FR2875372A1 - Procede de production d'une plaque-support pour carte de circuit improme et de carte de circuit imprime utilisant la plaque-support - Google Patents
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Abstract
Tout d'abord, de l'Al fondu ou un alliage d'Al fondu contenant du Si est injecté dans un moule rempli de poudre de SiC et coulé pour former un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC. Ensuite, un élément de feuille d'Al constitué d'un alliage à base de Al-Mg est joint à la surface de l'élément de plaque par pressage à chaud. Par conséquent, une partie de l'élément de feuille d'Al pénètre dans les soufflures de coulée sur la surface de l'élément de plaque pour remplir les soufflures de coulée. En outre, une couche d'alliage à base de Al-Mg est formée sur la surface de l'élément de plaque. Ainsi, une plaque-support ayant une surface relativement plate est produite.
Description
PROCEDE DE PRODUCTION D'UNE PLAQUE-SUPPORT POUR CARTE DE
CIRCUIT IMPRIMÉ ET DE CARTE DE CIRCUIT IMPRIMÉ UTILISANT LA
PLAQUE-SUPPORT
La présente invention concerne un procédé de production d'une plaquesupport pour une carte de circuit imprimé. En particulier, la présente invention concerne un procédé de production d'une plaque-support ayant une couche isolante formée sur sa surface et qui est utilisée pour une carte de circuit imprimé d'un dispositif à semi-conducteur ou similaire.
La présente invention concerne également une plaque-support pour une carte de circuit imprimé et une carte de circuit imprimé utilisant la plaque-support.
Des exemples connus d'un procédé de formation d'une carte de circuit imprimé impliquant la formation d'une couche isolante sur la surface d'une plaque-support incluent un procédé comme montré dans le document JP 06-310825 A impliquant les étapes consistant à appliquer un matériau isolant constitué d'une résine ou similaire sur la surface d'une plaquesupport et à faire durcir le matériau isolant appliqué. Une carte de circuit imprimé formée comme décrit ci-dessus est utilisée sous la forme d'un dispositif à semi-conducteur en joignant par l'intermédiaire d'une brasure un élément de semi-conducteur sur une couche de câblage formée sur la surface de la couche isolante.
Une plaque-support formée à partir de Al ou similaire ayant un coefficient élevé de conductivité thermique a généralement été utilisée dans un dispositif à semi-conducteur afin de dissiper efficacement la chaleur générée dans un élément de semi-conducteur vers l'extérieur. Cependant, il existe une grande différence en termes de coefficient de dilatation thermique entre un matériau de semi-conducteur tel que le Si utilisé pour l'élément de semi-conducteur et le Al formant la plaque- support. Par conséquent, une contrainte thermique est générée entre la plaque-support et l'élément de semi-conducteur en cas de changement de température. Par conséquent, l'élément de semi-conducteur peut se tordre, ou une fissure peut se développer dans la brasure destinée à joindre l'élément de semi-conducteur.
Au vu de ce qui précède, l'utilisation d'une plaque-support formée à partir d'un composite Al/SiC ayant un excellent coefficient de conductivité thermique mais ayant un faible coefficient de dilatation thermique a été récemment proposée pour soulager une contrainte thermique dans un dispositif à semi-conducteur.
Une plaque-support formée à partir de ce composite Al/SiC est produite par coulée, mais on sait que des soufflures de coulée peuvent se produire sur la surface de la plaque-support ou dans la plaque-support au moment de la coulée. Par conséquent, lorsqu'une couche isolante est formée sur la surface de la plaque-support au moyen du procédé susmentionné tel que l'application, la couche isolante est affectée par les soufflures de coulée sur la surface de la plaque-support. Par conséquent, la couche isolante inclut certaines parties ayant une épaisseur inférieure à une épaisseur prédéterminée, ce qui ne permet pas d'assurer la propriété isolante souhaitée.
Au contraire, la propriété isolante souhaitée peut être assurée en bouchant les soufflures de coulée sur la surface d'une plaque-support au moyen de la rectification de surface plane, de l'imprégnation avec une résine, ou similaire puis en formant une couche isolante sur la surface de la plaque-support. Cependant, dans le cas de la rectification de surface plane, le coût de la rectification résulte en une augmentation du coût total, et la taille de la plaque-support ne peut être augmentée en raison de l'équipement. Dans le cas de l'imprégnation avec une résine, les soufflures de coulée sont bouchées avec une résine ayant un coefficient de conductivité thermique inférieur et un coefficient de dilatation thermique supérieur à ceux du métal. Par conséquent, la plaque- support a un coefficient de conductivité thermique réduit et un coefficient de dilatation thermique accru, ce qui réduit les valeurs de la propriété thermique de la totalité de la plaque-support.
De même, il existe un procédé permettant de joindre un dissipateur thermique à une plaque-support pour dissiper efficacement la chaleur générée. La plaque-support et le dissipateur thermique peuvent être joints l'un à l'autre au moyen d'une graisse de silicone. Cependant, le coefficient de conductivité thermique de la graisse de silicone est généralement aussi bas que 0,8 W/mK, ce qui résulte en une augmentation de la résistance thermique due à la graisse.
La présente invention a été mise au point afin de résoudre les problèmes susmentionnés, et un objet de la présente invention est de fournir un procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé formée à partir d'un composite Al/SiC qui peut facilement boucher des soufflures de coulée sur la surface de la plaque-support à moindre coût sans réduire les valeurs de la propriété thermique.
Un autre objet de la présente invention est de fournir un procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé dans lequel un composite Al/SiC et un dissipateur thermique sont joints l'un à l'autre tandis qu'on supprime une augmentation de la résistance thermique.
Encore un autre objet de la présente invention est de fournir une plaquesupport pour une carte de circuit imprimé produite au moyen de ce procédé de production et une carte de circuit imprimé utilisant la plaque-support.
Selon un aspect de la présente invention, on fournit un procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé incluant les étapes consistant à couler un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC et à joindre par chauffage un élément de feuille d'Al à la surface avant de l'élément de plaque coulé.
Selon un autre aspect de la présente invention, on fournit une plaquesupport pour une carte de circuit imprimé incluant un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC formé par coulée et une couche d'alliage formée sur la surface avant de l'élément de plaque et constituée d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti.
Selon un autre aspect de la présente invention, on fournit une carte de circuit imprimé incluant une plaque-support formée au moyen du procédé susmentionné, une couche isolante formée sur la surface d'une couche d'alliage de la plaque-support et une couche de câblage formée sur la surface de la couche isolante.
La figure 1 est une vue en coupe montrant une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 1 de la présente invention; la figure 2 est un organigramme montrant un procédé de production de la plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 1; la figure 3 est une vue en coupe montrant comment un élément de feuille d'Al est joint à un élément de plaque dans le mode de réalisation 1; la figure 4 est une micrographie montrant la structure à proximité d'une couche d'alliage à base de Al-Mg dans le mode de réalisation 1; la figure 5 est un graphique montrant une relation du coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaque-support avec l'épaisseur de l'élément de feuille d'Al; la figure 6 est un organigramme montrant un procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 2 de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe montrant comment un élément de feuille d'Al est joint à un élément de plaque dans le mode de réalisation 2; la figure 8 est une vue en coupe montrant un dispositif à semi-conducteur utilisant la plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon chacun des modes de réalisation 1 et 2 de la présente invention; la figure 9 est une vue en coupe montrant une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 3 de la présente invention; la figure 10 est une vue en coupe montrant comment un élément de feuille d'Al et un dissipateur thermique de Al sont joints à un élément de plaque dans le mode de réalisation 3; la figure 11 est une vue en coupe montrant un dispositif à semi-conducteur utilisant la plaquesupport pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 3; la figure 12 est une vue en coupe montrant un procédé de production d'une plaque-support selon un exemple modifié du mode de réalisation 3; la figure 13 est une vue en coupe montrant une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 4 de la présente invention; la figure 14 est une vue en coupe montrant comment un élément de feuille d'Al, un élément d'insertion, et un dissipateur thermique de Al sont joints à un élément de plaque dans le mode de réalisation 4; la figure 15 est une vue en coupe montrant un dispositif à semi-conducteur utilisant la plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 4; la figure 16 est une vue en coupe montrant une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon un exemple modifié du mode de réalisation 3; et la figure 17 est une vue en coupe montrant une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon un exemple modifié du mode de réalisation 4.
Ci-après, des modes de réalisation de la présente invention vont être décrits en faisant référence aux dessins joints.
Mode de réalisation 1: La figure 1 montre une vue en coupe d'une plaquesupport pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 1 de la présente invention. La plaque-support inclut un élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC et d'une couche d'alliage à base de Al-Mg 2 formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Le composite Al/SiC formant l'élément de plaque 1 et la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 ont des points de fusion différents l'un de l'autre.
Ensuite, un procédé de production de la plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 1 de la présente invention va être décrit en faisant référence à l'organigramme montré sur la figure 2. Tout d'abord, à l'étape S1, de l'Al fondu ou un alliage d'Al fondu contenant du Si fondu est injecté dans un moule rempli d'une poudre de SiC, puis coulé pour former l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC comme montré sur la figure 3.
Ici, la poudre de SiC a été introduite dans le moule, et un alliage d'Al fondu ayant une teneur en Si de 11 % en poids (AC3A: point de fusion à 580 C) a été coulé sous une pression réduite dans la moule pour former l'élément de plaque 1 d'un composite Al./SiC. A ce stade, l'élément de plaque 1 avait une rugosité de surface Rmax d'environ 160 m.
Ensuite, à l'étape S2, comme le montre la figure 3, un élément de feuille d'Al 3 ayant une épaisseur de 700 pm formé à partir d'un alliage d'Al contenant du Mg, c'est-à- dire, un alliage à base de Al-Mg est joint à la surface de l'élément de plaque 1 par pressage à chaud. Par conséquent, comme le montre la figure 4, une partie de l'élément de feuille d'Al 3 pénètre dans les soufflures de coulée lb, qui sont formées dans la poudre de SiC la de l'élément de plaque 1, et a une taille de, par exemple, environ 100 à 200 pm, à partir de la surface de l'élément de plaque 1 pour remplir les soufflures de coulée lb. En outre, la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 est formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Par conséquent, une plaque-support ayant une surface presque plate est produite. A ce stade, il était possible de supprimer la rugosité de surface Rmax de la plaque-support à environ 2 à 33 pm.
Par exemple, un alliage à base de Al-Mg contenant de 2 à 3 % de Mg et ayant un point de fusion d'environ 600 C (A5052) est utilisé pour l'élément de feuille d'Al 3. L'élément de feuille d'Al 3 est joint à la surface de l'élément de plaque 1 à une température de jonction de 540 C (température d'un four définie à 580 C, température finale d'échantillon définie à 540 C) et à une pression de 9,2 MPa, par exemple. Ici, Mg a une affinité plus forte vers l'oxygène que celle de Al, et a un effet réducteur sur un film d'oxyde de Al au cours de la jonction de la diffusion. Par conséquent, un film d'oxyde amorphe au niveau d'une interface de jonction est transformé en particules d'oxyde cristallin pour résulter en une augmentation considérable de la résistance de jonction. Ainsi, le Mg dans l'élément de feuille d'Al 3 augmente la propriété de jonction de l'élément de feuille d'Al 3 avec la surface de l'élément de plaque 1, de telle sorte que l'élément de feuille d'Al 3 et l'élément de plaque 1 peuvent être joints solidement l'un à l'autre.
La plaque-support ainsi formée a une surface dépourvue de soufflures de coulée et presque plate grâce à la couche d'alliage à base de Al--Mg 2 formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Par conséquent, une couche isolante ayant une épaisseur prédéterminée peut être formée sur la surface de la plaque-support sans être affectée par la rugosité de surface de la plaque-support. Par conséquent, on peut assurer la propriété isolante souhaitée.
En outre, dans la présente invention, les soufflures de coulée lb sur la surface de l'élément de plaque 1 sont bouchées en joignant, par chauffage, l'élément de feuille d'Al 3 à la surface de l'élément de plaque 1. Par conséquent, les soufflures de coulée d'une plaque-support même grande peuvent être bouchées facilement par rapport au traitement classique en utilisant une rectification de surface plane. Par conséquent, une production de masse et une réduction des coûts peuvent être obtenues.
Dans la mesure où l'élément de feuille d'Al 3 est constitué d'un métal, les soufflures de coulée peuvent être bouchées sans réduire les valeurs de propriété thermique de la plaque-support par rapport au traitement classique en utilisant une imprégnation avec une résine. Par exemple, lorsque l'élément de feuille d'Al 3 ayant une épaisseur de 400 um est joint à la surface de l'élément de plaque 1 ayant un coefficient de conductivité thermique d'environ 233 W/mK pour produire une plaquesupport, la plaque-support a un coefficient de conductivité thermique d'environ 220 W/mK. En d'autres termes, les soufflures de coulée peuvent être bouchées tandis qu'un excellent coefficient de conductivité thermique est maintenu.
La présence de SiC sur la surface de la plaque-support rend difficile la réalisation d'un traitement de grattage de la surface pour améliorer l'adhérence avec la couche isolante. Cependant, la plaque-support du mode de réalisation 1 a la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 sur sa surface. Par conséquent, la plaque-support peut être soumise à un traitement de grattage de la surface, tel qu'un traitement à l'alumite, tout comme dans une plaque-support classique formée à partir de Al. Ici, la plaquesupport a de préférence une rugosité de surface de 10}gym ou plus afin d'améliorer l'adhérence entre la plaque-support et la couche isolante. Par conséquent, lorsque la plaque-support produite a une rugosité de surface inférieure à 10 pm, la surface de la plaque-support est soumise à un traitement à l'alumite pour améliorer la rugosité de surface Rmax à 10 pm ou plus, pour améliorer ainsi l'adhérence entre la plaque-support et la couche isolante.
La surface de la plaque-support peut être soumise à un traitement de grattage de la surface au moyen d'une attaque chimique, un grenaillage, ou similaire à la place du traitement à l'alumite.
La figure 5 montre un changement au niveau du coefficient de la dilatation thermique de la surface d'une plaque-support produite en formant l'élément de plaque 1 à partir de, par exemple, un composite Al/Sic ayant un coefficient de dilatation thermique de 1,2 x 10-5/ C, puis en joignant par chauffage l'élément de feuille d'Al 3 ayant une épaisseur variable à l'élément de plaque 1. Comme le montre la figure 5, plus l'épaisseur de l'élément de feuille d'Al 3 devant être joint est faible, plus le coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaque-support est faible. Les valeurs calculées indiquées par une ligne continue sur la figure 5 montrent chacune le coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaque-support, qui est produite en joignant par chauffage l'élément de feuille d'Al 3 ayant un coefficient de dilatation thermique de 2,5 x 10-5/ C, les deux surfaces de l'élément de plaque 1 constituées de composite Al/SiC ayant un coefficient de dilatation thermique de 1,2 x 10-5/ C, lorsque l'épaisseur de l'élément de feuille d'Al 3 devant être joint est modifiée.
De même, comme le montre la figure 5, lorsque l'élément de feuille d'Al 3 ayant une épaisseur constante de, par exemple, 400 pm est joint à la surface de l'élément de plaque 1, le coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaque-support varie également en fonction de la taille de l'élément de feuille d'Al 3.
Comme le montre la figure 5, lorsque l'élément de feuille d'Al 3 ayant une épaisseur constante de, par exemple, 700 pm est joint à la surface de l'élément de plaque 1, le coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaque-support varie en fonction d'un changement de pression au moment de la jonction.
Ainsi, le coefficient de dilatation thermique de la surface de la plaquesupport peut être défini à une valeur souhaitée en sélectionnant, par exemple, l'épaisseur et la taille de l'élément de feuille d'Al 3 devant être joint, et une pression au moment de la jonction.
Un procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 2 de la présente invention va être décrit en faisant référence à la figure 6. Le procédé de production selon le mode de réalisation 2 est différent du procédé de production selon le mode de réalisation 1 en ce qu'un élément de feuille d'Al 3 est joint à la surface de l'élément de plaque 1 par laminage tiède au lieu d'un pressage à chaud.
Ainsi, à l'étape S1, l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC est formé par coulée, de la même manière que dans le mode de réalisation 1. Ensuite, à l'étape S3, comme le montre la figure 7, l'élément de feuille d'Al 3 constitué d'un alliage à base de Al-Mg est joint à la surface de l'élément de plaque 1 par laminage à chaud au moyen des rouleaux 4. Chacun de l'élément de plaque 1 devant être formé à l'étape S1 et de l'élément de feuille d'Al 3 devant être joint à la surface de l'élément de plaque 1 à l'étape S3 est le même que celui du mode de réalisation 1 décrit ci-dessus. Au cours du laminage tiède, l'élément de feuille d'Al 3 est joint à la surface de l'élément de plaque 1 à une température de jonction de, par exemple, 580 C.
De même, de cette manière, comme le montre la figure 4, une partie de l'élément de feuille d'Al 3 pénètre dans les soufflures de coulée lb, qui sont formées dans la poudre de SiC la de l'élément de plaque 1, à partir de la surface de l'élément de plaque 1 pour remplir les soufflures de coulée lb. En outre, une couche d'alliage à base de Al-Mg 2 est formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Par conséquent, une plaque- support ayant une surface dépourvue de soufflures de coulée et relativement plate est produite.
Par conséquent, comme dans le cas du mode de réalisation 1, les soufflures de coulée sur la surface de l'élément de plaque 1 peuvent être facilement bouchées à faible coût sans réductions des valeurs de propriété thermique. En outre, une couche isolante ayant une épaisseur prédéterminée peut être formée sur la surface de la plaque-support sans être affectée par la rugosité de surface de la plaque-support. Par conséquent, on peut assurer la propriété isolante souhaitée.
La plaque-support du mode de réalisation 2 peut également être soumise à un traitement de grattage de la surface, tel qu'un traitement à l'alumite, comme c'est le cas dans le mode de réalisation 1, dans la mesure où il a la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 sur sa surface.
Dans le mode de réalisation 2, l'élément de plaque 1 et l'élément de feuille d'Al 3 ont été joints l'un à l'autre par laminage tiède. Ils peuvent être joints l'un à l'autre par laminage à froid.
Dans chacun des modes de réalisation 1 et 2 décrits ci-dessus, la température à laquelle l'élément de feuille d'Al 3 est joint à la surface de l'élément de plaque 1 par pressage à chaud ou d'un laminage tiède est établie à 580 C. Cependant, la présente invention ne se limite pas à cette température. Il est préférable de définir la température à une température proche et égale à ou inférieure au point de fusion du composite Al/SiC formant l'élément de plaque 1, c'est-à-dire, le point de fusion de Al ou de l'alliage d'Al contenant le Si devant être injecté dans le moule lors de la coulée de l'élément de plaque 1, par exemple, environ 550 à 580 C. Dans chacun des modes de réalisation 1 et 2 décrits ci-dessus, la température de jonction est de préférence établie à approximativement le point de fusion (580 C) de l'alliage d'Al ayant une teneur en Si de 11 % en poids (AC3A).
Dans chacun des modes de réalisation 1 et 2, le point de fusion de l'élément de feuille d'Al 3 est de 600 C, et le point de fusion de l'élément de plaque 1 est de 580 C.
Ainsi, l'élément de feuille d'Al 3 a un point de fusion plus élevé que celui de l'élément de plaque 1. Au contraire, lorsque l'alliage à base de Al-Mg de l'élément de feuille d'Al 3 a un point de fusion inférieur à celui du composite Al/SiC de l'élément de plaque 1, la température à laquelle l'élément de feuille d'Al 3 est joint à l'élément de plaque 1 est de préférence définie à une température proche du point de fusion de l'alliage à base de Al-Mg formant l'élément de feuille d'Al 3.
L'élément de feuille d'Al 3 est formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg contenant environ 2 à 3 % de Mg. Cependant, la présente invention ne se limite pas à cela. L'élément de feuille d'Al 3 peut être formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg contenant 2 % ou moins de Mg, ou peut être formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg contenant 3 % ou plus de Mg.
L'élément de feuille d'Al 3 peut également être formé à partir d'un alliage contenant non seulement du Mg mais aussi une autre substance telle que le Si.
L'élément de feuille d'Al 3 peut être formé à partir d'un alliage à base de Al-Li auquel on ajoute du Li au lieu d'un alliage à base de Al-Mg. Dans la mesure où le Li a une affinité plus forte vers l'oxygène que celle de l'Al, comme c'est le cas pour Mg, Li dans l'élément de feuille d'Al 3 peut augmenter la propriété de jonction de l'élément de feuille d'Al 3 avec la surface de l'élément de plaque 1. Lorsque l'élément de feuille d'Al 3 formé à partir d'un alliage à base de Al-Li est utilisé comme décrit ci-dessus, une couche d'alliage à base de Al-Li est formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Ici, le composite Al/SiC formant l'élément de plaque 1 et la couche d'alliage à base de Al-Li ont des points de fusion différents.
L'élément de feuille d'Al 3 peut également être formé à partir d'un alliage à base de Al-Ti auquel on ajoute du Ti. Dans ce cas, une couche d'alliage à base de Al-Ti est formée sur la surface de l'élément de plaque 1.
L'élément de feuille d'Al 3 a une limite maximale d'épaisseur qui est de préférence de 1 mm ou moins, c'est-à- dire, 1 000 pm ou moins, ou davantage de préférence de 700 pm ou moins. Parallèlement, l'élément a, de préférence, une limite minimale d'épaisseur de 200 pm ou plus.
Dans chacun des modes de réalisation 1 et 2 décrits ci-dessus, la poudre de SiC a été introduite dans le moule, et un alliage d'Al fondu ayant une teneur en Si de 11 % en poids (AC3A) a été coulé sous pression réduite dans le moule pour former l'élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC. Cependant, la présente invention ne se limite pas à cela. Il est préférable de former un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC ayant un faible coefficient de dilatation thermique et un excellent coefficient de conductivité thermique en sélectionnant, par exemple, la teneur en Si du métal fondu, c'est-à-dire, le type du métal fondu, et en sélectionnant la température du métal fondu et la taille de particule de la poudre de SiC.
La coulée peut être réalisée au moyen de l'un quelconque des différents procédés, tels que la coulée sous pression, la coulée sous pression dans l'oxygène (procédé PF), et la coulée sous haute pression au lieu de la coulée sous pression réduite décrite ci-dessus.
Comme le montre la figure 1, la plaque-support pour une carte de circuit imprimé formée au moyen du procédé montré dans chacun des modes de réalisation 1 et 2 décrits ci-dessus a une surface dépourvue de soufflures de coulée et relativement plate, grâce à la couche d'alliage à base de Al-Mg 2, ou de la couche d'alliage à base de Al-Ti ou à base de Al-Li formée sur la surface de l'élément de plaque 1.
Comme le montre la figure 8, une couche isolante 5 ayant une épaisseur de, par exemple, 100}gym est formée sur la surface de la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 ou sur la couche d'alliage à base de Al-Ti ou à base de Al-Li, de la plaque-support. En outre, une couche de câblage 6 constituée de Cu ou similaire est formée sur la surface de la couche isolante 5, moyennant quoi une carte de circuit imprimé peut être formée. En outre, un élément de semi-conducteur 8 est joint sur la couche de câblage 6 via la brasure 7. La résultante peut être utilisée en tant que dispositif à semi-conducteur. La couche isolante 5 est de préférence formée pour avoir une épaisseur correspondant à la résistance électrique requise du dispositif à semi-conducteur.
La figure 9 montre une vue en coupe d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 3. La plaque-support est obtenue en joignant un dissipateur thermique de Al 9 à la surface arrière de l'élément de plaque 1 dans la plaque-support du mode de réalisation 1 montrée sur la figure 1. Le dissipateur thermique de Al 9 est formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti, comme c'est le cas de l'élément de feuille d'Al 3.
Cette plaque-support peut être produite par la coulée un élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC puis en apportant un élément de feuille d'Al 3 formé, par exemple, à partir d'un alliage à base de Al-Mg et le dissipateur thermique de Al 9 formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg de la même manière que dans l'élément de feuille d'Al 3 en contact avec la surface et la surface arrière de l'élément de plaque 1, respectivement, comme le montre la figure 10, et en joignant simultanément par pressage à chaud l'élément de feuille d'Al 3 et le dissipateur thermique de Al 9 à la surface et à la surface arrière de l'élément de plaque 1, respectivement, dans cet état. A ce stade, comme le montre la figure 4, sur la surface de l'élément de plaque 1, une partie de l'élément de feuille d'Al 3 pénètre dans les soufflures de coulée lb, qui sont formées dans la poudre de SiC la de l'élément de plaque 1, pour remplir la soufflure de coulée lb. En outre, une couche d'alliage à base de Al-Mg 2 est formée sur la surface de l'élément de plaque 1. Au même moment, sur la surface arrière de l'élément de plaque 1, une partie du dissipateur thermique de Al 9 pénètre égalementdans les soufflures de coulée lb de l'élément de plaque 1 pour remplir les soufflures de coulée lb. En outre, une couche d'alliage à base de Al-Mg est formée au niveau de l'interface entre l'élément de plaque 1 et le dissipateur thermique de Al 9. Le Mg dans le dissipateur thermique de Al 9 permet au dissipateur thermique de Al 9 d'être joint fortement à la surface arrière de l'élément de plaque 1.
Ainsi, l'élément de feuille d'Al 3 et le dissipateur thermique de Al 9 peuvent être joints simultanément à la surface et à la surface arrière de l'élément de plaque, respectivement, par l'intermédiaire d'une étape de pressage à chaud. Si l'élément de feuille d'Al 3 et le dissipateur thermique de Al 9 sont formés à partir d'alliage à base de Al-Mg ayant la même composition, ils peuvent être joints à la température de jonction commune car ils ont le même point de fusion.
Le dissipateur thermique de Al 9 est formé à l'avance sous la forme d'un dissipateur thermique ayant un peigne ou similaire.
Actuellement, l'élément de feuille d'Al 3 et le dissipateur thermique de Al 9 tous deux constitués d'un alliage à base de Al-Mg ayant un point de fusion d'environ 600 C (A5052) ont été amenés en contact avec la surface et la surface arrière de l'élément de plaque 1, respectivement, et on joint les surfaces par pressage à chaud à une température de jonction de 540 C (température d'un four définie à 580 C, température finale d'échantillon définie à 540 C) et à une pression de 9,2 MPa. Par conséquent, on a découvert que tant l'élément de feuille d'Al 3 que le dissipateur thermique de Al 9 étaient joints de façon satisfaisante à l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC.
Bien que l'élément de feuille d'Al 3 et le dissipateur thermique de Al 9 puissent avoir différentes compositions, l'élément de feuille d'Al 3 ainsi que le dissipateur thermique de Al 9 sont joints simultanément et de façon souhaitable à cette température de jonction qui ne peut pas endommager la forme de peigne du dissipateur thermique de Al 9.
Comme le montre la figure 11, une couche isolante 5 est formée sur la surface de la couche d'alliage à base de Al- Mg 2 de la plaque-support équipée du dissipateur thermique ainsi produit. En outre, une couche de câblage 6 constituée de Cu ou similaire est formée sur la surface de la couche isolante 5, moyennant quoi une carte de circuit imprimé peut être formée. En outre, un élément de semi- conducteur 8 est joint sur la couche de câblage 6 via la brasure 7. Ainsi, on peut constituer un dispositif à semi-conducteur.
La procédure suivante peut également être adoptée. Tout d'abord, comme le montre la figure 12, un élément de dissipateur thermique de Al de type plaque 10 non traité pour prendre une forme de dissipateur thermique est joint à la surface arrière de l'élément de plaque 1. Ensuite, l'élément de dissipateur thermique de Al 10 est traité pour prendre une forme d'un dissipateur thermique afin de former le dissipateur thermique de Al 9. Ainsi, le dissipateur thermique de Al 9 peut également être formé en joignant l'élément de feuille d'Al 3 à la surface de l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC pour former la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 et, en même temps, en joignant à la surface arrière de l'élément de plaque 1, l'élément de dissipateur thermique de Al 10 formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti et non traité pour prendre une forme d'un dissipateur thermique puis en traitant l'élément de dissipateur thermique de Al 10 pour qu'il prenne une forme d'un dissipateur thermique de Al telle qu'une ailette.
Lorsqu'une plaque-support est produite de la manière décrite ci-dessus, la forme d'ailette n'est pas endommagée même si une température de jonction est définie à une température élevée car aucune forme de peigne n'est présente au moment de la jonction.
La figure 13 montre une vue en coupe d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon le mode de réalisation 4. La plaque-support est obtenue en joignant un dissipateur thermique de Al 12 formé à partir d'Al pur avec la surface arrière de l'élément de plaque 1 dans la plaquesupport du mode de réalisation 1 via une couche d'alliage à base de Al-Mg 11.
Cette plaque-support peut être produite par coulée d'un élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC puis en amenant un élément de feuille d'Al 3 formé par exemple à partir d'un alliage à base de Al-Mg en contact avec la surface d'un élément de plaque 1, comme le montre la figure 14, et en amenant le dissipateur thermique de Al 12 formé à partir d'Al pur en. contact avec la surface arrière de l'élément de plaque 1 via un élément d'insertion de type feuille 13 formé à partir d'un alliage à base de Al-Mg de la même manière que dans l'élément de feuille d'Al 3 puis, en joignant par pressage à chaud l'élément de feuille d'Al 3 à la surface de l'élément de plaque 1 dans cet état et en joignant, par pressage à chaud, le dissipateur thermique de Al 12 à la surface arrière de l'élément de plaque 1 via l'élément d'insertion 13 simultanément avec la jonction de l'élément de feuille d'Al 3.
Lorsqu'on essaie de joindre directement le dissipateur thermique de Al 12 constitué d'Al pur à l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC, il est difficile d'obtenir un état où le dissipateur thermique et l'élément de plaque sont fortement joints l'un à l'autre. Cependant, dans ce mode de réalisation, l'élément d'insertion 13 constitué d'un alliage à base de Al-Mg est interposé entre eux. Par conséquent, la couche d'alliage à base de Al-Mg 11 est formée par pressage à chaud, de telle sorte que l'élément de plaque 1 et le dissipateur thermique de Al 12 sont joints l'un à l'autre via la couche d'alliage à base de Al-Mg 11. Ainsi, une plaque-support équipée d'un dissipateur thermique peut être formé.
Le dissipateur thermique de Al 12 formé à partir d'Al pur peut être joint à la surface arrière de l'élément de plaque 1 via une couche d'alliage à base de Al-Ti ou de Al-Li au lieu d'une couche d'alliage à base de Al-Mg 11. Dans ce cas, il est suffisant que la surface arrière de l'élément de plaque 1 et le dissipateur thermique de Al 12 constitué d'Al pur soient joints l'un à l'autre par pressage à chaud avec un élément d'insertion de type feuille formé à partir d'un alliage à base de Al-Ti ou de Al-Li interposé entre eux.
Bien que l'élément de feuille d'Al 3 et l'élément d'insertion 13 puissent avoir différentes compositions, l'élément de feuille d'Al 3 ainsi que l'élément d'insertion 13 sont joints de façon souhaitable simultanément à l'élément de plaque 1 constitué d'un composite Al/SiC et l'élément d'insertion 13 ainsi que le dissipateur thermique de Al 12 sont joints de façon souhaitable l'un à l'autre à cette température de jonction qui ne peut pas endommager la forme de peigne du dissipateur thermique de Al 12.
Comme le montre la figure 15, une couche isolante 5 est formée sur la surface de la couche d'alliage à base de Al-Mg 2 de la plaque-support équipée du dissipateur thermique ainsi produite. En outre, une couche de câblage 6 constituée de Cu ou similaire est formée sur la surface de la couche isolante 5, moyennant quoi une carte de circuit imprimé peut être formée. Par ailleurs, un élément de semi-conducteur 8 est joint sur la couche de câblage 6 via une brasure 7. Ainsi, on peut constituer un dispositif à semi-conducteur.
Chacun du dissipateur thermique de Al 9 du mode de réalisation 3 et du dissipateur thermique de Al 12 du mode de réalisation 4 est un dissipateur thermique refroidi à l'air ayant une forme d'ailette. Un dissipateur thermique refroidi à l'eau comportant une conduite d'eau, comme le montre chacune des figures 16 et 17, peut également être utilisé. La figure 16 montre une plaque-support obtenue en joignant directement, à la surface arrière de l'élément de plaque 1, un dissipateur thermique de Al refroidi à l'eau 14 formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti. La figure 17 montre une plaque-support obtenue en joignant un dissipateur thermique de Al refroidi à l'eau 15 formé à partir d'Al pur avec la surface arrière de l'élément de plaque 1 via la couche d'alliage à base de Al-Mg 11.
Comme décrit ci-dessus, dans les modes de réalisation 1 à 3, chacun de l'élément de feuille d'Al 3 et du dissipateur thermique de Al 9 est formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de AlLi, et d'un alliage à base de Al-Ti. Cependant, le fait de contenir du Si ou similaire dans l'alliage formant l'élément de feuille d'Al 3 ou le dissipateur thermique de Al 9 réduit le point de fusion. Par conséquent, l'utilisation d'un alliage à base de Al-Si-Mg, d'un alliage à base de AlSi-Li, ou d'un alliage à base de Al-Si-Ti permet de réaliser la jonction à une température de jonction faible. Par conséquent, la forme de peigne du dissipateur thermique de Al 12 n'est pas endommagée si l'élément d'insertion 13 du mode de réalisation 4 est formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Si-Mg, à base de Al-Si-Li, et à base de Al-Si-Ti pour réaliser la jonction et est joint au dissipateur thermique de Al 12 constitué d'Al pur à une température de jonction faible.
Lors de la jonction du dissipateur thermique de Al 9 formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti dans le mode de réalisation 3, si un élément d'insertion formé à partir d'un alliage à base de Al-Si-Mg, d'un alliage à base de Al- Si-Li, ou d'un alliage à base de Al-Si-Ti et ayant un point de fusion inférieur à celui du dissipateur thermique de Al 9 est interposé entre la surface arrière de l'élément de plaque 1 et le dissipateur thermique de Al 9 pour réaliser la jonction, il est possible de joindre la surface arrière et le dissipateur thermique de Al l'un à l'autre à une température de jonction faible, ce qui permet de ne pas endommager la forme de peigne du dissipateur thermique de Al 9.
Chacun des dissipateurs thermiques Al 9, 12, 14, et 15, et de l'élément de dissipateur thermique de Al 10 peut être joint par laminage, brasage, forgeage à chaud, ou similaire au lieu de pressage à chaud. Pour produire simultanément plusieurs plaques-supports, l'élément de feuille d'Al 3, l'élément de plaque 1, l'un des dissipateurs thermiques Al 9, 12, 14, et 15 et l'élément de dissipateur thermique de Al 10, et, si nécessaire, l'élément d'insertion ayant chacun une grande taille peuvent être laminés les uns sur les autres, et les éléments laminés respectifs peuvent être joints les uns aux autres lorsque chaque plaque-support est perforée dans cet état.
Selon la présente invention, les soufflures de coulée sur la surface d'un composite Al/SiC peuvent être facilement bouchées à faible coût sans réduction des valeurs de propriété thermique.
En outre, le composite Al/SiC et un dissipateur thermique peuvent être joints l'un à l'autre tout en supprimant une augmentation de la résistance thermique.
Claims (20)
1. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé, comprenant les étapes consistant à : couler un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC; et joindre par chauffage un élément de feuille d'Al à une surface avant de l'élément de plaque coulé.
2. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel l'élément de feuille d'Al est joint à la surface avant de l'élément de plaque par pressage à chaud.
3. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel l'élément de feuille d'Al est joint à la surface avant de l'élément de plaque par coulée.
4. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel l'élément de feuille d'Al est formé de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de AlLi, et d'un alliage à base de Al-Ti.
5. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel: l'élément de feuille d'Al a un point de fusion supérieur à un point de fusion de composite Al/SiC formant l'élément de plaque; et l'élément de feuille d'Al est chauffé à une température proche du point de fusion de composite Al/SiC formant l'élément de plaque devant être joint à la surface avant de l'élément de plaque.
6. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel: l'élément de feuille d'Al a un point de fusion inférieur à un point de fusion du composite Al/SiC formant l'élément de plaque; et l'élément de feuille d'Al est chauffé à une température proche de son point de fusion devant être joint à la surface avant de l'élément de plaque.
7. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel la surface de l'élément de feuille d'Al est soumise à un traitement de grattage de la surface après que l'élément de feuille d'Al est joint à la surface avant de l'élément de plaque.
8. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel l'élément de plaque est constitué d'un composite Al/SiC qui est coulé en injectant de l'Al fondu ou un alliage de Al fondu contenant du Si dans un moule rempli de poudre de SiC.
9. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans lequel un élément de dissipateur thermique de Al est joint par chauffage à une surface arrière de l'élément de plaque simultanément avec la jonction par chauffage de l'élément de feuille d'Al à la surface avant de l'élément de plaque.
10. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel l'élément de dissipateur thermique de Al est formé de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti.
11. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel: l'élément de dissipateur thermique de Al est formé à partir d'Al pur; et l'élément de dissipateur thermique de Al est joint à la surface arrière de l'élément de plaque via un élément d'insertion formé à partir de l'un d'un alliage à base de AlMg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti.
12. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel l'élément de dissipateur thermique de Al est formé en avance pour prendre une forme d'un dissipateur thermique.
13. Procédé de production d'une plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel l'élément de dissipateur thermique de Al est formé pour prendre une forme d'un dissipateur thermique après que l'élément de dissipateur thermique de Al est joint à la surface arrière de l'élément de plaque.
14. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé, comprenant: un élément de plaque constitué d'un composite Al/SiC formé par coulée; et une couche d'alliage formée sur une surface avant de l'élément de plaque et constituée de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti.
15. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 14, dans laquelle la couche d'alliage a un point de fusion supérieur à un point de fusion du composite Al/SiC formant l'élément de plaque.
16. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 14, dans laquelle la couche d'alliage a un point de fusion inférieur à un point de fusion du composite Al/SiC formant l'élément de plaque.
17. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 14, comprenant en outre un dissipateur thermique de Al formé sur une surface arrière de l'élément de plaque.
18. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 17, dans laquelle l'élément de dissipateur thermique de Al est formé à partir de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti.
19. Plaque-support pour une carte de circuit imprimé selon la revendication 17, comprenant en outre une couche d'alliage agencée entre la surface arrière de l'élément de plaque et le dissipateur thermique de Al et constitué de l'un d'un alliage à base de Al-Mg, d'un alliage à base de Al-Li, et d'un alliage à base de Al-Ti, le dissipateur thermique de Al étant formé à partir d'Al pur.
20. Carte de circuit imprimé, comprenant: la plaque-support selon la revendication 14; une couche isolante formée sur une surface de la couche d'alliage de la plaque-support; et une couche de câblage formée sur une surface de la couche isolante.
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