铝‑碳化硅质复合体及功率模块用基底板制造技术

本发明专利技术提供一种适合作为功率模块用基底板的铝‑碳化硅质复合体。一种铝‑碳化硅质复合体，其特征在于，在将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的板厚2～6mm的平板状铝‑碳化硅质复合体的外周，设置以含有平均纤维径为20μm以下且平均纵横比为100以上的陶瓷纤维的铝‑陶瓷纤维复合体作为主体的外周部，铝‑陶瓷纤维复合体在外周部所占的比例为50面积％以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适合作为功率模块用基底板的铝-碳化硅质复合体及使用该铝-碳化硅质复合体的功率模块用基底板。
技术介绍
目前，随着半导体元件的高集成化、小型化，发热量日趋增加，如何使其高效地散热成为课题。于是，将在具有高绝缘性·高热传导性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面上形成铜制或铝制的金属电路，并在背面形成铜制或铝制的金属散热板而得的电路基板用作功率模块用电路基板。现有电路基板的典型散热结构是基底板隔着电路基板的背面(散热面)的金属板、例如铜板被焊接(日文：半田付け)而成的结构，作为基底板，通常使用铜。然而，在该结构中存在如下问题：在对半导体装置施加热负荷的情况下，在焊料层中因基底板和电路基板的热膨胀系数差而产生裂痕，其结果是，其散热变得不充分、半导体组件误动作或破损。因此，作为热膨胀系数接近电路基板的热膨胀系数的基底板，提出了铝-碳化硅质复合体。作为该基底板用的铝-碳化硅质复合体的制法，将碳化硅多孔体加压浸透在铝合金的熔融金属中的熔融金属锻造法(专利文献1)、以非加压方式使铝合金的熔融金属浸透碳化硅多孔体的非加压含浸法(专利文献2)已被实用化。然而，在制作如上所述的散热组件等的情况下，要求对铝-碳化硅质复合体进行高精度的外形加工或螺纹孔加工等，为了进行该加工而复合有碳化硅，因此有被加工性差、成本变高的问题。于是，为解决上述问题，惯例是预先将铝-多孔质碳化硅成形体的加工部分制成被加工性优异的铝合金，利用公知的金属加工方法进行外形加工或螺纹孔加工。[专利文献1]日本专利特许3468358号[专利文献1]日本专利特表平5-507030号公报专利技术内容功率模块大多隔着基底板与散热翅片接合而使用，其接合部分的形状或翘曲也被作为重要特性而列举出来。在将铝-碳化硅质复合体用作功率模块用基底板的情况下，反复使用时，因铝-碳化硅质复合体的外周铝合金部与铝-碳化硅质复合体的热膨胀系数差而产生热应力，有时使铝-碳化硅质复合体出现弯曲或凹坑，基底板与散热翅片的密合性降低，热传导性显著降低。进而，因为铝-碳化硅质复合体的形状歪斜，有时对铝-碳化硅质复合体施加负荷而出现裂痕。另外，在将多孔质碳化硅成形体浸透在铝合金中并冷却时，由铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差而产生的热应力发生残留。铝合金因为强度低，所以有时会以外周加工等的应力为起点，释放残留应力，在外周铝合金部及铝-碳化硅质复合体中出现裂痕。本专利技术的课题在于提供一种降低铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差、且更具有可靠性的铝-碳化硅质复合体。即，本专利技术为一种铝-碳化硅质复合体，其特征在于，在包含板厚2～6mm的平板状铝-碳化硅质复合体的第一相的除了两个主面以外的外周，具有包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，该铝-碳化硅质复合体是将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的，所述铝-陶瓷纤维复合体以体积率3～20％的比例含有平均纤维径为20μm以下、平均纵横比为100以上的陶瓷纤维，该第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体的存在比例是上述第一相的外周面积的50面积％以上。本专利技术中，优选铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200MPa以上，150℃下的强度为150MPa以上。本专利技术中，能够以铝-碳化硅质复合体的两个主面或单个主面被铝合金层或铝-陶瓷纤维层覆盖的方式构成。本专利技术中，优选第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体中的陶瓷纤维的含有率相对于铝-陶瓷纤维复合体整体为3～20体积％。另外，优选陶瓷纤维包含选自氧化铝、二氧化硅、氮化硼、碳化硅及氮化硅中的一种或二种以上。另外，本专利技术为一种功率模块用基底板，其特征在于，该功率模块用基底板是对上述铝-碳化硅质复合体的表面实施镀敷而成的。本专利技术通过使包含铝-碳化硅质复合体的第一相的外周部为包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，可减低铝-碳化硅质复合体与外周部的热膨胀系数差，能改善在反复使用时的形状稳定性。