(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｏ粉末から３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅（Ｃｕ）を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含むＣｕ−Ｍｏ複合基板を製造することを特徴とする放熱基板の製造方法。
【請求項２】
Ｍｏ粉末に予めＣｕ粉末を５質量％以下の割合で混合した３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含浸してなるＣｕ−Ｍｏ複合基板を製造することを特徴とする放熱基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の放熱基板の製造方法において、前記圧粉体は、平均粒径（ＦＳＳＳ）２〜６μｍのＭｏ粉末を、油圧プレス機又は静水圧（ＣＩＰ）プレス機で５トン／ｃｍ２以下の圧力で成形されたものであることを特徴とする放熱基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の内のいずれか一つに記載の放熱基板の製造方法において、前記銅の含浸は、水素還元性雰囲気で１０８３〜１３００℃の温度で行われることを特徴とする放熱基板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４の内のいずれか一つに記載された放熱基板の製造方法によって製造されている放熱基板であって、前記Ｃｕ−Ｍｏ複合基板中のＭｏ粒子のアスペクト比（最長径／最短径）が２以下であることを特徴とする放熱基板。
【請求項６】
モリブデン（Ｍｏ）粉末から３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％のＣｕ（Ｃｕ）を含むＣｕ−Ｍｏ放熱基板の製造方法によって製造された放熱基板、または、モリブデン（Ｍｏ）の粉末に予めＣｕ粉末を５質量％以下の割合で混合した３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含浸してなるＣｕ−Ｍｏ放熱基板の製造方法によって製造された放熱基板のいずれかの放熱基板であって、熱膨張係数７〜１２×１０−６／Ｋ、熱伝導率１７０〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率１７０〜２４０ＧＰａ、密度１０ｇ／ｃｍ３以下の特性を備えていることを特徴とする放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大面積を有する放熱基板とその製造方法に関し、詳しくは、金属酸化物半導体電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、ＩＧＢＴ等のパワー半導体、又は、電気鉄道車両や電気自動車等に用いられる大容量整流器に搭載される大面積放熱基板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気鉄道車両、および電気自動車に使用される大容量の整流器の冷却が重要な課題となり、これらの整流器および関連部品を搭載し、冷却装置に接合するための比較的大型の放熱部材に対する要求が出てきた。この放熱部材には、熱伝導の観点からアルミニウムや銅等の金属材料が考えられるが、これら材料は熱膨張係数が大きく、整流器主材であるシリコンやシリコンを組みつけた窒化アルミニウム基板等の絶縁材料と接合する場合、ハンダ付けによる接合や、繰り返し使用時の熱変化により、熱膨張係数の差による熱歪により部材が変形したり破損する恐れが有る。それゆえ、熱膨張係数が半導体やセラミック絶縁材料に近くしかも熱伝導の優れた材料が求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の整流器に要求される用途と同種の物性は、これら整流器に限らず半導体素子を搭載するセラミックパッケージの放熱基板にも、従来からも要求されてきたものである。
【０００４】
特に、ピングリッドアレイ等アルミナ系セラミックと銀ロー付けにて接合される放熱基板の場合は、８９０〜９００℃と接合温度が高く、冷却時の熱歪みによるセラミック材の変形、破損に対し、より厳しい温度条件で組み立てられるため、アルミナ、べリリア等のセラミック材と熱膨張係数の近い特性を持つことが、良好な熱伝導を有する事にも増して材料選定の条件となっている。これを満たすものとして、タングステン（Ｗ）と銅（Ｃｕ）の複合材（以下、Ｗ−Ｃｕ複合材と呼ぶ）が提案され、汎用されている。このＷ−Ｃｕ複合材の製造方法は、Ｗ粉末に有機質のバインダーを添加混合し、これを金型内で型押した後、水素等の還元雰囲気中で加熱し、有機バインダーを蒸発・分解・除去して粉末集合体を得る。この粉末集合体を還元雰囲気中で焼結して、所定の空孔率を持つＷ多孔体を得、これに銅の融点以上の還元雰囲気中で銅を染み込ませて（以下、含浸と呼ぶ）、Ｗ−Ｃｕ複合体（含浸材）を得る方法がとられている。
