CN116086232A - 散热构件及其制造方法 - Google Patents

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CN116086232A
CN116086232A CN202210666863.7A CN202210666863A CN116086232A CN 116086232 A CN116086232 A CN 116086232A CN 202210666863 A CN202210666863 A CN 202210666863A CN 116086232 A CN116086232 A CN 116086232A
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CN
China
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silicon carbide
heat radiation
heat dissipation
heat
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CN202210666863.7A
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后藤大助
太田宽朗
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Denka Co Ltd
Original Assignee
Denka Co Ltd
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Abstract

本发明提供散热构件及其制造方法。散热构件是具备包含铝或镁的金属‑碳化硅质复合体的板状散热构件，散热构件的2个主面中的至少一个主面向散热构件的外侧方向呈凸型弯曲，设其一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f1，设作为与该一个主面不同的主面的另一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f2时，f2比f1小10μm以上。

Description

散热构件及其制造方法
本申请是申请日为2020年1月29日、发明名称为“散热构件及其制造方法”的中国发明专利申请No.202080006024.1(PCT申请号为PCT/JP2020/003089)的分案申请。
技术领域
本发明涉及散热构件及其制造方法。更具体而言，涉及具备包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的板状散热构件及其制造方法。
背景技术
近年，作为电动汽车、电力铁道用途的电力模块用散热部件，逐渐变得代替以往的铜而使用由金属-碳化硅质复合体构成的散热构件。
作为金属-碳化硅质复合体的金属，经常使用铝、其合金。
散热构件多与其他部件(例如散热片、散热单元)接合使用，其接合部分的性状是重要的。
例如，将散热构件与散热片、散热单元接合时，通常利用设置在散热构件的周边部的孔，将散热构件螺纹固定于散热片、散热单元等。但是，如果散热构件的与散热片等接触的面为凹面，或者存在大量微小的凹凸，则在散热构件与散热片等之间产生间隙，具有热传递性降低的问题。
鉴于上述问题，为了尽量不在散热构件与散热片等之间产生间隙，提出了与散热片等接合的面呈凸型弯曲的散热构件的若干方案。
其原因在于，如上所述，散热构件通常用螺钉等固定构件固定于散热片等进行使用，此时，通过与散热片等的接合面呈凸型弯曲，由此被固定构件固定时其接合面变得“适度平坦”，与散热片等的接合性(密合性)提高等。
例如，专利文献1记载了下述碳化硅质复合体，其特征在于，是使多孔质碳化硅成型体含浸以铝为主成分的金属而得的板状复合体，在板状复合体的面内具有用于使该板状复合体的凸面朝向其他散热部件进行螺纹紧固的4个以上的孔部，相对于孔间方向(X方向)的长度10cm而言的翘曲量(Cx；μm)和、相对于与孔间方向垂直的方向(Y方向)的长度10cm而言的翘曲量(Cy；μm)的关系为50≤Cx≤250且-50≤Cy≤200(不包括Cy＝0)。
作为其他例子，专利文献2记载了碳化硅质复合体，其是使多孔质碳化硅成型体含浸以铝为主成分的金属而得的板状复合体，具有相对于复合体的主面的长度10cm而言的翘曲量为250μm以下的翘曲。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3468358号公报
专利文献2：国际公开第2015/115649号
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，已知(1)首先，制造经弯曲的散热构件，(2)将其与散热片等接合时，通过螺钉的力使弯曲变“平坦”，由此提高散热构件与散热片等的接合性，进而提高散热性。
但是，通常，在散热构件的同与散热片等接触的面相反一侧的面上连接有电力元件等部件。因此，特别是在量产阶段，对经弯曲的散热构件连接部件有时难以对位或部件的连接本身较难。
即，对经弯曲的散热构件的一面连接部件来制造电力模块等时，在其制造稳定性(成品率等)方面具有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而得到的。
本发明的目的之一是在经弯曲的散热构件的一面连接部件来制造电力模块等时改善其制造稳定性(成品率等)。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果发现板状的散热构件中的2个主面的由JIS B 0621规定的平面度等可能与课题的解决密切相关。基于该认识，完成了以下所提供的发明。
根据本发明，提供散热构件，其是具备包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的板状散热构件，
该散热构件的2个主面中的至少一个主面向该散热构件的外侧方向呈凸型弯曲，
设所述一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f1，设作为与所述一个主面不同的主面的另一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f2，此时，f2比f1小10μm以上。
另外，根据本发明，提供所述散热构件的制造方法，其包含下述工序：
准备板状的、包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的工序，和
对所述复合体的至少一面的一部分进行机械加工来设置所述一个主面的工序。
本发明提供了如下技术方案：
(1)散热构件，其是具备包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的板状散热构件，
所述散热构件的2个主面中的至少一个主面向所述散热构件的外侧方向呈凸型弯曲，
设所述一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f1，设作为与所述一个主面不同的主面的另一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f2时，f2比f1小10μm以上。
(2)在上述(1)所述的散热构件中，所述一个主面及/或所述另一个主面具备含有铝或镁的表面金属层。
(3)在上述(1)或(2)所述的散热构件中，所述f1为100μm以上且700μm以下。
(4)在上述(1)～(3)中任一项所述的散热构件中，所述f2为300μm以下。
(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的散热构件中，所述散热构件实质上为矩形，设所述矩形的长边长度为a，设短边长度为b，设连结所述一个主面的2个短边的各中点之间的直线为l1，设连结所述一个主面的2个长边的各中点之间的直线为l2，设以包含l1且与所述一个主面大致垂直的截面剖视所述散热构件时的所述一个主面所成的曲线上的点与l1的最大距离为h1，设以包含l2且与所述一个主面大致垂直的截面剖视所述散热构件时的所述一个主面所成的曲线上的点与l2的最大距离为h2，此时，h1/a≥h2/b。
(6)在上述(5)所述的散热构件中，(h1/a)/(h2/b)的值为1.00以上且1.9以下。
(7)在上述(1)～(6)中任一项所述的散热构件中，所述一个主面的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为50μm以上且250μm以下。
(8)在上述(1)～(7)中任一项所述的散热构件中，所述另一个主面的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为50μm以上且200μm以下。
(9)上述(1)～(8)中任一项所述的散热构件的制造方法，其包括下述工序：准备板状的、包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的工序，和对所述复合体的至少一面的一部分进行机械加工来设置所述一个主面的工序。
发明效果
根据本发明，可以在将部件连接到经弯曲的散热构件的一面来制造电力模块等时改善其制造稳定性(成品率等)。
附图说明
关于上述目的及其他目的、特征及优点，可以通过以下所述的优选实施方式以及随附的以下附图来进一步阐明。
【图1】是用于说明本实施方式的散热构件的示意图。图1(a)是俯视本实施方式的散热构件的图，图1(b)是以图1(a)的截面α将散热构件裁断时的剖面图。
【图2】是用于对本实施方式的散热构件的特别是2个主面中的至少一个主面进行说明的图。图2(a)是仅示出散热构件的2个主面中的一个主面的图，图2(b)是以图2(a)的截面β将该一个主面裁断时的剖面图，图2(c)是以图2(a)的截面γ将该一个主面裁断时的剖面图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式，参照附图详细进行说明。
在所有附图中，对于相同的构成要素标记相同的符号，适当省略说明。
为了避免繁杂，(i)如果在同一附图内具有多个相同的构成要素，有时只对其中1个标记符号，并不会对全部构成要素标记符号；(ii)特别是在图2之后，有时对于与图1相同的构成要素，不会再次标记符号。
所有附图均仅用于说明。附图中的各构件的形状、尺寸比例等未必与实物对应。特别是为了使说明易懂，有时候对形状、尺寸比例夸张地进行描述。特别是，在各图中，“弯曲”的大小比实际的物品夸张。
只要没有特别明确的说明，本说明书中的“大致”一词表示包含考虑了制造上的公差、组装上的偏差等的范围。
只要没有特别说明，本说明书中的各种数值(特别是测定值)中，对于值会根据温度而发生变化的情况，可以采用在室温(23℃)的值。
＜散热构件＞
图1(a)是本实施方式的散热构件(散热构件1)的俯视图。
散热构件1为板状。
散热构件1的主要材质是包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体(材质的详细情况与散热构件1的制造方法一并随后说明)。
散热构件1通常可以实质上是矩形。即，以散热构件1的一个主面为上表面俯视散热构件1时，散热构件1的形状实质上为矩形。
此处，“实质上为矩形”是指散热构件1的四角的至少一个可以并非为直角形状，而是加工成带有圆弧的形状(当然，四角也可以为直角形状)。
补充而言，散热构件1的四角中的至少一个被加工成带有圆弧的形状时，可以将俯视散热构件1时的短边与长边的直线部分延长时所交叉的点定义为矩形的“顶点”。另外，可以以上述“顶点”为起点或终点对散热构件1的“短边长度”、“长边长度”进行定义。
关于散热构件1的纵横的长度，作为一例，为40mm×90mm至250mm×140mm左右。
关于散热构件1的厚度，作为一例，为2mm以上且6mm以下，优选为3mm以上且5mm以下。如果散热构件1的厚度不一样时，优选至少散热构件1的重心部分的厚度在上述范围。
图1(b)是将散热构件1以图1(a)的面α裁断时的剖面图。
板状的散热构件1具备2个主面(以一个主面为主面2A，以另一个主面为主面2B)。典型而言，主面2A为与散热片等接合的面，主面2B为与电力元件等连接的面。
散热构件1中，特别是至少主面2A不是向着散热构件1的内侧方向、而是向散热构件1的外侧方向呈凸型弯曲。通常，主面2A其整体向外侧方向呈凸型弯曲，不具有局部成凹型的部分。
设主面2A的由JIS B 0621规定的平面度为f1，以主面2B的由JIS B 0621规定的平面度为f2时，f2比f1小10μm以上。
在现有的具有弯曲的散热构件中，主面2A侧的弯曲程度与主面2B侧的弯曲程度基本相同者较多。故而，在主面2B侧连接电力元件等部件时，存在对位困难或者部件的连接本身较难的情况。
另一方面，在图1的散热构件1中，f1(表示主面2A的弯曲程度)较大，f2(表示主面2B的弯曲程度)较小。由此，在主面2A侧，可以充分获得散热构件1与散热片等的接合性，从而可以得到足够的散热性。此外，与以往的散热构件相比，在主面2B侧，可以容易地进行部件的对位、连接。
由JIS B 0621规定的平面度定义为以几何学平行的两个平面夹持平面形体时，平行的二个平面的间隔成为最小时的二个平面的间隔。
作为平面度f1和平面度f2的测定装置，例如可以举出KEYENCE公司制的装置VR-3000等。
补充而言，f1的测定优选针对整个主面2A进行。但是，根据散热构件1的大小，有时整个主面2A不会收纳于测定装置的观测视野内。此时，以使俯视主面2A时的中心(几何学重心)与测定装置的观测视野的中心一致的方式来测定f1。此时，优选使实质上为矩形的主面2A的长边与观测视野的长边(平面度的测定装置的观测视野通常为矩形)平行。f2的测定也同样。
对于散热构件1，继续更为具体的说明。
[对于f1、f2、主面2B等的补充说明]
在散热构件1中，f2比f1小10μm以上即可，优选f2比f1小50μm以上，更优选f2比f1小100μm以上。
另一方面，从散热构件1本身的制造的容易性、适度的弯曲量等观点来看，优选f1与f2之差(f1-f2)为600μm以下，更优选为500μm以下，进一步优选为400μm以下。
f1其本身的值优选为100μm以上且700μm，更优选为200μm以上且600μm以下。
f2其本身的值优选为300μm以下，更优选为250μm以下，进一步优选为200μm以下，特别优选为100μm以下。关于f2的下限值，作为一例，可以为0。另外，作为其他例，f2的下限值可以为50μm以上。
认为通过适当设计f1其本身的值，能够利用适度的(不过大的)安装力，连接性良好地将散热构件1固定于散热片等。这与能进一步提高散热性、降低因过度的力所导致的裂缝等相关。
认为通过适当设计f2其本身的值，可以使与主面2B连接的部件的对位、连接更为容易。
主面2B可以向散热构件1的外侧方向呈凸型弯曲，相反，即，也可以向散热构件1的外侧方向呈凹型弯曲。还考虑到制造作为最终产品的电力设备时的散热构件1的弯曲等时，优选主面2B向散热构件1的外侧方向呈凹型弯曲。
更具体而言，主面2B向散热构件1的外侧方向呈凹型弯曲，并且其弯曲的程度以平面度来表现时，如上所述，优选为300μm以下，较优选为250μμm以下，更优选为200μm以下，特别优选为100μm以下。
当然，主面2B可以向散热构件1的外侧方向呈凸型弯曲。只要由f2表示的弯曲程度比f1小10μm以上，就可以在与电力元件等的连接方面难以产生不良情况。
[构成主面2A、2B的材料等]
作为一个方案，主面2A及/或主面2B(即散热构件1的表面)可以为包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体。
作为其他方案，主面2A及/或主面2B(散热构件1的表面)可以为金属层。例如，主面2A及/或主面2B优选具备含有铝或镁的表面金属层。此时，散热构件1中的、表面金属层以外的部分可以为金属-碳化硅质复合体等。金属表面层所含的金属优选为与金属-碳化硅质复合体所含的金属相同。其归因于散热构件1的制造上的理由(对于散热构件1的制造方法如下所述)。
优选在上述表面金属层的更外侧设置镀敷层。在电力元件等的连接中通常使用焊锡，镀敷层可以提高焊锡的润湿性。
镀敷层例如可以为含有Ni的镀敷层。
散热构件1具备金属表面层时，其表面金属层的平均厚度没有特别限定，但例如为10μm以上且300μm以下，优选为30μm以上且150μm以下。
散热构件1具备镀敷层时，该镀敷层的平均厚度没有特别限定，但例如为3μm以上且15μm以下，优选为4μm以上且10μm以下。
关于f1、f2的值，作为原则，采用散热构件1的最外表面的平面度的值。
例如，散热构件1仅由板状的金属-碳化硅质复合体构成时，可以测定该板状的金属-碳化硅质复合体的两主面的平面度，作为f1、f2的值。
另外，散热构件1的最外表面为表面金属层、镀敷层时，可以测定其最外表面的表面金属层、镀敷层表面的平面度，作为f1、f2的值。
[关于主面2A、2B的表面的粗糙度的指标]
作为其他观点，通过适当设计主面2A、主面2B的“关于表面的粗糙度的指标”，能进一步提高散热性等性能。
例如，优选将主面2A的粗糙度曲线要素的平均长度RSm设计为50μm以上且250μm以下，更优选设计为70μm以上且160μm以下。
通过将主面2A的RSm设定为适当的大小，从而与散热片等的接合性得以进一步提高，可以使散热性更为良好。其详细的机制等并不明确，但认为可能通过将RSm设定为适当的大小，从而散热构件1-散热片之间的细微的间隙减少，接合性进一步提高。
另外，优选将主面2B的粗糙度曲线要素的平均长度RSm设计为50μm以上且200μm以下，更优选设计为70μm以上且160μm以下。
认为通过将主面2B的RSm设成适当的大小，例如可以提高散热构件1与电力元件等的连接性。
[关于主面2A的弯曲]
图2是用于说明散热构件1的主面2A的形态的图。
图2(a)是仅表示散热构件1的主面2A的图，图2(b)是以图2(a)的截面β将主面2A裁断时的剖面图，图2(c)是以图2(a)的截面γ将主面2A裁断时的剖面图。在这些图中，为了以下的说明而记载有辅助线等。
此处，设矩形状的散热构件1的长边长度为a，设短边长度为b，设连接主面2A的2条短边的各中点(图中由M1及M3表示)之间的直线为l1，设连接主面2A的2条长边的各中点(图中由M2及M4表示)之间的直线为l2。
另外，设以包含l1且与主面2A大致垂直的截面β剖视散热构件1时的、主面2A所成的曲线上的点与l1的最大距离为h1，设以包含l2且与主面2A大致垂直的截面γ剖视散热构件1时的、主面2A所成的曲线上的点与l2的最大距离为h2。
此时，优选以h1/a≥h2/b的方式设计散热构件1。
更具体而言，(h1/a)/(h2/b)的值优选为1.00以上且1.9以下，较优选为1.07以上且1.6以下。
关于上述不等式，可以如下所述地解释。
可以说h1/a是指散热构件1中的“长边方向的每单位长度的弯曲”。
同样地，可以说h2/b是指散热构件1中的“短边方向的每单位长度的弯曲”。
此时，“h1/a≥h2/b”可以解释如下：即使排除长边比短边长的因素，长边方向的“弯曲的程度”也与短边方向的“弯曲的程度”相同，或者长边方向的“弯曲的程度”也比短边方向的“弯曲的程度”大。
虽然尚存在未阐明的部分，但使用螺钉等将经弯曲的散热构件1按压于其他部件而接合时，相比于短边方向，矩形(长方形)的散热构件1更容易在长边方向上变形(容易弯曲)。因此，推定通过将长边方向的“弯曲的程度”设定为比短边方向的“弯曲的程度”大，由此即使不施加过多的力(即使螺纹紧固力较小)，也能使散热构件1作为整体容易变得平坦。另外，还认为螺纹紧固力可以比较小，由此能抑制螺钉周边的裂缝发生等。
[螺纹紧固用的孔]
散热构件1优选具备螺纹紧固用的孔(图1、图2中未明确示出)。
例如，散热构件1实质上为矩形时，优选在散热构件1的四角的周边部设置螺纹紧固用的孔(贯穿孔)。另外，根据散热构件1的长边长度，例如，可以在散热构件1的周边部中的、长边的中点附近设置孔。
孔的直径可以为例如5mm以上且9mm以下左右。
慎重而言，将散热构件1与其他部件接合的手段并不限定于螺钉。例如，可以通过能将其安装于其他部件上的专用夹具等进行接合。
[制造方法/材质]
本实施方式的散热构件的制造方法没有特别限定，可以适当使用已知的方法来制造。
本实施方式的散热构件优选通过包括下述工序的工序来制造：(i)准备板状的、包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的工序；(ii)对该金属-碳化硅质复合体的至少一面的一部分进行机械加工(磨削、切削等)，设置所述的主面2A的工序。
本实施方式的散热构件具备包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体。优选用于制造该金属-碳化硅质复合体的方法是在高压下使多孔质体含浸金属的高压锻造法。更具体而言，可以采用液态模锻法或模铸法。高压锻造法是在高压容器内填装碳化硅的多孔体(预成型体)，在高压下使其含浸包含铝或镁的金属熔融液得到复合体的方法。
在本实施方式的散热构件的制造中，基于可以大量稳定地制造的理由，特别优选液态模锻法。以下，对利用液态模锻法的制造方法进行说明。
作为一例，本实施方式的散热构件可以通过以下的工序来制造。
(工序1)形成平板状的碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的工序，
(工序2)将碳化硅质多孔体的至少一面机械加工成凸型的弯曲形状的工序，
(工序3)使碳化硅质多孔体含浸包含铝或镁的金属(合金)，制作具备包含碳化硅与金属的复合化部、和复合化部的外表面的表面金属层的金属-碳化硅质复合体的工序，及
(工序4)对至少加工成凸型的弯曲形状的一面侧的表面金属层机械加工，由此得到f2比f1小10μm以上的散热构件的工序。
对上述(工序1)至(工序4)进行更具体地说明。
关于上述(工序1)中的碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的制造方法，没有特别限制，能用已知的方法来制造。例如，可以在作为原料的碳化硅(SiC)粉末中添加二氧化硅或氧化铝等作为粘合剂进行混合、成型，在800℃以上煅烧，由此来制造。
成型方法也没有特别限制，可以使用加压成型、挤出成型、浇铸成型等，也能根据需要并用用于保持形状的粘结剂。
使碳化硅质多孔体含浸包含铝或镁的金属所得的金属-碳化硅质复合体的重要特性是热导率和热膨胀系数。碳化硅质多孔体中的SiC含有率较高者热导率变高、热膨胀系数变小，故优选。但是，含有率变得过高时，有时不能充分含浸铝合金。
在实用上优选的是，含有40质量％以上平均粒径优选40μm以上的粗SiC粒子、SiC预成型体的相对密度优选在55％以上且75％以下的范围的碳化硅质多孔体。为了防止操作时或含浸中的破裂，碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的强度优选以弯曲强度计为3MPa以上。平均粒径可以如下测定：使用扫描型电子显微镜(例如日本电子公司制“JSM-T200型”)与图像解析装置(例如日本AVIONICS公司制)针对1000个粒子求出粒径，算出其平均值。另外，相对密度可以通过阿基米德法等来测定。
关于作为碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的原料的SiC粉，优选对粗粉和微粉进行适当并用等，进行粒度调整。由此，容易同时实现碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的强度和最终得到的散热构件的高热导率。
具体而言，优选混合了(i)平均粒径为40μm以上且150μm以下的SiC粗粉与(ii)平均粒径为5μm以上且15μm以下的SiC微粉的混合粉末。此处，混合粉末中的(i)与(ii)的量比优选(i)为40质量％以上且80质量％以下、(ii)为20质量％以上且60质量％以下。
碳化硅质多孔体(SiC预成型体)能通过将在SiC粉末中添加粘合剂得到的混合物的成型体进行脱脂、煅烧等而得到。如果煅烧温度为800℃以上，则与煅烧时的气氛无关，容易得到弯曲强度为3MPa以上的碳化硅质多孔体(SiC预成型体)。
但是，在氧化性气氛中，在超过1100℃的温度煅烧时，SiC的氧化被促进，有时金属-碳化硅质复合体的热导率降低。因此，在氧化性气氛中，优选在1100℃以下的温度进行煅烧。
煅烧时间根据碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的大小、在煅烧炉中的投入量、煅烧气氛等条件适当确定即可。
碳化硅质多孔体(SiC预成型体)在成型时制成规定的形状时，可以按照一片一片的方式干燥，或者也可以在SiC预成型体之间使用与预成型体形状相同形状的碳等的间隔物进行干燥，由此能够防止因干燥导致的弯曲的变化。另外，关于煅烧，通过进行与干燥时同样的处理，由此能防止与内部组织变化相伴的形状变化。
上述(工序2)中，例如通过车床等的切削·磨削器具，将碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的至少一面以朝向其外侧成为凸型的弯曲形状的方式进行加工。由此，在预成型体的阶段实施机械加工(切削加工)，从而具有下述优点：含浸金属后无需使用用于切削的特别的器具等，容易控制弯曲的程度、平面度。
本实施方式的散热构件的制造中，不仅可以对碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的一面实施加工，也可以对两面实施加工。即，可以以在最终所得的散热构件中f2比f1小10μm以上的方式、另外使f1及f2的值分别达到所希望的值的方式对碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的两面实施加工。
上述(工序3)中，可以通过高压锻造法等使碳化硅质多孔体(SiC预成型体)含浸包含铝或镁的金属，制作具备包含碳化硅与金属的复合化部、和复合化部的外表面的表面金属层的金属-碳化硅质复合体。
作为使碳化硅质多孔体(SiC预成型体)含浸包含铝或镁的金属(合金)得到金属-碳化硅质复合体的方法，例如，有下述方法。
将碳化硅质多孔体(SiC预成型体)收纳于型模内，然后，以使包括氧化铝或二氧化硅的纤维、球状粒子及破碎形状的粒子中的1种以上直接与该型模的两板面接触的方式进行配置，制成一个块状体。
将该块状体在500℃以上且650℃以下进行预加热，然后，在高压容器内配置1个或2个以上该块状体。接着，为了防止块状体的温度降低，尽可能快速地将包含铝或镁的金属的熔融液以30MPa以上的压力进行加压，使碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的空隙中含浸金属。
由此，能得到金属-碳化硅质复合体，其具备包含碳化硅与金属的复合化部、和复合化部的外表面的表面金属层。
为了使金属-碳化硅质复合体中的金属(典型地包含铝或镁的合金)在含浸时能充分渗透于预成型体的空隙内，优选熔点尽可能的低。
从这方面考虑，例如可以优选举出含有7质量％以上且25质量％以下硅的铝合金。并且，通过含有0.2质量％以上且5质量％以下的镁，碳化硅粒与金属部分的键合变得更为牢固而优选。关于铝合金中的铝、硅、镁以外的金属成分，只要是特性不极端发生变化的范围即可，没有特别限制，例如可以包含铜等。
作为铝合金，也可以优选使用作为铸造用合金的、AC4C、AC4CH、ADC12等。
出于除去含浸时产生的应变的目的，在制作金属-碳化硅质复合体后，可以进行退火处理。出于除去应变的目的而进行的退火处理优选在400℃以上且550℃以下的温度进行10分钟以上且5小时以下。
退火温度如果为400℃以上，则复合体内部的应变充分释放，可以抑制在机械加工后的退火处理工序中弯曲发生较大变化。另一方面，如果退火温度为550℃以下，则可以防止含浸中所用的铝合金熔融。
如果退火时间为10分钟以上，则复合体内部的应变充分释放，可以抑制在用于除去机械加工后的加工应变的退火处理工序中弯曲发生较大变化。另一方面，从量产性等观点来看，优选退火时间为5小时以下。
另外，在(工序3)中，例如可以以使包含氧化铝或二氧化硅的纤维、球状粒子及破碎形状的粒子中的1种以上直接接触碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的表面的方式进行配置。由此，可以形成规定厚度的表面金属层。并且，也具有下述优点：几乎没有含浸后的色斑，在赋予形状时加工性变得良好。
表面金属层中的包括包含氧化铝或二氧化硅的纤维、球状粒子及破碎形状的粒子中的1种以上的材料的含量相对于金属-碳化硅质复合体的质量优选为0.1质量％以上且5质量％以下，更优选为0.3质量％以上且2质量％以下。
该含量如果为0.1质量％以上，则铝层的厚度控制变得容易，可以抑制因加工后的退火处理而导致弯曲形状发生较大变化。另外，如果该含量为5质量％以下，则铝合金层不会变得过硬，变得容易实施通常的机械加工。
就设置在金属-碳化硅质复合体表面的表面金属层的厚度而言，在(工序4)中仅对散热面侧(与散热构件1的主面2A侧对应)进行机械加工的情况、进行两面机械加工的情况中的任一情况下，在加工后均可以进行适当地调整以使表里的表面金属层的厚度差不变大。调整中可以适当使用上述无机纤维。
具体而言，电路基板安装面侧(与散热构件1的主面2B侧对应)的金属层的平均厚度优选为10μm以上且300μm以下。另外，关于两面的含有金属的层的平均厚度之差，优选较薄者的平均厚度相对于较厚者的平均厚度在50％以内。
关于两面的含有金属的层的平均厚度之差，较优选调整至散热面的含有金属的层的平均厚度的优选40％以内、特别优选30％以内。其原因在于，通过两面的含有金属的层的热膨胀系数差，弯曲状态发生变化的情况得以抑制。
(工序4)中，对金属-碳化硅质复合体的至少加工成凸型的弯曲形状的面侧的表面金属层进行机械加工，且根据情况进一步进行退火处理等，由此得到f2比f1小10μm以上的散热构件。具体而言，通过车床等能进行精密切去(磨削、切削等)的器具，在金属-碳化硅质复合体的散热面形成适合的弯曲形状，然后，例如通过马弗炉加热到400℃至550℃左右，进行2小时至6小时左右的退火处理。
本实施方式中，通过对金属-碳化硅质复合体表面的表面层精密地进行机械加工，能得到f1、f2等为所希望的数值的散热构件。特别是，通过不仅对金属-碳化硅质复合体的加工成凸型的弯曲形状的面侧，根据需要对其相反侧也进行适当的机械加工(磨削、切削等)，由此可以得到具有所希望的f1、f2、h1/a、h2/b等的散热构件。即，可以得到具有较良好的散热特性、可靠性等的散热构件。
补充而言，通过上述(工序1)～(工序4)中可进行的“退火”等热处理，通常金属-碳化硅质复合体或散热构件整体地变形。即，即使仅对金属-碳化硅质复合体的散热面通过磨削·切削等形成弯曲形状，通过退火等热处理，通常在散热面的相反面也形成一定程度的弯曲(即，f2通常为不是0的值)。需要说明的是，关于通过退火等的热处理发生的变形的程度，能通过进行数次的预试验等在一定程度上进行定量估计。
总之，本实施方式中，适当组合机械加工的条件与退火条件能得到所希望的散热构件而优选。
上述机械加工后的两面的含有金属的层的平均厚度的总和优选为500μm以下，特别优选为300μm以下。
两面的含有金属的层的平均厚度的总和如果为500μm以下，则能将作为散热构件整体的热膨胀抑制为较小，施加热负荷时，能抑制因散热构件与连接于其上面的电力元件等的热膨胀率之差引起的裂缝的发生等。
慎重而言，当然，本实施方式的散热构件的制造方法并不限定于此。
例如，在本实施方式的散热构件中，表面金属层为任意的构成，所以在上述(工序3)中，表面金属层可以是并不必须形成的。
作为其他例，也考虑省略上述(工序1)～(工序4)中的(工序2)。即，也可以在含浸金属前的碳化硅质多孔体(SiC预成型体)的阶段不加工成弯曲形状，在(工序4)的阶段进行必须的机械加工，得到具有所希望的弯曲或平面度的散热构件。但是，由于含浸金属前比含浸金属后更容易实施机械加工，所以从削减制造成本等的观点来看，优选在(工序2)的阶段预先形成一定程度的弯曲形状。
进一步，作为其他例，也考虑省略上述(工序1)～(工序4)中的(工序4)。即，如果在(工序2)的阶段以足够的精度实施弯曲加工，预先对(工序3)的含浸时使用的模具设置所希望的弯曲，则也可以无需(工序4)的机械加工。但是，考虑到因含浸金属所致的加热-冷却下的尺寸变化等的话，即使在(工序2)的阶段以足够的精度预先实施弯曲加工，也优选通过进行(工序4)来调整弯曲形状、平面度。
本实施方式的散热构件的制造方法可以包含上文中未描述的其他工序。
例如，可以包含设置用于螺纹紧固的孔的工序。例如，在上述(工序3)与(工序4)之间，通过机械加工等，可以在金属-碳化硅质复合体设置用于与其他部件接合的用于螺纹紧固的孔。通过在(工序3)与(工序4)之间设置用于螺纹紧固的孔，具有下述优点：在(工序4)中，在将金属-碳化硅质复合体固定在切削·磨削器具时，可以利用该孔。
另外，在(工序4)后，可以进行对散热构件的表面进行研磨处理或喷砂处理的工序。由此，例如，可以适当调整上述粗糙度曲线要素的平均长度RSm。关于研磨处理或喷砂处理的具体方法，可以适当适用已知的手法。
另外，在(工序4)后，可以进行镀敷工序设置镀敷层。例如，通过已知的无电解Ni-P镀敷或Ni-B镀敷的方法，可以在散热构件的表面设置镀敷层。关于镀敷层的优选厚度等如上所述。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些只是本发明的示例，可以采用上述以外的各种构成。另外，本发明并不限定于上述实施方式，在可以达到本发明的目的的范围内的变形、改良等均包含在本发明中。
实施例
基于实施例及比较例详细地说明本发明的实施方式。本发明并不限定于实施例。
以下，“主面2A”与上述说明同样，是与散热片等接合的面，并不是向散热构件的内侧方向、而是向外侧方向呈凸型弯曲。另外，“主面2B”是连接有电力元件等的部件的面。
＜散热构件的制造＞
[实施例1]
(碳化硅质多孔体的形成)
首先，将以下的碳化硅粉末A、碳化硅粉末B及二氧化硅溶胶用搅拌混合机混合30分钟，得到混合物。
·碳化硅粉末A(大平洋蓝达姆株式会社制：NG-150、平均粒径：100μm)300g
·碳化硅粉末B(屋久岛电工株式会社制：GC-1000F、平均粒径：10μm)150g
·二氧化硅溶胶(日产化学工业株式会社制：Snowtex)30g
将所得的混合物投入模具，以压力10MPa进行加压成型。由此，得到尺寸为185mm×135mm×5.5mm的平板状的成型体。将所得的成型体在大气中、于温度900℃煅烧2小时，得到相对密度(堆密度)为65体积％的碳化硅质多孔体。
将该碳化硅质多孔体的、成为完成后的散热构件的主面2B的面用平面磨削盘进行加工。然后，将成为主面2A的面用R＝11m的车床机械加工成凸型的弯曲形状。此时，进行调整以使碳化硅质多孔体的中央厚度成为4.8mm。
为了以下的工序，制作30片同样的碳化硅质多孔体。
(金属的含浸)
在经机械加工的碳化硅质多孔体的主面2A侧配置氧化铝纤维(田中制纸工业株式会社制，纯度97％，片状形态)，用两面经碳涂布的尺寸为210mm×160mm×0.8mm的不锈钢板夹持，层叠30片。
然后，在两侧配置厚度为6mm的铁板，用M10的6个螺栓连结，以面方向的安装转矩成为3Nm的方式用转矩扳手安装，制成一个块状体。
然后，将一体的块状体用电炉预加热至620℃，然后进而收纳在预先加热的内径为
Figure BDA0003691866310000191
的加压模内。在该加压模内注入含有硅12质量％、镁1.0质量％的铝合金的熔融液，然后在100MPa的压力下加压20分钟。由此，使碳化硅质多孔体含浸铝合金。
含浸结束后，冷却至25℃，然后，用湿式带锯沿不锈钢板的形状裁断，剥取夹持的不锈钢板。然后进而为了除去含浸时的应变，于500℃的温度进行3小时的退火处理。
由此，得到铝-碳化硅质复合体。
(含浸后的处理)
将所得的铝-碳化硅质复合体的外周用NC车床加工，使纵横的大小成为190mm×140mm。然后，在边缘部的8处加工直径7mm的贯穿孔，在4处加工
Figure BDA0003691866310000192
的沉孔。
另外，将铝-碳化硅质复合体的与主面2A对应的一侧用车削中心(TurningCenter)进行机械加工使得R＝11m。机械加工后，使用马弗炉，于500℃的温度进行4小时的退火处理。由此，除去加工应变。
进而，将铝-碳化硅质复合体在压力0.4MPa、搬运速度1.0m/min的条件下用氧化铝磨粒进行喷砂处理来清洁化，然后，进行无电解Ni-P镀敷及Ni-B镀敷。由此，在复合体表面形成厚度为8μm(Ni-P：6μm、Ni-B：2μm)的镀敷层。
由以上操作得到散热构件。
(f1及f2的测定)
针对所得的散热构件的主面2A及主面2B，使用KEYENCE公司制的装置VR-3000分别测定平面度，得到f1及f2。此时，由于主面2A及主面2B未能容纳于装置的观测视野，所以使分别俯视主面2A/主面2B时的中心(几何学重心)与测定装置的观测视野的中心一致，测定190mm×100mm的范围。
(h1及h2的测定)
使用激光三维形状测定仪，获得与主面2A及主面2B的形状相关的数据，通过解析该数据，求出h1及h2。
装置：激光三维形状测定仪(以下4个装置成为一体的仪器)
XYθ平台单元：K2-300(神津精机株式会社制)
高精度激光位移计：LK-G500(株式会社KEYENCE制)
电机控制器：SC-200K(神津精机株式会社制)
AD转换器：DL-100(神津精机株式会社制)
(RSm的测定)
主面2A及主面2B的粗糙度曲线要素的平均长度RSm通过三丰公司制的装置SJ-310基于ISO4287-1997进行测定。
[实施例2～12]
在实施例2至12中，除了改变散热构件的长边及短边长度、上述(碳化硅质多孔体的形成)中的加工R、上述(含浸后的处理)中的加工R等之外，通过与实施例1同样的工序制作散热构件。并且，与实施例1同样地操作，测定各种数值。
[比较例1～3]
在上述(碳化硅质多孔体的形成)中，除了未用平面磨削盘对碳化硅质多孔体的、成为完成后的散热构件的主面2B的面进行加工、改变上述(碳化硅质多孔体的形成)中的加工R、上述(含浸后的处理)的加工R等以外，通过与实施例1同样的工序制作散热构件。然后，与实施例1同样地操作，测定各种数值。
补充而言，由于未用平面磨削盘对成为完成后的散热构件的主面2B的面进行加工，所以该面通过煅烧及其后的冷却，或多或少地发生自然弯曲。
各种数值总结示于表1及表2。
表中，h1/a及h2/b的栏的“E”是指数表记，例如2.38E-03是指2.38×10-3。
【表1】
Figure BDA0003691866310000211
【表2】
Figure BDA0003691866310000221
＜电力模块的制造稳定性等的评价＞
分别准备10个各实施例或比较例的散热构件，对其连接模拟的电力元件，由此制造模拟电力模块用基板。
作为制造的具体的顺序，利用在电力模块的制造中通常使用的装置，在各实施例或比较例的散热构件的2个主面中，对主面2B上的特定的6处软钎焊陶瓷基板(陶瓷板的两面设置有铜、铝等金属层而成的基板)。由此，得到模拟电力模块用基板。
然后，为了制成模拟电力模块，对模拟电力模块用基板进行装入壳体、树脂密封、加盖，得到模拟电力模块。
对所得的模拟电力模块，检查是否存在会导致量产上的问题的不良情况。
使用各实施例的散热构件制造的全部模拟电力模块中，不存在会成为量产上的问题的不良情况。
另一方面，使用比较例1～3的散热构件制造的模拟电力模块基板中，10个中的1个存在会成为量产上的问题的下述不良情况：陶瓷基板的对位用的夹具不能准确嵌合，连接至陶瓷基板后壳体不嵌合等。
上述结果显示了通过使用具有2个主面的平面度满足特定关系等的特征的板状散热构件，可以改善制造电力模块时的制造稳定性(成品率等)。
作为补充的评价，利用螺钉将实施例1～12的散热构件接合于散热片，评价散热构件与散热片的密合性、散热性等。其结果，密合性及散热性良好。
即，显示了通过使用实施例1～12的散热构件，可以制造散热性良好的电力模块，并且，还能够实现制造这样的电力模块时的成品率的改善等。
该申请主张以于2019年1月30日提出申请的日本专利申请特愿2019-013762号为基础的优先权，其公开的全部内容援引于此。

Claims (8)

1.散热构件，其是具备包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的板状散热构件，
所述散热构件的2个主面中的至少一个主面向所述散热构件的外侧方向呈凸型弯曲，
设所述一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f1，设作为与所述一个主面不同的主面的另一个主面的由JIS B 0621规定的平面度为f2时，f2比f1小且f2为300μm以下。
2.如权利要求1所述的散热构件，其中，
所述一个主面及/或所述另一个主面具备含有铝或镁的表面金属层。
3.如权利要求1或2所述的散热构件，其中，
所述f1为100μm以上且700μm以下。
4.如权利要求1或2所述的散热构件，其中，
所述散热构件实质上为矩形，
设所述矩形的长边长度为a，设短边长度为b，
设连结所述一个主面的2个短边的各中点之间的直线为l1，设连结所述一个主面的2个长边的各中点之间的直线为l2，
设以包含l1且与所述一个主面大致垂直的截面剖视所述散热构件时的所述一个主面所成的曲线上的点与l1的最大距离为h1，
设以包含l2且与所述一个主面大致垂直的截面剖视所述散热构件时的所述一个主面所成的曲线上的点与l2的最大距离为h2，此时，h1/a≥h2/b。
5.如权利要求4所述的散热构件，其中，
(h1/a)/(h2/b)的值为1.00以上且1.9以下。
6.如权利要求1或2所述的散热构件，其中，
所述一个主面的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为50μm以上且250μm以下。
7.如权利要求1或2所述的散热构件，其中，
所述另一个主面的粗糙度曲线要素的平均长度RSm为50μm以上且200μm以下。
8.权利要求1至7中任一项所述的散热构件的制造方法，其包括下述工序：
准备板状的、包含铝或镁的金属-碳化硅质复合体的工序，和
对所述复合体的至少一面的一部分进行机械加工来设置所述一个主面的工序。
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