JP5537012B2 - Heat sink material - Google Patents

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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に関する。   The present invention relates to a heat sink material for configuring a heat sink that efficiently dissipates heat generated from, for example, an IC chip.

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、前記半導体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. There is a risk that the internal temperature of the device will 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(例えば、特許文献1及び2参照)。   As a material for the heat sink, generally, a metal material such as copper or aluminum having a good thermal conductivity is used (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特開平8−279569号公報(2頁〜4頁)JP-A-8-279579 (pages 2 to 4) 特開昭59−228742号公報(1頁〜2頁)JP 59-228742 A (pages 1 to 2)

近時、CPUやメモリ等のICチップにおいては、低消費電力を目的とした低電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面積の拡大化に伴ってICチップ自体が大型化する傾向にある。ICチップが大型化すると、半導体基体(シリコン基板やGaAs基板)とヒートシンクとの熱膨張率の差によって生じる応力が大きくなり、ICチップの剥離現象や機械的破壊が生じるおそれがある。   Recently, in an IC chip such as a CPU or a memory, the size of the IC chip itself is increased as the element is highly integrated and the element forming area is increased while the low power driving is aimed at low power consumption. There is a tendency. When the IC chip is increased in size, the stress generated by the difference in coefficient of thermal expansion between the semiconductor substrate (silicon substrate or GaAs substrate) and the heat sink increases, and there is a risk of the IC chip peeling phenomenon or mechanical destruction.

これを防止するためには、ICチップの低電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。ICチップの低電力駆動は、現在、電源電圧として、従来から用いられてきたTTLレベル(5V)を脱して、3.3V以下のレベルが実用化されている。   In order to prevent this, it is possible to realize low-power driving of the IC chip and to improve the heat sink material. The low-power driving of the IC chip has been put to practical use at a level of 3.3 V or less, away from the conventionally used TTL level (5 V) as the power supply voltage.

一方、ヒートシンクの構成材料としては、単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシリコンやGaAsと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。   On the other hand, as a material for heat sinks, it is necessary not only to consider thermal conductivity, but also to select a material that has a thermal expansion coefficient substantially the same as that of silicon or GaAs, which is a semiconductor substrate, and that has high thermal conductivity. ing.

ヒートシンク材の改善に関しては、多種多様の報告があり、例えば窒化アルミニウム(AlN)を使用した例や、Cu(銅)−W(タングステン)を用いた例等がある。AlNは、熱伝導性と熱膨張性のバランスに優れており、特にSiの熱膨張率とほぼ一致することから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導体装置のヒートシンク材として好適である。   Regarding the improvement of the heat sink material, there are various reports, such as an example using aluminum nitride (AlN) and an example using Cu (copper) -W (tungsten). AlN is excellent in the balance between thermal conductivity and thermal expansibility, and is particularly suitable for a heat sink material of a semiconductor device using a silicon substrate as a semiconductor substrate because it almost matches the thermal expansion coefficient of Si.

また、Cu−Wは、Wの低熱膨張性とCuの高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒートシンクの構成材料として好適である。   Cu-W is a composite material having both low thermal expansion of W and high thermal conductivity of Cu, and is easy to machine, so it is suitable as a constituent material of a heat sink having a complicated shape. .

また、他の例としては、SiCを主成分とするセラミック基材に金属Cuを20vol%〜40vol%の割合で含有させたもの(前記特許文献1)や、無機物質からなる粉末焼結多孔質体にCuを5vol%〜30wt%含浸させたもの(前記特許文献2)等が提案されている。   Further, as other examples, a ceramic base material containing SiC as a main component containing metal Cu in a proportion of 20 vol% to 40 vol% (patent document 1), or a powder sintered porous material made of an inorganic substance A body impregnated with 5 vol% to 30 wt% of Cu (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.

前記特許文献2に係るヒートシンク材は、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。   The heat sink material according to Patent Document 2 has a low ratio of Cu impregnated into a powder sintered porous body made of an inorganic substance, and there is a possibility that a limit may arise in increasing the thermal conductivity.

上記したヒートシンク材は、高熱伝導性を備えた複合材料として好適であるが、所望の機械的強度が得られないという問題がある。これは、基体であるセラミック材料等の炭素材料の機械的強度が比較的低いことによって、前記炭素材料に対する金属含浸の含浸圧力を確保できないため、該複合材料に残留気孔が容易に発生しやすくなるからである。   The heat sink material described above is suitable as a composite material having high thermal conductivity, but has a problem that desired mechanical strength cannot be obtained. This is because, since the mechanical strength of a carbon material such as a ceramic material as a base is relatively low, it is difficult to secure the impregnation pressure for metal impregnation with respect to the carbon material, so that residual pores are easily generated in the composite material. Because.

前記残留気孔は、複合材料における熱伝導率の低下と、複合材料のハンダめっき工程におけるハンダと複合材料の界面におけるボイド発生と、該ハンダと前記複合材料との濡れ性の低下とをもたらす。   The residual pores cause a decrease in thermal conductivity in the composite material, generation of voids at the interface between the solder and the composite material in the solder plating process of the composite material, and a decrease in wettability between the solder and the composite material.

また、近年、炭素材料のみで複合材料における高熱伝導率を実現することが可能となってきているので、前記炭素材料の気孔に金属を含浸させて高熱伝導率を備えた複合材料を作製する必要性は低下しつつある。この場合、前記金属の役割は、前記炭素材料中の気孔に効率よく含浸して残留気孔を低減し、ヒートシンク材の機械的強度を向上することにある。更に、前記ハンダめっき工程において発生する残留気孔への水分等の染込み防止と、それに伴うボイド、膨れ、剥離等の防止についても急務の課題となってきている。   In recent years, it has become possible to achieve high thermal conductivity in a composite material using only a carbon material. Therefore, it is necessary to produce a composite material having high thermal conductivity by impregnating the pores of the carbon material with a metal. Sex is declining. In this case, the role of the metal is to efficiently impregnate the pores in the carbon material to reduce residual pores and improve the mechanical strength of the heat sink material. Furthermore, it has become an urgent issue to prevent moisture and the like from permeating into the residual pores generated in the solder plating process and to prevent voids, blisters, and peeling associated therewith.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、炭素材料の気孔に金属を含浸させて得られるヒートシンク材において、金属含浸時に発生するヒートシンク材の残留気孔を低減すると共に、前記ヒートシンク材と該ヒートシンク材表面を被覆するハンダめっきとの間の濡れ性を向上させることによって、高い機械的強度を備えたヒートシンク材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and in a heat sink material obtained by impregnating metal in the pores of a carbon material, the residual pores of the heat sink material generated during metal impregnation are reduced, and the heat sink An object of the present invention is to provide a heat sink material having high mechanical strength by improving wettability between the material and solder plating covering the surface of the heat sink material.

本発明に係るヒートシンク材は、カーボン又はその同素体と、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属で構成することを特徴としている。凝固温度近傍で体積が膨張する金属又は体積の収縮が少ない金属をヒートシンク材に含浸することによって、凝固温度から室温への冷却過程で発生する、該金属の収縮量を低減することが可能となる。従って、該ヒートシンク材の残留気孔の発生を抑制することができる。   The heat sink material according to the present invention is characterized by being composed of carbon or an allotrope thereof and a metal having a property of solidification expansion or a metal having a property of suppressing solidification shrinkage. By impregnating the heat sink material with a metal whose volume expands in the vicinity of the solidification temperature or a metal with a small volume shrinkage, it is possible to reduce the amount of metal shrinkage that occurs during the cooling process from the solidification temperature to room temperature. . Therefore, generation of residual pores in the heat sink material can be suppressed.

上記した効果を奏する金属として、Bi、Sb、Ga、黒鉛鋳鉄及びそれらの金属を含んだ合金を選択する。これらは凝固膨張又は凝固収縮抑制の性質を備えた金属である。   Bi, Sb, Ga, graphite cast iron, and alloys containing these metals are selected as metals that exhibit the above-described effects. These are metals having the property of suppressing solidification expansion or solidification shrinkage.

また、前記金属として凝固温度が低い金属を選択した場合、凝固温度から室温に冷却される該金属の収縮量を低減することができる。この場合、ヒートシンク材を実際の電子部品等に組み込んで、ハンダ付け作業が行われ、該ヒートシンク材は、再加熱される。従って、ハンダ付け作業の熱でも融解しない金属、すなわち300℃以上の凝固温度を有する金属を選択することが望ましい。   Further, when a metal having a low solidification temperature is selected as the metal, the amount of shrinkage of the metal cooled from the solidification temperature to room temperature can be reduced. In this case, the heat sink material is incorporated into an actual electronic component or the like, soldering work is performed, and the heat sink material is reheated. Therefore, it is desirable to select a metal that does not melt even with the heat of the soldering operation, that is, a metal having a solidification temperature of 300 ° C. or higher.

また、前記金属として、偏析が発生しにくい金属を選択してもよい。これは、低融点を有する金属の場合、状態図から見たとき、前記金属の初晶が偏析しやすいと共に、200℃以下の温度領域で前記金属が融解する可能性があるためである。   Moreover, you may select the metal which segregation does not generate | occur | produce as said metal easily. This is because, in the case of a metal having a low melting point, when seen from the phase diagram, the primary crystal of the metal is easily segregated and the metal may be melted in a temperature range of 200 ° C. or lower.

また、前記金属として、ヒートシンク材との濡れ性が良好な性質を備えた金属を用いると好ましい。濡れ性が良好な金属の場合、低い含浸圧力であっても炭素材料の気孔に容易に含浸することが可能である。   Further, as the metal, it is preferable to use a metal having a property of good wettability with the heat sink material. In the case of a metal with good wettability, the pores of the carbon material can be easily impregnated even at a low impregnation pressure.

また、ヒートシンク材の直交する3軸方向の平均、又はいずれかの軸方向における熱伝導率としては、300W/mK以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that it is 300 W / mK or more as an average of the three axial directions to which a heat sink material orthogonally crosses, or the thermal conductivity in any axial direction.

一方、前記ヒートシンク材の基材となるカーボン又はその同素体の熱伝導率は、150W/mK以上であることが望ましい。なお、気孔がない状態では、200W/mK以上、より好ましくは250W/mK以上、さらに好ましくは300W/mK以上であれば望ましい。そのようなカーボン又はその同素体を選択することによって、金属の種類によらない高い熱伝導率を備えたヒートシンク材を安定して供給できる。   On the other hand, it is preferable that the thermal conductivity of carbon or the allotrope thereof used as the base material of the heat sink material is 150 W / mK or more. In the absence of pores, 200 W / mK or more, more preferably 250 W / mK or more, and even more preferably 300 W / mK or more is desirable. By selecting such carbon or its allotrope, it is possible to stably supply a heat sink material having a high thermal conductivity regardless of the type of metal.

また、前記同素体としては、グラファイト又はダイヤモンドが望ましい。これらの同素体は高い熱伝導率を備えているからである。   The allotrope is preferably graphite or diamond. This is because these allotropes have high thermal conductivity.

そして、上記した材料から構成されるヒートシンク材は、前記カーボン又はその同素体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を含浸することによって構成される。この場合、前記多孔質焼結体の気孔率は、10vol%〜50vol%であり、平均気孔径は0.1μm〜200μmとなる。   And the heat sink material comprised from the above-mentioned material is comprised by impregnating the said metal in the porous sintered compact obtained by baking and networking the said carbon or its allotrope. In this case, the porosity of the porous sintered body is 10 vol% to 50 vol%, and the average pore diameter is 0.1 μm to 200 μm.

そして、前記ヒートシンク材を構成する前記カーボン又はその同素体と、前記金属との体積率は、前記カーボン又はその同素体に対しては50vol%〜90vol%、金属に対しては50vol%〜10vol%の範囲となる。   The volume ratio of the carbon or the allotrope constituting the heat sink material and the metal is in the range of 50 vol% to 90 vol% for the carbon or the allotrope, and 50 vol% to 10 vol% for the metal. It becomes.

また、本発明の目的である高い機械的強度を備えたヒートシンク材を実現するために、前記カーボン又はその同素体に、該カーボン又はその同素体を焼成した際の閉気孔率を低減させるような添加物を添加することが望ましい。この場合、前記閉気孔率を低減させる添加物として、SiC及び/又はSiが選択される。前記添加物の添加によって、カーボン又はその同素体の焼成時に発生する残留気孔を低減することが可能となる。特に、前記カーボン又はその同素体で構成されるプリフォームにこれらの添加物を含浸させると、金属の含浸率が向上し、残留気孔を効率よく低減できる。   Further, in order to realize a heat sink material having high mechanical strength, which is the object of the present invention, an additive that reduces the closed porosity when the carbon or its allotrope is fired to the carbon or its allotrope It is desirable to add. In this case, SiC and / or Si is selected as an additive for reducing the closed porosity. By the addition of the additive, it is possible to reduce residual pores generated at the time of firing carbon or an allotrope thereof. In particular, when these additives are impregnated into a preform composed of carbon or an allotrope thereof, the impregnation rate of the metal is improved and the residual pores can be efficiently reduced.

また、ヒートシンク材界面の濡れ性を改善するために、前記金属に加えて、Te、Bi、Pb、Sn、Se、Li、Sb、Tl、Cdから選択された1種以上の元素を添加することが望ましい。これらの元素を添加することによって、カーボン又はその同素体との濡れ性が良好になり低圧での含浸が可能になる。また界面の接合性も向上する。また、ヒートシンク材と該ヒートシンク材表面におけるハンダめっきとの濡れ性が向上し、界面におけるボイド発生を低減できる。   In addition to the metal, one or more elements selected from Te, Bi, Pb, Sn, Se, Li, Sb, Tl, and Cd are added to improve the wettability of the heat sink material interface. Is desirable. By adding these elements, wettability with carbon or an allotrope thereof is improved, and impregnation at low pressure is possible. Also, the bondability at the interface is improved. Further, the wettability between the heat sink material and the solder plating on the surface of the heat sink material is improved, and the generation of voids at the interface can be reduced.

さらに、前記カーボン又はその同素体の表面に、カーバイド層を形成すれば、カーバイド層を介して含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ貢献する。さらにヒートシンク材と該ヒートシンク材のハンダめっきとの界面における濡れ性が向上する他、低圧での金属含浸が可能となり、微細気孔への含浸も可能となる。   Furthermore, if a carbide layer is formed on the surface of the carbon or its allotrope, the bonding strength with the impregnated metal is improved through the carbide layer, and the heat conduction and the strength of the composite material can be improved. In addition, the hardness of the carbide itself contributes to strength improvement. Furthermore, in addition to improving the wettability at the interface between the heat sink material and the solder plating of the heat sink material, it is possible to impregnate the metal at a low pressure and to impregnate fine pores.

なお、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その同素体と添加元素との反応に基づくものであり、選択される該添加元素としては、Nb、Cr、Zr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルから少なくとも1種以上の元素を選択する。   The formation of the carbide layer is based on at least a reaction between the carbon or an allotrope thereof and an additive element. Examples of the additive element selected include Nb, Cr, Zr, Be, V, Mo, Al, At least one element is selected from Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Ti, B, and Misch metal.

また、前記ヒートシンク材としては、前記多孔質焼結体と金属とによるヒートシンク材の構成以外にも、前記カーボン又はその同素体の粉末に、水又は結合材を混合し、所定圧力下で成形された予備成形体又は焼成された成形体に、前記金属を含浸させて構成しても実現できる。また、前記カーボン又はその同素体の粉末と前記金属の粉末とを混合し、所定圧力下で成形されて構成されるヒートシンク材であってもよい。さらに、前記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記カーボン又はその同素体の粉末を混合し、鋳造成形されて構成されるヒートシンク材でもよい。また、前記カーボン又はその同素体の粉末に前記金属が含浸されて構成されるヒートシンク材でもよい。   Further, as the heat sink material, in addition to the heat sink material composed of the porous sintered body and the metal, water or a binder is mixed with the carbon or its allotrope powder and molded under a predetermined pressure. This can also be realized by impregnating the preformed body or the fired molded body with the metal. Moreover, the heat sink material comprised by mixing the said carbon or its allotrope powder and the said metal powder, and shape | molding under a predetermined pressure may be sufficient. Furthermore, a heat sink material configured by mixing the carbon or its allotrope powder in a liquid state in which the metal is dissolved or in a solid-liquid coexisting state and casting it may be used. Moreover, the heat sink material comprised by impregnating the said metal in the powder of the said carbon or its allotrope may be sufficient.

これらのヒートシンク材を構成する前記カーボン又はその同素体の粉末の平均粉末粒度は、1μm〜500μmであり、前記粉末を構成する1つの粒子(粉体)が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均を1:5以下とする。   The average powder particle size of the carbon or its allotrope powder constituting these heat sink materials is 1 μm to 500 μm, and the direction in which one particle (powder) constituting the powder takes the minimum length and the maximum The average length ratio is 1: 5 or less in the direction of taking the length.

また、前記ヒートシンク材を、前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成してもよい。   Further, the heat sink material may be configured by mixing the pulverized cutting material of the carbon or its allotrope and the metal powder, and molding the mixture at a predetermined temperature and a predetermined pressure.

このようにして作製されるヒートシンク材では、カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、前記カーボン又はその同素体が20vol%〜80vol%、金属が80vol%〜20vol%の範囲であることが好ましい。   In the heat sink material thus produced, the volume ratio of carbon or its allotrope and the metal is preferably in the range of 20 vol% to 80 vol% for the carbon or its allotrope and 80 vol% to 20 vol% for the metal. .

そして、これらのヒートシンク材に、成形した際の金属の結合を強化させる添加元素が添加されていることが望ましい。この場合、前記添加元素としては、Bi、Te、Sn、Pb、Se、Li、Sb、Tl、Cdから選択することが望ましい。この場合、前記添加元素としては、銅に固溶しにくいNb、Zr、Cr、Be等の元素から選択されることが望ましい。銅に0.5wt%以下しか固溶しない添加元素を添加することによって、熱伝導度の低下は発生せず、良好なヒートシンク材を得ることができる。   Further, it is desirable that an additive element that reinforces the bonding of the metal when formed is added to these heat sink materials. In this case, the additive element is preferably selected from Bi, Te, Sn, Pb, Se, Li, Sb, Tl, and Cd. In this case, the additive element is preferably selected from elements such as Nb, Zr, Cr, and Be that are difficult to dissolve in copper. By adding an additive element that dissolves only 0.5 wt% or less in copper, the thermal conductivity does not decrease and a good heat sink material can be obtained.

また、前記成形の際に、カーボン又はその同素体と金属との結合を強化させる添加元素を添加することが好ましい。この場合、前記添加元素としては、Nb、Zr、Cr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルから選択されることが望ましい。   Moreover, it is preferable to add an additive element that strengthens the bond between carbon or an allotrope thereof and a metal during the molding. In this case, the additive element is selected from Nb, Zr, Cr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Ti, B, and Misch metal. It is desirable.

また、前記カーボン又はその同素体に、成形後の再加熱を可能とする添加元素を添加するようにしてもよい。この場合、前記ヒートシンク材の形成は、少なくとも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反応に基づくものであるとよい。そして、前記添加元素としては、Nb、Zr、Cr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルから選択された1種以上であることが好ましい。   Moreover, you may make it add the additional element which enables the reheating after shaping | molding to the said carbon or its allotrope. In this case, the formation of the heat sink material is preferably based on a reaction between at least the carbon or its allotrope and an additive element. The additive element is selected from Nb, Zr, Cr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Ti, B, and Misch metal. One or more are preferable.

また、これまで上記したヒートシンク材を構成するカーボン又はその同素体の表面に、添加元素による炭化物を形成するとより好ましい。前記炭化物を形成することによって、カーバイド層を介して含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ貢献する。その結果、低圧力での金属含浸が可能になると共に、微細気孔への含浸も可能となる残留気孔率を低減することが可能となる。このような効果を奏するには、前記添加元素を、Nb、Zr、Cr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルの1種以上から選択することが望ましい。   Further, it is more preferable to form carbides by additive elements on the surface of the carbon or the allotrope constituting the above heat sink material. By forming the carbide, the bonding strength with the impregnated metal is improved through the carbide layer, and the heat conduction and the strength of the composite material are also improved. In addition, the hardness of the carbide itself contributes to strength improvement. As a result, the metal can be impregnated at a low pressure, and the residual porosity that enables the impregnation of fine pores can be reduced. In order to achieve such an effect, the additive elements are Nb, Zr, Cr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Ti, B, It is desirable to select from one or more types of misch metal.

最後に上記した手段によって作製されるヒートシンク材の残留気孔率は、5%以下に低減することが可能である。   Finally, the residual porosity of the heat sink material produced by the above-described means can be reduced to 5% or less.

以上説明したように、本発明に係るヒートシンク材によれば、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、かつ気孔率が小さい特性を得ることができる。従って、高い機械的強度を備えた高品質のヒートシンク材を実現することができる。   As described above, according to the heat sink material according to the present invention, the characteristic is suitable for the balance between the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity required for an actual electronic component (including a semiconductor device) and has a low porosity. Can be obtained. Therefore, a high-quality heat sink material having high mechanical strength can be realized.

以下、本発明に係るヒートシンク材の実施の形態例を図1〜図42を参照しながら説明する。   Embodiments of the heat sink material according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1の実施の形態に係るヒートシンク材10Aは、図1に示すように、カーボン又はその同素体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 </ b> A according to the first embodiment is configured by impregnating a porous sintered body 12 obtained by firing and networking carbon or an allotrope thereof with a metal 14. ing.

この場合、前記カーボン又はその同素体として、熱伝導率が150W/mK以上、望ましくは200W/mK以上(気孔がない状態での推定値)、さらに望ましくは250W/mK以上(気孔がない状態での推定値)、より一層望ましくは300W/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, the carbon or its allotrope has a thermal conductivity of 150 W / mK or more, preferably 200 W / mK or more (estimated value in the absence of pores), more preferably 250 W / mK or more (in the absence of pores). (Estimated value), more desirably 300 W / mK or more (estimated value in the absence of pores) is preferably used.

第1の実施の形態では、熱伝導率が150W/mK以上のグラファイトで構成された多孔質焼結体12の開気孔に銅を含浸させたヒートシンク材10Aを使用している。含浸する金属14としては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Biのほかに、Pb、黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金を使用することができる。   In the first embodiment, a heat sink material 10A is used in which copper is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12 made of graphite having a thermal conductivity of 150 W / mK or more. As the metal 14 to be impregnated, a metal having a property of solidification expansion or a metal having a property of suppressing solidification shrinkage is preferably used. In addition to Bi, a metal selected from Pb, graphite cast iron, or the metal An alloy consisting of can be used.

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%〜90vol%、金属14が10vol%〜50vol%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300W/mK以上であって、かつ、残留気孔率が5%以下であるヒートシンク材10A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 the range of 50 vol% to 90 vol% for the porous sintered body 12 and 10 vol% to 50 vol% for the metal 14. Thereby, it is possible to obtain a heat sink material 10A having an average of three orthogonal directions perpendicular to each other or a thermal conductivity of 300 W / mK or more and a residual porosity of 5% or less.

前記多孔質焼結体12の気孔率としては、10vol%〜50vol%であることが望ましい。気孔率が10vol%以下では、直交する3軸方向の平均又はいずれかの軸方向の300W/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、気孔率を5%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 10 vol% to 50 vol%. When the porosity is 10 vol% or less, it is impossible to obtain an average of three orthogonal directions or a thermal conductivity of 300 W / mK (room temperature) in any axial direction. When the porosity exceeds 50 vol%, the porous sintered body 12 This is because the strength of the steel is reduced, and the porosity cannot be suppressed to 5% or less.

前記多孔質焼結体12の平均開気孔径(気孔径)の値としては、0.1μm〜200μmが望ましい。前記気孔径が0.1μm未満であると、開気孔内に金属14を含浸することが困難になり、熱伝導率が低下する。一方、前記気孔径が200μmを超えると、多孔質焼結体12の強度が低下し、熱膨張率を低く抑えることができない。   The average open pore size (pore size) of the porous sintered body 12 is preferably 0.1 μm 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, when the pore diameter exceeds 200 μm, the strength of the porous sintered body 12 is lowered and the coefficient of thermal expansion cannot be kept low.

前記多孔質焼結体12の平均開気孔に関する分布(気孔分布)としては、0.5μm〜50μmに90vol%以上分布することが好ましい。0.5μm〜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 that 90 vol% or more is distributed in a range of 0.5 μm to 50 μm. When the pores of 0.5 μm to 50 μm are not distributed by 90 vol% or more, 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10Aの閉気孔率としては、5vol%以下であることが好ましい。5vol%を超えると、熱伝導率が低下する可能性があるからである。   Further, the closed porosity of the heat sink material 10A obtained by impregnating the porous sintered body 12 with the metal 14 is preferably 5 vol% or less. It is because thermal conductivity may fall when it exceeds 5 vol%.

なお、前記気孔率、気孔径及び気孔分布の測定には、株式会社島津製作所製の自動ポロシメータ(商品名「オートポア9200」)を使用した。   Note that an automatic porosimeter (trade name “Autopore 9200”) manufactured by Shimadzu Corporation was used to measure the porosity, pore diameter, and pore distribution.

この第1の実施の形態に係るヒートシンク材10Aにおいて、前記グラファイトに、該グラファイト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 10A according to the first embodiment, it is preferable that an additive for reducing the closed porosity when the graphite is baked is added to the graphite. 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に含浸される金属14に、Te、Bi、Pb、Sn、Se、Sb、Li、Tl、Cdから選択された1種以上を添加することが好ましい。これにより、多孔質焼結体12と金属14との界面の濡れ性が改善され、多孔質焼結体12の開気孔内に金属14が入りやすくなる。   Moreover, it is preferable to add one or more selected from Te, Bi, Pb, Sn, Se, Sb, Li, Tl, and Cd to the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12. Thereby, the wettability of the interface between the porous sintered body 12 and the metal 14 is improved, and the metal 14 can easily enter the open pores of the porous sintered body 12.

一方、多孔質焼結体12に含浸される金属14に、Nb、Cr、Zr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Mo、Ti、B、ミッシュメタルから選択された1種以上を添加することが好ましい。これにより、グラファイトと金属14との反応性が向上し、開気孔内においてグラファイトと金属14とが整合及び密着しやすくなり、閉気孔率を低下することができる。   On the other hand, the metal 14 impregnated in the porous sintered body 12 includes Nb, Cr, Zr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Mo, It is preferable to add one or more selected from Ti, B, and Misch metal. As a result, the reactivity between graphite and the metal 14 is improved, and the graphite and the metal 14 are easily aligned and adhered in the open pores, and the closed porosity can be reduced.

次に、この第1の実施の形態に係るヒートシンク材10Aを製造するためのいくつかの方法を図2A〜図21を参照しながら説明する。   Next, several methods for manufacturing the heat sink material 10A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

第1の実施の形態に係るヒートシンク材10Aを製造するための第1及び第2の製造方法は、共に、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12を作製する焼成工程と、金属14を前記多孔質焼結体12中に含浸させる含浸工程とを有する。   Both the first and second manufacturing methods for manufacturing the heat sink material 10A according to the first embodiment include a firing step of fabricating the porous sintered body 12 by firing and networking graphite. And an impregnation step of impregnating the porous sintered body 12 with the metal 14.

そして、第1の製造方法は、具体的には図2A及び図2Bにその一例を示すように、高圧容器30を使用することによって行われる。この高圧容器30は、角筒状の筐体32における両側板34及び36のほぼ中央部分にそれぞれ回転軸38が設けられて、該回転軸38を中心として筐体32自体が回転できるようになっている。   The first manufacturing method is performed by using a high-pressure vessel 30 as specifically shown in FIGS. 2A and 2B. The high-pressure vessel 30 is provided with a rotation shaft 38 at a substantially central portion of both side plates 34 and 36 in a rectangular tube-shaped housing 32, and the housing 32 itself can rotate about the rotation shaft 38. ing.

筐体32内には、耐火容器40と該耐火容器40を加熱するためのヒータ42が設けられている。耐火容器40は、中空部44を有する角筒状の形状を有し、1つの側面における高さ方向中央部分に中空部44に連通する開口46が設けられている。中空部44のうち、開口46を中心として一方の中空部(以下、第1室44aと記す)には、含浸材料である金属14の塊、あるいは金属14の溶融金属が収容されるようになっている。   A fireproof container 40 and a heater 42 for heating the fireproof container 40 are provided in the housing 32. The refractory container 40 has a rectangular tube shape having a hollow portion 44, and an opening 46 communicating with the hollow portion 44 is provided at a central portion in the height direction on one side surface. Among the hollow portions 44, one hollow portion (hereinafter referred to as the first chamber 44 a) centering on the opening 46 accommodates a lump of the metal 14 that is an impregnation material or a molten metal of the metal 14. ing.

他方の中空部(以下、第2室44bと記す)は、被含浸試料である多孔質焼結体12が複数取り付けられるようになっており、第2室44bが上方に位置しても、多孔質焼結体12が落下しないように多孔質焼結体12の支持機構が設けられている。なお、ヒータ42は、300MPaの高圧力下でも破壊されない構造とされている。   The other hollow portion (hereinafter referred to as the second chamber 44b) is configured to be attached with a plurality of porous sintered bodies 12 that are impregnated samples, and even if the second chamber 44b is located above, the porous portion is porous. A support mechanism for the porous sintered body 12 is provided so that the sintered material 12 does not fall. The heater 42 has a structure that is not broken even under a high pressure of 300 MPa.

また、前記高圧容器30には、真空引きのための吸気管48と、高圧力付与のためのガス及び冷却用ガスの導入管50及び導出管52が設けられている。   Further, the high-pressure vessel 30 is provided with an intake pipe 48 for evacuation, and an introduction pipe 50 and a lead-out pipe 52 for a gas for applying a high pressure and a cooling gas.

次に、前記高圧容器30を用いた第1の製造方法について図3を参照しながら説明する。   Next, a first manufacturing method using the high-pressure vessel 30 will be described with reference to FIG.

まず、ステップS1において、グラファイトを棒状に成形する工程、ピッチ(コールタールの一種)を含浸させる工程及び加熱焼成する工程を経てグラファイトによる多孔質焼結体12を作製する。   First, in step S1, a porous sintered body 12 made of graphite is produced through a step of forming graphite into a rod shape, a step of impregnating pitch (a kind of coal tar), and a step of heating and firing.

グラファイトを棒状に成形するには、グラファイト粉末にピッチを混合して、150℃程度の雰囲気中で押し出し成形を行って棒状(φ100〜φ600、長さ3000mm程度)のグラファイトを得る。このままの状態のグラファイトは、気孔が多くしかも熱伝導率が低い。   In order to form graphite into a rod shape, pitch is mixed with graphite powder and extrusion molding is performed in an atmosphere at about 150 ° C. to obtain a rod-like (φ100 to φ600, length of about 3000 mm) graphite. Graphite in this state has many pores and low thermal conductivity.

次に、グラファイトの気孔を減少させるために真空脱気を行い、その真空中でピッチを含浸させる。そして、1000℃程度で焼成し、さらにピッチを含浸する工程を3回程度繰り返す。   Next, vacuum deaeration is performed to reduce graphite pores, and pitch is impregnated in the vacuum. And the process of baking at about 1000 degreeC and impregnating a pitch is repeated about 3 times.

そして、熱伝導率を向上させるために3000℃程度の炉の中でグラファイトを加熱焼成する。このとき、グラファイトが燃焼することを防止するために炉をカーボン粉末でカバーすると共に、グラファイト自体もカーボン粉末でカバーしておく。また、このグラファイトを加熱する工程は、グラファイトに直接通電することにより加熱焼成してもよい。   Then, the graphite is heated and fired in a furnace at about 3000 ° C. in order to improve the thermal conductivity. At this time, in order to prevent the graphite from burning, the furnace is covered with carbon powder, and the graphite itself is also covered with carbon powder. Further, the step of heating the graphite may be performed by heating and firing by directly energizing the graphite.

このようにすることで、多孔質焼結体12が得られるが、最終製品の形状によってはさらに予備加工をしておくことが望ましい。   By doing so, a porous sintered body 12 can be obtained, but it is desirable to further perform preliminary processing depending on the shape of the final product.

その後、ステップS2において、高圧容器30を初期状態にして、高圧容器30内に設けられている耐火容器40の第1室44aを下方に位置させる。   Thereafter, in step S2, the high pressure vessel 30 is set in an initial state, and the first chamber 44a of the refractory vessel 40 provided in the high pressure vessel 30 is positioned below.

その後、多孔質焼結体12と金属14の塊を高圧容器30の耐火容器40内に入れ、金属14の塊を耐火容器40の第1室44a内に配置し、多孔質焼結体12を第2室44bにセットする(ステップS3)。このとき、予め多孔質焼結体12を予熱しておくことが好ましい。予熱を行うには、多孔質焼結体12をカーボンケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態で予熱を行い、所定の温度に達したらケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態のままで上記のとおり第2室44bにセットする。   Thereafter, the mass of the porous sintered body 12 and the metal 14 is put in the refractory container 40 of the high-pressure vessel 30, the mass of the metal 14 is placed in the first chamber 44 a of the refractory container 40, and the porous sintered body 12 is Set in the second chamber 44b (step S3). At this time, it is preferable to preheat the porous sintered body 12 in advance. In order to perform preheating, the porous sintered body 12 is stored in a carbon case or covered with a heat insulating material, and preheated in a state where the porous sintered body 12 is covered with a heat insulating material. The state is set in the second chamber 44b as described above.

その後、高圧容器30(及び耐火容器40)を密封した後、吸気管48を通じて高圧容器30内の真空引きを行って該高圧容器30内を負圧状態にする(ステップS4)。   Thereafter, after sealing the high-pressure vessel 30 (and the refractory vessel 40), the inside of the high-pressure vessel 30 is evacuated through the intake pipe 48 to bring the inside of the high-pressure vessel 30 into a negative pressure state (step S4).

その後、ヒータ42に通電して第1室44aの金属14を加熱溶解する(ステップS5)。以下の説明では、加熱溶解された金属14を便宜的に溶融金属14とも記す。   Thereafter, the heater 42 is energized to heat and dissolve the metal 14 in the first chamber 44a (step S5). In the following description, the heat-dissolved metal 14 is also referred to as a molten metal 14 for convenience.

その後、第1室44a内の溶融金属14が所定温度に達した段階で、高圧容器30を180°転回させる(ステップS6)。この転回動作によって、第1室44aが上方に位置することから、第1室44a内の溶融金属14は、自重によって下方に位置する第2室44b内に落下し、この段階で、溶融金属14に多孔質焼結体12が含浸された状態となる。   Thereafter, when the molten metal 14 in the first chamber 44a reaches a predetermined temperature, the high-pressure vessel 30 is turned 180 ° (step S6). By this turning operation, the first chamber 44a is positioned upward, so that the molten metal 14 in the first chamber 44a falls into the second chamber 44b positioned below due to its own weight, and at this stage, the molten metal 14 In this state, the porous sintered body 12 is impregnated.

その後、ガス導入管50を通じて高圧容器30内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器30内を加圧する(ステップS7)。この加圧処理によって、前記溶融金属14は多孔質焼結体12の開気孔中に含浸することとなる。   Thereafter, the impregnation gas is introduced into the high-pressure vessel 30 through the gas introduction pipe 50, and the inside of the high-pressure vessel 30 is pressurized (step S7). By this pressure treatment, the molten metal 14 is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12.

この含浸工程が終了した時点で直ちに冷却工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器30を再び180°転回させる(ステップS8)。この転回動作によって、第1室44aが下方に位置することから、第2室44b内の溶融金属14は、再び第1室44a内に落下することになる。   Immediately after the impregnation step, the process proceeds to the cooling step. In this cooling process, first, the high-pressure vessel 30 is rotated 180 ° again (step S8). By this turning operation, the first chamber 44a is positioned below, so that the molten metal 14 in the second chamber 44b falls again into the first chamber 44a.

前記ステップS7での加圧処理(含浸処理)によって、溶融金属14の一部が多孔質焼結体12の開気孔中に含浸されていることから、下方に位置する第1室44aに落下する溶融金属14は多孔質焼結体12に含浸されなかった残存溶融金属である。残存溶融金属が第1室44a内に落下した段階で、第2室44bには溶融金属14が含浸された多孔質焼結体12が残ることとなる。   Since a part of the molten metal 14 is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12 by the pressurizing process (impregnation process) in step S7, it falls into the first chamber 44a located below. The molten metal 14 is a residual molten metal that has not been impregnated into the porous sintered body 12. When the remaining molten metal falls into the first chamber 44a, the porous sintered body 12 impregnated with the molten metal 14 remains in the second chamber 44b.

その後、ガス導出管52を通じて高圧容器30内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管50を通じて冷却用ガスを高圧容器30内に導入する(ステップS9)。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導入によって、冷却用ガスが高圧容器30内を満遍なく循環し、高圧容器30は急速に冷却される。この速やかなる冷却によって、前記多孔質焼結体12に含浸された溶融金属14が、急速に金属14の塊に固化して体積が膨張することから、含浸された金属14は多孔質焼結体12に強固に保持される。   Thereafter, the impregnation gas in the high-pressure vessel 30 is exhausted through the gas outlet tube 52, and at the same time, the cooling gas is introduced into the high-pressure vessel 30 through the gas introduction tube 50 (step S9). By exhausting the impregnation gas and introducing the cooling gas, the cooling gas circulates uniformly in the high-pressure vessel 30 and the high-pressure vessel 30 is rapidly cooled. Due to this rapid cooling, the molten metal 14 impregnated in the porous sintered body 12 rapidly solidifies into a lump of metal 14 and the volume expands, so that the impregnated metal 14 is porous sintered body. 12 is firmly held.

他の冷却工程としては、図3において一点鎖線の枠内に示すように、前記ステップS8での処理が終了した段階で、高圧容器30、あるいは溶融金属14が含浸された多孔質焼結体12を冷却ゾーンに搬送し、冷却ゾーンに設置されている冷やし金に接触させる方法がある(ステップS10参照)。   As another cooling process, as shown in a dashed-dotted line frame in FIG. 3, the porous sintered body 12 impregnated with the high-pressure vessel 30 or the molten metal 14 at the stage when the process in the step S8 is completed. Is transported to the cooling zone and brought into contact with a chiller installed in the cooling zone (see step S10).

この冷やし金への接触によって多孔質焼結体12は急速に冷却されることになる。この冷却過程においては、多孔質焼結体12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。   The porous sintered body 12 is rapidly cooled by the contact with the cooling metal. In this cooling process, cooling gas may be sprayed on the porous sintered body 12 or cooling metal may be cooled with water, and cooling is particularly preferred in view of the feeder effect.

このように、第1の製造方法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300W/mK以上であって、かつ、残留気孔率が5%以下であるヒートシンク材10Aを得ることができる。   As described above, by performing each step of the first manufacturing method, the impregnation treatment of the metal 14 into the porous sintered body 12 with graphite can be easily performed. A heat sink that can improve the impregnation ratio of the metal 14, has an average of three orthogonal axes, or a thermal conductivity of 300 W / mK or more in any axial direction, and a residual porosity of 5% or less. The material 10A can be obtained.

また、後述する多孔質焼結体12にSiCを採用する場合でも、室温から200℃までの閉気孔率が5%以下で、かつ直交する3軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が300W/mK以上であるヒートシンク材10Aを容易に得ることができる。   Further, even when SiC is employed for the porous sintered body 12 to be described later, the closed porosity from room temperature to 200 ° C. is 5% or less, and the average of three orthogonal directions or heat conduction in any axial direction A heat sink material 10A having a rate of 300 W / mK or more can be easily obtained.

前記ステップS5において、ヒータ42に通電して第1室44aの金属14を加熱溶解する場合に、ステップS6に移行する所定温度(加熱温度)は、金属14の融点より30℃〜250℃高い温度がよく、好ましくは前記融点より50℃〜200℃高い温度が望ましい。この場合、高圧容器30内を1×10-3Torr以下の真空中にしておくことが好ましい。 In step S5, when the heater 42 is energized and the metal 14 in the first chamber 44a is heated and melted, the predetermined temperature (heating temperature) at which the process proceeds to step S6 is 30 ° C to 250 ° C higher than the melting point of the metal 14 The temperature is preferably 50 to 200 ° C. higher than the melting point. In this case, it is preferable to keep the inside of the high-pressure vessel 30 in a vacuum of 1 × 10 −3 Torr or less.

また、前記ステップS7において、高圧容器30内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器30に付与する圧力としては、0.98MPa以上、202MPa以下とする。この場合、4.9MPa以上、202MPa以下が好ましく、より好ましくは9.8MPa以上、202MPa以下であるとよい。   In step S7, the pressure applied to the high-pressure vessel 30 by introducing the impregnation gas into the high-pressure vessel 30 is set to 0.98 MPa or more and 202 MPa or less. In this case, the pressure is preferably 4.9 MPa or more and 202 MPa or less, more preferably 9.8 MPa or more and 202 MPa or less.

この圧力は、高圧である方が含浸率の向上、冷却能力の向上の観点から好ましい。しかし、圧力が高すぎるとグラファイトの破損が生じやすくなり、また、高圧に耐えうる設備のコストが高くなるので、これらの要素を勘案して圧力を選択する。   A higher pressure is preferable from the viewpoint of improving the impregnation rate and cooling capacity. However, if the pressure is too high, the graphite is liable to break, and the cost of the equipment that can withstand high pressure increases. Therefore, the pressure is selected in consideration of these factors.

また、高圧容器30への圧力の付与時間は1秒以上、60秒以下がよく、望ましくは1秒以上、30秒以下が好ましい。   Further, the pressure application time to the high-pressure vessel 30 is preferably 1 second to 60 seconds, and more preferably 1 second to 30 seconds.

なお、多孔質焼結体12の気孔としては、上述したように、平均直径が0.1μm〜200μmであり、かつ、気孔率が10vol%〜50vol%であることが望ましい。   As described above, the pores of the porous sintered body 12 desirably have an average diameter of 0.1 μm to 200 μm and a porosity of 10 vol% to 50 vol%.

ただし、後述する多孔質焼結体12にSiCを採用する場合は、平均直径が5μm〜50μmのものが90%以上存在し、かつ、気孔率が20vol%〜70vol%であることが望ましい。   However, when SiC is used for the porous sintered body 12 described later, it is desirable that 90% or more of those having an average diameter of 5 μm to 50 μm are present and the porosity is 20 vol% to 70 vol%.

一方、冷却工程における冷却速度は、含浸時の温度から800℃までの期間において、−400℃/時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−800℃/時間以上が望ましい。   On the other hand, the cooling rate in the cooling step is preferably −400 ° C./hour or more, and more preferably −800 ° C./hour or more in the period from the temperature during impregnation to 800 ° C.

前記ステップS7において、高圧容器30に付与する圧力は、多孔質焼結体12の開気孔に金属14を完全に含浸させるために必要な圧力である。この場合、多孔質焼結体12に金属14が含浸されていない開気孔が残存すると、熱伝導性を著しく阻害するため、高い圧力を付与することが必要となる。   In step S7, the pressure applied to the high-pressure vessel 30 is a pressure necessary for completely impregnating the metal 14 into the open pores of the porous sintered body 12. In this case, if open pores that are not impregnated with the metal 14 remain in the porous sintered body 12, the thermal conductivity is remarkably inhibited, and thus it is necessary to apply a high pressure.

この圧力はその概略をワッシュバーン(Washburn)の式によって推定できるが、気孔径が小さいほど大きな力を必要とする。この式に従えば、0.1μmφのとき39.2MPa、1.0μmφのとき3.92MPa、10μmφのとき0.392MPaの圧力が適当である。しかしながら、実際は平均気孔径が0.1μmφの材料は0.01μmφ以下の気孔も存在するためにより大きい圧力が必要になる。具体的には0.01μmφには392MPaの圧力が必要である。   This pressure can be roughly estimated by the Washburn equation, but the smaller the pore diameter, the greater the force required. According to this equation, a pressure of 39.2 MPa for 0.1 μmφ, 3.92 MPa for 1.0 μmφ, and 0.392 MPa for 10 μmφ is appropriate. However, in reality, a material having an average pore diameter of 0.1 μmφ has pores having a diameter of 0.01 μmφ or less, and thus a larger pressure is required. Specifically, a pressure of 392 MPa is required for 0.01 μmφ.

なお、グラファイトへの添加元素や金属14への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたので、ここではその説明を省略する。   In addition, since the preferable example of the additive element to graphite and the additive element to the metal 14 was already described, the description is abbreviate | omitted here.

次に、第1の製造方法のいくつかの変形例を図4及び図5を参照しながら説明する。   Next, some modifications of the first manufacturing method will be described with reference to FIGS.

第1の変形例は、図4に示すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔質焼結体12を作製する(ステップS101)。高圧容器30を初期状態にして、高圧容器30内に設けられている耐火容器40の第1室44aを下方に位置させる(ステップS102)。   In the first modified example, as shown in FIG. 4, first, graphite is fired to produce a porous sintered body 12 made of graphite (step S101). With the high-pressure vessel 30 in the initial state, the first chamber 44a of the refractory vessel 40 provided in the high-pressure vessel 30 is positioned below (step S102).

その後、多孔質焼結体12を第2室44bにセットし、予め溶融された金属(溶融金属)14を第1室44a内に流し込む(ステップS103)。   Thereafter, the porous sintered body 12 is set in the second chamber 44b, and the previously melted metal (molten metal) 14 is poured into the first chamber 44a (step S103).

その後、第1室44a内の溶融金属14が所定温度に達した段階で、高圧容器30を180°転回させる(ステップS104)。この転回動作によって、第1室44a内の溶融金属14が下方に位置する第2室44bに落下し、この段階で、溶融金属14に多孔質焼結体12が含浸された状態となる。   Thereafter, when the molten metal 14 in the first chamber 44a has reached a predetermined temperature, the high-pressure vessel 30 is turned 180 ° (step S104). By this turning operation, the molten metal 14 in the first chamber 44a falls into the second chamber 44b located below, and at this stage, the molten metal 14 is impregnated with the porous sintered body 12.

その後、ガス導入管50を通じて高圧容器30内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器30内を加圧する(ステップS105)。この加圧処理によって、前記溶融金属14は多孔質焼結体12の開気孔中に含浸することとなる。   Thereafter, the impregnation gas is introduced into the high-pressure vessel 30 through the gas introduction pipe 50, and the inside of the high-pressure vessel 30 is pressurized (step S105). By this pressure treatment, the molten metal 14 is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12.

次に、第2の変形例について図5を参照しながら説明する。この第2の変形例に係る含浸工程は、高圧容器30内に設置されている耐火容器40の内部中央部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板(図示せず)が設けられた高圧容器30を用いる。耐火容器40内は、前記仕切板によって第1室44aと第2室44bとに仕切られることになる。   Next, a second modification will be described with reference to FIG. In the impregnation step according to the second modified example, the high-pressure vessel 30 in which a partition plate (not shown) made of a porous ceramic material is provided in the inner central portion of the refractory vessel 40 installed in the high-pressure vessel 30. Is used. The inside of the refractory container 40 is partitioned into a first chamber 44a and a second chamber 44b by the partition plate.

前記仕切板としては、気孔率が40vol%〜90vol%で、かつ気孔径が0.5mm〜3.0mmである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、より好ましくは気孔率が70vol%〜85vol%であり、かつ気孔径が1.0mm〜2.0mmである多孔質セラミック材を用いることが望ましい。   As the partition plate, it is desirable to use a porous ceramic material having a porosity of 40 vol% to 90 vol% and a pore diameter of 0.5 mm to 3.0 mm, more preferably a porosity of 70 vol% to 85 vol%. It is desirable to use a porous ceramic material having a pore diameter of 1.0 mm to 2.0 mm.

そして、この第2の変形例では、図5に示すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔質焼結体12を作製する(ステップS201)。高圧容器30を初期状態にして、高圧容器30内に設けられている耐火容器40の第1室44aを下方に、第2室44bを上方に位置させる(ステップS202)。   And in this 2nd modification, as shown in FIG. 5, first, graphite is baked and the porous sintered compact 12 by graphite is produced (step S201). With the high-pressure vessel 30 in the initial state, the first chamber 44a of the refractory vessel 40 provided in the high-pressure vessel 30 is positioned downward and the second chamber 44b is positioned upward (step S202).

その後、多孔質焼結体12と金属14の塊を高圧容器30の耐火容器40内に入れ、金属14の塊を上方に位置する第2室44b内に配置し、多孔質焼結体12を下方に位置する第1室44aにセットする(ステップS203)。   After that, the mass of the porous sintered body 12 and the metal 14 is put in the refractory container 40 of the high-pressure vessel 30, and the mass of the metal 14 is disposed in the second chamber 44b located above, so that the porous sintered body 12 is The first chamber 44a located below is set (step S203).

その後、高圧容器30(及び耐火容器40)を密閉した後、吸気管48を通じて高圧容器30内の真空引きを行って該高圧容器30内を負圧状態にする(ステップS204)。   Thereafter, after sealing the high-pressure vessel 30 (and the refractory vessel 40), the inside of the high-pressure vessel 30 is evacuated through the intake pipe 48 to bring the inside of the high-pressure vessel 30 into a negative pressure state (step S204).

その後、ヒータ42に通電して第2室44bの金属14を加熱溶解する(ステップS205)。前記溶融金属14が所定温度に達した段階で、ガス導入管50を通じて高圧容器30内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器30内を加圧する(ステップS206)。この加圧処理によって、上方に位置する第2室44b内の溶融金属14は、仕切板を通過し、下方に位置する第1室44a内の多孔質焼結体12の開気孔中に含浸されることになる。   Thereafter, the heater 42 is energized to heat and dissolve the metal 14 in the second chamber 44b (step S205). When the molten metal 14 reaches a predetermined temperature, an impregnation gas is introduced into the high-pressure vessel 30 through the gas introduction pipe 50, and the inside of the high-pressure vessel 30 is pressurized (step S206). By this pressurizing treatment, the molten metal 14 in the second chamber 44b located above passes through the partition plate and is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12 in the first chamber 44a located below. Will be.

次に、第2の製造方法について図6〜図8を参照しながら説明する。この第2の製造方法では、図6に示すように、グラファイトを焼成して多孔質焼結体12を作製するための炉60と、図7に示すように、多孔質焼結体12に金属14を含浸させるためのプレス機62が使用される。   Next, the second manufacturing method will be described with reference to FIGS. In this second manufacturing method, as shown in FIG. 6, a furnace 60 for firing graphite to produce the porous sintered body 12 and a porous sintered body 12 as shown in FIG. A press 62 for impregnating 14 is used.

炉60は、図6に示すように、黒鉛をグラファイト化するために用いられるものであり、その内部にケース70を収容可能な空間72と、該空間72内に収容されたケース70を加熱するためのヒータ74が設けられている。ケース70はグラファイト、セラミックス、セラペーパ(アルミナ等のセラミックスから構成される断熱材)等の材料から構成される。そして、このケース70には、グラファイトが収容される。   As shown in FIG. 6, the furnace 60 is used to graphitize graphite, and heats the space 72 in which the case 70 can be accommodated and the case 70 accommodated in the space 72. A heater 74 is provided. The case 70 is made of a material such as graphite, ceramics, and Cerapaper (a heat insulating material made of ceramics such as alumina). And this case 70 accommodates graphite.

プレス機62は、図7に示すように、上部開口の凹部80を有する金型82と、凹部80内に挿通可能とされ、かつ、凹部80内の内容物を押し下げ圧入するパンチ84とを有する。   As shown in FIG. 7, the press machine 62 includes a die 82 having a concave portion 80 with an upper opening, and a punch 84 that can be inserted into the concave portion 80 and press-down the contents in the concave portion 80. .

次に、前記炉60とプレス機62を用いた第2の製造方法について図6〜図8を参照しながら説明する。   Next, a second manufacturing method using the furnace 60 and the press machine 62 will be described with reference to FIGS.

まず、ケース70内にグラファイトを入れ、該ケース70を炉60内に収容する(ステップS301)。炉60内の雰囲気を加熱して、グラファイトを焼成し多孔質焼結体12を作製する(ステップS302)。   First, graphite is put in the case 70, and the case 70 is accommodated in the furnace 60 (step S301). The atmosphere in the furnace 60 is heated to burn the graphite to produce the porous sintered body 12 (step S302).

また、この工程においては、グラファイトに対して電流を通電することにより3000℃程度まで加熱して、多孔質焼結体12を作製するようにしてもよい。   In this step, the porous sintered body 12 may be produced by heating to about 3000 ° C. by passing an electric current through the graphite.

その後、炉60から多孔質焼結体12をケース70ごと取り出して、プレス機62の凹部80内に多孔質焼結体12をケース70ごと収容する(ステップS303)。   Thereafter, the porous sintered body 12 and the case 70 are taken out from the furnace 60, and the porous sintered body 12 and the case 70 are accommodated in the recess 80 of the press machine 62 (step S303).

次に、ケース70内に金属14の溶湯86を注湯した後(ステップS304)、パンチ84を凹部80内に挿通し、ケース70内の前記溶湯86を押し下げ圧入する(ステップS305)。このパンチ84の押圧処理によって、金属14の溶湯86は、多孔質焼結体12の開気孔中に含浸することとなる。   Next, after the molten metal 86 of the metal 14 is poured into the case 70 (step S304), the punch 84 is inserted into the recess 80, and the molten metal 86 in the case 70 is pressed down and pressed (step S305). By the pressing process of the punch 84, the molten metal 86 of the metal 14 is impregnated in the open pores of the porous sintered body 12.

上述の第2の製造方法において、前記パンチ84による圧入時の圧力を1.01MPa〜202MPa(10気圧〜2000気圧)とすることが好ましい。また、図7に示すように、ケース70の底部や金型82の底部に、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88及び90やガスを抜くための隙間部を形成するようにしてもよい。この場合、パンチ84の圧入時に、多孔質焼結体12に残存するガスがガス抜き孔88及び90を通して抜けるため、開気孔への溶湯86の含浸がスムーズに行われることになる。   In the second manufacturing method described above, the pressure at the time of press-fitting with the punch 84 is preferably 1.01 MPa to 202 MPa (10 atm to 2000 atm). Further, as shown in FIG. 7, gas vent holes 88 and 90 for venting the gas remaining in the porous sintered body 12 and a gap portion for venting the gas are formed at the bottom of the case 70 and the bottom of the mold 82. You may make it form. In this case, when the punch 84 is press-fitted, the gas remaining in the porous sintered body 12 escapes through the vent holes 88 and 90, so that the molten metal 86 is smoothly impregnated into the open pores.

このように、第2の製造方法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300W/mK以上であって、かつ、気孔率が5%以下であるヒートシンク材10Aを容易に得ることができる。   As described above, by performing each step of the second manufacturing method, the impregnation treatment of the metal 14 into the porous sintered body 12 with graphite can be easily performed. A heat sink material that can improve the impregnation rate of the metal 14, has an average of three orthogonal axes, or a thermal conductivity of 300 W / mK or more in any axial direction, and a porosity of 5% or less. 10A can be easily obtained.

上述の炉60の代わりに、予熱を利用する炉を使用してもよい。この場合、予め圧粉した材料又はグラファイトによる多孔質焼結体12を予熱する。この処理によってネットワーク化しているグラファイト(又は後述のSiC)に対して金属14が含浸しやすくなる。予熱の温度は、溶湯86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86が1200℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は1000℃〜1400℃が望ましい。   Instead of the furnace 60 described above, a furnace utilizing preheating may be used. In this case, the porous sintered body 12 made of a previously compacted material or graphite is preheated. This process makes it easier for the metal 14 to impregnate graphite (or SiC described later) networked. The preheating temperature is preferably preheated to a temperature similar to that of the molten metal 86. Specifically, if the molten metal 86 is about 1200 ° C, the preheating temperature of graphite is desirably 1000 ° C to 1400 ° C.

次に、1つの実験例を示す。この実験例は、第2の製造方法を用いて、1種類のカーボン(グラファイト)に含浸する金属14の種類、添加元素の種類を変えて、含浸箇所による密度の違い、熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いに関する添加元素の効果をそれぞれ見たものである。この実験例の結果を図9〜図21に示す。   Next, one experimental example is shown. In this experimental example, by using the second manufacturing method, the type of metal 14 impregnated into one type of carbon (graphite) and the type of additive element are changed, and the difference in density, the difference in thermal conductivity, It shows the effects of additive elements on the difference in thermal expansion coefficient and the difference in porosity after metal impregnation. The results of this experimental example are shown in FIGS.

図9は、前記第2の製造方法によって作製された図1に示すヒートシンク材10AのIV−IV線方向の断面図を示す。前記密度の違いについては、前記ヒートシンク材10Aの含浸箇所を含浸箇所10a〜10fに6分割して、前記6分割における密度を測定した。   FIG. 9 shows a cross-sectional view in the IV-IV line direction of the heat sink material 10A shown in FIG. 1 produced by the second manufacturing method. About the difference in the density, the impregnation portion of the heat sink material 10A was divided into six impregnation portions 10a to 10f, and the density in the six divisions was measured.

図10〜図13は、前記含浸箇所10a〜10fにおけるヒートシンク材10Aの密度を示す。ここで、上記した添加元素を金属14に添加して作製されたヒートシンク材10Aは6種類(75Sb/25Cu、70Sb/30Te、60Sb/40Sn、15Ni−85Bi、85Sb−15Bi、70Sb−1Zr−29Sn)であり、前記6種類以外の3種類のヒートシンク材10A(70Ni−30Si、75Al−25Si、50Sn−50Cu)は、従来技術に基づいて構成されたヒートシンク材である。また、素材(NS3−21)は前記ヒートシンク材10Aの基材であるグラファイトである。添加元素の金属14への添加によって、該ヒートシンク材10Aの密度のばらつきがほとんどないことが分かる。すなわち、前記含浸箇所10a〜10fには同一量の金属14が含浸されていることを示していると共に、気孔率も同一であることが示唆される。   10 to 13 show the density of the heat sink material 10A at the impregnation locations 10a to 10f. Here, there are six types of heat sink materials 10A prepared by adding the above-described additive elements to the metal 14 (75Sb / 25Cu, 70Sb / 30Te, 60Sb / 40Sn, 15Ni-85Bi, 85Sb-15Bi, 70Sb-1Zr-29Sn). The three types of heat sink materials 10A (70Ni-30Si, 75Al-25Si, 50Sn-50Cu) other than the six types are heat sink materials configured based on the prior art. The material (NS3-21) is graphite which is the base material of the heat sink material 10A. It can be seen that there is almost no variation in the density of the heat sink material 10A by adding the additive element to the metal 14. That is, it indicates that the impregnation portions 10a to 10f are impregnated with the same amount of metal 14, and suggests that the porosity is also the same.

図14〜図20は、前記実験例及び4種類のヒートシンク材10A(95Sb−5Cu、95Sb−5Bi、95Sb−5Sn、95Sb−5Te)における熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いをまとめたものである。   14 to 20 show differences in thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and metal impregnation in the experimental example and four types of heat sink materials 10A (95Sb-5Cu, 95Sb-5Bi, 95Sb-5Sn, 95Sb-5Te). It summarizes the difference in porosity.

まず、Sb、Sn、Biを添加元素として含浸したヒートシンク材10Aの場合、純アルミ、純銅、純ニッケルを含浸させた従来技術に係るものと比較して、密度及び熱伝導率に違いは見られない。これは、前記添加元素の添加によって、カーボンと金属14との界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属14との密着性が向上するためである。   First, in the case of the heat sink material 10A impregnated with Sb, Sn, Bi as additive elements, there is a difference in density and thermal conductivity as compared with the related art impregnated with pure aluminum, pure copper, and pure nickel. Absent. This is because the addition of the additive element improves the wettability at the interface between the carbon and the metal 14 and improves the adhesion between the carbon and the metal 14.

他方、気孔率については、すべてのカーボンにおいて、純銅を含浸させたもの、銅合金を含浸させたもの、純アルミを含浸させたものと比較して、前記添加元素を含浸させたものの気孔率は低下することが確認された。これも、前記添加元素の添加によって、カーボンと金属14との界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属14との密着性が向上するためである。   On the other hand, the porosity of all the carbons impregnated with pure copper, those impregnated with copper alloy, those impregnated with pure aluminum compared to those impregnated with pure aluminum, It was confirmed that it decreased. This is also because the addition of the additive element improves the wettability at the interface between the carbon and the metal 14 and improves the adhesion between the carbon and the metal 14.

また、これら各サンプルは、面方向と厚さ方向の熱伝導率の比が1:5以下となっており、ほとんど等方性に近い特性を有するため、ヒートシンクとして使用する場合に、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。   In addition, each of these samples has a ratio of thermal conductivity in the plane direction to the thickness direction of 1: 5 or less, and has almost isotropic characteristics. There is no need to consider each one, which is advantageous in terms of mounting.

図21は、前記実験例よりも高い含浸圧力で作製されたヒートシンク材10Aの密度と、金属含浸後の気孔率をまとめたものである。この場合、第1の製造方法による1種類のヒートシンク材10A(95Sb−5Cu)と、従来技術による1種類のヒートシンク材(4.5Si−95.5Cu)について調べた。   FIG. 21 summarizes the density of the heat sink material 10A produced at a higher impregnation pressure than the experimental example and the porosity after metal impregnation. In this case, one type of heat sink material 10A (95Sb-5Cu) by the first manufacturing method and one type of heat sink material (4.5Si-95.5Cu) by the conventional technique were examined.

含浸圧力を増加した場合は、例えば図20に挙げたサンプル等と比較すると、残留気孔率はやや低減していることがわかる。ただし、第1の製造方法によって作製されたヒートシンク材10Aの密度と、図10〜図20に示す低い含浸圧力におけるヒートシンク材10Aの密度とを比較すると、含浸圧力の増加は、金属含浸後の密度及び残留気孔率に対してそれほど影響を与えないことがわかる。それよりは、図21に示すように、含浸金属を変えることで、残留気孔率の低減が大きいことが注目される。つまり、含浸圧力の増加による効果よりも、含浸金属を変えることによる効果が大きいことが認められる。従って、添加金属を含浸したヒートシンク材10Aは、低い含浸圧力であっても、所望の気孔率と密度を備えたヒートシンク材10Aを実現することが可能である。   When the impregnation pressure is increased, it can be seen that, for example, the residual porosity is slightly reduced as compared with the sample shown in FIG. However, when the density of the heat sink material 10A produced by the first manufacturing method is compared with the density of the heat sink material 10A at the low impregnation pressure shown in FIGS. 10 to 20, the increase in the impregnation pressure is the density after the metal impregnation. It can also be seen that the residual porosity is not significantly affected. Instead, as shown in FIG. 21, it is noticed that the residual porosity is greatly reduced by changing the impregnated metal. That is, it is recognized that the effect of changing the impregnated metal is greater than the effect of increasing the impregnation pressure. Therefore, the heat sink material 10A impregnated with the additive metal can realize the heat sink material 10A having a desired porosity and density even at a low impregnation pressure.

次に、第2の実施の形態に係るヒートシンク材10Bについて図22を参照しながら説明する。   Next, a heat sink material 10B according to a second embodiment will be described with reference to FIG.

第2の実施の形態に係るヒートシンク材10Bは、図22に示すように、カーボン又はその同素体の粉末12aと金属14の粉末14aとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形されて構成されている。   As shown in FIG. 22, the heat sink material 10B according to the second embodiment is formed by mixing carbon or its allotrope powder 12a and metal 14 powder 14a and molding them at a predetermined temperature and a predetermined pressure. ing.

前記カーボン又はその同素体としては、熱伝導率が150W/mK以上、望ましくは200W/mK以上(気孔がない状態での推定値)、さらに望ましくは250W/mK以上(気孔がない状態での推定値)、より一層望ましくは300W/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。特に、この第2の実施の形態では、グラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することができる。この第2の実施の形態では、熱伝導率が100W/mK以上のグラファイトの粉末と銅の粉末を混合し、成形して構成されたヒートシンク材10Bを示している。前記金属14としては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Biのほかに、Sb、Ga、黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金を使用することができる。   The carbon or its allotrope has a thermal conductivity of 150 W / mK or higher, preferably 200 W / mK or higher (estimated value without pores), more preferably 250 W / mK or higher (estimated value without pores). ), More preferably 300 W / mK or more (estimated value in the absence of pores). In particular, in the second embodiment, diamond can be used in addition to graphite. In the second embodiment, a heat sink material 10B configured by mixing and molding graphite powder having a thermal conductivity of 100 W / mK or more and copper powder is shown. As the metal 14, it is preferable to use a metal having a property of solidification expansion or a metal having a property of suppressing solidification shrinkage. In addition to Bi, a metal selected from Sb, Ga, graphite cast iron, Metal alloys can be used.

また、この第2の実施の形態に係るヒートシンク材10Bは、前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材(例えば炭素繊維の粉砕裁断材)と前記金属14の粉末14aとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成することもできる。   Further, the heat sink material 10B according to the second embodiment is obtained by mixing the pulverized cutting material of carbon or the allotrope thereof (for example, pulverized cutting material of carbon fiber) and the powder 14a of the metal 14 at a predetermined temperature and a predetermined temperature. It can also be formed by molding under pressure.

そして、前記所定温度としては、プレス型内での成形を考慮すると、前記金属14における融点の−10℃〜−50℃が好ましく、前記所定圧力としては、10.13MPa〜101.32MPa(100気圧〜1000気圧)が好ましい。   The predetermined temperature is preferably −10 ° C. to −50 ° C. of the melting point of the metal 14 in consideration of forming in a press die, and the predetermined pressure is 10.13 MPa to 101.32 MPa (100 atm. ~ 1000 atmospheres) is preferred.

また、前記カーボン又はその同素体の粉末12aと、金属14の粉末14aの平均粉末粒度は、1μm〜500μmであることが好ましい。カーボン又はその同素体と金属14との体積率は、カーボン又はその同素体が20vol%〜80vol%、金属14が80vol%〜20vol%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300W/mK以上であって、かつ、気孔率が5%であるヒートシンク材10Bを得ることができる。   The average powder particle size of the carbon or allotrope powder 12a and the metal 14 powder 14a is preferably 1 μm to 500 μm. The volume ratio of carbon or its allotrope and metal 14 is in the range of 20 vol% to 80 vol% for carbon or its allotrope, and 80 vol% to 20 vol% for metal 14. As a result, the heat sink material 10B can be obtained in which the average of the three orthogonal directions or the thermal conductivity in any axial direction is 300 W / mK or more and the porosity is 5%.

この第2の実施の形態に係るヒートシンク材10Bにおいて、カーボン又はその同素体に、成形後の再焼成を可能とす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、成形後において、前記金属14の融点以上の温度での再焼成が可能となる。この場合、成形後に生じた粒同士が前記再焼成によって結合することになるため、熱伝導を阻害する粒界をほとんどなくすことができ、ヒートシンク材10Bの熱伝導率の向上を図ることができる。   In the heat sink material 10B according to the second embodiment, it is preferable to add an additive that enables re-firing after molding to carbon or an allotrope thereof. Examples of the additive include SiC and / or Si. Thereby, after shaping | molding, re-baking at the temperature more than the melting | fusing point of the said metal 14 is attained. In this case, since the grains generated after the molding are bonded by the re-baking, the grain boundary that inhibits the heat conduction can be almost eliminated, and the heat conductivity of the heat sink material 10B can be improved.

また、カーボン又はその同素体中に、該カーボン又はその同素体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、V、Zr、Be、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、B、ミッシュメタルから選択された1種以上を挙げることができる。これにより、成形時や再焼成時に、カーボン又はその同素体の表面に反応層(カーバイド層)が形成され、ヒートシンク材10Bの表面における粒同士の結合を向上させることができる。   Moreover, you may make it add the element which reacts with this carbon or its allotrope in carbon or its allotrope. As this additive element, one selected from Ti, W, Mo, Nb, Cr, V, Zr, Be, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, B, Misch Metal The above can be mentioned. Thereby, a reaction layer (carbide layer) is formed on the surface of carbon or an allotrope thereof at the time of molding or re-firing, and the bonding between grains on the surface of the heat sink material 10B can be improved.

一方、前記金属14には、凝固膨張の性質を備えた金属、例えばBi、Sb、Ga、黒鉛鋳鉄から選択された1種又は前記金属からなる合金を選択することが好ましい。これにより、カーボン又はその同素体と金属14との界面の濡れ性が改善されると共に、前記金属14が室温レベルまで冷却されることによる収縮量の減少を抑制することが可能となり、ヒートシンク材10Bの気孔率を低減することが可能となる。   On the other hand, for the metal 14, it is preferable to select a metal having the property of solidification expansion, for example, one selected from Bi, Sb, Ga, and graphite cast iron, or an alloy made of the metal. As a result, the wettability of the interface between the carbon or its allotrope and the metal 14 is improved, and it is possible to suppress a decrease in shrinkage due to the metal 14 being cooled to the room temperature level. The porosity can be reduced.

また、前記金属14に、銅に0.5wt%以下しか固溶しないNb、Zr、Cr、Beから選択された1種以上の低融点金属を添加することが好ましい。これにより、成形時における金属14同士の結合力を向上することが可能となる。   Moreover, it is preferable to add to the metal 14 one or more low melting point metals selected from Nb, Zr, Cr, and Be that are solid-dissolved in copper by 0.5 wt% or less. Thereby, it becomes possible to improve the bonding force between the metals 14 during molding.

次に、この第2の実施の形態に係るヒートシンク材10Bを製造するためのいくつかの方法(第3及び第4の製造方法)を図23〜図27を参照しながら説明する。   Next, several methods (third and fourth manufacturing methods) for manufacturing the heat sink material 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、第3の製造方法は、具体的には図23及び図24にその一例を示すように、予備成形機100(図23参照)と、ホットプレス機102(図24参照)を使用することによって行われる。   First, the third manufacturing method uses a preforming machine 100 (see FIG. 23) and a hot press machine 102 (see FIG. 24), as specifically shown in FIG. 23 and FIG. Is done by.

予備成形機100は、図23に示すように、上部開口の凹部110を有する金型112と、凹部110内に挿通可能とされ、かつ、凹部110内の内容物を押し下げ圧入するパンチ114とを有する。ケース70には、カーボン又はその同素体の粉末12aと金属14の粉末14aとを混合したもの、すなわち、混合物104が収容される。   As shown in FIG. 23, the preforming machine 100 includes a mold 112 having a concave portion 110 having an upper opening, and a punch 114 that can be inserted into the concave portion 110 and press-fits the contents in the concave portion 110. Have. Case 70 contains a mixture of carbon or its allotrope powder 12a and metal 14 powder 14a, ie, mixture 104.

ホットプレス機102は、図24に示すように、筒状の筐体120内に、基台を兼ねる下パンチ122と、該下パンチ122上に固定された上面開口の黒鉛製の耐火容器124と、該耐火容器124内に上方から進退自在とされた上パンチ126と、前記耐火容器124を加熱するためのヒータ128が設けられている。耐火容器124には、前記予備成形機100で成形された混合物104の予備成形体106が収容される。なお、このホットプレス機102には、真空引きのための吸気管130が設けられている。   As shown in FIG. 24, the hot press machine 102 includes a lower punch 122 that also serves as a base, and a graphite refractory container 124 having an upper surface opening that is fixed on the lower punch 122. In the refractory container 124, there are provided an upper punch 126 which can be moved forward and backward from above, and a heater 128 for heating the refractory container 124. The refractory container 124 accommodates a preformed body 106 of the mixture 104 formed by the preforming machine 100. The hot press machine 102 is provided with an intake pipe 130 for evacuation.

下パンチ122の内部には、耐火容器124内を加熱するための加熱用流体や耐火容器124内を冷却するための冷却用流体を流通させる通路132が設けられている。   Inside the lower punch 122, a passage 132 through which a heating fluid for heating the inside of the refractory container 124 and a cooling fluid for cooling the inside of the refractory container 124 is provided.

そして、第3の製造方法は、図25に示す工程を踏むことにより行われる。まず、ケース70内にカーボン又はその同素体の粉末12aと金属14の粉末14aとを入れて混合して混合物104を得た後(ステップS401)、該混合物104が入ったケース70を予備成形機100における金型112の凹部110内に収容する(ステップS402)。その後、パンチ114を凹部110内に圧入して混合物104を予備成形して予備成形体106を成形する(ステップS403)。   And the 3rd manufacturing method is performed by stepping on the process shown in FIG. First, carbon or its allotrope powder 12a and metal 14 powder 14a are put into a case 70 and mixed to obtain a mixture 104 (step S401), and then the case 70 containing the mixture 104 is preliminarily molded into the preforming machine 100. Is housed in the recess 110 of the mold 112 (step S402). Thereafter, the punch 114 is press-fitted into the recess 110 to preform the mixture 104, thereby forming the preform 106 (step S403).

次に、金型112から予備成形体106を取り出して、該予備成形体106をホットプレス機102における耐火容器124内に収容する(ステップS404)。耐火容器124を密封した後、吸気管130を通じて耐火容器124内の真空引きを行って該耐火容器124内を負圧状態にする(ステップS405)。その後、ヒータ128に通電して、耐火容器124内の温度を金属14の融点の−10℃〜−50℃にする(ステップS406)。   Next, the preformed body 106 is taken out from the mold 112, and the preformed body 106 is accommodated in the refractory container 124 in the hot press machine 102 (step S404). After sealing the refractory container 124, the inside of the refractory container 124 is evacuated through the intake pipe 130 to bring the inside of the refractory container 124 into a negative pressure state (step S405). Thereafter, the heater 128 is energized to set the temperature in the refractory container 124 to −10 ° C. to −50 ° C., which is the melting point of the metal 14 (step S406).

所定温度に達した段階で、上パンチ126を下方に移動させて、予備成形体106を加圧してヒートシンク材10Bを得る(ステップS407)。その後、加工工程等を経ることによって実際のヒートシンク材10Bとして使用される。但し、カーボン又はその同素体と金属14との結合力を高める元素が添加されている場合には、前記加圧後に、金属14の融点以上まで加熱してもよい。   When the temperature reaches the predetermined temperature, the upper punch 126 is moved downward to pressurize the preform 106 to obtain the heat sink material 10B (step S407). Thereafter, it is used as an actual heat sink material 10B through a processing step or the like. However, when an element that enhances the bonding strength between carbon or its allotrope and the metal 14 is added, the element may be heated to the melting point of the metal 14 or higher after the pressurization.

なお、カーボン又はその同素体への添加元素や金属14への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたので、ここではその詳細な説明を省略する。   In addition, since the preferable example of the additive element to carbon or its allotrope and the additive element to the metal 14 has already been described, the detailed description is abbreviate | omitted here.

このように、第3の製造方法の各工程を踏むことにより、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300W/mK以上であって、かつ、気孔率が5%以下であるヒートシンク材10Bを容易に得ることができる。   Thus, by taking the steps of the third manufacturing method, the average of the three orthogonal directions or the thermal conductivity in any axial direction is 300 W / mK or more, and the porosity is 5%. The following heat sink material 10B can be easily obtained.

次に、第4の製造方法について図26及び図27を参照しながら説明する。この第4の製造方法では、図26に示すように、予備成形機100は使用せずに、ホットプレス機102のみを使用することによって行われる。   Next, a fourth manufacturing method will be described with reference to FIGS. In the fourth manufacturing method, as shown in FIG. 26, the preforming machine 100 is not used, but only the hot press machine 102 is used.

すなわち、図27に示すように、まず、ケース70内にカーボン又はその同素体の粉末12aと金属14の粉末14aとを入れて混合して混合物104を得た後(ステップS501)、ケース70内の混合物104を直接ホットプレス機102における耐火容器124内に収容する(ステップS502)。耐火容器124を密封した後、吸気管130を通じて耐火容器124内の真空引きを行って該耐火容器124内を負圧状態にする(ステップS503)。その後、ヒータ128に通電して、耐火容器124内の温度を金属14の融点の−10℃〜−50℃にする(ステップS504)。   That is, as shown in FIG. 27, first, carbon or its allotrope powder 12a and metal 14 powder 14a are put in case 70 and mixed to obtain mixture 104 (step S501). The mixture 104 is directly stored in the refractory container 124 in the hot press machine 102 (step S502). After sealing the refractory container 124, the inside of the refractory container 124 is evacuated through the intake pipe 130 to bring the inside of the refractory container 124 into a negative pressure state (step S503). Thereafter, the heater 128 is energized to set the temperature in the refractory container 124 to −10 ° C. to −50 ° C., which is the melting point of the metal 14 (step S504).

所定温度に達した段階で、上パンチ126を下方に移動させて、混合物104を加圧してヒートシンク材10Bを得る(ステップS505)。   When the temperature reaches the predetermined temperature, the upper punch 126 is moved downward to pressurize the mixture 104 to obtain the heat sink material 10B (step S505).

この第4の製造方法においても、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300W/mK以上であって、かつ、気孔率が5%以下であるヒートシンク材10Bを容易に得ることができる。   Also in the fourth manufacturing method, the heat sink material 10B having an average of three orthogonal directions orthogonal to each other or a thermal conductivity of 300 W / mK or more in any axial direction and a porosity of 5% or less can be easily obtained. Can get to.

次に、第3の実施の形態に係るヒートシンク材10Cについて図28を参照しながら説明する。   Next, a heat sink material 10C according to a third embodiment will be described with reference to FIG.

第3の実施の形態に係るヒートシンク材10Cは、図28に示すように、カーボン又はその同素体の粉末12bとバインダー(結合体)等とを混合した混合物を加圧して予備成形体及びブロック(立方体、直方体、又は任意の形状であってもよい)を成形し、さらに、このブロックに金属14を含浸させて構成している。粉末12bは、第2の実施の形態で用いたカーボン又はその同素体の粉末12aと同じものでもよい。このヒートシンク材10Cは、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。   As shown in FIG. 28, the heat sink material 10C according to the third embodiment pressurizes a mixture of carbon or an allotrope powder 12b and a binder (bonded body) and the like to form a preform and a block (cube). , A rectangular parallelepiped, or any shape), and the block 14 is impregnated with a metal 14. The powder 12b may be the same as the carbon 12 or the allotrope powder 12a used in the second embodiment. This heat sink material 10C can be made into an arbitrary shape close to the final shape.

前記カーボン又はその同素体としては、グラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することができる。また、金属14としては、Biのほかに、Sb、Ga、黒鉛鋳鉄又はこれらの金属を含む合金を使用することができる。   As the carbon or allotrope thereof, diamond can be used in addition to graphite. Moreover, as the metal 14, in addition to Bi, Sb, Ga, graphite cast iron, or an alloy containing these metals can be used.

また、前記カーボン又はその同素体の粉末12bの平均粉末粒度は、1μm〜500μmであり、前記粉末12bが最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比が1:5以下であることが好ましい。この場合、強いネットワークはないものの、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。従って、後工程の加工を省略することも可能である。そして、カーボン又はその同素体の粉末12bと金属14との体積率は、カーボン又はその同素体が20vol%〜80vol%、金属14が80vol%〜20vol%の範囲が望ましい。   The average powder particle size of the carbon or allotrope powder 12b is 1 μm to 500 μm, and the ratio of the length between the direction in which the powder 12b takes the minimum length and the direction in which the powder 12b takes the maximum length. Is preferably 1: 5 or less. In this case, although there is no strong network, it can be made into an arbitrary shape close to the final shape. Therefore, it is possible to omit the post-process. The volume ratio between the carbon or its allotrope powder 12b and the metal 14 is preferably in the range of 20 vol% to 80 vol% for the carbon or its allotrope and 80 vol% to 20 vol% for the metal 14.

また、カーボン又はその同素体の粉末12b中に、該カーボン又はその同素体と反応するための添加元素を添加することが望ましい。この添加元素は第2の実施の形態と同様に選択すればよい。   Further, it is desirable to add an additive element for reacting with the carbon or its allotrope into the powder 12b of carbon or its allotrope. This additive element may be selected as in the second embodiment.

前記金属14には、第1の実施の形態の場合と同様に各添加元素を用いることが望ましい。つまり、濡れ性を改善させるための添加元素、カーボン又はその同素体と金属14との反応性を向上させるための添加元素、融点を低減させるための添加元素等である。   It is desirable to use each additive element for the metal 14 as in the case of the first embodiment. That is, an additive element for improving wettability, an additive element for improving the reactivity of carbon or its allotrope with the metal 14, an additive element for reducing the melting point, and the like.

次に、第3の実施の形態の第5の製造方法について図29を参照しながら説明する。この第5の製造方法では、まず、カーボン又はその同素体の粉末12bに水又はバインダー(結合材)を混合させて混合物を用意する(ステップS601)。   Next, a fifth manufacturing method according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth manufacturing method, first, water or a binder (binding material) is mixed with carbon or an allotrope powder 12b to prepare a mixture (step S601).

そして、その混合物を所定圧力で加圧して図示しない予備成形体を成形する(ステップS602)。加圧装置としてはプレス機62(図7参照)又は予備成形機100(図23参照)を用いるとよい。   Then, the mixture is pressurized at a predetermined pressure to form a preform (not shown) (step S602). As a pressurizing device, a press machine 62 (see FIG. 7) or a pre-forming machine 100 (see FIG. 23) may be used.

次に、得られた前記予備成形体に溶融金属14を含浸しやすくするために予熱処理を行う(ステップS603)。この予熱温度は、例えば、溶融金属14が1200℃程度であるならば、グラファイトの予熱温度は1000℃〜1400℃が望ましい。この予熱処理を行うことで、ステップS601において用いたバインダーを除去することもできる。   Next, a pre-heat treatment is performed to facilitate impregnation of the molten metal 14 into the obtained preform (step S603). For example, if the molten metal 14 is about 1200 ° C., the preheating temperature of graphite is desirably 1000 ° C. to 1400 ° C. By performing this pre-heat treatment, the binder used in step S601 can be removed.

さらに、ステップS604において、前記予備成形体を焼成してブロックを成形する。焼成する方法は第1の実施の形態と同様に行う。   Further, in step S604, the preform is fired to form a block. The firing method is performed in the same manner as in the first embodiment.

そして、溶融金属14を前記ブロックに含浸させる(ステップS605)。この含浸工程は、第1の実施の形態で示した各含浸工程と同じ処理を行えばよい。例えば、高圧容器30(図2参照)を使用して、第1の製造方法(図3参照)におけるステップS2からステップS9の工程を行うことでヒートシンク材10Cを得ることができる。   Then, the molten metal 14 is impregnated in the block (step S605). This impregnation step may be performed in the same manner as each impregnation step shown in the first embodiment. For example, the heat sink material 10C can be obtained by performing the steps S2 to S9 in the first manufacturing method (see FIG. 3) using the high-pressure vessel 30 (see FIG. 2).

この第5の製造方法によれば、ステップS602で行う加圧処理において、粉末の圧粉状況により熱膨張率と熱伝導率を所望の値に制御することができる。   According to the fifth manufacturing method, in the pressurizing process performed in step S602, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity can be controlled to desired values according to the powder compaction state.

また、得られたヒートシンク材10Cは、熱伝導率がより等方性になり、濡れ性、材料の歩留まりも向上するという特徴を持つ。   Further, the obtained heat sink material 10C is characterized in that the thermal conductivity becomes more isotropic, and the wettability and the material yield are improved.

さらに、金属14の方がネットワークになるので強度を上げることができ、残留気孔も減少させることができる。   Furthermore, since the metal 14 becomes a network, the strength can be increased and the residual pores can be reduced.

またさらに、ヒートシンク材10Cを廉価に製造することができる。すなわち、含浸前のブロックは脆いためにそのままでは加工できない。しかし、粉末予備成形品は、そのものの形状に成形しておいてから含浸することができ、かつ、その後の多少の塑性変形にも耐え得るため、複雑形状のヒートシンク材10Cを廉価に得ることができる。   Furthermore, the heat sink material 10C can be manufactured at low cost. That is, the block before impregnation cannot be processed as it is because it is brittle. However, since the powder preform can be impregnated after being molded into its own shape, and can withstand some subsequent plastic deformation, the heat sink material 10C having a complicated shape can be obtained at a low cost. it can.

この第5の製造方法においても、前述の各製造方法の場合と同様に、含浸させる金属14に炭化物を形成する元素を添加することで熱膨張率を下げることができる。また、濡れ性等の改良元素を添加することにより含浸率を向上させることができる。   Also in the fifth manufacturing method, the coefficient of thermal expansion can be lowered by adding an element that forms carbide to the metal 14 to be impregnated, as in the case of each of the manufacturing methods described above. Moreover, the impregnation rate can be improved by adding an improving element such as wettability.

また、高い含浸圧力を付与した場合の方が、含浸率が上がり、強度、熱伝導率も向上する。   Further, when a high impregnation pressure is applied, the impregnation rate is increased, and the strength and thermal conductivity are also improved.

次に、第3の実施の形態に係るヒートシンク材10Cの第6の製造方法について図30を参照しながら説明する。この第6の製造方法では、まず、金属を溶解した溶解金属又は固液共存状態の金属(固液共存金属)を用意する(ステップS701)。ここで、固液共存状態とは金属(一般には合金)を半融状態にしたもの、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたものをいい、金属を加熱して直接的に半融状態にしたものと、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にしたものの両方を指す。   Next, a sixth manufacturing method of the heat sink material 10C according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the sixth manufacturing method, first, a dissolved metal in which a metal is dissolved or a metal in a solid-liquid coexisting state (solid-liquid coexisting metal) is prepared (step S701). Here, the solid-liquid coexistence state refers to a metal (generally an alloy) in a semi-molten state, or a metal melt that has been cooled and stirred to a semi-solid state. It refers to both those in a molten state and those that have been completely dissolved and then cooled to a semi-solid state.

次に、カーボン又はその同素体の粉末12bを前記溶解金属又は固液共存状態の金属に混合させる(ステップS702)。   Next, the powder 12b of carbon or an allotrope thereof is mixed with the dissolved metal or the metal in a solid-liquid coexistence state (step S702).

そして、この粉末12bを混合させた溶融金属14又は固液共存金属を鋳造加工し、所望の形状に成形することでヒートシンク材10Cを得ることができる(ステップS703)。   Then, the heat sink material 10C can be obtained by casting the molten metal 14 or the solid-liquid coexisting metal mixed with the powder 12b and forming it into a desired shape (step S703).

第6の製造方法において得られたヒートシンク材10Cは、第5の製造方法により作製したものと同様の特徴を有する。   The heat sink material 10C obtained by the sixth manufacturing method has the same characteristics as those manufactured by the fifth manufacturing method.

次に、本実施の形態に係るヒートシンク材10の第7の製造方法について図31〜図34を参照しながら説明する。   Next, a seventh manufacturing method of the heat sink material 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

この第7の製造方法は、図31に示すように、カーボン又はその同素体の粉末12bをグラファイト、セラミックス、セラペーパ等の材料からなるケース70内に敷き詰めた状態、もしくは、その後、図32に示すように、溶湯が注がれた際にケース70内の粉末12bが浮かないようにカーボン等の板状の蓋92(この蓋92には溶湯が流れるような孔94を予め開けておく、もしくは多孔質のものを用いる)をした状態から、そのまま予熱し、その後、金属を粉末12bに含浸させるという方法である。   In the seventh manufacturing method, as shown in FIG. 31, the carbon or its allotrope powder 12b is spread in a case 70 made of a material such as graphite, ceramics, or cerapaper, or thereafter, as shown in FIG. In addition, a plate-like lid 92 made of carbon or the like (a hole 94 through which the molten metal flows is formed in advance or porous to prevent the powder 12b in the case 70 from floating when the molten metal is poured). In this state, the powder 12b is impregnated with the metal after preheating as it is.

具体的には、まず、図31及び図34のステップS801に示すように、ケース70内に粉末12bを敷き詰める。その後、図32及び図34のステップS802に示すように、ケース70に蓋92をした後、予熱を行う。続いて、図33及び図34のステップS803に示すように、プレス機62の凹部80にケース70(粉末12bが敷き詰められている)を収容し、その後、蓋92の孔94を通じて銅等の溶湯86をケース70内に流し込む。もちろん、蓋92をしない状態で予熱をしたり、溶湯86をケース70内に流し込んでもよい。   Specifically, first, as shown in step S801 of FIG. 31 and FIG. 34, the powder 12b is spread in the case 70. Thereafter, as shown in step S802 of FIGS. 32 and 34, the case 70 is covered with a lid 92 and then preheated. Subsequently, as shown in step S803 of FIGS. 33 and 34, the case 70 (powder 12b is spread) is accommodated in the recess 80 of the press machine 62, and then a molten metal such as copper is formed through the hole 94 of the lid 92. 86 is poured into the case 70. Of course, preheating may be performed without the lid 92, or the molten metal 86 may be poured into the case 70.

次に、図33及び図34のステップS804に示すように、蓋92をした状態で、パンチ84を凹部80内に挿通し、ケース70内の前記溶湯86を押し下げて、粉末12b内に圧入する。このパンチ84の押圧処理によって、銅等の溶湯86は、粉末12b中に含浸されることとなる。   Next, as shown in step S804 of FIG. 33 and FIG. 34, with the lid 92 in place, the punch 84 is inserted into the recess 80, and the molten metal 86 in the case 70 is pushed down to press into the powder 12b. . By the pressing process of the punch 84, the molten metal 86 such as copper is impregnated in the powder 12b.

この第7の製造方法において得られたヒートシンク材10Cにおいても、第5の製造方法により作製したものと同様の特徴を有する。   The heat sink material 10C obtained by the seventh manufacturing method also has the same characteristics as those manufactured by the fifth manufacturing method.

次に、多孔質焼結体12にSiCを利用した実施の形態について説明する。まず、前記第1の実施の形態(第1の製造方法、第1の変形例、第2の変形例、及び第2の製造方法)において、SiCを利用する場合は、グラファイトを焼成して多孔質焼結体12を作製する工程(ステップS1、ステップS101、ステップS201、ステップS301、及びステップS302)は不要であり、その後のステップでは同じ工程で製造することができる。   Next, an embodiment in which SiC is used for the porous sintered body 12 will be described. First, in the first embodiment (the first manufacturing method, the first modified example, the second modified example, and the second manufacturing method), when SiC is used, graphite is baked to be porous. The process (step S1, step S101, step S201, step S301, and step S302) for producing the sintered material 12 is not necessary, and can be manufactured in the same process in the subsequent steps.

さらに、多孔質焼結体12にSiCを利用した実施の形態として、第4の実施の形態に係る製造方法(第8の製造方法)について、図35〜図38を参照しながら説明する。   Furthermore, as an embodiment using SiC for the porous sintered body 12, a manufacturing method (eighth manufacturing method) according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

この第8の製造方法は、具体的には図35にその一例を示すように、ホットプレス機1060を使用することによって行われる。このホットプレス機1060は、前記第2の実施の形態で説明したホットプレス機102とほぼ同じ構造である。   Specifically, the eighth manufacturing method is performed by using a hot press machine 1060 as shown in an example in FIG. The hot press machine 1060 has substantially the same structure as the hot press machine 102 described in the second embodiment.

このホットプレス機1060は、筒状の筐体1062内に、基台を兼ねる下パンチ1064と、該下パンチ1064上に固定された上面開口の耐火容器1066と、該耐火容器1066内に上方から進退自在とされた上パンチ1068と、前記耐火容器1066を加熱するためのヒータ1070が設けられている。なお、このホットプレス機1060には、真空引きのための吸気管1072が設けられている。   The hot press machine 1060 includes a lower punch 1064 that also serves as a base in a cylindrical casing 1062, a fire-resistant container 1066 having an upper surface opening fixed on the lower punch 1064, and the fire-resistant container 1066 from above. An upper punch 1068 that can freely move back and forth, and a heater 1070 for heating the refractory container 1066 are provided. The hot press machine 1060 is provided with an intake pipe 1072 for evacuation.

前記耐火容器1066は、中空部1074を有する筒状の形状を有する。上パンチ1068は、その側面に、該上パンチ1068の行程(ストローク)を決定するフランジ部1076が設けられ、該フランジ部1076の下面には、前記耐火容器1066の上周面と接触して耐火容器1066を密閉状態にするためのパッキン1078が取り付けられている。一方、下パンチ1064の内部には、耐火容器1066内を加熱するための加熱用流体や耐火容器1066内を冷却するための冷却用流体を流通させる通路1080が設けられている。   The refractory container 1066 has a cylindrical shape having a hollow portion 1074. The upper punch 1068 is provided with a flange portion 1076 for determining the stroke (stroke) of the upper punch 1068 on its side surface, and the lower surface of the flange portion 1076 is in contact with the upper peripheral surface of the fireproof container 1066 and has a fire resistance. A packing 1078 for sealing the container 1066 is attached. On the other hand, a passage 1080 through which a heating fluid for heating the inside of the refractory container 1066 and a cooling fluid for cooling the inside of the refractory container 1066 is provided inside the lower punch 1064.

そして、第8の製造方法は、図36に示す工程を踏むことにより行われる。   The eighth manufacturing method is carried out by following the steps shown in FIG.

まず、耐火容器1066の中空部1074内に、下からSiC1020、多孔質セラミック製のフィルタ1054、金属14の塊の順で投入する(ステップS1301)。フィルタ1054としては、気孔率が40%〜90%で、かつ気孔径が0.5mm〜3.0mmである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、より好ましくは気孔率が70%〜85%で、かつ気孔径が1.0mm〜2.0mmである多孔質セラミック材を用いることが望ましい。   First, SiC 1020, a porous ceramic filter 1054, and a lump of metal 14 are placed in this order from the bottom into the hollow portion 1074 of the refractory container 1066 (step S1301). As the filter 1054, it is desirable to use a porous ceramic material having a porosity of 40% to 90% and a pore diameter of 0.5 mm to 3.0 mm, and more preferably a porosity of 70% to 85%. It is desirable to use a porous ceramic material having a pore diameter of 1.0 mm to 2.0 mm.

また、前記フィルタ1054は、SiC1020と金属14の塊とを仕切って両者を非接触状態におく仕切板としての機能を果たし、中空部1074のうち、フィルタ1054上の金属14の塊がセットされた部分を上室1074a、フィルタ1054下のSiC1020がセットされた部分を下室1074bとして定義することができる。   Further, the filter 1054 functions as a partition plate that separates the SiC 1020 and the metal 14 mass and keeps both in a non-contact state. Of the hollow portion 1074, the metal 14 mass on the filter 1054 is set. The part can be defined as the upper chamber 1074a, and the part where the SiC 1020 under the filter 1054 is set can be defined as the lower chamber 1074b.

次に、耐火容器1066を密封した後、吸気管1072を通じて耐火容器1066内の真空引きを行って該耐火容器1066の両室1074a及び1074b内を負圧状態にする(ステップS1302)。   Next, after the refractory container 1066 is sealed, the inside of the refractory container 1066 is evacuated through the intake pipe 1072 to bring the both chambers 1074a and 1074b of the refractory container 1066 into a negative pressure state (step S1302).

その後、ヒータ1070に通電して上室1074a内の金属14を加熱溶解する(ステップS1303)。このとき、前記ヒータ1070への通電と併せて下パンチ1064の通路1080内に加熱用流体を流して耐火容器1066の内部を加熱するようにしてもよい。   Thereafter, the heater 1070 is energized to heat and dissolve the metal 14 in the upper chamber 1074a (step S1303). At this time, the inside of the refractory container 1066 may be heated by flowing a heating fluid into the passage 1080 of the lower punch 1064 together with the energization of the heater 1070.

上室1074a内の金属14の溶解物(溶融金属)が所定温度に達した段階で、上パンチ1068を下方に移動させて上室1074a内を所定圧まで加圧する(ステップS1304)。このとき、上パンチ1068のフランジ部1076に取り付けられたパッキン1078と耐火容器1066の上周面との接触及び互いの押圧により、耐火容器1066が密封され、内部の溶融金属14が耐火容器1066の外に漏れるという不都合が有効に防止される。   When the melted metal (melted metal) in the upper chamber 1074a reaches a predetermined temperature, the upper punch 1068 is moved downward to pressurize the upper chamber 1074a to a predetermined pressure (step S1304). At this time, due to the contact between the packing 1078 attached to the flange portion 1076 of the upper punch 1068 and the upper peripheral surface of the refractory container 1066 and the mutual pressing, the refractory container 1066 is sealed, and the molten metal 14 inside is sealed in the refractory container 1066. The inconvenience of leaking outside is effectively prevented.

所定圧になった上室1074a内の金属14の溶解物(溶融金属14)は上室1074a内の圧力によってフィルタ1054を通して下室1074b側に押し出されて該下室1074b内に導入されると同時に、該下室1074b内に設置されたSiC1020に含浸される。   The melted metal 14 (molten metal 14) in the upper chamber 1074a at a predetermined pressure is pushed out through the filter 1054 to the lower chamber 1074b side by the pressure in the upper chamber 1074a and is introduced into the lower chamber 1074b. SiC 1020 installed in the lower chamber 1074b is impregnated.

時間管理によって予め設定されている終点(SiC1020内への溶融金属14の含浸が飽和状態とされた時点)となった段階において、今度は、下パンチ1064内の通路1080に冷却用流体を流して耐火容器1066を下方から上方に向かって冷却させることにより(ステップS1305)、SiC1020に含浸された溶融金属14を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ1068と下パンチ1064による耐火容器1066内の加圧状態は保持される。   At the stage where the end point set in advance by time management is reached (when the impregnation of the molten metal 14 into the SiC 1020 is saturated), this time, the cooling fluid is caused to flow through the passage 1080 in the lower punch 1064. By cooling the refractory container 1066 from below to above (step S1305), the molten metal 14 impregnated with SiC 1020 is solidified. Until the solidification is completed, the pressurized state in the refractory container 1066 by the upper punch 1068 and the lower punch 1064 is maintained.

凝固が完了した時点で、金属14が含浸されたSiC1020を耐火容器1066から取り出す(ステップS1306)。   When solidification is completed, SiC 1020 impregnated with metal 14 is taken out of refractory container 1066 (step S1306).

この第8の製造方法においては、SiC1020と金属14とを十分に脱気しつつ加熱し、金属14を溶融した後、速やかにSiC1020に接触させ、かつ、これらを加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにしたので、SiC1020に金属14を効率的に含浸することができる。前記例では含浸処理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。   In the eighth manufacturing method, SiC 1020 and metal 14 are heated while sufficiently degassed to melt metal 14, and then immediately contact SiC 1020, and put them into a pressurized state, and further add Since the pressure state is maintained until the completion of the cooling operation, the SiC 1020 can be efficiently impregnated with the metal 14. In the above example, the impregnation treatment is performed under negative pressure, but it may be performed under normal pressure.

このように、溶融金属14とSiC1020を共に加圧下においた後に、互いに接触させて、含浸処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させることができる。   As described above, since both the molten metal 14 and the SiC 1020 are brought into contact with each other and then brought into contact with each other to perform the impregnation treatment, it is possible to minimize the pressure drop when the two are brought into contact with each other. The pressurization state at the time can be maintained well.

前記例では、溶融金属14の漏れを防止するために、上パンチ1068におけるフランジ部1076の下面にパッキン1078を設けるようにしたが、図35の二点鎖線で示すように、耐火容器1066の上周面にパッキン1078を設けるようにしてもよい。また、図37A及び図37Bに示すように、リング状の割型パッキン1100を2枚重ねにしたパッキン部材1102を、図38に示すように、上パンチ1068の下部に設けるようにしてもよい。この場合、パッキン部材1102の中空部1104に溶融金属14が入り込むことにより各割型パッキン1100の直径が拡大し、結果的に上室1074aが密封されて溶融金属14の漏れが防止されることになる。   In the above example, in order to prevent the molten metal 14 from leaking, the packing 1078 is provided on the lower surface of the flange portion 1076 of the upper punch 1068. However, as shown by the two-dot chain line in FIG. A packing 1078 may be provided on the peripheral surface. As shown in FIGS. 37A and 37B, a packing member 1102 in which two ring-shaped split-type packings 1100 are stacked may be provided below the upper punch 1068 as shown in FIG. In this case, the molten metal 14 enters the hollow portion 1104 of the packing member 1102 to increase the diameter of each split packing 1100, and as a result, the upper chamber 1074 a is sealed to prevent the molten metal 14 from leaking. Become.

次に、第8の製造方法の変形例について図39及び図40を参照しながら説明する。なお、図35と対応する構成要素については同符号を付して、その重複説明を省略する。   Next, a modification of the eighth manufacturing method will be described with reference to FIGS. Note that components corresponding to those in FIG. 35 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

この変形例に係る製造方法においては、ホットプレス機1060として、図39に示すように、耐火容器1066における中空部1074の高さ方向中央部に多孔質セラミックスにて構成されたフィルタ部材1110が固着され、下室1074bの側面に扉1112が開閉自在に取り付けられたものが使用される。従って、耐火容器1066の中空部1074のうち、フィルタ部材1110よりも上の部分が上室1074aとなり、フィルタ部材1110よりも下の部分が下室1074bとなる。特に、下室1074bに取り付けられた扉1112に関しては、該扉1112を閉じたときに下室1074bが密封されるような構造が採用される。   In the manufacturing method according to this modified example, as shown in FIG. 39, as a hot press machine 1060, a filter member 1110 made of porous ceramics is fixed to the center in the height direction of the hollow portion 1074 in the refractory container 1066. The door 1112 is attached to the side surface of the lower chamber 1074b so that it can be opened and closed. Therefore, in the hollow portion 1074 of the refractory container 1066, the portion above the filter member 1110 is the upper chamber 1074 a and the portion below the filter member 1110 is the lower chamber 1074 b. In particular, regarding the door 1112 attached to the lower chamber 1074b, a structure is employed in which the lower chamber 1074b is sealed when the door 1112 is closed.

そして、この変形例に係る製造方法は、図40に示す工程を踏むことにより行われる。   And the manufacturing method which concerns on this modification is performed by stepping on the process shown in FIG.

まず、耐火容器1066の上室1074a内に金属14の塊を投入し、下室1074bの扉1112を開いて該下室1074b内にSiC1020を投入する(ステップS1401)。   First, a lump of metal 14 is put into the upper chamber 1074a of the refractory container 1066, the door 1112 of the lower chamber 1074b is opened, and SiC 1020 is put into the lower chamber 1074b (step S1401).

次に、扉1112を閉じて下室1074bを密封し、さらにホットプレス機1060を密封した後、吸気管1072を通じて耐火容器1066内の真空引きを行って該耐火容器1066の両室1074a及び1074b内を負圧状態にする(ステップS1402)。   Next, the door 1112 is closed to seal the lower chamber 1074b, and the hot press machine 1060 is further sealed. Then, the inside of the refractory container 1066 is evacuated through the intake pipe 1072, and the chambers 1074a and 1074b of the refractory container 1066 are evacuated. Is set to a negative pressure state (step S1402).

その後、ヒータ1070に通電して上室1074a内の金属14を加熱溶解する(ステップS1403)。この場合も前記ヒータ1070への通電と併せて下パンチ1064の通路1080内に加熱用流体を流して耐火容器1066の内部を加熱するようにしてもよい。   Thereafter, the heater 1070 is energized to heat and dissolve the metal 14 in the upper chamber 1074a (step S1403). In this case as well, the inside of the refractory container 1066 may be heated by flowing a heating fluid into the passage 1080 of the lower punch 1064 in conjunction with the energization of the heater 1070.

上室1074a内の金属14の溶解物(溶融金属)が所定温度に達した段階で、上パンチ1068を下方に移動させて上室1074a内を所定圧まで加圧する(ステップS1404)。   When the melted metal (melted metal) in the upper chamber 1074a reaches a predetermined temperature, the upper punch 1068 is moved downward to pressurize the upper chamber 1074a to a predetermined pressure (step S1404).

所定圧になった上室1074a内の金属14の溶解物(溶融金属)は上室1074a内の圧力によってフィルタ部材1110を通して下室1074b側に押し出されて該下室1074b内に導入されると同時に、該下室1074b内に設置されたSiC1020に含浸される。   The melt (molten metal) of the metal 14 in the upper chamber 1074a at a predetermined pressure is pushed out to the lower chamber 1074b through the filter member 1110 by the pressure in the upper chamber 1074a and is introduced into the lower chamber 1074b. SiC 1020 installed in the lower chamber 1074b is impregnated.

時間管理によって予め設定されている終点となった段階において、今度は、下パンチ1064内の通路1080に冷却用流体を流して耐火容器1066を下方から上方に向かって冷却させることにより(ステップS1405)、SiC1020に含浸された溶融金属14を凝固させる。   At the stage where the end point is set in advance by the time management, this time, the cooling fluid is allowed to flow through the passage 1080 in the lower punch 1064 to cool the refractory container 1066 from below to above (step S1405). Then, the molten metal 14 impregnated with SiC 1020 is solidified.

凝固が完了した時点で、金属14が含浸されたSiC1020を耐火容器1066から取り出す(ステップS1406)。   When solidification is completed, SiC 1020 impregnated with metal 14 is taken out of refractory container 1066 (step S1406).

この変形例に係る製造方法においても、第8の製造方法と同様に、SiC1020に金属14を効率的に含浸することができる。また、この変形例でも、溶融金属14とSiC1020を共に加圧下においた後に、互いに接触させて含浸処理を行うようにしているため、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させることができる。なお、この変形例では、負圧下で含浸処理を行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。   Also in the manufacturing method according to this modification, SiC 1020 can be efficiently impregnated with metal 14 as in the eighth manufacturing method. Also in this modified example, since both the molten metal 14 and SiC 1020 are put under pressure and then brought into contact with each other to perform the impregnation treatment, the pressure drop when the two are brought into contact can be minimized. The pressure state during the impregnation treatment can be maintained well. In this modification, the impregnation treatment is performed under negative pressure, but it may be performed under normal pressure.

さらに、多孔質焼結体12にSiCを利用した実施の形態として、第5の実施の形態に係る製造方法(第9の製造方法)について、図41及び図42を参照しながら説明する。なお、図35と対応する構成要素については同符号を付して、その重複説明を省略する。   Furthermore, as an embodiment in which SiC is used for the porous sintered body 12, a manufacturing method (a ninth manufacturing method) according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. Note that components corresponding to those in FIG. 35 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.

この第9の製造方法は、前記第4の実施の形態に係る製造方法と原理的にはほぼ同じであるが、含浸工程において、SiC1020と金属14とを負圧下又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記金属14を溶融する点で異なる。   The ninth manufacturing method is substantially the same as the manufacturing method according to the fourth embodiment in principle, but in the impregnation step, SiC 1020 and the metal 14 are brought into contact with each other under a negative pressure or a normal pressure and heated. The difference is that the metal 14 is melted by processing.

具体的には、図35に示した第3の実施の形態に係る第8の製造方法にて使用されるホットプレス機1060の耐火容器1066内にフィルタ1054を投入せずに、下からSiC1020、金属14の順に投入する点で異なる。   Specifically, the SiC 1020 from the bottom without putting the filter 1054 into the refractory container 1066 of the hot press 1060 used in the eighth manufacturing method according to the third embodiment shown in FIG. The difference is that the metals 14 are introduced in this order.

そして、第5の実施の形態に係る第9の製造方法は、図42に示す工程を踏むことにより行われる。   And the 9th manufacturing method concerning a 5th embodiment is performed by stepping on the process shown in FIG.

まず、耐火容器1066の中空部1074内に、下からSiC1020、金属14の塊の順に投入する(ステップS1501)。   First, SiC 1020 and a lump of metal 14 are placed in this order from the bottom into the hollow portion 1074 of the refractory container 1066 (step S1501).

次に、ホットプレス機1060を密封した後、吸気管1072を通じて耐火容器1066内の真空引きを行って該耐火容器1066内を負圧状態にする(ステップS1502)。   Next, after the hot press machine 1060 is sealed, the inside of the refractory container 1066 is evacuated through the intake pipe 1072 to bring the inside of the refractory container 1066 into a negative pressure state (step S1502).

その後、ヒータ1070に通電して耐火容器1066内の金属14を加熱溶解する(ステップS1503)。このとき、前記ヒータ1070への通電と併せて下パンチ1064の通路1080内に加熱用流体を流して耐火容器1066の内部を加熱するようにしてもよい。   Thereafter, the heater 1070 is energized to heat and melt the metal 14 in the refractory container 1066 (step S1503). At this time, the inside of the refractory container 1066 may be heated by flowing a heating fluid into the passage 1080 of the lower punch 1064 together with the energization of the heater 1070.

耐火容器1066内の金属14の溶解物(溶融金属)が所定温度に達した段階で、上パンチ1068を下方に移動させて耐火容器1066内を所定圧まで加圧する(ステップS1504)。   When the melted metal (molten metal) in the refractory container 1066 reaches a predetermined temperature, the upper punch 1068 is moved downward to pressurize the refractory container 1066 to a predetermined pressure (step S1504).

所定圧になった金属14の溶解物(溶融金属)は耐火容器1066内の圧力によってSiC1020に含浸される。   The melted metal 14 (molten metal) at a predetermined pressure is impregnated in SiC 1020 by the pressure in the refractory container 1066.

時間管理によって予め設定されている終点(SiC1020内への溶融金属14の含浸が飽和状態とされた時点)となった段階において、今度は、下パンチ1064内の通路1080に冷却用流体を流して耐火容器1066を下方から上方に向かって冷却することにより(ステップS1505)、SiC1020に含浸された溶融金属14を凝固させる。凝固が完了するまで上パンチ1068と下パンチ1064による耐火容器1066内の加圧状態は保持される。   At the stage where the end point set in advance by time management is reached (when the impregnation of the molten metal 14 into the SiC 1020 is saturated), this time, the cooling fluid is caused to flow through the passage 1080 in the lower punch 1064. By cooling the refractory container 1066 from below to above (step S1505), the molten metal 14 impregnated with SiC 1020 is solidified. Until the solidification is completed, the pressurized state in the refractory container 1066 by the upper punch 1068 and the lower punch 1064 is maintained.

凝固が完了した時点で、金属14が含浸されたSiC1020を耐火容器1066から取り出す(ステップS1506)。   When solidification is completed, SiC 1020 impregnated with metal 14 is taken out from refractory container 1066 (step S1506).

この第9の製造方法においても、SiC1020と金属14とを十分に脱気しつつ加熱し、金属14とSiC1020とを接触させた状態で金属14を溶融した後、耐火容器1066内を加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにしたので、SiC1020に金属14を効率的に含浸することができる。   Also in the ninth manufacturing method, SiC 1020 and metal 14 are heated while sufficiently deaerated, and after melting metal 14 in a state where metal 14 and SiC 1020 are in contact with each other, the inside of refractory container 1066 is in a pressurized state. In addition, since the pressurized state is maintained until the completion of the cooling operation, it is possible to efficiently impregnate the SiC 1020 with the metal 14.

なお、この発明に係るヒートシンク材は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   The heat sink material according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can of course have various configurations without departing from the gist of the present invention.

第1の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the heat sink material which concerns on 1st Embodiment. 図2Aは第1の製造方法で使用される高圧容器の正面を一部破断して示す図であり、図2Bは前記高圧容器の側面を一部破断して示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a partially broken front view of the high-pressure vessel used in the first manufacturing method, and FIG. 2B is a diagram showing a partially broken side view of the high-pressure vessel. 第1の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 1st manufacturing method. 第1の製造方法の第1の変形例を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 1st modification of the 1st manufacturing method. 第1の製造方法の第2の変形例を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 2nd modification of the 1st manufacturing method. 第2の製造方法で使用される炉を示す構成図である。It is a block diagram which shows the furnace used with a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法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 by the 2nd manufacturing method. 第2の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 2nd manufacturing method. 図1に示すヒートシンク材のIV−IV線方向の断面図である。It is sectional drawing of the IV-IV line direction of the heat sink material shown in FIG. 図9に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。It is a figure which shows the density in the impregnation location of the heat sink material shown in FIG. 図9に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。It is a figure which shows the density in the impregnation location of the heat sink material shown in FIG. 図9に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。It is a figure which shows the density in the impregnation location of the heat sink material shown in FIG. 図9に示すヒートシンク材の含浸箇所における密度を示す図である。It is a figure which shows the density in the impregnation location of the heat sink material shown in FIG. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。It is a graph which shows the characteristic of the heat sink material which concerns on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。It is a graph which shows the characteristic of the heat sink material which concerns on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。It is a graph which shows the characteristic of the heat sink material which concerns on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の特性を示す図表である。It is a graph which shows the characteristic of the heat sink material which concerns on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と密度を示す図である。It is a figure which shows the porosity and density of the heat sink material which concern on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と熱伝導率を示す図である。It is a figure which shows the porosity and heat conductivity of the heat sink material which concern on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材の気孔率と密度を示す図である。It is a figure which shows the porosity and density of the heat sink material which concern on a 2nd manufacturing method. 第2の製造方法に係るヒートシンク材において、含浸圧力を変更したときの気孔率と密度を示す図である。It is a figure which shows the porosity and density when an impregnation pressure is changed in the heat sink material which concerns on a 2nd manufacturing method. 第2の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the heat sink material which concerns on 2nd Embodiment. 第3の製造方法で使用される予備成形機を示す構成図である。It is a block diagram which shows the preforming machine used with the 3rd manufacturing method. 第3の製造方法で使用されるホットプレス機を示す構成図である。It is a block diagram which shows the hot press machine used with the 3rd manufacturing method. 第3の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 3rd manufacturing method. 第4の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 4th manufacturing method. 第4の製造方法で使用されるホットプレス機を示す構成図である。It is a block diagram which shows the hot press machine used with the 4th manufacturing method. 第3の実施の形態に係るヒートシンク材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the heat sink material which concerns on 3rd Embodiment. 第5の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 5th manufacturing method. 第6の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 6th manufacturing method. 第7の製造方法において、ケース内に粉末を敷き詰めた状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which spread the powder in the case in the 7th manufacturing method. 第7の製造方法において、ケース内に蓋を投入した状態を示す説明図である。In a 7th manufacturing method, it is explanatory drawing which shows the state which put the lid | cover in the case. 第7の製造方法において、ケース内に溶湯を流し込んだ後、パンチで溶湯を押し下げる状態を示す説明図である。In a 7th manufacturing method, after pouring molten metal in a case, it is explanatory drawing which shows the state which pushes down molten metal with a punch. 第7の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 7th manufacturing method. 第8の製造方法に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hot press machine used for the 8th manufacturing method. 第4の実施の形態に係る製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the manufacturing method concerning a 4th embodiment. 図37Aはパッキン部材を示す平面図であり、図37Bは図37AにおけるXXVIIB−XXVIIB線上の断面図である。37A is a plan view showing the packing member, and FIG. 37B is a cross-sectional view taken along the line XXVIIB-XXVIIB in FIG. 37A. 第8の製造方法に使用されるホットプレス機の他の例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other example of the hot press used for the 8th manufacturing method. 第8の製造方法の変形例に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hot press machine used for the modification of the 8th manufacturing method. 第8の製造方法の変形例を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing a modification of the eighth manufacturing method. 第9の製造方法に使用されるホットプレス機を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the hot press machine used for the 9th manufacturing method. 第9の製造方法を示す工程ブロック図である。It is a process block diagram showing the 9th manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

10A、10B、10C…ヒートシンク材
10a〜10f…含浸箇所 12…多孔質焼結体
12a、12b…カーボン又はその同素体の粉末
14…金属(溶融金属) 14a…金属の粉末
30…高圧容器 32、120、1062…筐体
34、36…側板 38…回転軸
40、124、1066…耐火容器 42、74、128、1070…ヒータ
44、1074、1104…中空部 44a…第1室
44b…第2室 46…開口
48、130、1072…吸気管 50…ガス導入管
52…ガス導出管 60…炉
62…プレス機 70…ケース
72…空間 80、110…凹部
82、112…金型 84、114…パンチ
86…溶湯 88、90…ガス抜き孔
100…予備成形機 102、1060…ホットプレス機
104…混合物 106…予備成形体
122、1064…下パンチ 126、1068…上パンチ
132、1080…通路 1020…SiC
1054…フィルタ 1074a…上室
1074b…下室 1076…フランジ部
1078…パッキン 1100…割型パッキン
1102…パッキン部材 1110…フィルタ部材
1112…扉
10A, 10B, 10C ... heat sink material 10a to 10f ... impregnation location 12 ... porous sintered body 12a, 12b ... powder of carbon or its allotrope 14 ... metal (molten metal) 14a ... metal powder 30 ... high pressure vessel 32, 120 1062 ... Case 34,36 ... Side plate 38 ... Rotating shaft 40,124,1066 ... Fireproof container 42,74,128,1070 ... Heater 44,1074,1104 ... Hollow part 44a ... First chamber 44b ... Second chamber 46 ... Opening 48, 130, 1072 ... Intake pipe 50 ... Gas inlet pipe 52 ... Gas outlet pipe 60 ... Furnace 62 ... Pressing machine 70 ... Case 72 ... Space 80,110 ... Concavity 82,112 ... Die 84,114 ... Punch 86 ... Molten metal 88, 90 ... Degassing holes 100 ... Pre-forming machine 102, 1060 ... Hot press machine 104 ... Mixture 106 ... Pre-forming Body 122, 1064 ... Lower punch 126, 1068 ... Upper punch 132, 1080 ... Passage 1020 ... SiC
1054 ... Filter 1074a ... Upper chamber 1074b ... Lower chamber 1076 ... Flange 1078 ... Packing 1100 ... Split packing 1102 ... Packing member 1110 ... Filter member 1112 ... Door

Claims (10)

カーボン又はグラファイトと、金属とを含む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粉末に、水又は結合材を混合して成形された予備成形体又は焼成された成形体に、1.01MPa〜202MPaの圧力で前記金属の溶融物が含浸されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が1μm〜500μmであり、
前記粉末を構成する1つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が1:5以下であり、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたBi又はbを、全金属成分を100%とするとき、60%以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
In a heat sink material containing carbon or graphite and metal,
The carbon or graphite powder is mixed with water or a binder and molded into a preform or fired molded body, impregnated with a melt of the metal at a pressure of 1.01 MPa to 202 MPa,
The average powder particle size of the carbon or graphite powder is 1 μm to 500 μm,
The average of the ratio of the length in the direction in which one particle constituting the powder has the minimum length and the direction in which the maximum length is taken is 1: 5 or less,
The metal is said Bi or S b wettability with good properties for carbon or graphite, when all metal components is 100%, the heat sink material, characterized in that it comprises 60% or more.
カーボン又はグラファイトと、金属とを含む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粉末と前記金属の粉末とを混合し、10.13MPa〜101.32MPaの圧力下で成形されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が1μm〜500μmであり、
前記粉末を構成する1つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が1:5以下であり、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたBi又はbを、全金属成分を100%とするとき、60%以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
In a heat sink material containing carbon or graphite and metal,
The carbon or graphite powder and the metal powder are mixed and formed under a pressure of 10.13 MPa to 101.32 MPa.
The average powder particle size of the carbon or graphite powder is 1 μm to 500 μm,
The average of the ratio of the length in the direction in which one particle constituting the powder has the minimum length and the direction in which the maximum length is taken is 1: 5 or less,
The metal is said Bi or S b wettability with good properties for carbon or graphite, when all metal components is 100%, the heat sink material, characterized in that it comprises 60% or more.
カーボン又はグラファイトと、金属とを含むヒートシンク材において、
前記金属が溶解して得られた液体又は固液共存物に、前記カーボン又はグラファイトの粉末を混合し、鋳造成形されて構成されていること、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が1μm〜500μmであり、
前記粉末を構成する1つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が1:5以下であること、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたBi又はbを、全金属成分を100%とするとき、60%以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
In a heat sink material containing carbon or graphite and metal,
The liquid or solid-liquid coexisting substance obtained by dissolving the metal is mixed with the carbon or graphite powder, and is formed by casting,
The average powder particle size of the carbon or graphite powder is 1 μm to 500 μm,
The average of the ratio of the lengths in the direction in which one particle constituting the powder has the minimum length and the direction in which the maximum length is taken is 1: 5 or less;
The metal is said Bi or S b wettability with good properties for carbon or graphite, when all metal components is 100%, the heat sink material, characterized in that it comprises 60% or more.
カーボン又はグラファイトと、金属とを含む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粉末に前記金属が含浸されて構成され、
前記カーボン又はグラファイトの粉末の平均粉末粒度が1μm〜500μmであり、
前記粉末を構成する1つの粒子が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が1:5以下であること、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたBi又はbを、全金属成分を100%とするとき、60%以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
In a heat sink material containing carbon or graphite and metal,
The carbon or graphite powder is impregnated with the metal,
The average powder particle size of the carbon or graphite powder is 1 μm to 500 μm,
The average of the ratio of the lengths in the direction in which one particle constituting the powder has the minimum length and the direction in which the maximum length is taken is 1: 5 or less;
The metal is said Bi or S b wettability with good properties for carbon or graphite, when all metal components is 100%, the heat sink material, characterized in that it comprises 60% or more.
カーボン又はグラファイトと、金属とを含む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粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混合し、前記金属における融点の−10℃〜−50℃、10.13MPa〜101.32MPaの圧力下で成形されて構成され、
前記金属は、前記カーボン又はグラファイトに対する濡れ性が良好な性質を備えたBi又はbを、全金属成分を100%とするとき、60%以上含むこと
を特徴とするヒートシンク材。
In a heat sink material containing carbon or graphite and metal,
The carbon or graphite pulverized cutting material and the metal powder are mixed and formed under a pressure of -10 ° C to -50 ° C, 10.13 MPa to 101.32 MPa of the melting point of the metal,
The metal is said Bi or S b wettability with good properties for carbon or graphite, when all metal components is 100%, the heat sink material, characterized in that it comprises 60% or more.
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%〜80vol%、前記金属が80vol%〜20vol%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 5,
The heat sink material, wherein the volume ratio of the carbon or graphite and the metal is in the range of 20 vol% to 80 vol% for the carbon or graphite and 80 vol% to 20 vol% for the metal.
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、
前記ヒートシンク材を成形した際の金属の結合を強化させるために、Te、Sn、Pb、Se、Li、Tl、Cdから選択される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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 6,
An element selected from Te, Sn, Pb, Se, Li, Tl, and Cd is added in order to reinforce the metal bond when the heat sink material is formed.
請求項7記載のヒートシンク材において、
前記添加される元素は、銅に0.5wt%以下しか固溶しない元素であること
を特徴とするヒートシンク材。
The heat sink material according to claim 7,
The heat-sink material is characterized in that the added element is an element that dissolves in copper only by 0.5 wt% or less.
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、
前記成形の際に、カーボン又はグラファイトと金属との結合を強化させるために、Nb、Zr、Cr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルから選択される1種以上の元素が金属に添加されていること
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 8,
Nb, Zr, Cr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, in order to strengthen the bond between carbon or graphite and metal during the molding. A heat sink material, wherein one or more elements selected from W, Ti, B, and misch metal are added to the metal.
請求項1〜9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に、成形後の再加熱が可能となるために、Nb、Zr、Cr、Be、V、Mo、Al、Ta、Mn、Si、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、W、Ti、B、ミッシュメタルから選択された1種以上の元素が金属に添加され、
前記ヒートシンク材の形成は、少なくとも前記カーボン又はグラファイトと前記添加された1種以上の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。
In the heat sink material according to any one of claims 1 to 9,
In order to allow the carbon or graphite to be reheated after molding, Nb, Zr, Cr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, One or more elements selected from Ti, B, and Misch metal are added to the metal,
The heat sink material is formed based on a reaction between at least the carbon or graphite and the added one or more elements.
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