(57)【要約】【課題】放熱性に優れる複合材料とその製造方法、ならびに複合材料を用いた半導体装置を提供する。【解決手段】マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料である。複合材料における分散剤粉末を構成する分散剤粒子がダイヤモンドで、マトリックスがＭｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金である。この複合材料では、マトリックス中に、Ｍｇ酸化物が含まれ、かつマトリックスと分散剤粒子との界面の５０％以上の部分で、マトリックスと分散剤粒子とが直接結合している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料であって、
前記分散剤粉末を構成する分散剤粒子がダイヤモンドで、
前記マトリックスがＭｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金であり、
前記マトリックス中に、Ｍｇ酸化物が含まれ、かつ
前記マトリックスと前記分散剤粒子との界面の５０％以上の部分で、前記マトリックスと前記分散剤粒子とが直接結合している複合材料。
【請求項２】
前記マトリックスがＭｇまたはＭｇ合金であり、
前記マトリックスと前記分散剤粒子とが直接結合している部分以外の部分には、Ｍｇ化合物の中間層が形成されている請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記分散剤粒子は、その表面に針状の炭化物を備える請求項１または請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記マトリックスと前記分散剤粒子との界面から１μｍまでの領域に酸素濃度のピークが存在する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項５】
前記基材に占める前記分散剤粉末の含有量は４０体積％以上９０体積％以下である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項６】
前記分散剤粉末の平均粒径は５μｍ以上３００μｍ以下である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項７】
前記分散剤粉末は、平均粒径が５μｍ以上３０μｍ以下の微粉末と、平均粒径が４０μｍ以上３００μｍ以下の粗粉末と、で構成される請求項６に記載の複合材料。
【請求項８】
前記基材の表面の少なくとも一部に、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏのいずれかを主成分とする平滑層を備える請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項９】
最表面に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎのいずれかを主成分とするメッキ層を備える請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１０】
前記基材の熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫ以上である請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１１】
前記複合材料を、−６０℃に保持した液体に１０分間浸した後、２５０℃に保持した液体に１０分間浸すことを１サイクルとする冷熱サイクルを１０００サイクル行った後の前記基材の熱伝導率の維持率が９５％以上である請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記基材の線熱膨張率が３．０ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下である請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項１３】
請求項１に記載の複合材料を放熱部材として用いた半導体装置。
【請求項１４】
マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料を製造する複合材料の製造方法であって、
ダイヤモンドの分散剤粒子で構成される分散剤粉末と、酸化物の溶浸剤と、を含む集合体を鋳型内に配置する配置工程と、
前記鋳型内に収納された前記集合体に、Ｍｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金の溶湯を溶浸させ、溶浸部材を得る複合工程と、
前記溶浸部材を冷却して、前記基材を得る冷却工程と、
を備える複合材料の製造方法。
但し、複合工程における溶浸温度は、７００℃以上１０００℃以下である。
【請求項１５】
前記複合工程は、０．０１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧状態で行う請求項１４に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１６】
前記集合体に含まれる前記溶浸剤は、ＳｉＯ２、Ｎａ２ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、およびＳｎＯ２の少なくとも１種を含み、
前記集合体における前記溶浸剤の含有量は、前記分散剤粉末を１００としたとき、０．１質量％以上１０質量％以下である請求項１４または請求項１５に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１７】
前記溶浸剤は粉末状であり、その溶浸剤粉末の平均粒径は、０．０１μｍ以上３μｍ以下である請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１８】
前記冷却工程において、前記溶浸部材をその一端側から他端側に向かって冷却する請求項１４〜請求項１７のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【請求項１９】
前記配置工程において、前記鋳型の内壁の少なくとも一面に沿ってＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏのいずれかを主成分とする金属板を設置した状態で、前記集合体を前記鋳型内に配置する請求項１４〜請求項１８のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【請求項２０】
前記分散剤粉末と前記溶浸剤とを混合して成形することで、前記配置工程で用いる鋳型の容積よりも小さな成形体を作製する成形工程を備え、
前記配置工程において、前記成形工程で作製した成形体を前記集合体として前記鋳型の内部に配置すると共に、前記集合体と前記鋳型との間にスペーサを介在させて、前記集合体と前記鋳型との間に隙間を形成する請求項１４〜請求項１８のいずれか１項に記載の複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス中に分散材粉末を分散させた状態で複合した複合材料、この複合材料を備える半導体装置、及び複合材料の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の放熱部材の構成材料として、金属で構成されるマトリックス中に、非金属の分散剤粉末を分散させて複合させた基材を備える複合材料が利用されている。半導体素子の放熱部材（複合材料）には、熱伝導性に優れると共に、半導体素子やその周辺の部材の線熱膨張率との整合性に優れることが求められている。
【０００３】
複合材料の熱伝導率を向上させる手段として、極めて優れた熱伝導性を有するダイヤモンドの分散剤粒子を用いることが挙げられる。しかし、ダイヤモンドの分散剤粒子を用いる場合、ダイヤモンドに対する金属の濡れ性が芳しくないため、ダイヤモンドの分散剤粒子の表面に被覆を形成する必要がある。例えば、特許文献１には、ＳｉＣの被覆を備えるダイヤモンドの分散剤粒子を、Ｍｇ（マグネシウム）またはＭｇ合金のマトリックス中に分散させた複合材料が開示されている。また、特許文献２にはＳｉＣ（炭化ケイ素）の被覆を備えるダイヤモンドの分散剤粒子を、Ａｌ（アルミニウム）合金のマトリックス中に分散させた複合材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０８９１６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−１５８８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、半導体素子の性能の向上が著しく、半導体素子の使用時の発熱量も高まってきている。そのため、半導体素子の放熱部材として利用される複合材料に対して、従来よりも高い放熱性が求められている。ここで、特許文献１，２では、極めて熱伝導性に優れるダイヤモンドの分散剤粒子を用いているが、そのダイヤモンドの熱伝導性を十分に活かしているとは言い難かった。ダイヤモンドの分散剤粒子の表面に、ダイヤモンドよりも熱伝導性に劣るＳｉＣの被覆が形成されているからである。
【０００６】
