JP4090602B2 - メッキされたセラミックス／金属複合材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メッキされたセラミックス／金属複合材料およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体のヒートシンク材としては、熱伝導度が高いことから、ＣｕあるいはＡｌ等が従来から使用されている。しかしながら、これらの熱膨張率の値は、半導体回路の基板であるＳｉあるいはＧａＡｓ等の熱膨張率の値とは差があるため、回路が高温となった場合には基板とヒートシンク材とが剥離することがある。したがって、剥離が生じないようにするために、熱伝導度が高く、かつ熱膨張率の値がＳｉあるいはＧａＡｓ等のそれの値と近いものをヒートシンク材として使用することが本来は望ましいが、セラミックス単体あるいは金属単体でそのような条件を満足する材料は知られていない。
【０００３】
そこで、ＳｉＣ多孔質焼結体の気孔にＣｕを含浸してなるＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をヒートシンク材として使用することが試みられている。ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料は、高熱伝導度を有し、かつ、熱膨張率の値がＳｉあるいはＧａＡｓ等のそれの値に近いからである。したがって、回路が高温となった場合においても、基板から剥離することがないからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をヒートシンク材として用いる際には、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をはんだ付けあるいはろう付け等によって半導体回路および基板に固着する。しかしながらこの場合、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料は、はんだ、ろうに対する濡れ性（はんだ付け性、ろう付け性）が良好ではないという不具合がある。
【０００５】
はんだ付け性、ろう付け性を向上させるためには、ＳｉＣおよびはんだあるいはろうに対して濡れ性が良好な材料、例えばＣｕからなるメッキ皮膜をＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の表面に形成することが有効であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料に対して無電解メッキ処理を施すことによりメッキ皮膜を形成した場合には、以下のような不都合が生じる。
【０００８】
すなわち、前記溶液あるいはメッキ液がＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の内部に残留した場合には、メッキ皮膜形成後にこれらの溶液が滲み出る場合がある。その結果、形成されたメッキ皮膜が変色するとともに、はんだ付けあるいはろう付けを行う場合には、該メッキ皮膜のはんだ付け性、ろう付け性が良好でなくなるという問題が引き起こされる。また、メッキ皮膜形成後に残留液の一部が気化することにより、メッキ皮膜の一部が膨張することがある。
【０００９】
さらに、無電解メッキ処理によって形成されたメッキ皮膜は、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料に対する密着性があまり良好ではないという問題がある。
【００１０】
一方、電気メッキ処理によってメッキ皮膜を形成することも考えられる。
【００１１】
しかしながら、メッキ皮膜の原材料をアノードとし、メッキ皮膜が形成される材料をカソードとして、この両電極間に電圧を印加して電流を流す電気メッキ処理においては、電気伝導度が低い材料、すなわち絶縁体や半導体にはメッキ皮膜を形成することはできない。言い換えれば、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をカソードとして電気メッキ処理を行った場合には、メッキ皮膜は、導電体であるＣｕが露出した表面には形成されるが、ＳｉＣが露出した表面には形成されない。したがって、電気メッキ処理のみを行うことによってＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の表面全体にメッキ皮膜を形成することは事実上不可能である。
【００１２】
上記した問題は、他のセラミックス／金属複合材料においても同様に生じる。
【００１３】
このように、セラミックス／金属複合材料に対して厚さや密着性が均一なメッキ皮膜を形成することは困難であり、その方法は未だに確立されていない。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、セラミックス／金属複合材料の表面に、はんだ付け性、ろう付け性が良好であり、かつ、厚さや密着性が均一なメッキ皮膜が形成されてなる新規なメッキされたセラミックス／金属複合材料およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面上に触媒金属が析出され、少なくとも金属部分上に析出された前記触媒金属上に電気メッキ処理によって形成された第１のメッキ皮膜が形成され、かつ、前記セラミックス／金属複合材料の少なくともセラミックス部分の表面上に、無電解メッキ処理によって形成された第２のメッキ皮膜が形成され、さらに、乾燥が施されていることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料が提供される。
【００１６】
この場合、セラミックスの好適例としては、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれか１つがあげられ、複合材料を構成する金属の好適例としては、前記各セラミックスに対する濡れ性が良好なＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１つがあげられる。この場合、セラミックスに対する金属の組成比は、１０体積％以上であることが好ましい。また、メッキ皮膜は、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金のいずれか１つからなることが好ましい。
【００１７】
また、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面に還元剤を吸着させるセンシタイズ工程と、前記還元剤と触媒金属とを置換することにより、該触媒金属を前記表面に析出させるアクチベート工程と、表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００１８】
また、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面に触媒金属または触媒金属イオンを吸着させるキャタリスト工程と、表面に前記触媒金属または前記触媒金属イオンが析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００１９】
さらに、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面への還元剤の吸着と、該還元剤と触媒金属との置換とを同時に行うアクチベイティング工程と、前記表面上に残留している前記還元剤を前記触媒金属に置換するアクセラレイティング工程と、表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００２０】
このように、段階的にメッキ処理を施すことにより、厚みが均一で密着性の良好なメッキ皮膜を形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本実施の形態に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料１０の概略断面図を示す。このメッキされたセラミックス／金属複合材料１０は、多孔質焼結体であるセラミックス１２の気孔に金属１４が含浸されてなるセラミックス／金属複合材料１６の表面全体に亘り、メッキ皮膜１８が形成されてなるものである。また、金属１４上には、後述する触媒金属２０が析出している。
【００２３】
金属１４は、図１に示すように、セラミックス（多孔質焼結体ともいう）１２の内部に３次元的に連なって存在する気孔内に含浸されている。すなわち、金属１４は、セラミックス１２の内部で３次元網目構造をなして連なっている。
【００２４】
多孔質焼結体１２を構成するセラミックスとしては、特に限定されるものではないが、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、あるいはＡｌ2 Ｏ3 のいずれか１つを好適例としてあげることができる。
【００２５】
また、前記多孔質焼結体１２に含浸される金属も特に限定されるものではないが、メッキされたセラミックス／金属複合材料１０をヒートシンク材に適用する場合には、熱伝導度が高い金属であることが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、あるいはＡｌ合金のいずれか１つが好適である。
【００２６】
この場合、Ｃｕ合金としては、Ｃｕ以外の金属の組成比が５％以下であるＣｕ−Ｂｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等を例示することができ、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金等を例示することができる。
【００２７】
セラミックス１２および金属１４として上記したものを用いてメッキ皮膜１８を形成する場合には、セラミックス１２に対する金属１４の組成比は１０体積％以上に設定することが好ましい。前記各セラミックスは電気伝導度が低いので、複合材料１６における金属１４の組成比が１０体積％よりも小さいと、複合材料１６全体の電気伝導度が低くなる。したがって、電気メッキ処理を行った場合、充分な厚さのメッキ皮膜が形成されない場合があるからである。
【００２８】
メッキ皮膜１８は、後述するように、触媒金属２０上に電気メッキ処理によって形成された第１のメッキ皮膜と、セラミックス／金属複合材料１６の少なくともセラミックス１２の表面上に無電解メッキ処理によって形成された第２のメッキ皮膜とからなる。第１および第２のメッキ皮膜の材料としては、はんだに対して濡れ性が良好なものが選定される。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金のいずれか１つが好適である。
【００２９】
触媒金属２０は、セラミックス／金属複合材料１６に対して後述するセンシタイズ工程およびアクチベート工程を行うことによって、該セラミックス／金属複合材料１６の表面に析出されたものである。
【００３０】
メッキされた複合材料１０を製造する際には、後述するように、電気メッキ処理が行われるが、この際には導電体にのみメッキ皮膜が形成される。すなわち、セラミックス／金属複合材料１６においては、該セラミックス／金属複合材料１６の内部で３次元網目構造をなして連なっている金属１４のみが導電体であり、したがって第１のメッキ皮膜は、少なくとも金属１４上に析出している触媒金属２０上に形成される。さらに、セラミックス１２上の金属触媒２０も導体であるので、第１のメッキ皮膜はこの金属触媒２０上にも形成される。
【００３１】
その後、無電解メッキ処理により、セラミックス１２の表面上に析出した触媒金属２０を核として第２のメッキ皮膜が形成される。なお、触媒金属２０の好適例としては、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｆｅ等があげられる。
【００３２】
このようにメッキ皮膜１８が形成された複合材料１０は、メッキ皮膜が形成されていない複合材料と比較して、はんだ付け性、ろう付け性が良好となる。さらには、耐食性、耐摩耗性が向上する。
【００３３】
次に、メッキされたセラミックス／金属複合材料１０の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、第１の実施の形態に係る製造方法（以下、第１の製造方法という）について図２および図３を参照して説明する。
【００３５】
第１の製造方法の工程のフローチャートを図２に示し、この図２に示した各工程におけるセラミックス／金属複合材料の表面状態を表す拡大概略図を図３に示す。
【００３６】
この第１の製造方法では、まずセンシタイズ工程（Ｓ１）において、セラミックス１２に対する金属１４の組成比が１０体積％以上であるセラミックス／金属複合材料１６の表面全体に亘り、還元剤２２が吸着される。還元剤２２としては、還元能力および吸着能力が高いものが選定され、具体的には、Ｓｎ2+イオン等が好適である。
【００３７】
還元剤２２を吸着させる方法としては、還元剤２２を含有する溶液中にセラミックス／金属複合材料１６を浸漬する方法があげられる。例えば、セラミックス／金属複合材料１６をＳｎＣｌ2 ・２Ｈ2 Ｏの酸性溶液２８に温度２０〜３０℃で２〜３分間浸漬した場合には、該セラミックス／金属複合材料１６の表面にＳｎ2+イオンが吸着する。また、セラミックス１２と金属１４との界面の微小な空隙２４や、セラミックス１２において金属１４が含浸されていない気孔２６には、前記溶液２８が含浸される。
【００３８】
次いで、アクチベート工程（Ｓ２）において、還元剤２２と触媒金属２０とを置換し、前記表面に触媒金属２０を析出させる。
【００３９】
すなわち、還元剤２２が吸着されたセラミックス／金属複合材料１６を、触媒金属２０のイオンを含有する酸性溶液に温度２０〜３０℃で２〜３分間浸漬し、前記還元剤２２により前記触媒金属２０のイオンを還元して、前記触媒金属２０を前記表面に析出させる。例えば、還元剤２２がＳｎ2+、触媒金属２０がＰｄである場合、Ｐｄは酸性溶液中でＰｄ2+として存在しており、次の（１）式のように反応することによって固体として析出する。
【００４０】
Ｓｎ2+＋Ｐｄ2+ → Ｓｎ4+＋Ｐｄ …（１）
必要であれば、センシタイズ工程およびアクチベート工程は、交互に複数回繰り返して行ってもよい。
【００４１】
次いで、触媒金属２０が析出したセラミックス／金属複合材料１６に対して、電気メッキ工程（Ｓ３）を行う。すなわち、この複合材料１６をカソードとし、メッキ皮膜の原料である金属、例えばＣｕまたはＮｉ等をアノードとして、これらをメッキ液中において両電極間に電圧を印加することにより電気メッキ処理を行う。
【００４２】
この電気メッキ工程により、セラミックス／金属複合材料１６の表面において電気伝導度が高い箇所、すなわち金属１４上の触媒金属２０上に第１のメッキ皮膜１８ａが形成される。この場合、第１のメッキ皮膜１８ａは、触媒金属２０上だけではなく、その周囲のセラミックス１２上にも形成されてもよい。
【００４３】
電気メッキ処理を行う際には、電流密度を０．１〜１５Ａ／ｄｍ2 とすることが好ましい。０．１Ａ／ｄｍ2 よりも小さいと、第１のメッキ皮膜１８ａを形成するのに長時間を要するので、低効率となる。また、１５Ａ／ｄｍ2 よりも大きいと、均一な厚さの第１のメッキ皮膜１８ａが得られない場合がある。より好ましい電流密度は、１〜５Ａ／ｄｍ2 である。
【００４４】
次いで、触媒金属２０上に第１のメッキ皮膜１８ａが形成された複合材料１６に対して無電解メッキ工程（Ｓ４）を行い、第２のメッキ皮膜１８ｂを形成する。
【００４５】
具体的には、第２のメッキ皮膜１８ｂをＣｕで形成する場合、硫酸銅とホルマリンとが共存している溶液中に、第１のメッキ皮膜１８ａが形成された複合材料１６を浸漬する。この浸漬によって、第２のメッキ皮膜１８ｂがセラミックス１２上における第１のメッキ皮膜１８ａで覆われていない触媒金属２０の作用下に還元反応によって析出する（図３参照）。これがすなわち、無電解メッキ処理である。なお、無電解メッキ処理を続行して、第１のメッキ皮膜１８ａ上にも第２のメッキ皮膜１８ｂを形成させてもよい。
【００４６】
第１のメッキ皮膜１８ａと第２のメッキ皮膜１８ｂは、同一材料から形成することが好ましい。はんだ付け性や熱膨張率等の諸特性が均一となるからである。
【００４７】
最後に、第１のメッキ皮膜１８ａおよび第２のメッキ皮膜１８ｂが形成された複合材料を乾燥熱処理する（Ｓ５）。この乾燥熱処理工程により、含浸された前記溶液２８が蒸発揮散されるので、内部からの溶液２８の滲み出しがないメッキされたセラミックス／金属複合材料１０が得られる。
【００４８】
この乾燥は、酸化性ガスが存在しない雰囲気下で行う。酸化性ガスが存在する雰囲気下で乾燥を行うと、メッキ皮膜１８が酸化されるからである。具体的には、窒素、アルゴン、あるいはこれらの混合ガス等の不活性ガス雰囲気や水素等の還元性雰囲気とすればよい。または、真空ポンプ等によって乾燥装置内を減圧しながら乾燥を行ってもよい。
【００４９】
乾燥する際には、温度を１００〜５００℃まで昇温することが好ましい。１００℃よりも低いと前記溶液２８を蒸発揮散する効果に乏しくなる。また、５００℃よりも高いとセラミックス１２と金属１４とが剥離することがある。なお、昇温後に一定温度で保持することは必ずしも必要ではない。
【００５０】
次に、第２の実施の形態に係る製造方法（以下、第２の製造方法という）について図４を参照して説明する。
【００５１】
この第２の製造方法では、キャタリスト工程（Ｓ１０）において、触媒金属２０または触媒金属２０のイオンがセラミックス／金属複合材料１６の表面に直接吸着される。
【００５２】
以降の工程は、上記第１の製造方法に準拠すればよい。すなわち、電気メッキ工程（Ｓ２０）を行って第１のメッキ皮膜１８ａを形成し、次いで無電解メッキ工程（Ｓ３０）を行って第２のメッキ皮膜１８ｂを形成し、最後に乾燥熱処理工程（Ｓ４０）を行って複合材料１６内に含浸された溶液を蒸発揮散させればよい。
【００５３】
次に、第３の実施の形態に係る製造方法（以下、第３の製造方法という）について図５を参照して説明する。
【００５４】
この第３の製造方法では、アクチベイティング工程（Ｓ１１０）において、還元剤２２と触媒金属２０がコロイド状に混合された溶液中に、セラミックス／金属複合材料１６が浸漬される。この浸漬によって、前記複合材料１６の表面への還元剤２２の吸着と、該還元剤２２と触媒金属２０との置換が同時に営まれる。
【００５５】
しかしながら、一部の還元剤２２は触媒金属２０に置換されず、前記表面上に残留する。そこで、次にアクセラレイティング工程（Ｓ１２０）を行うことにより、残留した還元剤２２と触媒金属２０とを置換する。例えば、還元剤２２がＳｎ2+イオンであり、触媒金属２０がＰｄである場合には、アクチベイティング工程を経た複合材料１６を、塩酸溶液、水酸化ナトリウム溶液、あるいは水酸化アンモニウム溶液等に浸漬すれば、上記（１）式に示した反応が起こり、金属Ｐｄが前記表面上に析出する。
【００５６】
以降の工程は、第１の製造方法に準拠すればよい。
【００５７】
第３の製造方法によれば、触媒金属２０をより均一に分散して析出させることができる。したがって、これと置換して形成される第２のメッキ皮膜１８ｂの厚さがより均一となるので好適である。
【００５８】
セラミックス／金属複合材料１６の金属１４としてＡｌあるいはＡｌ合金が使用されている場合には、図２、図４、および図５にそれぞれかっこ書きで示したように、ＡｌあるいはＡｌ合金の表面部分をＺｎで置換する前処理工程を行う。
【００５９】
さらに、図２、図４および図５にそれぞれかっこ書きで示したように、乾燥熱処理工程（Ｓ５、Ｓ４０、Ｓ１５０）を行う前に予備乾燥工程を行ってもよい。予備乾燥を行うことにより、メッキ皮膜１８を形成した直後に乾燥熱処理工程を行わない場合であっても、メッキ皮膜１８の酸化を長期間に亘り防止することができる。
【００６０】
予備乾燥工程における乾燥温度や時間は、複合材料１６表面のメッキ液を蒸発揮散せしめる程度であればよく、具体的には、６０〜９０℃で５分間以上保持する程度でよい。
【００６１】
このようにして形成されたメッキ皮膜１８には、セラミックス／金属複合材料１６から剥離した箇所が認められない。また、はんだ付け性や密着性に優れる。したがって、このメッキされたセラミックス／金属複合材料１０を半導体回路のヒートシンク材として使用する場合、半導体回路への固着が容易であり、また、熱膨張等によるメッキ皮膜１８の剥離が発生しないため、長期間に亘る使用が可能である。
【００６２】
なお、上述した実施の形態においては、セラミックス／金属複合材料としてセラミックスの多孔質焼結体に金属を含浸したものを使用したが、セラミックスの粉末と金属の粉末とがともに焼結されたものであってもよい。
【００６３】
【実施例】
［実施例１］
ＳｉＣ（７０体積％）の多孔質焼結体の気孔にＣｕ（３０体積％）が含浸されてなるＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を使用して、図２に示した第１の製造方法により、ＮｉがメッキされたＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を製造した。
【００６４】
なお、センシタイズ工程およびアクチベート工程は交互に２回ずつ行い、各々の工程における液への浸漬時間はそれぞれ３分、２分、１分、１分とした。還元剤としてはＳｎ2+イオンを、触媒金属としてはＰｄをそれぞれ使用した。また、第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ処理は５Ａ／ｄｍ2 の電流密度で３分間行い、第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ処理はメッキ液の温度を６０℃として６０分間行った。その後、第１および第２のメッキ皮膜が形成されたＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を、一旦７０℃で２０分間乾燥し、次いで窒素と水素とを３：１の体積比となるように流通させながら３００℃で１分間乾燥して、実施例１に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を得た。
［実施例２］
図４に示した第２の製造方法により製造した以外は実施例１に準拠して、実施例２に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。この場合、キャタリスト工程は１回行い、浸漬時間は１分とした。
［比較例１］
電気メッキ処理および乾燥熱処理を行わない以外は実施例１に準拠して、比較例１に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。
［比較例２〕
電気メッキ処理を行わない以外は実施例１に準拠して、比較例２に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。
［評価］
これらを目視にて観察したところ、実施例１、２ではメッキ皮膜が均一な厚さで形成されていた。また、比較例１、２においてもメッキ皮膜の厚さはほぼ均一であったが、メッキ皮膜が複合材料表面から剥離している箇所があることが認められた。
【００６５】
次に、これらのはんだ付け性および密着性の評価を行った。はんだ付け性は、ＡｌＮを実施例１、２、比較例１、２のそれぞれとはんだ付けによって接合し、未接合部分の割合がどの程度であるかを求めた。この数字が大きいほど、未接合部分が多く、はんだ付け性が良好でないことを表す。また、密着性は、ＪＩＳ−Ｈ８５０４に規定された方法に従うメッキ皮膜引き剥がし試験によって評価した。以上の結果を、目視観察結果と併せて表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１から、実施例１、２がはんだ付け性および密着性にも優れていることが明らかである。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のメッキされたセラミックス／金属複合材料によれば、メッキ皮膜とセラミックス／複合材料とが良好に密着し、はんだ付け性にも優れている。
【００６９】
また、本発明のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法によれば、メッキ皮膜が複合材料表面から剥離することなく、かつ、均一な厚さで形成される。さらに、製造過程において複合材料の内部に含浸された溶液は、最終的には蒸発揮散せしめられる。したがって、メッキされたセラミックス／金属複合材料をはんだ付けする際に溶液が滲み出ることがないので、はんだに対する濡れ性が低下しない。
【００７０】
この製造方法によって製造されたメッキされたセラミックス／金属複合材料は、例えば、半導体回路のヒートシンク材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料の断面概略図である。
【図２】第１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】第１の製造方法の各工程に対応したセラミックス／金属複合材料の表面の状態を示す概念図である。
【図４】第２の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】第３の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…メッキされたセラミックス／金属複合材料
１２…セラミックス（多孔質焼結体） １４…金属
１６…セラミックス／金属複合材料 １８、１８ａ、１８ｂ…メッキ皮膜
２０…触媒金属 ２２…還元剤
２４…空隙 ２６…気孔
２８…溶液
【発明の属する技術分野】
本発明は、メッキされたセラミックス／金属複合材料およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体のヒートシンク材としては、熱伝導度が高いことから、ＣｕあるいはＡｌ等が従来から使用されている。しかしながら、これらの熱膨張率の値は、半導体回路の基板であるＳｉあるいはＧａＡｓ等の熱膨張率の値とは差があるため、回路が高温となった場合には基板とヒートシンク材とが剥離することがある。したがって、剥離が生じないようにするために、熱伝導度が高く、かつ熱膨張率の値がＳｉあるいはＧａＡｓ等のそれの値と近いものをヒートシンク材として使用することが本来は望ましいが、セラミックス単体あるいは金属単体でそのような条件を満足する材料は知られていない。
【０００３】
そこで、ＳｉＣ多孔質焼結体の気孔にＣｕを含浸してなるＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をヒートシンク材として使用することが試みられている。ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料は、高熱伝導度を有し、かつ、熱膨張率の値がＳｉあるいはＧａＡｓ等のそれの値に近いからである。したがって、回路が高温となった場合においても、基板から剥離することがないからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をヒートシンク材として用いる際には、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をはんだ付けあるいはろう付け等によって半導体回路および基板に固着する。しかしながらこの場合、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料は、はんだ、ろうに対する濡れ性（はんだ付け性、ろう付け性）が良好ではないという不具合がある。
【０００５】
はんだ付け性、ろう付け性を向上させるためには、ＳｉＣおよびはんだあるいはろうに対して濡れ性が良好な材料、例えばＣｕからなるメッキ皮膜をＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の表面に形成することが有効であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料に対して無電解メッキ処理を施すことによりメッキ皮膜を形成した場合には、以下のような不都合が生じる。
【０００８】
すなわち、前記溶液あるいはメッキ液がＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の内部に残留した場合には、メッキ皮膜形成後にこれらの溶液が滲み出る場合がある。その結果、形成されたメッキ皮膜が変色するとともに、はんだ付けあるいはろう付けを行う場合には、該メッキ皮膜のはんだ付け性、ろう付け性が良好でなくなるという問題が引き起こされる。また、メッキ皮膜形成後に残留液の一部が気化することにより、メッキ皮膜の一部が膨張することがある。
【０００９】
さらに、無電解メッキ処理によって形成されたメッキ皮膜は、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料に対する密着性があまり良好ではないという問題がある。
【００１０】
一方、電気メッキ処理によってメッキ皮膜を形成することも考えられる。
【００１１】
しかしながら、メッキ皮膜の原材料をアノードとし、メッキ皮膜が形成される材料をカソードとして、この両電極間に電圧を印加して電流を流す電気メッキ処理においては、電気伝導度が低い材料、すなわち絶縁体や半導体にはメッキ皮膜を形成することはできない。言い換えれば、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材料をカソードとして電気メッキ処理を行った場合には、メッキ皮膜は、導電体であるＣｕが露出した表面には形成されるが、ＳｉＣが露出した表面には形成されない。したがって、電気メッキ処理のみを行うことによってＳｉＣ／Ｃｕ複合材料の表面全体にメッキ皮膜を形成することは事実上不可能である。
【００１２】
上記した問題は、他のセラミックス／金属複合材料においても同様に生じる。
【００１３】
このように、セラミックス／金属複合材料に対して厚さや密着性が均一なメッキ皮膜を形成することは困難であり、その方法は未だに確立されていない。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、セラミックス／金属複合材料の表面に、はんだ付け性、ろう付け性が良好であり、かつ、厚さや密着性が均一なメッキ皮膜が形成されてなる新規なメッキされたセラミックス／金属複合材料およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面上に触媒金属が析出され、少なくとも金属部分上に析出された前記触媒金属上に電気メッキ処理によって形成された第１のメッキ皮膜が形成され、かつ、前記セラミックス／金属複合材料の少なくともセラミックス部分の表面上に、無電解メッキ処理によって形成された第２のメッキ皮膜が形成され、さらに、乾燥が施されていることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料が提供される。
【００１６】
この場合、セラミックスの好適例としては、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれか１つがあげられ、複合材料を構成する金属の好適例としては、前記各セラミックスに対する濡れ性が良好なＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１つがあげられる。この場合、セラミックスに対する金属の組成比は、１０体積％以上であることが好ましい。また、メッキ皮膜は、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金のいずれか１つからなることが好ましい。
【００１７】
また、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面に還元剤を吸着させるセンシタイズ工程と、前記還元剤と触媒金属とを置換することにより、該触媒金属を前記表面に析出させるアクチベート工程と、表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００１８】
また、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面に触媒金属または触媒金属イオンを吸着させるキャタリスト工程と、表面に前記触媒金属または前記触媒金属イオンが析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００１９】
さらに、本発明においては、セラミックス／金属複合材料の表面への還元剤の吸着と、該還元剤と触媒金属との置換とを同時に行うアクチベイティング工程と、前記表面上に残留している前記還元剤を前記触媒金属に置換するアクセラレイティング工程と、表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程とを含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法が提供される。
【００２０】
このように、段階的にメッキ処理を施すことにより、厚みが均一で密着性の良好なメッキ皮膜を形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本実施の形態に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料１０の概略断面図を示す。このメッキされたセラミックス／金属複合材料１０は、多孔質焼結体であるセラミックス１２の気孔に金属１４が含浸されてなるセラミックス／金属複合材料１６の表面全体に亘り、メッキ皮膜１８が形成されてなるものである。また、金属１４上には、後述する触媒金属２０が析出している。
【００２３】
金属１４は、図１に示すように、セラミックス（多孔質焼結体ともいう）１２の内部に３次元的に連なって存在する気孔内に含浸されている。すなわち、金属１４は、セラミックス１２の内部で３次元網目構造をなして連なっている。
【００２４】
多孔質焼結体１２を構成するセラミックスとしては、特に限定されるものではないが、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、あるいはＡｌ2 Ｏ3 のいずれか１つを好適例としてあげることができる。
【００２５】
また、前記多孔質焼結体１２に含浸される金属も特に限定されるものではないが、メッキされたセラミックス／金属複合材料１０をヒートシンク材に適用する場合には、熱伝導度が高い金属であることが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、あるいはＡｌ合金のいずれか１つが好適である。
【００２６】
この場合、Ｃｕ合金としては、Ｃｕ以外の金属の組成比が５％以下であるＣｕ−Ｂｅ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ｍｇ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等を例示することができ、Ａｌ合金としては、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｔｉ合金等を例示することができる。
【００２７】
セラミックス１２および金属１４として上記したものを用いてメッキ皮膜１８を形成する場合には、セラミックス１２に対する金属１４の組成比は１０体積％以上に設定することが好ましい。前記各セラミックスは電気伝導度が低いので、複合材料１６における金属１４の組成比が１０体積％よりも小さいと、複合材料１６全体の電気伝導度が低くなる。したがって、電気メッキ処理を行った場合、充分な厚さのメッキ皮膜が形成されない場合があるからである。
【００２８】
メッキ皮膜１８は、後述するように、触媒金属２０上に電気メッキ処理によって形成された第１のメッキ皮膜と、セラミックス／金属複合材料１６の少なくともセラミックス１２の表面上に無電解メッキ処理によって形成された第２のメッキ皮膜とからなる。第１および第２のメッキ皮膜の材料としては、はんだに対して濡れ性が良好なものが選定される。具体的には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金のいずれか１つが好適である。
【００２９】
触媒金属２０は、セラミックス／金属複合材料１６に対して後述するセンシタイズ工程およびアクチベート工程を行うことによって、該セラミックス／金属複合材料１６の表面に析出されたものである。
【００３０】
メッキされた複合材料１０を製造する際には、後述するように、電気メッキ処理が行われるが、この際には導電体にのみメッキ皮膜が形成される。すなわち、セラミックス／金属複合材料１６においては、該セラミックス／金属複合材料１６の内部で３次元網目構造をなして連なっている金属１４のみが導電体であり、したがって第１のメッキ皮膜は、少なくとも金属１４上に析出している触媒金属２０上に形成される。さらに、セラミックス１２上の金属触媒２０も導体であるので、第１のメッキ皮膜はこの金属触媒２０上にも形成される。
【００３１】
その後、無電解メッキ処理により、セラミックス１２の表面上に析出した触媒金属２０を核として第２のメッキ皮膜が形成される。なお、触媒金属２０の好適例としては、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｆｅ等があげられる。
【００３２】
このようにメッキ皮膜１８が形成された複合材料１０は、メッキ皮膜が形成されていない複合材料と比較して、はんだ付け性、ろう付け性が良好となる。さらには、耐食性、耐摩耗性が向上する。
【００３３】
次に、メッキされたセラミックス／金属複合材料１０の製造方法について説明する。
【００３４】
まず、第１の実施の形態に係る製造方法（以下、第１の製造方法という）について図２および図３を参照して説明する。
【００３５】
第１の製造方法の工程のフローチャートを図２に示し、この図２に示した各工程におけるセラミックス／金属複合材料の表面状態を表す拡大概略図を図３に示す。
【００３６】
この第１の製造方法では、まずセンシタイズ工程（Ｓ１）において、セラミックス１２に対する金属１４の組成比が１０体積％以上であるセラミックス／金属複合材料１６の表面全体に亘り、還元剤２２が吸着される。還元剤２２としては、還元能力および吸着能力が高いものが選定され、具体的には、Ｓｎ2+イオン等が好適である。
【００３７】
還元剤２２を吸着させる方法としては、還元剤２２を含有する溶液中にセラミックス／金属複合材料１６を浸漬する方法があげられる。例えば、セラミックス／金属複合材料１６をＳｎＣｌ2 ・２Ｈ2 Ｏの酸性溶液２８に温度２０〜３０℃で２〜３分間浸漬した場合には、該セラミックス／金属複合材料１６の表面にＳｎ2+イオンが吸着する。また、セラミックス１２と金属１４との界面の微小な空隙２４や、セラミックス１２において金属１４が含浸されていない気孔２６には、前記溶液２８が含浸される。
【００３８】
次いで、アクチベート工程（Ｓ２）において、還元剤２２と触媒金属２０とを置換し、前記表面に触媒金属２０を析出させる。
【００３９】
すなわち、還元剤２２が吸着されたセラミックス／金属複合材料１６を、触媒金属２０のイオンを含有する酸性溶液に温度２０〜３０℃で２〜３分間浸漬し、前記還元剤２２により前記触媒金属２０のイオンを還元して、前記触媒金属２０を前記表面に析出させる。例えば、還元剤２２がＳｎ2+、触媒金属２０がＰｄである場合、Ｐｄは酸性溶液中でＰｄ2+として存在しており、次の（１）式のように反応することによって固体として析出する。
【００４０】
Ｓｎ2+＋Ｐｄ2+ → Ｓｎ4+＋Ｐｄ …（１）
必要であれば、センシタイズ工程およびアクチベート工程は、交互に複数回繰り返して行ってもよい。
【００４１】
次いで、触媒金属２０が析出したセラミックス／金属複合材料１６に対して、電気メッキ工程（Ｓ３）を行う。すなわち、この複合材料１６をカソードとし、メッキ皮膜の原料である金属、例えばＣｕまたはＮｉ等をアノードとして、これらをメッキ液中において両電極間に電圧を印加することにより電気メッキ処理を行う。
【００４２】
この電気メッキ工程により、セラミックス／金属複合材料１６の表面において電気伝導度が高い箇所、すなわち金属１４上の触媒金属２０上に第１のメッキ皮膜１８ａが形成される。この場合、第１のメッキ皮膜１８ａは、触媒金属２０上だけではなく、その周囲のセラミックス１２上にも形成されてもよい。
【００４３】
電気メッキ処理を行う際には、電流密度を０．１〜１５Ａ／ｄｍ2 とすることが好ましい。０．１Ａ／ｄｍ2 よりも小さいと、第１のメッキ皮膜１８ａを形成するのに長時間を要するので、低効率となる。また、１５Ａ／ｄｍ2 よりも大きいと、均一な厚さの第１のメッキ皮膜１８ａが得られない場合がある。より好ましい電流密度は、１〜５Ａ／ｄｍ2 である。
【００４４】
次いで、触媒金属２０上に第１のメッキ皮膜１８ａが形成された複合材料１６に対して無電解メッキ工程（Ｓ４）を行い、第２のメッキ皮膜１８ｂを形成する。
【００４５】
具体的には、第２のメッキ皮膜１８ｂをＣｕで形成する場合、硫酸銅とホルマリンとが共存している溶液中に、第１のメッキ皮膜１８ａが形成された複合材料１６を浸漬する。この浸漬によって、第２のメッキ皮膜１８ｂがセラミックス１２上における第１のメッキ皮膜１８ａで覆われていない触媒金属２０の作用下に還元反応によって析出する（図３参照）。これがすなわち、無電解メッキ処理である。なお、無電解メッキ処理を続行して、第１のメッキ皮膜１８ａ上にも第２のメッキ皮膜１８ｂを形成させてもよい。
【００４６】
第１のメッキ皮膜１８ａと第２のメッキ皮膜１８ｂは、同一材料から形成することが好ましい。はんだ付け性や熱膨張率等の諸特性が均一となるからである。
【００４７】
最後に、第１のメッキ皮膜１８ａおよび第２のメッキ皮膜１８ｂが形成された複合材料を乾燥熱処理する（Ｓ５）。この乾燥熱処理工程により、含浸された前記溶液２８が蒸発揮散されるので、内部からの溶液２８の滲み出しがないメッキされたセラミックス／金属複合材料１０が得られる。
【００４８】
この乾燥は、酸化性ガスが存在しない雰囲気下で行う。酸化性ガスが存在する雰囲気下で乾燥を行うと、メッキ皮膜１８が酸化されるからである。具体的には、窒素、アルゴン、あるいはこれらの混合ガス等の不活性ガス雰囲気や水素等の還元性雰囲気とすればよい。または、真空ポンプ等によって乾燥装置内を減圧しながら乾燥を行ってもよい。
【００４９】
乾燥する際には、温度を１００〜５００℃まで昇温することが好ましい。１００℃よりも低いと前記溶液２８を蒸発揮散する効果に乏しくなる。また、５００℃よりも高いとセラミックス１２と金属１４とが剥離することがある。なお、昇温後に一定温度で保持することは必ずしも必要ではない。
【００５０】
次に、第２の実施の形態に係る製造方法（以下、第２の製造方法という）について図４を参照して説明する。
【００５１】
この第２の製造方法では、キャタリスト工程（Ｓ１０）において、触媒金属２０または触媒金属２０のイオンがセラミックス／金属複合材料１６の表面に直接吸着される。
【００５２】
以降の工程は、上記第１の製造方法に準拠すればよい。すなわち、電気メッキ工程（Ｓ２０）を行って第１のメッキ皮膜１８ａを形成し、次いで無電解メッキ工程（Ｓ３０）を行って第２のメッキ皮膜１８ｂを形成し、最後に乾燥熱処理工程（Ｓ４０）を行って複合材料１６内に含浸された溶液を蒸発揮散させればよい。
【００５３】
次に、第３の実施の形態に係る製造方法（以下、第３の製造方法という）について図５を参照して説明する。
【００５４】
この第３の製造方法では、アクチベイティング工程（Ｓ１１０）において、還元剤２２と触媒金属２０がコロイド状に混合された溶液中に、セラミックス／金属複合材料１６が浸漬される。この浸漬によって、前記複合材料１６の表面への還元剤２２の吸着と、該還元剤２２と触媒金属２０との置換が同時に営まれる。
【００５５】
しかしながら、一部の還元剤２２は触媒金属２０に置換されず、前記表面上に残留する。そこで、次にアクセラレイティング工程（Ｓ１２０）を行うことにより、残留した還元剤２２と触媒金属２０とを置換する。例えば、還元剤２２がＳｎ2+イオンであり、触媒金属２０がＰｄである場合には、アクチベイティング工程を経た複合材料１６を、塩酸溶液、水酸化ナトリウム溶液、あるいは水酸化アンモニウム溶液等に浸漬すれば、上記（１）式に示した反応が起こり、金属Ｐｄが前記表面上に析出する。
【００５６】
以降の工程は、第１の製造方法に準拠すればよい。
【００５７】
第３の製造方法によれば、触媒金属２０をより均一に分散して析出させることができる。したがって、これと置換して形成される第２のメッキ皮膜１８ｂの厚さがより均一となるので好適である。
【００５８】
セラミックス／金属複合材料１６の金属１４としてＡｌあるいはＡｌ合金が使用されている場合には、図２、図４、および図５にそれぞれかっこ書きで示したように、ＡｌあるいはＡｌ合金の表面部分をＺｎで置換する前処理工程を行う。
【００５９】
さらに、図２、図４および図５にそれぞれかっこ書きで示したように、乾燥熱処理工程（Ｓ５、Ｓ４０、Ｓ１５０）を行う前に予備乾燥工程を行ってもよい。予備乾燥を行うことにより、メッキ皮膜１８を形成した直後に乾燥熱処理工程を行わない場合であっても、メッキ皮膜１８の酸化を長期間に亘り防止することができる。
【００６０】
予備乾燥工程における乾燥温度や時間は、複合材料１６表面のメッキ液を蒸発揮散せしめる程度であればよく、具体的には、６０〜９０℃で５分間以上保持する程度でよい。
【００６１】
このようにして形成されたメッキ皮膜１８には、セラミックス／金属複合材料１６から剥離した箇所が認められない。また、はんだ付け性や密着性に優れる。したがって、このメッキされたセラミックス／金属複合材料１０を半導体回路のヒートシンク材として使用する場合、半導体回路への固着が容易であり、また、熱膨張等によるメッキ皮膜１８の剥離が発生しないため、長期間に亘る使用が可能である。
【００６２】
なお、上述した実施の形態においては、セラミックス／金属複合材料としてセラミックスの多孔質焼結体に金属を含浸したものを使用したが、セラミックスの粉末と金属の粉末とがともに焼結されたものであってもよい。
【００６３】
【実施例】
［実施例１］
ＳｉＣ（７０体積％）の多孔質焼結体の気孔にＣｕ（３０体積％）が含浸されてなるＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を使用して、図２に示した第１の製造方法により、ＮｉがメッキされたＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を製造した。
【００６４】
なお、センシタイズ工程およびアクチベート工程は交互に２回ずつ行い、各々の工程における液への浸漬時間はそれぞれ３分、２分、１分、１分とした。還元剤としてはＳｎ2+イオンを、触媒金属としてはＰｄをそれぞれ使用した。また、第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ処理は５Ａ／ｄｍ2 の電流密度で３分間行い、第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ処理はメッキ液の温度を６０℃として６０分間行った。その後、第１および第２のメッキ皮膜が形成されたＳｉＣ／Ｃｕ複合材料を、一旦７０℃で２０分間乾燥し、次いで窒素と水素とを３：１の体積比となるように流通させながら３００℃で１分間乾燥して、実施例１に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を得た。
［実施例２］
図４に示した第２の製造方法により製造した以外は実施例１に準拠して、実施例２に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。この場合、キャタリスト工程は１回行い、浸漬時間は１分とした。
［比較例１］
電気メッキ処理および乾燥熱処理を行わない以外は実施例１に準拠して、比較例１に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。
［比較例２〕
電気メッキ処理を行わない以外は実施例１に準拠して、比較例２に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料を製造した。
［評価］
これらを目視にて観察したところ、実施例１、２ではメッキ皮膜が均一な厚さで形成されていた。また、比較例１、２においてもメッキ皮膜の厚さはほぼ均一であったが、メッキ皮膜が複合材料表面から剥離している箇所があることが認められた。
【００６５】
次に、これらのはんだ付け性および密着性の評価を行った。はんだ付け性は、ＡｌＮを実施例１、２、比較例１、２のそれぞれとはんだ付けによって接合し、未接合部分の割合がどの程度であるかを求めた。この数字が大きいほど、未接合部分が多く、はんだ付け性が良好でないことを表す。また、密着性は、ＪＩＳ−Ｈ８５０４に規定された方法に従うメッキ皮膜引き剥がし試験によって評価した。以上の結果を、目視観察結果と併せて表１に示す。
【００６６】
【表１】
表１から、実施例１、２がはんだ付け性および密着性にも優れていることが明らかである。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のメッキされたセラミックス／金属複合材料によれば、メッキ皮膜とセラミックス／複合材料とが良好に密着し、はんだ付け性にも優れている。
【００６９】
また、本発明のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法によれば、メッキ皮膜が複合材料表面から剥離することなく、かつ、均一な厚さで形成される。さらに、製造過程において複合材料の内部に含浸された溶液は、最終的には蒸発揮散せしめられる。したがって、メッキされたセラミックス／金属複合材料をはんだ付けする際に溶液が滲み出ることがないので、はんだに対する濡れ性が低下しない。
【００７０】
この製造方法によって製造されたメッキされたセラミックス／金属複合材料は、例えば、半導体回路のヒートシンク材として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るメッキされたセラミックス／金属複合材料の断面概略図である。
【図２】第１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】第１の製造方法の各工程に対応したセラミックス／金属複合材料の表面の状態を示す概念図である。
【図４】第２の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】第３の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…メッキされたセラミックス／金属複合材料
１２…セラミックス（多孔質焼結体） １４…金属
１６…セラミックス／金属複合材料 １８、１８ａ、１８ｂ…メッキ皮膜
２０…触媒金属 ２２…還元剤
２４…空隙 ２６…気孔
２８…溶液
Claims (12)
- セラミックス／金属複合材料の表面上に触媒金属が析出され、
少なくとも金属部分上に析出された前記触媒金属上に電気メッキ処理によって形成された第１のメッキ皮膜が形成され、かつ、
前記セラミックス／金属複合材料の少なくともセラミックス部分の表面上に、無電解メッキ処理によって形成された第２のメッキ皮膜が形成され、
さらに、乾燥が施されていることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料。 - 請求項１記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料において、
セラミックスがＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれか１つであり、金属がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれかで１つであり、前記第１および第２のメッキ皮膜がＮｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金のいずれか１つであることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料。 - 請求項２記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料において、
前記セラミックスに対する前記金属の組成比が、１０体積％以上であることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料。 - セラミックス／金属複合材料の表面に還元剤を吸着させるセンシタイズ工程と、
前記還元剤と触媒金属とを置換することにより、該触媒金属を前記表面に析出させるアクチベート工程と、
表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、
前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、
前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程と、
を含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - セラミックス／金属複合材料の表面に触媒金属または触媒金属イオンを吸着させるキャタリスト工程と、
表面に前記触媒金属または前記触媒金属イオンが析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、
前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、
前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程と、
を含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - セラミックス／金属複合材料の表面への還元剤の吸着と、該還元剤と触媒金属との置換とを同時に行うアクチベイティング工程と、
前記表面上に残留している前記還元剤を前記触媒金属に置換するアクセラレイティング工程と、
表面に前記触媒金属が析出した前記セラミックス／金属複合材料に対して電気メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料の金属部分上に析出している前記触媒金属上に第１のメッキ皮膜を形成する電気メッキ工程と、
前記第１のメッキ皮膜が形成された前記セラミックス／金属複合材料に対して無電解メッキ処理を行い、少なくとも前記セラミックス／金属複合材料のセラミックス部分の表面上に第２のメッキ皮膜を形成する無電解メッキ工程と、
前記第１および第２のメッキ皮膜が形成された前記複合材料を酸化性ガスが存在しない雰囲気下で乾燥する乾燥熱処理工程と、
を含むことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項４〜６のいずれか１項に記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
前記センシタイズ工程、前記キャタリスト工程、あるいは前記アクチベイティング工程のいずれかの工程の前に、セラミックス／金属複合材料の金属部分の表面をＺｎに置換する前処理工程を行うことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項４〜７のいずれか１項に記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
前記乾燥熱処理工程の前に、予備乾燥工程を備えることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項４〜８のいずれか１項に記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
前記電気メッキ処理を、０．１〜１５Ａ／ｄｍ2 の電流密度で行うことを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項４〜９のいずれか１項に記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
前記乾燥熱処理工程における乾燥時の温度が、１００〜５００℃であることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項４〜１０のいずれか１項に記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
セラミックスをＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＢｅＯ、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれか１つとし、金属をＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のいずれか１つとし、前記第１および第２のメッキ皮膜をＮｉ、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金のいずれか１つとすることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。 - 請求項１１記載のメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法において、
前記セラミックスに対する前記金属の組成比が、１０体積％以上であることを特徴とするメッキされたセラミックス／金属複合材料の製造方法。
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