CN101361184A - 铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件 - Google Patents

铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件 Download PDF

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Abstract

本发明提供适合作为电源模块用底板的铝－碳化硅复合体。该电源模块用底板是以铝为主要成分的金属浸渗入平板状碳化硅多孔体所形成的铝－碳化硅复合体，其特征在于，仅在一主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，在作为另一主面的背面上铝－碳化硅复合体露出，其形状为长方形或在长方形上附加了将外周部的孔部包围的部分而形成的形状。通过在一主面上配置铝层来赋予可镀性，通过磨削加工背面使铝－碳化硅复合体露出来提高平面度，进而通过控制上述铝层的厚度来控制背面磨削加工后的翘曲形状。

Description

铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件
技术领域
本发明涉及适合作为电源模块用底板的铝-碳化硅复合体以及使用该复合体的散热零件。
背景技术
近年来伴随着半导体元件的高集成化、小型化，使用时的发热量日趋增加，如何高效散热已成为技术问题。而且，作为电源模块用电路基板，如今使用通过在具有高绝缘性和高导热性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面形成铜制或铝制的金属电路并在背面形成铜制或铝制的金属散热板而得到的电路基板。
现有的电路基板的典型散热结构为在电路基板背面(散热面)的金属板例如铜板上锡焊底板而形成的结构，作为底板，通常为铜制。但该结构存在以下问题：当在半导体装置上施加热负荷时，焊锡层中产生由底板与电路基板的热膨胀系数差所引起的裂纹，其结果使散热不充分而引起半导体元件的误动作或损坏。
为此，作为热膨胀系数与电路基板接近的底板，提出了铝合金-碳化硅复合体(专利文献1)。但是专利文献1中的铝合金-碳化硅复合体，关于其形状、特别是翘曲形状未作记载，实际用作电源模块用底板时，有时无法获得充分的散热特性。
底板多与散热片接合使用，其接合部分的形状、翘曲也是重要的特性。例如将底板与散热片接合时，通常在接合部涂布高导热性的散热润滑油，并利用设置在底板周缘部的孔和螺丝将底板固定在散热片或散热单元等上，但如果底板上存在大量微小凹凸，则在底板与散热片之间会产生间隙，即使涂布高导热性的散热润滑油，导热性也会显著下降。其结果导致由陶瓷电路基板、底板、散热片等构成的模块整体的散热性显著下降。
因此，为了使底板与散热片之间尽量不产生间隙，采用事先赋予了凸形翘曲的底板。通常使用具有规定形状的夹具，在加热下对底板施加压力来获得该翘曲，但通过该方法得到的翘曲由于翘曲量偏差大，且形状不稳定，因此存在品质不稳定的问题。而且，还存在由于翘曲形状偏差和表面凹凸使底板与散热片之间仍然产生较大间隙的问题。
另外，还有通过机械加工对底板表面进行切削以赋予翘曲的方法。但在采用该方法时由于铝-碳化硅复合体非常硬，需要用金刚石等的工具进行大量磨削，因而存在成本增加的问题。
为了解决上述问题，已提出有如下方法：使以铝为主要成分的金属浸渗入平板状碳化硅多孔体，在两主面上设置由以铝为主要成分的金属形成的铝合金层，对散热面侧的铝合金层进行机械加工。
但是，在进行上述铝合金层的机械加工时，要求不得露出铝-碳化硅复合体。因此，考虑到底板自身的翘曲和变形、加工时的偏差，设于两主面的铝合金层的厚度不可避免要加厚，因此底板自身的热膨胀率变大，电源模块组装之际与陶瓷电路基板进行锡焊时，在陶瓷电路基板的散热面会产生凹坑。
此外，上述方法还存在以下问题：为了控制两主面的铝合金层厚度均匀并使铝-碳化硅复合体不露出，需要高级加工技术。
专利文献1：日本专利特表平3-509860号公报
发明的揭示
本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供适合作为电源模块用底板的铝-碳化硅复合体。
本发明者为了实现上述目的进行了潜心研究，结果发现：以铝为主要成分的金属浸渗入平板状碳化硅多孔体所形成的铝-碳化硅复合体，可通过在一主面(表面)上配置由铝合金形成的铝层来赋予可镀性，并对背面的铝层进行磨削加工使铝-碳化硅复合体露出以提高平面度。此外，还发现可通过控制铝层的厚度来控制对背面的铝层进行磨削加工后的翘曲形状，从而完成了本发明。
即，本发明涉及电源模块用底板，它是以铝为主要成分的金属(以下称铝合金)浸渗入平板状碳化硅多孔体所形成的铝-碳化硅复合体，其特征在于，仅在一主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，且铝-碳化硅复合体在作为另一主面的背面上露出，该底板的形状为长方形或在长方形上附加了将外周部的孔部包围的部分而形成的形状。
本发明还涉及外周部或外周部和孔部的周围由以铝为主要成分的金属层或陶瓷纤维、陶瓷颗粒和以铝为主要成分的金属的复合体形成的上述电源模块用底板，或以外周部的铝-碳化硅复合体露出为特征的上述电源模块用底板。
本发明还涉及背面翘曲量为在每10cm的长度上为0～200μm的上述电源模块用底板，背面凹坑深度为50μm以下的上述电源模块用底板，上述铝层的平均厚度为1～500μm的上述电源模块用底板，或上述铝层的平均厚度为1～100μm且厚度最大值与最小值之差为80μm以下的上述电源模块用底板。
此外，本发明还涉及导热系数为180W/mK以上且热膨胀系数为10×10-6/K以下的上述电源模块用底板，用高压锻造法制造铝-碳化硅复合体的上述电源模块用底板，或对上述电源模块用底板实施镀镍处理，形成厚1～20μm的镀膜，在形成了该镀膜的底板上接合半导体装载用陶瓷基板而构成的散热零件。
本发明的铝-碳化硅复合体具有热膨胀性低和导热性高这样的特性。通过在铝合金浸渍后对平板状铝-碳化硅复合体的一主面(背面)进行磨削加工，能显著改善成为散热面的加工面的平面度，与现有的在翘曲面上设置陶瓷电路基板的方法相比，由于与陶瓷电路基板进行锡焊后的散热性良好，因此特别适合作为要求高可靠性的装载半导体元件的电源模块的底板使用。
附图的简单说明
图1是表示本发明一实施方式的底板用铝-碳化硅复合体的说明图。
图2是表示本发明一实施方式的底板用铝-碳化硅复合体的说明图。
图3是表示本发明一实施方式的底板用铝-碳化硅复合体的说明图。
图4是表示本发明一实施方式的底板用铝-碳化硅复合体的说明图。
图5是表示本发明一实施方式的底板用铝-碳化硅复合体的说明图。
图6是表示实施例1的用轮廓形状测定仪测得的翘曲形状测定结果的图。
符号说明
1铝-碳化硅复合体
2铝合金
3贯穿孔
4表面铝层
5埋头孔
6固定用螺丝孔
实施发明的最佳方式
金属-陶瓷复合体的制造方法大致有浸渍法和粉末冶金法这2种。其中，粉末冶金法无法得到导热系数等特性方面充分令人满意的复合体，已商业化的金属-陶瓷复合体均采用浸渍法生产。浸渍法也包括各种制造方法，如在常压下进行的方法和在高压下进行的方法(高压锻造法)。高压锻造法有液态模锻法和压铸法。
本发明优选的方法为在高压下进行浸渍的高压锻造法，可以使用液态模锻法和压铸法中的任一种，更优选液态模锻法。高压锻造法是在高压容器内装填陶瓷多孔体(以下称预制件)，在高温、高压下使铝合金的熔液浸渗入其中而得到复合体的方法。
以下，说明本发明利用液态模锻法的制造方法的例子。
将作为原料的碳化硅粉末(根据需要添加例如二氧化硅等粘结材料)成形、烧结，制成预制件。将该预制件层叠制成一个粗坯的方法不受特殊限制，例如可列举以下方法。用涂布有脱模剂的脱模板夹住上述预制件而层叠制成一个粗坯的方法，在上述预制件的单面或两面上以直接相接的方式配置以氧化铝或二氧化硅为主要成分的纤维以及球状或破碎形状的颗粒、用脱模板夹住而制成一个粗坯的方法，以及将上述预制件收纳于型箱内时先在单面或两面上以直接相接的方式配置以氧化铝或二氧化硅为主要成分的纤维和/或球状或破碎形状的颗粒再收纳于型箱内、用脱模板夹住而层叠制成一个粗坯的方法。
接着，将上述粗坯在500～700℃左右下预热后，在高压容器内配置1个或2个以上，尽快供给铝合金的熔液以防止粗坯温度下降，在30MPa以上的压力下加压，使铝合金浸渗入预制件的空隙中，得到两主面上设有铝层的铝-碳化硅复合体。另外，为了消除浸渍时的变形，有时还对浸渍品进行退火处理。
本发明的铝-碳化硅复合体中的铝合金为了在浸渍时充分渗透到预制件的空隙内，熔点优选越低越好。作为上述铝合金，例如可列举含有7～25质量％硅的铝合金。若进一步含有镁，则碳化硅颗粒与金属部分的结合更牢固，成为优选。关于铝合金中的铝、硅、镁以外的金属成分，在特性不极端变化的前提下，没有特殊限制，例如可以含有铜等。
本发明为了形成均匀的规定厚度的铝层，优选通过成形或通过对烧结品进行平面加工以使预制件的面内厚度偏差在150μm以下、最好在50μm以下。若预制件的面内厚度偏差超过150μm，则所得铝-碳化硅复合体的表面上形成的铝层的厚度偏差变大，不理想。
上述预制件优选用涂布有脱模剂的脱模板夹住并层叠，或将例如含有60～95质量％以氧化铝或二氧化硅为主要成分的纤维以及40～5质量％球状或破碎形状颗粒的成形体夹于预制件的单面或两面与脱模板之间并层叠。通过将该成形体按上述方式预先配置，即可在预制件表面形成规定厚度的铝层，具有能容易地控制该铝层厚度的优点。若上述成形体中球状或破碎形状颗粒的含有率不足5质量％，则难以控制两主面的铝层厚度，对一主面的铝层进行切削加工后进行的退火处理有时导致翘曲形状发生较大变化。另一方面，若颗粒的含有率超过40质量％，则浸渍时的压力有时导致预制件破裂。
为了消除预制件的铝合金浸渍时的变形而进行的退火处理优选在400～550℃的温度下进行10分钟以上。若退火温度不足400℃，则上述复合体内部的变形有可能得不到充分释放而在机械加工后的退火处理工序中翘曲发生较大变化。另一方面，若退火温度超过550℃，则浸渍中使用的铝合金有时熔化。若退火时间不足10分钟，则即使退火温度在400～550℃，上述复合体内部的变形有时也得不到充分释放，在磨削加工后以消除加工变形为目的的退火处理工序中翘曲发生较大变化。
本发明涉及的多孔质碳化硅成形体(以下称SiC预制件)的制造方法不受特殊限制，可以用公知的方法制造SiC预制件。例如，在碳化硅粉末中添加二氧化硅或氧化铝等粘结材料并混合，成形，在800℃以上烧结来获得。成形方法也没有特殊限制，可以使用加压成形、挤出成形、浇铸成形等。此时，可以根据需要并用保形用粘合剂。
铝-碳化硅复合体特别重要的特性是导热系数和热膨胀系数。若铝-碳化硅复合体中的碳化硅(SiC)含有率高，则导热系数高，热膨胀系数变小，因而优选，但若SiC含有率过高，则铝合金的浸渍操作变得不再容易。从实用性而言，优选含有40质量％以上粒径为40μm以上的粗SiC颗粒，且SiC预制件的相对密度在55～75％的范围内。关于SiC预制件的强度，若弯曲强度在3MPa以上，则无须担心操作时和浸渍中的开裂，因而优选。
用于得到SiC预制件的原料SiC粉优选进行粒度调整。这是因为光是粗粉的话，强度显现不足，光是微粉的话，所得铝-碳化硅复合体不具有高导热系数。根据本发明者的研究，作为优选，可列举例如由40～80质量％的粒径为40μm以上的碳化硅粗粉和60～20质量％的粒径为15μm以下的碳化硅微粉混合而成的混合粉末。
通过将碳化硅粉末的成形体脱脂、烧结，可得到SiC预制件。若烧结温度在800℃以上，则无论在烧结时处于什么气氛，均可制成弯曲强度为3MPa以上的预制件。在氧化性气氛中，若在超过1100℃的温度下烧结，则碳化硅的氧化被促进，铝-碳化硅复合体的导热系数有可能下降。因此，在氧化性气氛中，优选在1100℃以下的温度下烧结。可根据SiC预制件的大小、烧结炉中的投入量、烧结气氛等条件来决定适宜的烧结时间。
本发明涉及的SiC预制件若要在成形时赋予规定的形状，则通过一块块进行干燥，或在SiC预制件间使用碳等隔离物重叠进行干燥，即可防止由干燥引起的翘曲形状变化。另外，在烧结时也进行与干燥时同样的处理，能防止伴随内部组织变化而产生的形状变化。
SiC预制件的形状优选为长方形形状(参照图1)或在长方形上附加了将外周部的孔部包围的部分而形成的形状(参照图2、图3)的平板。本发明的铝-碳化硅复合体由于复合化后作为电源模块用底板等使用，因此需要将外周部形成为规定的形状或在外周部形成安装孔等。此时，由于铝-碳化硅复合体非常硬，必须用金刚石等的工具进行大量磨削，因而存在成本增加这样的问题。因此，为了能容易地进行机械加工，优选事先将加工部分制成铝合金或由陶瓷纤维、陶瓷颗粒以及铝合金构成的易加工性复合体。
SiC预制件在底板面内所占的面积只要覆盖与陶瓷电路基板接合的部分即可，没有特殊限制，优选为底板面积的70％以上。与陶瓷电路基板接合的部分为铝-碳化硅复合体，这可以抑制两部件的热膨胀差，能提高接合部的可靠性。若SiC预制件的面积不足底板面积的70％，则所得底板自身的热膨胀率过大，翘曲形状以及接合部的可靠性有可能下降。
下面，对得到的铝-碳化硅复合体的加工方法的例子进行说明。本发明的铝-碳化硅复合体可以用NC车床、自动换刀数控机床等装置容易地对外周部以及孔部等进行机械加工。关于上述复合体的平面加工，可以用平面磨床、带式磨床等进行磨削加工，使铝-碳化硅复合体露出。此外，还可以利用车床等加工成任意的翘曲形状以精加工成球面形状。
用上述SiC预制件制作铝-碳化硅复合体后，可以用水喷射加工机、电火花加工机等对其外周部或外周部和孔部进行加工，使铝-碳化硅复合体在底板外周部的侧面露出(参照图4)。另外，用面积比底板形状大的SiC预制件制作铝-碳化硅复合体后，可以利用上述加工方法形成底板的外周部、孔部等，使铝-碳化硅复合体在外周部和孔部的侧面均露出(参照图5)。而且，对得到的加工品用平面磨床、带式磨床等进行平面加工，可制成本发明的电源模块用底板。
实施过加工的铝-碳化硅复合体在300～550℃的温度下进行10分钟以上的退火处理，形成翘曲。本发明的铝-碳化硅复合体在一主面(表面)具有铝层，通过进行上述退火处理，由于铝层与铝-碳化硅复合体的热膨胀差而产生翘曲。若退火温度不足300℃，则有时铝层与复合体的变形得不到充分释放，在锡焊等后续热处理工序中翘曲发生变化。另一方面，若退火温度超过550℃，则浸渍中使用的铝合金有时熔化。若退火时间不足10分钟，则即使退火温度在300～550℃，铝合金与复合体的变形也有可能得不到充分释放，在锡焊等后续热处理工序中翘曲可能发生变化。通过上述退火处理形成的翘曲形状由于是利用铝层与铝-碳化硅复合体的热膨胀差而形成，因此翘曲形状接近理想的球面形状(参照图6)。
露出铝-碳化硅复合体的磨削加工面(背面)退火后的翘曲量优选在每10cm的长度上为0～200μm。作为电源模块用底板使用时，若成为散热面的磨削加工面呈凹形翘曲，则在后续的模块组装工序中在底板与散热片之间产生间隙，即使在该间隙部涂布高导热性的散热润滑油，导热性也显著下降。其结果是，有时导致由陶瓷电路基板、底板、散热片等构成的模块的散热性显著下降。另外，若翘曲量超过200μm，则与散热片接合之际进行螺丝固定时，有时在底板和陶瓷电路基板上产生裂纹。
通过磨削加工散热面，可以将上述复合体的散热面制成凹凸少且凹坑深度为50μm以下的形状。若散热面的凹坑深度超过50μm，则作为电源模块用底板使用时，在后续的模块安装工序中在底板与散热片之间产生间隙，即使在该间隙部涂布高导热性的散热润滑油，导热性也显著下降。其结果是，有时导致由陶瓷电路基板、底板以及散热片等构成的模块的散热性显著下降。另外，上述凹坑深度为最大值。
电路基板面的翘曲量优选每10cm为-100～100μm。若电路基板面的翘曲量不在上述范围内，则电路基板接合时的焊锡厚度不均，且在锡焊时容易产生空洞，有时导致由陶瓷电路基板、底板以及散热片等构成的模块的散热性下降。
设于铝-碳化硅复合体表面的铝层(以下有时称为表面铝层)的厚度只要在对散热面侧进行磨削加工时无不利影响的范围内即可，平均厚度优选为1～500μm。用车床等对上述复合体表面进行机械加工，可将表面铝层的厚度调节到规定厚度。上述表面铝层是确保实施镀敷处理时的镀层密合性所必需的。若平均厚度不足1μm，则在后续的镀敷前处理等表面处理时铝-碳化硅复合体局部露出，在该部分有可能出现未镀覆或镀层密合性下降等问题。另一方面，若平均厚度超过500μm，则所得底板自身的热膨胀率过大，有时接合部的可靠性下降，或上述退火后形成的翘曲量过大。可根据所需翘曲量以及底板的板厚来适当决定表面铝层平均厚度的最佳值。
本发明的电源模块用底板更优选表面铝层的平均厚度为1～100μm且厚度最大值与最小值之差为80μm以下。若平均厚度在100μm以下，则可以使因表面铝层与铝-碳化硅复合体的热膨胀差而产生的变形量更小，以上述热循环特性为代表的翘曲形状的稳定性提高。若表面铝层厚度的最大值与最小值之差超过80μm，则会出现因表面铝层的厚度差所引起的波纹等，对陶瓷电路基板等进行锡焊时焊锡厚度不均，散热特性有可能下降。
本发明的电源模块用底板的由作为电源模块可靠性尺度的热循环试验(在-50℃～150℃的温差下保持10分钟)所测得的形状稳定性优异，例如，实施300次上述条件的热循环试验后的翘曲变化量是在每10cm的长度上为30μm以下。若翘曲变化量在每10cm的长度上超过30μm，则电源模块组装工序中在底板与散热片之间产生间隙，即使在间隙部涂布高导热性的散热润滑油，导热性也有可能显著下降。
本发明涉及的铝-碳化硅复合体具有良好的散热特性和应力松弛性，因此适合作为例如介于陶瓷电路基板与散热片等散热零件之间的底板使用。
本发明涉及的铝-碳化硅复合体作为电源模块用底板使用时，通过锡焊与陶瓷电路基板结合后使用。因此，必须在底板表面实施镀镍。镀敷处理方法不受特殊限制，可以是无电解镀处理、电镀处理法中的任一种。镀镍的厚度优选为1～20μm。若镀层厚度不足1μm，则局部产生镀层针孔，锡焊时出现焊锡空洞(空隙)，电路基板的散热特性下降，因而不优选。另一方面，若镀镍的厚度超过20μm，则有时会因为镀镍被膜与表面铝层的热膨胀差而出现镀层剥离。关于镀镍被膜的纯度，只要对焊锡润湿性没有不利影响即可，无特殊限制，可以含有磷、硼等。
本发明的铝-碳化硅复合体优选导热系数为180W/mK以上，热膨胀系数为10×10-6/K以下。除上述效果外，由于具有高导热系数且具有与半导体零件、陶瓷电路基板同等水平的低膨胀率，因此使用了该复合体的散热零件以及使用了该散热零件的电源模块在散热特性方面表现优异，即使有温度变化也不易变形，因而具有能得到高可靠性的优点。
实施例
(实施例1～4)
称取碳化硅粉末A(太平洋蓝登株式会社制：NG-220、平均粒径：60μm)210g、碳化硅粉末B(屋久岛电工株式会社制：GC-1000F、平均粒径：10μm)90g以及二氧化硅溶胶(日产化学株式会社制：Snowtex)30g，用搅拌混合机混合30分钟后，在压力10MPa下加压成形制成190mm×140mm×5.8mm尺寸的平板状。
将得到的成形体在温度120℃下干燥2小时后，在大气中、温度900℃下烧结2小时，得到相对密度为65％的SiC预制件。将得到的SiC预制件在平面磨床上用金刚石制的砂轮按表1所示厚度进行平面加工，然后用自动换刀数控机床按图2中1所示的形状对外周部进行加工。另外，图2用横截面(A-A截面的B-B’部)模式表示铝-碳化硅复合体。图1以及图3～5也同样如此。
[表1]
※1层叠条件：180×130×0.2mm氧化铝纤维的片数
将得到的SiC预制件装入具有熔液能流入的浇口的185×135×5.5mm的铁制型箱中，此时，实施例2、3、4的SiC预制件先在A面和B面中的至少一面上重叠180mm×130mm×0.2mm的氧化铝纤维(田中制纸株式会社制，纯度97％)，然后收纳于铁型箱内，用碳涂层不锈钢板夹住两面而形成一体，并将其用电炉预热至600℃。接着，将其收纳于事先已加热的内径300mm的加压模内，注入含有12质量％硅、0.5质量％镁的铝合金熔液，在100MPa的压力下加压20分钟，使铝合金浸渗到SiC预制件中。冷却至室温后，用湿式带锯切断铁型箱等，使夹持的不锈钢板脱离，然后，为了消除浸渍时的变形，在530℃的温度下进行3小时退火处理，得到铝-碳化硅复合体。
在得到的铝-碳化硅复合体的缘周部的8处加工形成直径7mm的贯穿孔，4处加工形成直径10-4mm的埋头孔，切断浇口部分后，在平面磨床上用金刚石制的砂轮对单面(表1的A面)进行0.5mm磨削加工，制成185×135×5mm的形状。图2表示按上述操作得到的铝-碳化硅复合体。图2中，1是铝-碳化硅复合体，2是铝合金，3是贯穿孔，4是表面铝层，5是埋头孔。
为了消除加工时的变形，用电炉在530℃的温度下对得到的加工体进行1小时退火处理。接着，在压力0.4MPa、运送速度1.0m/min的条件下用氧化铝磨料进行喷砂处理，净化后，进行无电解镀Ni-P及Ni-B。从而在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。
对得到的铝-碳化硅复合体，通过机械加工沿各样品的对角线进行切断，分别在对角线上等间距的20处测定因切断而露出的一主面的铝层厚度，算出其平均厚度。另外，通过磨削加工由各样品制成热膨胀系数测定用试验片(直径3mm、长10mm)和导热系数测定用试验片(直径11mm、厚3mm)。用各试验片，用热膨胀计(精工电子工业株式会社制：TMA300)测定25～250℃的热膨胀系数，用激光闪光法(理学电机株式会社制：LF/TCM-8510B)测定25℃的导热系数。关于翘曲形状，使用轮廓形状测定仪(东京精密株式会社制：CONTOURECORD 1600D-22)，测定各样品在每10cm的长度上的翘曲量和凹坑深度。结果如表2所示。另外，用轮廓形状测定仪测定的实施例1的翘曲形状测定结果如图6所示。
[表2]
※2范围＝最大值与最小值之差
※3磨削面(A面)长度方向中央部分在每10cm的长度上的翘曲量铝层厚度是非磨削面(B面)的测定值
用实施例1的镀件，在-40℃～150℃的温度范围内进行300次热循环试验。实施例1的热循环试验后在每10cm的长度上的翘曲量为45μm。
(实施例5、6)
用碳化硅粉末C(太平洋蓝登株式会社制：NG-150、平均粒径：100μm)195g、碳化硅粉末B(屋久岛电工株式会社制：GC-1000F、平均粒径：10μm)105g以及二氧化硅溶胶(日产化学株式会社制：Snowtex)30g作为原料，除此之外用与实施例1相同的方法得到相对密度为66％的SiC预制件。将得到的SiC预制件在平面磨床上用金刚石制的砂轮按表3的厚度进行平面加工，然后用自动换刀数控机床按图3中1所示的形状加工外周部和孔部。
[表3]
Figure A20068005103200152
※1层叠条件：180×130×0.2mm氧化铝纤维的片数
实施例6在得到的SiC预制件的单面(B面)上层叠180mm×130mm×0.2mm的氧化铝纤维(田中制纸制，纯度97％)，用碳涂层不锈钢板夹住两面形成一体，并将其用电炉预热至600℃。然后，将其收纳于事先已加热的内径300mm的加压模内，注入含有12质量％硅和0.5质量％镁的铝合金熔液，在100MPa的压力下加压20分钟，使铝合金浸渗到SiC预制件中。冷却至室温后，使夹持的不锈钢板脱离，然后，为了消除浸渍时的变形，在530℃的温度下进行3小时退火处理，得到铝-碳化硅复合体。
将得到的铝-碳化硅复合体在平面磨床上用金刚石制的砂轮对单面(表3的A面)进行0.5mm磨削加工后，如图3所示，在缘周部的8处加工形成直径7mm的贯穿孔，在4处加工形成直径4mm的固定用螺丝孔6，将外周部加工成187×137mm(角部为R7mm)。然后，为了消除加工时的变形，用电炉在530℃的温度下进行1小时退火处理。接着，在压力0.4MPa、运送速度1.0m/min的条件下用氧化铝磨料进行喷砂处理，净化后，进行无电解镀Ni-P及Ni-B，在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。对得到的复合体进行与实施例1同样的评价。结果如表4所示。
[表4]
Figure A20068005103200161
※2范围＝最大值与最小值之差
※3磨削面(A面)长度方向中央部分在每10cm的长度上的翘曲量铝层厚度是非磨削面(B面)的测定值
(实施例7)
将SiC预制件形状制成190×140×5.3mm，除此之外用与实施例5相同的方法制作铝-碳化硅复合体。将得到的复合体在平面磨床上用金刚石制的砂轮对单面进行0.3mm磨削加工，然后在缘周部的8处加工形成直径7mm的贯穿孔3，在4处加工形成直径4mm的固定用螺丝孔6，用水喷射加工机将外周部加工成187×137mm(角部为R7mm)(参照图4)。然后，为了消除加工时的变形，用电炉在530℃的温度下进行1小时退火处理。接着，在压力0.4MPa、运送速度1.0m/min的条件下用氧化铝磨料进行喷砂处理，净化后，进行无电解镀Ni-P及Ni-B。在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。对得到的复合体进行与实施例1同样的评价。结果如表5所示。
[表5]
Figure A20068005103200171
※2范围＝最大值与最小值之差
※3磨削面(A面)长度方向中央部分在每10cm的长度上的翘曲量铝层厚度是非磨削面(B面)的测定值
(实施例8)
将实施例5的SiC预制件形状制成190×140×5.3mm，在不进行孔加工的情况下使用，除此之外用与实施例5相同的方法制作铝-碳化硅复合体。将得到的复合体在平面磨床上用金刚石制的砂轮对单面进行0.3mm磨削加工，然后用水喷射加工机在缘周部的8处加工形成直径7mm的贯穿孔3，将外周部加工成187×137mm(角部为R7mm)(参照图5)。接着，用与实施例5相同的方法进行退火处理、喷砂处理、镀敷处理。对得到的复合体进行与实施例1同样的评价。结果如表6所示。
[表6]
※2范围＝最大值与最小值之差
※3磨削面(A面)长度方向中央部分在每10cm的长度上的翘曲量铝层厚度是非磨削面(B面)的测定值
(实施例9)
将实施例5的SiC预制件形状改为180×110×5.3mm(参照图1)，除此之外用与实施例5相同的方法制作铝-碳化硅复合体，进行机械加工、镀敷处理。对得到的复合体进行与实施例1同样的评价，其结果如表7所示。
[表7]
Figure A20068005103200173
※2范围＝最大值与最小值之差
※3磨削面(A面)长度方向中央部分在每10cm的长度上的翘曲量铝层厚度是非磨削面(B面)的测定值
(实施例10)
将实施例1的铝-碳化硅复合体进行孔加工、浇口切断、平面加工后，为了赋予该复合体以翘曲，准备碳制的具有曲率半径为10000mm的球面的凹模和凸模。将该凹模和凸模安装于热压机，加热，使模表面温度为510℃。在该凹模与凸模之间配置上述复合体，以40Kpa加压。此时，使复合体的侧面与热电偶接触进行测温。在复合体的温度变为500℃后保持3分钟，然后解除加压，自然冷却到50℃。对得到的复合体的凸面侧(磨削加工面)的翘曲进行测定，结果：在每10cm的长度上的翘曲量为140μm。
(实施例11)
将实施例1的铝-碳化硅复合体进行孔加工、浇口切断后，用金刚石制的砂轮将其单面用自动换刀数控机床磨削加工成曲率半径为15000mm的凸面。然后，为了消除加工时的变形，用电炉在530℃的温度下进行1小时退火处理。对得到的复合体的凸面侧(磨削加工面)的翘曲进行测定，结果：在每10cm的长度上的翘曲量为120μm。
产业上利用的可能性
本发明的铝-碳化硅复合体由于具有热膨胀性低和导热性高这样的特性，因此可用作为电源模块用底板。
另外，在此引用2006年1月13日提出申请的日本专利申请2006-005475号说明书、权利要求书、附图以及摘要的全部内容作为本发明说明书的揭示。

Claims (12)

1.电源模块用底板，它是以铝为主要成分的金属浸渗入平板状碳化硅多孔体而形成的铝-碳化硅复合体，其特征在于，仅在一主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，在作为另一主面的背面上铝-碳化硅复合体露出，露出的铝-碳化硅复合体的形状为长方形或在长方形上附加了将外周部的孔部包围的部分而形成的形状。
2.如权利要求1所述的电源模块用底板，其特征在于，外周部由以铝为主要成分的金属层，或陶瓷纤维、陶瓷颗粒和以铝为主要成分的金属的复合体构成。
3.如权利要求2所述的电源模块用底板，其特征在于，外周部由以铝为主要成分的金属层，或陶瓷纤维、陶瓷颗粒和以铝为主要成分的金属的复合体构成，在所述外周部设有孔部。
4.如权利要求1所述的电源模块用底板，其特征在于，外周部的铝-碳化硅复合体露出。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，背面的翘曲量是在每10cm的长度上为0～200μm。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，背面的凹坑深度为50μm以下。
7.如权利要求1～6中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，所述铝层的平均厚度为1～500μm。
8.如权利要求1～6中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，所述铝层的平均厚度为1～100μm，且厚度的最大值与最小值之差为80μm以下。
9.如权利要求1～8中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，导热系数为180W/mK以上，且热膨胀系数为10×10-6/K以下。
10.如权利要求1～9中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，用高压锻造法制造铝-碳化硅复合体。
11.如权利要求1～10中任一项所述的电源模块用底板，其特征在于，所述碳化硅多孔体在底板面内所占面积为底板面积的70％以上。
12.散热零件，其特征在于，对权利要求1～11中任一项所述的电源模块用底板实施镀镍处理，形成厚1～20μm镀膜，在形成了所述镀膜的底板上接合半导体装载用陶瓷基板而构成。
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