JPH11510561A - 工学的に処理された特性を有する粒子および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の粒子（１２）は第１材料を含む。第２材料を含む被膜（１４）が、選択された、前記粒子の体積に対する全被膜の体積の比になるまで、粒子の表面に形成される。被覆粒子（１０）を含む複数の粒子が、該粒子が互いに接合して凝縮し、物品を形成する。粒子の体積に対する被膜の体積の比は、物品が工学的に処理され、選択された物品中の第１材料の体積に対する物品中の第２材料の体積で表される体積分数をもつように選択される。第１材料、第２材料および体積分数は、物品が工学的に処理され選択された固有特性を示すように選択される。

Description

【発明の詳細な説明】 工学的に処理された特性を有する粒子および物品の製造方法 発明の背景 本発明は、粒子、粒子の固化によって製造される物品、および粒子から形成さ れる塗膜の固有特性を工学的に処理することに関し、より詳しくは、物品および 塗膜がついた材料がもつ熱伝導性と熱膨張率にマッチした、予め選択された熱膨 張率と熱伝導性を有するように工学的に処理された物品および被膜の製造に関す る。 ラック(Lacce)の「混合物のルール」によれば、完全に混合された少なくとも 二種の材料から構成された異成分からなる物品の固有の物性（例えば、熱伝導性 、熱膨張率）は、前記材料中の一つの材料の体積の、別の一つの材料の体積に対 する比に関して、ほぼ直線的に変化する傾向にある。例えば、熱膨張率の小さい 一つの材料と熱膨張率の大きいもう一つの材料との５０−５０体積混合物から構 成される異質の物品は、二つの材料の熱膨張率の平均となる熱膨張率を有するこ とが予測できる。 異質の物品の公知の製造方法によれば、異なる熱伝導率と熱膨張率を有する二 種の金属粉の混合物が、凝縮、燒結されて物品が製造される。この物品は、これ が取り付けられるように設計された物体の熱膨張率にほぼマッチした、工学的に 処理された熱膨張率および工学的に処理された熱伝導率を有している。 発明の概要 一つの態様として、本発明は、粒子の体積に対する被膜の体積の比が選択され た体積分数に実質的に等しくなるように、第１材料から作られる粒子を第２材料 で被覆することを特徴とする。第１、第２材料および体積分数は、被覆粒子が、 第１および第２材料の固有特性の関数である選択された固有特性を少なくとも一 つ呈するように選択される。第１材料は、例えば、タングステン、モリブデン、 グラファイト（黒鉛）、シリコン・カーバイドまたはダイヤモンドである。第２ 材料は、例えば、銅である。 この工程を通して、第１および第２材料の固有特性（例えば、熱伝導率や熱膨 張率）とは異なる、工学的に処理された固有特性を一つ以上有する被覆粒子が製 造される。 他の態様としては、本発明は、被覆粒子から物品を製造することを特徴とする 。複数の被覆粒子（他の粒子と混合されていてもよい）が固化されて、全粒子が 互いに接合して一個の物品が形成される。この物品は全体として、被覆粒子中の 第１材料の体積に対する被覆粒子中の第２材料の体積によって、選択された体積 分数をもつ。 好ましい実施態様は次の特徴をもつ。第１材料、第２材料および体積分数は、 第１および第２材料の固有特性の関数である、選択された固有特性を呈するよう に、物品を工学的に処理するために選択される。特に、被覆粒子の工学的に処理 された固有特性は、物品全体にわたる高度な均一性と等方性により示される。こ れは各粒子が均一に被覆されているからであり、また物品内において、該異なる 材料が本来的な分布の不規則性をもたず、つまり該異なる材料間の分離がないか らである。 一態様として、物品は、これが取り付けられる物体の熱膨張率と実質的にマッ チする熱膨張率を有するように工学的に処理される。該物品はまた、所望の熱伝 導率を有するように工学的に処理される。被覆粒子は、固化により、または固体 または液相燒結により凝縮される。燒結で第２材料は隣接する粒子間の結合を形 成する。 他の態様としては、本発明は、第１材料を含む複数の粒子および第１材料と反 応しうる第２材料を含むマトリックス材料から、物品を製造することを特徴とす る。プリコートが粒子表面に形成される。該粒子とマトリックス材料が凝縮され 、粒子とマトリックス物資が一つの物品内で互いに接合している。粒子表面のプ リコートが、第１および第２材料がお互いに反応しあうのを阻止する。 他の態様として、本発明は物体を被覆粒子の層でメッキすることを特徴とする 。被覆粒子は液体中に入れられ、物体は液体に入れられた複数の粒子を含む被膜 でメッキされる。被膜は、第１材料の体積に対する各被覆粒子中の第２材料の体 積に従う選択された体積分数を有する。 他の態様としては、本発明は、物体を第２材料も同様にメッキしながら第１材 料を含む粒子で該物体をメッキすることを特徴とする。粒子は液体中に入れられ 、物体は粒子と第２材料を含む被膜でメッキされる。被膜は、被膜中の第１材料 の体積に対する被膜中の第２材料を体積で表わす、選択された体積分数を有する 。第１材料、第２材料および体積分数は、被膜が、少なくとも一つの、選択され た物性、例えば熱伝導率または熱膨張率（引張り強度のような機械的特性と対照 的である）を呈するように選択される。被膜の選択された物性は、第１および第 ２材料両者の物性の関数である。 他の態様としては、本発明は、被覆粒子を選択された密度と選択された形状に 凝縮することによって物品を製造することを特徴とする。凝縮された粒子は互い に接合されて物品を形成するが、凝縮された粒子の密度は増大せず、また物品の 選択された形状も実質的に変化させない。すなわち、粒子はほぼ「完全密度」（ 該密度においでは、凝縮された粒子は物品の一側方から他側方に通過する相互連 結通路を提供しない多孔性を有する）に凝縮される。それから、凝縮された物品 は燒結される。物品が完全密度であるために、燒結で物品の密度が増したり、ま たはその形状が変化することはない。物品の密度、従って物品の最終寸法は、凝 縮中に注意深く制御することができる。 他の態様としては、本発明は、物品が選択された密度をもつように制御された 方法で、粒子から物品を製造することを特徴とする。それらの少なくともいくつ かの粒子が第１材料を含み、かつ第２材料を含む被膜が形成された表面を有する 複数の粒子が固化され、これらの粒子が互いに接合されて、選択された密度の物 品が形成される。第１および第２材料は物品が選択された固有特性を呈するよう に選択され、その密度は固有特性が温度の関数として工学的に処理された挙動を 示すように選択される。例えば、固化された粒子から形成された物品の熱膨張率 の直線度は、物品の密度に依存する。物品の密度を選択し制御することによって 、温度の関数としての熱膨張率の挙動が制御され、概して、熱膨張率の選択がさ らに改良される。 他の態様としては、本発明は、粒子から、異なる固有の特性を有する二つ以上 の部分をもつ物品を製造することを特徴とする。第１の複数粒子は、少なくとも 一種の材料を含んでおり、第２の複数粒子は少なくとも一種のそれとは別の材料 を含んでいる。第１の複数粒子と第２の複数粒子とが固化されて、第１の複数粒 子が互いに接合して物品の第１部分（例えば層）を形成し、第２の複数粒子が互 いに接合して物品の第２部分を形成する。物品の第１部分と第２部分との間の界 面近くにある粒子は、互いに接合される。物品の第１および第２部分は、粒子の 組成（および体積分数）に従って、異なった選択された固有特性を呈する。 例えば、第１および第２部分は違った熱膨張率をもち、物品は２つの部分の熱 膨張率にマッチした、違った熱膨張率をもつ２つの物体の間に、直接接合させる こともできる。非類似の物品の連続的な層の間に、一連の境界があるのではなく 、熱膨張率がマッチしない一つの境界（物品の二つの部分の間の界面に位置する ）があるだけである。粒子間の結合は、熱膨張のストレスを吸収する傾向にあっ て、この結果、二つの部分の間の連結部分でのクラックの発生ないし層剥離が回 避される。 本発明の多数の他の特徴、目的および利点は以下詳細な説明と請求の範囲から 明白となろう。 