JP2000281468A - 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 - Google Patents
炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高熱伝導性を有すると共に、比重が小さく、且
つ熱膨張係数がセラミックス基板に近く、しかも、反り
を有していて放熱部品等に密着性良く接合できる放熱部
品を安価に提供する。 【解決手段】多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主
成分とする金属を含浸してなる板状複合体であって、複
合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が２５０μ
ｍ以下の反りを有する炭化珪素質複合体と、それを用い
てなる放熱部品。
つ熱膨張係数がセラミックス基板に近く、しかも、反り
を有していて放熱部品等に密着性良く接合できる放熱部
品を安価に提供する。 【解決手段】多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主
成分とする金属を含浸してなる板状複合体であって、複
合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が２５０μ
ｍ以下の反りを有する炭化珪素質複合体と、それを用い
てなる放熱部品。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導特性に優
れ、かつ軽量であり、セラミックス基板やＩＣパッケー
ジなどの半導体部品のヒートシンクなどの放熱部材とし
て好適な高熱伝導性の炭化珪素質複合材料とその製造方
法及びそれを用いた放熱部品に関する。
れ、かつ軽量であり、セラミックス基板やＩＣパッケー
ジなどの半導体部品のヒートシンクなどの放熱部材とし
て好適な高熱伝導性の炭化珪素質複合材料とその製造方
法及びそれを用いた放熱部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体分野での半導体素子の大容
量化、半導体素子の高集積化が進むに従い、半導体素子
から発生した熱エネルギーをいかに効率よく外部に放散
させるかが重要な課題となっている。半導体素子は、通
常、セラミックス基板等の絶縁性基板に搭載されて用い
られる。この場合、半導体素子からの発熱は基板裏面等
に設けられるヒートシンクと呼ばれる放熱部品を介して
外部に発散させ、半導体素子の動作特性を確保してい
る。
量化、半導体素子の高集積化が進むに従い、半導体素子
から発生した熱エネルギーをいかに効率よく外部に放散
させるかが重要な課題となっている。半導体素子は、通
常、セラミックス基板等の絶縁性基板に搭載されて用い
られる。この場合、半導体素子からの発熱は基板裏面等
に設けられるヒートシンクと呼ばれる放熱部品を介して
外部に発散させ、半導体素子の動作特性を確保してい
る。
【０００３】従来、このヒートシンク材料としては、主
に銅（Ｃｕ）が用いる。銅は、室温付近の熱伝導率が３
９０Ｗ／ｍＫと高いが、熱膨張係数が１７×１０-6／Ｋ
と大きく、セラミックス基板（熱膨張係数：７〜８×１
０-6／Ｋ）とヒートシンクの熱膨張差に起因して、加熱
接合時や熱サイクルの付加等によりセラミックス基板に
クラックや割れ等が生じることがある。従来、セラミッ
クス基板を信頼性が要求される分野に放熱部品として用
いる場合には、セラミックス基板と熱膨張係数の差の小
さいＭｏ／Ｗ等をヒートシンクとして用いていた。
に銅（Ｃｕ）が用いる。銅は、室温付近の熱伝導率が３
９０Ｗ／ｍＫと高いが、熱膨張係数が１７×１０-6／Ｋ
と大きく、セラミックス基板（熱膨張係数：７〜８×１
０-6／Ｋ）とヒートシンクの熱膨張差に起因して、加熱
接合時や熱サイクルの付加等によりセラミックス基板に
クラックや割れ等が生じることがある。従来、セラミッ
クス基板を信頼性が要求される分野に放熱部品として用
いる場合には、セラミックス基板と熱膨張係数の差の小
さいＭｏ／Ｗ等をヒートシンクとして用いていた。
【０００４】上述したようなＭｏ／Ｗ製ヒートシンク
は、信頼性に優れる反面、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫと
低く、放熱特性の面で問題があり、更に、このようなヒ
ートシンクは高価である。このような事情から、近年、
銅やアルミニウム合金を無機質繊維または粒子で強化し
たＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｅ）と略称される金属ーセラミックス複合体が注目さ
れている。このような複合体は、一般には、強化材であ
る無機質繊維あるいは粒子を、あらかじめ成形すること
でプリフォームを形成し、そのプリフォームの繊維間あ
るいは粒子間に基材（マトリックス）である金属を溶浸
させた複合体である。強化材としては、アルミナ、炭化
珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、シリカ、炭素等の
セラミックスが用いられている。しかし、強化材である
セラミックスとマトリックスである合金の濡れ性や界面
の反応層等も熱伝導率に大きく寄与する。
は、信頼性に優れる反面、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫと
低く、放熱特性の面で問題があり、更に、このようなヒ
ートシンクは高価である。このような事情から、近年、
銅やアルミニウム合金を無機質繊維または粒子で強化し
たＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｅ）と略称される金属ーセラミックス複合体が注目さ
れている。このような複合体は、一般には、強化材であ
る無機質繊維あるいは粒子を、あらかじめ成形すること
でプリフォームを形成し、そのプリフォームの繊維間あ
るいは粒子間に基材（マトリックス）である金属を溶浸
させた複合体である。強化材としては、アルミナ、炭化
珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、シリカ、炭素等の
セラミックスが用いられている。しかし、強化材である
セラミックスとマトリックスである合金の濡れ性や界面
の反応層等も熱伝導率に大きく寄与する。
【０００５】上記の複合体において、熱伝導率を上げよ
うとする場合、強化材及び合金として熱伝導率の高い物
質を選択する必要があり、熱膨張係数を下げるために
は、熱膨張率の低い強化材を選択する必要がある。この
ため、炭化珪素−アルミニウム合金の複合体が主に研究
されている。
うとする場合、強化材及び合金として熱伝導率の高い物
質を選択する必要があり、熱膨張係数を下げるために
は、熱膨張率の低い強化材を選択する必要がある。この
ため、炭化珪素−アルミニウム合金の複合体が主に研究
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように従来のセラミックス基板とヒートシンクとの接
合構造を有する放熱部品において、ＭｏやＷ等の重金属
材料をヒートシンクに用いた場合、放熱部品の重量が重
くなると共に、放熱性に関しても必ずしも十分でないと
いう問題がある。一方、比較的軽量で放熱性に優れるＣ
ｕやＡｌ等をヒートシンクとして用いる場合、セラミッ
クス基板との熱膨張差が大きく、信頼性の高い構造を得
るためには、接合構造自体が非常に複雑になってしま
い、製造コストの増加や放熱部品としての熱抵抗の増加
等を招くといった問題があった。この様なことから、従
来のセラミックス基板とヒートシンクの接合構造を有す
る放熱部品においては、接合構造の簡略化を図り、且つ
信頼性や放熱性の向上を図ることが課題とされている。
たように従来のセラミックス基板とヒートシンクとの接
合構造を有する放熱部品において、ＭｏやＷ等の重金属
材料をヒートシンクに用いた場合、放熱部品の重量が重
くなると共に、放熱性に関しても必ずしも十分でないと
いう問題がある。一方、比較的軽量で放熱性に優れるＣ
ｕやＡｌ等をヒートシンクとして用いる場合、セラミッ
クス基板との熱膨張差が大きく、信頼性の高い構造を得
るためには、接合構造自体が非常に複雑になってしま
い、製造コストの増加や放熱部品としての熱抵抗の増加
等を招くといった問題があった。この様なことから、従
来のセラミックス基板とヒートシンクの接合構造を有す
る放熱部品においては、接合構造の簡略化を図り、且つ
信頼性や放熱性の向上を図ることが課題とされている。
【０００７】一方、上記の課題を解決するため、金属−
セラミックス複合体が検討されているが、セラミックス
基板に近い熱膨張率を得ようとすると、熱膨張率の低い
強化材であるセラミックスの比率を上げる必要がある。
セラミックス成分の比率を上げるには、高い成形圧でプ
リフォームを成形する必要があり、コストアップに繋が
ると共に、その後の合金の十分な含浸が難しくなるとい
う問題がある。このため、熱膨張率がセラミックス基板
に近く、高い熱伝導率を有する金属−セラミックス複合
体を安価に提供できる技術の開発が課題としてある。
セラミックス複合体が検討されているが、セラミックス
基板に近い熱膨張率を得ようとすると、熱膨張率の低い
強化材であるセラミックスの比率を上げる必要がある。
セラミックス成分の比率を上げるには、高い成形圧でプ
リフォームを成形する必要があり、コストアップに繋が
ると共に、その後の合金の十分な含浸が難しくなるとい
う問題がある。このため、熱膨張率がセラミックス基板
に近く、高い熱伝導率を有する金属−セラミックス複合
体を安価に提供できる技術の開発が課題としてある。
【０００８】更に、この様な複合体は、放熱部品として
用いる場合、回路基板と半田付けして用いられるため、
複合体の反り量が大きすぎると半田付けが難しくなる。
このため、この様な複合体を放熱部品として用いる場
合、所定量以下の反り量に制御する必要がある。一方、
この様な放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部
品は、一般に放熱フィン等にネジ止めされて用いられ
る。その場合、パワーモジュール等の部品と放熱フィン
の接合面に応力が働くべく、接合面が凸型になっている
ことが、ネジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より
好ましい。しかし、従来の金属−セラミックス複合体で
は、この様に、任意に反り等の形状を付加しようとする
場合、後加工により調整するしか方法がなかった。この
場合、金属−セラミックス複合体は、非常に硬く、加工
費用が高く、部品自体が非常に高価になってしまうとい
う課題があった。
用いる場合、回路基板と半田付けして用いられるため、
複合体の反り量が大きすぎると半田付けが難しくなる。
このため、この様な複合体を放熱部品として用いる場
合、所定量以下の反り量に制御する必要がある。一方、
この様な放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部
品は、一般に放熱フィン等にネジ止めされて用いられ
る。その場合、パワーモジュール等の部品と放熱フィン
の接合面に応力が働くべく、接合面が凸型になっている
ことが、ネジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より
好ましい。しかし、従来の金属−セラミックス複合体で
は、この様に、任意に反り等の形状を付加しようとする
場合、後加工により調整するしか方法がなかった。この
場合、金属−セラミックス複合体は、非常に硬く、加工
費用が高く、部品自体が非常に高価になってしまうとい
う課題があった。
【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
であって、高熱伝導性を有すると共に、比重が小さく、
且つ熱膨張係数がセラミックス基板に近い、反りを有し
ていて放熱部品等に密着性良く接合される複合体及びこ
れを用いた放熱部品を安価に提供することを目的とする
ものである。
であって、高熱伝導性を有すると共に、比重が小さく、
且つ熱膨張係数がセラミックス基板に近い、反りを有し
ていて放熱部品等に密着性良く接合される複合体及びこ
れを用いた放熱部品を安価に提供することを目的とする
ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、複合体の組成及びそ
の構造を調整することにより、熱膨張係数等の特性及び
複合体の形状を制御できることを見出し、本発明を完成
するに至ったのである。
を達成するため鋭意研究した結果、複合体の組成及びそ
の構造を調整することにより、熱膨張係数等の特性及び
複合体の形状を制御できることを見出し、本発明を完成
するに至ったのである。
【００１１】すなわち、本発明は、多孔質炭化珪素成形
体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる板
状複合体であって、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が２５０μｍ以下の反りを有することを特徴
とする炭化珪素質複合体である。
体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる板
状複合体であって、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が２５０μｍ以下の反りを有することを特徴
とする炭化珪素質複合体である。
【００１２】また、本発明は、板状複合体の面内に４個
以上の穴部を有し、穴間方向（Ｘ方向）の長さ１０ｃｍ
に対する反り量（Ｃx；μm）と、それに垂直な方向（Ｙ
方向）の長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃy；μm）の関
係が、５０≦Ｃx≦２５０且つ−５０≦Ｃy≦２００であ
ることを特徴とする炭化珪素質複合体である。
以上の穴部を有し、穴間方向（Ｘ方向）の長さ１０ｃｍ
に対する反り量（Ｃx；μm）と、それに垂直な方向（Ｙ
方向）の長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃy；μm）の関
係が、５０≦Ｃx≦２５０且つ−５０≦Ｃy≦２００であ
ることを特徴とする炭化珪素質複合体である。
【００１３】更に、本発明は、複合体の表裏両面が平均
厚さ１０〜１５０μｍのアルミニウムを主成分とする金
属層で覆われており、しかも表裏の金属層の平均厚みの
差が１４０μｍ以下であることを特徴とする炭化珪素質
複合体である。
厚さ１０〜１５０μｍのアルミニウムを主成分とする金
属層で覆われており、しかも表裏の金属層の平均厚みの
差が１４０μｍ以下であることを特徴とする炭化珪素質
複合体である。
【００１４】また、本発明は、板状複合体が複合体部分
（Ａ）と複合体の少なくとも片面に設けられたアルミニ
ウムを主成分とする金属層（Ｂ）とからなり、複合体部
分（Ａ）の厚さの平均値（ＴＡ；μｍ）と金属層（Ｂ）
の両面の厚さの平均値との合計（ＴＢ；μｍ）の比（Ｔ
Ａ／ＴＢ）が５〜３０であることを特徴とする炭化珪素
質複合体である。
（Ａ）と複合体の少なくとも片面に設けられたアルミニ
ウムを主成分とする金属層（Ｂ）とからなり、複合体部
分（Ａ）の厚さの平均値（ＴＡ；μｍ）と金属層（Ｂ）
の両面の厚さの平均値との合計（ＴＢ；μｍ）の比（Ｔ
Ａ／ＴＢ）が５〜３０であることを特徴とする炭化珪素
質複合体である。
【００１５】更に、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が５０〜２５０μｍであり、しかも前記金属
層（Ｂ）の表面側の厚さの平均値（ＴＢ１；μｍ）と裏
面側の厚さの平均値（ＴＢ２；μｍ）との差の絶対値
（｜ＴＢ１−ＴＢ２｜）と、複合体の最大長（Ｌ；ｃ
ｍ）との積が５００以上２５００以下であることを特徴
とする炭化珪素質複合体である。
ての反り量が５０〜２５０μｍであり、しかも前記金属
層（Ｂ）の表面側の厚さの平均値（ＴＢ１；μｍ）と裏
面側の厚さの平均値（ＴＢ２；μｍ）との差の絶対値
（｜ＴＢ１−ＴＢ２｜）と、複合体の最大長（Ｌ；ｃ
ｍ）との積が５００以上２５００以下であることを特徴
とする炭化珪素質複合体である。
【００１６】更にまた、本発明は、多孔質炭化珪素成形
体の少なくとも一主面に段差を設けることを特徴とする
炭化珪素質複合体である。
体の少なくとも一主面に段差を設けることを特徴とする
炭化珪素質複合体である。
【００１７】加えて、本発明は、炭化珪素質複合体が２
つの板状複合体（Ｃ、Ｄ）と、アルミニウムを主成分と
する金属層（Ｅ）とがＥＣＥＤＥの構造で積層してなる
複合体であって、板状複合体（Ｃ）、（Ｄ）の炭素含有
量の差が０．５〜２．５重量％であり、複合体の主面の
長さ１０ｃｍに対する反り量が５０〜２５０μｍである
ことを特徴とする炭化珪素質複合体である。
つの板状複合体（Ｃ、Ｄ）と、アルミニウムを主成分と
する金属層（Ｅ）とがＥＣＥＤＥの構造で積層してなる
複合体であって、板状複合体（Ｃ）、（Ｄ）の炭素含有
量の差が０．５〜２．５重量％であり、複合体の主面の
長さ１０ｃｍに対する反り量が５０〜２５０μｍである
ことを特徴とする炭化珪素質複合体である。
【００１８】また、本発明は、炭化珪素質複合体を温度
３５０℃以上で応力を加えて塑性変形させることによ
り、反り付けを行うことを特徴とする炭化珪素質複合体
の製造方法である。
３５０℃以上で応力を加えて塑性変形させることによ
り、反り付けを行うことを特徴とする炭化珪素質複合体
の製造方法である。
【００１９】更に、本発明は、室温（２５℃）から１５
０℃に加熱した際の平均熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ以
下であり、室温（２５℃）の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ
以上であることを特徴とする炭化珪素質複合体である。
０℃に加熱した際の平均熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ以
下であり、室温（２５℃）の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ
以上であることを特徴とする炭化珪素質複合体である。
【００２０】更にまた、本発明は、板状複合体に半導体
搭載用セラミックス基板を接合してなることを特徴とす
る放熱部品である。
搭載用セラミックス基板を接合してなることを特徴とす
る放熱部品である。
【００２１】加えて、本発明は、セラミックス基板が窒
化アルミニウム及び／又は窒化珪素であることを特徴と
す放熱部品である。
化アルミニウム及び／又は窒化珪素であることを特徴と
す放熱部品である。
【００２２】更に、本発明は、セラミックス基板を接合
していない面を、放熱グリースを介して、平面板装着す
る際に、締め付けトルクが２Ｎ以上の条件において、前
記面の９０％以上が密着することを特徴とする前記の放
熱部品である。
していない面を、放熱グリースを介して、平面板装着す
る際に、締め付けトルクが２Ｎ以上の条件において、前
記面の９０％以上が密着することを特徴とする前記の放
熱部品である。
【００２３】
【発明の実施の形態】金属−セラミックス複合体の熱膨
張率は、通常、強化材であるセラミックスと基材である
金属の熱膨張率とその配合比で決まる。セラミックスの
熱膨張率は金属の熱膨張率に比べかなり小さく、複合体
の熱膨張率を下げるには、セラミックスの比率を増やす
ことが効果がある。一方、金属−セラミックス複合体の
熱伝導率も、基本的には、強化材であるセラミックスと
基材である金属の熱伝導率とその配合比で決まるが、熱
伝導率の場合、強化材と基材との界面の結合状態が大き
く寄与する。セラミックスと金属では、一般に金属の方
が熱伝導率が高いが、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）等は、金属と同等
以上（３００Ｗ／ｍＫ以上）の理論熱伝導率を有し、熱
伝導率向上の点からは、強化材として非常に有望であ
る。しかし、実際に複合体を製造する場合、ＡｌＮやＢ
Ｎは高価であり、得られる複合体も高価になってしま
う。また、ＡｌＮやＢＮは、大気雰囲気中で酸化され易
く、複合体とした場合、強化材であるセラミックスと基
材である金属との間に熱伝導率が極めて低いガラス相を
形成し易く、その結果、得られる複合体の熱伝導率が低
下してしまう。
張率は、通常、強化材であるセラミックスと基材である
金属の熱膨張率とその配合比で決まる。セラミックスの
熱膨張率は金属の熱膨張率に比べかなり小さく、複合体
の熱膨張率を下げるには、セラミックスの比率を増やす
ことが効果がある。一方、金属−セラミックス複合体の
熱伝導率も、基本的には、強化材であるセラミックスと
基材である金属の熱伝導率とその配合比で決まるが、熱
伝導率の場合、強化材と基材との界面の結合状態が大き
く寄与する。セラミックスと金属では、一般に金属の方
が熱伝導率が高いが、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）等は、金属と同等
以上（３００Ｗ／ｍＫ以上）の理論熱伝導率を有し、熱
伝導率向上の点からは、強化材として非常に有望であ
る。しかし、実際に複合体を製造する場合、ＡｌＮやＢ
Ｎは高価であり、得られる複合体も高価になってしま
う。また、ＡｌＮやＢＮは、大気雰囲気中で酸化され易
く、複合体とした場合、強化材であるセラミックスと基
材である金属との間に熱伝導率が極めて低いガラス相を
形成し易く、その結果、得られる複合体の熱伝導率が低
下してしまう。
【００２４】本発明者らは、強化材について種々検討し
た結果、炭化珪素を主成分とするセラミックスが、高熱
伝導率と低熱膨張率を兼ね備えた金属−セラミックス複
合体を製造するのに適していることを見いだした。
た結果、炭化珪素を主成分とするセラミックスが、高熱
伝導率と低熱膨張率を兼ね備えた金属−セラミックス複
合体を製造するのに適していることを見いだした。
【００２５】一方、このような複合体を製造する場合、
強化材と金属との濡れ性が緻密な複合体を得るためには
重要である。含浸する金属の融点が高いと、含浸時の温
度が高くなり、セラミックスが酸化されたり、セラミッ
クスと金属が反応して特性的に好ましくない化合物を形
成することがある。更に、基材である金属の融点が高い
と、含浸温度が高くなることにより、型材等の材質が限
定されてしまうと共に、鋳造コスト自体も増加し、得ら
れる複合体が高価になってしまう。
強化材と金属との濡れ性が緻密な複合体を得るためには
重要である。含浸する金属の融点が高いと、含浸時の温
度が高くなり、セラミックスが酸化されたり、セラミッ
クスと金属が反応して特性的に好ましくない化合物を形
成することがある。更に、基材である金属の融点が高い
と、含浸温度が高くなることにより、型材等の材質が限
定されてしまうと共に、鋳造コスト自体も増加し、得ら
れる複合体が高価になってしまう。
【００２６】本発明者らは、基材である金属について種
々検討した結果、アルミニウムを主成分とする合金を用
いることにより、良好な複合体を製造できることを見い
だした。すなわち、本発明の複合体は、炭化珪素粉末又
は炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属
を含浸してなるものである。
々検討した結果、アルミニウムを主成分とする合金を用
いることにより、良好な複合体を製造できることを見い
だした。すなわち、本発明の複合体は、炭化珪素粉末又
は炭化珪素質多孔体にアルミニウムを主成分とする金属
を含浸してなるものである。
【００２７】金属−セラミックス複合体の熱膨張率、熱
伝導率等の特性は、強化材であるセラミックスと基材で
ある金属の特性とその配合比で決まる。本発明の複合体
中の炭化珪素の含有量は、５０〜８０体積％であること
が好ましく、更に好ましくは６０〜７０体積％である。
炭化珪素の含有量が５０体積％未満では、複合体の熱膨
張率が高くなり、本発明が目的とする信頼性の高い放熱
部品が得られなくなる。また、炭化珪素の含有量を高く
することは、複合体の高熱伝導率、低熱膨張率といった
点では有効であるが、８０体積％を越えて充填する場
合、非常に高い成形圧力を必要とする等の問題があり、
得られる金属ーセラミックス複合体のコストが極端に高
くなってしまう。
伝導率等の特性は、強化材であるセラミックスと基材で
ある金属の特性とその配合比で決まる。本発明の複合体
中の炭化珪素の含有量は、５０〜８０体積％であること
が好ましく、更に好ましくは６０〜７０体積％である。
炭化珪素の含有量が５０体積％未満では、複合体の熱膨
張率が高くなり、本発明が目的とする信頼性の高い放熱
部品が得られなくなる。また、炭化珪素の含有量を高く
することは、複合体の高熱伝導率、低熱膨張率といった
点では有効であるが、８０体積％を越えて充填する場
合、非常に高い成形圧力を必要とする等の問題があり、
得られる金属ーセラミックス複合体のコストが極端に高
くなってしまう。
【００２８】一方、本発明の炭化珪素質複合体中の金属
は、アルミニウムを主成分とする合金であり、好ましく
はシリコンを２０重量％以下、マグネシウムを５重量％
以下含有する。合金中のアルミニウム、シリコン、マグ
ネシウム以外の金属成分に関しては、極端に合金の特性
が変化しない範囲であれば銅等も含有することができ
る。合金中のアルミニウム以外の成分を調整することに
より、合金自体の熱伝導率や熱膨張率を変えることがで
き、得られる複合体の熱膨張率や熱伝導率も調整でき
る。また、アルミニウム金属にシリコンやマグネシウム
が合金化することにより合金の融点低下や高温での溶融
金属の粘性低下があり、高温鋳造法等で緻密な複合体が
得やすくなる。更に、アルミニウム金属を合金化するこ
とにより、金属自体の硬度増加があり、その結果、得ら
れる複合体の強度等の機械的特性が向上する。
は、アルミニウムを主成分とする合金であり、好ましく
はシリコンを２０重量％以下、マグネシウムを５重量％
以下含有する。合金中のアルミニウム、シリコン、マグ
ネシウム以外の金属成分に関しては、極端に合金の特性
が変化しない範囲であれば銅等も含有することができ
る。合金中のアルミニウム以外の成分を調整することに
より、合金自体の熱伝導率や熱膨張率を変えることがで
き、得られる複合体の熱膨張率や熱伝導率も調整でき
る。また、アルミニウム金属にシリコンやマグネシウム
が合金化することにより合金の融点低下や高温での溶融
金属の粘性低下があり、高温鋳造法等で緻密な複合体が
得やすくなる。更に、アルミニウム金属を合金化するこ
とにより、金属自体の硬度増加があり、その結果、得ら
れる複合体の強度等の機械的特性が向上する。
【００２９】また本発明は、複合体の主面の長さ１０ｃ
ｍに対しての反り量が２５０μｍ以下の反りを有するこ
とを本質的とする。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を
放熱部品として用いる場合、回路基板等との接合不良が
発生してしまうという問題や、放熱フィン等にネジ止め
する際に、過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損して
しまうという問題が発生する。一方、この様な複合体か
らなる放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品
は、放熱フィン等にネジ止めされて用いられる。その場
合、パワーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に
応力が働くべく、接合面が凸型になっていることが、ネ
ジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。
ｍに対しての反り量が２５０μｍ以下の反りを有するこ
とを本質的とする。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を
放熱部品として用いる場合、回路基板等との接合不良が
発生してしまうという問題や、放熱フィン等にネジ止め
する際に、過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損して
しまうという問題が発生する。一方、この様な複合体か
らなる放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品
は、放熱フィン等にネジ止めされて用いられる。その場
合、パワーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に
応力が働くべく、接合面が凸型になっていることが、ネ
ジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。
【００３０】本発明の第２の発明は、板状複合体の主面
内に他の放熱部品にネジ止め固定できように、４個以上
の穴部を有していることである。前記穴の形状について
は、放熱部品等の大きさにより適宜選択すれば良いが、
一般的にはＭ６〜Ｍ１０のネジが貫通できるサイズであ
れば良い。穴部の個数については、放熱板の大きさに応
じて４個以上の多数個を設けることができるが、３個以
下のときには放熱板の全面を他の放熱部品に必ずしも密
着させることができない。
内に他の放熱部品にネジ止め固定できように、４個以上
の穴部を有していることである。前記穴の形状について
は、放熱部品等の大きさにより適宜選択すれば良いが、
一般的にはＭ６〜Ｍ１０のネジが貫通できるサイズであ
れば良い。穴部の個数については、放熱板の大きさに応
じて４個以上の多数個を設けることができるが、３個以
下のときには放熱板の全面を他の放熱部品に必ずしも密
着させることができない。
【００３１】本発明においては、穴間方向（Ｘ方向）の
長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃx；μｍ）と前記Ｘ方
向に垂直な方向（Ｙ方向）の長さ１０ｃｍに対する反り
量（Ｃy；μｍ）とについて、５０≦Ｃx≦２５０であ
り、しかも−５０≦Ｃy≦２００であることが本質的で
ある。一般にここで、前記穴間方向（Ｘ方向）とは、図
１（ａ）〜（ｄ）に例示した、放熱板表面の一方向を示
し、Ｙ方向は、前記表面内のＸ方向と垂直な方向を示し
ている。
長さ１０ｃｍに対する反り量（Ｃx；μｍ）と前記Ｘ方
向に垂直な方向（Ｙ方向）の長さ１０ｃｍに対する反り
量（Ｃy；μｍ）とについて、５０≦Ｃx≦２５０であ
り、しかも−５０≦Ｃy≦２００であることが本質的で
ある。一般にここで、前記穴間方向（Ｘ方向）とは、図
１（ａ）〜（ｄ）に例示した、放熱板表面の一方向を示
し、Ｙ方向は、前記表面内のＸ方向と垂直な方向を示し
ている。
【００３２】本発明者らは、従来技術における前記課題
の解決を図り、いろいろ実験的に検討した結果、反り量
（Ｃx；μｍ、並びにＣy；μｍ）が前記特定の範囲にあ
るときに、複合体から成る放熱板を他の放熱部品に密着
性良くネジ止め固定することができるという知見を得
て、本発明に至ったものである。本発明の複合体から成
る放熱板を他の放熱部品に密着性良くネジ止め固定する
場合、一般には、放熱板と放熱部品との間に放熱グリス
等を介して固定される。このため、Ｙ方向の反り量（Ｃ
y）に関しては、その絶対値が放熱グリス厚より小さい
ことが好ましい。また、締め付け時の放熱板の変形を考
慮した場合、Ｙ方向の反り量（Ｃｙ）はＸ方向の反り量
（Ｃｘ）より小さい方が好ましい。前記の反り量が前記
特定範囲を満足できないときには、必ずしも密着性良く
放熱板を他の放熱部品にネジ止め固定することができな
いことがある。
の解決を図り、いろいろ実験的に検討した結果、反り量
（Ｃx；μｍ、並びにＣy；μｍ）が前記特定の範囲にあ
るときに、複合体から成る放熱板を他の放熱部品に密着
性良くネジ止め固定することができるという知見を得
て、本発明に至ったものである。本発明の複合体から成
る放熱板を他の放熱部品に密着性良くネジ止め固定する
場合、一般には、放熱板と放熱部品との間に放熱グリス
等を介して固定される。このため、Ｙ方向の反り量（Ｃ
y）に関しては、その絶対値が放熱グリス厚より小さい
ことが好ましい。また、締め付け時の放熱板の変形を考
慮した場合、Ｙ方向の反り量（Ｃｙ）はＸ方向の反り量
（Ｃｘ）より小さい方が好ましい。前記の反り量が前記
特定範囲を満足できないときには、必ずしも密着性良く
放熱板を他の放熱部品にネジ止め固定することができな
いことがある。
【００３３】また、本発明の第３の発明は、板状複合体
（Ａ）の両面にアルミニウムを主成分とする合金層
（Ｂ）が接合してなる板状の複合体である。表面部がア
ルミニウムを主成分とする合金層で覆われていることに
より、表面部を加工する際には、この金属部分の加工で
すみ、加工時の負荷を大幅に抑えることができる。表面
部に金属−セラミックス複合体があると、その部分のみ
が硬く、加工が不均一になったり、ダイヤモンド等の高
価な加工治具を用いる必要があるためである。また、表
面部が金属層であることにより、メッキ処理を行う場合
の均一性が向上する。上記理由から、金属層の平均厚さ
は１０μｍ以上が選択される。
（Ａ）の両面にアルミニウムを主成分とする合金層
（Ｂ）が接合してなる板状の複合体である。表面部がア
ルミニウムを主成分とする合金層で覆われていることに
より、表面部を加工する際には、この金属部分の加工で
すみ、加工時の負荷を大幅に抑えることができる。表面
部に金属−セラミックス複合体があると、その部分のみ
が硬く、加工が不均一になったり、ダイヤモンド等の高
価な加工治具を用いる必要があるためである。また、表
面部が金属層であることにより、メッキ処理を行う場合
の均一性が向上する。上記理由から、金属層の平均厚さ
は１０μｍ以上が選択される。
【００３４】一方、前記金属層は、アルミニウムを主成
分とする金属からなるので、金属−セラミックス複合体
部分に比べ、熱膨張係数が大きい。従って、金属層の厚
さが増加すると複合体全体の熱膨張係数が大きくなって
しまうので、金属層の平均厚さは１５０μｍ以下に選択
される。
分とする金属からなるので、金属−セラミックス複合体
部分に比べ、熱膨張係数が大きい。従って、金属層の厚
さが増加すると複合体全体の熱膨張係数が大きくなって
しまうので、金属層の平均厚さは１５０μｍ以下に選択
される。
【００３５】また、表裏の金属層の平均厚さに差がある
と、金属層と金属−セラミックス複合体の熱膨張係数の
違いに起因して、複合体自体の表裏面の熱膨張差が発生
し、その結果、複合体に反りが発生する。この様な、反
りは、これが制御されていない場合には、放熱部品等と
して複合体を用いるときに、回路基板等との接合不良の
原因となる。この反り量と表裏の金属層の厚み差には、
密接な関係があり、厚み差が１４０μｍを超えると、複
合体の反り量が大きくなり過ぎて、放熱部品等として用
いるに適当でなくなる。また、板状複合体の主面内に他
の放熱部品にネジ止め固定できように、穴部を有してい
る場合、その穴間距離が１０ｃｍ以下の小型形状では、
密着性良く放熱板を他の放熱部品にネジ止め固定するた
めには、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量
が１００μｍ以下であることが好ましい。
と、金属層と金属−セラミックス複合体の熱膨張係数の
違いに起因して、複合体自体の表裏面の熱膨張差が発生
し、その結果、複合体に反りが発生する。この様な、反
りは、これが制御されていない場合には、放熱部品等と
して複合体を用いるときに、回路基板等との接合不良の
原因となる。この反り量と表裏の金属層の厚み差には、
密接な関係があり、厚み差が１４０μｍを超えると、複
合体の反り量が大きくなり過ぎて、放熱部品等として用
いるに適当でなくなる。また、板状複合体の主面内に他
の放熱部品にネジ止め固定できように、穴部を有してい
る場合、その穴間距離が１０ｃｍ以下の小型形状では、
密着性良く放熱板を他の放熱部品にネジ止め固定するた
めには、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量
が１００μｍ以下であることが好ましい。
【００３６】更に、本発明の第５の発明は、板状複合体
（Ａ）の厚さの平均値（ＴＡ）と、表裏の合金層の厚さ
の平均値の合計（ＴＢ）との比（ＴＡ／ＴＢ）が５〜３
０である複合体である。ＴＡ／ＴＢが５未満では、表面
の該合金層の厚さが厚くなり過ぎて、熱膨張率や熱伝導
率等の特性が低下してしまう。一方、ＴＡ／ＴＢが３０
を超えると、表面の合金層が薄くなり過ぎ、表面部を機
械加工等を行なう場合に、部分的に板状複合体が露出
し、加工治具を破損するといった問題や、メッキ特性が
低下するといった問題が発生する。また、表面の合金層
の厚さを調整して、複合体の形状、具体的には反り量を
調整する際にもある程度の合金層厚さが必要となるた
め、ＴＡ／ＴＢは３０以下である必要がある。
（Ａ）の厚さの平均値（ＴＡ）と、表裏の合金層の厚さ
の平均値の合計（ＴＢ）との比（ＴＡ／ＴＢ）が５〜３
０である複合体である。ＴＡ／ＴＢが５未満では、表面
の該合金層の厚さが厚くなり過ぎて、熱膨張率や熱伝導
率等の特性が低下してしまう。一方、ＴＡ／ＴＢが３０
を超えると、表面の合金層が薄くなり過ぎ、表面部を機
械加工等を行なう場合に、部分的に板状複合体が露出
し、加工治具を破損するといった問題や、メッキ特性が
低下するといった問題が発生する。また、表面の合金層
の厚さを調整して、複合体の形状、具体的には反り量を
調整する際にもある程度の合金層厚さが必要となるた
め、ＴＡ／ＴＢは３０以下である必要がある。
【００３７】また、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対し
ての反り量が５０〜２５０μｍであり、合金層（Ｂ）の
表面側の厚さの平均値（ＴＢ１；μｍ）と裏面側の厚さ
の平均値（ＴＢ２；μｍ）の差と複合体の最大長（Ｌ；
ｃｍ）とが５００＜（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌ＜２５００
である。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量
が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を放熱部品と
して用いる場合、回路基板等との接合不良が発生してし
まうという問題や、放熱フィン等にネジ止めする際に、
過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損してしまうとい
う問題が発生し易い。一方、この様な複合体からなる放
熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品は、放熱
フィン等にネジ止めされて用いられる。その場合、パワ
ーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に応力が働
くべく、接合面が凸型になっていることが、ネジ止め後
の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。このた
め、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が５
０μｍ未満では、放熱部品等として用いる場合の反り量
が不足し、放熱特性に問題が生じることがある。
ての反り量が５０〜２５０μｍであり、合金層（Ｂ）の
表面側の厚さの平均値（ＴＢ１；μｍ）と裏面側の厚さ
の平均値（ＴＢ２；μｍ）の差と複合体の最大長（Ｌ；
ｃｍ）とが５００＜（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌ＜２５００
である。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量
が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を放熱部品と
して用いる場合、回路基板等との接合不良が発生してし
まうという問題や、放熱フィン等にネジ止めする際に、
過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損してしまうとい
う問題が発生し易い。一方、この様な複合体からなる放
熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品は、放熱
フィン等にネジ止めされて用いられる。その場合、パワ
ーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に応力が働
くべく、接合面が凸型になっていることが、ネジ止め後
の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。このた
め、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が５
０μｍ未満では、放熱部品等として用いる場合の反り量
が不足し、放熱特性に問題が生じることがある。
【００３８】このような構造の複合体においては、合金
層と板状複合体（金属−セラミックス複合体）の熱膨張
係数の違いから、表裏の合金層の厚さ差があると、複合
体自体の表裏の熱膨張差が発生し、その結果、複合体に
反りが発生する。この様な反りは、表裏の合金層の厚み
差と板状複合体のサイズに密接な関係があり、表裏の合
金層の厚み差が大きくなると、また、板状複合体のサイ
ズが大きくなると大きくなる。（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌ
が２５００を超えると、複合体の反り量が大きくなり過
ぎて、また、（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌが５００未満で
は、複合体の反り量が小さくなり過ぎて、放熱部品とし
て用いる場合、上述した様な問題があり好ましくない。
層と板状複合体（金属−セラミックス複合体）の熱膨張
係数の違いから、表裏の合金層の厚さ差があると、複合
体自体の表裏の熱膨張差が発生し、その結果、複合体に
反りが発生する。この様な反りは、表裏の合金層の厚み
差と板状複合体のサイズに密接な関係があり、表裏の合
金層の厚み差が大きくなると、また、板状複合体のサイ
ズが大きくなると大きくなる。（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌ
が２５００を超えると、複合体の反り量が大きくなり過
ぎて、また、（ＴＢ１−ＴＢ２）×Ｌが５００未満で
は、複合体の反り量が小さくなり過ぎて、放熱部品とし
て用いる場合、上述した様な問題があり好ましくない。
【００３９】更に、本発明は、多孔質炭化珪素成形体の
少なくとも一主面に段差を設けることを特徴とするもの
である。前述した様に、この様な構造の複合体において
は、表裏の合金層の厚み差により複合体に反りが発生す
る。段差の形状に関しては、溝等の側面と連結した構造
や、窪み等の側面と連結していない構造があり、これら
の組み合わせも可能である。段差部の深さに関しては、
段差部の面積により異なる。段差部の面積が大きい場
合、段差部の平均深さは浅く、段差部の面積が小さい場
合、段差部の平均深さは深くする必要がある。このた
め、所望の表裏の合金層の平均厚み差を付ける為に必要
な表裏の段差部の体積差がある。表裏の段差部の体積差
については、複合体の体積の３〜１５％であることが好
ましい。３％未満では、表裏の合金層の厚み差が少な
く、所望の反り量を得ることができない。また、１５％
を超えると、表裏の合金層の厚み差が大きくなり、複合
体の反り量が大きくなり過ぎて、放熱部品等として用い
る場合に回路基板等との接合不良等が起こり好ましくな
い。また、段差部の面積に関しては、主面の２０〜８０
％であることが好ましい。２０％未満では、段差部の平
均深さを極端に深くする必要があり、複合体の強度等の
面より好ましくない。一方、８０％を超えると、複合体
表面の合金層の厚みむらが大きくなり好ましくない。こ
の段差部は、多孔質炭化珪素成形体の一主面のみに設け
ても、両面に設けても、表裏の段差部に体積差があれば
問題はない。
少なくとも一主面に段差を設けることを特徴とするもの
である。前述した様に、この様な構造の複合体において
は、表裏の合金層の厚み差により複合体に反りが発生す
る。段差の形状に関しては、溝等の側面と連結した構造
や、窪み等の側面と連結していない構造があり、これら
の組み合わせも可能である。段差部の深さに関しては、
段差部の面積により異なる。段差部の面積が大きい場
合、段差部の平均深さは浅く、段差部の面積が小さい場
合、段差部の平均深さは深くする必要がある。このた
め、所望の表裏の合金層の平均厚み差を付ける為に必要
な表裏の段差部の体積差がある。表裏の段差部の体積差
については、複合体の体積の３〜１５％であることが好
ましい。３％未満では、表裏の合金層の厚み差が少な
く、所望の反り量を得ることができない。また、１５％
を超えると、表裏の合金層の厚み差が大きくなり、複合
体の反り量が大きくなり過ぎて、放熱部品等として用い
る場合に回路基板等との接合不良等が起こり好ましくな
い。また、段差部の面積に関しては、主面の２０〜８０
％であることが好ましい。２０％未満では、段差部の平
均深さを極端に深くする必要があり、複合体の強度等の
面より好ましくない。一方、８０％を超えると、複合体
表面の合金層の厚みむらが大きくなり好ましくない。こ
の段差部は、多孔質炭化珪素成形体の一主面のみに設け
ても、両面に設けても、表裏の段差部に体積差があれば
問題はない。
【００４０】加えて、本発明は、炭化珪素質複合体が板
状複合体（Ｃ、Ｄ）と、アルミニウムを主成分とする金
属層（Ｅ）がＥＣＥＤＥの構造で積層してなる複合体で
あって、板状複合体（Ｃ）、（Ｄ）の炭素含有量の差が
０．５〜２．５重量％である。複合体を５層構造にする
ことにより、板状複合体（Ｃ、Ｄ）の組成を調整するこ
とができ、その結果、複合体に反りを付加することがで
きる。具体的には、板状複合体（Ｃ、Ｄ）の炭化珪素含
有量に相当する炭素含有量の差を０．５〜２．５重量％
とする。複合体中の炭化珪素含有量が増加するに従い、
その熱膨張率は小さくなり、板状複合体Ｃと板状複合体
Ｄの炭素含有量の差が熱膨張差となり、反りが発生す
る。炭素含有量の差が０．５重量％未満では、板状複合
体Ａと板状複合体Ｂの熱膨張差が小さすぎて、十分な反
り量が得られない。また、炭素含有量の差が２．５重量
％を超えると、板状複合体Ｃと板状複合体Ｄの熱膨張差
が大きくなりすぎて、放熱部品等として用いるのに適さ
なくなる。
状複合体（Ｃ、Ｄ）と、アルミニウムを主成分とする金
属層（Ｅ）がＥＣＥＤＥの構造で積層してなる複合体で
あって、板状複合体（Ｃ）、（Ｄ）の炭素含有量の差が
０．５〜２．５重量％である。複合体を５層構造にする
ことにより、板状複合体（Ｃ、Ｄ）の組成を調整するこ
とができ、その結果、複合体に反りを付加することがで
きる。具体的には、板状複合体（Ｃ、Ｄ）の炭化珪素含
有量に相当する炭素含有量の差を０．５〜２．５重量％
とする。複合体中の炭化珪素含有量が増加するに従い、
その熱膨張率は小さくなり、板状複合体Ｃと板状複合体
Ｄの炭素含有量の差が熱膨張差となり、反りが発生す
る。炭素含有量の差が０．５重量％未満では、板状複合
体Ａと板状複合体Ｂの熱膨張差が小さすぎて、十分な反
り量が得られない。また、炭素含有量の差が２．５重量
％を超えると、板状複合体Ｃと板状複合体Ｄの熱膨張差
が大きくなりすぎて、放熱部品等として用いるのに適さ
なくなる。
【００４１】複合体の反り量としては、複合体の主面の
長さ１０ｃｍに対する反り量が５０〜２５０μｍである
ことが好ましい。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対して
の反り量が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を放
熱部品として用いる場合、回路基板等との接合不良が発
生してしまうという問題や、放熱フィン等にネジ止めす
る際に、過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損してし
まうという問題が発生する。一方、この様な複合体から
なる放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品
は、放熱フィン等にネジ止めされて用いられる。その場
合、パワーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に
応力が働くべく、接合面が凸型になっていることが、ネ
ジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。
このため、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り
量が５０μｍ未満では、放熱部品等として用いる場合の
反り量が不足し、本発明の目的を達成できないことがあ
る。
長さ１０ｃｍに対する反り量が５０〜２５０μｍである
ことが好ましい。複合体の主面の長さ１０ｃｍに対して
の反り量が２５０μｍを超えると、本発明の複合体を放
熱部品として用いる場合、回路基板等との接合不良が発
生してしまうという問題や、放熱フィン等にネジ止めす
る際に、過大な曲げ応力が加わり、複合体が破損してし
まうという問題が発生する。一方、この様な複合体から
なる放熱部品を組み込んだパワーモジュール等の部品
は、放熱フィン等にネジ止めされて用いられる。その場
合、パワーモジュール等の部品と放熱フィンの接合面に
応力が働くべく、接合面が凸型になっていることが、ネ
ジ止め後の締め付け力が大きく放熱の面より好ましい。
このため、複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り
量が５０μｍ未満では、放熱部品等として用いる場合の
反り量が不足し、本発明の目的を達成できないことがあ
る。
【００４２】また本発明は、前記の板状の複合体を３５
０℃以上の温度で主面と垂直な応力を加えて塑性変形さ
せることにより、反り付けを行うことを特徴とする炭化
珪素質複合体の製造方法である。前記操作により、前記
所望の反り量を有する板状の複合体を容易に得ることが
できる。この場合、予め所望の形状の内面を有する型
に、複合体を押しつける方法が、再現性高く好ましい。
尚、３５０℃未満の温度では、複合体中のアルミニウム
を主成分とする金属が、実質的に塑性変形しないので、
発明の目的を達しがたい。前記温度の上限については、
６００℃を越えるとアルミニウム合金の一部が液相を形
成し、流動を生じることがあるが、流動を生じる温度ま
で加熱すると、その冷却時に凝固に伴う変形が生じるこ
とがあり好ましくない。
０℃以上の温度で主面と垂直な応力を加えて塑性変形さ
せることにより、反り付けを行うことを特徴とする炭化
珪素質複合体の製造方法である。前記操作により、前記
所望の反り量を有する板状の複合体を容易に得ることが
できる。この場合、予め所望の形状の内面を有する型
に、複合体を押しつける方法が、再現性高く好ましい。
尚、３５０℃未満の温度では、複合体中のアルミニウム
を主成分とする金属が、実質的に塑性変形しないので、
発明の目的を達しがたい。前記温度の上限については、
６００℃を越えるとアルミニウム合金の一部が液相を形
成し、流動を生じることがあるが、流動を生じる温度ま
で加熱すると、その冷却時に凝固に伴う変形が生じるこ
とがあり好ましくない。
【００４３】更に、本発明の複合体の室温（２５℃）の
熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上である。熱伝導率が１５
０Ｗ／ｍＫ未満では、放熱部品等として用いる場合に十
分な放熱特性が得られず、その用途が限定されてしまう
という問題がある。
熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫ以上である。熱伝導率が１５
０Ｗ／ｍＫ未満では、放熱部品等として用いる場合に十
分な放熱特性が得られず、その用途が限定されてしまう
という問題がある。
【００４４】また、本発明の複合体は、室温（２５℃）
から１５０℃に加熱した際の平均熱膨張係数が９×１０
-6／Ｋ以下である。室温（２５℃）から１５０℃に加熱
した際の平均熱膨張係数が９×１０-6／Ｋを越えると、
パワーモジュール等の放熱部品として用いる場合に、セ
ラミックス基板との熱膨張係数の差が大きくなり過ぎ
て、加熱接合時や熱サイクル不可等により、セラミック
ス基板にクラックや割れ等が生じることがあり、信頼性
が要求される放熱部品として用いる場合の用途が限定さ
れてしまうという問題がある。
から１５０℃に加熱した際の平均熱膨張係数が９×１０
-6／Ｋ以下である。室温（２５℃）から１５０℃に加熱
した際の平均熱膨張係数が９×１０-6／Ｋを越えると、
パワーモジュール等の放熱部品として用いる場合に、セ
ラミックス基板との熱膨張係数の差が大きくなり過ぎ
て、加熱接合時や熱サイクル不可等により、セラミック
ス基板にクラックや割れ等が生じることがあり、信頼性
が要求される放熱部品として用いる場合の用途が限定さ
れてしまうという問題がある。
【００４５】また、本発明の複合体は、密度が３ｇ／ｃ
ｍ3程度と銅等の金属に比べ軽く、放熱部品等として用
いる場合、部品の軽量化に有効である。一方、本発明の
複合体は、曲げ強度が３００ＭＰａ以上と高く、放熱部
品等として用いるに十分な機械的特性を有している。
ｍ3程度と銅等の金属に比べ軽く、放熱部品等として用
いる場合、部品の軽量化に有効である。一方、本発明の
複合体は、曲げ強度が３００ＭＰａ以上と高く、放熱部
品等として用いるに十分な機械的特性を有している。
【００４６】更にまた、本発明は、上述した複合体を用
いることを特徴とする放熱部品である。本発明の放熱部
品は、熱伝導特性に優れ且つ十分な機械的特性を有して
おり、ヒートシンク等として用いるに好適である。ま
た、本発明の放熱部品は、密度が３ｇ／ｃｍ3程度と軽
量であり、移動用機器に用いる放熱部品として好適であ
る。本発明の放熱部品は、熱伝導特性に優れ、平均熱膨
張率が９×１０-6／Ｋ以下と低いためヒートシンク等の
放熱部品として用いる場合、従来の銅等を用いた場合に
比べ、放熱部品と接合されるセラミックス基板との熱膨
張差が小さく、基板上の半導体素子の作動時に発生する
熱サイクル等によるセラミックス基板のクラックや割れ
等を抑えることができる。このことにより、高い信頼性
が要求される電機自動車等の移動用機器に用いる放熱部
品として好適である。
いることを特徴とする放熱部品である。本発明の放熱部
品は、熱伝導特性に優れ且つ十分な機械的特性を有して
おり、ヒートシンク等として用いるに好適である。ま
た、本発明の放熱部品は、密度が３ｇ／ｃｍ3程度と軽
量であり、移動用機器に用いる放熱部品として好適であ
る。本発明の放熱部品は、熱伝導特性に優れ、平均熱膨
張率が９×１０-6／Ｋ以下と低いためヒートシンク等の
放熱部品として用いる場合、従来の銅等を用いた場合に
比べ、放熱部品と接合されるセラミックス基板との熱膨
張差が小さく、基板上の半導体素子の作動時に発生する
熱サイクル等によるセラミックス基板のクラックや割れ
等を抑えることができる。このことにより、高い信頼性
が要求される電機自動車等の移動用機器に用いる放熱部
品として好適である。
【００４７】また、半導体素子の集積化や大型化に伴
い、これを搭載するセラミックス基板には、高い放熱特
性が要求されている。窒化アルミニウム及び窒化珪素基
板は、絶縁特性に優れ、放熱特性に優れており、本発明
の放熱部品と接合して用いることにより、熱サイクル等
の付加によるクラックや割れ等の極めて少ない高信頼性
を得ることができる。
い、これを搭載するセラミックス基板には、高い放熱特
性が要求されている。窒化アルミニウム及び窒化珪素基
板は、絶縁特性に優れ、放熱特性に優れており、本発明
の放熱部品と接合して用いることにより、熱サイクル等
の付加によるクラックや割れ等の極めて少ない高信頼性
を得ることができる。
【００４８】また、本発明の放熱板は、セラミックス基
板を接合していない面を、放熱グリースを介して、平面
板装着する際に、締め付けトルクが２Ｎ以上の条件にお
いて、前記面の９０％以上が密着する特徴を有し、セラ
ミックス基板上の半導体素子の作動時に発生する熱を速
やかに放散することができ、高信頼性のモジュールを形
成できる利点がある。
板を接合していない面を、放熱グリースを介して、平面
板装着する際に、締め付けトルクが２Ｎ以上の条件にお
いて、前記面の９０％以上が密着する特徴を有し、セラ
ミックス基板上の半導体素子の作動時に発生する熱を速
やかに放散することができ、高信頼性のモジュールを形
成できる利点がある。
【００４９】本発明の複合材の製造方法は、炭化珪素粉
末に結合剤としてシリカゾル及び／又はアルミナゾル等
を所定量添加混合し、所望の形状に成形する。成形方法
は、乾式プレス成形、湿式プレス成形、押し出し成形、
鋳込み成形等を用いることができ、必要に応じて保形用
バインダーを添加してもよい。また、炭化珪素粉末に関
しては、１種類の粉末を用いても良いが、複数の粉末を
適宜粒度配合して高密度の成形体を容易に得ることがで
きるので一層好ましい。次に、得られた成形体を、大気
中又は窒素等の不活性ガス雰囲気中、温度７００〜１６
００℃で仮焼して炭化珪素質多孔体を製造する。一方、
炭化珪素粉末に結合材としてシリコン粉末を添加混合し
て、同様の方法で製造することもできる。更に、炭化珪
素質多孔体の製造方法に関しては、炭化珪素粉末やシリ
コン粉末と炭素粉末の混合粉末を、不活性ガス雰囲気
中、温度１６００〜２２００℃で焼成して製造すること
もできる。
末に結合剤としてシリカゾル及び／又はアルミナゾル等
を所定量添加混合し、所望の形状に成形する。成形方法
は、乾式プレス成形、湿式プレス成形、押し出し成形、
鋳込み成形等を用いることができ、必要に応じて保形用
バインダーを添加してもよい。また、炭化珪素粉末に関
しては、１種類の粉末を用いても良いが、複数の粉末を
適宜粒度配合して高密度の成形体を容易に得ることがで
きるので一層好ましい。次に、得られた成形体を、大気
中又は窒素等の不活性ガス雰囲気中、温度７００〜１６
００℃で仮焼して炭化珪素質多孔体を製造する。一方、
炭化珪素粉末に結合材としてシリコン粉末を添加混合し
て、同様の方法で製造することもできる。更に、炭化珪
素質多孔体の製造方法に関しては、炭化珪素粉末やシリ
コン粉末と炭素粉末の混合粉末を、不活性ガス雰囲気
中、温度１６００〜２２００℃で焼成して製造すること
もできる。
【００５０】得られた炭化珪素質多孔体は、所定形状に
加工した後、熱衝撃による割れ等を防止するため予め加
熱し、融点以上の温度に加熱したアルミニウムを主成分
とする溶融金属を高圧で含浸させて複合体とする。複合
体の表面の金属層の厚み調整は、炭化珪素質多孔体を加
工する際に、表面部に溝等を付加することにより、含浸
して得られる複合体の表面の合金層の厚さを調整するこ
とができる。また、Ａｌ合金の薄板を炭化珪素質多孔体
の表面に積層して含浸することによっても調整できる。
この場合、多孔体のみならず炭化珪素粉末を用いること
もできる。更に、複合体の表面の金属層を機械加工する
ことによっても複合体の表面の金属層の厚みを調整する
ことができる。更に、金型等を利用し、該金型の空隙寸
法よりも若干小さな寸法のプリフォームを前記空隙内に
配置し、該金型内の前記空隙内に溶融金属を注入する方
法によっても作製することができる。金属成分の含浸方
法に関しては、特に限定はなく、高圧鋳造法、ダイカス
ト法等が利用できる。
加工した後、熱衝撃による割れ等を防止するため予め加
熱し、融点以上の温度に加熱したアルミニウムを主成分
