碳化硅质复合体及其制造方法以及使用该复合体的散热零件的利记博彩app
【专利摘要】[课题]廉价地提供一种散热零件，其具有导热性，同时比重小，且热膨胀系数接近陶瓷基板，并且具有翘曲从而能够与散热零件等密合性良好地接合。[解决方法]一种碳化硅复合体以及使用该复合体而形成的散热零件，该碳化硅复合体是一种以铝为主要成分的金属含浸于多孔碳化硅成形体而形成的板状复合体，具有相对于复合体的主面的长度10cm的翘曲量为250μm以下的翘曲，使用了上述板状复合体的功率模块的翘曲量具有250μm以下的翘曲。
【专利说明】
碳化括质复合体及其制造方法从及使用该复合体的散热零件
技术领域
[0001] 本发明设及一种碳化娃质复合材料及其制造方法W及使用了该复合材料的散热 零件，所述碳化娃复合材料热传导特性优异，且重量轻，具有适于作为陶瓷基板或IC包装体 等半导体零件的散热器等散热部件的高导热性。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着半导体领域中的半导体元件的大容量化、半导体元件的高集成化的 推进，如何有效地将半导体元件产生的热能发散到外部成了一个重要的课题。半导体元件 通常被搭载在陶瓷基板等绝缘性基板上使用。运种情况下，从半导体元件放出的热经设置 在基板背面等的被称为散热器的散热零件发散到外部，W确保半导体元件的工作特性。
[0003] W前，作为运种散热器材料，主要使用铜(Cu)。虽然铜在室溫附近的导热系数高达 390W/mK，但是其热膨胀系数大到17X1(^6/K，起因于陶瓷基板(热膨胀系数:7~8X1(^6/K) 与散热器之间的热膨胀差，有时由加热接合时或热循环的负荷等导致陶瓷基板上产生裂缝 或裂纹。W前，在要求可靠性的领域中作为散热零件而使用陶瓷基板时，作为散热器一直使 用与陶瓷基板的热膨胀系数之差较小的Mo或W等。
[0004] 由如上所述的Mo或W制造的散热器的可靠性优异，但另一方面导热系数低至150W/ mK，散热特性方面存在问题，并且运种散热器价格贵。基于运种情况，近年来，将铜或侣合金 用无机质纤维或颗粒加强的、被简称为匪C(金属基复合材料(Metal Matrix Composite)) 的金属一陶瓷复合体受到了关注。运种复合体一般是通过事先让作为加强材料的无机质纤 维或颗粒成形来形成预成型体，使作为基材的金属浸渗至该预成型体的纤维间或颗粒间的 复合体。使用氧化侣、碳化娃、氮化侣、氮化娃、二氧化娃、碳等陶瓷作为加强材料。然而，作 为加强材料的陶瓷与作为基材的合金的润湿性、界面的反应层等也对导热系数影响很大。
[0005] 在所述的复合体中，当希望提高导热系数时，需要选择导热系数高的物质作为加 强材料W及合金，为了降低热膨胀系数，需要选择热膨胀率低的加强材料。因此，主要对碳 化娃一侣合金的复合体进行了研究。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[000引专利文献1:日本专利第3468358号
[0009] 专利文献2:日本特表平5-507030号公报
[0010] 专利文献3:日本特开平9-157773号公报
[0011] 专利文献4:日本特开平10-335538号公报
【发明内容】
[00。] 发明要解决的问题
[0013]但是，如上所述，在具备W往的陶瓷基板与散热器的接合结构的散热零件中使用 Mo或W等重金属材料作为散热器时，存在散热零件的重量变重、同时散热性也不一定充分的 问题。而使用重量较轻、散热性优异的化或Al等作为散热器时，与陶瓷基板之间的热膨胀差 大，为了得到可靠性高的结构，接合结构本身将变得非常复杂，存在导致制造成本增加或作 为散热零件的热阻增加等问题。基于运些情况，在具备W往的陶瓷基板与散热器的接合结 构的散热零件中，希望实现简化接合结构，且提高可靠性W及散热性。
[0014] 另一方面，为了解决上述问题，对金属一陶瓷复合体进行了研究，但若想得到接近 陶瓷基板的热膨胀率，就需要提高热膨胀率低的加强材料即陶瓷的比例。为了提高陶瓷成 分的比例，需要使用高的成形压力来成形预成型体，存在如下问题:导致成本的增加，并且 存在之后的合金很难充分含浸的问题。因此，需要进行能够廉价提供热膨胀率接近陶瓷基 板、具有高导热系数的金属一陶瓷复合体的技术开发。
[0015] 进一步地，作为散热零件使用时，运种复合体是焊接到电路基板上使用的，因此， 如果复合体的翅曲量过大则变得难W进行焊接。为此，在将运种复合体作为散热零件使用 时，需要将翅曲量控制在规定量W下。另一方面，装配了运种散热零件的功率模块等零件， 一般用螺钉固定在散热片上使用。此时，在功率模块等零件与散热片的接合面上为了使应 力发挥作用，接合面呈凸型时螺钉固定后的紧固力大、从散热方面而言是优选的。但是，对 于W往的金属一陶瓷复合体，如果想要像运样任意附加翅曲等形状时，只有通过后续加工 进行调整的方法。运时，存在金属一陶瓷复合体非常硬、加工费用高、零件自身变得非常贵 的问题。
[0016] 本发明鉴于上述情况研发而成，其目的在于廉价地提供一种复合体W及使用该复 合体的散热零件，所述复合体具有高导热性，同时比重小，且热膨胀系数接近陶瓷基板，具 有翅曲从而与散热零件等密合性良好地接合。
[0017] 用于解决问题的方案
[0018] 本发明人等为了实现上述目的进行潜屯、研究，结果发现:通过调整复合体的组成 及其结构，可W控制热膨胀系数等特性W及复合体的形状，从而完成了本发明。
[0019] 目P，本发明是一种碳化娃质复合体，其特征在于，其是将含侣金属加压含浸于多孔 碳化娃成形体而形成的板状复合体，所述碳化娃质复合体的板厚t为2mm~6mm，面内的厚度 偏差在t±0.3mmW内。
[0020] 另外，本发明是一种碳化娃复合体，其特征在于，板状复合体的面内具有用于使所 述板状复合体的凸面面向其他散热零件进行螺钉固定的四个W上的孔部，相对于孔间方向 (X方向）的长度IOcm的翅曲量(Cx;皿)与相对于其垂直方向（Y方向）的长度IOcm的翅曲量 (切;WI1)的关系是50《Cx《250且0《〔7《200，使用了所述板状复合体的功率模块中的翅曲 量是50《Cx《250且0《Cy《200。
[0021] 进一步地，本发明是一种碳化娃质复合体，其特征在于，板状复合体的表面背面两 面被平均厚度为10~IlOwii的W侣为主要成分的金属层覆盖，并且表面背面的金属层的平 均厚度之差在lOOwnW下。
[0022] 另外，本发明是一种碳化娃质复合体，其特征在于，板状复合体包括复合体部分 (A)与设置在复合体的至少单面上的W侣为主要成分的金属层(B)，复合体部分(A)的厚度 的平均值(TA;皿)与金属层(B)的两面的厚度的平均值之和(TB;皿)的比（TA/TB)是10~30。
[0023] 进一步地，本发明是一种碳化娃质复合体，其特征在于，相对于复合体的主面的长 度IOcm的翅曲量为50~250WI1，并且所述金属层(B)的表面侧的厚度的平均值(TBl;wii)和背 面侧的厚度的平均值(TB2;皿)之差的绝对值（|TB1-TB2|)与复合体的最大长度化;cm)之 积在500 W上2000 W下。
[0024] 另外，本发明是一种碳化娃质复合体的制造方法，其特征在于，通过在溫度350°C W上对碳化娃质复合体施加应力使其塑性变形，从而进行翅曲加工。
[0025] 进一步地，本发明是一种碳化娃质复合体，其特征在于，从室溫(25°C)加热至150 °C时的平均热膨胀系数在9 X 1(T6/K W下，室溫(25 °C)的导热系数在150W/mK W上。
[0026] 再有，本发明是一种散热零件，其特征在于，在板状复合体上接合用于搭载半导体 的陶瓷基板而形成。
[0027] 再有，本发明是一种散热零件，其特征在于，陶瓷基板是氮化侣和/或氮化娃。
[0028] 进一步地，本发明是一种散热零件，其特征在于，将未接合陶瓷基板的一面介由散 热膏安装于平面板时，在紧固扭矩为2NW上的条件下，所述面的90% W上密合。
[0029] 发明的效果
[0030] 由于本发明的复合体是含侣金属含浸于碳化娃质多孔体而形成的，因此具有如下 特征，即，能够降低复合体的加工成本、导热系数高、平均热膨胀系数接近陶瓷基板、并且重 量轻;作为一种与用于搭载半导体的陶瓷基板接合而使用的散热零件，可靠性优异且能够 廉价提供适用于电动汽车等移动设备等的散热零件。再有，本发明的复合体具有特定量的 翅曲，例如，作为散热板使用时，能够将陶瓷基板密合性良好地用螺钉固定在散热片等散热 零件上，散热性稳定。因此，具有能够形成高可靠性的模块的效果，产业上非常有用。
【具体实施方式】
[0031] 金属一陶瓷复合体的热膨胀率通常由作为加强材料的陶瓷与作为基材的金属的 热膨胀率及其配比决定。陶瓷的热膨胀率与金属的热膨胀率相比小很多，为了降低复合体 的热膨胀率，增加陶瓷的比率是有效的。另一方面，金属一陶瓷复合体的导热系数也基本上 由作为加强材料的陶瓷与作为基材的金属的热膨胀率及其配比决定，但是导热系数的情况 下，加强材料与基材之间的界面的结合状态影响很大。一般而言，对于陶瓷和金属而言，金 属的导热系数高，但是碳化娃（SiC)、氮化侣（AlN)、氮化棚（BN)等具有等于或大于金属 (300W/mKW上）的理论导热系数，从提高导热系数运一点出发，它们作为加强材料非常有前 景。但是，在实际制造复合体的情况下，AlN或BN很贵，得到的复合体也很贵。另外，AlN或BN 在大气环境中易被氧化，形成复合体时，作为加强材料的陶瓷与作为基材的金属之间容易 形成热膨胀率极低的玻璃相，其结果是得到的复合体的导热系数降低。
[0032] 本发明人等对加强材料进行各种研究，结果发现：W碳化娃为主要成分的陶瓷适 合制造兼具高导热系数和低热膨胀率的金属一陶瓷复合体。
[0033] 另一方面，制造运种复合体时，加强材料与金属之间的润湿性对得到致密的复合 体而言很重要。如果含浸的金属的烙点高，则含浸时的溫度变高，有时陶瓷被氧化，或陶瓷 与金属反应而形成特性不理想的化合物。进一步地，如果作为基材的金属的烙点高，则因为 含浸溫度变高而导致模具材料等的材质受限，同时铸造成本本身也将增加，得到的复合体 变昂贵。
[0034] 本发明人等对作为基材的金属进行各种研究，结果发现:通过使用W侣为主要成 分的合金，能够制造优异的复合体。即，本发明的复合体是W侣为主要成分的金属含浸于碳 化娃粉末或碳化娃质多孔体而形成的。
[0035] 金属一陶瓷复合体的热膨胀率、导热系数等特性由作为加强材料的陶瓷与作为基 材的金属的特性及其配比决定。本发明的复合体中的碳化娃的含量优选为50~80体积％， 更优选为60~70体积％。如果碳化娃的含量低于50体积％，则复合体的热膨胀率变高，无法 得到作为本发明目的的可靠性高的散热零件。另外，对复合体的高导热系数、低热膨胀率运 点而旨，提局碳化娃的含量是有效的，但是，填充超过80体积％时，存在需要极局的成形压 力等问题，得到的金属一陶瓷复合体的成本变得极高。
[0036] 另一方面，本发明的碳化娃质复合体中的金属是W侣为主要成分的合金，优选含 20质量％ ^下的娃、5质量％ W下的儀。关于合金中的侣、娃、儀W外的金属成分，如果是在 合金特性不发生极端变化的范围内，也可W含有铜等。通过调整合金中的侣W外的成分，能 够改变合金本身的导热系数、热膨胀率，也能调整所得的复合体的导热系数、热膨胀率。另 夕h通过在侣金属中将娃、儀进行合金化，从而合金的烙点下降、高溫下的烙融金属的粘性 下降，使用高溫铸造法等将容易得到致密的复合体。进一步地，通过将侣金属进行合金化， 金属本身硬度将增加，其结果是获得的复合体的强度等的机械特性提高。
[0037] 另外，本发明的碳化娃质复合体的特征在于，板厚t为2mm~6mm，面内的厚度偏差 在t±0.3mmW内。如果板厚低于2mm，则作为散热零件使用时，碳化娃质复合体在面方向上 的散热性下降，散热零件的散热性下降，因而是不优选的。另一方面，如果板厚超过6111111，贝。 碳化娃质复合体自身的热阻变大，散热零件的散热性下降，因而是不优选的。另外，如果面 内的厚度偏差在t ±0.3mm的范围外，则装配了由该碳化娃质复合体构成的散热零件的功率 模块等零件在用螺钉固定在散热片等上使用时，功率模块等零件与散热片的接合面上将产 生气隙，散热性下降，因而是不优选的。所谓"面内的厚度偏差在t±0.3mmW内"的意思是在 多处测量复合体的厚度，由其平均值算出复合体的平均厚度将其看作0时，最大值W及最小 值的值在±〇.3mmW内。
[0038] 另外，本发明的本质在于相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量具有250wiiW 下的翅曲。如果相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量超过250WH，则产生如下问题:将 本发明的复合体作为散热零件使用时，与电路基板等的接合不良；或者用螺钉固定在散热 片等上时，施加过大的弯曲应力而造成复合体破损。另一方面，装配了由运种复合体构成的 散热零件的功率模块等零件用螺钉固定在散热片等上使用。此时，为了在功率模块等零件 与散热片的接合面上使应力发挥作用，接合面呈凸型时螺钉固定后的紧固力大，就散热方 面而言是优选的。凸面可W利用在制造复合体时产生的翅曲来形成，或者通过使用图3所示 的夹具强制进行翅曲加工而形成。
[0039] 本发明的第二种实施方式是在板状复合体的主面内具备4个W上的孔部W用于螺 钉固定在其他散热零件上。关于所述孔的形状，根据散热零件的大小进行合适的选择即可， 一般而言，只要是M6~MlO的螺钉能够穿过的尺寸就行。关于孔部的个数，可W根据散热板 的大小可设置4个W上的多个，但3个W下时，也未必不会使散热板的整面与其他散热零件 密合。孔的形成之处可W任意选择，例如可W在板状复合体的四个角落的角部上形成。
[0040] 本发明的本质在于相对于孔间方向（X方向）的长度IOcm的翅曲量(Cx;wii)与相对 于所述X方向的垂直方向（Y方向）的长度IOcm的翅曲量(切;皿)为0《Cx《250,且0《切《 300。另外，当翅曲量(Cx;皿W及切;皿)在所述特定范围内时，使用了所述板状复合体的功 率模块的翅曲量为50《(^《250，且0《切《200。一般而言，此处所述孔间方向村方向）表示 如图1(a)~(d)所示例的散热板表面的一个方向，Y方向表示与所述表面内的X方向垂直的 方向。
[0041] 为了解决现有技术中的上述问题，本发明人等进行各种实验性的讨论，结果得到 如下认识:翅曲量(Cx;皿W及切;皿)在所述特定范围内时，由复合体构成的散热板可W用 螺钉密合性地固定在其他散热零件上，从而完成了本发明。当用螺钉将由本发明的复合体 构成的散热板密合性良好地固定在其他散热零件上时，一般而言，在散热板与散热零件之 间介由散热膏等进行固定。因此，关于Y方向的翅曲量(切），优选其绝对值小于散热膏的厚 度。另外，考虑到紧固时的散热板的变形，优选Y方向的翅曲量（Cy)小于X方向的翅曲量 (Cx)。当所述的翅曲量无法满足所述特定范围时，有时未必不能将散热板密合性良好地螺 钉固定在其他散热零件上。
[0042] 另外，本发明的第=种实施方式是在板状复合体(A)的两面上接合W侣为主要成 分的合金层(B)而成的板状的复合体。通过用W侣为主要成分的合金层覆盖表面部，由此在 对表面部进行加工时，只对该金属部分进行加工即可，可W大幅减少加工时的工作量。运是 因为如果表面部有金属一陶瓷复合体，则只有该部分是硬的，加工变得不均匀，或者需要使 用金刚石等昂贵的加工工具。另外，通过表面部为金属层，从而进行电锻处理时的均匀性得 W提高。基于上述理由，金属层的平均厚度选择10皿W上。
[0043] 另一方面，所述金属层由W侣为主要成分的金属构成，因此与金属一陶瓷复合体 部分相比，热膨胀系数较大。因此，如果金属层的厚度增加，则复合体整体的热膨胀系数变 大，因此金属层的平均厚度选择110皿W下。
[0044] 另外，如果表面背面的金属层的平均厚度存在差别，则因金属层与金属一陶瓷复 合体的热膨胀系数的区别，将导致复合体本身的表面背面产生热膨胀差，其结果是在复合 体上发生翅曲。对于运种翅曲，如果不加W控制，则在复合体作为散热零件等使用时，将成 为与电路基板等接合不良的原因。该翅曲量与表面背面的金属层的厚度差之间存在密切的 关系。当厚度差超过IlOwii时，复合体的翅曲量过大，将不适合作为散热零件使用。另外，为 了能够在板状复合体的主面内用螺钉固定在其他散热零件上而设置孔部的情况下，当该孔 间距离为IOcmW下的小型形状时，为了将散热板用螺钉密合性良好地固定在其他散热零件 上，优选相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量在lOOwnW下。
[0045] 进一步地，本发明的第四种实施方式是板状复合体(A)的厚度的平均值(TA)与表 面背面的合金层的厚度的平均值之和(TB)的比（TA/TB)为5~30、优选为10~30的复合体。 如果TA/TB小于5,则表面的该合金层的厚度过厚，热膨胀率、导热系数等特性下降。另一方 面，如果TA/TB超过30，则表面的合金层过薄，对表面部进行机械加工等时，将产生一部分板 状复合体露出而使加工工具破损的问题或电锻特性下降的问题。另外，由于调整表面的合 金层的厚度从而调整复合体的形状、具体而言调整翅曲量时也需要一定程度的合金层厚， 因此TA/TB在30 W下是必要的。
[0046] 另外，相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量为50~250WH，合金层(B)的表面 侧的厚度的平均值(TB1;皿)和背面侧的厚度的平均值(TB2;皿)之差与复合体的最大长度 化;cm)为500<(TBl-TB2)XL<2500，优选为500<(TBl-TB2)XL《2000。如果相对于复合体 的主面的长度IOcm的翅曲量超过250WI1，则产生如下问题:将本发明的复合体作为散热零件 使用时，其与电路基板等的接合不良；或者用螺钉固定在散热片等上时，施加过大的弯曲应 力，复合体破损。另一方面，装配了由运种复合体构成的散热零件的功率模块等零件用螺钉 固定在散热片等上使用。此时，为了在功率模块等零件与散热片的接合面上使应力发挥作 用，接合面呈凸型时螺钉固定后的紧固力大，就散热方面而言是优选的。因此，当相对于复 合体的主面的长度IOcm的翅曲量小于50WI1时，作为散热零件使用时的翅曲量不充分，有时 在散热特性上产生问题。
[0047] 在运种结构的复合体中，当因合金层与板状复合体(金属一陶瓷复合体)的热膨胀 系数的不同导致表面背面的合金层具有厚度差时，复合体本身的表面背面产生热膨胀差， 其结果是在复合体中发生翅曲。运种翅曲与表面背面的合金层的厚度差W及板状复合体的 尺寸存在密切关系。如果表面背面的合金层的厚度差变大或板状复合体的尺寸变大则运种 翅曲变大。如果(TB1-TB2) XL超过2500,则复合体的翅曲量变得过大，另外，如果(TBl- TB2) XL小于500,则复合体的翅曲量变得过小。作为散热零件使用时，存在上述那样的问 题，因而是不优选的。
[0048] 作为复合体的翅曲量，优选相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量为50~25化 m。如果相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量超过250WH，则产生如下问题:将本发明的 复合体作为散热零件使用时，产生与电路基板等的接合不良；或者用螺钉固定在散热片等 上时，施加过大的弯曲应力，复合体发生破损。另一方面，装配了由运种复合体构成的散热 零件的功率模块等零件用螺钉固定在散热片等上使用。此时，为了在功率模块等零件与散 热片的接合面上使应力发挥作用，接合面呈凸型时螺钉固定后的紧固力大，就散热方面而 言是优选的。因此，当相对于复合体的主面的长度IOcm的翅曲量小于50WI1时，作为散热零件 使用时的翅曲量不充分，有时无法实现本发明的目的。
