CN109562598A - 金属-碳粒子复合材料及其制造方法 - Google Patents

金属-碳粒子复合材料及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109562598A
CN109562598A CN201780049139.7A CN201780049139A CN109562598A CN 109562598 A CN109562598 A CN 109562598A CN 201780049139 A CN201780049139 A CN 201780049139A CN 109562598 A CN109562598 A CN 109562598A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
carbon fiber
flaky graphite
metal
graphite particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780049139.7A
Other languages
English (en)
Inventor
广濑克昌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Publication of CN109562598A publication Critical patent/CN109562598A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/16—Layered products comprising a layer of metal next to a particulate layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/20—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by subjecting to pressure and heat an assembly comprising at least one metal layer or sheet and one layer of fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/24—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials for applying particular liquids or other fluent materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2255/00—Coating on the layer surface
    • B32B2255/20—Inorganic coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/107—Ceramic
    • B32B2264/108—Carbon, e.g. graphite particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

金属‑碳粒子复合材料(30)以层叠状具备一层以上的鳞片状石墨粒子分散层(1)、一层以上的碳纤维分散层(2)和一层以上的金属层(3)，鳞片状石墨粒子分散层(1)是在金属基体(9)中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子(1a)而得到的，碳纤维分散层(2)是在金属基体(9)中分散作为碳粒子的碳纤维(2a)而得到的，金属层(3)是由金属基体(9)形成的。一层以上的鳞片状石墨粒子分散层(1)、一层以上的碳纤维分散层(2)和一层以上的金属层(3)被接合一体化。鳞片状石墨粒子分散层(1)和碳纤维分散层(2)中的一层与金属层(3)在遍及复合材料(30)的大致整个厚度方向上以交替层叠的状态排列。

Description

金属-碳粒子复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及包含金属基体和分散在金属基体中的碳粒子的金属-碳粒子复合材料、其制造方法和功率模块用冷却器。
再者，本说明书和专利请求保护的范围中，除了特别说明的情况以外，“铝”这一用语在包括纯铝和铝合金这两者的意思下使用，除了特别说明的情况以外，“铜”这一用语在包括纯铜和铜合金这两者的意思下使用。
另外，本发明的金属-碳粒子复合材料的上下方向没有限定，在本说明书和专利请求保护的范围中，为了容易理解复合材料的结构，将复合材料的厚度方向和层叠体的厚度方向分别定义为复合材料的上下方向和层叠体的上下方向。
另外，本发明的功率模块用冷却器的上下方向没有限定，在本说明书和专利请求保护的范围中，为了容易理解冷却器的结构，将担载发热性元件(例如功率半导体芯片)的冷却器的搭载面侧定义为冷却器的上侧，并将其相反侧定义为冷却器的下侧。
背景技术
作为公开了金属-碳粒子复合材料的文献，有例如日本专利第5150905号公报(专利文献1)、日本专利第4441768号公报(专利文献2)和日本特开2006-1232(专利文献3)。
日本专利第5150905号公报公开了一种金属基碳纤维复合材料的制造方法，通过在片状或箔状的金属支持体上形成含有作为碳粒子的碳纤维的皮膜而形成预成形体，将该预成形体层叠多个形成层叠体，并对层叠体进行加热压接来使预成形体彼此一体化，由此制造作为金属-碳粒子复合材料的金属基碳纤维复合材料。该方法中，在得到的复合材料中，热传导率变高的仅为碳纤维排列的一个方向。
日本专利第4441768号公报公开了一种金属-石墨复合材料的制造方法，通过使用鳞状石墨粉末和预定的鳞状金属粉末的混合体形成烧结前体，一边对烧结前体加压一边烧结，由此制造作为金属-碳粒子复合材料的金属-石墨复合材料。该方法中，在制造时难以处理金属粉末，且存在制造成本高这样的问题。
日本特开2006-1232号公报公开了一种高热传导·低热膨胀复合材料的制造方法，通过对结晶性碳材料层与金属层层叠而成的复合化了的复合体进行热压烧结，来制造作为金属-碳粒子复合材料的高热传导·低热膨胀复合材料。该方法中，难以进行复合体的烧结，因此，认为接合不充分且容易发生接合界面的不吻合。
作为公开了金属-碳粒子复合材料的其他文献，有日本特开2015-25158号公报(专利文献4)和日本特开2015-217655号公报(专利文献5)。
在先技术文献
专利文献1：日本专利第5150905号公报
专利文献2：日本专利4441768号公报
专利文献3：日本特开2006-1232号公报
专利文献4：日本特开2015-25158号公报
专利文献5：日本特开2015-217655号公报
发明内容
然而，使用了SiC等的新一代半导体芯片能够在高温下工作。将那样的芯片冷却的冷却器的材料，希望为了降低芯片的工作温度变高带来的热应力而具有低线膨胀性，并且为了提高冷却性能而具有高热传导性。
本发明是鉴于上述技术背景而完成的，其目的在于提供一种具有高热传导性和低线膨胀性的金属-碳粒子复合材料、其制造方法和功率模块用冷却器。
本发明的其他目的和优点根据以下的优选实施方式变得明确。
