JP4900171B2 - Heat dissipation board and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、放熱基板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat dissipation substrate and a manufacturing method thereof.
従来、金属粉末と無機化合物の粉末との混合物を成型して加圧及び加熱(いわゆる、粉体成形)することによって一体化させた焼結体によって構成された放熱体が知られている(例えば、特許文献1参照)。この放熱体を、発熱する半導体装置等と接触させることにより、電子素子(例えば、LED(Light-Emitting Diode:発光ダイオード)といった半導体発光素子や、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ))において発生する熱が放熱体を通じて放出されることとなるので、発熱に起因する電子素子の特性劣化等を防止することができるようになっている。
ところで、近年、電子素子の特性劣化等を確実に防止すべく、電子素子において生じる熱の放熱要求が高まっている。 Incidentally, in recent years, there has been an increasing demand for heat dissipation in electronic devices in order to reliably prevent deterioration of characteristics of the electronic devices.
そこで、本発明は、放熱をより効率的に行うことが可能な放熱基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the thermal radiation board | substrate which can perform heat dissipation more efficiently, and its manufacturing method.
本発明に係る放熱基板の製造方法は、薄片状金属粉及び金属酸化物が分散されたスラリーを用意する工程と、スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することで、グリーンシートを形成する工程と、グリーンシートを焼成する工程とを備える。 The method for manufacturing a heat dissipation substrate according to the present invention includes a step of preparing a slurry in which flaky metal powder and metal oxide are dispersed, and a step of forming a green sheet by applying the slurry on a film by a doctor blade method. And a step of firing the green sheet.
本発明に係る放熱基板の製造方法では、スラリーがドクターブレード法によってフィルム上に塗布される際に、スラリーが、ドクターブレード装置のブレード部の先端とフィルムの表面とによって形成される間隙を通過するので、スラリーの流れ(流線)がフィルムの搬送方向に沿うこととなる。このとき、スラリー中に分散された薄片状金属粉も、スラリーの流れ(流線)に沿うように当該間隙を通過する。そのため、グリーンシート内における薄片状金属粉の多くは、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。その結果、本発明に係る製造方法によって製造された放熱基板においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。従って、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板を用いて電子素子の放熱を行った場合、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板によれば、任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。 In the method for manufacturing a heat dissipation substrate according to the present invention, when the slurry is applied onto the film by the doctor blade method, the slurry passes through a gap formed by the tip of the blade portion of the doctor blade device and the surface of the film. Therefore, the slurry flow (streamline) is along the film transport direction. At this time, the flaky metal powder dispersed in the slurry also passes through the gap so as to follow the flow (streamline) of the slurry. Therefore, most of the flaky metal powder in the green sheet is in a state where the thickness direction is aligned in a predetermined direction. As a result, in the heat dissipation board manufactured by the manufacturing method according to the present invention, the thermal conductivity in the direction intersecting the predetermined direction is larger than the predetermined direction, and anisotropy is exhibited in the thermal conductivity. It will be. Therefore, when heat dissipation of the electronic element is performed using the heat dissipation substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention, the heat conductivity is not anisotropic because of being manufactured by powder molding. Compared with the heat radiating body, heat dissipation of the electronic element can be performed more efficiently. Further, according to the heat dissipation substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention, it is possible to dissipate heat in an arbitrary direction, so that there is an advantage that the heat dissipation design becomes easy.
好ましくは、薄片状金属粉は銀又は銀合金であり、金属酸化物は酸化亜鉛である。薄片状金属粉の材料として銀又は銀合金を用いると、銅等を用いた場合と比較して酸化しにくいので、放熱基板の放熱特性の安定化を図ることが可能となる。また、銀又は銀合金と酸化亜鉛との組み合わせにより製造された放熱基板は撓りやすいので、割れにくい放熱基板とすることが可能となる。さらに、酸化亜鉛は白色であるので、素体が酸化亜鉛を主成分として形成された放熱基板に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板による反射率を高めることが可能となる。 Preferably, the flaky metal powder is silver or a silver alloy, and the metal oxide is zinc oxide. When silver or a silver alloy is used as the material for the flaky metal powder, it is difficult to oxidize compared to the case where copper or the like is used, so that it is possible to stabilize the heat dissipation characteristics of the heat dissipation substrate. Moreover, since the heat dissipation board manufactured by the combination of silver or silver alloy and zinc oxide is easy to bend, it is possible to make the heat dissipation board difficult to break. Furthermore, since zinc oxide is white, when a semiconductor light emitting device is mounted on a heat dissipation substrate whose element body is mainly composed of zinc oxide, the reflectance of the light from the semiconductor light emitting device is increased by the heat dissipation substrate. Is possible.
一方、本発明に係る放熱基板は、金属酸化物を主成分とする素体と、素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを備え、複数の金属塊は、その厚さ方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする。 On the other hand, a heat dissipation substrate according to the present invention includes an element body whose main component is a metal oxide, and a plurality of metal lumps disposed over the entire interior of the element body and having flaky portions, and a plurality of metal lumps. Is characterized in that its thickness direction is aligned in a predetermined direction.
本発明に係る放熱基板では、素体内における金属塊の多くが、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。そのため、本発明に係る放熱基板においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。その結果、本発明に係る放熱基板を用いて電子素子の放熱を行った場合、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、本発明に係る製造方法により製造された放熱基板によれば、任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。 In the heat dissipation board according to the present invention, most of the metal blocks in the element body are in a state in which the thickness direction is aligned in a predetermined direction. Therefore, in the heat dissipation board according to the present invention, the thermal conductivity in the direction intersecting the predetermined direction is larger than that in the predetermined direction, and anisotropy appears in the thermal conductivity. As a result, when the heat dissipation of the electronic device is performed using the heat dissipation substrate according to the present invention, it is manufactured by powder molding and compared with a conventional heat dissipation body that does not have anisotropy in thermal conductivity. Thus, it is possible to more efficiently dissipate the electronic element. Further, according to the heat dissipation substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention, it is possible to dissipate heat in an arbitrary direction, so that there is an advantage that the heat dissipation design becomes easy.
好ましくは、素体は、第1の面及び当該第1の面とは異なる第2の面を有しており、第1の面と第2の面とは、複数の金属塊によって電気的に導通している。このようにすると、素体内において複数の金属塊による放熱経路が形成されることとなるので、放熱基板内での伝熱及び放熱基板からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。 Preferably, the element body has a first surface and a second surface different from the first surface, and the first surface and the second surface are electrically connected by a plurality of metal blocks. Conducted. If it does in this way, since the heat dissipation path | route by a some metal lump will be formed in an element | base_body, it will become possible to raise the efficiency of the heat transfer in a heat sink, and the heat dissipation from a heat sink.
好ましくは、金属塊は銀又は銀合金であり、金属酸化物は酸化亜鉛である。このようにすると、金属塊が銀又は銀合金であると、銅等であるような場合と比較して酸化しにくいので、放熱基板の放熱特性の安定化を図ることが可能となる。また、銀又は銀合金と酸化亜鉛との組み合わせにより製造された放熱基板は撓りやすいので、割れにくい放熱基板とすることが可能となる。さらに、酸化亜鉛は白色であるので、素体が酸化亜鉛を主成分として形成された放熱基板に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板による反射率を高めることが可能となる。 Preferably, the metal mass is silver or a silver alloy and the metal oxide is zinc oxide. If it does in this way, since it will be hard to oxidize compared with the case where a metal lump is silver or a silver alloy compared with copper etc., it will become possible to aim at stabilization of the thermal radiation characteristic of a thermal radiation board | substrate. Moreover, since the heat dissipation board manufactured by the combination of silver or silver alloy and zinc oxide is easy to bend, it is possible to make the heat dissipation board difficult to break. Furthermore, since zinc oxide is white, when a semiconductor light emitting device is mounted on a heat dissipation substrate whose element body is mainly composed of zinc oxide, the reflectance of the light from the semiconductor light emitting device is increased by the heat dissipation substrate. Is possible.
本発明によれば、放熱をより効率的に行うことが可能な放熱基板及びその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thermal radiation board | substrate which can perform heat dissipation more efficiently, and its manufacturing method can be provided.
本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and a duplicate description is omitted.
(放熱基板の構成)
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る放熱基板10の構成について説明する。
(Configuration of heat dissipation board)
First, with reference to FIG.1 and FIG.2, the structure of the thermal radiation board |
放熱基板10は、図1に示されるように、直方体形状を呈している。放熱基板10は、図2に示されるように、金属塊12と金属酸化物を主成分とする素体14との複合材料によって形成されている。
As shown in FIG. 1, the
金属塊12は、素体14の内部の全体にわたって多数配置されている。多数の金属塊12のうちの大部分は、薄片(フレーク:flake)状部を有している。薄片状部を有する金属塊12とは、具体的には、それ自体が薄片状を呈する薄片状体であるか、焼成の際に薄片状を呈する金属粉と他の金属粉とが結合した結合体であって、その一部が薄片状を呈する結合体であるものをいう。薄片状部を有する複数の金属塊12は、その薄片状部の厚さ方向がいずれも所定の方向(本実施形態においては、放熱基板10の厚さ方向)に揃っている。
A large number of
金属塊12は、例えば、Ag、Ag−Pd等の銀合金、Pd又はCuといった金属によって構成されている。このうち、酸化しにくく、放熱特性が安定しているという理由から、AgやAg−Pd等の銀合金を用いることが好ましい。
The
素体14は、図1に示されるように、主面14a〜14fを有している。主面14aと主面14bとは互いに対向しており、主面14cと主面14dとは互いに対向しており、主面14eと主面14fとは互いに対向している。これらの主面14a〜14fのうち少なくとも第1の面14aと第2の面14bとは、多数の金属塊12によって電気的に導通されている。
As shown in FIG. 1, the
素体14は、例えば、ZnO、Al2O3、SiO2又はZrO2といった金属酸化物を主成分として構成されている。このうち、ZnOは白色であるので、素体14がZnOを主成分として形成された放熱基板10に半導体発光素子を搭載した場合に、半導体発光素子からの光の、放熱基板10による反射率を高めることができるという理由から、ZnOを用いることが好ましい。また、AgやAg−Pd等の銀合金とZnOとの組み合わせにより製造された放熱基板10は、撓りやすく、そのため割れにくくなるという理由から、金属塊12がAgやAg−Pd等の銀合金によって構成されている場合には、ZnOを用いることがより好ましい。
The
(放熱基板の製造方法)
続いて、図3及び図4を参照して、以上のような構成を有する放熱基板10の製造方法について説明する。
(Method of manufacturing heat dissipation substrate)
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a method for manufacturing the
まず、素体14の主成分であるZnOと、副成分である、Pr、Co、Cr、Ca、Si、K及びAlの金属又は金属酸化物等とを所定の割合で混合して、素体材料を調整する。次に、この素体材料に金属塊12となる薄片状金属粉末12a、有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて混合し、スラリーSを得る。なお、このときに球状金属粉末12bを更に加えてもよいが、この球状金属粉末12bの量は薄片状金属粉末12aの量を超えない程度であることが好ましい。また、金属粉末を十分に混合分散させる目的で、混合の際に、更にメディアを加えてもよい。
First, ZnO, which is the main component of the
続いて、このスラリーSをドクターブレード法にてフィルムF上に塗布する。具体的には図3(a)に示されるように、ドクターブレード部16aと筐体16bとによってタンク状とされたドクターブレード装置16内にスラリーSを投入し、ドクターブレード装置16を固定しつつフィルムFを所定方向に搬送することによって、スラリーSがフィルムF上に塗布される。
Subsequently, the slurry S is applied on the film F by a doctor blade method. Specifically, as shown in FIG. 3 (a), slurry S is introduced into the
このとき、図4に示されるように、ドクターブレード装置16内におけるスラリーS中の薄片状金属粉末12aの厚さ方向はランダム(不規則)となっている。その後、スラリーSがドクターブレード部16aの先端とフィルムFの表面とによって形成される間隙Gに向かうにつれて、薄片状金属粉末12aの厚み方向が流線と直交する方向となるように薄片状金属粉末12aの姿勢が変化していく。その結果、フィルムF上に塗布されたスラリーS中の薄片状金属粉末12aの厚さ方向は流線と直交する方向(すなわち、塗布されたスラリーSの厚さ方向)に揃うこととなる。
At this time, as shown in FIG. 4, the thickness direction of the
ここで、フィルムF上に塗布されたスラリーSの厚さは、本実施形態では20μm〜30μm程度となるように設定されているが、間隙Gの大きさに応じて適宜調整することが可能である。ただし、間隙Gの大きさが小さいほど、薄片状金属粉末12aの厚さ方向を所定の方向に揃えやすくなる。
Here, the thickness of the slurry S applied on the film F is set to be about 20 μm to 30 μm in the present embodiment, but can be appropriately adjusted according to the size of the gap G. is there. However, the smaller the size of the gap G, the easier it is to align the thickness direction of the
続いて、図3(b)に示されるように、フィルムF上に塗布されたスラリーSを乾燥して、フィルムから剥離し、グリーンシート18を得る。そして、図3(c)に示されるように、このグリーンシート18を複数枚(本実施形態においては、20枚程度)重ねて、図3(d)に示されるようなグリーン体20を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the slurry S applied on the film F is dried and peeled from the film to obtain a
その後、得られたグリーン体20をO2雰囲気下で800℃以上の温度にて0.1時間〜5時間程度焼成することで、放熱基板10が完成する。
Thereafter, the obtained
以上のような本実施形態においては、スラリーSが、ドクターブレード法によってフィルムF上に塗布される際に、ドクターブレード装置16のブレード部16aの先端とフィルムFの表面とによって形成される間隙Gを通過するので、スラリーSの流れ(流線)がフィルムFの搬送方向に沿うこととなる。このとき、スラリーS中に分散された薄片状金属粉12aも、スラリーSの流れ(流線)に沿うように間隙Gを通過する。そのため、グリーンシート18内における薄片状金属粉16aの多くは、その厚さ方向が所定の方向に揃った状態となっている。その結果、本実施形態に係る製造方法によって製造された放熱基板10においては、当該所定の方向よりも当該所定の方向と交差する方向における熱伝導率が大きくなり、熱伝導率に異方性が発現することとなる。従って、放熱基板10を用いて電子素子の放熱を行った場合には、粉体成形によって製造されていることにより熱伝導率に異方性を有しない従来のような放熱体と比較して、電子素子の放熱をより効率的に行うことが可能となる。また、放熱基板10では任意の方向に放熱することができるため、放熱設計が容易となるという利点も有している。
In the present embodiment as described above, the gap G formed by the tip of the
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、金属塊12の薄片状部の厚さ方向がいずれも放熱基板10の厚さ方向に揃っていたが、これに限られない。すなわち、グリーン体20を焼成した後の切断方法によって、放熱基板10内における金属塊の薄片状部の厚さ方向を任意の方向とすることが可能であり、これにより、放熱基板10による熱の伝導方向についても任意の方向に調整することが可能となる。
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the present embodiment, the thickness direction of the thin piece-like portion of the
10…放熱基板、12…金属塊、12a…薄片状金属粉、14…素体、14a〜14f…主面、16…ドクターブレード装置、18…グリーンシート、F…フィルム、S…スラリー。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記スラリーをドクターブレード法によってフィルム上に塗布することで、グリーンシートを形成する工程と、
前記グリーンシートを焼成する工程とを備えることを特徴とする放熱基板の製造方法。 Preparing a slurry in which flaky metal powder and metal oxide are dispersed;
A step of forming a green sheet by applying the slurry on a film by a doctor blade method,
And a step of firing the green sheet.
前記金属酸化物は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載された放熱基板の製造方法。 The flaky metal powder is silver or a silver alloy,
The method for manufacturing a heat dissipation substrate according to claim 1, wherein the metal oxide is zinc oxide.
金属酸化物を主成分とする素体と、
前記素体の内部の全体にわたって配置されると共に薄片状部を有する複数の金属塊とを備え、
前記複数の金属塊は、その厚さ方向が所定の方向に揃っていることを特徴とする放熱基板。 A green sheet formed on a film by a doctor blade method is baked from a slurry in which flaky metal powder and metal oxide are dispersed,
An element body mainly composed of a metal oxide;
A plurality of metal masses disposed throughout the interior of the element body and having a flake-like portion;
The plurality of metal lumps have a thickness direction aligned in a predetermined direction.
前記第1の面と前記第2の面とは、前記複数の金属塊によって電気的に導通していることを特徴とする請求項3に記載された放熱基板。 The element body has a first surface and a second surface different from the first surface;
The heat dissipation substrate according to claim 3, wherein the first surface and the second surface are electrically connected to each other by the plurality of metal blocks.
前記金属酸化物は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項3又は4に記載された放熱基板。 The metal mass is silver or a silver alloy,
The heat dissipation substrate according to claim 3 or 4, wherein the metal oxide is zinc oxide.
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