JP2009206331A - 伝熱部材及びその製造方法、並びにパワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】相手部材との熱膨張差による金属被膜の亀裂を抑制できる伝熱部材及びその製造方法、並びにこれを用いたパワーモジュールを提供する。
【解決手段】伝熱部材１は、基材２と、相手部材４の熱膨張率と基材２の熱膨張率との間の熱膨張率をもつ金属被膜３とを有する。金属被膜３は、基材２に固定された基材側表面３１と、基材２よりも熱膨張率が小さい発熱体搭載用の相手部材４を固定する相手側表面３２とをもつ。金属被膜３には、相手側表面３２から基材側表面３１に向けて窪む溝３０が形成されている。溝３０の内部の少なくとも一部には金属被膜３の熱変形を許容する空間部３５が残されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属粉末の吹き付け法を用いた伝熱部材及びその製造方法、並びにパワーモジュールに関する。

車両用インバータなどに使用されるパワーモジュールは、例えば、図３８に示すように、パワー素子９１をろう付け材９４３を介して搭載した絶縁部材９２と、ヒートシンク９５と、絶縁部材９２とヒートシンク９５との間に介設された緩衝部材９３とを備えている。緩衝部材９３は、絶縁部材９２に対してはんだ９４１により固定され、ヒートシンク９５に対してはシリコングリース９４２により固定されている。緩衝部材９３は、パワー素子９１で放熱された熱をヒートシンク９５に伝達する役割と、絶縁部材９２とヒートシンク９５との熱膨張差を緩和する役割とを兼ね備えている。

しかしながら、パワーモジュールにおいては、緩衝部材９３を固定するシリコングリース９４２の熱伝導性が他の構成部材に比べて低いため、シリコングリース９４２が、パワー素子９１の熱をヒートシンク９５に伝える障害となっている。このことを回避するため、シリコングリース９４２を用いずに、ヒートシンク９５に対して直接的に、金属粉末を溶射して緩衝部材としての金属被膜を形成することが考えられる（特許文献１）。

また、近年、コールドスプレー法と呼ばれる被膜形成方法が開発されている。本願出願人は、コールドスプレー法により、ヒートシンク表面に直接に金属被膜を成膜する技術を提案した（特許文献２〜４）。このコールドスプレー法は、被膜の材料の融点又は軟化温度よりも低い温度に加熱した圧縮ガスを、先細り（ラバル）ノズルにより流速を高めて、このガス流れの中に粉末を投入して加速させ、粉末を固相状態のまま基材に高速で衝突させて被膜を形成する方法である。このコールドスプレー法によれば、比較的低温で金属被膜を成膜できるため、通常の熱溶射法に比べて、被膜の酸化を抑えることができる。

また、絶縁部材とヒートシンクとの間の熱伝導性を改良するために、特許文献５、６、７には、緩衝部材に多数の孔を形成し、この孔に熱伝導材を充填又は埋設することが提案されている。また、特許文献８には、緩衝部材として、熱硬化性樹脂と熱伝導性フィラーとを含む熱伝導材料を用いることで、熱伝導性を良好にして、熱応力の低減を可能とすることが提案されている。また、特許文献９には、緩衝部材として、メッシュ材に液体金属を担持させたものを用いることが提案されている。また，特許文献１０、１１、１２には、緩衝部材又はヒートシンクにハニカム状又は針状の凹凸構造を設けて放熱性を向上させることが提案されている。

一方、絶縁部材には、一般に、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などの低熱膨張率の材料が用いられる。ヒートシンクには、一般に、Ａｌ（アルミニウム）などの高熱膨張率の材料が用いられる。このため、ＡｌＮ絶縁部材とＡｌヒートシンクとの間に介設される緩衝部材は、熱膨張差による熱応力を受ける。コールドスプレー法により成膜されたコールドスプレー被膜は、被膜全体が金属粉末からなる多孔質組織で構成されているため、ヤング率が小さく、熱応力は比較的低い。それゆえ、コールドスプレー被膜は、絶縁部材とヒートシンクとから受ける熱応力に追従することができ、熱変形による破壊は少ない。

しかし、高性能なインバータでは、パワー素子で発生する高い熱を逃がす必要がある。その場合、被膜全体を多孔質組織にするだけでは、熱変形による追従性能を満たさない場合がある。即ち、緩衝部材であるコールドスプレー被膜は、銅（Ｃｕ）を主体とする材料から構成されているが、銅の熱膨張率は１７×１０^-6／℃である。このため、Ｃｕコールドスプレー被膜は、ＡｌＮ絶縁部材の熱膨張率（４．６×１０^-6／℃）よりむしろＡｌヒートシンクの熱膨張率（２１×１０^-6／℃）に近い。このため、ＡｌヒートシンクとＣｕコールドスプレー被膜との間で亀裂が発生するおそれがある。これを回避するために、コールドスプレー層の組織を緻密にすると、ＡｌＮ絶縁部材はＣｕコールドスプレー被膜に追従できず、ＡｌＮ絶縁部材とＣｕコールドスプレー層との間の界面で亀裂が発生するおそれがある。
特開２００７−５３３２号公報 特願２００７−１６３７７１ 特願２００７−１８８４４３ 特開２００７−１９７７９５号公報 特開２００５−３４７５００号公報 特開平７−１８３６３５号公報 特開２００６−２４７１９号公報 特開２００４−３３５８７２号公報 特開２００３−３３２５０５号公報 実開昭６３−４４０８３号公報 特開平９−５５４５７号公報 特開平１１−２５１４９５号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、相手部材との熱膨張差による金属被膜の亀裂を抑制できる伝熱部材及びその製造方法、並びにこれを用いたパワーモジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明である伝熱部材は、基材と、前記基材に固定された基材側表面と、前記基材よりも熱膨張率が小さい発熱体搭載用の相手部材を固定する相手側表面とをもち、前記相手部材の熱膨張率と前記基材の熱膨張率との間の熱膨張率をもつ金属被膜と、を有する伝熱部材であって、前記金属被膜には、前記相手側表面から前記基材側表面に向けて窪む溝が形成されているとともに、前記溝の内部の少なくとも一部には前記金属被膜の熱変形を許容する空間部が残されていることを特徴とする。

本発明によれば、金属被膜には、相手側表面から基材側表面に向けて窪む溝が形成され、溝の内部には金属被膜の熱変形を許容する空間部が残されている。この空間部によって、金属被膜の熱変形は吸収されて、金属被膜の熱応力が緩和される。ゆえに、相手部材と基材との間の熱膨張差に追従することができ、相手部材との間及び基材との間で亀裂が発生することを抑制できる。

また、金属被膜は、基材表面に直接的に形成することができる。ゆえに、基材と金属被膜とを接合するためにシリコングリースなどの熱伝導性の低い接合材を用いる必要がなく、金属被膜と基材との熱伝導性が向上する。

前記金属被膜は、多孔質組織をもつことが好ましい（請求項２）。金属被膜が多孔質組織をもつため、金属被膜のヤング率を下げることができ、基材と相手部材との間の熱膨張差を吸収することができる。このため、熱疲労による金属被膜及び、基材や相手部材との界面に亀裂が発生することを抑制できる。

前記金属被膜は、前記溝により互いに独立した複数の島に分断されていることが好ましい（請求項３）。このように金属被膜を分断して形成された各島の大きさは、分断されていない金属被膜全体よりも小さい。このため、各島の熱変形量は、分断されていない金属被膜全体の熱変形量よりも小さくなる。ゆえに、金属被膜を各島に分断することによって、金属被膜と相手部材との間の界面、及び金属被膜と基材との間の界面で熱応力による亀裂が生じることを抑制できる。

前記溝は、前記金属被膜の厚み方向に貫通して形成されていることが好ましい（請求項４）。この場合には、溝を挟んで隣合う島同士を完全に分断することができ、金属被膜の熱変形を効果的に抑制できる。

前記空間部は、前記溝の内部全体に残されていることが好ましい（請求項５）。この場合には、溝内部の空間部によって、金属被膜の熱変形が吸収される。それゆえ、金属被膜と相手部材との間及び金属被膜と基材との間で亀裂が発生することを効果的に抑制できる。

前記金属被膜は、凹部及び一般部を有する前記基材の表面の形状に沿って形成されて、前記金属被膜における前記凹部上に形成された部分は、前記金属被膜における前記一般部上に形成された他の部分との間に前記溝を形成していることが好ましい（請求項６）。この場合には、金属被膜における基材表面の凹部を被覆する部分は、基材表面の凹部以外の一般部を被覆する他の部分よりも低い位置に形成される。このため、金属被膜における凹部を被覆する部分と、一般部を被覆する他の部分との間に溝が形成される。また、凹部の中には、金属被膜の一部が進入しているため、凹部の深さ分の領域に、基材と金属被膜との双方が存在することになり、基材と金属被膜との特性をもつ複合領域が形成される。ゆえに、基材表面の凹部深さ領域の熱応力が更に緩和される。

更に、前記金属被膜の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもち、且つ前記溝に埋設されて前記基材表面を被覆する被覆部と、内部に前記金属被膜を形成した充填部と、をもつ低熱膨張材を有しており、前記被覆部は、前記溝の少なくとも開口端側に配置されており、且つ前記溝の少なくとも底部側には前記空間部が残されていることが好ましい（請求項７）。この場合には、低熱膨張材は、金属被膜の相手側表面を拘束して、金属被膜の相手側表面近傍での熱変形を抑制することができる。また、溝の基材側表面に近接する底部側では、金属被膜の熱変形を許容する空間部が形成されている。このため、金属被膜の基材側表面近傍は、熱変形が可能であり、基材の熱変形に追従することができる。ゆえに、金属被膜及び相手部材に対する接合性を確保しつつ、変形による金属被膜の亀裂が生じることを防止できる。

前記低熱膨張材の前記被覆部の表面は、前記金属被膜の前記相手側表面と同一面を形成していることが好ましい（請求項８）。この場合には、低熱膨張材及び金属被膜は、相手部材との間に隙間がなくなるため、相手部材に対して強固に接合する。

前記低熱膨張材は、前記基材から離間した位置に配設されて、前記低熱膨張材と前記基材との間に前記空間部が形成されていることが好ましい（請求項９）。この場合には、溝の中の低熱膨張材と基材との間に空間部が形成されている。このため、空間部によって、金属被膜は、基材の熱変形に追従することができる。

前記充填部の前記基材と対面している下開口端の開口幅は、前記充填部の前記相手部材と対面する上開口端の開口幅よりも大きく、前記充填部における前記上開口端の直下部分には前記金属被膜が形成されており、前記充填部における前記上開口端よりも大きい開口幅をもつ部分には前記空間部が残されていることが好ましい（請求項１０）。この場合には、開口部における上開口端よりも大きい開口幅をもつ下開口端側の部分がアンダーカット部となり、このアンダーカット部に空間部が形成されている。金属被膜は、この空間部によって、基材の熱変形に追従することができる。

前記金属被膜は、硬質粒子を含み、前記溝の開口幅は、前記金属被膜の前記相手側表面から前記基材側表面に向けて漸次縮小していることが好ましい（請求項１１）。この場合には、基材表面の凹部の内部に、硬質粒子の転動により研削されて溝が形成されている。このため、金属被膜は、基材の熱変形に追従することができる。

前記金属被膜は、銅又は銅合金を含むことが好ましい（請求項１２）。この場合には、金属被膜の熱伝導性が向上する。

パワーモジュールは、前記伝熱部材に、前記発熱体としてのパワー素子を搭載した前記相手部材を搭載してなる（請求項１３）。この場合には、パワー素子から発生する熱が、相手部材及び金属被膜を経て基材に伝達される。金属被膜には、溝が形成されているため、相手部材と基材との熱膨張差を吸収することができる。

前記伝熱部材を製造する方法であって、前記基材の表面に、金属粉末を吹き付けることにより前記金属被膜を形成することを特徴とする（請求項１４）。この場合には、金属被膜を基材表面に直接的に形成することができる。ゆえに、基材と金属被膜とを接合するためにシリコングリースなどの熱伝導性の低い接合材を用いる必要がなく、金属被膜と基材との熱伝導性が向上する。

固相状態の金属粉末を圧縮ガスとともに前記基材表面に吹き付けることにより、前記金属被膜を形成することが好ましい（請求項１５）。この場合には、金属粉末を固相状態のまま基材に衝突させることで金属被膜を形成できるため、金属被膜の酸化を抑制でき、また基材の熱影響も抑えることができる。

前記金属被膜に切削加工を施すことにより、前記溝を形成することが好ましい（請求項１６）。この場合には、溝を容易に形成することができる。

溝形成壁及び開口部をもつマスク部材を配置した前記基材の表面に、前記金属粉末を吹き付けることにより、前記開口部に前記金属被膜を形成し、前記溝形成壁が配置されている部分には前記溝を形成する工程と、前記マスク部材を前記基材の表面から取り去ることにより、前記溝に前記空間部を残す工程と、をもつことが好ましい（請求項１７）。この場合にも、溝を容易に形成することができる。

凹部をもつ前記基材の表面に、前記金属粉末を吹き付けることが好ましい（請求項１８）。この場合には、金属被膜は、凹部を有する基材表面の形状に沿って形成される。金属被膜における凹部上に形成された部分は、凹部以外の一般部の上に形成された他の部分に比べて低い位置にある。このため、金属被膜における凹部上に形成された部分の上には、溝が形成される。

前記金属被膜の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもち且つ前記金属被膜を形成する充填部と前記溝を形成する被覆部とをもつ低熱膨張材を、少なくとも前記基材に近接する部分に前記空間部が残るように、前記基材表面に配置して、前記金属粉末を吹き付けることが好ましい（請求項１９）。この場合には、低熱膨張材の充填部に金属粉末からなる金属被膜が形成され、被覆部には、溝が形成される。これにより、低熱膨張材は、金属被膜を拘束して、金属被膜の熱変形を抑制することができる。また、基材側表面近傍では、金属被膜と低熱膨張材との間に金属被膜の熱変形を許容する空間部が形成される。このため、金属被膜の基材側表面近傍は、基材の熱変形に追従することができ、金属被膜と相手部材との接合性を確保しつつ、変形による金属被膜の亀裂が生じることを防止できる。

前記低熱膨張材を前記基材の表面から離間した位置に保持して前記金属粉末の吹き付けを行うことが好ましい（請求項２０）。この場合には、低熱膨張材の充填部の直下部分には金属被膜が形成されるが、被覆部の直下部分には金属粉末が堆積せずに溝が形成される。そして、溝の中には、その一部に低熱膨張材の被覆部が埋設されて、低熱膨張材の被覆部と基材との間に空間部が残される。

前記低熱膨張材の前記充填部の前記基材と対面している下開口端の開口幅は、前記充填部の前記相手部材と対面する上開口端の開口幅よりも大きいことが好ましい（請求項２１）。この場合には、低熱膨張材の充填部の上開口端の直下部分には、金属粉末が堆積して金属被膜が形成される。一方、上開口端よりも大きい開口端をもつ下開口端側の部分はアンダーカット部となり、金属粉末が堆積しない。ゆえに、このアンダーカット部に空間部が残される。

前記金属粉末に硬質粒子を混合してなる混合粒子を、凹部を有する前記基材の表面に向けて吹き付けることが好ましい（請求項２２）。この場合には、ガス流によって硬質粒子が凹部内を転動する。このため、硬質粒子は、金属粉末の吹き付けによって凹部内に堆積していく金属被膜を削り取って、基材表面の凹部を起点とする溝が形成される。

前記金属被膜を成膜した後に、前記金属被膜を熱処理することが好ましい（請求項２３）。成膜後の金属被膜に熱処理を施すことにより、金属被膜の熱伝導性が向上する。

以上のように本発明によれば、金属被膜に形成された溝によって、相手部材と基材との間の熱膨張差を吸収でき、相手部材との熱膨張差による金属被膜の亀裂を抑制できる。

本発明の実施形態について、図面を参照にしつつ詳細に説明する。
（伝熱部材の構成）
図１に、本発明の実施の形態に係る伝熱部材の断面図を示す。図１に示すように、伝熱部材１は、基材２と、金属被膜３とからなる。図２に示すように、金属被膜３は、基材２に対向している基材側表面３１と、発熱体５が搭載される相手部材４に対向する相手側表面３２とをもつ。

基材２としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いる。アルミニウムの熱膨張率は、２１×１０^−６／℃である。相手部材４は、基材２の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもち、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの絶縁部材を用いる。相手部材に用いられるＡｌＮの熱膨張率は、４．６×１０^−６／℃である。金属被膜３の熱膨張率は、基材２の熱膨張率よりも低く、且つ相手部材４の熱膨張率よりも高い。

金属被膜３を構成する金属粉末の材質は、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル、鉄及びこれらの合金から選ばれる少なくとも１つが挙げられる。このうち、金属粉末の材質は、熱伝導性のよい銅又は銅合金がよい。銅の熱膨張率は、１７×１０^−６／℃である。金属被膜３の厚みＡは、０．３〜１０ｍｍであるとよく、更には、１〜５ｍｍであるとよい。

金属被膜３は、金属粉末を吹き付けてなる多孔質組織をもつとよい。多孔質組織の空孔は、金属被膜３に対して５〜５０体積％であることが好ましい。これにより、熱膨張差による金属被膜の亀裂を効果的に抑制できる。金属被膜３の密度は、４．５〜８．５ｇ/ｃｍ^３であることが好ましい。この場合には、金属被膜を多孔質組織とすることができる。

金属被膜３のヤング率は、７０ＧＰａ以下であることが好ましい。ヤング率が７０ＧＰａを超える場合には、金属被膜が基材や相手部材の熱変形に追従できず、金属被膜と基材との界面及び金属被膜と相手部材との界面で亀裂が生じるおそれがある。また、金属被膜３のヤング率は、例えば、１０ＧＰａ以上であるとよい。

（金属被膜の成膜法）
基材表面に金属被膜を成膜する前には、基材表面をショットブラストなどにより表面処理を施すとよい。これにより、基材表面への金属被膜の密着性が向上する場合が多くなる。

