專利名稱：：鋁-碳化硅復(fù)合體和使用該復(fù)合體的散熱零件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及適合作為電源模塊用底板的鋁一碳化硅復(fù)合體以及使用該復(fù)合體的散熱零件。
背景技術(shù)：
：近年來半導(dǎo)體元件隨著高集成化和小型化，其發(fā)熱量也在不斷增加，如何高效散熱已成為研究課題。作為電源模塊用電路基板，如今使用在具有高絕緣性，高導(dǎo)熱性的例如氮化鋁基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面形成有銅制或鋁制的金屬電路的電路基板?，F(xiàn)有電路基板的典型散熱結(jié)構(gòu)為在電路基板背面(散熱面)的金屬板例如銅板上錫焊底板而形成的結(jié)構(gòu)，作為底板，通常為銅制。但該結(jié)構(gòu)存在以下問題當(dāng)在半導(dǎo)體器件上施加熱負(fù)荷時，焊錫層會出現(xiàn)因底板與電路基板的熱膨脹差引起的裂紋，其結(jié)果是，散熱不充分而引起半導(dǎo)體元件的誤動作或損壞。為此，作為熱膨脹系數(shù)與電路基板接近的底板，提出了鋁合金一碳化硅復(fù)合體(專利文獻(xiàn)l)。專利文獻(xiàn)1:日本專利特表平3—509860號公報底板多與散熱片接合使用，其接合部分的形狀、翹曲程度也是重要的特性。例如將底板與散熱片接合時，通常在涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油后，利用設(shè)置在底板周緣部的孔和螺絲將底板固定在散熱片或散熱單元等上，但如果底板上存在大量微小凹凸，則在底板與散熱片之間會產(chǎn)生間隙，即使涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油，導(dǎo)熱性也會顯著下降。其結(jié)果導(dǎo)致由陶瓷電路基板、底板、散熱片等構(gòu)成的模塊整體的散熱性顯著下降。因此，為了使底板與散熱片之間盡量不產(chǎn)生間隙，采用事先賦予了凸形翹曲的底板。通常，使用具有規(guī)定形狀的夾具，在加熱下對底板施加壓力使其變形來獲得該翹曲。但是，當(dāng)?shù)装灞砻嬗胁y時，用該方法得到的翹曲存在形狀不穩(wěn)定、品質(zhì)不穩(wěn)定的問題。而且，還存在因翹曲形狀的偏差和表面凹凸使底板與散熱片之間產(chǎn)生較大間隙的問題。另外，還有通過對底板表面進(jìn)行加工來賦予翹曲的方法，但存在以下問題由于鋁一碳化硅復(fù)合體非常硬，需要用金剛石等的工具進(jìn)行大量磨削，因此成本增加。為了解決上述問題，已提出有如下方法使以鋁為主要成分的金屬含浸入平板狀碳化硅多孔體，在兩主面上設(shè)置由以鋁為主要成分的金屬形成的鋁層，對散熱面?zhèn)鹊匿X合金層進(jìn)行機(jī)械加工。但是，用上述方法制造的底板在機(jī)械加工后，表面鋁合金層的厚度增加，因此底板自身的熱膨脹率變大，若在電源模塊組裝時與陶瓷電路基板進(jìn)行錫焊，則有時會在相當(dāng)于陶瓷電路基板背面的散熱面上產(chǎn)生凹坑。此外，上述方法還存在以下問題為了控制兩主面的鋁合金層的厚度均一并使鋁—碳化硅復(fù)合體不露出，需要高級加工技術(shù)。發(fā)明的揭示本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供適合作為電源模塊用底板使用的鋁一碳化硅復(fù)合體。本發(fā)明者為了實現(xiàn)上述目的進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于使平板狀碳化硅多孔體含浸以鋁為主要成分的金屬(以下稱為鋁合金)而形成的鋁一碳化硅復(fù)合體，通過在兩主面設(shè)置由鋁合金形成的鋁層來賦予鍍敷性，控制平板狀碳化硅多孔體的面內(nèi)厚度差的同時，在含浸時采用合適的層疊方法來控制兩主面的鋁層厚度及其偏差，能控制翹曲形狀，從而完成了本發(fā)明。艮卩，本發(fā)明的電源模塊用底板的特征在于，所述底板由鋁一碳化硅復(fù)合體形成，該復(fù)合體通過將平板狀碳化硅多孔體成形或加工成面內(nèi)厚度差為100um以下后以120Nm的面方向的緊固力矩用脫模板夾持而層疊、并使其含浸鋁合金而得到；在兩主面具有由鋁合金形成的鋁層，該鋁層的平均厚度為10150um，鋁層的面內(nèi)厚度的最大值與最小值之差為80um以下，兩主面的鋁層的平均厚度之差為50um以下，且上述平板狀碳化硅多孔體的形狀是長方形，或是在長方形上附加了將孔部包圍的部分的外周部而形成的形狀。本發(fā)明的電源模塊用底板的特征還在于，兩主面、安裝孔的周圍以及外周部由鋁合金層或由陶瓷纖維與鋁合金的復(fù)合體形成，外周部由鋁一碳化硅復(fù)合體露出而形成。本發(fā)明的電源模塊用底板的特征還在于，對鋁一碳化硅復(fù)合體施加10Pa以上的應(yīng)力，并在溫度45(TC550。C下加熱處理30秒以上而形成翹曲，翹曲量在每10cm的長度上為0200um，且凹坑深度為50um以下，導(dǎo)熱系數(shù)為180W/mK以上，且溫度為15(TC時的熱膨脹系數(shù)為9X10—6/K以下，且實施在溫度35(TC下保持IO分鐘后在室溫下自然冷卻的熱循環(huán)10次后，翹曲量的變化在每10cm的長度上為30ym以下。此外，本發(fā)明的電源模塊用底板的特征還在于，鋁一碳化硅復(fù)合體用高壓含浸法制得。本發(fā)明的散熱零件的特征在于，對電源模塊用底板實施鍍鎳處理，形成厚120ym的鍍敷被膜，再接合半導(dǎo)體安裝用陶瓷基板而形成。本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體具有熱膨脹性低和導(dǎo)熱性高的特性。另外，將平板狀的鋁一碳化硅復(fù)合體的兩主面制成薄且均一的鋁層，不僅可賦予鍍敷性，還能顯著改善成為散熱面的主面的平面度。因此，與現(xiàn)有的賦予翹曲的方法相比，由于與陶瓷電路基板錫焊后的散熱性良好，因而適合作為可靠性要求特別高的安裝半導(dǎo)體元件的電源模塊的底板使用。附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明圖2是表示本發(fā)明圖3是表示本發(fā)明圖4是表示本發(fā)明圖5是表示本發(fā)明實施方式的底板用鋁實施方式的底板用鋁實施方式的底板用鋁實施方式的底板用鋁實施方式的底板用鋁碳化硅復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖。碳化硅復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖。碳化硅復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖。碳化硅復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖。碳化硅復(fù)合體的結(jié)構(gòu)圖。圖6是實施例1的由輪廓形狀測定儀測得的翹曲形狀測定結(jié)果。符號說明(a)鋁一碳化硅復(fù)合體(b)鋁合金(c)①7mm的貫通孔(d)表面鋁合金層(e)鋁一碳化硅復(fù)合體(f)010—4mm的埋頭孔(g)鋁一碳化硅復(fù)合體(h)M4mm的固定用螺絲孔實施發(fā)明的最佳方式金屬一陶瓷復(fù)合體的制造方法大致有含浸法和粉末冶金法這2種。其中，粉末冶金法無法得到導(dǎo)熱系數(shù)等特性方面充分令人滿意的復(fù)合體，已商業(yè)化的金屬一陶瓷復(fù)合體均采用含浸法生產(chǎn)。含浸法也包括各種制造方法，如在常壓下進(jìn)行的方法和在高壓下進(jìn)行的方法(高壓含浸法)。高壓含浸法有液態(tài)模鍛法和壓鑄法。本發(fā)明優(yōu)選在高壓下進(jìn)行含浸的高壓含浸法，可以使用液態(tài)模鍛法和壓鑄法中的任一種，但更優(yōu)選液態(tài)模鍛法。高壓含浸法中的液態(tài)模鍛法是指在高壓容器內(nèi)裝填陶瓷多孔體(以下稱為預(yù)制件)，在高溫、高壓下使鋁合金的熔液含浸入其中而得到復(fù)合體的方法。以下，說明本發(fā)明利用液態(tài)模鍛法的制造方法的例子。將作為原料的碳化硅粉末(根據(jù)需要添加例如二氧化硅等粘合材料。)成形、燒結(jié)，制成預(yù)制件。本發(fā)明為了形成具有規(guī)定厚度的均一鋁層，優(yōu)選通過成形或通過對燒結(jié)品進(jìn)行平面加工以使預(yù)制件的面內(nèi)厚度偏差在100um以下、最好在30um以下。若預(yù)制件的面內(nèi)厚度偏差超過100um，則所得鋁一碳化硅復(fù)合體的表面鋁層的厚度偏差變大，不理想。將預(yù)制件用涂有脫模劑的脫模板夾住，層疊制成一個粗坯。在將該預(yù)制件層疊形成一個粗坯時，用脫模板夾住層疊使面方向的緊固力矩為l20Nm、優(yōu)選為210Nm。層疊方法無特殊限制，可列舉如下方法例如將預(yù)制件用涂有脫模劑的不銹鋼制脫模板夾住層疊后，在兩側(cè)配置鐵制板，用螺栓連接，以規(guī)定的緊固力矩緊固制成一個粗坯。關(guān)于面方向的適宜緊固力矩，雖然根據(jù)所使用的預(yù)制件的強(qiáng)度而異，但若緊固力矩不足1Nm，則有時得到的鋁一碳化硅復(fù)合體的表面鋁層的厚度增加，或厚度差過大。另一方面，若緊固力矩超過20Nm，則有時得到的鋁一碳化硅復(fù)合體的表面鋁層局部過薄，在之后的鍍敷前處理等表面處理時會局部露出鋁一碳化硅復(fù)合體，導(dǎo)致該部分未形成鍍層或鍍層密合性下降等。另外，還有如下方法將在預(yù)制件的兩面含有540質(zhì)量％以氧化鋁或二氧化硅為主要成分的纖維的成形體夾于脫模板之間而層疊，然后在兩側(cè)配置鐵制板，用螺栓連接，以規(guī)定的緊固力矩緊固制成一個粗坯。預(yù)先配置該成形體具有如下優(yōu)點能形成具有規(guī)定厚度的鋁層，能控制表面鋁層的厚度。若上述成形體中以氧化鋁或二氧化硅為主要成分的纖維的含量不足5質(zhì)量％，則有時很難控制含浸后兩主面的鋁層的厚度。另一方面，若纖維含量超過40質(zhì)量％，則有時因含浸時的壓力導(dǎo)致預(yù)制件破裂。接著，將上述粗坯在50075(TC左右的溫度下預(yù)熱，然后在高壓容器內(nèi)配置1個或2個以上，為防止粗坯溫度下降，應(yīng)盡快提供鋁合金熔液，優(yōu)選在30MPa以上的壓力下加壓，使鋁合金含浸入預(yù)制件的空隙中，籍此得到在兩主面設(shè)有鋁層的鋁一碳化硅質(zhì)復(fù)合體。另外，為了除去含浸時的應(yīng)力，還進(jìn)行含浸品的退火處理。本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體中的鋁合金優(yōu)選盡可能低的熔點，以在含浸時能充分含浸到預(yù)制件的空隙內(nèi)。作為這種鋁合金，例如可列舉含有525質(zhì)量％硅的鋁合金。若進(jìn)一步含有鎂，則碳化硅粒子與金屬部分的結(jié)合更牢固，比較理想。關(guān)于鋁合金中除鋁、硅、鎂以外的金屬成分，在特性不極度變化的前體下，無特殊限制，例如可以含有銅等。為了除去向預(yù)制件中含浸鋁合金時的應(yīng)力而進(jìn)行的退火處理優(yōu)選在400°C550°C、特別優(yōu)選在500。C55(TC下進(jìn)行IO分鐘以上。若退火溫度不足40(TC，則有時復(fù)合體內(nèi)部的應(yīng)力未充分釋放，在機(jī)械加工后的加熱處理工序中翹曲會發(fā)生較大變化。另一方面，若退火溫度超過55(TC，則有時含浸中使用過的鋁合金會熔融。若退火時間不足10分鐘，則即使退火溫度在40(TC55(TC，復(fù)合體內(nèi)部的應(yīng)力有時也無法充分釋放，在機(jī)械加工后為除去應(yīng)力而進(jìn)行的加熱處理工序中，翹曲會發(fā)生較大變化。關(guān)于本發(fā)明的多孔質(zhì)碳化硅成形體(以下稱為SiC預(yù)制件)的制造方法，沒有特殊限制，可用公知的方法來制造。例如，可在碳化硅粉末中添加二氧化硅或氧化鋁等粘合材料，混合，成形，在80(TC以上燒結(jié)來制得。對成形方法也沒有特殊限制，可使用加壓成形、擠出成形、澆鑄成形等，可根據(jù)需要并用保形用粘合劑。鋁一碳化硅復(fù)合體的特別重要的特性有導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)。若鋁一碳化硅復(fù)合體中的碳化硅(以下稱為SiC)含量高，則導(dǎo)熱系數(shù)高，熱膨脹系數(shù)小，因而優(yōu)選，但含量過高時，不易進(jìn)行鋁合金的含浸操作。從實用性出發(fā)，優(yōu)選含有40質(zhì)量％以上的粒徑為40pm以上的粗SiC粒子且SiC預(yù)制件的相對密度在5575%的范圍內(nèi)。另外，關(guān)于SiC預(yù)制件的強(qiáng)度，若彎曲強(qiáng)度在3MPa以上，則無需擔(dān)心操作時或含浸中的開裂，因而優(yōu)選。對用于獲得SiC預(yù)制件的原料SiC粉，最好進(jìn)行粒度調(diào)節(jié)。這是因為若光是粗粉，則不易顯現(xiàn)強(qiáng)度，若光是微粉，則難以期待得到的復(fù)合體具有高導(dǎo)熱系數(shù)。據(jù)本發(fā)明者的研究，例如由4080質(zhì)量％、最好是5070質(zhì)量％的粒徑40um以上的碳化硅粗粉和6020質(zhì)量％、最好是5030質(zhì)量％的粒徑15ym以下的碳化硅微粉混合而成的混合粉末比較理想。通過將碳化硅粉末的成形體脫脂、燒結(jié)，可制得SiC預(yù)制件。當(dāng)用二氧化硅溶膠作為粘合劑使用時，若燒結(jié)溫度在80(TC以上，則無論燒結(jié)時處于何種氛圍氣下，均可制得彎曲強(qiáng)度為3MPa以上的預(yù)制件。在氧化性氛圍氣中，若在超過IIO(TC的溫度下燒結(jié)，則碳化硅的氧化被促進(jìn)，有時鋁一碳化硅復(fù)合體的導(dǎo)熱系數(shù)下降。因此，在氧化性氛圍氣下，比較理想的是在8001100°C、最好在卯01050。C的溫度下燒結(jié)。燒結(jié)時間可根據(jù)SiC預(yù)制件的大小、燒結(jié)爐中的投入量、燒結(jié)氛圍氣等條件來適當(dāng)決定。本發(fā)明的SiC預(yù)制件若在成形時附加規(guī)定的形狀，可通過一塊塊進(jìn)行干燥，或在SiC預(yù)制件間用碳等隔離物重疊進(jìn)行干燥，籍此防止干燥引起的翹曲形狀改變。另外，在燒結(jié)時，也可以與干燥時同樣使用能在燒結(jié)溫度下使用的隔離物來防止伴隨內(nèi)部組織變化而產(chǎn)生的形狀變化。SiC預(yù)制件的形狀最好是長方形形狀(圖1(a))或在長方形上附加將孔部包圍的部分的外周部而形成的形狀(圖2(e)和圖3(g))的平板。本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體若用作電源模塊用底板等，則需要形成外周形狀以及在外周部形成安裝孔等。此時，由于鋁一碳化硅復(fù)合體非常硬，需要用金剛石等工具進(jìn)行大量磨削，因而存在成本增加的問題。因此，為了易于進(jìn)行機(jī)械加工，優(yōu)選先將加工部分制成鋁合金或由陶瓷纖維、陶瓷粒子以及鋁合金形成的易加工性復(fù)合體。SiC預(yù)制件在底板面內(nèi)所占的面積只要滿足與陶瓷電路基板接合的部分即可，無特殊限制，優(yōu)選為底板面積的70%以上，特別優(yōu)選為85%以上。將與陶瓷電路基板接合的部分制成鋁一碳化硅復(fù)合體，能抑制兩構(gòu)件的熱膨脹差，提高接合部的可靠性。另一方面，若SiC預(yù)制件的面積不足底板面積的70%，則得到的底板自身的熱膨脹系數(shù)過大，翹曲形狀和接合部的可靠性有時會下降。下面，對得到的鋁一碳化硅復(fù)合體的加工方法的例子進(jìn)行說明。本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體可以用NC車床、自動換刀數(shù)控機(jī)床等裝置容易地對外周部以及孔部等進(jìn)行機(jī)械加工。用上述SiC預(yù)制件制作鋁-碳化硅復(fù)合體后，可以用水噴射加工機(jī)、電火花加工機(jī)等對外周部或外周部和孔部進(jìn)行加工，使鋁一碳化硅復(fù)合體露出(圖4)。另外，用面積大于所得底板形狀的SiC預(yù)制件制作鋁一碳化硅復(fù)合體后，也可用上述加工方法形成底板的外周部、孔部等(圖5)。設(shè)于鋁一碳化硅復(fù)合體表面的由鋁合金形成的鋁層的厚度的平均值為10150um，優(yōu)選為30100um。關(guān)于鋁層的厚度，也可以對鋁一碳化硅復(fù)合體表面進(jìn)行磨削加工來調(diào)節(jié)到規(guī)定厚度。鋁層是確保實施鍍敷處理時的鍍層密合性所必需的。若平均厚度不足10um，則在之后的鍍敷前處理等表面處理時鋁-碳化硅復(fù)合體有時會局部露出，在該部分出現(xiàn)未形成鍍層或鍍層密合性下降等問題。另一方面，若平均厚度超過150wm，則有時得到的底板自身的熱膨脹率過大，接合部的可靠性下降。此外，當(dāng)平均厚度超過150ixm時，鋁層的厚度差有時會變大。本發(fā)明的電源模塊用底板中，表面鋁層的厚度的最大值與最小值之差在80um以下，優(yōu)選為60um以下。若表面鋁層的厚度的最大值與最小值之差超過80ixm，則會產(chǎn)生因表面鋁層的厚度差引起的波紋、凹坑。當(dāng)作為電源模塊用底板使用時，若散熱面存在波紋、凹坑，則在之后的模塊組裝工序中會在底板與散熱片之間產(chǎn)生間隙，即使涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油，導(dǎo)熱性也會顯著下降，其結(jié)果導(dǎo)致由陶瓷電路基板、底板、散熱片等構(gòu)成的模塊的散熱性顯著下降。本發(fā)明的電源模塊用底板的兩主面的鋁層的平均厚度之差在50um以下，優(yōu)選為30um以下。本發(fā)明的電源模塊用底板的結(jié)構(gòu)為在鋁一碳化硅復(fù)合體的兩主面具有鋁層，由于鋁一碳化硅復(fù)合體與鋁層的熱膨脹率不同，因此兩主面的鋁層的平均厚度之差若超過50ym，則在之后的模塊組裝工序中附加熱循環(huán)時，存在翹曲會發(fā)生變化的問題。實施了形狀加工的鋁一碳化硅復(fù)合體為了形成規(guī)定的翹曲形狀，在施加10Pa以上的應(yīng)力的同時，在溫度450550°C、優(yōu)選在50055(TC下加熱處理30秒以上，使鋁一碳化硅復(fù)合體蠕變變形而賦予翹曲。賦予翹曲后的鋁—碳化硅復(fù)合體根據(jù)需要在300'C40(TC的溫度下進(jìn)行退火處理，除去賦予翹曲時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。將本發(fā)明的電源模塊用底板的表面的鋁層的厚度控制得非常薄且很均勻，籍此形成波紋和凹坑少的接近理想球面形狀的翹曲形狀(圖6)。本發(fā)明的電源模塊用底板的翹曲量在每10cm的長度上為0200iim，優(yōu)選為50150um。當(dāng)作為電源模塊用底板使用時，若散熱面翹曲成凹型，則在之后的模塊組裝工序中會在底板與散熱片之間產(chǎn)生間隙，即使涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油，導(dǎo)熱性也會顯著下降，其結(jié)果導(dǎo)致由陶瓷電路基板、底板、散熱片等構(gòu)成的模塊的散熱性顯著下降。若翹曲量超過200nm，則與散熱片接合之際用螺絲固定時，有時會在底板或陶瓷電路基板上出現(xiàn)開裂。在本發(fā)明中，通過控制設(shè)于鋁一碳化硅復(fù)合體表面的鋁層的厚度，能將上述底板的散熱面制成凹凸少、凹坑深度為50Pm以下的形狀。若散熱面的凹坑深度超過50nm，則作為電源模塊用底板使用時，在之后的模塊安裝工序中會在底板與散熱片之間產(chǎn)生間隙，即使涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油，導(dǎo)熱性也會顯著下降，其結(jié)果導(dǎo)致由陶瓷電路基板、底板、散熱片等構(gòu)成的模塊的散熱性顯著下降。本發(fā)明的電源模塊用底板的由作為電源模塊可靠性尺度的熱循環(huán)試驗(在溫度35(TC下保持IO分鐘后，室溫下自然冷卻)所測得的形狀穩(wěn)定性優(yōu)異，例如，實施10次上述條件的熱循環(huán)試驗后的翹曲變化量在每10cm的長度上為30"m以下。若翹曲變化量在每10cm的長度上超過30um，則在電源模塊組裝工序中會在底板與散熱片之間產(chǎn)生間隙，即使涂布高導(dǎo)熱性的散熱潤滑油，導(dǎo)熱性也有可能顯著下降。本發(fā)明的鋁-碳化硅復(fù)合體具有良好的散熱特性和應(yīng)力松弛性，因此適合作為例如介于陶瓷電路基板與散熱片等散熱零件之間的底板使用。本發(fā)明的鋁-碳化硅復(fù)合體作為電源模塊用底板使用時，通常通過錫焊與陶瓷電路基板接合后使用。因此，必須在底板表面實施鍍鎳。鍍敷處理方法不受特殊限制，可以是非電解鍍處理、電鍍處理法中的任一種。鍍鎳的厚度為l20um，優(yōu)選為312ym。若鍍層厚度不足1"m，則有時局部產(chǎn)生鍍層針孔，錫焊時出現(xiàn)焊錫空洞(空隙)，電路基板的散熱特性下降。另一方面，若鍍鎳的厚度超過20um，則有時會因為鍍鎳被膜與表面鋁合金的熱膨脹差而出現(xiàn)鍍層剝離。關(guān)于鍍鎳被膜的純度，只要對焊錫潤濕性沒有不利影響即可，無特殊限制，可以含有磷、硼等。本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體優(yōu)選導(dǎo)熱系數(shù)為180W/mK以上，溫度為15(TC時的熱膨脹系數(shù)為9X10K以下。除上述效果外，由于具有高導(dǎo)熱系數(shù)且具有與半導(dǎo)體零件、陶瓷電路基板同等水平的低膨脹率，因此使用了該復(fù)合體的散熱零件以及使用了該散熱零件的電源模塊在散熱特性方面表現(xiàn)優(yōu)異，即使有溫度變化也不易變形，從而具有能得到高可靠性的優(yōu)點。實施例下面，結(jié)合實施例和比較例更具體地說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于以下實施例。(實施例1和比較例1)稱取碳化硅粉末A(太平洋藍(lán)登株式會社制NG—150、平均粒徑100ym)lOOg、碳化硅粉末B(太平洋藍(lán)登株式會社制NG—220、平均粒徑60ym)100g、碳化硅粉末C(屋久島電工株式會社制GC—1000F、平均粒徑10iMTl)100g以及二氧化硅溶膠(日產(chǎn)化學(xué)株式會社制7/一亍:y夕7)30g，用攪拌混合機(jī)混合30分鐘后，在壓力10MPa下加壓成形制成190mmX140mmX5.5mm尺寸的平板狀。將得到的成形體在溫度12(TC下干燥2小時后，在大氣中、溫度950'C下燒結(jié)2小時，得到相對密度為65%的SiC預(yù)制件。將得到的SiC預(yù)制件在平面磨床上用金剛石制的砂輪平面加工成厚度為5.0mm，然后用自動換刀數(shù)控機(jī)床以183X133mm的外形尺寸將外周部加工成圖2的形狀。測定得到的SiC預(yù)制件的3點彎曲強(qiáng)度，結(jié)果為5MPa。比較例1除了將成形體尺寸定為190mmX140mmX5.0mm以外，用與實施例1同樣的方法制作SiC預(yù)制件，不進(jìn)行平面加工，僅對外周部進(jìn)行加工。實施例1和比較例1中得到的加工后的SiC預(yù)制件的厚度的測定結(jié)果見表l。另外，在測定厚度時，將預(yù)制件劃分為9個部分，并將各個部分的中心部作為厚度測定點。(表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>※1厚度差=最大值與最小值之差實施例1和比較例1中得到的SiC預(yù)制件的兩面用涂敷有碳層的210mmX160mmX0.8mm尺寸的不銹鋼板夾住，層疊20塊，然后在兩側(cè)配置厚12mm的鐵板，用6個M10的螺栓連接，以3Nm的面方向的緊固力矩用扳手緊固制成一個粗坯。然后，將一體化后的粗坯在電爐中預(yù)熱至600°C，再收納于事先已加熱的內(nèi)徑400mm的加壓模內(nèi)，注入含有12質(zhì)量％硅、0.8質(zhì)量％鎂的鋁合金熔液，在lOOMPa的壓力下加壓20分鐘使鋁合金含浸到碳化硅質(zhì)孔體中。冷卻至室溫后，用濕式帶鋸沿脫模板的形狀切斷，脫去夾持的不銹鋼板后，在53(TC的溫度下進(jìn)行3小時退火處理以消除含浸時的應(yīng)力，得到鋁一碳化硅復(fù)合體。在得到的鋁一碳化硅復(fù)合體的緣周部的8處加工形成直徑7mm的貫通孔，4處加工形成O10-4mm的埋頭孔，用NC車床對外周的鋁層部分進(jìn)行加工，制成187mmX137mmX5mm的形狀。然后，為了賦予該鋁一碳化硅復(fù)合體以翹曲，準(zhǔn)備碳制的、設(shè)有曲率半徑為15000mm的球面的凹凸模。將該凹凸模裝于熱壓機(jī)中，加熱使模表面溫度為510°C。在該凹凸模之間配置上述復(fù)合體，在40KPa下加壓。此時，使熱電偶接觸該復(fù)合體的側(cè)面進(jìn)行測溫。在復(fù)合體的溫度為50(TC后保持3分鐘，然后解除加壓，自然冷卻到5(TC。然后，為了除去賦予翹曲時的殘留應(yīng)力，將得到的復(fù)合體在電爐中在35(TC的溫度下退火處理30分鐘。然后，在壓力0.4MPa、運(yùn)送速度1.0m/min的條件下用二氧化鋁磨料進(jìn)行噴砂處理，凈化。然后，進(jìn)行非電解鍍Ni—P及Ni—B，在復(fù)合體表面形成厚8ym(Ni—P:6um+Ni—B:2um)的鍍層。將得到的鋁一碳化硅復(fù)合體沿各樣品的對角線切斷，分別在對角線上等間距的20處測定切斷后露出的一主面的鋁層的厚度，算出其平均厚度。另外，通過磨削加工，制作熱膨脹系數(shù)測定用試驗體(直徑3mm、長10mm)、導(dǎo)熱系數(shù)測定用試驗體(直徑llmm、厚3mm)。用各試驗體，用熱膨脹計(精工電子工業(yè)株式會社制；TMA300)測定溫度為15(TC時的熱膨脹系數(shù)，用激光閃光法(理學(xué)電機(jī)株式會社制；LF/TCM-8510B)測定溫度為25'C時的導(dǎo)熱系數(shù)。關(guān)于翹曲形狀，用輪廓形狀測定儀(東京精密株式會社制；〕y夕一^3—K1600D-22)測定每10cm長度上的翹曲量和凹坑深度。測得的結(jié)果如表2所示。另外，用輪廓形狀測定儀測定的實施例1的翹曲形狀測定結(jié)果如圖6所示?！脖?〕<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>※2范圍二最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲量采用實施例1的鍍件，將該鍍件置于已加熱至溫度35(TC的加熱板上，在物溫達(dá)到35(TC后，保持IO分鐘，然后自然冷卻到室溫，進(jìn)行IO次上述熱循環(huán)試驗。實施例1在熱循環(huán)試驗后的每10cm長度上的翹曲量的變化為15um。(實施例2)除了用碳化硅粉末A(太平洋藍(lán)登株式會社制NG—150、平均粒徑lOOum)150g、碳化硅粉末D(太平洋藍(lán)登株式會社制NG_500、平均粒徑30um)50g、碳化硅粉末C(屋久島電工株式會社制GC—1000F、平均粒徑10um)100g以及二氧化硅溶膠(日產(chǎn)化學(xué)株式會社制7乂一亍:y夕7)30g作為原料外，用與實施例1同樣的方法制得相對密度為66%的SiC預(yù)制件。將得到的SiC預(yù)制件在平面磨床上用金剛石制的砂輪平面加工成厚度為4.9mm，然后用自動換刀數(shù)控機(jī)床將外周部按183X133mm的外形尺寸加工成圖2的形狀。加工后的SiC預(yù)制件的厚度測定結(jié)果見表3?！脖?〕<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>※1厚度差=最大值與最小值之差在得到的SiC預(yù)制件的兩面配置180mmX130mmX0.2mm的5質(zhì)量％氧化鋁纖維(田中制紙株式會社制，純度97%)，兩面用涂敷有碳層的210mmX160mmX0.8mm尺寸的不銹鋼板夾住，層疊20塊，然后在兩側(cè)配置厚12mm的鐵板，用6個M10的螺栓連接，以5Nm的面方向的緊固力矩用扭力扳手緊固制成一個粗坯。然后，將一體化后的粗坯用與實施例1同樣的方法進(jìn)行含浸處理以及為了除去含浸時的應(yīng)力而在53(TC的溫度下進(jìn)行3小時退火處理，得到鋁一碳化硅復(fù)合體?？?，4處加工形成O10—4mm的埋頭孔，將外周部加工成187X137mm(角部為R7mm)(參照圖2)。然后，用與實施例1同樣的方法賦予翹曲。然后，在壓力0.4MPa、運(yùn)送速度1.0m/min的條件下用二氧化鋁磨料進(jìn)行噴砂處理，凈化。然后，進(jìn)行非電解鍍Ni—P及Ni—B，在復(fù)合體表面形成厚8ym(Ni—P:6um+Ni—B:2um)的鍍層。得到的復(fù)合體進(jìn)行與實施例1同樣的評價。結(jié)果見表4?！脖?〕<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>※2范圍^最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲量(實施例3)除了將SiC預(yù)制件在大氣中、溫度110(TC下燒結(jié)2小時外，用與實施例2同樣的方法制作SiC預(yù)制件。得到的預(yù)制件的3點彎曲強(qiáng)度為12MPa。加工后的SiC預(yù)制件的厚度測定結(jié)果如表5所示。然后，將緊固力矩改為10Nm，用與實施例1同樣的方法制作鋁一碳化硅復(fù)合體，進(jìn)行與實施例1同樣的鍍敷處理，并進(jìn)行與實施例1同樣的評價。結(jié)果見表6?！脖?〕<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>※1厚度差=最大值與最小值之差表6〕<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>※2范圍=最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲量(實施例4)除了使SiC預(yù)制件形狀為190X140X5.3mm以外，用與實施例1同樣的方法制作鋁一碳化硅復(fù)合體。在得到的復(fù)合體的緣周部的8處加工形成直徑8mm的貫通孔并用水噴射加工機(jī)將外周部加工成187X137mm(角部為R7mm)(參照圖5)。然后，為了賦予該鋁一碳化硅復(fù)合體以翹曲，用碳制的設(shè)有曲率半徑為12000mm的球面的凹凸模，用與實施例1同樣的方法賦予翹曲。然后，在壓力0.4MPa、運(yùn)送速度1.0m/min的條件下用二氧化鋁磨料進(jìn)行噴砂處理，凈化。然后，進(jìn)行非電解鍍Ni—P及Ni—B，在復(fù)合體表面形成厚8ym(Ni—P:6ym+Ni—B:2um)的鍍層。得到的復(fù)合體進(jìn)行與實施例1同樣的評價。結(jié)果見表7?！脖?)<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>※2范圍-最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲量(實施例5)將實施例1的SiC預(yù)制件加工成185mmX135mmX5.0mm后，用金剛石制的砂輪在緣周部12處形成直徑10mm的貫通孔(參照圖4)。然后，用與實施例l同樣的方法，制作1S7mmX137mmX5.0mm的復(fù)合體，進(jìn)行鍍敷處理后，進(jìn)行與實施例1同樣的評價。結(jié)果見表8。表8)<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>※2范圍二最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲(實施例6)除了將實施例1的預(yù)制件形狀改為180X110X5.3mm(參照圖1)夕卜，用與實施例1同樣的方法制作鋁一碳化硅復(fù)合體，進(jìn)行機(jī)械加工、鍍敷處理。對得到的復(fù)合體進(jìn)行與實施例1同樣的評價，其結(jié)果見表9。表9)<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>※2范圍=最大值與最小值之差※3賦予翹曲面(B面)的長邊方向的中央部的每10cm長度上的翹曲產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的鋁一碳化硅復(fù)合體具有與半導(dǎo)體零件、陶瓷電路基板同等程度的低熱膨脹性，采用該鋁一碳化硅復(fù)合體的電源模塊的散熱特性優(yōu)異，而且即使有溫度變化也不易變形，可用作要求高可靠性的安裝半導(dǎo)體元件的電源模塊的底板。另外，在此引用2006年4月26日提出申請的日本專利申請2006_122350號說明書、權(quán)利要求書、附圖以及摘要的全部內(nèi)容，作為本發(fā)明說明書的揭示。權(quán)利要求1.電源模塊用底板，其特征在于，由鋁—碳化硅復(fù)合體形成，所述復(fù)合體通過將平板狀碳化硅多孔體成形或加工成面內(nèi)厚度差為100μm以下后以1～20Nm的面方向的緊固力矩用脫模板夾持而層疊、并使其含浸以鋁為主要成分的金屬而得到，在兩主面具有由以鋁為主要成分的金屬形成的鋁層，該鋁層的平均厚度為10～150μm，鋁層的面內(nèi)厚度的最大值與最小值之差為80μm以下，兩主面的鋁層的平均厚度之差為50μm以下，且所述碳化硅多孔體的形狀是長方形，或是在長方形上附加了將孔部包圍的部分的外周部而形成的形狀。2.如權(quán)利要求1所述的電源模塊用底板，其特征在于，兩主面、安裝孔的周圍以及外周部由以鋁為主要成分的金屬層或由陶瓷纖維與以鋁為主要成分的金屬的復(fù)合體形成。3.如權(quán)利要求l所述的電源模塊用底板，其特征在于，外周部的鋁一碳化硅復(fù)合體露出。4.如權(quán)利要求13中任一項所述的電源模塊用底板，其特征在于，對鋁一碳化硅復(fù)合體施加10Pa以上的應(yīng)力，并在溫度45(TC550。C下加熱處理30秒以上所形成的翹曲的翹曲量在每10cm的長度上為0200um，且凹坑深度為50um以下。5.如權(quán)利要求14中任一項所述的電源模塊用底板，其特征在于，鋁一碳化硅復(fù)合體的導(dǎo)熱系數(shù)為180W/mK以上，且溫度為150"C時的熱膨脹系數(shù)為9X1(T6/K以下。6.如權(quán)利要求15中任一項所述的電源模塊用底板，其特征在于，實施在溫度35(TC下保持IO分鐘后在室溫下自然冷卻的熱循環(huán)IO次后的翹曲量的變化在每10cm的長度上為30um以下。7.如權(quán)利要求16中任一項所述的電源模塊用底板，其特征在于，由用高壓含浸法制得的鋁一碳化硅復(fù)合體形成。8.散熱零件，其特征在于，對權(quán)利要求17中任一項所述的電源模塊用底板實施鍍鎳處理，形成厚120um的鍍敷被膜，再接合半導(dǎo)體安裝用陶瓷基板而形成。全文摘要本發(fā)明提供適合作為電源模塊用底板的鋁-碳化硅復(fù)合體。該電源模塊用底板的特征在于，由鋁-碳化硅復(fù)合體形成，該復(fù)合體通過將平板狀碳化硅多孔體成形或加工成面內(nèi)厚度差為100μm以下后以1～20Nm的面方向的緊固力矩用脫模板夾持而層疊、并使其含浸以鋁為主要成分的金屬而得到；在兩主面具有由以鋁為主要成分的金屬形成的鋁層，該鋁層的平均厚度為10～150μm，鋁層的面內(nèi)厚度的最大值與最小值之差為80μm以下，兩主面的鋁層的平均厚度之差為50μm以下，且上述碳化硅多孔體的形狀是長方形，或是在長方形上附加了將孔部包圍的部分的外周部而形成的形狀。文檔編號H01L23/373GK101427367SQ20078001404公開日2009年5月6日申請日期2007年4月23日優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日發(fā)明者塚本秀雄,巖元豪,廣津留秀樹,日隈智志,橋本信行申請人:電氣化學(xué)工業(yè)株式會社