詳細な説明 まず、図面を簡単に説明する。 図１は、本発明による被覆粒子の断面図である。 図２は、凝縮による図１の被覆粒子の固化を説明する。 図３は、物品の表面にメッキされた図１の被覆粒子の層を示す。 図４は、図１の被覆粒子から製造された、組み合わせの熱接地面構造体を含む エレクトロニクスパッケージ、および図１の被覆粒子から製造されたリード・フ レームを説明する。 図５は、９０％、９５％および１００％の密度における温度の関数としての物 品の膨張を示すグラフである。 図６は、凝縮にる図１の被覆粒子の二つの個別の層の固化を説明する。 図７は、図１の被覆粒子から製造される、集積回路収容用に使用されるハイブ リッドエレクトロニクスパッケージを示す。 図８は、図１の被覆粒子から製造される、予備燒結された、組み合わせの熱接 地面構造体で支持されながら焼成された低温セラミック基板を有するエレクトロ ニクスパッケージを示す。 図９は、図１の被覆粒子から形成される、ヒートスプレッダーで圧縮インター フェイスされた半導体デバイスを含むハイパワー半導体圧縮モジュールを示す。 図１０は、本発明の、薄い界面プリコートをもつ被覆粒子の断面を示す。 図１１は、マトリックス材料に接続した物品上に静電的に共蒸着された図１０ の被覆粒子を示す。 図１２は、マトリックス材料に接続した物品上に電解的に共蒸着された予備被 覆された粒子を示す。製造および構造 図、特にそのうちの図１を参照されたい。直径が数ミクロン程度の小さな、元 素金属、金属合金または非金属を含む粒子１２が、元素金属、金属合金または非 金属の被膜１４で覆われ、被覆粒子１０を形成している。被覆粒子１０は工学的 に処理された固有の物性（例えば、熱伝導率または熱膨張率）および／または固 有の機械的特性（例えば、引張り強度）を示す。被覆粒子１０の固有物性（固有 の機械的特性ではない）は、固有物性は粒子１２の体積に対する被膜１４の体積 の比に関してほぼ直線的に変化するという混合物のラック・ルールに従って挙動 する傾向にある。機械的特性は、粒子１２の体積に対する被膜１４の体積の比に 関し、非直線的に変化する。 被膜１４は、例えば無電解蒸着（方法は以下に説明する）によって粒子１２に 付着するように塗布される。被覆粒子１０の固有特性は、粒子１２に対する被膜 １４の体積分数を制御することによって、工学的に処理される。これは二つの方 法、すなわち、１）粒子１２のサイズを調整すること、または２）被膜１４の厚 さを調整することによって達成される。 例えば、粒子１２はタングステン元素を含み、被膜１４は銅元素を含み、タン グステンに対する銅の体積分数は２７％から７３％である。銅は約３９１w/m ° K （１メートル−絶対温度当たりのワット数）の高い熱伝導率と、２５℃から４ ００℃の温度範囲にわたり約１７．５ppm/℃（摂氏１度当たりの百万分率比）の 高い熱膨張率とを有している。一方、タングステンは約１６４ w/m°K.の比較的 低い熱伝導率と、２５℃から４００℃の温度範囲にわたり約４．５ppm/℃の低い 熱膨張率とを有している。銅で被覆されたタングステン粒子１０は、２５℃で約 ２２６ w/m°K.の熱伝導率（銅の高い熱伝導率とタングステンの低い熱伝導率と の中間）と、２５℃から４００℃の範囲にわたり約８．２ppm/℃の工学的に処理 された熱膨張率（タングステンの低い熱膨張率と銅の高い熱膨張率との中間）と を有している。 図２は、凝縮によって被覆粒子１０（被覆粒子１０は図１で説明したように、 工学的に処理された特性を有する）を固化するのに使用される、パンチ１８とモ ールド２０を含むダイ−プレス装置１６を示す。凝縮された物品２２は、固相燒 結（粒子の溶融点と粒子の被膜の溶融点より低い温度で燒結）されるか、あるい は液相燒結（被膜の溶融点を越えるが粒子の溶融点より低い温度で燒結）される 。この燒結で、粒子間に結合が生じ、異質の物品が提供される。従って、粒子の 被膜は「マトリックス材料」（粒子を一緒に保持して物品を形成する）として機 能する。 物品２２は、物品が製造される被覆粒子１０の諸特性とマッチするように工学 的に処理された固有の物性（例えば、熱伝導率および／または熱膨張率）および ／または固有の機械的特性（例えば、引張り強度）をもつ。被覆粒子１０の工学 的に処理された固有特性が、物品２２全体にわたって高度の均一性と等方性をも って表われる。これは各粒子１０が均一に被覆されているからであり、また、物 品２２内において異なる材料が本来的な分布の不規則性をもたず、つまり該異な る材料間の分離がないからである。従って物品２２の固有特性は、「物品レベル 」ではなくて「粒子レベル」で工学的に処理される。例えば、物品２２は電子パ ッケージィング用の熱的および平面構造体であり、この熱的平面構造体は、下記 の図４で説明するように、それが取り付けられる物体の熱膨張率にマッチした熱 膨張率を有するように工学的に処理され、かつ高い熱伝導率を有するように工学 的に処理される。 例えば、タングステンに対する銅の体積分数が２７％−７３％である銅被覆タ ングステン粒子が、表面積１平方インチ当たり２００トンの圧力でプレス１６で 凝縮され、完全密度（密度が約９０％を越える）に到達し、凝縮された被覆粒子 は１９５０°Ｆで約１時間半、水素雰囲気下で固相燒結される。 被覆粒子１０は、上述したように、固化されて物品になるばかりででなく、被 膜として物体上にメッキすることもできる。図３は、工学的に処理された特性を 有する被覆粒子１０の被膜２８を示す。被膜２８がメッキマスク２９までの金属 、金属合金または非金属物品３０の表面にメッキされる。あるいは、物品３０は 、自体ここに記述したいずれかの技術によって被覆された粒子から形成された物 品であってもよい。メッキ中は、例えば、タングステンに対する銅の体積分数が ２７−７３％の銅被覆タングステン粒子のような被覆粒子が液体中に入れられ、 被膜が以下に詳述するメッキ技術の一つによって、例えばベリリア物品上に形成 される。従って、被膜と物品間に接着剤を付与することなく、物品上に直接被膜 を設けることが可能である。 被膜２８は、被膜が製造される、被覆粒子の諸特性とマッチした、工学的に処 理された固有の物性（例えば、熱伝導率または熱膨張率）および／または固有の 機械的特性（例えば、引張り強度）を示す。被覆粒子の工学的に処理された固有 特性は、被膜２８全体にわたり高度な均一性と等方性をもって示される。これは 各粒子が均一に被覆されているからであり、かつ異なる材料の分布の固有の不規 則性がなく、かつ被膜２８内の異なる材料の間で分離がないからである。従って 、被膜２８の固有の特性は、「被膜レベル」ではなくて「粒子レベル」で工学的 に処理される。しかし注意しなければならないのは、上述したメッキ技術は、被 膜２８が被覆粒子を含まず、代わりに適切な体積分数で、二つの異なる材料から 選択された異なる粒子の混合物からなるところで実施することもできることであ る。 図４は、基板３５上に据え付けられた半導体デバイス３４を含む電子パッケー ジ３２を示す。基板３５は、被覆粒子から形成された、組み合わせ、熱的接地面 構造体３６によって支持されている。半導体デバイス３４は、例えば、ハイパワ ー固相スイッチ装置（電気自動車の回路中に含まれるような）であって、稼働中 、相当量の熱を発生するのもである。半導体デバイス３４が接着剤、溶融ボンド 、硬質または軟質ハンダまたは硬ろう付けで固着されているる基板３５は、当業 界で公知のように、半導体デバイス３４の熱膨張率とほぼマッチする熱膨張率を 有するように選択された材料から形成される。これは半導体デバイス３４の基板 ３５への固着を容易にするためである。平面構造体３６は本発明に従って被覆粒 子から製造される。粒子材料、コーティング材料および粒子材料に対するコーテ ィング材料の体積分数は、平面構造体３６が高い熱伝導率（熱拡散部材および熱 的面として機能することが可能である）を有するとともに、基板３５の熱膨張率 とほぼマッチする熱膨張率を有するように選択される。熱伝導率と熱膨張率両方 が、平面構造体３６全体にわたり高度な均一性と等方性をもって示される。 基板３５は、例えば２５℃から４００℃の範囲にわたり約４．４ppm/℃の熱膨 張率を有する窒化アルミニウムで形成される。平面構造体３６は、２４％から７ ６％の範囲の黒鉛に対する銅の体積分数を有する銅被覆黒鉛粒子から作られる。 この体積分数は、窒化アルミニウム基板３５の諸特性に近似する、約３２５w/m °K の熱伝導率と、約４．３ppm/℃（２５℃から４００℃）の熱膨張率を提供す る。銅マトリックス材料は平面構造体３６中で高い引張り強度（固有の機械的特 性）を提供する。あるいは、平面構造体３６はダイヤモンドに対する銅の体積分 数が２０％から８０％の範囲にある銅被覆ダイヤモンド粒子から作られる。この 体積分数は、約７８１w/m °K の熱伝導率と約４．８ppm/℃（２５℃から４００ ℃）の熱膨張率を提供する。 別の方法として、基板３５は約７．６ppm/℃（２５℃から４００℃）の熱膨張 率を有する二酸化ベリリウム(BeO)から形成される。平面構造体３６は黒鉛に対 する銅の体積分数が４２％から５８％である銅被覆黒鉛粒子から作られる。この 体積は、二酸化ベリリウム基板３５の諸特性に近似する約３８０w/m °K の熱伝 導率と、約７．６ppm/℃（２５℃から４００℃）の熱膨張率を提供する。あるい は、平面構造体３６が３７％から６３％のダイヤモンドに対する銅の体積分数を 有する銅被覆タングステン粒子から作られる。この体積分数は約６９８w/m °K の熱伝導率と約７．６ppm/℃、（２５℃から４００℃）の熱膨張率を提供する。 これに代わり、平面構造体３６が約２７％から７３％のタングステンに対する銅 の体積分数をもつ銅被覆タングステン粒子から作られる。この体積分数は、約２ ２６w/m °K の熱伝導率と約８．２ppm/℃（２５℃から４００℃）の熱膨張率を 提供する。 平面構造体３６は次の方法で基板３５に取り付けられる。被覆粒子の薄層が次 に説明する技術に従って、図３に示すように、基板３５の下方面上にまず共蒸着 される。凝縮成形され（図２で説明した方法のようにして）ているが、まだ燒結 されていない平面構造体３６が、基板３５のメッキ面と接触して載置される。次 に、該平面構造体が燒結され、基板３５と平面構造体３６を互いに一体化して単 一構造にする。別の方法として、平面構造体３６が硬ろう付け、硬質ハンダ、ま たは軟質ハンダ、溶融接着または接着剤による接着によってメッキ基板３５に結 合される。 半導体デバイス３４が該デバイス３４にあるいはから電力信号、接地信号、入 力信号および出力信号を送受するワイヤ・ボンド４０によって取り付けられたリ ード・フレーム３８も、本発明に従って被覆粒子から製造され、基板３５の熱膨 張率と実質的にマッチする熱膨張率を有する。基板３５は、例えば約７．６ppm/ ℃（２５℃から４００℃）の熱膨張率を有する二酸化ベリリウム(BeO)から形成 され、またリード・フレーム３８は、２０％から８０％のニッケル４２に対する 銅の体積分数と、約８６．７８w/m °K の熱伝導率と約８．１ppm/℃（２５℃か ら４００℃）の熱膨張率を有する銅被覆ニッケル４２粒子（ニッケル４２はニッ ケル−鉄合金である）から製造される。注意しなければならないのは、銅被覆ニ ッケル４２は平面構造体３６に使用される銅被覆黒鉛と同じくらい高い熱伝導率 をもつ必要はないということである。それはリード・フレーム３８が熱拡散機能 を発揮するように設計されなくてもよいからである。しかしこれに代わり、リー ド・フレーム３８は、平面構造体３６を製造するのと同じタイプの被覆粒子から 製造されていてもよい。リード・フレーム３８は、図３で説明した技術に基づい てメッキ・マスクまで基板３５の上面に直接メッキされる。一実施態様としては 、リード・フレーム３８が燒結されて所望の密度に達成せしめられる。 新しいパワ・エレクトロニスクの技術の特徴である高電力レベル、熱密度およ び動作周波数、さらに半導体デバイス３４の稼働中に典型的な結果として発生す る温度の大きく急速な変化を仮定すると、クラックの発生や層剥離は、基板３５ とリード・フレーム３８の間および基板３５と平面構造体３６の間の結合部で発 生するようなことはない。なぜなら結合部全体にわたり熱膨張率は実質的にのマ ッチしており、さらに熱伝導率と熱膨張率が、平面構造体３６全体にわたり、ま たリード・フレーム３８の全体にわたり、均一性と等方性をもって呈するからで ある。結果的にパッケージィング構造３２全体が長寿命を有することになる。 前述の技術に従って製造された物品の工学的に処理された固有特性が、粒子と 粒子のコーティングのために選択された材料の関数であり、また、粒子自体以外 の材料に対するコーティング材料の体積分数の関数であるだけでなく、付加的に 温度の関数（例えば、温度の関数としての熱膨張率の直線度）としてこの種の物 品の固有特性の挙動が物品の密度によって影響を受ける。従って、この種の物品 の密度を調整することによって、温度の関数として物品の熱膨張率の挙動を、臨 界的な処理温度範囲内でセラミック（温度に関して非直線的にふるまう）の熱膨 張率を近似させることができる。 図５は約１００％（理論上の密度）、９５％および９０％の密度における、２ ７％から７３％（銅１５％に対しタングステン８５％の重量比）のタングステン に対する銅の体積分数を有する銅被覆タングステン粒子から形成された物品に関 し、さらに、物品の膨張特性を適切な密度を選択することによって、臨界的処理 温度範囲内でほぼマッチさせることができる、二つのセラミック材料(BeOとAl₂O₃ )に関し、温度の関数として百万分率で示された熱膨張を示す。物品が膨張する （すなわち、熱膨張率の値）範囲は、密度の減少にともなって減少することに注 意しなければならない。従って、温度のファンクションとしての熱膨張率の挙動 （熱伝導率のような他の特性の挙動）は、選択することができ、従って一般的に 物性は、普通物品が製造される際に密度を選択することによってさらに改良する ことができる。非被覆粒子から製造された物品の特性は、その物品が製造される 際の密度を選択することによって調整することもできることに注意しなければな らない。 被覆方法 最初に粒子自体をコーティング（被覆）する方法を記載する。次いで、物品を 被覆された粒子（被覆粒子）の被膜でメッキする方法を記載する。 図１は、被膜１４がいずれかの適当な無電解（自己触媒）メッキプロセスの使 用により粒子１２上にメッキされるのを示す。被覆される粒子は、金属イオンの 水溶液、一種またはそれ以上の化学的還元剤、触媒、一種またはそれ以上の錯化 剤および一種またはそれ以上の浴安定剤を含む無電解浴中に入れられる。金属イ オンは一種のまたは複数の還元剤によって自己触媒的ないし化学的に金属に還元 される。一種のまたは複数の還元剤は電子ドナーとして作用し、また、金属イオ ンは電子アクセプターとして作用する。触媒は無電解反応を促進する。一種また はそれ以上の錯化剤は、溶液のｐＨを調整し、溶液に利用可能な「自由」金属イ オンの量を調節するのに使用される。安定剤は、浴の潜在的自然分解を遅延させ る触媒抑制剤として機能する。例えば、一実施態様として、メッキされるべき粒 子が黒鉛、ダイヤモンドまたはシリコン・カーバイドの粒子であり、銅イオンは 硫酸銅水溶液として調製され、還元剤はホルムアルデヒドであり、触媒はパラジ ウムであり、錯化剤はロッシェル塩、ＥＤＴＡ、水酸化アンモニウム、ピリジウ ム−３−スルホン酸および／または酒石酸カリウムの一種またはそれ以上であり 、安定剤はチオジグリコール酸、ＭＢＴ（メルカプトベンゾチアゾール）、チオ 尿素、シアン化ナトリウムおよび／または酸化バナジウムの一種またはそれ以上 である。 無電解メッキは、被膜１４と粒子１２との間に機械的または化学的結合のいず れかを作り出す。この結合は、被膜１４あるいは粒子１２のいずれかが非金属で あれば、一般的に（しかし、常時ではない）機械的であり、また被膜１４と粒子 １２の両者が金属であれば、一般的に化学的である。 粒子被膜の別の方法としては、電気メッキ法、スパッタリング法およびスプレ ー法が挙げられる。 図１０は、ある実施態様で、被膜１４が粒子１２に直接に無電解メッキされる 場合、被膜１４は粒子１２に機械的な結合のみで形成され、粒子１２はプリコー ティング材料の極めて薄いストライク６８（図では厚みは誇張されている）でプ リコーティングされ、次いで被膜１４でメッキされている。プリコート（界面被 膜）６８が粒子１２と被膜１４とを強力に結合し、強く、壊れにくく、化学的に 結合した、被覆された粒子１０を造る。例えば、粒子１２が黒鉛またはダイヤモ ンドであり、被膜１４が銅である場合、被膜１４が黒鉛またはダイヤモンドに直 接メッキされていれば、被膜１４は黒鉛またはダイヤモンドに機械的な結合を形 成する。これとは別に、約２００ないし数千オングストロームの範囲の厚さをも つクロムのような金属、またはコバルト−タングステン合金のプリコート６８が 、まず粒子１２にメッキされ、プリコート６８は、このプリコート６８と粒子１ ２との間の界面で粒子１２と凝集性コンパウンドを形成する。次いで、被膜１４ がクロムまたはコバルト−タングステン・プリコート６８上にメッキされ、プリ コート６８は被膜１４と冶金学的結合を形成する。プリコートは極めて薄いため に、これが被覆粒子１０の熱伝導率または熱膨張率に実質的に影響を与えること はない。一実施態様として、調製された少量のパラジウムまたはホウ素触媒がコ バルト−タングステン・プリコート材料に共蒸着(co-deposited)され、触媒が無 電解反応を促進させる作用をし、これによって銅被膜１４がコバルト−タングス テン・プリコート６８にメッキされる。 プリコートはまた、被膜１４が粒子１２と反応し、これを腐食し、そうでなけ ればこれを破壊する場合に使用される。これの逆もそうである。例えば、粒子１ ２が黒鉛またはダイヤモンドで、被膜１４がアルミニウムである場合、もし被膜 １４が粒子１２に直接にメッキされれば、高い反応性であるアルミニウムが黒鉛 またはダイヤモンドを腐食する。あるいは、クロムまたはコバルト−タングステ ンのような金属の薄いストライク６８が、まず粒子１２にメッキされ、次いで被 膜１４がプリコート６８に蒸着され、被覆粒子１０が形成される。プリコート６ ８は、黒鉛またはダイヤモンド粒子１２と凝集性ボンドを形成し、これによって 粒子１２をアルミニウム・マトリックス材料から保護する。従って、プリコート ６８は、もしそうしなければ粒子とその被膜が互いに反応し合う傾向にある場合 に、該被覆粒子から物品を製造することを可能にする。 プリコート６８は、またこのプリコートの薄いストライク（ただし被膜１４な しに）で被覆された粒子を混合して溶融合金にすることが可能にする。この場合 、もしそうしなければ粒子および合金は互いに反応する傾向にある。例えば、コ バルト−タングステン・プリコートの薄いストライクで被覆された黒鉛粒子が、 真空下でアルミニウム合金に添加され、粒子を含有する合金がダイカストされる か、押出され、ネットシェィプ状（またはネットシェィプ状に近い）物品が形成 される。該物品の一実施態様として、エレクトロニクス用の熱管理製品（例えば ヒート・スプレッダーおよびサーマル・プレーン）として使用される物品が挙げ られる、コバルト−タングステン・プリコートは黒鉛粒子と皮膜結合を形成し、 アルミニウム合金と凝集性結合を形成する。合金材料に対する粒子の体積分数（ 粒子は約５０体積％までで形成される）は、得られた物品が工学的処理された、 熱伝導率または熱膨張率のような物理的特性を有するように選択される。これと は別に、プリコートされた粒子が合金に添加され得られる物品が機械的に強化さ れ、あるいはその重量に影響を与える。 ここで被覆粒子の被膜で物品をメッキする方法を説明する。再度図３で、物品 ３０が被覆粒子１０（物品３０は、例えば被膜２８が形成された基板であって、 例えばリード・フレームを形成する）の被膜２８でメッキされる。物品３０が金 属または金属合金の場合、被膜２８は次に説明する技術によって物品３０に直接 電解的にメッキされる。しかし、物品３０が非導電性（例えば、セラミック）で ある場合、物品３０はまず、被覆粒子１０が化学（自己触媒）メッキ（粒子の被 膜に関して上述した技術）により被覆されるマトリックス材料のような導電性材 料の薄い被膜でメッキされる。化学メッキ浴は、上述したように、金属イオン、 一種またはそれ以上の化学的還元剤、触媒、一種またはそれ以上の錯化剤、およ び一種またはそれ以上の浴安定剤を含有する水溶液を含んでいる。金属イオンは 、金属を物品３０に蒸着させる一種の還元剤または複数の還元剤によって、自己 触媒的にまたは化学的に還元される。別の方法として、（被覆されていない、プ リコートされたまたは被覆されたいずれかの）粒子が該水溶液中に入れられ、金 属被覆された粒子が物品３０にメッキされると同時に、粒子が金属で被覆される 。化学メッキは電解メッキよりも速度が遅いので、薄い導電層が形成されると直 ちに被覆粒子１０は（次に説明する技術により）薄い導電層上に電解的にメッキ され、これによって被膜２８が形成される。 図１１では、被覆粒子１０の電解的共蒸着を採用することによって、被膜２８ が導電性物品３０（または、上述したような薄い導電性層で金属化された非導電 性物品）上にメッキされ、また、マトリックス材料（被覆粒子１０の被膜１４が 形成されていない材料）が物品３０上にメッキされる。被覆粒子１０（例えば、 その上に銅被膜１４が蒸着されたクロムまたはコバルト−タングステンの薄い界 面プリコート６８で被覆された黒鉛粒子１２）が、物品３０上にメッキされる時 、マトリックス材料が、被覆粒子のまわりに同時にメッキされ、被覆粒子間の隙 間が充填され、これによって被膜２８が形成される。 図１２では、別の電解質メッキ方法に関し、マトリックス材料および粒子１２ （前述したようにプリコート６８で被覆されるが、未だマトリックス材料では被 覆されていない）が、物品３０上に共蒸着される。粒子１２が物品３０上にメッ キされると、粒子が同時にマトリックス材料でメッキされ、被膜２８が形成され る。例えば、粒子１２が黒鉛であり、マトリックス材料が銅であり、プリコート 材料がクロムまたはコバルト−タングステンのような金属である。 別の方法として、被膜２８は、被覆粒子１０を物品にスパッタリングするか、 またはスプレーすることによって物品３０が形成される。次いで、被膜２８が燒 結され、その後被膜２８はその選択された固有の特性または複数の特性を呈する 。 他の実施態様 他の実施態様は請求の範囲内にある。例えば、粒子１２および被膜１４（図１ ）が形成される多数の材料がある。粒子１２は例えばタングステン、モリブデン 、黒鉛、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ニッケル４２、ＫＯＶＡＲ、また はセラミックから構成されていてもよく、また被膜１４は例えば銅またはアルミ ニウムから構成されていてもよい。 被膜は非金属（例えば、ガラス、酸化物、セラミック、樹脂、ポリマーまたは シリコーンのような他の有機物）でもよいが、ただし、被覆材料は、粒子間で結 合を形成するように溶融可能で、また、粒子が形成される被覆材料も、被覆粒子 が焼成して非金属被膜を互いに溶着する温度よりも低い温度で溶融しない。粒子 は、非金属材料のスラリ中で粒子をメッキし、次いで粒子をスラリから除去する ことによって、このようなの非金属被膜で被覆でき、粒子は被覆粒子がスラリか ら除去された時、被覆粒子が選択された粒子材料に対する体積分数を有するよう な大きさにする。次いで、被覆粒子が凝縮および／または燒結され、被膜は互い にガラス化され、または溶融される。 黒鉛とダイヤモンドは、これから製造される物品または被膜は低い熱膨張率と 高い熱伝導率を有している必要がある、粒子１２を形成するのに優れた材料であ る。なぜならこれらの材料は低い熱膨張率を有している（タングステンおよびモ リブデンがそうであるように）だけでなく、比較的高い熱伝導率をも有している （タングステンやモリブデンとは違って）からである。結論として、これらの材 料は、被覆粒子、物品および被覆粒子から形成される被膜の熱伝導率を減少させ るという悪い副作用を有していない。 製造される物品または被膜が、物品や被膜が直接とりつけられるシリコン半導 体または集積回路デバイスの熱膨張率とマッチした熱膨張率（シリコンは約４． ２ppm/℃の熱膨張率を有している）を有していなければならない場合、物品また は被膜としては、例えばダイヤモンドに対する銅の体積分数が約２０％から８０ ％である、銅被覆ダイヤモンド、または黒鉛に対する銅の体積分数が約２４％か ら７６％である銅被覆黒鉛粒子が挙げられる。 熱伝導率または熱膨張率以外の多くの固有特性を工学的に処理することができ る。例えば、物品の導電性は他の固有特性の工学的処理と組み合わせて工学的処 理することもできる。従って、一実施態様として、黒鉛粒子（導電性である）を 使用するか、ダイヤモンド粒子（電気的に絶縁体である）を使用するかの選択は 、物品の所望の導電率に基づいて行われる。 図２では、粒子１０は完全に被覆粒子で構成される必要はない。あるいは、他 の粒子と組み合わされた被覆粒子の混合物（例えば、銅被覆タングステン粒子は 銅粒子と組み合わせることができる）は、充分に混合され、次に凝縮されて、混 合物中の材料全ての体積分数のファンクションである固有特性を有しており、固 有特性を等方的に呈する物品２２が形成される。あるいは、被覆粒子は、一つま たはそれ以上の固有特性を異方的に呈し、これが物品に一つのまたはそれ以上の 固有特性を異方的に呈せしめる材料と組み合わされる。例えば、被覆粒子は違っ た方向で異なる特性を有する結晶性材料と混合され、結晶性材料は、該結晶性材 料が共通の方向に配向されるように被覆粒子と混合される。他の実施例では、被 覆粒子は炭素繊維と混合され、この炭素繊維は共通の方向に配向される傾向にあ る。炭素繊維は、方向に関して変化する引張り強度を提供する。 被覆粒子から物品を製造する別の技術としては、金属射出成形法、熱間静圧圧 縮成形法（「ヒッピング」）、冷間静圧圧縮成形法（「チッピング」）、熱間静 圧鍛造法または冷間静圧鍛造法、熱間圧延成形法または冷間圧延成形法（固めた 被覆粒子を高密度化する）、ダイカスト法が挙げられる。 被覆粒子２２が「完全密度」（凝縮された被覆粒子が「レベル２」、「レベル ３」、あるいは「非相互結合された」多孔性、物品の一側方から他側方に通過す る相互連結された通路を有しない多孔性を有している密度）にほぼ近い密度に凝 縮されていると、燒結プロセスが密度を大きくしたり、物品の形状を変えること はない。物品の密度、従って、物品の最終寸法は凝縮中に注意深く調整できる。 黒鉛のようなある一定の非金属を含む粒子を完全密度に凝縮するのは特に実際に 行なわれることである。なぜなら、例えば、銅被覆黒鉛粒子は１平方インチ当た り６０ないし８０トンの比較的低い圧力で完全密度に凝縮できるからである。粒 子（粒子は金属で被覆されるか非被覆であるか）が金属または金属合金から形成 されている場合、１平方インチ当たり約８０ないし２００トンの圧力が一般的に 粒子を完全密度に凝縮するのに必要である。 図６は、パンチ１８とモールド２０を備えたダイプレス装置１６を示し、この 装置は、凝縮成形処理によって粒子の二つの別個の層２４と２６を凝縮して層か ら層に変化する固有特性を有する物品２５を提供するのに使用される。層２４と ２６は、粒子が形成される材料が異なる材料から構成された粒子からなるか、ま たは異なる体積分数を有している粒子からなる。粒子は必ずしも被覆粒子でなく てもよい。粒子は層２４と２６中のモールド２０に導入され、図５で説明したよ うに、温度依存の固有特性（例えば、熱伝導率および熱膨張率）が得られるよう に決定され選択された密度に凝縮成形され、さらに、水素雰囲気下で約１時間半 燒結される。燒結処理によっては層２４と２６の粒子はこれら二つの層の間の界 面で結合し、単一の層状物品が得られる。 例えば、層２４はタングステンに対する銅の体積分数が２７％から７３％の銅 被覆タングステン粒子を含み、また層２６は元素状銅粒子を含んでいる。凝縮後 、層２４は約２２５．７８w/m °Ｋの熱伝導率と約８．２８ppm/℃の熱膨張率と を有している。凝縮後、層２６は約３９０w/m °Ｋの熱伝導率と約１８．０４pp m/℃の熱膨張率とを有している。層状物品２５は、層２４と２６の熱膨張率とマ ッチした異なる熱膨張率を有する二つ物体の間に直接連結される。例えば、層２ ４はベリリヤ・セラミックにとりつけられ、層２６は銅ヒート・シンクに溶融結 合される。 あるいは、層２４はダイヤモンドに対する銅の体積分数が２０％から８０％の 銅被覆ダイヤモンドを含んでおり、層２６は黒鉛に対する銅の体積分数が２４％ から７６％の銅被覆黒鉛から構成されている。圧密成形後、シリコン・ダイが層 ２６に対応する物品２５の側面にとりつけられ、窒化アルミニウム基板が層２４ に対応する物品２５の他の側面にとりつけられている。層２４は約７８w/m °Ｋ の熱伝導率と、窒化アルミニウム基板の熱膨張率と実質的にマッチする約４．８ ppm/℃（２５℃−４００℃）の熱膨張率とを有している。層２６は約３７９w/m °Ｋの熱伝導率と、シリコン・ダイの熱膨張率と実質的にマッチする約４．３pp m/℃（２５℃−４００℃）の熱膨張率とを有している。別の方法として、層２４ は、酸化ベリリウム基板にとりつけられるように設計され、層２４はダイヤモン ドに対する銅の体積分数が３７％から６３％で、熱伝導率が約６９８w/m °Ｋで 、酸化ベリリウム基板の熱膨張率と実質的にマッチする約７．６ppm/℃（２５℃ −４００℃）の熱膨張率を有している。 従って、層状物品２５は異なる熱膨張率を有する二つの物体間に直接連結され る。異なる熱膨張率間の境界は、物品と他のデバイスの両面の間の一以上の界面 にではなく、層状物品２５内に発生する。さらには、非類似の物品の連続的な層 の間に、一連のこの種の境界があるのではなく、熱膨張率がマッチしない個所に 一つの境界（層状になった分離した不連続の物品２５の内側の二つの層間に位置 する）があるだけである。粒子間の銅結合が柔軟、かつ、可撓性なので、銅結合 は熱膨張率のストレスを吸収する傾向にあり、その結果二つの層間の結合部でク ラックは発生せず、または層剥離は起きない。さらに、結合が柔軟であり、また 全ての結合が同じ材料（全て銅と銅の結合）から形成されているので、ボンドは ストレスを均等に吸収する傾向にあり、結果的に物品は温度の大きな変化で曲が ったり、波打ったりする傾向はない。別の実施態様として、物品２５内に二層を 越える層が存在し、従って、熱膨張率がマッチしない内部境界が、一つを越えて ある。各境界におけるミスマッチは、層状物品２５内の単一境界がある場合のミ スマッチより少ない。 図７は、両側面４８、ベース４６およびふた５０を備えたバイブリッド電子パ ッケージ７２を示し、このパッケージは、半導体集積回路および他の電子デバイ スを収容するのに使用される。ハイブリッド電子パッケージは、普通ＫＯＶＡＲ として知られているニッケル−鉄合金から製造される。ＫＯＶＡＲは、導電性Ｋ ＯＶＡＲパッケージからデバイスフィードスルー４４を絶縁するのに使用される ガラス絶縁体の熱膨張率とほぼ同じ熱膨張率を有している。ハイブリッド・パッ ケージ７２の製造への本発明の適用は、従来のガラス絶縁をフィードスルー４４ の絶縁に使用するのか、または別の絶縁方法を採用するのかによって決定される 。従来のガラス絶縁が採用される場合は、目的物はＫＯＶＡＲの熱膨張率と実質 的にマッチする熱膨張率を有するが、ＫＯＶＡＲの熱伝導率よりも高い熱伝導率 を有するハイブリッド・パッケージとして製造される。例えば、ハイブリッド・ パッケージは、黒鉛に対する鉄の体積分数が２６％から７４％であり、熱膨張率 がＫＯＶＡＲの熱膨張率と実質的にマッチする３．２w/m °Ｋ（２５℃−４００ ℃）であり、また、ＫＯＶＡＲの熱伝導率（約１１w/m °Ｋ）よりもかなり高い 約２９５w/m °Ｋの熱伝導率を有する鉄被覆黒鉛粒子から製造される。 低温ガラス・セラミックがフィードスルー４４の絶縁としてガラスに置き代え られる場合は、ハイブリッド・パッケージ７２は、例えば、黒鉛に対する銅の体 積分数が３９％から６１％である銅被覆黒鉛粒子から製造される。この体積分数 は約３７９w/m °Ｋの高い熱伝導率と、フィードスルー７２を絶縁するために使 用されるガラス・セラミック材料の熱膨張率と実質的にマッチするように工学的 に処理された約６．９ppm/℃（２５℃−４００℃）の熱膨張率とを提供する。 熱膨張率はハイブリッド・パッケージ７２全体にわたって非常に均一である。 ハイブリッド電子パッケージ７２のベース４６と側面４８が、単一片として一緒 にネット状に製造されうるので（一方、ＫＯＶＡＲパッケージは、ベース４６と 両側面４８が、典型的にはＫＯＶＡＲ材料のソリッド・チャンクから別々に機械 仕上げされる）、パッケージ７２はベース４６と側面４８を機械仕上げまたはろ う付けして一緒にする費用なしに製造することができる。ふた５０は、集積回路 をパッケージ内部に収容した後、ろう付けによって側面４８に取りつけなければ ならない。 図８は、組み合わされた熱的接地面構造体５８によって支持された低温ガラス ・セラミック基板５６上に取り付けられた一組の集積回路を持つエレクトロニク スパッケージ５２を示す。平面構造体５８は黒鉛に対する銅の体積分数が３９％ から６１％である銅被覆黒鉛粒子から製造される。この体積分数は、約３７９w/ m °Ｋの高い熱伝導率と、高い引張り強度と、セラミック基板５６の熱膨張率と 実質的にマッチする約６．９ppm/℃（２５℃−４００℃）の熱膨張率とを提供す る。熱膨張率は、平面構造体５８全体にわたって非常に均一で等方的である。平 面構造体５８が製造される銅被覆黒鉛粒子は、平面構造体５８の膨張挙動がセラ ミック基板５６の非直線的な膨張挙動と実質的にマッチするように、選択された 密度に凝縮される。次に、被覆粒子が燒結される。次いで、「ナマ」のセラミッ ク基板５６（未だ焼かれていないセラミック基板）が、平面構造体５８上に積層 され、その後「ナマ」のセラミック基板５６が焼かれる。セラミック基板５６は 、平面構造体５８が固体に燒結される温度より低い焼成温度を有している。結果 として、セラミック基板５６が平面構造体５８に取り付けられている状態で焼成 かれても、平面構造体中の粒子の被膜は溶融しない。予備燒結された平面構造体 ５８は、工学的処理サイクルを通してセラミックおよび／またはガラスの薄くて 脆弱な層を破損することなく取り扱う構造台を提供することによって、高い製造 歩留りを提供する。 図９は、ハイパワー半導体圧縮モジュール６２を示す。例えばほぼ５０セント 硬貨または１ドル貨幣のサイズのシリコン・スイッチのような、約４．３の熱膨 張率を有するシリコン半導体を含んでいる。半導体デバイス６２は、本発明に従 って銅被覆黒鉛粒子から形成されたヒートスプレッダー６４に約５０００ポンド で圧縮、結び付けられている。半導体デバイス６２は、低い熱膨張率を有するモ リブデン裏打ち面であって、その後方にアルミニウム・ヒートスプレッダー６６ （粒子から製造されない）がある。黒鉛に対する銅の体積分数が２４％から７６ ％であるヒートスプレッダー６４は、３７９w/m °Ｋの高い熱伝導率と、半導体 デバイス６２の熱膨張率とほぼマッチする熱膨張率４．３ppm/℃（２５℃−４０ ０℃）とを有するように工学的に処理され、該熱膨張率はヒートスプレッダー６ ４全体を通して高い均一性をもって表れる。ヒートスプレッダー６４の熱膨張率 の工学的処理は、短絡を生ぜしめる凝縮境界成形ヒートスプレッダー６４を圧縮 、結び付けることによって、半導体デバイス６２のスコーリングを阻止し、半導 体デバイス６２の寿命を延長する。 粒子の凝縮によって製造された物品の固有特性を工学的に処理する新規で改良 された装置と方法について説明した。当業者は、本発明の概念から外れることな く本明細書に説明した特定の実施態様の多数の使用、修正および変更を作成でき ることは明白である。例えば、本発明の原理は、火器、兵器類のような他の分野 に適用して、シェルおよび発射体のケーシングが、そこから発射れ、またセラミ ック材料とマッチするバレルと同じ熱膨張率を有することを保証する。結果的に 、本発明はここに説明した装置と技術によって提示され、あるいは所有するそれ ぞれのまた全ての新規な特徴およびその組み合わせた特徴を包含するように構成 されるべきであり、また、添付の請求の範囲の精神と範囲によってのみ限定され る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１材料を含む粒子を準備する工程、 第２材料を含む被膜を、前記粒子の体積に対する前記被膜の体積の比が選択さ れた体積分数に実質的に等しくなるまで前記粒子の表面上に形成する工程、およ び 前記被覆粒子が、前記第１および第２材料の固有特性の関数である選択された 固有特性を示すように前記第１と第２材料および前記体積分数を選択する工程と を包含する方法。 ２．前記第２材料が金属または金属合金を含んでいる請求の範囲１項の方法。 ３．前記第２材料が非金属を含んでいる請求の範囲１の方法。 ４．前記第２材料が銅を含んでいる請求の範囲２の方法。 ５．前記第２材料がアルミニウムを含んでいる請求の範囲２の方法。 ６．前記第１材料がタングステンを含んでいる請求の範囲１の方法。 ７．前記第１材料がモリブデンを含んでいる請求の範囲１の方法。 ８．前記第１材料が黒鉛を含んでいる請求の範囲１の方法。 ９．前記第１材料がシリコン・カーバイドを含んでいる請求の範囲１の方法。 １０．前記第１材料がダイヤモンドを含んでいる請求の範囲１の方法。 １１．前記第１材料がニッケル４２を含んでいる請求の範囲１の方法。 １２．前記第１材料がＫＯＶＡＲを含んでいる請求の範囲１の方法。 １３．前記第１材料がセラミックを含んでいる請求の範囲１の方法。 １４．第１材料を含む複数の粒子を準備する工程、 第２材料を有する被膜を、前記粒子の体積に対する前記被膜の体積の選択され た比に達成されるまで前記粒子の表面上に形成する工程、 前記被覆粒子を含む複数の粒子を固化して前記粒子を互いに接合して、物品中 の前記第１材料の体積に対する物品中の前記第２材料の体積で表わされる選択さ れた体積分数を有している物品を形成する工程、 前記物品が前記第１および前記第２両材料の固有特性の関数である選択された 固有特性を示すように前記第１材料と前記第２材料および前記体積分数を選択す る工程、および 前記物品が前記選択された体積分数を有するように前記粒子の体積に対する前 記被膜の体積の前記比を選択する工程とを含んでいる物品を製造する方法。 １５．前記選択された固有特性を制御するために選択された密度で前記物品を 形成する工程をさらに含む請求の範囲１４の方法。 １６． 前記方法が、温度の関数として前記固有特性の挙動を選択する工程を さらに含み、 前記密度を選択する前記工程が、前記固有特性が温度の関数として前記選択さ れた挙動を示すように実行される請求の範囲１５の方法。 １７．前記粒子を固化する前記工程が、 前記粒子を選択された密度と選択された形状に凝縮する工程、および 前記粒子を、前記凝縮された粒子の前記密度を増大させず、かつ前記物品の選 択された形状を実質的に変えることなく互いに接合させる工程とをさらに含む請 求の範囲１４の方法。 １８．前記粒子が凝縮成形される前記選択された密度が、完全密度かまたはそ れ以上の密度である請求の範囲１７の方法。 １９．前記密度が、前記物品が前記選択された固有特性を示すように工学的に 処理される方法で選択される請求の範囲１７の方法。 ２０．前記選択された固有特性が機械的特性である請求の範囲１４の方法。 ２１．前記選択された固有特性が物理的特性である請求の範囲１４項の方法。 ２２．前記物品が、前記物品が取り付けられる物体の熱膨張率と実質的にマッ チするように熱膨張率を有するように工学的処理される請求の範囲２１の方法。 ２３．前記物品が、選択された熱伝導率を有するように工学的に処理される請 求の範囲２２の方法。 ２４．前記物品が少なくとも一つの回路を載せている基板を支持するために形 成された平面構造体を含み、 前記熱膨張率が前記基板の熱膨張率と実質的にマッチするように選択され、 前記物品が高い熱伝導率を有するように工学的に処理され、かつ、 該方法が前記基板を前記物品にとりつけ、前記回路を前記基板に搭載する工程 をさらに含んでいる請求の範囲２２の方法。 ２５．前記基板が酸化ベリリウムを含んでいる請求の範囲２４の方法。 ２６．前記基板が窒化アルミニウムを含んでいる請求の範囲２４の方法。 ２７．前記基板がアルミナを含んでいる請求の範囲２４の方法。 ２８．前記基板が前記物品にとりつけられた後、前記基板を燒成する工程をさ らに含む請求の範囲２４の方法。 ２９．前記基板がセラミックを含んでいる請求の範囲２８の方法。 ３０．前記物品が集積回路を収容するために設計されたパッケージを含んでお り、 前記熱膨張率が前記パッケージ中に配置されたフィードスルーをシールするた めに使用される材料の熱膨張率と実質的にマッチするように選択され、かつ、 前記物品が高い熱伝導率を有するように工学的処理される請求の範囲２２の方 法。 ３１．前記物品が、半導体デバイスと圧縮、結びつくように凝縮される形態に 形成されたヒートスプレッダーを含み、 前記熱膨張率が前記半導体デバイスの熱膨張率と実質的にマッチするように選 択され、 前記物品が高い熱伝導率を有するように工学的処理され、かつ、 該方法が前記ヒートスプレッダーと前記半導体デバイスを境界を凝縮する工程 をさらに含んでいる請求の範囲２２の方法。 ３２．前記第２材料が金属または金属合金を含む請求の範囲１４の方法。 ３３．前記粒子が凝縮、固相燒結によって固化される方法であって、該固相燒 結が前記第２材料に隣接する粒子間の結合を形成させる請求の範囲１４の方法。 ３４．前記粒子が射出成形によって固化される請求の範囲１４の方法。 ３５．前記粒子が平衡状態で圧力をかけて固化される請求の範囲１４の方法。 ３６．前記粒子がロール凝縮成形によって固化される請求の範囲１４の方法。 ３７．界面被膜を前記粒子の表面に形成する工程をさらに含み、 前記第２材料を含む前記被膜が前記界面被膜上に形成される請求の範囲１４の 方法。 ３８．前記界面被膜が、前記第２材料を含む前記被膜が前記界面被膜上に形成 される反応を促進する触媒を含んでいる請求の範囲３７の方法。 ３９．前記界面被膜が、前記第１材料と化学結合を形成する請求の範囲３７の 方法。 ４０．前記界面被膜が前記第２材料と化学結合を形成する請求の範囲３７の方 法。 ４１．第１材料を含む複数の粒子を準備する工程、 前記粒子の表面上にプリコートを形成する工程、および 前記粒子と、前記粒子と前記マトリックス材料とを物品中で互いに結合せしめ て、前記粒子の前記表面上の前記プリコートが前記第１および第２材料の互いの 反応を阻止するように前記第１材料と反応する第２材料を含むマトリックス材料 とを固化する工程とを含む物品を製造する方法。 ４２．前記物品が、該物品中の前記第１材料の体積に対する前記物品中の第２ 材料の体積で表される選択された体積分数を有しており、かつ、前記物品が前記 第１および前記第２材料両者の固有特性の関数である選択された固有特性を示す ように前記第１材料と前記第２材料と前記体積分数を選択する工程をさらに含む 請求の範囲４１の方法。 ４３．前記プリコートが前記第１材料と化学結合を形成する請求の範囲４１の 方法。 ４４．前記プリコートが前記第２材料と化学結合を形成する請求の範囲４１の 方法。 ４５．液中に、少なくともそのいくらかが第１材料を含み、かつ少なくともそ のいくらかが第２材料を含む複数の粒子を配置する工程、前記両材料は前記液中 で前記第１材料に対する前記第２材料の体積の選択された比である工程と、 前記液中で前記複数の粒子を含む被膜で前記物体をメッキする工程、前記被膜 がこの被膜中の前記第１材料の体積に対する前記被膜中の前記第２材料の体積で 表わされる、選択された第２材料を有するようになり、 前記液中の前記第１材料の体積に対する前記液中の前記第２材料の体積の前記 比を選択して、前記被膜を前記選択された体積分数を有するようにするとともに 、前記体積分数の関数であり、かつ、前記第１および第２両材料の固有特性の関 数である固有特性を示すようにした工程とを含む物体をメッキする方法。 ４６．前記粒子の少なくともいくらかが前記第１材料を含むとともに、前記第 ２材料を含む被膜で被覆され、かつ、 該方法が前記第１材料を含む粒子を準備し、前記粒子の表面に前記第２材料を 形成する工程をさらに含んでいる請求の範囲４５の方法。 ４７．前記第２材料が金属または金属合金を含む請求の範囲４５の方法。 ４８．前記物体が少なくとも一つの回路を支持するために設計された基板を含 み、 前記被膜の前記選択された固有特性が、前記基板の熱膨張率と実質的にマッチ するように選択された熱膨張率である請求の範囲４５の方法。 ４９．前記被膜が、前記回路に電気的に接続するために形成された前記基板上 にリード・フレームを形成する請求の範囲４８の方法。 ５０．前記基板が酸化ベリリウムを含む請求の範囲４８の方法。 ５１．前記基板が窒化アルミニウムを含む請求の範囲４８の方法。 ５２．前記基板がアルミナを含む請求の範囲４８の方法。 ５３．前記材料を前記選択された体積分数で含む粒子を、固化して物品を形成 する工程、 前記物品を前記被膜と接触させて配置する工程、および 前記被膜と前記物品中の粒子を前記被膜と前記物品の間の界面に沿って結合を 形成せしめる工程をさらに含む請求の範囲４５の方法。 ５４．少なくともそのいくつかが第１材料を含んでいる複数の粒子を液中に配 置する工程、 前記物体を、前記液中にある前記複数の粒子を含み、かつ、第２材料を含む被 膜でメッキする工程、 前記被膜が該被膜中の前記第１材料の体積に対する前記被膜中の前記第２材料 の体積で表わされる選択された体積分数を有する工程、および 前記被膜が、前記第１および第２両材料の物性の係数である選択された物性を 示すように、前記第１材料と前記第２材料および前記体積分数を選択する工程と を含む物体をメッキする方法。 ５５．前記被膜が、選択された熱膨張率を有するように工学的に処理される請 求の範囲５４の方法。 ５６．前記被膜が選択された熱伝導率を有するようにさらに工学的に処理され る請求の範囲５５の方法。 ５７．少なくともそのいくらかが、第１材料を含み、かつ第２材料を含む被膜 がその上に形成された表面を有する複数の粒子を準備する工程、 前記粒子を、選択された密度および選択された形状に凝縮する工程、および 前記粒子を互いに接合して前記凝縮粒子の前記密度を増大させることなく、か つ、物品の前記選択された形状を実質上変えることなく前記物品を形成する工程 とを含む物品を製造する方法。 ５８．前記粒子が凝縮される前記選択された密度が、完全密度またはそれ以上 である請求の範囲５７の方法。 ５９．前記密度が、前記物品が選択された固有特性を示すように工学的に処理 される請求の範囲５７の方法。 ６０．第１材料を含む複数の粒子を準備する工程、 第２材料を有する被膜を、前記粒子の表面上に形成する工程、 前記粒子を互いに接合せしめて選択された密度をもつ前記物品が形成されるよ うに、前記被覆粒子を含む複数の粒子を固化する工程、および 前記物品が選択された固有特性を示すように、前記第１および第２材料を選択 し、前記密度を温度の関数として前記固有特性を調整するよう選択する工程を含 んでいる物品を製造する方法。 ６１．前記複数の粒子の少なくともいくつかが、第１材料を含み、前記複数の 粒子の少なくともいくつかが第２材料を含み、さらに前記物品が、選択された前 記物品中で前記第１材料の体積に対する前記物品中の前記第２材料の体積で表わ される体積分数を有しており、前記物品が前記選択された固有特性を呈するよう に、前記第１と第２材料および前記体積分数が選択される請求の範囲６０の方法 。 ６２．少なくとも一つの材料を含む複数の第１粒子を準備し、少なくともそれ とは別の一つの材料を含む複数の第２粒子を準備する工程と 前記複数の第１粒子と前記複数の第２粒子を固化で、前記複数の第１粒子を互 いに接合して物品の第１部分を形成し、前記複数の第２粒子を互いに接合して物 品の第２部分を形成し、前記物品の前記第１および第２部分の間の界面に沿った 前記第１および第２部分の粒子を互いに接合する工程を含み、 前記物品の前記第１および第２部分が異なる選択された固有特性を呈する物品 を製造する方法。 ６３．前記複数の第１粒子が第１材料と第２材料を含んでおり、 前記第１部分が選択された固有特性を示すように、前記第２材料の体積に対す る前記第１材料の前記物品の前記第１部分における体積で表わされる体積分数を 選択する工程をさらに含む請求の範囲６２の方法。 ６４．前記複数の第１粒子の少なくともいくつかが前記第１材料を含んでおり 、前記第２材料を含む被膜で被覆されており、 前記第１材料を含み、前記第２材料を前記複数の第１粒子の表面上に形成した 前記複数の第１粒子を準備する工程をさらに含む請求の範囲６３の方法。 ６５．第１材料を含む粒子、および 前記粒子の表面上に形成された第２材料を含む被膜−前記粒子の体積に対する 該被膜の比が選択された体積分数に実質的に等しい−を含む被覆粒子であって、 前記第１と第２両材料の固有特性の関数である選択された固有特性を、前記被 覆粒子が示すように、前記第１と第２材料および前記体積分数が選択されている 被覆粒子。 ６６．複数の粒子を含む物品であって、前記粒子の少なくともいくつかが第１ 材料を含むとともに、前記粒子の体積に対する前記被膜の体積の選択された比に 基づいて形成された第２材料を含む被膜をその表面に有しており、前記粒子が固 化され前記粒子が互いに接合されて、前記物体が、前記物品中の前記第１材料の 体積に対して前記物品中の前記第２材料の体積で表わされる選択された体積分数 を有しており、前記物品が選択された固有特性を示し、前記第１と第２材料両者 の固有特性の関数となる選択された固有特性を示すように、前記第１材料と前記 第２材料および前記体積分数が選択され、前記粒子の体積に対する前記被膜の体 積の前記比が、前記物品が前記選択された体積分数を有するように選択される複 数の粒子を含む物品。 ６７．前記粒子が互いに固相に燒結され、前記被膜が隣接する粒子間で結合を 形成する前記第２材料を含む請求の範囲６６の物品。 ６８．前記物品が前記固有粒子を調整するように選択された密度を有する請求 の範囲６６の物品。 ６９．前記密度が、前記固有特性が温度の関数として選択された挙動を示すよ うに選択される請求の範囲６８の物品。 ７０．前記粒子が選択された密度と選択された形状に凝縮され、互いに結合し て前記凝縮粒子の前記密度を高めることなく、かつ、前記物品の前記選択された 形状を実質的に変えることなく前記物品に形成される請求の範囲６６の物品。 ７１．前記物品が前記選択された固有特性を示すように工学的に処理されるよ うに、前記密度が選択される請求の範囲７０の物品。 ７２．前記粒子が凝縮される前記選択された密度が完全密度またはそれ以上で ある請求の範囲７０の方法。 ７３．前記物品によって示される前記固有特性が、前記物品がとりつけられる ように設計された物体の熱膨張率に実質的にマッチする、前記物体の熱膨張率で ある請求の範囲６６の物品。 ７４．前記物品が、少なくとも一つの回路をその上に取付けられた基板を支持 するための形態をなす平面構造体を含み、 前記熱膨張率が前記基板の熱膨張率と実質的にマッチしており、 前記物品が高い熱伝導率を有している請求の範囲７３の物品。 ７５．該物品が集積回路を収容するように設計されたパッケージを含んでおり 、 前記熱膨張率が前記パッケージ中のフィードスルーをシールするために使用さ れる材料の熱膨張率と実質的にマッチしており、 該物品が高い熱伝導率を有している請求の範囲７３の物品。 ７６．該物品が半導体デバイスと凝縮境界となる形状に形成されたヒートスプ レッダーを含んでおり、 前記熱膨張率が前記半導体デバイスの熱膨張率と実質上マッチし、 該物品が高い熱伝導率を有している請求の範囲７３の物品。 ７７．前記粒子が、その表面に形成された界面被膜を有し、前記第２材料を含 む前記被膜がその上に形成されている請求の範囲６６の物品。 ７８．該界面被膜が前記界面被膜上に前記第２材料を含んでいる前記被膜を形 成する反応を促進する触媒を含む請求の範囲７７の物品。 ７９．前記界面被膜が前記第１材料と化学結合を形成する請求の範囲７７の物 品。 ８０．前記界面被膜が前記第２材料と化学結合を形成する請求の範囲７７の物 品。 ８１．第１材料を含み、プリコートの形成された表面を有する複数の粒子を含 む物品であって、前記粒子が、前記第１材料と反応しうる第２材料を含むマトリ ックス材料と凝縮され、前記粒子と前記マトリックス材料を互いに接合して物品 とし、前記粒子の前記表面上の前記プリコートは、前記第１および第２材料の相 互反応を妨げる複数の粒子を含む物品。 ８２．前記物品が前記物品中の前記第１材料の体積に対する前記物品中の前記 第２材料の体積で表わされる選択された体積分数を有し、 前記物品が前記第１および第２両材料の固有特性の関数である選択された固有 特性を呈するように、前記第１材料と前記第２材料および前記体積分数が選択さ れる請求の範囲８１の物品。 ８３．前記プリコートが前記第１材料で化学結合を形成する請求の範囲８１の 物品。 ８４．前記プリコートが前記第２材料で化学結合を形成する請求の範囲８１の 物品。 ８５．被膜が複数の粒子を含み、前記粒子の少なくともいくつかが第１材料を 含み、前記粒子の少なくともいくつかが第２材料を含み、前記被膜が、この被膜 中の前記第１材料の体積に対する前記被膜中の前記第２材料の体積で表わされる 選択された体積分数を有し、前記第１と第２材料および前記体積分数が、前記被 膜を、前記第１と第２両材料の固有特性の関数となる選択された固有特性を示す ように選択される被膜でメッキされている物品。 ８６．前記粒子の少なくともいくつかが前記第１材料を含み、被膜が形成され た表面を有し、前記被膜が前記第２材料を含んでいる請求の範囲８５の物品。 ８７．該物品が少なくとも一つの回路を支持するために設計された基板を含ん でおり、 前記異質の被膜の前記固有特性が、前記表面の熱膨張率と実質的にマッチする 熱膨張率である請求の範囲８５の物品。 ８８．前記異質の被膜が前記基板上でリード・フレームを形成し、前記回路と 電気的な接続形態を形成する請求の範囲８７の物品。 ８９．被膜でメッキされる物品であって、前記被膜が複数の粒子を含み、前記 粒子の少なくともいくつかが第１材料を含み、前記被膜がさらに第２材料を含み 、前記被膜が、この被膜中の前記第１材料の体積に対する前記被膜中の前記第２ 材料の体積で表わされる選択された体積分数を有し、前記第１と第２材料および 前記体積分数が前記被膜を、前記第１と第２材料両者の物性の関数となる選択さ れた物理的特性を示すよう選択される、被膜でメッキされる物品。 ９０．前記被膜が選択された熱膨張率を有するように工学的に処理された請求 の範囲８９の物品。 ９１．前記被膜が選択された熱伝導率を有するようにさらに工学的に処理され た請求の範囲９０の物品。 ９２．複数の粒子を含み、そのいくつかが第１材料を含むとともに、第２材料 の形成された被膜をその表面に有しており、前記粒子が選択された密度と選択さ れた形状に凝縮され、互いに結合されて、前記凝縮粒子の前記密度が増大するこ となく、かつ、該物品の前記選択された形状が実質的に変わることなく該物品が 形成されている複数の粒子を含む物品。 ９３．前記密度が、前記物品が選択された固有特性を示すように選択される請 求の範囲９２の物品。 ９４．複数の粒子を含む物品であって、前記粒子の少なくともいくつかが第１ 材料を含むとともに、第２材料を含む被膜をその表面に形成されており、前記粒 子が互いに接合されて、該物品が形成されるように前記粒子が凝縮され、該物品 が選択された密度を有しており、前記物品が温度の関数として前記固有特性を調 整するために、選択される固有特性と前記密度を示すように前記第１材料と第２ 材料が選択される複数の粒子を含む物品。 ９５．該物品がこの物品中の前記第１材料の体積に対する該物品中の前記第２ 材料の体積で表わされる選択された体積分数を有しており、前記第１と第２材料 および前記体積分数が、該物品が前記選択された固有特性を示すように選択され る請求の範囲９４の物品。 ９６．異なる固有特性を呈する複数の部分を含む物品であって、前記部分の第 １部分が粒子の第１複数部分を含み、前記粒子の前記第１複数部分が、前記粒子 のこの第１複数部分が互いに結合し、前記部分の第２部分が粒子の第２複数部分 を含むようにして凝縮され、前記粒子の前記第２複数部分が互いに結合されるよ うにして前記部分の第２部分が粒子の第２複数部分を含み、該物品の前記第１と 第２部分間の境界に沿って前記第１および第２部分中の粒子が互いに直接接触し 、互いに結合される複数部分を含む物品。 ９７．複数の前記第１粒子の少なくともいくつかが、第１材料を含むとともに 、第２材料を含む被膜の形成された表面を有している請求の範囲９６の物品。