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公開番号2025152140
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024053896
出願日2024-03-28
発明の名称熱伝導体、ヒートスプレッダおよび放熱構造体
出願人ノリタケ株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/36 20060101AFI20251002BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】隣接するダイヤモンド同士の熱流路を形成でき、他の部材と接合したときに他の部材を変形させにくい、熱伝導体を提供する。
【解決手段】本発明の熱伝導体100は、1層に並べられた複数のダイヤモンド40と、ダイヤモンド40を固定する金属42とを含むダイヤモンド含有金属層20を有し、ダイヤモンド40が、八面体以上の多面体であり、ダイヤモンド含有金属層20から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンド40と面接触している。ダイヤモンド含有金属層20の一方の面20Sは、平滑化された面である。また、ダイヤモンド40のダイヤモンド含有金属層20の他方の面20B側の端部40Bが、頂点または稜線であるか、ダイヤモンド含有金属層20の他方の面20Bは、平滑化された面であり、ダイヤモンド40の他方の面20B側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
１層に並べられた複数のダイヤモンドと、前記ダイヤモンドを固定する金属とを含むダイヤモンド含有金属層を有する熱伝導体であって、
下記（Ｉ）と、下記（ＩＩ）と、下記（ＩＩＩ－１）または（ＩＩＩ－２）とを満たす熱伝導体。
（Ｉ）前記ダイヤモンドが、八面体以上の多面体であり、前記ダイヤモンド含有金属層から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンドと面接触している。
（ＩＩ）前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面は、前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部が、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面になるように平滑化された面である。
（ＩＩＩ－１）前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部が、前記ダイヤモンドの頂点または稜線である。
（ＩＩＩ－２）前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面は、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の端部が前記他方の面と同一面になるように平滑化された面であり、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記ダイヤモンド含有金属層が、その頂点または稜線を下にして１層に並べた、八面体以上の多面体である複数のダイヤモンドを前記金属で固着した層の少なくとも上側の面を平滑化したものである、請求項１に記載の熱伝導体。
【請求項３】
前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面における、前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上である、請求項１に記載の熱伝導体。
【請求項４】
前記（Ｉ）と、前記（ＩＩ）と、前記（ＩＩＩ－２）とを満たし、
前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面における前記ダイヤモンドの露出面積の割合が３０％以上である、請求項１に記載の熱伝導体。
【請求項５】
前記ダイヤモンドが、切頭八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状、または、六・八面体の頂点もしくは稜線の一部が切り取られた形状であり、
前記ダイヤモンドは、（ｉ）切り取られた部分の面を１つ有し、前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であるか、または、（ｉｉ）切り取られた部分の面を２つ有し、一方の前記切り取られた部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面であり、他方の前記切り取られ部分の面が前記ダイヤモンド含有金属層の前記他方の面と同一面である、請求項１に記載の熱伝導体。
【請求項６】
平面部を有する熱伝導性部材と、
前記平面部の少なくとも一方の面側に配置された前記ダイヤモンド含有金属層とを有し、
前記ダイヤモンド含有金属層は、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面が、前記平面部が位置する側と反対側となるように配置されている、請求項１に記載の熱伝導体。
【請求項７】
請求項１～６のいずれかに記載の熱伝導体からなる、ヒートスプレッダ。
【請求項８】
熱源体の上に配置され、熱的に接合される、請求項７に記載のヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの上に配置され、熱的に接合された、ヒートシンクとを備える、放熱構造体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導体およびヒートスプレッダに関するものである。また、前記ヒートスプレッダを備えた放熱構造体に関するものである。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ヒートシンク、ヒートスプレッダの性能を向上させるために熱伝導性に優れたダイヤモンドを使用することが知られている。例えば、特許文献１には、絶縁体層と、該絶縁体層の両側に配置された高熱伝導体層とを備え、前記絶縁体層が、接合層と、前記高熱伝導体層に突出されている絶縁性高熱伝導硬質粒子とを有する絶縁伝熱構造体において、前記接合層の面内方向の一方向で前記絶縁性高熱伝導硬質粒子を等間隔に複数配置した粒子群が、前記面内方向の前記一方向は異なる方向に等間隔で複数配置されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体が開示されており、前記絶縁性高熱伝導硬質粒子の一つとして、ダイヤモンドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－２１４４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱源とヒートシンクの間にダイヤモンドが配置された層を備える構造とすることにより、熱源からのヒートシンクへの熱流路（縦ルート）の改善はなされる。しかし、特許文献１の構造体は、ダイヤモンドが間隔を空けて配置されており、ダイヤモンド間（横ルート）の熱移動がないため、十分にダイヤモンドの伝熱性能を使い切れているとはいえなかった。
【０００５】
また、ヒートシンクとヒートスプレッダは、一般的に、熱伝導グリスや放熱ギャップフィラーといった接着剤によって接合されている。図１１に示すように、ヒートシンク３とヒートスプレッダ１４を接合する際に、ヒートシンク３やヒートスプレッダ１４の表面の凹部６０に熱伝導グリスや放熱ギャップフィラー等の接着剤５が詰まり、凹部６０の空隙を埋めることで空気ポケット（エアギャップ）を埋めて、熱がしっかり伝わるようにされている。しかし、ダイヤモンドは硬い材料であるため、ヒートスプレッダ１４の表面にダイヤモンド４ｂが突き出していると、ヒートシンク３と接合するときに、ヒートシンク３がダイヤモンド４ｂの先端に押されていびつな穴３Ｈができる可能性があった。そして、ダイヤモンド４ｂに押されたヒートシンク３に穴３Ｈができるときに、接着剤５が押し出され、穴３Ｈの形状もいびつな故に接着剤５が不十分となるおそれがあった。また、これにより、空気ポケットができる可能性があり、熱伝導率が低下するおそれがあった。
【０００６】
かかる状況下、本発明は、隣接するダイヤモンド同士の熱流路を形成でき、他の部材と接合したときに他の部材を変形させにくい、熱伝導体およびヒートスプレッダを提供することを目的とする。また、前記ヒートスプレッダを備えた放熱構造体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】
【０００７】
本発明の熱伝導体は、１層に並べられた複数のダイヤモンドと、前記ダイヤモンドを固定する金属とを含むダイヤモンド含有金属層を有する熱伝導体であって、下記（Ｉ）と、下記（ＩＩ）と、下記（ＩＩＩ－１）または（ＩＩＩ－２）とを満たす。
（Ｉ）前記ダイヤモンドが、八面体以上の多面体であり、前記ダイヤモンド含有金属層から突き出しておらず、かつ、隣接するダイヤモンドと面接触している。
（ＩＩ）前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面は、前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面側の端部が、前記ダイヤモンド含有金属層の一方の面と同一面になるように平滑化された面である。
（ＩＩＩ－１）前記ダイヤモンドの前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面側の端部が、前記ダイヤモンドの頂点または稜線である。
（ＩＩＩ－２）前記ダイヤモンド含有金属層の他方の面は、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の端部が前記他方の面と同一面になるように平滑化された面であり、前記ダイヤモンドの前記他方の面側の平滑化前の端部が、頂点または稜線である。
【０００８】
このような構造のダイヤモンド含有金属層は、その頂点または稜線を下にして１層に並べた、八面体以上の多面体である複数のダイヤモンドを前記金属で固着した層の少なくとも上側の面を平滑化することで得ることができる。
【０００９】
このように、八面体以上のダイヤモンドを１層に配置した構成とすることで、薄くできるとともに、隣接するダイヤモンドを面接触させつつ、ダイヤモンドの露出面積を増やすことで、熱源体からの熱流路（縦ルート）に加えて、ダイヤモンド間の熱流路（横ルート）が形成され、より広く熱を拡散することができ、ダイヤモンドの伝熱性能を十分に発揮することができる。
【００１０】
また、他の部材と接合したときに、他の部材にダメージを与えにくいものとできる。例えば、ヒートシンクおよび熱源体と組み合わせる場合、硬いダイヤモンドの方を相手側（ヒートシンクおよび熱源体）の表面形状に合わせる形になることから、相手側へダイヤモンドの硬さによる予期せぬダメージ（凹部形成）を与えないで済むようになる。ダイヤモンドは熱による変形が少ないが相手側はその限りではないことから、ダイヤモンドで相手側へダメージ（凹部形成）を与えた場合、熱による変形が無いタイミングでは空気ギャップが無い状態であったとしても、熱による変形が生じた際に、ダメージ（凹部形成）部分の変形により空気ギャップが発生する可能性がある。しかし、本発明の熱伝導体は、予期せぬダメージ（凹部形成）を与える可能性が低いため、熱による変形が無いタイミングで熱伝導グリスや放熱ギャップフィラー等の接着剤を用いて空気ギャップを埋めることで、熱による変形が生じても埋めが維持される期待値が高い。具体的には、図１０に示すように、本発明の熱伝導体からなるヒートスプレッダ１２をヒートシンク３に押し付け接合する場合には、ダイヤモンド４ａによってヒートシンク３に予期せぬ穴が発生することが起こりにくい。また、ヒートシンク３が熱膨張しても、不規則な膨張が少なくなり、ヒートシンク３とヒートスプレッダ１２の間の接着剤５がやや足りない状況でも、空気ギャップが発生しにくい。よって、縦方向の高い伝熱性を熱による変形が始まっても維持できる可能性を高くすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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