(57)【要約】【課題】  従来のＣｕ−ダイヤモンド基複合材料は、溶浸法では高い熱伝導率が得られておらず、超高圧法では高価であり、通電加圧焼結では比較的高い熱伝導率と低コストであるが耐熱性が不足しているので、ここに安価かつ熱伝導性と耐熱性のある同素材を提供する。【解決手段】  Ｃｒを２ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下添加し、高結晶性ダイヤモンド成分が２０ｖｏｌ％以上からなるダイヤモンド粒子を３０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下用いた、Ｃｕ−ダイヤモンド基固相焼結体とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下のダイヤモンドと２ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下のＣｒを含み残部がＣｕと不可避不純物で構成される、Ｃｕ−ダイヤモンド基固相焼結体。
【請求項２】
原料粉末として、粒度が５０μm以上５００μm以下で、ダイヤモンド粉末をレーザーラマン顕微鏡を用いて分析し、結晶性の高いダイヤモンド成分の１３３０ｃｍ−１のピークを赤、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成分の１４５０ｃｍ−１のピークを緑として表示させ、結果として赤色、黒赤色、赤黄色、黄色、緑色に分けた場合に、赤黄色、黄色、緑色の部分を含まない工業用合成ダイヤモンド粒子を用いた、請求項１に記載のＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体。
【請求項３】
原料粉末として、粒度が５０μm以上５００μm以下で、ダイヤモンド粉末をレーザーラマン顕微鏡を用いて分析し、結晶性の高いダイヤモンド成分の１３３０ｃｍ−１のピークを赤、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成分の１４５０ｃｍ−１のピークを緑として表示させ、結果として赤色、黒赤色、赤黄色、黄色、緑色に分けた場合に、赤色と黒赤色の部分から成り、赤色の占める割合が２０ｖｏｌ％以上で、残部は赤黒色で、赤黄色、黄色、緑色の部分を含まない工業用合成ダイヤモンド粒子を用いた、請求項１に記載のＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体。
【請求項４】
請求項１または請求項２または請求項３に記載の固相焼結体を用いた放熱板。
【請求項５】
請求項４に記載の放熱板が熱的に接触するように組み合わせられたエレクトロニクス用デバイス。
【請求項６】
ダイヤモンド粉末、Ｃｕ粉末、Ｃｒ粉末の混合物を、８００℃以上１０７０℃以下の温度で、真空または還元雰囲気中で、モールドにより２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力で加圧しながら固相焼結する、請求項１または請求項２または請求項３に記載の固相焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー用サブマウント、パワー半導体（ＬＤＭＯＳ＝Ｌａｔｅｒａｌ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）用基板、中央処理装置（ＣＰＵ＝Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などの、放熱板およびその素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や電気製品の分野では、電子部品の実装密度の増加・高出力化にともない、ジュール熱量等が増大するため温度上昇が著しいことから、効率的に放熱させることが課題となっている。特に高い放熱性が必要とされる場合は、熱伝導率５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱板が取り付けられるが、この放熱板には、Ｃｕ−ダイヤモンド基複合材料（特許文献１、特許文献２、特許文献３）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８４０２１号公報
【特許文献２】特表２００６−５１９９２８号公報
【特許文献３】特表２００７−５３５１５１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１５５３２４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｂ．Ｔｒｉｎｄａｄｅ，Ｔ．Ｗｅｉβｇａｒｂｅｒ，Ｂ．Ｋｉｅｂａｃｋ：「Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  Ｃｕ−ｂａｓｅｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  ｆｏｒ  ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ａ，４７５，２００８，ｐ．３９−４４
【非特許文献２】水内潔、井上漢龍、上利秦幸、山田信司、杉岡正美、伊丹正郎、川原正和、巻野勇喜雄：「ＳＰＳにより作製したダイヤモンド粒子分散型銅基複合材料の固化と熱伝導性」、日本金属学会誌、７１巻、２００７年、ｐ．１０６６−１０６９
【非特許文献３】Ｔ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｌ．Ｃｉｕｐｉｎｓｋｉ，Ｗ．Ｚｉｅｌｉｎｓｋｉ，Ａ．Ｍｉｃｈａｌｓｋｉ，Ｔ．Ｗｅｉβｇａｒｂｅｒ，Ｂ．Ｋｉｅｂａｃｋ：「Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕ／ｄｉａｍｏｎｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ｐｏｗｄｅｒ  ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  ｆｏｒ  ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｓｃｒｉｐｔａ  Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，５８，２００８，ｐ．２６３−２６６
【非特許文献４】林台煥、林宏爾：「射出成形用金属微粉の焼結緻密化に及ぼす還元生成ガスの平衡圧の影響」、粉体および粉末冶金、４０巻、１９９３年、ｐ．３７３−３７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｃｕ−ダイヤモンド基複合材料の従来の一般的製造方法としては、チューブ内に充填したダイヤモンド粉の間隙にＣｕの溶湯を吸引含浸して製造する方法、同溶湯をダイヤモンド粉の間隙に溶浸して製造する方法、Ｃｕ−ダイヤモンド混合粉を超高圧プレスを用いて加圧加熱して製造する方法、同混合粉を通電加圧焼結により製造する方法が用いられている。
【０００６】
Ｃｕの溶湯を用いる方法は、ダイヤモンド粒子がＣｕの融点以上の約１１００〜１３００℃の高温に加熱されることによりグラファイト化するため複合材料の熱伝導率が期待値よりも低くなる恐れがあり、かつ、ダイヤモンド粒子の加熱時間の変動、溶湯の組成ムラなどにより、安定して所定の熱伝導率が得にくい。また、ダイヤモンドやＣｕの熱伝導率の値から期待される高熱伝導率を有するＣｕ−ダイヤモンド基複合材料は得られていない。
【０００７】
この熱伝導率が期待値よりも低い原因は、加熱によりＣｕとダイヤモンド粒子の界面に隙間を生じること、すなわち、Ｃｕとダイヤモンド粒子の密着力が低いことあるとし、その機構は、熱膨張係数差に基づく寸法変化やダイヤモンド粒子表面部のグラファイト化が起こることにあると説明されている。
【０００８】
ここで、熱膨張係数差に基づく寸法変化については、ダイヤモンド粒子の表面をＡｇ・Ｓｉ共晶合金の箔で覆い真空焼結とヘリウムガス圧力による浸透で複合材料を作成するなどして、比較的低熱膨張係数の素材を得る先行技術がある（特許文献２）。
【０００９】
次に、ダイヤモンド粒子表面が劣化して生じたグラファイトは、Ｂ、Ｃｒなどと反応して炭化物を形成するので、これらの元素を添加してダイヤモンド粒子表面にＢ、Ｃｒなどの炭化物を生じさせて、ダイヤモンド粒子表面のグラファイトを減少させることで、Ｃｕとダイヤモンド粒子の密着力を高めることが提案されている（非特許文献１、非特許文献３）。
【００１０】
超高圧プレスを用いる方法は１００％緻密化することにより高い熱伝率が得やすく、その性能も比較的安定であるが、超高圧プレスの運転コストが高い。また、部品形状で作ることができないので、部品にするための加工コストも高い。よって、これらのコスト改善が求められている。
【００１１】
パルス通電加圧焼結（通称ＳＰＳ）による方法では９７％程度の緻密化に留まり完全緻密化出来ないが、９００℃程度で短時間の加熱で固相焼結であるためダイヤモンド粒子の劣化が少なく、５００Ｗ／ｍ・Ｋより高い熱伝導率が得られ、溶浸して製造する方法および超高圧プレスを用いて加圧加熱して製造する方法と比べるとコストが低く、期待されている方法である。しかし、固相焼結体は放熱板に成形した後、半導体への実装ろう付け処理での加熱による温度上昇により熱伝導率が著しく低下すること、または実装半導体の使用時の発熱による温度上昇により熱伝導率が低下することにより、放熱性が著しく劣化することが知られており、実用化に至っていない。
【００１２】
本発明者らが研究する前は、固相焼結では、完全緻密化が出来ずにＣｕ−ダイヤモンド基複合材料中に巣を生じていることやＣｕとダイヤモンドの界面強度が低いことなどが原因と考えられている。上記のようなろう付け処理時または使用時の熱伝導率の低下の対策技術として、ダイヤモンド粒子とＣｕマトリックスとの界面強度を高めることを目的として、Ｃｕメッキしたダイヤモンド粉を原料に用いてＳＰＳ焼結する先行技術が報告されている（非特許文献２）ものの、上記のような熱伝導率が低下して放熱性が著しく劣化することを実際には防止できていない。
【００１３】
すなわち、従来技術では、Ｃｕとダイヤモンド粒子の密着にのみ着目しているので、その処置では耐熱性を改善できていない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、まず、ホットプレスの一種であり実用的と思われるパルス通電加圧焼結法（以下ＳＰＳと記述）を用いて、Ｃｕ−ダイヤモンド基複合材料にＣｒを添加することによる、熱伝導率改善効果について研究した。
【００１５】
すなわち、Ｃｕ−５０ｖｏｌ％ダイヤモンドに、ＣｒをＣｕと置換するように最大７ｖｏｌ％添加し、ＳＰＳにより固相焼結して得られた固相焼結体と、その固相焼結体を真空ないし大気圧水素雰囲気で３００℃〜９００℃で１０ｍｉｎ〜３０ｍｉｎ加熱処理したものについて、熱伝導率を測定した。なお、３００℃は半導体用基板に放熱板として実装した場合に曝される温度を想定し、９００℃は半導体基用板などに実装する場合のろう付けで曝される温度を想定した。
【００１６】
その結果、本発明者らの研究においては、９００℃の１ｍｉｎのＳＰＳによる固相焼結において、Ｃｒ無添加でも５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上という高い熱伝導率が得られた。
【００１７】
Ｃｒ無添加でも５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率が得られたことから、焼結条件が整っていれば、目的とする高熱伝導率を有するＣｕ−ダイヤモンド固相焼結体が得られることが分かった。
【００１８】
さらにＣｒ量が多くなるほど徐々に熱伝導率が低下したが、６ｖｏｌ％Ｃｒ添加までは、５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を示した。
【００１９】
Ｃｒ量が多くなるほど徐々に熱伝導率が低下するのは、Ｃｒの熱伝導率が低いので、混合則で低下するものと考えられる。
【００２０】
以上から、非特許文献１の言う「炭化物形成元素を添加してダイヤモンド粒子表面にＢ、Ｃｒなどの炭化物を生じさせて、ダイヤモンド粒子表面のグラファイトを減少させることでＣｕとダイヤモンド粒子の密着力を高める」ということは必ずしも重要ではないと思われた。これらは第１の知見である。
【００２１】
次に、大気圧水素雰囲気で９００℃で加熱処理を１０ｍｉｎから３０ｍｉｎまで行った固相焼結体の熱伝導率について示す。
【００２２】
まず、Ｃｒ無添加および１ｖｏｌ％Ｃｒ添加では、大気圧水素雰囲気で９００℃で１０ｍｉｎの加熱処理により、熱伝導率は５００Ｗ／ｍ・Ｋを下回った。これにより、一般に言われている加熱処理による性能劣化を確かめることができた。
【００２３】
２ｖｏｌ％Ｃｒ〜３ｖｏｌ％Ｃｒ添加複合材料は、９００℃で１０ｍｉｎまでの加熱処理をしても、熱伝導率は劣化しなかった。しかし、9００℃で３０ｍｉｎの加熱処理では、熱伝導率は劣化した。
【００２４】
４ｖｏｌ％Ｃｒ〜６ｖｏｌ％Ｃｒ添加複合材料は、９００℃で１０ｍｉｎまでの加熱処理をしても、熱伝導率は劣化しなかった。さらに、９００℃で３０ｍｉｎの加熱処理をしても、熱伝導率は劣化しなかった。以上の結果を図１に示す。これらは第２の知見である。
【００２５】
本発明者らが研究する前は、加熱処理による熱伝導率の低下やその原因については、特許文献１〜３および非特許文献１では知られていない。
【００２６】
次に、Ｃｕとダイヤモンド粒子の界面に隙間を生じていないか調べた。その結果、Ｃｒ無添加固相焼結体もＣｒ添加焼結体も、加熱処理前も後も、ダイヤモンド粒子との接触面にＣｕ粒子の形状が残されていて、間隙のあることがわかった。また、Ｃｒ添加焼結体では、一部にこの間隙がほとんど見られない部分のあることも分かった。
【００２７】
このＣｒ添加による間隙の減少は、液相焼結を行う先行技術文献によるとＣｒ３Ｃ２を生じるためとしている（非特許文献２、非特許文献３）。しかし、軽元素に対応した走査型電子顕微鏡に付属のＥＰＭＡなどで拡大観察しつつ元素分析をして詳細に調べたが、Ｃｒ３Ｃ２の存在は確認されなかった。これは固相短時間焼結のためと思われる。これは第３の知見である。
【００２８】
他方、本発明者らの一人は、ＣｕやＦｅなどのＭＩＭ用微粉を用いた焼結体が相対密度９５〜９８％で止まる理由は、「酸化物と焼結雰囲気Ｈ２ガスや粉末中の不純物Ｃとの還元反応によって生じるＨ２ＯまたはＣＯガスの孤立空隙内での平衡圧が、孤立空隙の表面応力（収縮の駆動力）より高いことによる」であることを開示している（非特許文献４）。
【００２９】
そこで、本発明者らは、原料のＣｕ粉末中に必ず含まれる酸素に着目して、次のことを想定した。
【００３０】
まず、水素雰囲気下で加熱されると、Ｃｕに含まれる微量の酸素がＨ２Ｏガスあるいはダイヤモンド表面のＣと反応してＣＯやＣＯ２ガス（以下ＣＯｘと記載）となり、Ｃｕとダイヤモンド粒子の界面に空隙を生じる。すると界面接触熱抵抗が増大するため熱伝導率が低下する。
【００３１】
しかし、Ｃｒの酸化物ＣｒＯｘの標準生成自由エネルギー（ΔＧ０ｆ）の負の絶対値はＨ２ＯやＣＯｘのそれに比べて大きい、すなわち熱力学的にＣｒＯｘはＨ２ＯやＣＯｘに比べて安定であるので、ＣｒをＣｕに添加するとＣｕに含まれる微量の酸素は実質的に全てこのＣｒと優先的に反応してＣｒＯｘとなり、あるいは例え加熱雰囲気から拡散浸入したＨ（Ｃｕ中に固溶した状態）またはダイヤモンド粉中の主としてダイヤモンドライクカーボン等と反応してＨ２ＯガスまたはＣＯｘガスが加熱当初一時期に生じたとしてもこれらはやがてｘＨ２Ｏ＋Ｃｒ＝２ｘＨ＋ＣｒＯｘまたはＣＯｘ＋Ｃｒ＝Ｃ＋ＣｒＯｘの反応によりＨまたはＣとなるため、Ｈ２ＯガスまたはＣＯｘガスは平衡時には実質的に生じないので、結果的にＣｕとダイヤモンド粒子の界面にこれらのガス層が生じないので、Ｃｕとダイヤモンド粒子が焼結途中で密着できるようになる。すなわちＣｒは酸素ゲッターとして作用する。
【００３２】
次に、加熱処理でも同様に、Ｃｒを添加するとＨ２ＯガスまたはＣＯｘガスより標準生成自由エネルギーの小さいＣｒＯｘが生じ、Ｈ２ＯガスまたはＣＯガスが生じないので、結果的にＣｕとダイヤモンド粒子の界面にＨ２ＯガスまたはＣＯｘガス層を生じさせない。
【００３３】
結果として、ＣｒはダイヤモンドとＣｕとの界面の密着性の低下を防止すると理論的に推察される。
【００３４】
このことを確かめるために、質量分析計を用いて、Ｃｒ無添加および４ｖｏｌ％Ｃｒ添加のＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体を９００℃で１０ｍｉｎ水素雰囲気中で加熱した後、真空中で９００℃まで加熱して、Ｈ２ＯガスないしＣＯｘガスを生じるか調べた結果、４ｖｏｌ％Ｃｒ添加のＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体の方が少ないことを確かめた。これらの結果を図２に示す。
【００３５】
図２より、Ｃｒ添加固相焼結体の方が、発生するＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２の分子個数が少ないことが分かり、これは本発明者らの上記の推察が正しいことを示す。
【００３６】
すなわち熱伝導率に及ぼすＣｒ添加効果は、添加ＣｒがＨ２ＯガスまたはＣＯｘガスを生じないようにすることで、１）焼結でＣｕとダイヤモンド粒子の界面にＨ２ＯガスまたはＣＯｘガスを生じさせないので、Ｃｕとダイヤモンド粒子が焼結途中で密着できるようになる。そして、２）加熱処理では、添加ＣｒはＣｒＯｘとなりＨ２ＯガスまたはＣＯガスを生じさせないので、結果的にダイヤモンドとＣｕとの界面の密着性の低下を防止する。Ｃｒ添加効果はこれらの２点にあることを本発明者らは発見した。これらは第４の知見である。
【００３７】
そうすると、Ｃｒの他に、安定な酸化物を生成しやすい元素でＣｕに固溶し難い元素、Ｂ、Ｚｒなどを添加することでも同様の効果が得られるはずである。
【００３８】
しかし、Ｂは高価である。Ｚｒは安価なものがあるが、安価なＺｒ粉は最初からＺｒＯｘを多量に粒子表面に含んでいるため、Ｃｕ−ダイヤモンド基複合材料に添加しても、新たにＺｒＯｘを生じないので、Ｈ２ＯガスないしＣＯｘガスを生じないようにする効果がほとんど得られない。ＺｒＯｘを多量に含んでいないＺｒは高価である。なお、ＺｒはＣｕと金属間化合物を生成し、その為、ＺｒＯｘを生じにくい可能性もある。
【００３９】
安価で比較的高純度の元素として市場にあるのはＣｒである。ここで、特殊な製法により、より酸素の少ないＣｒ粉末を用いると、より少ない添加量とできるが、特殊な製法では高価になる欠点を生じる。従って、通常は市販の安価なＣｒ粉末を用いるとよい。これらは第５の知見である。
【００４０】
次に、市販のダイヤモンド粒子の結晶について、ナノフォトン株式会社製走査型レーザーラマン顕微鏡ＲＡＭＡＮ−１１を用いてラマンシフトを調べた。
【００４１】
本発明者らは、レジンボンド砥石用のダイヤモンド粒子は、ダイヤモンドのピーク（ラマンシフトの１３３０ｃｍ−１のピーク）と、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のピーク（ラマンシフトの１４５０ｃｍ−１のピーク）とが見られ、ダイヤモンドとＤＬＣの複合体で構成されることが分かり、それを利用した研削砥石、研削方法などの先行技術を公開した（特許文献４）。すなわち工業用のダイヤモンド粒子は、必ずしも単一なダイヤモンド相ではないことを開示している。
【００４２】
本発明では、前述のレジンボンド砥石用のダイヤモンド粒子より結晶性の高いダイヤモンド粒子を使用するので、新たに結晶性の高いダイヤモンド粒子について、前述と同様にしてラマンシフトを調べた。
【００４３】
すなわち、ナノフォトン株式会社製走査型レーザーラマン顕微鏡ＲＡＭＡＮ−１１を用いてダイヤモンド粉末を分析し、ダイヤモンド成分の１３３０ｃｍ−１のピークを赤、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成分の１４５０ｃｍ−１のピークを緑として表示させると、結果として、ダイヤモンド粒子は赤色、黒赤色、赤黄色、黄色、緑色に分けられた。
【００４４】
赤黄色、黄色は、ダイヤモンドの赤色とＤＬＣの緑が混在するものすなわちダイヤモンドとＤＬＣの混合物等である。黒赤色はなんらかの理由でダイヤモンドのラマン散乱が弱いダイヤモンドである。
【００４５】
Ｃｕ−５０ｖｏｌ％ダイヤモンド固相焼結体の場合で、耐熱性が優れるようにするにはＤＬＣ成分はほとんどないもの、すなわち赤色、黒赤色のダイヤモンド粒子が必要であることが分かった。逆に言えば、ＤＬＣは含まれないようにする必要がある。これは、ＤＬＣが加熱により容易に他種のカーボンに変化し、添加ＣｒがｘＣ＋Ｃｒ＝ＣｒＣｘの反応により消耗し、またＣｒ粒子表面がＣｒＣｘに覆われて上記のｘＨ２Ｏ＋Ｃｒ＝２ｘＨ＋ＣｒＯｘおよびＣＯｘ＋Ｃｒ＝Ｃ＋ＣｒＯｘの反応によるＨ２ＯおよびＣＯｘガスの生成抑止効果が無くなるからである。
【００４６】
さらに、赤色、黒赤色のダイヤモンド粒子のうち赤色のダイヤモンド粒子が２０ｖｏｌ％以上でなければならないことも分かった。これが第６の知見である。
【００４７】
次に、ダイヤモンドのｖｏｌ％は、３０ｖｏｌ％未満では熱伝導率が不十分となり、８０ｖｏｌ％を超えると焼結での緻密化が極めて困難になるので、３０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下が好ましい。
【００４８】
さらに、ダイヤモンドの粒度は、５０μm未満では、ダイヤモンドとＣｕの界面（熱伝導率が低い）の増加により複合材料の熱伝導率が不十分となり、５００μmを超えると焼結での緻密化が極めて困難になるので、５０μm以上５００μm以下が好ましい。
【００４９】
また、ダイヤモンドの量が多い例えばＣｕ−８０ｖｏｌ％ダイヤモンドの組成の場合は、焼結が極めて困難になるが、５０μmと２００μmなど粒度の異なるダイヤモンド粉末を組み合わせることで緻密化できる。
【００５０】
ここで、ダイヤモンドの粒度の測定には、標準篩を用いた篩分け試験か、またはレーザー回折式粒度分布測定装置を用いるとよい。
【００５１】
なお、本方法では、通常の方法で混合し、冷間プレスして成形体を作製し、次に通常のホットプレスまたは通電加圧焼結装置またはＳＰＳを用いて、加圧固相焼結で製造する。加圧方法は、モールドにより加圧するものであればよく、これには例えばホットプレスまたは通電加圧焼結装置またはＳＰＳがあるが、これらに限定されるものではない。
【００５２】
通常のホットプレスまたはＳＰＳでのプレス圧力は、２０ＭＰａ未満では、焼結での緻密化が極めて困難になる。またプレス圧力が５０ＭＰａを越えるとプレス型が破壊する恐れがある。よって、プレスの加圧は２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下が好ましい。なお、より高圧に耐えられる型を用いれば、より高圧にしてもよい。
【００５３】
焼結雰囲気は、ダイヤモンドやＣｕが酸化されないように、真空または、Ａｒ等の還元雰囲気で行う。
【００５４】
焼結温度については、温度が高く液相を大量に生じるとＣｕが染み出て成分が一定でなくなり、また、Ｃｒが炭化物になり熱伝導率を低下させるので、Ｃｒを２ｖｏｌ％以上添加できなくなる。そのため、通常のホットプレスまたはＳＰＳでの焼結温度は１０７０℃を超えないようにする。
【００５５】
また、焼結温度が８００℃未満では、焼結での緻密化が極めて困難になるので、焼結温度は８００℃以上１０７０℃以下が好ましい。
【００５６】
以上により、室温の熱伝導率が優れ、加熱されてもその熱伝導率の劣化が極めて少ない、Ｃｕ−ダイヤモンド基固相焼結体の発明に成功した。
【発明の効果】
【００５７】
本発明による、Ｃｒ添加をしたＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体は、安価に生産することができ、かつ優れた熱伝導性と耐熱性を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】Ｃｕ−５０ｖｏｌ％ダイヤモンド基固相焼結体の熱伝導率に及ぼすＣｒ添加および加熱処理条件の影響である。
【図２】Ｃｕ−５０ｖｏｌ％ダイヤモンド固相焼結体またはＣｕ−４ｖｏｌ％Ｃｒ−５０ｖｏｌ％ダイヤモンド固相焼結体を、真空中で９００℃まで加熱した場合に生じる、ガスの質量分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００５９】
原料として、粒度が５μｍで酸素量が０．２ｍａｓｓ％のＣｕ粉末、粒度が２００μｍの表１の５種類のダイヤモンド粉末、粒度が８．８μｍで酸素量が０．８ｍａｓｓ％のＣｒ粉末を用意した。ここで、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末の粒度は、レーザー回折式粒度分布測定装置で測定した中央値ｄ５０であり、ダイヤモンドの粒度は、篩分けにより決められたものである。
【００６０】
ダイヤモンド粉末は、ナノフォトン株式会社製走査型レーザーラマン顕微鏡ＲＡＭＡＮ−１１を用いて分析し、結晶性の高いダイヤモンド成分の１３３０ｃｍ−１のピークを赤、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）成分の１４５０ｃｍ−１のピークを緑として表示させ、結果として赤、黒赤、赤黄色、黄色、緑色に分けられた結果を、画像処理により面積率を求めて、ｖｏｌ％と等しいとして表１を得た。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
次に、基本組成をＣｕ−３０〜８０ｖｏｌ％ダイヤモンド（Ｃｒ無添加）とし、Ｃｒを最大７ｖｏｌ％まで添加した組成も作成し、富士電波工機株式会社製放電プラズマ焼結機ＤＲ．ＳＩＮＴＥＲ（登録商標）ＳＰＳ−６２５を用いて、雰囲気は１０Ｐａ以下の真空とし、昇温速度は室温から８００℃までは２００℃／ｍｉｎとし、それから焼結温度までは５０℃／ｍｉｎとし、焼結温度に達したところで、５０ＭＰａで通電加圧しながら１ｍｉｎ保持して、その後１ｍｉｎで４００℃まで冷却し、その後炉冷して取り出した。
【００６３】
焼結温度は、組成により９００℃から９４０℃の間でＣｕが染み出さない温度とした。いずれの組成のＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体も、相対密度が９５％以上であった。
【００６４】
得られたＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体について、室温および大気圧水素（露点は約マイナス５０℃）雰囲気で９００℃で３０ｍｉｎまでの加熱処理をした後の熱伝導率を測定し、表２の結果を得た。
【００６５】
【表２】
2014214363.tif 000004
【実施例２】
【００６６】
実施例１のダイヤモンド粉末Ｄ３を、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５で置き換え、他は実施例１と同様にして作成したＣｕ−ダイヤモンド基固相焼結体について、室温および大気圧水素雰囲気で９００℃で３０ｍｉｎまでの加熱処理をした後の熱伝導率を測定し、表３の結果を得た。より高結晶性のダイヤモンド成分の多いダイヤモンド粒子を用いると、室温および加熱処理後の熱伝導率が高くなることが分かった。
【００６７】
【表３】
2014214363.tif 000005
【実施例３】
【００６８】
実施例１と同様にして作成したＣｕ−３０ｖｏｌ％ダイヤモンド基固相焼結体について、室温および大気圧水素雰囲気で９００℃で３０ｍｉｎまでの加熱処理後の熱伝導率を測定し、表４の結果を得た。これより、Ｃｕ−３０ｖｏｌ％ダイヤモンド基固相焼結体では、２ｖｏｌ％Ｃｒ添加で耐熱性がようやく得られることが分かった。
【００６９】
【表４】
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【実施例４】
【００７０】
表１のダイヤモンドＤ５タイプのダイヤモンドで、粒度を５０μｍと２００μｍのものを用いたＣｕ−８０ｖｏｌ％ダイヤモンド基固相焼結体を、焼結温度に達したところで５０ＭＰａで通電加圧しながら１0ｍｉｎ保持とし、他は実施例１と同様にして作成し、室温および大気圧水素雰囲気で９００℃で３０ｍｉｎまでの加熱処理をした後の熱伝導率を測定し、表５の結果を得た。これより、Ｃｕ−３０ｖｏｌ％ダイヤモンド基固相焼結体では、２ｖｏｌ％Ｃｒ添加で耐熱性がようやく得られることが分かった。
【００７１】
【表５】
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【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明による素材を用いた放熱板、およびそれを用いたエレクトロニクス用デバイスは、素材の優れた熱特性および経済性により、電気機器業界およびそれから派生したＩＴ業界に、広く普及、利用することができる。これにより、同業界の製品の高性能化、低コスト化に貢献できる。
【図１】
2014214363.tif 000008
【図２】
2014214363.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月13日(2013.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下のダイヤモンドと２ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下のＣｒを含み残部がＣｕと不可避不純物で構成される、Ｃｕ−ダイヤモンド基固相焼結体を用いた放熱板。
【請求項２】
請求項１に記載の放熱板が熱的に接触するように組み合わせられたエレクトロニクス用デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載された固相焼結体を用いた放熱板を製造する方法であって、
ダイヤモンド粉末、Ｃｕ粉末、Ｃｒ粉末の混合物を、８００℃以上１０７０℃以下の温度で、真空または還元雰囲気中で、モールドにより２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力で加圧しながら固相焼結する方法。