铝‑碳化硅质复合体及其制造方法技术

本发明专利技术提供高导热、低热膨胀以及低比重的铝‑碳化硅质复合体及其制造方法。本发明专利技术提供铝‑碳化硅质复合体，其特征在于：所述铝‑碳化硅质复合体是将铝合金浸渍于多孔质碳化硅成型体而成的，该复合体中的碳化硅的比例为60体积％以上，含有60质量％以上且75质量％以下的粒径为80μm以上且800μm以下的碳化硅，含有20质量％以上且30质量％以下的粒径为8μm以上且小于80μm的碳化硅，含有5质量％以上且10质量％以下的粒径小于8μm的碳化硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝-碳化硅质复合体及其制造方法
本专利技术涉及铝-碳化硅质复合体及其制造方法。
技术介绍
目前为止，作为功率模块中的散热器材料，一直使用铜。然而，在将铜作为散热器材料使用的情况下，由于其高热膨胀系数(17ppm/K)，因此在搭载于散热器材料上的陶瓷电路基板或者将两者接合的焊料中产生裂纹等，在可靠性上存在着问题。因此，期望具有低热膨胀、高导热性的散热器材料。在上述状况下，碳化硅质复合体由于通过提高该复合体中的碳化硅的含量可将其热膨胀系数抑制在10ppm/K以下，另外能够显现高导热性，进而为低比重等，因此近年来作为散热器材料受到关注(专利文献1、2和3)。但是，以往的碳化硅质复合体的导热系数均在室温下充其量为200W/mK左右，达不到铜的导热系数(400W/mK)，希望具有更高导热系数的碳化硅质复合体。本专利技术人为了解决以往的散热器材料具有的问题而反复锐意研究，结果发现了如下事实，从而完成了本专利技术：碳化硅质复合体的导热系数大大地依赖于构成该复合体的碳化硅粒子的粒径和碳化硅的含量，此外，具有特定范围的粒径及碳化硅含量的复合体显示230W/mK以上的高导热系数，进而，如果只使用粒径大的碳化硅粉末，则复合体中的碳化硅含量不能增加，不能实现230W/mK以上的高导热系数，此外，在为了使碳化硅含量增加而添加碳化硅的微粉时，为了实现230W/mK以上的高导热系数，应特别限定所使用的碳化硅粒子的粒径及其量。专利文献1：日本特开2000-154080号公报专利文献2：日本特开2000-141022号公报专利文献3：日本特开2000-169267号公报
技术实现思路
本专利技术鉴于上述实际情况而完成，目的在于获得高导热、低热膨胀以及低比重的铝-碳化硅质复合体。本专利技术涉及的铝-碳化硅质复合体的特征在于，所述铝-碳化硅质复合体是将铝合金浸渍于多孔质碳化硅成型体而成的，该复合体中的碳化硅的比例为60体积％以上，含有60质量％以上且75质量％以下的粒径为80μm以上且800μm以下的碳化硅，含有20质量％以上且30质量％以下的粒径为8μm以上且小于80μm的碳化硅，含有5质量％以上且10质量％以下的粒径小于8μm的碳化硅。根据本专利技术的一个方案，上述铝-碳化硅质复合体的特征在于：在25℃下的导热系数为230W/mK以上。根据本专利技术的一个方案，上述铝-碳化硅质复合体的特征在于：在25℃至150℃时的热膨胀系数为7.0ppm/K以下。根据本专利技术的一个方案，上述铝-碳化硅质复合体的特征在于：上述铝合金含有10质量％～14质量％的硅和0.5质量％～2.5质量％的镁。根据本专利技术的一个方案，上述铝-碳化硅质复合体的特征在于：在配混了具有不同粒度分布的3种以上的碳化硅粉末的原料粉末中添加无机粘合剂，经过成型工序和烧成工序。本专利技术涉及的铝-碳化硅质复合体或采用本专利技术涉及的制造方法提供的铝-碳化硅质复合体为高导热、低热膨胀和低比重。具体实施方式以下对于本专利技术涉及的铝-碳化硅质复合体及其制造方法，说明一个实施方式。但是，本专利技术显然不受限于以下的实施方式。本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体的特征在于：所述铝-碳化硅质复合体是将铝合金浸渍于多孔质碳化硅成型体而成的，该复合体中的碳化硅的比例为60体积％以上，含有60质量％以上且75质量％以下的粒径为80μm以上且800μm以下的碳化硅，含有20质量％以上且30质量％以下的粒径为8μm以上且小于80μm的碳化硅，含有5质量％以上且10质量％以下的粒径小于8μm的碳化硅。在本实施方式中，碳化硅的粒径是指利用电阻试验方法所算出的粒径。[碳化硅质复合体]在本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体中，通过将具有80μm以上且800μm以下的粒径的粒子相对于全部碳化硅粒子的量设为60质量％以上且小于75质量％，从而能够显现230W/mK以上的导热系数。通过上述粒径为80μm以上，从而变得易于获得目标的230W/mK以上的导热系数。另外，当小于55质量％时，即使能够加大复合体中的碳化硅含量本身，也不能实现本专利技术的目的。在本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体中，通过将具有8μm以上且小于80μm的粒径的粒子相对于全部碳化硅粒子的量设为20质量％以上且小于30质量％，从而能够获得能抑制导热系数降低的效果。另外，在本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体中，通过将具有小于8μm的粒径的粒子相对于全部碳化硅粒子的量设为5质量％以上且小于10质量％，从而变得容易获得目标的7.0ppm/K以下的热膨胀系数。在本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体中，构成该复合体的碳化硅粒子的粒径及碳化硅的含量是大幅地支配导热系数的重要因素，其基于以下的见解：在碳化硅粒子具有特定范围的粒径且该复合体中的碳化硅含量为特定量以上时，得到在室温(25℃)下具有230W/mK以上的高导热系数的碳化硅质复合体。此外，单纯使用粒径大的碳化硅粉末得到的碳化硅质复合体，由于使用的碳化硅粒子本身的粒径大，因此少有氧自原料混入，难以通过复合体的制造过程受到氧化等的影响而混入氧，所以具有较高的导热系数，但难以显现230W/mK以上的高导热系数，其理由基于以下的见解：由于粒径大，因此提高复合体中的碳化硅含量困难，进而，就为了提高碳化硅含量所添加的粒径小的碳化硅粉末而言，如果未将其量限定在特定范围，则在室温下无法显现230W/mK以上的高导热系数。[铝合金]在本实施方式中，作为铝合金，可举出在制作碳化硅质复合体时通常使用的含有硅的铝合金、含有硅和镁的铝合金以及含有镁的铝合金。其中，从熔融金属的熔点低且作业性良好出发，优选含有硅和镁的铝合金，另外，从提高所得到的复合体的导热系数的方面出发，优选选择含有镁的铝合金。为了抑制导热系数的降低，可将硅的含量设为18质量％以下。更优选地，硅的含量是10质量％～14质量％。另外，对于镁的含量，考虑因合金的熔点降低而作业性良好、成为所得到的复合体的导热系数降低的原因等，优选为0.5质量％以上且2.5质量％以下。进而，如果为0.5质量％以上且1.6质量％以下，则25℃下的导热系数为230W/mK以上，如果为1.6质量％以上且2.5质量％以下，则25℃下的导热系数为240W/mK以上，因而更优选。本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体的用途并不受限定，特别是在如半导体模块用散热板这样被要求更低热膨胀性的用途中，希望该复合体中的碳化硅含量多。因此，优选将该复合体中的碳化硅含量设为60体积％以上，在这种情况下，能够获得在25℃至150℃时的复合体的热膨胀系数为7.0ppm/K以下的复合体。[制造方法]在制作本实施方式涉及的铝-碳化硅质复合体时，只要使用以全部碳化硅粒子中的具有80μm以上且800μm以下的粒径的粒子为60质量％以上且75质量％以下、具有8μm以上且小于80μm的粒径的粒子为20质量％以上且30质量％以下、具有小于8μm的粒径的粒子为5质量％以上且10质量％以下的方式构成的碳化硅粉末而得到碳化硅的填充度(或相对密度)为60体积％以上的多孔质成型体，应用以往公知的浸渍方法将铝合金浸渍于该多孔质成型体即可。作为上述以往公知的浸渍方法，已知在熔融铝合金中一边搅拌碳化硅粉末一边投入规定量的方法、将碳化硅粉末和铝合金粉末混合并烧成的粉末冶金法、以及预先制作包含碳化硅的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝‑碳化硅质复合体，其特征在于：所述铝‑碳化硅质复合体是将铝合金浸渍于多孔质碳化硅成型体而成的，所述复合体中的碳化硅的比例为60体积％以上，含有60质量％以上且75质量％以下的粒径为80μm以上且800μm以下的碳化硅，含有20质量％以上且30质量％以下的粒径为8μm以上且小于80μm的碳化硅，含有5质量％以上且10质量％以下的粒径小于8μm的碳化硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铝-碳化硅质复合体，其特征在于：所述铝-碳化硅质复合体是将铝合金浸渍于多孔质碳化硅成型体而成的，所述复合体中的碳化硅的比例为60体积％以上，含有60质量％以上且75质量％以下的粒径为80μm以上且800μm以下的碳化硅，含有20质量％以上且30质量％以下的粒径为8μm以上且小于80μm的碳化硅，含有5质量％以上且10质量％以下的粒径小于8μm的碳化硅。2.根据权利要求1所述的铝-碳化硅质复合体，其特征在于：在25℃下的导热系数为230W/mK以上。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤浅晃正，宫川健志，后藤大助，
申请(专利权)人：电化株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP