JPH11269577A - Metal-based composite casting, and its manufacture - Google Patents

Metal-based composite casting, and its manufacture

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JPH11269577A
JPH11269577A JP7269098A JP7269098A JPH11269577A JP H11269577 A JPH11269577 A JP H11269577A JP 7269098 A JP7269098 A JP 7269098A JP 7269098 A JP7269098 A JP 7269098A JP H11269577 A JPH11269577 A JP H11269577A
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matrix composite
composite material
metal matrix
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JP7269098A
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Hiroshi Hojo
Naohisa Nishino
Takamasa Suzuki
Takeshi Yamamoto
浩 北條
剛 山本
直久 西野
孝昌 鈴木
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Central Res & Dev Lab Inc
株式会社デンソー
株式会社豊田中央研究所
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the stripping of an insulation substrate from a heat radiation plate by improving the adhesive force of the heat radiation plate to the insulation substrate (or a DBC substrate). SOLUTION: In integratedly forming a heat radiation plate 1 with an insulation substrate 5, a metallic thin 18 such as aluminum is interposed between the heat radiation plate 1 and the insulation substrate 5. This metallic thin film 18 increases the adhesion area between the heat radiation plate 1 and the insulation substrate 5, and at the same time, plays a role as a buffer material to improve the adhesion force between the heat radiation plate 1 and the insulation substrate 5. In addition, by adding or applying yttrium which is the sintering assistant to the insulation substrate 5, yttrium is diffused to the metallic thin film 18 side in the high-pressure casting, and the yttrium-based compound is formed in the bonding interface to improve the bonding strength.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属を母材として、セラミックス等の粒子又は繊維、短繊維、ウィスカ等を分散させた金属基複合鋳造品の製造方法に関し、例えば、パワーモジュール用のヒートシンク等の部品に用いて好適である。 The present invention relates to, as a metal matrix, the particles or fibers of ceramics, short fibers, such relates to a method for producing a metal matrix composite castings having dispersed whiskers, for example, the heat sink for power module it is suitable for use in components and the like.

【0002】 [0002]

【従来の技術】絶縁基板を金属基複合材に鋳ぐるんだ金属基複合鋳造品がある。 BACKGROUND OF THE INVENTION there is a metal matrix composite castings I glove you cast an insulating substrate to the metal matrix composite material. 例えば、電子部品の放熱板として金属基複合材を用いる場合には、電子部品と金属基複合材とを絶縁するために絶縁基板を金属基複合材に鋳ぐるんだものを使用することができる。 For example, in the case of using a metal matrix composite material as a heat sink for electronic components, it may be used an insulating substrate to insulate the electronic component and the metal matrix composite material as they insert casting of the metal matrix composites .

【0003】ここで、金属基複合材とは、金属を母材としてこれに粒子、繊維等の特性改良用分散材を共存させた材料を示し、例えば、セラミック粒子をアルミニウム基材に分散させたものがある。 [0003] Here, the metal matrix composite material, a metal it to particles as a base material, shows a material allowed to coexist improved properties for dispersing materials such as fibers, for example, ceramic particles are dispersed in an aluminum substrate there are things. このような金属基複合材は、予め準備したセラミック粒子の成形体にアルミニウム金属を浸透させる非加圧金属浸透法等によって形成される。 Such metal matrix composite material is formed by a non-pressurized metal infiltration method for infiltrating aluminum metal to the molded body of previously prepared ceramic particles.

【0004】 [0004]

【解決しようとする課題】しかしながら、非加圧浸透法においては、絶縁基板を鋳ぐるむ際に絶縁基板とセラミック成形体が直接接触してしまうため、絶縁基板と金属基複合材との接合力が小さくなってしまう。 [SUMMARY However, in the pressureless permeation method, bonding strength between the insulating substrate and the ceramic molded body upon glove casting of the insulating substrate will be in direct contact, the insulating substrate and the metal matrix composites it becomes small. すなわち、 That is,
セラミックの成形体の隙間に侵入した金属が絶縁基板と接合することによって、絶縁基板と金属基複合材との接合力が生じるのであるが、絶縁基板と直接接触したセラミックによって絶縁基板と金属との接合面積が小さくなってしまい、上述のように接合力が小さくなるのである。 By metal that has entered the gap between the ceramic molded body is bonded to the insulating substrate, although the bonding strength between the insulating substrate and the metal matrix composite material is produced, the insulating substrate and the metal by a ceramic in contact insulating substrate and directly bonding area becomes small, it is the bonding strength as described above is reduced.

【0005】絶縁基板と金属基複合材との接合力が小さいために、熱疲労により接合界面が剥離してしまうという問題がある。 [0005] For bonding force between the insulating substrate and the metal matrix composite material is small, the bonding interface by the thermal fatigue is a problem that peeling. 本発明は上記問題に鑑みたもので、絶縁基板と金属基複合材料との接合力を高め、セラミックから絶縁基板が剥離しにくくすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, increase bonding force between the insulating substrate and the metal matrix composite material, an insulating substrate of ceramic is intended to hardly peel.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。 Means for Solving the Problems] To achieve the above object, it adopts the following technical means. 請求項1に記載の発明においては、型(14)内の所定の面に絶縁基板(5)を設置し、該型(14)内に金属基複合材(1) In the invention of claim 1, type in a predetermined plane in the (14) is placed an insulating board (5), a metal matrix composite in the mold (14) (1)
を形成するための内部空間を形成する工程と、型(1 Forming an inner space for forming the mold (1
4)内の内部空間にセラミックス分散材(16)を充填する工程と、セラミックス分散材(16)の間隙に溶融金属を加圧浸透させると共に該溶融金属を凝固させて、 4) a step of filling the interior space ceramic dispersing material (16) in, and the gap to the molten metal in the ceramic dispersion member (16) causes the pressure permeate solidifying the molten metal,
絶縁基板(5)との間に金属の薄膜(18)を介在させて金属基複合材(1)を形成する工程と、金属基複合材料を型(14)から取り出す工程と、を備えていることを特徴としている。 Includes a step of forming a metal matrix composite material (1) by interposing a metal film (18) between the insulating substrate (5), a step of taking out the metal matrix composite material from the mold (14), the it is characterized in that.

【0007】このように、型(14)内の内部空間にセラミックス分散材(16)を充填しておき、セラミックス分散材(16)の間隙に溶融金属を加圧浸透させると共に該溶融金属を凝固させて、絶縁基板(5)との間に金属の薄膜(18)を介在させるように金属基複合材(1)を形成すれば、絶縁基板(5)と金属基複合材(1)とが、その間に介在する金属の薄膜(18)によって接合されるため、接合面積が大きくなると共にヤング率の低い金属の薄膜(18)が緩衝材としての役割を果たし、接合力を向上させることができる。 [0007] coagulation Thus, the mold leave filled ceramic dispersed material (16) in the internal space of the (14), the molten metal with a gap to the molten metal in the ceramic dispersion member (16) is pressurized permeate by, by forming a metal matrix composite material (1) so as to interpose a metal thin film (18) between the insulating substrate (5), the insulating substrate (5) metal matrix composite material (1) , because it is joined by a thin film (18) of metal interposed therebetween, the thin film of the low Young's modulus metal with bonding area is increased (18) serves as a buffer material, it is possible to improve the bonding strength .

【0008】請求項2に記載の発明においては、加圧浸透時における加圧力を制御することによって、絶縁基板(5)と金属基複合材(1)との間に介在させる金属の薄膜(18)の膜厚を制御することを特徴としている。 [0008] Claim in the invention described in 2, by controlling the pressure during the pressure infiltration, a metal thin film is interposed between the insulating substrate (5) metal matrix composite material and (1) (18 It is characterized by controlling the thickness of).
このように、加圧浸透時における加圧力を制御することによって、金属の薄膜(18)の膜厚を制御することができるため、膜厚を適宜選択することができる。 Thus, by controlling the pressure during the pressureless permeation, it is possible to control the thickness of the metal thin film (18), it can be appropriately selected thickness.

【0009】請求項3に記載の発明においては、絶縁基板(5)に焼結助剤を含ませておき、金属基複合材料を形成する工程にて、焼結助剤を金属の薄膜(18)側に拡散させるようにすることを特徴としている。 [0009] In the invention of claim 3, previously moistened with a sintering aid in an insulating substrate (5), in the step of forming a metal matrix composite material, a sintering aid metal film (18 ) it is characterized in that to diffuse the side. このように、絶縁基板(5)に焼結助剤を含ませておき、焼結助剤を金属膜側に拡散させるようにすれば、この焼結助剤によってより接合力を向上させることができる。 Thus, previously moistened with a sintering aid in an insulating substrate (5), if the sintering assistant agent to diffuse to the metal film side, is possible to further improve the joining force by the sintering aid it can.

【0010】具体的には、請求項4に示すように、焼結助剤としてイットリウムを用いることができる。 [0010] Specifically, as shown in claim 4, yttrium may be used as a sintering aid. このように、イットリウムを用いた場合、高圧鋳造時にイットリウムが薄膜層側に拡散して、絶縁基板(5)と金属の薄膜(18)との接合界面にイットリウム等からなる化合物が形成されるため、接合強度を向上させることができる。 Thus, the use of yttrium, since yttrium high-pressure casting is diffused to the thin film layer side, compounds consisting of yttrium or the like is formed on the bonding interface between the insulating substrate (5) and the metal thin film (18) , it is possible to improve the bonding strength.

【0011】また、請求項5に示すように、溶融金属としてアルミニウムを用いることができる。 Further, as shown in claim 5, aluminum can be used as the molten metal. 請求項6に記載の発明においては、絶縁基板(5)と金属基複合材(1)との間には、金属と焼結助剤と含んだ化合物が介在していることを特徴としている。 In the invention of claim 6, between the insulating substrate (5) metal matrix composite material (1), a compound containing the metal and the sintering aid is characterized in that interposed. このように、絶縁基板(5)と金属基複合材(1)との間において、金属と焼結助剤とを含んだ化合物を介在させることにより、絶縁基板(5)と金属基複合材(1)との接合強度を増加させることができる。 Thus, between the insulating substrate and (5) metal matrix composite material (1), by interposing a compound containing the metal and a sintering aid, an insulating substrate (5) and metal matrix composite materials ( 1) the bonding strength between the can be increased.

【0012】 [0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter will be described the embodiment shown in FIG present invention. フィン一体型放熱板(以下、放熱板という)1を備えたインバータ駆動用のパワーモジュール2の模式的な断面図を図1に示す。 Fin integration heat dissipation plate (hereinafter, the heat radiating plate that) a schematic cross-sectional view of the power module 2 for inverter driving with one shown in FIG. パワーモジュール2は、スイッチング素子である複数のIGBT3によって構成されており、スイッチング動作を行う。 Power module 2 is constituted by a plurality of IGBT3 a switching element performs switching operation. また、パワーモジュール1は、フライホイールダイオード(以下、FRDという)4を備えており、このFRD4によってIGBT3は双方向のスイッチング動作を行うことができるようになっている。 The power module 1, a flywheel diode (hereinafter, FRD hereinafter) equipped with a 4, this FRD4 IGBT 3 is adapted to be able to perform bidirectional switching operation. そして、これらIGBT3 And, these IGBT3
とFRD4が一組づつ、AlN(窒化アルミニウム)からなる複数の絶縁基板(あるいはDBC(Direct When FRD4 a set increments, a plurality of insulating substrate made of AlN (aluminum nitride) (or DBC (Direct
BondingCupper)基板)5のそれぞれの上にはんだ6を介して配置されると共に、絶縁基板5に備えられた銅配線7等にワイヤボンディングされて、パワーモジュール2が構成されている。 While being arranged over the solder 6 on each of BondingCupper) substrate) 5, are wire bonded to the copper wiring 7 and the like provided on the insulating substrate 5, the power module 2 is configured.

【0013】このように構成されるパワーモジュール2 [0013] which is constituted in this way power module 2
の下部に、セラミックス分散材を用いた金属基複合材料で構成される放熱板1が備えられており、この放熱板1 At the bottom of, and the heat radiating plate 1 is provided comprised of metal matrix composite material using ceramics dispersion material, the heat radiating plate 1
によってパワーモジュール2が発生する熱の放熱を行うようになっている。 And performs heat radiation of the heat power module 2 is produced by. 複数の絶縁基板5は、それぞれの間が所定の間隔づつ開くように配置された状態で放熱板1 A plurality of insulating substrate 5, the heat radiating plate 1 in a state in which between each of which is arranged to open at a time a predetermined interval
に接合されている。 They are joined in. 具体的には、複数の絶縁基板5は、 Specifically, the plurality of insulating substrates 5,
放熱板1を鋳造する際に、放熱板1内に鋳ぐるまれて一体接合されている。 When casting the heat radiating plate 1 is integrally joined is insert cast in the heat radiating plate 1. この絶縁基板5と放熱板1との間には、アルミニウムからなる金属膜18が厚さ約0.1m This is between the insulating substrate 5 and the heat radiating plate 1, about 0.1m thick metal film 18 made of aluminum is
m程度又はそれ以下で形成されており、この金属膜18 m medium or are formed with less, the metal film 18
が絶縁基板5と放熱板1との接合面積を大きくするとともに、緩衝材としての役割を果たし、絶縁基板5と放熱板1との接合力を向上させている。 There together to increase the bonding area between the heat radiating plate 1 and the insulating substrate 5 serves as a buffer material, thereby improving the bonding force between the heat radiating plate 1 and the insulating substrate 5.

【0014】このように、絶縁基板5を介して放熱板1 [0014] radiating plate 1 Thus, through the insulating substrate 5
とパワーモジュール2が一体となっている。 Power module 2 are integrated with. 図2 Figure 2
(a)、(b)に、絶縁基板5を鋳ぐるんだ放熱板1の上面斜視図と下面斜視図を示す。 (A), (b), a shows a top perspective view and bottom perspective view of the insulating substrate 5 cast radiator plate 1's glove do. 但し、図2では、簡略化のため絶縁基板5が2枚設けられたものを示す。 However, in FIG. 2, it shows what insulating substrate 5 for simplification are provided two. 図2 Figure 2
(a)に示すように、絶縁基板5(図中の斜線部分) (A), the insulating substrate 5 (the hatched portion in the drawing)
は、放熱板1の上部に配され、放熱板1の上面と同一平面を形成するように鋳ぐるまれている。 Is disposed on top of the heat sink 1, are insert cast to form a top surface flush with the heat radiating plate 1. この絶縁基板5 The insulating substrate 5
が配されていない部分となる放熱板1の4隅に、固定用のネジ穴10が形成されている。 The four corners of the heat sink 1 which is a portion where is not disposed, the screw holes 10 for fixing are formed. このネジ穴10は、放熱板1を形成する際に、その4隅に鋳ぐるんだ金属部材を用いて形成されている。 The screw hole 10, when forming the heat radiating plate 1, and is formed of a metal member but Guru I cast in its four corners.

【0015】そして、図2(b)に示すように、放熱板1の裏面、特に絶縁基板5の裏面に相当する部分には、 [0015] Then, as shown in FIG. 2 (b), the back surface of the heat radiating plate 1, portions particularly corresponding to the back surface of the insulating substrate 5,
突起形状で構成された50本のフィン11が備えられている。 50 pieces of fins 11 made of a projection shape is provided. このフィン11の部分を水等の冷媒の流路内に浸すことで、フィン11に伝導された熱を冷媒に放熱するという熱交換を行う。 The portion of the fin 11 by immersing the flow path of the refrigerant such as water, for heat exchange of the heat conducted to the fins 11 for radiating to the refrigerant. なお、図1及び図2に、冷媒として水を用いた場合の水の流れを矢印にて示す。 Incidentally, in FIGS. 1 and 2, showing the flow of water when water is used as a refrigerant by an arrow.

【0016】フィン11は、高さHが約7mmの断面楕円形状の柱で構成されており、長径Lが約4mmで冷媒の流路方向に平行を成し、短径Sが約2mmで冷媒の流路方向に垂直を成すように配設されている。 The fins 11 are height H is composed of pillars of elliptical cross section of about 7 mm, it forms a parallel to the flow direction of the refrigerant in the major axis L of about 4 mm, minor axis S refrigerant at about 2mm It is arranged so as to form a vertically in the flow path direction. つまり、フィンの高さHを楕円形状の長径Lや短径Sよりも長くすることにより、放熱効率を高くしている。 That is, by longer than the major axis L and a minor axis S of the elliptical height H of the fin, and high radiation efficiency. また、複数のフィン11は、ちどり状に配置されている。 The plurality of fins 11 are arranged in a zigzag pattern. このような形状、配置としているため、フィン11によって冷媒の流速が妨げられることがないようになっている。 Due to the this shape, placement, so as never flow velocity of the coolant is hindered by the fins 11.

