放熱用被膜及び放熱部品
【課題】ＡｌＮと同等以上の高い放熱性の放熱用薄膜及び部品、また、放熱特性の簡便な測定方法を提供し、放熱用被膜の評価する。
【解決手段】基材１の最上層面にＭを金属成分としたとき、ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙであり、Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上のＰＶＤによる導電性放熱用被膜３を成膜する。所定の基材１の一面１ａに熱源２を接触加熱させ、反対面３の表面温度３ａを輻射温度計にて測定する。さらに、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして、各放熱用被膜を比較評価する。
【解決手段】基材１の最上層面にＭを金属成分としたとき、ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙであり、Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上のＰＶＤによる導電性放熱用被膜３を成膜する。所定の基材１の一面１ａに熱源２を接触加熱させ、反対面３の表面温度３ａを輻射温度計にて測定する。さらに、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして、各放熱用被膜を比較評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤやヒートシンクあるいは自動車のヘッドライトに代表される熱発生部材に対し、放射熱散逸を高める放熱が良好な放熱用被膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放熱特性は、特に熱伝達率に関連して窒化アルミ（ＡｌＮ）が知られており、これの他にはシリコン系などのシート材やアルミナ粉体などを溶射するといった手法がとられている。パワーサイリスタ等といったものではフィンを取付けて熱の散逸が工夫されている。こうした部材では熱伝導率の高いアルミニウムが用いられ、効率と強度を高める意味で陽極酸化による手法がとれられているのが現状である。
【０００３】
また、現状では最も優れた特性を持つのはＡｌＮであることが知られており、パソコンなどの発熱部の放熱板として使用されている。しかし、ＡｌＮは セラミックの板状のものであり、高価でもあるため使用が限定されている。一方、形状物の場合にはアルミニウムが用いられ、効率と強度を高める意味で陽極酸化による手法がとれられている。しかし、アルミナ自身の放熱特性は窒化アルミと比較して決して高いものではない。
【０００４】
そこで、ＡｌＮを薄膜化することが考えられた。しかし、基材によって熱伝達率がことなり、特性の計測が非常に難しいという問題があった。さらに、ＡｌＮを成膜するためには絶縁材でもあるため、高価な製造装置となってしまい汎用には適するとはかならずしも言えない。さらに、ＡｌＮを成膜する際、低温で処理する場合にはアモルファス化してしまい放熱特性は著しく低下し、その後もしくは処理中の温度を上昇させると基板の耐熱温度や熱膨張係数差の制約によって適用用途が限定されるという問題があった。
【０００５】
そこで、他の薄膜による放熱特性の向上の例として、特許文献１のものがある。特許文献１においては、プロジェクタ用反射器の放熱用薄膜として、ＴｉＣＮ層、ＷＣＨ層、ＡｌＴｉＮ層のＰＶＤ法等の蒸着層が開示されている。また、酸化チタン層、酸化クロム層、酸化珪素層を積層することが開示されている。また、特許文献２では、放熱層の保護膜にＡｌ，Ｎ，Ｏからなり、酸素濃度が５〜１４原子％が開示されている。
【０００６】
一方、かかる薄膜の放熱特性を正確に計ることは難しく、例えば特許文献３の様に真空容器内に熱源及び基盤を配置して測定する。また、特許文献４においては、ＬＥＤ基板の表面温度を放射温度計を用いて、ＬＥＤ基板の発熱による温度上昇変化を測定し、ＬＥＤ基板に接続する金属性支持部材の接続適否を確認している。このものは、ＬＥＤ基板と金属製支持部材の接続が良好であれば、金属支持部材と基板との熱伝達も良好であるため、発熱する基板の温度上昇が低く、接続が不良であれば、熱伝達しにくくなり、基板の温度上昇が高くなる。この差を利用して、金属支持部材の良否を判断している。また、発熱面の測定の均一化を図るため黒色の皮膜を付加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２６８２７号公報
【特許文献２】特開平５−３２５２５８号公報
【特許文献３】特開平７−６３７１７号公報
【特許文献４】特開２００９−０３１０５０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、特許文献１や２のものは、ＡｌＮのような高い放熱性を得ることは困難であった。また、薄膜の放熱特性を比較し、種々の薄膜について比較し高い放熱特性を有する薄膜を特定することためには特許文献３のような真空装置を必要とする等装置が複雑となっていた。さらに、特許文献４においては放熱特性の違いにより、断線検出を行っているが、基板表面の放熱特性の評価までは言及していない。
【０００９】
本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、ＡｌＮに相当する又は超える高い放熱性を有する薄膜を提供することである。また、かかる薄膜の放熱特性を簡便に計測する方法を提供し、放熱性のよい薄膜を特定又は比較評価することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者等は、まず、放熱特性の測定方法について、図１に示すような計測法を提供する。図１は放射温度計を用いて表面温度を計測するものである。このものは、所定の大きさの基板１の一方１ａに熱源２を設け、反対側の測定すべき薄膜等３の面３ａの温度を放射温度計４で測定するものである。熱源から供給される熱量は、基板に伝達され基板表面に達する。基板表面からは放射熱により熱が放熱される。熱の対流分を無視すると、放射熱量５が伝達熱量６より大きければ、所定時間経過後、放射熱量が安定する。この放射熱量を放射温度計で表面温度として測定することにより、表面の放熱特性を特定できる。基板の材料、厚さ、大きさを一定とすれば、熱の対流分や、供給熱量、伝達熱量を一定とすることができるので、放射温度計により放熱量即ち表面温度を測定して、比較することにより、表面の放熱特性を相対的に評価できるのである。
【００１１】
本発明者はかかる装置を用いて、種々の薄膜の放熱特性を測定した。その結果、かかる放熱特性は熱伝達率、即ち熱伝導率が高いものが有効ではないかと考えた。そこで、前述したＡｌＮ系 ＡｌＯ系などの種々の薄膜に対して、熱伝導率が高いＣｕを添加し、二元系さらに三元系を基調に調査した。その結果、こうした薄膜形成による放熱特性についてはＡｌより４Ｂ属の関与が著しく、Ｃｕベースの窒化物の形成が大きな成果をもたらすことを知得した。
【００１２】
かかる知得により、本発明においては、金属又はセラミックスからなる基材の最上層面にＰＶＤにより成膜され、その膜厚が３０ｎｍ（０．０３μｍ）以上の導電性薄膜であって、
Ｍを金属成分としたとき、
ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙ、（１＞ｙ＞１／３）であり、
Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上、Ｍ’αはその他不可避成分、又は不純物である放熱用被膜を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１３】
。
即ち、ターゲット原料に金属を使用する窒化物の薄膜は、コスト、機能の点からＰＶＤを用いた。また、膜厚に関してはセラミック薄膜の干渉が生じない範囲を下限とした。なお、上限については、製法を考慮しないか、あるいは経済的理由、薄膜の機械的特性等を考慮しなければ上限は特にないが、厚くしても放熱特性には大きく寄与しない。放熱特性、成膜時間が長時間に及ばない範囲（１時間以内）の条件を考慮すれば２０００ｎｍ以下が好ましい。
【００１４】
また、ＰＶＤにおける金属主成分以外のガス成分について、通常のＥＰＭＡあるいはＸＰＳの計測では計測上の残留ガスならびに表層吸着ガスの影響から金属対ガス量では１：１を越えてガス成分が多くなる場合があり、それは１０％内外があるので下限をＭｘＮｙＯ（１−ｙ）と記述する場合、ｘ＝０．８とした。Ｍｘ中のＣｕ成分は窒化物を形成しないが、実際、ＣｕＮは結晶もしくは固溶体として存在し、銅色ではない薄膜状態を呈する。その場合に最大で金属成分中３０％が限度であったのでその１／２の比率ならびに通常の数％内の反応率から査定して、ｘ＝１．５をその上限と定めた。別の見方をすれば、ガス成分については所謂セラミックスの要素として概算６６％以上反応すればよく、希にガス成分が計測上の問題を含めて越えることを考慮し、Ｘ＝０．８以上とした。酸素は熱処理の場合等で５０％も存在し得るのであるが、基本的に化学量論的に酸化物は熱導電性がよくないので、あくまで量論比については金属成分とガス成分は１：１で特異な非晶質にちかい、優先方位の存在する薄膜とした。さらに、範囲外の酸素の存在は絶縁性酸化膜を形成し、その放熱性を著しく低下させるので導電性薄膜であることを条件とした。
【００１５】
窒素／酸素比は重要である。本発明者等の研究においては、放射特性が高い場合にはＣｒＮの存在が確認されている。ＣｒＮは立方晶系の結晶状態である。窒素を確保することにより、ＣｕＮの存在が確認された。また、酸素を導入して窒素比率を下げすぎるとこの放熱特性は低下する。よって、本発明においては、窒素比率をｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙとした。
【００１６】
Ｃｕ＋Ｃｒが効果的であるが、Ｃｒはその外殻電子の関係があり、その格子振動が熱伝達に関与することを鑑みると同族であるＭｏ、Ｗについても同様の効果を奏するので、Ｃｕ＋６Ａとした。Ｃｕ＋６Ａは不可欠な系であり、その窒化物の影響が多大であることは、後述する実施例にあるように明らかなため、総枠で０．７５以上と設定した。不純物たる他の元素についてはその詳細は不明であるが、Ａｌが最も好ましく、４Ｂ、５Ｂ、ならびにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃから選ばれる単数もしくは複数の構成元素が含めるのが好ましい。これは鉄鋼系の不純物が効を奏す場合が存在するためである。
【００１７】
また、基材には種々の機能性膜を積層させることにより、耐摩耗性、耐熱性、摩擦軽減等の種々の効果が期待できるので、請求項２に記載の発明においては、前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されている放熱用被膜とした。
【００１８】
前述した測定方法により、容易に表面の放熱特性を相対的に評価できる。そこで、請求項３に記載の発明においては、放熱用被膜の放熱特性を測定するための測定方法であって、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材を測定用基材とし、前記測定用基材の一面に熱源を供給する熱源部を接触させ、前記測定用基材温度を所定温度に加熱するとともに、測定用基材の反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして算出する測定方法を用いて、前記放熱用被膜を測定したＩｎｄｅｘＫが前記測定用基材と同形状同寸法のＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上である放熱用被膜を提供する。これにより、放熱特性が評価可能な皮膜を提供する。
【００１９】
なお、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材は３０ｍｍ角、厚さは１ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）とし、所定温度は１００℃以上３００℃以下とした場合にはＩｎｄｅｘＫの値は１．５以上とするとよい。この条件での測定によれば、後述するように、ＡｌＮセラミックスの場合に、ＩｎｄｅｘＫが１．６位であるのに対し、ステンレス板状にＴｉＡｌＮ被膜をしたものでは、ＩｎｄｅｘＫが１．４、ＤＬＣでは０．７５と評価できる。さらに、本発明品の例（ｙ＝ｙ−１＝０．５、ｘ＝１において、Ｃｕ６６％、Ｃｒ２２％、Ａｌ６％およびＴｉ６％）ではＩｎｄｅｘＫが１．７と非常に高い放熱性を評価された放熱用被膜を得られるのである。
【００２０】
かかる放熱用被膜はＰＶＤにより成膜できるので、種々の形状の放熱部品に適用できる（請求項４）。また、かかる放熱用被膜を成膜した基材は容易にプラスチックス等に結合可能なので、前記放熱用被膜の基材側がプラスティクス、フィルム、紙もしくはセラミックスのいずれか一つ以上からなる別基材と結合されている放熱部品を提供するものとなった（請求項５）。なお、本放熱用被膜は反応性イオンプレーティング、反応性スパッタイオンプレーティングもしくは反応性アークイオンプレーティング法等のイオンプレーティング手法により成膜可能である。さらに、本放熱用被膜は下地の基材の耐熱温度に応じて、熱処理あるいは時効もしくは照射処理を行うことも可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明においては、基材の最上層面にＭを金属成分としたとき、ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙとし、Ｍの主成分たる金属元素を、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａが０．７５以上の窒化物からなる放熱用被膜としたので、ＡｌＮセラミックス板より高い放熱性を有する薄膜を提供するものとなった。また、導電性膜とし、ＰＶＤで容易成膜できるので、低コスト、大量に生産できるものとなった。
【００２２】
さらに、前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されている放熱用被膜とし、機能性被膜としての特性をも与えることができるので、放熱のみでなく、耐摩耗性、耐食性等の各薄膜の特性を合わせもたせることも可能である（請求項２）。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明においては、所定形状寸法の測定用基材の一面に熱源を接触させ、反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、ＩｎｄｅｘＫとして算出することにより、放熱特性を簡便に計測することができる。これにより、放熱特性を比較し、ＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上のものを特定すりこともできるので、放熱性のよい薄膜を特定又は比較評価し、良質の放熱用被膜を提供できる。さらに、種々の放熱部品、別基材と結合されている放熱部品を提供できるので、種々の形状の放熱部品を提供できるものとなった（請求項４、５）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る放熱特性を測定するための測定装置の説明図である。
【図２】図１の測定装置を用いて種々の薄膜に関しての加熱、放熱状態での表面温度の変化を示す加熱・放熱時間−表面温度のグラフである。
【図３】従来の薄膜の放熱特性を示す加熱時間−表面温度のグラフである。
【図４】本発明を含む薄膜の加熱特性としてのＩｎｄｅｘＫの値を示すグラフである。
【図５】アルミを基板とした場合の薄膜の放熱特性を示す加熱時間−表面温度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、各種薄膜等の放熱特性を比較するための測定装置について詳述する。前述した図１において、所定の大きさの基板１として、各種硬質薄膜を被覆したステンレス板（ＳＵＳ３０４）を用いた。硬質薄膜の膜厚は２〜３μｍであり、各辺が３０ｍｍの正方形で、厚さｔ＝１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）ものを用いた。この膜厚は板厚に対しては十分小さいものである。熱源２として、発熱体として比較的安定性が得られるハンダ用ごてを使用した。ハンダごての先端部には被覆超硬合金を用いて熱容量を確保し接触面には被覆サーメット（ＴｉＮ基Ｎｉバインダ）を用いた。
【００２６】
まず、かかる装置を用いた測定法において、その傾向を確認するために予備実験を行った。その結果を図２に示す。図２は加熱して安定しているハンダごての先端を基板１の一方１ａに接した直後から、９０秒後にハンダごてを外し、１８０秒後まで基板の表面の放射熱量を表面温度として、放射温度計４にて測定した結果である。加熱温度は、低温域（常温から数百℃以内）の場合について、ここでは８０℃から１８０℃以下の場合について計測したものである。
【００２７】
図２に示すように、いずれも接触後急激に温度が上昇し、１０秒経過後から漸増状態となる。９０秒後にハンダごてを外すと温度が漸減していく。上昇温度、下降温度は、ＣｒＮ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ2被膜は近似しているが、上昇が低く、放熱の傾斜も少なく、放熱量が少ない。ＴｉＣＮ被膜の場合は、温度上昇も大きくなるが、ＳＵＳのまま、即ち被膜をしていない場合に対して依然として低い温度である。さらに、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ膜の場合は、より高い温度を示し、ＳＵＳのままより放熱し易いということがわかる。この結果は、従来の結果からもうなずけるものであり、本測定方法が充分放熱特性を定量比較するに適した測定方法であるといえる。
【００２８】
次に、本測定方法により、前述した高い放熱性を有するＡｌＮとの比較を行った。アーク法およびプラズマＣＶＤによりＴｉＡｌＮおよびＤＬＣを基材となる前述したと同形状のＳＵＳステンレス板上に各々３μｍおよび１μｍのコーティングを行ったもの。同ＳＵＳステンレス板の表面に市販の黒色マジックインク（商標登録）で塗りつぶしたもの。市販のＡｌＮセラミック板を用いた。なお、９０秒までの温度上昇域での測定をした。その結果を図３に示す。図３に示すように、ＡｌＮが最も高い放熱を示し、次にＴｉＡｌＮ、マジック、ＳＵＳ、ＤＬＣ被膜の順であり、図２と同様の結果を得られた。
【００２９】
しかし、図３に示すような測定比較では、初期の値は急激な上昇のために読みづらい面もあるため、初期の下地の数値と載せて９０秒経過後の温度を計測してその変化を指標とした。図３の場合の指標について 放熱ＩｎｄｅｘＫと定義して図４に示した。放熱ＩｎｄｅｘＫ＝計測温度（９０秒後）／下地の計測直前温度である。さらに、本発明品の例として、ＳＵＳステンレス板上に、膜厚１．３５μｍ、膜の組成比が金属成分がＣｕ６６％、Ｃｒ２２％、Ａｌ６％およびＴｉ６％のものを用いて測定した。
【００３０】
図４に示すように、ＡｌＮのＩｎｄｅｘＫが１．６に対して、ＴｉＡｌＮが１．４、マジックが１．１、ＳＵＳが０．９、ＤＬＣが０．７５と最も低い放熱特性を示した。同様に本発明品例の場合は１．７とＡｌＮより大きな値をしめした。これらの予備実験により、本願発明で用いる測定方法により、放熱特性の比較及び特性の特定が容易であることがわかった。また、本願薄膜がより高い放熱特性を提供できることが示された。
【００３１】
次に、本発明実施例について説明する。なお、本発明の薄膜は反応性スパッタイオンプレーティングにより成膜した。このものは従来と同様であるので、説明を省略する。反応性スパッタイオンプレーティングと単なるスパッタリングとは構造的には近いものであるがその差は基板に作用するイオンボンバード効果の有無であり、その点で通常のスパッタリングとは異なる。特に窒化物の機能薄膜についてはターゲット原料に金属を使用することを前提とすればイオンボンバード効果の強いイオンプレーティングを選択する方が経済的に好ましい結果を生む。しかしながら本質的には硬質薄膜のように窒化物あるいは窒酸化物をターゲット原料に用いる場合でもまた金属をターゲット原料に使用して成膜しても可能である。従ってイオンビームアシスト法、レーザ蒸着法および成膜金属及び窒化物や窒酸化物をターゲット原料に用いたスパッタリング法によって成膜しても同様の効果は奏される。
【実施例１】
【００３２】
各辺が３０ｍｍの正方形、厚み１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４相当）に反応性スパッタイオンプレーティングによりＣｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉターゲットを配置した構成によって反応ガスとして酸素および窒素の混合ガスを用いて種々の成膜を行った。反応ガスと金属成分比は８０―１１０ガス成分で調整した。それぞれ成膜された種々の薄膜成膜基材を前述した図１に示す方法で放熱特性を測定した。表１は本発明品及び比較品（区分の記載空欄）の物質名、金属成分比、ガス成分比、膜厚、ＩｎｄｅｘＫの値、効果（ＩｎｄｅｘＫが１．５以上を○としている）記載したものである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１に示すように、本発明品のＮｏ１〜５，Ｎｏ１１のものはＩｎｄｅｘＫが１．５以上であり、効果が確認できた。Ｎｏ１８はＡｌＮであり、ベンチマークである。Ｎｏ６、Ｎｏ８はガス成分比が０．５以下、Ｎｏ７はＣｕが５０％以下であり、Ｎｏ９は６Ａ族であるＣｒがなく、ガス成分比が０．５以下、Ｎｏ１０はガス成分比が０．５以下、Ｎｏ１２はＣｕのみであり、それぞれＩｎｄｅｘＫが１．５未満であった。さらに、Ｎｏ１３〜１７のＣｕを含まないものは全てＩｎｄｅｘＫが１．５未満であった。このように、ＣｕＮＯのように、Ｃｕのみでは効果がなく、６Ａ族の介在が必要であり、また、ガス成分比が０．５以下である。
【実施例２】
【００３５】
次に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗｉターゲットを配置して反応ガスとして酸素および窒素の混合ガスを用いて実施例１と同様な成膜を行った。表２はその結果を示したものである。Ｎｏ１６〜１８は実施例１と同じデータである。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、本発明品のＮｏ２１、２３、Ｎｏ３０〜３２、３６のものはＩｎｄｅｘＫが１．５以上であり、効果が確認できた。Ｎｏ２２、２５、２６、２７、２９、３５はＣｕが５０％以下であり、Ｎｏ２８はＣｕが５１％であるが、ガス成分比が０．５以下であり、また、Ｎｏ２４、３４はＣｕ＋Ｗが７５％未満、Ｎｏ３３は膜厚が０．０３μｍ未満であり、それぞれＩｎｄｅｘＫが１．５未満となり、実施例１と同様の結果であった。
【実施例３】
【００３８】
次に、ＳＵＳに代えて、Ａｌ基板について同様な測定を行った。各辺が３０ｍｍの正方形、厚み１ｍｍのアルミニウム板に反応性スパッタイオンプレーティングによりＣｕＣｒＡｌＮＯ、ＣｕＡｌＮＯおよびＣｕＷＡｌＮＯを被覆し、前述したと同様に放熱特性を測定した。図５はＡｌ基板の場合の、加熱後９０秒後まで基板の表面の放射熱量を表面温度として、放射温度計にて測定した結果である。また、表３は、本発明品及び比較品（区分の記載空欄）の物質名、金属成分比、ガス成分比、膜厚、効果（９０秒後の温度上昇がＡｌＮ板より高いものを○としている）記載したものである。
【００３９】
【表３】
【００４０】
図５及び表３に示すように、薄膜等を形成しないアルミニウム基板のみでは、温度は殆ど変わらず、熱吸収が大きく、ＳＵＳに比べて放熱しにくいことがわかる。また、同成分の被膜をしたＡｌ基板の比較Ａ及よりもＳＵＳ基板の比較Ａ／ＳＵＳの方が温度上昇が高く、Ａｌ基板よりＳＵＳ基板の方が放熱量が多いことがわかる。また、本発明品Ａ（Ａｌ基板上にＣｕＣｒＡｌＮＯを被覆）、本発明品Ｂ（Ａｌ基板上にＣｕＷＡｌＮＯを被覆）は、ＡｌＮ板より放熱量が高い。一方、比較Ａ（ＣｕＡｌＮＯでＣｒ、Ｗをなしで被覆）は、Ｃｕを含有するも６Ａ属金属を含まないので、ＡｌＮ板と同等程度であった。また、比較ＢはＣｕが５０％以下であり、放熱効果が低い。
【００４１】
以上述べたように、本発明のＣｕ＋６Ａ属＋ＮＯ膜は放熱性に優れた薄膜を提供する。また従来の高い放熱特性を有するＡｌＮと同等以上のものを提供するものとなった。さらに、実施例３のように、基板をＡｌとしても放熱特性の向上が図れた。このことから、ステンレス以外の金属材料に変えても効果を奏すると考えられ、対象をえらばず、高い放熱性を有する薄膜を提供できる。また、本発明により、放熱を目的とした部材、例えば、ヘッドライト、放熱板あるいはヒートシンクに広く適用できる薄膜を提供するものとなった。なお、本発明はイオンプレーティングの各手法により薄膜を形成したが、これらの物質的作用はバルクの材料としても効果を奏するものと考えられる。また、容易に放熱特性を評価できる簡易な測定方法を提供するものとなった。
【符号の説明】
【００４２】
１ 基板
１ａ 一方の面
２ 熱源
３ 薄膜（放熱用被膜）
３ａ 表面
４ 放射温度計
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤやヒートシンクあるいは自動車のヘッドライトに代表される熱発生部材に対し、放射熱散逸を高める放熱が良好な放熱用被膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放熱特性は、特に熱伝達率に関連して窒化アルミ（ＡｌＮ）が知られており、これの他にはシリコン系などのシート材やアルミナ粉体などを溶射するといった手法がとられている。パワーサイリスタ等といったものではフィンを取付けて熱の散逸が工夫されている。こうした部材では熱伝導率の高いアルミニウムが用いられ、効率と強度を高める意味で陽極酸化による手法がとれられているのが現状である。
【０００３】
また、現状では最も優れた特性を持つのはＡｌＮであることが知られており、パソコンなどの発熱部の放熱板として使用されている。しかし、ＡｌＮは セラミックの板状のものであり、高価でもあるため使用が限定されている。一方、形状物の場合にはアルミニウムが用いられ、効率と強度を高める意味で陽極酸化による手法がとれられている。しかし、アルミナ自身の放熱特性は窒化アルミと比較して決して高いものではない。
【０００４】
そこで、ＡｌＮを薄膜化することが考えられた。しかし、基材によって熱伝達率がことなり、特性の計測が非常に難しいという問題があった。さらに、ＡｌＮを成膜するためには絶縁材でもあるため、高価な製造装置となってしまい汎用には適するとはかならずしも言えない。さらに、ＡｌＮを成膜する際、低温で処理する場合にはアモルファス化してしまい放熱特性は著しく低下し、その後もしくは処理中の温度を上昇させると基板の耐熱温度や熱膨張係数差の制約によって適用用途が限定されるという問題があった。
【０００５】
そこで、他の薄膜による放熱特性の向上の例として、特許文献１のものがある。特許文献１においては、プロジェクタ用反射器の放熱用薄膜として、ＴｉＣＮ層、ＷＣＨ層、ＡｌＴｉＮ層のＰＶＤ法等の蒸着層が開示されている。また、酸化チタン層、酸化クロム層、酸化珪素層を積層することが開示されている。また、特許文献２では、放熱層の保護膜にＡｌ，Ｎ，Ｏからなり、酸素濃度が５〜１４原子％が開示されている。
【０００６】
一方、かかる薄膜の放熱特性を正確に計ることは難しく、例えば特許文献３の様に真空容器内に熱源及び基盤を配置して測定する。また、特許文献４においては、ＬＥＤ基板の表面温度を放射温度計を用いて、ＬＥＤ基板の発熱による温度上昇変化を測定し、ＬＥＤ基板に接続する金属性支持部材の接続適否を確認している。このものは、ＬＥＤ基板と金属製支持部材の接続が良好であれば、金属支持部材と基板との熱伝達も良好であるため、発熱する基板の温度上昇が低く、接続が不良であれば、熱伝達しにくくなり、基板の温度上昇が高くなる。この差を利用して、金属支持部材の良否を判断している。また、発熱面の測定の均一化を図るため黒色の皮膜を付加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２６８２７号公報
【特許文献２】特開平５−３２５２５８号公報
【特許文献３】特開平７−６３７１７号公報
【特許文献４】特開２００９−０３１０５０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、特許文献１や２のものは、ＡｌＮのような高い放熱性を得ることは困難であった。また、薄膜の放熱特性を比較し、種々の薄膜について比較し高い放熱特性を有する薄膜を特定することためには特許文献３のような真空装置を必要とする等装置が複雑となっていた。さらに、特許文献４においては放熱特性の違いにより、断線検出を行っているが、基板表面の放熱特性の評価までは言及していない。
【０００９】
本発明の課題は、かかる問題点に鑑みて、ＡｌＮに相当する又は超える高い放熱性を有する薄膜を提供することである。また、かかる薄膜の放熱特性を簡便に計測する方法を提供し、放熱性のよい薄膜を特定又は比較評価することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者等は、まず、放熱特性の測定方法について、図１に示すような計測法を提供する。図１は放射温度計を用いて表面温度を計測するものである。このものは、所定の大きさの基板１の一方１ａに熱源２を設け、反対側の測定すべき薄膜等３の面３ａの温度を放射温度計４で測定するものである。熱源から供給される熱量は、基板に伝達され基板表面に達する。基板表面からは放射熱により熱が放熱される。熱の対流分を無視すると、放射熱量５が伝達熱量６より大きければ、所定時間経過後、放射熱量が安定する。この放射熱量を放射温度計で表面温度として測定することにより、表面の放熱特性を特定できる。基板の材料、厚さ、大きさを一定とすれば、熱の対流分や、供給熱量、伝達熱量を一定とすることができるので、放射温度計により放熱量即ち表面温度を測定して、比較することにより、表面の放熱特性を相対的に評価できるのである。
【００１１】
本発明者はかかる装置を用いて、種々の薄膜の放熱特性を測定した。その結果、かかる放熱特性は熱伝達率、即ち熱伝導率が高いものが有効ではないかと考えた。そこで、前述したＡｌＮ系 ＡｌＯ系などの種々の薄膜に対して、熱伝導率が高いＣｕを添加し、二元系さらに三元系を基調に調査した。その結果、こうした薄膜形成による放熱特性についてはＡｌより４Ｂ属の関与が著しく、Ｃｕベースの窒化物の形成が大きな成果をもたらすことを知得した。
【００１２】
かかる知得により、本発明においては、金属又はセラミックスからなる基材の最上層面にＰＶＤにより成膜され、その膜厚が３０ｎｍ（０．０３μｍ）以上の導電性薄膜であって、
Ｍを金属成分としたとき、
ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙ、（１＞ｙ＞１／３）であり、
Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上、Ｍ’αはその他不可避成分、又は不純物である放熱用被膜を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１３】
。
即ち、ターゲット原料に金属を使用する窒化物の薄膜は、コスト、機能の点からＰＶＤを用いた。また、膜厚に関してはセラミック薄膜の干渉が生じない範囲を下限とした。なお、上限については、製法を考慮しないか、あるいは経済的理由、薄膜の機械的特性等を考慮しなければ上限は特にないが、厚くしても放熱特性には大きく寄与しない。放熱特性、成膜時間が長時間に及ばない範囲（１時間以内）の条件を考慮すれば２０００ｎｍ以下が好ましい。
【００１４】
また、ＰＶＤにおける金属主成分以外のガス成分について、通常のＥＰＭＡあるいはＸＰＳの計測では計測上の残留ガスならびに表層吸着ガスの影響から金属対ガス量では１：１を越えてガス成分が多くなる場合があり、それは１０％内外があるので下限をＭｘＮｙＯ（１−ｙ）と記述する場合、ｘ＝０．８とした。Ｍｘ中のＣｕ成分は窒化物を形成しないが、実際、ＣｕＮは結晶もしくは固溶体として存在し、銅色ではない薄膜状態を呈する。その場合に最大で金属成分中３０％が限度であったのでその１／２の比率ならびに通常の数％内の反応率から査定して、ｘ＝１．５をその上限と定めた。別の見方をすれば、ガス成分については所謂セラミックスの要素として概算６６％以上反応すればよく、希にガス成分が計測上の問題を含めて越えることを考慮し、Ｘ＝０．８以上とした。酸素は熱処理の場合等で５０％も存在し得るのであるが、基本的に化学量論的に酸化物は熱導電性がよくないので、あくまで量論比については金属成分とガス成分は１：１で特異な非晶質にちかい、優先方位の存在する薄膜とした。さらに、範囲外の酸素の存在は絶縁性酸化膜を形成し、その放熱性を著しく低下させるので導電性薄膜であることを条件とした。
【００１５】
窒素／酸素比は重要である。本発明者等の研究においては、放射特性が高い場合にはＣｒＮの存在が確認されている。ＣｒＮは立方晶系の結晶状態である。窒素を確保することにより、ＣｕＮの存在が確認された。また、酸素を導入して窒素比率を下げすぎるとこの放熱特性は低下する。よって、本発明においては、窒素比率をｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙとした。
【００１６】
Ｃｕ＋Ｃｒが効果的であるが、Ｃｒはその外殻電子の関係があり、その格子振動が熱伝達に関与することを鑑みると同族であるＭｏ、Ｗについても同様の効果を奏するので、Ｃｕ＋６Ａとした。Ｃｕ＋６Ａは不可欠な系であり、その窒化物の影響が多大であることは、後述する実施例にあるように明らかなため、総枠で０．７５以上と設定した。不純物たる他の元素についてはその詳細は不明であるが、Ａｌが最も好ましく、４Ｂ、５Ｂ、ならびにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃから選ばれる単数もしくは複数の構成元素が含めるのが好ましい。これは鉄鋼系の不純物が効を奏す場合が存在するためである。
【００１７】
また、基材には種々の機能性膜を積層させることにより、耐摩耗性、耐熱性、摩擦軽減等の種々の効果が期待できるので、請求項２に記載の発明においては、前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されている放熱用被膜とした。
【００１８】
前述した測定方法により、容易に表面の放熱特性を相対的に評価できる。そこで、請求項３に記載の発明においては、放熱用被膜の放熱特性を測定するための測定方法であって、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材を測定用基材とし、前記測定用基材の一面に熱源を供給する熱源部を接触させ、前記測定用基材温度を所定温度に加熱するとともに、測定用基材の反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして算出する測定方法を用いて、前記放熱用被膜を測定したＩｎｄｅｘＫが前記測定用基材と同形状同寸法のＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上である放熱用被膜を提供する。これにより、放熱特性が評価可能な皮膜を提供する。
【００１９】
なお、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材は３０ｍｍ角、厚さは１ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）とし、所定温度は１００℃以上３００℃以下とした場合にはＩｎｄｅｘＫの値は１．５以上とするとよい。この条件での測定によれば、後述するように、ＡｌＮセラミックスの場合に、ＩｎｄｅｘＫが１．６位であるのに対し、ステンレス板状にＴｉＡｌＮ被膜をしたものでは、ＩｎｄｅｘＫが１．４、ＤＬＣでは０．７５と評価できる。さらに、本発明品の例（ｙ＝ｙ−１＝０．５、ｘ＝１において、Ｃｕ６６％、Ｃｒ２２％、Ａｌ６％およびＴｉ６％）ではＩｎｄｅｘＫが１．７と非常に高い放熱性を評価された放熱用被膜を得られるのである。
【００２０】
かかる放熱用被膜はＰＶＤにより成膜できるので、種々の形状の放熱部品に適用できる（請求項４）。また、かかる放熱用被膜を成膜した基材は容易にプラスチックス等に結合可能なので、前記放熱用被膜の基材側がプラスティクス、フィルム、紙もしくはセラミックスのいずれか一つ以上からなる別基材と結合されている放熱部品を提供するものとなった（請求項５）。なお、本放熱用被膜は反応性イオンプレーティング、反応性スパッタイオンプレーティングもしくは反応性アークイオンプレーティング法等のイオンプレーティング手法により成膜可能である。さらに、本放熱用被膜は下地の基材の耐熱温度に応じて、熱処理あるいは時効もしくは照射処理を行うことも可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明においては、基材の最上層面にＭを金属成分としたとき、ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙとし、Ｍの主成分たる金属元素を、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａが０．７５以上の窒化物からなる放熱用被膜としたので、ＡｌＮセラミックス板より高い放熱性を有する薄膜を提供するものとなった。また、導電性膜とし、ＰＶＤで容易成膜できるので、低コスト、大量に生産できるものとなった。
【００２２】
さらに、前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されている放熱用被膜とし、機能性被膜としての特性をも与えることができるので、放熱のみでなく、耐摩耗性、耐食性等の各薄膜の特性を合わせもたせることも可能である（請求項２）。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明においては、所定形状寸法の測定用基材の一面に熱源を接触させ、反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、ＩｎｄｅｘＫとして算出することにより、放熱特性を簡便に計測することができる。これにより、放熱特性を比較し、ＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上のものを特定すりこともできるので、放熱性のよい薄膜を特定又は比較評価し、良質の放熱用被膜を提供できる。さらに、種々の放熱部品、別基材と結合されている放熱部品を提供できるので、種々の形状の放熱部品を提供できるものとなった（請求項４、５）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る放熱特性を測定するための測定装置の説明図である。
【図２】図１の測定装置を用いて種々の薄膜に関しての加熱、放熱状態での表面温度の変化を示す加熱・放熱時間−表面温度のグラフである。
【図３】従来の薄膜の放熱特性を示す加熱時間−表面温度のグラフである。
【図４】本発明を含む薄膜の加熱特性としてのＩｎｄｅｘＫの値を示すグラフである。
【図５】アルミを基板とした場合の薄膜の放熱特性を示す加熱時間−表面温度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
まず、各種薄膜等の放熱特性を比較するための測定装置について詳述する。前述した図１において、所定の大きさの基板１として、各種硬質薄膜を被覆したステンレス板（ＳＵＳ３０４）を用いた。硬質薄膜の膜厚は２〜３μｍであり、各辺が３０ｍｍの正方形で、厚さｔ＝１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）ものを用いた。この膜厚は板厚に対しては十分小さいものである。熱源２として、発熱体として比較的安定性が得られるハンダ用ごてを使用した。ハンダごての先端部には被覆超硬合金を用いて熱容量を確保し接触面には被覆サーメット（ＴｉＮ基Ｎｉバインダ）を用いた。
【００２６】
まず、かかる装置を用いた測定法において、その傾向を確認するために予備実験を行った。その結果を図２に示す。図２は加熱して安定しているハンダごての先端を基板１の一方１ａに接した直後から、９０秒後にハンダごてを外し、１８０秒後まで基板の表面の放射熱量を表面温度として、放射温度計４にて測定した結果である。加熱温度は、低温域（常温から数百℃以内）の場合について、ここでは８０℃から１８０℃以下の場合について計測したものである。
【００２７】
図２に示すように、いずれも接触後急激に温度が上昇し、１０秒経過後から漸増状態となる。９０秒後にハンダごてを外すと温度が漸減していく。上昇温度、下降温度は、ＣｒＮ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ2被膜は近似しているが、上昇が低く、放熱の傾斜も少なく、放熱量が少ない。ＴｉＣＮ被膜の場合は、温度上昇も大きくなるが、ＳＵＳのまま、即ち被膜をしていない場合に対して依然として低い温度である。さらに、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ膜の場合は、より高い温度を示し、ＳＵＳのままより放熱し易いということがわかる。この結果は、従来の結果からもうなずけるものであり、本測定方法が充分放熱特性を定量比較するに適した測定方法であるといえる。
【００２８】
次に、本測定方法により、前述した高い放熱性を有するＡｌＮとの比較を行った。アーク法およびプラズマＣＶＤによりＴｉＡｌＮおよびＤＬＣを基材となる前述したと同形状のＳＵＳステンレス板上に各々３μｍおよび１μｍのコーティングを行ったもの。同ＳＵＳステンレス板の表面に市販の黒色マジックインク（商標登録）で塗りつぶしたもの。市販のＡｌＮセラミック板を用いた。なお、９０秒までの温度上昇域での測定をした。その結果を図３に示す。図３に示すように、ＡｌＮが最も高い放熱を示し、次にＴｉＡｌＮ、マジック、ＳＵＳ、ＤＬＣ被膜の順であり、図２と同様の結果を得られた。
【００２９】
しかし、図３に示すような測定比較では、初期の値は急激な上昇のために読みづらい面もあるため、初期の下地の数値と載せて９０秒経過後の温度を計測してその変化を指標とした。図３の場合の指標について 放熱ＩｎｄｅｘＫと定義して図４に示した。放熱ＩｎｄｅｘＫ＝計測温度（９０秒後）／下地の計測直前温度である。さらに、本発明品の例として、ＳＵＳステンレス板上に、膜厚１．３５μｍ、膜の組成比が金属成分がＣｕ６６％、Ｃｒ２２％、Ａｌ６％およびＴｉ６％のものを用いて測定した。
【００３０】
図４に示すように、ＡｌＮのＩｎｄｅｘＫが１．６に対して、ＴｉＡｌＮが１．４、マジックが１．１、ＳＵＳが０．９、ＤＬＣが０．７５と最も低い放熱特性を示した。同様に本発明品例の場合は１．７とＡｌＮより大きな値をしめした。これらの予備実験により、本願発明で用いる測定方法により、放熱特性の比較及び特性の特定が容易であることがわかった。また、本願薄膜がより高い放熱特性を提供できることが示された。
【００３１】
次に、本発明実施例について説明する。なお、本発明の薄膜は反応性スパッタイオンプレーティングにより成膜した。このものは従来と同様であるので、説明を省略する。反応性スパッタイオンプレーティングと単なるスパッタリングとは構造的には近いものであるがその差は基板に作用するイオンボンバード効果の有無であり、その点で通常のスパッタリングとは異なる。特に窒化物の機能薄膜についてはターゲット原料に金属を使用することを前提とすればイオンボンバード効果の強いイオンプレーティングを選択する方が経済的に好ましい結果を生む。しかしながら本質的には硬質薄膜のように窒化物あるいは窒酸化物をターゲット原料に用いる場合でもまた金属をターゲット原料に使用して成膜しても可能である。従ってイオンビームアシスト法、レーザ蒸着法および成膜金属及び窒化物や窒酸化物をターゲット原料に用いたスパッタリング法によって成膜しても同様の効果は奏される。
【実施例１】
【００３２】
各辺が３０ｍｍの正方形、厚み１ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４相当）に反応性スパッタイオンプレーティングによりＣｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉターゲットを配置した構成によって反応ガスとして酸素および窒素の混合ガスを用いて種々の成膜を行った。反応ガスと金属成分比は８０―１１０ガス成分で調整した。それぞれ成膜された種々の薄膜成膜基材を前述した図１に示す方法で放熱特性を測定した。表１は本発明品及び比較品（区分の記載空欄）の物質名、金属成分比、ガス成分比、膜厚、ＩｎｄｅｘＫの値、効果（ＩｎｄｅｘＫが１．５以上を○としている）記載したものである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
表１に示すように、本発明品のＮｏ１〜５，Ｎｏ１１のものはＩｎｄｅｘＫが１．５以上であり、効果が確認できた。Ｎｏ１８はＡｌＮであり、ベンチマークである。Ｎｏ６、Ｎｏ８はガス成分比が０．５以下、Ｎｏ７はＣｕが５０％以下であり、Ｎｏ９は６Ａ族であるＣｒがなく、ガス成分比が０．５以下、Ｎｏ１０はガス成分比が０．５以下、Ｎｏ１２はＣｕのみであり、それぞれＩｎｄｅｘＫが１．５未満であった。さらに、Ｎｏ１３〜１７のＣｕを含まないものは全てＩｎｄｅｘＫが１．５未満であった。このように、ＣｕＮＯのように、Ｃｕのみでは効果がなく、６Ａ族の介在が必要であり、また、ガス成分比が０．５以下である。
【実施例２】
【００３５】
次に、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗｉターゲットを配置して反応ガスとして酸素および窒素の混合ガスを用いて実施例１と同様な成膜を行った。表２はその結果を示したものである。Ｎｏ１６〜１８は実施例１と同じデータである。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２に示すように、本発明品のＮｏ２１、２３、Ｎｏ３０〜３２、３６のものはＩｎｄｅｘＫが１．５以上であり、効果が確認できた。Ｎｏ２２、２５、２６、２７、２９、３５はＣｕが５０％以下であり、Ｎｏ２８はＣｕが５１％であるが、ガス成分比が０．５以下であり、また、Ｎｏ２４、３４はＣｕ＋Ｗが７５％未満、Ｎｏ３３は膜厚が０．０３μｍ未満であり、それぞれＩｎｄｅｘＫが１．５未満となり、実施例１と同様の結果であった。
【実施例３】
【００３８】
次に、ＳＵＳに代えて、Ａｌ基板について同様な測定を行った。各辺が３０ｍｍの正方形、厚み１ｍｍのアルミニウム板に反応性スパッタイオンプレーティングによりＣｕＣｒＡｌＮＯ、ＣｕＡｌＮＯおよびＣｕＷＡｌＮＯを被覆し、前述したと同様に放熱特性を測定した。図５はＡｌ基板の場合の、加熱後９０秒後まで基板の表面の放射熱量を表面温度として、放射温度計にて測定した結果である。また、表３は、本発明品及び比較品（区分の記載空欄）の物質名、金属成分比、ガス成分比、膜厚、効果（９０秒後の温度上昇がＡｌＮ板より高いものを○としている）記載したものである。
【００３９】
【表３】
【００４０】
図５及び表３に示すように、薄膜等を形成しないアルミニウム基板のみでは、温度は殆ど変わらず、熱吸収が大きく、ＳＵＳに比べて放熱しにくいことがわかる。また、同成分の被膜をしたＡｌ基板の比較Ａ及よりもＳＵＳ基板の比較Ａ／ＳＵＳの方が温度上昇が高く、Ａｌ基板よりＳＵＳ基板の方が放熱量が多いことがわかる。また、本発明品Ａ（Ａｌ基板上にＣｕＣｒＡｌＮＯを被覆）、本発明品Ｂ（Ａｌ基板上にＣｕＷＡｌＮＯを被覆）は、ＡｌＮ板より放熱量が高い。一方、比較Ａ（ＣｕＡｌＮＯでＣｒ、Ｗをなしで被覆）は、Ｃｕを含有するも６Ａ属金属を含まないので、ＡｌＮ板と同等程度であった。また、比較ＢはＣｕが５０％以下であり、放熱効果が低い。
【００４１】
以上述べたように、本発明のＣｕ＋６Ａ属＋ＮＯ膜は放熱性に優れた薄膜を提供する。また従来の高い放熱特性を有するＡｌＮと同等以上のものを提供するものとなった。さらに、実施例３のように、基板をＡｌとしても放熱特性の向上が図れた。このことから、ステンレス以外の金属材料に変えても効果を奏すると考えられ、対象をえらばず、高い放熱性を有する薄膜を提供できる。また、本発明により、放熱を目的とした部材、例えば、ヘッドライト、放熱板あるいはヒートシンクに広く適用できる薄膜を提供するものとなった。なお、本発明はイオンプレーティングの各手法により薄膜を形成したが、これらの物質的作用はバルクの材料としても効果を奏するものと考えられる。また、容易に放熱特性を評価できる簡易な測定方法を提供するものとなった。
【符号の説明】
【００４２】
１ 基板
１ａ 一方の面
２ 熱源
３ 薄膜（放熱用被膜）
３ａ 表面
４ 放射温度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又はセラミックスからなる基材の最上層面にＰＶＤにより成膜され、その膜厚が３０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の導電性薄膜であって、
Ｍを金属成分としたとき、
ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙであり、
Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上、Ｍ’αはその他不可避成分、又は不純物であることを特徴とする放熱用被膜。
【請求項２】
前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されていることを特徴とする請求項１記載の放熱用被膜。
【請求項３】
放熱用被膜の放熱特性を測定するための測定方法であって、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材を測定用基材とし、前記測定用基材の一面に熱源を供給する熱源部を接触させ、前記測定用基材温度を所定温度に加熱するとともに、測定用基材の反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして算出する測定方法を用いて、前記放熱用被膜を測定したＩｎｄｅｘＫが前記測定用基材と同形状同寸法のＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱用被膜。
【請求項４】
請求項３記載の放熱特性を有し、前記請求項１又は２記載の放熱用被膜を有することを特徴とする放熱部品。
【請求項５】
前記放熱用被膜の基材側がプラスティクス、フィルム、紙もしくはセラミックスのいずれか一つ以上からなる別基材と結合されていることを特徴とする請求項４記載の放熱部品。
【請求項１】
金属又はセラミックスからなる基材の最上層面にＰＶＤにより成膜され、その膜厚が３０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の導電性薄膜であって、
Ｍを金属成分としたとき、
ＭｘＮｙＯ（１−ｙ）の形で成膜され、ｘ＝０．８０以上１．５以下、ｙ／（１−ｙ）＞０．５、１＞ｙであり、
Ｍの主成分たる金属元素は、Ｍを１とするとき、アトミックな元素比率でＣｕ、Ｍ’αよりなり、Ｃｕが０．５０超、かつＣｕ＋６Ａ（Ｃｒ、Ｍｏ又はＷの少なくとも１種）が０．７５以上、Ｍ’αはその他不可避成分、又は不純物であることを特徴とする放熱用被膜。
【請求項２】
前記基材と前記最上層面間に金属又はセラミック薄膜が積層されていることを特徴とする請求項１記載の放熱用被膜。
【請求項３】
放熱用被膜の放熱特性を測定するための測定方法であって、各辺及び厚みが所定寸法にされた板状の基材を測定用基材とし、前記測定用基材の一面に熱源を供給する熱源部を接触させ、前記測定用基材温度を所定温度に加熱するとともに、測定用基材の反対面の表面温度を輻射温度計にて測定し、加熱後所定時間経過後の温度を加熱直後温度で割った値をＩｎｄｅｘＫとして算出する測定方法を用いて、前記放熱用被膜を測定したＩｎｄｅｘＫが前記測定用基材と同形状同寸法のＡｌＮセラミックス板材のＩｎｄｅｘＫの値以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱用被膜。
【請求項４】
請求項３記載の放熱特性を有し、前記請求項１又は２記載の放熱用被膜を有することを特徴とする放熱部品。
【請求項５】
前記放熱用被膜の基材側がプラスティクス、フィルム、紙もしくはセラミックスのいずれか一つ以上からなる別基材と結合されていることを特徴とする請求項４記載の放熱部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７６３４１（Ｐ２０１０−２７６３４１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２５９７２（Ｐ２００９−１２５９７２）
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２６日（２００９．５．２６）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
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