JP4585379B2 - Method for producing metal-ceramic composite material - Google Patents
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本発明は、金属−セラミックス複合材料の製造方法に関し、さらに詳しくは、マトリックスがSi−Al合金である、耐久性に優れた金属−セラミックス複合材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal-ceramic composite material, and more particularly, to a method for producing a metal-ceramic composite material excellent in durability in which a matrix is a Si-Al alloy.
一般的に、半導体集積回路を形成する半導体チップは、セラミックスまたはプラスチックのパッケージ内に収められ、各種電子機器に使用される。このようなパッケージは、半導体チップの保護やボード(基板)への実装、半導体チップと基板との間における電気信号伝達などの諸機能を果たすだけでなく、半導体チップにおいて発生する熱を外部に速やかに放散する役割も担っている。 In general, a semiconductor chip forming a semiconductor integrated circuit is housed in a ceramic or plastic package and used for various electronic devices. Such a package not only performs various functions such as protection of a semiconductor chip, mounting on a board (substrate), and transmission of an electric signal between the semiconductor chip and the substrate, but also quickly generates heat generated in the semiconductor chip to the outside. It also has a role to dissipate.
近年、半導体チップにおける回路の高集積化が進展し、また回路の動作速度が向上するにつれて半導体チップの消費電力が大きく増大するとともに、半導体チップの発熱量も急激に増大している。半導体チップの発熱は、素子の寿命を低下させる原因となるだけでなく、半導体チップとパッケージとでは構成部材が異なるために熱膨張係数が異なり、これに起因して応力が発生し、半導体チップに割れが生じたり、半導体チップがパッケージから剥離する等の問題を引き起こす。 In recent years, higher integration of circuits in a semiconductor chip has progressed, and as the operation speed of the circuit has improved, the power consumption of the semiconductor chip has greatly increased, and the amount of heat generated by the semiconductor chip has also increased rapidly. The heat generated in the semiconductor chip not only causes a reduction in the life of the element, but also has a different coefficient of thermal expansion due to the different components of the semiconductor chip and the package, resulting in stresses generated in the semiconductor chip. This causes problems such as cracking and peeling of the semiconductor chip from the package.
そこで、このような問題を解決するために、ボードやパッケージを高熱伝導性材料で構成したり、高熱伝導性材料からなる放熱用基板をパッケージに密着させる方法が用いられている。しかし、このような高熱伝導性材料の熱膨張係数が半導体チップ等の熱膨張係数と大きく異なる場合には、熱応力による割れや剥離が生じる。このため、半導体チップやボード等に近い低い熱膨張係数を有し、かつ、高熱伝導性を有する材料の提供が望まれており、その材料としてAlN(窒化アルミニウム)が広く使用されるようになってきている。 Therefore, in order to solve such a problem, a method is used in which a board or a package is made of a high thermal conductivity material, or a heat dissipation substrate made of a high thermal conductivity material is adhered to the package. However, when the thermal expansion coefficient of such a high thermal conductivity material is significantly different from the thermal expansion coefficient of a semiconductor chip or the like, cracking or peeling due to thermal stress occurs. Therefore, it is desired to provide a material having a low thermal expansion coefficient close to that of a semiconductor chip or board and having high thermal conductivity, and AlN (aluminum nitride) is widely used as the material. It is coming.
しかしながら、AlNの熱膨張係数は5×10−6/℃で、比較的低い値ではあるが、半導体チップの熱膨張係数(3〜4×10−6/℃)に比べれば、大きい。また電子機器部材の多様性に対応するためには、熱膨張係数に可変幅を持った材料が望まれる。しかし、AlNのような単一材料では、熱膨張係数を任意に制御することは困難である。 However, although the thermal expansion coefficient of AlN is 5 × 10 −6 / ° C., which is a relatively low value, it is larger than that of the semiconductor chip (3 to 4 × 10 −6 / ° C.). In order to cope with the diversity of electronic device members, a material having a variable width in thermal expansion coefficient is desired. However, with a single material such as AlN, it is difficult to arbitrarily control the thermal expansion coefficient.
そこで本発明者らは、熱膨張係数を任意に制御できる熱伝導性材料として、SiC(炭化珪素)粒子またはSiC繊維を強化材とし、マトリックスをSi(金属シリコン)−Al(金属アルミニウム)合金とする金属−セラミックス複合材料を提案してきた(例えば、特許文献1参照)。この材料は、強化材と有機バインダからなるプリフォームを準備し、これに溶融Siと溶融Alを浸透させることによって製造することができる。また、その熱膨張係数は、強化材とマトリックスの体積比やマトリックスの組成比を変えることによって、調整することができる。 Therefore, the present inventors have made SiC (silicon carbide) particles or SiC fiber as a reinforcing material as a thermally conductive material capable of arbitrarily controlling the thermal expansion coefficient, and the matrix is made of Si (metal silicon) -Al (metal aluminum) alloy. Have been proposed (see, for example, Patent Document 1). This material can be manufactured by preparing a preform made of a reinforcing material and an organic binder and allowing molten Si and molten Al to permeate the preform. The coefficient of thermal expansion can be adjusted by changing the volume ratio of the reinforcing material to the matrix or the composition ratio of the matrix.
しかしながら、プリフォームに添加した有機バインダから生成した炭素に溶融Siと溶融Alが同時に浸透すると、炭素と溶融Alとの反応によるAl4C3(炭化アルミニウム)の生成を抑制することが困難である。この炭化アルミは、空気中の水分と反応し、メタンを発生しながら構造が崩れていくことが知られている。つまり、炭化アルミの生成は材料の耐久性を低下させるという問題を生じさせる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、炭化アルミの生成を防止し、耐久性に優れる、SiCを強化材とし、マトリックスをSi−Al合金とする金属−セラミックス複合材料の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for producing a metal-ceramic composite material in which the formation of aluminum carbide is prevented, the durability is excellent, SiC is a reinforcing material, and the matrix is a Si-Al alloy. The purpose is to provide.
本発明によれば、Si−Al合金マトリックス中にSiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方が分散してなる金属−セラミックス複合材料の製造方法であって、
SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と、有機バインダと炭素材料のいずれか一方または両方と、を含むプリフォームを用意する工程と、
溶融Alに対して非透過性であり、かつ、溶融Siと反応することで透過性となる容器に固体Alを収容し、この容器と前記プリフォームと固体Siを炉内に設置する工程と、
前記炉内をSiの融点を超える温度に加熱する工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記固体Siが溶融して生成する溶融Siを前記プリフォーム中に浸透させてSiC/Si複合材料を得た後、この溶融Siを前記容器に浸透させて前記容器を溶融Alに対して透過性とすることでこの容器内で前記固体Alが溶融してなる溶融Alを当該容器から流出させることにより、当該溶融Alを前記SiC/Si複合材料中の溶融Siと相互拡散させることを特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法、が提供される。
According to the present invention, there is provided a method for producing a metal-ceramic composite material in which one or both of SiC powder and SiC fiber are dispersed in a Si-Al alloy matrix,
Providing a preform including any one or both of SiC powder and SiC fiber, and one or both of an organic binder and a carbon material;
Storing solid Al in a container that is impermeable to molten Al and permeable by reacting with molten Si, and placing the container, the preform, and solid Si in a furnace;
Heating the inside of the furnace to a temperature exceeding the melting point of Si,
In the heating step, molten Si generated by melting the solid Si is infiltrated into the preform to obtain a SiC / Si composite material, and then the molten Si is infiltrated into the container to melt the container with Al. By allowing the molten Al formed by melting the solid Al in the container to flow out of the container, the molten Al is interdiffused with the molten Si in the SiC / Si composite material. A method for producing a metal-ceramic composite material is provided.
この金属−セラミックス複合材料の製造方法においては、固体Alを収容した前記容器を、SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と有機バインダとを含む、製品とは別のプリフォームの上に設置する方法を用いることも好ましい。また、金属−セラミックス複合材料の熱膨張係数が2.7×10−6/℃以上17.4×10−6/℃以下となるように、SiCの充填率とSi−Al合金中のAl含有率のいずれか一方または両方を調整することが好ましい。 In this method for producing a metal-ceramic composite material, the container containing solid Al is placed on a preform separate from the product, containing SiC powder, SiC fiber, or both, and an organic binder. It is also preferable to use the method to do. Further, the filling rate of SiC and the Al content in the Si-Al alloy so that the thermal expansion coefficient of the metal-ceramic composite material is 2.7 × 10 −6 / ° C. or more and 17.4 × 10 −6 / ° C. or less. It is preferable to adjust either or both of the rates.
本発明によれば、最初にSiの融点以上でプリフォームに溶融Siのみが浸透し、その後に溶融Alと溶融Siとが相互拡散するので、プリフォーム中の炭素と溶融Alとの反応を防止することができる。これによりAl4C3の生成が防止され、耐久性に優れた金属−セラミックス複合材料を得ることができる。また、この金属−セラミックス複合材料の製造においては、その熱膨張係数を半導体チップや種々の電子機器部材(以下、適用部材という)に近似した値に、広い範囲で制御することが可能である。これにより、適用部材の熱膨張係数との差による歪の発生を抑制し、優れた耐久性を得ることができるようになる。 According to the present invention, only melted Si permeates into the preform at a temperature equal to or higher than the melting point of Si first, and then the molten Al and the molten Si are interdiffused to prevent reaction between carbon in the preform and molten Al. can do. Thus is prevented the generation of Al 4 C 3 is a metal having excellent durability - it is possible to obtain a ceramic composite material. In the production of this metal-ceramic composite material, the coefficient of thermal expansion can be controlled over a wide range to a value approximating that of a semiconductor chip or various electronic device members (hereinafter referred to as application members). Thereby, generation | occurrence | production of the distortion by the difference with the thermal expansion coefficient of an application member can be suppressed, and the outstanding durability can be acquired now.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明に係る、Si−Al合金マトリックス中にSiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方が分散してなる金属−セラミックス複合材料(以下、「SiC/Si−Al複合材料」と示す)の製造過程を模式的に示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a metal-ceramic composite material (hereinafter referred to as “SiC / Si—Al composite material”) in which one or both of SiC powder and SiC fiber are dispersed in a Si—Al alloy matrix according to the present invention. It is a figure which shows the manufacturing process of () typically.
まず、例えば、SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と有機バインダとで形成されたプリフォーム10を用意する。このプリフォーム10は周知の方法で製造することができる。例えば、SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と有機バインダとを混合し、こうして調製した粉末を成形用金型に充填してプレス成形することで、プリフォーム10を得ることができる。
First, for example, a
このプリフォーム10におけるSiCの充填率(体積分率)は、SiC粉末の平均粒径や粒径分布、SiC繊維のアスペクト比等を変えることによって制御することができる。例えば、平均粒径が同じであっても、粒径分布の狭いSiC粉末を用いた場合には、粗粒どうしの隙間に微粒が入るような粒径分布の広いSiC粉末を用いた場合よりも、SiC充填率は小さくなる。なお、プリフォーム10を構成する有機バインダは、後に施される加熱処理において、炭素(カーボン)となった後に溶融Siと反応してSiCとなる。したがって、最終的に得られるSiC/Si−Al複合材料中のSiC充填率は、プリフォーム10におけるSiCの充填率よりも高くなる。
The filling rate (volume fraction) of SiC in the
また、溶融Alに対して非透過性であるが、溶融Siと反応することで溶融Alに対して透過性となる容器11を準備する。この容器11としては、炭素材料(例えば、炭素繊維織物、CFRP、カーボンシート)からなるものが好適に用いられる。このような炭素材料からなる容器は、溶融Alに対しては非透過性であるが、炭素材料は溶融Siと反応性があるために、後述するように、溶融Siと接触してSiCに変化し、生成したSiCどうしの間隙に溶融Siが浸透することで、実質的に連通したSi経路を有する容器へと変化する。
Further, a
次に、図1(a)に示すように、容器11に固体Al12を収容し、この容器11とプリフォーム10と固体Si13を外枠容器14に収容し、さらにこの外枠容器14を炉(図示せず)内に設置する。これら固体Al12および固体Si13は、粉末状、粒状、塊状のいずれであってもよいが、できる限り表面に酸化膜が形成されていないものを用いることが好ましい。したがって、同重量であれば、表面積の小さい塊状のものが好適である。外枠容器14としては、アルミナやカーボンから構成されるものが好適に用いられる。
Next, as shown in FIG. 1 (a), solid Al12 is accommodated in a
そして、炉内をSiの融点(約1410℃)を超える温度(例えば、1600℃)に、不活性ガス雰囲気や真空雰囲気等の非酸化性雰囲気で加熱する。この昇温過程において、プリフォーム10に含まれる有機バインダが分解し、炭素(カーボン)が生成する。また、Alの融点は約660℃であるため、図1(b)に示すように、この温度で固体Al12の溶融が始まる。こうして生成する溶融Al12aは、容器11が溶融Al12aに対して非透過性であるために、容器11から流出することはない。さらに約1410℃になると、図1(c)に示すように、固体Si13の溶融が始まる。
Then, the inside of the furnace is heated to a temperature (for example, 1600 ° C.) exceeding the melting point of Si (about 1410 ° C.) in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere. In this temperature raising process, the organic binder contained in the
この溶融Si13aはプリフォーム10に浸透し、プリフォーム10に含まれる炭素(カーボン)と溶融Si13aとが反応してSiCが生成する。こうして、プリフォーム10は、SiC粒子またはSiC繊維間に溶融Siが浸透したSiC/Si複合材料10aへと変化する。
The
一方、図1(c)に示されるように、溶融Si13aは容器11とも反応する。つまり、容器11を構成する炭素材料が溶融Si13aと接触して反応し、SiCに変化する。そして、生成したSiCどうしの間隙に溶融Siが浸透することで、容器11は実質的に連通したSi経路を有する容器11aへと変化する。これにより図1(d)に示すように、容器11a内の溶融Al12aは、この連通したSi経路を利用して容器11a外に流出することができるようになる。
On the other hand, the
こうして容器11aの外へ流出した溶融Al12aは、プリフォーム10に由来するSiC/Si複合材料10a中の溶融Si13aと相互拡散し、Si−Al合金が生成する。SiC/Si複合材料10a中には炭素成分は存在しないので(何故なら、プリフォーム10中に存在していた炭素成分は既にSiCに変化している)、溶融Al12aがSiC/Si複合材料10aに浸透しても、Al4C3は生成しない。このような溶融Al12aと溶融Si13aとの相互拡散が十分に行われる時間を経た後に炉を冷却することにより、SiC/Si−Al複合材料を得ることができる。
The
このようなSiC/Si−Al複合材料の製造方法によれば、Al4C3の生成を防止することができるので、長期の使用にわたって構造が崩壊することない、耐久性に優れたSiC/Si−Al複合材料を得ることができる。 According to such a method for producing a SiC / Si—Al composite material, generation of Al 4 C 3 can be prevented, so that the structure does not collapse over a long period of use, and the SiC / Si excellent in durability. -Al composite material can be obtained.
上述したSiC/Si−Al複合材料の製造方法では、目的とするSiC/Si−Al複合材料の厚さが厚く、溶融Siのプリフォーム10中への浸透に長い時間が必要となる場合には、プリフォーム10中への溶融Siの浸透が完了する前に、容器11から流出してきた溶融Alの拡散が始まることがある。その場合にはAl4C3が生成するおそれがある。
In the manufacturing method of the SiC / Si—Al composite material described above, when the thickness of the target SiC / Si—Al composite material is large and a long time is required for the penetration of molten Si into the
そこでAl4C3の生成を防止するために、図2に示すように、容器11の下に製品とは異なるプリフォーム15を設置することが好ましい。このようにすると、溶融Siが容器11に達してSiCが生成する反応の開始時間を遅らせることができるので、溶融Alの容器11からの流出開始時間を遅らせることができる。さらに、このプリフォーム15の厚さを適切に設定することで、プリフォーム10への溶融Siの浸透の終了タイミングに合わせて、溶融Alを容器11から流出させることができる。
Therefore, in order to prevent the formation of Al 4 C 3 , it is preferable to install a
このようにして製造されるSiC/Si−Al複合材料の熱膨張係数は、SiC/Si−Al複合材料中の強化材であるSiC(粉末,繊維)の充填率とSi−Al合金中のAl含有率のいずれか一方または両方を調整することにより、2.7×10−6/℃〜17.4×10−6/℃の範囲の所望の値に制御することが好ましい。SiC(粉末,繊維)の充填率を高くするほど、またSi−Al合金中のAl含有率を小さくするほど、SiC/Si−Al複合材料の熱膨張係数は小さくなり、半導体チップに近似した値とすることができる。逆にSiC(粉末,繊維)の充填率を小さくするほど、またSi−Al合金中のAl含有率を高くするほど、SiC/Si−Al複合材料の熱膨張係数は高くなり、金属材料に近似した値になる。 The thermal expansion coefficient of the SiC / Si—Al composite material produced in this way is determined by the filling rate of SiC (powder, fiber) as a reinforcing material in the SiC / Si—Al composite material and the Al in the Si—Al alloy. by adjusting one or both of the content, preferably controlled to a desired value in the range of 2.7 × 10 -6 /℃~17.4×10 -6 / ℃ . The higher the filling rate of SiC (powder, fiber) and the lower the Al content in the Si-Al alloy, the smaller the thermal expansion coefficient of the SiC / Si-Al composite material, and a value approximated to a semiconductor chip. It can be. Conversely, the smaller the filling rate of SiC (powder, fiber) and the higher the Al content in the Si-Al alloy, the higher the coefficient of thermal expansion of the SiC / Si-Al composite material, approximating that of a metal material. It becomes the value.
上述したSiC/Si−Al複合材料の製造方法の変形例としては、プリフォームを、SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と炭素(カーボン)粉末および有機バインダとを混合し、こうして調製した粉末を成形用金型に充填してプレス成形して作製する方法が挙げられる。また、有機バインダを用いて作製したプリフォームは、所定の温度に加熱して有機バインダを炭素(カーボン)に分解した後に、溶融Siと溶融Alの浸透のための炉内に設置してもよい。但し、有機バインダを分解させて得られるプリフォームは搬送等を行ってもその形状が容易に維持されることが条件とされる。 As a modification of the above-described method for producing a SiC / Si-Al composite material, a preform was prepared by mixing one or both of SiC powder and SiC fiber, carbon powder, and an organic binder. Examples thereof include a method in which powder is filled in a molding die and press-molded. In addition, a preform manufactured using an organic binder may be placed in a furnace for infiltrating molten Si and molten Al after being heated to a predetermined temperature to decompose the organic binder into carbon (carbon). . However, the preform obtained by decomposing the organic binder is required to maintain its shape easily even if it is conveyed.
また、プリフォームは、プレス成形法を用いる場合には、有機バインダを用いることなく、SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と炭素(カーボン)粉末とを混合し、成形することも可能である。さらに、プリフォームの成形はプレス成形法に限定されるものではなく、押出成形法、射出成形法、鋳込み成形法等の公知のセラミックス成形方法を用いることができる。 In addition, when a press molding method is used, the preform can be molded by mixing one or both of SiC powder and SiC fiber and carbon (carbon) powder without using an organic binder. is there. Furthermore, preform molding is not limited to the press molding method, and a known ceramic molding method such as an extrusion molding method, an injection molding method, or a casting molding method can be used.
容器11としては、炭素繊維織物等の炭素材料にSi板やSi粒を組み合わせたものを用いてもよい。このSi板やSi粒はSiの融点以上に加熱された際に溶融して炭素材料と反応するので、溶融Alの流出を早める効果を奏する。したがって、例えば、厚さの薄いプリフォームを用いてSiC/Si−Al複合材料を製造する場合には、このプリフォームへの溶融Siの浸透も速いので、溶融Alの流出を早めて処理時間を短縮することができるようになる。
As the
次に本発明の実施例について説明する。
(実施例1)
SiC粉末(信濃電気精錬社製#400、平均粒径30μm):100質量%に対し、有機バインダとしてのフェノール樹脂:10質量%(炭素換算で5質量%)を混合し、プレス成形法により200×200×10mmの直方体形状に成形した。この成形体をAr雰囲気、1000℃で3時間加熱することで、SiCプリフォームを得た。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
SiC powder (# 400 manufactured by Shinano Denki Smelting Co., Ltd., average particle size 30 μm): 100% by mass, phenol resin as an organic binder: 10% by mass (5% by mass in terms of carbon) was mixed, and 200 by press molding. It was molded into a rectangular parallelepiped shape of × 200 × 10 mm. The molded body was heated at 1000 ° C. for 3 hours in an Ar atmosphere to obtain a SiC preform.
次に、所定量の固体Alをカーボンシート製の容器に収容し、この容器と所定量の固体Siと先に作製したSiCプリフォームとを炉内に設置した。ここで、固体Alと固体Siの質量比(固体Al:固体Si)は、25質量%:75質量%とした。次いで、炉内をAr雰囲気として1600℃に昇温し、3時間保持した。こうして得られたSiC/Si−Al複合材料におけるSiCの充填率は50体積%であった。なお、この値は密度測定により求めたものである。 Next, a predetermined amount of solid Al was accommodated in a carbon sheet container, and this container, a predetermined amount of solid Si, and the SiC preform prepared earlier were placed in a furnace. Here, the mass ratio of solid Al to solid Si (solid Al: solid Si) was 25 mass%: 75 mass%. Next, the furnace was heated to 1600 ° C. in an Ar atmosphere and held for 3 hours. The filling rate of SiC in the SiC / Si-Al composite material thus obtained was 50% by volume. This value is obtained by density measurement.
また、得られたSiC/Si−Al複合材料の結晶相をX線回折で調べたところ、炭化アルミの生成は認められなかった。また、作製したSiC/Si−Al複合材料を高湿度(85%)中に30日間放置し、その後に再びX線回折で結晶相を調べたところ、変化は見られなかった。さらに、作製したSiC/Si−Al複合材料から3×4×20mmの試験片を切り出し、理学電気社製TMA8140により熱膨張係数を測定した結果、AlNの熱膨張係数とほぼ同じ、5.1×10−6/℃であった。 Further, when the crystal phase of the obtained SiC / Si—Al composite material was examined by X-ray diffraction, formation of aluminum carbide was not observed. Further, when the produced SiC / Si—Al composite material was left in high humidity (85%) for 30 days and then the crystal phase was examined again by X-ray diffraction, no change was observed. Further, a 3 × 4 × 20 mm test piece was cut out from the produced SiC / Si—Al composite material, and the thermal expansion coefficient was measured by TMA8140 manufactured by Rigaku Corporation. As a result, the thermal expansion coefficient was almost the same as AlN 5.1 ×. 10 −6 / ° C.
(実施例2)
SiC粉末(信濃電気精錬社製#400、平均粒径30μm):100質量%に対し、有機バインダとしてフェノール樹脂:10質量%(炭素換算5質量%)を混合し、プレス成形法により200×200×30mmの直方体形状に成形した。この成形体をAr雰囲気、1000℃で3時間加熱することで、SiCプリフォームを得た。
(Example 2)
SiC powder (# 400 manufactured by Shinano Denki Seiki Co., Ltd., average particle size 30 μm): 100% by mass, phenol resin: 10% by mass (5% by mass in terms of carbon) as an organic binder, and 200 × 200 by press molding. A 30 mm rectangular parallelepiped shape was formed. The molded body was heated at 1000 ° C. for 3 hours in an Ar atmosphere to obtain a SiC preform.
所定量の固体Alをカーボンシート製の容器に収容し、この容器の下に別途作製した100×100×30mmのプリフォーム(製造方法は上記200×200×30mmサイズのプリフォームと同じ)を配置したこと以外は先に説明した実施例1と同様にして、SiC/Si−Al複合材料を得た。但し、この実施例2では、固体Alと固体Siの質量比は25質量%:75質量%とした。得られたSiC/Si−Al複合材料には、炭化アルミの生成は認められず、また熱膨張係数は実施例1と同様に5.1×10−6/℃であった。なお、実施例2では実施例1と同様の方法でプリフォームを作製しているため、実施例2に係るSiC/Si−Al複合材料におけるSiCの充填率もまた50体積%であった。 A predetermined amount of solid Al is contained in a carbon sheet container, and a separately prepared 100 × 100 × 30 mm preform (the manufacturing method is the same as the above 200 × 200 × 30 mm preform) is placed under this container Except for this, a SiC / Si—Al composite material was obtained in the same manner as in Example 1 described above. However, in Example 2, the mass ratio of solid Al to solid Si was set to 25% by mass: 75% by mass. In the obtained SiC / Si—Al composite material, formation of aluminum carbide was not observed, and the thermal expansion coefficient was 5.1 × 10 −6 / ° C. as in Example 1. In Example 2, since the preform was produced by the same method as in Example 1, the filling rate of SiC in the SiC / Si-Al composite material according to Example 2 was also 50% by volume.
(実施例3)
SiC粉末として平均粒径が12μmのものを用い、また、固体Alと固体Siの質量比を0.5質量%:99.5質量%とした以外は、実施例1と同様にして、SiC/Si−Al複合材料を作製した。その熱膨張係数は2.7×10−6/℃、SiC充填率は40%であった。
(Example 3)
The SiC powder having an average particle diameter of 12 μm was used, and the SiC / SiC powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of solid Al to solid Si was 0.5 mass%: 99.5 mass%. A Si-Al composite material was produced. The thermal expansion coefficient was 2.7 × 10 −6 / ° C., and the SiC filling rate was 40%.
(比較例)
固体Alをカーボンシートで製造した容器に入れることなく、固体Siとともにプリフォームに接触させて炉内に設置したこと以外は上記実施例1と同様にして、SiC/Si−Al複合材料を作製した。しかし、この比較例に係るSiC/Si−Al複合材料では、X線回折により、炭化アルミの生成が認められた。
(Comparative example)
A SiC / Si-Al composite material was produced in the same manner as in Example 1 except that solid Al was not placed in a carbon sheet-made container but was brought into contact with the preform together with solid Si and placed in the furnace. . However, in the SiC / Si-Al composite material according to this comparative example, generation of aluminum carbide was observed by X-ray diffraction.
本発明は、半導体チップを収容するためのパッケージ材料や、放熱材料として好適である。 The present invention is suitable as a package material for housing a semiconductor chip or a heat dissipation material.
10;プリフォーム
10a;SiC/Si複合材料
11;容器(溶融Al非透過性)
11a;容器(溶融Al透過性)
12;固体Al
12a;溶融Al
13;固体Si
13a;溶融Si
14;外枠容器
15;プリフォーム
10;
11a; container (molten Al permeability)
12; Solid Al
12a; Molten Al
13; Solid Si
13a; Molten Si
14;
Claims (3)
SiC粉末とSiC繊維のいずれか一方または両方と、有機バインダと炭素材料のいずれか一方または両方と、を含むプリフォームを用意する工程と、
溶融Alに対して非透過性であり、かつ、溶融Siと反応することで透過性となる容器に固体Alを収容し、この容器と前記プリフォームと固体Siを炉内に設置する工程と、
前記炉内をSiの融点を超える温度に加熱する工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記固体Siが溶融して生成する溶融Siを前記プリフォーム中に浸透させてSiC/Si複合材料を得た後、この溶融Siを前記容器に浸透させて前記容器を溶融Alに対して透過性とすることでこの容器内で前記固体Alが溶融してなる溶融Alを当該容器から流出させることにより、当該溶融Alを前記SiC/Si複合材料中の溶融Siと相互拡散させることを特徴とする金属−セラミックス複合材料の製造方法。 A method for producing a metal-ceramic composite material in which one or both of SiC powder and SiC fiber are dispersed in a Si-Al alloy matrix,
Providing a preform including any one or both of SiC powder and SiC fiber, and one or both of an organic binder and a carbon material;
Storing solid Al in a container that is impermeable to molten Al and permeable by reacting with molten Si, and placing the container, the preform, and solid Si in a furnace;
Heating the inside of the furnace to a temperature exceeding the melting point of Si,
In the heating step, molten Si generated by melting the solid Si is infiltrated into the preform to obtain a SiC / Si composite material, and then the molten Si is infiltrated into the container to melt the container with Al. By allowing the molten Al formed by melting the solid Al in the container to flow out of the container, the molten Al is interdiffused with the molten Si in the SiC / Si composite material. A method for producing a metal-ceramic composite material.
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