[课题]廉价地提供一种散热零件，其具有导热性，同时比重小，且热膨胀系数接近陶瓷基板，并且具有翘曲从而能够与散热零件等密合性良好地接合。[解决方法]一种碳化硅复合体以及使用该复合体而形成的散热零件，该碳化硅复合体是一种以铝为主要成分的金属含浸于多孔碳化硅成形体而形成的板状复合体，具有相对于复合体的主面的长度10cm的翘曲量为250μm以下的翘曲，使用了上述板状复合体的功率模块的翘曲量具有250μm以下的翘曲。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种碳化硅质复合材料及其制造方法以及使用了该复合材料的散热零件，所述碳化硅复合材料热传导特性优异，且重量轻，具有适于作为陶瓷基板或IC包装体等半导体零件的散热器等散热部件的高导热性。
技术介绍
近年来，随着半导体领域中的半导体元件的大容量化、半导体元件的高集成化的推进，如何有效地将半导体元件产生的热能发散到外部成了一个重要的课题。半导体元件通常被搭载在陶瓷基板等绝缘性基板上使用。这种情况下，从半导体元件放出的热经设置在基板背面等的被称为散热器的散热零件发散到外部，以确保半导体元件的工作特性。以前，作为这种散热器材料，主要使用铜(Cu)。虽然铜在室温附近的导热系数高达390W/mK，但是其热膨胀系数大到17×10-6/K，起因于陶瓷基板(热膨胀系数：7～8×10-6/K)与散热器之间的热膨胀差，有时由加热接合时或热循环的负荷等导致陶瓷基板上产生裂缝或裂纹。以前，在要求可靠性的领域中作为散热零件而使用陶瓷基板时，作为散热器一直使用与陶瓷基板的热膨胀系数之差较小的Mo或W等。由如上所述的Mo或W制造的散热器的可靠性优异，但另一方面导热系数低至150W/mK，散热特性方面存在问题，并且这种散热器价格贵。基于这种情况，近年来，将铜或铝合金用无机质纤维或颗粒加强的、被简称为MMC(金属基复合材料(Metal Matrix Composite))的金属－陶瓷复合体受到了关注。这种复合体一般是通过事先让作为加强材料的无机质纤维或颗粒成形来形成预成型体，使作为基材的金属浸渗至该预成型体的纤维间或颗粒间的复合体。使用氧化铝、碳化硅、氮化铝、氮化硅、二氧化硅、碳等陶瓷作为加强材料。然而，作为加强材料的陶瓷与作为基材的合金的润湿性、界面的反应层等也对导热系数影响很大。在所述的复合体中，当希望提高导热系数时，需要选择导热系数高的物质作为加强材料以及合金，为了降低热膨胀系数，需要选择热膨胀率低的加强材料。因此，主要对碳化硅－铝合金的复合体进行了研究。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利第3468358号专利文献2:日本特表平5-507030号公报专利文献3:日本特开平9-157773号公报专利文献4:日本特开平10-335538号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，如上所述，在具备以往的陶瓷基板与散热器的接合结构的散热零件中使用Mo或W等重金属材料作为散热器时，存在散热零件的重量变重、同时散热性也不一定充分的问题。而使用重量较轻、散热性优异的Cu或Al等作为散热器时，与陶瓷基板之间的热膨胀差大，为了得到可靠性高的结构，接合结构本身将变得非常复杂，存在导致制造成本增加或作为散热零件的热阻增加等问题。基于这些情况，在具备以往的陶瓷基板与散热器的接合结构的散热零件中，希望实现简化接合结构，且提高可靠性以及散热性。另一方面，为了解决上述问题，对金属－陶瓷复合体进行了研究，但若想得到接近陶瓷基板的热膨胀率，就需要提高热膨胀率低的加强材料即陶瓷的比例。为了提高陶瓷成分的比例，需要使用高的成形压力来成形预成型体，存在如下问题：导致成本的增加，并且存在之后的合金很难充分含浸的问题。因此，需要进行能够廉价提供热膨胀率接近陶瓷基板、具有高导热系数的金属－陶瓷复合体的技术开发。进一步地，作为散热零件使用时，这种复合体是焊接到电路基板上使用的，因此，如果复合体的翘曲量过大则变得难以进行焊接。为此，在将这种复合体作为散热零件使用时，需要将翘曲量控制在规定量以下。另一方面，装配了这种散热零件的功率模块等零件，一般用螺钉固定在散热片上使用。此时，在功率模块等零件与散热片的接合面上为了使应力发挥作用，接合面呈凸型时螺钉固定后的紧固力大、从散热方面而言是优选的。但是，对于以往的金属－陶瓷复合体，如果想要像这样任意附加翘曲等形状时，只有通过后续加工进行调整的方法。这时，存在金属－陶瓷复合体非常硬、加工费用高、零件自身变得非常贵的问题。本专利技术鉴于上述情况研发而成，其目的在于廉价地提供一种复合体以及使用该复合体的散热零件，所述复合体具有高导热性，同时比重小，且热膨胀系数接近陶瓷基板，具有翘曲从而与散热零件等密合性良好地接合。用于解决问题的方案本专利技术人等为了实现上述目的进行潜心研究，结果发现：通过调整复合体的组成及其结构，可以控制热膨胀系数等特性以及复合体的形状，从而完成了本专利技术。即，本专利技术是一种碳化硅质复合体，其特征在于，其是将含铝金属加压含浸于多孔碳化硅成形体而形成的板状复合体，所述碳化硅质复合体的板厚t为2mm～6mm，面内的厚度偏差在t±0.3mm以内。另外，本专利技术是一种碳化硅复合体，其特征在于，板状复合体的面内具有用于使所述板状复合体的凸面面向其他散热零件进行螺钉固定的四个以上的孔部，相对于孔间方向(X方向)的长度10cm的翘曲量(Cx；μm)与相对于其垂直方向(Y方向)的长度10cm的翘曲量(Cy；μm)的关系是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200，使用了所述板状复合体的功率模块中的翘曲量是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200。进一步地，本专利技术是一种碳化硅质复合体，其特征在于，板状复合体的表面背面两面被平均厚度为10～110μm的以铝为主要成分的金属层覆盖，并且表面背面的金属层的平均厚度之差在100μm以下。另外，本专利技术是一种碳化硅质复合体，其特征在于，板状复合体包括复合体部分(A)与设置在复合体的至少单面上的以铝为主要成分的金属层(B)，复合体部分(A)的厚度的平均值(TA；μm)与金属层(B)的两面的厚度的平均值之和(TB；μm)的比(TA/TB)是10～30。进一步地，本专利技术是一种碳化硅质复合体，其特征在于，相对于复合体的主面的长度10cm的翘曲量为50～250μm，并且所述金属层(B)的表面侧的厚度的平均值(TB1；μm)和背面侧的厚度的平均值(TB2；μm)之差的绝对值(|TB1－TB2|)与复合体的最大长度(L；cm)之积在500以上2000以下。另外，本专利技术是一种碳化硅质复合体的制造方法，其特征在于，通过在温度350℃以上对碳化硅质复合体施加应力使其塑性变形，从而进行翘曲加工。进一步地，本专利技术是一种碳化硅质复合体，其特征在于，从室温(25℃)加热至150℃时的平均热膨胀系数在9×10-6/K以下，室温(25℃)的导热系数在150W/mK以上。再有，本专利技术是一种散热零件，其特征在于，在板状复合体上接合用于搭载半导体的陶瓷基板而形成。再有，本专利技术是一种散热零件，其特征在于，陶瓷基板是氮化铝和/或氮化硅。进一步地，本专利技术是一种散热零件，其特征在于，将未接合陶瓷基板的一面介由散热膏安装于平面板时，在紧固扭矩为2N以上的条件下，所述面的90％以上密合。专利技术的效果由于本专利技术的复合体是含铝金属含浸于碳化硅质多孔体而形成的，因此具有如下特征，即，能够降低复合体的加工成本、导热系数高、平均热膨胀系数接近陶瓷基板、并且重量轻；作为一种与用于搭载半导体的陶瓷基板接合而使用的散热零件，可靠性优异且能够廉价提供适用于电动汽车等移动设备等的散热零件。再有，本专利技术的复合体具有特定量的翘曲，例如，作为散热板使用时，能够将陶瓷基板密合性良好地用螺钉固定在散热片等散热零件上，散热性稳定。因此，具有能够形成高可靠性的模块的效果，产业上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳化硅复合体，其特征在于，其是含铝金属加压含浸于多孔碳化硅成形体而形成的板状复合体，板厚t为2mm～6mm，面内的厚度偏差在t±0.3mm以内，所述板状复合体的面内具有用于使所述板状复合体的凸面面向其他散热零件进行螺钉固定的四个以上的孔部，相对于孔间方向(X方向)的长度10cm的翘曲量(Cx；μm)与相对于其垂直方向(Y方向)的长度10cm的翘曲量(Cy；μm)的关系是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200，使用了所述板状复合体的功率模块中的该复合体主面的翘曲量是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.03 JP 2014-0185921.一种碳化硅复合体，其特征在于，其是含铝金属加压含浸于多孔碳化硅成形体而形成的板状复合体，板厚t为2mm～6mm，面内的厚度偏差在t±0.3mm以内，所述板状复合体的面内具有用于使所述板状复合体的凸面面向其他散热零件进行螺钉固定的四个以上的孔部，相对于孔间方向(X方向)的长度10cm的翘曲量(Cx；μm)与相对于其垂直方向(Y方向)的长度10cm的翘曲量(Cy；μm)的关系是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200，使用了所述板状复合体的功率模块中的该复合体主面的翘曲量是50≤Cx≤250且0≤Cy≤200。2.根据权利要求1所述的碳化硅复合体，其表面背面两面被平均厚度为10～110μm的含铝的金属层覆盖，表面背面的所述金属层的平均厚度之差在100μm以下。3.根据权利要求1所述的碳化硅复合体，其包括复合体部分(A)与设置在复合体的至少单面上的含铝的金属层(B)，所述复合体部分(A)的厚度的平均值(TA；μm)与所述金属层(B)的两面的厚度的平均值之和(TB；μm)的比(TA/TB)是10～30。4.根据权利要求1或2所述的碳化...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪元德，广津留秀树，宫川健志，
申请(专利权)人：电化株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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