(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと炭素粒子が焼結複合化された複合体本体と、前記複合体本体の表面に形成されたアルミニウム表皮層とを備え、
前記アルミニウム表皮層の表面はニッケルめっき膜が形成される面であり、
前記アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が９９．９０質量％未満であり、前記複合体本体の前記アルミニウムの純度が９９．９０質量％以上である、アルミニウムと炭素粒子との複合体。
【請求項２】
前記アルミニウム表皮層は、前記複合体本体における前記アルミニウムと前記炭素粒子との焼結時に同時に前記複合体本体の表面に焼結固着されたものである請求項１記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
【請求項３】
絶縁基板の配線層に、前記アルミニウム表皮層の表面が前記配線層における発熱素子が搭載される搭載面となるように用いられる請求項１又は２記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された配線層を備え、
前記配線層における発熱素子が搭載される搭載面が、前記複合体のアルミニウム表皮層の表面からなる絶縁基板。
【請求項５】
アルミニウムと炭素粒子を含むプリフォーム本体と、前記プリフォーム本体の表面上に配置されたアルミニウム表皮層とを備えたプリフォームを焼結することにより、前記プリフォーム本体の前記アルミニウムと前記炭素粒子が複合化された複合体本体を形成すると同時に前記複合体本体の表面に前記アルミニウム表皮層を固着する焼結工程を具備し、
前記アルミニウム表皮層の表面はニッケルめっき膜が形成される面であり、
前記アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が９９．９０質量％未満であり、前記複合体本体の前記アルミニウムの純度が９９．９０質量％以上である、アルミニウムと炭素粒子との複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムと炭素粒子との複合体、その製造方法及び絶縁基板に関する。
【０００２】
なお、本明細書及び特許請求の範囲では、特に明示する場合を除き、「板」の語は「箔」も含む意味で用いられるとともに、「アルミニウム」の語は「アルミニウム合金」も含む意味で用いられる。
【０００３】
また、本発明に係る絶縁基板の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、絶縁基板の構成を理解し易くするため、発熱素子が搭載される絶縁基板の搭載面側を絶縁基板の上側、及び、その反対側を絶縁基板の下側とそれぞれ定義する。
【背景技術】
【０００４】
金属と炭素粒子との複合材として、例えば特許文献１（特許第５１５０９０５号公報）や特許文献２（特許第５１４５５９１号公報）に記載されているように、アルミニウム層と炭素粒子層としての炭素繊維層とが交互に複数積層されて接合一体化されてなるアルミニウムと炭素粒子との複合材が知られている。この複合材は、高い熱伝導特性が必要な部材用の材料としての利用が期待されている。
【０００５】
ところで、パワーモジュール等に用いられる絶縁基板は、半導体素子等の発熱素子が搭載される搭載面を有する配線層を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１５０９０５号公報
【特許文献２】特許第５１４５５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
配線層には、発熱素子への冷却性能を高めるため一般に高い熱伝導特性（即ち高い熱伝導率）が要求される。
【０００８】
さらに、配線層には熱応力等の応力が加わることから、高い応力緩和性（熱応力緩和性を含む）が要求される。
【０００９】
また、発熱素子は一般に配線層の搭載面にはんだ付けにより接合されて搭載されることから、配線層の搭載面には、発熱素子が接合される前に、搭載面におけるはんだ付け性を高めるためにニッケル−リンめっき膜等のニッケルめっき膜を形成することが望ましい。そのため、配線層の搭載面には、ニッケルめっき膜を良好に形成可能であることが要求される。
【００１０】
配線層が高い熱伝導特性を有するようにするため、配線層の材料として、上述の複合材を用いることが考えられる。さらには、配線層が高い応力緩和性を有するようにするため、複合材を構成するアルミニウムとして高純度アルミニウムを用いることが考えられる。
【００１１】
しかしながら、複合材を構成するアルミニウムとして高純度アルミニウムを用いた場合、配線層の搭載面にニッケルめっき膜を良好に形成することが困難であった。
【００１２】
本発明は上述した技術背景に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、ニッケルめっき膜を良好に形成可能な表面と高い熱伝導特性とを有する、アルミニウムと炭素粒子との複合体及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的のもう一つは、ニッケルめっき膜を良好に形成可能な搭載面と高い熱伝導特性とを有する配線層を備えた絶縁基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１５】
［１］  アルミニウムと炭素粒子が複合化された複合体本体と、前記複合体本体の表面に形成されたアルミニウム表皮層とを備え、
前記アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が前記複合体本体の前記アルミニウムの純度よりも低い、アルミニウムと炭素粒子との複合体。
【００１６】
［２］  前記複合体本体は、前記アルミニウムと前記炭素粒子が焼結複合化されたものであり、
前記アルミニウム表皮層は、前記複合体本体における前記アルミニウムと前記炭素粒子との焼結時に同時に前記複合体本体の表面に焼結固着されたものである前項１記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
【００１７】
［３］  前記複合体本体の前記アルミニウムの純度が９９．９０質量％以上であり、
前記アルミニウム表皮層の前記アルミニウムの純度が９９．９０質量％未満である前項１又は２記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
【００１８】
［４］  絶縁基板の配線層に用いられる前項１〜３のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
【００１９】
［５］  前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された配線層を備えた絶縁基板。
【００２０】
［６］  アルミニウムと炭素粒子を含むプリフォーム本体と、前記プリフォーム本体の表面上に配置されたアルミニウム表皮層とを備えたプリフォームを焼結することにより、前記プリフォーム本体の前記アルミニウムと前記炭素粒子が複合化された複合体本体を形成すると同時に前記複合体本体の表面に前記アルミニウム表皮層を固着する焼結工程を具備し、
前記アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が前記複合体本体の前記アルミニウムの純度よりも低い、アルミニウムと炭素粒子との複合体の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は以下の効果を奏する。
【００２２】
前項［１］によれば、複合体が、アルミニウムと炭素粒子が複合化された複合体本体を備えることにより、複合体の熱伝導特性を高めることができる。
【００２３】
さらに、アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が複合体本体のアルミニウムの純度よりも低いことにより、複合体の表面にニッケルめっき膜を良好に形成することができる。
【００２４】
前項［２］では、アルミニウム表皮層は、複合体本体におけるアルミニウムと炭素粒子との焼結時に同時に複合体本体の表面に焼結固着されたものであることにより、複合体を容易に製造することができる。また、アルミニウム表皮層は複合体本体の表面に焼結固着されているので、複合体本体の表面に強固に固着されている。
【００２５】
前項［３］では、複合体本体のアルミニウムの純度が９９．９０質量％以上であることにより、複合体の応力緩和性を確実に高めることができる。さらに、アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が９９．９０質量％未満であることにより、複合体の表面にニッケルめっき膜を確実に良好に形成することができる。
【００２６】
前項［４］では、複合体が絶縁基板の配線層に用いられることにより、配線層において前項［１］〜［３］のいずれかの効果を奏する。
【００２７】
前項［５］によれば、絶縁基板の配線層において前項［１］〜［３］のいずれかの効果を奏する。
【００２８】
前項［６］によれば、焼結工程では、アルミニウムと炭素粒子が複合化された複合体本体を形成すると同時に複合体本体の表面にアルミニウム表皮層を固着するので、複合体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体の概略断面図である。
【図２】図２は、同複合体の積層プリフォームの形成途中の概略断面図である。
【図３】図３は、形成後の同積層プリフォームの概略断面図である。
【図４】図４は、放電プラズマ焼結装置の概略断面図である。
【図５】図５は、同複合体で形成された配線層を備えた絶縁基板の一例を、ニッケルめっき膜及び発熱素子と一緒に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体の概略断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体の概略断面図である。
【図８】図８は、同複合体の粉末混合プリフォームを放電プラズマ焼結装置により焼結する途中の状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００３１】
図１〜４は、本発明の第１実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体１を説明するための図である。図５は、本第１実施形態の複合体１で形成された配線層３１を備えた絶縁基板３０の一例を説明するための図である。
【００３２】
まず、図５に示した絶縁基板３０の構成について以下に説明する。
【００３３】
絶縁基板３０は、電子モジュール用基板（例：パワーモジュール用基板）等として用いられるものであり、互いに積層状に一体に接合された配線層３１及び絶縁層３２を少なくとも備えている。本第１実施形態では、絶縁基板３０は、上から順に、配線層３１、絶縁層３２、緩衝層３３及び冷却層３４を備えている。そして、これらの層３１、３２、３３、３４が水平状に且つ積層状に配置されるとともに所定の接合手段により接合一体化されることで、絶縁基板３０が形成されている。
【００３４】
接合手段は限定されるものではなく、例えばろう付けや拡散接合が用いられる。
【００３５】
配線層３１は、回路層とも呼ばれているものであり、その平坦な上面からなる搭載面３１ａを有している。配線層３１の形状は例えば平面視で略方形状である。配線層３１の一辺長さは例えば１０〜１００ｍｍである。配線層３１の厚さは例えば０．２〜３ｍｍである。なお上述したように、配線層３１は本第１実施形態の複合体１で形成されたものである。
【００３６】
配線層３１の搭載面３１ａには、発熱素子（二点鎖線で示す）３７がワイヤボンディング等のはんだ付けにより接合されて搭載される。発熱素子３７は半導体素子等の電子素子（例：ＩＧＢＴ素子）を含む。
【００３７】
搭載面３１ａにおける発熱素子３７とのはんだ付け性を高めるため、搭載面３１ａに発熱素子３７がはんだ付けにより接合される前に、搭載面３１ａにはニッケル−リンめっき膜等のニッケルめっき膜３５が常法（例：電気ニッケルめっき法、無電解ニッケルめっき法）により搭載面３１ａの全体に亘って略均一な厚さで形成される。ニッケルめっき膜３５の厚さは例えば２〜５０μｍである。
【００３８】
絶縁層３２は、電気絶縁性を有しており、具体的には、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミック製である。絶縁層３２の形状は例えば平面視で略方形状である。絶縁層３２の一辺長さは配線層３１の一辺長さよりも若干大きく設定されており、具体的には例えば１０．５〜１００．５ｍｍである。絶縁層３２の厚さは例えば０．２〜１．５ｍｍである。
【００３９】
緩衝層３３は、絶縁基板３０に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。さらに、緩衝層３３はアルミニウム等の金属製であり、例えば、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔（図示せず）を有するパンチングメタルで形成されている。緩衝層３３の形状は平面視で略方形状であり、緩衝層３３の一辺長さは例えば１０〜１００ｍｍである。緩衝層３３の厚さは例えば０．２〜３ｍｍである。
【００４０】
冷却層３４は、発熱素子３７の動作に伴い発熱した発熱素子３７を冷却するものである。本第１実施形態では、冷却層３４として板状の冷却部材が用いられており、具体的には、発熱素子３７の熱を放散することで発熱素子３７を冷却する放熱部材（例：ヒートシンク）が用いられている。放熱部材はアルミニウム等の金属製であり、複数の放熱フィン３４ａを有している。
【００４１】
なお本発明では、冷却層３４は放熱部材であることに限定されるものではなく、その他に例えば、冷却流体（例：冷却液）が流通する流通路を有する冷却器であっても良い。
【００４２】
上記の絶縁基板３０では、搭載面３１ａに搭載された発熱素子３７で発生した熱は、発熱素子３７から配線層３１、絶縁層３２、緩衝層３３及び冷却層３４に順次伝導する。その結果、発熱素子３７が冷却されてその温度が低下する。
【００４３】
次に、本第１実施形態の複合体１について以下に説明する。
【００４４】
図１に示すように、複合体１は、アルミニウムと炭素粒子が所定の焼結法により焼結複合化されてなる複合体本体２を備えている。複合体１及び複合体本体２の形状は、略板状（詳述すると略平板状）であり、平面視で略方形状である。
【００４５】
図１において、「６ａ」は炭素粒子を示しており、「５ａ」は複合体本体２内のアルミニウム領域（ドットハッチングで示す）を示している。
【００４６】
焼結法は限定されるものではないが、放電プラズマ焼結法、ホットプレス法等の加熱加圧焼結法を用いることが望ましい。本第１実施形態では、焼結法として加熱加圧焼結法が用いられている。
【００４７】
複合体本体２は、アルミニウム層５と炭素粒子層６が交互に複数積層された状態で一体に焼結複合化されたものである。なお、炭素粒子層６は炭素粒子６ａで形成された層である。
【００４８】
複合体本体２の表面の少なくとも一部にはアルミニウム表皮層３が形成されている。本第１実施形態では、アルミニウム表皮層３は、複合体本体２の厚さ方向の片面２ａにその全体を覆う状態にして形成されている。
