JPWO2007129715A1 - アルミニウム−炭化珪素質複合体及びその加工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、外周形状が複雑形状の場合、最終形状の型枠を用いて複合化すると、複合化後の冷却過程でコーナー部分に応力が集中しクラックが発生する問題があった。外周部分がアルミニウム合金からなる例えば図1に示す構造の複合体を作製し、外周部分を機械加工する方法もあるが、この場合も、加工時にアルミニウム合金とアルミニウム−炭化珪素質複合体の熱膨張差に起因する応力のバランスが崩れ、クラックが発生する。このため、複雑形状のベース板を作製するには、製品形状より大きな平板状のアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、アニール処理等により十分に内部歪みを除去した後、ダイヤモンド製の工具を用いて、外周形状を研削加工する必要があり、この場合、加工コストが非常に高価になってしまうという難点があった。
(1)平板状の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アルミニウム−炭化珪素質複合体であって、
両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、側面部及び穴部をウォータージェット加工し、側面にはアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有しないことを特徴とするアルミニウム−炭化珪素質複合体。
(2)前記アルミニウムを主成分とする金属が、シリコンを7〜25質量%含有してなる上記(1)に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
(3)前記アルミニウムを主成分とする金属が、マグネシウムを0.5〜0.9質量%含有してなる上記(1)又は(2)に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体を用いてなるパワーモジュール用ベース板。
(5)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る方法が、高圧鍛造法の溶湯鍛造法であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
(6)アルミニウムを主成分とする金属を含浸させた後に、400〜550℃の温度で10分以上のアニール処理を行う上記(5)に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
(7)平板状の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アルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法であって、
前記アルミニウム−炭化珪素質複合体の側面部及び穴部をウォータージェットにより加工せしめて、両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、かつアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を側面に有しないようにすることを特徴とするアルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法。
(8)前記ウォータージェットによる加工水圧が200〜300MPa、加工速度が100mm/min以下である上記(7)に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法。
このため、今後益々多様化する高信頼性を要求される半導体部品搭載用パワーモジュール用のベース板等として好適である。
また、粒子径分布も特に制限はなく、単独あるいは粒度調整を行って使用しても構わない。例えば、40μm以上の平均粒子径のSiC粗粉が好ましくは40〜80質量%と、15μm以下の平均粒子径のSiC微粉を好ましくは60〜20質量%混合した混合粉末を用いることが一例として挙げられる。
乾燥方法については特に制限はないが、1枚ずつ乾燥を行うか、SiC粉末の成形体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、乾燥による反り形状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。
更に、本発明のアルミニウム−炭化珪素質複合体はアルミニウム合金からなるアルミニウム層を側面に有しないことを特徴とするものである。側面にアルミニウム層が残る場合と対照的に、側面にアルミニウム層が有さない場合は、めっき後に側面に付着した半田が容易に除去できるので、半田付着による寸法変化が大幅に小さくなるため、小型化されたパワーモジュールにも容易に実装可能である。
アルミニウム−炭化珪素質複合体の側面は、その全面がアルミニウム層を有しない場合が好ましいが、本発明では、必ずしも全側面がアルミニウム層を有しなくともよく、その一部の側面にアルミニウム層を有しない場合もそれなりの効果を有する。本発明では、なかでも、側面の面積の好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上がアルミニウム層を有しない場合が好適である。
加工条件の一例を挙げるとアルミニウム−炭化珪素質複合体の厚みが5mmであり、水圧200MPa及び加工速度100mm/minの加工条件でウォータージェット加工する場合、両主面の寸法差を0.6mm以内に抑えるためには、アブレシブノズル径を1.0mm以下にするか、ノズルヘッドを被加工体に対して垂直方向から外側に3°〜20°傾けるとよい。
また、ウォータージェットで加工することにより、容易に複雑な形状に加工できるという特長に加え、加工時間が大幅に短縮するという効果も有する。
このため、今後益々多様化する高信頼性を要求される半導体部品搭載用パワーモジュール用ベース板等として好適である。
(実施例1)
SiC粉末A(太平洋ランダム社製:NG−220、平均粒子径:60μm)70g、SiC粉末B(屋久島電工社製:GC−1000F、平均粒子径:10μm)30g、及びシリカゾル(日産化学社製:スノーテックス)10gを秤取し、攪拌混合機で30分間混合した後、190mm×140mm×5.0mmの寸法の平板状に圧力10MPaでプレス成形した。得られた成形体を、大気中、900℃で2時間焼成して、相対密度が65%のSiCプリフォームを得た。
実施例1と同様にアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、アブレシブノズル径を0.8mmとした以外は実施例1と同様の条件でウォータージェット加工を行った。
実施例1と同様にアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、ノズルヘッドを被加工体に対し外側に10°傾けて加工を行った以外は実施例1と同様の条件でウォータージェット加工を行った。
実施例1のアルミニウム−炭化珪素質複合体を用い、機械加工(キタムラ機械社製、HX400iF)にて図1の形状に加工した。
図2に示す寸法(単位:mm)で厚みが5.0mmの平板状SiCプリフォームを用いたこと以外は実施例1と同様にアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、実施例1と同様に図1の形状にウォータージェットにて加工を行った。本比較例のアルミニウム−炭化珪素質複合体の側面には1mmのアルミニウム合金層があった。
(実施例4)
なお、2006年5月9日に出願された日本特許出願2006−130044号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (8)
- 平板状の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アルミニウム−炭化珪素質複合体であって、
両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、側面部及び穴部をウォータージェット加工し、側面にはアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有しないことを特徴とするアルミニウム−炭化珪素質複合体。 - 前記アルミニウムを主成分とする金属が、シリコンを7〜25質量%含有してなる請求項1に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
- 前記アルミニウムを主成分とする金属が、マグネシウムを0.5〜0.9質量%含有してなる請求項1または2に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体を用いてなるパワーモジュール用ベース板。
- 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る方法が、高圧鍛造法の溶湯鍛造法であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
- アルミニウムを主成分とする金属を含浸させた後に、400〜550℃の温度で10分以上のアニール処理を行う請求項5に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の製造方法。
- 平板状の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アルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法であって、
前記アルミニウム−炭化珪素質複合体の側面部及び穴部をウォータージェットにより加工せしめて、両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、かつアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を側面に有しないようにすることを特徴とするアルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法。 - 前記ウォータージェットによる加圧水圧が200〜300MPa、加工速度が100mm/min以下である請求項7に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体の加工方法。
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