(57)【要約】【課題】  他の放熱部品との密着性が高いアルミニウム‐炭化珪素質複合体及びその製造方法が提供される。【解決手段】  炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有し、一方の板面に回路基板が実装され、他方の板面が放熱面として用いられるアルミニウム‐炭化珪素質複合体であって、放熱面側の複合化部の板面が凸型の反りの形状であり、放熱面側のアルミニウム層が凸型の反りの形状であり、対向する外周面の短辺中央の厚みの平均（Ａｘ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｘ／Ｂ）が、０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００であり、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均（Ａｙ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｙ／Ｂ）が、０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００であることを特徴とするアルミニウム‐炭化珪素質複合体及びその製造方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有し、一方の板面に回路基板が実装され、他方の板面が放熱面として用いられるアルミニウム‐炭化珪素質複合体であって、
放熱面側の複合化部の板面が凸型の反りの形状であり、
放熱面側のアルミニウム層が凸型の反りの形状であり、
対向する外周面の短辺中央の厚みの平均（Ａｘ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｘ／Ｂ）が、
０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００
であり、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均（Ａｙ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｙ／Ｂ）が、
０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００
であることを特徴とするアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項２】
回路基板を実装したときの、前記外周面の短辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｘが、
−１０μｍ≦Ｃｘ≦３０μｍ
であり、前記外周面の長辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｙが、
−１０μｍ≦Ｃｙ≦４０μｍ
であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項３】
前記外周面の短辺及び長辺の長さが等しく、
対向する外周面の辺中央の厚みの平均（Ａ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、
０．９１≦Ａ／Ｂ≦１．００
であることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項４】
前記回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、該面内のアルミニウム層の厚み差が０．１ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項５】
前記回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みと放熱面のアルミニウム層の平均厚みとの差が、厚い方のアルミニウム層の平均厚みの５０％以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項６】
２５℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０℃における熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法であって、
平板状の炭化珪素質多孔体を形成する工程と、
炭化珪素質多孔体の一板面を凸型の反りの形状に機械加工する工程と、
炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させ、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製する工程と、
炭化珪素質多孔体が凸型の反りの形状に加工された面側のアルミニウム層を機械加工することにより、凸型の反りの形状の放熱面を成形する工程とを含むことを特徴とするアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム‐炭化珪素質複合体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回路基板の典型的な放熱構造は、回路基板の裏面（放熱面）の金属板（例えば銅板）を介してベース板が半田付けされたものであり、ベース板としては、銅、アルミニウムが一般的であった。また、熱膨張係数を回路基板のそれに近づけたベース板として、アルミニウム合金‐炭化珪素質複合体が提案されている（特許文献１）。【０００３】
ベース板は放熱フィンや放熱ユニット等と接合して用いることが多く、その接合部分の形状や反りもまた重要な特性として挙げられる。例えば、ベース板を放熱フィンに接合する場合、一般的にはベース板の周縁部に設けられた穴を利用して放熱フィンや放熱ユニット等にねじ固定して用いられる。
