WO2023223934A1 - 放熱部材 - Google Patents

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WO2023223934A1
WO2023223934A1 PCT/JP2023/017721 JP2023017721W WO2023223934A1 WO 2023223934 A1 WO2023223934 A1 WO 2023223934A1 JP 2023017721 W JP2023017721 W JP 2023017721W WO 2023223934 A1 WO2023223934 A1 WO 2023223934A1
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WO
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heat dissipation
sic
heat
protrusion
dissipation member
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PCT/JP2023/017721
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English (en)
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Inventor
智己 古川
優作 松尾
峻幸 大山
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation member.
  • a semiconductor module generally includes a semiconductor element, an insulating substrate, a heat sink, and a heat sink in this order (Patent Documents 1 to 3). Heat generated from the semiconductor element is transmitted to the heat sink via the insulating substrate and the heat sink, and is emitted to the outside of the semiconductor module from the fins of the heat sink.
  • a material with a coefficient of expansion close to that of the insulating substrate and a high thermal conductivity is selected.
  • a heat sink is basically only required to have good heat dissipation, and its material is selected from a metal that has high thermal conductivity and is easy to process.
  • silicon carbide SiC
  • silicon nitride Si 3 N 4
  • the heat dissipation sheet is a member separate from the heat dissipation plate and the heat sink, and has relatively low thermal conductivity. Therefore, when the heat generated from the semiconductor element is further transferred to the heat sink via the insulating substrate and the heat sink, the heat transfer may be inhibited by the heat sink. In this case, heat dissipation may be insufficient.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a novel heat dissipation member that has not existed in the past.
  • a heat dissipation member used in a semiconductor module which is a SiSiC member, and includes a heat dissipation plate on which a semiconductor element and an insulating substrate are arranged on one side, and a heat sink integrally formed with the heat dissipation plate.
  • the heat sink includes a plurality of protrusions protruding from the heat dissipation plate.
  • the number of the protrusions is 1/cm 2 or more per unit area of the surface of the heat dissipation plate.
  • a novel heat dissipation member not previously available can be provided.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor module.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a heat dissipation member including a protrusion.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor module 1.
  • the semiconductor module 1 roughly includes a semiconductor element 2, an insulating substrate 3, and a heat dissipation member 11 in this order.
  • a plurality of conductor circuits 4 are formed on one side of the insulating substrate 3.
  • the semiconductor element 2 is fixed to one conductor circuit 4 via a solder layer 5 and connected to another conductor circuit 4 by a wire 6.
  • a metal layer 7 is formed on almost the entire surface of the other surface of the insulating substrate 3, and a heat dissipating member 11 is bonded to the metal layer 7 via a solder layer 8.
  • the semiconductor element 2 is not particularly limited, and a conventionally known semiconductor element can be used.
  • silicon carbide SiC
  • SiC silicon carbide
  • Examples of the material for the insulating substrate 3 include materials having insulating properties such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • the material of the semiconductor element 2 is SiC
  • the material of the insulating substrate 3 is, for example, Si 3 N 4 .
  • Materials for the metal layer 7, conductor circuit 4, and wire 6 include conductive materials such as copper and aluminum.
  • the heat dissipation member 11 is a SiSiC member.
  • the SiSiC member is a composite material containing silicon (Si) and silicon carbide (SiC).
  • the heat dissipation member 11 (also referred to as "SiSiC member 11") includes a heat dissipation plate 12 on which the semiconductor element 2 and the insulating substrate 3 are arranged on one side, and a heat sink 13 formed integrally with the heat dissipation plate 12. That is, in the heat dissipation member 11, the heat dissipation plate 12 and the heat sink 13 are seamlessly formed integrally.
  • the heat sink 12 is a member that supports the insulating substrate 3, and is, for example, a plate-shaped member. As described above, the semiconductor element 2 and the insulating substrate 3 are arranged on one side of the heat sink 12 .
  • the heat sink 12 has a front surface 17, a back surface 18, and side surfaces 19.
  • the surface 17 is the side of the heat sink 12 on which the plurality of protrusions 14 are provided.
  • the back surface 18 is the surface of the heat sink 12 opposite to the front surface 17 .
  • the side surface 19 is a surface connecting the front surface 17 and the back surface 18.
  • the heat sink 13 is cooled by contacting the coolant.
  • the cooling method may be air cooling or water cooling.
  • the heat generated from the semiconductor element 2 is transmitted to the heat sink 13 via the insulating substrate 3 and the heat sink 12, and is emitted to the outside of the semiconductor module 1.
  • the heat dissipation plate 12 and the heat sink 13 are not joined via, for example, a heat dissipation sheet (not shown), but are integrally formed. Therefore, when the heat generated from the semiconductor element 2 moves from the heat sink 12 to the heat sink 13, the movement of the heat is hardly inhibited. That is, it has excellent heat dissipation properties.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the heat dissipation member 11 including a plurality of protrusions 14.
  • the heat sink 13 includes a protrusion 14 that protrudes from the heat sink 12 as a portion that comes into contact with the refrigerant.
  • the heat sink 12 and the protrusion 14 are seamlessly formed integrally.
  • the heat sink 13 preferably includes a plurality of protrusions 14. This increases the area that comes into contact with the refrigerant, improving cooling efficiency.
  • the number of protrusions 14 should be 1 piece/cm 2 or more per unit area of the surface of the heat sink 12 (the surface on which the protrusions 14 are provided) from the viewpoint of improving heat dissipation through high density. is preferable, more preferably 5 pieces/cm 2 or more, and still more preferably 10 pieces/cm 2 or more.
  • the number of protrusions 14 is preferably 500 pieces/cm 2 or less, and preferably 300 pieces/cm 2 or less per unit area of the surface of the heat radiating plate 12. More preferred.
  • the protrusion 14 may be provided to form a coolant flow path, and may be a plate-shaped protrusion 14, for example.
  • the shape of the protruding portion 14 is not particularly limited, and can be set as appropriate from the viewpoint of improving fluid flowability and preventing/reducing interference with other members. Examples include a shape that is a combination of a columnar shape and a polygonal columnar shape; a shape that is a partially deformed shape of these shapes (hereinafter also referred to as a "deformed shape"); and the like.
  • FIG. 2 shows an example of a cylindrical protrusion 14. As shown in FIG.
  • the deformed shape include a shape in which arbitrary irregularities or through holes are formed on the bottom surface 15 and/or side surface 16 (the exposed surface of the protrusion 14 other than the bottom surface 15); For example, the shape becomes thinner (the cross-sectional area decreases) from the surface 17 of the plate 12 toward the bottom surface 15.
  • the shape of the protrusion 14 is preferably cylindrical because it does not obstruct the flow of the refrigerant (both gas and liquid) and can ensure a sufficient surface area.
  • the height H of the protrusion 14 (The shortest distance from the bottom surface 15 to the surface 17 of the heat sink 12) is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and even more preferably 5 mm or more. On the other hand, the height H is preferably 50 mm or less, more preferably 40 mm or less, even more preferably 30 mm or less, and particularly preferably 20 mm or less.
  • the cross-sectional area C P of the protrusion 14 when cut along the surface 17 of the heat sink 12 is preferably 1 mm 2 or more, more preferably 3 mm 2 or more.
  • the cross-sectional area C P is preferably 100 mm 2 or less, more preferably 70 mm 2 or less, even more preferably 50 mm 2 or less, particularly preferably 30 mm 2 or less, and 15 mm 2 or less . The following are most preferred.
  • the cross-sectional area C P is the cross-sectional area of one protrusion 14 .
  • the cross-sectional area CV of the protrusion 14 when cut along the direction perpendicular to the surface 17 of the heat sink 12 so that the cross-sectional area of the protrusion is maximized is preferably 1 mm 2 or more, more preferably 10 mm 2 or more. preferable.
  • the cross-sectional area C V is preferably 500 mm 2 or less, more preferably 250 mm 2 or less, even more preferably 100 mm 2 or less, particularly preferably 80 mm 2 or less, and most preferably 60 mm 2 or less.
  • the cross-sectional area C V is the cross-sectional area of one protrusion 14 .
  • the value (S 1 /S 2 ) obtained by dividing the surface area S 1 of the heat radiating member 11 including the protruding portion 14 by the surface area S 2 of the heat radiating member 11 assuming that the protruding portion 14 is not provided is expressed as “Surface area increase rate”.
  • the surface area S 1 and the surface area S 2 do not include the areas of the back surface 18 (the surface on which the protruding portion 14 is not provided) and the side surface 19 of the heat sink 12, respectively. Since sufficient cooling efficiency can be obtained, the surface area increase rate is preferably 1.3 or more, more preferably 1.5 or more, and even more preferably 2 or more.
  • the surface roughness (Sa) of the protrusion is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is preferably 500 ⁇ m or less.
  • the surface roughness (Sa) of the protrusion can be determined by observing an arbitrary area of the protrusion 14 using a laser microscope (VK-X1000, manufactured by Keyence Corporation), and using image analysis software (VK-H2X, manufactured by Keyence Corporation). You can ask for it.
  • the height H, cross-sectional area C P , cross-sectional area C V and surface area increase rate described above are data obtained by observing the heat dissipating member 11 using an X-ray CT scanner (model number: SHIMADZU SM4-225CT FPD). By using image analysis software, it can be determined without destroying the heat dissipating member 11.
  • the average linear expansion coefficient (hereinafter also simply referred to as "expansion coefficient") of the heat dissipating member 11 at 30 to 300° C. is preferably 2 ppm/K or more, more preferably 2.5 ppm/K or more, and still more preferably 3 ppm/K or more. preferable.
  • the expansion coefficient of the heat radiating member 11 is preferably 5 ppm/K or less, more preferably 4.5 ppm/K or less, and even more preferably 4 ppm/K or less.
  • As a method for setting the expansion coefficient of the heat radiating member 11 within the above range for example, there is a method of setting the SiC content of the heat radiating member 11 within the range described below.
  • the average linear expansion coefficient is measured, for example, using a thermal dilatometer (LIX-1 manufactured by Advance Riko Co., Ltd.) according to the method described in JIS R 1618.
  • the material of the semiconductor element 2 is SiC
  • the material of the insulating substrate 3 is, for example, Si 3 N 4 .
  • the expansion coefficient of Si 3 N 4 is, for example, 2 to 3 ppm/K, although it depends on the content of impurities.
  • the expansion coefficient of the heat dissipation member 11 is within the above range, the insulating substrate 3 and the heat dissipation member 11 have close expansion coefficients, so that warping due to the difference in expansion coefficients is unlikely to occur. That is, peeling due to warpage is less likely to occur.
  • the thermal conductivity of the heat dissipating member 11 is preferably 150 W/(m ⁇ K) or more, more preferably 160 W/(m ⁇ K) or more, and even more preferably 165 W/(m ⁇ K) or more.
  • a method for setting the thermal conductivity of the heat radiating member 11 within the above range for example, a method of setting the SiC content of the heat radiating member 11 within the range described below can be mentioned.
  • the thermal conductivity is determined at room temperature (23° C.) by a flash method using xenon lamp light from LFA 467 (Nanoflash) manufactured by NETZSCH.
  • the heat dissipation member 11 needs to contain a moderate amount of simple Si. Therefore, the SiC content of the heat dissipating member 11 is preferably 90 vol% or less, more preferably 75 vol% or less, even more preferably 60 vol% or less, and particularly preferably 50 vol% or less. Note that, as described later, SiC has a higher density than Si alone. Therefore, when the heat dissipation member 11 has a small SiC content, the weight is relatively reduced compared to when the SiC content is large.
  • the SiC content of the heat dissipating member 11 is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and even more preferably 30% by volume or more.
  • the SiC content (unit: volume %) is determined from an optical micrograph as follows. In the micrograph of the cross section of the heat dissipation member 11, the gray part is SiC, and the thinner white part is Si alone. From a micrograph of an arbitrary cross section of the heat dissipation member 11, the area ratio of SiC and simple Si is determined using image analysis software (WinROOF2015), and the determined area ratio is directly used as the volume ratio of each. For the SiC content, an average value obtained from five arbitrary fields of view is used.
  • the average particle diameter of SiC in the heat dissipation member 11 including the protrusion 14 is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 80 ⁇ m or less, even more preferably 60 ⁇ m or less, even more preferably 40 ⁇ m or less, particularly preferably 20 ⁇ m or less, and 15 ⁇ m or less. The following are most preferred.
  • the average particle size of SiC in the heat dissipation member 11 is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 8 ⁇ m or more.
  • the average particle size of SiC is determined from an optical microscope photograph in the same way as the SiC content. From a microscopic photograph of an arbitrary cross section of the heat dissipation member 11, the particle size (circular equivalent diameter) of each SiC particle is measured using image analysis software (WinROOF2015). The average value of the SiC particle sizes determined in five arbitrary fields of view is defined as the average SiC particle size.
  • the four-point bending strength of the heat dissipating member 11 is preferably 130 MPa or more, more preferably 160 MPa or more, and even more preferably 200 MPa or more.
  • the 4-point bending strength is measured at 20°C in accordance with the bending strength test method (4-point bending strength) described in JIS R 1601:2008.
  • the density of the heat dissipating member 11 is preferably 2.3 g/cm 3 or more, more preferably 2.5 g/cm 3 or more, and even more preferably 2.6 g/cm 3 or more.
  • the density of the heat dissipating member 11 is preferably 3.2 g/cm 3 or less, more preferably 3.1 g/cm 3 or less, and even more preferably 3.0 g/cm 3 or less. Density is measured according to the method described in JIS Z 8807-2012.
  • a SiC molded body (not shown) containing SiC particles is formed.
  • the SiC molded body is also a porous body having many pores. Therefore, as will be described later, the SiC molded body is impregnated with molten Si alone.
  • the porosity of the SiC molded body is preferably 30% by volume or more, more preferably 40% by volume or more.
  • the porosity of the SiC molded body is preferably 70% by volume or less, more preferably 65% by volume or less, and even more preferably 60% by volume or less. The porosity is determined using a mercury porosimeter.
  • the dimensions and shape of the SiC molded body are appropriately set according to the dimensions and shape of the finally obtained heat dissipation member 11 (SiSiC member 11). For example, when the heat dissipation member 11 finally obtained has a protrusion 14, a SiC molded body having a protrusion having the same shape as the protrusion 14 is produced.
  • the 3D printing method described below is preferable.
  • a 3D (three-dimensional) printing method such as a laser irradiation modeling method or a binder jet modeling method is used to produce the SiC molded body.
  • a SiC molded body which is a laminate having a desired shape, is obtained by forming layers one by one and sequentially stacking them.
  • the thickness of each layer laminated in sequence is, for example, 0.01 to 0.3 mm.
  • a layer containing SiC particles and a binder is irradiated with a laser.
  • the heat of this laser melts and solidifies the binder present in the irradiated area, and the SiC particles bind together.
  • a SiC molded body is produced by performing this operation on each layer that is sequentially laminated.
  • a binder is injected from an inkjet nozzle onto a layer containing SiC particles. In the area where the binder has been sprayed, SiC particles are bound together. A SiC molded body is produced by performing this operation on each layer that is sequentially laminated.
  • a layer containing SiC particles contains a curing agent (for example, an aqueous solution of an acidic substance containing xylene sulfonic acid, sulfuric acid, etc.) in advance, and a region where the injected binder and the curing agent come into contact is The binder may be reacted (cured) only in this case.
  • a curing agent for example, an aqueous solution of an acidic substance containing xylene sulfonic acid, sulfuric acid, etc.
  • the content of the curing agent is, for example, 0.1 to 1% by mass based on the SiC particles.
  • the binder may be hardened by spraying the binder onto a layer containing SiC particles without using a hardening agent, and then heat-treating the layer.
  • the temperature of the heat treatment is, for example, 150 to 250°C.
  • the SiC particles are preferably ⁇ -SiC.
  • the average particle size of the SiC particles to be used is appropriately selected so that the average particle size of SiC in the SiSiC member 11 finally obtained is a desired value.
  • the average particle size of the SiC particles is measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device (MT3300EXII, manufactured by Microtrac Bell).
  • binder examples include thermosetting resins such as phenol resin; self-curing resins such as furan resin; and the like.
  • Patent Documents 1 to 3 specifically describe a method different from the 3D printing method as a method for producing a SiC molded body.
  • Example 1 of Patent Document 1 [0068] to [0069]
  • Example 1 of Patent Document 2 pages 13 to 18
  • Example 1 of Patent Document 3 [0054] to [0060]).
  • Patent Document 1 ([0068]) describes as "Example 1" that "SiC powder with an average particle size of 50 ⁇ m and SiC powder with an average particle size of 10 ⁇ m were mixed in a weight ratio of 7:3.
  • a slurry was prepared by adding an organic binder and water to a mixture mixed in the same proportions, and a molded body was formed using the slurry by a slurry casting method.'' ing.
  • Si impregnation the SiC molded body is impregnated with silicon (Si).
  • Si impregnation the SiC molded body and the Si simple substance are heated in a state where they are in contact with each other (the SiC molded body and the Si simple substance), and the Si simple substance is melted.
  • the molten Si element is impregnated into the porous SiC molded body by capillary action.
  • the SiSiC member 11 which is a composite material in which the SiC molded body is impregnated with simple Si, is obtained.
  • the environment in which Si alone is melted is preferably a reduced pressure environment.
  • the heating temperature may be equal to or higher than the melting point of Si.
  • the melting point of Si varies slightly depending on the measurement method, but is approximately 1410 to 1414°C.
  • the heating temperature is preferably 1420°C or higher.
  • the amount of Si introduced into the SiC molded body is appropriately set depending on the SiC content of the SiSiC member 11 finally obtained.
  • the obtained SiSiC member 11 is sintered by heating when melting Si alone. That is, SiC is bonded to each other and SiC and Si are bonded to each other to obtain a dense sintered body. Therefore, the obtained SiSiC member 11 is a composite material containing Si and SiC, and is also a sintered body.
  • Example 1 is an example
  • Examples 2 to 4 are reference examples.
  • a SiC molded body was produced using a 3D printing method. That is, a SiC molded body was produced by a binder jet modeling method using a powder lamination type 3D printer. Specifically, first, a layer (thickness: 0.03 mm) was formed using SiC particles, and a binder was sprayed onto the formed layer from an inkjet nozzle. By repeating this process, 292 cylindrical protrusions (cross-sectional area CP : 3.14 mm 2 , height H: 6 mm) were integrally formed in the area corresponding to the heat sink (140 mm x 45 mm x 3 mm). A molded body was produced. As the SiC particles, ⁇ -SiC powder (average particle size: 10 ⁇ m, manufactured by Shinano Electric Refining Co., Ltd.) was used. As the binder, "BA005" manufactured by ExOne was used.
  • Si impregnation was performed. More specifically, first, Si alone was placed on the SiC molded body in a reactor. The amount of simple Si disposed was adjusted so that the SiC content (unit: volume %) of the resulting SiSiC member would be the value shown in Table 1 below (the same applies hereinafter). Thereafter, the inside of the reactor was heated to 1470° C. in a reduced pressure environment. As a result, Si alone was melted and impregnated into the SiC molded body.
  • a SiSiC member which is a sintered body containing simple Si and SiC, was obtained as a heat dissipating member.
  • Example 2> A SiC molded body was produced in the same manner as in Example 1 except that ⁇ -SiC powder with an average particle size of 30 ⁇ m was used as the SiC particles. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the SiC molded body was impregnated with Si to produce a SiSiC member.
  • Example 3> A SiC molded body was produced in the same manner as in Example 1 except that ⁇ -SiC powder with an average particle size of 50 ⁇ m was used as the SiC particles. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the SiC molded body was impregnated with Si to produce a SiSiC member.
  • Example 4 A SiC molded body was produced according to the method described in Example 1 ([0068] to [0069]) of Patent Document 1. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the SiC molded body was impregnated with Si to produce a SiSiC member.
  • Example 5 A SiC molded body was produced according to the method described in Example 1 (pages 13 to 18) of Patent Document 2. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the SiC molded body was impregnated with Si to produce a SiSiC member.
  • Example 6 A SiC molded body was produced according to the method described in Example 1 ([0054] to [0060]) of Patent Document 3. Thereafter, in the same manner as in Example 1, the SiC molded body was impregnated with Si to produce a SiSiC member.
  • SiSiC members (heat radiating members) of Examples 1 to 6 were obtained.
  • Example 1 the surface roughness (Sa) of the protrusion was measured using a laser microscope (VK-X1000 manufactured by Keyence Corporation) and found to be 9.4 ⁇ m. In addition, when these physical property values were not measured, "-" was written in Table 1 below. In the table, “unmeasurable” means that it was visually confirmed that the shape of the protrusion was distorted.
  • the average value of the cross-sectional area CP of the protrusions is determined by randomly selecting 25 protrusions from among the plurality of protrusions formed on the SiSiC member, measuring the individual cross-sectional areas CP , and calculating the average value. It was obtained by calculating.
  • the maintenance rate of the height H of the protrusion was determined by the following method. First, 25 protrusions were randomly selected from among the plurality of protrusions formed on the SiSiC member. Then, for each of the 25 protrusions, the ratio of the height of the actually produced protrusion (actual height/set height) to the height set on the 3D printer (6 mm) was determined, and the ratio of the height of the 25 protrusions was determined.
  • the maintenance rate of the height H of the protrusions was determined by calculating the proportion of the protrusions whose height ratio was within the predetermined range (0.95 to 1.05).
  • the surface area increase rate of Example 4 in which the mud casting method was used to create the SiC compact, was 1.22.
  • the surface area increase rate of Example 5 using the mud casting method and Example 6 using the mud extrusion method was determined to be clearly less than 1.3 from the shape of the protrusion that could be visually confirmed.
  • the heat dissipation amount was simulated using simulation software (Simcenter STAR-CCM+ 2020.1 (Build 15.02.007-R8)), and the temperature on the semiconductor element side of the SiSiC member was set to 150°C, and the heat transfer of the protrusion was The coefficient was set to 10,000 W/(m 2 ⁇ K), and the calculation was performed assuming water cooling.

Abstract

従来には無い新規な放熱部材を提供する。　半導体モジュール１に用いられる放熱部材１１は、 一面側に半導体素子２および絶縁基板３が配置される放熱板１２と、 前記放熱板１２と一体に形成されたヒートシンク１３と、を備えるＳｉＳｉＣ部材である。 前記ヒートシンク１３は、前記放熱板１２から突出した突出部１４を備えることが好ましい。

Description

放熱部材
　本発明は、放熱部材に関する。
　半導体モジュールは、一般的に、半導体素子、絶縁基板、放熱板およびヒートシンクを、この順に備える（特許文献１～３）。
　半導体素子から発生した熱は、絶縁基板および放熱板を経由して、ヒートシンクに伝わり、ヒートシンクのフィンなどから、半導体モジュールの外部に放出される。
　放熱板の素材としては、絶縁基板と膨張係数が近く、かつ、熱伝導率が高めの素材が選ばれる。
　一方、ヒートシンクには、基本的に、良好な放熱性のみが要求され、その素材としては、熱伝導率が高く、かつ、加工がしやすい金属が選ばれる。
特開２０１０－２１９２１５号公報 国際公開第００／０７６９４０号 特開２００１－１８５６６５号公報
　大電力（例えば、８～１２ＭＷ）を扱う半導体モジュール（パワーモジュール）では、半導体素子として炭化ケイ素（ＳｉＣ）が使用され、絶縁基板として窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）が使用される場合がある。
　この場合、放熱板の素材としては、窒化ケイ素に近い膨張係数を有する素材を選択することが望まれる。
　これにより、絶縁基板と放熱板との密着性が高まるので、半導体素子から発生した熱が、絶縁基板から放熱板に移動しやすくなる。
　ところで、放熱板とヒートシンクとは、放熱シートを介して接合される。放熱シートは、放熱板およびヒートシンクとは別の部材であり、かつ、相対的に熱伝導性が低い。
　このため、半導体素子から発生した熱が、絶縁基板および放熱板を経由して、更にヒートシンクに移動する際に、放熱シートによって、熱の移動が阻害される場合がある。この場合、放熱性が不十分となり得る。
　本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、従来には無い新規な放熱部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、鋭意検討した結果、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出し、本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は、以下の［１］～［１０］を提供する。
［１］一面側に半導体素子および絶縁基板が配置される放熱板と、上記放熱板と一体に形成されたヒートシンクと、を備えるＳｉＳｉＣ部材である、半導体モジュールに用いられる放熱部材。
［２］上記ヒートシンクが、上記放熱板から突出した複数の突出部を備える、上記［１］に記載の放熱部材。
［３］前記放熱板の表面の単位面積あたり、前記突出部の個数が１個/ｃｍ２以上である、上記［２］に記載の放熱部材。
［４］上記放熱板の表面に沿って切断したときの１つの上記突出部の断面積ＣＰが、１～１００ｍｍ２である、上記［２］または［３］に記載の放熱部材。
［５］表面積増加率が、１．３以上である、上記［２］～［４］のいずれかに記載の放熱部材。
　ただし、上記表面積増加率は、上記突出部を備える上記放熱部材の表面積Ｓ１を、上記突出部を備えないと仮定した場合の上記放熱部材の表面積Ｓ２で除することによって得られる値である。
［６］３０～３００℃における平均線膨張係数が、２～５ｐｐｍ／Ｋである、上記［１］～［５］のいずれかに記載の放熱部材。
［７］熱伝導率が、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、上記［１］～［６］のいずれかに記載の放熱部材。
［８］ＳｉＣ含有量が、９０体積％以下である、上記［１］～［７］のいずれかに記載の放熱部材。
［９］ＳｉＣの平均粒径が、２～１００μｍの範囲である、上記［１］～［８］のいずれかに記載の放熱部材。
［１０］上記［１］～［９］のいずれかに記載の放熱部材を有する、半導体モジュール。
　本発明によれば、従来には無い新規な放熱部材を提供できる。
半導体モジュールを模式的に示す断面図である。 突出部を備える放熱部材を示す斜視図である。
［半導体モジュール］
　図１は、半導体モジュール１を模式的に示す断面図である。
　半導体モジュール１は、概略的には、半導体素子２、絶縁基板３および放熱部材１１を、この順に備える。
　絶縁基板３の一面側には、複数の導体回路４が形成される。半導体素子２は、はんだ層５を介して１つの導体回路４に固定され、かつ、ワイヤ６によって別の導体回路４と接続される。
　絶縁基板３の他面側には、ほぼ全面に金属層７が形成され、はんだ層８を介して金属層７に放熱部材１１が接合される。
　半導体素子２は、特に限定されず、従来公知の半導体素子が用いられる。
　半導体モジュール１が大電力を扱う半導体モジュールである場合、半導体素子の素材としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。
　絶縁基板３の素材としては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などの絶縁性を有する素材が挙げられる。
　半導体素子２の素材がＳｉＣである場合、絶縁基板３の素材としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４が使用される。
　金属層７、導体回路４およびワイヤ６の素材としては、銅、アルミニウムなどの導電性を有する素材が挙げられる。
　〈放熱部材（ＳｉＳｉＣ部材）〉
　放熱部材１１は、ＳｉＳｉＣ部材である。ＳｉＳｉＣ部材は、ケイ素（Ｓｉ）と炭化ケイ素（ＳｉＣ）とを含有する複合材料である。
　放熱部材１１（「ＳｉＳｉＣ部材１１」とも表記する）は、一面側に半導体素子２および絶縁基板３が配置される放熱板１２と、放熱板１２と一体に形成されたヒートシンク１３と、を備える。
　すなわち、放熱部材１１において、放熱板１２とヒートシンク１３とは、継ぎ目なく、一体形成されている。
　《放熱板》
　放熱板１２は、絶縁基板３を支持する部材であり、例えば、板状の部材である。上述したように、放熱板１２の一面側に、半導体素子２および絶縁基板３が配置される。
　放熱板１２は、表面１７、裏面１８および側面１９を有する。
　表面１７は、放熱板１２における複数の突出部１４が設けられている側の面である。
　裏面１８は、放熱板１２における表面１７とは反対側の面である。
　側面１９は、表面１７と裏面１８とを接続する面である。
　《ヒートシンク》
　ヒートシンク１３は、冷媒と接触することにより冷却される。冷却の方式としては、空冷式であっても、水冷式であってもよい。
　ヒートシンク１３が冷却されることにより、半導体素子２から発生した熱は、絶縁基板３および放熱板１２を経由して、ヒートシンク１３に伝わり、半導体モジュール１の外部に放出される。
　このとき、放熱板１２とヒートシンク１３とは、例えば放熱シート（図示せず）を介して接合されておらず、一体形成されている。このため、半導体素子２から発生した熱が放熱板１２からヒートシンク１３に移動する際に、熱の移動が阻害されにくい。すなわち、放熱性に優れる。
　図２は、複数の突出部１４を備える放熱部材１１を示す斜視図である。
　ヒートシンク１３は、冷媒と接触する部位として、放熱板１２から突出した突出部１４を備えることが好ましい。放熱板１２と突出部１４とは、継ぎ目なく、一体形成されている。
　図１および図２に示すように、ヒートシンク１３は、複数の突出部１４を備えることが好ましい。これにより、冷媒と接触する面積が増えるため、冷却効率が向上する。
　突出部１４の個数は、高密度化による放熱性向上の観点から、放熱板１２の表面（突出部１４が設けられている側の面）の単位面積あたり、１個/ｃｍ２以上であることが好ましく、５個/ｃｍ２以上であることがより好ましく、１０個/ｃｍ２以上であることが更に好ましい。放熱部材１１のハンドリング性の観点からは、突出部１４の個数は、放熱板１２の表面の単位面積あたり、５００個/ｃｍ２以下であることが好ましく、３００個/ｃｍ２以下であることがより好ましい。
　突出部１４は、冷媒の流路を形成するように設けられていてもよく、例えば、板状の突出部１４であってもよい。
　（突出部の形状）
　突出部１４の形状は、特に限定されず、流体の流れ性向上や、他部材との干渉防止・低減の観点から適宜設定できるが、例えば、円柱状；多角柱状（板状を含む）；円柱状および多角柱状を組み合わせた形状；これらの形状の一部が変形した形状（以下、「変形形状」ともいう）；等の形状が挙げられる。
　図２には、円柱状の突出部１４を例示している。
　変形形状の具体例としては、突出部１４の底面１５および／または側面１６（突出部１４における底面１５を除く露出面）に任意の凹凸部または貫通孔が形成された形状；突出部１４が放熱板１２の表面１７から底面１５に向かって細くなる（断面積が減少する）形状；等が挙げられる。
　これらのうち、突出部１４の形状は、冷媒（気体および液体のいずれも）の流れを阻害せず、十分な表面積を確保できるという理由から、円柱状が好ましい。
　（突出部の高さＨ）
　突出部１４の高さＨ（底面１５から放熱板１２の表面１７までの最短距離）は、１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上が更に好ましい。
　一方、高さＨは、５０ｍｍ以下が好ましく、４０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以下が更に好ましく、２０ｍｍ以下が特に好ましい。
　（突出部の断面積ＣＰ）
　放熱板１２の表面１７に沿って切断したときの突出部１４の断面積ＣＰは、１ｍｍ２以上が好ましく、３ｍｍ２以上がより好ましい。
　一方、突出部１４を高密度で配置できるという理由から、断面積ＣＰは、１００ｍｍ２以下が好ましく、７０ｍｍ２以下がより好ましく、５０ｍｍ２以下が更に好ましく、３０ｍｍ２以下が特に好ましく、１５ｍｍ２以下が最も好ましい。
　断面積ＣＰは、１つの突出部１４の断面積である。
　（突出部の断面積ＣＶ）
　放熱板１２の表面１７と垂直な方向に沿って、突出部の断面積が最大となるように切断したときの突出部１４の断面積ＣＶは、１ｍｍ２以上が好ましく、１０ｍｍ２以上がより好ましい。
　一方で、断面積ＣＶは、５００ｍｍ２以下が好ましく、２５０ｍｍ２以下がより好ましく、１００ｍｍ２以下が更に好ましく、８０ｍｍ２以下が特に好ましく、６０ｍｍ２以下が最も好ましい。
　断面積ＣＶは、１つの突出部１４の断面積である。
　（突出部による表面積増加率）
　突出部１４を備える放熱部材１１の表面積Ｓ１を、突出部１４を備えないと仮定した場合の放熱部材１１の表面積Ｓ２で除することによって得られる値（Ｓ１／Ｓ２）を、「表面積増加率」と呼ぶ。
　ただし、表面積Ｓ１および表面積Ｓ２は、それぞれ、放熱板１２の裏面１８（突出部１４が設けられていない面）および側面１９の面積を含まない。
　十分な冷却効率が得られるという理由から、表面積増加率は、１．３以上が好ましく、１．５以上がより好ましく、２以上が更に好ましい。
　また、突出部の表面粗さが大きいほど、表面積が増加しやすくなるため、突出部の表面粗さは大きい方が好ましい。
　突出部の表面粗さ（Ｓa）は、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましい。一方、上限は特に限定されないが、５００μｍ以下が好ましい。
　突出部の表面粗さ(Ｓa)は、レーザー顕微鏡（キーエンス社製 ＶＫ－Ｘ１０００）を用いて突出部１４の任意のエリアを観察し、画像解析ソフトウェア（キーエンス社製 ＶＫ－Ｈ２Ｘ）を用いることで求めることが出来る。
　なお、上述した高さＨ、断面積ＣＰ、断面積ＣＶおよび表面積増加率は、Ｘ線ＣＴスキャナ（型番：ＳＨＩＭＡＤＺＵ　ＳＭ４－２２５ＣＴ　ＦＰＤ）を用いて放熱部材１１を観察し、得られたデータに対して画像解析ソフトを用いることにより、放熱部材１１を破壊せずに求めることができる。
　《平均線膨張係数》
　放熱部材１１の３０～３００℃における平均線膨張係数（以下、単に「膨張係数」とも呼ぶ。）は、２ｐｐｍ／Ｋ以上が好ましく、２．５ｐｐｍ／Ｋ以上がより好ましく、３ｐｐｍ／Ｋ以上が更に好ましい。
　一方、放熱部材１１の膨張係数は、５ｐｐｍ／Ｋ以下が好ましく、４．５ｐｐｍ／Ｋ以下がより好ましく、４ｐｐｍ／Ｋ以下が更に好ましい。
　放熱部材１１の膨張係数を上記範囲にする方法としては、例えば、放熱部材１１のＳｉＣ含有量を後述する範囲内にする方法が挙げられる。
　平均線膨張係数は、例えば、熱膨張計（アドバンス理工社製　ＬＩＸ－１）を用いてＪＩＳ　Ｒ　１６１８に記載された方法に準拠して測定する。
　ところで、上述したように、半導体素子２の素材がＳｉＣである場合、絶縁基板３の素材としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４が使用される。Ｓｉ３Ｎ４の膨張係数は、不純物の含有量にもよるが、例えば、２～３ｐｐｍ／Ｋである。
　このとき、放熱部材１１の膨張係数が上記範囲内であれば、絶縁基板３と放熱部材１１とは、膨張係数が近いため、膨張係数の差から生じる反りが生じにくい。すなわち、反りを起因とする剥離が生じにくい。
　《熱伝導率》
　放熱部材１１の熱伝導率は、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、１６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が更に好ましい。
　放熱部材１１の熱伝導率を上記範囲にする方法としては、例えば、放熱部材１１のＳｉＣ含有量を後述する範囲内にする方法が挙げられる。
　熱伝導率は、ＮＥＴＺＳＣＨ社製のＬＦＡ ４６７（Ｎａｎｏｆｌａｓｈ）のキセノンランプ光を用いたフラッシュ法によって室温（２３℃）で求める。
　《ＳｉＣ含有量》
　放熱部材１１は、適度にＳｉ単体を含有することを要する。
　このため、放熱部材１１のＳｉＣ含有量は、９０体積％以下が好ましく、７５体積％以下がより好ましく、６０体積％以下が更に好ましく、５０体積％以下が特に好ましい。
　なお、後述するように、Ｓｉ単体よりもＳｉＣの方が密度は大きい。このため、放熱部材１１は、ＳｉＣ含有量が少ない場合、これが多い場合と比較して、相対的に、軽量化される。
　一方、Ｓｉ単体の含有量が多すぎると、放熱部材１１は強度（４点曲げ強さ等）が不足する場合がある。
　このため、十分な強度が得られるという理由から、放熱部材１１のＳｉＣ含有量は、１０体積％以上が好ましく、２０体積％以上がより好ましく、３０体積％以上が更に好ましい。
　ＳｉＣ含有量（単位：体積％）は、次のように、光学顕微鏡写真から求める。
　放熱部材１１の断面の顕微鏡写真において、グレー部分がＳｉＣであり、これよりも薄く白い部分がＳｉ単体である。
　放熱部材１１の任意断面の顕微鏡写真から、画像解析ソフトウェア（ＷｉｎＲＯＯＦ２０１５）を使用して、ＳｉＣおよびＳｉ単体の面積比を求め、求めた面積比を、そのまま、それぞれの体積比とする。
　ＳｉＣ含有量は、任意の５視野で求めた平均値を用いる。
　《ＳｉＣの平均粒径》
　放熱部材１１が、断面積ＣＰが小さい（例えば５ｍｍ２以下である）円柱状または多角柱状の突出部１４を有する場合を考える。この場合、突出部１４を構成するＳｉＣの平均粒径が大きすぎると、ＳｉＣどうしの結合量が相対的に少なくなり、突出部１４の形が崩れやすい。
　このため、突出部１４を含む放熱部材１１におけるＳｉＣの平均粒径は、１００μｍ以下が好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下が更に好ましく、４０μｍ以下がより更に好ましく、２０μｍ以下が特に好ましく、１５μｍ以下が最も好ましい。
　一方、放熱部材１１におけるＳｉＣの平均粒径は、２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、８μｍ以上が更に好ましい。
　ＳｉＣの平均粒径は、ＳｉＣ含有量と同様に、光学顕微鏡写真から求める。
　放熱部材１１の任意断面の顕微鏡写真から、画像解析ソフトウェア（ＷｉｎＲＯＯＦ２０１５）を使用して、ＳｉＣの各粒子の粒径（円相当径）を計測する。
　任意の５視野で求めたＳｉＣの粒径の平均値を、ＳｉＣの平均粒径とする。
　《４点曲げ強さ》
　放熱部材１１の４点曲げ強さは、１３０ＭＰａ以上が好ましく、１６０ＭＰａ以上がより好ましく、２００ＭＰａ以上が更に好ましい。
　４点曲げ強さは、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に記載された曲げ強さ試験方法（４点曲げ強さ）に準拠して２０℃で測定する。
　《密度》
　放熱部材１１の密度は、２．３ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、２．５ｇ／ｃｍ３以上がより好ましく、２．６ｇ／ｃｍ３以上が更に好ましい。
　一方、放熱部材１１の密度は、３．２ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、３．１ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、３．０ｇ／ｃｍ３以下が更に好ましい。
　密度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０７－２０１２に記載された方法に準拠して測定する。
［放熱部材（ＳｉＳｉＣ部材）の製造方法］
　次に、放熱部材１１を製造する方法を説明する。
　〈ＳｉＣ成形体の作製〉
　まず、ＳｉＣ粒子を含有するＳｉＣ成形体（図示せず）を形成する。
　ＳｉＣ成形体は、多数の細孔を有する多孔質体でもある。このため、後述するように、ＳｉＣ成形体に対して、溶融したＳｉ単体が含浸される。
　ＳｉＣ成形体の空隙率は、３０体積％以上が好ましく、４０体積％以上がより好ましい。一方、ＳｉＣ成形体の空隙率は、７０体積％以下が好ましく、６５体積％以下がより好ましく、６０体積％以下が更に好ましい。空隙率は、水銀ポロシメータを用いて求める。
　ＳｉＣ成形体の寸法および形状は、最終的に得られる放熱部材１１（ＳｉＳｉＣ部材１１）の寸法および形状に応じて、適宜設定される。
　例えば、最終的に得られる放熱部材１１が突出部１４を有する場合、この突出部１４と同形状の突出部を有するＳｉＣ成形体を作製する。
　ＳｉＣ成形体を作製する方法としては、以下に説明する３Ｄ印刷法が好ましい。
　《３Ｄ印刷法》
　ＳｉＣ成形体の作製には、例えば、レーザー照射造形法、バインダジェット造形法などの３Ｄ（３次元）印刷法を用いる。３Ｄ印刷法では、層を一層ずつ形成して順次積層することにより、所望形状の積層体であるＳｉＣ成形体を得る。順次積層される各層の厚さは、例えば、０．０１～０．３ｍｍである。
　レーザー照射造形法では、ＳｉＣ粒子およびバインダを含む層に対して、レーザーを照射する。このレーザーの熱により、照射領域に存在するバインダが溶融および固化して、ＳｉＣ粒子どうしが結着する。この作業を、順次積層される各層に対して実施することにより、ＳｉＣ成形体を作製する。
　バインダジェット造形法では、インクジェットノズルから、ＳｉＣ粒子を含む層にバインダを噴射する。バインダが噴射された領域では、ＳｉＣ粒子どうしが結着する。この作業を、順次積層される各層に対して実施することにより、ＳｉＣ成形体を作製する。
　バインダジェット造形法では、ＳｉＣ粒子を含む層に、予め硬化剤（例えば、キシレンスルホン酸、硫酸などを含有する酸性物質水溶液）を含有させておき、噴射されるバインダと硬化剤とが接触した領域においてのみ、バインダを反応（硬化）させてもよい。硬化剤の含有量は、ＳｉＣ粒子に対して、例えば、０．１～１質量％である。
　硬化剤を用いず、ＳｉＣ粒子を含む層にバインダを噴射し、その後に熱処理することで、バインダを硬化させてもよい。熱処理の温度としては、例えば、１５０～２５０℃である。
　ＳｉＣ粒子は、α－ＳｉＣが好ましい。
　最終的に得られるＳｉＳｉＣ部材１１におけるＳｉＣの平均粒径が所望の値になるように、用いるＳｉＣ粒子の平均粒径を適宜選択する。
　ＳｉＣ粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸＩＩ、マイクロトラック・ベル社製）を用いて計測する。
　バインダとしては、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂；フラン樹脂などの自己硬化性樹脂；等が挙げられる。
　ところで、特許文献１～３には、ＳｉＣ成形体を作製する方法として、３Ｄ印刷法とは異なる方法が具体的に記載されている。
　例えば、特許文献１の実施例１（［００６８］～［００６９］）、特許文献２の実施例１（第１３～１８頁）、および、特許文献３の実施例１（［００５４］～［００６０］）を参照されたい。
　具体的には、特許文献１（［００６８］）には、「実施例１」として、「平均粒径５０μｍのＳｉＣ粉末と、平均粒径１０μｍのＳｉＣ粉末とを、重量比で７：３の割合で混合した混合物に、有機バインダと水とを加えて泥しょう（スラリー）を調製し、前記泥しょうを用いて、泥しょう鋳込み法によって、・・・成形体を形成した」ことが記載されている。
　しかしながら、特許文献１～３に記載された方法を用いて、断面積ＣＰが小さい（例えば５ｍｍ２以下である）円柱状または多角柱状の突出部を有するＳｉＣ成形体を作製する場合、形が崩れた突出部が形成されやすい（または、形成される突出部は、形が崩れやすい）。
　これに対して、上述した３Ｄ印刷法を用いてＳｉＣ成形体を作製することにより、形が崩れた突出部が形成されにくい（形成される突出部は、形が崩れにくい）。
　〈Ｓｉ含浸〉
　次に、ＳｉＣ成形体に、ケイ素（Ｓｉ）を含浸させる。以下、これを「Ｓｉ含浸」ともいう。
　具体的には、例えば、ＳｉＣ成形体とＳｉ単体とを相互に接触させた状態で、これら（ＳｉＣ成形体およびＳｉ単体）を加熱して、Ｓｉ単体を溶融させる。これにより、溶融したＳｉ単体が、毛細管現象により、多孔質体であるＳｉＣ成形体に含浸される。
　こうして、ＳｉＣ成形体にＳｉ単体が含浸した複合材料であるＳｉＳｉＣ部材１１が得られる。
　このとき、Ｓｉ単体を、ＳｉＣ成形体の上面に配置した状態で溶融させることにより、重力を利用して、溶融したＳｉ単体をＳｉＣ成形体により含浸させやすくなる。
　Ｓｉ単体を溶融させる環境は、減圧環境が好ましい。
　加熱温度は、Ｓｉの融点以上であればよい。Ｓｉの融点は、測定方法によって若干異なるが、概ね１４１０～１４１４℃である。加熱温度は、１４２０℃以上が好ましい。
　ＳｉＣ成形体に導入するＳｉの量は、最終的に得られるＳｉＳｉＣ部材１１のＳｉＣ含有量などに応じて、適宜設定される。
　得られるＳｉＳｉＣ部材１１は、Ｓｉ単体を溶融させる際の加熱によって、焼結される。すなわち、ＳｉＣどうし、および、ＳｉＣとＳｉとが結合して、緻密な焼結体が得られる。
　したがって、得られるＳｉＳｉＣ部材１１は、ＳｉおよびＳｉＣを含有する複合材料であって、かつ、焼結体でもある。
　以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施例に限定されない。
　以下、例１が実施例であり、例２～例４が参考例である。
　〈例１〉
　３Ｄ印刷法を用いて、ＳｉＣ成形体を作製した。
　すなわち、粉末積層型３Ｄプリンタを用いて、バインダジェット造形法により、ＳｉＣ成形体を作製した。
　具体的には、まず、ＳｉＣ粒子を用いて層（厚さ：０．０３ｍｍ）を形成し、形成した層にインクジェットノズルからバインダを噴射した。
　これを繰り返して、放熱板に相当する部位（１４０ｍｍ×４５ｍｍ×３ｍｍ）に２９２本の円柱状の突出部（断面積ＣＰ：３．１４ｍｍ２、高さＨ：６ｍｍ）が一体形成されたＳｉＣ成形体を作製した。
　ＳｉＣ粒子としては、α－ＳｉＣ粉末（平均粒径：１０μｍ、信濃電気精錬社製）を用いた。
　バインダとしては、ＥｘＯｎｅ社製の「ＢＡ００５」を用いた。
　次に、Ｓｉ含浸を実施した。
　より詳細には、まず、反応炉内にて、ＳｉＣ成形体の上に、Ｓｉ単体を配置した。
　配置するＳｉ単体の量は、得られるＳｉＳｉＣ部材のＳｉＣ含有量（単位：体積％）が下記表１に示す値になるように調整した（以下、同様）。
　その後、反応炉内を、減圧環境にした状態で、１４７０℃まで加熱した。これにより、Ｓｉ単体を溶融させて、ＳｉＣ成形体の中に含浸させた。
　こうして、放熱部材として、Ｓｉ単体とＳｉＣとを含有する焼結体であるＳｉＳｉＣ部材を得た。
　〈例２〉
　ＳｉＣ粒子として平均粒径３０μｍのα－ＳｉＣ粉末を用いた以外は例１と同様にして、ＳｉＣ成形体を作製した。
　その後は、例１と同様にして、ＳｉＣ成形体に対してＳｉ含浸を実施して、ＳｉＳｉＣ部材を作製した。
　〈例３〉
　ＳｉＣ粒子として平均粒径５０μｍのα－ＳｉＣ粉末を用いた以外は例１と同様にして、ＳｉＣ成形体を作製した。
　その後は、例１と同様にして、ＳｉＣ成形体に対してＳｉ含浸を実施して、ＳｉＳｉＣ部材を作製した。
　〈例４〉
　特許文献１の実施例１（［００６８］～［００６９］）に記載された方法に準拠して、ＳｉＣ成形体を作製した。
　その後は、例１と同様にして、ＳｉＣ成形体に対してＳｉ含浸を実施して、ＳｉＳｉＣ部材を作製した。
　〈例５〉
　特許文献２の実施例１（第１３～１８頁）に記載された方法に準拠して、ＳｉＣ成形体を作製した。
　その後は、例１と同様にして、ＳｉＣ成形体に対してＳｉ含浸を実施して、ＳｉＳｉＣ部材を作製した。
　〈例６〉
　特許文献３の実施例１（［００５４］～［００６０］）に記載された方法に準拠して、ＳｉＣ成形体を作製した。
　その後は、例１と同様にして、ＳｉＣ成形体に対してＳｉ含浸を実施して、ＳｉＳｉＣ部材を作製した。
　以上のようにして、例１～例６のＳｉＳｉＣ部材（放熱部材）を得た。
　〈各種物性〉
　例１～例６のＳｉＳｉＣ部材について、上述した方法に従って、膨張係数、熱伝導率、ＳｉＣ含有量、ＳｉＣの平均粒径、４点曲げ強さ、密度および、表面積増加率（Ｓ１／Ｓ２）を測定した。また、突出部の断面積ＣＰ（平均値）、および突出部の高さＨの維持率を以下の方法に従って、測定した。さらに、例１～例４のＳｉＳｉＣ部材については、放熱量シミュレーションによって各部材の放熱量を評価した。物性測定及びシミュレーション結果を下記表１に示す。
　例１について、突出部の表面粗さ（Ｓａ）をレーザー顕微鏡（キーエンス社製 ＶＫ－Ｘ１０００）を用いて測定したところ、９．４μmであった。
　なお、これらの物性値を測定しなかった場合は、下記表１に「－」を記載した。
　表中における「測定不可」とは、突出部の形状が崩れていることが目視で確認できたことを意味する。
　突出部の断面積ＣＰの平均値は、ＳｉＳｉＣ部材に形成された複数の突出部のうち、２５本の突出部を無作為に選択して個別の断面積ＣＰを測定し、その平均値を計算することにより求めた。
　突出部の高さＨの維持率は以下の方法により求めた。まず、ＳｉＳｉＣ部材に形成された複数の突出部のうち、２５本の突出部を無作為に選択した。その後、２５本の突出部のそれぞれについて、３Ｄプリンタで設定した高さ（６ｍｍ）に対する実際に作製された突出部の高さの割合（実際の高さ/設定高さ）を求め、２５本の突出部のうち、上記の高さの割合が所定範囲内（０．９５～１.０５）であるものの割合を計算することにより、突出部の高さＨの維持率を求めた。
　表面積増加率（Ｓ１／Ｓ２）の測定において、ＳｉＣ成形体作成に泥しょう鋳込み法を用いた例４の表面積増加率は１．２２であった。泥しょう鋳込み法を用いた例５および泥しょう押し出し法を用いた例６の表面積増加率は、目視で確認できる突出部の形状から、明らかに１．３未満であると判断した。
　放熱量のシミュレーションは、シミュレーションソフトウェア（Ｓｉｍｃｅｎｔｅｒ　ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋　２０２０．１　（Ｂｕｉｌｄ　１５．０２．００７－Ｒ８））を使用して、ＳｉＳｉＣ部材の半導体素子側の温度を１５０℃と、突出部の熱伝達係数を１００００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）と設定し、水冷式冷却を想定して計算することにより求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　〈評価結果まとめ〉
　上記表１に示すように、例１～３のＳｉＳｉＣ部材は、例４～例６のＳｉＳｉＣ部材よりも、高さＨ維持率で表される突出部の状態が良好であり、かつ放熱量が高いため、放熱性に優れていた。本発明の実施態様にかかる放熱部材がヒートシンク能力に優れていることが示された。
　なお、２０２２年５月１６日に出願された日本特許出願２０２２－８０００９号の明細書、特許請求の範囲、図面およ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。
　１：半導体モジュール
　２：半導体素子
　３：絶縁基板
　４：導体回路
　５：はんだ層
　６：ワイヤ
　７：金属層
　８：はんだ層
１１：放熱部材（ＳｉＳｉＣ部材）
１２：放熱板
１３：ヒートシンク
１４：突出部
１５：突出部の底面
１６：突出部の側面
１７：放熱板の表面
１８：放熱板の裏面
１９：放熱板の側面

Claims (10)

  1. 　一面側に半導体素子および絶縁基板が配置される放熱板と、
    　前記放熱板と一体に形成されたヒートシンクと、を備えるＳｉＳｉＣ部材である、半導体モジュールに用いられる放熱部材。
  2. 　前記ヒートシンクが、前記放熱板から突出した複数の突出部を備える、請求項１に記載の放熱部材。
  3. 　前記放熱板の表面の単位面積あたり、前記突出部の個数が１個/ｃｍ２以上である、請求項２に記載の放熱部材。
  4. 　前記放熱板の表面に沿って切断したときの１つの前記突出部の断面積ＣＰが、１～１００ｍｍ２である、請求項２に記載の放熱部材。
  5. 　表面積増加率が、１．３以上である、請求項２に記載の放熱部材。
    　ただし、前記表面積増加率は、前記突出部を備える前記放熱部材の表面積Ｓ１を、前記突出部を備えないと仮定した場合の前記放熱部材の表面積Ｓ２で除することによって得られる値である。
  6. 　３０～３００℃における平均線膨張係数が、２～５ｐｐｍ／Ｋである、請求項１～５のいずれか１項に記載の放熱部材。
  7. 　熱伝導率が、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の放熱部材。
  8. 　ＳｉＣ含有量が、９０体積％以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の放熱部材。
  9. 　ＳｉＣの平均粒径が、２～１００μｍの範囲である、請求項１～５のいずれか１項に記載の放熱部材。
  10. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の放熱部材を有する、半導体モジュール。
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