本发明提供以下手段。
[1]一种金属-碳粒子复合材料，以层叠状具备一层以上的鳞片状石墨粒子分散层、一层以上的碳纤维分散层和一层以上的金属层，
所述鳞片状石墨粒子分散层是在金属基体中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子而得到的，所述碳纤维分散层是在所述金属基体中分散作为碳粒子的碳纤维而得到的，所述金属层是由所述金属基体形成的，
所述一层以上的鳞片状石墨粒子分散层、所述一层以上的碳纤维分散层和所述一层以上的金属层被接合一体化，
所述鳞片状石墨粒子分散层和所述碳纤维分散层中的一层与所述金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以交替层叠的状态排列。
[2]根据前项1所述的金属-碳粒子复合材料，所述鳞片状石墨粒子分散层、所述碳纤维分散层和所述金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。
[3]一种功率模块用冷却器，具备以层叠状接合一体化了的多个冷却器构成层，
多个所述构成层之中的至少一层是前项1或2所述的金属-碳粒子复合材料制的。
[4]一种金属-碳粒子复合材料的制造方法，包括：
通过将含有作为碳粒子的鳞片状石墨粒子和第1粘合剂的第1涂敷液涂敷于第1金属箔上并干燥，来得到在所述第1金属箔上形成有鳞片状石墨粒子层的鳞片状石墨粒子涂敷箔的工序；
通过将含有作为碳粒子的碳纤维和第2粘合剂的第2涂敷液涂敷于第2金属箔上并干燥，来得到在所述第2金属箔上形成有碳纤维层的碳纤维涂敷箔的工序；
形成由一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和一枚以上的所述碳纤维涂敷箔层叠而成的状态的层叠体的工序；以及
通过加热所述层叠体来将所述一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述一枚以上的所述碳纤维涂敷箔一并地接合一体化的工序。
[5]根据前项4所述的金属-碳粒子复合材料的制造方法，在形成所述层叠体的工序中，以所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述碳纤维涂敷箔在遍及所述层叠体的大致整个厚度方向上按规则的层叠顺序层叠的方式，形成所述层叠体。
本发明发挥以下效果。
前项[1]中，通过在金属基体中分散有鳞片状石墨粒子，材料的热传导性与金属单质相比有所提高。另外，通过在金属基体中分散有碳纤维，材料的线膨胀性与金属单质相比有所下降。因此，前项[1]所述的金属-碳粒子复合材料具有高热传导性(高的热传导率)和低线膨胀性(低的线膨胀率)。
此外，鳞片状石墨粒子分散层和碳纤维分散层之中的一层与金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以交替层叠的状态排列，所以复合材料具有高的接合强度。
前项[2]中，鳞片状石墨粒子分散层、碳纤维分散层和金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。因此，通过在制造复合材料前预先设计金属基体中所含有的鳞片状石墨粒子和碳纤维的体积比例，形成将鳞片状石墨粒子分散层、碳纤维分散层和金属层按规则的层叠顺序层叠了的状态来制造复合材料，由此能够使复合材料的热传导率和线膨胀率接近设计值。
前项[3]中，多个冷却器构成层之中的至少一层是前项[1]或[2]所述的金属-碳粒子复合材料制的，所以能够提供具有高的散热性和高的制冷可靠性的功率模块用冷却器。
前项[4]中，能够容易地制造本发明的金属-碳粒子复合材料。而且，通过作为金属基体的金属材料使用金属箔，与使用金属粉末的情况相比，金属材料的处理容易且制造成本变低。而且，复合材料的厚度容易控制，容易制造薄的复合材料。
所述[5]中，发挥与前项[2]的效果同样的效果。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的金属-碳粒子复合材料的概略截面图。
图2a是鳞片状石墨粒子涂敷箔的概略立体图(左)及其截面模型图(右)。
图2b是用于说明在得到鳞片状石墨粒子涂敷箔的工序中将第1涂敷液涂敷于第1金属箔上的方法的概略图。
图3是碳纤维涂敷箔的概略立体图(左)及其截面模型图(右)。
图4是该复合材料形成用层叠体的概略截面模型图。
图5是该复合材料的制造工序图。
图6是本发明第2实施方式的金属-碳粒子复合材料的概略截面图。
图7是该复合材料形成用层叠体的概略截面模型图。
图8是本发明第3实施方式的金属-碳粒子复合材料的概略截面图。
图9是该复合材料形成用层叠体的概略截面模型图。
图10是本发明一实施方式的功率模块用冷却器的概略主视图。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的一些实施方式说明如下。
图1～5是用于说明本发明第1实施方式的金属-碳粒子复合材料及其制造方法的图。
如图1所示，本第1实施方式的金属-碳粒子复合材料30以层叠状具备一层以上的鳞片状石墨粒子分散层1、一层以上的碳纤维分散层2和一层以上的金属层3，鳞片状石墨粒子分散层1是在金属基体(用阴影表示)9中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子1a而得到的，碳纤维分散层2是在金属基体9中分散作为碳粒子的碳纤维2a而得到的，金属层3是由金属基体9形成的。
此外，一层以上的鳞片状石墨粒子分散层1、一层以上的碳纤维分散层2和一层以上的金属层3以层叠状接合一体化，由此形成复合材料30。复合材料30是金属基碳粒子复合材料的一种。
在各鳞片状石墨粒子分散层1中实质上不存在碳纤维2a。在各碳纤维分散层2中实质上不存在鳞片状石墨粒子1a。在各金属层3中实质上不存在鳞片状石墨粒子1a和碳纤维2a。
再者，图1～3中，为了容易理解复合材料30的结构而将鳞片状石墨粒子1a和碳纤维2a放大图示。
如图1所示，本第1实施方式中，鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3的数量分别为多个。并且，鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2中的一层与金属层3在遍及复合材料30的整个厚度方向(即复合材料30的上下方向)上以交替层叠的状态排列。
此外，鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3在遍及复合材料30的整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。详细而言，鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3以依据层叠规则层叠了的状态排列，所述层叠规则是对于鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3的层叠顺序的单元在遍及复合材料30的整个厚度方向上重复这样的规则。
