JP2010245400A - 複合積層板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】複合積層板１は、Ｓｉチップ（電子部品）６の放熱板として用いられるものである。複合積層板は、（ａ）ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層２と、（ｂ）ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、ＣＦＲＰ層の上面に配置された第１金属板（金属層）３ｆと、（ｃ）ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、ＣＦＲＰ層２の下面に配置された第２金属板３ｓと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子の放熱板に関する。

Ｓｉチップなどの半導体チップに取り付けられる放熱板は、通常、高熱伝導性を有する工業材料である、アルミニウムや銅から形成される。

近年、コンピュータの高性能化に伴い、半導体チップの発熱量及び発熱密度が飛躍的に増大している。このため、放熱板には、従来よりも高い熱伝導性が求められている。

例えば、Ｓｉチップの熱膨張率は、室温において、約３×１０^−６［１／Ｋ］である。一方、アルミニウムの熱膨張率は、２３．５×１０^−６［１／Ｋ］であり、銅の熱膨張率は、１７×１０^−６［１／Ｋ］である。このように、Ｓｉチップと、放熱板の材料とで、熱膨張率に大きな差があるために、Ｓｉチップの発熱量が増大すると、Ｓｉチップと放熱板との間に大きな熱応力が発生し、各部材において破損（部材間の剥離、チップの亀裂など）が発生する。そこで、放熱板には、熱伝導性が高いことに加え、熱膨張性が低いことが求められる。

非特許文献１及び特許文献１乃至４には、高熱伝導性及び低熱膨張性を有する材料として、アルミや銅などの金属に、炭素繊維（繊維軸方向の熱膨張率：−１×１０^−６［１／Ｋ］）を混合した複合材料が開示されている。炭素繊維と金属とを混合した複合材料においては、炭素繊維の熱膨張率が小さいため、炭素繊維によって、金属の熱膨張が抑制される。

「ＰＭ法による炭素繊維／金属基複合材料の創製とその熱伝導・熱膨張特性」、「粉体及び粉末冶金」、社団法人 粉体粉末冶金協会、２００４年１０月発行、第５１巻第１０号、ｐ．７３０−７３５

特開平１１−１９９９４９号公報 特開２００１−１３１７９５号公報 特開２００１−１２２６７２号公報 特開２００５−１８７３０１号公報

しかし、炭素繊維と、放熱板の金属（アルミニウム、銅など）とを接合するためには、両者を、高温（１０００度以上）、且つ、高圧（１００気圧以上）の条件下で接触させる必要があり、製造コスト及び製造時間の点で問題がある（問題１）。

また、炭素繊維及び金属（アルミニウム、銅など）の界面付近には化合物（脆化物）が生成される。そして、炭素繊維及び金属は、この化合物の脆性破壊により剥離しやすい。両者が剥離してしまうと、金属の熱膨張が、炭素繊維によって抑制されなくなり、また、熱伝導性が低下する。さらに、通常、この化合物の熱伝導率は低い。
そのため、上記の技術においては、（i）金属の高熱伝導性、並びに、（ii）炭素繊維の低熱膨張性及び高熱伝導性が、放熱板に十分に活かされていない（問題２）。

そこで、本発明の目的は、（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板及びその製造方法を提供することである。

特開２００４−２８９１１４号公報には、低熱膨張性を有する材料として、炭素繊維強化樹脂が開示されている。炭素繊維強化樹脂においては、炭素繊維の外周が、合成樹脂によって覆われている。本発明には、このような炭素繊維強化樹脂が用いられている。

（１） 上記の課題を解決するために、本発明に係る複合積層板は、電子部品の放熱板として用いられるものであって、ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層と、前記ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記ＣＦＲＰ層における一方の面に配置された金属層と、を有する。

ＣＦＲＰ層と金属層との接合において、必要となる温度条件は、１００℃ないし２００℃程度であり、また、圧力条件は、数気圧ないし数十気圧程度である。そのため、本構成に係る複合積層板は、炭素繊維と金属とを直接接合する場合に比べて、比較的低コスト且つ短時間での製造が可能である。

さらに、炭素繊維及び合成樹脂については接着性が高く、また、金属及び合成樹脂についても接着性が高い。そのため、本構成では、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。
また、炭素繊維及び金属層の界面においては、界面強度（接着強度）が大きく、両者は剥離しにくい。そのため、この複合積層板においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。
また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。さらに、炭素繊維は、高い熱伝導性を有する。
これらの結果として、本構成の複合積層板においては、金属の高熱伝導性、並びに、炭素繊維の低熱膨張性及び高熱伝導性が、放熱板に十分に活かされる。
そして、ＣＦＲＰ層及び金属層の厚みを適切に設定することにより、複合積層板全体の膨張量（長さ又は体積の変化量）、及び、電子部品の膨張量を同等にすることができ、その結果、電子部品と複合積層板との間の熱応力を抑制できる。

以上のように、本構成により、（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板が得られる。

なお、「金属層」には、金属板、及び金属薄膜が含まれる。また、金属層は、放熱機能のみを有していてもよいし、端子、電極、又は電線として機能してもよい。金属層の材料としては、室温（２０℃）での熱伝導率が、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが望ましく、具体的には、アルミニウム、金、銀、銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン、亜鉛などを利用できる。また、金属層の厚さに関しては、１００ μｍ〜３ ｍｍのものが望ましい。

また、「放熱板」は、放熱機能のみを有するものであってもよいし、絶縁体との組み合わせにより、基板としても機能するものであってもよい。

複合積層板に実装される「電子部品」には、半導体素子、ＬＥＤなどが含まれる。また、半導体素子の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇｅ、ＧａＡｓなどを利用できる。また、半導体素子は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であってもよい。

「ＣＦＲＰ」（Carbon Fiber Reinforced Plastics；炭素繊維強化プラスチック）においては、炭素繊維の周囲が、合成樹脂によって覆われている。ＣＦＲＰに含まれる合成樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。

ＣＦＲＰ層の炭素繊維については、ピッチ系炭素繊維が望ましいが、ＰＡＮ系炭素繊維であってもよい。ＣＦＲＰ層は、放熱機能のみを有していてもよいし、金属層と同様に、端子、電極、又は電線として機能してもよい。

「プリプレグ」とは、複数本の炭素繊維に、合成樹脂を含浸させた、最終硬化前のシートのことである。ＣＦＲＰ層は、複数枚のプリプレグを積み重ねた集合体（積層体）、または一枚のプリプレグから成る。ＣＦＲＰ層が複数のプリプレグから成る場合には、それぞれのプリプレグの繊維方向は、全てが同じ方向に沿って揃えられていてもよいし、それぞれのプリプレグの繊維方向が、シートごとに異なる方向に沿って揃えられていてもよい。また、二種類の繊維方向のシートを、交互に積層させたものであってもよい。また、一枚のプリプレグに含まれる炭素繊維が、複数の繊維方向を有していてもよい（複数の炭素繊維が織られた状態になっていてもよい）。ＣＦＲＰ層に含まれる炭素繊維の繊維方向に関しては、少なくとも直交する二方向が含まれていることが望ましい。

また、プリプレグの積層方向に関して、ある位置を中心として、各プリプレグの繊維方向が対称となるように、複数のプリプレグが積層していてもよい。

ＣＦＲＰの炭素繊維は、合成樹脂によって覆われているため、基本的に、炭素繊維と金属板とは直接接触しないが、炭素繊維と金属板とが、一部（微小領域）において接触していてもよい。

炭素繊維及び金属層の界面における接着強度を高めるために、金属板の表面に、細かい凹凸を形成してもよい。ここで、この凹凸における二つの山の間隔は、１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが望ましい。このような凹凸は、例えば、金属表面をサンドペーパーで擦ることによって形成される。

金属層及びＣＦＲＰ層は、極めて薄い樹脂層により接着されており、両者は熱的に接続される。この薄い樹脂層は、例えば、ホットプレス工程で、余分な樹脂を搾り出すことにより得られる。

他の金属層が、ＣＦＲＰ層における他方の面に接合されていてもよい。すなわち、二つの金属層が、ＣＦＲＰ層の両面に接合されていてもよい。

（２） 上記（１）の特徴に加えて、本発明に係る複合積層板は、前記ＣＦＲＰ層における他方の面に配置された、他の金属層をさらに有していてもよい。また、この複合積層板では、前記電子部品の発熱時において、前記金属層、前記ＣＦＲＰ層、及び前記他の金属層の総熱膨張量が、前記電子部品の熱膨張量と同程度であってもよい。

この構成では、複合積層板の温度上昇に伴う、複合積層板全体の膨張量（長さ又は体積の変化量）が、電子部品の膨張量と同等となるので、電子部品と複合積層板との間の熱応力を確実に緩和できる。

なお、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などは、予め与えられている（所与である）ものとする。

「総熱膨張量」とは、複合積層板の温度上昇に伴う、複合積層板全体の膨張量（長さ、面積又は体積の変化量）のことであり、ある温度環境下において、一つの複合積層板につき、一つの値として定まる。また、熱膨張量及び総熱膨張量の比較については、同一方向に関する膨張量で比較するものとする。

総熱膨張量を長さの変化量とした場合に、この総熱膨張量ΔＬ［ｍｍ］は、例えば、以下のようにして計算される。ここでは、各層（金属層、他の金属装置、及びＣＦＲＰ層）のヤング率がほぼ同一である場合の計算例について説明する。

（i）まず、平均線膨張率αａ［１／Ｋ］を次の式１から求める。
（式１）
αａ＝（αｍ×Ｔｍ＋αｃ×Ｔｃ＋αｎ×Ｔｎ）／（Ｔｍ＋Ｔｃ＋Ｔｎ）
αｍ：金属層の線膨張率［１／Ｋ］
αｎ：他の金属層の線膨張率［１／Ｋ］
αｃ：ＣＦＲＰ層の線膨張率［１／Ｋ］
Ｔｍ：金属層の厚さ［ｍｍ］
Ｔｎ：他の金属層の厚さ［ｍｍ］
Ｔｃ：ＣＦＲＰ層の厚さ［ｍｍ］
ここで、αｃは、全ての繊維方向に関する、ＣＦＲＰ層の線膨張率の平均値（例えば、二方向の繊維方向を有するものについては、それぞれの方向の線膨張率を合計したものを、二で割った値）であるとする。

