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WO2018088045A1 - 金属－炭素粒子複合材及びその製造方法 - Google Patents

金属－炭素粒子複合材及びその製造方法 Download PDF

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WO2018088045A1
WO2018088045A1 PCT/JP2017/034644 JP2017034644W WO2018088045A1 WO 2018088045 A1 WO2018088045 A1 WO 2018088045A1 JP 2017034644 W JP2017034644 W JP 2017034644W WO 2018088045 A1 WO2018088045 A1 WO 2018088045A1
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WO
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metal
layer
carbon fiber
carbon
foil
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PCT/JP2017/034644
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English (en)
French (fr)
Inventor
克昌 廣瀬
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • H10W90/734—

Definitions

  • the present invention relates to a metal-carbon particle composite material including a metal matrix and carbon particles dispersed in the metal matrix, a method of manufacturing the same, and a cooler for a power module.
  • aluminum is used to include both pure aluminum and an aluminum alloy unless otherwise specified, and the term “copper” is specifically defined. It is used in the meaning including both pure copper and a copper alloy except a case.
  • the vertical direction of the metal-carbon particle composite according to the present invention is not limited, in the present specification and the claims, in order to facilitate understanding of the configuration of the composite, the thickness of the composite
  • the direction and the thickness direction of the laminate are defined as the vertical direction of the composite material and the vertical direction of the laminate, respectively.
  • a heat generating element (example: The mounting surface side of the cooler on which the power semiconductor chip is mounted is defined as the upper side of the cooler and the opposite side thereof as the lower side of the cooler.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 5150905
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 4441768
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Publication No. 2006-1232
  • Japanese Patent No. 5150905 forms a preform in which a film containing carbon fibers as carbon particles is formed on a sheet-like or foil-like metal support, and a plurality of these are stacked to form a laminate, and then laminated.
  • a method for producing a metal-based carbon fiber composite as a metal-carbon particle composite by integrating preforms by heat pressure welding of a body. In this method, the thermal conductivity of the resulting composite material is high only in one direction in which the carbon fibers are arranged.
  • Japanese Patent No. 4441768 forms a sintered precursor using a mixture of a scaly graphite powder and a predetermined scaly metal powder, and sinters the sintered precursor while pressing to form a metal-carbon particle composite.
  • a method of producing a metal-graphite composite as a material In this method, handling of the metal powder is difficult at the time of production, and there is a problem that the production cost is high.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-1232 proposes high thermal conductivity / low thermal expansion composite as a metal-carbon particle composite by hot-press sintering a composite in which a crystalline carbon material layer and a metal layer are laminated to form a composite. Discloses a method of manufacturing a material. In this method, it is difficult to sinter the composite, and therefore, it is considered that bonding is insufficient and deviation of the bonding interface is likely to occur.
  • Patent Document 4 JP-A-2015-25158
  • Patent Document 5 JP-A-2015-217655
  • Patent No. 5150905 gazette Patent No. 4441768 JP, 2006-1232, A JP, 2015-25158, A JP, 2015-217655, A
  • next-generation semiconductor chips using SiC or the like can operate at high temperatures.
  • the material of the cooler for cooling such chips has low linear expansivity to reduce the thermal stress due to the high operating temperature of the chips, and high thermal conductivity to improve the cooling performance It is desirable to have sex.
  • the present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object thereof is to provide a metal-carbon particle composite material having high thermal conductivity and low linear expansion, a method of manufacturing the same, and a cooler for a power module. It is in.
  • the present invention provides the following means.
  • One or more scaly graphite particle dispersion layers in which scaly graphite particles as carbon particles are dispersed in a metal matrix, and one or more carbon fibers in which carbon fibers as carbon particles are dispersed in the metal matrix Providing a dispersion layer and one or more metal layers formed of the metal matrix in a laminated state; The one or more scaly graphite particle dispersion layers, the one or more carbon fiber dispersion layers, and the one or more metal layers are integrally joined; A metal-carbon particle composite in which one of the scaly graphite particle dispersion layer and the carbon fiber dispersion layer and the metal layer are alternately stacked over substantially the entire thickness of the composite material. Material.
  • the scaly graphite particle dispersion layer, the carbon fiber dispersion layer, and the metal layer are arranged in a state in which they are laminated in a regular lamination order over substantially the entire thickness of the composite material.
  • a plurality of cooler component layers joined and integrated in a laminated manner A cooler for a power module, wherein at least one of the plurality of component layers is made of the metal-carbon particle composite according to the above-mentioned 1 or 2.
  • a scaly graphite particle is coated on the first metal foil by applying a first coating liquid containing scaly graphite particles as carbon particles and a first binder on a first metal foil and drying it.
  • Obtaining a coated foil Forming a laminate in a state in which one or more pieces of the scaly graphite particle-coated foil and one or more pieces of the carbon fiber-coated foil are laminated; A step of collectively bonding and integrating the one or more sheets of the scaly graphite particle-coated foil and the one or more sheets of the carbon fiber-coated foil by heating the laminate; A method of producing a metal-carbon particle composite comprising:
  • the scaly graphite particle-coated foil and the carbon fiber-coated foil are regularly laminated over substantially the entire thickness of the laminate. 5.
  • the present invention has the following effects.
  • the metal-carbon particle composite material according to the preceding paragraph [1] since the scaly graphite particles are dispersed in the metal matrix, the thermal conductivity of the material is improved more than the metal alone. In addition, because the carbon fibers are dispersed in the metal matrix, the linear expansibility of the material is lower than that of a single metal. Therefore, the metal-carbon particle composite material according to the preceding paragraph [1] has high thermal conductivity (high thermal conductivity) and low linear expansion (low linear expansion coefficient).
  • the composite material is high. It has bonding strength.
  • the scaly graphite particle dispersion layer, the carbon fiber dispersion layer, and the metal layer are arranged in a state of being laminated in a regular lamination order over substantially the entire thickness direction of the composite material. Therefore, the volume ratio of the scaly graphite particles and the carbon fibers contained in the metal matrix is designed in advance before producing the composite material, and the scaly graphite particle dispersion layer, the carbon fiber dispersion layer and the metal layer are ordered.
  • the metal-carbon particle composite material according to the present invention can be easily manufactured. Furthermore, the use of a metal foil as the metal material of the metal matrix makes the handling of the metal material easier and the manufacturing cost easier than when a metal powder is used. Furthermore, the control of the thickness of the composite is easy and it is easy to produce a thin composite.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a metal-carbon particle composite according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 a is a schematic perspective view (left) and a cross-sectional model view (right) of a scale-like graphite particle-coated foil.
  • FIG. 2 b is a schematic view for explaining a method of applying the first coating liquid on the first metal foil in the step of obtaining the scaly graphite particle-coated foil.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view (left) of a carbon fiber-coated foil and its cross-sectional model view (right).
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional model view of the composite-forming laminate.
  • FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the composite material.
  • FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the composite material.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a metal-carbon particle composite according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional model view of the laminate for forming the composite material.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a metal-carbon particle composite according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional model view of the laminate for forming the composite material.
  • FIG. 10 is a schematic front view of a power module cooler according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 5 are views for explaining a metal-carbon particle composite material according to a first embodiment of the present invention and a method for producing the same.
  • the metal-carbon particle composite 30 is one or more of the scaly graphite particles 1a as carbon particles dispersed in a metal matrix (indicated by dot hatching) 9.
  • a scaly graphite particle dispersion layer 1 one or more carbon fiber dispersion layers 2 in which carbon fibers 2 a as carbon particles are dispersed in a metal matrix 9, and one or more metal layers 3 formed by a metal matrix 9 , In the form of a stack.
  • one or more scaly graphite particle dispersion layers 1, one or more carbon fiber dispersion layers 2, and one or more metal layers 3 are integrally joined in a laminated manner, whereby a composite material 30 is formed. It is done.
  • the composite material 30 is a type of metal-based carbon particle composite material.
  • each scaly graphite particle dispersion layer 1 carbon fibers 2a are substantially absent.
  • the scaly graphite particles 1 a are substantially absent in each carbon fiber dispersion layer 2.
  • each metal layer 3 substantially no scaly graphite particles 1a and carbon fibers 2a are present.
  • FIG. 1 to FIG. 3 the scaly graphite particles 1a and the carbon fibers 2a are largely illustrated in order to facilitate understanding of the configuration of the composite material 30.
  • the number of the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 is plural. Then, one of the scaly graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 are alternately stacked over the entire thickness direction of the composite material 30 (that is, the vertical direction of the composite material 30). It is arranged in the state.
  • the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 are arranged in a state of being laminated in a regular lamination order throughout the thickness direction of the composite material 30. More specifically, in the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2, and the metal layer 3, the unit of the lamination order of the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2, and the metal layer 3 is composite 30 Are arranged in a laminated state in accordance with a lamination rule that is repeated over the entire thickness direction.
  • the unit 7 of the stacking order of the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 is scaly graphite particle dispersion layer 1 / metal layer 3 / carbon It is a unit called fiber dispersion layer 2 / metal layer 3. Then, the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 are laminated according to a lamination rule that the lamination order unit 7 is repeated over the entire thickness direction of the composite material 30. It is arranging.
  • the layer number ratio of the scaly graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2 present in the lamination order unit 7 is 1: 1. Then, the scaly graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2 are arranged over the entire thickness direction of the composite material 30 at this layer number ratio.
  • the layer number ratio between the scaly graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2 is constant regardless of the portion in the thickness direction of the composite material 30, and in detail, the entire thickness direction of the composite material 30
  • the ratio is 1: 1.
  • the composite material 30 of the first embodiment can be suitably used as a material of at least one of the plurality of cooler constituent layers 41 to 44 constituting the power module cooler 40 shown in FIG. .
  • the power module is used, for example, in vehicles such as hybrid cars (HEVs), electric vehicles (EVs), and trains, or used in energy fields such as wind power generation and solar power generation.
  • vehicles such as hybrid cars (HEVs), electric vehicles (EVs), and trains
  • energy fields such as wind power generation and solar power generation.
  • the cooler 40 includes a wiring layer 41, an insulating layer 42, a buffer layer 43, and a cooling layer 44 as a plurality of cooler constituent layers 41 to 44. Then, in a state in which the wiring layer 41, the insulating layer 42, the buffer layer 43, and the cooling layer 44 are stacked in order from the top to the bottom, these layers 41 to 44 are integrally joined by predetermined joining means such as brazing. There is.
  • a heat generating element (indicated by a two-dot chain line) 47 such as a semiconductor element (for example, a power semiconductor chip) is provided via a solder layer (indicated by a two-dot chain line) Jointed.
  • the insulating layer 42 has electrical insulation and is usually formed of ceramic.
  • the buffer layer 43 is a layer for relieving stress such as thermal stress generated in the cooler 40.
  • the cooling layer 44 is a layer for dissipating the heat of the heat generating element 47 to cool the heat generating element 47, and is made of, for example, a heat sink having a plurality of heat dissipating fins.
  • the cooler 40 shown in FIG. 10 more specifically, a group consisting of the constituent layers (i.e., the wiring layer 41, the buffer layer 43 and the cooling layer 44) excluding the insulating layer 42 among the plurality of constituent layers 41 to 44 described above. And at least one selected from the composite materials 30 of the first embodiment.
  • the cooler 40 is required to have high heat dissipation and high cooling reliability for a cooling cycle load.
  • the method of manufacturing the composite material 30 includes the step S1 of obtaining the scaly graphite particle coated foil 13 in which the scaly graphite particle layer 11 as a carbon particle layer is formed on the first metal foil 12 ( 2a and 2b), step S2 (see FIG. 3) of obtaining a carbon fiber coated foil 16 in which a carbon fiber layer 14 as a carbon particle layer is formed on a second metal foil 15 (see FIG. 3), and one or more flakes Step S3 (see FIG.
  • step S4 of forming a laminate 20 in a state in which the coated graphite particle-coated foil 13 and the one or more sheets of carbon fiber-coated foil 16 are laminated, and heating the laminate 20 And step S4 of collectively bonding and integrating the scaly graphite particle-coated foil 13 and the one or more carbon fiber-coated foils 16 together.
  • the metallic material of the first and second metallic foils 12, 15 form the metallic matrix 9 of the composite 30.
  • the metal material of the first metal foil 12 and the metal material of the second metal foil 15 are the same material.
  • the metal material is not limited, but is preferably aluminum or copper. The reason is that these metals have high thermal conductivity.
  • the thickness of the first and second metal foils 12 and 15 is not limited, and is preferably 5 to 500 ⁇ m, and more preferably 10 to 50 ⁇ m.
  • scaly graphite powder can be used as scaly graphite particles 1a.
  • the particle size and aspect ratio of the scaly graphite particles 1a are not limited, and it is preferable that the size and the aspect ratio be as large as possible.
  • the average particle diameter of the scaly graphite particles 1a is particularly preferably 300 ⁇ m or more, and the average aspect ratio of the scaly graphite particles 1a is particularly preferably 30 or more.
  • the upper limit of the average particle size is not limited and is, for example, 1000 ⁇ m, and the upper limit of the average aspect ratio is not limited and is, for example, 100.
  • the particle diameter of the scaly graphite particles 1a means the equivalent circle diameter in the plane direction of the scaly graphite particles 1a observed by observation means such as an electron microscope.
  • the aspect ratio of the scaly graphite particles 1a is calculated by the "particle diameter / thickness" of the scaly graphite particles 1a.
  • the planar direction of the scaly graphite particles 1a mentioned above means a surface direction perpendicular to the thickness direction of the scaly graphite particles 1a.
  • fibrous carbon particles can be used as the carbon fiber 2a, and specifically, for example, it is selected from the group consisting of pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, vapor-grown carbon fiber and carbon nanotube It is possible to use one kind of carbon fiber or plural kinds of mixed carbon fibers. It is particularly desirable that the carbon fibers 2a be pitch-based carbon fibers. The reason is that the thermal conductivity of the pitch-based carbon fiber is larger than that of the PAN-based carbon fiber.
  • the length of the carbon fiber 2a is not limited, and in particular, the average length of the carbon fiber 2a is desirably 1 mm or less.
  • the lower limit of the average length of the carbon fibers 2a is not limited and is, for example, 10 ⁇ m.
  • the scaly graphite particles 1a and the carbon fibers 2a may be heat-treated at a temperature of 2000 to 3000 ° C. in an inert atmosphere.
  • step S1 of obtaining the scaly graphite particle-coated foil 13 the scaly graphite particles 1a, the first binder (not shown), and the first solvent for the first binder (not shown) are contained in a mixed state.
  • a coating liquid (not shown) on the first metal foil 12 and drying, a scaly graphite particle-coated foil 13 shown in FIG. 2a is obtained.
  • the first binder is not shown on the left in FIG. 2a.
  • step S2 of obtaining the carbon fiber-coated foil 16 a second coating liquid (the carbon fiber 2a, the second binder (not shown), and the second solvent for the second binder (not shown)) is contained in a mixed state By coating and drying the second metal foil 15 on the second metal foil 15, the carbon fiber-coated foil 16 shown in FIG. 3 is obtained.
  • the second binder is not shown on the left in FIG.
  • the first binder is for giving adhesion to the scaly graphite particles 1 a to the first metal foil 12 to suppress the scaly graphite particles 1 a from coming off the first metal foil 12.
  • the second binder is for imparting adhesion to the second metal foil 15 to the carbon fibers 2 a to suppress the carbon fibers 2 a from coming off the second metal foil 15.
  • the first and second binders are usually made of resin. Specifically, acrylic resin, polyethylene glycol resin, butylene rubber resin, phenol resin, cellulose resin and the like can be used as the first and second binders. These resin binders are generally solid at normal temperature.
  • the first solvent dissolves the first binder.
  • the second solvent dissolves the second binder.
  • water, alcohol solvents, hydrocarbon solvents, ester solvents, ether solvents and the like can be used as the first and second solvents. These solvents are generally capable of dissolving the binder at ambient temperature.
  • the first coating liquid is obtained by mixing the scaly graphite particles 1a, the first binder, and the first solvent.
  • the method for applying the first coating solution on the first metal foil 12 is not limited.
  • the coating of the first coating liquid is performed by a roll-to-roll method as disclosed in JP-A-2015-25158, JP-A-2015-217655, and the like.
  • the coating method of the first coating liquid is preferably from an offset type three roll coating method (that is, a coating method using an offset type three roll coater), a gravure printing method, a spray coating method, a curtain coating method, etc. It is selected.
  • the coating apparatus 50 on the 1st metal foil of a 1st coating liquid employ
  • the first coating liquid 6 is accommodated in the pan 55.
  • the first coating liquid 6 contains the scaly graphite particles 1a, the first binder 4 and the first solvent in a mixed state, and the first binder 4 is dissolved in the first solvent.
  • the first metal foil 12 is sent in a predetermined direction F so as to pass between the applicator roll 51 and the backup roll 52.
  • the first coating liquid 6 in the pan 55 is attached to the applicator roll 51 by the pickup roll 53 and is coated on the first metal foil 12 in a layer by the applicator roll 51.
  • step S1 of obtaining the scaly graphite particle-coated foil 13 the first coating liquid 6 is described in detail on the first metal foil 12 on one surface 12a of the first metal foil 12 in the thickness direction. It is coated over substantially the whole.
  • the first coating liquid 6 is dried by a predetermined drying means (example: drying oven 59) to evaporate and remove the first solvent in the first coating liquid 6.
  • the first metal foil 12 is cut into a predetermined shape (e.g., a square shape) as necessary.
  • the scale-like graphite particle coating foil 13 shown to FIG. 2 a is obtained.
  • the first binder 4 is not shown on the left in FIG. 2a.
  • the surface 12 a of the first metal foil 12 to which the first coating liquid 6 is applied is the upper surface of the first metal foil 12 in the state where the first metal foil 12 is disposed horizontally. It is. Therefore, the scaly graphite particle layer 11 is formed on the upper surface 12 a of the first metal foil 12 over substantially the entire surface thereof.
  • the second coating liquid is obtained by mixing the carbon fibers 2a, the second binder, and the second solvent.
  • the method of applying the second coating liquid on the second metal foil 15 is not limited.
  • the coating of the second coating liquid is performed by a roll-to-roll method as disclosed in JP-A-2015-25158, JP-A-2015-217655, and the like.
  • the coating method of the second coating liquid is preferably selected from the gravure printing method, the bar coating method, the knife coating method, the doctor blade method and the like.
  • the coating of the second coating liquid is performed, for example, by the same method as the above-described coating method of the first coating liquid 6 shown in FIG. 2b.
  • the second coating liquid is, as described in detail, on the surface 15a on one side of the second metal foil 15 in the thickness direction of the second metal foil 15 It is applied over. Then, the second coating liquid is dried by a predetermined drying means (for example, a drying furnace) to evaporate and remove the second solvent in the second coating liquid. Thereafter, the second metal foil is cut into a predetermined shape (e.g., a square shape) as required. Thereby, the carbon fiber coated foil 16 shown in FIG. 3 is obtained. As described above, the second binder is not shown on the left in FIG.
  • a predetermined drying means for example, a drying furnace
  • the surface 15 a of the second metal foil 15 to which the second coating liquid is applied is the upper surface of the second metal foil 15 in the state where the second metal foil 15 is disposed horizontally. is there. Therefore, the carbon fiber layer 14 is formed on the upper surface 15 a of the second metal foil 15 substantially throughout the entire surface.
  • the laminate 20 is, as described above, one or more scaly graphite particle-coated foils 13 and one or more carbon fiber-coated foils 16 as described above. And are stacked. Specifically, in the laminate 20, a plurality of scale-like graphite particle coating foils 13 and a plurality of carbon fiber coating foils 16 are formed between the carbon particle layers (the scale-like graphite particle layer 11, the carbon fiber layer 14). The first metal foil 12 or the second metal foil 15 is stacked in the vertical direction so as to be necessarily interposed. Therefore, in the entire laminate 20, the plurality of scale-like graphite particle coating foils 13 and the plurality of carbon fiber coating foils 16 are laminated such that the carbon particle layers are not overlapped.
  • the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber-coated foil 16 are in the entire thickness direction of the laminate 20 (that is, in the vertical direction of the laminate 20). It is formed to be stacked in a regular stacking order throughout. If it explains in full detail, the unit of the lamination order about scale-like graphite particle coating foil 13 and carbon fiber coating foil 16 is the thickness direction of layered product 20 about scale-like graphite particle coating foil 13 and carbon fiber coating foil 16 The layers are stacked according to the layering rule that is repeated over the whole of.
  • the unit 17 of the stacking order of the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber coated foil 16 is scaly graphite particle-coated foil 13 / carbon fiber coated foil 16 Unit. Then, the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber-coated foil 16 are laminated in accordance with a lamination rule that the lamination order unit 17 is repeated over the entire thickness direction of the laminate 20, thereby laminating A body 20 is formed.
  • the number ratio of the scaly graphite particle-coated foil 13 to the carbon fiber-coated foil 16 present in the lamination order unit 17 is 1: 1. Then, the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber-coated foil 16 are arranged over the entire thickness direction of the laminate 20 at this number ratio.
  • the ratio of the number of scale-like graphite particle-coated foils 13 to the number of carbon fiber-coated foils 16 is constant regardless of the portion in the thickness direction of the laminate 20. It is 1: 1 throughout.
  • the laminate 20 is sintered by being heated in a predetermined sintering atmosphere (eg, non-oxidizing atmosphere), whereby a plurality of flakes existing throughout the laminate 20 are obtained.
  • a predetermined sintering atmosphere eg, non-oxidizing atmosphere
  • the graphite particle-coated foil 13 and the plurality of carbon fiber-coated foils 16 are collectively joined and integrated (specifically, sintered and integrated). Thereby, the composite material 30 mentioned above is obtained.
  • the sintering method of the laminate 20 is selected from vacuum hot pressing, pulse current sintering (SPS), hot isostatic sintering (HIP), extrusion, rolling and the like.
  • the laminate 20 When heating the laminate 20, it is desirable to heat the laminate 20 while pressing it in the thickness direction (that is, the laminating direction of the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber-coated foil 16). The reason is that the laminate 20 can be sintered firmly.
  • the heating temperature of the laminate 20 for sintering the laminate 20 (that is, the sintering temperature of the laminate 20) is not limited, and generally, the melting point of the metal material of the first and second metal foils 12, 15 It is desirable that the temperature be set to a temperature between the melting point of the metallic material and about 50 ° C. lower than the melting point. The reason is that the laminate 20 can be sintered reliably.
  • the heating temperature (sintering temperature) of the laminate 20 is desirably set in the range of 550 to 620.degree.
  • the first and second binders present in the laminate 20 heat the laminate 20 so that the temperature of the laminate 20 rises from about room temperature to a temperature at which the laminate 20 is sintered in the step of bonding and integrating. It disappears by sublimation or decomposition on the way and is removed from the laminate 20.
  • step S4 of joining and integrating when the laminate 20 is heated, a part of the metal material of the first and second metal foils 12 and 15 is in the scaly graphite particle layer 11 and the carbon fiber layer 14, respectively. It is filled into fine voids existing in each layer 11 and 14 (eg, the gaps between the scaly graphite particles 1 a in the scaly graphite particle layer 11 and the gaps between the carbon fibers 2 a in the carbon fiber layer 14). The void substantially disappears. As a result, the bonding strength (sintering strength) between the scaly graphite particle-coated foil 13 and the carbon fiber-coated foil 16 is improved and the density of the composite material 30 is increased.
  • the scaly graphite particles 1 a in the scaly graphite particle layer 11 are made of the composite material 30 by a part of the metal material of the first and second metal foils 12 and 15 entering the scaly graphite particle layer 11.
  • the scaly graphite particle layer 11 becomes the scaly graphite particle dispersed layer 1 of the composite material 30.
  • the carbon fibers 2 a in the carbon fiber layer 14 are dispersed in the metal matrix 9 of the composite material 30 by a part of the metal material of the first and second metal foils 12 and 15 penetrating into the carbon fiber layer 14. In other words, the carbon fiber layer 14 becomes the carbon fiber dispersed layer 2 of the composite material 30.
  • first and second metal foils 12 and 15 become metal layers of the composite material 30.
  • one of the scaly graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 are arranged alternately.
  • the metal layer 3 is always interposed between the scale-like graphite particle dispersion layer 1 and the carbon fiber dispersion layer 2.
  • the composite material 30 of the first embodiment has high thermal conductivity because the scaly graphite particles 1 a are dispersed in the metal matrix 9 as shown in FIG. Since the carbon fibers 2a are dispersed in the above, they have a low linear expansion coefficient.
  • the composite material 30 has a high bonding strength (high sintering strength) as compared to the case where H is arranged in a laminated state without interposing the metal layer 3 between the two layers 1 and 2.
  • the scaly graphite particle dispersion layer 1, the carbon fiber dispersion layer 2 and the metal layer 3 are arranged in a state of being laminated in a regular lamination order throughout the thickness direction of the composite material 30. Therefore, before producing the composite material 30, the volume ratio of the scaly graphite particles 1a and the carbon fibers 2a contained in the metal matrix 9 is designed in advance, and these layers are stacked in a regular stacking order. By manufacturing the composite material 30, it is possible to easily obtain the composite material 30 having the thermal conductivity and the linear expansion coefficient close to the design values.
  • the method of manufacturing the composite material 30 according to the first embodiment has the following advantages.
  • the scaly graphite particle layer 11 is formed on the first metal foil 12, and the carbon fiber layer 14 is formed on the second metal foil 15 which is a metal foil different from the first metal foil 12. It is formed. By doing this, the composite material 30 can be easily manufactured.
  • the thickness of the composite 30 can be easily controlled, and a thin composite can be easily produced.
  • the cooler 40 since at least one of the plurality of cooler constituent layers 41 to 44 is made of the composite material 30 of the first embodiment, the cooler 40 has high heat dissipation. And have high cold-heat reliability.
  • FIGS. 6 and 7 are views for explaining a metal-carbon particle composite 130 and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.
  • the elements having the same effect as the elements of the composite 30 of the first embodiment have a code obtained by adding 100 to the reference numeral of the elements of the composite 30 of the first embodiment. ing.
  • the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
  • the unit 107 of the lamination order of the scaly graphite particle dispersion layer 101, the carbon fiber dispersion layer 102, and the metal layer 103 is a scaly graphite particle dispersion layer.
  • a unit of 101 / metal layer 103 / scale-like graphite particle dispersion layer 101 / metal layer 103 / carbon fiber dispersion layer 102 / metal layer 103 is used.
  • the scaly graphite particle dispersion layer 101, the carbon fiber dispersion layer 102, and the metal layer 103 are laminated according to a lamination rule that the lamination order unit 107 is repeated over the entire thickness direction of the composite material 130. It is arranging.
  • the layer number ratio of the scaly graphite particle dispersion layer 101 and the carbon fiber dispersion layer 102 present in the lamination order unit 107 is 2: 1. Then, the scaly graphite particle dispersion layer 101 and the carbon fiber dispersion layer 102 are arranged over the entire thickness direction of the composite material 130 in this layer number ratio.
  • the layer number ratio between the scaly graphite particle dispersion layer 101 and the carbon fiber dispersion layer 102 is constant regardless of the portion in the thickness direction of the composite material 130, and in detail, the entire thickness direction of the composite material 130 2: 1 across.
  • the laminate 120 is formed by laminating the scaly graphite particle-coated foil 113 and the carbon fiber-coated foil 116. It is formed to be stacked in a regular stacking order throughout the thickness direction of the body 120.
  • the unit 117 of the stacking order of the flake-like graphite particle coating foil 113 and the carbon fiber coating foil 116 is a unit of the flake-like graphite particle coating foil 113 / the flake-like graphite particle coating foil 113 / carbon fiber coating foil 116 It is. Then, the scaly graphite particle-coated foil 113 and the carbon fiber-coated foil 116 are laminated according to a lamination rule in which the lamination order unit 117 is repeated over the entire thickness direction of the laminate 120, thereby laminating Body 120 is formed.
  • the number ratio of the flake-like graphite particle-coated foil 113 and the carbon fiber-coated foil 116 present in the lamination order unit 117 is 2: 1.
  • the scale-like graphite particle coating foil 113 and the carbon fiber coating foil 116 are arranged over the entire thickness direction of the laminate 120 at this number ratio.
  • the ratio of the number of scale-like graphite particle-coated foil 113 to the number of carbon fiber-coated foils 116 is constant regardless of the portion in the thickness direction of laminate 120, and in detail, the thickness direction of laminate 120 It is 2: 1 throughout.
  • the composite material 130 according to the second embodiment is the same as the composite material 30 according to the first embodiment, but at least at least among the plurality of cooler constituent layers 41 to 44 constituting the power module cooler 40 shown in FIG. It can be suitably used as a material of one constituent layer.
  • FIGS. 8 and 9 are views for explaining a metal-carbon particle composite 230 and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.
  • the elements having the same function as the elements of the composite 30 of the first embodiment are denoted by a code obtained by adding 200 to the reference numerals of the elements of the composite 30 of the first embodiment. ing.
  • the third embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
  • the unit 207 of the stacking order of the scaly graphite particle dispersion layer 201, the carbon fiber dispersion layer 202, and the metal layer 203 is the carbon fiber dispersion layer 202 / It is a unit of metal layer 203 / carbon fiber dispersion layer 202 / metal layer 203 / scale-like graphite particle dispersion layer 201 / metal layer 203. Then, the scaly graphite particle dispersion layer 201, the carbon fiber dispersion layer 202, and the metal layer 203 are laminated according to the lamination rule that the lamination order unit 207 is repeated over the entire thickness direction of the composite material 230. It is arranging.
  • the layer number ratio of the scaly graphite particle dispersion layer 201 and the carbon fiber dispersion layer 202 present in the lamination order unit 207 is 1: 2. Then, the scaly graphite particle dispersion layer 201 and the carbon fiber dispersion layer 202 are arranged along the entire thickness direction of the composite material 230 in this layer number ratio.
  • the layer number ratio of the scaly graphite particle dispersion layer 201 and the carbon fiber dispersion layer 202 is constant regardless of the portion in the thickness direction of the composite material 230, and in detail, the entire thickness direction of the composite material 230 The ratio is 1: 2.
  • the laminate 220 is formed by laminating the scaly graphite particle-coated foil 213 and the carbon fiber-coated foil 216. It is formed to be stacked in a regular stacking order throughout the thickness direction of the body 220.
  • the unit 217 of the lamination order of the scale-like graphite particle coating foil 213 and the carbon fiber coating foil 216 is a unit of a carbon fiber coating foil 216 / carbon fiber coating foil 216 / scale-like graphite particle coating foil 213 . Then, the scaly graphite particle-coated foil 213 and the carbon fiber-coated foil 216 are laminated according to a lamination rule in which the lamination order unit 217 is repeated over the entire thickness direction of the laminate 220, thereby laminating A body 220 is formed.
  • the number ratio of the scaly graphite particle-coated foil 213 to the carbon fiber-coated foil 216 present in the lamination order unit 217 is 1: 2.
  • the scale-like graphite particle-coated foil 213 and the carbon fiber-coated foil 216 are arranged over the whole of the thickness direction of the laminate 220 at this number ratio.
  • the ratio of the number of scale-like graphite particle-coated foils 213 to the carbon fiber-coated foils 216 is constant regardless of the portion in the thickness direction of the laminate 220, and in detail, the thickness direction of the laminate 220 It is 1: 2 throughout.
  • the composite material 230 of the third embodiment is at least one of the plurality of cooler constituent layers 41 to 44 that constitute the power module cooler 40 shown in FIG. 10. It can be suitably used as a material of one constituent layer.
  • the layer number ratio between the scaly graphite particle dispersed layer and the carbon fiber dispersed layer present in the layer sequence unit in the composite is 1: 1 (first embodiment), 2: 1 (second embodiment) And 1: 2 (third embodiment), and other layer ratios may be used, and the ratio is usually set in the range of 1 to 10: 1 to 10.
  • the laminate in the step of forming the laminate, comprises a long scale-like graphite particle-coated foil (for example, a strip of scale-like graphite particle-coated foil) and a long carbon fiber-coated foil It may be formed by being wound in a roll shape multiple times in a state in which (strip material of carbon fiber coated foil) is laminated, for example.
  • a long scale-like graphite particle-coated foil for example, a strip of scale-like graphite particle-coated foil
  • a long carbon fiber-coated foil It may be formed by being wound in a roll shape multiple times in a state in which (strip material of carbon fiber coated foil) is laminated, for example.
  • the metal-carbon particle composite material according to the present invention is manufactured by the manufacturing method described in the first embodiment (including the second and third embodiments), the bonding strength of the composite material (although it is desirable in that the sintering strength can be easily and surely increased, it may be manufactured by the following manufacturing method.
  • the first coating liquid is applied to the surface on both sides in the thickness direction of the first metal foil and dried, thereby the thickness direction of the first metal foil
  • a scaly graphite particle-coated foil (hereinafter referred to as “scaly graphite particle double-sided coated foil” for convenience) is obtained in which a scaly graphite particle layer is formed on the surface of both sides of the above.
  • the second coating liquid is applied to the surface on both sides in the thickness direction of the second metal foil and dried, whereby both sides in the thickness direction of the second metal foil are obtained.
  • the carbon fiber coated foil (this is called "carbon fiber double-sided coated foil” for convenience, respectively) in which the carbon fiber layer was formed in the surface of each is obtained.
  • the first coating liquid is applied to one of the surfaces on both sides in the thickness direction of the metal foil, and the second coating liquid is applied to the other surface, and then dried.
  • a coated foil in which a scaly graphite particle layer is formed on one of the surfaces on both sides and a carbon fiber layer is formed on the other surface this is referred to for convenience as "scaly graphite particles / carbon fiber double coated foil" You may get it.
  • a composite material is manufactured using the above-described double-sided coated foil (that is, “scale-like graphite particle double-sided coated foil”, “carbon fiber double-sided coated foil”, “scale-like graphite particle / carbon fiber double-sided coated foil”)
  • Bonding failure sining failure
  • the first coating liquid is applied to the surface 12 a on one side of the thickness direction of the first metal foil 12 and dried.
  • Scale-like graphite particle layer 11 is formed on one surface 12a of the first metal foil 12 in the thickness direction of the first metal foil 12 (the scale-like graphite particle single-sided application foil 13) and by applying the second coating liquid to the surface 15a of one side of the thickness direction of the second metal foil 15 and drying, the surface of the one side of the second metal foil 15 in the thickness direction
  • the carbon fiber coated foil 16 this is called "carbon fiber single-sided coated foil 16" for convenience sake
  • the reason is as follows.
  • the single-sided coated foil described above that is, "scalate graphite particle single-sided coated foil 13", "carbon fiber single-sided
  • a plurality of carbon particle layers are not overlapped in the step S3 of forming the laminate 20
  • the single-sided coated foils 13 and 16 can be laminated, it is not necessary to interpose a metal foil between the single-sided coated foils 13 and 16 when laminating a plurality of single-sided coated foils 13 and 16. Therefore, the bonding strength (sintering strength) of the obtained composite material 30 can be easily and surely enhanced.
  • metal-carbon particle composite material according to the present invention can be used not only as a material of a cooler for a power module but also as a material of other uses.
  • the present application relates to priority claim of Japanese Patent Application No. 2016-220386 filed on Nov. 11, 2016, and the disclosure content thereof constitutes a part of the present application as it is. .
  • the present invention is not limited to the various preferred embodiments described herein, but is equivalent based on this disclosure and may be appreciated by those skilled in the art.
  • the present invention also includes any and all embodiments that have various elements, modifications, deletions, combinations (eg, combinations of features across various embodiments), improvements and / or changes.
  • the limitations of the claims should be interpreted broadly based on the terms used in the claims, and should not be limited to the embodiments described in the specification or process of the present application, and such The examples should be construed as non-exclusive.
  • the term "preferentially” is non-exclusive and means “preferably, but not limited to.”
  • means-plus-function or step-plus-function limitations are specifically stated as a) "means for” or “step for” with respect to the limitations of a particular claim.
  • b) the corresponding function is clearly described, and c) the configuration, the material or the action supporting the configuration is not mentioned, and only if all of the conditions are present in the limitation. Applied.
  • the terms "present invention” or “invention” may be used to refer to one or more aspects within the scope of this disclosure.
  • the present invention is applicable to a metal-carbon particle composite material including a metal matrix and carbon particles (scale-like graphite particles and carbon fibers) dispersed in the metal matrix, a method for producing the same, and a cooler for a power module. .

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Abstract

金属－炭素粒子複合材（30）は、金属マトリックス（９）中に炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子（1a）が分散した一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層（１）と、金属マトリックス（９）中に炭素粒子としての炭素繊維（2a）が分散した一つ以上の炭素繊維分散層（２）と、金属マトリックス（９）で形成された一つ以上の金属層（３）と、を積層状に備える。一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層（１）と一つ以上の炭素繊維分散層（２）と一つ以上の金属層（３）は接合一体化されている。鱗片状黒鉛粒子分散層（１）及び炭素繊維分散層（２）のうち一方と金属層（３）とは複合材（30）の厚さ方向の略全体に亘って交互に積層された状態に配列している。

Description

金属－炭素粒子複合材及びその製造方法
　本発明は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む金属－炭素粒子複合材、その製造方法及びパワーモジュール用冷却器に関する。
　なお、本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に明示する場合を除き、純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、「銅」の語は、特に明示する場合を除き、純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。
　また、本発明に係る金属－炭素粒子複合材の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、複合材の構成を理解し易くするため、複合材の厚さ方向及び積層体の厚さ方向をそれぞれ複合材の上下方向及び積層体の上下方向と定義する。
　また、本発明に係るパワーモジュール用冷却器の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、冷却器の構成を理解し易くするため、発熱性素子（例：パワー半導体チップ）が搭載される冷却器の搭載面側を冷却器の上側、及び、その反対側を冷却器の下側とそれぞれ定義する。
  金属－炭素粒子複合材を開示した文献として、例えば、特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）、特許第４４４１７６８号公報（特許文献２）及び特開２００６－１２３２（特許文献３）がある。
　特許第５１５０９０５号公報は、シート状又はフォイル状の金属支持体上に炭素粒子としての炭素繊維を含有する皮膜が形成されたプリフォームを形成し、これを複数積み重ねて積層体を形成し、積層体を加熱圧接することでプリフォーム同士を一体化させることにより、金属－炭素粒子複合材としての金属基炭素繊維複合材の製造方法を開示している。この方法では、得られる複合材において熱伝導率が高くなるのは炭素繊維が配列した一方向のみである。
　特許第４４４１７６８号公報は、鱗状黒鉛粉末と所定の鱗状金属粉末との混合体を用いて焼結前駆体を形成し、焼結前駆体を加圧しながら焼結することにより、金属－炭素粒子複合材としての金属－黒鉛複合材の製造方法を開示している。この方法では、製造時において金属粉末の取り扱いが難しいし、製造コストが高いという問題がある。
　特開２００６－１２３２号公報は、結晶性カーボン材層と金属層とが積層され複合化された複合体をホットプレス焼結することにより、金属－炭素粒子複合材としての高熱伝導・低熱膨張複合材の製造方法を開示している。この方法では、複合体の焼結が難しく、そのため、接合が不十分で接合界面のずれが生じ易いと考えられる。
  金属－炭素粒子複合材を開示したその他の文献として、特開２０１５－２５１５８号公報（特許文献４）及び特開２０１５－２１７６５５号公報（特許文献５）がある。
特許第５１５０９０５号公報 特許４４４１７６８号公報 特開２００６－１２３２号公報 特開２０１５－２５１５８号公報 特開２０１５－２１７６５５号公報
　而して、ＳｉＣ等を用いた次世代半導体チップは高温動作が可能である。そのようなチップを冷却する冷却器の材料は、チップの動作温度が高くなることによる熱応力を低減するために低線膨張性を有していること、及び、冷却性能を高めるために高熱伝導性を有していることが望ましい。
　本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高熱伝導性と低線膨張性を有する金属－炭素粒子複合材、その製造方法及びパワーモジュール用冷却器を提供することにある。
　本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかにされるであろう。
　本発明は以下の手段を提供する。
　［１］　金属マトリックス中に炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子が分散した一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層と、前記金属マトリックス中に炭素粒子としての炭素繊維が分散した一つ以上の炭素繊維分散層と、前記金属マトリックスで形成された一つ以上の金属層と、を積層状に備えるとともに、
　前記一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層と前記一つ以上の炭素繊維分散層と前記一つ以上の金属層とが接合一体化されており、
　前記鱗片状黒鉛粒子分散層及び前記炭素繊維分散層のうち一方と前記金属層とは複合材の厚さ方向の略全体に亘って交互に積層された状態に配列している金属－炭素粒子複合材。
　［２］　さらに、前記鱗片状黒鉛粒子分散層と前記炭素繊維分散層と前記金属層は、複合材の厚さ方向の略全体に亘って規則的な積層順序で積層された状態に配列している前項１記載の金属－炭素粒子複合材。
　［３］　積層状に接合一体化された複数の冷却器構成層を備え、
　前記複数の構成層のうち少なくとも一つが前項１又は２記載の金属－炭素粒子複合材製であるパワーモジュール用冷却器。
　［４］　炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子と第１バインダとを含有する第１塗工液を第１金属箔上に塗工し乾燥することにより、前記第１金属箔上に鱗片状黒鉛粒子層が形成された鱗片状黒鉛粒子塗工箔を得る工程と、
　炭素粒子としての炭素繊維と第２バインダとを含有する第２塗工液を第２金属箔上に塗工し乾燥することにより、前記第２金属箔上に炭素繊維層が形成された炭素繊維塗工箔を得る工程と、
　一枚以上の前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と一枚以上の前記炭素繊維塗工箔とが積層された状態の積層体を形成する工程と、
　前記積層体を加熱することにより前記一枚以上の前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と前記一枚以上の前記炭素繊維塗工箔を一括して接合一体化する工程と、
　を含む金属－炭素粒子複合材の製造方法。
　［５］　前記積層体を形成する工程では、前記積層体を、前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と前記炭素繊維塗工箔が前記積層体の厚さ方向の略全体に亘って規則的な積層順序で積層されるように形成する前項４記載の金属－炭素粒子複合材の製造方法。
　本発明は以下の効果を奏する。
　前項［１］では、金属マトリックス中に鱗片状黒鉛粒子が分散していることにより、材料の熱伝導性が金属単体よりも向上する。また、金属マトリックス中に炭素繊維が分散していることにより、材料の線膨張性が金属単体よりも低下する。したがって、前項［１］記載の金属－炭素粒子複合材は高熱伝導性（高い熱伝導率）と低線膨張性（低い線膨張率）を有している。
　さらに、鱗片状黒鉛粒子分散層及び炭素繊維分散層のうち一方と金属層とが複合材の厚さ方向の略全体に亘って交互に積層された状態に配列しているので、複合材は高い接合強度を有している。
　前項［２］では、鱗片状黒鉛粒子分散層と炭素繊維分散層と金属層は複合材の厚さ方向の略全体に亘って規則的な積層順序で積層された状態に配列している。したがって、複合材を製造する前に金属マトリックス中に含有される鱗片状黒鉛粒子と炭素繊維との体積割合を予め設計し、鱗片状黒鉛粒子分散層と炭素繊維分散層と金属層を規則的な積層順序で積層した状態にして複合材を製造することにより、複合材の熱伝導率と線膨張率を設計値に近づけることができる。
　前項［３］では、複数の冷却器構成層のうち少なくとも一つが前項［１］又は［２］記載の金属－炭素粒子複合材製であるから、高い放熱性及び高い冷熱信頼性を有するパワーモジュール用冷却器を提供できる。
　前項［４］では、本発明に係る金属－炭素粒子複合材を容易に製造できる。さらに、金属マトリックスの金属材料として金属箔が使用されることにより、金属粉末を使用する場合よりも金属材料の取り扱いが容易であるし製造コストが易くなる。さらに、複合材の厚さの制御が容易であり、薄い複合材を製造し易い。
　前記［５］では、前項［２］の効果と同様の効果を奏する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る金属－炭素粒子複合材の概略断面図である。 図２ａは、鱗片状黒鉛粒子塗工箔の概略斜視図（左）とその断面モデル図（右）である。 図２ｂは、鱗片状黒鉛粒子塗工箔を得る工程において第１塗工液を第１金属箔上に塗工する方法を説明するための概略図である。 図３は、炭素繊維塗工箔の概略斜視図（左）とその断面モデル図（右）である。 図４は、同複合材形成用積層体の概略断面モデル図である。 図５は、同複合材の製造工程図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る金属－炭素粒子複合材の概略断面図である。 図７は、同複合材形成用積層体の概略断面モデル図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る金属－炭素粒子複合材の概略断面図である。 図９は、同複合材形成用積層体の概略断面モデル図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係るパワーモジュール用冷却器の概略正面図である。
　次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
　図１～５は、本発明の第１実施形態に係る金属－炭素粒子複合材及びその製造方法を説明するための図である。
　図１に示すように、本第１実施形態に係る金属－炭素粒子複合材３０は、金属マトリックス（ドットハッチングで示す）９中に炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子１ａが分散した一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層１と、金属マトリックス９中に炭素粒子としての炭素繊維２ａが分散した一つ以上の炭素繊維分散層２と、金属マトリックス９で形成された一つ以上の金属層３と、を積層状に備えている。
　さらに、一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層１と一つ以上の炭素繊維分散層２と一つ以上の金属層３とが積層状に接合一体化されており、これにより複合材３０が形成されている。複合材３０は金属基炭素粒子複合材の一種である。
　各鱗片状黒鉛粒子分散層１中には炭素繊維２ａは実質的に存在していない。各炭素繊維分散層２中には鱗片状黒鉛粒子１ａは実質的に存在していない。各金属層３中には鱗片状黒鉛粒子１ａと炭素繊維２ａは実質的に存在していない。
　なお、図１～３では、複合材３０の構成を理解し易くするため鱗片状黒鉛粒子１ａと炭素繊維２ａは大きく図示されている。
　本第１実施形態では、図１に示すように、鱗片状黒鉛粒子分散層１、炭素繊維分散層２及び金属層３の数はそれぞれ複数である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層１及び炭素繊維分散層２のうち一方と金属層３とが複合材３０の厚さ方向（即ち複合材３０の上下方向）の全体に亘って交互に積層された状態に配列している。
　さらに、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３は、複合材３０の厚さ方向の全体に亘って規則的な積層順序で積層された状態に配列している。詳述すると、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３は、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３についての積層順序の単位が複合材３０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層された状態に配列している。
　本第１実施形態の複合材３０では、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３についての積層順序の単位７は、鱗片状黒鉛粒子分散層１／金属層３／炭素繊維分散層２／金属層３という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３は、この積層順序単位７が複合材３０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層された状態に配列している。
　複合材３０において、積層順序単位７中に存在する鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２との層数比は１：１である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２はこの層数比で複合材３０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２との層数比は、複合材３０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると複合材３０の厚さ方向の全体に亘って１：１である。
　本第１実施形態の複合材３０は、図１０に示したパワーモジュール用冷却器４０を構成する複数の冷却器構成層４１～４４のうち少なくとも一つの構成層の材料として好適に使用可能である。
　パワーモジュールは、例えば、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、電車などの車両に用いられたり、風力発電、太陽光発電などのエネルギー分野に用いられたりするものである。
　冷却器４０は、複数の冷却器構成層４１～４４として、配線層４１、絶縁層４２、緩衝層４３及び冷却層４４を備えている。そして、上から下へ順に、配線層４１、絶縁層４２、緩衝層４３及び冷却層４４が積層された状態でろう付け等の所定の接合手段によりこれらの層４１～４４が接合一体化されている。
　配線層４１の上面からなる搭載面４１ａには、一般に、半導体素子（例：パワー半導体チップ）等の発熱性素子（二点鎖線で示す）４７がはんだ層（二点鎖線で示す）４８を介して接合される。
　絶縁層４２は電気絶縁性を有しており、通常、セラミックで形成されている。
　緩衝層４３は、冷却器４０に発生した熱応力等の応力を緩和するための層である。
　冷却層４４は、発熱性素子４７の熱を放散して発熱性素子４７を冷却するための層であり、例えば、複数の放熱フィンを有するヒートシンクからなる。
　図１０に示した冷却器４０では、詳述すると、上述した複数の構成層４１～４４のうち絶縁層４２を除く構成層（即ち、配線層４１、緩衝層４３及び冷却層４４）からなる群から選択される少なくとも一つが本第１実施形態の複合材３０製である。一般に冷却器４０には高い放熱性と冷熱サイクル負荷に対して高い冷熱信頼性とが要求される。
　次に、本第１実施形態の複合材３０の望ましい製造方法を以下に説明する。
　図５に示すように、複合材３０の製造方法は、第１金属箔１２上に炭素粒子層としての鱗片状黒鉛粒子層１１が形成された鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３を得る工程Ｓ１（図２ａ及び２ｂ参照）と、第２金属箔１５上に炭素粒子層としての炭素繊維層１４が形成された炭素繊維塗工箔１６を得る工程Ｓ２（図３参照）と、一枚以上の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と一枚以上の炭素繊維塗工箔１６とが積層された状態の積層体２０を形成する工程Ｓ３（図４参照）と、積層体２０を加熱することにより一枚以上の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と一枚以上の炭素繊維塗工箔１６を一括して接合一体化する工程Ｓ４と、を含む。
　図２ａ及び３において、第１及び第２金属箔１２、１５の金属材料は複合材３０の金属マトリックス９を形成するものである。第１金属箔１２の金属材料と第２金属箔１５の金属材料は同一材料である。金属材料は限定されるものではないが、アルミニウム又は銅であることが望ましい。その理由は、これらの金属は高い熱伝導性を有しているからである。
　第１及び第２金属箔１２、１５の厚さは限定されるものではなく、それぞれ５～５００μｍであることが望ましく、特にそれぞれ１０～５０μｍであることが望ましい。
　図２ａに示すように、鱗片状黒鉛粒子１ａとしては例えば鱗片状黒鉛粉末を使用できる。鱗片状黒鉛粒子１ａの粒径及アスペクト比は限定されるものではなく、それぞれなるべく大きい方が望ましい。鱗片状黒鉛粒子１ａの平均粒径は３００μｍ以上であることが特に望ましく、また鱗片状黒鉛粒子１ａの平均アスペクト比は３０以上であることが特に望ましい。平均粒径の上限は限定されるものではなく例えば１０００μｍであり、また平均アスペクト比の上限は限定されるものではなく例えば１００である。
　ここで、鱗片状黒鉛粒子１ａの粒径とは、電子顕微鏡等の観察手段で観察される鱗片状黒鉛粒子１ａの平面方向の円相当直径を意味する。鱗片状黒鉛粒子１ａのアスペクト比は、鱗片状黒鉛粒子１ａの「粒径／厚さ」により算出される。なお、上述した鱗片状黒鉛粒子１ａの平面方向とは、鱗片状黒鉛粒子１ａの厚さ方向に対し垂直な面方向を意味する。
　図３に示すように、炭素繊維２ａとしては繊維状の炭素粒子を使用でき、具体的には例えば、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、気相成長炭素繊維及びカーボンナノチューブからなる群より選択される一種の炭素繊維か又は複数種の混合炭素繊維を使用できる。炭素繊維２ａはピッチ系炭素繊維であることが特に望ましい。その理由は、ピッチ系炭素繊維の熱伝導率がＰＡＮ系炭素繊維のそれよりも大きいからである。
　炭素繊維２ａの長さは限定されるものではなく、特に炭素繊維２ａの平均長さが１ｍｍ以下であることが望ましい。炭素繊維２ａの平均長さの下限は限定されるものではなく例えば１０μｍである。
　また、鱗片状黒鉛粒子１ａ及び炭素繊維２ａは、不活性雰囲気中にて２０００～３０００℃の温度で加熱処理されたものであっても良い。
　鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３を得る工程Ｓ１では、鱗片状黒鉛粒子１ａと第１バインダ（図示せず）と第１バインダ用第１溶剤（図示せず）とを混合状態に含有する第１塗工液（図示せず）を第１金属箔１２上に塗工し乾燥することにより、図２ａに示した鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３が得られる。なお、図２ａ中の左では第１バインダは図示省略されている。
　炭素繊維塗工箔１６を得る工程Ｓ２では、炭素繊維２ａと第２バインダ（図示せず）と第２バインダ用第２溶剤（図示せず）とを混合状態に含有する第２塗工液（図示せず）を第２金属箔１５上に塗工し乾燥することにより、図３に示した炭素繊維塗工箔１６が得られる。なお、図３中の左では第２バインダは図示省略されている。
　第１バインダは、鱗片状黒鉛粒子１ａに第１金属箔１２への付着力を付与して鱗片状黒鉛粒子１ａが第１金属箔１２上から脱落するのを抑制するためのものである。
　第２バインダは、炭素繊維２ａに第２金属箔１５への付着力を付与して炭素繊維２ａが第２金属箔１５上から脱落するのを抑制するためのものである。
　第１及び第２バインダは通常、樹脂からなる。具体的には、第１及び第２バインダとして、アクリル系樹脂、ポリエチレングリコール系樹脂、ブチレンゴム樹脂、フェノール樹脂、セルロース系樹脂などが使用できる。これらの樹脂バインダは一般に常温で固形である。
　第１溶剤は第１バインダを溶解するものである。第２溶剤は第２バインダを溶解するものである。具体的には、第１及び第２溶剤として、水、アルコール系溶剤、炭化水素系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤などが使用できる。これらの溶剤は一般に常温でバインダを溶解可能である。
　第１塗工液は、鱗片状黒鉛粒子１ａと第１バインダと第１溶剤とを混合して得られる。
　第１塗工液を第１金属箔１２上に塗工する方法は限定されない。好ましくは、第１塗工液の塗工は、特開２０１５－２５１５８号公報、特開２０１５－２１７６５５号公報等に開示されているようなロールｔｏロール方式により行われる。第１塗工液の塗工方法は、好ましくは、オフセットタイプの３本ロールコート法（即ち、オフセットタイプの３本ロールコーターによる塗工法）、グラビア印刷法、スプレー塗工法、カーテンコート法などから選択される。
　第１塗工液の塗工方法の一例について図２ｂを参照して以下に説明する。
　同図に示すように、第１塗工液の第１金属箔上への塗工装置５０は、ロールｔｏロール方式を採用したものであり、アプリケーターロール５１、バックアップロール５２、ピックアップロール５３、パン５５などを具備している。パン５５内には第１塗工液６が収容されている。第１塗工液６は鱗片状黒鉛粒子１ａと第１バインダ４と第１溶剤とを混合状態に含有しており、第１バインダ４は第１溶剤で溶解されている。
　第１金属箔１２は、アプリケーターロール５１とバックアップロール５２との間を通過するように所定方向Ｆに送られる。パン５５内の第１塗工液６は、ピックアップロール５３によりアプリケーターロール５１に付着され、そしてアプリケーターロール５１によって第１金属箔１２上に層状に塗工される。
　鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３を得る工程Ｓ１では、第１塗工液６は、詳述すると、第１金属箔１２上として、第１金属箔１２の厚さ方向の片側の表面１２ａにその略全体に亘って塗工される。次いで、第１塗工液６は所定の乾燥手段（例：乾燥炉５９）によって乾燥されて第１塗工液６中の第１溶剤が蒸発除去される。その後、必要に応じて第１金属箔１２は所定の形状（例：方形状）に切断される。これにより、図２ａに示した鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３が得られる。なお、上述したように図２ａ中の左では第１バインダ４は図示省略されている。
　本第１実施形態では、第１塗工液６が塗工される第１金属箔１２の表面１２ａは、第１金属箔１２が水平状に配置された状態における第１金属箔１２の上表面である。したがって、鱗片状黒鉛粒子層１１は詳述すると第１金属箔１２の上表面１２ａ上にその略全体に亘って形成されている。
　第２塗工液は、炭素繊維２ａと第２バインダと第２溶剤とを混合して得られる。
　第２塗工液を第２金属箔１５上に塗工する方法は限定されない。好ましくは、第２塗工液の塗工は、特開２０１５－２５１５８号公報、特開２０１５－２１７６５５号公報等に開示されているようなロールｔｏロール方式により行われる。第２塗工液の塗工方法は、好ましくは、グラビア印刷法、バーコート法、ナイフコート法、ドクターブレード法などから選択される。
　第２塗工液の塗工は、例えば、図２ｂに示した第１塗工液６の上述の塗工方法と同じ方法により行われる。
　炭素繊維塗工箔１６を得る工程Ｓ２では、第２塗工液は、詳述すると、第２金属箔１５上として、第２金属箔１５の厚さ方向の片側の表面１５ａにその略全体に亘って塗工される。そして、第２塗工液は所定の乾燥手段（例：乾燥炉）によって乾燥されて第２塗工液中の第２溶剤が蒸発除去される。その後、必要に応じて第２金属箔は所定の形状（例：方形状）に切断される。これにより、図３に示した炭素繊維塗工箔１６が得られる。なお、上述したように図３中の左では第２バインダは図示省略されている。
　本第１実施形態では、第２塗工液が塗工される第２金属箔１５の表面１５ａは、第２金属箔１５が水平状に配置された状態における第２金属箔１５の上表面である。したがって、炭素繊維層１４は詳述すると第２金属箔１５の上表面１５ａ上にその略全体に亘って形成されている。
　積層体２０を形成する工程Ｓ３において、図４に示すように、積層体２０は、上述したように、一枚以上の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と一枚以上の炭素繊維塗工箔１６とが積層された状態のものである。詳述すると、積層体２０は、複数の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と複数の炭素繊維塗工箔１６とが、各炭素粒子層（鱗片状黒鉛粒子層１１、炭素繊維層１４）間に第１金属箔１２又は第２金属箔１５が必ず介在するように上下方向に積層された状態のものである。したがって、積層体２０の全体において、複数の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と複数の炭素繊維塗工箔１６は、炭素粒子層同士が重ね合わされないように積層されている。
　積層体２０を形成する工程Ｓ３では、積層体２０は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６が積層体２０の厚さ方向（即ち積層体２０の上下方向）の全体に亘って規則的な積層順序で積層されるように形成される。詳述すると、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６についての積層順序の単位が積層体２０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層され、これにより、積層体２０が形成される。
　本第１実施形態の積層体２０では、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６についての積層順序の単位１７は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３／炭素繊維塗工箔１６という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６は、この積層順序単位１７が積層体２０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層され、これにより、積層体２０が形成される。
　積層順序単位１７中に存在する鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６との枚数比は１：１である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６はこの枚数比で積層体２０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６との枚数比は、積層体２０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると積層体２０の厚さ方向の全体に亘って１：１である。
　接合一体化する工程Ｓ４では、積層体２０は所定の焼結雰囲気（例：非酸化雰囲気）中にて加熱されることにより焼結され、これにより、積層体２０の全体に存在する複数の鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と複数の炭素繊維塗工箔１６が一括して接合一体化（詳述すると焼結一体化）される。これにより、上述した複合材３０が得られる。
　積層体２０の焼結方法は、真空ホットプレス法、パルス通電焼結法（ＳＰＳ法）、熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法）、押出法、圧延法などから選択される。
　積層体２０を加熱する際においては、積層体２０をその厚さ方向（即ち、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３及び炭素繊維塗工箔１６の積層方向）に加圧しながら加熱することが望ましい。その理由は積層体２０を強固に焼結できるからである。
　積層体２０を焼結するための積層体２０の加熱温度（即ち積層体２０の焼結温度）は限定されるものではなく、通常、第１及び第２金属箔１２、１５の金属材料の融点以下であり、特に、金属材料の融点と当該融点よりも約５０℃低い温度との間の温度に設定されることが望ましい。その理由は積層体２０を確実に焼結できるからである。具体的には、金属材料が例えばアルミニウムである場合、積層体２０の加熱温度（焼結温度）は５５０～６２０℃の範囲に設定されることが望ましい。
　積層体２０中に存在する第１及び第２バインダは、接合一体化する工程Ｓ４において積層体２０の温度が略室温から積層体２０を焼結する温度まで上昇するように積層体２０を加熱する途中で昇華又は分解等により消失して積層体２０から除去される。
　接合一体化する工程Ｓ４においては、積層体２０が加熱されることによって、第１及び第２金属箔１２、１５の金属材料の一部が鱗片状黒鉛粒子層１１及び炭素繊維層１４中にそれぞれ浸入して各層１１、１４内に存在する微細な空隙（例：鱗片状黒鉛粒子層１１中の鱗片状黒鉛粒子１ａ間の隙間、炭素繊維層１４中の炭素繊維２ａ間の隙間）に充填されて、当該空隙が略消滅する。これにより、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３と炭素繊維塗工箔１６との接合強度（焼結強度）が向上するとともに複合材３０の密度が上昇する。
　また、第１及び第２金属箔１２、１５の金属材料の一部が鱗片状黒鉛粒子層１１中に浸入することによって、鱗片状黒鉛粒子層１１中の鱗片状黒鉛粒子１ａは複合材３０の金属マトリックス９中に分散した状態になり、すなわち鱗片状黒鉛粒子層１１は複合材３０の鱗片状黒鉛粒子分散層１になる。
　また、第１及び第２金属箔１２、１５の金属材料の一部が炭素繊維層１４中に浸入することによって、炭素繊維層１４中の炭素繊維２ａは複合材３０の金属マトリックス９中に分散した状態になり、すなわち炭素繊維層１４は複合材３０の炭素繊維分散層２になる。
　また、第１及び第２金属箔１２、１５は複合材３０の金属層になる。
　したがって、複合材３０においては、図１に示すように、鱗片状黒鉛粒子分散層１及び炭素繊維分散層２のうち一方と金属層３とは交互に積層された状態に配列する。本第１実施形態では、詳述すると、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２との間に必ず金属層３が介在されている。
　本第１実施形態の複合材３０は、図１に示すように、金属マトリックス９中に鱗片状黒鉛粒子１ａが分散しているので、高い熱伝導率を有しており、また金属マトリックス９中に炭素繊維２ａが分散しているので、低い線膨張率を有している。
　さらに、鱗片状黒鉛粒子分散層１及び炭素繊維分散層２のうち一方と金属層３とが交互に積層された状態に配列しているので、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２とが両層１、２の間に金属層３を介在しないで積層された状態に配列している場合に比べて、複合材３０は高い接合強度（高い焼結強度）を有している。
　さらに、鱗片状黒鉛粒子分散層１と炭素繊維分散層２と金属層３は複合材３０の厚さ方向の全体に亘って規則的な積層順序で積層された状態に配列している。したがって、複合材３０を製造する前に金属マトリックス９中に含有される鱗片状黒鉛粒子１ａと炭素繊維２ａとの体積割合を予め設計し、これらの層を規則的な積層順序で積層した状態にして複合材３０を製造することにより、設計値に近い熱伝導率と線膨張率を有する複合材３０を容易に得ることができる。
　本第１実施形態の複合材３０の製造方法は、次のような利点がある。
　すなわち、鱗片状黒鉛粒子１ａと炭素繊維２ａとの混合層を金属箔上に形成することは技術的に困難である。そこで本第１実施形態では、鱗片状黒鉛粒子層１１を第１金属箔１２上に形成し、炭素繊維層１４を第１金属箔１２とは別の金属箔である第２金属箔１５上に形成している。こうすることにより、複合材３０を容易に製造できる。
　さらに、金属マトリックス９の金属材料として金属箔が使用されているので、金属粉末を使用する場合よりも取り扱いが容易であるし製造コストが易くなる。さらに、複合材３０の厚さの制御が容易であり、薄い複合材を製造し易い。
　また、パワーモジュール用冷却器４０（図１０参照）において、複数の冷却器構成層４１～４４のうち少なくとも一つが本第１実施形態の複合材３０製であるから、冷却器４０は高い放熱性及び高い冷熱信頼性を有している。
　図６及び７は、本発明の第２実施形態に係る金属－炭素粒子複合材１３０及びその製造方法を説明するための図である。これらの図において、上記第１実施形態の複合材３０の要素と同じ作用を奏する要素には、上記第１実施形態の複合材３０の要素に付された符号に１００を加算した符号が付されている。以下、本第２実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に説明する。
　図６に示すように、本第２実施形態の複合材１３０では、鱗片状黒鉛粒子分散層１０１と炭素繊維分散層１０２と金属層１０３についての積層順序の単位１０７は、鱗片状黒鉛粒子分散層１０１／金属層１０３／鱗片状黒鉛粒子分散層１０１／金属層１０３／炭素繊維分散層１０２／金属層１０３という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層１０１と炭素繊維分散層１０２と金属層１０３は、この積層順序単位１０７が複合材１３０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層された状態に配列している。
　複合材１３０において、積層順序単位１０７中に存在する鱗片状黒鉛粒子分散層１０１と炭素繊維分散層１０２との層数比は２：１である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層１０１と炭素繊維分散層１０２はこの層数比で複合材１３０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子分散層１０１と炭素繊維分散層１０２との層数比は、複合材１３０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると複合材１３０の厚さ方向の全体に亘って２：１である。
　図７に示すように、本第２実施形態における積層体１２０を形成する工程Ｓ３（図５参照）では、積層体１２０は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６が積層体１２０の厚さ方向の全体に亘って規則的な積層順序で積層されるように形成される。
　鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６についての積層順序の単位１１７は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３／鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３／炭素繊維塗工箔１１６という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６は、この積層順序単位１１７が積層体１２０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層され、これにより、積層体１２０が形成される。
　積層順序単位１１７中に存在する鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６との枚数比は２：１である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６はこの枚数比で積層体１２０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子塗工箔１１３と炭素繊維塗工箔１１６との枚数比は、積層体１２０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると積層体１２０の厚さ方向の全体に亘って２：１である。
　本第２実施形態の複合材１３０は、上記第１実施形態の複合材３０と同様に、図１０に示したパワーモジュール用冷却器４０を構成する複数の冷却器構成層４１～４４のうち少なくとも一つの構成層の材料として好適に使用可能である。
　図８及び９は、本発明の第３実施形態に係る金属－炭素粒子複合材２３０及びその製造方法を説明するための図である。これらの図において、上記第１実施形態の複合材３０の要素と同じ作用を奏する要素には、上記第１実施形態の複合材３０の要素に付された符号に２００を加算した符号が付されている。以下、本第３実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に説明する。
　図８に示すように、本第３実施形態の複合材２３０では、鱗片状黒鉛粒子分散層２０１と炭素繊維分散層２０２と金属層２０３についての積層順序の単位２０７は、炭素繊維分散層２０２／金属層２０３／炭素繊維分散層２０２／金属層２０３／鱗片状黒鉛粒子分散層２０１／金属層２０３という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層２０１と炭素繊維分散層２０２と金属層２０３は、この積層順序単位２０７が複合材２３０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層された状態に配列している。
　複合材２３０において、積層順序単位２０７中に存在する鱗片状黒鉛粒子分散層２０１と炭素繊維分散層２０２との層数比は１：２である。そして、鱗片状黒鉛粒子分散層２０１と炭素繊維分散層２０２はこの層数比で複合材２３０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子分散層２０１と炭素繊維分散層２０２との層数比は、複合材２３０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると複合材２３０の厚さ方向の全体に亘って１：２である。
　図９に示すように、本第３実施形態における積層体２２０を形成する工程Ｓ３（図５参照）では、積層体２２０は、鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６が積層体２２０の厚さ方向の全体に亘って規則的な積層順序で積層されるように形成される。
　鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６についての積層順序の単位２１７は、炭素繊維塗工箔２１６／炭素繊維塗工箔２１６／鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３という単位である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６は、この積層順序単位２１７が積層体２２０の厚さ方向の全体に亘って繰り返されるという積層規則に従って積層され、これにより、積層体２２０が形成される。
　積層順序単位２１７中に存在する鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６との枚数比は１：２である。そして、鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６はこの枚数比で積層体２２０の厚さ方向の全体に亘って配列している。
　したがって、鱗片状黒鉛粒子塗工箔２１３と炭素繊維塗工箔２１６との枚数比は、積層体２２０の厚さ方向の部位に依らず一定であり、詳述すると積層体２２０の厚さ方向の全体に亘って１：２である。
　本第３実施形態の複合材２３０は、上記第１実施形態の複合材３０と同様に、図１０に示したパワーモジュール用冷却器４０を構成する複数の冷却器構成層４１～４４のうち少なくとも一つの構成層の材料として好適に使用可能である。
　以上で本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。
　本発明では、複合材における積層順序単位中に存在する鱗片状黒鉛粒子分散層と炭素繊維分散層との層数比は、１：１（第１実施形態）、２：１（第２実施形態）、１：２（第３実施形態）に限定されるものではなく、その他の層数比であっても良く、通常、１～１０：１～１０の範囲に設定される。
　また本発明では、積層体を形成する工程において、積層体は、長尺な鱗片状黒鉛粒子塗工箔（例えば、鱗片状黒鉛粒子塗工箔の条材）と長尺な炭素繊維塗工箔（例えば、炭素繊維塗工箔の条材）が積層された状態でロール状に複数回巻かれることにより、形成されたものであっても良い。
　また本発明に係る金属－炭素粒子複合材は、上記第１実施形態（上記第２及び３実施形態を含む）で示した製造方法により製造されたものであることが、複合材の接合強度（焼結強度）を容易に確実に高めることができる点で望ましいが、次のような製造方法により製造されたものであっても良い。
　すなわち、鱗片状黒鉛粒子塗工箔を得る工程において、第１塗工液を第１金属箔の厚さ方向の両側の表面にそれぞれ塗工し乾燥することにより、第１金属箔の厚さ方向の両側の表面にそれぞれ鱗片状黒鉛粒子層が形成された鱗片状黒鉛粒子塗工箔（これを便宜上「鱗片状黒鉛粒子両面塗工箔」という）を得る。また、炭素繊維塗工箔を得る工程において、第２塗工液を第２金属箔の厚さ方向の両側の表面にそれぞれ塗工し乾燥することにより、第２金属箔の厚さ方向の両側の表面にそれぞれ炭素繊維層が形成された炭素繊維塗工箔（これを便宜上「炭素繊維両面塗工箔」という）を得る。
　また、金属箔の厚さ方向の両側の表面のうち一方の表面に第１塗工液を他方の表面に第２塗工液をそれぞれ塗工し乾燥することにより、金属箔の厚さ方向の両側の表面のうち一方の表面に鱗片状黒鉛粒子層が他方の表面に炭素繊維層がそれぞれ形成された塗工箔（これを便宜上「鱗片状黒鉛粒子／炭素繊維両面塗工箔」という）を得ても良い。
　上述した両面塗工箔（即ち、「鱗片状黒鉛粒子両面塗工箔」、「炭素繊維両面塗工箔」、「鱗片状黒鉛粒子／炭素繊維両面塗工箔」）を用いて複合材を製造する場合、積層体を形成する工程において炭素粒子層（鱗片状黒鉛粒子層、炭素繊維層）同士が重ね合わされた状態で複数の両面塗工箔が積層されると、接合一体化する工程において炭素粒子層同士の重ね合わせ界面にて接合不良（焼結不良）が発生する虞がある。そこで、この接合不良を抑制するため、複数の両面塗工箔を積層する際に各両面塗工箔間に金属箔を介在させることが望ましい。こうすることにより、接合一体化する工程において金属箔の金属材料の一部がその厚さ方向の両側に配置された炭素粒子層にそれぞれ浸入し、そのため、得られる複合材の接合強度（焼結強度）を確実に高めることができる。
　しかしながら、上記第１実施形態（上記第２及び第３実施形態を含む）で示したように、第１塗工液を第１金属箔１２の厚さ方向の片側の表面１２ａに塗工し乾燥することにより、第１金属箔１２の厚さ方向の片側の表面１２ａに鱗片状黒鉛粒子層１１が形成された鱗片状黒鉛粒子塗工箔１３（これを便宜上「鱗片状黒鉛粒子片面塗工箔１３」という）を得るとともに、第２塗工液を第２金属箔１５の厚さ方向の片側の表面１５ａに塗工し乾燥することにより、第２金属箔１５の厚さ方向の片側の表面１５ａに炭素繊維層１４が形成された炭素繊維塗工箔１６（これを便宜上「炭素繊維片面塗工箔１６」という）を得ることが望ましい。その理由は次のとおりである。
　すなわち、上記第１実施形態（上記第２及び第３実施形態を含む）で示したように、上述した片面塗工箔（即ち、「鱗片状黒鉛粒子片面塗工箔１３」、「炭素繊維片面塗工箔１６」）を用いて複合材３０を製造する場合では、積層体２０を形成する工程Ｓ３において炭素粒子層（鱗片状黒鉛粒子層１１、炭素繊維層１４）同士が重ね合わされないように複数の片面塗工箔１３、１６を積層できるので、複数の片面塗工箔１３、１６を積層する際に各片面塗工箔１３、１６間に金属箔を介在させる必要がない。そのため、得られる複合材３０の接合強度（焼結強度）を容易に確実に高めることができる。
　また、本発明に係る金属－炭素粒子複合材は、パワーモジュール用冷却器の材料だけではなくそれ以外の用途の材料としても使用可能である。
　本願は、２０１６年１１月１１日付で出願された日本国特許出願の特願２０１６－２２０３８６号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
　ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
　本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「preferably」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。この開示および本願のプロセキューション中において、ミーンズ・プラス・ファンクションあるいはステップ・プラス・ファンクションの限定事項は、特定クレームの限定事項に関し、ａ）「means for」あるいは「step for」と明確に記載されており、かつｂ）それに対応する機能が明確に記載されており、かつｃ）その構成を裏付ける構成、材料あるいは行為が言及されていない、という条件の全てがその限定事項に存在する場合にのみ適用される。この開示および本願のプロセキューション中において、「present invention」または「invention」という用語は、この開示範囲内における１または複数の側面に言及するものとして使用されている場合がある。このpresent inventionまたはinventionという用語は、臨界を識別するものとして不適切に解釈されるべきではなく、全ての側面すなわち全ての実施形態に亘って適用するものとして不適切に解釈されるべきではなく（すなわち、本発明は多数の側面および実施形態を有していると理解されなければならない）、本願ないしはクレームの範囲を限定するように不適切に解釈されるべきではない。この開示および本願のプロセキューション中において、「embodiment」という用語は、任意の側面、特徴、プロセスあるいはステップ、それらの任意の組み合わせ、及び／又はそれらの任意の部分等を記載する場合にも用いられる。
　本発明は、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子（鱗片状黒鉛粒子及び炭素繊維）とを含む金属－炭素粒子複合材、その製造方法、及び、パワーモジュール用冷却器に利用可能である。
１、１０１、２０１：鱗片状黒鉛粒子分散層
１ａ、１０１ａ、２０１ａ：鱗片状黒鉛粒子
２、１０２、２０２：炭素繊維分散層
２ａ、１０２ａ、２０２ａ：炭素繊維
３、１０３、２０３：金属層
９、１０９、２０９：金属マトリックス
１１：鱗片状黒鉛粒子層
１２：第１金属箔
１３、１１３、２１３：鱗片状黒鉛粒子塗工箔
１４：炭素繊維層
１５：第２金属箔
１６、１１６、２１６：炭素繊維塗工箔
２０、１２０、２２０：積層体
３０、１３０、２３０：金属－炭素粒子複合材
４０：パワーモジュール用冷却器

Claims (5)

  1. 　金属マトリックス中に炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子が分散した一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層と、前記金属マトリックス中に炭素粒子としての炭素繊維が分散した一つ以上の炭素繊維分散層と、前記金属マトリックスで形成された一つ以上の金属層と、を積層状に備えるとともに、
    　前記一つ以上の鱗片状黒鉛粒子分散層と前記一つ以上の炭素繊維分散層と前記一つ以上の金属層とが接合一体化されており、
    　前記鱗片状黒鉛粒子分散層及び前記炭素繊維分散層のうち一方と前記金属層とは複合材の厚さ方向の略全体に亘って交互に積層された状態に配列している金属－炭素粒子複合材。
  2. 　さらに、前記鱗片状黒鉛粒子分散層と前記炭素繊維分散層と前記金属層は、複合材の厚さ方向の略全体に亘って規則的な積層順序で積層された状態に配列している請求項１記載の金属－炭素粒子複合材。
  3. 　積層状に接合一体化された複数の冷却器構成層を備え、
    　前記複数の構成層のうち少なくとも一つが請求項１又は２記載の金属－炭素粒子複合材製であるパワーモジュール用冷却器。
  4. 　炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子と第１バインダとを含有する第１塗工液を第１金属箔上に塗工し乾燥することにより、前記第１金属箔上に鱗片状黒鉛粒子層が形成された鱗片状黒鉛粒子塗工箔を得る工程と、
    　炭素粒子としての炭素繊維と第２バインダとを含有する第２塗工液を第２金属箔上に塗工し乾燥することにより、前記第２金属箔上に炭素繊維層が形成された炭素繊維塗工箔を得る工程と、
    　一枚以上の前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と一枚以上の前記炭素繊維塗工箔とが積層された状態の積層体を形成する工程と、
    　前記積層体を加熱することにより前記一枚以上の前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と前記一枚以上の前記炭素繊維塗工箔を一括して接合一体化する工程と、
    　を含む金属－炭素粒子複合材の製造方法。
  5. 　前記積層体を形成する工程では、前記積層体を、前記鱗片状黒鉛粒子塗工箔と前記炭素繊維塗工箔が前記積層体の厚さ方向の略全体に亘って規則的な積層順序で積層されるように形成する請求項４記載の金属－炭素粒子複合材の製造方法。
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