(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の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り、両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、一主面が回路基板に接合され他の主面が放熱面として用いられるアルミニウム−炭化珪素質複合体において、
回路基板接合面のアルミニウム層の平均厚みが０．１〜０．３ｍｍ、前記回路基板接合面内のアルミニウム層の厚み差が０．１ｍｍ以内で、かつ両主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４０％以内であり、炭化珪素質多孔体の放熱面を凸型の反りの形状に成形または機械加工し、アルミニウムを主成分とする金属を含浸後、放熱面のアルミニウム層に更に機械加工を施して長軸上で２００ｍｍあたり１０〜４００μｍの凸型の反りを形成し、かつ、加工歪み除去のための加熱処理後における２本の対角線の反り値差の標準偏差が４１．２μｍ／２００ｍｍスパン以下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】
アルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層中に、アルミナ若しくはシリカを主成分とする、繊維、球状粒子及び破砕形状の粒子のうちの１種以上を５〜４０質量％含有させ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】
熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
【請求項４】
加工歪み除去のための加熱処理前後の放熱面の長軸方向の反り量の変化量が、２００ｍｍあたり３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
【請求項５】
高圧鍛造法で製造されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板のベース板として好適なアルミニウム−炭化珪素質複合体に関する。なお、本発明における長軸は、平板の形状が四角形の場合は対角線を、円の場合は直径を、楕円の場合は長軸を、その他の形状の場合は最大長の軸をそれぞれ表す。
【背景技術】
【０００２】
今日、半導体素子の高集積化、小型化に伴い、発熱量は増加の一途をたどっており、いかに効率よく放熱させるかが課題となっている。そして、高絶縁性・高熱伝導性を有する例えば窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板等のセラミックス基板の表面に、銅製又はアルミニウム製の金属回路が形成されたセラミックス回路基板を作製し、そして、その裏面に放熱板として銅製又はアルミニウム製のベース板が形成されてなる基板が、例えばパワーモジュール用基板として使用されている。【０００３】
従来のセラミックス回路基板の典型的な放熱構造は、セラミックス回路基板にベース板が半田付けされてなるものであり、ベース板としては銅、アルミニウムが一般的であった。しかしながら、この構造においては、例えば熱負荷がかかった場合、ベース板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し、その結果放熱が不十分となって回路上の半導体を誤作動させたり、破損させたりする等の問題があった。【０００４】
そこで、熱膨張係数をセラミックス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特公表平０５−５０７０３０号公報に提案されている。【０００５】
ベース板は放熱フィンや放熱ユニット等に接合されることが多く、その接合部分の形状や反りも重要である。例えば、ベース板を放熱フィンや放熱ユニット等に接合する場合、一般にベース板の周縁部に設けられた穴を利用してねじ固定するが、ベース板に微少な凹凸が存在すると、ベース板と放熱フィンや放熱ユニット等との間に隙間が生じ、たとえ高熱伝導性の放熱グリースを塗布しても、熱伝達性が低下する場合がある。その結果、セラミックス回路基板、ベース板、放熱フィンや放熱ユニット等で構成されるモジュール全体の放熱性が低下するという課題があった。【０００６】
そこで、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多い。この反りは通常、所定の形状を有する治具を用い、加熱下、ベース板に圧力をかけることで得られるが、この方法によって得られた反りは、反り量のバラツキが大きく、且つ形状が一定でないため品質が安定しないという課題があった。また、反り形状のバラツキにより、放熱フィンや放熱ユニット等との間に隙間が生じるといった課題があった。【０００７】
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もあるが、アルミニウム−炭化珪素質複合体の場合は材質が非常に硬く、ダイヤモンド等の工具を用いた研削が必要であり、加工時間が長く、高コストになるという課題があった。【０００８】
そこで、上記課題を解決するべく、平板状の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、両主面にアルミニウム層を設け、放熱面側のアルミニウム層を機械加工する方法が提案されている。なお、本発明において、アルミニウム層とはアルミニウム合金層などのアルミニウムを主成分とする金属層を意味する。【０００９】
しかしながら、上記方法を用いて製造されたベース板は、機械加工後アルミニウム層の中央部が厚くなる傾向がある。そのため、パワーモジュール組み立ての際にセラミックス回路基板と半田付けを行うと、セラミックス回路基板の配置によっては放熱面中央部の形状が歪になり、放熱フィンとの間に隙間が生じ、十分な放熱特性を発揮することが出来ない場合があった。【００１０】
更に、上記方法において、両主面のアルミニウム層の厚みを制御するために、含浸時に用いるアルミニウム合金よりも融点の高い、高純度のアルミニウム板を用いる場合があり、含浸時に、高純度アルミニウムと融点の低いアルミニウム層との反応により局所的な色調差を生じる場合があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、セラミックス回路基板用ベース板として好適なアルミニウム−炭化珪素質複合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を進めたところ、下記の要旨を有するアルミニウム−炭化珪素質複合体に到達した。
１．平板状の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り、両主面にアルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層を有し、一主面が回路基板に接合され他の主面が放熱面として用いられるアルミニウム−炭化珪素質複合体において、
回路基板接合面のアルミニウム層の平均厚みが０．１〜０．３ｍｍ、前記回路基板接合面内のアルミニウム層の厚み差が０．１ｍｍ以内で、かつ両主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４０％以内であり、炭化珪素質多孔体の放熱面を凸型の反りの形状に成形または機械加工し、アルミニウムを主成分とする金属を含浸後、放熱面のアルミニウム層に更に機械加工して長軸上で２００ｍｍあたり１０〜４００μｍの反りを形成し、かつ加工歪み除去のための加熱処理後における２本の対角線の反り値差の標準偏差が４１．２μｍ／２００ｍｍスパン以下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。
２．アルミニウムを主成分とする金属からなるアルミニウム層中に、アルミナ若しくはシリカを主成分とする、繊維、球状粒子及び破砕形状の粒子のうちの１種以上を５〜４０質量％含有させる上記１に記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
３．熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上であり、かつ熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下である上記１又は２に項記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
４．加工歪み除去のための加熱処理前後の放熱面の長軸方向の反り量の変化量が２００ｍｍあたり３０μｍ以下である上記１〜３のいずれか１項記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
５．高圧鍛造法で製造される上記１〜４のいずれか１項記載のアルミニウム−炭化珪素質複合体。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアルミニウム−炭化珪素質複合体は、低熱膨張及び高熱伝導という特長を有する。平板状の炭化珪素質多孔体の一主面を、アルミニウム合金含浸前に凸型の形状に予め成形又は機械加工し、アルミニウム合金含浸後、更に表面アルミニウム層を機械加工することによって、従来の反り付け方法に比べて、セラミックス回路基板と半田付け後の放熱性が良好となる。簡単に所定の形状に加工出来、放熱面の歪な形状変化が少なく、外観の局所的な色むら不良の発生を防ぐことが出来るため、特に高信頼性を要求される半導体部品を搭載するセラミックス回路基板のベース板として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアルミニウム−炭化珪素質複合体の実施態様の斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａにおける断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１：    アルミニウム−炭化珪素質複合体
２：    アルミニウム層
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
金属-セラミックス複合体の製法は、大別すると含浸法と粉末冶金法の２種がある。このうち粉末冶金法は熱伝導率等の特性面で十分なものが得られておらず、実際に商品化されているのは、含浸法によるものである。含浸法にも種々の製法が有り、常圧で行う方法と、高圧下で行う方法（高圧鍛造法）がある。高圧鍛造法には、溶湯鍛造法とダイキャスト法がある。【００１７】
本発明に好適な方法は、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のどちらも使用できるが、溶湯鍛造法がより好ましい。高圧鍛造法は、高圧容器内に、セラミックス多孔体（以下、プリフォームという）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。【００１８】
以下、本発明について、溶湯鍛造法による製法例を説明する。
本発明に係る炭化珪素多孔体（以下、ＳｉＣプリフォームという）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（以下、ＳｉＣという）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。【００１９】
本発明の特徴の一つであるＳｉＣプリフォームの一主面の凸型反り形状は成形又は機械加工により形成する。成形および機械加工の方法に関して特に制限はないが、前記のＳｉＣプリフォームの製造方法において、ＳｉＣ粉末に結合材を添加した混合物を成形する際に、形状を付加した成形型を用いる方法、又は焼成後に一主面を機械加工して凸型の形状を形成する方法のいずれも使用可能である。【００２０】
アルミニウム合金をＳｉＣプリフォームに含浸させ、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。ＳｉＣプリフォームを型枠内に収納した後、前記型枠の両主面に、アルミナ若しくはシリカを主成分とする、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。アルミニウム合金としては、好ましくは、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４ＣＨ、ＡＤＣ１２などが使用される。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、両主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。本発明では、含浸時の歪み除去の目的でアニール処理を行うこともある。【００２１】
本発明の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。【００２２】
ＳｉＣプリフォーム用原料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。本発明者の検討によれば、例えば、平均粒子径が好ましくは４０〜１５０μｍのＳｉＣ粗粉４０〜８０質量％と、平均粒子径が好ましくは５〜１５μｍのＳｉＣ微粉を６０〜２０質量％混合した混合粉末が好適である。【００２３】
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。しかしながら、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。【００２４】
本発明に係る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。【００２５】
一方、本発明のアルミニウム−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。【００２６】
本発明において、所定の厚みのアルミニウム層を形成させるために、アルミナ若しくはシリカを主成分とする、繊維、球状粒子、及び破砕形状の粒子のうち１種以上を積層工程において、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が好ましい。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。
アルミニウム層中の、アルミナ若しくはシリカを主成分とする繊維、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−炭化硅素質複合体の質量に対して、好ましくは５〜４０質量％、特に好ましくは１０〜２０質量％が好適である。含有量が５質量％未満では、両主面のアルミニウム層の厚み制御が困難となる場合があり、加工後のアニール処理により反り形状が大きく変化してしまう場合がある。一方、含有量が４０％質量を超えると、アルミニウム合金層が硬くなり過ぎて、一般的な機械加工が難しくなる。【００２７】
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℃未満であると、複合体内部の歪みが十分に開放されずに機械加工後のアニール処理工程で反りが大きく変化してしまう場合がある。一方、アニール温度が５５０℃を越えると、含浸で用いたアルミニウム合金が溶融する場合がある。アニール時間が１０分未満であると、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ず、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、反りが大きく変化してしまう場合がある。【００２８】
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、機械加工で両主面を加工する場合には両主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、加工後に両主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。回路基板接合面のアルミニウム層の平均厚みは０．１〜０．３ｍｍが好ましく、両主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４０％以内であることが好ましい。
回路基板接合面のアルミニウム層の平均厚みが０．１ｍｍ未満であると、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りチッピングの原因となると共に、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が露出してめっき不良の原因となる場合がある。一方、回路基板接合面のアルミニウム層の平均厚みが０．３ｍｍを超えると、セラミックス回路基板を半田付けした後に放熱面の形状が歪になり、放熱フィンとの間に隙間が生じて十分な放熱特性が得られない場合がある。又、両主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４０％を超えると、熱伝導率が低下したり、その後の加工歪み除去のためのアニール処理の際に、両主面のアルミニウム層の熱膨張係数差により反り量が変化する場合がある。【００２９】
回路基板接合面内のアルミニウム層の厚み差は、好ましくは０．１ｍｍ以内、特に好ましくは０．０５ｍｍ以内が好適である。回路基板接合面内のアルミニウム層の厚み差が、０．１ｍｍより大きくなると、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してしまう場合がある。更に、実装された素子からの熱により、最も厚い部位と最も薄い部位での熱膨張差が、クラックの発生原因となる場合がある。【００３０】
放熱面、又は回路基板接合面の反り形成は、旋盤等の機械加工により行うのが好ましい。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。本発明においては、アルミニウム−炭化硅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。【００３１】
機械加工前のアルミニウム−炭化硅素質複合体のアルミニウム層の厚みがほぼ等しいときは、両主面とも加工を行い、両主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４０％以内とすることが必要な場合がある。回路基板接合面を機械加工する際には、放熱面側の様な反り加工を行う必要はなく平面研削でも構わないが、放熱面のみの加工の場合に比べて加工費用が高くなるという課題がある。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、放熱面のみを加工し、両主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好適である。【００３２】
さらに、機械加工後の両主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以下にすることが好適である。両主面のアルミニウム層の平均厚みの合計が１．０ｍｍを超えるとアルミニウム−炭化珪素質複合体全体の熱膨張係数が大きくなり、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し、その結果、放熱が不十分となって半導体を誤作動させたり、破損させたりする問題が起きる恐れがある。【００３３】
機械加工後のアルミニウム−炭化珪素質複合体の放熱面の反り量は、長軸上で２００ｍｍあたり好ましくは１０〜４００μｍ、特に好ましくは１００〜３００μｍになるように加工するのが好適である。放熱面の反り量が１０μｍ未満であると、その後のモジュール組み立て工程において、放熱面と放熱フィンとの間に隙間が生じ、たとえ高熱伝導性の放熱グリースを塗布しても、熱伝導性が低下し、その結果、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の放熱性が低下してしまう場合がある。一方、反り量が４００μｍを超えると、放熱フィンとの接合の際のネジ止め時に、アルミニウム−炭化珪素質複合体、又はセラミックス回路基板にクラックが発生する場合がある。【００３４】
回路基板面の長軸上の反り量は、２００ｍｍあたり、好ましくは−２００〜２００μｍ、特に好ましくは−１００〜１００μｍであることが好適である。回路基板面の長軸上の反り量が前記範囲をはずれると、回路基板接合の際の半田厚みが一定にならず、又半田付け時にボイドが発生し易く、セラミックス回路基板、アルミニウム−炭化珪素質複合体、放熱フィン等で構成されるモジュールの放熱性が低下してしまう場合がある。【００３５】
加工歪み除去のためのアニール処理は４００℃〜５５０℃の温度で１０分間以上行う方が好ましい。アニール温度が４００℃未満であったり、アニール温度が４００℃〜５５０℃であってもアニール時間が１０分未満であると、複合体内部の歪みが十分に開放されずに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してしまう場合がある。また、アニール温度が５５０℃を超えると含浸したアルミニウム合金が溶融する場合がある。【００３６】
アニール処理前後の放熱面の長軸上の反り量の差は、２００ｍｍあたり、好ましくは３０μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以下であることが好適である。反り量の差が３０μｍを超えると、モジュール組み立て工程でアルミニウム−炭化珪素質複合体と放熱フィンとの間に隙間が生じ、たとえ高熱伝導性の放熱グリースを塗布しても、熱伝導性が低下する場合がある。【００３７】
本発明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】
本発明に係るアルミニウム−炭化珪素質複合体は、両主面上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、本発明に係るアルミニウム−炭化珪素質複合体を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。【００３９】
本発明のアルミニウム−炭化珪素質複合体は、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ以上、特に、２００Ｗ／ｍ以上であり、熱膨張係数が１０×１０−６／Ｋ以下、特に、８．５×１０−６／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。
【実施例１】
【００４０】
実施例１
ＳｉＣ粉末Ａ（太平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒径：６０μｍ）７０ｇ、ＳｉＣ粉末Ｂ（屋久島電工社製：ＧＣ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）３０ｇ、及びシリカゾル（日産化学社製：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、縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×厚み５．０ｍｍ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、９００℃で２時間焼成して、相対密度が６５％のＳｉＣプリフォームを得た後、ＳｉＣプリフォームの一主面を旋盤により２００ｍｍあたり２００μｍの反りとなるよう凸型球面形状に加工し、中央部の厚みを４．６ｍｍとした。【００４１】
得られたＳｉＣプリフォームを、溶湯が流入できる湯口のついた、縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×高さ５．２ｍｍの鉄製枠に入れ、球面形状面（放熱面）上に、縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×厚み０．４ｍｍのアルミナ繊維（田中製紙社製、純度９７％、シート状形態）、そして、平面形状面（回路基板接合面）上に、縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×厚み０．２ｍｍのアルミナ繊維（田中製紙社製、純度９７％、シート状形態）を、形成されるアルミニウム層に対していずれも含有量が３５質量％となるように配置した。
両面をカーボンコートしたＳＵＳ板で挟んで一体としたものを電気炉で６００℃に予備加熱した。次にそれをあらかじ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ＳｉＣプリフォームにアルミニウム合金を含浸させた。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板をはがした後、含浸時の歪み除去のために５３０℃の温度で３時間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。【００４２】
次に、アルミニウム−炭化珪素質複合体の縁周部４隅に直径８ｍｍ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、アルミニウム層の厚みが０．４ｍｍの面に２００ｍｍあたり２００μｍの反りを付け、球面形状になるよう加工した。また、研削量は、加工後の両主面のアルミニウム層平均厚みが等しくなるように、平均２００μｍの研削を行い平均厚み５．０ｍｍとした。機械加工後、マッフル炉を用いて５３０℃の温度で３時間アニール処理を行い加工歪みの除去を行った。【００４３】
比較例１〈加熱下、圧力をかけて反り付けた例〉
縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×高さ５．０ｍｍの鉄製枠を使用し、ＳｉＣプリフォームの形状を、縦１８５ｍｍ×横１３５ｍｍ×厚み５．０ｍｍの平板状とし、ＳｉＣプリフォームの両面にアルミナ繊維を配置せず、プリフォーム及びアルミニウム−炭化珪素質複合体の機械加工を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製した。
次に、得られたアルミニウム−炭化珪素質複合体の上下に２５０ｍｍあたり２５０μｍの球面形状の凹凸カーボン型を配置し、大気中５３０℃の温度で１０分間加熱し、更に５ＭＰａの圧力で１０分間加圧して２００ｍｍあたり２００μｍの反りが付くよう反り付けを行った。反り付け後、５３０℃の温度で３時間アニール処理を行った。【００４４】
〈物性測定〉
実施例１及び比較例１で得られたアルミニウム−炭化珪素質複合体を対角線に沿って切断し、それぞれの主面（以下、主面１、主面２という。）のアルミニウム層（Ａｌ層）の厚みを対角線に沿って等間隔に２０点測定し、その平均値を算出した。
次に、（（主面１と主面２のアルミニウム層の平均厚みの差の絶対値）／（厚い方のアルミニウム層の平均厚み）×１００）の値を算出した。また、研削加工により熱膨張係数測定用試験体（直径３ｍｍ、長さ１０ｍｍ）、熱伝導率測定用試験体（直径１１ｍｍ、厚さ３ｍｍ）、反り形状測定用試験体（１００ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍ）を作製した。それぞれの試験体を用いて、２５〜２５０℃の熱膨張係数を熱膨張計（セイコー電子工業社製；ＴＭＡ３００）で、２５℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法（理学電機社製；ＬＦ／ＴＣＭ−８５１０Ｂ）で測定した。反り形状については、輪郭形状測定機（東京精密社製；コンターレコード１６００Ｄ−２２）を使用し、試験体各２０点について、実施例１では機械加工後及びアニール処理後の放熱面の対角線上２００ｍｍあたりの反り量を、比較例１では反り付け後及びアニール処理後の放熱面の対角線上２００ｍｍあたりの反り量を測定した。さらに、バラツキを知るため、２本の対角線上の反り値差の平均及び標準偏差を算出した。結果を表１及び表２に示す。【００４５】
実施例２〜９
アルミニウム層の平均厚みが１００μｍとなるように、平面形状面のアルミナ繊維の厚み０．１ｍｍに変え、アルミニウム合金含浸後、球面形状面を３００μｍ研削したこと（実施例２）、アルミニウム層の平均厚みが３００μｍとなるように、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．３ｍｍに変え、アルミニウム合金含浸後、球面形状面を１００μｍ研削したこと（実施例３）、アルミニウム層の平均厚みが５０μｍとなるように、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．０５ｍｍに変え、アルミニウム合金含浸後、球面形状面を３５０μｍ研削したこと（実施例４）、アルミニウム層の平均厚みが３５０μｍとなるように、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．３５ｍｍに変え、球面形状面を５０μｍ研削したこと（実施例５）、平面形状面のアルミニウム層の厚み差が１００μｍとなるように、平面形状面のアルミナ繊維の一端の厚みを０．１５ｍｍに、他端の厚みを０．２５ｍｍとなるように段階的に厚みを変えたこと（実施例６）、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．１２ｍｍに変えたこと（実施例７）、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．１１ｍｍに変えたこと（実施例８）、平面形状面のアルミナ繊維の厚みを０．１ｍｍに変えたこと（実施例９）以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、加工、評価を行った。結果を表１及び表２に示す。【００４６】
実施例１０〜１６
アルミナ繊維の含有量を３質量％としたこと（実施例１０）、アルミナ繊維の含有量を４５質量％としたこと（実施例１１）、アルミナ繊維の含有量を５質量％としたこと（実施例１２）、アルミナ繊維の含有量を４０質量％としたこと（実施例１３）、ＳｉＣプリフォームの両面にアルミナ繊維を配置しなかったこと（実施例１４）、アルミナ繊維の代わりに球形アルミナ粒子（住友化学社製アルミナＣＢ−１０グレード  純度９９．９％）を３５質量％充填して使用したこと（実施例１５）アルミナ繊維の代わりに破砕形状のアルミナ粒子（昭和電工社製アルミナ  ＡＬ−１５−Ｈグレード純度９９．９％）を３５質量％充填して使用したこと（実施例１６）以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム−炭化珪素質複合体を作製し、評価を行った。結果を表１及び表２に示す。【００４７】
【表１】
0004761157.tif 000002
【００４８】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のアルミニウム−炭化珪素質複合体は、簡単に所定の形状に加工出来、放熱面の歪な形状変化が少なく、外観の局所的な色むら不良の発生を防ぐことが出来るため、特に高信頼性を要求される半導体部品を搭載するセラミックス回路基板のベース板などとして広範囲に好適に使用できる。
なお、２００４年９月１４日に出願された日本特許出願２００４−２６６１４４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【図１】
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【図２】
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