炭素−金属複合体およびこれを用いた回路部材または放熱部材
【課題】 断続する部分が少ない金属層が容易に形成できて放熱特性が良好な炭素−金属複合体およびこの炭素−金属複合体を用いた回路部材または放熱部材、また、これらの回路部材や放熱部材を設けてなる放熱複合部材およびこの放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載した電子装置を提供する。
【解決手段】 炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されている炭素−金属複合体１である。また、回路部材および放熱部材は、炭素−金属複合体１を用いたものとし、放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側にこの回路部材を、第１主面に対向する第２主面側にこの放熱部材をそれぞれ設けてなるものとし、電子装置は、この放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載したものとする。
【解決手段】 炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されている炭素−金属複合体１である。また、回路部材および放熱部材は、炭素−金属複合体１を用いたものとし、放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側にこの回路部材を、第１主面に対向する第２主面側にこの放熱部材をそれぞれ設けてなるものとし、電子装置は、この放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載したものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素−金属複合体およびこの炭素−金属複合体を用いた回路部材または放熱部材に関するものである。また、絶縁性の支持基体の一方の主面に回路部材を、他方の主面に放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材およびこの放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載した電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の構成部品として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアントトランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子およびサーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品が放熱複合部材の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。
【０００３】
そして、電子部品を搭載する回路部材を設けてなる放熱複合部材としては、絶縁性の支持基体であるセラミック基板の一方の主面に回路部材として銅板を接合し、他方の主面に放熱性の良好な放熱部材として銅板を接合してなる放熱複合部材が用いられている。
【０００４】
そして、銅板を用いた回路部材および放熱部材に代わる材料として、熱伝導性や加工性に優れ、セラミックスの熱膨張係数に近く、金属より軽いといった特徴を有する炭素材料が注目されるようになっている。
【０００５】
このような炭素材料として、特許文献１には、炭素繊維が実質的に厚み方向に配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対する厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚み方向の熱伝導率が３Ｗ／ｃｍ・℃以上である炭素繊維強化炭素複合材料が提案されている。この炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維の長繊維を熱硬化性樹脂に含浸し、これを加熱して繊維／樹脂の複合体を得、この複合体を目的とする複合材料の厚み方向より長く切断し、互いに実質的に平行となるように一方向に揃えて、その繊維の長さ方向に直角の方向に圧力を加え、成形して樹脂を硬化し、ついで炭化し、さらにこれをピッチ又は熱硬化性樹脂に含浸した後、炭化、必要に応じて黒鉛化することで得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−30666号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されている炭素繊維強化炭素複合材料は、その厚み方向の熱伝導率および電気伝導率が大きく、厚み方向における熱および電気の伝導を必要とする場合に使用すると有効であるものの、炭素繊維強化炭素複合材料の製造過程において、隣り合う炭素繊維間に空隙が残って多孔質になりやすく、さらに放熱特性を高めるために炭素繊維強化炭素複合材料の表面に金属層を形成すると、金属層が多孔質となった表面上で断続する部分が多発し、放熱特性をさらに高めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、断続する部分が少ない金属層が容易に形成できて放熱特性が良好な炭素−金属複合体およびこの炭素−金属複合体を用いた回路部材または放熱部材を提供することを目的とするものである。また、これらの回路部材や放熱部材を設けてなる放熱複合部材およびこの放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載した電子装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の炭素−金属複合体は、炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記構成において、前記基材は、銅またはアルミニウムが含浸されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材が等方性黒鉛からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、前記伝熱層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の表面の端部に傾斜面を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の表面の端部が段状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の回路部材および放熱部材は、上記いずれかの本発明の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側に本発明の回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の放熱複合部材は、本発明の回路部材および本発明の放熱部材の少なくとも一方は、前記支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、前記第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、前記第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の放熱複合部材は、上記構成において、前記第１金属層は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記第１金属層は、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記支持基体は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記第１金属層の端面の少なくとも一部は、前記回路部材または前記放熱部材の各端面より外側に位置していることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記支持基体の前記第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、該反りは前記第２主面側に凸状であることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の電子装置は、上記いずれかの本発明の放熱複合部材における前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の炭素−金属複合体によれば、炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることから、伝熱層は断続する部分が少ないので、一方の主面側から他方の主面側へ効率よく熱を逃がすことができる。
【００２８】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材に銅またはアルミニウムが含浸されているときには、一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるとともに、銅およびアルミニウムはいずれも炭素より体積固有抵抗が低いので、内部における発熱を低減させることができ、電力損失を減少させることができる。
【００２９】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材が等方性黒鉛からなるときには、異方性黒鉛である場合よりも放熱の方向は特定方向に偏りにくいので、さらに効率よく熱を分散させて逃がすことができる。
【００３０】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、伝熱層が形成されているときには、基材に対する伝熱層の密着性がよくなり、さらに効率よく熱を逃がすことができる。
【００３１】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の表面の端部に傾斜面を有するときには、炭素−金属複合体の生産効率を高くすることができる。
【００３２】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の表面の端部が段状に形成されているときには、炭素−金属複合体の生産効率を高くすることができる。
【００３３】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されているときには、炭素−金属複合体を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層はその端部で被覆層に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材の表面を囲む面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００３４】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されているときには、電子部品等の発熱する部品が炭素−金属複合体に搭載され、これら部品が動作を繰り返したとしても、伝熱層はその端部で被覆層により拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材の表面を囲む面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００３５】
また、本発明の回路部材によれば、本発明の炭素−金属複合体を用いていることにより、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
また、本発明の放熱部材によれば、本発明の炭素−金属複合体を用いていることにより、回路部材と同様に、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
また、本発明の放熱複合部材によれば、絶縁性の支持基体の第１主面側に本発明の回路部材を、第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材であるときには、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３８】
また、本発明の放熱複合部材によれば、絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材であるときには、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
また、本発明の放熱複合部材によれば、本発明の回路部材および本発明の放熱部材の少なくとも一方は、支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有するときには、支持基体と回路部材および放熱部材の少なくとも一方とを接合する場合に、低温で接合することができる。その結果、この接合に伴って支持基体に発生して残留する応力は高温で接合する場合よりも小さくなるため、支持基体に生じる反りを小さくすることができる。さらに、低温での接合ができることにより、回路部材および放熱部材をともにより厚くすることができるので、電子部品等から発生した熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けなくても済む。
【００４０】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層がモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有するときには、これらの金属は融点が高いので、第１金属層を形成するためのペーストの粘性が増して、支持基体上で広がりにくくなり、第１金属層の形状を比較的精度よく整えることができ、回路部材が複数並んで配置される場合に、隣り合う回路部材間で発生するおそれのある短絡を低減することができる。
【００４１】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有するときには、第１金属層を形成するためのペーストを支持基体に塗布しても、融点の低い金属を含有しているために融点が低くなるので、第１金属層内の空隙を減らすことができることから、支持基体と回路部材および放熱部材の少なくとも一方との接合強度を高くすることができる。
【００４２】
また、本発明の放熱複合部材によれば、支持基体が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなるときには、熱伝導率が高いので、放熱特性を高くすることができる。
【００４３】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層の端面の少なくとも一部は、回路部材または放熱部材の各端面より外側に位置しているときには、熱履歴が支持基体に加わっても、回路部材および放熱部材と支持基体との間の熱膨張係数の差によって発生する熱応力が第１金属層に分散しやすくなるため、支持基体にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。
【００４４】
また、本発明の放熱複合部材によれば、支持基体の第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、この反りは放熱部材が設けられている側である第２主面側に凸状であるときには、放熱部材の第２主面側に熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けた場合に、このヒートシンクとの接触面積が増加して、熱がヒートシンクに逃げやすくなることから、より放熱特性を高くすることができる。
【００４５】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載したことから、電子装置が動作しているときでも、電子部品に蓄熱することがほとんどなくなるので、好適な電子装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の放熱複合部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【図９】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【図１０】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＤ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１１】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＦ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１２】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＨ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１３】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＫ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１４】本発明の放熱複合部材の反りを模式的に示す側面図である。
【図１５】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＬ−Ｌ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の炭素−金属複合体，回路部材，放熱部材，放熱複合部材および電子装置の実施の形態の例について説明する。
【００４８】
図１は、本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【００４９】
本発明の炭素−金属複合体１は、炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されていることが重要であり、例えば図１に示すように、基材２は直方体状であり、基材２の一方の主面に伝熱層３が形成されている。また、緻密質な基材２とは、相対密度が90％以上99％以下の基材２をいうものである。相対密度とは、かさ密度を理論密度で除した値を％で表したものであり、かさ密度はＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠して求めればよい。
【００５０】
そして、本発明の炭素−金属複合体１は、炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されていることから、伝熱層３は断続する部分が少ないので、一方の主面側から他方の主面側へ効率よく熱を逃がすことができる。このような炭素−金属複合体１の厚み方向における熱伝導率は、例えば240Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００５１】
特に、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、伝熱層３の厚みｔ３が100μｍ以上400μｍ以下であって、厚みの比率ｔ１／ｔ３が2.5以上50以下であることが好適である。
【００５２】
なお、基材２および伝熱層３における主成分とは、基材２または伝熱層３のそれぞれを構成する成分100質量％に対して、50質量％以上を占める成分をいい、特に70質量％以上であることが好適である。主成分の比率は、基材２の主成分である炭素の場合には、赤外吸収法により、また、伝熱層３の主成分である銅またはアルミニウムの場合には、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析法により、それぞれ求めることができる。
【００５３】
図２〜図７は、それぞれ本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【００５４】
図２に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の両主面に伝熱層３（３ａ，３ｂ）が形成されている。このような構成にすることにより、炭素−金属複合体１の厚み方向で電流が流れやすくなり、内部における発熱を低減させ、電力損失を減少させることができる。
【００５５】
特に、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、伝熱層３ａ，３ｂの厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも100μｍ以上400μｍ以下であり、厚みの比率ｔ１／ｔ３ａ，ｔ１／ｔ３ｂがいずれも2.5以上50以下であることが好適である。
【００５６】
また、本発明の炭素−金属複合体１において、基材２に銅またはアルミニウムが含浸されていることが好適である。緻密質であるため基材２に空隙は少ないものの、基材２の空隙に銅またはアルミニウムが含浸されていれば、一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるとともに、銅およびアルミニウムはいずれも炭素より体積固有抵抗が低いので、内部における発熱を低減させることができ、電力損失を減少させることができる。
【００５７】
また、本発明の炭素−金属複合体１は、基材２が等方性黒鉛であることが好適である。基材２が等方性黒鉛であるときには、異方性黒鉛である場合より放熱の方向は特定方向に偏りにくいので、さらに効率よく熱を分散させて逃がすことができる。
【００５８】
ここで、等方性黒鉛とは、ＢＡＦ値（Bacon Anisotropy Factor：結晶の異方性係数）が1.1以下である黒鉛をいう。なお、ＢＡＦ値はＸ線回折法により求められ、例えばミラー指数が（００２）で示されるＸ線回折の強度（Ｉ）と基材２のＣ軸方向が表面に垂直な方法からずれる角度（φ）との関係である配向関数Ｉ（φ）を求め、以下の式（１）により算出される値である。このＢＡＦ値は、数値が小さいほど異方性が小さく、数値が大きいほど異方性が大きいことを表わす。
ＢＡＦ＝２∫Ｉ（φ）ｃｏｓ２φｓｉｎφｄφ／∫Ｉ（φ）ｓｉｎ３φｄφ・・・（１）
さらに、ミラー指数が（００２）の面間隔が0.34ｎｍ以下であることがより好適で、この面間隔についてもＸ線回折法により求めることができる。
【００５９】
次に、図３に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を介して、伝熱層３が形成されている。このような構成にすることにより、基材２に対する伝熱層３の密着性がよくなり、さらに効率よく熱を逃がすことができる。この理由は明らかではないが、中間層４を介して、伝熱層３が形成されていると、基材２側で炭素とクロム，鉄，コバルトまたはニッケルとが化合して炭化物を形成し、伝熱層３側でクロム，鉄，コバルトまたはニッケルと銅またはアルミニウムとが固溶体を形成しているため、基材２と中間層４および中間層４と伝熱層３の密着性がよくなっていると推定される。
【００６０】
そして、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下に対し、例えば中間層４の厚みｔ４は0.5μｍ以上５μｍ以下であり、伝熱層３の厚みｔ３は100μｍ以上400μｍ以下である。
【００６１】
次に、図４に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の表面の端部に傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有している。基材２の表面の端部に傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有しているときには、複数の本発明の炭素−金属複合体１を得るために短冊状等に作製した後、隣り合う炭素−金属複合体１の傾斜面同士によって形成された溝を切断することにより、容易に本発明の炭素−金属複合体１を得ることができるので、生産効率を高くすることができる。基材２の表面に対する傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれの角度θ２ａ，θ２ｂ，θ２ｃ，θ２ｄは、いずれも45°以上80°以下であることが好適である。なお、基材２は、上側の表面の両端のみに傾斜面２ａ，２ｂを備えていてもよい。
【００６２】
次に、図５に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の表面の端部が段状に形成されている。このように、段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈを有し、基材２の表面の端部が段状に形成されているときには、複数の本発明の炭素−金属複合体１を得るために短冊状等に作製した後、炭素−金属複合体１の厚みよりも薄い段状の部分を切断することにより、容易に本発明の炭素−金属複合体１を得ることができるので、生産効率を高くすることができる。炭素−金属複合体１の厚みｔ１に対する段差ｈ２ｅ，ｈ２ｆ，ｈ２ｇ，ｈ２ｈの比ｈ２ｅ／ｔ１，ｈ２ｆ／ｔ１，ｈ２ｇ／ｔ１，ｈ２ｈ／ｔ１は、いずれも0.1以上0.3以下であることが好適である。
【００６３】
また、基材２の表面の端部に傾斜面を有していたり、基材２の表面の端部が段状に形成されていたりする炭素−金属複合体１であることによって、これを用いた回路部材や放熱部材を設けてなる放熱複合部材において、回路部材や放熱部材を配置する支持基体側の側面に拘束されない箇所があるので、側面に残る応力が緩和され、熱履歴が支持基体に加わっても支持基体にクラックが発生し難くなるとともに、回路部材や放熱部材は支持基体から剥離しにくくなるため、放熱複合部材の信頼性を高めることができる。
【００６４】
次に、図６および図７に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、それぞれ図４および図５に示す例の基材２の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５が形成されていることが好適である。このような被覆層５が形成されているときには、炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層３ａ，３ｂはその端部で被覆層５に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。なお、基材２の側面とは、伝熱層３を形成する基材２の主面以外の面をいい、側面２ｉ，２ｊのみならず、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈをも含む。
【００６５】
また、本発明の炭素−金属複合体１は、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５に代えて、基材２の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層５が形成されていてもよい。このような被覆層５が形成されているときにも、炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層３ａ，３ｂはその端部で被覆層５に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００６６】
この被覆層５は、例えば、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上が１質量％以上５質量％以下であり、銅が15質量％以上25質量％以下で、残部が銀からなり、その厚みは10μｍ以上30μｍ以下であることが好適である。
【００６７】
ところで、図１〜図７に示す本発明の炭素−金属複合体１は、伝熱層３が無酸素銅，タフピッチ銅およびりん脱酸銅のうちのいずれかからなることが好ましい。特に、銅の含有率が高いほど電気抵抗が低く、熱伝導率が高いため、銅の含有率が99.995質量％以上の無酸素銅である線形結晶無酸素銅，単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のうちのいずれかであることが好ましい。このため、銅の含有率が99.995質量％以上の線形結晶無酸素銅、単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のうちのいずれかからなる伝熱層３が形成された炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、炭素−金属複合体１は放熱特性に優れるため、電力損失を少なくすることができる。また、銅の含有率が高いほど、降伏応力が低く、高温下で塑性変形しやすくなるため、炭素−金属複合体１を用いた回路部材または放熱部材等の各種部材を接合する場合に、その接合強度が高くなり、より高い信頼性を確保することができる。
【００６８】
また、本発明の回路部材は、上述したような本発明の炭素−金属複合体１を用いることが好適である。このような回路部材とは、炭素−金属複合体１に予めプレス加工，エッチング加工およびワイヤー加工といった方法によってパターニングして形成された回路を備えた部材である。本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品等の発熱する部品を搭載し、これらの部品が発熱を繰り返したとしても、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００６９】
また、本発明の放熱部材は、上述したような本発明の炭素−金属複合体１を用いることが好適である。このような放熱部材とは、熱を発する部品に直接的または間接的に接合され、発熱する部品からの放熱を促進する部材である。熱を発する電子部品等の部品が回路部材を介して本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材に搭載されている場合には、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００７０】
図８は、本発明の放熱複合部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【００７１】
図８に示す例の本発明の放熱複合部材６は、絶縁性の支持基体７の第１主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを、第１主面に対向する第２主面側に放熱部材９ｂをそれぞれ設けてなるものである。ここで、放熱部材９ｂは、銅を炭化珪素に含浸した複合体，銅−ダイヤモンド焼結体，銅に炭素を含浸した複合体，銅−モリブデン合金，銅−タングステン合金，銅および銅合金のうちのいずれかからなることが好適である。特に、放熱部材９ｂは、銅が主成分である場合、銅を99.96質量％以上含有することがさらに好適である。
【００７２】
図９は、本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【００７３】
図９に示す例の本発明の放熱複合部材６は、絶縁性の支持基体７の第１主面側に回路部材８ｂを、第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材９ａをそれぞれ設けてなるものである。ここで、回路部材８ｂは、銅もしくはその合金またはアルミニウムもしくはその合金のうちのいずれかからなることが好適で、特に、銅またはアルミニウムを99.96質量％以上含有することがさらに好適である。
【００７４】
回路部材８ｂおよび放熱部材９ｂが、上述したいずれかの熱伝導率の高い材料を用いれば、回路部材８ｂ上に搭載した半導体素子等の電子部品（図示しない）からの熱が直ぐに広がることから、放熱複合部材６の放熱特性を高くすることができる。
【００７５】
また、回路部材８ａ，８ｂおよび放熱部材９ａ，９ｂの各体積固有抵抗は、５×10―８Ω・ｍ以下、特に３×10―８Ω・ｍ以下であることが望ましい。
【００７６】
特に、本発明の放熱複合部材６は、本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａおよび本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを設けてなることが好適である。このようにすると、絶縁性の支持基体７の熱膨張係数と炭素−金属複合体１を形成する炭素との熱膨張係数とが近似しているため、支持基体７と回路部材８ａおよび放熱部材９ａとの接合工程で発生する残留応力を抑制することができることから、放熱複合部材６の信頼性を向上させることができる。
【００７７】
本発明の放熱複合部材６を構成する支持基体７は直方体状であり、例えば、長さ（図８〜図14に示すＸ方向）が30ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、幅（図８〜図14に示すＹ方向）が10ｍｍ以上80ｍｍ以下である。支持基体７の厚みは用途によって異なるが、耐久性および絶縁耐圧が高く、熱抵抗が抑制されたものにするには、0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下とすることが好適である。回路部材８ａ，８ｂは、例えば、長さが５ｍｍ以上60ｍｍ以下であり、幅が５ｍｍ以上60ｍｍ以下である。厚みは、回路部材８ａ，８ｂを流れる電流の大きさや回路部材８ａ，８ｂに搭載される電子部品の発熱量等によって決められ、例えば0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。放熱部材９ａ，９ｂは、例えば長さが５ｍｍ以上120ｍｍ以下であり、幅が５ｍｍ以上100ｍｍ以下である。放熱部材９ａ，９ｂの厚みは0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下であるが、必要とされる放熱特性により異なる。
【００７８】
また、本発明の放熱複合部材６においては、図10に示す例の本発明の回路部材８ａ、図11に示す例の本発明の放熱部材９ａは、図10（ｃ）および図11（ｃ）に示すように、支持基体７側より第１金属層10および第２金属層11が順次接合されてなり、第１金属層10は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層11は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することが好適である。
【００７９】
このような構成にすると、支持基体７と本発明の回路部材８ａまたは本発明の放熱部材９ａとを接合する場合に、第２金属層11の両主面を50℃以上100℃以下の低温で強固に接合することができる。その結果、この接合に伴って支持基体７にかかる残留応力は高温で接合する場合よりも小さくなるため、支持基体７に生じる反りを小さくすることができる。さらに、低温での接合ができることにより、回路部材８ａおよび放熱部材９ａをともにより厚くすることができるので、電子部品等から発生した熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けなくても済む。
【００８０】
また、第２金属層11は、ニッケルを主成分とすることが好適であり、ニッケルを90質量％以上、特に99質量％以上とすることがさらに好適である。第２金属層11にニッケルが多く含まれるほど電気抵抗が低く、熱伝導率が高くなるため、放熱複合部材６に電子部品を搭載して電子部品を作動させても、放熱複合部材６は放熱特性に優れるため、電力損失を少なくすることができる。また、ニッケルが多く含まれるほど、緻密な層が形成されるとともに、第２金属層11と、回路部材８ａ，放熱部材９ａおよび第１金属層10との間に気孔等の空隙が発生しにくくなって、より信頼性が高くなる。また、第２金属層11がニッケルを主成分とすれば、第１金属層10の主成分である銀や銅との密着性が高いので好適である。
【００８１】
ここで、第１金属層10は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれの長さが２ｍｍ以上76ｍｍ以下であって、厚みが10μｍ以上60μｍ以下である。また、第２金属層11は、第１金属層10と略同じ大きさにすればよい。
【００８２】
また、本発明の放熱複合部材６において、第１金属層10は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することが好適である。第１金属層10を形成するためのペーストに、融点の高い金属であるモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有させることにより、ペーストの融点が高くなり、その粘度が増して、支持基体７上で広がりにくくなり、第１金属層10の形状を比較的精度よく整えることができるので、複数並べて回路部材８を配置する場合に、隣り合う回路部材８間で発生する短絡のおそれを低減することができる。
【００８３】
また、本発明の放熱複合部材６において、第１金属層10がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。第１金属層を形成するためのペーストに、融点の低い金属であるインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有させることにより、融点が低くなることから第１金属層内の空隙を減らすことができるので、支持基体７と回路部材８および放熱部材９の少なくとも一方との接合強度を高くすることができる。
【００８４】
本発明の放熱複合部材６を構成する絶縁性の支持基体７は、例えば、窒化珪素，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化ジルコニウム，酸化ベリリウムのうちの少なくともいずれかを主成分とするセラミックス、または酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物のセラミックスからなる。ここで、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物とは、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの合計量に対して、酸化アルミニウムを20質量％以上80質量％以下含有したものである。
【００８５】
そして、これらのセラミックスの中でも、支持基体７が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることが好適である。このようなセラミックスは焼結体または単結晶いずれでもよい。支持基体７が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなると、両者とも熱伝導率がそれぞれ40Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上および150Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と高い。このため、放熱特性および信頼性の高い放熱複合部材６とすることができる。支持基体７の主成分が窒化珪素である場合には、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分析法により珪素の比率を求め、窒化物に換算すれば窒化珪素の比率を求めることができる。また、支持基体７の主成分が窒化アルミニウムである場合には、上記の方法でアルミニウムの比率を求め、窒化物に換算すれば窒化アルミニウムの比率を求めることができる。
【００８６】
特に、支持基体７が、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなる場合は、窒化珪素は少なくとも80質量％以上含有していることが好適である。その他の添加成分として、酸化エルビウム，酸化マグネシウム，酸化珪素，酸化モリブデンおよび酸化アルミニウム等が含まれていてもよい。
【００８７】
また、支持基体７の機械的特性は、３点曲げ強度が500ＭＰa以上，ヤング率が300ＧＰａ以上，ビッカース硬度（Ｈｖ）が13ＧＰａ以上であり、さらに破壊靱性（Ｋ１Ｃ）が５ＭＰａｍ１／２以上であることが好ましい。これらにより、放熱複合部材６を構成した際に長期間の使用に供することができる。また、機械的特性が上述の範囲であることにより、信頼性を向上させることができ、特に耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができる。
【００８８】
なお、３点曲げ強度については、放熱複合部材６から第１金属層10，第２金属層11，回路部材８および放熱部材９をエッチングにより除去した後、ＪＩＳ Ｒ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（ＭＯＤ））に準拠して測定すればよい。ただし、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みを３ｍｍとすることができない場合には、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
【００８９】
また、ヤング率についても、放熱複合部材６から第１金属層10，第２金属層11，回路部材８および放熱部材９をエッチングにより除去した後、ＪＩＳ Ｒ 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みを10ｍｍとすることができないときには、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
【００９０】
ビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）については、それぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ）），ＪＩＳ Ｒ 1607−1995に規定される圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して測定すればよい。なお、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みをそれぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003，ＪＩＳ Ｒ 1607−1995 圧子圧入法（ＩＦ法）で規定する0.5ｍｍおよび３ｍｍとすることができないときには、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価してその結果が上記数値を満足することが好適である。ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに支持基体７の厚みが薄いときには、支持基体７の厚みに応じて押し込み荷重を変更し、その結果を基に0.5ｍｍおよび３ｍｍのときのビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）をシミュレーションにより推定すればよい。
【００９１】
また、支持基体７の電気的特性は、体積固有抵抗が常温で10１２Ω・ｍ以上であり、300℃で10１０Ω・ｍ以上であることが好ましい。支持基体７がこれらの電気的特性を有していることにより、回路部材８の上に搭載される電子部品の動作時に回路部材８側から放熱部材９側への電流のリークを抑制することができるため、電力損失を発生させないとともに、電子装置の誤動作を低減することができる。
【００９２】
また、本発明の放熱複合部材６は、第１金属層10の端面の少なくとも一部は、回路部材８または放熱部材９の各端面より外側に位置していることが好適である。図12に示す例の本発明の放熱複合部材６では、回路部材８および放熱部材９の各端面より第１金属層10のＸ方向における端面が外側に位置している。このような構成の放熱複合部材６は、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８および放熱部材９と支持基体７との間の熱膨張係数の差により発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなるので、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。
【００９３】
なお、図示しないが、第１金属層10のＹ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置していてもよい。また、第１金属層10のＸ方向およびＹ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置してもよい。
【００９４】
また、本発明の放熱複合部材６は、図13に示すように、第１金属層10のＸ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置し、回路部材８より放熱部材９を大きくしている。図13に示す例の放熱複合部材６は、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８および放熱部材９と支持基体７との間の熱膨張係数の差により発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなるので、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。さらに、回路部材８より放熱部材９を大きくしていることで、回路部材８の上に搭載する半導体素子等の電子部品で発生した熱を効率よく拡散することができる。
【００９５】
また、本発明の放熱複合部材６は、支持基体７の第２主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、この反りは放熱部材９に向かって凸状であることが好適である。放熱部材９を設ける第２主面側に熱をさらに拡散させるためのヒートシンク（図示しない）を取り付けた場合は、このヒートシンクとの接触面積が増加して、熱がヒートシンクに逃げやすくなることから、より放熱特性を高くすることができる。ここで、反りとは、図14に示すように、支持基体７の第１主面の最も高い部分から低い部分との差Ｈ１のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。
【００９６】
次に、図15に示す例の本発明の電子装置Ｓは、本発明の放熱複合部材６の回路部材８の上に１つ以上の半導体素子等の電子部品21，22が搭載されたものであり、これらの電子部品21,22同士は導体（図示しない）により互いに電気的に接続されている。
【００９７】
また、図15に示す例のように、回路部材８および放熱部材９が、平面視でそれぞれ複数行および複数列に区分配置されていることが好適である。このように、回路部材８および放熱部材９が平面視で複数行および複数列に区分配置されることで、同じ個数の回路部材８が１行または１列に区分配置された放熱複合部材６に比べて、支持基体７を平面視で正方形あるいは正方形に近い長方形にすることができるため、放熱複合部材６の反りは抑制されやすくなる。さらに、支持基体７を形成するセラミックスの熱膨張係数と炭素−金属複合体１を形成する炭素との熱膨張係数とが近似していることにより、支持基体７と回路部材８および放熱部材９との接合工程で発生する残留応力を抑制することができるので、放熱複合部材６の信頼性も向上させることができる。
【００９８】
次に、本発明の炭素−金属複合体１の製造方法の一例について説明する。
【００９９】
予め準備した緻密質な基材２の上に、例えば、電解めっき法，無電解めっき法等の液相成長法、蒸着等の化学的気相成長法またはフレーム溶射法，電気式溶射法等の溶射法等により、銅またはアルミニウムを主成分とし、厚みが100μｍ以上200μｍ以下、好ましくは120μｍ以上180μｍ以下の伝熱層３を形成することで、図１，２に示す例のような本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１００】
なお、予め準備する基材２は、銅またはアルミニウムが含浸されていることが好適である。銅またはアルミニウムが含まれている基材２を得るには、まず、骨材として平均粒径が15〜25μｍの炭素粉を、結合剤としてタールピッチまたはコールタール等を配合し、配合した原料を双腕型ニーダを用いて150〜300℃で加熱混練して杯土とする。次に、粉砕機を用いて、平均粒径が10〜300μｍになるように杯土を粉砕して粉体とする。そして、乾式加圧法により粉砕して得られた粉体を成形型に充填して、加圧することによって成形体とする。このときの圧力は、例えば、50〜200ＭＰａとする。その後の焼成は、窒素ガスまたは不活性ガスを用いた非酸化雰囲気中または成形体の周囲に炭素粉を詰めて還元雰囲気中で、温度を800〜1000℃とし、保持時間を５〜400時間として焼成して焼結体とする。さらに、1000℃以上の高温で黒鉛化を進めてもよい。
【０１０１】
次に、金属を含浸させるための容器に焼結体を入れ、容器内の圧力を1330Ｐａ以下に減圧した後、銅またはアルミニウムの各溶湯中に焼結体を浸漬して、窒素ガスを用いて0.49〜0.98ＭＰａに加圧して含浸することにより、銅またはアルミニウムが含浸されている基材２を得ることができる。また、基材２が等方性黒鉛からなるものであっても好適である。
【０１０２】
また、伝熱層３の形成方法は、特に限定されないが、めっき法による形成は伝熱層３の表面の平滑性および経済性の観点から好適である。電解めっき法または無電解めっき法のいずれでもよく、これらの技術を併用してもよい。
【０１０３】
さらに、伝熱層３の表面の平滑性を上げるため、基材２の表面をできるだけ平滑にしておくことが好適である。基材２の表面はＪＩＳ Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287：1997（ＩＤＴ））で規定される算術平均高さＲａを予め50μｍ以下にしておくことが好ましい。
【０１０４】
また、銅層３を形成する前に、例えば、電解めっき法または無電解めっき法等の液相成長法により、基材２の上にクロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を形成しておいてもよい。中間層４の厚みは0.5μｍ以上５μｍ以下であることが好適である。
【０１０５】
上述した伝熱層３または中間層４の形成に用いる液相成長法の一例を以下に示す。
【０１０６】
まず、前処理として、基材２を有機溶媒による超音波洗浄，酸による洗浄および水洗を順次行なって、付着している塵埃を除去する。
【０１０７】
無電解めっき法を用いる場合は、上述した前処理の後、伝熱層３または中間層４を形成するための核となる微細な粒子を基材２の表面に生成させるための処理（例えば、基材２に触媒であるパラジウムを付着させる処理。）を行なう。この処理を実施した後、基材２を水洗する。その後、所定の金属塩と還元剤とを含むめっき液に浸漬することで、炭素−金属複合体１を得ることができる。無電解めっき法を用いると、基材２内の気孔を通ってめっき液が基材２の内部にまで浸入するので、高いアンカー効果が得られ、伝熱層３または中間層４は剥がれにくくなる。
【０１０８】
電解めっき法を用いる場合は、上述した前処理の後、所定の金属塩を含んだ電解溶液中で基材２に通電し、基材２の表面に伝熱層３または中間層４を形成すればよい。電解めっき法を用いると、伝熱層３または中間層４への薬剤の混入が少ないため、無電解めっき法で得られる伝熱層３または中間層４よりも靱性の高い層とすることができる。
【０１０９】
なお、伝熱層３または中間層４の表面粗さが大きい場合には、表面の平滑性を上げるために、研磨等の加工を施してもよい。伝熱層３または中間層４の表面のＪＩＳ Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287：1997（ＩＤＴ））で規定される算術平均高さＲａは、いずれも100ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１０】
次に、本発明の炭素−金属複合体１の製造方法の他の例について説明する。
【０１１１】
まず、短冊状の基材に上述したような製造方法で、伝熱層３および必要に応じて中間層４を形成する。次いで、短冊状の基材の表面に正面視したときの形状が三角形状または矩形状の溝を所定の間隔で形成する。これら各溝に沿って切断することにより、図４または図５に示す本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１１２】
ここで、図６または図７に示す本発明の炭素−金属複合体１を得るには、短冊状の基材を各溝に沿って切断した後、側面２ｉ，２ｊ、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ等を含む側面にチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のうちのいずれかで塗布すればよい。このペーストを塗布した後、800℃以上900℃以下で熱処理することで、被覆層５が形成された図６または図７に示す本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１１３】
次に、本発明の放熱複合部材６の製造方法の一例について説明する。
【０１１４】
図８に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、Ｘ方向の長さが30ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、Ｙ方向の長さが10ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、厚みが0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下であり、窒化珪素，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化ジルコニウム，酸化ベリリウムのうちの少なくともいずれかを主成分とするセラミックス、または酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物からなるセラミックスからなる絶縁性の支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の第１主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを配置する。また、第２主面側に銅，銅合金，銅を炭化珪素に含浸した複合体，銅−ダイヤモンド焼結体，銅に炭素を含浸した複合体，銅−モリブデン合金および銅−タングステン合金のいずれかからなる放熱部材９ｂを配置する。そして、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、回路部材８ａおよび放熱部材９ｂは支持基体７に直接接合され、図８に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１１５】
図９に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、上述した大きさおよび材質からなる支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の第１主面側に銅もしくはその合金またはアルミニウムもしくはその合金のいずれかからなる回路部材８ｂを配置する。また、第２主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを配置する。そして、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、回路部材８ｂおよび放熱部材９ａは支持基体７に直接接合され、図９に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１１６】
なお、支持基体７の第一主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを配置し、第２主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを配置し、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、本発明の回路部材８ａおよび放熱部材９ａをそれぞれ設けてなる本発明の放熱複合部材６が得られることはいうまでもない。
【０１１７】
また、図10，11に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、上述した大きさおよび成分からなる支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の両主面上に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで塗布する。その後、800℃以上900℃以下で加熱して、第１金属層10を形成する。
【０１１８】
なお、第１金属層10がモリブデンを含有する場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上と、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種とを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金のペーストを、上述した方法のいずれかで塗布した後、800℃以上900℃以下で加熱して、第１金属層10を形成すればよい。
【０１１９】
次に、第１金属層10上に、スパッタリング法、真空蒸着法および無電解めっき法から選ばれるいずれかの方法により、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有する第２金属層11を形成する。
【０１２０】
そして、支持基体７の第１主面側に回路部材８ａを、第２主面側に放熱部材９ｂをそれぞれ配置し、50℃以上100℃以下で熱処理することで、図10に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１２１】
また、支持基体７の第１主面側に回路部材８ｂを、第２主面側に放熱部材９ａをそれぞれ配置し、50℃以上100℃以下で熱処理することで、図11に示す例の本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１２２】
このような熱処理に伴って、発生した熱応力は第２金属層11で吸収されて小さくなるため、回路部材８および放熱部材９をともにより厚くすることができる。回路部材８および放熱部材９を厚くした放熱複合部材６は、放熱特性を高くすることができ、場合によってはヒートシンクを取り付けなくても済む。
【０１２３】
ここで、第１金属層10および第２金属層11の間に反応層が実質的に存在しないようにするには、第２金属層11を形成する金属は、純度が99.9質量％以上である金属を用いればよい。
【０１２４】
なお、図12，13に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、支持基体７の両主面上に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金のペーストを、上述した方法のいずれかで塗布し、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８または放熱部材９の各端面より外側に位置するようにすればよい。
【０１２５】
また、図14に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、上述した方法で第１金属層10および第２金属層11を形成した後、回路部材８および放熱部材９を、平面視でそれぞれ複数行および複数列に区分配置して、50℃以上100℃以下で熱処理すればよい。
【０１２６】
また、本発明の電子装置は、図15に示す例の電子装置Ｓのように、放熱特性の高い放熱複合部材６における回路部材８の上に電子部品21，22を搭載したことから、放熱特性の高い電子装置Ｓとすることができる。
【０１２７】
以上、本発明の放熱複合部材６は、上述の通り放熱特性が高いため、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアントトランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子およびサーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品で発生した熱を長期間に亘って放熱効率をほとんど低下させずに良好に放熱させながら用いることができる。
【０１２８】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２９】
まず、炭素が99質量％含まれ、相対密度が表１に示される値で、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである基材２を準備した。
【０１３０】
なお、表１に示される基材２の相対密度は、かさ密度を炭素の理論密度（2.26ｋｇ／ｍ３）で除した値を％で表したものであり、かさ密度についてはＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠して求めた。
【０１３１】
次に、図２に示す例のように、基材２の両主面に厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであり、表１に示す元素を主成分とする伝熱層３（３ａ，３ｂ）をめっき法により形成して、炭素−金属複合体である試料Ｎｏ．１〜26を得た。ここで、伝熱層３の各主成分は、伝熱層３を構成する元素100質量％に対して、いずれも99質量％とした。
【０１３２】
なお、試料Ｎｏ．１〜４，６，７，９，10，12，13，15，16，18，19，21，22，24，25は、等方性黒鉛からなる基材２を、試料Ｎｏ．５，８，11，14，17，20，23，26は、異方性黒鉛からなる基材２を用いた。また、試料Ｎｏ．４，７，10，13，16，19，22，25は、表１に示す元素の成分を予め含ませた基材２を用いた。
【０１３３】
そして、光学顕微鏡を用いて倍率を50倍として各試料を構成する伝熱層３ａの表面を観察し、伝熱層３ａが断続する部分が観察された試料に×、観察されなかった試料に○と表１に示した。
【０１３４】
また、各試料のＸ方向およびＺ方向における各熱拡散率αｘ，αｚをレーザフラッシュによる２次元法により熱定数測定装置（アルバック理工（株）製、ＴＣ−7000）を用いて、各試料の比熱容量Ｃを示唆走査熱量法（ＤＳＣ法）により超高感度型示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ（株）製、ＤＳＣ−6200）を用いて、また、各試料のかさ密度ρ（ｋｇ／ｍ３）をＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠してそれぞれ測定した。そして、これらの方法によって求められた値を以下の式（２），（３）に代入して、各試料のＸ方向およびＺ方向における各熱伝導率κｘ（Ｗ／（ｍ・Ｋ）），κｚ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））をそれぞれ算出し、その値を表１に示した。
κｘ＝αｘ・Ｃ・ρ・・・（２）
κｚ＝αｚ・Ｃ・ρ・・・（３）
また、各試料の体積固有抵抗を２端子法により測定し、その測定値を表１に示した。
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
表１に示す通り、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１，２は、基材２の相対密度が89％であり緻密質ではなかったために、伝熱層３ａには断続する部分が観察されており、熱伝導率κｚが低く、体積固有抵抗値が大きかった。一方、本発明の試料Ｎｏ．３〜26は、基材２が緻密質であったために、伝熱層３ａには断続する部分は観察されず、試料Ｎｏ．１，２よりも熱伝導率κｚが高く、体積固有抵抗値が小さかった。
【０１３７】
また、基材２が等方性黒鉛からなり、その相対密度が93％であって、伝熱層３の主成分がアルミニウムである試料Ｎｏ．３，４を比べると、試料Ｎｏ．４はアルミニウムが基材２に含まれていることから、熱伝導率が高くなっている。これは、基材２の主成分である炭素より熱伝導率の高いアルミニウムが含まれているからであり、アルミニウムが基材２に含まれていない試料Ｎｏ．３より一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるといえる。このことは、試料Ｎｏ．６，７、試料Ｎｏ．９，10、試料Ｎｏ．12，13、試料Ｎｏ．15，16、試料Ｎｏ．18，19、試料Ｎｏ．21，22、試料Ｎｏ．24，25についても同様である。
【０１３８】
また、基材２の相対密度が93％であって、伝熱層３の主成分がアルミニウムである試料Ｎｏ．３，５を比べると、試料Ｎｏ．３は等方性黒鉛からなる基材２を用いていることから、異方性黒鉛からなる基材２を用いた試料Ｎｏ．５より、熱伝導率κｘと熱伝導率κｚとの差Δκの差が小さく、放熱の方向は特定方向に偏りにくく分散されるので、さらに効率よく熱を逃がすことができるといえる。このことは、試料Ｎｏ．６，８、試料Ｎｏ．９，11、試料Ｎｏ．12，14、試料Ｎｏ．15，17、試料Ｎｏ．18，20、試料Ｎｏ．21，23、試料Ｎｏ．24，26についても同様である。
【実施例２】
【０１３９】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。なお、基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１４０】
そして、基材２の一方の主面に、表２に示す主成分であり、厚みｔ３が250μｍである伝熱層３を形成して、試料Ｎｏ．27および32の本発明の炭素−金属複合体１を得た。また、基材２の一方の主面に、厚みｔ４が３μｍであり、表２に示す主成分の中間層４を電解めっき法により形成した後、この中間層４を介して、厚みｔ３が250μｍであり表２に示す主成分の伝熱層３を形成して、本発明の炭素−金属複合体１である試料Ｎｏ．28〜31および33〜36を得た。
【０１４１】
その後、基材２に対する伝熱層３の密着性を評価するため、エッチングすることによって伝熱層３のＹ方向の長さを30ｍｍから10ｍｍに狭くした後、伝熱層３の引きはがし強さをＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して測定し、測定値を表２に示した。
【０１４２】
【表２】
【０１４３】
表２に示す通り、試料Ｎｏ．28〜31，33〜36はクロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を介して、伝熱層３が形成されていることから、中間層４がない試料Ｎｏ．27，32よりも伝熱層３の引きはがし強さが大きく、基材２に対する伝熱層３の密着性が高いことがわかった。
【実施例３】
【０１４４】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向，Ｙ方向およびＺ方向の各長さが120ｍｍ，30ｍｍおよび２ｍｍである等方性黒鉛からなる短冊状の基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１４５】
次に、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、表３に示す主成分の伝熱層３ａ，３ｂをめっき法により形成した後、短冊状の基材２の表面に正面視したときの形状が三角形状である溝をＸ方向に30ｍｍの間隔で形成した。なお、伝熱層３の各主成分は、伝熱層３を構成する元素100質量％に対していずれも99質量％とし、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各角度θ２ａ，θ２ｂ，θ２ｃ，θ２ｄはいずれも70°とした。
【０１４６】
そして、被覆層５は、厚みが10μｍであり、表３に示す成分となるペーストを用いてスクリーン印刷法により各傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを含む側面に塗布した後、850℃で熱処理することによって、試料Ｎｏ．38〜56および58〜76の本発明の炭素−金属複合体１を得た。また、被覆層５を形成しない試料Ｎｏ．37および57の本発明の炭素−金属複合体１を準備した。
【０１４７】
そして、これらの炭素−金属複合体１を温度110℃で60分保持してから、放冷し、そのときの質量Ｗ１を測定した。その後、炭素−金属複合体１を水に浸漬し、周波数が28ｋＨｚの超音波を３分間当ててから取り出し、温度60℃で30分保持してから、放冷し、そのときの質量Ｗ２を測定した。そして、以下の式（４）で示される質量増加率ΔＷ（％）を算出し、その値を表３に示した。
ΔＷ＝（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１×100・・・（４）
【０１４８】
【表３】
【０１４９】
表３に示す通り、試料Ｎｏ．38〜41，58〜61は、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５が、また、試料Ｎｏ．42〜56，62〜76は、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層５が形成されていることから、被覆層５が形成されていない試料Ｎｏ．37，57よりも質量増加率ΔＷ（％）が低く、空気中の水分の基材２の側面からの浸入が少なく、伝熱層３が被覆層５によって拘束されているので、剥離しにくくなり、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれを少なくできることがわかった。
【実施例４】
【０１５０】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１５１】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、表４に示す主成分の伝熱層３（３ａ、３ｂ）をめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１５２】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、第１金属層10が表４に示す成分となるペーストを用いてスクリーン印刷法により塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。
【０１５３】
そして、第１金属層10上に、表４に示す主成分の第２金属層11となるように無電解めっき法を用いて塗布した後、支持基体７の第１主面側に先に作製した炭素−金属複合体１である回路部材８ａを、第２主面側に同じく先に作製した炭素−金属複合体１である放熱部材９ａをそれぞれ配置し、80℃で熱処理することにより、放熱複合部材６である試料Ｎｏ．77〜134を得た。
【０１５４】
そして、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１をレーザー変位計で測定した。また、回路部材８ａの側面からはみ出している第１金属層10の回路部材８ａの側面と支持基体７の側面とを垂直に結ぶ線上における最大長さを、光学顕微鏡により倍率を50倍として測定し、この最大長さをはみ出し長さとした。
【０１５５】
また、超音波探傷法により支持基体７と第１金属層10との間に生じている空隙を平面視した面積Ｓｖを測定し、空隙が全くない状態の面積、すなわち回路部材８ａの支持基体７に接合している主面を合わせた面積Ｓｏに対する比率（＝Ｓｖ／Ｓｏ×100）を求め、空隙率とした。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。これらの測定結果を表４に示す。
【０１５６】
【表４】
【０１５７】
表４に示す通り、試料Ｎｏ．78〜105，107〜134は、回路部材８ａおよび放熱部材９ａが、支持基体７側より第１金属層10および第２金属層11が順次接合されてなり、第１金属層10は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層11は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することから、第２金属層11が形成されていない試料Ｎｏ．77，106より、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１の値が小さく、好適であることがわかった。
【０１５８】
また、試料Ｎｏ．92〜99，121〜128は、第１金属層10がモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することから、第１金属層10がこれらの金属を含有しない試料Ｎｏ．77〜91，100〜120，129〜134よりも、回路部材８ａの端面からの第１金属層10は、はみ出し長さが短く、支持基体７上で広がりにくいので、第１金属層10の形状を比較的精度よく整えることができ、複数並べて回路部材８ａを配置する場合に、隣り合う回路部材８ａ間で発生する短絡のおそれを低減できることがわかった。
【０１５９】
さらに、試料Ｎｏ．93〜95，122〜124は、第１金属層10がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有していることから、第１金属層10の成分２までの構成が同じであり、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有していない試料Ｎｏ．92，試料Ｎｏ．121と比較して、第１金属層10内の空隙率が低く、接合強度を高くできることがわかった。
【実施例５】
【０１６０】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１６１】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、主成分が銅である伝熱層３ａ、３ｂをめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１６２】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、スクリーン印刷法を用いてチタンを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。なお、ペーストの塗布においては、回路部材８ａおよび放熱部材９ａを接合した後の回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面に対する第１金属層10のＸ方向およびＹ方向における各端面の位置が表５に示すようになるように調整した。
【０１６３】
そして、第１金属層10上に、無電解めっき法を用いて銅を主成分とするペーストを塗布した第２金属層11を形成した後、支持基体７の第１主面側に先に作製した炭素−金属複合体１である回路部材８ａを、第２主面側に同じく先に作製した炭素−金属複合体１である放熱部材９ａをそれぞれ配置し、80℃で熱処理することにより、放熱複合部材６である試料Ｎｏ．135〜138を得た。
【０１６４】
そして、常温から125℃に昇温して30秒保持した後、−45℃に降温して30秒保持して常温に昇温するというサイクルを１サイクルとして、試料Ｎｏ．135〜138にヒートサイクル試験を実施した。100サイクル毎に、超音波探傷法により支持基体７に発生するクラックの有無を調べ、クラックが始めて確認されたサイクル数を表５に示した。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。
【０１６５】
なお、表５において、回路部材８ａ側の第１金属層10の端面の位置が「外側」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して30μｍを越えて外側にあり、「同一」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して±30μｍ以内にあり、「内側」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して30μｍより内側にあることを示す。また、クラック発生サイクル数の欄の不等号「＞」は、そのサイクル数を超えてもクラックが確認されなかったことを示す。
【０１６６】
【表５】
【０１６７】
表５に示すように、試料Ｎｏ．135，136は、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面より外側に位置していることから、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８ａおよび放熱部材９ａと支持基体７との間の熱膨張係数の差によって発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなっているため、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面より外側に位置していない試料Ｎｏ．137，138よりも支持基体７にクラックが発生しにくいため、信頼性が高いことがわかった。
【実施例６】
【０１６８】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１６９】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、主成分が銅である伝熱層３ａ、３ｂをめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１７０】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、スクリーン印刷法を用いてチタンを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。
【０１７１】
そして、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１をレーザー変位計で測定し、表６に示した。また、実施例５に示したヒートサイクル試験と同じヒートサイクル試験を実施し、100サイクル毎に、超音波探傷法により支持基体７に発生するクラックの有無を調べ、クラックが始めて確認されたサイクル数を表６に示した。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。
【０１７２】
【表６】
【０１７３】
表６に示すように、試料Ｎｏ．140，141は、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りが0.3％以下であって、反りは放熱部材９ａに向かって凸状であることから、支持基体７の第１主面の長辺に対する反りが0.3％を超える試料Ｎｏ．142および支持基体７の第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であるものの反りは放熱部材に向かって凹状である試料Ｎｏ．139よりも、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性が高いといえる。
【符号の説明】
【０１７４】
１：炭素−金属複合体
２：基材
３：伝熱層
４：中間層
５：被覆層
６：放熱複合部材
７：支持基体
８：回路部材
９：放熱部材
10：第１金属層
11：第２金属層
21，22：電子部品
Ｓ：電子装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素−金属複合体およびこの炭素−金属複合体を用いた回路部材または放熱部材に関するものである。また、絶縁性の支持基体の一方の主面に回路部材を、他方の主面に放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材およびこの放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載した電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の構成部品として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアントトランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子およびサーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品が放熱複合部材の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。
【０００３】
そして、電子部品を搭載する回路部材を設けてなる放熱複合部材としては、絶縁性の支持基体であるセラミック基板の一方の主面に回路部材として銅板を接合し、他方の主面に放熱性の良好な放熱部材として銅板を接合してなる放熱複合部材が用いられている。
【０００４】
そして、銅板を用いた回路部材および放熱部材に代わる材料として、熱伝導性や加工性に優れ、セラミックスの熱膨張係数に近く、金属より軽いといった特徴を有する炭素材料が注目されるようになっている。
【０００５】
このような炭素材料として、特許文献１には、炭素繊維が実質的に厚み方向に配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対する厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚み方向の熱伝導率が３Ｗ／ｃｍ・℃以上である炭素繊維強化炭素複合材料が提案されている。この炭素繊維強化炭素複合材料は、炭素繊維の長繊維を熱硬化性樹脂に含浸し、これを加熱して繊維／樹脂の複合体を得、この複合体を目的とする複合材料の厚み方向より長く切断し、互いに実質的に平行となるように一方向に揃えて、その繊維の長さ方向に直角の方向に圧力を加え、成形して樹脂を硬化し、ついで炭化し、さらにこれをピッチ又は熱硬化性樹脂に含浸した後、炭化、必要に応じて黒鉛化することで得られることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−30666号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１で提案されている炭素繊維強化炭素複合材料は、その厚み方向の熱伝導率および電気伝導率が大きく、厚み方向における熱および電気の伝導を必要とする場合に使用すると有効であるものの、炭素繊維強化炭素複合材料の製造過程において、隣り合う炭素繊維間に空隙が残って多孔質になりやすく、さらに放熱特性を高めるために炭素繊維強化炭素複合材料の表面に金属層を形成すると、金属層が多孔質となった表面上で断続する部分が多発し、放熱特性をさらに高めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、断続する部分が少ない金属層が容易に形成できて放熱特性が良好な炭素−金属複合体およびこの炭素−金属複合体を用いた回路部材または放熱部材を提供することを目的とするものである。また、これらの回路部材や放熱部材を設けてなる放熱複合部材およびこの放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載した電子装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の炭素−金属複合体は、炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記構成において、前記基材は、銅またはアルミニウムが含浸されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材が等方性黒鉛からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、前記伝熱層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の表面の端部に傾斜面を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の表面の端部が段状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の炭素−金属複合体は、上記各構成において、前記基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の回路部材および放熱部材は、上記いずれかの本発明の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側に本発明の回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の放熱複合部材は、絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の放熱複合部材は、本発明の回路部材および本発明の放熱部材の少なくとも一方は、前記支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、前記第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、前記第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の放熱複合部材は、上記構成において、前記第１金属層は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記第１金属層は、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記支持基体は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記第１金属層の端面の少なくとも一部は、前記回路部材または前記放熱部材の各端面より外側に位置していることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の放熱複合部材は、上記各構成において、前記支持基体の前記第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、該反りは前記第２主面側に凸状であることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の電子装置は、上記いずれかの本発明の放熱複合部材における前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の炭素−金属複合体によれば、炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることから、伝熱層は断続する部分が少ないので、一方の主面側から他方の主面側へ効率よく熱を逃がすことができる。
【００２８】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材に銅またはアルミニウムが含浸されているときには、一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるとともに、銅およびアルミニウムはいずれも炭素より体積固有抵抗が低いので、内部における発熱を低減させることができ、電力損失を減少させることができる。
【００２９】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材が等方性黒鉛からなるときには、異方性黒鉛である場合よりも放熱の方向は特定方向に偏りにくいので、さらに効率よく熱を分散させて逃がすことができる。
【００３０】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、伝熱層が形成されているときには、基材に対する伝熱層の密着性がよくなり、さらに効率よく熱を逃がすことができる。
【００３１】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の表面の端部に傾斜面を有するときには、炭素−金属複合体の生産効率を高くすることができる。
【００３２】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の表面の端部が段状に形成されているときには、炭素−金属複合体の生産効率を高くすることができる。
【００３３】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されているときには、炭素−金属複合体を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層はその端部で被覆層に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材の表面を囲む面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００３４】
また、本発明の炭素−金属複合体によれば、基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されているときには、電子部品等の発熱する部品が炭素−金属複合体に搭載され、これら部品が動作を繰り返したとしても、伝熱層はその端部で被覆層により拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材の表面を囲む面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００３５】
また、本発明の回路部材によれば、本発明の炭素−金属複合体を用いていることにより、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３６】
また、本発明の放熱部材によれば、本発明の炭素−金属複合体を用いていることにより、回路部材と同様に、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３７】
また、本発明の放熱複合部材によれば、絶縁性の支持基体の第１主面側に本発明の回路部材を、第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材であるときには、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３８】
また、本発明の放熱複合部材によれば、絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材をそれぞれ設けてなる放熱複合部材であるときには、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
また、本発明の放熱複合部材によれば、本発明の回路部材および本発明の放熱部材の少なくとも一方は、支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有するときには、支持基体と回路部材および放熱部材の少なくとも一方とを接合する場合に、低温で接合することができる。その結果、この接合に伴って支持基体に発生して残留する応力は高温で接合する場合よりも小さくなるため、支持基体に生じる反りを小さくすることができる。さらに、低温での接合ができることにより、回路部材および放熱部材をともにより厚くすることができるので、電子部品等から発生した熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けなくても済む。
【００４０】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層がモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有するときには、これらの金属は融点が高いので、第１金属層を形成するためのペーストの粘性が増して、支持基体上で広がりにくくなり、第１金属層の形状を比較的精度よく整えることができ、回路部材が複数並んで配置される場合に、隣り合う回路部材間で発生するおそれのある短絡を低減することができる。
【００４１】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有するときには、第１金属層を形成するためのペーストを支持基体に塗布しても、融点の低い金属を含有しているために融点が低くなるので、第１金属層内の空隙を減らすことができることから、支持基体と回路部材および放熱部材の少なくとも一方との接合強度を高くすることができる。
【００４２】
また、本発明の放熱複合部材によれば、支持基体が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなるときには、熱伝導率が高いので、放熱特性を高くすることができる。
【００４３】
また、本発明の放熱複合部材によれば、第１金属層の端面の少なくとも一部は、回路部材または放熱部材の各端面より外側に位置しているときには、熱履歴が支持基体に加わっても、回路部材および放熱部材と支持基体との間の熱膨張係数の差によって発生する熱応力が第１金属層に分散しやすくなるため、支持基体にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。
【００４４】
また、本発明の放熱複合部材によれば、支持基体の第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、この反りは放熱部材が設けられている側である第２主面側に凸状であるときには、放熱部材の第２主面側に熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けた場合に、このヒートシンクとの接触面積が増加して、熱がヒートシンクに逃げやすくなることから、より放熱特性を高くすることができる。
【００４５】
また、本発明の電子装置によれば、本発明の放熱複合部材における回路部材の上に電子部品を搭載したことから、電子装置が動作しているときでも、電子部品に蓄熱することがほとんどなくなるので、好適な電子装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図４】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の放熱複合部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【図９】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【図１０】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＤ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１１】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＦ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１２】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＨ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１３】本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ’線での断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＫ部拡大図であり、（ｄ）は底面図である。
【図１４】本発明の放熱複合部材の反りを模式的に示す側面図である。
【図１５】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＬ−Ｌ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の炭素−金属複合体，回路部材，放熱部材，放熱複合部材および電子装置の実施の形態の例について説明する。
【００４８】
図１は、本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【００４９】
本発明の炭素−金属複合体１は、炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されていることが重要であり、例えば図１に示すように、基材２は直方体状であり、基材２の一方の主面に伝熱層３が形成されている。また、緻密質な基材２とは、相対密度が90％以上99％以下の基材２をいうものである。相対密度とは、かさ密度を理論密度で除した値を％で表したものであり、かさ密度はＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠して求めればよい。
【００５０】
そして、本発明の炭素−金属複合体１は、炭素を主成分とする緻密質な基材２の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層３が形成されていることから、伝熱層３は断続する部分が少ないので、一方の主面側から他方の主面側へ効率よく熱を逃がすことができる。このような炭素−金属複合体１の厚み方向における熱伝導率は、例えば240Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００５１】
特に、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、伝熱層３の厚みｔ３が100μｍ以上400μｍ以下であって、厚みの比率ｔ１／ｔ３が2.5以上50以下であることが好適である。
【００５２】
なお、基材２および伝熱層３における主成分とは、基材２または伝熱層３のそれぞれを構成する成分100質量％に対して、50質量％以上を占める成分をいい、特に70質量％以上であることが好適である。主成分の比率は、基材２の主成分である炭素の場合には、赤外吸収法により、また、伝熱層３の主成分である銅またはアルミニウムの場合には、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）発光分析法により、それぞれ求めることができる。
【００５３】
図２〜図７は、それぞれ本発明の炭素−金属複合体の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【００５４】
図２に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の両主面に伝熱層３（３ａ，３ｂ）が形成されている。このような構成にすることにより、炭素−金属複合体１の厚み方向で電流が流れやすくなり、内部における発熱を低減させ、電力損失を減少させることができる。
【００５５】
特に、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、伝熱層３ａ，３ｂの厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも100μｍ以上400μｍ以下であり、厚みの比率ｔ１／ｔ３ａ，ｔ１／ｔ３ｂがいずれも2.5以上50以下であることが好適である。
【００５６】
また、本発明の炭素−金属複合体１において、基材２に銅またはアルミニウムが含浸されていることが好適である。緻密質であるため基材２に空隙は少ないものの、基材２の空隙に銅またはアルミニウムが含浸されていれば、一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるとともに、銅およびアルミニウムはいずれも炭素より体積固有抵抗が低いので、内部における発熱を低減させることができ、電力損失を減少させることができる。
【００５７】
また、本発明の炭素−金属複合体１は、基材２が等方性黒鉛であることが好適である。基材２が等方性黒鉛であるときには、異方性黒鉛である場合より放熱の方向は特定方向に偏りにくいので、さらに効率よく熱を分散させて逃がすことができる。
【００５８】
ここで、等方性黒鉛とは、ＢＡＦ値（Bacon Anisotropy Factor：結晶の異方性係数）が1.1以下である黒鉛をいう。なお、ＢＡＦ値はＸ線回折法により求められ、例えばミラー指数が（００２）で示されるＸ線回折の強度（Ｉ）と基材２のＣ軸方向が表面に垂直な方法からずれる角度（φ）との関係である配向関数Ｉ（φ）を求め、以下の式（１）により算出される値である。このＢＡＦ値は、数値が小さいほど異方性が小さく、数値が大きいほど異方性が大きいことを表わす。
ＢＡＦ＝２∫Ｉ（φ）ｃｏｓ２φｓｉｎφｄφ／∫Ｉ（φ）ｓｉｎ３φｄφ・・・（１）
さらに、ミラー指数が（００２）の面間隔が0.34ｎｍ以下であることがより好適で、この面間隔についてもＸ線回折法により求めることができる。
【００５９】
次に、図３に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を介して、伝熱層３が形成されている。このような構成にすることにより、基材２に対する伝熱層３の密着性がよくなり、さらに効率よく熱を逃がすことができる。この理由は明らかではないが、中間層４を介して、伝熱層３が形成されていると、基材２側で炭素とクロム，鉄，コバルトまたはニッケルとが化合して炭化物を形成し、伝熱層３側でクロム，鉄，コバルトまたはニッケルと銅またはアルミニウムとが固溶体を形成しているため、基材２と中間層４および中間層４と伝熱層３の密着性がよくなっていると推定される。
【００６０】
そして、炭素−金属複合体１の厚みｔ１が１ｍｍ以上５ｍｍ以下に対し、例えば中間層４の厚みｔ４は0.5μｍ以上５μｍ以下であり、伝熱層３の厚みｔ３は100μｍ以上400μｍ以下である。
【００６１】
次に、図４に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の表面の端部に傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有している。基材２の表面の端部に傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有しているときには、複数の本発明の炭素−金属複合体１を得るために短冊状等に作製した後、隣り合う炭素−金属複合体１の傾斜面同士によって形成された溝を切断することにより、容易に本発明の炭素−金属複合体１を得ることができるので、生産効率を高くすることができる。基材２の表面に対する傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのそれぞれの角度θ２ａ，θ２ｂ，θ２ｃ，θ２ｄは、いずれも45°以上80°以下であることが好適である。なお、基材２は、上側の表面の両端のみに傾斜面２ａ，２ｂを備えていてもよい。
【００６２】
次に、図５に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、基材２の表面の端部が段状に形成されている。このように、段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈを有し、基材２の表面の端部が段状に形成されているときには、複数の本発明の炭素−金属複合体１を得るために短冊状等に作製した後、炭素−金属複合体１の厚みよりも薄い段状の部分を切断することにより、容易に本発明の炭素−金属複合体１を得ることができるので、生産効率を高くすることができる。炭素−金属複合体１の厚みｔ１に対する段差ｈ２ｅ，ｈ２ｆ，ｈ２ｇ，ｈ２ｈの比ｈ２ｅ／ｔ１，ｈ２ｆ／ｔ１，ｈ２ｇ／ｔ１，ｈ２ｈ／ｔ１は、いずれも0.1以上0.3以下であることが好適である。
【００６３】
また、基材２の表面の端部に傾斜面を有していたり、基材２の表面の端部が段状に形成されていたりする炭素−金属複合体１であることによって、これを用いた回路部材や放熱部材を設けてなる放熱複合部材において、回路部材や放熱部材を配置する支持基体側の側面に拘束されない箇所があるので、側面に残る応力が緩和され、熱履歴が支持基体に加わっても支持基体にクラックが発生し難くなるとともに、回路部材や放熱部材は支持基体から剥離しにくくなるため、放熱複合部材の信頼性を高めることができる。
【００６４】
次に、図６および図７に示す例の本発明の炭素−金属複合体１は、それぞれ図４および図５に示す例の基材２の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５が形成されていることが好適である。このような被覆層５が形成されているときには、炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層３ａ，３ｂはその端部で被覆層５に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。なお、基材２の側面とは、伝熱層３を形成する基材２の主面以外の面をいい、側面２ｉ，２ｊのみならず、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈをも含む。
【００６５】
また、本発明の炭素−金属複合体１は、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５に代えて、基材２の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層５が形成されていてもよい。このような被覆層５が形成されているときにも、炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、伝熱層３ａ，３ｂはその端部で被覆層５に拘束されているので、剥離しにくくなるとともに、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれが減少する。
【００６６】
この被覆層５は、例えば、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上が１質量％以上５質量％以下であり、銅が15質量％以上25質量％以下で、残部が銀からなり、その厚みは10μｍ以上30μｍ以下であることが好適である。
【００６７】
ところで、図１〜図７に示す本発明の炭素−金属複合体１は、伝熱層３が無酸素銅，タフピッチ銅およびりん脱酸銅のうちのいずれかからなることが好ましい。特に、銅の含有率が高いほど電気抵抗が低く、熱伝導率が高いため、銅の含有率が99.995質量％以上の無酸素銅である線形結晶無酸素銅，単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のうちのいずれかであることが好ましい。このため、銅の含有率が99.995質量％以上の線形結晶無酸素銅、単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のうちのいずれかからなる伝熱層３が形成された炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品を搭載して、この電子部品が発熱を繰り返したとしても、炭素−金属複合体１は放熱特性に優れるため、電力損失を少なくすることができる。また、銅の含有率が高いほど、降伏応力が低く、高温下で塑性変形しやすくなるため、炭素−金属複合体１を用いた回路部材または放熱部材等の各種部材を接合する場合に、その接合強度が高くなり、より高い信頼性を確保することができる。
【００６８】
また、本発明の回路部材は、上述したような本発明の炭素−金属複合体１を用いることが好適である。このような回路部材とは、炭素−金属複合体１に予めプレス加工，エッチング加工およびワイヤー加工といった方法によってパターニングして形成された回路を備えた部材である。本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材の上に電子部品等の発熱する部品を搭載し、これらの部品が発熱を繰り返したとしても、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００６９】
また、本発明の放熱部材は、上述したような本発明の炭素−金属複合体１を用いることが好適である。このような放熱部材とは、熱を発する部品に直接的または間接的に接合され、発熱する部品からの放熱を促進する部材である。熱を発する電子部品等の部品が回路部材を介して本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材に搭載されている場合には、効率よく熱を逃がすことができるので、電子部品等の発熱する部品の寿命を延ばすことができる。
【００７０】
図８は、本発明の放熱複合部材の実施の形態の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【００７１】
図８に示す例の本発明の放熱複合部材６は、絶縁性の支持基体７の第１主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを、第１主面に対向する第２主面側に放熱部材９ｂをそれぞれ設けてなるものである。ここで、放熱部材９ｂは、銅を炭化珪素に含浸した複合体，銅−ダイヤモンド焼結体，銅に炭素を含浸した複合体，銅−モリブデン合金，銅−タングステン合金，銅および銅合金のうちのいずれかからなることが好適である。特に、放熱部材９ｂは、銅が主成分である場合、銅を99.96質量％以上含有することがさらに好適である。
【００７２】
図９は、本発明の放熱複合部材の実施の形態の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。
【００７３】
図９に示す例の本発明の放熱複合部材６は、絶縁性の支持基体７の第１主面側に回路部材８ｂを、第１主面に対向する第２主面側に本発明の放熱部材９ａをそれぞれ設けてなるものである。ここで、回路部材８ｂは、銅もしくはその合金またはアルミニウムもしくはその合金のうちのいずれかからなることが好適で、特に、銅またはアルミニウムを99.96質量％以上含有することがさらに好適である。
【００７４】
回路部材８ｂおよび放熱部材９ｂが、上述したいずれかの熱伝導率の高い材料を用いれば、回路部材８ｂ上に搭載した半導体素子等の電子部品（図示しない）からの熱が直ぐに広がることから、放熱複合部材６の放熱特性を高くすることができる。
【００７５】
また、回路部材８ａ，８ｂおよび放熱部材９ａ，９ｂの各体積固有抵抗は、５×10―８Ω・ｍ以下、特に３×10―８Ω・ｍ以下であることが望ましい。
【００７６】
特に、本発明の放熱複合部材６は、本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａおよび本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを設けてなることが好適である。このようにすると、絶縁性の支持基体７の熱膨張係数と炭素−金属複合体１を形成する炭素との熱膨張係数とが近似しているため、支持基体７と回路部材８ａおよび放熱部材９ａとの接合工程で発生する残留応力を抑制することができることから、放熱複合部材６の信頼性を向上させることができる。
【００７７】
本発明の放熱複合部材６を構成する支持基体７は直方体状であり、例えば、長さ（図８〜図14に示すＸ方向）が30ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、幅（図８〜図14に示すＹ方向）が10ｍｍ以上80ｍｍ以下である。支持基体７の厚みは用途によって異なるが、耐久性および絶縁耐圧が高く、熱抵抗が抑制されたものにするには、0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下とすることが好適である。回路部材８ａ，８ｂは、例えば、長さが５ｍｍ以上60ｍｍ以下であり、幅が５ｍｍ以上60ｍｍ以下である。厚みは、回路部材８ａ，８ｂを流れる電流の大きさや回路部材８ａ，８ｂに搭載される電子部品の発熱量等によって決められ、例えば0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。放熱部材９ａ，９ｂは、例えば長さが５ｍｍ以上120ｍｍ以下であり、幅が５ｍｍ以上100ｍｍ以下である。放熱部材９ａ，９ｂの厚みは0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下であるが、必要とされる放熱特性により異なる。
【００７８】
また、本発明の放熱複合部材６においては、図10に示す例の本発明の回路部材８ａ、図11に示す例の本発明の放熱部材９ａは、図10（ｃ）および図11（ｃ）に示すように、支持基体７側より第１金属層10および第２金属層11が順次接合されてなり、第１金属層10は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層11は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することが好適である。
【００７９】
このような構成にすると、支持基体７と本発明の回路部材８ａまたは本発明の放熱部材９ａとを接合する場合に、第２金属層11の両主面を50℃以上100℃以下の低温で強固に接合することができる。その結果、この接合に伴って支持基体７にかかる残留応力は高温で接合する場合よりも小さくなるため、支持基体７に生じる反りを小さくすることができる。さらに、低温での接合ができることにより、回路部材８ａおよび放熱部材９ａをともにより厚くすることができるので、電子部品等から発生した熱をさらに拡散させるためのヒートシンクを取り付けなくても済む。
【００８０】
また、第２金属層11は、ニッケルを主成分とすることが好適であり、ニッケルを90質量％以上、特に99質量％以上とすることがさらに好適である。第２金属層11にニッケルが多く含まれるほど電気抵抗が低く、熱伝導率が高くなるため、放熱複合部材６に電子部品を搭載して電子部品を作動させても、放熱複合部材６は放熱特性に優れるため、電力損失を少なくすることができる。また、ニッケルが多く含まれるほど、緻密な層が形成されるとともに、第２金属層11と、回路部材８ａ，放熱部材９ａおよび第１金属層10との間に気孔等の空隙が発生しにくくなって、より信頼性が高くなる。また、第２金属層11がニッケルを主成分とすれば、第１金属層10の主成分である銀や銅との密着性が高いので好適である。
【００８１】
ここで、第１金属層10は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれの長さが２ｍｍ以上76ｍｍ以下であって、厚みが10μｍ以上60μｍ以下である。また、第２金属層11は、第１金属層10と略同じ大きさにすればよい。
【００８２】
また、本発明の放熱複合部材６において、第１金属層10は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することが好適である。第１金属層10を形成するためのペーストに、融点の高い金属であるモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有させることにより、ペーストの融点が高くなり、その粘度が増して、支持基体７上で広がりにくくなり、第１金属層10の形状を比較的精度よく整えることができるので、複数並べて回路部材８を配置する場合に、隣り合う回路部材８間で発生する短絡のおそれを低減することができる。
【００８３】
また、本発明の放熱複合部材６において、第１金属層10がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。第１金属層を形成するためのペーストに、融点の低い金属であるインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有させることにより、融点が低くなることから第１金属層内の空隙を減らすことができるので、支持基体７と回路部材８および放熱部材９の少なくとも一方との接合強度を高くすることができる。
【００８４】
本発明の放熱複合部材６を構成する絶縁性の支持基体７は、例えば、窒化珪素，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化ジルコニウム，酸化ベリリウムのうちの少なくともいずれかを主成分とするセラミックス、または酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物のセラミックスからなる。ここで、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物とは、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの合計量に対して、酸化アルミニウムを20質量％以上80質量％以下含有したものである。
【００８５】
そして、これらのセラミックスの中でも、支持基体７が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることが好適である。このようなセラミックスは焼結体または単結晶いずれでもよい。支持基体７が窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなると、両者とも熱伝導率がそれぞれ40Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上および150Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と高い。このため、放熱特性および信頼性の高い放熱複合部材６とすることができる。支持基体７の主成分が窒化珪素である場合には、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分析法により珪素の比率を求め、窒化物に換算すれば窒化珪素の比率を求めることができる。また、支持基体７の主成分が窒化アルミニウムである場合には、上記の方法でアルミニウムの比率を求め、窒化物に換算すれば窒化アルミニウムの比率を求めることができる。
【００８６】
特に、支持基体７が、窒化珪素を主成分とするセラミックスからなる場合は、窒化珪素は少なくとも80質量％以上含有していることが好適である。その他の添加成分として、酸化エルビウム，酸化マグネシウム，酸化珪素，酸化モリブデンおよび酸化アルミニウム等が含まれていてもよい。
【００８７】
また、支持基体７の機械的特性は、３点曲げ強度が500ＭＰa以上，ヤング率が300ＧＰａ以上，ビッカース硬度（Ｈｖ）が13ＧＰａ以上であり、さらに破壊靱性（Ｋ１Ｃ）が５ＭＰａｍ１／２以上であることが好ましい。これらにより、放熱複合部材６を構成した際に長期間の使用に供することができる。また、機械的特性が上述の範囲であることにより、信頼性を向上させることができ、特に耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができる。
【００８８】
なお、３点曲げ強度については、放熱複合部材６から第１金属層10，第２金属層11，回路部材８および放熱部材９をエッチングにより除去した後、ＪＩＳ Ｒ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（ＭＯＤ））に準拠して測定すればよい。ただし、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みを３ｍｍとすることができない場合には、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
【００８９】
また、ヤング率についても、放熱複合部材６から第１金属層10，第２金属層11，回路部材８および放熱部材９をエッチングにより除去した後、ＪＩＳ Ｒ 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みを10ｍｍとすることができないときには、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。
【００９０】
ビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）については、それぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ）），ＪＩＳ Ｒ 1607−1995に規定される圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して測定すればよい。なお、支持基体７の厚みが薄く、支持基体７より切り出した試験片の厚みをそれぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003，ＪＩＳ Ｒ 1607−1995 圧子圧入法（ＩＦ法）で規定する0.5ｍｍおよび３ｍｍとすることができないときには、支持基体７の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価してその結果が上記数値を満足することが好適である。ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに支持基体７の厚みが薄いときには、支持基体７の厚みに応じて押し込み荷重を変更し、その結果を基に0.5ｍｍおよび３ｍｍのときのビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）をシミュレーションにより推定すればよい。
【００９１】
また、支持基体７の電気的特性は、体積固有抵抗が常温で10１２Ω・ｍ以上であり、300℃で10１０Ω・ｍ以上であることが好ましい。支持基体７がこれらの電気的特性を有していることにより、回路部材８の上に搭載される電子部品の動作時に回路部材８側から放熱部材９側への電流のリークを抑制することができるため、電力損失を発生させないとともに、電子装置の誤動作を低減することができる。
【００９２】
また、本発明の放熱複合部材６は、第１金属層10の端面の少なくとも一部は、回路部材８または放熱部材９の各端面より外側に位置していることが好適である。図12に示す例の本発明の放熱複合部材６では、回路部材８および放熱部材９の各端面より第１金属層10のＸ方向における端面が外側に位置している。このような構成の放熱複合部材６は、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８および放熱部材９と支持基体７との間の熱膨張係数の差により発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなるので、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。
【００９３】
なお、図示しないが、第１金属層10のＹ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置していてもよい。また、第１金属層10のＸ方向およびＹ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置してもよい。
【００９４】
また、本発明の放熱複合部材６は、図13に示すように、第１金属層10のＸ方向における各端面がそれぞれ回路部材８および放熱部材９の各端面より外側に位置し、回路部材８より放熱部材９を大きくしている。図13に示す例の放熱複合部材６は、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８および放熱部材９と支持基体７との間の熱膨張係数の差により発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなるので、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性を高くすることができる。さらに、回路部材８より放熱部材９を大きくしていることで、回路部材８の上に搭載する半導体素子等の電子部品で発生した熱を効率よく拡散することができる。
【００９５】
また、本発明の放熱複合部材６は、支持基体７の第２主面の長辺に対する反りが0.3％以下であって、この反りは放熱部材９に向かって凸状であることが好適である。放熱部材９を設ける第２主面側に熱をさらに拡散させるためのヒートシンク（図示しない）を取り付けた場合は、このヒートシンクとの接触面積が増加して、熱がヒートシンクに逃げやすくなることから、より放熱特性を高くすることができる。ここで、反りとは、図14に示すように、支持基体７の第１主面の最も高い部分から低い部分との差Ｈ１のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。
【００９６】
次に、図15に示す例の本発明の電子装置Ｓは、本発明の放熱複合部材６の回路部材８の上に１つ以上の半導体素子等の電子部品21，22が搭載されたものであり、これらの電子部品21,22同士は導体（図示しない）により互いに電気的に接続されている。
【００９７】
また、図15に示す例のように、回路部材８および放熱部材９が、平面視でそれぞれ複数行および複数列に区分配置されていることが好適である。このように、回路部材８および放熱部材９が平面視で複数行および複数列に区分配置されることで、同じ個数の回路部材８が１行または１列に区分配置された放熱複合部材６に比べて、支持基体７を平面視で正方形あるいは正方形に近い長方形にすることができるため、放熱複合部材６の反りは抑制されやすくなる。さらに、支持基体７を形成するセラミックスの熱膨張係数と炭素−金属複合体１を形成する炭素との熱膨張係数とが近似していることにより、支持基体７と回路部材８および放熱部材９との接合工程で発生する残留応力を抑制することができるので、放熱複合部材６の信頼性も向上させることができる。
【００９８】
次に、本発明の炭素−金属複合体１の製造方法の一例について説明する。
【００９９】
予め準備した緻密質な基材２の上に、例えば、電解めっき法，無電解めっき法等の液相成長法、蒸着等の化学的気相成長法またはフレーム溶射法，電気式溶射法等の溶射法等により、銅またはアルミニウムを主成分とし、厚みが100μｍ以上200μｍ以下、好ましくは120μｍ以上180μｍ以下の伝熱層３を形成することで、図１，２に示す例のような本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１００】
なお、予め準備する基材２は、銅またはアルミニウムが含浸されていることが好適である。銅またはアルミニウムが含まれている基材２を得るには、まず、骨材として平均粒径が15〜25μｍの炭素粉を、結合剤としてタールピッチまたはコールタール等を配合し、配合した原料を双腕型ニーダを用いて150〜300℃で加熱混練して杯土とする。次に、粉砕機を用いて、平均粒径が10〜300μｍになるように杯土を粉砕して粉体とする。そして、乾式加圧法により粉砕して得られた粉体を成形型に充填して、加圧することによって成形体とする。このときの圧力は、例えば、50〜200ＭＰａとする。その後の焼成は、窒素ガスまたは不活性ガスを用いた非酸化雰囲気中または成形体の周囲に炭素粉を詰めて還元雰囲気中で、温度を800〜1000℃とし、保持時間を５〜400時間として焼成して焼結体とする。さらに、1000℃以上の高温で黒鉛化を進めてもよい。
【０１０１】
次に、金属を含浸させるための容器に焼結体を入れ、容器内の圧力を1330Ｐａ以下に減圧した後、銅またはアルミニウムの各溶湯中に焼結体を浸漬して、窒素ガスを用いて0.49〜0.98ＭＰａに加圧して含浸することにより、銅またはアルミニウムが含浸されている基材２を得ることができる。また、基材２が等方性黒鉛からなるものであっても好適である。
【０１０２】
また、伝熱層３の形成方法は、特に限定されないが、めっき法による形成は伝熱層３の表面の平滑性および経済性の観点から好適である。電解めっき法または無電解めっき法のいずれでもよく、これらの技術を併用してもよい。
【０１０３】
さらに、伝熱層３の表面の平滑性を上げるため、基材２の表面をできるだけ平滑にしておくことが好適である。基材２の表面はＪＩＳ Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287：1997（ＩＤＴ））で規定される算術平均高さＲａを予め50μｍ以下にしておくことが好ましい。
【０１０４】
また、銅層３を形成する前に、例えば、電解めっき法または無電解めっき法等の液相成長法により、基材２の上にクロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を形成しておいてもよい。中間層４の厚みは0.5μｍ以上５μｍ以下であることが好適である。
【０１０５】
上述した伝熱層３または中間層４の形成に用いる液相成長法の一例を以下に示す。
【０１０６】
まず、前処理として、基材２を有機溶媒による超音波洗浄，酸による洗浄および水洗を順次行なって、付着している塵埃を除去する。
【０１０７】
無電解めっき法を用いる場合は、上述した前処理の後、伝熱層３または中間層４を形成するための核となる微細な粒子を基材２の表面に生成させるための処理（例えば、基材２に触媒であるパラジウムを付着させる処理。）を行なう。この処理を実施した後、基材２を水洗する。その後、所定の金属塩と還元剤とを含むめっき液に浸漬することで、炭素−金属複合体１を得ることができる。無電解めっき法を用いると、基材２内の気孔を通ってめっき液が基材２の内部にまで浸入するので、高いアンカー効果が得られ、伝熱層３または中間層４は剥がれにくくなる。
【０１０８】
電解めっき法を用いる場合は、上述した前処理の後、所定の金属塩を含んだ電解溶液中で基材２に通電し、基材２の表面に伝熱層３または中間層４を形成すればよい。電解めっき法を用いると、伝熱層３または中間層４への薬剤の混入が少ないため、無電解めっき法で得られる伝熱層３または中間層４よりも靱性の高い層とすることができる。
【０１０９】
なお、伝熱層３または中間層４の表面粗さが大きい場合には、表面の平滑性を上げるために、研磨等の加工を施してもよい。伝熱層３または中間層４の表面のＪＩＳ Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287：1997（ＩＤＴ））で規定される算術平均高さＲａは、いずれも100ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１１０】
次に、本発明の炭素−金属複合体１の製造方法の他の例について説明する。
【０１１１】
まず、短冊状の基材に上述したような製造方法で、伝熱層３および必要に応じて中間層４を形成する。次いで、短冊状の基材の表面に正面視したときの形状が三角形状または矩形状の溝を所定の間隔で形成する。これら各溝に沿って切断することにより、図４または図５に示す本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１１２】
ここで、図６または図７に示す本発明の炭素−金属複合体１を得るには、短冊状の基材を各溝に沿って切断した後、側面２ｉ，２ｊ、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄおよび段部２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ等を含む側面にチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のうちのいずれかで塗布すればよい。このペーストを塗布した後、800℃以上900℃以下で熱処理することで、被覆層５が形成された図６または図７に示す本発明の炭素−金属複合体１を得ることができる。
【０１１３】
次に、本発明の放熱複合部材６の製造方法の一例について説明する。
【０１１４】
図８に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、Ｘ方向の長さが30ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、Ｙ方向の長さが10ｍｍ以上80ｍｍ以下であり、厚みが0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下であり、窒化珪素，酸化アルミニウム，窒化アルミニウム，酸化ジルコニウム，酸化ベリリウムのうちの少なくともいずれかを主成分とするセラミックス、または酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムの化合物からなるセラミックスからなる絶縁性の支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の第１主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを配置する。また、第２主面側に銅，銅合金，銅を炭化珪素に含浸した複合体，銅−ダイヤモンド焼結体，銅に炭素を含浸した複合体，銅−モリブデン合金および銅−タングステン合金のいずれかからなる放熱部材９ｂを配置する。そして、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、回路部材８ａおよび放熱部材９ｂは支持基体７に直接接合され、図８に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１１５】
図９に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、上述した大きさおよび材質からなる支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の第１主面側に銅もしくはその合金またはアルミニウムもしくはその合金のいずれかからなる回路部材８ｂを配置する。また、第２主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを配置する。そして、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、回路部材８ｂおよび放熱部材９ａは支持基体７に直接接合され、図９に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１１６】
なお、支持基体７の第一主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた回路部材８ａを配置し、第２主面側に本発明の炭素−金属複合体１を用いた放熱部材９ａを配置し、250℃以上700℃以下で熱処理することにより、本発明の回路部材８ａおよび放熱部材９ａをそれぞれ設けてなる本発明の放熱複合部材６が得られることはいうまでもない。
【０１１７】
また、図10，11に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、まず、上述した大きさおよび成分からなる支持基体７を準備する。次いで、この支持基体７の両主面上に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで塗布する。その後、800℃以上900℃以下で加熱して、第１金属層10を形成する。
【０１１８】
なお、第１金属層10がモリブデンを含有する場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上と、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種とを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金のペーストを、上述した方法のいずれかで塗布した後、800℃以上900℃以下で加熱して、第１金属層10を形成すればよい。
【０１１９】
次に、第１金属層10上に、スパッタリング法、真空蒸着法および無電解めっき法から選ばれるいずれかの方法により、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有する第２金属層11を形成する。
【０１２０】
そして、支持基体７の第１主面側に回路部材８ａを、第２主面側に放熱部材９ｂをそれぞれ配置し、50℃以上100℃以下で熱処理することで、図10に示す本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１２１】
また、支持基体７の第１主面側に回路部材８ｂを、第２主面側に放熱部材９ａをそれぞれ配置し、50℃以上100℃以下で熱処理することで、図11に示す例の本発明の放熱複合部材６を得ることができる。
【０１２２】
このような熱処理に伴って、発生した熱応力は第２金属層11で吸収されて小さくなるため、回路部材８および放熱部材９をともにより厚くすることができる。回路部材８および放熱部材９を厚くした放熱複合部材６は、放熱特性を高くすることができ、場合によってはヒートシンクを取り付けなくても済む。
【０１２３】
ここで、第１金属層10および第２金属層11の間に反応層が実質的に存在しないようにするには、第２金属層11を形成する金属は、純度が99.9質量％以上である金属を用いればよい。
【０１２４】
なお、図12，13に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、支持基体７の両主面上に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）合金のペーストを、上述した方法のいずれかで塗布し、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８または放熱部材９の各端面より外側に位置するようにすればよい。
【０１２５】
また、図14に示す例の本発明の放熱複合部材６を得るには、上述した方法で第１金属層10および第２金属層11を形成した後、回路部材８および放熱部材９を、平面視でそれぞれ複数行および複数列に区分配置して、50℃以上100℃以下で熱処理すればよい。
【０１２６】
また、本発明の電子装置は、図15に示す例の電子装置Ｓのように、放熱特性の高い放熱複合部材６における回路部材８の上に電子部品21，22を搭載したことから、放熱特性の高い電子装置Ｓとすることができる。
【０１２７】
以上、本発明の放熱複合部材６は、上述の通り放熱特性が高いため、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアントトランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子およびサーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品で発生した熱を長期間に亘って放熱効率をほとんど低下させずに良好に放熱させながら用いることができる。
【０１２８】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２９】
まず、炭素が99質量％含まれ、相対密度が表１に示される値で、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである基材２を準備した。
【０１３０】
なお、表１に示される基材２の相対密度は、かさ密度を炭素の理論密度（2.26ｋｇ／ｍ３）で除した値を％で表したものであり、かさ密度についてはＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠して求めた。
【０１３１】
次に、図２に示す例のように、基材２の両主面に厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであり、表１に示す元素を主成分とする伝熱層３（３ａ，３ｂ）をめっき法により形成して、炭素−金属複合体である試料Ｎｏ．１〜26を得た。ここで、伝熱層３の各主成分は、伝熱層３を構成する元素100質量％に対して、いずれも99質量％とした。
【０１３２】
なお、試料Ｎｏ．１〜４，６，７，９，10，12，13，15，16，18，19，21，22，24，25は、等方性黒鉛からなる基材２を、試料Ｎｏ．５，８，11，14，17，20，23，26は、異方性黒鉛からなる基材２を用いた。また、試料Ｎｏ．４，７，10，13，16，19，22，25は、表１に示す元素の成分を予め含ませた基材２を用いた。
【０１３３】
そして、光学顕微鏡を用いて倍率を50倍として各試料を構成する伝熱層３ａの表面を観察し、伝熱層３ａが断続する部分が観察された試料に×、観察されなかった試料に○と表１に示した。
【０１３４】
また、各試料のＸ方向およびＺ方向における各熱拡散率αｘ，αｚをレーザフラッシュによる２次元法により熱定数測定装置（アルバック理工（株）製、ＴＣ−7000）を用いて、各試料の比熱容量Ｃを示唆走査熱量法（ＤＳＣ法）により超高感度型示差走査熱量計（セイコーインスツルメンツ（株）製、ＤＳＣ−6200）を用いて、また、各試料のかさ密度ρ（ｋｇ／ｍ３）をＪＩＳ Ｒ 1634−1998に準拠してそれぞれ測定した。そして、これらの方法によって求められた値を以下の式（２），（３）に代入して、各試料のＸ方向およびＺ方向における各熱伝導率κｘ（Ｗ／（ｍ・Ｋ）），κｚ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））をそれぞれ算出し、その値を表１に示した。
κｘ＝αｘ・Ｃ・ρ・・・（２）
κｚ＝αｚ・Ｃ・ρ・・・（３）
また、各試料の体積固有抵抗を２端子法により測定し、その測定値を表１に示した。
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
表１に示す通り、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．１，２は、基材２の相対密度が89％であり緻密質ではなかったために、伝熱層３ａには断続する部分が観察されており、熱伝導率κｚが低く、体積固有抵抗値が大きかった。一方、本発明の試料Ｎｏ．３〜26は、基材２が緻密質であったために、伝熱層３ａには断続する部分は観察されず、試料Ｎｏ．１，２よりも熱伝導率κｚが高く、体積固有抵抗値が小さかった。
【０１３７】
また、基材２が等方性黒鉛からなり、その相対密度が93％であって、伝熱層３の主成分がアルミニウムである試料Ｎｏ．３，４を比べると、試料Ｎｏ．４はアルミニウムが基材２に含まれていることから、熱伝導率が高くなっている。これは、基材２の主成分である炭素より熱伝導率の高いアルミニウムが含まれているからであり、アルミニウムが基材２に含まれていない試料Ｎｏ．３より一方の主面側から他方の主面側へより効率よく熱を逃がすことができるといえる。このことは、試料Ｎｏ．６，７、試料Ｎｏ．９，10、試料Ｎｏ．12，13、試料Ｎｏ．15，16、試料Ｎｏ．18，19、試料Ｎｏ．21，22、試料Ｎｏ．24，25についても同様である。
【０１３８】
また、基材２の相対密度が93％であって、伝熱層３の主成分がアルミニウムである試料Ｎｏ．３，５を比べると、試料Ｎｏ．３は等方性黒鉛からなる基材２を用いていることから、異方性黒鉛からなる基材２を用いた試料Ｎｏ．５より、熱伝導率κｘと熱伝導率κｚとの差Δκの差が小さく、放熱の方向は特定方向に偏りにくく分散されるので、さらに効率よく熱を逃がすことができるといえる。このことは、試料Ｎｏ．６，８、試料Ｎｏ．９，11、試料Ｎｏ．12，14、試料Ｎｏ．15，17、試料Ｎｏ．18，20、試料Ｎｏ．21，23、試料Ｎｏ．24，26についても同様である。
【実施例２】
【０１３９】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。なお、基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１４０】
そして、基材２の一方の主面に、表２に示す主成分であり、厚みｔ３が250μｍである伝熱層３を形成して、試料Ｎｏ．27および32の本発明の炭素−金属複合体１を得た。また、基材２の一方の主面に、厚みｔ４が３μｍであり、表２に示す主成分の中間層４を電解めっき法により形成した後、この中間層４を介して、厚みｔ３が250μｍであり表２に示す主成分の伝熱層３を形成して、本発明の炭素−金属複合体１である試料Ｎｏ．28〜31および33〜36を得た。
【０１４１】
その後、基材２に対する伝熱層３の密着性を評価するため、エッチングすることによって伝熱層３のＹ方向の長さを30ｍｍから10ｍｍに狭くした後、伝熱層３の引きはがし強さをＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して測定し、測定値を表２に示した。
【０１４２】
【表２】
【０１４３】
表２に示す通り、試料Ｎｏ．28〜31，33〜36はクロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層４を介して、伝熱層３が形成されていることから、中間層４がない試料Ｎｏ．27，32よりも伝熱層３の引きはがし強さが大きく、基材２に対する伝熱層３の密着性が高いことがわかった。
【実施例３】
【０１４４】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向，Ｙ方向およびＺ方向の各長さが120ｍｍ，30ｍｍおよび２ｍｍである等方性黒鉛からなる短冊状の基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１４５】
次に、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、表３に示す主成分の伝熱層３ａ，３ｂをめっき法により形成した後、短冊状の基材２の表面に正面視したときの形状が三角形状である溝をＸ方向に30ｍｍの間隔で形成した。なお、伝熱層３の各主成分は、伝熱層３を構成する元素100質量％に対していずれも99質量％とし、傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各角度θ２ａ，θ２ｂ，θ２ｃ，θ２ｄはいずれも70°とした。
【０１４６】
そして、被覆層５は、厚みが10μｍであり、表３に示す成分となるペーストを用いてスクリーン印刷法により各傾斜面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを含む側面に塗布した後、850℃で熱処理することによって、試料Ｎｏ．38〜56および58〜76の本発明の炭素−金属複合体１を得た。また、被覆層５を形成しない試料Ｎｏ．37および57の本発明の炭素−金属複合体１を準備した。
【０１４７】
そして、これらの炭素−金属複合体１を温度110℃で60分保持してから、放冷し、そのときの質量Ｗ１を測定した。その後、炭素−金属複合体１を水に浸漬し、周波数が28ｋＨｚの超音波を３分間当ててから取り出し、温度60℃で30分保持してから、放冷し、そのときの質量Ｗ２を測定した。そして、以下の式（４）で示される質量増加率ΔＷ（％）を算出し、その値を表３に示した。
ΔＷ＝（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１×100・・・（４）
【０１４８】
【表３】
【０１４９】
表３に示す通り、試料Ｎｏ．38〜41，58〜61は、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層５が、また、試料Ｎｏ．42〜56，62〜76は、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層５が形成されていることから、被覆層５が形成されていない試料Ｎｏ．37，57よりも質量増加率ΔＷ（％）が低く、空気中の水分の基材２の側面からの浸入が少なく、伝熱層３が被覆層５によって拘束されているので、剥離しにくくなり、空気中の水分が基材２の側面から浸入しにくくなるので、短絡のおそれを少なくできることがわかった。
【実施例４】
【０１５０】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１５１】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、表４に示す主成分の伝熱層３（３ａ、３ｂ）をめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１５２】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、第１金属層10が表４に示す成分となるペーストを用いてスクリーン印刷法により塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。
【０１５３】
そして、第１金属層10上に、表４に示す主成分の第２金属層11となるように無電解めっき法を用いて塗布した後、支持基体７の第１主面側に先に作製した炭素−金属複合体１である回路部材８ａを、第２主面側に同じく先に作製した炭素−金属複合体１である放熱部材９ａをそれぞれ配置し、80℃で熱処理することにより、放熱複合部材６である試料Ｎｏ．77〜134を得た。
【０１５４】
そして、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１をレーザー変位計で測定した。また、回路部材８ａの側面からはみ出している第１金属層10の回路部材８ａの側面と支持基体７の側面とを垂直に結ぶ線上における最大長さを、光学顕微鏡により倍率を50倍として測定し、この最大長さをはみ出し長さとした。
【０１５５】
また、超音波探傷法により支持基体７と第１金属層10との間に生じている空隙を平面視した面積Ｓｖを測定し、空隙が全くない状態の面積、すなわち回路部材８ａの支持基体７に接合している主面を合わせた面積Ｓｏに対する比率（＝Ｓｖ／Ｓｏ×100）を求め、空隙率とした。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。これらの測定結果を表４に示す。
【０１５６】
【表４】
【０１５７】
表４に示す通り、試料Ｎｏ．78〜105，107〜134は、回路部材８ａおよび放熱部材９ａが、支持基体７側より第１金属層10および第２金属層11が順次接合されてなり、第１金属層10は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、第２金属層11は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することから、第２金属層11が形成されていない試料Ｎｏ．77，106より、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１の値が小さく、好適であることがわかった。
【０１５８】
また、試料Ｎｏ．92〜99，121〜128は、第１金属層10がモリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することから、第１金属層10がこれらの金属を含有しない試料Ｎｏ．77〜91，100〜120，129〜134よりも、回路部材８ａの端面からの第１金属層10は、はみ出し長さが短く、支持基体７上で広がりにくいので、第１金属層10の形状を比較的精度よく整えることができ、複数並べて回路部材８ａを配置する場合に、隣り合う回路部材８ａ間で発生する短絡のおそれを低減できることがわかった。
【０１５９】
さらに、試料Ｎｏ．93〜95，122〜124は、第１金属層10がインジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有していることから、第１金属層10の成分２までの構成が同じであり、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有していない試料Ｎｏ．92，試料Ｎｏ．121と比較して、第１金属層10内の空隙率が低く、接合強度を高くできることがわかった。
【実施例５】
【０１６０】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１６１】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、主成分が銅である伝熱層３ａ、３ｂをめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１６２】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、スクリーン印刷法を用いてチタンを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。なお、ペーストの塗布においては、回路部材８ａおよび放熱部材９ａを接合した後の回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面に対する第１金属層10のＸ方向およびＹ方向における各端面の位置が表５に示すようになるように調整した。
【０１６３】
そして、第１金属層10上に、無電解めっき法を用いて銅を主成分とするペーストを塗布した第２金属層11を形成した後、支持基体７の第１主面側に先に作製した炭素−金属複合体１である回路部材８ａを、第２主面側に同じく先に作製した炭素−金属複合体１である放熱部材９ａをそれぞれ配置し、80℃で熱処理することにより、放熱複合部材６である試料Ｎｏ．135〜138を得た。
【０１６４】
そして、常温から125℃に昇温して30秒保持した後、−45℃に降温して30秒保持して常温に昇温するというサイクルを１サイクルとして、試料Ｎｏ．135〜138にヒートサイクル試験を実施した。100サイクル毎に、超音波探傷法により支持基体７に発生するクラックの有無を調べ、クラックが始めて確認されたサイクル数を表５に示した。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。
【０１６５】
なお、表５において、回路部材８ａ側の第１金属層10の端面の位置が「外側」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して30μｍを越えて外側にあり、「同一」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して±30μｍ以内にあり、「内側」とは、回路部材８ａの端面の位置に対して30μｍより内側にあることを示す。また、クラック発生サイクル数の欄の不等号「＞」は、そのサイクル数を超えてもクラックが確認されなかったことを示す。
【０１６６】
【表５】
【０１６７】
表５に示すように、試料Ｎｏ．135，136は、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面より外側に位置していることから、熱履歴が支持基体７に加わっても、回路部材８ａおよび放熱部材９ａと支持基体７との間の熱膨張係数の差によって発生する熱応力が第１金属層10に分散しやすくなっているため、第１金属層10の端面の少なくとも一部が回路部材８ａまたは放熱部材９ａの各端面より外側に位置していない試料Ｎｏ．137，138よりも支持基体７にクラックが発生しにくいため、信頼性が高いことがわかった。
【実施例６】
【０１６８】
次に、炭素が99質量％含まれ、相対密度が93％であって、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに30ｍｍであり、Ｚ方向の長さが２ｍｍである等方性黒鉛からなる基材２を準備した。基材２の相対密度は、実施例１に示した方法と同じ方法で求めた。
【０１６９】
そして、基材２の両主面に、厚みｔ３ａ，ｔ３ｂがいずれも250μｍであって、主成分が銅である伝熱層３ａ、３ｂをめっき法により形成して、本発明の炭素−金属複合体１を得た。
【０１７０】
次に、窒化珪素を主成分とし、Ｘ方向およびＹ方向の長さがともに32ｍｍであり、Ｚ方向の長さが0.32ｍｍである絶縁性の支持基体７を準備し、この支持基体７の両主面上に、スクリーン印刷法を用いてチタンを含有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペーストを塗布し、850℃で加熱して、第１金属層10を形成した。
【０１７１】
そして、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りＨ１をレーザー変位計で測定し、表６に示した。また、実施例５に示したヒートサイクル試験と同じヒートサイクル試験を実施し、100サイクル毎に、超音波探傷法により支持基体７に発生するクラックの有無を調べ、クラックが始めて確認されたサイクル数を表６に示した。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を50ＭＨｚとし、ゲインを30ｄＢとし、スキャンピッチを100μｍとした。
【０１７２】
【表６】
【０１７３】
表６に示すように、試料Ｎｏ．140，141は、支持基体７の第１主面のＸ方向における反りが0.3％以下であって、反りは放熱部材９ａに向かって凸状であることから、支持基体７の第１主面の長辺に対する反りが0.3％を超える試料Ｎｏ．142および支持基体７の第１主面の長辺に対する反りが0.3％以下であるものの反りは放熱部材に向かって凹状である試料Ｎｏ．139よりも、支持基体７にクラックが発生しにくくなり、信頼性が高いといえる。
【符号の説明】
【０１７４】
１：炭素−金属複合体
２：基材
３：伝熱層
４：中間層
５：被覆層
６：放熱複合部材
７：支持基体
８：回路部材
９：放熱部材
10：第１金属層
11：第２金属層
21，22：電子部品
Ｓ：電子装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることを特徴とする炭素−金属複合体。
【請求項２】
前記基材は、銅またはアルミニウムが含浸されていることを特徴とする請求項１に記載の炭素−金属複合体。
【請求項３】
前記基材が等方性黒鉛からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭素−金属複合体。
【請求項４】
前記基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、前記伝熱層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項５】
前記基材の表面の端部に傾斜面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項６】
前記基材の表面の端部が段状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項７】
前記基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項８】
前記基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とする回路部材。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とする放熱部材。
【請求項１１】
絶縁性の支持基体の第１主面側に請求項９に記載の回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とする放熱複合部材。
【請求項１２】
絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に請求項１０に記載の放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とする放熱複合部材。
【請求項１３】
請求項９に記載の回路部材および請求項１０に記載の放熱部材の少なくとも一方は、前記支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、前記第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、前記第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の放熱複合部材。
【請求項１４】
前記第１金属層は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１３に記載の放熱複合部材。
【請求項１５】
前記第１金属層は、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の放熱複合部材。
【請求項１６】
前記支持基体は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１７】
前記第１金属層の端面の少なくとも一部は、前記回路部材または前記放熱部材の各端面より外側に位置していることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１８】
前記支持基体の前記第１主面の長辺に対する反りが０．３％以下であって、該反りは前記第２主面側に凸状であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１８のいずれかに記載の放熱複合部材における前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【請求項１】
炭素を主成分とする緻密質な基材の上に、銅またはアルミニウムを主成分とする伝熱層が形成されていることを特徴とする炭素−金属複合体。
【請求項２】
前記基材は、銅またはアルミニウムが含浸されていることを特徴とする請求項１に記載の炭素−金属複合体。
【請求項３】
前記基材が等方性黒鉛からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の炭素−金属複合体。
【請求項４】
前記基材の上に、クロム，鉄，コバルトまたはニッケルを主成分とする中間層を介して、前記伝熱層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項５】
前記基材の表面の端部に傾斜面を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項６】
前記基材の表面の端部が段状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項７】
前記基材の側面に、クロム，鉄，コバルトおよびニッケルのいずれか１種を主成分とする被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項８】
前記基材の側面に、銀および銅のいずれか１種以上を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有する被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の炭素−金属複合体。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とする回路部材。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の炭素−金属複合体を用いたことを特徴とする放熱部材。
【請求項１１】
絶縁性の支持基体の第１主面側に請求項９に記載の回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とする放熱複合部材。
【請求項１２】
絶縁性の支持基体の第１主面側に回路部材を、前記第１主面に対向する第２主面側に請求項１０に記載の放熱部材をそれぞれ設けてなることを特徴とする放熱複合部材。
【請求項１３】
請求項９に記載の回路部材および請求項１０に記載の放熱部材の少なくとも一方は、前記支持基体側より第１金属層および第２金属層が順次接合されてなり、前記第１金属層は、主成分が銀および銅の少なくともいずれか１種であって、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含有し、前記第２金属層は、主成分が金，銀，銅，ニッケル，コバルトおよびアルミニウムから選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の放熱複合部材。
【請求項１４】
前記第１金属層は、モリブデン，タンタル，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１３に記載の放熱複合部材。
【請求項１５】
前記第１金属層は、インジウム，亜鉛および錫から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の放熱複合部材。
【請求項１６】
前記支持基体は、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１７】
前記第１金属層の端面の少なくとも一部は、前記回路部材または前記放熱部材の各端面より外側に位置していることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１８】
前記支持基体の前記第１主面の長辺に対する反りが０．３％以下であって、該反りは前記第２主面側に凸状であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれかに記載の放熱複合部材。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１８のいずれかに記載の放熱複合部材における前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−７７０１３（Ｐ２０１０−７７０１３Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６０６０（Ｐ２００９−１７６０６０）
【出願日】平成２１年７月２９日（２００９．７．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２９日（２００９．７．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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