表面処理が施された基材表面には、金属粉末の吹き付け等により金属被膜が成膜される。具体的には、金属粉末は、固相状態で圧縮ガスとともに基材表面に吹き付けられることが好ましい。すなわち、金属被膜３は、コールドスプレー法で成膜されるとよい。これにより、金属被膜が固相状態で基材表面に吹き付けられるため、溶射法のように金属被膜が大気中で溶融する場合に生じる酸化を抑制できる。

金属粉末としては、電気分解を利用して電極に金属を析出させることにより製造される電気分解粉末、ガスアトマイズ粉末又は水アトマイズ粉末などのアトマイズ粉末などを挙げることができる。このうち、金属粉末は、電気分解粉末であることが好ましい。電気分解粉末は、他の粉末に比べて凹凸を多く含む樹脂状の表面形状をもつため、多孔質組織を有する金属被膜をより容易に形成できる。

金属粉末の平均粒径は、５〜６０μｍであることが好ましい。この場合には、金属粉末の基材表面への付着性が向上する。金属粉末の平均粒径が５μｍ未満の場合には、基材に吹き付ける圧縮ガスの反射波（吹き返り）により金属粉末の運動エネルギの一部が奪われて、基材表面への付着性が低下するおそれがある。金属粉末の平均粒径が６０μｍを超える場合には、金属粉末の重量が重くなり、圧縮ガスで加速されにくく、基材表面への付着性が低下するおそれがある。金属粉末の平均粒径は、更には１０〜３０μｍであるとよい。この場合には、金属粉末の基材表面への付着性が更に向上する。

金属粉末の基材表面に衝突する直前の温度は、５０℃以上であって金属粉末の融点未満であることが好ましい。これにより、金属粉末を固相状態のままで成膜化させることができる。より好ましくは、金属粉末の基材表面に衝突する直前の温度は２００℃以下であるとよい。金属粉末の温度が２００℃を超える場合には、吹き付け前の金属粉末が凝着しやすくなり、また被膜が酸化されるおそれがある。金属粉末の基材表面に衝突する直前の温度を５０〜２００℃とするにあたっては、例えば、圧縮ガスの温度を２５０〜５５０℃とするとよい。

圧縮ガスとしては、エアなどの窒素ガス、純窒素ガス、又はヘリウムガスなどの不活性ガスなどを挙げることができる。圧縮ガスは、金属粉末を固相状態で基材表面に堆積させることにより多孔質組織をもつ金属被膜を形成できるのであれば、特に限定されない。圧縮ガスの圧力は、０．４〜１．０ＭＰaであることが好ましい。０．４ＭＰa未満の場合には、金属粉末を基材表面に付着させることが困難になるおそれがある。１．０ＭＰaを超える場合には、設備費用が高くなる場合があり、また、金属被膜が緻密になり、多孔質組織を形成することが困難になるおそれがある。

金属被膜を成膜する成膜装置を図３に示す。図３に示すように、成膜装置８は、圧縮ガス供給器８１と、粉末供給器８２と、ノズル８３と、ノズル移動機構８４とを備えている。圧縮ガス供給器８１は、圧縮ガスをノズル８３に供給するガス供給源８１ａと、圧縮ガスを加熱する加熱器８１ｂと、圧縮ガスの圧力を調整する圧力調整弁８１ｃと、を備えている。ガス供給源８１ａとしては、エア、不活性ガスなどの圧縮ガスが充填されたボンベ、大気を圧縮するコンプレッサなどを挙げることができる。加熱器８１ｂは、圧縮ガスを加熱することで、間接的に金属粉末を加熱するものである。この加熱器８１ｂは、ガス供給源８１ａと圧力調整弁８１ｃとの間に配置されているが、ガス供給源８１ａの内部に配置されていてもよく、後述するヒータ８３ａにより金属粉末を所望の温度に加熱することができるのであれば、特に必要なものではない。

粉末供給器８２は、金属粉末３７を収容するホッパ８２ａを備えており、金属粉末３７を所定の供給速度でノズル８３に供給可能なように、ノズル８３に接続されている。ノズル８３は、ノズル移動機構８４に接続されている。ノズル移動手段８４を駆動させることによりノズル８３を図４に示すルートＲに沿って移動させる。ノズル８３の内部には、金属粉末を加熱するヒータ８３ａが設けられている。

上記成膜装置８を用いて以下の方法により金属被膜を成膜する。本実施形態においては、まず、図３に示すように、矩形の開口部８５ａを有するマスキング板８５の下方に基材２を配置する。開口部８５ａは、基材２の表面の矩形の成膜領域２ａに相当する形状をもつように形成されている。金属粉末の吹き付け方向ｄに、開口部８５ａと基材２の成膜領域２ａとが一致するように基材２を配置する。

次に、圧力調整弁８１ｃにより圧縮ガスを、例えば０．４〜１．０ＭＰａに圧力調整するとともに、加熱手段８１ｂにより所定の温度に加熱する。また、金属粉末をホッパ８２ａに収容し、粉末供給器８２からノズル８３に金属粉末を供給する。吹き付けの際に、金属粉末が、基材表面において５０〜２００℃の温度で吹き付けられるように、圧縮ガスを加熱器８１ｂで加熱するとともに金属粉末をヒータ８３ａで加熱することにより、金属粉末の温度調整を行う。ノズル８３から、圧縮ガスとともに金属粉末３７を基材２表面に吹き付ける。このときの金属粉末３７の吹き付け方向ｄは、垂直方向とする。

そして、図４に示すルートＲのように、基材２の表面の水平面（Ｘ−Ｙ平面）に対して、ノズル８３を所定の移動方向（Ｘ方向）に直線移動させる。次に、Ｘ方向から、Ｘ方向に対して直交するＹ方向に、ノズル８３を方向転換して、Ｙ方向に直接移動させる。この移動を繰り返すことにより、基材２の成膜領域２ａに金属粉末を吹き付けて、金属被膜３の成膜を行う。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、多孔質組織をもつ金属被膜３が成膜される。

多孔質組織をもつ金属被膜を成膜するにあたっては、上記のコールドスプレー法に限らず、加熱溶融された金属粉末を基材表面に吹き付ける熱溶射法、圧粉成形法を行っても良い。溶射法としては、例えば、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ溶射法、アーク溶射、フレーム溶射が挙げられる。

金属被膜を成膜した後には、金属被膜は熱処理をすることが好ましい。金属被膜を熱処理することによって、付着した金属粉末同士の粒界（金属被膜を構成する金属粒子の粒界）の酸化物が粒子内部で拡散し、粒子同士の金属結合の割合が増加する。その結果、熱処理後の金属被膜の熱伝導性が更に高まる。また、熱処理は不活性ガス雰囲気下で２００〜７００℃の温度で熱処理を行うことが好ましい。これにより、金属被膜及び基材の表面が酸化されることを抑制できる。不活性ガスは、例えば、アルゴンガス、Ｎ_２ガスなどを用いることができる。２００℃未満の場合には、熱伝導性を高めることは困難であり、７００℃を越える場合には、それ以上の効果は望めず、基材に熱影響を与えるおそれが生じる。また、金属被膜の熱処理を不活性ガス雰囲気下で行わない場合には、金属被膜の酸化を抑制するため、２００〜６００℃で熱処理を行うことが好ましい。

金属被膜には、相手側表面から基材側表面に向けて、その厚み方向に窪む溝が形成されている。溝の構成及びその形成方法については、以下の（１）〜（４）に示すものが挙げられる。

（１）第1の溝の構成においては、図１，図５に示すように、金属被膜３には、相手側表面３２から基材側表面３１に向けて、その厚み方向に窪む溝３０が形成されている。溝３０は、金属被膜３の相手側表面３２に開口する開口端３０ａと、基材側表面３１に近接する底部３０ｂとをもつ。溝３０は、開口端３０ａから底部３０ｂまでの間を、周壁３０ｃにより囲まれている。好ましくは、溝３０は、金属被膜３の相手側表面３２から基材側表面３１に向けて、その厚み方向に貫通して形成されているとよい。

溝３０は、金属被膜３の熱伝導性を保持しつつ且つ金属被膜３の熱変形を可能とする形状であればよく、互いに独立した複数の島３３に分断されているとよい。溝３０は、例えば、金属被膜３の平面方向全体に形成されているとよい。たとえば、図６に示すように、溝３０は、格子状に形成されているとよい。また、溝３０は、ハニカム状（図８）、散点状に形成されていてもよい。また、溝３０のピッチBは、１〜２０ｍｍであるとよく、好ましくは３〜１０ｍｍであるとよい。この場合には、金属被膜３が基材２及び相手部材４に対して十分な接触面積をもつため、基材２及び相手部材４に安定に保持される。図５に示すように、溝３０の底部３０ａの幅Cは、０．１〜３ｍｍであるとよい。この場合には、溝３０によって金属被膜３の熱変形を十分に吸収することができる。溝３０の深さDは、少なくとも金属被膜３の厚みＡに対して１／２であるとよく、好ましくは金属被膜３の厚みＡと同じであるとよい。この場合には、効果的に金属被膜３の熱変形を吸収することができる。溝３０を囲む周壁３０ｃの対向幅Eは、開口端３０ａから底部３０ｂにかけて同一であってもよく、また、開口端３０ａから底部３０ｂに向けて縮小していてもよい。

溝３０を形成する第1の方法では、図７に示すように、回転砥石８８、ウォータージェトなどにより、成膜された金属被膜３に切削加工を施す。切削加工により形成された溝３０の形状は、問わないが、例えば、図６に示す格子状の形状であってもよく、また、複数の平行な直線群、平行四辺形などでもよい。

溝３０を形成する第2の方法では、図９〜図１１に示すように、基材２の成膜領域２ａの上に、溝形成壁７１ａと開口部７１ｂとをもつマスク部材７１を配置する。本実施形態においては、図１０に示すように、マスク部材７１は、断面六角形の溝形成壁７１ａを有するハニカム形状であり、溝形成壁７１ａは、基材２の成膜領域２ａの上に立設させる。図１１に示すように、マスク部材７１を配置した基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。そして、図１２に示すように、成膜装置８により、基材２の表面に、金属粉末３７を吹き付ける。金属粉末３７は、マスク部材７１の開口部７１ｂの中に堆積して、多孔質組織をもつ金属被膜３が形成される。基材２上の溝形成壁７１ａが配置された部分には、金属粉末が堆積せずに溝３０が形成される。その後、マスク部材７１を基材２の表面から取り去ることによって、溝３０に空間部３５が形成される。

溝形成壁７１ａの高さＴは、金属被膜３の厚みＡと同じか又は該厚みＡよりも大きいことが好ましい（図９）。この場合には、図１３に示すように、吹き付けられた金属粉末３７、及び基材２表面や堆積された金属粉末に衝突して跳ね返された金属粉末３７が、溝形成壁７１ａに衝突して、運動エネルギが減少する。このため、堆積された金属粉末間に多少の隙間が存在する。ゆえに、マスク部材７１を用いて成膜した金属被膜３は、マスク部材７１を用いることなく成膜した金属被膜に比べて、金属粉末間により多くの隙間が存在することになり、ヤング率が低くなる。この製造方法で成膜した金属粉末のヤング率は、たとえば、３０〜４０ＧＰａである。

（２）第2の溝の構成においては、図１４に示すように、基材２の金属被膜３と接している表面が、一般部２２と、一般部２２から窪む凹部２１とをもつ。一般部２２は、金属被膜３における一般部３ａにより被覆され、凹部２１は、金属被膜３における凹状部３ｂにより被覆されている。凹状部３ｂの上には、一般部３ａとの間に、溝３０が形成されている。この場合には、凹部２１の中に金属被膜３の一部が進入して、凹部２１と一般部２２との段差Fに、基材２の成分の物性と金属被膜３の成分の物性とを併せ持つ複合領域が形成される。この複合領域によって、金属被膜３の熱応力が効果的に緩和される。基材２表面の凹部２１と一般部２２との段差F、及び凹部２１の底部２１aの幅Gは、金属粉末の吹き付けによって形成された金属被膜３に、溝３０が形成される程度であればよい。例えば、凹部２１と一般部２２との段差Fは、０．１〜１０ｍｍであるとよく、更には、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。凹部２１の底部２１aの幅Gは、０．１〜１０ｍｍであるとよく、更には、０．５〜５ｍｍであるとよい。金属被膜３の厚みAに対する凹部２１と一般部２２との段差Fの比率（Ｆ／Ａ）は０．３〜１０であるとよく、好ましくは１〜６である。この場合には、基材２の凹部２１と一般部２２との段差Fに、熱応力を緩和させるのに十分な厚みの複合領域が形成される。本実施形態においては、溝３０は、例えば、図１５に示すように、金属被膜３の平面方向に正方形の格子状に形成されているが、これに限定されない。

溝３０を形成するにあたって、図１６に示すように、基材２の表面に予め凹部２１を形成する。凹部２１を形成するにあたっては、基材２の表面に切削加工を施したり、基材２の成形とともに形成したりしてもよい。また、基材２表面の凹部２１を形成した部分をマスクして、コールドスプレー法や熱容射法などの吹き付け法により、凹部２１以外の一般部２２を形成したい部分にのみ金属粉末を堆積させてもよい。次に、表面に凹部２１を形成した基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。

次に、図１７に示すように、前記成膜装置８を用いて、基材２の表面に、金属粉末３７を吹き付ける。金属粉末３７は、基材２表面に、その凹部２１及び一般部２２の形状に沿って堆積して、多孔質組織をもつ金属被膜３が成膜される。このため、基材２の一般部２２上には、金属被膜３の一般部３ａが形成され、基材２の凹部２２上には金属被膜３の凹状部３ｂが形成される。凹状部３ｂの上には溝３０が形成される。
（３）第3の溝の構成においては、図１８、図１９に示すように、溝３０の内部には、金属被膜３の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもつ低熱膨張材６が埋設されていても良い。図２０に示すように、溝３０に埋設されている低熱膨張材６は、金属被膜３の相手側表面３２を拘束している。このため、図２０の点線に示すように、金属被膜３の相手側表面３２の熱膨張が抑制されて、金属被膜３の相手側表面３２は、熱変形量が少ない。このため、熱膨張の少ない相手部材４との間に亀裂が生じにくくなる。一方、金属被膜３の基材側表面３１には、熱膨張を吸収し得る空間部３５が残されている。このため、図２０の点線に示すように、金属被膜３の基材側表面３１は、基材側表面３１に比べて大きく熱変形することができる。金属被膜３の基材側表面３１は、基材２の熱膨張に十分追従することができ、基材２との間でも亀裂が生じることが抑制される。

低熱膨張材６は、金属被膜３の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもつ。低熱膨張材６は、金属被膜３を形成する充填部６２と、溝３０を形成する被覆部６１とをもつ。少なくとも基材２の表面に近接する部分に空間部３５が残るように、低熱膨張材６を基材２表面に配置して、基材２表面に金属粉末を吹き付ける。これにより、低熱膨張材６の充填部６２から基材２表面上に金属粉末が吹き付けられて、充填部６２直下の基材２表面及び充填部６２の内部に金属粉末が堆積して、多孔質組織をもつ金属被膜３が形成される。また、低熱膨張材６の被覆部６１で被覆された基材２表面には金属粉末は堆積せず、溝３０が形成される。

図２０に示すように、低熱膨張材６は、溝３０の開口端３０ａ側に配置されているとよい。また、溝３０の底部３０ｂ側には、金属被膜３の変形を許容する空間部３５が形成されているとよい。低熱膨張材６は、いずれの材質を選択しても良いが、金属被膜３よりも熱膨張率の小さくなるように選択される。低熱膨張材６の材質は、熱膨張率が３．８×１０^−６／℃である炭化ケイ素（ＳｉＣ）の他、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ムライト、コージェライト、鋳鉄などを用いることができる。このうち、熱伝導性のよいＳｉＣ、ＡｌＮを用いることが好ましい。低熱膨張材６の表面６３は、金属被膜３の相手側表面３２と同一面を形成しているとよい。

溝３０には、空間部３５を残して低熱膨張材６が埋設されている。例えば、図２１、図２２に示すように、低熱膨張材６は、基材２との間に枠体６６を介設して、基材２から離間した位置に保持されている。枠体６６は、低熱膨張材６と外形を同一とし、基材２の成膜領域２ａを囲む枠部６６ａをもつ。図２３に示すように、枠体６６及び低熱膨張材６を載置した基材２を、マスキング材８５の下方に配置して、前記成膜装置８により、金属粉末３７を基材２表面に吹き付ける。金属粉末は、低熱膨張材６の充填部６２からその軸方向に沿って基材２側表面に向かって吹き付けられる。これにより、図２０に示すように、低熱膨張材６の充填部６２及び充填部６２の直下部分６２ａには、金属粉末が堆積されて金属被膜３が形成される。被覆部６１の直下部分６１ａには、金属粉末は堆積せずに、空間部３５が残る。

また、図２４〜図２６に示すように、低熱膨張材６は、基材２の表面に直接に載置されていてもよい。例えば、図２７、図２８に示すように、低熱膨張材６の上面に開口する充填部６２の上開口端６２ｂの幅Iを、下面に開口する下開口端６２ｃの幅Ｊよりも小さくする。これにより、上開口端６２ｂよりも大きい開口幅をもつ部分、即ち、上開口端６２ｂの直下部分と、上開口端６２ｂよりも大きい開口幅を形成する被覆部６１の側壁６１ｂとの間の空間がアンダーカット部６２ｄとなる。図２９に示すように、このような低熱膨張材６を載置した基材2表面に、前記成膜装置８により、金属粉末３７を吹き付ける。図２６に示すように、低熱膨張材６の充填部６２の上開口端６２ｂの直下部分６２ｅには、金属粉末が堆積して金属被膜３が形成される。一方、被覆部６１及びアンダーカット部６２ｄには、金属粉末は堆積せずに、溝３０が形成される。被覆部６１は溝３０の中に埋設され、アンダーカット部６２ｄには空間部３５が残る。

（４）第4の溝の構成においては、図３０に示すように、金属被膜３は、金属粉末３７のほかに硬質粒子３８を含んでいてもよい。金属粉末３７を硬質粒子３８とともに表面に凹部２１をもつ基材２に吹き付けると、基材2表面の凹部２１以外の一般部２２上に、金属粉末３７及び硬質粒子３８が堆積して金属被膜３が形成される。また、基材２の凹部２１の上に溝３０が形成される。この溝３０の底部３０ｂは、基材２の表面に形成された凹部２１の上に位置している。底部３０ｂは、凹部２１の底部２１ａから凹部２１の上端２１ｃよりも若干上方までの間に位置しているとよい。凹部２１の周壁２１ｂは、底部２１ａに対して垂直方向に形成されていてもよいし、上方にいくに従って拡径するようにテーパ形状を呈していても良い。凹部２１の底部２１ａは、図３０に示すように、平坦状で、ある程度の幅Ｌを持っていても良いし、また、図３１に示すように、Ｖ字状で、幅Ｌが殆どなくてもよい。

凹部２１の開口幅Ｎは、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、また凹部２１の深さＭは０．１〜２ｍｍであることが好ましい。これにより、凹部２１の中に進入した金属被膜３が硬質粒子３８によって削られて、凹部２１の中から上方に向けて溝３０を形成することができる。凹部２１の開口幅Ｎが０．１ｍｍ未満の場合又は凹部２１の深さＭが０．１ｍｍ未満の場合には、基材２に金属粉末及び効率粒子を吹き付けたとき、凹部２１内で硬質粒子が転がりにくくなり、溝が形成されないおそれがある。凹部２１の開口幅Ｎが５ｍｍを超える場合には、金属被膜の伝熱効果が低下するおそれがある。凹部２１の開口幅Ｎは、更には、０．１〜３ｍｍであるとよい。これにより、金属被膜の伝熱効果が更に向上する。

金属被膜３は、溝３０を挟んで互いに対向する周壁３０ｃを有している。この周壁３０ｃは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて、溝３０の中心部側に漸次近接するように傾斜する斜面を有している。即ち、金属被膜３の周壁３０ｃにより挟まれた溝３０の開口幅Kは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて漸次縮小している。溝３０の底部３０ｂは、硬質粒子で削られて、丸みを帯びていることが多い。

溝を形成するにあたっては、図３２に示すように、予め、基材２の表面に凹部２１を形成する。凹部２１を形成するにあたっては、基材２の表面に切削加工を施したり、基材の成形とともに形成したりしてもよい。また、図３６に示すように、基材２表面の凹部２２を形成した部分をマスクして、コールドスプレー法や熱溶射法などの吹き付け法を行うことにより、凹部２１以外の一般部２２を形成したい部分にのみ金属粉末を堆積させて被膜３４を形成してもよい。

次に、図３３に示すように、前記成膜装置８を用いて、基材２の表面に、金属粉末３７及び硬質粒子３８からなる複合粉末３９を吹き付ける。図３４に示すように、一般部２２の上には、複合粉末３９からなる金属被膜３が形成される。凹部２１の中では、硬質粒子３８が、ガス流によって転動する。このため、硬質粒子３８が、凹部２２内に堆積していく金属被膜３を削り取って、凹部２２を起点とする溝３０が形成される。

硬質粒子３８は、金属粉末よりも硬度が高く、例えば、硬度がＨｖ２００以上の粒子である。更には、硬質粒子の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上であるとよく、この場合には、金属被膜の熱伝導性の低下を少なくすることができる。かかる硬質粒子の材質としては、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなることが好ましい。硬質粒子は、例えば、鋼粉、鋳鉄粉でもよい。硬質粒子は、金属被膜中に５〜５０体積％含有しているとよい。５体積％未満の場合には、硬質粒子による金属被膜の切削性能が低下して、溝の深さが浅くなるおそれがある。硬質粒子は金属粒子よりも熱伝導性の低いものが多いため、５０体積％を越える場合には、金属被膜の熱伝導性が低下するおそれがある。硬質粒子の粒径は、０．５〜１００μｍであることが好ましく、更には５〜５０μｍであるとよい。これにより、金属被膜の切削性能が更に向上し、深い溝が形成される。

（伝熱部材の用途）
伝熱部材の金属被膜の相手側表面に相手部材を固定し、相手部材の表面には発熱体としてのパワー素子を搭載することによって、伝熱部材はパワーモジュールを構成することができる。このようなパワーモジュールは、高い信頼性が要求される車両用インバータに用いることができる。また、金属被膜は熱伝導性がよいため、車両のエンジン部品、コンピュータのＣＰＵ、車両用オーディオ機器、家電製品など、放熱性が要求される機器に用いることもできる。

（付記）
基材の表面に金属被膜を成膜するにあたって、金属被膜には、金属被膜の表面から前記基材に向けて窪み、内部に空間部をもつ溝を形成する。溝を有する金属被膜の形成方法は、上記の方法と同様である。即ち、溝は、金属被膜に切削加工を施すことにより形成することができる。基材の表面にマスク部材を配置するとともに、マスク部材に形成された溝形成壁により、基材表面上の溝形成部を覆いながら、基材の表面に金属粉末を吹き付ける工程と、マスク部材を基材の表面から取り去る工程と、を行うことにより、溝を形成することもできる。凹部を有する基材の表面に、金属粉末を吹き付けてもよい。基材の表面における溝形成部に、少なくとも基材の表面に近接する部分に空間部が残るように埋設部材を配置して、金属粉末を吹き付けてもよい。基材表面の溝形成部を被覆する被覆部と開口部とをもつ埋設部材を、基材の表面から離間した位置に保持して前記金属粉末の吹き付けを行ってもよい。埋設部材の開口部の下開口端の開口幅は、開口部の上開口端の開口幅よりも大きくしてもよい。金属粉末と硬質粒子とを混合してなる混合粒子を、基材の表面に形成された凹部に向けて吹き付けてもよい。

また、上記の溝を有する金属被膜は、伝熱部材以外の構成要素にも適用できる。例えば、金属被膜は、軸受などのベアリング構成材にも適している。

（実施例１）
図１に示すように、本例の伝熱部材１は、基材２と、多孔質組織の金属被膜３とからなる。図２に示すように、金属被膜３は、基材２と対向する基材側表面３１と、発熱体５が搭載される相手部材４と対向する相手側表面３２とをもつ。

基材２は、アルミニウムからなるヒートシンクであり、熱膨張率は２１×１０^−６／℃である。金属被膜３は、銅粉末を堆積させてなる多孔質組織をもち、熱膨張率は１７×１０^−６／℃であり、ヤング率は５０ＧＰａであり、密度は７．８ｇ／ｃｍ^３である。相手部材４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、熱膨張率は４．６×１０^−６／℃である。相手部材４は、金属被膜３の上にはんだ４１で接合される。相手部材４の上には、発熱体５としてのパワー素子がろう付け部５１によって固定される。

図５に示すように、金属被膜３には、相手側表面３２から基材側表面３１に向かって、その厚み方向に貫通する溝３０が形成されている。金属被膜３の厚みＡ、及び溝３０の深さＤは、ともに３ｍｍである。図６に示すように、溝３０は、金属被膜３の平面方向全体にわたって、格子状に形成されている。金属被膜３は、溝３０によって一辺Ｒが５ｍｍの正方形の島３３に分断されている。溝３０の内部全体には、空間部３５が残されている。

本例の伝熱部材１を製造するにあたっては、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、基材２の表面にショットブラストを行う。

次に、図３に示す成膜装置８を用いて、基材２表面の成膜領域２ａに、固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付けることにより金属被膜３を成膜する。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を基材表面に吹き付けるに当たっては、表１に示すように、圧縮ガスは、圧縮エアであり、その圧力は０．６ＭＰａであり、ガス温度は５００℃とする。これにより、金属粉末の基材表面に衝突する直前の温度は、５０〜２００℃となる。ノズル８３からの金属粉末の吹き付け方向ｄは、垂直方向とする。金属粉末のノズル８３への供給速度は、１２ｇ／分とする。ノズル８３の先端から基材２表面までの間の距離（スプレー距離）は、１０ｍｍとする。ノズル８３は、図４に示すルートRのように、Ｘ−Ｙ方向（水平方向）に移動させる。ノズル８３の移動速度は、１０ｍｍ／秒とする。隣り合うＸ方向のルートＲの距離（パスピッチ）Ｑは、２ｍｍとする。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、多孔質組織をもつ金属被膜３を成膜する。

次に、図７に示すように、金属被膜３を、回転砥石８８で格子状に切削加工を施す。これにより、金属被膜３に、内部に空間部３５をもつ溝３０が形成される。溝３０は、格子形状を呈しており、金属被膜３の相手側表面３２から基材側表面３１までの間の溝３０の幅Ｅは、１ｍｍである。溝３０のピッチＢは６ｍｍであり、隣り合う溝３０の間に形成された島３３は、一辺Ｒが５ｍｍの正方形である。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス（Ｎ_２ガス、以下の実施例及び比較例において同じ。）雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を測定する。熱伝導率は、レーザフラッシュ法により測定する。ヤング率は、超音波測定法（ＪＩＳＺ２２８０）に準拠した方法により測定する。熱膨張率は測微望遠鏡法により測定する。これらの測定結果を表１に示す。

（実施例２）
本例においては、図８に示すように、金属被膜３が、溝３０によって、断面六角形状のハニカム状に分断されている。分断された各島３３の形状は六角形状である。島３３の幅Ｕは５ｍｍであり、溝の幅Ｅは１ｍｍである。

本例においては、金属被膜３に溝３０を形成するにあたって、図１０に示すハニカム状のマスク部材７１を用いている点が、実施例１と相違する。マスク部材７１は、断面六角形状の溝形成壁７１ａと、溝形成壁７１ａにより囲まれた開口部７１ｂとからなる。マスク部材７１の高さＴは、４ｍｍである。開口部７１ｂの開口幅Ｕは５ｍｍである。

まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、基材２の表面にショットブラストを行う。

次に、図１１に示すように、ショットブラストを施した基材２表面に、マスク部材７１を載置する。次に、マスク部材７１を載置した基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。次に、図１２に示すように、成膜装置８を用いて、基材２表面に固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付ける。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、多孔質組織をもつ金属被膜３を成膜する。このとき、マスク部材７１の開口部７１ｂの中に金属粉末が堆積して金属被膜３が形成される。また、溝形成壁７１ａには、金属粉末が堆積せずに、溝３０が形成される。

次に、マスク部材７１を金属被膜３から取り去る。これにより、溝３０から溝形成壁７１aが抜き取られて、溝３０に空間部３５が形成される。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下で５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実施例３）
本例の伝熱部材１は、図１４に示すように、基材２の金属被膜３と接している表面が、平坦な一般部２２と、一般部２２よりも窪む凹部２１とをもつ。一般部２２は、金属被膜３の一般部３ａにより被覆され、凹部２１は、金属被膜３の凹状部３ｂにより被覆されている。凹状部３ｂは、一般部３ａよりも低いため、凹状部３ｂの上に溝３０が形成される。基材２表面の凹部２１と一般部２２との段差Fは、１ｍｍである。金属被膜３の厚みＡは３ｍｍである。凹部２１の底部２１aの幅Gは、１ｍｍである。金属被膜３の厚みAに対する凹部２１と一般部２２との段差Fの比率（Ｆ／Ａ）は１である。

図１５に示すように、溝３０は、金属被膜３の平面方向に正方形の格子状に形成されている。金属被膜３は、溝３０によって一辺Ｒが５ｍｍの正方形の島３３に分断されている。溝３０の内部全体には、空間部３５が残されている。溝３０の幅Ｅは、凹部２１の底部２１ａの幅よりも小さく、１ｍｍ未満である。

本例の伝熱部材を製造するにあたっては、図１６に示すように、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。基材２の表面に予め凹部２１を形成する。この凹部２１は、平坦な基材２の表面に機械加工を施して形成する。隣り合う凹部２１の間には、正方形格子状のテラスが一般部２２として残る。次に、凹部２１が形成された基材２表面に、粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、ショットブラストを行う。基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。

次に、図１７に示す成膜装置８を用いて、基材２表面に、固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付けることにより金属被膜３を成膜する。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、多孔質組織をもつ金属被膜３を成膜する。

成膜された金属被膜３は、基材２の凹部２１の上及び一般部２２の上をほぼ均一な厚みで被覆する。このため、凹部２１を被覆する金属被膜３と一般部２２を被覆する金属被膜３との間に、内部に空間部３５をもつ溝３０が形成される。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実施例４）
本例の伝熱部材１においては、図１８〜図２０に示すように、溝３０の内部に、金属被膜３の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもつ低熱膨張材６が埋設されている。低熱膨張材６は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなり、熱膨張率は、３．８×１０^−６／℃であって、金属被膜３の熱膨張率よりも低い。低熱膨張材６は、被覆部６１と充填部６２とをもつ。充填部６２の内部には、金属被膜３が形成されている。被覆部６１は、溝３０の中の相手側表面３２側に埋設されている。そして、被覆部６１の表面６３は、金属被膜３の相手側表面３２と同一面を形成している。溝３０の中の被覆部６１と基材２との間には、空間部３５が残されている。

被覆部６１は、図１９に示すように、正方形格子状に形成されている。被覆部６１の幅Ｅは１ｍｍである。隣り合う被覆部６１間に形成されている充填部６２は、一辺Ｒが２ｍｍの正方形状を呈している。図２０に示すように、被覆部６１の厚みＨは１ｍｍであり、金属被膜３の厚みＡは３ｍｍである。被覆部６１と基材２との間に形成されている空間部３５の高さＳは、２ｍｍである。

本例の伝熱部材１を製造するに当たっては、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。次に、基材２表面に、粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、ショットブラストを行う。図２１，２２に示すように、基材２の表面に、低熱膨張材６を配置する。このとき、低熱膨張材６と基材２との間に、低熱膨張材６の外形と同一の枠体６６を介在させる。枠体６６は、アルミニウム製の角パイプを高さ２ｍｍに切断したものである。このように枠体６６を基材２と低熱膨張材６との間に介在させることにより、低熱膨張材６と基材２との間が離間する。

次に、図２３に示すように、低熱膨張材６を離間して配置した基材２を、マスキング部材８５の下方に配置する。次に、成膜装置８を用いて、基材２表面の成膜領域２ａに、固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付ける。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行う。これにより、低熱膨張材６の充填部６２から基材２表面上に金属粉末が吹き付けられて、充填部６２及び充填部６２の直下部分６２ａに金属粉末が堆積して、多孔質組織をもつ金属被膜３が形成される。また、低熱膨張材６の被覆部６１で被覆された基材２表面、即ち被覆部６１の直下部分６１ａには金属粉末は堆積せず、溝３０が形成される。溝３０の相手側表面３２側には低熱膨張材６の被覆部６１が埋設され、被覆部６１と基材２との間には、空間部３５が残される。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実施例５）
本例の伝熱部材１は、図２４〜図２６に示すように、溝３０に埋設された低熱膨張材６は、枠体を用いることなく、基材２の上に直接に載置されている。低熱膨張材６の厚みＨは、３ｍｍであり、金属被膜３の厚みＡと同じである。低熱膨張材６の充填部６２は、円形状であり、千鳥状に配列している。低熱膨張材６の被覆部６１は、充填部６２と対向する側壁６１ｂをもつ。

この側壁６１ｂの相手側表面３２側は、側壁６１ｂの基材側表面３１側よりも充填部６２に向けて突出している。側壁６１ｂは、充填部６２の上開口端６２ｂの幅Ｉは、下開口端６２ｃの幅Ｊよりも小さくなるように傾斜している（図２８）。上開口端６２ｂよりも大きい開口幅をもつ部分、即ち、上開口端６２ｂの直下部分６２ｅよりも径方向外側の空間がアンダーカット部６２ｄとなる。上開口端６２ｂの直下部分６２ｅに金属被膜３が形成されている。金属被膜３と側壁６１ｂとの間のアンダーカット部６２ｄには、空間部３５が形成されている。

本例の伝熱部材を製造するに当たっては、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。次に、基材２表面に、粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、ショットブラストを行う。図２７，２８に示すように、基材２の表面に、低熱膨張材６を配置する。

次に、図２９に示すように、低熱膨張材６を表面に配置した基材２を、マスキング部材８５の下方に配置する。次に、成膜装置８を用いて、基材２表面に、固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付けることにより金属被膜３を成膜する。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行う。これにより、低熱膨張材６の充填部６２から基材２表面に金属粉末が吹き付けられて、充填部６２の上開口端６２ｂの直下部分に金属粉末が堆積して多孔質組織の金属被膜３が形成される。また、充填部６２の下開口端６２ｃの近傍には、上開口端６２ｂの直下部分６２ｅよりも径方向外側に、アンダーカット部６２ｄが形成されている。このアンダーカット部６２ｄには、金属粉末が堆積しないため、空間部３５が残る。したがって、金属被膜３の基材側表面３１の近傍に空間部３５を残して、金属被膜３が形成される。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実施例６）
本例の伝熱部材は、図３０に示すように、金属被膜３に硬質粒子３８が含まれている。基材２の表面には、正方形格子状の凹部２１が形成されている。凹部２１以外の一般部２２上は金属被膜３が被覆され、凹部２１の内部から上方に向けて溝３０が形成されている。溝３０の底部３０ｂは、丸みを帯びており、また凹部２１の底部２１ａから、凹部２１の上端２１ｃよりも若干上方、例えば、金属被膜３の厚みＡの半分までの間に位置している。

金属被膜３は、金属粉末３７と硬質粒子３８とからなるポーラスな複合組織からなる。金属被膜３は、溝３０を挟んで互いに対向する周壁３０ｃを有している。この周壁３０ｃは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて、溝３０の中心部側に漸次近接するように傾斜する斜面を有している。即ち、溝３０を挟んで互いに対向する周壁３０ｃの間の開口幅Kは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて漸次縮小している。溝３０は、金属被膜３の平面方向に正方形の格子状に形成されている。金属被膜３は、溝３０によって一辺Ｒが５ｍｍ未満の正方形の島３３に分断されている。溝３０の内部全体には、空間部３５が残されている。

本例の伝熱部材を製造するにあたっては、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。基材２の平坦な表面に予め凹部２１を形成する。凹部２１は、平坦な基材２の表面に機械加工を施して、上端の間口幅Ｎが１ｍｍ、底幅Ｌが０．５ｍｍ、開口幅Ｎが１ｍｍ、深さＭが０．５ｍｍの凹部２１を形成する。凹部２１のを囲む周壁２１ｂは、上端２１ｃから底部２１ａにかけて、対向する周壁との間の幅が漸次小さくなるように傾斜している。凹部２１の間には、正方形格子状の平坦なテラスが一般部２２として残る。次に、凹部２１が形成された基材２表面に、粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、ショットブラストを行う。図３２に示すように、基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。

次に、図３３に示す成膜装置８を用いて、基材２表面に、固相状態の金属粉末及び硬質粒子からなる混合粉末３９を圧縮ガスとともに吹き付ける。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。硬質粒子としては、平均粒径１０〜２０μｍ、熱伝導率１６８Ｗ／ｍＫ、熱膨張率が３．８×１０^−６／℃のＳｉＣ粉末を用いる。混合粉末における金属粉末及び硬質粒子の配合比は、体積比で３：２である。成膜装置８を用いて混合粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末及び硬質粒子からなる混合粉末３９を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、金属粉末と硬質粒子とからなるポーラスな複合組織をもつ金属被膜３を成膜する。

基材表面に吹き付けられる混合粉末３９には、硬質粒子が含まれている。図３４に示すように、この硬質粒子３８は、圧縮ガスのガス流ＧＦによって、基材２表面の凹部２１内を転動する。このため、混合粉末の吹き付けによって凹部２１内に堆積していく金属被膜３を削り取っていく。それゆえ、金属被膜３には、凹部２１を起点とする溝３０が形成される。また、成膜された金属被膜３には、ポーラスな銅マトリックスにＳｉＣ粉末が混合された複合組織となっている。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を、実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実施例７）
本例の伝熱部材は、図３５に示すように、基材２表面の凹部２１及び一般部２２が、金属粉末からなる多孔質組織の被膜３４によって形成されている点が、実施例６と相違する。平滑な基材２の表面には、格子状に配列している一辺（Ｖ）５ｍｍの正方形の複数の一般部２２と、隣り合う一般部２２同士の間に幅（Ｌ）１ｍｍ、深さ（M）０．５ｍｍで開口している凹部２１とからなる。

一般部２２上は金属被膜３により被覆され、凹部２１の内部から上方に向けて溝３０が形成されている。溝３０の底部３０ｂは、凹部２１の内部に位置している。

金属被膜３は、金属粉末３７と硬質粒子３８とからなるポーラスな複合組織からなる。金属被膜３には、溝３０を挟んで互いに対向する周壁３０ｃを有している。この周壁３０ｃは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて、溝３０の中心部側に漸次近接するように傾斜する斜面を有している。即ち、溝３０を挟んで互いに対向する周壁３０ｃの間の開口幅Kは、溝３０の開口端３０ａから底部３０ｂに向けて漸次縮小している。溝３０は、金属被膜３の平面方向に正方形の格子状に形成されている。金属被膜３は、溝３０によって一辺Ｒが５ｍｍ未満の正方形の島３３に分断されている。溝３０の内部全体には、空間部３５が残されている。

本例の伝熱部材を製造するにあたっては、まず、基材２として、材質アルミニウム（ＪＩＳ規格：Ａ６０６３）、サイズ８０×４０ｍｍのヒートシンクを準備する。次に、基材２の平坦な表面に、粒径１５０〜１８０μｍの白アルミナ粒子を用いて、ショットブラストを行う。

次に、図３６に示すように、基材２の表面に、マスク部材７を載置する。マスク部材７１は、幅１ｍｍの正方形格子状の溝形成壁７１ａと、溝形成壁７１ａによって一辺が５ｍｍの正方形状に区画された開口部７１ｂとを有する。マスク部材７１を載置した基材２を、マスキング板８５の下方に配置する。次に、成膜装置８を用いて、基材２の表面に、固相状態の金属粉末３７を圧縮ガスとともに吹き付ける。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。成膜装置８を用いて金属粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の金属粉末３７を基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、金属粉末３７からなる多孔質組織の被膜３４を成膜する。被膜３４の厚みは０．５ｍｍとする。マスク部材７１を被膜３４から取り去る。

次に、図３７に示すように、成膜装置８を用いて、被膜３４を形成した基材２表面に、固相状態の金属粉末及び硬質粒子からなる混合粉末３９を圧縮ガスとともに吹き付ける。金属粉末としては、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を用いる。硬質粒子としては、平均粒径１０〜２０μｍのＳｉＣ粉末を用いる。混合粉末における金属粉末及び硬質粒子の配合比は、体積比で３：２である。成膜装置８を用いて混合粉末を吹き付ける条件は、表１に示されているように、実施例１と同様である。このように、圧縮ガスとともに固相状態の混合粉末Ｐを基材２の表面に吹き付けるコールドスプレー法を行うことによって、金属粉末と硬質粒子とからなるポーラスな複合組織をもつ金属被膜３を成膜する。

基材表面に吹き付けられる混合粉末には、硬質粒子が含まれている。このため、実施例６と同様の原理により、金属被膜３に、凹部２１を起点とする溝３０が形成される。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。その後、金属被膜３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を、実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（比較例１）
実施例１と同様に、図３８に示すように、基材としてのアルミニウム製のヒートシンク９５を準備する。ヒートシンク９５の表面には、実施例１で形成した多孔質組織からなる金属被膜の代わりに、緩衝部材９３をシリコングリース９４２で接着している。緩衝部材９３は、厚み３ｍｍのＣｕ−Ｃｏ板である。

緩衝部材９３に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を、実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（比較例２）
実施例１と同様に、基材としてのアルミニウム製のヒートシンクを準備する。実施例１と同条件で、ヒートシンクの表面に、樹枝形状を呈する平均粒径１０〜３０μｍの電気分解銅粉末を圧縮ガスとともに吹き付けて、多孔質組織をもつ金属被膜を形成している。本比較例においては、実施例１とは異なり、金属被膜には、溝は形成していない。その他は、実施例１と同様である。

次に、金属被膜３の表面に機械加工を施して平滑にする。金属被膜３の厚みＡは３．０ｍｍとする。金属被膜に不活性ガス雰囲気下、５５０℃で熱処理を施す。この熱処理の前、後の双方の金属被膜の熱伝導率、ヤング率及び熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表１に示す。

（実験例）
上記実施例１〜７及び比較例２の伝熱部材について、金属被膜の表面に、窒化アルミニウムからなる絶縁部材をはんだで接合する。比較例１の伝熱部材については、Ｃｕ−Ｍｏ板の表面に、窒化アルミニウムからなる絶縁部材をはんだで接合する。これらを試験材として、熱サイクル試験を行う。試験材に対して、−３０℃を下限温度、１２０℃を上限温度とした温度範囲内で、試験材が損傷するまで繰り返し熱負荷を加えることにより、熱サイクル試験を行う。金属被膜（比較例１ではＣｕ−Ｍｏ板）に亀裂等が発生したり、規格以上に反ったりした時点のサイクル数を記録する。

また、比較例１の伝熱性能を基準とし、実施例１〜７及び比較例２の伝熱性能を評価する。伝熱性能は、ＪＩＳ規格（Ｒ１６１１）によるレーザーフラッシュ法に準拠して行う。測定結果を表２に示す。

同表より知られるように、実施例１〜７は、比較例１，２に比べて、いずれも熱サイクル数が格段に高かった。実施例１〜７では、金属被膜に溝が形成されているため、絶縁部材と基材との間の熱膨張差が溝によって緩和されたものであると考えられる。

また、金属被膜に熱処理をした場合には、熱処理しない場合に比べて、熱伝導率が高かった。熱処理によって、被膜として付着した金属粉末同士の粒界の酸化物（酸化膜）が粒子内部に拡散し、粒子同士の金属結合の割合が増加する。この結果、熱伝導性の良い金属被膜となったものと考えられる。

実施例２では、金属被膜のヤング率が、実施例１，３、６，７に比べて低かった。実施例２では、図１３に示すように、金属粉末３７が基材２表面に堆積するときに、マスク部材７１の溝形成壁７１ａに衝突して、運動エネルギが減速される。それゆえ、金属粉末３７は基材表面に比較的大きな空孔を残しながら堆積していく。ゆえに、成膜された金属被膜３のヤング率が低くなったものと考えられる。

また、実施例４，５では、金属被膜のヤング率が、実施例１，３、６，７に比べて低かった。これは、金属被膜３が、低熱膨張材６で跳ね返された金属粉末の跳ね返り粒子を包含して、粒子と粒子との間が必ずしも全て密着していないためであると考えられる。

また、実施例６，７では、金属被膜の熱膨張率、熱伝導率及び放熱性能が、実施例１〜５に比べて小さかった。これは、実施例６，７では、金属被膜３の中に含まれている硬質粒子（ＳｉＣ）が、金属粉末（Ｃｕ）よりも低い熱膨張率をもち、金属粉末よりも熱伝導性が低いためであると考えられる。

また、実施例２，４，５は、実施例１，３，６、７に比べて、熱サイクル数が多かった。実施例２では、金属被膜のヤング率が小さいため、相手部材と基材との熱膨張差を効果的に緩和したため、金属被膜に亀裂や反りが発生しにくかったものと考えられる。実施例４、５では、図２０、図２６に示すように、溝３０に埋設されている低熱膨張材６が、金属被膜３の相手側表面３２を拘束している。このため、金属被膜３の相手側表面３２の熱膨張が抑制されて、熱膨張の少ない相手部材４との間に亀裂が生じにくくなる。一方、金属被膜３の基材側表面３１には、熱膨張を吸収し得る空間部３５が残されているため、基材２の熱膨張に十分追従することができ、基材２との間でも亀裂が生じることが抑制されたものと考えられる。

比較例１は、比較例２及び実施例１〜７に比べて、熱サイクル数及び放熱性能がともに低かった。比較例１では、図３８に示すように、基材２表面に緻密な金属組織の緩衝部材９３（Ｃｕ−Ｍｏ板）をシリコングリース９４２で接合している。このため、緩衝部材９３は、ポーラスな組織の金属被膜に比べて、熱膨張差に追従しにくく、緩衝部材９３に亀裂や反りが発生したり接合界面で亀裂が生じたりしやすくなったものと考えられる。

本発明の伝熱部材は、車両用インバータのパワーモジュールとして用いられるだけでなく、車両のエンジン部品、コンピュータのＣＰＵ、車両用オーディオ機器、家電製品など、放熱性が要求される機器に用いることもできる。

本発明の実施例１の伝熱部材の断面図である。 実施例１の伝熱部材を用いたパワーモジュールの断面図である。 実施例１における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例１における、成膜装置のノズルの移動ルートを示す説明図である。 実施例１の伝熱部材の要部拡大断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 実施例１における、金属被膜に切削加工を施す方法を示す説明図である。 実施例２の伝熱部材の斜視図である。 実施例２における、溝形成用のマスク部材の断面図である。 実施例２における、溝形成用のマスク部材の斜視図である。 実施例２における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 図１１に続く、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例２における、金属粉末がマスク部材に衝突しながら基材表面に体積していく状態を示す説明図である。 実施例３の伝熱部材の要部拡大断面図である。 図１４のＢ−Ｂ矢視断面図である。 実施例３における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 図１６に続く、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例４の伝熱部材の断面図である。 図１８のＣ−Ｃ矢視断面図である。 実施例４の伝熱部材の要部拡大断面図である。 実施例４における、低熱膨張材及び枠体の斜視図である。 実施例４における、低熱膨張材及び枠体を載置した基材の断面図である。 実施例４における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例５の伝熱部材の断面図である。 実施例５の伝熱部材の平面図である。 実施例５の伝熱部材の要部拡大断面図である。 実施例５における、低熱膨張材を載置した基材の断面図である。 実施例５における、低熱膨張材の要部拡大断面図である。 実施例５における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例６の伝熱部材の断面図である。 実施例６の変形例としての伝熱部材の断面図である。 実施例６における、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 図３２に続く、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 実施例６における、硬質粒子が金属被膜を削っていく状態を示す説明図である。 実施例７の伝熱部材の断面図である。 実施例７における、被膜の成膜方法を示す説明図である。 図３６に続く、金属被膜の成膜方法を示す説明図である。 従来例における、パワーモジュールの断面図である。

符号の説明

１：伝熱部材、２：基材、２ａ：被膜形成領域、２１：凹部、２２：一般部、３：金属被膜、３０：溝、３０ａ：開口端、３０ｂ：底部、３０ｃ：周壁、３１：基材側表面３１：相手側表面、３３：島、３４：被膜、３５：空間部、３７：金属粉末、３８：硬質粒子、３９：混合粉末、４：相手部材、５：発熱体、６：低熱膨張材、８：成膜装置、６１：被覆部、６１a：被膜部の直下部分、６１ｂ：周壁、６２：充填部、６２ａ：充填部の直下部分、６２ｂ：上開口端、６２ｃ：下開口端、６２ｄ：アンダーカット部、６２ｅ：上開口端の直下部分、６３：低熱膨脹材の表面、７１：マスク部材、７１ａ：溝形成壁、７１ｂ：開口部、８５：マスキング板、８１：圧縮ガス供給器、８２：粉末供給器、８３：ノズル、８４：ノズル移動機構、８５：マスキング板。

Claims (23)

1. 基材と、
   前記基材に固定された基材側表面と、前記基材よりも熱膨張率が小さい発熱体搭載用の相手部材を固定する相手側表面とをもち、前記相手部材の熱膨張率と前記基材の熱膨張率との間の熱膨張率をもつ金属被膜と、を有する伝熱部材であって、
   前記金属被膜には、前記相手側表面から前記基材側表面に向けて窪む溝が形成されているとともに、前記溝の内部の少なくとも一部には前記金属被膜の熱変形を許容する空間部が残されていることを特徴とする伝熱部材。
2. 前記金属被膜は、多孔質組織をもつことを特徴とする請求項１記載の伝熱部材。
3. 前記金属被膜は、前記溝により互いに独立した複数の島に分断されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の伝熱部材。
4. 前記溝は、前記金属被膜の厚み方向に貫通して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の伝熱部材。
5. 前記空間部は、前記溝の内部全体に残されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の伝熱部材。
6. 前記金属被膜は、凹部及び一般部を有する前記基材の表面の形状に沿って形成されて、前記金属被膜における前記凹部上に形成された部分は、前記金属被膜における前記一般部上に形成された他の部分との間に前記溝を形成していることを特徴とする請求項１乃至請求項３及び請求項５のいずれか１項に記載の伝熱部材。
7. 更に、前記金属被膜の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもち、且つ前記溝に埋設されて前記基材表面を被覆する被覆部と、内部に前記金属被膜を形成した充填部と、をもつ低熱膨張材を有しており、
   前記被覆部は、前記溝の少なくとも開口端側に配置されており、且つ前記溝の少なくとも底部側には前記空間部が残されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の伝熱部材。
8. 前記低熱膨張材の前記被覆部の表面は、前記金属被膜の前記相手側表面と同一面を形成していることを特徴とする請求項７に記載の伝熱部材。
9. 前記低熱膨張材は、前記基材から離間した位置に配設されて、前記低熱膨張材と前記基材との間に前記空間部が形成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の伝熱部材。
10. 前記充填部の前記基材と対面している下開口端の開口幅は、前記充填部の前記相手部材と対面する上開口端の開口幅よりも大きく、
    前記充填部における前記上開口端の直下部分には前記金属被膜が形成されており、前記充填部における前記上開口端よりも大きい開口幅をもつ部分には前記空間部が残されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の伝熱部材。
11. 前記金属被膜は、硬質粒子を含み、
    前記溝の開口幅は、前記金属被膜の前記相手側表面から前記基材側表面に向けて漸次縮小していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の伝熱部材。
12. 前記金属被膜は、銅又は銅合金を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の伝熱部材。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の伝熱部材に、前記発熱体としてのパワー素子を搭載した前記相手部材を搭載してなることを特徴とするパワーモジュール。
14. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の伝熱部材を製造する方法であって、
    前記基材の表面に、金属粉末を吹き付けることにより前記金属被膜を形成することを特徴とする伝熱部材の製造方法。
15. 固相状態の金属粉末を圧縮ガスとともに前記基材表面に吹き付けることにより、前記金属被膜を形成することを特徴とする請求項１４記載の伝熱部材の製造方法。
16. 前記金属被膜に切削加工を施すことにより、前記溝を形成することを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の伝熱部材の製造方法。
17. 溝形成壁及び開口部をもつマスク部材を配置した前記基材の表面に、前記金属粉末を吹き付けることにより、前記開口部に前記金属被膜を形成し、前記溝形成壁が配置されている部分には前記溝を形成する工程と、
    前記マスク部材を前記基材の表面から取り去ることにより、前記溝に前記空間部を残す工程と、をもつことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の伝熱部材の製造方法。
18. 凹部をもつ前記基材の表面に、前記金属粉末を吹き付けることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の伝熱部材の製造方法。
19. 前記金属被膜の熱膨張率よりも低い熱膨張率をもち且つ前記金属被膜を形成する充填部と前記溝を形成する被覆部とをもつ低熱膨張材を、少なくとも前記基材に近接する部分に前記空間部が残るように、前記基材表面に配置して、前記金属粉末を吹き付けることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の伝熱部材の製造方法。
20. 前記低熱膨張材を前記基材の表面から離間した位置に保持して前記金属粉末の吹き付けを行うことを特徴とする請求項１９記載の伝熱部材の製造方法。
21. 前記低熱膨張材の前記充填部の前記基材と対面している下開口端の開口幅は、前記充填部の前記相手部材と対面する上開口端の開口幅よりも大きいことを特徴とする請求項１９に記載の伝熱部材の製造方法。
22. 前記金属粉末に硬質粒子を混合してなる混合粒子を、凹部を有する前記基材の表面に向けて吹き付けることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の伝熱部材の製造方法。
23. 前記金属被膜を成膜した後に、前記金属被膜を熱処理することを特徴とする請求項１４乃至請求項２２のいずれか１項に記載の伝熱部材の製造方法。

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