(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトの粉末に、水又は結合材を混合して成形された予備成形体又は焼成された成形体に、１．０１ＭＰａ〜２０２ＭＰａの圧力で前記金属の溶融物が含浸されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末を構成する１つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が１：５以下であり、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたＢｉ又はＳｂを、全金属成分を１００％とするとき、６０％以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項２】
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトの粉末と前記金属の粉末とを混合し、１０．１３ＭＰａ〜１０１．３２ＭＰａの圧力下で成形されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末を構成する１つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が１：５以下であり、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたＢｉ又はＳｂを、全金属成分を１００％とするとき、６０％以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項３】
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記金属が溶解して得られた液体又は固液共存物に、前記カーボン又はグラファイトの粉末を混合し、鋳造成形されて構成されていること、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末を構成する１つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が１：５以下であること、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたＢｉ又はＳｂを、全金属成分を１００％とするとき、６０％以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項４】
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトの粉末に前記金属が含浸されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末を構成する１つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が１：５以下であること、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたＢｉ又はＳｂを、全金属成分を１００％とするとき、６０％以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項５】
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトの粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混合し、前記金属における融点の−１０℃〜−５０℃、１０．１３ＭＰａ〜１０１．３２ＭＰａの圧力下で成形されて構成され、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたＢｉ又はＳｂを、全金属成分を１００％とするとき、６０％以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトと前記金属との体積率が、前記カーボン又はグラファイトが２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、前記金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲であること
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートシンク材において、
前記ヒートシンク材を成形した際の金属の結合を強化させるために、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｃｄから選択される元素が添加されていること
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項８】
請求項７記載のヒートシンク材において、
前記添加される元素は、銅に０．５ｗｔ％以下しか固溶しない元素であること
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートシンク材において、
前記成形の際に、カーボン又はグラファイトと金属との結合を強化させるために、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択される１種以上の元素が金属に添加されていること
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトに、成形後の再加熱が可能となるために、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上の元素が金属に添加され、
前記ヒートシンク材の形成は、少なくとも前記カーボン又はグラファイトと前記添加された１種以上の元素との反応に基づくものであること
を特徴とするヒートシンク材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＣチップから発生する熱を効率よく放熱させるヒートシンクを構成するためのヒートシンク材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＣチップにとって熱は大敵であり、内部温度が最大許容接合温度を超えないようにしなければならない。また、パワートランジスタや半導体整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）やリードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出しきれず、前記半導体装置の内部温度が上昇して熱破壊を引き起こすおそれがある。
【０００３】
この現象は、ＣＰＵを搭載したＩＣチップにおいても同じであり、クロック周波数の向上に伴って動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重要な事項となってきている。
【０００４】
前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計においては、ＩＣチップのケース（パッケージ）に放熱面積の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設計や実装設計が行われている。
【０００５】
前記ヒートシンク用の材料としては、一般に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２７９５６９号公報（２頁〜４頁）
【特許文献２】特開昭５９−２２８７４２号公報（１頁〜２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近時、ＣＰＵやメモリ等のＩＣチップにおいては、低消費電力を目的とした低電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面積の拡大化に伴ってＩＣチップ自体が大型化する傾向にある。ＩＣチップが大型化すると、半導体基体（シリコン基板やＧａＡｓ基板）とヒートシンクとの熱膨張率の差によって生じる応力が大きくなり、ＩＣチップの剥離現象や機械的破壊が生じるおそれがある。
【０００８】
これを防止するためには、ＩＣチップの低電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。ＩＣチップの低電力駆動は、現在、電源電圧として、従来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。
【０００９】
一方、ヒートシンクの構成材料としては、単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシリコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。
【００１０】
ヒートシンク材の改善に関しては、多種多様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用いた例等がある。ＡｌＮは、熱伝導性と熱膨張性のバランスに優れており、特にＳｉの熱膨張率とほぼ一致することから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導体装置のヒートシンク材として好適である。
【００１１】
また、Ｃｕ−Ｗは、Ｗの低熱膨張性とＣｕの高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒートシンクの構成材料として好適である。
【００１２】
また、他の例としては、ＳｉＣを主成分とするセラミック基材に金属Ｃｕを２０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％の割合で含有させたもの（前記特許文献１）や、無機物質からなる粉末焼結多孔質体にＣｕを５ｖｏｌ％〜３０ｗｔ％含浸させたもの（前記特許文献２）等が提案されている。
【００１３】
前記特許文献１に係るヒートシンク材は、ＳｉＣと金属Ｃｕの圧粉体を成形してヒートシンクを作製するという粉体成形であるため、熱膨張率と熱伝導率はあくまでも理論的な値であり、実際の電子部品等で求められる熱膨張率と熱伝導率のバランスを得ることができないという問題がある。
【００１４】
前記特許文献２に係るヒートシンク材は、無機物質からなる粉末焼結多孔質体に含浸されるＣｕの比率が低く、熱伝導度を高める上で限界が生じるおそれがある。
【００１５】
上記したヒートシンク材は、高熱伝導性を備えた複合材料として好適であるが、所望の機械的強度が得られないという問題がある。これは、基体であるセラミック材料等の炭素材料の機械的強度が比較的低いことによって、前記炭素材料に対する金属含浸の含浸圧力を確保できないため、該複合材料に残留気孔が容易に発生しやすくなるからである。
【００１６】
前記残留気孔は、複合材料における熱伝導率の低下と、複合材料のハンダめっき工程におけるハンダと複合材料の界面におけるボイド発生と、該ハンダと前記複合材料との濡れ性の低下とをもたらす。
【００１７】
また、近年、炭素材料のみで複合材料における高熱伝導率を実現することが可能となってきているので、前記炭素材料の気孔に金属を含浸させて高熱伝導率を備えた複合材料を作製する必要性は低下しつつある。この場合、前記金属の役割は、前記炭素材料中の気孔に効率よく含浸して残留気孔を低減し、ヒートシンク材の機械的強度を向上することにある。更に、前記ハンダめっき工程において発生する残留気孔への水分等の染込み防止と、それに伴うボイド、膨れ、剥離等の防止についても急務の課題となってきている。
【００１８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、炭素材料の気孔に金属を含浸させて得られるヒートシンク材において、金属含浸時に発生するヒートシンク材の残留気孔を低減すると共に、前記ヒートシンク材と該ヒートシンク材表面を被覆するハンダめっきとの間の濡れ性を向上させることによって、高い機械的強度を備えたヒートシンク材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】
【００１９】
本発明に係るヒートシンク材は、カーボン又はその同素体と、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属で構成することを特徴としている。凝固温度近傍で体積が膨張する金属又は体積の収縮が少ない金属をヒートシンク材に含浸することによって、凝固温度から室温への冷却過程で発生する、該金属の収縮量を低減することが可能となる。従って、該ヒートシンク材の残留気孔の発生を抑制することができる。
【００２０】
上記した効果を奏する金属として、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄及びそれらの金属を含んだ合金を選択する。これらは凝固膨張又は凝固収縮抑制の性質を備えた金属である。
【００２１】
また、前記金属として凝固温度が低い金属を選択した場合、凝固温度から室温に冷却される該金属の収縮量を低減することができる。この場合、ヒートシンク材を実際の電子部品等に組み込んで、ハンダ付け作業が行われ、該ヒートシンク材は、再加熱される。従って、ハンダ付け作業の熱でも融解しない金属、すなわち３００℃以上の凝固温度を有する金属を選択することが望ましい。
【００２２】
また、前記金属として、偏析が発生しにくい金属を選択してもよい。これは、低融点を有する金属の場合、状態図から見たとき、前記金属の初晶が偏析しやすいと共に、２００℃以下の温度領域で前記金属が融解する可能性があるためである。
【００２３】
また、前記金属として、ヒートシンク材との濡れ性が良好な性質を備えた金属を用いると好ましい。濡れ性が良好な金属の場合、低い含浸圧力であっても炭素材料の気孔に容易に含浸することが可能である。
【００２４】
また、ヒートシンク材の直交する３軸方向の平均、又はいずれかの軸方向における熱伝導率としては、３００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００２５】
一方、前記ヒートシンク材の基材となるカーボン又はその同素体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。なお、気孔がない状態では、２００Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上、さらに好ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上であれば望ましい。そのようなカーボン又はその同素体を選択することによって、金属の種類によらない高い熱伝導率を備えたヒートシンク材を安定して供給できる。
【００２６】
また、前記同素体としては、グラファイト又はダイヤモンドが望ましい。これらの同素体は高い熱伝導率を備えているからである。
【００２７】
そして、上記した材料から構成されるヒートシンク材は、前記カーボン又はその同素体を焼成してネットワーク化することによって得られる多孔質焼結体に前記金属を含浸することによって構成される。この場合、前記多孔質焼結体の気孔率は、１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であり、平均気孔径は０．１μｍ〜２００μｍとなる。
【００２８】
そして、前記ヒートシンク材を構成する前記カーボン又はその同素体と、前記金属との体積率は、前記カーボン又はその同素体に対しては５０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％、金属に対しては５０ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％の範囲となる。
【００２９】
また、本発明の目的である高い機械的強度を備えたヒートシンク材を実現するために、前記カーボン又はその同素体に、該カーボン又はその同素体を焼成した際の閉気孔率を低減させるような添加物を添加することが望ましい。この場合、前記閉気孔率を低減させる添加物として、ＳｉＣ及び／又はＳｉが選択される。前記添加物の添加によって、カーボン又はその同素体の焼成時に発生する残留気孔を低減することが可能となる。特に、前記カーボン又はその同素体で構成されるプリフォームにこれらの添加物を含浸させると、金属の含浸率が向上し、残留気孔を効率よく低減できる。
【００３０】
また、ヒートシンク材界面の濡れ性を改善するために、前記金属に加えて、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種以上の元素を添加することが望ましい。これらの元素を添加することによって、カーボン又はその同素体との濡れ性が良好になり低圧での含浸が可能になる。また界面の接合性も向上する。また、ヒートシンク材と該ヒートシンク材表面におけるハンダめっきとの濡れ性が向上し、界面におけるボイド発生を低減できる。
【００３１】
さらに、前記カーボン又はその同素体の表面に、カーバイド層を形成すれば、カーバイド層を介して含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ貢献する。さらにヒートシンク材と該ヒートシンク材のハンダめっきとの界面における濡れ性が向上する他、低圧での金属含浸が可能となり、微細気孔への含浸も可能となる。
【００３２】
なお、前記カーバイド層の形成は、少なくとも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反応に基づくものであり、選択される該添加元素としては、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから少なくとも１種以上の元素を選択する。
【００３３】
また、前記ヒートシンク材としては、前記多孔質焼結体と金属とによるヒートシンク材の構成以外にも、前記カーボン又はその同素体の粉末に、水又は結合材を混合し、所定圧力下で成形された予備成形体又は焼成された成形体に、前記金属を含浸させて構成しても実現できる。また、前記カーボン又はその同素体の粉末と前記金属の粉末とを混合し、所定圧力下で成形されて構成されるヒートシンク材であってもよい。さらに、前記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記カーボン又はその同素体の粉末を混合し、鋳造成形されて構成されるヒートシンク材でもよい。また、前記カーボン又はその同素体の粉末に前記金属が含浸されて構成されるヒートシンク材でもよい。
【００３４】
これらのヒートシンク材を構成する前記カーボン又はその同素体の粉末の平均粉末粒度は、１μｍ〜５００μｍであり、前記粉末を構成する１つの粒子（粉体）が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均を１：５以下とする。
【００３５】
また、前記ヒートシンク材を、前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成してもよい。
【００３６】
このようにして作製されるヒートシンク材では、カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲であることが好ましい。
【００３７】
そして、これらのヒートシンク材に、成形した際の金属の結合を強化させる添加元素が添加されていることが望ましい。この場合、前記添加元素としては、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選択することが望ましい。この場合、前記添加元素としては、銅に固溶しにくいＮｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ等の元素から選択されることが望ましい。銅に０．５ｗｔ％以下しか固溶しない添加元素を添加することによって、熱伝導度の低下は発生せず、良好なヒートシンク材を得ることができる。
【００３８】
また、前記成形の際に、カーボン又はその同素体と金属との結合を強化させる添加元素を添加することが好ましい。この場合、前記添加元素としては、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択されることが望ましい。
【００３９】
また、前記カーボン又はその同素体に、成形後の再加熱を可能とする添加元素を添加するようにしてもよい。この場合、前記ヒートシンク材の形成は、少なくとも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反応に基づくものであるとよい。そして、前記添加元素としては、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上であることが好ましい。
【００４０】
また、これまで上記したヒートシンク材を構成するカーボン又はその同素体の表面に、添加元素による炭化物を形成するとより好ましい。前記炭化物を形成することによって、カーバイド層を介して含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ貢献する。その結果、低圧力での金属含浸が可能になると共に、微細気孔への含浸も可能となる残留気孔率を低減することが可能となる。このような効果を奏するには、前記添加元素を、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルの１種以上から選択することが望ましい。
【００４１】
最後に上記した手段によって作製されるヒートシンク材の残留気孔率は、５％以下に低減することが可能である。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明に係るヒートシンク材によれば、実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合し、かつ気孔率が小さい特性を得ることができる。従って、高い機械的強度を備えた高品質のヒートシンク材を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に係るヒートシンク材の実施の形態例を図１〜図４２を参照しながら説明する。
【００４４】
第１の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ａは、図１に示すように、カーボン又はその同素体を焼成してネットワーク化することによって得られる多孔質焼結体１２に金属１４が含浸されて構成されている。
【００４５】
この場合、前記カーボン又はその同素体として、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに望ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）のものを使用することが好ましい。
【００４６】
第１の実施の形態では、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上のグラファイトで構成された多孔質焼結体１２の開気孔に銅を含浸させたヒートシンク材１０Ａを使用している。含浸する金属１４としては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Ｂｉのほかに、Ｐｂ、黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金を使用することができる。
【００４７】
また、多孔質焼結体１２と金属１４との体積率は、多孔質焼結体１２が５０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％、金属１４が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％の範囲としている。これにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａを得ることができる。
【００４８】
前記多孔質焼結体１２の気孔率としては、１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。気孔率が１０ｖｏｌ％以下では、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の３００Ｗ／ｍＫ（室温）の熱伝導率を得ることができず、５０ｖｏｌ％を超えると多孔質焼結体１２の強度が低下し、気孔率を５％以下に抑えることができないからである。
【００４９】
前記多孔質焼結体１２の平均開気孔径（気孔径）の値としては、０．１μｍ〜２００μｍが望ましい。前記気孔径が０．１μｍ未満であると、開気孔内に金属１４を含浸することが困難になり、熱伝導率が低下する。一方、前記気孔径が２００μｍを超えると、多孔質焼結体１２の強度が低下し、熱膨張率を低く抑えることができない。
【００５０】
前記多孔質焼結体１２の平均開気孔に関する分布（気孔分布）としては、０．５μｍ〜５０μｍに９０ｖｏｌ％以上分布することが好ましい。０．５μｍ〜５０μｍの気孔が９０ｖｏｌ％以上分布していない場合は、金属１４が含浸していない開気孔が増え、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００５１】
また、多孔質焼結体１２に金属１４を含浸して得たヒートシンク材１０Ａの閉気孔率としては、５ｖｏｌ％以下であることが好ましい。５ｖｏｌ％を超えると、熱伝導率が低下する可能性があるからである。
【００５２】
なお、前記気孔率、気孔径及び気孔分布の測定には、株式会社島津製作所製の自動ポロシメータ（商品名「オートポア９２００」）を使用した。
【００５３】
この第１の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ａにおいて、前記グラファイトに、該グラファイトを焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物を添加させることが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げることができる。これにより、焼成時の閉気孔（クローズドポア）を減少させることができ、多孔質焼結体１２に対する金属１４の含浸率を向上させることができる。
【００５４】
また、多孔質焼結体１２に含浸される金属１４に、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｌｉ、Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種以上を添加することが好ましい。これにより、多孔質焼結体１２と金属１４との界面の濡れ性が改善され、多孔質焼結体１２の開気孔内に金属１４が入りやすくなる。
【００５５】
一方、多孔質焼結体１２に含浸される金属１４に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上を添加することが好ましい。これにより、グラファイトと金属１４との反応性が向上し、開気孔内においてグラファイトと金属１４とが整合及び密着しやすくなり、閉気孔率を低下することができる。
【００５６】
次に、この第１の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ａを製造するためのいくつかの方法を図２Ａ〜図２１を参照しながら説明する。
【００５７】
第１の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ａを製造するための第１及び第２の製造方法は、共に、グラファイトを焼成してネットワーク化することによって多孔質焼結体１２を作製する焼成工程と、金属１４を前記多孔質焼結体１２中に含浸させる含浸工程とを有する。
【００５８】
そして、第１の製造方法は、具体的には図２Ａ及び図２Ｂにその一例を示すように、高圧容器３０を使用することによって行われる。この高圧容器３０は、角筒状の筐体３２における両側板３４及び３６のほぼ中央部分にそれぞれ回転軸３８が設けられて、該回転軸３８を中心として筐体３２自体が回転できるようになっている。
【００５９】
筐体３２内には、耐火容器４０と該耐火容器４０を加熱するためのヒータ４２が設けられている。耐火容器４０は、中空部４４を有する角筒状の形状を有し、１つの側面における高さ方向中央部分に中空部４４に連通する開口４６が設けられている。中空部４４のうち、開口４６を中心として一方の中空部（以下、第１室４４ａと記す）には、含浸材料である金属１４の塊、あるいは金属１４の溶融金属が収容されるようになっている。
【００６０】
他方の中空部（以下、第２室４４ｂと記す）は、被含浸試料である多孔質焼結体１２が複数取り付けられるようになっており、第２室４４ｂが上方に位置しても、多孔質焼結体１２が落下しないように多孔質焼結体１２の支持機構が設けられている。なお、ヒータ４２は、３００ＭＰａの高圧力下でも破壊されない構造とされている。
【００６１】
また、前記高圧容器３０には、真空引きのための吸気管４８と、高圧力付与のためのガス及び冷却用ガスの導入管５０及び導出管５２が設けられている。
【００６２】
次に、前記高圧容器３０を用いた第１の製造方法について図３を参照しながら説明する。
【００６３】
まず、ステップＳ１において、グラファイトを棒状に成形する工程、ピッチ（コールタールの一種）を含浸させる工程及び加熱焼成する工程を経てグラファイトによる多孔質焼結体１２を作製する。
【００６４】
グラファイトを棒状に成形するには、グラファイト粉末にピッチを混合して、１５０℃程度の雰囲気中で押し出し成形を行って棒状（φ１００〜φ６００、長さ３０００ｍｍ程度）のグラファイトを得る。このままの状態のグラファイトは、気孔が多くしかも熱伝導率が低い。
【００６５】
次に、グラファイトの気孔を減少させるために真空脱気を行い、その真空中でピッチを含浸させる。そして、１０００℃程度で焼成し、さらにピッチを含浸する工程を３回程度繰り返す。
【００６６】
そして、熱伝導率を向上させるために３０００℃程度の炉の中でグラファイトを加熱焼成する。このとき、グラファイトが燃焼することを防止するために炉をカーボン粉末でカバーすると共に、グラファイト自体もカーボン粉末でカバーしておく。また、このグラファイトを加熱する工程は、グラファイトに直接通電することにより加熱焼成してもよい。
【００６７】
このようにすることで、多孔質焼結体１２が得られるが、最終製品の形状によってはさらに予備加工をしておくことが望ましい。
【００６８】
その後、ステップＳ２において、高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる。
【００６９】
その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊を耐火容器４０の第１室４４ａ内に配置し、多孔質焼結体１２を第２室４４ｂにセットする（ステップＳ３）。このとき、予め多孔質焼結体１２を予熱しておくことが好ましい。予熱を行うには、多孔質焼結体１２をカーボンケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態で予熱を行い、所定の温度に達したらケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態のままで上記のとおり第２室４４ｂにセットする。
【００７０】
その後、高圧容器３０（及び耐火容器４０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする（ステップＳ４）。
【００７１】
その後、ヒータ４２に通電して第１室４４ａの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ５）。以下の説明では、加熱溶解された金属１４を便宜的に溶融金属１４とも記す。
【００７２】
その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回させる（ステップＳ６）。この転回動作によって、第１室４４ａが上方に位置することから、第１室４４ａ内の溶融金属１４は、自重によって下方に位置する第２室４４ｂ内に落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼結体１２が含浸された状態となる。
【００７３】
その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ７）。この加圧処理によって、前記溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸することとなる。
【００７４】
この含浸工程が終了した時点で直ちに冷却工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器３０を再び１８０°転回させる（ステップＳ８）。この転回動作によって、第１室４４ａが下方に位置することから、第２室４４ｂ内の溶融金属１４は、再び第１室４４ａ内に落下することになる。
【００７５】
前記ステップＳ７での加圧処理（含浸処理）によって、溶融金属１４の一部が多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸されていることから、下方に位置する第１室４４ａに落下する溶融金属１４は多孔質焼結体１２に含浸されなかった残存溶融金属である。残存溶融金属が第１室４４ａ内に落下した段階で、第２室４４ｂには溶融金属１４が含浸された多孔質焼結体１２が残ることとなる。
【００７６】
その後、ガス導出管５２を通じて高圧容器３０内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管５０を通じて冷却用ガスを高圧容器３０内に導入する（ステップＳ９）。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導入によって、冷却用ガスが高圧容器３０内を満遍なく循環し、高圧容器３０は急速に冷却される。この速やかなる冷却によって、前記多孔質焼結体１２に含浸された溶融金属１４が、急速に金属１４の塊に固化して体積が膨張することから、含浸された金属１４は多孔質焼結体１２に強固に保持される。
【００７７】
他の冷却工程としては、図３において一点鎖線の枠内に示すように、前記ステップＳ８での処理が終了した段階で、高圧容器３０、あるいは溶融金属１４が含浸された多孔質焼結体１２を冷却ゾーンに搬送し、冷却ゾーンに設置されている冷やし金に接触させる方法がある（ステップＳ１０参照）。
【００７８】
この冷やし金への接触によって多孔質焼結体１２は急速に冷却されることになる。この冷却過程においては、多孔質焼結体１２に冷却ガスを吹き付けたり、冷やし金を水冷しながら行うようにしてもよく、特に、押湯効果を考えて冷却した方が好ましい。
【００７９】
このように、第１の製造方法の各工程を踏むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２への金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しかも、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａを得ることができる。
【００８０】
また、後述する多孔質焼結体１２にＳｉＣを採用する場合でも、室温から２００℃までの閉気孔率が５％以下で、かつ直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であるヒートシンク材１０Ａを容易に得ることができる。
【００８１】
前記ステップＳ５において、ヒータ４２に通電して第１室４４ａの金属１４を加熱溶解する場合に、ステップＳ６に移行する所定温度（加熱温度）は、金属１４の融点より３０℃〜２５０℃高い温度がよく、好ましくは前記融点より５０℃〜２００℃高い温度が望ましい。この場合、高圧容器３０内を１×１０-3Ｔｏｒｒ以下の真空中にしておくことが好ましい。
【００８２】
また、前記ステップＳ７において、高圧容器３０内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器３０に付与する圧力としては、０．９８ＭＰａ以上、２０２ＭＰａ以下とする。この場合、４．９ＭＰａ以上、２０２ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは９．８ＭＰａ以上、２０２ＭＰａ以下であるとよい。
【００８３】
この圧力は、高圧である方が含浸率の向上、冷却能力の向上の観点から好ましい。しかし、圧力が高すぎるとグラファイトの破損が生じやすくなり、また、高圧に耐えうる設備のコストが高くなるので、これらの要素を勘案して圧力を選択する。
【００８４】
また、高圧容器３０への圧力の付与時間は１秒以上、６０秒以下がよく、望ましくは１秒以上、３０秒以下が好ましい。
【００８５】
なお、多孔質焼結体１２の気孔としては、上述したように、平均直径が０．１μｍ〜２００μｍであり、かつ、気孔率が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。
【００８６】
ただし、後述する多孔質焼結体１２にＳｉＣを採用する場合は、平均直径が５μｍ〜５０μｍのものが９０％以上存在し、かつ、気孔率が２０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％であることが望ましい。
【００８７】
一方、冷却工程における冷却速度は、含浸時の温度から８００℃までの期間において、−４００℃／時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−８００℃／時間以上が望ましい。
【００８８】
前記ステップＳ７において、高圧容器３０に付与する圧力は、多孔質焼結体１２の開気孔に金属１４を完全に含浸させるために必要な圧力である。この場合、多孔質焼結体１２に金属１４が含浸されていない開気孔が残存すると、熱伝導性を著しく阻害するため、高い圧力を付与することが必要となる。
【００８９】
この圧力はその概略をワッシュバーン（Washburn）の式によって推定できるが、気孔径が小さいほど大きな力を必要とする。この式に従えば、０．１μｍφのとき３９．２ＭＰａ、１．０μｍφのとき３．９２ＭＰａ、１０μｍφのとき０．３９２ＭＰａの圧力が適当である。しかしながら、実際は平均気孔径が０．１μｍφの材料は０．０１μｍφ以下の気孔も存在するためにより大きい圧力が必要になる。具体的には０．０１μｍφには３９２ＭＰａの圧力が必要である。
【００９０】
なお、グラファイトへの添加元素や金属１４への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたので、ここではその説明を省略する。
【００９１】
次に、第１の製造方法のいくつかの変形例を図４及び図５を参照しながら説明する。
【００９２】
第１の変形例は、図４に示すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ１０１）。高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる（ステップＳ１０２）。
【００９３】
その後、多孔質焼結体１２を第２室４４ｂにセットし、予め溶融された金属（溶融金属）１４を第１室４４ａ内に流し込む（ステップＳ１０３）。
【００９４】
その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回させる（ステップＳ１０４）。この転回動作によって、第１室４４ａ内の溶融金属１４が下方に位置する第２室４４ｂに落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼結体１２が含浸された状態となる。
【００９５】
その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ１０５）。この加圧処理によって、前記溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸することとなる。
【００９６】
次に、第２の変形例について図５を参照しながら説明する。この第２の変形例に係る含浸工程は、高圧容器３０内に設置されている耐火容器４０の内部中央部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板（図示せず）が設けられた高圧容器３０を用いる。耐火容器４０内は、前記仕切板によって第１室４４ａと第２室４４ｂとに仕切られることになる。
【００９７】
前記仕切板としては、気孔率が４０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、より好ましくは気孔率が７０ｖｏｌ％〜８５ｖｏｌ％であり、かつ気孔径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましい。
【００９８】
そして、この第２の変形例では、図５に示すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ２０１）。高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方に、第２室４４ｂを上方に位置させる（ステップＳ２０２）。
【００９９】
その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊を上方に位置する第２室４４ｂ内に配置し、多孔質焼結体１２を下方に位置する第１室４４ａにセットする（ステップＳ２０３）。
【０１００】
その後、高圧容器３０（及び耐火容器４０）を密閉した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする（ステップＳ２０４）。
【０１０１】
その後、ヒータ４２に通電して第２室４４ｂの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ２０５）。前記溶融金属１４が所定温度に達した段階で、ガス導入管５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ２０６）。この加圧処理によって、上方に位置する第２室４４ｂ内の溶融金属１４は、仕切板を通過し、下方に位置する第１室４４ａ内の多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸されることになる。
【０１０２】
次に、第２の製造方法について図６〜図８を参照しながら説明する。この第２の製造方法では、図６に示すように、グラファイトを焼成して多孔質焼結体１２を作製するための炉６０と、図７に示すように、多孔質焼結体１２に金属１４を含浸させるためのプレス機６２が使用される。
【０１０３】
炉６０は、図６に示すように、黒鉛をグラファイト化するために用いられるものであり、その内部にケース７０を収容可能な空間７２と、該空間７２内に収容されたケース７０を加熱するためのヒータ７４が設けられている。ケース７０はグラファイト、セラミックス、セラペーパ（アルミナ等のセラミックスから構成される断熱材）等の材料から構成される。そして、このケース７０には、グラファイトが収容される。
【０１０４】
プレス機６２は、図７に示すように、上部開口の凹部８０を有する金型８２と、凹部８０内に挿通可能とされ、かつ、凹部８０内の内容物を押し下げ圧入するパンチ８４とを有する。
【０１０５】
次に、前記炉６０とプレス機６２を用いた第２の製造方法について図６〜図８を参照しながら説明する。
【０１０６】
まず、ケース７０内にグラファイトを入れ、該ケース７０を炉６０内に収容する（ステップＳ３０１）。炉６０内の雰囲気を加熱して、グラファイトを焼成し多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ３０２）。
【０１０７】
また、この工程においては、グラファイトに対して電流を通電することにより３０００℃程度まで加熱して、多孔質焼結体１２を作製するようにしてもよい。
【０１０８】
その後、炉６０から多孔質焼結体１２をケース７０ごと取り出して、プレス機６２の凹部８０内に多孔質焼結体１２をケース７０ごと収容する（ステップＳ３０３）。
【０１０９】
次に、ケース７０内に金属１４の溶湯８６を注湯した後（ステップＳ３０４）、パンチ８４を凹部８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し下げ圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチ８４の押圧処理によって、金属１４の溶湯８６は、多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸することとなる。
【０１１０】
上述の第２の製造方法において、前記パンチ８４による圧入時の圧力を１．０１ＭＰａ〜２０２ＭＰａ（１０気圧〜２０００気圧）とすることが好ましい。また、図７に示すように、ケース７０の底部や金型８２の底部に、多孔質焼結体１２に残存するガスを抜くためのガス抜き孔８８及び９０やガスを抜くための隙間部を形成するようにしてもよい。この場合、パンチ８４の圧入時に、多孔質焼結体１２に残存するガスがガス抜き孔８８及び９０を通して抜けるため、開気孔への溶湯８６の含浸がスムーズに行われることになる。
【０１１１】
このように、第２の製造方法の各工程を踏むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２への金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しかも、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａを容易に得ることができる。
【０１１２】
上述の炉６０の代わりに、予熱を利用する炉を使用してもよい。この場合、予め圧粉した材料又はグラファイトによる多孔質焼結体１２を予熱する。この処理によってネットワーク化しているグラファイト（又は後述のＳｉＣ）に対して金属１４が含浸しやすくなる。予熱の温度は、溶湯８６と同程度の温度まで予熱することが望ましい。具体的には、溶湯８６が１２００℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は１０００℃〜１４００℃が望ましい。
【０１１３】
次に、１つの実験例を示す。この実験例は、第２の製造方法を用いて、１種類のカーボン（グラファイト）に含浸する金属１４の種類、添加元素の種類を変えて、含浸箇所による密度の違い、熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いに関する添加元素の効果をそれぞれ見たものである。この実験例の結果を図９〜図２１に示す。
【０１１４】
図９は、前記第２の製造方法によって作製された図１に示すヒートシンク材１０ＡのＩＶ−ＩＶ線方向の断面図を示す。前記密度の違いについては、前記ヒートシンク材１０Ａの含浸箇所を含浸箇所１０ａ〜１０ｆに６分割して、前記６分割における密度を測定した。
【０１１５】
図１０〜図１３は、前記含浸箇所１０ａ〜１０ｆにおけるヒートシンク材１０Ａの密度を示す。ここで、上記した添加元素を金属１４に添加して作製されたヒートシンク材１０Ａは６種類（７５Ｓｂ／２５Ｃｕ、７０Ｓｂ／３０Ｔｅ、６０Ｓｂ／４０Ｓｎ、１５Ｎｉ−８５Ｂｉ、８５Ｓｂ−１５Ｂｉ、７０Ｓｂ−１Ｚｒ−２９Ｓｎ）であり、前記６種類以外の３種類のヒートシンク材１０Ａ（７０Ｎｉ−３０Ｓｉ、７５Ａｌ−２５Ｓｉ、５０Ｓｎ−５０Ｃｕ）は、従来技術に基づいて構成されたヒートシンク材である。また、素材（ＮＳ３−２１）は前記ヒートシンク材１０Ａの基材であるグラファイトである。添加元素の金属１４への添加によって、該ヒートシンク材１０Ａの密度のばらつきがほとんどないことが分かる。すなわち、前記含浸箇所１０ａ〜１０ｆには同一量の金属１４が含浸されていることを示していると共に、気孔率も同一であることが示唆される。
【０１１６】
図１４〜図２０は、前記実験例及び４種類のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ−５Ｃｕ、９５Ｓｂ−５Ｂｉ、９５Ｓｂ−５Ｓｎ、９５Ｓｂ−５Ｔｅ）における熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いをまとめたものである。
【０１１７】
まず、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉを添加元素として含浸したヒートシンク材１０Ａの場合、純アルミ、純銅、純ニッケルを含浸させた従来技術に係るものと比較して、密度及び熱伝導率に違いは見られない。これは、前記添加元素の添加によって、カーボンと金属１４との界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属１４との密着性が向上するためである。
【０１１８】
他方、気孔率については、すべてのカーボンにおいて、純銅を含浸させたもの、銅合金を含浸させたもの、純アルミを含浸させたものと比較して、前記添加元素を含浸させたものの気孔率は低下することが確認された。これも、前記添加元素の添加によって、カーボンと金属１４との界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属１４との密着性が向上するためである。
【０１１９】
また、これら各サンプルは、面方向と厚さ方向の熱伝導率の比が１：５以下となっており、ほとんど等方性に近い特性を有するため、ヒートシンクとして使用する場合に、設置方向をいちいち考慮する必要がなく、実装面で有利となる。
【０１２０】
図２１は、前記実験例よりも高い含浸圧力で作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、金属含浸後の気孔率をまとめたものである。この場合、第１の製造方法による１種類のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ−５Ｃｕ）と、従来技術による１種類のヒートシンク材（４．５Ｓｉ−９５．５Ｃｕ）について調べた。
【０１２１】
含浸圧力を増加した場合は、例えば図２０に挙げたサンプル等と比較すると、残留気孔率はやや低減していることがわかる。ただし、第１の製造方法によって作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、図１０〜図２０に示す低い含浸圧力におけるヒートシンク材１０Ａの密度とを比較すると、含浸圧力の増加は、金属含浸後の密度及び残留気孔率に対してそれほど影響を与えないことがわかる。それよりは、図２１に示すように、含浸金属を変えることで、残留気孔率の低減が大きいことが注目される。つまり、含浸圧力の増加による効果よりも、含浸金属を変えることによる効果が大きいことが認められる。従って、添加金属を含浸したヒートシンク材１０Ａは、低い含浸圧力であっても、所望の気孔率と密度を備えたヒートシンク材１０Ａを実現することが可能である。
【０１２２】
次に、第２の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｂについて図２２を参照しながら説明する。
【０１２３】
第２の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｂは、図２２に示すように、カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形されて構成されている。
【０１２４】
前記カーボン又はその同素体としては、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに望ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）のものを使用することが好ましい。特に、この第２の実施の形態では、グラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することができる。この第２の実施の形態では、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のグラファイトの粉末と銅の粉末を混合し、成形して構成されたヒートシンク材１０Ｂを示している。前記金属１４としては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Ｂｉのほかに、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金を使用することができる。
【０１２５】
また、この第２の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｂは、前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材（例えば炭素繊維の粉砕裁断材）と前記金属１４の粉末１４ａとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成することもできる。
【０１２６】
そして、前記所定温度としては、プレス型内での成形を考慮すると、前記金属１４における融点の−１０℃〜−５０℃が好ましく、前記所定圧力としては、１０．１３ＭＰａ〜１０１．３２ＭＰａ（１００気圧〜１０００気圧）が好ましい。
【０１２７】
また、前記カーボン又はその同素体の粉末１２ａと、金属１４の粉末１４ａの平均粉末粒度は、１μｍ〜５００μｍであることが好ましい。カーボン又はその同素体と金属１４との体積率は、カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属１４が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲としている。これにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％であるヒートシンク材１０Ｂを得ることができる。
【０１２８】
この第２の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｂにおいて、カーボン又はその同素体に、成形後の再焼成を可能とする添加物を添加させることが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げることができる。これにより、成形後において、前記金属１４の融点以上の温度での再焼成が可能となる。この場合、成形後に生じた粒同士が前記再焼成によって結合することになるため、熱伝導を阻害する粒界をほとんどなくすことができ、ヒートシンク材１０Ｂの熱伝導率の向上を図ることができる。
【０１２９】
また、カーボン又はその同素体中に、該カーボン又はその同素体と反応する元素を添加するようにしてもよい。この添加元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上を挙げることができる。これにより、成形時や再焼成時に、カーボン又はその同素体の表面に反応層（カーバイド層）が形成され、ヒートシンク材１０Ｂの表面における粒同士の結合を向上させることができる。
【０１３０】
一方、前記金属１４には、凝固膨張の性質を備えた金属、例えばＢｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から選択された１種又は前記金属からなる合金を選択することが好ましい。これにより、カーボン又はその同素体と金属１４との界面の濡れ性が改善されると共に、前記金属１４が室温レベルまで冷却されることによる収縮量の減少を抑制することが可能となり、ヒートシンク材１０Ｂの気孔率を低減することが可能となる。
【０１３１】
また、前記金属１４に、銅に０．５ｗｔ％以下しか固溶しないＮｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅから選択された１種以上の低融点金属を添加することが好ましい。これにより、成形時における金属１４同士の結合力を向上することが可能となる。
【０１３２】
次に、この第２の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｂを製造するためのいくつかの方法（第３及び第４の製造方法）を図２３〜図２７を参照しながら説明する。
【０１３３】
まず、第３の製造方法は、具体的には図２３及び図２４にその一例を示すように、予備成形機１００（図２３参照）と、ホットプレス機１０２（図２４参照）を使用することによって行われる。
【０１３４】
予備成形機１００は、図２３に示すように、上部開口の凹部１１０を有する金型１１２と、凹部１１０内に挿通可能とされ、かつ、凹部１１０内の内容物を押し下げ圧入するパンチ１１４とを有する。ケース７０には、カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを混合したもの、すなわち、混合物１０４が収容される。
【０１３５】
ホットプレス機１０２は、図２４に示すように、筒状の筐体１２０内に、基台を兼ねる下パンチ１２２と、該下パンチ１２２上に固定された上面開口の黒鉛製の耐火容器１２４と、該耐火容器１２４内に上方から進退自在とされた上パンチ１２６と、前記耐火容器１２４を加熱するためのヒータ１２８が設けられている。耐火容器１２４には、前記予備成形機１００で成形された混合物１０４の予備成形体１０６が収容される。なお、このホットプレス機１０２には、真空引きのための吸気管１３０が設けられている。
【０１３６】
下パンチ１２２の内部には、耐火容器１２４内を加熱するための加熱用流体や耐火容器１２４内を冷却するための冷却用流体を流通させる通路１３２が設けられている。
【０１３７】
そして、第３の製造方法は、図２５に示す工程を踏むことにより行われる。まず、ケース７０内にカーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た後（ステップＳ４０１）、該混合物１０４が入ったケース７０を予備成形機１００における金型１１２の凹部１１０内に収容する（ステップＳ４０２）。その後、パンチ１１４を凹部１１０内に圧入して混合物１０４を予備成形して予備成形体１０６を成形する（ステップＳ４０３）。
【０１３８】
次に、金型１１２から予備成形体１０６を取り出して、該予備成形体１０６をホットプレス機１０２における耐火容器１２４内に収容する（ステップＳ４０４）。耐火容器１２４を密封した後、吸気管１３０を通じて耐火容器１２４内の真空引きを行って該耐火容器１２４内を負圧状態にする（ステップＳ４０５）。その後、ヒータ１２８に通電して、耐火容器１２４内の温度を金属１４の融点の−１０℃〜−５０℃にする（ステップＳ４０６）。
【０１３９】
所定温度に達した段階で、上パンチ１２６を下方に移動させて、予備成形体１０６を加圧してヒートシンク材１０Ｂを得る（ステップＳ４０７）。その後、加工工程等を経ることによって実際のヒートシンク材１０Ｂとして使用される。但し、カーボン又はその同素体と金属１４との結合力を高める元素が添加されている場合には、前記加圧後に、金属１４の融点以上まで加熱してもよい。
【０１４０】
なお、カーボン又はその同素体への添加元素や金属１４への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたので、ここではその詳細な説明を省略する。
【０１４１】
このように、第３の製造方法の各工程を踏むことにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ｂを容易に得ることができる。
【０１４２】
次に、第４の製造方法について図２６及び図２７を参照しながら説明する。この第４の製造方法では、図２６に示すように、予備成形機１００は使用せずに、ホットプレス機１０２のみを使用することによって行われる。
【０１４３】
すなわち、図２７に示すように、まず、ケース７０内にカーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た後（ステップＳ５０１）、ケース７０内の混合物１０４を直接ホットプレス機１０２における耐火容器１２４内に収容する（ステップＳ５０２）。耐火容器１２４を密封した後、吸気管１３０を通じて耐火容器１２４内の真空引きを行って該耐火容器１２４内を負圧状態にする（ステップＳ５０３）。その後、ヒータ１２８に通電して、耐火容器１２４内の温度を金属１４の融点の−１０℃〜−５０℃にする（ステップＳ５０４）。
【０１４４】
所定温度に達した段階で、上パンチ１２６を下方に移動させて、混合物１０４を加圧してヒートシンク材１０Ｂを得る（ステップＳ５０５）。
【０１４５】
この第４の製造方法においても、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ｂを容易に得ることができる。
【０１４６】
次に、第３の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｃについて図２８を参照しながら説明する。
【０１４７】
第３の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｃは、図２８に示すように、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂとバインダー（結合体）等とを混合した混合物を加圧して予備成形体及びブロック（立方体、直方体、又は任意の形状であってもよい）を成形し、さらに、このブロックに金属１４を含浸させて構成している。粉末１２ｂは、第２の実施の形態で用いたカーボン又はその同素体の粉末１２ａと同じものでもよい。このヒートシンク材１０Ｃは、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。
【０１４８】
前記カーボン又はその同素体としては、グラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することができる。また、金属１４としては、Ｂｉのほかに、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄又はこれらの金属を含む合金を使用することができる。
【０１４９】
また、前記カーボン又はその同素体の粉末１２ｂの平均粉末粒度は、１μｍ〜５００μｍであり、前記粉末１２ｂが最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比が１：５以下であることが好ましい。この場合、強いネットワークはないものの、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。従って、後工程の加工を省略することも可能である。そして、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂと金属１４との体積率は、カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属１４が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲が望ましい。
【０１５０】
また、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂ中に、該カーボン又はその同素体と反応するための添加元素を添加することが望ましい。この添加元素は第２の実施の形態と同様に選択すればよい。
【０１５１】
前記金属１４には、第１の実施の形態の場合と同様に各添加元素を用いることが望ましい。つまり、濡れ性を改善させるための添加元素、カーボン又はその同素体と金属１４との反応性を向上させるための添加元素、融点を低減させるための添加元素等である。
【０１５２】
次に、第３の実施の形態の第５の製造方法について図２９を参照しながら説明する。この第５の製造方法では、まず、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂに水又はバインダー（結合材）を混合させて混合物を用意する（ステップＳ６０１）。
【０１５３】
そして、その混合物を所定圧力で加圧して図示しない予備成形体を成形する（ステップＳ６０２）。加圧装置としてはプレス機６２（図７参照）又は予備成形機１００（図２３参照）を用いるとよい。
【０１５４】
次に、得られた前記予備成形体に溶融金属１４を含浸しやすくするために予熱処理を行う（ステップＳ６０３）。この予熱温度は、例えば、溶融金属１４が１２００℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は１０００℃〜１４００℃が望ましい。この予熱処理を行うことで、ステップＳ６０１において用いたバインダーを除去することもできる。
【０１５５】
さらに、ステップＳ６０４において、前記予備成形体を焼成してブロックを成形する。焼成する方法は第１の実施の形態と同様に行う。
【０１５６】
そして、溶融金属１４を前記ブロックに含浸させる（ステップＳ６０５）。この含浸工程は、第１の実施の形態で示した各含浸工程と同じ処理を行えばよい。例えば、高圧容器３０（図２参照）を使用して、第１の製造方法（図３参照）におけるステップＳ２からステップＳ９の工程を行うことでヒートシンク材１０Ｃを得ることができる。
【０１５７】
この第５の製造方法によれば、ステップＳ６０２で行う加圧処理において、粉末の圧粉状況により熱膨張率と熱伝導率を所望の値に制御することができる。
【０１５８】
また、得られたヒートシンク材１０Ｃは、熱伝導率がより等方性になり、濡れ性、材料の歩留まりも向上するという特徴を持つ。
【０１５９】
さらに、金属１４の方がネットワークになるので強度を上げることができ、残留気孔も減少させることができる。
【０１６０】
またさらに、ヒートシンク材１０Ｃを廉価に製造することができる。すなわち、含浸前のブロックは脆いためにそのままでは加工できない。しかし、粉末予備成形品は、そのものの形状に成形しておいてから含浸することができ、かつ、その後の多少の塑性変形にも耐え得るため、複雑形状のヒートシンク材１０Ｃを廉価に得ることができる。
【０１６１】
この第５の製造方法においても、前述の各製造方法の場合と同様に、含浸させる金属１４に炭化物を形成する元素を添加することで熱膨張率を下げることができる。また、濡れ性等の改良元素を添加することにより含浸率を向上させることができる。
【０１６２】
また、高い含浸圧力を付与した場合の方が、含浸率が上がり、強度、熱伝導率も向上する。
【０１６３】
次に、第３の実施の形態に係るヒートシンク材１０Ｃの第６の製造方法について図３０を参照しながら説明する。この第６の製造方法では、まず、金属を溶解した溶解金属又は固液共存状態の金属（固液共存金属）を用意する（ステップＳ７０１）。ここで、固液共存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたもの、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたものをいい、金属を加熱して直接的に半融状態にしたものと、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にしたものの両方を指す。
【０１６４】
次に、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂを前記溶解金属又は固液共存状態の金属に混合させる（ステップＳ７０２）。
【０１６５】
そして、この粉末１２ｂを混合させた溶融金属１４又は固液共存金属を鋳造加工し、所望の形状に成形することでヒートシンク材１０Ｃを得ることができる（ステップＳ７０３）。
【０１６６】
第６の製造方法において得られたヒートシンク材１０Ｃは、第５の製造方法により作製したものと同様の特徴を有する。
【０１６７】
次に、本実施の形態に係るヒートシンク材１０の第７の製造方法について図３１〜図３４を参照しながら説明する。
【０１６８】
この第７の製造方法は、図３１に示すように、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂをグラファイト、セラミックス、セラペーパ等の材料からなるケース７０内に敷き詰めた状態、もしくは、その後、図３２に示すように、溶湯が注がれた際にケース７０内の粉末１２ｂが浮かないようにカーボン等の板状の蓋９２（この蓋９２には溶湯が流れるような孔９４を予め開けておく、もしくは多孔質のものを用いる）をした状態から、そのまま予熱し、その後、金属を粉末１２ｂに含浸させるという方法である。
【０１６９】
具体的には、まず、図３１及び図３４のステップＳ８０１に示すように、ケース７０内に粉末１２ｂを敷き詰める。その後、図３２及び図３４のステップＳ８０２に示すように、ケース７０に蓋９２をした後、予熱を行う。続いて、図３３及び図３４のステップＳ８０３に示すように、プレス機６２の凹部８０にケース７０（粉末１２ｂが敷き詰められている）を収容し、その後、蓋９２の孔９４を通じて銅等の溶湯８６をケース７０内に流し込む。もちろん、蓋９２をしない状態で予熱をしたり、溶湯８６をケース７０内に流し込んでもよい。
【０１７０】
次に、図３３及び図３４のステップＳ８０４に示すように、蓋９２をした状態で、パンチ８４を凹部８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し下げて、粉末１２ｂ内に圧入する。このパンチ８４の押圧処理によって、銅等の溶湯８６は、粉末１２ｂ中に含浸されることとなる。
【０１７１】
この第７の製造方法において得られたヒートシンク材１０Ｃにおいても、第５の製造方法により作製したものと同様の特徴を有する。
【０１７２】
次に、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用した実施の形態について説明する。まず、前記第１の実施の形態（第１の製造方法、第１の変形例、第２の変形例、及び第２の製造方法）において、ＳｉＣを利用する場合は、グラファイトを焼成して多孔質焼結体１２を作製する工程（ステップＳ１、ステップＳ１０１、ステップＳ２０１、ステップＳ３０１、及びステップＳ３０２）は不要であり、その後のステップでは同じ工程で製造することができる。
【０１７３】
さらに、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用した実施の形態として、第４の実施の形態に係る製造方法（第８の製造方法）について、図３５〜図３８を参照しながら説明する。
【０１７４】
この第８の製造方法は、具体的には図３５にその一例を示すように、ホットプレス機１０６０を使用することによって行われる。このホットプレス機１０６０は、前記第２の実施の形態で説明したホットプレス機１０２とほぼ同じ構造である。
【０１７５】
このホットプレス機１０６０は、筒状の筐体１０６２内に、基台を兼ねる下パンチ１０６４と、該下パンチ１０６４上に固定された上面開口の耐火容器１０６６と、該耐火容器１０６６内に上方から進退自在とされた上パンチ１０６８と、前記耐火容器１０６６を加熱するためのヒータ１０７０が設けられている。なお、このホットプレス機１０６０には、真空引きのための吸気管１０７２が設けられている。
【０１７６】
前記耐火容器１０６６は、中空部１０７４を有する筒状の形状を有する。上パンチ１０６８は、その側面に、該上パンチ１０６８の行程（ストローク）を決定するフランジ部１０７６が設けられ、該フランジ部１０７６の下面には、前記耐火容器１０６６の上周面と接触して耐火容器１０６６を密閉状態にするためのパッキン１０７８が取り付けられている。一方、下パンチ１０６４の内部には、耐火容器１０６６内を加熱するための加熱用流体や耐火容器１０６６内を冷却するための冷却用流体を流通させる通路１０８０が設けられている。
【０１７７】
そして、第８の製造方法は、図３６に示す工程を踏むことにより行われる。
【０１７８】
まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４内に、下からＳｉＣ１０２０、多孔質セラミック製のフィルタ１０５４、金属１４の塊の順で投入する（ステップＳ１３０１）。フィルタ１０５４としては、気孔率が４０％〜９０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、より好ましくは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましい。
【０１７９】
また、前記フィルタ１０５４は、ＳｉＣ１０２０と金属１４の塊とを仕切って両者を非接触状態におく仕切板としての機能を果たし、中空部１０７４のうち、フィルタ１０５４上の金属１４の塊がセットされた部分を上室１０７４ａ、フィルタ１０５４下のＳｉＣ１０２０がセットされた部分を下室１０７４ｂとして定義することができる。
【０１８０】
次に、耐火容器１０６６を密封した後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び１０７４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１３０２）。
【０１８１】
その後、ヒータ１０７０に通電して上室１０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１３０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよい。
【０１８２】
上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧する（ステップＳ１３０４）。このとき、上パンチ１０６８のフランジ部１０７６に取り付けられたパッキン１０７８と耐火容器１０６６の上周面との接触及び互いの押圧により、耐火容器１０６６が密封され、内部の溶融金属１４が耐火容器１０６６の外に漏れるという不都合が有効に防止される。
【０１８３】
所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶融金属１４）は上室１０７４ａ内の圧力によってフィルタ１０５４を通して下室１０７４ｂ側に押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に含浸される。
【０１８４】
時間管理によって予め設定されている終点（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態とされた時点）となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を下方から上方に向かって冷却させることにより（ステップＳ１３０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１０６６内の加圧状態は保持される。
【０１８５】
凝固が完了した時点で、金属１４が含浸されたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す（ステップＳ１３０６）。
【０１８６】
この第８の製造方法においては、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１４を溶融した後、速やかにＳｉＣ１０２０に接触させ、かつ、これらを加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにしたので、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸することができる。前記例では含浸処理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。
【０１８７】
このように、溶融金属１４とＳｉＣ１０２０を共に加圧下においた後に、互いに接触させて、含浸処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させることができる。
【０１８８】
前記例では、溶融金属１４の漏れを防止するために、上パンチ１０６８におけるフランジ部１０７６の下面にパッキン１０７８を設けるようにしたが、図３５の二点鎖線で示すように、耐火容器１０６６の上周面にパッキン１０７８を設けるようにしてもよい。また、図３７Ａ及び図３７Ｂに示すように、リング状の割型パッキン１１００を２枚重ねにしたパッキン部材１１０２を、図３８に示すように、上パンチ１０６８の下部に設けるようにしてもよい。この場合、パッキン部材１１０２の中空部１１０４に溶融金属１４が入り込むことにより各割型パッキン１１００の直径が拡大し、結果的に上室１０７４ａが密封されて溶融金属１４の漏れが防止されることになる。
【０１８９】
次に、第８の製造方法の変形例について図３９及び図４０を参照しながら説明する。なお、図３５と対応する構成要素については同符号を付して、その重複説明を省略する。
【０１９０】
この変形例に係る製造方法においては、ホットプレス機１０６０として、図３９に示すように、耐火容器１０６６における中空部１０７４の高さ方向中央部に多孔質セラミックスにて構成されたフィルタ部材１１１０が固着され、下室１０７４ｂの側面に扉１１１２が開閉自在に取り付けられたものが使用される。従って、耐火容器１０６６の中空部１０７４のうち、フィルタ部材１１１０よりも上の部分が上室１０７４ａとなり、フィルタ部材１１１０よりも下の部分が下室１０７４ｂとなる。特に、下室１０７４ｂに取り付けられた扉１１１２に関しては、該扉１１１２を閉じたときに下室１０７４ｂが密封されるような構造が採用される。
【０１９１】
そして、この変形例に係る製造方法は、図４０に示す工程を踏むことにより行われる。
【０１９２】
まず、耐火容器１０６６の上室１０７４ａ内に金属１４の塊を投入し、下室１０７４ｂの扉１１１２を開いて該下室１０７４ｂ内にＳｉＣ１０２０を投入する（ステップＳ１４０１）。
【０１９３】
次に、扉１１１２を閉じて下室１０７４ｂを密封し、さらにホットプレス機１０６０を密封した後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び１０７４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１４０２）。
【０１９４】
その後、ヒータ１０７０に通電して上室１０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１４０３）。この場合も前記ヒータ１０７０への通電と併せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよい。
【０１９５】
上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧する（ステップＳ１４０４）。
【０１９６】
所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶融金属）は上室１０７４ａ内の圧力によってフィルタ部材１１１０を通して下室１０７４ｂ側に押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に含浸される。
【０１９７】
時間管理によって予め設定されている終点となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を下方から上方に向かって冷却させることにより（ステップＳ１４０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属１４を凝固させる。
【０１９８】
凝固が完了した時点で、金属１４が含浸されたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す（ステップＳ１４０６）。
【０１９９】
この変形例に係る製造方法においても、第８の製造方法と同様に、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸することができる。また、この変形例でも、溶融金属１４とＳｉＣ１０２０を共に加圧下においた後に、互いに接触させて含浸処理を行うようにしているため、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させることができる。なお、この変形例では、負圧下で含浸処理を行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。
【０２００】
さらに、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用した実施の形態として、第５の実施の形態に係る製造方法（第９の製造方法）について、図４１及び図４２を参照しながら説明する。なお、図３５と対応する構成要素については同符号を付して、その重複説明を省略する。
【０２０１】
この第９の製造方法は、前記第４の実施の形態に係る製造方法と原理的にはほぼ同じであるが、含浸工程において、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを負圧下又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記金属１４を溶融する点で異なる。
【０２０２】
具体的には、図３５に示した第３の実施の形態に係る第８の製造方法にて使用されるホットプレス機１０６０の耐火容器１０６６内にフィルタ１０５４を投入せずに、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の順に投入する点で異なる。
【０２０３】
そして、第５の実施の形態に係る第９の製造方法は、図４２に示す工程を踏むことにより行われる。
【０２０４】
まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４内に、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の塊の順に投入する（ステップＳ１５０１）。
【０２０５】
次に、ホットプレス機１０６０を密封した後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを行って該耐火容器１０６６内を負圧状態にする（ステップＳ１５０２）。
【０２０６】
その後、ヒータ１０７０に通電して耐火容器１０６６内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１５０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよい。
【０２０７】
耐火容器１０６６内の金属１４の溶解物（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８を下方に移動させて耐火容器１０６６内を所定圧まで加圧する（ステップＳ１５０４）。
【０２０８】
所定圧になった金属１４の溶解物（溶融金属）は耐火容器１０６６内の圧力によってＳｉＣ１０２０に含浸される。
【０２０９】
時間管理によって予め設定されている終点（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態とされた時点）となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を下方から上方に向かって冷却することにより（ステップＳ１５０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１０６６内の加圧状態は保持される。
【０２１０】
凝固が完了した時点で、金属１４が含浸されたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す（ステップＳ１５０６）。
【０２１１】
この第９の製造方法においても、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１４とＳｉＣ１０２０とを接触させた状態で金属１４を溶融した後、耐火容器１０６６内を加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにしたので、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸することができる。
【０２１２】
なお、この発明に係るヒートシンク材は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】第１の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。
【図２】図２Ａは第１の製造方法で使用される高圧容器の正面を一部破断して示す図であり、図２Ｂは前記高圧容器の側面を一部破断して示す図である。
【図３】第１の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図４】第１の製造方法の第１の変形例を示す工程ブロック図である。
【図５】第１の製造方法の第２の変形例を示す工程ブロック図である。
【図６】第２の製造方法で使用される炉を示す構成図である。
【図７】第２の製造方法で使用されるプレス機を示す構成図である。
【図８】第２の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図９】図１に示すヒートシンク材のＩＶ−ＩＶ線方向の断面図である。
【図１０】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。
【図１１】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。
【図１２】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。
【図１３】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。
【図１４】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。
【図１５】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。
【図１６】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。
【図１７】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。
【図１８】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と密度を示す図である。
【図１９】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と熱伝導率を示す図である。
【図２０】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と密度を示す図である。
【図２１】第２の製造方法に係るヒートシンク材において、含浸圧力を変更したときの気孔率と密度を示す図である。
【図２２】第２の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。
【図２３】第３の製造方法で使用される予備成形機を示す構成図である。
【図２４】第３の製造方法で使用されるホットプレス機を示す構成図である。
【図２５】第３の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図２６】第４の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図２７】第４の製造方法で使用されるホットプレス機を示す構成図である。
【図２８】第３の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。
【図２９】第５の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３０】第６の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３１】第７の製造方法において、ケース内に粉末を敷き詰めた状態を示す説明図である。
【図３２】第７の製造方法において、ケース内に蓋を投入した状態を示す説明図である。
【図３３】第７の製造方法において、ケース内に溶湯を流し込んだ後、パンチで溶湯を押し下げる状態を示す説明図である。
【図３４】第７の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３５】第８の製造方法に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。
【図３６】第４の実施の形態に係る製造方法を示す工程ブロック図である。
【図３７】図３７Ａはパッキン部材を示す平面図であり、図３７Ｂは図３７ＡにおけるＸＸＶＩＩＢ−ＸＸＶＩＩＢ線上の断面図である。
【図３８】第８の製造方法に使用されるホットプレス機の他の例を示す概略構成図である。
【図３９】第８の製造方法の変形例に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。
【図４０】第８の製造方法の変形例を示す工程ブロック図である。
【図４１】第９の製造方法に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。
【図４２】第９の製造方法を示す工程ブロック図である。
【符号の説明】
【０２１４】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ヒートシンク材
１０ａ〜１０ｆ…含浸箇所          １２…多孔質焼結体
１２ａ、１２ｂ…カーボン又はその同素体の粉末
１４…金属（溶融金属）            １４ａ…金属の粉末
３０…高圧容器                    ３２、１２０、１０６２…筐体
３４、３６…側板                  ３８…回転軸
４０、１２４、１０６６…耐火容器  ４２、７４、１２８、１０７０…ヒータ
４４、１０７４、１１０４…中空部  ４４ａ…第１室
４４ｂ…第２室                    ４６…開口
４８、１３０、１０７２…吸気管    ５０…ガス導入管
５２…ガス導出管                  ６０…炉
６２…プレス機                    ７０…ケース
７２…空間                        ８０、１１０…凹部
８２、１１２…金型                ８４、１１４…パンチ
８６…溶湯                        ８８、９０…ガス抜き孔
１００…予備成形機                １０２、１０６０…ホットプレス機
１０４…混合物                    １０６…予備成形体
１２２、１０６４…下パンチ        １２６、１０６８…上パンチ
１３２、１０８０…通路            １０２０…ＳｉＣ
１０５４…フィルタ                １０７４ａ…上室
１０７４ｂ…下室                  １０７６…フランジ部
１０７８…パッキン                １１００…割型パッキン
１１０２…パッキン部材            １１１０…フィルタ部材
１１１２…扉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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