アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法
【課題】高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、さらには、半導体素子のヒートシンク等として使用するのに好適なように、表面の面粗さを改善したアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部２及び上記複合化部の両面に設けられた表面層３からなり、上記表面層３が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【解決手段】ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部２及び上記複合化部の両面に設けられた表面層３からなり、上記表面層３が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光通信等に用いられる半導体レーザー素子や高機能ＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）等の半導体素子では、同素子から発生する熱を如何に効率的に逃がすかが、動作不良等を防止する為に非常に重要である。近年、半導体素子の技術の進歩に伴い、素子の高出力化、高速化、高集積化が進み、ますます、その放熱に対する要求は厳しくなってきている。この為、一般には、ヒートシンク等の放熱部品に対しても、高い熱伝導率が要求され、熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が用いられている。
【０００３】
一方、個々の半導体素子は、高出力化に伴いその寸法が大きくなってきており、半導体素子と放熱に用いるヒートシンクとの熱膨張のミスマッチの問題が顕在化してきた。これらの問題を解決する為には、高熱伝導という特性と半導体素子との熱膨張率のマッチングを両立するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、金属とセラミックスの複合体、例えばアルミニウム（Ａｌ）と炭化珪素（ＳｉＣ）の複合体が提案されている。（特許文献１）
【０００４】
しかしながら、Ａｌ−ＳｉＣ系の複合材料においては、如何に条件を適正化しても熱伝導率は３００Ｗ／ｍＫ以下であり、銅の熱伝導率以上の更に高い熱伝導率を有するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、ダイヤモンドの持つ高い熱伝導率と金属の持つ大きな熱膨張率とを組み合わせて、高熱伝導率で且つ熱膨張係数が半導体素子材料に近い、金属−ダイヤモンド複合材料が提案されている。（特許文献２）
【０００５】
また、特許文献３では、ダイヤモンド粒子の表面にβ型のＳｉＣ層を形成することで、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物の生成を抑えると共に、溶融金属との濡れ性を改善して、得られる金属−ダイヤモンド複合材料の熱伝導率を改善している。
【０００６】
更に、ダイヤモンドは非常に硬い材料である為、金属と複合化して得られる金属−ダイヤモンド複合材料も同様に非常に硬く、難加工性材料である。このため、金属−ダイヤモンド複合材料は、通常のダイヤモンド工具では、殆ど加工することが出来ず、小型で種々の形状が存在するヒートシンクとして、金属−ダイヤモンド複合材料を使用するには、如何に低コストで形状加工を行うかが課題である。この様な課題に対して、金属−セラミックス複合材料は、通電が可能であり、放電加工等による加工方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１５７７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３１２６号公報
【特許文献３】特表２００７−５１８８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなヒートシンク用材料の使用形態としては、通常、半導体素子の発熱を効率よく放熱する為に、半導体素子に対してヒートシンクがロウ材等で接合される形で接触配置されている。従来の金属−ダイヤモンド複合材料の場合、接合面にダイヤモンド粒子が露出していため、接合面の面粗さが粗く、その結果、接触界面の熱抵抗が増大して好ましくない。このため、ヒートシンク用材料に求められる特性として、表面の面粗さを如何に小さくするかといった課題がある。
【０００９】
この課題を解決する手段として、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面にアルミニウム合金層やアルミニウム−セラミックス複合体層を形成することが提案されている。これらの手法により、表面の面粗さは改善できる。しかし、アルミニウム合金層やアルミニウム−セラミックス複合体層は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体に比べ熱伝導率が１／３程度であり、ヒートシンク自体の熱伝導率が低下するといった課題がある。よって、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えつつも、表面の面粗さを改善させた複合材料が求められている。
【００１０】
即ち、本発明の目的は、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、さらには、半導体素子のヒートシンク等として使用するのに好適なように、表面の面粗さを改善したアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び上記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、上記表面層が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon：以下ＤＬＣと云う）からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００１２】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の構造図
【図２】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の複合化前の構造層体の断面図
【図３】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の斜視図
【符号の説明】
【００１５】
１ アルミニウム−ダイヤモンド系複合体
２ 複合化部
３ ＤＬＣ膜からなる表面層
４ 多孔質体からなる型材
５ 金属板
６ 離型材を塗布した離型板
７ ダイヤモンド粉末
８ 外周部
９ 穴部
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［用語の説明］
本明細書において、「〜」という記号は「以上」及び「以下」を意味する。例えば、「Ａ〜Ｂ」というのは、Ａ以上でありＢ以下であるという意味である。
【００１７】
本明細書において、「両面」とは平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両方の面を意味する。また、本明細書において、「側面部」とは、平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面、即ち、上記両面とは略垂直の部分を意味する。
【００１８】
また、本明細書において、「穴部」とは、本発明の部品を他の放熱部材にネジ止めするために設ける、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両面を貫くように加工される貫通穴を意味する。
【００１９】
以下、図面を用いて、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法の実施形態を説明する。
【００２０】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体（図１の１）は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部（図１の２）及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層（図１の３）からなり、上記表面層３が厚さが０．３〜５０μｍのＤＬＣ材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さい。
【００２２】
以下、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体について、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。
【００２３】
ここで、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製法は、大別すると含浸法と粉末冶金法の２種がある。このうち、熱伝導率等の特性面から、実際に商品化されているのは、含浸法によるものが多い。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う高圧鍛造法がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法とは、一般的に、高圧容器内に、ダイヤモンド等の粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
【００２４】
［ダイヤモンド粉末］
原料であるダイヤモンド粉末は、天然ダイヤモンド粉末もしくは人造ダイヤモンド粉末のいずれも使用することができる。また、該ダイヤモンド粉末には、必要に応じて、例えばシリカ等の結合材を添加してもよい。結合材を添加することにより、成形体を形成することができるという効果を得ることができる。
【００２５】
上記ダイヤモンド粉末の粒度に関しては、熱伝導率の点から、平均粒子径が５０μｍ以上の粉末が好ましく、更に好ましくは、平均粒子径が１００μｍ以上である。ダイヤモンド粒子の粒子径の上限に関しては、得られる複合体の厚み以下であれば、特性上の制限はないが、５００μｍ以下であれば、安定したコストで複合体を得ることができるので好ましい。また、ダイヤモンド粒子の充填率を上げるため、平均粒子径が１００μｍ以上のダイヤモンド粉末６０体積％〜８０体積％と、平均粒子径が３０μｍ以下のダイヤモンド粉末２０体積％〜４０体積％を粒度配合して用いることが、更に好ましい。
【００２６】
そして、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のダイヤモンド粒子の含有量は、４０体積％以上７０体積％以下が好ましい。ダイヤモンド粒子の含有量が４０体積％以上であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率を十分に確保できる。また、充填性の面より、ダイヤモンド粒子の含有量が７０体積％以下であることが好ましい。７０体積％以下であれば、ダイヤモンド粒子の形状を球形等に加工する必要がなく、安定したコストでアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００２７】
溶湯鍛造法によって得られる複合体は、適切な条件であれば溶湯が粉末同士の空隙間に行き渡るので、充填体積に対する粉末の体積の割合が、得られる複合体全体の体積に対する粉末材料の体積（粒子の含有量）とほぼ等しくなる。
【００２８】
更に、ダイヤモンド粒子の表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用することにより、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑えることができ、且つ、溶湯アルミニウムとの濡れ性を改善することができる。その結果、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率が向上するという効果を得ることができる。
【００２９】
溶湯鍛造の準備として、アルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材（図２の４）、離型剤を塗布した緻密な離型板（図２の６）及び上記ダイヤモンド粉末（図２の７）を図２に示すように配置することにより、型材４、離型板６及び充填されたダイヤモンド粉末７からなる溶湯鍛造のための構造体とする。
【００３０】
ここで、図２は溶湯鍛造のための構造体の断面図であり、上記ダイヤモンド粉末が充填された部分についての断面図である。なお、溶湯鍛造法でアルミニウム合金とダイヤモンド粉末を複合化する際には、アルミニウム合金は、上記多孔質体からなる型材を通ってダイヤモンド粉末が充填される部分に到達する。
【００３１】
［多孔質体からなる型材］
ここで、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材４の材料としては、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸できる多孔質体であれば特に制約はない。しかし、該多孔質体としては、耐熱性に優れ、安定した溶湯の供給が行える、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ繊維等の多孔質体等が好ましく用いられる。
【００３２】
［離型板］
また、緻密な離型板６としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することができ、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、離型板に塗布する離型剤については、耐熱性に優れる、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が好ましく使用できる。さらには、離型板の表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、上記離型剤を塗布することにより、より安定した離型が行える離型板を得ることができる。
【００３３】
本実施形態においては、複合化後に、両面に配置した離型板６を剥がすことを特徴とする。このような特有の構成により、非常に平滑な表面を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３４】
［アルミニウム合金］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のアルミニウム合金（アルミニウムを主成分とする金属）は、含浸時にダイヤモンド粉末の空隙中（ダイヤモンド粒子間）に十分に浸透させるために、なるべく融点が低いことが好ましい。このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。シリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の緻密化が促進されるという効果を得ることができる。
【００３５】
更に、上記アルミニウム合金にマグネシウムを含有させることにより、ダイヤモンド粒子と金属部分との結合がより強固になるので好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、アルミニウム合金の特性が極端に変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば、銅等が含まれていても良い。
【００３６】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、複合化時のダイヤモンド粉末の充填量により厚みを調整することができ、その厚みは０．４〜６ｍｍが好ましい。該厚みが０．４ｍｍ未満の場合、ヒートシンク等として用いるのに十分な強度が得られず好ましくない。該厚みが６ｍｍを超える場合、材料自体が高価となると共に、本発明の高熱伝導という効果が十分に得られなくなり好ましくない。
【００３７】
得られた構造体は、複数枚を更に積層してブロックとし、このブロックを６００〜７５０℃程度で加熱する。そして、該ブロックを高圧容器内に１個または２個以上配置し、ブロックの温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する。
【００３８】
ここで、ブロックの加熱温度は、６００℃以上であれば、アルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。また、加熱温度が７５０℃以下であれば、アルミニウム合金との複合化時に、ダイヤモンド粉末表面のアルミニウムカーバイド（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑制でき、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３９】
また、含浸時の圧力に関しては、２０ＭＰａ以上であればアルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。さらに好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。５０ＭＰａ以上であれば、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４０】
［アニール処理］
なお、上記操作により得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体には、アニール処理を行ってもよい。アニール処理を行うことにより、上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体内の歪みが除去され、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４１】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の表面に影響を与えずに、成形体中の歪みのみを除去するには、上記アニール処理は、温度４００℃〜５５０℃の条件で１０分間以上行うことが好ましい。
【００４２】
［加工方法］
次に、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の加工方法の例を説明する。上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、非常に硬い難加工性材料であるが、ウォータージェット加工機やレーザー加工機により、外周部（側面部）（図３の８）及び穴部（図３の９）の加工を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体に加工することができる。その結果、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、図１もしくは図３のような、外周部８及び穴部９に複合化部２が露出する構造となる。
【００４３】
ここで、上記穴部９は、図３に示すように、他の放熱部品にネジ止めできるよう、上下面を貫くように設けられていればよい。また、外周部と連結したＵ字形状のような形状に加工することで、加工コストを削減することもできる。
【００４４】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は導電性材料であるので、放電加工機を用いても、外周部８及び穴部９の加工を行うことができる。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、外周部８及び穴部８に複合化部２が露出する構造となる。
【００４５】
なお、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、通常のダイヤモンド工具等を用いた加工も可能ではあるが、非常に硬い難加工性材料であるため、工具の耐久性や加工コストの面から、ウォータージェット加工機、レーザー加工機又は放電加工機による加工を行うことが好ましい。
【００４６】
［表面層］
【００４７】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、複合化部（図１の２）の両面が、厚みが０．３〜５０μｍのＤＬＣ膜からなる表面層（図１の３）で被覆されていることを特徴とする。
【００４８】
ＤＬＣ膜を構成するＤＬＣ材料とは、炭素元素を主として構成される非晶質組織を有するものであって、炭素同士の結合形態がダイヤモンド結合とグラファイト結合の両方からなる。具体的には、炭素元素のみからなるアモルファスカーボン、水素を含有する水素アモルファスカーボン、更には、チタンやリン等の金属元素を一部に含むメタルカーボンが挙げられるが、本発明に用いるＤＬＣとしては、特にこれらに限定されるものではない。
【００４９】
ＤＬＣ膜は、熱伝導率が約５００Ｗ／ｍＫと非常に高く、且つ、線熱膨張率が３×１０-6〜５×１０-6／Ｋと小さく、本発明のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面層として好適である。
【００５０】
ＤＬＣ膜の成膜方法としては、特に限定されず、例えば、イオン化蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、プラズマイオン注入成膜法、ホローカソードアーク法、真空アーク蒸着法などを適用することができる。
【００５１】
また、本発明では、ＤＬＣ膜を形成した後に、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下になる様に面加工することもできる。
【００５２】
また、上記ＤＬＣ膜からなる表面層３の厚みは、０．３μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。表面層３の厚みが０．３μｍ以上であれば、目標とする面精度（表面粗さ）を得ることが容易となる。また、表面層３の平均厚みが５０μｍ以下であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１に占める複合化部２の十分な厚みが得られ、十分な熱伝導率を確保することができる。ＤＬＣ膜からなる表面層３の厚みは、より好ましくは１〜１０μｍである。
【００５３】
一方、表面層３の厚みが０．３μｍ未満では、ＤＬＣ膜のピンホールが発生し、表面粗さが粗くなり好ましくない。また、表面層３の厚みが５０μｍを超えると、ＤＬＣ膜とアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱膨張差による応力の発生、剥離の発生があり好ましくない。
【００５４】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面がＤＬＣ膜からなる表面層３で被覆された構造を有しているため、この表面層３を加工（研磨）することにより、表面精度（表面粗さ：Ｒａ）を調整することができる。この表面層３の加工は、ダイヤモンド砥粒や砥石を用いた加工方法が採用でき、例えばバフ研磨機等を用いて研磨を行い、表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすることができる。
【００５５】
更に、この表面層３を加工することで、表面層３の平均厚みを調整することもできる。本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ヒートシンク等の放熱部品として使用する場合、接合面の熱抵抗を考慮すると、表面粗さが小さい平滑な面であることが好ましく、その表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下が好ましく、更に好ましくは、０．５μｍ以下である。表面粗さが１μｍ以下であることにより、接合層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５６】
また、上記表面層２の平面度についても、５０ｍｍ×５０ｍｍサイズに換算して、３０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１０μｍ以下である。該平面度が３０μｍ以下であることにより、半田層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５７】
［複合化部］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、上記ダイヤモンド粒子とアルミニウム合金との複合化部（図１の２）を有する。
【００５８】
上記表面層３と複合化部２との境界は、電子顕微鏡等でアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を観察した際に、はっきりと識別できることが好ましい。このような構造のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、表面層３の厚みが薄く、表面層３と複合化部２の熱膨張率の差が小さいため、表面のＤＬＣ膜を加工する際に、表面層３と複合化部２との間に応力が生じにくく、研磨等で力が加わった時に、表面層３が破損することがない。
【００５９】
［めっき処理］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、半導体素子のヒートシンクとして用いる場合、半導体素子とロウ付けにより接合して用いられることが多い。よって、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の接合表面には、めっきを施してもよい。
【００６０】
めっき処理の方法は特に限定されず、無電解めっき処理、電気めっき処理法のいずれでもよい。アルミニウムへのめっき処理の場合、Ｎｉめっきまたは、半田濡れ性を考慮してＮｉめっきとＡｕめっきの二層めっきを施す。この場合のめっきの厚みは０．５以上１５μｍ以下であることが好ましい。めっき厚みが０．５μｍ以上であれば、めっきピンホールや半田付け時の半田ボイド（空隙）の発生を防ぐことができ、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。また、めっきの厚みが１５μｍ以下であれば、低熱伝導率のＮｉめっき膜の影響を受けず、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。Ｎｉめっき膜の純度に関しては、半田濡れ性に支障をきたさないものであれば特に制約はなく、リン、硼素等を含有していてもよい。
【００６１】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることが好ましい。
【００６２】
２５℃での熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃の熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであれば、高熱伝導率かつ半導体素子と同等レベルの低膨張率となる。そのため、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できる。その結果、高信頼性の放熱部品として好ましく用いられる。
【００６３】
〈作用効果〉
以下、上記実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の作用効果について説明する。
【００６４】
上記実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部２及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層３からなり、上記表面層３が厚さが０．３μｍ以上５０μｍ以下のＤＬＣ層からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００６５】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【００６６】
また、上記表面層３の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であるため、接合層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００６７】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の厚みが０．４〜６ｍｍであるため、ヒートシンク等の放熱部品として用いるに十分な強度及び放熱特性を有するという効果を得ることができる。
【００６８】
また、ダイヤモンド粒子が、その表面に化学的に結合したβ型炭化珪素の層が形成されてなることにより、溶湯アルミニウムとの濡れ性を改善することができ、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率が向上する。
【００６９】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであってもよい。このようにすれば、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できるという効果を得ることができる。
【００７０】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１５μｍとなるように設けてもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、高い放熱特性を確保することができる。
【００７１】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、溶湯鍛造法により製造されてもよい。このようにすれば、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得ることができる。
【００７２】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１が穴部９を有し、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の側面部８及び上記穴部９が、上記複合化部２が露出してなる構造であってもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００７３】
上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、上記型材、上記離型板及び上記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、上記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で上記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含む製造方法から得られるものであってもよい。
【００７４】
このような製造方法により、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００７５】
また、上記製造方法では、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の側面部及び穴部の加工を行いアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とする工程をさらに含んでもよい。このような工程により、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００７６】
以上、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法について、実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【実施例】
【００７７】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
［実施例１〜７］
市販されている高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｂ（平均粒子径：１００μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｃ（平均粒子径：５０μｍ）及びアルミニウム粉末（平均粒子径：５０μｍ）を表１に示す配合比で混合した。
【００７９】
【表１】
【００８０】
次に、４０×４０×２ｍｍｔのステンレス板（ＳＵＳ４３０材）に、アルミナゾルをコーティングして３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０×６０×８ｍｍｔの外形で、中央部に４０×４０×８ｍｍｔの穴を有する気孔率２０％の等方性黒鉛治具（図２の４）に、表１の各ダイヤモンド粉末を離型板５で両面を挟む様に充填して構造体とした。
【００８１】
上記構造体を、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個積層し、両側に厚さ１２ｍｍの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【００８２】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度６５０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板をはがした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得た。
【００８３】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨した後、バフ研磨を行った。なお、実施例７は、両面を＃６００の研磨紙で研磨したのみで、バフ研磨は行わなかった。次に、ＣＶＤ法により複合体の表面に５μｍ厚のＤＬＣ膜を形成した。
【００８４】
続いて、ウォータージェット加工機（スギノマシン製アブレッシブ・ジェットカッタＮＣ）により、圧力２５０ＭＰａ、加工速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、研磨砥粒として粒度１００μｍのガーネットを使用して、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。
【００８５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元輪郭形状測定による平面度を測定した。その結果を表２に示す。
【００８６】
また、ウォータージェット加工により熱膨張係数測定用試験体（３×２×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５×２５×２ｍｍｔ）を作製した。それぞれの試験片を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）で測定した。その結果を表２に示す。
【００８７】
また、実施例１のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の密度をアルキメデス法により測定した結果、３．１２ｇ／ｃｍ３であった。更に、実施例１について、曲げ強度試験体（３×２×４０ｍｍ）を作製し、曲げ強度試験機にて３点曲げ強度を測定した結果、３２０ＭＰａであった。
【００８８】
【表２】
【００８９】
また、上記のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面に８μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：２μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は８０％以上であった。
【００９０】
表２に示されるように、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３７〜０．９５μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【００９１】
［実施例８〜１７、比較例１〜３］
４０×４０×２ｍｍｔの表３に示す離型板に、アルミナゾルをコーティングして温度３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０×６０ｍｍの外形で、中央部に４０×４０ｍｍの内径の穴を有する表３に示す型材（充填治具）（図２の４）に、ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）が、体積／充填体積＝６０体積％となるように離型板５で両面を挟むように充填して積層体とした。
【００９２】
上記積層体を、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【００９３】
次に、得られたブロックを、表３に示す温度で、電気炉により予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、表３に示す圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得た。
【００９４】
【表３】
【００９５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨、バフ研磨を行った後、ＣＶＤ法により複合体の表面に５μｍ厚のＤＬＣ膜を形成した。尚、比較例１は、両面を＃６００の研磨紙で研磨、バフ研磨を行ったのみで、ＣＶＤ法によるＤＬＣ膜を形成しなかった。続いて、レーザー加工機により、加工速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層の有無及び平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表４に示す。
【００９６】
また、レーザー加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。そして、それぞれの試験体を用いて、実施例１〜７と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表４に示す。
【００９７】
【表４】
【００９８】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ−Ｐ及び無電解Ａｕめっきを行い、複合体の表面に６．０５μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ａｕ：０．０５μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は、８５％以上であった。
【００９９】
表４に示されるように、実施例８〜１７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３８〜０．４３μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１００】
これに対し、比較例１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、本発明の特徴である表面層が存在せず、研磨を行ったにもかかわらず表面が粗かった。また、所望の熱伝導率が得られなかった。これは、含浸時の圧力が２０ＭＰａ以下であるためだと考えられる。
【０１０１】
また、比較例２では、アルミニウム合金のダイヤモンド粉末の空隙中への含浸が進行せず、複合化が不完全であった。そして、得られた成形体は、密度が２．２ｇ／ｃｍ３であり、脆く、所望の平板形状ではなかった。これは、比較例２では、予熱温度が６００℃以下であるためだと考えられる。
【０１０２】
また、比較例３では、アルミニウム合金がダイヤモンド粉末の空隙中にほとんど含浸せず、成形体を得ることができなかった。そのため、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることが出来なかった。これは、型材として多孔質ではないステンレスを用いたためだと考えられる。
【０１０３】
［実施例１８］
実施例１と同様の方法により、高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、を用いて積層体を作製し、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【０１０４】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、温度８００℃の純アルミニウムの溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウムを含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体体のダイヤモンド粒子の含有量は、６０体積％であり、アルキメデス法により測定した密度は、３．１０ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、実施例１と同様の研磨、ＤＬＣ膜の形成、加工を行い、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した結果、表面層２の平均厚みは、５．２μｍであった。また、表面粗さ計で測定した表面粗さ（Ｒａ）は、０．３９μｍ、３次元形状測定機により測定した平面度は、２μｍであった。
【０１０６】
そして、実施例１と同様に試験体を加工して熱伝導率、熱膨張係数、曲げ強度を測定した。その結果、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は７．６×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は、５４０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は、３２０ＭＰａであった。
【０１０７】
実施例１８では、純アルミニウムを用いている。これにより、表面粗さが０．３９μｍ、平面度が２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１０８】
［実施例１９］
ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）５０ｇ、シリカ粉末（平均粒子径：５μｍ）１６ｇ、珪素粉末（平均粒子径：１０μｍ）：１６ｇを混合した後、炭化珪素製のるつぼに充填し、アルゴン雰囲気下、温度１４５０℃で３時間加熱処理を行い、ダイヤモンド粉末表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を作製した。
【０１０９】
ダイヤモンド粉末として、表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製した。
【０１１０】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、実施例１と同様の研磨、ＤＬＣ膜の形成、加工を行い、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とし、該アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した結果、表面層２の平均厚みは、０．０５ｍｍであった。また、表面粗さ計で測定した表面粗さ（Ｒａ）は、０．４１μｍ、３次元形状測定機により測定した平面度は、１μｍであった。
【０１１１】
更に、実施例１９のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、実施例１と同様の特性評価を実施し、その密度は、３．１１ｇ／ｃｍ３、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は、６．７×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は、６４０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３４０ＭＰａであった。
【０１１２】
実施例１９では、表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用している。これにより、表面粗さが０．４１μｍ、平面度が１μｍと非常に平滑であり、６４０Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１１３】
［実施例２０〜２４、比較例４］
実施例１のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両面を＃６００の研磨紙での研磨及びバフ研磨を行った後、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法により、複合体の表面に表５に示すＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２４は、膜厚１０μｍのＤＬＣ膜を形成した後、両面を０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いてバフ研磨した。次に、得られた複合体を放電加工機機により、加工速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で２５×２５×２．４ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。
【０１１４】
そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層３（ＤＬＣ層）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表５に示す。
【０１１５】
更に、放電加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表５に示す。
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
表５に示されるように、実施例２０〜２４に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３９〜０．６０μｍ、平面度が０〜２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１１８】
一方、比較例４に係わるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、ＤＬＣ膜を１００μｍという厚さに形成したため、ＤＬＣ膜の剥離が発生し、本発明の特徴であるＤＬＣ膜からなる表面層を形成することが出来なかった。
【０１１９】
［実施例２５〜３２］
実施例１にて、ウォータージェット加工後の２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍｔ形状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、表６に示す各種条件で無電解めっき処理を行い、複合体の表面にめっき層を形成した。得られためっき品のめっき厚みを測定した結果を表６に示す。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
各めっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、実施例３１では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、半田ぬれ広がり率が７５％であるものの、半田面にボイドが確認された。この半田ボイド部分を顕微鏡で確認した結果、ボイド中央部に、無めっき部が観察された。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以下であるためだと考えられる。
【０１２２】
また、実施例３２では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えてはいるものの、半田ぬれ広がり率の測定の際の加熱時に、めっき層にクラックが発生した。これは、めっきの厚みが１５μｍ以上であるためだと考えられる。
【０１２３】
これに対し、実施例２５〜３０のめっき品では、半田ぬれ広がり率は、８０％以上であり、ヒートシンクとして用いた場合、より高い熱伝導率を得ることができる。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下であるためだと考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光通信等に用いられる半導体レーザー素子や高機能ＭＰＵ（マイクロプロセッシングユニット）等の半導体素子では、同素子から発生する熱を如何に効率的に逃がすかが、動作不良等を防止する為に非常に重要である。近年、半導体素子の技術の進歩に伴い、素子の高出力化、高速化、高集積化が進み、ますます、その放熱に対する要求は厳しくなってきている。この為、一般には、ヒートシンク等の放熱部品に対しても、高い熱伝導率が要求され、熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫと高い銅（Ｃｕ）が用いられている。
【０００３】
一方、個々の半導体素子は、高出力化に伴いその寸法が大きくなってきており、半導体素子と放熱に用いるヒートシンクとの熱膨張のミスマッチの問題が顕在化してきた。これらの問題を解決する為には、高熱伝導という特性と半導体素子との熱膨張率のマッチングを両立するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、金属とセラミックスの複合体、例えばアルミニウム（Ａｌ）と炭化珪素（ＳｉＣ）の複合体が提案されている。（特許文献１）
【０００４】
しかしながら、Ａｌ−ＳｉＣ系の複合材料においては、如何に条件を適正化しても熱伝導率は３００Ｗ／ｍＫ以下であり、銅の熱伝導率以上の更に高い熱伝導率を有するヒートシンク材料の開発が求められている。このような材料として、ダイヤモンドの持つ高い熱伝導率と金属の持つ大きな熱膨張率とを組み合わせて、高熱伝導率で且つ熱膨張係数が半導体素子材料に近い、金属−ダイヤモンド複合材料が提案されている。（特許文献２）
【０００５】
また、特許文献３では、ダイヤモンド粒子の表面にβ型のＳｉＣ層を形成することで、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物の生成を抑えると共に、溶融金属との濡れ性を改善して、得られる金属−ダイヤモンド複合材料の熱伝導率を改善している。
【０００６】
更に、ダイヤモンドは非常に硬い材料である為、金属と複合化して得られる金属−ダイヤモンド複合材料も同様に非常に硬く、難加工性材料である。このため、金属−ダイヤモンド複合材料は、通常のダイヤモンド工具では、殆ど加工することが出来ず、小型で種々の形状が存在するヒートシンクとして、金属−ダイヤモンド複合材料を使用するには、如何に低コストで形状加工を行うかが課題である。この様な課題に対して、金属−セラミックス複合材料は、通電が可能であり、放電加工等による加工方法も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１５７７７３号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３１２６号公報
【特許文献３】特表２００７−５１８８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のようなヒートシンク用材料の使用形態としては、通常、半導体素子の発熱を効率よく放熱する為に、半導体素子に対してヒートシンクがロウ材等で接合される形で接触配置されている。従来の金属−ダイヤモンド複合材料の場合、接合面にダイヤモンド粒子が露出していため、接合面の面粗さが粗く、その結果、接触界面の熱抵抗が増大して好ましくない。このため、ヒートシンク用材料に求められる特性として、表面の面粗さを如何に小さくするかといった課題がある。
【０００９】
この課題を解決する手段として、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面にアルミニウム合金層やアルミニウム−セラミックス複合体層を形成することが提案されている。これらの手法により、表面の面粗さは改善できる。しかし、アルミニウム合金層やアルミニウム−セラミックス複合体層は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体に比べ熱伝導率が１／３程度であり、ヒートシンク自体の熱伝導率が低下するといった課題がある。よって、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えつつも、表面の面粗さを改善させた複合材料が求められている。
【００１０】
即ち、本発明の目的は、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、さらには、半導体素子のヒートシンク等として使用するのに好適なように、表面の面粗さを改善したアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び上記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、上記表面層が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（Diamond-like Carbon：以下ＤＬＣと云う）からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００１２】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の構造図
【図２】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の複合化前の構造層体の断面図
【図３】実施形態１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の斜視図
【符号の説明】
【００１５】
１ アルミニウム−ダイヤモンド系複合体
２ 複合化部
３ ＤＬＣ膜からなる表面層
４ 多孔質体からなる型材
５ 金属板
６ 離型材を塗布した離型板
７ ダイヤモンド粉末
８ 外周部
９ 穴部
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［用語の説明］
本明細書において、「〜」という記号は「以上」及び「以下」を意味する。例えば、「Ａ〜Ｂ」というのは、Ａ以上でありＢ以下であるという意味である。
【００１７】
本明細書において、「両面」とは平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両方の面を意味する。また、本明細書において、「側面部」とは、平板状に形成されたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面、即ち、上記両面とは略垂直の部分を意味する。
【００１８】
また、本明細書において、「穴部」とは、本発明の部品を他の放熱部材にネジ止めするために設ける、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両面を貫くように加工される貫通穴を意味する。
【００１９】
以下、図面を用いて、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法の実施形態を説明する。
【００２０】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体（図１の１）は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部（図１の２）及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層（図１の３）からなり、上記表面層３が厚さが０．３〜５０μｍのＤＬＣ材料からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面の面粗さが小さい。
【００２２】
以下、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体について、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。
【００２３】
ここで、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製法は、大別すると含浸法と粉末冶金法の２種がある。このうち、熱伝導率等の特性面から、実際に商品化されているのは、含浸法によるものが多い。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う高圧鍛造法がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。本発明に好適な方法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得るには溶湯鍛造法が好ましい。溶湯鍛造法とは、一般的に、高圧容器内に、ダイヤモンド等の粉末又は成形体を装填し、これにアルミニウム合金等の溶湯を高温、高圧下で含浸させて複合材料を得る方法である。
【００２４】
［ダイヤモンド粉末］
原料であるダイヤモンド粉末は、天然ダイヤモンド粉末もしくは人造ダイヤモンド粉末のいずれも使用することができる。また、該ダイヤモンド粉末には、必要に応じて、例えばシリカ等の結合材を添加してもよい。結合材を添加することにより、成形体を形成することができるという効果を得ることができる。
【００２５】
上記ダイヤモンド粉末の粒度に関しては、熱伝導率の点から、平均粒子径が５０μｍ以上の粉末が好ましく、更に好ましくは、平均粒子径が１００μｍ以上である。ダイヤモンド粒子の粒子径の上限に関しては、得られる複合体の厚み以下であれば、特性上の制限はないが、５００μｍ以下であれば、安定したコストで複合体を得ることができるので好ましい。また、ダイヤモンド粒子の充填率を上げるため、平均粒子径が１００μｍ以上のダイヤモンド粉末６０体積％〜８０体積％と、平均粒子径が３０μｍ以下のダイヤモンド粉末２０体積％〜４０体積％を粒度配合して用いることが、更に好ましい。
【００２６】
そして、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のダイヤモンド粒子の含有量は、４０体積％以上７０体積％以下が好ましい。ダイヤモンド粒子の含有量が４０体積％以上であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率を十分に確保できる。また、充填性の面より、ダイヤモンド粒子の含有量が７０体積％以下であることが好ましい。７０体積％以下であれば、ダイヤモンド粒子の形状を球形等に加工する必要がなく、安定したコストでアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００２７】
溶湯鍛造法によって得られる複合体は、適切な条件であれば溶湯が粉末同士の空隙間に行き渡るので、充填体積に対する粉末の体積の割合が、得られる複合体全体の体積に対する粉末材料の体積（粒子の含有量）とほぼ等しくなる。
【００２８】
更に、ダイヤモンド粒子の表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用することにより、複合化時に形成される低熱伝導率の金属炭化物（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑えることができ、且つ、溶湯アルミニウムとの濡れ性を改善することができる。その結果、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率が向上するという効果を得ることができる。
【００２９】
溶湯鍛造の準備として、アルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材（図２の４）、離型剤を塗布した緻密な離型板（図２の６）及び上記ダイヤモンド粉末（図２の７）を図２に示すように配置することにより、型材４、離型板６及び充填されたダイヤモンド粉末７からなる溶湯鍛造のための構造体とする。
【００３０】
ここで、図２は溶湯鍛造のための構造体の断面図であり、上記ダイヤモンド粉末が充填された部分についての断面図である。なお、溶湯鍛造法でアルミニウム合金とダイヤモンド粉末を複合化する際には、アルミニウム合金は、上記多孔質体からなる型材を通ってダイヤモンド粉末が充填される部分に到達する。
【００３１】
［多孔質体からなる型材］
ここで、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸し得る多孔質体からなる型材４の材料としては、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸できる多孔質体であれば特に制約はない。しかし、該多孔質体としては、耐熱性に優れ、安定した溶湯の供給が行える、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ繊維等の多孔質体等が好ましく用いられる。
【００３２】
［離型板］
また、緻密な離型板６としては、ステンレス板やセラミックス板を使用することができ、溶湯鍛造法にてアルミニウム合金が含浸されない緻密体であれば特に制限はない。また、離型板に塗布する離型剤については、耐熱性に優れる、黒鉛、窒化ホウ素、アルミナ等の離型剤が好ましく使用できる。さらには、離型板の表面をアルミナゾル等によりコーティングした後、上記離型剤を塗布することにより、より安定した離型が行える離型板を得ることができる。
【００３３】
本実施形態においては、複合化後に、両面に配置した離型板６を剥がすことを特徴とする。このような特有の構成により、非常に平滑な表面を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３４】
［アルミニウム合金］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体中のアルミニウム合金（アルミニウムを主成分とする金属）は、含浸時にダイヤモンド粉末の空隙中（ダイヤモンド粒子間）に十分に浸透させるために、なるべく融点が低いことが好ましい。このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。シリコンを５〜２５質量％含有したアルミニウム合金を用いることにより、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の緻密化が促進されるという効果を得ることができる。
【００３５】
更に、上記アルミニウム合金にマグネシウムを含有させることにより、ダイヤモンド粒子と金属部分との結合がより強固になるので好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、アルミニウム合金の特性が極端に変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば、銅等が含まれていても良い。
【００３６】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、複合化時のダイヤモンド粉末の充填量により厚みを調整することができ、その厚みは０．４〜６ｍｍが好ましい。該厚みが０．４ｍｍ未満の場合、ヒートシンク等として用いるのに十分な強度が得られず好ましくない。該厚みが６ｍｍを超える場合、材料自体が高価となると共に、本発明の高熱伝導という効果が十分に得られなくなり好ましくない。
【００３７】
得られた構造体は、複数枚を更に積層してブロックとし、このブロックを６００〜７５０℃程度で加熱する。そして、該ブロックを高圧容器内に１個または２個以上配置し、ブロックの温度低下を防ぐために出来るだけ速やかに、融点以上に加熱したアルミニウム合金の溶湯を給湯して２０ＭＰａ以上の圧力で加圧する。
【００３８】
ここで、ブロックの加熱温度は、６００℃以上であれば、アルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。また、加熱温度が７５０℃以下であれば、アルミニウム合金との複合化時に、ダイヤモンド粉末表面のアルミニウムカーバイド（Ａｌ４Ｃ３）の生成を抑制でき、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００３９】
また、含浸時の圧力に関しては、２０ＭＰａ以上であればアルミニウム合金の複合化が安定し、十分な熱伝導率を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。さらに好ましくは、含浸圧力は、５０ＭＰａ以上である。５０ＭＰａ以上であれば、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４０】
［アニール処理］
なお、上記操作により得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体には、アニール処理を行ってもよい。アニール処理を行うことにより、上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体内の歪みが除去され、より安定した熱伝導率特性を有するアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００４１】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の表面に影響を与えずに、成形体中の歪みのみを除去するには、上記アニール処理は、温度４００℃〜５５０℃の条件で１０分間以上行うことが好ましい。
【００４２】
［加工方法］
次に、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の加工方法の例を説明する。上記アルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、非常に硬い難加工性材料であるが、ウォータージェット加工機やレーザー加工機により、外周部（側面部）（図３の８）及び穴部（図３の９）の加工を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体に加工することができる。その結果、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、図１もしくは図３のような、外周部８及び穴部９に複合化部２が露出する構造となる。
【００４３】
ここで、上記穴部９は、図３に示すように、他の放熱部品にネジ止めできるよう、上下面を貫くように設けられていればよい。また、外周部と連結したＵ字形状のような形状に加工することで、加工コストを削減することもできる。
【００４４】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は導電性材料であるので、放電加工機を用いても、外周部８及び穴部９の加工を行うことができる。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、外周部８及び穴部８に複合化部２が露出する構造となる。
【００４５】
なお、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、通常のダイヤモンド工具等を用いた加工も可能ではあるが、非常に硬い難加工性材料であるため、工具の耐久性や加工コストの面から、ウォータージェット加工機、レーザー加工機又は放電加工機による加工を行うことが好ましい。
【００４６】
［表面層］
【００４７】
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、複合化部（図１の２）の両面が、厚みが０．３〜５０μｍのＤＬＣ膜からなる表面層（図１の３）で被覆されていることを特徴とする。
【００４８】
ＤＬＣ膜を構成するＤＬＣ材料とは、炭素元素を主として構成される非晶質組織を有するものであって、炭素同士の結合形態がダイヤモンド結合とグラファイト結合の両方からなる。具体的には、炭素元素のみからなるアモルファスカーボン、水素を含有する水素アモルファスカーボン、更には、チタンやリン等の金属元素を一部に含むメタルカーボンが挙げられるが、本発明に用いるＤＬＣとしては、特にこれらに限定されるものではない。
【００４９】
ＤＬＣ膜は、熱伝導率が約５００Ｗ／ｍＫと非常に高く、且つ、線熱膨張率が３×１０-6〜５×１０-6／Ｋと小さく、本発明のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面層として好適である。
【００５０】
ＤＬＣ膜の成膜方法としては、特に限定されず、例えば、イオン化蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、プラズマイオン注入成膜法、ホローカソードアーク法、真空アーク蒸着法などを適用することができる。
【００５１】
また、本発明では、ＤＬＣ膜を形成した後に、表面粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下になる様に面加工することもできる。
【００５２】
また、上記ＤＬＣ膜からなる表面層３の厚みは、０．３μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。表面層３の厚みが０．３μｍ以上であれば、目標とする面精度（表面粗さ）を得ることが容易となる。また、表面層３の平均厚みが５０μｍ以下であれば、得られるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１に占める複合化部２の十分な厚みが得られ、十分な熱伝導率を確保することができる。ＤＬＣ膜からなる表面層３の厚みは、より好ましくは１〜１０μｍである。
【００５３】
一方、表面層３の厚みが０．３μｍ未満では、ＤＬＣ膜のピンホールが発生し、表面粗さが粗くなり好ましくない。また、表面層３の厚みが５０μｍを超えると、ＤＬＣ膜とアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱膨張差による応力の発生、剥離の発生があり好ましくない。
【００５４】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面がＤＬＣ膜からなる表面層３で被覆された構造を有しているため、この表面層３を加工（研磨）することにより、表面精度（表面粗さ：Ｒａ）を調整することができる。この表面層３の加工は、ダイヤモンド砥粒や砥石を用いた加工方法が採用でき、例えばバフ研磨機等を用いて研磨を行い、表面粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすることができる。
【００５５】
更に、この表面層３を加工することで、表面層３の平均厚みを調整することもできる。本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、ヒートシンク等の放熱部品として使用する場合、接合面の熱抵抗を考慮すると、表面粗さが小さい平滑な面であることが好ましく、その表面粗さ（Ｒａ）は１μｍ以下が好ましく、更に好ましくは、０．５μｍ以下である。表面粗さが１μｍ以下であることにより、接合層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５６】
また、上記表面層２の平面度についても、５０ｍｍ×５０ｍｍサイズに換算して、３０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１０μｍ以下である。該平面度が３０μｍ以下であることにより、半田層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００５７】
［複合化部］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、上記ダイヤモンド粒子とアルミニウム合金との複合化部（図１の２）を有する。
【００５８】
上記表面層３と複合化部２との境界は、電子顕微鏡等でアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を観察した際に、はっきりと識別できることが好ましい。このような構造のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、表面層３の厚みが薄く、表面層３と複合化部２の熱膨張率の差が小さいため、表面のＤＬＣ膜を加工する際に、表面層３と複合化部２との間に応力が生じにくく、研磨等で力が加わった時に、表面層３が破損することがない。
【００５９】
［めっき処理］
本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、半導体素子のヒートシンクとして用いる場合、半導体素子とロウ付けにより接合して用いられることが多い。よって、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の接合表面には、めっきを施してもよい。
【００６０】
めっき処理の方法は特に限定されず、無電解めっき処理、電気めっき処理法のいずれでもよい。アルミニウムへのめっき処理の場合、Ｎｉめっきまたは、半田濡れ性を考慮してＮｉめっきとＡｕめっきの二層めっきを施す。この場合のめっきの厚みは０．５以上１５μｍ以下であることが好ましい。めっき厚みが０．５μｍ以上であれば、めっきピンホールや半田付け時の半田ボイド（空隙）の発生を防ぐことができ、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。また、めっきの厚みが１５μｍ以下であれば、低熱伝導率のＮｉめっき膜の影響を受けず、半導体素子からの放熱特性を確保することができる。Ｎｉめっき膜の純度に関しては、半田濡れ性に支障をきたさないものであれば特に制約はなく、リン、硼素等を含有していてもよい。
【００６１】
また、本実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることが好ましい。
【００６２】
２５℃での熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、２５℃から１５０℃の熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであれば、高熱伝導率かつ半導体素子と同等レベルの低膨張率となる。そのため、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できる。その結果、高信頼性の放熱部品として好ましく用いられる。
【００６３】
〈作用効果〉
以下、上記実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の作用効果について説明する。
【００６４】
上記実施形態に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は複合化部２及び上記複合化部２の両面に設けられた表面層３からなり、上記表面層３が厚さが０．３μｍ以上５０μｍ以下のＤＬＣ層からなり、上記ダイヤモンド粒子の含有量が、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とする。
【００６５】
上記構成からなるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられる。
【００６６】
また、上記表面層３の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であるため、接合層の厚みを均一にすることができ、より高い放熱性を得ることができる。
【００６７】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の厚みが０．４〜６ｍｍであるため、ヒートシンク等の放熱部品として用いるに十分な強度及び放熱特性を有するという効果を得ることができる。
【００６８】
また、ダイヤモンド粒子が、その表面に化学的に結合したβ型炭化珪素の層が形成されてなることにより、溶湯アルミニウムとの濡れ性を改善することができ、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の熱伝導率が向上する。
【００６９】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであってもよい。このようにすれば、ヒートシンク等の放熱部品として用いた場合、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても半導体素子と放熱部品との熱膨張率の差が小さいため、半導体素子の破壊を抑制できるという効果を得ることができる。
【００７０】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１５μｍとなるように設けてもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、高い放熱特性を確保することができる。
【００７１】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体１は、溶湯鍛造法により製造されてもよい。このようにすれば、熱伝導率等の特性に優れた緻密な複合体を得ることができる。
【００７２】
また、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１が穴部９を有し、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体１の側面部８及び上記穴部９が、上記複合化部２が露出してなる構造であってもよい。このようにすれば、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００７３】
上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、上記型材、上記離型板及び上記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、上記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で上記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含む製造方法から得られるものであってもよい。
【００７４】
このような製造方法により、高熱伝導かつ半導体素子に近い熱膨張率を有し、さらには、表面のめっき性が向上され、表面の面粗さが小さいため、半導体素子の放熱用ヒートシンク等として好ましく用いられるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることができる。
【００７５】
また、上記製造方法では、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、上記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体の側面部及び穴部の加工を行いアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とする工程をさらに含んでもよい。このような工程により、放熱部品等として使用する際に、ネジ等で固定することが可能となる。
【００７６】
以上、本発明に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法について、実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【実施例】
【００７７】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
［実施例１〜７］
市販されている高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｂ（平均粒子径：１００μｍ）、高純度のダイヤモンド粉末Ｃ（平均粒子径：５０μｍ）及びアルミニウム粉末（平均粒子径：５０μｍ）を表１に示す配合比で混合した。
【００７９】
【表１】
【００８０】
次に、４０×４０×２ｍｍｔのステンレス板（ＳＵＳ４３０材）に、アルミナゾルをコーティングして３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０×６０×８ｍｍｔの外形で、中央部に４０×４０×８ｍｍｔの穴を有する気孔率２０％の等方性黒鉛治具（図２の４）に、表１の各ダイヤモンド粉末を離型板５で両面を挟む様に充填して構造体とした。
【００８１】
上記構造体を、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個積層し、両側に厚さ１２ｍｍの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【００８２】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度６５０℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板をはがした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得た。
【００８３】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨した後、バフ研磨を行った。なお、実施例７は、両面を＃６００の研磨紙で研磨したのみで、バフ研磨は行わなかった。次に、ＣＶＤ法により複合体の表面に５μｍ厚のＤＬＣ膜を形成した。
【００８４】
続いて、ウォータージェット加工機（スギノマシン製アブレッシブ・ジェットカッタＮＣ）により、圧力２５０ＭＰａ、加工速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、研磨砥粒として粒度１００μｍのガーネットを使用して、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。
【００８５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元輪郭形状測定による平面度を測定した。その結果を表２に示す。
【００８６】
また、ウォータージェット加工により熱膨張係数測定用試験体（３×２×１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（２５×２５×２ｍｍｔ）を作製した。それぞれの試験片を用いて、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）で測定した。その結果を表２に示す。
【００８７】
また、実施例１のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の密度をアルキメデス法により測定した結果、３．１２ｇ／ｃｍ３であった。更に、実施例１について、曲げ強度試験体（３×２×４０ｍｍ）を作製し、曲げ強度試験機にて３点曲げ強度を測定した結果、３２０ＭＰａであった。
【００８８】
【表２】
【００８９】
また、上記のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行い、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面に８μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ｎｉ−Ｂ：２μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は８０％以上であった。
【００９０】
表２に示されるように、実施例１〜７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３７〜０．９５μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【００９１】
［実施例８〜１７、比較例１〜３］
４０×４０×２ｍｍｔの表３に示す離型板に、アルミナゾルをコーティングして温度３５０℃で３０分間焼き付け処理を行った後、黒鉛系離型剤を表面に塗布して離型板（図２の６）を作製した。そして、６０×６０ｍｍの外形で、中央部に４０×４０ｍｍの内径の穴を有する表３に示す型材（充填治具）（図２の４）に、ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）が、体積／充填体積＝６０体積％となるように離型板５で両面を挟むように充填して積層体とした。
【００９２】
上記積層体を、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【００９３】
次に、得られたブロックを、表３に示す温度で、電気炉により予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１質量％含有する温度８００℃のアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、表３に示す圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウム合金を含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得た。
【００９４】
【表３】
【００９５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、両面を＃６００の研磨紙で研磨、バフ研磨を行った後、ＣＶＤ法により複合体の表面に５μｍ厚のＤＬＣ膜を形成した。尚、比較例１は、両面を＃６００の研磨紙で研磨、バフ研磨を行ったのみで、ＣＶＤ法によるＤＬＣ膜を形成しなかった。続いて、レーザー加工機により、加工速度５０ｍｍ／ｍｉｎの条件で、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層の有無及び平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表４に示す。
【００９６】
また、レーザー加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。そして、それぞれの試験体を用いて、実施例１〜７と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表４に示す。
【００９７】
【表４】
【００９８】
また、上記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、無電解Ｎｉ−Ｐ及び無電解Ａｕめっきを行い、複合体の表面に６．０５μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ＋Ａｕ：０．０５μｍ）のめっき層を形成した。得られためっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、全てのめっき品で、半田ぬれ広がり率は、８５％以上であった。
【００９９】
表４に示されるように、実施例８〜１７に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３８〜０．４３μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１００】
これに対し、比較例１に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、本発明の特徴である表面層が存在せず、研磨を行ったにもかかわらず表面が粗かった。また、所望の熱伝導率が得られなかった。これは、含浸時の圧力が２０ＭＰａ以下であるためだと考えられる。
【０１０１】
また、比較例２では、アルミニウム合金のダイヤモンド粉末の空隙中への含浸が進行せず、複合化が不完全であった。そして、得られた成形体は、密度が２．２ｇ／ｃｍ３であり、脆く、所望の平板形状ではなかった。これは、比較例２では、予熱温度が６００℃以下であるためだと考えられる。
【０１０２】
また、比較例３では、アルミニウム合金がダイヤモンド粉末の空隙中にほとんど含浸せず、成形体を得ることができなかった。そのため、平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を得ることが出来なかった。これは、型材として多孔質ではないステンレスを用いたためだと考えられる。
【０１０３】
［実施例１８］
実施例１と同様の方法により、高純度のダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）、を用いて積層体を作製し、６０×６０×１ｍｍｔの黒鉛系離型剤を塗布したステンレス板（図２の５）を挟んで複数個を積層し、両面に１２ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが１０Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
【０１０４】
次に、得られたブロックを、電気炉で温度７００℃に予備加熱した後、あらかじめ加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、温度８００℃の純アルミニウムの溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧してダイヤモンド粉末にアルミニウムを含浸させた。そして、室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて離型板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板を剥がした後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い、アルミニウム−ダイヤモンド系成形体を得た。得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体体のダイヤモンド粒子の含有量は、６０体積％であり、アルキメデス法により測定した密度は、３．１０ｇ／ｃｍ３であった。
【０１０５】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、実施例１と同様の研磨、ＤＬＣ膜の形成、加工を行い、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した結果、表面層２の平均厚みは、５．２μｍであった。また、表面粗さ計で測定した表面粗さ（Ｒａ）は、０．３９μｍ、３次元形状測定機により測定した平面度は、２μｍであった。
【０１０６】
そして、実施例１と同様に試験体を加工して熱伝導率、熱膨張係数、曲げ強度を測定した。その結果、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は７．６×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は、５４０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は、３２０ＭＰａであった。
【０１０７】
実施例１８では、純アルミニウムを用いている。これにより、表面粗さが０．３９μｍ、平面度が２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１０８】
［実施例１９］
ダイヤモンド粉末Ａ（平均粒子径：１９０μｍ）５０ｇ、シリカ粉末（平均粒子径：５μｍ）１６ｇ、珪素粉末（平均粒子径：１０μｍ）：１６ｇを混合した後、炭化珪素製のるつぼに充填し、アルゴン雰囲気下、温度１４５０℃で３時間加熱処理を行い、ダイヤモンド粉末表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を作製した。
【０１０９】
ダイヤモンド粉末として、表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用した以外は、実施例１と同様にして、アルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製した。
【０１１０】
得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、実施例１と同様の研磨、ＤＬＣ膜の形成、加工を行い、２５×２５×２ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とし、該アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を顕微鏡で観察し両面の表面層（図１の３）の平均厚みを測定した結果、表面層２の平均厚みは、０．０５ｍｍであった。また、表面粗さ計で測定した表面粗さ（Ｒａ）は、０．４１μｍ、３次元形状測定機により測定した平面度は、１μｍであった。
【０１１１】
更に、実施例１９のアルミニウム−ダイヤモンド系成形体は、実施例１と同様の特性評価を実施し、その密度は、３．１１ｇ／ｃｍ３、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数は、６．７×１０−６／Ｋ、温度２５℃での熱伝導率は、６４０Ｗ／ｍＫ、３点曲げ強度は３４０ＭＰａであった。
【０１１２】
実施例１９では、表面にβ型炭化珪素の層を形成したダイヤモンド粉末を使用している。これにより、表面粗さが０．４１μｍ、平面度が１μｍと非常に平滑であり、６４０Ｗ／ｍＫという高い熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１１３】
［実施例２０〜２４、比較例４］
実施例１のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の両面を＃６００の研磨紙での研磨及びバフ研磨を行った後、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法により、複合体の表面に表５に示すＤＬＣ膜を形成した。また、実施例２４は、膜厚１０μｍのＤＬＣ膜を形成した後、両面を０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いてバフ研磨した。次に、得られた複合体を放電加工機機により、加工速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で２５×２５×２．４ｍｍｔの形状に加工してアルミニウム−ダイヤモンド系複合体とした。
【０１１４】
そして、得られたアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の断面を、顕微鏡で観察し両面の表面層３（ＤＬＣ層）の平均厚みを測定した。また、表面粗さ計による表面粗さ（Ｒａ）及び３次元形状測定機による平面度を測定した。その結果を表５に示す。
【０１１５】
更に、放電加工により熱膨張係数測定用試験体（３ｍｍ×１０ｍｍ×板厚み）、熱伝導率測定用試験体（２５ｍｍ×２５ｍｍ×板厚み）を作製した。それぞれの試験体を用いて、実施例１と同様に、温度２５℃〜１５０℃の熱膨張係数、温度２５℃での熱伝導率を測定した。その結果を表５に示す。
【０１１６】
【表５】
【０１１７】
表５に示されるように、実施例２０〜２４に係るアルミニウム−ダイヤモンド系複合体は、表面粗さが０．３９〜０．６０μｍ、平面度が０〜２μｍと非常に平滑であり、高熱伝導率及び半導体素子に近い熱膨張係数を有している。
【０１１８】
一方、比較例４に係わるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体では、ＤＬＣ膜を１００μｍという厚さに形成したため、ＤＬＣ膜の剥離が発生し、本発明の特徴であるＤＬＣ膜からなる表面層を形成することが出来なかった。
【０１１９】
［実施例２５〜３２］
実施例１にて、ウォータージェット加工後の２５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍｔ形状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を超音波洗浄した後、表６に示す各種条件で無電解めっき処理を行い、複合体の表面にめっき層を形成した。得られためっき品のめっき厚みを測定した結果を表６に示す。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
各めっき品について、ＪＩＳ Ｚ３１９７に準じて半田ぬれ広がり率の測定を行った結果、実施例３１では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備え、半田ぬれ広がり率が７５％であるものの、半田面にボイドが確認された。この半田ボイド部分を顕微鏡で確認した結果、ボイド中央部に、無めっき部が観察された。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以下であるためだと考えられる。
【０１２２】
また、実施例３２では、表面が平滑であり、高い熱伝導率と半導体素子に近い熱膨張率を兼ね備えてはいるものの、半田ぬれ広がり率の測定の際の加熱時に、めっき層にクラックが発生した。これは、めっきの厚みが１５μｍ以上であるためだと考えられる。
【０１２３】
これに対し、実施例２５〜３０のめっき品では、半田ぬれ広がり率は、８０％以上であり、ヒートシンクとして用いた場合、より高い熱伝導率を得ることができる。これは、めっきの厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下であるためだと考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び前記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、前記表面層が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（DLC）層からなり、前記ダイヤモンド粒子の含有量が、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項２】
前記表面層の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項３】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の厚みが０．４〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項４】
ダイヤモンド粒子の表面に化学的に結合したβ型炭化珪素の層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のルミニウム−ダイヤモンド系複合材料。
【請求項５】
前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項６】
前記表面層の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１５μｍとなるように設けてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の放熱部品。
【請求項７】
溶湯鍛造法により製造されるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項８】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が穴部を有し、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び前記穴部が、前記複合化部が露出してなる構造であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項９】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が穴部を有し、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び前記穴部が、表面に厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（DLC）層からなる構造であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項１０】
多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、前記型材、前記離型板及び前記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、前記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で前記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１１】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び穴部の加工を行う工程の後、加工品にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１２】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を形成する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び穴部の加工を行う工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１】
ダイヤモンド粒子とアルミニウムを主成分とする金属とを含む平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であって、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体は複合化部及び前記複合化部の両面に設けられた表面層からなり、前記表面層が厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（DLC）層からなり、前記ダイヤモンド粒子の含有量が、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体全体の４０体積％〜７０体積％であることを特徴とするアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項２】
前記表面層の表面粗さ（Ｒａ）が、１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項３】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の厚みが０．４〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項４】
ダイヤモンド粒子の表面に化学的に結合したβ型炭化珪素の層が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のルミニウム−ダイヤモンド系複合材料。
【請求項５】
前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃のときの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ以上であり、前記アルミニウム−ダイヤモンド系複合体の温度が２５℃から１５０℃における熱膨張係数が５〜１０×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項６】
前記表面層の表面に、Ｎｉめっき層又はＮｉめっきとＡｕめっきの二層のめっき層を厚さが０．５〜１５μｍとなるように設けてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の放熱部品。
【請求項７】
溶湯鍛造法により製造されるアルミニウム−ダイヤモンド系複合体であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項８】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が穴部を有し、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び前記穴部が、前記複合化部が露出してなる構造であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項９】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体が穴部を有し、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び前記穴部が、表面に厚さが０．３〜５０μｍのダイヤモンドライクカーボン（DLC）層からなる構造であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体。
【請求項１０】
多孔質体からなる型材に、離型剤を塗布した離型板で挟む構造にてダイヤモンド粒子を充填して、前記型材、前記離型板及び前記充填されたダイヤモンド粉末からなる構造体とする工程と、前記構造体を６００〜７５０℃で加熱する工程と、アルミニウム合金の融点以上に加熱したアルミニウム合金を圧力２０ＭＰａ以上で前記充填されたダイヤモンド粒子に含浸させ、両面がアルミニウムを主成分とする表面層で被覆された平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程とを含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１１】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び穴部の加工を行う工程の後、加工品にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【請求項１２】
前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体を作製する工程の後、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層を形成する工程の後、ウォータージェット加工、レーザー加工又は放電加工により、前記平板状のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の側面部及び穴部の加工を行う工程とをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のアルミニウム−ダイヤモンド系複合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５８７８３（Ｐ２０１２−１５８７８３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５５４（Ｐ２０１１−１７５５４）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
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