JP7469295B2

JP7469295B2 - 複合部材、及び放熱部材

Info

Publication number: JP7469295B2
Application number: JP2021511285A
Authority: JP
Inventors: 健吾後藤; 智昭池田; 晃久細江; 福人石川; 正則杉澤
Original assignee: ALMT Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: ALMT Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-03-05
Also published as: WO2020203014A1; CN117549616A; EP3950316A4; CN113795376A; EP3950316A1; US20220168995A1; EP3950316B1; US11890831B2; JPWO2020203014A1

Description

本開示は、複合部材、及び放熱部材に関する。本出願は、２０１９年４月２日に出願した日本特許出願である特願２０１９－０７０８５３号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

特開２０１２－１４４７６７号公報（特許文献１）の複合部材は、複合材料からなる基板と、基板の表面を覆う金属被覆層とを備える。複合材料は、マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとが複合されてなる。金属被覆層は、基板側から順に、下地層、亜鉛層、銅めっき層、ニッケルめっき層を備える。

特開２０１２－１４４７６７号公報

本開示に係る複合部材は、
純マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとを含む複合材料で構成される基板と、
前記基板の表面に設けられた被覆層とを備え、
前記被覆層は、
最表面に設けられた最表面層と、
前記最表面層の直下に設けられた中間層とを有し、
前記最表面層は、ニッケルとリンとを含み、
前記中間層は、銅を主成分とし、
前記中間層の厚みは、３０μｍ以上である。

本開示に係る放熱部材は、上記本開示に係る複合部材で構成される。

図１は、実施形態１に係る複合部材の概略を示す断面図である。図２は、実施形態１に係る複合部材に備わる基板の組織の概略を示す説明図である。図３は、実施形態１に係る複合部材に備わる被覆層の概略を示す断面図である。図４は、実施形態２に係る複合部材に備わる被覆層の概略を示す断面図である。

[本開示が解決しようとする課題]
基板の耐食性に優れる上に、放熱性に優れる複合部材の開発が望まれている。

そこで、本開示は、基板の耐食性に優れる上に、放熱性に優れる複合部材を提供することを目的の一つとする。また、本開示は、基板の耐食性に優れる上に、放熱性に優れる放熱部材を提供することを別の目的の一つとする。

[本開示の効果]
本開示に係る複合部材及び本開示に係る放熱部材は、基板の耐食性に優れる上に、放熱性に優れる。

［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、ニッケルで構成された最表面層と最表面層の直下に設けられて銅で構成された中間層とを有する上述の複合部材において、基板の耐食性について調べた。一般的に、ニッケルのイオン化傾向は銅のイオン化傾向よりも大きい。そのため、本発明者らは、塩水中などの腐食環境下において、次の結果が得られると考えていた。銅で構成される中間層ではなく、ニッケルで構成された最表面層が優先的に腐食する犠牲層となる。その結果、従来の複合部材は、中間層の腐食を抑制できて基板の腐食を抑制できる。

しかし、腐食環境下において、基板が腐食した。本発明者らは、その原因を鋭意検討したところ、以下の知見を得た。腐食環境下では、ニッケルと銅のイオン化傾向の大小関係が逆転する。即ち、腐食環境下では、銅のイオン化傾向がニッケルのイオン化傾向よりも大きくなる。そのため、最表面層ではなく中間層が腐食する。最表面層がニッケルで構成されていると、中間層の厚みが厚くても、基板の腐食が抑制され難い。

そこで、本発明者らは、更に被覆層の構成を鋭意検討したところ、以下の知見を得た。最表面層がニッケルに加えてリンを含み、最表面層の直下に設けらて銅を主成分とする中間層の厚みを厚くすることで、基板の耐食性を向上できる。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係る複合部材は、
純マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとを含む複合材料で構成される基板と、
前記基板の表面に設けられた被覆層とを備え、
前記被覆層は、
最表面に設けられた最表面層と、
前記最表面層の直下に設けられた中間層とを有し、
前記最表面層は、ニッケルとリンとを含み、
前記中間層は、銅を主成分とし、
前記中間層の厚みは、３０μｍ以上である。

上記の構成は、基板の耐食性に優れる。その理由は、銅を主成分とする中間層の直上に設けられる最表面層がニッケルに加えてリンを含むからである。その上、中間層の厚みが十分に厚いからである。最表面層がニッケルに加えてリンを含むことで、最表面層の直下に銅を主成分とする中間層を設けても、腐食環境下でも最表面層と中間層の構成材料におけるイオン化傾向の大小関係が逆転しない。即ち、最表面層の構成材料のイオン化傾向が中間層の構成材料のイオン化傾向よりも大きい。そのため、腐食環境下でも中間層ではなく最表面層が優先的に腐食する犠牲層となる。よって、中間層の腐食が抑制される。このように中間層の腐食が抑制される上に、中間層が十分に厚いため、基板の腐食が抑制される。

また、上記の構成は、放熱性に優れる。その理由は、熱伝導率の高い銅を主成分とする中間層の厚みが十分に厚いからである。そのため、上記の構成は、放熱部材に好適に利用できる。

更に、上記の構成は、半田との密着性に優れる。その理由は、最表面層がニッケルを含むことで半田とのなじみ性に優れるからである。そのため、上記の構成は、例えば半導体装置の半導体素子や半導体素子が搭載される絶縁基板など、半田によって接合される相手部材との密着性に優れる。

（２）上記複合部材の一形態として、
前記被覆層は、前記中間層の直下に設けられた内側層を有し、
前記内側層は、ニッケルとリンとを含むことが挙げられる。

上記の構成は、基板と被覆層との密着性を高められる。内側層は、ニッケルとリンとを含むことで、基板と中間層のいずれに対してもなじみ性が良いからである。

（３）上記複合部材の一形態として、
前記中間層の厚みは、２００μｍ以下であることが挙げられる。

上記の構成は、熱膨張係数の増加、重量の増加、生産性の低下を抑制し易い。その理由は、中間層の厚みが厚すぎないからである。このように上記の構成は、上述のように放熱性に優れる上に、本構成により熱膨張係数の増加を抑制できるため、放熱部材として一層好適に利用できる。特に、上記の構成は、上述のように半田との密着性にも優れるため、半田によって接合される相手部材の放熱部材に好適である。その理由は、熱膨張係数の増加が抑制されることで、ヒートサイクルを受けても熱伸縮により相手部材が複合部材から剥離し難いからである。

（４）本開示の一形態に係る放熱部材は、
上記（１）から上記（３）のいずれか一つに記載の複合部材で構成される。

上記の構成は、放熱性に優れる。その理由は、放熱性に優れる複合部材で構成されるからである。特に、上記の構成は、半田によって接合される相手部材の熱を効率よく放出し易い。その理由は、半田との密着性に優れる複合部材で構成されるからである。また、上記の構成は、腐食環境下でも好適に利用できる。その理由は、耐食性に優れる基板を備える複合部材で構成されるからである。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、以下に説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

《実施形態１》
〔複合部材〕
実施形態１の複合部材１を、図１から図３を参照して説明する。本形態の複合部材１は、基板２と被覆層３とを備える。基板２は、純マグネシウム（Ｍｇ）又はＭｇ合金とＳｉＣ（炭化ケイ素）とを含む複合材料で構成される。被覆層３は、基板２の表面に設けられている。本形態における複合部材１の特徴の一つは、被覆層３が最表面に設けられた特定の最表面層３２と最表面層３２の直下に設けられた特定の中間層３１とを有する点にある（図３）。以下、各構成を詳細に説明する。図２は、図１の基板２上に示す破線の円で囲まれた領域を拡大して示す。図３は、図１の基板２と被覆層３との境界付近に示す破線の楕円で囲まれた領域を拡大して示す。

［基板］
基板２は、金属２０と非金属２２とを含む複合材料で構成されている（図２）。基板２は、公知のものを利用できる。

（金属）
金属２０は、純Ｍｇ又はＭｇ合金で構成されている。純Ｍｇは、９９．８質量％以上のＭｇを含み、残部が不可避的不純物からなる。Ｍｇ合金は、添加元素を含有し、残部がＭｇ及び不可避的不純物からなる。添加元素は、例えば、Ｌｉ（リチウム），Ａｇ（銀），Ｎｉ（ニッケル），Ｃａ（カルシウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｚｎ（亜鉛），Ｍｎ（マンガン），Ｓｉ（ケイ素），Ｃｕ（銅），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｂｅ（ベリリウム），Ｓｒ（ストロンチウム），Ｙ（イットリウム），Ｓｎ（スズ），Ｃｅ（セリウム），及び希土類元素（Ｙ，Ｃｅを除く）からなる群より選択される少なくとも一種の元素が挙げられる。これらの元素の合計含有量は、Ｍｇ合金全体を１００質量％とするとき、２０質量％以下が好ましい。上記合計含有量が２０質量％以下の基板２は、添加元素の含有量が多すぎないため、熱伝導率の低下を抑制できる。Ｍｇ合金は、公知の規格合金などを利用できる。金属２０が純Ｍｇで構成された基板２は、金属２０がＭｇ合金で構成された基板２に比較して、熱伝導率に優れる傾向にある。一方、金属２０がＭｇ合金で構成された基板２は、金属２０が純Ｍｇで構成された基板２に比較して、耐食性などに優れる傾向にある。

（非金属）
非金属２２は、ＳｉＣで構成されている。ＳｉＣは、熱伝導率が高い。そのため、この基板２は、放熱部材に好適に利用できる。また、ＳｉＣは、Ｍｇよりも熱膨張係数が小さい。そのため、この基板２は、例えば、半導体装置（図示略）の半導体素子や半導体素子が搭載される絶縁基板などの相手部材との熱膨張係数の整合性に優れる。よって、この基板２は、半導体素子などの放熱部材に好適である。

〈存在形態〉
非金属２２の存在状態は、代表的には、粉末形態やネットワーク形態が挙げられる。粉末形態は、金属２０のマトリクス中に非金属２２が粉末粒子として存在する。ネットワーク形態は、非金属２２同士を結合するネットワーク部により連結され、非金属２２の間に金属２０が充填された形態をいう。基板２中の非金属２２は、代表的には原料に用いた組成、形状、大きさなどが実質的に維持されて存在する。非金属２２の存在状態は、原料にＳｉＣ粉末を用いれば、上記粉末形態となる。また、非金属２２の存在状態は、原料に網目状のＳｉＣ多孔体などの成形体を用いれば、上記ネットワーク形態となる。

〈含有量〉
基板２中のＳｉＣの含有量は、基板２を１００体積％とするとき、５０体積％以上が好ましい。ＳｉＣの含有量が５０体積％以上であることで、熱伝導率が高くなり易い上に、熱膨張係数が小さくなり易い。基板２中のＳｉＣの含有量が多いほど、基板２の熱伝導率が高くなり易い上に、基板２の熱膨張係数が小さくなり易い。基板２中のＳｉＣの含有量は、更に６０体積％以上が好ましく、特に６５体積％以上が好ましい。基板２中のＳｉＣの含有量は、例えば、９０体積％以下が好ましい。その理由は、ＳｉＣの含有量が９０体積％以下であることで、基板２の製造性に優れるからである。基板２中のＳｉＣの含有量は、更に８５体積％以下が好ましい。

（その他）
基板２は、ＳｉＣに加えて、以下の非金属を含むことができる。非金属は、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ｍｇ_２Ｓｉ、ＭｇＢ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２、ダイヤモンド、及びグラファイトから選択される少なくとも１種が挙げられる。これらの非金属は、熱膨張係数がＭｇよりも小さく、熱伝導性に優れ、かつＭｇと反応し難い。

（平面形状）
基板２の平面形状は、特に限定されず、複合部材１の用途に応じて適宜選択できる。基板２の平面形状は、代表的には、矩形状が挙げられる。その他、基板２の平面形状は、円形、楕円形、矩形以外の種々の多角形などが挙げられる。

（厚み）
基板２の厚みは、特に限定されず、複合部材１の用途に応じて適宜選択できる。複合部材１を例えば半導体素子などの放熱部材として用いる場合、基板２の厚みは、例えば、１０ｍｍ以下が挙げられ、更には６ｍｍ以下が挙げられる。

［被覆層］
被覆層３は、基板２の表面に設けられている（図１）。被覆層３の被覆領域は、複合部材１の用途に応じて適宜選択できる。複合部材１を半導体素子などの放熱部材に利用する場合、基板２の対向する一対の面のうち、一方の面は半導体素子が実装される実装面に利用される。他方の面は冷却装置に接触する冷却面として利用される。通常、上記実装面に半田が塗布される。そのため、被覆層３の被覆領域は、実装面の少なくとも半田が塗布される領域が挙げられる。被覆層３の被覆領域は、基板２の実装面の全域にわたる領域としてもよいし、基板２の実装面と冷却面の全域にわたる領域としてもよいし、基板２の表面の全域にわたる領域としてもよい。被覆層３は、本形態では基板２側から順に中間層３１、最表面層３２を有する二層構造である（図３）。図３の中間層３１の厚み及び最表面層３２の厚みは、模式的に示されたものであり、必ずしも実際の厚みに対応しているわけではない。

（中間層）
中間層３１は、最表面層３２の直下に設けられている。この中間層３１は、本形態では基板２の直上に設けられている。

中間層３１は、Ｃｕを主成分とする。Ｃｕを主成分とするとは、中間層３１の全構成元素を１００質量％とするとき、Ｃｕの含有量が９８．０質量％以上を満たすことをいう。中間層３１におけるＣｕの含有量は、更に９９．０質量％以上が好ましく、特に９９．５質量％以上が好ましい。中間層３１は、実質的にＣｕのみで構成されていてもよい。実質的にＣｕのみで構成とは、Ｃｕ以外に不可避不純物を含むことを許容することをいう。ここでは、中間層３１の組成と含有量とは、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により求めるものとする。

中間層３１の厚みは、３０μｍ以上が挙げられる。中間層３１の厚みが３０μｍ以上を満たす複合部材１は、基板２の耐食性に優れる上に、放熱性に優れる。その理由は、中間層３１の厚みが十分に厚いからである。中間層３１の厚みは、２００μｍ以下が好ましい。中間層３１の厚みが２００μｍ以下を満たす複合部材１は、熱膨張係数の増加、重量の増加、生産性の低下を抑制し易い。その理由は、中間層３１の厚みが厚すぎないからである。この複合部材１は、放熱性に優れる上に熱膨張係数の増加を抑制できるため、放熱部材に好適である。中間層３１の厚みは、更に５０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、特に８０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。中間層３１の厚みの求め方は後述する。

（最表面層）
最表面層３２は、被覆層３のうち最表面に設けられる。この最表面層３２は、中間層３１の直上に設けられている。最表面層３２の組成は、ＮｉとＰ（リン）とを含有する。Ｎｉを含む最表面層３２は、半田とのなじみ性に優れるため、半田との密着性に優れる。そのため、最表面層３２は、半田によって接合される半導体素子などの相手部材との密着性に優れる。また、Ｎｉに加えてＰを含む最表面層３２は、その直下に中間層３１が設けられていても、腐食環境下でも優先的に腐食する犠牲層としての機能を有する。そのため、最表面層３２は、中間層３１の腐食を抑制できる。よって、最表面層３２は、基板２の腐食を抑制できる。

最表面層３２におけるＮｉの含有量は、最表面層３２の全構成元素を１００質量％とするとき、８７質量％以上９９質量％以下が挙げられる。最表面層３２におけるＰの含有量は、最表面層３２の全構成元素を１００質量％とするとき、１質量％以上１３質量％以下が挙げられる。Ｐの含有量が少ないほど、最表面層３２は半田との密着性が高い。Ｐの含有量が多いほど、最表面層３２は耐食性に優れる。最表面層３２におけるＰの含有量は、求められる特性に応じて上記の範囲内において適宜選択するとよい。最表面層３２は、実質的にＮｉとＰのみで構成されていてもよい。実質的にＮｉとＰのみで構成とは、ＮｉとＰ以外に不可避不純物を含むことを許容することをいう。最表面層３２の組成と含有量とは、上述の中間層３１と同様、ＥＤＸにより求めるものとする。

最表面層３２の厚みは、例えば、０．１μｍ以上６．０μｍ以下が好ましい。最表面層３２の厚みが０．１μｍ以上の複合部材１は、基板２の耐食性と、半田との密着性に優れる。その理由は、最表面層３２の厚みが十分に厚いからである。最表面層３２の厚みが６．０μｍ以下の複合部材１は、熱膨張係数の増加、熱伝導率の低下、生産性の低下を抑制し易い。最表面層３２の厚みは、更に１．５μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、特に２．０μｍ以上４．０μｍ以下が好ましい。最表面層３２の厚みの求め方は後述する。

［製造方法］
本形態の複合部材１は、基板２の表面に基板２側から順に、中間層３１、最表面層３２を形成することで製造できる。基板２は、公知の溶浸法、加圧溶浸法、粉末冶金法、溶融法などにより製造することで用意してもよいし、市販品を購入するなどして用意してもよい。中間層３１の形成は、ダイレクトプレーティングにより行える。ダイレクトプレーティングは、基板２に対して触媒を付着させて行う。触媒としては、例えば、パラジウムやカーボンが挙げられる。その他、中間層３１は、無電解Ｃｕめっき後に電気Ｃｕめっきを行うことで形成できる。また、中間層３１は、Ｃｕをスパッタリングした後に電気Ｃｕめっきを行うことで形成できる。最表面層３２の形成は、めっき法などで行える。めっき法としては、電気めっき、無電解めっきなどが挙げられる。

〔作用効果〕
本形態の複合部材１は、基板２の耐食性と放熱性とに優れる。そのため、本形態の複合部材１は、腐食環境下において使用される放熱部材に好適に利用できる。更に、本形態の複合部材１は、半田との密着性に優れる上に、半導体などとの熱膨張係数の整合性に優れる。そのため、本形態の複合部材１は、半田によって接合される半導体素子などの放熱部材に好適である。

《実施形態２》
〔複合部材〕
実施形態２の複合部材１を、図４を参照して説明する。本形態の複合部材１は、被覆層３が中間層３１の直下に特定の内側層３０を有する点が、実施形態１の複合部材１と相違する。即ち、被覆層３は、基板２側から順に、内側層３０、中間層３１、最表面層３２を有する三層構造である。図４は、図３に示す断面図と同様の位置を拡大して示す断面図である。以下の説明は、実施形態１との相違点を中心に行う。実施形態１と同様の構成の説明は省略する。

［被覆層］
（内側層）
内側層３０は、中間層３１の直下に設けられている。この内側層３０は、本形態では基板２の直上に設けられている。

内側層３０の組成は、ＮｉとＰとを含有する。ＮｉとＰとを含む内側層３０は、基板２と中間層３１との密着性に優れる。内側層３０におけるＮｉの含有量は、上述の最表面層３２と同じ範囲が挙げられる。同様に、内側層３０におけるＰの含有量は、上述の最表面層３２と同じ範囲が挙げられる。内側層３０は、実質的にＮｉとＰのみで構成されていてもよい。実質的にＮｉとＰのみで構成とは、ＮｉとＰ以外に不可避不純物を含むことを許容することをいう。内側層３０におけるＮｉとＰの含有量は、最表面層３２と同一であってもよいし異なっていてもよい。内側層３０の材質は、上述の中間層３１などと同様、ＥＤＸにより求められる。

内側層３０の厚みは、例えば、３．０μｍ以上２０．０μｍ以下が好ましい。内側層３０の厚みが３．０μｍ以上の複合部材１は、基板２の耐食性に優れる。その理由は、内側層３０の厚みが十分に厚いからである。内側層３０の厚みが２０．０μｍ以下の複合部材１は、複合部材１の熱膨張係数の増加や熱伝導率の低下を抑制し易い。内側層３０の厚みは、更に４．０μｍ以上１５．０μｍ以下が好ましく、特に６．０μｍ以上１２．０μｍ以下が好ましい。内側層３０の厚みは、最表面層３２の厚みと同一であってもよいし、最表面層３２の厚みと異なっていてもよい。内側層３０の厚みの求め方は後述する。

［製造方法］
本形態の複合部材１は、基板２の表面に基板２側から順に、内側層３０、中間層３１、最表面層３２を形成することで製造できる。基板２の準備は、上述の通りである。内側層３０の形成は、上述した最表面層３２の形成と同様、めっき法などで行える。中間層３１及び最表面層３２の形成は、上述の通りである。

〔作用効果〕
本形態の複合部材１は、実施形態１の複合部材１と同様の効果を奏することができる。その上、本形態の複合部材１は、実施形態１の複合部材１に比較して、被覆層３が内側層３０を有するため、基板２と被覆層３との密着性に優れる。

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

《試験例１》
基板の表面に種々の被覆層を形成した複合部材を作製し、複合部材における基板の耐食性と、複合部材の熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）及び熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）とを調べた。基板は、純ＭｇとＳｉＣとを含む複合材料からなるものを用いた。基板中のＳｉＣの含有量は、７０体積％とした。基板の厚みは５ｍｍである。

〔試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．４〕
試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．４の複合部材は、基板の直上に基板側から順に、第一層、及び第二層を有する二層構造の被覆層を形成して作製した。即ち、第二層が最表面層である。また、第一層が最表面層の直下に設けられた層である。第一層は、実質的にＣｕのみで構成されるＣｕめっき層を形成した。第一層の形成は、ダイレクトプレーティングにより行った。ダイレクトプレーティングは、基板に付着させる触媒の粉末にパラジウムを用いて行った。その際、処理時間を種々変更して、第一層の厚みを異ならせた。第二層は、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層を形成した。第二層の形成は、無電解めっきにより行った。無電解めっきのめっき液は、奥野製薬工業株式会社製のトップニコロンＬＰＨ－ＬＦを用いた。めっき液の温度は８５℃とした。処理時間は１５ｍｉｎとした。第二層におけるＰの濃度は２質量％であった。Ｐの濃度は、上述したように、ＥＤＸにより求めた。

〔試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６〕
試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６の複合部材は、第二層のＰの含有量を異ならせた点を除き、試料Ｎｏ．２と同様にして作製した。即ち、試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６の複合部材では、第二層が最表面層である。また、試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６の複合部材では、第一層が最表面層の直下に設けられた層である。試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６において、第二層の形成に用いた無電解めっきのめっき液の種類と、めっき液の温度と、処理時間とが、試料Ｎｏ．２と異なる。具体的には、試料Ｎｏ．５において、めっき液は、奥野製薬工業株式会社製のＩＣＰニコロンＧＭ（ＮＰ）を用いた。めっき液の温度は８０℃とした。処理時間は１３ｍｉｎとした。試料Ｎｏ．６において、めっき液は、奥野製薬工業株式会社製のトップニコロンＳＡ－９８－ＬＦを用いた。めっき液の温度は９０℃とした。処理時間は１３ｍｉｎとした。試料Ｎｏ．５の複合部材の第二層におけるＰの濃度は６質量％であった。試料Ｎｏ．６の複合部材の第二層におけるＰの濃度は１１質量％であった。各第二層のＰの濃度は、上述と同様、ＥＤＸにより求めた。

〔試料Ｎｏ．７～Ｎｏ．１０〕
試料Ｎｏ．７～Ｎｏ．１０の複合部材は、基板の直上に基板側から順に、第一層、第二層、及び第三層を有する三層構造の被覆層を形成して作製した。即ち、第三層が最表面層である。また、第二層が最表面層の直下に設けられた層である。更に、第一層が第二層の直下に設けられた層である。第一層と第三層はいずれも、試料Ｎｏ．１の第二層と同様にして、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層（Ｐの含有量が２質量％）を形成した。第一層と第三層とは、処理時間を変更して、厚みを異ならせた。第二層は、試料Ｎｏ．１などの第一層と同様にして、実質的にＣｕのみで構成されるＣｕめっき層を形成した。

〔試料Ｎｏ．１０１、Ｎｏ．１０２〕
試料Ｎｏ．１０１の複合部材は、第一層の厚みを異ならせた点を除き、試料Ｎｏ．１と同様にして作製した。試料Ｎｏ．１０１の複合部材では、第二層が最表面層である。また、試料Ｎｏ．１０１の複合部材では、第一層が最表面層の直下に設けられた層である。試料Ｎｏ．１０２の複合部材は、第二層の厚みを異ならせた点を除き、試料Ｎｏ．７と同様にして作製した。試料Ｎｏ．１０２の複合部材では、第三層が最表面層である。また、試料Ｎｏ．１０２の複合部材では、第二層が最表面層の直下に設けられた層である。更に、試料Ｎｏ．１０２の複合部材では、第一層が第二層の直下に設けられた層である。

〔試料Ｎｏ．１０３〕
試料Ｎｏ．１０３の複合部材は、基板の直上に基板側から順に、第一層、及び第二層を有する二層構造の被覆層を形成して作製した。即ち、第二層が最表面層である。また、第一層が最表面層の直下に設けられた層である。第一層は、実質的にＺｒからなる層を形成した。第一層の形成は、化成処理により行った。第二層は、試料Ｎｏ．１の第二層と同様にして、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層を形成した。

〔試料Ｎｏ．１０４〕
試料Ｎｏ．１０４の複合部材は、基板の直上に第一層のみからなる被覆層を形成して作製した。第一層は、試料Ｎｏ．１の第二層と同様にして、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層を形成した。

〔試料Ｎｏ．１０５〕
試料Ｎｏ．１０５の複合部材は、基板の直上に基板側から順に、第一層、及び第二層を有する二層構造の被覆層を形成して作製した。即ち、第二層が最表面層である。また、第一層が最表面層の直下に設けられた層である。第一層は、試料Ｎｏ．１の第二層と同様にして、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層を形成した。第二層は、Ｎｉめっき層を形成した。第二層の形成は、電気めっきにより行った。

〔試料Ｎｏ．１０６～Ｎｏ．１１０〕
試料Ｎｏ．１０６～Ｎｏ．１１０の複合部材は、基板の直上に基板側から順に、第一層、第二層、及び第三層を有する三層構造の被覆層を形成して作製した。即ち、第三層が最表面層である。また、第二層が最表面層の直下に設けられた層である。更に、第一層が第二層の直下に設けられた層である。第一層は、試料Ｎｏ．１の第二層と同様にして、実質的にＮｉとＰのみで構成されるＮｉ－Ｐめっき層を形成した。第二層は、試料Ｎｏ．１などの第一層と同様にして、実質的にＣｕのみで構成されるＣｕめっき層を形成した。第三層は、試料Ｎｏ．１０５の第二層と同様にして、Ｎｉめっき層を形成した。

〔厚み測定〕
各層の厚みは、次のようにして求めた。各試料にＣＰ（Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎＰｏｌｉｓｈｅｒ）加工を施して厚み方向の断面をとる。この断面において、走査型電子顕微鏡により１０以上の観察視野をとる。各視野の倍率及び各視野のサイズは、同一視野内に、各層における厚み方向の全域が含まれるサイズとする。各観察視野において、厚み方向に沿った各層の長さを１０箇所以上測定する。各層において、測定した全ての長さの平均値をとる。各平均値を各層の厚みとする。各層の厚みを表１に示す。

〔耐食性の評価〕
耐食性の評価は、塩水噴霧試験をＪＩＳＺ２３７１（２０１５）に準拠して行い、孔食の発生時間と、１６８時間（ｈｒ）後の腐食状態とを調べることで行った。塩水噴霧試験は、５質量パーセント濃度の塩化ナトリウム水溶液を用いた。試験温度は、３５℃とした。試験時間は、１６８ｈｒとした。

孔食の発生は、目視により確認した。この確認は、試験開始から１６８ｈｒまで２４ｈｒごとに行った。その結果を表１を示す。表１の孔食開始時間の欄の「－」は、孔食が発生しなかったことを意味する。

１６８ｈｒ経過後の各試料の腐食状態は、目視により確認した。１６８ｈｒ経過後の状態の評価は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」の三段階で行った。孔食が発生していないものを「Ａ」とし、孔食が発生したものを「Ｂ」とし、試料の形状が維持されていないものを「Ｃ」とした。試料の形状が維持されていないとは、基板の四隅がなくなっていたり、腐食生成物で複合部材の全面が覆われていたりする場合を言う。腐食生成物で複合部材の全面が覆われている場合、基板自体が腐食している。その結果を表１に示す。

〔熱膨張係数及び熱伝導率の測定〕
熱膨張係数及び熱伝導率の測定は、各試料から測定用の試験片を切り出し、市販の測定器（ＮＥＴＺＳＣＨＪＡＰＡＮ製ＴＭＡ４０００ＳＥ）を用いて行った。熱伝導率は、室温（２０℃程度）で測定した。熱膨張係数は、３０℃～１２０℃の範囲について測定した平均値である。それら結果を表１に示す。

表１に示すように、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０の複合部材は、塩水噴霧試験の開始から１６８ｈｒ経過後に孔食が発生しなかった。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．３、Ｎｏ．５～Ｎｏ．１０の複合部材は、熱膨張係数が７．５ｐｐｍ／Ｋ、７．６ｐｐｍ／Ｋであった。これに対して、試料Ｎｏ．４の複合部材は、熱膨張係数が７．８ｐｐｍ／Ｋであり、試料Ｎｏ．１などに比較して熱膨張係数が高かった。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０の複合部材はいずれも、熱伝導率が２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であった。試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０の複合部材は、実質的にＣｕで構成されるＣｕ層（試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．６では第一層、試料Ｎｏ．７～Ｎｏ．１０では第二層）の厚みが厚いほど、熱伝導率が高くなる傾向にある。

これに対して、試料Ｎｏ．１０１～Ｎｏ．１１０の複合部材はいずれも、塩水噴霧試験の開始から９６ｈｒの時点までに孔食が発生した。特に、試料Ｎｏ．１０３、Ｎｏ．１０４の複合部材は、塩水噴霧試験の開始から１６８ｈｒ経過後の形状が維持されていなかった。

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１複合部材、２基板、２０金属、２２非金属、３被覆層、３０内側層、３１中間層、３２最表面層

Claims

純マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとを含む複合材料で構成される基板と、
前記基板の表面に設けられた被覆層とを備え、
前記被覆層は、
最表面に設けられた最表面層と、
前記最表面層の直下に設けられた中間層とを有し、
前記最表面層は、ニッケルとリンとを含み、
前記最表面層における前記ニッケルの含有量は、前記最表面層の全構成元素を１００質量％とするとき、９８質量％以上９９質量％以下であり、
前記最表面層における前記リンの含有量は、前記最表面層の全構成元素を１００質量％とするとき、１質量％以上２質量％以下であり、
前記中間層は、銅を主成分とし、
前記中間層の厚みは、３０μｍ以上であり、
前記最表面層は、前記中間層よりも優先的に腐食する犠牲層として作用する、
複合部材。
前記被覆層は、前記中間層の直下に設けられた内側層を有し、
前記内側層は、ニッケルとリンとを含む請求項１に記載の複合部材。
前記中間層の厚みは、２００μｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の複合部材。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合部材で構成される、
放熱部材。