(57)【要約】  熱拡散部材として優れた熱伝導特性と長期信頼性を備える異方性グラファイト複合体を製造するための異方性グラファイトを提供する。Ｘ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、異方性グラファイトの結晶配向面は、Ｘ‐Ｚ平面と平行であり、前記異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、特定のサイズの孔が特定の個数にて形成されている。
2020066634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、結晶配向面がＸ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行な異方性グラファイトであって、
前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径０．１μｍ以上２０μｍ未満、深さ１μｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、異方性グラファイト。
【請求項２】
Ｘ軸に平行な辺の長さが４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
Ｙ軸に平行な辺の長さが４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
Ｚ軸方向の厚さが０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である、請求項１に記載の異方性グラファイト。
【請求項３】
前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、深さ１ｍｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、請求項１または２に記載の異方性グラファイト。
【請求項４】
前記孔は貫通孔である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の異方性グラファイト。
【請求項５】
前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、深さ１μｍ以上の孔が４０００個／ｍｍ２以上、形成されている、請求項１または２に記載の異方性グラファイト。
【請求項６】
前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径２μｍ以上２０μｍ未満の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の異方性グラファイト。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の異方性グラファイトと、チタン含有金属層と、無機材質層とを備え、
前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、前記チタン含有金属層を介して前記無機材質層が接合している、異方性グラファイト複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異方性グラファイトおよび異方性グラファイト複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
異方性グラファイトは、グラファイトの結晶配向面に対して平行な方向への熱伝導率は高いが、垂直な方向への熱伝導率が低いという性質を有する。異方性グラファイトとしては、例えばグラファイトの積層体が知られている。【０００３】
異方性グラファイトは、その優れた熱伝導性のため、半導体パッケージにおいて、上部に配置している半導体素子から発生する熱が集中しないように、熱を半導体素子から冷却器に効果的に移動させて、放熱する材料として利用される。【０００４】
例えば、異方性グラファイトと無機材質層とが接合された異方性グラファイト複合体が知られている。ここで、チタンを含有する活性金属ろう材を接合材として用いて異方性グラファイトと無機材質層とを接合する方法がある。例えば、特許文献１には、プレート状のグラファイト構造体と銅板とが、チタンを含むインサート剤を介して加圧接合されてなる異方性熱伝導素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２３８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、異方性グラファイトは表面活性が低いため、上述のような従来技術では異方性グラファイトとチタン含有金属層との接合が不十分となり、それゆえに長期信頼性が発現しない場合があることを、本願発明者は独自に見出した。【０００７】
本発明の一態様は、熱拡散部材として優れた熱伝導特性および長期信頼性を備える異方性グラファイト複合体を製造するための異方性グラファイトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、前記の課題を解決するために鋭意検討した結果、異方性グラファイトに特定のサイズの孔を特定の個数にて形成することにより、アンカー効果により当該異方性グラファイトと接合材との密着性を向上させることができ、それゆえに熱拡散部材として優れた熱伝導特性および長期信頼性を実現できることを見出し、本発明を完成させた。本発明は、以下を包含する。【０００９】
Ｘ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、結晶配向面がＸ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行な異方性グラファイトであって、前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面（Ｘ‐Ｙ平面）に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径０．１μｍ以上２０μｍ未満、深さ１μｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、異方性グラファイト。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、優れた熱伝導特性および長期信頼性を備える異方性グラファイト複合体を製造するための異方性グラファイトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る異方性グラファイトの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体の斜視図である。
【図３】本発明の実施例に係る異方性グラファイト複合体の評価用構造体の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、以下に説明する各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態や実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態や実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上Ｂ以下」を意図する。
【００１３】
〔１．異方性グラファイト〕
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイトは、Ｘ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、結晶配向面がＸ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行な異方性グラファイトであって、前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面（Ｘ‐Ｙ平面）に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径０．１μｍ以上２０μｍ未満、深さ１μｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている。当該構成であれば、優れた熱伝導特性および長期信頼性を備えた異方性グラファイト複合体を提供することができる。異方性グラファイト複合体の製造方法として、異方性グラファイトの孔が形成された面に接合材として後述のチタン含有金属層を積層させた後、加熱または加圧などを施す方法が挙げられる。この場合、異方性グラファイトの孔に接合材が入り込むことにより、アンカー効果により異方性グラファイトと接合材との密着性を向上させることができ、その結果、異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性が向上すると推測される。なお、本明細書でいう「Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸」は、図１に示すものを意図する。
【００１４】
異方性グラファイトは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造を有する層が多数積層したブロック状の形状を有する。このようなブロック状の異方性グラファイトは、グラフェン構造の結晶配向面と平行な方向に高熱伝導性を有する。異方性グラファイトの「異方性」とは、グラファイト層が配向していることから、結晶配向面に対して平行な方向の熱伝導性と垂直な方向の熱伝導性とが大きく異なることを意味する。
【００１５】
図１に示すＸ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、前記異方性グラファイトの結晶配向面は、Ｘ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行である。上述のように異方性グラファイトは結晶配向面と平行な方向に優れた熱伝導性を有している。そのため、異方性グラファイトの結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行であることにより、異方性グラファイトの厚み方向に熱を拡散させることができる。
【００１６】
異方性グラファイトの立体形状は、当該異方性グラファイトの結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行である限りにおいて、特に限定されない。異方性グラファイトの側面の形状としては、正方形、長方形、台形、階段状などが挙げられる。優れた熱伝導率を示すという観点からは、異方性グラファイトの立体形状は、直方体が好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイトは、Ｘ軸に平行な辺の長さが４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることがより好ましく、２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。異方性グラファイトのＹ軸に平行な辺の長さは、４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることがより好ましく、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。Ｚ軸方向の厚さが０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることがより好ましく、１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
異方性グラファイトとしては、結晶配向面に高熱伝導性を有するものであれば特に制限はされず、高分子分解異方性グラファイト、熱分解異方性グラファイト、押出成形異方性グラファイト、モールド成形異方性グラファイトなどを用いることが可能である。中でも、異方性グラファイトは、高分子分解異方性グラファイトまたは熱分解異方性グラファイトであることが好ましい。高分子分解異方性グラファイトおよび熱分解異方性グラファイトは、グラフェン構造の結晶配向面に１５００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率を有する。そのため、これらの異方性グラファイトから得られた異方性グラファイト複合体は、熱伝達性が優れる。
【００１９】
＜１−１．孔の形成＞
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイトは、Ｘ‐Ｙ平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、孔が形成されている。例えば、図１に示すように、直方体である異方性グラファイト１の結晶配向面に垂直な平面、すなわち、Ｘ‐Ｙ平面に平行な面に孔１２が形成されている。異方性グラファイト１は、Ｘ‐Ｚ平面に平行にグラファイト層１１が積層された構造を有する。異方性グラファイト１は、Ｘ‐Ｙ平面に平行な面として上下の２つの面を有する。この２つの面の両方に孔が形成されていてもよく、いずれか一方の面に形成されていてもよい。また、孔は、異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に垂直、すなわち、Ｘ‐Ｚ平面に平行に形成されていることが好ましい。
【００２０】
孔の直径は、好ましくは０．１μｍ以上であり、より好ましくは２μｍ以上であり、さらに好ましくは５μｍ以上である。孔の直径が０．１μｍ以上であれば、異方性グラファイト上に積層した接合材が位置ずれしにくいため、長期信頼性に優れる。また、孔の直径は、好ましくは２０μｍ未満であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、さらに好ましくは５μｍ以下である。孔の直径が２０μｍ未満であれば、異方性グラファイトが連続している領域が大きいため、熱伝導特性に優れる。
【００２１】
孔の深さは好ましくは５μｍ以上であり、より好ましくは１０μｍ以上であり、さらに好ましくは１００μｍ以上であり、特に好ましくは１ｍｍ以上である。孔の深さが５μｍ以上であれば、異方性グラファイト上に積層した接合材が位置ずれしにくいため、長期信頼性に優れる。
【００２２】
孔の単位面積あたりの個数は、好ましくは１０００個／ｍｍ２超であり、より好ましくは２０００個／ｍｍ２以上であり、さらに好ましくは４０００個／ｍｍ２以上であり、特に好ましくは５０００個／ｍｍ２以上である。孔の単位面積あたりの個数が１０００個／ｍｍ２超であれば、異方性グラファイト上に積層した接合材が位置ずれしにくいため、長期信頼性に優れる。なお、本明細書では、孔の単位面積あたりの個数を単に「孔の個数」とも称する。
【００２３】
本明細書において、任意の複数の孔のサイズを測定し、各孔において、最大となる直径、および最大となる深さを取得し、それらの平均を算出した値を「孔の直径」、および「孔の深さ」と称する。また、これらは、異方性グラファイトを１０００倍に拡大した断面ＳＥＭ画像（約７０μｍ×８０μｍの範囲）で確認できる孔について測定したものである。孔の個数についても同様に異方性グラファイトの任意の領域を１０００倍に拡大した断面ＳＥＭ画像から測定すればよい。
【００２４】
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイトの孔は、貫通孔であることが好ましい。当該構成であれば、接合材と異方性グラファイトとの密着性をさらに向上させることができる。本明細書において、貫通孔とは、異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な１つの面から別の面に貫通している孔を意図する。例えば、図１のように異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な２つの面を有する場合、その２つの面を貫通するように孔が形成されていてもよい。
【００２５】
＜１−２．異方性グラファイトの製造方法＞
異方性グラファイトは、炭素原子の六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造を備えたグラファイトブロックを所定の形状に切断することで製造可能である。当該グラフェン構造は、面方向に高熱伝導性を有する。
【００２６】
グラファイトブロックの第一の製造方法としては、メタンなどの炭素質ガスを炉内に導入し、ヒーターで２０００℃程度まで加熱することにより、微細な炭素核を形成する方法が挙げられる。形成された炭素核は基板上で層状に堆積し、これにより熱分解グラファイトブロックを得ることができる。また、得られた熱分解グラファイトブロックを２８００℃以上まで熱処理することにより、配向性を向上させることもできる。
【００２７】
グラファイトブロックの第二の製造方法としては、ポリイミド樹脂などの高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理する方法が挙げられる。具体的には、まず、出発物質である高分子フィルムを多層に積層した積層体を、減圧下または不活性ガス中で、１０００℃程度の温度まで予備加熱処理して炭素化し、炭素化ブロックとする。その後、この炭素化ブロックを不活性ガス雰囲気下、プレス加圧しながら、２８００℃以上の温度まで熱処理することによりグラファイト化させる。これにより、良好なグラファイト結晶構造を形成することができるため、熱伝導性に優れたグラファイトブロックを得ることができる。また、ポリイミドフィルムを１枚ずつ焼成することによって炭素化フィルムを作製し、得られた炭素化フィルムを多層に積層した後、２８００℃以上の温度まで熱処理することによっても、優れたグラファイトブロックを得ることができる。
【００２８】
なお、高分子フィルムを多層に積層する際、すべての結晶配向面が揃うように積層してもよく、９０°向きが異なる高分子フィルムを数枚積層してもよい。
【００２９】
グラファイトブロックを切断する方法としては、ダイヤモンドカッター、ワイヤーソー、マシニングなど公知の技術を適宜選択することが可能である。中でも、略直方体形状に容易に加工できる観点で、切断方法としては、ワイヤーソーを用いることが好ましい。
【００３０】
また、切断されたグラファイトブロックの表面を研磨または粗面化してもよく、その方法としてやすり研磨、バフ研磨、ブラスト処理など公知の技術を適宜用いることも可能である。
【００３１】
孔の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、以下の（ｉ）および（ｉｉ）の方法が挙げられる。（ｉ）上述の方法により異方性グラファイトを得た後、当該異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に孔を形成する方法。（ｉｉ）ポリイミドフィルムの表面に溝を形成し、次いで、当該ポリイミドフィルムを積層した後、熱処理することにより、異方性グラファイトを得る方法（得られた異方性グラファイトには、溝に由来する孔が形成されている）。
【００３２】
上記（ｉ）の方法において、例えば、ドリル加工、レーザー加工、放電加工、針などによる溝加工、エンボス加工、サンドブラスト加工、および、やすりによる加工などを用いて、異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な面に孔を形成することができる。
【００３３】
上記（ｉｉ）の方法において、例えば、レーザー加工、放電加工、針などによる溝加工、エンボス加工、サンドブラスト加工、および、やすりによる加工などを用いてポリイミドフィルムに溝を形成することができる。
【００３４】
〔２．異方性グラファイト複合体〕
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体は、上述の異方性グラファイトと、チタン含有金属層と、無機材質層とを備え、前記異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、前記チタン含有金属層を介して前記無機材質層が接合している。
【００３５】
図２に示すように、異方性グラファイト複合体２は、異方性グラファイト２１の結晶配向面に対して垂直な面に、チタン含有金属層２２と、無機材質層２３とがこの順に積層されている。異方性グラファイト２１には、上述のように特定の孔が形成されているため、異方性グラファイト２１とチタン含有金属層２２との密着性が良好であり、それゆえに優れた熱伝導特性および長期信頼性を実現することができる。
【００３６】
＜２−１．無機材質層＞
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体では、異方性グラファイトのＸ‐Ｙ平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、チタン含有金属層を介して無機材質層が接合している。無機材質層を備える異方性グラファイト複合体は、異方性グラファイトのみよりも強度および放熱性に優れる。また、異方性グラファイトよりも無機材質層の方が、半導体チップなどの放熱体と接合しやすい。
【００３７】
無機材質層としては、金属層およびセラミックス層が挙げられる。異方性グラファイトの結晶配向面に垂直な方向（Ｙ軸方向）へは、熱が相対的に伝わりにくい。そのため、熱伝導率が比較的高く、等方性を有する材料である無機材質層を、異方性グラファイトと接合することで、異方性グラファイトのＹ軸方向の熱伝導性を補うことができる。これによって、より高い放熱効果を発現することができる。
【００３８】
金属層を形成する金属の種類としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、およびこれらを含む合金など公知の材料を適宜用いることができる。
【００３９】
セラミックス層を形成するセラミックスの種類としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミなど公知の材料を適宜用いることができる。
【００４０】
熱伝導性をより高める観点からは、無機材質層としては、金属層が好ましく、金属層を形成する金属としては、銅が好ましい。
【００４１】
＜２−２．チタン含有金属層＞
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体は、異方性グラファイトと無機材質層とを接合するための接合材としてチタン含有金属層を備える。異方性グラファイトと無機材質層との間に、チタン含有金属層を設けることで、異方性グラファイトおよび無機材質層に対する濡れ性が極めて高くなり、原子拡散が良好に進みやすくなる。このため、得られる異方性グラファイト複合体が長期信頼性に優れると考えられる。チタン含有金属層として、金属系ろう材が挙げられる。金属系ろう材は、異方性グラファイトとの拡散接合が可能である。また、金属系ろう材自体の熱伝導率が比較的高いため、得られる異方性グラファイト複合体が高い熱伝導性を維持することができる。
【００４２】
金属系ろう材の種類については、特に制限されないが、チタンとともに銀および／または銅を含むことが好ましく、銀を含むことがより好ましい。すなわち、チタン含有金属層は、チタン含有銀ろう材であることがより好ましい。
【００４３】
チタン含有金属層の厚さは、特に制限されないが、接合材としての良好な界面接着性を有する観点と、熱抵抗の増加を抑制する観点から、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、８μｍ以上１７μｍ以下であることがより好ましい。
【００４４】
＜２−３．異方性グラファイト複合体の製造方法＞
本発明の一実施形態に係る異方性グラファイト複合体は、上述の異方性グラファイトに無機材質層とチタン含有金属層とを形成することで製造することができる。
【００４５】
無機材質層の形成方法としては、例えば、めっき、スパッタあるいは無機材質層の板を異方性グラファイトに接合する方法が挙げられる。
【００４６】
チタン含有金属層としては、特に限定されないが、めっき、金属系ろう材を用いることが好ましい。めっきを用いる場合には、チタン含有金属層と無機材質層とが一体になっていてもよい。
【００４７】
金属系ろう材を用いる場合の接合方法として、公知の材料並びに公知の技術を用いることができる。例えば、接合材としてチタン含有銀ろう材を用いて異方性グラファイトと無機材質層とを接合する場合、１×１０−３Ｐａの真空環境、および７００〜１０００℃の温度範囲で１０分から１時間加熱し、これを常温まで冷却することにより、接合することが可能である。また、接合状態を良好にするために、加熱時に加重をかけても良い。
【００４８】
本発明の一実施形態は、以下のように構成することもできる。
【００４９】
〔１〕Ｘ軸、Ｘ軸と直交するＹ軸、Ｘ軸とＹ軸とによって規定される平面に垂直なＺ軸において、結晶配向面がＸ軸とＺ軸とによって規定される平面と平行な異方性グラファイトであって、前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面（Ｘ‐Ｙ平面）に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径０．１μｍ以上２０μｍ未満、深さ１μｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、異方性グラファイト。
【００５０】
〔２〕Ｘ軸に平行な辺の長さが４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、Ｙ軸に平行な辺の長さが４ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、Ｚ軸方向の厚さが０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である、〔１〕に記載の異方性グラファイト。
【００５１】
〔３〕前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、深さ１ｍｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、〔１〕または〔２〕に記載の異方性グラファイト。
【００５２】
〔４〕前記孔は貫通孔である、〔１〕〜〔３〕のいずれか１つに記載の異方性グラファイト。
【００５３】
〔５〕前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、深さ１μｍ以上の孔が４０００個／ｍｍ２以上、形成されている、〔１〕または〔２〕に記載の異方性グラファイト。
【００５４】
〔６〕前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、直径２μｍ以上２０μｍ未満の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている、〔１〕〜〔５〕のいずれか１つに記載の異方性グラファイト。
【００５５】
〔７〕〔１〕〜〔６〕のいずれか１つに記載の異方性グラファイトと、チタン含有金属層と、無機材質層とを備え、前記異方性グラファイトのＸ軸とＹ軸とによって規定される平面に平行な面のうち少なくとも１つの面に、前記チタン含有金属層を介して前記無機材質層が接合している、異方性グラファイト複合体。
【実施例】
【００５６】
〔１．熱伝導特性の評価方法〕
図３を参照しながら評価方法について説明する。異方性グラファイト３１（サイズ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）と、チタン含有金属層３２（厚さ５０μｍ）と、無機材質層３３（厚さ２００μｍ）とからなる異方性グラファイト複合体の上面中央部に、シリコングリース（信越シリコーン製シリコングリース、型番：Ｇ７７５）を塗布し、セラミックヒーター３４（坂口電熱社製マイクロセラミックヒーター、型番：ＭＳ−Ｍ５、サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）を貼り付けた。さらに、異方性グラファイト複合体３の下面にシリコングリース（信越シリコーン製シリコングリース、型番：Ｇ７７５）を塗布し、水冷ヒートシンク３５（ペパレス社製ヒートシンク、型番：ＴＲ−ＷＨＳ７Ｖ１）を貼り付けた。水冷ヒートシンク３５には、温度１８℃の水を循環させ、かつ、セラミックヒーター３４に１０Ｗの熱量を加えた状態で、異方性グラファイト複合体３の上面およびセラミックヒーター３４の熱画像を赤外線カメラ（日本アビオニクス社製、型番：ＩｎｆＲｅｃ  Ｒ３００ＳＲ）で撮影した。この熱画像を解析し、セラミックヒーター３４の最大温度Ｋ１、および、異方性グラファイト複合体の上面の最低温度Ｋ２を測定し、Ｋ１とＫ２との温度差（Ｋ１−Ｋ２）の値を算出した。【００５７】
熱伝導特性を、Ｋ１とＫ２との温度差（Ｋ１−Ｋ２）により、以下のように判定した。当該温度差が４．０℃以下の場合を「Ａ」、４．０℃より大きく５．０℃以下の場合を「Ｂ」、５．０℃より大きく６．０℃以下の場合を「Ｃ」、６．０℃より大きい場合を「Ｄ」とした。【００５８】
〔２．長期信頼性の評価方法〕
異方性グラファイト複合体３を、ヒートショック試験機（エスペック製、型番：ＴＳＡ−４３ＥＬ）に入れて、温度は−４０〜１５０℃、−４０℃および１５０℃での定常時間は５分、サイクル数は５００サイクルの条件において、ヒートショック試験を行った。【００５９】
ヒートショック試験前のセラミックヒーター３４の最大温度をＫ１０、ヒートショック試験後のセラミックヒーター３４の最大温度をＫ１１として、温度変化（Ｋ１１−Ｋ１０）により、長期信頼性を以下のように判定した。温度変化が２．０℃以下の場合「Ａ」、２．０℃より大きく３．０℃以下の場合「Ｂ」、３．０℃より大きく４．０℃以下の場合「Ｃ」、４．０℃より大きい場合「Ｄ」とした。【００６０】
（実施例１）
ポリイミドフィルム（サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ２５μｍ）を２０００枚積層した後、４０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力でプレス加圧しながら、不活性ガス雰囲気下、２９００℃になるまで熱処理することによりグラファイトブロック（サイズ４５ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２３ｍｍ）を作製した。【００６１】
熱伝導率は結晶配向面に平行な方向で１５００Ｗ／ｍＫ、結晶配向面に垂直な方向で５Ｗ／ｍＫであった。【００６２】
得られたグラファイトブロック（サイズ４５ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２３ｍｍ）を、グラファイト層の結晶配向面がＸ‐Ｚ平面と平行になるように置き、次いでワイヤーソーで切断することにより、Ｘ軸に平行な辺（辺ａ）の長さが２０ｍｍ、Ｙ軸に平行な辺（辺ｂ）の長さが２０ｍｍ、Ｚ軸に平行な辺（辺ｃ）の長さが５ｍｍである異方性グラファイトを得た。得られた異方性グラファイトの上下面（Ｘ‐Ｙ平面に平行な２つの面）に直径φ５μｍのダイヤモンド工具を押し当て、直径５μｍ、深さ５μｍ、個数８０００個／ｍｍ２の孔を形成した。【００６３】
次に、孔を形成した異方性グラファイトの上下面に、チタン含有金属層としてチタン系活性銀ろう材（サイズ２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ５０μｍ）、無機材質層として無酸素銅（サイズ２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ２００μｍ）をこの順番に重ねた。得られた積層体に対して、Ｚ軸方向から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８００℃で３０分加熱することにより、異方性グラファイト複合体を得た。【００６４】
得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００６５】
（実施例２）
形成する孔の個数を６０００個／ｍｍ２にしたこと以外は、実施例１と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００６６】
（実施例３）
形成する孔の個数を３５００個／ｍｍ２にしたこと以外は、実施例１と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００６７】
（実施例４）
形成する孔の個数を２２００個／ｍｍ２にしたこと以外は、実施例１と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００６８】
（実施例５）
直径φ０．５μｍのダイヤモンド工具を用い、φ０．５μｍの孔を形成したこと以外は、実施例２と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００６９】
（実施例６）
直径φ２μｍのダイヤモンド工具を用い、φ２μｍの孔を形成したこと以外は、実施例２と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７０】
（実施例７）
直径φ１０μｍのダイヤモンド工具を用い、φ１０μｍの孔を形成したこと以外は、実施例２と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７１】
（実施例８）
ポリイミドフィルム（サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ２５μｍ）の全面にφ４．０μｍのダイヤモンド工具を用い、溝（幅４μｍ、深さ２μｍ、長さ５０ｍｍ）を２４本／ｍｍのピッチで形成した。次に、得られたポリイミドフィルムを２０００枚積層した後、４０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力でプレス加圧しながら、不活性ガス雰囲気下、２９００℃になるまで熱処理することにより異方性グラファイトブロック（サイズ４５ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２３ｍｍ）を作製した。【００７２】
熱伝導率は結晶配向面に平行な方向で１５００Ｗ／ｍＫ、結晶配向面に垂直な方向で５Ｗ／ｍＫであった。【００７３】
得られたグラファイトブロック（サイズ４５ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２３ｍｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ‐Ｚ平面と平行になるようにワイヤーソーで切断し、Ｘ軸に平行な辺（辺ａ）の長さが２０ｍｍ、Ｙ軸に平行な辺（辺ｂ）の長さが２０ｍｍ、Ｚ軸に平行な辺（辺ｃ）の長さが５ｍｍである異方性グラファイトを得た。得られた異方性グラファイトのＸ‐Ｚ平面には、直径２μｍ、個数６０００個／ｍｍ２の貫通孔が形成されていた。【００７４】
次に、孔が形成された異方性グラファイトの上下面（Ｘ‐Ｚ平面に平行な２つの面）に、チタン含有金属層としてチタン系活性銀ろう材（サイズ２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ５０μｍ）、無機材質層として無酸素銅（サイズ２０ｍｍ×２００μｍ×厚さ２０ｍｍ）をこの順番に重ねた。得られた積層体に対して、Ｚ軸方向から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８００℃で３０分加熱することにより、異方性グラファイト複合体を得た。【００７５】
得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７６】
（実施例９）
ポリイミドフィルムに、φ１０．０μｍのダイヤモンド工具を用い、溝（幅１０μｍ、深さ４μｍ、長さ５０ｍｍ）を２４本／ｍｍのピッチで形成したこと以外は、実施例８と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイトのＸ‐Ｚ平面には、直径５μｍ、個数６０００個／ｍｍ２の貫通孔が形成されていた。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７７】
（比較例１）
異方性グラファイトに孔を形成しなかったこと以外は実施例１と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７８】
（比較例２）
形成する孔の個数を１０００個／ｍｍ２にしたこと以外は、実施例１と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。【００７９】
（比較例３）
直径φ２０μｍのダイヤモンド工具を用い、φ２０μｍの孔を形成したこと以外は、実施例２と同様の方法で異方性グラファイト複合体を作製した。得られた異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性の評価結果を表１に示す。
【表１】
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表１から、直径０．１μｍ以上２０μｍ未満、深さ１μｍ以上の孔が１０００個／ｍｍ２超、形成されている実施例１〜９は、そのいずれかの条件を満たさない比較例１〜３に比べて異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性に優れることが分かる。なお、表１において、比較のために実施例２を２回記載している。【００８０】
例えば、実施例１〜４と、比較例１〜２との比較により、異方性グラファイトの孔の個数が１０００個／ｍｍ２超である場合において、異方性グラファイト複合体の長期信頼性に優れることが分かる。さらに、長期信頼性において、孔の個数は６０００個／ｍｍ２以上である場合がより好ましいことが分かる。【００８１】
実施例２、５〜７と、比較例３との比較により、異方性グラファイトの孔の直径が０．１μｍ以上２０μｍ未満である場合において、異方性グラファイト複合体の熱伝導特性に優れることが分かる。さらに、長期信頼性の観点から、孔の直径は１μｍ以上２０μｍ未満であることが好ましいことが分かる。【００８２】
実施例８と実施例６との比較および実施例２と実施例９との比較により、孔が貫通孔であれば、異方性グラファイト複合体の熱伝導特性および長期信頼性に更に優れることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、電子機器の熱拡散部材の製造において好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  異方性グラファイト
１１  Ｘ‐Ｚ平面に平行なグラファイト層
１２  孔
２  異方性グラファイト複合体
２１  異方性グラファイト
２２  チタン含有金属層
２３  無機材質層
３  異方性グラファイト複合体
３１  異方性グラファイト
３２  チタン含有金属層
３３  無機材質層
３４  セラミックヒーター
３５  水冷ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2020066634.tif 000008
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