本第1实施方式的复合材料30中，对于鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3的层叠顺序的单元7，是鳞片状石墨粒子分散层1/金属层3/碳纤维分散层2/金属层3这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3以依据该层叠顺序单元7在遍及复合材料30的整个厚度方向上重复这样的层叠规则层叠了的状态排列。
在复合材料30中，存在于层叠顺序单元7中的鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2的层数比为1：1。并且，鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2以该层数比遍及复合材料30的整个厚度方向排列。
因此，鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2的层数比是恒定的而不依赖于复合材料30的厚度方向的部位，详细而言，遍及复合材料30的整个厚度方向为1：1。
本第1实施方式的复合材料30能够合适地用作构成图10所示功率模块用冷却器40的多个冷却器构成层41～44之中的至少一个构成层的材料。
功率模块被用于例如混合动力车(HEV)、电动汽车(EV)、电车等车辆、和风力发电、太阳光发电等能源领域。
冷却器40作为多个冷却器构成层41～44，具备配线层41、绝缘层42、缓冲层43和冷却层44。并且，以从上到下依次为配线层41、绝缘层42、缓冲层43和冷却层44层叠的状态采用钎焊等预定接合手段将这些层41～44接合一体化。
在配线层41的由上表面构成的搭载面41a，一般是半导体元件(例如功率半导体芯片)等发热性元件(用两点划线表示)47隔着钎料层(用两点划线表示)48接合。
绝缘层42具有电绝缘性，通常由陶瓷形成。
缓冲层43是用于缓和在冷却器40产生的热应力等应力的层。
冷却层44是用于散发发热性元件47的热从而将发热性元件47冷却的层，例如由具有多个散热片的散热器构成。
详细而言，图10所示的冷却器40中，选自上述多个构成层41～44之中的除了绝缘层42以外的构成层(即配线层41、缓冲层43和冷却层44)中的至少一层是本第1实施方式的复合材料30制的。一般而言，对冷却器40要求高的散热性和对于冷热循环负荷有高的制冷可靠性。
接着，对本第1实施方式的复合材料30的优选制造方法说明如下。
如图5所示，复合材料30的制造方法包括：得到在第1金属箔12上形成作为碳粒子层的鳞片状石墨粒子层11的鳞片状石墨粒子涂敷箔13的工序S1(参照图2a和2b)；得到在第2金属箔15上形成作为碳粒子层的碳纤维层14的碳纤维涂敷箔16的工序S2(参照图3)；形成一枚以上的鳞片状石墨粒子涂敷箔13和一枚以上的碳纤维涂敷箔16层叠而成的状态的层叠体20的工序S3(参照图4)；以及通过加热层叠体20来将一枚以上的鳞片状石墨粒子涂敷箔13和一枚以上的碳纤维涂敷箔16一并地接合一体化的工序S4。
在图2a和图3中，第1金属箔12和第2金属箔15的金属材料形成复合材料30的金属基体9。第1金属箔12的金属材料和第2金属箔15的金属材料为相同材料。金属材料没有限定，但优选为铝或铜。其理由是由于这些金属具有高的热传导性。
第1金属箔12和第2金属箔15的厚度没有限定，分别优选为5～500μm，分别特别优选为10～50μm。
如图2a所示，作为鳞片状石墨粒子1a可以使用例如鳞片状石墨粉末。鳞片状石墨粒子1a的粒径及纵横比没有限定，分别优选尽量大。鳞片状石墨粒子1a的平均粒径特别优选为300μm以上，并且鳞片状石墨粒子1a的平均纵横比特别优选为30以上。平均粒径的上限没有限定，为例如1000μm，并且平均纵横比的上限没有限定，为例如100。
在此，鳞片状石墨粒子1a的粒径是指采用电子显微镜等观察手段观察的鳞片状石墨粒子1a的平面方向的等效圆直径。鳞片状石墨粒子1a的纵横比根据鳞片状石墨粒子1a的“粒径/厚度”算出。再者，上述鳞片状石墨粒子1a的平面方向是指相对于鳞片状石墨粒子1a的厚度方向垂直的面方向。
如图3所示，作为碳纤维2a可以使用纤维状碳粒子，具体而言可以使用例如选自沥青系碳纤维、PAN系碳纤维、气相生长碳纤维和碳纳米管中的一种碳纤维或多种混合碳纤维。碳纤维2a特别优选为沥青系碳纤维。其理由是由于沥青系碳纤维的热传导率比PAN系碳纤维的大。
碳纤维2a的长度没有限定，特别优选碳纤维2a的平均长度为1mm以下。碳纤维2a的平均长度的下限没有限定，为例如10μm。
另外，鳞片状石墨粒子1a和碳纤维2a可以是在惰性气氛中以2000～3000℃的温度进行加热处理而得到的。
得到鳞片状石墨粒子涂敷箔13的工序S1中，通过将以混合状态含有鳞片状石墨粒子1a、第1粘合剂(未图示)和第1粘合剂用第1溶剂(未图示)的第1涂敷液(未图示)涂敷于第1金属箔12上并干燥，来得到图2a所示的鳞片状石墨粒子涂敷箔13。再者，图2a中的左侧省略了第1粘合剂的图示。
得到碳纤维涂敷箔16的工序S2中，通过将以混合状态含有碳纤维2a、第2粘合剂(未图示)和第2粘合剂用第2溶剂(未图示)的第2涂敷液(未图示)涂敷于第2金属箔15上并干燥，来得到图3所示的碳纤维涂敷箔16。再者，图3中的左侧省略了第2粘合剂的图示。
第1粘合剂用于对鳞片状石墨粒子1a赋予向第1金属箔12的附着力从而抑制鳞片状石墨粒子1a从第1金属箔12上脱落。
第2粘合剂用于对碳纤维2a赋予向第2金属箔15的附着力从而抑制碳纤维2a从第2金属箔15上脱落。
第1粘合剂和第2粘合剂通常由树脂构成。具体而言，作为第1粘合剂和第2粘合剂，可以使用丙烯酸系树脂、聚乙二醇系树脂、丁烯橡胶树脂、酚树脂、纤维素系树脂等。这些树脂粘合剂一般在常温下为固态。
第1溶剂将第1粘合剂溶解。第2溶剂将第2粘合剂溶解。具体而言，作为第1溶剂和第2溶剂，可以使用水、醇系溶剂、烃系溶剂、酯系溶剂、醚系溶剂等。这些溶剂一般在常温下能够溶解粘合剂。
第1涂敷液是将鳞片状石墨粒子1a、第1粘合剂和第1溶剂混合得到的。
将第1涂敷液涂敷于第1金属箔12上的方法没有限定。优选的是：第1涂敷液的涂敷采用日本特开2015-25158号公报、日本特开2015-217655号公报等所公开的辊对辊方式来进行。第1涂敷液的涂敷方法优选从偏置型的3根辊涂布法(即采用偏置型的3根辊涂布进行的涂敷法)、凹版印刷法、喷雾涂敷法、帘涂法等中选择。
参照图2b对第1涂敷液的涂敷方法的一例说明如下。
如该图所示，第1涂敷液向第1金属箔上涂敷的涂敷装置50采用了辊对辊方式，具备施料辊51、支承辊52、拾取辊53、盘55等。在盘55内收纳有第1涂敷液6。第1涂敷液6以混合状态含有鳞片状石墨粒子1a、第1粘合剂4和第1溶剂，第1粘合剂4用第1溶剂溶解。
第1金属箔12以穿过施料辊51和支承辊52之间的方式沿预定方向F送给。盘55内的第1涂敷液6通过拾取辊53附着在施料辊51上，然后通过施料辊51以层状涂敷于第1金属箔12上。
得到鳞片状石墨粒子涂敷箔13的工序S1中，详细而言，第1涂敷液6在第1金属箔12上，在第1金属箔12的厚度方向的单侧表面12a遍及其大致整体地涂敷。接着，采用预定的干燥手段(例如干燥炉59)使第1涂敷液6干燥，第1涂敷液6中的第1溶剂被蒸发除去。其后，第1金属箔12根据需要被切断为预定形状(例如方形)。由此，得到图2a所示的鳞片状石墨粒子涂敷箔13。再者，如上所述，图2a中的左侧省略了第1粘合剂4的图示。
本第1实施方式中，涂敷第1涂敷液6的第1金属箔12的表面12a是第1金属箔12以水平状配置的状态下的第1金属箔12的上表面。因此，详细而言，鳞片状石墨粒子层11在第1金属箔12的上表面12a上遍及其大致整体地形成。
第2涂敷液是将碳纤维2a、第2粘合剂和第2溶剂混合得到的。
将第2涂敷液涂敷于第2金属箔15上的方法没有限定。优选第2涂敷液的涂敷采用日本特开2015-25158号公报、日本特开2015-217655号公报等所公开的辊对辊方式进行。第2涂敷液的涂敷方法优选从凹版印刷法、棒涂法、刮刀涂布法、刮片法等中选择。
第2涂敷液的涂敷采用例如与图2b所示的第1涂敷液6的上述涂敷方法相同的方法进行。
得到碳纤维涂敷箔16的工序S2中，详细而言，第2涂敷液在第2金属箔15上，沿第2金属箔15的厚度方向的单侧表面15a遍及其大致整体地涂敷。然后，采用预定的干燥手段(例如干燥炉)使第2涂敷液干燥，第2涂敷液中的第2溶剂被蒸发除去。其后，第2金属箔根据需要被切断为预定形状(例如方形)。由此，得到图3所示的碳纤维涂敷箔16。再者，如上所述，图3中的左侧省略了第2粘合剂的图示。
本第1实施方式中，涂敷第2涂敷液的第2金属箔15的表面15a是第2金属箔15以水平状配置的状态下的第2金属箔15的上表面。因此，详细而言，碳纤维层14在第2金属箔15的上表面15a上遍及其大致整体地形成。
如图4所示，在形成层叠体20的工序S3中，层叠体20如上所述处于一枚以上的鳞片状石墨粒子涂敷箔13和一枚以上的碳纤维涂敷箔16层叠而成的状态。详细而言，层叠体20处于多个鳞片状石墨粒子涂敷箔13和多个碳纤维涂敷箔16以在各碳粒子层(鳞片状石墨粒子层11、碳纤维层14)间必定存在第1金属箔12或第2金属箔15的方式沿上下方向层叠的状态。因此，在层叠体20的整体，多个鳞片状石墨粒子涂敷箔13和多个碳纤维涂敷箔16以碳粒子层彼此不重叠的方式层叠。
形成层叠体20的工序S3中，层叠体20以鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16遍及层叠体20的厚度方向(即层叠体20的上下方向)整体按规则的层叠顺序层叠的方式形成。详细而言，鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16依据以下层叠规则层叠，该层叠规则是对于鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的层叠顺序的单元遍及层叠体20的厚度方向整体重复这样的层叠规则，由此，形成层叠体20。
本第1实施方式的层叠体20中，对于鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的层叠顺序的单元17是鳞片状石墨粒子涂敷箔13/碳纤维涂敷箔16这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16依据该层叠顺序单元17遍及层叠体20的厚度方向整体重复这样的层叠规则层叠，由此，形成层叠体20。
存在于层叠顺序单元17中的鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的枚数比为1：1。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16以该枚数比遍及层叠体20的厚度方向整体地排列。
因此，鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的枚数比是恒定的而不依赖于层叠体20的厚度方向的部位，详细而言遍及层叠体20的整个厚度方向为1：1。
进行接合一体化的工序S4中，层叠体20通过在预定的烧结气氛(例如非氧化气氛)中加热来烧结，由此，存在于层叠体20的整体的多个鳞片状石墨粒子涂敷箔13和多个碳纤维涂敷箔16一并地接合一体化(详细而言是烧结一体化)。由此，得到上述复合材料30。
层叠体20的烧结方法从真空热压法、脉冲通电烧结法(SPS法)、热静水压烧结法(HIP法)、挤出法、轧制法等中选择。
在加热层叠体20时，优选将层叠体20一边沿其厚度方向(即鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的层叠方向)加压一边加热。其理由是由于这能够将层叠体20牢固地烧结。
用于烧结层叠体20的层叠体20的加热温度(即层叠体20的烧结温度)没有限定，通常在第1金属箔12和第2金属箔15的金属材料的熔点以下，特别优选设定在金属材料的熔点和比该熔点低约50℃的温度之间的温度。其理由是由于这能够切实地烧结层叠体20。具体而言，金属材料为例如铝的情况下，层叠体20的加热温度(烧结温度)优选设定在550～620℃的范围。
存在于层叠体20中的第1粘合剂和第2粘合剂在进行接合一体化的工序S4中加热层叠体20以使层叠体20的温度从大致室温上升到烧结层叠体20的温度为止的途中通过升华或分解等消失，从而从层叠体20中除去。
在进行接合一体化的工序S4中，通过加热层叠体20，第1金属箔12和第2金属箔15的一部分金属材料分别侵入到鳞片状石墨粒子层11和碳纤维层14中，填充到存在于各层11、14内的微细空隙(例如鳞片状石墨粒子层11中的鳞片状石墨粒子1a间的间隙、碳纤维层14中的碳纤维2a间的间隙)，该空隙大致消失。由此，鳞片状石墨粒子涂敷箔13和碳纤维涂敷箔16的接合强度(烧结强度)提高，并且复合材料30的密度上升。
另外，通过第1金属箔12和第2金属箔15的一部分金属材料侵入到鳞片状石墨粒子层11中，成为鳞片状石墨粒子层11中的鳞片状石墨粒子1a分散于复合材料30的金属基体9中的状态，即，鳞片状石墨粒子层11变为复合材料30的鳞片状石墨粒子分散层1。
另外，通过第1金属箔12和第2金属箔15的一部分金属材料侵入到碳纤维层14中，成为碳纤维层14中的碳纤维2a分散于复合材料30的金属基体9中的状态，即，碳纤维层14变为复合材料30的碳纤维分散层2。
另外，第1金属箔12和第2金属箔15变为复合材料30的金属层。
因此，如图1所示，在复合材料30中，鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2中的一层和金属层3以交替层叠了的状态排列。详细而言，本第1实施方式中，在鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2之间必定存在金属层3。
如图1所示，本第1实施方式的复合材料30在金属基体9中分散有鳞片状石墨粒子1a，所以具有高的热传导率，并且在金属基体9中分散有碳纤维2a，所以具有低的线膨胀率。
此外，鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2中的一层和金属层3以交替层叠了的状态排列，所以与鳞片状石墨粒子分散层1和碳纤维分散层2以在两层1、2之间不存在金属层3而层叠的状态排列的情况相比，复合材料30具有高的接合强度(高的烧结强度)。
此外，鳞片状石墨粒子分散层1、碳纤维分散层2和金属层3在遍及复合材料30的整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。因此，在制造复合材料30之前预先设计金属基体9中所含有的鳞片状石墨粒子1a和碳纤维2a的体积比例，形成将这些层按规则的层叠顺序层叠了的状态来制造复合材料30，由此能够容易地得到具有接近于设计值的热传导率和线膨胀率的复合材料30。
