(57)【要約】  高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、さらには、半導体素子のヒートシンク等として使用するのに好適なように、表面のめっき性及び表面の面粗さを改善したアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供する。  ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び上記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、上記表面層がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供する。
2010007922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、
前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び前記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、
前記表面層がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなり、
前記ダイヤモンド粒子の含有量が、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項２】
前記表面層がアルミニウム−セラミックス複合材料からなることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項３】
前記表面層がアルミニウムを主成分とする金属を８０体積％以上含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項４】
前記表面層の厚さが０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項５】
前記表面層の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項６】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の厚みが０．４〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項７】
前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項８】
前記表面層の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１０μｍとなるように設けてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項９】
溶湯鍛造法により製造されるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項１０】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が穴部を有し、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び前記穴部が、前記複合化部が露出してなる構造であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項１１】
多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、前記型材、前記離型板及び前記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、
前記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、
アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で前記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含むことを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１２】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工又は放電加工により、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び穴部の加工を行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光通信等に用いられる半導体レーザー素子や高機能ＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）等の半導体素子では、同素子から発生する熱を如何に効率的に逃がすかが、動作不良等を防止する為に非常に重要である。
近年、半導体素子の技術の進歩に伴い、素子の高出力化、高速化、高集積化が進み、ますます、その放熱に対する要求は厳しくなってきている。この為、一般には、ヒートシンク等の放熱部品に対しても、高い熱伝導率が要求され、熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が用いられている。【０００３】
一方、個々の半導体素子は、高出力化に伴いその寸法が大きくなってきており、半導体素子と放熱に用いるヒートシンクとの熱膨張のミスマッチの問題が顕在化してきた。これらの問題を解決する為には、高熱伝導という特性と半導体素子との熱膨張率のマッチングを両立するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、金属とセラミックスの複合体、例えばアルミニウム（Ａｌ）と炭化珪素（ＳｉＣ）の複合体が提案されている（特許文献１）。【０００４】
しかしながら、Ａｌ−ＳｉＣ系の複合材料においては、如何に条件を適正化しても熱伝導率は３００Ｗ／ｍＫ以下であり、銅の熱伝導率以上の更に高い熱伝導率を有するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、ダイヤモンドの持つ高い熱伝導率と金属の持つ大きな熱膨張率とを組み合わせて、高熱伝導率で且つ熱膨張係数が半導体素子材料に近い、金属−ダイヤモンド複合材料が提案されている（特許文献２）。【０００５】
また、特許文献３では、ダイヤモンド粒子の表面にβ型のＳｉＣ層を形成することで、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物の生成を抑えると共に、溶融金属との濡れ性を改善して、得られる金属−ダイヤモンド複合材料の熱伝導率を改善している。【０００６】
更に、ダイヤモンドは非常に硬い材料である為、金属と複合化して得られる金属−ダイヤモンド複合材料も同様に非常に硬く、難加工性材料である。このため、金属−ダイヤモンド複合材料は、通常のダイヤモンド工具では、殆ど加工することが出来ず、小型で種々の形状が存在するヒートシンクとして、金属−ダイヤモンド複合材料を使用するには、如何に低コストで形状加工を行うかが課題である。この様な課題に対して、金属−セラミックス複合材料は、通電が可能であり、放電加工等による加工方法も検討されている。【０００７】
【特許文献１】特開平９−１５７７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３１２６号公報
【特許文献３】特表２００７−５１８８７５号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかしながら、上記のようなヒートシンク用材料の使用形態としては、通常、半導体素子の発熱を効率よく放熱する為に、半導体素子に対してヒートシンクが半田等で接合される形で接触配置されている。このため、当該用途で用いるヒートシンクは、半田等で接合する面にめっき処理等を施す必要があり、従来の金属−ダイヤモンド複合材料の場合、接合面にダイヤモンド粒子が露出しているとめっき層の形成が難しく、その結果、接触界面の熱抵抗が増大する。さらに、接合面の面粗さが粗いと、接合時に半田層の厚みが不均一になってしまい、放熱性が低下して好ましくない。このため、ヒートシンク用材料に求められる特性として、めっき性及び表面の面粗さを如何に小さくするかといった課題がある。
よって、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えつつも、表面のめっき性及び表面の面粗さを改善させた複合材料が求められている。
【０００９】
即ち、本発明の目的は、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、さらには、半導体素子のヒートシンク等として使用するのに好適なように、表面のめっき性及び表面の面粗さを改善したアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供することである。
【００１０】
本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び上記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、上記表面層がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さい。
【００１１】
本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の構造図
【図２】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の複合化前の構造層体の断面図
【図３】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の斜視図
【図４】実施形態２に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の複合化前の構造体の断面図
【符号の説明】
【００１３】
１    アルミニウム−ダイヤモンド系複合体
２    複合化部
３    表面層
４    多孔質体からなる型材
５    金属板
６    離型材を塗布した離型板
７    ダイヤモンド粉末
８    外周部
９    穴部
１０  セラミックス繊維
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［用語の説明］
本明細書において、「〜」という記号は「以上」及び「以下」を意味する。例えば、「Ａ〜Ｂ」というのは、Ａ以上でありＢ以下であるという意味である。
【００１５】
本明細書において、「両面」とは平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の上下両方の面を意味する。また、本明細書において、「側面部」とは、平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面、即ち、上記両面とは略垂直の部分を意味する。
【００１６】
また、本明細書において、「穴部」とは、本発明の部品を他の放熱部材にネジ止めするために設ける、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の上下面を貫くように加工される貫通穴を意味する。
【００１７】
以下、図を用いて、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法の実施形態を説明する。
【００１８】
〈実施形態１〉
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体（図１の１）は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部（図１の２）及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層（図１の３）からなり、上記表面層３がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００１９】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さい。
【００２０】
以下、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体について、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。
【００２１】
ここで、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製法は、大別すると含浸法と粉末冶金法の２種がある。このうち、熱伝導率等の特性面から、実際に商品化されているのは、含浸法によるものが多い。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う高圧鍛造法がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。
本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法とは、一般的に、高圧容器内に、ダイヤモンド等の粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
【００２２】
［ダイヤモンド粉末］
原料であるダイヤモンド粉末は、天然ダイヤモンド粉末もしくは人造ダイヤモンド粉末のいずれも使用することができる。また、該ダイヤモンド粉末には、必要に応じて、例えばシリカ等の結合材を添加してもよい。結合材を添加することにより、成形体を形成することができるという効果を得ることができる。
【００２３】
上記ダイヤモンド粉末の粒度に関しては、熱伝導率の点から、平均粒子径が５０μｍ以上の粉末が好ましく、更に好ましくは、平均粒子径が１００μｍ以上である。ダイヤモンド粒子の粒子径の上限に関しては、得られる複合体の厚み以下であれば、特性上の制限はないが、５００μｍ以下であれば、安定したコストで複合体を得ることができるので好ましい。
【００２４】
そして、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のダイヤモンド粒子の含有量は、４０体積％以上７０体積％以下が好ましい。ダイヤモンド粒子の含有量が４０体積％以上であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率を十分に確保できる。また、充填性の面より、ダイヤモンド粒子の含有量が７０体積％以下であることが好ましい。７０体積％以下であれば、ダイヤモンド粒子の形状を球形等に加工する必要がなく、安定したコストでアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００２５】
溶湯鍛造法によって得られる複合体は、適切な条件であれば溶湯が粉末同士の空隙間に行き渡るので、充填体積に対する粉末の体積の割合が、得られる複合体全体の体積に対する粉末材料の体積（粒子の含有量）とほぼ等しくなる。
【００２６】
更に、上記ダイヤモンド粒子の表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用することにより、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑えることができ、且つ、溶湯アルミニウムとの濡れ性を改善することができる。その結果、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率が向上するという効果を得ることができる。
【００２７】
溶湯鍛造の準備として、アルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材（図２の４）、離型剤を塗布した緻密な離型板（図２の６）及び上記ダイヤモンド粉末（図２の７）を図２に示すように配置することにより、型材４、離型板６及び充填されたダイヤモンド粉末７からなる溶湯鍛造のための構造体とする。
【００２８】
ここで、図２は溶湯鍛造のための構造体の断面図であり、上記ダイヤモンド粉末が充填された部分についての断面図である。なお、溶湯鍛造法でアルミニウム合金とダイヤモンド粉末を複合化する際には、アルミニウム合金は、上記多孔質体からなる型材を通ってダイヤモンド粉末が充填される部分に到達する。
【００２９】
［多孔質体からなる型材］
ここで、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材４の材料としては、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸できる多孔質体であれば特に制約はない。しかし、該多孔質体としては、耐熱性に優れ、安定した溶湯の供給が行える、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ繊維等の多孔質体等が好ましく用いられる。
【００３０】
［離型板］
また、緻密な離型板６としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することができ、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、離型板に塗布する離型剤については、耐熱性に優れる、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が好ましく使用できる。さらには、離型板の表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、上記離型剤を塗布することにより、より安定した離型が行える離型板を得ることができる。
【００３１】
本実施形態においては、複合化後に、両面に配置した離型板６を剥がすことを特徴とする。このような特有の構成により、非常に平滑な表面を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３２】
［アルミニウム合金］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のアルミニウム合金（アルミニウムを主成分とする金属）は、含浸時にダイヤモンド粉末の空隙中（ダイヤモンド粒子間）に十分に浸透させるために、なるべく融点が低いことが好ましい。
このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。シリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の緻密化が促進されるという効果を得ることができる。
【００３３】
更に、上記アルミニウム合金にマグネシウムを含有させることにより、ダイヤモンド粒子と金属部分との結合がより強固になるので好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、アルミニウム合金の特性が極端に変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば、銅等が含まれていても良い。
【００３４】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、複合化時のダイヤモンド粉末の充填量により厚みを調整することができ、その厚みは０．４〜６ｍｍが好ましい。該厚みが０．４ｍｍ以上であれば、ヒートシンク等として用いるのに十分な強度が得られる。また、該厚みが６ｍｍ以下であれば、材料自体のコストを抑えることができ、十分な熱伝導性を得ることができる。
【００３５】
得られた構造体は、複数枚を更に積層してブロックとし、このブロックを６００〜７５０℃程度で加熱する。そして、該ブロックを高圧容器内に１個または２個以上配置し、ブロックの温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する。
【００３６】
ここで、図２に示すように、上記構造体の両面に金属板５を配置してもよい。また、先述のように、複数枚の構造体を積層してブロックとする場合には、構造体の間に該金属板５を介して積層してもよい。このような離型板を配置することにより、溶湯を均一に含浸させることができ、また、含浸処理後のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の取り出し等の操作が容易に行えるようになる。
【００３７】
上記操作により、アルミニウム合金をダイヤモンド粉末の空隙中に含浸させることで、アルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体が得られる。
【００３８】
ここで、ブロックの加熱温度は、６００℃以上であれば、アルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。また、加熱温度が７５０℃以下であれば、アルミニウム合金との複合化時に、ダイヤモンド粉末表面のアルミニウムカーバイド（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑制でき、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３９】
また、含浸時の圧力に関しては、２０ＭＰａ以上であればアルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。さらに好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。５０ＭＰａ以上であれば、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４０】
［アニール処理］
なお、上記操作により得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体には、アニール処理を行ってもよい。アニール処理を行うことにより、上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体内の歪みが除去され、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４１】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の表面に影響を与えずに、成形体中の歪みのみを除去するには、上記アニール処理は、温度４００℃〜５５０℃の条件で１０分間以上行うことが好ましい。
【００４２】
［加工方法］
次に、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の加工方法の例を説明する。上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、非常に硬い難加工性材料であるが、ウォータージェット加工機により、外周部（側面部）（図３の８）及び穴部（図３の９）の加工を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体に加工することができる。その結果、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、図１もしくは図３のような、外周部８及び穴部９に複合化部２が露出する構造となる。
【００４３】
ここで、上記穴部９は、図３に示すように、他の放熱部品にネジ止めできるよう、上下面を貫くように設けられていればよい。例えば、外周部と連結したＵ字形状のような形状に加工することで、加工コストを削減することもできる。
【００４４】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は導電性材料であるので、放電加工機を用いても、外周部８及び穴部９の加工を行うことができる。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、外周部８及び穴部８に複合化部２が露出する構造となる。
【００４５】
なお、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、通常のダイヤモンド工具等を用いた加工も可能ではあるが、非常に硬い難加工性材料であるため、工具の耐久性や加工コストの面から、ウォータージェット加工機又は放電加工機による加工が好ましい。
【００４６】
［表面層］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、複合化部（図１の２）の両面がアルミニウムを主成分とする金属（アルミニウム合金）を含む材料からなる表面層（図１の３）で被覆されていることを特徴とする。
【００４７】
ここで、上記表面層３は、主にアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなるが、アルミニウムを主成分とする金属以外の物質が含まれていてもよい。即ち、上記ダイヤモンド粒子や他の不純物等が含まれていてもよい。
【００４８】
しかし、ダイヤモンド粒子は、表面層３の表面から０．０２ｍｍの部分には存在しないことが好ましい。このような構成により、通常の金属加工で採用される加工方法が採用でき、研磨傷をつけることなく、表面層３を平滑にすることができる。
【００４９】
また、上記表面層３は、アルミニウムを主成分とする金属を８０体積％以上含有していることが好ましい。アルミニウムを主成分とする金属の含有量が８０体積％以上であれば、通常の金属加工で採用される加工方法が採用でき、表面層３の研磨を行える。更には、アルミニウムを主成分とする金属の含有量が９０体積％以上であることが好ましい。アルミニウムを主成分とする金属の含有量が９０体積％以上であれば、表面の研磨時に、内部の不純物等が脱離して研磨傷をつけることがない。
【００５０】
また、上記表面層３の厚みは、平均厚みで０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が好ましい。上記表面層３の平均厚みが０．０３ｍｍ以上であれば、その後の処理において、ダイヤモンド粒子が露出してしまうことがなく、目標とする面精度及びめっき性を得ることが容易となる。また、表面層３の平均厚みが０．３ｍｍ以下であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１に占める複合化部２の十分な厚みが得られ、十分な熱伝導率を確保することができる。
【００５１】
また、両面の表面層３の平均厚みの合計が、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の厚みの２０％以下であることが好ましく、更に好ましくは１０％以下である。両面の表面の表面層３の平均厚みの合計が、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の厚みの２０％以下であれば、面精度及びめっき性に加え、十分な熱伝導率を得ることができる。
【００５２】
上記表面層３の厚みに関しては、後述するように、ダイヤモンド粉末の充填時に、ダイヤモンド粉末と離型剤を塗布した緻密な離型板との間にアルミナ繊維等のセラミックス繊維を配置してアルミニウム合金を複合化することにより調整してもよい。また、セラミックス繊維の代わりにアルミニウム箔を用いることによっても調整できる。
【００５３】
［表面層の加工］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなる表面層３で被覆された構造を有しているため、この表面層３を加工（研磨）することにより、表面精度（表面粗さ：Ｒａ）を調整することができる。この表面層３の加工は、通常の金属加工で採用される加工方法が採用でき、例えばバフ研磨機等を用いて研磨を行い、表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすることができる。
【００５４】
更に、この表面層３を加工することで、表面層の平均厚みを調整することもできる。本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ヒートシンク等の放熱部品として使用する場合、接合面の熱抵抗を考慮すると、表面粗さが小さい平滑な面であることが好ましく、その表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下が好ましく、更に好ましくは、０．５μｍ以下である。表面粗さが１μｍ以下であることにより、半田層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５５】
また、上記表面層２の平面度についても、５０ｍｍ×５０ｍｍサイズに換算して、３０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１０μｍ以下である。該平面度が３０μｍ以下であることにより、半田層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５６】
［複合化部］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、上記ダイヤモンド粒子とアルミニウム合金との複合化部（図１の２）を有する。
【００５７】
上記表面層３と複合化部２との境界は、顕微鏡等でアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を観察した際に、はっきりと目視できることが好ましい。このような構造のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、研磨時に、表面層３からダイヤモンド粒子が突出することがないので、ダイヤモンド粒子が脱離して研磨傷をつけることがない。
【００５８】
上記表面層３と複合化部２とは、目視できるような境界を有さなくてもよい。このような構造のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、上記表面層３と複合化部２との間に応力が生じにくく、研磨等で力が加わった時に、表面層３が破損することがない。
【００５９】
［めっき処理］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、半導体素子のヒートシンクとして用いる場合、半導体素子と半田付けにより接合して用いられることが多い。よって、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の接合表面には、めっきを施してもよい。
【００６０】
めっき処理の方法は特に限定されず、無電解めっき処理、電気めっき処理法のいずれでもよい。アルミニウムへのめっき処理の場合、Ｎｉめっきまたは、半田濡れ性を考慮してＮｉめっきとＡｕめっきの二層めっきを施す。この場合のめっきの厚みは０．５以上１０μｍ以下であることが好ましい。
めっき厚みが０．５μｍ以上であれば、めっきピンホールや半田付け時の半田ボイド（空隙）の発生を防ぐことができ、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。また、めっきの厚みが１０μｍ以下であれば、低熱伝導率のＮｉめっき膜の影響を受けず、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。Ｎｉめっき膜の純度に関しては、半田濡れ性に支障をきたさないものであれば特に制約はなく、リン、硼素等を含有していてもよい。
【００６１】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることが好ましい。
【００６２】
２５℃での熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃の熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであれば、高熱伝導率かつ半導体素子と同等レベルの低膨張率となる。そのため、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できる。その結果、高信頼性の放熱部品として好ましく用いられる。
【００６３】
〈実施形態２〉
次に、実施形態２に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体について説明する。実施形態２に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、図４に示すように、充填されたダイヤモンド粉末７と離型剤を塗布した緻密な離型板６との間に、セラミックス繊維１０を配置してアルミニウム合金を複合化することにより得ることができる。
【００６４】
上記製造方法によって得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面にアルミニウム−セラミックス複合材料からなる表面層が形成される。
【００６５】
［アルミニウム−セラミックス複合材料］
上記アルミニウム−セラミックス複合材料からなる表面層は、めっき性及び面精度の関係より、アルミニウム合金以外の含有量は２０体積％未満が好ましい。アルミニウム合金以外の含有量が２０体積％未満であれば、表面層を容易に加工できるという効果を得ることができる。
【００６６】
また、セラミックス繊維としては、特に限定されないが、耐熱性の面から、アルミナ繊維、シリカ繊維、ムライト繊維等のセラミックス繊維が好ましく使用できる。そして、セラミックス繊維の含有量（Ｖｆ）は、上記アルミニウム−セラミックス複合材料の特性面より、１０体積％以下が好ましく、積層して圧縮した際にＶｆが２０体積％未満となることが好ましい。
【００６７】
また、上記セラミックス繊維の厚さは、０．５ｍｍ以下が好ましい。０．５ｍｍ以下であれば、上記表面層の厚さを適切にすることができ、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００６８】
なお、実施形態２については、上記アルミニウムーセラミックス複合材料からなる表面層を設けること以外は実施形態１と同様である。
【００６９】
〈作用効果〉
以下、上記実施形態１及び２に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の作用効果について説明する。
【００７０】
上記実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体（図１の１）は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部（図１の２）及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層（図１の３）からなり、上記表面層３がアルミニウムを主成分とする金属を含む材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００７１】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【００７２】
また、実施形態２に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、上記表面層３がアルミニウム−セラミックス複合材料からなり、上記表面層３の厚さを調整することができ、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１を得ることができる。
【００７３】
また、上記表面層３がアルミニウムを主成分とする金属を８０体積％以上含有しているため、通常の金属加工で採用される加工方法によって表面層３の研磨が行える。
【００７４】
さらに、上記表面層３の厚さが０．０３ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であるため、目標とする面精度及びめっき性を得ることが容易となり、また、十分な熱伝導率を確保することができる。
【００７５】
また、上記表面層３の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であるため、半田層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００７６】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の厚みが０．４〜６ｍｍであるため、ヒートシンク等の放熱部品として用いるのに十分な強度及び放熱特性を有するという効果を得ることができる。
【００７７】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであってもよい。このようにすれば、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できるという効果を得ることができる。
【００７８】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１０μｍとなるように設けてもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、高い放熱特性を確保することができる。
【００７９】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、溶湯鍛造法により製造されてもよい。このようにすれば、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得ることができる。
【００８０】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１が穴部９を有し、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の側面部８及び上記穴部９が、上記複合化部２が露出してなる構造であってもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００８１】
上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、上記型材、上記離型板及び上記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、上記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で上記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含む製造方法から得られるものであってもよい。
【００８２】
このような製造方法により、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００８３】
また、上記製造方法では、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工又は放電加工により、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の側面部及び穴部の加工を行いアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とする工程をさらに含んでもよい。このような工程により、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００８４】
以上、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法について、実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【実施例】
【００８５】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００８６】
［実施例１〜７］
市販されている高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｂ（平均粒子径：１００μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｃ（平均粒子径：５０μｍ）及びアルミニウム粉末（平均粒子径：５０μｍ）を表１に示す配合比で混合した。【００８７】
【表１】
2010007922.tif 000003
【００８８】
次に、４０×４０×２ｍｍｔのステンレス板（ＳＵＳ４３０材）に、アルミナゾルをコーティングして３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０×６０×８ｍｍｔの外形で、中央部に４０ｍｍ×４０ｍｍ×８ｍｍの穴を有する気孔率２０％の等方性黒鉛治具（図２の４）に、表１の各ダイヤモンド粉末を離型板５で両面を挟む様に充填して構造体とした。【００８９】
上記構造体を、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個積層し、両側に厚さ１２ｍｍの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。【００９０】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度６５０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板をはがした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。【００９１】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨した後、バフ研磨を行った。なお、実施例７は、両面を＃６００の研磨紙で研磨したのみで、バフ研磨は行わなかった。【００９２】
続いて、ウォータージェット加工機（スギノマシン製アブレッシブ・ジェットカッタＮＣ）により、圧力２５０ＭＰａ、加工速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、研磨砥粒として粒度１００μｍのガーネットを使用して、２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。【００９３】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、工場顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元輪郭形状測定による平面度を測定した。その結果を表２に示す。【００９４】
また、ウォータージェット加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×２ｍｍ×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ）を作製した。それぞれの試験片を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）で測定した。その結果を表２に示す。【００９５】
また、実施例１のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の密度をアルキメデス法により測定した結果、３．１０ｇ／ｃｍ３であった。更に、実施例１について、曲げ強度試験体（３ｍｍ×２ｍｍ×４０ｍｍ）を作製し、曲げ強度試験機にて３点曲げ強度を測定した結果、３３０ＭＰａであった。【００９６】
【表２】
2010007922.tif 000004
【００９７】
また、上記のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面に８μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：２μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ  Ｚ３１９７（対応国際規格はＩＳＯ  ９４５５である。）に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は８０％以上であった。【００９８】
表２に示されるように、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．２０〜０．９０μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。【００９９】
［実施例８〜１７、比較例１〜３］
４０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍの表３に示す離型板に、アルミナゾルをコーティングして温度３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０ｍｍ×６０ｍｍの外形で、中央部に４０ｍｍ×４０ｍｍの内径の穴を有する表３に示す型材（充填治具）（図２の４）に、ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）が、体積／充填体積＝６０体積％となるように離型板５で両面を挟むように充填して積層体とした。【０１００】
上記積層体を、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。【０１０１】
次に、得られたブロックを、表３に示す温度で、電気炉により予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、表３に示す圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。【０１０２】
【表３】
2010007922.tif 000005
【０１０３】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨した後、バフ研磨を行った。続いて、放電加工機により、加工速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で、２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、工場顕微鏡で観察し両面の表面層の有無及び平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表４に示す。【０１０４】
また、放電加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。そして、それぞれの試験体を用いて、実施例１〜７と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表４に示す。【０１０５】
【表４】
2010007922.tif 000006
【０１０６】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ−Ｐ及び無電解Ａｕめっきを行い、複合体の表面に６．０５μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ａｕ：０．０５μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ  Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は、８５％以上であった。【０１０７】
表４に示されるように、実施例８〜１７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．２５〜０．７５μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。【０１０８】
これに対し、比較例１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、本発明の特徴である表面層が存在せず、研磨を行ったにもかかわらず表面が粗かった。また、所望の熱伝導率が得られなかった。これは、含浸時の圧力が２０ＭＰａ以下であるためだと考えられる。【０１０９】
また、比較例２では、アルミニウム合金のダイヤモンド粉末の空隙中への含浸が進行せず、複合化が不完全であった。そして、得られた成形体は、密度が２．２ｇ／ｃｍ３であり、脆く、所望の平板形状ではなかった。これは、比較例２では、予熱温度が６００℃以下であるためだと考えられる。【０１１０】
また、比較例３では、アルミニウム合金がダイヤモンド粉末の空隙中にほとんど含浸せず、成形体を得ることができなかった。そのため、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることが出来なかった。これは、型材として多孔質ではないステンレスを用いたためだと考えられる。【０１１１】
［実施例１８］
実施例１と同様の方法により、高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、を用いて積層体を作製し、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。【０１１２】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、温度８００℃の純アルミニウムの溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウムを含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体のダイヤモンド粒子の含有量は、６０体積％であり、アルキメデス法により測定した密度は、３．０９ｇ／ｃｍ３であった。【０１１３】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、実施例１と同様の研磨、加工を行い、２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、工場顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した結果、表面層２の平均厚みは、０．０６ｍｍであった。また、表面粗さ計で測定した表面粗さ（Ｒａ）は、０．２６μｍ、３次元形状測定機で測定した平面度は、２μｍであった。【０１１４】
そして、実施例１と同様に試験体を加工して熱伝導率、熱膨張係数、曲げ強度を測定した。その結果、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は７．８×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は、５２０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は、３２０ＭＰａであった。【０１１５】
実施例１８では、純アルミニウムを用いている。これにより、表面粗さが０．２６μｍ、平面度が２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。【０１１６】
［実施例１９〜２４］
４０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ４３０材）に、アルミナゾルをコーティングして温度３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図４の６）を作製した。【０１１７】
次に、６０ｍｍ×６０ｍｍ×８．４ｍｍの外形で、中央部に４０ｍｍ×４０ｍｍ×８．４ｍｍの穴を有する気孔率２０％の等方性黒鉛治具（図４の４）に、ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）６．７６ｇを表５に示す積層部材（図４の１０）で両面を挟み、更に離型板（図４の６）で両面を挟むように充填した。
これらの積層体は、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図４の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。この段階で、セラミックス繊維は、圧縮され両面に配置された合計の厚みは、０．４ｍｍになっていた。【０１１８】
【表５】
2010007922.tif 000007
【０１１９】
次に、得られたブロックを、実施例１と同様の方法にて、ダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させて、４０ｍｍ×４０ｍｍ×２．４ｍｍのアルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体のダイヤモンド粒子の含有量は、５０体積％であった。【０１２０】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、実施例１と同様に研磨を行った後、ウォータージェット加工機により、２５ｍｍ×２５ｍｍ×２．４ｍｍの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。また、実施例２０では、両面の表面層を平面研削盤で各０．１５ｍｍ研削加工した後、バフ研磨した。この結果、実施例２０は、２５ｍｍ×２５ｍｍ×２．１ｍｍの形状となり、ダイヤモンド粒子の含有量は５７体積％となった。【０１２１】
そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、工場顕微鏡で観察し両面の表面層３（アルミニウム−セラミックス複合材料からなる表面層）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表６に示す。【０１２２】
更に、放電加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表６に示す。【０１２３】
【表６】
2010007922.tif 000008
【０１２４】
次いで、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ−Ｐ及び無電解Ｎｉ−Ｂめっきを行い、複合体の表面に８μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：２μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ  Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は、８０％以上であった。【０１２５】
表６に示されるように、実施例１９〜２４に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．２８〜０．３５μｍ、平面度が１〜２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。【０１２６】
また、研削加工を施した実施例２０を除いて、表面層の平均厚みが０．２３〜０．２５ｍｍとなっており、セラミックス繊維等の部材を配置することにより、ほぼ一定の厚みの表面層を形成できることがわかる。【０１２７】
［実施例２５〜３２］
実施例１にて、ウォータージェット加工後の２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍ形状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、表７に示す各種条件で無電解めっき処理を行い、複合体の表面にめっき層を形成した。得られためっき品のめっき厚みを測定した結果を表７に示す。【０１２８】
【表７】
2010007922.tif 000009
【０１２９】
各めっき品について、ＪＩＳ  Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、実施例３１では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、半田ぬれ広がり率が７５％であるものの、半田面にボイドが確認された。この半田ボイド部分を顕微鏡で確認した結果、ボイド中央部に、無めっき部が観察された。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以下であるためだと考えられる。【０１３０】
また、実施例３２では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えてはいるものの、半田ぬれ広がり率の測定の際の加熱時に、めっき層にクラックが発生した。これは、めっきの厚みが１０μｍ以上であるためだと考えられる。【０１３１】
これに対し、実施例２５〜３０のめっき品では、半田ぬれ広がり率は、８０％以上であり、ヒートシンクとして用いた場合、より高い熱伝導率を得ることができる。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以上１０μｍ以下であるためだと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2010007922.tif 000015
2010007922.tif 000016
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