JP2001284509A - Ａｌ−ＳｉＣ複合体 - Google Patents
Ａｌ−ＳｉＣ複合体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低熱膨張、高熱伝導性を有するとともに、反
りなど変形による外力の印加に対して構造体としても十
分な耐力を兼ね備えた信頼性に優れるＡｌ−ＳｉＣ複合
体を提供する。 【解決手段】 ＳｉＣ多孔体にＡｌを主成分とする金属
を含浸したＡｌ−ＳｉＣ複合体であり、該複合体はＳｉ
Ｃを４０体積％以上含有し、該複合体のシャルピー衝撃
値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
りなど変形による外力の印加に対して構造体としても十
分な耐力を兼ね備えた信頼性に優れるＡｌ−ＳｉＣ複合
体を提供する。 【解決手段】 ＳｉＣ多孔体にＡｌを主成分とする金属
を含浸したＡｌ−ＳｉＣ複合体であり、該複合体はＳｉ
Ｃを４０体積％以上含有し、該複合体のシャルピー衝撃
値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）からなる多孔体にアルミニウム（Ａｌ）を主成分と
する金属を含浸して形成したＡｌ−ＳｉＣ複合体に関す
る。本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体は、低熱膨張、高熱伝
導性を有し、放熱基板、ヒートシンク、パッケージなど
半導体装置に用いられる放熱部品に好適なものである。
Ｃ）からなる多孔体にアルミニウム（Ａｌ）を主成分と
する金属を含浸して形成したＡｌ−ＳｉＣ複合体に関す
る。本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体は、低熱膨張、高熱伝
導性を有し、放熱基板、ヒートシンク、パッケージなど
半導体装置に用いられる放熱部品に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、産業機器の分野では、半導体スイ
ッチングデバイスを用いて大きな電力を最適な電力に効
率よく交換制御する大電力モジュール装置の開発が進ん
でいる。例えば、電動車輌用インバータとして高電圧、
大電流動作が可能なＩＧＢＴモジュールがある。このよ
うな大電力モジュール化に伴い、半導体チップから発生
する熱も増大している。半導体チップは熱に弱く、発熱
が大きくなれば半導体回路の誤動作や破壊を招くことに
なる。そこで、半導体チップなど電子部品を搭載するた
めの回路基板の裏面にヒートシンクなどの放熱部品を設
けて、放熱部品を介して半導体チップから発生した熱を
外部に発散させ、半導体回路の動作を安定にすることが
行われている。電子部品を搭載するための回路基板とし
ては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミッ
クス基板が主に用いられている。
ッチングデバイスを用いて大きな電力を最適な電力に効
率よく交換制御する大電力モジュール装置の開発が進ん
でいる。例えば、電動車輌用インバータとして高電圧、
大電流動作が可能なＩＧＢＴモジュールがある。このよ
うな大電力モジュール化に伴い、半導体チップから発生
する熱も増大している。半導体チップは熱に弱く、発熱
が大きくなれば半導体回路の誤動作や破壊を招くことに
なる。そこで、半導体チップなど電子部品を搭載するた
めの回路基板の裏面にヒートシンクなどの放熱部品を設
けて、放熱部品を介して半導体チップから発生した熱を
外部に発散させ、半導体回路の動作を安定にすることが
行われている。電子部品を搭載するための回路基板とし
ては、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などのセラミッ
クス基板が主に用いられている。
【０００３】従来の放熱部品用材料として、銅（Ｃ
ｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などが
ある。ＭｏやＷからなる放熱部品は高価であり、また金
属の比重が大きいため放熱部品の重量が重くなり、放熱
部品の軽量化が望まれる用途には好ましくない。
ｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などが
ある。ＭｏやＷからなる放熱部品は高価であり、また金
属の比重が大きいため放熱部品の重量が重くなり、放熱
部品の軽量化が望まれる用途には好ましくない。
【０００４】Ｃｕからなる放熱部品は、放熱部品と接合
されるセラミックス基板との熱膨張係数の差が大きいの
で、放熱部品とセラミックス基板との加熱接合時や、使
用中の熱サイクルにより、はんだ層の破壊、熱流路の遮
断、セラミックス基板の割れを生じやすい。つまり、放
熱部品とセラミックス基板とは、はんだによりろう付け
されており、ろう材の融点以上に加熱した後、室温まで
冷却される。その際、ろう材の凝固点で互いに固定さ
れ、その後は固定されたまま放熱部品とセラミックス基
板がそれぞれ固有の熱膨張係数に従って収縮し、互いの
接合部に熱応力および熱歪みが残留するとともに反りな
どの変形を生じる。そして、モジュール装置の使用時に
熱ストレスが繰り返し与えられ、残留熱応力および熱歪
みに重畳されると、はんだ層の疲労破壊による熱流路の
遮断と、機械的に脆い性質を持つセラミックス基板の割
れを生じる。
されるセラミックス基板との熱膨張係数の差が大きいの
で、放熱部品とセラミックス基板との加熱接合時や、使
用中の熱サイクルにより、はんだ層の破壊、熱流路の遮
断、セラミックス基板の割れを生じやすい。つまり、放
熱部品とセラミックス基板とは、はんだによりろう付け
されており、ろう材の融点以上に加熱した後、室温まで
冷却される。その際、ろう材の凝固点で互いに固定さ
れ、その後は固定されたまま放熱部品とセラミックス基
板がそれぞれ固有の熱膨張係数に従って収縮し、互いの
接合部に熱応力および熱歪みが残留するとともに反りな
どの変形を生じる。そして、モジュール装置の使用時に
熱ストレスが繰り返し与えられ、残留熱応力および熱歪
みに重畳されると、はんだ層の疲労破壊による熱流路の
遮断と、機械的に脆い性質を持つセラミックス基板の割
れを生じる。
【０００５】Ｃｕ等の従来材に替わる放熱部品用材料と
して、ＡｌまたはＡｌ合金中にＳｉＣを分散させた低熱
膨張・高熱伝導特性を有するＡｌ−ＳｉＣ複合体が注目
されている（特公平７−２６１７４号、特開昭６４−８
３６３４号等参照）。Ａｌ−ＳｉＣ複合体は、粉末冶金
法、高圧鋳造法、真空鋳造法、溶融金属含浸法などによ
り製造される。Ａｌ−ＳｉＣ複合体の熱膨張係数をセラ
ミックス基板の熱膨張係数に近づけようとすると、熱膨
張係数の低いＳｉＣの含有比率を上げることが必要であ
る。しかしながら、粉末冶金法、高圧鋳造法、真空鋳造
法では、その製造法の特質上、ＳｉＣの含有量を４０体
積％以上にすることが困難である。また、ネットシェイ
プ成形することが難しい、大型の加圧装置を必要とする
ため製造コストが高くなるという欠点がある。
して、ＡｌまたはＡｌ合金中にＳｉＣを分散させた低熱
膨張・高熱伝導特性を有するＡｌ−ＳｉＣ複合体が注目
されている（特公平７−２６１７４号、特開昭６４−８
３６３４号等参照）。Ａｌ−ＳｉＣ複合体は、粉末冶金
法、高圧鋳造法、真空鋳造法、溶融金属含浸法などによ
り製造される。Ａｌ−ＳｉＣ複合体の熱膨張係数をセラ
ミックス基板の熱膨張係数に近づけようとすると、熱膨
張係数の低いＳｉＣの含有比率を上げることが必要であ
る。しかしながら、粉末冶金法、高圧鋳造法、真空鋳造
法では、その製造法の特質上、ＳｉＣの含有量を４０体
積％以上にすることが困難である。また、ネットシェイ
プ成形することが難しい、大型の加圧装置を必要とする
ため製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００６】溶融金属含浸法は、ＳｉＣ粉末あるいはＳ
ｉＣ繊維で形成された多孔体（プリフォーム）を用い、
これを型内の空間に配置し、Ａｌインゴットを接触させ
て、窒素雰囲気中で加圧もしくは非加圧で加熱溶融した
Ａｌを型内の空間に流し込むことによって、ＳｉＣ多孔
体に含浸させ、冷却して作製するものである。この製造
方法によれば、ＳｉＣの含有量を２０〜９０体積％の範
囲で選択できる。また、ＳｉＣ多孔体形状の自由度が高
く、複雑な形状の製品をネットシェイプ成形できる利点
を有する。
ｉＣ繊維で形成された多孔体（プリフォーム）を用い、
これを型内の空間に配置し、Ａｌインゴットを接触させ
て、窒素雰囲気中で加圧もしくは非加圧で加熱溶融した
Ａｌを型内の空間に流し込むことによって、ＳｉＣ多孔
体に含浸させ、冷却して作製するものである。この製造
方法によれば、ＳｉＣの含有量を２０〜９０体積％の範
囲で選択できる。また、ＳｉＣ多孔体形状の自由度が高
く、複雑な形状の製品をネットシェイプ成形できる利点
を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】溶融金属含浸法は、Ｓ
ｉＣの含有量を４０体積％以上にできるので、Ａｌ−Ｓ
ｉＣ複合体の熱膨張係数をセラミックス基板の熱膨張係
数に近づけることができる。このため、Ａｌ−ＳｉＣ複
合体からなる放熱部品とセラミックス基板との接合部に
熱応力および熱歪みが残留することを緩和できる。した
がって、従来のＣｕ製の放熱部品に比べ、放熱部品とセ
ラミックス基板との加熱接合や、使用中の熱サイクルに
よるはんだ層の破壊、熱流路の遮断、セラミックス基板
の割れを防止できる。
ｉＣの含有量を４０体積％以上にできるので、Ａｌ−Ｓ
ｉＣ複合体の熱膨張係数をセラミックス基板の熱膨張係
数に近づけることができる。このため、Ａｌ−ＳｉＣ複
合体からなる放熱部品とセラミックス基板との接合部に
熱応力および熱歪みが残留することを緩和できる。した
がって、従来のＣｕ製の放熱部品に比べ、放熱部品とセ
ラミックス基板との加熱接合や、使用中の熱サイクルに
よるはんだ層の破壊、熱流路の遮断、セラミックス基板
の割れを防止できる。
【０００８】しかしながら、特にＩＧＢＴ、ＧＴＯなど
大電力モジュール化の傾向に伴い、新たな特性が要求さ
れている。つまり、大電力モジュール装置においては、
複数の半導体回路が搭載されるので、これまで以上にセ
ラミックス基板の面積やろう付けの面積が大きくなる。
このため、前述の残留熱応力および熱歪みも大きくな
り、各部材の反りなど変形が促進されやすい。通常、放
熱部品は、モジュール装置を構成する金属製の支持部材
にボルトによって締め付け固定されているため、反りな
ど変形の外力が過大に印加されれば、放熱部品の変形を
招きかねない。また、３ｍｍ程度に薄肉化した放熱部品
の場合、組み立て時のハンドリングによって放熱部品を
破損しやすいのでこれを防止する必要がある。
大電力モジュール化の傾向に伴い、新たな特性が要求さ
れている。つまり、大電力モジュール装置においては、
複数の半導体回路が搭載されるので、これまで以上にセ
ラミックス基板の面積やろう付けの面積が大きくなる。
このため、前述の残留熱応力および熱歪みも大きくな
り、各部材の反りなど変形が促進されやすい。通常、放
熱部品は、モジュール装置を構成する金属製の支持部材
にボルトによって締め付け固定されているため、反りな
ど変形の外力が過大に印加されれば、放熱部品の変形を
招きかねない。また、３ｍｍ程度に薄肉化した放熱部品
の場合、組み立て時のハンドリングによって放熱部品を
破損しやすいのでこれを防止する必要がある。
【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
であって、低熱膨張、高熱伝導性を有するとともに、反
りなど変形による外力の印加に対して構造体としても十
分な耐力を兼ね備えた信頼性に優れるＡｌ−ＳｉＣ複合
体を提供することを目的とする。
であって、低熱膨張、高熱伝導性を有するとともに、反
りなど変形による外力の印加に対して構造体としても十
分な耐力を兼ね備えた信頼性に優れるＡｌ−ＳｉＣ複合
体を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＳｉＣ多孔体
にＡｌを主成分とする金属を含浸したＡｌ−ＳｉＣ複合
体であり、該複合体はＳｉＣを４０体積％以上含有し、
該複合体のシャルピー衝撃値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上で
あることを特徴とするＡｌ−ＳｉＣ複合体である。
にＡｌを主成分とする金属を含浸したＡｌ−ＳｉＣ複合
体であり、該複合体はＳｉＣを４０体積％以上含有し、
該複合体のシャルピー衝撃値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上で
あることを特徴とするＡｌ−ＳｉＣ複合体である。
【００１１】前記本発明において、Ａｌ−ＳｉＣ複合体
は、室温の熱膨張係数が４×１０-6〜２０×１０-6／
Ｋ、熱伝導率が１５０〜２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるこ
とを特徴とする。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体
に、Ａｌを主成分とする金属が豊富な被覆層を設けたこ
とを特徴とする。さらに、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面
に、Ｎｉ系めっき層を設けたことを特徴とする。
は、室温の熱膨張係数が４×１０-6〜２０×１０-6／
Ｋ、熱伝導率が１５０〜２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるこ
とを特徴とする。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体
に、Ａｌを主成分とする金属が豊富な被覆層を設けたこ
とを特徴とする。さらに、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面
に、Ｎｉ系めっき層を設けたことを特徴とする。
【００１２】また、本発明は、前記Ａｌ−ＳｉＣ複合体
を用いてなることを特徴とする放熱部品である。加え
て、放熱部品は電子部品搭載用セラミックス基板に接合
してなることを特徴とする。
を用いてなることを特徴とする放熱部品である。加え
て、放熱部品は電子部品搭載用セラミックス基板に接合
してなることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のＳｉＣ多孔体は、ＳｉＣ
粉末に結合剤、保形剤などを所定量添加し、所望の形状
に成形される。成形方法は、Ａｌが含浸を完了するまで
形態を保っておりかつ含浸を阻害しないのであれば、沈
降成形法、射出成形法、ＣＩＰ法など公知の方法でよ
い。本発明においては、ＳｉＣ多孔体を焼結せずに成形
することが望ましい。ＳｉＣ多孔体を焼結して成形する
と、ＳｉＣ粉末同士が接触する比率が高まり変形能が低
下するため靭性が劣化しやすい。また、ＳｉＣ多孔体を
焼結するには焼結助剤が必要であり、焼結したＳｉＣ多
孔体にＡｌを含浸させる場合、焼結助剤の存在が含浸を
阻害しやすい。ＳｉＣ多孔体にＡｌを含浸させる方法
は、加圧により含浸させる、あるいは無加圧で含浸させ
るなど条件に限定はなく公知の方法でよい。ＳｉＣ粉末
は１種類のみを用いてもよいが、平均粒径の異なるＳｉ
Ｃ粉末を混合して用いれば、ＳｉＣ粉末を高密度に充填
できるので好ましい。
粉末に結合剤、保形剤などを所定量添加し、所望の形状
に成形される。成形方法は、Ａｌが含浸を完了するまで
形態を保っておりかつ含浸を阻害しないのであれば、沈
降成形法、射出成形法、ＣＩＰ法など公知の方法でよ
い。本発明においては、ＳｉＣ多孔体を焼結せずに成形
することが望ましい。ＳｉＣ多孔体を焼結して成形する
と、ＳｉＣ粉末同士が接触する比率が高まり変形能が低
下するため靭性が劣化しやすい。また、ＳｉＣ多孔体を
焼結するには焼結助剤が必要であり、焼結したＳｉＣ多
孔体にＡｌを含浸させる場合、焼結助剤の存在が含浸を
阻害しやすい。ＳｉＣ多孔体にＡｌを含浸させる方法
は、加圧により含浸させる、あるいは無加圧で含浸させ
るなど条件に限定はなく公知の方法でよい。ＳｉＣ粉末
は１種類のみを用いてもよいが、平均粒径の異なるＳｉ
Ｃ粉末を混合して用いれば、ＳｉＣ粉末を高密度に充填
できるので好ましい。
【００１４】ＳｉＣ多孔体に含浸させるＡｌは、純Ａ
ｌ、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ
−Ｃｕ系合金が挙げられる。好ましくは、含浸するＡｌ
合金のＳｉ重量％を共晶組成の１２重量％以下にするの
がよい。過共晶になると、脆い粗大なＳｉ結晶が晶出す
ることにより、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の靭性を低下させ
る。Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金では、
合金の融点が低下し、含浸温度を下げることができる。
また、高温においてＡｌ溶湯の粘性が低下し、含浸時間
を短縮できるので、含浸にかかる製造コスト的に有利と
なる。
ｌ、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ
−Ｃｕ系合金が挙げられる。好ましくは、含浸するＡｌ
合金のＳｉ重量％を共晶組成の１２重量％以下にするの
がよい。過共晶になると、脆い粗大なＳｉ結晶が晶出す
ることにより、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の靭性を低下させ
る。Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金では、
合金の融点が低下し、含浸温度を下げることができる。
また、高温においてＡｌ溶湯の粘性が低下し、含浸時間
を短縮できるので、含浸にかかる製造コスト的に有利と
なる。
【００１５】本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体は、セラミッ
クス基板の熱膨張係数に近づけるためＳｉＣの含有量が
４０体積％以上であり、好ましくは４０〜８０体積％で
ある。ＳｉＣの含有量が４０体積％未満では熱膨張係数
が大きくなり、８０体積％を超えると強度、破壊靭性が
低下するとともに熱伝導率が低くなるので好ましくな
い。
クス基板の熱膨張係数に近づけるためＳｉＣの含有量が
４０体積％以上であり、好ましくは４０〜８０体積％で
ある。ＳｉＣの含有量が４０体積％未満では熱膨張係数
が大きくなり、８０体積％を超えると強度、破壊靭性が
低下するとともに熱伝導率が低くなるので好ましくな
い。
【００１６】また、本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体は、シ
ャルピー衝撃試験において、該複合体のシャルピー衝撃
値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。Ａ
ｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃値は大きいほど望ま
しいが、０．１Ｊ／ｃｍ2未満では反りなどの外力の印
加に対し、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の強度が劣り、変形や破
損しやすい。Ａｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃値を
大きくするためには、ＳｉＣ多孔体にＡｌを含浸させる
場合、無加圧含浸では微細なポアが残存しやすいので、
高い加圧で含浸させてポアの発生を抑えるほうがよい。
また、含浸するＡｌ合金のＳｉ重量％を共晶組成の１２
重量％以下にするのがよい。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体
は、ＪＩＳ１６０１−１９８１に準拠した４点曲げ強さ
試験において、曲げ強さが３００ＭＰａ以上あることが
望ましい。
ャルピー衝撃試験において、該複合体のシャルピー衝撃
値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。Ａ
ｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃値は大きいほど望ま
しいが、０．１Ｊ／ｃｍ2未満では反りなどの外力の印
加に対し、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の強度が劣り、変形や破
損しやすい。Ａｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃値を
大きくするためには、ＳｉＣ多孔体にＡｌを含浸させる
場合、無加圧含浸では微細なポアが残存しやすいので、
高い加圧で含浸させてポアの発生を抑えるほうがよい。
また、含浸するＡｌ合金のＳｉ重量％を共晶組成の１２
重量％以下にするのがよい。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体
は、ＪＩＳ１６０１−１９８１に準拠した４点曲げ強さ
試験において、曲げ強さが３００ＭＰａ以上あることが
望ましい。
【００１７】Ａｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃試験
においては、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にＡｌを主
成分とする金属が豊富な被覆層が設けられていても構わ
ない。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体表面にＮｉ系めっき層
が施されていても構わない。Ａｌの被覆層を設けること
により、表面の切り欠き効果が低減され曲げ強さおよび
靭性が向上するので好ましい。
においては、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にＡｌを主
成分とする金属が豊富な被覆層が設けられていても構わ
ない。また、Ａｌ−ＳｉＣ複合体表面にＮｉ系めっき層
が施されていても構わない。Ａｌの被覆層を設けること
により、表面の切り欠き効果が低減され曲げ強さおよび
靭性が向上するので好ましい。
【００１８】Ａｌ−ＳｉＣ複合体は、室温の熱膨張係数
が４×１０-6〜２０×１０-6／Ｋであり、好ましくは１
０×１０-6／Ｋ以下である。室温の熱膨張係数が２０×
１０ -6／Ｋを超えると、セラミックス基板との熱膨張係
数の差が大きくなり過ぎて、加熱接合時や使用中の熱サ
イクルにより、セラミックス基板に割れが生じやすくな
る。
が４×１０-6〜２０×１０-6／Ｋであり、好ましくは１
０×１０-6／Ｋ以下である。室温の熱膨張係数が２０×
１０ -6／Ｋを超えると、セラミックス基板との熱膨張係
数の差が大きくなり過ぎて、加熱接合時や使用中の熱サ
イクルにより、セラミックス基板に割れが生じやすくな
る。
【００１９】Ａｌ−ＳｉＣ複合体の熱伝導率は、１５０
〜２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。熱伝導
率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満では、特に大電力モジュ
ール装置において放熱能力が不足しがちになる。
〜２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが望ましい。熱伝導
率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満では、特に大電力モジュ
ール装置において放熱能力が不足しがちになる。
【００２０】Ａｌ−ＳｉＣ複合体の含浸完了後、Ａｌ−
ＳｉＣ複合体の表面にＳｉＣ粉末が露出しないように、
Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にわたって、含浸したＡ
ｌを主成分とする金属の豊富（リッチ）な被覆層を設け
ることが好ましい。Ａｌ被覆層が存在すれば電解あるい
は無電解めっきを施しやすくなる。また、Ａｌが軟らか
いので面加工が容易になる。さらに、Ａｌ被覆層により
表面の切り欠き効果が低減され強度と靭性が向上する。
ＳｉＣ複合体の表面にＳｉＣ粉末が露出しないように、
Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にわたって、含浸したＡ
ｌを主成分とする金属の豊富（リッチ）な被覆層を設け
ることが好ましい。Ａｌ被覆層が存在すれば電解あるい
は無電解めっきを施しやすくなる。また、Ａｌが軟らか
いので面加工が容易になる。さらに、Ａｌ被覆層により
表面の切り欠き効果が低減され強度と靭性が向上する。
【００２１】ＳｉＣ多孔体中にＡｌを含浸させる際に、
ＳｉＣ多孔体とＳｉＣ多孔体を装入した型の内壁との隙
間に含浸Ａｌの一部が通ることにより、Ａｌの被覆層が
形成される。被覆層を形成するＡｌは、ＳｉＣ多孔体に
含浸されたＡｌと連通し、実質的に組成が同じである。
ＳｉＣ多孔体と型の内壁との隙間の大きさを調整するこ
とにより被覆層の厚みを変えることができる。被覆層の
平均厚みは、面加工後の仕上寸法精度により異なってく
るが、１０μｍ未満ではめっきが不均一になりやすく、
３００μｍもあれば効果が十分なので、１０〜３００μ
ｍが好ましい。
ＳｉＣ多孔体とＳｉＣ多孔体を装入した型の内壁との隙
間に含浸Ａｌの一部が通ることにより、Ａｌの被覆層が
形成される。被覆層を形成するＡｌは、ＳｉＣ多孔体に
含浸されたＡｌと連通し、実質的に組成が同じである。
ＳｉＣ多孔体と型の内壁との隙間の大きさを調整するこ
とにより被覆層の厚みを変えることができる。被覆層の
平均厚みは、面加工後の仕上寸法精度により異なってく
るが、１０μｍ未満ではめっきが不均一になりやすく、
３００μｍもあれば効果が十分なので、１０〜３００μ
ｍが好ましい。
【００２２】Ａｌ−ＳｉＣ複合体は、セラミックス基板
とのはんだ付けを強固にするために、Ａｌ−ＳｉＣ複合
体の表面にＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−ＢなどＮｉ系めっき
を施すことが望ましい。Ｎｉ系めっきは、電解法あるい
は無電解法のいずれでも処理してよいが、無電解法のほ
うが厚みを均一にしやすい。また、Ｎｉ系めっき層がＡ
ｌ−ＳｉＣ複合体の表面に二層以上施されていてもよ
い。
とのはんだ付けを強固にするために、Ａｌ−ＳｉＣ複合
体の表面にＮｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−ＢなどＮｉ系めっき
を施すことが望ましい。Ｎｉ系めっきは、電解法あるい
は無電解法のいずれでも処理してよいが、無電解法のほ
うが厚みを均一にしやすい。また、Ｎｉ系めっき層がＡ
ｌ−ＳｉＣ複合体の表面に二層以上施されていてもよ
い。
【００２３】本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体は、放熱基
板、ヒートシンク、パッケージなどの放熱部品に好適で
ある。また、放熱部品は電子部品搭載用セラミックス基
板に接合して用いられ、セラミックス基板としては、熱
伝導率および曲げ強度に優れたＳｉ3Ｎ4、熱伝導率に優
れたＡｌＮ、耐熱性に優れたＡｌ2Ｏ3のいずれかからな
るのが好ましい。特に、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌＮは絶縁性、放
熱特性にも優れているので好ましい。
板、ヒートシンク、パッケージなどの放熱部品に好適で
ある。また、放熱部品は電子部品搭載用セラミックス基
板に接合して用いられ、セラミックス基板としては、熱
伝導率および曲げ強度に優れたＳｉ3Ｎ4、熱伝導率に優
れたＡｌＮ、耐熱性に優れたＡｌ2Ｏ3のいずれかからな
るのが好ましい。特に、Ｓｉ3Ｎ4やＡｌＮは絶縁性、放
熱特性にも優れているので好ましい。
【００２４】
【実施例】平均粒径６０μｍ、純度９８％以上のＳｉＣ
粉末に結合剤、保形剤の溶媒を加え、これを攪拌機で混
合してＳｉＣのスラリーを得た。スラリーを所望の形状
の金型に注入して成形後、冷却して脱型した。これを乾
燥して表１に示すＳｉＣ多孔体を作製した。
粉末に結合剤、保形剤の溶媒を加え、これを攪拌機で混
合してＳｉＣのスラリーを得た。スラリーを所望の形状
の金型に注入して成形後、冷却して脱型した。これを乾
燥して表１に示すＳｉＣ多孔体を作製した。
【００２５】ついで、ＳｉＣ多孔体と型の内壁との間に
所定の隙間を確保した状態で、ＳｉＣ多孔体を型に装入
した。そして、ＳｉＣ多孔体を装入した型内に加熱溶融
した表１に示す組成のＡｌを圧入し含浸させた。含浸完
了、冷却後、型を解体し、本発明実施例のＡｌ−ＳｉＣ
複合体を得た。
所定の隙間を確保した状態で、ＳｉＣ多孔体を型に装入
した。そして、ＳｉＣ多孔体を装入した型内に加熱溶融
した表１に示す組成のＡｌを圧入し含浸させた。含浸完
了、冷却後、型を解体し、本発明実施例のＡｌ−ＳｉＣ
複合体を得た。
【００２６】得られたＡｌ−ＳｉＣ複合体は、ＳｉＣ多
孔体中にＡｌを含浸させる際に、ＳｉＣ多孔体とＳｉＣ
多孔体を装入した型の内壁との隙間に含浸Ａｌの一部が
通ることにより、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にわた
って、含浸したＡｌを主成分とする金属の豊富な被覆層
が形成された。被覆層の厚みは平均で５０μｍであり、
Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面にはＳｉＣ粉末の露出が見ら
れなかった。
孔体中にＡｌを含浸させる際に、ＳｉＣ多孔体とＳｉＣ
多孔体を装入した型の内壁との隙間に含浸Ａｌの一部が
通ることにより、Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面全体にわた
って、含浸したＡｌを主成分とする金属の豊富な被覆層
が形成された。被覆層の厚みは平均で５０μｍであり、
Ａｌ−ＳｉＣ複合体の表面にはＳｉＣ粉末の露出が見ら
れなかった。
【００２７】また、比較例として、ＳｉＣ多孔体を作製
せず、実施例と同じＳｉＣ粉末を用いて、表１に示す体
積％になるようにＳｉＣ粉末を金型に充填して、表１に
示すＡｌ合金を金型に流し込み、プレスして、冷却後、
型を解体し、比較例のＡｌ−ＳｉＣ複合体を得た。この
Ａｌ−ＳｉＣ複合体はＡｌの被覆層が乏しく、表面の一
部にＳｉＣ粉末の露出が見られた。
せず、実施例と同じＳｉＣ粉末を用いて、表１に示す体
積％になるようにＳｉＣ粉末を金型に充填して、表１に
示すＡｌ合金を金型に流し込み、プレスして、冷却後、
型を解体し、比較例のＡｌ−ＳｉＣ複合体を得た。この
Ａｌ−ＳｉＣ複合体はＡｌの被覆層が乏しく、表面の一
部にＳｉＣ粉末の露出が見られた。
【００２８】これらのＡｌ−ＳｉＣ複合体から各種試験
片を切り出し、測定を行った。結果を表１に示す。Ａｌ
−ＳｉＣ複合体の熱膨張係数は、複合体から幅３ｍｍ×
厚さ６ｍｍ×長さ１５ｍｍの試験片を切り出した後、常
温から１００℃の温度範囲でＴＭＡ（サーモメカニカル
アナライザー、セイコー（株）製）を用いて測定した。
片を切り出し、測定を行った。結果を表１に示す。Ａｌ
−ＳｉＣ複合体の熱膨張係数は、複合体から幅３ｍｍ×
厚さ６ｍｍ×長さ１５ｍｍの試験片を切り出した後、常
温から１００℃の温度範囲でＴＭＡ（サーモメカニカル
アナライザー、セイコー（株）製）を用いて測定した。
【００２９】Ａｌ−ＳｉＣ複合体の熱伝導率は、複合体
から直径１０ｍｍ×高さ３ｍｍの試験片を切り出した
後、熱定数測定装置（LF／TCM−FA8510B、理学電機社
製）を用いて、ＪＩＳ１６０６に準拠してレーザーフラ
ッシュ法により測定した。
から直径１０ｍｍ×高さ３ｍｍの試験片を切り出した
後、熱定数測定装置（LF／TCM−FA8510B、理学電機社
製）を用いて、ＪＩＳ１６０６に準拠してレーザーフラ
ッシュ法により測定した。
【００３０】Ａｌ−ＳｉＣ複合体のシャルピー衝撃値
は、複合体から幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ６０ｍｍの
試験片を切り出した後、シャルピー衝撃試験機を用い、
試験片を４０ｍｍ隔たっている二つの支持台で支え、か
つ切り欠き部を支持台間の中央において切り欠き部の背
面をハンマにより１回だけ衝撃を与えて試験片を破断
し、試験片を破断するのに要するエネルギー、すなわち
シャルピー吸収エネルギーを測定した。そして、シャル
ピー吸収エネルギーを切り欠き部の原断面積（ｃｍ 2）
で除してシャルピー衝撃値を求めた。表１において、シ
ャルピー衝撃値をＳ衝撃値と略する。
は、複合体から幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍ×長さ６０ｍｍの
試験片を切り出した後、シャルピー衝撃試験機を用い、
試験片を４０ｍｍ隔たっている二つの支持台で支え、か
つ切り欠き部を支持台間の中央において切り欠き部の背
面をハンマにより１回だけ衝撃を与えて試験片を破断
し、試験片を破断するのに要するエネルギー、すなわち
シャルピー吸収エネルギーを測定した。そして、シャル
ピー吸収エネルギーを切り欠き部の原断面積（ｃｍ 2）
で除してシャルピー衝撃値を求めた。表１において、シ
ャルピー衝撃値をＳ衝撃値と略する。
【００３１】なお、シャルピー吸収エネルギーは以下の
式を用いて測定した。 Ｅ＝ＷＲ（ｃｏｓβ−ｃｏｓα） ここで、 Ｅ：シャルピー吸収エネルギー（Ｊ） Ｗ：ハンマの重量（ｋｇｆ） Ｒ：ハンマの回転軸中心から重心までの距離（ｍ） α：ハンマの持ち上げ角度 β：試験片破断後のハンマの振り上がり角度
式を用いて測定した。 Ｅ＝ＷＲ（ｃｏｓβ−ｃｏｓα） ここで、 Ｅ：シャルピー吸収エネルギー（Ｊ） Ｗ：ハンマの重量（ｋｇｆ） Ｒ：ハンマの回転軸中心から重心までの距離（ｍ） α：ハンマの持ち上げ角度 β：試験片破断後のハンマの振り上がり角度
【００３２】 表１ 含浸Ａｌ ＳｉＣ 熱膨張率 熱伝導率 曲げ強さ Ｓ衝撃値 (体積%) (×10-6／K) (W／(m・K)) (MPa) (J／cm2) 実施例１ ＡＣ４Ａ ４０ １３.１ ２０５ ４００ ０.１３ 実施例２ ＡＣ４Ｃ ６５ ７.２ ２０２ ４３３ ０.１２ 実施例３ ＡＣ４Ａ ７５ ７.６ １８２ ４７２ ０.１２ 比較例１ ＡＣ４Ａ ４０ ９.２ １９０ ２１５ ０.０６
【００３３】また、本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体を研削
加工して、１９０ｍｍ×１４０ｍｍ×３ｍｍのＩＧＢＴ
用の放熱基板とし、表面に無電解Ｎｉ系めっきを施し、
厚み７μｍの均一なめっき層を形成した。この放熱基板
表面に半田ペーストをスクリーン印刷し、半田ペースト
上にＳｉ3Ｎ4からなるセラミックス基板を載置し、３０
０℃のリフロー炉で５分間加熱処理してセラミックス基
板を接合させた。
加工して、１９０ｍｍ×１４０ｍｍ×３ｍｍのＩＧＢＴ
用の放熱基板とし、表面に無電解Ｎｉ系めっきを施し、
厚み７μｍの均一なめっき層を形成した。この放熱基板
表面に半田ペーストをスクリーン印刷し、半田ペースト
上にＳｉ3Ｎ4からなるセラミックス基板を載置し、３０
０℃のリフロー炉で５分間加熱処理してセラミックス基
板を接合させた。
【００３４】このセラミックス基板を接合した放熱基板
を、厚さ２０ｍｍのＡｌ製の支持板に８本のボルトによ
って締め付け固定して、−４０℃〜＋１２５℃を１サイ
クルとして１０００サイクルの冷熱サイクル試験を行っ
た。ヒートサイクル試験後、放熱基板の変形、はんだ層
の破壊、熱流路の遮断、セラミックス基板の割れは見ら
れなかった。
を、厚さ２０ｍｍのＡｌ製の支持板に８本のボルトによ
って締め付け固定して、−４０℃〜＋１２５℃を１サイ
クルとして１０００サイクルの冷熱サイクル試験を行っ
た。ヒートサイクル試験後、放熱基板の変形、はんだ層
の破壊、熱流路の遮断、セラミックス基板の割れは見ら
れなかった。
【００３５】
【発明の効果】本発明のＡｌ−ＳｉＣ複合体によれば、
低熱膨張、高熱伝導性を有するとともに、反りなど変形
による外力の印加に対して十分な耐力を兼ね備えてお
り、セラミックス基板と接合して信頼性の高い放熱部品
が得られる。
低熱膨張、高熱伝導性を有するとともに、反りなど変形
による外力の印加に対して十分な耐力を兼ね備えてお
り、セラミックス基板と接合して信頼性の高い放熱部品
が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G001 BA22 BA63 BB22 BB63 BC33 BD03 4K020 AA08 AC01 BA02 BB05 5F036 AA01 BB08 BD03 BD13
Claims (9)
- 【請求項１】 ＳｉＣ多孔体にＡｌを主成分とする金属
を含浸したＡｌ−ＳｉＣ複合体であり、該複合体はＳｉ
Ｃを４０体積％以上含有し、該複合体のシャルピー衝撃
値が０．１Ｊ／ｃｍ2以上であることを特徴とするＡｌ
−ＳｉＣ複合体。 - 【請求項２】 前記複合体は、室温の熱膨張係数が４×
１０-6〜２０×１０ -6／Ｋ、熱伝導率が１５０〜２８０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることを特徴とする請求項１に記載
のＡｌ−ＳｉＣ複合体。 - 【請求項３】 前記複合体の表面全体に、Ａｌを主成分
とする金属が豊富な被覆層を設けたことを特徴とする請
求項１または２に記載のＡｌ−ＳｉＣ複合体。 - 【請求項４】 前記被覆層の平均厚みが１０〜３００μ
ｍであることを特徴とする請求項３に記載のＡｌ−Ｓｉ
Ｃ複合体。 - 【請求項５】 前記複合体の表面に、Ｎｉ系めっき層を
設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
のＡｌ−ＳｉＣ複合体。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載のＡｌ−
ＳｉＣ複合体からなることを特徴とする放熱部品。 - 【請求項７】 前記放熱部品が放熱基板、ヒートシン
ク、パッケージのいずれかであることを特徴とする請求
項６に記載の放熱部品。 - 【請求項８】 電子部品搭載用セラミックス基板に接合
してなることを特徴とする請求項７に記載の放熱部品。 - 【請求項９】 前記セラミックス基板がＳｉ3Ｎ4、Ａｌ
Ｎ、Ａｌ2Ｏ3のいずれかからなることを特徴とする請求
項８に記載の放熱部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092896A JP2001284509A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ−ＳｉＣ複合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092896A JP2001284509A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ−ＳｉＣ複合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284509A true JP2001284509A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18608158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000092896A Pending JP2001284509A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | Ａｌ−ＳｉＣ複合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001284509A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109526A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-04-21 | Denso Corp | 半導体装置 |
| WO2016035796A1 (ja) * | 2014-09-02 | 2016-03-10 | 株式会社アライドマテリアル | 放熱部材、及び放熱部材の製造方法 |
| WO2020066152A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 被覆炭化珪素粒子粉体 |
| CN111663059A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-15 | 范语楠 | 一种低热膨胀系数的铝基复合材料及其制备方法 |
-
2000
- 2000-03-30 JP JP2000092896A patent/JP2001284509A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005109526A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-04-21 | Denso Corp | 半導体装置 |
| WO2016035796A1 (ja) * | 2014-09-02 | 2016-03-10 | 株式会社アライドマテリアル | 放熱部材、及び放熱部材の製造方法 |
| US10553519B2 (en) | 2014-09-02 | 2020-02-04 | A.L.M.T. Corp | Heat radiating member and method for producing the same |
| WO2020066152A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 被覆炭化珪素粒子粉体 |
| JPWO2020066152A1 (ja) * | 2018-09-28 | 2021-08-30 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 被覆炭化珪素粒子粉体 |
| JP7466871B2 (ja) | 2018-09-28 | 2024-04-15 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 被覆炭化珪素粒子粉体 |
| CN111663059A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-09-15 | 范语楠 | 一种低热膨胀系数的铝基复合材料及其制备方法 |
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