(57)【要約】【課題】モジュール等によって発生した熱が蓄積され易い部分から、基板外周など比較的温度の低い部分に熱を伝導させ、モジュールの放熱を行う複合材料放熱基板を得る。【解決手段】放熱基板９を固定させる連結部１を当該基板外周に複数備え、放熱基板９に実装したモジュール１２を網羅しながら、隣り合う連結部１を結ぶ複数の熱伝導性強化繊維１０を、熱伝導性強化繊維１０よりも熱伝導性の低いマトリックス１１に配向・配置し、モジュール１２が発生した熱を放熱基板９の外周に備えた連結部１に伝導させる。【選択図】　　　　図１
2004022828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性強化繊維とマトリックスとから成る複合材料放熱基板において、
当該複合材料放熱基板を固定させる連結部位を当該基板外周に複数備え、
前記複合材料放熱基板に実装される熱源を網羅して隣り合う前記連結部位を結ぶように前記熱伝導性強化繊維を前記マトリックスに配向したことを特徴とする複合材料放熱基板。
【請求項２】
熱伝導性強化繊維とマトリックスとから成る複合材料放熱基板において、
当該複合材料放熱基板を固定する連結部位を当該基板の外周に複数備え、
隣り合う二つの前記連結部位を結ぶ第一の仮想直線上に任意の点を仮定し、
当該基板が有する熱源を通過する第二の仮想直線を仮定し、
前記第一の仮想直線上の任意の点を中心にして仮定した同心円群と前記第二の仮想直線との交点を各々仮定し、
前記仮定した複数の交点を各々通過して前記隣り合う二つの連結部位を結ぶ複数の熱伝導性強化繊維を前記マトリックスに曲線部分を有するように配向させたことを特徴とする複合材料放熱基板。
【請求項３】
熱伝導性強化繊維は、熱源から最も近い連結部位へ熱伝導するように当該熱伝導性強化繊維よりも熱伝導性が低いマトリックスに配向されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の複合材料放熱基板。
【請求項４】
熱伝導性強化繊維は、複数の連結部位の中で温度が低い連結部位へ熱伝導するように当該熱伝導性強化繊維よりも熱伝導性が低いマトリックスに配向されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の複合材料放熱基板。
【請求項５】
熱伝導性強化繊維に炭素繊維、金属繊維、あるいはセラミック繊維のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の複合材料放熱基板。
【請求項６】
マトリックスに樹脂、金属、あるいはセラミックのいずれかを用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の複合材料放熱基板。
【請求項７】
熱伝導性強化繊維に炭素繊維を用い、マトリックスに炭素を用いたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の複合材料放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高集積の半導体素子や高周波増幅器などのモジュール搭載に適した複合材料放熱基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１及び図１２は、従来の複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。図において、１０９は後述する板状部材１１４と熱伝導部材１１５とから成る放熱基板、１１４は銅または銅合金の板状部材、１１５は炭素等の繊維と金属マトリックスから成る複合材料の熱伝導部材、１１６，１１７は銅配線層、１１８はエポキシ樹脂、１１９は半導体素子である。
【０００３】
図１１及び図１２に例示したものは、特開２０００−１５０７４３号公報に開示された複合材料から成る熱伝導部材を備えた半導体装置用放熱基板である。
【０００４】
図１１は、放熱基板１０９を斜視したものである。図示した放熱基板１０９は、熱伝導性の高い銅または銅合金の板状部材１１４に四辺形の貫通孔を設け、炭素または黒鉛質の繊維と銅または銅合金の金属マトリックスから成る複合材料の熱伝導部材１１５のエッジに金属メッキを施し、この熱伝導部材１１５を板状部材１１４の貫通孔に挿入してロウ材で接合したものである。放熱基板１０９は、このように高熱伝導性を有する部材を用いて構成することで良好な放熱性を得ている。なお、ここで熱伝導部材１１５に用いられる複合材料は、板状部材１１４の貫通孔に挿入することから、熱膨張等の影響を抑制して板状部材１１４との接合を維持するため、炭素または黒鉛質の繊維が二次元面方向にランダムに配向しているものが望ましい。
【０００５】
図１２は、従来の複合材料放熱基板の縦断面を示したものである。板状部材１１４に銅または銅合金等の導電性を有する材料を用いた場合は、図１２に示すように、板状部材１１４表面に絶縁性を有するエポキシ樹脂１１８等を塗布して絶縁膜を形成させ、このエポキシ樹脂１１８の絶縁膜上に配線層１１６，１１７を形成させる。図１２に例示したものでは、配線層１１７に熱源となる半導体素子１１９が実装されている。このように、放熱基板１０９は配線層１１７に実装された半導体素子１１９によって発生された熱を配線層１１７を介して半導体素子１１９直下あるいは近傍の熱伝導部材１１５で吸熱して板状部材１１４の裏面側へ熱伝導させ、当該板状部材１１４裏面側を対流している気体等に放熱し、半導体素子１１９近傍に熱を蓄積させないようにするものである。このように図１１及び図１２に示した従来の放熱基板１０９は基板表面側から裏面側へ、即ち当該放熱基板１０９の厚み方向に熱伝導させるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複合材料放熱基板は以上のように構成されているので、放熱性を良好にするため、銅などの高熱伝導性金属と炭素等の繊維が使用され、熱伝導特性として等方性を有する等方性材料が用いられている。これらの等方性を有する複合材料を用いた放熱基板に高集積の半導体素子や高周波増幅器などのモジュールを実装した場合、特にモジュールが実装される基板中央部分の放熱効率が悪く、モジュールが発生した熱がその周辺に蓄積されて部分的に温度が高くなり、モジュールの動作や信頼性に悪影響を及ぼすという課題があった。また、このような基板中央部分に蓄積される熱を放散させるヒートシンクを備える場合には、充分な放熱効果が得られる大型のヒートシンクが必要になり、基板上のモジュール等の配置に問題が生じるという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モジュール等によって発生した熱が蓄積され易い部分から、基板外周など比較的温度の低い部分に熱を伝導させ、モジュールの放熱を行う複合材料放熱基板を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る複合材料放熱基板は、当該複合材料放熱基板を固定させる連結部位を当該基板外周に複数備え、複合材料放熱基板に実装される熱源を網羅して隣り合う連結部位を結ぶように熱伝導性強化繊維をマトリックスに配向したものである。
【０００９】
この発明に係る複合材料放熱基板は、当該複合材料放熱基板を固定する連結部位を当該基板の外周に複数備え、隣り合う二つの連結部位を結ぶ第一の仮想直線上の任意の点を仮定し、当該基板が有する熱源を通過する第二の仮想直線を仮定し、第一の仮想直線上の任意の点を中心にして仮定した同心円群と第二の仮想直線との交点を各々仮定し、この複数の交点を各々通過して隣り合う二つの連結部位を結ぶ複数の熱伝導性強化繊維をマトリックスに曲線部分を有するように配向させたものである。
【００１０】
この発明に係る複合材料放熱基板は、熱伝導性強化繊維が熱源から最も近い連結部位へ熱伝導するように熱伝導性が低いマトリックスに配向されたものである。
【００１１】
この発明に係る複合材料放熱基板は、熱伝導性強化繊維が複数の連結部位の中で温度が低い連結部位へ熱伝導するように熱伝導性が低いマトリックスに配向されたものである。
【００１２】
この発明に係る複合材料放熱基板は、熱伝導性強化繊維に炭素繊維、金属繊維、あるいはセラミック繊維のいずれかを用いたものである。
【００１３】
この発明に係る複合材料放熱基板は、マトリックスに樹脂、金属、あるいはセラミックのいずれかを用いたものである。
【００１４】
この発明に係る複合材料放熱基板は、熱伝導性強化繊維に炭素繊維を用い、マトリックスに炭素を用いたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１ないし図９は、この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。図において、１は連結部（連結部位）、２は連結部１の中心点である。３は隣り合う連結部１と連結部１とを結ぶ仮想直線の中点（第一の仮想直線上の任意の点）、即ち後述する同心円群６の中心である。４は放熱基板９に実装されるモジュールなどの発熱中心点、５は中点３と中心点４とを通過する仮想直線（第二の仮想直線）、６は中点３を中心として仮想した同心円群、７は同心円群６と仮想直線５の交点である。８は図中実線で描かれた例えば双曲線状の仮想の曲線群で、熱伝導性強化繊維を配向・配置させる位置を示すものである。９は複合材料から成る放熱基板（複合材料放熱基板）である。１０は曲線群８に配置された熱伝導性強化繊維、１１はマトリックス、１２はモジュール（熱源）、１３はヒートシンク、３０はヒートシンク１３と放熱基板９とを連結する熱伝導性を有する連結部材である。
【００１６】
次に、図１に例示した実施の形態１による複合材料放熱基板について説明する。図１に示した放熱基板９は四辺形に形成されたもので、四箇所の角部には外部取り付けのヒートシンク、または排熱用の基板を取り付ける、あるいは対流などにより空間に効率よく放熱できない環境では熱伝導経路を構成してシャシなどに熱を伝導すると共に当該放熱基板９を固定させる連結部１が各々設けられている。図１は、例えば中央部で最も発熱する発熱中心点４を有するモジュール１２を、放熱基板９中央部に搭載する構成を示したものである。
【００１７】
図１に示した四辺形の放熱基板９の表面上に、次の（１）〜（４）に説明する直線または曲線を仮定する。
（１）隣り合う二つの連結部１の中心点２を結ぶ仮想直線を描く。
（２）前記（１）の仮想直線の中央部位に中点３を想定し、中点３とモジュール１２の発熱中心点４とを通過する仮想直線５を描く。
（３）隣り合う二つの連結部１の中心点２を結ぶ仮想直線の中点３を中心とする同心円群６を描く。
（４）同心円群６と仮想直線５が交差する交点７と、隣り合う二つの連結部１の中心点２とを結んで例えば双曲線状の曲線群８を描く。なお、この曲線群８は双曲線状に限定されず、熱伝導性強化繊維１０が断絶しないことを条件にそれぞれの交点７を通過して二つの中心点２を最短距離で結ぶものが好ましい。
【００１８】
（１）〜（４）で説明したように仮定された例えば双曲線状の曲線群８の位置に沿って、マトリックス１１よりも高い熱伝導性を有する熱伝導性強化繊維１０を当該マトリックス１１に配向・配置する。図１の放熱基板９は連結部１を四箇所備えた四辺形なので、連結部１の中心点２は四箇所、隣り合う中心点２を結ぶ仮想直線が四本となり、その中点３が４箇所存在し、同心円群６は放熱基板９の外周を形成する各辺に対応する四箇所にそれぞれ描かれ、この四箇所の同心円群６に対応させて曲線群８が描かれる。熱伝導効率を良好にするためには各曲線群８の本数を多く、即ち放熱基板９に敷設する熱伝導性強化繊維１０の密度を高くしてモジュール１２の発熱領域を網羅する構成が好ましい。
【００１９】
図示した熱伝導性強化繊維１０は、一例として双曲線状に形成して二つの連結部１を結んだものであるが、距離の短い熱伝導経路ほど熱伝導させ易く、モジュール１２の発熱中心点４から放熱できることから、発熱中心点４と各連結部１とを最短距離で結ぶ直線状の熱伝導経路が望ましい。しかし前述のように、熱伝導経路を形成する熱伝導性強化繊維１０に、特に炭素系などの繊維素材を用いる場合には小さな曲率で配向を変化させると繊維が断絶・破断して熱伝導が途切れてしまう。熱伝導性強化繊維１０は、モジュール１２の発熱している部分を通過し、また高温となっている部分を網羅しながら、最短距離で放熱基板９に備えられた例えば二箇所の連結部１間を結ぶもので、繊維の断絶を防ぐために少なくとも部分的に曲線部分を有する。
【００２０】
なお、図１には四箇所の連結部１を放熱基板９の四隅に備え、熱伝導性強化繊維を配向・配置したものを例示したが、この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板は、二箇所以上の連結部１を有するマトリックス１１に熱伝導性強化繊維１０を配向・配置して、当該放熱基板９が例えば水平等となる状態で他のシャシ等に固定された場合でも放熱基板９の中央近傍で発せられた熱を当該放熱基板９の外周部位に備えた連結部１へ伝導し、この連結部１から他のシャシ等へ熱を伝導させ、放熱基板９に実装されたモジュール１２の放熱を行うものである。また、二箇所の連結部１を結ぶ熱伝導性強化繊維１０の中央近傍を放熱させたい部分に配置することにより、特に熱伝導性に異方性を有する炭素繊維などを熱伝導性強化繊維１０に用いると効率よく発熱中心点４などの発熱部位の他に高温となっている部分からも熱を連結部１へ伝導することができる。
【００２１】
図２は、平面が長方形状の放熱基板９外周の短辺９ａ，９ｂの中央に連結部１を各々一箇所、計二箇所備えた一例で、二つの連結部１を結ぶ仮想直線Ａ上にモジュール１２の発熱中心点４が位置するように、モジュール１２を放熱基板９表面に配置したものである。図２に示したような形状の放熱基板９に熱伝導部材１０を配向・配置する場合は、仮想直線Ａ上にモジュール１２の発熱中心点４を設置し、熱伝導が最も有効に行われるように配置する。モジュール１２の発熱は発熱中心点４に限られるものではなく、放熱が必要になる温度まで発熱する部分はモジュール１２の各部に分布している場合もあるので、必ずモジュール１２の発熱中心点４を図示した仮想直線Ａ上に配置することに限定されず、放熱基板９の平面上で図示した仮想直線Ａと平行な直線を仮定し、モジュール１２の熱を効率良く伝導できるように当該放熱基板に配置するようにしてもよい。
【００２２】
仮想直線Ａと直交する仮想直線Ｂを、発熱中心点４を通過するように仮定して、この仮想直線Ｂ上の適当な位置に図１に示した中点３に相当する同心円群６の中心を設定して当該同心円群６を仮定する。図２では図示を省略した同心円群６を構成する各円が仮想直線Ｂと交錯する交点を通り、放熱基板９の両側方に備えられた二つの連結部１を結ぶように熱伝導性強化繊維１０を設ける。
【００２３】
図３は、同じく平面が長方形状の放熱基板９外周の一対の対向する二箇所の角部９ｃに連結部１を設けた一例を示したものである。図３に示した放熱基板９も図２に示した放熱基板９で説明したように二箇所の連結部１間を結ぶ仮想直線Ａを仮定し、この仮想直線Ａと直交する仮想直線Ｂを仮定して、仮想直線Ｂ上の適当な位置に図１に示した中点３を仮定して同心円群６を描き、この同心円群６の各円周と仮想直線Ｂとの交点を通過して角部９ｃにそれぞれ備えられた二つの連結部１を結ぶように熱伝導性強化繊維１０を設ける。なお、図２に示した放熱基板９の説明と同様に、放熱が必要になる温度まで発熱する部分はモジュール１２の種類・構成により様々な部分に分布しているので、必ずモジュール１２の発熱中心点４が放熱基板９の仮想直線Ａ上となる配置には限定されず、放熱基板９の平面上で図示した仮想直線Ａと平行な直線を適当な位置に仮定して、この仮想直線Ａと直交する仮想直線Ｂ上に同心円群６を仮定してもよい。
【００２４】
図３は、平面が円形状の放熱基板９に連結部１を三箇所備えた一例を示すもので、放熱基板９の外周に沿った円周部位に、例えば３６０度／３分割＝１２０度の等間隔で連結部１を配置したものである。隣り合う二つの連結部１との間を結ぶように設けられた熱伝導性強化繊維１０は、図１を用いて説明したように隣り合う二つの連結部１間に仮定した仮想直線の中間点３、同心円群６等を用いて配向・配置されたもので、ここではその配向・配置に関する説明を省略する。
【００２５】
図５は、平面が円形状の放熱基板９に連結部１を四箇所設けた一例を示すもので、放熱基板９外周に沿った円周部位に３６０度／４分割＝１２０度の等間隔で連結部１を配置したものである。このように円形状の放熱基板９に連結部１を四箇所設けた場合も、図１を用いて説明したように隣り合う二つの連結部１との間を結ぶように仮定した仮想直線の中間点３、及び同心円群６等を用いて熱伝導性強化繊維１０を配向・配置する。なお、ここではその配向・配置に関する説明を省略する。
【００２６】
図６は、細長い長方形状の放熱基板９に、長手方向の二辺の両縁端部位と中間部位に連結部１を計六箇所設けた一例を示したものである。図６では説明を簡単にするため、モジュール１２を放熱基板９の中央部に搭載したものを例示しているが、モジュール１２の配置は図示したものに限定されない。また、図６の放熱基板９は、基本的にはこれまで説明した他の形状の放熱基板９と同様に、図１に示した隣り合う二つの連結部１との間を結ぶように仮定した各仮想直線の中間点３、同心円群６等を用いて熱伝導性強化繊維１０を配向・配置したものである。また、図６に示した放熱基板９は、モジュール１２の中央部分に最も発熱する発熱中心点４があるものと仮定して熱伝導強化繊維１０を配向・配置した一例を示したものである。
【００２７】
例えば、図６に示したモジュール１２が前述のように中央部分が最も発熱する発熱中心点４を有し、また他の部分でも相当発熱する発熱点４ａを有するものである場合、モジュール１２の発熱中心点４に最も近い連結部１ａは相当高い温度となる。モジュール１２の中央部以外の発熱点４ａで発した熱は、連結部１ａが最も近い場合でも連結部１ａに向かって伝導されず、連結部１ａに比べ温度の低い、例えば連結部１ｂへ向かって配向・配置されている熱伝導性強化繊維１０によって連結部１ｂへ伝導され放熱される。
【００２８】
図７は、図１に示した放熱基板と同様な形状をしたもので、四箇所の角部に連結部１を設けた長方形状をしている。例えばこのような形状の放熱基板９に当該基板中央部からオフセットさせてモジュール１２を実装した場合に、当該放熱基板９に備えられる熱伝導性強化繊維１０の配向・配置を示したものである。このように放熱基板９にモジュール１２を実装する場合にも、図１を用いて（１）ないし（４）の項目に分けて説明した各仮想直線や、その中点３、同心円群６などを仮定してモジュール１２の発熱中心点４を通過、もしくは近付けるようにし、発熱部位を網羅するように熱伝導性強化繊維１０を配向・配置する。
【００２９】
なお、放熱基板９は熱伝導性強化繊維１０を有効な熱伝導が行える程度に基板厚み方向に複数重ねて構成し、また必要に応じて仮想する同心円群６の円の数を増やし、熱伝導性強化繊維１０の密度を高くして敷設する。また、好ましくは二つの連結部１を結ぶ熱伝導性強化繊維１０の長さ、即ち距離を短く敷設して熱伝導効率を高める。ただし、前述のように炭素繊維等が断絶する小さな曲率による曲げ等の構成を避け、少なくとも部分的に曲線部分を形成させる。
【００３０】
また、単一の放熱基板９に複数のモジュール１２が実装される場合には、放熱基板９において、最も高温となる箇所を発熱中心点４として熱伝導性強化繊維１０を敷設構成する。また、図６に示したように、発熱中心点４の他に発熱点４ａを想定して熱伝導性強化繊維１０の配向・配置を複数の高温となる箇所から熱伝導が行えるように構成してもよい。
【００３１】
図８及び図９は、例えば図２に示した連結部１を二箇所設けた放熱基板９の放熱作用を示したものである。図において、Ｈはモジュール１２が発熱した熱の伝導を示す矢印である。図８は上方からみた放熱基板９の概略平面を示すもので、図９はヒートシンク１３が取り付けられた放熱基板９の要部概略縦断面を示すものである。
【００３２】
図８に示した放熱基板９のように、隣り合う連結部１を結ぶ熱伝導性強化繊維１０を例えば双曲線状の曲線群として配向・配置させることにより、モジュール１２で発生した熱は、放熱基板９の中央部に蓄積されることなく熱伝導性強化繊維１０が配向・配置に沿って矢印Ｈで示した方向へ制御された熱流として効率よく連結部１に導かれる。放熱基板９の各連結部１に伝導された熱は、図９に示すように、連結部材３０を介してヒートシンク１３に迅速に伝導させることができ、放熱基板９の放熱性が顕著に向上する。
【００３３】
【実施例】
実施例１．
次に、実施例１について説明する。
図１０は、この発明の実施の形態１による実施例１ないし実施の形態４による実施例４の複合材料放熱基板の各部位の実測温度を表記した説明図である。
熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０に用い、アルミニウムをマトリックス１１とした複合材料から構成された放熱基板９を、図８に示した熱伝導性強化繊維１０のように配向・配置させて複合材料放熱基板を作製した。また、比較用の放熱基板として、アルミニウム単一材料からなる従来の放熱基板も作製した。作製した各放熱基板上に発熱源となるモジュール１２として高周波増幅器を各々実装し、また各放熱基板をヒートシンク１３として熱容量の大きなシャシに連結部１を介して固定した。連結部１に接する固定用のピン、ネジ等は、銅合金など熱伝導性の良いものを使用した。室温２５℃でモジュール１２を作動させ、３０分以上動作維持した後、各放熱基板の中央部と連結部１の温度を赤外線温度計で測定し比較した。この測定結果を図１０の項目１と項目２に示す。
【００３４】
熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、アルミニウムをマトリックス１１とする複合材料からなる実施例１の複合材料放熱基板は、図１０の項目２から明らかなように、図１０の項目１に示した従来のアルミニウム単一材料からなる放熱基板に比べて、当該実施例１による放熱基板９の中央部の温度が低くなり、また当該基板中央部と連結部１の温度差も小さくなっており、この発明による複合材料放熱基板のように放熱強化繊維を配向・配置することによって、放熱性が顕著に向上することがわかる。
【００３５】
以上のように、実施の形態１によれば、複合材料放熱基板に発熱量の大きなモジュール１２等が搭載された場合でも当該基板内で温度上昇が抑えられるので、モジュール１２やその他の素子の高集積化、高出力化、及び小型化が可能になると共に、モジュール１２や素子が安定して動作することができ、また寿命が伸びることから信頼性が向上するという効果がある。また、放熱基板９の連結部１に連結部材３０を連結して、放熱基板９の中央部からヒートシンク１３等まで熱伝導経路を形成させることができ、ヒートシンク１３へ迅速に放熱させることができるという効果がある。
【００３６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による複合材料放熱基板は、図１ないし図９を用いて説明した実施の形態１の複合材料放熱基板において、複合材料を構成する熱伝導性強化繊維１０に炭素繊維、金属繊維、あるいはセラミック繊維のいずれかを用いて構成したもので、その他の部分は図１ないし図９に示したものと同様に構成され、ここでは図１ないし図９において同一部分に用いた符号を用い、その符号の説明及び複合材料放熱基板の詳細な構成の説明を省略する。
【００３７】
実施の形態２による放熱基板９は、熱伝導性強化繊維１０として熱伝導性を有する炭素繊維のピッチ系炭素繊維を使用したもの、あるいは金属繊維の銅、アルミニウム、銀などを加工した金属繊維を使用したもの、あるいはセラミック繊維の炭化珪素、窒化珪素等の繊維を使用したものである。これらのような熱伝導性を有する繊維を用いて、図１ないし図９に示した放熱基板９を構成した実施の形態２による複合材料放熱基板は、放熱基板９の中央部に蓄積される熱を当該基板外周部へ伝導させ、モジュール１２から発せられる熱量に応じて十分に放熱させることができる。
【００３８】
【実施例】
実施例２．
次に、実施例２について説明する。
熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、エポキシ樹脂をマトリックス１１として使用し、実施の形態１で説明したようにエポキシ樹脂のマトリックス１１に熱伝導性強化繊維１０の配向・配置を行い、図８に示した放熱基板９を作製した。実施例２の放熱基板９上に実装した発熱源となるモジュール１２は、実施例１の放熱基板９及び比較用に製作した従来のアルミニウム単一材料から成る放熱基板に実装したものと同様な高周波増幅器を実装し、また、実施例２の放熱基板９が固定されるヒートシンク１３は、実施例１の放熱基板９及び前記従来の放熱基板を固定したものと同じシャシを用い、室温２５℃でモジュール１２を作動させ、３０分以上動作保持した後、当該実施例２による放熱基板９の中央部と連結部の温度を赤外線温度計で測定した。その測定結果を図１０の項目３に示す。
【００３９】
熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、エポキシ樹脂をマトリックス１１とする複合材料からなる実施例２の放熱基板９は、図１０の項目３から明らかなように、図１０の項目１に示した従来のアルミニウム単一材料からなる放熱基板９に比べて、当該放熱基板９の中央部の温度が低く、また中央部と連結部の温度差も小さくなっており、この発明による熱伝導性強化繊維１０の配向・配置により実施例２の放熱基板９の放熱性が向上していることがわかる。また、熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、エポキシ樹脂の代わりにシアネート樹脂をマトリックス１１とした複合材料からなる放熱基板９においても、同様な放熱結果が得られた。
【００４０】
以上のように、実施の形態２によれば、複合材料の放熱基板９に発熱量の大きなモジュール１２や素子等が搭載されても、当該基板上の温度上昇が抑えられ、モジュール１２等の高集積化、高出力化、及び小型化が可能になると共に、モジュール１２等の動作が安定し、寿命が伸びるという効果がある。
【００４１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３による複合材料基板は、実施の形態１あるいは実施の形態２による複合材料放熱基板において、マトリックス１１に樹脂、金属、セラミックのいずれかの材料を用いて構成したものである。即ち、図１ないし図９に示した放熱基板と同様に構成され、熱伝導性強化繊維１０に炭素繊維、金属繊維、あるいはセラミック繊維のいずれかを用い、マトリックスを樹脂、金属、あるいはセラミックのいずれかを用いて、これらの材料の組み合わせのいずれかにより構成された複合材料からなる放熱基板である。ここでは図１ないし図９に示した同一部分に用いた符号を用い、その符号の説明及び複合材料放熱基板の詳細な構成の説明を省略する。
【００４２】
【実施例】
実施例３．
次に、実施例３について説明する。
銅繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、エポキシ樹脂をマトリックス１１とする複合材料から成る実施例３の放熱基板９を、実施の形態１で説明した図８の放熱基板９のように熱伝導性強化繊維１０を配向・配置させて作製した。実施例３の放熱基板９に実装する発熱源のモジュール１２は、実施例１の放熱基板９及び比較用に製作した従来のアルミニウム単一材料からなる放熱基板に実装したものと同様な高周波増幅器を用い、また実施例３の放熱基板９を固定するヒートシンクも実施例１の放熱基板９及び前記従来の放熱基板を固定したシャシを用い、室温２５℃でモジュール１２を作動させ、３０分以上動作保持した後、実施例３の放熱基板９の中央部と連結部の温度を測定した。その測定結果を図１０の項目４に示す。
【００４３】
図１０に示した測定結果から明らかなように、銅繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、エポキシ樹脂をマトリックス１１とする複合材料からなる実施例３の放熱基板９は、図１０の項目１の従来のアルミニウム単一材料からなる放熱基板と比較して、基板中央部の温度が低く、また中央部と連結部の温度差も小さくなり、この発明による熱伝導性強化繊維１０の配向・配置により実施例３の放熱基板９の放熱性が向上していることがわかる。
【００４４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４による複合材料放熱基板は、図１ないし図９に示した放熱基板９において、熱伝導性強化繊維１０に炭素繊維を用い、マトリックス１１を炭素で構成したものである。ここでは図１ないし図９に示した同一部分に付した符号と同じ符号を用い、その符号の説明及び複合材料放熱基板の詳細な構成の説明を省略する。熱伝導性炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、炭素をマトリックス１１とする複合材料は、炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／Ｃと記載する）と呼ばれ、このようにＣ／Ｃから成る実施の形態４による放熱基板９は、炭素繊維が有する熱伝導の異方性を有効に利用することができ、当該基板中央部の熱を基板外周部分に向かって伝導する効率が非常に良好である。
【００４５】
【実施例】
実施例４．
次に、実施例４を説明する。
熱伝導性を有するピッチ系炭素繊維を熱伝導性強化繊維１０とし、炭素をマトリックス１１とする複合材料（Ｃ／Ｃ）からなる放熱基板９を、実施の形態１で説明した図８の放熱基板９のように熱伝導性強化繊維１０を配向・配置させて作製した。実施例４の放熱基板９に実装する発熱源のモジュール１２は、実施例１の放熱基板９及び比較用に作製した従来のアルミニウム単一材料から成る放熱基板に実装したものと同様な高周波増幅器を用い、また実施例４の放熱基板９を固定するヒートシンクも実施例１の放熱基板９及び前記従来の放熱基板を固定したシャシを用い、室温２５℃でモジュール１２を作動させ、３０分以上動作保持した後、実施例４の放熱基板９の中央部と連結部の温度を測定した。その測定結果を図１０の項目５に示す。
【００４６】
熱伝導性の複合材料（Ｃ／Ｃ）からなる実施例４の放熱基板９は、図１０の項目１に示す従来のアルミニウム単一材料からなる放熱基板と比較して、当該実施例４の放熱基板９の中央部の温度はかなり低くなり、また中央部と連結部１の温度差も縮小して、この発明による熱伝導性強化繊維１０の配向・配置によって実施例４の放熱基板９の熱伝導効率が向上していることがわかる。
【００４７】
以上のように、実施の形態４によれば、放熱基板９に高発熱量のモジュール１２や素子が搭載された場合も、当該基板の温度上昇が抑えられるため、モジュール１２等の高集積化、高出力化、及び小型化が可能になる上に、モジュール１２等が安定して動作し、寿命が伸びるという効果がある。
【００４８】
また、以上のように実施の形態１による実施例１ないし実施の形態４による実施例４によれば、熱伝導性強化繊維１０を備えることにより、放熱基板９の中央部分の熱を当該放熱基板９の外周に備えた各連結部１へ伝導させることができ、放熱基板９に実装されたモジュール１２の放熱効率を高めることができる。また、同じ熱量を放熱する熱伝導性強化繊維１０を備えていない従来の放熱基板に比べ薄く構成できるという効果がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、熱源が発生した熱を複合材料放熱基板の中央部に蓄積することなく、当該放熱基板に備えられた熱伝導性強化繊維の配向に沿った熱流として効率よく当該放熱基板の連結部位に伝導することができるという効果がある。
【００５０】
、この発明によれば、基板中央部の熱を当該放熱基板の外周方向へ伝導させることができ、当該放熱基板に高発熱量のモジュールや素子が搭載された場合も、モジュール等が搭載された部分の温度上昇が抑えられ、モジュール等の高集積化、高出力化、及び小型化が可能になると共に、モジュールや素子が安定して動作し寿命が伸びて信頼性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１による複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による実施例１ないし実施の形態４による実施例４の複合材料放熱基板の各部位の実測温度を表記した説明図である。
【図１１】従来の複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【図１２】従来の複合材料放熱基板の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ　連結部（連結部位）、２　中心点、３　仮想直線の中点（第一の仮想直線上の任意の点）、４　発熱中心点、４ａ　発熱点、５　仮想直線（第二の仮想直線）、６　同心円群、７　交点、８　曲線群、９　放熱基板（複合材料放熱基板）、９ａ，９ｂ　短辺、１０　熱伝導性強化繊維、１１　マトリックス、１２　モジュール（熱源）、１３　ヒートシンク、３０　連結部材。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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