铝－碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件制造技术

本发明专利技术提供适合作为电源模块用底板的铝－碳化硅复合体。该电源模块用底板的特征在于，由铝－碳化硅复合体形成，该复合体通过将平板状碳化硅多孔体成形或加工成面内厚度差为１００μｍ以下后以１～２０Ｎｍ的面方向的紧固力矩用脱模板夹持而层叠、并使其含浸以铝为主要成分的金属而得到；在两主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，该铝层的平均厚度为１０～１５０μｍ，铝层的面内厚度的最大值与最小值之差为８０μｍ以下，两主面的铝层的平均厚度之差为５０μｍ以下，且上述碳化硅多孔体的形状是长方形，或是在长方形上附加了将孔部包围的部分的外周部而形成的形状。

【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电源模块用底板的铝一碳化硅复合体以及使用该复 合体的散热零件。
技术介绍
近年来半导体元件随着高集成化和小型化，其发热量也在不断增加，如何 高效散热已成为研究课题。作为电源模块用电路基板，如今使用在具有高绝缘 性，高导热性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面形成有铜制或 铝制的金属电路的电路基板。现有电路基板的典型散热结构为在电路基板背面(散热面)的金属板例如 铜板上锡焊底板而形成的结构，作为底板，通常为铜制。但该结构存在以下问 题当在半导体器件上施加热负荷时，焊锡层会出现因底板与电路基板的热膨 胀差引起的裂纹，其结果是，散热不充分而引起半导体元件的误动作或损坏。为此，作为热膨胀系数与电路基板接近的底板，提出了铝合金一碳化硅复 合体(专利文献l)。专利文献1:日本专利特表平3 — 509860号公报底板多与散热片接合使用，其接合部分的形状、翘曲程度也是重要的特性。 例如将底板与散热片接合时，通常在涂布高导热性的散热润滑油后，利用设置 在底板周缘部的孔和螺丝将底板固定在散热片或散热单元等上，但如果底板上 存在大量微小凹凸，则在底板与散热片之间会产生间隙，即使涂布高导热性的 散热润滑油，导热性也会显著下降。其结果导致由陶瓷电路基板、底板、散热片等构成的模块整体的散热性显著下降。因此，为了使底板与散热片之间尽量不产生间隙，采用事先赋予了凸形翘 曲的底板。通常，使用具有规定形状的夹具，在加热下对底板施加压力使其变形来获得该翘曲。但是，当底板表面有波纹时，用该方法得到的翘曲存在形状 不稳定、品质不稳定的问题。而且，还存在因翘曲形状的偏差和表面凹凸使底 板与散热片之间产生较大间隙的问题。另外，还有通过对底板表面进行加工来赋予翘曲的方法，但存在以下问题 由于铝一碳化硅复合体非常硬，需要用金刚石等的工具进行大量磨削，因此成 本增加。为了解决上述问题，已提出有如下方法使以铝为主要成分的金属含浸入 平板状碳化硅多孔体，在两主面上设置由以铝为主要成分的金属形成的铝层， 对散热面侧的铝合金层进行机械加工。但是，用上述方法制造的底板在机械加工后，表面铝合金层的厚度增加， 因此底板自身的热膨胀率变大，若在电源模块组装时与陶瓷电路基板进行锡 焊，则有时会在相当于陶瓷电路基板背面的散热面上产生凹坑。此外，上述方法还存在以下问题为了控制两主面的铝合金层的厚度均一 并使铝—碳化硅复合体不露出，需要高级加工技术。专利技术的揭示本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于提供适合作为电源模块用底板使 用的铝一碳化硅复合体。本专利技术者为了实现上述目的进行了潜心研究，结果发现对于使平板状碳 化硅多孔体含浸以铝为主要成分的金属(以下称为铝合金)而形成的铝一碳化 硅复合体，通过在两主面设置由铝合金形成的铝层来赋予镀敷性，控制平板状 碳化硅多孔体的面内厚度差的同时，在含浸时采用合适的层叠方法来控制两主 面的铝层厚度及其偏差，能控制翘曲形状，从而完成了本专利技术。艮卩，本专利技术的电源模块用底板的特征在于，所述底板由铝一碳化硅复合体形成，该复合体通过将平板状碳化硅多孔体成形或加工成面内厚度差为100um以下后以1 20Nm的面方向的紧固力矩用脱模板夹持而层叠、并 使其含浸铝合金而得到；在两主面具有由铝合金形成的铝层，该铝层的平 均厚度为10 150um，铝层的面内厚度的最大值与最小值之差为80um以下，两主面的铝层的平均厚度之差为50um以下，且上述平板状碳化硅多孔体的形状是长方形，或是在长方形上附加了将孔部包围的部分的外周部而 形成的形状。