JP2012171838A - アルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法 - Google Patents
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
【解決手段】炭化珪素質多孔体を積層する際に、0.03mm以下の平行度になるように2枚の離型板で挟み込んで積層し、炭化珪素質多孔体の側面開口面積の20%以上から、アルミニウムを主成分とする金属を加圧含浸する。更に、積層する際に、離型板とスペーサー若しくは離型板と炭化珪素質多孔体の間にアルミニウムを主成分とするアルミニウム箔を挟み込んで積層する。
【選択図】なし
Description
(1)気孔率55〜75体積%のSiCプリフォームの放熱面を凸型の反り形状に成形または機械加工する工程。
(2)前記SiCプリフォームの両主面に、アルミナ若しくはシリカを主成分とする繊維、球状粒子、破砕形状の粒子のうち1種以上を5〜40質量%含有したスペーサーを配し、0.03mm以下の平行度になるように2枚の離型板で挟み込んで積層する工程。
(3)前記SiCプリフォームの側面の20面積%以上の開口部から、アルミニウムを主成分とする金属を30MPa以上の圧力で加圧含浸する工程。
(4)含浸後、離型したアルミニウム−炭化珪素質複合体の外周部をマシニング加工、レーザー加工、ウォータージェット加工のいずれかで外周形状加工後、放熱面のアルミニウム合金層に機械加工を施し、凸型の反り形状を形成する工程。
(5)反り形状形成後、取り付け穴の加工を行い、表面にめっき処理を行う工程。
原料である炭化珪素(以下SiCという)粉末は、必要に応じて例えばシリカ等の結合剤 を添加し、成形、仮焼してプリフォームを作製する。金属製の簡易治具に、アルミナ若しくはシリカを主成分とする繊維、球状粒子、破砕形状の粒子のうち1種類以上を5〜40質量%含むスペーサーを両主面に配置したプリフォームと離型板を0.03mm以下の平
行度になるように交互に配置(積層)し、一つのブロックとする。前記ブロックを500〜700℃で予備加熱後、高圧容器内に1個または2個以上配置し、ブロックの温度低下を防ぐため出来るだけ速やかにアルミニウム合金の溶湯を30MPa以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金をSiCプリフォームの側面の20面積%以上の開口部から加圧含浸させることで、両主面にアルミニウム合金層を設けたアルミニウム合金-セラミックス質複合体が得られる。尚、含浸時の歪み除去の目的でアニール処理を行うこともある。アニール処理には、アルミニウム合金層と炭化珪素質複合体の接合をより強固にする効果もある。
実用的には、40μm以上の粗いSiC粒子を40質量%以上含み、SiCプリフォームの相対密度が55〜75%の範囲にあるものが好ましい。SiCプリフォームの強度は、取り扱い時や含浸中の割れを防ぐため、曲げ強度で3MPa以上あることが好ましい。
SiC粉末A(大平洋ランダム社製:NG−220、平均粒径:60μm)70g、SiC粉末B(屋久島電工社製:GC−1000F、平均粒径:10μm)30g、及びシリカゾル(日産化学社製:スノーテックス)10gを秤取し、攪拌混合機で30分間混合した後、185mm×135mm×5.0mmの寸法の平板状に圧力10MPaでプレス成形した。
得られた成形体を、大気中、900℃で2時間焼成して、相対密度が65%のSiCプ
リフォームを得た後、SiCプリフォームの一主面を旋盤により200mmあたり200
μmの反りとなるよう凸型球面形状に加工し、中央部の厚みを4.6mmとした。
SiCプリフォームの相対密度を55%としたこと(実施例2)、SiCプリフォームの相対密度を75%としたこと(実施例3)、SiCプリフォームの相対密度を40%としたこと(比較例1)、SiCプリフォームの相対密度を80%としたこと(比較例2)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム―炭化珪素質複合体を作製した。
アルミナ繊維の含有量を5質量%としたこと(実施例4)、アルミナ繊維の含有量を40質量%としたこと(実施例5)、アルミナ繊維の代わりに球形アルミナ粒子(住友化学社製アルミナCB−10グレード 純度99.9%)を35質量%充填して使用したこと(実施例6)、アルミナ繊維の代わりに破砕形状のアルミナ粒子(昭和電工社製アルミナAL−15−Hグレード純度99.9%)を35質量%充填して使用したこと(実施例7)、アルミナ繊維の含有量を3質量%としたこと(比較例3)、アルミナ繊維の含有量を45質量%としたこと(比較例4)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製した。
SiCプリフォームをSUS板で挟み込む際、平行度を0.007mmとしたこと(実施例8)、平行度を0.030mmとしたこと(実施例9)、平行度を0.038mmとしたこと(比較例5)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製した。
SiCプリフォームの側面の50面積%の開口部からアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸したこと(実施例10)、SiCプリフォームの側面の20面積%の開口部からアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸したこと(実施例11)、SiCプリフォームの側面の15面積%からアルミニウム合金の溶湯を加圧含浸したこと(比較例6)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム―炭化珪素質複合体を作製した。
アルミニウム合金の溶湯を30MPaの圧力で加圧含浸したこと(実施例12)、アルミニウム合金の溶湯を7MPaの圧力で加圧含浸したこと(比較例7)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム―炭化珪素質複合体を作製した。
SiCプリフォームの両主面において、SUS板とアルミナ繊維の間にアルミニウムを主成分とするアルミニウム箔を挟み込んで積層したこと(実施例13)、SiCプリフォームの両主面において、アルミニウムを主成分とするアルミニウム箔を挟み込んで積層したこと(実施例14)以外は、実施例1と同様にしてアルミニウム―炭化珪素質複合体を作製した。
Claims (7)
- 両主面にアルミニウム合金層を有し、一主面が回路基板の接合面として用いられ、他の主面が放熱面として用いられるアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法において、下記の工程を順次経ることを特徴とするアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
(1)気孔率55〜75体積%の炭化珪素質多孔体の放熱面を凸型の反り形状に成形または機械加工する工程。
(2)前記炭化珪素質多孔体の両主面に、アルミナ又はシリカから成る繊維、球状粒子、破砕形状粒子のうち1種以上を5〜40質量%含有したスペーサーを配し、0.03mm以下の平行度になるように2枚の離型板で挟み込んで積層する工程。
(3)前記炭化珪素質多孔体の側面の20面積%以上の開口部から、アルミニウム合金を30MPa以上の圧力で加圧含浸する工程。
(4)含浸後、離型したアルミニウム−炭化珪素質複合体の外周部をマシニング加工、レーザー加工又はウォータージェット加工のいずれかで外周形状加工後、放熱面のアルミニウム合金層に機械加工を施し、凸型の反り形状を形成する工程。
(5)反り形状形成後、取り付け穴の加工を行い、表面にめっき処理を行う工程。 - 炭化珪素質多孔体の両主面において、離型板とスペーサーの間にアルミニウムを主成分とするアルミニウム箔を挟み込んで積層することを特徴とする請求項1記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
- 炭化珪素質多孔体の両主面において、離型板と炭化珪素質多孔体の間にアルミニウム箔を挟み込んで積層することを特徴とする請求項1記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
- 両主面のアルミニウム合金層中に、アルミナ又はシリカから成る繊維、球状粒子、破砕形状粒子のうち1種以上を5〜40質量%含有させることを特徴とする請求項1又は2記載の製造方法によって得られるアルミニウム−炭化珪素質複合体。
- 回路基板接合面のアルミニウム合金層の平均厚みが0.1〜0.3mm、前記回路基板接合面のアルミニウム合金層の面内厚み差が0.1mm以内であり、更に両主面のアルミニウム合金層の平均厚みの差が、厚い方のアルミニウム合金層の平均厚みの40%以内であることを特徴とする請求項3又は請求項4記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
- 加工歪み除去のための加熱処理前後の放熱面の長軸上の反り量の差が、200mmあたり30μm以下であることを特徴とする請求項5記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
- 熱伝導率が180W/mK以上、並びに熱膨張率が10×10−6/K以下であることを特徴とする請求項5又は6記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
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