本第1实施方式的复合材料30的制造方法具有如下优点。
即，将鳞片状石墨粒子1a和碳纤维2a的混合层形成于金属箔上在技术上是困难的。因此本第1实施方式中，将鳞片状石墨粒子层11形成于第1金属箔12上，并将碳纤维层14形成于与第1金属箔12不同的金属箔即第2金属箔15上。由此，能够容易地制造复合材料30。
此外，作为金属基体9的金属材料使用了金属箔，所以与使用金属粉末的情况相比容易处理且制造成本变低。而且，容易控制复合材料30的厚度，容易制造薄的复合材料。
另外，在功率模块用冷却器40(参照图10)中，多个冷却器构成层41～44之中的至少一层是本第1实施方式的复合材料30制的，所以冷却器40具有高的散热性和高的制冷可靠性。
图6和图7是用于说明本发明第2实施方式的金属-碳粒子复合材料130及其制造方法的图。在这些图中，对于发挥与上述第1实施方式的复合材料30的要素相同作用的要素，附带对上述第1实施方式的复合材料30的要素所附带的标记加上100得到的标记。以下，对本第2实施方式以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明。
如图6所示，本第2实施方式的复合材料130中，对于鳞片状石墨粒子分散层101、碳纤维分散层102和金属层103的层叠顺序的单元107，是鳞片状石墨粒子分散层101/金属层103/鳞片状石墨粒子分散层101/金属层103/碳纤维分散层102/金属层103这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子分散层101、碳纤维分散层102和金属层103以依据该层叠顺序单元107遍及复合材料130的整个厚度方向重复这样的层叠规则层叠而成的状态排列。
在复合材料130中，存在于层叠顺序单元107中的鳞片状石墨粒子分散层101和碳纤维分散层102的层数比为2：1。并且，鳞片状石墨粒子分散层101和碳纤维分散层102以该层数比遍及复合材料130的厚度方向整体地排列。
因此，鳞片状石墨粒子分散层101和碳纤维分散层102的层数比是恒定的而不依赖于复合材料130的厚度方向的部位，详细而言，遍及复合材料130的厚度方向整体为2：1。
如图7所示，本第2实施方式中的形成层叠体120的工序S3(参照图5)中，以鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116在遍及层叠体120的整个厚度方向上按规则的层叠顺序层叠的方式，形成层叠体120。
对于鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116的层叠顺序的单元117，是鳞片状石墨粒子涂敷箔113/鳞片状石墨粒子涂敷箔113/碳纤维涂敷箔116这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116依据该层叠顺序单元117遍及层叠体120的厚度方向整体重复这样的层叠规则层叠，由此形成层叠体120。
存在于层叠顺序单元117中的鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116的枚数比为2：1。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116以该枚数比遍及层叠体120的厚度方向整体地排列。
因此，鳞片状石墨粒子涂敷箔113和碳纤维涂敷箔116的枚数比是恒定的而不依赖于层叠体120的厚度方向的部位，详细而言，遍及层叠体120的厚度方向整体为2：1。
本第2实施方式的复合材料130与上述第1实施方式的复合材料30同样地，能够适合用作构成图10所示功率模块用冷却器40的多个冷却器构成层41～44之中的至少一个构成层的材料。
图8和图9是用于说明本发明第3实施方式的金属-碳粒子复合材料230及其制造方法的图。在这些图中，对发挥与上述第1实施方式的复合材料30的要素相同作用的要素，附带对上述第1实施方式的复合材料30的要素所附带的标记加上200得到的标记。以下，对于本第3实施方式以与上述第1实施方式的不同点为中心进行说明。
如图8所示，本第3实施方式的复合材料230中，对于鳞片状石墨粒子分散层201、碳纤维分散层202和金属层203的层叠顺序的单元207，是碳纤维分散层202/金属层203/碳纤维分散层202/金属层203/鳞片状石墨粒子分散层201/金属层203这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子分散层201、碳纤维分散层202和金属层203以依据该层叠顺序单元207遍及复合材料230的厚度方向整体重复这样的层叠规则层叠而成的状态排列。
在复合材料230中，存在于层叠顺序单元207中的鳞片状石墨粒子分散层201和碳纤维分散层202的层数比为1：2。并且，鳞片状石墨粒子分散层201和碳纤维分散层202以该层数比遍及复合材料230的厚度方向整体地排列。
因此，鳞片状石墨粒子分散层201和碳纤维分散层202的层数比是恒定的而不依赖于复合材料230的厚度方向的部位，详细而言，遍及复合材料230的厚度方向整体为1：2。
如图9所示，本第3实施方式中的形成层叠体220的工序S3(参照图5)中，以鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216在遍及层叠体220的整个厚度方向上按规则的层叠顺序层叠的方式，形成层叠体220。
对于鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216的层叠顺序的单元217是碳纤维涂敷箔216/碳纤维涂敷箔216/鳞片状石墨粒子涂敷箔213这样的单元。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216依据该层叠顺序单元217遍及层叠体220的厚度方向整体重复这样的层叠规则层叠，由此形成层叠体220。
存在于层叠顺序单元217中的鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216的枚数比为1：2。并且，鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216以该枚数比遍及层叠体220的厚度方向整体地排列。
因此，鳞片状石墨粒子涂敷箔213和碳纤维涂敷箔216的枚数比是恒定的而不依赖于层叠体220的厚度方向的部位，详细而言，遍及层叠体220的厚度方向整体为1：2。
本第3实施方式的复合材料230与上述第1实施方式的复合材料30同样地，适合用作构成图10所示功率模块用冷却器40的多个冷却器构成层41～44之中的至少一个构成层的材料。
以上，说明了本发明的一些实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围可以进行各种变更。
本发明中，存在于复合材料中的层叠顺序单元中的鳞片状石墨粒子分散层和碳纤维分散层的层数比不限定于1：1(第1实施方式)、2：1(第2实施方式)、1：2(第3实施方式)，可以为其他层数比，通常设定在1～10：1～10的范围。
另外，本发明中，在形成层叠体的工序中，层叠体可以通过在长的鳞片状石墨粒子涂敷箔(例如鳞片状石墨粒子涂敷箔的条材)和长的碳纤维涂敷箔(例如碳纤维涂敷箔的条材)层叠了的状态下多次卷绕为辊状来形成。