また、ダイヤモンドの分散剤粒子を用いた従来の複合材料では、温度変化の繰り返しに伴って熱伝導性が低下する恐れがある。その理由は、温度変化に伴って複合材料が膨張と収縮を繰り返すことで、マトリックスと分散剤粒子との間に隙間が形成されるからではないかと推察される。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、放熱性に優れる複合材料とその製造方法、ならびに複合材料を用いた半導体装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、温度変化によって熱伝導率が低下し難い複合材料とその製造方法、ならびに複合材料を用いた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複合材料は、マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料であって、前記分散剤粉末を構成する分散剤粒子がダイヤモンドで、前記マトリックスがＭｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金である。この本発明の複合材料では、前記マトリックス中に、Ｍｇ酸化物が含まれ、かつ前記マトリックスと前記分散剤粒子との界面の５０％以上の部分で、前記マトリックスと前記分散剤粒子とが直接結合している。
【０００９】
本発明の複合材料の製造方法は、マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料を製造する複合材料の製造方法であって、以下に示す配置工程と複合工程と冷却工程とを備える。
［配置工程］…ダイヤモンドの分散剤粒子で構成される分散剤粉末と、酸化物の溶浸剤と、を含む集合体を鋳型内に配置する。
［複合工程］…前記鋳型内に収納された前記集合体に、Ｍｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金の溶湯を溶浸させ、溶浸部材を得る。但し、溶浸温度は、７００℃以上１０００℃以下である。
［冷却工程］…前記溶浸部材を冷却して、前記基材を得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の複合材料は、熱伝導性に優れる。また、本発明の複合材料は、冷熱サイクル耐性に優れる。
【００１１】
本発明の複合材料の製造方法によれば、本発明の複合材料を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の複合材料の顕微鏡写真を示す図である。
【図２】図１の拡大写真を示す図である。
【図３】実施形態の複合材料におけるマトリックスとダイヤモンドの分散剤粒子との界面近傍の顕微鏡写真を示す図である。
【図４】マトリックスとダイヤモンドの分散剤粒子との界面近傍の酸素濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
・本発明の実施形態の説明
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１４】
＜１＞実施形態に係る複合材料は、マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料である。この実施形態の複合材料の前記分散剤粉末を構成する分散剤粒子がダイヤモンドで、前記マトリックスがＭｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金である。そして、この実施形態の複合材料では、前記マトリックス中に、Ｍｇ酸化物が含まれ、かつ前記マトリックスと前記分散剤粒子との界面の５０％以上の部分で、前記マトリックスと前記分散剤粒子とが直接結合している。
【００１５】
ここで、直接結合の割合は、基材の断面を画像解析し、分散剤粒子の周長におけるマトリックスと分散剤粒子とが直接結合している割合を測定することで求めることができる。
【００１６】
実施形態の複合材料は、従来の複合材料に比べて熱伝導率に優れる。それは、複合材料を構成する基材に極めて熱伝導率が高いダイヤモンドからなる複数の分散剤粒子が含有されており、しかもそのダイヤモンドの分散剤粒子の表面の５０％以上の部分が中間層などに覆われることなくマトリックスに直接結合されているからである。
【００１７】
＜２＞実施形態の複合材料として、前記マトリックスがＭｇまたはＭｇ合金であり、前記マトリックスと前記分散剤粒子とが直接結合している部分以外の部分には、Ｍｇ化合物の中間層が形成されている形態を挙げることができる。
【００１８】
後述するように、実施形態の複合材料は、溶浸剤粉末にマトリックスとなる溶湯を溶浸させることで作製される。マトリックスがＭｇまたはＭｇ合金である場合、溶浸の際、溶浸剤に由来するＭｇ化合物の中間層がマトリックスとダイヤモンドの分散剤粒子との界面に形成される。このＭｇ化合物の中間層が、ダイヤモンドに対するＭｇの濡れ性を改善していると考えられる。しかし、界面における中間層の形成は限定的で、界面の５０％以上の部分ではマトリックスとダイヤモンドの分散剤粒子とが直接複合されているため、中間層の存在によって複合材料の熱伝導率が大幅に低下することはない。
【００１９】
＜３＞実施形態の複合材料として、前記分散剤粒子は、その表面に針状の炭化物を備える形態を挙げることができる。
【００２０】
分散剤粒子の表面に針状の炭化物が形成されていることで、冷熱サイクル耐性（ｃｏｏｌｉｎｇ／ｈｅａｔｉｎｇ  ｃｙｃｌｅ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）に優れる複合材料（基材）となる。冷熱サイクル耐性は、複合材料が低温環境と高温環境に交互に曝されたときに、複合材料（基材）の熱伝導率が低下し難いことを示す指標である（後述する＜１１＞を参照）。針状の炭化物の存在によって複合材料（基材）の冷熱サイクル耐性が高くなるのは、針状の炭化物が分散剤粒子とマトリックスとの結合を強固にするため、温度変化に伴って複合材料（基材）の膨張と収縮とが繰り返されても、分散剤粒子とマトリックスとの結合が良好に維持されるからであると推察される。
【００２１】
＜４＞実施形態の複合材料として、前記マトリックスと前記分散剤粒子との界面から１μｍまでの領域に酸素濃度のピークが存在する形態を挙げることができる。
【００２２】
既に述べたように、実施形態の複合材料は、酸化物の溶浸剤を用いて製造される。従って、マトリックスと分散剤粒子との界面近傍における酸素濃度が高いということは、溶浸の際に溶浸剤が分散剤粒子の近傍に存在しており、マトリックスと分散剤粒子とが良好に結合していることを示している。
【００２３】
＜５＞実施形態の複合材料として、前記基材に占める前記分散剤粉末の含有量は４０体積％以上９０体積％以下である形態を挙げることができる。
【００２４】
複合材料に占める分散剤粉末の含有量が上記範囲にあれば、複合材料の特性のバランスが良い。特性としては、例えば、熱伝導率、線熱膨張率などを挙げることができる。
【００２５】
＜６＞実施形態の複合材料として、前記分散剤粉末の平均粒径は５μｍ以上３００μｍ以下である形態を挙げることができる。
【００２６】
ここで、分散剤粉末の平均粒径は、以下のようにして求めたものである。まず、複合材料の基材を溶解して分散剤粉末を取り出す。その分散剤粉末をレーザー回折式の粒度分布径で測定し、そのメジアン径を分散剤粉末の平均粒径と見做す。
【００２７】
分散剤粒子の平均粒径が上記範囲にある複合材料は、優れた熱特性を発揮する。分散剤粒子の平均粒径が上記範囲にあれば、複合材料の基材を作製する際、分散剤粒子を鋳型内に充填し易く、また鋳型内における分散剤粒子同士の隙間の大きさにバラツキが生じ難いからである。
【００２８】
＜７＞実施形態の複合材料として、前記分散剤粉末は、平均粒径が５μｍ以上３０μｍ以下の微粉末と、平均粒径が４０μｍ以上３００μｍ以下の粗粉末と、で構成される形態を挙げることができる。
【００２９】
ここで、複合材料の分散剤粉末が微粉末と粗粉末とで構成されていること、および微粉末と粗粉末の平均粒径は、次のようにして求める。まず、複合材料の基材を溶解して分散剤粉末を取り出す。その分散剤粉末をレーザー回折式の粒度分布径で測定する。そして、例えば、５μｍ未満の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数…といったように、所定範囲の粒径の粒子数をカウントしたヒストグラムを作成し、ヒストグラムのピークを特定する。その際、作成したヒストグラムにピークが二つ以上存在する場合、最も粒径の小さなピークを微粉末のピーク、最も粒径の大きなピークを粗粉末のピークと見做す。そして、ピークを示したヒストグラムに含まれる粒子のメジアン径（５０％粒径）を、微粉末と粗粉末の各平均粒径と見做す。例えば、５μｍ刻みのヒストグラムを作成したとき、５μｍ以上１５μｍ未満のヒストグラムと、１００μｍ以上１０５μｍ未満のヒストグラムがピークであった場合、前者のヒストグラムに含まれる複数の粒子のメジアン径が微粉末の平均粒径、後者のヒストグラムに含まれる複数の粒子のメジアン径が粗粉末の平均粒径である。
【００３０】
上記平均粒径を有する微粉末と粗粉末とで分散剤粉末を構成することで、マトリックス中における分散剤粒子同士の隙間を均一的にすることができる。また、マトリックス中における分散剤粒子の充填率を高めることができる。複合材料の基材を作製する際、粗粉末を構成する粗粒子の隙間に、微粉末を構成する微粒子が入り込んで、各粒子同士の隙間が均一的になるからである。
【００３１】
＜８＞実施形態の複合材料として、前記基材の表面の少なくとも一部に、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ（銅）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、およびＭｏ（モリブデン）のいずれかを主成分とする平滑層を備える形態を挙げることができる。
ここで、Ｍｇを主成分とする平滑層とは、平滑層に最も多く含まれる元素がＭｇである平滑層のことである（Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏについても同様）。
【００３２】
例えば、複合材料を放熱部材として利用する場合、複合材料を取付対象に隙間なく密着させて、取付対象の温度上昇を効果的に抑制したい。しかし、マトリックス中に分散剤粒子を分散させた基材の表面には分散剤粒子が部分的に露出するなどしており、基材の表面性状は粗い。これに対して、基材の表面に平滑層を形成すれば、表面の滑らかな複合材料とすることができる。その結果、複合材料を取付対象に取り付けるときの複合材料と取付対象との密着性を向上させることができる。
【００３３】
＜９＞実施形態の複合材料として、複合材料の最表面に、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ、Ａｕ（金）、Ｓｎ（スズ）のいずれかを主成分とするメッキ層を備える形態を挙げることができる。
ここで、Ｎｉを主成分とするメッキ層とは、メッキ層に最も多く含まれる元素がＮｉであるメッキ層のことである（Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎについても同様）。
【００３４】
複合材料の最表面にメッキ層を形成することで、複合材料を取付対象に半田で取り付ける際の複合材料と取付対象との接合性を向上させることができる。
【００３５】
＜１０＞実施形態の複合材料として、前記基材の熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫ以上である形態を挙げることができる。
【００３６】
基材の熱伝導率が５００Ｗ／ｍＫ以上であれば、複合材料を優れた放熱性を備える放熱部材として利用することができる。
【００３７】
＜１１＞実施形態の複合材料として、複合材料を、−６０℃に保持した液体に１０分間浸した後、２５０℃に保持した液体に１０分間浸すことを１サイクルとする冷熱サイクルを１０００サイクル行った後の前記基材の熱伝導率の維持率が９５％以上である形態を挙げることができる。
ここで、熱伝導率の維持率は、（１０００サイクル目の熱伝導率／０サイクル目の熱伝導率）×１００であり、冷熱サイクル耐性の指標である。
【００３８】
上記冷熱サイクル耐性を備える複合材料は、温度変化の激しい環境下で使用することができる。また、この複合材料は、温度変化の激しい取付対象の放熱部材として好適に利用することができる。
【００３９】
＜１２＞実施形態の複合材料として、前記基材の線熱膨張率が３．０ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下である形態を挙げることができる。
【００４０】
上記範囲の線熱膨張率を備える複合材料は、半導体素子の放熱部材として好適に利用することができる。上記範囲の線熱膨張率は、一般的な半導体素子の線熱膨張率に近いため、温度変化に伴う半導体素子と複合材料との膨張・収縮差が小さいからである。
【００４１】
＜１３＞実施形態の半導体装置は、実施形態の複合材料を放熱部材として用いた半導体装置である。
【００４２】
実施形態の半導体装置は、安定して動作する半導体装置となる。それは、熱伝導率に優れる実施形態の複合材料を放熱部材として利用しているため、半導体装置に備わる半導体素子が高温になり過ぎることを回避できるからである。
【００４３】
＜１４＞実施形態の複合材料の製造方法は、マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える複合材料を製造する複合材料の製造方法であって、下記配置工程と、複合工程と、冷却工程と、を備える
［配置工程］…ダイヤモンドの分散剤粒子で構成される分散剤粉末と、酸化物の溶浸剤と、を含む集合体を鋳型内に配置する。
［複合工程］…前記鋳型内に収納された前記集合体に、Ｍｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金の溶湯を溶浸させ、溶浸部材を得る。但し、溶浸温度は、７００℃以上１０００℃以下である。
［冷却工程］…前記溶浸部材を冷却して、前記基材を得る。
【００４４】
上記工程を備える複合材料の製造方法によれば、熱伝導性に優れる実施形態の複合材料を作製することができる。鋳型内の集合体に酸化物の溶浸剤を添加し、かつ溶浸温度を所定範囲に制御しておくことで、ダイヤモンドの分散剤粒子の表面にマトリックスと分散剤粒子との濡れ性を改善させる例えばＳｉＣなどの被覆層が形成されていなくても、ダイヤモンドの分散剤粉末とマトリックスとを複合させることができる。
【００４５】
＜１５＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記複合工程は、０．０１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧状態で行う形態を挙げることができる。
【００４６】
複合工程は無加圧状態で行うことができる。この場合、簡単な構造の生産設備を用いて複合材料を量産することができ、生産性に優れる。また複合工程は若干の加圧状態で行うこともできる。加圧状態で溶浸を行うことで、溶浸時間を短縮して生産性を向上させたり、溶浸部材の内部に欠陥が生じることを抑制したりすることができ、好ましい。
【００４７】
＜１６＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記集合体に含まれる前記溶浸剤は、ＳｉＯ２、Ｎａ２ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、およびＳｎＯ２の少なくとも１種を含み、前記集合体における前記溶浸剤の含有量は、前記分散剤粉末を１００としたとき、０．１質量％以上１０質量％以下である形態を挙げることができる。
【００４８】
上記濃度の溶浸剤を集合体に含ませておくことで、欠陥の少ない複合材料の基材を作製することができる。
【００４９】
＜１７＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記溶浸剤が粉末状であり、その溶浸剤粉末の平均粒径は、０．０１μｍ以上３μｍ以下である形態を挙げることができる。
【００５０】
上記範囲の平均粒径を備える溶浸剤粉末であれば、集合体中に均一的に溶浸剤を存在させることができる。その結果、欠陥の少ない複合材料を作製することができる。
【００５１】
＜１８＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記冷却工程において、前記溶浸部材をその一端側から他端側に向かって冷却する形態を挙げることができる。
ここで、溶浸部材の一端側から他端側に向かう冷却方向の温度勾配がマイナスとならないように溶浸部材の冷却状態を制御することが好ましい。温度勾配の定義は後述する。
【００５２】
溶浸部材を全周から冷却すると、複合材料の基材中に引け巣が形成される恐れがある。これに対して、溶浸部材をその一端側から他端側に向かって一方向に冷却することで、基材中の引け巣の形成を抑制することができる。
【００５３】
＜１９＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記配置工程において、前記鋳型の内壁の少なくとも一面に沿ってＮｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏのいずれかを主成分とする金属板を設置した状態で、前記集合体を前記鋳型内に配置する形態を挙げることができる。
【００５４】
配置工程で鋳型内に金属板を配置しておくことで、複合工程において金属板が鋳ぐるみされて、金属板に由来する平滑層を基材の表面に形成することができる。なお、金属板は、複合工程の溶浸温度で溶解・変形しない材質で構成されている必要があり、上記＜８＞にて平滑層の材質として挙げられているＭｇ、Ａｌ、Ｃｕの金属板を利用することはできない。これらＭｇ、Ａｌ、Ｃｕの平滑層を形成するのであれば、後述するようにＭｇ、Ａｌ、Ｃｕの板材を基材に後付けする。
【００５５】
＜２０＞実施形態の複合材料の製造方法として、前記分散剤粉末と前記溶浸剤とを混合して成形することで、前記配置工程で用いる鋳型の容積よりも小さな成形体を作製する成形工程を備える形態を挙げることができる。その場合、前記配置工程において、前記成形工程で作製した成形体を前記集合体として前記鋳型の内部に配置すると共に、前記集合体と前記鋳型との間にスペーサを介在させて、前記集合体と前記鋳型との間に隙間を形成する。
【００５６】
配置工程において集合体と鋳型との間に隙間を形成しておくことで、複合工程において当該隙間に溶湯が流れ込み、基材の表面の少なくとも一部に溶湯の材質からなる平滑層を形成することができる。この場合、平滑層は、マトリックスと同じ組成を有することになる。
【００５７】
・本発明の実施形態の詳細
以下、複合材料、およびその製造方法の実施形態を詳細に説明する。
【００５８】
＜複合材料＞
複合材料は、マトリックス中に分散剤粉末を分散させた状態で両者を複合した基材を備える。基材の表面には必要に応じて平滑層やメッキ層を設けても良い。まず、複合材料について説明し、次いでその製造方法に言及する。
【００５９】
≪基材≫
［マトリックス］
基材のマトリックスは、（１）９９．８質量％以上のＭｇ及び不純物からなるいわゆる純Ｍｇ、（２）Ｍｇ、添加元素、及び不純物からなるＭｇ合金、（３）Ｍｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金、のいずれかとする。なお、Ｍｇ合金は、最も含有量が多い元素がＭｇである合金、Ａｌ合金は、最も含有量が多い元素がＡｌである合金のことである。
【００６０】
マトリックスが純Ｍｇである場合、基材の熱伝導性が向上するといった利点を有し、マトリックスがＭｇ合金である場合、液相線温度の低下による溶融温度の低下、基材の耐食性や機械的特性（強度など）の向上といった利点を有する。添加元素は、Ｌｉ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｃｅ、希土類元素（Ｙ，Ｃｅを除く）の少なくとも１種が挙げられる。これらの元素は、含有量が多くなると熱伝導率の低下を招くため、合計で２０質量％以下（合金全体を１００質量％とする）が好ましい。特に、Ａｌは３質量％以下、Ｚｎは５質量％以下、その他の元素はそれぞれ１０質量％以下が好ましい。Ｌｉを添加すると、複合材料の軽量化、及び加工性の向上の効果がある。公知のＭｇ合金、例えば、ＡＺ系、ＡＳ系、ＡＭ系、ＺＫ系、ＺＣ系、ＬＡ系、ＷＥ系などでもよい。
【００６１】
一方、マトリックスが、Ｍｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金である場合、Ｍｇ合金を使用したときと比較して、耐食性に優れるといった利点を有する。もちろん、Ａｌ合金は、Ｍｇ以外の添加元素を含有していてもかまわない。添加元素としては例えばＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒなどを挙げることができる。
【００６２】
マトリックスには、Ｍｇ酸化物が含有されている。このＭｇ酸化物は、後述する複合材料の製造方法で用いた酸化物の溶浸剤に由来するものである。マトリックスにおけるＭｇ酸化物は、マトリックスと分散剤粒子との界面近傍に偏在している。その偏在は、マトリックスと分散剤粒子との界面から１μｍまでの領域に酸素濃度のピークが存在することで確かめることができる。酸素濃度のピークは、基材のＣＰ（Ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）断面を、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｘ−ｒａｙ  ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）で分析することで求めることができる。
【００６３】
ここで、マトリックスがＭｇ系の場合、マトリックス中にＭｇ酸化物が存在することにより、Ｍｇ系マトリックスの線熱膨張率が低下し、Ｍｇ系マトリックスとダイヤモンド粒子の線熱膨張率の差が減少する。このため、冷熱サイクルを受けたときにＭｇ系マトリックスとダイヤモンド粒子（分散剤粒子）との界面に生じる熱応力が小さくなり、基材（複合材料）の冷熱サイクル耐性が高まる。Ｍｇ系マトリックス中にＭｇ酸化物の含有量が、Ｍｇを１００としたとき３質量％以上であれば、上記効果を得やすい。
【００６４】
［分散剤粉末］
分散剤粉末は、ダイヤモンドからなる分散剤粒子で構成される。ダイヤモンドは、工業用であっても宝飾用であっても良い。宝飾用のダイヤモンドは、その純度が高いため、工業用のダイヤモンドよりも熱伝導性に優れる。
【００６５】
分散剤粉末の存在状態には次の二つの形態が挙げられる。第一に、マトリックス中に分散された分散剤粒子が互いに独立している独立形態である（粒子同士が接触することはあっても結合はしていない状態）。第二に、マトリックス中に分散された分散剤粒子同士がネットワーク部により連結された結合形態である（本明細書では、ネットワーク部で連結された分散剤粒子の集合体も、その製造過程で粉末状態にあるため、分散剤粉末と見做す）。独立形態の複合材料は、その製造過程において分散剤粉末を利用することができ、上記ネットワーク部の形成が不要で生産性に優れる。結合形態では、分散剤粒子が連続することで、熱伝導の経路が連続することから、熱伝導率が高い基材となり易い。
【００６６】
上記基材中の分散剤粉末の含有量は、基材を１００体積％としたとき４０体積％以上９０体積％以下とすることが好ましい。基材に占める分散剤粉末の含有量が上記範囲にあれば、複合材料の特性のバランスが良い。分散剤粉末の含有量が多いほど熱伝導率が高くなり、線熱膨張率が小さくなる傾向にある。従って、複合材料を半導体素子の放熱部材として利用するのであれば、分散剤粉末の含有量は、５０体積％以上、更に６０体積％以上が好ましい。特に、熱伝導率と線熱膨張率とのバランスを考慮して、分散剤粉末の含有量は、７０体積％以上９０体積％以下とすることが好ましい。
【００６７】
分散剤粉末の平均粒径は、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。基材における分散剤粉末の平均粒径は、既に説明したように、複合材料の基材の溶解→粒度分布の測定→メジアン径の算出、によって求めると良い。
【００６８】
上記分散剤粉末は、粗粉末と微粉末との混合体であることが好ましい。微粉末の平均粒径は５μｍ以上３０μｍ以下、粗粉末の平均粒径は４０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。分散剤粉末が粗粉末と微粉末との混合体であること、および平均粒径の求め方は、既に説明済みである。粗粉末と微粉末との混合比は、質量比で５：５〜９：１とすることが好ましい。粗粉末の割合が高くなるほど、複合材料の基材の熱伝導率が上昇する傾向にあるため、当該混合比は７：３〜９：１とすることがより好ましい。
【００６９】
分散剤粉末を構成する分散剤粒子は、図１，２の基材の顕微鏡写真に示すように、その表面に針状の炭化物を備えることが好ましい（図１，２は、後述する試験例１−１の試料６の顕微鏡写真である）。この針状の炭化物は、分散剤粒子に由来し、後述する複合材料の製造方法において溶浸温度を最適に選択することで形成されると考えられる（後述する試験例１などを参照）。針状の炭化物は、分散剤粒子とマトリックスとの結合状態を良好にし、複合材料の特性（特に、冷熱サイクル耐性）を向上させることに寄与する。
【００７０】
［マトリックスと分散剤粒子との結合状態］
複合材料の基材において、マトリックスと分散剤粒子との界面の５０％以上の部分で、マトリックスと分散剤粒子とが直接結合している。界面における直接結合部以外の部分では、Ｍｇ化合物の中間層が形成されている。このＭｇ化合物の中間層は、複合材料の基材を作製する際に用いた溶浸剤によって形成される中間層であって、ダイヤモンドに対するＭｇの濡れ性を改善すると考えられる。例えば、図３の顕微鏡写真（図３は、後述する試験例１−１の試料６の顕微鏡写真である）に示されるように、溶浸剤としてＳｉＯ２を用いた場合、Ｍｇのマトリックスとダイヤモンドの分散剤粒子との界面のうちのごく一部にＭｇ２Ｓｉの中間層が形成される。マトリックスと分散剤粒子とが直接接合している割合の好ましい値は、６０％以上、より好ましい値は７０％以上９９％以下である。
【００７１】
［基材のサイズ］
上記基材のサイズは、複合材料の用途に応じて適宜選択できる。例えば、平板状の基材の主面のサイズは、５ｍｍ×２０ｍｍ、あるいはそれ以上とすることができる。一方、基材の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。このような厚さの基材であれば、取り扱いに困らない強度を備えると共に、十分な放熱性を発揮する複合材料とすることができる。
【００７２】
［基材の内部状態］
基材内部の空隙の量は、体積比で３％未満であることが好ましい。空隙の量が少ないほど、基材の熱伝導性および強度が高くなるからである。空隙の量は、例えば、アルキメデス法による比重測定や、断面の顕微鏡写真の画像解析などによって求めることができる。
【００７３】
基材内部における空隙の量の評価方法として、次のような評価方法を利用しても良い。まず、基材を平面視したときの重心を通る直線を切断線として、基材の厚さ方向の断面における重心を中心として切断線の長さの１０％までの範囲を中心領域とする。そして、この中心領域から任意の１ｍｍ×１ｍｍの小領域をとり、当該小領域の面積に対する空隙の面積の割合を面積比とする。この面積比が１０％以下である基材は、空隙ができ易い基材の中心部分に空隙が集中していないと判断できる。
【００７４】
［基材の特性］
上記基材の熱伝導率は、５００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。複合材料を半導体素子の放熱部材として利用するのであれば、基材の熱伝導率は高いほど好ましい。この観点からすれば、基材の熱伝導率は、６００Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。
【００７５】
基材の線熱膨張率は、３．５ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。この範囲の線熱膨張率を有する基材は、半導体素子の線熱膨張率との整合性に優れるからである。
【００７６】
また、基材は、激しい温度変化に対して熱特性（特に、熱伝導率）が低下しないこと（冷熱サイクル耐性が高いこと）が好ましい。例えば、複合材料を、−６０℃に保持した液体に１０分間浸した後、２５０℃に保持した液体に１０分間浸すことを１サイクルとする冷熱サイクルを１０００サイクル行った後の基材の熱伝導率の維持率が９５％以上であることが好ましい。冷却や加熱に用いる液体としては、市販の試験液が使用できる。例えば高温側の試験液としては株式会社ダイトテック製のガルデンＨＳ２６０、低温側の試験液としては株式会社ダイトテック製のガルデンＤ０５などが挙げられる。より好ましい維持率は９７％以上、最も好ましい維持率は１００％である。
【００７７】
さらに、基材は、少なくとも１面が平坦な面であって、その平坦な面の反り度が、１．０×１０−５以上１．０×１０−２以下であることが好ましい。なお、上記『反り度』の定義は以下の通りである。
基材の一面に対して、その最長辺に沿って表面の変位を測定し、測定した変位の最大値と最小値との差を『ｌｍａｘ』、最長辺の長さを『Ｄｍａｘ』とするとき、最長辺の長さ『Ｄｍａｘ』に対する差『ｌｍａｘ』の割合『ｌｍａｘ／Ｄｍａｘ』を反り度とする。
【００７８】
≪平滑層≫
上記基材の少なくとも一面には、平滑層が形成されていることが好ましい。その平滑層が形成される基材の面は、複合材料が取り付けられる取付対象に対向する対向面とする。マトリックス中に分散剤粒子を分散させた基材の表面は粗い傾向にある。基材の表面から分散剤粒子が露出しているからである。そこで、基材の対向面に平滑層を形成すれば、複合材料の対向面を平滑にすることができ、複合材料と取付対象との密着性を向上させることができる。平滑層の算術平均粗さＲａは、５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。
【００７９】
平滑層は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏのいずれかを主成分とすることが好ましい。主成分とは、平滑層における含有量（原子数）が最も多い成分のことである。もちろん、上記列挙した元素のいずれかのみ（不可避的不純物が含まれていても良い）で構成された平滑層としても良い。上記列挙した元素のうち、マグネシウムに対する溶解性の低さや、基材との線熱膨張率のマッチングや、薄い板がよく流通しているという観点からＭｏが平滑層の主成分として好ましい。平滑層の形成方法は、後述するように複数存在する。選択する平滑層の形成方法によって用いることができない元素もある。
【００８０】
平滑層の平均厚さは、３μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。この範囲であれば、粗い基材の表面に滑らかな平滑層を形成することができ、しかも平滑層によって複合材料全体の熱伝導率が低下することもない。平滑層のより好ましい平均厚さは、３μｍ以上１００μｍ以下であり、５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。平滑層の平均厚さは、複合材料の断面における異なる３点以上の厚さの平均である。
【００８１】
基材の対向面（つまり、基材と平滑層との接合界面）は平滑でも良いが、当該対向面の算術平均粗さＲａは、０．２μｍ以上とすると、より好ましい。基材の対向面が粗いと、アンカー効果によって基材に対する平滑層の密着性が高くなる。平滑層の接合強度は、ＪＩＳ  Ｚ  ３００１に規定される９０°のピール試験によって確認することができる。このピール試験の結果、基材と平滑層との接合強度が１０Ｎ／ｃｍ以上の複合材料が好ましい。
【００８２】
≪メッキ層≫
基材の表面の少なくとも一部には、メッキ層が備わっていても良い。もちろん、基材の表面全体にメッキ層が備わっていても良い。基材が平滑層を備える場合は、平滑層の上にメッキ層を形成する。メッキ層の厚さは５０μｍ以下、とりわけ１５μｍ以下が好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。
【００８３】
＜複合材料の製造方法＞
次に、上記金属被覆層を備える複合材料の製造方法を工程順に説明する。複合材料の製造方法は、次に示す配置工程と複合工程と冷却工程とを備える。
［配置工程］…ダイヤモンドの分散剤粒子で構成される分散剤粉末と、酸化物の溶浸剤と、を含む集合体を鋳型内に配置する。
［複合工程］…鋳型内に収納された集合体に、Ｍｇ、Ｍｇ合金、またはＭｇを０．５質量％以上含有するＡｌ合金の溶湯を溶浸させ、溶浸部材を得る。但し、溶浸温度は、７００℃以上１０００℃以下である。
［冷却工程］…溶浸部材を冷却して、基材を得る。
以下、各工程を順次説明する。
【００８４】
≪配置工程≫
配置工程で鋳型内に配置される集合体は、以下の三つの形態を取り得る。
［粉体］…鋳型内に充填された粉末状態の集合体。
［成形体］…分散剤粉末と溶浸剤粉末を押し固めて得られた成形体状の集合体、あるいは分散剤粉末と溶浸剤を含むスラリーを固めて得られた集合体。
［焼結体］…分散剤粉末と溶浸剤粉末を焼結することで得られた焼結体状の集合体。
ここでは、鋳型内に粉末状態の集合体を配置する例を説明し、成形体および焼結体の集合体については、後段に項目を設けて改めて説明する。
【００８５】
粉体の集合体は、ダイヤモンドの分散剤粉末と、酸化物の溶浸剤粉末と、を混合することで得られる。分散剤粉末の平均粒径は、５μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。また、分散剤粉末は、平均粒径５μｍ以上３０μｍ以下の微粉末と、平均粒径が４０μｍ以上３００μｍ以下の粗粉末と、を混合した混合粉末であっても良い。上記平均粒径を有する微粉末と粗粉末とで分散剤粉末を構成することで、マトリックス中における分散剤粒子同士の隙間を均一的にすることができる。またマトリックス中における分散剤粒子の充填率を高めることができる。複合材料の基材を作製する際、粗粉末を構成する粗粒子の隙間に、微粉末を構成する微粒子が入り込んで、各粒子同士の隙間が均一的になるからである。分散剤粒子の実際の粒径は、準備段階から複合材料の完成に至るまでの間、実質的に維持されると考えて良い。
【００８６】
本明細書で開示した条件に基づいて微粉末と粗粉末を混合して作製した複合材料かどうかは、以下の手順で判断することができる。まず複合材料を酸で溶解させ、ダイヤモンドを分離する。レーザー回折式の粒度分布系でダイヤモンド粉末の粒度分布を測定し、例えば、５μｍ未満の粒子数、５μｍ以上１０μｍ未満の粒子数…といったように、所定範囲の粒径の粒子数をカウントしたヒストグラムを作成し、ヒストグラムのピークを特定する。作成したヒストグラムにピークが二つ以上存在する場合、最も粒径の小さなピークを微粉末のピーク、最も粒径の大きなピークを粗粉末のピークと見做す。そして、ピークを示したヒストグラムに含まれる粒子のメジアン径（５０％粒径）を、微粉末と粗粉末の各平均粒径と見做したとき、微粉末の平均粒径が５μｍ以上３０μｍ以下、粗粉末の平均粒径が４０μｍ以上３００μｍ以下であったとき、本明細書で開示した条件に基づいて微粉末と粗粉末を混合して作製した複合材料と見做すことができる。
【００８７】
粉体の集合体に含まれる酸化物の溶浸剤粉末は、ダイヤモンドに対する溶湯の濡れ性を改善するためのものである。この溶浸剤粉末として、例えばＳｉＯ２、Ｎａ２ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２を利用することができる。これら化合物の溶浸剤粉末は、単独で用いることもできるし、組み合わせて用いることもできる。
【００８８】
粉体の集合体に含ませる溶浸剤粉末の含有量は、分散剤粉末を１００としたとき、０．１質量％以上１０質量％以下とすることが好ましい。溶浸剤粉末が少な過ぎると濡れ性の改善効果が少なく、多過ぎると基材の特性を低下させる。好ましい分散剤粉末の含有量は１質量％以上７質量％以下、より好ましい分散剤粉末の含有量は３質量％以下５質量％以下である。
【００８９】
溶浸剤粉末の平均粒径は、０．０１μｍ以上３μｍ以下とすることが好ましい。このような大きさの溶浸剤粉末であれば、ダイヤモンドの分散剤粉末と混合したとき、ダイヤモンドの分散剤粒子同士の隙間に溶浸剤粒子が入り込み易く、濡れ性の改善効果を高めることができる。溶浸剤粒子の粒径が小さくなるほど、分散剤粒子同士の隙間に入り込み易くなる。従って、溶浸剤粉末の平均粒径は、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以下、最も好ましくは０．０３μｍ以下である。
【００９０】
分散剤粉末と溶浸剤粉末との混合粉末を鋳型内に混合粉末を充填する際、１０Ｈｚ以上かつ加速度が重力加速度の１／１０以上の振動を与えることが好ましい。振動を与えることで、鋳型内への混合粉末の充填率を増加させることができる。また、分散剤粒子の隙間に溶浸剤粒子が入り込み易く、優れた特性を有する複合材料の基材を作製することができる。分散剤粉末が粗粉末と微粉末との混合物である場合、振動を与えることで粗粒子の隙間に微粒子が入り込み易くなるという効果もある。
【００９１】
≪複合工程≫
複合工程は、大気雰囲気下で行っても良いし、Ａｒなどの不活性雰囲気下で行っても良い。前者の場合、雰囲気を調整する設備が不要となるので、基本的な設備で複合材料の基材を作製することができる。一方、不活性雰囲気下で複合工程を行うことでＭｇの酸化を抑制することができる。
【００９２】
複合工程における溶浸温度は、７００℃以上１０００℃以下であるが、好ましくは８００℃以上９００℃以下、より好ましくは８２０℃以上８８０℃以下である。溶浸温度を高くすると、ダイヤモンドの分散剤粒子の表面に針状の炭化物が形成され易い。
【００９３】
また、溶浸時間は、５秒以上５時間以下とすることが好ましい。溶浸時間が長くなると、ダイヤモンドがグラファイト化して複合材料の基材の熱伝導性が低下する恐れがある。より好ましい溶浸時間は、１０分以上５時間以下である。
【００９４】
複合工程における溶浸は、無加圧状態で行っても良いし、０．０１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧状態で行っても良い。実施形態の複合材料の製造方法では、無加圧状態であっても基材の内部に欠陥が生じ難いが、若干加圧した状態であれば、より基材の内部に欠陥が生じ難くなる。さらに、０．０１ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の加圧状態で、かつ鋳型内を真空吸引しても良く、そうすることで、基材内部の欠陥の発生をさらに抑制することができる。真空吸引を行う場合、溶浸後に、大気圧の不活性雰囲気に復圧してから冷却工程を行うことが好ましい。加圧状態では溶浸速度が速くなるため、溶浸時間は５秒以上５時間以下とすることができる。
【００９５】
ここで、複合工程において平滑層の形成を同時に行うこともできる。例えば、鋳型と粉末状の集合体との間に平滑層を形成するための金属板を配置して鋳ぐるみを行うことで、基材に平滑層を形成した複合材料が得られる。金属板を鋳ぐるみする場合、金属板の材質は、溶湯の熱によって溶融したり変形したりしない材質とする。例えば、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏを主成分とする金属板を利用することが挙げられる。
【００９６】
また、金属板を鋳ぐるみを行う場合、金属板の表面を粗くしておくと、アンカー効果によって基材から平滑層がはがれ難くなる。例えば、金属板のうち、分散剤粉末に接触する面にブラスト処理を施して、金属板の表面を粗くすることが挙げられる。
【００９７】
≪冷却工程≫
冷却工程における溶浸部材の冷却は、鋳型から溶浸部材を取り出してから行っても良いし、鋳型ごと行っても良い。鋳型から取り出す際に溶浸部材が変形することもあるので、鋳型ごと溶浸部材の冷却を行うことが好ましい。例えば、鋳型ごと冷却設備に入れたり、鋳型に冷却部材を接触させたりすることで、鋳型ごと溶浸部材を冷却することができる。
【００９８】
冷却工程は、複合工程と同様に、大気雰囲気下または不活性雰囲気下のいずれの雰囲気下で行っても良い。また、無加圧状態で溶浸部材を冷却しても良いし、０．０１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下の加圧状態で溶浸部材を冷却しても良い。鋳型ごと溶浸部材の冷却を行う場合、加圧状態とし易い。
【００９９】
冷却工程において、複合物の冷却方向や冷却速度を制御することで、内部欠陥や表面欠陥の少ない基材を得ることができる。具体的には、溶浸部材における溶湯が供給される側と反対側から一方向に冷却する（この方向を冷却方向とする）。このような一方向の冷却を行うことで、凝固する部分の体積減少分を未凝固の溶湯が補填しながら冷却が進んでいくため、上記欠陥の発生を低減し易い。上記一方向の冷却を達成するには、例えば、溶湯が供給される側と反対側の部分に冷却材などを接触させて当該部分を強制的に冷却したり、溶湯が供給される側を保温したりすると良い。
【０１００】
冷却速度は、０．１℃／ｍｍ以上、特に０．５℃／ｍｍ以上の温度勾配が設けられるように調整することが好ましい。ここで、温度勾配は、以下に示すようにして求めた値とする。
冷却方向に沿って溶浸部材をｎ等分し、溶浸部材における冷却方向の終端側の位置をＰ０とし、冷却方向に沿って分割点をＰ0に近い側からＰ１、Ｐ２…とする。つまり、溶浸部材における冷却方向の始端側の位置（溶浸部材の最も温度の低い位置）をＰｎとし、冷却方向に向かってＰｎ−１、Ｐｎ−２、…とし、溶浸部材の最も温度の高い位置をＰ０とする。『ｎ』は２以上の任意の自然数である。そして、Ｐｎが液相線温度に達したときの｛（Ｐｎ−１の温度−Ｐｎの温度）／Ｐｎ〜Ｐｎ−１間の距離｝を求める。つまり、Ｐ０〜Ｐ１間の温度勾配（℃／ｍｍ）、Ｐ１〜Ｐ２間の温度勾配、…Ｐｎ−１〜Ｐｎ間の温度勾配を求める。各温度勾配が０．１℃／ｍｍ以上、特に０．５℃／ｍｍ以上となるように溶浸部材を一方向に冷却すれば、基材の内部に欠陥が生じ難い。なお実測の際は、Ｐｎ〜Ｐｎ−１間の距離が５〜１０ｍｍ程度になるように『ｎ』を選ぶと良い。
【０１０１】
あるいは、冷却速度（基材におけるある地点の温度ＴＨと所定の温度ＴＬ（＜ＴＨ）との差：ＴＨ−ＴＬを、温度ＴＨから温度ＴＬに降下するまでに要した時間ｔで除した値：（ＴＨ−ＴＬ）／ｔとする）を０．５℃／ｍｉｎ以上、より好ましくは３℃／ｍｉｎ以上、特に１０℃／ｍｉｎ以上、更に５０℃／ｍｉｎ以上と高速で冷却することでも、上記欠陥をより低減し易い。
【０１０２】
≪その他の工程≫
冷却工程を経て得られた基材をホットプレスすることで、基材の内部にある気孔を押しつぶしつつ、基材の形状を所望の寸法精度に整えても良い。その場合、加熱温度は、常温以上で、かつマトリックスの融点未満とする。また、加圧の圧力は、０．５ｔｏｎ／ｃｍ２（約４９ＭＰａ）以上とすると良い。
【０１０３】
基材を作製した後、基材の表面に金属板を貼り付けて、基材に平滑層を形成しても良い。例えば、基材上に金属板を重ね、その積層物を加圧しながら加熱し、拡散接合することで、基材に平滑層を形成する。その場合、加熱温度は３００℃以上、加圧の圧力は０．５ｔｏｎ／ｃｍ２（約４９ＭＰａ）以上とすると良い。拡散接合によって平滑層を形成する場合、平滑層の材質として、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、およびＭｏの他に、Ｍｇ、Ａｌ，Ｃｕなどを選択することができる。
【０１０４】
基材の最表面にメッキ層を形成しても良い。基材に平滑層が形成されている場合、平滑層ごとメッキ層を形成すれば良い。メッキ層の材質としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎなどを挙げることができる。メッキ層の形成には、電気メッキ、無電解メッキなどを利用することができる。メッキ層を形成後に熱処理を施して、メッキ層の剥離強度および硬度を向上させても良い。
【０１０５】
≪配置工程の別形態１≫
［成形体の集合体を得る方法］
成形体の集合体は、ダイヤモンドの分散剤粉末と溶浸剤粉末とを混合する混合工程と、その混合粉末を金型内に充填して加圧成形する成形工程と、によって製造することができる。ダイヤモンドの分散剤粉末と溶浸剤粉末とに加えて、バインダ成分を添加しても良い。成型後に焼結工程を含んでも良い。このような操作によって、より強固な成型体を設けることができる。バインダ成分としては例えばポリカルボシラン（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｓｉｌａｎｅ）が、焼結工程の条件としては例えば不活性雰囲気中８００℃×２時間などが挙げられる。
【０１０６】
成形体の集合体は、ダイヤモンドの分散材粉末と溶浸剤とを含むスラリーを作製するスラリー作製工程と、そのスラリーを所望の形状に成形する成形工程と、成形体を乾燥させる乾燥工程と、によって製造することができる。ダイヤモンドの分散剤粉末と溶浸剤粉末とに加えて、バインダ成分を添加しても良い。また乾燥後に焼結工程を含んでも良い。このような操作によって、より強固な成形体を得ることができる。バインダ成分としては例えばポリカルボシランが、焼結工程の条件としては例えば不活性雰囲気中８００℃×２時間などが挙げられる。
【０１０７】
溶浸剤の含有量は、ダイヤモンドの分散材粉末を１００質量％としたとき、０．１質量％以上１０質量％以下とすることが好ましい。また、溶浸剤の材質としては、Ｎａ２ＳｉＯ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、およびＳｎＯ２の少なくとも１種を利用することができる。
【０１０８】
スラリーを作製する際の溶媒としては、水あるいは有機溶媒を利用することができる。有機溶媒としては、ベンゼン、ノルマルヘキサンなどを利用することができる。溶媒には分散剤を添加しても良い、分散剤としては、ポリカルボン酸、スチレン-マレイン酸共重合体などの界面活性剤などを利用することができる。
【０１０９】
ここで、溶浸剤を溶解させた溶媒に分散剤粉末を加えてスラリーを作製してもかまわない。例えば、ケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の水溶液に分散剤粉末を加えてスラリーを作製することが挙げられる。この場合、ケイ酸ナトリウムの含有量は、分散剤粉末に対して０．１質量％以上１０質量％以下となるように調整しておくことが好ましい。
【０１１０】
成形工程は、成形型にスラリーを充填することで行うと良い。成形型として、配置工程で用いる鋳型を利用することもできる。つまり、配置工程で用いる鋳型にスラリーを直接充填することで、スラリーの成形を行っても良い。この構成は、成形工程と同時に配置工程が同時に行われる構成である。この場合、スラリーの乾燥工程も鋳型内で行うことになる。
【０１１１】
その他、スラリーを用いた集合体の形成方法として、スリップキャスト法、ドクターブレード法、湿式プレス法、あるいは押出成形法を利用することができる。この場合、成形工程と配置工程とは別個に行われる。つまり、配置工程において成形体を鋳型内に設置することになる。
【０１１２】
成形体を乾燥させる乾燥工程の条件は、ダイヤモンドが炭化するような高温でなければ特に限定されない。例えば、６０℃以上５００℃以下で１分以上１０時間以下の熱処理を行うことが挙げられる。熱処理は不活性雰囲気下で行っても良いし、大気雰囲気下で行っても良い。
【０１１３】
以上説明した成形体の集合体を用いて溶浸を行う場合、鋳型内の容積よりも小さい成形体としても良い。その場合、配置工程において鋳型と成形体との間に所定の隙間が設けられるようにスペーサなどを配置し、この隙間にマトリックス金属の溶湯が流入されるようにする。その結果、基材のマトリックス金属と同じ組成で、当該マトリックス金属と連続する組織を有する平滑層を基材上に形成できる。
【０１１４】
上記スペーサは、ナフタレンなどのように複合時の熱で昇華により除去できるものや、カーボン、鉄、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）といった耐熱性に優れるものが利用できる。このスペーサは、下地層に埋設させたままにしてもよいし、スペーサ部分を切削などにより除去してもよい。
【０１１５】
≪配置工程の別形態２≫
［焼結体の集合体を得る方法］
焼結体の集合体は、ダイヤモンドの分散剤粉末を加圧成形する成形工程と、粉末成形体を焼結して、ダイヤモンドの分散剤粒子同士が結合されたネットワーク部を有する集合体を作製する工程と、によって製造することができる。
【０１１６】
焼結体状の集合体は、黒鉛の粉末成形体を形成する成形工程と、粉末成形体を焼結して、黒鉛をダイヤモンドに転移させながらダイヤモンド同士を結合するネットワーク部を有する集合体を形成する焼結工程と、によって製造することもできる。
【０１１７】
焼結体の集合体を作製したら、その焼結体の集合体を鋳型内に配置して、溶浸を行えば良い。その際、焼結体の集合体は、成形体の集合体よりも強度が高く、損傷し難い。その他、焼結体の集合体を作製するメリットとしては、集合体を多孔質とすることができる、基材における分散剤粉末の充填率をさせ易い、といった点を挙げることができる。
【０１１８】
以下、実際に複合材料を作製し、複合材料の特性を調べた。
【０１１９】
［試験例１−１］
試験例１−１では、複合材料の特性に及ぼす溶浸温度の影響を調べた。
【０１２０】
（試料の作製）
まず、分散剤粉末として、平均粒径１１０μｍのダイヤモンド粗粒子からなる粗粉末と、平均粒径２０μｍのダイヤモンド微粒子からなる微粉末と、を用意した。これら粗粉末と微粉末とを質量比で７：３の割合で混合し、さらに溶浸剤を添加した混合粉末を複数用意した。溶浸剤は、平均粒径０．３μｍのＳｉＯ２粉末であり、溶浸剤の添加量は、粗粉末と微粉末との合計を１００質量％としたとき、３質量％とした。各粉末の平均粒径は、メジアン粒径である。
【０１２１】
上記混合粉末は、３０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍの内部空間を有する鋳型内に充填した。充填の際、タッピングして、鋳型内における混合粉末の充填量を調整した。
【０１２２】
次いで、マトリックスとして純Ｍｇの溶湯を用意し、混合粉末が充填された鋳型内にその溶湯を充填し、ダイヤモンドの分散剤粉末に溶湯を溶浸させた。その際、溶浸温度（溶湯の温度および鋳型の温度）を種々変化させた。溶浸時間は１時間とした。また、溶浸は、不活性雰囲気下で加圧なしの状態で行った。
【０１２３】
最後に、溶浸部材が収納された鋳型を冷却部材に接触させて、鋳型ごと溶浸部材を冷却した。このような冷却を行うことで、鋳型内の溶浸部材のうち、冷却板側（一端側）から冷却板とは反対側（他端側）に向かって溶浸部材が冷却される。
【０１２４】
（試料の特性の測定）
作製した複合材料（基材）の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、線熱膨張率（ｐｐｍ／Ｋ）、冷熱サイクル耐性、マトリックスと分散剤粒子との直接接触割合（％）、基材におけるマトリックスと分散剤粒子との結合状態、および針状炭化物の形成状態を確認した。
・線熱膨張率及び熱伝導率は、市販の測定器を用いて測定した。線熱膨張率は、３０℃〜１５０℃の範囲について測定した。
・基材の冷熱サイクル耐性は、温度変化に伴う基材の熱伝導率の低下のし難さを表す指標である。具体的には、複合材料を、−６０℃に保持した試験液（株式会社ダイトテック製のガルデンＨＳ２６０）に１０分間浸した後、２５０℃に保持した試験液（株式会社ダイトテック製のガルデンＤ０５）に１０分間浸すことを１サイクルとする冷熱サイクルを１０００サイクル行った後の基材の熱伝導率を、冷熱サイクルを行う前の基材の熱伝導率で割った値をパーセンテージで示すことで求めた。数値が１００％に近づくほど、激しい温度変化にも特性が低下しない複合材料であるといえる。
・マトリックスと分散剤粒子との直接接触割合は、基材の断面を画像解析し、任意の１０個以上の分散剤粒子の周長に占めるマトリックスと分散剤粒子との接触割合で求めた。
・基材におけるマトリックスと分散剤粒子との結合状態、および針状炭化物の形成状態を顕微鏡観察によって確認した。
【０１２５】
その他、基材における粗粉末と微粉末の平均粒径を以下のようにして確認した。まず、所定の質量の複合材料を酸で溶解してマトリックスを取り除き、レーザー回折式の粒度分布計で分散剤粉末の粒径を測定した。その際、２μｍ以下の粒子は、コンタミネーションなどであると見做し、以降の操作から除外する。次に、５μｍ刻みのヒストグラムを作成し、間隔が２０μｍ以上離れた二つのピークが存在することを確認した。そして、粒径が小さい方のピークのヒストグラムに含まれる粒子のメジアン径を求めたところ、およそ２０μｍであり、粒径が大きい方のピークのヒストグラムに含まれる粒子のメジアン径を求めたところ、およそ１１０μｍであった。さらに、複合材料を酸で溶解して残った分散剤粉末の質量を測定し、複合材料の密度から、計算によって複合材料における分散剤粉末の含有量を求めた。
【０１２６】
（測定結果）
各試料の組成や製造条件に係る情報、および測定した試料の特性を表１に示す。なお、表に記載した粗粒と微粒の粒径は、複合材料の製造時に用意した粗粒と微粒の平均粒径である。
【０１２７】
【表１】
2015140456.tif 000003
【０１２８】
表１に示すように、溶浸温度が７００℃未満の試料１では、分散剤粉末にＭｇの溶湯を溶浸させることができなかった。一方、溶浸時に溶浸剤を用い、溶浸温度を７００℃以上１０００℃以下とすることで、分散剤粉末にＭｇの溶湯を溶浸させることができ、複合材料（基材）を得ることができた（試料２〜１０参照）。
【０１２９】
試料２〜１０の基材の断面を観察したところ、マトリックスと分散剤粒子との界面の５０％以上で、マトリックスと分散剤粒子とが直接結合していた。さらに試料３〜１０では、ダイヤモンドの分散剤粒子の表面に針状炭化物が形成されていた。代表して、試料６の断面の顕微鏡写真を図１〜３に示す。図１は試料６の基材断面の顕微鏡写真、図２は図１の拡大写真であり、黒色部分は分散剤粒子、灰色部分はマトリックスである。また、図３は試料６の基材におけるマトリックスと分散剤粒子との界面近傍の顕微鏡写真である。これらの図（特に図３を参照）に示されるように、マトリックスと分散剤粒子とが界面の大部分（９５％以上の部分）で、マトリックスと分散剤粒子とが直接結合していることが確認された。また、図３に示されるように、界面の所々に、Ｍｇ２Ｓｉの中間層が形成されていることが確認された。この中間層が、マトリックスと分散剤粒子との結合を強固に維持している可能性が考えられる。
【０１３０】
また、試料２〜１０について、マトリックスの酸素濃度をＥＰＭＡで測定したところ、［１］マトリックス中のＭｇ酸化物（ＭｇＯ）の含有量が、Ｍｇを１００としたとき３質量％以上であること、［２］マトリックスと分散剤粒子との界面から１μｍまでの領域に酸素濃度のピークが存在すること、が確認された。代表して、試料６の分析結果を図４に示す。図４の横軸はマトリックスにおける界面からの距離、縦軸は酸素濃度を示しており、界面からおよそ０．４μｍの位置に酸素濃度のピークが存在することを確認することができる。このマトリックス中の酸素は、基材の製造が不活性雰囲気で行われたことを考慮すれば、製造時に用いた酸化物（ＳｉＯ２）の溶浸剤粉末に由来するものと考えられる。界面近傍に酸素が多いということは、溶浸時に分散剤粒子の周りに溶浸剤粉末が多く存在していたことを示唆しているものと推察される。このＭｇＯが多い領域は、Ｍｇとダイヤモンドの熱膨張差の緩衝領域として働き、冷熱サイクル耐性の向上に寄与していると考えられる。
【０１３１】
上記結合状態にある試料２〜１０の熱特性について確認したところ、試料２〜１０はいずれも、５５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率と、４．４〜４．６ｐｐｍ／Ｋの線熱膨張率を有しており、半導体素子の放熱部材として十分な特性を有していることが分かった。さらに、７００℃以上１０００℃以下の範囲で溶浸温度を高くするほど、分散剤粒子の表面に針状炭化物が生成し易く、それに伴って複合材料（基材）の熱伝導率と冷熱サイクル耐性が向上することが分かった。特に、溶浸温度が８２０℃〜８８０℃の範囲にあるとき、熱伝導率および冷熱サイクル耐性のいずれにも優れる基材となることが分かった。
【０１３２】
［試験例１−２］
試験例１−２では、複合材料の特性に及ぼす溶浸剤の有無、および添加量の影響を調べた。その結果を表２に示す。調べた添加量は、１質量％、３質量％、５質量％、７質量％、１０質量％であった。なお、試料６は、試験例１の試料６と同じである（この点は、以降の試験においても同様である）。
【０１３３】
【表２】
2015140456.tif 000004
【０１３４】
表２に示すように、溶浸剤を添加しなかった試料１１では分散剤粉末にＭｇの溶湯を溶浸させることができなかった。一方、溶浸剤を添加した試料１２，６，１３，１４，１５では分散剤粉末にＭｇの溶湯を溶浸させることができた。各試料を比較したところ、複合材料の熱伝導率は、溶浸剤の添加量が３質量％のときをピークとし、溶浸剤の添加量が少なくなっても多くなっても減少する傾向にあることが分かった。また、溶浸剤の添加量が３質量％よりも少ない試料１２では、冷熱サイクル耐性が低下する傾向があり、溶浸剤の添加量が３質量％よりも多くなるほど、線熱膨張率が低下する傾向、およびマトリックスと分散剤粒子との直接接触割合が低下する傾向にあることが分かった。これらの結果から、溶浸剤の添加量には最適な範囲が存在し、溶浸剤の最適な添加量は３質量％前後（２質量％以上５質量％以下）であることが分かった。
【０１３５】
［試験例１−３］
試験例１−３では、複合材料の特性に及ぼす溶浸剤の平均粒径の影響を調べた。調べた溶浸剤の平均粒径は、０．０１μｍ、０．３μｍ、１μｍ、３μｍであった。その結果を表３に示す。
【０１３６】
【表３】
2015140456.tif 000005
【０１３７】
表３に示すように、複合材料の熱伝導率は、溶浸剤の平均粒径が小さくなるほど上昇する傾向にあることが分かった。このような傾向が認められるのは、溶浸剤の平均粒径が小さければ、分散剤粉末の隅々に溶浸剤が行き渡り、分散剤粒子とマトリックスとの結合が良好になるからであると推察される。
【０１３８】
［試験例１−４］
試験例１−４では、複合材料の特性に及ぼす溶浸剤の材質の影響を調べた。調べた溶浸剤の材質は、ＳｉＯ２、Ｎａ２ＳｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＳｎＯ２であった。その結果を表４に示す。
【０１３９】
【表４】
2015140456.tif 000006
【０１４０】
表４の結果から、いずれの溶浸剤であっても複合材料の特性に殆ど差は認められなかった。このことから、酸化物の溶浸剤であれば、ダイヤモンドの分散剤粉末にＭｇの溶湯を溶浸させることができることが分かった。
【０１４１】
［試験例１−５］
試験例１−５では、複合材料の特性に及ぼす分散剤粒子の粒径の影響を調べた。その結果を表５に示す。
【０１４２】
【表５】
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【０１４３】
表５の結果から、粗粉末の平均粒径と微粉末の平均粒径との差が大きくなるほど、複合材料の熱伝導率が上昇する傾向にあることが分かった。このような傾向が認められるのは、粗粒子の粒径に対して微粒子の粒径が小さくなるほど、粗粒子同士の隙間に微粒子が入り込み易くなるからであると推察される。また、粗粉末の平均粒径が大きくなると、複合材料の熱伝導率が上昇する傾向にあることが分かった。このような傾向が認められるのは、径の大きな粗粒子を使用するほど、若干の熱抵抗を有するＭｇとダイヤモンドの界面が減少するためと推察される。
【０１４４】
［試験例１−６］
試験例１−６では、複合材料の特性に及ぼす粗粉末と微粉末との混合比の影響を調べた。結果を表６に示す。
【０１４５】
【表６】
2015140456.tif 000008
【０１４６】
表６の結果から、粗粉末の割合が高くなると、複合材料の熱伝導率が高くなる傾向が認められた。なお、試料２７の結果から、粗粉末と微粉末との混合粉末を用いなかったとしても、十分な熱伝導率を有する複合材料を得ることができることが分かった。
【０１４７】
［試験例１−７］
試験例１−７では、複合材料の特性に及ぼす分散剤粒子の含有量の影響を調べた。調べた含有量は、４０質量％、５０質量％、６０質量％、７０質量％、８０質量％、９０質量％であった。その結果を表７に示す。
【０１４８】
【表７】
2015140456.tif 000009
【０１４９】
表７の結果から、複合材料に占める分散剤粉末の含有量が大きくなるほど、複合材料の熱伝導率が上昇し、線熱膨張率が小さくなる傾向にあることが分かった。このような傾向から、分散剤粉末の含有量は、複合材料の取付対象の線熱膨張率と整合する範囲で高めに設定すれば良いことが分かる。
【０１５０】
［試験例１−８］
試験例１−８では、複合材料の特性に及ぼすマトリックスの材質の影響を調べた。調べたマトリックスの材質は、純Ｍｇ、Ａｌ−０．３質量％Ｍｇ、Ａｌ−０．５質量％Ｍｇ、Ａｌ−１．０質量％Ｍｇであった。その結果を表８に示す。
【０１５１】
【表８】
2015140456.tif 000010
【０１５２】
表８の結果から、熱伝導率および冷熱サイクル耐性の点で、Ｍｇ系のマトリックスがＡｌ系のマトリックスよりも優れていることが分かった。また、Ａｌ系のマトリックスにおいて、Ｍｇの含有量が多くなるほど、複合材料の熱伝導率と冷熱サイクル耐性が向上することが分かった。
【０１５３】
［試験例２］
試験例２として、鋳型内に金属板を配置して、複合材料の基材に平滑層を形成し、平滑層の形成状態を確認した。基材の組成や製造条件は試験例１の試料６と同じとした。
【０１５４】
用意した金属板の材質は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏであった。各金属板のサイズは共通であり、その長さは３０ｍｍ、幅は３０ｍｍ、厚さは５０μｍであった。これら金属板を鋳型の底面に配置し、その金属板の上に分散剤粉末を配置した後、試料６と同様の手順で複合材料の基材を作製した。
【０１５５】
作製した複合材料について、金属板（平滑層）の変形状態、接合の可否、接合状態を調べた。変形状態と接合の可否は目視にて確認した。また、接合状態は、９０°のピール試験（ＪＩＳ  Ｚ  ３００１）によって評価した。ピール試験の結果が１０Ｎ／ｃｍ以上であれば評価Ａ、１０Ｎ／ｃｍ未満であれば評価Ｂとした。これらの結果を表９に示す。
【０１５６】
【表９】
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【０１５７】
表９に示すように、Ａｌ板またはＭｇ板を用いた場合、溶浸時の熱によって金属板が溶解し、平滑層を形成することができなかった。また、Ｎｉ板またはＣｕ板を用いた場合、溶浸時の熱やＭｇとの反応によって金属板が変形し、しかも接合状態が芳しくなかった。これに対して、Ｔａ板、Ｎｂ板、Ｔｉ板、Ｗ板、またはＭｏ板を用いた場合、金属板が変形することなく、しかも接合状態も良好であった。これらのことから、金属板を鋳型内に配置することで基材に平滑層を形成する場合、金属板の材質としてはＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏが好適であることが分かった。
【０１５８】
［試験例３］
試験例３では、冷却工程における溶浸部材の冷却方法が、複合材料の基材の内部欠陥（空隙）の形成に及ぼす影響を調べた。
【０１５９】
溶浸部材のサイズは、長さ３０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍとした。この溶浸部材を鋳型ごと冷却部材に接触させ、溶浸部材を溶浸部材の長さ方向に冷却した。その際、冷却速度を変化させ、基材中の断面における空隙の最大サイズ（ｍｍ）を測定した。空隙の最大サイズの測定は、基材の断面における所定範囲を画像解析することで求めた。
【０１６０】
ここで、溶浸部材の冷却速度は、鋳型のうち、冷却部材に接触する部分以外の部分を保温材で覆うなどして、調整した。また、冷却速度の相違は、以下のようにして求めた温度勾配によって特定した。
溶浸部材を長さ方向に五等分し、冷却方向における温度の高い側から順にＰ０〜Ｐ６を付した位置の温度を測定した（冷却部材側の最も温度が低い部分がＰ６、その反対側の最も温度が高い部分がＰ０）。そして、Ｐｎが液相線温度に達したときの｛（Ｐｎ−１の温度−Ｐｎの温度）／Ｐｎ〜Ｐｎ−１間の距離｝の値を求めた。この値が、冷却速度の温度勾配である。
【０１６１】
以上のようにして測定した溶浸部材の冷却速度と基材の内部欠陥との関係を表１０に示す。但し、表中の温度勾配は、求めた温度勾配のうち、最小のものである。
【０１６２】
【表１０】
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【０１６３】
表１０に示されるように、温度勾配が高くなるように一方向の冷却を行うことで、基材中に内部欠陥が生じ難いことが分かった。特に、温度勾配が０．１℃／ｍｍ以上となるように一方向の冷却を行うと、内部欠陥の最大サイズが０．１ｍｍ未満となることが分かった。なお、温度勾配がマイナスとなっているのは、冷却速度の調整が不十分で、一方向の冷却を行えていないことを示している。
【０１６４】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明の複合材料は、例えば、半導体素子の放熱部材（本発明放熱部材）に好適に利用することができる。
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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