例えば、ベース板と放熱フィンとの間に出来るだけ隙間が出来ないように、予めベース板に凸型の反りを付けたものを用いることがある。ベース板表面を機械加工により切削することで反りを付ける方法が提案されているが、アルミニウム‐炭化珪素質複合体は、非常に硬く、ダイヤモンド研削具等の工具を用い多くの研削が必要となるので、製品価格が高くなるという問題があった。【０００４】
この様な問題を解消するために、両板面にアルミニウム合金からなるアルミニウム層を設け、該アルミニウム層を加工したアルミニウム合金‐炭化珪素質複合体が提案されている（特許文献２）。【０００５】
【特許文献１】特開平３−５０９８６０号公報
【特許文献２】特開２００５−６４２６１公報
【発明の概要】
【０００６】
ベース板を放熱フィンに接合する場合、ベース板の放熱フィン等に接する面に微少な凹凸が多く存在すると、ベース板と放熱フィンとの間の密着性が低下するという問題があった。このため、ベース板と放熱フィンとの間の熱伝達性が著しく低下し、セラミックス回路基板、ベース板、放熱フィン等で構成されるモジュール全体の放熱性が著しく低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、他の放熱部品との密着性が高いアルミニウム‐炭化珪素質複合体及びその製造方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有し、一方の板面に回路基板が実装され、他方の板面が放熱面として用いられるアルミニウム‐炭化珪素質複合体であって、放熱面側の複合化部の板面が凸型の反りの形状であり、放熱面側のアルミニウム層が凸型の反りの形状であり、対向する外周面の短辺中央の厚みの平均（Ａｘ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｘ／Ｂ）が、０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００であり、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均（Ａｙ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｙ／Ｂ）が、０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００であることを特徴とするアルミニウム‐炭化珪素質複合体が提供される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、回路基板を実装したときの、前記外周面の短辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｘが、−１０μｍ≦Ｃｘ≦３０μｍであり、前記外周面の長辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｙが、−１０μｍ≦Ｃｙ≦４０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、前記外周面の短辺及び長辺の長さが等しく、対向する外周面の辺中央の厚みの平均（Ａ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、０．９１≦Ａ／Ｂ≦１．００であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、前記回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであり、該面内のアルミニウム層の厚み差が０．１ｍｍ以内であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、前記回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みと放熱面のアルミニウム層の平均厚みとの差が、厚い方のアルミニウム層の平均厚みの５０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、２５℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０℃における熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法であって、平板状の炭化珪素質多孔体を形成する工程と、炭化珪素質多孔体の一板面を凸型の反りの形状に機械加工する工程と、炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させ、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製する工程と、炭化珪素質多孔体が凸型の反りの形状に加工された面側のアルミニウム層を機械加工することにより、凸型の反りの形状の放熱面を成形する工程とを含むことを特徴とするアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、他の放熱部品との密着性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体の概念的な構成を示す図であって、板厚方向からの平面図である。
【図２】図１のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の外周面の短辺方向（図２（ａ））及び長辺方向（図２（ｂ））からの側面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体の概念的な構成を示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体の概念的な構成を示す平面図である。
【図５】本発明における反り量の定義を説明するための概念的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体及びその製造方法の一実施形態を説明する。しかし本発明は、これらの実施形態に限定されないことは自明である。
