JP2019104021A - クラッド材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレス加工により打ち抜いて（熱衝撃より高いせん断力を加えて）も、クラックや剥離の発生を防止することができる、クラッド材およびその製造方法を提供する。【解決手段】表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層１２の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０を、その金属膜１０ａが当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間に圧力を加えながら加熱する。【選択図】図１
Description
本発明は、クラッド材およびその製造方法に関し、電子部品搭載基板用の放熱板の材料に適したクラッド材およびその製造方法に関する。
電子部品搭載基板用の放熱板は、パワーモジュールや無線周波数（ＲＦ）モジュールなどに使用される半導体素子などの電子部品から発生する熱を効率良く放散する必要があることから、熱伝導性に優れていることが求められている。
このような放熱板の材料として、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブなどの結晶性カーボン材層と、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｚｎなどの金属層とを積層して複合化した複合体（例えば、特許文献１参照）、炭素を主成分とする緻密質な基材上に銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成された炭素−金属複合体（例えば、特許文献２参照）、２つの金属基板の間に高温熱分解グラファイト層が配置された熱伝導複合材（例えば、特許文献３参照）、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。
しかし、これらの従来の放熱板の材料は、熱伝導率が最大で３００Ｗ／ｍＫ程度であり、さらに高い熱伝導率が要求されるパワートランジスタを搭載する基板用の放熱板の材料として使用するには不十分である。
このような問題を解消するため、Ｃｕマトリックスに炭素相が複合化した複合材料（Ｃｕ−Ｃ）からなるコア層の両面に、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｃｕ合金、Ｗ、Ｗ−Ｃｕ合金、ＣｒおよびＣｒ−Ｃｕ合金からなる群から選ばれる１種以上からなるカバー層が積層した放熱板材が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
しかし、特許文献５の放熱板材は、放熱板を作製するためにプレス加工により打ち抜いた際のせん断力や、放熱板に対する熱衝撃などによって、コア層とカバー層の界面で剥離する場合があった。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、プレス加工により打ち抜いて（熱衝撃より高いせん断力を加えて）も、クラックや剥離の発生を防止することができる、クラッド材およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ層を、その金属膜が当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との間に圧力を加えながら加熱することにより、プレス加工により打ち抜いて（熱衝撃より高いせん断力を加えて）も、クラックや剥離の発生を防止することができる、クラッド材を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によるクラッド材の製造方法は、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ層を、その金属膜が当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との間に圧力を加えながら加熱することを特徴とする。
このクラッド材の製造方法において、Ｍｏ−Ｃｕ層を配置する際に、Ｍｏ−Ｃｕ層の他方の面にＣｕからなるＣｕ層を配置し、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との間に圧力を加えながら加熱する際に、Ｍｏ−Ｃｕ層とＣｕ層との間に圧力を加えながら加熱してもよい。このＣｕ層は、圧延銅箔からなるのが好ましい。また、Ｃｕ−グラファイト層は、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末に圧力を加えながら加熱して焼結させることによって得られるのが好ましい。また、少なくとも一方の面に金属膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ層は、Ｍｏ−Ｃｕ合金からなるＭｏ−Ｃｕ層の少なくとも一方の面に、スパッタリング、蒸着またはめっきにより金属膜を形成することによって得られるのが好ましい。
また、本発明によるクラッド材は、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末の焼結体からなるＣｕ−グラファイト層の両面に、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜を介して、Ｍｏ−Ｃｕ層が積層されていることを特徴とする。
このクラッド材において、Ｍｏ−Ｃｕ層の金属膜と反対側の面に、ＣｕからなるＣｕ層を積層してもよい。また、金属膜の厚さは、１０〜５００ｎｍであるのが好ましく、金属膜は、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との間に断続的に配置されているのが好ましい。
本発明によれば、プレス加工により打ち抜いて（熱衝撃より高いせん断力を加えて）も、クラックや剥離の発生を防止することができる、クラッド材を製造することができる。
［第１の実施の形態］
図１に示すように、本発明によるクラッド材の製造方法の第１の実施の形態では、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層１２の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０を、その金属膜１０ａが当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間に圧力を加えながら加熱して、これらの層を接合する。なお、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間の密着性やコストなどの面から、金属膜１０ａの金属は、ＣｏまたはＴｉであるのが好ましく、Ｃｏであるのがさらに好ましい。
図１に示すように、本発明によるクラッド材の製造方法の第１の実施の形態では、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層１２の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０を、その金属膜１０ａが当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間に圧力を加えながら加熱して、これらの層を接合する。なお、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間の密着性やコストなどの面から、金属膜１０ａの金属は、ＣｏまたはＴｉであるのが好ましく、Ｃｏであるのがさらに好ましい。
表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末は、例えば、（市販のグラファイト粉末を篩などで分級して得られた）平均粒径（粒子の長手方向の長さ（長径）の平均値）が１００〜１５０μｍ（好ましくは１１０〜１４０μｍ）のグラファイト粉末（好ましくは鱗状のグラファイト粉末）を３００〜４００℃で３０〜９０分程度加熱してグラファイト粉末の活性化処理を行った後、（この活性化処理したグラファイト粉末の表面にＣｕ皮膜を良好に形成することができるように）グラファイト粉末１０〜２０重量部に、凝集剤として氷酢酸１〜５重量部（好ましくは２〜４重量部）と、硫酸銅五水和物５０〜６０重量部と、純水５〜１５重量部と、置換溶剤として（Ｃｕ塩水溶液の金属より電気陰性度が大きい０．５〜１．０ｍｍの大きさの）Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｌなどの顆粒物１０〜２０重量部とを添加してスラリーを作製した後、常温において攪拌しながら、無電解めっきにより（硫酸銅が溶け残ったスラリーから）Ｃｕを置換析出させることによって製造することができる。このようにして表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を、（大気中における腐食を防止するために）蒸留水と硫酸とリン酸と酒石酸を（好ましくは重量比７５：１０：１０：５で）混合した溶液中に１５〜２５分間浸漬した後、（表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末の表面に残存する酸を除去するために）水洗し、大気中において５０〜６０℃で加熱して乾燥させることにより、グラファイト粉末の表面に厚さ０．３〜３μｍのＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を得るのが好ましい。
Ｃｕ−グラファイト層（Ｃｕ−グラファイト板）１２は、図３に示すように、上記の表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末１００を金型（または容器）１０２内に装入した後、この金型（または容器）１０２を超音波振動子などの振動手段１０４によって振動させて、金型（または容器）１０２内の（表面にＣｕ皮膜が形成された）グラファイト粉末が（図４に示すように）特定の方向（概ね水平方向）に延びるように配向させた後、（図５において矢印Ａで示すように）（好ましくは配向組織をそのまま維持するために）金型（または容器）１０２内の上部からの単軸に沿った加圧力により一軸加圧成形して焼結用成形体を作製し、この成形体を通電焼結装置により（好ましくは１０〜１００ＭＰａの）圧力を加えながら好ましくは８６０〜１０３０℃（Ｃｕの融点１０８３℃より２２３〜５３℃低い）温度で加熱して焼結させることによって、図６に示すように、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末が特定の方向（概ね水平方向）に配向した組織を有するバルク材（表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末の焼結体）１０６を得た後、このバルク材１０６をダイヤモンドワイヤー切断機やレーザーなどにより（略水平方向に配向した）グラファイト粉末の配向方向に対して垂直方向に切断して得ることができる。なお、Ｃｕ−グラファイト層（Ｃｕ−グラファイト板）１２は、厚さ方向に切断した断面（グラファイト粉末の配向方向に対して垂直な断面）において、Ｃｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）が好ましくは１０〜６０面積％（さらに好ましくは２０〜６０面積％）になるようにＣｕ−グラファイト層を形成する。このＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）は、クラッド材を厚さ方向に切断した断面（グラファイト粉末の配向方向に対して垂直な断面）をバフ研磨した後、レーザー顕微鏡により７０３μｍ×５２７μｍの領域を１０２４ピクセル×７６８ピクセルで観察したときの断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合として算出することができる。
Ｍｏ−Ｃｕ層１０は、Ｍｏ−Ｃｕ合金からなる（圧延）板材であるのが好ましく、厚さ方向に切断した断面を電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により分析すると、Ｃｕ相とＭｏ相の２相に分かれており、断面におけるＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合が、２０〜８０面積％であるのが好ましく、４０〜６０面積％であるのがさらに好ましい。また、Ｍｏ−Ｃｕ層１０は、平均粒径１０〜５０μｍ（好ましくは２０〜４０μｍ）のＭｏ−Ｃｕ二相合金粉末を金型内に装入した後、プレスにより１５０〜２５０ＭＰａ（好ましくは１８０〜２２０ＭＰａ）の圧力を加えて、Ｍｏ−Ｃｕ粉末からなる層を形成した後に、５０〜１１０ＭＰａ（好ましくは７０〜９０ＭＰａ）の圧力を加えながら８００〜１１００℃（好ましくは９００〜１０００℃）で加熱して加圧焼結させて（厚さ方向に切断した断面におけるＭｏ−Ｃｕ層１０の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）が２０〜８０面積％（好ましくは４０〜６０面積％）になるように）作製したＭｏ−Ｃｕ板でもよい。なお、厚さ方向に切断した断面におけるＭｏ−Ｃｕ層１０の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）は、クラッド材を厚さ方向に切断した断面をバフ研磨した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって１０２００μｍ２の領域を６００倍で観察して、この断面の反射電子組成（ＣＯＭＰＯ）像から、断面におけるＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合として算出することができる。
少なくとも一方の面に金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０は、スパッタリング、蒸着またはめっきによってＭｏ−Ｃｕ層１０の少なくとも一方の面に厚さ１０〜５００ｎｍ（好ましくは５０〜１００ｎｍ）金属膜１０ａを形成することによって得ることができる。この金属膜１０ａの厚さが１０ｎｍ未満では、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との接合強度が小さ過ぎて、クラッド材をプレス加工により打ち抜いた際にクラックや剥離が発生する場合があり、厚さが５００ｎｍを超えると、クラッド材の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以下になる場合がある。
Ｃｕ−グラファイト層１２の両面に金属膜１０ａを介してＭｏ−Ｃｕ層１０を配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間に５０〜１１０ＭＰａ（好ましくは７０〜９０ＭＰａ）の圧力を加えながら８００〜１１００℃（好ましくは９００〜１０００℃）で１〜２時間加熱することにより、Ｃｕ−グラファイト層１２の表面にＭｏ−Ｃｕ層１０が積層して接合したクラッド材を得ることができる。なお、Ｃｕ−グラファイト層１２の両面に金属膜１０ａを介してＭｏ−Ｃｕ層１０を配置する際に、Ｃｕ−グラファイト層１２の切断面にＭｏ−Ｃｕ層１０の金属膜１０ａが当接するように配置するのが好ましい。このように配置することにより、クラッド材の厚さ方向の熱伝導率を十分に高めることができる。
なお、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０は、金属膜１０ａを介して接合されているが、この金属膜１０ａは、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間で連続的に配置されている必要はなく、（分断された部分があるように）断続的に配置されていてもよい。このように金属膜１０ａの分断された部分があると、クラッド材の厚さ方向に対して熱抵抗になり難く、連続的に配置されている場合と比べて、効率的な熱拡散が可能になると考えられる。このような金属膜１０ａの分断された部分は、金属膜１０ａの金属元素の拡散が進んだことによる影響であり、この部分ではＣｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０が強固に接合されていると考えられる。
［第２の実施の形態］
図２に示すように、本発明によるクラッド材の製造方法の第２の実施の形態では、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層１２の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属（好ましくはＣｏまたはＴｉ、さらに好ましくはＣｏ）からなる金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０を、その金属膜１０ａが当接するように配置するとともに、Ｍｏ−Ｃｕ層１０の他方の面にＣｕからなるＣｕ層１４を配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間およびＣｕ層１４とＭｏ−Ｃｕ層１０の間に圧力を加えながら加熱してこれらの層を接合する。Ｃｕ層は、圧延銅箔からなるＣｕ板であるのが好ましく、Ｃｕ粉末にプレスにより１５０〜２５０ＭＰａ（好ましくは１８０〜２２０ＭＰａ）の圧力を加えて作製したＣｕ板でもよい。
図２に示すように、本発明によるクラッド材の製造方法の第２の実施の形態では、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層１２の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属（好ましくはＣｏまたはＴｉ、さらに好ましくはＣｏ）からなる金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０を、その金属膜１０ａが当接するように配置するとともに、Ｍｏ−Ｃｕ層１０の他方の面にＣｕからなるＣｕ層１４を配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間およびＣｕ層１４とＭｏ−Ｃｕ層１０の間に圧力を加えながら加熱してこれらの層を接合する。Ｃｕ層は、圧延銅箔からなるＣｕ板であるのが好ましく、Ｃｕ粉末にプレスにより１５０〜２５０ＭＰａ（好ましくは１８０〜２２０ＭＰａ）の圧力を加えて作製したＣｕ板でもよい。
なお、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末およびそのグラファイト粉末を焼結させて得られるＣｕ−グラファイト層１２と、少なくとも一方の面に金属膜１０ａが形成されたＭｏ−Ｃｕ層１０は、上述した第１の実施の形態と同様の方法によって作製することができる。
Ｃｕ−グラファイト層１２の両面に金属膜１０ａを介してＭｏ−Ｃｕ層１０を配置し、Ｍｏ−Ｃｕ層１０の他方の面にＣｕからなるＣｕ層１４を配置した後、Ｃｕ−グラファイト層１２とＭｏ−Ｃｕ層１０との間およびＣｕ層１４とＭｏ−Ｃｕ層１０との間に５０〜１１０ＭＰａ（好ましくは７０〜９０ＭＰａ）の圧力を加えながら８００〜１１００℃（好ましくは９００〜１０００℃）で１〜２時間加熱することにより、Ｃｕ−グラファイト層１２の表面にＭｏ−Ｃｕ層１０が積層し、Ｍｏ−Ｃｕ層の金属膜と反対側の面にＣｕからなるＣｕ層が積層して接合したクラッド材を得ることができる。
なお、上述したクラッド材の製造方法の第１および第２の実施の形態において、クラッド材の表面に垂直で且つグラファイト粉末の配向方向に対して垂直な方向に切断して得られた断面において、Ｃｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）が好ましくは１０〜６０面積％（さらに好ましくは２０〜６０面積％）になるようにＣｕ−グラファイト層を形成する。
また、上述したクラッド材の製造方法の第１および第２の実施の形態により製造されたクラッド材において、クラッド材の厚さは、用途により異なるが、例えば、高周波モジュール用ベース板に使用する場合には、０．５〜２ｍｍ程度であるのが好ましく、パワーモジュール用ベース板に使用する場合には、２〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。また、クラッド材の厚さに対して、Ｃｕ−Ｍｏ層１０は２〜１０％、Ｃｕ−グラファイト層１２は４０〜９６％、Ｃｕ層１４は０〜２０％の厚さであるのが好ましい。
以下、本発明によるクラッド材およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
［実施例１］
まず、市販の鱗片状のグラファイト（黒鉛）粉末を篩で分級して平均粒径１３０μｍの鱗状のグラファイト粉末を得た。なお、このグラファイト粉末が平均粒径１３０μｍの鱗状のグラファイト粉末であることは、顕微鏡で観察した画像から形状および平均粒径（長径）を算出した。得られたグラファイト粉末を３５０℃で６０分間加熱してグラファイト粉末の活性化処理を行った後、グラファイト粉末１５重量部に、氷酢酸３重量部と、硫酸銅五水和物５７重量部と、純水１０重量部と、（粒径０．７ｍｍの）Ｚｎ粒子１５重量部とをこの順で混合してスラリーを作製した後、常温において２５ｒｐｍの回転数で攪拌しながら、無電解めっきにより（硫酸銅が溶け残ったスラリーから）Ｃｕを置換析出させて、グラファイト粉末の表面にＣｕめっき皮膜を形成した。このようにして表面にＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末を、蒸留水と硫酸とリン酸と酒石酸を重量比７５：１０：１０：５で混合した溶液中に２０分間浸漬した後、水洗し、大気中において５５℃で加熱して乾燥させることにより、表面に厚さ１μｍのＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末を得た。
まず、市販の鱗片状のグラファイト（黒鉛）粉末を篩で分級して平均粒径１３０μｍの鱗状のグラファイト粉末を得た。なお、このグラファイト粉末が平均粒径１３０μｍの鱗状のグラファイト粉末であることは、顕微鏡で観察した画像から形状および平均粒径（長径）を算出した。得られたグラファイト粉末を３５０℃で６０分間加熱してグラファイト粉末の活性化処理を行った後、グラファイト粉末１５重量部に、氷酢酸３重量部と、硫酸銅五水和物５７重量部と、純水１０重量部と、（粒径０．７ｍｍの）Ｚｎ粒子１５重量部とをこの順で混合してスラリーを作製した後、常温において２５ｒｐｍの回転数で攪拌しながら、無電解めっきにより（硫酸銅が溶け残ったスラリーから）Ｃｕを置換析出させて、グラファイト粉末の表面にＣｕめっき皮膜を形成した。このようにして表面にＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末を、蒸留水と硫酸とリン酸と酒石酸を重量比７５：１０：１０：５で混合した溶液中に２０分間浸漬した後、水洗し、大気中において５５℃で加熱して乾燥させることにより、表面に厚さ１μｍのＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末を得た。
この表面にＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末を金型内に装入した後、超音波振動子により１０分間振動させて、金型内の（表面にＣｕめっき皮膜が形成された）グラファイト粉末が概ね水平方向に延びるように配向させた後、金型内の上部からの単軸に沿った加圧力により一軸加圧成形して焼結用成形体を作製し、この成形体を通電焼結装置により８０ＭＰａの圧力を加えながら９３０℃で２０分間加熱して焼結させることによって、表面にＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末が概ね水平方向に配向した組織を有するバルク材（表面にＣｕめっき皮膜が形成されたグラファイト粉末の焼結体）を得た。このバルク材をダイヤモンドワイヤー切断機により（水平方向に配向した）グラファイト粉末の配向方向に対して垂直方向に切断して、厚さ７９０μｍのＣｕ−グラファイト板（Ｃｕ−グラファイト層）を得た。
次に、厚さ５０μｍの市販のＭｏ−Ｃｕ合金（５０質量％のＭｏと残部としてのＣｕの合金）からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）の一方の面に、スパッタリングにより厚さ７５ｎｍのＣｏ膜を形成し、この一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）を金型内に配置し、上記のＣｕ−グラファイト板（Ｃｕ−グラファイト層）をその切断面が金型内のＭｏ−Ｃｕ層の一方の面に形成されたＣｏ膜に当接するように配置し、さらに、上記の一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）と同様の板材を、Ｃｏ膜がＣｕ−グラファイト層の反対側の切断面に当接するように金型内に配置した後、８０ＭＰａの圧力を加えながら９５０℃で１．５時間加熱して、厚さ７９０μｍのＣｕ−グラファイト層の両面に厚さ５０μｍのＭｏ−Ｃｕ層が積層したクラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により分析したところ、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＣｏ膜を介してＭｏ−Ｃｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。
また、クラッド材を厚さ方向に切断した断面（グラファイト粉末の配向方向に対して垂直な断面）をバフ研磨した後、レーザー顕微鏡により７０３μｍ×５２７μｍの領域を１０２４ピクセル×７６８ピクセルで観察したときの断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）を算出したところ、３０面積％であった。
また、クラッド材を厚さ方向に切断した断面の１０２００μｍ２の領域を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって６００倍で観察して、この断面の反射電子組成（ＣＯＭＰＯ）像から、この断面におけるＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）を算出したところ、５０面積％であった。
また、得られたクラッド材を金型により１５ｍｍ×２５ｍｍの矩形に打ち抜いた後、その断面を光学顕微鏡により１００倍で観察したところ、クラックの発生は認められなかった。
また、得られたクラッド材の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により加圧電圧１５ｋＶ、倍率６００倍、ビーム径１μｍで観察し、その観察領域（２００μｍ×２００μｍの領域）について特性Ｘ線による面分析を（２４９ピクセル×１８３ピクセルで）行ったところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面にＣｏ膜が検出され、このＣｏ膜は、不連続に分断した部分（面分析における最大検出レベルの１／５以下の部分）があった。
また、得られたクラッド材を厚さ方向に切断した断面の組織写真を観察して、クラッド材中のグラファイト粉末の配向性を評価した。この断面の組織写真において、焼結時の加圧方向をＺ軸方向、このＺ軸方向と直交する方向をＸ軸方向とし、０．５ｍｍ間隔で離間してＺ軸方向に延びる１０本のラインと、０．５ｍｍ間隔で離間してＸ軸方向に延びる１０本のラインとからなるグリッドを想定し、このグリッド中のラインの１００個の交点に存在するグラファイト粉末の鱗状面の法線ベクトルとＺ軸とのなす角を測定したところ、１０°以下の法線ベクトルの数が４５％、１０°を超えて２０°以下の法線ベクトルの数が２３％、２０°を超えて３０°以下の法線ベクトルの数が２１％、３０°を超える法線ベクトルの数が１１％であった。このように、グラファイト粉末の鱗状面を略水平方向（クラッド材の表面に略平行な方向）から少し傾かせることにより、クラッド材の厚さ方向の高い熱伝導率を保持するとともに、厚さ方向に垂直な方向への熱伝導率を大幅に改善することができる。
［実施例２］
市販の厚さ１００μｍの圧延銅箔からなるＣｕ板（Ｃｕ層）を金型内に配置し、このＣｕ板（Ｃｕ層）上に、実施例１と同様の一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）をＣｏ膜を上にして配置し、このＣｏ膜上に、実施例１と同様のＣｕ−グラファイト層を配置し、このＣｕ−グラファイト層の上に、実施例１と同様の一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）をＣｏ膜を下にして配置し、このＭｏ−Ｃｕ層上に、上記と同様のＣｕ板（Ｃｕ層）を配置した後、８０ＭＰａの圧力を加えながら９５０℃で１．５時間加熱して、厚さ７９０μｍのＣｕ−グラファイト層の両面に厚さ５０μｍのＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面に厚さ１００μｍのＣｕ層が積層したクラッド材を得た。
市販の厚さ１００μｍの圧延銅箔からなるＣｕ板（Ｃｕ層）を金型内に配置し、このＣｕ板（Ｃｕ層）上に、実施例１と同様の一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）をＣｏ膜を上にして配置し、このＣｏ膜上に、実施例１と同様のＣｕ−グラファイト層を配置し、このＣｕ−グラファイト層の上に、実施例１と同様の一方の面にＣｏ膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ合金からなる板材（Ｍｏ−Ｃｕ層）をＣｏ膜を下にして配置し、このＭｏ−Ｃｕ層上に、上記と同様のＣｕ板（Ｃｕ層）を配置した後、８０ＭＰａの圧力を加えながら９５０℃で１．５時間加熱して、厚さ７９０μｍのＣｕ−グラファイト層の両面に厚さ５０μｍのＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面に厚さ１００μｍのＣｕ層が積層したクラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を実施例１と同様の方法により分析したところ、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＣｏ膜を介してＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面にＣｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。
また、実施例１と同様の方法により、クラッド材を厚さ方向に切断した断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）とＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）を算出したところ、それぞれ３０面積％と５０面積％であった。
また、得られたクラッド材を、実施例１と同様の方法により、金型で打ち抜いた後、その断面を観察したところ、クラックの発生は認められなかった。
また、クラッド材の断面の分析において、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との境界部分の直径１０μｍの円の範囲で元素分析を行ったところ、Ｃｏが０．４質量％、Ｃｕが７２．５質量％であり、Ｃｕに対するＣｏの質量の比率が０．５５質量％であった。
また、得られたクラッド材の厚さ方向の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したところ、４５８Ｗ／ｍ・Ｋであった。
［比較例１］
Ｍｏ−Ｃｕ層の一方の面にＣｏ膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様の方法により、クラッド材を得た。
Ｍｏ−Ｃｕ層の一方の面にＣｏ膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様の方法により、クラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を実施例１と同様の方法により分析したところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面にＣｏは存在せず、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＭｏ−Ｃｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。また、実施例１と同様の方法により、クラッド材を厚さ方向に切断した断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）とＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）を算出したところ、それぞれ３０面積％と５０面積％であった。また、得られたクラッド材を、実施例１と同様の方法により、金型で打ち抜いた後、その断面を観察したところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面付近にクラックが発生していた。
［比較例２］
Ｍｏ−Ｃｕ層の一方の面にＣｏ膜を形成しなかった以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
Ｍｏ−Ｃｕ層の一方の面にＣｏ膜を形成しなかった以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を実施例１と同様の方法により分析したところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面にＣｏは存在せず、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面にＣｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。また、実施例１と同様の方法により、クラッド材を厚さ方向に切断した断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）とＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）を算出したところ、それぞれ３０面積％と５０面積％であった。また、得られたクラッド材を、実施例１と同様の方法により、金型で打ち抜いた後、その断面を観察したところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面付近にクラックが発生していた。
［比較例３］
Ｃｏ膜の代わりにＣｒ膜をＭｏ−Ｃｕ層の一方の面に形成した以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
Ｃｏ膜の代わりにＣｒ膜をＭｏ−Ｃｕ層の一方の面に形成した以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を実施例１と同様の方法により分析したところ、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＣｒ膜を介してＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面にＣｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。また、実施例１と同様の方法により、クラッド材を厚さ方向に切断した断面におけるＣｕ−グラファイト層の面積に対してＣｕが占める面積の割合（面積率）とＭｏ−Ｃｕ層の面積に対してＣｕ相が占める面積の割合（面積率）を算出したところ、それぞれ３０面積％と５０面積％であった。また、得られたクラッド材を、実施例１と同様の方法により、金型で打ち抜いた後、その断面を観察したところ、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層の界面付近にクラックが発生していた。
［実施例３］
Ｃｏ膜の代わりにＴｉ膜をＭｏ−Ｃｕ層の一方の面に形成した以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
Ｃｏ膜の代わりにＴｉ膜をＭｏ−Ｃｕ層の一方の面に形成した以外は、実施例２と同様の方法により、クラッド材を得た。
このクラッド材を厚さ方向に切断して断面を実施例１と同様の方法により分析したところ、得られたクラッド材が、Ｃｕ−グラファイト層の両面にＴｉ膜を介してＭｏ−Ｃｕ層が積層し、これらのＭｏ−Ｃｕ層の外側の面にＣｕ層が積層したクラッド材であることが確認された。また、得られたクラッド材を、実施例１と同様の方法により、金型で打ち抜いた後、その断面を観察したところ、クラックの発生は認められなかった。また、得られたクラッド材の厚さ方向の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したところ、４２０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
本発明によるクラッド材は、電子部品搭載基板用の放熱板の材料として利用することができる。
１０ Ｍｏ−Ｃｕ層
１０ａ 金属膜
１２ Ｃｕ−グラファイト層
１４ Ｃｕ層
１０ａ 金属膜
１２ Ｃｕ−グラファイト層
１４ Ｃｕ層
Claims (11)
- 表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末を焼結させて得られたＣｕ−グラファイト層の各々の面に、少なくとも一方の面にＣｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ層を、その金属膜が当接するように配置した後、Ｃｕ−グラファイト層とＭｏ−Ｃｕ層との間に圧力を加えながら加熱することを特徴とする、クラッド材の製造方法。
- 前記Ｍｏ−Ｃｕ層を配置する際に、前記Ｍｏ−Ｃｕ層の他方の面にＣｕからなるＣｕ層を配置し、前記Ｃｕ−グラファイト層と前記Ｍｏ−Ｃｕ層との間に圧力を加えながら加熱する際に、前記Ｍｏ−Ｃｕ層とＣｕ層との間に圧力を加えながら加熱することを特徴とする、請求項１に記載のクラッド材の製造方法。
- 前記Ｃｕ層が、圧延銅箔からなることを特徴とする、請求項２に記載のクラッド材の製造方法。
- 前記Ｃｕ−グラファイト層が、表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末に圧力を加えながら加熱して焼結させることによって得られることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のクラッド材の製造方法。
- 前記少なくとも一方の面に前記金属膜が形成されたＭｏ−Ｃｕ層が、前記Ｍｏ−Ｃｕ層の少なくとも一方の面に、スパッタリング、蒸着またはめっきにより前記金属膜を形成することによって得られ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クラッド材の製造方法。
- 前記Ｃｕ皮膜が、Ｃｕめっき皮膜であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のクラッド材の製造方法。
- 表面にＣｕ皮膜が形成されたグラファイト粉末の焼結体からなるＣｕ−グラファイト層の両面に、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＰｔおよびＮｉからなる群から選ばれる１種の金属からなる金属膜を介して、Ｍｏ−Ｃｕ層が積層されていることを特徴とする、クラッド材。
- 前記Ｍｏ−Ｃｕ層の前記金属膜と反対側の面に、ＣｕからなるＣｕ層が積層されていることを特徴とする、請求項７に記載のクラッド材。
- 前記金属膜の厚さが１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、請求項７または８に記載のクラッド材。
- 前記金属膜が、前記Ｃｕ−グラファイト層と前記Ｍｏ−Ｃｕ層との間に断続的に配置されていることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれかに記載のクラッド材。
- 前記Ｃｕ皮膜が、Ｃｕめっき皮膜であることを特徴とする、請求項７乃至１０のいずれかに記載のクラッド材。
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