（ii）次に、発熱体である電子部品の発熱時の温度（所与）、並びに、各層の材料における各種物性及び大きさから、複合積層板全体の温度（平均温度Ｔａ）を算出する。そして、平均温度Ｔａ、及び、上記の平均線膨張率αａから、次の式を用いて総熱膨張量ΔＬ［ｍｍ］を計算する。
ΔＬ＝αａ×Ｌ×ΔＴ
Ｌ ：複合積層板の長さ［ｍｍ］
ΔＴ：温度変化量［Ｋ］
ΔＴは、電子部品の発熱前における複合積層板全体の温度Ｔｏと、平均温度Ｔａとの差である。

上記の計算方法は一例であり、総熱膨張量は、他の計算により求められてもよい。例えば、各層（金属層、他の金属装置、及びＣＦＲＰ層）のヤング率が異なる場合には、上記の式１の代わりに、次の式１’を用いて、平均線膨張率αａ［１／Ｋ］を求める。
（式１’）
αａ＝（αｍ×Ｅｍ×Ｔｍ＋αｃ×Ｅｃ×Ｔｃ＋αｎ×Ｅｎ×Ｔｎ）／（Ｅｍ×Ｔｍ＋Ｅｃ×Ｔｃ＋Ｅｎ×Ｔｎ）
Ｅｍ：金属層のヤング率［Ｐａ］
Ｅｎ：他の金属層のヤング率［Ｐａ］
Ｅｃ：ＣＦＲＰ層のヤング率［Ｐａ］

また、αｍ＝αｎ、且つ、Ｅｍ＝Ｅｎのときには、αａは、次の式１’’から求められる。
（式１’’）
αａ＝（αｍ×Ｅｍ×（Ｔｍ＋Ｔｎ）＋αｃ×Ｅｃ×Ｔｃ）／（Ｅｍ×（Ｔｍ＋Ｔｎ）＋Ｅｃ×Ｔｃ）

総熱膨張量及び電子部品の熱膨張量が「同程度」であるとは、熱膨張量（又は総熱膨張量）を長さの変化量とした場合に、下記の関係が成立することをいう。
０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０
ΔＬ ：総熱膨張量（絶対値）
ΔＬｄ：電子部品の熱膨張量（所与；絶対値）

総熱膨張量及び電子部品の熱膨張量の関係については、（ａ）０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となること、（ｂ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０、又は、（ｃ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となることがより望ましく、（ｄ）ΔＬ／ΔＬｄ＝１となることがさらに望ましい。

（３） 上記の課題を解決するために、本発明に係る複合積層板の製造方法は、電子部品の放熱板として用いられる複合積層板を製造する方法であって、ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層を形成する、ＣＦＲＰ層形成工程と、金属層を、前記ＣＦＲＰ層における一方の面に配置する、金属層配置工程と、ホットプレス法により各層を接合する、ホットプレス工程と、を有する。

本方法によると、複合積層板を、比較的低コスト且つ短時間で製造できる。また、本方法によると、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。また、この方法により製造された複合積層板においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本方法によると、（i）低コスト・短時間で複合積層板を製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板が得られる。

また、本構成では、ホットプレス工程においてホットプレス法を用いるため、ＣＦＲＰの余分な合成樹脂を絞り出し、炭素繊維と金属層との間の合成樹脂を薄くすることができる。そのため、複合積層板の熱伝導性を高くすることができる。

なお、「ホットプレス法」とは、ホットプレス装置を用いて、ＣＦＲＰ層及び金属層に、高温下で圧力を加える工法のことである。真空状態（１０^−４Ｐａ以下）でホットプレスを行なってもよい。

ホットプレスは、例えば、以下のような条件で行なわれることが望ましい。
加工温度：１００℃ないし２００℃（複合積層板の表面温度）
加工圧力：数気圧ないし数十気圧
真空度：１０^−４Ｐａ以下

上記の工程の前後、及び、上記の工程間に、別の工程が設けられてもよい。
例えば、ホットプレス工程を実施する前に、金属層に加えて、他の金属層を、ＣＦＲＰ層における他方の面に配置してもよい。すなわち、二つの金属層を、ＣＦＲＰ層の両面に配置してもよい。

また、「金属層」、「放熱板」、「電子部品」、「ＣＦＲＰ」、及び「プリプレグ」については、上記と同様であるために説明を省略する。

（４） 上記の課題を解決するために、本発明に係る複合積層板は、電子部品の放熱板として用いられるものであって、ＣＦＲＰプリプレグから成る第１ＣＦＲＰ層と、ＣＦＲＰプリプレグから成る第２ＣＦＲＰ層と、前記第１ＣＦＲＰ層及び前記第２ＣＦＲＰ層の間に配置された、絶縁体から成る絶縁層と、前記第１ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第１ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第１金属層と、を有し、前記絶縁体においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、前記電子部品と同程度である。

本構成に係る複合積層板は、比較的低コスト且つ短時間での製造が可能である。また、本構成では、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。また、この複合積層板においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本構成により、（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板が得られる。

なお、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などは、予め与えられている（所与である）ものとする。

「放熱板」は、放熱機能を有するプリント基板（プリント配線板；表面に電線パターンが形成された基板）であってもよい。すなわち、本構成の複合積層板を、プリント基板として使用してもよい。また、プリント基板は、片面基板であってもよいし、両面基板であってもよい。また、「放熱板」は、放熱機能のみを有するものであってもよい。

絶縁層の材料である「絶縁体」としては、ＡｌＮ（熱伝導率：１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率：４．７×１０^−６［１／Ｋ］）、ダイヤモンド（熱伝導率：５００〜１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率：２．２×１０^−６［１／Ｋ］）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素；熱伝導率：７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱膨張率：３．４×１０^−６［１／Ｋ］）など（及び、これらに少量の不純物が含まれたもの）を利用できる。

熱伝導率は、レーザーフラッシュ法などにより測定されるものとする。
また、電子部品及び絶縁体の熱膨張率が「同程度」であるとは、複合積層板に平行な（積層方向に垂直な）全ての方向に関して、下記の関係が成り立つことをいう。
０．３＜（α１／α２）＜３．０
α１：絶縁体の線膨張率（絶対値）［１／Ｋ］
α２：電子部品の線膨張率（絶対値）［１／Ｋ］

電子部品及び絶縁体の熱膨張率の関係については、複合積層板に平行な（積層方向に垂直な）全ての方向に関して、（ａ）０．３＜（α１／α２）＜１．５となること、（ｂ）０．５＜（α１／α２）＜３．０となること、又は（ｃ）０．５＜（α１／α２）＜１．５となることがより望ましく、また、（ｄ）α１／α２＝１となってもよい。

絶縁層と、第１ＣＦＲＰ層及び第２ＣＦＲＰ層とは、直接接合されていてもよいし、金属層（第２金属層、第３金属層）を介して接合されていてもよい。

第１金属層に加え、他の金属層（第４金属層）が、第２ＣＦＲＰ層の、絶縁層に向いていない方の面に接合されていてもよい。

また、「電子部品」、「ＣＦＲＰ」、及び「プリプレグ」については、上記と同様であるために説明を省略する。また、「第１金属層」については、上記の「金属板」と同様であるため、説明を省略する。

（５） 上記（４）の特徴に加えて、本発明に係る複合積層板においては、前記絶縁層と、前記第１ＣＦＲＰ層とは、第２金属層を介して接合されており、前記絶縁層と、前記第２ＣＦＲＰ層とは、第３金属層を介して接合されていてもよい。この構成では、絶縁層と、第１ＣＦＲＰ層及び第２ＣＦＲＰ層とが確実に結合する。

なお、第２、第３金属層の材料としては、室温（２０℃）での熱伝導率が、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが望ましく、具体的には、アルミニウム、金、銀、銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン、亜鉛などを利用できる。

第２金属層及び第１ＣＦＲＰ層は、樹脂層によって接着されて、両者は熱的に接続される。また、第３金属層及び第２ＣＦＲＰ層についても、樹脂層によって接着され、両者は熱的に接続される。

絶縁層及び第２金属層は、拡散接合によって、又は、薄い接着剤層を介して結合しており、両者は熱的に接続される。また、絶縁層及び第３金属層についても、拡散接合によって、又は、薄い接着剤層を介して結合しており、両者は熱的に接続される。

（６） 上記（５）の特徴に加えて、本発明に係る複合積層板は、前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層をさらに有していてもよい。また、この複合積層板において、前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層、前記第４金属層の順に、質量が大きくなっていてもよい。

複合積層板においては、各金属層が熱膨張性を増大させ、各ＣＦＲＰ層が熱膨張性を抑制する。
複合積層板に電子部品が設置された状態では、複合積層板は、電子部品に近い位置で高温となり、電子部品から離れるに従い、温度が低くなる。

本構成では、第１金属層、第２金属層、第３金属層、第４金属層の順に、質量が大きくなっているので、電子部品から離れるに従い、熱膨張性が高くなっている。そのため、複合積層板の温度上昇に伴う、（i）第１積層体の膨張量（長さ又は体積の変化量）、（ii）絶縁層の膨張量、及び（iii）第２積層体の膨張量を、それぞれ、電子部品の膨張量と同等にすることができる。従って、（Ａ）第１積層体と電子部品との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体と絶縁層との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層と第２積層体との間における熱応力、を確実に緩和できる。

なお、第４金属層には、金属板、及び金属薄膜が含まれる。また、第４金属層は、放熱機能のみを有していてもよいし、端子、電極、又は電線として機能してもよい。第４金属層の材料としては、室温（２０℃）での熱伝導率が、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが望ましく、具体的には、アルミニウム、金、銀、銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン、亜鉛などを利用できる。

各層の材料の「質量」については、例えば、材料の体積［ｍｍ^３］×材料の密度［ｇ／ｍｍ^３］の計算により求めることができる。

また、金属層とＣＦＲＰ層とは、強固に結合しているため、金属層とＣＦＲＰ層との間に生じる熱応力については、ここでは問題としない。

（７） 上記（５）又は（６）の特徴に加えて、本発明に係る複合積層板は、前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層をさらに有していてもよい。また、この複合積層板においては、前記第１ＣＦＲＰ層の質量よりも、前記第２ＣＦＲＰ層の質量が小さくてもよい。

複合積層板においては、各金属層が熱膨張性を増大させ、各ＣＦＲＰ層が熱膨張性を抑制する。
複合積層板に電子部品が設置された状態では、複合積層板は、電子部品に近い位置で高温となり、電子部品から離れるに従い、温度が低くなる。

本構成では、第１ＣＦＲＰ層の質量よりも、第２ＣＦＲＰ層の質量が小さいので、第１積層体（第１ＣＦＲＰ層、及び、これを挟む二つの金属層）よりも、第２積層体（第２ＣＦＲＰ層、及び、これを挟む二つの金属層）の熱膨張性が高くなる（熱膨張し易くなる）。そのため、この複合積層板においては、電子部品から離れるに従い、熱膨張性が高くなっている。そのため、複合積層板の温度上昇に伴う、（i）第１積層体の膨張量、（ii）絶縁層の膨張量、及び（iii）第２積層体の膨張量を、それぞれ、電子部品の膨張量と同等にすることができる。従って、（Ａ）第１積層体と電子部品との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体と絶縁層との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層と第２積層体との間における熱応力、を確実に緩和できる。

なお、「第４金属層」については、上記と同様であるために説明を省略する。また、金属層とＣＦＲＰ層とは、強固に結合しているため、金属層とＣＦＲＰ層との間に生じる熱応力については、ここでは問題としない。

（８） 上記（５）乃至（７）のいずれかの特徴に加えて、本発明に係る複合積層板は、前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層をさらに有していてもよい。また、この複合積層板では、前記電子部品の発熱時における、（i）前記第１金属層、前記第１ＣＦＲＰ層、及び前記第２金属層を含む第１積層体の総熱膨張量、（ii）前記絶縁層の熱膨張量、並びに、（iii）前記第３金属層、前記第２ＣＦＲＰ層、及び前記第４金属層を含む第２積層体の総熱膨張量のそれぞれが、前記電子部品の熱膨張量と同程度であってもよい。

この構成では、複合積層板の温度上昇に伴う、（i）第１積層体の膨張量、（ii）絶縁層の膨張量、及び（iii）第２積層体の膨張量が、それぞれ、電子部品の膨張量と同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体と電子部品との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体と絶縁層との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層と第２積層体との間における熱応力、を確実に緩和できる。

なお、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などは、予め与えられている（所与である）ものとする。

「第１積層体の総熱膨張量」及び「第２積層体の総熱膨張量」については、それぞれ、上記（１）の説明における「総熱膨張量」と同様に説明される。すなわち、第１積層体に関しては、上記（１）の説明中の金属層、他の金属層、及びＣＦＲＰ層を、それぞれ第１金属層、第２金属層、及び第１ＣＦＲＰ層と読み替えればよく、また、第２積層体に関しては、上記（１）の説明中の金属層、他の金属層、及びＣＦＲＰ層を、それぞれ第３金属層、第４金属層、及び第２ＣＦＲＰ層と読み替えればよい。第１積層体の総熱膨張量は、ある温度環境下において、一つの第１積層体につき、一つの値として定まり、また、第２積層体の総熱膨張量は、ある温度環境下において、一つの第１積層体につき、一つの値として定まる。また、熱膨張量（総熱膨張量）の比較については、同一方向に関する膨張量で比較するものとする。

また、第１積層体の総熱膨張量、絶縁層の熱膨張量、及び、第２積層体の総熱膨張量のそれぞれが、電子部品の熱膨張量と「同程度」であるとは、熱膨張量（又は総熱膨張量）を長さの変化量とした場合に、第１積層体、絶縁層、及び第２積層体のそれぞれにおいて、下記の関係が成立することをいう。
０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０
ΔＬ ：（i）第１積層体若しくは第２積層体の総熱膨張量、又は、（ii）絶縁層の熱膨張量（絶対値）
ΔＬｄ：電子部品の熱膨張量（所与；絶対値）

第１積層体の総熱膨張量、絶縁層の熱膨張量、及び、第２積層体の総熱膨張量の関係については、（ａ）０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となること、（ｂ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０、又は、（ｃ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となることがより望ましく、（ｄ）ΔＬ／ΔＬｄ＝１となることがさらに望ましい。

また、金属層とＣＦＲＰ層とは、強固に結合しているため、金属層とＣＦＲＰ層との間に生じる熱応力については、ここでは問題としない。「第４金属層」については、上記と同様であるために説明を省略する。

（９） 上記（５）乃至（８）のいずれかの特徴に加えて、本発明に係る複合積層板は、前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層と、前記第４金属層の、前記第２ＣＦＲＰ層に向いていない方の面に設けられた、金属製の冷却板と、をさらに有していてもよい。また、この複合積層板では、前記電子部品の発熱時において、前記第１金属層の熱膨張量が、前記電子部品と同程度であり、且つ、前記第４金属層の熱膨張量が、前記冷却板と同程度であってもよい。

この構成では、複合積層板の温度上昇に伴う、（i）第１金属層の膨張量、及び、電子部品の膨張量が同等となり、また、（ii）第４金属層の膨張量、及び、冷却板の膨張量が同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体と電子部品との間の熱応力、及び（Ｂ）第２積層体と冷却板との間の熱応力、を確実に緩和できる。

なお、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などは、予め与えられている（所与である）ものとする。

「冷却板」の材料としては、室温（２０℃）での熱伝導率が、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが望ましく、具体的には、アルミニウム、金、銀、銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン、亜鉛などを利用できる。冷却板は、平板状のものであってもよいし、平板状の本体部及び冷却フィンから成るものでもよい。

「第１金属層の熱膨張量」とは、（電子部品が実装され、且つ、発熱している状態で）第１ＣＦＲＰ層によって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第１金属層の熱膨張量（長さ、面積又は体積の変化量）のことである。また、「第４金属層の熱膨張量」は、第２ＣＦＲＰ層によって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第４金属層の熱膨張量のことである。また、熱膨張量（総熱膨張量）の比較については、同一方向に関する膨張量で比較するものとする。

また、第１金属層の熱膨張量が、電子部品の熱膨張量と「同程度」であるとは、熱膨張量を長さの変化量とした場合に、下記の関係が成立することをいう。
０．５＜（ΔＬ_ｍ１／ΔＬｄ）＜２．０
ΔＬ_ｍ１：第１金属層の熱膨張量（絶対値）
ΔＬｄ：電子部品の熱膨張量（所与；絶対値）

第１金属層の熱膨張量と、電子部品の熱膨張量との関係については、（ａ）０．５＜（ΔＬ_ｍ１／ΔＬｄ）＜１．５となること、（ｂ）０．７５＜（ΔＬ_ｍ１／ΔＬｄ）＜２．０、又は、（ｃ）０．７５＜（ΔＬ_ｍ１／ΔＬｄ）＜１．５となることがより望ましく、（ｄ）ΔＬ_ｍ１／ΔＬｄ＝１となることがさらに望ましい。

また、第４金属層の熱膨張量が、冷却板の熱膨張量と「同程度」であるとは、熱膨張量を長さの変化量とした場合に、下記の関係が成立することをいう。
０．５＜（ΔＬ_ｍ４／ΔＬｒ）＜２．０
ΔＬ_ｍ４：第４金属層の熱膨張量（絶対値）
ΔＬｒ：冷却板の熱膨張量（所与；絶対値）

第４金属層の熱膨張量と、冷却板の熱膨張量との関係については、（ａ）０．５＜（ΔＬ_ｍ４／ΔＬｒ）＜１．５となること、（ｂ）０．７５＜（ΔＬ_ｍ４／ΔＬｒ）＜２．０、又は、（ｃ）０．７５＜（ΔＬ_ｍ４／ΔＬｒ）＜１．５となることがより望ましく、（ｄ）ΔＬ_ｍ４／ΔＬｒ＝１となることがさらに望ましい。

第２金属層と絶縁層とで、熱膨張量が同程度であってもよいし、異なっていてもよい。また、第３金属層と絶縁層とで、熱膨張量が同程度であってもよいし、異なっていてもよい。

また、金属層とＣＦＲＰ層とは、強固に結合しているため、金属層とＣＦＲＰ層との間に生じる熱応力については、ここでは問題としない。「第４金属層」については、上記と同様であるために説明を省略する。

（１０） 上記（５）乃至（９）のいずれかの特徴に加えて、本発明に係る複合積層板では、前記電子部品の発熱時において、前記第２金属層における熱膨張量、及び、前記第３金属層における熱膨張量が、前記絶縁層の熱膨張量と同程度であってもよい。

この構成では、複合積層板の温度上昇に伴う、（i）第２金属層の膨張量及び絶縁層の膨張量が同等となり、また、（ii）第３金属層の膨張量、及び、絶縁層の膨張量が同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体と絶縁層との間の熱応力、（Ｂ）第２積層体と絶縁層との間の熱応力、を確実に緩和できる。

なお、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などは、予め与えられている（所与である）ものとする。

「第２金属層の熱膨張量」とは、（電子部品が実装され、且つ、発熱している状態で）第１ＣＦＲＰ層によって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第２金属層の熱膨張量（長さ、面積又は体積の変化量）のことである。「第３金属層の熱膨張量」は、第２ＣＦＲＰ層によって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第３金属層の熱膨張量のことである。また、熱膨張量（総熱膨張量）の比較については、同一方向に関する膨張量で比較するものとする。

また、第２金属層の熱膨張量、及び、第３金属層の熱膨張量のそれぞれが、絶縁層の熱膨張量と「同程度」であるとは、熱膨張量を長さの変化量とした場合に、下記の関係が成立することをいう。
０．５＜（ΔＬ／ΔＬｚ）＜２．０
ΔＬ ：第２金属層又は第３金属層の熱膨張量（絶対値）
ΔＬｚ：絶縁層の熱膨張量（絶対値）

第２金属層の熱膨張量、第３金属層の熱膨張量、及び、絶縁層の熱膨張量の関係については、（ａ）０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となること、（ｂ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０、又は、（ｃ）０．７５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜１．５となることがより望ましく、（ｄ）ΔＬ／ΔＬｄ＝１となることがさらに望ましい。

第１金属層と電子部品とで、熱膨張量が同程度であってもよいし、異なっていてもよい。また、第４金属層と冷却板とで、熱膨張量が同程度であってもよいし、異なっていてもよい。

また、金属層とＣＦＲＰ層とは、強固に結合しているため、金属層とＣＦＲＰ層との間に生じる熱応力については、ここでは問題としない。

（１１） 上記の課題を解決するために、本発明に係る複合積層板の製造方法は、電子部品の放熱板として用いられる複合積層板を製造する方法であって、ＣＦＲＰプリプレグから成る第１ＣＦＲＰ層を形成する、第１ＣＦＲＰ層形成工程と、ＣＦＲＰプリプレグから成る第２ＣＦＲＰ層を形成する、第２ＣＦＲＰ層形成工程と、前記第１ＣＦＲＰ層及び前記第２ＣＦＲＰ層の間に、絶縁体から成る絶縁層を配置する、絶縁層配置工程と、第１金属層を、前記第１ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置する、第１金属層配置工程と、ホットプレス法により各層を接合する、ホットプレス工程と、を有し、前記絶縁体においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、前記電子部品と同程度である。