【００４９】
ここで、本発明に係る複合体（及び複合体本体）の上下方向は限定されるものではないが、本第１実施形態では、複合体１（複合体本体２）の構成を理解し易くするため、複合体１（複合体本体２）の厚さ方向を複合体１（複合体本体２）の上下方向と定義する。そして、アルミニウム表皮層３は複合体本体２の上面２ａだけにその全体を覆う状態にして形成されている。
【００５０】
アルミニウム表皮層３の表面（上面）３ａは、配線層３１の搭載面３１ａを構成する面である。
【００５１】
さらに、アルミニウム表皮層３は、複合体本体２におけるアルミニウムと炭素粒子６ａとの焼結時に同時に複合体本体２の上面２ａに焼結固着されたものである。
【００５２】
本第１実施形態の複合体１において、その複合体本体２を構成するアルミニウムは、配線層３１（複合体１）が高い応力緩和性（熱応力緩和性を含む）を有するようにするため、３Ｎ、４Ｎ、５Ｎ等の高純度（超高純度を含む）のものであることが望ましい。具体的には、その純度は、配線層３１（複合体１）が高い応力緩和性を確実に有するようにするため、９９．９０質量％以上であることが望ましく、特に９９．９８質量％以上であることが望ましい。純度の上限値は限定されるものではなく、例えば、９９．９９９９質量％（６Ｎ）や９９．９９９９９質量％（７Ｎ）である。
【００５３】
複合体本体２の厚さは限定されるものではないが、配線層３１（複合体１）が高い応力緩和性を確実に有するようにするため、０．１８ｍｍ以上であることが望ましい。厚さの上限値は限定されるものではなく、例えば２．８ｍｍである。
【００５４】
アルミニウム表皮層３を構成するアルミニウムは、配線層３１の搭載面３１ａにニッケルめっき膜３５を良好に形成できるようにするため、複合体本体２のアルミニウムの純度よりも低純度のものである。具体的には、その純度は、配線層３１の搭載面３１ａにニッケルめっき膜３５を確実に良好に形成できるようにするため、９９．９０質量％未満であることが望ましく、特に９９．７質量％以下であることが望ましい。純度の下限値は限定されるものではないが、９７質量％であることが望ましい。
【００５５】
アルミニウム表皮層３のアルミニウムとして、具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ）のアルミニウム合金記号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００、Ａ１Ｎ３０等が好適に用いられる。
【００５６】
アルミニウム表皮層３の厚さは限定されるものではないが、５〜２００μｍであることが望ましい。厚さが５μｍ以上であることにより、ニッケルめっき膜３５を確実に良好に形成することができる。厚さが２００μｍ以下であることにより、複合体本体２の上面２ａにアルミニウム表皮層３が形成されることによる配線層３１（複合体１）の応力緩和性の低下を確実に抑制することができ、これにより配線層３１（複合体１）の高い応力緩和性を確実に維持することができる。
【００５７】
次に、本第１実施形態の複合体１をその望ましい製造方法に基づいて図２及び３を参照して以下に説明する。
【００５８】
複合体１の製造方法は、複合体１のプリフォーム９を焼結する焼結工程を具備するとともに、更に、焼結工程の際に又はその前にプリフォーム９を形成するプリフォーム形成工程を具備している。
【００５９】
プリフォーム９は、アルミニウムと炭素粒子６ａを含むプリフォーム本体１０と、アルミニウム板からなるアルミニウム表皮層３と、を備えている。アルミニウム表皮層３はプリフォーム本体１０の上面上に配置される。
【００６０】
プリフォーム９を形成する方法としては、図２及び３に示すように、アルミニウム層５と炭素粒子層６が交互に複数積層された状態のプリフォーム本体１０（これを説明の便宜上「積層プリフォーム本体１０Ａ」という）を形成する工程を含む方法が用いられ、あるいは、図７及び８に示した後述の第３実施形態で説明するように、アルミニウム粉末２０５ｂと炭素粒子２０６ａとしての炭素粉末とが混合された状態のプリフォーム本体２１０（これを説明の便宜上「粉末混合プリフォーム本体２１０Ａ」という）を形成する工程を含む方法などが用いられる。
【００６１】
以下の説明では、前者の方法を説明の便宜上「積層プリフォーム形成方法」といい、後者の方法を説明の便宜上「粉末混合プリフォーム形成方法」という。
【００６２】
積層プリフォーム形成方法は、アルミニウム表皮層３を複合体本体２の上面２ａに容易に形成及び固着できる点で優れている。本第１実施形態では、プリフォーム本体１０として積層プリフォーム本体１０Ａが用いられるとともに、プリフォーム形成方法として積層プリフォーム形成方法が用いられている。
【００６３】
複合体１の製造に用いられる炭素粒子６ａの種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものであることが望ましい。特に、炭素粒子６ａは、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることが望ましく、更に、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン及び天然黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることがより望ましい。その理由は、複合体１の熱伝導率を確実に向上させることができるし、アルミニウムと炭素粒子６ａとの複合化を確実に行えるからである。
