散热部件及其制造方法与流程

本发明涉及散热部件及其制造方法，该散热部件包括由复合材料构成的复合体部和由金属构成的金属层。

背景技术：

由于正在逐渐开发半导体元件，以实现更高的集成度、更高的功率和更高的速度，所以其在运行中产生显著的热(或被显著地加热)。因此，将半导体元件安装在散热部件(称为受热器、散热器等)上，以经由散热部件向外部驱散半导体元件的热量。

散热部件要求具有高导热率，并且与半导体元件的热膨胀系数的差异小。因此，作为散热部件，使用了这样的复合材料，其中诸如金刚石和SiC之类的令人满意的导热材料的颗粒分散在诸如Ag、Cu和Al之类的金属基质中并由此与其复合。例如，作为金刚石的复合材料，Ag/金刚石、Cu/金刚石、Al/金刚石等是已知的，并且作为SiC的复合材料，Al/SiC等是已知的。

例如，如下所述制造上述复合材料：将令人满意的导热材料的粉末引入容器或模具中，随后在其上设置将用作金属基质的金属的粉末、板等，然后在该条件下将它们加热，因此金属被熔化并浸渗在令人满意的导热材料的颗粒之间，从而制造复合材料。专利文献1-3公开了这样一种技术，其中在金属/金刚石复合材料中添加了元素周期表的第4族元素(如Ti)以在金刚石颗粒的表面上形成元素周期表的第4族元素的碳化物，以改善金刚石颗粒的润湿性，从而增强金属基质和金刚石颗粒之间的密着性和结合性。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利特开No.10-223812

专利文献2：日本专利特开No.11-67991

专利文献3：日本专利特开No.2004-197153

技术实现要素：

技术问题

例如，通过软悍、钎焊等来将半导体元件安装到散热部件上。上述复合材料可以具有暴露有金刚石颗粒、SiC颗粒等的表面。当暴露有这种非金属无机材料时，复合材料的表面失去平滑性，此外，非金属无机材料的润湿性差，因此难以对其进行软悍、钎焊等并且损害了接合性。因此，需要开发一种能够将半导体元件容易地安装在复合材料的与半导体元件接合的表面上的技术。

本发明的一个目的是提供一种散热部件，该散热部件能够使半导体元件以高接合性接合到由复合材料构成的复合体部的表面上。此外，本发明的另一个目的是提供一种能够制造上述散热部件的方法。

解决问题的方案

根据本发明的一种方式的散热部件包括：由复合材料构成的复合体部，所述复合材料在金属基质中包含令人满意的导热材料的颗粒；以及金属层，其形成在所述复合体部的至少一个表面上并且由金属构成。

根据本发明的一种方式的制造散热部件的方法包括：准备步骤，准备在金属基质中包含令人满意的导热材料的颗粒的复合材料；粉末布置步骤，在所述复合材料的至少一个表面上设置由金属颗粒构成的金属粉末；加热步骤，在所述金属粉末设置在所述复合材料上的情况下，对所述复合材料和所述金属粉末进行加热，以在由所述复合材料构成的复合体部上形成由所述金属粉末的金属构成的金属层。

发明的有益效果

上述散热部件具有形成于由复合材料构成的复合体部的表面上的金属层，该散热部件具有令人满意的软焊性和钎焊性。上述制造散热部件的方法可以制造上述散热部件。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方案的散热部件的例子的示意性截面图。

图2示意性地示出了用于制造根据本发明实施方案的散热部件的工艺。

图3示出了用于制造复合材料的模具的例子的示意性透视图。

图4示意性地示出了用于制造复合材料的工艺的一个例子。

图5是通过扫描电子显微镜(SEM)在横截面中所观察到的，试验例4中制备的样品No.1-2的散热部件的图像。

图6是通过SEM在横截面中所观察到的，试验例4中制备的样品No.1-35的散热部件的图像。

图7是通过SEM在横截面中所观察到的，试验例4中制备的样品No.1-36的散热部件的图像。

具体实施方式

[本发明实施方案的描述]

本发明人已经不同地考虑了用于在复合材料的表面上形成与焊料等的润湿性优异的金属层的技术，作为结果获得了以下发现：作为一种形成金属层的方法，可以用金属镀覆复合材料的表面。当由非金属无机材料构成的令人满意的导热材料的颗粒暴露在复合材料的表面上时，化学镀是可应用的镀覆方法，然而，通过化学镀，难以改善表面的平滑性。作为另一种方法，可以通过热压将金属箔粘附在复合材料的表面上，然而，在复合材料的表面上，通过制造而存在凸起和凹陷，因此难以获得足够的密着性。在这种情况下，也考虑抛光复合材料的表面以将其加工成平坦表面，然而，复合材料包含金刚石颗粒、SiC颗粒或其他类似的陶瓷颗粒(令人满意的导热材料的颗粒)，因此，加工本身是困难的，此外，加工产生热量，这可能使复合材料本身变形。特别地，当复合材料包含金刚石颗粒时，其加工是非常困难的。此外，通常而言，通过轧制制造金属箔，因此，金属箔通过其制造工艺而含有大量的加工变形。含有大量加工变形的金属容易引起再结晶，当通过热压粘合金属箔时，构成金属箔的金属晶粒容易通过再结晶而变得粗大。当由金属箔(包含具有大结晶粒径的金属晶粒)形成的金属层经历严苛的热循环时，金属层可能会破裂。此外，作为另一种技术，可以如此制造复合材料，使金属基质的量增加以在复合材料的表面上形成由金属基质的金属成分构成的金属层。然而，通过浸渗形成的金属层是铸造结构，因此由具有大结晶粒径的金属晶粒构成，此外，容易包含诸如缩孔、气孔等的铸造缺陷。当由具有大结晶粒径的金属晶粒构成的金属层经历严苛的热循环时，金属层可能会破裂，并且当金属层具有铸造缺陷时，其导致散热性降低。

本发明人进一步研究了在复合材料的表面上形成高密着性的金属层的技术，作为结果获得了以下发现。由于复合材料包含金刚石颗粒、SiC颗粒或其他类似的陶瓷颗粒，因此，这些颗粒可以提供具有凸起和凹陷(粗糙)的表面。除此之外，在复合材料的制造过程中，当制造复合材料使得复合材料具有与容器(或模具)的内表面接触的表面时，容器(或模具)的内表面的凸起和凹陷可能被转移到复合材料的表面，并且可能会在复合材料的表面上形成凸起和凹陷。因此，如上所述，当使用金属箔来形成金属层时，在金属层和复合材料(或复合体部)之间产生空隙，并且它们的接合面积(或接触面积)减小，结果难以获得足够的密着性，并且散热部件提供的散热性降低。

因此，本发明人考虑了使用金属粉末代替金属箔来形成金属层。当使用金属粉末时，构成金属粉末的金属颗粒流动并因此进入复合材料的表面的凸起和凹陷处，并且在金属层和复合材料(或复合体部)之间不容易形成空隙。并且除了它们增加的接合面积(或接触面积)以及由此带来的它们的增强的密着性之外，其粘固效应(anchoring effect)增强了金属层的密着强度。在此，构成金属粉末的金属颗粒具有微细的晶体结构，并且具有小粒径的晶粒，此外，具有接近球形的晶粒。相反，金属箔通过轧制向其中引入了大量的加工变形，并且在热压中容易引起再结晶，并且最终具有形成于其中的粗晶粒。本发明人已经获得这样的发现：由于由金属粉末形成的金属层来源于金属粉末，所以金属层具有这样的晶体结构，其中金属晶粒具有小的结晶粒径。首先，将列举和描述本发明的实施方案。

(1)根据本发明的一种方式的散热部件包括：由复合材料构成的复合体部，所述复合材料在金属基质中包含令人满意的导热材料的颗粒；以及金属层，其形成在所述复合体部的至少一个表面上并且由金属构成。

上述具有在复合体部的至少一个表面上形成的金属层的散热部件具有令人满意的软焊性和钎焊性。因此，上述散热部件能够使半导体元件以高接合性接合至其表面。此外，上述散热部件能够使用电镀以在金属层上形成金属镀层，从而能够改善表面的平滑性。

(2)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述令人满意的导热材料为选自金刚石和SiC中的至少一者。

作为令人满意的导热材料，提到了具有高导热率(例如200W/m·K以上)的非金属无机材料，例如金刚石和陶瓷。其中，金刚石和SiC是优选的，这是因为它们具有高导热率。特别地，金刚石具有极高的导热率，因此是合适的。

(3)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述金属基质和所述金属层由选自Ag、Cu、Al、Mg和Au中的至少一种的金属或它们的合金构成。

作为金属基质的构成金属，提及了具有高导热率(例如，120W/m·K以上，特别是200W/m·K以上)的金属。其中，Ag、Cu、Al、Mg和Au或它们的合金是优选的，这是因为它们具有高导热率。特别地，Ag具有高的导热率，因此是合适的。此外，通常，诸如Cu、Al和Mg之类的金属具有促进金属被氧化的性质，并且在作为原料的阶段容易在表面上形成氧化膜。这样的氧化膜本身不仅是导热的障碍，而且在制造工艺的浸渗步骤中，会降低金属基质的金属和令人满意的导热材料颗粒的非金属无机材料之间的润湿性，并且可能是造成复合材料(或复合体部)内部铸造缺陷的原因。另一方面，Ag具有当将其加热到300℃以上时会排出包含于其中的氧的特殊性质，并且不会产生上述由氧化膜导致的问题。选择Ag作为金属基质的构成金属可以抑制氧化膜的形成，由此增加了复合材料(或复合体部)的相对密度并抑制了由氧化膜导致的导热性(导热率)的降低。这与Ag的高导热率结合，可以显著提高复合材料的导热率，并且可以获得能够提供更优异的散热性的散热部件。

作为构成金属层的金属，可以使用(例如)Ag、Cu、Al、Mg、Au、Ni、Zn和Sn或它们的合金。其中，Ag、Cu、Al、Mg和Au或它们的合金是优选的，这是因为它们具有高导热率(例如，120W/m·K以上，特别是200W/m·K以上)。特别地，Ag具有高的导热率，因此是合适的。如上所述，诸如Cu、Al和Mg之类的金属容易被氧化，并且容易在表面上形成氧化膜。当将金属粉末、金属箔等用作形成金属层的材料时，形成在材料表面上的氧化膜本身不仅是热传导的障碍，而且还可能防止构成金属粉末的金属颗粒的接合，金属箔和复合材料(或复合体部)的接合等。另一方面，Ag具有当将其加热到300℃以上时会排出包含于其中的氧的特殊性质，因此不会产生上述由氧化膜导致的问题。通过选择Ag作为金属层的构成金属，可以抑制由氧化膜造成的导热性(导热率)的降低，并且可以在相对低的温度、相对低的压力下，在相对短的时间段内实施形成金属层的步骤(例如，热压步骤)，并且可以实现优异的生产率。

(4)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述复合体部的导热率为120W/m·K以上。

导热率为120W/m·K以上的复合体部确保了散热部件具有足够的导热率，因此提供了优异的散热性。复合体部的导热率越高，越是优选的，例如，更优选为180W/m·K以上、200W/m·K以上、300W/m·K以上、400W/m·K以上。此外，还更优选为500W/m·K以上、550W/m·K以上、600W/m·K以上。

(5)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述金属层由与构成所述金属基质的金属相同的金属、或含有60质量％以上的与构成所述金属基质的主要成分的金属相同的金属的合金构成。

由与金属基质的主要成分的金属相同类型的金属(更具体地，与构成金属基质的金属相同的金属)、或含有60质量％以上的与构成所述金属基质的主要成分的金属相同的金属的合金构成的金属层能够抑制不同金属之间的腐蚀。

(6)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述金属层由具有平均结晶粒径为30μm以下的晶粒的金属构成，并且所述金属层的厚度为10μm以上500μm以下。

根据上述散热部件，金属层由平均结晶粒径为30μm以下的晶粒的金属构成。这种金属层的晶体结构是通过使用金属粉末来形成金属层而获得的，因此能够使复合体部与金属层之间紧密密着，因此具有足够的密着强度。根据上述散热部件，金属层紧密地密着至复合体部，因此，它们具有大的接合面积(或接触面积)并且可以预期增强的散热性。此外，金属晶粒的平均结晶粒径为30μm以下，并且即使在严苛的热循环中，也可以抑制金属层中的裂纹。因此，上述散热部件能够使复合体部和金属层之间实现令人满意的密着性，因此具有优异的热循环耐久性。

此外，根据上述散热部件，厚度为10μm以上的金属层确保了用于软接、钎焊等的足够的厚度，由此确保了软焊性和钎焊性，并且还有助于使散热部件(或金属层)的表面平坦化。另一方面，当金属层过厚时，增加了由复合体部和金属层之间和/或接合到金属层的半导体元件和金属层之间的热膨胀差引起的热应力，并且金属层、半导体元件等可能会剥离、被损坏等。此外，在构成金属层的金属单质的导热率低于包含在复合材料(或复合体部)中的令人满意的导热材料颗粒(或非金属无机材料)的导热率的体系中，金属层越厚，散热部件的总导热率可能越低。作为这种体系的例子，可以列举复合体部由(例如)Ag/金刚石、Al/SiC等的复合材料构成的情况。厚度为500μm以下的金属层可以抑制其剥离、损坏等，并且即使在非金属无机材料的导热率较高的体系中，也可以抑制散热部件的总导热率降低。

(7)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述复合体部的所述金属层的密着强度为30N/cm以上。

由于金属层的密着强度为30N/cm以上，所以提供了实际上足够的密着强度，并且可以抑制金属层从复合体部上剥离下来。

(8)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述金属层具有算术平均粗糙度Ra为1μm以下的表面。

具有算术平均粗糙度Ra为1μm以下的表面的金属层可以具有平坦的表面，并且能够使半导体元件紧密地密着于其上，可以实现更好的冷却效果。

(9)作为上述散热部件的一种形式，提到了所述复合体部和所述金属层的接合界面的算术平均粗糙度Ra大于1μm。

由于复合体部和金属层的接合界面的算术平均粗糙度Ra大于1μm，所以复合体部和金属层可以具有更大的接触面积，并且金属层还可以通过粘固效应而更牢固地紧密附着至复合体部。

(10)作为上述散热部件的一种形式，提到了在形成有所述金属层的区域中，所述复合体部和所述金属层的非接合部的面积相对于形成有所述金属层的面积的比例小于0.5％。

复合体部和金属层的非接合部相对于形成有金属层的面积的面积比(以下也称为“非接合面积比”)小于0.5％，这使得复合体部和金属层之间实现了充分密着，由此增强了复合体部和金属层之间的密着性，并且因此更多地增加散热性。

(11)作为上述散热部件的一种形式，提到了在-40℃和200℃的热循环试验后的导热率降低率为5％以下。

热循环试验后的导热率降低率为5％以下，这使得即使在严苛的热循环中，仍能够抑制导热率的降低。由此，上述散热部件可以保持高导热率，因此具有优异的热循环耐久性。

(12)制造根据本发明的一种方式的散热部件的方法包括：准备步骤，准备在金属基质中包含令人满意的导热材料的颗粒的复合材料；粉末布置步骤，在所述复合材料的至少一个表面上设置由金属颗粒构成的金属粉末；加热步骤，在所述金属粉末设置在所述复合材料上的情况下，对所述复合材料和所述金属粉末进行加热，以在由所述复合材料构成的复合体部上形成由所述金属粉末的金属构成的金属层。

根据上述制造方法，可以在复合材料的至少一个表面上形成由金属粉末形成的金属层，并且可以制造包括由复合材料构成的复合体部和由金属构成的金属层的散热部件。根据上述制造方法，使用金属粉末作为用于形成金属层的材料，并且构成金属粉末的金属颗粒进入复合材料的表面的凸起和凹陷，并且不容易在金属层和复合材料(或复合体部)之间形成空隙。除了它们增加的接合面积(或接触面积)以及由此带来的它们的增强的密着性之外，其粘固效应增强了金属层的密着强度。构成金属粉末的金属颗粒具有微细的晶体结构，并且还具有小粒径的晶粒。例如，金属颗粒具有平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒。在上述制造方法中形成的金属层来源于金属粉末，因此该金属层具有这样的晶体结构，其中金属晶粒具有小的结晶粒径。具体而言，金属层由具有平均结晶粒径为30μm以下的晶粒的金属构成。因此，上述制造散热部件的方法可以制造如上所述的根据本发明的一种方式的散热部件。

(13)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在所述加热步骤中，对所述复合材料和所述金属粉末进行热压。

该方法是通过热压形成金属层的形式。通过进行热压，金属粉末可以压缩在复合材料的表面上，以掩埋复合材料表面的凸起和凹陷中的金属颗粒，使得复合材料(或复合体部)和金属层彼此紧密地密着，因此可以形成具有高密着强度的金属层。此外，金属层可以具有平坦的表面。

(14)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤中进行热压的上述形式中，在施加98MPa以上的压力的条件下，在300℃以上进行热压。

(15)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤中进行热压的上述形式中，在施加19.6MPa以上的压力的条件下，在400℃以上进行热压。

本发明人已经发现，考虑到在较高温度下进行的热压允许施加较低的压力以形成金属层，并且在施加较高压力的情况下进行的热压允许施加较低的温度以形成金属层。当在98MPa以上的压力、300℃以上的温度下进行热压时，或者在19.6MPa以上的压力、400℃以上的温度下进行热压时，容易形成致密且提供高密着强度的金属层。

(16)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤中进行热压的上述形式中，在所述加热步骤之前，包括粉末压制步骤，其中，在将所述金属粉末放置在所述复合材料上的状态下，进行冷压以使金属粉末预成形。

使金属粉末预成形可以提高生产率。进行热压，使得将其上放置有金属粉末的复合材料设置在模具中，并且在这样做时，预热热压模具使得需要将模具加热到热压所需温度的时间缩短。然而，在高温状态下将金属粉末引入模具是困难的，因此效率低下。使金属粉末预成形允许其上放置有金属粉末的复合材料容易地设置在预热的模具中，由此提高了可操作性。

(17)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤之前包括粉末压制步骤，其中在将所述金属粉末放置在所述复合材料上的状态下，进行冷压以使所述金属粉末预成形，并且在所述加热步骤中，对所述复合材料和所述金属粉末进行烧结。

该方法是通过烧结形成金属层的形式。烧结之前的冷压可以在复合材料的表面的凸起和凹陷处掩埋金属颗粒，从而增强复合体部和金属粉末之间的密着性。通过在该条件下进行烧结，复合材料(或复合体部)和金属层彼此紧密地密着，从而可以形成具有高密着强度的金属层。此外，通过冷压使金属粉末预成形，可以形成具有平坦表面的金属层。

(18)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤中进行烧结的上述形式中，在所施加的196MPa以上的成型压力下进行所述烧结前的所述冷压，并且在600℃以上的温度下进行所述烧结。

(19)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了在加热步骤中进行烧结的上述形式中，在所施加的9.8MPa以上的成型压力下进行所述烧结前的所述冷压，并且在700℃以上的温度下进行所述烧结。

本发明人已经发现，考虑到较高的烧结温度允许施加较低的成型压力进行冷压，以形成金属层，相反，以较高的成型压力进行冷压允许施加较低的烧结温度以形成金属层。成型压力为196MPa以上、烧结温度为600℃以上的冷压，或成型压力为9.8MPa以上、烧结温度为700℃以上的冷压有助于形成致密且提供高密着强度的金属层。

(20)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了金属粉末由金属Ag构成。

如上所述，Ag具有当将其加热到300℃以上时会排出包含于其中的氧的特殊性质，并且当在形成金属层时对其进行加热时，金属粉末(或金属颗粒)中的氧被除去。因此，当对金属粉末进行加热以形成金属层时，可以抑制金属颗粒的表面上形成氧化膜，并且在复合体部和金属层之间提供了高密着性，并且容易形成具有金属颗粒通过金属键结合的金属层。因此，与其他金属(例如，Cu和Al)相比，Ag金属的金属粉末更容易形成致密的并且甚至在低温下也提供高密着强度的金属层。

(21)作为制造散热部件的方法的一种形式，提到了金属粉末由平均粒径为1μm以上40μm以下的金属颗粒构成。

平均粒径为1μm以上40μm以下的金属颗粒容易进入复合材料表面的凸起和凹陷处，从而能够提高复合体部与金属层之间的密着性。优选地，金属颗粒的平均粒径为20μm以下。

[本发明的实施方案的详细描述]

现在将参照附图对根据本发明实施方案的散热部件的具体例子及其制造方法进行描述。注意，本发明并不限于这些例子，并且旨在包括与权利要求书的条款指示并等同的含义和范围内的任何修改。

<散热部件>

如图1所示，散热部件10包括：由复合材料构成的复合体部20，其中该复合材料在金属基质21中包含令人满意的导热材料的颗粒22；和形成在所述复合体部20的至少一个表面上并且由金属构成的金属层30。图1所示的散热部件10是平板的形式。

[复合体部]

复合体部20是由复合材料构成的部分，该复合材料在金属基质21中包含令人满意的导热材料的颗粒22。作为复合体部20，例如可以使用这样的复合材料，其中金属基质21是诸如Ag、Cu和Al之类的金属，并且令人满意的导热材料的颗粒22是金刚石、SiC(碳化硅)等的颗粒。具体列举的有诸如Ag/金刚石、Cu/金刚石和Al/金刚石之类的金属/金刚石复合材料，诸如Ag/SiC、Cu/SiC和Al/SiC之类的金属/SiC复合材料等。复合材料可以是已知的复合材料，并且可以通过已知的制造方法(如浸渗和烧结)来制造。

(令人满意的导热材料的颗粒)

令人满意的导热材料的颗粒22由具有高导热率(例如，200W/m·K以上)的非金属无机材料构成，例如金刚石和陶瓷。作为令人满意的导热材料的颗粒22，例如，金刚石颗粒和SiC颗粒是优选的。特别地，金刚石具有极高的导热率，因此是合适的。还可以提及：令人满意的导热材料颗粒22的平均粒径(例如)为1μm以上300μm以下，并且复合体部(或复合材料)20中的令人满意的导热材料颗粒22的体积比(例如)为30体积％以上90体积％以下。令人满意的导热材料的颗粒22的平均粒径优选(例如)为10μm以上100m以下，以及20μm以上60μm以下。

(金属基质)

金属基质21由具有高导热率(例如，120W/m·K以上，特别是200W/m·K以上)的金属构成。作为构成金属基质21的金属，例如，Ag、Cu、Al、Mg和Au或它们的合金是优选的。特别地，Ag具有高导热率，因此是合适的。此外，Ag具有当将其加热到300℃以上时会排出包含于其中的氧的特殊性质，并且可以避免上述与氧化膜的形成有关的问题。这可以抑制令人满意的导热材料颗粒22和金属基质21的密着性和接合性的降低，并提高复合材料的相对密度。因此，通过选择Ag作为金属基质21的构成金属，再结合Ag的高导热率，显著增强了复合材料的导热率，并且可以获得能够提供更优异的散热性的散热部件10。

(导热率)

复合体部(复合材料)20的导热率优选为120W/m·K以上。导热率为120W/m·K以上的复合体部20确保散热部件10具有足够的导热率，从而提供优异的散热性。复合体部20的导热率更优选为(例如)180W/m·K以上、200W/m·K以上、300W/m·K以上、400W/m·K，甚至更优选为500W/m·K以上、550W/m·K以上、600W/m·K以上。

(形状和尺寸)

根据如何使用复合体部(或复合材料)20，可以适当地调整其形状和尺寸。复合体部20代表性的形状为平板状、块状或杆状。除此之外，还可以提供呈(例如)具有凸起和凹陷的三维形式的复合体部20。复合体部20的尺寸(例如)为：宽度为50mm以上、长度为50mm以上、厚度为0.5mm以上。图1所示的复合体部(或复合材料)20为平板的形式。

[金属层]

金属层30是形成在复合体部20的至少一个表面上并由金属构成的部分。如下文所述，该金属层30由金属粉末形成。在图1中，在整个复合体部20的上表面(即，其厚度方向上的一个表面)形成金属层30。可以在复合体部20的上表面和下表面都形成金属层30，或者在上表面或下表面的一部分形成金属层30。

作为构成金属层30的金属，可以使用(例如)Ag、Cu、Al、Mg、Au、Ni、Zn和Sn或它们的合金。其中，Ag、Cu、Al、Mg和Au或它们的合金由于具有高导热率(例如，120W/m·K以上，特别是200W/m·K以上)，因而是优选的。特别地，Ag具有高导热率，因此是合适的。此外，Ag具有当将其加热到300℃以上时会排出包含于其中的氧的特殊性质，因此通过在形成金属层30时对其进行加热，可以减少金属层30中的氧。减少金属层30中的氧可以抑制在复合体部20与金属层30的接合界面、构成金属层30的金属颗粒的表面等上形成氧化膜。通过选择Ag作为金属层30的构成金属，可以抑制氧化膜的形成，提高金属层30与复合体部20的密着强度，并且容易形成具有通过金属键结合的Ag颗粒的金属层30。此外，通过由相同类型的金属构成金属层30和金属基质21，可以抑制不同金属之间的腐蚀。从有效地抑制不同金属之间的腐蚀的观点出发，金属层优选由与金属基质的金属相同的金属构成、或由包含60质量％以上的金属基质中的主要成分的金属的合金构成。

(晶体结构)

金属层30来自金属粉末，因此金属层具有结晶粒径小的金属晶粒。具体而言，金属层30由平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒构成。通过利用平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒，即使在严苛的热循环中，也可以抑制金属层30中的裂纹。金属晶粒的平均结晶粒径优选为(例如)20μm以下以及10μm以下。

通过利用扫描电子显微镜(SEM)观察沿散热部件10(或金属层30)的厚度方向切割的纵向横截面中的晶体结构，从而测量金属晶粒的平均结晶粒径。通过由横截面观察到的图像计算相当于等面积的圆的各个金属晶粒的直径，并对所计算的直径取平均值，从而获得金属晶粒的平均结晶粒径。此处，测量至少50个以上的晶粒。

(厚度)

金属层30的厚度为10μm以上500μm以下。厚度为10μm以上的金属层30确保用于软悍、钎焊等的足够的厚度，从而确保软焊性和钎焊性，并且还有助于散热部件10(或金属层30)的表面的平坦化。此外，当在金属层上进一步形成金属的镀层时，厚度为10μm以上的金属层30可以充分地用作镀覆用基底层。另一方面，当金属层30过厚时，增加了由复合体部20和金属层30之间、以及/或者接合到金属层30的半导体元件(未示出)和金属层30之间的热膨胀差引起的热应力，并且金属层30、半导体元件等可能发生翘曲、剥离、损坏等。厚度为500μm以下的金属层30可以抑制其剥离、损伤等。此外，在金属层30的厚度为500μm以下的情况下，即使在构成金属层30的金属的导热率比复合体部20的导热率低的情况下，也可以抑制散热部件10的总导热率的降低。金属层30的厚度优选为(例如)20μm以上300μm以下、40μm以上200μm以下。

通过用SEM观察散热部件10的纵向横面，从而可以从所获得的SEM图像中获得金属层30的厚度。具体而言，在所观察到的横截面图像中，由位于金属层30的表面上的任意点Pn沿厚度方向朝向复合体部20绘制垂直于金属层30表面的直线，并将该直线首次与复合体部20中的令人满意的导热材料颗粒22交叉的点表示为Qn。令该线段PnQn的长度为金属层30在点Pn处的厚度。改变Pn的位置，并在至少十个位置处测量线段PnQn的长度，然后将其平均值视为金属层30的厚度。

(密着强度)

金属层30对复合体部20的密着强度优选为30N/cm以上。当金属层30表现出30N/cm以上的密着强度时，其比一般焊料的接合强度大，并且具有在实际应用中足够的密着强度，因此可以抑制金属层30从复合体部20上剥离下来。金属层30的密着强度优选为(例如)50N/cm以上。

按照以下方式测量金属层30的密着强度：首先，准备约5mm宽的铜带，并且将该铜带的一端焊接到散热部件10的金属层30的表面上。这样做时，使该铜带保留约50mm的部分未焊接以有助于进行后续操作。随后，将散热部件10固定至夹具，并且在该状态下，沿相对于散热部件10(或金属层30)的表面成90度(或垂直)的方向拉动铜带的另一端，以剥离金属层30。剥离的长度为7mm以上。将该试验进行5次以上，将剥离所需的拉力(或应力)的平均值作为剥离强度，并将该值视为密着强度。该测量方法不能测量等于或大于焊料的接合强度的剥离强度(或密着强度)，并且该测量值的上限为约30N/cm，然而，该值对于评价和确定实际应用中的密着强度是足够的。

(表面粗糙度)

金属层30优选具有算术平均粗糙度Ra为1μm以下的表面。具有算术平均粗糙度(Ra)为1μm以下的表面的金属层30可以具有平坦的表面，能够使半导体元件紧密地密着于其上，并且可以实现增强的冷却效果。此处，算术平均粗糙度Ra表示由“JIS B0601:2001”定义的算术平均粗糙度Ra。金属层30的表面粗糙度(Ra)优选为(例如)0.8μm以下。

(界面粗糙度)

复合体部20和金属层30的接合界面的算术平均粗糙度Ra优选大于1μm。具有大于1μm的界面粗糙度的复合体部20和金属层30可以具有更大的接触面积，并且金属层30还可以通过粘固效应更牢固且紧密地密着至复合体部20。复合体部20和金属层30的界面粗糙度(Ra)优选为(例如)3μm以上，特别是5μm以上。复合体部20和金属层30的界面粗糙度基本上与复合体部(或复合材料)20的表面粗糙度(Ra)相同。

按照以下方式测量复合体部20和金属层30的界面粗糙度：用SEM观察散热部件10的纵向横截面，并且从所观察的横截面图像中提取复合体部20和金属层30的接合界面的轮廓曲线并测量该轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra，以测量复合体部20和金属层30的界面粗糙度。

(非接合面积比)

优选地，在形成有金属层30的区域中，复合体部20和金属层30的非接合部的面积相对于形成金属层30的面积的比例小于0.5％。具有小于0.5％的非接合面积比的复合体部20和金属层30彼此充分密着，因此增强了它们之间的密着性，并且实现了散热性的增加。复合体部20和金属层30的非接合面积比优选为0.1％以下、0.05％以下、最终为0％。

按照以下方式测量复合体部20和金属层30的非结合面积比：利用超声波反射镜(ultrasonic reflectscope)从金属层30侧扫描散热部件10。获得了复合体部20和金属层30的界面处的反射图像，并且从所获得的反射图像中，在形成有金属层30的区域中，计算复合体部20和金属层30的非接合部相对于形成有金属层30的面积的面积比。

(热循环试验后的导热率降低率)

在-40℃和200℃的热循环试验后的导热率降低率优选为5％以下。热循环试验后的5％以下的热传导率降低率使得即使在严苛的热循环中，仍能够抑制导热率的降低，并且能够维持高导热率。热循环试验后的导热率降低率越小，则是越优选的，例如小于5％，此外，4％以下、3％以下、2％以下、1％以下是优选的。

按照以下方式获得热循环试验后的导热率降低率：首先，测定热循环试验前的散热部件10的导热率(λ₁)。例如使用激光闪光型导热率测量装置来测量导热率。随后，使散热部件10进行热循环试验，其中将低温侧为-40℃和高温侧为200℃设为一个循环。热循环试验进行1000次以上的热循环。测定热循环试验后的散热部件10的导热率(λ₂)。根据热循环试验前后的导热率λ₁和λ₂，通过下式计算热循环试验后的导热率降低率(％)：

降低率(％)＝[(λ₁-λ₂)/λ₁]x100。

<散热部件的制造方法>

可以通过以下制造方法来制造散热部件10。散热部件的制造方法包括准备步骤、粉末布置步骤和加热步骤。以下，将具体说明各步骤。

[准备步骤]

在制备步骤中，准备在金属基质21中包含令人满意的导热材料的颗粒22的复合材料20(参见图2，最上图)。如上所述，复合材料可以是已知的复合材料，并且可以通过已知的制造方法(如浸渗和烧结)来制造。

将参照图3和图4来描述制造复合材料的方法的例子。图3中所示的模具100包括具有上侧和前侧开口的主体110，以及封闭主体110的前侧开口的盖120。主体110具有底部111、后壁112以及彼此相对的右壁113和左壁114。盖120被设置成面向主体110的后壁112并充当前壁。通过组合主体110和盖120来构成模具100，并且形成由底部111、后壁112、右壁113、左壁114和盖(或前壁)120包围的平板形式的空间。

将令人满意的导热材料的颗粒材料220引入模具100中(参见图4，最上图)。令人满意的导热材料的颗粒材料220是构成复合材料中的令人满意的导热材料颗粒的材料，并且可以是(例如)令人满意的导热材料的粉末。例如，当令人满意的导热材料是金刚石或SiC时，令人满意的导热材料的粉末可以与元素周期表中的第4族元素(Ti、Zr、Hf)的粉末的添加剂混合，以便改善金刚石颗粒、SiC颗粒等的润湿性。

随后，在令人满意的导热材料的颗粒材料220上设置基质用金属材料210(参见图4，中间图)。基质用金属材料210是构成复合材料的金属基质的材料，并且可以是(例如)金属的粉末、板材或块状材料。例如，当令人满意的导热材料的颗粒材料220的令人满意的导热材料是金刚石或SiC等时，基质用金属材料210可以与元素周期表中的第4族元素(Ti、Zr、Hf)的添加剂混合，以改善金刚石颗粒、SiC颗粒等的润湿性。

随后，在令人满意的导热材料的颗粒材料220和基质用金属材料210彼此接触的状态下，将模具100加热以熔化基质用金属材料210，以使金属浸渗于令人满意的导热材料的颗粒材料220的颗粒之间(参见图4，最下图)。随后，将模具100冷却以获得复合材料20，该复合材料20在金属基质中包含令人满意的导热材料的颗粒。在图3所示的模具100中，待制造的复合材料20将具有与模具100的前壁120或后壁112接触的上表面或下表面(在厚度方向上的一个或另一个表面)。

除此之外，令人满意的导热材料的颗粒材料可以为：令人满意的导热材料的粉末被成形，以将令人满意的导热材料的颗粒连接在一起，从而提供骨架结构的多孔体。可以将令人满意的导热材料的颗粒材料(其是骨架结构中令人满意的导热材料的多孔体)设置在模具100中，使得令人满意的导热材料的多孔体能够自立。因此，通过设置令人满意的导热材料的多孔体并且在多孔体与模具100的前壁120或后壁112之间留有空隙，也可以在复合材料20的上表面或下表面上形成由金属基质的金属成分构成的金属层。令人满意的导热材料的多孔体可以是烧结材料，该烧结材料是经过烧结的令人满意的导热材料的粉末，或者是经过加压成形的令人满意的导热材料的粉末的生坯。烧结可以通过直接烧结令人满意的导热材料的粉末来进行，或者例如用混合在一起的烧结添加剂(例如，氧化铝(Al₂O₃)的细粉末)间接烧结来进行。当将令人满意的导热材料的多孔体设置在模具100中时，可以预先将基质用金属材料210的金属粉末引入至在多孔体和模具100的前壁120或后壁112之间形成的空隙中。引入至空隙中的金属粉末可以在处理模具100时，抑制模具100中的多孔体的移动，因此可以抑制空隙的尺寸变化。此外，当在该空隙中预先设置(例如)诸如氮化铝(AlN)和Al₂O₃之类的基板时，可以在制造复合材料中的浸渗步骤中使基板一体化。

[粉末布置步骤]

在粉末布置步骤中，将由金属颗粒301构成的金属粉末300放置在复合材料20的至少一个表面上(参见图2，中间图)。在图2中，将金属粉末300放置在复合材料20的整个上表面。金属粉末300是形成散热部件10的金属层30的材料(参见图2，最下图)，并且金属粉末300的金属构成金属层30。

(金属粉末)

金属粉末300可以是(例如)在雾化法(水雾化法和气体雾化法)、电解法等中制造的粉末。金属粉末300由大量的金属颗粒301构成，金属颗粒301具有微细的晶体结构且具有结晶粒径小的晶粒，此外，具有接近球形的晶粒。具体而言，金属颗粒301具有平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒。

(金属颗粒的平均粒径)

优选地，金属粉末300由平均粒径为1μm以上40μm以下的金属颗粒301构成。平均粒径为1μm以上40μm以下的金属颗粒容易进入复合材料的表面的凸起和凹陷处。优选地，金属颗粒301的平均粒径为40μm以下。平均粒径是这样的粒径：该粒径使得通过使用激光衍射式粒度分布测定装置测定的体积粒度分布的累积体积为50％(D50)

[加热步骤]

在加热步骤中，在将金属粉末300放置在复合材料20上的状态下，对复合材料20和金属粉末300进行加热。由此，在由复合材料构成的复合体部20上形成由金属粉末的金属构成的金属层30(参照图2，最下图)。在加热步骤中，提到热压复合材料20和金属粉末30或烧结复合材料20和金属粉末30。

(热压)

进行热压，使得在将金属粉末300按压在复合材料20的表面上的同时，对复合材料20和金属粉末300进行加热。通过热压，构成金属粉末300的金属颗粒301流动并且容易进入复合材料20表面的凸起和凹陷处，并且复合材料(或复合体部)20和金属层30彼此紧密地密着，由此可以形成具有高密着强度的金属层30。此外，可以形成具有平坦的表面的金属层30。优选在300℃以上的温度和98MPa(1000kgf/cm²)以上的压力下进行热压，或者在400℃以上的温度和19.6MPa(200kgf/cm²)以上的压力下进行热压，从而可以形成致密且提供大的密着强度的金属层30。在较高温度和较大压力下进行热压有助于形成致密且提供优异密着性的金属层30。将热压的温度上限设定在金属粉末300的熔点以下。为了提高温度和压力，热压需要在具有这样的模具的设备中进行，该模具具有耐热结构和耐压结构，这会导致设备成本的增加，因此，热压温度优选为900℃以下，并且热压压力优选为980MPa(10000kgf/cm²)以下。

提及的是，热压的加压时间为(例如)0.5分钟以上60分钟以下。在较高温度和较高压力下进行的热压倾向于使压制时间缩短。此外，尽管可以在大气的气氛中进行热压，但是从防止复合材料20和金属粉末300氧化的观点出发，惰性气体(例如，Ar气)气氛和真空气氛是优选的。大气能够实现设备的简化和优异的生产率。此外，当采用Ag作为金属基质和金属层的构成金属时，它们不容易被氧化，并且即使当在大气中进行热压时，也不容易引起氧化的问题。

当进行热压时，然后在进行加热步骤之前，可以包括粉末压制步骤，以对置于复合材料20上的金属粉末300进行冷压，从而使金属粉末300预成形。通过使金属粉末300预成形，可以将其上具有金属粉末300的复合材料20容易地设置在预热的模具中，并且可以实现增强的可操作性。提及的是，将冷压的成型压力设定为(例如)9.8MPa(100kgf/cm²)以上490MPa(5000kgf/cm²)以下。

(烧结)

当烧结时，在加热步骤之前包括粉末压制步骤，其中在将金属粉末300放置在复合材料20上的状态下，使金属粉末300预成形，并且在随后的加热步骤中进行烧结。通过在烧结之前进行冷压，构成金属粉末300的金属颗粒301流动并容易地进入复合材料20表面的凸起和凹陷处，从而增强复合材料20与金属粉末300之间的密着性。通过在该条件下进行烧结，复合材料(或复合体部)20和金属层30紧密地相互密着，由此可以形成具有高密着强度的金属层30。可以在不压缩金属粉末30的情况下进行烧结。此外，通过冷压使金属粉末预成形，可以形成具有平坦表面的金属层30。当烧结时，优选的是，在196MPa(2000kgf/cm²)以上的成型压力下进行烧结之前的冷压，并在600℃的烧结温度下进行烧结，或者在9.8MPa(100kgf/cm²)以上的成型压力下进行烧结之前的冷压，并在700℃的烧结温度下进行烧结，这可以形成致密且具有高密着强度的金属层30。在更大的成型压力和更高的烧结温度下进行的冷压有助于形成致密并且提供优异的密着性的金属层30。将烧结温度的上限设定在金属粉末300的熔点以下。

提及的是，烧结时间为(例如)10分钟以上10小时以下。在更大的成型压力和更高的烧结温度下进行的冷压倾向于使烧结时间缩短。此外，尽管可以在大气气氛中进行烧结，但是从防止复合材料20和金属粉末300氧化的观点出发，惰性气体(例如Ar气)气氛和真空气氛是优选的。注意的是，当采用Ag作为金属基质和金属层的构成金属时，它们不容易氧化，并且甚至在大气中进行烧结时，也不容易引起氧化的问题。

优选地，根据金属粉末300的材料，适当地设定热压的条件(热压的温度和压力)和烧结的条件(冷压的成型压力和烧结温度)。当金属粉末300由金属Ag构成并且对金属粉末300进行加热以形成金属层30时，不容易在金属颗粒301的表面上形成氧化膜且实现了高密着性，并且容易形成具有通过金属键结合的金属颗粒的金属层。容易形成金属层30。因此，与其他金属(例如，Cu和Al)相比，即使在低温下，Ag金属的金属粉末300也更容易形成致密且提供高密着性的金属层。

基于上述根据本发明实施方案的散热部件的制造方法，制造并评估了散热部件。

<试验例1>

使用各种复合材料和金属粉末，在各种条件下进行热压和烧结，以试图在各复合材料的上表面上形成金属层。在试验例1中，制备了Ag/金刚石和Ag/SiC作为复合材料。Ag/金刚石是这样的复合材料，其中金属基质是Ag并且令人满意的导热材料的颗粒是金刚石，并且Ag/SiC是这样的复合材料，其中金属基质是Ag并且令人满意的导热材料的颗粒是SiC。

在使用图3和图4描述的方法中，制造了Ag/金刚石复合材料。制备了由平均粒径为45μm的金刚石颗粒的粗颗粒构成的金刚石粉末和由平均粒径为10μm的金刚石颗粒的细颗粒构成的金刚石粉末，并且制备了其中粗颗粒和细颗粒以7:3的比例(体积比)混合的金刚石粉末。制备了平均粒径为20μm的Ag粉末。此外，制备了平均粒径为10μm的Ti粉末作为添加剂。作为原料粉末，以60:38:2的体积比提供了金刚石粉末、Ag粉末和Ti粉末。在该原料粉末中，相对于金刚石粉末的60体积％，使Ti粉末以1.5体积％的比例混合以调节令人满意的导热材料的颗粒材料，并且相对于Ag粉末的38体积％，使Ti粉末以0.5体积％的比例混合以调节基质用金属材料。使用如图3所示的模具，并且如图4所示，将令人满意的导热材料的颗粒材料引入模具中，然后在其上设置基质用金属材料。对模具进行加热以熔融Ag，从而使Ag浸渗于金刚石颗粒之间，此后，为了抑制由固化收缩引起的缺陷(例如，缩孔)，向进料头部施加30MPa的压力，同时进行固化以制造Ag/金刚石。所制造的Ag/金刚石的形状呈板状，并且具有这样的尺寸：宽度×长度×厚度为100mm×100mm×1mm。

在固化之后，可以对所制造的复合材料进行轧制等，以挤压存在于复合材料等中的气孔，从而除去由固化收缩导致的缺陷。

经测定，所制造的Ag/金刚石的导热率和热膨胀系数分别为650W/m·K和6.5ppm/K。导热率是通过在室温(25℃)下，用激光闪烁型导热率测量装置测量导热率而获得的值，并且热膨胀系数是通过用差接变压器传感器型热膨胀仪测量30℃至150℃的线性膨胀系数而获得的值。此外，测得所制造的Ag/金刚石的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Ag/金刚石为复合材料A1。

按照与制造Ag/金刚石复合材料类似的方式，制造了Ag/SiC复合材料，不同之处在于：将金刚石粉末变为SiC粉末。经测定，所制造的Ag/SiC的导热率和热膨胀系数分别为370W/m·K和7.5ppm/K。此外，经测定，Ag/SiC的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Ag/SiC为复合材料A2。

(试验例1-1)

作为形成金属层的金属粉末，准备了具有平均粒径为20μm的Ag颗粒的Ag粉末。该Ag粉末是纯度为99.8质量％以上的雾化粉末，并且在金属颗粒301中具有平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒。在试验例1-1中，将Ag粉末放置在所制造的复合材料A1和A2各自的上表面上，然后进行热压以形成100μm厚的Ag层作为金属层。如表1所示，在各种不同的压力和温度下进行热压，以评价各个压力和各个温度下的金属层的密着性。热压的加压时间为10分钟。评价通过热压获得的金属层的密着性，从而将金属层密着并接合的情况评价为“A”，金属层部分接合的情况评价为“B”，金属层未密着并且因此未接合的情况评价为“C”。其结果示于表1中。在Ar气氛、真空和大气中进行热压，并且在所有气氛中均提供了基本相同的结果。

表1

(试验例1-2)

在试验例1-2中，使用与试验例1-1相同的Ag粉末，将Ag粉末置于所制造的复合材料A1和A2各自的上表面上，并进行冷压，然后，进行烧结以形成100μm厚的Ag层作为金属层。如表2所示，在各种不同的冷压成型压力和烧结温度下进行烧结，以评价各个成型压力和各个烧结温度下的金属层的密着性。烧结进行120分钟。评价通过烧结获得的金属层的密着性，从而将金属层致密化且接合的情况评价为“A”，金属层未致密化但接合的情况评价为“B”，金属层既未致密化也未接合的情况评价为“C”。其结果示于表2中。在Ar气氛、真空和大气中进行烧结，并且在所有气氛中均提供了基本相同的结果。

表2

<试验例2>

在试验例2中，制备了Cu/金刚石和Cu/SiC作为复合材料。Cu/金刚石是这样的复合材料，其中金属基质是Cu并且令人满意的导热材料的颗粒是金刚石颗粒，并且Cu/SiC是这样的复合材料，其中金属基质是Cu并且令人满意的导热材料的颗粒是SiC颗粒。按照与制造试验例1的Ag/金刚石复合材料和Ag/SiC复合材料类似的方法，制造了Cu/金刚石复合材料和Cu/SiC复合材料，不同之处在于：将基质用金属材料的Ag粉末变为Cu粉末。

经测定，所制造的Cu/金刚石的导热率和热膨胀系数分别为550W/m·K和6.0ppm/K。此外，经测定，Cu/金刚石的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Cu/金刚石为复合材料B1。经测定，所制造的Cu/SiC的导热率和热膨胀系数分别为320W/m·K和6.5ppm/K。此外，经测定，Cu/SiC的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Cu/SiC为复合材料B2。

(试验例2-1)

作为形成金属层的金属粉末，准备了具有平均粒径为5μm的Cu颗粒的Cu粉末。该Cu粉末是纯度为99.8质量％以上的雾化粉末，并且在金属颗粒301中具有平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒。在试验例2-1中，将Cu粉末放置在所制造的复合材料B1和B2各自的表面上，然后进行热压以形成100μm厚的Cu层作为金属层。然后，如表3所示，与试验例1-1类似，在各种压力和温度下进行热压，以评价各个压力和各个温度下的金属层的密着性。其结果示于表3中。热压的加压时间为10分钟。在Ar气氛和真空气氛中进行热压，并且在这两种气氛中，均提供了基本相同的结果。

表3

(试验例2-2)

在试验例2-2中，使用与试验例2-1相同的Cu粉末，将Cu粉末置于所制造的复合材料B1和B2各自的上表面上，并进行冷压，然后，进行烧结以形成100μm厚的Cu层作为金属层。如表4所示，在各种不同的冷压成型压力和烧结温度下进行烧结，以与试验例1-2类似的方式评价各个成型压力和各个烧结温度下的金属层的密着性。其结果示于表4中。烧结进行120分钟。在Ar气氛和真空气氛中进行烧结，并且在这两种气氛中，均提供了基本相同的结果。

表4

<试验例3>

在试验例3中，制备了Al/金刚石和Al/SiC作为复合材料。Al/金刚石是这样的复合材料，其中金属基质是Al并且令人满意的导热材料的颗粒是金刚石颗粒，并且Al/SiC是这样的复合材料，其中金属基质是Al并且令人满意的导热材料的颗粒是SiC颗粒。按照与制造试验例1的Ag/金刚石复合材料和Ag/SiC复合材料类似的方法，制造了Al/金刚石复合材料和Al/SiC复合材料，不同之处在于：将基质用金属材料的Ag粉末变为Al粉末。

经测定，所制造的Al/金刚石的导热率和热膨胀系数分别为550W/m·K和7.0ppm/K。此外，经测定，Al/金刚石的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Al/金刚石为复合材料C1。经测定，所制造的Al/SiC的导热率和热膨胀系数分别为180W/m·K和7.5ppm/K。此外，经测定，Al/SiC的上表面的算术平均粗糙度Ra为约5μm至9μm。令该Al/SiC为复合材料C2。

(试验例3-1)

作为形成金属层的金属粉末，准备了具有平均粒径为1.5μm的Al颗粒的Al粉末。该Al粉末是纯度为99.8质量％以上的雾化粉末，并且在金属颗粒301中具有平均结晶粒径为30μm以下的金属晶粒。在试验例3-1中，将Al粉末放置在所制造的复合材料C1和C2各自的上表面上，然后进行热压以形成100μm厚的Al层作为金属层。然后，如表5所示，在各种压力和温度下进行热压，按照与试验例1-1类似的方式评价各个压力和各个温度下的金属层的密着性。其结果示于表5中。热压的加压时间为10分钟。在Ar气氛和真空气氛中进行热压，并且在这两种气氛中，均提供了基本相同的结果。

表5

(试验例3-2)

在试验例3-2中，使用与试验例3-1相同的Al粉末，将Al粉末置于所制造的复合材料C1和C2各自的上表面上，并进行冷压，然后，进行烧结以形成100μm厚的Al层作为金属层。如表6所示，在各种不同的冷压成型压力和烧结温度下进行烧结，按照与试验例1-2类似的方法评价各成型压力和各烧结温度下的金属层的密着性。其结果示于表6中。烧结进行120分钟。在Ar气氛和真空气氛中进行烧结，并且在这两种气氛中，均提供了基本相同的结果。

表6

从上述试验例1至试验例3的结果发现：如表1至表6所示，可以看出，在热压和烧结中的任一种中，通过升高热压温度和烧结温度，即使当热压压力和成型压力较低时，也可以由金属粉末形成金属层。相反，可以看出，通过增大压力，即使在低温下也可以由金属粉末形成金属层。由通过热压形成金属层(表1、表3、表5)与通过烧结形成金属层(表2、表4、表6)的比较结果可以看出，无论形成金属层的金属粉末的材料如何，在低温下通过热压形成金属层的可能性高于通过烧结形成金属层的可能性。可以看出，作为形成金属层的金属粉末，与Cu和Al(参见表2至表6)相比，即使在低温和低压下Ag(表1、表2)也可形成金属层。据认为这是因为Ag在300℃左右会释放氧，并且与Cu和Al相比，当形成金属层时，不容易在金属颗粒的表面上形成氧化膜。

另外，从表1至表6的结果可以看出，对于各自金属粉末的材料，优选适当改变热压条件和烧结条件。在热压的情况下，对于Ag，可以列举300℃以上的温度和98MPa(1000kgf/cm²)以上的压力，或者400℃以上的温度和19.6MPa(200kgf/cm²)以上的压力。对于Cu，可以列举500℃以上的温度和196MPa(2000kgf/cm²)以上的压力。对于Al，例如，提及了400℃以上的温度和49MPa(500kgf/cm²)以上的压力。在烧结的情况下，对于Ag，可以列举196MPa(2000kgf/cm²)以上的成型压力和600℃以上的烧结温度，或者9.8MPa(100kgf/cm²)以上的成型压力和700℃以上的烧结温度。对于Cu，可以列举294MPa(3000kgf/cm²)以上的成型压力和700℃以上的烧结温度。对于Al，可以列举98MPa(1000kgf/cm²)以上的成型压力和600℃以上的烧结温度。

<试验例4>

(样品No.1-1至No.1-21)

作为复合材料，制备了试验例1所述的Ag/金刚石的复合材料A1，并且作为形成金属层的金属粉末，制备了具有平均粒径为20μm的Ag颗粒的Ag粉末。将Ag粉末放置在复合材料A1的上表面上，并在表7所示的条件下进行热压，以形成100μm厚的Ag层作为金属层，从而制造表7中示出的样品No.1-1至No.1-21的散热部件。在表7中，在“加热条件”栏中，在“方法”为热压的情况下，“温度”表示热压温度，“压力”表示热压压力，并且“时间”表示热压的加压时间(这也适用于表9)。

(样品No.1-22至No.1-34)

将Ag粉末放置在复合材料A1的上表面上，并在表8所示的条件下进行热压，以形成100μm厚的Ag层作为金属层，从而制造表8中示出的样品No.1-22至No.1-34的散热部件。在表8中，在“加热条件”栏中，在“方法”为烧结的情况下，“温度”表示烧结温度，“压力”表示在烧结前进行的冷压的成型压力，并且“时间”表示烧结时间(这也适用于表9)。

(样品No.1-35)

形成表8中所示的样品No.1-35的散热部件，使得在复合材料A1的上表面上放置100μm厚的Ag箔，然后在表8所示的条件下进行热压，以形成由Ag箔形成的金属层。

(样品No.1-36)

在表8所示的样品No.1-36中，在复合材料的制造过程中，在复合材料的上表面上形成由金属基质的金属成分构成的金属层。具体而言，其制造如下所述：使用与复合材料A1相同的原料粉末，并且将金刚石粉末和Ti粉末混合在一起的材料预先烧结，以产生骨架结构的多孔体，其中金刚石颗粒通过Ti和Ti化合物(例如，TiC)结合在一起。将金刚石颗粒的多孔体设置在模具中，使得在将用作复合材料的上表面的表面和模具之间形成400μm的空隙。随后，将基质用金属材料(其中将Ag粉末和Ti粉末混合在一起)设置在金刚石颗粒的多孔体上，然后对模具进行加热以使Ag熔融，从而使Ag浸渗于金刚石颗粒之间以产生Ag/金刚石。该Ag/金刚石具有在浸渗时由金属基质的Ag形成的金属层，因此具有覆盖有金属层的上表面。

样品No.1-1至No.1-35的散热部件和样品No.1-36的散热材料的评价如下：

[晶体结构]

通过CP(横截面抛光机)法使各个散热部件(和散热材料)在厚度方向上的纵向横截面变平，然后用SEM观察横截面的晶体结构，并从观察到的横截面图像中测定金属层中的金属晶粒的平均结晶粒径。此处，测定100个以上的晶粒。表7和表8中示出了测定的金属晶粒的平均结晶粒径。

[非接合面积比]

用超声波反射镜扫描各散热部件(和散热材料)，根据从复合体部和金属层的边界反射的图像，测定复合体部和金属层的非接合面积比。其结果示于表7和表8中。注意的是，关于样品No.1-36，根据金属层内部的反射图像来研究金属层内部的空隙的分布，以获得空隙的分布比(或面积比)。具体而言，在形成有金属层的区域中，计算空隙与形成有金属层的区域的面积比。从热传导的观点来看，认为该空隙等同于复合体部和金属层的非接合部分，因此，对于样品No.1-36，表8中的“非接合面积比”栏示出了所获得的空隙的面积比(这也适用于下述试验例5的样品No.2-16)。

[密着强度]

铜带的一端焊接到散热部件(和散热材料)的金属层的表面，然后沿着相对于金属层的表面呈90度的方向上拉铜带，以测量金属层的剥离强度(密着强度)。测量进行5次以上，并计算它们的平均值。其结果示于表7和表8中。

[表面粗糙度(Ra)]

测量金属层的表面的算术平均粗糙度Ra。其结果示于表7和表8中。

[界面粗糙度(Ra)]

用SEM观察各散热部件(和散热材料)的纵向横截面，并且从所观察到的横截面图像中，提取复合体部和金属层的接合界面的轮廓曲线并且测量该轮廓曲线的算术平均粗糙度Ra。表7和表8中所示出的测量值为复合体部和金属层的界面粗糙度。注意的是，没有对样品No.1-36进行测量。

[热循环耐久性]

将各散热部件(和散热材料)浸渍于保持在-60℃的试验液中10分钟，然后浸渍于保持在250℃的试验液中10分钟，将该操作设为1次热循环，该热循环进行1000次，以观察金属层是否具有裂纹或其他缺陷。对热循环耐久性进行评价，并将没有观察到裂纹的情况评价为“A”，观察到裂纹的情况评价为“B”。其结果示于表7和表8中。作为试验液，可以使用氟类惰性流体(“Galden(注册商标)”、“Fluorinert(商品名)”等)。

[散热性]

为了研究当散热部件(或材料)与接合到其上的半导体器件一起使用时如何不容易形成热点，进行了以下测试。在其上形成有散热部件(或散热材料)的金属层的上表面中，用红外闪光灯照射直径为10mm的区域，使得实现10J/cm²。使用红外照相机来测量直到金属层的照射表面中的各部分被冷却至[{(照射后随即的最高温度)+(室温)}/2]的温度所花费的冷却时间。对散热性进行评价，将在表面中没有产生尺寸为20μm×20m以上并且冷却时间也比表面整体的平均值大20％以上的部分的情况评价为“A”，并且将产生这种部分的情况评价为“B”。其结果示于表7和表8中。

样品No.1-1至No.1-34中使用Ag/金刚石的复合材料并且对Ag粉末进行热压或烧结以形成金属层，其金属层均具有平均结晶粒径满足30μm以下的金属晶粒。可以看出，样品No.1-1至No.1-34都具有小于0.5％的非接合面积比和30N/cm以上的密着强度。此外，金属层具有粗糙度Ra为1μm以下的表面，并且可以看出金属层具有平坦的表面。从热循环耐久性和散热性的评价结果可以看出，样品No.1-1至No.1-34均具有优异的热循环耐久性并且还存在充分的散热性。

相反，样品No.1-35(其中对Ag箔进行热压以形成金属层)的金属层具有平均结晶粒径超过30μm的金属晶粒。此外，其具有0.5％以上的非接合面积比，并且不具有足够的密着强度。样品No.1-35的热循环耐久性差且呈现较差的散热性。相反，样品No.1-36(其中在浸渗时形成由金属基质的Ag构成的金属层)的金属层具有平均结晶粒径超过30μm(更具体地，超过200μm)的金属晶粒，并且热循环耐久性差。注意的是，在样品No.1-36中，许多金属晶粒非常大(超过200μm)，并且金属晶粒大于所观察到的SEM图像的视野，因此不能获得精确的结晶粒径。因此，在表8中的“结晶粒径”栏中表示为“>200”(这也适用于表9)。

图5和图6示出了样品No.1-2和No.1-35的散热部件在其上表面附近的横截面的SEM图像。在图5和图6中，图的上部示出了金属层30，图的下部示出了复合体部20，图中复合体部20中的黑色颗粒为金刚石颗粒(令人满意的导热材料颗粒)。从图5和图6可以看出，在通过使用金属粉末形成金属层的样品No.1-2(参见图5)中，金属层30具有小的金属晶粒，然而在通过使用金属箔形成金属层的样品No.1-35中(参见图6)，金属层30具有大的金属晶粒。图7示出了样品No.1-36的散热材料的上表面上的金属层的横截面的SEM图像。如图7所示，可以看出，当在与金属基质一起浸渗而形成金属层时，金属层具有非常大的金属晶粒。此外，在样品No.1-36中，通过超声波反射镜的研究结果，已经确认在金属层中存在空隙，并且金属层中的空隙的面积比(相当于非接合面积比)为0.1％。据此，认为当通过金属基质在浸渗时形成金属层时，容易在金属层的部分产生缩孔、气孔等缺陷，并且趋向于易于在金属层中形成或多或少的空间。

当对其中通过热压形成金属层的样品进行比较时，从样品No.1-1至No.1-13的比较结果可以看出，在较高温度下进行的热压倾向于提供具有粗结晶粒径的金属晶粒。可以看出，使热压温度较低可以抑制金属层中的金属晶粒的粗化。从样品No.1-2和No.1-14至No.1-16的比较结果可以看出，具有较长加压时间的热压倾向于提供具有稍大结晶粒径的金属晶粒。从样品No.1-2和No.1-17至No.1-21的比较结果可以看出，具有较大压力的热压可以降低表面粗糙度。

当对通过烧结形成金属层的样品进行比较时，从样品No.1-22至No.1-29的比较结果可以看出，较高的烧结温度倾向于提供具有粗结晶粒径的金属晶粒。相反，从样品No.1-29和No.1-30至No.1-34的比较结果可以看出，用较大的成型压力进行的冷压可以降低表面粗糙度。

<试验例5>

(样品No.2-1至No.2-8)

作为复合材料，制备了试验例3描述的Al/金刚石的复合材料C1，并且作为形成金属层的金属粉末，制备了具有平均粒径为1.5μm的Al颗粒的Al粉末。将Al粉末放置在复合材料C1的上表面上，并在表9示出的条件下进行热压，以形成100μm厚的Al层作为金属层，从而制造表9所示的样品No.2-1至No.2-8的散热部件。

(样品No.2-9至No.2-14)

将Al粉末放置在复合材料C1的上表面上，并在表9示出的条件下进行热压，以形成100μm厚的Al层作为金属层，从而制造表9所示的样品No.2-9至No.2-14的散热部件。

(样品No.2-15)

形成样品No.2-15的散热部件，使得在复合材料C1的上表面上放置100μm厚的Al箔，然后在表9示出的条件下进行热压，以形成由Al箔形成的金属层。

(样品No.2-16)

在样品No.2-16以及试验例4中描述的样品1-36中，使用金刚石颗粒的多孔体，并且在制造复合材料时，在复合材料的上表面上形成由金属基质的金属成分构成的金属层。该Al/金刚石具有在浸渗时由金属基质的Al形成的金属层，因此具有覆盖有金属层的上表面。

按照与试验例4类似的方式评价所制备的样品No.2-1至No.2-15的散热部件和样品No.2-16的散热材料。其结果示于表9中。

样品No.2-1至No.2-14(其中使用Al/金刚石的复合材料并且对Al粉末进行热压或烧结以形成金属层)的金属层均具有平均结晶粒径满足30μm以下的金属晶粒。可以看出，样品No.2-1至No.2-14均具有小于0.5％的非接合面积比和30N/cm以上的密着强度。此外，金属层具有粗糙度Ra为1μm以下的表面，并且可以看出金属层具有平坦的表面。从热循环耐久性和散热性的评价结果可以看出，样品No.2-1至No.2-14均具有优异的热循环耐久性并且还显示出充分的散热性。

相反，样品No.2-15(其中对Al箔进行热压以形成金属层)的金属层具有平均结晶粒径超过30μm的金属晶粒。此外，其具有0.5％以上的非接合面积比，并且不具有足够的密着强度。样品No.2-15的热循环耐久性差且呈现较差的散热性。相反，样品No.2-16(其中在浸渗时形成由金属基质的Al构成的金属层)的金属层具有超过200μm的极大平均结晶粒径的金属晶粒，并且热循环耐久性差。此外，在样品No.2-16中，通过超声波反射镜进行研究的结果，已经确认在金属层中存在空隙，并且金属层中的空隙的面积比(相当于非接合面积比)为0.11％。

与试验例4中一样，即使在使用Al粉末的情况下，当对通过热压形成金属层的样品进行比较时，从样品No.2-1至No.2-4的比较结果可以看出，在较高温度下进行热压倾向于提供具有粗结晶粒径的金属晶粒。从样品No.2-1和No.2-5至No.2-8的比较结果可以看出，具有较大压力的热压可以降低表面粗糙度。

此外，当对通过烧结形成金属层的样品进行比较时，从样品No.2-9至No.2-10的比较结果可以看出，较高的烧结温度倾向于提供具有粗结晶粒径的金属晶粒。从样品No.2-10和No.2-11至No.2-14的比较结果可以看出，以较大成型压力进行的冷压可以降低表面粗糙度。

<试验例6>

对表7和表8中示出的试验例4的样品No.1-1至No.1-35的散热部件和样品No.1-36的散热材料，以及表9中示出的试验例5的样品No.2-1至No.2-15的散热部件和样品No.2-16的散热材料进行热循环试验并评价热循环耐久性，即，热循环试验后的导热率降低率(％)。

[热循环试验后的导热率降低率(％)]

在室温(25℃)下，通过激光闪光型导热率测量装置来测量热循环试验前的散热部件(或散热材料)的导热率(λ₁)。随后，对散热部件(或散热材料)进行热循环试验，其中将-40℃(10分钟)和200℃(10分钟)设定为一个循环，并且该试验进行1000次循环。使用液槽式热冲击试验箱(liquid bath thermal shock chamber)(由Espec公司制造的TSE-11)进行热循环试验，使用氟类惰性流体(“Galden(注册商标)”)作为试验液。随后，在室温(25℃)下，通过激光闪光型导热率测量装置来测量热循环试验后的散热部件(或散热材料)的导热率(λ₂)。由热循环试验前后的导热率λ₁和λ₂计算热循环试验后的导热率降低率(％)。其结果示于表10和表11中。

表10

表11

样品No.1-1至No.1-34(其中使用Ag/金刚石的复合材料并且对Ag粉末进行热压或烧结以形成金属层)以及样品No.2-1至No.2-14(其中使用Al/金刚石的复合材料并且对Al粉末进行热压或烧结以形成金属层)的热循环试验后的导热率降低率(％)均为5％以下，并且可以看出它们在热循环试验后保持高的导热率。

相反，样品No.1-35和No.2-15(其中对金属箔进行热压以形成金属层)的热循环试验后的导热率降低率(％)为10％以上，并且可以看出它们由于冷能而具有更大的导热率降低幅度。据认为：这是因为金属层和复合材料的密着强度低，因此，由热循环产生的热应力导致微细的界面剥离，从而妨碍了热传导。另外，样品No.1-36和No.2-16(其中金属层在浸渗时由金属基质形成)的热循环试验后的导热率降低率(％)为10％以上，并且其可以看出，它们由于冷能而具有更大的热导率降低幅度。据认为：这是因为金属层具有粗大的金属晶粒，使得通过热循环，在金属层中引起微裂纹并妨碍了热传导。

[补充说明]

结合上述本发明的实施方案，以下进一步公开了补充说明：

(补充说明1)

在根据本发明实施方案的散热部件中，可以在金属层的表面上进一步包括金属镀层。由于金属层由金属构成，因此可以容易地对其进行电镀。

(补充说明2)

在根据本发明实施方案的散热部件中，复合体部(或复合材料)可能会发生翘曲。通过具有可控的翘曲，使得能够将散热部件和其他部件(基板、半导体器件等)接合在一起，从而能够提高部件的密着性。例如，提及了具有翘曲的上表面和下表面中的至少一个表面的平板形式的散热部件。

(补充说明3)

在根据本发明实施方案的散热部件中，可以将金属部件埋置在复合体部(或复合材料)中。此外，可以在金属部件中形成通孔。可以对埋置在复合体部中并因此与其一体化的金属部件(例如)进行钻孔，以容易地形成通孔。可以通过在浸渗之前将金属部件与诸如金刚石粉末之类的令人满意的导热材料的颗粒材料一起放置在模具中的既定位置处，从而制造这种复合材料。此外，还可以通过使用芯部制造具有通孔的复合材料。

(补充说明4)

在根据本发明实施方案的散热部件中，复合体部(或复合材料)不仅可以呈平板状，而且还可以呈三维复杂形状。

(补充说明5)

在根据本发明实施方案的散热部件中，复合体部(或复合材料)可以包含80体积％以上的令人满意的导热材料(例如，金刚石)的颗粒。当包含80体积％以上的令人满意的导热材料的颗粒(特别是金刚石颗粒)时，可以实现与诸如AlN之类的陶瓷基本上相同的热膨胀系数和极高的导热率等。例如，在金属基质为银且选择金刚石颗粒为令人满意的导热材料颗粒的Ag/金刚石的情况下，通过包含80体积％以上的金刚石颗粒，可以实现导热率为700W/m·K以上且热膨胀系数为约4ppm/K的特征。为了实现80％以上的体积比，需要优化令人满意的导热材料颗粒中的细颗粒和粗颗粒的混合比、细颗粒和粗颗粒的粒径以及如何将其引入。

(补充说明6)

在上述试验例4中，描述了样品No.1-35，其中在Ag/金刚石的复合材料的上表面上对Ag箔进行热压以形成金属层。提及的是，在该样品中，在设置Ag箔之前，在复合材料的上表面上设置了当与Ag合金化时熔点会下降的金属(例如Cu等)的粉末、箔等，然后设置Ag箔，并由此进行热压。据此，认为Ag箔和金属被合金化以形成低熔点的相，并且借助于热压的温度，低熔点相熔融，因此可以掩埋复合材料的表面的凸起和凹陷，并且提供了更低的非接合面积比。作为结果，认为可以提高密着强度并且还可以提高散热性。

(补充说明7)

对于Ag/金刚石的复合材料，除Ag粉末以外，构成金属层的金属粉末也可以是Ag合金粉末，并且金属层可以由Ag合金构成。

(补充说明8)

可以通过冷喷涂将金属粉末沉积在复合材料的上表面上，以形成金属层。

(补充说明9)

当将元素周期表中的第4族元素(例如，Ti)添加到复合材料中时，然后在制造复合材料之后，可以对复合材料进行热处理以提供添加元素的时效析出，该添加元素为金属基质中的固溶体。通过降低金属基质中的添加元素的固溶体的量，可以提高导热率。此外，在由金属粉末形成金属层时，可通过热处理(热压和烧结)进行添加元素的时效析出，该添加元素为金属基质中的固溶体。

(补充说明10)

诸如Ag/金刚石之类的复合材料的尺寸可以为：宽度为50mm以上且长度为50mm以上。

(补充说明11)

当通过浸渗来制造金刚石、SiC等的复合材料时，可以对金刚石、SiC等的粉末进行烧结以产生具有骨架结构的多孔体，其中金刚石、SiC等的颗粒被连接在一起，并且基质用金属材料可以浸渗到具有骨架结构的多孔体中。在这样做时，通过将颗粒牢固地连接在一起，可以实现更低的热膨胀系数。

工业实用性

本发明的散热部件可应用于半导体元件的散热部件，该半导体元件用于包含在个人计算机和移动电子设备等中的CPU(中央处理单元)、GPU(图形处理单元)、HEMT(高电子迁移率晶体管)、芯片组、存储器芯片等。用于制造本发明的散热部件的方法可应用于制造散热部件，该散热部件在复合体部和金属层之间具有令人满意的密着性，并且具有优异的热循环耐久性。

附图标记列表

10：散热部件；

20：复合体部(复合材料)；

21：金属基质；22：令人满意的导热材料的颗粒；

30：金属层；

100：模具；

110：主体；

111：底部；112：后壁；

113：右壁；114：左壁；

120：盖(前壁)；

210：基质用金属材料；

220：令人满意的导热材料的颗粒材料；

300：金属粉末；

301：金属颗粒。