JP2020123713A - Heat-dissipating member and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱部材およびその製造方法に関する。より具体的には、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を備えた板状の放熱部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat dissipation member and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a plate-shaped heat dissipation member including a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium and a method for manufacturing the same.
近年、電気自動車や電鉄用途におけるパワーモジュール用放熱部品として、従来の銅に替わり、金属−炭化珪素質複合体で構成された放熱部材が使用されるようになってきている。
金属−炭化珪素質複合体の金属としては、アルミニウムやその合金がしばしば用いられる。
In recent years, as a heat dissipation component for power modules in electric vehicles and electric railway applications, a heat dissipation member made of a metal-silicon carbide composite has been used instead of conventional copper.
Aluminum and its alloys are often used as the metal of the metal-silicon carbide composite.
放熱部材は、他の部品（例えば放熱フィンや放熱ユニット）と接合されて用いることが多く、その接合部分の性状が重要である。
例えば、放熱部材を放熱フィンや放熱ユニットに接合する場合、一般的には放熱部材の周縁部に設けられた孔を利用して、放熱部材を放熱フィンや放熱ユニット等にネジ固定する。しかし、放熱部材の放熱フィン等に接する面が凹面であったり、微少な凹凸が多く存在していたりすると、放熱部材と放熱フィン等との間に隙間が生じ、熱伝達性が低下してしまうという問題があった。
The heat radiating member is often used by being joined to other components (for example, a heat radiating fin or a heat radiating unit), and the properties of the joined portion are important.
For example, when the heat dissipation member is joined to the heat dissipation fin or the heat dissipation unit, generally, the heat dissipation member is screwed to the heat dissipation fin or the heat dissipation unit using a hole provided in the peripheral edge of the heat dissipation member. However, if the surface of the heat radiating member that contacts the heat radiating fins is concave or if there are many minute irregularities, a gap is created between the heat radiating member and the heat radiating fins, and the heat transfer property is reduced. There was a problem.
上記問題を鑑み、放熱部材と放熱フィン等との間にできるだけ隙間ができないよう、放熱フィン等と接合する面が凸型に湾曲している放熱部材がいくつか提案されている。
これは、上述のように、放熱部材は、放熱フィン等に、ネジ等の固定部材で固定して用いられることが通常であるところ、放熱フィン等との接合面が凸型に湾曲していることで、固定部材で固定された際にその接合面が「適度に平ら」になり、放熱フィン等との接合性（密着性）が高まる等のためである。
In view of the above problems, some heat dissipation members have been proposed in which the surface to be joined to the heat dissipation fins or the like is curved in a convex shape so that there is as little space as possible between the heat dissipation members and the heat dissipation fins or the like.
This is because, as described above, the heat dissipation member is usually used by being fixed to the heat dissipation fin or the like with a fixing member such as a screw, but the joint surface with the heat dissipation fin or the like is curved in a convex shape. This is because the joint surface becomes “appropriately flat” when it is fixed by the fixing member, and the joint property (adhesion) with the heat radiation fin or the like is improved.
例えば、特許文献１には、多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる板状複合体であって、板状複合体の面内に他の放熱部品に当該板状複合体の凸面を向けてネジ止めするための４個以上の穴部を有し、穴間方向（Ｘ方向）の長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃｘ；μｍ）と、それに垂直な方向（Ｙ方向）の長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃｙ；μｍ）の関係が、５０≦Ｃｘ≦２５０、且つ−５０≦Ｃｙ≦２００である（Ｃｙ＝０を除く）ことを特徴とする炭化珪素質複合体が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a plate-shaped composite body obtained by impregnating a porous silicon carbide molded body with a metal containing aluminum as a main component, and a plate-shaped composite body in which another heat-dissipating component is provided. It has four or more holes for screwing the convex surface of the composite into a direction, and the warp amount (Cx; μm) for a length of 10 cm in the hole direction (X direction) and the direction perpendicular to it (Y Direction) the warp amount (Cy; μm) with respect to a length of 10 cm is 50≦Cx≦250 and −50≦Cy≦200 (excluding Cy=0). Is listed.
また、特許文献２には、多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる板状複合体であって、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が２５０μｍ以下の反りを有する炭化珪素質複合体が記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses a plate-shaped composite body obtained by impregnating a porous silicon carbide molded body with a metal containing aluminum as a main component, and the amount of warpage of the main surface of the composite body with respect to a length of 10 cm. Describes a silicon carbide composite having a warp of 250 μm or less.
上述のように、（１）まず、湾曲した放熱部材を製造し、（２）それを放熱フィン等と接合する際に、ネジの力により湾曲を「平らに」することで、放熱部材と放熱フィン等との接合性を高め、ひいては放熱性を高めることが知られている。 As described above, (1) first, a curved heat dissipation member is manufactured, and (2) when it is joined to a heat dissipation fin or the like, the curvature is “flattened” by the force of the screw, so that the heat dissipation member and the heat dissipation It is known to enhance the bondability with fins and the like, and thus enhance the heat dissipation.
しかし、放熱部材の、放熱フィン等と接する面とは反対側の面には、通常、パワー素子等の部品が接続されるところ、特に量産段階において、湾曲した放熱部材に対して部品を接続することは、位置合わせが難しかったり、部品の接続自体が難しかったりする場合がある。
すなわち、湾曲した放熱部材の片面に部品を接続してパワーモジュール等を製造するに当たっては、その製造安定性（歩留まりなど）の点で改善の余地がある。
However, parts such as power elements are usually connected to the surface of the heat dissipation member on the side opposite to the surface in contact with the heat dissipation fins. Particularly, in the mass production stage, the parts are connected to the curved heat dissipation member. In some cases, the alignment may be difficult, or the connection of the parts may be difficult.
That is, there is room for improvement in manufacturing stability (yield etc.) in manufacturing a power module or the like by connecting parts to one surface of a curved heat dissipation member.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。
本発明の目的の１つは、湾曲した放熱部材の片面に部品を接続してパワーモジュール等を製造に当たって、その製造安定性（歩留まりなど）を改善することである。
The present invention has been made in view of such circumstances.
One of the objects of the present invention is to improve the manufacturing stability (yield etc.) in manufacturing a power module or the like by connecting a component to one surface of a curved heat dissipation member.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した。その結果、板状の放熱部材における２つの主面の、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度などが、課題解決に密接に関係しているらしいことを知見した。この知見に基づき以下に提供される発明を完成させた。 The present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, they have found that the flatness and the like of the two principal surfaces of the plate-shaped heat dissipation member defined in JIS B 0621 are closely related to the problem solving. Based on this finding, the invention provided below was completed.
本発明によれば、
アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を備えた板状の放熱部材であって、
当該放熱部材の２つの主面のうち少なくとも一方の主面は、当該放熱部材の外側方向に凸型に湾曲しており、
前記一方の主面の、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ１とし、前記一方の主面とは異なる主面である他方の主面の、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ２としたとき、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さい放熱部材、
が提供される。
According to the invention,
A plate-like heat dissipation member comprising a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium,
At least one main surface of the two main surfaces of the heat dissipation member is convexly curved outward of the heat dissipation member,
Let f 1 be the flatness of one of the main surfaces defined by JIS B 0621, and f be the flatness of the other main surface that is different from the one main surface defined by JIS B 0621. 2 , the heat dissipation member in which f 2 is smaller than f 1 by 10 μm or more,
Will be provided.
また、本発明によれば、
前記放熱部材の製造方法であって、
板状の、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を準備する工程と、
前記複合体の少なくとも片面の一部を機械加工して前記一方の主面を設ける工程とを含む、放熱部材の製造方法、
が提供される。
Further, according to the present invention,
A method of manufacturing the heat dissipation member, comprising:
A step of preparing a plate-shaped metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium;
A step of machining at least a part of one surface of the composite to provide the one main surface, a method for manufacturing a heat dissipation member,
Will be provided.
本発明によれば、湾曲した放熱部材の片面に部品を接続してパワーモジュール等を製造に当たって、その製造安定性（歩留まりなど）を改善することができる。 According to the present invention, it is possible to improve the manufacturing stability (yield, etc.) in manufacturing a power module or the like by connecting a component to one surface of a curved heat dissipation member.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
煩雑さを避けるため、（ｉ）同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その１つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合や、（ｉｉ）特に図２以降において、図１と同様の構成要素に改めては符号を付さない場合がある。
すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。特に、説明上のわかりやすさのため、形状や寸法比は誇張して描かれている場合がある。とりわけ、各図において「湾曲」の大きさは実際の物品よりも誇張されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings, the same constituents will be given the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
In order to avoid complication, (i) when there are a plurality of the same constituent elements in the same drawing, only one of them is given a reference numeral and all are not given a reference numeral, or (ii) especially After 2, the same components as those in FIG. 1 may not be denoted by reference numerals.
All drawings are for illustration purposes only. The shapes and dimensional ratios of the respective members in the drawings do not necessarily correspond to actual articles. In particular, the shape and the dimensional ratio may be exaggerated in some cases for ease of understanding in the description. In particular, the size of the “curvature” in each figure is exaggerated compared to the actual article.
特に明示的な説明の無い限り、本明細書における「略」という用語は、製造上の公差や組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを表す。
特に断りの無い限り、本明細書中の各種数値（特に測定値）のうち、温度により値が変わりうるものについては、室温（２３℃）での値を採用することができる。
Unless explicitly stated otherwise, the term “substantially” in this specification indicates that it includes a range in consideration of manufacturing tolerances, assembly variations, and the like.
Unless otherwise specified, among various numerical values (particularly measured values) in the present specification, values that can change depending on temperature can be values at room temperature (23° C.).
