铝-金刚石系复合体及使用其的散热部件制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种铝‑金刚石系复合体，该铝‑金刚石系复合体兼具高热传导率和与半导体元件接近的热膨胀率，即使在于高负荷下的实际使用中也能够抑制表面金属层部分的膨胀等的产生。本发明专利技术提供铝‑金刚石系复合体，其特征在于，粒径的体积分布的第一峰位于5～25μm，第二峰位于55～195μm，粒径为1～35μm的体积分布的面积与粒径为45～205μm的体积分布的面积的比率为1比9至4比6，该铝‑金刚石系复合体含有65体积％～80体积％的圆形度为0.94以上的金刚石粉末，剩余部分由含有铝的金属构成。

Diamond line complex and radiating aluminum parts using the same

The aim of the invention is to provide an aluminum diamond line complex, the aluminum diamond system with high thermal conductivity and close to the semiconductor element and the rate of thermal expansion is complex, even if the actual use under high load also can inhibit the expansion part of the surface of the metal layer of the. The present invention provides aluminum diamond line complex, which is characterized in that the particle size distribution of the size of the first peak in 5 ~ 25 m, the second peak is at 55 ~ 195 m, diameter of 1 ~ 35 m volume distribution area and the particle size is 45 ~ 205 m volume ratio distribution the area is 1 more than 9 to 4 than 6, the aluminum diamond line complex containing 65 vol% to 80 vol% of circular diamond powder of more than 0.94, the remaining part is composed of aluminum containing metal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铝-金刚石系复合体及使用其的散热部件。
技术介绍
通常情况下，在用于光通信等的半导体激光元件、高频元件等半导体元件中，为了防止工作不良等，如何有效地释放由该元件产生的热是非常重要的。近年来，随着半导体元件的技术的进步，元件的高功率化、高速化、高集成化持续进展，对其散热的要求变得越来越严格。因此，一般而言，针对散热器(heat sink)等散热部件也要求高热传导率，而使用热传导率高达390W/mK的铜(Cu)。另一方面，对于各半导体元件来说，随着高功率化，其尺寸变大，半导体元件与用于散热的散热器之间的热膨胀的不匹配的问题逐渐显著。为了解决这些问题，人们谋求开发一种具有高热传导这样的特性、并且同时与半导体元件的热膨胀率匹配的散热器材料。作为这样的材料，提出了金属与陶瓷的复合体，例如铝(Al)与碳化硅(SiC)的复合体(专利文献1)。然而，在Al-SiC系的复合体中，无论怎样优化条件，热传导率仍为300W/mK以下，人们谋求开发一种在铜的热传导率以上的具有更高热传导率的散热器材料。作为这样的材料，提出了一种金属-金刚石复合体，该金属-金刚石复合体将金刚石具有的高热传导率和金属具有的高热膨胀率组合，热传导率高且热膨胀系数与半导体元件材料接近(专利文献2)。另外，专利文献3中，通过在金刚石颗粒的表面形成β型的SiC层，从而抑制在复合化时所形成的低热传导率的金属碳化物的生成，并且改善与熔融金属的浸润性，改善所得的金属-金刚石复合体的热传导率。进而，由于金刚石为非常硬的材料，所以与金属复合化而得到的金属-金刚石复合体同样地也非常硬，是难加工性材料。因此，金属-金刚石复合体几乎无法以通常的金刚石工具加工，作为小型且存在各种形状的散热器，为了使用金属-金刚石复合体，如何以低成本进行形状加工成为课题。针对这样的课题，人们探讨了激光加工、水射流加工，进而金属-陶瓷复合体可通电，故而也探讨了利用放电加工进行的加工方法。在半导体元件用的散热部件中，为了与元件接合，散热部件表面需要附加通过镀覆等形成的金属层。在为通常的半导体元件的情况下，利用锡焊进行的接合为中心，接合温度也为300℃以下，因此，在表面设有Ni-P合金等通过镀覆处理而形成的金属层。然而，作为散热器用材料的使用形态，通常，为了有效地将半导体元件放出的热散热，以散热器用焊料等接合至半导体元件的形式接触配置。为此，采用在接合面实施了镀金的多层镀覆等。进而，在上述用途中，随着接合温度的升高、实际使用时的温度负荷的增加，在目前的Ni-P合金等合金镀覆中，存在由于散热器材料与镀膜之间的热膨胀差而产生膨胀的问题。进而，散热器用焊料等接合至半导体元件时，由于接合界面的面精度有助于散热性，故而十分重要。为现有的金属-金刚石复合体时，由于金刚石颗粒在接合面露出，所以接合面的面粗糙度大，其结果，接触界面的热阻增加，不理想。因此，作为散热器用材料所要求的特性，存在如何减小表面的面粗糙度这样的课题。另外，为了提高半导体元件的性能，需要将所产生的热高效地散热，作为散热器材料，要求更高的高热传导材料。专利文献1：日本特开平9-157773号公报专利文献2：日本特开2000-303126号公报专利文献3：日本特表2007-518875号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铝-金刚石系复合体，该铝-金刚石系复合体兼具高热传导率和与半导体元件接近的热膨胀率，即使在于高负荷下的实际使用中也能够抑制表面金属层部分的膨胀等的发生。本专利技术的铝-金刚石系复合体的特征在于，粒径的体积分布的第一峰位于5～25μm，第二峰位于55～195μm，粒径为1～35μm的体积分布的面积与粒径为45～205μm的体积分布的面积的比率为1比9至4比6，该铝-金刚石系复合体含有65体积％～80体积％的圆形度为0.94以上的金刚石粉末，剩余部分由含有铝的金属构成。另外，根据本专利技术的一个实施方式，上述铝-金刚石系复合体的特征在于，使用在大气气氛下、于600℃以上900℃以下进行了30分钟以上180分钟以下加热处理的金刚石粉末。本专利技术的散热部件的特征在于，是包含形成为平板状的上述铝-金刚石系复合体的散热部件，上述铝-金刚石系复合体的两面被膜厚为0.03mm～0.2mm的表面层覆盖，该表面层含有80体积％以上的含有铝的金属。另外，根据本专利技术的一个实施方式，上述散热部件的特征在于，在上述两面，从上述铝-金刚石系复合体侧开始依次具有膜厚为0.5μm～6.5μm的Ni层、膜厚为0.5μm～6.5μm的非晶质的Ni合金层、膜厚为0.05μm以上的包括Au层的金属层，且Ni层和Ni合金层的膜厚的总计为1.0μm～10μm。另外，根据本专利技术的一个实施方式，上述散热部件的特征在于，上述铝-金刚石系复合体的厚度为0.4mm～6mm。本专利技术的铝-金刚石系复合体具有高热传导且与半导体元件接近的热膨胀率，即使在于高负荷下的实际使用中也可以抑制表面金属层部分的膨胀等的产生。附图说明[图1]是本专利技术的实施方式涉及的铝-金刚石系复合体散热部件的示意性结构图。[图2]是本专利技术的实施方式涉及的铝-金刚石系复合体的复合化前的结构层体的示意性截面图。具体实施方式[术语说明]本说明书中，符号“～”表示“以上”及“以下”。例如，“A～B”表示为A以上B以下。本说明书中，所谓“两面”，对于平板状构件来说，表示表面及背面两者的面。另外，在本说明书中，所谓“侧面部”，对于平板状构件来说，表示环绕上述两面的周围、相对于两面为大致垂直的部分。另外，本说明书中，所谓“孔部”，是指为了将本专利技术的部件以螺丝固定在其他散热构件而设置的、加工成贯穿平板状铝-金刚石系复合体的上下面的贯通孔。以下，参照图1及2，针对本专利技术的铝-金刚石系复合体、使用其的散热部件以及它们的制造方法，说明一个实施方式。本实施方式的散热部件由铝-金刚石系复合体(图1的1)和表面金属层(图1的2)构成。另外，用于散热部件的铝-金刚石系复合体是包含金刚石颗粒和含有铝的金属的平板状的铝-金刚石系复合体，上述铝-金刚石系复合体1由复合化部(图1的3)及设置在上述复合化部3的两面的表面层(图1的4)构成，上述表面层4由包含含有铝的金属的材料形成，上述金刚石颗粒的含量为上述铝-金刚石系复合体1整体的65体积％～80体积％。由上述构成形成的铝-金刚石系复合体散热部件，具有高热传导且具有与半导体元件接近的热膨胀率，即使在于高负荷下的实际使用中也能够抑制表面金属层部分的膨胀等的产生。因此，本实施方式的铝-金刚石系复合体优选用作半导体元件的散热用散热器等散热部件。本实施方式的散热部件还可以设置包括Ni层(图1的5)、非晶质的Ni合金层(图1的6)及Au层(图1的7)的表面金属层2。以下，针对本实施方式的铝-金刚石系复合体，说明利用液态模锻法进行制造的方法。此处，铝-金刚石系复合体的制造方法若大致区分，则有含浸法和粉末冶金法2种。其中，从热传导率等特性方面来看，实际商品化的多采用含浸法制成。含浸法也存在各种制造方法，有在常压下进行的方法、和在高压下进行的高压锻造法。高压锻造法有液态模锻法和压铸法。适于本实施方式的方法为在高压下进行含浸的高压锻造法，为了得到热传导率等特性优异的致密的复合体，优选液态模锻法。所谓液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝‑金刚石系复合体，其特征在于，粒径的体积分布的第一峰位于5～25μm，第二峰位于55～195μm，粒径为1～35μm的体积分布的面积与粒径为45～205μm的体积分布的面积的比率为1比9至4比6，该铝‑金刚石系复合体含有65体积％～80体积％圆形度为0.94以上的金刚石粉末，剩余部分由含有铝的金属构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.25 JP 2014-0913041.一种铝-金刚石系复合体，其特征在于，粒径的体积分布的第一峰位于5～25μm，第二峰位于55～195μm，粒径为1～35μm的体积分布的面积与粒径为45～205μm的体积分布的面积的比率为1比9至4比6，该铝-金刚石系复合体含有65体积％～80体积％圆形度为0.94以上的金刚石粉末，剩余部分由含有铝的金属构成。2.如权利要求1所述的铝-金刚石系复合体，其特征在于，使用在大气气氛下、于600℃以上900℃以下进行了30分钟以上180分钟以下加热处理的金刚石粉末。3.一种散热部...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原庸介，宫川健志，塚本秀雄，成田真也，
申请(专利权)人：电化株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP