JP2002206170A - メッキされた複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メッキされた複合材料を半田層等の接合層によ
って他の物体に接合する場合において、接合層へのクラ
ックや膨れ・剥離並びにボイドの発生を抑制できるよう
にする。 【解決手段】複合素材に対して前処理を行った後、複合
素材の表面に金属触媒を付与し、その後、複合素材の表
面に対してニッケル−Ｐの無電解メッキ処理を行う。こ
のとき、複合素材の表面に該複合素材に残留する残留液
が気化除去しやすい厚みのメッキ層を形成し、次いで、
前記メッキ層が形成された複合素材に対して乾燥処理を
行った後、メッキ層の表面を活性化処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面にメッキ層が
形成された複合材料及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＣＰＵを搭載したＩＣチップ等に
使用される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。

【０００３】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。

【０００４】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、焼
結成形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。

【０００５】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（特開平８−２７９５６９号公報
参照）や、無機物質からなる粉末焼結多孔質体（多孔質
焼結体）にＣｕを５〜３０ｗｔ％含浸させたもの（特開
昭５９−２２８７４２号公報参照）などが提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多孔質焼結
体にＣｕを含浸させた複合材料をヒートシンクとして用
いる場合には、該複合材料を半田付けあるいはろう付け
等によって半導体回路や基板に接合するようにしてい
る。

【０００７】しかしながら、上述の複合材料は半田やろ
う材に対する濡れ性（半田付け性、ろう付け性）が良好
でないという問題がある。そこで、前記複合材料の前記
濡れ性を良好にするためには、複合材料の表面にメッキ
層を形成することが有効であると考えられる。

【０００８】複合材料にメッキ層を形成した場合には、
以下のような新たな問題が生じる。即ち、上述の複合材
料には、多少の残留気孔が存在する。このため、この残
留気孔に加工研削液やメッキ処理液が浸透し、半田付け
時に気化して半田層にボイド（残留気泡）が発生するこ
とになる。

【０００９】具体的には、複合材料の表面に形成される
メッキ層の厚みが薄いと、メッキ層の未着部分が点在す
ることとなり、半田付け時にボイドが発生しやすくな
る。反対に前記メッキ層を厚くすると、半田付け時に複
合材料との熱応力差でメッキ層へのクラック、メッキ層
の剥離が生じ、結果的にボイドが発生することとなる。

【００１０】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、メッキされた複合材料を半田層等の接合
層によって他の物体に接合する場合において、メッキ層
へのクラックや膨れ・剥離の発生並びに接合層へのボイ
ドの発生等が抑制されたメッキされた複合材料を提供す
ることを目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、メッキされた
複合材料を半田層等の接合層によって他の物体に接合す
る場合において、メッキ層へのクラックや膨れ・剥離の
発生並びに接合層へのボイドの発生等を抑制することが
できるメッキされた複合材料の製造方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係るメッキされ
た複合材料は、多孔質焼結体に金属が含浸され、かつ、
表面にメッキ層が形成され、接合層によって他の物体に
接合されるメッキされた複合材料であって、接合層に対
するボイドの発生率が３．０％以下であることを特徴と
する。

【００１３】この場合、前記メッキ層は、前記多孔質焼
結体に残留する残留液が気化除去しやすい厚みのメッキ
皮膜を形成した後、乾燥するという一連の処理を少なく
とも１回繰り返して形成されていることを特徴とする。

【００１４】また、本発明に係るメッキされた複合材料
の製造方法は、多孔質焼結体に金属が含浸された複合材
料の表面に、前記多孔質焼結体に残留する残留液が気化
除去しやすい厚みのメッキ皮膜を形成した後、乾燥する
という一連の処理を少なくとも１回繰り返す工程を有す
ることを特徴とする。

【００１５】これにより、例えば一連の処理を１回行っ
た場合には、メッキ皮膜の形成後に乾燥が行われること
になる。この場合、乾燥においてメッキ皮膜の未着部分
やメッキ皮膜の粒界部分を通じて、残留液（複合材料の
残留気孔内の液体）が気化除去される。そのため、この
メッキされた複合材料を接合層によって他の物体に接合
する際に、接合層へのボイドの発生は減少する。

【００１６】そして、例えば一連の処理を２回行った場
合には、半田層へのボイドの発生が更に減少する。これ
は、２回目のメッキ皮膜の形成によってメッキ皮膜の未
着部分が減少し、接合層に対する濡れ性がより向上する
からである。従って、メッキ皮膜の形成と乾燥を更に繰
り返すことで、メッキされた複合材料の品質が向上し、
前記ボイドの発生の減少に寄与する。

【００１７】このように、各段階において、多孔質焼結
体に残留する残留液が気化除去しやすい厚みのメッキ皮
膜を形成することと、メッキ皮膜の形成後に乾燥を施す
ことで、残留液を接合層の形成前に除去することが可能
となり、接合層に対するボイドの発生を抑制することが
できる。

【００１８】また、メッキ皮膜の厚みを多孔質焼結体に
残留する残留液が気化除去しやすい厚みとしているた
め、メッキ皮膜にかかる応力も低減し、メッキ層へのク
ラック、膨れ及び剥離等の発生を有効に防止することが
できる。

【００１９】そして、前記複合材料としては、セラミッ
クやカーボンと金属との複合材を用いることができ、よ
り具体的には、カーボンとその同素体と金属（例えばＣ
ｕ、Ａｌ、Ａｇ並びにこれらの合金）の複合材や、Ｓｉ
Ｃ、アルミナ、ＡｌＮ、Ｓｉ ₃Ｎ₄のうち、選択された少
なくとも１種と金属（例えばＣｕ、Ａｌ、Ａｇ、並びに
これらの合金）の複合材を用いることができる。

【００２０】この場合、前記複合材料は、気孔及び残留
気孔が５０％以下存在すること、好ましくは２０％以下
存在することであり、更に好ましくは１０％以下存在す
ることである。

【００２１】前記メッキ皮膜は、５．０μｍ以下の厚み
であることが好ましい。特に、前記メッキ層が、前記メ
ッキ皮膜を形成した後、乾燥するという一連の処理をｎ
回繰り返して形成される場合に、１回目のメッキ皮膜の
厚みを５．０μｍ以下とし、２回目以降のメッキ皮膜の
厚みを５．０μｍ以下とすることが好ましい。この場
合、前記１回目のメッキ皮膜の厚みを２．０μｍ以下と
することが好ましく、更に好ましくは１．０μｍ以下で
あるとよい。また、前記２回目以降のメッキ皮膜の厚み
は３．０μｍ以下であることが好ましい。

【００２２】また、乾燥処理は、水分が気化可能な温度
で行うことが好ましく、前記メッキ皮膜の酸化を抑制す
る雰囲気で行うことが好ましい。前記温度は３０〜６０
０℃であることが好ましく、前記乾燥処理での保持時間
は、少なくとも前記複合材料が完全に乾燥される時間、
例えば１〜１２０分の任意の時間であることが好まし
い。前記乾燥処理の雰囲気は酸化を抑制するため、水素
３％以上の雰囲気、望ましくは水素３０％以上の雰囲
気、さらに望ましくは水素９０％以上の雰囲気がよい。

【００２３】なお、前記メッキ皮膜の形成前に被メッキ
処理面に金属触媒を付与する処理を行うようにしてもよ
い。また、前記メッキ皮膜上に新たにメッキ皮膜を形成
する前に予め前記メッキ皮膜の表面を活性化する処理を
行うようにしてもよい。

【００２４】また、前記乾燥処理は、前記メッキ皮膜に
おいて皮膜硬度が最高皮膜の８０％以下の硬度になるよ
うな、あるいはＨＶ７５０以下になるような温度と時間
で行うことが好ましい。

【００２５】ここで、メッキ皮膜へのクラックの発生原
因について説明すると、例えばＮｉＰメッキ皮膜を例に
した場合、メッキ皮膜の時効析出によってメッキ皮膜自
体が硬度アップ、延性低下、寸法収縮等が生じる。その
結果、最高硬度の８０％以上の硬さになるまで時効析出
が進行するとクラックが発生することになる。この時効
析出は、例えばメッキ処理後に行われる乾燥処理の熱履
歴で発生することが判明した。そこで、メッキ皮膜への
クラックの発生を防止するためには、前記メッキ皮膜に
おいて皮膜硬度が最高皮膜の８０％以下の硬度になるよ
うな、あるいはＨＶ７５０以下になるような温度と時間
で行うことが好ましい。具体的には、前記乾燥処理は、
温度２００〜３００℃、時間１分〜１２０分で行うこと
が好ましい。

【００２６】また、前記メッキ処理と乾燥処理の間に、
前記複合材料を洗浄する処理を行うことが好ましい。特
に、この洗浄処理として、水又は湯に前記複合材料を浸
して真空超音波洗浄することを行うことで、複合材料の
気孔の内部まで洗浄することができ、前記気孔の内部に
存在する残査（水分だけが除去されたメッキ成分や乾燥
処理時の温度では気化されなかった成分）を除去あるい
は水置換することができる。

【００２７】通常、複合材料の気孔の内部に残査があっ
ても、半田で接合した直後においては、ボイドの発生は
なく、品質は良好であるが、保管して時間が経過する
と、前記残査が吸湿並びに潮解し、ボイドの発生要因と
なる。

【００２８】しかし、本発明では、気孔の内部に存在す
る残査を洗浄処理によって除去あるいは水置換すること
ができるため、半田接合直後並びに保管時においてボイ
ドの発生はなく、品質も安定することとなる。

【００２９】また、前記活性化処理後の複合材料を密閉
性の高い材料で梱包して保管することが好ましい。これ
により、前記洗浄処理を通常の超音波洗浄とした場合
や、洗浄を行わなかった場合において、アルミホイル等
の密閉性の高い材料を使用して梱包し、更には乾燥剤の
併用で乾燥処理直後の品質を維持することで、保管後の
半田接合時にボイドが発生するということを回避するこ
とができる。

【００３０】また、この発明に係るメッキされた複合材
料においては、前記接合層による前記物体への接合前に
おける前記乾燥時の重量減少率が０．１％以下であるこ
とが好ましい。これにより、接合層へのボイドの発生を
大幅に抑えることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るメッキされた
複合材料及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図１
０を参照しながら説明する。

【００３２】本実施の形態に係るメッキされた複合材料
１０は、図１に示すように、カーボン又はその同素体を
予備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が含浸された複合素材１６
の表面にメッキ層１８が形成されて構成されている。金
属１４は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇから選択された少なくとも
１種、あるいはこれらの合金が用いられる。

【００３３】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）、更に望
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。

【００３４】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複合素材１６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。

【００３５】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、熱伝導率が１８０〜２２０Ｗ／ｍ
Ｋ以上であって、かつ、熱膨張率が４×１０^-6／℃〜７
×１０^-6／℃である複合素材１６を得ることができる。

【００３６】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、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．
０×１０^-6／℃以下に抑えることができないからであ
る。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】また、多孔質焼結体１２に金属１４を含浸
して得た複合素材１６の閉気孔率としては、５ｖｏｌ％
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。

【００４０】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。

【００４１】この実施の形態に係るメッキされた複合材
料１０において、前記グラファイトに、該グラファイト
を予備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。

【００４２】また、グラファイト中に、該グラファイト
と反応し、カーバイド層を形成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、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚ
ｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタ
ルから選択された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。

【００４３】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。

【００４４】また、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、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。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。

【００４５】また、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、凝固膨張の性質を備えた金属、または凝固収縮
を抑制する金属、例えばＢｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄か
ら選択することが望ましい。これにより含浸後の凝固収
縮による残留気孔を低減することができる。

【００４６】ところで、上述の複合素材１６には、多少
の残留気孔が存在する。このため、複合素材１６の表面
にメッキ層１８を形成する場合、前記残留気孔に加工研
削液やメッキ処理液が浸透し、通常は、半田付け時に気
化して半田層にボイド（残留気泡）が発生することにな
る。

【００４７】しかし、本実施の形態では、複合素材１６
の表面におけるメッキ層１８を以下の工程を踏んで形成
するようにしている。

【００４８】即ち、前記残留気孔等に残留する残留液が
気化除去しやすい厚みのメッキ皮膜を形成した後、乾燥
するという一連の処理を少なくとも１回繰り返すことに
よって、前記メッキ層１８を形成するようにしている。

【００４９】ここで、本実施の形態に係る複合材料の製
造方法について図２〜図８を参照しながら説明する。

【００５０】まず、第１の製造方法は、図２のステップ
Ｓ１において、複合素材１６に対して前処理を行う。具
体的には、図３に示すように、アルカリ脱脂処理、超音
波湯洗−純水水洗処理、クリーナーコンディショナー処
理、エッチング処理、酸洗処理、超音波純水水洗処理を
行う。この前処理の各工程に用いる薬品や濃度、温度、
処理時間は図３に示す通りである。

【００５１】その後、図２のステップＳ２において、複
合素材１６の表面に金属触媒を付与して、複合素材１６
の表面を活性化処理する。

【００５２】その後、図２のステップＳ３において、ニ
ッケル−Ｐの無電解メッキ処理を行って、図４に示すよ
うに、複合素材１６の表面にメッキ層１８を形成する
（メッキ処理）。このメッキ処理は、具体的には、図３
に示すように、上村工業製の薬品であるニムデンＳＸ
（ＳＸ−Ｍ、ＳＸ−Ａ）を用いて無電解メッキを行っ
た。濃度、温度及び時間等の一例は図３に示す。また、
メッキ層１８の膜厚ｔは、複合素材１６に残留する残留
液が気化除去しやすい厚みであり、５．０μｍ以下が適
当であるが、好ましくは０．００１〜２．０μｍ、更に
好ましくは０．００１〜１．０μｍである。

【００５３】その後、ステップＳ４において、メッキ層
１８が形成された複合素材１６に対して乾燥処理を行
う。雰囲気及び時間の一例を図３に示す。この乾燥処理
では、メッキ層１８の酸化を抑制する雰囲気、例えば還
元雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気で行うことが
好ましい。つまり、この乾燥処理工程は、要するに残留
物の気化除去が酸化しない条件で実施されることが好ま
しい。従って、前記乾燥処理の雰囲気は、酸化を抑制す
るため、水素３％以上の雰囲気、望ましくは水素３０％
以上の雰囲気、さらに望ましくは水素９０％以上の雰囲
気がよい。

【００５４】前記ステップＳ４での処理が終了した段階
で、本実施の形態に係るメッキされた複合材料１０が完
成するが、その後、ステップＳ５において、保管がなさ
れるか、あるいは梱包（ステップＳ５ａ：かっこ書きで
示す）、出荷されて、例えばユーザの元で保管される。

【００５５】そして、必要な場合に、前記保管されてい
た複合材料１０の半田接合が行われることになる（ステ
ップＳ６）。

【００５６】この第１の製造方法においては、メッキ層
１８の形成後に乾燥処理が行われることになる。この場
合、乾燥処理時において、メッキ層１８の未着部分やメ
ッキ層１８の粒界部分を通じて、残留液（複合素材１６
の残留気孔内の液体）が気化除去される。そのため、本
実施の形態に係るメッキされた複合材料１０を例えば半
田層によって他の物体に接合する際に、半田層へのボイ
ドの発生は減少する。

【００５７】次に、第２の製造方法は、図５に示すよう
に、まず、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４までは、上述し
た第１の製造方法におけるステップＳ１〜Ｓ４までと同
じ工程を踏む。従って、その重複説明を省略する。た
だ、この第２の製造方法においては、図７に示すよう
に、複合素材１６に対して１次メッキ皮膜２０が形成さ
れ、更に、該１次メッキ皮膜２０上に２次メッキ皮膜２
２が形成され、これら１次メッキ皮膜２０及び２次メッ
キ皮膜２２にてメッキ層１８が構成されることになる。
なお、１次メッキ皮膜２０の膜厚ｔ１は、５．０μｍ以
下の厚みであり、好ましくは０．００１〜２．０μｍ、
更に好ましくは０．００１〜１．０μｍである。

【００５８】ステップＳ１０４での１次乾燥処理が終了
した後、ステップＳ１０５において、１次メッキ皮膜２
０（ステップＳ１０３にて形成）の表面を活性化処理す
る。具体的には、図６に示すように、まず、クリーナー
コンディショナー処理を行い、次いで、シアン化ニッケ
ル及びシアン化カリウムで１次メッキ皮膜２０の表面を
活性化処理する。各処理に使用する薬品や濃度、温度及
び時間は、図６に示す通りである。

【００５９】その後、ステップＳ１０６において、前記
活性化された１次メッキ皮膜２０の表面に金属触媒を付
与する。この触媒付与に用いる薬品や濃度、温度、処理
時間は図６に示す通りである。

【００６０】次に、図５のステップＳ１０７において、
ニッケル−Ｐの無電解メッキ処理を行った後、ニッケル
−ボロンの無電解メッキ処理を行って、図７に示すよう
に、複合素材１６の表面に２次メッキ皮膜２２を形成す
る（２次メッキ処理）。この２次メッキ処理は、具体的
には、上村工業製の薬品であるニムデンＳＸ（ＳＸ−
Ｍ、ＳＸ−Ａ）並びにＢＥＬ−９８０（ＢＥＬ−９８０
Ｍ、ＢＥＬ−９８０Ｓ、ＢＥＬ−９８０Ｐ、ＢＥＬ−９
８０Ｔ、ＢＥＬ−９８０Ｒ）を用いて無電解メッキを行
った。濃度、温度及び時間等の一例は図６に示す。２次
メッキ皮膜２２の膜厚ｔ２は、５．０μｍ以下の厚みで
あり、好ましくは０．００１〜２．０μｍ、更に好まし
くは０．００１〜１．０μｍである。

【００６１】その後、ステップＳ１０８において、２次
メッキ皮膜２２が形成された複合素材１６に対して乾燥
処理（２次乾燥）を行う。雰囲気及び時間の一例を図６
に示す。この乾燥処理では、２次メッキ皮膜２２の酸化
を抑制する雰囲気、例えば還元雰囲気、不活性ガス雰囲
気、真空雰囲気で行うことが好ましい。つまり、この乾
燥処理工程は、要するに残留物の気化除去が酸化しない
条件で実施されることが好ましい。従って、前記乾燥処
理の雰囲気は、酸化を抑制するため、水素３％以上の雰
囲気、望ましくは水素３０％以上の雰囲気、さらに望ま
しくは水素９０％以上の雰囲気であるとよい。

【００６２】前記ステップＳ１０８での処理が終了した
段階で、本実施の形態に係るメッキされた複合材料１０
が完成するが、その後、ステップＳ１０９において、保
管がなされるか、あるいは梱包（ステップＳ１０９ａ：
かっこ書きで示す）、出荷されて、例えばユーザの元で
保管される。

【００６３】そして、必要な場合に、前記保管されてい
た複合材料１０の半田接合が行われることになる（ステ
ップＳ１１０）。

【００６４】この第２の製造方法においては、第１の製
造方法と比べて半田層へのボイドの発生が更に減少す
る。これは、２回目のメッキ皮膜（２次メッキ皮膜２
２）の形成によってメッキ皮膜の未着部分が減少し、半
田層に対する濡れ性がより向上するからである。

【００６５】そして、前記ステップＳ１０４及びステッ
プＳ１０８における乾燥処理においては、１次メッキ皮
膜２０及び２次メッキ皮膜２２において皮膜硬度が最高
皮膜の８０％以下の硬度になるような、あるいはＨＶ７
５０以下になるような温度と時間で行うことが好まし
い。

【００６６】ここで、１次メッキ皮膜２０及び２次メッ
キ皮膜２２へのクラックの発生原因について説明する
と、例えばＮｉＰメッキ皮膜を例にした場合、１次メッ
キ皮膜２０及び２次メッキ皮膜２２の時効析出によって
メッキ皮膜自体が硬度アップ、延性低下、寸法収縮等が
生じる。その結果、母材である複合素材１６との熱応力
差に追従できずにクラックが発生することになる。この
時効析出は、例えばメッキ処理後に行われる乾燥処理の
熱履歴で発生することが判明した。

【００６７】そこで、１次メッキ皮膜２０及び２次メッ
キ皮膜２２へのクラックの発生を防止するためには、１
次メッキ皮膜２０及び２次メッキ皮膜２２において皮膜
硬度が最高皮膜の８０％以下の硬度になるような、ある
いはＨＶ７５０以下になるような温度と時間で行うこと
が好ましい。具体的には、乾燥処理は、水素９０％以上
の雰囲気中で、温度２００〜３００℃、１分〜１２０分
の任意の時間で行うことが好ましい。

【００６８】また、２次メッキ処理（ステップＳ１０
７）と２次乾燥処理（ステップＳ１０８）の間に、複合
素材１６を洗浄する処理（ステップＳ１１１：かっこ書
きで示す）を行うことが好ましい。特に、この洗浄処理
として、水又は湯に複合素材１６を浸して真空超音波洗
浄することを行うことで、複合素材１６の気孔の内部ま
で洗浄することができ、前記気孔の内部に存在する残査
（水分だけが除去されたメッキ成分や乾燥処理時の温度
では気化されなかった成分）を除去あるいは水置換する
ことができる。

【００６９】通常、複合素材１６の気孔の内部に残査が
あっても、半田で接合した直後においては、ボイドの発
生はなく、品質は良好であるが、保管して時間が経過す
ると、前記残査が大気中の水分を吸湿、潮解し、保管後
の半田接合時においてボイドが発生する。

【００７０】しかし、この第２の製造方法では、複合素
材１６の気孔の内部に存在する残査を洗浄処理によって
除去あるいは水置換することができるため、その後の半
田接合直後並びに保管時においてボイドの発生はなく、
品質も安定することとなる。

【００７１】なお、前記ステップＳ１１１における洗浄
処理を通常の超音波洗浄とした場合や、洗浄を行わなか
った場合は、アルミホイル等の密閉性の高い材料を使用
して梱包し、更には乾燥剤の併用で乾燥処理直後の品質
を維持するようにしてもよい。このような処置を施すこ
とで、保管後の半田接合時にボイドが発生するというこ
とを回避することができる。

【００７２】次に、第３の製造方法は、図８に示すよう
に、上述した第２の製造方法におけるステップＳ１０５
〜Ｓ１０８までの一連の処理を所定回数だけ繰り返す方
法である。この場合、メッキ皮膜の形成と乾燥処理が所
定回数だけ繰り返されることから、所定回数を増やすこ
とで、メッキされた複合材料１０の品質が向上し、前記
ボイドの発生の減少に寄与する。

【００７３】なお、この例においても、ステップＳ１０
９において、保管がなされるか、あるいは梱包（ステッ
プＳ１０９ａ：かっこ書きで示す）、出荷されて、例え
ばユーザの元で保管される。

【００７４】そして、必要な場合に、前記保管されてい
た複合材料１０の半田接合が行われることになる（ステ
ップＳ１１０）。

【００７５】また、保管時においては、メッキされた複
合材料１０をアルミホイル等の密閉性の高い材料を使用
して梱包し、更には乾燥剤を併用するようにしてもよ
い。

【００７６】なお、図３及び図６に記載された薬品名
は、すべて上村工業製の薬品名である。また、カッコ内
に示された数値は好ましい数値を示す。

【００７７】ここで、１つの実験例を示す。この実験例
は、図９に示す比較例並びに実施例１〜５について、そ
れぞれ半田付けを行った場合のメッキ層１８へのクラッ
クの発生状態、メッキ層の膨れ、剥離状態、ボイドの発
生状態を見たものである。

【００７８】比較例は、上述の第１の製造方法におい
て、メッキ層１８の膜厚ｔを１０．０μｍとし、乾燥処
理を温度３００℃で１０分間維持して行い、半田付けを
温度２８０℃で１分間維持して行った場合を示す。

【００７９】実施例１は、上述の第１の製造方法におい
て、メッキ層１８の膜厚ｔを１．５μｍとし、乾燥処理
を温度３００℃で１０分間維持して行い、半田付けを温
度２８０℃で１分間維持して行った場合を示す。

【００８０】実施例２は、上述の第２の製造方法におい
て、１次メッキ皮膜２０の膜厚ｔ１を１．０μｍとし、
１次乾燥処理を温度３００℃で１０分間維持して行い、
更に、２次メッキ皮膜２２の膜厚ｔ２を２．０μｍと
し、２次乾燥処理を温度３２０℃で１０分間維持して行
い、半田付けを温度２８０℃で１分間維持して行った場
合を示す。

【００８１】実施例３は、上述の第２の製造方法におい
て、１次メッキ皮膜２０の膜厚ｔ１を０．５μｍとし、
１次乾燥処理を温度３００℃で１０分間維持して行い、
更に、２次メッキ皮膜２２の膜厚ｔ２を２．０μｍと
し、２次乾燥処理を温度３００℃で１０分間維持して行
い、半田付けを温度２８０℃で１分間維持して行った場
合を示す。

【００８２】実施例４は、上述の第２の製造方法におい
て、１次メッキ皮膜２０の膜厚ｔ１を０．５μｍとし、
１次乾燥処理を温度２６０℃で１０分間維持して行い、
更に、２次メッキ皮膜２２の膜厚ｔ２を２．０μｍと
し、２次乾燥処理を温度２６０℃で１０分間維持して行
い、半田付けを温度２８０℃で１分間維持して行った場
合を示す。

【００８３】実施例５は、上述の第３の製造方法におい
て、１次メッキ皮膜２０の膜厚ｔ１を０．５μｍとし、
１次乾燥処理を温度３００℃で１０分間維持して行い、
２次メッキ皮膜２２の膜厚ｔ２を１．０μｍとし、２次
乾燥処理を温度３００℃で１０分間維持して行い、更
に、３次メッキ皮膜の膜厚を１．０μｍとし、３次乾燥
処理を温度３００℃で１０分間維持して行い、４次メッ
キ皮膜の膜厚を２．０μｍとし、４次乾燥処理を温度３
００℃で１０分間維持して行い、半田付けを温度２８０
℃で１分間維持して行った場合を示す。

【００８４】この実験例の結果を図１０に示す。この図
１０において、メッキクラックの項目は、メッキ層１８
へのクラック状態を示し、○は未発生、△は少し発生し
ているが実用的には問題なし、×は多く発生し不良状態
を示す。膨れ・剥離の項目は、メッキ層１８の膨れや剥
離状態を示し、○は未発生、△は少し発生しているが実
用的には問題なし、×は多く発生し不良状態を示す。

【００８５】ボイドの項目は、半田層へのボイドの発生
状態を示し、○は発生しているが要求品質を合格してい
る状態を示し、△はやや不良であるが実用的には問題な
し、×は多く発生し不良状態を示す。

【００８６】ボイド率の項目は、半田層へのボイドの発
生状態を以下の式により百分率で示したものである。な
お、ボイド部総面積や半田接合面積はＸ線透過写真で計
測した。 ボイド率（％）＝（ボイド部総面積／半田接合面積）×
１００

【００８７】図１０の結果から、比較例は、メッキクラ
ック、膨れ・剥離及びボイドが多く発生し、不良状態で
あったが、実施例１〜５については、実施例１において
ボイドの発生状態がやや不良であったのみで、その他
は、未発生となっており、品質的に高いことがわかる。

【００８８】このように、本実施の形態に係るメッキさ
れた複合材料１０においては、各段階において、複合素
材１６に残留する残留液が気化除去しやすい厚みのメッ
キ皮膜を形成することと、メッキ皮膜の形成後に乾燥処
理を施すことで、残留液を半田層の形成前に除去するこ
とが可能となり、半田層に対するボイドの発生を抑制す
ることができる。

【００８９】また、メッキ皮膜の厚みを複合材料に残留
する残留液が気化除去しやすい厚みとしているため、メ
ッキ皮膜にかかる応力も低減し、メッキ層へのクラッ
ク、膨れ並びにメッキ層の剥離の発生を有効に防止する
ことができる。

【００９０】なお、この発明に係るメッキされた複合材
料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。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るメッ
キされた複合材料及びその製造方法によれば、メッキさ
れた複合材料を半田層等の接合層によって他の物体に接
合する場合において、メッキ層へのクラックや膨れ・剥
離の発生並びに接合層へのボイドの発生等を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るメッキされた複合材料を一
部破断して示す斜視図である。

【図２】第１の製造方法を示す工程ブロック図である。

【図３】前処理、メッキ処理及び乾燥処理（あるいは１
次メッキ処理及び１次乾燥処理）並びに活性化処理の内
訳の一例を示す表図である。

【図４】第１の製造方法によって、複合素材の表面にメ
ッキ層を形成した状態を示す断面図である。

【図５】第２の製造方法を示す工程ブロック図である。

【図６】２次メッキ処理及び２次乾燥処理の内訳の一例
を示す表図である。

【図７】第２の製造方法によって、複合素材の表面に１
次メッキ皮膜及び２次メッキ皮膜を形成した状態を示す
断面図である。

【図８】第３の製造方法を示す工程ブロック図である。

【図９】実験例に使用した比較例、実験例１〜５の内訳
を示す表図である。

【図１０】実験例の結果を示す表図である。

【符号の説明】

１０…メッキされた複合材料 １２…多孔質焼結
体 １４…金属 １６…複合素材 １８…メッキ層 ２０…１次メッキ
皮膜 ２２…２次メッキ皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 修平 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 原田 孝 愛知県名古屋市西区菊井一丁目20番11号 上村工業株式会社名古屋支店内 (72)発明者 田邊 大之輔 愛知県名古屋市西区菊井一丁目20番11号 上村工業株式会社名古屋支店内 Ｆターム(参考） 4K022 AA01 AA04 AA37 AA41 BA14 BA16 CA03 CA06 DA01 DB29 EA02 5F036 AA01 BA23 BB03 BC06 BD01 BD14

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多孔質焼結体に金属が含浸され、かつ、表
   面にメッキ層が形成され、接合層によって他の物体に接
   合されるメッキされた複合材料であって、 前記接合層に対するボイドの発生率が３．０％以下であ
   ることを特徴とするメッキされた複合材料。
2. 【請求項２】請求項１記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記複合材料は、気孔及び残留気孔が５０％以下存在す
   ることを特徴とするメッキされた複合材料。
3. 【請求項３】請求項２記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記複合材料は、気孔及び残留気孔が２０％以下存在す
   ることを特徴とするメッキされた複合材料。
4. 【請求項４】請求項２記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記複合材料は、気孔及び残留気孔が１０％以下存在す
   ることを特徴とするメッキされた複合材料。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のメッ
   キされた複合材料において、 前記メッキ層は、前記多孔質焼結体に残留する残留液が
   気化除去しやすい厚みのメッキ皮膜を形成した後、乾燥
   するという一連の処理を少なくとも１回繰り返して形成
   されていることを特徴とするメッキされた複合材料。
6. 【請求項６】請求項５記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記メッキ皮膜は、５．０μｍ以下の厚みであることを
   特徴とするメッキされた複合材料。
7. 【請求項７】請求項５記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記メッキ層が、前記メッキ皮膜を形成した後、乾燥す
   るという一連の処理をｎ回繰り返して形成される場合
   に、 １回目のメッキ皮膜の厚みが５．０μｍ以下であって、
   ２回目以降のメッキ皮膜の厚みが５．０μｍ以下である
   ことを特徴とするメッキされた複合材料。
8. 【請求項８】請求項７記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記１回目のメッキ皮膜の厚みが２．０μｍ以下である
   ことを特徴とするメッキされた複合材料。
9. 【請求項９】請求項８記載のメッキされた複合材料にお
   いて、 前記１回目のメッキ皮膜の厚みが１．０μｍ以下である
   ことを特徴とするメッキされた複合材料。
10. 【請求項１０】請求項７〜９のいずれか１項に記載のメ
    ッキされた複合材料において、 前記２回目以降のメッキ皮膜の厚みが３．０μｍ以下で
    あることを特徴とするメッキされた複合材料。
11. 【請求項１１】請求項５〜１０のいずれか１項に記載の
    メッキされた複合材料において、 前記接合層による接合前における前記乾燥時の重量減少
    率が０．１％以下であることを特徴とするメッキされた
    複合材料。
12. 【請求項１２】多孔質焼結体に金属が含浸された複合材
    料の表面に、前記多孔質焼結体に残留する残留液が気化
    除去しやすい厚みのメッキ皮膜を形成した後、乾燥する
    という一連の処理を少なくとも１回繰り返す工程を有す
    ることを特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
13. 【請求項１３】請求項１２記載のメッキされた複合材料
    の製造方法において、 前記メッキ皮膜を、５．０μｍ以下の厚みで形成するこ
    とを特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
14. 【請求項１４】請求項１２記載のメッキされた複合材料
    の製造方法において、 前記メッキ皮膜を形成した後、乾燥するという一連の処
    理をｎ回繰り返して形成される場合に、 １回目のメッキ皮膜の厚みを５．０μｍ以下とし、２回
    目以降のメッキ皮膜の厚みを５．０μｍ以下とすること
    を特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
15. 【請求項１５】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、水分が気化可能な温度で行うことを特
    徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
16. 【請求項１６】請求項１２〜１５のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、前記メッキ皮膜の酸化を抑制する雰囲
    気で行うことを特徴とするメッキされた複合材料の製造
    方法。
17. 【請求項１７】請求項１５又は１６記載のメッキされた
    複合材料の製造方法において、 前記温度は３０〜６００℃であることを特徴とするメッ
    キされた複合材料の製造方法。
18. 【請求項１８】請求項１５〜１７のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理での保持時間は、少なくとも前記複合材料
    が完全に乾燥される時間であることを特徴とするメッキ
    された複合材料の製造方法。
19. 【請求項１９】請求項１８記載のメッキされた複合材料
    の製造方法において、 前記保持時間は１〜１２０分の任意の時間であることを
    特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
20. 【請求項２０】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、温度２００〜４００℃、１〜１２０分
    の任意の時間で行うことを特徴とするメッキされた複合
    材料の製造方法。
21. 【請求項２１】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、温度２００〜３００℃、時間１〜１２
    ０分で行うことを特徴とするメッキされた複合材料の製
    造方法。
22. 【請求項２２】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、真空雰囲気で行うことを特徴とするメ
    ッキされた複合材料の製造方法。
23. 【請求項２３】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、不活性ガス雰囲気で行うことを特徴と
    するメッキされた複合材料の製造方法。
24. 【請求項２４】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、水素３％以上の雰囲気で行うことを特
    徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
25. 【請求項２５】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、水素３０％以上の雰囲気で行うことを
    特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
26. 【請求項２６】請求項１２〜１４のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理は、水素９０％以上の雰囲気で行うことを
    特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
27. 【請求項２７】請求項１２〜２６のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記メッキ皮膜の皮膜硬度が乾燥後で最高硬度の８０％
    以下であることを特徴とするメッキされた複合材料の製
    造方法。
28. 【請求項２８】請求項１２〜２６のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記メッキ皮膜の皮膜硬度が乾燥後でＨＶ７５０以下で
    あることを特徴とするメッキされた複合材料の製造方
    法。
29. 【請求項２９】請求項１２〜２８のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記メッキ皮膜の形成前に被メッキ処理面に金属触媒を
    付与する処理を行うことを特徴とするメッキされた複合
    材料の製造方法。
30. 【請求項３０】請求項１２〜２９のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記メッキ皮膜上に新たにメッキ皮膜を形成する前に予
    め前記メッキ皮膜の表面を活性化する処理を行うことを
    特徴とするメッキされた複合材料の製造方法。
31. 【請求項３１】請求項１２〜３０のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記メッキ処理と乾燥処理の間に、前記複合材料を洗浄
    する処理を行うことを特徴とするメッキされた複合材料
    の製造方法。
32. 【請求項３２】請求項３１記載のメッキされた複合材料
    の製造方法において、 前記洗浄処理は、水又は湯に前記複合材料を浸して真空
    超音波洗浄することを特徴とするメッキされた複合材料
    の製造方法。
33. 【請求項３３】請求項１２〜３２のいずれか１項に記載
    のメッキされた複合材料の製造方法において、 前記乾燥処理後の複合材料を密閉性の高い材料で梱包し
    て保管することを特徴とするメッキされた複合材料の製
    造方法。
34. 【請求項３４】請求項３３記載のメッキされた複合材料
    の製造方法において、 前記乾燥処理後の複合材料を乾燥剤と共に密閉性の高い
    材料で梱包して保管することを特徴とするメッキされた
    複合材料の製造方法。