JP2001339022A

JP2001339022A - ヒートシンク材及びその製造方法

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Publication number: JP2001339022A
Application number: JP2000388019A
Authority: JP
Inventors: Shuhei Ishikawa; 修平石川; Takashi Mitsui; 任三井; Takeshi Suzuki; 健鈴木; Nobusuke Nakayama; 信亮中山; Hiroyuki Takeuchi; 広幸竹内; Seiji Yasui; 誠二安井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求め
られる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合した特性
を有するヒートシンク材を容易に製造できるようにし
て、高品質のヒートシンクの生産性を向上させる。【解決手段】ケース内にグラファイトを入れ、該ケース
を炉内に収容する（ステップＳ３０１）。炉内を焼成し
て、グラファイトによる多孔質焼結体を作製する（ステ
ップＳ３０２）。その後、炉から多孔質焼結体をケース
ごと取り出して、プレス機の凹部内に多孔質焼結体をケ
ースごと収容する（ステップＳ３０３）。次に、ケース
内に金属の溶湯を注湯した後（ステップＳ３０４）、パ
ンチを凹部内に挿通し、ケース内の前記溶湯を押し下げ
圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチの押圧処理
によって、金属の溶湯は、多孔質焼結体の開気孔部中に
含浸されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＩＣチップ
から発生する熱を効率よく放熱させるヒートシンクを構
成するためのヒートシンク材及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＣチップにとって熱は大敵で
あり、内部温度が最大許容接合温度を超えないようにし
なければならない。また、パワートランジスタや半導体
整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電
力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）や
リードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出し
きれず、装置の内部温度が上昇して熱破壊を引き起こす
おそれがある。

【０００３】この現象は、ＣＰＵを搭載したＩＣチップ
においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って
動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重
要な事項となってきている。

【０００４】前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計にお
いては、ＩＣチップのケース（パッケージ）に放熱面積
の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設
計や実装設計が行われている。

【０００５】前記ヒートシンク用の材料としては、一般
に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が
使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近時、ＣＰＵやメモリ
等のＩＣチップにおいては、低消費電力を目的とした低
電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面
積の拡大化に伴ってＩＣチップ自体が大型化する傾向に
ある。ＩＣチップが大型化すると、半導体基体（シリコ
ン基板やＧａＡｓ基板）とヒートシンクとの熱膨張の差
によって生じる応力が大きくなり、ＩＣチップの剥離現
象や機械的破壊が生じるおそれがある。

【０００７】これを防止するためには、ＩＣチップの低
電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。
ＩＣチップの低電力駆動は、現在、電源電圧として、従
来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、
３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。

【０００８】一方、ヒートシンクの構成材料としては、
単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシ
リコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱
伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。

【０００９】ヒートシンク材の改善に関しては、多種多
様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を
使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用い
た例などがある。ＡｌＮは、熱伝導性と熱膨張性のバラ
ンスに優れており、特にＳｉの熱膨張率とほぼ一致する
ことから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導
体装置のヒートシンク材として好適である。

【００１０】また、Ｃｕ−Ｗは、Ｗの低熱膨張性とＣｕ
の高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機
械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒー
トシンクの構成材料として好適である。

【００１１】また、他の例としては、ＳｉＣを主成分と
するセラミック基材に金属Ｃｕを２０〜４０ｖｏｌ％の
割合で含有させたもの（従来例１：特開平８−２７９５
６９号公報参照）や、無機物質からなる粉末焼結多孔質
体にＣｕを５〜３０ｗｔ％含浸させたもの（従来例２：
特開昭５９−２２８７４２号公報参照）などが提案され
ている。

【００１２】前記従来例１に係るヒートシンク材は、Ｓ
ｉＣと金属Ｃｕの圧粉体を成形してヒートシンクを作製
するという粉体成形であるため、熱膨張率と熱伝導率は
あくまでも理論的な値であり、実際の電子部品等で求め
られる熱膨張率と熱伝導率のバランスを得ることができ
ないという問題がある。

【００１３】従来例２は、無機物質からなる粉末焼結多
孔質体に含浸されるＣｕの比率が低く、熱伝導度を高め
る上で限界が生じるおそれがある。

【００１４】一方、カーボンと金属を組み合わせた複合
材料が開発され、実用化されているが、この複合材料
は、金属をＣｕとした場合は、例えば放電加工用の電極
として使用され、金属をＰｂとした場合は、例えば軸受
部材として使用されており、ヒートシンク材として用途
例が知られていない。

【００１５】即ち、カーボンと金属を組み合わせた複合
材料において、熱伝導率の高いものでも１４０Ｗ／ｍＫ
であり、ＩＣチップのヒートシンク材として必要な１６
０Ｗ／ｍＫ以上を満足させることができないのが現状で
ある。

【００１６】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、実際の電子部品（半導体装置を含む）等
で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合し
た特性を得ることができるヒートシンク材を提供するこ
とを目的とする。

【００１７】また、本発明の他の目的は、実際の電子部
品（半導体装置を含む）等で求められる熱膨張率と熱伝
導率とのバランスに適合した特性を有するヒートシンク
材を容易に製造することができ、高品質のヒートシンク
の生産性を向上させることができるヒートシンク材の製
造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートシン
ク材は、カーボン又はその同素体と、金属とを含み、直
交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率
が１６０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。これに
より、セラミック基板や半導体基板（シリコン、ＧａＡ
ｓ）等と熱膨張率がほぼ一致し、熱伝導性のよいヒート
シンク材を得ることができる。

【００１９】また、直交する３軸方向の平均又はいずれ
かの軸方向の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であって、
かつ、熱膨張率が１×１０^-6／℃〜１０×１０^-6／℃で
あるヒートシンク材も得ることができる。

【００２０】前記同素体としては、グラファイトやダイ
ヤモンドが好ましい。また、カーボン又はその同素体と
して、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のものを使用する
ことが好ましい。

【００２１】そして、ヒートシンク材は、前記カーボン
又はその同素体を焼成してネットワーク化することによ
って得られる多孔質焼結体に前記金属を含浸することに
より構成することができる。

【００２２】この場合、前記多孔質焼結体の気孔率が１
０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であって、平均気孔径が０．
１μｍ〜２００μｍであることが好ましく、前記カーボ
ン又はその同素体と前記金属との体積率は、前記カーボ
ン又はその同素体が５０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属
が５０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲であることが好ま
しい。

【００２３】また、前記カーボン又はその同素体に、該
カーボン又はその同素体を焼成した際の閉気孔率を低減
させる添加物を添加させることが好ましい。この添加物
としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げることができ
る。

【００２４】ヒートシンク材は、前記カーボン又はその
同素体の粉体に、水又は結合材を混合し、所定圧力下で
成形された予備成形体に、前記金属が含浸されて構成さ
れていてもよい。この場合、粉体の平均粉末粒度が１μ
ｍ〜２０００μｍであり、前記粉体が最小の長さをとる
方向と、最大の長さをとる方向で、その長さの比が１：
５以下であることが好ましい。この場合、強いネットワ
ークはないものの、任意の形状を作ることができる。

【００２５】また、前記カーボン又はその同素体と前記
金属との体積率が、前記カーボン又はその同素体が２０
ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖ
ｏｌ％の範囲であることが好ましい。

【００２６】また、ヒートシンク材は、前記金属が溶解
した液体状態又は固液共存状態に、前記カーボン又はそ
の同素体の粉体を混合し、鋳造成形されて構成されてい
てもよい。

【００２７】なお、作製されたヒートシンク材の閉気孔
率は１２ｖｏｌ％以下であることが好ましい。

【００２８】前記金属に、界面の濡れ性改善のための元
素が添加されていることが好ましい。この添加元素とし
ては、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔ
ｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎｉから選択された１種以上を採用す
ることができる。特に、Ｎｉは、カーボンを溶解しやす
く含浸しやすいという効果がある。

【００２９】前記金属に、前記カーボン又はその同素体
との反応性を向上させるための元素を添加することが好
ましい。この添加元素としては、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂ
ｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上
を採用することができる。

【００３０】前記金属に、湯流れ性を向上させるため、
固相／液相の温度範囲が３０℃以上、望ましくは５０℃
以上の元素を添加することが好ましい。これにより、含
浸の際のばらつきを低減することができるとともに、残
留気孔が減少し強度の向上を図ることができる。なお、
含浸圧力を上昇させても同様の効果を得ることができ
る。この添加元素としては、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇから
選択された１種以上を採用することができる。また、前
記金属に、前記融点を低減させるための元素を添加する
ことが好ましい。この添加元素としては、例えばＺｎな
どがある。

【００３１】前記金属に、熱伝導率を向上させるための
元素が添加されていることが好ましい。この場合、前記
金属に、前記熱伝導率を向上させるための元素を添加
し、熱処理、加工及びカーボンとの反応後、偏析等によ
って得られる合金の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である
とよい。望ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上、さらに望ましく
は４０Ｗ／ｍＫ以上、最も望ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上
であることが好ましい。

【００３２】熱処理による効果は、添加元素の時効や焼
鈍、加工の組合わせにより熱伝導率が向上することが知
られており、この効果を利用したものである。また、カ
ーボンとの反応により銅、アルミ、銀中の添加元素は減
少し、熱伝導率が向上することも知られている。さら
に、含浸金属が凝固する際に偏析等により添加元素が表
面などに析出し、全体での熱伝導率が向上することも知
られているので、これらの効果も利用することができ
る。

【００３３】前記ヒートシンク材は、前記カーボン又は
その同素体の粉体と前記金属の粉体とを混合し、所定圧
力下で成形することでも構成することができる。この場
合、前記カーボン又はその同素体の粉体と前記金属の粉
体の平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであることが好
ましい。

【００３４】前記ヒートシンク材は、前記カーボン又は
その同素体の粉砕裁断材と前記金属の粉体とを混合し、
所定温度、所定圧力下で成形することでも構成すること
ができる。

【００３５】そして、上述のように成形によってヒート
シンク材を構成する場合においては、前記カーボン又は
その同素体と前記金属との体積率が、前記カーボン又は
その同素体が２０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％の範囲、金属
が８０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％の範囲であることが好ま
しい。これにより、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であ
って、かつ、熱膨張率が３×１０^-6／℃〜１４×１０^-6
／℃であるヒートシンク材を得ることができる。

【００３６】この場合、前記カーボン又はその同素体
に、成形後の再焼成を可能とする添加物を添加させるこ
とが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又は
Ｓｉを挙げることができる。

【００３７】前記金属に、界面の濡れ性改善のための低
融点金属が添加されていることが好ましい。この低融点
金属としては、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、
Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎｉから選択された１
種以上を採用することができる。

【００３８】前記金属に、前記カーボン又はその同素体
との反応性を向上させるための元素が添加されているこ
とが好ましい。この添加元素としては、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１
種以上を採用することができる。

【００３９】前記金属に、湯流れ性を向上させるため、
固相／液相の温度範囲が３０℃以上の元素、望ましくは
５０℃以上の元素を添加することが好ましい。これによ
り、含浸の際のばらつきを低減することができるととも
に、残留気孔が減少し強度の向上を図ることができる。
なお、含浸圧力を上昇させても同様の効果を得ることが
できる。この添加元素としては、Ｓｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇ
から選択された１種以上を採用することができる。ま
た、前記金属に、前記融点を低減させるための元素を添
加することが好ましい。この添加元素としては、例えば
Ｚｎなどがある。

【００４０】そして、少なくとも前記カーボン又はその
同素体と添加元素との反応によって、前記カーボン又は
その同素体の表面にカーバイド層が形成されていてもよ
い。この場合、前記添加元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから
選択された１種以上を採用することができる。

【００４１】また、前記カーボン又はその同素体と組み
合わされる前記金属としては、導電率の高い金属である
Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇから選択された少なくとも１種を採用
することができる。

【００４２】また、本発明は、最小の熱伝導率をとる方
向と、最大の熱伝導率をとる方向で、熱伝導率の比が
１：５以下である。これにより、熱伝導率がほとんど等
方性に近い特性を有するため、熱の拡散が良好でありヒ
ートシンクとして使用する場合に好適である。また、設
置方向をいちいち考慮する必要がなく、実装面で有利と
なる。

【００４３】次に、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、カーボン又はその同素体を焼成してネットワー
ク化することによって多孔質焼結体を作製する焼成工程
と、金属を前記多孔質焼結体中に含浸させる含浸工程
と、少なくとも前記金属が含浸された前記多孔質焼結体
を冷却する冷却工程とを有することを特徴とする。

【００４４】これにより、セラミック基板や半導体基板
（シリコン、ＧａＡｓ）等と熱膨張率がほぼ一致し、熱
伝導性のよいヒートシンク材を容易に製造することがで
き、高品質のヒートシンクの生産性を向上させることが
できる。

【００４５】そして、前記焼成工程は、容器内に前記カ
ーボン又はその同素体を入れ、該容器内を加熱すること
により、前記カーボン又はその同素体による多孔質焼結
体を作製するようにしてもよい。

【００４６】また、前記含浸工程は、容器内に入れられ
た前記金属の溶湯に前記多孔質焼結体を浸漬し、前記容
器内に含浸用ガスを導入して前記容器内を加圧すること
により、前記溶湯を多孔質焼結体中に含浸させるように
してもよい。この場合、前記加圧力としては、前記カー
ボン又はその同素体による多孔質焼結体の圧縮強度の４
〜５倍以下であること、あるいは１．０１〜２０２ＭＰ
ａ（１０〜２０００気圧）であることが好ましい。この
場合の冷却工程として、前記容器内の前記含浸用ガスを
抜き、速やかに冷却用ガスを導入して前記容器内を冷却
するようにしてもよい。

【００４７】他の製造方法としては、次の方法が挙げら
れる。即ち、前記焼成工程として、ケース内に前記カー
ボン又はその同素体を収容する工程と、前記ケース内を
予熱して、前記カーボン又はその同素体による多孔質焼
結体を作製する工程とを有し、前記含浸工程として、プ
レス機の金型に前記ケースを収容する工程と、前記ケー
ス内に前記金属の溶湯を注湯する工程と、前記プレス機
のパンチで前記溶湯を押し下げ圧入して前記ケース内の
前記多孔質焼結体中に前記溶湯を含浸させる工程とを有
することである。

【００４８】この場合、前記パンチによる圧入時の圧力
を、前記カーボン又はその同素体による多孔質焼結体の
圧縮強度の４〜５倍以下であること、あるいは１．０１
〜２０２ＭＰａ（１０〜２０００気圧）とすることが好
ましい。また、前記金型として、前記多孔質焼結体に残
存するガスを抜くためのガス抜き孔、又は、ガスを抜く
ための隙間部が形成された金型を用いることが好まし
い。

【００４９】また、前記冷却工程は、前記多孔質焼結体
に前記金属が含浸された前記ヒートシンク材を、冷却ガ
スの吹き付けもしくは冷却水が供給されている冷却ゾー
ン又は冷却用金型で冷却するようにしてもよい。

【００５０】本発明に係るヒートシンク材の製造方法
は、カーボン又はその同素体の粉体に、水又は結合材を
混合する工程と、前記混合物を所定圧力下で予備成形体
を成形する工程と、金属を前記予備成形体中に含浸させ
る含浸工程とを有することを特徴とする。

【００５１】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、
カーボン又はその同素体の粉体を混合する工程と、前記
混合物を鋳造成形する工程とを有することを特徴とす
る。

【００５２】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、カーボン又はその同素体の粉体と金属の粉体と
を混合する混合工程と、前記混合物をホットプレス機の
金型内に入れ、所定温度、所定圧力下で成形してヒート
シンク材を作製する加圧工程とを有することを特徴とす
る。

【００５３】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、カーボン又はその同素体の粉体と金属の粉体と
を混合する混合工程と、前記混合物を予備成形して予備
成形体とする予備成形工程と、前記予備成形体をホット
プレス機の金型内に入れ、所定温度、所定圧力下で成形
してヒートシンク材を作製する加圧工程とを有すること
を特徴とする。

【００５４】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、カーボン又はその同素体の粉砕裁断材料と金属
の粉体とを混合し、予備成形して混合物を作製する混合
工程と、前記混合物をホットプレス機の金型内に入れ、
所定温度、所定圧力下で成形してヒートシンク材を作製
する加圧工程とを有することを特徴とする。

【００５５】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法は、カーボン又はその同素体の粉砕裁断材料と金属
の粉体とを混合する混合工程と、前記混合物を予備成形
して予備成形体とする予備成形工程と、前記予備成形体
をホットプレス機の金型内に入れ、所定温度、所定圧力
下で成形してヒートシンク材を作製する加圧工程とを有
することを特徴とする。

【００５６】これらの製造方法において、前記所定温度
は、前記金属における融点の−１０℃〜−５０℃が好ま
しく、前記所定圧力は、１０．１３〜１０１．３２ＭＰ
ａ（１００〜１０００気圧）が好ましい。

【００５７】また、これらの製造方法において、加圧工
程後に、前記ヒートシンク材を前記金属における融点以
上まで加熱するようにしてもよい。

【００５８】さらに、前記金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇか
ら選択された少なくとも１種であってもよい。

【００５９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るヒートシンク
材及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図４０を参
照しながら説明する。

【００６０】第１の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ａは、図１に示すように、カーボン又はその同素体を
焼成してネットワーク化することによって得られる多孔
質焼結体１２に金属１４が含浸されて構成されている。

【００６１】この場合、前記カーボン又はその同素体と
して、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは１５
０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに
望ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推
定値）のものを使用することが好ましい。

【００６２】本例では、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上
のグラファイトで構成された多孔質焼結体１２の開気孔
部に銅を含浸させたヒートシンク材を示す。含浸する金
属１４としては、銅のほかに、アルミニウムや銀を使用
することができる。

【００６３】また、多孔質焼結体１２と金属１４との体
積率は、多孔質焼結体１２が５０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ
％、金属１４が５０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲とし
ている。これにより、直交する３軸方向の平均又はいず
れかの軸方向の熱伝導率が１８０〜２２０Ｗ／ｍＫ以上
であって、かつ、熱膨張率が１×１０^-6／℃〜１０×１
０^-6／℃であるヒートシンク材を得ることができる。

【００６４】前記多孔質焼結体１２の気孔率としては、
１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。気
孔率が１０ｖｏｌ％以下では、直交する３軸方向の平均
又はいずれかの軸方向の１８０Ｗ／ｍＫ（室温）の熱伝
導率を得ることができず、５０ｖｏｌ％を超えると多孔
質焼結体１２の強度が低下し、熱膨張率を１５．０×１
０^-6／℃以下に抑えることができないからである。

【００６５】前記多孔質焼結体１２の平均開気孔径（気
孔径）の値としては、０．１〜２００μｍが望ましい。
前記気孔径が０．１μｍ未満であると、開気孔内に金属
１４を含浸することが困難になり、熱伝導率が低下す
る。一方、前記気孔径が２００μｍを超えると、多孔質
焼結体１２の強度が低下し、熱膨張率を低く抑えること
ができない。

【００６６】前記多孔質焼結体１２の平均開気孔に関す
る分布（気孔分布）としては、０．５〜５０μｍに９０
ｖｏｌ％以上分布することが好ましい。０．５〜５０μ
ｍの気孔が９０ｖｏｌ％以上分布していない場合は、金
属１４が含浸していない開気孔が増え、熱伝導率が低下
する可能性がある。

【００６７】また、多孔質焼結体１２に金属１４を含浸
して得たヒートシンク材１０Ａの閉気孔率としては、１
２ｖｏｌ％以下であることが好ましい。５ｖｏｌ％を超
えると、熱伝導率が低下する可能性があるからである。

【００６８】なお、前記気孔率、気孔径及び気孔分布の
測定には、株式会社島津製作所製の自動ポロシメータ
（商品名「オートポア９２００」）を使用した。

【００６９】この第１の実施の形態に係るヒートシンク
材１０Ａにおいて、前記グラファイトに、該グラファイ
トを焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物を添加さ
せることが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び
／又はＳｉを挙げることができる。これにより、焼成時
の閉気孔（クローズドポア）を減少させることができ、
多孔質焼結体１２に対する金属１４の含浸率を向上させ
ることができる。

【００７０】また、グラファイト中に、該グラファイト
と反応する元素を添加するようにしてもよい。この添加
元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂ
ｅ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上を挙げ
ることができる。これにより、グラファイトの焼成時
に、該グラファイトの表面（開気孔の表面を含む）に反
応層（カーバイド層）が形成され、グラファイトの開気
孔に含浸される金属１４との濡れ性が改善し、低圧での
含浸が可能になり、しかも、微細開気孔への含浸も可能
になる。

【００７１】一方、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、
Ｔｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎｉから選択された１種以上を添加
することが好ましい。これにより、多孔質焼結体１２と
金属１４との界面の濡れ性が改善され、多孔質焼結体１
２の開気孔内に金属１４が入り易くなる。特に、Ｎｉ
は、カーボンを溶解しやすく含浸しやすいという効果が
ある。

【００７２】また、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、
Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上を添加することが好ま
しい。これにより、グラファイトと金属との反応性が向
上し、開気孔内においてグラファイトと金属とが密着し
易くなり、閉気孔の発生を抑制することができる。

【００７３】また、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、湯流れ性を向上させるとともに残留気孔が減少
するため、固相／液相の温度範囲が３０℃以上、望まし
くは５０℃以上の元素、例えばＳｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇか
ら選択された１種以上を添加することが好ましい。これ
により、含浸の際のばらつきを低減することができると
ともに、残留気孔が減少し強度の向上を図ることができ
る。なお、含浸圧力を上昇させても同様の効果を得るこ
とができる。また、前記金属１４に、融点を低減させる
ための元素を添加することが好ましい。この添加元素と
しては、例えばＺｎなどがある。

【００７４】次に、この第１の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ａを製造するためのいくつかの方法を図２
Ａ〜図８を参照しながら説明する。

【００７５】第１の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ａを製造するための第１及び第２の製造方法は共に、
グラファイトを焼成してネットワーク化することによっ
て多孔質焼結体１２を作製する焼成工程と、金属１４を
前記多孔質焼結体１２中に含浸させる含浸工程とを有す
る。

【００７６】そして、第１の製造方法は、具体的には図
２Ａ及び図２Ｂにその一例を示すように、高圧容器３０
を使用することによって行われる。この高圧容器３０
は、角筒状の筐体３２における両側板３４及び３６のほ
ぼ中央部分にそれぞれ回転軸３８が設けられて、該回転
軸３８を中心として筐体３２自体が回転できるようにな
っている。

【００７７】筐体３２内には、耐火容器４０と該耐火容
器４０を加熱するためのヒータ４２が設けられている。
耐火容器４０は、中空部４４を有する角筒状の形状を有
し、１つの側面における高さ方向中央部分に中空部４４
に連通する開口４６が設けられている。中空部４４のう
ち、開口４６を中心として一方の中空部（以下、第１室
４４ａと記す）には、含浸材料である金属１４の塊、あ
るいは金属１４の溶融金属が収容されるようになってい
る。

【００７８】他方の中空部（以下、第２室４４ｂと記
す）は、被含浸試料である多孔質焼結体１２が複数取り
付けられるようになっており、第２室４４ｂが上方に位
置しても、多孔質焼結体１２が落下しないように多孔質
焼結体１２の支持機構が設けられている。なお、ヒータ
４２は、３００ＭＰａの高圧力下でも破壊されない構造
とされている。

【００７９】また、前記高圧容器３０には、真空引きの
ための吸気管４８と、高圧力付与のためのガス及び冷却
用ガスの導入管５０及び導出管５２が設けられている。

【００８０】次に、前記高圧容器３０を用いた第１の製
造方法について図３を参照しながら説明する。

【００８１】まず、ステップＳ１において、グラファイ
トを棒状に成形する工程、ピッチ（コールタールの一
種）を含浸させる工程及び加熱焼成する工程を経てグラ
ファイトによる多孔質焼結体１２を作製する。

【００８２】グラファイトを棒状に成形するには、グラ
ファイト粉体にピッチを混合して、１５０℃程度の雰囲
気中で押しだし成形を行って棒状（φ１００〜φ６０
０、長さ３０００ｍｍ程度）のグラファイトを得る。こ
のままの状態のグラファイトは、気孔が多くしかも熱伝
導率が低い。

【００８３】次に、グラファイトの気孔を減少させるた
めに真空脱気を行い、その真空中でピッチを含浸させ
る。そして、１０００℃程度で焼成しさらにピッチを含
浸する工程を３回程度繰り返す。

【００８４】そして、熱伝導率を向上させるために３０
００℃程度の炉の中でグラファイトを加熱焼成する。こ
のとき、グラファイトが燃焼することを防止するために
炉をカーボン粉末でカバーするとともに、グラファイト
自身もカーボン粉末でカバーしておく。また、このグラ
ファイトを加熱する工程は、グラファイトに直接通電す
ることにより加熱焼成してもよい。

【００８５】このようにすることで、多孔質焼結体１２
が得られるが、最終製品の形状によってはさらに予備加
工をしておくことが望ましい。

【００８６】その後、ステップＳ２において、高圧容器
３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられてい
る耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる。

【００８７】その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を耐火容器４０の第１室４４ａ内に配置し、多孔質焼結
体１２を第２室４４ｂにセットする（ステップＳ３）。
このとき予め多孔質焼結体１２を予熱しておくことが好
ましい。予熱を行うには、多孔質焼結体１２をカーボン
ケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態で予熱を
行い、所定の温度に達したらケースに収納するか又は断
熱材にて覆った状態のままで上記のとおり第２室４４ｂ
にセットする。

【００８８】その後、高圧容器３０（及び耐火容器４
０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ４）。

【００８９】その後、ヒータ４２に通電して第１室４４
ａの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ５）。以下の
説明では、加熱溶解された金属１４を便宜的に「溶融金
属１４」とも記す。

【００９０】その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０度転回
させる（ステップＳ６）。この転回動作によって、第１
室４４ａが上方に位置することから、第１室４４ａ内の
溶融金属１４は、自重によって下方に位置する第２室４
４ｂ内に落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が浸された状態となる。

【００９１】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ７）。この加圧処理によって、前記
溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔部中に含浸す
ることとなる。

【００９２】この含浸工程が終了した時点で直ちに冷却
工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器
３０を再び１８０度転回させる（ステップＳ８）。この
転回動作によって、第１室４４ａが下方に位置すること
から、第２室４４ｂ内の溶融金属１４は、再び第１室４
４ａ内に落下することになる。

【００９３】前記ステップＳ７での加圧処理（含浸処
理）によって、溶融金属１４の一部が多孔質焼結体１２
の開気孔中に含浸されていることから、下方に位置する
第１室４４ａに落下する溶融金属１４は多孔質焼結体１
２に含浸されなかった残存溶融金属である。残存溶融金
属が第１室４４ａ内に落下した段階で、第２室４４ｂに
は溶融金属１４が含浸された多孔質焼結体１２が残るこ
ととなる。

【００９４】その後、ガス導出管５２を通じて高圧容器
３０内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管５
０を通じて冷却用ガスを高圧容器３０内に導入する（ス
テップＳ９）。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導
入によって、冷却用ガスが高圧容器３０内を満遍なく循
環し、高圧容器３０は急速に冷却される。この速やかな
る冷却によって、前記多孔質焼結体１２に含浸された溶
融金属１４が、急速に金属１４の塊に固化して体積が膨
張することから、含浸された金属１４は多孔質焼結体１
２に強固に保持される。

【００９５】他の冷却工程としては、図３において一点
鎖線の枠内に示すように、前記ステップＳ８での処理が
終了した段階で、高圧容器３０、あるいは溶融金属１４
が含浸された多孔質焼結体１２を冷却ゾーンに搬送し、
冷却ゾーンに設置されている冷やし金に接触させる方法
がある（ステップＳ１０参照）。

【００９６】この冷やし金への接触によって多孔質焼結
体１２は急速に冷却されることになる。この冷却過程に
おいては、多孔質焼結体１２に冷却ガスを吹き付けた
り、冷やし金を水冷しながら行うようにしてもよく、特
に、押湯効果を考えて冷却した方が好ましい。

【００９７】このように、第１の製造方法の各工程を踏
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が１８０〜２２０Ｗ／ｍＫ以上であっ
て、かつ、熱膨張率が１×１０^-6／℃〜１０×１０^-6／
℃であるヒートシンク材１０Ａを容易に得ることができ
る。

【００９８】ただし、後述する多孔質焼結体にＳｉＣを
採用する場合は、室温から２００℃までの平均熱膨張率
が４．０×１０^-6／℃〜９．０×１０^-6／℃で、かつ直
交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率
が１６０Ｗ／ｍＫ（室温）以上、好ましくは１８０Ｗ／
ｍＫ以上であるヒートシンク材を得ることができる。

【００９９】前記ステップＳ５において、ヒータ４２に
通電して第１室４４ａの金属１４を加熱溶解する場合
に、ステップＳ６に移行する所定温度（加熱温度）は、
金属１４の融点より３０℃〜２５０℃高い温度がよく、
好ましくは前記融点より５０℃〜２００℃高い温度が望
ましい。この場合、高圧容器３０内を１×１０^-3Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中にしておくことが好ましい。

【０１００】また、前記ステップＳ７において、高圧容
器３０内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器
３０に付与する圧力としては、０．９８ＭＰａ以上、２
０２ＭＰａ以下とする。この場合、４．９ＭＰａ以上、
２０２ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは９．８Ｍ
Ｐａ以上、２０２ＭＰ以下であるとよい。

【０１０１】この圧力は、高圧である方が含浸率の向
上、冷却能力の向上の観点から好ましい。しかし、圧力
が高すぎるとグラファイトの破損を生じやすくなり、ま
た、高圧に耐えうる設備のコストが高くなるので、これ
らの要素を勘案して圧力を選択する。

【０１０２】また、高圧容器３０への圧力の付与時間は
１秒以上、６０秒以下がよく、望ましくは１秒以上、３
０秒以下が好ましい。

【０１０３】なお、多孔質焼結体２０の気孔としては、
上述したように、平均直径が０．５μｍ〜５０μｍのも
のが９０ｖｏｌ％以上存在し、かつ、気孔率が１０ｖｏ
ｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。

【０１０４】ただし、後述する多孔質焼結体にＳｉＣを
採用する場合は、平均直径が５μｍ〜５０μｍのものが
９０％以上存在し、かつ、気孔率が２０ｖｏｌ％〜７０
ｖｏｌ％であることが望ましい。

【０１０５】一方、冷却工程における冷却速度は、含浸
時の温度から８００℃までの期間において、−４００℃
／時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−８
００℃／時間以上が望ましい。

【０１０６】前記ステップＳ７において、高圧容器３０
に付与する圧力は、多孔質焼結体１２の開気孔部に金属
１４を完全に含浸させるために必要な圧力である。この
場合、多孔質焼結体１２に金属１４が含浸されていない
開気孔が残存すると、熱伝導性を著しく阻害するため、
高い圧力を付与することが必要となる。

【０１０７】この圧力はその概略をワッシュバーン（Wa
shburn）の式によって推定できるが、気孔径が小さいほ
ど大きな力を必要とする。この式に従えば、０．１μｍ
φのとき３９．２ＭＰａ、１．０μｍφのとき３．９２
ＭＰａ、１０μｍφのとき０．３９２ＭＰａの圧力が適
当である。しかしながら、実際は平均気孔径が０．１μ
ｍφの材料は０．０１μｍφ以下の気孔も存在する（図
３１及び図３２参照）ためにより大きい圧力が必要にな
る。具体的には０．０１μｍφには３９２ＭＰａが必要
である。

【０１０８】なお、グラファイトへの添加元素や金属へ
の添加元素の好ましい例については、すでに述べたので
ここではその説明を省略する。

【０１０９】次に、第１の製造方法のいくつかの変形例
を図４及び図５を参照しながら説明する。

【０１１０】第１の変形例は、図４に示すように、ま
ず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔
質焼結体１２を作製する（ステップＳ１０１）。高圧容
器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられて
いる耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる
（ステップＳ１０２）。

【０１１１】その後、多孔質焼結体１２を第２室４４ｂ
にセットし、予め溶融された金属（溶融金属）１４を第
１室４４ａ内に流し込む（ステップＳ１０３）。

【０１１２】その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０度転回
させる（ステップＳ１０４）。この転回動作によって、
第１室４４ａ内の溶融金属１４が下方に位置する第２室
４４ｂに落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が含浸された状態となる。

【０１１３】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ１０５）。この加圧処理によって、
前記溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔部中に含
浸することとなる。

【０１１４】次に、第２の変形例について図５を参照し
ながら説明する。この第２の変形例に係る含浸工程は、
高圧容器３０内に設置されている耐火容器４０の内部中
央部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板（図示せ
ず）が設けられた高圧容器３０を用いる。耐火容器４０
内は、前記仕切板によって第１室４４ａと第２室４４ｂ
とに仕切られることになる。

【０１１５】前記仕切板としては、気孔率が４０ｖｏｌ
％〜９０ｖｏｌ％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０
ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望まし
く、より好ましくは気孔率が７０ｖｏｌ％〜８５ｖｏｌ
％であり、かつ気孔径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである
多孔質セラミック材を用いることが望ましい。

【０１１６】そして、この第２の変形例では、図５に示
すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイ
トによる多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ２０
１）。高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内
に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方
に、第２室４４ｂを上方に位置させる（ステップＳ２０
２）。

【０１１７】その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を上方に位置する第２室４４ｂ内に配置し、多孔質焼結
体１２を下方に位置する第１室４４ａにセットする（ス
テップＳ２０３）。

【０１１８】その後、高圧容器３０（及び耐火容器４
０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ２０４）。

【０１１９】その後、ヒータ４２に通電して第２室４４
ｂの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ２０５）。前
記溶融金属１４が所定温度に達した段階で、ガス導入管
５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、
該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ２０６）。こ
の加圧処理によって、上方に位置する第２室４４ｂ内の
溶融金属１４は、仕切板を通過し、下方に位置する第１
室４４ａ内の多孔質焼結体１２の開気孔部中に含浸され
ることになる。

【０１２０】次に、第２の製造方法について図６〜図８
を参照しながら説明する。この第２の製造方法では、図
６に示すように、グラファイトを焼成して多孔質焼結体
１２を作製するための炉６０と、図７に示すように、多
孔質焼結体１２に金属１４を含浸させるためのプレス機
６２が使用される。

【０１２１】炉６０は、図６に示すように、一般にはグ
ラファイトを黒鉛化するために用いられるものであり、
その内部にケース７０が収容可能な空間７２と、該空間
７２内に収容されたケース７０を加熱するためのヒータ
７４が設けられている。ケース７０はグラファイト、セ
ラミックス、セラペーパ（アルミナ等のセラミックスか
ら構成される断熱材）等の材料から構成される。そし
て、このケース７０には、グラファイトが収容される。

【０１２２】プレス機６２は、図７に示すように、上部
開口の凹部８０を有する金型８２と、凹部８０内に挿通
可能とされ、かつ、凹部８０内の内容物を押し下げ圧入
するパンチ８４とを有する。

【０１２３】次に、前記炉６０とプレス機６２を用いた
第２の製造方法について図８を参照しながら説明する。

【０１２４】まず、ケース７０内にグラファイトを入
れ、該ケース７０を炉６０内に収容する（ステップＳ３
０１）。炉６０内の雰囲気を加熱して、グラファイトを
焼成し多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ３０
２）。

【０１２５】また、この工程においては、グラファイト
に対して電流を通電することにより３０００℃程度まで
加熱して、多孔質焼結体１２を作製するようにしてもよ
い。

【０１２６】その後、炉６０から多孔質焼結体１２をケ
ース７０ごと取り出して、プレス機６２の凹部８０内に
多孔質焼結体１２をケース７０ごと収容する（ステップ
Ｓ３０３）。

【０１２７】次に、ケース７０内に金属１４の溶湯８６
を注湯した後（ステップＳ３０４）、パンチ８４を凹部
８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し下
げ圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチ８４の押
圧処理によって、金属１４の溶湯８６は、多孔質焼結体
１２の開気孔部中に含浸することとなる。

【０１２８】上述の第２の製造方法において、前記パン
チ８４による圧入時の圧力を１．０１〜２０２ＭＰａ
（１０〜２０００気圧）とすることが好ましい。また、
図７に示すように、ケース７０の底部や金型８２の底部
に、多孔質焼結体１２に残存するガスを抜くためのガス
抜き孔８８及び９０やガスを抜くための隙間部を形成す
るようにしてもよい。この場合、パンチ８４の圧入時
に、多孔質焼結体１２に残存するガスがガス抜き孔８８
及び９０を通して抜けるため、開気孔への溶湯８６の含
浸がスムーズに行われることになる。

【０１２９】このように、第２の製造方法の各工程を踏
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が１８０〜２２０Ｗ／ｍＫ以上であっ
て、かつ、熱膨張率が１×１０^-6／℃〜１０×１０^-6／
℃であるヒートシンク材１０Ａを容易に得ることができ
る。

【０１３０】上述の炉６０の代わりに、予熱を利用する
炉を使用してもよい。この場合、予め圧粉した材料また
はグラファイトによる多孔質焼結体１２を予熱する。こ
の処理によってネットワーク化しているグラファイト
（又は後述のＳｉＣ）に対して金属１４が含浸しやすく
なる。予熱の温度は、溶湯８６と同程度の温度まで予熱
することが望ましい。具体的には、溶湯８６が１２００
℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は１００
０℃〜１４００℃が望ましい。

【０１３１】次に、第２の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０Ｂについて図９を参照しながら説明する。

【０１３２】第２の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ｂは、図９に示すように、カーボン又はその同素体の
粉体１２ａと金属１４の粉体１４ａとを混合し、所定温
度、所定圧力下で成形されて構成されている。

【０１３３】前記カーボン又はその同素体としては、熱
伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは１５０Ｗ／ｍ
Ｋ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに望ましく
は２００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）の
ものを使用することが好ましい。特に、この第２の実施
の形態では、グラファイトのほかに、ダイヤモンドを使
用することができる。本例では、熱伝導率が１００Ｗ／
ｍＫ以上のグラファイトの粉体と銅の粉体を混合し、成
形して構成されたヒートシンク材１０Ｂを示す。前記金
属１４としては、銅のほかに、アルミニウムや銀を使用
することができる。

【０１３４】また、この第２の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ｂは、前記カーボン又はその同素体の粉砕
裁断材（例えば炭素繊維の粉砕裁断材）と前記金属１４
の粉体１４ａとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形
して構成することもできる。

【０１３５】そして、前記所定温度としては、プレス型
内での成形を考慮すると、前記金属１４における融点の
−１０℃〜−５０℃が好ましく、前記所定圧力として
は、１０．１３〜１０１．３２ＭＰａ（１００〜１００
０気圧）が好ましい。

【０１３６】また、前記カーボン又はその同素体の粉体
１２ａと、金属１４の粉体１４ａの平均粉末粒度は、１
μｍ〜５００μｍであることが好ましい。カーボン又は
その同素体と金属１４との体積率は、カーボン又はその
同素体が２０ｖｏｌ％〜６０ｖｏｌ％、金属１４が８０
ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％の範囲としている。これによ
り、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱
伝導率が２００〜３５０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、
熱膨張率が３×１０^-6／℃〜１４×１０^-6／℃であるヒ
ートシンク材１０Ｂを得ることができる。

【０１３７】この第２の実施の形態に係るヒートシンク
材１０Ｂにおいて、カーボン又はその同素体に、成形後
の再焼成を可能とする添加物を添加させることが好まし
い。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げ
ることができる。これにより、成形後において、前記金
属１４の融点以上の温度での再焼成が可能となる。この
場合、成形後に生じた粒同士が前記再焼成によって結合
することになるため、熱伝導を阻害する粒界をほとんど
なくすことができ、ヒートシンク材１０Ｂの熱伝導率の
向上を図ることができる。

【０１３８】また、カーボン又はその同素体中に、該カ
ーボン又はその同素体と反応する元素を添加するように
してもよい。この添加元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択
された１種以上を挙げることができる。これにより、成
形時や再焼成時に、カーボン又はその同素体の表面に反
応層（カーバイド層）が形成され、ヒートシンク材１０
Ｂの表面における粒同士の結合を向上させることができ
る。

【０１３９】一方、前記金属１４には、低融点金属、例
えばＴｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔ
ｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎｉから選択された１種以上を添加す
ることが好ましい。これにより、カーボン又はその同素
体と金属１４との界面の濡れ性が改善され、熱伝導を阻
害する粒界の発生を抑えることができる。なお、熱伝導
の観点から、前記低融点金属は前記金属１４に固溶しな
いことが好ましい。

【０１４０】また、前記金属１４に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１
種以上を添加することが好ましい。これにより、カーボ
ン又はその同素体と金属１４との反応性が向上し、この
場合も、成形時における粒界の発生を抑えることができ
る。

【０１４１】また、前記金属１４に、湯流れ性を向上さ
せるとともに残留気孔を減少させるため、固相／液相の
温度範囲が３０℃以上、望ましくは５０℃以上の元素、
例えばＳｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇから選択された１種以上を
添加することが好ましい。これにより、含浸の際のばら
つきを低減することができるとともに、残留気孔が減少
し強度の向上を図ることができる。なお、含浸圧力を上
昇させても同様の効果を得ることができる。

【０１４２】また、前記金属１４に、融点を低減させる
ための元素を添加することが好ましい。この添加元素と
しては、例えばＺｎなどがある。

【０１４３】次に、この第２の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ｂを製造するためのいくつかの方法（第３
及び第４の製造方法）を図１０〜図１４を参照しながら
説明する。

【０１４４】まず、第３の製造方法は、具体的には図１
０及び図１１にその一例を示すように、予備成形機１０
０（図１０参照）と、ホットプレス機１０２（図１１参
照）を使用することによって行われる。

【０１４５】予備成形機１００は、図１０に示すよう
に、上部開口の凹部１１０を有する金型１１２と、凹部
１１０内に挿通可能とされ、かつ、凹部１１０内の内容
物を押し下げ圧入するパンチ１１４とを有する。ケース
７０には、カーボン又はその同素体の粉体１２ａと金属
１４の粉体１４ａとを混合したもの、即ち、混合物１０
４が収容される。

【０１４６】ホットプレス機１０２は、図１１に示すよ
うに、筒状の筐体１２０内に、基台を兼ねる下パンチ１
２２と、該下パンチ１２２上に固定された上面開口の黒
鉛製の耐火容器１２４と、該耐火容器１２４内に上方か
ら進退自在とされた上パンチ１２６と、前記耐火容器１
２４を加熱するためのヒータ１２８が設けられている。
耐火容器１２４には、前記予備成形機１００で成形され
た混合物１０４の予備成形体１０６が収容される。な
お、このホットプレス機１０２には、真空引きのための
吸気管１３０が設けられている。

【０１４７】下パンチ１２２の内部には、耐火容器１２
４内を加熱するための加熱用流体や耐火容器１２４内を
冷却するための冷却用流体を流通させる通路１３２が設
けられている。

【０１４８】そして、第３の製造方法は、図１２に示す
工程を踏むことにより行われる。まず、ケース７０内に
カーボン又はその同素体の粉体１２ａと金属１４の粉体
１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た後（ステ
ップＳ４０１）、該混合物１０４が入ったケース７０を
予備成形機１００における金型１１２の凹部１１０内に
収容する（ステップＳ４０２）。その後、パンチ１１４
を凹部１１０内に圧入して混合物１０４を予備成形して
予備成形体１０６を成形する（ステップＳ４０３）。

【０１４９】次に、金型１１２から予備成形体１０６を
取り出して、該予備成形体１０６をホットプレス機１０
２における耐火容器１２４内に収容する（ステップＳ４
０４）。耐火容器１２４を密封した後、吸気管１３０を
通じて耐火容器１２４内の真空引きを行って該耐火容器
１２４内を負圧状態にする（ステップＳ４０５）。その
後、ヒータ１２８に通電して、耐火容器１２４内の温度
を金属１４の融点の−１０℃〜−５０℃にする（ステッ
プＳ４０６）。

【０１５０】所定温度に達した段階で、上パンチ１２６
を下方に移動させて、予備成形体１０６を加圧してヒー
トシンク材１０Ｂを得る（ステップＳ４０７）。その
後、加工工程等を経ることによって実際のヒートシンク
材１０Ｂとして使用される。但し、カーボン又はその同
素体と金属１４との結合力を高める元素が添加されてい
る場合には、前記加圧後に、金属１４の融点以上まで加
熱してもよい。

【０１５１】なお、カーボン又はその同素体への添加元
素や金属１４への添加元素の好ましい例については、す
でに述べたのでここではその詳細な説明を省略する。

【０１５２】このように、第３の製造方法の各工程を踏
むことにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が２００〜３５０Ｗ／ｍＫ以上であっ
て、かつ、熱膨張率が３×１０^-6／℃〜１４×１０^-6／
℃であるヒートシンク材１０Ｂを容易に得ることができ
る。

【０１５３】次に、第４の製造方法について図１３及び
図１４を参照しながら説明する。この第４の製造方法で
は、図１４に示すように、予備成形機１００は使用せず
に、ホットプレス機１０２のみを使用することによって
行われる。

【０１５４】即ち、図１３に示すように、まず、ケース
７０内にカーボン又はその同素体の粉体１２ａと金属１
４の粉体１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た
後（ステップＳ５０１）、ケース７０内の混合物１０４
を直接ホットプレス機１０２における耐火容器１２４内
に収容する（ステップＳ５０２）。耐火容器１２４を密
封した後、吸気管１３０を通じて耐火容器１２４内の真
空引きを行って該耐火容器１２４内を負圧状態にする
（ステップＳ５０３）。その後、ヒータ１２８に通電し
て、耐火容器１２４内の温度を金属１４の融点の−１０
℃〜−５０℃にする（ステップＳ５０４）。

【０１５５】所定温度に達した段階で、上パンチ１２６
を下方に移動させて、混合物１０４を加圧してヒートシ
ンク材１０Ｂを得る（ステップＳ５０５）。

【０１５６】この第４の製造方法においても、直交する
３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が２０
０〜３５０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、熱膨張率が３
×１０^-6／℃〜１４×１０^-6／℃であるヒートシンク材
１０Ｂを容易に得ることができる。

【０１５７】次に、第３の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０Ｃについて図１５を参照しながら説明する。

【０１５８】第３の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ｃは、図１５に示すように、カーボン又はその同素体
の粉体１２ｂとバインダー（結合体）等とを混合した混
合物を加圧して予備成形体及びブロック（立方体、直方
体、又は任意形状であってもよい）を成形し、さらに、
このブロックに金属を含浸させて構成している。粉体１
２ｂは、第２の実施の形態で用いたカーボン又はその同
素体の粉体１２ａと同じものでもよい。このヒートシン
ク材１０Ｃは、最終形状に近い任意の形状に作ることが
できる。

【０１５９】前記カーボン又はその同素体としては、グ
ラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することがで
きる。また、金属１４としては、銅のほかに、アルミニ
ウムや銀を使用することができる。

【０１６０】また、前記カーボン又はその同素体の粉体
１２ｂの平均粉末粒度は、１μｍ〜２０００μｍであ
り、前記粉体１２ｂが最小の長さをとる方向と、最大の
長さをとる方向で、その長さの比が１：５以下であるこ
とが好ましい。この場合、強いネットワークはないもの
の、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。従
って、後工程の加工を省略することも可能である。そし
て、カーボン又はその同素体の粉体１２ｂと金属１４と
の体積率は、カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜
８０ｖｏｌ％、金属１４が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％
の範囲が望ましい。

【０１６１】また、カーボン又はその同素体の粉体１２
ｂ中に、該カーボン又はその同素体と反応するための添
加元素を添加することが望ましい。この添加元素は第２
の実施の形態と同様に選択すればよい。

【０１６２】前記金属１４には、第１の実施の形態の場
合と同様に各添加元素を用いることが望ましい。つま
り、濡れ性改善のための添加元素、カーボン又はその同
素体と金属１４との反応性を向上させるための添加元
素、湯流れ性を向上させるための添加元素、融点を低減
させるための添加元素などである。

【０１６３】次に、第３の実施の形態の第５の製造方法
について図１６を参照しながら説明する。この第５の製
造方法では、まず、カーボン又はその同素体の粉体１２
ｂに水、バインダー（結合材）を混合させて混合物を用
意する（ステップＳ６０１）。

【０１６４】そして、その混合物を所定圧力で加圧して
予備成形体を成形する（ステップＳ６０２）。加圧装置
としてはプレス機６２（図７参照）又は予備成形機１０
０（図１０参照）を用いるとよい。

【０１６５】次に、得られた予備成形体に溶融金属１４
を含浸しやすくするために予熱処理を行う（ステップＳ
６０３）。この予熱温度は、例えば、溶融金属１４が１
２００℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は
１０００℃〜１４００℃が望ましい。この予熱処理を行
うことで、ステップＳ６０１において用いたバインダー
を除去することもできる。

【０１６６】さらに、ステップＳ６０４において、予備
成形体を焼成してブロックを成形する。焼成する方法は
第１の実施の形態と同様に行う。

【０１６７】そして、予備成形体に溶融金属１４を含浸
させる（ステップＳ６０５）。この含浸工程は、第１の
実施の形態で示した各含浸工程と同じ処理を行えばよ
い。例えば、高圧容器３０（図２参照）を使用して、第
１の製造方法（図３参照）におけるステップＳ２からス
テップＳ９の工程を行うことでヒートシンク材１０Ｃを
得ることができる。

【０１６８】この第５の製造方法によれば、ステップＳ
６０２で行う加圧処理において、粉体の圧粉状況により
熱膨張率と熱伝導率を所望の値に制御することができ
る。

【０１６９】また、得られたヒートシンク材１０Ｃは、
熱伝導率がより等方性になり、濡れ性、材料歩留まりも
向上するという特徴を持つ。

【０１７０】さらに、金属１４の方がネットワークにな
るので強度を上げることができ、残留気孔も減少させる
ことができる。

【０１７１】またさらに、ヒートシンク材１０Ｃを廉価
に製造することができる。すなわち、含浸前のブロック
は脆いためにそのままでは加工できない。しかし、粉末
予備成形品は、そのものの形状に成形しておいてから含
浸することができ、かつ、その後多少の塑性変形にも耐
えうるため、複雑形状のヒートシンク材１０Ｃを廉価に
得ることができる。

【０１７２】この第５の製造方法においても、前述の各
製造方法の場合と同様に、含浸させる金属１４に炭化物
を形成する元素を添加することで熱膨張を下げることが
できる。また、濡れ性等の改良元素を添加することによ
り含浸率を向上させることができる。

【０１７３】また、高い含浸圧力を付与した場合の方
が、含浸率が上がり、強度、熱伝導率も向上する。

【０１７４】ここで、第５の製造方法による含浸実施例
を図１７に示す。図１７の充填方法の欄で「無加圧」と
表示されているものは、上記加圧工程ステップＳ６０２
を省略して粉体を敷き詰めた混合物にそのまま金属１４
を含浸させたことを示している。また、「加圧」と表示
されているものは、粉体１０００ｃｍ³に水ガラス１０
ｃｍ³と水１００ｃｍ³を添加して圧粉し、その後予熱時
（１２００℃）に水と水ガラスを除去させて成形したも
のである。

【０１７５】次に、第３の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０の第６の製造方法について図１８を参照しなが
ら説明する。この第６の製造方法では、まず、金属を溶
解した溶融金属１４又は固液共存状態の金属（固液共存
金属）を用意する（ステップＳ７０１）。ここで、固液
共存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたも
の、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたも
のをいい、金属を加熱し直接的に半融状態にしたもの
と、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にした
ものの両方を指す。

【０１７６】次に、カーボン又はその同素体の粉体１２
ａを前記溶融金属１４または固液共存状態の金属に混合
させる（ステップＳ７０２）。

【０１７７】そして、この粉体１２ａを混合させた溶融
金属１４または固液共存金属を鋳造加工し、所望の形状
に成形することでヒートシンク材１０Ｃを得ることがで
きる（ステップＳ７０３）。

【０１７８】第６の製造方法において得られたヒートシ
ンク材１０Ｃは、第５の製造方法により作製したものと
同様の特徴を有する。

【０１７９】次に、１つの実験例（第１の実験例）を示
す。この第１の実験例は、３種類のカーボン（Ｐ、Ｍ、
Ｎ）について、含浸する金属１４の種類、添加元素の種
類、含浸方法を変えて、２方向の熱伝導率の違い、２方
向の熱膨張率の違い、２方向の曲げ強度の違い、耐水
性、添加元素の効果をそれぞれ見たものである。この実
験例の結果を図１９〜図２１に示す。また、３種類のカ
ーボン（Ｐ、Ｍ、Ｎ）の各特性を図２２に示す。

【０１８０】なお、耐水性は、デシケータ内に少量の水
とサンプルを入れ、サンプルを水に浸さずに水の雰囲気
に曝した状態にして検査した。

【０１８１】まず、含浸方法として金型プレスを用いた
場合について見てみると、熱伝導率については、添加元
素を含んだ銅合金を含浸させたものの方が純銅を含浸さ
せたものよりも全体に高くなっている。本来、純銅の方
が熱伝導率が高いが、カーボンとの濡れ性が悪く、含浸
しにくいこと、含浸後のカーボンと金属の界面で熱伝導
率が低下することなどが原因と考えられる。

【０１８２】また、純アルミを含浸させたものは、カー
バイドを生成する効果とカーボンに対する濡れ性が高い
ため、純銅を含浸させた場合よりも熱伝導率の高いもの
が得られるが、添加元素を含む銅合金を含浸させたもの
の方が熱伝導率が高くなっている。

【０１８３】しかし、含浸方法としてガス加圧を用いた
場合は、金型プレスによる場合よりも熱伝導率が高くな
っており、ガス加圧によって純銅を含浸させたものの熱
伝導率は、添加元素を含んだ銅合金を含浸させたものと
ほぼ同じになっている。図２３に、図１９〜図２１に示
す実験結果のうち、金型プレスによる場合とガス加圧に
よる場合の各代表例を抽出して示す。

【０１８４】これは、ガス加圧の方が予熱温度及び溶湯
温度の制御がやりやすいためである。もちろん、金型プ
レスにおいても、設備上の工夫をすることで同レベルの
含浸特性（熱伝導率が高くなる）を得ることができる。

【０１８５】熱膨張率については、すべてのカーボンに
おいて、純銅を含浸させたもの、銅合金を含浸させたも
の、純アルミを含浸させたもので違いはなく、含浸方法
によっても違いはなかった。

【０１８６】また、濡れ性を向上させる添加元素を含む
銅合金を含浸させたものは、耐水性が良好であり、カー
バイドの生成が容易になる添加元素を含む銅合金を含浸
させたものは、カーボンのみよりも曲げ強度が向上して
いることがわかる。

【０１８７】また、これら各サンプルは、面方向と厚さ
方向の熱伝導率の比が１：５以下となっており、ほとん
ど等方性に近い特性を有するため、ヒートシンクとして
使用する場合に、設置方向をいちいち考慮する必要がな
く、実装面で有利となる。

【０１８８】さらに、２つの実験例（第２及び第３の実
験例）を示す。これらの実験例は、第１の実施の形態に
おける、カーボンに金属を含浸させる含浸工程で、容器
内を含浸加圧する際の含浸圧力を変えて、残留気孔、密
度、均質化、圧縮強度、及び直交する２つの面方向にお
ける熱伝導率の違いをそれぞれ見たものである。

【０１８９】第２の実験例は、含浸圧力を２６．７ＭＰ
ａ（２７２ｋｇｆ／ｃｍ²）、及び１５６．０ＭＰａ
（１５９２ｋｇｆ／ｃｍ²）で行った。この実験例の結
果を図２４に示す。

【０１９０】図２４は、縦軸に気孔率（□で示す）、及
び密度（○で示す）をとって、横軸に含浸圧力をとり、
プロットしたものである。気孔率のプロットを□で示
し、密度のプロットを○で示す。この実験結果から高い
含浸圧力を付与した場合の方が、密度は大きくなり、し
かも気孔率は減少していることがわかる。

【０１９１】また、カーボンの圧縮強度（規格：ＪＩＳ
Ｒ１６０８ファインセラミックスの圧縮強さ試験
方法）は面方向で２４．５〜３４．３ＭＰａ（２５０〜
３５ｋｇｆ／ｃｍ²）、厚さ方向で３４．３〜４４．１
ＭＰａ（３５０〜４５０ｋｇｆ／ｃｍ²）なので、この
実験から、上記含浸工程ではカーボンの圧縮強度の４〜
５倍の含浸圧力を付与した場合でも製造上問題のないこ
とが確認できた。

【０１９２】第３の実験例は、含浸圧力を２６．７ＭＰ
ａ（２７２ｋｇｆ／ｃｍ²）、及び６０．０ＭＰａ（６
１２ｋｇｆ／ｃｍ²）で行った。この実験例の結果を図
２５〜図２９に示す。

【０１９３】図２５は縦軸に測定密度をとって、横軸に
各ロットの密度平均をとりプロットしたものである。

【０１９４】この図２５から、含浸圧力を高くした方が
ロットごとの密度平均のばらつきが小さいことが分か
る。

【０１９５】図２６〜図２８は、横軸に含浸圧力をとっ
て、縦軸にはそれぞれ、厚さ方向の熱伝導率、圧縮強
度、及び密度をとってプロットしたものである。これら
の図２６〜図２８から、高い含浸圧力を付与した場合の
方が、各特性とも値が向上してることがわかる。

【０１９６】図２９は、直交する２つの面方向での熱伝
導率の違いをプロットしたものである。一方をＸ方向と
して横軸にとり、もう一方をＹ方向として縦軸にとっ
た。この図２９から、高い含浸圧力を付与した場合の方
が、面方向でのばらつきが少ないことがわかる。

【０１９７】前記第２及び第３の実験例では、含浸圧力
を高くしたことで、金属１４の含浸量が増えたことによ
り、各効果を奏したものと考えられる。

【０１９８】さらに、別の２つの実験例（第４及び第５
の実験例）を示す。この第４及び第５の実験例は、第４
の実施の形態において、カーボンに金属１４を含浸させ
る含浸工程で、含浸加圧する際の含浸圧力と、金属１４
に添加する元素とを変えて、残留気孔の変化をそれぞれ
見たものである。

【０１９９】第４の実験例は、含浸金属にＣｕ０．１Ｎ
ｂを採用し、含浸圧力を加えない元素材と、２７ＭＰ
ａ、４８ＭＰａ、及び６０ＭＰａを加圧した場合で行っ
た。この実験例の結果を図３１に示す。

【０２００】図３１は横軸に気孔径、縦軸に残留気孔容
積をとり、各含浸圧力の場合における違いを見たもので
ある。この図３１から、含浸圧力を上げることで含浸後
の残留気孔率が減少していることが分かる。

【０２０１】第５の実験例は、含浸させる金属に元素を
添加しない元素材と、Ｃｕ５Ｓｉを添加した場合及びＣ
ｕ０．１Ｎｂを添加した場合であり、含浸圧力について
は２７ＭＰａの場合と４３ＭＰａの場合で実験した。こ
の実験例の結果を図３２に示す。

【０２０２】図３２における元素材は、図３１における
元素材と同条件であるので、それぞれの波形はほぼ同じ
形状になっている。

【０２０３】添加した元素のＣｕ５Ｓｉは、固相／液相
温度範囲が３０℃以上あるので、Ｃｕ０．１Ｎｂに比べ
て湯流れ性（濡れ性）がよい。その結果、Ｃｕ５Ｓｉを
添加したものの方が残留気孔が減少していることが分か
る。また、含浸圧力を上げた方が含浸後の残留気孔が減
少する傾向がみられるが、これは図３１と同じ傾向とい
える。また、残留気孔が減少することにより強度の向上
を図ることができる。

【０２０４】次に、カーボン又はその同素体に代えて、
ＳｉＣを多孔質焼結体として利用する場合について説明
する。

【０２０５】ＳｉＣに濡れ性改善のための添加剤を入れ
るには、金属の成分に５％までの範囲で、Ｂｅ、Ａｌ、
Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｉから選択された１種以上の添加
元素を含むことが好ましい。これらの元素は、カーボン
を多孔質焼結体として利用した場合とは異なるので注意
する。

【０２０６】そして、ＳｉＣと金属１４との濡れ性の向
上を図って、ＳｉＣに予め１〜１０ｖｏｌ％、望ましく
は３〜５ｖｏｌ％のＮｉめっきを施すことが好ましい。
この場合、低圧力での含浸を実現させることができる。
ここでいう、Ｎｉめっきとしては、予熱時に溶融しない
めっき処理が望ましく、例えばＮｉ−Ｐ−Ｗのめっきや
Ｎｉ−Ｂ−Ｗのめっき等が含まれる。

【０２０７】また、ＳｉＣと金属１４との濡れ性の向上
を図って、ＳｉＣに予めＳｉを１〜１０ｖｏｌ％、望ま
しくは３〜５ｖｏｌ％含浸させることが好ましい。この
場合も低圧力での含浸を実現させることができる。

【０２０８】そして、前記ＳｉＣに予め１〜１０ｖｏｌ
％のＮｉめっきを施す、あるいは、予めＳｉを１〜１０
ｖｏｌ％含浸させることに関連して、ＳｉＣに予めパラ
ジウムめっきを施すようにしてもよい。この場合、前記
パラジウムめっきに加えて、ＮｉやＳｉとの複合めっき
を施すことも可能である。

【０２０９】また、ＳｉＣと金属１４は高温において反
応が生じ、該ＳｉＣがＳｉとＣに分解されて本来の機能
が発揮されなくなる。このため、ＳｉＣと金属１４とが
高温で直接接触する時間を短縮することが必要である。
第１の処理条件（高圧容器３０に付与する圧力＝０．９
８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ²）以上、９８ＭＰａ（１
０００ｋｇｆ／ｃｍ²）以下）、第２の処理条件（加熱
温度＝金属１４の融点より３０℃〜２５０℃高い温度）
又は第３の処理条件（ＳｉＣに予め１〜１０ｖｏｌ％の
Ｎｉめっきを施す）を満足させることにより、ＳｉＣと
金属１４との接触時間を短くすることができるため、前
記のようなＳｉＣの分解反応を事前に回避することがで
きる。

【０２１０】また、ＳｉＣと金属１４とは濡れ性が悪い
ことから、金属１４を十分に含浸させるには高圧力をか
けることが必要である。第３の処理条件（ＳｉＣに予め
１〜１０ｖｏｌ％のＮｉめっきを施す）、又は第４の処
理条件（ＳｉＣに予めＳｉを１〜１０ｖｏｌ％含浸させ
る）を行うことによりＳｉＣの気孔表面が改質され、Ｓ
ｉＣと金属１４との濡れ性が良好となるため、より低圧
力でより細かい気孔にまで金属１４を含浸させることが
できる。

【０２１１】ここで、さらに別の実験例（第６の実験
例）を示す。この第６の実験例は、ＳｉＣの気孔率、気
孔径、Ｎｉめっきの有無、Ｓｉ含浸の有無、含浸温度、
加圧力、加圧時間、冷却速度を適宜変えて、そのときの
ＳｉＣ／Ｃｕの反応状況とＣｕの含浸状況の違いをみた
ものである。その実験結果を図３０の表図に示す。この
図３０において、ＳｉＣ／Ｃｕの反応状況は、ＳｉＣと
Ｃｕとの間に形成された反応層の厚み（平均値）によっ
て決定させた。その決定条件は、以下の通りである。ま
た、この決定条件の根拠は、ＳｉＣとＣｕとの間に５μ
ｍ以上の反応層が生じると、ＳｉＣとＣｕ間の熱伝達が
悪化し、半導体ヒートシンク用複合材料とした場合の熱
伝導率が低下するからである。

【０２１２】・反応層の厚み（平均）が１μｍ以下 →
「反応無し」・反応層の厚み（平均）が１μｍを超え５μｍ以下 →
「反応少」・反応層の厚み（平均）が５μｍを超える → 「反応
大」

【０２１３】この実験結果から、ＳｉＣの気孔率、気孔
径、含浸温度、加圧力、加圧時間及び冷却速度について
それぞれ所定範囲を満足するもの（サンプル３、７、
８、１１及び１２）については、いずれもＳｉＣ／Ｃｕ
の反応状況が「反応無し」で、かつＣｕの含浸状況が良
好となっており、良好な結果が得られている。

【０２１４】これらサンプルのうち、サンプル３、７、
１１及び１２については、ＮｉめっきあるいはＳｉ含浸
を行っているため、Ｃｕとの濡れ性が良好となり、加圧
時間を短くしても前記のように良好な結果が得られた。
また、サンプル８については、Ｎｉめっき及びＳｉ含浸
を行っていないが、加圧力を高くしたことによって、加
圧時間を短くすることが可能となり、前記のように良好
な結果が得られた。

【０２１５】一方、加圧力が前記所定範囲よりも低い
０．７８ＭＰａ（８ｋｇｆ／ｃｍ²）であるサンプル
１、５及び９については、Ｃｕの含浸状況がいずれも不
十分となっており、これらサンプルのうち、加圧時間が
長いものについては（サンプル１及び５）、ＳｉＣ／Ｃ
ｕの反応状況が「反応大」となっている。

【０２１６】なお、サンプル６について、ＳｉＣ／Ｃｕ
の反応状況が「反応少」にも拘わらず含浸状況が不十分
となっているのは、気孔率及び気孔径がそれぞれ所定範
囲を満たしていないからと考えられ、サンプル１４につ
いて、含浸状況が良好であるにも拘わらずＳｉＣ／Ｃｕ
の反応状況が「反応大」となっているのは、気孔径が所
定範囲よりも大きく、加圧時間が比較的長いからと考え
られる。

【０２１７】次に、多孔質焼結体にＳｉＣを利用した実
施の形態について説明する。まず、前記第１の実施の形
態（第１の製造方法、第１の変形例、第２の変形例、及
び第２の製造方法）において、ＳｉＣを利用する場合
は、グラファイトを焼成して多孔質焼結体を作製する工
程（ステップＳ１、ステップＳ１０１、ステップＳ２０
１、ステップＳ３０１、及びステップＳ３０２）は不要
であり、その後のステップでは同じ工程で製造すること
ができる。

【０２１８】さらに、多孔質焼結体にＳｉＣを利用した
実施の形態として、第４の実施の形態に係る製造方法
（第７の製造方法）について、図３３〜図３６を参照し
ながら説明する。

【０２１９】この第７の製造方法は、具体的には図３３
にその一例を示すように、ホットプレス機１０６０を使
用することによって行われる。このホットプレス機１０
６０は、前記第２の実施の形態で説明したホットプレス
機１０２とほぼ同じ構造であるが、便宜上、図を分けて
説明する。

【０２２０】このホットプレス機１０６０は、筒状の筐
体１０６２内に、基台を兼ねる下パンチ１０６４と、該
下パンチ１０６４上に固定された上面開口の耐火容器１
０６６と、該耐火容器１０６６内に上方から進退自在と
された上パンチ１０６８と、前記耐火容器１０６６を加
熱するためのヒータ１０７０が設けられている。なお、
このホットプレス機１０６０には、真空引きのための吸
気管１０７２が設けられている。

【０２２１】前記耐火容器１０６６は、中空部１０７４
を有する筒状の形状を有する。上パンチ１０６８は、そ
の側面に、該上パンチ１０６８の行程（ストローク）を
決定するフランジ部１０７６が設けられ、該フランジ部
１０７６の下面には、前記耐火容器１０６６の上周面と
接触して耐火容器１０６６を密閉状態にするためのパッ
キン１０７８が取り付けられている。一方、下パンチ１
０６４の内部には、耐火容器１０６６内を加熱するため
の加熱用流体や耐火容器１０６６内を冷却するための冷
却用流体を流通させる通路１０８０が設けられている。

【０２２２】そして、第７の製造方法は、図３４に示す
工程を踏むことにより行われる。

【０２２３】まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４
内に、下からＳｉＣ１０２０、多孔質セラミック製のフ
ィルタ１０５４、金属１４の塊の順で投入する（ステッ
プＳ１３０１）。フィルタ１０５４としては、気孔率が
４０％〜９０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍ
ｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、
より好ましくは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径
が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を
用いることが望ましい。

【０２２４】また、前記フィルタ１０５４は、ＳｉＣ１
０２０と金属１４の塊とを仕切って両者を非接触状態に
おく仕切板としての機能を果たし、中空部１０７４のう
ち、フィルタ１０５４上の金属１４の塊がセットされた
部分を上室１０７４ａ、フィルタ１０５４下のＳｉＣ１
０２０がセットされた部分を下室１０７４ｂとして定義
することができる。

【０２２５】次に、耐火容器１０６６を密封した後、吸
気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを
行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び１０７
４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１３０２）。

【０２２６】その後、ヒータ１０７０に通電して上室１
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１３
０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。

【０２２７】上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１３０４）。このとき、上パンチ１０
６８のフランジ部１０７６に取り付けられたパッキン１
０７８と耐火容器１０６６の上周面との接触及び互いの
押圧により、耐火容器１０６６が密封され、内部の溶融
金属が耐火容器１０６６の外に漏れるという不都合が有
効に防止される。

【０２２８】所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１
４の溶解物（溶融金属）は上室１０７４ａ内の圧力によ
ってフィルタ１０５４を通して下室１０７４ｂ側に押し
出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時に、該
下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に含浸さ
れる。

【０２２９】時間管理によって予め設定されている終点
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火
容器１０６６を下方から上方に向かって冷却させること
により（ステップＳ１３０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸
された溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで
上パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１
０６６内の加圧状態は保持される。

【０２３０】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１３０６）。

【０２３１】この製造方法においては、ＳｉＣ１０２０
と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１４を溶
融した後、速やかにＳｉＣ１０２０に接触させ、かつ、
これらを加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷却操作
完了時まで保持するようにしたので、ＳｉＣ１０２０に
金属１４を効率的に含浸することができる。前記例では
含浸処理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で行って
もよい。

【０２３２】このように、溶融金属１４とＳｉＣ１０２
０を共に加圧下においた後に、互いに接触させて、含浸
処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の圧力
低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加
圧状態を良好に保持させることができる。

【０２３３】前記例では、溶融金属１４の漏れを防止す
るために、上パンチ１０６８におけるフランジ部１０７
６の下面にパッキン１０７８を設けるようにしたが、図
３３の二点鎖線で示すように、耐火容器１０６６の上周
面にパッキン１０７８を設けるようにしてもよい。ま
た、図３５Ａに示すように、リング状の割型パッキン１
１００を２枚重ねにしたパッキン部材１１０２を、図３
６に示すように、上パンチ１０６８の下部に設けるよう
にしてもよい。この場合、パッキン部材１１０２の中空
部１１０４に溶融金属が入り込むことにより各割型パッ
キン１１００の直径が拡大し、結果的に上室１０７４ａ
が密封されて溶融金属１４の漏れが防止されることにな
る。

【０２３４】次に、第７の製造方法の変形例について図
３７及び図３８を参照しながら説明する。なお、図３３
と対応する構成要素については同符号を付してその重複
説明を省略する。

【０２３５】この変形例に係る製造方法においては、ホ
ットプレス機１０６０として、図３７に示すように、耐
火容器１０６６における中空部１０７４の高さ方向中央
部に多孔質セラミックスにて構成されたフィルタ部材１
１１０が固着され、下室１０７４ｂの側面に扉１１１２
が開閉自在に取り付けられたものが使用される。従っ
て、耐火容器１０６６の中空部１０７４のうち、フィル
タ部材１１１０よりも上の部分が上室１０７４ａとな
り、フィルタ部材１１１０よりも下の部分が下室１０７
４ｂとなる。特に、下室１０７４ｂに取り付けられた扉
１１１２に関しては、該扉１１１２を閉じたときに下室
１０７４ｂが密封されるような構造が採用される。

【０２３６】そして、この変形例に係る製造方法は、図
３８に示す工程を踏むことにより行われる。

【０２３７】まず、耐火容器１０６６の上室１０７４ａ
内に金属１４の塊を投入し、下室１０７４ｂの扉１１１
２を開いて該下室１０７４ｂ内にＳｉＣ１０２０を投入
する（ステップＳ１４０１）。

【０２３８】次に、扉１１１２を閉じて下室１０７４ｂ
を密封し、さらにホットプレス機１０６０を密封した
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び
１０７４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１４０
２）。

【０２３９】その後、ヒータ１０７０に通電して上室１
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１４
０３）。この場合も前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。

【０２４０】上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１４０４）。

【０２４１】所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１
４の溶解物（溶融金属）は上室１０７４ａ内の圧力によ
ってフィルタ部材１１１０を通して下室１０７４ｂ側に
押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時
に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に
含浸される。

【０２４２】時間管理によって予め設定されている終点
となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の
通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を
下方から上方に向かって冷却させることにより（ステッ
プＳ１４０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属
１４を凝固させる。

【０２４３】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１４０６）。

【０２４４】この変形例に係る製造方法においても、第
７の製造方法と同様に、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効
率的に含浸することができる。また、この変形例でも、
溶融金属１４とＳｉＣ１０２０を共に加圧下においた後
に、互いに接触させて、含浸処理を行うようにしている
ため、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にするこ
とができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持さ
せることができる。なお、この変形例では、負圧下で含
浸処理を行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。

【０２４５】さらに、多孔質焼結体にＳｉＣを利用した
実施の形態として、第５の実施の形態に係る製造方法
（第８の製造方法）について、図３９及び図４０を参照
しながら説明する。なお、図３３と対応する構成要素に
ついては同符号を記してその重複説明を省略する。

【０２４６】この第８の製造方法は、前記第４の実施の
形態に係る製造方法と原理的にはほぼ同じであるが、含
浸工程において、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを負圧下
又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記金属１４を溶
融する点で異なる。

【０２４７】具体的には、図３３に示した第３の実施の
形態に係る製造方法にて使用されるホットプレス機１０
６０の耐火容器１０６６内にフィルタ１０５４を投入せ
ずに、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の順に投入する
点で異なる。

【０２４８】そして、第５の実施の形態に係る製造方法
は、図４０に示す工程を踏むことにより行われる。

【０２４９】まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４
内に、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の塊の順に投入
する（ステップＳ１５０１）。

【０２５０】次に、ホットプレス機１０６０を密封した
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６内を負圧状態にする
（ステップＳ１５０２）。

【０２５１】その後、ヒータ１０７０に通電して耐火容
器１０６６内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１
５０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併
せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を
流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしても
よい。

【０２５２】耐火容器１０６６内の金属１４の溶解物
（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０
６８を下方に移動させて耐火容器１０６６内を所定圧ま
で加圧する（ステップＳ１５０４）。

【０２５３】所定圧になった金属１４の溶解物（溶融金
属）は耐火容器１０６６内の圧力によってＳｉＣ１０２
０に含浸される。

【０２５４】時間管理によって予め設定されている終点
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属の含浸が飽和状態とさ
れた時点）となった段階において、今度は、下パンチ１
０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器
１０６６を下方から上方に向かって冷却することにより
（ステップＳ１５０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された
溶融金属を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ１
０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１０６６内の
加圧状態は保持される。

【０２５５】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１５０６）。

【０２５６】この第８の製造方法においても、ＳｉＣ１
０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１
４とＳｉＣ１０２０とを接触させた状態で金属１４を溶
融した後、耐火容器１０６６内を加圧状態とし、さらに
その加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにした
ので、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸するこ
とができる。

【０２５７】なお、この発明に係るヒートシンク材及び
その製造方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明
の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ること
はもちろんである。

【０２５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒー
トシンク材によれば、実際の電子部品（半導体装置を含
む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに
適合した特性を得ることができる。

【０２５９】また、本発明に係るヒートシンク材の製造
方法によれば、実際の電子部品（半導体装置を含む）等
で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに適合し
た特性を有するヒートシンク材を容易に製造することが
でき、高品質のヒートシンクの生産性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るヒートシンク材の構成
を示す斜視図である。

【図２】図２Ａは第１の製造方法で使用される高圧容器
の正面を一部破断して示す図であり、図２Ｂは前記高圧
容器の側面を一部破断して示す図である。

【図３】第１の製造方法を示す工程ブロック図である。

【図４】第１の製造方法の第１の変形例を示す工程ブロ
ック図である。

【図５】第１の製造方法の第２の変形例を示す工程ブロ
ック図である。

【図６】第２の製造方法で使用される炉を示す構成図で
ある。

【図７】第２の製造方法で使用されるプレス機を示す構
成図である。

【図８】第２の製造方法を示す工程ブロック図である。

【図９】第２の実施の形態に係るヒートシンク材の構成
を示す斜視図である。

【図１０】第３の製造方法で使用される予備成形機を示
す構成図である。

【図１１】第３の製造方法で使用されるホットプレス機
を示す構成図である。

【図１２】第３の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図１３】第４の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図１４】第４の製造方法で使用されるホットプレス機
を示す構成図である。

【図１５】第３の実施の形態に係るヒートシンク材の構
成を示す斜視図である。

【図１６】第５の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図１７】第５の製造方法に係るヒートシンク材の特性
を示す図表である。

【図１８】第６の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図１９】カーボンＰにおける実験例の結果を示す図表
である。

【図２０】カーボンＭにおける実験例の結果を示す図表
である。

【図２１】カーボンＮにおける実験例の結果を示す図表
である。

【図２２】カーボンＰ、Ｍ、Ｎの特性を示す図表であ
る。

【図２３】実験結果のうち、金型プレスによる場合とガ
ス加圧による場合の各代表例を抽出して示す図表であ
る。

【図２４】含浸圧力に対する気孔率及び密度の変化を示
す特性図である。

【図２５】各ロットの測定密度と密度平均との関係を示
す特性図である。

【図２６】含浸圧力に対する熱伝導率の変化を示す特性
図である。

【図２７】含浸圧力に対する圧縮強度の変化を示す特性
図である。

【図２８】含浸圧力に対する密度の変化を示す特性図で
ある。

【図２９】含浸圧力に対する熱伝導率の変化を示す特性
図である。

【図３０】ＳｉＣの気孔率、気孔径、Ｎｉめっきの有
無、Ｓｉ含浸の有無、含浸温度、加圧力、加圧時間、冷
却速度を適宜変えたときのＳｉＣ／Ｃｕの反応状況とＣ
ｕの含浸状況の違いを示す表図である。

【図３１】含浸圧力に対する残留気孔の変化を示す特性
図である。

【図３２】添加元素に対する残留気孔の変化を示す特性
図である。

【図３３】第７の製造方法に使用されるホットプレス機
を示す概略構成図である。

【図３４】第７の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【図３５】図３５Ａはパッキン部材を示す平面図であ
り、図３５Ｂは図３５ＡにおけるＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶ
Ｂ線上の断面図である。

【図３６】第７の製造方法に使用されるホットプレス機
の他の例を示す概略構成図である。

【図３７】第７の製造方法の変形例に使用されるホット
プレス機を示す概略構成図である。

【図３８】第７の製造方法の変形例を示す工程ブロック
図である。

【図３９】第８の製造方法に使用されるホットプレス機
を示す概略構成図である。

【図４０】第８の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ヒートシンク材１２…多孔質焼結体１２ａ、１２ｂ…カーボン又はその同素体の粉体１４…金属１４ａ…金属の粉体３０…高圧容器４０、１２４、１０
６６…耐火容器６０…炉６２…プレス機７０…ケース８２、１１２…金型８４、１１４…パンチ８６…溶湯１００、１０６…予備成形機１０２、１０６０…
ホットプレス機１０４…混合物１２２…下パンチ、
１０６４１２６、１０６８…上パンチ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/05 ＥＰ 1/10 Ｅ 1/10 ＧＨ０１Ｌ 23/36 Ｍ (72)発明者鈴木健愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者中山信亮愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者竹内広幸愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者安井誠二愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA02 AA04 AA15 AB07 AC01 AD17 DA19 EA06 FA35 KA32 4K020 AA22 AA24 AC01 AC04 AC05 BA02 BB23 BB26 BB29 5F036 AA01 BB01 BD01 BD11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カーボン又はその同素体と、金属とを含
み、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導
率が１６０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とするヒート
シンク材。
【請求項２】請求項１記載のヒートシンク材において、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導
率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、熱膨張率が１×１０^-6／℃〜１０×１０^-6／℃であるこ
とを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３】請求項１記載のヒートシンク材において、前記同素体がグラファイトであることを特徴とするヒー
トシンク材。
【請求項４】請求項１記載のヒートシンク材において、前記同素体がダイヤモンドであることを特徴とするヒー
トシンク材。
【請求項５】請求項１記載のヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体として、熱伝導率が１００
Ｗ／ｍＫ以上のものが使用されていることを特徴とする
ヒートシンク材。
【請求項６】請求項１、３又は５のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体を焼成してネットワーク化
することによって得られる多孔質焼結体に前記金属が含
浸されて構成されていることを特徴とするヒートシンク
材。
【請求項７】請求項６記載のヒートシンク材において、前記多孔質焼結体の気孔率が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ
％であって、平均気孔径が０．１μｍ〜２００μｍであ
ることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項８】請求項６又は７記載のヒートシンク材にお
いて、前記カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、
前記カーボン又はその同素体が５０ｖｏｌ％〜８０ｖｏ
ｌ％、金属が５０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲である
ことを特徴とするヒートシンク材。
【請求項９】請求項６〜８のいずれか１項に記載のヒー
トシンク材において、前記カーボン又はその同素体に、該カーボン又はその同
素体を焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物が添加
されていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項１０】請求項９記載のヒートシンク材におい
て、前記閉気孔率を低減させる添加物が、ＳｉＣ及び／又は
Ｓｉであることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項１１】請求項１、３又は５のいずれか１項に記
載のヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体の粉体に、水又は結合材を
混合し、所定圧力下で成形された予備成形体に、前記金
属が含浸されて構成されていることを特徴とするヒート
シンク材。
【請求項１２】請求項１１記載のヒートシンク材におい
て、前記カーボン又はその同素体の粉体の平均粉末粒度が１
μｍ〜２０００μｍであり、前記粉体が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる
方向で、その長さの比が１：５以下であることを特徴と
するヒートシンク材。
【請求項１３】請求項１１又は１２記載のヒートシンク
材において、前記カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、
前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏ
ｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲である
ことを特徴とするヒートシンク材。
【請求項１４】請求項１、３又は５のいずれか１項に記
載のヒートシンク材において、前記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記
カーボン又はその同素体の粉体を混合し、鋳造成形され
て構成されていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項１５】請求項６〜１４のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、閉気孔率が１２ｖｏｌ％以下であることを特徴とするヒ
ートシンク材。
【請求項１６】請求項６〜１５のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属に、界面の濡れ性改善のための元素が添加され
ていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項１７】請求項１６記載のヒートシンク材におい
て、前記界面の濡れ性改善のための添加元素がＴｅ、Ｂｉ、
Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎ
ｉから選択された１種以上であることを特徴とするヒー
トシンク材。
【請求項１８】請求項６〜１７のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属に、前記カーボン又はその同素体との反応性を
向上させるための元素が添加されていることを特徴とす
るヒートシンク材。
【請求項１９】請求項１８記載のヒートシンク材におい
て、前記カーボン又はその同素体との反応性を向上させるた
めの添加元素がＮｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上であることを特徴
とするヒートシンク材。
【請求項２０】請求項６〜１９のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属に、湯流れ性を向上させるため、固相／液相の
温度範囲が３０℃以上の元素が添加されていることを特
徴とするヒートシンク材。
【請求項２１】請求項２０記載のヒートシンク材におい
て、前記添加元素がＳｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇから選択された１
種以上であることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項２２】請求項６〜２１のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属に、融点を低減させるための元素が添加されて
いることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項２３】請求項２２記載のヒートシンク材におい
て、前記添加元素がＺｎなどであることを特徴とするヒート
シンク材。
【請求項２４】請求項６〜２３のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属に、熱伝導率を向上させるための元素が添加さ
れていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項２５】請求項２４記載のヒートシンク材におい
て、前記金属に、前記熱伝導率を向上させるための元素を添
加し、熱処理、加工及びカーボンとの反応後、偏析等に
よって得られる合金の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であ
ることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項２６】請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒ
ートシンク材において、前記カーボン又はその同素体の粉体と前記金属の粉体と
を混合し、所定圧力下で成形されて構成されていること
を特徴とするヒートシンク材。
【請求項２７】請求項２６記載のヒートシンク材におい
て、前記カーボン又はその同素体の粉体と前記金属の粉体の
平均粉末粒度が１μｍ〜５００μｍであることを特徴と
するヒートシンク材。
【請求項２８】請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒ
ートシンク材において、前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の
粉体とを混合し、所定温度、所定圧力下で成形されて構
成されていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項２９】請求項２６〜２８のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、
前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜６０ｖｏ
ｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％の範囲である
ことを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３０】請求項２６〜２９のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、熱膨張
率が８×１０^-6／℃〜１４×１０^-6／℃であることを特
徴とするヒートシンク材。
【請求項３１】請求項２６〜３０のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体に、成形後の再焼成を可能
とする添加物が添加されていることを特徴とするヒート
シンク材。
【請求項３２】請求項３１記載のヒートシンク材におい
て、前記成形後の再焼成を可能とする添加物が、ＳｉＣ及び
／又はＳｉであることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３３】請求項２６〜３２のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記金属に、界面の濡れ性改善のための低融点金属が添
加されていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３４】請求項３３記載のヒートシンク材におい
て、前記低融点金属がＴｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌ
ｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｎｉから選択され
た１種以上であることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３５】請求項２６〜３４のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記金属に、前記カーボン又はその同素体との反応性を
向上させるための元素が添加されていることを特徴とす
るヒートシンク材。
【請求項３６】請求項３５記載のヒートシンク材におい
て、前記カーボン又はその同素体との反応性を向上させるた
めの添加元素がＮｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｔａ、
Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上であることを特徴
とするヒートシンク材。
【請求項３７】請求項２６〜３６のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記金属に、湯流れ性を向上させるため、固相／液相の
温度範囲が３０℃以上の元素が添加されていることを特
徴とするヒートシンク材。
【請求項３８】請求項３７記載のヒートシンク材におい
て、前記添加元素がＳｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇから選択された１
種以上であることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項３９】請求項２６〜３８のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、前記金属に、融点を低減させるための元素が添加されて
いることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項４０】請求項３９記載のヒートシンク材におい
て、前記添加元素がＺｎなどであることを特徴とするヒート
シンク材。
【請求項４１】請求項１〜４０のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記カーボン又はその同素体の表面に、カーバイド層が
形成されていることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項４２】請求項４１記載のヒートシンク材におい
て、前記カーバイド層の形成は、少なくとも前記カーボン又
はその同素体と添加元素との反応に基づくものであるこ
とを特徴とするヒートシンク材。
【請求項４３】請求項４２記載のヒートシンク材におい
て、前記添加元素が、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｂｅ、Ｔａ、Ｖ、Ｂ、Ｍｎから選択された１種以上であ
ることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項４４】請求項１〜４３のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、前記金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇから選択された少なくと
も１種であることを特徴とするヒートシンク材。
【請求項４５】請求項１〜４４のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、最小の熱伝導率をとる方向と、最大の熱伝導率をとる方
向で、熱伝導率の比が１：５以下であることを特徴とす
るヒートシンク材。
【請求項４６】カーボン又はその同素体を焼成してネッ
トワーク化することによって多孔質焼結体を作製する焼
成工程と、金属を前記多孔質焼結体中に含浸させる含浸工程と、少なくとも前記金属が含浸された前記多孔質焼結体を冷
却する冷却工程とを有することを特徴とするヒートシン
ク材の製造方法。
【請求項４７】請求項４６記載のヒートシンク材の製造
方法において、前記焼成工程は、容器内に前記カーボン又はその同素体
を入れ、該容器内を加熱することにより、前記カーボン
又はその同素体による多孔質焼結体を作製することを特
徴とするヒートシンク材の製造方法。
【請求項４８】請求項４６又は４７記載のヒートシンク
材の製造方法において、前記含浸工程は、容器内に入れられた前記金属の溶湯に
前記多孔質焼結体を浸漬し、前記容器内に含浸用ガスを
導入して前記容器内を加圧することにより、前記溶湯を
多孔質焼結体中に含浸させることを特徴とするヒートシ
ンク材の製造方法。
【請求項４９】請求項４８記載のヒートシンク材の製造
方法において、前記加圧力が、前記カーボン又はその同素体による多孔
質焼結体の圧縮強度の４〜５倍以下であることを特徴と
するヒートシンク材の製造方法。
【請求項５０】請求項４９記載のヒートシンク材の製造
方法において、前記加圧力が、１．０１〜２０２ＭＰａ（１０〜２００
０気圧）であることを特徴とするヒートシンク材の製造
方法。
【請求項５１】請求項４６〜５０のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、前記冷却工程は、前記容器内の前記含浸用ガスを抜き、
速やかに冷却用ガスを導入して前記容器内を冷却するこ
とを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
【請求項５２】請求項４６〜５１のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、前記焼成工程は、ケース内に前記カーボン又はその同素
体を収容する工程と、前記ケース内を予熱して、前記カ
ーボン又はその同素体による多孔質焼結体を作製する工
程とを有し、前記含浸工程は、プレス機の金型に前記ケースを収容す
る工程と、前記ケース内に前記金属の溶湯を注湯する工
程と、前記プレス機のパンチで前記溶湯を押し下げ圧入
して前記ケース内の前記多孔質焼結体中に前記溶湯を含
浸させる工程とを有することを特徴とするヒートシンク
材の製造方法。
【請求項５３】請求項５２記載のヒートシンク材の製造
方法において、前記パンチによる圧入時の圧力が、前記カーボン又はそ
の同素体による多孔質焼結体の圧縮強度の４〜５倍以下
であることを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
【請求項５４】請求項５３記載のヒートシンク材の製造
方法において、前記パンチによる圧入時の圧力が、１．０１〜２０２Ｍ
Ｐａ（１０〜２０００気圧）であることを特徴とするヒ
ートシンク材の製造方法。
【請求項５５】請求項５３又は５４記載のヒートシンク
材の製造方法において、前記金型として、前記多孔質焼結体に残存するガスを抜
くためのガス抜き孔、又は、ガスを抜くための隙間部が
形成された金型を用いることを特徴とするヒートシンク
材の製造方法。
【請求項５６】請求項４６〜５５のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、前記冷却工程は、前記多孔質焼結体に前記金属が含浸さ
れた前記ヒートシンク材を、冷却ガスの吹き付けもしく
は冷却水が供給されている冷却ゾーン又は冷却用金型で
冷却することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
【請求項５７】カーボン又はその同素体の粉体に、水又
は結合材を混合する工程と、前記混合物を所定圧力下で予備成形体を成形する工程
と、金属を前記予備成形体中に含浸させる含浸工程とを有す
ることを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
【請求項５８】金属が溶解した液体状態又は固液共存状
態に、カーボン又はその同素体の粉体を混合する工程
と、前記混合物を鋳造成形する工程とを有することを特徴と
するヒートシンク材の製造方法。
【請求項５９】カーボン又はその同素体の粉体と金属の
粉体とを混合する混合工程と、前記混合物をホットプレス機の金型内に入れ、所定温
度、所定圧力下で成形してヒートシンク材を作製する加
圧工程とを有することを特徴とするヒートシンク材の製
造方法。
【請求項６０】カーボン又はその同素体の粉体と金属の
粉体とを混合する混合工程と、前記混合物を予備成形して予備成形体とする予備成形工
程と、前記予備成形体をホットプレス機の金型内に入れ、所定
温度、所定圧力下で成形してヒートシンク材を作製する
加圧工程とを有することを特徴とするヒートシンク材の
製造方法。
【請求項６１】カーボン又はその同素体の粉砕裁断材料
と金属の粉体とを混合し、予備成形して混合物を作製す
る混合工程と、前記混合物をホットプレス機の金型内に入れ、所定温
度、所定圧力下で成形してヒートシンク材を作製する加
圧工程とを有することを特徴とするヒートシンク材の製
造方法。
【請求項６２】カーボン又はその同素体の粉砕裁断材料
と金属の粉体とを混合する混合工程と、前記混合物を予備成形して予備成形体とする予備成形工
程と、前記予備成形体をホットプレス機の金型内に入れ、所定
温度、所定圧力下で成形してヒートシンク材を作製する
加圧工程とを有することを特徴とするヒートシンク材の
製造方法。
【請求項６３】請求項５９〜６２のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、前記所定温度が前記金属における融点の−１０℃〜−５
０℃であり、前記所定圧力が１０．１３〜１０１．３２ＭＰａ（１０
０〜１０００気圧）であることを特徴とするヒートシン
ク材の製造方法。
【請求項６４】請求項５９〜６３のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、加圧工程後に、前記ヒートシンク材を前記金属における
融点以上まで加熱することを特徴とするヒートシンク材
の製造方法。
【請求項６５】請求項４６〜６４のいずれか１項に記載
のヒートシンク材の製造方法において、前記金属は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇから選択された少なくと
も１種であることを特徴とするヒートシンク材の製造方
法。