本方法によると、複合積層板を、比較的低コスト且つ短時間で製造できる。また、本方法によると、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。また、この方法により製造された複合積層板においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本方法によると、（i）低コスト・短時間で複合積層板を製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板が得られる。

また、本構成では、ホットプレス工程においてホットプレス法を用いるため、ＣＦＲＰの余分な合成樹脂を絞り出し、炭素繊維と金属層との間の合成樹脂を薄くすることができる。そのため、複合積層板の熱伝導性を高くすることができる。

なお、第１ＣＦＲＰ層形成工程、第２ＣＦＲＰ層形成工程、絶縁層配置工程、及び第１金属層配置工程については、ホットプレス工程の前に行なわれれば良く、どのような順序で行なわれても良い。また、これらの工程の前後及び工程間に、別の工程が設けられてもよい。
例えば、ホットプレス工程を実施する前に、第１金属層に加えて、他の金属層（第４金属層）を、第２ＣＦＲＰ層の、絶縁層に向いていない方の面に配置してもよい。

また、「絶縁体」、「第１金属層」、「放熱板」、「電子部品」、「ＣＦＲＰ」、及び「プリプレグ」については、上記と同様であるために説明を省略する。

本発明の第１実施形態に係る複合積層板の断面図である。 ＣＦＲＰプリプレグの斜視図である。 第２実施形態に係る複合積層板の断面図である。 第３実施形態に係る複合積層板の断面図である。 第４実施形態に係る複合積層板の断面図である。 第５実施形態に係る複合積層板の断面図である。

以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明における「上下左右」は、図中における上下左右であるとする。

複合積層板１は、発熱体であるＳｉチップ（電子部品）６の放熱板として利用される。また、複合積層板１は、三層構造になっており、第１金属板（金属層）３ｆ、ＣＦＲＰ層２、及び、第２金属板（他の金属層）３ｓを有する。Ｓｉチップ６は、はんだ付けにより、第１金属板３ｆの表面に固定されている。複合積層板１及びＳｉチップ６によって、冷却構造体が構成されている。

（ＣＦＲＰ層）
ＣＦＲＰ層は、積層された（積み重ねられた）四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０から成る。それぞれのＣＦＲＰプリプレグ２０は、複数本の炭素繊維２１と、エポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）２２とを有する。

以下、具体的に説明する。それぞれのＣＦＲＰプリプレグ２０において、複数の炭素繊維２１は、同じ方向に沿うように、揃えて配置されている。そして、複数の炭素繊維２１に、エポキシ樹脂２２を含浸させることにより、一枚のＣＦＲＰプリプレグ２０が形成される。

図２に示すように、四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０において、炭素繊維２１の繊維方向（炭素繊維２１が延びる方向）は、最上部及び最下部の二枚が同一で、また、中央の二枚が同一である。また、最上部及び最下部の二枚と、中央の二枚とでは、繊維方向が異なっている。具体的には、最上部及び最下部のＣＦＲＰプリプレグ２０においては、全ての炭素繊維２１が、方向Ｌ１（０度方向；図の矢印Ｌ１方向参照）に沿って延びるように配置されている。一方、中央の二枚のＣＦＲＰプリプレグ２０においては、全ての炭素繊維２１が、方向Ｌ１に垂直な方向である、方向Ｌ２（９０度方向；図の矢印Ｌ２方向参照）に沿って延びるように配置されている。なお、方向Ｌ１及び方向Ｌ２は、各ＣＦＲＰプリプレグ２０に対して平行（積層方向Ｈに対して垂直）である。

このように、ＣＦＲＰ層２においては、四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０が、上から順に、０度方向、９０度方向、９０度方向、０度方向となるように積層されている。また、このＣＦＲＰ層２においては、プリプレグの積層方向Ｈ（図の矢印Ｈ方向参照；プリプレグが積み重ねられる方向）に関するある位置を中心として、各ＣＦＲＰプリプレグ２０の繊維方向の配置が対称となっている。具体的には、四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０の中央位置（積層方向Ｈに関する中央位置）を基準として、上の二枚と、下の二枚とで、繊維方向が対称になっている。このように、各ＣＦＲＰプリプレグ２０を対称に配置することにより、ＣＦＲＰ層２の反りを抑制できる。

図１に示すように、各ＣＦＲＰプリプレグ２０において、それぞれの炭素繊維２１の外周は、エポキシ樹脂２２によって覆われている。なお、図１の正面方向は、図２の矢印Ａ方向に相当する。

（金属層）
第１金属板３ｆ及び第２金属板３ｓは、アルミニウム薄板である。また、第１金属板３ｆ及び第２金属板３ｓは、ＣＦＲＰ層２に接合されている。第１金属板３ｆは、ＣＦＲＰ層２における一方の面（上面）に配置されており、第２金属板３ｓは、ＣＦＲＰ層２における他方の面（下面）に配置されている。

（複合積層板）
複合積層板１は以上のように構成されており、複合積層板１においては、第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２、及び、第２金属板３ｓが、熱的に接続された状態となっている。そして、Ｓｉチップ６で発生した熱は、第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２及び第２金属板３ｓへと伝えられる。

なお、第２金属板３ｓはなくてもよい。また、ＣＦＲＰ層２に含まれるＣＦＲＰプリプレグ２０の枚数は四枚には限られない。また、ＣＦＲＰ層においては、ＣＦＲＰプリプレグ２０が、上から順に、０度方向、６０度方向、−６０度方向、−６０度方向、６０度方向、０度方向、となるように積層していてもよく、また、上から順に、０度方向、４５度方向、９０度方向、−４５度方向、―４５度方向、９０度方向、４５度方向、０度方向、となるように積層していてもよい。

（製造方法）
次に、複合積層板１の製造方法について説明する。まず、四枚のＣＦＲＰプリプレグを積層させて、ＣＦＲＰ層２を形成する（ＣＦＲＰ層形成工程）。次に、第１金属板３ｆを、ＣＦＲＰ層２の上面に配置し、第２金属板３ｓを、ＣＦＲＰ層２の下面に配置する（金属層配置工程）。

次に、ホットプレス法により各層を接合する（ホットプレス工程）。本工程では、第１金属板３ｆ及び第２金属板３ｓと、ＣＦＲＰ層２のエポキシ樹脂２２とが結合する。エポキシ樹脂は、熱伝導率が低いので、量が多すぎると、放熱板の熱伝導性を低下させてしまう。そのため、本工程では、金属層との結合に必要なだけの厚さのエポキシ樹脂を残して、余分なエポキシ樹脂が絞り出される（排除される）。また、エポキシ樹脂２２は熱硬化性樹脂なので、本工程において、エポキシ樹脂が硬化し、且つ、その硬化過程において、余分なものが絞り出される。
以上のようにして、複合積層板１が製造される。

（効果）
次に、複合積層板１及びその製造方法により得られる効果について説明する。複合積層板１は、Ｓｉチップ（電子部品）６の放熱板として用いられるものであって、（ａ）四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０から成るＣＦＲＰ層２と、（ｂ）ＣＦＲＰ層２に接合されており、且つ、ＣＦＲＰ層２における一方の面（上面）に配置された第１金属板（金属層）３ｆと、（ｃ）ＣＦＲＰ層２に接合されており、且つ、ＣＦＲＰ層２における他方の面（下面）に配置された第２金属板３ｓと、を有する。

ＣＦＲＰ層２と金属層（第１金属板３ｆ及び第２金属板３ｓ）との接合において、必要となる温度条件は、１００℃ないし２００℃程度であり、また、圧力条件は、数気圧ないし数十気圧程度である。そのため、本構成に係る複合積層板１は、炭素繊維と金属とを直接接合する場合に比べて、比較的低コスト且つ短時間での製造が可能である。

さらに、炭素繊維及び合成樹脂については接着性が高く、また、金属及び合成樹脂についても接着性が高い。そのため、本構成では、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。
また、炭素繊維及び金属層の界面においては、界面強度（接着強度）が大きく、両者は剥離しにくい。そのため、この複合積層板１においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。
また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。さらに、炭素繊維は、高い熱伝導性を有する。
これらの結果として、本構成の複合積層板１においては、金属の高熱伝導性、並びに、炭素繊維の低熱膨張性及び高熱伝導性が、放熱板に十分に活かされる。
そして、ＣＦＲＰ層２及び金属層の厚みを適切に設定することにより、複合積層板１の全体の膨張量、及び、Ｓｉチップ６の膨張量を同等にすることができ、その結果、Ｓｉチップ６と複合積層板１との間の熱応力を抑制できる。

以上のように、本構成により、（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板１が得られる。

複合積層板１の製造方法は、（ａ）ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層２を形成する、ＣＦＲＰ層形成工程と、（ｂ）第１金属板（金属層）３ｆを、ＣＦＲＰ層２における一方の面に配置し、第２金属板３ｓを、ＣＦＲＰ層２における他方の面に配置する、金属層配置工程と、（ｃ）ホットプレス法により各層（第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２、及び第２金属板３ｓ）を接合する、ホットプレス工程と、を有する。

本方法によると、複合積層板１を、比較的低コスト且つ短時間で製造できる。また、本方法によると、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。また、この方法により製造された複合積層板１においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本方法によると、（i）低コスト・短時間で複合積層板を製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板１が得られる。

また、本構成では、ホットプレス工程においてホットプレス法を用いるため、ＣＦＲＰの余分な合成樹脂を絞り出し、炭素繊維と金属層との間の合成樹脂を薄くすることができる。そのため、複合積層板の熱伝導性を高くすることができる。

また、放熱板において、ＣＦＲＰとアルミニウムとを組み合わせることにより、ＣＦＲＰのみから放熱板を形成する場合に比べて、より低いコストで複合積層板を製造できる。

さらに、ＣＦＲＰは比較的軽い材料であるので（ＣＦＲＰの比重：１．５〜２．０程度）、複合積層板におけるＣＦＲＰの質量比率を高めることにより、金属のみから成る従来の放熱板に比べて、複合積層板を軽量化できる。

また、ＣＦＲＰ層の両面に金属板を配置することにより、ＣＦＲＰ層の炭素繊維を保護することができる。

また、特に、ピッチ系の炭素繊維は、高い熱伝導性を有する。そのため、ピッチ系の炭素繊維をＣＦＲＰ層２に用いることにより、複合積層板１の熱伝導性を、金属単体（アルミ、銅など）から成る放熱板の場合よりも高くすることができる。

また、上記のホットプレス工程を、真空状態で実施することにより、ＣＦＲＰ層のボイド（微小な空間）を減らすことができる。これにより、複合積層板１の熱伝導性をさらに高められる。

また、ＣＦＲＰ層２において、二種類の繊維方向（方向Ｌ１及び方向Ｌ２）に沿って炭素繊維２１が配置されているため、熱膨張の抑制効果（金属層の熱膨張を抑制する効果）が、二方向に及ぶ。なお、ＣＦＲＰ層の繊維方向の数を増やせば、抑制効果の作用方向が増える。

（実施例１）
次に、複合積層板１の実施例について説明する。複合積層板１にＳｉチップ６を取り付けて、温度サイクル試験を行なった。試験条件は以下の通りである。
（試験条件）
Ｓｉチップの熱膨張率：３．０×１０^−６［１／Ｋ］
試験温度範囲（温度変化の範囲）：−４０℃〜＋１２５℃

（複合積層板）
また、複合積層板として、以下のようなものを使用した。
複合積層板（全体）の厚さ：１ｍｍ
ＣＦＲＰ層の厚さ：０．８ｍｍ（各ＣＦＲＰプリプレグ２０の厚さ：０．２ｍｍ）
第１金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
第２金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
ＣＦＲＰの炭素繊維：ピッチ系
ＣＦＲＰの合成樹脂：エポキシ樹脂
ＣＦＲＰの繊維方向：上から、０度方向、９０度方向、９０度方向、０度方向
ホットプレス条件：１３０℃、５気圧、真空度１０^−５Ｐａ

この複合積層板（全体）の、０度方向及び９０度方向に関する、熱伝導率（室温条件下）及び熱膨張率は、以下のようになった。なお、これらの値は、０度方向及び９０度方向でほぼ同一の値となった。
熱伝導率：４５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）
熱膨張率：３．６×１０^−６［１／Ｋ］
複合積層板の熱伝導率は、銅（３９７Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも高くなり、熱膨張率は、Ｓｉチップの熱膨張率と同程度となった。

（比較例）
また、比較例として、アルミニウム（単体）の放熱板にＳｉチップ６を取り付けて、上記と同じ条件で試験を行なった。
比較例に係るアルミニウム放熱板の厚さは、１ｍｍである。

（試験結果）
比較例に係る放熱板においては、７６０サイクル（温度サイクル）で、Ｓｉチップ及び放熱板の界面に亀裂が生じた。
一方、本実施例にかかる複合積層板においては、１００００サイクルの時点でも、Ｓｉチップ及び第１金属板の界面において、亀裂及び剥離が生じなかった。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図３は、第２実施形態に係る複合積層板の断面図である。以下、上記の実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。

複合積層板１０１においては、第２金属板１０３ｓの形状のみが、上記の第２金属板３ｓと異なる。具体的には、第２金属板１０３ｓの厚さは、第１金属板３ｆよりも厚く、第２金属板１０３ｓの質量は、第１金属板３ｆの質量よりも大きい。そのため、複合積層板１０１においては、上部より下部のほうが、熱膨張性が高い。なお、第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２、及び第２金属板１０３ｓの面積（それぞれの上面の面積）は同一である。また、第２金属板１０３ｓもまた、アルミニウムから形成されている。

そして、複合積層板１０１においては、Ｓｉチップ６の発熱時において、第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２及び第２金属板１０３ｓの総熱膨張量ΔＬが、Ｓｉチップ６の熱膨張量ΔＬｄと同程度になっている。すなわち、０．５＜（ΔＬ／ΔＬｄ）＜２．０の関係が成立している。

また、複合積層板１０１は、冷却板１０４の上に配置されている。冷却板１０４は、板状の本体部１０４ｖと、複数の冷却フィン１０４ｔを有する。本体部１０４ｖは、積層方向Ｈに対して垂直に形成されている。また、それぞれの冷却フィン１０４ｔは、本体部１０４ｖから、積層方向Ｈに沿って延びている。なお、それぞれの冷却フィン１０４ｔと本体部１０４ｖとは、押し出し工法などにより一体的に形成されていてもよいし、分離形成されたものを一体化してもよい。また、各冷却フィン１０４ｔの間を、冷却水が流れるようにしてもよい。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。複合積層板１０１は、ＣＦＲＰ層２における他方の面（下面）に配置された、第２金属板（他の金属層）１０３ｓを有している。また、この複合積層板１０１では、Ｓｉチップ６の発熱時において、第１金属板３ｆ、ＣＦＲＰ層２、及び第２金属板１０３ｓの総熱膨張量が、Ｓｉチップ６の熱膨張量と同程度である。

この構成では、複合積層板１０１の温度上昇に伴う、複合積層板１０１の全体の膨張量（長さ又は体積の変化量）が、Ｓｉチップ６の膨張量と同等となるので、Ｓｉチップ６と複合積層板１０１との間の熱応力を確実に緩和できる。

また、複合積層板１０１が積層構造になっていることによって、積層方向に関する各位置での熱膨張性を、段階的に設定することができる。

また、第１金属板３ｆ、又は、第２金属板１０３ｓの厚さを変更することにより、ＣＦＲＰ層の熱膨張性を、過度に低くならないように、プラス側（増大させる側）に調整することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図４は、第３実施形態に係る複合積層板の断面図である。以下、上記の実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号２０２ｆ、２０２ｓ、２０３ｆ、２０３ｓを付した部分は、上記の実施形態において、符号２、２、３ｆ、３ｓを付した部分に相当する。

複合積層板２０１は、第１積層体２１０、絶縁層２０４、及び第２積層体２１１を有する。第１積層体２１０及び第２積層体２１１は、それぞれ、上記の複合積層板１に相当する。

第１積層体２１０は、第１金属板（第１金属層）２０３ｆ、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ、及び第２金属板（第２金属層）２０３ｓを有する。
また、第２積層体２１１は、第３金属板（第３金属層）２０３ｔ、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓ、及び第４金属板（第４金属層）２０３ｙを有する。第１金属板２０３ｆ、第２金属板２０３ｓ、第３金属板２０３ｔ、及び第４金属板２０３ｙは、アルミニウム板である。

第１金属板２０３ｆは、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆに接合されており、且つ、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いていない方の面（上面）に配置されている。第４金属板２０３ｙは、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓに接合されており、且つ、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面（下面）に配置されている。

絶縁層２０４と、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆとは、第２金属板２０３ｓを介して接合されている。また、絶縁層２０４と、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓとは、第３金属板２０３ｔを介して接合されている。

絶縁層２０４は、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの間に配置されている。また、絶縁層２０４は、絶縁体であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）から成る。絶縁層２０４の室温（２０℃）での熱伝導率は、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、絶縁層２０４は、高熱伝導性を有している。また、複合積層板２０１に平行な（積層方向Ｈに垂直な）全ての方向に関して、次の関係が成立している。
（α１／α２）＝１．５７
０．３＜（α１／α２）＜３．０
α１：絶縁体の線膨張率（絶対値）［１／Ｋ］
α２：Ｓｉチップ６の線膨張率（絶対値）［１／Ｋ］
すなわち、絶縁体の熱膨張率（４．７×１０^−６［１／Ｋ］）は、Ｓｉチップ６の熱膨張率（３．０×１０^−６［１／Ｋ］）と同程度である。

複合積層板２０１においては、第１積層体２１０、絶縁層２０４、及び、第２積層体２１１が、熱的に接続された状態となっている。また、表面の金属層である、第１金属板２０３ｆ及び第４金属板２０３ｙは、放熱板として機能することに加えて、電極としても機能する。なお、第２金属板２０３ｓ、第３金属板２０３ｔ、第４金属板２０３ｙはなくてもよい。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。複合積層板２０１は、Ｓｉチップ６の放熱板として用いられるものであって、（ａ）四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０から成る第１ＣＦＲＰ層２０２ｆと、（ｂ）四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０から成る第２ＣＦＲＰ層２０２ｓと、（ｃ）第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの間に配置された、絶縁体（ＡｌＮ）から成る絶縁層２０４と、（ｄ）第１ＣＦＲＰ層２０２ｆに接合されており、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いていない方の面（上面）に配置された第１金属板（第１金属層）２０３ｆと、（ｅ）第１ＣＦＲＰ層２０２ｆに接合されており、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いている方の面（下面）に配置された第２金属板２０３ｓと、（ｆ）第２ＣＦＲＰ層２０２ｓに接合されており、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いている方の面（上面）に配置された第３金属板２０３ｔと、（ｇ）第２ＣＦＲＰ層２０２ｓに接合されており、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面（下面）に配置された第４金属板２０３ｙと、を有し、絶縁体（ＡｌＮ）においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、Ｓｉチップ６と同程度である。

本構成に係る複合積層板２０１は、比較的低コスト且つ短時間での製造が可能である。また、本構成では、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層（第１金属板２０３ｆ、第２金属板２０３ｓ、第３金属板２０３ｔ、及び第４金属板２０３ｙ）が強固に結合する。また、この複合積層板２０１においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本構成により、（i）低コスト・短時間で製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板２０１が得られる。

また、複合積層板２０１において、絶縁層２０４と、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆとは、第２金属板（第２金属層）２０３ｓを介して接合されており、絶縁層２０４と、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓとは、第３金属板（第３金属層）２０３ｔを介して接合されている。この構成では、絶縁層２０４と、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓとが確実に結合する。

（製造方法）
次に、複合積層板２０１の製造方法について説明する。まず、四枚のＣＦＲＰプリプレグ２０を積層させて、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆを形成する（第１ＣＦＲＰ層形成工程）。また、四枚のＣＦＲＰプリプレグを積層させて、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓを形成する（第２ＣＦＲＰ層形成工程）。

次に、第１金属板２０３ｆを、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いていない方の面（上面）に配置する（第１金属層配置工程）。
また、第２金属板２０３ｓを、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いた方の面（下面）に配置する（第２金属層配置工程）。
また、第３金属板２０３ｔを、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に見た方の面（上面）に配置する（第３金属層配置工程）。
また、第４金属板２０３ｙを、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面（下面）に配置する（第４金属層配置工程）。

次に、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの間に、絶縁体から成る絶縁層２０４を配置する（絶縁層配置工程）。

次に、ホットプレス法により各層（第１金属板２０３ｆ及び第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２金属板２０３ｓ、第２金属板２０３ｓ及び絶縁層２０４、絶縁層２０４及び第３金属板２０３ｔ、第３金属板２０３ｔ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓ、並びに、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓ及び第４金属板２０３ｙ）を接合する（ホットプレス工程）。以上のようにして、複合積層板２０１が製造される。

（効果）
本製造方法により得られる効果について説明する。複合積層板２０１の製造方法は、（ａ）ＣＦＲＰプリプレグから成る第１ＣＦＲＰ層２０２ｆを形成する、第１ＣＦＲＰ層形成工程と、（ｂ）ＣＦＲＰプリプレグから成る第２ＣＦＲＰ層２０２ｓを形成する、第２ＣＦＲＰ層形成工程と、（ｃ）第１ＣＦＲＰ層２０２ｆ及び第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの間に、絶縁体から成る絶縁層２０４を配置する、絶縁層配置工程と、（ｄ）第１金属板２０３ｆを、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置する、第１金属層配置工程と、（ｅ）第２金属板２０３ｓを、第１ＣＦＲＰ層２０２ｆの、絶縁層２０４に向いている方の面に配置する、第２金属層配置工程と、（ｆ）第３金属板２０３ｔを、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いている方の面に配置する、第３金属層配置工程と、（ｇ）第４金属板２０３ｙを、第２ＣＦＲＰ層２０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置する、第４金属層配置工程と、（ｈ）ホットプレス法により各層を接合する、ホットプレス工程と、を有し、絶縁体においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、電子部品と同程度である。

本方法によると、複合積層板２０１を、比較的低コスト且つ短時間で製造できる。また、本方法によると、合成樹脂を介して、炭素繊維及び金属層が強固に結合する。また、この方法により製造された複合積層板２０１においては、炭素繊維によって、金属層の熱膨張が抑制される。また、炭素繊維及び金属層の界面付近には、熱伝導性を阻害するような化合物が形成されない。

以上のように、本方法によると、（i）低コスト・短時間で複合積層板を製造でき、且つ、（ii）高熱伝導性及び低熱膨張性を有する複合積層板２０１が得られる。

また、本構成では、ホットプレス工程においてホットプレス法を用いるため、ＣＦＲＰの余分な合成樹脂を絞り出し、炭素繊維と金属層との間の合成樹脂を薄くすることができる。そのため、複合積層板２０１の熱伝導性を高くすることができる。

（実施例２）
次に、複合積層板２０１の実施例について説明する。複合積層板２０１にＳｉチップ６を取り付けて、温度サイクル試験を行なった。試験条件は以下の通りである。
（試験条件）
Ｓｉチップの熱膨張率：３．０×１０^−６［１／Ｋ］
試験温度範囲（温度変化の範囲）：−４０℃〜＋１２５℃

（複合積層板）
また、複合積層板として、以下のようなものを使用した。
複合積層板（全体）の厚さ：２．５ｍｍ
第１ＣＦＲＰ層の厚さ：０．８ｍｍ（各ＣＦＲＰプリプレグ２０の厚さ：０．２ｍｍ）
第２ＣＦＲＰ層の厚さ：０．８ｍｍ（各ＣＦＲＰプリプレグ２０の厚さ：０．２ｍｍ）
第１金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
第２金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
第３金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
第４金属板（アルミニウム）の厚さ：０．１ｍｍ
絶縁層（ＡｌＮ）の厚さ：０．５ｍｍ
ＣＦＲＰの炭素繊維：ピッチ系
ＣＦＲＰの合成樹脂：エポキシ樹脂
ＣＦＲＰの繊維方向：上から、０度方向、９０度方向、９０度方向、０度方向
ホットプレス条件：１３０℃、５気圧、真空度１０^−５Ｐａ

この複合積層板（全体）の、０度方向及び９０度方向に関する、熱伝導率（室温条件下）及び熱膨張率は、以下のようになった。なお、これらの値は、０度方向及び９０度方向でほぼ同一の値となった。
熱伝導率：３６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）
熱膨張率：４．３×１０^−６［１／Ｋ］
複合積層板の熱伝導率は、銅（３９７Ｗ／（ｍ・Ｋ））と同程度となり、熱膨張率は、Ｓｉチップの熱膨張率と同程度となった。

（試験結果）
本実施例にかかる複合積層板においては、１００００サイクルの時点でも、Ｓｉチップ及び第１金属板の界面において、亀裂及び剥離が生じなかった。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図５を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図５は、第４実施形態に係る複合積層板の断面図である。以下、上記の実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号３０２ｆ、３０２ｓ、３０３ｆ、３０３ｓ、３０３ｔ、３０３ｙ、３１０、３１１を付した部分は、上記の実施形態において、符号２０２ｆ、２０２ｓ、２０３ｆ、２０３ｓ、２０３ｔ、２０３ｙ、２１０、２１１を付した部分に相当する。

複合積層板３０１は、第１積層体３１０、絶縁層２０４、及び第２積層体３１１に加え、冷却板３０４を有する。冷却板３０４は、アルミニウム製であり、第４金属板３０３ｙの下面（第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに向いていない方の面）に配置されている。冷却板３０４の面積（上面の面積）は、第１積層体３１０、絶縁層２０４及び第２積層体３１１の面積とは異なっており、冷却板３０４の面積の方が大きい。なお、冷却板の面積は、第１積層体３１０、絶縁層２０４及び第２積層体３１１の面積と同程度であってもよい。

複合積層板３０１においては、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓが、四層構造ではなく、二層構造になっている。具体的には、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓには、上から順に、０度方向、９０度方向となるように積層された、二層のＣＦＲＰプリプレグ２０が含まれる。そして第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの質量よりも、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの質量が小さい。

また、第１金属板３０３ｆ、第２金属板３０３ｓ、第３金属板３０３ｔ、第４金属板３０３ｙの順に、質量が大きくなっている。そして、第１金属板３０３ｆ及び第２金属板３０３ｓの合計質量よりも、第３金属板３０３ｔ及び第４金属板３０３ｙの合計質量が大きい。

（製造方法１）
次に、複合積層板３０１の製造方法について説明する。本製造方法においては、まず、Ｓｉチップ６の発熱時における、各層の膨張量［ｍｍ］を求め、その値から、各層の材料の物性値を計算により求める。以下、具体的に説明する。

（i）発熱体であるＳｉチップ６の発熱時の温度、（ii）各層の材料における各種物性（熱伝導率など）を考慮した上で、各層の材料の質量を決定する。

具体的には、第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの質量よりも、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの質量を小さくする。

また、第１金属板３０３ｆ、第２金属板３０３ｓ、第３金属板３０３ｔ、第４金属板３０３ｙの順に、質量を大きくする。そして、第１金属板３０３ｆ及び第２金属板３０３ｓの合計質量よりも、第３金属板３０３ｔ及び第４金属板３０３ｙの合計質量を大きくする。以上のようにして、第１金属板３０３ｆ、第２金属板３０３ｓ、第３金属板３０３ｔ、第４金属板３０３ｙ、第１ＣＦＲＰ層３０２ｆ、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの質量を決定し、そこから各材料のサイズを設定する（設計工程）。

その後、第１ＣＦＲＰ層形成工程、第２ＣＦＲＰ層形成工程、第１金属層配置工程、第２金属層配置工程、第３金属層配置工程、第４金属層配置工程、絶縁層配置工程、及びホットプレス工程を実施する。以上のようにして、複合積層板３０１が製造される。

（効果）
本実施形態により得られる効果について説明する。複合積層板３０１は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに接合されており、且つ、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置された第４金属板（第４金属層）３０３ｙを有している。また、この複合積層板３０１において、第１金属層、第２金属層、第３金属層、第４金属層の順に、質量が大きくなっている。

複合積層板３０１においては、各金属層が熱膨張性を増大させ、各ＣＦＲＰ層が熱膨張性を抑制する。
複合積層板３０１にＳｉチップ６が設置された状態では、複合積層板３０１は、Ｓｉチップ６に近い位置で高温となり、Ｓｉチップ６から離れるに従い、温度が低くなる（図５の左側に示す温度分布参照）。

本構成では、第１金属層、第２金属層、第３金属層、第４金属層の順に、質量が大きくなっているので、Ｓｉチップ６から離れるに従い、熱膨張性が高くなっている。そのため、複合積層板３０１の温度上昇に伴う、（i）第１積層体３１０の膨張量（長さ又は体積の変化量）、（ii）絶縁層２０４の膨張量、及び（iii）第２積層体３１１の膨張量を、それぞれ、Ｓｉチップ６の膨張量と同等にすることができる。従って、（Ａ）第１積層体３１０とＳｉチップ６との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体３１０と絶縁層２０４との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層２０４と第２積層体３１１との間における熱応力、を確実に緩和できる。

また、複合積層板３０１は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに接合されており、且つ、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置された第４金属板（第４金属層）３０３ｙを有している。また、この複合積層板３０１においては、第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの質量よりも、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの質量が小さい。

本構成では、第１ＣＦＲＰ層の質量よりも、第２ＣＦＲＰ層の質量が小さいので、第１積層体３１０（第１ＣＦＲＰ層３０２ｆ、並びに、これを挟む第１金属板３０３ｆ及び第２金属板３０３ｓ）よりも、第２積層体３１１（第２ＣＦＲＰ層３０２ｓ、並びに、これを挟む第３金属板３０３ｔ及び第４金属板３０３ｙ）の熱膨張性が高くなる（熱膨張し易くなる）。そのため、この複合積層板３０１においては、Ｓｉチップ６から離れるに従い、熱膨張性が高くなっている。そのため、複合積層板３０１の温度上昇に伴う、（i）第１積層体３１０の膨張量、（ii）絶縁層２０４の膨張量、及び（iii）第２積層体３１１の膨張量を、それぞれ、Ｓｉチップ６の膨張量と同等にすることができる。従って、（Ａ）第１積層体３１０とＳｉチップ６との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体３１０と絶縁層２０４との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層２０４と第２積層体３１１との間における熱応力、を確実に緩和できる。

また、第１金属板３０３ｆ及び第４金属板３０３ｙは、放熱板として機能することに加えて、電極としても機能する。

また、複合積層板３０１が積層構造になっていることによって、積層方向に関する各位置での熱膨張性を、段階的に設定することができる。

また、各金属板の厚さを変更することにより、ＣＦＲＰ層の熱膨張性を、過度に低くならないように、プラス側（増大させる側）に調整することができる。

（製造方法２）
次に、上記とは異なる観点から、複合積層板３０１の製造方法について説明する。本製造方法においては、まず、Ｓｉチップ６の発熱時における、各層の膨張量［ｍｍ］を求め、その値から、各層の材料の物性値を計算により求める。以下、具体的に説明する。

ここでは、簡単な式により説明するため、第１積層体３１０の各層（第１金属板３０３ｆ、第２金属板３０３ｓ、及び第１ＣＦＲＰ層３０２ｆ）のヤング率が同等であり、また、第２積層体３１１の各層（第３金属板３０３ｔ、第４金属板３０３ｙ、及び第２ＣＦＲＰ層３０２ｓ）のヤング率についても同等であるとする。但し、これらのヤング率は異なっていてもよい（上記の式１’参照）。

第１積層体３１０の平均線膨張率α_１［１／Ｋ］は、次の式で表わされる。
α_１＝（αｍ×Ｔｍ＋αｃ×Ｔｃ＋αｎ×Ｔｎ）／（Ｔｍ＋Ｔｃ＋Ｔｎ）
αｍ：第１金属板３０３ｆの線膨張率［１／Ｋ］
αｎ：第２金属板３０３ｓの線膨張率［１／Ｋ］
αｃ：第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの線膨張率［１／Ｋ］
Ｔｍ：第１金属板３０３ｆの厚さ［ｍｍ］
Ｔｎ：第２金属板３０３ｓの厚さ［ｍｍ］
Ｔｃ：第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの厚さ［ｍｍ］
ここで、αｃは、０度方向、及び、９０度方向のそれぞれの繊維方向に関する、第１ＣＦＲＰ層３０２ｆの線膨張率の平均値である。

また、第２積層体３１１の平均線膨張率β_１［１／Ｋ］は、次の式で表わされる。
β_１＝（βｍ×Ｓｍ＋βｃ×Ｓｃ＋βｎ×Ｓｎ）／（Ｓｍ＋Ｓｃ＋Ｓｎ）
βｍ：第３金属板３０３ｔの線膨張率［１／Ｋ］
βｎ：第４金属板３０３ｙの線膨張率［１／Ｋ］
βｃ：第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの線膨張率［１／Ｋ］
Ｓｍ：第３金属板３０３ｔの厚さ［ｍｍ］
Ｓｎ：第４金属板３０３ｙの厚さ［ｍｍ］
Ｓｃ：第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの厚さ［ｍｍ］
また、絶縁層２０４の線膨張率をγ［１／Ｋ］とする。

（i）発熱体であるＳｉチップ６の発熱時の温度、（ii）各層の材料における各種物性（熱伝導率など）、及び（iii）サイズ（厚さ、体積、重量など）から、第１積層体３１０の全体の温度（平均温度Ｔ_１）［Ｋ］、第２積層体３１１の全体の温度（平均温度Ｔ_２）［Ｋ］、絶縁層２０４の温度（温度Ｔ_３）［Ｋ］が算出される。この時点において、「各種物性」については、仮定した値を用いる。

そして、平均温度（Ｔ_１、Ｔ_２、及びＴ_３）、及び、上記の平均線膨張率（α_１、β_１、及びγ）［１／Ｋ］から、次の式を用いて、第１積層体３１０の総熱膨張量ΔＬ１［ｍｍ］、第２積層体３１１の総熱膨張量ΔＬ２［ｍｍ］、絶縁層２０４の熱膨張量ΔＬ３［ｍｍ］が計算される。
ΔＬ１＝α_１×Ｌ１×ΔＴ_１
ΔＬ２＝β_１×Ｌ２×ΔＴ_２
ΔＬ３＝γ ×Ｌ３×ΔＴ_３
Ｌ１：第１積層体３１０の長さ（方向Ｌ１に関する長さ）［ｍｍ］
Ｌ２：第２積層体３１１の長さ（方向Ｌ１に関する長さ）［ｍｍ］
Ｌ３：絶縁層２０４の長さ（方向Ｌ１に関する長さ）［ｍｍ］
ΔＴ_１：第１積層体３１０全体の温度変化量（平均）［Ｋ］
ΔＴ_２：第２積層体３１１全体の温度変化量（平均）［Ｋ］
ΔＴ_３：絶縁層２０４の温度変化量［Ｋ］
ΔＴ_１、ΔＴ_２、及びΔＴ_３は、それぞれ、Ｓｉチップ６の発熱前における、それぞれの平均温度と、発熱後におけるそれぞれの平均温度（Ｔ_１、Ｔ_２、又はＴ_３）との差である。
本実施形態においては、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４とする。すなわち、Ｓｉチップ６の長さＬ４［ｍｍ］（下記参照）を基準として、第１積層体３１０、第２積層体３１１、及び絶縁層２０４の長さ、及びその変化について計算する。

そして、Ｓｉチップ６の熱膨張量ΔＬ４は、次の式により計算される。
ΔＬ４＝ε×Ｌ４×ΔＴ_４
Ｌ４：Ｓｉチップ６の長さ（方向Ｌ１に関する長さ）［ｍｍ］
ε ：Ｓｉチップ６の線膨張率［１／Ｋ］
ΔＴ_４：Ｓｉチップ６の温度変化量［Ｋ］
ΔＴ_４は、Ｓｉチップ６の発熱前における、Ｓｉチップ６の温度と、発熱後における温度との差である。

そして、本製造方法においては、Ｓｉチップ６の発熱時に、ΔＬ１、ΔＬ２及びΔＬ３に関して、次の式２の関係が成立するように、各層の材料の各種物性値（αｍ、αｎ、αｃ、Ｔｍ、Ｔｎ、Ｔｃ、βｍ、βｎ、βｃ、Ｓｍ、Ｓｎ、Ｓｃ、γ、及びその他の物性値）及び大きさ（厚さ、体積、質量など）を設定する（設計工程）。なお、「≒」は、「同程度」であることを示す。
ΔＬ１≒ΔＬ２≒ΔＬ３≒ΔＬ４ （式２）

その後、第１ＣＦＲＰ層形成工程、第２ＣＦＲＰ層形成工程、第１金属層配置工程、第２金属層配置工程、第３金属層配置工程、第４金属層配置工程、絶縁層配置工程、及びホットプレス工程を実施する。複合積層板３０１は、このような観点から製造されてもよい。

なお、設計工程において、各層の材料の選択を行なってもよい。また、上記の設計工程では、方向Ｌ１に関する長さを用いて、膨張量を比較しているが、他の方向に関する長さを用いて、膨張量を比較してもよい。また、長さ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）及び熱膨張量（ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３、ΔＬ４）を使用せずに、面積又は体積を用いて膨張量を比較してもよい。また、長さ、面積又は体積を使用せずに、長さ変化の割合（ΔＬ／Ｌ：線膨張率×温度変化量）を用いて、間接的に膨張量を比較してもよい。

また、設計工程においては、ΔＬ１、ΔＬ２及びΔＬ３に関して、次の関係が成立するように、各種物性値を設定してもよい。この場合に、ΔＬ１≒ΔＬ２でなくてもよく、また、ΔＬ４≒ΔＬ３でなくてもよい。
ΔＬ４≒ΔＬ１
ΔＬ１≒ΔＬ３
ΔＬ２≒ΔＬ３

（効果）
本製造方法、及び、本製造方法を経た複合積層板３０１により得られる効果について説明する。複合積層板３０１は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに接合されており、且つ、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置された第４金属板（第４金属層）３０３ｙを有している。また、この複合積層板３０１では、Ｓｉチップ６の発熱時における、（i）第１積層体３１０の総熱膨張量、（ii）絶縁層２０４の熱膨張量、及び、（iii）第２積層体３１１の総熱膨張量のそれぞれが、Ｓｉチップ６の熱膨張量と同程度である。

この構成では、複合積層板３０１の温度上昇に伴う、（i）第１積層体３１０の膨張量（長さ又は体積の変化量）、（ii）絶縁層２０４の膨張量、及び（iii）第２積層体３１１の膨張量が、それぞれ、Ｓｉチップ６の膨張量と同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体３１０とＳｉチップ６との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体３１０と絶縁層２０４との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層２０４と第２積層体３１１との間における熱応力、を確実に緩和できる。

（複合積層板の設計例）
ここで、製造方法２の設計手法を用いた、複合積層板３０１の設計例について説明する。まず、各層の線膨張率を、以下のように設定する。
Ｓｉチップ６の線膨張率ε： ３×１０^−６［１／℃］
第１積層体３１０の平均線膨張率α_１：４×１０^−６［１／℃］
絶縁層２０４の線膨張率γ： ６×１０^−６［１／℃］
第２積層体３１１の平均線膨張率β_１：１５×１０^−６［１／℃］

そして、各層の温度分布が、以下のようになるとする。
Ｓｉチップ６の温度変化量ΔＴ_４：１００［℃］
第１積層体３１０全体の温度変化量（平均）ΔＴ_１：７５［℃］
絶縁層２０４の温度変化量ΔＴ_３：５０［℃］
第２積層体３１１全体の温度変化量（平均）ΔＴ_２：２０［℃］

この条件下では、各層において、長さの変化率（線膨張率×温度変化量）は、以下のように同一となる。そのため、（Ａ）第１積層体３１０とＳｉチップ６との間における熱応力、（Ｂ）第１積層体３１０と絶縁層２０４との間における熱応力、及び（Ｃ）絶縁層２０４と第２積層体３１１との間における熱応力、が確実に緩和される。
ε×ΔＴ_４ ＝ ３×１０⁻⁴［−］
α_１×ΔＴ_１ ＝ ３×１０⁻⁴［−］
γ×ΔＴ_３ ＝ ３×１０⁻⁴［−］
β_１×ΔＴ_２ ＝ ３×１０⁻⁴［−］
例えば、上記のような観点から、複合積層板３０１を設計することができる。

（製造方法３）
次に、さらに異なる観点から、複合積層板３０１の製造方法について説明する。本製造方法においては、まず、各層の熱膨張量［ｍｍ］を求め、その値から、各層の材料の物性値を計算により求める。以下、具体的に説明する。

本製造方法においては、Ｓｉチップ６の発熱時において、次の式３、式４、及び式５の関係が成立するように、各層の材料の各種物性値及び大きさ（厚さ、体積、質量など）を設定する（設計工程）。なお、「≒」は、「同程度」であることを示す。
ΔＬ_ｍ１≒ΔＬｄ （式３）
ΔＬ_ｍ４≒ΔＬｒ （式４）
ΔＬ_ｍ２≒ΔＬ_ｍ３＝ΔＬｚ （式５）
ΔＬ_ｍ１：第１金属板３０３ｆの熱膨張量
ΔＬ_ｍ２：第２金属板３０３ｓの熱膨張量
ΔＬ_ｍ３：第３金属板３０３ｔの熱膨張量
ΔＬ_ｍ４：第４金属板３０３ｙの熱膨張量
ΔＬｒ：冷却板３０４の熱膨張量
ΔＬｚ：絶縁層２０４の熱膨張量
ΔＬｄ：電子部品の熱膨張量（所与）

なお、第１金属板３０３ｆの熱膨張量ΔＬ_ｍ１は、（Ｓｉチップ６が実装され、且つ、発熱している状態で）第１ＣＦＲＰ層３０２ｆによって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第１金属板３０３ｆの熱膨張量である。
第２金属板３０３ｓの熱膨張量ΔＬ_ｍ２は、第１ＣＦＲＰ層３０２ｆによって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第２金属板３０３ｓの熱膨張量である。
第３金属板３０３ｔの熱膨張量ΔＬ_ｍ３は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓによって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第３金属板３０３ｔの熱膨張量である。
第４金属板３０３ｙの熱膨張量ΔＬ_ｍ４は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓによって熱膨張を抑制されたことを考慮した、第４金属板３０３ｙの熱膨張量である。

その後、第１ＣＦＲＰ層形成工程、第２ＣＦＲＰ層形成工程、第１金属層配置工程、第２金属層配置工程、第３金属層配置工程、第４金属層配置工程、絶縁層配置工程、及びホットプレス工程を実施する。複合積層板３０１は、このような観点から製造されてもよい。

（効果）
本製造方法、及び、本製造方法を経た複合積層板３０１により得られる効果について説明する。複合積層板３０１は、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに接合されており、且つ、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓの、絶縁層２０４に向いていない方の面に配置された第４金属板（第４金属層）３０３ｙと、第４金属板３０３ｙの、第２ＣＦＲＰ層３０２ｓに向いていない方の面に設けられた、アルミニウム製の冷却板３０４と、をさらに有する。また、この複合積層板３０１では、Ｓｉチップ６の発熱時において、第１金属板３０３ｆの熱膨張量が、Ｓｉチップ６と同程度であり、且つ、第４金属板３０３ｙの熱膨張量が、冷却板３０４と同程度である。

この構成では、複合積層板３０１の温度上昇に伴う、（i）第１金属板３０３ｆの膨張量（長さ又は体積の変化量）及びＳｉチップ６の膨張量が同等となり、また、（ii）第４金属板３０３ｙの膨張量、及び、冷却板３０４の膨張量が同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体３１０とＳｉチップ６との間の熱応力、及び（Ｂ）第２積層体３１１と冷却板３０４との間の熱応力、を確実に緩和できる。

また、複合積層板３０１では、Ｓｉチップ６の発熱時において、第２金属板３０３ｓにおける熱膨張量、及び、第３金属板３０３ｔにおける熱膨張量が、絶縁層２０４の熱膨張量と同程度である。

この構成では、複合積層板３０１の温度上昇に伴う、（i）第２金属板３０３ｓの膨張量（長さ又は体積の変化量）及び絶縁層２０４の膨張量が同等となり、また、（ii）第３金属板３０３ｔの膨張量、及び、絶縁層２０４の膨張量が同等となる。そのため、（Ａ）第１積層体３１０と絶縁層２０４との間の熱応力、（Ｂ）第２積層体３１１と絶縁層２０４との間の熱応力、を確実に緩和できる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図６は、第５実施形態に係る複合積層板の断面図である。以下、上記の第１実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。

複合積層板４０１においては、第２金属板４０３ｓの形状のみが、第１実施形態の第２金属板３ｓと異なる。具体的には、第２金属板４０３ｓは、板部４０３ｖと、複数の冷却フィン４０３ｔとを有する。それぞれの冷却フィン４０３ｔは、板部４０３ｖから、積層方向Ｈに沿って延びている。また、第２金属板４０３ｓもまた、アルミニウムから形成されている。なお、それぞれの冷却フィン４０３ｔと板部４０３ｖとは、押し出し工法などにより一体的に形成されていてもよいし、分離形成されたものを一体化してもよい。また、各冷却フィン４０３ｔの間を、冷却水が流れるようにしてもよい。

また、第２金属板４０３ｓには、複数の冷却フィン４０３ｔが設けられているために、第２金属板４０３ｓの質量は、第１金属板３ｆの質量よりも大きい。複層積層板は、このように構成されていてもよい。

（他の実施形態について）
本発明の実施の形態は、上記の実施形態には限られない。例えば、複合積層板は、Ｓｉチップのような半導体素子だけでなく、ＬＥＤなどの、発熱量が多い他の電子部品が設置されてもよい。

また、ここでは、絶縁層が一層のみの複合積層板について説明したが、絶縁層が二層あってもよい。また、積層体（第１積層体及び第２積層体）の数も、二つには限られない。例えば、複合積層体が、上から、第１積層体、第１絶縁層、第２積層体、第２絶縁層、及び第３積層体と積層された構成を有していてもよい。

また、図５の冷却板３０４はなくてもよく、複合積層板が、第１積層体３１０、絶縁層２０４、第２積層体３１１から成っていてもよい。

また、ここでは、製造方法１、製造方法２及び製造方法３を、別方法として説明したが、これらについては、単独実施には限られず、これらのうち二種または三種を組み合わせて実施してもよい。例えば、製造方法２の設計工程を実施して各材料の概略的な設計を行なってから、製造方法３の設計工程を実施して、詳細な設計を行なってもよい。

また、上記の複合積層板は、実装される「電子部品」の、発熱時の温度、線膨張率、熱膨張量などが、予め与えられている（所与である）場合に、その値を用いて設計される。ここで、「電子部品」の発熱時の温度が、一定でない場合には、電子部品の温度として、発熱時における電子部品の温度の平均値（相加平均、相乗平均、調和平均などによる平均値）を用いればよい。

本発明は、半導体素子の放熱板として利用することができる。

１ 複合積層板
２ ＣＦＲＰ層
２０ ＣＦＲＰプリプレグ
２１ 炭素繊維
２２ 熱硬化性樹脂
３ｆ 第１金属板（金属層）
３ｓ 第２金属板（他の金属層）
４０４ 放熱台
４５０ ボンディングワイヤ
６ Ｓｉチップ（電子部品）

Claims (11)

1. 電子部品の放熱板として用いられる複合積層板（１）であって、
   ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層（２）と、
   前記ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記ＣＦＲＰ層における一方の面に配置された金属層（３ｆ）と、を有することを特徴とする複合積層板。
2. 前記ＣＦＲＰ層における他方の面に配置された、他の金属層（１０３ｓ）をさらに有し、
   前記電子部品の発熱時において、前記金属層、前記ＣＦＲＰ層、及び前記他の金属層の総熱膨張量が、前記電子部品の熱膨張量と同程度であることを特徴とする、請求項１に記載の複合積層板。
3. 電子部品の放熱板として用いられる複合積層板を製造する方法であって、
   ＣＦＲＰプリプレグから成るＣＦＲＰ層を形成する、ＣＦＲＰ層形成工程と、
   金属層を、前記ＣＦＲＰ層における一方の面に配置する、金属層配置工程と、
   ホットプレス法により各層を接合する、ホットプレス工程と、を有することを特徴とする、複合積層板の製造方法。
4. 電子部品の放熱板として用いられる複合積層板（２０１）であって、
   ＣＦＲＰプリプレグから成る第１ＣＦＲＰ層（２０２ｆ）と、
   ＣＦＲＰプリプレグから成る第２ＣＦＲＰ層（２０２ｓ）と、
   前記第１ＣＦＲＰ層及び前記第２ＣＦＲＰ層の間に配置された、絶縁体から成る絶縁層（２０４）と、
   前記第１ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第１ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第１金属層（２０３ｆ）と、を有し、
   前記絶縁体においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、前記電子部品と同程度であることを特徴とする複合積層板。
5. 前記絶縁層と、前記第１ＣＦＲＰ層とは、第２金属層（２０３ｓ）を介して接合されており、
   前記絶縁層と、前記第２ＣＦＲＰ層とは、第３金属層（２０３ｔ）を介して接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の複合積層板。
6. 前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層（３０３ｙ）をさらに有し、
   前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層、前記第４金属層の順に、質量が大きくなっていることを特徴とする、請求項５に記載の複合積層板。
7. 前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層（３０３ｙ）をさらに有し、
   前記第１ＣＦＲＰ層の質量よりも、前記第２ＣＦＲＰ層の質量が小さいことを特徴とする、請求項５又は６に記載の複合積層板。
8. 前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層（３０３ｙ）をさらに有し、
   前記電子部品の発熱時における、（i）前記第１金属層、前記第１ＣＦＲＰ層、及び前記第２金属層を含む第１積層体の総熱膨張量、（ii）前記絶縁層の熱膨張量、並びに、（iii）前記第３金属層、前記第２ＣＦＲＰ層、及び前記第４金属層を含む第２積層体の総熱膨張量のそれぞれが、前記電子部品の熱膨張量と同程度であることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の複合積層板。
9. 前記第２ＣＦＲＰ層に接合されており、且つ、前記第２ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置された第４金属層（３０３ｙ）と、
   前記第４金属層の、前記第２ＣＦＲＰ層に向いていない方の面に設けられた、金属製の冷却板（３０４）と、をさらに有し、
   前記電子部品の発熱時において、前記第１金属層の熱膨張量が、前記電子部品と同程度であり、且つ、前記第４金属層の熱膨張量が、前記冷却板と同程度であることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の複合積層板。
10. 前記電子部品の発熱時において、前記第２金属層における熱膨張量、及び、前記第３金属層における熱膨張量が、前記絶縁層の熱膨張量と同程度であることを特徴とする、請求項５乃至９のいずれか一項に記載の複合積層板。
11. 電子部品の放熱板として用いられる複合積層板（２０１）を製造する方法であって、
    ＣＦＲＰプリプレグから成る第１ＣＦＲＰ層（２０２ｆ）を形成する、第１ＣＦＲＰ層形成工程と、
    ＣＦＲＰプリプレグから成る第２ＣＦＲＰ層（２０２ｓ）を形成する、第２ＣＦＲＰ層形成工程と、
    前記第１ＣＦＲＰ層及び前記第２ＣＦＲＰ層の間に、絶縁体から成る絶縁層（２０４）を配置する、絶縁層配置工程と、
    第１金属層（２０３ｆ）を、前記第１ＣＦＲＰ層の、前記絶縁層に向いていない方の面に配置する、第１金属層配置工程と、
    ホットプレス法により各層を接合する、ホットプレス工程と、を有し、
    前記絶縁体においては、２０℃での熱伝導率が、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、且つ、熱膨張率が、前記電子部品と同程度であることを特徴とする、複合積層板の製造方法。

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