JP2003201528A - ヒートシンク材 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】実際の電子部品（半導体装置を含む）等で求め
られる高い熱伝導率と低い残留気孔率を備えた特性を有
するヒートシンク材を容易に製造できるようにして、高
い機械的強度でかつ高品質のヒートシンク材の生産性を
向上させる。 【解決手段】ケース内にグラファイトを入れ、該ケース
を炉内に収容する（ステップＳ３０１）。炉内を焼成し
て、グラファイトによる多孔質焼結体を作製する（ステ
ップＳ３０２）。その後、炉から多孔質焼結体をケース
ごと取り出して、プレス機の凹部内に多孔質焼結体をケ
ースごと収容する（ステップＳ３０３）。次に、ケース
内に金属の溶湯を注湯した後（ステップＳ３０４）、パ
ンチを凹部内に挿通し、ケース内の前記溶湯を押し下げ
圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチの押圧処理
によって、金属の溶湯は、多孔質焼結体の開気孔中に含
浸されることとなる。
られる高い熱伝導率と低い残留気孔率を備えた特性を有
するヒートシンク材を容易に製造できるようにして、高
い機械的強度でかつ高品質のヒートシンク材の生産性を
向上させる。 【解決手段】ケース内にグラファイトを入れ、該ケース
を炉内に収容する（ステップＳ３０１）。炉内を焼成し
て、グラファイトによる多孔質焼結体を作製する（ステ
ップＳ３０２）。その後、炉から多孔質焼結体をケース
ごと取り出して、プレス機の凹部内に多孔質焼結体をケ
ースごと収容する（ステップＳ３０３）。次に、ケース
内に金属の溶湯を注湯した後（ステップＳ３０４）、パ
ンチを凹部内に挿通し、ケース内の前記溶湯を押し下げ
圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチの押圧処理
によって、金属の溶湯は、多孔質焼結体の開気孔中に含
浸されることとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＩＣチップ
から発生する熱を効率よく放熱させるヒートシンクを構
成するためのヒートシンク材に関する。
から発生する熱を効率よく放熱させるヒートシンクを構
成するためのヒートシンク材に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＩＣチップにとって熱は大敵で
あり、内部温度が最大許容接合温度を超えないようにし
なければならない。また、パワートランジスタや半導体
整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電
力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）や
リードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出し
きれず、前記半導体装置の内部温度が上昇して熱破壊を
引き起こすおそれがある。
あり、内部温度が最大許容接合温度を超えないようにし
なければならない。また、パワートランジスタや半導体
整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電
力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）や
リードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出し
きれず、前記半導体装置の内部温度が上昇して熱破壊を
引き起こすおそれがある。
【０００３】この現象は、ＣＰＵを搭載したＩＣチップ
においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って
動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重
要な事項となってきている。
においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って
動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重
要な事項となってきている。
【０００４】前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計にお
いては、ＩＣチップのケース（パッケージ）に放熱面積
の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設
計や実装設計が行われている。
いては、ＩＣチップのケース（パッケージ）に放熱面積
の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設
計や実装設計が行われている。
【０００５】前記ヒートシンク用の材料としては、一般
に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が
使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が
使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２７９５６９号公報（２頁〜
４頁）
４頁）
【特許文献２】特開昭５９−２２８７４２号公報（１頁
〜２頁）
〜２頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】近時、ＣＰＵやメモリ
等のＩＣチップにおいては、低消費電力を目的とした低
電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面
積の拡大化に伴ってＩＣチップ自体が大型化する傾向に
ある。ＩＣチップが大型化すると、半導体基体（シリコ
ン基板やＧａＡｓ基板）とヒートシンクとの熱膨張率の
差によって生じる応力が大きくなり、ＩＣチップの剥離
現象や機械的破壊が生じるおそれがある。
等のＩＣチップにおいては、低消費電力を目的とした低
電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面
積の拡大化に伴ってＩＣチップ自体が大型化する傾向に
ある。ＩＣチップが大型化すると、半導体基体（シリコ
ン基板やＧａＡｓ基板）とヒートシンクとの熱膨張率の
差によって生じる応力が大きくなり、ＩＣチップの剥離
現象や機械的破壊が生じるおそれがある。
【０００８】これを防止するためには、ＩＣチップの低
電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。
ＩＣチップの低電力駆動は、現在、電源電圧として、従
来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、
３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。
電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。
ＩＣチップの低電力駆動は、現在、電源電圧として、従
来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、
３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。
【０００９】一方、ヒートシンクの構成材料としては、
単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシ
リコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱
伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。
単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシ
リコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱
伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。
【００１０】ヒートシンク材の改善に関しては、多種多
様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を
使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用い
た例等がある。ＡｌＮは、熱伝導性と熱膨張性のバラン
スに優れており、特にＳｉの熱膨張率とほぼ一致するこ
とから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導体
装置のヒートシンク材として好適である。
様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を
使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用い
た例等がある。ＡｌＮは、熱伝導性と熱膨張性のバラン
スに優れており、特にＳｉの熱膨張率とほぼ一致するこ
とから、半導体基体としてシリコン基板を用いた半導体
装置のヒートシンク材として好適である。
【００１１】また、Ｃｕ−Ｗは、Ｗの低熱膨張性とＣｕ
の高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機
械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒー
トシンクの構成材料として好適である。
の高熱伝導性を兼ね備えた複合材料であり、しかも、機
械加工が容易であることから、複雑な形状を有するヒー
トシンクの構成材料として好適である。
【００１２】また、他の例としては、ＳｉＣを主成分と
するセラミック基材に金属Ｃｕを２０ｖｏｌ％〜４０ｖ
ｏｌ％の割合で含有させたもの（前記特許文献１）や、
無機物質からなる粉末焼結多孔質体にＣｕを５ｖｏｌ％
〜３０ｗｔ％含浸させたもの（前記特許文献２）等が提
案されている。
するセラミック基材に金属Ｃｕを２０ｖｏｌ％〜４０ｖ
ｏｌ％の割合で含有させたもの（前記特許文献１）や、
無機物質からなる粉末焼結多孔質体にＣｕを５ｖｏｌ％
〜３０ｗｔ％含浸させたもの（前記特許文献２）等が提
案されている。
【００１３】前記特許文献１に係るヒートシンク材は、
ＳｉＣと金属Ｃｕの圧粉体を成形してヒートシンクを作
製するという粉体成形であるため、熱膨張率と熱伝導率
はあくまでも理論的な値であり、実際の電子部品等で求
められる熱膨張率と熱伝導率のバランスを得ることがで
きないという問題がある。
ＳｉＣと金属Ｃｕの圧粉体を成形してヒートシンクを作
製するという粉体成形であるため、熱膨張率と熱伝導率
はあくまでも理論的な値であり、実際の電子部品等で求
められる熱膨張率と熱伝導率のバランスを得ることがで
きないという問題がある。
【００１４】前記特許文献２に係るヒートシンク材は、
無機物質からなる粉末焼結多孔質体に含浸されるＣｕの
比率が低く、熱伝導度を高める上で限界が生じるおそれ
がある。
無機物質からなる粉末焼結多孔質体に含浸されるＣｕの
比率が低く、熱伝導度を高める上で限界が生じるおそれ
がある。
【００１５】上記したヒートシンク材は、高熱伝導性を
備えた複合材料として好適であるが、所望の機械的強度
が得られないという問題がある。これは、基体であるセ
ラミック材料等の炭素材料の機械的強度が比較的低いこ
とによって、前記炭素材料に対する金属含浸の含浸圧力
を確保できないため、該複合材料に残留気孔が容易に発
生しやすくなるからである。
備えた複合材料として好適であるが、所望の機械的強度
が得られないという問題がある。これは、基体であるセ
ラミック材料等の炭素材料の機械的強度が比較的低いこ
とによって、前記炭素材料に対する金属含浸の含浸圧力
を確保できないため、該複合材料に残留気孔が容易に発
生しやすくなるからである。
【００１６】前記残留気孔は、複合材料における熱伝導
率の低下と、複合材料のハンダめっき工程におけるハン
ダと複合材料の界面におけるボイド発生と、該ハンダと
前記複合材料との濡れ性の低下とをもたらす。
率の低下と、複合材料のハンダめっき工程におけるハン
ダと複合材料の界面におけるボイド発生と、該ハンダと
前記複合材料との濡れ性の低下とをもたらす。
【００１７】また、近年、炭素材料のみで複合材料にお
ける高熱伝導率を実現することが可能となってきている
ので、前記炭素材料の気孔に金属を含浸させて高熱伝導
率を備えた複合材料を作製する必要性は低下しつつあ
る。この場合、前記金属の役割は、前記炭素材料中の気
孔に効率よく含浸して残留気孔を低減し、ヒートシンク
材の機械的強度を向上することにある。更に、前記ハン
ダめっき工程において発生する残留気孔への水分等の染
込み防止と、それに伴うボイド、膨れ、剥離等の防止に
ついても急務の課題となってきている。
ける高熱伝導率を実現することが可能となってきている
ので、前記炭素材料の気孔に金属を含浸させて高熱伝導
率を備えた複合材料を作製する必要性は低下しつつあ
る。この場合、前記金属の役割は、前記炭素材料中の気
孔に効率よく含浸して残留気孔を低減し、ヒートシンク
材の機械的強度を向上することにある。更に、前記ハン
ダめっき工程において発生する残留気孔への水分等の染
込み防止と、それに伴うボイド、膨れ、剥離等の防止に
ついても急務の課題となってきている。
【００１８】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、炭素材料の気孔に金属を含浸させて得ら
れるヒートシンク材において、金属含浸時に発生するヒ
ートシンク材の残留気孔を低減すると共に、前記ヒート
シンク材と該ヒートシンク材表面を被覆するハンダめっ
きとの間の濡れ性を向上させることによって、高い機械
的強度を備えたヒートシンク材を提供することを目的と
する。
たものであり、炭素材料の気孔に金属を含浸させて得ら
れるヒートシンク材において、金属含浸時に発生するヒ
ートシンク材の残留気孔を低減すると共に、前記ヒート
シンク材と該ヒートシンク材表面を被覆するハンダめっ
きとの間の濡れ性を向上させることによって、高い機械
的強度を備えたヒートシンク材を提供することを目的と
する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るヒートシン
ク材は、カーボン又はその同素体と、凝固膨張の性質を
備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属で
構成することを特徴としている。凝固温度近傍で体積が
膨張する金属又は体積の収縮が少ない金属をヒートシン
ク材に含浸することによって、凝固温度から室温への冷
却過程で発生する、該金属の収縮量を低減することが可
能となる。従って、該ヒートシンク材の残留気孔の発生
を抑制することができる。
ク材は、カーボン又はその同素体と、凝固膨張の性質を
備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた金属で
構成することを特徴としている。凝固温度近傍で体積が
膨張する金属又は体積の収縮が少ない金属をヒートシン
ク材に含浸することによって、凝固温度から室温への冷
却過程で発生する、該金属の収縮量を低減することが可
能となる。従って、該ヒートシンク材の残留気孔の発生
を抑制することができる。
【００２０】上記した効果を奏する金属として、Ｂｉ、
Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄及びそれらの金属を含んだ合金を
選択する。これらは凝固膨張又は凝固収縮抑制の性質を
備えた金属である。
Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄及びそれらの金属を含んだ合金を
選択する。これらは凝固膨張又は凝固収縮抑制の性質を
備えた金属である。
【００２１】また、前記金属として凝固温度が低い金属
を選択した場合、凝固温度から室温に冷却される該金属
の収縮量を低減することができる。この場合、ヒートシ
ンク材を実際の電子部品等に組み込んで、ハンダ付け作
業が行われ、該ヒートシンク材は、再加熱される。従っ
て、ハンダ付け作業の熱でも融解しない金属、すなわち
３００℃以上の凝固温度を有する金属を選択することが
望ましい。
を選択した場合、凝固温度から室温に冷却される該金属
の収縮量を低減することができる。この場合、ヒートシ
ンク材を実際の電子部品等に組み込んで、ハンダ付け作
業が行われ、該ヒートシンク材は、再加熱される。従っ
て、ハンダ付け作業の熱でも融解しない金属、すなわち
３００℃以上の凝固温度を有する金属を選択することが
望ましい。
【００２２】また、前記金属として、偏析が発生しにく
い金属を選択してもよい。これは、低融点を有する金属
の場合、状態図から見たとき、前記金属の初晶が偏析し
やすいと共に、２００℃以下の温度領域で前記金属が融
解する可能性があるためである。
い金属を選択してもよい。これは、低融点を有する金属
の場合、状態図から見たとき、前記金属の初晶が偏析し
やすいと共に、２００℃以下の温度領域で前記金属が融
解する可能性があるためである。
【００２３】また、前記金属として、ヒートシンク材と
の濡れ性が良好な性質を備えた金属を用いると好まし
い。濡れ性が良好な金属の場合、低い含浸圧力であって
も炭素材料の気孔に容易に含浸することが可能である。
の濡れ性が良好な性質を備えた金属を用いると好まし
い。濡れ性が良好な金属の場合、低い含浸圧力であって
も炭素材料の気孔に容易に含浸することが可能である。
【００２４】また、ヒートシンク材の直交する３軸方向
の平均、又はいずれかの軸方向における熱伝導率として
は、３００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
の平均、又はいずれかの軸方向における熱伝導率として
は、３００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
【００２５】一方、前記ヒートシンク材の基材となるカ
ーボン又はその同素体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以
上であることが望ましい。なお、気孔がない状態では、
２００Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以
上、さらに好ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上であれば望ま
しい。そのようなカーボン又はその同素体を選択するこ
とによって、金属の種類によらない高い熱伝導率を備え
たヒートシンク材を安定して供給できる。
ーボン又はその同素体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以
上であることが望ましい。なお、気孔がない状態では、
２００Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以
上、さらに好ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上であれば望ま
しい。そのようなカーボン又はその同素体を選択するこ
とによって、金属の種類によらない高い熱伝導率を備え
たヒートシンク材を安定して供給できる。
【００２６】また、前記同素体としては、グラファイト
又はダイヤモンドが望ましい。これらの同素体は高い熱
伝導率を備えているからである。
又はダイヤモンドが望ましい。これらの同素体は高い熱
伝導率を備えているからである。
【００２７】そして、上記した材料から構成されるヒー
トシンク材は、前記カーボン又はその同素体を焼成して
ネットワーク化することによって得られる多孔質焼結体
に前記金属を含浸することによって構成される。この場
合、前記多孔質焼結体の気孔率は、１０ｖｏｌ％〜５０
ｖｏｌ％であり、平均気孔径は０．１μｍ〜２００μｍ
となる。
トシンク材は、前記カーボン又はその同素体を焼成して
ネットワーク化することによって得られる多孔質焼結体
に前記金属を含浸することによって構成される。この場
合、前記多孔質焼結体の気孔率は、１０ｖｏｌ％〜５０
ｖｏｌ％であり、平均気孔径は０．１μｍ〜２００μｍ
となる。
【００２８】そして、前記ヒートシンク材を構成する前
記カーボン又はその同素体と、前記金属との体積率は、
前記カーボン又はその同素体に対しては５０ｖｏｌ％〜
９０ｖｏｌ％、金属に対しては５０ｖｏｌ％〜１０ｖｏ
ｌ％の範囲となる。
記カーボン又はその同素体と、前記金属との体積率は、
前記カーボン又はその同素体に対しては５０ｖｏｌ％〜
９０ｖｏｌ％、金属に対しては５０ｖｏｌ％〜１０ｖｏ
ｌ％の範囲となる。
【００２９】また、本発明の目的である高い機械的強度
を備えたヒートシンク材を実現するために、前記カーボ
ン又はその同素体に、該カーボン又はその同素体を焼成
した際の閉気孔率を低減させるような添加物を添加する
ことが望ましい。この場合、前記閉気孔率を低減させる
添加物として、ＳｉＣ及び／又はＳｉが選択される。前
記添加物の添加によって、カーボン又はその同素体の焼
成時に発生する残留気孔を低減することが可能となる。
特に、前記カーボン又はその同素体で構成されるプリフ
ォームにこれらの添加物を含浸させると、金属の含浸率
が向上し、残留気孔を効率よく低減できる。
を備えたヒートシンク材を実現するために、前記カーボ
ン又はその同素体に、該カーボン又はその同素体を焼成
した際の閉気孔率を低減させるような添加物を添加する
ことが望ましい。この場合、前記閉気孔率を低減させる
添加物として、ＳｉＣ及び／又はＳｉが選択される。前
記添加物の添加によって、カーボン又はその同素体の焼
成時に発生する残留気孔を低減することが可能となる。
特に、前記カーボン又はその同素体で構成されるプリフ
ォームにこれらの添加物を含浸させると、金属の含浸率
が向上し、残留気孔を効率よく低減できる。
【００３０】また、ヒートシンク材界面の濡れ性を改善
するために、前記金属に加えて、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種
以上の元素を添加することが望ましい。これらの元素を
添加することによって、カーボン又はその同素体との濡
れ性が良好になり低圧での含浸が可能になる。また界面
の接合性も向上する。また、ヒートシンク材と該ヒート
シンク材表面におけるハンダめっきとの濡れ性が向上
し、界面におけるボイド発生を低減できる。
するために、前記金属に加えて、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種
以上の元素を添加することが望ましい。これらの元素を
添加することによって、カーボン又はその同素体との濡
れ性が良好になり低圧での含浸が可能になる。また界面
の接合性も向上する。また、ヒートシンク材と該ヒート
シンク材表面におけるハンダめっきとの濡れ性が向上
し、界面におけるボイド発生を低減できる。
【００３１】さらに、前記カーボン又はその同素体の表
面に、カーバイド層を形成すれば、カーバイド層を介し
て含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材
の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さ
が強度向上へ貢献する。さらにヒートシンク材と該ヒー
トシンク材のハンダめっきとの界面における濡れ性が向
上する他、低圧での金属含浸が可能となり、微細気孔へ
の含浸も可能となる。
面に、カーバイド層を形成すれば、カーバイド層を介し
て含浸金属との接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材
の強度の向上も得られる。また、カーバイド自体の硬さ
が強度向上へ貢献する。さらにヒートシンク材と該ヒー
トシンク材のハンダめっきとの界面における濡れ性が向
上する他、低圧での金属含浸が可能となり、微細気孔へ
の含浸も可能となる。
【００３２】なお、前記カーバイド層の形成は、少なく
とも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反応に
基づくものであり、選択される該添加元素としては、Ｎ
ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、
ミッシュメタルから少なくとも１種以上の元素を選択す
る。
とも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反応に
基づくものであり、選択される該添加元素としては、Ｎ
ｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、
ミッシュメタルから少なくとも１種以上の元素を選択す
る。
【００３３】また、前記ヒートシンク材としては、前記
多孔質焼結体と金属とによるヒートシンク材の構成以外
にも、前記カーボン又はその同素体の粉末に、水又は結
合材を混合し、所定圧力下で成形された予備成形体又は
焼成された成形体に、前記金属を含浸させて構成しても
実現できる。また、前記カーボン又はその同素体の粉末
と前記金属の粉末とを混合し、所定圧力下で成形されて
構成されるヒートシンク材であってもよい。さらに、前
記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記カ
ーボン又はその同素体の粉末を混合し、鋳造成形されて
構成されるヒートシンク材でもよい。また、前記カーボ
ン又はその同素体の粉末に前記金属が含浸されて構成さ
れるヒートシンク材でもよい。
多孔質焼結体と金属とによるヒートシンク材の構成以外
にも、前記カーボン又はその同素体の粉末に、水又は結
合材を混合し、所定圧力下で成形された予備成形体又は
焼成された成形体に、前記金属を含浸させて構成しても
実現できる。また、前記カーボン又はその同素体の粉末
と前記金属の粉末とを混合し、所定圧力下で成形されて
構成されるヒートシンク材であってもよい。さらに、前
記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記カ
ーボン又はその同素体の粉末を混合し、鋳造成形されて
構成されるヒートシンク材でもよい。また、前記カーボ
ン又はその同素体の粉末に前記金属が含浸されて構成さ
れるヒートシンク材でもよい。
【００３４】これらのヒートシンク材を構成する前記カ
ーボン又はその同素体の粉末の平均粉末粒度は、１μｍ
〜５００μｍであり、前記粉末を構成する１つの粒子
（粉体）が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる
方向とで、その長さの比の平均を１：５以下とする。
ーボン又はその同素体の粉末の平均粉末粒度は、１μｍ
〜５００μｍであり、前記粉末を構成する１つの粒子
（粉体）が最小の長さをとる方向と、最大の長さをとる
方向とで、その長さの比の平均を１：５以下とする。
【００３５】また、前記ヒートシンク材を、前記カーボ
ン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混
合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成してもよ
い。
ン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の粉末とを混
合し、所定温度、所定圧力下で成形して構成してもよ
い。
【００３６】このようにして作製されるヒートシンク材
では、カーボン又はその同素体と前記金属との体積率
が、前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０
ｖｏｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲で
あることが好ましい。
では、カーボン又はその同素体と前記金属との体積率
が、前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０
ｖｏｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲で
あることが好ましい。
【００３７】そして、これらのヒートシンク材に、成形
した際の金属の結合を強化させる添加元素が添加されて
いることが望ましい。この場合、前記添加元素として
は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔ
ｌ、Ｃｄから選択することが望ましい。この場合、前記
添加元素としては、銅に固溶しにくいＮｂ、Ｚｒ、Ｃ
ｒ、Ｂｅ等の元素から選択されることが望ましい。銅に
０．５ｗｔ％以下しか固溶しない添加元素を添加するこ
とによって、熱伝導度の低下は発生せず、良好なヒート
シンク材を得ることができる。
した際の金属の結合を強化させる添加元素が添加されて
いることが望ましい。この場合、前記添加元素として
は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔ
ｌ、Ｃｄから選択することが望ましい。この場合、前記
添加元素としては、銅に固溶しにくいＮｂ、Ｚｒ、Ｃ
ｒ、Ｂｅ等の元素から選択されることが望ましい。銅に
０．５ｗｔ％以下しか固溶しない添加元素を添加するこ
とによって、熱伝導度の低下は発生せず、良好なヒート
シンク材を得ることができる。
【００３８】また、前記成形の際に、カーボン又はその
同素体と金属との結合を強化させる添加元素を添加する
ことが好ましい。この場合、前記添加元素としては、Ｎ
ｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、
ミッシュメタルから選択されることが望ましい。
同素体と金属との結合を強化させる添加元素を添加する
ことが好ましい。この場合、前記添加元素としては、Ｎ
ｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、
Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、
ミッシュメタルから選択されることが望ましい。
【００３９】また、前記カーボン又はその同素体に、成
形後の再加熱を可能とする添加元素を添加するようにし
てもよい。この場合、前記ヒートシンク材の形成は、少
なくとも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反
応に基づくものであるとよい。そして、前記添加元素と
しては、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、
Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上であ
ることが好ましい。
形後の再加熱を可能とする添加元素を添加するようにし
てもよい。この場合、前記ヒートシンク材の形成は、少
なくとも前記カーボン又はその同素体と添加元素との反
応に基づくものであるとよい。そして、前記添加元素と
しては、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、
Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以上であ
ることが好ましい。
【００４０】また、これまで上記したヒートシンク材を
構成するカーボン又はその同素体の表面に、添加元素に
よる炭化物を形成するとより好ましい。前記炭化物を形
成することによって、カーバイド層を介して含浸金属と
の接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上
も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ
貢献する。その結果、低圧力での金属含浸が可能になる
と共に、微細気孔への含浸も可能となる残留気孔率を低
減することが可能となる。このような効果を奏するに
は、前記添加元素を、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍ
ｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルの１種以上か
ら選択することが望ましい。
構成するカーボン又はその同素体の表面に、添加元素に
よる炭化物を形成するとより好ましい。前記炭化物を形
成することによって、カーバイド層を介して含浸金属と
の接合力が向上し、熱伝導の向上と複合材の強度の向上
も得られる。また、カーバイド自体の硬さが強度向上へ
貢献する。その結果、低圧力での金属含浸が可能になる
と共に、微細気孔への含浸も可能となる残留気孔率を低
減することが可能となる。このような効果を奏するに
は、前記添加元素を、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍ
ｏ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルの１種以上か
ら選択することが望ましい。
【００４１】最後に上記した手段によって作製されるヒ
ートシンク材の残留気孔率は、５％以下に低減すること
が可能である。
ートシンク材の残留気孔率は、５％以下に低減すること
が可能である。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るヒートシンク
材の実施の形態例を図１〜図４２を参照しながら説明す
る。
材の実施の形態例を図１〜図４２を参照しながら説明す
る。
【００４３】第１の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ａは、図１に示すように、カーボン又はその同素体を
焼成してネットワーク化することによって得られる多孔
質焼結体１２に金属１４が含浸されて構成されている。
０Ａは、図１に示すように、カーボン又はその同素体を
焼成してネットワーク化することによって得られる多孔
質焼結体１２に金属１４が含浸されて構成されている。
【００４４】この場合、前記カーボン又はその同素体と
して、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２０
０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに
望ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推
定値）、より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔
がない状態での推定値）のものを使用することが好まし
い。
して、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２０
０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに
望ましくは２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推
定値）、より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔
がない状態での推定値）のものを使用することが好まし
い。
【００４５】第１の実施の形態では、熱伝導率が１５０
Ｗ／ｍＫ以上のグラファイトで構成された多孔質焼結体
１２の開気孔に銅を含浸させたヒートシンク材１０Ａを
使用している。含浸する金属１４としては、凝固膨張の
性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた
金属を使用することが好ましく、Ｂｉのほかに、Ｐｂ、
黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金
を使用することができる。
Ｗ／ｍＫ以上のグラファイトで構成された多孔質焼結体
１２の開気孔に銅を含浸させたヒートシンク材１０Ａを
使用している。含浸する金属１４としては、凝固膨張の
性質を備えた金属又は凝固収縮を抑制する性質を備えた
金属を使用することが好ましく、Ｂｉのほかに、Ｐｂ、
黒鉛鋳鉄から選択された金属又は前記金属からなる合金
を使用することができる。
【００４６】また、多孔質焼結体１２と金属１４との体
積率は、多孔質焼結体１２が５０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ
％、金属１４が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％の範囲とし
ている。これにより、直交する３軸方向の平均又はいず
れかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であっ
て、かつ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材
１０Ａを得ることができる。
積率は、多孔質焼結体１２が５０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ
％、金属１４が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％の範囲とし
ている。これにより、直交する３軸方向の平均又はいず
れかの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であっ
て、かつ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材
１０Ａを得ることができる。
【００４７】前記多孔質焼結体１２の気孔率としては、
１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。気
孔率が１０ｖｏｌ％以下では、直交する３軸方向の平均
又はいずれかの軸方向の３００Ｗ／ｍＫ（室温）の熱伝
導率を得ることができず、５０ｖｏｌ％を超えると多孔
質焼結体１２の強度が低下し、気孔率を５％以下に抑え
ることができないからである。
１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることが望ましい。気
孔率が１０ｖｏｌ％以下では、直交する３軸方向の平均
又はいずれかの軸方向の３００Ｗ／ｍＫ（室温）の熱伝
導率を得ることができず、５０ｖｏｌ％を超えると多孔
質焼結体１２の強度が低下し、気孔率を５％以下に抑え
ることができないからである。
【００４８】前記多孔質焼結体１２の平均開気孔径（気
孔径）の値としては、０．１μｍ〜２００μｍが望まし
い。前記気孔径が０．１μｍ未満であると、開気孔内に
金属１４を含浸することが困難になり、熱伝導率が低下
する。一方、前記気孔径が２００μｍを超えると、多孔
質焼結体１２の強度が低下し、熱膨張率を低く抑えるこ
とができない。
孔径）の値としては、０．１μｍ〜２００μｍが望まし
い。前記気孔径が０．１μｍ未満であると、開気孔内に
金属１４を含浸することが困難になり、熱伝導率が低下
する。一方、前記気孔径が２００μｍを超えると、多孔
質焼結体１２の強度が低下し、熱膨張率を低く抑えるこ
とができない。
【００４９】前記多孔質焼結体１２の平均開気孔に関す
る分布（気孔分布）としては、０．５μｍ〜５０μｍに
９０ｖｏｌ％以上分布することが好ましい。０．５μｍ
〜５０μｍの気孔が９０ｖｏｌ％以上分布していない場
合は、金属１４が含浸していない開気孔が増え、熱伝導
率が低下する可能性がある。
る分布（気孔分布）としては、０．５μｍ〜５０μｍに
９０ｖｏｌ％以上分布することが好ましい。０．５μｍ
〜５０μｍの気孔が９０ｖｏｌ％以上分布していない場
合は、金属１４が含浸していない開気孔が増え、熱伝導
率が低下する可能性がある。
【００５０】また、多孔質焼結体１２に金属１４を含浸
して得たヒートシンク材１０Ａの閉気孔率としては、５
ｖｏｌ％以下であることが好ましい。５ｖｏｌ％を超え
ると、熱伝導率が低下する可能性があるからである。
して得たヒートシンク材１０Ａの閉気孔率としては、５
ｖｏｌ％以下であることが好ましい。５ｖｏｌ％を超え
ると、熱伝導率が低下する可能性があるからである。
【００５１】なお、前記気孔率、気孔径及び気孔分布の
測定には、株式会社島津製作所製の自動ポロシメータ
（商品名「オートポア９２００」）を使用した。
測定には、株式会社島津製作所製の自動ポロシメータ
（商品名「オートポア９２００」）を使用した。
【００５２】この第１の実施の形態に係るヒートシンク
材１０Ａにおいて、前記グラファイトに、該グラファイ
トを焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物を添加さ
せることが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び
／又はＳｉを挙げることができる。これにより、焼成時
の閉気孔（クローズドポア）を減少させることができ、
多孔質焼結体１２に対する金属１４の含浸率を向上させ
ることができる。
材１０Ａにおいて、前記グラファイトに、該グラファイ
トを焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物を添加さ
せることが好ましい。この添加物としては、ＳｉＣ及び
／又はＳｉを挙げることができる。これにより、焼成時
の閉気孔（クローズドポア）を減少させることができ、
多孔質焼結体１２に対する金属１４の含浸率を向上させ
ることができる。
【００５３】また、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｌｉ、
Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種以上を添加することが好
ましい。これにより、多孔質焼結体１２と金属１４との
界面の濡れ性が改善され、多孔質焼結体１２の開気孔内
に金属１４が入りやすくなる。
１４に、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｌｉ、
Ｔｌ、Ｃｄから選択された１種以上を添加することが好
ましい。これにより、多孔質焼結体１２と金属１４との
界面の濡れ性が改善され、多孔質焼結体１２の開気孔内
に金属１４が入りやすくなる。
【００５４】一方、多孔質焼結体１２に含浸される金属
１４に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以
上を添加することが好ましい。これにより、グラファイ
トと金属１４との反応性が向上し、開気孔内においてグ
ラファイトと金属１４とが整合及び密着しやすくなり、
閉気孔率を低下することができる。
１４に、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔ
ａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種以
上を添加することが好ましい。これにより、グラファイ
トと金属１４との反応性が向上し、開気孔内においてグ
ラファイトと金属１４とが整合及び密着しやすくなり、
閉気孔率を低下することができる。
【００５５】次に、この第１の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ａを製造するためのいくつかの方法を図２
Ａ〜図２１を参照しながら説明する。
シンク材１０Ａを製造するためのいくつかの方法を図２
Ａ〜図２１を参照しながら説明する。
【００５６】第１の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ａを製造するための第１及び第２の製造方法は、共
に、グラファイトを焼成してネットワーク化することに
よって多孔質焼結体１２を作製する焼成工程と、金属１
４を前記多孔質焼結体１２中に含浸させる含浸工程とを
有する。
０Ａを製造するための第１及び第２の製造方法は、共
に、グラファイトを焼成してネットワーク化することに
よって多孔質焼結体１２を作製する焼成工程と、金属１
４を前記多孔質焼結体１２中に含浸させる含浸工程とを
有する。
【００５７】そして、第１の製造方法は、具体的には図
２Ａ及び図２Ｂにその一例を示すように、高圧容器３０
を使用することによって行われる。この高圧容器３０
は、角筒状の筐体３２における両側板３４及び３６のほ
ぼ中央部分にそれぞれ回転軸３８が設けられて、該回転
軸３８を中心として筐体３２自体が回転できるようにな
っている。
２Ａ及び図２Ｂにその一例を示すように、高圧容器３０
を使用することによって行われる。この高圧容器３０
は、角筒状の筐体３２における両側板３４及び３６のほ
ぼ中央部分にそれぞれ回転軸３８が設けられて、該回転
軸３８を中心として筐体３２自体が回転できるようにな
っている。
【００５８】筐体３２内には、耐火容器４０と該耐火容
器４０を加熱するためのヒータ４２が設けられている。
耐火容器４０は、中空部４４を有する角筒状の形状を有
し、１つの側面における高さ方向中央部分に中空部４４
に連通する開口４６が設けられている。中空部４４のう
ち、開口４６を中心として一方の中空部（以下、第１室
４４ａと記す）には、含浸材料である金属１４の塊、あ
るいは金属１４の溶融金属が収容されるようになってい
る。
器４０を加熱するためのヒータ４２が設けられている。
耐火容器４０は、中空部４４を有する角筒状の形状を有
し、１つの側面における高さ方向中央部分に中空部４４
に連通する開口４６が設けられている。中空部４４のう
ち、開口４６を中心として一方の中空部（以下、第１室
４４ａと記す）には、含浸材料である金属１４の塊、あ
るいは金属１４の溶融金属が収容されるようになってい
る。
【００５９】他方の中空部（以下、第２室４４ｂと記
す）は、被含浸試料である多孔質焼結体１２が複数取り
付けられるようになっており、第２室４４ｂが上方に位
置しても、多孔質焼結体１２が落下しないように多孔質
焼結体１２の支持機構が設けられている。なお、ヒータ
４２は、３００ＭＰａの高圧力下でも破壊されない構造
とされている。
す）は、被含浸試料である多孔質焼結体１２が複数取り
付けられるようになっており、第２室４４ｂが上方に位
置しても、多孔質焼結体１２が落下しないように多孔質
焼結体１２の支持機構が設けられている。なお、ヒータ
４２は、３００ＭＰａの高圧力下でも破壊されない構造
とされている。
【００６０】また、前記高圧容器３０には、真空引きの
ための吸気管４８と、高圧力付与のためのガス及び冷却
用ガスの導入管５０及び導出管５２が設けられている。
ための吸気管４８と、高圧力付与のためのガス及び冷却
用ガスの導入管５０及び導出管５２が設けられている。
【００６１】次に、前記高圧容器３０を用いた第１の製
造方法について図３を参照しながら説明する。
造方法について図３を参照しながら説明する。
【００６２】まず、ステップＳ１において、グラファイ
トを棒状に成形する工程、ピッチ（コールタールの一
種）を含浸させる工程及び加熱焼成する工程を経てグラ
ファイトによる多孔質焼結体１２を作製する。
トを棒状に成形する工程、ピッチ（コールタールの一
種）を含浸させる工程及び加熱焼成する工程を経てグラ
ファイトによる多孔質焼結体１２を作製する。
【００６３】グラファイトを棒状に成形するには、グラ
ファイト粉末にピッチを混合して、１５０℃程度の雰囲
気中で押し出し成形を行って棒状（φ１００〜φ６０
０、長さ３０００ｍｍ程度）のグラファイトを得る。こ
のままの状態のグラファイトは、気孔が多くしかも熱伝
導率が低い。
ファイト粉末にピッチを混合して、１５０℃程度の雰囲
気中で押し出し成形を行って棒状（φ１００〜φ６０
０、長さ３０００ｍｍ程度）のグラファイトを得る。こ
のままの状態のグラファイトは、気孔が多くしかも熱伝
導率が低い。
【００６４】次に、グラファイトの気孔を減少させるた
めに真空脱気を行い、その真空中でピッチを含浸させ
る。そして、１０００℃程度で焼成し、さらにピッチを
含浸する工程を３回程度繰り返す。
めに真空脱気を行い、その真空中でピッチを含浸させ
る。そして、１０００℃程度で焼成し、さらにピッチを
含浸する工程を３回程度繰り返す。
【００６５】そして、熱伝導率を向上させるために３０
００℃程度の炉の中でグラファイトを加熱焼成する。こ
のとき、グラファイトが燃焼することを防止するために
炉をカーボン粉末でカバーすると共に、グラファイト自
体もカーボン粉末でカバーしておく。また、このグラフ
ァイトを加熱する工程は、グラファイトに直接通電する
ことにより加熱焼成してもよい。
００℃程度の炉の中でグラファイトを加熱焼成する。こ
のとき、グラファイトが燃焼することを防止するために
炉をカーボン粉末でカバーすると共に、グラファイト自
体もカーボン粉末でカバーしておく。また、このグラフ
ァイトを加熱する工程は、グラファイトに直接通電する
ことにより加熱焼成してもよい。
【００６６】このようにすることで、多孔質焼結体１２
が得られるが、最終製品の形状によってはさらに予備加
工をしておくことが望ましい。
が得られるが、最終製品の形状によってはさらに予備加
工をしておくことが望ましい。
【００６７】その後、ステップＳ２において、高圧容器
３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられてい
る耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる。
３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられてい
る耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる。
【００６８】その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を耐火容器４０の第１室４４ａ内に配置し、多孔質焼結
体１２を第２室４４ｂにセットする（ステップＳ３）。
このとき、予め多孔質焼結体１２を予熱しておくことが
好ましい。予熱を行うには、多孔質焼結体１２をカーボ
ンケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態で予熱
を行い、所定の温度に達したらケースに収納するか又は
断熱材にて覆った状態のままで上記のとおり第２室４４
ｂにセットする。
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を耐火容器４０の第１室４４ａ内に配置し、多孔質焼結
体１２を第２室４４ｂにセットする（ステップＳ３）。
このとき、予め多孔質焼結体１２を予熱しておくことが
好ましい。予熱を行うには、多孔質焼結体１２をカーボ
ンケースに収納するか又は断熱材にて覆った状態で予熱
を行い、所定の温度に達したらケースに収納するか又は
断熱材にて覆った状態のままで上記のとおり第２室４４
ｂにセットする。
【００６９】その後、高圧容器３０（及び耐火容器４
０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ４）。
０）を密封した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ４）。
【００７０】その後、ヒータ４２に通電して第１室４４
ａの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ５）。以下の
説明では、加熱溶解された金属１４を便宜的に溶融金属
１４とも記す。
ａの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ５）。以下の
説明では、加熱溶解された金属１４を便宜的に溶融金属
１４とも記す。
【００７１】その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回
させる（ステップＳ６）。この転回動作によって、第１
室４４ａが上方に位置することから、第１室４４ａ内の
溶融金属１４は、自重によって下方に位置する第２室４
４ｂ内に落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が含浸された状態となる。
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回
させる（ステップＳ６）。この転回動作によって、第１
室４４ａが上方に位置することから、第１室４４ａ内の
溶融金属１４は、自重によって下方に位置する第２室４
４ｂ内に落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が含浸された状態となる。
【００７２】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ７）。この加圧処理によって、前記
溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸する
こととなる。
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ７）。この加圧処理によって、前記
溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸する
こととなる。
【００７３】この含浸工程が終了した時点で直ちに冷却
工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器
３０を再び１８０°転回させる（ステップＳ８）。この
転回動作によって、第１室４４ａが下方に位置すること
から、第２室４４ｂ内の溶融金属１４は、再び第１室４
４ａ内に落下することになる。
工程に移行する。この冷却工程は、まず、前記高圧容器
３０を再び１８０°転回させる（ステップＳ８）。この
転回動作によって、第１室４４ａが下方に位置すること
から、第２室４４ｂ内の溶融金属１４は、再び第１室４
４ａ内に落下することになる。
【００７４】前記ステップＳ７での加圧処理（含浸処
理）によって、溶融金属１４の一部が多孔質焼結体１２
の開気孔中に含浸されていることから、下方に位置する
第１室４４ａに落下する溶融金属１４は多孔質焼結体１
２に含浸されなかった残存溶融金属である。残存溶融金
属が第１室４４ａ内に落下した段階で、第２室４４ｂに
は溶融金属１４が含浸された多孔質焼結体１２が残るこ
ととなる。
理）によって、溶融金属１４の一部が多孔質焼結体１２
の開気孔中に含浸されていることから、下方に位置する
第１室４４ａに落下する溶融金属１４は多孔質焼結体１
２に含浸されなかった残存溶融金属である。残存溶融金
属が第１室４４ａ内に落下した段階で、第２室４４ｂに
は溶融金属１４が含浸された多孔質焼結体１２が残るこ
ととなる。
【００７５】その後、ガス導出管５２を通じて高圧容器
３０内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管５
０を通じて冷却用ガスを高圧容器３０内に導入する（ス
テップＳ９）。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導
入によって、冷却用ガスが高圧容器３０内を満遍なく循
環し、高圧容器３０は急速に冷却される。この速やかな
る冷却によって、前記多孔質焼結体１２に含浸された溶
融金属１４が、急速に金属１４の塊に固化して体積が膨
張することから、含浸された金属１４は多孔質焼結体１
２に強固に保持される。
３０内の含浸用ガスを排気すると同時に、ガス導入管５
０を通じて冷却用ガスを高圧容器３０内に導入する（ス
テップＳ９）。この含浸用ガスの排気と冷却用ガスの導
入によって、冷却用ガスが高圧容器３０内を満遍なく循
環し、高圧容器３０は急速に冷却される。この速やかな
る冷却によって、前記多孔質焼結体１２に含浸された溶
融金属１４が、急速に金属１４の塊に固化して体積が膨
張することから、含浸された金属１４は多孔質焼結体１
２に強固に保持される。
【００７６】他の冷却工程としては、図３において一点
鎖線の枠内に示すように、前記ステップＳ８での処理が
終了した段階で、高圧容器３０、あるいは溶融金属１４
が含浸された多孔質焼結体１２を冷却ゾーンに搬送し、
冷却ゾーンに設置されている冷やし金に接触させる方法
がある（ステップＳ１０参照）。
鎖線の枠内に示すように、前記ステップＳ８での処理が
終了した段階で、高圧容器３０、あるいは溶融金属１４
が含浸された多孔質焼結体１２を冷却ゾーンに搬送し、
冷却ゾーンに設置されている冷やし金に接触させる方法
がある（ステップＳ１０参照）。
【００７７】この冷やし金への接触によって多孔質焼結
体１２は急速に冷却されることになる。この冷却過程に
おいては、多孔質焼結体１２に冷却ガスを吹き付けた
り、冷やし金を水冷しながら行うようにしてもよく、特
に、押湯効果を考えて冷却した方が好ましい。
体１２は急速に冷却されることになる。この冷却過程に
おいては、多孔質焼結体１２に冷却ガスを吹き付けた
り、冷やし金を水冷しながら行うようにしてもよく、特
に、押湯効果を考えて冷却した方が好ましい。
【００７８】このように、第１の製造方法の各工程を踏
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａ
を得ることができる。
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、残留気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａ
を得ることができる。
【００７９】また、後述する多孔質焼結体１２にＳｉＣ
を採用する場合でも、室温から２００℃までの閉気孔率
が５％以下で、かつ直交する３軸方向の平均又はいずれ
かの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であるヒー
トシンク材１０Ａを容易に得ることができる。
を採用する場合でも、室温から２００℃までの閉気孔率
が５％以下で、かつ直交する３軸方向の平均又はいずれ
かの軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であるヒー
トシンク材１０Ａを容易に得ることができる。
【００８０】前記ステップＳ５において、ヒータ４２に
通電して第１室４４ａの金属１４を加熱溶解する場合
に、ステップＳ６に移行する所定温度（加熱温度）は、
金属１４の融点より３０℃〜２５０℃高い温度がよく、
好ましくは前記融点より５０℃〜２００℃高い温度が望
ましい。この場合、高圧容器３０内を１×１０-3Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中にしておくことが好ましい。
通電して第１室４４ａの金属１４を加熱溶解する場合
に、ステップＳ６に移行する所定温度（加熱温度）は、
金属１４の融点より３０℃〜２５０℃高い温度がよく、
好ましくは前記融点より５０℃〜２００℃高い温度が望
ましい。この場合、高圧容器３０内を１×１０-3Ｔｏｒ
ｒ以下の真空中にしておくことが好ましい。
【００８１】また、前記ステップＳ７において、高圧容
器３０内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器
３０に付与する圧力としては、０．９８ＭＰａ以上、２
０２ＭＰａ以下とする。この場合、４．９ＭＰａ以上、
２０２ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは９．８Ｍ
Ｐａ以上、２０２ＭＰａ以下であるとよい。
器３０内に含浸用ガスを導入することによって高圧容器
３０に付与する圧力としては、０．９８ＭＰａ以上、２
０２ＭＰａ以下とする。この場合、４．９ＭＰａ以上、
２０２ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは９．８Ｍ
Ｐａ以上、２０２ＭＰａ以下であるとよい。
【００８２】この圧力は、高圧である方が含浸率の向
上、冷却能力の向上の観点から好ましい。しかし、圧力
が高すぎるとグラファイトの破損が生じやすくなり、ま
た、高圧に耐えうる設備のコストが高くなるので、これ
らの要素を勘案して圧力を選択する。
上、冷却能力の向上の観点から好ましい。しかし、圧力
が高すぎるとグラファイトの破損が生じやすくなり、ま
た、高圧に耐えうる設備のコストが高くなるので、これ
らの要素を勘案して圧力を選択する。
【００８３】また、高圧容器３０への圧力の付与時間は
１秒以上、６０秒以下がよく、望ましくは１秒以上、３
０秒以下が好ましい。
１秒以上、６０秒以下がよく、望ましくは１秒以上、３
０秒以下が好ましい。
【００８４】なお、多孔質焼結体１２の気孔としては、
上述したように、平均直径が０．１μｍ〜２００μｍで
あり、かつ、気孔率が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であ
ることが望ましい。
上述したように、平均直径が０．１μｍ〜２００μｍで
あり、かつ、気孔率が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であ
ることが望ましい。
【００８５】ただし、後述する多孔質焼結体１２にＳｉ
Ｃを採用する場合は、平均直径が５μｍ〜５０μｍのも
のが９０％以上存在し、かつ、気孔率が２０ｖｏｌ％〜
７０ｖｏｌ％であることが望ましい。
Ｃを採用する場合は、平均直径が５μｍ〜５０μｍのも
のが９０％以上存在し、かつ、気孔率が２０ｖｏｌ％〜
７０ｖｏｌ％であることが望ましい。
【００８６】一方、冷却工程における冷却速度は、含浸
時の温度から８００℃までの期間において、−４００℃
／時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−８
００℃／時間以上が望ましい。
時の温度から８００℃までの期間において、−４００℃
／時間以上とすることが好ましく、より好ましくは−８
００℃／時間以上が望ましい。
【００８７】前記ステップＳ７において、高圧容器３０
に付与する圧力は、多孔質焼結体１２の開気孔に金属１
４を完全に含浸させるために必要な圧力である。この場
合、多孔質焼結体１２に金属１４が含浸されていない開
気孔が残存すると、熱伝導性を著しく阻害するため、高
い圧力を付与することが必要となる。
に付与する圧力は、多孔質焼結体１２の開気孔に金属１
４を完全に含浸させるために必要な圧力である。この場
合、多孔質焼結体１２に金属１４が含浸されていない開
気孔が残存すると、熱伝導性を著しく阻害するため、高
い圧力を付与することが必要となる。
【００８８】この圧力はその概略をワッシュバーン（Wa
shburn）の式によって推定できるが、気孔径が小さいほ
ど大きな力を必要とする。この式に従えば、０．１μｍ
φのとき３９．２ＭＰａ、１．０μｍφのとき３．９２
ＭＰａ、１０μｍφのとき０．３９２ＭＰａの圧力が適
当である。しかしながら、実際は平均気孔径が０．１μ
ｍφの材料は０．０１μｍφ以下の気孔も存在するため
により大きい圧力が必要になる。具体的には０．０１μ
ｍφには３９２ＭＰａの圧力が必要である。
shburn）の式によって推定できるが、気孔径が小さいほ
ど大きな力を必要とする。この式に従えば、０．１μｍ
φのとき３９．２ＭＰａ、１．０μｍφのとき３．９２
ＭＰａ、１０μｍφのとき０．３９２ＭＰａの圧力が適
当である。しかしながら、実際は平均気孔径が０．１μ
ｍφの材料は０．０１μｍφ以下の気孔も存在するため
により大きい圧力が必要になる。具体的には０．０１μ
ｍφには３９２ＭＰａの圧力が必要である。
【００８９】なお、グラファイトへの添加元素や金属１
４への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたの
で、ここではその説明を省略する。
４への添加元素の好ましい例についてはすでに述べたの
で、ここではその説明を省略する。
【００９０】次に、第１の製造方法のいくつかの変形例
を図４及び図５を参照しながら説明する。
を図４及び図５を参照しながら説明する。
【００９１】第１の変形例は、図４に示すように、ま
ず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔
質焼結体１２を作製する（ステップＳ１０１）。高圧容
器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられて
いる耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる
（ステップＳ１０２）。
ず、グラファイトを焼成して、グラファイトによる多孔
質焼結体１２を作製する（ステップＳ１０１）。高圧容
器３０を初期状態にして、高圧容器３０内に設けられて
いる耐火容器４０の第１室４４ａを下方に位置させる
（ステップＳ１０２）。
【００９２】その後、多孔質焼結体１２を第２室４４ｂ
にセットし、予め溶融された金属（溶融金属）１４を第
１室４４ａ内に流し込む（ステップＳ１０３）。
にセットし、予め溶融された金属（溶融金属）１４を第
１室４４ａ内に流し込む（ステップＳ１０３）。
【００９３】その後、第１室４４ａ内の溶融金属１４が
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回
させる（ステップＳ１０４）。この転回動作によって、
第１室４４ａ内の溶融金属１４が下方に位置する第２室
４４ｂに落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が含浸された状態となる。
所定温度に達した段階で、高圧容器３０を１８０°転回
させる（ステップＳ１０４）。この転回動作によって、
第１室４４ａ内の溶融金属１４が下方に位置する第２室
４４ｂに落下し、この段階で、溶融金属１４に多孔質焼
結体１２が含浸された状態となる。
【００９４】その後、ガス導入管５０を通じて高圧容器
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ１０５）。この加圧処理によって、
前記溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸
することとなる。
３０内に含浸用ガスを導入して、該高圧容器３０内を加
圧する（ステップＳ１０５）。この加圧処理によって、
前記溶融金属１４は多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸
することとなる。
【００９５】次に、第２の変形例について図５を参照し
ながら説明する。この第２の変形例に係る含浸工程は、
高圧容器３０内に設置されている耐火容器４０の内部中
央部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板（図示せ
ず）が設けられた高圧容器３０を用いる。耐火容器４０
内は、前記仕切板によって第１室４４ａと第２室４４ｂ
とに仕切られることになる。
ながら説明する。この第２の変形例に係る含浸工程は、
高圧容器３０内に設置されている耐火容器４０の内部中
央部分に、多孔質セラミック材からなる仕切板（図示せ
ず）が設けられた高圧容器３０を用いる。耐火容器４０
内は、前記仕切板によって第１室４４ａと第２室４４ｂ
とに仕切られることになる。
【００９６】前記仕切板としては、気孔率が４０ｖｏｌ
％〜９０ｖｏｌ％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０
ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望まし
く、より好ましくは気孔率が７０ｖｏｌ％〜８５ｖｏｌ
％であり、かつ気孔径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである
多孔質セラミック材を用いることが望ましい。
％〜９０ｖｏｌ％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０
ｍｍである多孔質セラミック材を用いることが望まし
く、より好ましくは気孔率が７０ｖｏｌ％〜８５ｖｏｌ
％であり、かつ気孔径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである
多孔質セラミック材を用いることが望ましい。
【００９７】そして、この第２の変形例では、図５に示
すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイ
トによる多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ２０
１）。高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内
に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方
に、第２室４４ｂを上方に位置させる（ステップＳ２０
２）。
すように、まず、グラファイトを焼成して、グラファイ
トによる多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ２０
１）。高圧容器３０を初期状態にして、高圧容器３０内
に設けられている耐火容器４０の第１室４４ａを下方
に、第２室４４ｂを上方に位置させる（ステップＳ２０
２）。
【００９８】その後、多孔質焼結体１２と金属１４の塊
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を上方に位置する第２室４４ｂ内に配置し、多孔質焼結
体１２を下方に位置する第１室４４ａにセットする（ス
テップＳ２０３）。
を高圧容器３０の耐火容器４０内に入れ、金属１４の塊
を上方に位置する第２室４４ｂ内に配置し、多孔質焼結
体１２を下方に位置する第１室４４ａにセットする（ス
テップＳ２０３）。
【００９９】その後、高圧容器３０（及び耐火容器４
０）を密閉した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ２０４）。
０）を密閉した後、吸気管４８を通じて高圧容器３０内
の真空引きを行って該高圧容器３０内を負圧状態にする
（ステップＳ２０４）。
【０１００】その後、ヒータ４２に通電して第２室４４
ｂの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ２０５）。前
記溶融金属１４が所定温度に達した段階で、ガス導入管
５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、
該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ２０６）。こ
の加圧処理によって、上方に位置する第２室４４ｂ内の
溶融金属１４は、仕切板を通過し、下方に位置する第１
室４４ａ内の多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸される
ことになる。
ｂの金属１４を加熱溶解する（ステップＳ２０５）。前
記溶融金属１４が所定温度に達した段階で、ガス導入管
５０を通じて高圧容器３０内に含浸用ガスを導入して、
該高圧容器３０内を加圧する（ステップＳ２０６）。こ
の加圧処理によって、上方に位置する第２室４４ｂ内の
溶融金属１４は、仕切板を通過し、下方に位置する第１
室４４ａ内の多孔質焼結体１２の開気孔中に含浸される
ことになる。
【０１０１】次に、第２の製造方法について図６〜図８
を参照しながら説明する。この第２の製造方法では、図
６に示すように、グラファイトを焼成して多孔質焼結体
１２を作製するための炉６０と、図７に示すように、多
孔質焼結体１２に金属１４を含浸させるためのプレス機
６２が使用される。
を参照しながら説明する。この第２の製造方法では、図
６に示すように、グラファイトを焼成して多孔質焼結体
１２を作製するための炉６０と、図７に示すように、多
孔質焼結体１２に金属１４を含浸させるためのプレス機
６２が使用される。
【０１０２】炉６０は、図６に示すように、黒鉛をグラ
ファイト化するために用いられるものであり、その内部
にケース７０を収容可能な空間７２と、該空間７２内に
収容されたケース７０を加熱するためのヒータ７４が設
けられている。ケース７０はグラファイト、セラミック
ス、セラペーパ（アルミナ等のセラミックスから構成さ
れる断熱材）等の材料から構成される。そして、このケ
ース７０には、グラファイトが収容される。
ファイト化するために用いられるものであり、その内部
にケース７０を収容可能な空間７２と、該空間７２内に
収容されたケース７０を加熱するためのヒータ７４が設
けられている。ケース７０はグラファイト、セラミック
ス、セラペーパ（アルミナ等のセラミックスから構成さ
れる断熱材）等の材料から構成される。そして、このケ
ース７０には、グラファイトが収容される。
【０１０３】プレス機６２は、図７に示すように、上部
開口の凹部８０を有する金型８２と、凹部８０内に挿通
可能とされ、かつ、凹部８０内の内容物を押し下げ圧入
するパンチ８４とを有する。
開口の凹部８０を有する金型８２と、凹部８０内に挿通
可能とされ、かつ、凹部８０内の内容物を押し下げ圧入
するパンチ８４とを有する。
【０１０４】次に、前記炉６０とプレス機６２を用いた
第２の製造方法について図６〜図８を参照しながら説明
する。
第２の製造方法について図６〜図８を参照しながら説明
する。
【０１０５】まず、ケース７０内にグラファイトを入
れ、該ケース７０を炉６０内に収容する（ステップＳ３
０１）。炉６０内の雰囲気を加熱して、グラファイトを
焼成し多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ３０
２）。
れ、該ケース７０を炉６０内に収容する（ステップＳ３
０１）。炉６０内の雰囲気を加熱して、グラファイトを
焼成し多孔質焼結体１２を作製する（ステップＳ３０
２）。
【０１０６】また、この工程においては、グラファイト
に対して電流を通電することにより３０００℃程度まで
加熱して、多孔質焼結体１２を作製するようにしてもよ
い。
に対して電流を通電することにより３０００℃程度まで
加熱して、多孔質焼結体１２を作製するようにしてもよ
い。
【０１０７】その後、炉６０から多孔質焼結体１２をケ
ース７０ごと取り出して、プレス機６２の凹部８０内に
多孔質焼結体１２をケース７０ごと収容する（ステップ
Ｓ３０３）。
ース７０ごと取り出して、プレス機６２の凹部８０内に
多孔質焼結体１２をケース７０ごと収容する（ステップ
Ｓ３０３）。
【０１０８】次に、ケース７０内に金属１４の溶湯８６
を注湯した後（ステップＳ３０４）、パンチ８４を凹部
８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し下
げ圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチ８４の押
圧処理によって、金属１４の溶湯８６は、多孔質焼結体
１２の開気孔中に含浸することとなる。
を注湯した後（ステップＳ３０４）、パンチ８４を凹部
８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し下
げ圧入する（ステップＳ３０５）。このパンチ８４の押
圧処理によって、金属１４の溶湯８６は、多孔質焼結体
１２の開気孔中に含浸することとなる。
【０１０９】上述の第２の製造方法において、前記パン
チ８４による圧入時の圧力を１．０１ＭＰａ〜２０２Ｍ
Ｐａ（１０気圧〜２０００気圧）とすることが好まし
い。また、図７に示すように、ケース７０の底部や金型
８２の底部に、多孔質焼結体１２に残存するガスを抜く
ためのガス抜き孔８８及び９０やガスを抜くための隙間
部を形成するようにしてもよい。この場合、パンチ８４
の圧入時に、多孔質焼結体１２に残存するガスがガス抜
き孔８８及び９０を通して抜けるため、開気孔への溶湯
８６の含浸がスムーズに行われることになる。
チ８４による圧入時の圧力を１．０１ＭＰａ〜２０２Ｍ
Ｐａ（１０気圧〜２０００気圧）とすることが好まし
い。また、図７に示すように、ケース７０の底部や金型
８２の底部に、多孔質焼結体１２に残存するガスを抜く
ためのガス抜き孔８８及び９０やガスを抜くための隙間
部を形成するようにしてもよい。この場合、パンチ８４
の圧入時に、多孔質焼結体１２に残存するガスがガス抜
き孔８８及び９０を通して抜けるため、開気孔への溶湯
８６の含浸がスムーズに行われることになる。
【０１１０】このように、第２の製造方法の各工程を踏
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａを容
易に得ることができる。
むことにより、グラファイトによる多孔質焼結体１２へ
の金属１４の含浸処理を容易に行うことができ、しか
も、多孔質焼結体１２への金属１４の含浸率を向上させ
ることができ、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ａを容
易に得ることができる。
【０１１１】上述の炉６０の代わりに、予熱を利用する
炉を使用してもよい。この場合、予め圧粉した材料又は
グラファイトによる多孔質焼結体１２を予熱する。この
処理によってネットワーク化しているグラファイト（又
は後述のＳｉＣ）に対して金属１４が含浸しやすくな
る。予熱の温度は、溶湯８６と同程度の温度まで予熱す
ることが望ましい。具体的には、溶湯８６が１２００℃
程度であるならば、グラファイトの予熱温度は１０００
℃〜１４００℃が望ましい。
炉を使用してもよい。この場合、予め圧粉した材料又は
グラファイトによる多孔質焼結体１２を予熱する。この
処理によってネットワーク化しているグラファイト（又
は後述のＳｉＣ）に対して金属１４が含浸しやすくな
る。予熱の温度は、溶湯８６と同程度の温度まで予熱す
ることが望ましい。具体的には、溶湯８６が１２００℃
程度であるならば、グラファイトの予熱温度は１０００
℃〜１４００℃が望ましい。
【０１１２】次に、１つの実験例を示す。この実験例
は、第２の製造方法を用いて、１種類のカーボン（グラ
ファイト）に含浸する金属１４の種類、添加元素の種類
を変えて、含浸箇所による密度の違い、熱伝導率の違
い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いに関す
る添加元素の効果をそれぞれ見たものである。この実験
例の結果を図９〜図２１に示す。
は、第２の製造方法を用いて、１種類のカーボン（グラ
ファイト）に含浸する金属１４の種類、添加元素の種類
を変えて、含浸箇所による密度の違い、熱伝導率の違
い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気孔率の違いに関す
る添加元素の効果をそれぞれ見たものである。この実験
例の結果を図９〜図２１に示す。
【０１１３】図９は、前記第２の製造方法によって作製
された図１に示すヒートシンク材１０ＡのＩＶ−ＩＶ線
方向の断面図を示す。前記密度の違いについては、前記
ヒートシンク材１０Ａの含浸箇所を含浸箇所１０ａ〜１
０ｆに６分割して、前記６分割における密度を測定し
た。
された図１に示すヒートシンク材１０ＡのＩＶ−ＩＶ線
方向の断面図を示す。前記密度の違いについては、前記
ヒートシンク材１０Ａの含浸箇所を含浸箇所１０ａ〜１
０ｆに６分割して、前記６分割における密度を測定し
た。
【０１１４】図１０〜図１３は、前記含浸箇所１０ａ〜
１０ｆにおけるヒートシンク材１０Ａの密度を示す。こ
こで、上記した添加元素を金属１４に添加して作製され
たヒートシンク材１０Ａは６種類（７５Ｓｂ／２５Ｃ
ｕ、７０Ｓｂ／３０Ｔｅ、６０Ｓｂ／４０Ｓｎ、１５Ｎ
ｉ−８５Ｂｉ、８５Ｓｂ−１５Ｂｉ、７０Ｓｂ−１Ｚｒ
−２９Ｓｎ）であり、前記６種類以外の３種類のヒート
シンク材１０Ａ（７０Ｎｉ−３０Ｓｉ、７５Ａｌ−２５
Ｓｉ、５０Ｓｎ−５０Ｃｕ）は、従来技術に基づいて構
成されたヒートシンク材である。また、素材（ＮＳ３−
２１）は前記ヒートシンク材１０Ａの基材であるグラフ
ァイトである。添加元素の金属１４への添加によって、
該ヒートシンク材１０Ａの密度のばらつきがほとんどな
いことが分かる。すなわち、前記含浸箇所１０ａ〜１０
ｆには同一量の金属１４が含浸されていることを示して
いると共に、気孔率も同一であることが示唆される。
１０ｆにおけるヒートシンク材１０Ａの密度を示す。こ
こで、上記した添加元素を金属１４に添加して作製され
たヒートシンク材１０Ａは６種類（７５Ｓｂ／２５Ｃ
ｕ、７０Ｓｂ／３０Ｔｅ、６０Ｓｂ／４０Ｓｎ、１５Ｎ
ｉ−８５Ｂｉ、８５Ｓｂ−１５Ｂｉ、７０Ｓｂ−１Ｚｒ
−２９Ｓｎ）であり、前記６種類以外の３種類のヒート
シンク材１０Ａ（７０Ｎｉ−３０Ｓｉ、７５Ａｌ−２５
Ｓｉ、５０Ｓｎ−５０Ｃｕ）は、従来技術に基づいて構
成されたヒートシンク材である。また、素材（ＮＳ３−
２１）は前記ヒートシンク材１０Ａの基材であるグラフ
ァイトである。添加元素の金属１４への添加によって、
該ヒートシンク材１０Ａの密度のばらつきがほとんどな
いことが分かる。すなわち、前記含浸箇所１０ａ〜１０
ｆには同一量の金属１４が含浸されていることを示して
いると共に、気孔率も同一であることが示唆される。
【０１１５】図１４〜図２０は、前記実験例及び４種類
のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ−５Ｃｕ、９５Ｓｂ
−５Ｂｉ、９５Ｓｂ−５Ｓｎ、９５Ｓｂ−５Ｔｅ）にお
ける熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気
孔率の違いをまとめたものである。
のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ−５Ｃｕ、９５Ｓｂ
−５Ｂｉ、９５Ｓｂ−５Ｓｎ、９５Ｓｂ−５Ｔｅ）にお
ける熱伝導率の違い、熱膨張率の違い、金属含浸後の気
孔率の違いをまとめたものである。
【０１１６】まず、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｂｉを添加元素として
含浸したヒートシンク材１０Ａの場合、純アルミ、純
銅、純ニッケルを含浸させた従来技術に係るものと比較
して、密度及び熱伝導率に違いは見られない。これは、
前記添加元素の添加によって、カーボンと金属１４との
界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属
１４との密着性が向上するためである。
含浸したヒートシンク材１０Ａの場合、純アルミ、純
銅、純ニッケルを含浸させた従来技術に係るものと比較
して、密度及び熱伝導率に違いは見られない。これは、
前記添加元素の添加によって、カーボンと金属１４との
界面における濡れ性が改善され、前記カーボンと該金属
１４との密着性が向上するためである。
【０１１７】他方、気孔率については、すべてのカーボ
ンにおいて、純銅を含浸させたもの、銅合金を含浸させ
たもの、純アルミを含浸させたものと比較して、前記添
加元素を含浸させたものの気孔率は低下することが確認
された。これも、前記添加元素の添加によって、カーボ
ンと金属１４との界面における濡れ性が改善され、前記
カーボンと該金属１４との密着性が向上するためであ
る。
ンにおいて、純銅を含浸させたもの、銅合金を含浸させ
たもの、純アルミを含浸させたものと比較して、前記添
加元素を含浸させたものの気孔率は低下することが確認
された。これも、前記添加元素の添加によって、カーボ
ンと金属１４との界面における濡れ性が改善され、前記
カーボンと該金属１４との密着性が向上するためであ
る。
【０１１８】また、これら各サンプルは、面方向と厚さ
方向の熱伝導率の比が１：５以下となっており、ほとん
ど等方性に近い特性を有するため、ヒートシンクとして
使用する場合に、設置方向をいちいち考慮する必要がな
く、実装面で有利となる。
方向の熱伝導率の比が１：５以下となっており、ほとん
ど等方性に近い特性を有するため、ヒートシンクとして
使用する場合に、設置方向をいちいち考慮する必要がな
く、実装面で有利となる。
【０１１９】図２１は、前記実験例よりも高い含浸圧力
で作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、金属含浸
後の気孔率をまとめたものである。この場合、第１の製
造方法による１種類のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ
−５Ｃｕ）と、従来技術による１種類のヒートシンク材
（４．５Ｓｉ−９５．５Ｃｕ）について調べた。
で作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、金属含浸
後の気孔率をまとめたものである。この場合、第１の製
造方法による１種類のヒートシンク材１０Ａ（９５Ｓｂ
−５Ｃｕ）と、従来技術による１種類のヒートシンク材
（４．５Ｓｉ−９５．５Ｃｕ）について調べた。
【０１２０】含浸圧力を増加した場合は、例えば図２０
に挙げたサンプル等と比較すると、残留気孔率はやや低
減していることがわかる。ただし、第１の製造方法によ
って作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、図１０
〜図２０に示す低い含浸圧力におけるヒートシンク材１
０Ａの密度とを比較すると、含浸圧力の増加は、金属含
浸後の密度及び残留気孔率に対してそれほど影響を与え
ないことがわかる。それよりは、図２１に示すように、
含浸金属を変えることで、残留気孔率の低減が大きいこ
とが注目される。つまり、含浸圧力の増加による効果よ
りも、含浸金属を変えることによる効果が大きいことが
認められる。従って、添加金属を含浸したヒートシンク
材１０Ａは、低い含浸圧力であっても、所望の気孔率と
密度を備えたヒートシンク材１０Ａを実現することが可
能である。
に挙げたサンプル等と比較すると、残留気孔率はやや低
減していることがわかる。ただし、第１の製造方法によ
って作製されたヒートシンク材１０Ａの密度と、図１０
〜図２０に示す低い含浸圧力におけるヒートシンク材１
０Ａの密度とを比較すると、含浸圧力の増加は、金属含
浸後の密度及び残留気孔率に対してそれほど影響を与え
ないことがわかる。それよりは、図２１に示すように、
含浸金属を変えることで、残留気孔率の低減が大きいこ
とが注目される。つまり、含浸圧力の増加による効果よ
りも、含浸金属を変えることによる効果が大きいことが
認められる。従って、添加金属を含浸したヒートシンク
材１０Ａは、低い含浸圧力であっても、所望の気孔率と
密度を備えたヒートシンク材１０Ａを実現することが可
能である。
【０１２１】次に、第２の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０Ｂについて図２２を参照しながら説明する。
ク材１０Ｂについて図２２を参照しながら説明する。
【０１２２】第２の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ｂは、図２２に示すように、カーボン又はその同素体
の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを混合し、所定
温度、所定圧力下で成形されて構成されている。
０Ｂは、図２２に示すように、カーボン又はその同素体
の粉末１２ａと金属１４の粉末１４ａとを混合し、所定
温度、所定圧力下で成形されて構成されている。
【０１２３】前記カーボン又はその同素体としては、熱
伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２００Ｗ／ｍ
Ｋ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに望ましく
は２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、
より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状
態での推定値）のものを使用することが好ましい。特
に、この第２の実施の形態では、グラファイトのほか
に、ダイヤモンドを使用することができる。この第２の
実施の形態では、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のグラ
ファイトの粉末と銅の粉末を混合し、成形して構成され
たヒートシンク材１０Ｂを示している。前記金属１４と
しては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑
制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Ｂ
ｉのほかに、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から選択された金属
又は前記金属からなる合金を使用することができる。
伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上、望ましくは２００Ｗ／ｍ
Ｋ以上（気孔がない状態での推定値）、さらに望ましく
は２５０Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状態での推定値）、
より一層望ましくは３００Ｗ／ｍＫ以上（気孔がない状
態での推定値）のものを使用することが好ましい。特
に、この第２の実施の形態では、グラファイトのほか
に、ダイヤモンドを使用することができる。この第２の
実施の形態では、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のグラ
ファイトの粉末と銅の粉末を混合し、成形して構成され
たヒートシンク材１０Ｂを示している。前記金属１４と
しては、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮を抑
制する性質を備えた金属を使用することが好ましく、Ｂ
ｉのほかに、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から選択された金属
又は前記金属からなる合金を使用することができる。
【０１２４】また、この第２の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ｂは、前記カーボン又はその同素体の粉砕
裁断材（例えば炭素繊維の粉砕裁断材）と前記金属１４
の粉末１４ａとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形
して構成することもできる。
シンク材１０Ｂは、前記カーボン又はその同素体の粉砕
裁断材（例えば炭素繊維の粉砕裁断材）と前記金属１４
の粉末１４ａとを混合し、所定温度、所定圧力下で成形
して構成することもできる。
【０１２５】そして、前記所定温度としては、プレス型
内での成形を考慮すると、前記金属１４における融点の
−１０℃〜−５０℃が好ましく、前記所定圧力として
は、１０．１３ＭＰａ〜１０１．３２ＭＰａ（１００気
圧〜１０００気圧）が好ましい。
内での成形を考慮すると、前記金属１４における融点の
−１０℃〜−５０℃が好ましく、前記所定圧力として
は、１０．１３ＭＰａ〜１０１．３２ＭＰａ（１００気
圧〜１０００気圧）が好ましい。
【０１２６】また、前記カーボン又はその同素体の粉末
１２ａと、金属１４の粉末１４ａの平均粉末粒度は、１
μｍ〜５００μｍであることが好ましい。カーボン又は
その同素体と金属１４との体積率は、カーボン又はその
同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属１４が８０
ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲としている。これによ
り、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱
伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が
５％であるヒートシンク材１０Ｂを得ることができる。
１２ａと、金属１４の粉末１４ａの平均粉末粒度は、１
μｍ〜５００μｍであることが好ましい。カーボン又は
その同素体と金属１４との体積率は、カーボン又はその
同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％、金属１４が８０
ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲としている。これによ
り、直交する３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱
伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が
５％であるヒートシンク材１０Ｂを得ることができる。
【０１２７】この第２の実施の形態に係るヒートシンク
材１０Ｂにおいて、カーボン又はその同素体に、成形後
の再焼成を可能とする添加物を添加させることが好まし
い。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げ
ることができる。これにより、成形後において、前記金
属１４の融点以上の温度での再焼成が可能となる。この
場合、成形後に生じた粒同士が前記再焼成によって結合
することになるため、熱伝導を阻害する粒界をほとんど
なくすことができ、ヒートシンク材１０Ｂの熱伝導率の
向上を図ることができる。
材１０Ｂにおいて、カーボン又はその同素体に、成形後
の再焼成を可能とする添加物を添加させることが好まし
い。この添加物としては、ＳｉＣ及び／又はＳｉを挙げ
ることができる。これにより、成形後において、前記金
属１４の融点以上の温度での再焼成が可能となる。この
場合、成形後に生じた粒同士が前記再焼成によって結合
することになるため、熱伝導を阻害する粒界をほとんど
なくすことができ、ヒートシンク材１０Ｂの熱伝導率の
向上を図ることができる。
【０１２８】また、カーボン又はその同素体中に、該カ
ーボン又はその同素体と反応する元素を添加するように
してもよい。この添加元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、ミッシュメタ
ルから選択された１種以上を挙げることができる。これ
により、成形時や再焼成時に、カーボン又はその同素体
の表面に反応層（カーバイド層）が形成され、ヒートシ
ンク材１０Ｂの表面における粒同士の結合を向上させる
ことができる。
ーボン又はその同素体と反応する元素を添加するように
してもよい。この添加元素としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂ、ミッシュメタ
ルから選択された１種以上を挙げることができる。これ
により、成形時や再焼成時に、カーボン又はその同素体
の表面に反応層（カーバイド層）が形成され、ヒートシ
ンク材１０Ｂの表面における粒同士の結合を向上させる
ことができる。
【０１２９】一方、前記金属１４には、凝固膨張の性質
を備えた金属、例えばＢｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から
選択された１種又は前記金属からなる合金を選択するこ
とが好ましい。これにより、カーボン又はその同素体と
金属１４との界面の濡れ性が改善されると共に、前記金
属１４が室温レベルまで冷却されることによる収縮量の
減少を抑制することが可能となり、ヒートシンク材１０
Ｂの気孔率を低減することが可能となる。
を備えた金属、例えばＢｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から
選択された１種又は前記金属からなる合金を選択するこ
とが好ましい。これにより、カーボン又はその同素体と
金属１４との界面の濡れ性が改善されると共に、前記金
属１４が室温レベルまで冷却されることによる収縮量の
減少を抑制することが可能となり、ヒートシンク材１０
Ｂの気孔率を低減することが可能となる。
【０１３０】また、前記金属１４に、銅に０．５ｗｔ％
以下しか固溶しないＮｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅから選択さ
れた１種以上の低融点金属を添加することが好ましい。
これにより、成形時における金属１４同士の結合力を向
上することが可能となる。
以下しか固溶しないＮｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅから選択さ
れた１種以上の低融点金属を添加することが好ましい。
これにより、成形時における金属１４同士の結合力を向
上することが可能となる。
【０１３１】次に、この第２の実施の形態に係るヒート
シンク材１０Ｂを製造するためのいくつかの方法（第３
及び第４の製造方法）を図２３〜図２７を参照しながら
説明する。
シンク材１０Ｂを製造するためのいくつかの方法（第３
及び第４の製造方法）を図２３〜図２７を参照しながら
説明する。
【０１３２】まず、第３の製造方法は、具体的には図２
３及び図２４にその一例を示すように、予備成形機１０
０（図２３参照）と、ホットプレス機１０２（図２４参
照）を使用することによって行われる。
３及び図２４にその一例を示すように、予備成形機１０
０（図２３参照）と、ホットプレス機１０２（図２４参
照）を使用することによって行われる。
【０１３３】予備成形機１００は、図２３に示すよう
に、上部開口の凹部１１０を有する金型１１２と、凹部
１１０内に挿通可能とされ、かつ、凹部１１０内の内容
物を押し下げ圧入するパンチ１１４とを有する。ケース
７０には、カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属
１４の粉末１４ａとを混合したもの、すなわち、混合物
１０４が収容される。
に、上部開口の凹部１１０を有する金型１１２と、凹部
１１０内に挿通可能とされ、かつ、凹部１１０内の内容
物を押し下げ圧入するパンチ１１４とを有する。ケース
７０には、カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属
１４の粉末１４ａとを混合したもの、すなわち、混合物
１０４が収容される。
【０１３４】ホットプレス機１０２は、図２４に示すよ
うに、筒状の筐体１２０内に、基台を兼ねる下パンチ１
２２と、該下パンチ１２２上に固定された上面開口の黒
鉛製の耐火容器１２４と、該耐火容器１２４内に上方か
ら進退自在とされた上パンチ１２６と、前記耐火容器１
２４を加熱するためのヒータ１２８が設けられている。
耐火容器１２４には、前記予備成形機１００で成形され
た混合物１０４の予備成形体１０６が収容される。な
お、このホットプレス機１０２には、真空引きのための
吸気管１３０が設けられている。
うに、筒状の筐体１２０内に、基台を兼ねる下パンチ１
２２と、該下パンチ１２２上に固定された上面開口の黒
鉛製の耐火容器１２４と、該耐火容器１２４内に上方か
ら進退自在とされた上パンチ１２６と、前記耐火容器１
２４を加熱するためのヒータ１２８が設けられている。
耐火容器１２４には、前記予備成形機１００で成形され
た混合物１０４の予備成形体１０６が収容される。な
お、このホットプレス機１０２には、真空引きのための
吸気管１３０が設けられている。
【０１３５】下パンチ１２２の内部には、耐火容器１２
４内を加熱するための加熱用流体や耐火容器１２４内を
冷却するための冷却用流体を流通させる通路１３２が設
けられている。
４内を加熱するための加熱用流体や耐火容器１２４内を
冷却するための冷却用流体を流通させる通路１３２が設
けられている。
【０１３６】そして、第３の製造方法は、図２５に示す
工程を踏むことにより行われる。まず、ケース７０内に
カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末
１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た後（ステ
ップＳ４０１）、該混合物１０４が入ったケース７０を
予備成形機１００における金型１１２の凹部１１０内に
収容する（ステップＳ４０２）。その後、パンチ１１４
を凹部１１０内に圧入して混合物１０４を予備成形して
予備成形体１０６を成形する（ステップＳ４０３）。
工程を踏むことにより行われる。まず、ケース７０内に
カーボン又はその同素体の粉末１２ａと金属１４の粉末
１４ａとを入れて混合して混合物１０４を得た後（ステ
ップＳ４０１）、該混合物１０４が入ったケース７０を
予備成形機１００における金型１１２の凹部１１０内に
収容する（ステップＳ４０２）。その後、パンチ１１４
を凹部１１０内に圧入して混合物１０４を予備成形して
予備成形体１０６を成形する（ステップＳ４０３）。
【０１３７】次に、金型１１２から予備成形体１０６を
取り出して、該予備成形体１０６をホットプレス機１０
２における耐火容器１２４内に収容する（ステップＳ４
０４）。耐火容器１２４を密封した後、吸気管１３０を
通じて耐火容器１２４内の真空引きを行って該耐火容器
１２４内を負圧状態にする（ステップＳ４０５）。その
後、ヒータ１２８に通電して、耐火容器１２４内の温度
を金属１４の融点の−１０℃〜−５０℃にする（ステッ
プＳ４０６）。
取り出して、該予備成形体１０６をホットプレス機１０
２における耐火容器１２４内に収容する（ステップＳ４
０４）。耐火容器１２４を密封した後、吸気管１３０を
通じて耐火容器１２４内の真空引きを行って該耐火容器
１２４内を負圧状態にする（ステップＳ４０５）。その
後、ヒータ１２８に通電して、耐火容器１２４内の温度
を金属１４の融点の−１０℃〜−５０℃にする（ステッ
プＳ４０６）。
【０１３８】所定温度に達した段階で、上パンチ１２６
を下方に移動させて、予備成形体１０６を加圧してヒー
トシンク材１０Ｂを得る（ステップＳ４０７）。その
後、加工工程等を経ることによって実際のヒートシンク
材１０Ｂとして使用される。但し、カーボン又はその同
素体と金属１４との結合力を高める元素が添加されてい
る場合には、前記加圧後に、金属１４の融点以上まで加
熱してもよい。
を下方に移動させて、予備成形体１０６を加圧してヒー
トシンク材１０Ｂを得る（ステップＳ４０７）。その
後、加工工程等を経ることによって実際のヒートシンク
材１０Ｂとして使用される。但し、カーボン又はその同
素体と金属１４との結合力を高める元素が添加されてい
る場合には、前記加圧後に、金属１４の融点以上まで加
熱してもよい。
【０１３９】なお、カーボン又はその同素体への添加元
素や金属１４への添加元素の好ましい例についてはすで
に述べたので、ここではその詳細な説明を省略する。
素や金属１４への添加元素の好ましい例についてはすで
に述べたので、ここではその詳細な説明を省略する。
【０１４０】このように、第３の製造方法の各工程を踏
むことにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ｂを容
易に得ることができる。
むことにより、直交する３軸方向の平均又はいずれかの
軸方向の熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であって、か
つ、気孔率が５％以下であるヒートシンク材１０Ｂを容
易に得ることができる。
【０１４１】次に、第４の製造方法について図２６及び
図２７を参照しながら説明する。この第４の製造方法で
は、図２６に示すように、予備成形機１００は使用せず
に、ホットプレス機１０２のみを使用することによって
行われる。
図２７を参照しながら説明する。この第４の製造方法で
は、図２６に示すように、予備成形機１００は使用せず
に、ホットプレス機１０２のみを使用することによって
行われる。
【０１４２】すなわち、図２７に示すように、まず、ケ
ース７０内にカーボン又はその同素体の粉末１２ａと金
属１４の粉末１４ａとを入れて混合して混合物１０４を
得た後（ステップＳ５０１）、ケース７０内の混合物１
０４を直接ホットプレス機１０２における耐火容器１２
４内に収容する（ステップＳ５０２）。耐火容器１２４
を密封した後、吸気管１３０を通じて耐火容器１２４内
の真空引きを行って該耐火容器１２４内を負圧状態にす
る（ステップＳ５０３）。その後、ヒータ１２８に通電
して、耐火容器１２４内の温度を金属１４の融点の−１
０℃〜−５０℃にする（ステップＳ５０４）。
ース７０内にカーボン又はその同素体の粉末１２ａと金
属１４の粉末１４ａとを入れて混合して混合物１０４を
得た後（ステップＳ５０１）、ケース７０内の混合物１
０４を直接ホットプレス機１０２における耐火容器１２
４内に収容する（ステップＳ５０２）。耐火容器１２４
を密封した後、吸気管１３０を通じて耐火容器１２４内
の真空引きを行って該耐火容器１２４内を負圧状態にす
る（ステップＳ５０３）。その後、ヒータ１２８に通電
して、耐火容器１２４内の温度を金属１４の融点の−１
０℃〜−５０℃にする（ステップＳ５０４）。
【０１４３】所定温度に達した段階で、上パンチ１２６
を下方に移動させて、混合物１０４を加圧してヒートシ
ンク材１０Ｂを得る（ステップＳ５０５）。
を下方に移動させて、混合物１０４を加圧してヒートシ
ンク材１０Ｂを得る（ステップＳ５０５）。
【０１４４】この第４の製造方法においても、直交する
３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３０
０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％以下であ
るヒートシンク材１０Ｂを容易に得ることができる。
３軸方向の平均又はいずれかの軸方向の熱伝導率が３０
０Ｗ／ｍＫ以上であって、かつ、気孔率が５％以下であ
るヒートシンク材１０Ｂを容易に得ることができる。
【０１４５】次に、第３の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０Ｃについて図２８を参照しながら説明する。
ク材１０Ｃについて図２８を参照しながら説明する。
【０１４６】第３の実施の形態に係るヒートシンク材１
０Ｃは、図２８に示すように、カーボン又はその同素体
の粉末１２ｂとバインダー（結合体）等とを混合した混
合物を加圧して予備成形体及びブロック（立方体、直方
体、又は任意の形状であってもよい）を成形し、さら
に、このブロックに金属１４を含浸させて構成してい
る。粉末１２ｂは、第２の実施の形態で用いたカーボン
又はその同素体の粉末１２ａと同じものでもよい。この
ヒートシンク材１０Ｃは、最終形状に近い任意の形状に
作ることができる。
０Ｃは、図２８に示すように、カーボン又はその同素体
の粉末１２ｂとバインダー（結合体）等とを混合した混
合物を加圧して予備成形体及びブロック（立方体、直方
体、又は任意の形状であってもよい）を成形し、さら
に、このブロックに金属１４を含浸させて構成してい
る。粉末１２ｂは、第２の実施の形態で用いたカーボン
又はその同素体の粉末１２ａと同じものでもよい。この
ヒートシンク材１０Ｃは、最終形状に近い任意の形状に
作ることができる。
【０１４７】前記カーボン又はその同素体としては、グ
ラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することがで
きる。また、金属１４としては、Ｂｉのほかに、Ｓｂ、
Ｇａ、黒鉛鋳鉄又はこれらの金属を含む合金を使用する
ことができる。
ラファイトのほかに、ダイヤモンドを使用することがで
きる。また、金属１４としては、Ｂｉのほかに、Ｓｂ、
Ｇａ、黒鉛鋳鉄又はこれらの金属を含む合金を使用する
ことができる。
【０１４８】また、前記カーボン又はその同素体の粉末
１２ｂの平均粉末粒度は、１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末１２ｂが最小の長さをとる方向と、最大の長さ
をとる方向とで、その長さの比が１：５以下であること
が好ましい。この場合、強いネットワークはないもの
の、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。従
って、後工程の加工を省略することも可能である。そし
て、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂと金属１４と
の体積率は、カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜
８０ｖｏｌ％、金属１４が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％
の範囲が望ましい。
１２ｂの平均粉末粒度は、１μｍ〜５００μｍであり、
前記粉末１２ｂが最小の長さをとる方向と、最大の長さ
をとる方向とで、その長さの比が１：５以下であること
が好ましい。この場合、強いネットワークはないもの
の、最終形状に近い任意の形状に作ることができる。従
って、後工程の加工を省略することも可能である。そし
て、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂと金属１４と
の体積率は、カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜
８０ｖｏｌ％、金属１４が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％
の範囲が望ましい。
【０１４９】また、カーボン又はその同素体の粉末１２
ｂ中に、該カーボン又はその同素体と反応するための添
加元素を添加することが望ましい。この添加元素は第２
の実施の形態と同様に選択すればよい。
ｂ中に、該カーボン又はその同素体と反応するための添
加元素を添加することが望ましい。この添加元素は第２
の実施の形態と同様に選択すればよい。
【０１５０】前記金属１４には、第１の実施の形態の場
合と同様に各添加元素を用いることが望ましい。つま
り、濡れ性を改善させるための添加元素、カーボン又は
その同素体と金属１４との反応性を向上させるための添
加元素、融点を低減させるための添加元素等である。
合と同様に各添加元素を用いることが望ましい。つま
り、濡れ性を改善させるための添加元素、カーボン又は
その同素体と金属１４との反応性を向上させるための添
加元素、融点を低減させるための添加元素等である。
【０１５１】次に、第３の実施の形態の第５の製造方法
について図２９を参照しながら説明する。この第５の製
造方法では、まず、カーボン又はその同素体の粉末１２
ｂに水又はバインダー（結合材）を混合させて混合物を
用意する（ステップＳ６０１）。
について図２９を参照しながら説明する。この第５の製
造方法では、まず、カーボン又はその同素体の粉末１２
ｂに水又はバインダー（結合材）を混合させて混合物を
用意する（ステップＳ６０１）。
【０１５２】そして、その混合物を所定圧力で加圧して
図示しない予備成形体を成形する（ステップＳ６０
２）。加圧装置としてはプレス機６２（図７参照）又は
予備成形機１００（図２３参照）を用いるとよい。
図示しない予備成形体を成形する（ステップＳ６０
２）。加圧装置としてはプレス機６２（図７参照）又は
予備成形機１００（図２３参照）を用いるとよい。
【０１５３】次に、得られた前記予備成形体に溶融金属
１４を含浸しやすくするために予熱処理を行う（ステッ
プＳ６０３）。この予熱温度は、例えば、溶融金属１４
が１２００℃程度であるならば、グラファイトの予熱温
度は１０００℃〜１４００℃が望ましい。この予熱処理
を行うことで、ステップＳ６０１において用いたバイン
ダーを除去することもできる。
１４を含浸しやすくするために予熱処理を行う（ステッ
プＳ６０３）。この予熱温度は、例えば、溶融金属１４
が１２００℃程度であるならば、グラファイトの予熱温
度は１０００℃〜１４００℃が望ましい。この予熱処理
を行うことで、ステップＳ６０１において用いたバイン
ダーを除去することもできる。
【０１５４】さらに、ステップＳ６０４において、前記
予備成形体を焼成してブロックを成形する。焼成する方
法は第１の実施の形態と同様に行う。
予備成形体を焼成してブロックを成形する。焼成する方
法は第１の実施の形態と同様に行う。
【０１５５】そして、溶融金属１４を前記ブロックに含
浸させる（ステップＳ６０５）。この含浸工程は、第１
の実施の形態で示した各含浸工程と同じ処理を行えばよ
い。例えば、高圧容器３０（図２参照）を使用して、第
１の製造方法（図３参照）におけるステップＳ２からス
テップＳ９の工程を行うことでヒートシンク材１０Ｃを
得ることができる。
浸させる（ステップＳ６０５）。この含浸工程は、第１
の実施の形態で示した各含浸工程と同じ処理を行えばよ
い。例えば、高圧容器３０（図２参照）を使用して、第
１の製造方法（図３参照）におけるステップＳ２からス
テップＳ９の工程を行うことでヒートシンク材１０Ｃを
得ることができる。
【０１５６】この第５の製造方法によれば、ステップＳ
６０２で行う加圧処理において、粉末の圧粉状況により
熱膨張率と熱伝導率を所望の値に制御することができ
る。
６０２で行う加圧処理において、粉末の圧粉状況により
熱膨張率と熱伝導率を所望の値に制御することができ
る。
【０１５７】また、得られたヒートシンク材１０Ｃは、
熱伝導率がより等方性になり、濡れ性、材料の歩留まり
も向上するという特徴を持つ。
熱伝導率がより等方性になり、濡れ性、材料の歩留まり
も向上するという特徴を持つ。
【０１５８】さらに、金属１４の方がネットワークにな
るので強度を上げることができ、残留気孔も減少させる
ことができる。
るので強度を上げることができ、残留気孔も減少させる
ことができる。
【０１５９】またさらに、ヒートシンク材１０Ｃを廉価
に製造することができる。すなわち、含浸前のブロック
は脆いためにそのままでは加工できない。しかし、粉末
予備成形品は、そのものの形状に成形しておいてから含
浸することができ、かつ、その後の多少の塑性変形にも
耐え得るため、複雑形状のヒートシンク材１０Ｃを廉価
に得ることができる。
に製造することができる。すなわち、含浸前のブロック
は脆いためにそのままでは加工できない。しかし、粉末
予備成形品は、そのものの形状に成形しておいてから含
浸することができ、かつ、その後の多少の塑性変形にも
耐え得るため、複雑形状のヒートシンク材１０Ｃを廉価
に得ることができる。
【０１６０】この第５の製造方法においても、前述の各
製造方法の場合と同様に、含浸させる金属１４に炭化物
を形成する元素を添加することで熱膨張率を下げること
ができる。また、濡れ性等の改良元素を添加することに
より含浸率を向上させることができる。
製造方法の場合と同様に、含浸させる金属１４に炭化物
を形成する元素を添加することで熱膨張率を下げること
ができる。また、濡れ性等の改良元素を添加することに
より含浸率を向上させることができる。
【０１６１】また、高い含浸圧力を付与した場合の方
が、含浸率が上がり、強度、熱伝導率も向上する。
が、含浸率が上がり、強度、熱伝導率も向上する。
【０１６２】次に、第３の実施の形態に係るヒートシン
ク材１０Ｃの第６の製造方法について図３０を参照しな
がら説明する。この第６の製造方法では、まず、金属を
溶解した溶解金属又は固液共存状態の金属（固液共存金
属）を用意する（ステップＳ７０１）。ここで、固液共
存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたも
の、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたも
のをいい、金属を加熱して直接的に半融状態にしたもの
と、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にした
ものの両方を指す。
ク材１０Ｃの第６の製造方法について図３０を参照しな
がら説明する。この第６の製造方法では、まず、金属を
溶解した溶解金属又は固液共存状態の金属（固液共存金
属）を用意する（ステップＳ７０１）。ここで、固液共
存状態とは金属（一般には合金）を半融状態にしたも
の、又は金属溶湯を冷却、撹拌して半凝固状態にしたも
のをいい、金属を加熱して直接的に半融状態にしたもの
と、一度完全に溶解した後に冷却して半凝固状態にした
ものの両方を指す。
【０１６３】次に、カーボン又はその同素体の粉末１２
ｂを前記溶解金属又は固液共存状態の金属に混合させる
（ステップＳ７０２）。
ｂを前記溶解金属又は固液共存状態の金属に混合させる
（ステップＳ７０２）。
【０１６４】そして、この粉末１２ｂを混合させた溶融
金属１４又は固液共存金属を鋳造加工し、所望の形状に
成形することでヒートシンク材１０Ｃを得ることができ
る（ステップＳ７０３）。
金属１４又は固液共存金属を鋳造加工し、所望の形状に
成形することでヒートシンク材１０Ｃを得ることができ
る（ステップＳ７０３）。
【０１６５】第６の製造方法において得られたヒートシ
ンク材１０Ｃは、第５の製造方法により作製したものと
同様の特徴を有する。
ンク材１０Ｃは、第５の製造方法により作製したものと
同様の特徴を有する。
【０１６６】次に、本実施の形態に係るヒートシンク材
１０の第７の製造方法について図３１〜図３４を参照し
ながら説明する。
１０の第７の製造方法について図３１〜図３４を参照し
ながら説明する。
【０１６７】この第７の製造方法は、図３１に示すよう
に、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂをグラファイ
ト、セラミックス、セラペーパ等の材料からなるケース
７０内に敷き詰めた状態、もしくは、その後、図３２に
示すように、溶湯が注がれた際にケース７０内の粉末１
２ｂが浮かないようにカーボン等の板状の蓋９２（この
蓋９２には溶湯が流れるような孔９４を予め開けてお
く、もしくは多孔質のものを用いる）をした状態から、
そのまま予熱し、その後、金属を粉末１２ｂに含浸させ
るという方法である。
に、カーボン又はその同素体の粉末１２ｂをグラファイ
ト、セラミックス、セラペーパ等の材料からなるケース
７０内に敷き詰めた状態、もしくは、その後、図３２に
示すように、溶湯が注がれた際にケース７０内の粉末１
２ｂが浮かないようにカーボン等の板状の蓋９２（この
蓋９２には溶湯が流れるような孔９４を予め開けてお
く、もしくは多孔質のものを用いる）をした状態から、
そのまま予熱し、その後、金属を粉末１２ｂに含浸させ
るという方法である。
【０１６８】具体的には、まず、図３１及び図３４のス
テップＳ８０１に示すように、ケース７０内に粉末１２
ｂを敷き詰める。その後、図３２及び図３４のステップ
Ｓ８０２に示すように、ケース７０に蓋９２をした後、
予熱を行う。続いて、図３３及び図３４のステップＳ８
０３に示すように、プレス機６２の凹部８０にケース７
０（粉末１２ｂが敷き詰められている）を収容し、その
後、蓋９２の孔９４を通じて銅等の溶湯８６をケース７
０内に流し込む。もちろん、蓋９２をしない状態で予熱
をしたり、溶湯８６をケース７０内に流し込んでもよ
い。
テップＳ８０１に示すように、ケース７０内に粉末１２
ｂを敷き詰める。その後、図３２及び図３４のステップ
Ｓ８０２に示すように、ケース７０に蓋９２をした後、
予熱を行う。続いて、図３３及び図３４のステップＳ８
０３に示すように、プレス機６２の凹部８０にケース７
０（粉末１２ｂが敷き詰められている）を収容し、その
後、蓋９２の孔９４を通じて銅等の溶湯８６をケース７
０内に流し込む。もちろん、蓋９２をしない状態で予熱
をしたり、溶湯８６をケース７０内に流し込んでもよ
い。
【０１６９】次に、図３３及び図３４のステップＳ８０
４に示すように、蓋９２をした状態で、パンチ８４を凹
部８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し
下げて、粉末１２ｂ内に圧入する。このパンチ８４の押
圧処理によって、銅等の溶湯８６は、粉末１２ｂ中に含
浸されることとなる。
４に示すように、蓋９２をした状態で、パンチ８４を凹
部８０内に挿通し、ケース７０内の前記溶湯８６を押し
下げて、粉末１２ｂ内に圧入する。このパンチ８４の押
圧処理によって、銅等の溶湯８６は、粉末１２ｂ中に含
浸されることとなる。
【０１７０】この第７の製造方法において得られたヒー
トシンク材１０Ｃにおいても、第５の製造方法により作
製したものと同様の特徴を有する。
トシンク材１０Ｃにおいても、第５の製造方法により作
製したものと同様の特徴を有する。
【０１７１】次に、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用し
た実施の形態について説明する。まず、前記第１の実施
の形態（第１の製造方法、第１の変形例、第２の変形
例、及び第２の製造方法）において、ＳｉＣを利用する
場合は、グラファイトを焼成して多孔質焼結体１２を作
製する工程（ステップＳ１、ステップＳ１０１、ステッ
プＳ２０１、ステップＳ３０１、及びステップＳ３０
２）は不要であり、その後のステップでは同じ工程で製
造することができる。
た実施の形態について説明する。まず、前記第１の実施
の形態（第１の製造方法、第１の変形例、第２の変形
例、及び第２の製造方法）において、ＳｉＣを利用する
場合は、グラファイトを焼成して多孔質焼結体１２を作
製する工程（ステップＳ１、ステップＳ１０１、ステッ
プＳ２０１、ステップＳ３０１、及びステップＳ３０
２）は不要であり、その後のステップでは同じ工程で製
造することができる。
【０１７２】さらに、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用
した実施の形態として、第４の実施の形態に係る製造方
法（第８の製造方法）について、図３５〜図３８を参照
しながら説明する。
した実施の形態として、第４の実施の形態に係る製造方
法（第８の製造方法）について、図３５〜図３８を参照
しながら説明する。
【０１７３】この第８の製造方法は、具体的には図３５
にその一例を示すように、ホットプレス機１０６０を使
用することによって行われる。このホットプレス機１０
６０は、前記第２の実施の形態で説明したホットプレス
機１０２とほぼ同じ構造である。
にその一例を示すように、ホットプレス機１０６０を使
用することによって行われる。このホットプレス機１０
６０は、前記第２の実施の形態で説明したホットプレス
機１０２とほぼ同じ構造である。
【０１７４】このホットプレス機１０６０は、筒状の筐
体１０６２内に、基台を兼ねる下パンチ１０６４と、該
下パンチ１０６４上に固定された上面開口の耐火容器１
０６６と、該耐火容器１０６６内に上方から進退自在と
された上パンチ１０６８と、前記耐火容器１０６６を加
熱するためのヒータ１０７０が設けられている。なお、
このホットプレス機１０６０には、真空引きのための吸
気管１０７２が設けられている。
体１０６２内に、基台を兼ねる下パンチ１０６４と、該
下パンチ１０６４上に固定された上面開口の耐火容器１
０６６と、該耐火容器１０６６内に上方から進退自在と
された上パンチ１０６８と、前記耐火容器１０６６を加
熱するためのヒータ１０７０が設けられている。なお、
このホットプレス機１０６０には、真空引きのための吸
気管１０７２が設けられている。
【０１７５】前記耐火容器１０６６は、中空部１０７４
を有する筒状の形状を有する。上パンチ１０６８は、そ
の側面に、該上パンチ１０６８の行程（ストローク）を
決定するフランジ部１０７６が設けられ、該フランジ部
１０７６の下面には、前記耐火容器１０６６の上周面と
接触して耐火容器１０６６を密閉状態にするためのパッ
キン１０７８が取り付けられている。一方、下パンチ１
０６４の内部には、耐火容器１０６６内を加熱するため
の加熱用流体や耐火容器１０６６内を冷却するための冷
却用流体を流通させる通路１０８０が設けられている。
を有する筒状の形状を有する。上パンチ１０６８は、そ
の側面に、該上パンチ１０６８の行程（ストローク）を
決定するフランジ部１０７６が設けられ、該フランジ部
１０７６の下面には、前記耐火容器１０６６の上周面と
接触して耐火容器１０６６を密閉状態にするためのパッ
キン１０７８が取り付けられている。一方、下パンチ１
０６４の内部には、耐火容器１０６６内を加熱するため
の加熱用流体や耐火容器１０６６内を冷却するための冷
却用流体を流通させる通路１０８０が設けられている。
【０１７６】そして、第８の製造方法は、図３６に示す
工程を踏むことにより行われる。
工程を踏むことにより行われる。
【０１７７】まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４
内に、下からＳｉＣ１０２０、多孔質セラミック製のフ
ィルタ１０５４、金属１４の塊の順で投入する（ステッ
プＳ１３０１）。フィルタ１０５４としては、気孔率が
４０％〜９０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍ
ｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、
より好ましくは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径
が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を
用いることが望ましい。
内に、下からＳｉＣ１０２０、多孔質セラミック製のフ
ィルタ１０５４、金属１４の塊の順で投入する（ステッ
プＳ１３０１）。フィルタ１０５４としては、気孔率が
４０％〜９０％で、かつ気孔径が０．５ｍｍ〜３．０ｍ
ｍである多孔質セラミック材を用いることが望ましく、
より好ましくは気孔率が７０％〜８５％で、かつ気孔径
が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍである多孔質セラミック材を
用いることが望ましい。
【０１７８】また、前記フィルタ１０５４は、ＳｉＣ１
０２０と金属１４の塊とを仕切って両者を非接触状態に
おく仕切板としての機能を果たし、中空部１０７４のう
ち、フィルタ１０５４上の金属１４の塊がセットされた
部分を上室１０７４ａ、フィルタ１０５４下のＳｉＣ１
０２０がセットされた部分を下室１０７４ｂとして定義
することができる。
０２０と金属１４の塊とを仕切って両者を非接触状態に
おく仕切板としての機能を果たし、中空部１０７４のう
ち、フィルタ１０５４上の金属１４の塊がセットされた
部分を上室１０７４ａ、フィルタ１０５４下のＳｉＣ１
０２０がセットされた部分を下室１０７４ｂとして定義
することができる。
【０１７９】次に、耐火容器１０６６を密封した後、吸
気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを
行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び１０７
４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１３０２）。
気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空引きを
行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び１０７
４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１３０２）。
【０１８０】その後、ヒータ１０７０に通電して上室１
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１３
０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１３
０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。
【０１８１】上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１３０４）。このとき、上パンチ１０
６８のフランジ部１０７６に取り付けられたパッキン１
０７８と耐火容器１０６６の上周面との接触及び互いの
押圧により、耐火容器１０６６が密封され、内部の溶融
金属１４が耐火容器１０６６の外に漏れるという不都合
が有効に防止される。
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１３０４）。このとき、上パンチ１０
６８のフランジ部１０７６に取り付けられたパッキン１
０７８と耐火容器１０６６の上周面との接触及び互いの
押圧により、耐火容器１０６６が密封され、内部の溶融
金属１４が耐火容器１０６６の外に漏れるという不都合
が有効に防止される。
【０１８２】所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１
４の溶解物（溶融金属１４）は上室１０７４ａ内の圧力
によってフィルタ１０５４を通して下室１０７４ｂ側に
押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時
に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に
含浸される。
４の溶解物（溶融金属１４）は上室１０７４ａ内の圧力
によってフィルタ１０５４を通して下室１０７４ｂ側に
押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時
に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に
含浸される。
【０１８３】時間管理によって予め設定されている終点
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火
容器１０６６を下方から上方に向かって冷却させること
により（ステップＳ１３０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸
された溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで
上パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１
０６６内の加圧状態は保持される。
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火
容器１０６６を下方から上方に向かって冷却させること
により（ステップＳ１３０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸
された溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで
上パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１
０６６内の加圧状態は保持される。
【０１８４】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１３０６）。
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１３０６）。
【０１８５】この第８の製造方法においては、ＳｉＣ１
０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１
４を溶融した後、速やかにＳｉＣ１０２０に接触させ、
かつ、これらを加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷
却操作完了時まで保持するようにしたので、ＳｉＣ１０
２０に金属１４を効率的に含浸することができる。前記
例では含浸処理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で
行ってもよい。
０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１
４を溶融した後、速やかにＳｉＣ１０２０に接触させ、
かつ、これらを加圧状態とし、さらにその加圧状態を冷
却操作完了時まで保持するようにしたので、ＳｉＣ１０
２０に金属１４を効率的に含浸することができる。前記
例では含浸処理を負圧下で行うようにしたが、常圧下で
行ってもよい。
【０１８６】このように、溶融金属１４とＳｉＣ１０２
０を共に加圧下においた後に、互いに接触させて、含浸
処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の圧力
低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加
圧状態を良好に保持させることができる。
０を共に加圧下においた後に、互いに接触させて、含浸
処理を行うようにしたので、両者を接触させる際の圧力
低下を最小限にすることができ、含浸処理時における加
圧状態を良好に保持させることができる。
【０１８７】前記例では、溶融金属１４の漏れを防止す
るために、上パンチ１０６８におけるフランジ部１０７
６の下面にパッキン１０７８を設けるようにしたが、図
３５の二点鎖線で示すように、耐火容器１０６６の上周
面にパッキン１０７８を設けるようにしてもよい。ま
た、図３７Ａ及び図３７Ｂに示すように、リング状の割
型パッキン１１００を２枚重ねにしたパッキン部材１１
０２を、図３８に示すように、上パンチ１０６８の下部
に設けるようにしてもよい。この場合、パッキン部材１
１０２の中空部１１０４に溶融金属１４が入り込むこと
により各割型パッキン１１００の直径が拡大し、結果的
に上室１０７４ａが密封されて溶融金属１４の漏れが防
止されることになる。
るために、上パンチ１０６８におけるフランジ部１０７
６の下面にパッキン１０７８を設けるようにしたが、図
３５の二点鎖線で示すように、耐火容器１０６６の上周
面にパッキン１０７８を設けるようにしてもよい。ま
た、図３７Ａ及び図３７Ｂに示すように、リング状の割
型パッキン１１００を２枚重ねにしたパッキン部材１１
０２を、図３８に示すように、上パンチ１０６８の下部
に設けるようにしてもよい。この場合、パッキン部材１
１０２の中空部１１０４に溶融金属１４が入り込むこと
により各割型パッキン１１００の直径が拡大し、結果的
に上室１０７４ａが密封されて溶融金属１４の漏れが防
止されることになる。
【０１８８】次に、第８の製造方法の変形例について図
３９及び図４０を参照しながら説明する。なお、図３５
と対応する構成要素については同符号を付して、その重
複説明を省略する。
３９及び図４０を参照しながら説明する。なお、図３５
と対応する構成要素については同符号を付して、その重
複説明を省略する。
【０１８９】この変形例に係る製造方法においては、ホ
ットプレス機１０６０として、図３９に示すように、耐
火容器１０６６における中空部１０７４の高さ方向中央
部に多孔質セラミックスにて構成されたフィルタ部材１
１１０が固着され、下室１０７４ｂの側面に扉１１１２
が開閉自在に取り付けられたものが使用される。従っ
て、耐火容器１０６６の中空部１０７４のうち、フィル
タ部材１１１０よりも上の部分が上室１０７４ａとな
り、フィルタ部材１１１０よりも下の部分が下室１０７
４ｂとなる。特に、下室１０７４ｂに取り付けられた扉
１１１２に関しては、該扉１１１２を閉じたときに下室
１０７４ｂが密封されるような構造が採用される。
ットプレス機１０６０として、図３９に示すように、耐
火容器１０６６における中空部１０７４の高さ方向中央
部に多孔質セラミックスにて構成されたフィルタ部材１
１１０が固着され、下室１０７４ｂの側面に扉１１１２
が開閉自在に取り付けられたものが使用される。従っ
て、耐火容器１０６６の中空部１０７４のうち、フィル
タ部材１１１０よりも上の部分が上室１０７４ａとな
り、フィルタ部材１１１０よりも下の部分が下室１０７
４ｂとなる。特に、下室１０７４ｂに取り付けられた扉
１１１２に関しては、該扉１１１２を閉じたときに下室
１０７４ｂが密封されるような構造が採用される。
【０１９０】そして、この変形例に係る製造方法は、図
４０に示す工程を踏むことにより行われる。
４０に示す工程を踏むことにより行われる。
【０１９１】まず、耐火容器１０６６の上室１０７４ａ
内に金属１４の塊を投入し、下室１０７４ｂの扉１１１
２を開いて該下室１０７４ｂ内にＳｉＣ１０２０を投入
する（ステップＳ１４０１）。
内に金属１４の塊を投入し、下室１０７４ｂの扉１１１
２を開いて該下室１０７４ｂ内にＳｉＣ１０２０を投入
する（ステップＳ１４０１）。
【０１９２】次に、扉１１１２を閉じて下室１０７４ｂ
を密封し、さらにホットプレス機１０６０を密封した
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び
１０７４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１４０
２）。
を密封し、さらにホットプレス機１０６０を密封した
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６の両室１０７４ａ及び
１０７４ｂ内を負圧状態にする（ステップＳ１４０
２）。
【０１９３】その後、ヒータ１０７０に通電して上室１
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１４
０３）。この場合も前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。
０７４ａ内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１４
０３）。この場合も前記ヒータ１０７０への通電と併せ
て下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を流
して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしてもよ
い。
【０１９４】上室１０７４ａ内の金属１４の溶解物（溶
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１４０４）。
融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０６８
を下方に移動させて上室１０７４ａ内を所定圧まで加圧
する（ステップＳ１４０４）。
【０１９５】所定圧になった上室１０７４ａ内の金属１
４の溶解物（溶融金属）は上室１０７４ａ内の圧力によ
ってフィルタ部材１１１０を通して下室１０７４ｂ側に
押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時
に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に
含浸される。
４の溶解物（溶融金属）は上室１０７４ａ内の圧力によ
ってフィルタ部材１１１０を通して下室１０７４ｂ側に
押し出されて該下室１０７４ｂ内に導入されると同時
に、該下室１０７４ｂ内に設置されたＳｉＣ１０２０に
含浸される。
【０１９６】時間管理によって予め設定されている終点
となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の
通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を
下方から上方に向かって冷却させることにより（ステッ
プＳ１４０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属
１４を凝固させる。
となった段階において、今度は、下パンチ１０６４内の
通路１０８０に冷却用流体を流して耐火容器１０６６を
下方から上方に向かって冷却させることにより（ステッ
プＳ１４０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸された溶融金属
１４を凝固させる。
【０１９７】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１４０６）。
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１４０６）。
【０１９８】この変形例に係る製造方法においても、第
８の製造方法と同様に、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効
率的に含浸することができる。また、この変形例でも、
溶融金属１４とＳｉＣ１０２０を共に加圧下においた後
に、互いに接触させて含浸処理を行うようにしているた
め、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすること
ができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させ
ることができる。なお、この変形例では、負圧下で含浸
処理を行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。
８の製造方法と同様に、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効
率的に含浸することができる。また、この変形例でも、
溶融金属１４とＳｉＣ１０２０を共に加圧下においた後
に、互いに接触させて含浸処理を行うようにしているた
め、両者を接触させる際の圧力低下を最小限にすること
ができ、含浸処理時における加圧状態を良好に保持させ
ることができる。なお、この変形例では、負圧下で含浸
処理を行うようにしたが、常圧下で行ってもよい。
【０１９９】さらに、多孔質焼結体１２にＳｉＣを利用
した実施の形態として、第５の実施の形態に係る製造方
法（第９の製造方法）について、図４１及び図４２を参
照しながら説明する。なお、図３５と対応する構成要素
については同符号を付して、その重複説明を省略する。
した実施の形態として、第５の実施の形態に係る製造方
法（第９の製造方法）について、図４１及び図４２を参
照しながら説明する。なお、図３５と対応する構成要素
については同符号を付して、その重複説明を省略する。
【０２００】この第９の製造方法は、前記第４の実施の
形態に係る製造方法と原理的にはほぼ同じであるが、含
浸工程において、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを負圧下
又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記金属１４を溶
融する点で異なる。
形態に係る製造方法と原理的にはほぼ同じであるが、含
浸工程において、ＳｉＣ１０２０と金属１４とを負圧下
又は常圧下で接触させ、加熱処理して前記金属１４を溶
融する点で異なる。
【０２０１】具体的には、図３５に示した第３の実施の
形態に係る第８の製造方法にて使用されるホットプレス
機１０６０の耐火容器１０６６内にフィルタ１０５４を
投入せずに、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の順に投
入する点で異なる。
形態に係る第８の製造方法にて使用されるホットプレス
機１０６０の耐火容器１０６６内にフィルタ１０５４を
投入せずに、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の順に投
入する点で異なる。
【０２０２】そして、第５の実施の形態に係る第９の製
造方法は、図４２に示す工程を踏むことにより行われ
る。
造方法は、図４２に示す工程を踏むことにより行われ
る。
【０２０３】まず、耐火容器１０６６の中空部１０７４
内に、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の塊の順に投入
する（ステップＳ１５０１）。
内に、下からＳｉＣ１０２０、金属１４の塊の順に投入
する（ステップＳ１５０１）。
【０２０４】次に、ホットプレス機１０６０を密封した
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６内を負圧状態にする
（ステップＳ１５０２）。
後、吸気管１０７２を通じて耐火容器１０６６内の真空
引きを行って該耐火容器１０６６内を負圧状態にする
（ステップＳ１５０２）。
【０２０５】その後、ヒータ１０７０に通電して耐火容
器１０６６内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１
５０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併
せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を
流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしても
よい。
器１０６６内の金属１４を加熱溶解する（ステップＳ１
５０３）。このとき、前記ヒータ１０７０への通電と併
せて下パンチ１０６４の通路１０８０内に加熱用流体を
流して耐火容器１０６６の内部を加熱するようにしても
よい。
【０２０６】耐火容器１０６６内の金属１４の溶解物
（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０
６８を下方に移動させて耐火容器１０６６内を所定圧ま
で加圧する（ステップＳ１５０４）。
（溶融金属）が所定温度に達した段階で、上パンチ１０
６８を下方に移動させて耐火容器１０６６内を所定圧ま
で加圧する（ステップＳ１５０４）。
【０２０７】所定圧になった金属１４の溶解物（溶融金
属）は耐火容器１０６６内の圧力によってＳｉＣ１０２
０に含浸される。
属）は耐火容器１０６６内の圧力によってＳｉＣ１０２
０に含浸される。
【０２０８】時間管理によって予め設定されている終点
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火
容器１０６６を下方から上方に向かって冷却することに
より（ステップＳ１５０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸さ
れた溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで上
パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１０
６６内の加圧状態は保持される。
（ＳｉＣ１０２０内への溶融金属１４の含浸が飽和状態
とされた時点）となった段階において、今度は、下パン
チ１０６４内の通路１０８０に冷却用流体を流して耐火
容器１０６６を下方から上方に向かって冷却することに
より（ステップＳ１５０５）、ＳｉＣ１０２０に含浸さ
れた溶融金属１４を凝固させる。凝固が完了するまで上
パンチ１０６８と下パンチ１０６４による耐火容器１０
６６内の加圧状態は保持される。
【０２０９】凝固が完了した時点で、金属１４が含浸さ
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１５０６）。
れたＳｉＣ１０２０を耐火容器１０６６から取り出す
（ステップＳ１５０６）。
【０２１０】この第９の製造方法においても、ＳｉＣ１
０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１
４とＳｉＣ１０２０とを接触させた状態で金属１４を溶
融した後、耐火容器１０６６内を加圧状態とし、さらに
その加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにした
ので、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸するこ
とができる。
０２０と金属１４とを十分に脱気しつつ加熱し、金属１
４とＳｉＣ１０２０とを接触させた状態で金属１４を溶
融した後、耐火容器１０６６内を加圧状態とし、さらに
その加圧状態を冷却操作完了時まで保持するようにした
ので、ＳｉＣ１０２０に金属１４を効率的に含浸するこ
とができる。
【０２１１】なお、この発明に係るヒートシンク材は、
上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱する
ことなく、種々の構成を採り得ることはもちろんであ
る。
上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱する
ことなく、種々の構成を採り得ることはもちろんであ
る。
【０２１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒー
トシンク材によれば、実際の電子部品（半導体装置を含
む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに
適合し、かつ気孔率が小さい特性を得ることができる。
従って、高い機械的強度を備えた高品質のヒートシンク
材を実現することができる。
トシンク材によれば、実際の電子部品（半導体装置を含
む）等で求められる熱膨張率と熱伝導率とのバランスに
適合し、かつ気孔率が小さい特性を得ることができる。
従って、高い機械的強度を備えた高品質のヒートシンク
材を実現することができる。
【図１】第１の実施の形態に係るヒートシンク材の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】図２Ａは第１の製造方法で使用される高圧容器
の正面を一部破断して示す図であり、図２Ｂは前記高圧
容器の側面を一部破断して示す図である。
の正面を一部破断して示す図であり、図２Ｂは前記高圧
容器の側面を一部破断して示す図である。
【図３】第１の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図４】第１の製造方法の第１の変形例を示す工程ブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】第１の製造方法の第２の変形例を示す工程ブロ
ック図である。
ック図である。
【図６】第２の製造方法で使用される炉を示す構成図で
ある。
ある。
【図７】第２の製造方法で使用されるプレス機を示す構
成図である。
成図である。
【図８】第２の製造方法を示す工程ブロック図である。
【図９】図１に示すヒートシンク材のＩＶ−ＩＶ線方向
の断面図である。
の断面図である。
【図１０】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所におけ
る密度を示す図である。
る密度を示す図である。
【図１１】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所におけ
る密度を示す図である。
る密度を示す図である。
【図１２】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所におけ
る密度を示す図である。
る密度を示す図である。
【図１３】図９に示すヒートシンク材の含浸箇所におけ
る密度を示す図である。
る密度を示す図である。
【図１４】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性
を示す図表である。
を示す図表である。
【図１５】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性
を示す図表である。
を示す図表である。
【図１６】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性
を示す図表である。
を示す図表である。
【図１７】第２の製造方法に係るヒートシンク材の特性
を示す図表である。
を示す図表である。
【図１８】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔
率と密度を示す図である。
率と密度を示す図である。
【図１９】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔
率と熱伝導率を示す図である。
率と熱伝導率を示す図である。
【図２０】第２の製造方法に係るヒートシンク材の気孔
率と密度を示す図である。
率と密度を示す図である。
【図２１】第２の製造方法に係るヒートシンク材におい
て、含浸圧力を変更したときの気孔率と密度を示す図で
ある。
て、含浸圧力を変更したときの気孔率と密度を示す図で
ある。
【図２２】第２の実施の形態に係るヒートシンク材の構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図２３】第３の製造方法で使用される予備成形機を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２４】第３の製造方法で使用されるホットプレス機
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２５】第３の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
【図２６】第４の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
【図２７】第４の製造方法で使用されるホットプレス機
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図２８】第３の実施の形態に係るヒートシンク材の構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図２９】第５の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
【図３０】第６の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
【図３１】第７の製造方法において、ケース内に粉末を
敷き詰めた状態を示す説明図である。
敷き詰めた状態を示す説明図である。
【図３２】第７の製造方法において、ケース内に蓋を投
入した状態を示す説明図である。
入した状態を示す説明図である。
【図３３】第７の製造方法において、ケース内に溶湯を
流し込んだ後、パンチで溶湯を押し下げる状態を示す説
明図である。
流し込んだ後、パンチで溶湯を押し下げる状態を示す説
明図である。
【図３４】第７の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
【図３５】第８の製造方法に使用されるホットプレス機
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図３６】第４の実施の形態に係る製造方法を示す工程
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３７】図３７Ａはパッキン部材を示す平面図であ
り、図３７Ｂは図３７ＡにおけるＸＸＶＩＩＢ−ＸＸＶ
ＩＩＢ線上の断面図である。
り、図３７Ｂは図３７ＡにおけるＸＸＶＩＩＢ−ＸＸＶ
ＩＩＢ線上の断面図である。
【図３８】第８の製造方法に使用されるホットプレス機
の他の例を示す概略構成図である。
の他の例を示す概略構成図である。
【図３９】第８の製造方法の変形例に使用されるホット
プレス機を示す概略構成図である。
プレス機を示す概略構成図である。
【図４０】第８の製造方法の変形例を示す工程ブロック
図である。
図である。
【図４１】第９の製造方法に使用されるホットプレス機
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図４２】第９の製造方法を示す工程ブロック図であ
る。
る。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ…ヒートシンク材
１０ａ〜１０ｆ…含浸箇所 １２…多孔質焼結
体 １２ａ、１２ｂ…カーボン又はその同素体の粉末 １４…金属（溶融金属） １４ａ…金属の粉
末 ３０…高圧容器 ３２、１２０、１
０６２…筐体 ３４、３６…側板 ３８…回転軸 ４０、１２４、１０６６…耐火容器 ４２、７４、１２
８、１０７０…ヒータ ４４、１０７４、１１０４…中空部 ４４ａ…第１室 ４４ｂ…第２室 ４６…開口 ４８、１３０、１０７２…吸気管 ５０…ガス導入管 ５２…ガス導出管 ６０…炉 ６２…プレス機 ７０…ケース ７２…空間 ８０、１１０…凹
部 ８２、１１２…金型 ８４、１１４…パ
ンチ ８６…溶湯 ８８、９０…ガス
抜き孔 １００…予備成形機 １０２、１０６０
…ホットプレス機 １０４…混合物 １０６…予備成形
体 １２２、１０６４…下パンチ １２６、１０６８
…上パンチ １３２、１０８０…通路 １０２０…ＳｉＣ １０５４…フィルタ １０７４ａ…上室 １０７４ｂ…下室 １０７６…フラン
ジ部 １０７８…パッキン １１００…割型パ
ッキン １１０２…パッキン部材 １１１０…フィル
タ部材 １１１２…扉
体 １２ａ、１２ｂ…カーボン又はその同素体の粉末 １４…金属（溶融金属） １４ａ…金属の粉
末 ３０…高圧容器 ３２、１２０、１
０６２…筐体 ３４、３６…側板 ３８…回転軸 ４０、１２４、１０６６…耐火容器 ４２、７４、１２
８、１０７０…ヒータ ４４、１０７４、１１０４…中空部 ４４ａ…第１室 ４４ｂ…第２室 ４６…開口 ４８、１３０、１０７２…吸気管 ５０…ガス導入管 ５２…ガス導出管 ６０…炉 ６２…プレス機 ７０…ケース ７２…空間 ８０、１１０…凹
部 ８２、１１２…金型 ８４、１１４…パ
ンチ ８６…溶湯 ８８、９０…ガス
抜き孔 １００…予備成形機 １０２、１０６０
…ホットプレス機 １０４…混合物 １０６…予備成形
体 １２２、１０６４…下パンチ １２６、１０６８
…上パンチ １３２、１０８０…通路 １０２０…ＳｉＣ １０５４…フィルタ １０７４ａ…上室 １０７４ｂ…下室 １０７６…フラン
ジ部 １０７８…パッキン １１００…割型パ
ッキン １１０２…パッキン部材 １１１０…フィル
タ部材 １１１２…扉
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２２Ｃ 37/00 Ｃ２２Ｃ 37/00 Ｚ
Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｂ
23/373 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ
// Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｃ
(72)発明者 竹内 広幸
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
(72)発明者 安井 誠二
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
(72)発明者 鈴木 健
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
(72)発明者 中山 信亮
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
Ｆターム(参考） 4K018 AA28 AA40 AB02 AB07 AC01
AD20 BA20 BC12 CA11 FA32
KA32
4K020 AA24 AC07 BB29
5E322 AA01 AA11
5F036 AA01 BB08 BD01 BD11
Claims (39)
- 【請求項１】カーボン又はその同素体と、金属とを含む
ヒートシンク材において、 前記金属は、凝固膨張の性質を備えた金属又は凝固収縮
を抑制する金属であることを特徴とするヒートシンク
材。 - 【請求項２】カーボン又はその同素体と、金属とを含む
ヒートシンク材において、 前記金属は、凝固温度が低い性質を備えた金属であるこ
とを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３】カーボン又はその同素体と、金属とを含む
ヒートシンク材において、 前記金属は、偏析が発生しにくい性質を備えた金属であ
ることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項４】カーボン又はその同素体と、金属とを含む
ヒートシンク材において、 前記金属は、前記ヒートシンク材表面との濡れ性が良好
な性質を備えた金属であることを特徴とするヒートシン
ク材。 - 【請求項５】請求項１記載のヒートシンク材において、 前記金属は、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｇａ、黒鉛鋳鉄から選択され
た金属もしくはこれを含む合金であることを特徴とする
ヒートシンク材。 - 【請求項６】請求項２記載のヒートシンク材において、 前記金属は、３００℃以上の凝固温度を有する金属であ
ることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項７】請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒー
トシンク材において、 前記ヒートシンク材の直交する３軸方向の平均、又はい
ずれかの軸方向の熱伝導率が、３００Ｗ／ｍＫ以上であ
ることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項８】請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒー
トシンク材において、 前記カーボン又はその同素体として、熱伝導率が１５０
Ｗ／ｍＫ以上のものが使用されていることを特徴とする
ヒートシンク材。 - 【請求項９】請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒー
トシンク材において、 前記同素体がグラファイトであることを特徴とするヒー
トシンク材。 - 【請求項１０】請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒ
ートシンク材において、 前記同素体がダイヤモンドであることを特徴とするヒー
トシンク材。 - 【請求項１１】請求項１〜９のいずれか１項に記載のヒ
ートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体を焼成してネットワーク化
することによって得られる多孔質焼結体に前記金属が含
浸されて構成されていることを特徴とするヒートシンク
材。 - 【請求項１２】請求項１１記載のヒートシンク材におい
て、 前記多孔質焼結体の気孔率が１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ
％であって、平均気孔径が０．１μｍ〜２００μｍであ
ることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項１３】請求項１１又は１２記載のヒートシンク
材において、 前記カーボン又はその同素体の体積率と、前記金属との
体積率とが、前記カーボン又はその同素体に対しては５
０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％、金属に対しては５０ｖｏｌ
％〜１０ｖｏｌ％の範囲であることを特徴とするヒート
シンク材。 - 【請求項１４】請求項１１〜１３のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体に、該カーボン又はその同
素体を焼成した際の閉気孔率を低減させる添加物が添加
されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項１５】請求項１４記載のヒートシンク材におい
て、 前記閉気孔率を低減させる添加物が、ＳｉＣ及び／又は
Ｓｉであることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項１６】請求項１１〜１５のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記金属に、界面の濡れ性改善のための元素が添加され
ていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項１７】請求項１６記載のヒートシンク材におい
て、 前記界面の濡れ性改善のための添加元素が、Ｔｅ、Ｂ
ｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｌｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選
択された１種以上であることを特徴とするヒートシンク
材。 - 【請求項１８】請求項１１〜１７のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記金属に、多孔質焼結体との整合性、密着性改善のた
めの元素が添加されていることを特徴とするヒートシン
ク材。 - 【請求項１９】請求項１１〜１８のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の表面に、カーバイド層が
形成されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２０】請求項１９記載のヒートシンク材におい
て、 前記カーバイド層の形成は、少なくとも前記カーボン又
はその同素体と添加元素との反応に基づくものであるこ
とを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２１】請求項２０記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素が、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種
以上であることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２２】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の粉末に、水又は結合材を
混合し、所定圧力下で成形された予備成形体又は焼成さ
れた成形体に、前記金属が含浸されて構成されているこ
とを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２３】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の粉末と前記金属の粉末と
を混合し、所定圧力下で成形されて構成されていること
を特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２４】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記金属が溶解した液体状態又は固液共存状態に、前記
カーボン又はその同素体の粉末を混合し、鋳造成形され
て構成されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２５】請求項１〜１０のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の粉末に前記金属が含浸さ
れて構成されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２６】請求項２２〜２５のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の粉末の平均粉末粒度が１
μｍ〜５００μｍであり、 前記粉末を構成する１つの粒子が最小の長さをとる方向
と、最大の長さをとる方向とで、その長さの比の平均が
１：５以下であることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２７】請求項１〜８又は１０のいずれか１項に
記載のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の粉砕裁断材と前記金属の
粉末とを混合し、所定温度、所定圧力下で成形されて構
成されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２８】請求項２２〜２７のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体と前記金属との体積率が、
前記カーボン又はその同素体が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏ
ｌ％、金属が８０ｖｏｌ％〜２０ｖｏｌ％の範囲である
ことを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項２９】請求項２２〜２８のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記ヒートシンク材を成形した際の金属の結合を強化さ
せる添加元素が添加されていることを特徴とするヒート
シンク材。 - 【請求項３０】請求項２９記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素が、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｌ
ｉ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｃｄから選択されることを特徴とする
ヒートシンク材。 - 【請求項３１】請求項３０記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素は、銅に０．５ｗｔ％以下しか固溶しない
添加元素であることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３２】請求項２２〜３１のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記成形の際に、カーボン又はその同素体と金属との結
合を強化させる添加元素が添加されていることを特徴と
するヒートシンク材。 - 【請求項３３】請求項３２記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素が、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択されること
を特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３４】請求項２２〜３３のいずれか１項に記載
のヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体に、成形後の再加熱が可能
となる添加元素が添加されていることを特徴とするヒー
トシンク材。 - 【請求項３５】請求項３４記載のヒートシンク材におい
て、 前記ヒートシンク材の形成は、少なくとも前記カーボン
又はその同素体と添加元素との反応に基づくものである
ことを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３６】請求項３５記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素が、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種
以上であることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３７】請求項１〜３６のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記カーボン又はその同素体の表面に、添加元素の炭化
物が形成されていることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３８】請求項３７記載のヒートシンク材におい
て、 前記添加元素が、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂｅ、Ｖ、Ｍｏ、
Ａｌ、Ｔａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃ
ａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｂ、ミッシュメタルから選択された１種
以上であることを特徴とするヒートシンク材。 - 【請求項３９】請求項１〜３８のいずれか１項に記載の
ヒートシンク材において、 前記ヒートシンク材の残留気孔率が、５％以下であるこ
とを特徴とするヒートシンク材。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP2002272133A JP2003201528A (ja) | 2001-10-26 | 2002-09-18 | ヒートシンク材 |
| KR10-2002-0064474A KR100485835B1 (ko) | 2001-10-26 | 2002-10-22 | 히트 싱크 재료 |
| US10/279,959 US6927421B2 (en) | 2001-10-26 | 2002-10-24 | Heat sink material |
| GB0224893A GB2385464B (en) | 2001-10-26 | 2002-10-25 | Heat sink material |
| GB0403137A GB2395360B (en) | 2001-10-26 | 2002-10-25 | Heat sink material |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001328954 | 2001-10-26 | ||
| JP2001-328954 | 2001-10-26 | ||
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