【００６４】
炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維などが用いられる。
【００６５】
カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））等が用いられる。
【００６６】
天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子等が用いられる。
【００６７】
人造黒鉛粒子としては、等方性黒鉛粒子、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子等が用いられる。
【００６８】
炭素粒子６ａの大きさは限定されるものではない。しかるに、炭素粒子６ａが炭素繊維である場合、平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の短炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子６ａがカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。炭素粒子６ａが天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が特に好適に用いられる。
【００６９】
本第１実施形態では、炭素粒子６ａとして炭素繊維（詳述すると短炭素繊維）が用いられている。
【００７０】
この場合において、望ましい積層プリフォーム形成工程は以下のとおりである。
【００７１】
すなわち、図２に示すように、アルミニウム板からなるアルミニウム層５の片面又は両面上に炭素粒子層（詳述すると炭素繊維層）６を塗工し、これにより塗工アルミニウム層７を得る。次いで、塗工アルミニウム層７を複数積層し、これにより図３に示すように積層プリフォーム本体１０Ａを形成する。塗工アルミニウム層７の積層枚数は限定されるものではないが、５〜５００枚であることが特に望ましい。
【００７２】
さらに、積層プリフォーム本体１０Ａの上面にアルミニウム板からなるアルミニウム表皮層３を積層プリフォーム本体１０Ａに対して積層状に配置し、これにより積層プリフォーム９Ａを形成する。
【００７３】
本第１実施形態では、図２に示すように、各塗工アルミニウム層７において、炭素粒子層６は、アルミニウム層５の片面（詳述すると上面）上に、炭素粒子層６中の炭素粒子（炭素繊維）６ａの長さ方向が一方向に揃う状態になるように塗工されている。そして、図３に示すように、互いに重なり合う二つの塗工アルミニウム層７、７において一方の塗工アルミニウム層７の炭素粒子層６中の炭素粒子（炭素繊維）６ａの長さ方向と他方の塗工アルミニウム層７の炭素粒子層６中の炭素粒子（炭素繊維）６ａの長さ方向とが平面視で約９０°の角度をなす態様にして、複数の塗工アルミニウム層７が上下方向に積層されている。
【００７４】
アルミニウム層５の厚さは限定されるものではないが、５〜２００μｍであることが特に望ましい。
【００７５】
炭素粒子層６の厚さは限定されるものではないが、１〜１００μｍであることが特に望ましい。
【００７６】
また、炭素粒子層６中に含まれる炭素粒子（詳述すると炭素繊維）６ａの塗工量は限定されるものではないが、１ｇ／ｍ２以上３０ｇ／ｍ２以下であることが特に望ましい。塗工量が１ｇ／ｍ２以上であることにより、複合体１の熱伝導率を確実に向上させることができる。塗工量が３０ｇ／ｍ２以下であることにより、複合体１内での層間剥離を確実に抑制することができる。
【００７７】
さらに、炭素粒子層６は、複合体１に対する炭素粒子６ａの体積含有率が２体積％以上７０体積％以下になるように塗工されることが望ましい。炭素粒子６ａの体積含有率が２体積％以上であることにより、複合体１の熱伝導率を確実に向上させることができる。炭素粒子６ａの体積含有率が７０体積％以下であることにより、積層状に配置された複数の塗工アルミニウム層７を確実に一体に焼結することができる。炭素粒子６ａの体積含有率の特に望ましい下限値は３体積％であり、その特に望ましい上限値は５０体積％である。
【００７８】
炭素粒子層６の塗工方法は限定されるものではないが、特に、炭素粒子６ａとバインダーとバインダー用溶剤とが混合されてなる塗工液をロールコータ等の塗工装置（図示せず）によりアルミニウム層５上に連続的に塗工する方法であることが望ましい。この塗工方法の場合、アルミニウム層５上に塗工された炭素粒子層６を塗工後に乾燥及び加熱処理し、これにより炭素粒子層６中に含まれる溶剤及びバインダーを除去することが望ましい。
【００７９】
望ましい焼結工程は以下のとおりである。
【００８０】
焼結工程では、加熱加圧焼結法によって、所定の焼結金型内で積層プリフォーム９Ａをその厚さ方向に加圧及び加熱しながら焼結する。これにより、図１に示した本第１実施形態の複合体１が製造される。
【００８１】
すなわち、積層プリフォーム９Ａをその厚さ方向に加圧及び加熱することにより、積層プリフォーム本体１０Ａが一体に焼結複合化されて複合体本体２が形成され、これと同時に、アルミニウム表皮層３が複合体本体２の上面２ａに焼結固着される。
【００８２】
さらには、焼結時に積層プリフォーム９Ａが加圧及び加熱されることにより、各アルミニウム層５の一部が積層プリフォーム本体１０Ａ内に存在する微細な空隙（例：炭素粒子層６中の炭素粒子６ａ間の隙間）に塑性流動して当該空隙（隙間）に充填される。これにより、当該空隙（隙間）が略消滅するとともに複合体本体２内にアルミニウム領域５ａが形成される。
【００８３】
加熱加圧焼結法としては限定されるものではないが、焼結金型として密閉金型を用いた加熱加圧焼結法であることが望ましい。
【００８４】
そのような加熱加圧焼結法として放電プラズマ焼結法を用いる場合の焼結法について以下に説明する。
【００８５】
図４に示すように、加熱加圧装置として放電プラズマ焼結装置２１を準備する。
【００８６】
放電プラズマ焼結装置２１は、導電性を有する筒状金型（例：黒鉛製筒状金型）２２、導電性を有する一対のパンチ（例：黒鉛製上パンチ及び黒鉛製下パンチ）２３、２３等を密閉金型（焼結金型）として備えている。
【００８７】
両パンチ２３、２３は互いに対向状に配置されている。詳述すると、一方のパンチ２３は上側に他方のパンチ２３は下側にそれぞれ配置されている。各パンチ２３の加圧面は、各パンチ２３の積層プリフォーム９Ａへの加圧方向２４に対して略垂直面に形成されている。
【００８８】
そして、筒状金型２２内に積層プリフォーム９Ａ（図示せず）を配置し、不活性ガス（例：窒素ガス、アルゴンガス）雰囲気等の非酸化性雰囲気又は真空（真空度：例えば０．０１〜１００Ｐａ）中にて上パンチ２３と下パンチ２３とで積層プリフォーム９Ａをその厚さ方向に加圧しつつ両パンチ２３、２３間にパルス電流を通電することにより、積層プリフォーム９Ａを加熱焼結する。
【００８９】
放電プラズマ焼結法における望ましい焼結条件は以下のとおりである。
【００９０】
焼結温度は４５０〜６４０℃、焼結時間（即ち焼結温度の保持時間）は１０〜３００ｍｉｎ、積層プリフォーム９への加圧力は５〜４０ＭＰａである。
【００９１】
上述の焼結工程を経ることにより、本第１実施形態の複合体１が製造される。
【００９２】
図５に示した絶縁基板３０の配線層３１は、上述したように本第１実施形態の複合体１で形成されている。配線層３１の搭載面３１ａは、複合体１のアルミニウム表皮層３の表面（即ち複合体１の上面）３ａからなる。すなわち、複合体１は、そのアルミニウム表皮層３の表面３ａが配線層３１の搭載面３１ａとなるように用いられている。そして、配線層３１の搭載面３１ａには上述したようにニッケルめっき膜３５が搭載面３１ａの全体に亘って略均一な厚さで形成される。
【００９３】
絶縁基板３０において、配線層３１と絶縁層３２が例えばろう付けにより接合される場合、ろう付けに用いるろう材としてブレージングシート（図示せず）やろう材板（図示せず）が好適に用いられる。さらに、ろう材はアルミニウム系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系ろう材）であることが、ろう付け性を向上させ得る点で望ましい。
【００９４】
上記第１実施形態の複合体１には次の利点がある。
【００９５】
複合体１はアルミニウムと炭素粒子６ａが複合化された複合体本体２を備えているので、複合体１の熱伝導特性を高めることができる。
【００９６】
さらに、アルミニウム表皮層３のアルミニウムの純度が複合体本体２のアルミニウムの純度よりも低いので、複合体１の応力緩和性を極力損なわずに複合体１の上面（即ちアルミニウム表皮層３の表面３ａ）にニッケルめっき膜３５を良好に形成することができる。
【００９７】
さらに、アルミニウム表皮層３は、複合体本体２におけるアルミニウムと炭素粒子６ａとの焼結時に同時に複合体本体２の上面２ａに焼結固着されたものなので、複合体１を容易に製造することができる。また、アルミニウム表皮層３は複合体本体２の表面２ａに焼結固着されているので、複合体本体２の表面２ａに強固に固着されている。
【００９８】
複合体本体２のアルミニウムの純度は９９．９０質量％以上であることが望ましく、この場合、複合体１の応力緩和性を確実に高めることができる。さらに、アルミニウム表皮層３のアルミニウムの純度は９９．９０質量％未満であることが望ましく、この場合、複合体１の上面にニッケルめっき膜３５を確実に良好に形成することができる。
【００９９】
上記第１実施形態の絶縁基板３０では、配線層３１が上記第１実施形態の複合体１で形成されているので、絶縁基板３０の配線層３１は複合体１の上述した利点を有している。
【０１００】
図６は、本発明の第２実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子１０６ａとの複合体１０１の概略断面図である。同図では、上記第１実施形態の複合体１の要素と同等の要素にはその符号に１００を加算した符号が付されている。なお、炭素粒子１０６ａとして炭素繊維（詳述すると短炭素繊維）が用いられている。
【０１０１】
本第２実施形態の複合体１０１では、複合体本体１０２の上面１０２ａ及び下面１０２ａにそれぞれその全体を覆う状態にしてアルミニウム表皮層１０３が形成されている。
【０１０２】
両アルミニウム表皮層１０３、１０３のうち上側のアルミニウム表皮層１０３は、上記第１実施形態と同じく、複合体本体１０２におけるアルミニウムと炭素粒子１０６ａとの焼結時に同時に複合体本体１０２の上面１０２ａに焼結固着されたものである。これと同じく、下側のアルミニウム表皮層１０３は、複合体本体１０２におけるアルミニウムと炭素粒子１０６ａとの焼結時に同時に複合体本体１０２の下面１０２ａに焼結固着されたものである。
【０１０３】
複合体１０１の製造方法における積層プリフォーム形成工程では、積層プリフォーム本体（図３参照、１０Ａ）の上面及び下面にそれぞれアルミニウム板からなるアルミニウム表皮層１０３を積層プリフォーム本体に対して積層状に配置し、これにより積層プリフォームを形成する。
【０１０４】
そして焼結工程では、放電プラズマ焼結法等の加熱加圧焼結法によって、積層プリフォームをその厚さ方向に加圧及び加熱しながら焼結する。これにより、本第２実施形態の複合体１０１が製造される。
【０１０５】
本第２実施形態の複合体１０１で図５に示した絶縁基板３０の配線層３１が形成される場合には、上記第１実施形態の上述した利点に加えて更に次の利点がある。
【０１０６】
すなわち、配線層３１の下面が下側のアルミニウム表皮層１０３の表面（下面）で形成されているので、配線層３１と絶縁層３２をろう付けにより容易に且つ確実に接合することができる。
【０１０７】
図７及び８は、本発明の第３実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子２０６ａとの複合体２０１の概略断面図である。同図では、上記第１実施形態の複合体１の要素と同等の要素にはその符号に２００を加算した符号が付されている。なお、炭素粒子２０６ａとして鱗片状黒鉛粒子（詳述すると鱗片状黒鉛粉末）が用いられている。
【０１０８】
本第３実施形態の複合体３０１は、プリフォーム形成工程として粉末混合プリフォーム形成工程が採用されている。
【０１０９】
粉末混合プリフォーム形成工程では、図８に示すように、放電プラズマ焼結装置２１の筒状金型２２内に、アルミニウム粉末２０５ｂと炭素粒子（詳述すると鱗片状黒鉛粉末）２０６ａとを混合状態に入れることで、プリフォーム本体２１０としての粉末混合プリフォーム本体２１０Ａを形成する。そして、アルミニウム板からなるアルミニウム表皮層２０３を筒状金型２２内における粉末混合プリフォーム本体２１０Ａの上面に略水平状に配置する。これにより、プリフォーム２０９としての粉末混合プリフォーム２０９Ａを筒状金型２２内にて形成する。
【０１１０】
そして焼結工程では、筒状金型２２内の粉末混合プリフォーム２０９Ａをその厚さ方向に加圧及び加熱することにより、粉末混合プリフォーム本体２１０Ａが焼結複合化されて複合体本体２０２が形成され、これと同時に、アルミニウム表皮層２０３が複合体本体２０２の上面２０２ａにその全体を覆う状態にして焼結固着される。
【０１１１】
アルミニウム粉末２０５ｂの粒子径は限定されるものではないが、アルミニウム粉末２０５ｂの平均粒子径が２０〜５００μｍであることが特に望ましい。
【０１１２】
上述の焼結が放電プラズマ焼結法により行われる場合には、筒状金型２２内の粉末混合プリフォーム２０９Ａを非酸化性雰囲気又は真空中にて上パンチ２３と下パンチ２３とでその厚さ方向に加圧しつつ両パンチ２３、２３間にパルス電流を通電することにより、粉末混合プリフォーム２０９Ａを加熱焼結する。これにより、本第３実施形態の複合体２０１が製造される。
【０１１３】
以上で本発明の幾つかの実施形態を示したが、本発明はこれら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様々に変更可能である。
【０１１４】
上記実施形態ではプリフォームを焼結する焼結法として放電プラズマ焼結法が用いられているが、本発明では焼結法としてその他に例えば真空焼結法が用いられても良い。
【０１１５】
また、本発明に係る複合体では、アルミニウム表皮層は複合体本体の表面の全体（即ち、複合体本体の上面、下面及び外周側面）に形成されていても良い。
【０１１６】
さらに本発明に係る複合体及びその製造方法は、上記実施形態で適用された技術思想のうち二つ以上を組み合わせて構成されても良い。
【０１１７】
例えば、図７及び８に示した上記第３実施形態の複合体２０１において、図６に示した上記第２実施形態の複合体１０１のように、複合体本体２０２の上面２０２ａ及び下面にそれぞれその全体を覆う状態にしてアルミニウム表皮層２０３が形成されていても良い。
【０１１８】
この場合、粉末混合プリフォーム形成工程では、例えば、放電プラズマ焼結装置２１の筒状金型２２内にまずアルミニウム板からなる下側のアルミニウム表皮層２０３を略水平状に配置する。次いで、筒状金型２２内における下側のアルミニウム表皮層２０３上にアルミニウム粉末２０５ｂと炭素粒子（詳述すると鱗片状黒鉛粉末）２０６ａとを混合状態に入れることで粉末混合プリフォーム本体２１０Ａを形成する。そして、アルミニウム板からなる上側のアルミニウム表皮層２０３を筒状金型２２内における粉末混合プリフォーム本体２１０Ａの上面に配置する。これにより、粉末混合プリフォーム２０９Ａを筒状金型２２内にて形成する。そして焼結工程では、筒状金型２２内の粉末混合プリフォーム２０９Ａをその厚さ方向に加圧及び加熱することにより、粉末混合プリフォーム本体２１０Ａが焼結複合化されて複合体本体２０２が形成され、これと同時に、複合体本体２０２の上面２０２ａ及び下面にそれぞれアルミニウム表皮層２０３が焼結固着される。
【実施例】
【０１１９】
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例について以下に示す。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０１２０】
以下の実施例では、実施例を理解し易くするため、実施例の複合体の要素に上記第２実施形態で用いた符号を付して実施例を説明する。
【０１２１】
＜実施例＞
実施例では、図６に示した上記第２実施形態の複合体１０１を以下の製造方法で製造した。
【０１２２】
長尺なアルミニウム板からなるアルミニウム層１０５の上面上に炭素粒子層１０６を塗工し、これを平面視で正方形状に複数切断することで複数の塗工アルミニウム層１０７を得た。
【０１２３】
アルミニウム層１０５を構成するアルミニウム板のアルミニウムの純度は９９．９９質量％であり、その厚さは２０μｍであった。塗工アルミニウム層１０７の寸法は縦２５ｍｍ及び横２５ｍｍであった。
【０１２４】
炭素粒子層１０６に含まれる炭素粒子１０６ａとしては、平均繊維長１５０μｍ及び平均繊維径１０μｍのピッチ系炭素繊維（詳述するとピッチ系短炭素繊維）を使用した。アルミニウム層１０５上への炭素粒子（ピッチ系短炭素繊維）１０６ａの塗工量は２１ｇ／ｍ２であった。
【０１２５】
次いで、塗工アルミニウム層１０７を上下方向に３０枚積層して積層プリフォーム本体を形成するとともに、積層プリフォーム本体の上面及び下面にそれぞれ１枚のアルミニウム板からなるアルミニウム表皮層１０３を積層プリフォーム本体に対して積層状に配置し、これにより積層プリフォームを形成した。
【０１２６】
各アルミニウム表皮層１０３の形状は平面視で正方形状であり、その寸法は縦２５ｍｍ及び横２５ｍｍであり、その厚さは１００μｍであった。各アルミニウム表皮層１０３を構成するアルミニウム板のアルミニウムの材質はＡ１１００であり、その純度は９９．５質量％であり、したがってアルミニウム層１０５のアルミニウムの純度９９．９９質量％よりも低かった。
【０１２７】
次いで、図４に示した放電プラズマ焼結装置２１を用いて積層プリフォームを放電プラズマ焼結法により焼結し、これによりアルミニウムと炭素粒子（ピッチ系短炭素繊維）１０６ａとの複合体１０１を製造した。
【０１２８】
この焼結に適用した焼結条件は以下のとおりであった。
【０１２９】
焼結温度は６２０℃、焼結時間は６０ｍｉｎ、積層プリフォームへの加圧力は２０ＭＰａ、真空度は１０Ｐａであった。
【０１３０】
次いで、図５に示した絶縁基板３０を製造するため、複合体１０１からなる配線層３１と絶縁層３２と緩衝層３３と冷却層３４とをろう付けにより一括して接合し、これにより絶縁基板３０を製造した。そして、配線層３１の搭載面３１ａにニッケルめっき膜３５を形成することを試みた。その結果、ニッケルめっき膜３５を良好に形成することができた。
【０１３１】
＜比較例＞
比較例では、各アルミニウム表皮層１０３を構成するアルミニウム板のアルミニウムの純度が９９．９９質量％であることを除いて、上記実施例と同じ製造方法でアルミニウムと炭素粒子（ピッチ系短炭素繊維）との複合体を製造した。
【０１３２】
次いで、上記実施例と同様に、複合体からなる配線層３１と絶縁層３２と緩衝層３３と冷却層３４とをろう付けにより一括して接合し、これにより絶縁基板３０を製造した。そして、配線層３１の搭載面３１ａにニッケルめっき膜３５を形成することを試みた。その結果、ニッケルめっき膜３５の形成が困難であり、ニッケルめっき膜３５に光沢ムラが発生した。したがって、ニッケルめっき膜３５を良好に形成することができず、はんだ付け性が悪かった。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、アルミニウムと炭素粒子との複合体、その製造方法及び絶縁基板に利用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１：複合体
２：複合体本体
３：アルミニウム表皮層
５：アルミニウム層
５ａ：アルミニウム領域
６：炭素粒子層
６ａ：炭素粒子
７：塗工アルミニウム層
９：プリフォーム
９Ａ：積層プリフォーム
１０：プリフォーム本体
１０Ａ：積層プリフォーム本体
【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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