(57)【要約】【課題】  高熱伝導性を得ることができるとともに、表面を容易に高精度の平滑面とできて被取り付け部材に密着して取り付けることができ、かつ、繰り返し使用しても被取り付け部材との間で剥離することがない複合材およびその製造方法を提供する。【解決手段】  複合材１が、粒度が比較的大きなセラミック粒体４を４０〜８５容積％、アルミニウム５を１５〜６０容積％含み、セラミック粒体間の間隙にアルミニウム５が連続相を形成し、かつ、セラミック粒体４とアルミニウム５との界面に隙間がないようにした本体部２を備えて構成され、この本体部２の厚さ方向の表裏面が、無電解ニッケルメッキ処理が施された所定厚さの被覆部２Ａで覆われている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的大きな粒度のセラミック粒体が４０〜８５容積％、アルミニウムまたはアルミニウム合金が１５〜６０容積％からなるとともに、前記セラミック粒体間の間隙に前記アルミニウムまたはアルミニウム合金が連続相を形成し、かつ、前記セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金との界面に隙間がないようにした複合材において、
前記セラミック粒体およびアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された板状の本体部と、この本体部の厚さ方向の少なくとも一方側表面を覆いかつ加工性に優れた被覆部とで形成されていることを特徴とする複合材。
【請求項２】
請求項１に記載の複合材において、
前記被覆部が、前記本体部の表面に施された無電解ニッケルメッキからなる無電解ニッケルメッキ層で形成されていることを特徴とする複合材。
【請求項３】
請求項２に記載の複合材において、
前記無電解ニッケルメッキ層の表面には、電気メッキを施した電気メッキ層が形成されていることを特徴とする複合材。
【請求項４】
請求項２に記載の複合材を製造する方法であって、
金型を用いて前記セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金とを複合する際に、前記金型のキャビティ内に前記セラミック粒体を収容した後、前記金型のキャビティ内を真空で吸引しながら前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を前記セラミック粒体間の間隙に含浸させて前記本体部を形成し、この本体部が前記金型内で冷却された後、金型から取り出され、次いで、前記本体部の表裏面に無電解ニッケルメッキ処理を施して形成された無電解ニッケルメッキ層により被覆部を形成することを特徴とする複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる複合材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パワー半導体素子は大電流で駆動されるため発熱し、素子特性を維持するための放熱性に優れた放熱板が必要とされる。近年、特に高密度集積化や制御回路との混載による小型、軽量化が進められているため、高密度熱流の放散が重要な課題となっており、高熱伝導性の放熱基板が求められている。また、プラズマテレビ製造用の均熱板や、液晶パネル用ガラス基板に真空中でパターンを蒸着する際にも高熱が発生するため高熱伝導性の放熱基板が求められている。
【０００３】
さらに、小型パソコンや測定機器、プロジェクタ等の分野においては、半導体素子の高密度集積化が進むに従って、半導体素子の発熱量が増大する一方で、機器の小型化によって、放熱に困難な構造となる傾向にある。このように、筐体、ヒートシンク材に対しても高熱伝導性の放熱基板が求められている。
また、車両においては、例えば、制動の分野においてブレーキディスクには高い放熱性が要求されており、パワートランジスタ等を使うような部分では、高熱伝導性の放熱基板が求められている。
以上のように、様々な分野で熱伝導性の高い材料が求められており、この要望に対して、従来は、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）とＡ１（アルミニウム）との複合材であるＳｉＣ／Ａ１系複合材が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２２５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属板を使用する場合は熱膨張係数が大きい問題があり、一方、ＳｉＣ／Ａ１系複合材は熱伝導率が充分ではないという問題がある。
また、従来のＳｉＣ／Ａ１系複合材では、アルミニウム溶湯の中にＳｉＣ粉末を分散させる方法、ＳｉＣ粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金粒子をバインダーや焼結助剤を加えて成形し、次いで焼結する方法などがある。これらの方法において熱伝導率が充分でないのは、以下に示す理由によるものと考えられている。
・ＳｉＣの含有率が２０％容積程度と低いため。
・ＳｉＣの粒度が１０μ〜１００μと非常に細かく、アルミニウムとの接触面積が非常に大きくなるため。
・ＳｉＣとアルミニウムとの界面にバインダーや焼結助剤の残留物が異物として残るため。
・ＳｉＣとアルミニウムとの界面に空気を含んだ空隙が存在するため、などである。
【０００６】
さらに、以上のようなＳｉＣ／Ａ１系複合材を、例えば放熱基板として、ＭＰＵやパワーモジュール等の半導体と接続して使用する場合、ＳｉＣ／Ａ１系複合材と半導体とを接着することが多い。場合によってはねじ止めすることもある。
しかし、複合材を構成するＳｉＣとＡ１との収縮率が違うため、複合材が収縮したとき、図１６に示すように、ＳｉＣ４の尖端部４Ａが複合材１００の表面から寸法Ｓだけ突出した状態となり、複合材１００の表面に微妙な凹凸が生じている。凹凸は、例えば０．０５ｍｍ程度であるが、凹凸にかわりはなく、複合材１００の表面は平滑ではない。そのため、複合材１００をそのままの状態で使用し、ＳｉＣ／Ａ１系複合材とパワーモジュール等の半導体とを接着、固定した場合、両者の対向する表面間に上記０．０５ｍｍ程度の凹凸があることから、互いが充分に密着されない。その結果、半導体からの放熱がＳｉＣ／Ａ１系複合材１００に充分に伝達されなくなり、放熱基板としての充分な機能を果たせないという問題が生じている。
【０００７】
そこで、平滑性を得て密着性をよくするために、ＳｉＣ／Ａ１系複合材の表面を研削または研磨することが行われるが、ＳｉＣの尖端が多数突出しているうえ、そのＳｉＣの硬度が大きいため、研削加工の場合、工具の損傷が早い。また、研磨加工の場合は、長時間にわたる作業となり効率が悪く、大量の需要がある場合に対応できない。
さらに、研削、研磨加工して平滑に仕上げられた取り付け面に、被取り付け部材を取り付けたとしても、ＳｉＣ／Ａ１系複合材と被取り付け部材との膨張率の違いから、繰り返し使用のうちに、互いが剥離してしまうという問題も生じている。
【０００８】
本発明の目的は、高熱伝導性を得ることができるとともに、表面を容易に高精度の平滑面とできて被取り付け部材に密着して取り付けることができ、かつ、繰り返し使用しても被取り付け部材との間で剥離することがない複合材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の複合材は、比較的大きな粒度のセラミック粒体が４０〜８５容積％、アルミニウムまたはアルミニウム合金が１５〜６０容積％からなるとともに、前記セラミック粒体間の間隙に前記アルミニウムまたはアルミニウム合金が連続相を形成し、かつ、前記セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金との界面に隙間がないようにした複合材において、前記セラミック粒体およびアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成された板状の本体部と、この本体部の厚さ方向の少なくとも一方側表面を覆いかつ加工性に優れた被覆部とで形成されていることを特徴とする。
【００１０】
このような本発明によれば、複合材の本体部が、粒度が比較的大きなセラミック粒体をできるだけ多く含有させ、しかも、セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金とが連続相となっているので、互いの密着性が高まって形成される。セラミック粒体とアルミニウムとも、熱伝導性が鉄等他の金属と比べて優れており、その結果、高熱伝導性の複合材を得ることができる。
【００１１】
また、複合材を被取り付け部材に取付ける際には、加工性に優れた被覆部を加工すればよく、被覆部の表面を容易に高精度の平滑面とできる。その結果、被取り付け部材との間で充分に密着して取り付けることができ、被取り付け部材の熱が本体部に充分に伝達されて放熱されるので、放熱基板としての充分な機能を発揮することができる。
【００１２】
さらに、本体部中に粒度が比較的大きなセラミック粒体が多く含有されているので、本体部の線膨張率を小さく抑えることができる。従って、寸法精度が極めて優れた本体部となり、このような本体部を被取り付け部材に取り付けたとき、被取り付け部材との膨張率の違いにより互いが剥離することを防止でき、その結果、繰り返し使用が可能となり、複合材の長寿命化を図ることができる。
【００１３】
以上の複合材において、セラミック粒体の粒度とは、幅方向および厚さ方向の最大外接円の大きさをいい、比較的大きな粒度としては、０．１５ｍｍ（１００ｍｅｓｈふるい上）以上あればよいが、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ（４８〜４９ｍｅｓｈ）程度が好ましい。
【００１４】
本発明の複合材において、前記請求項１記載の被覆部が、前記本体部の表面に施された無電解ニッケルメッキからなる無電解ニッケルメッキ層で形成されていることが好ましい。
【００１５】
このような本発明によれば、本体部の表面に、セラミックとアルミニウムとの収縮率の違いによる微妙な凹凸が形成されていても、外部電源を必要としない無電解ニッケルメッキ処理によれば、対象物がセラミックであっても施すことができるので、上記凹凸を解消することができる。
また、無電解ニッケルメッキ層を形成するには、例えば金型で製造した本体部を、前処理を施した後に、無電解ニッケルメッキ処理装置に収容してメッキ処理を行なえばよく、容易に被覆部を形成することができる。
さらに、無電解ニッケルメッキ層の表面は所定の平滑度を有する平滑面となる。そのため、被取り付け部材の種類によっては、新たに平面加工をしなくても、そのままの状態で用いることができ、その場合は加工の手間を省くこともできる。
【００１６】
以上の本発明において、無電解ニッケルメッキとしては、自己触媒型科学還元メッキ型を用いると好適である。
無電解ニッケルメッキは、外部電源を必要としないメッキ法であり、外部電源を必要とする電気メッキに対応するものである。外部電源を用いない金属析出法としては、金属の標準酸化還元電位（イオン化傾向）の差によって生じる置換（浸漬）メッキと、還元剤を用いる科学還元メッキとの２つがよく知られている。
【００１７】
科学還元メッキは、金属イオンが還元剤によって還元析出するものであり、析出金属が還元剤の反応に対して触媒作用を有することに最大の特徴がある。つまり、この自己触媒作用により、金属析出反応は連続的に進行し、メッキ皮膜が成長する。
現在、広く工業的に利用されている無電解ニッケルメッキや、無電解銅メッキは、以上に述べた自己触媒型科学還元メッキである。
なお、置換（浸漬）メッキによって無電解ニッケルメッキ層を形成してもよい。また、無電解ニッケルメッキに替えて、本体部に無電解銅メッキ処理を施して被覆部を形成してもよい。
【００１８】
本発明の複合材において、請求項２に記載の複合材における前記無電解ニッケルメッキ層の表面には、電気メッキを施した電気メッキ層が形成されていることが好ましい。
【００１９】
このような本発明によれば、本体部の表面に、セラミックとアルミニウムとの収縮率の違いによりセラミックが露出していても、まず、無電解ニッケルメッキを施すことで、セラミックとアルミニウムとの収縮率の違いによる凹凸を解消することができる。そして、無電解ニッケルメッキより経費が少なくてすむ電気メッキを無電解ニッケルメッキの表面に施すことで、全体の経費節減を図ることができる。
また、電気メッキ層の表面は所定の平滑度を有する平滑面となる。そのため、被取り付け部材の種類によっては、新たに平面加工をしなくても、そのままの状態で用いることができ、その場合は加工の手間を省くこともできる。
【００２０】
前記複合材を製造するため、本発明の製造方法は、請求項２に記載の複合材を製造する方法であって、金型を用いて前記セラミック粒体とアルミニウムまたはアルミニウム合金とを複合する際に、前記金型のキャビティ内に前記セラミック粒体を収容した後、前記金型のキャビティ内を真空で吸引しながら前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を前記セラミック粒体間の間隙に含浸させて前記本体部を形成し、この本体部が前記金型内で冷却された後、金型から取り出され、次いで、前記本体部の表裏面に無電解ニッケルメッキ処理を施して形成された無電解ニッケルメッキ層により被覆部を形成することを特徴とする。
【００２１】
通常の凝固を行い、セラミック粒体とアルミニウムとの界面、あるいはアルミニウムと遮蔽部材との界面に空隙ができたものについて、その空隙を除去する方法として以下の方法が有効である。
・複合材の本体部を、アルミニウムまたはアルミニウム合金が半溶融状態になる温度まで加熱し、圧力をかけて空隙を埋めてしまう方法。
・複合材の本体部を、アルミニウムまたはアルミニウム合金が軟化する温度で押出加工する方法。
・複合材の本体部を、アルミニウムまたはアルミニウム合金が軟化する温度で熱間圧延する方法。
・複合材の本体部を、アルミニウムまたはアルミニウム合金が軟化する温度で熱間鍛造する方法。
【００２２】
前記記載のすべての方法において使用される溶湯について、セラミック微粉末をセラミック粒体に塗す他に、セラミック微粉末を、溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金の中に混入して攪拌した溶湯に使うことで、セラミック微粉末の含有量をさらに多くすることができる。
また、セラミック微粉末とアルミニウムまたはアルミニウム合金との濡れをよくするために、ニッケルのメッキをセラミック粒体に施してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１，２に示すように、第１実施形態の複合材１は本体部２と、この本体部２の表裏面を覆い、かつ本体部２と一体化された被覆部２Ａとで構成されている。
【００２４】
本体部２は、分散したセラミック粒体４の間に、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単にアルミニウムという）５を隙間なく混入して形成された連続相を有している。複合材１の厚さＴは、例えば、３ｍｍとなっているが、この厚さＴは、３ｍｍに限定されず、３ｍｍ以上でもよく、あるいは３ｍｍ以下でもよい。
【００２５】
セラミック粒体４としては、ＳｉＣの他、Ａ１Ｎ、ＢＮ、カーボン等の粒体が用いられ、その粒度は比較的大きなものが用いられている。比較的大きな粒度としては、例えば、０．１５ｍｍ（１００ｍｅｓｈふるい上）以上あればよいが、製品の厚さなどを考慮に入れると、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ（４８〜９ｍｅｓｈ）程度の粒度範囲が好ましい。
【００２６】
ここで、セラミック粒体４の粒度が０．１５ｍｍ未満であると、セラミック粒体４間の間隙が小さくなりすぎて、アルミニウムの溶湯が入り込まなくなり、含浸不良を起こす。また、セラミック粒体４の使用に際しては、全体をほぼ同じ粒度のものとしてもよいが、異なる粒度のセラミック粒体４を組み合わせて使用してもよい。
なお、セラミック粒体４の粒度とは、幅方向および厚さ方向の最大外接円の大きさをいう。また、セラミック粒体４は粒体ばかりでなく、繊維状のものを併用してもよい。さらに、カーボンとしては、カーボンブラック、カーボンバルーン等を用いることができる。
そして、本実施形態ではセラミック粒体４として、例えば、粒度０．７ｍｍのＳｉＣ４が使用されている。
【００２７】
ＳｉＣ４の量は、４０〜８５容積％が適当である。４０容積％未満であれば、複合材１における本体部２の熱伝導率が高くならず、８５容積％を越えると本体部２の強度が不十分となる。一方、アルミニウムの量は、ＳｉＣ４の量に対応して１５〜６０容積％とされている。
このように、本体部２の中に、比較的粒度が大きいＳｉＣ４を比較的多量に含有させたので、熱伝導率を２００Ｗ／ｍＫ以上、線膨張係数を９〜１２×１０−６程度にすることができる。
また、ＳｉＣ４には、予めセラミック微粉末が塗されている。このセラミック微粉末の量はＳｉＣ４に対して、例えば、１：０．２〜０．４の割合とすることが好ましい。
【００２８】
以上の本体部２は、図３に示すような製造装置１０で製造することができる。
製造装置１０は、金型２０と、注湯部３０と、吸引部４０とを含み構成されている。金型２０は、一対の板状体２１，２２、および板状体２１，２２と直交しかつ結合される一対の側板（図示しない）を含み構成され、これらの板状体２１，２２および側板によりキャビティ２０Ａが形成されている。
注湯部３０には、キャビティ２０Ａの上端に連通する湯道３１が形成されている。また、キャビティ２０Ａの下端は、真空ポンプＰによって吸引される真空ボックス４１に連通している。
【００２９】
本体部２の製造に際しては、まず、金型２０のキャビティ２０Ａの内部に、セラミックの微粉末を塗したＳｉＣ４を充填する。
次いで、キャビティ２０Ａ内を真空ポンプPによって吸引しながら、アルミニウム５の溶湯を注湯部３０の湯道３１から流入、充填する。このアルミニウム５の溶湯は、キャビティ２０Ａ内のＳｉＣ４同士の間隙に含浸して本体部２を形成する。
なお、金型２０の下部と吸引部４０との間には、例えばシート状の受け部材（図示しない）が設けられている。この受け部材には、アルミニウム５の溶湯は通さないが、エアを吸引できる極細の孔が多数あけられている。
【００３０】
以上のように金型２０で形成された本体部２を冷却後に取出したとき、その表裏面には、前述のようにアルミニウム５とＳｉＣ４とが現われ、かつ両者５，４の収縮率の違いにより、本体部２の表裏面は、前述のように微妙な凹凸となっている。
【００３１】
アルミニウム溶湯の凝固の時に、普通に凝固させると、アルミニウム溶湯の凝固収縮が大きいために、ＳｉＣ４とアルミニウム５との界面に真空の空隙ができてしまう。この真空の空隙は熱伝導率を著しく低下させる。従って、この真空の空隙は除去しなければならない。真空の空隙を除去する方法として以下の各方法が有効である。
・本体部２を、その構成要素のアルミニウム５が半溶融状態になる温度まで加熱し、圧力をかけて、アルミニウム５で真空の空隙を埋めてしまう方法。
・本体部２を、その構成要素のアルミニウム５が軟化する温度で押し出す方法。この方法では、押し出し加工時に、軟化状態のアルミニウム５が真空の空隙を埋めてしまう。
・本体部２を、その構成要素のアルミニウム５が軟化する温度で熱間圧延する方法。
・本体部２を、その構成要素のアルミニウム５が軟化する温度で熱間鍛造する方法。
・キャビティ２０Ａ内を真空で吸引しながら、アルミニウム５の溶湯を注入している間に、同時にアルミニウム溶湯を加圧する。
【００３２】
前記いずれの方法においても、ＳｉＣ４の粒度を０．１５ｍｍ以上と大きくすることができる。また、その含有量も４０容積％以上とすることができる。さらに、ＳｉＣ４とアルミニウム５以外は特に何も使わないでよい。そして、最後にＳｉＣ４とアルミニウム５との界面にできる空隙を除去することが可能となる。その結果、より熱伝導性に優れた複合材１の製造が可能となる。
【００３３】
図４に示すように、被覆部２Ａは、本体部２の表裏面に施工された厚さ寸法がＤの無電解ニッケルメッキ層で構成されている。この無電解ニッケルメッキ層の厚さＤは、例えば１０μ〜５０μに形成されており、製造された本体部２の前記微妙な凹凸を埋めることができる厚さになっている。
無電解ニッケルメッキ層は、金型２０から取り出した本体部２の表裏面に所定の前処理を施した後、その本体部２を、図示しない無電解ニッケルメッキ用装置に収容し、無電解ニッケルメッキ処理を施して形成される。そして、この無電解ニッケルメッキ層により本体部２の表裏面の微妙な凹凸が埋められ、高精度の平滑面となっている。そのため、被取付け部材の種類によっては、表面の二次加工をしなくても、そのままの状態で使用することができる。
【００３４】
以上のような複合材１の使用状態の一例が模式図として、図５に示されている。
この使用例では、被覆部２Ａの表面が、無電解ニッケルメッキ処理された状態のままのものが使用され、研磨加工等の二次加工は行なわれていない。なお、被覆部２Ａの表面は、被取付け部材との間で要求される密着度を満たす程度に平滑面となっている
【００３５】
図５に示すように、例えばＭＰＵ用のパワー半導体素子５０は、Ａ１Ｎチップ５１に固着されており、このＡ１Ｎチップ５１は、複合材１の被覆部２Ａに固着されている。従って、複合材１と、Ａ１Ｎチップ５１および導体回路配線５３とが、高精度の密着度で相互に取り付けられている。また、パワー半導体素子５０には、ワイヤ５２により導体回路配線５３が接続されている。
【００３６】
以上のような本実施形態によれば、次の効果がある。
（１）複合材１の本体部２が、粒度が比較的大きなＳｉＣ４が４０〜８５容積％、アルミニウム５が１５〜６０容積％からなり、ＳｉＣ４間の間隙にアルミニウム５が連続相を形成し、かつ、ＳｉＣ４とアルミニウム５との界面に隙間がないように形成されているので、熱伝導率を２００Ｗ／ｍＫ以上にすることができる。その結果、高熱伝導性の複合材１を得ることができ、優れた放熱基板として利用することができる。
【００３７】
（２）複合材１の線膨張係数を９〜１２×１０−６程度に抑えることができるので、複合材１が膨張しにくい。従って、パワートランジスタ等の被取付け部材に取付けたとき、互いの膨張率の違いから生じる、繰り返し使用による剥がれ等を防止することができ、複合材１の長寿命化を図ることができる。
【００３８】
（３）本体部２の表面に、ＳｉＣ４とアルミニウム５との収縮率の違いによる微妙な凹凸が形成されていても、対象物がＳｉＣ４であっても無電解ニッケルメッキ処理を施すことができるので、上記凹凸を解消することができる。無電解ニッケルメッキ層の表面は高精度の平滑面となっているので、複合材１を、パワートランジスタ等の被取付け部材に取付けるために、研削加工、あるいは研磨加工を省略することも可能となり、その分の手間を省くことができる。
【００３９】
（４）本体部２の被覆部２Ａが無電解ニッケルメッキ層により形成され、その表面は、例えば１０〜２０μ程度の凹凸となった高精度の平滑面となっているので、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上ある複合材１を、パワートランジスタ、各種半導体デバイス部品、液晶パネル用のガラス基板、プラズマテレビ製造用の均熱板等の被取付け部材に対して高精度の密着性を維持して接続させることができる。従って、急速な放熱が可能となるので、放熱基板としての機能を充分に果たすことができる。
【００４０】
（５）ＳｉＣ４には予めセラミック微粉末が塗されているので、ＳｉＣ４の粒体間の隙間にアルミニウム５が充填され、収縮する際、ＳｉＣ４にまとわりついたセラミックの微粉末に、アルミニウム５の収縮時にアルミニウム５を引っ張る作用が生じるため、アルミニウム５の収縮をわずかでも抑えることができる。その結果、ＳｉＣ４の粒体とアルミニウム５との界面に生じる空隙を少なくでき、より高性能の熱伝導性を有する複合材１とできる。
【００４１】
（６）複合材１の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上となっており、高熱伝導性のものとなっているので、複合材１を、高熱伝導性が必要な製品、例えば、プロジェクタの熱源である電灯の放熱対策に利用したり、パネルヒータのパネル本体、遠赤外線ヒータの発熱面、アイロンの掛け面用、例えばフライパンや、炊飯器の釜や、調理用の鍋等、料理用の器具に用いることもでき、多方面での利用が可能となる。
【００４２】
次に、図６に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。
この実施形態および以下の各実施形態において、前記第１実施形態の各部材と同一構成部材には、同一符号を付すとともに、その詳細な説明は省略または簡略化する。
【００４３】
本第２実施形態の複合材１Ａは、前記本体部２と、この本体部２の表裏面を覆い、かつ当該本体部２と一体となった被覆部２Ｂとで構成されている。
被覆部２Ｂは２層構造とされ、本体部２側の第１層が前記被覆部２Ａで形成され、この被覆部２Ａの表面に電気メッキを施して形成された電気メッキ層２Ｃが第２層となっている。電気メッキ層２Ｃは、本体部２に無電解ニッケルメッキ処理を施した後、図示しない電気メッキ用のメッキ槽に収容して形成される。
【００４４】
以上のような第２実施形態によれば、前記（１）〜（６）とほぼ同様の効果の他、次のような効果が得られる。
（７）本体部２の表面に、セラミック４とアルミニウム５との収縮率の違いによりセラミック４が露出していても、無電解ニッケルメッキ処理により、本体部表面の凹凸を解消することができるうえに、無電解ニッケルメッキより経費が少なくてすむ電気メッキが無電解ニッケルメッキの表面に施されているので、全体の経費節減を図ることができる。
【００４５】
次に、図７〜図９に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。
第３実施形態の複合材１Bは、本体部３と、この本体部３の一表面を覆うとともに当該本体部３と一体となった被覆部３Ａとで構成されている。
【００４６】
本体部３は、前記本体部２とほぼ同様の構成となっているが、被覆部３Ａが本体部３と同時に製造される点が、前記第１、第２実施形態と異なっている。
被覆部３Ａは、図８に示すように、本体部３の一方側表面から外側に突出し、かつ、図８の紙面直交方向である縦方向（次に述べる金型２０においてアルミニウム溶湯の流れ方向）に連続した多数条の突出部３００により形成されている。
この突出部３００は、金型２０のキャビティ２０Ａを構成する一対の板状体２１，２２、および図示しない一対の側板のうち、一方の板状体２２に形成された縦溝２２Ａにアルミニウムの溶湯を流入、充填することにより形成される。
【００４７】
縦溝２２Ａは、図９に示すように、前記一方の板状体２２の一方側表面全面に、アルミニウムの溶湯が流れる縦方向（実施形態では垂直方向）に連続して形成されている。この縦溝２２Ａは、図８に示すように、根元の幅寸法Ｗが例えば０．５ｍｍで、抜け勾配としての角度αが例えば約６０°で、深さＤが例えば０．５ｍｍの断面三角形状の空間に形成されている。そのため、縦溝２２Ａには、粒度が０．７ｍｍのＳｉＣ４がほとんど侵入できない構成となっている。
【００４８】
そして、隣り合う縦溝２２Ａ同士は幅方向に隙間なく連続しており、それらの縦溝２２Ａを、当該縦溝２２Ａと直行する方向から見たとき鋸歯状になっている。
なお、縦溝２２Ａは、垂直に形成されているだけでなく、例えば傾斜角５度程度のわずかな傾斜に沿って形成されていてもよい。あるいは、例えばＳ字状に蛇行した溝でもよい。要は、アルミニウム５の溶湯がスムーズに流入できる溝であればよい。
【００４９】
縦溝２２Ａの幅Ｗ、角度αおよび深さＤの寸法は、上記寸法０．５ｍｍに限定されない。例えば、幅Ｗを０．５ｍｍ以下としてもよく、あるいは０．５ｍｍ以上に形成してもよい。ただし、幅Ｗをあまり小さくすると、アルミニウム５の溶湯が流れにくくなるので、例えば０．３ｍｍ程度までに抑えた方が好ましい。また、あまり大きくすると、ＳｉＣ４が侵入しやすくなるので、例えば０．６ｍｍ程度までに抑えた方が好ましい。
【００５０】
以上の複合材１Ｂは、前述した図３に示す製造装置１０で製造することができる。
すなわち、製造装置１０の金型２０を構成する一方の板状体２２を、前記縦溝２２Ａが形成されたものとすることで、前述と同じ手順により製造することができる。なお、縦溝２２Ａが前記キャビティ２０Ａに臨むように金型２０の板状体２２が配置される。
【００５１】
複合材１Ｂを製造した後、突出部３００からなる被覆部３Ａの平滑面を得るために平面加工をする必要が生じる。この場合、例えばホットプレスを使用することができる。その手順としては、まず、本体部３を所定の載置台（図略）の上に載せ、突出部３００の上端にホットプレスを当接させた後、ホットプレスにより徐々に熱を加えながら、多数状の突出部３００の先端を押圧する。これにより、突出部３００が潰され、平滑面が形成される。
【００５２】
あるいは、多数状の突出部３００からなる被覆部３Ａを、工具により研削あるいは研磨して平面加工し、高精度な平滑面としてもよい。
また、被覆部３Ａの表面加工は、前述のホットプレス、研削、研磨加工に限らず、例えば、圧延加工で行ってもよい。すなわち、複合材１Ｂを金型２０から取り出した後、その複合材１Ｂを、所定温度、例えば２００℃〜３００℃で焼きなまし処理して圧延加工しやすいようにし、圧延ロール間を通すことにより突出部３００、つまり被覆部３Ａを圧延し、これにより、高精度な平滑面としてもよい。この場合、断面三角形状の突出部３００の頂点と谷との間の寸法、例えば前記０．５ｍｍの寸法の半分、つまり、０．２５ｍｍだけ圧延するようにすれば、頂点と谷とが互いに埋まり合って、容易に平滑な仕上げ面とすることができる。従って、複合材１Ｂの表面には圧延加工された０．２５ｍｍの被覆部３Ａが形成されていることになる。
【００５３】
以上のような第３実施形態によれば、前記（１）、（２）、（５）、（６）とほぼ同様の効果の他、次のような効果が得られる。
（８）一方の板状体２２に形成された多数条の縦溝２２Ａは、根元の幅寸法Ｗが０．５ｍｍとなっているので、粒度が０．７ｍｍのＳｉＣ４が、キャビティ２０Ａ内を勢いよく連続して落下するときそれらの縦溝２２Ａに侵入することはほとんどない。その結果、複合材１の表面を平面加工する際、縦溝２２Ａ内に充填されて形成されたアルミニウムからなる突出部３００を加工すればよいので、容易に高精度の平滑面ととすることができる。
【００５４】
（９）被覆部３Ａを構成する多数条の突出部３００は、金型２０のキャビティ２０Ａに形成された多数状の縦溝２２Ａにアルミニウム５の溶湯を流入させることで形成でき、縦溝２２Ａはアルミニウム５の溶湯の流入方向と同じ方向の縦方向に形成されているので、アルミニウム５の溶湯がスムーズに流れる。従って、突出部３００の幅寸法Ｗが小さくても突出部３００を容易に形成できる。
【００５５】
（１０）被覆部３Ａを構成する多数条の突出部３００の平面加工は、ホットプレスを利用したり、工具による研削加工、研磨加工、あるいは、所定温度で突出部３００のアルミニウムを加熱して焼きなまし処理を行い、突出部３００を圧延加工して高精度な仕上げ面を得ることもできる。その結果、表面加工の選択が拡がるので、設備に応じた表面加工を行うことができる。
【００５６】
次に、図１０〜図１２に基づいて本発明の第４実施形態を説明する。
図１０に示すように、本第４実施形態の複合材１Ｃは、本体部７と、この本体部７における厚さ方向の一方側表面から寸法Ｌだけ内側に入った位置に埋設された遮蔽部材６とを含み構成され、この遮蔽部材６と一方側表面との間に被覆部７Ａが形成されている。
【００５７】
前記遮蔽部材６は、図１１、図１２に示すように、金網６１とこの金網６１を支持する支持部材６２とで構成されている。
金網６１は、針金部材６１Ａを編み込んで形成されている。針金部材６１Ａの銅線の太さは、線径が例えば０．５ｍｍのものが用いられ、その網目は、例えば０．４ｍｍとなっている。そして、この０．４ｍｍの網目により連通孔６１Ｄが構成されている。
また、連通孔６１Ｄが０．４ｍｍとなっているので、図１２に示すように、粒度が例えば０．７ｍｍのＳｉＣ４は、連通孔６１Ｄを通り抜けることができず、ＳｉＣ４の尖端４Ａの一部が引っかかった状態となっている。
【００５８】
支持部材６２は、例えば０．５ｍｍの厚さの銅板で形成されており、枠体６２Ａ、縦桟６２Ｂ、および横桟６２Ｃを含み構成され、例えば６つの大きな開口部６２Ｄが形成されている。枠体６２Ａ、縦桟６２Ｂ、および横桟６２Ｃの幅寸法は、例えば０．５ｍｍに形成されている。
【００５９】
そして、遮蔽部材６を金型２００のキャビティ２００Ａに装着したとき、キャビティ２００Ａの一方側表面と金網６１との間隔は寸法Ｌとなっている。また、キャビティ２００Ａの一方側表面から寸法Ｌ１だけ内側に入った位置で平面加工すれば、ＳｉＣ４に触れずに加工することができ、かつ仕上げ記号で示したように、高精度の平滑面７Bを得ることができる。
【００６０】
金網６１が被覆部７Ａ内に埋設されていても、金網６１および支持部材６２は銅で形成されており、銅の熱伝導率は、０．９３８ｃａｌ／ｃｍ・／ｓｅｃ／°Ｃであるのに対して、アルミニウム５の熱伝導率０．５３４ｃａｌ／ｃｍ・／ｓｅｃ／°Ｃであり、銅の方がアルミニウム５よりもはるかに熱伝導率が大きい。従って、被覆部４Ａに金網６１、支持部材６２が埋設されていても、複合材１Ｃの高熱伝導性を何ら阻害するものではない。
また、銅の融点が１０８３度であるのに対して、アルミニウム５の融点が６６０度であり、銅の方がアルミニウム５よりはるかに高いので、予熱されている金型のキャビティ２００Ａにアルミニウム５の溶湯を注入しても、金網６１および支持部材６２がへたることはない。
【００６１】
以上のような第４実施形態によれば、前記（１）、（２）、（５）、（６）とほぼ同様の効果の他、次のような効果が得られる。
（１１）キャビティ２０Ａの一方側表面から所定寸法Ｌだけ入り込んだ内部に埋設された金網６１が連通孔６１Ｄを有し、この連通孔６１Ｄの孔径は使用されるＳｉＣ４の粒度より小さく形成されているので、金網６１と本体部７の一方側表面との間の被覆部７Ａにアルミニウム５は充填されるが、ＳｉＣ４は入り込まない。従って、複合材１Ｃの使用に際しては、被覆部７Ａを構成するアルミニウム５と支持部材６２の一部とを平面加工すればよいので、加工が容易となり、かつ短時間で高精度の平滑面７Ｂを得ることができる。
【００６２】
（１２）金網６１は銅製の針金部材６１を編み込んで形成されるので、容易に製作することができるとともに、針金部材６１を編みこむ際に、網目の大きさ、つまり連通孔６１Ｄを任意に変えることができるので、粒度の異なるＳｉＣ４に柔軟に対応することができる。
【００６３】
（１３）遮蔽部材６が、金網６１を支持部材６２に取り付けて構成されているので、金網６１が波打ったり、一部が凹んだりすることがない。そのうえ、銅の融点がアルミニウム５の融点よりはるかに高いので、予熱されている金型のキャビティ２００Ａにアルミニウム５の溶湯を注入しても、金網６１および支持部材６２がへたることはない。従って、遮蔽部材６を安定して装着することができる。
【００６４】
次に、図１３に基づいて本発明の第５実施形態を説明する。
前記各実施形態では、本体部２、本体部３、本体部７を製造するのに製造装置１０を用いていたが、本第５実施形態は、ダイカスト機３００により複合材１Ｄを製造するものである。
【００６５】
図１３に示すように、ダイカスト機３００の可動型３１０と固定型３１１とに、可動金型３２１と固定金型３２２とがそれぞれ取り付けられ、これらの金型３２１，３２２は、分割面（パーティングライン；Ｐ・Ｌ）で互いに当接され、強固に型締めされている。
可動金型３２１、固定金型３２２には、それぞれ入れ子３２３，３２４が嵌入され、これらの入れ子３２３，３２４の当接面にキャビティ３２１Ａが形成されている。そして、このキャビティ３２１Ａに前記本体部２が、図示しない支持具により支持されて装着されるようになっている。
キャビティ３２１Ａの厚さ寸法は、本体部２の厚さ寸法よりも、例えば０．５ｍｍ厚い寸法に形成されており、この０．５ｍｍの隙間にアルミニウムが射出されることにより、被覆部２Ｇが形成されるようになっている。
【００６６】
可動金型３２１と固定金型３２２とのそれぞれの内部には、可動側ブッシュ３３１と固定側ブッシュ３３２とが装着され、これらにより湯道３３０が形成されている。そして、この湯道３３０と前記キャビティ３２１Ａとは湯口３４０で接続されている。また、キャビティ３２１Ａの外周、かつ各ブッシュ３３１，３３２の反対側には、湯出口３４１を介してキャビティ３２１Ａに接続された湯溜まり３４３が形成されている。この湯溜まり３４３にはガス抜き部３４４が連続して形成され、射出時にキャビティ３２１Ａ内の空気を大気に逃がすようになっている。
【００６７】
前記湯道３３０には、図示しない給湯口から供給されスリーブで射出されたアルミニウムの溶湯が流入し、その溶湯は、湯口３４０からキャビティ３２１Ａと本体部２との隙間に充填され、前記被覆部２Ｇが形成される。また、溶湯の一部は、湯出口３４１を経由して湯溜まり３４３に充填される。
【００６８】
以上のような第５実施形態によれば、前記（１）、（２）、（６）、（７）とほぼ同様の効果の他、次のような効果が得られる。
（１４）複合材１Ｄの生産サイクルが短時間で可能となり、大量生産できるので、大量の需要に対しても容易に対応することができる。
【００６９】
（１５）金型２０で製造した本体部２が、ダイカスト機３００の可動金型３２１と固定金型３２２のキャビティ３２１Ａに装着された後、キャビティ３２１Ａと本体部２との隙間にアルミニウムの溶湯が充填されて被覆部２Ｇが形成されるので、被覆部２Ｇはアルミニウムだけで形成される。その結果、被覆部２Ｇを容易に形成することができ、かつ加工が容易となるので、高精度の平滑面を容易に形成することができる。
【００７０】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第１実施形態では、金型２０で製造した本体部２の表裏面に、無電解ニッケルメッキ処理を施して被覆部２Ａを形成したが、これに限らない。第３実施形態の多数状の突出部３００で形成された被覆部３Ａに無電解ニッケルメッキ処理を施し、平滑面としてもよい。
【００７１】
また、前記第５実施形態では、金型２０で形成された本体部２を、ダイカスト機３００のキャビティ３２１Ａに装着しておいて、アルミニウム５を射出して被覆部２Ｇを形成したが、これに限らない。例えば、ダイカスト機に、第３実施形態の縦溝２２Ａが形成された金型２０を用い、ＳｉＣ４とアルミニウム５とを所定の割合で混在させた溶湯を金型のキャビティ内に射出して、複合材を形成してもよい。
【００７２】
さらに、前記第５実施形態では、金型のキャビティ３２１Ａ内に成形後の本体部２を装着した後、アルミニウムの溶湯を射出したが、これに限らない。例えば、第１実施形態にの金型２０で形成された本体部２に代えて、例えば、特開平１１−１７００２７号公報に記載されているような、高圧鋳造法で使用されるプリフォームを用いてもよい。このプリフォームは、炭化珪素等のセラミック粒子または繊維で形成されており、そのプリフォームを、キャビティ２０Ａ内に装着後、キャビティ２０Ａ内にアルミニウムの溶湯を射出して、アルミニウムをプリフォームに含浸させ本体部を形成すると同時に、被覆部を形成してもよい。
【００７３】
また、前記第３実施形態では、被覆部３Ａが多数状の縦溝２２Ａに充填されたアルミニウムにより形成され、第２実施形態では、被覆部２Ｂが無電解ニッケルメッキを施した無電解ニッケルメッキ層により形成されているが、これに限らない。本体部２を形成した後、例えば、前記隣り合う突出部３００の間に、無電解ニッケルメッキを施してもよく、あるいは、本体部２に真空蒸着によりアルミニウム、ニッケル等をコーティングして被覆部を形成してもよい。
【００７４】
次に、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００７５】
前記複合材１の本体部２を製造するために、厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度（４２〜２０ｍｅｓｈの粒度）のＳｉＣ粒体をキャビティ容積の５８％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０℃〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒体の間隙にアルミニウム溶湯を含浸させた。ここまでは、金型の温度は５５０℃であり、次に凝固させるために金型温度を５３０℃にして、３分間保持した。
これにより、金型はアルミニウムが流れない程度に冷却されているので、金型を開いて本体部２を取り出し、室温で完全に凝固させた。
なお、この実施例では、高熱伝導率を検証するために製造したものである。
【００７６】
この本体部について、電子顕微鏡観察とレーザフラッシュ法による熱伝導率測定を行った。その結果、図１４に示すように、ＳｉＣ４とアルミニウム５との界面に空隙６が存在していることがわかった。一方、熱伝導率は１３８Ｗ／ｍＫであった。ＳｉＣ粒体とアルミニウム５との界面にある空隙８をなくして、さらに熱伝導率を向上させるために以下の処理を行った。
（イ）アルミニウムＡＣ３Ａが半溶融状態または軟化状態になる温度４５０℃、５００℃、５５０℃で、それぞれ２トン／ｃｍ２の圧力を５分間かけ処理した。その結果、図１５に示すように、ＳｉＣ粒体とアルミニウムとの界面の空隙がほぼなくなったことがわかる。一方、熱伝導率は４５０℃のとき２１２Ｗ／ｍＫ、５００℃のとき２８０Ｗ／ｍＫ、５５０℃のとき２８０Ｗ／ｍＫであり、非常に高い熱伝導率が得られた。
（ロ）炉で４５０℃に加熱した後、炉より取り出して、圧延率１０％で１．３ｍｍまで圧延した。このものについても、ＳｉＣ粒体とアルミニウムの界面の空隙がほぼなくなっていた。また、熱伝導率も２０５Ｗ／ｍＫであり、この場合にも高い値が得られた。
（ハ）上記板状成形体、つまり、本体部２を鍛造温度４６０℃で鍛造処理を行った。その結果、ＳｉＣ粒体とアルミニウムの界面の空隙がほぼなくなっていた。また、熱伝導率も２４０Ｗ／ｍＫであり、この場合にも良好な結果が得られた。
【実施例２】
【００７７】
本体部２を製造するために、直径１００ｍｍの円柱のキャビティを有する金型に、０．７〜７ｍｍの粒度（２４〜１０ｍｅｓｈの粒度）のＳｉＣ粒体をキャビティ容積の５２％の量だけ充填し、同時に金型の下端から真空ポンプによりキャビティ内を真空に吸引した。吸引を続けながら、金型上部から鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０℃〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒体の間隙にアルミニウム溶湯を含浸させた。ここまでは金型の温度は５５０℃であり、次に凝固させるために金型温度を５３０℃にして、３分間保持した。これにより、金型が、アルミニウムが流れない程度に冷却されているので、金型を開いて円柱の本体部を取り出して室温で完全に凝固させた。
【００７８】
この直径１００ｍｍの円柱の本体部を６００℃の温度で、６ｍｍ厚さ、幅５０ｍｍの板に押し出し加工した。この板状の本体部について、前記実施例１と同じように評価したところ、ＳｉＣ粒体とアルミニウムとの界面に空隙がほとんど認められなかった。また、熱伝導率は２６５Ｗ／ｍＫと非常に高い値を示した。
【００７９】
次に、前記各実施例に対する比較例を説明する。
各実施例と同様に、厚さ３ｍｍのキャビティを有する金型に、０．３５〜０．８５ｍｍの粒度のＳｉＣ粒体をキャビティ容積の５８％の量だけ充填した。しかし、金型の下から真空で吸引することはせず、金型上部より、鋳物用アルミニウムＡＣ３Ａの６９０℃〜７００℃の溶湯を注入し、ＳｉＣ粒体の間隙にアルミニウム溶湯を含浸させようとした。冷却凝固後、金型を開いたところアルミニウムが充分に含浸されていなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、ＭＰＵやパワーモジュール等の半導体から発生した熱を吸収、放熱する放熱用基板や、基板の表面に薄膜を形成する成膜装置としての、真空蒸着装置、スパッタリング装置、ＣＶＤ（化学的気相成長）装置等に用いられる放熱用基板あるいは搬送用基板、プラズマテレビ製造用の均熱板、小型パソコン、測定機器等の電子機器に用いられる筐体、ヒートシンク材、さらに、車両の制御部等で発生した熱を吸収、放熱し、あるいは、ブレーキ部等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る複合材の第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】前記第１実施形態の複合材を示す平断面図。
【図３】前記第１実施形態の複合材を製造する製造装置を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の複合材の詳細を示す縦断面図。
【図５】前記第１実施形態の複合材の使用状態を示す縦断面図。
【図６】本発明に係る複合材の第２実施形態を示す縦断面図。
【図７】本発明に係る複合材の第３実施形態を示す縦断面図。
【図８】前記第３実施形態の金型と複合材との関係を示す部分拡大図。
【図９】前記第３実施形態の一方の板状体に形成された縦溝を示す全体斜視図。
【図１０】本発明に係る複合材の第４実施形態を示す縦断面図。
【図１１】前記第４実施形態の金網と支持部材との関係を示す斜視図。
【図１２】前記第４実施形態の金網と支持部材とをキャビティに装着した状態を示す縦断面図。
【図１３】本発明に係る複合材の第５実施形態を示す縦断面図。
【図１４】実施例１によって製造した複合材の空隙がある状態を示す断面模式図。
【図１５】実施例１によって製造した複合材の空隙が消滅した状態を示す断面模式図。
【図１６】一般的な複合材のセラミックとアルミニウムとの関係を示す断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１、１Ａ〜１D…複合材
２，３，７…本体部
２Ａ、２Ｂ…被覆部
２Ｃ…電気メッキ層
３Ａ、３Ｇ…被覆部
４…セラミック粒体であるＳｉＣ
５…アルミニウム
７Ａ…被覆部
１０…製造装置
２０…金型
２０Ａ…キャビティ
２２Ａ…縦溝
Ｐ…真空ポンプ
【図１】
2005238331.tif 000003
【図２】
2005238331.tif 000004
【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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【図９】
2005238331.tif 000011
【図１０】
2005238331.tif 000012
【図１１】
2005238331.tif 000013
【図１２】
2005238331.tif 000014
【図１３】
2005238331.tif 000015
【図１４】
2005238331.tif 000016
【図１５】
2005238331.tif 000017
【図１６】
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