JPS6314829A - 異方性熱膨張率を有する高熱伝導部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軸線方向に比べこれと直角方向の熱膨張率が
；δかに小さいという新規な異方性熱膨張率を有する高
熱伝導性部材を製造する方法に関するもので、本発明に
より得られる高熱伝導性部材は、例えば、センサー、構
造部材などで問題となっているセラミックス基板と熱伝
導性の良好な冷却用金属フィンのように熱膨張率が著し
く異なる２物体間を接合するための接合部材として用い
て熱膨張差によって剥離することのない強力な高熱伝導
性接合を得ることができる。

（従来の技術） 従来、熱膨張率の異なるセラミックスと金属、金属と金
属、セラミックスとセラミックスなどを接合する方法と
しては、両接合面に化合物を形成させて化学的に接合す
る方法、両接合面の熱膨張率をほぼ近いものにして接着
剤、拡散接合剤などを用いて接合する方法などが既知で
あ為。

一般に、高熱伝導率を有する材料は熱膨張率が大であり
、上述した従来方法はいずれも熱伝導率を無視して接合
力のみに重点をおいたものであり、特に、セラミックス
と金属との接合の場合には、接合剤として熱膨張率の小
さい金属酸化物、低融点金属ロウ材などを主成分とする
ものが多く、これらの接合剤は一般に熱伝導率が極めて
低い。

従来、ＭｏやＷなどの高強度、低熱膨張性高融点金属焼
結スケルトンを利用し、その空隙に良熱伝導性材を充填
し、熱膨張率を低く抑えようとすることも試みられてい
るが（特開昭５９−１４１２４７　）、充填されるべき
良熱伝導性材の充填量比が十分大きく取れず、必要な熱
伝導性が確保されないなどの問題があった。

また、前記スケルトンのかわりに管体を用いて、軸と直
角方向の熱膨張を低く抑えることも考えられるが、Ｍｏ
やＷなどの高融点材料の管体は高価で、かつ冷間加工性
に難があり、実用上不可能であった。

（発明が解決しようとする問題点） 近年、高入出力ＩＣ１高集積度ＬＳＩなどのセラミック
ス基板をいかに冷却するかが課題となっており、その冷
却手段として、セラミックス基板に金属製放熱板（ヒー
トシンク）を接合して放熱を行なっている。しかし、従
来の接合方法では、上述したように金属側の熱伝導率を
犠牲にして接合剤の熱膨張率をセラミックスに合せて接
合強度の向上を計っているため、接合部の熱伝導率ガ低
くなるという問題がある。

本発明は、上述した問題に鑑み、′熱膨張率が異なる物
体間を強力に接合し得る高熱伝導率を有する新規な接合
材を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１図に示すように、可燃性、低融点もしく
は溶媒可溶性を有する樹脂又はＳｎ、　Ｐｂなどの金属
による芯線１の周りに高温でも抗張力が高く、かつ低い
熱膨張率を有するＭｏ、　Ｗ、　Ｔａ、　Ｔｉのような
金属およびその合金またはＳＩ：１Ｎ４１　ＴｉＮ＋Ａ
βＮなどのようなセラミックスの線あるいは炭素線によ
る巻線２を螺旋状に１層又は２層以上巻き付けて二次線
材３を形成し、この二次線材を単数又は複数本相互に結
合させたのち、芯線を加熱により燃焼もしくは溶融除去
し、あるいは溶媒によって溶出除去して軸線方向に延び
る直線状の空所を形成し、その後、高い熱伝導率を有し
巻線２より低融点のＡｇ、　Ｃｕ＋　ＡＩ、　Ｍｇ、　
Ｓｎなどの金属もしくはそれらの合金を前記空所に溶浸
充填し、この充填金属芯の軸線方向に対して直角方向の
熱膨張を低く抑えることを特徴とする。

本発明によれば、二次線材より芯線を除去して空所を形
成したのち、二次線材の融点以下の比較的高い温度に加
熱保持して前記巻線を金属的に結合し、その後、高い熱
伝導率を有する低融点の金属を前記空所に溶浸充填する
のが良い。

また、本発明によれば、第２図および第３図に示すよう
に、複数の二次線材を束ねたものを中空管体４内に押入
し、その後、芯線を除去して空所を形成した後、空所に
高い熱伝導率を有する低融点の金属を溶浸充填して充填
金属芯５を設けることもできる。この場合、二次線材間
に異種の金属又はセラミックスの充填材を挿入したのち
、芯線を除去することもできる。さらにまた、二次線材
を中空管体内に押入したのち、スェージングまたはドロ
ーイングにより全体の直径を縮減し、その後、芯線を除
去することもできる。

（作　用） 本発明によれば、高熱伝導率の充填金属芯の軸線方向に
対して直角方向の熱膨張を低熱膨張率の巻線２でおさえ
ることによって充填金属芯の軸線方向とこれに対して直
角方向の熱膨張率が異なる異方性熱膨張率部材を得るこ
とができる。

すなわち、一般的知識として直線状密巻コイルを中心軸
線方向に引き伸ばすとコイルピッチ間隙が開き、コイル
外径が小さくなることが知られている。そこで、本発明
のように充填金属芯１に熱伝導率が高くかつ抗張力の小
さい金属材料を選定し、巻線２に熱膨張率が比較的小さ
く、抗張力の高い金属、セラミックスなどを選定し、巻
線２の両端部を充填金属芯に固定し、加熱していくと、
充填金属芯の軸線方向に対し直角方向（以下径方向と称
す）の膨張応力は非接触部、すなわち巻線ピッチ間隙及
びピンチ角方向に集中するために、巻線ピッチ間隙はよ
り拡げられる方向に応力を受け、このため、径方向の応
力は一部軸線方向にも分散され、巻線の膨張応力はピッ
チ角方向と軸線中心方向に分散される。この応力バラン
スが保たれていれば、径方向の膨張はほぼＯになり、充
填金属芯例の応力が小さければ膨張は負側に生じ、充填
金属芯側の応力が大きければ膨張は正側に生じる。

他方、充填金属芯の軸線方向の膨張は両端面におさえが
なくても、径方向の巻線との接触抵抗があるため、充填
金属芯の膨張率が大きければ、それに比例して接触抵抗
が大きくなり、充填金属芯の軸線方向の伸びが抑えられ
る。

本発明によると充填金属芯および巻線の材質、寸法、圧
着状態、巻線のピッチ間隔などを適当に選ぶことにより
、軸線方向および径方向の膨張率を所要に応じ変えるこ
とが可能である。

また、巻線の端末を固定するために、ロウ付、焼結また
は充填金属芯に穴加工し、この穴内に巻線の端を挿入す
ることも可能である。さらに、二次線材を多数本束ねて
密着させるか、または、二次線材の束の外周に他の線材
を密巻することによって固定した上で芯線を除去し、高
熱伝導材を溶浸充填して充填金属芯を設けることも可能
であり、また二次線材の束を中空管内に押入し、これに
スェージング、ドローイングなどの塑性加工を加えて全
体の直径を縮減して固定することもできる。

機械的強度の向上、接合金属・セラミックスとの接合力
向上のために二次線材間に異種の金属またはセラミック
スの充填材を押入したのち芯線を除去することも可能で
ある。また加熱冷却の繰り返しに対しても、二次線材の
疲労による弾性破壊、異常膨張などの問題の発生は認め
られない。また、芯線を除去したのち巻線を加熱して金
属的に結合させたのち、高熱伝導材を溶浸充填すること
により加熱冷却の熱衝撃に対しても螺旋状巻線が緩むこ
とがなく、巻線による芯部の径方向の膨張抑止作用を確
実にし、より一層の効果を生せしめることができる。

（実施例） 直径１．５１１ＩＩ１１のナイロン樹脂を芯線にし、直
径０、１５ｍｍのＭＯ線を１屠畜巻きにした二次線材を
１００本束ねてスェージングにより直径１９ｍｍに縮径
した。

その後、加熱炉に挿入して酸化性雰囲気中で５００℃に
加熱して樹脂を焼失させたのち、還元性ガス中で２２０
０℃に３０分加熱して巻線相互間を焼結一体化した。次
いで、１１２０℃に加熱し、銅を溶浸して試料を得た。

得られた部材の熱膨張率は軸線方向で１０．５　Ｘ　１
０−６／’Ｃ（２００℃）、径方向で６．５　ｘｌＯ−
’／’ｃ（２００°Ｃ）、熱伝導性は軸線方向で２５２
Ｋｃａｌ／ｍｈ　’Ｃ（２０°Ｃ）であった。

（発明の効果） 本発明によれば、熱膨張率が異なる物体間を強力に接合
し得る高熱伝導率を有する接合材を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により芯線の周りに巻線を巻付けた二次
線材の斜視図、 第２図は本発明により得られた部材の一例を示す横断面
図、 第３図は本発明により得られた部材の一例を示す縦断面
図である。 １・・・芯線　　　　　　　２・・・巻線３・・・二次
線材　　　　　４・・・溶浸材５・・・充填金属芯 特許出願人　東京焼結金属株式会社 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可燃性、低融点もしくは溶媒可溶性を有する線材を
   芯線とし、低い熱膨張率と高い抗張力を持つ金属、セラ
   ミックスまたは炭素の巻線を前記芯線の周りに螺旋状に
   単層もしくは複数層巻き付けて二次線材を形成し、この
   二次線材を単数又は複数本相互に結合させたのち、前記
   芯線を加熱により燃焼もしくは溶融除去し、あるいは溶
   媒によって溶出除去して直線状に軸線方向に延びる空所
   を形成し、その後高い熱伝導率を有し前記巻線より低融
   点の金属を前記空所に溶浸充填することを特徴とする軸
   線方向とこれに対して直角方向の熱膨張率が異なる異方
   性熱膨張率を有する高熱伝導性部材の製造方法。 ２、前記二次線材より芯線を除去して空所を形成したの
   ち、二次線材の融点以下の比較的高い温度に加熱保持し
   て前記巻線を金属的に結合し、その後、高い熱伝導率を
   有する低融点の金属を前記空所に溶浸充填することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、複数の前記二次線材を束ねたものを中空管体内に押
   入し、その後、芯線を除去することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４、前記二次線材間に異種の金属又はセラミックスの充
   填材を挿入したのち、芯線を除去することを特徴とする
   特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の方法
   。 ５、前記二次線材を中空管体内に押入したのち、スェー
   ジング又はドローイングにより全体の直径を縮減し、そ
   の後、芯線を除去することを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜４項のいずれか１項に記載の方法。