【0017】また、絶縁基板5が配されていない部分において、放熱板1は厚肉部8が形成されており、放熱板1の反りを抑制している。 Further, in a portion where the insulating substrate 5 is not disposed, the heat dissipation plate 1 is thick portion 8 is formed, thereby suppressing the warping of the heat sink 1. 具体的には、複数の絶縁基板5のそれぞれの間を他の部分と比べて、例えば2mm程度厚肉に形成している。 More specifically, the between each of the plurality of the insulating substrate 5 as compared with other portions, formed for example about 2mm thick. すなわち、絶縁基板5と放熱板1の材質の違いから応力が発生するが、この応力は絶縁基板5の端部に集中するため、絶縁基板5の間において放熱板1の反りが最も発生し易く、この間における反りを最も防止する必要があるからである。 That is, stress is generated due to the difference in the material of the heat radiating plate 1 and the insulating substrate 5, the stress to concentrate on the end portion of the insulating substrate 5, liable warping of the heat radiating plate 1 is most occur between the insulating substrate 5 , it is necessary to most prevent warping during this period. なお、このように厚肉形成する場合には、厚肉部8が冷媒流路の垂直方向を成すことから、この厚肉部8に冷媒流路の水平方向に延びる溝を設けことで、冷媒の流れの妨げにならないようにすることもできる。 In the case of this manner thick formation, since the thick part 8 forms a vertical refrigerant passage, by a groove extending in the horizontal direction of the refrigerant flow path in the thick portion 8, the refrigerant it is also possible to avoid the interfere with the flow.

【0018】なお、放熱板1の外周部分には、冷媒をフィン11に流すための冷媒循環容器と接合するため、凸状や凹状のシール部分9が形成されている。 [0018] Note that the peripheral portion of the heat sink 1, for joining a refrigerant container for supplying a coolant to the fin 11, the convex and concave sealing portion 9 is formed. これにより、放熱板と冷媒循環容器との液密が保持できるようになっている。 Thus, liquid-tight between the heat radiating plate and the refrigerant circulation container which can hold. なお、シール部分はこのような形状でなくてもよい。 Incidentally, the sealing portion may not be such a shape. このような構成を有する絶縁基板5を一体とした放熱板1を、例えば高圧鋳造法によって形成することができる。 The heat radiating plate 1 which is integral with the insulating substrate 5 having such a structure can be formed, for example, by high pressure casting. こお高圧鋳造法による放熱板1の製造手順について、図3〜6に示す工程図に基づき説明する。 Procedure for manufacturing the radiator plate 1 according to this contact pressure casting method will be described based on the process diagram shown in Figures 3-6. 但し、図3〜図6では、簡略化のため絶縁基板5を1つだけ設ける場合を示す。 However, in FIGS. 3 to 6 show a case of providing only one insulating substrate 5 for simplicity.

【0019】〔図3に示す工程〕まず、最終形状の放熱板1にフィン11を形成するためのキャビティを有する成形容器13を成形する。 Firstly a step shown in FIG. 3], a molded container 13 having a cavity for the heat radiating plate 1 of the final shape to form a fin 11. 具体的には、塩化ナトリウム粉末を500kg/cm Specifically, the sodium chloride powder 500 kg / cm 2以上の高い圧力で加圧することにより、縦50mm、横80mm、厚さ10mmの矩形状で、かつ楕円形状の穴が50個形成されたキャビティを有する成形容器13を形成する。 By pressurizing at 2 or more high pressure, vertical 50 mm, lateral 80 mm, a rectangular shape having a thickness of 10 mm, and a hole of elliptical form a molded container 13 having a cavity which is 50 formed. 成形容器13を成形した後、成形容器13の強度向上のために加熱処理を行ってもよいが、上記圧力によって成形しているため、 After molding the molded container 13, it may be subjected to heat treatment for improving the strength of the molded container 13, since the molding by the pressure,
成形のみでも十分な強度を有している。 It has sufficient strength even in molding only.

【0020】ここで、成形容器13の材料に塩化ナトリウムを用いるのは、鋳造時に注湯される金属溶湯の温度以下においては分解、溶解することなく安定に存在する一方、鋳造後に浸される溶媒に対して易溶解性又は易崩壊性を有し、さらに放熱板1の形状が複雑であってもその形状に合わせて任意形状に成形することができるからである。 [0020] Here, the solvent to use sodium chloride to the material of the molded container 13, at a temperature below the molten metal is poured during casting decomposition, whereas that is stable without dissolving, to be immersed after casting This is because it can be molded into any shape having a readily soluble or readily disintegratable, further shapes of the radiating plate 1 is matched to the shape even in complicated respect.

【0021】このとき用いる塩化ナトリウムの粉末の粒度は、生産性、成形型の強度など制御目的によって変えることができるが、本実施形態では放熱板1と当接する部分を滑らかにすべく、全体又は表面部分に50Å〜 The particle size of the powder of sodium chloride used in this case is, productivity can be varied by a control purposes strength of the mold, in the present embodiment in order to smooth the abutting portion and the heat radiating plate 1, the whole or 50Å~ the surface portion
0.5μmの粒径のものを用いている。 And used as the particle size of 0.5 [mu] m. なお、塩化ナトリウムの純度は、溶融温度が高圧鋳造にて用いる金属の融点よりも高く、またセラミックス分散材を充填した鋼製容器14の予熱温度で溶融しないような程度のものとしている。 Purity of sodium chloride, it is assumed in such a degree that the melting temperature is not melted at a preheating temperature of the steel container 14 higher than the melting point of the metal, also filled with ceramic dispersion material used in high-pressure casting.

【0022】次に、鋼製容器14を用意し、この鋼製容器14内の一面に成形容器13を貼付けると共に、鋼製容器14内のうち成形容器13が貼付けられた面の反対側の面に絶縁基板5を貼付ける。 Next, prepared steel container 14, the pasted a molded container 13 on one side of this a steel container 14, the surface on which the formed container 13 has been adhered of a steel container 14 opposite the surface to kick sticking an insulating substrate 5. このとき、絶縁基板5 In this case, the insulating substrate 5
の表面には、例えばその焼結助剤成分であるイットリウムを塗布しておく。 On the surface of, for example, previously coated with yttrium its sintering aid component. そして、放熱板1の4隅となる部分のそれぞれにボルト穴形成用の鋼板15を配置する。 Then, place the steel plates 15 of the bolt holes formed in each of the portion to be the four corners of the heat sink 1. これにより、鋼製容器14内にフィン11を一体とした放熱板1を形成するための内部空間が形成される。 Thus, the inner space for forming the radiator plate 1 with integral fins 11 on the steel container 14 is formed.

【0023】この後、鋼製容器14の内部空間にセラミックス分散材である炭化珪素粉末16を充填する。 [0023] Then, filling the silicon carbide powder 16 is ceramic dispersed material in the inner space of the steel container 14. 炭化珪素は、AlNからなる絶縁基板5と熱膨張係数が近接しており、絶縁基板5を放熱板に内蔵したときにおいても放熱板1の反りを抑制することができる。 Silicon carbide, an insulating substrate 5 and the thermal expansion coefficient of AlN is that close, it is also possible to suppress the warping of the heat radiating plate 1 at the time with a built-in insulating substrate 5 to the heat radiating plate. また、炭化珪素は熱伝導率が高く、放熱性に優れている。 Moreover, silicon carbide has a high thermal conductivity, and excellent heat dissipation. この炭化珪素粉末16の粒度や充填量は、放熱板1を構成する金属基複合材料として要求する特性に応じて変化させればよく、特に充填量を増やしたい場合には、微粉と粗粉末の混合粉末を用いるようにする。 The particle size and the filling amount of the silicon carbide powder 16 may be changed according to characteristics required as a metal matrix composite material constituting the heat radiating plate 1, if you want particular increase filling amount, the fine and coarse powder so that a mixed powder. 本実施形態では、平均粒径20μmの粉末が30重量%に対して100μmの粉末が70重量%の割合で混合した炭化珪素粉末16を用いている。 In the present embodiment, a powder having an average particle size of 20μm are using silicon carbide powder 16 100μm of powder was mixed at a ratio of 70 wt% relative to 30 wt%. また、充填後、鋳造前に炭化珪素粉末16 Also, after filling, silicon carbide powder before casting 16
に充填用の圧力をかけるようにしてもよい。 It may be applying pressure for filling in.

【0024】〔図4に示す工程〕炭化珪素粉末16を充填した鋼製容器14を約650℃で予熱したのち、鋳造用金型内に設置し、直ちに約750℃のアルミニウム合金溶湯(例えば、A1−12%Si−0.3%Mg合金)を金型内に注湯する。 [0024] After preheating the steel container 14 filled with silicon carbide powder 16 at about 650 ° C. [Step 4], is placed in a casting mold, immediately about 750 ° C. of the molten aluminum alloy (e.g., the A1-12% Si-0.3% Mg alloy) is poured into the mold. ついで、加圧パンチにて溶湯を加圧し、鋼製容器14内の炭化珪素粉末16の間隙に溶融アルミニウム合金を浸透させ、炭化珪素とアルミニウム合金からなる金属基複合材料17とする。 Then, the melt is pressurized at pressure punch, infiltrated with molten aluminum alloy into the gap of the silicon carbide powder 16 in the steel container 14, the metal matrix composite material 17 consisting of silicon carbide and aluminum alloys.

【0025】このように、高圧鋳造法によって金属基複合材料17が形成される。 [0025] Thus, the metal matrix composite 17 by high pressure casting is formed. この高圧鋳造法によると、静水圧で金属を加圧して、特性改良用分散材となる炭化珪素粉末16にアルミニウム合金を含浸させるため、炭化珪素粉末16が縮小して絶縁基板5との間に隙間が生じ、この隙間にアルミニウム合金を含浸させることができる。 According to the high-pressure casting method, by pressurizing the metal in hydrostatic pressure, to impregnate the aluminum alloy in the silicon carbide powder 16 to be a characteristic improved dispersion material, between the silicon carbide powder 16 to the insulating substrate 5 by reducing a gap, the aluminum alloy can be impregnated into this gap. 従って、絶縁基板5と金属基複合材料17の間に、例えば、0.1mm程度のアルミニウム合金の金属膜18を介在させることが可能になる。 Thus, between the insulating substrate 5 and the metal matrix composite material 17, for example, it is possible to interpose a metal film 18 of 0.1mm around an aluminum alloy.

【0026】このように絶縁基板5と金属基複合材料1 The insulating substrate 5 thus the metal matrix composite material 1
7の間に金属膜18を形成することにより、絶縁基板5 By forming the metal film 18 during the 7, the insulating substrate 5
と金属基複合材料17を直接接合する場合に比して絶縁基板5と接触する金属部分の面積を大きくすることができるため、金属基複合材料17と絶縁基板5との接合力を向上させることができる。 The metal matrix composite material 17 for the area of ​​the metal portion in contact with the insulating substrate 5 in comparison with the case of direct bonding can be increased, to improve the bonding strength between the insulating substrate 5 and the metal matrix composite material 17 and can. また、金属膜18は、金属基複合材料17に比してヤング率が低いため(SiC/ Also, the metal film 18, since the Young's modulus is lower than the metal matrix composite material 17 (SiC /
Alからなる金属基複合材料17は約260GPa、A Metal matrix composite material 17 made of Al is about 260 GPa, A
lからなる金属膜18は70GPa)、絶縁基板5との間で緩衝材としての役割を果たすため、より接合力を向上させることができる。 Metal film 18 made of l is 70 GPa), to serve as a buffer between the insulating substrate 5, it is possible to further improve the bonding strength.

【0027】また、絶縁基板5の表面にその焼結助剤であるイットリウムが塗布されているため、この高圧鋳造時にイットリウムが薄膜層側に拡散し、絶縁基板5と金属膜18との接合界面にイットリウム、アルミニウム、 Further, since the yttrium its sintering aid on the surface of the insulating substrate 5 is applied, the bonding interface between the yttrium high-pressure casting is diffused into the thin film layer side, the insulating substrate 5 and the metal film 18 to yttrium, aluminum,
シリコン等からなる化合物が形成されることにより、接合強度を向上させることができる。 By compound made of silicon or the like is formed, it is possible to improve the bonding strength. なお、この金属膜1 In addition, the metal film 1
8の膜厚は、加圧パンチの圧力を制御することによって制御可能である。 8 film thickness can be controlled by controlling the pressure of the pressing punch.

【0028】次に、この金属基複合材料17を凝固、冷却する。 Next, the metal matrix composite material 17 solidified and cooled. これにより、鋼製容器14内の金属基複合材料17に絶縁基板5、ボルト穴形成用の鋼板15及び成形容器13が鋳ぐるまれたインゴットができる。 Accordingly, it is a steel insulating substrate 5 in the metal matrix composite material 17 of the container 14, the ingot steel 15 and molded containers 13 for bolt hole formation was cast Guruma. そして、 And,
冷却した後、インゴットから鋼製容器14を取り出す。 After cooling, take out the steel container 14 from the ingot.
ここで、アルミニウム合金を母材として選んでいるが、 Here, the aluminum alloy is selected as the base material,
これはアルミニウム合金の溶融温度が低く、この程度の温度であれば塩化ナトリウムでできた成形容器13が溶融しないからである。 This low melting temperature of the aluminum alloy, molded container 13 made of sodium chloride, if the temperature of this order is because not melt. また、アルミニウム合金の熱伝導率は比較的高く、放熱性に優れているからである。 The thermal conductivity of the aluminum alloy is relatively high, is because has excellent heat dissipation.

【0029】〔図5に示す工程〕鋼製容器14から絶縁基板5、ボルト穴形成用の鋼板15、成形容器13と共に金属基複合材料17を取り出す。 The insulating substrate 5 from steel container 14 step shown in FIG. 5], the steel sheet 15 of the bolt holes formed to take out the metal matrix composite material 17 with molded container 13. 〔図6に示す工程〕金属基複合材料17から不要なアルミニウム合金を除去するとともに、成形容器13を水洗除去する。 To remove the unwanted aluminum alloy metal matrix composite material 17 a step shown in FIG. 6], washed with water removed molded container 13. 成形容器13は、上述したように塩化ナトリウムで形成されており、水に対して易溶解性の特性を有するため、上記水洗によって完全に除去される。 Molded container 13 is formed with sodium chloride as mentioned above, because of its easy solubility characteristics to water is completely removed by the washing with water.

【0030】この後、鋼板15にドリル等でボルト穴1 The bolt holes 1 in this after, drill or the like to the steel plate 15
0を設けることによって、図2に示すようなフィン11 By providing the 0, fins 11 as shown in FIG. 2
が一体形成された放熱板1が完成する。 There radiator plate 1 is completed, which is integrally formed. このように、複雑な形状に成形でき、かつ金属の溶融温度でも分解・溶融せず、鋳造後に容易に除去できる塩化ナトリウムによって成形容器13を形成しているため、複雑な形状を有する放熱板1を容易に形成することができる。 Thus, can be molded into complex shapes, and not decomposed and melted at the melting temperature of the metal, for forming a molded container 13 by sodium chloride can be easily removed after casting, the heat radiating plate 1 having a complex shape it can be easily formed.

【0031】また、塩化ナトリウムの粒度を小さくしているため、成形容器13の表面は滑らかであり、形成されたフィンの表面も滑らかにすることができる。 Further, since the small particle size of the sodium chloride, the surface of the molded container 13 is smooth, even the surface of the formed fins can be made smooth. このため、フィンの表面を滑らかにするための仕上げ研磨加工を行う必要をなくすことができる。 Therefore, it is possible to eliminate the need to perform finish polishing processing to smooth the surface of the fin. (他の実施形態)上記実施形態では、セラミックス分散材として炭化珪素粉末16を用いたものを説明したが、 Other Embodiments In the above embodiment has been described that using a silicon carbide powder 16 as the ceramic dispersion material,
炭化珪素以外の高熱伝導、低熱膨張のものを用いてもよい。 High thermal conductivity other than silicon carbide, may be used as low thermal expansion. 具体的には、炭化黒鉛、液晶ポリマ(例えば、KE Specifically, graphite carbide, liquid crystal polymer (e.g., KE
VLAR、KEVLAR29、KEVLAR49のようなポリベンチアゾール(PBZT)(なお、KEVLA VLAR, KEVLAR29, poly bench azole such as KEVLAR49 (PBZT) (Note, KEVLA
Rはポリ−P−フェニレンテレフタラミド(PPD− R is a poly -P--phenylene terephthalamide (PPD-
T)から形成される高強度、低密度合成アラミド繊維に対するデュポン社の登録商標である)、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、ボロン、炭化ボロン、ボロン/タングステン、炭化ボロン/タングステン、窒化ボロン、ベリリウム、ベリリア、溶融シリカ、ムライト、ダイヤモンド、ガラス、立方晶窒化ボロン、ボロンシリケート(ホウ化珪素)および酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物、アルミ並びに珪酸アルミニウム(ムライト)およびこれらの組み合わせを用いることができる。 High strength formed of T), low density synthetic aramid fiber is a registered trademark of DuPont for), silicon nitride, alumina, aluminum nitride, boron, boron carbide, boron / tungsten, boron carbide / tungsten, boron nitride, beryllium , using beryllia, fused silica, mullite, diamond, glass, cubic boron nitride, boron silicate (silicon boride) and oxides, nitrides, carbides, borides, aluminum and aluminum silicate (mullite) and combinations thereof can.

【0032】また、セラミックス分散材の形態としては、粉末の他、ウィスカ、繊維等を用いてもよい。 Moreover, the form of the ceramic dispersion material, other powder, whisker, may be used fibers. 上記実施形態では、金属としてアルミニウム合金を用いた場合を示したが、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛及びこれらの合金等を用いてもよい。 In the above embodiment, the case of using an aluminum alloy as a metal, aluminum, magnesium, copper, zinc and may be used alloys thereof. また、上記実施形態では、塩化ナトリウムによって成形容器13を成形したが、金属溶湯の温度によって分解、溶融せず、鋳造後において易溶解性、易崩壊性を有する材質のものであれば他のものを用いてもよい。 Further, in the above embodiment, the molded molded container 13 by sodium chloride, degraded by the temperature of the molten metal, without melting, the other as long as the material having easily soluble, the easily disintegrable after casting it may be used.

【0033】さらに、ボルト穴形成用に鋼板15を用いているが、これは金属基複合材料17が加工しにくいために用いているものであり、この他の金属や、水溶性塩、金属粉末成形体、金属発砲体、金属繊維織物、金属繊維不織布、炭素又はホウ素窒化物繊維、炭素又はホウ素窒化物繊維の織物の不織布、炭素又はホウ素窒化粉末成形体等の易加工性材を用いてもよい。 Furthermore, although using the steel plate 15 to the bolt holes formed which are those metal matrix composite material 17 is used to hard working, the other or metal, water-soluble salts, metal powders moldings, metal foam, metal fiber fabrics, metallic fiber nonwoven, carbon or boron nitride fibers, nonwoven fabrics of carbon or boron nitride fibers, even using a fugitive material such as carbon or boron nitride powder compact good.

【0034】また、上記実施形態では、フィン11の断面形状が楕円状のものを示したが、フィン11の形状はこれに限るものではなく、円形等の形状にしてもよい。 Further, in the above embodiment, the sectional shape of the fins 11 showed that elliptical, shape of the fins 11 is not limited to this and may be shaped such as a circle.
しかしながら、水の流速を妨げずに熱交換効率を高めるためには、断面が楕円状や長円形状等にするのが好ましい。 However, in order to increase the heat exchange efficiency without interfering with the flow rate of water is preferably cross section is elliptical or oval shape. 上記実施形態では、絶縁基板5の表面にその焼結助剤であるイットリウムを塗布するようにしているが、焼結助剤であるイットリウムの添加量を増して焼結した絶縁基板5を用いてもよい。 In the above embodiment, so as to apply the yttrium its sintering aid on the surface of the insulating substrate 5, using an insulating substrate 5 was sintered by increasing the added amount of yttrium is sintering aid it may be. また、焼結助剤としてイットリウムを用いている例を示しているが、これに限らず例えばカルシウム、リチウム、ランタン等およびこれらの酸化物を用いることも可能である。 Also, although an example of using a yttrium as a sintering aid, calcium, the present invention is not limited thereto, it is also possible to use lithium, lanthanum, and the like, and these oxides.

【0035】なお、上記実施形態では、高圧鋳造法によって粉状のセラミック分散材を用い絶縁基板5を備えた放熱板1を形成しているが、粉状のセラミック分散材1 [0035] In the above embodiment, although the form radiator plate 1 having the insulating substrate 5 with a powdered ceramic dispersed material by a high-pressure casting method, powdered ceramic dispersed material 1
6を予め固形にしておく高圧鋳造用およびダイカスト法によって放熱板1を形成するようにしても良い。 6 may be formed with heat radiating plate 1 by a high-pressure casting and die casting to keep in advance a solid a.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施形態における放熱板1を適用したパワーモジュール2の模式的な断面図である。 1 is a schematic sectional view of the power module 2 to which the heat radiating plate 1 in an embodiment of the present invention.

【図2】図1における放熱板1の模式図である。 Is a schematic view of the heat sink 1 in FIG. 1;

【図3】放熱板1の製造工程を示す図である。 3 is a diagram showing a manufacturing process of the heat sink 1.

【図4】図3に続く放熱板1の製造工程を示す図である。 Is a diagram showing the manufacturing process of FIG. 4 subsequent to FIG radiating plate 1.

【図5】図4に続く放熱板1の製造工程を示す図である。 5 is a diagram showing a manufacturing process of the heat radiating plate 1 subsequent to Fig.

【図6】図5に続く放熱板1の製造工程を示す図である。 6 is a diagram showing a manufacturing process of the heat radiating plate 1 subsequent to FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…放熱板、2…パワーモジュール、3…IGBT、5 1 ... radiating plate, 2 ... power modules, 3 ... IGBT, 5
…絶縁基板、10…ネジ穴、11…フィン、13…成形容器、14…鋼製容器、15…鋼板、16…炭化珪素、 ... insulating substrate, 10 ... screw hole, 11 ... fin, 13 ... molding container 14 ... steel container, 15 ... steel, 16 ... silicon carbide,
17…金属基複合材料、18…金属膜。 17 ... metal matrix composite material, 18 ... metal film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 FI H01L 23/36 H01L 23/36 D (72)発明者 山本 剛 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 北條 浩 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 西野 直久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 6 identification symbol FI H01L 23/36 H01L 23/36 D (72 ) inventor Tsuyoshi Yamamoto Kariya, Aichi Showacho 1-chome 1 address stock Company in DENSO ( 72) inventor Hiroshi Hojo Aichi Prefecture Aichi-gun Nagakute Oaza Nagakute-shaped side street No. 41 land of 1 Co., Ltd. Toyota central Research Institute in (72) 1 stock of the invention's Naohisa Nishino Aichi Prefecture Aichi-gun Nagakute Oaza Nagakute-shaped side street No. 41 place company Toyota central Research Institute in

Claims (6)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 一面側に電気素子(3、4)が配置される絶縁基板(5)と、該絶縁基板の他面側に配置される金属基複合材(1)とを備えてなる金属基複合鋳造品の製造方法であって、 型(14)内の所定の面に前記絶縁基板(5)を設置し、前記型(14)内に前記金属基複合材(1)を形成するための内部空間を形成する工程と、 前記型(14)内の内部空間に、セラミックス分散材(16)を充填する工程と、 前記セラミックス分散材(16)の間隙に溶融金属を加圧浸透させると共に該溶融金属を凝固させて、前記絶縁基板(5)との間に前記金属の薄膜(18)を介在させて前記金属基複合材(1)を形成する工程と、 前記金属基複合材料を前記型(14)から取り出す工程と、を備えたことを特徴とする金属基複合鋳造品の 1. A metal consisting includes an insulating substrate electric element (3, 4) are arranged on one side (5), metal matrix composite material is disposed on the other surface of the insulating substrate (1) a method of manufacturing a matrix composite castings, the mold (14) said insulating substrate is set (5) in a predetermined plane within said mold (14) said metal matrix composite material (1) for forming in the forming an interior space, the interior space of said mold (14) in the step of filling ceramic dispersing material (16), the molten metal in the gap between the ceramic dispersed material (16) causes the pressure infiltration solidifying the molten metal, forming a thin film (18) is interposed in said metal matrix composite material (1) of said metal between said insulating substrate (5), said metal matrix composite material wherein type (14) taking out from the metal matrix composite castings, characterized in that it comprises 造方法。 Production method.
  2. 【請求項2】 前記金属基複合材(1)を形成する工程では、前記加圧浸透時における加圧力を制御することによって、前記絶縁基板(5)と前記金属基複合材(1) The method according to claim 2, wherein the step of forming the metal matrix composite material (1), by controlling the pressure during the pressureless permeation, the insulating substrate (5) and the metal matrix composite material (1)
    との間に介在させる前記金属の薄膜(18)の膜厚を制御することを特徴とする請求項1に記載の金属基複合鋳造品の製造方法。 Metal group method of producing a composite casting according to claim 1, characterized in that to control the thickness of the thin film (18) of the metal to be interposed between the.
  3. 【請求項3】 前記絶縁基板(5)に焼結助剤を含ませておき、前記金属基複合材料を形成する工程にて、前記焼結助剤を前記溶融金属側に拡散させるようにすることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属基複合鋳造品の製造方法。 3. A previously moistened with a sintering aid to the insulating substrate (5) at the step of forming the metal matrix composite material, to the sintering aid so as to diffuse into the molten metal side metal group method of producing a composite casting according to claim 1 or 2, characterized in that.
  4. 【請求項4】 前記焼結助剤として、イットリウムを用いることを特徴とする請求項3に記載の金属基複合鋳造品の製造方法。 4. As the sintering aid, the metal base method of producing a composite casting according to claim 3, wherein the use of yttrium.
  5. 【請求項5】 前記溶融金属としてアルミニウムを用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の金属基複合鋳造品の製造方法。 5. A metal base method of producing a composite casting according to any one of claims 1 to 4, characterized in that aluminum is used as the molten metal.
  6. 【請求項6】 一面側に電気素子(3、4)が配置される絶縁基板(5)と、該絶縁基板の他面側に配置される金属基複合材(1)とを備えてなる金属基複合鋳造品であって、 前記絶縁基板と前記金属基複合材との間には、金属と焼結助剤と含んだ化合物が介在していることを特徴とする金属基複合鋳造品。 6. A metal consisting includes an insulating substrate electric element (3, 4) are arranged on one side (5), metal matrix composite material is disposed on the other surface of the insulating substrate (1) a group composite casting, wherein between the insulating substrate and the metal matrix composite material, a metal matrix composite castings, wherein a compound containing a metal and a sintering aid is interposed.
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