本专利技术因为在与陶瓷电路基板进行焊接后的散热性良好，所以特别适合用作要求高可靠性的功率模块的基底板。具体实施方式本专利技术是将在多孔质碳化硅成形体的外周部邻接设置陶瓷纤维而成的成形体浸透在含有铝的金属中而得的复合体。本专利技术的复合体具有下述结构：使将多孔质碳化硅成形体浸透在铝合金中的铝-碳化硅质复合体的外周部与将陶瓷纤维浸透在铝合金中的铝-陶瓷纤维复合体相互邻接。因此，铝-碳化硅质复合体与铝-陶瓷纤维复合体彼此被相同金属连续地连接。因而，具有可防止在相互邻接的多孔质碳化硅成形体与陶瓷纤维所形成的界面发生剥离等效果。本专利技术中的铝-碳化硅质复合体的结构例记载于图1、2，但本专利技术不受此所限。本专利技术中，设于铝-碳化硅质复合体(第一相)的外周部的铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的存在比例优选为铝-碳化硅质复合体(第一相)的除了两个主面以外的外周部的50面积％以上。小于50面积％时，无法降低外周铝合金部与铝-碳化硅质复合体(第一相)的热膨胀系数差，有可能在反复使用时出现弯曲或凹坑、或由于在浸透及冷却时因铝-碳化硅质复合体与外周铝合金部的热膨胀系数差而产生的热应力导致外周铝合金部及铝-碳化硅质复合体(第一相)出现裂痕。应予说明，所谓“主面”是指表面或背面，所谓“两个主面”是指表背两面，所谓“一个主面”或单个“单个主面”是指表面或背面中的任一面。本专利技术中，所谓多孔质碳化硅成形体是指具有可浸透金属的气孔、且在浸透操作等中不易发生变形、破坏等、例如具有10MPa左右的机械强度的成形体，例如可举出烧结体。另外，本专利技术中，陶瓷纤维是指纤维状的无机化合物的集合体，并不特别要求机械强度，可为毛毡、垫子等任一状态。作为陶瓷纤维，可使用含有氧化铝、二氧化硅、氮化硼、碳化硅、氮化硅等的市售品。其中，因廉价且容易取得而优选含有氧化铝、二氧化硅。另外，因为在纤维方向上的热传导率高、容易散热而优选含有碳化硅。另外，本专利技术优选铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200MPa以上，150℃下的强度为150MPa以上。若热膨胀系数为20×10-6/K以上，则铝-碳化硅质复合体(第一相)与铝-陶瓷纤维复合体(第二相)的热膨胀系数差变大，在第一相及第二相出现裂痕，并不理想。另外，25℃下的强度小于200MPa，150℃下的强度小于150MPa时，则因外周加工等机械加工时产生的应力而在铝-陶瓷纤维复合体(第二相)中出现裂痕，并不理想。本专利技术中使用的陶瓷纤维的体积率优选为3～20体积％。如果超过20体积％，则陶瓷纤维的含有率过高，有时在铝-陶瓷纤维复合体表面大量露出陶瓷纤维，使镀敷密合性降低。另一方面，如果体积率小于3体积％，则铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数变高，并不理想。另外，优选本专利技术中使用的陶瓷纤维的平均纤维径为20μm以下，平均纵横比为100以上。平均纵横比小于100或平均纤维径超过20μm时，铝-陶瓷复合体中大量存在强度低的玻璃质粗大粒子，因外周加工等机械加工所致的应力而以玻璃质粗大粒子为起点产生裂痕，故并不理想。所谓“平均纤维径”是指利用扫描型电子显微镜观测20根以上的陶瓷纤维，通过图像分析对各纤维的直径进行计算测量而得的值的平均值。所谓“平均纵横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝‑碳化硅质复合体，其特征在于，在包含板厚2～6mm的平板状铝‑碳化硅质复合体的第一相的外周，具有包含铝‑陶瓷纤维复合体的第二相，该铝‑碳化硅质复合体是将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的，所述铝‑陶瓷纤维复合体以体积率3～20％的比例含有平均纤维径为20μm以下、平均纵横比为100以上的陶瓷纤维，该第二相所含的铝‑陶瓷纤维复合体的存在比例是所述第一相的外周面积的50面积％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 JP 2014-0547061.一种铝-碳化硅质复合体，其特征在于，在包含板厚2～6mm的平板状铝-碳化硅质复合体的第一相的外周，具有包含铝-陶瓷纤维复合体的第二相，该铝-碳化硅质复合体是将碳化硅的含有率为50～80体积％的多孔质碳化硅成形体浸透在含有铝的金属中而成的，所述铝-陶瓷纤维复合体以体积率3～20％的比例含有平均纤维径为20μm以下、平均纵横比为100以上的陶瓷纤维，该第二相所含的铝-陶瓷纤维复合体的存在比例是所述第一相的外周面积的50面积％以上。2.如权利要求1所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于，所述铝-陶瓷纤维复合体的热膨胀系数小于20×10-6/K，25℃下的强度为200...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤大助，广津留秀树，谷口佳孝，岩元豪，小柳和则，
申请(专利权)人：电化株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP