CN111727266A - 复合部件以及复合部件的制造方法 - Google Patents

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杉泽正则
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Abstract

一种复合部件，其具有：由包含多个金刚石颗粒和使金刚石颗粒彼此结合的金属相的复合材料形成的基板；以及由金属形成并且被覆基板的表面的至少一部分的覆层。基板的表面包括金属相的表面和由部分金刚石颗粒构成并从金属相的表面凸起的凸起部分。当在平面图中观察时，覆层包括被覆金属相的表面的金属被覆部分以及被覆凸起部分但未被覆金属相的表面的颗粒被覆部分。颗粒被覆部分的厚度与金属被覆部分的厚度的比率为0.80以下。覆层的表面的算术平均粗糙度Ra小于2.0μm。

Description

复合部件以及复合部件的制造方法
技术领域
本公开涉及复合部件以及复合部件的制造方法。本申请要求基于在2018年2月14日提交的日本专利申请No.2018-023823的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
作为适用于半导体元件中的散热部件的材料，专利文献1和2各自公开了金刚石以及诸如银(Ag)和铜(Cu)之类的金属的复合材料。专利文献1和2也公开了通过镀覆、真空沉积等在由复合材料制成的基板的表面上形成金属覆层。
半导体元件和散热部件通常用焊料接合。在散热部件由上述金刚石和金属的复合材料构成的情况下，特别是金刚石与焊料的润湿性差。因此，在由复合材料形成的基板的表面上形成上述金属覆层作为焊料的下底层。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利特开No.2004-197153
专利文献2：WO2016/035795
发明内容
根据本公开的一个实施方案的复合部件包括：
由复合材料形成的基板，该复合材料包含
多个金刚石颗粒，以及
结合金刚石颗粒的金属相；以及
由金属制成并且被覆基板的表面的至少一部分的覆层，其中基板的表面包括
金属相的表面，以及
由金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分形成并从金属相的表面凸起的凸起部分，
在平面视图中，覆层包括
被覆金属相的表面的金属被覆部分，以及
被覆凸起部分但未被覆金属相的表面的颗粒被覆部分，
颗粒被覆部分的厚度与金属被覆部分的厚度之比为0.80以下，并且
覆层的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计小于2.0μm。
根据本公开的一个实施方案的制造复合部件的方法包括：
蚀刻由包含多个金刚石颗粒和结合金刚石颗粒的金属相的复合材料形成的材料板的表面，以制作粗面板，该粗面板中金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从金属相的表面凸起；
对粗面板进行第一化学镀以制作部分被覆板，其中，在使存在于材料板的表面上的金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分露出的同时，在金属相的表面上形成第一镀层；以及
对部分被覆板进行第二化学镀以形成第二镀层，该第二镀层被覆
第一镀层的表面，以及
金刚石颗粒中的从第一镀层的表面中露出的至少一个金刚石颗粒的一部分。
附图说明
图1为示意性地示出了实施方案的复合部件的示意性局部截面图。
图2为示出了实施方案的复合部件的制造方法的步骤说明图。
图3为示出了实施方案的复合部件的制造方法的另一步骤说明图。
图4为示出了实施方案的复合部件的制造方法的另一步骤说明图。
图5为示出了实施方案的复合部件的制造方法的另一步骤说明图。
图6为由扫描电子显微镜(SEM)拍摄的在试验例1中制作的试样No.1的复合部件的截面的显微照片。
图7为示出了使用图6的SEM图像来测量覆层的厚度的方法的说明图。
图8为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.1的复合部件的截面的显微照片。
图9为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.2的复合部件的截面的显微照片。
图10为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.3的复合部件的截面的显微照片。
图11为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.4的复合部件的截面的显微照片。
图12为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.101的复合部件的截面的显微照片。
图13为由SEM拍摄的在试验例1中制作的试样No.102的复合部件的截面的显微照片。
图14为示出了使用图13的SEM图像来测量覆层的厚度的方法的说明图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
当利用由金刚石和金属制成的复合材料形成基板并将该基板用于半导体元件中的散热部件等时，需要在用焊料等将半导体元件与附接至诸如冷却装置之类的安装对象的基板接合的状态下实现优异的导热性。为了构造这样的散热结构，需要设置在基板上的金属覆层具有平滑的表面，而且不易于从基板上剥离。
在这种情况下，代表性的是通过依次布置半导体元件、焊料、散热部件、润滑油、安装对象和散热片来构造半导体元件和散热部件。例如，当构成散热部件的基板具有平滑表面时，也易于沿着该基板的表面形成具有平滑表面的覆层。当覆层具有平滑表面时，易于在覆层上形成具有均匀厚度的焊料或润滑油。焊料和润滑油的导热系数低于基板的导热系数。因此，具有均匀厚度的焊料或润滑油具有抑制由于这种焊料或润滑油的局部较厚部分而造成的局部热阻增加，其结果是易于提高导热性。然而，基板的平滑表面导致基板和覆层之间的密着性差，结果是覆层更易于从基板上剥离。特别地，在热历程下，如下所述，覆层更易于从基板上剥离。当覆层剥离时，半导体元件的热量难以从散热部件发散到安装对象，这导致导热性降低。
另一方面，例如，当构成散热部件的基板具有包含较大凹凸的粗糙表面时，覆层被覆基板表面上的金刚石颗粒的比例可增加。由此，提高了基板和覆层之间的密着性。然而，提供焊料和润滑油以使上述较大的凹凸变平，从而在焊料和润滑油中形成局部较厚的部分。该局部较厚的部分增加了局部热阻，这可能导致半导体元件的故障。当该覆层的厚度增加到一定程度时，覆层的表面上的凸凹的尺寸可以减小到一定程度，然而这导致导热性降低。这是因为在具有高导热系数的金刚石颗粒上存在导热性低于金刚石的相对较厚的覆层。
因此，一个目的是提供包括覆层的复合部件，该覆层具有平滑表面而且还不易于从基板上剥离。此外，另一个目的是提供复合部件的制造方法，通过该方法可以制造包括覆层的复合部件，该覆层具有平滑表面而且还不易于从基板上剥离。
[本公开的有利效果]
根据该复合部件，覆层具有平滑表面，而且还不易于从基板上剥离。
根据复合部件的制造方法，可以制造包括覆层的复合部件，该覆层具有平滑表面而且还不易于从基板上剥离。
[实施方案的描述]
首先，将在下文列出本公开的实施方案的细节以用于说明。
(1)根据本公开的一个实施方案的复合部件包括：
由复合材料形成的基板，该复合材料包含
多个金刚石颗粒，以及
结合金刚石颗粒的金属相；以及
由金属制成并且被覆基板的表面的至少一部分的覆层，其中基板的表面包括
金属相的表面，以及
由金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分形成并从金属相的表面凸起的凸起部分，
在平面视图中，覆层包括
被覆金属相的表面的金属被覆部分，以及
被覆凸起部分但未被覆金属相的表面的颗粒被覆部分，
颗粒被覆部分的厚度与金属被覆部分的厚度之比为0.80以下，并且
覆层的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计小于2.0μm。
在下述试验例1的说明中，将详细说明测定颗粒被覆部分的厚度、金属被覆部分的厚度和表面粗糙度的方法。
覆层由金属制成，并且在覆层与金属相和金刚石颗粒直接接触的状态下被覆各自作为基板的表面存在的金属相和金刚石颗粒。
复合部件包括具有平滑表面的覆层，该平滑表面具有非常小的表面粗糙度Ra。因此，当复合部件用于半导体元件中的散热部件等时，易于在覆层上形成具有均匀厚度的例如焊料等接合材料和润滑油。因此，由于抑制了由焊料、润滑油等中形成的局部较厚部分造成的局部热阻增加，因此复合部件的导热性优异。
此外，在复合部件中，金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从基板表面的金属相凸起。因此，金属相的表面以凹陷状态存在于金刚石颗粒的凸起部分之间。覆层被覆具有由金刚石颗粒的凸起部分和金属相的表面形成的凹凸的基板的表面。因此，在平面视图中，覆层包括：基本上仅覆盖凸起部分的部分(颗粒被覆部分)；以及至少被覆金属相的表面的部分(金属被覆部分)。如上所述，由于覆层具有平滑表面，因此被覆基板上的凸起部分的颗粒被覆部分的厚度小于被覆基板的凹陷部分的金属被覆部分的厚度。这些厚度之比为0.80以下。当将上述复合部件用于半导体元件中的散热部件等时，在基板的表面上的金刚石颗粒和半导体元件、安装对象等之间存在相对较薄的颗粒被覆部分。因此，半导体元件的热量可以有效地发散到安装对象中，从而实现更优异的导热性。
此外，金刚石颗粒的凸起部分嵌入到覆层中，并且覆层位于凸起部分的周围。这增加了覆层被覆各金刚石颗粒的比例，从而通过所谓的锚固效应增强了金刚石颗粒和覆层之间的密着力。因此，复合部件在基板和覆层之间的密着性方面是优异的，因而覆层不易于从基板上剥离。特别地，即使当将复合部件用于半导体元件中的散热部件等并经受热历程，例如在制造过程中进行焊接或在用作散热部件时经受热-冷循环时，覆层也不易于从基板上剥离，从而实现长期优异的导热性。
(2)作为复合部件的示例性实施方案，
形成金属相的金属为银或银合金。
由于银或银合金的导热系数高于铜、铝等的导热系数，因此上述实施方案的导热性更优异。
(3)作为复合部件的示例性实施方案，
形成覆层的金属为包含磷的镍合金。
在这种情况下，由于金刚石是非导电的，因此通过利用(例如)诸如化学镀和真空沉积之类的不需要对基板通电的方法来形成覆层。上述实施方案在制造过程中通过化学镀形成覆层。因此，基板的表面具有凹凸，但可以在该基板的表面上形成具有均匀厚度的镀层。
(4)根据本公开的一个实施方案的复合部件的制造方法包括：
蚀刻由包含多个金刚石颗粒和结合金刚石颗粒的金属相的复合材料形成的材料板的表面，以制作粗面板，在该粗面板中，金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从金属相的表面凸起；
对粗面板进行第一化学镀以制作部分被覆板，其中，在使存在于材料板的表面上的金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分露出的同时，在金属相的表面上形成第一镀层；以及
对部分被覆板进行第二化学镀以形成第二镀层，第二镀层被覆第一镀层的表面，以及
从第一镀层的表面露出的金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分。
本发明人蚀刻了由金刚石颗粒和金属制成的复合材料形成的材料板，从而使材料板的表面粗糙化，然后对其进行一次化学镀，从而形成一层镀层，该镀层的厚度足以将金刚石颗粒嵌入到该一层镀层中。结果本发明人发现，材料板的表面粗糙度越大，导致沿该材料板的镀层的表面越粗糙，而材料板的表面粗糙度越小，导致镀层更可能从材料板上剥离(参见下述试验例1)。因此，通过回顾各种镀覆条件，本发明人发现优选进行两次化学镀。上述复合部件的制造方法基于这些发现。
根据复合部件的制造方法，首先蚀刻材料板，从而使存在于材料板表面附近的金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从金属相的表面凸起，以制作具有凹凸的粗面板，该凹凸由金刚石颗粒的凸起部分和以凹陷状态存在于凸起部分之间的金属相的表面形成。优选地，制作包括大量的金刚石颗粒的凸起部分的粗面板，所述凸起部分从金属相的表面以较大程度凸起(参见下文描述的凸起高度L2的比率)。然后，通过第一化学镀，以使在一定程度上填充粗面板的凹陷的方式，并且以使如上所述以较大程度凸起的各金刚石颗粒的一部分露出的方式，主要在金属相上形成第一镀层。换句话说，形成第一镀层以被覆金属相和凸起量较小的金刚石颗粒并包围凸起量较大的金刚石颗粒。包括以这种方式形成的第一镀层的部分被覆板的表面的凹陷通过第一镀层而变平，从而变得平滑，由此表面粗糙度小于粗面板的表面粗糙度。然后，通过第二化学镀，形成第二镀层以被覆部分被覆板的表面，具体而言，被覆金刚石颗粒中从第一镀层露出的至少一个金刚石颗粒的一部分以及第一镀层的表面。该第二镀层沿着上述部分被覆板的平滑表面具有表面粗糙度较小的相对平滑表面。此外，金刚石颗粒中从金属相的表面以较大程度凸起的至少一个金刚石颗粒的凸起部分被覆有第一镀层和第二镀层这两者并且嵌入其中，在这种情况下，各金刚石颗粒的较大比例被覆有镀层。这种镀层不易于从由复合材料形成的基板上剥离，因此可以视为密着性优异。
因此，复合部件的制造方法能够制造包括覆层(上述镀层)的复合部件，该覆层具有平滑表面但不易于从基板上剥离，典型地，能够制造上述(1)中所述的复合部件。如上所述，该复合部件具有优异的导热性，并且可适用于半导体元件中的散热部件等。
[本公开的实施方案的细节]
以下，将参考附图适当地具体描述本公开的实施方案，在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1至5各自为在沿着与复合部件1的厚度方向(基板10和覆层4层叠的方向，即各图中的上-下方向)平行的平面切割复合部件1的状态下，示意性示出了覆层4及其周围的局部截面视图。为了便于说明，以夸大的方式示出了各金刚石颗粒20。此外，为了便于说明，未在覆层4上添加斜线阴影。
图6为在下文描述的试验例1中制作的复合部件1(样品No.1的镀覆基板)的截面的显微照片。通过沿着与厚度方向平行的平面切割复合部件1获得截面。该显微照片由SEM拍摄。图7为在图6的显微照片上添加附图标记等的说明图。在图6和7中，黑色颗粒部分各自示出了金刚石颗粒(在这种情况下为被覆颗粒2)。此外，位于图6和图7中的下部区域并围绕各被覆颗粒2的浅灰色区域示出了金属相3。在图6和7中，被覆各被覆颗粒2的从金属相3的表面3f凸起的部分的深灰色区域依次示出了覆层4和附加层5，而被覆该灰色区域的上部区域的带状白色区域示出了附加层6。在图6和7中，位于带状白色区域上方的黑色区域示出了背景。
关于显微照片中的各区域的上述特征与下文描述的图8至14类似。
[复合部件]
主要参考图1，下面将描述实施方案的复合部件1。
<概述>
如图1所示，实施方案的复合部件1包括：由复合材料100形成的基板10，其中复合材料100包含多个金刚石颗粒20(在这种情况下为被覆颗粒2)和结合金刚石颗粒20的金属相3；以及由金属制成并且被覆基板10的表面10f的至少一部分的覆层4。
特别地，在实施方案的复合部件1中，覆层4具有包含较小凹凸的平滑表面4f。定量地，覆层4的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计小于2.0μm。此外，在实施方案的复合部件1中，基板10的表面10f相对粗糙并具有凹凸，但形成了覆层4以使这些凹凸变平。因此，覆层4的厚度部分不同。具体而言，基板10的表面10f包括：由金属相3形成的表面3f；以及由金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分形成并且从金属相3的表面3f凸起的凸起部分2f。在平面视图中，覆层4包括：被覆金属相3的表面3f的金属被覆部分43；以及被覆金刚石颗粒20的凸起部分2f而未被覆金属相3的表面3f的颗粒被覆部分42。颗粒被覆部分42的厚度t2小于金属被覆部分43的厚度t3。定量地，颗粒被覆部分42的厚度t2与金属被覆部分43的厚度t3之比(其下文中也可以称为厚度比率)为0.80以下。图1以双点划线作为假想线示出了金属被覆部分43和颗粒被覆部分42的边界。
在实施方案的复合部件1中，覆层4具有平滑表面4f，但是覆层4的厚度比率仍然落入上述特定范围内。因此，覆层4不易于从基板10上剥离。
以下是对各个部分的具体说明。
<基板>
作为复合部件1中包括的基板10，可适当使用由主要包含金刚石颗粒20和金属相3的复合材料100形成的基板。此外，可以使用已知的基板或通过任何已知的制造方法制造的基板。
<<金刚石>>
由于金刚石代表性地具有1000W/m·K以上的高导热系数，因此包含多个金刚石颗粒20的基板10可以适用于散热部件。多个金刚石颗粒20代表性地分布在基板10中。
可以适当地选择基板10中金刚石颗粒20的规格，如形状、尺寸和含量。由于上述规格代表性地基本上维持了用作原料的金刚石粉末的规格，因此可以选择作为原料的金刚石粉末的规格以实现所需规格。
金刚石颗粒20可以具有任何形状而没有特别地限制。在图1以及下文描述的图2至5中，示意性地示出了呈多边形的各金刚石颗粒20，但也可以如图7所示，金刚石颗粒20具有被覆颗粒2那样的不明确的截面形状。
例如，金刚石颗粒20的平均粒径为10μm以上100μm以下。平均粒径越大，使得基板10的导热性越优异。平均粒径越小，使得在制造过程中材料板15(在下文描述)(图2)的切削等的加工性越优异，并且还易于使因研磨等引起的金刚石颗粒20的脱落而造成的凹陷越小。因此，这易于使覆层4的表面4f上的凹凸更小。从上述热特性、加工性等的观点出发，可以将平均粒径设定为15μm以上90μm以下，并且具体设定为20μm以上50μm以下。此外，当包含相对较微细的颗粒和相对较粗大的颗粒时，在制造过程中有助于致密化，使得容易实现具有更优异的导热性的基板10。以如下方式计算平均粒径。具体而言，在基板10的截面中，从规定的测定视野(例如0.3mm×0.2mm)中提取多个金刚石颗粒。假设将各颗粒的当量面积圆的直径定义为粒径，将20个以上的颗粒的粒径平均以获得平均粒径。
例如，金刚石颗粒20的含量为40体积％以上85体积％以下。金刚石颗粒20的含量越高，可使得基板10的导热性越优异并且线性膨胀系数越小。当金刚石颗粒20的含量为85体积％以下时，在一定程度上包含金属相3，从而能够可靠地结合金刚石颗粒20，并且还能够防止线性膨胀系数过小。考虑到上述热特性、结合性能等，可将上述含量设定为45体积％以上80体积％以下，并且具体设定为50体积％以上75体积％以下。
基板10中的金刚石颗粒20作为各自具有覆膜21的被覆颗粒2存在，其中覆膜21被覆各金刚石颗粒20的表面的至少一部分、或者优选被覆几乎全部表面。例如，覆膜21由选自Ti、Hf和Zr中的一种以上的金属的碳化物形成。代表性地，在制造过程中，覆膜21有助于改善最终形成金属相3的熔融金属和金刚石颗粒20之间的润湿性，从而使金刚石颗粒20和金属相3彼此紧密接触。特别地，在形成上述碳化物的碳成分源自金刚石颗粒20的情况下，金刚石颗粒20和覆膜21进一步彼此紧密接触。金刚石颗粒20、覆膜21和金属相3之间的这种紧密接触使得能够形成较少孔并且致密的基板10(复合材料100)。这种基板10很少经历由孔造成的导热性降低，从而导热性优异，即使在热-冷循环下也不易于改变上述三者之间的界面状态，因此也具有优异的热-冷循环特性。覆膜21优选较薄至足以实现上述润湿性改善效果的程度。这是因为，相比于金刚石和形成金属相3的金属，碳化物的导热系数较低并且导热性差。图1至5分别示出了基板10包含被覆颗粒2的情况。
<<金属相>>
形成金属相3的金属的实例可为银(Ag)、银合金、铜(Cu)、铜合金、铝(Al)、铝合金、镁(Mg)、镁合金等。在这种情况下，银、铜、铝和镁各自为所谓的纯金属。纯金属的导热系数通常高于合金。因此，由纯金属制成的金属相3可以得到具有优异的导热性的基板10。合金与纯金属相比趋向于具有更加优异的机械强度等。因此，由合金制成的金属相3易于获得具有优异的机械性能的基板10。特别地，Ag、Cu及其合金的导热系数高于Al、Mg及其合金的导热系数，因此，可以得到具有优异的导热性的基板10。此外，Al、Mg及其合金可使基板10的重量小于由Ag、Cu及其合金制成的基板。
特别地，由作为金属材料的银(Ag)或银合金制成的金属相3可以使基板10具有比由铜(Cu)或铜合金制成的基板更优异的导热性。
<<外形和尺寸>>
可以根据复合部件1的用途等适当地选择基板10的平面形状、尺寸(厚度、平面面积)等。例如，当复合部件1用于半导体元件中的散热部件时，基板10为具有矩形平面形状并且具有可在其上安装诸如半导体元件之类的部件的平面区域的板部件。在上述用途中，基板10越薄，半导体元件的热量越容易传递至诸如冷却装置之类的安装对象。因此，例如，将厚度设定为10mm以下，并且特别地为5mm以下。厚度的下限值没有特别地限制，但为了维持基板10的适当强度，下限值可为0.3mm以上。
<<表面状态>>
基板10的表面10f主要由金刚石颗粒20和金属相3构成，并且相对粗糙。具体而言，金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒(图1中的被覆颗粒2)的一部分从金属相3的表面3f凸起。表面10f具有凹凸，包括：由从表面3f凸起的金刚石颗粒20的凸起部分2f形成的各凸起部分；以及由位于多个凸起部分2f之间的表面3f形成的各凹陷。图1至5的截面视图各自以直线示意性地示出了金属相3的表面3f，但实际上如图6的截面照片所示，表面3f由包括曲线的不明确线绘制。
优选地，从金属相3的表面3f凸起的金刚石颗粒20的凸起部分2f的凸起高度L2在一定程度上较大，即，表面10f上的凸凹在一定程度上较大时，覆层4不易于从基板10上剥离。这是因为通过形成覆层4的金属被覆凸起部分2f的周围，从而易于确保金刚石颗粒20的被覆有覆层4的比例(这在下文中也称为被覆率)较大，结果是覆层4易于牢固地保持金刚石颗粒20。在这种情况下，金刚石是化学稳定的，并且金刚石颗粒20基本上不与形成覆层4的金属结合。因此，认为凸起高度L2越小，使得被覆率越小，这阻止了覆层4充分地保持金刚石颗粒20，使得覆层4更易于从基板10上剥离。定量地，凸起高度L2与具有凸起部分2f的金刚石颗粒20的最大长度L的比率(L2/L)为10％以上90％以下。将比率(L2/L)的值定义为基于对如下所述的各金刚石颗粒20计算的最大长度L、凸起高度L2和比率L2/L而获得的多个金刚石颗粒20的比率(L2/L)的平均值。考虑到金刚石颗粒20与金属相3的接触面积和覆层4的被覆率，可以将比率(L2/L)设定为30％以上，并且具体设定为50％以上85％以下。
从密着性的观点出发，凸起高度L2为1.0μm以上，具体而言为4.0μm以上，并且更具体而言为8.0μm以上。此外，从导热性的观点出发，凸起高度L2为90μm以下，具体而言为70μm以下，并且更具体而言为40μm以下。
最大长度L为在复合部件1的截面中，具有凸起部分2f的金刚石颗粒20在厚度方向上延伸的最大距离。凸起高度L2为在截面中自金刚石颗粒20和金属相3的表面3f之间的交点P起在厚度方向上延伸的凸起部分2f的最大距离。
例如，通过适当地调节制造过程中的金刚石粉末的粒径、蚀刻条件等来调节最大长度L和凸起高度L2。
<覆层>
覆层4被覆基板10的表面10f的至少一部分。在该被覆范围内，嵌入有金刚石颗粒20和金属相3这两者。这样的覆层4使得基板10受到机械保护，保护基板10免受其周围环境的影响，改善基板10的外观等。此外，覆层4由金属制成，从而也能够起到作为诸如焊料之类的接合材料的下底层的作用。特别地，包括在实施方案的复合部件1中的覆层4具有如上所述的部分不同的厚度，但具有平滑表面4f。因此，覆层4还起到易于形成均匀厚度的诸如焊料等的接合材料、润滑油的作用。
<<被覆范围>>
作为具有代表性的实施方案，在基板10的几乎全部表面上形成覆层4。该实施方案是优选地，因为其耐腐蚀性优异。作为其他的实施方案，在基板10的正面和背面中的一个表面的至少一部分上形成覆层4，以及分别在基板10的正面和背面的至少一部分上形成覆层4。
<<结构和制造方法>>
覆层4代表性地具有由单一类型的金属制成的单层结构。通过在如下所述的两步镀覆中使用不同类型的镀液等，可以形成具有由不同类型的金属制成的多层结构的金属被覆部分43。使用化学镀或真空沉积形成覆层4。由于基板10包含非导电性金刚石颗粒20，因此易于应用能够在不需要使基板10导电的情况下形成膜的方法。特别地，化学镀甚至能够使镀液很好地流入位于被镀覆材料的表面上的凹部。因此，与真空沉积相比，易于在上述原料表面上的任何部分中形成具有均匀厚度的镀层，并且易于控制镀覆厚度。此外，与真空沉积相比，使用化学镀可降低制造成本。
<<组成>>
可以适当地选择形成覆层4的金属，并且(例如)可为镍(Ni)、镍合金、铜、铜合金、金(Au)、金合金、银、银合金等。在这种情况下，镍、铜、金和银各自为所谓的纯金属。Ni、Cu及其合金比Au、Ag及其合金轻，因此容易形成为轻质复合部件1。Au、Ag及其合金比Ni、Cu及其合金的导热系数高，因此易于形成为具有优异导热性的复合部件1。
形成镀层4的镍合金的实例为包含磷(P)的镍合金(这在下文中也称为Ni-P合金)。由于可以通过化学镀形成由Ni-P合金制成的金属层，因此在上述制造过程中易于形成具有均匀厚度的镀层，易于控制镀覆厚度，并且与真空沉积相比，可以降低制造成本。镍合金的其他实例为包含硼(B)的合金(Ni-B合金)等。
<<表面粗糙度>>
覆层4具有平滑表面4f。定量地，覆层4的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计小于2.0μm。由于覆层4具有较小的表面粗糙度Ra，因此易于在覆层4上形成具有均匀厚度的上述接合材料等，并且可以减少在接合材料等中形成局部较厚部分。表面粗糙度Ra越小，越易于形成各自具有均匀厚度的接合材料等。因此，表面粗糙度Ra优选为1.8μm以下，更优选为1.5μm以下，并且进一步更优选为1.0μm以下，并且进一步更优选为0.8μm以下。表面粗糙度Ra的下限值理论上为0μm。
例如，当使用复合部件的制造方法(稍后描述)形成覆层4时，通过金刚石颗粒20的凸起高度L2、第一化学镀后获得的凸起高度L26(图4)等调节表面粗糙度Ra。
<<厚度比率>>
在平面视图中，覆层4包括：被覆金属相3的表面3f的金属被覆部分43；以及被覆金刚石颗粒20的凸起部分2f但未被覆金属相3的表面3f的颗粒被覆部分42。在这种情况下，在从覆层4观察到的复合部件1的透视平面视图中，除了仅包括金属相3的表面3f的部分之外，基板10还可包括这样的部分，在该部分中，在金属相3的表面3f上重叠有金刚石颗粒20的凸起部分2f的一部分(金刚石颗粒20悬于表面3f之上的部分)。在这种情况下，金属被覆部分43被覆凸起部分2f的一部分和金属相3的表面3f这两者。换句话说，金属被覆部分43包括基本上仅被覆金属相3的表面3f的部分和被覆上述重叠部分的部分。在如图1所示的复合部件1的截面视图中，在金属相3的表面3f上，位于沿图1中覆层4的上-下方向延伸的两条虚线之间的部分对应于仅被覆上述表面3f的部分，并且位于虚线和相邻双点划线之间的部分对应于被覆上述重叠部分的部分(也参见图7)。虚线为在平行于复合部件1的厚度方向(图1中的上下方向)上延伸并穿过与覆层4中的凸起部分2f的接触点的直线。双点划线为平行于厚度方向延伸并穿过金属相3的表面3f、金刚石颗粒20和覆层4之间的交点P的直线。颗粒被覆部分42为仅被覆金刚石颗粒20的凸起部分2f的部分。在如图1所示的上述截面视图中，颗粒被覆部分42为被覆位于凸起部分2f中彼此相邻延伸的两条双点划线之间的部分。具体而言，颗粒被覆部分42为覆层4中被覆凸起部分2f的上部区域的部分中，位于交点P和P之间的部分。
特别地，在实施方案的复合部件1中，颗粒被覆部分42的厚度t2小于金属被覆部分43的厚度t3，并且厚度比率(t2/t3)为0.80以下。当厚度比率为0.80以下时，即使金属被覆部分43的厚度t3在一定程度上较薄，也可以确保镀层4在金刚石颗粒20上的较高的被覆率，从而增强了基板10和覆层4之间的密着力。金属被覆部分43的厚度t3越小，使得对金属相3的热传导越强，从而使得具有优异的导热性。考虑到导热性，可以将厚度比率(t2/t3)设定为0.75以下，并且具体为0.70以下，并且更具体为0.65以下。
当厚度比率(t2/t3)大于零时，金刚石颗粒20的凸起部分2f被覆有覆层4(颗粒被覆部分42)，从而提高了覆层4的被覆率。特别地，当厚度比率(t2/t3)为0.01以上时，可以确保更高的被覆率，金属被覆部分43的厚度t3不会过大，因此，不易于阻碍向金属相3的热传导。考虑到上述密着性等，可以将厚度比率(t2/t3)设定为0.05以上，具体为0.10以上，并且更具体为0.30以上。
可以适当选择基板10的一个表面上的覆层4的厚度。厚度越小，导热性越易于增强。厚度越大，表面粗糙度Ra越易于降低，并且也越易于提高保护基板10的作用。该厚度还取决于金刚石颗粒20的凸起高度L2等。例如，金属被覆部分43的厚度t3为约5μm以上10μm以下，并且颗粒被覆部分的厚度t2为约1μm以上5μm以下。
例如，通过适当地调节制造过程中金刚石粉末的粒径、蚀刻条件、成膜条件等来调节厚度比率、厚度t2、t3等。
<<附加层>>
可以在覆层4上另外形成由金属制成的附加层。图7示出了在覆层4上形成两个附加层5和6的情况。在图7中，白色带状区域对应于附加层6，并且虚线示出了覆层4和附加层5之间的边界。作为形成附加层的金属，可以适当地选择在上述段落“组成”中列出的金属。例如，各层的厚度为约0.1μm以上5μm以下。当设置有多个附加层时，可以由不同类型的金属形成这些附加层，或者可以由相同类型的金属形成这些附加层。例如，当包括Ni层和Au层作为附加层时，进一步改善了对焊料的润湿性。如图3所示，附加层的表面性质遵循位于其下的覆层4的表面性质。附加层的表面粗糙度Ra的值可以基本上等于覆层4的表面粗糙度Ra，即，可以小于2.0μm。因此，可以将附加层的表面粗糙度Ra视为覆层4的表面粗糙度Ra。
<制造方法>
例如，通过以下实施方案中的复合部件的制造方法来制造实施方案的复合部件1，其中在以下实施方案中，分两步进行化学镀。
<主要效果>
实施方案的复合部件1具有优异的导热性，这是因为其主要由包含具有高导热系数的金刚石颗粒20的基板10形成。从这一点出发，复合部件1可以适用于各种类型的散热部件。特别地，由于基板10由包含金刚石颗粒20和金属相3的复合材料100形成，因此基板10的线性膨胀系数与半导体元件及设置于其周围的部件的线性膨胀系数接近。此外，复合部件1具有覆层4，因此也具有与诸如焊料之类的接合材料的优异润湿性，并且该接合材料能够实现半导体元件与基板10(覆层4)的良好接合。从这些观点出发，复合部件1可适用于半导体元件中的散热部件。
特别地，实施方案的复合部件1包括具有表面粗糙度Ra极小的平滑表面的覆层4。因此，当复合部件1用于(例如)半导体元件中的散热部件时，易于沿平滑表面4f形成具有均匀厚度的如焊料等接合材料和润滑油等。这种实施方案的复合部件1的导热性优异，这是因为其抑制了因在接合材料或润滑油中局部形成的较厚部分而引起的局部热阻增加。
此外，在实施方案的复合部件1中，覆层4满足上述厚度比率，并且基本上仅被覆金刚石颗粒20的颗粒被覆部分42的厚度t2小于被覆金属相3的表面3f的金属被覆部分43的厚度t3。因此，当将复合部件1用于(例如)半导体元件的散热部件时，可以缩短金刚石颗粒20的凸起部分2f和半导体元件或安装对象之间的距离，使得半导体元件的热量高效地传递至安装对象。同样基于这一点，实施方案的复合部件1的导热性优异。
此外，在实施方案的复合部件1中，形成覆层4以使金刚石颗粒20的凸起部分2f嵌入其中并且包围各金刚石颗粒20。因此，可以确保覆层4在金刚石颗粒20上的较高被覆率，并且通过所谓的锚固效应增强了金刚石颗粒20和覆层4之间的密着力。因此，覆层4不易于从基板10上剥离。当复合部件1用于(例如)半导体元件的散热部件时，即使在诸如制造过程中的焊接以及使用期间的热-冷循环之类的热历程中，覆层4也不易于从基板10上剥离。这种实施方案的复合部件1使得能够形成长期具有优异的导热性的散热部件。
此外，包括实施方案的复合部件1作为散热部件的半导体器件的实例可为各种类型的电子器件，特别是高频功率器件(例如，横向扩散金属氧化物半导体)、半导体激光器件、发光二极管器件，并且还可为各种类型的计算机中的中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、芯片组、存储器芯片等。特别地，复合部件1适用于诸如产生大量热量的SiC器件和GaN器件之类的半导体元件中的散热部件。
[复合部件的制造方法]
主要参考图2至5，下文将描述实施方案的复合部件的制造方法。
<概述>
实施方案的复合部件的制造方法包括如下所述的表面粗糙化步骤、第一镀覆步骤和第二镀覆步骤。
(表面粗糙化步骤)该步骤包括蚀刻由复合材料100形成的材料板15(图2)的表面，以制作粗面板16(图3)，在该粗面板16中，金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分从金属相3的表面3f凸起，其中该复合材料100包含多个金刚石颗粒20(在这种情况下为被覆颗粒2)和结合金刚石颗粒20的金属相3。
(第一镀覆步骤)该步骤包括对粗面板16进行第一化学镀以制作部分被覆板17，其中在使存在于材料板15的表面上的金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分露出的同时，在金属相3的表面3f上形成第一镀层40(图4)。
(第二镀覆步骤)该步骤包括对部分被覆板17进行第二化学镀以形成第二镀层41，第二镀层41被覆第一镀层40的表面40f和从第一镀层40的表面40f露出的金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分(图5)。
通过上述步骤，可以制造这样的复合部件1，其中由复合材料100形成的基板10的表面10f被覆有包括第一镀层40和第二镀层41的覆层4。根据实施方案的复合部件的制造方法，简单而言，通过蚀刻使由复合材料100形成的材料板15的表面粗糙化，通过第一化学镀使由金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分的凸起形成的凹凸在一定程度上变平，然后，通过第二化学镀使各金刚石颗粒20完全嵌入。以这种方式，形成具有平滑表面4f的覆层4。以下是关于各步骤的说明。
<准备步骤>
首先，准备由复合材料100形成的材料板15。可以使用包括金刚石粉末以及形成金属相3的金属粉末、金属块等的原料，通过参照已知方法如专利文献1和2中公开的渗透法等来制造材料板15。为了形成具有覆膜21的被覆颗粒，优选使用专利文献1和2中公开的用于覆膜21的原料(化合物粉末等)。
可以研磨材料板15的表面。由此，易于使材料板15的表面平坦化。此外，在接下来的表面粗糙化步骤中，易于使金属相3的去除深度(蚀刻深度)均匀。因此，易于形成具有平滑表面4f的覆层4。在研磨之后，材料板15的表面包括金刚石颗粒20的研磨表面和金属相3的研磨表面。在研磨之后，多个金刚石颗粒20可以包括具有凸起部分2f的金刚石颗粒20，其中凸起部分2f各自具有平坦表面(研磨表面)(参见图6和7)。
<表面粗糙化步骤>
在该步骤中，蚀刻材料板15以部分地除去金属相3，从而使一部分金刚石颗粒20凸起。也就是说，将金属相3的研磨表面向下挖，以形成新表面3f。可以适当地选择蚀刻条件。根据金刚石颗粒20的粒径等，可以调节蚀刻条件，使得凸起高度L2达到金刚石颗粒20的最大长度L的10％以上90％以下。在这种情况下，由于复合部件1中基本上保持了制造过程中的凸起高度L2和最大长度L，因此得到凸起高度L2与最大长度L的比率(L2/L)为10％以上90％以下的复合部件1。基本上不与金刚石反应并能够除去金属相3的酸或碱可适用于蚀刻。如图3所示，该步骤使得能够形成具有凹凸的粗面板16，所述凹凸包括：各自由金刚石颗粒20的凸起部分2f形成的凸起；以及各自由金属相3的表面3f形成并且存在于金刚石颗粒20之间的凹陷。
<第一镀覆步骤>
在该步骤中，进行第一化学镀，以使粗面板16上的上述凹凸在一定程度上变平。在这种情况下，当进行一次化学镀以同时被覆凸起部分2f和金属相3这两者时，典型地，通过化学镀各向同性地形成镀层，结果是随着粗面板16的凹凸，镀层的表面也具有凹凸。也就是说，会形成具有较大的表面粗糙度的镀层。具体而言，如上所述，当存在大量的各自具有大的凸起高度L2的金刚石颗粒时，更易于形成具有大的表面粗糙度的镀层。因此，在实施方案的复合部件的制造方法中，进行两次化学镀。在该步骤中，如上所述，进行第一化学镀以主要填充在金刚石颗粒20之间的金属相3中形成的凹陷，同时使金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分、特别是使显著凸起的各金刚石颗粒20的一部分露出。为此，使用起到基本上仅活化金属相3的作用的催化剂进行第一化学镀。通过该步骤，如图4所示，形成部分被覆板17，其中在金刚石颗粒20之间的金属相3的表面3f上方的空间填充有第一镀层40，并且金刚石颗粒20中的至少一个金刚石颗粒的一部分从第一镀层40的表面40f露出。当凸起量相对较大的金刚石颗粒20之间存在有凸起量相对较小的金刚石颗粒20时，该凸起量相对较小的金刚石颗粒20与金属相3一起被覆有第一镀层40(参见图6中各自具有凸起部分的金刚石颗粒中，位于中心处的金刚石颗粒)。
虽然金刚石颗粒20的一部分可从第一镀层40的表面40f凸起，但是该凸起高度L26小于粗面板16的凸起高度L2，该凸起高度L26是通过根据凸起高度L2等调节第一化学镀条件而实现的。特别优选的是，调节第一化学镀条件，使得部分被覆板17的凸起高度L26尽可能达到零。在这种情况下，仅金刚石颗粒20的最上表面从第一镀层40的表面40f露出。例如，金刚石颗粒20的从第一镀层40的表面40f露出的部分对应于上述研磨表面。因此，通过调节第一化学镀条件使得研磨表面基本上与表面40f齐平，易于使部分被覆板17的表面变得平滑。沿着该平滑表面，第二镀层41(稍后描述)的表面4f也易于变得平滑，因此，易于降低覆层4的表面粗糙度(例如，Ra小于2.0μm)。
此外，作为第一化学镀的预处理，可以进行脱脂、除渍(表面调节)、催化剂施加(参见上文)等。根据需要，可以在各项处理之间进行清洗和干燥。可使用市售制品作为用于各项处理的化学试剂。
<第二镀覆步骤>
在该步骤中，进行第二化学镀，以被覆各金刚石颗粒20的从部分被覆板17露出的部分和第一镀层40的表面40f。为此，使用起到活化金刚石颗粒20和形成第一镀层40的金属这两者的作用的催化剂45(图4)进行第二化学镀。如图5所示，该步骤使得形成复合部件1，其中基板10中的金属相3的表面3f和从金属相3的表面3f凸起的金刚石颗粒20的凸起部分2f被覆有包括第一镀层40和第二镀层41的覆层4。代表性地，形成复合部件1，其包括具有表面粗糙度Ra小于2.0μm的平滑表面4f的覆层4。根据实施方案的复合部件的制造方法，(例如)与形成较厚镀层然后研磨以形成平滑表面的方法相比，可以减少步骤的数量并且可以缩短镀覆所需的时间，从而使得具有优异的可制造性。此外，不会发生因研磨而丢弃镀覆材料，因此还可以降低制造成本。
<其他步骤>
可以在第二镀覆步骤之后进行热处理。热处理使得镀层40和41之间紧密接触，从而增强覆层4的机械强度。在热处理之后，镀层40和41之间的边界(在图5中由作为虚拟线的双点划线表示)变得基本上不可见。可以在增强镀层40和41之间的密着性且同时不使基板10受到热损伤的范围内适当地选择热处理条件。根据镀覆的组成等，例如，加热温度为约200℃以上850℃以下，并且保留时间为约1分钟以上240分钟以下。当在诸如真空气氛、惰性气氛(例如，氮气、氩气)、还原气氛(例如，氢气、氢气和惰性气体的混合气体或一氧化碳气体)等的气氛中进行热处理时，容易防止复合部件1的氧化。
[试验例1]
在各种条件下对由包含金刚石颗粒和银相的复合材料形成的材料板进行化学镀，以制作包括由复合材料形成的基板和由化学镀层形成的覆层的复合部件。然后，检查覆层的表面状态。
制备基于专利文献2制作的材料板。该材料板为形成为正方形的平板材料，各边长为50mm，并且厚度为1.4mm。材料板包含含量为约60体积％的金刚石颗粒和含量为约40体积％的银相。金刚石颗粒的平均粒径为20μm。在这种情况下，对所制备的材料板的表面进行研磨。
对研磨后的材料板进行蚀刻，然后进行化学镀，从而形成镀覆基板，该镀覆基板包括位于基板的全部表面上的由Ni-P合金制成镀层，其中基板由包含金刚石颗粒(在这种情况下，为各自具有由TiC制成的覆膜的被覆颗粒)和银相的复合材料形成。
<试样No.1>
通过进行蚀刻并随后分两步进行化学镀来获得试样No.1。
调节蚀刻条件，使得材料板的表面附近的金刚石颗粒中的大量金刚石颗粒各自具有这样的距离银相的表面的凸起高度L2，该凸起高度L2达到金刚石颗粒的最大长度L的10％以上90％以下，其结果是金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从银相的表面凸起。具体而言，准备包含浓度为50g/L的氰化钾的水溶液作为蚀刻液，在30℃进行2分钟的蚀刻。蚀刻后，材料板中各金刚石颗粒的凸起高度L2为6μm。
然后，准备置换型Pd催化剂溶液作为用于将催化剂施加至第一化学镀的处理溶液。
在上述蚀刻之后，使用处理溶液对材料板依次进行脱脂、除渍和催化剂施加，之后进行第一化学镀。调节第一化学镀条件，使得金刚石颗粒中从该镀层的表面凸起的至少一个金刚石颗粒的凸起高度L26足够小，为镀覆之前凸起高度L2的0.3以下。具体而言，制备包含20g/L的硫酸镍、24g/L的次磷酸钠、27g/L的乳酸和2.0g/L的丙酸化学Ni-P镀液作为镀液，使用该镀液在85℃的浴温进行镀覆时间为30分钟的第一化学镀。
通过第一化学镀，在存在于材料板中的金刚石颗粒之间的银相的表面上形成由Ni-P合金制成的第一镀层。银相的表面基本上嵌入到该第一镀层中。第一镀层的厚度为5.5μm。
然后，准备Sn-Pd胶体型催化剂溶液作为用于将催化剂施加到第二化学镀的处理溶液。
对包括第一镀层的部分被覆板依次进行使用处理溶液的催化剂施加和催化活化，然后进行第二化学镀。调节第二化学镀条件，以在第一镀层的表面和金刚石颗粒中从第一镀层的表面露出的至少一个金刚石颗粒的一部分上施加覆层。具体而言，使用与用于第一化学镀的镀液相同的化学Ni-P镀液，在85℃的浴温进行镀覆时间为16分钟的第二化学镀。
通过第二化学镀，使由复合材料形成的基板的表面嵌入到各自由Ni-P合金制成的第一镀层和第二镀层中。第二镀层的厚度为3.0μm。
在第二化学镀之后进一步进行热处理。将热处理条件设定为：在包含100％氢的还原气氛中，加热温度为800℃，加热时间为60分钟。
在这种情况下，在热处理之后，进一步进行电镀以在Ni-P合金层上依次形成纯镍层和纯金层。因此，试样No.1的镀覆基板包括在由复合材料形成的基板上依次形成的：由Ni-P合金制成的覆层；以及两个附加层，包括纯镍层和纯金层。
<试样No.2>
通过进行蚀刻并随后分两步进行化学镀从而获得试样No.2。
制作试样No.2的具体方法与制作试样No.1的方法相同，不同之处在于蚀刻的时间(长度)为1分30秒。
<试样No.3>
通过进行蚀刻并随后分两步进行化学镀从而获得试样No.3。
制作试样No.3的具体方法与制作试样No.1的方法相同，不同之处在于蚀刻的时间(长度)为1分钟。
<试样No.4>
通过进行蚀刻并随后分两步进行化学镀从而获得试样No.4。
制作试样No.4的具体方法与制作试样No.1的方法相同，不同之处在于蚀刻的时间(长度)为30秒。
<试样No.101>
通过进行蚀刻并随后在第一步骤中进行化学镀，而未在第二步骤中进行化学镀，从而获得试样No.101。
在与试样No.1相同的条件下对该试样No.101进行蚀刻，然后使用以下处理溶液进行催化剂施加，进而进行催化剂活化和化学镀。此外，在化学镀层上形成两个附加层。
然后，使用Sn-Pd胶体型催化剂溶液作为用于对试样No.101进行催化剂施加的处理溶液，在与试样No.1的第二化学镀同样的条件下进行化学镀，从而形成厚度为3.0μm的化学镀层。
<试样No.102>
通过以比试样No.1和No.101的蚀刻深度更浅的蚀刻深度进行蚀刻，然后在第一步骤中进行化学镀，而未在第二步骤中进行化学镀，从而获得试样No.102。在这种情况下，在与试样No.101相同的条件下进行化学镀，不同之处在于，使用不同的蚀刻条件。试样No.102没有进行电镀，并且仅包括化学镀层。
调节蚀刻条件，使得材料板的表面附近的金刚石颗粒中的大量金刚石颗粒各自具有这样的距离银相的表面的凸起高度L2，该凸起高度L2为金刚石颗粒的最大长度L的0.2以下。具体而言，准备包含浓度为50g/L的氰化钾的水溶液作为蚀刻溶液，使用该蚀刻溶液在30℃进行10秒的蚀刻。蚀刻后材料板中各金刚石颗粒的凸起高度L2为0.5μm。
对于试样No.1至No.4、No.101和No.102的镀覆基板，测定各覆层的表面粗糙度。在这种情况下，使用得自KEYENCE CORPORATION的激光显微镜VK-X100的50倍放大物镜，测定算术平均粗糙度Ra(μm)。结果示于表1。对于试样No.1至No.4和No.101，在形成镍层和金层之前测定Ni-P合金层的表面粗糙度Ra。对于试样No.102，测定化学镀层的表面粗糙度Ra。
沿着与基板的厚度方向(在这种情况下，为基板和镀层层叠的方向)平行的平面切割试样No.1至No.4、No.101和No.102各自的镀覆基板。通过SEM观察所得截面。在这种情况下，由截面研磨机(CP)获得截面。
图6至8各自为试样No.1的镀覆基板的截面的SEM照片。图6和7各自示出了图8的局部放大照片。图9为试样No.2的镀覆基板的截面的SEM照片。图10为试样No.3的镀覆基板的截面的SEM照片。图11为试样No.4的镀覆基板的截面的SEM照片。图12为试样No.101的镀覆基板的截面的SEM照片。图13和14各自为试样No.102的镀覆基板的截面的SEM照片。从基板10一侧开始，图7的覆层4中依次设置有：由Ni-P合金制成的覆层4(位于图7中虚线下方的浅灰色区域)；由纯镍制成的第一附加层5(同一虚线上方的区域)；以及由纯金制成的第二附加层6(白色带状区域)。
检查上述SEM观察图像，以测量覆层中被覆银相的金属被覆部分的厚度t3、以及覆层中基本上仅被覆金刚石颗粒的颗粒被覆部分的厚度t2。然后，计算这些厚度的厚度比率(t2/t3)。结果示于表1。
如下计算颗粒被覆部分的厚度t2。
对于试样No.1，如图7所示，从SEM观察图像中提取十个以上的金刚石颗粒20(在这种情况下为被覆颗粒2；这也适用于本段落和下文的段落)，各金刚石颗粒具有从金属相3的表面3f凸起的部分。然后，从覆层4中提取出仅被覆这十个以上的所提取的金刚石颗粒20的颗粒被覆部分42。然后测量所提取的颗粒被覆部分42的厚度t2。在截面中，颗粒被覆部分42对应于覆层4中位于与厚度方向平行延伸并穿过金刚石颗粒20与金属相3的表面3f的交点的两条直线(参见图1中的双点划线)之间的区域。测量该区域的厚度以获得厚度的最小值。在这种情况下的厚度对应于金刚石颗粒20和覆层4之间在厚度方向(在图1和7中的上-下方向)上的距离。然后，获得十个以上厚度的最小值，并对其进行平均以获得平均值，将该平均值定义为厚度t2。图7中各金刚石颗粒20上方所示的各黑色箭头表示颗粒被覆部分42的厚度的最小值(这同样适用于图14)。这种情况下中的厚度的最小值为在厚度方向上从金刚石颗粒20的凸起部分2f的表面(例如，研磨表面)延伸至覆层4的表面的最短距离。图7中沿水平方向延伸的三条直线穿过图7所示的各金刚石颗粒20的表面(这同样适用于图14中的直线)。
如下计算金属被覆部分的厚度t3。
如上所述，金属被覆部分43对应于位于覆层4中并且被覆存在于相邻金刚石颗粒20之间的金属相3的表面3f的区域，其中所述相邻金刚石颗粒20各自具有从金属相3的表面3f凸起的部分。测量该区域的厚度以获得其最小值。然后，获得十个以上厚度的最小值，并对其进行平均以获得平均值，将该平均值定义为厚度t3。在这种情况下，基于位于上述相邻金刚石颗粒20之间的最短距离的50％处的点，将从各金刚石颗粒20到该50％的点所存在的金属被覆部分43定义为对于各相应的金刚石颗粒20测定金属被覆部分43的厚度的测定范围。被覆金属相3的表面3f的上述区域包括：基本上仅被覆表面3f的区域；以及被覆表面3f和金刚石颗粒20的一部分彼此重叠的部分的区域。图7中各金刚石颗粒20侧所示的各个黑色箭头示出了金属被覆部分43的厚度的最小值(这同样也适用于图14)。
此外，对于试样No.2至No.4、No.101和No.102，以与试样No.1相同的方式测量厚度t2和t3以计算厚度比率(t2/t3)(对于试样No.102，参见图14)。
对于试样No.1至No.4、No.101和No.102，测量从由复合材料形成的基板的表面凸起的金刚石颗粒的凸起高度L2和具有该凸起部分的各颗粒的最大长度L，以计算凸起高度L2与最大长度L的比率(L2/L)。结果示于表1。
使用上述截面的SEM观察图像，以如下方式计算上述凸起高度L2和最大长度L。首先，如上所述，提取各自具有从金属相3的表面3f凸起的部分的十个以上的金刚石颗粒20(在这种情况下为被覆颗粒2；这也适用于本段落)。获得所提取的各金刚石颗粒20在镀覆基板的厚度方向(图7和图14中的上-下方向)上的最大长度，并且将其定义为各金刚石颗粒20的最大长度L。此外，对于所提取的各金刚石颗粒20，获得从金属相3的表面3f、各金刚石颗粒20和覆层4之间的交点P(参见图1)起在厚度方向上延伸的最大距离，并且将其定义为金刚石颗粒20的凸起高度L2。截面观察图像代表性地示出了存在于一个金刚石颗粒20中的两个交点P。因此，对于各金刚石颗粒20，获得从这两个交点P起在厚度方向上延伸的最大距离。将这些最大距离的最小值定义为金刚石颗粒20的凸起高度L2。图1通过直线示意性地示出了金属相3的表面3f。因此，从各交点P起沿厚度方向延伸的最大距离是相同的。然而，如图7中所代表性地示出的，一个金刚石颗粒20中的交点P位于厚度方向上的不同位置处。因此，上述最大距离可以不同。计算各金刚石颗粒20的比率L2/L。然后计算十个以上的比率L2/L，并对其进行平均以获得平均值，将该平均值定义为凸起高度L2的比率(L2/L)。在图7和14中各金刚石颗粒20一侧所示的各白色箭头示出了凸起高度L2。
[表1]
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如表1所示，在试样No.1至No.4的镀覆基板中，与试样No.102相比，各金刚石颗粒从基板的表面显著地凸起，而与具有相对较大凸起(凸起程度与试样No.1类似)的试样No.101相比，覆层具有凹凸较小的平滑表面(参见图8至12之间的比较)。此外，在试样No.1至No.4的各镀覆基板中，覆层的厚度对应于基板的粗糙表面而部分不同。此外，如图8至11所示，覆层中仅被覆金刚石颗粒的颗粒被覆部分的厚度小于被覆颗粒之间的金属相的金属被覆部分的厚度。
定量地，在试样No.1的镀覆基板中，凸起高度L2的比率(L2/L)为0.63(63％)，这与试样No.101的比率大致相同，并且该比率高达试样No.102的比率的三倍以上。因此，金刚石颗粒显著凸起。此外，在试样No.1的镀覆基板中，覆层的表面粗糙度Ra为1.2μm，这小于试样No.101的表面粗糙度Ra的一半，并且与试样No.102的表面粗糙度Ra大致相等。因此，覆层具有平滑表面。如图8所示，当在覆层上存在附加层时，覆层的表面粗糙度Ra较小，使得附加层也具有平滑表面。在这种情况下，附加层的表面粗糙度Ra与覆层的表面粗糙度Ra大致相等(约1.2μm)。此外，在试样No.1的镀覆基板中，覆层的厚度比率(t2/t3)为0.27，其为试样No.101和试样No.102各自的厚度比率的1/3以下。因此，颗粒被覆部分比金属被覆部分薄。
此外，定量地，在试样No.2的镀覆基板中，凸起高度L2的比率(L2/L)为0.45(45％)，这高达试样No.102的比率的两倍以上。因此，金刚石颗粒显著地凸起。此外，在试样No.2的镀覆基板中，覆层的表面粗糙度Ra为1.1μm，这小于试样No.101的表面粗糙度Ra的一半，并且与试样No.102的表面粗糙度Ra大致相同。因此，覆层具有平滑表面。此外，在试样No.2的镀覆基板中，覆层的厚度比率(t2/t3)为0.36，这为试样No.101和试样No.102各自的厚度比率的一半以下。因此，颗粒被覆部分比金属被覆部分薄。
此外，定量地，在试样No.3的镀覆基板中，凸起高度L2的比率(L2/L)为0.47(47％)，这高达试样No.102的比率的两倍以上。因此，金刚石颗粒显著地凸起。此外，在试样No.3的镀覆基板中，覆层的表面粗糙度Ra为1.2μm，这小于试样No.101的表面粗糙度Ra的一半，并且与试样No.102的表面粗糙度Ra大致相等。因此，覆层具有平滑表面。此外，在试样No.3的镀覆基板中，覆层的厚度比率(t2/t3)为0.48，其为试样No.101和试样No.102各自的厚度比率的一半以下。因此，颗粒被覆部分比金属被覆部分薄。
此外，定量地，在试样No.4的镀覆基板中，凸起高度L2的比率(L2/L)为0.51(51％)，这高达试样No.102的比率的两倍以上。因此，金刚石颗粒显著地凸起。此外，在试样No.4的镀覆基板中，覆层的表面粗糙度Ra为1.1μm，这小于试样No.101的表面粗糙度Ra的一半，并且与试样No.102的表面粗糙度Ra大致相等。因此，覆层具有平滑表面。此外，在试样No.4的镀覆基板中，覆层的厚度比率(t2/t3)为0.76，这小于试样No.101和试样No.102各自的厚度比率。因此，颗粒被覆部分比金属被覆部分薄。
此外，可看出试样No.1至No.4的镀覆基板均通过蚀刻由复合材料形成的材料板并随后分两步进行化学镀而获得。
对于试样No.1至No.4的镀覆基板，认识到各基板的表面在一定程度上是粗糙的，但是各基板上的覆层的表面是平滑的，并且覆层中的被覆作为各基板的表面而存在的各金刚石颗粒的部分相对较薄。试样No.1至No.4的这些镀覆基板各自使得能够容易地在覆层上形成具有均匀厚度的诸如焊料等的接合材料和润滑油，并且还能够抑制由接合材料等的局部较厚部分引起的局部热阻增加。此外，位于金刚石颗粒和半导体元件、安装对象等之间的覆层的厚度可以减小。因此，当试样No.1至No.4的镀覆基板各自用于半导体元件中的散热部件等时，预期各镀覆基板会实现由半导体元件向安装对象的优异导热性。
此外，对试样No.1至No.4、No.101和No.102进行以下耐热性试验以检查覆层的密着性。在两种条件下进行耐热性试验，这两种条件包括：加热温度为400℃且保持时间为40分钟的条件；以及加热温度为780℃且保持时间为40分钟的条件。在耐热性试验之后，目视检查覆层的膨胀状态，以对100个复合部件中膨胀的复合部件的数量进行计数。假定将(膨胀发生数/100)×100定义为膨胀发生率，计算各耐热性试验中的膨胀发生率。结果示于表1。
在试样No.101中，在400℃的膨胀发生率为90％，并且在780℃的膨胀发生率为88％。在试样No.102中，在400℃的膨胀发生率为50％，并且在780℃的膨胀发生率是90％。另一方面，在试样No.1中，在400℃的膨胀发生率为5％，并且在780℃的膨胀发生率为10％。在试样No.2中，在400℃的膨胀发生率为7％，并且在780℃的膨胀发生率为12％。在试样No.3中，在400℃的膨胀发生率为6％，并且在780℃的膨胀发生率为15％。在试样No.4中，在400℃的膨胀发生率为6％，并且在780℃的膨胀发生率为15％。基于这些结果可以看出，即使在热历程下，与试样No.101和试样No.102各自的覆层相比，试样No.1至No.4各自的覆层更不易于从基板上剥离。认为获得上述结果的原因之一是，与试样No.102的镀覆基板相比，试样No.1至No.4的镀覆基板各自可以确保在形成基板的表面的金刚石颗粒上的覆层的被覆率更高。预期这种试样No.1的镀覆基板使得能够得到导热性长期优异的散热部件。
此外，在一个步骤中进行化学镀的试样No.101的镀覆基板包括表面已粗糙化至与试样No.1的材料板的表面相似的程度的材料板。因此，认为在材料板的该粗糙化表面上各向同性地形成镀层，从而增加了镀层的表面粗糙度。如图12所示，试样No.101中的镀层的厚度大致是均匀的，并且被覆各金刚石颗粒的部分的厚度与被覆银相的部分的厚度基本相等。当将该试样No.101用于半导体元件中的散热部件时，认为由于在接合材料等中形成的局部较厚部分，因此该试样No.101的导热性差。
认为试样No.102的镀覆基板包括具有相对较小的表面粗糙度Ra的覆层，这是因为其凸起高度L2的比率(L2/L)较小。然而，如图13所示，在试样No.102中，镀层的厚度也是大致均匀的，并且被覆各金刚石颗粒的部分的厚度与被覆银相的部分的厚度基本相等。此外，由于凸起高度L2的比率(L2/L)相对较小，因此金刚石颗粒上的覆层的被覆率相对较小。因此，如上述耐热性试验结果所示，与试样No.1至No.4相比，覆层更易于从基板上剥离。
本公开由权利要求的条款限定，但不限于以上说明性描述，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的含义和范围内的任何修改。
例如，在试验例1中，可以适当改变复合材料的组成、各金刚石颗粒的粒径、金刚石颗粒的含量、覆层的组成和厚度以及成膜条件(蚀刻条件、镀覆条件等)。
附图标记列表
1复合部件，10基板，10f表面，15材料板，16粗面板，17部分被覆板，2被覆颗粒，20金刚石颗粒，21被覆膜，2f凸起部分，3金属相，3f表面，4覆层，4f、40f表面，5、6附加层，40第一镀层，41第二镀层，42颗粒被覆部分，43金属被覆部分，45催化剂，100复合材料，t2、t3厚度。

Claims (4)

1.一种复合部件，包括：
由复合材料形成的基板，该复合材料包含
多个金刚石颗粒，以及
结合所述金刚石颗粒的金属相；以及
由金属制成并且被覆所述基板的表面的至少一部分的覆层，其中
所述基板的表面包括
所述金属相的表面，以及
由所述金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分形成并从所述金属相的表面凸起的凸起部分，
在平面视图中，所述覆层包括
被覆所述金属相的表面的金属被覆部分，以及
被覆所述凸起部分但未被覆所述金属相的表面的颗粒被覆部分，
所述颗粒被覆部分的厚度与所述金属被覆部分的厚度之比为0.80以下，并且
所述覆层的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计小于2.0μm。
2.根据权利要求1所述的复合部件，其中
形成所述金属相的金属为银或银合金。
3.根据权利要求1或2所述的复合部件，其中
形成所述覆层的所述金属为包含磷的镍合金。
4.一种制造复合部件的方法，该方法包括：
蚀刻由包含多个金刚石颗粒和结合所述金刚石颗粒的金属相的复合材料形成的材料板的表面，以制作粗面板，在该粗面板中，所述金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分从所述金属相的表面凸起；
对所述粗面板进行第一化学镀以制作部分被覆板，其中在使存在于所述材料板的表面上的所述金刚石颗粒中的至少一个金刚石颗粒的一部分露出的同时，在所述金属相的表面上形成第一镀层；以及
对所述部分被覆板进行第二化学镀以形成第二镀层，所述第二镀层被覆
所述第一镀层的表面，以及
所述金刚石颗粒中从所述第一镀层的表面露出的至少一个金刚石颗粒的一部分。
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