[0049] 另外，本发明是一种碳化娃质复合体的制造方法，其特征在于，通过在35(TC W上 的溫度下对所述板状复合体施加与主面垂直的应力，使其塑性变形，从而进行翅曲加工。通 过前述操作，能够容易得到具有所述期望的翅曲量的板状复合体。此时，事先在具有所希望 形状的内面的模具中挤压复合体的方法再现性高、是优选的。此外，当溫度低于35(TC时，由 于复合体中的W侣为主要成分的金属事实上没有塑性变形，因此难W实现本发明的目的。 关于所述溫度的上限，超过600°C时，有时一部分侣合金将形成液相，发生流动，而如果加热 至发生流动的溫度，则有时在其冷却时发生伴随凝固的变形，因而是不优选的。
[0050] 进一步地，本发明的复合体的室溫(25。的导热系数为150W/mKW上。当导热系数 低于150W/m即寸，作为散热零件等使用时，无法获得充分的散热特性，存在其用途受限的问 题。
[0051] 另外，本发明的复合体从室溫(25°C)加热至150°C时的平均热膨胀系数在9X1(T^ KW下。如果从室溫(25°C)加热至150°C时的平均热膨胀系数超过9X1(T6/K，作为功率模块 等散热零件使用时，与陶瓷基板之间的热膨胀系数的差就变得过大，会因加热接合时、热循 环负荷等导致陶瓷基板上产生裂缝或裂纹等，存在作为要求可靠性的散热零件使用时的用 途受限的问题。
[0052] 另外，对于本发明的复合体，如果密度为3g/cm3左右，则与铜等金属相比更轻，作 为散热零件使用时，对于零件轻量化而言是有效的。另一方面，本发明的复合体的弯曲强度 高达300MpaW上，对作为散热零件使用而言具有充分的机械性能。
[0053] 进一步地，本发明是一种散热零件，其特征在于使用所述复合体。本发明的散热零 件的热传导特性优异，且具有充分的机械性能，适合用作散热器等。另外，如果本发明的散 热零件的密度在3g/cm3左右，则其重量轻，适合作为用于移动用机器的散热零件。本发明的 散热零件的热传导特性优异，平均热膨胀率低至9 X ICT6AW下，因此作为散热器等的散热 零件使用时，与W往使用铜等的情况相比，其与接合在散热零件上的陶瓷基板之间的热膨 胀差小，能够抑制在基板上的半导体元件工作时发生的热循环等导致的陶瓷基板的裂缝或 裂纹等。由此，适合作为需要高可靠性的电动汽车等移动用设备中使用的散热零件。
[0054] 另外，随着半导体元件的集成化、大型化，对搭载该元件的陶瓷基板要求高散热特 性。氮化侣W及氮化娃基板的绝缘特性优异、散热特性优异，通过与本发明的散热零件接合 使用，能够获得极少发生由于施加热循环等而导致的裂缝、裂纹等的高可靠性。
[0055] 另外，本发明的散热板具有W下特征，即，将未接合陶瓷基板的面介由散热膏安装 于平面板时，在紧固扭矩为2NW上的条件下，所述面的90% W上密合，具有如下优点：能够 迅速扩散陶瓷基板上的半导体元件工作时产生的热，能够形成高可靠性的模块。
[0056] 本发明的复合体的制造方法是在碳化娃粉末中定量添加混合作为粘合剂的娃溶 胶和/或侣溶胶等，成形为所希望的形状。成形方法可W使用干压成形、湿压成形、挤出成 形、诱铸成形等，根据需要还可W添加用于保形的粘合剂。另外，关于碳化娃粉末，虽然可W 使用一种粉末，但因为按适当粒度配混多种粉末能够容易地得到高密度的成形体，因此更 加优选。接着，将得到的成形体放在空气或氮气等非活性气体环境中、在700~1600°C的溫 度下进行预赔烧来制造碳化娃质多孔体。另一方面，也可W在碳化娃粉末中添加混合作为 结合材料的娃粉末，用同样的方法进行制造。进一步地，关于碳化娃质多孔体的制造方法， 还可W将碳化娃粉末或娃粉末与碳粉末的混合粉末在非活性气体环境中、1600~2200°C的 溫度下赔烧进行制造。
[0057] 得到的碳化娃质多孔体加工成规定形状后预先进行加热，W防止热冲击导致的裂 纹等，在高压下含浸已被加热至烙点W上溫度的W侣为主要成分的烙融金属而形成复合 体。复合体的表面的金属层的厚度可W按照如下方式调整:对碳化娃质多孔体进行加工时， 通过在其表面部增加沟槽等，调整含浸而得到的复合体的表面的合金层的厚度。另外，也可 W通过将Al合金的薄板层叠于碳化娃质多孔体的表面进行含浸来调整。此时，不仅可W使 用多孔体，还可W使用碳化娃粉末。进一步地，也可W通过对复合体的表面的金属层进行机 械加工来调整复合体的表面的金属层的厚度。进一步地，也可W通过利用模具等将比该模 具的空隙尺寸稍小的预成型体配置在所述空隙内、在该模具内的所述空隙内注入烙融金属 的方法进行制造。
[0058] 关于金属成分的含浸方法没有特别限定，可W利用高压铸造法、压铸法等。
[0059] 实施例
[0060] W下，列举实施例、比较例对本发明进行进一步的详细说明，但本发明并不局限于 此。
[0061] 实施例1~8、比较例1~4
[0062] 碳化娃粉末A(大平洋蓝登株式会社生产:NG-150、平均粒径：lOOwii)，碳化娃粉末 B(屋久岛电工株式会社生产:GC-1000F、平均粒径：10皿）W及娃溶胶（日产化学株式会社 生产:SN0WTEX) W质量比60:40:10的组成进行配混，用揽拌混合机混合1小时后，在IOM化的 压力下成形为187mmX137mmX7mm的形状。之后，将所述成形体在大气中，在960°C下加热2 小时，审雌碳化娃质多孔体。将得到的碳化娃质多孔体加工成20mi部X 7mm的形状，根据 该尺寸与质量算出相对密度，结果为65%。
[0063] 接着，用金刚石加工工具将得到的碳化娃质多孔体加工成所希望的厚度，在12个 各试样的试样之间用涂布了脱模剂的0.8mm厚的SUS板进行分隔，在两端配置厚度为12mm的 铁板后，用1 Omm巧的螺钉、螺母固定，形成一个组件。
[0064] 接着，将所述两个组件作为一个组件，用电炉在65(TC的溫度下进行预热，将其放 置在已经预先加热了的内部尺寸为320mm X 260mm X 440mm的、具有空隙的加压模具内之后， 灌入已被加热至810°C溫度的侣合金(ADC-12)的烙融金属，在500M化的压力下加压13分钟 W上，将侣金属含浸于碳化娃质多孔体。得到的含有复合体的金属块冷却至室溫后，用湿式 带银切断，将碳化娃质复合体脱模。
[0065] 对于得到的复合体，使用激光测厚仪化EYENCE CORPORATION生产:VT2-10SB)用激 光检测复合体的厚度方向的上下位置，测量图2所示的5点的厚度，由其平均值算出复合体 的平均厚度，由最大值、最小值求出厚度偏差。另外，用漉式研磨机研磨复合体的表面，除去 复合体表面的变质层后，通过S维激光测量仪化EYENCE CORPORATION制:LK-GD500)向对象 物照射激光，接受来自对象物的经漫反射的光而算出位移量，测出复合体的主面的翅曲量。 对于使用各复合体的功率模块，通过=维激光测量仪测出复合体的主面的翅曲量(Cx、切）。 将其结果示于表1。
[0066] [表1]
[0067]
[0068] Cx、Cy:相对于试样长度IOcm的翅曲量
[0069] 另外，使用金刚石加工工具由得到的复合体研削加工成用于测量热膨胀率的试样 (4 X4 X 20mm)、用于测量室溫的导热系数的试样（25mmX 25mmX Imm)、用于评价立点抗弯强 度的试样(3mmX30mmX厚度）。使用一部分用于评价=点抗弯强度的试样，用显微镜观察其 截面，对9处复合体的表面背面的金属层的厚度进行测量，算出平均厚度。将得到的结果示 于表2。
[0070] [表 2]
[0071]
[0072] 接着，使用各个试样，利用热膨胀计测量从室溫到25(TC的热膨胀率，利用激光闪 光法测量室溫的导热系数W及利用弯曲试验机测量=点抗弯强度。进一步地，根据用于测 量导热系数的试样的尺寸与重量，算出复合体的密度。将得到的结果示于表3。
[0073] [表 3]
[0074]
[0075] 另外，在上述操作得到的各种复合体的单面侧，称量并涂布娃润滑脂(信越化学工 业株式会社生产)使厚度为50皿，然后在厚度为30mm的亚克力板上利用6M的螺钉、W3N的紧 固扭矩进行安装。放置1分钟后，取下螺钉紧固件，测量娃润滑脂涂抹面的密合率(面积比 率）。将其结果示于表4。
[0076] [表 4]
[0077]
[007引实施例9~11
[0079] 将比较例1中制造的碳化娃质复合体安装在图3所示的由SUS-304制的夹具中，用 MlO的螺钉负载与主面垂直的应力后，在溫度为500°C的电炉中加热30分钟之后，冷却至室 溫释放负载。将得到的复合体的翅曲量示于表5。接着，将得到的复合体用与实施例1~8同 样的方法进行评价的结果示于表5。如表5所示，通过使用夹具形成凸面，能够提高密合率。
[0080] [表引
[0081]
【附图说明】
[0082] [图1]举例说明本发明的复合体的俯视图。
[0083] [图2]本发明的复合体厚度测量点代表图。
[0084] [图3]本发明实施例中使用的夹具的说明图。
【主权项】
1. 一种碳化硅复合体，其特征在于，其是含铝金属加压含浸于多孔碳化硅成形体而形 成的板状复合体，板厚t为2mm~6mm，面内的厚度偏差在t±0.3mm以内，所述板状复合体的 面内具有用于使所述板状复合体的凸面面向其他散热零件进行螺钉固定的四个以上的孔 部，相对于孔间方向（X方向）的长度l〇cm的翘曲量(Cx;ym)与相对于其垂直方向（Y方向）的 长度l〇cm的翘曲量(Cy;ym)的关系是50彡Cx彡250且0彡Cy彡200,使用了所述板状复合体的 功率模块中的该复合体主面的翘曲量是50<Cx<250且0<Cy<200。2. 根据权利要求1所述的碳化硅复合体，其表面背面两面被平均厚度为10~110M1的含 铝的金属层覆盖，表面背面的所述金属层的平均厚度之差在100μπι以下。3. 根据权利要求1所述的碳化硅复合体，其包括复合体部分(Α)与设置在复合体的至少 单面上的含铝的金属层(Β)，所述复合体部分(Α)的厚度的平均值(ΤΑ;μπι)与所述金属层(Β) 的两面的厚度的平均值之和(ΤΒ;μπι)的比（ΤΑ/ΤΒ)是10~30。4. 根据权利要求1或2所述的碳化硅质复合体，其中，所述金属层(Β)的表面侧的厚度的 平均值(ΤΒ1;μπι)和背面侧的厚度的平均值(ΤΒ2;μπι)之差的绝对值（| ΤΒ1 - ΤΒ2 | )与复合体 的最大长度(L;cm)之积在500以上且2000以下。5. 根据权利要求1~4中任意一项所述的碳化硅质复合体，其中，温度为25°C时的导热 系数在150W/mK以上，温度为25°C至300°C的线热膨胀系数是5X10- 6~10X10-6/K，温度为 25°C时的三点抗弯强度是150MPa~500MPa，温度为25°C时的弹性模量是150GPa~350GPa、 密度是2·8~3· lg/cm3〇6. 根据权利要求1~5中任意一项所述的碳化硅质复合体的制造方法，其特征在于，通 过在温度350 °C以上对碳化硅质复合体施加应力使其塑性变形，从而进行翘曲加工。7. -种散热零件，其特征在于，在权利要求1~5中任意一项所述的板状的碳化硅质复 合体上接合用于搭载半导体的陶瓷基板而形成。8. 根据权利要求7所述的散热零件，其中，陶瓷基板是氮化铝或氮化硅。9. 根据权利要求7或8所述的散热零件，将未接合所述用于搭载半导体的陶瓷基板的一 面介由散热膏安装于平面板时，在紧固扭矩为2N以上的条件下，所述面的90%以上与平面 板密合。
【文档编号】H01L23/12GK105981162SQ201580007131
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年2月2日
【发明人】纪元德, 广津留秀树, 宫川健志
【申请人】电化株式会社