JP7312905B2

JP7312905B2 - 構造体の製造方法、構造体および構造体を備える装置

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Publication number: JP7312905B2
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Inventors: 猛宗石
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Description

本開示は、構造体の製造方法、構造体および構造体を備える装置に関する。

金属繊維を有する構造体の例として特許文献１が開示されている。特許文献１において、金属繊維を加熱することにより金属繊維同士の接点を結着する製法が開示されている。

国際公開第２０１８／１３１６５８号

本開示の構造体の製造方法は、穴を有するセラミックス基体を準備して、前記穴に、第１金属繊維および第２金属繊維を有する第１液体を導入する第１ステップと、第１液体を乾燥する第２ステップと、第１ナノ金属粒子を有する第２液体を穴に導入する第３ステップと、第２液体を乾燥する第４ステップと、穴を加熱し、第１金属繊維および第２金属繊維を第１ナノ金属粒子によって接合する第５ステップと、を有する。

本開示の一実施形態である第１実施形態の製造方法の一例を示すフロー図である。本開示の構造体の一例である。図２のＡ－Ａ線における断面図の一例であり、第１ステップを示す説明図である。図２のＡ－Ａ線における断面図一例であり、第２ステップを示す説明図である。図２のＡ－Ａ線における断面図一例であり、第３ステップを示す説明図である。図２のＡ－Ａ線における断面図一例であり、第４ステップを示す説明図である。図２のＡ－Ａ線における断面図一例であり、第５ステップを示す説明図である。図７のＷの拡大図の一例である。図８のＸの拡大図の一例である。図７のＷの拡大図の一例である。本開示の構造体が用いられる電極構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる電極構造体の一例である。図１２のＤ－Ｄ線における断面図の一例である。本開示の構造体が用いられる配線構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる配線構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる配線構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる配線構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる発熱構造体の一例である。本開示の構造体が用いられる放熱部材の一例である。本開示の構造体が用いられる放熱部材の一例である。図２０のＢ－Ｂ線における断面図の一例である。図２０のＢ－Ｂ線における断面図の一例である。図２２のＣ－Ｃ線における断面図の一例である。本開示の一実施形態である第３実施形態の製造方法の一例を示すフロー図である。本開示の構造体が用いられる配線構造体の一例である。図２５のＥ－Ｅ線における断面図の一例である。本開示の構造体が用いられる放熱部材の一例である。

本開示の構造体の製造方法、構造体および構造体を備えた装置について、図面を参照しながら、実施形態について詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

従来、金属繊維を含む構造体を製造する際には、金属繊維を加熱することにより金属繊維同士の接点を結着させていた。しかしながら、このような製法は、金属繊維同士の接点を結着するために、１０００℃程度の高温環境下での加熱処理が必要であった。そのため、当該製造方法は、多くのエネルギーを必要とすることで、高コストになりやすかった。

そこで、上記の懸念点を克服し、低コストで金属繊維同士を接合する製造方法が期待されている。

＜第１実施形態＞
図１～７を用いて、本開示における第１実施形態の製造方法の一例を説明する。

本開示における構造体の製造方法は、穴を有するセラミックス基体を準備して、穴３に、第１金属繊維７および第２金属繊維９を有する第１液体１１を導入する第１ステップＳ１と、第１液体１１を乾燥する第２ステップＳ２と、第１ナノ金属粒子１３を有する第２液体１５を穴３に導入する第３ステップＳ３と、第２液体１５を乾燥する第４ステップＳ４と、穴３を加熱し、第１金属繊維７および第２金属繊維９を第１ナノ金属粒子１３によって接合する第５ステップＳ５と、を有する。

＜第１ステップ＞
図２に示す構造体１を製造する工程では、まず、穴３を有するセラミックス基体５を成形する工程が行われる。

本開示の構造体１におけるセラミックス基体５は、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス（サファイア）、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等が挙げられる。また、セラミックス基体５は金属を含浸したセラミックス複合材料（ＣＭＣ）であってもよい。

セラミックス基体５が酸化アルミニウム質セラミックスからなるならば、加工性に優れ、かつ安価である。ここで、例えば、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムを７０質量％以上含有するものである。そして、セラミックス基体５の材質は、以下の方法により確認することができる。

まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、セラミックス基体５を測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定を行なう。次に、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、含有成分の定量分析を行なう。

そして、例えば、上記同定により酸化アルミニウムの存在が確認され、ＸＲＦで測定したアルミニウム（Ａｌ）の含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。なお、他のセラミックスに関しても、同じ方法で確認できる。

