CN106463484B - 铝-碳化硅质复合体及功率模块用基底板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适合作为功率模块用基底板的铝‑碳化硅质复合体。一种铝‑碳化硅质复合体，其特征在于，在将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的板厚2～6mm的平板状铝‑碳化硅质复合体的外周，设置以含有平均纤维径为20μm以下且平均纵横比为100以上的陶瓷纤维的铝‑陶瓷纤维复合体作为主体的外周部，铝‑陶瓷纤维复合体在外周部所占的比例为50面积％以上。

Description

铝-碳化硅质复合体及功率模块用基底板
技术领域
本发明涉及适合作为功率模块用基底板的铝-碳化硅质复合体及使用该铝-碳化硅质复合体的功率模块用基底板。
背景技术
目前，随着半导体元件的高集成化、小型化，发热量日趋增加，如何使其高效地散热成为课题。于是，将在具有高绝缘性·高热传导性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面上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的电路基板用作功率模块用电路基板。
现有电路基板的典型散热结构是基底板隔着电路基板的背面(散热面)的金属板、例如铜板被焊接(日文：半田付け)而成的结构，作为基底板，通常使用铜。然而，在该结构中存在如下问题：在对半导体装置施加热负荷的情况下，在焊料层中因基底板和电路基板的热膨胀系数差而产生裂痕，其结果是，其散热变得不充分、半导体组件误动作或破损。
因此，作为热膨胀系数接近电路基板的热膨胀系数的基底板，提出了铝-碳化硅质复合体。作为该基底板用的铝-碳化硅质复合体的制法，将碳化硅多孔体加压浸透在铝合金的熔融金属中的熔融金属锻造法(专利文献1)、以非加压方式使铝合金的熔融金属浸透碳化硅多孔体的非加压含浸法(专利文献2)已被实用化。
然而，在制作如上所述的散热组件等的情况下，要求对铝-碳化硅质复合体进行高精度的外形加工或螺纹孔加工等，为了进行该加工而复合有碳化硅，因此有被加工性差、成本变高的问题。
于是，为解决上述问题，惯例是预先将铝-多孔质碳化硅成形体的加工部分制成被加工性优异的铝合金，利用公知的金属加工方法进行外形加工或螺纹孔加工。
[专利文献1]日本专利特许3468358号
[专利文献1]日本专利特表平5-507030号公报
发明内容
功率模块大多隔着基底板与散热翅片接合而使用，其接合部分的形状或翘曲也被作为重要特性而列举出来。在将铝-碳化硅质复合体用作功率模块用基底板的情况下，反复使用时，因铝-碳化硅质复合体的外周铝合金部与铝-碳化硅质复合体的热膨胀系数差而产生热应力，有时使铝-碳化硅质复合体出现弯曲或凹坑，基底板与散热翅片的密合性降低，热传导性显著降低。进而，因为铝-碳化硅质复合体的形状歪斜，有时对铝-碳化硅质复合体施加负荷而出现裂痕。
另外，在将多孔质碳化硅成形体浸透在铝合金中并冷却时，由铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差而产生的热应力发生残留。铝合金因为强度低，所以有时会以外周加工等的应力为起点，释放残留应力，在外周铝合金部及铝-碳化硅质复合体中出现裂痕。
本发明的课题在于提供一种降低铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差、且更具有可靠性的铝-碳化硅质复合体。
即，本发明为一种铝-碳化硅质复合体，其特征在于，在包含板厚2～6mm的平板状铝-碳化硅质复合体的第一相的除了两个主面以外的外周，具有包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，该铝-碳化硅质复合体是将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的，所述铝-陶瓷纤维复合体以体积率3～20％的比例含有平均纤维径为20μm以下、平均纵横比为100以上的陶瓷纤维，该第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体的存在比例是上述第一相的外周面积的50面积％以上。
本发明中，优选铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200MPa以上，150℃下的强度为150MPa以上。
本发明中，能够以铝-碳化硅质复合体的两个主面或单个主面被铝合金层或铝-陶瓷纤维层覆盖的方式构成。
本发明中，优选第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体中的陶瓷纤维的含有率相对于铝-陶瓷纤维复合体整体为3～20体积％。另外，优选陶瓷纤维包含选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、碳化硅及氮化硅中的一种或二种以上。
另外，本发明为一种功率模块用基底板，其特征在于，该功率模块用基底板是对上述铝-碳化硅质复合体的表面实施镀敷而成的。
本发明通过使包含铝-碳化硅质复合体的第一相的外周部为包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，可减低铝-碳化硅质复合体与外周部的热膨胀系数差，能改善在反复使用时的形状稳定性。本发明因为在与陶瓷电路基板进行焊接后的散热性良好，所以特别适合用作要求高可靠性的功率模块的基底板。
具体实施方式
本发明是将在多孔质碳化硅成形体的外周部邻接设置陶瓷纤维而成的成形体浸透在含有铝的金属中而得的复合体。本发明的复合体具有下述结构：使将多孔质碳化硅成形体浸透在铝合金中的铝-碳化硅质复合体的外周部与将陶瓷纤维浸透在铝合金中的铝-陶瓷纤维复合体相互邻接。因此，铝-碳化硅质复合体与铝-陶瓷纤维复合体彼此被相同金属连续地连接。因而，具有可防止在相互邻接的多孔质碳化硅成形体与陶瓷纤维所形成的界面发生剥离等效果。本发明中的铝-碳化硅质复合体的结构例记载于图1、2，但本发明不受此所限。
本发明中，设于铝-碳化硅质复合体(第一相)的外周部的铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的存在比例优选为铝-碳化硅质复合体(第一相)的除了两个主面以外的外周部的50面积％以上。小于50面积％时，无法降低外周铝合金部与铝-碳化硅质复合体(第一相)的热膨胀系数差，有可能在反复使用时出现弯曲或凹坑、或由于在浸透及冷却时因铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差而产生的热应力导致外周铝合金部及铝-碳化硅质复合体(第一相)出现裂痕。应予说明，所谓“主面”是指表面或背面，所谓“两个主面”是指表背两面，所谓“一个主面”或单个“单个主面”是指表面或背面中的任一面。
本发明中，所谓多孔质碳化硅成形体是指具有可浸透金属的气孔、且在浸透操作等中不易发生变形、破坏等、例如具有10MPa左右的机械强度的成形体，例如可举出烧结体。另外，本发明中，陶瓷纤维是指纤维状的无机化合物的集合体，并不特别要求机械强度，可为毛毡、垫子等任一状态。
作为陶瓷纤维，可使用含有氧化铝、二氧化硅、氮化硼、碳化硅、氮化硅等的市售品。其中，因廉价且容易取得而优选含有氧化铝、二氧化硅。另外，因为在纤维方向上的热传导率高、容易散热而优选含有碳化硅。
另外，本发明优选铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200MPa以上，150℃下的强度为150MPa以上。若热膨胀系数为20×10-6/K以上，则铝-碳化硅质复合体(第一相)与铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的热膨胀系数差变大，在第一相及第二相出现裂痕，并不理想。另外，25℃下的强度小于200MPa，150℃下的强度小于150MPa时，则因外周加工等机械加工时产生的应力而在铝-陶瓷纤维复合体(第二相)中出现裂痕，并不理想。
本发明中使用的陶瓷纤维的体积率优选为3～20体积％。如果超过20体积％，则陶瓷纤维的含有率过高，有时在铝-陶瓷纤维复合体表面大量露出陶瓷纤维，使镀敷密合性降低。另一方面，如果体积率小于3体积％，则铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数变高，并不理想。
另外，优选本发明中使用的陶瓷纤维的平均纤维径为20μm以下，平均纵横比为100以上。平均纵横比小于100或平均纤维径超过20μm时，铝-陶瓷复合体中大量存在强度低的玻璃质粗大粒子，因外周加工等机械加工所致的应力而以玻璃质粗大粒子为起点产生裂痕，故并不理想。所谓“平均纤维径”是指利用扫描型电子显微镜观测20根以上的陶瓷纤维，通过图像分析对各纤维的直径进行计算测量而得的值的平均值。所谓“平均纵横比”是指将与上述“平均直径”同样地测定得到的“平均长度”除以“平均直径”而得的值。
铝-碳化硅质复合体的制法大致分为含浸法与粉末冶金法两种。其中，粉末冶金法无法获得热传导率等特性充分的产品，实际被商品化的是利用含浸法获得的产品。含浸法也有各种制法，有在常压下进行的方法与在高压下进行的方法(高压锻造法)。高压锻造法有熔融金属锻造法与模铸法。
适合于本发明的方法为在高压下进行浸透的高压锻造法，虽然也可使用熔融金属锻造法与印模压铸法中的任一方法，但更优选熔融金属锻造法。高压锻造法是在高压容器内装填多孔质碳化硅成形体，并将其在高温、高压下浸透在铝合金的熔融金属中而获得复合体的方法。
以下，对于本发明，说明利用熔融金属锻造法的制法例。
对作为原料的碳化硅粉末(根据需要添加例如二氧化硅等结合材料)进行成形、烧结而制作多孔质碳化硅成形体。对多孔质碳化硅成形体的制造方法无特别限制，可通过公知方法制造。例如，可将二氧化硅或氧化铝等作为结合材料添加在碳化硅粉末中，进行混合、成形，并通过在800℃以上进行烧结而获得。对于成形方法也没有特别限制，可使用加压成形、挤出成形、浇注成形等，可根据需要并用保形用粘着剂。
本发明中，为了形成规定厚度的均匀铝层，优选以使多孔质碳化硅成形体的面内的厚度不均为100μm以下、优选30μm以下的方式对成形或烧结品进行面加工。多孔质碳化硅成形体的面内的厚度不均超过100μm时，所获得的铝-碳化硅质复合体的表面铝层的厚度不均变大，故并不理想。
在多孔质碳化硅成形体的外周邻接配置陶瓷纤维。陶瓷纤维以相对于多孔质碳化硅成形体的外周为50面积％以上的方式配置。然后，将多孔质碳化硅成形体以涂布有脱模剂的脱模板包夹进行层叠，制成一个块组(block)。在将该多孔质碳化硅成形体层叠制成一个块组时，以面方向的安装扭矩达到1～20Nm的方式用脱模板包夹进行层叠。对层叠方法无特别限定，例如可举出如下方法：将多孔质碳化硅成形体以涂布有脱模剂的不锈钢制脱模板包夹进行层叠后，在两侧配置铁制的板并以螺栓连结，以规定的安装扭矩进行紧固、制成一个块组。对于面方向的合适的安装扭矩，根据所使用的多孔质碳化硅成形体的强度而不同，但安装扭矩小于1Nm时，有时所获得的铝-碳化硅质复合体的表面铝层的厚度变厚，厚度差变得过大。另一方面，若安装扭矩超过20Nm，则所获得的铝-碳化硅质复合体的表面铝层局部变得过薄，在之后的镀敷前处理等表面处理时，有时铝-碳化硅质复合体部分露出，在该部分产生无镀敷，镀敷密合性降低等问题。
另外，在对多孔质碳化硅成形体进行层叠时，也可在多孔质碳化硅成形体的两个主面或一个主面上将含有氧化铝或二氧化硅的陶瓷纤维夹在与脱模板之间并层叠。通过邻接陶瓷纤维，能够更均匀地控制铝-碳化硅质复合体的铝合金层的厚度，故而优选。
然后，将上述块组在500～750℃左右下进行预热后，在高压容器内配置1个或2个以上，为防止块组的温度降低而尽可能快速地供给铝合金的熔融金属，并在30MPa以上的压力下进行加压。藉此，通过使铝合金浸透多孔质碳化硅成形体的空隙中及陶瓷纤维的间隙，可获得在外周具有铝-陶瓷纤维复合体、在两个主面或一个主面设有铝层的铝-碳化硅质复合体。另外，在多孔质碳化硅成形体的两个主面或一个主面上层叠含有氧化铝或二氧化硅的陶瓷纤维的情况下，在铝-碳化硅质复合体的两个主面或一个主面设置铝-陶瓷纤维层。应予说明，以去除浸透时的变形为目的，有时也进行含浸品的退火处理。
对本发明中使用的铝合金并无特别限制，可使用通用的铝合金。从呈现铸造容易性、高热传导性的方面考虑，特别优选Si含有量为4～10％的AC2A、AC2B、AC4A、AC4B、AC4C、AC8B、AC4D、AC8C、ADC10、ADC12等铸造用铝合金或1000系、2000系、3000系、4000系、5000系、6000系、7000系的延展用铝合金。
铝-碳化硅质复合体特别重要的特性为热传导率与热膨胀系数。铝-碳化硅质复合体中的碳化硅含有率高者，热传导率变高，热膨胀系数变小，故而优选，但在含有率并不太高的情况下，铝合金的浸透操作变得并不容易。从实用角度来看，优选多孔质碳化硅成形体的相对密度在50～80％的范围内。另外，多孔质碳化硅成形体的强度以弯曲强度计为3MPa以上时，无须担心在处理时或浸透中破裂，故而优选。
设于铝-碳化硅质复合体表面的包含铝合金的铝层的厚度，其平均厚度为0.05mm～0.3mm，优选为0.05mm～0.1mm。也可对铝-碳化硅质复合体表面进行研削加工而将铝层的厚度调整为规定厚度。为确保在实施镀敷处理时的镀敷密合性，铝层是必要的。平均厚度小于0.05mm时，有时在之后的镀敷前处理等表面处理时铝-碳化硅质复合体部分地露出，在该部分产生无镀敷，镀敷密合性降低等问题。另一方面，若平均厚度超过0.3mm，则有时所获得的基底板自身的热膨胀率变得过大而接合部的可靠性降低。进而，若平均厚度超过0.3mm，则也有铝层的厚度差变大的情况。
将铝-碳化硅质复合体用作功率模块用基底板的情况下，两个主面的铝层的平均厚度差为0.05mm以下。功率模块用基底板是在铝-碳化硅质复合体的两个主面上具备铝层而成的构造，由于铝-碳化硅质复合体与铝层的热膨胀率不同，所以在两个主面的铝层的平均厚度差超过0.05mm时，在之后的功率模块组装工序中施加热循环时有翘曲改变的问题。
接下来，就所获得的铝-碳化硅质复合体的加工方法的例子进行说明。本发明的铝-碳化硅质复合体可使用NC车床、加工中心等装置容易地对外周部及穴部等进行机械加工。
施加形状加工后的铝-碳化硅质复合体是一边以可成为规定的翘曲形状的方式施加10KPa以上的应力、一边在温度450～550℃下进行30秒以上的加热处理，由此使铝-碳化硅质复合体蠕变变形而赋予翘曲。赋予翘曲处理后的铝-碳化硅质复合体根据需要在300℃～400℃的温度下进行退火处理，除去在进行赋予翘曲时所产生的残留应力。本发明的功率模块用基底板通过将表面的铝层的厚度控制为非常薄且均匀，使翘曲形状成为与弯曲或凹坑少的理想球面形状相近的翘曲形状。
也可在使用多孔质碳化硅成形体制作铝-碳化硅质复合体后，对散热面进行平面研削加工、使铝-碳化硅质复合体露出。在对散热面进行平面研削加工使铝-碳化硅质复合体露出后，通过在500℃～560℃的温度下进行1分钟以上的退火处理，在铝-碳化硅质复合体的一个主面的铝合金层与铝-碳化硅质复合体的热膨胀差作用下产生接进理想球面形状的翘曲。
进而，本发明的功率模块用基底板的板厚为2mm～6mm。板厚小于2mm时，用作功率模块用基底板的情况下，会导致朝向基底板的面方向的散热性降低，功率模块的散热性降低，故不理想。另一方面，若板厚超过6mm，则基底板自身的热阻会变大、使功率模块的散热性降低，故不理想。
本发明的铝-碳化硅质复合体在用作功率模块用基底板的情况下，通常利用焊接与陶瓷电路基板接合而使用。因此，必须对铝-碳化硅质复合体表面实施Ni镀敷。镀敷处理方法无特别限定，可为无电解镀敷处理、电镀处理法中的任一种。Ni镀敷的厚度优选为1～20μm。镀敷厚度小于1μm时，有时部分地产生镀敷针孔，焊料焊接时产生焊料空隙(ポイド，void)，来自电路基板的散热特性降低。另一方面，在Ni镀敷的厚度超过20μm时，有时因Ni镀膜与表面铝合金的热膨胀差而产生镀敷剥离。关于Ni镀膜的纯度，只要对焊料浸润性无影响即可，无特别限制，可含有磷、硼等。进而，也可对Ni镀敷表面实施镀金。
实施例
以下，基于实施例、比较例，对本发明进行更详细的说明，但本发明不受此所限。
[实施例1]
秤取碳化硅粉末A(Pacific Rundum Co,Ltd.(大平洋ランダム社)制：NG-150，平均粒径：100μm)100g、碳化硅粉末B(Pacific Rundum Co,Ltd.制：NG-220，平均粒径：60μm)100g、碳化硅粉末C(屋久岛电工株式会(屋久島電工社)社制：GC-1000F，平均粒径：10μm)100g、及二氧化硅溶胶(日产化学株式会社(日産化学社)制：SNOWTEX)30g，以搅拌混合机混合30分钟后，以10MPa的压力加压成形为190mm×140mm×5.5mm尺寸的平板状。
将所获得的成形体在温度120℃下干燥2小时后，于大气中，在温度950℃下烧结2小时，获得相对密度为65％的多孔质碳化硅成形体。将获得的多孔质碳化硅成形体在平面磨床上使用金刚石制磨石进行面加工成4.8mm的厚度后，用加工中心对外周部进行加工，以使外形尺寸为183×133mm。对获得的多孔质碳化硅成形体的3点弯曲强度进行测定的结果为10MPa。
在所获得的多孔质碳化硅成形体的外周的两个长边((铝-陶瓷纤维复合体在外周部所占有的比例：58面积％))邻接配置莫来石质的陶瓷纤维((平均纤维径15μm、平均纵横比120、体积率5体积％))，将两面用涂布有碳的210mm×160mm×0.8mm尺寸的不锈钢板包夹并层叠30片后，在两侧配置6mm厚度的铁板，用6支M10的螺栓连结并以使面方向的安装扭矩达到3Nm的方式用扭力扳手紧固而制成一个块组。然后，用电炉将成为一体的块组预热为600℃后，放进预先加热的内径400mmφ的加压模内，注入含有硅12质量％、镁0.8质量％的铝合金的熔融金属，以100MPa的压力加压20分钟而使铝合金浸透碳化硅质多孔体。在冷却到25℃后，以湿式带锯沿着脱模板的形状切断，剥下包夹的不锈钢板后，为了除去浸透时的变形而在530℃的温度进行3小时退火处理，获得铝-碳化硅质复合体。
在所获得的铝-碳化硅质复合体的周缘部的8处加工直径7mm的贯通孔，在4处加工φ10-4mm的沉孔，将外周的铝部及铝-陶瓷纤维复合体部用NC车床进行加工，形成187mm×137mm×5.0mm的形状。然后，因为要对该铝-碳化硅质复合体赋予翘曲，故准备碳制且设有曲率半径15000mm的球面的凹凸模。将该凹凸模装设于热压机，加热使模具的表面温度达到470℃。在该凹凸模之间配置上述复合体并以400KPa进行加压。此时，使该复合体的侧面与热电偶接触进行测温。从复合体的温度达到450℃的时间点保持3分钟后，解除加压，自然冷却到50℃。然后，为除去变形而在电炉中在350℃的温度下进行1小时退火处理。所获得的复合体使用轮廓形状测定机(东京精密株式会社(東京精密社)制；轮廓形状测定机1600D-22)，测定每10cm长度的翘曲的结果是每10cm长度被附加了80μm的翘曲。
将所获得的铝-碳化硅质复合体以压力0.4MPa、搬运速度1.0m/分钟的条件利用氧化铝磨粒进行喷砂处理而净化后，进行无电解Ni-P及Ni-B镀敷。在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。
由所获得的铝-碳化硅质复合体，通过研削加工制作热膨胀系数测定用试验体(纵20mm、横4mm、厚度4mm的板状体)、热传导率测定用试验体(纵10mm、横10mm、厚度1mm的板状体)、强度测定用试验体(纵40mm、横4mm、厚度3mm的板状体)。使用各试验体，针对第一相，利用热膨胀计(精工电子株式会社(セイコー電子工業社)制；TMA300)测定25℃～150℃的热膨胀系数，利用激光闪光法(理学电机株式会社(理学電機社)制；TC-7000)测定25℃的热传导率，利用抗弯强度计(今田制作所(今回製作所)制；SV-301)测定25℃的3点弯曲强度。将所获得的结果示于表1。
接着，由所获得的铝-碳化硅质复合体的外周铝-陶瓷纤维复合体部(第二相)，通过研削加工制作热膨胀系数测定用试验体(纵20mm、横4mm、厚度4mm的板状体)、强度测定用试验体(纵40mm、横4mm、厚度3mm的板状体)。使用各试验体，针对第二相，利用热膨胀计(精工电子工业株式会社制；TMA300)测定25℃～150℃的热膨胀系数，利用抗弯强度计(今田制作所制；SV-301)测定25℃及150℃的3点弯曲强度。将所获得的结果示于表1。
使用实施例1的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。实施例1的热循环试验后，确认在铝-碳化硅质复合体无弯曲或凹坑形状。另外，经目视确认外周部发现无裂痕，通过超声波探伤装置进行了内部探伤检查，在铝-碳化硅质复合体上无裂痕。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例1的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽内保持30分钟的热循环试验(500次)，然后，通过超声波探伤确认外观及接合状态，确认在作为接合层的焊料上无裂痕。将所获得的结果示于表2。
[实施例2]
秤取碳化硅粉末A(Pacific Rundum Co,Ltd.制：NG-150，平均粒径：100μm)100g、碳化硅粉末B(Pacific Rundum Co,Ltd.制：NG-220，平均粒径：60μm)100g、碳化硅粉末C(屋久岛电工株式会社制：GC-1000F，平均粒径：10μm)100g、及二氧化硅溶胶(日产化学株式会社制：SNOWTEX)30g，以搅拌混合机混合30分钟后，以10MPa的压力加压成形为190mm×140mm×5.5mm尺寸的平板状。
将所获得的成形体，在温度120℃下干燥2小时后，于大气中，在温度950℃下烧结2小时，获得相对密度65％的多孔质碳化硅成形体。所获得的多孔质碳化硅成形体在平面磨床上被以金刚石制磨石进行面加工成4.8mm的厚度后，用加工中心对外周部进行加工，以使外形尺寸为183×133mm。经测定所获得的多孔质碳化硅成形体的3点弯曲强度的结果为10MPa。
在多孔质碳化硅成形体的外周的两长边及两短边(铝-陶瓷纤维复合体在外周部所占有的比例：100面积％)邻接配置莫来石质陶瓷纤维(平均纤维径15μm、平均纵横比120、体积率5体积％)，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用实施例2的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例2的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果示于表2。
[实施例3]
除了将陶瓷纤维的体积率设为20体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用实施例3的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃为止的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例3的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果示于表2。
[实施例4]
将实施例1的铝-碳化硅质复合体于平面磨床上以金刚石制磨石进行1.0mm研削加工使铝-碳化硅质复合体露出，形成187×137×4mm的形状。然后，所获得的加工体为除去在加工时的变形，在电路内以530℃的温度进行1小时退火处理。接着，以压力0.4MPa、搬运速度1.0m/分钟的条件利用氧化铝磨粒进行喷砂处理而净化后，进行了无电解Ni-P及Ni-B镀敷。在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。
使用实施例4的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例4的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽内保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果示于表2。
[实施例5、6]
除了将铝碳化硅质复合体中的碳化硅的含有率设为50体积％、80体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用实施例5、6的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例5、6的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果示于表2。
[实施例7、8]
除了将多孔质碳化硅质成形体在平面磨床上以金刚石制磨石进行面加工成为1.8mm、5.8mm的厚度、将铝-碳化硅质复合体的厚度设为2.0mm、6.0mm以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用实施例7、8的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例7、8的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽中保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果显示于表2。
[实施例9]
除了将陶瓷纤维的平均纤维径设为20μm、平均纵横比设为100、体积率设为5体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用实施例9的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于实施例9的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽内保持30分钟的热循环试验(500次)。将所获得的结果示于表2。
[比较例1]
秤取碳化硅粉末A(Pacific Rundum Co,Ltd.制：NG-150，平均粒径：100μm)100g、碳化硅粉末B(Pacific Rundum Co,Ltd.制：NG-220，平均粒径：60μm)100g、碳化硅粉末C(屋久岛电工株式会社制：GC-1000F，平均粒径：10μm)100g、及二氧化硅溶胶(日产化学株式会社制：SNOWTEX)30g，以搅拌混合机混合30分钟后，以10MPa的压力加压成形为190mm×140mm×5.5mm尺寸的平板状。
将所获得的成形体在温度120℃下干燥2小时后，于大气中，在温度950℃下烧结2小时，获得相对密度65％的多孔质碳化硅成形体。所获得的多孔质碳化硅成形体在平面磨床上以金刚石制磨石进行面加工成4.8mm的厚度后，用加工中心对外周部进行加工，以使外形尺寸为183×133mm。测定所获得的多孔质碳化硅成形体的3点弯曲强度的结果为10MPa。
在所获得的多孔质碳化硅成形体的外周的单个长边(铝-陶瓷纤维复合体在外周部所占有的比例：29面积％)邻接配置莫来石质的陶瓷纤维(平均纤维径15μm、平均纵横比120、体积率5体积％)，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
将所获得的铝-碳化硅质复合体以压力0.4MPa、搬运速度1.0m/分钟的条件利用氧化铝磨粒进行喷砂处理而净化后，进行了无电解Ni-P及Ni-B镀敷。在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。
使用比较例1的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验，确认在试验后有形状弯曲。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于比较例1的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)，然后，通过超声波探伤确认外观及接合状态，确认在作为接合层的焊料上无裂痕。将所获得的结果示于表2。
[比较例2]
除了将铝碳化硅质复合体中的碳化硅的含有率设为45体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用比较例2的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃为止的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于比较例2的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)，然后，通过超声波探伤确认外观及接合状态，发现在作为接合层的焊料上有裂痕。
[比较例3]
除了将铝碳化硅质复合体中的碳化硅的含有率设为85体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。所获得的铝-碳化硅质复合体经超声波探伤装置进行内部探伤检查后，发现在铝-碳化硅质复合体有裂痕。
[比较例4]
除了将多孔质碳化硅质成形体在平面磨床上使用金刚石制磨石进行面加工成为1.3mm的厚度、将铝-碳化硅质复合体的厚度设为1.5mm以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。将所获得的铝-碳化硅质复合体通过超声波探伤装置进行内部探伤检查后，发现在铝-碳化硅质复合体有裂痕。
[比较例5]
除了将多孔质碳化硅质成形体在平面磨床上使用金刚石制磨石进行面加工成为6.3mm的厚度、将铝-碳化硅质复合体的厚度设为6.5mm以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
使用比较例5的镀敷品，进行10次将该镀敷品载放于加热到温度350℃的热板且物体温度达350℃后，保持10分钟后再自然冷却到25℃的热循环试验。
接着，进行将Al电路基板利用无铅焊料接合于比较例5的镀敷品后，在-40℃与125℃的恒温槽保持30分钟的热循环试验(500次)，然后，通过超声波探伤确认外观及接合状态，发现在作为接合层的焊料上有裂痕。
[比较例6]
除了将陶瓷纤维的平均纤维径设为25μm、平均纵横比设为90、体积率设为5体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。经目视确认所获得的铝-碳化硅质复合体的外周部后，确认在外周铝-陶瓷纤维复合体部有裂痕。
[比较例7]
除了将陶瓷纤维的平均纤维径设为15μm、平均纵横比设为120、体积率设为25体积％以外，与实施例1同样地获得铝-碳化硅质复合体。
将所获得的铝-碳化硅质复合体以压力0.4MPa、搬运速度1.0m/分钟的条件利用氧化铝磨粒进行喷砂处理而净化后，进行了无电解Ni-P及Ni-B镀敷。在复合体表面形成8μm厚(Ni-P：6μm+Ni-B：2μm)的镀层。
经目视确认比较例7的镀敷品的外周后，发现在外周铝-陶瓷纤维复合体部有多个无镀敷部。
将实施例、比较例的主要条件和结果示于表1、2。应予说明，针对实施例2～9、比较例1～7，与实施例1同样地测定了第一相的热膨胀系数、热传导率及3点弯曲强度。
[表1]
Figure BDA0001114752280000151
[表2]
Figure BDA0001114752280000161
附图说明
图1是表示本发明中使用的铝-碳化硅质复合体的一个实施方式的说明图。
图2是表示本发明中使用的铝-碳化硅质复合体的一个实施方式的说明图。
符号说明
a)铝-碳化硅质复合体
b)包括铝-陶瓷纤维复合体的外周部
c)φ7mm的贯通孔
d)φ10-4mm的沉孔
e)表面铝合金层

Claims (7)

1.一种铝-碳化硅质复合体，其特征在于，在包含板厚2～6mm的平板状铝-碳化硅质复合体的第一相的除了两个主面以外的外周，具有包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，该铝-碳化硅质复合体是将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的，所述铝-陶瓷纤维复合体以体积率3～20％的比例含有平均纤维径为20μm以下、平均纵横比为100以上的陶瓷纤维，该第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体的存在比例是所述第一相的外周面积的50面积％以上。
2.如权利要求1所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，所述铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200MPa以上，150℃下的强度为150MPa以上。
3.如权利要求1或2所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，两个主面被铝合金层或铝-陶瓷纤维层覆盖。
4.如权利要求1或2所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，一个主面被铝合金层或铝-陶瓷纤维层覆盖。
5.如权利要求1或2所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，所述第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体中的陶瓷纤维的含有率相对于铝-陶瓷纤维复合体整体为5～20体积％。
6.如权利要求1或2所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，陶瓷纤维包含选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、碳化硅及氮化硅中的一种或二种以上。
7.一种功率模块用基底板，其特征在于，其是对权利要求1～6中的任一项所述的铝-碳化硅质复合体的表面实施镀敷而成的。
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