【００１８】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有し、一方の板面に回路基板が実装され、他方の板面が放熱面として用いられるアルミニウム‐炭化珪素質複合体であって、放熱面側の複合化部の板面が凸型の反りの形状であり、放熱面側のアルミニウム層が凸型の反りの形状であり、対向する外周面の短辺中央の厚みの平均（Ａｘ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｘ／Ｂ）が、０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００であり、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均（Ａｙ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｙ／Ｂ）が、０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００である。
【００１９】
上記のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、例えば図１又は図２に示すような形状を有する。
図１に示すように、アルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、板厚方向から見て平面視矩形状であり、板面の周縁部に他の部品にネジ止め固定するための貫通孔２が設けられている。また、図２に示すように、アルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、表裏板面の周囲をめぐる外周面を有し、アルミニウム‐炭化珪素質複合体１は一方の板面が凸型の反りの形状を有している。このようなアルミニウム‐炭化珪素質複合体１では、凸型の反りの形状を有する板面が放熱面となり、他方の板面に回路基板が実装される。
【００２０】
図１又は図２に示すような形状のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１では、対向する外周面の各短辺の中央位置の板厚方向の厚みをＡｘ１及びＡｘ２とした場合、対向する外周面の短辺中央の厚みの平均Ａｘは、下記の式（１）で定義される。
Ａｘ＝（Ａｘ１＋Ａｘ２）／２  …  （１）
同様に、対向する外周面の各長辺の中央位置の板厚方向の厚みをＡｙ１及びＡｙ２とした場合、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均Ａｙは、下記の式（２）で定義される。
Ａｙ＝（Ａｙ１＋Ａｙ２）／２  …  （２）
【００２１】
板面の中心部の厚みＢは、矩形状の板面の中心部（矩形の対角線の交点）の板厚方向の厚みを意味する。厚みＢは、２ｍｍから６ｍｍが好ましく、さらに好ましくは、厚みＢは、３ｍｍから６ｍｍである。
【００２２】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、対向する外周面の短辺中央の厚みの平均Ａｘと板面の中心部の厚みＢとの比（Ａｘ／Ｂ）が、０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００である。また、対向する外周面の長辺中央の厚みの平均Ａｙと板面の中心部の厚みＢとの比（Ａｙ／Ｂ）が、０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００である。
このような構成とすることにより、アルミニウム‐炭化珪素質複合体に回路基板を実装した際の複合体全体の反りの形状が適切なものとなり、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の他の放熱部品に対する密着性が向上して、放熱部品としての冷却効果が向上する。
【００２３】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、回路基板を実装したときの、外周面の短辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｘが、−１０μｍ≦Ｃｘ≦３０μｍであり、外周面の長辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃｙが、−１０μｍ≦Ｃｙ≦４０μｍであることがより好ましい。
これにより、本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体を他の放熱部品に接合したときの冷却効果が向上する。これは、回路基板を実装したときの反り量を上記の範囲に規定したことで、他の放熱部品との密着性が向上するためである。
【００２４】
本実施形態においては、平板状の放熱部品の中心部（放熱部品の中心部とは、略矩形状の平板の板面における、対角線の交点としてよい）が中点となる、放熱部品の板面の長辺方向又は短辺方向の線分の端点同士を結ぶ直線を想定し、この直線の垂線のうちで上記中心部を通る垂線の長さを図り、１０ｃｍあたりの量に換算した数値を反り量Ｃｘ（短辺方向）、Ｃｙ（長辺方向）と定義する。
例えば、図５の例では、放熱部品の中心部Ｏが中点となり、Ｐ１およびＰ２が長辺方向又は短辺方向の線分の端点となる。このＰ１とＰ２とを結ぶ直線を想定し、この直線から中心部Ｏへ引いた垂線の長さをＺとする。このとき、Ｐ１とＰ２とを結ぶ直線の長さをＸとして、長さＸに対する長さＺの値を反り量とする。ここで、長さＸを１０ｃｍとしたときの、長さＺの換算値を、１０ｃｍあたりの反り量Ｃｘ又はＣｙとする。
【００２５】
反り量Ｃｘ、Ｃｙは、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の放熱面側に凸型となる反りを正の値（例えば、２０μｍ）、凹型となる反りを負の値（例えば、−５μｍ）と定義する。
【００２６】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍであることが好ましい。
回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．１ｍｍ以上であれば、機械加工の際にアルミニウム‐炭化珪素質複合体中のＳｉＣプリフォーム構造部分に加工刃が当たるなどしてチッピングが生じることが抑制され、アルミニウム‐炭化珪素質複合体中のＳｉＣプリフォーム構造部分が露出することによるめっき不良が生じ難くなる。０．３ｍｍ以下であれば、複合体全体に占めるアルミニウムの量が多くならず、熱膨張係数を低く抑えることができる。
【００２７】
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差は、０．１ｍｍ以内であることが好ましい。より好ましくは、厚み差が、０．０５ｍｍ以内である。
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が、０．１ｍｍ以内であることにより、機械加工を行った場合、その後のアニール処理の際に反りが大きく変化することを抑制できる。更に、実装された素子からの熱によるクラックの発生が抑制できる。
【００２８】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みと放熱面のアルミニウム層の平均厚みとの差が、厚い方のアルミニウム層の平均厚みの５０％以下であることがより好ましい。
回路基板が実装される面のアルミニウム層の平均厚みと放熱面のアルミニウム層の平均厚みとの差が、厚い方のアルミニウム層の平均厚みの５０％以下であることにより、熱伝導率の低下や、加工歪み除去のためのアニール処理の際に、両板面のアルミニウム層の熱膨張係数差により複合体の反り量が変化することを抑制できる。
【００２９】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、２５℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０℃における熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下であることがより好ましい。
２５℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であることにより、回路基板を実装し、他の放熱部品に接合されるベース板として好ましく用いられる。また、１５０℃における熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下であることにより、回路基板を実装し、他の放熱部品に接合されるベース板として用いられた際に、クラックなどが生じ難くなる。
【００３０】
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体１は、加工歪み除去のためのアニール処理の前後において、放熱面の長辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｄｙの変化量が、１５μｍ以下であってもよい。これにより、実際に使用される際の熱サイクルによる形状変化が少ないという効果がある。
【００３１】
加工歪み除去のためのアニール処理は４００℃〜５５０℃の温度で１０分間以上行うことが好ましい。
アニール温度が４００℃以上であり、アニール時間が１０分間以上であれば、複合体内部の歪みが十分に開放されて、その後の回路基板の半田付け工程等で反りが大きく変化することを抑制できる。また、アニール温度が５５０℃以下であれば、含浸したアルミニウム合金が溶融することがない。
【００３２】
上記の例では、アルミニウム‐炭化珪素質複合体は短辺と長辺とを有する矩形状の板面を有しているが、図３に示すように、外周面の短辺及び長辺の長さが等しくてもよい。
この場合、対向する外周面の辺中央の厚みの平均（Ａ）と板面の中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が、０．９１≦Ａ／Ｂ≦１．００であることが好ましい。
【００３３】
外周面の短辺及び長辺の長さが等しいとき、回路基板を実装したときの、辺方向における１０ｃｍあたりの反り量Ｃが、−１０μｍ≦Ｃｘ≦３０μｍであってもよい。
【００３４】
また、図４に示すような矩形状の板面を有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体も、本発明の一実施形態である。
【００３５】
上記の実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、両板面にアルミニウム層を有し、放熱面を理想的な球面形状に加工することが可能であるため、ベース板として用いた場合、ベース板と放熱フィン等の放熱部品との接触が良好となり、セラミックス回路基板、ベース板、並びに放熱フィン等で構成されるモジュールの放熱特性が優れるという効果を奏する。
【００３６】
上記の実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、２５℃における熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、１５０℃における熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下に達することができる。前記の効果に加えて、高熱伝導率で、しかも半導体部品やセラミックス回路基板と同等レベルの低膨張率であるため、これを用いた放熱部品、更にそれを用いたモジュールは、放熱特性に優れ、また、温度変化を受けても変形し難く、その結果、高信頼性が得られるという特長がある。
【００３７】
上記の実施形態に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、良好な放熱特性と応力緩和性を有するもので、例えば、セラミックス回路基板と放熱フィン等の放熱部品との間に介在するベース板として好適である。
【００３８】
次に、本発明のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法の一実施形態を説明する。
【００３９】
［製造方法］
本実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の製造方法は、平板状の炭化珪素質多孔体を形成する工程と、炭化珪素質多孔体の一板面を凸型の反りの形状に機械加工する工程と、炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させ、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製する工程と、炭化珪素質多孔体が凸型の反りの形状に加工された面側のアルミニウム層を機械加工することにより、凸型の反りの形状の放熱面を成形する工程とを含む。
【００４０】
本発明のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の作製に好ましく用いられる製法は、高圧下で含浸を行う高圧鍛造法であり、溶湯鍛造法とダイキャスト法を採用することができる。高圧鍛造法は、高圧容器内にセラミックス多孔体（プリフォーム）を装填し、これにアルミニウム合金の溶湯を高圧で含浸させて複合体を得る方法である。
本発明のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の作製には、大量に、安定して製造することができるという理由から溶湯鍛造法が特に好ましい。以下、溶湯鍛造法による製造方法を説明する。
【００４１】
平板状の炭化珪素質多孔体を形成する工程では、炭化珪素質多孔体（ＳｉＣプリフォーム）の製造方法に関して特に制限はなく、公知の方法で製造することが可能である。例えば、原料である炭化珪素（ＳｉＣ）粉末にシリカ若しくはアルミナ等を結合材として添加して混合、成形し、８００℃以上で焼成することによって得ることができる。
成形方法についても特に制限は無く、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の併用が可能である。
【００４２】
炭化珪素質多孔体にアルミニウム又はその合金を含浸せしめてなるアルミニウム‐炭化珪素質複合体の重要な特性は、熱伝導率と熱膨張係数である。炭化珪素質多孔体中のＳｉＣ含有率の高い方が、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さくなるため好ましいが、含有率が高くなるとアルミニウム合金が十分に含浸しない場合がある。
実用的には、平均粒子径が好ましくは４０μｍ以上の粗いＳｉＣ粒子を４０質量％以上含み、ＳｉＣプリフォームの相対密度が好ましくは５５％〜７５％の範囲にあるものが好適である。ＳｉＣプリフォームの強度は、取り扱い時や含浸中の割れを防ぐため、曲げ強度で３ＭＰａ以上あることが好ましい。平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子社製「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）を用い、１０００個の粒子について求めた径の平均値を算出することによって測定することができる。また、相対密度は、アルキメデス法等によって測定することができる。
【００４３】
ＳｉＣプリフォームの原料であるＳｉＣ粉については、粒度調整を行うことが好ましい。粗粉のみでは、強度発現性が低下し、一方、微粉のみでは、得られる複合体について高い熱伝導率を望めない場合がある。平均粒子径が、好ましくは４０μｍ〜１５０μｍのＳｉＣ粗粉４０質量％〜８０質量％と、平均粒子径が好ましくは５μｍ〜１５μｍのＳｉＣ微粉を６０質量％〜２０質量％混合した混合粉末が好適である。
【００４４】
ＳｉＣプリフォームは、前記のＳｉＣ粉末に結合材を添加した混合物の成形体を、脱脂、焼成することにより得られる。焼成温度が８００℃以上であれば、焼成時の雰囲気に関係なく、曲げ強度が３ＭＰａ以上のＳｉＣプリフォームが得られる。
酸化性雰囲気中では、１１００℃を超える温度で焼成すると、ＳｉＣの酸化が促進され、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の熱伝導率が低下してしまう場合があるので、酸化性雰囲気中では、１１００℃以下の温度で焼成することが好ましい。焼成時間は、ＳｉＣプリフォームの大きさ、焼成炉への投入量、焼成雰囲気等の条件に合わせて適宜決められる。
【００４５】
ＳｉＣプリフォームは、成型時に所定の形状にする場合、１枚ずつ乾燥を行うか、ＳｉＣプリフォーム間にプリフォーム形状と等しい形状のカーボン等のスペーサーを用いて乾燥することで、乾燥による反り形状の変化を防ぐことが出来る。また、焼成に関しても乾燥時と同様の処理を行うことにより、内部組織の変化に伴う形状変化を防ぐことが可能である。
【００４６】
炭化珪素質多孔体の一板面を凸型の反りの形状に機械加工する工程では、旋盤などの切削機具により、ＳｉＣプリフォームの一板面を、凸型の反りを有する形状となるように加工する。このように、プリフォームの段階で切削加工を施すため、特別な切削器具等を用いる必要がなく、容易に反りの形状を形成することができる。
【００４７】
次に、高圧鍛造法等により炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させ、炭化珪素とアルミニウム合金とを含む平板状の複合化部と、複合化部の両板面に設けられたアルミニウム合金からなるアルミニウム層とを有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製する工程を経る。
アルミニウム合金をＳｉＣプリフォームに含浸させて、アルミニウム‐炭化珪素質複合体を得る方法としては、例えば、下記方法がある。
【００４８】
ＳｉＣプリフォームを型枠内に収納した後、前記型枠の両板面に、アルミナ若しくはシリカからなる、繊維、球状粒子、及び破砕形状の粒子のうちの１種以上を直接接するように配置し、一つのブロックとする。
前記ブロックを５００〜６５０℃程度で予備加熱後、高圧容器内に１個または２個以上配置し、ブロックの温度低下を防ぐために出来るだけ速やかにアルミニウム合金の溶湯を３０ＭＰａ以上の圧力で加圧し、アルミニウム合金をＳｉＣプリフォームの空隙中に含浸させることで、両板面にアルミニウム層を設けたアルミニウム‐炭化珪素質複合体が得られる。
【００４９】
アルミニウム‐炭化珪素質複合体中のアルミニウム合金は、含浸時にプリフォームの空隙内に十分に浸透するために融点がなるべく低いことが好ましい。
このようなアルミニウム合金として、例えばシリコンを７〜２５質量％含有したアルミニウム合金が挙げられる。更にマグネシウムを０．２質量％〜５質量％の範囲で含有させることは、炭化珪素粒と金属部分との結合がより強固になり好ましい。アルミニウム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、極端に特性が変化しない範囲であれば特に制限はなく、例えば銅等が含まれていても良い。
【００５０】
アルミニウム合金としては、好ましくは、鋳造用合金である、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１２などが使用される。
【００５１】
なお、含浸時の歪み除去の目的で、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の作製後に、アルミニウム‐炭化珪素質複合体にアニール処理を行ってもよい。
ＳｉＣプリフォームへのアルミニウム合金含浸時の歪み除去の目的で行うアニール処理は、４００℃〜５５０℃の温度で１０分以上行うことが好ましい。アニール温度が４００℃以上であれば、複合体内部の歪みが十分に開放されて、機械加工後のアニール処理工程で反りが大きく変化することを抑制できる。一方、アニール温度が５５０℃以下であれば、含浸で用いたアルミニウム合金が溶融することを防止できる。アニール時間が１０分以上であれば、アニール温度が４００℃〜５５０℃であっても複合体内部の歪みが十分に開放され、機械加工後の加工歪み除去のためのアニール処理工程で、反りが大きく変化することを抑制できる。
【００５２】
アルミニウム合金をＳｉＣプリフォームに含浸させる工程においては、アルミナ若しくはシリカからなる、繊維、球状粒子、及び破砕形状の粒子のうち１種以上を、ＳｉＣプリフォームの表面に直接接するように配置することで、所定の厚みのアルミニウム層が形成される。これにより、所定の厚みのアルミニウム層を形成できるだけでなく、含浸後の色むらもほとんどなく、形状付加の際に加工性が良くなるという利点がある。
【００５３】
アルミニウム層中の、アルミナ若しくはシリカからなる繊維、球状粒子及び破砕形状の粒子のうちの１種以上からなる材料の含有量は、アルミニウム−炭化珪素質複合体の質量に対して、好ましくは５質量％〜４０質量％、特に好ましくは１０質量％〜２０質量％が好適である。
この含有量が５質量％以上であれば、両板面のアルミニウム層の厚み制御が容易であり、加工後のアニール処理により反り形状が大きく変化することを抑制できる。この含有量が４０質量％以下であれば、アルミニウム合金層が硬くなり過ぎず、一般的な機械加工が施しやすくなる。
【００５４】
アルミニウム‐炭化珪素質複合体表面に設けられるアルミニウム層の厚みは、機械加工で両板面を加工する場合には両板面の厚みを等しくしてもよいが、放熱面側のみを加工する場合は、加工後に両板面のアルミニウム層の厚みが大きく異ならないように、予め加工する放熱面側のアルミニウム層の厚みを厚くしておいた方がよい。
回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましく、両板面のアルミニウム層の平均厚みの差が、厚い方のアルミニウム層の平均厚みの５０％以内であることが好ましい。
【００５５】
放熱面側のアルミニウム層の厚みを予め厚くした場合は、放熱面側のみを加工し、両板面のアルミニウム層の平均厚みの差が、放熱面のアルミニウム層の平均厚みの好ましくは４０％以内、特に好ましくは３０％以内に調整することがより好ましい。これは、両板面のアルミニウム層の熱膨張係数差により複合体の反り量が変化することを抑制できるという理由からである。
【００５６】
炭化珪素質多孔体が凸型の反りの形状に加工された面側のアルミニウム層を機械加工することにより、凸型の反りの形状の放熱面を成形する工程では、旋盤などの切削機具により、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の放熱面の反り形状を形成する。旋盤等への被加工品の固定は被加工品の周縁部に設けられた穴等を利用してねじ止めする方法が一般的に用いられる。本実施形態では、アルミニウム−炭化珪素質複合体表面のアルミニウム層を機械加工するため、理想的な球面形状の放熱面を得ることが可能であり、良好な放熱特性と応力緩和性を有するアルミニウム‐炭化珪素質複合体を得ることができる。
【００５７】
なお、上記の機械加工後の両板面のアルミニウム層の平均厚みの合計は好ましくは１．０ｍｍ以下、特に好ましくは０．６ｍｍ以下である。両板面のアルミニウム層の平均厚みの合計が１．０ｍｍ以下であれば、アルミニウム‐炭化珪素質複合体全体の熱膨張係数が小さく抑えられ、半導体部品搭載後に熱負荷がかかった際、アルミニウム‐炭化珪素質複合体とセラミックス回路基板の熱膨張係数差に起因するクラックが半田層に発生することを抑制する。
【００５８】
上記の実施形態のアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、他の放熱部品との密着性が高く、半導体部品を搭載するセラミックス回路基板のベース材として好ましく用いられる。
【実施例】
【００５９】
［実施例１］
