JP2006298687A - Heatsink material and its manufacturing method - Google Patents

Heatsink material and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2006298687A
JP2006298687A JP2005120821A JP2005120821A JP2006298687A JP 2006298687 A JP2006298687 A JP 2006298687A JP 2005120821 A JP2005120821 A JP 2005120821A JP 2005120821 A JP2005120821 A JP 2005120821A JP 2006298687 A JP2006298687 A JP 2006298687A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
sink material
metal
porous sintered
manufacturing
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.)
Granted
Application number
JP2005120821A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4450765B2 (en
Inventor
Shuhei Ishikawa
修平 石川
Takahiro Ishikawa
貴浩 石川
Hiroyuki Takeuchi
広幸 竹内
Yasuto Iwase
康人 岩瀬
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.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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 NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2005120821A priority Critical patent/JP4450765B2/en
Publication of JP2006298687A publication Critical patent/JP2006298687A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4450765B2 publication Critical patent/JP4450765B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heatsink material with which the adherability between a porous sintered compact composed of carbon or graphite and a metal is improved and a carbide layer is easily formed in the interface between the carbon or the graphite and the metal, and which has thermal conductivity, a coefficient of thermal expansion and strength sufficient as the heatsink material. <P>SOLUTION: The heatsink material 10 is obtained by infiltrating a metal 14 into a porous sintered compact 12 obtained by networking by firing carbon or graphite. An element for improving the adherability in the interface with the porous sintered compact 12 is added to the metal 14 to be infiltrated into the porous sintered compact 12. Especially, in this embodiment, Fe (iron) is used as the element to be added for improving the wettability of the interface. It is preferable that Fe is added in an amount of 0.01-4 wt.% and Si is added to the metal 14 for improving the flowing property of a melt. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a heat sink material for forming a heat sink that efficiently dissipates heat generated from, for example, an IC chip, and a manufacturing method thereof.

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。   The present invention relates to a heat sink material for forming a heat sink that efficiently dissipates heat generated from, for example, an IC chip, and a manufacturing method thereof.

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。   In general, heat is a great enemy for IC chips, and the internal temperature must not exceed the maximum allowable junction temperature. In addition, since power consumption per operation area is large in a semiconductor device such as a power transistor or a semiconductor rectifier element, the amount of heat generated cannot be released only by the amount of heat released from the case (package) or lead of the semiconductor device. Internal temperature may rise and cause thermal destruction.

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。   This phenomenon is the same in an IC chip equipped with a CPU. The amount of heat generated during operation increases as the clock frequency increases, and thermal design considering heat dissipation has become an important matter.

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。   In the thermal design considering the prevention of the thermal breakdown, element design and mounting design are performed in consideration of fixing a heat sink having a large heat radiation area to the case (package) of the IC chip.

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。   As the material for the heat sink, a metal material such as copper or aluminum having a good thermal conductivity is generally used.

そして、従来のヒートシンク材としては、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(特許文献1参照)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(特許文献2参照)などが提案されている。   And as a conventional heat sink material, the ceramic base material which contains SiC as a main component contains metal Cu in the ratio of 20-40 vol% (refer patent document 1), and the powder sintering porous which consists of inorganic substances A body impregnated with 5 to 30 wt% of Cu (see Patent Document 2) has been proposed.

前記特許文献1に係るヒートシンク材は、SiC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。   Since the heat sink material according to Patent Document 1 is powder molding in which a green compact of SiC and metal Cu is molded to produce a heat sink, the thermal expansion coefficient and thermal conductivity are theoretical values to the last. There is a problem that the balance between the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity required for an actual electronic component or the like cannot be obtained.

特許文献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。   In Patent Document 2, the ratio of Cu impregnated in a powder sintered porous body made of an inorganic substance is low, and there is a possibility that a limit may arise in increasing the thermal conductivity.

そこで、本出願人は、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得ることができるヒートシンク材と、該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材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案している(特許文献3参照)。   Accordingly, the applicant of the present invention can easily obtain a heat sink material capable of obtaining characteristics suitable for the balance between the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity required for an actual electronic component (including a semiconductor device), and the like. A method of manufacturing a heat sink material that can be manufactured and that can improve the productivity of a high-quality heat sink material has been proposed (see Patent Document 3).

特開平8−279569号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-279579 特開昭59−228742号公報JP 59-228742 A 特開2001−339022号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-339022

本発明は、特許文献3に示すヒートシンク材にさらに改良を加え、カーボン又はグラファイトからなる多孔質焼結体と金属との密着性を向上させることができ、しかも、カーボン又はグラファイトと金属との界面においてカーバイド層を形成し易くし、ヒートシンク材としての熱伝導率、熱膨張率及び強度を備えたヒートシンク材及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention can further improve the heat sink material shown in Patent Document 3 to improve the adhesion between the porous sintered body made of carbon or graphite and the metal, and the interface between the carbon or graphite and the metal. It is an object of the present invention to provide a heat sink material having a thermal conductivity, a thermal expansion coefficient, and a strength as a heat sink material, and a method for manufacturing the same.

本発明に係るヒートシンク材は、カーボン又はグラファイトと、金属とを含み、前記カーボン又は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、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1ppm/℃〜10ppm/℃であると共に、前記金属に、カーボン又はグラファイトとの界面の少なくとも密着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。   The heat sink material according to the present invention includes carbon or graphite and a metal, and is configured by impregnating the metal into a porous sintered body obtained by firing and networking the carbon or graphite. The average of the three axial directions or the thermal conductivity of any axial direction is 180 W / mK or more and the coefficient of thermal expansion is 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C., and the metal includes carbon or graphite. An element for improving adhesion at least at the interface is added.

これにより、カーボン又はグラファイトからなる多孔質焼結体と金属との密着性を向上させることができる。前記金属は、Cu、Al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。   Thereby, the adhesiveness between the porous sintered body made of carbon or graphite and the metal can be improved. As the metal, at least one selected from Cu and Al can be adopted.

そして、前記構成において、前記界面の少なくとも密着性改善のための前記添加元素が、Fe(鉄)であることが好ましい。Feは、カーボン又はグラファイトに固溶し易い元素であり、含浸時にカーボン又はグラファイトとの界面において密着性を向上させる効果がある。また、カーボン又はグラファイトとの界面における濡れ性を向上させる効果もある。   And in the said structure, it is preferable that the said additional element for the adhesive improvement at least of the said interface is Fe (iron). Fe is an element that easily dissolves in carbon or graphite, and has the effect of improving adhesion at the interface with carbon or graphite during impregnation. It also has the effect of improving the wettability at the interface with carbon or graphite.

この場合、Feが0.01〜4wt%添加されていることが好ましい。Feの添加量が4wt%を超えると、金属(例えばCu)との合金化の際に、γ相が出て湯流れ性を低下させるおそれがあり、金属(例えばアルミニウム)では、θ相の量が増えて、同様に湯流れ性が低下するおそれがあるからである。   In this case, it is preferable that 0.01 to 4 wt% of Fe is added. If the added amount of Fe exceeds 4 wt%, there is a risk that a γ phase may be produced when alloying with a metal (for example, Cu), and the hot metal flowability may be reduced. It is because there exists a possibility that hot water flow property may fall similarly.

前記金属に、湯流れ性を向上させるため、Siが添加されていることが好ましい。すなわち、湯流れ性を向上させる元素として、上述した特許文献3では、Sn、P、Si、Mgが述べられているが、Feにより溶融した界面でFeよりもカーバイドとして形成し易い元素はSiだけであることが判明したからである。   Si is preferably added to the metal in order to improve the hot water flow. That is, in the above-mentioned Patent Document 3, Sn, P, Si, and Mg are described as elements that improve the flowability of molten metal, but Si is the only element that is easier to form as carbide than Fe at the interface melted by Fe. This is because it was proved to be.

この場合、前記Siが0.1〜12wt%添加されていることが好ましい。Siの量は0.1%以上で効果が出始める。しかし、12wt%を超えると、熱膨張率が大きくなり、ネットワークしたことで得られる10ppm/℃が満足できないおそれがあるからである。   In this case, it is preferable that 0.1 to 12 wt% of Si is added. The effect starts to appear when the amount of Si is 0.1% or more. However, if it exceeds 12 wt%, the coefficient of thermal expansion increases, and there is a possibility that 10 ppm / ° C. obtained by networking cannot be satisfied.

そして、前記金属にFeとSiが添加されることによって、以下のような相乗効果を得ることができる。すなわち、Feの添加は、カーボン又はグラファイトとの界面での密着性を向上させるが、上述したように効果がある0.01〜4wt%までの範囲においても固液共存範囲が狭く湯流れ性が悪くなるおそれがある。湯流れ性を向上させ、かつ、Feにより溶融した界面でFeよりもカーバイドとして形成し易い元素はSiだけであることから、Siは、湯流れ性を改善することができる。   And the following synergistic effects can be acquired by adding Fe and Si to the said metal. That is, the addition of Fe improves adhesion at the interface with carbon or graphite, but the solid-liquid coexistence range is narrow in the range of 0.01 to 4 wt% which is effective as described above, and the hot water flowability is reduced. May be worse. Since Si is the only element that improves molten metal flow and is more easily formed as carbide than Fe at the interface melted by Fe, Si can improve molten metal flow.

従って、Feによってカーボン又はグラファイトとの界面での溶融による密着性が上がり、その界面において、Siによってカーバイドが容易に形成されるため、ヒートシンク材として必要な熱伝導率、熱膨張率及び機械的強度を兼ね備えたヒートシンク材を得ることができる。   Therefore, adhesion by melting at the interface with carbon or graphite is improved by Fe, and carbide is easily formed by Si at the interface, so that the thermal conductivity, thermal expansion coefficient and mechanical strength necessary as a heat sink material are obtained. It is possible to obtain a heat sink material having both.

また、前記金属が含浸された後の前記多孔質焼結体の引張強度は3.5MPa以上であることが好ましい。引張強度は密着性に影響を受ける。同レベルの含浸状況でも密着性の違いが機械的強度に反映される。すなわち、多孔質焼結体に対する金属の密着性が高いほど、引張強度も高くなり、圧縮強度もこれに比例して高くなる。この場合、引張強度が低いと、半田付け等の際のハンドリング時に破損するおそれがあり、さらにヒートシンク材に対して、ねじ締めができなくなるおそれがある。そこで、引張強度が4.5MPa以上あればねじ締めが容易になり、3.5MPaあれば半田付け等の際のハンドリングが容易になる。   The tensile strength of the porous sintered body after impregnating the metal is preferably 3.5 MPa or more. Tensile strength is affected by adhesion. Even at the same level of impregnation, the difference in adhesion is reflected in the mechanical strength. That is, the higher the adhesion of the metal to the porous sintered body, the higher the tensile strength and the higher the compressive strength proportionally. In this case, if the tensile strength is low, there is a risk of damage during handling during soldering or the like, and further there is a risk that the heat sink material cannot be screwed. Therefore, if the tensile strength is 4.5 MPa or more, screw tightening is easy, and if it is 3.5 MPa, handling during soldering and the like becomes easy.

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。また、前記カーボン又はグラファイトとして、熱伝導率が100W/mK以上のものを使用することが好ましい。   In addition, it is preferable that the closed porosity of the produced heat sink material is 12 vol% or less. Moreover, it is preferable to use the carbon or graphite having a thermal conductivity of 100 W / mK or more.

前記カーボン又はグラファイトと前記金属との体積率が、前記カーボン又はグラファイトが20vol%〜95vol%、金属が80vol%〜5vol%の範囲であること、あるいは、前記カーボン又はグラファイトと前記金属との体積率が、前記カーボン又はグラファイトが50vol%〜95vol%、金属が50vol%〜5vol%の範囲であることが好ましい。   The volume ratio of the carbon or graphite and the metal is 20 vol% to 95 vol% for the carbon or graphite, and the volume ratio of 80 vol% to 5 vol% for the metal, or the volume ratio of the carbon or graphite and the metal. However, the carbon or graphite is preferably in the range of 50 vol% to 95 vol%, and the metal is preferably in the range of 50 vol% to 5 vol%.

そして、前記カーボン又はグラファイトの表面に、カーバイド層が形成されていることが好ましい。この場合、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グラファイトと添加元素との反応に基づくものである。   A carbide layer is preferably formed on the surface of the carbon or graphite. In this case, the formation of the carbide layer is based on a reaction between at least the carbon or graphite and an additive element.

また、前記構成において、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。   Moreover, in the said structure, ratio of heat conductivity is 1: 5 or less in the direction which takes the minimum heat conductivity, and the direction which takes the maximum heat conductivity. Thereby, since the thermal conductivity has a characteristic that is almost isotropic, the heat diffusion is good and it is suitable for use as a heat sink. Further, it is not necessary to consider the installation direction one by one, which is advantageous in terms of mounting.

前記多孔質焼結体の気孔率は、5vol%〜50vol%であって、平均気孔径が0.1μm〜200μmであることが好ましい。   The porosity of the porous sintered body is preferably 5 vol% to 50 vol%, and the average pore diameter is preferably 0.1 μm to 200 μm.

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を作製する焼成工程と、前記多孔質焼結体を多数の孔が形成された保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定する包装工程と、金属を前記多孔質焼結体中に含浸させる含浸工程とを有することを特徴とする。   Next, a method of manufacturing a heat sink material according to the present invention includes a firing step of producing a porous sintered body by firing and networking carbon or graphite, and a plurality of holes forming the porous sintered body. It is characterized by having a packaging step of wrapping in a heat insulating member and fixing with an iron fastening means, and an impregnation step of impregnating the porous sintered body with metal.

これにより、カーボン又はグラファイトからなる多孔質焼結体と金属との密着性を向上することができ、しかも、カーボン又はグラファイトと金属との界面においてカーバイド層を形成し易くし、ヒートシンク材としての熱伝導率、熱膨張率及び強度を備えたヒートシンク材を得ることができる。   As a result, the adhesion between the porous sintered body made of carbon or graphite and the metal can be improved, and a carbide layer can be easily formed at the interface between the carbon or graphite and the metal, and heat as a heat sink material can be obtained. A heat sink material having conductivity, coefficient of thermal expansion and strength can be obtained.

前記保温部材は、マイカ製のシートを含むようにしてもよい。前記締め付け手段として、針金を使用することができる。   The heat retaining member may include a mica sheet. A wire can be used as the fastening means.

そして、少なくとも前記包装工程を経て前記含浸工程に至る一連の工程を1サイクルとしたとき、2サイクル以降は、直前のサイクルもしくはそれ以前のサイクルにおける前記含浸工程にて前記多孔質焼結体に含浸されなかった金属を含浸用の金属として再利用するようにしてもよい。これにより、材料費の低減を図ることができ、製品コストの低廉化に有利である。   When a series of steps from at least the packaging step to the impregnation step is defined as one cycle, the porous sintered body is impregnated in the impregnation step in the immediately preceding cycle or in the previous cycle after two cycles. The metal that has not been used may be reused as the metal for impregnation. As a result, the material cost can be reduced, which is advantageous in reducing the product cost.

前記含浸用の金属として再利用される金属に4wt%を超えるFeが含有された段階で、前記再利用を止めることが好ましい。   It is preferable to stop the reuse when the metal reused as the metal for impregnation contains Fe exceeding 4 wt%.

前記包装工程と前記含浸工程との間に、前記包装工程にて包装された前記多孔質焼結体を予熱する工程を有するようにしてもよい。この場合、この予熱処理によってネットワーク化している多孔質焼結体に対して金属が含浸しやすくなる。予熱の温度は、含浸用の金属と同程度の温度まで予熱することが望ましい。   You may make it have the process of pre-heating the said porous sintered compact packaged at the said packaging process between the said packaging process and the said impregnation process. In this case, the metal is easily impregnated into the porous sintered body networked by this pre-heat treatment. The preheating temperature is preferably preheated to the same level as the impregnating metal.

前記含浸工程は、前記保温部材にて包まれ、且つ、前記鉄製の締め付け手段にて固定された前記多孔質焼結体をプレス機の金型内に収容する工程と、前記金型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ようにしてもよい。   The impregnation step includes a step of accommodating the porous sintered body wrapped in the heat retaining member and fixed by the iron fastening means in a mold of a press machine, and the mold in the mold You may make it have the process of pouring a molten metal, and the process of impregnating the said molten metal in the said porous sintered compact by pushing down and pressing-in the said molten metal with the punch of the said press.

また、前記焼成工程と前記包装工程との間に、前記焼成工程にて作製された前記多孔質焼結体を加工して加工体を作製する加工工程を有し、前記包装工程は、少なくとも1つの前記加工体を保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定するようにしてもよい。   Moreover, between the said baking process and the said packaging process, it has the process process which processes the said porous sintered compact produced at the said baking process, and produces a processed body, The said packaging process is at least 1 The two processed bodies may be wrapped with a heat retaining member and fixed with an iron fastening means.

包装工程にて、2つ以上の前記加工体を保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定する場合は、前記加工体の間に、該加工体よりも前記金属を含浸しやすい物体を挟んで行うことが望ましい。つまり、含浸の時の圧力が静水圧に近くなるように、加工体の間に多数の孔が形成されたマイカ製のシート、セラミックペーパー、多孔質を有するセラミックスやハニカムなど、多孔質焼結体よりも含浸しやすい物体を挟むことで2つ以上の加工体への前記金属の含浸が可能となる。これにより、含浸不良(未含浸や含浸量のばらつき増大)をなくすことができ、且つ、圧力も均一になることから、含浸の圧力による加工体の破損、クラックの発生なども防止できる。   In the packaging process, when two or more of the processed bodies are wrapped with a heat retaining member and fixed with an iron fastening means, an object that is more easily impregnated with the metal than the processed bodies is interposed between the processed bodies. It is desirable to carry it between. In other words, porous sintered bodies such as mica sheets, ceramic paper, porous ceramics and honeycombs in which many holes are formed between the processed bodies so that the pressure during impregnation is close to hydrostatic pressure It is possible to impregnate two or more workpieces with the metal by sandwiching an object that is more easily impregnated. As a result, poor impregnation (unimpregnation or increased variation in the amount of impregnation) can be eliminated, and the pressure can be made uniform, so that damage to the workpiece and generation of cracks due to the impregnation pressure can be prevented.

また、前記包装工程と前記含浸工程との間に、前記包装工程にて包装された少なくとも1つの前記加工体を予熱する工程を有するようにしてもよい。この場合、この予熱処理によってネットワーク化している多孔質焼結体の加工体に対して金属が含浸しやすくなる。予熱の温度は、含浸用の金属と同程度の温度まで予熱することが望ましい。   Moreover, you may make it have the process of preheating at least 1 said processed body packaged in the said packaging process between the said packaging process and the said impregnation process. In this case, the metal is easily impregnated into the porous sintered body processed by the pre-heat treatment. The preheating temperature is preferably preheated to the same level as the impregnating metal.

そして、前記含浸工程は、前記保温部材にて包まれ、且つ、前記鉄製の締め付け手段にて固定された少なくとも1つの前記加工体をプレス機の金型内に収容する工程と、前記金型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加工体中に前記溶湯を含浸させる工程とを有するようにしてもよい。   The impregnation step includes a step of accommodating at least one of the workpieces enclosed in the heat retaining member and fixed by the iron fastening means in a die of a press machine; There may be a step of pouring the molten metal into the metal, and a step of pressing down the molten metal with a punch of the press machine to impregnate the molten metal into the workpiece.

上述した含浸工程において、前記パンチによる圧入時の圧力が、前記多孔質焼結体(加工体を含む)の圧縮強度の5倍以下であることが好ましい。具体的には、前記パンチによる圧入時の圧力が、1.01〜202MPaであることが好ましい。   In the impregnation step described above, it is preferable that the pressure at the time of press-fitting with the punch is not more than 5 times the compressive strength of the porous sintered body (including the processed body). Specifically, it is preferable that the pressure at the time of press-fitting by the punch is 1.01 to 202 MPa.

前記製造方法においては、さらに、少なくとも前記金属が含浸された前記多孔質焼結体(加工体を含む)を冷却する冷却工程を有し、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少なくとも冷却ゾーンで冷却するようにしてもよい。   The manufacturing method further includes a cooling step of cooling the porous sintered body (including a processed body) impregnated with at least the metal, and the cooling step includes adding the metal to the porous sintered body. The heat sink material impregnated with may be cooled in at least a cooling zone to which cooling gas is blown or cooling water is supplied.

なお、前記金属は、Cu、Al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。   In addition, the said metal can employ | adopt at least 1 sort (s) selected from Cu and Al.

以上説明したように、本発明に係るヒートシンク材及びその製造方法によれば、カーボン又はグラファイトからなる多孔質焼結体と金属との密着性を向上することができ、しかも、カーボン又はグラファイトと金属との界面においてカーバイド層を形成し易くし、ヒートシンク材としての熱伝導率、熱膨張率及び強度を備えたヒートシンク材を得ることができる。   As described above, according to the heat sink material and the manufacturing method thereof according to the present invention, the adhesion between the porous sintered body made of carbon or graphite and the metal can be improved, and the carbon or graphite and the metal can be improved. It is easy to form a carbide layer at the interface with the heat sink material, and a heat sink material having a thermal conductivity, a thermal expansion coefficient and a strength as a heat sink material can be obtained.

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11を参照しながら説明する。   Embodiments of a heat sink material and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

本実施の形態に係るヒートシンク材10は、図1に示すように、カーボン又は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。   As shown in FIG. 1, the heat sink material 10 according to the present embodiment is configured by impregnating a porous sintered body 12 obtained by firing carbon or graphite into a network to impregnate a metal 14.

この場合、カーボン又はグラファイトとして、熱伝導率が100W/mK以上、望ましくは150W/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。   In this case, as carbon or graphite, the thermal conductivity is 100 W / mK or more, preferably 150 W / mK or more (estimated value without pores), more preferably 200 W / mK or more (estimated value without pores). ) Is preferably used.

本実施の形態では、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の開気孔にCu(銅)を含浸させたヒートシンク材10を示す。含浸する金属14としては、Cu(銅)のほかに、Al(アルミニウム)を使用することができる。   In this embodiment, a heat sink material 10 is shown in which Cu (copper) is impregnated into open pores of a porous sintered body 12 made of graphite having a thermal conductivity of 100 W / mK or more. As the metal 14 to be impregnated, Al (aluminum) can be used in addition to Cu (copper).

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%〜95vol%、金属14が50vol%〜5vol%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、且つ、熱膨張率が1ppm/℃〜10ppm/℃であるヒートシンク材を得ることができる。   In addition, the volume ratio between the porous sintered body 12 and the metal 14 is in a range of 50 vol% to 95 vol% for the porous sintered body 12 and 50 vol% to 5 vol% for the metal 14. As a result, a heat sink material having an average of three orthogonal directions orthogonal or a thermal conductivity of any axial direction of 180 to 220 W / mK or more and a thermal expansion coefficient of 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C. is obtained. be able to.

多孔質焼結体12の気孔率としては、5vol%〜50vol%であることが望ましい。気孔率が5vol%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15.0ppm/℃以下に抑えることができないからである。   The porosity of the porous sintered body 12 is preferably 5 vol% to 50 vol%. When the porosity is 5 vol% or less, it is impossible to obtain an average of three orthogonal axes or a thermal conductivity of 180 W / mK (room temperature) in any axial direction, and when it exceeds 50 vol%, the porous sintered body 12 It is because the intensity | strength of this falls and a thermal expansion coefficient cannot be suppressed to 15.0 ppm / degrees C or less.

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。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、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。   The average open pore size (pore size) of the porous sintered body 12 is preferably 0.1 to 200 μm. When the pore diameter is less than 0.1 μm, it becomes difficult to impregnate the open pores with the metal 14 and the thermal conductivity is lowered. On the other hand, if the pore diameter exceeds 200 μm, the strength of the porous sintered body 12 decreases, and the thermal expansion coefficient cannot be kept low.

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90vol%以上分布することが好ましい。0.5〜50μm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。   As a distribution (pore distribution) regarding the average open pores of the porous sintered body 12, it is preferable to distribute 90 vol% or more in 0.5 to 50 μm. When the pores of 0.5 to 50 μm are not distributed by 90 vol% or more, the open pores not impregnated with the metal 14 increase, and the thermal conductivity may be lowered.

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10の閉気孔率としては、12vol%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。   Further, the closed porosity of the heat sink material 10 obtained by impregnating the porous sintered body 12 with the metal 14 is preferably 12 vol% or less. It is because thermal conductivity may fall when it exceeds 5 vol%.

なお、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。   Note that an automatic porosimeter (trade name “Autopore 9200”) manufactured by Shimadzu Corporation was used to measure the porosity, the pore diameter, and the pore distribution.

この実施の形態に係るヒートシンク材10において、多孔質焼結体12に、該多孔質焼結体12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。   In the heat sink material 10 according to this embodiment, it is preferable to add to the porous sintered body 12 an additive for reducing the closed porosity when the porous sintered body 12 is fired. Examples of the additive include SiC and / or Si. Thereby, closed pores (closed pores) during firing can be reduced, and the impregnation ratio of the metal 14 to the porous sintered body 12 can be improved.

また、多孔質焼結体12中に、該多孔質焼結体12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、多孔質焼結体12の焼成時に、該多孔質焼結体12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、多孔質焼結体12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。   Further, an element that reacts with the porous sintered body 12 may be added to the porous sintered body 12. Examples of the additive element include one or more selected from Ti, W, Mo, Nb, Cr, Zr, Be, Ta, V, B, and Mn. Thus, when the porous sintered body 12 is fired, a reaction layer (carbide layer) is formed on the surface of the porous sintered body 12 (including the surface of the open pores), and the open pores of the porous sintered body 12 Improves the wettability with the metal 14 impregnated into the metal, makes it possible to impregnate at a low pressure, and to impregnate fine open pores.

そして、本実施の形態では、多孔質焼結体12に含浸される金属14に、多孔質焼結体12との界面の密着性改善のための元素が添加されている。特に、この実施の形態では、界面の濡れ性改善のための添加元素として、Fe(鉄)を用いた。Feは、多孔質焼結体12に固溶し易い元素であり、含浸時に多孔質焼結体12との界面において密着性を向上させる効果があるからである。また、多孔質焼結体12との界面における濡れ性を向上させる効果もある。   In the present embodiment, an element for improving adhesion at the interface with the porous sintered body 12 is added to the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12. In particular, in this embodiment, Fe (iron) is used as an additive element for improving the wettability of the interface. This is because Fe is an element that easily dissolves in the porous sintered body 12 and has an effect of improving adhesion at the interface with the porous sintered body 12 during impregnation. In addition, there is an effect of improving the wettability at the interface with the porous sintered body 12.

この場合、Feは0.01〜4wt%添加されていることが好ましい。Feの添加量が4wt%を超えると、含浸される金属14が例えばCuであれば、該Cuとの合金化の際にγ相が出て湯流れ性を低下させるおそれがあり、含浸される金属14が例えばAlであれば、θ相の量が増えて同様に湯流れ性が低下するおそれがあるからである。   In this case, it is preferable that 0.01 to 4 wt% of Fe is added. When the added amount of Fe exceeds 4 wt%, if the metal 14 to be impregnated is, for example, Cu, a γ phase may be produced during alloying with the Cu, and the hot metal flowability may be reduced. This is because if the metal 14 is, for example, Al, the amount of the θ phase is increased, and there is a possibility that the hot water flow property is similarly lowered.

また、含浸される金属14に、湯流れ性を向上させるため、Siを添加することが好ましい。すなわち、湯流れ性を向上させる元素としては、Sn、P、Si、Mgがあるが(特許文献3参照)、Feにより溶融した界面でFeよりもカーバイドとして形成し易い元素はSiだけであることが判明したからである。   Further, it is preferable to add Si to the impregnated metal 14 in order to improve the hot water flowability. That is, there are Sn, P, Si, and Mg as elements that improve the flowability of molten metal (see Patent Document 3), but Si is the only element that is easier to form as carbide than Fe at the interface melted by Fe. Because it became clear.

この場合、Siが0.1〜12wt%添加されていることが好ましい。Siの量は0.1%以上で効果が出始める。しかし、12wt%を超えると、熱膨張率が大きくなり、ネットワークしたことで得られる10ppm/℃が満足できないおそれがあるからである。   In this case, it is preferable that 0.1 to 12 wt% of Si is added. The effect starts to appear when the amount of Si is 0.1% or more. However, if it exceeds 12 wt%, the coefficient of thermal expansion increases, and there is a possibility that 10 ppm / ° C. obtained by networking cannot be satisfied.

そして、含浸される金属にFeとSiが添加されることによって、以下のような相乗効果を得ることができる。   And the following synergistic effects can be acquired by adding Fe and Si to the metal impregnated.

すなわち、Feの添加は、多孔質焼結体12との界面での密着性を向上させるが、上述したように効果がある0.01〜4wt%までの範囲においても固液共存範囲が狭く湯流れ性が悪くなるおそれがある。上述したように、湯流れ性を向上させ、且つ、Feにより溶融した界面でFeよりもカーバイドとして形成し易い元素はSiだけであることから、Siは、湯流れ性を改善することができる。   That is, the addition of Fe improves the adhesion at the interface with the porous sintered body 12, but the solid-liquid coexistence range is narrow even in the range of 0.01 to 4 wt% which is effective as described above. There is a risk of poor flow. As described above, since Si is the only element that improves the hot metal flowability and is easier to form as carbide than Fe at the interface melted by Fe, Si can improve the hot water flowability.

従って、Feによって多孔質焼結体12との界面での溶融による密着性が上がり、その界面において、Siによってカーバイドが容易に形成されるため、ヒートシンク材10として必要な熱伝導率、熱膨張率及び機械的強度を兼ね備えたヒートシンク材10を得ることができる。   Accordingly, adhesion by melting at the interface with the porous sintered body 12 is increased by Fe, and carbide is easily formed by Si at the interface. Therefore, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient necessary for the heat sink material 10 are obtained. And the heat sink material 10 which has mechanical strength can be obtained.

また、金属14が含浸された後の多孔質焼結体12の引張強度は3.5MPa以上であることが好ましい。引張強度は密着性に影響を受ける。同レベルの含浸状況でも密着性の違いが機械的強度に反映される。すなわち、多孔質焼結体12に対する金属14の密着性が高いほど、引張強度も高くなり、それに比例して圧縮強度も高くなる。この場合、強度が低いと、ヒートシンク材10に対して、ねじ締めができなくなるおそれがある。そこで、引張強度が4.5MPa以上あればねじ締めが容易になり、3.5MPaあれば半田付け等の際のハンドリングが容易になる。   The tensile strength of the porous sintered body 12 after impregnated with the metal 14 is preferably 3.5 MPa or more. Tensile strength is affected by adhesion. Even at the same level of impregnation, the difference in adhesion is reflected in the mechanical strength. That is, the higher the adhesion of the metal 14 to the porous sintered body 12, the higher the tensile strength, and the higher the compressive strength proportionally. In this case, if the strength is low, the heat sink material 10 may not be screwed. Therefore, if the tensile strength is 4.5 MPa or more, screw tightening is easy, and if it is 3.5 MPa, handling during soldering and the like becomes easy.

なお、多孔質焼結体12に含浸される金属14に、上述したFeに加えて、Te、Bi、Pb、Sn、Se、Li、Sb、Tl、Ca、Cd、Niから選択された1種以上を添加するようにしてもよい。この場合、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12の開気孔内に金属14が入り易くなる。特に、Niは、グラファイトを溶解しやすく含浸しやすいという効果がある。   In addition to the above-described Fe, the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12 is one selected from Te, Bi, Pb, Sn, Se, Li, Sb, Tl, Ca, Cd, and Ni. You may make it add the above. In this case, the wettability of the interface between the porous sintered body 12 and the metal 14 is improved, and the metal 14 easily enters the open pores of the porous sintered body 12. In particular, Ni has an effect that graphite is easily dissolved and easily impregnated.

また、多孔質焼結体12に含浸される金属14に、上述したFeに加えて、Nb、Cr、Zr、Be、Ti、Ta、V、B、Mnから選択された1種以上を添加するようにしてもよい。これにより、多孔質焼結体12と金属14との反応性が向上し、開気孔内において多孔質焼結体12と金属14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。   In addition to Fe described above, at least one selected from Nb, Cr, Zr, Be, Ti, Ta, V, B, and Mn is added to the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12. You may do it. As a result, the reactivity between the porous sintered body 12 and the metal 14 is improved, the porous sintered body 12 and the metal 14 are easily in close contact with each other in the open pores, and the generation of closed pores can be suppressed. .

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、上述したFe及びSiに加えて、Sn、P、Mgから選択された1種以上を添加するようにしてもよい。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、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。   In addition, the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12 improves the hot water flow and reduces residual pores. Therefore, in addition to the above-described Fe and Si, one type selected from Sn, P, and Mg You may make it add the above. As a result, variations in impregnation can be reduced, residual pores can be reduced, and strength can be improved. The same effect can be obtained even if the impregnation pressure is increased. Further, it is preferable to add an element for reducing the melting point to the metal 14. Examples of the additive element include Zn.

次に、本実施の形態に係るヒートシンク材10の製造方法の一例について図2〜図11を参照しながら説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the heat sink material 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

この製造方法は、図2に示すように、グラファイトのブロック(図示せず)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S1と、該焼成工程S1にて作製された多孔質焼結体12を加工して1以上のブロックを作製する加工工程S2と、多孔質焼結体12のブロックを多数の孔が形成された保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定して包装体26(図5参照)とする包装工程S3と、包装体26に対して予熱を行う予熱工程S4と、包装体26内の多孔質焼結体12中に金属14を含浸させてヒートシンク材10とする含浸工程S5と、ヒートシンク材10を冷却する冷却工程S6とを有する。   As shown in FIG. 2, this manufacturing method includes a firing step S1 for producing a porous sintered body 12 by firing and networking a graphite block (not shown), and the firing step S1. A processing step S2 for processing the porous sintered body 12 to produce one or more blocks, and a block of the porous sintered body 12 is wrapped with a heat insulating member in which a large number of holes are formed, and an iron fastening means The metal 14 is placed in the packaging step S3 which is fixed by the packing process 26 (see FIG. 5), the preheating step S4 for preheating the packaging body 26, and the porous sintered body 12 in the packaging body 26. An impregnation step S5 for impregnating the heat sink material 10 and a cooling step S6 for cooling the heat sink material 10 are provided.

焼成工程S1及び冷却工程S6は、特許文献3等において詳述しているため、ここでは、加工工程S2、包装工程S3、予熱工程S4及び含浸工程S5について説明する。   Since the firing step S1 and the cooling step S6 are described in detail in Patent Document 3 and the like, here, the processing step S2, the packaging step S3, the preheating step S4, and the impregnation step S5 will be described.

まず、加工工程S2によって1以上のブロック(多孔質焼結体)が作製されるが、その後の包装工程S3では、1つのブロックを包装する場合や、2以上のブロックを包装する場合がある。特に、2以上のブロックを包装する場合は、ブロック(多孔質焼結体12)よりも金属を含浸しやすい物体を挟んで包装することが望ましい。つまり、含浸の時の圧力が静水圧に近くなるように、ブロックの間にセラミックペーパー、多孔質を有するセラミックスやハニカムなど、多孔質焼結体よりも含浸しやすい物体を挟むことで2つ以上のブロックへの金属の含浸が可能となる。これにより、含浸不良(未含浸や含浸量のばらつき増大)をなくすことができ、且つ、圧力も均一になることから、含浸の圧力によるブロックの破損、クラックの発生なども防止できる。以下の説明では、2つのブロックを包装する場合を例にして説明する。   First, one or more blocks (porous sintered bodies) are produced by the processing step S2, but in the subsequent packaging step S3, one block may be packaged or two or more blocks may be packaged. In particular, when two or more blocks are packaged, it is desirable to package them with an object more easily impregnated with metal than the block (porous sintered body 12). In other words, two or more objects can be inserted between the blocks, such as ceramic paper, porous ceramics and honeycombs, so that the pressure during impregnation is close to the hydrostatic pressure. The metal can be impregnated into the block. As a result, poor impregnation (non-impregnation or increased variation in the amount of impregnation) can be eliminated, and the pressure can be made uniform, so that breakage of the block due to the impregnation pressure, generation of cracks, etc. can be prevented. In the following description, a case where two blocks are packaged will be described as an example.

すなわち、包装工程S3は、図3に示すように、例えば2つの多孔質焼結体12のブロック20(第1及び第2のブロック20A及び20B)を用意し、これら2つのブロック20A及び20Bを上下に積層する。第1及び第2のブロック20A及び20Bの間にマイカ製のシート(第1のマイカシート22a)、セラミック製のシート(第1のセラミックシート24a)、第2のマイカシート22bを介在させる。   That is, in the packaging step S3, for example, as shown in FIG. 3, two blocks 20 (first and second blocks 20A and 20B) of the porous sintered body 12 are prepared, and these two blocks 20A and 20B are prepared. Laminate up and down. A mica sheet (first mica sheet 22a), a ceramic sheet (first ceramic sheet 24a), and a second mica sheet 22b are interposed between the first and second blocks 20A and 20B.

上方に位置する第1のブロック20Aの上面に2枚のマイカ製のシート(第3及び第4のマイカシート22c及び22d)を配置し、下方に位置する第2のブロック20Bの下面に2枚のマイカ製のシート(第5及び第6のマイカシート22e及び22f)を配置する。   Two mica sheets (third and fourth mica sheets 22c and 22d) are arranged on the upper surface of the first block 20A located above, and two on the lower surface of the second block 20B located below. The mica sheets (fifth and sixth mica sheets 22e and 22f) are arranged.

さらに、図4に示すように、第1及び第2のブロック20A及び20Bの側面全面を2枚のマイカ製のシート(第7及び第8のマイカシート22g及び22h)で巻き、さらに、その外周にセラミック製のシート(第2のセラミックシート24b)を巻く。これにより、1つの包装体26が完成する。   Further, as shown in FIG. 4, the entire side surfaces of the first and second blocks 20A and 20B are wound with two mica sheets (seventh and eighth mica sheets 22g and 22h), and the outer periphery thereof. A ceramic sheet (second ceramic sheet 24b) is wound around the sheet. Thereby, one package 26 is completed.

その後、図5に示すように、包装体26の外周を例えば複数の針金28で巻き、上述した第1〜第8のマイカシート22a〜22hや第1及び第2のセラミックシート24a及び24bが外れないようにする。   After that, as shown in FIG. 5, the outer periphery of the package 26 is wound with, for example, a plurality of wires 28, and the first to eighth mica sheets 22a to 22h and the first and second ceramic sheets 24a and 24b are removed. Do not.

図3及び図4に示すように、上述した第1〜第8のマイカシート22a〜22hには、それぞれ多数の孔30が形成されている。孔30はポンチによる穿設にて容易に形成することができる。   As shown in FIGS. 3 and 4, a large number of holes 30 are formed in the first to eighth mica sheets 22 a to 22 h described above. The hole 30 can be easily formed by punching.

上述した包装体26は、1つだけ作製するのではなく、予め複数個作製しておけば、その後の製造工程の時間短縮を図ることができる。   If only a single package 26 described above is prepared, but a plurality of the packages 26 are prepared in advance, the time required for the subsequent manufacturing process can be reduced.

予熱工程S4は、針金28が巻かれた包装体26を予熱炉32(図6参照)に入れ、該包装体26を加熱することで行われる。この加熱処理では、1つの包装体26を予熱炉32内に収容し、加熱を開始した時点から60分程度にて所定温度、例えば後述する溶湯64(多孔質焼結体12に含浸される金属14であって溶融した金属:図9参照)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64が1200℃程度であるならば、多孔質焼結体12の予熱温度は1000℃〜1400℃が望ましい。なお、加熱時間は、上述では60分程度としたが、ブロックの大きさや個数によって変わり、例えば30分〜180分のうち、最適な時間で行われる。   The preheating step S4 is performed by putting the package 26 around which the wire 28 is wound into a preheating furnace 32 (see FIG. 6) and heating the package 26. In this heat treatment, one packaging body 26 is accommodated in the preheating furnace 32, and about 60 minutes after the start of heating, for example, a molten metal 64 (a metal impregnated in the porous sintered body 12) to be described later. 14 and melted metal (see FIG. 9), it is desirable to preheat to the same temperature. Specifically, if the molten metal 64 is about 1200 ° C., the preheating temperature of the porous sintered body 12 is desirably 1000 ° C. to 1400 ° C. In addition, although the heating time was about 60 minutes in the above description, it varies depending on the size and number of blocks, and for example, the heating time is 30 to 180 minutes.

特に、本実施の形態では、予熱炉32として、収容空間34が2つの包装体26を収容可能な容積を有する予熱炉32を用いた。従って、例えば60分にて加熱処理が終了する場合を想定したとき、1個目の包装体26を予熱炉32に入れて加熱を開始し、加熱開始時点から30分経過した時点で、2個目の包装体26を収容し、加熱開始時点から60分経過した時点で、1個目の包装体26を取り出すと共に、3個目の包装体26を収容し、加熱開始時点から90分経過した時点で、2個目の包装体26を取り出すという方法を採用した。これにより、生産性の向上を図ることができる。   In particular, in the present embodiment, as the preheating furnace 32, the preheating furnace 32 having a volume in which the accommodation space 34 can accommodate the two packaging bodies 26 is used. Therefore, for example, when it is assumed that the heat treatment is completed in 60 minutes, the first package 26 is put in the preheating furnace 32 and heating is started. The first package 26 is taken out when 60 minutes have elapsed from the start of heating and the third package 26 is stored, and 90 minutes have elapsed from the start of heating. At that time, a method of taking out the second package 26 was adopted. Thereby, productivity can be improved.

ここで1つの実験例を示す。この実験例は、予熱炉32に投入された包装体26内の多孔質焼結体12が、予熱炉32の加熱によってどのように温度上昇するか、特に、加熱中の予熱炉32に対する包装体26の出し入れによって温度上昇にどのような影響が現れるかを確認した。   Here, one experimental example is shown. This experimental example shows how the temperature of the porous sintered body 12 in the packaging body 26 put into the preheating furnace 32 rises due to the heating of the preheating furnace 32, in particular, the packaging body for the preheating furnace 32 being heated. It was confirmed what effect the temperature rises by taking in and out 26.

まず、包装体26内の多孔質焼結体12の温度を計測するために、図7に示すように、例えば2個目の包装体26内の3つの測定箇所、すなわち、第1の測定箇所P1(第1のブロック20Aと第2のブロック20Bとの間の中央)、第2の測定箇所P2(第1のブロック20Aと第2のブロック20Bとの間の外側の1箇所)及び第3の測定箇所P3(第2のブロック20Bの下面中央)にそれぞれ熱電対(図示せず)を取り付けた。なお、図7においては、図示を簡単にするために、第1〜第8のマイカシート22a〜22h並びに第1及び第2のセラミックシート24a及び24bを一括して保温部材36として示してある。   First, in order to measure the temperature of the porous sintered body 12 in the package 26, as shown in FIG. 7, for example, three measurement locations in the second package 26, that is, the first measurement locations. P1 (the center between the first block 20A and the second block 20B), the second measurement point P2 (one place between the first block 20A and the second block 20B) and the third A thermocouple (not shown) was attached to each of the measurement points P3 (center of the lower surface of the second block 20B). In FIG. 7, the first to eighth mica sheets 22 a to 22 h and the first and second ceramic sheets 24 a and 24 b are collectively shown as the heat retaining member 36 in order to simplify the illustration.

そして、2個目の包装体26を予熱炉32に入れ、60分経過後に予熱炉32から取り出すまでの多孔質焼結体12の温度の変化をプロットした。その結果を図8に示す。この図8において、プロット「●」が第1の測定箇所P1での温度変化を示し、プロット「○」が第2の測定箇所P2での温度変化を示し、プロット「▲」が第3の測定箇所P3での温度変化を示す。   And the change of the temperature of the porous sintered compact 12 until putting the 2nd package 26 in the preheating furnace 32 and taking out from the preheating furnace 32 after 60 minutes passed was plotted. The result is shown in FIG. In FIG. 8, the plot “●” indicates the temperature change at the first measurement point P1, the plot “◯” indicates the temperature change at the second measurement point P2, and the plot “▲” indicates the third measurement. A temperature change at the point P3 is shown.

2個目の包装体26を入れてから30分経過した時点で、多孔質焼結体12の温度上昇が停止しているが、これは、予熱炉32の扉を開け、予熱炉32内から1個目の包装体26を取り出し、3個目の包装体26を予熱炉32内に収容し、再び扉を閉めたことによるものである。扉を開けておいた時間はほぼ60秒であった。その後は、図8に示すように、規定の60分経過時点において、多孔質焼結体12の温度が1250℃程度まで上昇しており、予熱炉32の扉を開閉したことによる影響は皆無である。つまり、扉の開時間を60秒程度に短くすれば、予熱炉32による昇温能力の低下をもたらさないことがわかる。   The temperature rise of the porous sintered body 12 has stopped when 30 minutes have passed since the second package 26 was inserted. This is because the door of the preheating furnace 32 is opened and the inside of the preheating furnace 32 is opened. This is because the first package 26 is taken out, the third package 26 is accommodated in the preheating furnace 32, and the door is closed again. It took almost 60 seconds to keep the door open. After that, as shown in FIG. 8, the temperature of the porous sintered body 12 has risen to about 1250 ° C. at the lapse of the prescribed 60 minutes, and there is no influence due to opening and closing the door of the preheating furnace 32. is there. That is, it can be seen that if the door opening time is shortened to about 60 seconds, the temperature raising capability by the preheating furnace 32 is not lowered.

次に、含浸工程S5は、図9に示すプレス機40を用いた。このプレス機40は、基台42と、基台42上に設けられた金型44と、金型44の空間46に対して進退自在に移動するパンチ48とを有する。   Next, the press machine 40 shown in FIG. 9 was used for the impregnation process S5. The press machine 40 includes a base 42, a mold 44 provided on the base 42, and a punch 48 that moves forward and backward with respect to a space 46 of the mold 44.

金型44の空間46内には、底板50が設置され、該底板50上にセラミック製のシート52とマイカ製のシート54の積層体56が配置されている。また、金型44の内壁に沿ってマイカ製のシート58とセラミック製のシート60の積層体62が配置されている。   A bottom plate 50 is installed in the space 46 of the mold 44, and a laminated body 56 of a ceramic sheet 52 and a mica sheet 54 is disposed on the bottom plate 50. A laminated body 62 of mica sheets 58 and ceramic sheets 60 is disposed along the inner wall of the mold 44.

そして、包装体26内の多孔質焼結体12に対して含浸処理を行う場合は、金型44の空間46内に予熱を終えた包装体26を入れ、その上から金属14の溶湯64を注湯した後、セラミック製のシート66とマイカ製のシート68の積層体70を被せる。その後、金型44の空間46内にパンチ48を挿入し、積層体70下にある溶湯64を押し下げながら金型44の空間46内にパンチ48を圧入する。このパンチ48の押圧処理によって、金属14の溶湯64は、多孔質焼結体12の開気孔中に含浸することとなる。   And when performing the impregnation process with respect to the porous sintered compact 12 in the package 26, the package 26 which finished preheating in the space 46 of the metal mold | die 44 is put, and the molten metal 64 of the metal 14 is put on it. After pouring, the laminated body 70 of the ceramic sheet | seat 66 and the mica sheet | seat 68 is covered. Thereafter, the punch 48 is inserted into the space 46 of the mold 44, and the punch 48 is press-fitted into the space 46 of the mold 44 while pushing down the molten metal 64 under the laminated body 70. By the pressing process of the punch 48, the molten metal 64 of the metal 14 is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12.

パンチ48による圧入時の圧力を、多孔質焼結体12の圧縮強度の5倍以下であること、ここでは、1.01〜202MPaとすることが好ましい。また、金型44の底部等に、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やガスを抜くための隙間部等を形成するようにしてもよい。この場合、パンチ48の圧入時に、多孔質焼結体12に残存するガスが前記ガス抜き孔を通して抜けるため、開気孔への溶湯64の含浸がスムーズに行われることになる。   It is preferable that the pressure at the time of press-fitting with the punch 48 is 5 times or less the compressive strength of the porous sintered body 12, here 1.01-202 MPa. Further, a gas vent hole for venting gas remaining in the porous sintered body 12, a gap portion for venting gas, or the like may be formed at the bottom of the mold 44 or the like. In this case, when the punch 48 is press-fitted, the gas remaining in the porous sintered body 12 passes through the gas vent holes, so that the molten metal 64 is smoothly impregnated into the open pores.

このように、上述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180W/mK以上であって、且つ、熱膨張率が1ppm/℃〜10ppm/℃であるヒートシンク材10を容易に得ることができる。   In this way, by performing the above-described steps, the porous sintered body 12 can be easily impregnated with the metal 14 by graphite, and the porous sintered body 12 is impregnated with the metal 14. The heat sink can improve the rate, has an average of three orthogonal axes, or a thermal conductivity of 180 W / mK or more in any axial direction, and a thermal expansion coefficient of 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C. The material 10 can be easily obtained.

そして、含浸工程S5に至る一連の工程を1サイクルとしたとき、2サイクル以降は、直前のサイクルにおける含浸工程S5にて多孔質焼結体12に含浸されなかった金属14の溶湯64を今回のサイクルにおける含浸工程S5での含浸用の金属14の溶湯64として再利用する。すなわち、例えば図10に示すように、1サイクル目の含浸工程S5にて余った溶湯64を2サイクル目以降の含浸工程S5における溶湯64として再利用し、同様に、2サイクル目の含浸工程S5にて余った溶湯64を3サイクル目の含浸工程S5における溶湯64として再利用する。これにより、材料費の低減を図ることができ、製品コストの低廉化に有利である。   Then, when the series of steps leading to the impregnation step S5 is defined as one cycle, the melt 64 of the metal 14 that has not been impregnated in the porous sintered body 12 in the impregnation step S5 in the immediately preceding cycle is added to the current cycle after the second cycle. It is reused as the molten metal 64 of the metal 14 for impregnation in the impregnation step S5 in the cycle. That is, for example, as shown in FIG. 10, the remaining molten metal 64 in the first cycle impregnation step S5 is reused as the molten metal 64 in the second and subsequent impregnation steps S5, and similarly, the second cycle impregnation step S5. The remaining molten metal 64 is reused as the molten metal 64 in the impregnation step S5 of the third cycle. As a result, the material cost can be reduced, which is advantageous in reducing the product cost.

ところで、上述した実施の形態に係る製造方法においては、包装工程S3にて包装体26を針金28で縛る(締め付ける)ことから、その後の含浸工程S5にて針金28が溶湯64に溶け込むこととなる。つまり、溶湯64は鉄(Fe)が添加された金属となる。   By the way, in the manufacturing method which concerns on embodiment mentioned above, since the package 26 is tied (fastened) with the wire 28 in packaging process S3, the wire 28 melt | dissolves in the molten metal 64 in the subsequent impregnation process S5. . That is, the molten metal 64 is a metal to which iron (Fe) is added.

Feは、上述したように、多孔質焼結体12に固溶し易い元素であり、含浸時に多孔質焼結体12との界面において密着性を向上させる効果がある。しかし、Feの添加量が4wt%を超えると、湯流れ性が低下するおそれがある。そこで、再利用される溶湯64に含まれるFeが4wt%となった段階で、溶湯64の再利用を止め、新たな溶湯64を使用するようにすればよい。   As described above, Fe is an element that is easily dissolved in the porous sintered body 12 and has an effect of improving adhesion at the interface with the porous sintered body 12 during impregnation. However, if the added amount of Fe exceeds 4 wt%, the hot water flowability may be reduced. Therefore, the reuse of the molten metal 64 may be stopped and a new molten metal 64 may be used when the Fe contained in the reused molten metal 64 reaches 4 wt%.

冷却工程S6は、多孔質焼結体12に金属14が含浸されたヒートシンク材10を、冷却ゾーン(図示せず)に搬送し、冷却ゾーンに設置されている冷やし金(図示せず)に接触させる。この冷やし金への接触によってヒートシンク材10は急速に冷却されることになる。この冷却工程S6においては、ヒートシンク材10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。   In the cooling step S6, the heat sink material 10 in which the porous sintered body 12 is impregnated with the metal 14 is transported to a cooling zone (not shown), and is brought into contact with a cooling metal (not shown) installed in the cooling zone. Let The heat sink material 10 is rapidly cooled by the contact with the cooling metal. In this cooling step S6, the heat sink material 10 may be sprayed with a cooling gas, or the cooling metal may be cooled with water.

このように、本実施の形態に係るヒートシンク材10の製造方法においては、カーボン又はグラファイトからなる多孔質焼結体12と金属14との密着性を向上することができ、しかも、カーボン又はグラファイトと金属14との界面においてカーバイド層を形成し易くし、ヒートシンク材10としての熱伝導率、熱膨張率及び強度を備えたヒートシンク材10を効率よく生産させることができる。   Thus, in the manufacturing method of the heat sink material 10 according to the present embodiment, the adhesion between the porous sintered body 12 made of carbon or graphite and the metal 14 can be improved, and the carbon or graphite and The carbide layer can be easily formed at the interface with the metal 14, and the heat sink material 10 having the thermal conductivity, the thermal expansion coefficient, and the strength as the heat sink material 10 can be efficiently produced.

ここで、1つの実験例を示す。この実験例は、実施例1〜8及び比較例1〜10について、多孔質焼結体12への金属14の含浸状況、ヒートシンク材10の熱伝導率(板厚方向及び面方向)、熱膨張率(200℃)、圧縮強度を見たものである。   Here, one experimental example is shown. In this experimental example, for Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 10, the state of impregnation of the porous sintered body 12 with the metal 14, the thermal conductivity (plate thickness direction and surface direction) of the heat sink material 10, thermal expansion The rate (200 ° C.) and the compressive strength are observed.

実施例1〜8及び比較例1〜10の含浸金属14の組成(主要金属及び添加元素)並びに実験結果を図11の表図に示す。   The composition of the impregnated metal 14 of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-10 (main metals and additive elements) and the experimental results are shown in the table of FIG.

含浸状況は、湯流れ性の影響を大きく受ける。従って、含浸状況の評価は、開気孔への含浸率によって判定した。「◎」は、開気孔への含浸率が60%以上を示し、「○」は、開気孔への含浸率が40%以上を示し、「×」は、開気孔への含浸率が40%未満を示す。   The impregnation situation is greatly affected by the hot water flow. Therefore, the evaluation of the impregnation state was determined by the impregnation rate into the open pores. “◎” indicates an impregnation rate of open pores of 60% or more, “◯” indicates an impregnation rate of open pores of 40% or more, and “×” indicates an impregnation rate of open pores of 40%. Less than.

添加元素がFeのみの場合(実施例1〜3、比較例1、実施例7、比較例8)は、含浸状況の評価としては、ほぼ「○」であるが、比較例1及び8においては、4wt%を超えていることから、「×」の評価となっている。添加元素がSiのみの場合(比較例2〜7、9及び10)は、含浸状況の評価としては、比較例2のみが「○」、他のものは「◎」であり、良好な結果となっている。また、添加元素がFe及びSiの場合(実施例4〜6、8)についても、含浸状況の評価が全て「◎」であり、良好な結果となっている。   When the additive element is only Fe (Examples 1 to 3, Comparative Example 1, Example 7, and Comparative Example 8), the evaluation of the impregnation state is almost “◯”. Since it exceeds 4 wt%, the evaluation is “x”. When the additive element is only Si (Comparative Examples 2 to 7, 9 and 10), as an evaluation of the impregnation state, only Comparative Example 2 is “◯”, and the others are “」 ”. It has become. In addition, when the additive elements are Fe and Si (Examples 4 to 6 and 8), the evaluation of the impregnation state is all “◎”, which is a good result.

次に、熱伝導率は、含浸状況と含浸される金属14の熱伝導率に影響される。従って、添加元素がFeのみの場合(実施例1〜3、比較例1、実施例7、比較例8)は、Feの添加量が多くなるにつれて金属14の熱伝導率が低下することから、ヒートシンク材10の熱伝導率も低下する傾向にある。特に、比較例1においては測定不能であった。   Next, the thermal conductivity is affected by the impregnation condition and the thermal conductivity of the metal 14 to be impregnated. Therefore, when the additive element is only Fe (Examples 1 to 3, Comparative Example 1, Example 7, and Comparative Example 8), the thermal conductivity of the metal 14 decreases as the amount of Fe added increases. The heat conductivity of the heat sink material 10 also tends to decrease. In particular, in Comparative Example 1, measurement was impossible.

添加元素がSiのみの場合(比較例2〜7、9及び10)並びに添加元素がFe及びSiの場合(実施例4〜6、8)においても、Siの添加量が多くなるにつれて金属14の熱伝導率が低下することから、ヒートシンク材10の熱伝導率も低下する傾向にある。しかし、含浸状況がよいため、添加量が多いわりには熱伝導率の低下は小幅になっている。   Even when the additive element is only Si (Comparative Examples 2 to 7, 9 and 10) and when the additive element is Fe and Si (Examples 4 to 6 and 8), as the additive amount of Si increases, the metal 14 increases. Since heat conductivity falls, it exists in the tendency for the heat conductivity of the heat sink material 10 to also fall. However, since the impregnation state is good, the decrease in thermal conductivity is small when the addition amount is large.

次に、熱膨張率は、含浸状況がよいものほど金属14の影響を受けやすく大きくなる傾向にある。従って、含浸状況が「×」のものであって、Feの添加量が最も多いもの(比較例1)は、多孔質焼結体12内に含浸される金属14の量が少ないことから、グラファイトの熱膨張率に支配される。含浸状況が「◎」のもの(比較例3〜7、実施例3〜5、比較例9、10、実施例8)は、熱膨張率が5ppm/℃以上であるが、10ppm/℃以上のもの(比較例7及び10)は、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には好ましくない。   Next, the coefficient of thermal expansion tends to be easily affected by the metal 14 as the impregnation condition is better. Therefore, when the impregnation state is “x” and the amount of Fe added is the largest (Comparative Example 1), the amount of the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12 is small. Is governed by the coefficient of thermal expansion. In the case where the impregnation state is “◎” (Comparative Examples 3-7, Examples 3-5, Comparative Examples 9, 10, and Example 8), the coefficient of thermal expansion is 5 ppm / ° C. or more, but 10 ppm / ° C. or more. Those (Comparative Examples 7 and 10) are not preferable for obtaining a balance between the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity required for an actual electronic component or the like.

次に、引張強度は、多孔質焼結体12に対する金属14の密着性の影響を大きく受ける。従って、同レベルの含浸状況でも、密着性の違いが引張強度に反映される。引張強度の評価のうち、「◎」は4.5MPa以上を示し、「○」は3.5MPa以上を示し、「×」は3.5MPa未満を示す。   Next, the tensile strength is greatly affected by the adhesion of the metal 14 to the porous sintered body 12. Therefore, even in the same level of impregnation, the difference in adhesion is reflected in the tensile strength. In the evaluation of tensile strength, “◎” indicates 4.5 MPa or more, “◯” indicates 3.5 MPa or more, and “×” indicates less than 3.5 MPa.

引張強度が3.5MPa未満で低いと、ヒートシンク材10に対して、半田付け等のハンドリングやねじ締めができなくなるおそれがある。引張強度が3.5MPa以上であれば半田付け等の際のハンドリングが容易になり、引張強度が4.5MPa以上あればねじ締めが容易になる。   If the tensile strength is less than 3.5 MPa, the heat sink material 10 may not be handled such as soldering or screwed. If the tensile strength is 3.5 MPa or more, handling during soldering becomes easy, and if the tensile strength is 4.5 MPa or more, screwing becomes easy.

上述した含浸状況、熱伝導率、熱膨張率及び圧縮強度の各評価から総合評価を出すと、実施例1〜7について「◎」であり、総合的に良好な結果が得られていることがわかる。   When comprehensive evaluation is made from each evaluation of the impregnation state, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and compressive strength described above, it is “1〜” for Examples 1 to 7, and overall good results are obtained. Recognize.

なお、本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、本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。   It should be noted that the heat sink material and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

本実施の形態に係るヒートシンク材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat sink material which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るヒートシンク材の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the heat sink material which concerns on this Embodiment. 包装工程での処理を示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows the process in a packaging process. 包装工程での処理を示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows the process in a packaging process. 包装体に針金を巻いた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which wound the wire around the package body. 予熱炉に1個目の包装体、2個目の包装体及び3個目の包装体を順次投入する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the 1st package, the 2nd package, and the 3rd package are put into a preheating furnace one by one. 包装体内の多孔質焼結体の温度を測定するために、熱電対を設置した位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position which installed the thermocouple in order to measure the temperature of the porous sintered compact in a package. 予熱炉の加熱による2個目の包装体内の多孔質焼結体の温度変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the temperature change of the porous sintered compact in the 2nd package body by the heating of a preheating furnace. 含浸工程で使用されるプレス機を示す構成図である。It is a block diagram which shows the press used in an impregnation process. 溶湯の再利用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows reuse of a molten metal. 第1〜第8の実施例並びに第1〜第10の比較例による実験結果を示す表図である。It is a table | surface figure which shows the experimental result by the 1st-8th Example and the 1st-10th comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

10…ヒートシンク材 12…多孔質焼結体
14…金属 20、20A、20B…ブロック
22a〜22h…マイカシート 24a、24b…セラミックシート
26…包装体 28…針金
30…孔 32…予熱炉
40…プレス機 44…金型
48…パンチ 64…溶湯

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Heat sink material 12 ... Porous sintered body 14 ... Metal 20, 20A, 20B ... Block 22a-22h ... Mica sheet 24a, 24b ... Ceramic sheet 26 ... Packaging 28 ... Wire 30 ... Hole 32 ... Preheating furnace 40 ... Press Machine 44 ... Mold 48 ... Punch 64 ... Molten metal

Claims (30)

カーボン又はグラファイトと、金属とを含み、
前記カーボン又は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、
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1ppm/℃〜10ppm/℃であると共に、
前記金属に、カーボン又はグラファイトとの界面の少なくとも密着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。
Including carbon or graphite and metal,
The porous sintered body obtained by firing the carbon or graphite to be networked is impregnated with the metal,
The average of the three orthogonal directions or the thermal conductivity of any axial direction is 180 W / mK or more, and
The coefficient of thermal expansion is 1 ppm / ° C. to 10 ppm / ° C.,
A heat sink material, wherein an element for improving adhesion at least at an interface with carbon or graphite is added to the metal.
請求項1記載のヒートシンク材において、
前記界面の少なくとも密着性改善のための前記添加元素が、Feであることを特徴とするヒートシンク材。
The heat sink material according to claim 1,
The heat sink material, wherein at least the additive element for improving adhesion at the interface is Fe.
請求項2記載のヒートシンク材において、
前記Feが0.01〜4wt%添加されていることを特徴とするヒートシンク材。
The heat sink material according to claim 2,
A heat sink material, wherein 0.01 to 4 wt% of Fe is added.
請求項2又は3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、Siが添加されていることを特徴とするヒートシンク材。
The heat sink material according to claim 2 or 3,
A heat sink material, wherein Si is added to the metal in order to improve hot water flow.
請求項4記載のヒートシンク材において、
前記Siが0.1〜12wt%添加されていることを特徴とするヒートシンク材。
The heat sink material according to claim 4,
A heat sink material, wherein 0.1 to 12 wt% of Si is added.
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、
前記金属が含浸された後の前記多孔質焼結体の引張強度が3.5MPa以上であることを特徴とするヒートシンク材。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 5,
The heat sink material, wherein the porous sintered body after impregnated with the metal has a tensile strength of 3.5 MPa or more.
請求項1〜6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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 6,
A heat sink material having a closed porosity of 12 vol% or less.
請求項1〜7のいずれか1項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトとして、熱伝導率が100W/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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 7,
A heat sink material having a thermal conductivity of 100 W / mK or more is used as the carbon or graphite.
請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトと前記金属との体積率が、前記カーボン又はグラファイトが20vol%〜95vol%、金属が80vol%〜5vol%の範囲であることを特徴とするヒートシンク材。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 8,
A heat sink material, wherein the volume ratio of the carbon or graphite and the metal is in the range of 20 vol% to 95 vol% for the carbon or graphite and 80 vol% to 5 vol% for the metal.
請求項1〜8のいずれか1項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトと前記金属との体積率が、前記カーボン又はグラファイトが50vol%〜95vol%、金属が50vol%〜5vol%の範囲であることを特徴とするヒートシンク材。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 8,
A heat sink material, wherein the volume ratio of the carbon or graphite and the metal is in the range of 50 vol% to 95 vol% for the carbon or graphite and 50 vol% to 5 vol% for the metal.
請求項1〜10のいずれか1項に記載のヒートシンク材において、
前記カーボン又はグラファイトの表面に、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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 10,
A heat sink material, wherein a carbide layer is formed on the surface of the carbon or graphite.
請求項11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グラファイト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。
The heat sink material according to claim 11,
The formation of the carbide layer is based on a reaction between at least the carbon or graphite and an additive element.
請求項1〜12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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 12,
The heat sink material, wherein the metal is at least one selected from Cu and Al.
請求項1〜13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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 13,
A heat sink material characterized in that the ratio of thermal conductivity is 1: 5 or less in the direction of taking the minimum thermal conductivity and the direction of taking the maximum thermal conductivity.
請求項1〜14のいずれか1項に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5vol%〜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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 14,
A heat sink material, wherein the porous sintered body has a porosity of 5 vol% to 50 vol% and an average pore diameter of 0.1 μm to 200 μm.
カーボン又は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を作製する焼成工程と、
前記多孔質焼結体を多数の孔が形成された保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定する包装工程と、
金属を前記多孔質焼結体中に含浸させる含浸工程とを有することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
A firing step for producing a porous sintered body by firing and networking carbon or graphite;
A packaging step of wrapping the porous sintered body with a heat retaining member in which a large number of holes are formed, and fixing with a fastening means made of iron,
A method for producing a heat sink material, comprising an impregnation step of impregnating a metal into the porous sintered body.
請求項16記載のヒートシンク材の製造方法において、
前記保温部材は、マイカ製のシートを含むことを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material according to claim 16,
The method for manufacturing a heat sink material, wherein the heat retaining member includes a sheet made of mica.
請求項16又は17記載のヒートシンク材の製造方法において、
前記締め付け手段は、針金であることを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
The heat sink material manufacturing method according to claim 16 or 17,
The method of manufacturing a heat sink material, wherein the fastening means is a wire.
請求項16〜18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、
少なくとも前記含浸工程に至る一連の工程を1サイクルとしたとき、2サイクル以降は、直前のサイクルもしくはそれ以前のサイクルにおける前記含浸工程にて前記多孔質焼結体に含浸されなかった金属を含浸用の金属として再利用することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material of any one of Claims 16-18,
When the series of steps leading to at least the impregnation step is one cycle, for the second and subsequent cycles, the metal that has not been impregnated in the porous sintered body in the impregnation step in the previous cycle or in the previous cycle is used for impregnation. A method of manufacturing a heat sink material, wherein the heat sink material is reused as a metal.
請求項19記載のヒートシンク材の製造方法において、
前記含浸用の金属として再利用される金属に4wt%を超えるFeが含有された段階で、前記再利用を止めることを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material according to claim 19,
A method of manufacturing a heat sink material, wherein the reuse is stopped at a stage where Fe exceeding 4 wt% is contained in the metal reused as the metal for impregnation.
請求項16〜20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、
前記包装工程と前記含浸工程との間に、前記包装工程にて包装された前記多孔質焼結体を予熱する工程を有することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material of any one of Claims 16-20,
A method for producing a heat sink material, comprising a step of preheating the porous sintered body packaged in the packaging step between the packaging step and the impregnation step.
請求項16〜21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、
前記含浸工程は、
前記保温部材にて包まれ、且つ、前記鉄製の締め付け手段にて固定された前記多孔質焼結体をプレス機の金型内に収容する工程と、
前記金型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。
In the manufacturing method of the heat sink material according to any one of claims 16 to 21,
The impregnation step includes
Storing the porous sintered body wrapped in the heat retaining member and fixed by the iron fastening means in a mold of a press machine;
Pouring the molten metal into the mold,
A method of manufacturing a heat sink material, comprising: pressing down the molten metal with a punch of the pressing machine and impregnating the molten metal into the porous sintered body.
請求項16〜21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、
前記焼成工程と前記包装工程との間に、前記焼成工程にて作製された前記多孔質焼結体を加工して加工体を作製する加工工程を有し、
前記包装工程は、少なくとも1つの前記加工体を保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material according to any one of claims 16 to 21,
Between the firing step and the packaging step, it has a processing step of processing the porous sintered body produced in the firing step to produce a processed body,
In the packaging step, at least one of the workpieces is wrapped with a heat retaining member, and fixed with an iron fastening means.
請求項23記載のヒートシンク材の製造方法において、
前記包装工程は、2つ以上の前記加工体を保温部材にて包み、鉄製の締め付け手段にて固定する場合に、前記加工体の間に、該加工体よりも前記金属を含浸しやすい物体を挟んで行うことを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material according to claim 23,
In the packaging step, when two or more processed bodies are wrapped in a heat retaining member and fixed with an iron fastening means, an object that is more easily impregnated with the metal than the processed bodies is interposed between the processed bodies. A method for producing a heat sink material, characterized by being sandwiched.
請求項23又は24記載のヒートシンク材の製造方法において、
前記包装工程と前記含浸工程との間に、前記包装工程にて包装された少なくとも1つの前記加工体を予熱する工程を有することを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
In the manufacturing method of the heat sink material of Claim 23 or 24,
A method for producing a heat sink material, comprising a step of preheating at least one of the workpieces packaged in the packaging step between the packaging step and the impregnation step.
請求項23〜25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、
前記含浸工程は、
前記保温部材にて包まれ、且つ、前記鉄製の締め付け手段にて固定された少なくとも1つの前記加工体をプレス機の金型内に収容する工程と、
前記金型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加工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。
In the manufacturing method of the heat sink material of any one of Claims 23-25,
The impregnation step includes
Storing at least one of the workpieces wrapped in the heat retaining member and fixed by the iron fastening means in a mold of a press;
Pouring the molten metal into the mold,
A method of manufacturing a heat sink material, comprising: pressing down the molten metal with a punch of the pressing machine and impregnating the molten metal into the processed body.
請求項22又は26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、前記多孔質焼結体の圧縮強度の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。
In the manufacturing method of the heat sink material of Claim 22 or 26,
A method for producing a heat sink material, wherein a pressure at the time of press-fitting by the punch is 5 times or less of a compressive strength of the porous sintered body.
請求項27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、1.01〜202MPaであることを特徴とするヒートシンク材の製造方法。
The method of manufacturing a heat sink material according to claim 27,
A method for producing a heat sink material, wherein a pressure during press-fitting by the punch is 1.01 to 202 MPa.
請求項16〜28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、
さらに、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を有し、
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少なくとも冷却ゾーン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。
In the manufacturing method of the heat sink material according to any one of claims 16 to 28,
Furthermore, it has a cooling step for cooling the porous sintered body impregnated with at least the metal,
The cooling step includes
A method of manufacturing a heat sink material, comprising cooling the heat sink material in which the porous sintered body is impregnated with the metal in at least a cooling zone to which cooling gas is blown or cooling water is supplied.
請求項16〜29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。
In the manufacturing method of the heat sink material according to any one of claims 16 to 29,
The method of manufacturing a heat sink material, wherein the metal is at least one selected from Cu and Al.
JP2005120821A 2005-04-19 2005-04-19 Heat sink material and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4450765B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005120821A JP4450765B2 (en) 2005-04-19 2005-04-19 Heat sink material and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005120821A JP4450765B2 (en) 2005-04-19 2005-04-19 Heat sink material and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006298687A true JP2006298687A (en) 2006-11-02
JP4450765B2 JP4450765B2 (en) 2010-04-14

Family

ID=37467198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005120821A Expired - Fee Related JP4450765B2 (en) 2005-04-19 2005-04-19 Heat sink material and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4450765B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078679A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 Toyo Tanso Co., Ltd. Graphite material and method for manufacturing the same
DE102010017009A1 (en) 2009-05-19 2010-12-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi A method of forming a carbon particle-containing layer, heat transfer element, power module, and vehicle inverter
JP2012171865A (en) * 2011-02-18 2012-09-10 Shuoen Tech Co Ltd Heat sink of porous graphite, and method for producing the same
JP2018501633A (en) * 2015-09-07 2018-01-18 シク ジュ,ハク Electromagnetic wave absorption extinguishing and shielding sheet and electronic device high heat dissipation fusion sheet, and manufacturing method thereof
CN108766949A (en) * 2018-06-04 2018-11-06 深圳市恒川激光技术有限公司 A kind of application of graphite in preparing chip cooling heat sink material
EP3968369A1 (en) 2020-09-15 2022-03-16 Dowa Metaltech Co., Ltd Heat radiation member and method for producing same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078679A1 (en) * 2006-12-22 2008-07-03 Toyo Tanso Co., Ltd. Graphite material and method for manufacturing the same
JP5154448B2 (en) * 2006-12-22 2013-02-27 東洋炭素株式会社 Graphite material and manufacturing method thereof
US8623510B2 (en) 2006-12-22 2014-01-07 Toyo Tanso Co., Ltd. Graphite material and method for manufacturing the same
DE102010017009A1 (en) 2009-05-19 2010-12-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi A method of forming a carbon particle-containing layer, heat transfer element, power module, and vehicle inverter
JP2010270349A (en) * 2009-05-19 2010-12-02 Toyota Motor Corp Method for depositing coating film containing carbon particle, heat transfer member, power module, and inverter for vehicle
US8642132B2 (en) 2009-05-19 2014-02-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of forming carbon particle-containing film, heat transfer member, power module, and vehicle inverter
JP2012171865A (en) * 2011-02-18 2012-09-10 Shuoen Tech Co Ltd Heat sink of porous graphite, and method for producing the same
JP2018501633A (en) * 2015-09-07 2018-01-18 シク ジュ,ハク Electromagnetic wave absorption extinguishing and shielding sheet and electronic device high heat dissipation fusion sheet, and manufacturing method thereof
US11052636B2 (en) 2015-09-07 2021-07-06 Hak Sik JOO Fused sheet for electromagnetic wave absorption-extinction and shielding, and for electronic equipment high heat dissipation, and method of manufacturing the same
CN108766949A (en) * 2018-06-04 2018-11-06 深圳市恒川激光技术有限公司 A kind of application of graphite in preparing chip cooling heat sink material
EP3968369A1 (en) 2020-09-15 2022-03-16 Dowa Metaltech Co., Ltd Heat radiation member and method for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP4450765B2 (en) 2010-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4450765B2 (en) Heat sink material and manufacturing method thereof
CN105027277B (en) The manufacture method of power module substrate
JP6127833B2 (en) Manufacturing method of joined body and manufacturing method of power module substrate
CN107534034B (en) Bonded body, substrate for power module with heat sink, method for manufacturing bonded body, method for manufacturing substrate for power module with heat sink, and method for manufacturing heat sink
JP4378334B2 (en) Heat spreader module and manufacturing method thereof
WO2001048816A1 (en) Heat sink material and method of manufacturing the heat sink material
CN102498564A (en) Method for producing substrate for power module with heat sink, substrate for power module with heat sink, and power module
JP2006100770A (en) Manufacturing method of substrate base plate, substrate base plate and substrate using base plate
CN107427954B (en) Method for manufacturing bonded body, method for manufacturing substrate for power module with heat sink, and method for manufacturing heat sink
JP2003201528A (en) Heat sink material
TWI683403B (en) Method of producing power module substrate with heat sink
JP2009253157A (en) Soldering method and method of manufacturing semiconductor device
JP6613144B2 (en) Insulating substrate manufacturing method
JP4203283B2 (en) Composite material
JP5668506B2 (en) Power module substrate manufacturing method and power module substrate
JP2011108862A (en) Package and sealing method therefor
TWI708754B (en) Bonded body, power module substrate, power mosule, method of producing bonded body and method of producing power module substrate
JP4154861B2 (en) Manufacturing method of composite material
CN102651348B (en) Power module substrate and preparation method, this substrate carrying radiator and power model
JP3871599B2 (en) Structure
JP4674999B2 (en) Integrated ceramic circuit board manufacturing method
JP3436702B2 (en) Composite material
JP5668507B2 (en) Power module substrate manufacturing method and power module substrate
JP2008021716A (en) Power module substrate and method of manufacturing the same, and power module
JP2004221605A (en) Heat sink material and method of manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090629

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091013

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100119

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100126

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4450765

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees