JPH11171673A - 複合体とそれを用いたヒートシンク、及びそれらの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックス回路基板用ヒートシンクとして好
適な、高熱伝導率で低熱膨張率のアルミニウム−炭化珪
素質複合体を提供する。 【解決手段】ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体に
アルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる複合体
であり、ハニカム構造の空隙（セル）内に高熱伝導性物
質を充填した炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分
とする金属を含浸させてなる複合体で、１００〜２５０
℃の熱膨張率が８×１０^-6／Ｋ以下、２５℃での熱伝導
率が１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素質多孔体
にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる複合
体とそれを用いた放熱部品、特に、半導体部品を搭載す
るセラミックス回路基板に接合して、半導体部品等から
発生する熱を速やかに逃がすために使用されるヒ−トシ
ンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワ−分野における半導体素子の
大面積化、高集積化に伴い、発生する熱をいかに速やか
に逃がすかが問題となっている。この問題を解決するた
め、半導体素子を搭載する基板においては、従来使用さ
れてきたアルミナ基板に代わって、熱伝導率が高く、電
気絶縁性にも優れ、熱膨張係数もシリコンに近く、さら
には機械的特性もアルミナ基板なみであることから、窒
化アルミニウム基板が使用されてきている。また、一方
では熱伝導率については窒化アルミニウムには劣るもの
の、機械的特性が優れていることから、窒化珪素基板も
開発されつつある。

【０００３】これらのセラミックス基板を用いたモジュ
−ルは、通常、銅或いはアルミニウム等の導電性に優れ
る金属で形成されている回路、セラミックス基板、該セ
ラミックス基板とヒ−トシンクとを接合し放熱特性を確
保するための金属からなるパタ−ン、前記金属をヒート
シンクと接合するための半田層、そしてヒ−トシンクか
ら構成されている。尚、ヒ−トシンク材料として、熱伝
導性及びコスト等の点から、銅板が多用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構造に
おいて、ヒ−トシンクに使用される銅板の熱膨張率が１
７×１０^-6／Ｋであるのに対し、セラミックス基板の熱
膨張率は４〜５×１０^-6／Ｋであり、両者で大きな差が
あるために、回路を形成したセラミックス基板（以下、
セラミックス回路基板という）をヒ−トシンクに半田付
けするに際し、大きな熱応力が発生し、セラミックス基
板が割れたり、クラックが発生するという問題点があっ
た。

【０００５】この問題を解決するため、最近、骨格組織
が炭化珪素からなる炭化珪素質多孔体にアルミニウム等
の金属或いは合金を含浸して作られる、アルミニウム−
炭化珪素複合体（以下、複合体という）からなるヒ−ト
シンクが使われつつある。このヒ−トシンクは、熱膨張
率が７．５×１０^-6／Ｋ程度と、従来使用されてきた銅
製ヒ−トシンクに比べ、熱膨張率を大幅に低減すること
に成功している特徴がある。しかし、その熱伝導率は１
６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度に止まっており、一層の熱伝導
率の向上が望まれている。

【０００６】アルミニウム−炭化珪素質複合体の熱伝導
率の向上に関し、特に半導体素子が作動する温度域での
熱伝導率の向上を図るには、高熱伝導率のアルミニウム
の含有率を上げることが有効である。しかし、アルミニ
ウム含有率をアップすることは熱膨張率の増加につなが
るという相反する特徴がある。このため、熱膨張率を低
く抑えつつ、しかも熱伝導率を向上させることが大きな
課題となっている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討を重ねた結果、セラミックス基
板を用いたモジュ−ルにおいて、ヒートシンクの熱膨張
率は、ヒ−トシンクの面方向の熱膨張率を選択的に抑え
て、セラミックス基板の熱膨張係数に合わせれば良いこ
と、一方、その熱伝導率に関しては、ヒ−トシンクの厚
み方向の熱伝導率を選択的に向上させればよいことを見
出し、本発明に至ったものである。

【０００８】また、本発明者らは、上記のことを達成す
るためには、ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体を
用い、該炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とす
る金属を含浸するときに、熱膨張率の小さな方向と熱伝
導率の大きな方向が互いに垂直となる複合体を得ること
ができること、更に、異方性を有する前記複合体をセラ
ミックス回路基板用のヒートシンクに用いるときに、セ
ラミックス回路基板をヒ−トシンクに半田付けするに際
して発生しがちな、セラミックス基板が割れたり、クラ
ックが発生するという問題が解決され、セラミックス回
路基板の信頼性を高めることができることを見いだし、
本発明に至ったものである。

【０００９】即ち、本発明は、ハニカム構造を有する炭
化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含
浸してなることを特徴とする複合体であり、また、ハニ
カム構造のセル内部に高熱伝導性物質が充填されている
ことを特徴とする複合体である。

【００１０】本発明は、ハニカム構造のセルの軸と垂直
方向の１００〜２５０℃の熱膨張率が８×１０^-6／Ｋ以
下であることを特徴とし、また、ハニカム構造のセルの
軸と平行方向の２５℃での熱伝導率が１７０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上であることを特徴とする前記の複合体である。

【００１１】本発明は、厚さ１〜２０ｍｍの板状であっ
て、しかも炭化珪素質多孔体内のセルの軸が、該板の主
面と垂直方向に配置されてなることを特徴とする前記の
複合体である。

【００１２】また、本発明は、前記の複合体を用いてな
るセラミックス回路基板用のヒ−トシンクであり、好ま
しくは、セラミックス回路基板がアルミナ、窒化アルミ
ニウム又は窒化珪素のいずれかであることを特徴とする
前記のヒ−トシンクである。

【００１３】本発明は、ハニカム構造を有する炭化珪素
質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸する
ことを特徴とする複合体の製造方法であり、ハニカム構
造体を有する炭化珪素多孔体のセル内部に高熱伝導性物
質を充填した後、アルミニウムを主成分とする金属を含
浸することを特徴とする複合体の製造方法である。

【００１４】加えて、本発明は、ハニカム構造を有する
炭化珪素多孔体をセルの軸と垂直方向に切断して板と
し、該板中のセル内に高熱伝導性物質を充填した後、ア
ルミニウムを主成分とする金属を前記板を構成している
炭化珪素質多孔体と高熱伝導性物質とに含浸し、加工す
ることを特徴とするセラミックス回路基板用のヒートシ
ンクの製造方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、得られる複合体の熱膨張率の小さな
方向と熱伝導率の大きな方向とが互いに垂直であるこ
と、これを達成するために複合体の骨格部分をなす炭化
珪素質多孔体が異方性を有するものを用いること、ま
た、前記複合体の熱膨張率の小さな方向をヒートシンク
の面方向とし、熱伝導率の大きな方向をヒートシンクの
厚み方向として板状の複合体を用いて、セラミックス回
路基板用のヒートシンクとすることを本質的とするもの
である。

【００１６】従来公知のアルミニウム−炭化珪素質複合
体からなるヒ−トシンクにおいては、炭化珪素多孔体の
骨格構造とそれを取り巻くアルミニウム系金属とがいず
れも等方的な構造を有することから、その特性も等方的
となり、ヒ−トシンクとして求められる、ヒ−トシンク
の面方向の低熱膨張性、厚み方向の高熱伝導性、とくに
使用環境温度の１００℃付近での熱伝導性とが、両立し
ていないのが実状である。例えば、従来公知のアルミニ
ウム−炭化珪素質複合体において熱膨張率を低く抑える
ためには、炭化珪素多孔体の該複合体中での体積分率を
上げることが有効あり、しかも室温近傍の熱伝導率もア
ップできるが、炭化珪素の熱伝導率は温度上昇とともに
大きく低下することから、実際の使用環境温度の１００
℃付近での熱伝導率は十分な値を維持できないという問
題がある。

