JP4471646B2 - 複合材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合材及びその製造方法に係り、詳しくは半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な複合材及びその製造方法に関する。

半導体装置等の電子部品は使用中に発熱するため、使用中の発熱による昇温で性能が劣化しないように、冷却する必要がある。そして、従来、半導体装置の実装方法として、放熱板（放熱用基板材）を介して実装する方法が実施されている。

ヒートシンクを使用する方法は、図９に示すように、ケースを構成するアルミニウムベース４１の上にヒートシンク４２が図示しないネジ、あるいは半田により固定され、ヒートシンク４２上には両面に金属（Ａｌ）層４３ａが形成された絶縁基板４３が半田を介して固定されている。そして、絶縁基板４３の金属層４３ａ上に半田を介して半導体装置等の電子部品４４が実装されている。絶縁基板４３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されている。ヒートシンク４２には、低膨張率で高熱伝導率の材料として、金属マトリックス相にセラミックスを分散させた金属基複合材料、例えばＳｉＣ粒子をアルミニウム基材に分散させたものが使用されている。

前記ヒートシンク４２の材料となる前記金属基複合材料は高価で、加工性が悪いため、低コストで加工性の良い放熱用基板材料が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１には、銅、銅−タングステン又は銅−モリブデンでつくられた金属板と、モリブデン又はタングステンの金属細線を編んだ金網とを重ね合わせて一体化してなる放熱用基板材料が提案されている。この放熱用基板材料は金網を金属板で挟むように重ね合わせた状態で加熱、圧延して、図１０（ａ）に示すように、金属板４６と金網４５とを一体化した積層体４７とすることで形成される。

特許文献２には、熱膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属又は合金からなり、多数の孔が形成された基材の孔に、熱伝導率が２１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属又は合金でなる高熱伝導材料を充填した半導体装置用基板が提案されている。高熱伝導材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ及びこれらを主体とする合金が使用され、基材の材質として３０〜５０重量％のＮｉ及び残部が実質的にＦｅよりなるインバー合金や、Ｃｏを含むスーパーインバー合金などが使用される。また、基材に形成される孔は、素材を平板状に加工した後、打ち抜き加工する方法や、精密鋳造法（ロストワックス法）により鋳造時点で孔を形成する方法により形成される。
特開平６−７７３６５号公報（明細書の段落［０００８］、図１、図２） 特開平６−３３４０７４号公報（明細書の段落［０００４］、［０００８］、図１）

ところが、金網４５と金属板４６とを重ねて加熱、圧延して一体化された積層体４７は、圧延したときに金網４５を構成する金属細線４５ａの重なった部分及びその近傍に金属が入り込まず、図１０（ｂ）に示すように、金属細線４５ａの重なった部分及びその近傍に空間Δが生じ易い。その結果、空気が存在する分、熱伝導性が悪くなるとともに、熱膨張及び熱収縮の繰り返しにより空間Δからクラックが発生し易くなり、強度的にも弱くなる。金網４５の強度を高めるため、金属細線４５ａの接点を溶接で接合することが考えられる。しかし、電子部品を搭載するための放熱用基板材料に使用する金網４５のように、金属細線４５ａを使用した編み目が小さな金網の場合は、溶接で接点を接合するのが難しい。

また、放熱用基板材料の熱膨張率を抑制するためには、熱膨張率の小さな金属の占める体積をできる限り大きくする必要がある。しかし、金網４５を使用する構成では、孔に相当する編み目の部分の他に、金網４５を構成する金属細線４５ａの湾曲部と対応する部分４７ａ（図１０（ａ）に示す箇所）にも金属が存在する構成となる。従って、平板状の金属板に孔を形成したものを金属で囲繞する構成に比較して、熱膨張率の小さな金属の占める体積の割合を大きくすることが難しい。

また、特許文献２に開示された半導体装置用基板の場合は、金網４５を使用した場合の不具合は解消できる。しかし、素材を平板状に加工した後、打ち抜き加工する方法で孔を形成する場合は、打ち抜き加工する分、素材の歩留まりが低くなり材料費が高くなる。また、精密鋳造法（ロストワックス法）により製造する場合は製造コストが高くなる。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、金網を使用した場合に比較して良好な熱伝導率を有し、強度的にも優れ、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な複合材を提供することにある。また、第２の目的はその製造コストを低減できる複合材の製造方法を提供することにある。

前記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とからなり、前記金属板の素材が前記エキスパンドメタルの網目内に充填され、前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化された複合材であって、前記金属板の間に前記エキスパンドメタルが挟まれており、前記エキスパンドメタルは隣接する両金属板に跨って埋設され、前記エキスパンドメタルの網目の内域に前記金属板同士の接合面が位置している。「エキスパンドメタル」とは金属板に細かい切れ目を交互に入れたものを引っ張り、金網状に広げたものを意味する。
また、請求項２に記載の発明は、線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とからなり、前記金属板の素材が前記エキスパンドメタルの網目内に充填され、前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化された複合材であって、前記エキスパンドメタルの間に前記金属板が挟まれており、前記金属板の素材がその両側に位置するエキスパンドメタルの網目内に充填されている。

これら発明の複合材は、金網を使用した場合に比較して良好な熱伝導率を有し、強度的にも優れ、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適となる。
前記第２の目的を達成するため請求項３に記載の発明は、線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とを、前記エキスパンドメタルが前記金属板に挟まれるように重ねた状態、又は前記金属板が前記エキスパンドメタルに挟まれるように重ねた状態とし、重ねられた状態の前記エキスパンドメタル及び前記金属板を圧延・接合する。そして、各金属板の素材を前記エキスパンドメタルの網目内に充填し、複合材に対する前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化する。

この発明では、線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とを圧延・接合することにより、複合材に対するエキスパンドメタルの体積率が所定の範囲（２０〜７０％）の複合材が製造される。従って、製造された複合材は、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適で、金網を使用した場合に比較して熱伝導性及び強度に優れる。また、平板状の金属板に精密鋳造法や打ち抜きにより孔を形成したものを使用する場合に比較して製造コストを低減できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧延・接合後の複合材の厚さをｔ１、前記エキスパンドメタルの部分の厚さをｔ２としたとき、（ｔ２）／（ｔ１）が０．２〜０．８となるように圧延・接合前のエキスパンドメタルの厚さ、金属板の厚さ及び圧延率を設定する。この発明では、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な線膨張率及び熱伝導率を有する複合材を得るのが容易となる。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記圧延・接合は複数段階を経て行われ、エキスパンドメタルの網目内に前記金属板が充填された後、最後の段階で圧延率が許容圧延率の範囲内の最大となるように行われる。１段階で圧延・接合を完了するには圧延ロールで大きな加圧力を加えた状態で圧延を行う必要があり、加圧能力の大きな設備が必要となりコストが高くなる。エキスパンドメタルの網目内に前記金属板が充填されるまでは、エキスパンドメタルの網目内に前記金属板が充填された後の圧延に必要な加圧力より小さな加圧力でよい。この発明では、圧延・接合が複数段階で行われるため、エキスパンドメタルの網目内に前記金属板が充填されるまでは、圧延ロールに無駄な加圧力を加える必要が無く、設備の小型化を図ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記エキスパンドメタルの素材としてインバーが使用され、前記金属板の素材として銅が使用されている。この発明では、複合材の線膨張率を半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な値にするのが容易となる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記圧延は熱間圧延で行われ、その温度は８００℃に設備の温度コントロールのバラツキ範囲の温度を加えた値に設定される。この発明では、熱間圧延設備において熱間保持温度にバラツキが生じても、Ｃｕ／インバー間に熱伝導率が５０Ｗ／（ｍＫ）程度の低熱伝導なＣｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金層が多くできるのを防止できる。

請求項１及び２に記載の発明によれば、金網を使用した場合に比較して良好な熱伝導率を有し、強度的にも優れ、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適となる。請求項３〜請求項７に記載の発明によれば、請求項１及び２に記載の発明の複合材の製造コストを低減できる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図７に従って説明する。図１（ａ），（ｂ）は複合材の製造手順を示す模式断面図、図２は複合材を構成する金属板とエキスパンドメタルの模式斜視図、図３はエキスパンドメタルの製造方法を示す模式斜視図である。図４（ａ）は複合材の模式平断面図、図４（ｂ）は模式縦断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）の部分拡大図である。

複合材１１（図１（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に図示）の製造は、図２に示すように、エキスパンドメタル１２を金属板１３の間に挟んだ状態で圧延・接合することにより行われる。具体的には図１（ａ），（ｂ）に示すように、金属板１３の間にエキスパンドメタル１２を配置した状態で圧延ロール１４により、加熱、圧延して金属板１３とエキスパンドメタル１２とを一体化することで複合材１１が形成される。

圧延・接合は一回で同時に行われるのではなく、複数段階（この実施の形態では２段階）で行われる。図１（ａ）に示すように、第１段階でエキスパンドメタル１２の網目１２ａ内に金属板１３の一部が充填され、図１（ｂ）に示すように、第２段階で所定の厚さへの圧延と、エキスパンドメタル１２及び金属板１３との接合とが行われる。最後の段階（この実施の形態では第２段階）の圧延率は、許容圧延率の範囲内の最大となるように行われる。圧延率は最終仕上げ板厚を考慮して設定するが、３０％以上が望ましい。なぜならば、熱間圧延率が３０％未満になると接合力が不足するため、熱間圧延が完了した時点で、Ｃｕ／Ｃｕ間の一部に最初から空隙が存在する状態となって熱伝導率が低下する。

なお、図４（ｃ）に示すように、圧延・接合後の複合材１１の厚さをｔ１、エキスパンドメタル１２の部分の厚さをｔ２としたとき、（ｔ２）／（ｔ１）が０．２〜０．８となるように、圧延・接合前のエキスパンドメタル１２の厚さ、金属板１３の厚さ及び圧延率が設定される。（ｔ２）／（ｔ１）が０．２未満になるとエキスパンドメタル１２の占める体積率Ｖｆを２０％以上にするのが難しくなり、（ｔ２）／（ｔ１）が０．８を超えるとエキスパンドメタル１２の占める体積率Ｖｆを７０％以下にするのが難しくなる。

エキスパンドメタル１２と金属板１３との複合化により、図１（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、エキスパンドメタル１２と、エキスパンドメタル１２を囲繞するマトリックス金属１５とで構成される複合材１１が形成される。複合材１１は、例えば、半導体装置を実装する際の放熱用基板材（例えば、ヒートシンク）として使用される。

複合化されるエキスパンドメタル１２及び金属板１３の厚さやエキスパンドメタル１２の網目１２ａの大きさ等は、複合材１１に対するエキスパンドメタル１２の占める体積率Ｖｆが２０〜７０％となるように設定されている。エキスパンドメタル１２の占める体積率Ｖｆが２０％未満になると、複合材１１の線膨張率が不十分となり、エキスパンドメタル１２の占める体積率Ｖｆが７０％を超えると、複合材１１の熱伝導率が不十分となる。

エキスパンドメタル１２は線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属板から形成され、この実施の形態ではエキスパンドメタル１２はインバー（３６重量％のＮｉを含有するＦｅ−Ｎｉ系合金）で形成されている。また、エキスパンドメタル１２と複合化される金属板１３は熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を有し、この実施の形態では金属板１３の素材として銅（Ｃｕ）が使用されている。

次に所望の熱膨張係数を有する複合材１１を製造する際に使用するエキスパンドメタル１２の形状やエキスパンドメタル１２及び金属板１３の厚さの設定等について説明する。複合材１１の熱伝導率λは、複合則が成り立つと仮定して導いた次式（１）で近似できることが、実験により確認された。図６にＣｕ／インバーエキスパンドメタル／Ｃｕを複合化した複合材のインバー面積率（インバー合金占有面積率）（％）と、熱伝導率λ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））との関係を示す実験結果（ドットで表示）を前記（１）式の理論値と共に示した。

λ＝λ_Ｃｕ｛λ_Ｃｕ(１−Ｓ)＋λ_ＩｖＳ｝／
［λ_Ｃｕ(１−Ｓ＋ｔＳ)＋λ_Ｉｖ(１−ｔ)Ｓ］・・・（１）
但し、ｔ：インバー合金板厚比、Ｓ：インバー合金占有面積率、
λ_Ｃｕ：Ｃｕの熱伝導率、λ_Ｉｖ：インバーの熱伝導率
インバー合金占有面積率Ｓは、図４（ａ）に示す複合材１１の断面において、全面積に対するエキスパンドメタル１２の面積が占める部分の割合を表したもので、Ｓは全てインバーの時１となり、インバー無しの時０となる。

また、複合材１１の熱膨張係数βは、複合則が成り立つと仮定して導いた次式（２）で表される。
β＝(１−Ｓ)β_Ｃｕ＋
Ｓ{(１−ν_Ｉｖ)β_ＣｕＥ_Ｃｕ(１−ｔ)＋(１−ν_Ｃｕ)β_ＩｖＥ_Ｉｖｔ} ／ {(１−ν_Ｉｖ)Ｅ_Ｃｕ(１−ｔ)＋(１−ν_Ｃｕ)Ｅ_Ｉｖｔ} ・・・（２）
但し、β_Ｃｕ：Ｃｕの熱膨張係数、β_Ｉｖ：インバーの熱膨張係数、
Ｅ_Ｃｕ：Ｃｕのヤング率、Ｅ_Ｉｖ：インバーのヤング率、
ν_Ｃｕ：Ｃｕのポアソン比、ν_Ｉｖ：インバーのポアソン比
式（２）はインバー材の体積率Ｖ_Ｉｖで構成されるｋｅｒｎｅｒの式にほぼ近似することができ、熱膨張係数βは式（３）で表されることが、実験により確認された。図７にＣｕ／インバーエキスパンドメタル／Ｃｕを複合化した複合材のインバー体積率（％）と、熱膨張係数（×１０^−６／℃）との関係を示す実験結果（ドットで表示）を前記（３）式の理論値と共に示した。

β＝{(１−ν_Ｉｖ)β_ＣｕＥ_Ｃｕ(１−Ｖ_Ｉｖ)＋(１−ν_Ｃｕ)β_ＩｖＥ_ＩｖＶ_Ｉｖ} ／ [{(１−ν_Ｉｖ)Ｅ_Ｃｕ(１−Ｖ_Ｉｖ)＋(１−ν_Ｃｕ)Ｅ_ＩｖＶ_Ｉｖ}] ・・・(３)
従って、目的とする熱膨張係数βを有する複合材１１中のインバーの体積率と、目的とする熱伝導率λを有する複合材１１中のインバーの面積率（占有面積率）とを設定し、その条件を満たす複合材１１を製造することにより、放熱用基板材として好適な複合材１１を得ることができる。

複合材１１中のインバー材の体積率Ｖ_Ｉｖは、圧延・接合されるエキスパンドメタル１２及び金属板１３の厚さ等によって決まり、次式で表される。
Ｖ_Ｉｖ＝( インバー材の真板厚) ／｛( Ｃｕの板厚) −( 表面研削により取り去るＣｕの板厚) ＋( インバー材の真板厚) ｝
圧延・接合後に表面研削を実施しないときは、複合材１１中のインバー材の体積率Ｖ_Ｉｖは、次式で表される。
Ｖ_Ｉｖ＝( インバー材の真板厚) ／{(Ｃｕの板厚) ＋( インバー材の真板厚)}
インバー材の真板厚とは、空隙（網目）がない状態にしたときのインバー材の板厚を意味し、エキスパンド加工条件より以下のように算出できる。

インバー材の真板厚＝Ｔ／（ＳＷ／２Ｗ）
例えば、ＳＷ：ＬＷ：Ｔ：Ｗ：Ｆ＝２．７：６：１：１．２：１で、Ｔ＝１ｍｍのとき、インバー材の真板厚は０．８９ｍｍとなる。

ここで、ＳＷ：エキスパンドメタルの網目の短目方向の中心間距離（ｍｍ）、ＬＷ：エキスパンドメタルの網目の長目方向の中心間距離（ｍｍ）、Ｗ：送り幅（ｍｍ）、Ｆ：フラット加工後板厚（ｍｍ）、Ｔ：エキスパンド加工前の素材板厚（ｍｍ）である。

エキスパンドメタルを製造する際は、図３に示すようなほぼＶ字状の多数の刃部を有する上刃１６と、直線状の刃部を有する下刃１７とを備えた装置が使用される。材料板１８は一定の送り幅Ｗずつ上刃１６の下方に送られ、上刃１６は上刃１６の送り方向と直交する方向（左右方向）に所定量（ＬＷ／２）振られることにより、材料板１８に千鳥状に切れ目が入れられるとともに、押し延ばされて網目１２ａが形成される。

図５（ａ）はエキスパンドメタルの一つの網目１２ａを示す部分模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。エキスパンドメタル１２の充実部はストランド１２ｂとボンド部１２ｃとからなる。そして、ストランド１２ｂの幅はエキスパンドメタル１２の製造時の送り幅Ｗに等しくなる。また、エキスパンドメタル１２の網目１２ａの短目方向の中心間距離ＳＷは、短目方向における隣接するボンド部１２ｃ間の距離に等しく、エキスパンドメタル１２の網目１２ａの長目方向の中心間距離ＬＷは、長目方向における隣接するボンド部１２ｃ間の距離に等しい。

エキスパンドメタル１２は、前記のように千鳥状に切れ目を入れた板材を延ばすことにより網目１２ａが形成されるが、その状態では表面に凹凸が有るためフラットロールの間を通すことにより、ストランド１２ｂ及びボンド部１２ｃが同一平面となるように加工される。従って、エキスパンドメタル１２のストランド１２ｂの網目１２ａと対向する部分、即ち金属板１３と複合化された際に複合材１１の厚さ方向に沿う面は、図４（ｃ）に示すように、複合材１１の表面と垂直ではなく傾斜した状態となっている。従って、圧延ロール１４で圧延された際、エキスパンドメタル１２と金属板１３との接合面に垂直な方向からの力が加わり易い。

中心間距離ＳＷはインバー材の板厚の２倍以上が必要であるが、網目１２ａが大きすぎるとＣｕのみの部分と、Ｃｕ／インバー／Ｃｕ複合部の熱膨張係数の差により発生する熱応力の影響が大きくなるため、板厚の２〜５倍程度にするのが望ましいことが実験から確認された。

圧延は、熱間圧延で行われ、Ｃｕ／Ｃｕ、Ｃｕ／インバー間の拡散接合が起こる温度以上に設定する必要があるため、Ｃｕの体拡散が起こる温度（ケルビン換算で融点の０．８倍以上）に設定され、８００℃以上が好ましい。しかし、加熱温度が高すぎると、Ｃｕ／インバー間に熱伝導率が５０Ｗ／（ｍＫ）程度の低熱伝導なＣｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金層が多くできるため、なるべく温度を低くする必要がある。熱間圧延設備において熱間温度を一定温度に保持するのは難しく、保持目標温度が８００℃程度では±５０℃のバラツキが生じるため、設備能力を考慮して＋５０℃の８５０℃とするのが望ましい。従って、エキスパンドメタルの素材としてインバーを、金属板の素材として銅をそれぞれ使用し、圧延を熱間圧延で行い、その温度を、８００℃に設備の温度コントロールのバラツキ範囲の温度を加えた値に設定した場合には次の効果が得られる。熱間圧延設備において熱間保持温度にバラツキが生じても、Ｃｕ／インバー間に熱伝導率が５０Ｗ／（ｍＫ）程度の低熱伝導なＣｕ−Ｎｉ−Ｆｅ合金層が多くできるのを防止できる。

この実施の形態では次の効果を有する。
（１） 線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタル１２と、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板１３とを重ねた状態で圧延・接合し、複合材１１に対するエキスパンドメタル１２の占める体積率が２０〜７０％となるように複合化する。従って、製造された複合材１１は、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適で、金網を使用した場合に比較して熱伝導性及び強度に優れる。また、平板状の金属板に精密鋳造法や打ち抜きにより孔を形成したものを使用する場合に比較して製造コストを低減できる。

（２） 圧延・接合後の複合材１１の厚さをｔ１、エキスパンドメタル１２の部分の厚さをｔ２としたとき、（ｔ２）／（ｔ１）が０．２〜０．８となるように圧延・接合前のエキスパンドメタル１２の厚さ、金属板１３の厚さ及び圧延率を設定する。この場合、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な線膨張率及び熱伝導率を有する複合材１１を得るのが容易となる。

（３） 圧延・接合は複数段階（この条件では２段階）を経て行われ、エキスパンドメタル１２の網目１２ａ内に金属板１３が充填された後、最後の段階の圧延率が許容圧延率の範囲内の最大となるように行われる。従って、１段階で圧延・接合を完了する場合に比較して、エキスパンドメタル１２の網目１２ａ内に金属板１３の素材が充填されるまでは、圧延ロール１４に無駄な加圧力を加える必要が無く、設備の小型化を図ることができる。

（４） エキスパンドメタル１２の素材としてインバーが使用され、金属板１３の素材として銅が使用されている。従って、複合材１１の線膨張率を半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な値にするのが容易となる。

（５） 複合材１１は、エキスパンドメタル１２を、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属（マトリックス金属１５）で囲繞して板状の複合材１１とした。従って、複合材１１の表面にエキスパンドメタル１２の一部が露出している構成に比較して水平方向の熱伝導率が向上する。

（６） 熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属としてＣｕが使用されているため、貴金属に比較して安価に入手でき、しかも複合材１１の放熱性が良くなる。
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。

〇 エキスパンドメタル１２及び金属板１３の圧延・接合は２段階に限らず、３段階以上としてもよい。また、複数段階を経ずに１回（１段階）で圧延・接合を完了するようにしてもよい。

〇 エキスパンドメタル１２及び金属板１３の圧延・接合は、１枚のエキスパンドメタル１２を２枚の金属板１３の間に挟んだ状態で行う方法に限らない。例えば、図８に示すように、１枚の金属板１３を２枚のエキスパンドメタル１２の間に挟んだ状態で行う方法としてもよい。この方法で製造された複合材１１は、エキスパンドメタル１２が複合材１１の表裏両面に露出しているため、エキスパンドメタル１２の全体が、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属で囲繞された構成に比較して、複合材１１の表裏両面付近の熱膨張の抑制効果が高くなる。

〇 エキスパンドメタル１２を製造する際、材料板１８の厚さが薄い方が網目１２ａを細かくするのが容易となる。従って、エキスパンドメタル１２とマトリックス金属１５との体積比が同じ場合、エキスパンドメタル１２を複数枚使用する構成の方が、１枚のエキスパンドメタル１２を使用する構成に比較して網目１２ａを小さくすることが容易となる。その結果、複合材１１として均質なものが得易くなり、所望の熱膨張係数の複合材１１を（３）式等に従って、複合材１１中のインバー材の体積率Ｖ_Ｉｖに基づいて製造する際の精度が高くなる。

○ エキスパンドメタル１２の素材はインバーに限らず、線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属板から形成されたものであればよい。例えば、スーパーインバーやステンレスインバーなどの他のインバー型合金を使用したり、あるいはフェルニコ（Ｆｅ５４重量％、Ｎｉ３１重量％、Ｃｏ１５重量％の合金で線膨張率が５×１０^−６／℃）を使用してもよい。

〇 エキスパンドメタル１２を複数枚使用する構成において、各エキスパンドメタル１２は必ずしも同じ材質のものでなくてもよい。しかし、複合材１１の厚さ方向の中央を通る面に対して対称な位置に配置されたエキスパンドメタル１２同士は同じ材質であるのが好ましい。このようにすれば、材質の違いにより熱膨張率が違っても複合材１１に反りが発生するのを抑制できる。

