专利名称：散热性材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及散热性材料，更为详细的是涉及以下所述的散热性材料，即不仅仅在散热性方面表现优异而且能够将由各种各样形状以及材料构成的成形品作为移动体特别是作为车辆以及汽车等的散热性材料的基材来进行利用，另外，在作为散热性材料的耐受性方面也表现优异，并且因为还能够被薄型化，所以作为半导体装置特别是作为移动电话机以及个人电脑等的散热性材料特别能够被优选利用。
背景技术：
一直以来，为了使装置内的电子元器件在工作时所发出的热有效地扩散到外部而将散热性材料配设于装置内。金刚石作为在散热性方面表现优异的物质而被利用于像这样的散热性材料中，例如，在专利文献I中记载有由热丝(hot filament) CVD (化学蒸镀)法使多结晶金刚石在多结晶Si基板上面进行成长的金刚石散热基板，进一步在基材溶解后 由准分子激光器(excimer Laser)制成金刚石自支撑膜(self-supported film)并作为金刚石分割基材；在专利文献2中也记载有具备将由CVD法形成的金刚石薄膜作为基材的金刚石散热子的集成电路封装。此外，在专利文献3中也有记载将由CVD法(气相合成法)形成的金刚石质膜利用于电子元器件用散热板等。另外，在专利文献4中记载有以往以促进进行发热的半导体元件或者电子元器件与进行散热的传热构件的传热为目的而使用硅橡胶等柔软的热传导性薄片，将金刚石等粉粒体形状的热传导性填充材料调配于这些热传导性薄片中；在专利文献5中也是作为在散热性方面表现优异的电子装置所利用的的热传导性薄片组合物中所含有的热传导性填料而例示了金刚石。此外，在专利文献6中记载有由以下所述制作方法制得的散热构件，该制作方法为将金刚石颗粒放入到成为规定的散热构件的夹具的框中，通过增加抖动来铺满金刚石颗粒，之后，通过使粉末或者膏体状的金属流入到散热构件框中从而形成金刚石颗粒被排列为一层的状态的金刚石颗粒与金属相复合的复合材料，通过重复同样的动作从而制成规定厚度的层叠体，之后，通过在真空中实行加热从而使金属粉末熔融，或者烧结膏体状的金属来使金刚石颗粒与金属相复合。另外，在专利文献7中记载有混合金刚石颗粒和金属粉末并将通过加压成形而获得的金刚石-金属类散热器(heat sink)接合于p型电极的发光二极管。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利申请公开平7-58256号公报专利文献2 :日本专利申请公开平8-46070号公报专利文献3 :日本专利申请公开平8-267644号公报专利文献4 :日本专利申请公开2002-88171号公报专利文献5 :日本专利申请公开2007-214224号公报专利文献6 :日本专利申请公开2008-135532号公报
专利文献I :日本专利申请公开2004-200347号公报然而，在根据CVD法实行由金刚石颗粒进行的表面处理的情况下有必要在高温条件下进行处理，因而会有产生处理对象的耐热性等问题的情况。另外，在加压成形的情况下成形模具框体将成为必要且难以对应于复杂的形状，因而所获得的散热性材料的形状将会受到限制。另外，在散热性材料为含有金刚石颗粒的树脂薄片的情况下，可以预计使用方法收到限定或产生安装强度等问题。而且，如果是半导体装置特别是被用于个人电脑以及移动电话等的半导体装置，在此情况下因为最好是散热性材料自身被薄型化，所以还是要求进一步开发薄型化为可能的散热性材料。
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明鉴于上述情况，其目的在于提供一种不仅仅在散热性方面表现优异而且能够将由各种各样形状以及材料构成的成形品作为散热性材料的基材来进行利用，另外，在作为散热性材料的耐受性方面也表现优异，并且因为还能够被薄型化，所以作为半导体装置特别是作为移动电话、个人电脑、移动体等的散热性材料特别能够被优选利用的散热性材料。解决技术问题的手段本发明人在为了达到上述目的而进行了悉心研究之后发现，将想要作为散热性材料来利用的成形品作为基材，通过由使金刚石颗粒分散于金属电镀液中的复合电镀液将电镀皮膜形成于上述基材的规定地方，从而不仅仅在散热性方面表现优异而且能够将由各种各样的形状以及材料构成的成形品作为散热性材料的基材来加以利用并且薄型化也将成为可能；而且，悉心研讨之结果认为将金属镀膜作为基体(matrix)，并且作为金刚石颗粒分散于该基体中的复合电镀皮膜，通过形成皮膜中的金刚石颗粒的共析量(含量、分散量)相对于皮膜的厚度方向逐渐发生变化的梯度功能材料(FGM functionally GradedMaterials的通称，换言之也就是不均匀分散系统)即通过形成具有梯度功能的复合电镀皮膜，从而进一步提高取决于电镀皮膜的散热性，并进一步提高相对于基材的电镀膜的紧密附着性，更加切实地防止电镀皮膜的剥离以及剥落等情况的优点等，因而以至于完成了本发明。而且，本发明就有关由使金刚石颗粒分散于金属电镀液中的复合电镀液形成电镀皮膜的散热性材料作了更深入的悉心研究，其结果认为因为优选热振动发生在进行接触的金刚石颗粒彼此之间，所以在复合电镀皮膜中进行共析的金刚石颗粒优选是处于极力进行接触的状态，通过金属镀膜中的金刚石颗粒成为互相进行接触的共析状态，从而就能够获得更为优异的散热性。S卩，本发明所提供的散热性材料的特征为具备复合电镀皮膜，其将金属镀膜作为基体并且在该基体中金刚石颗粒以相对于金属镀膜的膜厚方向其共析量逐渐变化的形式进行共析。在此，金刚石颗粒的由激光衍射式粒度分布测定法进行测定的平均粒子直径如果是在0. 01150 u m的范围，则更加优选。另外，复合电镀皮膜的膜厚如果是在f5000 u m的范围的话，且形成金属镀膜的金属源如果是选自于铜、镍、金、银、锡、钴、铁、锌、铬中的I种或者2种以上的话，则更加优选。而且，作为复合电镀皮膜的更为具体的结构可以列举(1)基体中的金刚石颗粒的共析量从复合电镀皮膜被形成的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐增加的复合电镀皮膜；(2)基体中的金刚石颗粒的共析量从复合电镀皮膜被形成的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐增加，并且在金刚石颗粒露出于皮膜表面而构成的金刚石共析皮膜的皮膜表面上进一步具备由与形成金属镀膜的金属源不相同的金属源而形成的表面金属镀膜的复合电镀皮膜，换言之，也就是在上述(I)所记载的复合电镀皮膜的皮膜表面上金刚石颗粒露出，并且在该皮膜表面上进一步具备由与形成上述金属镀膜的金属源不相同的金属源而形成的表面金属镀膜的复合电镀皮膜，在构成为上述(2)的构成的情况下，更优选为，表面金属镀膜的厚度为金刚石共析皮膜中的金刚石颗粒平均粒径的4/5以下，更加优选为形成表面金属镀膜的金属源为铜、银、金或者铁的复合电镀皮膜；(3)基体中的金刚石颗粒的共析量从被复合电镀皮膜覆盖的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐减少的复合电镀皮膜；(4)基体中的金刚石颗粒的共析量从被复合电镀皮膜覆盖的基材侧朝着皮膜的膜厚方向的中间部逐渐增加、并从该中间部朝着皮膜表面侧逐渐减少的复合电镀皮膜。在此，作为本发明的散热性材料的复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析状态，由金属镀膜构成的基体中的金刚石颗粒的共析量只要是以相对于金属皮膜的膜厚方向逐渐 发生变化的形式进行共析，则在金属镀膜中金刚石颗粒既可以以互相不接触的状态进行共析，另外金刚石颗粒也可以以互相接触的状态进行共析，但是在金属镀膜中的至少一部分如果金刚石颗粒是以互相接触的状态进行共析的话，则因为在以上述那样进行接触的金刚石颗粒彼此之间会发生热振动，所以这种状态更为优选。再有，作为本发明的散热性材料，如果是通过相对于金属镀膜的膜厚方向使金属镀膜中金刚石颗粒的共析量逐渐发生变化从而提高由金刚石颗粒发生共析的复合电镀皮膜引起的散热性的散热性材料的话，则更为优选。另外，作为形成上述复合电镀皮膜的基材可以列举金属制品(成形品)，但是本发明的情况可以是作为以上述复合电镀皮膜覆盖玻璃制成形品的基材的散热性材料，更为详细的是例如对表面实行了由钯等进行的金属吸附电镀的玻璃制成形品的该电镀表面上形成有上述复合电镀皮膜的散热性材料，或者作为以上述复合电镀皮膜覆盖塑料制成形品的基材的散热性材料，更为详细的是例如对表面实行了由钯等进行的金属吸附电镀的塑料制成形品的该电镀表面上形成有上述复合电镀皮膜的散热性材料等。而且，本发明的散热性材料是作为半导体装置的散热性材料来进行使用的，例如是作为被用于车辆、汽车等的移动体各个零部件的半导体装置的散热性材料来进行使用的，特别是如果作为移动电话或者个人电脑的散热性材料进行使用的话，则更为优选。另夕卜，即使作为光学装置的散热性材料进行使用，也更为优选。发明的效果根据本发明的散热性材料，则不仅仅在散热性方面表现优异而且能够将由各种各样形状以及材料构成的成形品作为散热性材料，在作为散热性材料的耐受性方面也表现优异并且因为还能够被薄型化，所以作为半导体装置特别是作为移动电话以及个人电脑等的散热性材料特别能够被优选利用。
图I是用于说明本发明的散热性材料第一构成例的散热性材料的概略纵向截面图。图2是用于说明本发明的散热性材料第二构成例的散热性材料的概略纵向截面图。图3是用于说明本发明的散热性材料第三构成例的散热性材料的概略纵向截面图。图4是用于说明本发明的散热性材料第四构成例的散热性材料的概略纵向截面图。图5是用于说明本发明的散热性材料第五构成例的散热性材料的概略纵向截面图。图6是用于说明本发明的散热性材料第六构成例的散热性材料的概略纵向截面图。 图7是用于说明形成本发明的复合电镀皮膜的装置的一个例子的电镀装置概略构成图。图8是用于说明本发明的散热性材料参考例的散热性材料的概略纵向截面图。图9是放大图8的Z部分并加以示意性地表示的散热性材料的一部分放大纵向截面图。
具体实施例方式以下是就本发明作更为详细的说明，本发明的散热性材料具备将金属镀膜作为基体并且在该基体(金属基体)中金刚石颗粒以相对于金属镀膜的膜厚方向其共析量逐渐发生变化的形式进行共析的复合电镀皮膜；因为基材(成形品)被金刚石颗粒分散于金属基体中的复合电镀皮膜覆盖，所以即使是复杂形状的基材(成形品)也能够容易地对其表面实行处理，同时还提高了散热性材料的形状的选择性以及自由度且能够薄型化，另外，因为由电镀而形成了电镀皮膜所以没有必要在基材表面处理时实行高温处理，例如，可以将由不适合于高温处理的塑料以及玻璃等材质构成的成形品作为基材。而且，虽然在散热性方面表现优异，但是因为例如与金属等其他材料的物性相比有所不同，所以通过以金刚石颗粒的共析量相对于金属镀膜的膜厚方向逐渐发生变化的形式使与其他材料的亲和性比较低的金刚石颗粒进行共析，从而提高与其他材料的亲和性，作为难以发生剥离的电镀皮膜和难以发生龟裂的电镀皮膜，能够更加提高散热性材料的散热性，提高散热性材料的表面耐磨损性，并且进一步提高表面强度以至于保护内部构造体。接着，就形成本发明的散热性材料的复合电镀皮膜的金刚石颗粒以及金属镀膜作如下更为详细的说明。作为在本发明中所使用的金刚石颗粒，如后面所述的实施例那样可以适当选择市售的金刚石颗粒进行使用，其平均粒径可以作适当选择但是优选为0. Of350 ym，更优选为f250 ym，进一步优选为lSlOOym。如果平均粒径过大的话，则会有相对于皮膜厚度的填充密度变小的情况，如果过小的话，则会有填充密度变大且皮膜强度变弱的情况。还有，金刚石颗粒的平均粒径的测定方法是根据激光衍射式粒度分布测定方法。作为形成本发明的复合电镀皮膜的金属基体的金属源并没有特别的限制，例如可以优选铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、铁(Fe)、锌(Zn)、铬(Cr)等，如果是考虑了热传导性的话，则在上述金属元素中更优选为镍、铜以及银，特别优选镍、铜。既可以单独使用这些金属元素中的I种又可以适当组合使用2种以上。金属基体中的金刚石颗粒的共析量(分散量)并没有特别的限制，但如果是考虑了皮膜强度、韧性、延展性、硬度以及机械强度等的话，则作为优选的共析量，其在皮膜整体中的共析量为I 45vol%，优选为I 40vol%，更优选为2 35vol%，进一步优选为3 25vol%，更进一步优选为5 25vol%，特别优选为5 20vol%。另外，复合电镀皮膜的厚度可以作适当选择，优选为I 5000 u m,更优选为3 2000 u m,更加优选为5 1000 u m。在本发明中使金属基体中的金刚石颗粒的共析量发生变化的手段并没有特别的限制，以下是将电镀槽液(或者称之为“电镀液”)分成不同的种类来例示具体的手段。在本发明中优选的镀镍槽液的组成例例如可以列举硫酸镍240g/升、氯化镍40g/升、硼酸35g/升；在本发明中作为优选的电镀条件例如电镀槽液的温度为50°C，pH为4. 2，电流密度为0. f8A/dm2，搅拌速度例如在5(T600rpm的范围内变动。作为所使用的金刚石颗粒，例如使平均粒径25 y m的金刚石颗粒以成为f 150g/升的形式分散于上述电镀液中。然后，将电镀处理时间在1(T1500分钟的范围内变动，就能够形成规定的电镀皮膜厚的复合电镀皮膜。 更为具体的是使平均粒径25 y m的金刚石颗粒以成为50g/升的形式分散于上述电镀镍槽液中，将电流密度恒定在8A/dm2并通过使搅拌速度从50rpm到600rpm渐渐变化,从而一边调节溶液中的金刚石颗粒的分散量一边实行电镀，复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析量将在0. 5^26vol% (0. 3 11. 5wt%)的范围内渐渐地进行变化。这样，就能够形成例如总电镀皮膜厚度为500 u m的复合电镀皮膜。另外，例如使平均粒径90 ii m的金刚石颗粒以成为I^lOOg/升的形式分散于上述电镀镍槽液中并使搅拌速度从30rpm到600rpm渐渐变化,在这变化过程中使电流密度从lA/dm2到8A/dm2进行变动并实行电镀，就能够在0. 3^35vol%(0. fl8wt%)的范围内渐渐地使复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析密度进行变化。另外，例如使平均粒径3 u m的金刚石颗粒以成为f IOOg/升的形式分散于上述电镀镍槽液中并使搅拌速度从30rpm到600rpm渐渐变化，在这变化过程中使电流密度从lA/dm2到8A/dm2进行变动并实行电镀，就能够使复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析密度在0. r37vol%(0. 05^19wt%)的范围内渐渐地进行变化。另外，在本发明中优选的电镀铜槽液的组成例例如硫酸铜为220g/升。硫酸为60ml/升，作为优选的电镀条件例如电镀槽液温度为25 V ’电流密度为0. f 10A/dm2，再例如使搅拌速度从50rpm到600rpm进行变动。例如，使平均粒径25 y m的金刚石颗粒以成为50g/升的形式分散于硫酸铜电镀液中，将电流密度恒定在4A/dm2并通过使搅拌速度从50rpm到600rpm渐渐变化，从而一边调节溶液中的金刚石颗粒的分散量一边实行电镀，就能够使复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析密度在0. 5^18vol% (0. 3 7wt%)的范围内渐渐地进行变化。这样，从而就能够形成例如总电镀皮膜厚度为500 的复合电镀皮膜。另夕卜，使平均粒径90 y m的金刚石颗粒以成为f IOOg/升的形式分散于上述电镀铜槽液中，并使搅拌速度从30rpm到600rpm渐渐变化，在这变化过程中使电流密度从lA/dm2到10A/dm2进行变动并实行电镀，就能够使复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析密度在0. 3^23vol%(0. Tl2wt%)的范围内渐渐地进行变化。另外，使平均粒径3pm的金刚石颗粒以成为I^lOOg/升的形式分散于上述电镀铜槽液中，并使搅拌速度从30rpm到600rpm渐渐变化,在这变化过程中使电流密度从lA/dm2到10A/dm2进行变动并实行电镀，就能够使复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的共析密度在0. r25vol% (0. 05^13wt%)的范围内渐渐变化。接着，就本发明的散热性材料的皮膜构成作如下更为详细的说明。本发明的散热性材料具备将金属镀膜作为基体并且在该金属基体中金刚石颗粒以相对于金属镀膜的膜厚方向其共析量逐渐发生变化的形式进行共析的复合电镀皮膜。在此，在本发明的复合电镀皮膜中，所谓由金属镀膜构成的基体中的金刚石颗粒的共析量(分散量)逐渐发生变化，既可以是共析量连续性地进行增减也可以是共析量在某一程度上阶段性地进行增加或者减少，但金刚石颗粒的共析量相对于皮膜的膜厚方向连续性地进行变化的复合电镀皮膜更为优选。还有，本发明的情况是，在一层电镀皮膜中金刚石颗粒的共析量相对于皮膜的膜厚方向逐渐地进行增减，与层叠金刚石颗粒的共析量不相同的2层以上的电镀皮膜的情况相比较，因为在皮膜厚度中不存在层状，所以也就不会有所谓在膜之间发生剥离或者在层间发生剥离的问题，并能够显示出优异的机械特性。以下是参照附图并就本发明的散热性材料的更为具体的结构进行说明。图I、图2、图3、图4是分别为了说明本发明的散热性材料第一构成例 第四构成例而示意性地表示 各个散热性材料的一部分的纵向截面的结构的概略纵向截面图，图中的A1、A2、A3、A4分别是表示散热性材料，11、12、13、14分别是表示复合电镀皮膜，2是表示金属镀膜(金属基体)，3是表示金刚石颗粒，4是表示形成复合电镀皮膜的基材，图2中的5是表面金属镀膜。本发明的散热性材料的第一构成例正如图I所表示的散热性材料Al那样是具备由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib逐渐增加的电镀结构的例子，根据如此的结构，由在金刚石的所持有的物理特性中所谓特别容易传递热振动的特性，而能够获得热传导性非常优异的散热性材料并且能够确认散热性的效果。在此，像该第一构成例那样的电镀结构的情况，如果由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib逐渐增加的话即可，但是与基材的边界部分(基材侧Ia)的共析量优选为0%，渐渐地对金刚石颗粒进行共析的情况下，如果从0. 3vol%渐渐地使共析量增加并在复合电镀皮膜表面侧Ib的附近，至少共析20vol%，优选为共析35vol%以上，更为详细的是优选为l(T50vol%，更优选为15 40vol%，进一步优选为15 35Vol%。此外，通过上述金刚石颗粒的平均粒径使金属基体中金刚石颗粒的共析量变化的手段中，比所例示的平均粒径25 y m的金刚石颗粒更小的颗粒，例如如果使用3 y m的颗粒，则向复合电镀皮膜中的金刚石颗粒的填充率将上升，但是会有电镀皮膜自身强度变小的情况。另外，由于优选为热振动发生在接触的金刚石颗粒彼此之间，所以在复合电镀皮膜中进行共析的金刚石颗粒优选为处于极力接触的状态。在此，在本发明中使金刚石颗粒在复合电镀皮膜中接触的机构并没有特别的限制，例如可以列举控制搅拌速度的机构。更为具体的是，例如可以列举以弱搅拌进行接触以及以强搅拌进行分离的所谓以这样形式控制接触部分的机构。另外，例如，如果是像这第一构成例那样的电镀构成的情况，则像上述那样，渐渐增加金刚石颗粒的共析量，通过在复合电镀皮膜表面侧Ib的附近使金刚石颗粒至少共析20vol%且优选共析35vol%以上，从而特别是在复合电镀皮膜表面侧Ib的附近变得容易产生金刚石颗粒彼此接触的部分。关于以下第二构成例 第四构成例，也是同样在金刚石颗粒的共析量增加的地方通过调整像这样的共析量，从而特别是在金刚石颗粒的共析量增加的地方变得容易产生金刚石颗粒彼此接触的部分。
参照图8以及图9就上述这样金刚石颗粒彼此在复合电镀皮膜中互相进行接触的共析状态作如下说明。图8是作为说明金刚石颗粒彼此互相接触的共析状态的参考例而示意性地表示散热性材料A7的一部分的纵向截面结构的概略纵向截面图，图9是为了说明金刚石颗粒的接触状态而放大图8中的Z部分(复合电镀皮膜15的纵向截面的一部分)并示意性地表示的复合电镀皮膜15的一部分放大纵向截面图。散热性材料A7具备复合电镀皮膜15，其替代第一构成例的散热性材料Al的复合电镀皮膜11，且从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib不使由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分析量)发生变化，以金属镀膜2整体来看的话，则是以金刚石颗粒3在皮膜的膜厚方向(图中箭头a)上成为均匀的形式进行共析，并且如图9所示在由金属镀膜2构成的基体中产生金刚石颗粒3互相接触的部分；金刚石颗粒3通过以像这样的状态在基体中进行共析，从而在所接触的金刚石颗粒3彼此之间产生热振动，如由后面所述的实验例I以及实验例2的结果所表示的那样，与金刚石颗粒3在由金属镀膜2构成的基体中以互相不进行接触的状态进行共析的情况相比较，相对能够提高散热性。此外，如果是像这样的复合电镀皮膜15的情况，则由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒的共析量(分散量)相对于复合电镀皮膜15整体(全容量)使至少20vol%共析，则以金属镀膜2整体来看，金刚石颗粒3在皮膜的膜厚方向为均匀，但是 因为容易获得在由金属镀膜2构成的基体中的至少一部分产生金刚石颗粒3互相接触的部分的复合电镀皮膜，所以更为优选。在本发明的复合电镀皮膜中，作为金刚石颗粒彼此在基体中接触的共析状态，其接触形态并没有特别的限制，例如在观察膜的纵向截面的情况下，会出现金刚石颗粒以只在膜厚方向(图8中的箭头a)上即只在膜的高度方向上进行连续的形式互相接触的共析部分，或者也可以是只有在膜的横向(图8中的箭头b)即在截面图上的左右方向或者膜的宽度方向上邻接的金刚石颗粒进行接触，并以适当的长度进行连续的共析状态，例如，参照图9的参考例进行说明，如果是像具有成为以金刚石颗粒在膜厚方向(图8中的箭头a)上以及在膜的横向(图8中的箭头b)上进行连续的形式互相接触的状态的地方那样的共析状态，则更为优选。另外，接触的部分的比例也没有特别的限制，优选为，例如，沿着纵向即沿着膜厚方向切断形成有复合电镀皮膜的散热性材料，使用电子显微镜等各种显微镜来观察其切断面的全部或者一部分的膜结构，并且在由图像处理等确认观察以金属基体中金刚石颗粒在膜厚方向以及/或者膜的宽度方向上进行连续的形式互相接触的状态的金刚石颗粒的比例的情况下，以面积比例相对于观察部分整体优选为5 80%，更优选为15飞0%，进一步优选为2(T45%。如果接触部分的比例过小，则会有难以获得由金刚石颗粒彼此的接触而起到的作用效果的情况，如果接触部分的比例过大，则会有变得难以获得作为复合电镀皮膜的合适的特性的情况。此外，关于像这样的金刚石颗粒的接触状态，对于以下的第二构成例 第四构成例来说也是相同的。本发明的第二构成例，正如图2所表示的散热性材料A2那样，与第一构成例相同在由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)，从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib逐渐增加的金刚石共析皮膜12a的皮膜表面12b上金刚石颗粒3露出，在其所露出的金刚石颗粒3之间的金属表面上，进一步由与形成上述复合电镀皮膜的金属镀膜的金属源不相同的金属源(优选为铜、金、银、铁等，更加优选为金、银等)实施电镀，从而形成表面金属镀膜5并制成复合电镀皮膜12。另外，作为形成金属镀膜2的金属源与形成表面金属镀膜5的金属源的组合，优选对各个上述优选的金属源作适当组合，在这些组合当中尤其更为优选的是金属镀膜2的金属源为镍而表面金属镀膜5的金属源为金、金属镀膜2的金属源为铜而表面金属镀膜5的金属源为银等组合。在此，表面金属镀膜5的厚度并没有特别的限制，但是如果考虑金刚石粒径，则优选为在金刚石颗粒3的平均粒径的4/5以下，更为优选的是在金刚石颗粒3的平均粒径的1/2 1/3范围内。再有，作为这个第二构成例，因为如果金刚石颗粒3的一部分是在表面电镀皮膜5的表面上露出，则更为优选，所以更为优选的是在金刚石共析皮膜12a的皮膜表面12b上露出的金刚石颗粒3的平均粒径的4/5以下，进一步优选的是在所露出的金刚石颗粒3的平均粒径的1/2 1/3的范围内。此外，在金刚石共析皮膜12a的皮膜表面12b上使金刚石颗粒3露出的方法并没有特别的限制，但是例如优选共析20vol%以上。另外，本发明的散热性材料的第三构成例,正如图3所表示的散热性材料A3那样， 具备由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)从基材侧Ia朝着复合电镀皮膜表面侧Ib逐渐减少的电镀结构，即使由像这样的结构也与上述散热性材料Al相同，由所谓金刚石的所持有的物理特性中特别容易传递热振动的特性，而能够获得热传导性非常优异的散热性材料并且能够确认到散热性的效果。在此，像该第三构成例那样的电镀结构的情况，由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)从基材侧Ia朝着复合电镀皮膜表面侧Ib逐渐减少即可，但是与基材的边界部分(基材侧Ia)的共析量优选为l(T50Vol%，更优选为15 40vol%，进一步优选为15 35vol% ;渐渐地减少金刚石颗粒的共析量的情况，如果是在另一面的表面附近将金刚石颗粒的共析量基本控制在0vol%则更为优选。由像这样的结构形成的散热性材料A3的表面的外观与通常的金属电镀面相同，为富有平滑性和光泽性的表面。然后，本发明的散热性材料的第四构成例，正如图4所表示的散热性材料A4那样，具备由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)从基材侧Ia朝着复合电镀皮膜的膜厚方向的中间部Ic逐渐增加并进一步从中间部Ic朝着复合电镀皮膜表面侧Ib逐渐减少的电镀结构，像这样的结构是一种其截面构造处于朝着复合电镀皮膜层的大致中央处增加填充密度的状态的结构，并且可以说是在强度方面也表现非常优异的梯度功能材料(FGM，非均匀分散系)。在此，如该第四构成例那样的电镀结构的情况，由金属镀膜2构成的基体中的金刚石颗粒3的共析量(分散量)，从基材侧Ia朝着复合电镀皮膜的膜厚方向的中间部Ic逐渐增加、并进一步从中间部Ic朝着复合电镀皮膜表面侧Ib逐渐减少即可，更为优选的是可以列举以下所述结构，即与基材的边界部分(基材侧Ia)的共析量优选为0%，复合电镀皮膜的膜厚方向的中间部的共析量优选共析l(T50vol%,更优选共析15 40vol%,进一步优选共析15 35vol%，并且复合电镀皮膜表面侧Ib的共析量优选成为0%。本发明的散热性材料可以是将适当的皮膜层叠于上述复合电镀皮膜的层叠体，例如，如图5所表不的本发明的第五构成例的散热性材料A5那样，能够介于与第一构成例相同的复合电镀皮膜11与基材4之间配置金属镀膜6。作为像这样的构成例，是在基材4上形成由与金属镀膜2的金属源不相同的金属源形成的金属镀膜6、例如实施铜电镀处理、并且进一步从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib渐渐地增加金刚石颗粒3的填充密度比例的复合电镀皮膜11。在此，作为金属镀膜6优选为凭靠热振动使来自基材的传导性良好的金属镀膜，作为像这样的金属镀膜可以列举铜镀膜和银镀膜等，在这当中尤其更为优选的是铜镀膜。另外，基材如果是塑料和玻璃等非导电性材料的话，优选如后述那样在对其表面实施了导电性薄膜处理之后，以上述那样实行电镀铜或者电镀镍，并且这之上形成金刚石颗粒的共析量从基材侧Ia朝着皮膜表面侧Ib渐渐增加的复合电镀皮膜。此外，本发明的散热性材料可以是，在与基材之间存在有金属镀膜的上述复合电镀皮膜的表面上进一步层叠金属镀膜的散热性材料，通过这样的结构，作为梯度功能电镀皮膜的散热性材料的外观为必要的情况下，除了银电镀以及金电镀等贵金属电镀之外可以实行铜电镀或者镍电镀的处理而对其施行黑色化。在此，如果是像这样的电镀构成的情况，则复合电镀皮膜的结构并没有特别的限制，例如，在考虑机械强度的基础上，如果复合电镀皮膜的金属基体为硬质金属，则作为介于与基材之间进行配置的金属镀膜例如优选将镍作为金属源，作为镍镀膜的皮膜厚度，优选为复合电镀皮膜的膜厚的1/4 1/3左右。另外，如果复合电镀皮膜的金属基体为软质金属，则作为介于与基材之间进行配置的金属镀膜优选将铜、银作为金属源，作为由这些金属形成的金属镀膜的皮膜厚度，优选为复合电镀皮膜的膜厚的1/4 1/3左右。 本发明的散热性材料是将由各种各样的材料构成的成形品作为基材并能够容易地将上述复合电镀皮膜形成于其表面，例如能够将由铁、铝、铜或者这些的合金的金属等构成的金属制成形品作为基材。另外，本发明的散热性材料也能够将玻璃制成形品或者塑料制成形品作为基材，并且如果将这些非金属材料作为基材来使用，则能够获得在轻量化和成形性容易程度方面表现优异的散热性材料。作为塑料材料，更为具体的是例如特别是ABS(丙烯腈、丁二烯、苯乙烯)树脂、PC (聚碳酸酯)树脂、PC/ABS树脂、尼龙树脂、变性PPO (Noryl resin)等通用塑料；工程塑料和超级工程塑料等；作为玻璃制成形品可以列举氧化物玻璃、特别是硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃等，作为本发明的散热性材料的情况因为是由电镀来实行复合电镀，所以特别是将具有从常温到70°C左右为止的耐热性的塑料、玻璃作为材料的塑料制成形品、玻璃制成形品作为基材的情况更为优选。在将玻璃制成形品或者塑料制成形品作为基材的情况下，在形成复合电镀皮膜之前优选为进行基材的表面处理，例如可以列举所谓使钯(Pd)等金属吸附于基材表面的表面处理等。更为具体地来说，例如可以列举所谓如图6所表示的本发明的第六构成例的散热性材料A6那样，将凹部7形成于基材4的表面，之后形成Pd吸附层8的处理方法。该构成例的情况是将与第一构成例相同的复合电镀皮膜11形成于Pd吸附层8的表面。此外，作为像这样的表面处理的具体方法可以适当采用公知的方法，例如可以列举通过由蚀刻液对成形品的表面实行化学粗化(凹凸)，从而形成凹部7，在除去了残留蚀刻液之后使用Pd-Sn络合物等从而使钯吸附，除去锡盐并使钯金属化从而形成Pd吸附层8的方法等。此外，本发明的散热性材料也可以将除了玻璃之外的被用于电子材料的陶瓷，例如氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化锌陶瓷、钛酸钒陶瓷以及锆陶瓷等各种陶瓷制成形品作为基材，对像这样的陶瓷制成形品也实行如上述那样的处理，因而就能够提供在散热性方面表现优异的材料。这个情况也与上述的相同地，如果在对陶瓷制成形品实行了表面处理之后形成复合电镀皮膜，则更为优选。在此，在本发明中，形成如以上所述那样的复合电镀皮膜的装置并没有特别的限制，但是作为优选的装置可以以列举图7所表示的那样的电镀装置20。图7的电镀装置20是一种将已使金刚石颗粒3分散的规定电镀液23灌满于具备搅拌子21的电镀槽22中，并将连接于直流电源24的阳极的阳极材料25，25以及连接于直流电源24的阴极的基材4浸入到该电镀液中，从而将复合电镀皮膜形成于基材4的表面的装置。本发明的散热性材料是一种基材形状选择自由度大的散热性材料,能够将在表面凹凸多且形状复杂的成形品作为基材，来容易地将上述复合电镀皮膜形成于其表面上。在此，作为本发明的散热性材料的基材，如果是金属类，则例如可以将铝、铜、黄铜等作为基材，如果是非金属类，则可以如上述那样将塑料、玻璃以及陶瓷等作为基材。另外，能够形成难以剥离的复合电镀皮膜。更为具体的是例如不仅仅能够将复合电镀皮膜形成于将板材作为基材的散热板，并且还能够将复合电镀皮膜形成于圆筒以及方筒等筒状基材的内壁或者外壁。在此，在由金刚石颗粒进行共析的复合电镀皮膜覆盖基材并作为散热性材料来使 用的情况下，正如凭靠复合电镀皮膜的散热性被提高那样，凭靠复合电镀皮膜的热传导性也被提高。本发明的散热性材料如后面所述的实施例以及实验例的结果那样，是通过相对于金属镀膜的膜厚方向逐渐使金属镀膜中的金刚石颗粒的共析量发生变化，从而与金属镀膜中的金刚石颗粒的共析量相对于膜厚方向不发生变化的复合电镀皮膜相比较，能够提高凭靠复合电镀皮膜的散热性。例如，想要获得具有所希望散热性的散热性材料的情况，比金属镀膜中的金刚石颗粒的共析量相对于膜厚方向不发生变化的情况成为更加能够减少在金属镀膜中的金刚石颗粒的全共析量即在皮膜整体中的共析量。于是，本发明的散热性材料其物性等并没有特别的限制，但是考虑了作为散热性材料来行使其功能的话，则除掉了基材的散热性材料的热传导率，例如如果是作为形成金属镀膜的金属源而使用铜的复合电镀皮膜，那么与后面所述的实施例相同地测定除掉了基材的热传导率，除去5个测定值当中的最低值和最高值的3个测定值的平均值优选为30(T750W/mk，将镍作为金属源的复合电镀皮膜，同样的热传导率平均值优选为10(T200W/mk。本发明的散热性材料因为是将各种各样形状、材料作为基材，并对此形成具有梯度功能的复合电镀皮膜的散热性材料，所以能够作为例如电子零部件、介于半导体装置的发热部位与其他部位之间进行配置的散热板、作为热交换器构件的散热板、散热器、散热鳍片或者薄型电视机散热板、散热底盘或者框架、功率模块的散热板或者散热器、发光二极管和LED等光学装置的散热板、发动机的散热器等来进行使用。另外，作为移动电话的散热板、个人电脑的散热板也是优选的。特别是本发明的情况对于散热性材料自身的薄膜化以及轻量化是可能的。还有，本发明并不限定于上述结构，只要是在不脱离本发明宗旨的范围内各种各样的变更都是可能的。实施例以下是通过实施例来更加具体地说明本发明，但是本发明并不限定于下述实施例。[实施例I]使用图7所表示的电镀装置(阳极材料为电解镍板)并使用作为基材的不锈钢板(20mmX 20mmX0. 5mm),按照以下所述操作方法制得实施例I的散热性材料。
〈操作方法〉使Element Six Ltd制的平均粒径25 ii m的金刚石颗粒以分散量成为50g/升的形式分散于由下述表I所表示的组成所构成的镍电镀液中。将电流密度设定为8A/dm2并实施300分钟的电镀处理，从而获得规定的总电镀皮膜厚度为500 u m的复合电镀皮膜。在复合电镀皮膜形成过程中使搅拌速度从500rpm到150rpm渐渐地变化，从而获得金刚石颗粒的共析密度从基材表面侧朝着皮膜表面侧从0vol%到35vol%逐渐增加的梯度功能皮膜(复合电镀皮膜)被形成于基材表面的实施例I的散热性材料。沿着纵向即沿着膜厚方向切断该散热性材料，使用电子显微镜来观察其截面(膜的纵截面)，然后就可确认到在膜厚方向(膜的高度方向)以及膜的宽度方向(膜的横向)上金刚石颗粒彼此发生接触，用图像处理来确认观测其接触状态，然后就可证实在作为面积比例的复合电镀皮膜整体的1/5左右(约20%)的部分中金刚石颗粒发生接触。为了评价该实施例I的梯度功能皮膜(复合电镀皮膜)的热传导率(以下的实施例也相同)，从这个散热性材料除掉基材，使用热传导率测定器(ULVAC公司制，TC-7000型)以室温22 24°C以及湿度为38 45%的条件测定其热传导率。其结果被表示于表I中。还有，在以下的表格中平均值是除去5个测定值中的最低值和最 高值的3个测定值的平均值。另外，为了评价实施例I的散热性材料的散热状态(以下的实施例也相同)，使用红外线热成像测定器(日本ABISTE Co.，Ltd制，型号FSV-1100-L8)，实施例I的散热性材料在加热器温度为210°C、室温为25°C、湿度为35 41%的条件下测定直至到达表I所表不的一定温度为止的时间。其结果被表不于表I中。[表 I]
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EK~ W= ~lm[实施例2]使用图7所表示的电镀装置(阳极材料为电解铜板)并使用作为基材的不锈钢板(20mmX 20mmX0. 5mm),按照以下所述操作方法制得实施例2的散热性材料。〈操作方法〉使Element Six Ltd制的平均粒径25 ii m的金刚石颗粒以分散量成为50g/升的形式分散于由下述表2所表示的组成所构成的铜电镀液中。将电流密度设定为0. f6A/dm2并实施540分钟的电镀处理，从而获得规定的总电镀皮膜厚度为500 u m的复合电镀皮膜。在复合电镀皮膜形成过程中使搅拌速度从600rpm到50rpm渐渐地变化，从而获得金刚石颗粒的共析密度从基材表面侧朝着皮膜表面侧从Ovol%到25vol%逐渐增加的梯度功能皮膜(复合电镀皮膜)被形成于基材表面的实施例2的散热性材料。与实施例I相同观察这个散热性材料，然后就可确认到复合电镀皮膜整体(面积比例)的1/4左右(约25%)的部分中，在膜厚方向以及膜的宽度方向上金刚石颗粒彼此发生接触，从这个散热性材料除掉基材，使用热传导率测定器(ULVAC公司制，TC-7000型)以室温22 24°C、湿度为38 45%的条件测定其热传导率。其结果被表示于表2中。另外，使用红外线热成像测定器(日本ABISTE Co. , Ltd制，型号FSV-1100-L8)，实施例2的散热性材料在加热器温度为210°C、室温为2广25°C、及湿度为35 41%的条件下测定直至到达表2所表示的一定温度为止的时间。其结果被表示于表2中。[表2]
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权利要求
1.一种散热性材料，其特征在于 具备 复合电镀皮膜，将金属镀膜作为基体，并且在该基体中金刚石颗粒以相对于所述金属镀膜的膜厚方向其共析量逐渐变化的形式进行共析。
2.如权利要求I所述的散热性材料，其特征在于 所述基体中的所述金刚石颗粒的共析量，从形成有所述复合电镀皮膜的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐增加。
3.如权利要求I或者2所述的散热性材料，其特征在于 所述复合电镀皮膜为，所述基体中的所述金刚石颗粒的共析量从形成有所述复合电镀皮膜的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐增加，并且在所述金刚石颗粒露出于皮膜表面而成的金刚石共析皮膜的所述皮膜表面上，进一步具备由与形成所述金属镀膜的金属源不相同的金属源形成的表面金属镀膜。
4.如权利要求3所述的散热性材料，其特征在于 所述表面金属镀膜的厚度为所述金刚石颗粒的平均粒径的4/5以下。
5.如权利要求3或者4所述的散热性材料，其特征在于 形成所述表面金属镀膜的金属源为铜、银、金或铁。
6.如权利要求I所述的散热性材料，其特征在于 所述基体中的所述金刚石颗粒的共析量，从被所述复合电镀皮膜覆盖的基材侧朝着皮膜表面侧逐渐减少。
7.如权利要求I所述的散热性材料，其特征在于 所述基体中的所述金刚石颗粒的共析量，从被所述复合电镀皮膜覆盖的基材侧朝着皮膜的膜厚方向的中间部逐渐增加，并从该中间部朝着皮膜表面侧逐渐减少。
8.如权利要求r7中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 在所述金属镀膜中的至少一部分中所述金刚石颗粒以互相接触的状态进行共析。
9.如权利要求rs中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 所述金刚石颗粒的由激光衍射式粒度分布测定法测定的平均粒径为o. Of350 u m。
10.如权利要求I、中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 所述复合电镀皮膜的膜厚为f5000iim。
11.如权利要求广10中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 形成所述金属镀膜的金属源选自铜、镍、金、银、锡、钴、铁、锌、铬中的I种或者2种以上。
12.如权利要求f11中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 将玻璃制成形品作为被所述复合电镀皮膜覆盖的基材。
13.如权利要求f11中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 将塑料制成形品作为被所述复合电镀皮膜覆盖的基材。
14.如权利要求f13中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 所述散热性材料作为半导体装置的散热性材料而使用。
15.如权利要求14所述的散热性材料，其特征在于 所述散热性材料作为移动电话或者个人电脑的散热性材料而使用。
16.如权利要求f13中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 所述散热性材料作为光学装置的散热性材料而使用。
17.如权利要求f16中任意一项所述的散热性材料，其特征在于 通过使所述金属镀膜中的所述金刚石颗粒的共析量相对于所述金属镀膜的膜厚方向逐渐变化，从而由金刚石颗粒进行了共析的复合电镀皮膜而提高散热性。
全文摘要
本发明提供的是一种散热性材料，其特征在于具备复合电镀皮膜，不仅仅在散热性方面表现优异而且能够将由各种各样形状、材料构成的成形品作为散热性材料的基材来进行利用，另外，在作为散热性材料的耐受性方面也表现优异，并且能够被薄型化，所以作为半导体装置特别是作为移动电话以及个人电脑等的散热性材料尤其是作为能够被优选利用的散热性材料，将金属镀膜作为基体并在基体中金刚石颗粒以相对于金属镀膜的膜厚方向其共析量逐渐发生变化的形式进行共析。
文档编号H01L23/373GK102753735SQ20118000851
公开日2012年10月24日 申请日期2011年2月2日 优先权日2010年2月4日
发明者中村宜弘, 仲川和志, 山本晋也, 松村宗顺 申请人:日本精机宝石工业株式会社