【００１７】即ち、従来公知のアルミニウム−炭化珪素
質複合体は、炭化珪素粉末を種々の方法で成形した成形
体、或いは、珪素粉末と炭素粉末及び骨材としての炭化
珪素粉末からなる成形体を反応焼結して形成したプリフ
ォ−ムに、溶融アルミニウム合金を含漬する方法、炭化
珪素粉末とアルミニウム粉末、またはアルミニウム合金
粉末とを混合し成形、焼成する方法、溶融アルミニウム
合金に炭化珪素を添加し、凝固させる方法等から作られ
ている。このようにして作られた複合体の炭化珪素含有
量は、通常５０〜７０体積％程度である。熱膨張係数を
小さくし室温での熱伝導率を大きくするには、炭化珪素
含有量を増加させれば良いが、炭化珪素含有量を過度に
増加させることは、使用環境である１００℃程度の温度
での熱伝導率を小さくしてしまう。そこで、現在は熱膨
張係数と熱伝導率値がバランスするよう調整を行い製造
されており、通常得られる複合体の熱膨張係数は７〜８
×１０^-6／Ｋ、熱伝導率は１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度で
あり、必ずしも物性的に満足できるものではなかった。

【００１８】これに対して、本発明の複合体は、組織自
体が異方性を有していることから、特性にも異方性が発
現され、具体的には、ヒ−トシンクの面方向の熱膨張率
をセラミックス基板と同程度に小さく抑えつつ、厚み方
向の熱伝導率が使用環境温度下でも十分に高い値を維持
できるという従来には得られなかった特徴を有する。そ
のため、異方性を利用して低熱膨張率と高熱伝導率とを
同時に達成したヒートシンクを得ることができるという
格別な効果が得られる。

【００１９】即ち、本発明は、ハニカム構造を有する炭
化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含
浸してなることを特徴とする複合体である。本発明にお
いては、炭化珪素質多孔体として、熱膨張率や熱伝導率
等の特性が異方性を有するものを用いることができ、例
えば、炭化珪素繊維或いはウイスカーを原料にシリカ等
の結合材を配合し焼成する方法で得られるもの等があげ
られる。しかし、これらのものは高価であったり、アル
ミニウムを主成分とする金属が十分には含浸しにくいも
のであったり、或いは前記含浸操作時に破壊してしまっ
たり等の問題が生じることがあるし、更に、後述すると
おりに、得られる複合体が物性の異方性を有せず、本発
明の目的を達成し得ないこともある。

【００２０】本発明者らの検討によれば、円形、多角形
等の断面形状が一方向に伸びた空隙（以下、セルとい
う）を多数有する構造（以下、ハニカム構造という）を
持った炭化珪素質多孔体を用いるとき、前記の問題が発
生せず、しかも安価に製造できるという効果を見いだし
たものである。ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体
は、例えば、炭化珪素粉末と若干の添加物もしくはシリ
コンと炭素及び若干の炭化珪素粉末からなる混合粉末に
バインダ−を混合、混練し、押し出し成形することで、
更に必要に応じて焼成することで、容易に得ることがで
きるが、これに限定されるものではない。

【００２１】前記のハニカム構造を有する炭化珪素質多
孔体は、セルの断面形状が一般的に円形或いは多角形状
で、開口部の最大距離が０．３〜５ｍｍと大きく、しか
も必要に応じて、サイズの揃ったセルを有しているの
で、これを用いてアルミニウムを主成分とする含浸する
際に、該セル中に前記金属が容易に浸透し、微視的に金
属成分に富む部分を形成し、その結果、得られる複合体
の特性が容易に異方性を示すことができる。尚、炭化珪
素質多孔体のセル部の面積占有率（セルの軸に垂直な断
面における）については、本発明の目的を損なわない限
り任意に選択できるが、通常は６０〜９９％、好ましく
は、６０〜７５％とする。

【００２２】更に、上記セル部分には、複合体のセルの
軸と平行な方向での高熱伝導率化を達成するべく、アル
ミニウムを主成分とする金属が富むことが望ましいが、
一方で、セルの軸と垂直方向での熱膨張率が前記金属の
影響を受けて大ききならないように、セル中の金属内に
予め高熱伝導性物質を存在させることが好ましい。そし
て、本発明者らの実験的検討の結果によれば、複合体の
セル内部に相当する部分（以下、セル相当部という）の
組成に関して、アルミニウム４６〜８７体積％、アルミ
ニウムと高熱伝導性物質の合計量が８０体積％以上であ
ることが好ましい。

【００２３】前記セル相当部中でのアルミニウムの含有
量が４６体積％を下回ると、セル相当部の軸（セル部の
軸と同一）方向の熱伝導率が低くなるからである。ま
た、上限については、特に規定するものでは無いが、８
７体積％を上回ると、上述のとおりに、セルの軸と垂直
方向での熱膨張率が増加することがあるし、また、セル
相当部の熱膨張率と複合体の骨格を形成している部分
（骨格部）の熱膨張率との差が大きくなり、熱変動を受
けて複合体中の骨格部が割れ、所望の特性が得られなく
なることがある。

【００２４】ハニカム構造のセル中に充填する高熱伝導
性物質については、本発明の目的を達成する上で、アル
ミニウムを主成分とする金属よりも熱伝導性に富むもの
が良く、Ｃｕ、Ａｇ等の金属や、ダイアモンド、酸化ベ
リリウム、炭化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、炭
素等のセラミックスが選択され、その形態については粉
末、繊維等セル内に充填できるものであればどのような
ものでも構わない。これらのうち、炭化珪素粉末は安価
で、容易に入手でき、特に好ましい。

【００２５】本発明の炭化珪素質多孔体の骨格部につい
ては、従来公知の炭化珪素質多孔体の有する微細構造と
同じであればよい。即ち、本発明の炭化珪素質多孔体の
骨格部について、炭化珪素含有量は５０〜８０体積％で
あることが好ましく、更に好ましくは６０〜７０体積％
である。前記炭化珪素含有量が５０体積％未満では、得
られる複合体の熱膨張率が高くなったり、本発明が目的
とする信頼性の高い放熱部品が得られないことがある。
また、炭化珪素含有量を高くすることは、複合体の高熱
伝導率、低熱膨張率といった点では有効であるが、嵩密
度が８０％を越える多孔体を製造するには、プリフォー
ム製作過程において非常に高い成形圧力を必要とする等
の問題があり、コストが極端に高くなってしまう。ま
た、アルミニウムを主成分とする金属を含浸する際に、
破損等が生じないように、三点曲げ強さが１０ＭＰａ以
上であれば良い。

【００２６】本発明の炭化珪素質多孔体の骨格部につい
ては、含浸後に、アルミニウム２３〜４６体積％の組成
とすることが好ましい。アルミニウムが２３体積％未満
の場合、熱膨張率は小さくできるものの、その反面相対
的に炭化珪素含有量が増加するため、使用環境温度下で
の熱伝導率低下が大きくなり好ましくない。一方、４６
体積％を上まわってアルミニウムを含有させると、セル
相当部の軸と垂直方向の熱膨張率が大きくなりすぎるか
らである。更に、上記骨格部については、含浸後に、ア
ルミニウムと炭化珪素との合計量が８０体積％以上とな
るようにすることが好ましい。

【００２７】本発明のアルミニウムを主成分とする金属
としては、好ましくは、シリコンを２０重量％以下、又
はマグネシウムを５重量％以下含有する。金属中のアル
ミニウム以外の成分を調整することにより、金属自体の
熱伝導率や熱膨張率を変えることができ、その結果得ら
れる複合体の熱膨張率や熱伝導率も調整できる。アルミ
ニウムにシリコンやマグネシウムを添加し合金化するこ
とにより、金属の融点低下や高温での溶融金属の粘性低
下があり、高温鋳造法等で緻密な複合体が得やすくな
る。更に、アルミニウム金属を合金化することにより、
金属自体の硬度増加があり、その結果、得られる複合体
の強度等の機械的特性が向上する。金属中のアルミニウ
ム、シリコン、マグネシウム以外の金属成分に関して
は、極端に合金の特性が変化しない範囲であれば銅等も
含有することができる。

