を低下させることのない発光ダイオードを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。
【図２】本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。
【図３】本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。
【図４】本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。
【図５】本発明の実施形態に係わる発光ダイオードの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の各構成要素について説明する。
【００３４】
＜発光ダイオード＞
本発明で言う発光ダイオードの発光部は、インジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）、ガリウム・リン（ＧａＰ）、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（ＧａＰ）またはインジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）とＹＡＧ構造を有する蛍光体からなる発光ダイオード、またはインジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）と蛍光体からなる発光ダイオード、またはジンク・セレン（ＺｎＳｅ）からなる発光ダイオードを言う。これらの発光ダイオードは複数個直列または並列に接続したものであってもよい。
【００３５】
これらの発光ダイオードにおいて、青色、緑色、黄色、赤色および白色の発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）およびアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（ＧａＰ）のそれぞれの発光ダイオードを使用することができる。また、青色から緑色を発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）の発光ダイオードを使用することができる。また、黄色から赤色を発光させるためには、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（ＡｌＩｎＧａＰ）とガリウム・リン（ＧａＰ）のそれぞれの発光ダイオードを使用することができる。赤色から赤外線を発光させるためには、ガリウム・リン（ＧａＰ）に亜鉛（Ｚｎ）をドープした発光ダイオードを使用することができる。白色を発光させるためには、インジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）とＹＡＧ構造を有する蛍光体からなる発光ダイオードの周囲にＹＡＧ構造を有する蛍光体（主波長：黄色）を塗布してチップ化した発光ダイオード、または紫外線発光するインジウム・ガリウム・ナイトライド（ＩｎＧａＮ）と蛍光体を組合せてなる発光ダイオード、またはジンク・セレン（ＺｎＳｅ）の発光ダイオードを使用することができる。
【００３６】
＜等方的熱伝導層＞
本発明に用いられる等方的熱伝導層としては、アルミニウム（熱伝導度：２３７Ｗ／ｍＫ）、銅（熱伝導度：３９８Ｗ／ｍＫ）、銀（熱伝導度：４２８Ｗ／ｍＫ）、ニッケル（熱伝導度：９０Ｗ／ｍＫ）、などの熱伝導性に優れた金属材料、シリカ（熱伝導度：１．５Ｗ／ｍＫ）、アルミナ（熱伝導度：２０Ｗ／ｍＫ）、酸化マグネシュウム（ＭｇＯ）（熱伝導度：４０Ｗ／ｍＫ）、窒化ホウ素（ＢＮ）（熱伝導度：６０（２００）Ｗ／ｍＫ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）（熱伝導度：７０（２７０）Ｗ／ｍＫ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）（熱伝導度：８８〜１２８Ｗ／ｍＫ（結晶系により異なる））などのセラミック材料、またはこれらを組合せた基板を使用することができる。
【００３７】
＜異方的熱伝導層＞
本発明の目的に使用される異方的熱伝導層としては、異方的熱伝導層における熱伝導度の異方性が１０倍以上で、かつ前記、異方的熱伝導層における高熱伝導度方向の熱伝導度が等方的熱伝導層の熱伝導度より２倍以上大きければ特に制限はない。
【００３８】
この様な異方性熱伝導層に用いられる最も好ましい材料として、グラファイトを挙げる事ができる。グラファイトは炭素原子が層状に広がった構造を持ち、その面方向に優れた熱伝導性を有する。理想的なグラファイトでは面方向の熱伝導度は２０００Ｗ／ｍＫに達し、この値は銅の熱伝導３９８Ｗ／ｍＫの５倍である。しかも、グラファイトの厚さ方向の熱伝導度は面方向の１／４００程度である、という特徴がある。本発明の目的に用いられるグラファイトフィルムは、フィルム面方向の熱伝導度が２００Ｗ／ｍＫ以上であり、フィルム面に垂直方向の熱伝導度との異方性が１０倍以上である事が好ましい、さらに２０倍以上が好ましい。
【００３９】
しかし、上記グラファイトの熱伝導度は理想的な単結晶グラファイトでの値であり、現実に得られるグラファイト材料の熱伝導は理想値よりも劣るものとなる。現実的に本発明の目的に使用できる様なグラファイトとして、（１）天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛粉末をシート化して得られるグラファイトフィルム、（２）高分子フィルムを熱処理して得られるグラファイトフィルムを挙げる事が出来る。（１）の製造方法で得られるグラファイトフィルムとしては、フィルム面方向の熱伝導度が２００〜４００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向の熱伝導度が５〜２０Ｗ／ｍＫ、厚さ１００〜１０００μｍのものが得られる。
【００４０】
グラファイトの熱伝導度はグラファイト本来の構造に由来する熱伝導の異方性を有し、面方向の熱伝導度を高くするほど厚さ方向の熱伝導度は小さくなる。本発明の目的は熱の拡散であるから本発明にとっては面方向の熱伝導度が大きい事は極めて重要である。一方、異方的熱伝導層おける面の厚み方向の熱伝導度は小さいので、面方向に十分熱拡散が可能となる範囲で厚さ方向の厚みは小さいほど好ましい。前記グラファイトを用いた場合には、異方的熱伝導層の厚さは１ｍｍ以下である事が好ましい。１ｍｍ以上のグラファイトを用いると、等方的熱伝導層を単独で用いた場合よりかえって放熱特性は悪くなる。
【００４１】
＜熱伝導度の異方性、熱伝導度の測定・算出＞
本発明における「熱伝導度の異方性」とは、
面方向の熱伝導度の値と、厚み方向の熱伝導度の値との間で、
大きい方の熱伝導度の値を、小さい方の熱伝導度の値で割った値で、表す。
【００４２】
フィルム面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の熱伝導度も、フィルム厚さ方向（Ｚ方向）の熱伝導も、それぞれ、下記の方法で、独立に測定することが出来る。
【００４３】
フィルム面方向の熱伝導度は、グラファイトの場合は、グラファイトの本質的な結晶構造に由来して、ＸＹ方向には差が無い。
【００４４】
熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置（アルバック理工（株）社から入手可能な「ＬａｓｅｒＰｉｔ」）を用いて、２０℃の雰囲気下、１０Ｈｚにおいて測定された。測定された熱拡散率から密度および比熱の値をもちいて熱伝導率・熱伝導度を算出した。グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの重量（ｇ）をグラファイトフィルムの縦、横、厚みの積で算出した体積（ｃｍ３）の割り算により算出された。なお、グラファイトフィルムの厚みは、任意の１０点で測定した平均値を使用した。
【００４５】
＜グラファイトフィルムの製造法−１＞
前記グラファイトの製造方法について述べる。
【００４６】
前記、（１）の製法はグラファイト粉末をシート状に押し固めたグラファイトフィルムである。グラファイト粉末がフィルム状に成型されるためには粉末がフレーク状、あるいはリン片状になっている必要がある。この様なグラファイト粉末の製造のための最も一般的な方法がエキスパンド法と呼ばれる方法である。これはグラファイト硫酸などの酸に浸漬し、グラファイト層間化合物を作製し、しかる後にこれを熱処理、発泡させてグラファイト層間を剥離するものである。剥離後、グラファイト粉末を洗浄して酸を除去し薄膜のグラファイト粉末を得る。この様な方法で得られたグラファイト粉末をさらに圧延ロール成型してフィルム状のグラファイトを得る。この様な手法で得られたグラファイトフィルムは柔軟性にとみ、フィルム面方向に高い熱伝導性を有するので本発明の目的に好ましく用いられる。
【００４７】
＜グラファイトフィルムの製造法−２＞
前記、（２）の方法で得られるグラファイトフィルムとしてはフィルム面方向の熱伝導が４００〜１０００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向の熱伝導度が５〜２０Ｗ／ｍＫ、厚さ５０〜２００μｍのものが得られる。これらは本発明の目的にとっていずれも好ましく用いられる。
【００４８】
このグラファイトは、高分子フィルムおよび／または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを２４００℃以上の温度で熱処理して得られる。本発明で用いることができる高分子フィルムは、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾビスオキサザール（ＰＢＢＯ）、ポリチアゾール（ＰＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）、ポリベンゾビスチアゾール（ＰＢＢＴ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリベンゾビスイミダゾール（ＰＢＢＩ）が挙げられる。特に、最終的に得られるグラファイトの熱伝導性が大きくなることから、ポリイミド（ＰＩ）、ポリオキサジアゾール（ＰＯＤ）、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）は本目的のグラファイト製造原料として好ましく用いられる。これらのフィルムは公知の製造方法で製造すればよい。中でも以下に述べるポリイミドは、他の有機材料を原料とする高分子フィルムよりもフィルムの炭化、黒鉛化が進行しやすく、結晶性、熱伝導性に優れたグラファイトとなりやすいために、本目的にとって特に好ましいい出発原料である。
【００４９】
本発明の目的に用いられるグラファイトとして、１００〜２００℃の範囲における平均線膨張係数が２．５×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃以下であるポリイミドフィルムを２４００℃以上の温度で熱処理して作製されたグラファイトフィルムであることは優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。
【００５０】
また、複屈折が０．１３以上であるポリイミドフィルムを２４００℃以上の温度で熱処理してグラファイトフィルムを用いる事は優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。
【００５１】
無論、１００〜２００℃の範囲における平均線膨張係数が２．５×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃以下であり、かつ、複屈折が０．１３以上であるポリイミドフィルムを２４００℃以上の温度で熱処理しグラファイトフィルムを作製する事は優れた熱伝導性を実現する上で好ましい。
【００５２】
この様なグラファイト化に好ましく用いられるポリイミドは、
下記、一般式（１）、（２）、（３）で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも１種以上の繰り返し単位を有するポリイミド、あるいは下記、一般式（１）、（２）、（３）で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも２種以上の繰り返し単位を有するポリイミドの共重合体フィルム、あるいは、一般式（１）、一般式（２）、及び一般式（３）で表されるポリイミド共重合体からなる群からから選択される少なくとも２種以上のポリイミド共重合体の混合物フィルムである事、でその目的を達成する事が出来る。
【００５３】
【化１】
2011135109.tif 000002
【００５４】
【化２】
2011135109.tif 000003
【００５５】
【化３】
2011135109.tif 000004
である。なお、Ｒ１は、
【００５６】
【化４】
2011135109.tif 000005
からなる群から選択される２価の有機基であって、Ｒ２はそれぞれ独立して、−ＣＨ３、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｆ、または−ＣＨ３Ｏである。
式（３）中のＲは
【００５７】
【化５】
2011135109.tif 000006
であって、ここでｎは１〜３の整数。そしてＸおよびＹはそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、カルボキシル基、炭素数６以下の低級アルキル基、または炭素数６以下のアルコキシ基、そしてＡは、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＳＯ２−、または−ＣＨ２−、である。
【００５８】
また、上記一般式（１）、（２）および下記一般式（６）、（７）で表される繰り返し単位からなる群から選択される少なくとも２種以上の繰り返し単位を有するポリイミドの共重合体、あるいは、一般式（１）、一般式（２）、一般式（６）、一般式（７）で表されるポリイミド共重合体からなる群からから選択される少なくとも３種以上の混合物を含むポリイミド共重合体は本目的のグラファイトを得るために特に好ましい。本目的のグラファイトシートはこれらのポリイミドを２４００℃以上の温度で熱処理して得ることが出来る。
【００５９】
【化６】
2011135109.tif 000007
【００６０】
【化７】
2011135109.tif 000008
さらに、一般式（１）、（２）で表される繰り返し単位をもつポリイミド共重合体ポリイミドフィルムであって、４、４’−オキシジアニリンおよびパラフェニレンジアミンをモル比で９／１〜４／６の割合で含むジアミンを用いて得られるポリイミドフィルムは本目的のグラファイトを得るために最も好ましく用いられる。これらのポリイミドフィルムを２４００℃以上の温度で熱処理することにより、本発明の目的のグラファイトフィルムを得ることが出来る。中でも上記、ポリイミドが一般式（１）、（２）、（６）、（７）で表される繰り返し単位をもつポリイミド共重合体であって、それぞれの繰り返し単位の数を、ａ、ｂ、ｃ、ｄとし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄをｓとしたとき、（ａ＋ｂ）／ｓ、（ａ＋ｃ）／ｓ、（ｂ＋ｄ）／ｓ、（ｃ＋ｄ）／ｓが０．２５〜０．７５を満たすポリイミドフィルムである場合は最も好ましく本発明のグラファイトフィルムを作製する目的で用いられる。
【００６１】
以上述べたポリイミドを用いる事により、１００〜２００℃の範囲における平均線膨張係数が２．５×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃以下、好ましくは２．０×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃以下、更に好ましくは１．５×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃以下、であるポリイミドフィルムを得ることができる。フィルムの線膨張係数はＴＭＡ（熱機械分析装置）を用いて、まず試料を１０℃／分の昇温速度で３５０℃まで昇温させたのち一旦室温まで空冷し、再度１０℃／分の昇温速度で３５０℃まで昇温させ、２回目の昇温時から１００℃〜２００℃の平均線膨張係数とした。また更にフィルムの弾性率については、２００ｋｇ／ｍｍ２、以上であり、更には２５０ｋｇ／ｍｍ２、以上、より好ましくは３５０ｋｇ／ｍｍ２、以上である事が好ましい。また、本発明に用いられるポリイミドフィルムは、面内配向性を示す複屈折Δｎがフィルム面内のどの方向においても０．１３以上、好ましくは０．１５以上、最も好ましくは０．１６以上であることが好ましい。ここでいう複屈折とはフィルム面内方向の屈折率と厚み方向の屈折率の差であり、本明細書においてはフィルム面内Ｘ方向の複屈折Δｎｘは式１で与えられる。
【００６２】
【数１】
2011135109.tif 000009
具体的測定方法を説明すると、フィルム試料をくさび形に切り出してナトリウム光をフィルム面内のＸ方向に垂直な方向から当て、偏光顕微鏡で観察すると干渉縞がみられる。この干渉縞の数をｎとすると、フィルム面内Ｘ方向の複屈折Δｎｘは、式２で表される。
【００６３】
【数２】
2011135109.tif 000010
ここで、λはナトリウム光の波長５８９ｎｍ、ｄは試料の巾（幅）（ｎｍ）である。詳しくは「新実験化学講座」第１９巻（丸善（株））などに記載されている。
【００６４】
なお、前記した「複屈折Δｎがフィルム面内のどの方向においても」とは、例えばフィルム製膜時の流れ方向を基準として、面内の０゜方向、４５゜方向、９０゜方向、１３５゜方向のどの方向においても、の意味である。
【００６５】
＜高分子フィルムのグラファイト化プロセスと構造＞
次に、高分子フィルムのグラファイト化のプロセスについて述べる。一例として、ポリイミドフィルムのグラファイト化のプロセスについて述べるが、本発明は、下記だけに限定を受ける物ではない。
【００６６】
本発明では出発物質であるポリイミドフィルムを窒素ガス中で予備加熱し、炭素化を行う。予備加熱は通常１０００℃程度の温度で行い、例えば、１０℃／分昇温速度で予備処理を行った場合には１０００℃の温度領域で３０分程度の保持を行う事が望ましい。予備処理の段階では出発高分子フィルムの配向性が失われない様に、フィルムの破壊が起きない程度の面方向の圧力を加える事が有効である。
【００６７】
次に、上記の方法で炭素化されたフィルムを超高温炉内にセットし、グラファイトを行う。グラファイト化は不活性ガス中で行うが不活性ガスとしてはアルゴンが最も適当であり、アルゴンに少量のヘリウムを加えるとさらに好ましい。処理温度は２４００℃以上である事が好ましく、２７００℃以上の温度で処理する事はより好ましい。
【００６８】
処理温度は高ければ高いほど良質のグラファイトに転化出来るが、経済性の面からは出来るだけ低温で良質のグラファイトに転化できる事が好ましい。２５００℃以上の超高温を作り出すには、通常グラファイトヒーターに直接電流を流し、そのジュ−ル熱を利用して過熱を行う。グラファイト化は前処理で作製した炭素化フィルムをグラファイト構造に転化する事によって起きるが、その際には炭素−炭素結合の開裂・再結合化が起きなくてはならない。グラファイト化をスムーズに起こすためには、その開裂・再結合が最小のエネルギーで起こる様にする必要があり、出発ポリイミドフィルムの分子配向は炭素化フィルムの炭素の配列に影響を与え、それはグラファイト化の際の炭素−炭素結合の開裂・再結合化のエネルギーを少なくする効果を持つ。従って分子が配向するように分子設計を行い、高度な配向を実現することで低温でのグラファイト化と良質のグラファイトフィルムへの転化が可能になる。
【００６９】
得られたグラファイトフィルムは、内部に最短径０．１〜５０μｍの不定形形状の模様を有していても良い。この様な構造のグラファイトフィルムでは、ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７に基づいて測定される粘着テープ・粘着シート試験方法に基づいて測定される表面粘着力が３Ｎ／ｃｍ以上、好ましくは４Ｎ／ｃｍ以上、さらに好ましくは５Ｎ／ｃｍ以上となる。３Ｎ／ｃｍ以上では、グラファイトと発熱部品を接着剤や粘着剤を用いて取り付けた場合に、剥がれることなく、グラファイトが本来有する放熱特性を発揮することが出来る。また、表面の外観の具体的レベルは、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００に基づいて測定されるＸカットテープ法に基づいて測定される評価が６以上、好ましくは８以上となる。外観が６以上では、グラファイトと発熱部品を接着剤や粘着剤を用いて取り付けた場合に、剥がれることなく、また、取り付け時の接触や装置に組み込んだ後にファンの風によって表面から黒鉛が剥がれ落ちることがなくなり、電子機器内を汚染しなくなる。
【００７０】
また、本発明のグラファイトは表面層の断面模様と表面層以外の断面模様とが、少なくとも異なる部分を有するグラファイトフィルムであっても良い。さらに、表面層の断面模様の一部が、１μｍ未満の厚みの略長方形が略平行に積層した結果形成される短辺５μｍ以上の略長方形の形状を有するグラファイトフィルムであっても良い。ここで「表面層」とは、グラファイトフィルムの断面を見た場合に、フィルム全体の厚みの外側３０％以内の厚みの部分であるフィルム両表面からの範囲をいう。グラファイトフィルムの構造としては（１）グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらがフィルム表面形状に平行に積層した高密度なグラファイト層の断面模様、（２）グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらが積層しているが、フィルム表面形状に平行ではなく、うねった状態で存在している高密度のグラファイト層の断面模様、（３）グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、フィルム表面形状に平行に存在している低密度な空気層に富んだグラファイト層の断面模様、（４）グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、またフィルム表面形状に平行ではなく、うねった状態で存在している低密度な空気層に富んだグラファイト層の断面模様。（５）グラファイト結晶子が発達しておらず、燐片状のグラファイト層の断面模様。（６）上記（１）〜（５）以外の断面模様、例えばグラファイト化工程において不純物などの影響により形成された、グラフェン構造ではない炭素塊などのグラファイト層を形成していないもの、を例示できる。
【００７１】
面方向の優れた熱伝導性には、グラファイト結晶子が面方向に発達し、これらが積層した高密度のグラファイト層が必要である。高密度のグラファイト層であれば、熱伝導のロスが少なく効率が良い。したがって、観察される上記（１）〜（６）の断面模様のなかで、高熱伝導性を示す断面模様として、好ましいのは（１）と（２）であり、次に好ましいのは（３）と（４）であり、次に好ましいのは（５）、次にこのましいのは（６）である。仮に、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様が高密度なグラファイト層である（１）の断面模様だけであれば、熱拡散率に優れ、フィルムの強度にも優れるが、一方で、屈曲した場合などに緩衝する部位がないために、柔軟性に乏しいグラファイトフィルムになる。また、仮に、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様が、空気層を含んだ低密度なグラファイト層である（３）の断面模様だけであれば、柔軟性に優れるが、熱拡散率に劣り、フィルムの強度も劣るグラファイトフィルムになる。したがって、高熱伝導性と柔軟性を兼ね備えたグラファイトフィルムには、表面層の断面模様と表面層以外の断面模様とが、上記の観察される断面模様（１）〜（６）で異なった組み合わせが好ましい。表面層に高密度にグラファイト層が積層した（１）（２）の断面模様が存在し、表面層以外には空気層を含んだグラファイト層である（３）（４）の断面模様が存在することが好ましい。
【００７２】
内部に最短径０．１〜５０μｍの不定形形状の模様を有する、グラファイトフィルムは高分子フィルムおよび／または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを２４００℃以上の温度で熱処理し、熱処理前および／または熱処理中に金属を含む物質と接触させて行う。具体的な方法としては、例えば、（１）熱処理する前に、高分子フィルムの表面に金属を含む物質を付着させ熱処理する方法、（２）黒鉛化する前に、炭素化した高分子フィルムの表面に金属を含む物質を付着させ熱処理する方法、（３）高分子フィルムまたは炭素化した高分子フィルムを、金属を含む容器に入れて熱処理する方法、高分子フィルムに金属を含む物質を添加する方法、等がある。
【００７３】
グラファイトフィルムは、高分子フィルムおよび／または炭素化した高分子フィルムからなる原料フィルムを、通電可能な容器（Ａ）内に保持し、該容器に電圧を印加、通電しながらグラファイト化することで作製される。
【００７４】
＜等方的熱伝導層と異方的熱伝導層の複合化＞
本発明においては前記異方的熱伝導層を等方的熱伝導層と複合化してＬＥＤ用の放熱基板とする。前記大面積のグラファイトは機械的な強度が低く、かつグラファイトの層に沿って燐片状のグラファイトが剥がれ落ちる現象、などのために強固な接着が難しく電子部品の実装基板として用いる事は困難であった。本発明はその様なグラファイトの欠点を金属やセラミックとの多層構造とする事で補い、さらに等方的な熱伝導層を単独で用いる場合よりも優れた放熱特性を実現し、発光ダイオード実装基板として用いるものである。
【００７５】
複合化の方法としては優れた粘着・接着性を示す接着層を介して異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着し、複合化することができる。粘着層の形成にはディップやロールによる塗布法、フィルム状の粘着材をグラファイト膜と貼り付ける方法等、があり、いずれも好ましく用いる事が出来る。この様な目的に好ましい接着剤として、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、ＣＯＰＮＡ系接着剤などを例示する事ができる。これらは使用される温度環境によって適切に選択されるが、シリコーン系接着剤やポリイミド系接着剤は耐熱性に優れ好ましく用いられる。
【００７６】
複合化に際して粘着・接着材に熱伝導性にすぐれる各種のフィラーを添加する事によって放熱効果をより高める事ができる。この様な目的に用いられるフィラーとして、シリカ、ＳｉＣ、アルミナ、酸化マグネシュウム、窒化ホウ素、窒化アルミ、銅、アルミ、銀、ニッケル、等を例示することができる。
【００７７】
接着層を介さずに異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着する事は、よりすぐれた放熱特性を実現するためには好ましい方法である。
【００７８】
等方的熱伝導層が金属であり異方的熱伝導層がグラファイトである場合、グラファイト表面に金属化学メッキの手法で金属層を形成し、しかる後に電気メッキ法により金属化学メッキ層の上に任意の厚さまで金属層を形成する事は好ましく用いられる。この様な目的に用いられる化学メッキ用金属としては銅、ニッケル、クロム、銀、アルミ、亜鉛、金などを例示する事ができる。化学メッキプロセスは、脱脂、ソフトエッチ、触媒付与、無電解メッキのプロセスを経て実施される。
【００７９】
電気メッキにより金属層を形成する場合の下地金属形成法として、蒸着やスパッタリングなどの物理的方法を用いても良い。この様な場合、比較的強固な接続を実現するためには、例えばスパッタ銅層とグラファイト層との間にさらにニッケルなどの金属層を設けても良い。
【００８０】
接着層を介さずに異方的熱伝導層と等方的熱伝導層を接着する方法として、単に機械的な圧力で固定することでも良い。高品質のグラファイトは基本的に柔らかくフィルム厚さ方向に圧縮され、この様な特性はパッキンやガスケットとして利用されている。本発明においてもこの様なグラファイト本来の性質を利用し、高熱伝導性基板を作製する事が出来る。例えば、各種セラミック基板の間にグラファイトフィルムを挟み機械的に固定すればよい。無論セラミックの代わりに金属であっても良く、一方が金属で他方がセラミックなどの構造であっても良い。
【００８１】
＜ＬＥＤの実装構造＞
図１に示す構成は、ＬＥＤの最も基本的な実装構造に本発明の放熱基板を適用した例である。通常、ＬＥＤディスプレイでは基板材料に樹脂が用いられるが通常の樹脂材料の熱伝導率は低く熱がこもりやすくなるので、大出力での点灯には適していない。本発明の構造（図１）では、放熱基板は等方的熱伝導層として絶縁性のセラミック層１６、異方的熱伝導層１５、さらに等方的熱伝導層１７の３層構造となっている。等方的熱伝導層１７は絶縁性のセラミックでも良く、導電性の金属材料でも良い。ＬＥＤベアチップの内部構造は図示していないが、例えばサファイア、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、などの素子基板上に、ＧａＮのｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層の順に構成されている。このベアチップからはそれぞれＮ型半導体層、Ｐ型半導体層より引き出されたリード線１３が絶縁基板上に形成された回路１４に接続している。ベアチップ１１は絶縁性のセラミック基板に実装されており従来の構造ではベアチップ１１で発生した熱は、主にこのリード線を通しては放熱されていたが、本発明の構造ではベアチップで発生した熱は絶縁性のセラミック基板を通して異方性熱伝導層に伝わり、ここで速やかに基板全体に広がり放熱される。すなわち、この構造では前記基板のうち前記ＬＥＤが実装されていない基板裏面全体から熱を放熱させる手段を備えているのである。これに対して異方的熱伝導層を備えていない場合には、ベアチップの直下の基板裏面温度は高くなるが、その他の部分の温度は温度が低いため全体としての放熱特性は劣る事になる。
【００８２】
図２に示す構成は、ベアチップの実装された等方的熱伝導層２１が金属のような導電体層である場合である。この様な場合には回路１４は絶縁層２２を介して基板上に形成される。ベアチップの最下層は素子基板であり、必要に応じて絶縁体を介して基板上に実装される。他の構造や放熱の機構は図１と同じである。
【００８３】
図３に示す構成は、ＬＥＤドットマトリクスディスプレイに採用される実装構造である。ＬＥＤディスプレイでは複数のＬＥＤが実装されるがこの時、素子間には隔壁３１が設けられる。この隔壁はＬＥＤの発光と非発光部のコントラストを上げるように機能する。この隔壁は放熱の役割としても重要で複数個のＬＥＤの温度が可能な限り均一となるようにする事が重要である。そのために隔壁としては放熱特性に優れた金属やセラミック材料がもちいられる。この隔壁として、等方的熱伝導層／異方的熱伝導層／等方的熱伝導層からなる本発明の放熱基板材料を用いることは有用である。
【００８４】
図４は、セラミックなどの放熱性基板に凹部を設け、その凹部にＬＥＤベアチップを実装し表面に形成された回路との間をリード線で接続したものである。この様な構造を取ることによって発熱体であるＬＥＤと異方的熱伝導層との距離が短くなり、より有効に熱の拡散が行われる。また斜めにカットされた等方的熱伝導体面は、光を効率良く反射する役割にも寄与する。
【００８５】
図５はさらに効率良く光を前面に放射するＬＥＤ実装構造の一例である。絶縁基板５３上に実装されたベアチップ１１と回路１４は直接接合されている。隔壁５２は光反射が有効に起きるように斜めにカットされており、ＬＥＤからの光、隔壁で反射された光は集光レンズ５１を通して前方に放射される。この時ベアチップで発生した熱は本発明の基板を通して効率良く放熱されることは言うまでも無い。
【実施例】
【００８６】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
【００８７】
＜グラファイトフィルム＞
まず、本発明の実施例に異方的熱伝導層として用いた５種類のグラファイトフィルムについて述べるが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（１）グラファイトフィルム−Ａ
グラフテック社製（ｅＧＲＡＦ−ＨｉＴｈｅｒｍ，販売元巴工業（株）商品番号７１０）。厚み２５０μｍ、面方向熱伝導率２４０Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度６Ｗ／ｍＫ。
【００８９】
（２）グラファイトフィルム−Ｂ
鈴木総業社製（スーパーλ−ＧＳ−３００）。厚み３００μｍ、面方向熱伝導率３００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度５〜１０Ｗ／ｍＫ。
【００９０】
（３）グラファイトフィルム−Ｃ
パナソニック製（ＰＧＳグラファイトシート、商品番号：ＥＹＧＳ１８２３１０）。厚み７０μｍ、面方向熱伝導率７００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度５Ｗ／ｍＫ。
【００９１】
（４）グラファイトフィルム−Ｄ
ピロメリット酸二無水物、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ｐ−フェニレンジアミンをモル比で４／３／１の割合で合成したポリアミド酸の１８ｗｔ％のＤＭＦ溶液１００ｇに無水酢酸２０ｇとイソキノリン１０ｇからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布した。攪拌から脱泡までは０℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を１２０℃で１５０秒間加熱し、自己支持性を有するゲルフィルムを得た。このゲルフィルムをアルミ箔から剥がし、フレームに固定した。このゲルフィルムを３００℃、４００℃、５００℃で各３０秒間加熱して１００〜２００℃の平均線膨張係数が１．６×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃のポリイミドフィルムを製造した。フィルム厚さは７５μｍである。これらの方法で作製したフィルムの複屈折率は０．１４であった。
【００９２】
得られたフィルムを電気炉を用いて窒素ガス中、１０℃／分の速度で１０００℃まで昇温し、１０００℃で１時間保って予備処理した。得られた炭素化フィルムを自由に伸び縮み出来る様に円筒状のグラファイトヒーターの内部にセットし、２０℃／分の昇温速度で２８００℃まで昇温、１０分間保持し、その後４０℃／分の速度で降温した。処理はアルゴン雰囲気で０．５ｋｇ／ｃｍ２の加圧下でおこなった。
【００９３】
このポリイミドフィルムは２８００℃で良質グラファイトへの転化が可能である事が分った。得られたグラファイトフィルム−Ｄの厚みは４０μｍ、面方向熱伝導度は、１２００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度６Ｗ／ｍＫであった。
【００９４】
（５）グラファイトフィルム−Ｅ
ピロメリット酸二無水物、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ｐ−フェニレンジアミンをモル比で３／２／１の割合で合成したポリアミド酸の１８ｗｔ％のＤＭＦ溶液１００ｇに無水酢酸２０ｇとイソキノリン１０ｇからなる硬化剤を混合、攪拌し、遠心分離による脱泡の後、アルミ箔上に流延塗布した。攪拌から脱泡までは０℃に冷却しながら行った。このアルミ箔とポリアミド酸溶液の積層体を１２０℃で１５０秒間加熱し、自己支持性を有するゲルフィルムを得た。このゲルフィルムをアルミ箔から剥がし、フレームに固定した。このゲルフィルムを３００℃、４００℃、５００℃で各３０秒間加熱して１００〜２００℃の平均線膨張係数が１．０×１０−５ｃｍ／ｃｍ／℃のポリイミドフィルム（厚さ７５μｍ）を製造した。このフィルムの複屈折は、０．１５〜０．１６の範囲であった。このフィルムを用いて前記（４）のケースと同様に２８００℃でグラファイト化を行った。得られたグラファイトフィルム−Ｅの厚みは４０μｍ、面方向熱伝導度は１４００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度１０Ｗ／ｍＫであった
（６）グラファイトフィルム−Ｆ
前記、（５）で得られた１２５μｍポリイミドフィルムの炭化処理品）に硝酸鉄の１０ｗｔ％メタノール溶液を塗布した後、黒鉛板に挟み、黒鉛容器にセットした。この容器全体を、黒鉛化炉を用いて、２１００℃以下では減圧下、２１００℃以上ではアルゴン雰囲気下で３０００℃まで昇温された後、３０００℃で１時間熱処理し、グラファイトフィルムＦを作製した。得られたグラファイトフィルムＦの厚みは７０μｍ、面方向熱伝導度は１０００Ｗ／ｍＫ、厚さ方向熱伝導度５Ｗ／ｍＫであった。
【００９５】
＜グラファイトフィルムの物性測定法＞
熱拡散率は、光交流法による熱拡散率測定装置（アルバック理工（株）社から入手可能な「ＬａｓｅｒＰｉｔ」）を用いて、２０℃の雰囲気下、１０Ｈｚにおいて測定された。測定された熱拡散率から密度および比熱の値をもちいて熱伝導率・熱伝導度を算出した。グラファイトフィルムの密度は、グラファイトフィルムの重量（ｇ）をグラファイトフィルムの縦、横、厚みの積で算出した体積（ｃｍ３）の割り算により算出された。なお、グラファイトフィルムの厚みは、任意の１０点で測定した平均値を使用した。
【００９６】
得られたグラファイトフィルムを、縦２０ｍｍ×横１０ｍｍの短冊状の大きさにカッターナイフで切り取った。さらにこのフィルムの一端に面方向に剃刀で微小な切り目を入れ、その切り目の反対側から力を加え、フィルムを割断させることで断面を出し、ＳＥＭ（日立製走査型電子顕微鏡Ｓ−４５００型、加速電圧５ｋＶ）によるフィルムの断面の観察をおこなった。
【００９７】
グラファイトフィルムＡ，Ｂは、原料に天然黒鉛を用いており、表面層および表面層以外の断面の模様は、グラファイト結晶子が発達しておらず、空気層を含む低密度なグラファイト層の断面模様であった。
【００９８】
グラファイトフィルムＣは、原料にポリイミドフィルムを熱処理して作製されていると推定され、表面層および表面層以外の断面模様は、グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、低密度なグラファイト層の断面の模様であった。
【００９９】
グラファイトフィルムＤは、表面層および表面層以外の断面模様は、グラファイト結晶子が面方向に発達しているが、これらは積層しておらず、また、この断面の模様はグラファイトフィルムＣの断面模様と類似していることがわかる。但し、熱拡散率は、グラファイトフィルム、Ａ，Ｂ、Ｃよりも優れている。
【０１００】
グラファイトフィルムＤの断面模にはフィルム内部に当初の原料フィルムには観察されなかった最短径０．１〜５０μｍの不定形形状の模様（不均一層）が形成されていた。さらに、グラファイトフィルム１〜３、５のような層間に空気層はなくが密な状態であった。このような構造を有しているために、優れた熱伝導特性に加え、鉛事硬度はＨＢ以上、密度１．９ｇ／ｃｍ３以上、ビール強度５．０Ｎ／ｃｍ以上、外観８以上と各特性に優れていた。
【０１０１】
なお、グラファイトフィルムの鉛筆硬度は、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００（１９９０年）（ＪＩＳ  Ｋ  ５６００（１９９９年））「塗料一般試験方法」の８．４．１  試験機法に準じて、評価した。また、  グラファイトフィルムのピール強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７（１９８０年）「粘着テープ・粘着シート試験方法」に準じて、評価した。値が大さいほど、表面の接着剤や粘着剤に対する接着性が高いことを意味している。  グラファイトフィルムの外観は、ＪＩＳ  Ｋ  ５４００（１９９０年）（ＪＩＳ  Ｋ  ５６００（１９９９年））「塗料一般試験方法」の８．５．３  Ｘカットテープ法に準じて、評価した。値は０〜１０の範囲で示され、値が大きいほど表面の剥がれが少ないことを意味している。
【０１０２】
（実施例１〜６）
前記の６種類のグラファイト（Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）をもちいてその両表面に無電解Ｃｕメッキを実施した。無電解メッキの前処理条件、メッキ条件を表１、表２に示した。安定な化学メッキ膜を形成するには前処理条件、メッキ条件を厳密に選択する必要がある。特に化学的に安定なグラファイト層面にメッキを施すには前処理条件が重要である。
【０１０３】
【表１】
2011135109.tif 000011
【０１０４】
【表２】
2011135109.tif 000012
無電解メッキの後に通常の電解メッキ法をもちいて任意の厚さに銅の電解メッキ膜を形成した。無電解メッキと電解銅メッキ層の厚さの和をそれぞれ４０μｍとなるようにした。
【０１０５】
得られた第一銅層／グラファイト／第二銅層からなる基板（面積１０×１０ｃｍ２）の放熱特性を見積もる目的で、基板中央にセラミックヒーター（坂口電熱株式会社製マイクロセラミックヒーター、ＭＳ−３（サイズ１０×１０ｍｍ２）を置き、一定の電力（１６Ｗ）を印加し、ヒーターの温度上昇を熱電対で測定した（なお測定値は±２〜３℃程度の誤差を含んでいる）基板の熱伝導が良好で、放熱特性に優れるほどセラミックヒーターの温度は上昇しない事になる。得られた結果を表３に示す。また、比較のために同じ厚さの銅板をもちいて、同様の実験を行いセラミックヒーター表面の温度を測定した。得られた結果を比較例として表４にしめす。なお、上記条件下でヒーター単独ではその表面温度はおよそ１５０℃となる。
【０１０６】
【表３】
2011135109.tif 000013
【０１０７】
【表４】
2011135109.tif 000014
本発明の銅／グラファイト／銅からなる３層構造の基板ではいずれも５０℃〜６０℃の温度となり著しい放熱効果が確認できた。また比較例では、実施例Ｄ、Ｅの基板と同じ厚さである１２０μｍの厚さの銅基板を取り付けた時のヒーター表面温度は８５℃であり（比較例３）、実施例Ｃ、Ｆの基板と同じ厚さである１５０μｍの厚さの銅基板を取り付けた時のヒーター表面温度は７０℃であり（比較例２）本発明の構成になる基板が例えば銅のみからなる基板と比較して優れた放熱特性を有する事が分かる。また、実施例Ａの基板と同じ厚さである３３０μｍの銅基板を用いた場合（比較例１）の場合にはヒーター表面の温度は６０℃で、ほぼ実施例１と同等であった。すなわち、実施例Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆではその厚さは比較例１のケースに比較して半分以下であるにも関わらず、同等または同等以上の優れた放熱特性を有している事が明らかになり、本発明の有用性が確認できた。
【０１０８】
（実施例７〜１２）
実施例４と同じ方法で、グラファイトＤをもちいて第一層および第二層の銅層の厚さをそれぞれに変えて、同じセラミックヒーターを用いてその放熱効果を測定した。その結果を表５に示す。第一銅層の厚さは放熱特性に大きな影響を与える。本検討でもちいたグラファイトＤの様に面方向の熱伝導度が１２００Ｗ／ｍＫであって、銅の熱伝導度３９８Ｗ／ｍＫよりもはるかに大きい場合には、第一層の厚さが薄いほど放熱効果は優れたものとなる。望ましくは第一層の銅層がなく、グラファイトが第一層である事は特性上は最も好ましい。グラファイトＦはグラファイトの粉落ちが少なくグラファイト層を第一層とする場合には好ましく用いる事が出来る。
【０１０９】
一方、第二銅層の影響は第一層の影響に比べると大きくない。第二層の役割はグラファイト層の効果で基板全体に広がった熱放熱するための物であり、熱容量の大きさという影響はあるものの、放熱効果と言う観点からは影響が小さいのであろう。
【０１１０】
【表５】
2011135109.tif 000015
（実施例１３〜１８）
前記の３種類のグラファイト（Ａ、Ｃ，Ｄ）を用い、その表面に蒸着法でアルミ層を形成した。次にこうして得られたアルミ／グラファイト／アルミの３層板をアルミ板上にプレス圧着した。得られた放熱基板を実施例１と同じセラミックヒーターを用いてその放熱特性を測定した。結果を表６に示す。また、比較のために同じ厚さのアルミ単体の板を用いてその放熱特性を測定し効果を比較した。厚さ１５０μｍ、１８０μｍ、１２５０μｍのアルミを用いた場合にはセラミックヒーターの表面温度はそれぞれ９８℃、９５℃、８５℃であった。この事からグラファイトを用いる本発明の方法が優れた放熱効果を有する事が確認できた。
【０１１１】
【表６】
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（実施例１７〜１９）
日本タングステン（株）製アルミナ（商品名ＮＰＡ−５）を加工して得られた、直径１００ｍｍ、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫの円盤を２枚用意し（それぞれの厚さ２ｍｍ、１０ｍｍ）その間にグラファイトフィルム（Ａ、Ｃ、Ｄ）を挟んで周囲をクリップで留め、その表面（厚さ２ｍｍ板側）に実施例１と同様のセラミックヒーターを取り付け、その表面温度を測定した。グラファイトフィルムを挟まない場合にはヒーター表面温度は１０５℃であったが、グラファイトＡ、Ｃ、Ｄを挟んだ場合にはそれぞれ、９５℃、９０℃、８４℃であった。この事からグラファイトを挟む事によって優れた放熱特性が実現できた事が分かった。
【０１１２】
（実施例２０〜２５）
グラファイト（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）の両表面にＧＥ東芝シリコーン社製のＴＳＥ３０８０シリコーン樹脂を塗布し、それを２枚の日本タングステン（株）製窒化アルミ（商品名ＮＰＬ−２）、厚さ３ｍｍ、直径１００ｍｍ、熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫで挟み放熱基板を作製した。同様の方法で放熱特性を調べたが、グラファイトＡ、Ｂではグラファイトを挟んだ効果は認められなかった。これは、グラファイトＡ、Ｂの面方向の熱伝導はそれぞれ、２４０Ｗ／ｍＫ、３００Ｗ／ｍＫで窒化アルミの１７０Ｗ／ｍＫよりも大きいにも関わらず、グラファイト面厚さ方向熱伝導がそれぞれ６Ｗ／ｍＫ、５〜１０Ｗ／ｍＫと小さいためにその影響が現れたものと考えられる。
【０１１３】
しかしながら、グラファイトＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆでは同じ厚さの窒化アルミ単体よりも１０℃以上高い放熱特性が確認できた。これは、これらのグラファイトにおける面方向の高い熱伝導度（７００Ｗ／ｍＫ以上）が熱の速やかな拡散に寄与したものと考えられる。
【０１１４】
これらの事実から異方性熱伝導体を用いる場合には、異方性熱伝導体の高熱伝導方向の熱伝導率は用いられる等方性熱伝導体の２倍以上ある事が望ましい好ましい事が分かる。
【０１１５】
（実施例２６）
以上の実施例を元にＬＥＤでの実証試験を行った。（１）ポリイミド樹脂上に銅配線を施した基板実装基板、（２）窒化アルミ基板に銅ペーストを焼き付けて回路形成を行った基板、（３）最表面を前記窒化アルミ回路としさらに裏面にグラファイトＤを貼り付けた基板、の３種類で比較実験を行った。用意した発光ダイオードに３Ｖの電圧を印加し、２００ｍＡの電流を流すことができる素子を使用した。発光ダイオード（ＬＥＤ）のジャンクション温度の上昇が上昇すると相対的に光出力が減少するから、逆にそれぞれの基板を用いたときの発光強度を測定すれば基板の放熱効果を見積もる事が出来る。その結果、（１）基板の発光強度を１００とすると、（２）の基板ではおよそ１２０、（３）の基板ではおよそ１３０の発光強度が得られた。この事から（３）基板を用いる事によって、ジャンクション温度を３０℃以上低下出来る事が分かった。
【符号の説明】
【０１１６】
１１  ＬＥＤチップ
１２  透明封止樹脂
１３  リード線
１４  配線回路
１５  異方的熱伝導層（グラファイト層）
１６  絶縁性等方的熱伝導層
１７  絶縁性等方的熱伝導層
２１  導電性等方的熱伝導層（金属層）
２２  絶縁層
２３  導電性等方的熱伝導層（金属層）
３１  異方的熱伝導層（グラファイト層）
３２  導電性等方的熱伝導層（金属層）
４１  絶縁性等方的熱伝導層
５１  透明封止樹脂
５２  絶縁性等方的熱伝導層
５３  導電性等方的熱伝導層（金属層）
【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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