炭化珪素粉末Ａ（大平洋ランダム株式会社製：ＮＧ−１５０、平均粒径：１００μｍ）７０ｇ、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工株式会社製：ＧＣ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）３０ｇ、及びシリカゾル（日産化学工業株式会社製：スノーテックス）１０ｇを秤取し、攪拌混合機で３０分間混合した後、１８５ｍｍ×１３５ｍｍ×４．６ｍｍの寸法の平板状に圧力１０ＭＰａでプレス成形した。
得られた成形体を、大気中、温度９００℃で２時間焼成して、相対密度（嵩密度）が６５体積％のＳｉＣプリフォームを得た。【００６０】
このＳｉＣプリフォームの、完成後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の放熱面となる面をＲ＝１４ｍの旋盤にて凸型の反りの形状に機械加工した。【００６１】
機械加工したＳｉＣプリフォームの両面にアルミナ繊維（田中製紙工業株式会社製、純度９７％、シート状形態）を配し、両面をカーボンコートしたＳＵＳ板で挟んで一体とした積層体を電気炉で６２０℃に予備加熱した。
次に、予備加熱した積層体を予め加熱しておいた内径３００ｍｍのプレス型内に収め、シリコンを１２質量％、マグネシウムを０．５質量％含有するアルミニウム合金の溶湯を注ぎ、１００ＭＰａの圧力で２０分間加圧して炭化珪素質多孔体にアルミニウム合金を含浸させた。【００６２】
含浸後の積層体を室温まで冷却した後、湿式バンドソーにて鉄枠等を切断し、挟んだＳＵＳ板をはがした。その後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い、アルミニウム‐炭化珪素質複合体を得た。【００６３】
アルミニウム‐炭化珪素質複合体の縁周部の４隅に直径７ｍｍの加工穴を設け、旋盤治具に加工穴を利用してネジ固定した。回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差を０．０５ｍｍとし、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みを０．１５ｍｍとした。また、放熱面のアルミニウム層の平均厚みを０．２０ｍｍとした。【００６４】
アルミニウム‐炭化珪素質複合体の外周面の２つの短辺中央の厚み２点を測定し、その平均（Ａｘ）を算出し、２つの長辺中央の厚み２点を測定し、その平均（Ａｙ）を算出した。（Ａｘ）と中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｘ／Ｂ）が０．９１となり、（Ａｙ）と中心部の厚み（Ｂ）との比（Ａｙ／Ｂ）が０．９４となるように機械加工した。
そして、機械加工後のクラックの発生を目視にて確認した。【００６５】
機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い加工歪みの除去を行った。そして、回路基板の実装前の反り量を測定した。その結果を表１及び２に示す。【００６６】
アニール処理後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の回路基板実装面に回路を形成し、窒化アルミニウム回路基板（大きさ：４８．４ｍｍ×５７．３ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を実装した。
そして、回路基板の実装後の反り量を測定した。反り量の測定条件は以下の通りとした。その結果を表１及び２に示す。
装置：レーザー三次元形状測定機
ＸＹθステージユニット：Ｋ２−３００（神津精機株式会社製）
高精度レーザー変位計：ＬＫ−Ｇ５００（株式会社キーエンス製）
モータコントローラ：ＳＣ−２００Ｋ（神津精機株式会社製）
ＡＤ変換機：ＤＬ−１００（神津精機株式会社製）
測定条件：回路基板の短辺方向及び長辺方向について、それぞれ測定範囲を１３５ｍｍ、１８５ｍｍとして、２．５ｍｍの測定ピッチで形状測定を行った。【００６７】
ここで、形状測定の結果より、上記実施形態の段落「００２４」で説明した中心部（図５のＯ）の厚みと、該中心部から短辺方向又は長辺方向へ延在する線分の端点（図５のＰ１及びＰ２）であって、想定される直線の長さが１０ｃｍとなる端点の厚みとの差を図５でいうＺとした。短辺方向及び長辺方向のそれぞれにについて、上記のようにＺを求め、これを１０ｃｍあたりの反り量Ｃｘ及びＣｙとした。【００６８】
［実施例２］
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が０．０９ｍｍであること、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．１７ｍｍ、放熱面のアルミニウム層の平均厚みが０．１７ｍｍであること、並びに、（Ａｘ／Ｂ）が１．００であり（Ａｙ／Ｂ）が１．００であること以外は、実施例１と同様の工程を経てアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製した。【００６９】
機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い加工歪みの除去を行った。アニール処理後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の回路面に回路を形成し、窒化アルミニウム回路基板（大きさ：４８．４ｍｍ×５７．３ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を実装した。
そして、実装後の反り量を測定した。その結果を表１及び２に示す。【００７０】
［実施例３］
ＳｉＣプリフォームの寸法を１３５ｍｍ×１３５ｍｍとして、（Ａｘ／Ｂ）が０．９６であり（Ａｙ／Ｂ）が０．９６であること、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．２０ｍｍ、放熱面のアルミニウム層の平均厚みが０．２１ｍｍであること、以外は、実施例１と同様の工程でアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製した。その結果を表１及び２に示す。反り量の測定条件は、回路基板の各辺方向について、測定範囲を１３５ｍｍとした。【００７１】
［比較例１］
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が０．０９ｍｍであること、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．１０ｍｍ、放熱面のアルミニウム層の平均厚みが０．１５ｍｍであること、並びに、（Ａｘ／Ｂ）が０．９０であり（Ａｙ／Ｂ）が０．９３であること以外は、実施例１と同様の工程を経てアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製した。【００７２】
機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い加工歪みの除去を行った。アニール処理後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の回路面に回路を形成し、窒化アルミニウム回路基板（大きさ：４８．４ｍｍ×５７．３ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を実装した。
そして、実装後の反り量を測定した。その結果を表１及び２に示す。【００７３】
［比較例２］
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が０．０８ｍｍであること、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．２５、放熱面のアルミニウム層の平均厚みが０．２５であること、並びに、（Ａｘ／Ｂ）が１．０１であり（Ａｙ／Ｂ）が１．０１であること以外は、実施例１と同様の工程を経てアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製した。【００７４】
機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い加工歪みの除去を行った。アニール処理後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の回路面に回路を形成し、窒化アルミニウム回路基板（大きさ：４８．４ｍｍ×５７．３ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を実装した。
そして、実装後の反り量を測定した。その結果を表１及び２に示す。【００７５】
［比較例３］
回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が０．１３ｍｍであること、回路基板実装面のアルミニウム層の平均厚みが０．１０ｍｍ、放熱面のアルミニウム層の平均厚みが０．２０ｍｍであること、並びに、（Ａｘ／Ｂ）が０．９２であり（Ａｙ／Ｂ）が０．９３であること以外は、実施例１と同様の工程を経てアルミニウム‐炭化珪素質複合体を作製した。【００７６】
機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で４時間のアニール処理を行い加工歪みの除去を行った。アニール処理後のアルミニウム‐炭化珪素質複合体の回路面に回路を形成し、窒化アルミニウム回路基板（大きさ：４８．４ｍｍ×５７．３ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を実装した。
そして、実装後の反り量を測定した。その結果を表１及び２に示す。【００７７】
なお、回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差は、実施例及び比較例の方法で得られたアルミニウム‐炭化珪素質複合体について、各サンプルの対角線に沿って切断して、切断により露出した両板面のアルミニウム層の厚みをそれぞれ対角線に等間隔に２０点測定して求めた。【００７８】
表２に、上記実施例及び比較例のアルミニウム‐炭化珪素質複合体についての、熱伝導率及び熱膨張係数の測定結果を示す。【００７９】
【表１】
2016017689.tif 000003
【００８０】
【表２】
2016017689.tif 000004
【００８１】
上記の結果からわかるように、本発明に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、放熱面が凸型の反りの形状であり、（Ａｘ／Ｂ）が、０．９１≦Ａｘ／Ｂ≦１．００であり、（Ａｙ／Ｂ）が、０．９４≦Ａｙ／Ｂ≦１．００であるため、回路基板を実装した後の複合体全体の反りの形状が適切なものとなり、アルミニウム‐炭化珪素質複合体の他の放熱部品に対する密着性が向上して、放熱部品としての冷却効果が向上するという効果を奏する。【００８２】
比較例１及び２では、ＣｘとＣｙの反りの方向が互いに逆向きであることがわかる。このような形状に反ることで、他の放熱部品との間に隙間が生じ、密着性が低下する。その結果、放熱部品としての冷却効果が低下する。【００８３】
比較例３では、クラックが発生している、これは回路基板実装面内のアルミニウム層の厚み差が０．１３ｍｍであるためだと考えられる。【００８４】
上記の実験結果からわかるように、本発明に係るアルミニウム‐炭化珪素質複合体は、半導体部品を搭載するセラミックス回路基板のベース材として好ましい範囲の反り量を有する。
【符号の説明】
【００８５】
１  アルミニウム‐炭化珪素質複合体
２  貫通孔
【図１】
2016017689.tif 000005
【図２】
2016017689.tif 000006
【図３】
2016017689.tif 000007
【図４】
2016017689.tif 000008
【図５】
2016017689.tif 000009
【国際調査報告】
2016017689.tif 000010
2016017689.tif 000011
2016017689.tif 000012
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