JP6591113B1 - Heat dissipation member and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

【課題】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。【解決手段】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、放熱部材の2つの主面のうち少なくとも一方の主面は、放熱部材の外側方向に凸型に湾曲しており、その一方の主面の、JIS B 0621で規定される平面度をf1とし、その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。【選択図】図1In manufacturing a power module or the like by connecting a part to one side of a curved heat radiating member, the manufacturing stability (yield, etc.) is improved. A plate-like heat radiating member comprising a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium, wherein at least one main surface of two main surfaces of the heat radiating member is directed outwardly of the heat radiating member. It is curved in a convex shape, and the flatness of one main surface defined by JIS B 0621 is f1, and the other main surface, which is a main surface different from the one main surface, is JIS B 0621. A heat radiating member in which f2 is smaller than f1 by 10 μm or more when the specified flatness is f2. [Selection] Figure 1

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 radiating member and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a plate-like heat dissipation member provided with 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, a heat radiating member made of a metal-silicon carbide composite has been used as a heat radiating component for power modules in electric vehicles and electric railways, instead of conventional copper.
As the metal of the metal-silicon carbide composite, aluminum or an alloy thereof is often used.

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 parts (for example, a heat radiating fin or a heat radiating unit), and the property of the joint is important.
For example, when joining a heat radiating member to a heat radiating fin or a heat radiating unit, generally, the heat radiating member is screwed to the heat radiating fin, the heat radiating unit or the like using holes provided in the peripheral edge of the heat radiating member. However, if the surface of the heat radiating member that comes into contact with the heat radiating fins is concave or has a lot of minute irregularities, a gap is generated between the heat radiating member and the heat radiating fins and the heat transfer performance is lowered. 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 radiating members have been proposed in which the surfaces to be joined to the heat radiating fins or the like are curved in a convex shape so that there is no gap between the heat radiating member and the heat radiating fins as much as possible.
This is because, as described above, the heat radiating member is usually fixed to a heat radiating fin or the like with a fixing member such as a screw, but the joint surface with the heat radiating fin or the like is curved in a convex shape. This is because, when fixed by the fixing member, the bonding surface becomes “moderately flat”, and the bonding property (adhesion) with the radiation fins and the like is increased.

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-like composite formed by impregnating a porous silicon carbide molded body with a metal containing aluminum as a main component, and the plate is placed on another heat dissipation component within the plane of the plate-like composite. 4 or more holes for screwing with the convex surface of the cylindrical composite facing, the amount of warpage (Cx; μm) with respect to a length of 10 cm in the inter-hole direction (X direction), and the direction perpendicular to it (Y The relationship of the amount of warpage (Cy; μm) with respect to a length of 10 cm in the direction) is 50 ≦ Cx ≦ 250 and −50 ≦ Cy ≦ 200 (excluding Cy = 0). Is described.

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。   Patent Document 2 discloses a plate-like composite formed by impregnating a porous silicon carbide molded body with a metal whose main component is aluminum, and the amount of warpage of the main surface of the composite with respect to a length of 10 cm. Describes a silicon carbide composite having a warp of 250 μm or less.

特許第3468358号公報Japanese Patent No. 3468358 国際公開第2015/115649号International Publication No. 2015/115649

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 dissipating member is manufactured, and (2) when joining it with heat dissipating fins, etc., the heat is dissipated from the heat dissipating member and the heat dissipated by “flattening” the curve by the force of screws It is known to improve the bondability with fins and the like, and thus improve 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 radiating member opposite to the surface in contact with the heat radiating fins, etc., and particularly in mass production, the component is connected to the curved heat radiating member. That is, it may be difficult to align the position, or it may be difficult to connect the components.
That is, when a power module or the like is manufactured by connecting components to one side of a curved heat radiating member, there is room for improvement in terms of manufacturing stability (yield and the like).

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 and the like) of a power module or the like by connecting components to one side of a curved heat radiating 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, it was found that the flatness defined by JIS B 0621 of the two main surfaces of the plate-like heat radiating member seems to be closely related to the solution of the problem. Based on this knowledge, the invention provided below has been 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f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fとしたとき、fのほうがfよりも10μm以上小さい放熱部材、
が提供される。
According to the present 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 curved in a convex shape in the outer direction of the heat dissipation member,
Of the one main surface, JIS B flatness defined as f 1 in 0621, the other main surface is different from the main surface and said one main surface, a flatness defined by JIS B 0621 f 2 where f 2 is 10 μm or less smaller than f 1 ,
Is 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。
Moreover, according to the present invention,
A method of manufacturing the heat dissipation member,
Preparing a plate-like metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium;
Including a step of machining at least a part of one surface of the composite to provide the one main surface,
Is 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 and the like) of a power module or the like by connecting components to one side of a curved heat radiating member.

本実施形態の放熱部材を説明するための模式的な図である。図1(a)は本実施形態の放熱部材を俯瞰した図、図1(b)は図1(a)の断面αで放熱部材を切断したときの断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the heat radiating member of this embodiment. FIG. 1A is an overhead view of the heat dissipating member of this embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the heat dissipating member cut along a cross section α of FIG. 本実施形態の放熱部材の、特に2つの主面のうちの少なくとも一方の主面について説明するための図である。図2(a)は放熱部材の2つの主面のうち一方の主面のみを示した図、図2(b)は図2(a)の断面βでその一方の主面を切断したときの断面図、図2(c)は図2(a)の断面γでその一方の主面を切断したときの断面図である。It is a figure for demonstrating the at least one main surface of the heat radiating member of this embodiment especially 2 main surfaces. FIG. 2A is a diagram showing only one of the two principal surfaces of the heat dissipation member, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 2A when one of the principal surfaces is cut. A cross-sectional view, FIG. 2C, is a cross-sectional view when one main surface is cut along the cross-section γ of FIG.

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 components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
In order to avoid complications, (i) when there are a plurality of identical components in the same drawing, only one of them is given a reference, and all are not attached, or (ii) 2 and later, the same components as in FIG. 1 may not be denoted again.
All drawings are for illustrative purposes only. The shape and dimensional ratio of each member in the drawings do not necessarily correspond to an actual article. In particular, the shape and dimensional ratio may be exaggerated for easy understanding. In particular, in each of the drawings, the size of the “curve” is exaggerated as compared with 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 otherwise specified, the term “abbreviated” in the present specification indicates that it includes a range that takes into account manufacturing tolerances, assembly variations, and the like.
As long as there is no notice in particular, the value in room temperature (23 degreeC) is employable about what can change a value with temperature among the various numerical values (especially measured value) in this specification.

<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.1 (a) is an overhead view of the heat radiating member (heat radiating member 1) of this embodiment.
The heat radiating member 1 is plate-shaped.
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 radiating member 1 can usually be substantially rectangular. That is, when the heat radiating member 1 is viewed from above with one main surface of the heat radiating member 1 as an upper surface, the shape of the heat radiating member 1 is substantially rectangular.
Here, “substantially rectangular” means that at least one of the four corners of the heat radiating member 1 may be processed into a rounded shape instead of a right-angled shape (of course, the four corners are right-angled). It may be a shape).
In addition, when at least one of the four corners of the heat radiating member 1 is processed into a rounded shape, a point where the short side and the long side when the heat radiating member 1 is viewed from the top is crossed when the straight portion is extended. Can be defined as a rectangular “vertex”. At this time, the “short side length” and the “long side length” of the heat radiating member 1 can be defined by using the “vertex” as a start point or an 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 vertical and horizontal lengths of the heat radiating member 1 are, for example, about 40 mm × 90 mm to 250 mm × 140 mm.
The thickness of the heat radiating member 1 is 2 mm or more and 6 mm or less as an example, Preferably it is 3 mm or more and 5 mm or less. In addition, when the thickness of the thermal radiation member 1 is not uniform, it is preferable that the thickness in the gravity center part of the thermal radiation member 1 exists in the said range at least.

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fとし、主面2Bの、JIS B 0621で規定される平面度をfとしたとき、fのほうがfよりも10μm以上小さい。
FIG.1 (b) is sectional drawing when the thermal radiation member 1 is cut | disconnected by the surface (alpha) of Fig.1 (a).
The plate-like heat radiating member 1 includes two main surfaces (one main surface is a main surface 2A and the other main surface is a main surface 2B). Typically, the main surface 2A is a surface that is joined to a heat radiation fin or the like, and the main surface 2B is a surface that is connected to a power element or the like.
In the heat radiating member 1, at least the main surface 2 </ b> A is curved in a convex shape not in the inner direction of the heat radiating member 1 but in the outer direction. Usually, the main surface 2A is curved in a convex shape in the outward direction, and does not have a portion that is partially concave.
Major surface 2A, a flatness defined by JIS B 0621 and f 1, the main surface 2B, when the flatness defined by JIS B 0621 was f 2, towards the f 2 is 10μm or more than f 1 small.

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、f(主面2Aの湾曲の度合いを表す)が比較的大きく、f(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 the heat radiating member having a conventional curvature, there are many cases where the degree of curvature on the main surface 2A side and the degree of curvature on the main surface 2B side are substantially equal. Therefore, when connecting a component such as a power element to the main surface 2B side, alignment may be difficult, or connection of the component itself may be difficult.
On the other hand, in the heat radiating member 1 of FIG. 1, f 1 (representing the degree of curvature of the main surface 2A) is relatively large and f 2 (representing the degree of curvature of the main surface 2B) is relatively small. Thereby, on the side of the main surface 2A, it is possible to sufficiently obtain the joining property between the heat radiating member 1 and the heat radiating fins, and therefore, it is possible to obtain a sufficient heat radiating property. In addition, it is possible to easily align and connect components on the main surface 2B side as compared with the conventional heat dissipation member.

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fおよび平面度f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、f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f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。fの測定についても同様である。
The flatness defined in JIS B 0621 is defined as the interval between two planes when the interval between the two parallel planes is minimized when the plane feature is sandwiched between the geometric parallel two planes.
Examples of the measuring device having the flatness f 1 and the flatness f 2 include a device VR-3000 manufactured by Keyence Corporation.
It is added that, the measurement of f 1 is preferably performed for the entire main surface 2A. However, depending on the size of the heat dissipating member 1, the entire main surface 2A may not be within the observation field of view of the measuring apparatus. In that case, f 1 is measured so that the center (geometric center of gravity) when the main surface 2A is viewed from above and the center of the observation field of view of the measuring device coincide. At this time, the long side of the main surface 2A which is substantially rectangular and the long side of the observation field (the observation field of the flatness measuring device is usually rectangular) are parallel to each other. preferable. The same applies to the measurement of f 2.

放熱部材1についてより具体的な説明を続ける。   More specific description of the heat radiating member 1 will be continued.

[f、f、主面2B等ついての追加の説明]
放熱部材1においては、fのほうがfよりも10μm以上小さければよいが、好ましくはfのほうがfよりも50μm以上小さく、より好ましくはfのほうがf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、fとfの差(f−f)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 , main surface 2B, etc.]
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, from the viewpoint of ease of manufacture of the heat radiating member 1 itself and an appropriate amount of bending, the difference between f 1 and f 2 (f 1 −f 2 ) is preferably 600 μm or less, and 500 μm or less. Is more preferably 400 μm or less.

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。
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。f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、fの下限値は50μm以上であってもよい。
The value of f 1 itself is preferably 100μm or 700μm, more preferably 200μm or 600μm or less.
The value of f 2 itself is preferably 300μm or less, more preferably 250μm or less, more preferably 200μm or less, particularly preferably 100μm or less. The lower limit of f 2 may be 0 as an example. As another example, the lower limit of f 2 may be of 50μm or more.

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。
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。
By appropriately designing the value of f 1 itself, it is considered that the heat radiating member 1 can be fixed to the heat radiating fin or the like with a moderate (not too large) tightening force. This leads to further improvement in heat dissipation, reduction of cracks due to excessive force, and the like.
By appropriately designing the value of f 2 itself, it is considered that alignment and connection of components connected to the main surface 2B can be further facilitated.

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 2B may be curved in a convex shape toward the outer side of the heat radiating member 1, or vice versa, that is, may be curved in a concave shape toward the outer side of the heat radiating member 1. In consideration of the curvature of the heat radiating member 1 at the time of manufacturing the power device as the final product, the main surface 2B is preferably curved in a concave shape toward the outer side of the heat radiating member 1.
More specifically, the main surface 2B is concavely curved toward the outer side of the heat radiating member 1, and the degree of the curvature is expressed by flatness, as described above, preferably 300 μm or less, more preferably Is 250 μm or less, more preferably 200 μm or less, and particularly preferably 100 μm or less.

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。fで表される湾曲の程度がf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 main surface 2B may be curved in a convex shape toward the outer side of the heat radiating member 1. As long as the degree of curvature represented by f 2 is 10 μm or more smaller than f 1 , it is possible to make it difficult to cause a problem in connection with a power element or the like.

[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 constituting main surfaces 2A, 2B, etc.]
As one aspect, main surface 2A and / or main surface 2B (that is, the surface of heat dissipation member 1) can be a metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium.
As another aspect, main surface 2A and / or main surface 2B (surface of heat radiating member 1) may be a metal layer. For example, the main surface 2A and / or the main surface 2B preferably includes a surface metal layer containing aluminum or magnesium. In this case, the portion of the heat dissipation member 1 other than the surface metal layer can be a metal-silicon carbide composite or the like. The metal included in the metal surface layer is preferably the same as the metal included in the metal-silicon carbide composite. This is due to the reason for manufacturing the heat radiating member 1 (the method for manufacturing the heat radiating member 1 will be described later).

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 the plating layer is provided in the further outer side of the above-mentioned surface metal layer. In general, solder is used for connecting power elements and the like, but the plating layer can improve solder wettability.
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 radiating 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 to 300 μm, preferably 30 μm to 150 μm.
When the heat radiating 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、fやf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、fやf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、fやfの値とすることができる。
Note that the values of f 1 and f 2, in principle, to employ the values of the flatness of the outermost surface of the heat dissipating member 1.
For example, when the heat dissipating member 1 is composed only of a plate-like metal-silicon carbide composite, the flatness of both main surfaces of the plate-like metal-silicon carbide composite is measured, and f it can be set to a value of 1 and f 2.
In addition, when the outermost surface of the heat dissipating member 1 is a surface metal layer and the plated layer, that by measuring the flatness of the surface metal layer and the plated layer surface of the outermost surface, the value of f 1 and f 2 Can do.

[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RS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RS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、RS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。
[Indicators for surface roughness of main surfaces 2A and 2B]
As another viewpoint, by appropriately designing the “index for surface roughness” of the main surface 2A and the main surface 2B, performance such as heat dissipation can be further improved.
For example, the main surface 2A, the average length RS m of roughness curve element, preferably be designed to 50μm or 250μm or less, and more preferably designed to 70μm or 160μm or less.
By setting the RS m of the main surface 2A to an appropriate size, the bonding property with the heat radiating fins and the like can be further increased, and the heat radiating property can be further improved. Although detailed mechanism and the like of which is unknown, perhaps, by the RS m and appropriate size, micro gap between the heat radiating member 1 radiation fins is reduced, it is believed that bonding is enhanced more.

また、主面2Bの、粗さ曲線要素の平均長さRS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RS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 main surface 2B, the average length RS m of roughness curve element, preferably be designed to 50μm or 200μm or less, and more preferably designed to 70μm or 160μm or less.
By setting the RS m of the main surface 2B to an appropriate size, for example, it is considered that the connectivity between the heat radiating member 1 and the power element can be improved.

[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。
[Curving Main Surface 2A]
FIG. 2 is a view for explaining the form of the main surface 2 </ b> A of the heat radiating member 1.
2A is a diagram showing only the main surface 2A of the heat radiating member 1, FIG. 2B is a cross-sectional view when the main surface 2A is cut along the cross section β of FIG. 2A, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the main surface 2A cut along a cross-section γ in FIG. In these drawings, auxiliary lines and the like are described for the following explanation.

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MおよびMで示される)の間を結ぶ直線をl、主面2Aの2つの長辺の各中点(図中にMおよびMで示される)の間を結ぶ直線をlとする。 Here, the length of the long side of the rectangular heat radiating member 1 is a, the length of the short side is b, and the midpoints of the two short sides of the main surface 2A (indicated by M 1 and M 3 in the figure). ) Is defined as l 1 , and a straight line connecting between the midpoints of the two long sides of the main surface 2A (indicated by M 2 and M 4 in the figure) is defined as l 2 .

また、l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lとの最大距離をhとし、l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lとの最大距離をhとする。 Further, when the heat radiating member 1 is viewed in cross section with a cross section β including l 1 and substantially perpendicular to the main surface 2A, the maximum distance between a point on the curve formed by the main surface 2A and l 1 is h 1, and l 2 hints and when viewed in cross section the heat dissipating member 1 in the main surface 2A and cross section substantially perpendicular gamma, the maximum distance between a point and the l 2 on the curve formed by the main surface 2A and h 2.

このとき、h/a≧h/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、(h/a)/(h/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。
/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、h/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、「h/a≧h/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 radiating member 1.
Similarly, it can be said that h 2 / b means “curvature per unit length in the short side direction” in the heat radiating 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 longer than the short side. Can be interpreted as 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 unknown, when the heat radiating member 1 that is curved using screws or the like is pressed against other parts and joined, the rectangular (rectangular) heat radiating member 1 has a longer side than the short side direction. Easy to deform in the direction (easy to bend). Therefore, by making the “degree of bending” in the long side direction larger than that in the short side direction, it is easy to flatten the heat radiation member 1 as a whole without applying excessive force (even if the screwing force is relatively small). It is estimated to be. In addition, it is considered that cracking and the like around the screw can be suppressed because the screwing force may 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。
[Screw holes]
The heat dissipating member 1 preferably includes a screw hole (not explicitly shown in FIGS. 1 and 2).
For example, when the heat radiating member 1 has a substantially rectangular shape, it is preferable that screw holes (through holes) are provided in the peripheral portions of the four corners of the heat radiating member 1. Further, depending on the length of the long side of the heat radiating member 1, for example, a hole may be provided near the midpoint of the long side in the peripheral portion of the heat radiating member 1.
The diameter of the hole can be, for example, about 5 mm to 9 mm.
In addition, the means for joining the heat radiating member 1 to other components is not limited to a screw. For example, joining may be performed with a dedicated jig that can be attached to other components.

[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 radiating member of this embodiment is not specifically limited, It can manufacture by applying a well-known method suitably.
Preferably, the heat dissipating member of this embodiment includes (i) preparing a plate-like metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium, and (ii) at least one surface of the metal-silicon carbide composite. Can be manufactured through a process including a process of providing a main surface 2A as described above by machining (grinding, cutting, etc.) a part of the surface.

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. A method preferably used for producing the metal-silicon carbide composite is a high-pressure forging method in which a porous body is impregnated with metal under high pressure. More specifically, a molten metal forging method or a die casting method can be employed. The high-pressure forging method is a method in which a porous body of silicon carbide (preform) is charged in a high-pressure vessel, and a metal melt containing aluminum or magnesium is impregnated at a high pressure to obtain a composite.
For manufacturing the heat radiating member of the present embodiment, a molten metal forging method is particularly preferable because it can be stably manufactured in a large amount. Hereinafter, the manufacturing method by the molten metal forging method is demonstrated.

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、fのほうがfよりも10μm以上小さい放熱部材を得る工程
As an example, the heat radiating member of this embodiment can be manufactured by the following processes.
(Step 1) A step of forming a planar silicon carbide porous body (SiC preform),
(Step 2) Machining at least one surface of the silicon carbide based porous body into a convex curved shape,
(Step 3) A metal comprising a silicon carbide based porous body impregnated with a metal (alloy) containing aluminum or magnesium, and a composite part containing silicon carbide and a metal, and a surface metal layer on the outer surface of the composite part. -Producing a silicon carbide composite; and
(Step 4) by machining at least convex surface metal layer of the processed surface side to the curved shape of the step of more of f 2 to obtain a small heat radiating member or 10μm than f 1

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。
There is no restriction | limiting in particular regarding the manufacturing method of the silicon carbide based porous material (SiC preform) in the said (process 1), It can manufacture by a well-known method. For example, it can be produced 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.
There is no restriction | limiting in particular also about a shaping | molding method, Press molding, extrusion molding, cast molding etc. can be used, and the shape-retaining binder can be used together as needed.

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。
The important characteristics of a metal-silicon carbide composite obtained by impregnating a silicon carbide based porous material 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 the thermal conductivity is high and the thermal expansion coefficient is small. However, if the content is too high, the aluminum alloy may not be sufficiently impregnated.
Practically, it is preferable to contain 40% by mass or more of coarse SiC particles having an average particle size of preferably 40 μm or more, and the relative density of the SiC preform is preferably in the range of 55% to 75%. 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 and during impregnation. The average particle diameter is calculated by averaging the diameters obtained for 1000 particles using a scanning electron microscope (for example, “JSM-T200 type” manufactured by JEOL Ltd.) and an image analyzer (for example, manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd.). Can be measured. The relative density can be measured by 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。
About SiC powder which is a raw material of a silicon carbide based porous body (SiC preform), it is preferable to adjust the particle size by appropriately using coarse powder and fine powder together. By carrying out like this, it is easy to make compatible the intensity | strength of a silicon carbide based porous body (SiC preform), and the high heat conductivity of the heat radiating member finally obtained.
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 suitable. Here, the amount ratio of (i) and (ii) in the mixed powder is preferably (i) from 40% by mass to 80% by mass and (ii) from 20% by mass to 60% by mass.

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。
A silicon carbide based porous material (SiC preform) is obtained by degreasing, firing, etc., a molded product 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 more regardless of the atmosphere during firing.
However, in an oxidizing atmosphere, when firing at a temperature exceeding 1100 ° C., the oxidation of SiC is promoted, and the thermal conductivity of the metal-silicon carbide composite may be lowered. Therefore, it is preferable to bake at a temperature of 1100 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
The firing time may be appropriately determined according to 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 porous body (SiC preform) into a predetermined shape at the time of molding, the silicon carbide porous body (SiC preform) is dried one by one or using a spacer such as carbon having a shape equal to the preform shape between the SiC preforms. Thus, it is possible to prevent a change in curvature due to drying. Moreover, regarding the firing, it is possible to prevent the shape change accompanying the change of the internal structure by performing the same treatment as that at the time of drying.

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 material (SiC preform) is processed so as to have a convex curved shape toward the outside by a cutting / grinding tool such as a lathe. In this way, by performing machining (cutting) at the preform stage, there is no need to use special tools for cutting after metal impregnation, and the degree of curvature and flatness can be easily controlled. 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、fのほうがfよりも10μm以上小さくなるように、また、fおよびf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 manufacture of the heat dissipation member of the present embodiment, processing may be performed not only on one side of the silicon carbide based porous body (SiC preform) but also on both sides. That is, in the finally obtained heat radiation member, as more of the f 2 decreases 10μm or more than f 1, also, as in the respective values of f 1 and f 2 becomes a desired value, the silicon carbide-based porous body You may process on both surfaces of (SiC preform).

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 porous body (SiC preform) is impregnated with a metal containing aluminum or magnesium by a high-pressure forging method or the like, and a composite part containing silicon carbide and a metal, and a composite part A metal-silicon carbide composite comprising the outer surface metal layer can be produced.
Examples of a method for obtaining a metal-silicon carbide composite by impregnating a metal (alloy) containing aluminum or magnesium into a silicon carbide based porous material (SiC preform) include the following methods.

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 porous body (SiC preform) is housed in a mold, and then one of a fiber, a spherical particle, and a crushed particle 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 more and 650 ° C. or less, and one or more blocks are placed in a high-pressure vessel. Thereafter, in order to prevent the temperature of the block from decreasing, as soon as possible, a molten metal containing aluminum or magnesium is pressurized at a pressure of 30 MPa or more, and the metal is impregnated in the voids of the silicon carbide based porous material (SiC preform).
As described above, a metal-silicon carbide composite including a composite part including 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。
It is preferable that the metal (typically an alloy containing aluminum or magnesium) in the metal-silicon carbide composite has a melting point as low as possible in order to sufficiently penetrate into the voids of the preform when impregnated.
In this respect, for example, an aluminum alloy containing 7 mass% or more and 25 mass% or less of silicon is preferable. Furthermore, it is preferable that magnesium is contained in an amount of 0.2% by mass or more and 5% by mass or less because the bond between the silicon carbide grains and the metal portion becomes stronger. The metal components other than aluminum, silicon, and magnesium in the aluminum alloy are not particularly limited as long as the characteristics do not change extremely. For example, copper or the like may be included.

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, etc., which are preferably alloys for casting, 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。
An annealing treatment may be performed after the metal-silicon carbide composite is produced for the purpose of removing strain generated during the impregnation. The annealing treatment performed for the purpose of strain removal is preferably performed at a temperature of 400 ° C. to 550 ° C. for 10 minutes to 5 hours.
If the annealing temperature is 400 ° C. or higher, the distortion inside the composite is sufficiently released, and it is possible to suppress a large change in curvature in the annealing process after machining. On the other hand, if the annealing temperature is 550 ° C. or lower, the aluminum alloy used in the impregnation can be prevented from melting.
If the annealing time is 10 minutes or more, the distortion inside the composite is sufficiently released, and it is possible to suppress a large change in curvature in the annealing process for removing the processing distortion after machining. On the other hand, the annealing time is preferably 5 hours or less 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, one or more of fibers, spherical particles, and crushed particles made of alumina or silica are in direct contact with the surface of the silicon carbide porous body (SiC preform). Can be arranged. Thereby, a surface metal layer having a predetermined thickness can be formed. And there is almost no color unevenness after impregnation, and there is an advantage that workability is improved when adding a shape.

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 consisting of one or more of fibers made of alumina or silica, spherical particles and crushed particles in the surface metal layer is preferably 0 with respect to the mass of the metal-silicon carbide composite. .1% by mass to 5% by mass, and more preferably 0.3% by mass to 2% by mass.
If this content is 0.1% by mass or more, it is 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. Moreover, if this content is 5 mass% or less, an aluminum alloy layer will not become hard too much and it will become easy to give general machining.

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。
When the thickness of the surface metal layer provided on the surface of the metal-silicon carbide composite is machined only on the heat radiating surface side (corresponding to the main surface 2A side of the heat radiating member 1) in (Step 4), double-side machining is performed. In any case, it is better to adjust appropriately so that the thickness difference between the front and back surface metal layers does not increase after processing. For the adjustment, the inorganic fibers described above can be used as appropriate.
Specifically, the average thickness of the metal layer on the circuit board mounting surface side (corresponding to the main surface 2B side in the heat dissipation member 1) is preferably 10 μm or more and 300 μm or less. Moreover, about the difference of the average thickness of the metal containing layer of both surfaces, it is preferable that the thinner average thickness is less than 50% with respect to the thicker average thickness.

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。   About the difference of the average thickness of the metal containing layer of both surfaces, it is more preferable to adjust within 40% of the average thickness of the metal containing layer of the heat radiation surface, and particularly preferably within 30%. This is because it is possible to suppress the bending state from being changed due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal-containing layers on both sides.

(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、fのほうがf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), the surface metal layer on the surface side of the metal-silicon carbide composite that has been processed into at least a convex curved shape is machined, and in some cases, an annealing treatment or the like is further performed. A heat radiating member with 2 is smaller than f 1 by 10 μm or more. Specifically, an appropriate curved shape is formed on the heat-radiating surface of the metal-silicon carbide composite with a tool capable of precise cutting (grinding, cutting, etc.) such as a lathe, and then, for example, 400 muffle furnace is used. Heating is performed at about 550 ° C. to about 550 ° C. and annealing is performed 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、f、f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f、f、h/a、h/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、f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 radiating member in which f 1 , f 2, and the like have desired numerical values by precisely machining the surface layer on the surface of the metal-silicon carbide composite. In particular, not only the surface side processed into the convex curved shape of the metal-silicon carbide composite, but also the opposite side as needed, by appropriate machining (grinding, cutting, etc.), the desired f A heat dissipating member having 1 , f 2 , h 1 / a, h 2 / b, or the like can be obtained. That is, a heat radiating member having better heat radiating characteristics and reliability can be obtained.
In general, the metal-silicon carbide composite or the heat radiating member is deformed as a whole by a heat treatment such as “annealing” that can be performed in the above (Step 1) to (Step 4). In other words, even if only the heat dissipation surface of the metal-silicon carbide composite is curved by grinding, cutting, etc., a certain degree of curvature is usually formed on the opposite surface of the heat dissipation surface by heat treatment such as annealing. that (i.e., f 2 is the value not normal 0). Note that the degree of deformation due to heat treatment such as annealing can be estimated to some extent quantitatively by conducting several preliminary experiments.
In short, in the present embodiment, it is important to appropriately combine the machining conditions and the annealing conditions in order to obtain a desired heat radiating 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 sides after the machining is preferably 500 μm or less, and particularly preferably 300 μm or less.
If the sum of the average thicknesses of the metal-containing layers on both sides is 500 μm or less, the thermal expansion of the entire heat radiating member can be kept relatively small, and when a thermal load is applied, the heat radiating 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 thermal expansion coefficient 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。
Of course, the manufacturing method of the heat radiating member of this embodiment is not limited to the above.
For example, in the heat dissipation member of the present embodiment, the surface metal layer has an arbitrary configuration, and thus 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 also conceivable to omit (Step 2) among the above (Step 1) to (Step 4). In other words, the silicon carbide based porous body (SiC preform) before impregnation with the metal is not processed into a curved shape at the stage, and the desired machining or plane is performed at the stage of (Step 4). It is also conceivable to obtain a heat dissipation member having a degree. However, since machining before metal impregnation is easier to perform than after metal impregnation, it is preferable to form a certain curved shape at the stage of (Step 2) from the viewpoint of manufacturing cost reduction.

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 yet another example, it is conceivable to omit (Step 4) among the above (Step 1) to (Step 4). In other words, if the bending process is performed with sufficient accuracy at the stage of (Process 2) and a desired curve is provided in the mold used during the impregnation of (Process 3), machining in (Process 4) is unnecessary. There may be cases. However, in consideration of a change in dimensions due to heating and cooling due to metal impregnation, even if the bending process is performed with sufficient accuracy at the stage of (Step 2), the curved shape or plane 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 manufacturing method of the heat radiating member of the present embodiment may include other steps not described above.
For example, you may include the process of providing the hole for screwing. For example, between the above (Step 3) and (Step 4), holes for screwing for joining to other parts may be provided in the metal-silicon carbide composite by machining or the like. By providing a screwing hole between (Step 3) and (Step 4), the hole is used when fixing the metal-silicon carbide composite to the cutting / grinding tool in (Step 4). There is a merit that you can.

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RS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. Thus, it is possible to appropriately adjust for example the average length RS m of the aforementioned roughness curve element. As a specific method of the polishing process or the blasting process, a known method can be appropriately applied.

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。   In addition, 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 technique. The preferable thickness and the like of the plating layer 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。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and can employ | adopt various structures other than the above. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve 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. In addition, this invention is not limited to an Example.
In the following description, the “main surface 2A” is a surface joined to the heat radiating fins and the like, as described above, and is curved in a convex shape not in the inner direction but in the outer direction. The “main surface 2B” is a surface to which components such as a power element are connected.

<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
<Manufacture 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 with a stirring mixer for 30 minutes to obtain a mixture.
Silicon carbide powder A (manufactured by Taihei Random Co., Ltd .: NG-150, average particle size: 100 μm) 300 g
・ Silicon carbide powder B (manufactured by Yakushima Electric: GC-1000F, average particle size: 10 μm) 150 g
・ Silica sol (Nissan Chemical Industry Co., 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. This obtained the flat molded object of the dimension of 185 mm x 135 mm x 5.5 mm. The obtained molded body was fired in the atmosphere 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 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 which becomes the main surface 2B of the heat dissipation member after completion of the silicon carbide based porous body was processed with a surface grinder. Thereafter, the surface to be the main surface 2A was machined into a convex curved shape with a lathe of R = 11 m. At this time, the thickness of the center of the silicon carbide based porous material was adjusted to be 4.8 mm.
In addition, 30 similar silicon carbide based porous bodies 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。
(Metal impregnation)
210mm x 160mm x 0.8mm dimensions with alumina fiber (Tanaka Paper Industries Co., Ltd., purity 97%, sheet form) on the main surface 2A side of the machined silicon carbide porous body and carbon coated on both sides 30 sheets were laminated with a stainless steel plate.
Next, an iron plate having a thickness of 6 mm was 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, thereby forming one block.
Thereafter, the integrated block was preheated to 620 ° C. in an electric furnace, and then stored in a preheated press mold 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 mold, and pressed at a pressure of 100 MPa for 20 minutes. Thereby, the silicon carbide porous body 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, it was cooled to 25 ° C., then cut along the shape of the stainless steel plate with a wet band saw, and the sandwiched stainless steel plate was peeled off. Thereafter, annealing treatment was performed at a temperature of 500 ° C. for 3 hours in order to remove distortion during impregnation.
Thus, 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。
(Process after impregnation)
The outer periphery of the obtained aluminum-silicon carbide composite was processed with an NC lathe to make the vertical and horizontal dimensions 190 mm × 140 mm. Thereafter, through holes with a diameter of 7 mm were processed at 8 locations on the peripheral edge, and countersinks with a diameter of 10-4 mm were processed 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 main surface 2A of the aluminum-silicon carbide composite was machined by a turning center so that R = 11 m. After machining, annealing was performed for 4 hours at a temperature of 500 ° C. using a muffle furnace. Thereby, the processing strain was removed.

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 with alumina abrasive grains under conditions of a pressure of 0.4 MPa and a conveying speed of 1.0 m / min, and then electroless Ni-P and Ni-B plating 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 composite surface.

以上により、放熱部材を得た。   Thus, a heat radiating member was obtained.

(fおよびf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、fおよびf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 obtained heat radiation member, the main surface 2A and the main surface 2B, respectively, were measured flatness using a Keyence device VR-3000, was obtained f 1 and f 2. At this time, since the main surface 2A and the main surface 2B did not fit in the apparatus observation field of view, the center (geometric center of gravity) when the main surface 2A / main surface 2B were viewed from above and the center of the observation field of view of the measurement apparatus Were measured, and a range of 190 mm × 100 mm was measured.

(hおよびh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、hおよびh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 )
Data on the shapes of the main surface 2A and the main surface 2B were obtained using a laser three-dimensional shape measuring machine, and h 1 and h 2 were obtained by analyzing the data.
Equipment: 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 main surface 2A and the main surface 2B was measured according to ISO 4287-1997 using an apparatus SJ-310 manufactured by Mitutoyo Corporation.

[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, the length of the long side and the short side of the heat radiating member, the processing R in the above (formation of silicon carbide based porous material), the processing R in the above (processing after impregnation), and the like are changed. Produced the heat radiating member by the process similar to Example 1. FIG. Various values were measured in the same manner as in Example 1.

[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 1-3]
In the above (formation of the silicon carbide based porous material), the surface of the silicon carbide based porous material which is the main surface 2B of the heat dissipation member was not processed with a surface grinder, A heat radiating member was produced in the same manner as in Example 1 except that the processing R in the formation) and the processing R in the above (processing after impregnation) were changed. Various values were measured in the same manner as in Example 1.
In addition, since the surface used as the main surface 2B of the heat radiating member after completion was not processed with the surface grinder, the surface was curving somewhat naturally by baking and subsequent cooling.

各種数値を表1および表2にまとめて示す。
なお、表中、h/aおよびh/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 .

Figure 0006591113
Figure 0006591113

Figure 0006591113
Figure 0006591113

<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 modules>
Ten heat-dissipating members of each Example or Comparative Example were prepared, and a simulated power module substrate was manufactured by connecting a simulated power element to them.
As a specific procedure for manufacturing, using a device normally used for manufacturing a power module, among the two main surfaces of the heat radiating member of each example or comparative example, a specific 6 on the main surface 2B is used. A ceramic substrate (a substrate provided with a metal layer such as copper or aluminum on both sides of the ceramic plate) was soldered to the location. Thus, a simulated power module substrate was obtained.
Thereafter, in order to obtain a simulated power module, the simulated power module substrate was provided with a case, resin-sealed, and covered with a lid 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 defects that could cause problems in mass production.
In all the simulated power modules manufactured using the heat radiation member of each example, there was no problem that could cause a problem in mass production.
On the other hand, in the simulated power module substrate manufactured using the heat radiating members of Comparative Examples 1 to 3, the jig for positioning the ceramic substrate does not fit well into one of the 10 pieces, the case after the ceramic substrate is connected There was a problem that could cause mass production problems.

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 a plate-like heat radiating member having such a feature that the flatness of the two main surfaces satisfies a specific relationship. It 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。
In addition, when the heat radiating member of Examples 1-12 was joined to the heat radiating fin with a screw and the adhesion between the heat radiating member and the heat radiating fin, the heat radiating property, and the like were evaluated, the adhesion and the heat radiating property were good.
That is, it was shown that by using the heat radiating members of Examples 1 to 12, it is possible to manufacture a power module with good heat dissipation and 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 Heat dissipation member 2A Main surface (one main surface)
2B Main surface (the other main surface)
5 Connection surface

Claims (9)

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f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fとしたとき、fのほうがf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 curved in a convex shape in the outer direction of the heat dissipation member,
Of the one main surface, JIS B flatness defined as f 1 in 0621, the other main surface is different from the main surface and said one main surface, a flatness defined by JIS B 0621 f when two smaller radiating member should have 10μm or more than f 1 of f 2.
請求項1に記載の放熱部材であって
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。
It is a heat radiating member of Claim 1, Comprising: A heat radiating member provided with the surface metal layer in which said one main surface and / or said other main surface contain aluminum or magnesium.
請求項1または2に記載の放熱部材であって
前記fが100μm以上700μm以下である放熱部材。
Radiating member wherein f 1 is 100μm or more 700μm or less a heat radiating member according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の放熱部材であって、
前記fが300μm以下である放熱部材。
The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 3,
Radiating member wherein f 2 is 300μm or less.
請求項1から4のいずれか1項に記載の放熱部材であって、
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l、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lとし、
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、lとの最大距離をhとし、
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、lとの最大距離をhとしたとき、
/a≧h/bである放熱部材。
The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 4,
The heat dissipating 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 ,
when the heat radiating member viewed in cross section with include l 1 and the one main surface and cross section substantially perpendicular, said a point on the curve formed by the one major surface, the maximum distance between l 1 and h 1,
The maximum distance between a point on the curve formed by the one main surface and l 2 when the heat radiating member is viewed in a cross-section in a cross section that includes l 2 and is substantially perpendicular to the one main surface is h 2 . When
A heat radiating member satisfying h 1 / a ≧ h 2 / b.
請求項5に記載の放熱部材であって、
(h/a)/(h/b)の値が、1.00以上1.9以下である放熱部材。
The heat dissipating member according to claim 5,
A heat dissipation member having a value of (h 1 / a) / (h 2 / b) of 1.00 or more and 1.9 or less.
請求項1から6のいずれか1項に記載の放熱部材であって、
前記一方の主面の、粗さ曲線要素の平均長さRS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,
It said one main surface, the average length RS m of roughness curve element, the heat radiating member is 50μm or more 250μm or less.
請求項1から7のいずれか1項に記載の放熱部材であって、
前記他方の主面の、粗さ曲線要素の平均長さRS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,
It said other main surface, the average length RS m of roughness curve element, the heat radiating member is 50μm or more 200μm or less.
請求項1から8のいずれか1項に記載の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。
It is a manufacturing method of the heat radiating member given in any 1 paragraph of Claims 1-8,
Preparing a plate-like metal-silicon carbide composite containing aluminum or magnesium;
And a step of machining a part of at least one surface of the composite to provide the one main surface.
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