【０００５】
一方、セラミックを構成材料に用いるＩＣ（集積回路）パッケージ用の放熱基板は、前述の熱歪みの問題を避けるため、アルミナ、べリリア等と熱膨張係数を近似させる必要があり、銅を質量比１０〜１５％含浸させたＷ−Ｃｕ複合材が使用されている。
【０００６】
また上記の質量比の銅を含浸させるＷ多孔体を経済的に製造するため、１２００〜１３５０℃という比較的低温でＷ多孔体を得るため、及び銅の含浸を容易ならしむる目的で、熱伝導は最も望ましい値よりは低くなるが、少量のニッケル等の添加されたＷ粉末が使用される場合が多い。
【０００７】
ところで、大容量の整流器関連部品を搭載し、ラジエーター等の冷却装置に接続される放熱基板の場合、整流器（Ｓｉ）やシリコンを組みつけた窒化アルミ基板との接合には半田等の低融点材料が使用されるため、前述のセラミック製の半導体パッケージの場合に比べ熱膨張係数の整合性に対する許容範囲が広くなる。
【０００８】
大容量整流器は、半導体素子に比べ使用時に格段に大きな熱を伴うため、放熱部材の選定には熱伝導の良否がより重要な要素となる。併せて大型且つ軽量の部材が要求される。
【０００９】
このため、前述の半導体素子を搭載するパッケージに用いられるＣｕ−Ｗ複合材は、特性及び製造方法の両面で必ずしも、大容量整流器の用途には適合しない。さらにまた、本来の物性を現出させ、工業的にも実用性のある方法でなければならない。
【００１０】
一方、プレス加工で仕上げる製品には、ホーニング仕上げのままでは、外表皮の精度を充分満足させ難いのは自明である。圧延工程を必要最小限に行なう事で、精度も向上出来、製品をより造り易くするばかりか、本来的にプレス加工がより容易になれば大変有効である。
【００１１】
元々の、この方法では造り難かった大面積でない一般的なサイズ、即ちマイクロ波パッケージの如くの放熱基板への応用は、本材料の利便性向上のための課題を充分解決できると期待させるものである。
【００１２】
先に述べた放熱基板としてよく用いられているＣｕ−Ｗは、Ｗ多孔体にＣｕを溶浸しているため、通常、Ｃｕ含有量が１０〜２０重量％が主で、熱膨張係数が６〜７×１０−６／Ｋ、熱伝導率２１０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋと優れた特性を有するが、部品の軽薄短小が進む今日、密度が大きく重いという欠陥は次第に重大な要因となる。また、切断による加工方法のため厚みを薄くできないこと（０．５ｍｍ限度）、大面積化（Ｂ５版相当以上）ができないこともネックとなっている。
【００１３】
また、Ｍｏ焼結多孔体（特開平６−１３４９４号、参照）にＣｕを溶浸した１５〜２０重量％Ｃｕ−Ｍｏも市販されているが、Ｃｕ−Ｗ同様厚みや大面積化に問題があり、また、決して安価とは言い難い。
【００１４】
電気自動車や電気鉄道車両に使用されるパワー半導体用には大型基板が使われ、一般的な半導体パッケージよりも大きな熱が発生するため、放熱性、熱膨張係数の基板等との整合性、反りが最重要の特性となる。
【００１５】
基板のサイズとしては、厚みが２〜４ｍｍで、９８〜３７５ｃｍ２のものを大型基板といい、一般的なパソコン等に使われるＭＰＵ用の基板２．２〜２５ｃｍ２と比べ十倍以上の面積の違いがある。
【００１６】
既に、公知のＣｕ−Ｍｏ複合材（本願出願人の製品の商品名「ＴＴ−ＲＣＭ（登録商標）」で、以下の説明において、Ｃｕ粉末とＭｏ粉末の混合粉末の焼結法により得られたＣｕ−Ｍｏ複合材をＲＣＭと呼ぶ）は、Ｃｕ含有量が４０質量％（ＲＣＭ４０と示す）以上のものについてであり、加えてＣｕ含有量によって圧延できる素材（焼結体）厚みが異なり、特に、パワー半導体に適当とされるＣｕ含有量が４０質量％以下の領域については、大型基板を製造することは困難である。
【００１７】
そこで、本発明の一技術的課題は、電気鉄道車両や電気自動車等に使用される、大容量整流器に搭載される大面積を備えた放熱基板を提供することにある。
【００１８】
また、本発明のもう一つの技術的課題は、前記放熱基板を製造する方法を提供することにある。
【００１９】
また、本発明のさらにもう一つの技術的課題は、製造が簡単で、熱膨張係数が半導体やセラミック絶縁体に近く、しかも熱伝導性の優れた大面積を有する放熱基板を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の技術的課題は、前記放熱基板の製造方法を提供することにある。
【００２１】
また、本発明のもう一つの他の技術的課題は、工程の多さ、複維さによるコストを低減でき、また、外観から分かる形状では、従来の放熱基板と明らかな相違のない経済的に有利な大面積を備えた放熱基板を提供することにある。
【００２２】
さらに、本発明のさらにもう一つの他の技術的課題は、前記放熱基板を製造する方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、Ｍｏ粉末から３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅（Ｃｕ）を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含むＣｕ−Ｍｏ複合基板を製造することを特徴とする放熱基板の製造方法が得られる。
【００２４】
また、本発明によれば、Ｍｏ粉末に予めＣｕ粉末を５質量％以下の割合で混合した３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含浸してなるＣｕ−Ｍｏ複合基板を製造することを特徴とする放熱基板の製造方法が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、前記放熱基板の製造方法において、前記圧粉体は、平均粒径（ＦＳＳＳ）２〜６μｍのＭｏ粉末を、油圧プレス機で５トン／ｃｍ２以下の圧力で成形されたものであることを特徴とする放熱基板の製造方法が得られる。
【００２６】
また、本発明によれば、前記放熱基板の製造方法において、前記圧粉体は、平均粒径（ＦＳＳＳ）２〜６μｍのＭｏ粉末を、静水圧（ＣＩＰ）プレス機で５トン／ｃｍ２以下の圧力で成形されたものであることを特徴とする放熱基板の製造方法が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの放熱基板の製造方法において、前記銅の含浸は、水素還元性雰囲気で１０８３〜１３００℃の温度で行われることを特徴とする放熱基板の製造方法が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの放熱基板の製造方法によって製造されている放熱基板であって、前記Ｃｕ−Ｍｏ複合基板中のＭｏ粒子のアスペクト比（最長径／最短径）が２以下であることを特徴とする放熱基板が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、モリブデン（Ｍｏ）粉末から３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％のＣｕ（Ｃｕ）を含むＣｕ−Ｍｏ放熱基板の製造方法によって製造された放熱基板、または、モリブデン（Ｍｏ）の粉末に予めＣｕ粉末を５質量％以下の割合で混合した３５〜７０％の相対密度を有する圧粉体を焼結することなく用意し、当該圧粉体に銅を含浸させることにより、質量比で２０〜６０％の銅（Ｃｕ）を含浸してなるＣｕ−Ｍｏ放熱基板の製造方法によって製造された放熱基板のいずれかの放熱基板であって、熱膨張係数７〜１２×１０−６／Ｋ、熱伝導率１７０〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率１７０〜２４０ＧＰａ、密度１０ｇ／ｃｍ３以下の特性を備えていることを特徴とする放熱基板が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３１】
まず、本発明の原理について説明する。
【００３２】
本発明による、２０質量％Ｃｕ含浸Ｍｏ（以下、Ｍｏ圧粉体にＣｕを含浸する含浸法によって得られたＣｕ−Ｍｏ複合材を本願出願人の商品名でＰＣＭと呼び、Ｃｕの含有質量％とともにＰＣＭ２０と示す）では、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと多少低くなるが、放熱性としては実用に耐え得る値である。
【００３３】
また、熱膨張係数は７×１０−６／ＫとＳｉとより近い値となり、基板との整合性が良くなり、クラックや亀裂等の品質上の不安がなくなる上、剛性が大きくなるため反りの発生程度が小さくなるという利点がある。
【００３４】
そこで、熱伝導率重視とするか、あるいは熱膨張係数や剛性を重視とするかは用途次第であり、その選択肢が増える。
【００３５】
一方、４０〜６０質量％Ｃｕ−Ｍｏ複合材（ＴＴ−ＲＣＭ４０〜６０）は、特に、ＲＣＭ６０の熱膨張係数は１２．３×１０−６／Ｋと大きいが、熱伝導率が２８６Ｗ／ｍ・Ｋと高く、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）用の放熱基板として汎用されている。
【００３６】
しかし、ＲＣＭは、ＣｕとＭｏ粒子が非常に細かく均一に混在されている、いわゆる分散強化型複合材であり、加工性がＰＣＭよりもやや劣ることが、製造上コストが高くなる等が弱点である。
【００３７】
本発明のように、銅の含有量が質量比２０％を越える複合材を得るには、銅を含浸させるＭｏ多孔体として、見かけ密度６．７（ｇ／ｃｍ３）以下の多孔体を用意する必要がある。しかし、慣習的に行われてきた方法では、これは困難である。
【００３８】
本発明では、モリブデン粉末に有機質バインダーを添加することなく、油圧プレス成形法或いは静水圧成形法を用い所定の空孔率を有する圧粉体を造り、この圧粉体に銅を含浸させてＭｏ−Ｃｕ複合材をつくる造り方を、鋭意テストを繰り返すことにより得ることができたものである。尚、適切なモリブデンの粉末調整と加圧成形方法が選択される。
【００３９】
また、本発明に原料として用いられるモリブデンの金属粉末は、工業的に用いられるモリブデンの金属粉末であり、これはモリブデン酸化物原料を水素にて還元し得られる。本発明においては、粉末冶金における一般的な注意事項を施すことは当然である。さらに、この粉末の特性は還元温度、水素分圧、水分圧等が主な支配因子で、これから造られる圧粉体は更に圧粉体の成形圧力により、その空隙の在り方含む特性がコントロールされる。
【００４０】
本発明において、原料モリブデン粉の粒度は、ＦＳＳＳ粒度で２〜６μｍの範囲である。そのように限定した理由は、圧粉体の加熱前後の特性は、粒度が細かすぎると嵩（ボリューム）も増え所望の見掛け密度を得るために成形圧力を上昇させると含浸した後にモリブデン粒子同志の凝集が起こり易いばかりか、プレス機の負荷も多く不都合であるからである。この臨界的な最小粒度は、凡そ１．８μｍで、これ以上の２．０μｍでは、問題無かった。
【００４１】
一方、粒度が粗すぎると、成形性も低下するし、取り扱いでも圧粉体の周辺が崩れ易い。この臨界的な最大粒度は、凡そ６．５μｍであった。
【００４２】
また、本発明において、銅含浸の際の温度は、１０８３（好ましくは１１５０）〜１３００℃の範囲である。その理由は、この温度範囲が、空孔も無く、９ｍｍまでの複合体を安定して得る事が分かった。さらに加えてこの温度域が上述のそれぞれの圧粉体に無理な変形を生じ難く良好な条件となる。
【００４３】
また、放熱基板用材料は、圧延によって加工度を上げれば、次第に圧延加工による組織が特にモリブデンの結晶粒子の形状に現われてくる。ある限度をこえれば、本発明による材料の予見できる特徴の、例えば、異方性が出現する事になる。
【００４４】
本発明において、圧延加工は少なくても４０％を越えない範囲なら一般的なサイズの放熱基板の所望特性を損なわずに製造することができた。ただ、望ましくは３０％以内の加工度で行なうことで、比較的コストの掛かる圧延工程を少なくできる上、１〜２ｍｍ程度の薄い放熱基板も賄えることが判明した。
【００４５】
また、本発明において、圧延による加工度４０％を越えない範囲が好ましいとしたのは、４０％を越えると言わばモリブテンの粒径における最長径と最短径の比率を３ないし４以上となり、本発明の材料特性及び経済性の優位性を損なうからである。この場合、熱間圧延により大きな加工度を採る必要はなく、むしろ冷間あるいは４００度以下の温間領域で加工をすることで熱間作業の防熱、安全、衛生に関する配慮が殆ど不要になり量産規模の工程として有効である。
【００４６】
更に、本発明において、圧延加工の後に、プレス加工を行ったところ、比較的小さい加工度の段差を有する形状（キャビテイー型）において、プレス圧力の減少及び僅かではあるがヘアクラックの発生安定性において優れていることが見出だされた。
【００４７】
また、本発明のような放熱基板において、めっきは欠かせない表面処理である。銅、モリブデンがそれぞれ化学的性質を大きく異にしている事から、含浸後ホーニングだけでは、微小なボイドや銅含浸ムラの無い安定しためっきの条件は狭い範囲でしかなかった。しかし、本発明においては、僅かながらでも圧延加工を施すことにより、この安定性が著しく向上することか判った。
【００４８】
以上のことにより、本発明によれば、充分利便性のある一般の小さな放熱基板も供給可能と成しえた。
【００４９】
一方、先述したマイクロ波パッケージ等のような小さいサイズの放熱基板のものは、当然板厚の薄いものも多く、しかも単に平板形状でない異形形状品のプレス加工によるものを求められる事も多い。その場合は、先に得られた本発明の基板にさらなる圧延加工を施して板厚を薄くしても特性上は支障無いことは当然である。但し、本発明では、量産性、即ち、経済性を重視しており、このように圧延加工比率を増せば次第にその経済性は損なわれることになるは、いうまでも無い。
【００５０】
次に、圧粉体を製造するためのプレス圧力について述べる。
図１に示すように、油圧プレス機で、Ｍｏ粒径と圧力の関係を鋭意検討した結果、Ｃｕを含浸できる領域、いわゆるＰＣＭの作製可能領域が判明した。また、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば実用に耐え得ることや、熱膨張係数も１２×１０−６／Ｋ程度までならマイクロ波用半導体へ応用され得ることから、３０〜４０質量％Ｃｕを含浸したＭｏ圧粉体（ＰＣＭ３０〜４０）から２０〜６０質量％Ｃｕを含浸したＭｏ圧粉体（ＰＣＭ２０〜６０）へ適用範囲を広げることによって、用途を格段に広げられるメリットが生ずる。つまり、図１によると、粒度２〜６μｍのＭｏ粉末とプレス圧力を１〜５トン／ｃｍ２の範囲で調整することにより、いわゆるＰＣＭ２０〜６０を製造することができる。
【００５１】
なお、Ｍｏ粒径が１μｍの場合、油圧プレス機あるいは静水圧プレス（ＣＩＰ）機のいずれを用いてもプレス成形性が悪い上、プレス体のＭｏどうしの隙間が狭く、Ｃｕ含浸時の収縮も大きく、Ｃｕの含浸性も悪いため、所定の量が入り込まない。また、Ｍｏ粒径が６μｍを超えるものについては、還元温度を高くしなければならず、耐火材の消耗が激しく、さらに還元（チャージ）量を多くせねばならず未還元が発生し易い等という問題があり、Ｍｏ粉末の製造自体が難しい上、プレス成形性も非常に悪く実用性に欠ける。
【００５２】
したがって、油圧プレス機及び静水圧プレス（ＣＩＰ）機でのプレス圧力については、１トン／ｃｍ２未満では、成形後のハンドリング性が悪く、又５トン／ｃｍ２を超えると耐性から油圧プレス機は特殊となり一般的でなく、また、その圧力に耐え得る金型の材質も特殊鋼を用いなくてはならず汎用性に欠ける。
【００５３】
また、静水圧プレス（ＣＩＰ）機によるプレス圧力との関係については、ＣＩＰは油圧よりも成形性がよいため、１０〜２０％低めに設定することができる。
【００５４】
しかし、一般的なＣＩＰ圧力は、３トン／ｃｍ２が汎用限界であるが、用途（特に、サイズ）に応じて使い分けをすればよく、以下の製造例においては、ＣＩＰ圧力２．３トン／ｃｍ２のものも用いられているが、実用上、ＣＩＰ圧力２トン／ｃｍ２以下でＰＣＭ３０（Ｃｕの質量比３０％以下）が好ましい。含浸の際のポイントとしては、Ｍｏ粉末は酸化し易く、酸化していてはＣｕとの濡れ性が低下（毛細管現象が低下）し、所望するＣｕが入らなくなるため、還元性の強い水素雰囲気で圧粉体を５００〜１０００℃で還元することにある。本発明では、連続炉を使って行なっているので、還元、含浸の工程が同時に含まれているので、特に製造コストが高くなるという問題はない。
【００５５】
ＰＣＭ５０〜６０とＣｕ含有量の多いものを製造する際は、２μｍ程度の細かいＭｏ粉末を１〜１．５トン／ｃｍ２の低い圧力で作れるが、粉末が細かい故、収縮等の影響でＣｕ合浸量をコントロールするには若干の熟練を要する。そこで、予め１〜５質量％のＣｕ粉末をＭｏ粉末に混合した粉末で圧粉体を作り、Ｃｕを含浸することによりＣｕ含有量の多い領域のＰＣＭを容易に製造することができるようになる。Ｃｕ粉が予め少量入っていることにより、Ｍｏ粉とのつなぎの役割を果たすので成形を保ち易くなり、またＣｕの領域も確保でき、Ｃｕの含浸が促進されるため、Ｍｏ平均粒径を３〜４μｍ（汎用粒径）、圧力を１．５〜２トン／ｃｍ２（汎用圧力）とできる。さらに、Ｍｏ平均粒径を２μｍから４μｍグレードにすることにより、原料コストを大幅に下げられるメリットも生ずる。
【００５６】
図２はＴＴ−ＲＣＭとＰＣＭの製造工程の比較を示す図である。
【００５７】
ＲＣＭはＣｕ粉末とＭｏ粉末を所定の割合で配合した後、十分均一混合する。そして、油圧あるいはＣＩＰにより粉末成形し、焼結した後、圧延するという工程で製造される。それに対し、本発明のＰＣＭは、Ｍｏ粉末を油圧、あるいは、ＣＩＰにより成形したその圧粉体にＣｕを含浸した後、圧延するものであり、ＲＣＭより製造工程が一工程簡略され、製造コストが安くなる上、緻密化したＣｕ−Ｍｏ複合材が製造できる。
【００５８】
また、図３は、ＰＣＭ３５とＲＣＭ４０の厚さ（Ｔ）１ｍｍの金属組織の比較を示す図である。ミクロ的に観ると、ＰＣＭ３５はＣｕの割合が少ないにも拘らず、Ｍｏ粒子間のＣｕの占める割合が多くなっている。これが含浸法の特徴であり、加工性をより良くしている一因である。
【００５９】
従って、ＰＣＭは、冷間圧延あるいは、４００℃以下の温間圧延が可能である。含浸体素材の厚みが、５ｍｍ以下ならば冷間圧延で９０％の加工ができる。しかし、素材厚みが１０ｍｍ程度の場合となると、１５０〜４００℃の加熱が必要である。
【００６０】
なぜなら、図４に示すように、Ｃｕは、１５０℃で引張強度や硬さが低下し始め、４００℃まで急激に低下し、伸び率は、逆に同温度領域で急激に増加する。これによって、加工性が良くなるためであり、圧延の際には、その効果が大きく表れる。尚、図５は、丸善出版の金属データブック（古河電工時報）から抜粋したデータであるが、「純銅」として代表される無酸素銅、電気銅、及びリン脱酸銅のいずれも１５０〜４００℃で急激な遷移領域を持つことが判り、ＰＣＭの含浸原料には酸素銅あるいは電気銅を用いているため適用できる。
【００６１】
ＲＣＭも同様の効果があると思われるが、Ｃｕの一領域に占める面積がＰＣＭより小さいため、その効果は僅かである。
【００６２】
プレスによる塑性加工性についても同様のことが言える。例えば、キャビティ型の放熱基板をプレス加工により製作すると、ＲＣＭ４０はクラックが入り易いのに対し、ＰＣＭ３５はＣｕ含有量が少ないにも拘らず、そのようなクラックが入り難い故、加工性はＲＣＭより有益である。
【００６３】
それでは、本発明の実施の形態による放熱基板の製造例について説明する。
【００６４】
（例１）
平均粒径４μｍのＭｏ粉末を油圧プレス機で４．５トン／ｃｍ２の荷重を掛け、厚み（Ｔ）５×８０×１８５ｍｍの圧粉体を作った。この圧粉体の相対密度は、７０％であった。この圧粉体の上部にＭｏの質量比で２５％分のＣｕ板を載せ、水素還元性雰囲気炉において、１３００℃でＣｕを溶融、染み込ませた（含浸した）圧粉体を得た。ここで、以下の説明において、このように、Ｍｏ圧粉体にＣｕを含浸したものを単に含浸体と呼ぶ。
含浸体のサイズは、Ｔ４．６×７７×１７９ｍｍであり、Ｃｕ含浸量はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分析装置で測定した結果、２０．５質量％（ＰＣＭ２０）、相対密度は９７％であった。この含浸体の表面を液体ホ−ニングにより平坦処理し、４００℃に設定したホットプレートで温めながら、圧下率１０％以下で圧延を繰り返しＴ３ｍｍまで加工した。この板のＭｏ粒子のアスペクト比（最長径／最短径）を測定したところ、ほぼ２であり、熱膨張係数の異方性は８％であった。熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率は２４０ＧＰａであった。
【００６５】
また、この板を１００×１５０ｍｍサイズの金型で打ち抜き加工を行なったが、側面や表面にはクラックや割れ等の不良はなく良好であった。また、これに３μｍ電解Ｎｉめっきを施した後、水素雰囲気中にて８５０℃×２０分処理したが、めっきの膨れ、変色、染み、ムラ等の不良はなかった。更に、Ａｇロー（ＢＡｇ−８）付けした後、密着強度を測定したところ、５ｋｇ／ｍｍ２の強度が得られた。
【００６６】
（例２）
平均粒径３μｍのＭｏ粉末に対し、質量比で２％分の平均粒径８μｍの電解Ｃｕ粉を混合した。この混合粉末をＣＩＰで、２．３トン／ｃｍ２の荷重を掛け、厚み（Ｔ）５．５×１８０×１８５ｍｍの圧粉体を作った。この時の相対密度は７０％であった。この圧粉体の上部にＭｏの質量比で２５％分のＣｕ板を載せ、水素還元性雰囲気炉において１３００℃でＣｕを含浸した。含浸体のサイズはＴ５×１６０×１７９ｍｍであり、Ｃｕ含浸量は２０．３質量％（ＰＣＭ２０）、相対密度は９７％であった。この含浸体の表面を液体ホ−ニングにより平坦処理し、４００℃に設定したホットプレートで温めながら、圧下率１０％以下で圧延を繰り返しＴ３×２６０×１７９ｍｍまで加工した。各々の特性は、例１とほぼ同じ値であった。
【００６７】
また、この板を２４０×１５０ｍｍサイズの金型で打ち抜き加工を行ない、３６０ｃｍ２の面積を有する大型基板ができた。なお、側面や表面にはクラックや割れ等の不良はなく、良好であった。また、この打ち抜き板に３μｍ電解Ｎｉめっきを施した後、例１と同様の熱処理し、密着強度を測定した結果、剥がれや膨れ等の不良は、生じず、良好で、４．８ｋｇ／ｍｍ２の密着強度が得られ、充分なことが判明した。以上のように、大面積で所望した特性を有する高信頼性放熱基板ができた。
【００６８】
（例３）
平均粒径２μｍのＭｏ粉末を油圧プレス機で１．２トン／ｃｍ２の荷重を掛け、厚み（Ｔ）１１×８０×１８５ｍｍの圧粉体を作った。この時の相対密度は３５％であった。この圧粉体の上部にＭｏの質量比で６３％分のＣｕ板を載せ、水素還元性雰囲気炉において、１１５０℃でＣｕを含浸した。この時のサイズはＴ１０×７５×１７４ｍｍであり、Ｃｕ合浸量は５８．８質量％（ＰＣＭ６０）であった。
【００６９】
この含浸体の表面を液体ホ−ニングにより処理し、２５０℃に設定したホットプレートで温めながら、圧下率１０％以下で圧延を繰り返し、Ｔ１ｍｍまで加工した。この圧延板の平均熱膨張係数は１２×１０−６／Ｋ、熱伝導率は２８０Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率は１７０ＧＰａであった。
【００７０】
また、この板を１５×２４ｍｍサイズの部品に打ち抜いたが、側面や表面にクラックや割れ等は発生せず良好にできた。また、打ち抜き部品をＮｉめっきした後、例１と同様の熱処理をし、密着強度を測定した結果、剥がれや膨れ等の不良は生じず良好で、４．６ｋｇ／ｍｍ２であった。
【００７１】
（例４）
平均粒径３μｍのＭｏ粉末に対し、質量比で５％分の平均粒径８μｍの電解Ｃｕ粉を乾式で混合した。この混合粉末を油圧プレス機で１．８トン／ｃｍ２の荷重を掛け、厚み（Ｔ）１１×８０×１８５ｍｍの圧粉体を作った。この時の相対密度は５０％であった。この圧粉体の上部に、Ｍｏの質量比で５８％分のＣｕ板を載せ、水素還元性雰囲気炉において１１５０℃でＣｕを含浸した。この時のサイズは、Ｔ１０×７５×１７４ｍｍであり、Ｃｕ含浸量は５９．６質量％（ＰＣＭ６０）であった。この含浸体を例２と同様の製造工程でＴ１ｍｍまで加工し、同様に打ち抜き、Ｎｉめっきした後、例１と同様の熱処理をし、密着強度を測定した結果、剥がれや膨れ等の不良は生じず、良好で、４．８ｋｇ／ｍｍ２の密着強度が得られ充分なことがわかった。また、各々の特性は、例３と同じで、放熱基板としての有用性が得られた。
【００７２】
（例５）
平均粒径４μｍのＭｏ粉末を油圧プレス機で１．５トン／ｃｍ２の荷重を掛け厚み（Ｔ）５×８０×１８５ｍｍの圧粉体を作った。この圧粉体の相対密度は６０％であった。この圧粉体の上部にＭｏの質量比で３８％分のＣｕ板を載せ、水素還元性雰囲気炉において、１３００℃でＣｕを含浸した。含浸体のサイズは、Ｔ４．６×７７×１７９ｍｍであり、Ｃｕ含浸量は、３５．５質量％（ＰＣＭ３５）、相対密度は９８％であった。この含浸体を例１と同様の処理をし、３００℃に設定したホットプレートで温めながら、圧下率１０％以下で圧延を繰り返しＴ０．８ｍｍまで加工した。この圧延板の平均熱膨張係数は８．５×１０−６／Ｋ、熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋ、ヤング率は２２０ＧＰａであり、放熱基板として有用な素材ができた。
【００７３】
（例６）
例５で作製したＰＣＭ３５のＴ０．８×□３０ｍｍの板を用い、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような凹部１３の内径□１５ｍｍ、押し込み深さ（Ｄ）０．３５ｍｍで常温にてプレス加工によりキャビティ型の基板を作製した。この時の雄型と雌型のクリアランスは２５μｍで、雄型の突端にＲ０．２ｍｍを付けた金型を使って加工を行なった。
【００７４】
比較として、ＴＴ−ＲＣＭ４０の同じ板厚のものも同様の加工を行なった結果、ＰＣＭ３５は段差部にクラックや亀裂等の不良はなく、しかも凹部底面は素子を搭載しても十分平坦な精度のある形状に加工できたが、ＲＣＭ４０は参照符号１０で示される部分に小さい亀裂が見られ、組成の近い領域で比較するとＰＣＭの加工性の良さが判った。
【００７５】
（例７）
本発明の例７による大面積放熱基板を次のように製造した。
【００７６】
市販の篩されたモリブデン粉を、上下に鉄板を配置し、全体をゴムケースに入れ、静水圧プレス（ＣＩＰ）により１．８トン／ｃｍ２の圧力で、１５５×２５５×３．３ｍｍあるいは５．３ｍｍに成形する。
【００７７】
所定の形状の銅板の上に先のモリブデン圧粉体を乗せ、水素雰囲気の熱処理炉の中で、１１００℃程度から徐々に昇温し１１５０〜１３００℃とする。この温度は、粉末の粒度により、例えば、２〜６μｍ（ＪＩＳ  Ｈ２１１６によるＦｓｓｓ法測定値）の範囲で細かい程低温とし粗い程高温とする。処理最終の温度は、実質的に銅が十分に溶ける温度が必要で、１１５０℃以上が欠かせない。また、構体の変形を来たす事は避けねばならず、プレス圧力の高くする条件下の場合、銅は含浸されにくく高温が良いが、実験の結果より１３００℃を超えてはならないことが判明している。
【００７８】
次いで、表面のわずかな余剰銅、および表面の形状精度を得るため、ホーニング加工を行う。５μｍ以上のニッケルめっきを施し３及び５ｍｍ厚の製品とした。仕上がり寸法２５０ｍｍの長さ方向の反りは、何れも６５±５μｍミクロンの範囲に納まっており、大容量のインバーターに組み込んだ処充分な接合安定性が得られた。
【００７９】
また、熱膨張係数の異方性は、鍛造品よりは若干劣り±０．７５×１０−６／Ｋとなったが実用上充分性能が得られた。熱伝導率の異方性については、１０Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、粉末のプレス圧力に対する銅含浸量、熱伝導率、及び熱膨張係数の測定結果を、下記表１に示した。９ｍｍの製品板厚まで製作できた。尚、この放熱基板を搭載した装置は変形、構成部品の剥離、ワレに対して高い信頼性を有していることが分かった。
【００８０】
【表１】
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また、ここで、断面組織を観察したところ、銅とモリブデンは均一に分布されていたと共に巨大な粒子を含まずプレスによる加工はスムーズに行え且つ、周辺部のチッピングも起こさず、電気鉄道自動車や電気自動車に用いる大容量整流器に搭載可能であることも判った。
【００８１】
しかし、上記表１に示した数値の内、熱膨張係数が約９は、ギリギリの許容域で、しかもプレス体の取扱の最中で割れやすく実用上好ましく無い。ＣＩＰによるプレス圧力２．３トン／ｃｍ２では、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋを割る上組織上、モリブデンの凝集が観られた。これは銅を徐々に昇温して、含浸しているにも拘わらずモリブデンの焼結が起きてしまい、また粉末の適正範囲を選択していても変わらず不都合である。したがって、ＣＩＰによるプレス圧力としては２トン／ｃｍ２が実用上の上限と判明した。
【００８２】
（例８）
本発明の例８による大面積放熱基板を次のように製造した。
【００８３】
市販の篩されたモリブデン粉からの圧粉体を銅板にはさみ、熱処理して、ホーニング加工までを、例７と同様に行った。次に、板厚５ｍｍの素材を３００℃の温間条件で、３回ないしは６回に分けて圧延加工を施し３ｍｍ迄加工した。表面は清浄で凹凸もなく、プレス加工した仕上げ面となんら変わらぬ精度になった。
【００８４】
さらにニッケルめっきを施したところ、水素中アニールをおこなった後の検査で、フクレ、ボイド、色ムラ等生じることなく正常な仕上がりと為しえた。また、組織を観察したところ、モリブデンの粒径における最長径と最短径の比率はほぼ２であった。
【００８５】
（例９）
本発明の例８と同様の加工により、３ｍｍから２．１ｍｍの板材を作成した。外径□３０、凹部段差０．２５、凹部内径□１５、裏面平坦の放熱基板を、雄型の突端形状Ｒ０．２、雌型と雄型のクリアランスを片側２５μｍとり、常温にてプレス加工したところ、段差部のクラックもなく、しかも凹段部底面は素子を搭載しても充分平坦な精度のある形状に加工出来た。もちろんめっきも例８と同様なんら問題もなく正常な仕上がりになった。
【００８６】
一方、比較の為に、銅とモリブデンを混合、焼結、圧延を施してなる銅／モリブデン複合材で、銅の含有率が４０％の場合について行なったところ、容易に２．１ｍｍの板材は準備できた。
【００８７】
しかし、例８と同様のプレス加工を行なったところ、段部の底部コーナーに段差と平行にヘアクラックのあることが顕微鏡検査で検出された。
【００８８】
この時、モリブデンの最長径と最短径の比率をはかったところ２．７であった。また、クラックは圧延方向と直角に加工された部分に発生しており、モリブデンの形状に起因していると思われる。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気鉄道車両や電気自動車に使用される、大容量整流器に搭載される大面積を有する放熱基板を提供することができる。
【００９０】
また、本発明によれば、汎用的に利用されているＷ−Ｃｕ複合材料のごとき、有機質のバインダー等の添加を行わず、またバインダー除去のための熱処理も不要であり、極めて経済的に複合材を製造でき、モリブデンの圧粉体に質量比で２０〜６０％の銅を含浸させ、しかもこの外の処理は極めて少なく、熱膨張係数が半導体やセラミック絶縁体に近く、しかも熱伝導性の優れた材料を得る大面積を有する放熱基板とその製造方法が得られる。
【００９１】
さらに、本発明によれば、圧粉体、所謂粉末を所定の条件でプレス成形しただけの物へ銅を含浸させる事で、焼結や圧延、あるいは鍛造のように、銅の不均一分布（銅の融点近傍での揺れ）をコントロールしたり、工程の多さ、複雑さによるコスト低減でき、また、外観から分かる形状では明らかに相違のない経済的に有利な大面積を有する放熱基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｍｏ粒径とプレス圧力との関係を示す図である。
【図２】素材製造工程の概略を示す図である。
【図３】ＰＣＭ３５とＲＣＭ４０の厚み１ｍｍにおける金属組織の比較を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】各種純銅板（５０％圧延１ｍｍ）の機械的性質におよぼす焼なまし温度の影響を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の例６による異形状放熱基板の平面図である。
（ｂ）は（ａ）の異形状放熱基板の断面図である。
【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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