散热部件及其制造方法
【专利摘要】一种散热部件，具有：基材；及、形成在所述基材上的复合镀层。其中，所述复合镀层是金属中分散了直径互不相同的2种以上的碳材料的层，所述复合镀层包含所述碳材料的一部分从所述金属表面突出而形成的多个突出部。
【专利说明】散热部件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对半导体元件等发出的热量进行散热的散热部件及其制造方法。【背景技术】
[0002]现有技术中，使2种以上的碳纳米管分散在金属内的金属复合材料是熟知的。这样的金属复合材料例如可由如下方法制造，该方法包含:对分散了 2种以上的碳纳米管的电解液进行电解，以在阴极(cathode)电极上析出混入了碳纳米管的金属颗粒的步骤；及，将析出的金属颗粒从阴极电极上进行分离的步骤。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:特开2006-57129号公报
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
[0007]但是，在上述制造方法的将析出的金属颗粒从阴极电极上进行分离的步骤中，分离了的金属颗粒被回收、清洗、干燥后被成型，所以，存在着制造步骤复杂的问题。另外，在阴极电极上使混入了碳纳米管的金属颗粒析出的步骤中，对电导率较低的金属而言，较难析出金属颗粒，所以，存在着金属的选择受限制的问题。另外，由于金属复合材料是通过对金属颗粒进行成型而制作的，所以，就散热部件而言，存在着位置的选择受限制的问题。
[0008]因此，采用上述制造方法难以在散热盖和散热管等散热部件的表面形成金属复合材料。
[0009]本发明是鉴于上述问题而提出的，其课题在于，提供一种散热部件及其制造方法，该散热部件中形成了复合镀层，该复合镀层中分散了 2种以上的碳材料。
[0010]解决课题的方法
[0011]根据本发明的一个侧面，提供一种散热部件，其具有基材、及、形成在所述基材上的复合镀层。所述复合镀层是金属中分散了直径互不相同的2种以上的碳材料的层，所述复合镀层包含所述碳材料的一部分从所述金属表面突出而形成的多个突出部。
[0012]根据本发明的另一侧面，提供一种散热部件的制造方法，其具有在基材上形成复合镀层的步骤，其中，所述复合镀层是金属中分散了直径互不相同的2种以上的碳材料的层，所述复合镀层包含所述碳材料的一部分从所述金属表面突出而形成的多个突出部。
[0013]发明的效果
[0014]根据本发明，可 提供一种散热部件及其制造方法，该散热部件中形成了复合镀层，该复合镀层中分散了 2种以上的碳材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是对第I实施方式的散热部件进行例示的一部分的截面模式图。[0016]图2足对第2实施方式的散热部件进行例示的一部分的截面模式图。
[0017]图3A是复合镀层表面的SEM照片。
[0018]图3B是复合镀层表面的SEM照片。
[0019]附图标记的说明
[0020]1、2散热部件
[0021]10基材
[0022]20复合镀层
[0023]21第I碳纳米管
[0024]22第2碳纳米管
[0025]23金属
[0026]30表面镀层
[0027]L突出量
[0028]T1、T2 厚度
【具体实施方式】
`[0029]以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。这里需要说明的是，在各图中，存在着对相同的构成部分赋予相同的符号，并省略重复的说明的情况。
[0030]<第I实施方式>
[0031][第I实施方式的散热部件的结构]
[0032]首先对第I实施方式的散热部件的结构进行说明。图1是对第I实施方式的散热部件进行例示的一部分的截面模式图。参照图1，散热部件I具有基材10和复合镀层20。
[0033]基材10是其上层叠地形成复合镀层20的部分。基材10优选为由热导率良好的金属构成，具体而言，例如可使用铜(Cu)、铝(Al)、或它们的合金等。但是，基材10也可是树脂或娃等。
[0034]复合镀层20是在基材10上形成的、金属23中分散了第I碳纳米管21及第2碳纳米管22(以下称“第1CNT21”及“第2CNT22”)的层。复合镀层20的厚度Tl例如可为5~20 μ m左右。
[0035]第1CNT21和第2CNT22足直径互不相同的碳纳米管。在本实施方式中，第1CNT21的直径大于第2CNT22的直径。第1CNT21的直径例如可为100~150nm左右。第2CNT22的直径例如可为0.8~20nm左右。
[0036]第1CNT21的长度例如可为10~20 μ m左右。第2CNT22的长度例如可为I~10 μ m左右。但是，第1CNT21和第2CNT22也可为相同的长度。第1CNT21和第2CNT22的根数例如可分别为数万根左右。
[0037]第1CNT21和第2CNT22可分别为单层碳纳米管，也可分别为多层碳纳米管。另外，第1CNT21和第2CNT22中的任一个可为单层碳纳米管，另一个可为多层碳纳米管。
[0038]但是，优选为将大径的第1CNT21作为多层碳纳米管，将小径的第2CNT22作为单层碳纳米管。因为单层碳纳米管的热导率高于多层碳纳米管的热导率，所以，通过在大径的第1CNT21 (多层碳纳米管)之间大量地分散小径的第2CNT22 (单层碳纳米管)，复合镀层20的散热性可被大幅提高。[0039]另外，多层碳纳米管具有高于单层碳纳米管的刚性，并具有优良的线性(直线性)。为此，将大径的第1CNT21作为多层碳纳米管来使用，并以一定程度的长度将其分散在金属23中，基材10的热量可被容易地传导至复合镀层20的表面。例如，通过大量存在一端与基材10的表面相接、另一端从复合镀层20的表面突出的第1CNT21，复合镀层20的散热性可被大幅提高。
[0040]第1CNT21和第2CNT22沿相对于基材10的表面的随机的方向进行配置，第1CNT21和第2CNT22的一部分从金属23的表面突出。下面，将第1CNT21和第2CNT22的从金属23的表面突出的部分称为“第1CNT21的突出部”和“第2CNT22的突出部”。
[0041]第1CNT21的突出部的从金属23的表面突出的突出量L各不相同，例如，可为ΙΟμπι左右。第1CNT21的突出部的投影面积相对于复合镀层20的表面可为3%以上。第2CNT22的突出部的从金属23的表面突出的突出量、及、第2CNT22的突出部的投影面积可为与第1CNT21的情况大致相同。但是，第2CNT22的突出部的从金属23的表面突出的突出量也可为小于第1CNT21的突出部的从金属23的表面突出的突出量。
[0042]因为第2CNT22的直径小于第1CNT21的直径，所以，Btt邻的第1CNT21所形成的间隙内可导入第2CNT22，进而可提高金属23中分散的第1CNT21和第2CNT22的密度。尤其足通过将小径的第2CNT22的长度设定为小于大径的第1CNT21的长度，Btt邻的第1CNT21所形成的间隙内可更容易地导入第2CNT22，进而可进一步地提高密度。
[0043]金属23优选为由热导率良好且难生锈的金属构成，具体而言，例如，可使用镍(Ni)和磷(P)的合金(N1-P合金)等。
[0044]这里需要说明的是，代替第1CNT21和第2CNT22，也可使用包含氟化碳纳米管等的碳纳米管的衍生 物、碳纳米纤维、石墨、炭黑等的碳材料。另外，也可将这些碳材料混合使用。
[0045]这里需要说明的是，散热部件I例如可应用于均热板(vapor chamber)、散热管、散热盖、LED的框体等。即，散热部件I的基材10被安装在半导体元件等的发热体上，半导体元件等发出的热量介由基材10可被迅速地传导至复合镀层20的表面。
[0046]金属23中高密度地分散了直径互不相同的第1CNT21和第2CNT22，第1CNT21和第2CNT22的一部分从金属23的表面突出。为此，从基材10传导来的热量可从第1CNT21和第2CNT22的各突出部直接进行散热，进而提高复合镀层20的散热性。
[0047]这里需要说明的是，本实施方式中例示了金属中分散了直径互不相同的2种碳纳米管的例子，但是，金属中也可分散直径互不相同的3种以上的碳纳米管。通过在金属中分散直径互不相同的多个种类的碳纳米管，由于可使金属中分散的碳纳米管高密度化，所以，可提高散热部件的散热性。
[0048][第I实施方式的散热部件的制造方法]
[0049]接下来，对第I实施方式的散热部件的制造方法进行说明。首先，准备基材10。基材10优选为由热导率良好的金属构成，具体而言，例如可使用铜(Cu)、铝(Al)、或它们的合金等。但是，基材10也可为树脂或娃等。
[0050]然后，在准备好的基材10的表面上，采用金属23中分散了第1CNT21和第2CNT22的镀液进行无电解电镀。据此，可形成金属23中分散了第1CNT21和第2CNT22的复合镀层20。复合镀层20被形成为包含多个突出部，这些突出部是第1CNT21和第2CNT22各自的一部分从金属23的表面突出的部分。
[0051]复合镀层20的厚度例如可为5~20 μ m左右。第1CNT21和第2CNT22各自的直径、长度、突出量、投影面积等如前所述，这里省略其说明。
[0052]作为在本实施方式中所使用的无电解镀液,例如可使用N1-P镀液。下面,对将N1-P镀液用作为无电解镀液时的例子进行说明。
[0053]N1-P镀液优选为包含作为阳离子系的界面活性剂的十六烷基三甲基铵盐(Trimethyl-Cetyl-Ammonium Salt)。十六烷基三甲基铵盐的添加量可为基于镀液中的第1CNT21和第2CNT22的浓度的最佳添加量。例如，在第1CNT21和第2CNT22的浓度为2g /I的情况下，十六烷基三甲基铵盐的添加量优选为0.5~1.0g / I左右。作为十六烷基三甲基铵盐，例如可使用十六烷基三甲基氯化铵(Trimethyl-Cetyl-Ammonium Chloride)。[0054]通过使N1-P镀液包含十六烷基三甲基铵盐，可使第1CNT21和第2CNT22更好地分散在作为无电解镀液的N1-P镀液中。作为阳离子系的界面活性剂的十六烷基三甲基铵盐在N1-P镀液中带正电，由于其是直链状的长分子，所以可良好地对第1CNT21和第2CNT22进行围绕，以使第1CNT21和第2CNT22带正电。之后，带正电的第1CNT21和第2CNT22被牢固地吸附在N1-P镀膜上，在此状态下再对N1-P镀膜进行层叠，所以，第1CNT21和第2CNT22可被良好地导入N1-P镀膜中。
[0055]这里需要说明的是，带正电的第1CNT21和第2CNT22的一端被牢固地吸附在N1-P镀膜上，在此状态下对N1-P镀膜进行层叠。因此，大量的第1CNT21和第2CNT22可倾斜地被导入N1-P镀膜中。另外，第1CNT21和第2CNT22在N1-P镀膜的表面为前端突出的状态。
[0056]如上所述，根据第I实施方式，基材10上形成了复合镀层20，其中，金属23中高密度地分散了直径互不相同的第1CNT21和第2CNT22，并且，第1CNT21和第2CNT22的一部分从金属23的表面突出。据此，第1CNT21和第2CNT22各自的突出部可对从基材10传导来的热量直接进行散热，进而提高复合镀层20的散热性。
[0057]这里需要说明的是，本实施方式中例示了采用无电解电镀法形成复合镀层20的例子。其原因在于，采用无电解电镀法与采用电解电镀法相比，能形成膜厚更均匀的复合镀层20。这在对具有复杂形状的物体上形成复合镀层时尤其有利。
[0058]另外，通过采用无电解电镀法，在无导电性的试料上也可以形成复合镀层20。例如，基材10尽管不是金属而是树脂或硅等时，其上也可以通过无电解电镀法形成复合镀层。但是，在采用电解电镀法也能满足对膜厚均匀性的要求的情况下，或者，在具有导电性的试料上形成复合镀层的情况下，也可以采用电解电镀法形成复合镀层。
[0059]〈第2实施方式〉
[0060]第2实施方式示出了在复合镀层上介由触媒(催化剂)层来层叠地形成表面镀层的例子。
[0061][第2实施方式的散热部件的结构]
[0062]首先对第2实施方式的散热部件的结构进行说明。图2是对第2实施方式的散热部件进行例示的一部分的截面模式图。参照图2，散热部件2与散热部件I (参照图1)的不同点在于，在复合镀层20上介由触媒层(图中未示)层叠地形成表面镀层30。
[0063]触媒层(图中未示)被形成为覆盖复合镀层20的表面(即，第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面、及、金属23的表面)。触媒层是在形成表面镀层30之前由作为触媒而被赋予的触媒物质所组成的层，其层厚被控制为不填充毗邻的突出部之间的空隙。
[0064]作为触媒层的材料，例如可使用钯(Pd)。作为触媒层的材料，也可以使用银(Ag)、Sn / Pd(锡和钯的混合物)等。触媒层的存在提供了预定的效果，尤其是其厚度不受限制，触媒层的厚度例如可为10~40nm左右。
[0065]表面镀层30被形成为覆盖触媒层的表面(即，形成了触媒层的第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面、及、金属23的表面)。表面镀层30被设置为用于防止第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的脱落。如果将表面镀层30形成为对形成了触媒层的第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的全体进行覆盖，则散热性降低。因此，表面镀层30的层厚被控制为不填充形成了触媒层的毗邻的突出部之间的空隙。
[0066]但是，如果表面镀层30的层厚被控制为不填充至少大径的第1CNT21的毗邻的突出部之间的空隙，则也可确保一定的散热性。即，小径的第2CNT22的毗邻的突出部之间可由表面镀层30进行填充。
[0067]这里需要说明的是，触媒层及表面镀层30并不需要都附着在第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面及金属23的表面上。例如，第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面及金属23的表面也可以存在不介由触媒层而直接形成了表面镀层30的部分。尽管存在着这样的部分，但是，从整体上来看，表面镀层30被形成为对形成了触媒层的第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面及金属23的表面进行覆盖，所以，仍然可以得到使散热性提高的预定的效果。
[0068]这里需要说明的是，第1CNT21和第2CNT22等的碳材料的亲水性较差，可能会发生与触媒层之间的密着性不良 的问题，所以，要对触媒层实施预定的表面处理，并将其形成在被亲水化后了的复合镀层20的表面上。关于预定的表面处理，将在后面进行叙述。
[0069]表面镀层30例如可通过电解电镀法形成，作为其材料，例如可使用镍(Ni)。在将通过电解电镀法所形成的镍(Ni)作为表面镀层30来使用的情况下，表面镀层30的厚度T2优选为0.5 μ m以上2 μ m以下。如果表面镀层30的厚度T2比0.5 μ m还薄,则难以防止第1CNT21和第2CNT22的脱落。另外，如果表面镀层30的厚度T2比2 μ m还厚，则散热性会下降。
[0070]也可将通过电解电镀法所形成的铜(Cu)或银(Ag)作为表面镀层30来使用。在将通过电解电镀法所形成的铜(Cu)或银(Ag)作为表面镀层30来使用的情况下，表面镀层30的厚度T2优选为0.5 μ m以上2 μ m以下。如果表面镀层30的厚度T2比0.5 μ m还薄，则难以防止第1CNT21和第2CNT22的脱落。另外，如果表面镀层30的厚度T2比2μπι还厚，则散热性会下降。
[0071]这样，通过对第1CNT21和第2CNT22各自的突出部采用极薄的触媒层及表面镀层30进行覆盖，可防止因第1CNT21和第2CNT22的突出部的脱落而引起的散热性的下降。
[0072][第2实施方式的散热部件的制造方法]
[0073]接下来，对第2实施方式的散热部件的制造方法进行说明。首先，与第I实施方式同样地，在基材10上形成复合镀层20，其中，金属23中分散了第1CNT21和第2CNT22，第1CNT21和第2CNT22的一部分从金属23的表面突出。
[0074]接下来，在形成触媒层之前，对复合镀层20的表面进行表面处理。实施表面处理的理由为，第1CNT21和第2CNT22的亲水性较差，触媒层与第1CNT21和第2CNT22各自的突出部之间可能会发生密着不良的问题。通过对复合镀层20的表面实施表面处理，第1CNT21和第2CNT22各自的突出部被进行了亲水化，所以，可大幅地提高与触媒层之问的密着性。表面处理优选为使用例如以2-氨基乙醇(2-aminoethanol)、聚氧乙烯辛基苯基醚(Polyoxyethylene Octylphenylether)为主成分的界面活性剂。
[0075]接下来，在实施了表面处理的复合镀层20上，以对第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面及金属23的表面进行覆盖的方式形成触媒层。触媒层的层厚被控制为不填充毗邻的突出部之间的空隙。之后，在覆盖第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的表面的触媒层、及、覆盖金属23的表面的触媒层上，例如通过电解电镀法形成表面镀层30。表面镀层30的层厚被控制为，不填充形成了触媒层的毗邻的第1CNT21和第2CNT22各自的突出部之间的空隙。触媒层和镀层30的材料和厚度如前所述。
[0076]这里需要说明的是，在触媒层的形成步骤之前，可以设置酸浸溃步骤，在触媒层的形成步骤和表面镀层30的形成步骤(电解电镀步骤)之间，可以设置还原处理步骤。酸浸溃步骤是使被镀面活化，以容易地附着触媒层的步骤。在酸浸溃步骤中，例如可使用以盐酸为主成分的溶液。还原处理步骤是对被镀面上所附着的触媒物质(构成触媒层的物质)进行还原并进行金属化的步骤。在还原处理步骤中，例如，可使用以作为还元剂的次磷酸钠(Sodium Hypophosphite)为主成分的溶液。
[0077]如上所述，根据第2实施方式，在复合镀层20上介由触媒层层叠地形成了表面镀层30。据此，因为第1CNT21和第2CNT22各自的突出部被极薄的触媒层及表面镀层30所覆盖，所以，可防止因第1CNT21和第2CNT22各自的突出部的脱落而引起的散热性的下降。
[0078]这里需要说明的是，表面镀层30可通过无电解电镀法形成。此时，作为表面镀层30的材料，例如可使用N1-P。即使采用无电解电镀法形成表面镀层30，也具有与上述同样的效果。
[0079]<实施例>
[0080]在实施例中，采用第I实施方式的制造方法制作散热部件I。具体而言，将铜板作为基材10，在其上，将N1-P镀液作为无电解镀液，以形成膜厚5 μ m的复合镀层20。下面进行详细说明。
[0081]N1-P镀液的组成被示于表1中，第1CNT21和第2CNT22的直径、长度、浓度被示于表2中。这里需要说明的足，如表1所示，N1-P镀液中添加了 1.7Xl(T3mol / I的作为界面活性剂(分散剂)的十六烷基三甲基氯化铵(TMSAC)。
[0082]表1
[0083]
【权利要求】
1.一种散热部件，具有:基材；及形成在所述基材上的复合镀层，其中，所述复合镀层是金属中分散了直径互不相同的2种以上的碳材料的层，所述复合镀层包含所述碳材料的一部分从所述金属表面突出而形成的多个突出部。
2.根据权利要求1所述的散热部件，其中:所述碳材料包含直径互不相同的第I碳纳米管和第2碳纳米管。
3.根据权利要求2所述的散热部件，其中:所述第I碳纳米管和所述第2碳纳米管中的小径的碳纳米管比大径的碳纳米管短。
4.根据权利要求3所述的散热部件，其中:所述小径的碳纳米管是单层碳纳米管，所述大径的碳纳米管是多层碳纳米管。
5.一种散热部件的制造方法，具有:在基材上形成复合镀层的步骤，其中， 所述复合镀层是金属中分散了直径互不相同的2种以上的碳材料的层，所述复合镀层包含所述碳材料的一部分从所述金属表面突出而形成的多个突出部。
6.根据权利要求5所述的散热部件的制造方法，其中:所述碳材料包含直径互不相同的第I碳纳米管和第2碳纳米管。
7.根据权利要求6所述的散热部件的制造方法，其中:所述第I碳纳米管和所述第2碳纳米管中的小径的碳纳米管比大径的碳纳米管短。
8.根据权利要求7所述的散热 部件的制造方法，其中:所述小径的碳纳米管是单层碳纳米管，所述大径的碳纳米管是多层碳纳米管。
9.根据权利要求5至8中的任I项所述的散热部件的制造方法，其中:通过无电解电镀法形成所述复合镀层。
【文档编号】B32B15/04GK103806078SQ201310517121
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2012年11月8日
【发明者】诹访顺之, 川村贤二, 新井进 申请人:新光电气工业株式会社, 国立大学法人信州大学