DE68925782T2

DE68925782T2 - Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Materials mit Mehrfachkern

Info

Publication number: DE68925782T2
Application number: DE68925782T
Authority: DE
Inventors: Chihiro Hayashi; Kazuyuki Nakasuji; Yoshiyuki C O Suita Suzushima
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2009-11-22
Also published as: EP0370769A2; JPH07115214B2; EP0370769B1; JPH02142682A; EP0370769A3; DE68925782D1; US5007577A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines komplexen Materials mit mehreren Kernen.

Stand der Technik

Für das Material, aus dem ein wärmeabstrahlendes Substratmaterial für Halbleiterelemente und integrierte Schaltkreise auf Halbleiterbasis besteht, ist es im allgemeinen erforderlich, daß es Vorteile besitzt wie wärmeabstrahlende Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit), einen befriedigenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der dem des gefügebildenden Materials von Halbleiterelementen und Schaltungssubstraten nahekommt, einen leichten Aufbau, eine befriedigende mechanische Bearbeitbarkeit und geringe Kosten. Um diese Anforderungen zu erfüllen ist entweder ein zusammengesetztes oder ein komplexes Material aus Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Ni-Fe-Legierung, Ni-Co-Fe-Legierung, Aluminium (Al) und Silicium (Si) bekannt.
Jedoch findet ein zusammengesetztes Material zur Bildung eines wärmeabstrahlenden Materials insgesamt keine verbreitete Anwendung, und zwar aufgrund von Nachteilen wie Mühe der Anwender beim Zusammensetzen mehrerer Arten von Materialien, Unwahrscheinlichkeit einer Senkung des Wärmeleitwiderstands des zusammengesetzten Materials unter ein bestimmtes Maß als Ergebnis des Zusammensetzens mehrerer Arten von Materialien, sowie Unwahrscheinlichkeit einer Vergrößerung ihrer Verbindungsfläche, da jedes Material seinen eigenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, die voneinander verschieden sind, was eine wesentliche Einschränkung für den Entwurf, die Herstellung und den spezifischen Wärmeleitwiderstand des Gefüges bedeutet.
Im Hinblick auf die oben genannten Nachteile bestehen wärmeabstrahlende Substrate heute meistens aus komplexem Material. Das komplexe Material wird hergestellt, indem man entweder das Plattierverfahren oder das Pulversinterverfahren anwendet.
Beim Plattierverfahren werden ein Material mit großer Wärmeleitfähigkeit und großem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, wie Kupfer und dergleichen, und ein Plattenmaterial mit kleinerer Wärmeleitfähigkeit und kleinerem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, wie Ni-Fe-Legierung und Ni-Co-Fe-Legierung übereinandergelegt, so daß sie nicht weniger als doppelte Schichten bilden, und unter Druck miteinander verbunden. Obwohl das Plattierverfahren eine billige industrielle Massenproduktion des komplexen Plattenmaterials unter Bildung großflächiger Substrate ermöglicht, wird das komplexe Material andererseits anisotrop und schwer miteinander zu verbinden, so daß dieses Problem in Betracht gezogen werden sollte. Das Problem besteht darin, daß seine Wärmeleitfähigkeit dazu neigt, in der Richtung parallel zur Oberfläche größer, in der Richtung der Substratdicke jedoch geringer zu sein, während der thermische Ausdehnungskoeffizient bei dem verbundenen mehrschichtigen Plattenmaterial in der Richtung entlang der Oberfläche kleiner, in der Richtung der Substratdicke jedoch größer ist. Entsprechend ist dieses Verfahren ungünstig, da Halbleiterbauteile, die auf dem mehrschichtigen Plattenmaterial angeordnet sind, abgerissen oder abgeschält werden, was zu einer Undichtigkeit führt, was möglicherweise bewirkt, daß die Halbleiterbauteile selbst schlecht funktionieren oder kaputt gehen. Andererseits gibt es zwei Arten des Pulversinterverfahrens, das Metallpulvergemisch-Sinterverfahren und das Infiltrationsverfahren. Das Metallpulvergemisch-Sinterverfahren besteht darin, Metallpulver (wie eine Kombination von Kupfer mit Wolfram) gleichzeitig mit dem Sintervorgang zu mischen, wobei sich das vermischte Metallpulver zu dern komplexen Plattenmaterial verfestigt. Wenn der Mischungsanteil des Kupferpulvers mit dem des Wolframpulvers identisch ist, so wird der Wärmeausdehnungskoeffizient des komplexen Plattenmaterials nicht geringer als der, der sich bei dem später beschriebenen Infiltrationsverfahren ergibt, und daher ist ein Mischen von Kupfer und Wolfram in gleichen Mischungsanteilen nicht wünschenswert. Das Infiltrations-Impragnierungs-Verfahren besteht darin, feingemahlenes Wolframpulver unter Bildung eines porösen Körpers mit gleichmäßig und zufällig verteilten feinen Löchern zu pressen und zu sintern und geschmolzenes Kupfer in den porösen Körper zu infiltrieren, bevor man schließlich das komplexe Material bildet, indem man den porösen Körper mit Kupfer integriert. Das Infiltrationsverfahren mit geschmolzenem Kupfer ist in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-141247 offenbart. Nach dieser Technik erhält man einen geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten, indem man bewirkt, daß Wolfram die Wärmeausdehnung des Kupfers einschränkt. Da das komplexe Kupfer-Wolfram-Material, das fur ein wärmeabstrahlendes Substrat zur Verfügung steht; weiterhin eine geringe thermische Ausdehnung und eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, wird das wärmeabstrahlende Substratmaterial in Anbetracht dieser wünschenswerten charakteristischen Eigenschaften heute insgesamt unter Anwendung des Infiltrationsverfahrens mit geschmolzenem Kupfer hergestellt. Die Anwendung dieses Verfahrens hat jedoch insofern Nachteile, als solches Material teuer ist und eine solche relative Dichte und Härte hat, daß die Bearbeitung schwierig ist, und seine Verwendung beschränkt ist. Die Japanische Offenlegungsschrift Nr.62-294147 schlägt eine Technik zur Herstellung von Legierungen vor, die im wesentlichen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des wärmeabstrahlenden Substratmaterials an den von Halbleiterelementen angleicht, indem sie das Mischungsverhältnis von Wolfram oder Molybdän, Kupfer und Nickel geeignet anpaßt. Die Materialien mit hohem Schmelzpunkt, wie Molybdän und Wolfram, sind jedoch so teuer und schwer zu verarbeiten, daß die Verwendung des wärmeabstrahlenden Substratmaterials für die integrierten Schaltkreise auf Halbleiterbasis, das hauptsächlich aus Materialien mit hohem Schmelzpunkt besteht, zu den Nachteilen führt, daß es teuer und schwer zu verarbeiten ist.
Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden und die thermische Leitfähigkeit zu verbessern, schlägt die Japanische Offenlegungsschrift Nr.61-208899 Materialien für wärmeabstrahlende Substrate vor. Ähnlich schlägt die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 63-14829 ein Verfahren zur Herstellung wärmeabstrahlender Substrate vor. Diese Druckschriften des Standes der Technik schlagen ein Material für wärmeabstrahlende Substrate vor, das aus einer Vielzahl metallumwundener Drähte mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Das von den oben genannten Erfindern vorgeschlagene wärmeabstrahlende Substratmaterial senkt den Verbrauch an Molybdän. Obwohl seine Kosten bis zu einem bestimmten Grad reduziert werden können, ist es wirtschaftlich noch nicht rentabel. Da weiterhin die Wärmeausdehnungskoeffizienten in Richtung der Achse und senkrecht dazu sehr unterschiedlich sind, ist die Verläßlichkeit des Produkts noch unzureichend.
GB-A-2074373 beschreibt einen Verbundstoff für Zwischenplatten für Halbleiterbauteile, der eine Matrix aus einer Legierung aus vorzugsweise 64 Gew.-% Eisen und 36 Gew.-% Nickel oder aus einer anderen eisen- und nickelhaltigen Legierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens 3 10&supmin;&sup6; K&supmin;¹ innerhalb des Temperaturbereichs von 20ºC bis 100ºC und Adern aus Kupfer, die verteilt in einer Richtung durch die Matrix verlaufen, umfaßt, wobei das Kupfer und die Legierung über eine Grenzschicht, die Kupfer und die Legierung enthält und eine Dicke von höchstens 5 µm hat, metallurgisch miteinander verbunden sind.
Der Verbundstoff ist ein Ersatz für Molybdän beim Aufbau von Zwischenplatten zwischen einem Halbleiter-Mikroplättchen und seinen Kontakten.
Seit kurzem ist das Verfahren der Beschränkung der Wärmeentwicklung und der Kühlung einer Vielzahl von Substraten, die für ICs, LSIs und VLSIs verwendet werden, ein kritisches Thema unter den Betroffenen. Hersteller setzten ein solches Verfahren des Kühlens von Halbleiterelementsubstraten ein, indem sie metallische Materialien mit einer Vielzahl von Substraten verbanden, um Wärme von ihnen abzustrahlen. Die Verwendung des herkömmlichen Materials zum Abstrahlen von Wärme von den oben erwähnten Substraten führt jedoch zu den Problemen, daß es teuer ist und nicht leicht verarbeitet werden kann. Andererseits ist die Anwendung von billigem Material wegen der Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der thermischen Leitfähigkeit aufgrund der großen relativen Dichte und der schlechten Anpassung an Elemente und Keramiken beim Zusammensetzen von Schaltungen nicht angebracht.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten technischen Probleme vollständig.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Substratmaterials bereitgestellt, das einen diffusionsgebundenen mehrschichtigen komplexen Kern aufweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
(i) Herstellen mehrerer mehrschichtiger plattierter Kernelemente (10) mit kreisförmigem Querschnitt, die jeweils eine innere Schicht (11) und wenigstens eine äußere Plattierungsschicht (12) umfassen, und Behandeln der Kernelemente durch Bearbeiten in der Hitze, so daß man gezogene Kernelemente (16) mit vorbestimmtem Querschnitt erhält;
(ii) dichtes Einfüllen mehrerer der gezogenen Kernelemente (16) in ein Metallrohr (21), wobei das Verhältnis D/d des Innendurchmessers (D) des Metallrohrs (21) zum Außendurchmesser (d) jedes der gezogenen Kernelemente (16) nicht kleiner als 12 ist, unter Bildung eines mehrkernigen komplexen Walzblocks (20) und Evakuieren des komplexen Walzblocks (20);
(iii) Erhitzen des evakuierten komplexen Walzblocks (20); und
(iv) Behandeln des evakuierten komplexen Walzblocks (20) durch Bearbeiten in der Hitze, so daß man eine Reduktion der Querschnittsfläche von nicht weniger als 20% und ein Zusammendiffundieren der äußeren Schichten (12) der Kernelemente (16) erreicht, wodurch die Grenzflächen der äußeren Schichten (12) durch Diffusionsverbinden miteinander verbunden werden.
Es ist ein erstes Merkmal der Erfindung, ein wärmeabstrahlendes Substratmaterial bereitzustellen, das billig ist und eine gute Bearbeitbarkeit, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit und eine geringere relative Dichte hat, indem man Ni-Fe-Legierung oder Ni-Co-Fe- Legierung als Matrix verwendet, wobei mehrere Cu-Elemente den Querschnitt der Matrix durchdringen und die Metalle durch Diffusionsverbinden miteinander verbunden werden, so daß ein mehrkerniges komplexes Material entsteht.
Es ist ein zweites Merkmal der Erfindung, ein neues Verfahren bereitzustellen, um effektiv mehrkerniges komplexes Material herzustellen, das eine befriedigende Anpassung an Schaltungselemente und Keramiken zeigt, indem die folgenden Schritte nacheinander durchgeführt werden: Herstellen mehrschichtiger plattierter komplexer Kernelemente mit jeweils kreisförmigem Querschnitt; Bilden komplexer Walzblöcke, die aus mehreren mehrschichtigen plattierten komplexen Kernelementen bestehen, die dicht in ein Metallrohr eingefüllt werden, so daß das Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des Metallrohrs zum Außendurchmesser "d" der mehrschichtigen plattierten komplexen Kernelemente nicht kleiner als 12 ist; Erhitzen der gebildeten komplexen Walzblöcke; und Anwenden des Endbearbeitungsverfahrens in der Hitze, so daß eine Reduktion der Querschnittsfläche von wenigstens 20% erreicht wird.
Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden eingehenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen besser hervorgehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines teilweise fragmentarischen Teils eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten doppelschichtplattierten Walzblocks,
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines teilweise fragmentarischen Teils eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten mehrkernigen komplexen Walzblocks,
Fig. 3 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des wärmeabstrahlenden Substratmaterials und eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten mehrkernigen komplexen Materials,
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung bezeichnet,
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht von vorne von Walzen eines Schrägwalzwerks und des mehrschichtigen komplexen Kernmaterials,
Fig. 6 zeigt einen seitlichen Schnitt der in Fig. 5 gezeigten Walzen des Schrägwalzwerks und des mehrschichtigen komplexen Kernmaterials entlang der Linie VI - VI,
Fig. 7 zeigt einen seitlichen Aufriß der in Fig. 5 gezeigten Walzen des Schrägwalzwerks von der Linie VII - VII her gesehen,
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer Düse, die das mehrschichtige komplexe Kernmaterial zieht,
Fig. 9 zeigt eine seitliche Schnittansicht, die den Zustand eines Heißextrusionsverfahrens bezeichnet, das auf den mehrkernigen komplexen Walzblock gemäß der Erfindung angewandt wird,
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines aus dem mehrkernigen komplexen Material der Erfindung hergestellten wärmeabstrahlenden Substrats des Plattentyps,
Fig. 11 zeigt eine schematische Ansicht eines aus dem mehrkernigen komplexen Material der Erfindung hergestellten wärmeabstrahlenden Substrats des Plattentyps mit einer Insel, und
Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht eines aus dem mehrkernigen komplexen Material der Erfindung hergestellten wärmeabstrahlenden Substrats des Plattentyps mit einer Insel und Rippen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Indem wir uns nun spezieller auf die in den Begleitzeichnungen gezeigten Ausführungsformen beziehen, werden unten das mehrkernige komplexe Material und das erfindungsbezogene Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben.
Kurz gesagt, ein mehrschichtiges plattiertes komplexes Kernelement 16 mit rundem Querschnitt wird aus Material der inneren Schicht 11 und rnehrschichtigem plattiertem Material 10 mit Material der zylindrischen Außenschicht 12 hergestellt, die in Fig. 1 gezeigt sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der komplexe Walzblock 20 mit mehrkerniger Struktur konkret hergestellt, indem man mehrere bis mehrere tausend Stücke mehrschichtiger plattierter komplexer Kernelernente 16 dicht in ein Metallrohr 21 einfüllt, so daß das Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des Metallrohrs 21 zum Außendurchmesser "d" der mehrschichtigen plattierten komplexen Kernelernente nicht kleiner als 12 ist. Dann wird der komplexe Walzblock 20 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, um ein Bearbeitungsverfahren in der Hitze bei einer Reduktion der Querschnittsfläche von wenigstens 20% durchzuführen, das es ermöglicht, das mehrschichtige plattierte komplexe Kernelement in eine im wesentlichen sechseckige Form zu bringen. Schließlich wird das sechseckige komplexe Kernelement 16 diffundiert und verbunden, so daß das mehrkernige, komplexe Element hergestellt werden kann.
Als nächstes wird unten doppelschichtiges plattiertes Material beschrieben, das das mehrschichtige plattierte Material 10 gemäß der Erfindung repräsentiert.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptherstellungsvorgänge nach dem Verfahren gemäß der Erfindung bezeichnet. Das doppelschichtige plattierte Material wird durch die unten beschriebenen, aufeinanderfolgenden Schritte hergestellt.
Schritt A: Wenn der Anfangsschritt A aktiviert wird, setzt das System das doppelschichtige plattierte Material 10 zusammen, das sich zusammensetzt aus dem aus einem Metallstab bestehenden Material der inneren Schicht 11 und dem Material der äußeren Schicht 12, das aus einem Metallrohr und dergleichen besteht, dessen Metall sich von dern des Materials der inneren Schicht 11 unterscheidet.
Schritt B: Wenn Schritt B beginnt, erhitzt das System das zusammengesetzte doppelschichtige plattierte Material 10 auf eine vorbestimmte Temperatur.
Schritt C: Wenn Schritt C beginnt, walzt das System das erhitzte doppelschichtige plattierte Material mit Hilfe eines Schrägwalzwerks, das mit wenigstens drei konischen Walzen ausgestattet ist.
Schritt D: Wenn Schritt D beginnt, zieht das System das doppelschichtige, gewalzte plattierte Material 15 mit Hilfe von Düsen.
Schritt E: Wenn Schritt E beginnt, setzt das System die mehrkernigen komplexen Walzblöcke 20 zusammen, indem es mehrere bis mehrere tausend Stücke mehrschichtiger plattierter komplexer Kernelemente 16 (mit dem Außendurchmesser "d" nach der Reduktion durch den Walzvorgang) dicht in das Metallrohr 21 einfüllt, so daß das Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des Metallrohrs 21 zum Außendurchmesser "d" der komplexen Kernelemente 16 nicht kleiner als 12 ist.
Schritt F: Wenn Schritt F beginnt, erhitzt das System den zusammengesetzten komplexen Walzblock 20 auf eine vorbestimmte Temperatur.
Schritt G: Wenn der letzte Schritt G beginnt, dehnt das System den erhitzten komplexen Walzblock 20 in einem Verarbeitungsverfahren in der Hitze mit einer Reduktion der Querschnittsfläche von wenigstens 20%.
Nun werden die oben genannten Schritte unten einzeln im Detail beschrieben. Schritt A zum Zusammensetzen des doppelschichtigen plattierten Materials 10 ist unten beschrieben. Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine partielle Schnittansicht des doppelschichtigen plattierten Materials 10 während des Herstellungsvorgangs beinhaltet.
Zuerst werden das Material der inneren Schicht 11, das aus einem Metall wie Kupfer mit äußerst hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, und das Material der zylindrischen äußeren Schicht 12, das aus einem Metall wie Ni-Fe-Legierung oder Ni-Co-Fe-Legierung mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht, hergestellt. Nach dem Entfetten und Reinigen der Metalle wird das Material der inneren Schicht 11 in das Material der äußeren Schicht 12 eingesetzt. Dann werden beide Enden der kombinierten Materialien mit Abdeckungen 13 und 13 aus einer Legierung, die mit der für das Material der äußeren Schicht 12 verwendeten identisch ist, zugeschweißt. Eine dieser Abdeckungen 13 wird zuvor mit einem Luftabsaugrohr 14 versehen. Mit Hilfe dieses Luftabsaugrohrs 14 wird Luft aus dern Inneren des Materials der äußeren Schicht 12 abgesaugt, bis ein Evakuierungsgrad von unter 1 x 10&supmin;¹ Torr erreicht ist. Dann wird das doppelschichtige plattierte Material 10 in dem oben genannten Evakuierungszustand durch Verschließen eines Teils des Luftabsaugrohrs 14 hergestellt. Der Evakuierungsgrad wird aus folgendem Grund auf maximal 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr) eingestellt. Wenn er diesen Evakuierungsgrad überschreitet, kann während des folgenden Heißschrägwalzvorgangs Oxid zwischen den Oberflächen des Materials der inneren Schicht 11 und des Materials der äußeren Schicht 12 gebildet werden. Dies würde zu einer extrem reduzierten Bindungsfestigkeit führen. Bei dieser Ausführungsform ist es auch möglich, mehrschichtiges plattiertes Material mit nicht weniger als 3 Schichten herzustellen, indem man ein Zwischenmaterial aus einer anderen Art von Metall zwischen das Material der inneren Schicht 11 und das Material der äußeren Schicht 12 einsetzt.
Als nächstes wird unten der Schritt des Erhitzens B beschrieben. Das durch den Schritt des Zusammenfügens A hergestellte doppelschichtige plattierte Material 10 wird dann auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, die kleiner ist als die Schmelzpunkte des Materials der inneren Schicht 11 und des Materials der äußeren Schicht 12 (und gegebenenfalls des Zwischenmaterials).
Als nächstes wird unten der Schritt des Ausdehnens C unter Verwendung des Schrägwalzwerks beschrieben. Ein Heißwalzverfahren wird durchgeführt, indem man ein Schrägwalzwerk mit nicht weniger als drei konischen Walzen verwendet, wie es in den Figuren 5 bis 7 gezeigt ist. Denn wenn man ein Schrägwalzwerk mit zwei konischen Walzen verwendet, so tritt das ein, was man das "Mannesmann"-Zerstörungsphänomen nennt, durch das ein Riß in der Mitte des gewalzten Gegenstands induziert wird. Vorzugsweise wird ein Schrägwalzwerk mit einem Schrägwinkel und einem Vorschubwinkel eingesetzt.
Fig. 5 zeigt die Vorderansicht des Schrägwalzwerks 4 (das gemäß der Erfindung verwendet wird) während des Walzvorgangs. Fig. 6 ist ein Schnitt durch das Schrägwalzwerk 4 entlang der in Fig. 5 gezeigten Linie VI bis VI. Fig. 7 ist ein seitlicher Aufriß in der Richtung der Linie VII bis VII gesehen. Das Schrägwalzwerk 4 ist mit drei konischen Walzen 1 bis 3 ausgestattet, die am Rande der Walzbahn nebeneinanderliegen sollen. Diese Walzen 1 bis 3 haben Auskehlungsteile 1a, 2a bzw. 3a an der Stelle in der Nähe des Austritts des doppelschichtigen plattierten Materials 10. Der Durchmesser des Eintritts des doppelschichtigen plattierten Materials 10 nimmt jenseits der Auskehlungsteile 1a bis 3a in Richtung auf das Ende der Walzenachse hin allmählich ab. Die Seite des Austritts des doppelschichtigen plattierten Materials ist mit den Eintrittsflächen 1b bis 3b und den Austrittsflächen 1c bis 3c versehen, die sich ausdehnen, so daß sie jeweils einen Kreiskegelstumpf bilden. Der Abstand zwischen den Austrittsflächen 1c bis 3c und der Walzbahn fällt mit dem Abstand zwischen den Auskehlungsteilen 1a bis 3a und der Walzbahn X bis X zusammen. Die Eintrittsflächen 1b bis 3b der konischen Walzen 1 bis 3 befinden sich auf der stromaufwärts gelegenen Seite in der Bewegungsrichtung des doppelschichtigen plattierten Materials 10. Die Schnittpunkte O (im folgenden die Walzenanstellungsachse genannt) der Achse Y - Y mit der Ebene, die die Auskehlungsteile 1a bis 3a enthält, liegen in derselben, die Walzbahn X - X des doppelschichtigen plattierten Materials 10 senkrecht schneidenden Ebene im wesentlichen in gleichen Abständen zu den Positionen am Rand der Walzbahn X - X. Wie in Fig. 5 und 6 in Verbindung mit der Walzbahn X - X des doppelschichtigen plattierten Materials 10 gezeigt, sind die Achsen Y - Y der Walzen 1 bis 3 jeweils gegenüber der Walzenanstellungsachse O geneigt, so daß sich die Enden der Achsen am Eintritt des plattierten Materials 10 der Walzbahn X - X nähern können und um den Schrägwinkel γ dagegen geneigt sind. Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, sind die Enden der Achsen am Eintritt der Walzen 1 bis 3 weiterhin jeweils um den Vorschubwinkel β in derselben Richtung wie der Richtung des Umfangs des doppelschichtigen plattierten Materials 10 geneigt. Der Schrägwinkel γ und der Vorschubwinkel β werden so bestimmt, daß jeweils die Beziehungen 0º < γ < 15º, 3º < β < 20º und 5º < γ + β < 30º erfüllt sind.
Diese Walzen 1 bis 3 sind jeweils mit ihren Antriebsquellen verbunden (nicht gezeigt), die gemeinsam in derselben Richtung gedreht werden, wie es in Fig. 5 mit den Pfeilen gezeigt ist. Das gewalzte doppelschichtige plattierte Material 10, das von diesen Walzen 1 bis 3 umhüllt ist, wird in Richtung der Achsenlänge befördert, während es sich um seine eigene Achse dreht. Mit anderen Worten, das plattierte Material 10 wird in einer Spiralbewegung gewalzt.
Während sich das doppelschichtige plattierte Material 10 spiralig zwischen den Walzen 1 bis 3 bewegt, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wird der Außendurchmesser durch einen walzenbehandelten Teil R reduziert, wo das doppelschichtige plattierte Material 10 hohem Druck ausgesetzt ist, damit der Außendurchmesser des doppelschichtigen plattierten Materials 10 zum Beispiel um eine maximale Flächenreduktion von 80 bis 90% reduziert werden kann. Als Ergebnis wird sein gepreßter Teil U in einen Kreiskegelstumpf verwandelt, bevor er schließlich mit Hilfe der Auskehlungsteile 1a bis 3a und der Austrittsflächen 1c bis 3c zu einem doppelschichtigen gewalzten plattierten Material 15 mit kreisförmigem Querschnitt verarbeitet wird.
Um das doppelschichtige gewalzte plattierte Material 15 durch Walzen und Dehnen des doppeischichtigen plattierten Materials 10 herzustellen, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung ein mit wenigstens drei konischen Walzen ausgestattetes Schrägwalzwerk verwendet. Der Grund dafür ist unten beschrieben.
Herkömmlicherweise gibt es neben dem oben genannten Schrägwalzwerk noch Heißverarbeitungsverfahren, wie Schmieden, Walzen mit Riffelwalzen und hydrostatische Extrusion. Es gibt jedoch insofern Probleme, als jedes dieser drei Verfahren in bezug auf Bindungsfestigkeit an der Diffusionsgrenzfläche und Gleichmäßigkeit des Materials der äußeren Schicht dem Schrägwalzverfahren unterlegen ist, und außerdem bewirkt jedes dieser drei Verfahren, daß unverbundene Teile zwischen dem inneren und dern äußeren Material verbleiben, wenn es zwischen beiden Materialien einen übermäßig großen Unterschied in der Verformungsbeständigkeit gibt. Wenn das doppelschichtige gewalzte plattierte Material 15 verarbeitet wird, verbleibt, wenn keine perfekte Bindungswirkung erreicht wird, ein unverbundener Teil nach der Beendigung der Herstellung des mehrkernigen komplexen Materials 24. Wenn das mehrkernige komplexe Material 24, das die unverbundenen Teile enthält, zum Bilden eines wärmeabstrahlenden Substrats verwendet wird, können aufgrund der Gegenwart des unverbundenen Teils weder ICs noch LSIs noch VLSIs ihre Luftdichtigkeit in angemessener Weise aufrechterhalten.
Im Lichte der oben genannten schwerwiegenden Gründe wird bei der Ausführungsform der Erfindung ausschließlich das Schrägwalzwerk verwendet, das das innere Material und das äußere Material des doppelschichtigen gewalzten plattierten Materials 15 perfekt miteinander verbinden kann und sowohl zu einer hervorragenden Festigkeit der gebundenen Grenzfläche als auch zu einer Gleichmäßigkeit des Materials der äußeren Schicht führt. Es wird gewünscht, daß das von dem Schrägwalzwerk durchgeführte Walz- und Dehnverfahren eine sichere Flächenreduktion von mindestens 50% ergibt. Und die Durchführung des Walz- und Dehnverfahrens mit der obigen Flächenreduktion wird sicherer zu einer befriedigenden Bindungswirkung und Festigkeit führen.
Als nächstes wird unten der Schritt des Ziehens D beschrieben. Im allgemeinen sollte beim Betrieb des mit 3 Walzen ausgestatteten Schrägwalzwerks, wenn das gewalzte Material einen kleinen Durchmesser hat, der Durchmesser dieser Walzen wegen der geometrischen Einschränkung klein sein. Dies führt notwendigerweise zu einer Senkung der Walzgeschwindigkeit. Da die Temperatur des doppelschichtigen plattierten Materials 10 abnimmt, ist es praktisch möglich, daß das Schrägwalzwerk das doppelschichtige plattierte Material 10 im heißen Zustand walzt, bis der Durchmesser durch das Schrägwalzen etwa 10 mm erreicht. Wenn das doppelschichtige plattierte Material 10 jedoch gewalzt wird, bis der Durchmesser auf unter 10 mm reduziert wird, kann Heißwalzen praktisch nicht durchgeführt werden. Um dies auszugleichen, muß ein weiteres Ziehverfahren durchgeführt werden, wenn ein maximaler Durchmesser von 10 mm erforderlich ist.
Es gibt Verfahren zur Durchführung der Drahtdehnung, zu denen ein Düsen-Drahtziehverfahren, ein Walzen-Düsen-Ziehverfahren oder eine durchmesserreduzierende Verarbeitung mit einer Riffelwalze und dergleichen usw. gehören. Um jedoch eine ungleichmäßige Dicke des Materials der äußeren Schicht zu verhindern, empfiehlt es sich, das Düsen-Drahtziehverfahren einzuführen, das eine ungleichmäßige Dicke des Materials der äußeren Schicht 12 des doppelschichtigen gewalzten plattierten Materials 15 soweit wie möglich effektiv verhindert.
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, das das Drahtziehverfahren unter Verwendung einer Düse 5 bezeichnet. Nach Beendigung des Heißwalzverfahrens werden Ablagerungen von der Oberfläche des doppelschichtigen gewalzten plattierten Materials 15 entfernt. Dann wird das doppeischichtige plattierte Material 15, nachdem es mit einem Gleitmittel überzogen wurde, mit einem Drahtziehverfahren gezogen, bevor es schließlich in das doppelschichtige komplexe Kernelement 16 umgewandelt wird. Die Ausführungsform der Erfindung gibt an, daß es wesentlich ist, daß das Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des mehrschichtigen komplexen Walzblock-Metallrohrs 21 zum Durchmesser "d" des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 nicht kleiner als 12 ist. Der Grund dafür wird unten beschrieben.
Im allgemeinen wird bei der Herstellung von mehrkernigem komplexem Material ein mehrkerniger komplexer Walzblock zusammengesetzt, indem man Kernmaterial mit sechseckigem Querschnitt anwendet. Denn das Ausmaß der Beladung des mehrkernigen komplexen Materials mit Kemmaterial kann dadurch effektiv erhöht werden, und das Kernmaterial mit sechseckigem Querschnitt kann leicht diffundiert und verbunden werden.
Andererseits besteht das Problem, daß mehrere Verarbeitungsschritte notwendig sind, um den mehrkernigen komplexen Walzblock zusammenzusetzen, und die Kosten bei Verwendung von Kernmaterial mit sechseckigem Querschnitt steigen. Um dieses Problem zu lösen, untersuchten die Erfinder die Durchführbarkeit einer Herstellung von mehrkernigem komplexem Material hoher Qualität, indem man komplexe Walzblöcke 20 effektiv mit Kernmaterial mit rundem Querschnitt zusammensetzt. Die Erfinder fanden schließlich, daß ein vollständig diffundiertes und gebundenes mehrkerniges komplexes Material 24 hergestellt werden kann und daß dennoch Kernmaterialien in sechseckiger Form miteinander verbunden werden können, indem man für ein Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des mehrschichtigen komplexen Walzblock-Metallrohrs 21 zum Außendurchmesser "d" des mehrschichtigen plattierten komplexen Kernelements von nicht kleiner als 12 sorgt und indem man außerdem das Heißverarbeitungsverfahren so durchführt, daß man eine Flächenreduktion von nicht weniger als 20% erhält.
Wenn man andererseits für ein Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des mehrschichtigen komplexen Walzblock-Metallrohrs 21 zum Außendurchmesser "d" des mehrschichtigen plattierten komplexen Kernelements von nicht kleiner als 12 sorgt, kann im Querschnitt des mehrkernigen komplexen Materials teilweise ein ungebundener Teil entstehen. Dies führt zu einer schlechten Qualität.
Als nächstes wird unten der Schritt E zum Zusammensetzen des mehrkernigen komplexen Walzblocks 20 beschrieben. Fig. 2 zeigt den mehrkernigen komplexen Walzblock 20 während des Vorgangs seiner Herstellung einschließlich einer teilweisen Schnittansicht.
Zuerst werden mehrere bis mehrere tausend Stücke des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 durch die oben genannten Verfahren sowie ein zylindrisches Metallrohr 21 aus demselben oder fast demselben Material wie das Material der äußeren Schicht 12 des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 hergestellt. Dann werden alle hergestellten Materialien entfettet und mit organischem Lösungsmittel und dergleichen gewaschen. Wie in Fig. 2 gezeigt, setzt dann ein Arbeiter mehrere bis mehrere tausend Stücke des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 in das Metallrohr 21 ein, so daß das Ausmaß seiner Beladung wenigstens 80% erreicht. Dann werden beide Enden des Metallrohrs 21 durch Schweißen und dergleichen mit den Abdeckungen 22 und 22 verschlossen. Dann wird unter Verwendung des an eine der Abdeckungen 22 montierten Luftabsaugrohrs 23 die Luft vollständig aus dem Innern des Metallrohrs 21 abgesaugt, bis ein Evakuierungsgrad von unter 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr) erreicht ist. Dann wird ein Teil des Luftabsaugrohrs 23 vollständig verschlossen, um einen Eintritt atmosphärischer Luft zu verhindern, bevor man schließlich den mehrkernigen komplexen Walzblock 20 erhält. Nennt man den Innendurchmesser des Metallrohrs 21 "D", den Außendurchmesser des eingesetzten doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 "d" und die Zahl der doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelemente "N", so wird das Ausmaß der Beladung mit dem doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelement zum Erhalten des mehrkernigen komplexen Walzblocks 20 durch Anwendung des unten gezeigten Ausdrucks berechnet.
π/4 d² N/π/4 D² x 100 (%)
Die Ausführungsform der Erfindung gibt einen Evakuierungsgrad innerhalb des Metallrohrs 21 von maximal 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr) an. Denn wenn der Evakuierungsgrad 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr) überschreitet, wird während des Erhitzungsvorgangs, der später durchgeführt werden soll, Oxid auf der Oberfläche des eingesetzten doppelkernigen plattierten komplexen Kernelements erzeugt. Dies führt wiederum zu einer unvollständigen Bindung. Um dies zu verhindern, wird der Evakuierungsgrad in der Ausführungsform mit maximal 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr) angegeben.
Als nächstes wird unten der Schritt F zum Erhitzen des mehrkernigen komplexen Walzblocks 20 beschrieben. Der mehrkernige komplexe Walzblock 20 wird auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, die kleiner ist als die Schmelzpunkte des Materials der inneren Schicht 11 und des Materials der äußeren Schicht 12 des Kernmaterials, des Zwischenmaterials (falls vorhanden), des Metallrohrs 21 und des Gemischs zwischen diesen Metallkomponenten.
Als nächstes wird unten der Schritt G zur Durchführung des Heißverarbeitungsverfahrens mit dem mehrkernigen komplexen Walzblock 20 beschrieben. Der mehrkernige komplexe Walzblock 20 wird in heißem Zustand gedehnt, um die doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelemente 16 miteinander zu diffundieren und zu verbinden.
Bei der Ausführungsform der Erfindung wird der Heißdehnungsschritt durchgeführt, um Zwischenräume innerhalb des mehrkernigen komplexen Walzblocks 20 zu beseitigen, und gleichzeitig wird jedes Stück des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 in sechseckige Form gebracht und in perfekten Kontakt miteinander gebracht. Außerdem diffundiert das Material der äußeren Schicht 12 des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements beim Heißdehnungsschritt ineinander und wird dann unter Intensivierung der Bindungsfestigkeit miteinander verbunden. Um innerhalb des Querschnitts eine identische Umwandlung durchzuführen, wird bei der Ausführungsform entweder das Verfahren der heißen hydrostatischen Extrusion oder Heißextrusion oder das Heißschrägwalzverfahren eingesetzt, die jeweils achsensymmetrische Verfahren darstellen. Wenn der mehrkernige komplexe Walzblock 20 verarbeitet wird, wird jedes Material der äußeren Schicht 12, das im Prinzip aus derselben Art von Metall besteht, zusammendiffundiert und -gebunden, und daher kann jedes der drei oben genannten Verfahren eingesetzt werden. Da die Ausführungsform der Erfindung ein Minimum von 80% für das Ausmaß der Beladung mit dern doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelement 16 angibt, liegt der Anteil der Zwischenräume (Leere) in einem Bereich von maximal 20%. Bei einer Flächenreduktion von nicht weniger als 20% können die Kernmaterialien durch Anwendung des Heißdehnungsschritts in angemessener Weise zusammendiffundiert und -gebunden werden.
Fig. 9 zeigt das für den Heißdehnungsschritt zur Verfügung stehende Heißextrusionsverfahren. Wie in Fig. 9 gezeigt, wird der erhitzte mehrkernige komplexe Walzblock 20 anfangs mit Gleitmittel überzogen und dann in einen Behälter 32 einer Heißextrusionsvorrichtung 30 eingesetzt. Der eingesetzte komplexe Walzblock 20 wird dann mit einem Extrusionsstempel 31 unter Druck gesetzt und dann durch eine Düse 33 extrudiert, die den Durchmesser des komplexen Walzblocks 20 reduziert. Der extrudierte komplexe Walzblock 20 wird dann in das mehrkernige komplexe Material 24 umgewandelt. Schließlich wird das fertige mehrkernige komplexe Material 24 senkrecht in axialer Richtung durchtrennt, so daß es dünne Platten oder konvexe Teile oder dergleichen ergibt, die als wärmeabstrahlende Substrate zu verwenden sind. Die Figuren 10, 11 und 12 zeigen Beispiele für solche Werkstücke.
Außer den oben genannten Heißdehnungsverfahren können auch ein Walzverfahren mit zwei Riffelwalzen und ein Schmiedeverfahren eingesetzt werden. Jedes dieser beiden Verfahren kann jedoch das verarbeitete Material ungleichmäßig transformieren, und daher wird das doppelschichtige plattierte komplexe Kernelement 16 teilweise in eine Vielzahl von Konfigurationen transformiert. Um jedes der doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelemente 16 nur zu diffundieren und zu verbinden, sind die oben genannten beiden Verfahren wirkungsvoll. Beide sind jedoch bei der Bildung einer gleichmäßigen Form immer noch dem Heißextrusionsverfahren unterlegen, und daher sind diese beiden Stabdehnungsverfahren einschließlich des Walzens mit zwei Riffelwalzen und des Schmiedeverfahrens für das Dehnungsverfahren, das für eine sichere Herstellung des ins Auge gefaßten mehrkernigen komplexen Materials mit gleichmäßiger Qualität 24 benötigt wird, nicht zu empfehlen. Walzverfahren mit drei Riffelwalzen oder Walzen mit vier Riffelwalzen sind jedoch für die Verwendung annehmbar.
Als nächstes werden unten konkrete numerische Beispiele für das mehrkernige komplexe Material 24 der Erfindung und für die Herstellung des mehrkernigen komplexen Materials 24 der Erfindung eingeführt.
Ein sauerstofffreier Kupferstab (Reinheit 99,99%) mit einem Durchmesser von 38 (-0,1 bis -0,3) mm und einer Länge von 300 mm wird zur Bildung des Materials der inneren Schicht 11 verwendet.
Zuerst entfetten und waschen die Erfinder die Randoberfläche dieses OFC-Stabs mit organischem Lösungsmittel. Dann setzen die Erfinder den gereinigten OFC-Stab in das Material der äußeren Schicht 12 ein, das Entfettungs- und Waschvorgänge hinter sich hat und aus 36% Ni-Fe-Legierung besteht und einen Außendurchmesser von 60 mm, einen Innendurchmesser von 38 (0 bis 0,2) mm und eine Länge von 320 mm hat.
Dann verschweißen die Erfinder beide Enden des Materials der äußeren Schicht 12 mit Abdeckungen 13 aus 36% Ni-Fe-Legierung. Dann saugen die Erfinder Luft aus dem Inneren des Metallrohrs ab, bis ein Evakuierungsgrad von 26,60 Pa (2 x 10&supmin;¹ Torr) erreicht ist, wobei das doppelschichtige plattierte Material 10 entsteht. Tabelle 1 gibt den Aufbau der Komponenten der 36%igen Ni-Fe- Legierung und des sauerstofffreien Kupferstabs an, die zur Bildung des Materials der äußeren Schicht 12 und des Materials der inneren Schicht 11 verwendet werden.
Dann, nach dem Erhitzen des fertigen doppelschichtigen plattierten Materials 10 auf 950ºC führen die Erfinder unter Verwendung eines Schrägwalzwerks des Schnittlinientyps, das mit drei konischen Walzen ausgestattet ist, ein Schrägwalzverfahren unter den unten gezeigten Walzbedingungen durch.
Bedingungen des Walzens mit dem Schrägwalzwerk:
Schrägwinkel (γ): 3º
Vorschubwinkel (β): 13º
Durchmesser des Walzenauskehlungsteils: 117 mm
Walzenmaterial: SCM440
Umdrehungszahl der Walzen: 80 U/min
Flächenreduktion: 87,8% (60 mm φ T 21 mm φ)
Nach der Durchführung des Schrägwalzverfahrens unter den obigen Bedingungen stellen die Erfinder das doppelschichtige gewalzte plattierte Material 15 her. Dann waschen die Erfinder das fertige doppelschichtige gewalzte plattierte Material 15 mit saurer Lösung, um oberflächliche Ablagerungen zu entfernen. Dann ziehen die Erfinder das doppelschichtige gewalzte plattierte Material 15 in der Kälte mit einer mittleren Flächenreduktion pro Düse von 15%, so daß das verarbeitete plattierte Material 15 mit einem Durchmesser von 1,5 mm, 2,0 mm, 3,0 mm, 4,0 mm bzw. 5,0 mm erhalten werden konnte. Dann durchtrennen die Erfinder diese doppelschichtigen plattierten Materialien 15 auf eine Länge von jeweils 175 mm und entfetten und waschen sie dann mit organischem Lösungsmittel. Dann setzen die Erfinder mehrere bis mehrere tausend Stücke des gereinigten plattierten Materials 15 in ein Metallrohr 21 aus 36%iger Ni-Fe-Legierung ein, das zuvor mit organischem Lösungsmittel entfettet und gewaschen wurde und jeweils einen Außendurchmesser von 67 mm, einen Innendurchmesser von 55 mm und eine Länge von 185 mm hatte. Schließlich saugen die Erfinder die Luft aus dem Metallrohr, bis ein Evakuierungsgrad von 26,66 (2 x 10&supmin;&sup4; Torr) erreicht ist, wobei die Herstellung der mehrkernigen komplexen Walzblöcke 20 beendet wird.
Dann erhitzen die Erfinder die fertigen mehrkernigen komplexen Walzblöcke 20 auf 950ºC und überziehen sie dann mit einem Glasgleitmittel, das aus 57% SiO&sub2;, 19% B&sub2;O&sub3;, 22% Na&sub2;O&sub3; und 2% CaO + MgO besteht. Schließlich führen die Erfinder das Heißextrusionsverfahren durch, so daß jeder der fertigen mehrkernigen komplexen Walzblöcke 20 mit einem Außendurchmesser von 30 mm erhalten werden kann. Schließlich führen die Erfinder mit dem thermisch extrudierten mehrkernigen komplexen Kernmaterial 24 eine Vielzahl von Bewertungstests durch, wobei sie unter Anwendung eines Eindringtests die Gegenwart möglicher Defekte überprüfen, unter Anwendung eines Schertests die Scherfestigkeit der Bindung des mehrkernigen komplexen Materials 24 messen und den Wärmeausdehnungskoeffizienten, die thermische Leitfähigkeit und dergleichen bewerten. Die Ergebnisse dieser oben genannten Bewertungstests sind in den Tabellen 2 und 3 angegeben.
Die in den Tabellen 2 und 3 gezeigten Analyseergebnissen bestätigen, daß die Bindungswirkung fehlerhaft bleibt, wenn das Verhältnis D/d des Innendurchmessers "D" des mehrschichtigen komplexen Walzblock-Metallrohrs zum Durchmesser "d" des doppelschichtigen plattierten komplexen Kernelements 16 nicht mehr als 12 beträgt. Wenn das Verhältnis D/d umgekehrt nicht kleiner als 12 ist, bleibt die Bindungswirkung befriedigend. Wenn das doppelschichtige plattierte komplexe Element auf 100ºC erhitzt wird, bleibt sein Wärmeausdehnungskoeffizient bei 5,2 x 10&supmin;&sup6;/ºC. Wenn das doppelschichtige plattierte komplexe Kernmaterial auf 25ºC erwärmt wird, bleibt seine thermische Leitfähigkeit bei 502 kJ/m h ºC (120 kcal/m h ºC), was beweist, daß das doppelschichtige plattierte komplexe Element sehr befriedigende Eigenschaften erhalten kann, wie es ursprünglich erwartet wurde.
Weiterhin wurde ein doppelschichtiges plattiertes komplexes Kernelement erhalten, das billig, frei von Anisotropie, leicht und dennoch gut mechanisch zu verarbeiten ist.
Fig. 3 zeigt die mikroskopische Struktur des mehrschichtigen komplexen Materials, das aus dem doppelschichtigen plattierten komplexen Element 16 mit einem Durchmesser von 1,5 mm besteht. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind alle Kernmaterialien in im wesentlichen hexagonaler Formation fest miteinander verbunden.
Die Erfinder untersuchen weiterhin den Einfluß der Flächenreduktion auf den Diffusions- und Bindungszustand der Kernmaterialien, wenn der Heißdehnungsschritt auf den mehrkernigen komplexen Walzblock 20 angewandt wird. Die Erfinder verwenden das Heißextrusionsverfahren zum Walzen und Dehnen des mehrkernigen komplexen Walzblocks 20 mit einem Außendurchmesser von 1,5 mm. Die Erfinder führen eine Extrusion durch, wobei ein Außendurchmesser von 30 φ, 40 φ, 50 φ und 55 φ erhalten wurde. Dann überprüfen die Erfinder die Gegenwart möglicher Defekte in dem mehrkernigen komplexen Material 25, indem sie den Eindringtest durchführten und den Zustand der Bindung der Kernmaterialien überprüften. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Aus den in Tabelle 4 gezeigten Daten geht hervor, daß die hergestellten Kernmaterialien in befriedigender Weise miteinander verbunden werden können, wenn eine Flächenreduktion von nicht weniger als 20% angewandt wird.
Der Umfang der Erfindung ist durch die angefügten Ansprüche definiert und nicht durch die vorangehende Beschreibung, und alle Änderungen, die innerhalb des Bereichs der Ansprüche oder einen äquivalenten Bereich fallen, sollen daher durch die Ansprüche abgedeckt sein. Tabelle 1 Element Qualität Tabelle 4 Extrusionsplan Flächenreduktion Eindringtest diese Erfindung Vergleich ohne Defekte zum Teil mit Defekten Tabelle 2 Außendurchm. eines zweisch. platt. kompl. Drahtes (mm) Innendurchm./ Kerndurchm. (D/d) Einfüllzahl Ausmaß der Füllung (%) Eindringtest Scherfestigkeit der gebundenen Fläche, MPa (kgf/mm²) Wärmeausdehnungskoeffizient Wärmeübertragungsrate, kJ/m h ºC diese Erfindung Vergleich ohne Defekte zum Teil mit Defekten Tabelle 3 Eigenschaft Verfahren Materialkombination Kosten Anisotropie des Wärmeausdehnungskoeffizienten Anisotropie der Wärmeübertragungsrate relative Dichte Bearbeitbarkeit diese Erfindung Plattierungsverf. Pulversinterverf. billig teuer nein ja gut schlecht

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Substratmaterials, das einen diffusionsgebundenen mehrschichtigen komplexen Kern aufweist, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

(i) Herstellen mehrerer mehrschichtiger, plattierter Kernelemente (10) mit kreisförmigem Querschnitt, die jeweils eine innere Schicht (11) und wenigstens eine äußere Plattierungsschicht (12) umfassen, und Behandeln der Kernelemente durch Bearbeiten in der Hitze, so daß man gezogene Kernelemente (16) mit vorbestimmtem Querschnitt erhält;

(ii) dichtes Einfüllen mehrerer der gezogenen Kernelemente (16) in ein Metallrohr (21), wobei das Verhältnis D/d des Innendurchmessers (D) des Metallrohrs (21) zum Außendurchmesser (d) jedes der gezogenen Kernelemente (16) nicht kleiner als 12 ist, unter Bildung eines mehrkernigen komplexen Walzblocks (20) und Evakuieren des komplexen Walzblocks (20);

(iii) Erhitzen des evakuierten komplexen Walzblocks (20); und

(iv) Behandeln des evakuierten komplexen Walzblocks (20) durch Bearbeiten in der Hitze, so daß man eine Reduktion der Querschnittsfläche von nicht weniger als 20% und ein Zusammendiffundieren der äußeren Schichten (12) der Kernelemente (16) erreicht, wodurch die Grenzflächen der äußeren Schichten (12) durch Diffusionsverbinden miteinander verbunden werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Metallrohr (21) und die äußeren Schichten (12) der komplexen Kernelemente (16) aus demselben Material bestehen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Ausmaß der Evakuierung in dem zweiten Schritt nicht größer ist als 13,33 Pa (1 x 10&supmin;¹ Torr).

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Schritt (1) umfaßt: ein Zusammensetzverfahren zum Einsetzen eines Metallstabes in ein Metallrohr oder mehrschichtige Metallrohre, so daß plattiertes Material zusammengesetzt wird, und zum Evakuieren des Metallrohrs bzw. der Metallrohre; ein Heizverfahren zum Erhitzen des plattierten Materials; ein Heißbearbeitungsverfahren zum Strecken des erhitzten plattierten Materials unter Bildung eines mehrschichtigen, plattierten komplexen Kernelements; und ein Ziehverfahren zum Ziehen des plattierten komplexen Kernelements, so daß sein Durchmesser reduziert wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Metallrohr aus Ni/Fe- Legierung besteht, während der Metallstab aus Kupfer (Cu) besteht.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Metallrohr aus Ni/Co/Fe-Legierung besteht, während der Metallstab aus Kupfer (Cu) besteht.

7. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in dem Heißbearbeitungsverfahren ein Schrägwalzwerk mit mindestens drei Walzen verwendet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Schrägwalzwerk einen Schrägwinkel γ und einen Vorschubwinkel β zwischen der Walzenachse und der Walzbahn aufweist, die jeweils die folgenden Bedingungen erfüllen:

0º < γ < 15º,

3º < β < 20º, und

5º < γ + β < 30º.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Schrägwalzwerk eine Reduktion der Fläche von nicht weniger als 50% erzeugt.