JP2006114826A - 熱伝導性基板、熱電モジュール、熱伝導性基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な熱伝導性と絶縁性とを両立させた熱伝導性基板、この熱伝導性基板を使用した熱電モジュール、及び熱伝導性基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 アルミニウムからなる板材に陽極酸化処理を施し、板材全体を酸化させる。これにより、板材を形成するアルミニウムが酸化されて、多孔質状の酸化アルミニウムからなる板材２が形成される。このとき、板材２には、板材２を厚さ方向に貫通するような微細な孔３が形成される。次に、この板材２にＣＶＤ処理を施す。これにより、孔３の内部に炭素が析出し、カーボンナノチューブ４が形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱伝導性と絶縁性とを両立させた熱伝導性基板、この熱伝導性基板を使用した熱電モジュール、及び前記熱伝導性基板の製造方法に関する。

従来より、基板上に複数個の熱電チップを配列させた熱電モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図１０は一般的な熱電モジュールを示す側面図である。図１０に示すように、熱電モジュール１０１においては、２枚の基板１０２及び１０３が相互に離隔して且つ相互に平行に設けられている。そして、基板１０２における基板１０３に対向する側の表面には複数の電極１０４が形成されており、基板１０３における基板１０２に対向する側の表面には電極１０５が設けられている。また、基板１０２と基板１０３との間には、夫々複数個のＰ型熱電チップ１０６及びＮ型熱電チップ１０７が設けられており、電極１０４及び１０５により、交互に且つ相互に直列に接続されている。そして、電極１０４及び電極１０５並びにＰ型熱電チップ１０６及びＮ型熱電チップ１０７からなる電流経路に電流を流すことにより、基板１０２と基板１０３との間で熱流が発生するようになっている。

このような熱電モジュールにおいては、基板１０２及び１０３は、少なくとも厚さ方向の熱伝導率が高いことが要求される。また、電極１０４同士及び電極１０５同士が短絡しないように、基板１０２及び１０３の表面は、少なくともその表面に平行な方向（以下、面方向という）には絶縁性を具備することが要求される。即ち、熱電モジュールの基板には、熱伝導性と絶縁性とを併せ持つことが要求される。このような基板には、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる基板及びアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる基板がある。このうち、窒化アルミニウムからなる基板は熱電モジュールの基板としては信頼性が低いため、熱電モジュールの基板には、アルミナからなる基板が広く使用されている。

特開２００３−０７８１７７号公報

しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫであり、窒化アルミニウムの熱伝導率である１７０Ｗ／ｍＫよりも低い。このため、アルミナ基板は熱伝導性が低く、放熱性が低い。一方、アルミニウム（Ａｌ）の熱伝導率は２２０Ｗ／ｍＫであり、銅（Ｃｕ）の熱伝導率は４００Ｗ／ｍＫであるため、アルミニウム又は銅からなる基板を使用すれば、熱伝導性は良好になるが、電気的な絶縁性を確保することができない。このように、従来、良好な熱伝導性と絶縁性とを両立させた基板を作製することは困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、良好な熱伝導性と絶縁性とを両立させた熱伝導性基板、この熱伝導性基板を使用した熱電モジュール、及び熱伝導性基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る熱伝導性基板は、その厚さ方向に延びる複数の孔が形成された板材と、前記孔に埋設された炭素部材と、を有し、前記板材における前記孔間の部分が絶縁性を有し、前記板材上に搭載される複数の部材の相互間は前記板材表面で絶縁され、前記板材の厚さ方向には前記炭素部材により熱の流れが形成されることを特徴とする。

本発明においては、板材の内部にこの板材の厚さ方向に延びる炭素部材が埋設されているため、熱伝導性基板の厚さ方向における熱伝導性が優れている。また、板材における炭素部材間の部分が絶縁性を有し、この板材上に搭載される複数の部材の相互間を絶縁するようになっているため、板材の表面に平行な方向（面方向）における絶縁性が優れている。

また、前記孔が前記板材を厚さ方向に貫通していてもよい。又は、前記孔が前記板材を貫通しておらず、前記板材における前記孔間の部分を除く部分が金属又は合金により形成されていてもよい。これにより、板材の内部に、金属又は合金からなり板材の面方向に延びる部分が設けられるため、面方向における熱伝導性を向上させることができる。

更に、前記板材はアルミニウム又はアルミニウム合金材を陽極酸化処理して、少なくとも前記孔間の部分を絶縁性にしたものであってもよい。更にまた、前記炭素部材がカーボンナノチューブであってもよい。

更にまた、前記炭素部材における前記板材厚さ方向の両端部が絶縁物により覆われていてもよい。これにより、板材の厚さ方向においても、絶縁性を得ることができる。

本発明に係る熱電モジュールは、前記熱伝導性基板と、この熱伝導性基板の表面上に形成された複数の電極と、この複数の電極によって相互に直列に接続された複数の熱電チップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る熱伝導性基板の製造方法は、金属又は合金からなる板材の少なくとも表面を酸化させて前記金属又は合金の酸化物からなり前記板材の厚さ方向に複数の孔が形成された多孔質部を形成する多孔質部形成工程と、前記孔内に炭素部材を形成する炭素部材形成工程と、を有することを特徴とする。

本発明においては、多孔質部に形成された孔の内部に炭素部材を形成することにより、板材の厚さ方向に延びる炭素部材を容易に形成することができる。これにより、厚さ方向における熱伝導性を良好にすることができる。

また、前記多孔質部形成工程において、前記板材の全体を酸化させてもよく、前記板材の表面のみを酸化させ、前記板材の内部に前記金属又は合金からなる部分を残留させてもよい。板材の内部に金属又は合金からなる部分を残留させることにより、板材の面方向においても、熱伝導性を向上させることができる。

更に、前記板材をアルミニウム又はアルミニウム合金により形成し、前記多孔質部形成工程がこの板材に対して陽極酸化処理を行う工程であってもよい。これにより、多孔質部を容易に形成することができる。

更にまた、前記炭素部材形成工程が、炭化水素ガスを原料ガスとして化学気相析出法により前記孔の内部にカーボンナノチューブを析出させる工程を有していてもよい。また、このとき、前記炭素部材形成工程が、前記孔内の気体を排気する排気工程を有し、前記化学気相析出工程と前記排気工程とを交互に実施してもよい。これにより、孔内に効率よく炭素部材を形成することができる。

更にまた、本発明に係る熱伝導性基板の製造方法は、前記炭素部材形成工程の後に、前記炭素部材における前記板材厚さ方向の両端部を絶縁物により覆う工程を有していてもよい。

本発明によれば、板材の内部にこの板材の厚さ方向に延びる炭素部材が埋設されているため、厚さ方向の熱伝導性が優れており、板材の炭素部材間の部分が絶縁材料により形成されているため、板材の面方向における絶縁性が優れている熱伝導性基板を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る熱伝導性基板を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る熱伝導性基板１においては、酸化アルミニウムからなる板材２が設けられており、この板材２には、厚さ方向５１に沿って延びる複数の孔３が形成されている。孔３は板材２を貫通しており、板材２の上面及び下面において開口している。板材２の厚さは例えば０．５ｍｍであり、孔３の直径は例えば数十ｎｍ程度である。なお、図１においては、便宜上、孔３を板材２に対して実際よりも大きく描いている。そして、孔３の内部には、カーボンナノチューブ４が埋設されている。これにより、板材２の内部においては、複数のカーボンナノチューブ４が板材２の厚さ方向５１に沿って相互に平行に且つ離隔して配置されている。なお、孔３内には、カーボンナノチューブ４の他に、グラファイトが混入していることもある。

本実施形態に係る熱伝導性基板１は、熱電モジュールの基板として使用することができる。本実施形態における熱電モジュールの構成は、図１０に示す熱電モジュール１０１の構成と同じであり、基板１０２及び１０３として、熱伝導性基板１を使用する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。表１は、各種の材料の熱伝導率を示す表である。図２は本実施形態に係る熱伝導性基板の特性を示す模式図である。図２においては、カーボンナノチューブ４を実線により模式的に示している。

表１に示すように、カーボンナノチューブの熱伝導率は約４０００Ｗ／ｍＫと見積もられている。この値は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の熱伝導率（２０Ｗ／ｍＫ）の２００倍であり、ＡｌＮ、Ａｌ、Ｃｕの熱伝導率と比較しても著しく高い。このため、図２に示すように、酸化アルミニウムからなる板材２の内部に、厚さ方向に延びる多数のカーボンナノチューブ４を設けることにより、これを設けない場合よりも、厚さ方向５１における熱伝導性基板１の熱伝導性を向上させることができる。一方、カーボンナノチューブ４同士は酸化アルミニウムからなる板材２によって相互に離隔されている。このため、図２に示すように、板材２の表面に平行な方向５２においては電流経路が形成されず、絶縁性が実現される。これにより、本実施形態に係る熱伝導性基板１においては、厚さ方向５１における良好な熱伝導性と、面方向５２における良好な絶縁性とを両立させることができる。

また、本実施形態の熱電モジュールにおいては、熱伝導性基板１上に搭載される複数の電極の相互間は、板材２の表面により絶縁されている。これは、カーボンナノチューブ４の直径が数十ｎｍであり、電極間の距離と比較して著しく小さく、１つのカーボンナノチューブに２以上の電極が接続されることがないためである。一方、カーボンナノチューブ４は板材２をその厚さ方向に貫通しているため、板材２の厚さ方向には熱の流れを形成する。このため、熱伝導性基板１の厚さ方向には熱伝導性が優れている。

なお、本実施形態においては、カーボンナノチューブ４における厚さ方向５１の両端部が絶縁物により覆われていてもよい。これにより、カーボンナノチューブ４が板材２の上面及び下面に露出しなくなり、厚さ方向５１についても絶縁性を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は本実施形態に係る熱伝導性基板を示す断面図であり、図４はこの熱伝導性基板を示す斜視断面図である。図３及び図４に示すように、本実施形態に係る熱伝導性基板１１においては板材１２が設けられている。板材１２の厚さ方向中央部は金属部１２ａとなっており、その両側、即ち、上面側及び下面側は、多孔質部１２ｂとなっている。金属部１２ａは例えばアルミニウムにより形成されている。また、多孔質部１２ｂは例えば酸化アルミニウムにより形成されており、板材１２の厚さ方向５１に沿って延びる複数の孔１３が形成されている。孔１３は金属部１２ａには到達しておらず、非貫通孔となっている。

両面の多孔質部１２ｂの厚さは例えば夫々１μｍ乃至１ｍｍであり、孔１３の直径は例えば数十ｎｍ程度である。例えば、板材１２全体の厚さが０．５ｍｍであり、両面の多孔質部１２ｂの厚さが０．１ｍｍである。なお、図３においては、便宜上、孔１３を板材１２に対して実際よりも大きく描いている。そして、孔１３の内部には、カーボンナノチューブ１４が埋設されている。これにより、各多孔質部１２ｂにおいては、複数のカーボンナノチューブ１４が板材１２の厚さ方向５１に沿って相互に平行に且つ離隔して配置されている。そして、カーボンナノチューブ１４の底面及び側面は、酸化アルミニウムからなる多孔質部１２ｂにより覆われている。なお、孔１３内には、カーボンナノチューブ１４の他に、グラファイトが混入していることもある。

また、前述の第１の実施形態と同様に、本実施形態に係る熱伝導性基板１１についても、図１０に示す熱電モジュール１０１の基板１０２及び１０３として使用することができる。これにより、効率が高い熱電モジュールを得ることができる。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。図５は、本実施形態に係る熱伝導性基板の特性を示す模式図である。図５においては、カーボンナノチューブ１４を実線により模式的に示している。図２及び図５に示すように、本実施形態に係る熱伝導性基板１１は、前述の第１の実施形態に係る熱伝導性基板１と比較して、カーボンナノチューブ１４が板材１２を貫通おらず、カーボンナノチューブ１４の周囲が酸化アルミニウムにより覆われているため、厚さ方向５１においても絶縁性を得ることができる。また、金属部１２ａにおいては、面方向５２に熱が伝わるため、面方向５２においても良好な熱伝導性を得ることができる。このため、例えば、この熱伝導性基板を熱電モジュールの廃熱側の基板に使用した場合、放熱性が極めて良好になる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

なお、上述の第１及び第２の実施形態に係る熱伝導性基板は、熱電モジュールの基板に限らず、発熱量が大きいデバイスを搭載するＩＣパッケージの基板としても好適に使用することができる。例えば、パワートランジスタモジュールの基板、高周波デバイスの基板、サイリスタ用放熱絶縁板、半導体レーザ及び発光ダイオード用マウントの基板並びにハイブリッドモジュールの基板として使用してもよい。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第１の実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法の実施形態である。図６は、本実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法において使用するＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相析出）装置を示す図であり、図７は本実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法を示すフローチャート図である。

図６に示すように、本実施形態において使用するＣＶＤ装置２１においては、石英からなる反応管２２が設けられており、この反応管２２の内部を、ＣＶＤの原料ガスが流通するようになっている。また、反応管２２の内部には、板材２６を載置するための基板台２３が設けられている。基板台２３は、その上に載置される板材２６の表面が、原料ガスの流通方向、即ち、反応管２２の管軸方向に平行になるように設置されている。なお、板材２６はその表面が反応管２２の管軸方向に直交するように載置されてもよい。また、板材の両面に原料ガスが接触するように、基板台２３には開口部２４が形成されている。更に、反応管２２の周囲には、ヒータ２５が設けられている。

以下、熱伝導性基板の製造方法について説明する。先ず、図７のステップＳ１に示すように、厚さが例えば０．５ｍｍであり、アルミニウムからなる板材２６を用意する。次に、ステップＳ２に示すように、この板材に陽極酸化処理を施し、板材全体を強制的に酸化させる。このとき、板材を形成するアルミニウムが酸化されて酸化アルミニウムが生成するが、この酸化アルミニウムは多孔質状に成長するため、複数の孔が形成される。この結果、図１に示すように、板材２の全体が酸化アルミニウムからなる多孔質部となり、板材２を貫通するような孔３が形成される。

次に、ステップＳ３及び図６に示すように、板材２をＣＶＤ装置２１の基板台２３上に載置する。このとき、板材２の表面が反応管２２の管軸方向と平行になる。そして、反応管２２内に窒素ガスを流し、大気と置換する。次に、ヒータ２５により、板材２の温度が例えば８００℃になるように加熱する。この状態で、原料ガスとして、例えばプロピレンを窒素ガスにより３体積％に希釈したガスを、１００ｃｍ^３／分の流量で反応管２２内に５時間流通させる。これにより、孔３内に炭素が析出し、カーボンナノチューブ４が形成される。なお、このとき、カーボンナノチューブ４の他に、グラファイトが形成され、混入することもある。また、板材２の表面にも炭素が析出する。その後、ＣＶＤ装置２１から板材２を回収する。

次に、ステップＳ４に示すように、板材２の表面を軽く研磨し、板材２の表面に析出した炭素を除去する。これにより、前述の第１の実施形態に係る熱伝導性基板１が作製される。

本実施形態によれば、アルミニウムからなる板材に陽極酸化処理及びＣＶＤ処理を施すことにより、前述の第１の実施形態に係る熱伝導性基板を容易に作製することができる。

なお、本実施形態において、図７に示すステップＳ４の後に、例えば加圧水蒸気を板材２の表面に対して噴射してもよい。これにより、カーボンナノチューブ４における厚さ方向５１の両端部を覆うように絶縁物が形成される。この結果、カーボンナノチューブ４が板材２の表面に露出しなくなり、熱伝導性基板１の厚さ方向についても、良好な絶縁性を得ることができる。

また、加圧水蒸気を使用する代わりに、酢酸ニッケル若しくは重クロム酸等を使用してカーボンナノチューブ４の表面に絶縁物を形成してもよく、熱湯を使用して絶縁物を形成してもよく、フッ化物を使用して絶縁物を形成してもよい。但し、板材２に対して加圧水蒸気を噴射すると、熱伝導性基板の耐食性を向上させることができるため、絶縁物形成処理としては加圧水蒸気を使用する方法が好ましい。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、前述の第２の実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法の実施形態である。図８は本実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法を示すフローチャート図である。また、本実施形態においても、前述の第３の実施形態と同様に、図６に示すＣＶＤ装置２１を使用する。

先ず、図８のステップＳ１１に示すように、厚さが例えば０．５ｍｍであり、アルミニウムからなる板材を用意する。次に、ステップＳ１２に示すように、この板材に陽極酸化処理を施し、板材の表面における厚さが例えば１００μｍの表層部分を強制的に酸化させる。このとき、酸化させた表層部分においては、板材を形成するアルミニウムから酸化アルミニウムが生成するが、この酸化アルミニウムは多孔質状に成長するため、表層部分には板材の厚さ方向に延びる複数の孔が形成される。この結果、図３に示すように、板材１２の上面及び下面には夫々厚さが１００μｍの多孔質部１２ｂが形成され、この多孔質部１２ｂにおいては、酸化アルミニウムからなる母材に複数の孔１３が形成される。このとき、板材１２の厚さ方向中央部は、アルミニウムが未反応のまま残留し、厚さが例えば３００μｍの金属部１２ａとなる。

次に、ステップＳ１３及び図６に示すように、板材１２をＣＶＤ装置２１の基板台２３上に載置する。このとき、板材２の表面が反応管２２の管軸方向と平行になるようにする。そして、反応管２２の内部を圧力が例えば１ｋＰａ程度となるように真空排気する。これにより、孔１３の内部も排気される。次に、ステップＳ１４に示すように、ヒータ２５により、板材２の温度が例えば７５０℃になるように加熱する。この状態で、原料ガスとして、例えばプロピレンを窒素ガスにより５体積％に希釈したガスを、１００ｃｍ^３／分の流量で反応管２２内に流通させる。そして、反応管２２内の圧力を例えば１００ｋＰａとし、この状態を例えば２０分間保持する。これにより、ＣＶＤ反応によりプロピレンから炭素を析出させる。

そして、ステップＳ１３に示す真空排気と、ステップＳ１４に示すＣＶＤ処理とを、ＣＶＤ反応時間の合計が所定時間、例えば５時間に達するまで繰り返す。これにより、孔１３内にカーボンナノチューブ１４が形成される。なお、このとき、カーボンナノチューブ１４の他に、グラファイトが形成され、混入することもある。また、板材１２の表面にも炭素が析出する。そして、ＣＶＤ反応時間の合計が所定時間に達したら、ＣＶＤ装置２１から板材１２を回収する。

次に、ステップＳ１５に示すように、ＣＶＤ装置２１から回収した板材１２の表面を軽く研磨し、板材１２の表面に析出した炭素を除去する。これにより、前述の第２の実施形態に係る熱伝導性基板１１が作製される。

本実施形態によれば、アルミニウムからなる板材の表面に陽極酸化処理を施し、その後ＣＶＤ処理を施すことにより、前述の第２の実施形態に係る熱伝導性基板１１を容易に作製することができる。また、ＣＶＤ装置の反応管内において、真空排気とＣＶＤ処理とを繰り返すことにより、一端のみが開口し他端が閉じている孔１３の内部に、効率よく確実にカーボンナノチューブを形成することができる。

なお、前述の第３及び第４の実施形態においては、原料ガスとしてプロピレンを使用したが、他の炭化水素ガスを使用してもよい。例えば、メタン、エタン、ベンゼン、エチレン等、常温で気体の炭化水素ガスを使用することができる。

以下、本発明の実施例の効果について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係る熱電モジュールを示す側面図であり、（ｃ）は比較例に係る熱電モジュールを示す側面図である。なお、図９（ａ）及び（ｂ）においては、便宜上、カーボンナノチューブを相互に平行な複数の実線により示している。

先ず、前述の第３の実施形態に示した方法により、前述の第１の実施形態に係る熱伝導性基板を作製した。即ち、厚さが５００μｍのアルミニウム板材の全体に陽極酸化処理を施して貫通孔を形成し、プレピレンガスを原料ガスとするＣＶＤ処理を施して貫通孔内にカーボンナノチューブを形成し、蒸気封孔処理を行い、熱伝導性基板を作製した。これを第１の基板とする。また、前述の第４の実施形態に示した方法により、前述の第２の実施形態に係る熱伝導性基板を作製した。即ち、厚さが５００μｍのアルミニウム板材の表面に陽極酸化処理を施して板材の両表面に厚さが１００μｍの多孔質部を形成し、プレピレンガスを原料ガスとするＣＶＤ処理を施して多孔質部の孔内にカーボンナノチューブを形成し、熱伝導性基板を作製した。これを第２の基板とする。更に、比較として、アルミナからなり、厚さが５００μｍの基板を用意した。これを第３の基板とする。第１乃至第３の基板は、いずれも絶縁性を備えていた。

次に、上述の第１乃至第３の基板を夫々使用して、３個の熱電モジュールを作製した。以下、この熱電モジュールの作製方法について詳述する。図９（ａ）に示すように、上述の第１の基板を使用して基板３１及び３２を形成した。そして、基板３１の片側の表面上に銅からなる電極３３を複数個形成し、基板３２の片側の表面上に銅からなる電極３４を複数個形成した。次に、電極３３上にＰ型熱電チップ３５及びＮ型熱電チップ３６を配置し、電極３３に接続した。このとき、両端部に配置された電極３３以外の電極３３については、１つの電極３３にＰ型熱電チップ３５及びＮ型熱電チップ３６を夫々１個接続した。次に、Ｐ型熱電チップ３５及びＮ型熱電チップ３６上に、電極３４がこれらのチップに接続されるように、基板３２を配置した。このとき、１つの電極３４にＰ型熱電チップ３５及びＮ型熱電チップ３６を夫々１個接続した。これにより、Ｐ型熱電チップ３５及びＮ型熱電チップ３６を、電極３３及び３４により交互に且つ相互に直列に接続した。この結果、第１の熱電モジュール４１を作製した。

同様に、図９（ｂ）に示すように、基板３１及び３２として上述の第２の基板を使用して、第２の熱電モジュール４２を作製した。また、図９（ｃ）に示すように、基板３１及び３２として上述の第３の基板を使用して、第３の熱電モジュール４３を作製した。図９（ａ）に示す第１の熱電モジュール４１及び図９（ｂ）に示す第２の熱電モジュール４２は、本発明の実施例である。また、図９（ｃ）に示す第３の熱電モジュール４３は、比較例である。第１乃至第３の熱電モジュールに共通の構成を表２に示す。

そして、各熱電モジュールを挟むように、２枚の銅板（図示せず）を貼付した。即ち、基板３１の下面に１枚の銅板（以下、下側銅板という）を貼り付け、基板３２の上面に他の１枚の銅板（以下、上側銅板という）を貼り付けた。各銅板には、その端面から銅板の中央部に向けて熱電対を挿通させるための穴を形成した。また、上側銅板上に、温度調節用ペルチェモジュール（図示せず）を配設した。これにより、温度調節用ペルチェモジュールと基板３２との間に、上側銅板が挟まれるようになる。このとき、基板３２が吸熱側基板であり、基板３１が廃熱側基板である。即ち、熱の流れは基板３２から基板３１に向けて形成される。

そして、この第１乃至第３の熱電モジュールを作動させて、伝熱性能を評価した。下側銅板に挿通させた熱電対が示す温度をＴｃ（℃）、上側銅板に挿通させた熱電対が示す温度をＴｈ（℃）とするとき、温度差ΔＴを、ΔＴ＝Ｔｃ−Ｔｈと定義した。そして、温度調節用ペルチェモジュールにより、上側銅板の温度Ｔｈを１００℃に維持し、ΔＴが最大になるように熱電モジュールに電流を流した。このときのΔＴの測定結果を表３に示す。なお、基板の熱伝導率が高いほど、基板における温度損失が小さくなり、ΔＴの値が大きくなる。

表３に示すように、本発明の実施例である第１及び第２の熱電モジュールは、板材中にカーボンナノチューブが設けられているため、比較例でありアルミナ基板を使用した第３の熱電モジュールよりも伝熱性能が良好であった。また、第２の熱電モジュールは、板材の中央部に未処理のアルミニウムからなる部分が設けられているため、貫通孔を形成した第１の熱電モジュールよりも、伝熱性能が良好であった。

本発明は、熱電モジュールの基板及び発熱量が大きいデバイスを搭載するＩＣパッケージの基板として好適に使用することができる。例えば、パワートランジスタモジュールの基板、高周波デバイスの基板、サイリスタの放熱性絶縁基板、半導体レーザ及び発光ダイオード用マウントの基板及びハイブリッドモジュールの基板等に使用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱伝導性基板を示す断面図である。 本実施形態に係る熱伝導性基板の特性を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱伝導性基板を示す断面図である。 この熱伝導性基板を示す斜視断面図である。 本実施形態に係る熱伝導性基板の特性を示す模式図である。 本発明の第３及び第４の実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法において使用するＣＶＤ装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法を示すフローチャート図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱伝導性基板の製造方法を示すフローチャート図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例に係る熱電モジュールを示す側面図であり、（ｃ）は比較例に係る熱電モジュールを示す側面図である。 一般的な熱電モジュールを示す側面図である。

符号の説明

１、１１；熱伝導性基板 ２、１２；板材 ３、１３；孔 ４、１４；カーボンナノチューブ １２ａ；金属部 １２ｂ；多孔質部 ２１；ＣＶＤ装置 ２２；反応管 ２３；基板台 ２４；開口部 ２５；ヒータ ２６；板材 ３１、３２；基板 ３３、３４；電極 ３５；Ｐ型熱電チップ ３６；Ｎ型熱電チップ ４１、４２、４３；熱電モジュール ５１；厚さ方向 ５２；面方向 １０１；熱電モジュール １０２、１０３；基板 １０４、１０５；電極 １０６；Ｐ型熱電チップ １０７；Ｎ型熱電チップ

Claims (14)

1. その厚さ方向に延びる複数の孔が形成された板材と、前記孔に埋設された炭素部材と、を有し、前記板材における前記孔間の部分が絶縁性を有し、前記板材上に搭載される複数の部材の相互間は前記板材表面で絶縁され、前記板材の厚さ方向には前記炭素部材により熱の流れが形成されることを特徴とする熱伝導性基板。
2. 前記孔が前記板材を厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性基板。
3. 前記孔が前記板材を貫通しておらず、前記板材における前記孔間の部分を除く部分が金属又は合金により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性基板。
4. 前記板材はアルミニウム又はアルミニウム合金材を陽極酸化処理して、少なくとも前記孔間の部分を絶縁性にしたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱伝導性基板。
5. 前記炭素部材がカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱伝導性基板。
6. 前記炭素部材における前記板材厚さ方向の両端部が絶縁物により覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱伝導性基板。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱伝導性基板と、この熱伝導性基板の表面上に形成された複数の電極と、この複数の電極によって相互に直列に接続された複数の熱電チップと、を有することを特徴とする熱電モジュール。
8. 金属又は合金からなる板材の少なくとも表面を酸化させて前記金属又は合金の酸化物からなり前記板材の厚さ方向に複数の孔が形成された多孔質部を形成する多孔質部形成工程と、前記孔内に炭素部材を形成する炭素部材形成工程と、を有することを特徴とする熱伝導性基板の製造方法。
9. 前記多孔質部形成工程において、前記板材の全体を酸化させることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性基板の製造方法。
10. 前記多孔質部形成工程において、前記板材の表面のみを酸化させ、前記板材の内部に前記金属又は合金からなる部分を残留させることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導性基板の製造方法。
11. 前記板材をアルミニウム又はアルミニウム合金により形成し、前記多孔質部形成工程がこの板材に対して陽極酸化処理を行う工程であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の熱伝導性基板の製造方法。
12. 前記炭素部材形成工程が、炭化水素ガスを原料ガスとする化学気相析出法により前記孔の内部にカーボンナノチューブを析出させる化学気相析出工程を有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の熱伝導性基板の製造方法。
13. 前記炭素部材形成工程が、前記孔内の気体を排気する排気工程を有し、前記排気工程と前記化学気相析出工程とを交互に実施することを特徴とする請求項１２に記載の熱伝導性基板の製造方法。
14. 前記炭素部材形成工程の後に、前記炭素部材における前記板材厚さ方向の両端部を絶縁物により覆う工程を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の熱伝導性基板の製造方法。

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