＜放熱部材＞
図１（ａ）は、本実施形態の放熱部材（放熱部材１）の俯瞰図である。
放熱部材１は、板状である。
放熱部材１の主たる材質は、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体である（材質の詳細は、放熱部材１の製造方法とあわせて、追って説明する）。
<Heat dissipation member>
FIG. 1A is an overhead view of the heat dissipation member (heat dissipation member 1) of the present embodiment.
The heat dissipation member 1 has a plate shape.
The main material of the heat radiating member 1 is a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium (details of the material will be described later together with the manufacturing method of the heat radiating member 1).
放熱部材１は、通常、実質的に矩形状であることができる。つまり、放熱部材１の一方の主面を上面として放熱部材１を上面視したとき、放熱部材１の形状は実質的に矩形である。
ここで「実質的に矩形である」とは、放熱部材１の四隅の少なくとも１つが、直角形状ではなく、丸みを帯びた形状に加工されていてもよいことを意味する（もちろん、四隅は直角形状であってもよい）。
なお、放熱部材１の四隅の少なくとも１つが、丸みを帯びた形状に加工されている場合、放熱部材１を上面視したときの短辺と長辺の直線部分を延長したときに交差する点を、矩形の「頂点」と定義することができる。また、このとき、放熱部材１の「短辺の長さ」や「長辺の長さ」は、上記「頂点」を始点または終点として定義することができる。
The heat dissipation member 1 can usually have a substantially rectangular shape. That is, when the heat dissipation member 1 is viewed from above with one main surface of the heat dissipation member 1 as an upper surface, the shape of the heat dissipation member 1 is substantially rectangular.
Here, "substantially rectangular" means that at least one of the four corners of the heat dissipation member 1 may be processed into a rounded shape instead of the right angled shape (of course, the four corners are right angles). The shape may be).
In addition, when at least one of the four corners of the heat dissipation member 1 is processed into a rounded shape, a point intersecting when extending a straight line portion of the short side and the long side when the heat dissipation member 1 is viewed from above is taken. , Can be defined as the "vertex" of a rectangle. At this time, the “short side length” and the “long side length” of the heat dissipation member 1 can be defined with the “vertices” as the start point or the end point.
放熱部材１の縦横の長さは、一例として、４０ｍｍ×９０ｍｍから２５０ｍｍ×１４０ｍｍ程度である。
放熱部材１の厚みは、一例として２ｍｍ以上６ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。なお、放熱部材１の厚みが一様ではない場合には、少なくとも放熱部材１の重心部分における厚みが上記範囲にあることが好ましい。
The length and width of the heat dissipation member 1 are, for example, about 40 mm×90 mm to 250 mm×140 mm.
The thickness of the heat dissipation member 1 is, for example, 2 mm or more and 6 mm or less, preferably 3 mm or more and 5 mm or less. When the thickness of the heat dissipation member 1 is not uniform, it is preferable that the thickness of at least the center of gravity of the heat dissipation member 1 be within the above range.
図１（ｂ）は、放熱部材１を、図１（ａ）の面αで切断したときの断面図である。
板状の放熱部材１は、２つの主面を備える（一方の主面を主面２Ａ、他方の主面を主面２Ｂとする）。典型的には、主面２Ａのほうが放熱フィン等と接合される面、主面２Ｂのほうがパワー素子等と接続される面となる。
放熱部材１においては、特に、少なくとも主面２Ａが、放熱部材１の内側方向ではなく外側方向に凸型に湾曲している。通常、主面２Ａは、その全体が外側方向に凸型に湾曲しており、部分的に凹型となる部分を有しない。
主面２Ａの、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ１とし、主面２Ｂの、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ２としたとき、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さい。
FIG. 1B is a cross-sectional view of the heat dissipation member 1 taken along the plane α of FIG. 1A.
The plate-shaped heat dissipation member 1 has two main surfaces (one main surface is a
In the heat dissipation member 1, particularly, at least the
When the flatness of the
従来の湾曲を有する放熱部材においては、主面２Ａ側の湾曲度合いと、主面２Ｂ側の湾曲度合がほぼ等しいものが多かった。それゆえ、主面２Ｂ側にパワー素子等の部品を接続する際、位置合わせが難しかったり、部品の接続自体が難しい場合があったりした。
一方、図１の放熱部材１では、ｆ１（主面２Ａの湾曲の度合いを表す）が比較的大きく、ｆ２（主面２Ｂの湾曲の度合いを表す）が比較的小さい。このことにより、主面２Ａの側では放熱部材１と放熱フィン等との接合性を十分に得ることができ、よって十分な放熱性を得ることができる。それに加え、従来の放熱部材に比べて、主面２Ｂの側では部品の位置合わせや接続を容易とすることができる。
In many conventional heat radiation members having a curvature, the degree of curvature on the
On the other hand, in the heat dissipation member 1 of FIG. 1, f 1 (representing the degree of bending of the
なお、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度とは、平面形体を幾何学的平行二平面で挟んだとき、平行二平面の間隔が最小となる場合の、二平面の間隔と定義される。
平面度ｆ１および平面度ｆ２の測定装置としては、例えば、キーエンス社製の装置ＶＲ−３０００などを挙げることができる。
付言するに、ｆ１の測定は、主面２Ａ全体について行われることが好ましい。ただし、放熱部材１の大きさによっては、主面２Ａ全体が、測定装置の観測視野に収まらない場合がある。その場合は、主面２Ａを上面視したときの中心（幾何学的重心）と、測定装置の観測視野の中心とが一致するようにしてｆ１を測定する。このとき、実質的に矩形である主面２Ａの長辺と、観測視野の長辺（平面度の測定装置の観測視野は、通常、矩形である）とが、平行となるようにすることが好ましい。ｆ２の測定についても同様である。
The flatness defined by JIS B 0621 is defined as the distance between two planes when the distance between the two parallel planes is the smallest when the planar body is sandwiched by the two geometric parallel planes.
Examples of the measuring device for the flatness f 1 and the flatness f 2 include a device VR-3000 manufactured by Keyence Corporation.
In addition, it is preferable that the measurement of f 1 is performed on the entire
放熱部材１についてより具体的な説明を続ける。 A more specific description of the heat dissipation member 1 will be continued.
［ｆ１、ｆ２、主面２Ｂ等ついての追加の説明］
放熱部材１においては、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さければよいが、好ましくはｆ２のほうがｆ１よりも５０μｍ以上小さく、より好ましくはｆ２のほうがｆ１よりも１００μｍ以上小さい。
一方、放熱部材１自体の製造の容易性や、適度な湾曲量などの観点から、ｆ１とｆ２の差（ｆ１−ｆ２）は６００μｍ以下であることが好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることがさらに好ましい。
[Additional description of f 1 , f 2 ,
In the heat dissipating member 1, but rather of f 2 may be smaller 10μm or more than f 1, preferably 50μm or smaller than the f 1 towards the f 2, 100 [mu] m or more smaller than the f 1 towards the more preferably f 2.
On the other hand, the difference (f 1 −f 2 ) between f 1 and f 2 is preferably 600 μm or less, and preferably 500 μm or less, from the viewpoint of easiness of manufacturing the heat dissipation member 1 itself and an appropriate amount of bending. Is more preferable and 400 μm or less is further preferable.
ｆ１そのものの値は、好ましくは１００μｍ以上７００μｍ、より好ましくは２００μｍ以上６００μｍ以下である。
ｆ２そのものの値は、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２５０μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下、特に好ましくは１００μｍ以下である。ｆ２の下限値は、一例として０であってもよい。また、別の例として、ｆ２の下限値は５０μｍ以上であってもよい。
The value of f 1 itself is preferably 100 μm or more and 700 μm, more preferably 200 μm or more and 600 μm or less.
The value of f 2 itself is preferably 300 μm or less, more preferably 250 μm or less, further preferably 200 μm or less, and particularly preferably 100 μm or less. The lower limit value of f 2 may be 0 as an example. Further, as another example, the lower limit value of f 2 may be 50 μm or more.
ｆ１それ自体の値を適切に設計することで、適度な（大きすぎない）締め付け力により、放熱部材１を放熱フィン等に接続性よく固定することができると考えられる。このことは、放熱性を一層高めうること、過度な力によるクラックを低減できること、等につながる。
ｆ２それ自体の値を適切に設計することで、主面２Ｂに接続する部品の位置合わせや接続を一層容易とすることができると考えられる。
It is considered that by appropriately designing the value of f 1 itself, the heat dissipation member 1 can be fixed to the heat dissipation fin or the like with good connectivity by an appropriate (not too large) tightening force. This leads to further enhancement of heat dissipation, reduction of cracks due to excessive force, and the like.
It is considered that by appropriately designing the value of f 2 itself, the positioning and connection of the components connected to the
なお、主面２Ｂは、放熱部材１の外側方向に凸型に湾曲していてもよいし、その逆、すなわち、放熱部材１の外側方向に向かって凹型に湾曲していてもよい。最終製品としてのパワーデバイスの製造の際の放熱部材１の湾曲等も鑑みると、主面２Ｂは、放熱部材１の外側方向に向かって凹型に湾曲していることが好ましい。
より具体的には、主面２Ｂは放熱部材１の外側方向に向かって凹型に湾曲しており、そしてその湾曲の度合いを平面度で表現すると、上記のように、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２５０μμｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下、特に好ましくは１００μｍ以下である。
The main surface 2</b>B may be convexly curved outward of the heat dissipation member 1, or vice versa, that is, may be concavely curved outward of the heat dissipation member 1. Considering the curvature of the heat dissipation member 1 when manufacturing the power device as the final product, the
More specifically, the
もちろん、主面２Ｂは、放熱部材１の外側方向に向かって凸型に湾曲していてもよい。ｆ２で表される湾曲の程度がｆ１よりも１０μｍ以上小さい限り、パワー素子等との接続に不具合を生じにくくすることができる。
Of course, the
［主面２Ａ、２Ｂを構成する材料など］
一態様として、主面２Ａおよび／または主面２Ｂ（すなわち放熱部材１の表面）は、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体であることができる。
別の態様として、主面２Ａおよび／または主面２Ｂ（放熱部材１の表面）は、金属層であってもよい。例えば、主面２Ａおよび／または主面２Ｂは、アルミニウムまたはマグネシウムを含有する表面金属層を備えることが好ましい。この場合、放熱部材１における、表面金属層以外の部分は、金属−炭化珪素質複合体等であることができる。なお、金属表面層が含む金属は、金属−炭化珪素質複合体が含む金属と同一であることが好ましい。これは、放熱部材１の製造上の理由による（放熱部材１の製造方法については後述する）。
[Materials for the
As one mode,
As another aspect, the
なお、上述の表面金属層の更に外側に、メッキ層が設けられていていることが好ましい。パワー素子等の接続には一般に半田が用いられるところ、メッキ層は半田の濡れ性を高めることができる。
メッキ層は、例えばＮｉ含有メッキ層であることができる。
In addition, it is preferable that a plating layer is provided further outside the surface metal layer. Where solder is generally used for connecting power elements and the like, the plating layer can improve the wettability of the solder.
The plating layer can be, for example, a Ni-containing plating layer.
放熱部材１が金属表面層を備える場合、その表面金属層の平均厚みは特に限定されないが、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上１５０μｍ以下である。
放熱部材１がメッキ層を備える場合、そのメッキ層の平均厚みは特に限定されないが、例えば３μｍ以上１５μｍ以下、好ましくは４μｍ以上１０μｍ以下である。
When the heat dissipation member 1 includes a metal surface layer, the average thickness of the surface metal layer is not particularly limited, but is, for example, 10 μm or more and 300 μm or less, preferably 30 μm or more and 150 μm or less.
When the heat dissipation member 1 includes a plating layer, the average thickness of the plating layer is not particularly limited, but is, for example, 3 μm or more and 15 μm or less, preferably 4 μm or more and 10 μm or less.
なお、ｆ１やｆ２の値については、原則として、放熱部材１の最表面の平面度の値を採用する。
例えば、放熱部材１が板状の金属−炭化珪素質複合体のみで構成されている場合には、その板状の金属−炭化珪素質複合体の両主面の平面度を測定して、ｆ１やｆ２の値とすることができる。
また、放熱部材１の最表面が表面金属層やメッキ層である場合には、その最表面の表面金属層やメッキ層表面の平面度を測定して、ｆ１やｆ２の値とすることができる。
As the values of f 1 and f 2 , the flatness of the outermost surface of the heat dissipation member 1 is used in principle.
For example, when the heat dissipation member 1 is composed only of a plate-shaped metal-silicon carbide composite, the flatness of both main surfaces of the plate-shaped metal-silicon carbide composite is measured and f It can be a value of 1 or f 2 .
When the outermost surface of the heat dissipation member 1 is a surface metal layer or a plating layer, the flatness of the outermost surface metal layer or the surface of the plating layer should be measured to obtain the values of f 1 and f 2. You can
［主面２Ａ、２Ｂの表面の粗さに関する指標］
別観点として、主面２Ａ、主面２Ｂの「表面の粗さに関する指標」を適切に設計することにより、放熱性などの性能をより高めうる。
例えば、主面２Ａの、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、５０μｍ以上２５０μｍ以下に設計することが好ましく、７０μｍ以上１６０μｍ以下に設計することがより好ましい。
主面２ＡのＲＳｍを適当な大きさとすることにより、放熱フィン等との接合性がより高まり、放熱性を一層良好とすることができる。これの詳しいメカニズム等は不明であるが、おそらくは、ＲＳｍを適当な大きさとすることで、放熱部材１−放熱フィン間のミクロなすき間が少なくなり、接合性がより高まるものと考えられる。
[Indicator for roughness of
As another point of view, by appropriately designing the “index relating to the surface roughness” of the
For example, the average length RS m of the roughness curve element of the
By setting RS m of the
また、主面２Ｂの、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを、５０μｍ以上２００μｍ以下に設計することが好ましく、７０μｍ以上１６０μｍ以下に設計することがより好ましい。
主面２ＢのＲＳｍを適当な大きさとすることにより、例えば、放熱部材１とパワー素子等との接続性を高められると考えられる。
Further, the average length RS m of the roughness curve element of the
It is considered that, by setting RS m of the
［主面２Ａの湾曲について］
図２は、放熱部材１の、主面２Ａの形態について説明するための図である。
図２（ａ）は放熱部材１の主面２Ａのみを示した図、図２（ｂ）は図２（ａ）の断面βで主面２Ａを切断したときの断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の断面γで主面２Ａを切断したときの断面図である。これら図には、以下の説明の為に補助線などが記載されている。
[About the curvature of the
FIG. 2 is a diagram for explaining the form of the
2A is a view showing only the
ここで、矩形状の放熱部材１の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂ、主面２Ａの２つの短辺の各中点（図中にＭ１およびＭ３で示される）の間を結ぶ直線をｌ１、主面２Ａの２つの長辺の各中点（図中にＭ２およびＭ４で示される）の間を結ぶ直線をｌ２とする。
Here, the length of the long side of the rectangular heat dissipation member 1 is a, the length of the short side is b, and the midpoints of the two short sides of the
また、ｌ１を含みかつ主面２Ａと略垂直な断面βで放熱部材１を断面視したときの、主面２Ａが成す曲線上の点とｌ１との最大距離をｈ１とし、ｌ２を含みかつ主面２Ａと略垂直な断面γで放熱部材１を断面視したときの、主面２Ａが成す曲線上の点とｌ２との最大距離をｈ２とする。
Further, when the heat dissipating member 1 is viewed in a cross-section β including the l 1 and substantially perpendicular to the
このとき、ｈ１／ａ≧ｈ２／ｂであるように、放熱部材１を設計することが好ましい。
より具体的には、（ｈ１／ａ）／（ｈ２／ｂ）の値は、１．００以上１．９以下であることが好ましく、１．０７以上１．６以下であることがより好ましい。
At this time, it is preferable to design the heat dissipation member 1 so that h 1 /a≧h 2 /b.
More specifically, the value of (h 1 /a)/(h 2 /b) is preferably 1.00 or more and 1.9 or less, and more preferably 1.07 or more and 1.6 or less. preferable.
上記の不等式については、以下のように解釈することができる。
ｈ１／ａは、放熱部材１における「長辺方向の単位長さ当たりの湾曲」を意味すると言える。
同様に、ｈ２／ｂは、放熱部材１における「短辺方向の単位長さ当たりの湾曲」を意味すると言える。
そうすると、「ｈ１／ａ≧ｈ２／ｂ」であるということは、長辺が短辺より長いことを差し引いても、長辺方向の「湾曲の度合い」のほうが、短辺方向のそれと同じが、それよりも大きいこと、と解釈することができる。
The above inequality can be interpreted as follows.
It can be said that h 1 /a means “curvature per unit length in the long side direction” in the heat dissipation member 1.
Similarly, it can be said that h 2 /b means “curvature per unit length in the short side direction” in the heat dissipation member 1.
Then, “h 1 /a≧h 2 /b” means that “the degree of curvature” in the long-side direction is the same as that in the short-side direction even if the long side is subtracted from the short side. Can be interpreted as being larger than that.
詳細は不明な部分もあるが、ネジ等を用いて湾曲した放熱部材１を他の部品に押し当てて接合する際、矩形状（長方形状）の放熱部材１は、短辺方向よりも長辺方向に変形しやすい（曲がりやすい）。よって、長辺方向の「湾曲の度合い」を短辺方向のそれより大きくすることで、無理な力をかけずとも（ネジ止め力が比較的小さくても）放熱部材１を全体としてフラットにしやすいと推定される。また、ネジ止めの力が比較的小さくてよいことにより、ネジ周辺のクラック発生等が抑えられるとも考えられる。 Although details are not clear, when the curved heat dissipation member 1 is pressed against other parts by using a screw or the like to be joined, the rectangular (rectangular) heat dissipation member 1 has a longer side than a shorter side. Easy to deform in the direction (easy to bend). Therefore, by making the “curvature degree” in the long side direction larger than that in the short side direction, it is easy to flatten the heat dissipation member 1 as a whole without applying undue force (even if the screwing force is relatively small). It is estimated to be. It is also considered that the generation of cracks around the screw can be suppressed because the screwing force can be relatively small.
［ネジ止め用の孔］
放熱部材１は、好ましくはネジ止め用の孔を備える（図１、図２には明示していない）。
例えば、放熱部材１が実質的に矩形状である場合、放熱部材１の四隅の周縁部に、ネジ止め用の孔（貫通孔）が設けられていることが好ましい。また、放熱部材１の長辺の長さによっては、例えば、放熱部材１の周縁部における、長辺の中点付近に孔が設けられていてもよい。
孔の直径は、例えば５ｍｍ以上９ｍｍ以下程度とすることができる。
なお、放熱部材１を他の部品に接合するための手段は、ネジに限定されない。例えば、他の部品への取り付けができる専用冶具などにより接合を行ってもよい。
[Hole for screwing]
The heat dissipation member 1 preferably has a hole for screwing (not shown in FIGS. 1 and 2).
For example, when the heat dissipation member 1 has a substantially rectangular shape, it is preferable that holes (through holes) for screwing are provided in the peripheral portions of the four corners of the heat dissipation member 1. Further, depending on the length of the long side of the heat dissipation member 1, for example, a hole may be provided in the peripheral portion of the heat dissipation member 1 near the midpoint of the long side.
The diameter of the holes can be, for example, about 5 mm or more and 9 mm or less.
The means for joining the heat dissipation member 1 to other parts is not limited to screws. For example, the joining may be performed by a dedicated jig or the like that can be attached to other parts.
［製造方法／材質］ [Manufacturing method/Material]
本実施形態の放熱部材の製造方法は特に限定されず、公知の方法を適宜適用して製造することができる。
好ましくは、本実施形態の放熱部材は、（ｉ）板状の、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を準備する工程と、（ｉｉ）その金属−炭化珪素質複合体の少なくとも片面の一部を機械加工（研削、切削等）して、前述の主面２Ａを設ける工程とを含む工程により製造することができる。
The manufacturing method of the heat dissipation member of the present embodiment is not particularly limited, and a known method can be appropriately applied to manufacture the heat dissipation member.
Preferably, the heat dissipation member of the present embodiment includes (i) a step of preparing a plate-shaped metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium, and (ii) at least one surface of the metal-silicon carbide composite. Can be manufactured by a process including a process of machining (grinding, cutting, etc.) a part of the above to provide the
本実施形態の放熱部材は、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を備える。その金属−炭化珪素質複合体の製造に好ましく用いられる方法は、高圧下で多孔質体に金属を含浸させる高圧鍛造法である。より具体的には、溶湯鍛造法またはダイキャスト法を採用することができる。高圧鍛造法は、高圧容器内に炭化珪素の多孔体（プリフォーム）を装填し、これにアルミニウムまたはマグネシウムを含む金属の溶湯を高圧で含浸させて複合体を得る方法である。
本実施形態の放熱部材の製造には、大量に、安定して製造することができるという理由から、溶湯鍛造法が特に好ましい。以下、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。
The heat dissipation member of the present embodiment includes a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium. The method preferably used for producing the metal-silicon carbide composite is a high pressure forging method in which a porous body is impregnated with a metal under high pressure. More specifically, a molten metal forging method or a die casting method can be adopted. The high-pressure forging method is a method in which a porous body (preform) of silicon carbide is loaded into a high-pressure container, and a molten metal of aluminum or magnesium is impregnated under high pressure to obtain a composite.
The molten metal forging method is particularly preferable for manufacturing the heat dissipation member of the present embodiment because it can be stably manufactured in a large amount. The manufacturing method by the molten metal forging method will be described below.
一例として、本実施形態の放熱部材は、以下の工程により製造することができる。
（工程１）平板状の炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）を形成する工程、
（工程２）炭化珪素質多孔体の少なくとも片面を、凸型の湾曲形状に機械加工する工程、
（工程３）炭化珪素質多孔体に、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属（合金）を含浸させ、炭化珪素と金属とを含む複合化部と、複合化部の外面の表面金属層とを備える、金属−炭化珪素質複合体を作製する工程、および、
（工程４）少なくとも凸型の湾曲形状に加工された面側の表面金属層を機械加工することにより、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さい放熱部材を得る工程
As an example, the heat dissipation member of the present embodiment can be manufactured by the following steps.
(Step 1) A step of forming a flat plate-shaped silicon carbide based porous material (SiC preform),
(Step 2) A step of machining at least one surface of the silicon carbide based porous material into a convex curved shape,
(Step 3) A silicon carbide-based porous body is impregnated with a metal (alloy) containing aluminum or magnesium, and is provided with a composite portion containing silicon carbide and a metal, and a surface metal layer on the outer surface of the composite portion. -A step of producing a silicon carbide composite, and
(Step 4) A step of obtaining a heat dissipation member in which f 2 is smaller than f 1 by 10 μm or more by machining at least the surface metal layer on the surface side processed into a convex curved shape.
上記（工程１）から（工程４）についてより具体的に説明する。 The above (step 1) to (step 4) will be described more specifically.
上記（工程１）における炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の製造方法に関して特に制限はなく、公知の方法で製造することが可能である。例えば、原料である炭化珪素（ＳｉＣ）粉末にシリカ若しくはアルミナ等を結合材として添加して混合、成形し、８００℃以上で焼成することによって製造することができる。
成形方法についても特に制限は無く、プレス成形、押し出し成形、鋳込み成形等を用いることができ、必要に応じて保形用バインダーの併用が可能である。
The method for producing the silicon carbide based porous material (SiC preform) in the above (step 1) is not particularly limited and can be produced by a known method. For example, it can be manufactured by adding silica, alumina, or the like as a binder to a raw material silicon carbide (SiC) powder, mixing, molding, and firing at 800° C. or higher.
The molding method is also not particularly limited, and press molding, extrusion molding, cast molding or the like can be used, and a shape-retaining binder can be used in combination if necessary.
炭化珪素質多孔体にアルミニウムまたはマグネシウムを含む金属を含浸せしめてなる金属−炭化珪素質複合体の重要な特性は、熱伝導率と熱膨張係数である。炭化珪素質多孔体中のＳｉＣ含有率の高い方が、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さくなるため好ましい。ただし、含有率が高くなりすぎると、アルミニウム合金が十分に含浸しない場合がある。
実用的には、平均粒子径が好ましくは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好ましくは５５％以上７５％以下の範囲にあるものが好適である。炭化珪素質多孔体（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。平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子社製「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）を用い、１０００個の粒子について求めた径の平均値を算出することによって測定することができる。また、相対密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。
Important properties of the metal-silicon carbide composite obtained by impregnating the silicon carbide porous body with a metal containing aluminum or magnesium are thermal conductivity and thermal expansion coefficient. A higher SiC content in the silicon carbide based porous material is preferable because it has a higher thermal conductivity and a smaller thermal expansion coefficient. However, if the content is too high, the aluminum alloy may not be sufficiently impregnated.
Practically, it is preferable that coarse SiC particles having an average particle diameter of preferably 40 μm or more are contained in an amount of 40% by mass or more, and the relative density of the SiC preform is preferably in the range of 55% or more and 75% or less. The strength of the silicon carbide based porous material (SiC preform) is preferably 3 MPa or more in terms of bending strength in order to prevent cracking during handling or during impregnation. The average particle diameter is calculated by using a scanning electron microscope (for example, "JSM-T200 type" manufactured by JEOL Ltd.) and an image analyzer (for example, manufactured by Japan Avionics Co., Ltd.) to calculate the average value of the diameters obtained for 1000 particles. Can be measured by The relative density can be measured by the Archimedes method or the like.
炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の原料であるＳｉＣ粉については、粗粉と微粉を適宜併用するなどして、粒度調整を行うことが好ましい。こうすることで、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の強度と、最終的に得られる放熱部材の熱伝導率の高さとを両立させやすい。
具体的には、（ｉ）平均粒子径４０μｍ以上１５０μｍ以下のＳｉＣ粗粉と、（ｉｉ）平均粒子径５μｍ以上１５μｍ以下のＳｉＣ微粉を混合した混合粉末が好適である。ここで、混合粉末中の（ｉ）と（ｉｉ）の量比は、好ましくは、（ｉ）が４０質量％以上８０質量％以下、（ｉｉ）が２０質量％以上６０質量％以下である。
Regarding the SiC powder, which is the raw material of the silicon carbide based porous material (SiC preform), it is preferable to adjust the particle size by appropriately using coarse powder and fine powder together. By doing so, the strength of the silicon carbide based porous material (SiC preform) and the high thermal conductivity of the finally obtained heat dissipation member can both be easily achieved.
Specifically, a mixed powder obtained by mixing (i) SiC coarse powder having an average particle diameter of 40 μm or more and 150 μm or less and (ii) SiC fine powder having an average particle diameter of 5 μm or more and 15 μm or less is preferable. Here, the amount ratio of (i) and (ii) in the mixed powder is preferably (i) is 40% by mass or more and 80% by mass or less, and (ii) is 20% by mass or more and 60% by mass or less.
炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）は、ＳｉＣ粉末に結合材を添加した混合物の成形体を、脱脂、焼成などすることにより得られる。焼成温度が８００℃以上であれば、焼成時の雰囲気に関係なく、曲げ強度が３ＭＰａ以上の炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）を得やすい。
ただし、酸化性雰囲気中では、１１００℃を超える温度で焼成すると、ＳｉＣの酸化が促進され、金属−炭化珪素質複合体の熱伝導率が低下してしまう場合がある。よって、酸化性雰囲気中では、１１００℃以下の温度で焼成することが好ましい。
焼成時間は、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の大きさ、焼成炉への投入量、焼成雰囲気等の条件に合わせて適宜決めればよい。
The silicon carbide based porous body (SiC preform) is obtained by degreasing, firing, etc. a molded body of a mixture obtained by adding a binder to SiC powder. When the firing temperature is 800° C. or higher, it is easy to obtain a silicon carbide based porous material (SiC preform) having a bending strength of 3 MPa or higher regardless of the atmosphere during firing.
However, firing in an oxidizing atmosphere at a temperature higher than 1100° C. may promote the oxidation of SiC and reduce the thermal conductivity of the metal-silicon carbide composite. Therefore, it is preferable to perform firing at a temperature of 1100° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
The firing time may be appropriately determined according to the conditions such as the size of the silicon carbide based porous material (SiC preform), the amount charged into the firing furnace, and the firing atmosphere.
炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）は、成形時に所定の形状にする場合、１枚ずつ乾燥を行うか、ＳｉＣプリフォーム間にプリフォーム形状と等しい形状のカーボン等のスペーサーを用いて乾燥することで、乾燥による湾曲の変化を防ぐことができる。また、焼成に関しても乾燥時と同様の処理を行うことにより、内部組織の変化に伴う形状変化を防ぐことが可能である。 When forming a silicon carbide based porous material (SiC preform) into a predetermined shape at the time of molding, it is dried one by one, or is dried between SiC preforms by using a spacer such as carbon having a shape equal to the preform shape. As a result, it is possible to prevent the curvature from changing due to drying. In addition, by performing the same treatment as in the case of drying, it is possible to prevent the shape change due to the change of the internal structure.
上記（工程２）では、例えば旋盤などの切削・研削機具により、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の少なくとも片面を、その外側に向かって凸型の湾曲形状となるように加工する。このように、プリフォームの段階で機械加工（切削加工）を施すことで、金属含浸後に切削のための特別な器具等を用いる必要がなく、容易に湾曲の度合いや平面度を制御しやすいメリットがある。 In the above (Step 2), at least one surface of the silicon carbide based porous body (SiC preform) is processed by a cutting/grinding machine tool such as a lathe to have a convex curved shape toward the outside. In this way, by performing machining (cutting) at the preform stage, it is not necessary to use a special tool for cutting after metal impregnation, and it is easy to control the degree of curvature and flatness. There is.
なお、本実施形態の放熱部材の製造においては、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の片面だけでなく、両面に加工を施してもよい。すなわち、最終的に得られる放熱部材において、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さくなるように、また、ｆ１およびｆ２の値それぞれが所望の値になるように、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の両面に加工を施してもよい。 In the production of the heat dissipation member of the present embodiment, not only one surface of the silicon carbide based porous material (SiC preform) but also both surfaces may be processed. That is, in the finally obtained heat dissipation member, f 2 is smaller than f 1 by 10 μm or more, and the respective values of f 1 and f 2 are desired values, so that the silicon carbide based porous material is Both sides of the (SiC preform) may be processed.
上記（工程３）では、高圧鍛造法等により、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）に、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属を含浸させ、炭化珪素と金属とを含む複合化部と、複合化部の外面の表面金属層とを備える、金属−炭化珪素質複合体を作製することができる。
アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属（合金）を、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）に含浸させて、金属−炭化珪素質複合体を得る方法としては、例えば、下記方法がある。
In the above (Step 3), a silicon carbide based porous material (SiC preform) is impregnated with a metal containing aluminum or magnesium by a high pressure forging method or the like to form a composite part containing silicon carbide and a metal, and a composite part. And a surface metal layer on the outer surface of the metal-silicon carbide composite.
As a method of impregnating a silicon carbide based porous material (SiC preform) with a metal (alloy) containing aluminum or magnesium to obtain a metal-silicon carbide based composite, for example, the following method is available.
炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）を型枠内に収納し、その後、その型枠の両板面に、アルミナ若しくはシリカからなる、繊維、球状粒子、及び破砕形状の粒子のうちの１種以上を直接接するように配置し、一つのブロックとする。
このブロックを、５００℃以上６５０℃以下で予備加熱し、そして、高圧容器内に１個または２個以上配置する。その後、ブロックの温度低下を防ぐためにできるだけ速やかに、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属の溶湯を３０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、金属を炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の空隙中に含浸させる。
以上により、炭化珪素と金属とを含む複合化部と、複合化部の外面の表面金属層とを備える、金属−炭化珪素質複合体が得られる。
A silicon carbide based porous material (SiC preform) is housed in a mold, and then one of fibers, spherical particles, and crushed particles made of alumina or silica on both plate surfaces of the mold. The above is arranged so as to be in direct contact with each other to form one block.
This block is preheated at 500° C. or higher and 650° C. or lower, and one or more blocks are placed in a high pressure vessel. Then, in order to prevent the temperature of the block from decreasing, a molten metal containing aluminum or magnesium is pressurized at a pressure of 30 MPa or more to impregnate the metal into the voids of the silicon carbide based porous material (SiC preform).
As described above, a metal-silicon carbide based composite including a composite part containing silicon carbide and a metal and a surface metal layer on the outer surface of the composite part is obtained.
金属−炭化珪素質複合体中の金属（典型的にはアルミニウムまたはマグネシウムを含む合金）は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分に浸透するようにするため、融点がなるべく低いことが好ましい。
この点で、例えばシリコンを７質量％以上２５質量％以下含有したアルミニウム合金が好ましく挙げられる。更にマグネシウムを０．２質量％以上５質量％以下含有させることで、炭化珪素粒と金属部分との結合がより強固になり好ましい。アルミニウム合金中のアルミニウム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関しては、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば銅等が含まれていてもよい。
The metal in the metal-silicon carbide composite (typically an alloy containing aluminum or magnesium) preferably has a melting point as low as possible in order to sufficiently penetrate into the voids of the preform during impregnation.
In this respect, for example, an aluminum alloy containing 7% by mass or more and 25% by mass or less of silicon is preferable. Further, by containing magnesium in an amount of 0.2% by mass or more and 5% by mass or less, the bond between the silicon carbide particles and the metal portion becomes stronger, which is preferable. Regarding the metal components other than aluminum, silicon, and magnesium in the aluminum alloy, there is no particular limitation as long as the characteristics do not change extremely, and for example, copper or the like may be contained.
アルミニウム合金としては、好ましくは、鋳造用合金である、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１２なども使用することができる。 As the aluminum alloy, AC4C, AC4CH, ADC12 and the like, which are preferably casting alloys, can also be used.
なお、含浸時に生じた歪み除去の目的で、金属−炭化珪素質複合体の作製後に、アニール処理を行ってもよい。歪み除去の目的で行うアニール処理は、４００℃以上５５０℃以下の温度で１０分以上５時間以下行うことが好ましい。
アニール温度が４００℃以上であれば、複合体内部の歪みが十分に開放されて、機械加工後のアニール処理工程で湾曲が大きく変化することを抑制できる。一方、アニール温度が５５０℃以下であれば、含浸で用いたアルミニウム合金が溶融することを防止できる。
アニール時間が１０分以上であれば、複合体内部の歪みが十分に開放され、機械加工後の加工歪み除去のためのアニール処理工程で、湾曲が大きく変化することを抑制できる。一方、アニール時間が５時間以下であることが、量産性などの観点から好ましい。
For the purpose of removing the strain generated during the impregnation, annealing treatment may be performed after the metal-silicon carbide composite is produced. The annealing treatment for the purpose of removing strain is preferably performed at a temperature of 400° C. or higher and 550° C. or lower for 10 minutes or longer and 5 hours or shorter.
When the annealing temperature is 400° C. or higher, the strain inside the composite is sufficiently released, and it is possible to prevent the curvature from largely changing in the annealing process after the machining. On the other hand, if the annealing temperature is 550° C. or lower, the aluminum alloy used for impregnation can be prevented from melting.
When the annealing time is 10 minutes or more, the strain inside the composite is sufficiently released, and it is possible to suppress a large change in the curvature in the annealing process step for removing the processing strain after the mechanical processing. On the other hand, an annealing time of 5 hours or less is preferable from the viewpoint of mass productivity.
また、（工程３）においては、例えば、アルミナ若しくはシリカからなる、繊維、球状粒子、及び破砕形状の粒子のうち１種以上を、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の表面に直接接するように配置することができる。これにより、所定の厚みの表面金属層を形成することができる。そして、含浸後の色むらもほとんどなく、形状付加の際に加工性が良くなるという利点もある。 In (Step 3), for example, at least one of fibers, spherical particles, and crushed particles made of alumina or silica is directly contacted with the surface of the silicon carbide based porous material (SiC preform). Can be placed at. Thereby, the surface metal layer having a predetermined thickness can be formed. Also, there is almost no color unevenness after impregnation, and there is an advantage that workability is improved when a shape is added.
表面金属層中の、アルミナ若しくはシリカからなる繊維、球状粒子及び破砕形状の粒子のうちの１種以上からなる材料の含有量は、金属−炭化珪素質複合体の質量に対して、好ましくは０．１質量％以上５質量％以下、さらに好ましくは０．３質量％以上２質量％以下である。
この含有量が０．１質量％以上であれば、アルミニウム層の厚み制御が容易となり、加工後のアニール処理により湾曲形状が大きく変化することを抑制できる。また、この含有量が５質量％以下であれば、アルミニウム合金層が硬くなり過ぎず、一般的な機械加工を施しやすくなる。
The content of the material in the surface metal layer, which is made of one or more of fibers made of alumina or silica, spherical particles and crushed particles, is preferably 0 based on the mass of the metal-silicon carbide composite. 0.1 mass% or more and 5 mass% or less, more preferably 0.3 mass% or more and 2 mass% or less.
When the content is 0.1% by mass or more, it becomes easy to control the thickness of the aluminum layer, and it is possible to suppress a large change in the curved shape due to the annealing treatment after processing. Further, when the content is 5% by mass or less, the aluminum alloy layer does not become too hard, and general machining becomes easy.
金属−炭化珪素質複合体の表面に設けられる表面金属層の厚みは、（工程４）で放熱面側（放熱部材１における主面２Ａの側に対応）のみ機械加工する場合、両面機械加工する場合のいずれにおいても加工後に表裏の表面金属層の厚み差が大きくならないよう適宜調整を行ったほうが良い。調整には適宜前述した無機繊維を用いることができる。
具体的には、回路基板実装面側（放熱部材１における主面２Ｂの側に対応）の金属層の平均厚みは、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下である。また、両面の金属含有層の平均厚みの差については、薄い方の平均厚みが、厚い方の平均厚みに対して５０％以内であることが好ましい。
The thickness of the surface metal layer provided on the surface of the metal-silicon carbide composite is double-sided when only the heat radiation surface side (corresponding to the
Specifically, the average thickness of the metal layer on the circuit board mounting surface side (corresponding to the
両面の金属含有層の平均厚みの差について、放熱面の金属含有層の平均厚みの好ましくは４０％以内、特に好ましくは３０％以内に調整することがより好ましい。これは、両面の金属含有層の熱膨張係数差により、湾曲状態が変化することを抑制できるという理由からである。 It is more preferable to adjust the difference in average thickness of the metal-containing layers on both surfaces to preferably within 40%, particularly preferably within 30% of the average thickness of the metal-containing layers on the heat dissipation surface. This is because it is possible to prevent the curved state from changing due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal-containing layers on both surfaces.
（工程４）では、金属−炭化珪素質複合体の、少なくとも凸型の湾曲形状に加工された面側の表面金属層を機械加工し、また場合によってはさらにアニール処理などをすることにより、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さい放熱部材を得る。具体的には、旋盤等の精密な削り取り（研削、切削等）が可能な機具により、金属−炭化珪素質複合体の放熱面に適切な湾曲形状を形成し、その後、例えば、マッフル炉により４００℃から５５０℃程度に加熱して２時間から６時間程度アニール処理を行う。 In (Step 4), at least the surface metal layer on the surface side of the metal-silicon carbide composite that has been processed into the convex curved shape is machined, and if necessary, further subjected to an annealing treatment or the like, so that f 2 obtains a heat dissipation member smaller than f 1 by 10 μm or more. Specifically, a tool capable of precise scraping (grinding, cutting, etc.) such as a lathe is used to form an appropriate curved shape on the heat dissipation surface of the metal-silicon carbide composite, and then, for example, a muffle furnace 400 Heat at about 550° C. to 550° C. and perform annealing for about 2 to 6 hours.
本実施形態では、金属−炭化珪素質複合体表面の表面層を精密に機械加工することにより、ｆ１、ｆ２等が所望の数値である放熱部材を得ることが可能である。特に、金属−炭化珪素質複合の凸型の湾曲形状に加工された面側だけでなく、必要に応じてその反対側についても適切に機械加工（研削、切削等）することで、所望のｆ１、ｆ２、ｈ１／ａ、ｈ２／ｂ等を有する放熱部材を得ることができる。すなわち、より良好な放熱特性、信頼性等を有する放熱部材を得ることができる。
なお、上記（工程１）〜（工程４）中で行われうる「アニール」などの熱処理により、通常、金属−炭化珪素質複合体または放熱部材は、全体的に変形する。つまり、金属−炭化珪素質複合体の放熱面のみに対して研削・切削等により湾曲形状を形成したとしても、アニールなどの熱処理により、通常、放熱面の反対面にもある程度の湾曲が形成される（つまり、ｆ２は通常０ではない値となる）。なお、アニールなどの熱処理による変形の程度は、数回の予備実験を行う等によりある程度定量的に見積もることが可能である。
要するに、本実施形態では、機械加工の条件とアニール条件とを適切に組み合わせることが、所望の放熱部材を得るうえで重要である。
In the present embodiment, it is possible to obtain a heat dissipation member in which f 1 , f 2 and the like have desired values by precisely machining the surface layer on the surface of the metal-silicon carbide composite. In particular, the desired f can be obtained by appropriately machining (grinding, cutting, etc.) not only the surface side processed into the convex curved shape of the metal-silicon carbide composite, but also the opposite side as necessary. A heat dissipation member having 1 , f 2 , h 1 /a, h 2 /b, etc. can be obtained. That is, it is possible to obtain a heat dissipation member having better heat dissipation characteristics and reliability.
Note that the metal-silicon carbide composite or the heat dissipation member is generally entirely deformed by heat treatment such as "annealing" that can be performed in (Step 1) to (Step 4). That is, even if a curved shape is formed by grinding or cutting only on the heat dissipation surface of the metal-silicon carbide composite, heat treatment such as annealing usually causes some curvature to be formed on the surface opposite to the heat dissipation surface. (That is, f 2 is usually a non-zero value). The degree of deformation due to heat treatment such as annealing can be quantitatively estimated to some extent by conducting several preliminary experiments.
In short, in the present embodiment, it is important to properly combine the machining conditions and the annealing conditions in order to obtain a desired heat dissipation member.
上記の機械加工後の、両面の金属含有層の平均厚みの合計は、好ましくは５００μｍ以下、特に好ましくは３００μｍ以下である。
両面の金属含有層の平均厚みの合計が５００μｍ以下であれば、放熱部材全体としての熱膨張を比較的小さく抑えられ、熱負荷がかかった際、放熱部材と、その上面に接続されたパワー素子等との熱膨張率の差に起因するクラック発生などを抑制しうる。
The total average thickness of the metal-containing layers on both surfaces after the above-mentioned machining is preferably 500 μm or less, particularly preferably 300 μm or less.
When the total average thickness of the metal-containing layers on both surfaces is 500 μm or less, the thermal expansion of the heat dissipation member as a whole can be suppressed to a relatively small level, and when a heat load is applied, the heat dissipation member and the power element connected to the upper surface thereof. It is possible to suppress the occurrence of cracks due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the above.
なお、当然ながら、本実施形態の放熱部材の製造方法は、上記に限定されない。
例えば、本実施形態の放熱部材においては、表面金属層は任意の構成であるから、上記（工程３）において表面金属層は必ずしも形成されなくてもよい。
In addition, as a matter of course, the manufacturing method of the heat dissipation member of the present embodiment is not limited to the above.
For example, in the heat dissipation member of the present embodiment, since the surface metal layer has an arbitrary structure, the surface metal layer does not necessarily have to be formed in the above (step 3).
別の例として、上記（工程１）〜（工程４）のうち、（工程２）を省略することも考えられる。すなわち、金属を含浸させる前の炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の段階で湾曲形状への加工はせず、（工程４）の段階で必要な機械加工を行って、所望の湾曲または平面度を有する放熱部材を得ることも考えられる。ただし、金属含浸前のほうが金属含浸後よりも機械加工を施しやすいため、製造コスト削減等の観点からは、（工程２）の段階である程度の湾曲形状を形成しておくことが好ましい。 As another example, it is possible to omit (Step 2) from the above (Step 1) to (Step 4). That is, the silicon carbide based porous material (SiC preform) before being impregnated with metal is not processed into a curved shape, but is subjected to the necessary machining in the step (step 4) to obtain a desired curved or flat surface. It is also conceivable to obtain a heat dissipating member having a certain degree. However, since machining is easier to perform before metal impregnation than after metal impregnation, it is preferable to form a curved shape to some extent in the step of (Process 2) from the viewpoint of manufacturing cost reduction and the like.
さらに別の例として、上記（工程１）〜（工程４）のうち、（工程４）を省略することも考えられる。すなわち、（工程２）の段階で、十分な精度で湾曲加工を施し、（工程３）の含浸時に使用する金型に所望の湾曲を設けておけば、（工程４）での機械加工が不要な場合もありうる。ただし、金属含浸による加熱−冷却での寸法変化などを考慮すると、（工程２）の段階で十分な精度で湾曲加工を施しておいたとしても、（工程４）を行うことで湾曲形状や平面度を調整することが好ましい。 As still another example, it is possible to omit (Step 4) from the above (Step 1) to (Step 4). That is, if the bending process is performed with sufficient accuracy in the stage of (Step 2) and the desired bending is provided in the mold used during the impregnation of (Step 3), the machining process in (Step 4) is unnecessary. In some cases, However, considering the dimensional change due to heating-cooling due to metal impregnation, even if the bending process is performed with sufficient accuracy in the step of (step 2), the curved shape and the flat surface can be obtained by performing (step 4). It is preferable to adjust the degree.
本実施形態の放熱部材の製造方法は、上述していない他の工程を含んでもよい。
例えば、ネジ止め用の孔を設ける工程を含んでもよい。例えば、上記（工程３）と（工程４）の間に、機械加工などにより、金属−炭化珪素質複合体に、他の部品と接合するためのネジ止め用の孔を設けてもよい。（工程３）と（工程４）の間でネジ止め用の孔を設けることで、（工程４）において、金属−炭化珪素質複合体を切削・研削機具に固定する際に、その孔を利用できるというメリットがある。
The method for manufacturing the heat dissipation member of the present embodiment may include other steps not described above.
For example, the step of providing a hole for screwing may be included. For example, a hole for screwing may be provided in the metal-silicon carbide composite between the above (Step 3) and (Step 4) by machining or the like so as to be joined to another component. By providing a hole for screwing between (Step 3) and (Step 4), the hole is used when fixing the metal-silicon carbide composite to the cutting/grinding machine tool in (Step 4). There is a merit that you can do it.
また、（工程４）の後、放熱部材の表面を研磨処理またはブラスト処理する工程を行ってもよい。これにより、例えば前述の粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍを適宜調整することができる。研磨処理またはブラスト処理の具体的方法については、公知の手法を適宜適用することができる。 Further, after (Step 4), a step of polishing or blasting the surface of the heat dissipation member may be performed. With this, for example, the average length RS m of the roughness curve element can be appropriately adjusted. A known method can be appropriately applied to a specific method of the polishing treatment or the blasting treatment.
また、（工程４）の後、メッキ工程を行ってメッキ層を設けてもよい。例えば、公知の無電解Ｎｉ―ＰメッキやＮｉ−Ｂメッキの手法により、放熱部材の表面にメッキ層を設けることができる。メッキ層の好ましい厚み等については前述のとおりである。 Further, after (Step 4), a plating step may be performed to provide a plating layer. For example, a plating layer can be provided on the surface of the heat dissipation member by a known electroless Ni-P plating or Ni-B plating method. The preferable thickness of the plating layer and the like are as described above.
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 The embodiments of the present invention have been described above, but these are examples of the present invention, and various configurations other than the above can be adopted. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention are included in the present invention.
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
なお、以下で、「主面２Ａ」は、上述の説明と同様、放熱フィン等と接合される面であり、放熱部材の内側方向ではなく外側方向に凸型に湾曲している。また、「主面２Ｂ」は、パワー素子等の部品が接続される面である。
Embodiments of the present invention will be described in detail based on examples and comparative examples. The present invention is not limited to the embodiments.
Note that, hereinafter, the “
＜放熱部材の製造＞
［実施例１］
（炭化珪素質多孔体の形成）
まず、以下の炭化珪素粉末Ａ、炭化珪素粉末Ｂおよびシリカゾルを、攪拌混合機で３０分間混合し、混合物を得た。
・炭化珪素粉末Ａ（大平洋ランダム株式会社製：ＮＧ−１５０、平均粒径：１００μｍ） ３００ｇ
・炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工株式会社製：ＧＣ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ） １５０ｇ
・シリカゾル（日産化学工業株式会社製：スノーテックス） ３０ｇ
<Manufacturing of heat dissipation member>
[Example 1]
(Formation of silicon carbide based porous material)
First, the following silicon carbide powder A, silicon carbide powder B, and silica sol were mixed for 30 minutes with a stir mixer to obtain a mixture.
・Silicon carbide powder A (manufactured by Taihei Random Co., Ltd.: NG-150, average particle size: 100 μm) 300 g
150 g of silicon carbide powder B (manufactured by Yakushima Electric Co., Ltd.: GC-1000F, average particle size: 10 μm)
・Silica sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.: Snowtex) 30g
得られた混合物を金型へ投入し、圧力１０ＭＰａでプレス成形した。これにより、１８５ｍｍ×１３５ｍｍ×５．５ｍｍの寸法の平板状の成形体を得た。得られた成形体を、大気中、温度９００℃で２時間焼成して、相対密度（嵩密度）が６５体積％の炭化珪素質多孔体を得た。 The obtained mixture was put into a mold and press-molded at a pressure of 10 MPa. As a result, a flat plate-shaped molded body having dimensions of 185 mm×135 mm×5.5 mm was obtained. The obtained molded body was fired in the air at a temperature of 900° C. for 2 hours to obtain a silicon carbide based porous body having a relative density (bulk density) of 65% by volume.
この炭化珪素質多孔体の、完成後の放熱部材の主面２Ｂとなる面を平面研削盤で加工した。その後、主面２Ａとなる面を、Ｒ＝１１ｍの旋盤にて凸型の湾曲形状に機械加工した。このとき、炭化珪素質多孔体の中央の厚みは４．８ｍｍとなるよう調整した。
なお、以下の工程のため、同様の炭化珪素質多孔体を３０枚作成した。
The surface of the silicon carbide based porous body, which becomes the
Note that 30 similar silicon carbide based porous materials were prepared for the following steps.
（金属の含浸）
機械加工した炭化珪素質多孔体の主面２Ａ側にアルミナ繊維（田中製紙工業株式会社製、純度９７％、シート状形態）を配し、両面をカーボンコートした２１０ｍｍ×１６０ｍｍ×０．８ｍｍの寸法のステンレス板で挟んで、３０枚を積層した。
次に、両側に６ｍｍ厚みの鉄板を配置して、Ｍ１０のボルト６本で連結して面方向の締め付けトルクが３Ｎｍとなるようにトルクレンチで締め付けて一つのブロックとした。
その後、一体としたブロックを電気炉で６２０℃に予備加熱し、さらにその後、あらかじめ加熱しておいた内径４００ｍｍφのプレス型内に収めた。そのプレス型内に、シリコンを１２質量％、マグネシウムを１．０質量％含有するアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、そして１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧した。これにより、炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させた。
(Impregnation of metal)
Alumina fibers (manufactured by Tanaka Paper Industry Co., Ltd., purity 97%, sheet-like form) are arranged on the
Next, iron plates having a thickness of 6 mm were arranged on both sides, connected with six M10 bolts, and tightened with a torque wrench so that the tightening torque in the surface direction was 3 Nm to form one block.
Then, the integrated block was preheated to 620° C. in an electric furnace, and then placed in a preheated press die having an inner diameter of 400 mmφ. A molten aluminum alloy containing 12% by mass of silicon and 1.0% by mass of magnesium was poured into the press die and pressed at a pressure of 100 MPa for 20 minutes. Thereby, the silicon carbide based porous material was impregnated with the aluminum alloy.
含浸終了後、２５℃まで冷却し、その後、湿式バンドソーにてステンレス板の形状に沿って切断し、挟んだステンレス板をはがした。さらにその後、含浸時の歪み除去のために５００℃の温度で３時間アニール処理を行った。
以上により、アルミニウム−炭化珪素質複合体を得た。
After the impregnation, the temperature was cooled to 25° C., and then the stainless steel plate was cut with a wet band saw along the shape of the stainless plate and the sandwiched stainless plate was peeled off. Further, thereafter, an annealing treatment was performed at a temperature of 500° C. for 3 hours in order to remove strain during impregnation.
Through the above steps, an aluminum-silicon carbide composite was obtained.
（含浸後の処理）
得られたアルミニウム−炭化珪素質複合体の外周を、ＮＣ旋盤で加工して、縦横の大きさを１９０ｍｍ×１４０ｍｍとした。その後、縁周部８カ所に直径７ｍｍの貫通穴、４カ所にφ１０−４ｍｍの皿穴を加工した。
(Treatment after impregnation)
The outer periphery of the obtained aluminum-silicon carbide composite was processed by an NC lathe to have a vertical and horizontal size of 190 mm×140 mm. After that, a through hole having a diameter of 7 mm was formed at 8 locations on the peripheral portion, and a countersink having a diameter of 10-4 mm was formed at 4 locations.
また、アルミニウム−炭化珪素質複合体の主面２Ａに対応する側を、ターニングセンタでＲ＝１１ｍとなるよう機械加工した。機械加工後、マッフル炉を用いて５００℃の温度で４時間のアニール処理を行った。これにより加工歪みの除去を行った。
Further, the side corresponding to the
さらに、アルミニウム−炭化珪素質複合体を、圧力０．４ＭＰａ、搬送速度１．０ｍ／ｍｉｎの条件でアルミナ砥粒にてブラスト処理を行い清浄化し、その後、無電解Ｎｉ―Ｐ及びＮｉ−Ｂめっきを行った。これにより複合体表面に８μｍ厚（Ｎｉ−Ｐ：６μｍ、Ｎｉ−Ｂ：２μｍ）のめっき層を形成した。 Further, the aluminum-silicon carbide composite is cleaned by blasting it with alumina abrasive grains under the conditions of a pressure of 0.4 MPa and a transfer speed of 1.0 m/min, and then electroless Ni-P and Ni-B plating. I went. As a result, a plating layer having a thickness of 8 μm (Ni-P: 6 μm, Ni-B: 2 μm) was formed on the surface of the composite.
以上により、放熱部材を得た。 The heat dissipation member was obtained as described above.
（ｆ１およびｆ２の測定）
得られた放熱部材の、主面２Ａおよび主面２Ｂを、それぞれ、キーエンス社製の装置ＶＲ−３０００を用いて平面度測定し、ｆ１およびｆ２を得た。このとき、主面２Ａおよび主面２Ｂが装置観測視野に収まらなかったため、主面２Ａ／主面２Ｂそれぞれを上面視したときの中心（幾何学的重心）と、測定装置の観測視野の中心とが一致するようにして、１９０ｍｍ×１００ｍｍの範囲を測定した。
(Measurement of f 1 and f 2 )
The
（ｈ１およびｈ２の測定）
レーザー三次元形状測定機を用いて、主面２Ａおよび主面２Ｂの形状に関するデータを取得し、そのデータを解析することで、ｈ１およびｈ２を求めた。
装置：レーザー三次元形状測定機（以下４つの装置が一体となったもの）
ＸＹθステージユニット：Ｋ２−３００（神津精機株式会社製）
高精度レーザー変位計：ＬＫ−Ｇ５００（株式会社キーエンス製）
モータコントローラ：ＳＣ−２００Ｋ（神津精機株式会社製）
ＡＤ変換機：ＤＬ−１００（神津精機株式会社製）
(Measurement of h 1 and h 2 )
Using a laser three-dimensional shape measuring machine, data regarding the shapes of the
Device: Laser three-dimensional shape measuring machine (the following four devices are integrated)
XYθ stage unit: K2-300 (manufactured by Kozu Seiki Co., Ltd.)
High precision laser displacement meter: LK-G500 (manufactured by Keyence Corporation)
Motor controller: SC-200K (manufactured by Kozu Seiki Co., Ltd.)
AD converter: DL-100 (manufactured by Kozu Seiki Co., Ltd.)
（ＲＳｍの測定）
主面２Ａおよび主面２Ｂの、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍは、ミツトヨ社製の装置ＳＪ−３１０により、ＩＳＯ４２８７−１９９７に準じて測定した。
(Measurement of RSm)
The average length RSm of the roughness curve elements of the
［実施例２〜１２］
実施例２から１２においては、放熱部材の長辺および短辺の長さ、上記（炭化珪素質多孔体の形成）における加工Ｒ、上記（含浸後の処理）における加工Ｒなどを変更したこと以外は、実施例１と同様の工程により放熱部材を作製した。そして、実施例１と同様にして、各種数値を測定した。
[Examples 2 to 12]
In Examples 2 to 12, except that the lengths of the long side and the short side of the heat dissipation member, the processing R in the above (formation of the silicon carbide based porous body), the processing R in the above (treatment after impregnation) and the like were changed. A heat dissipation member was manufactured by the same process as in Example 1. Then, in the same manner as in Example 1, various numerical values were measured.
［比較例１〜３］
上記（炭化珪素質多孔体の形成）において、炭化珪素質多孔体の、完成後の放熱部材の主面２Ｂとなる面を平面研削盤で加工しなかったこと、上記（炭化珪素質多孔体の形成）における加工Ｒ、上記（含浸後の処理）における加工Ｒなどを変更したこと以外は、実施例１と同様の工程により放熱部材を作製した。そして、実施例１と同様にして、各種数値を測定した。
なお、完成後の放熱部材の主面２Ｂとなる面を平面研削盤で加工しなかったため、その面は、焼成及びその後の冷却により、いくらか自然と湾曲していた。
[Comparative Examples 1 to 3]
In the above (formation of silicon carbide based porous body), the surface of the silicon carbide based porous body to be the
Since the surface to be the
各種数値を表１および表２にまとめて示す。
なお、表中、ｈ１／ａおよびｈ２／ｂの欄の「Ｅ」は、指数表記であり、例えば２．３８Ｅ−０３とは、２．３８×１０−３の意味である。
Various numerical values are summarized in Table 1 and Table 2.
In the table, “E” in the columns of h 1 /a and h 2 /b is an exponential notation, and, for example, 2.38E-03 means 2.38×10 −3 .
＜パワーモジュールの製造安定性などの評価＞
各実施例または比較例の放熱部材を１０個ずつ準備し、それらに模擬的なパワー素子を接続することで、模擬パワーモジュール用基板を製造した。
製造の具体的な手順としては、パワーモジュールの製造に通常用いられている装置を利用して、各実施例または比較例の放熱部材の２つの主面のうち、主面２Ｂ上の特定の６箇所に、セラミックス基板（セラミックス板の両面に銅、アルミニウム等の金属層が設けられた基板）をはんだ付けした。これにより模擬パワーモジュール用基板を得た。
その後、模擬パワーモジュールとするため、模擬パワーモジュール用基板に対し、ケース付、樹脂封止、蓋付を行い、模擬パワーモジュールを得た。
<Evaluation of manufacturing stability of power module>
Ten heat dissipation members of each example or comparative example were prepared, and a simulated power element was connected to each of them to manufacture a simulated power module substrate.
As a specific procedure for manufacturing, a device normally used for manufacturing a power module is used to select a specific 6 on the
Then, in order to obtain a simulated power module, the simulated power module substrate was case-attached, resin-sealed, and lid-attached to obtain a simulated power module.
得られた模擬パワーモジュールについて、量産上問題となりうる不具合が無いかを検査した。
各実施例の放熱部材を用いて製造した模擬パワーモジュール全てにおいて、量産上問題となりうる不具合は存在しなかった。
一方、比較例１〜３の放熱部材を用いて製造した模擬パワーモジュール基板においては、１０個のうち１つに、セラミックス基板の位置合わせ用の治具がうまく嵌らない、セラミックス基板接続後にケースが嵌らない等、量産上問題となりうる不具合があった。
The obtained simulated power module was inspected for any problems that could cause problems in mass production.
In all of the simulated power modules manufactured using the heat dissipation member of each example, there were no problems that could be a problem in mass production.
On the other hand, in the simulated power module substrates manufactured using the heat dissipation members of Comparative Examples 1 to 3, one out of ten jigs for aligning the ceramic substrate does not fit well There was a problem that could be a problem in mass production, such as not fitting.
上記結果より、２つの主面の平面度が特定の関係を満たす等の特徴を有する板状の放熱部材を用いることで、パワーモジュール製造の際の製造安定性（歩留まりなど）を改善できることが示された。 From the above results, it is shown that the manufacturing stability (yield etc.) at the time of manufacturing the power module can be improved by using the plate-shaped heat dissipation member having the characteristics such that the flatness of the two main surfaces satisfies a specific relationship. Was done.
なお、実施例１〜１２の放熱部材を、放熱フィンにネジにより接合し、放熱部材と放熱フィンとの密着性、放熱性等を評価したところ、密着性および放熱性は良好であった。
すなわち、実施例１〜１２の放熱部材を用いることで、放熱性が良好なパワーモジュールを製造することができ、かつ、そのようなパワーモジュール製造の際の歩留まり改善などもできることが示された。
When the heat dissipating members of Examples 1 to 12 were joined to the heat dissipating fins with screws and the adhesion, heat dissipating property, etc. between the heat dissipating member and the heat dissipating fin were evaluated, the adhesion and heat dissipating properties were good.
That is, it was shown that by using the heat dissipation members of Examples 1 to 12, it is possible to manufacture a power module having good heat dissipation properties, and it is also possible to improve the yield when manufacturing such a power module.
１ 放熱部材
２Ａ 主面（一方の主面）
２Ｂ 主面（他方の主面）
５ 接続面
1
2B main surface (other main surface)
5 connection surface
Claims (9)
当該放熱部材の２つの主面のうち少なくとも一方の主面は、当該放熱部材の外側方向に凸型に湾曲しており、
前記一方の主面の、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ１とし、前記一方の主面とは異なる主面である他方の主面の、ＪＩＳ Ｂ ０６２１で規定される平面度をｆ２としたとき、ｆ２のほうがｆ１よりも１０μｍ以上小さい放熱部材。 A plate-like heat dissipation member comprising a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium,
At least one main surface of the two main surfaces of the heat dissipation member is convexly curved outward of the heat dissipation member,
Let f 1 be the flatness of one of the main surfaces defined by JIS B 0621, and f be the flatness of the other main surface that is different from the one main surface defined by JIS B 0621. when two smaller radiating member should have 10μm or more than f 1 of f 2.
前記一方の主面および／または前記他方の主面が、アルミニウムまたはマグネシウムを含有する表面金属層を備える放熱部材。 The heat dissipation member according to claim 1, wherein the one main surface and/or the other main surface includes a surface metal layer containing aluminum or magnesium.
前記ｆ１が１００μｍ以上７００μｍ以下である放熱部材。 The heat dissipation member according to claim 1, wherein the f 1 is 100 μm or more and 700 μm or less.
前記ｆ２が３００μｍ以下である放熱部材。 The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 3,
A heat dissipation member having f 2 of 300 μm or less.
当該放熱部材は実質的に矩形であり、
前記矩形の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとし、
前記一方の主面の２つの短辺の各中点の間を結ぶ直線をｌ１、前記一方の主面の２つの長辺の各中点の間を結ぶ直線をｌ２とし、
ｌ１を含みかつ前記一方の主面と略垂直な断面で当該放熱部材を断面視したときの、前記一方の主面が成す曲線上の点と、ｌ１との最大距離をｈ１とし、
ｌ２を含みかつ前記一方の主面と略垂直な断面で当該放熱部材を断面視したときの、前記一方の主面が成す曲線上の点と、ｌ２との最大距離をｈ２としたとき、
ｈ１／ａ≧ｈ２／ｂである放熱部材。 The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 4,
The heat dissipation member is substantially rectangular,
The length of the long side of the rectangle is a, the length of the short side is b,
A straight line connecting between the midpoints of the two short sides of the one main surface is l 1 , and a straight line connecting between the midpoints of the two long sides of the one main surface is l 2 .
The maximum distance between a point on the curve formed by the one main surface and l 1 when the heat dissipation member is viewed in a cross section including l 1 and substantially perpendicular to the one main surface is h 1, and
The maximum distance between the point on the curve formed by the one main surface and l 2 when the heat dissipation member is viewed in a cross section including l 2 and substantially perpendicular to the one main surface is h 2 . When
A heat dissipation member in which h 1 /a≧h 2 /b.
（ｈ１／ａ）／（ｈ２／ｂ）の値が、１．００以上１．９以下である放熱部材。 The heat dissipation member according to claim 5,
The heat dissipation member having a value of (h 1 /a)/(h 2 /b) of 1.00 or more and 1.9 or less.
前記一方の主面の、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが、５０μｍ以上２５０μｍ以下である放熱部材。 The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 6,
The heat dissipation member in which the average length RS m of the roughness curve element on the one main surface is 50 μm or more and 250 μm or less.
前記他方の主面の、粗さ曲線要素の平均長さＲＳｍが、５０μｍ以上２００μｍ以下である放熱部材。 The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 7, wherein
The heat dissipation member in which the average length RS m of the roughness curve element on the other main surface is 50 μm or more and 200 μm or less.
板状の、アルミニウムまたはマグネシウムを含む金属−炭化珪素質複合体を準備する工程と、
前記複合体の少なくとも片面の一部を機械加工して前記一方の主面を設ける工程とを含む、放熱部材の製造方法。 A method for manufacturing a heat dissipation member according to any one of claims 1 to 8, wherein
A step of preparing a plate-shaped metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium;
And a step of machining at least a part of one surface of the composite to provide the one main surface.
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