另外，本发明的金属-碳粒子复合材料采用上述第1实施方式(包括上述第2实施方式和3实施方式)中示出的制造方法制造时，在能够容易且切实地提高复合材料的接合强度(烧结强度)方面是优选的，但也可以采用如下的制造方法制造。
即，在得到鳞片状石墨粒子涂敷箔的工序中，通过将第1涂敷液分别涂敷于第1金属箔的厚度方向的两侧表面并干燥，来得到在第1金属箔的厚度方向的两侧表面分别形成有鳞片状石墨粒子层的鳞片状石墨粒子涂敷箔(为方便起见将其称为“鳞片状石墨粒子两面涂敷箔”)。另外，在得到碳纤维涂敷箔的工序中，通过将第2涂敷液分别涂敷于第2金属箔的厚度方向的两侧表面并干燥，来得到在第2金属箔的厚度方向的两侧表面分别形成有碳纤维层的碳纤维涂敷箔(为方便起见将其称为“碳纤维两面涂敷箔”)。
另外，通过在金属箔的厚度方向的两侧表面之中的一侧表面涂敷第1涂敷液且在另一侧表面涂敷第2涂敷液并干燥，可以得到在金属箔的厚度方向的两侧表面之中的一侧表面形成鳞片状石墨粒子层且在另一侧表面形成碳纤维层的涂敷箔(方便起见将其称为“鳞片状石墨粒子/碳纤维两面涂敷箔”)。
在使用上述两面涂敷箔(即“鳞片状石墨粒子两面涂敷箔”、“碳纤维两面涂敷箔”、“鳞片状石墨粒子/碳纤维两面涂敷箔”)制造复合材料的情况下，在形成层叠体的工序中以碳粒子层(鳞片状石墨粒子层、碳纤维层)彼此重叠的状态层叠多个两面涂敷箔时，在接合一体化的工序中碳粒子层彼此的重叠界面可能发生接合不良(烧结不良)。因此，为了抑制该接合不良，在层叠多个两面涂敷箔时优选在各两面涂敷箔间存在金属箔。由此，在接合一体化的工序中金属箔的一部分金属材料分别侵入到配置在其厚度方向两侧的碳粒子层中，因此，能够切实地提高得到的复合材料的接合强度(烧结强度)。
但是，如上述第1实施方式(包括上述第2实施方式和第3实施方式)中所示，优选的是，通过将第1涂敷液涂敷于第1金属箔12的厚度方向的单侧表面12a并干燥，来得到在第1金属箔12的厚度方向的单侧表面12a形成有鳞片状石墨粒子层11的鳞片状石墨粒子涂敷箔13(方便起见将其称为“鳞片状石墨粒子单面涂敷箔13”)，并且通过将第2涂敷液涂敷于第2金属箔15的厚度方向的单侧表面15a并干燥，来得到在第2金属箔15的厚度方向的单侧表面15a形成有碳纤维层14的碳纤维涂敷箔16(方便起见将其称为“碳纤维单面涂敷箔16”)。其理由如下所述。
即，如上述第1实施方式(包括上述第2实施方式和第3实施方式)所示，在使用上述单面涂敷箔(即“鳞片状石墨粒子单面涂敷箔13”、“碳纤维单面涂敷箔16”)制造复合材料30的情况下，在形成层叠体20的工序S3中，能够以碳粒子层(鳞片状石墨粒子层11、碳纤维层14)彼此不重叠的方式将多个单面涂敷箔13、16层叠，所以在层叠多个单面涂敷箔13、16时不需要在各单面涂敷箔13、16间存在金属箔。因此，能够容易且切实地提高得到的复合材料30的接合强度(烧结强度)。
另外，本发明的金属-碳粒子复合材料不仅能够用作功率模块用冷却器的材料，还能够用作其他用途的材料。
本申请享有在2016年11月11日提出的日本国专利申请的专利申请2016-220386号的优先权，其公开内容原样地构成本申请的一部分。
必须认识到，在此所使用的用语和表现是为了说明而使用的，并不是为了限定性地解释而使用的，并不排除在此表示并且叙述的特征事项的任何均等物，也允许在本发明的请求保护的范围内的各种变形。
在此记载了一些本发明的图示实施方式，但本发明并不限定于记载于此的各种优选实施方式，也包含基于本公开由所谓本领域技术人员可认识的、具有均等要素、修正、删除、组合(例如跨越各种实施方式的特征的组合)、改良和/或变更的一切实施方式。权利要求的限定事项应该基于该权利要求中使用的用语宽泛地解释，并不应该限定在本说明书或本申请的审查中记载的实施例，这样的实施例应解释为非排他性的。例如，在本公开中，“preferably(优选)”这样的用语是非排他性的，是指“优选但不限定于此”。在本公开和本申请的审查中，手段加功能或者步骤加功能的限定事项，对于特定权利要求的限定事项，仅适用于a)明确记载为“means for(用于……的手段)”或“step for(用于……的步骤)”、并且b)明确记载了与其对应的功能、并且c)没有涉及证实其构成的构成、材料或行为这样的条件的全部存在于其限定事项的情况。在本公开和本申请的审查中，“present invention(本发明)”或“invention(发明)”这样的用语，有时作为涉及本公开范围内的一个或多个方面的用语使用。该“present invention”或“invention”这样的用语，不应该作为识别临界的意思不适当地解释，不应作为遍及所有方面即所有实施方式应用的意思不适当地解释(即，需要理解为本发明具有多个方面和实施方式)，不应以限定本申请乃至权利要求的范围的方式不适当地解释。在本公开和本申请的审查中，“embodiment(实施方式)”这样的用语，在记载任意的方面、特征、过程或步骤、它们的任意组合、和/或它们的任意部分等的场合使用。
产业上的可利用性
本发明能够利用于包含金属基体和分散于金属基体中的碳粒子(鳞片状石墨粒子和碳纤维)的金属-碳粒子复合材料、其制造方法和功率模块用冷却器。
附图标记说明
1、101、201：鳞片状石墨粒子分散层
1a、101a、201a：鳞片状石墨粒子
2、102、202：碳纤维分散层
2a、102a、202a：碳纤维
3、103、203：金属层
9、109、209：金属基体
11：鳞片状石墨粒子层
12：第1金属箔
13、113、213：鳞片状石墨粒子涂敷箔
14：碳纤维层
15：第2金属箔
16、116、216：碳纤维涂敷箔
20、120、220：层叠体
30、130、230：金属-碳粒子复合材料
40：功率模块用冷却器
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种金属-碳粒子复合材料，是一层以上的鳞片状石墨粒子分散层、一层以上的碳纤维分散层和一层以上的金属层以层叠状接合一体化而得到的，
所述鳞片状石墨粒子分散层是在金属基体中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子而得到的，所述碳纤维分散层是在所述金属基体中分散作为碳粒子的碳纤维而得到的，所述金属层是由所述金属基体形成的。
2.根据权利要求1所述的金属-碳粒子复合材料，所述鳞片状石墨粒子分散层、所述碳纤维分散层和所述金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。
3.一种功率模块用冷却器，具备以层叠状接合一体化了的多个冷却器构成层，
多个所述构成层之中的至少一层是权利要求1或2所述的金属-碳粒子复合材料制的。
4.一种金属-碳粒子复合材料的制造方法，包括：
通过将含有作为碳粒子的鳞片状石墨粒子和第1粘合剂的第1涂敷液涂敷于第1金属箔上并干燥，来得到在所述第1金属箔上形成有鳞片状石墨粒子层的鳞片状石墨粒子涂敷箔的工序；
通过将含有作为碳粒子的碳纤维和第2粘合剂的第2涂敷液涂敷于第2金属箔上并干燥，来得到在所述第2金属箔上形成有碳纤维层的碳纤维涂敷箔的工序；
形成由一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和一枚以上的所述碳纤维涂敷箔层叠而成的状态的层叠体的工序；以及
通过加热所述层叠体来将所述一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述一枚以上的所述碳纤维涂敷箔一并地接合一体化的工序。
5.根据权利要求4所述的金属-碳粒子复合材料的制造方法，在形成所述层叠体的工序中，以所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述碳纤维涂敷箔在遍及所述层叠体的大致整个厚度方向上按规则的层叠顺序层叠的方式，形成所述层叠体。

Claims (5)

1.一种金属-碳粒子复合材料，以层叠状具备一层以上的鳞片状石墨粒子分散层、一层以上的碳纤维分散层和一层以上的金属层，
所述鳞片状石墨粒子分散层是在金属基体中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子而得到的，所述碳纤维分散层是在所述金属基体中分散作为碳粒子的碳纤维而得到的，所述金属层是由所述金属基体形成的，
所述一层以上的鳞片状石墨粒子分散层、所述一层以上的碳纤维分散层和所述一层以上的金属层被接合一体化，
所述鳞片状石墨粒子分散层和所述碳纤维分散层中的一层与所述金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以交替层叠的状态排列。
2.根据权利要求1所述的金属-碳粒子复合材料，所述鳞片状石墨粒子分散层、所述碳纤维分散层和所述金属层在遍及复合材料的大致整个厚度方向上以按规则的层叠顺序层叠的状态排列。
3.一种功率模块用冷却器，具备以层叠状接合一体化了的多个冷却器构成层，
多个所述构成层之中的至少一层是权利要求1或2所述的金属-碳粒子复合材料制的。
4.一种金属-碳粒子复合材料的制造方法，包括：
通过将含有作为碳粒子的鳞片状石墨粒子和第1粘合剂的第1涂敷液涂敷于第1金属箔上并干燥，来得到在所述第1金属箔上形成有鳞片状石墨粒子层的鳞片状石墨粒子涂敷箔的工序；
通过将含有作为碳粒子的碳纤维和第2粘合剂的第2涂敷液涂敷于第2金属箔上并干燥，来得到在所述第2金属箔上形成有碳纤维层的碳纤维涂敷箔的工序；
形成由一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和一枚以上的所述碳纤维涂敷箔层叠而成的状态的层叠体的工序；以及
通过加热所述层叠体来将所述一枚以上的所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述一枚以上的所述碳纤维涂敷箔一并地接合一体化的工序。
5.根据权利要求4所述的金属-碳粒子复合材料的制造方法，在形成所述层叠体的工序中，以所述鳞片状石墨粒子涂敷箔和所述碳纤维涂敷箔在遍及所述层叠体的大致整个厚度方向上按规则的层叠顺序层叠的方式，形成所述层叠体。
CN201780049139.7A 2016-11-11 2017-09-26 金属-碳粒子复合材料及其制造方法 Pending CN109562598A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016220386A JP6755779B2 (ja) 2016-11-11 2016-11-11 金属−炭素粒子複合材及びその製造方法
JP2016-220386 2016-11-11
PCT/JP2017/034644 WO2018088045A1 (ja) 2016-11-11 2017-09-26 金属－炭素粒子複合材及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109562598A true CN109562598A (zh) 2019-04-02

Family

ID=62109737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780049139.7A Pending CN109562598A (zh) 2016-11-11 2017-09-26 金属-碳粒子复合材料及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190270281A1 (zh)
JP (1) JP6755779B2 (zh)
CN (1) CN109562598A (zh)
DE (1) DE112017005683T5 (zh)
WO (1) WO2018088045A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112823214B (zh) * 2018-11-21 2022-11-04 昭和电工株式会社 铝-碳粒子复合材料及其制造方法
JP7109348B2 (ja) * 2018-12-04 2022-07-29 昭和電工株式会社 粒子塗工箔の製造方法及び金属－粒子複合材の製造方法
JP7273378B2 (ja) * 2018-12-04 2023-05-15 株式会社レゾナック 粒子塗工箔の製造方法及び金属－粒子複合材の製造方法
JP2020191347A (ja) * 2019-05-21 2020-11-26 昭和電工株式会社 冷却装置
JP7302446B2 (ja) * 2019-11-15 2023-07-04 株式会社レゾナック 放熱装置
US12017297B2 (en) * 2021-12-22 2024-06-25 Spirit Aerosystems, Inc. Method for manufacturing metal matrix composite parts

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5011925A (zh) * 1973-06-08 1975-02-06
JPS58141834A (ja) * 1982-02-17 1983-08-23 Kawasaki Steel Corp 連続鋳造用鋳型銅板の被覆方法
JP2006001232A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Hitachi Metals Ltd 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法
CN101057003A (zh) * 2004-11-09 2007-10-17 岛根县 金属基碳纤维复合材料及其制造方法
CN101821415A (zh) * 2007-10-18 2010-09-01 岛根县 具有高导热性的金属-石墨复合材料和其制造方法
WO2015011961A1 (ja) * 2013-07-25 2015-01-29 昭和電工株式会社 金属と炭素繊維との複合材及びその製造方法
WO2015113160A1 (en) * 2014-01-30 2015-08-06 Magellan Aerospace, Winnipeg A Division Of Magellan Aerospace Limited Composite shielding structure for space applications
CN105705606A (zh) * 2013-11-05 2016-06-22 贝克休斯公司 碳复合材料、其制造方法和用途
CN105774130A (zh) * 2014-12-25 2016-07-20 北京有色金属研究总院 一种高导热高气密性复合材料及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5150905A (ja) 1974-10-31 1976-05-06 Ikio Tetsukosho Kk Kookusuroyorobuta
JPH0651894B2 (ja) * 1986-12-02 1994-07-06 日立化成工業株式会社 金属黒鉛質ブラシの製造法
JP2000129413A (ja) * 1998-08-21 2000-05-09 Osaka Gas Co Ltd 炭素繊維含有金属材料およびその製造方法
JP4214034B2 (ja) * 2003-10-30 2009-01-28 庄治郎 落合 金属基炭素繊維強化複合材料およびその製造方法
JP6166860B2 (ja) * 2012-05-16 2017-07-19 小林　博 グラフェンの製造方法、該グラフェンを接合したグラフェン接合体の製造方法、および前記グラフェンないしは前記グラフェン接合体を用いた基材ないしは部品の製造方法
JP5959956B2 (ja) * 2012-06-27 2016-08-02 ポリマテック・ジャパン株式会社 高分子積層成形体の製造方法
JP6358850B2 (ja) 2014-05-21 2018-07-18 昭和電工株式会社 アルミニウムと炭素繊維との複合材の製造方法
JP6652930B2 (ja) * 2014-11-28 2020-02-26 株式会社カネカ 金属樹脂複合体
CN107408543B (zh) * 2015-02-10 2021-02-05 日本瑞翁株式会社 导热片及其制造方法
JP6428484B2 (ja) 2015-05-20 2018-11-28 株式会社デンソー 電磁アクチュエータ

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5011925A (zh) * 1973-06-08 1975-02-06
JPS58141834A (ja) * 1982-02-17 1983-08-23 Kawasaki Steel Corp 連続鋳造用鋳型銅板の被覆方法
JP2006001232A (ja) * 2004-06-21 2006-01-05 Hitachi Metals Ltd 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法
CN101057003A (zh) * 2004-11-09 2007-10-17 岛根县 金属基碳纤维复合材料及其制造方法
CN101821415A (zh) * 2007-10-18 2010-09-01 岛根县 具有高导热性的金属-石墨复合材料和其制造方法
WO2015011961A1 (ja) * 2013-07-25 2015-01-29 昭和電工株式会社 金属と炭素繊維との複合材及びその製造方法
CN105705606A (zh) * 2013-11-05 2016-06-22 贝克休斯公司 碳复合材料、其制造方法和用途
WO2015113160A1 (en) * 2014-01-30 2015-08-06 Magellan Aerospace, Winnipeg A Division Of Magellan Aerospace Limited Composite shielding structure for space applications
CN105774130A (zh) * 2014-12-25 2016-07-20 北京有色金属研究总院 一种高导热高气密性复合材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周文英: "《导热高分子材料》", 30 April 2014 *
张家埭: "《高等学校教学用书 碳材料工程基础》", 30 April 1992 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018075802A (ja) 2018-05-17
JP6755779B2 (ja) 2020-09-16
US20190270281A1 (en) 2019-09-05
WO2018088045A1 (ja) 2018-05-17
DE112017005683T5 (de) 2019-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109562598A (zh) 金属-碳粒子复合材料及其制造方法
KR102087163B1 (ko) 그래파이트 적층체, 그래파이트 적층체의 제조 방법, 열 수송용 구조물 및 로드상의 열 수송체
JP3180622B2 (ja) パワーモジュール用基板及びその製造方法
EP3038824B1 (en) Multilayered silver films for joining electrical and mechanical components
CN100454525C (zh) 复合材料及电路或电模块
CN110997594A (zh) 烧结体的制造方法、结构体以及复合结构体
JP5668216B2 (ja) 電子電力モジュール、および前記モジュールを製造するための方法
CN108291290A (zh) 金属与碳纤维的复合材料的制造方法
CN110892798B (zh) 散热片及包含该散热片的散热构件
JP6829584B2 (ja) 金属−炭素粒子複合材及びその製造方法
WO2019116946A1 (ja) クラッド材およびその製造方法
JP2019026884A (ja) 金属−炭素粒子複合材
CN109996423B (zh) 复合多层石墨薄片结构及制造方法、散热结构与电子装置
CN114728858A (zh) 陶瓷-铜-石墨烯接合体及其制造方法、以及陶瓷-铜-石墨烯接合结构
JP3180621B2 (ja) パワーモジュール用基板
JPH0936277A (ja) パワーモジュール用基板及びその製造方法
CN106328614A (zh) 一种由石墨片与金属层复合的导热片及其复合方法
CN113122189A (zh) 导热复合材料、其制备方法及应用
JP2018087372A (ja) 金属−炭素粒子複合材の製造方法
JP2020181926A (ja) 高結晶性黒鉛の接合構造及び接合方法
JP2020191347A (ja) 冷却装置
JP6875211B2 (ja) 金属−炭素粒子複合材の製造方法
CN111800940A (zh) 基板及层叠基板
JP7273378B2 (ja) 粒子塗工箔の製造方法及び金属－粒子複合材の製造方法
CN109020556A (zh) 一种基于混合烧结的氮化硼绝缘散热膜的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190402

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication