[发明专利]具有高导热性的金属-石墨复合材料和其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有高导热性的金属-石墨复合材料和其制造方法。更具体地说，涉及适合于需要有效放热的半导体设备等进行冷却、在双轴方向具有高导热率的金属-石墨复合材料和其制造方法。 

背景技术

对于半导体设备的放热部件用材料，要求具有更高的导热率。此外，为了防止热膨胀、收缩导致的热连接受到破坏，要求具有与作为热源的半导体设备同等的热膨胀率。进而，在随身用的半导体设备的应用中，一直重视轻量性。 

近年来，为了上述目的，作为具有比金属更高的导热率、以及较低的导热率和密度的材料，集中关注于使用石墨质碳纤维而成的复合材料。例如，使用了以聚丙烯腈(PAN)系碳纤维为代表的具有无序结构的石墨质碳纤维、以沥青系碳纤维为代表的具有径向结构的石墨质碳纤维、以气相生长碳纤维(VGCF)为代表的具有管状结构的石墨质碳纤维而成的复合材料一直备受关注。 

但石墨的高导热率是在与其晶体结构中的由碳原子形成的六边形网状结构(石墨结构)平行的方向上实现的。而在与石墨结构交叉或垂直的方向(贯穿六边形网的方向)上石墨的导热率低。由于在上述的石墨质碳纤维中的石墨结构均是在纤维的长度方向延展的，所以在石墨质碳纤维的长度方向上可以得到高导热率。但在纤维粗度方向上，由于任一种纤维都存在与 石墨结构交叉或垂直的部分，所以在纤维粗度方向的导热率比长度方向的导热率低。 

最近，随着半导体精细化的发展，已研究了不是将半导体方出的热沿着一个方向传递、在另一个位置放热，而是使热二维扩散、增大放热面积进行放热的结构。特别是在不希望出现局部高温的笔记本电脑、随身用通信设备等中已研究了该结构。 

相对于此，使用石墨质碳纤维而成的复合材料，由于使用的碳纤维的导热性的各向异性，所以不适合于热二维扩散，除了碳纤维在单轴方向排列的情况以外，其导热率无法实现导热率最高的金属即银(导热率约等于430W/mK)以上的导热率。 

此外，石墨的鳞片状粉末，因其较高的自润滑性而受到关注，特别是其与铜的复合材料已经在直流发动机用电刷等的滑动部件中广泛应用(参照专利文献1和2)。为了在这些滑动部件中有效实现自润滑性，石墨粉末在金属中的分散性受到重视，但几乎没有为了实现导热率和高导热率而对石墨粉末的取向进行研究。此外，在制造这些部件时广泛使用无加压烧结法。已确认，由于在烧结时不加压，并且铜与石墨表面的亲和性低，所以这些材料的密度低。 

此外，还对下述方法也进行了研究(参照专利文献3)，即对除了含有石墨的鳞片状粉末和铜的球形粒子以外，还含有扁平状的铜粉的混合物进行烧结，从而得到滑动部件用复合材料。但扁平状铜粉的使用量相对于全部铜最高达40质量％。并且使用扁平状的铜粉的目的是为了在滑动部件用复合材料的表面上偏析出铜，完全没有提及由此带来的对石墨的鳞片状粉末的取向的影响。 

专利文献1：日本特开平07-207253号公报 

专利文献2：日本特开平08-331811号公报 

专利文献3：日本特开2004-300485号公报 

非专利文献1：P.M.Adams，H.A.Katzman，G.S.Rellickand G.W.Stupian，″CHARACTERIZATION OF HIGHTHERMAL CONDUCTIVITY CARBON FIBERS AND ASELF-REINFORCED GRAPHITE PANEL″，Carbon，Vol.36，No.3，第233-245页(1998) 

发明内容

发明要解决的问题

本发明的课题是提供适合于热二维扩散、在双轴方向上具有高导热率的金属-石墨复合材料和其制造方法。 

用于解决问题的方案