【００２８】本発明の複合体を得る方法としては、以下
の方法があげられる。炭化珪素粉末に結合剤としてシリ
カゾルやアルミナゾル等を所定量添加混合し、ハニカム
構造を有する所望の形状に成形する。成形方法は、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
きるが、押し出し成形法によることが好ましい。成形に
際し、必要に応じて保形用バインダーを添加してもよ
い。また、炭化珪素粉末に関しては、１種類の粉末を用
いても、また、複数の粉末を粒度配合して用いてもよ
い。

【００２９】次に、得られた成形体を、大気中又は窒素
等の雰囲気中、温度７００〜１６００℃で仮焼してハニ
カム構造を有する炭化珪素質多孔体を製造する。また、
炭化珪素粉末に結合材としてシリコン粉末を添加混合し
て、同様の方法で製造することもできる。更に、炭化珪
素質多孔体の他の製造方法に関しては、炭化珪素粉末や
シリコン粉末と炭素粉末の混合粉末を、不活性ガス雰囲
気中、温度１６００〜２２００℃で焼成して製造するこ
ともできる。

【００３０】得られた炭化珪素質多孔体は、熱衝撃によ
る割れ等を防止するために加熱し、融点以上の温度に加
熱したアルミニウムを主成分とする金属溶湯を高圧で含
浸させて炭化珪素質複合体とする。金属成分の含浸方法
に関しては、特に限定はなく、高圧鋳造法、ダイキャス
ト法等が利用できる。また、炭化珪素質多孔体内のセル
中に炭化珪素粉を存在させたい場合には、この含浸操作
前に、前記炭化珪素質多孔体を炭化珪素粉末を水、アル
コール、或いは有機溶剤等の溶媒に分散させたスラリー
中に浸漬し、溶媒等を蒸発させればよい。

【００３１】尚、本発明の複合体中の骨格部とセル相当
部中のアルミニウム、炭化珪素の分析方法に関して、セ
ル相当部についてはセル相当部をドリルで削り、削り粉
を捕集することで、骨格部は残部を乳鉢等で粉砕し粉末
状試料を得て、化学湿式分析法にてアルミニウム量を測
定するとともに、炭素分析計（ＬＥＣＯ社製；ＩＲ−４
１２）で炭素量を測定し、この炭素量から炭化珪素量を
算出した。

【００３２】本発明の複合体は、セル相当部の軸方向の
熱伝導率が２５℃で１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、
セル相当部の軸と垂直方向の熱膨張率が１００℃〜２５
０℃で８×１０^-6／Ｋ以下の特徴を有する。

【００３３】本発明の複合体の特性の一部をここで示せ
ば、 （Ａ）セル部のアルミニウムを５６体積％、炭化珪素を
３６体積％（残部がシリコン及びマグネシウム）、骨格
部をアルミニウムを２３体積％、炭化珪素を５７体積％
（残部がシリコン及びマグネシウム）としたケ−ス （Ｂ）セル部のアルミニウムを８７体積％、炭化珪素を
８体積％（残部がシリコン及びマグネシウム）、骨格部
をアルミニウムを２３体積％、炭化珪素を７０体積％
（残部がシリコン及びマグネシウム）としたケ−ス （Ｃ）セル部のアルミニウムを５６体積％、炭化珪素を
３６体積％（残部がシリコン及びマグネシウム）、骨格
部をアルミニウムを４６体積％、炭化珪素を５０体積％
（残部がシリコン及びマグネシウム）としたケ−ス （Ｄ）セル部のアルミニウムを８７体積％、炭化珪素を
９体積％（残部がシリコン及びマグネシウム）、骨格部
をアルミニウムを４６体積％、炭化珪素を４５体積％
（残部がシリコン及びマグネシウム）としたケ−ス について、（Ａ）〜（Ｄ）の順に、セル相当部の軸と垂
直方向での１００〜２５０℃の熱膨張率はそれぞれ６．
５×１０^-6／Ｋ、６．８×１０^-6／Ｋ、７．２×１０^-6
／Ｋ、７．５×１０^-6／Ｋであり、セル相当部の軸方向
の室温（２５℃）での熱伝導率はそれぞれ１８９Ｗ／
（ｍ・Ｋ）、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１８２Ｗ／（ｍ・
Ｋ）、２０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、１２５℃での熱伝
導率はそれぞれ１７８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１９０Ｗ／（ｍ
・Ｋ）、１７４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１９１Ｗ／（ｍ・Ｋ）
である。

【００３４】本発明の板状複合体は、セル相当部の軸方
向を該板の厚み方向となるように、また、セル相当部の
軸と垂直方向が該板の面方向となるように配位させたも
のである。このように配位させることで、厚み方向の熱
伝導率が２５℃で１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、板
の面方向の熱膨張率が１００℃〜２５０℃で８×１０ ^-6
／Ｋ以下の特徴を有する板状複合材が得られ、この板状
複合体は前記特性を有するのでセラミックス回路基板用
のヒートシンクに好適である。

【００３５】本発明の板状複合体は、厚みが１〜２０ｍ
ｍである。板状複合体を得ようとすると、予め板状に加
工されたハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体に金属
を含浸する方法、或いは、厚みのあるハニカム構造を有
する炭化珪素質多孔体に金属を含浸し加工する方法を選
択できる。しかし、厚み１ｍｍ未満の板状複合体は、い
ずれの方法を選択する場合にも、再現性良く、安価に製
造し得ない。然るに、前者の方法では含浸後に反りのあ
るものが発生するし、後者では硬度の高い炭化珪素が含
まれているので加工が容易でない。また、本発明におい
て、厚みについて上限を設ける必要性はないが、厚みを
厚くするするに従い、炭化珪素質多孔体の内部、特にそ
の骨格部への金属の含浸が容易でなく、物性の安定した
板状複合体が得にくくなる傾向がある。このような現象
は、厚さ２０ｍｍを越えると発生してくる。

【００３６】本発明の複合体、ことに板状複合体は、半
導体部品を搭載したセラミックス回路基板の回路形成さ
れていない面に設けられた銅等の金属板に、ハンダを用
いて接合され、ヒートシンクとして利用される。本発明
のヒートシンクを適用するに際し、セラミックス回路基
板としては、アルミナ基板の他に、熱膨張率の小さく、
高熱伝導率を有することから、窒化アルミニウム回路基
板が、また熱膨張率が小さく、機械特性、とくに靭性が
優れることから窒化珪素回路基板が好ましい。これらの
セラミックス回路基板と本発明の複合体とは略同じ熱膨
張率を有するので、従来問題であったセラミックス基板
のクラックや割れ等の発生を防ぐことができるという利
点がある。尚、前記セラミックス回路基板以外のセラミ
ックス回路基板に適用しても、本発明の複合体を用いる
利点が発現できることはいうまでもない。

【００３７】本発明のヒートシンクの製造方法に関して
は、前記した本発明の板状複合体の製造方法を基本とす
れば良く、最終段階で、取り付け時の寸法を合わせる、
密着性を高める等を目的に加工をしたり、或いは、ハン
ダ濡れ性を高める為に表面にニッケル等の金属層をメッ
キする等の処理を行えば良い。しかし、ハニカム構造を
有する炭化珪素質多孔体をセルの軸と垂直方向に切断し
て板とし、該板中のセル内に炭化珪素粉を充填した後、
アルミニウムを主成分とする金属を前記板を構成してい
る炭化珪素質多孔体と高熱伝導性物質に含浸し、その後
加工する方法が、品質の安定したヒートシンクを、歩留
まり高く、従って安価に多量に提供できるので好ましい
方法である。

