KR101115865B1 - 성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량 - Google Patents

성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량 Download PDF

Info

Publication number
KR101115865B1
KR101115865B1 KR1020097006856A KR20097006856A KR101115865B1 KR 101115865 B1 KR101115865 B1 KR 101115865B1 KR 1020097006856 A KR1020097006856 A KR 1020097006856A KR 20097006856 A KR20097006856 A KR 20097006856A KR 101115865 B1 KR101115865 B1 KR 101115865B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
powder
metal powder
transfer member
compressed gas
Prior art date
Application number
KR1020097006856A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090091109A (ko
Inventor
노리타카 미야모토
요시히코 츠즈키
Original Assignee
도요타 지도샤(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타 지도샤(주) filed Critical 도요타 지도샤(주)
Publication of KR20090091109A publication Critical patent/KR20090091109A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101115865B1 publication Critical patent/KR101115865B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814Conductive parts
    • H01L21/4871Bases, plates or heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249986Void-containing component contains also a solid fiber or solid particle

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

저압의 압축 가스를 이용하여 금속 분말을 고상 상태인 채 기재에 분무하여 피복을 형성하는 경우에도, 그 금속 분말의 부착 효율을 높일 수 있는 피막의 성막 방법을 제공한다. 고상 상태의 금속 분말 (p) 을 압축 가스와 함께, 기재 (11) 의 표면 (11a) 에 분무하고, 상기 금속 분말 (p) 로부터 피막 (12) 를 기재 (11) 의 표면 (11a) 에 성막하는 성막 방법으로서, 상기 금속 분말 (p) 로서, 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0g/㎤ 이고, 평균 입경이 25㎛ 이하인 성막용 분말을 적어도 함유하는 분말을 사용한다.

Description

성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량{METHOD OF FORMING FILM, HEAT TRANSFER MEMBER, POWER MODULE, INVERTER FOR VEHICLE AND VEHICLE}
본 발명은 고상 상태의 금속 분말을 가스 압축과 함께 기재 표면에 분무하여, 상기 금속 분말의 조성을 함유하는 피막을 성막하는 성막 방법, 그 성막 방법에 의해 성막 된 전열 부재, 그 전열 부재를 구비한 파워 모듈, 그 파워 모듈을 구비한 차량용 인버터, 및 그 차량용 인버터를 구비한 차량에 관한 것이다.
종래부터, 차량의 인버터 등에 사용되는 파워 모듈은, 도 9 에 나타내는 전자 부품으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 파워 모듈 (70) 은, 실리콘 소자로 이루어지는 파워 소자 (71) 와, 땜납층 (72) 을 개재하여 파워 소자 (71) 를 고정시킨 질화 알루미늄으로 이루어지는 절연 부재 (73) 와, 알루미늄으로 이루어지는 히트 싱크 부재 (74) 를 적어도 함유하고 있다. 또한, 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (74) 사이에는 파워 소자 (71) 로부터 발열된 열을 히트 싱크 부재 (74) 에 전달하여 방열시키는 목적과, 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (74) 의 열팽창차를 완화시키는 목적을 겸비한, 구리-몰리브덴 (Cu-Mo) 또는 알루미늄-탄화규소 (Al-SiC) 로 이루어지는 완충 부재 (75) 가 배치 형성되어 있다. 완충 부재 (75) 는, 절연 부재 (73) 에 대해 땜납층 (76) 에 의해 고정되어 있고, 히트 싱크 부재 (74) 에 대해 실리콘 그리스 (77) 에 의해 고정되어 있다. 이와 같이, 완충 부재 (75) 는 히트 싱크 부재 (74) 와 함께, 파워 소자 (71) 로부터의 열을 방열시키기 위한 전열 부재를 구성하고 있다.
그러나, 파워 모듈 (70) 은, 완충 부재 (75) 를 고정시키는 실리콘 그리스 (77) 의 열전도성이 다른 부재에 비해 낮기 때문에, 실리콘 그리스 (77) 가 파워 소자 (71) 의 열을 히트 싱크 부재 (74) 에 전달하는 장해로 되어 있다. 이것을 회피하려면, 예를 들어, 실리콘 그리스 (77) 를 이용하지 않고, 히트 싱크 부재 (74) 의 표면에 직접적으로 구리-몰리브덴 (Cu-Mo) 을 용사함으로써, 완충 부재 (75) 를 피막으로서 성막하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법은, 금속 분말을 용융시키고, 또한, 용융된 금속을 기재에 분무시키기 때문에, 피막의 산화가 격렬하여 기재가 받는 열 영향도 크기 때문에, 바람직한 방법이라고는 말할 수 없다. 그래서, 최근 콜드 스프레이법이라고 불리는 피막 형성법이 제안되어 있다. 이 콜드 스프레이법은, 피막 재료의 융점 또는 연화 온도보다 낮은 온도로 가열한 압축 가스를, 테이퍼 부채꼴 (라벨) 노즐에 의해 유속을 높이고, 이 가스 흐름 중에 피막의 재료가 되는 분말을 투입하여 가속시키고, 그 분말을 고상 상태 그대로 기재에 고속으로 충돌시켜 피막을 형성하는 방법이다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평6-37438호
발명의 개시
그러나, 콜드 스프레이법에 의해, 기재에 금속 분말을 이용하여 성막하는 경우에는, 금속 분말을 고상 상태로 분무하므로 부착 효율이 낮다. 그래서, 부착 효율을 높이기 위해서는, 기재로의 금속 분말의 충돌 변형을 크게 할 필요가 있었다. 구체적으로는, 기재로의 금속 입자의 충돌 속도를 높이거나 기재의 금속 입자의 충돌 압력을 높이도록, 분무시의 압축 가스의 압력을 높일 필요가 있었다. 이 경우, 압축 가스의 압력을 높임에 따라, 성막 설비의 비용, 및 사용하는 압축 가스의 비용이 높아져 버린다. 또, 압축 가스를 상승시킴에 따라 충돌시의 금속 분말의 충돌 변형이 커져 버려, 예를 들어, 다기능성을 가진 원하는 다공질상의 피막 (구체적으로는, 피막 중에 원하는 크기의 기공이 균일하게 분산된 피막) 을 성막하는 것이 어려워진다.
한편, 금속 분말의 부착 효율을 높이는 방법으로서는, 분무 전의 금속 분말을 가열하고, 기재에 충돌시키는 금속 분말의 온도를 높이는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 기재에 충돌시키는 금속 분말의 온도를 높인 경우에는, 금속 분말이 산화되기 쉬워져, 산화물이 적은 피막을 형성한다는 콜드 스프레이 본래의 특성을 해치는 경우도 있다.
또한, 금속 분말의 입경을 작게 함으로써, 압축 가스에 반송되는 금속 분말의 충돌 속도를 높이는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 금속 분말의 입경을 작게 한 경우에는, 기재에 충돌하여 반사된 압축 가스의 여파를 받게 되는 경우도 있고, 결과적으로, 기재에 충돌하는 금속 분말의 속도를 충분히 높이는 것이 어렵다.
본 발명은, 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 것은, 비록 저압의 압축 가스를 이용하여, 금속 분말을 고상 상태 그대로 기재에 분무하여 피막을 형성하는 경우에도, 그 금속 분말의 부착 효율을 높일 수 있는 피막의 성막 방법을 제공함과 함께, 그 성막 방법에 의해 제조된 전열 부재, 그 전열 부재를 구비한 파워 모듈, 그 모듈을 구비한 차량용 인버터, 및 그 차량용 인버터를 구비한 차량을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 발명자들은, 피막의 부착 효율을 높이는 방법으로서, 기재에 분무하는 금속 분말에 착안하여, 그 금속 분말의 겉보기 밀도 및 금속 분말의 평균 입경이 어느 범위를 만족한 경우에, 기재로의 금속 분말의 부착 효율이 획기적으로 향상된다는 새로운 견지를 얻었다.
본 발명은, 발명자들이 얻은 이 새로운 견지에 기초하는 것으로, 본 발명에 관련된 성막 방법은, 콜드 스프레이법에 의해 고상 상태의 금속 분말을 압축 가스와 함께 기재 표면에 분무하여 상기 금속 분말로부터 피막을 상기 기재 표면에 성막하는 성막 방법으로서, 상기 금속 분말로서 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0g/㎤ 이고, 평균 입경이 18㎛ ~ 22㎛ 인 성막용 분말을 적어도 함유하는 분말을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이른바 콜드 스프레이법에 의해, 압축 가스와 함께 금속 분말을 용융시키지 않고 고상 상태의 금속 분말을 기재 표면까지 반송하여, 그 고상 상태의 금속 분말을 기재에 분무하였다. 그 분무에 의해 금속 분말은, 기재 표면에 부착, 퇴적되어 피막으로서 형성된다. 그 피막은 금속 분말이 고상 상태를 퇴적시켜 성막되기 때문에, 용융시켜 성막된 것에 비해 산화되기 어렵다. 이 결과, 기재의 표면에, 보다 순도가 높은 금속 피막을 얻을 수 있어, 피막의 열전도성을 확보할 수 있다.
또한, 금속 분말에 포함되는 성막용 분말로서 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0 g/㎤ 이하이고, 평균 입경이 25㎛ 이하인 분말을 분무한다. 상기 범위의 겉보기 밀도를 만족하고, 또한, 상기 범위의 평균 입경을 만족하는 분말을 사용함으로써, 압축 가스로서 저압 (예를 들어 0.6MPa 정도) 의 압력을 사용한 경우에도, 금속 분말의 부착 효율을 향상시킬 수 있다. 이 결과로서, 상기 금속 분말의 부착 효율은 향상되므로, 분무시의 금속 분말의 충돌 속도, 충돌 압력, 또는, 금속 분말의 온도를 높일 필요가 없다. 특히, 상기 성막용 분말을 이용하면, 기재 표면에 기공이 피막 중에 균일하게 분산된 다공질상의 피막을 형성하는 것이 용이해진다. 또한, 후술하는 바와 같이, 다공질상의 피막은 발열체의 발열에 의해 열팽창하는 부재끼리 (일방이 기재) 의 열팽창차를 완화시키는 목적으로 사용하는 경우에는 특히 유효하다.
상기 성막용 분말의 겉보기 밀도가 1.4g/㎤ 미만인 분말은 제조하기 어렵고, 기재에 충돌하기 전에 분쇄될 우려가 있다. 한편, 겉보기 밀도가 2.0g/㎤ 보다 큰 경우에는, 분말의 밀도가 크기 때문에, 분말 입경이 커짐에 따라 분말이 압축 가스의 기류를 타기 어려워져, 기재로의 분말의 부착 효율이 저하된다. 또, 평균 입경이 25㎛ 보다 큰 경우, 분말에 충분한 운동 에너지 (충돌 에너지) 를 공급하지 못해, 기재로의 분말의 부착 효율이 저하되어 버린다. 또한, 상기 성막용 분말의 평균 입경은 1㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 상기 성막용 분말의 평균 입경이 1㎛ 보다 작은 경우에는, 기재에 분무되어 반사된 압축 가스 여파의 영향을 받아 분말의 부착 효율이 저하되는 경우가 있다.
본 발명에서 말하는 「겉보기 밀도」란, 부피 밀도라고도 불리고, 테이핑 (tapping) 등에 의해 금속 분말을 가압하지 않고, 일정 용적의 용기에 금속 분말을 충전하여, 충전된 금속 분말의 총중량을 금속 분말이 충전된 용기의 내용적 (금속 분말의 체적) 으로 나눈 값을 말하고, 본 발명에서는 루스 겉보기 밀도 (루스 부피 밀도) 를 말한다.
본 발명에 관련된 성막 방법은, 상기 성막용 분말로서 10㎛ 이하의 분말로부터 조립(造粒)한 조립 분말을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 의하면, 평균 입경이 10㎛ 이하인 금속 분말로부터 평균 입경이 25㎛ 이하인 성막용 분말을 조립하므로, 앞서 나타낸 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0g/㎤ 가 되도록 성막용 분말을 쉽게 조립한다. 그리고, 이와 같은 조립한 성막용 분말을 이용하여 성막한 경우에는, 저압 (예를 들어 0.6MPa 정도) 의 압축 가스로서도 피막을 성형하는 것이 가능하고, 또한, 기재 상에 후술하는 다공질상의 피막을 형성하기 쉽다.
또, 조립 방법으로서는, 바인더를 이용하여 10㎛ 이하의 분말을 결합하여 괴상으로 하고, 그 괴상이 된 분말을 분쇄하여 입상하는 조립하는 방법이나, 압출 조립, 전동 조립 등의 방법을 들 수 있고, 상기 범위의 겉보기 밀도, 및 상기 범위의 평균 입경을 만족할 수 있는 것이 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 관련된 성막 방법은, 상기 성막용 분말에 조립하는 조립용 분말로서, 가스 아토마이즈 분말, 물 아토마이즈 분말, 또는 전해 분말을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 특히, 전기 분해를 이용하여 전극에 상기 금속을 석출시킴으로써 제조된 전해 분말은, 다른 분말에 비해 요철을 많이 포함하여 표면에 공간을 가진 형상으로 되어 있으므로 부착 효율이 높다. 예를 들어, 상기 형상의 분말로서, 포도 송이 형상 분말 (포도상 분말), 수목의 가지 형상 분말 (수지상 분말) 을 들 수 있다. 또, 이와 같은 이유로부터, 본 발명에 관련된 성막 방법의 성막용 분말은, 조립을 실시하지 않은, 상기 범위의 겉보기 밀도 및 상기 범위의 평균 입경을 만족하는 전해 분말을 이용해도 된다.
또한, 상기 금속 분말로서, 예를 들어, 알루미늄, 크롬, 니켈, 구리, 철 및 이들 합금 중 선택되는 적어도 1 개의 재료를 함유하는 분말을 들 수 있는데, 보다 바람직한 금속 분말로서는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 분말이다. 본 발명에 의하면, 금속 분말에, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 분말을 사용함으로써, 부착성을 높여 피막의 열전도성 및 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 성막 방법은, 상기 금속 분말로서 상기 성막용 분말을 60 질량% 이상 함유하는 금속 분말을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 의하면, 적어도 상기 성막용 분말을 60 질량% 이상 함유함으로써 피막의 부착 효율을 높일 수 있다. 즉, 성막용 분말이 60 질량% 보다 적은 경우에는, 피막의 부착 효율이 저하되어 성막 시간이 길어진다.
본 발명에 관련된 성막 방법은 상기 압축 가스로서 상기 압축 가스의 압력이 0.4 ~ 1.0MPa 인 압축 가스를 사용하는 것이 보다 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.4 ~ 0.8MPa 이다. 본 발명에 의하면, 상기 압력 범위의 압축 가스를 사용함으로써 전열 부재에 사용하는 데 바람직한 피막을 형성할 수 있다. 즉, 압축 가스의 압력이 0.4MPa 보다 작은 경우에는 금속 분말 (성막용 분말) 의 부착이 어려워지고, 1.0MPa 보다 큰 경우에는 금속 분말의 운동 에너지 (충돌 에너지) 가 높아 성막되는 피막이 치밀해져 다공질 피막을 형성하는 것이 어렵다. 또, 상기 압축 가스의 압력이 0.4 ~ 0.8MPa 이하이면, 보다 확실하게 다공질 피막을 쉽게 성막하게 된다.
본 발명에 관련된 성막 방법은, 상기 금속 분말을 50℃ 이상의 온도 조건에서 상기 금속 분말이 상기 기재의 표면에 분무되도록 가열하는 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 의하면, 기재에 분무되는 분말의 온도 즉 기재에 충돌하기 직전의 분말의 온도를 50℃ 이상이 되도록, 금속 분말을 가열하여 고상 상태인 채 (융점 미만의 온도 조건에서) 분말을 피막으로서 형성함으로써, 피막의 열전도성 및 전기 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 분말의 온도가 50℃ 보다 낮은 경우에는 성막된 피막의 열전도성이 작아진다. 또한, 분무되는 금속 분말의 온도는 200℃ 이하인 것이 바람직하다. 200℃ 보다 높은 경우, 피막의 산화물의 비율이 증가되어 버려, 콜드 스프레이법의 이점을 해칠 우려가 있다. 또, 분무 직전의 상기 금속 분말을 50℃ ~ 200℃ 로 하는 데에는, 압축 가스의 온도를 250℃ ~ 550℃ 로 가열시켜 가열된 압축 가스와 함께 금속 분말을 기재에 분무하는 것이 보다 효율적이다.
또, 본 발명에 관련된 성막 방법에 바람직한 압축 가스로서, 질소 가스 또는 헬륨 가스 등의 불활성 가스, 혹은, 공기 (대기) 등을 들 수 있고, 고상 상태에서 금속 분말을 부착시키고 이들을 퇴적시켜 피막을 형성하는 것, 및, 형성된 피막에 다공질 조직을 얻을 수 있으면, 압축 가스의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 성막 방법을 이용하여 피막을 성막한 전열 부재로서, 본 발명에 관련된 전열 부재는, 상기 피막이 기공율이 5 ~ 50 체적% 인 다공질 피막인 것이 보다 바람직하다. 본 발명에 의하면, 상기 기재의 열팽창률과, 전열 부재의 피막에 접촉하는 부재의 열팽창률이 상이한 경우에도, 이들 부재 사이에 형성되는 피막은 다공질이므로, 피막의 영률은 상기 어느 부재보다 낮고, 기재과 전열 부재의 피막에 접촉하는 부재와의 열팽창차를 완화시킬 수 있다. 이 결과, 열피로에 의한 피막의 계면에 있어서의 박리, 및 피막의 균열을 억제할 수 있다. 또, 금속 분말로서, 상기 분말에 구리 또는 구리 분말을 사용한 경우에는, 상기 피막의 밀도가 4.5 ~ 8.5㎏/㎥ 가 되도록 상기 피막의 성막을 실시하는 것이 보다 바람직하다. 상기 밀도 범위가 되도록 피막의 성막을 실시함으로써, 상기 서술한 5 ~ 50 체적% 의 기공을 가진 다공질 조직으로 이루어지는 피막을 얻을 수 있다.
또한 상기 제조 방법에 의해 제조된 전열 부재는 파워 모듈에 사용되는 것이 바람직하고, 상기 전열 부재의 기재가 상기 파워 모듈을 구성하는 히트 싱크 부재이며, 상기 전열 부재의 피막이 상기 파워 모듈을 구성하는 파워 소자를 탑재한 절연 부재와 상기 히트 싱크 부재 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상기 전열 부재의 피막이 파워 모듈을 구성하는 절연 부재와 히트 싱크 부재 사이에 배치되므로, 히트 싱크 부재의 표면에 열전도를 저해하는 실리콘 그리스를 사용할 필요가 없고, 발열된 파워 소자로부터의 열을 히트 싱크 부재에 의해 바람직하게 전달할 수 있다. 또한, 상기 피막은 다공질 조직이기 때문에, 상기 절연 부재와 히트 싱크 부재 사이의 열팽창차를 완화시킬 수 있다. 이 결과, 열사이클에 의한 피로 강도를 향상시켜 신뢰성이 높은 파워 모듈을 얻을 수 있다.
또한, 이와 같은 파워 모듈은, 기기에 높은 신뢰성이 요구되는 차량용 인버터에 사용되는 것이 바람직하다. 또, 이 제조 방법에 의해 제조된 전열 부재는 열전도성이 좋기 때문에, 상기 전열 부재를, 예를 들어, 차량의 엔진 부품, 전자 기기의 CPU 등의 방열 구조를 갖는 기기에 사용하는 것이 유효하다.
상기 전열 부재의 기재로서, 파워 모듈의 히트 싱크뿐만 아니라, 예를 들어, 컴퓨터, 오디오 기기 등의 히트 싱크에 적용해도 된다. 구체적으로는, 히트 싱크의 표면 중, 발열체측에 접합되는 부분의 표면에 피막을 성막하는 것이 바람직하다. 또, 상기 성막 방법을 이용하고, 예를 들어, 전기 부품의 접점 부분, 이종 금속의 접합 부분 등에 피막을 성막해도 되고, 의장성이 요구되는 장식품, 칼날 등의 표면에 상기 피막을 성막해도 된다.
본 발명에 의하면, 비록 저압의 압축 가스를 이용하고, 금속 분말을 고상 상태인 채 기재에 분무하여 피막을 형성하는 경우에도, 그 금속 분말의 부착 효율을 높일 수 있다.
본 명세서는 본원 우선권의 기초인 일본 특허 출원 2007-163771호의 명세서 및/또는 도면에 기재되어 있는 내용을 포함한다.
도 1 은 본 실시형태에 관련된 성막 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 1 의 (a) 는 본 실시형태의 성막 장치의 모식적인 장치 구성도이며, 도 1 의 (b) 는 기재의 상면 방향으로부터 본, 성막시 노즐의 이동 패턴을 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 실시형태에 의해 제조된 전열 부재를 적용한 파워 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 실시형태의 파워 모듈을 구비한 차량용 인버터와, 그 차량용 인버터를 구비한 차량의 모식도이다.
도 4 는 구리 분말의 특성 및 그 부착 효율의 결과를 나타낸 도면이다.
도 5 는 성막용 구리 분말의 외관을 나타내는 사진도이다.
도 6 은 겉보기 밀도와 평균 입경과 관련된 부착 효율의 결과를 나타낸 도면이다.
도 7 은 열사이클 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
도 8 은 분무 직전의 구리 분말의 온도와 열전도율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 9 는 종래의 파워 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
부호의 설명
10 은 전열 부재, 11 은 기재, 12 는 피막, 30 은 파워 모듈, 32 는 완충 부재, 40 은 인버터, 71 은 파워 소자, 73 은 절연 부재, p 는 구리 분말 (금속 분말) 이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하에, 본 발명에 관련된 성막 방법의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 성막 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 1 의 (a) 는 본 실시형태의 성막 장치의 모식적인 장치 구성도이며, 도 1 의 (b) 는 기재의 상면 방향으로부터 본, 성막시 노즐의 이동 패턴을 나타내는 도면이다.
본 실시형태에 관련된 전열 부재 (10) 는, 알루미늄제의 기재 (11) 에, 고상 상태의 구리 분말 (p) 을 부착시켜 퇴적시킨 피막 (12) 이 성막된 부재로서, 도 1 에 나타내는 성막 장치 (20) 를 이용하여 제조할 수 있다. 성막 장치 (20) 는, 압축 가스 공급 수단 (21) 과, 구리 분말 공급 수단 (22) 과, 노즐 (23) 과, 노즐 이동 수단 (24) 을 적어도 구비하고 있다.
압축 가스 공급 수단 (21) 은, 압축 가스를 후술하는 노즐 (23) 에 공급하기 위한 수단으로서, 압축 가스의 압력을 조정하는 압력 조정 밸브 (21a) 를 개재하여 노즐 (23) 에 접속되어 있다. 또, 압축 가스 공급 수단 (21) 은, 공기, 불활성 가스 등이 충전된 봄베, 대기를 압축하는 컴프레서 등을 들 수 있고, 0.4 ~ 1.0MPa 의 압력 조건의 압축 가스를 노즐 (23) 에 공급할 수 있는 것이 바람직하다. 이것은, 0.4MPa 미만이면 피막이 형성되기 어렵고, 1.0MPa 보다 큰 경우에는 내압성을 가진 성막 설비를 필요로 할 뿐만 아니라, 후술하는 성막되는 피막이 치밀해져, 후술하는 다공질상의 피막을 성막하는 것이 어려워지기 때문이다.
또, 압축 가스 공급 수단 (21) 의 하류에는, 압축 가스를 가열하기 위한 가열 수단 (21b) 이 추가로 배치 형성되어 있다. 가열 수단 (21b) 에 의해 압축 가스를 가열하고, 원하는 온도 조건에서 후술하는 구리 분말 (p) 을 기재 (11) 에 분무할 수 있다. 또한, 가열 수단 (21b) 은, 구리 분말 (p) 을 압축 가스에 의해 간접적으로 가열하기 위한 것이고, 압축 가스 공급 수단 (21) 의 내부에 배치되어 있어도 되고, 후술하는 히터 (23a) 에 의해 구리 분말을 원하는 온도로 가열할 수 있는 것이면, 특별히 필요한 것은 아니다.
구리 분말 공급 수단 (22) 은, 기재 (11) 에 분무하는 구리 분말이 호퍼 (22a) 에 수용되어 있고, 그 구리 분말 (p) 을 소정의 공급량으로 노즐 (23) 에 공급할 수 있도록 노즐 (23) 에 접속되어 있다. 구리 분말 공급 수단 (22) 에 수용되는 구리 분말 (p) 은 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0g/㎤ 이고, 평균 입경이 25㎛ 이하인 성막용 분말을, 구리 분말 (p) 의 전체에 대해 60 질량% 이상 함유하고 있다. 또, 성막용 분말은, 전해 분말, 또는, 10㎛ 이하의 분말로 조립한 조립 분말이다. 또한, 조립한 경우에는, 가스 아토마이즈 분말, 물 아토마이즈 분말, 전해 분말을 조립한 조립 분말이 보다 바람직하다.
또한, 노즐 (23) 은 노즐 이동 수단 (24) 에 접속되어 있고, 노즐 이동 수단 (24) 을 구동시킴으로써, 노즐 (23) 을, 후술하는 도 1 의 (b) 에 나타내는 루트로 이동시킬 수 있다. 또한, 노즐 (23) 의 내부에는, 공급된 구리 분말 (p) 을 가열하기 위한 히터 (23a) 가 형성되어 있다.
그 장치 (20) 를 이용하여, 이하의 방법에 의해 전열 부재 (10) 를 제조한 다. 본 실시형태에서는, 먼저, 직사각형의 개구부 (26a) 를 가진 마스킹판 (masking plate) (26) 의 하방에 기재 (11) 를 배치한다. 또한, 개구부 (26a) 는, 기재 (11) 표면의 직사각형상의 성막 예정 영역 (11a) 에 상당하는 면적을 갖도록 형성되어 있다. 그리고, 분무 방향 (d) 에 있어서, 개구부 (26a) 와 기재 (11) 의 성막 예정 영역 (11a) 이 일치하도록 기재 (11) 를 배치한다.
다음으로, 압력 조정 밸브 (21a) 에 의해 압축 가스를 1.0MPa 이하로 압력 조정함과 함께, 가열 수단 (21b) 에 의해 소정의 온도로 가열시켜 노즐 (23) 에 공급한다. 한편, 구리 분말을 구리 분말 공급 수단 (22) 의 호퍼 (22a) 에 수용하고, 그 구리 분말 공급 수단 (22) 으로부터 노즐 (23) 에 구리 분말을 공급한다. 분무시에 미리 구리 분말이 기재의 표면에 있어서 50℃ ~ 200℃ 의 온도 조건에서 분무되도록, 압축 가스를 가열 수단 (21b) 으로 가열함과 함께, 노즐 (23) 내의 히터 (23a) 로 구리 분말을 가열하여 구리 분말의 온도 조정을 실시한다.
그리고, 도 1 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 기재 (11) 의 표면 (X-Y 평면) 에 대해 노즐 (23) 을 소정의 이동 방향 (도면에서 X 축 방향) 으로 직선 이동시키고, 다음으로, 기재 (11) 에 대해 노즐 (23) 을 상기 방향에 대해 직각 방향 (도면에서 Y 축 방향) 으로 이동시켜, 이 이동을 일련으로 하여 반복함으로써, 기재 (11) 의 성막 영역에 구리 분말을 분무하여 피막 (12) 의 성막을 실시한다. 이와 같은 상태에서, 노즐 (23) 을 개재하여 압축 가스와 함께 고상 상태의 구리 분말을 기재 (11) 의 표면에 분무하여 피막 (12) 을 기재 (11) 의 표면에 성막한다.
이와 같이 하여 성막된 피막은, 상기 성막용 분말을 사용함으로써 압축 가스로서 저압 (예를 들어 0.6MPa 정도) 의 압력을 사용한 경우에도, 금속 분말의 부착 효율을 향상시킬 수 있고, 기재 표면에 기공이 피막 중에 균일하게 분산된 다공질상의 피막을 용이하게 성막할 수 있다.
도 2 는, 본 실시형태에 의해 제조된 전열 부재를 적용한 파워 모듈을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 이미 도 9 에 있어서 나타낸 파워 모듈 (70) 을 구성하는 부재와 동일한 부재는 동일한 부호를 붙여, 상세한 설명은 생략한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 파워 모듈 (30) 은 상기 방법에 의해 제조된 전열 부재 (10) 를 구비하고 있고, 전열 부재를 구성하는 알루미늄제의 기재가, 파워 모듈 (30) 을 구성하는 히트 싱크 부재 (31) 에 포함된다. 또한, 전열 부재를 구성하는 다공질 조직을 가진 구리제의 피막이, 파워 소자 (71) 를 탑재한 질화 알루미늄제의 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (31) 사이에 완충 부재 (32) 로서 배치되어 있다.
이와 같이, 상기 전열 부재의 피막이 파워 모듈 (30) 을 구성하는 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (31) 사이에 배치되므로, 파워 모듈 (30) 은, 히트 싱크 부재 (31) 의 표면에 열전도를 저해하는 실리콘 그리스를 사용할 필요가 없고, 발열된 파워 소자 (71) 로부터의 열을 히트 싱크 부재 (31) 에 의해 바람직하게 전달하여 파워 소자 (71) 의 열을 방열시킬 수 있다. 또, 피막은 다공질 피막이므로, 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (31) 사이의 열팽창차를 완화시킬 수 있다. 이 결과, 피막의 박리, 균열을 방지하고, 열사이클에 의한 열피로 강도를 향상 시켜, 신뢰성이 높은 파워 모듈 (30) 을 얻을 수 있다.
도 3 은, 본 실시형태의 파워 모듈을 구비한 차량용 인버터 (40) 와, 그 차량용 인버터를 구비한 차량 (100) 의 모식도이다. 도 3 에 있어서, 이 실시형태의 차량용 인버터 (40) 는, 엔진과 모터를 사용하는 하이브리드차나, 전기 자동차 등에 사용되어 직류를 교류로 변환시키고, 예를 들어 유도 전동기 등의 교류 부하에 전력을 공급하는 전력 변환 장치이다. 차량용 인버터 (40) 는, 최소한의 구성으로서 상기 실시형태의 파워 모듈 (30), 및 대용량 콘덴서 (41) 등을 구비하여 구성된다. 그리고, 차량용 인버터 (40) 에 배터리 등의 직류 전원 (52) 이 접속되고, 차량용 인버터 (40) 로부터의 UVW 의 3 상 교류 출력은 예를 들어 유도 전동기 (53) 에 공급되어 이 유도 전동기 (53) 를 구동시킨다. 또한 유도 전동기의 구동에 의해 차량 (100) 의 차륜이 회전되어 차량 (100) 을 주행시킬 수 있다. 또한, 차량용 인버터 (40) 는 도시한 예에 한정되는 것이 아니고, 인버터로서의 기능을 갖는 것이면 어떠한 형태여도 된다.
이와 같이 구성된 차량용 인버터 (40) 는, 예를 들어 도 2 의 파워 모듈 (30) 의 파워 소자 (71) 가 작동 중에 고온 상태가 되었을 경우, 파워 소자 (71) 로부터 발생된 열은 땜납층 (72) 을 통해 파워 소자 (71) 를 설치하고 있는 절연 부재 (73) 에 전도되고, 또한, 땜납층 (76) 을 통해 완충 부재 (32) 인 피막에 전도되어, 방열재인 히트 싱크 부재 (31) 로부터 방열된다. 이 때, 완충 부재 (32) 로서 다공질 조직을 가진 피막을 이용하고 있으므로, 절연 부재 (73) 와 히트 싱크 부재 (31) 의 열팽창차를 완충시키는 쿠션재로서 작용한다. 이와 같이 하 여, 이들 부재의 박리 및 균열의 발생을 억제하고, 신뢰성이 높은 차량용 인버터 (40) 를 얻는 것이 가능해져, 차량 (100) 의 안전성도 높일 수 있다.
(실시예)
본 실시형태를 이하의 실시예에 의해 설명한다.
(실시예 1)
콜드 스프레이법에 의해 기재에 구리 피막이 형성된 전열 부재를 제조하였다. 구체적으로는, 구리 피막의 밀도가 7.8㎏/㎥ (기공이 12.4 체적%) 가 되도록 공기 (대기) 를 압축하고, 구리로 이루어지는 고상 상태의 금속 분말을 압축한 공기 (압축 가스) 와 함께, 크기 30㎜×20㎜×두께 5㎜ 의 알루미늄 합금 (JIS 규격 : A6063S-T1) 으로 이루어지는 히트 싱크 부재 (기재) 의 표면에 분무하고, 구리 분말을 이용하고 피막을 성막하여 전열 부재를 제조하였다.
보다 상세하게 설명하면, 마스킹용 30㎜×20㎜ 의 개구부를 가진 마스킹판을 개재하여, 숏블래스트에 의해 표면 처리를 실시한 히트 싱크 부재의 상방 30㎜ 의 위치에 분무용 노즐을 배치하였다. 다음으로, 도 4 의 도표에 나타내는 바와 같이, 구리로 이루어지는 입경 2㎛ 의 물 아토마이즈 분말로부터, 평균 입경 20㎛, 겉보기 밀도 1.52g/㎤ 가 되도록 성막용 구리 분말을 조립하였다. 그리고, 호퍼에 조립한 성막용 구리 분말을 투입함과 함께, 이 구리 분말을 0.2g/s 로 노즐에 공급하였다. 한편, 0.6MPa 로 압축시킨 공기 (압축 가스) 를 노즐에 도입함과 함께, 이 압축 가스를 노즐 내의 히터에 의해 가열시키고, 가열시킨 가스에 이 구리 분말을 공급하여, 히트 싱크 부재의 표면에 있어서, 공기 온도 450℃, 가스 유속 650m/sec, 구리 분말 속도 300m/sec 의 조건에서, 히트 싱크 부재에 고상 상태의 구리 분말을 압축 가스와 함께 분무한다. 그리고, 패스 피치 (pass pitch) 1㎜ 로 하고, 노즐을 소정 속도 (3㎜/sec) 로 이동시켜, 히트 싱크 부재의 표면에 3.2㎜ 의 피막을 성막하여 전열 부재를 제조하였다. 이 때, 기재에 분무한 분말의 중량에 대해 부착된 분말 중량의 비율 (부착 효율) 을 측정하였다. 이 결과를, 도 4, 도 6 에 나타낸다.
(실시예 2 ~ 5)
실시예 1 과 동일하게 하여 기재의 표면에 구리 분말을 성막하였다. 실시예 1 과 상이한 점은 피막 성막시에 이용한 분말이다. 구체적으로는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실시예 2 에서는, 질소 가스에 의해 제분된, 구리로 이루어지는 입경 3㎛ 의 가스 아토마이즈 분말로부터, 성막용의 구리 분말로서 평균 입경 18㎛, 겉보기 밀도 1.88g/㎤ 가 되도록 조립한 분말을 사용하였다. 실시예 3, 4 에서는, 구리로 이루어지는 입경 4.8㎛ 의 전해 분말로부터 성막용 구리 분말로 하여 순서대로 평균 입경 22㎛, 21㎛, 겉보기 밀도 1.64g/㎤, 1.5g/㎤ 가 되도록 조립한 분말을 사용하였다. 또한, 실시예 5 에서는, 전해 분말로서 도 5 의 (a) 에 나타내는, 평균 입경 19.3㎛, 겉보기 밀도 1.64g/㎤ 의 수지상 분말을 사용하였다. 그리고, 실시예 2 ~ 5 에 대해, 구리 분말의 부착 효율을 측정하였다. 이 결과를 도 4, 6 에 나타낸다.
(비교예 1-1 ~ 1-6)
실시예 1 과 동일하게 하여 기재의 표면에 구리 분말을 성막하였다. 실시 예 1 과 상이한 점은 피막 성막시에 사용한 분말이다. 구체적으로는, 비교예 1-1 ~ 1-6 의 구리 분말은, 도 4 에 나타내는 평균 입경 및 겉보기 밀도의 아토마이즈 분말 (조립되어 있지 않은 분말) 이다. 구체적으로는, 비교예 1-1 ~ 1-3 에서는, 도 4 의 표에 나타내는 고압 선회 물 아토마이즈 분말 (비교예 1-1 의 분말은 도 5 의 (b) 참조, 비교예 1-2 의 분말은 도 5 의 (c) 참조) 를 사용하였다. 또, 비교예 1-4, 1-5 에서는 물 아토마이즈 분말을 이용하고, 비교예 1-6 에서는 질소 가스에 의해 제분된 가스 아토마이즈 분말 (비교예 1-6 의 분말은 도 5 의 (d) 참조) 를 사용하였다. 그리고, 비교예 1-1 ~ 1-6 에 대해 구리 분말의 부착 효율을 측정하였다. 이 결과를 도 4, 6 에 나타낸다.
(비교예 2-1 ~ 2-4)
실시예 1 과 동일하게 하여 기재의 표면에 구리 분말을 성막하였다. 실시예 1 과 상이한 점은 피막 성막시에 사용한 분말이다. 구체적으로는, 비교예 2-1 ~ 2-4 의 구리 분말은, 도 4 의 표에 나타내는 평균 입경 및 겉보기 밀도의 조립 분말이다. 구체적으로는, 비교예 2-1, 2-2 는 도 4 에 나타내는 평균 입경의 물 아토마이즈 분말을, 도 4 에 나타내는 평균 입경 및 겉보기 밀도가 되도록 조립하였다. 비교예 2-3, 2-4 는 질소 가스에 의해 제분된 도 4 에 나타내는 평균 입경의 가스 아토마이즈 분말을, 도 4 에 나타내는 평균 입경 및 겉보기 밀도가 되도록 조립하였다. 그리고, 비교예 2-1 ~ 2-4 에 대해 부착 효율을 측정하였다. 이 결과를 도 4, 6 에 나타낸다.
(비교예 3-1 ~ 3-7)
실시예 1 과 동일하게 하여 기재의 표면에 구리 분말을 성막하였다. 실시예 1 과 상이한 점은 피막 성막시에 사용한 분말이다. 구체적으로는, 비교예3-1 ~ 3-7 의 구리 분말은, 도 4 에 나타내는 평균 입경 및 겉보기 밀도의 전해 분말이다. 그리고, 비교예 2-1 ~ 2-4 에 대해 부착 효율을 측정하였다. 이 결과를 도 4, 6 에 나타낸다.
[열사이클 시험]
실시예 1 ~ 5, 비교예 1-2, 1-4, 1-5, 3-1 의 전열 부재에 대해, 전열 부재의 피막 표면에, 질화 알루미늄제의 절연 부재를 땜납에 의해 접합하여 열사이클 시험용 시험편을 제조하고, 그 시험편에 대해 시험편이 손상될 때까지 O℃ 이하의 소정 온도를 하한 온도, 100℃ 이상의 소정 온도를 상한 온도로 한 온도 범위 내에서 반복하여 열부하를 가함으로써 열사이클 시험을 실시하였다. 또한, 참고예로서 피막 대신 구리판 (Cu 판), 구리 몰리브덴판 (Cu-Mo 판) 을 알루미늄 기재 상에 실리콘 그리스로 접합한 전열 부재를 준비하고, 동일한 방법으로 시험편을 제조하여, 그 시험편에 대해 열사이클 시험을 실시하였다. 이 결과를 도 7 에 나타낸다. 또한, 도 7 의 종축은 전열 부재의 손상이 확인되었을 때의 열사이클 수이다. 또, 이들 피막에 형성된 기공을 현미경으로 관찰하여, 각각의 기공률을 대비 관찰하였다.
(결과 1)
도 4 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 ~ 5 의 구리 분말은 비교예의 것에 비해, 부착 효율이 대략 60% 이상으로 높았다. 또한, 도 7 에 나타내 는 바와 같이, 실시예 1 ~ 5 의 피막은, 비교예 및 참고예의 것에 비해, 피막의 기공율이 높고 또한 열사이클 수는 커 내열피로성이 높았다.
(고찰 1)
도 6 으로부터도 명백한 바와 같이, 실시예 1 ~ 5 와 같이, 겉보기 밀도 1.4 ~ 2.0g/㎤ 이고 평균 입경 25㎛ 이하인 구리 분말은, 압축 가스가 저압 (0.4 ~ 1.0MPa 정도) 이어도, 부착 효율이 높아진다고 생각된다. 겉보기 밀도 1.5 ~ 1.7g/㎤ 이고 평균 입경 20㎛ 이하의 구리 분말은 부착 효율이 더욱 높고, 특히, 실시예 5 의 전해 분말을 사용한 경우에는 가장 부착 효율이 높다. 겉보기 밀도가 1.4g/㎤ 미만인 분말은 제조하기 어렵고, 기재에 충돌하기 전에 분쇄될 우려가 있다고 생각된다. 한편, 겉보기 밀도가 2.0g/㎤ 보다 큰 경우에는, 분말의 밀도가 크기 때문에, 분말 입경이 커짐에 따라 분말이 압축 가스의 기류를 타기 어려워져, 기재로의 분말의 부착 효율이 저하된 것이라고 생각된다. 특히, 조립한 입자와 같이 다공질의 입자, 또는, 수지상 또는 포도상의 분말과 같이 표면에 요철이 있고 표면에 공간을 갖는 입자는, 약간의 압축 가스의 압력으로 변형되기 쉽기 때문에, 부착 효율이 높다고 생각된다. 또한, 평균 입경이 25㎛ 보다 큰 경우, 분말에 충분한 운동 에너지 (충돌 에너지) 를 공급하지 못해, 기재로의 분말의 부착 효율이 저하되어 버릴 것으로 생각된다. 한편, 분말의 평균 입경이 1㎛ 보다 작은 경우에는, 기재에 분무되어 반사된 압축 가스 여파의 영향을 받아 분말의 부착 효율이 저하되는 경우가 있다고 생각된다.
또한, 실시예 1 ~ 5 의 피막의 열피로 강도가 높은 것은 기공률이 5 ~ 50 체적% 의 다공질 피막 범위의 피막이 형성되었다고 생각되고, 다공질 피막의 겉보기 상의 영률의 저하에 수반되어, 기재와 절연 부재의 열팽창차를 바람직하게 완충시킬 수 있었기 때문이라고 생각되고, 비교예 1-2, 1-4, 1-5, 3-1 의 열피로 강도가 낮았던 것은, 다공질 피막이 형성되어 있지만, 그 기공률이 작았던 것에 의하는 것으로 생각된다.
(실시예 6)
실시예 1 과 동일하게 하여 전열 부재를 제조하였다. 실시예 1 과 상이한 점은 기재 충돌 직전의 구리 분말의 온도를 도 8 에 나타내는 50℃ 이상의 온도 조건에서 성막한 점이다. 그리고, 실시예 1 과 동일한 방법에 의해 피막의 열전도율을 측정하였다. 이 결과를 도 8 에 나타낸다.
(비교예 4)
실시예 1 과 동일하게 하여 전열 부재를 제조하였다. 실시예 1 과 상이한 점은 기재 충돌 직전의 구리 분말의 온도를 도 8 에 나타내는 50℃ 이상의 온도 조건에서 성막한 점이다. 그리고, 실시예 1 과 동일한 방법에 의해 피막의 열전도율을 측정하였다. 이 결과를 도 8 에 나타낸다.
(결과 2)
도 8 에 나타내는 바와 같이, 실시예 6 인 편이 비교예 4 에 비해, 열전도율은 높고, 50℃ 이상의 어느 온도에서 성막한 피막도 열전도율은 안정적이었다.
(고찰 2)
이와 같이, 안정적인 열전도율을 얻기 위해서는, 기재에 충돌하기 직전의 구 리 분말의 온도를 50℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다고 생각된다. 피막의 전도율이 향상된 것은, 피막 중의 금속 결합의 비율이 증가되었기 때문이며, 금속 결합의 증가는 구리 분말의 가열에 의해, 성막시에 있어서의 에너지가 증가된 것에 의한 것으로 생각된다.
이상, 본 발명의 일 실시형태에 대해 상세히 서술하였는데, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 설계 변경을 실시할 수 있는 것이다.
예를 들어, 본 실시형태에서는 구리 분말을 사용하였는데, 구리 합금의 분말이나, 알루미늄, 크롬, 니켈, 구리, 철 또는 이들 합금으로 이루어지는 분말 등을 들 수 있고, 다공질 조직의 피막을 형성할 수 있는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또, 기재도 알루미늄을 사용하였는데, 상기 금속 분말의 밀착성을 확보할 수 있는 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 관련된 성막 방법에 의해 성막된 부재는 열전도성이 좋기 때문에, 그 전열 부재로 바람직하다. 또, 엔진 부품, 컴퓨터의 CPU, 차량용의 오디오 기기, 가전 제품 등, 엄격한 열환경하에서 방열성이 요구되는 지점에 성막하는 것이 바람직하다. 또, 부착 효율이 높기 때문에 장식품 등 의장성이 요구되는 부재의 표면 코팅에도 바람직하다.

Claims (11)

  1. 콜드 스프레이법에 의해 고상 상태의 금속 분말을 압축 가스와 함께 기재 표면에 분무하고, 상기 금속 분말로부터 피막을 상기 기재 표면에 성막하는 성막 방법으로서,
    상기 금속 분말은 겉보기 밀도가 1.4 ~ 2.0g/㎤ 이고, 평균 입경이 18㎛ ~ 22㎛ 인 성막용 분말을 함유하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성막용 분말로서 10㎛ 이하의 분말로 조립한 조립 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성막용 분말에 조립하는 조립 분말로서, 가스 아토마이즈 분말, 물 아토마이즈 분말, 또는 전해 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 분말로서 구리 또는 구리 합금의 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 분말로서 상기 성막용 분말을 60 질량% 이상 함유하는 금속 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 가스로서 상기 압축 가스의 압력이 0.4 ~ 1.0MPa 의 압축 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속 분말을 50℃ 이상의 온도 조건에서 상기 금속 분말이 상기 기재의 표면에 분무되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 성막 방법에 의해, 상기 기재 표면에 상기 피막이 성막된 전열 부재로서,
    상기 피막은 기공률이 5 ~ 50 체적% 의 다공질 피막인 것을 특징으로 하는 전열 부재.
  9. 제 8 항에 기재된 전열 부재를 구비한 파워 모듈로서,
    상기 전열 부재의 기재가 상기 파워 모듈을 구성하는 히트 싱크 부재이며,
    상기 전열 부재의 피막이 상기 파워 모듈을 구성하는 파워 소자를 탑재한 절 연 부재와, 상기 히트 싱크 부재 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  10. 제 9 항에 기재된 파워 모듈을 구비한 차량용 인버터.
  11. 제 10 항에 기재된 차량용 인버터를 구비한 차량.
KR1020097006856A 2007-06-21 2008-06-11 성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량 KR101115865B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007163771A JP4586823B2 (ja) 2007-06-21 2007-06-21 成膜方法、伝熱部材、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両
JPJP-P-2007-163771 2007-06-21
PCT/JP2008/061066 WO2008156093A1 (ja) 2007-06-21 2008-06-11 成膜方法、伝熱部材、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090091109A KR20090091109A (ko) 2009-08-26
KR101115865B1 true KR101115865B1 (ko) 2012-02-28

Family

ID=40156252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097006856A KR101115865B1 (ko) 2007-06-21 2008-06-11 성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8025921B2 (ko)
JP (1) JP4586823B2 (ko)
KR (1) KR101115865B1 (ko)
CN (1) CN101631896B (ko)
DE (1) DE112008001037B4 (ko)
WO (1) WO2008156093A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101350142B1 (ko) 2012-09-17 2014-01-20 주동진 도전성 구리가 도포된 필름의 제조방법 및 그에 의해 제조된 도전성 필름

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4241859B2 (ja) 2007-07-19 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュールの製造方法、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両
JP2010047825A (ja) * 2008-08-25 2010-03-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 金属皮膜の形成方法及び航空宇宙構造部材
WO2011141979A1 (ja) * 2010-05-10 2011-11-17 トヨタ自動車株式会社 マスキング治具、基板加熱装置、及び成膜方法
WO2011142013A1 (ja) * 2010-05-12 2011-11-17 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP5463224B2 (ja) 2010-07-09 2014-04-09 日本発條株式会社 流路付きプレートの製造方法、流路付きプレート、温度調節プレート、コールドプレート、及びシャワープレート
JP5712054B2 (ja) * 2011-05-31 2015-05-07 日本発條株式会社 シャフト付きヒータユニットおよびシャフト付きヒータユニットの製造方法
JP5691901B2 (ja) * 2011-07-11 2015-04-01 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュールの製造方法
WO2014115251A1 (ja) * 2013-01-23 2014-07-31 株式会社 日立製作所 金属被覆樹脂構造体とその製法
JP5889938B2 (ja) 2014-03-06 2016-03-22 日本発條株式会社 積層体および積層体の製造方法
CN105742252B (zh) * 2014-12-09 2019-05-07 台达电子工业股份有限公司 一种功率模块及其制造方法
TWM519879U (zh) * 2015-08-03 2016-04-01 Dowton Electronic Materials Co Ltd 電子裝置之改良散熱結構
DE102015216047A1 (de) * 2015-08-21 2017-02-23 Continental Automotive Gmbh Schaltungsträger, Leistungselektronikanordnung mit einem Schaltungsträger
FR3052629B1 (fr) * 2016-06-08 2018-06-15 Safran Electronics & Defense Boitier pour equipement avionique comprenant une paroi en materiau composite et des drains thermiques metalliques
CN108085678A (zh) * 2016-11-22 2018-05-29 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 一种高导热涂层内胆的制备方法及其内胆
DE102017002601A1 (de) * 2017-03-17 2018-09-20 Man Truck & Bus Ag Kühlvorrichtung für elektronisches Steuergerät
DE102018115509A1 (de) * 2018-06-27 2020-01-02 Infineon Technologies Ag Wärmedissipationsvorrichtung, Halbleiterpackagingsystem und Verfahren zum Herstellen derselben
CN112975181A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 亚浩电子五金塑胶(惠州)有限公司 散热器结构的焊接方法
KR102649715B1 (ko) * 2020-10-30 2024-03-21 세메스 주식회사 표면 처리 장치 및 표면 처리 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060219055A1 (en) * 2002-03-12 2006-10-05 Josua Loffelholz Valve metal powders
US20060275554A1 (en) * 2004-08-23 2006-12-07 Zhibo Zhao High performance kinetic spray nozzle

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5018573A (en) * 1989-12-18 1991-05-28 Carrier Corporation Method for manufacturing a high efficiency heat transfer surface and the surface so manufactured
DE69016433T2 (de) * 1990-05-19 1995-07-20 Papyrin Anatolij Nikiforovic Beschichtungsverfahren und -vorrichtung.
US5063021A (en) * 1990-05-23 1991-11-05 Gte Products Corporation Method for preparing powders of nickel alloy and molybdenum for thermal spray coatings
JPH0637438A (ja) 1992-07-16 1994-02-10 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路
EP0695377B1 (en) * 1993-04-19 2001-06-27 GA-TEK Inc. Process for making copper metal powder, copper oxides and copper foil
GB9604344D0 (en) * 1996-02-01 1996-05-01 Glaverbel Formation of a refractory repair mass
US6139913A (en) * 1999-06-29 2000-10-31 National Center For Manufacturing Sciences Kinetic spray coating method and apparatus
US6916534B2 (en) * 2001-03-08 2005-07-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Thermal spray spherical particles, and sprayed components
CA2433613A1 (en) 2002-08-13 2004-02-13 Russel J. Ruprecht, Jr. Spray method for mcralx coating
JP4163986B2 (ja) * 2003-04-09 2008-10-08 新日本製鐵株式会社 不溶性電極及びその製造方法
JP4310251B2 (ja) * 2003-09-02 2009-08-05 新日本製鐵株式会社 コールドスプレー用ノズル及びコールドスプレー被膜の製造方法
DE102004047357A1 (de) * 2004-09-29 2006-04-06 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH Elektrische Anordnung und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung
JP4885445B2 (ja) * 2004-12-21 2012-02-29 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射用粉末
JP2007163771A (ja) 2005-12-13 2007-06-28 Kyocera Mita Corp 現像装置およびそれを有する画像形成装置
JP4645464B2 (ja) * 2006-01-27 2011-03-09 トヨタ自動車株式会社 電子部材の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060219055A1 (en) * 2002-03-12 2006-10-05 Josua Loffelholz Valve metal powders
US20060275554A1 (en) * 2004-08-23 2006-12-07 Zhibo Zhao High performance kinetic spray nozzle

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101350142B1 (ko) 2012-09-17 2014-01-20 주동진 도전성 구리가 도포된 필름의 제조방법 및 그에 의해 제조된 도전성 필름

Also Published As

Publication number Publication date
DE112008001037T5 (de) 2010-04-01
US20100073883A1 (en) 2010-03-25
WO2008156093A1 (ja) 2008-12-24
JP2009001859A (ja) 2009-01-08
JP4586823B2 (ja) 2010-11-24
KR20090091109A (ko) 2009-08-26
US8025921B2 (en) 2011-09-27
CN101631896A (zh) 2010-01-20
DE112008001037B4 (de) 2018-02-22
CN101631896B (zh) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101115865B1 (ko) 성막 방법, 전열 부재, 파워 모듈, 차량용 인버터, 및 차량
JP4241859B2 (ja) パワーモジュールの製造方法、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両
JP5146402B2 (ja) 炭素粒子含有被膜の成膜方法、伝熱部材、パワーモジュール、及び車両用インバータ
CN1783473B (zh) 绝缘衬底和半导体器件
KR102551453B1 (ko) 방열시키기 위한 열적 구조체 및 이를 제작하는 방법
EP3048640B1 (en) Method for producing an electronic part mounting substrate
JP6096094B2 (ja) 積層体、絶縁性冷却板、パワーモジュールおよび積層体の製造方法
CN101921980A (zh) 热喷涂涂层形成方法
JP2014156634A (ja) コールドスプレー用粉末、その製造方法、およびこれを用いた銅系被膜の成膜方法
KR20180057662A (ko) 적층체 및 적층체의 제조 방법
JP4645464B2 (ja) 電子部材の製造方法
CN110169213B (zh) 陶瓷电路基板的制造方法
JP5691901B2 (ja) パワーモジュールの製造方法
CN106158764A (zh) 功率模块用底板及功率模块
JP2009127086A (ja) 伝熱部材及びその製造方法
JP4910903B2 (ja) 伝熱部材の製造方法、パワーモジュール、車両用インバータ、及び車両
WO2013047330A1 (ja) 接合体
JP2010189754A (ja) 金属被膜の成膜方法、伝熱部材、パワーモジュール、及び車両用インバータ
Rastjagaev et al. Development and testing of cold gas sprayed circuit boards for power electronics applications
US9532448B1 (en) Power electronics modules
Zhang et al. Low temperature die attach based on sub-micron ag particles and the high temperature reliability of sintered joints
JP2011212684A (ja) 金属接合部材及びその製造方法
JP2009032996A (ja) 放熱構造体の製造方法
Hou et al. Review of Die-Attach Materials for SiC HighTemperature Packaging
KR20030005439A (ko) 고열전도도와 저열팽창계수를 가지는 전자패키징용알루미늄기지 복합재료 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150119

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee