KR20030040156A

KR20030040156A - 복합 재료 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20030040156A
Application number: KR1020020070587A
Authority: KR
Inventors: 스즈키켄; 이시카와슈헤이
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2003-05-22
Also published as: JP2003155575A; GB0226633D0; GB2382082A; US20030096059A1

Abstract

본 발명의 과제는 도금된 복합 재료를 땜납층 등의 접합층에 의해서 다른 물체에 접합하는 경우에, 접합층에 크랙이나 팽창, 박리 및 보이드가 발생하는 것을 억제하는 것이다.

복합 소재에 마스킹을 행한 후 복합 소재에 전처리를 행한다. 그 후, 복합 소재의 표면을 활성화한 후, 복합 소재의 접합면 및 마스킹 테이프의 표면에 금속 촉매를 부여하고, 그 후 무전해 도금 처리를 행하여 복합 소재의 접합면 및 마스킹 테이프의 표면에 도금층을 형성한다. 이 도금층의 두께는 5∼100 ㎛인 것이 바람직하다. 그 후, 복합 소재에 붙어 있던 마스킹 테이프를 제거한 후, 접합면에만 도금층이 형성된 복합 소재에 건조 처리를 행한다.

Description

복합 재료 및 그 제조 방법 {COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 다공질 소결체에 금속이 함침된 복합 소재를 갖고, 접합층에 의해 다른 물체에 접합되는 복합 재료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근에, CPU를 탑재한 IC 칩 등에 사용되는 히트싱크의 구성 재료로서는, 단순히 열전도도만을 생각하는 것이 아니라, 반도체 기체인 실리콘이나 GaAs와 열팽창률이 거의 일치하고, 또한 열전도도가 높은 재료의 선정이 필요해지고 있다.

히트싱크재의 개선에 대해서는 다종의 다양한 보고가 있으며, 예컨대 질화알루미늄(AlN)을 사용한 예나, Cu(구리)-W(텅스텐)을 이용한 예 등이 있다. AlN은 열전도성과 열팽창성의 균형이 우수하며, 특히 Si의 열팽창률과 거의 일치하므로, 반도체 기체로서 실리콘 기판을 사용한 반도체 장치의 히트싱크재로서 적합하다.

또한, Cu-W는 W의 낮은 열팽창성과 Cu의 높은 열전도성을 겸비한 복합 재료이며, 더구나 소결 성형이 용이하다는 점에서, 복잡한 형상을 갖는 히트싱크의 구성 재료로서 적합하다.

또한, 다른 예로서는, SiC를 주성분으로 하는 세라믹 기재에 금속 Cu를 20∼40 체적%의 비율로 함유시킨 것(일본 특허 공개 평8-279569호 공보 참조)이나, 무기 물질로 이루어지는 분말 소결 다공질체(다공질 소결체)에 Cu를 5∼30 중량% 함침시킨 것(일본 특허 공개 소59-228742호 공보 참조) 등이 제안되어 있다.

그런데, 다공질 소결체에 Cu를 함침시킨 복합 재료를 히트싱크로서 사용하는 경우에는, 그 복합 재료를 납땜, 즉 솔더링 또는 브레이징 등에 의해서 반도체 회로나 기판에 접합하고 있다.

그러나, 전술한 복합 재료는 땜납이나 납땜재에 대한 습윤성(솔더링성, 브레이징성)이 양호하지 못하다는 문제가 있다. 그래서, 상기 복합 재료의 습윤성을 양호하게 하기 위해서는 복합 재료의 표면에 도금층을 형성하는 것이 유효하다고생각된다.

복합 재료에 도금층을 형성한 경우에는, 이하와 같은 새로운 문제가 생긴다. 즉, 전술한 복합 재료에는 잔류 기공이 다소 존재한다. 이 때문에, 그 잔류 기공에 잔류액(가공 연삭액이나 도금 처리액)이 침투하여, 납땜 시에 기화되어 땜납층에 보이드(잔류 기포)가 발생하게 된다.

구체적으로는, 복합 재료의 표면에 형성되는 도금층의 두께가 얇으면, 도금층의 미착 부분이 점재하게 되어 납땜 시에 보이드가 발생하기 쉬워진다. 반대로 상기 도금층을 두껍게 하면, 납땜 시에 상기 잔류액의 기화 팽창 시의 응력에 의해 팽창이나 박리가 발생하여, 소재와 도금층의 열전달을 얻을 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 도금된 복합 재료를 땜납층 등의 접합층에 의해서 다른 물체에 접합하는 경우에, 도금층에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 접합층에 보이드가 발생하는 것 등을 억제할 수 있는 복합 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 복합 재료를 일부 파단하여 도시한 사시도.

도 2는 제1 실시 형태에 따른 복합 재료의 복합 소재를 히트싱크재로서 사용한 경우의 구성예를 도시한 단면도.

도 3은 제1 제조 방법을 도시한 공정 블록도.

도 4는 각 공정의 내역을 기재한 표(제1 표).

도 5는 각 공정의 내역을 기재한 표(제2 표).

도 6은 각 공정의 내역을 기재한 표(제3 표).

도 7는 각 공정의 내역을 기재한 표(제4 표).

도 8은 제1 제조 방법에 있어서 마스킹 테이프를 박리시킨 상태를 도시한 설명도.

도 9는 제2 실시 형태에 따른 복합 재료를 도시한 단면도.

도 10은 제2 제조 방법을 도시한 공정 블록도.

도 11은 제2 제조 방법의 변형례에 따른 제조 방법을 도시한 공정 블록도.

도 12는 마스킹의 다른 수법을 도시한 설명도.

도 13은 제3 실시 형태에 따른 복합 재료를 도시한 단면도.

도 14는 제3 제조 방법을 도시한 공정 블록도.

도 15는 제4 실시 형태에 따른 복합 재료를 도시한 단면도.

도 16은 제4 제조 방법을 도시한 공정 블록도.

도 17은 실험예에 사용한 비교예 1 및 비교예 2와 실시예 1 내지 실시예 4의 내역을 도시한 표.

도 18은 실험예의 결과를 도시한 표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10A∼10D : 복합 재료

12 : 다공질 소결체

14 : 금속

16 : 복합 소재

18 : 도금층

18a : 두꺼운 도금층

18b : 얇은 도금층

본 발명에 따른 복합 재료는 다공질 소결체에 금속이 함침된 복합 소재를 갖고, 접합층에 의해서 다른 물체에 접합되는 복합 재료로서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 접합층을 통해 다른 물체에 접합할 때 상기 복합 소재에 잔류하고 있었던 액체(절삭액이나 도금 처리액 등)이 기화되어 가스로서 유출되는데,이 때 기화 가스는 투과와 관련하여 저항체의 작용을 하는 도금층을 피해, 도금층이 형성되어 있지 않은 부분 또는 도금층이 얇게 형성된 부분으로부터 유출된다.

그 때문에, 본 발명에서는 기화 가스의 유출에 따라 도금층에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 접합층에 보이드가 발생하는 것 등이 억제된다.

그리고, 상기 도금층은 제1 도금층만으로 구성되거나, 제1 도금층과 제2 도금층으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층이 형성되고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층이 형성되어 있어도 좋으며, 또는 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층이 형성되고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층이 형성되어 있지 않은 구성도 바람직하게 채용된다.

상기 제1 도금층은 그 제1 도금층을 투과하는 기화 가스에 의해 상기 접합층에 발생하는 보이드율이 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 제1 도금층은 잔류액의 기화 가스를 투과시키지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도금층은 그 제1 도금층을 투과하는 기화 가스의 체적이 상기 접합층의 체적의 5% 이하, 바람직하게는 3% 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하며, 상기 제1 도금층의 누설성은 5.0 ×10^-10cc-atm/sec 이하, 바람직하게는 2.0 ×10^-10cc-atm/sec 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도금층은 상기 복합 소재의 표면에 존재하는 개기공을 완전히 피복하고 있거나, 또는 상기 개기공을 면적 비율로 90% 이상 피복하고 있거나, 또는 상기 개기공을 면적 비율로 95% 이상 피복하고 있거나, 또는 상기 개기공을 면적 비율로 99% 이상 피복하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도금층은 적어도 가장 바깥쪽 표면이 무전해 도금에 의한 층이어도 좋다. 이 경우, 상기 제1 도금층은 ① 무전해 도금에 의한 층이고, 또한 도금 크랙이 없을 것, 또는 ② 무전해 도금에 의한 층이고, 또한 경도가 최고 경도의 80% 이하인 것이 바람직하다.

상기 제1 도금층은 적어도 가장 바깥쪽 표면이 전해 도금에 의한 층이어도 좋다. 이 경우, 상기 제1 도금층은 적어도 가장 바깥쪽 표면이 Ni를 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도금층은 무전해 도금에 의한 층과 전해 도금에 의한 층으로 구성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 제1 도금층은 기화 가스를 투과시키지 않는 정도의 두께, 또는 상기 복합 소재의 표면에 존재하는 개기공의 지름의 2배 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 제1 도금층은 두께가 5∼100 ㎛, 바람직하게는 5∼50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼25 ㎛인 것이 좋다.

또한, 상기 제1 도금층은 도금 처리를 한 후에 건조하는 일련의 처리를 n회 반복하여 형성하여도 좋다.

한편, 상기 제2 도금층은 잔류액이 기화 제거되기 쉬운 두께인 것이 바람직하며, 적어도 상기 제1 도금층보다 잔류액의 기화 가스를 투과시키기 쉬운 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 제2 도금층은 두께가 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이하인 것이 좋다.

상기 제2 도금층의 누설성은 5.0 ×10^-10cc-atm/sec 이상, 바람직하게는 1.0 ×10^-9cc-atm/sec 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 도금층은 무전해 도금에 의한 층이어도 좋고, 전해 도금에 의한 층이어도 좋다. 또는, 무전해 도금에 의한 층과 전해 도금에 의한 층으로 구성되어 있어도 좋다.

또한, 상기 도금층은 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분 이외의 부분을 에칭이나 연마로 가공하여 박막화하여도 좋다.

다음으로, 본 발명에 따른 복합 재료의 제조 방법은, 다공질 소결체에 금속이 함침된 복합 소재를 갖고, 접합층에 의해서 다른 물체에 접합되는 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 도금층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 따르면, 복합 소재에 잔류하는 액체의 기화 가스의 유출에 따라 도금층에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 접합층에 보이드가 발생하는 것 등이 억제되어, 복합 재료의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 도금층을 제1 도금층만으로 형성하거나, 제1 도금층과 제2 도금층으로 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에상기 제1 도금층을 형성하고, 그 이외의 부분에 상기 제2 도금층을 형성하여도 좋으며, 또는 상기 복합 소재의 표면 중, 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층을 형성하고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층을 형성하지 않아도 좋다.

또한, 본 발명은, 상기 제1 도금층을 형성하는 부분 이외의 표면에, 도금층이 형성되지 않도록 하는 공정을 포함하여도 좋고, 또는 상기 제1 도금층을 형성하는 부분 이외의 표면에 마스킹 처리를 실시하는 공정을 포함하여도 좋다.

또한, 본 발명은, 상기 제2 도금층을 형성한 후에, 상기 제1 도금층을 형성하는 부분 이외의 제2 도금층에 마스킹 처리를 실시한 후 제1 도금층을 형성하는 공정을 포함하여도 좋으며, 또는 상기 제1 도금층을 형성한 후, 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분 이외의 부분을 에칭이나 연마로 가공하여도 좋다.

그리고, 상기 도금층을 형성한 후 건조 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 건조 처리는 적어도 수분이 기화 제거될 수 있는 온도와 시간에서 실시하는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 상기 건조 처리는 30∼600℃의 임의의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 200∼400℃의 임의의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하거나, 보다 바람직하게는 200∼300℃의 임의의 온도에서 1∼120분의 임의 시간 동안 유지하면 좋다.

또한, 상기 건조 처리는 상기 도금층의 산화를 억제하는 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 분위기는 불활성 가스 분위기, 진공 분위기 및환원 분위기로부터 선택할 수 있다. 특히, 상기 환원 분위기를 선택한 경우에는 수소가 3% 이상의 분위기인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 수소가 30% 이상의 분위기이고, 보다 바람직하게는 수소가 90% 이상인 분위기인 것이 좋다.

또한, 상기 건조 처리는 상기 제1 도금층 및 제2 도금층에 팽창을 발생시키지 않는 온도 상승률로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 온도 상승률은 400℃/시 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100℃/시 이하이고, 보다 바람직하게는 50℃/시 이하인 것이 좋다.

또한, 상기 건조 처리는 잔류액의 기화 온도 부근에서 유지하는 가열 프로그램으로 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 도금층 및 제2 도금층은, 도금 처리한 후에 건조하는 일련의 처리를 n회 반복하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 상기 도금 처리를 행하기 전에 피도금 처리면에 금속 촉매를 부여하는 처리를 행하거나, 피도금 처리면을 활성화시키는 처리를 행하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 복합 재료 및 그 제조 방법의 실시 형태를 도 1 내지 도 18을 참조하면서 설명한다.

우선, 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)는, 도 1에 도시한 바와 같이 카본 또는 그 동소체, 또는 SiC를 예비 소성하여 네트워크화함으로써 얻는 다공질 소결체(12)에 금속(14)이 함침된 복합 소재(16)의 표면에 도금층(18)이 형성된 구성으로 되어 있다. 금속(14)은 CU, Al, Ag로부터 선택된 적어도 1종 또는 이들의 합금이 사용된다.

이 경우, 상기 카본 또는 그 동소체, 또는 SiC로서, 열전도율이 100 W/mK 이상, 바람직하게는 150 W/mK 이상(기공이 없는 상태에서의 추정치), 더욱 바람직하게는 200 W/mK 이상(기공이 없는 상태에서의 추정치)인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 예에서는, 열전도율이 100 W/mK 이상인 그라파이트 또는 SiC로 구성된 다공질 소결체(12)의 개기공에 구리를 함침시킨 복합 소재(16)를 도시하였다. 함침시키는 금속(14)으로는, 구리 이외에 알루미늄이나 은을 사용할 수 있다.

또한, 다공질 소결체(12)와 금속(14)의 체적 비율은 다공질 소결체(12)가 50 체적%∼80 체적%, 금속(14)이 50 체적%∼20 체적%의 범위로 되어 있다. 이에 따라, 열전도율이 180∼220 W/mK 이상이며, 또한 열팽창률이 4 ×10^-6/℃ ∼ 7 ×10^-6/℃인 복합 소재(16)를 얻을 수 있다.

상기 다공질 소결체(12)의 기공률은 10 체적%∼50 체적%인 것이 바람직하다. 기공률이 10 체적% 이하이면, 180 W/mK(실온)의 열전도율을 얻을 수 없고, 50 체적%를 넘으면 다공질 소결체(12)의 강도가 저하되어, 열팽창률을 15.0 ×10^-6/℃ 이하로 억제할 수 없기 때문이다.

상기 다공질 소결체(12)의 평균 개기공 직경(기공 직경) 값은 0.1∼200 ㎛이 바람직하다. 상기 기공 직경이 0.1 ㎛ 미만이면 개기공 내에 금속(14)을 함침시키기가 곤란하게 되어 열전도율이 저하된다. 한편, 상기 기공 직경이 200 ㎛을 넘으면, 다공질 소결체(12)의 강도가 저하되어 열팽창률을 낮게 억제할 수 없다.

상기 다공질 소결체(12)의 평균 개기공에 관계된 분포(기공 분포)로서는, 0.5∼50 ㎛에 90 체적% 이상 분포하는 것이 바람직하다. 0.5∼50 ㎛의 기공이 90 체적% 이상 분포하지 않는 경우에는, 금속(14)이 함침되어 있지 않은 개기공이 증가하여 열전도율이 저하될 가능성이 있다.

또한, 다공질 소결체(12)에 금속(14)을 함침시켜 얻은 복합 소재(16)의 폐기공률은 5 체적% 이하인 것이 바람직하다. 5 체적%를 넘으면 열전도율이 저하될 가능성이 있기 때문이다.

또한, 상기 기공률, 기공 직경 및 기공 분포의 측정에는 주식회사 시마즈 제작소에서 제조한 자동 포로시미터(상품명 「오토포아 9200」)를 사용했다.

이 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)에 있어서, 예컨대 그라파이트를 사용한 경우에는, 상기 그라파이트를 예비 소성했을 때의 폐기공률을 감소시키는 첨가물을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 첨가물로는 SiC 및/또는 Si를 들 수 있다. 이에 따라, 소성 시의 폐기공(클로즈드 포어)를 감소시킬 수 있어, 다공질 소결체(12)에 대한 금속(14)의 함침률을 향상시킬 수 있다.

또한, 그라파이트 중에, 그 그라파이트와 반응하여 카바이드층을 형성하는 원소를 첨가하도록 하여도 좋다. 이 첨가 원소로는 Nb, Cr, Zr, Be, V, Mo, Al, Ta, Mn, Si, Fe, Co, Ni, Mg, Ca, W, Ti, B, 미쉬 메탈(misch metal)로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 이에 따라, 그라파이트의 소성 시에, 그 그라파이트의 표면(개기공의 표면을 포함함)에 반응층(카바이드층)이 형성되어, 그라파이트의 개기공에 함침되는 금속(14)과의 습윤성이 개선되므로, 저압에서의 함침이 가능하게 되고, 또한 미세 개기공에 대한 함침도 가능해진다.

한편, 다공질 소결체(12)에 함침되는 금속(14)에 Te, Bi, Pb, Sn, Se, Li, Sb, Tl, Ca, Cd, Ni로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 다공질 소결체(12)와 금속(14)의 계면의 습윤성이 개선되어, 다공질 소결체(12)의 개기공 내에 금속(14)이 들어가기 쉬워진다. 특히, Ni는 카본을 용해시키기 쉬워 함침시키기 쉽다고 하는 효과가 있다.

또한, 다공질 소결체(12)에 함침되는 금속(14)에 Nb, Cr, Zr, Be, Ti, Ta, V, B, Mn으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 그라파이트와 금속(14)의 반응성이 향상되어, 개기공 내에서 그라파이트와 금속(14)이 밀착되기 쉬워져서 폐기공의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 다공질 소결체(12)에 함침되는 금속(14)에, 고상/액상의 온도 범위가 30℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상인 원소, 예컨대 Sn, P, Si, Mg으로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 이에 따르면 함침 시의 편차를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 금속(14)에 융점을 낮추기 위한 원소를 첨가하는 것이 바람직하다. 이 첨가 원소로는 예컨대 Zn 등이 있다.

그런데, 전술한 복합 소재(16)에는 잔류 기공이 다소 존재한다. 이 때문에, 복합 소재(16)의 표면에 도금층(18)을 형성하는 경우, 상기 잔류 기공에 가공 연삭액이나 도금 처리액이 침투하여, 보통의 경우 납땜 시에 기화되어 땜납층에 보이드(잔류 기포)가 발생하게 된다.

그러나, 제1 실시 형태에서는, 복합 소재(16)의 표면의 도금층(18)을 이하의공정을 밟아 형성하도록 하고 있다. 즉, 복합 소재(16)의 표면 중 적어도 상기 땜납층이 형성되는 부분에 도금층(18)을 형성한다.

예컨대, 복합 소재(16)를 히트싱크재로서 사용하는 경우를 상정하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 복합 소재(16) 상에 절연 기판(20)을 통해, 예컨대 IC 칩(22)이 실장되는데, 복합 소재(16)에 절연 기판(20)을 접합하는 것과 절연 기판(20)에 IC 칩(22)을 접합하는 것은 예컨대 땜납층(24)에 의해서 이루어지게 된다. 그래서, 복합 소재(16)의 땜납층(24)에 대한 습윤성을 양호하게 하기 위해서, 복합 소재(16)의 표면 중 땜납층(24)이 형성되는 접합면(16a)(예컨대 상면)에 도금층(18)을 형성하고, 그 밖의 면(예컨대 하면 및 4개의 측면)에는 도금층(18)을 형성하지 않는다.

여기서, 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)의 제조 방법의 구체예(제1 제조 방법)에 대해서 도 3 내지 도 8을 참조하면서 설명한다.

이 제1 제조 방법은, 우선 도 3의 S1 단계에서, 카본 또는 그 동소체, 또는 SiC을 예비 소성하여 네트워크화함으로써 얻는 다공질 소결체(12)에 금속(14)이 함침된 복합 소재(16)를 제작한다.

그 후, S2 단계에서 복합 소재(16)에 대해 마스킹을 행한다. 이 마스킹은, 예컨대 도 4의 「(1) 마스킹」공정에 나타낸 바와 같이, 대략 직육면체형인 복합 소재(16)의 표면 중, 접합면(16a)을 제외한 면(예컨대, 하면 및 4개의 측면)에 마스킹 테이프를 붙인다. 물론, 마스킹 테이프 대신에 통상적인 포토레지스트막 등을 사용할 수 있다.

그 후, S3 단계에서, 마스킹된 복합 소재(16)에 전처리를 행한다. 이 전처리는, 예컨대 도 4의 「(2) 전처리」공정에 나타낸 바와 같이, 알칼리 탈지 처리 및 클리너 컨디셔너 처리를 들 수 있다. 이 전처리에서 사용되는 약품, 농도, 온도의 예를 도 4에 나타내었다. 이 도 4에서, UF-80K 및 ACL-009는 모두 우에무라 공업에서 제조한 약품이다.

그 후, 도 3의 S4 단계에서 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리한다. 이 활성화 처리는, 예컨대 도 4의 「(3) 활성화 1」공정에 나타낸 바와 같이, 에칭 처리 및 산세척 처리를 들 수 있다. 이 활성화 처리에서 사용되는 약품, 농도, 온도의 예를 도 4에 나타내었다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 하는 경우에는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, 도 3의 S5 단계에서 복합 소재(16)의 적어도 접합면(16a)에 금속 촉매를 부여한다. 이 금속 촉매를 부여하는 조건(약품, 농도, 온도)을, 예컨대 도 4의「(4) 촉매 부여」공정 난에 나타내었다. 이 도 4에서, PED-104, AT-105 및 AT-106은 모두 우에무라 공업에서 제조한 약품이다.

또한, 무전해 도금 처리 대신 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 후술하는 바와 같이 상기 공정(도 3의 S5 단계)을 생략할 수 있다. 따라서, 도 3에서는 S5 단계를 괄호 안에 기재하였다.

그 후, 도 3의 S6 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 복합 소재(16)의 적어도 접합면(16a)에 도금층(18)을 형성한다. 이 무전해 도금 처리는, 예컨대 도 5의 「(5) 무전해 도금」공정에 나타낸 바와 같이, NiP의 무전해 도금 처리를 행한후에 NiB의 무전해 도금 처리를 행하는 것을 들 수 있다. 이들 무전해 도금 처리의 조건을 도 5에 나타내었다. 이 도 5에서, 니무덴 SX, SX-M, SX-A, BEL-980, BEL-980M, BEL-980S, BEL-980P, BEL-980T, BEL-980R는 모두 우에무라 공업에서 제조한 약품이다.

이 도금층(18)의 두께(t)(도 8 참조)는 복합 소재(16)에 잔류하는 액체의 기화 가스가 도금층(18)을 투과하지 않는 정도의 두께, 또는 복합 소재(16)에 존재하는 개기공을 피복할 수 있는 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 복합 소재(16)에 존재하는 개기공을 피복할 수 있는 정도의 두께란, 복합 소재(16)에 존재하는 개기공의 평균 직경의 2배 정도의 두께를 의미한다.

기화 가스의 투과성(누설성)에서 본 경우, 도금층(18)의 누설성은 5.0 ×10^-10cc-atm/sec 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.0 ×10^-10cc-atm/sec 이하이다.

구체적으로는, 도금층(18)의 두께(t)는 5∼100 ㎛이며, 바람직하게는 5∼50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼25 ㎛이다.

그 후, 도 3의 S7 단계에서, 마스킹 테이프의 박리 처리를 행한다. 이 처리는, 예컨대 핀셋 등을 사용하여 도금 처리된 복합 소재(16)의 측면을 쥐고, 마스킹 테이프를 도금층(18)으로부터 노출시킨 후, 그 마스킹 테이프를 떼어냄으로써 간단하게 행할 수 있다. 이 박리 처리에 의해, 도 8에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 도금층(18)이 잔존하게 된다.

마스킹 테이프 대신에 포토레지스트막을 사용한 경우는, 도금이 끝난 복합 소재(16)를 포토레지스트막이 용해되는 액체 중에 침지시킴으로써 행한다. 이 처리에 의해, 포토레지스트막의 표면에 형성되어 있던 도금층(18)이 포토레지스트막과 같이 제거되어(리프트오프법), 결과적으로 도 8에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 도금층(18)이 잔존하게 된다.

그 후, 도 3의 S8 단계에서, 접합면(16a)에 도금층(18)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리를 행한다. 이 건조 처리는, 예컨대 도 6의 「(8) 건조」공정에 나타낸 바와 같이, 예비 건조를 행한 후에 본 건조를 행하는 것을 들 수 있다. 예비 건조 및 본 건조의 조건을 도 6에 나타내었다. 이 건조 처리는, 도금층(18)의 산화를 억제하는 분위기, 예컨대 환원 분위기, 불활성 가스 분위기, 진공 분위기에서 행하는 것이 바람직하다. 즉, 이 건조 처리 공정은 요컨대 잔류물의 기화 제거가 산화하지 않는 조건에서 실시되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 건조 처리의 분위기는, 산화를 억제하기 위해서 수소 3% 이상의 분위기, 바람직하게는 수소 30% 이상의 분위기, 더욱 바람직하게는 수소 90% 이상의 분위기가 좋다.

또한, 상기 건조 처리에서는 적어도 수분을 기화 제거할 수 있는 온도와 시간에서 실시하는 것이 바람직하며, 도금층(18)의 경도가 최고 경도의 80% 이하의 경도가 되는, 또는 HV750 이하가 되는 온도와 시간에서 행하는 것이 바람직하다.

여기서, 도금층(18)에 크랙이 발생하는 원인에 대해 설명하면, 예컨대 NiP 도금층을 예로 한 경우, 도금층(18)의 시효 석출에 의해서 도금층(18) 자체가 경도상승, 연성 저하, 치수 수축 등이 생긴다. 그 결과, 모재인 복합 소재(16)와의 열 응력 차이를 따라갈 수 없어 크랙이 발생하게 된다. 이 시효 석출은, 예컨대 도금 처리 후에 행하여지는 건조 처리의 열 이력에서 발생한다는 것이 판명되었다.

그래서, 도금층(18)에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위해서는, 전술한 조건을 만족시키는 온도와 시간에 기초한 가열 프로그램으로 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 건조 처리는 30∼600℃의 임의의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 200∼400℃의 임의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하고, 보다 바람직하게는 200∼300℃의 임의의 온도에서 1∼120분의 임의 시간 동안 유지하면 좋다.

또한, 상기 건조 처리는 도금층(18)에 팽창을 발생시키지 않는 온도 상승률로 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 온도 상승률은 400℃/시 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 200℃/시 이하이며, 보다 바람직하게는 50℃/시 이하이다.

상기 S8 단계에서의 건조 처리가 종료되고 나면 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)가 완성되지만, 그 후 S9 단계에서 보관이 이루어지거나, 곤포(S9a 단계: 괄호 안에 기재하였음), 출하되어 예컨대 사용자가 보관하게 된다.

그리고, 필요한 경우에는 보관되어 있던 복합 재료(10A)의 땜납 접합을 행하게 된다(S10 단계).

예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 복합 소재(16)로 구성된 히트싱크재에 대하여 땜납층(24)을 매개로 절연 기판(20)을 접합할 때, 복합 소재(16)에 잔류하고있던 액체(절삭액이나 도금 처리액 등)이 기화되어 가스로서 유출되는데, 이 때 기화 가스는 투과와 관련하여 저항체 작용을 하는 도금층(18)을 피하여, 도금층(18)이 형성되어 있지 않은 부분으로부터 유출된다.

그 때문에, 이 제1 실시 형태에서는, 기화 가스의 유출에 따라 도금층(18)에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 땜납층(24)에 보이드가 발생하는 것 등이 억제된다.

또한, 보관시에는, 알루미늄 포일 등의 밀폐성이 높은 재료를 사용하여 곤포하고, 나아가서는 건조제를 병용하여 소결 처리 직후의 품질을 유지할 수 있도록 하여도 좋다. 이러한 처치를 통하여, 보관후 땜납 접합 시에 보이드가 발생하는 것을 피할 수 있다.

전술한 예에서는, 도금층(18)을 무전해 도금 처리로 형성한 경우를 예시하였지만, 그 밖에 전해 도금 처리로 형성하여도 좋다. 이 경우에는 도 3에 나타낸 S5 단계에서의 촉매 부여 공정을 생략할 수 있다. 또한, S6 단계에서 행하는 전해 도금 처리는, 예컨대 도 5의 「(6) 전해 도금」공정에 나타낸 바와 같은 조건으로 행할 수 있다.

다음으로, 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)에 대해 도 9를 참조하면서 설명한다.

이 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 전술한 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)와 대체로 동일한 구성으로 되어 있지만, 복합 소재(16)의 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성되고, 또한 그 얇은 도금층(18b)이 형성된 복합 소재(16)의 표면 중, 적어도 상기 땜납층(24)(도 2 참조)이 형성되는 부분에 두꺼운 도금층(18a)이 형성되어 있는 점에서 다르다. 따라서, 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 하층의 얇은 도금층(18b)과 상층의 두꺼운 도금층(18a)으로 이루어진 적층 도금층(18)이 형성된 형태가 된다.

이 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)에서는, 복합 소재(16)로 구성된 히트싱크재에 대하여 땜납층(24)을 매개로 절연 기판(20)을 접합할 때, 복합 소재(16)에 잔류하고 있던 액체(절삭액이나 도금 처리액 등)이 기화되어 가스로서 유출되는데, 이 때 기화 가스는 투과와 관련하여 저항체의 작용을 하는 적층 도금층(18)이 형성된 부분을 피해, 얇은 도금층(18b)이 형성된 부분을 통해 유출된다.

그 때문에, 이 제2 실시 형태에서도, 기화 가스의 유출에 따라 적층 도금층(18)에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 땜납층(24)에 보이드가 발생하는 것 등이 억제된다.

특히, 이 제2 실시 형태에서는, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 형태로 되기 때문에, 납땜 시의 취급이 양호해지는 동시에 외관적으로도 양호하고 습기의 흡수도 감소시킬 수 있다.

다음으로, 이 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)의 제조 방법의 구체예(제2 제조 방법)에 대하여 도 4 내지 도 7과 도 9 및 도 10을 참조하면서 설명한다. 그리고, 전술한 제1 제조 방법과 중복되는 부분은 간단한 설명으로 마친다.

우선, 도 10의 S101 단계에서 복합 소재(16)를 제작하고, 그 후 S102 단계에서 복합 소재(16)에 전처리를 한다. 이 전처리는, 예컨대 도 4의 「(2) 전처리」공정에 나타낸 바와 같이, 알칼리 탈지 처리 및 클리너 컨디셔너 처리를 들 수 있다.

그 후, 도 10의 S103 단계에서, 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리한다. 이 활성화 처리는, 예컨대 도 4의 「(3) 활성화 1」공정에 나타낸한 바와 같이, 에칭 처리 및 산세척 처리를 들 수 있다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, 도 10의 S104 단계에서 복합 소재(16)의 표면에 금속 촉매를 부여한다. 이 금속 촉매를 부여하는 조건(약품, 농도, 온도)을, 예컨대 도 4의 「(4) 촉매 부여」공정 난에 나타내었다.

또한, 무전해 도금 처리 대신에 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 전술한 바와 같이, 상기 공정(S104 단계)을 생략할 수 있다. 따라서, 도 10에서는 S104 단계를 괄호 안에 기재하였다.

그 후, S105 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 도 9에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 표면에 얇은 도금층(18b)을 형성한다. 이 무전해 도금 처리는, 예컨대 도 5의 「(5) 무전해 도금」공정 중 NiP의 무전해 도금 처리를 들 수 있다.

이 얇은 도금층(18b)의 두께(t2)는 잔류액이 기화 제거되기 쉬운 두께, 적어도 상기 두꺼운 도금층(18a)(도 9 참조)보다 잔류액의 기화 가스를 투과하기 쉬운 두께인 것이 바람직하다.

기화 가스의 투과성(누설성)에서 본 경우, 얇은 도금층(18b)의 누설성은 5.0×10^-10cc-atm/sec 이상인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0 ×10^-9cc-atm/sec 이상인 것이 좋다.

구체적으로는, 얇은 도금층(18b)의 두께(t2)는 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이하인 것이 좋다.

그 후, S106 단계에서, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리를 행한다. 이 건조 처리는, 예컨대 도 6의 「(8) 건조」공정에 나타낸 바와 같이, 예비 건조를 행한 후에 본 건조를 실시하는 것을 들 수 있다.

그 후, 도 10의 S107 단계에서, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 복합 소재(16)에 마스킹을 행한다. 이 마스킹은, 예컨대 도 6의 「(9) 마스킹」공정에 나타낸 바와 같이, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 복합 소재(16)의 표면 중 접합면(16a)을 제외한 면(예컨대, 하면 및 4개의 측면)에 마스킹 테이프를 붙인다. 물론, 마스킹 테이프 대신에 포토레지스트막 등을 사용해도 좋다.

그 후, S108 단계에서, 마스킹된 복합 소재(16)에 전처리를 행한다. 이 전처리는, 예컨대 도 6의 「(10) 전처리」공정에 나타낸 바와 같이, 알칼리 탈지 처리 및 클리너 컨디셔너 처리를 들 수 있다. 이 전처리에서 사용되는 약품, 농도, 온도의 예를 도 6에 기재하였다.

그 후, 도 10의 S109 단계에서 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리한다. 이 활성화 처리는, 예컨대 도 6의 「(11) 활성화 2」공정에 나타낸 바와 같이, 시안화 활성 처리를 들 수 있다. 이 활성화 처리에서 사용되는 약품, 농도, 온도의예를 도 6에 기재하였다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 하는 경우에는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, 도 10의 S110 단계에서 복합 소재(16)의 적어도 접합면(16a)[얇은 도금층(18b)이 노출되어 있는 면]에 금속 촉매를 부여한다. 이 금속 촉매를 부여하는 조건(약품, 농도, 온도)을, 예컨대 도 6의 「(12) 촉매 부여」공정 난에 나타내었다. 또한, 무전해 도금 처리 대신에 전해 도금 처리를 하는 경우에는, 후술하는 바와 같이 상기 공정(도 10의 S110 단계)을 생략할 수 있다.

그 후, S111 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 도 9에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 적어도 접합면(16a)[얇은 도금층(18b)이 노출되어 있는 면]에 두꺼운 도금층(18a)을 형성한다. 이 무전해 도금 처리는, 예컨대 도 7의 「(13) 무전해 도금」공정에 나타낸 바와 같이, NiP의 무전해 도금 처리를 행한 후에 NiB의 무전해 도금 처리를 행하는 것을 들 수 있다. 이들 무전해 도금 처리의 조건을 도 7에 기재하였다.

이 도금 처리에 의해서, 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 얇은 도금층(18b)과 두꺼운 도금층(18a)으로 이루어진 적층 도금층(18)이 형성된다.

적층 도금층(18)의 두께(t)(=t1+t2 : 도 9 참조)는 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)의 도금층(18)과 마찬가지로, 복합 소재(16)에 잔류하는 액체의 기화 가스가 적층 도금층(18)을 투과하지 않는 정도의 두께, 또는 복합 소재(16)에 존재하는 개기공을 피복할 수 있을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 5∼100 ㎛, 바람직하게는 5∼50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼25㎛인 것이 좋다.

그 후, 도 10의 S112 단계에서 마스킹 테이프의 박리 처리를 행한다. 이 처리에 의해서, 도 9에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 적층 도금층(18)이 잔존하고, 복합 소재(16)의 하면 및 4개의 측면에는 얇은 도금층(18b)이 잔존하게 된다.

그 후, S113 단계에서, 접합면(16a)에 적층 도금층(18)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리를 행한다. 이 건조 처리는, 예컨대 도 7의 「(16) 건조」공정에 도시한 바와 같이, 예비 건조를 행한 후에 본 건조를 하는 것을 들 수 있다. 예비 건조 및 본 건조의 조건을 도 7에 기재하였다.

상기 S106 단계 및 S113 단계에서의 건조 처리의 바람직한 양태(분위기, 경도, 온도, 시간, 온도 상승률 등)는 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 여기서는 그 중복 설명을 생략한다.

상기 S113 단계에서의 건조 처리가 종료되고 나면 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)가 완성되지만, 그 후, S114 단계에서 보관이 이루어지거나, 곤포(S114a 단계: 괄호 안에 기재하였음), 출하되어, 예컨대 사용자가 보관하게 된다.

그리고, 필요한 경우에는 보관되어 있던 복합 재료(10B)의 땜납 접합을 행하게 된다(S115 단계).

전술한 예에서는, 얇은 도금층(18b) 및 두꺼운 도금층(18a)을 함께 무전해 도금 처리로 형성한 경우를 들었지만, 그 밖에 얇은 도금층(18b)을 무전해 도금 처리로 형성하고, 두꺼운 도금층(18a)을 전해 도금 처리로 형성하여도 좋다. 물론, 얇은 도금층(18b) 및 두꺼운 도금층(18a)을 함께 전해 도금 처리로 형성하여도 좋다. 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 도 10에 나타낸 S104 단계나 S110 단계에서의 촉매 부여 공정을 생략할 수 있다. 또한, 얇은 도금층(18b)을 전해 도금 처리로 형성하는 경우에는, 예컨대 도 5의 「(6) 전해 도금」공정에 나타낸 조건으로 행할 수 있고, 두꺼운 도금층(18a)을 전해 도금 처리로 형성하는 경우에는, 예컨대 도 7의 「(14) 전해 도금」공정에 도시한 조건으로 행할 수 있다.

다음으로, 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)의 제조 방법의 다른 구체예(변형례에 따른 제조 방법)에 대해서 도 11 및 도 12를 참조하면서 설명한다.

이 변형례에 따른 제조 방법은 전술한 제2 제조 방법과 거의 동일한 공정을 포함하지만, S107 단계의 마스킹 처리가 다르다. 구체적으로는, 도 12에 도시한 바와 같이, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 2개의 복합 소재(16)를 상하로 겹친 것을 1개 조의 블록(16B)으로 했을 때, 여러 조의 블록(16B)을 늘어놓고, 이 여러 조의 블록(16B)을 프레임(50) 내에 수용한 것을 준비하여, 이 상태에서 다음 공정에 투입한다.

즉, 각 복합 소재(16)의 하나의 면[접합면(16a)] 이외의 면(하면 및 4개의 측면)을, 인접하는 복합 소재(16) 또는 프레임(50)에 의해서 숨김으로써, 각 복합 소재(16)에서 접합면(16a)만을 노출시킨 형태로 한다. 물론, 복합 소재(16)를 2장 합쳐서 이루어지는 상기 블록(16B)의 상태에서 다음 공정에 투입하여도 좋다.

그 후, 도 11의 S108 단계의 전처리, S109 단계의 활성화 처리, S110 단계의 촉매 부여(그 후에 전해 도금 처리를 행하는 경우에는 생략), S111 단계의 도금 처리[두꺼운 도금층(18a)의 형성]를 거침으로써, 도 9에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 두꺼운 도금층(18a)이 형성된다. 이 도금 처리에 의해서, 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 두꺼운 도금층(18a)과 얇은 도금층(18b)으로 이루어진 적층 도금층(18)이 형성된다.

그 후, 도 11의 S112 단계에서, 도 12에 도시한 프레임(50)을 해체하거나 떼어내어, 여러 조의 블록(16B)을 개개의 복합 소재(16)로 분리한다. 그 후, S113 단계의 건조 처리를 거쳐, 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)를 얻는다.

이 방법에서는 프레임(50)만 준비하면 마스킹 테이프가 불필요하게 되기 때문에 비용적으로도 유리하며, 또한 다수 개의 복합 소재(16)를 한 번에 처리하는 것이 가능하게 되므로, 공정수를 줄이는 데에 유리하게 된다.

다음으로, 제3 실시 형태에 따른 복합 재료(10C)에 대해서 도 13을 참조하면서 설명한다.

이 제3 실시 형태에 따른 복합 재료(10C)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 전술한 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)와 거의 같은 구성으로 되어 있지만, 복합 소재(16)의 적어도 땜납층(24)(도 2 참조)이 형성되는 부분[접합면(16a)]에 직접 두꺼운 도금층(18a)이 형성되고, 또한 상기 두꺼운 도금층(18a)이 형성된 복합 소재(16)의 표면[두꺼운 도금층(18a)의 표면을 포함함]에 얇은 도금층(18b)이 형성되어 있는 점에서 다르다. 따라서, 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 하층의 두꺼운 도금층(18a)과 상층의 얇은 도금층(18b)으로 이루어진 적층 도금층(18)이 형성된 형태로 된다.

이 제3 실시 형태에 따른 복합 재료(10C)에서는, 상기 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)와 마찬가지로, 복합 소재(16)로 구성된 히트싱크재에 대하여 땜납층(24)을 매개로 절연 기판(20)을 접합할 때, 복합 소재(16)에 잔류하고 있던 액체(절삭액이나 도금 처리액 등)이 기화되어 가스로서 유출되는데, 이 때 기화 가스는 투과와 관련하여 저항체의 작용을 하는 적층 도금층(18)이 형성된 부분을 피하여, 얇은 도금층(18b)이 형성된 부분을 통해 유출된다.

그 때문에, 이 제3 실시 형태에서도, 기화 가스의 유출에 따라 적층 도금층(18)에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 땜납층(24)에 보이드가 발생하는 것 등이 억제된다.

또한, 이 제3 실시 형태에서도, 표면에 얇은 도금층(18b)이 형성된 형태가 되기 때문에, 납땜 시의 취급이 양호해지는 동시에 외관적으로도 양호하며 습기의 흡수도 감소시킬 수 있다.

다음으로, 이 제3 실시 형태에 따른 복합 재료(10C)의 제조 방법의 구체예(제3 제조 방법)에 대해서 도 4 내지 도 7 및 도 14를 참조하면서 설명한다. 이 때, 전술한 제2 제조 방법과 중복되는 부분은 간단하게 설명한다.

우선, 도 14의 S201 단계에서 복합 소재(16)를 제작하고, 그 후 S202 단계에서 복합 소재(16)에 마스킹을 행한다. 이 마스킹은 복합 소재(16)의 표면 중 접합면(16a)을 제외한 면(예컨대, 하면 및 4개의 측면)에 마스킹 테이프를 붙임으로써행하여진다. 물론, 마스킹 테이프 대신에 포토레지스트막 등을 이용하여도 좋다.

그 후, S203 단계에서 복합 소재(16)에 전처리(알칼리 탈지 처리 및 클리너 컨디셔너 처리)를 하고, 그 후 S204 단계에서 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리(에칭 처리 및 산세척 처리)한다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 하는 경우는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, S205 단계에서 복합 소재(16)의 접합면(16a) 및 마스킹 테이프의 표면에 금속 촉매를 부여한다. 또한, 무전해 도금 처리 대신에 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 전술한 바와 같이 상기 공정(S205 단계)을 생략할 수 있다.

그 후, S206 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 복합 소재(16)의 접합면(16a) 및 마스킹 테이프의 표면에 두꺼운 도금층(18a)을 형성한다. 이 무전해 도금 처리는, 예컨대 도 7의 「(5) 무전해 도금」공정에 나타낸 바와 같이, NiP의 무전해 도금 처리를 한 후에 NiB의 무전해 도금 처리를 행하는 것을 들 수 있다. 이 두꺼운 도금층(18a)의 바람직한 두께는, 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)의 두꺼운 도금층(18a)의 두께와 마찬가지로 5∼100 ㎛, 바람직하게는 5∼50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼25㎛인 것이 좋다.

그 후, S207 단계에서 마스킹 테이프의 박리 처리를 행한다. 이 처리에 의해서 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 두꺼운 도금층(18a)이 잔존하게 된다. 그 후, S208 단계에서, 접합면(16a)에 두꺼운 도금층(18a)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리(예비 건조 처리 및 본 건조 처리)를 행한다.

그 후, S209 단계에서, 건조 후의 복합 소재(16)에 전처리(알칼리 탈지 처리및 클리너 컨디셔너 처리)를 행한 후, S210 단계에서 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리(시안화 활성 처리)한다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, S211 단계에서 복합 소재(16)의 표면[두꺼운 도금층(18a)의 표면을 포함함]에 금속 촉매를 부여한다. 또한, 무전해 도금 처리 대신에 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 후술하는 바와 같이 상기 공정(S211 단계)을 생략할 수 있다.

그 후, S212 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 도 13에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 표면[두꺼운 도금층(18a)의 표면을 포함함]에 얇은 도금층(18b)을 형성한다. 이 도금 처리에 의해서, 복합 소재(16)의 접합면(16a)에는 두꺼운 도금층(18a)과 얇은 도금층(18b)으로 이루어진 적층 도금층(18)이 형성된다.

그 후, S213 단계에서, 접합면(16a)에 적층 도금층(18)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리(예비 건조 처리 및 본 건조 처리)를 행한다.

상기 S208 단계 및 S213 단계에서의 건조 처리의 바람직한 양태(분위기, 경도, 온도, 시간, 온도 상승률 등)는 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 여기서는 그 중복 설명을 생략한다.

상기 S213 단계에서의 건조 처리가 종료되고 나면 제3 실시 형태예에 따른 복합 재료(10C)가 완성되지만, 그 후 S214 에서 보관이 이루어지거나, 곤포(S214a 단계 :괄호 안에 기재함), 출하되어, 예컨대 사용자가 보관하게 된다.

그리고, 필요한 경우에는 보관되어 있던 복합 재료(10C)의 땜납 접합을 행하게 된다(S215 단계).

전술한 예에서는, 두꺼운 도금층(18a) 및 얇은 도금층(18b)을 함께 무전해 도금 처리로 형성한 경우를 들었지만, 그 밖에, 두꺼운 도금층(18a)을 무전해 도금 처리로 형성하고, 얇은 도금층(18b)을 전해 도금 처리로 형성하여도 좋다. 물론, 두꺼운 도금층(18a) 및 얇은 도금층(18b)을 함께 전해 도금 처리로 형성하도록 하여도 좋다. 전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 도 14에 도시한 S205 단계나 S211 단계에서의 촉매 부여 공정을 생략할 수 있다.

다음으로, 제4 실시 형태에 따른 복합 재료(10D)에 대해서 도 15를 참조하면서 설명한다.

이 제4 실시 형태에 따른 복합 재료(10D)는, 전술한 제1 실시 형태에 따른 복합 재료(10A)와 거의 같은 구성으로 되어 있지만, 도 15에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 표면에 형성된 도금층(18) 중 일부[예컨대, 복합 소재(16)의 하면에 대응하는 부분 및/또는 4개의 측면에 대응하는 부분]가 에칭 처리 또는 연마 처리되고, 그 일부의 도금층(18)이 박막화되어 있는 점에서 다르다.

이 제4 실시 형태에 따른 복합 재료(10D)에서는, 상기 제2 실시 형태에 따른 복합 재료(10B)와 마찬가지로, 복합 소재(16)로 구성된 히트싱크재에 대하여 땜납층(24)을 매개로 절연 기판(20)을 접합할 때, 복합 소재(16)에 잔류하고 있었던 액체(절삭액이나 도금 처리액 등)이 기화되어 가스로서 유출되는데, 이 때 기화 가스는 투과와 관련하여 저항체의 작용을 하는 도금층(18)이 형성된 부분을 피하여, 도금층(18)이 박막화된 부분을 통하여 유출된다.

그 때문에, 이 제4 실시 형태에서도, 기화 가스의 유출에 따라 도금층(18)에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 땜납층(24)에 보이드가 발생하는 것 등이 억제된다.

또한, 이 제4 실시 형태에서도, 표면에 도금층(18)이 형성된 형태로 되기 때문에, 납땜 시의 취급이 양호하지는 동시에 외관적으로도 양호하며 습기의 흡수도 감소할 수 있다.

다음으로, 이 제4 실시 형태에 따른 복합 재료(10D)의 제조 방법의 구체예(제4 제조 방법)에 대해서 도 16을 참조하면서 설명한다. 여기서는, 전술한 제1 제조 방법과 중복되는 부분은 간단하게 설명한다.

우선, 도 16의 S301 단계에서 복합 소재(16)를 제작하고, 그 후 S302 단계에서 복합 소재(16)에 전처리(알칼리 탈지 처리 및 클리너 컨디셔너 처리)를 행하고, 이어서 S303 단계에서 복합 소재(16)의 표면을 활성화 처리(에칭 처리 및 산세척 처리)한다.

그리고, 그 후에 무전해 도금 처리를 행하는 경우에는, 그 무전해 도금 처리에 앞서, S304 단계에서 복합 소재(16)의 표면에 금속 촉매를 부여한다. 또한, 무전해 도금 처리 대신에 전해 도금 처리를 하는 경우에는, 전술한 바와 같이 상기 공정(S304 단계)을 생략할 수 있다.

그 후, S305 단계에서 무전해 도금 처리를 행하여, 도 15에 도시한 바와 같이 복합 소재(16)의 표면에 도금층(18)을 형성한다.

이 도금층(18)의 두께(t)는, 전술한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 복합재료의 도금층(18)과 마찬가지로, 복합 소재(16)에 잔류하는 액체의 기화 가스가 도금층(18)을 투과하지 않을 정도의 두께, 또는 복합 소재(16)에 존재하는 개기공을 피복할 수 있을 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는 5∼100 ㎛이며, 바람직하게는 5∼50 ㎛, 더욱 바람직하게는 5∼30 ㎛, 보다 바람직하게는 15∼25㎛이다.

그 후, S306 단계에서, 복합 소재(16)의 표면에 형성된 도금층(18)에 부분 가공을 행한다. 이 처리는 복합 소재(16)의 표면에 형성된 도금층(18) 중, 그 일부[예컨대, 복합 소재(16)의 하면에 대응하는 부분 및/또는 4개의 측면에 대응하는 부분)] 에칭 처리 또는 연마 처리하여, 그 일부의 도금층(18)을 박막화한다.

이 박막화된 도금층(18)의 두께(t2)는 잔류액이 기화 제거되기 쉬운 두께, 적어도 접합면(16a)의 도금층(18)보다 잔류액의 기화 가스를 투과시키기 쉬운 두께인 것이 바람직하다. 구체적으로는 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 5 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3 ㎛ 이하인 것이 좋다.

그 후, S307 단계에서, 표면에 도금층(18)이 형성된 복합 소재(16)에 건조 처리(예비 건조 처리 및 본 건조 처리)를 행한다. 이 건조 처리의 바람직한 양태(분위기, 경도, 온도, 시간, 온도 상승률 등)는 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 여기서는 그 중복 설명을 생략한다.

상기 S307 단계에서의 건조 처리가 종료되고 나면 제4 실시 형태에 따른 복합 재료(10D)가 완성되지만, 그 후 S308 단계에서 보관이 이루어지거나, 곤포(S308a 단계: 괄호 안에 기재하였음), 출하되어, 예컨대 사용자가 보관하게 된다.

그리고, 필요한 경우에는 보관되어 있던 복합 재료(10D)의 땜납 접합을 행하게 된다(S309 단계).

전술한 예에서는, 도금층을 무전해 도금 처리로 형성한 경우를 들었지만, 그 밖에 전해 도금 처리로 형성하여도 좋다. 이 경우에는, 도 16에 도시한 S304 단계에서의 촉매 부여 공정을 생략할 수 있다.

다음으로, 실험예를 하나 예시한다. 이 실험예는, 도 17에 기재한 비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1 내지 실시예 4에 대해, 각각 납땜을 행한 경우 도금층(18)에서의 크랙 발생 상태, 도금층(18)의 팽창, 박리 상태, 보이드 발생 상태를 관찰한 것이다.

비교예 1은, 전술한 제1 제조 방법으로 무전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 양면(또는 표면)에 20 ㎛의 도금층(18) (NiP 도금층: 18㎛, NiB 도금층: 2 ㎛)을 형성한 후, 건조 처리한 경우를 나타낸다.

비교예 2는, 전술한 제1 제조 방법으로 무전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 양면(또는 표면)에 2.5 ㎛의 도금층(18)(NiP 도금층: 1.5 ㎛, NiB 도금층: 1.0 ㎛)을 형성한 후, 건조 처리한 경우를 나타낸다.

실시예 1은, 전술한 제1 제조 방법으로 무전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 20 ㎛의 도금층(18)(NiP 도금층: 17 ㎛, NiB 도금층: 3㎛)을 형성한 후, 건조 처리한 경우를 나타낸다.

실시예 2는, 전술한 제1 제조 방법으로 전해 도금 처리에 의해 복합소재(16)의 접합면(16a)에만 20 ㎛의 도금층(18)(Ni 도금층: 20 ㎛)을 형성한 후, 건조 처리한 경우를 나타낸다.

실시예 3은, 전술한 제2 제조 방법(또는 변형례에 따른 제조 방법)으로 무전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 양면(또는 표면)에 1 ㎛의 도금층(18b)(NiP 도금층: 1 ㎛)을 형성한 후 건조 처리하고, 그 후 무전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 19 ㎛의 도금층(18a)(NiP 도금층: 17 ㎛, NiB 도금층: 2 ㎛)을 형성한 후 건조 처리 한 경우를 나타낸다.

실시예 4는, 실시예 3과 마찬가지로 복합 소재(16)의 양면(또는 표면)에 1 ㎛의 도금층(18b)(NiP 도금층: 1 ㎛)을 형성한 후 건조 처리하고, 또한 전해 도금 처리에 의해 복합 소재(16)의 접합면(16a)에만 19 ㎛의 도금층(18a)(Ni 도금층)을 형성한 후 건조 처리한 경우를 나타낸다.

전술한 각 건조 처리는, 예비 건조를 온도 60℃에서 120분 유지하여 실시하고, 계속해서 본 건조를 온도 260℃에서 10분간 유지(수소 100%의 분위기)하여 실시했다.

이 실험예의 결과를 도 18에 기재하였다. 이 도 18에서, 도금 크랙 항목은 도금층(18)에서의 크랙 상태를 나타내며, ○는 미발생, ×은 많이 발생하여 불량한 상태를 나타낸다. 팽창, 박리 항목은 도금층(18)의 팽창이나 박리 상태를 나타내며, ○는 미발생, ×는 많이 발생하여 불량한 상태를 나타낸다.

보이드 항목은 땜납층에서의 보이드 발생 상태를 이하의 식에 의해 백분율로 나타낸 것이다. 또한, 보이드 부분의 총면적이나 땜납 접합 면적은 X선 투과 사진으로 계측했다.

보이드율(%)=(보이드 부분의 총면적/땜납 접합 면적) ×100

도 18의 결과로부터, 비교예 1과 비교예 2 및 실시예 1 내지 실시예 4의 어디에서나 도금 크랙은 발생하지 않았지만, 비교예 1에서 팽창, 박리가 많이 일어났다.

보이드율에 대해서 보면, 비교예 1 및 비교예 2는 복합 소재(16)의 완성 직후에는 모두 1.0∼2.0%으로 충분히 실용성이 있지만, 보관 후에는 10.0∼20.0%까지 증가하여, 품질이 떨어지고 있음을 알 수 있다.

한편, 실시예 1 내지 실시예 4에 있어서는, 복합 소재(16)의 완성 직후 및 보관 후의 보이드율이 모두 1.0∼2.0%로 낮은 값이며, 또한 품질이 안정적임을 알 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 복합 재료 및 그 제조 방법은, 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 여러 가지 구성을 채용할 수 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 재료 및 그 제조 방법에 따르면, 도금된 복합 재료를 땜납층 등의 접합층에 의해서 다른 물체에 접합하는 경우에, 도금층에 크랙이나 팽창, 박리가 발생하는 것과 접합층에 보이드가 발생하는 것 등을 억제할 수 있다.

Claims

다공질 소결체에 금속이 함침된 복합 소재를 갖고, 접합층에 의해서 다른 물체에 접합되는 복합 재료로서,

상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제1항에 있어서, 상기 도금층은 제1 도금층으로만, 또는 제1 도금층과 제2 도금층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항에 있어서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층이 형성되고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항에 있어서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층이 형성되고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층을 투과하는 기화 가스에 의해서 상기 접합층에 발생하는 보이드율이 3% 이하인 것을 특징으로하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층의 누설성은 5.0 ×10^-10cc-atm/sec 이하인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 상기 복합 소재의 표면에 존재하는 개기공을 면적 비율로 90% 이상 피복하고 있는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 무전해 도금에 의한 층이고, 도금 크랙이 없는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 무전해 도금에 의한 층이고, 경도가 최고 경도의 80% 이하인 것 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 전해 도금에 의한 층인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 무전해 도금에 의한 층과 전해 도금에 의한 층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 기화 가스를 투과시키지 않는 정도의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 상기 복합 소재의 표면에 존재하는 개기공의 지름의 2배 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 두께가 5∼100 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층은 두께가 5∼50 ㎛인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층은 잔류액이 기화 제거되기 쉬운 두께인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층은 적어도 상기 제1 도금층보다 잔류액의 기화 가스를 투과시키기 쉬운 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층은 두께가 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층은 두께가 5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층의 누설성은 5.0 ×10^-10cc-atm/sec 이상인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층은 무전해 도금 및 전해 도금, 또는 그 양방에 의한 층인 것을 특징으로 하는 복합 재료.
다공질 소결체에 금속이 함침된 복합 소재를 갖고, 접합층에 의해서 다른 물체에 접합되는 복합 재료의 제조 방법으로서,

상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제22항에 있어서, 상기 도금층을 제1 도금층으로만, 또는 제1 도금층과 제2 도금층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층을 형성하고, 그 이외의 부분에 상기 제2 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 복합 소재의 표면 중 적어도 상기 접합층이 형성되는 부분에 상기 제1 도금층을 형성하고, 그 이외의 부분에는 상기 제2 도금층을 형성하지 않은 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층을 형성하는 부분 이외의 표면에 마스킹 처리를 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도금층을 형성한 후, 상기 제1 도금층을 형성하는 부분 이외의 제2 도금층에 마스킹 처리를 실시한 후, 제1 도금층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제23항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도금층 및 제2 도금층은, 도금 처리를 한 후 건조하는 하는 일련의 처리를 n회 반복하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 적어도 수분을 기화 제거할 수 있는 온도와 시간에서 실시하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 30∼600℃의 임의의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 200∼400℃의 임의 온도에서 1∼300분의 임의 시간 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 상기 도금층의 산화를 억제하는 분위기에서 행하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제32항에 있어서, 상기 분위기는 불활성 가스 분위기, 진공 분위기 및 환원 분위기로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제33항에 있어서, 상기 환원 분위기는 수소가 3% 이상인 분위기인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제33항에 있어서, 상기 환원 분위기는 수소가 30% 이상인 분위기인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제33항에 있어서, 상기 환원 분위기는 수소가 90% 이상인 분위기인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 상기 제1 도금층 및 제2 도금층에 팽창을 발생시키지 않는 온도 상승률로 행하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제37항에 있어서, 상기 온도 상승률은 400℃/시 이하인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제37항에 있어서, 상기 온도 상승률은 100℃/시 이하인 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.
제28항에 있어서, 상기 건조 처리는 잔류액의 기화 온도 부근에서 유지하는가열 프로그램으로 실시하는 것을 특징으로 하는 복합 재료의 제조 방법.