本专利技术的电源模块用底板的特征还在于，两主面、安装孔的周围以及 外周部由铝合金层或由陶瓷纤维与铝合金的复合体形成，外周部由铝一碳 化硅复合体露出而形成。本专利技术的电源模块用底板的特征还在于，对铝一碳化硅复合体施加10Pa以上的应力，并在温度45(TC 550。C下加热处理30秒以上而形成翘 曲，翘曲量在每10cm的长度上为0 200um，且凹坑深度为50 u m以下， 导热系数为180W/mK以上，且温度为15(TC时的热膨胀系数为9X10—6/K 以下，且实施在温度35(TC下保持IO分钟后在室温下自然冷却的热循环10 次后，翘曲量的变化在每10cm的长度上为30y m以下。此外，本专利技术的电源模块用底板的特征还在于，铝一碳化硅复合体用 高压含浸法制得。本专利技术的散热零件的特征在于，对电源模块用底板实施 镀镍处理，形成厚1 20ym的镀敷被膜，再接合半导体安装用陶瓷基板而 形成。本专利技术的铝一碳化硅复合体具有热膨胀性低和导热性高的特性。 另外，将平板状的铝一碳化硅复合体的两主面制成薄且均一的铝层，不仅 可赋予镀敷性，还能显著改善成为散热面的主面的平面度。因此，与现有的赋 予翘曲的方法相比，由于与陶瓷电路基板锡焊后的散热性良好，因而适合作为 可靠性要求特别高的安装半导体元件的电源模块的底板使用。附图的简单说明 附图说明图1是表示本专利技术 图2是表示本专利技术 图3是表示本专利技术 图4是表示本专利技术 图5是表示本专利技术实施方式的底板用铝 实施方式的底板用铝 实施方式的底板用铝 实施方式的底板用铝 实施方式的底板用铝碳化硅复合体的结构图。 碳化硅复合体的结构图。 碳化硅复合体的结构图。 碳化硅复合体的结构图。 碳化硅复合体的结构图。图6是实施例1的由轮廓形状测定仪测得的翘曲形状测定结果。 符号说明(a) 铝一碳化硅复合体(b) 铝合金(c) ①7mm的贯通孔(d) 表面铝合金层(e) 铝一碳化硅复合体(f) 010—4mm的埋头孔(g) 铝一碳化硅复合体(h) M4mm的固定用螺丝孔实施专利技术的最佳方式金属一陶瓷复合体的制造方法大致有含浸法和粉末冶金法这2种。其 中，粉末冶金法无法得到导热系数等特性方面充分令人满意的复合体，已 商业化的金属一陶瓷复合体均采用含浸法生产。含浸法也包括各种制造方 法，如在常压下进行的方法和在高压下进行的方法(高压含浸法)。高压 含浸法有液态模锻法和压铸法。本专利技术优选在高压下进行含浸的高压含浸法，可以使用液态模锻法和 压铸法中的任一种，但更优选液态模锻法。高压含浸法中的液态模锻法是指在高压容器内装填陶瓷多孔体(以下 称为预制件)，在高温、高压下使铝合金的熔液含浸入其中而得到复合体 的方法。以下，说明本专利技术利用液态模锻法的制造方法的例子。 将作为原料的碳化硅粉末(根据需要添加例如二氧化硅等粘合材料。) 成形、烧结，制成预制件。本专利技术为了形成具有规定厚度的均一铝层，优 选通过成形或通过对烧结品进行平面加工以使预制件的面内厚度偏差在 100um以下、最好在30um以下。若预制件的面内厚度偏差超过100u m， 则所得铝一碳化硅复合体的表面铝层的厚度偏差变大，不理想。将预制件用涂有脱模剂的脱模板夹住，层叠制成一个粗坯。在将该预 制件层叠形成一个粗坯时，用脱模板夹住层叠使面方向的紧固力矩为l 20Nm、优选为2 10Nm。层叠方法无特殊限制，可列举如下方法例如将预制件用涂有脱模剂的不锈钢制脱模板夹住层叠后，在两侧配置铁制板， 用螺栓连接，以规定的紧固力矩紧固制成一个粗坯。关于面方向的适宜紧固力矩，虽然根据所使用的预制件的强度而异，但若紧固力矩不足1Nm， 则有时得到的铝一碳化硅复合体的表面铝层的厚度增本文档来自技高网...

【技术保护点】
电源模块用底板，其特征在于，由铝－碳化硅复合体形成，所述复合体通过将平板状碳化硅多孔体成形或加工成面内厚度差为１００μｍ以下后以１～２０Ｎｍ的面方向的紧固力矩用脱模板夹持而层叠、并使其含浸以铝为主要成分的金属而得到，　在两主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，该铝层的平均厚度为１０～１５０μｍ，铝层的面内厚度的最大值与最小值之差为８０μｍ以下，两主面的铝层的平均厚度之差为５０μｍ以下，且所述碳化硅多孔体的形状是长方形，或是在长方形上附加了将孔部包围的部分的外周部而形成的形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：广津留秀树，岩元豪，塚本秀雄，日隈智志，桥本信行，
申请(专利权)人：电气化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]