JP2011219285A - ダイヤモンドフレークの製造方法およびダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラー同士が互いに接触する確率が高く、重なり合うこともないフィラーとして、どのような母材の場合でも用いることができるダイヤモンドフレークの製造方法と、そのダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材を提供する。
【解決手段】石英基板３の表面に、ダイヤモンド粉末を用いてダイヤモド核発生促進処理を施した後、７００〜１０００℃でＣＶＤ法により厚さ０．５〜５μｍのダイヤモンド被膜２を成膜し、次いで、冷却を施してダイヤモンド被膜２に亀裂４を発生させ、ダイヤモンド被膜２を石英基板３から剥離させることで、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレーク１を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高伝熱を必要とするパワーデバイス等の基板、接合材、若しくは熱交換部材、或いは高伝熱性により熱衝撃耐性が高められた基材、容器、隔壁等に含有されることで利用できるダイヤモンドフレークの製造方法、およびそのダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材に関するものである。

ある材料（母材）の熱伝導率を向上させるには、その材料より熱伝導率が高い材料（フィラー）を添加することで対応することが可能であり、この熱伝導率が高いフィラーとしては金属を代表例として挙げることができる。しかしながら、母材がガラス、セラミックス、樹脂などの場合には、フィラーの絶縁性を損なわずに熱伝導性を上げることが必要になることがあり、この場合には、金属はフィラーとして用いることができない。 従って、母材がガラス、セラミックス、樹脂などの場合には、フィラーとして用いることができる材料は、絶縁性があり且つ比較的熱伝導率が高い、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化ホウ素、ダイヤモンドなど少数の材料に限られてしまうことになる。

一方、母材が金属の場合は、母材自体の熱伝導率がもともと高いため、母材の種類にもよるが、より熱伝導率が高い、アルミニウム、銅、銀などの金属がフィラーとして用いられる。金やダイヤモンドも熱伝導率が高くフィラーの材料として用いるには推奨できるが、高価であるためにこれまではフィラーの材料として用いられることはなかった。特にダイヤモンドは、母材がガラス、セラミックス、樹脂などの場合も、金属の場合も、共通して用いることができるため、母材が金属の場合もフィラーの材料として採用したい材料であるが、前記したように高価であることに加え、銅以上の熱伝導率がこれまでは必要とされることが殆どなかったため、採用が見送られてきたと考えられる。

また、従来からのフィラーは一般には粉状或いは粒状であったため、母材に添加して熱伝導率を向上させるためには、充填率（体積率）を５０％以上にしなければ十分な効果を得ることができなかった。これは、フィラーが母材中で周囲のフィラーに接触しないで孤立することで熱伝導が母材でボトルネックになっているためと考えられる。

そこで、粉状或いは粒状のフィラーに代えて、新たにフィラーとして採用することが検討されているのが薄片状のフレークである。この薄片状のフレークでなるフィラーは、母材中に練りこんだり混入させたりしたときに、互いに接触する確率が、粉状或いは粒状のフィラーより高く、熱伝導のパスができやすく、母材に添加して熱伝導率を向上させるフィラーとして有効であると考えられる。

以上のような前提条件もあり、ダイヤモンドフレークをフィラーの材料に用いることを検討したいが、母材に添加するフィラーとして用いることができるサイズが小さいダイヤモンドフレークを、再現性よく且つ安価に製造することができる適当な技術がないのが現状である。

ダイヤモンドの粉末或いは粒子を製造する方法としては、高温高圧下でグラファイトからダイヤモンドを合成する方法や、爆薬法のような爆発衝撃によりグラファイトをダイヤモンドに変換する方法が知られている。しかしながら、これらの方法は粉状或いは粒状のダイヤモンドを製造する方法であって、ダイヤモンドフレークを製造する方法に採用することはできない。例えば、特許文献１には、ガラス状炭素粉末を人工ダイヤモンド粉末とする方法が開示されているが、この方法は、粉状或いは粒状のダイヤモンドを製造する方法に過ぎない。

ところで、ダイヤモンドは、高融点金属、セラミックス、Ｓｉウェハなどを基材とし、その基材の表面に種々のＣＶＤ法で成膜して、ダイヤモンド被膜の状態とすることもできる。ＣＶＤ法によると、多くの場合、７００〜１０００℃で成膜されるため、ダイヤモンドと熱膨張率が大きく違う材料を基材として用い、成膜後に室温に戻すと、ダイヤモンド被膜に亀裂が入ってしまうことが懸念される。

特許文献２では、その亀裂の発生が問題であると捉えており、その明細書中には、「石英基板にダイヤモンドを成膜したとき、熱膨張係数はあまり違いないにも関わらず、８００℃でダイヤモンドを成膜して室温に戻すと、膜に亀裂又は剥離が生じてしまう。」との記載がある。

ダイヤモンド被膜への亀裂はランダムに入り、結果として、亀裂で分けられた薄片状の多結晶ダイヤモンドフレークを得ることができると考えられる。しかしながら、このダイヤモンドフレークのサイズはまちまちで、コントロールすることができない。

パワー半導体などの絶縁板に、このダイヤモンドフレークをフィラーとして用いることを考えた場合、母材に混入するフィラーのサイズが大きすぎるとその端部が外部に突出しやすくなる問題が発生することが想定され、その問題にうまく対応するには、フィラーの長径を、絶縁板の板厚と少なくとも同等か、それ以下にする必要がある。

しかしながら、ダイヤモンドは硬度が高いため粉砕は困難である。例えば、セラミックスなどの比較的高硬度な材料を用いて、石臼やルツボと擂り粉木により粉砕することが考えられるが、粉砕器具自体の摩耗が激しく実用的な方法とはいえない。

尚、特許文献３には、ガラス基板上の任意の場所にダイヤモンドの薄膜を合成する方法が開示されている。この特許文献３には、ダイヤモンド薄膜の膜厚が０．５〜１０μｍと記載されてはいるが、亀裂の発生については触れられておらず、当然ながらその亀裂の発生を制御することで適当なサイズのダイヤモンドフレークを得ることも記載されてはいない。

また、母材の一例として用いることができるガラスの融点は、ホウ珪酸ガラスで約９００℃、ソーダガラスで約７５０℃、カリクリスタルガラスで約７００℃、セミクリスタルガラスで約７００℃、鉛クリスタルガラスで約６００℃であるが、近年は融点が６００℃以下の低融点ガラスも開発されている。

この低融点ガラスにダイヤモンドフレークを混練することや、ガラス粉末にダイヤモンドフレークを混ぜて焼成する方法で、高伝熱絶縁板ガラスを作製することが可能と考えられる。

しかしながら、これらの方法で高伝熱絶縁板ガラスを作製することを考えた場合、ダイヤモンドフレークと母材のガラスが直接化学結合しないため、混ざりあいにくく、また、冷却後に割れやすくなるという問題が発生することが考えられる。その上、これらの方法で高伝熱絶縁板ガラスを作製する場合、６００〜９５０℃に昇温する必要があり、このような高温下ではダイヤモンドフレークの表面側から徐々にグラファイト化が進むと考えられる。尚、ダイヤモンドは５００℃以上の高温下で酸素に触れると、表面から徐々にグラファイト化が進むことが知られている。

尚、グラファイトは、ダイヤモンドとは異なり導電性を有するため、絶縁性が求められる絶縁基板に用いることは不都合である。また、グラファイトは、熱伝導率に異方性があるためグラファイトの向きによれば熱伝導性が落ちることが懸念され、更には、軟らかく劈開しやすいため熱衝撃に弱くなるという欠点も有する。

特開平６−４０７１２号公報 特開２００７−３１６０３８号公報 特開２００８−１２７６４６号公報

本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、母材が、ガラス、セラミックス、金属等どのような材料の場合であっても、熱伝導率を向上させるためのフィラーとして用いることができ、更には、母材に含有させたときに互いに接触する確率が高く、しかも、フィラー同士が重なり合うことがなく、熱伝導率を向上させるためのフィラーとして有用に用いることができるダイヤモンドフレークの製造方法と、そのダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材を提供することを課題とするものである。

請求項１記載の発明は、石英基板の表面に、ダイヤモンド粉末を用いてダイヤモンド核発生促進処理を施した後、前記石英基板の表面を７００〜１０００℃としてＣＶＤ法により厚さ０．５〜５μｍのダイヤモンド被膜を成膜し、次いで、冷却を施して前記ダイヤモンド被膜に亀裂を発生させ、前記ダイヤモンド被膜を前記石英基板から剥離させることで、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレークを得ることを特徴とするダイヤモンドフレークの製造方法である。

請求項２記載の発明は、前記ダイヤモンド被膜を成膜した後の冷却は、１０℃／秒以上の速さの急冷を含むことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドフレークの製造方法である。

請求項３記載の発明は、前記ダイヤモンド被膜を成膜した後の冷却は、４００〜６００℃までの５℃／秒以下の速さの前半の徐冷と、続いて行う１０℃／秒以上の速さの後半の急冷を含むことを特徴とする請求項２記載のダイヤモンドフレークの製造方法である。

請求項４記載の発明は、前半の徐冷と後半の急冷の間に、前記ダイヤモンドフレークの表面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_２被膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項３記載のダイヤモンドフレークの製造方法である。

請求項５記載の発明は、前記石英基板の表面粗さＲａが、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイヤモンドフレークの製造方法である。

請求項６記載の発明は、薄片状で反りを有する複数枚のダイヤモンドフレークを、前記ダイヤモンドフレークより熱伝導率が低い母材に含有させたことを特徴とするダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材である。

本発明の請求項１記載のダイヤモンドフレークの製造方法によると、製造されたダイヤモンドフレークは、母材が、ガラス、セラミックス、金属等どのような材料の場合であっても、熱伝導率を向上させるためのフィラーとして用いることができ、更には、母材に含有させたときに互いに接触する確率が高く、しかも、フィラー同士が重なり合うことがなく、熱伝導率を向上させるためのフィラーとして有用に用いることができる。また、石英基板の表面にダイヤモンド被膜を形成後、冷却するという簡単な方法で、ダイヤモンドフレークを容易に製造することができる。

本発明の請求項２記載のダイヤモンドフレークの製造方法によると、ダイヤモンド被膜を、亀裂で分断されたダイヤモンドフレークとして石英基板から確実に剥離させることができる。

本発明の請求項３記載のダイヤモンドフレークの製造方法によると、徐冷を前半に施すので、急冷によりダイヤモンドフレークの製造時に石英基板が割れてしまうことがない。

本発明の請求項４記載のダイヤモンドフレークの製造方法によると、少なくとも４００℃以上の温度条件でダイヤモンドフレークの表面にＳｉＯ_２被膜を形成することとなり、ダイヤモンドとＳｉＯ_２を化学結合で強固に接合させることができる。また、得られたダイヤモンドフレークをガラスでなる母材に含有させたときには、表面が露出したダイヤモンドフレークを用いたときより母材との馴染み（濡れ性）が良くなり、混錬や焼成が容易になる。更には、ＳｉＯ_２被膜によりダイヤモンドフレーク表面のグラファイト化を抑制することができる。

本発明の請求項５記載のダイヤモンドフレークの製造方法によると、石英基板の表面粗さＲａを、１μｍ以下とすることにより、大きさや形状が揃ったダイヤモンドフレークを歩留り良く製造することが可能となる。

本発明の請求項６記載のダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材によると、母材が、ガラス、セラミックス、金属等どのような材料の場合であっても、母材にダイヤモンドフレークを含有させることにより伝熱性を向上させることができる。特に伝熱性を向上させるフィラーとして、薄片状で反りを有する複数枚のダイヤモンドフレークを含有させるため、互いに接触する確率が高くなり、しかも、各ダイヤモンドフレークの反りはランダムであるため、フィラー同士が完全に密着して重なり合うことも殆どなく、ダイヤモンドフレークを母材の厚み方向に均一に分散させることができ、また、重なり合ったフィラーを起点としてダイヤモンド被膜が剥がれ落ちることもない。

本発明の一実施形態に係るダイヤモンドフレークの製造方法を工程順に示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るダイヤモンドフレークの基本的な製造方法を示し、（ｄ）および（ｅ）はダイヤモンドフレークの裏面から付着した石英基板の表面層を除去する場合の工程を示す。 本発明の異なる実施形態に係るダイヤモンドフレークの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明に係るダイヤモンドフレークの製造方法で作製されるダイヤモンドフレークの形状を示すもので、（ａ）はダイヤモンドフレークの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る伝熱性強化材の内部構造を示す断面図である。 実施例でダイヤモンドフレークの製造に用いたＣＶＤ装置を示す断面図である。 ダイヤモンド被膜に亀裂が入った状態を示す顕微鏡写真である。

材料（母材）の熱伝導率を向上させるため、その材料より熱伝導率が高い材料（フィラー）を添加することで伝熱性強化材とし、高伝熱を必要とするパワーデバイス等の基板、接合材、若しくは熱交換部材、或いは高伝熱性により熱衝撃耐性が高められた基材、容器、隔壁等に用いることが、従来から行われていた。このフィラーの材料として、ダイヤモンドは熱伝導率が高く、また、母材がガラス、セラミックス、樹脂などの場合であっても、金属の場合であっても、共通して用いることができるため、本発明者らは、ダイヤモンドを伝熱性強化材のフィラーとして用いることを検討することとした。

母材に添加するフィラーとしては、従来から一般に用いられている粉状や粒状のフィラーより、薄片状のフィラーの方が効率的であるため、その製造方法を検討したが、薄片状のダイヤモンドフレークを再現性よく且つ容易に製造することができる適当な技術がないのが現状である。本発明者らは、薄片状のダイヤモンドフレークを再現性よく且つ容易に製造することができる技術を見出すために、鋭意、実験、研究を進めた。

その結果、石英基板の表面にＣＶＤ法により適当な膜厚のダイヤモンド被膜を成膜し、次いで、冷却を施してそのダイヤモンド被膜に亀裂を発生させることで、再現性よく且つ容易に、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレークを得ることができることを知見し、本発明の完成に至った。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るダイヤモンドフレークの製造方法を示す断面図であり、（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係るダイヤモンドフレークの基本的な製造方法を示し、（ｄ）および（ｅ）はダイヤモンドフレークの裏面から付着した石英基板の表面層を除去する場合の方法を示す。尚、裏面に付着した石英基板の表面層は、有用な場合があるため必ずしも除去する必要はない。その理由については後述する。以下、本実施形態に係るダイヤモンドフレークの製造方法を、製造工程の順を追い詳細に説明する。

図１（ａ）に示す工程では、まず、石英基板３の平坦な表面に、ダイヤモンド粉末を用いてダイヤモンド核発生促進処理を施した後、石英基板３の表面を７００〜１０００℃に調整して、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相）法により厚さ０．５〜５μｍのダイヤモンド被膜２を成膜する。

このダイヤモンド被膜２の成膜に用いる石英基板３は、表面粗さＲａが１μｍ以下の溶融石英若しくは合成石英であることが好ましい。石英基板３の表面粗さがダイヤモンド被膜２の膜厚と同程度以上になると、その凸部で亀裂４が発生するなど亀裂発生箇所が表面形状に強く依存始め、均一な大きさのダイヤモンドフレーク１を回収できる歩留りが低下する。また、石英基板３の凹凸に応じた形状のダイヤモンドフレーク１が形成され、更には表面粗さＲａがあまりに大きいと、大きく波打った形状のダイヤモンドフレーク１が形成されてしまい、薄い母材７のフィラーの材料として不適切となる。以上の理由から０．５〜５μｍの膜厚のダイヤモンド被膜２について、最適な石英基板３の表面粗さＲａの許容できる上限を見積もったところ、その石英基板３の表面粗さＲａの上限は１μｍであった。また、この石英基板３の表面粗さＲａは、０．１μｍ以下であることがより好ましい。

ダイヤモンド粉末を用いたダイヤモンド核発生促進処理は、ビーカなどの容器に石英基板３を入れた後、その容器に石英基板３の表面が完全に覆われる程度の多めに、例えば直径５〜２０μｍのダイヤモンド粉末を入れ、更にその容器に水或いはエタノールをダイヤモンド粉末および石英基板３が十分に隠れる状態になるまで継ぎ足し、超音波洗浄機等でそのダイヤモンド粉末を激しく攪拌することでなされる。その攪拌により石英基板３の表面に、微細な疵が形成されたりダイヤモンドの微細な剥離片が固着したりする。これが、ダイヤモンド被膜２が成長する際の核発生点となりダイヤモンドの核発生が促進される。

そのダイヤモンド核発生促進処理は、核発生密度が１×１０^８／ｃｍ^２以上であることが望ましい。その理由は、ダイヤモンド被膜２の膜厚を０．５μｍ以上としたときに確実に連続膜を形成できるからである。核発生密度が１×１０^８／ｃｍ^２未満であれば、核間距離が大きくなり、膜厚を０．５μｍ以上としたときにピンホールや隙間が形成されるためにダイヤモンド被膜２に亀裂４が発生せず、成膜温度から室温に戻したときにダイヤモンド被膜２に剥離が発生しにくくなる。この核発生密度は高いほど望ましく、５×１０^８／ｃｍ^２以上であることがより望ましい。

ダイヤモンド被膜２は、石英基板３の表面を７００〜１０００℃として、ＣＶＤ法により成膜される。このダイヤモンド被膜２の成膜温度は、高融点金属、セラミックス、Ｓｉウェハなどを基材とした一般的なＣＶＤ法による成膜の温度と同等の温度である。

このＣＶＤ法により成膜されるダイヤモンド被膜２の膜厚は、０．５〜５μｍの範囲とする必要がある。ダイヤモンド被膜２の膜厚が０．５μｍ未満であると、ピンホールが多く残り、次の工程で冷却を施した際にそのピンホールで応力が緩和されて亀裂４が発生しにくくなり、ダイヤモンドフレーク１を得ることできなくなるか、たとえダイヤモンドフレーク１を得ることできたとしても、そのダイヤモンドフレーク１のサイズが必要以上に大きくなる。一方、ダイヤモンド被膜２の膜厚が５μｍを超えると、ダイヤモンド被膜２の裏面に付着する石英基板３の表面層５の厚みが厚くなり、ダイヤモンドフレーク１のサイズが必要以上に大きくなる。また、石英基板３が割れて再利用できなくなることや、裏面に付着した石英基板３の表面層５を除去する場合は、その除去工程に費やす時間が必要以上に長くなることがある。より好ましいダイヤモンド被膜２の膜厚は、１〜２μｍである。

続く工程では、図１（ｂ）に示すように、冷却を施して記ダイヤモンド被膜２に亀裂４を発生させ、図１（ｃ）に示すように、ダイヤモンド被膜２を石英基板２から剥離させる。この剥離の際、ダイヤモンド被膜２は裏面に石英基板３の表面層５が付着された状態で、石英基板３の表面層５と共にダイヤモンドフレーク１として剥離する。

このように、ダイヤモンド被膜２の裏面に石英基板３の表面層５が付着された状態で剥離する理由は、ダイヤモンド被膜２の成膜温度が７００〜１０００℃と高温であるため、成膜時に石英基板３のＳｉ原子とダイヤモンド被膜２のＣ原子が強固に化学結合したためと考えることができる。

この工程での冷却は、冷却速度を１０℃／秒以上の速さ、好ましくは２０℃／秒以上の速さの、急冷とすることで、ダイヤモンド被膜２を石英基板３から確実に剥離させることができる。

また、４００〜６００℃までは、５℃／秒以下の速さの徐冷とし、前記急冷は４００℃未満での冷却の後半にのみ実施することが好ましい。このように、冷却を前半の徐冷と後半の急冷で構成することで、急冷による石英基板３の割れの発生を抑制することができる。

以上の工程で、ダイヤモンドフレーク１を石英基板３から剥離させることができるが、石英基板３の表面側に剥離しないダイヤモンドフレーク１がまだ残っている場合は、ダイヤモンド被膜２が表面に形成された２枚の石英基板３を共摺りする方法など、機械的な方法で石英基板３の表面からダイヤモンドフレーク１を剥離させても良い。

尚、先にダイヤモンドフレーク１のサイズが必要以上に大きくなると説明したが、ダイヤモンドフレーク１の適正なサイズは、図３に示す長径が０．５ｍｍ以下のダイヤモンドフレーク１である。以上の工程で得られるダイヤモンドフレーク１は、図１（ｂ）に示すように、亀裂４側、すなわちその周囲部分から先に剥がれるため、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレーク１となる。

このように、ダイヤモンドフレーク１は粉砕工程を経ることなく容易に製造することができる。また、得られたダイヤモンドフレーク１は、ダイヤモンドフレーク１毎に反りの度合いも異なるものとなり、図４に示すような伝熱性強化材６とした際に重なり合うこともなく、また、間に母材７が入り込む隙間が必ずでき、２枚の重なり合ったダイヤモンドフレーク１を起点として剥離が発生することがない。

また、ダイヤモンドフレーク１は薄片状であるため、粉状や粒状のダイヤモンドとは異なり、お互いに確実に接触するので、熱伝導率が高いダイヤモンドフレーク１により伝熱性強化材６の伝熱性も向上する。

ダイヤモンドフレーク１の適正なサイズは、図３に示す長径が０．５ｍｍ以下のものであると説明したが、本発明の製造方法で作製したダイヤモンドフレーク１は必ずこの適正なサイズとなる。ダイヤモンドフレーク１がこのような小さなサイズであるため、伝熱性強化材６のフィラーとして用いた際に、フィラーの先端が伝熱性強化材６の表面から外に突出するようなこともない。

尚、より好ましいダイヤモンドフレーク１のサイズは、図３に示す長径が０．５ｍｍ以下であることは勿論であるが、長径が平均厚さの３倍以上、長径が短径の５倍以下である。このようなサイズのダイヤモンドフレーク１も本発明の製造方法で作製することができる。

以上の工程で、伝熱性強化材６にフィラーとして用いるダイヤモンドフレーク１を得ることできるが、ダイヤモンドフレーク１の裏面に付着した石英基板３の表面層５を除去する場合は、図１（ｄ）に示すように、そのダイヤモンドフレーク１を容器１０に入れたフッ酸水溶液９に浸漬すれば、石英基板３の表面層５のみが溶解するので、図１（ｅ）に示すように、容易に除去することができる。

図２は本発明の異なる実施形態に係るダイヤモンドフレークの製造方法を示す断面図であって、（ａ）は先に説明した実施形態の図１（ｂ）に示す工程と対応する。また、図１（ａ）のダイヤモンド被膜２の成膜工程と本実施形態のダイヤモンド被膜２の成膜工程は同一であるため、図示およびその説明を省略する。

この図２に示す本発明の異なる実施形態は、ダイヤモンド被膜２の成膜に冷却によりダイヤモンド被膜２に亀裂４を発生させるまでは、先の図１に示す実施形態と同一であるが、冷却時の、前半の４００〜６００℃までの５℃／秒以下の冷却速度の徐冷と、１０℃／秒以上の冷却速度（好ましくは２０℃／秒以上の冷却速度）の後半の急冷の間に、図２（ｂ）に示すような、剥離途中のダイヤモンドフレーク１の表面にＳｉＯ_２被膜８を形成する工程を介在させる。

このダイヤモンドフレーク１の表面にＳｉＯ_２被膜８を形成する工程は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）と酸素を供給する等の既知のプラズマＣＶＤ法によって実施することができ、その後の急冷によって、図２（ｃ）に示すように、表面が全てＳｉＯ_２被膜８で被覆された状態のダイヤモンドフレーク１を、石英基板３から剥離させることができる。

この表面が全てＳｉＯ_２被膜８で被覆された状態のダイヤモンドフレーク１は、表面にＳｉＯ_２被膜８が形成されていないダイヤモンドフレーク１と比較すると、ガラスでなる母材に含有させたときには、母材との馴染み（濡れ性）が、ＳｉＯ_２被膜８を形成したことで良くなり、混錬や焼成が容易になる。更には、ＳｉＯ_２被膜によりダイヤモンドフレーク１表面のグラファイト化を抑制することができる。

尚、片面だけがＳｉＯ_２被膜８で被覆されたような状態のダイヤモンドフレーク１、すなわち、図１の（ａ）〜（ｃ）に示す方法で得ることができる裏面に石英基板３の表面層５が付着したダイヤモンドフレーク１でも、効果の度合いこそ異なるが同じ効果を得ることができる。

また、図２に示す方法で表面にＳｉＯ_２被膜８を形成したダイヤモンドフレーク１は、少なくとも４００℃以上の温度条件でダイヤモンドフレーク１の表面にＳｉＯ_２被膜を形成することとなり、ダイヤモンドとＳｉＯ_２を化学結合で強固に接合させることができる。

図４に、上記の方法で製造した、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレーク１を用いて作製した伝熱強化材６の一例を示す。

この伝熱強化材６は、母材７となる材料に、その材料より熱伝導率が高いダイヤモンドフレーク１をフィラーとして添加し、混練することや、粉末状の母材７となる材料にダイヤモンドフレーク１を混ぜて焼成する方法で作製することができる。図４に示すように、伝熱強化材６中に添加された薄片状で反りを有するダイヤモンドフレーク１は、互いに接触するため熱伝導のパスができ、伝熱強化材６の熱伝導率を向上させることができる。

このダイヤモンドフレーク１が添加される母材７としては、ガラス、セラミックス、樹脂などの絶縁部材、およびハンダ、ロウ、その他各種金属を用いることができる。

これら各種母材７の中でもガラスを母材７として用いることは、石英基板３を用いる上記の方法により、予めダイヤモンドフレーク１とＳｉＯ_２との強固な接合を作っておくことができるため、最適であるということができる。また、セラミックスを母材７とするときは、ＳｉＯ_２がセラミックスの結合材になるので、ＳｉＯ_２被膜８で被覆されたダイヤモンドフレーク１を用いることが有効になる。

また、ダイヤモンドフレーク１は炭素の結晶であるため、その表面を水素プラズマに曝すなどの事前処理をして水素終端部にしておけば、樹脂との濡れ性が良くなるため、そのまま母材７である樹脂のフィラーとして用いることができる。

ダイヤモンドフレーク１は通常は良好な絶縁体であるので、絶縁性が必要な、これらガラス、セラミックス、樹脂などの絶縁部材を母材７とした伝熱強化材６のフィラーとして用いることに特に適しているということができる。

ダイヤモンドフレーク１に導電性を付与したい場合は、ホウ素をドーピングすることで対応することができる。これらガラス、セラミックス、樹脂などの絶縁部材を母材７とした伝熱強化材６に導電性を付与したい場合は、このホウ素をドーピングしたダイヤモンドフレーク１をフィラーとして用いることで対応することができる。尚、ホウ素のドーピングは、合成中にジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を添加するなどの方法で実施することができる。

一方、母材７が金属の場合は、ダイヤモンドフレーク１が導電性を有する場合、有していない場合のどちらの場合であっても、フィラーとして用いることができるが、ダイヤモンドフレーク１はそのままでは金属との濡れ性が低いため、フィラーとして用いる前に予め表面をメタライズしておくことが推奨される。ダイヤモンドフレーク１の表面の被覆には、カーバイドを作りやすい金属であるチタン、タングステン、タンタル等を用いれば良い。尚、チタンはそのままでは大気中で酸化しやすいので、チタンで被覆する場合は、更にその表面側にＣｒやＮｉ、或いは母材金属を積層することが望ましい。また、白金やイリジウムもダイヤモンドフレーク１の炭素と結合しやすいので、価格の問題すらなければ、ダイヤモンドフレーク１の表面を被覆する金属として用いることが可能である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。

（実施例１）
φ１５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの円板状の石英板（表面粗さＲａ：約５０ｎｍ）を基板とし、まず、ダイヤモンド核発生促進処理を施した。このダイヤモンド核発生促進処理は、直径約２０μｍのダイヤモンド粉末をエタノール中に分散させ、その溶液中に前記石英基板３を浸漬し、超音波を３０分印加することで実施した。尚、直径約２０μｍのダイヤモンド粉末から砕かれた微細な（＜０．１μｍ）粉は石英基板３に突き刺さっており、これは核発生を促進させるので、石英基板３の表面に付着した前記ダイヤモンド粉末は洗い流した。

次に、図５に示すＣＶＤ装置を用い、９１５ＭＨｚ、３０ｋＷのマイクロ波をプラズマ源とするプラズマＣＶＤ法で、成膜時間を調整することにより、石英基板３の表面に、膜厚０．５〜５ｍｍのダイヤモンド被膜２を成膜した。その際、原料ガスにはメタン２０ｓｃｃｍ、水素１９８０ｓｃｃｍの混合ガスを用い、ガス圧は１０ｋＰａとした。また、石英基板３は、収容凹部が形成された皿状のＭｏ製基板ホルダ１１の収容凹部に収め、銅板１２を介して、水冷ステージ１３により冷却し、石英基板３の表面温度が９００℃になるように調整した。石英基板３の表面温度は赤外放射温度計で測定した。尚、図５に示す１４はプラズマを示す。

石英基板３の表面にダイヤモンド被膜２を形成後、マイクロ波入力とガス圧を徐々に下げていき、５℃／秒以下で５００℃までの徐冷を行った後、マイクロ波を切り、少なくとも２００℃まで２０℃／秒以上で急冷してから、表面にダイヤモンド被膜２が形成された石英基板３（試料）を取り出した。

この試料の表面を観察したところ、ダイヤモンド被膜２には亀裂が発生しており、その結果、長径（図３に例示する）が６０〜３００μｍのダイヤモンドフレーク１を得ることができた。このダイヤモンドフレーク１を観察したところ、石英基板３の表面層５が裏面に付着した状態であった。これは、石英（Ｓｉ）とダイヤモンド（Ｃ）の接合が石英自体の強度より高いことを示している。

尚、参考ではあるが、石英基板３の表面にダイヤモンド被膜２を形成後、マイクロ波入力とガス圧を徐々に下げて、５℃／秒以下で室温までの徐冷を行い、ダイヤモンド被膜２に亀裂が入った状態を顕微鏡で観察した。その顕微鏡写真を図６に示す。尚、この試料は、室温までの徐冷を行うことで得たので、石英基板３からダイヤモンド被膜２は剥離しなかった。

（実施例２）
実施例２では、実施例１で得た裏面に石英基板３の表面層５が付着したダイヤモンドフレーク１を用い、ダイヤモンドフレーク１の裏面に付着した石英基板３の表面層５を除去する試験を実施した。このダイヤモンドフレーク１をフッ酸水溶液に浸漬したところ、ダイヤモンドフレーク１は残り、石英基板３の表面層５のみが全て溶解することを確認した。

（実施例３）
実施例３では、実施例１の石英基板３の表面のダイヤモンド被膜２を成膜後、マイクロ波入力を２０ｋＷまで、ガス圧を５ｋＰａまで５℃／秒以下で徐々に下げる徐冷を行い、５００℃とし、その温度を保持した状態で、メタンと水素でなる混合ガスを、窒素と入れ替え、更に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）を窒素バブリングで１００ｓｃｃｍ、酸素を１００ｓｃｃｍ追加することにより、ダイヤモンドフレーク１の表面に、膜厚０．１〜０．１μｍのＳｉＯ_２被膜８を形成した。石英基板３から剥離したダイヤモンドフレーク１を確認したところ、ダイヤモンドフレーク１の表面は全てＳｉＯ_２被膜８で被覆されていた。ダイヤモンドフレーク１とＳｉＯ_２被膜８の体積比を、断面構造観察により求めたところ、おおよそ１：１．５であった。

（実施例４）
実施例３で得た表面がＳｉＯ_２被膜８で被覆されたダイヤモンドフレーク１をふるいに通し分級して長径が１００μｍ以下のダイヤモンドフレーク１のみとし、そのダイヤモンドフレーク１と、母材７となるセミクリスタルガラスの粉末を、質量比１：１の割合で少量の水を加えて混合し、シート状に成形した後、窒素ガス雰囲気で７５０℃１０分間焼成した。その結果、ダイヤモンドフレーク１が含有されたガラス板（伝熱性強化材６）が製造できた。

このダイヤモンドフレーク１が含有されたガラス板（伝熱性強化材６）の熱伝導率は、例えば図４に示すように、ダイヤモンドフレーク１がガラス板の面方向に配向することから異方性があり、厚み方向の方が若干低くなるが、いずれにせよ元の材料であるセミクリスタルガラスの熱伝導率とダイヤモンドフレーク１の熱伝導率の中間の値よりやや低めの値となり、具体的には２００〜５００Ｗ／ｍ／Ｋの熱伝導率となった。従って、絶縁性がそのままで、熱伝導率が高いガラス板（伝熱性強化材６）を製造することができた。このガラス板（伝熱性強化材６）は、熱伝導率が高いため、熱衝撃をかけても割れ難く耐久性も向上する。

１…ダイヤモンドフレーク
２…ダイヤモンド被膜
３…石英基板
４…亀裂
５…表面層
６…伝熱性強化材
７…母材
８…ＳｉＯ_２被膜
９…フッ酸水溶液
１０…容器
１１…Ｍｏ製基板ホルダ
１２…銅板
１３…水冷ステージ
１４…プラズマ

Claims (6)

1. 石英基板の表面に、ダイヤモンド粉末を用いてダイヤモンド核発生促進処理を施した後、前記石英基板の表面を７００〜１０００℃としてＣＶＤ法により厚さ０．５〜５μｍのダイヤモンド被膜を成膜し、
   次いで、冷却を施して前記ダイヤモンド被膜に亀裂を発生させ、前記ダイヤモンド被膜を前記石英基板から剥離させることで、薄片状で反りを有するダイヤモンドフレークを得ることを特徴とするダイヤモンドフレークの製造方法。
2. 前記ダイヤモンド被膜を成膜した後の冷却は、１０℃／秒以上の速さの急冷を含むことを特徴とする請求項１記載のダイヤモンドフレークの製造方法。
3. 前記ダイヤモンド被膜を成膜した後の冷却は、４００〜６００℃までの５℃／秒以下の速さの前半の徐冷と、続いて行う１０℃／秒以上の速さの後半の急冷を含むことを特徴とする請求項２記載のダイヤモンドフレークの製造方法。
4. 前半の徐冷と後半の急冷の間に、前記ダイヤモンドフレークの表面に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_２被膜を形成する工程が含まれていることを特徴とする請求項３記載のダイヤモンドフレークの製造方法。
5. 前記石英基板の表面粗さＲａが、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のダイヤモンドフレークの製造方法。
6. 薄片状で反りを有する複数枚のダイヤモンドフレークを、前記ダイヤモンドフレークより熱伝導率が低い母材に含有させたことを特徴とするダイヤモンドフレークを含有した伝熱性強化材。

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