○ マトリックス金属１５を構成する金属は、Ｃｕに限らず、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属であればよく、例えば、アルミニウム系金属や銀等を使用してもよい。アルミニウム系金属とはアルミニウム及びアルミニウム合金を意味する。アルミニウム系金属はＣｕに比較して熱伝導率が小さいが、融点が６６０℃（アルミニウムの場合）とＣｕの融点１０８５℃に比較して大幅に低いため、製造コストの点ではＣｕに比較して好ましい。また、アルミニウム系金属は軽量化の点でも好ましい。

○ 複合材１１は半導体装置の実装に使用する放熱用基板材以外の放熱板として使用してもよい。
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について、以下に記載する。

複合則が成立すると仮定して算出した、複合材の熱膨張係数と、インバー及び銅のそれぞれの熱膨張係数、ヤング率、ポアソン比及び複合材中のインバーの体積率との関係式を使用し、複合材の熱膨張係数が所望の値になるように前記インバーの体積率を設定し、インバーの体積率がその値となるように熱間圧延によりエキスパンドメタル及び金属板の圧延・接合を行う複合材の製造方法。

（ａ），（ｂ）は一実施の形態の複合材の製造方法を示す模式断面図。 複合材を構成する金属板とエキスパンドメタルの模式斜視図。 エキスパンドメタルの製造方法を示す模式斜視図。 （ａ）は複合材の模式平断面図、（ｂ）は模式縦断面図，（ｃ）は（ｂ）の部分拡大図。 （ａ）はエキスパンドメタルの部分模式斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。 複合材の熱伝導率とインバー面積率との関係を示すグラフ。 複合材の熱膨張係数とインバー体積率との関係を示すグラフ。 別の実施の形態の複合材の製造方法を示す模式断面図。 ヒートシンクを使用した実装モジュールの模式断面図。 （ａ）は従来の放熱用基板材料の模式断面図、（ｂ）はその部分拡大図。

符号の説明

１１…複合材、１２…エキスパンドメタル、１２ａ…網目、１３…金属板。

Claims (7)

1. 線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とからなり、前記金属板の素材が前記エキスパンドメタルの網目内に充填され、前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化された複合材であって、
   前記金属板の間に前記エキスパンドメタルが挟まれており、
   前記エキスパンドメタルは隣接する両金属板に跨って埋設され、前記エキスパンドメタルの網目の内域に前記金属板同士の接合面が位置している複合材。
2. 線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とからなり、前記金属板の素材が前記エキスパンドメタルの網目内に充填され、前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化された複合材であって、
   前記エキスパンドメタルの間に前記金属板が挟まれており、前記金属板の素材がその両側に位置するエキスパンドメタルの網目内に充填されている複合材。
3. 線膨張率が８×１０^−６／℃以下の金属製のエキスパンドメタルと、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属板とを、前記金属板で前記エキスパンドメタルを挟むように重ねた状態、又は前記エキスパンドメタルで前記金属板を挟むように重ねた状態とする工程と、
   重ねられた状態の前記エキスパンドメタル及び前記金属板を圧延・接合して、各金属板の素材を前記エキスパンドメタルの網目内に充填する工程とを備え、
   前記エキスパンドメタルの占める体積率が２０〜７０％となるように複合化する複合材の製造方法。
4. 前記圧延・接合後の複合材の厚さをｔ１、前記エキスパンドメタルの部分の厚さをｔ２としたとき、（ｔ２）／（ｔ１）が０．２〜０．８となるように圧延・接合前のエキスパンドメタルの厚さ、前記金属板の厚さ及び圧延率を設定する請求項３に記載の複合材の製造方法。
5. 前記圧延・接合は複数段階を経て行われ、エキスパンドメタルの網目内に前記金属板が充填された後、最後の段階で圧延率が許容圧延率の範囲内の最大となるように行われる請求項３又は請求項４に記載の複合材の製造方法。
6. 前記エキスパンドメタルの素材としてインバーが使用され、前記金属板の素材として銅が使用されている請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の複合材の製造方法。
7. 前記圧延は熱間圧延で行われ、その温度は８００℃に設備の温度コントロールのバラツキ範囲の温度を加えた値に設定される請求項６に記載の複合材の製造方法。

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