【００３８】以下、実施例に基づき、本発明を更に詳細
に説明する。

【００３９】

【実施例】〔実施例１〕平均粒径３０μｍの炭化珪素粉
末を８２重量部と固形分濃度２０％のシリカゾル１８重
量部を、十分混合した。次に混合粉末１００重量部にバ
インダ−としてメチルセルロ−スを５重量部及び水１５
重量部を加え、混練したのち、押し出し成形を行ない、
ハニカム状の構造をもつ成形体を作製した。この成形体
を乾燥脱脂したのち、アルゴン雰囲気中で１９００℃、
５Ｈ焼成して、ハニカム状の炭化珪素のプリフォ−ムを
得た。なお、このプリフォ−ムは、一辺が１ｍｍの四角
柱状の空隙（セル）を有し、セルの軸に垂直な平面１０
０ｍｍ²あたり、このセルの個数が２５個のものであ
り、ハニカムの骨格を構成している炭化珪素充填率は６
５％であった。

【００４０】前記プリフォ−ムのセル内に、平均粒径３
０μｍの炭化珪素６０重量部、固形分濃度２０％のシリ
カゾル２０重量部及び水分２０重量部からなるスラリ−
を流し込み、セル部を埋めたのち、空気中８００℃で処
理した。なお、予め前記スラリ−を単独で流し込み、乾
燥した場合での炭化珪素質多孔体の炭化珪素充填率は、
４０体積％であった。

【００４１】前記セル内に炭化珪素粉を充填して得られ
たプリフォ−ムに、８００℃に加熱したアルミウム９４
％、シリコン６％からなる溶湯を１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧
力で、高圧含漬法にて含漬し、複合体を得た。この複合
体について、熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業
社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃及び１２５℃での熱伝
導率はレ−ザ−フラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／Ｔ
ＣＭ−８５１０Ｂ）にて測定した。測定結果を表１に示
す。

【００４２】

【表１】

【００４３】[実施例２]炭化珪素質成形体の焼成条件を
１９５０℃としたこと、これによって得られた骨格部の
炭化珪素充填度が７０％であることを確認した以外、す
べて実施例１と同じ条件で複合体を作製、その特性を評
価した。結果を表１に示す。

【００４４】[実施例３]炭化珪素質成形体の焼成条件を
１９５０℃としたこと、これによって得られた骨格部の
炭化珪素充填度が７０％であることを確認したこと、ス
ラリ−中の炭化珪素として平均粒径５０μｍのものを使
用し、予め充填度が３５％であることを確認した以外、
すべて実施例１と同じ条件で複合体を作製し、その特性
を評価した。結果を表１に示す。

【００４５】[実施例４]炭化珪素質成形体の焼成条件を
１９５０℃としたこと、プリフォ−ムのセル部を直径が
１．５ｍｍの円とし、かつ１００ｍｍ²あたり、この開
孔部個数が２０個としたこと、スラリ−中の炭化珪素と
して平均粒径５９μｍのものを使用し、予め充填度が３
０％であることを確認した以外、すべて実施例１と同じ
条件で複合体を作製し、その特性を評価した。結果を表
１に示す。

【００４６】[実施例５]炭化珪素質成形体の焼成条件を
２０００℃としたこと、スラリ−中の炭化珪素として平
均粒径５０μｍのものを使用し、予め充填度が３０％で
あることを確認した以外、すべて実施例４と同じ条件で
複合体を作製し、その特性を評価した。結果を表１に示
す。

【００４７】[実施例６]実施例１で作製した複合体を、
縦９０ｍｍ、横４５ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工し、それ
に、縦７０ｍｍ、横３５ｍｍ、厚さ０．６４５ｍｍの窒
化アルミニウム回路基板をハンダ付けし、−４０℃から
＋１２５℃の間で、温度の上昇、保持、下降の１サイク
ルが４０分の温度サイクルをかけハンダクラックの発生
の有無を観察した。その結果、３０００回サイクルの段
階で、表面にはクラックが発生しなかった。

【００４８】[比較例１]平均粒径３０μｍの炭化珪素粉
に、固形分濃度２０％のシリカゾル２０重量部を加え、
プレス法にて成形、空気中８００℃で焼成し、炭化珪素
５２体積％のプリフォームを作製した。このプリフォー
ムに８００℃に加熱したアルミウム９４％、シリコン６
％からなる溶湯を１ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で、高圧含漬
法にて含漬し、複合体を得た。この複合体の室温（２５
℃）の熱伝導率は１９５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１００〜２５
０℃の熱膨張率は８．５×１０^-6／Ｋであった。

【００４９】[比較例２]比較例１の複合体を実施例６と
同様に加工し、窒化アルミニウム回路基板をハンダ付け
してヒートサイクル試験を行ったところ、ハンダ部にク
ラックが発生した。

【００５０】

【発明の効果】本発明の複合体は、高熱伝導率を示す方
向と低熱膨張率を示す方向が異なり、しかも熱伝導率は
１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、１００〜２５０℃の
熱膨張率が８×１０^-6／Ｋ以下であるという特徴を有す
るので、セラミックス回路基板用のヒートシンクに好適
である。

【００５１】特に、前記異方性の特徴を生かして、高熱
伝導率を示す方向を板厚方向に、低熱伝導率を示す方向
を板面方向にした板状複合体は、セラミックス回路基板
用ヒートシンクに好適であり、従来の実用状況下等で生
じていたセラミックス基板の割れ、クラック発生、或い
はハンダ部での損傷等の異常が発生する問題を解決でき
る。

【００５２】本発明の製造方法によれば、前記の複合体
とヒートシンクが、歩留まり良く、安価に多量に提供で
き、産業上有用である。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体に
   アルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることを
   特徴とする複合体。
2. 【請求項２】ハニカム構造のセル内部に高熱伝導性物質
   が充填されている炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主
   成分とする金属を含浸してなることを特徴とする複合
   体。
3. 【請求項３】ハニカム構造のセルの軸と垂直方向の１０
   ０〜２５０℃の熱膨張率が８×１０^-6／Ｋ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の複合体。
4. 【請求項４】ハニカム構造のセルの軸と平行方向の２５
   ℃での熱伝導率が１７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であること
   を特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の
   複合体。
5. 【請求項５】厚さ１〜２０ｍｍの板状であって、しかも
   炭化珪素質多孔体内のセルの軸が、該板の主面と垂直方
   向に配置されてなることを特徴とする請求項１、請求項
   ２、請求項３又は請求項４記載の複合体。
6. 【請求項６】請求項１、請求項２、請求項３、請求項４
   又は請求項５記載の複合体を用いてなるセラミックス回
   路基板用のヒ−トシンク。
7. 【請求項７】セラミックス回路基板がアルミナ、窒化ア
   ルミニウム又は窒化珪素のいずれかであることを特徴と
   する請求項６記載のヒ−トシンク。
8. 【請求項８】ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体に
   アルミニウムを主成分とする金属を含浸することを特徴
   とする複合体の製造方法。
9. 【請求項９】ハニカム構造体を有する炭化珪素多孔体の
   セル内部に高熱伝導性物質を充填した後、アルミニウム
   を主成分とする金属を含浸することを特徴とする複合体
   の製造方法。
10. 【請求項１０】ハニカム構造を有する炭化珪素質多孔体
    をセルの軸と垂直方向に切断して板とし、該板中のセル
    内に高熱伝導性物質を充填した後、アルミニウムを主成
    分とする金属を前記板を構成している炭化珪素質多孔体
    と高熱伝導性物質とに含浸し、加工することを特徴とす
    るセラミックス回路基板用のヒートシンクの製造方法。