また、セラミックス基体５における穴３は、積層工法、インジェクション工法、３Ｄプリンタ工法および切削加工のいずれかによって形成されていてもよい。

穴３は、セラミックス基体５の上に形成されていてもよく、セラミックス基体５の内側に形成されていてもよい。図３～図７に示す本開示の実施形態においては、穴３はセラミックス基体５の内側に形成されている。

次に、穴３に導入する第１金属繊維７および第２金属繊維９を有する第１液体１１を作成する。

また、図７に示すように、第１金属繊維７および第２金属繊維９の形状は、例えば、ウィスカ状または針状であってもよい。第１金属繊維７および第２金属繊維９がウィスカ状または針状である場合は、第１金属繊維７および第２金属繊維９は屈曲していてもよい。第１金属繊維７および第２金属繊維９、角部を有していてもよい。

また、第１金属繊維７および第２金属繊維９がウィスカ状または針状である場合、直径は１μｍ以上１００μｍ以下であってもよく、長さが１００μｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。

第１金属繊維７および第２金属繊維９は、ＡｌまたはＣｕであってもよい。

次に、第１液体１１を穴３に導入する。

＜第２ステップ＞
次に、穴３に導入した第１液体１１を乾燥させる。

＜第３ステップ＞
次に、第１ナノ金属粒子１３を有する第２液体１５を作製する。

第１ナノ金属粒子１３は、平均粒径１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。第１ナノ金属粒子１３は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、ＴｉまたはＰｄであってもよい。

次に、第２液体１５を穴３に導入する。

＜第４ステップ＞
次に、穴３に導入した第２液体１５を乾燥させる。

＜第５ステップ＞
次に、穴３を加熱する。加熱の温度は、１５０～４００℃程度であってもよい。この工程によって、第１金属繊維７および第２金属繊維９が第１ナノ金属粒子１３によって接合される。以後、第１金属繊維７および第２金属繊維９が第１ナノ金属粒子１３によって接合されたものを第１金属部材１６と呼称する。

毛細管現象により、第１金属繊維７および第２金属繊維９との交絡部に第１ナノ金属粒子１３が入り込む。ナノ粒子はマイクロサイズ以上の金属粒子よりも活性が高いので、金属繊維同士を低温で接合することが可能である。

本開示の製造方法においては、上記の通り、比較的低温の加熱により、セラミックス基体５の上またはセラミックス基体５の内部に第１金属部材１６を有する構造体１を低コストで製造することが可能である。

また、本開示の製造方法においては、セラミックス基体５の内部に複雑な形状を有する第１金属部材１６を低コストで作製することができる。

本開示の製造方法と異なり、高温加熱により金属繊維同士を結着させる製造方法においては、セラミックス基体内に複雑な形状を有する金属部材を作製することは困難である。

高温加熱により金属繊維同士を結着させて金属部材を作製する場合、加熱処理と同時にプレス処理が必要となる。そのため、セラミックス基体内に金属部材を設けようとした場合には、別途金属部材を加熱およびプレス処理にて作製した後、構造体を構成するセラミックス部材と金属部材とを各々接合する処理が必要となる。このような製造方法の場合、複雑な形状をセラミックス基体の内部に有する構造体を作製することが困難なだけでなく、高コストになりやすい。

一方で、本開示における製造方法においては、任意の第１金属部材１６の形状に合わせた穴３を作製し、穴３に第１液体１１および第２液体１５を流し込み、乾燥および加熱を行なうことで容易に、セラミックス基体５の内部に複雑な形状の第１金属部材１６を有する構造体を作製することが可能である。

また、比較的低温で熱処理を行うことができるので、セラミックス基体５に負担がかかりにくい。そのため、本開示における構造体は高い長期信頼性を有する。

また、図３～図７に示すように、穴３は、入口４と、出口６と、を有していてもよい。第１ステップにおいて、第１液体１１は、入口４から導入されてもよい。また、第１液体１１の一部が出口６から排出されてもよい。

このような構成を有する場合、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第１金属部材１６が穴全体に形成されやすい。また、後述する第１金属部材１６の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

また、図３～図７に示すように、穴３はセラミックス基体５内に位置していてもよい。また、穴３は、入り口４に繋がる第１通路８と、出口６に繋がる第２通路１０と、第１通路８および第２通路１０を繋ぐ第３通路１２と、を有していてもよい。また、第２通路１０の幅は、第１通路８の幅よりも小さくてもよい。

第１液体１１を導入する側の穴３の幅が広く、第１液体１１の一部が排出される側の穴３の幅が狭い場合、第１液体１１を流し込みやすい。そのため、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第１金属部材１６が穴３全体に形成されやすい。また、後述する第１金属部材１６の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

また、第１ステップにおいて第１液体を作製する際に第１金属繊維７および第２金属繊維９の量を調整してもよい。第１金属繊維７および第２金属繊維９の量が多ければ電気密度を大きくすることができ、第１金属繊維７および第２金属繊維９の量を少なくすれば電気密度を小さくすることができる。すなわち、第１金属繊維７および第２金属繊維９の量によって電気密度を調整することが可能である。

また、第１金属部材１６は、別途用意した型に作製し、型から取り出し、他の基材等に搭載させることで、構造体１を作製してもよい。

また、図８に示すように、第１金属繊維７と第２金属繊維９とが、第１ナノ金属粒子１３によって接合されていてもよい。

上記の構成を有するため、例えば熱サイクルにおいて第１金属繊維７および第２金属繊維９が膨張収縮をした際に、第１ナノ金属粒子１３が第１金属繊維７および第２金属繊維９にかかる応力を緩和しやすい。

また、図９に示すように、第１ナノ金属粒子１３は、空隙１７を有していてもよい。この場合、例えば熱サイクルにおいて第１金属繊維７および第２金属繊維９が膨張収縮をした際に、第１ナノ金属粒子１３の空隙１７が第１金属繊維７および第２金属繊維９にかかる応力を緩和しやすい。

また、第１金属繊維７と第１ナノ金属粒子１３との間に、ＡｌまたはＳｉを含む化合物または合金があってもよい。また、第２金属繊維９と第１ナノ金属粒子１３との間に、ＡｌまたはＳｉを含む化合物または合金があってもよい。この場合、ＡｌまたはＳｉを含む化合物または合金によって第１金属繊維７と第１ナノ金属粒子１３との密着性が向上しやすい。また、第２金属繊維９と第１ナノ金属粒子１３との密着性が向上しやすい。

化合物は、例えば、シリサイド化合物であってもよい。合金は、例えば、アルミニウム合金であってもよい。

また、セラミックス基体５を形成した後であって第１液体１１を導入する前に、セラミックス基体５上に樹脂、ガラス、金属または多孔質セラミックスで接合層１９を形成してもよい。

図８に示すように、第１金属繊維７と接合層１９は、第１ナノ金属粒子１３によって接合されていてもよい。また、第２金属繊維９と接合層１９は、第１ナノ金属粒子１３によって接合されていてもよい。

接合層１９が樹脂またはガラスである場合は、毛細管現象により第１金属繊維７と接合層１９との間に第１ナノ金属粒子１３が入り込む。そして、接合層１９が加熱されることで軟化し、接合層１９が第１ナノ金属粒子１３を巻き込む。また、接合層１９が第１金属繊維７を巻き込む。第１金属繊維７と接合層１９が、第１ナノ金属粒子１３によって接合される。

また、接合層１９が樹脂およびガラスである場合は、毛細管現象により第２金属繊維９と接合層１９との間に第１ナノ金属粒子１３が入り込む。そして、接合層１９が加熱されることで軟化し、接合層１９が第１ナノ金属粒子１３を巻き込む。また、接合層１９が第２金属繊維９を巻き込む。第２金属繊維７と接合層１９が、第１ナノ金属粒子１３によって接合される。

また、接合層１９が金属である場合は、第１金属繊維７と接合層１９との間に第１ナノ金属粒子１３が入り込む。そして、第１金属繊維７と接合層１９が、第１ナノ金属粒子１３によって接合される。

また、接合層１９が多孔質セラミックスである場合は、第１金属繊維７が接合層１９に引っかかることで生じるアンカー効果によって第１金属繊維７と接合層１９とが接合される。

また、接合層１９が多孔質セラミックスである場合は、第２金属繊維９が接合層１９に引っかかることで生じるアンカー効果によって第２金属繊維９と接合層１９とが接合される。

また、接合層１９が多孔質セラミックスである場合は、第１ナノ金属粒子１３が接合層１９に引っかかることで生じるアンカー効果によって第１ナノ金属粒子１３と接合層１９とが接合される。

また、接合層１９は絶縁性を有していてもよい。セラミックス基体５が導電性である場合、接合層１９がセラミックス基体５と第１金属繊維７との電気導通を妨げることができる。また、接合層１９がセラミックス基体５と第２金属繊維９との電気導通を妨げることができる。

＜第２実施形態＞
図１～７を用いて、本開示における第２実施形態の製造方法の一例を説明する。

本開示における構造体の製造方法は、穴を有するセラミックス基体を準備して、穴３に、第１金属繊維７および第２金属繊維９を有する第１液体１１を導入する第１ステップＳ１と、第１液体１１を乾燥する第２ステップＳ２と、触媒２１を有する第３液体２２を穴３に導入する第３ステップＳ３と、無電解メッキによって第１金属繊維７および第２金属繊維９を接合する第４ステップＳ４と、を有する。

次に、第１液体１１を穴３に導入する。

＜第３ステップ＞
次に、触媒２１を有する第３液体を作製する。触媒２１は、ＰｔまたはＰｄであってもよい。

触媒２１は、平均粒径は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってもよい。

次に、第３液体２２を穴３に導入する。第３液体２２は、金属イオンを含んだ水溶液であり、メッキ液として用いられる。

＜第４ステップ＞
無電解メッキを行う。毛細管現象により、第１金属繊維７および第２金属繊維９の交絡部に触媒２１と第３液体２２が入り込み、触媒２１と第３液体２２に含まれる金属によって第１金属繊維７および第２金属繊維９が接合される。以後、第１金属繊維７および第２金属繊維９が触媒２１と第３金属２２に含まれる金属によって接合されたものを第２金属部材２３と呼称する。

また、第３液体２２中にある金属はＮｉまたはＣｕであってもよい。

また、無電解メッキは比較的低温で行われる。無電解メッキは、室温で加熱せずに行なってもよいが、加熱してもよい。無電解メッキは例えば、２０～９０℃で行われてもよい。

本開示の製造方法においては、上記の通り、非加熱または比較的低温の加熱により、セラミックス基体５の上またはセラミックス基体５の内部に第２金属部材２３を有する構造体１を低コストで製造することが可能である。

本開示の製造方法においては、セラミックス基体５の内部に複雑な形状を有する第２金属部材２３を低コストで作製することができる。

本開示の製造方法と異なり、高温加熱により金属繊維同士を結着させる製造方法においては、セラミックス基体内に複雑な金属部材を作製することは困難である。

一方で、本開示における製造方法においては、所望の第２金属部材２３の形状に合わせた穴３を作製し、穴３に第１液体１１および第３液体２２を流し込み、無電解メッキを行なうことで容易に、セラミックス基体５の内部に複雑な形状の第２金属部材２３を有する構造体を作製することが可能である。

また、加熱を行わない、または比較的低温で熱処理を行うことができるので、セラミックス基体５に負担がかかりにくい。そのため、本開示における構造体は高い長期信頼性を有する。

このような構成を有する場合、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第２金属部材２３が穴全体に形成されるやすい。また、後述する第２金属部材２３の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

第１液体１１を導入する側の穴３の幅が広く、第１液体１１の一部が排出される側の穴３の幅が狭い場合、第１液体１１を流し込みやすい。そのため、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第２金属部材２３が穴３全体に形成されやすい。また、後述する第２金属部材２３の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

また、第２金属部材２３は、別途用意した型に作製し、型から取り出し、他の基材等に搭載させることで、構造体１を作製してもよい。

無電解メッキにおいて、毛細管現象により第１金属繊維７および第２金属繊維９の交絡部に触媒２１が集まりやすい。そして、触媒２１の周囲に第３液体２２が集まり、金属として析出してもよい。以後、この析出した金属を第１析出金属２５と呼称する。

触媒２１が第１金属繊維７および第２金属繊維９に比較的小さい面積で接触していてもよい。比較的小さい面積で接触しているため、触媒２１と第１金属繊維７との接点または触媒２１と第２金属繊維９との接点で応力を緩和することができる。したがって、本開示における第２金属部材２３には熱サイクルの負荷がかかりにくい。

金属繊維同士が直接接合している場合は、その接合箇所一点に応力が集中しやすい。しかしながら、本開示における第２金属部材２３は、触媒２１を介して接合されているため、触媒２１と第１金属繊維７との接点および触媒２１と第２金属繊維９との接点という二点で応力を受けることができる。したがって、金属繊維同士が直接接合されている場合と比較し、第２金属部材２３は全体として高い柔軟性を有し、熱サイクルに対する高い耐久性を有する。

また、第１析出金属２５が第１金属繊維７および第２金属繊維９に比較的小さい面積で接触していてもよい。比較的小さい面積で接触しているため、第１析出金属２５と第１金属繊維７との接点または第１析出金属２５と第２金属繊維９との接点に熱サイクルの負荷がかかりにくい。

また、第１析出金属２５が第１金属繊維７および第２金属繊維９を取り囲んでいてもよい。この構造の場合、第１金属繊維７および第２金属繊維９が第１析出金属２５によってより強く接合されやすい。

また、無電解メッキにおいて、毛細管現象により第１金属繊維７およびセラミックス基体５の間に触媒２１が集まりやすい。そして、触媒２１の周囲に第３液体２２が集まり、金属として析出してもよい。以後、この析出した金属を第２析出金属２７と呼称する。

第２析出金属２７によって、第１金属繊維７およびセラミックス基体５が接合されていてもよい。

また、セラミックス基体５の微小な凹みに触媒２１が位置していてもよい。

また、第２析出金属２７がセラミックス基体５の上に層状に形成されていてもよい。この場合、セラミックス基体５に熱が発生した場合に、セラミックス基体５と接する金属の面積が大きくなり、第１金属繊維７へ熱を伝達しやすくなるため放熱性が向上しやすい。

また、セラミックス基体５を形成した後であって第１液体１１を導入する前に、セラミックス基体５上に無電解メッキを行ってもよい。第２析出金属２７がセラミックス基体５の上に層状に形成させた後、第１液体１１を穴３に導入し無電解メッキをしてもよい。この場合、セラミックス基体５に熱が発生した場合に、セラミックス基体５と接する金属の面積が大きくなり、第１金属繊維７へ熱を伝達しやすくなるため放熱性が向上しやすい。

＜第３実施形態＞
図２４を用いて、本開示における第３実施形態の製造方法の一例を説明する。

本開示における構造体の製造方法は、金属線２９を用意する第１ステップＳ１と、金属線２９に低融点の金属３３をメッキし、メッキで被覆された金属線３０を作製する第２ステップＳ２と、メッキで被覆された金属線３０を切断して、メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９を作製する第３ステップＳ３と、メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９をセラミックス基体５上またはセラミックス基体５内に位置する穴３に導入する第４ステップＳ４と、穴を加熱し、第１金属繊維および第２金属繊維を低融点の金属３３によって接合する第５ステップＳ５と、を有する。

図２に示す構造体１を製造する工程では、まず、穴３を有するセラミックス基体５を成形する工程が行われる。

＜第１ステップ＞
金属線２９を用意する。金属線２９は、ＡｌまたはＣｕであってもよい。

＜第２ステップ＞
金属線２９に低融点の金属３３をメッキし、メッキで被覆された金属線３０を作製する。

次に、低融点の金属３３がメッキされた金属線２９を作製する。低融点の金属３３は、Ｓｎ、Ｓｎ－Ａｇ、Ｓｎ－Ｃｕ、Ｓｎ－Ｂｉ、Ａｕ－ＳｎまたはＡｕ－Ｇｅであってもよい。なお、金属線２９に予めＮｉを被覆した後に低融点の金属３３をメッキしてもよい。

＜第３ステップ＞
メッキで被覆された金属線３０を切断して、メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９を作製する。

＜第４ステップ＞
メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９をセラミックス基体５上またはセラミックス基体５内に位置する穴３に導入する。

＜第５ステップ＞
穴３を加熱し、第１金属繊維７および第２金属繊維９を低融点の金属３３によって接合する。毛細管現象により、第１金属繊維７および第２金属繊維９の交絡部に低融点の金属３３が入り込み、低融点の金属３３によって第１金属繊維７および第２金属繊維９が接合される。以後、第１金属繊維７および第２金属繊維９が低融点の金属３３によって接合されたものを第３金属部材３１と呼称する。

低融点の金属３３は、２００℃～４００℃で加熱してもよい。

本開示の製造方法においては、上記の通り、比較的低温の加熱により、セラミックス基体５の上またはセラミックス基体５の内部に第３金属部材３１を有する構造体１を低コストで製造することが可能である。

本開示の製造方法においては、セラミックス基体５の内部に複雑な形状を有する第３金属部材３１を低コストで作製することができる。

一方で、本開示における製造方法においては、任意の第３金属部材３１の形状に合わせた穴３を作製し、メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９をセラミックス基体５の内部に位置する穴３に導入し、穴３を加熱し、第１金属繊維および第２金属繊維を低融点の金属３３によって接合することで容易に、セラミックス基体５の内部に複雑な形状の第３金属部材３１を有する構造体を作製することが可能である。

また、図７に示すように、穴３は、入口４と、出口６と、を有していてもよい。第１ステップにおいて、第１液体１１は、入口４から導入されてもよい。また、第１液体１１の一部が出口６から排出されてもよい。

このような構成を有する場合、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第３金属部材３１が穴全体に形成されるやすい。また、後述する第３金属部材３１の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

また、図７に示すように、穴３はセラミックス基体５内に位置していてもよい。また、穴３は、入り口４に繋がる第１通路８と、出口６に繋がる第２通路１０と、第１通路８および第２通路１０を繋ぐ第３通路１２と、を有していてもよい。また、第２通路１０の幅は、第１通路８の幅よりも小さくてもよい。

第１液体１１を導入する側の穴３の幅が広く、第１液体１１の一部が排出される側の穴３の幅が狭い場合、第１液体１１を流し込みやすい。そのため、第１液体１１が穴３の全体に充填されやすい。したがって、構造体１における第３金属部材３１が穴３全体に形成されやすい。また、後述する第３金属部材３１の気孔率が全体として均一になりやすいため、放熱性や電気密度が全体として均一になりやすく、装置としての信頼性が向上する。

また、第３金属部材３１は、別途用意した型に作製し、型から取り出し、他の基材等に搭載させることで、構造体１を作製してもよい。

低融点の金属３３を用いた接合において、毛細管現象により第１金属繊維７および第２金属繊維９の交絡部に低融点の金属３３が集まりやすい。この低融点の金属３３によって、第１金属繊維７および第２金属繊維９が接合される。

低融点の金属３３が第１金属繊維７および第２金属繊維９に比較的小さい面積で接触していてもよい。比較的小さい面積で接触しているため、低融点の金属３３と第１金属繊維７との接点または触媒２１と第２金属繊維９との接点で応力を緩和することができる。したがって本開示における第３金属部材３１には熱サイクルの負荷がかかりにくい。

金属繊維同士が直接接合している場合は、その接合箇所一点に応力が集中しやすい。しかしながら、本開示における第３金属部材３１は、低融点の金属３３を介して接合されているため、低融点の金属３３と第１金属繊維７との接点および低融点の金属３３と第２金属繊維９との接点という二点で応力を受けることができる。したがって、金属繊維同士が直接接合されている場合と比較し、第３金属部材３１は全体として高い柔軟性を有し、熱サイクルに対する高い耐久性を有する。

また、低融点の金属３３が第１金属繊維７および第２金属繊維９を取り囲んでいてもよい。この構造の場合、第１金属繊維７および第２金属繊維９が低融点の金属３３によってより強く接合されやすい。

また、無電解メッキにおいて、毛細管現象により第１金属繊維７およびセラミックス基体５の間に低融点の金属３３が集まりやすい。低融点の金属３３によって、第１金属繊維７およびセラミックス基体５が接合されていてもよい。

また、低融点の金属３３がセラミックス基体５の上に層状に形成されていてもよい。この場合、セラミックス基体５に熱が発生した場合に、セラミックス基体５と接する金属の面積が大きくなり、第１金属繊維７へ熱を伝達しやすくなるため放熱性が向上しやすい。

また、セラミックス基体５を形成した後であってメッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９をセラミックス基体５上またはセラミックス基体５内に位置する穴３に導入する前に、セラミックス基体５上に無電解メッキを行ってもよい。低融点の金属３３がセラミックス基体５の上に層状に形成させた後、メッキで被覆された第１金属繊維７および第２金属繊維９をセラミックス基体５上またはセラミックス基体５内に位置する穴３に導入し、穴３を加熱してもよい。この場合、セラミックス基体５に熱が発生した場合に、セラミックス基体５と接する金属の面積が大きくなり、第１金属繊維７へ熱を伝達しやすくなるため放熱性が向上しやすい。

また、図７および図９に示すように、本開示の第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、気孔３５を有していても良い。なお、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１の気孔率は、例えば、１０％以上９０％以下であってもよい。気孔率は、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１において気孔３５が占める割合を表す指標となる。ここで、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１の気孔率は、例えば、アルキメデス法を用いて測定することで算出すればよい。

また、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１が導電性を有するため、本開示における構造体１は、電極構造体に用いられていてもよい。

本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、高い物理的柔軟性を有するため、発熱および冷却を繰り返しても破損しにくい。また、本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、気孔３５を有しているため、表面積が大きい。そのため、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は冷却されやすい。

電極構造体の一例として、無線給電コイル、高周波電極、周波数制御コイルおよびトランスが挙げられる。

本開示の構造体１が用いられる電極構造体の一例を以下に示す。図１１に示すように、本開示の構造体１は、平面コイル１１０に用いられてもよい。なお、セラミックス基体５は、磁性を有していてもよい。また、図１２および図１３に示すように、平面コイル１１０は、無線送電器１００に備えられていてもよい。無線送電器１００が、１個以上の平面コイル１１０を電力供給側または電力需給側に備えていてもよい。この場合、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１に電流が流れることで、電力を送電することができる。そのため、本開示の平面コイル１１０および平面コイル１２０は、無線送電器１００として使用することができる。図１２および図１３に示す無線送電器１００は、電力供給側に平面コイル１１０を、電力需給側に平面コイル１２０を備えていてもよい。外部電源を平面コイル１１０に接続し、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１に電流を流すことで、電磁誘導が生じる。そのため、平面コイル１２０の第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１に電流が流れる。このようにして、本開示の平面コイル１２０は、電力の受け渡しを行う無線送電器１００として使用できる。なお、セラミックス基体５は、磁性を有していてもよい。

第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１が導電性を有するため、本開示における構造体１は、配線構造体に用いられていてもよい。本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、高い物理的柔軟性を有するため、発熱および冷却を繰り返しても破損しにくい。例えば、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１が搭載される基材が熱により膨張したときにも、破損しにくい。また、本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、気孔３５を有しているため、表面積が大きい。そのため、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は高い放熱性を有する。

配線構造体の一例として、半導体製造装置に設けられる支持装置やシャワーヘッドおよび発電用ブスバーが挙げられる。

本開示の構造体１が用いられる配線構造体の一例を以下に示す。図１４ないし図１８および図２５ないし図２６に示すように、本開示の構造体１は、支持装置２００に用いられてもよい。本開示の第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、支持装置２００において配線として用いられてもよい。支持装置２００は、基材２３０と、交流電源２４０とを有していてもよい。基材２３０は、プレート２５０、シャフト２６０を有していてもよい。プレート２５０は、ビア導体２２０、第１配線２８０、第２電極２９０を有していてもよい。シャフト２６０は、第３電極２１０を有していてもよい。プレート２５０は、支持面２５１と、支持面２５１に対して垂直方向に位置する側面２５２と、を有していてもよい。第１配線２８０および第３電極２１０は、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１で構成されていてもよい。第１配線２８０は、側面２５２から露出していてもよい。側面２５２から導通を取ることが可能となるため、側面以外から電気を供給することができる。

また、図２５に示すように、プレート２５０は、第１配線２８０は、第１部分２８１と第２部分２８２とを有していてもよい。第１部分２８１および第２部分２８２は、側面２５２から露出していてもよい。また、図２６に示すように、第１部分２８１および第２部分２８２は、ビア導体２２０に接続されていてもよい。

また、図１７に示すように、ビア導体２２０は、第１配線２８０の内部に入り込んでいてもよい。この場合、ビア導体２２０と第１配線２８０との導通がより確保されやすくなる。

また、図１８に示すように、ビア導体２２０は、第１配線２８０を貫通していてもよい。この場合、ビア導体２２０と第１配線２８０との導通がより確保されやすくなる。電極２１０およびビア導体２２０は、Ｐｔ、ＭｏおよびＷのいずれでもよく、基材２３０は、アルミナ、イットリア、窒化アルミニウムおよび窒化珪素のいずれでもよい。第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１およびビア導体２２０は、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｇおよびＮｉのいずれかからなるナノ金属粒子ペーストを用いた接合封止処理をされていてもよい。

また、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１と、交流電源２４０とは、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｇおよびＮｉのいずれかからなるナノ金属粒子ペーストを用いた接合封止処理をされていてもよい。これは酸素が侵入することを防ぐことを目的としている。また、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１と、交流電源２４０とは、Ｏリングによって接合封止処理されていてもよい。

なお、電極２９０は、高周波電極、静電吸着電極または発熱電極のうちいずれかとして使用してもよい。また、電極２９０は、基材２３０の内部に複数位置していてもよい。また、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１と交流電源２４０との間に、電流を制御するコントロールユニットを設けてもよい。

本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、発熱構造体に用いられていてもよい。本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、高い物理的柔軟性を有するため、発熱および冷却を繰り返しても破損しにくい。また、本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１気孔３５を有しているため、表面積が大きい。そのため、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は高い放熱性を有する。

発熱構造体として、ヒータが挙げられる。図１９に示すように、本開示の構造体１は、発熱構造体として、ヒータ３００に用いられてもよい。本開示のヒータ３００は、図１９に示すように、セラミックス基体５と、第１金属部材１６、第２金属部材２３または第３金属部材３１と、を有している。第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、発熱体として用いられる。第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１に電気を流すことによって加熱対象物を加熱することができる。

本開示における構造体１は、放熱部材に用いられていてもよい。本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、高い物理的柔軟性を有するため、発熱および冷却を繰り返しても破損しにくい。また、本開示における第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１気孔３５を有しているため、表面積が大きい。そのため、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は高い放熱性を有する。

本開示の構造体１が用いられる放熱部材の一例を以下に示す。図２０ないし図２３および図２７に示すように、本開示の構造体１は、パワーモジュール基板４００に用いられてもよい。本開示のパワーモジュール基板４００は、図２０ないし図２３および図２７に示すように、第１壁部４１０と第２壁部４２０と、第３壁部４３０と、第４壁部４４０と、を有している。なお、第１壁部４１０は、アルミナ、窒化アルミニウムおよび窒化珪素のいずれであってもよい。

第２壁部４２０、第３壁部４３０および第４壁部４４０は、セラミックス、金属、ガラスまたは樹脂のいずれであってもよい。第１壁部４１０と第２壁部４２０と、第３壁部４３０と、第４壁部４４０とによって流路４６０が構成されている。第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、放熱部材として流路４６０内に位置していてもよい。図２１および図２２に示すように、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、放熱部材として流路４６０内の全部に位置していてもよい。

また、配線４７０は、第１壁部４１０の内部に位置していてもよい。さらに、配線４７０は、第１壁部４１０の外面に露出した電極４８０と接続されていてもよい。電子部品４５０は配線４７０電極４８０の上に位置していてもよい。また、配線４７０は、電力および信号を送受信する機構を有していてもよい。

配線４７０が第１壁部４１０内に位置していない場合、別途ワイヤーボンディングを用いて２つ以上の電極４８０同士を接続、または電極４８０および電子部品４５０同士を接続する必要がある。このとき、パワーモジュール基板４００が大型化する場合がある。一方、配線４７０が第１壁部４１０内にあることによりパワーモジュール基板４００を低背化でき小型にすることができるが、第１壁部４１０に熱が溜まるおそれがある。しかし、上記のように、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１は、放熱部材として流路４６０内に位置していることで、第１壁部４１０に溜まった熱を放出することが可能となる。

また、配線４７０は、第１金属部材１６、第２金属部材２３および第３金属部材３１であってもよい。また、銅貼りの温度が高い場合には、配線４７０は、図２７に示すような構成になっていてもよい。

また、配線４７０は、流路４６０によって冷却されるため、電力や信号の送受信が円滑になりやすい。

また、配線４７０および電極４８０は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、ＭｏおよびＷのいずれであってもよい。

基体上または基体内空間には触媒が付着し、メッキ成分が析出する場合がある。メッキされた金属繊維との接合層として機能する。また、半導体製造装置に設けられる支持装置やシャワーヘッドまたはパワーモジュール基板として利用する場合、トリプルジャンクションを回避しやすくなる。トリプルジャンクションとは、誘電率の異なる３つ以上の物質が接することによって生じる放電現象である。本開示においては、金属部材、基体および空間が異なる誘電率を有しているが、接合層が金属である場合、これら３つの物質が接することが無くなるので、トリプルジャンクションを回避することができる。

なお、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：構造体
３：穴
４：入り口
５：セラミックス基体
６：出口
７：第１金属繊維
９：第２金属繊維
１１：第１液体
１３：第１ナノ金属粒子
１５：第２液体
１６：第１金属部材
１７：空隙
１９：接合層
２１：触媒
２２：第３液体
２３：第２金属部材
２５：第１析出金属
２７：第２析出金属
２９：金属線
３１：第３金属部材
３３：低融点の金属
３５：気孔
１００：無線送電器
１１０、１２０：平面コイル
１１１：基板
１２１：基板
２００：支持装置
２１０：配線
２２０：ビア導体
２３０：基材
２４０：交流電源
３００：ヒータ
３１０：基体
４００：パワーモジュール基板
４１０：第１壁部
４２０：第２壁部
４３０：第３壁部
４４０：第４壁部
４５０：電子部品
４６０：流路
４７０：配線
４８０：電極

Claims

穴を有するセラミックス基体を準備して、前記穴に、第１金属繊維および第２金属繊維を有する第１液体を導入する第１ステップと、
前記第１液体を乾燥する第２ステップと、
第１ナノ金属粒子を有する第２液体を前記穴に導入する第３ステップと、
前記第２液体を乾燥する第４ステップと、
前記穴を加熱し、前記第１金属繊維および前記第２金属繊維を前記第１ナノ金属粒子によって接合する第５ステップと、を有する、
構造体の製造方法。
前記穴は、入口と、出口と、を有し、
前記第１ステップにおいて、前記第１液体は、前記入口から導入され、前記第１液体の一部が前記出口から排出される、
請求項１に記載の構造体の製造方法。
前記穴は前記セラミックス基体内に位置しており、
前記穴は、前記入り口に繋がる第１通路と、前記出口に繋がる第２通路と、前記第１通路および前記第２通路を繋ぐ第３通路と、を有しており、
前記第２通路の幅は、前記第１通路の幅よりも小さい、
請求項２に記載の構造体の製造方法。