とする溶融金属を高圧で含浸させて複合体とする。複合
体の表面の金属層の厚み調整は、炭化珪素質多孔体を加
工する際に、表面部に溝等を付加することにより、含浸
して得られる複合体の表面の合金層の厚さを調整するこ
とができる。また、Ａｌ合金の薄板を炭化珪素質多孔体
の表面に積層して含浸することによっても調整できる。
この場合、多孔体のみならず炭化珪素粉末を用いること
もできる。更に、複合体の表面の金属層を機械加工する
ことによっても複合体の表面の金属層の厚みを調整する
ことができる。更に、金型等を利用し、該金型の空隙寸
法よりも若干小さな寸法のプリフォームを前記空隙内に
配置し、該金型内の前記空隙内に溶融金属を注入する方
法によっても作製することができる。金属成分の含浸方
法に関しては、特に限定はなく、高圧鋳造法、ダイカス
ト法等が利用できる。
【００５１】
【実施例】以下、実施例、比較例をあげて、本発明を一
層詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
層詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００５２】［実施例１〜１０、比較例１］炭化珪素粉
末Ａ（大平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒径：
６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：ＧＣ−
１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル（日
産化学社製：スノーテックス）を表１に示す組成で配合
し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１００ｍｍ×１
００ｍｍ×５ｍｍの形状に１０ＭＰａの圧力で成形し
た。
末Ａ（大平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒径：
６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：ＧＣ−
１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル（日
産化学社製：スノーテックス）を表１に示す組成で配合
し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１００ｍｍ×１
００ｍｍ×５ｍｍの形状に１０ＭＰａの圧力で成形し
た。
【００５３】得られた成形体は、大気中、温度８５０℃
で２時間加熱して、炭化珪素質多孔体とした。得られた
炭化珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×５ｍｍの形状に加工
して、その寸法と質量より相対密度（嵩密度）を算出し
た。得られた結果を表１に示す。
で２時間加熱して、炭化珪素質多孔体とした。得られた
炭化珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×５ｍｍの形状に加工
して、その寸法と質量より相対密度（嵩密度）を算出し
た。得られた結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】次に、得られた炭化珪素質多孔体をダイヤ
モンド加工治具で表１に示す厚さに加工し、各試料１０
枚を離型剤を塗布した図１の型枠（材質：炭素鋼）にセ
ットした後、各試料間を離型剤を塗布した０．７ｍｍ厚
の鉄板で区切り、両端に１２ｍｍ厚の鉄板を配した後、
１０ｍｍφのボルト、ナットで固定して、一つのブロッ
クを形成した。
モンド加工治具で表１に示す厚さに加工し、各試料１０
枚を離型剤を塗布した図１の型枠（材質：炭素鋼）にセ
ットした後、各試料間を離型剤を塗布した０．７ｍｍ厚
の鉄板で区切り、両端に１２ｍｍ厚の鉄板を配した後、
１０ｍｍφのボルト、ナットで固定して、一つのブロッ
クを形成した。
【００５６】次に、前記ブロックを電気炉で、温度７０
０℃に予備加熱し、予め加熱しておいた内寸２５０ｍｍ
φ×３００ｍｍの空隙を有するプレス型内に載置した
後、温度８５０℃に加熱してある、表１に示すアルミニ
ウム金属の溶湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０
分間プレスして、炭化珪素質多孔体にアルミニウム金属
を含浸させた。得られた複合体を含む金属塊は、室温ま
で冷却したのち、湿式バンドソーにて切断して型枠を取
り出し、更に型枠内から炭化珪素質複合体を離型した。
得られた複合体は、ダイヤモンド加工治具を用いて、熱
膨張率測定用試験体（３×４×１０ｍｍ）、室温の熱伝
導率測定用試験体（１０ｍｍφ×３ｍｍ）、３点曲げ強
さ評価用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）に研削加
工した。また、３点曲げ強さ評価用試験体の一部を用
い、その断面を顕微鏡で観察し、複合体の表裏の金属層
の厚みを９箇所について測定し、平均厚みを算出した。
得られた結果を表２に示す。
０℃に予備加熱し、予め加熱しておいた内寸２５０ｍｍ
φ×３００ｍｍの空隙を有するプレス型内に載置した
後、温度８５０℃に加熱してある、表１に示すアルミニ
ウム金属の溶湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０
分間プレスして、炭化珪素質多孔体にアルミニウム金属
を含浸させた。得られた複合体を含む金属塊は、室温ま
で冷却したのち、湿式バンドソーにて切断して型枠を取
り出し、更に型枠内から炭化珪素質複合体を離型した。
得られた複合体は、ダイヤモンド加工治具を用いて、熱
膨張率測定用試験体（３×４×１０ｍｍ）、室温の熱伝
導率測定用試験体（１０ｍｍφ×３ｍｍ）、３点曲げ強
さ評価用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４０ｍｍ）に研削加
工した。また、３点曲げ強さ評価用試験体の一部を用
い、その断面を顕微鏡で観察し、複合体の表裏の金属層
の厚みを９箇所について測定し、平均厚みを算出した。
得られた結果を表２に示す。
【００５７】
【表２】
【００５８】次に、それぞれの試験体を用いて、熱膨張
計により室温から２５０℃の熱膨張率、レーザーフラッ
シュ法による室温の熱伝導率及び曲げ試験機による３点
曲げ強さを測定した。また、３次元変位計により複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量を測定した。更
に、熱伝導率測定用試験体の寸法と重量より、複合体の
密度を算出した。得られた結果を表３に示す。
計により室温から２５０℃の熱膨張率、レーザーフラッ
シュ法による室温の熱伝導率及び曲げ試験機による３点
曲げ強さを測定した。また、３次元変位計により複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量を測定した。更
に、熱伝導率測定用試験体の寸法と重量より、複合体の
密度を算出した。得られた結果を表３に示す。
【００５９】
【表３】
【００６０】上記実施例１〜１０、比較例１で得られた
複合体の外周寸法はいずれも１０２×１０２ｍｍであ
り、試料間の寸法バラツキは０．１ｍｍ以下であった。
また、複合体の厚みは、各試料とも３．０２ｍｍであ
り、比較例１以外の試料に関しては、面内の厚みバラツ
キも０．０５ｍｍ以下であった。
複合体の外周寸法はいずれも１０２×１０２ｍｍであ
り、試料間の寸法バラツキは０．１ｍｍ以下であった。
また、複合体の厚みは、各試料とも３．０２ｍｍであ
り、比較例１以外の試料に関しては、面内の厚みバラツ
キも０．０５ｍｍ以下であった。
【００６１】［実施例１１］実施例２の型枠の代わり窒
化珪素製の型枠を用い、成形体の一部に１０ｍｍφの穴
を４カ所設けた。その他は、実施例２と同じ操作で複合
体を作製し、得られた複合体の特性評価を行った。含浸
後の型枠と複合体の離型は非常に良く、型枠の変形等は
認められなかった。複合体の密度は２．９８ｇ／ｃｍ3
であり、表裏の金属層の平均厚さは共に３０μｍであっ
た。また、熱伝導率は２１０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は
７．１×１０-6／Ｋ、曲げ強さは４００ＭＰａ、複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量は４０μmであっ
た。複合体の寸法は、１０１×１０１ｍｍ×３．０１ｍ
ｍであり、試料間のバラツキは非常に小さかった。ま
た、成形体に設けた穴部は全て、金属層で満たされてお
り、ハイス鋼のドリルで容易に穴加工を行うことができ
た。
化珪素製の型枠を用い、成形体の一部に１０ｍｍφの穴
を４カ所設けた。その他は、実施例２と同じ操作で複合
体を作製し、得られた複合体の特性評価を行った。含浸
後の型枠と複合体の離型は非常に良く、型枠の変形等は
認められなかった。複合体の密度は２．９８ｇ／ｃｍ3
であり、表裏の金属層の平均厚さは共に３０μｍであっ
た。また、熱伝導率は２１０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は
７．１×１０-6／Ｋ、曲げ強さは４００ＭＰａ、複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量は４０μmであっ
た。複合体の寸法は、１０１×１０１ｍｍ×３．０１ｍ
ｍであり、試料間のバラツキは非常に小さかった。ま
た、成形体に設けた穴部は全て、金属層で満たされてお
り、ハイス鋼のドリルで容易に穴加工を行うことができ
た。
【００６２】［実施例１２〜１７、比較例２］炭化珪素
粉末Ａ（大平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒
径：６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：Ｇ
Ｃ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル
（日産化学社製：スノーテックス）を表１の組成で配合
し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１８０ｍｍ×１
２０ｍｍ×５ｍｍの形状に１０ＭＰａの面圧で成形し
た。得られた成形体は、大気中、温度８５０℃で２時間
加熱して、炭化珪素質多孔体を作製した。得られた炭化
珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×５ｍｍの形状に加工し
て、その寸法と質量より相対密度を算出した。得られた
結果を表４に示す。
粉末Ａ（大平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒
径：６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：Ｇ
Ｃ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル
（日産化学社製：スノーテックス）を表１の組成で配合
し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１８０ｍｍ×１
２０ｍｍ×５ｍｍの形状に１０ＭＰａの面圧で成形し
た。得られた成形体は、大気中、温度８５０℃で２時間
加熱して、炭化珪素質多孔体を作製した。得られた炭化
珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×５ｍｍの形状に加工し
て、その寸法と質量より相対密度を算出した。得られた
結果を表４に示す。
【００６３】
【表４】
【００６４】次に、得られた炭化珪素質多孔体をダイヤ
モンド加工治具を用いて表５に示す厚さの平板に加工
し、離型剤を塗布した鉄製の厚さ３ｍｍの枠内にプリフ
ォームを表５に示すアルミニウム板と共にセットし、両
端に１２ｍｍ厚の鉄板を配した後１０ｍｍφのボルト、
ナットで固定してブロックを形成した。次に、このブロ
ックを電気炉で、温度７００℃に予備加熱し、予め加熱
しておいた２５０ｍｍφ×３００ｍｍＨのプレス型に載
置した後、温度８５０℃に加熱した表１に示す合金の溶
湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０分間プレスし
て、炭化珪素質多孔体に合金を含浸させた。得られた炭
化珪素質複合体を含む合金塊は、室温まで冷却したの
ち、ダイヤモンド加工治具で炭化珪素質複合体を削り出
した。得られた炭化珪素質複合体は、ダイヤモンド加工
治具を用いて、熱膨張率測定用試験体（３×４×１０ｍ
ｍ）、室温の熱伝導率測定用試験体（１０ｍｍφ×３ｍ
ｍ）、３点曲げ強度評価用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４
０ｍｍ）に研削加工した。また、３点曲げ強度評価用試
験体の一部を用い、その断面を顕微鏡で観察し、複合体
の表裏の合金層の厚さを９カ所測定し、平均値を算出し
た。
モンド加工治具を用いて表５に示す厚さの平板に加工
し、離型剤を塗布した鉄製の厚さ３ｍｍの枠内にプリフ
ォームを表５に示すアルミニウム板と共にセットし、両
端に１２ｍｍ厚の鉄板を配した後１０ｍｍφのボルト、
ナットで固定してブロックを形成した。次に、このブロ
ックを電気炉で、温度７００℃に予備加熱し、予め加熱
しておいた２５０ｍｍφ×３００ｍｍＨのプレス型に載
置した後、温度８５０℃に加熱した表１に示す合金の溶
湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０分間プレスし
て、炭化珪素質多孔体に合金を含浸させた。得られた炭
化珪素質複合体を含む合金塊は、室温まで冷却したの
ち、ダイヤモンド加工治具で炭化珪素質複合体を削り出
した。得られた炭化珪素質複合体は、ダイヤモンド加工
治具を用いて、熱膨張率測定用試験体（３×４×１０ｍ
ｍ）、室温の熱伝導率測定用試験体（１０ｍｍφ×３ｍ
ｍ）、３点曲げ強度評価用試験体（３ｍｍ×４ｍｍ×４
０ｍｍ）に研削加工した。また、３点曲げ強度評価用試
験体の一部を用い、その断面を顕微鏡で観察し、複合体
の表裏の合金層の厚さを９カ所測定し、平均値を算出し
た。
【００６５】
【表５】
【００６６】次に、それぞれの試験体を用いて、熱膨張
計により室温から２５０℃の平均熱膨張係数、レーザー
フラッシュ法による室温の熱伝導率及び曲げ試験機によ
る３点曲げ強度を測定した。更に、熱伝導率測定用試験
体の寸法と重量より、複合体の密度を算出した。得られ
た結果を表６に示す。また、複合体の表面をロール研摩
機で磨き複合体表面の変質層を除去した後、３次元変位
計により、複合体の主面の反り量を測定した。得られた
結果を表６に示す。
計により室温から２５０℃の平均熱膨張係数、レーザー
フラッシュ法による室温の熱伝導率及び曲げ試験機によ
る３点曲げ強度を測定した。更に、熱伝導率測定用試験
体の寸法と重量より、複合体の密度を算出した。得られ
た結果を表６に示す。また、複合体の表面をロール研摩
機で磨き複合体表面の変質層を除去した後、３次元変位
計により、複合体の主面の反り量を測定した。得られた
結果を表６に示す。
【００６７】
【表６】
【００６８】［実施例１８〜２２］実施例１２の炭化珪
素多孔体をダイヤモンド工具を用いて２．９５ｍｍ厚に
加工した後、更に表面部を図２に示す形状で、表７の深
さ及び面積となるように加工を施した。得られた加工体
を、実施例１２と同様の含浸条件で含浸して複合体を作
製した。得られた複合体は、実施例１２と同様の方法で
評価を行なった。その結果を表８に示す。
素多孔体をダイヤモンド工具を用いて２．９５ｍｍ厚に
加工した後、更に表面部を図２に示す形状で、表７の深
さ及び面積となるように加工を施した。得られた加工体
を、実施例１２と同様の含浸条件で含浸して複合体を作
製した。得られた複合体は、実施例１２と同様の方法で
評価を行なった。その結果を表８に示す。
【００６９】
【表７】
【００７０】
【表８】
【００７１】［実施例２３］実施例１２、１３の炭化珪
素多孔体をダイヤモンド工具を用いて１．９ｍｍ厚に加
工した後、離型剤を塗布した鉄製の厚さ４ｍｍの枠内に
実施例１２と１３のプリフォームをセットし、両端に１
２ｍｍ厚の鉄板を配した後１０ｍｍφのボルト、ナット
で固定してブロックを形成した。次に、このブロック
を、実施例１２と同様の含浸条件で含浸して複合体を作
製した。得られた複合体は、ダイヤモンドカッターで切
断し、その切断面を実態顕微鏡で観察した結果、合金層
−複合体層−合金層−複合体層−合金層からなる５層構
造となっていた。次に、実施例１２と同様の方法で評価
を行なった。得られた複合体の密度は２．９８ｇ／ｃｍ
3であり、熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は
７．３×１０-6／Ｋ、曲げ強さは４１０ＭＰａ、複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量は１５０μmであ
った。
素多孔体をダイヤモンド工具を用いて１．９ｍｍ厚に加
工した後、離型剤を塗布した鉄製の厚さ４ｍｍの枠内に
実施例１２と１３のプリフォームをセットし、両端に１
２ｍｍ厚の鉄板を配した後１０ｍｍφのボルト、ナット
で固定してブロックを形成した。次に、このブロック
を、実施例１２と同様の含浸条件で含浸して複合体を作
製した。得られた複合体は、ダイヤモンドカッターで切
断し、その切断面を実態顕微鏡で観察した結果、合金層
−複合体層−合金層−複合体層−合金層からなる５層構
造となっていた。次に、実施例１２と同様の方法で評価
を行なった。得られた複合体の密度は２．９８ｇ／ｃｍ
3であり、熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は
７．３×１０-6／Ｋ、曲げ強さは４１０ＭＰａ、複合体
の主面の長さ１０ｃｍに対する反り量は１５０μmであ
った。
【００７２】〔実施例２４〜３１、比較例３〜６〕炭化
珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製「ＮＧ−１５０」平均
粒径：１００μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製
「ＧＣ−１０００Ｆ」平均粒径：１０μｍ）及びシリカ
ゾル（日産化学社製「スノーテックス」）を６０：４
０：３の重量比率で配合し、攪拌混合機で３０分間混合
した後、１０５ｍｍ×１５５ｍｍ×６ｍｍの形状に１０
ＭＰａの面圧で成形した。その後、前記の成形体を、大
気中、９００℃で２時間加熱して、炭化珪素質多孔体を
作製した。得られた炭化珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×
５ｍｍの形状に加工して、その寸法と質量より相対密度
を算出した結果、６６％であった。
珪素粉末Ｃ（大平洋ランダム社製「ＮＧ−１５０」平均
粒径：１００μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製
「ＧＣ−１０００Ｆ」平均粒径：１０μｍ）及びシリカ
ゾル（日産化学社製「スノーテックス」）を６０：４
０：３の重量比率で配合し、攪拌混合機で３０分間混合
した後、１０５ｍｍ×１５５ｍｍ×６ｍｍの形状に１０
ＭＰａの面圧で成形した。その後、前記の成形体を、大
気中、９００℃で２時間加熱して、炭化珪素質多孔体を
作製した。得られた炭化珪素質多孔体は、２０ｍｍφ×
５ｍｍの形状に加工して、その寸法と質量より相対密度
を算出した結果、６６％であった。
【００７３】次に、得られた炭化珪素質多孔体をダイヤ
モンド加工治具を用いて厚さ５ｍｍに加工し、電気炉
で、温度７００℃に予備加熱し、予め加熱しておいた内
径２５０ｍｍ×高さ３００ｍｍのプレス型内に載置した
後、温度８５０℃に加熱したアルミニウム合金（ＡＤＣ
−１２）の溶湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０
分間プレスして、炭化珪素質多孔体に合金を含浸させ
た。炭化珪素質複合体を含む合金塊を室温まで冷却した
後、ダイヤモンド加工治具を用いて炭化珪素質複合体を
削り出した。得られら炭化珪素質複合体は、１００×１
５０ｍｍ（コーナー部：Ｒ３）の形状に外周加工、並び
に６箇所に７ｍｍφの穴加工を施した（図９（ｂ）参
照）のち、更に、３次元ミルで面加工して、所定の形
状、厚さ、反り量を有するいろいろな複合体を作製し
た。
モンド加工治具を用いて厚さ５ｍｍに加工し、電気炉
で、温度７００℃に予備加熱し、予め加熱しておいた内
径２５０ｍｍ×高さ３００ｍｍのプレス型内に載置した
後、温度８５０℃に加熱したアルミニウム合金（ＡＤＣ
−１２）の溶湯を流し込み、１００ＭＰａの圧力で１０
分間プレスして、炭化珪素質多孔体に合金を含浸させ
た。炭化珪素質複合体を含む合金塊を室温まで冷却した
後、ダイヤモンド加工治具を用いて炭化珪素質複合体を
削り出した。得られら炭化珪素質複合体は、１００×１
５０ｍｍ（コーナー部：Ｒ３）の形状に外周加工、並び
に６箇所に７ｍｍφの穴加工を施した（図９（ｂ）参
照）のち、更に、３次元ミルで面加工して、所定の形
状、厚さ、反り量を有するいろいろな複合体を作製し
た。
【００７４】前記のいろいろな炭化珪素質複合体につい
て、マイクロメーターで厚さ、３次元変位計により反り
量を測定し、所望の寸法に加工されていることを確認し
た。得られた結果を表９に示す。
て、マイクロメーターで厚さ、３次元変位計により反り
量を測定し、所望の寸法に加工されていることを確認し
た。得られた結果を表９に示す。
【００７５】
【表９】
【００７６】また、前記操作で得たいろいろの複合体に
ついて、片面側にシリコングリス（信越化学工業社製）
を厚さ５０μmとなるように秤量して塗布したのち、厚
さ３０ｍｍのアクリル板に６Ｍのネジを用いて３Ｎの締
め付けトルクで取り付けた。１分間放置後、ネジ止めを
はずし、シリコングリス塗布面の密着率（面積比率）を
測定した。その結果を表９に示す。
ついて、片面側にシリコングリス（信越化学工業社製）
を厚さ５０μmとなるように秤量して塗布したのち、厚
さ３０ｍｍのアクリル板に６Ｍのネジを用いて３Ｎの締
め付けトルクで取り付けた。１分間放置後、ネジ止めを
はずし、シリコングリス塗布面の密着率（面積比率）を
測定した。その結果を表９に示す。
【００７７】〔実施例３２〜３４〕比較例２９で作製し
た炭化珪素質複合体を、図１０に示すＳＵＳ−３０４製
の治具にセットし、Ｍ１０のネジで各種変位量を負荷し
た後、温度５００℃の電気炉で３０分間加熱したのち、
室温まで冷却して負荷を解放した。得られた複合体の反
り量を表１０に示す。次に、得られた複合体を実施例２
４と同様の方法で評価した結果を表１０に示す。
た炭化珪素質複合体を、図１０に示すＳＵＳ−３０４製
の治具にセットし、Ｍ１０のネジで各種変位量を負荷し
た後、温度５００℃の電気炉で３０分間加熱したのち、
室温まで冷却して負荷を解放した。得られた複合体の反
り量を表１０に示す。次に、得られた複合体を実施例２
４と同様の方法で評価した結果を表１０に示す。
【００７８】
【表１０】
【００７９】〔実施例３５、３６、比較例７〕実施例２
４で作製した、炭化珪素質複合体に無電解Ｎｉメッキ処
理を行い、複合体表面に１０μｍ厚のメッキ層を形成し
た。メッキ処理した複合体表面に１００μｍ厚の半田ペ
ーストをスクリーン印刷し、実施例３５ではその上に市
販の窒化アルミニウム基板を、実施例３６では市販の窒
化珪素基板を搭載し、温度３００℃のリフロー炉で５分
間加熱処理してセラミックス基板を接合させた。尚、比
較例７は、銅板を用いて実施例３５と同様の手法で、メ
ッキ処理後、窒化アルミニウム基板を接合した。
４で作製した、炭化珪素質複合体に無電解Ｎｉメッキ処
理を行い、複合体表面に１０μｍ厚のメッキ層を形成し
た。メッキ処理した複合体表面に１００μｍ厚の半田ペ
ーストをスクリーン印刷し、実施例３５ではその上に市
販の窒化アルミニウム基板を、実施例３６では市販の窒
化珪素基板を搭載し、温度３００℃のリフロー炉で５分
間加熱処理してセラミックス基板を接合させた。尚、比
較例７は、銅板を用いて実施例３５と同様の手法で、メ
ッキ処理後、窒化アルミニウム基板を接合した。
【００８０】次に、これらのセラミックス基板を接合し
た複合体を用いて、−４０℃〜１５０℃の温度幅で３０
００回のヒートサイクル試験を行った。実施例３５及び
実施例３６は、ヒートサイクル試験後もセラミックス基
板の回路間のクラックの発生や回路の剥離は認められな
かった。一方、比較例７に関しては、ヒートサイクル３
０回でセラミックス基板の回路間にクラックが発生し
た。
た複合体を用いて、−４０℃〜１５０℃の温度幅で３０
００回のヒートサイクル試験を行った。実施例３５及び
実施例３６は、ヒートサイクル試験後もセラミックス基
板の回路間のクラックの発生や回路の剥離は認められな
かった。一方、比較例７に関しては、ヒートサイクル３
０回でセラミックス基板の回路間にクラックが発生し
た。
【００８１】
【発明の効果】本発明の複合体は、炭化珪素質多孔体に
アルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることか
ら、複合体の加工コストが低減でき、熱伝導率が高く、
平均熱膨張係数がセラミックス基板に近くかつ軽量であ
るという特徴を有し、半導体搭載用セラミックス基板と
接合して用いる放熱部品として、信頼性に優れかつ電機
自動車等の移動機器等に好適な放熱部品を安価に提供す
ることができる。加えて、本発明の複合体は、特定量の
反りを有していて、例えば、放熱板として用いた場合
に、セラミックス基板を放熱フィン等の放熱部品に密着
性良くネジ止め固定することができ、放熱性が安定し
た、従って高信頼性のモジュールを形成することができ
るという効果があり、産業上極めて有用である。
アルミニウムを主成分とする金属を含浸してなることか
ら、複合体の加工コストが低減でき、熱伝導率が高く、
平均熱膨張係数がセラミックス基板に近くかつ軽量であ
るという特徴を有し、半導体搭載用セラミックス基板と
接合して用いる放熱部品として、信頼性に優れかつ電機
自動車等の移動機器等に好適な放熱部品を安価に提供す
ることができる。加えて、本発明の複合体は、特定量の
反りを有していて、例えば、放熱板として用いた場合
に、セラミックス基板を放熱フィン等の放熱部品に密着
性良くネジ止め固定することができ、放熱性が安定し
た、従って高信頼性のモジュールを形成することができ
るという効果があり、産業上極めて有用である。
【図１】本発明の実施例に用いた金型で、平面図と側面
図。
図。
【図２】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の一例を示す図。
の一例を示す図。
【図３】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図４】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図５】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図６】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図７】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図８】本発明の複合体に用いる多孔質炭化珪素成形体
の他の一例を示す図。
の他の一例を示す図。
【図９】本発明に係る複合体を例示する平面図。
【図１０】本発明の実施例に用いた治具の説明図。
フロントページの続き (72)発明者 斎藤 光明 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 蛭田 和幸 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 宮井 明 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社中央研究所内
Claims (12)
- 【請求項１】多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主
成分とする金属を含浸してなる板状複合体であって、複
合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反り量が２５０μ
ｍ以下の反りを有することを特徴とする炭化珪素質複合
体。 - 【請求項２】板状複合体の面内に４個以上の穴部を有
し、穴間方向（Ｘ方向）の長さ１０ｃｍに対する反り量
（Ｃx；μm）と、それに垂直な方向（Ｙ方向）の長さ１
０ｃｍに対する反り量（Ｃy；μm）の関係が、５０≦Ｃ
x≦２５０、且つ−５０≦Ｃy≦２００であることを特徴
とする炭化珪素質複合体。 - 【請求項３】複合体の表裏両面が平均厚さ１０〜１５０
μｍのアルミニウムを主成分とする金属層で覆われてお
り、しかも表裏の金属層の平均厚みの差が１４０μｍ以
下であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素質複
合体。 - 【請求項４】板状複合体が複合体部分（Ａ）と複合体の
少なくとも片面に設けられたアルミニウムを主成分とす
る金属層（Ｂ）とからなり、複合体部分（Ａ）の厚さの
平均値（ＴＡ；μｍ）と金属層（Ｂ）の両面の厚さの平
均値との合計（ＴＢ；μｍ）の比（ＴＡ／ＴＢ）が５〜
３０であることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素質
複合体。 - 【請求項５】複合体の主面の長さ１０ｃｍに対しての反
り量が５０〜２５０μｍであり、しかも前記金属層
（Ｂ）の表面側の厚さの平均値（ＴＢ１；μｍ）と裏面
側の厚さの平均値（ＴＢ２；μｍ）との差の絶対値（｜
ＴＢ１−ＴＢ２｜）と、複合体の最大長（Ｌ；ｃｍ）と
の積が５００以上２５００以下であることを特徴とする
請求項１又は請求項４記載の炭化珪素質複合体。 - 【請求項６】多孔質炭化珪素成形体の少なくとも一主面
に段差を設けることを特徴とする請求項１、請求項４又
は請求項５記載の炭化珪素質複合体。 - 【請求項７】炭化珪素質複合体が２つの板状複合体
（Ｃ、Ｄ）と、アルミニウムを主成分とする金属層
（Ｅ）とがＥＣＥＤＥの構造で積層してなる複合体であ
って、板状複合体（Ｃ）、（Ｄ）の炭素含有量の差が
０．５〜２．５重量％であり、複合体の主面の長さ１０
ｃｍに対する反り量が５０〜２５０μｍであることを特
徴とする請求項１記載の炭化珪素質複合体。 - 【請求項８】炭化珪素質複合体を温度３５０℃以上で応
力を加えて塑性変形させることにより、反り付けを行う
ことを特徴とする炭化珪素質複合体の製造方法。 - 【請求項９】室温（２５℃）から１５０℃に加熱した際
の平均熱膨張係数が９×１０-6／Ｋ以下であり、室温
（２５℃）の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であること
を特徴とする請求項１〜請求項７記載の炭化珪素質複合
体。 - 【請求項１０】請求項１〜請求項７記載の板状複合体に
半導体搭載用セラミックス基板を接合してなることを特
徴とする放熱部品。 - 【請求項１１】セラミックス基板が窒化アルミニウム及
び／又は窒化珪素であることを特徴とする請求項１０記
載の放熱部品。 - 【請求項１２】セラミックス基板を接合していない面
を、放熱グリースを介して、平面板装着する際に、締め
付けトルクが２Ｎ以上の条件において、前記面の９０％
以上が密着することを特徴とする請求項１０又は請求項
１１記載の放熱部品。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28542999A JP3468358B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-10-06 | 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 |
| KR1019990049209A KR100637635B1 (ko) | 1998-11-12 | 1999-11-08 | 탄화규소질 복합체 및 그 제조 방법과 이를 사용한 방열부품 |
| DE1999612564 DE69912564T2 (de) | 1998-11-12 | 1999-11-10 | Siliziumkarbid-Verbundwerkstoff, Verfahren zu seiner Herstellung und Wärmeableitungsanordnung, die diesen verwendet |
| EP99122404A EP1000915B1 (en) | 1998-11-12 | 1999-11-10 | Silicon carbide composite, method for producing it and heat dissipation device employing it |
| AT99122404T ATE253537T1 (de) | 1998-11-12 | 1999-11-10 | Siliziumkarbid-verbundwerkstoff, verfahren zu seiner herstellung und wärmeableitungsanordnung, die diesen verwendet |
| US09/432,568 US6447894B1 (en) | 1998-11-12 | 1999-11-12 | Silicon carbide composite, method for producing it and heat dissipation device employing it |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32205498 | 1998-11-12 | ||
| JP10-360482 | 1998-12-18 | ||
| JP10-322054 | 1998-12-18 | ||
| JP36048298 | 1998-12-18 | ||
| JP28542999A JP3468358B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-10-06 | 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000281468A true JP2000281468A (ja) | 2000-10-10 |
| JP3468358B2 JP3468358B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=27337174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28542999A Expired - Lifetime JP3468358B2 (ja) | 1998-11-12 | 1999-10-06 | 炭化珪素質複合体及びその製造方法とそれを用いた放熱部品 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6447894B1 (ja) |
| EP (1) | EP1000915B1 (ja) |
| JP (1) | JP3468358B2 (ja) |
| KR (1) | KR100637635B1 (ja) |
| AT (1) | ATE253537T1 (ja) |
| DE (1) | DE69912564T2 (ja) |
Cited By (14)
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