WO2007129715A1 - アルミニウム－炭化珪素質複合体及びその加工方法 - Google Patents

アルミニウム－炭化珪素質複合体及びその加工方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum-silicon carbide composite suitable as a base plate for a power module and a processing method thereof.
  • a copper or aluminum metal circuit is provided on the surface of a ceramic substrate such as an aluminum nitride substrate or a silicon nitride substrate having high insulation and high thermal conductivity, and a copper or aluminum metal heat sink is provided on the back surface.
  • a ceramic circuit board on which is formed is used as a power module substrate.
  • a typical heat dissipation structure of a conventional power module is formed by soldering a base plate to a ceramic circuit board, and copper and aluminum are generally used as the base plate.
  • copper and aluminum are generally used as the base plate.
  • heat dissipation is insufficient.
  • problems such as malfunction or damage of the semiconductor on the circuit.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application No. 3-509860.
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an aluminum-silicon carbide composite suitable as a base plate for a power module and a processing method thereof.
  • the present invention has the following gist.
  • An aluminum monosilicon carbide composite obtained by impregnating a flat silicon carbide porous body with a metal mainly composed of aluminum,
  • Both main surfaces have aluminum layers made of a metal mainly composed of aluminum,
  • a method of processing an aluminum silicon carbide composite comprising impregnating a flat silicon carbide porous body with a metal mainly composed of aluminum,
  • the side surface portion and the hole portion of the aluminum silicon carbide composite are processed by a water jet so that both main surfaces have an aluminum layer made of a metal containing aluminum as a main component and are made of a metal containing aluminum as a main component.
  • the aluminum-silicon carbide based composite of the present invention has a feature that it can be mounted easily with little dimensional change due to solder adhesion during mounting by not having an aluminum layer made of an aluminum alloy on the side surface.
  • by processing the aluminum-silicon carbide composite part with a water jet it is possible to suppress the generation of cracks due to the release of stress during processing without the generation of thermal stress accompanying processing, and to easily add complex shapes.
  • Special feature In addition to the length, the processing time is reduced.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an aluminum-silicon carbide composite material processed in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the SiC preform used in Comparative Example 2.
  • the method for producing the aluminum-silicon carbide composite used in the present invention there is no particular problem as long as it is an impregnation method in which a silicon carbide porous body is impregnated with an aluminum alloy, or a molten forging method, Manufacturing force by a known method such as a high pressure forging method such as a die-casting method S Possible force S From the viewpoint of productivity, the molten metal forging method is preferable.
  • the method for producing a porous silicon carbide molded body (hereinafter also referred to as SiC preform) according to the present invention can be produced by a known method without any particular limitation.
  • SiC preform a porous silicon carbide molded body
  • SiC powder silicon carbide powder
  • the SiC powder used in the present invention may be a powder produced by a known production method such as a gas phase method or an Atchison method.
  • the particle size distribution is not particularly limited and may be used alone or after adjusting the particle size.
  • a mixed powder in which SiC coarse powder having an average particle size of 40 ⁇ ⁇ ⁇ or more is preferably 40 to 80% by mass and preferably SiC fine powder having an average particle size of 15 ⁇ m or less is preferably 60 to 20% by mass. Is given as an example.
  • the molding method for shaping the SiC powder according to the present invention into a predetermined shape there is no particular limitation on the molding method for shaping the SiC powder according to the present invention into a predetermined shape, and press molding, extrusion molding, squeeze molding, etc. can be used, and for shape retention as necessary.
  • a binder can be used in combination.
  • drying method it is possible to dry one sheet at a time or by using a spacer such as carbon with a shape equal to the shape of the preform between the SiC powder compacts to form a warped shape due to drying. Can prevent changes. Also, with regard to firing, it is possible to prevent changes in shape due to changes in internal structure by performing the same treatment as during drying.
  • the relative density of the SiC preform after firing is preferably in the range of 5 to 75%.
  • the strength of the SiC preform is preferably 3 MPa or more in bending strength, more preferably 5 MPa or more in order to prevent cracking during handling or impregnation. If the firing temperature is 800 ° C or higher, more preferably 900 ° C or higher, a preform having a bending strength of 3 MPa or higher, which is related to the atmosphere during firing, can be obtained. However, in an oxidizing atmosphere, firing at a temperature exceeding 1100 ° C promotes the oxidation of SiC, which may reduce the thermal conductivity of the aluminum-silicon carbide composite. In an acidic atmosphere, firing is preferably performed at a temperature of 1100 ° C or lower. The firing time is appropriately determined depending on conditions such as the size of the SiC preform, the amount charged into the firing furnace, and the firing atmosphere.
  • the size of the SiC preform needs to be larger than the final dimension. If the preform size is smaller than the final size, the aluminum alloy layer may remain on one or more side surfaces when the impregnated aluminum-silicon carbide composite is processed with a water jet.
  • SiC preforms were stacked in a predetermined form so that they would become a predetermined size when the aluminum alloy was impregnated, and were recorded as a single block.
  • it since it is processed using a water jet after impregnation, it is preferable from the viewpoint of productivity that it is not necessary to use a mold during impregnation.
  • it is necessary to use a formwork larger than the final dimension.
  • the SiC preform-laminated block After preheating the SiC preform-laminated block at about 500 to 650 ° C, place one or more in the high-pressure vessel, and melt the aluminum alloy as quickly as possible to prevent the temperature of the block from decreasing.
  • the aluminum alloy is impregnated in the voids of the SiC preform by pressurizing at a pressure of preferably 30 MPa or more, more preferably 35 MPa or more. Thereafter, the impregnated block is cut out to obtain an aluminum monosilicon carbide composite having an aluminum alloy layer on the entire surface. Annealing may be performed for the purpose of removing distortion during impregnation. For annealing, an aluminum alloy layer and a silicon carbide composite There is also an effect of strengthening the bonding.
  • the aluminum alloy in the aluminum-silicon carbide composite of the present invention preferably has a melting point as low as possible in order to sufficiently penetrate into the voids of the preform when impregnated.
  • Such aluminum alloy for example, silicon 7 to 25 mass 0/0, preferably 9 to: include 15 wt% containing aluminum alloy.
  • magnesium when magnesium is contained, since the bond between the silicon carbide grains and the metal part becomes stronger, the preferred content is 0.5 to 0.9% by mass. 0.7 to 0 9% by mass is more preferable.
  • metal components other than aluminum, silicon, and magnesium in the aluminum alloy there is no particular limitation as long as the characteristics do not change extremely. For example, copper may be included.
  • the annealing treatment for the purpose of strain removal after impregnation with the aluminum alloy is preferably performed at a temperature of 400 to 550 ° C, preferably 500 to 550 ° C for 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more. . If the annealing temperature is less than 400 ° C, the distortion inside the composite may not be sufficiently released, and the warpage may change greatly in the subsequent steps. On the other hand, if the annealing temperature exceeds 550 ° C, the aluminum alloy used for impregnation may melt. If the annealing time is less than 10 minutes, even if the annealing temperature is 400 to 550 ° C, the distortion inside the composite is not sufficiently released, and the warpage may change greatly in the subsequent steps.
  • the important characteristics of the aluminum-silicon carbide composite are thermal conductivity and thermal expansion coefficient. Higher SiC content in the aluminum-silicon carbide composite is preferable because the thermal conductivity is higher and the thermal expansion coefficient is smaller, but if the content is higher, the aluminum alloy may not be sufficiently impregnated.
  • the aluminum silicon carbide based composite of the present invention has an aluminum layer made of an aluminum alloy on both principal surfaces. This aluminum layer is necessary to ensure plating adhesion during the plating process.
  • the average thickness of the aluminum layer is preferably 10 to 150 zm, more preferably l OO xm or less. If the average thickness is less than 10 xm, the aluminum monosilicon carbide composite is partially exposed during the subsequent surface treatment such as pre-plating treatment, and the plating is not deposited or the plating adhesion is deteriorated. Case force S is. On the other hand, when the average thickness exceeds 150 zm, the thermal expansion coefficient of the obtained base plate itself becomes too large, and the reliability of the joint may be lowered.
  • the aluminum silicon carbide based composite of the present invention is characterized in that it does not have an aluminum layer made of an aluminum alloy on its side surface. In contrast to the case where the aluminum layer remains on the side surface, when there is no aluminum layer on the side surface, the solder adhering to the side surface after plating can be easily removed. It can be easily mounted on a miniaturized power module.
  • the side surface of the aluminum-silicon carbide composite is preferably the case where the entire surface does not have an aluminum layer. However, in the present invention, the entire side surface does not necessarily have an aluminum layer. Even if you do not, it will have some effect. In the present invention, the case where the area of the side surface is preferably 20% or more, more preferably 30% or more without an aluminum layer is particularly suitable.
  • a water jet used for processing an aluminum silicon carbide composite to a final size uses abrasive grains such as garnet as an abrasive.
  • the average grain size of the abrasive is 80 to 150 / im, preferably 100 to 130 / im.
  • the pressure during processing (water pressure) and the processing speed are appropriately determined according to the thickness of the aluminum-silicon carbide composite. For example, when the thickness of the ano-remineum silicon carbide composite is 3 to 5 mm, the water pressure is preferably 200 to 300 MPa, more preferably 200 to 250 MPa, and the cache speed force is 00 mm / min or less, more preferably 80 mm / min. It is common to do it below min. If the pressure is less than 200MPa or the processing speed exceeds 100mm / min, cutting failure or dimensional difference between the processed surface and the back surface may increase, resulting in processing failure.
  • the diameter of the water jet processing machine can be reduced, or the nose head can be moved away from the object. It is effective to process with an inclination.
  • An example of the processing conditions is that when the aluminum-silicon carbide composite is 5 mm thick, and water jet processing is performed at a water pressure of 200 MPa and a processing speed of lOOmmZmin, the dimensional difference between the two main surfaces is kept within 0.6 mm.
  • force the abrasive nozzle diameter to be 1. Omm or less 3 ° to 20 ° from the perpendicular direction to the workpiece. Tilt.
  • the aluminum-silicon carbide composite according to the present invention has an aluminum alloy layer on the side surface. By not doing so, it has the feature that it can be mounted easily with little dimensional change due to solder adhesion during mounting.
  • SiC powder A (manufactured by Taiheiyo Random: NG—220, average particle size: 60 im) 70 g
  • SiC powder B (manufactured by Yakushima Electric: GC—1000F, average particle size: 10 ⁇ ) 30 ⁇
  • silica sol (Nissan Chemical Co., Ltd .: Snowtex) 10 g was weighed and mixed with a stirring mixer for 30 minutes, and then press-molded into a flat plate having dimensions of 19 Omm ⁇ 140 mm ⁇ 5.0 mm under pressure lOMPa.
  • the obtained molded body was fired at 900 ° C for 2 hours in the atmosphere to obtain a SiC preform having a relative density of 65%.
  • the obtained SiC preform was integrated by sandwiching both sides of a carbon-coated SUS plate and preheated to 600 ° C in an electric furnace. Next, it was placed in a pre-heated 300 mm inner diameter press die, poured with a molten aluminum alloy containing 12% by mass of silicon and 0.5% by mass of magnesium, and pressurized at a lOOMPa pressure for 20 minutes. The SiC preform was impregnated with an aluminum alloy.
  • the aluminum-silicon carbide composite was processed into the shape shown in FIG. With water jet (Abrasive 'Jet Cutter NC' manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.), pressure 250MPa, Caloe speed 50mm / min, abrasive nozzle diameter 1.2mm, nozzle head fixed Then, a garnet having a particle size of 100 ⁇ was used as an abrasive, and processing was performed so that an aluminum layer made of an aluminum alloy was removed on the side surface.
  • water jet Abrasive 'Jet Cutter NC' manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.
  • An aluminum silicon carbide composite was produced in the same manner as in Example 1, and water jet processing was performed under the same conditions as in Example 1 except that the diameter of the abrasive nose was 0.8 mm.
  • Example 1 A water-jet jet process was performed under the same conditions as in Example 1 except that an aluminum monosilicon carbide composite was prepared in the same manner as in Example 1, and the Nozure head was tilted 10 ° outward from the body to be calendered. Went.
  • the aluminum monosilicon carbide composite of Example 1 was processed into the shape shown in FIG. 1 by machining (HX400iF, manufactured by Kitamura Machinery Co., Ltd.).
  • An aluminum-silicon carbide composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that a flat SiC preform having a dimension (unit: mm) shown in FIG. 2 and a thickness of 5. Omm was used. In the same way, the shape of Fig. 1 was processed with a water jet. There was an lmm aluminum alloy layer on the side of the aluminum-silicon carbide composite of this comparative example.
  • the aluminum silicon carbide based composite of the present invention can be processed with a water jet, crack generation due to stress release during processing can be suppressed, and a complicated shape can be easily added. Since it has the effect of reducing the processing time, it can be used as a base plate for a power module for mounting a semiconductor component that requires high reliability. It should be noted that the entire contents of the Akita Book, 2006-130044 filed on May 9th, 2006, and the claims, drawings, and abstract are cited herein, and the specification of the present invention is disclosed. It is included as an indication.

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Abstract

　パワーモジュール用のベース板等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。 　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るアルミニウム－炭化珪素質複合体であって、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、側面部及び穴部をウォータージェット加工し、側面には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側面に有しないことを特徴とするアルミニウム－炭化珪素質複合体。

Description

明 細 書
アルミニウム一炭化珪素質複合体及びその加工方法
技術分野
[0001] 本発明は、パワーモジュール用のベース板等として好適なアルミニウム—炭化珪素 質複合体及びその加工方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、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、使用される回路基板は、いかに効率よく放熱させるかが課題となっている。このた め、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を、また裏面に 銅製又はアルミニウム製の金属放熱板が形成されてなるセラミックス回路基板が、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] 従来のパワーモジュール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つ た。し力、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 課題があった。
[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 ミニゥム合金—炭化珪素質複合体が提案されている (特許文献 1参照)。
特許文献 1 :特願平 3— 509860号。
[0005] 近年、パワーモジュール用ベース板形状が複雑化するに伴レ、、所定の形状とする ためにダイヤモンド等の工具を用いた研削等の機械加工が必要となっている。更に は、パワーモジュールそのものの小型化に伴レ、、ベース板の精密加工、並びに実装 時のベース板側面の半田付着による寸法変化を防止するため、半田が付着しにくい 構造のものが求められている。半田の付着を防止するため、半田との濡れ性が悪い 炭化珪素を表出させると顕著な効果があるが、アルミニウム 炭化珪素質複合体は 硬い材質であるため、炭化珪素が表出するまで機械加工すると、加工時間が長くな るなど生産性に欠け、高コストになるという難点があった。
[0006] 力 Qえて、機械加工の際にアルミニウム 炭化珪素質複合体の内部に歪みが発生し 、機械加工後のァ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った。そこ で、予め最終形状に近い金属製の枠にプリフォームを揷入し含浸を行い、加工量を 小さくする等の工夫を行っていた。し力 ながら最終形状の金属枠を用いて含浸を行 うと、含浸後の金属枠の離型作業が煩雑になったり、離型時に欠けが生じたり、離型 後にアルミニウム—炭化珪素質複合体の最終寸法のバラツキが大きくなるという問題 があった。
また、外周形状が複雑形状の場合、最終形状の型枠を用いて複合化すると、複合 化後の冷却過程でコーナー部分に応力が集中しクラックが発生する問題があった。 外周部分がアルミニウム合金からなる例えば図 1に示す構造の複合体を作製し、外 周部分を機械加工する方法もある力 この場合も、加工時にアルミニウム合金とアル ミニゥムー炭化珪素質複合体の熱膨張差に起因する応力のバランスが崩れ、クラック が発生する。このため、複雑形状のベース板を作製するには、製品形状より大きな平 板状のアルミニウム—炭化珪素質複合体を作製し、ァニール処理等により十分に内 部歪みを除去した後、ダイヤモンド製の工具を用いて、外周形状を研削加工する必 要があり、この場合、加工コストが非常に高価になってしまうという難点があった。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 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、パワーモジユー ル用のベース板等として好適なアルミニウム 炭化珪素質複合体及びその加工方法 を提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] 即ち、本発明は、以下の要旨を有するものである。
(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る アルミニウム一炭化珪素質複合体であって、
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、側面部及 び穴部をウォータージェット加工し、側面には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ないことを特徴とするアルミニウム—炭化珪素質複合体。
(2)前記アルミニウムを主成分とする金属力 S、シリコンを 7〜25質量％含有してなる上 記（1)に記載のアルミニウム一炭化珪素質複合体。
(3)前記アルミニウムを主成分とする金属力 マグネシウムを 0. 5〜0. 9質量％含有 してなる上記（1)又は（2)に記載のアルミニウム—炭化珪素質複合体。
(4)上記（1)〜（3)のレ、ずれかに記載のアルミニウム—炭化珪素質複合体を用いて なるパワーモジュール用ベース板。
(5)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させる方法が、高 圧鍛造法の溶湯鍛造法であることを特徴とする上記（1)〜（4)のいずれかに記載の アルミニウム一炭化珪素質複合体の製造方法。
(6)アルミニウムを主成分とする金属を含浸させた後に、 400〜550°Cの温度で 10 分以上のァニール処理を行う上記（5)に記載のアルミニウム 炭化珪素質複合体の 製造方法。
(7)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る アルミニウム 炭化珪素質複合体の加工方法であって、
前記アルミニウム 炭化珪素質複合体の側面部及び穴部をウォータージェットにより 加工せしめて、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、かつ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側面に有しないよ うにすることを特徴とするアルミニウム 炭化珪素質複合体の加工方法。
(8)前記ウォータージェットによる加工水圧が 200〜300MPa、加工速度が 100mm /min以下である上記（7)に記載のアルミニウム一炭化珪素質複合体の加工方法。 発明の効果
本発明のアルミニウム—炭化珪素質複合体は、側面にアルミニウム合金からなるァ ルミ二ゥム層を有しないことにより、実装時の半田付着による寸法変化が小さぐ容易 に実装できるという特長を有する。また、アルミニウム 炭化珪素質複合体部分をゥ オータージェットで加工することにより、加工に伴う熱応力の発生がなぐ加工時の応 力開放によるクラック発生を抑制し、容易に複雑な形状を付加することできるという特 長に加え、加工時間が少なくなるという効果を有する。
このため、今後益々多様化する高信頼性を要求される半導体部品搭載用パワーモ ジュール用のベース板等として好適である。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]実施例 1〜3及び比較例 1で加工したアルミニウム—炭化珪素質複合体の模式 平面図。
[図 2]比較例 2で用いた SiCプリフォームの模式平面図。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明に用いるアルミニウム 炭化珪素質複合体の製造方法については、炭化珪 素質多孔体にアルミニウム合金を含浸する含浸法であれば特に問題はなぐ常圧で 行う方法、あるいは溶湯鍛造法、ダイキャスト法等の高圧鍛造法など公知の方法で製 造すること力 Sできる力 生産性等の点から溶湯鍛造法が好適である。
[0012] 本発明に係る多孔質炭化珪素成形体 (以下、 SiCプリフォームともいう）の製造方法 に関して特に制限はなぐ公知の方法で製造することが可能である。例えば、炭化珪 素粉末 (以下、 SiC粉末という）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 合し、成形し、好ましくは 800°C以上で焼成することによって得ることができる。
[0013] 本発明に用いる SiC粉末は、気相法、アチソン法等の公知の製造方法によって製 造された粉末を用いることができる。
また、粒子径分布も特に制限はなぐ単独あるいは粒度調整を行って使用しても構 わない。例えば、 40 μ ΐη以上の平均粒子径の SiC粗粉が好ましくは 40〜80質量％ と、 15 μ m以下の平均粒子径の SiC微粉を好ましくは 60〜20質量％混合した混合 粉末を用いることが一例として挙げられる。
[0014] 本発明に係る SiC粉末を成形して所定の形状にする成形方法についても特に制限 は無ぐプレス成形、押し出し成形、铸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。
乾燥方法については特に制限はないが、 1枚ずつ乾燥を行うか、 SiC粉末の成形 体間にプリフォーム形状と等しい形状のカーボン等のスぺ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できる。 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。
[0015] 次に SiC粉末の成形体を、脱脂、焼成する。焼成後の SiCプリフォームの相対密度 力 5〜75%の範囲にあるものが好ましレ、。 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ぐより好ましくは 5MPa以上である。焼成温度は 800°C以上、より好ましくは 900°C以上であれば、焼 成時の雰囲気に関係なぐ曲げ強度が 3MPa以上の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°Cを超える温度で焼成すると、 SiCの酸化が促 進され、アルミニウム一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°C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応じて 適宜決められる。
[0016] 本発明においては、 SiCプリフォームの大きさは最終寸法よりも大きくする必要があ る。プリフォーム寸法が最終寸法よりも小さいと含浸後のアルミニウム—炭化珪素質 複合体をウォータージェットにて加工した際に、アルミニウム合金層が一つまたは複 数の側面に残ってしまう場合がある。
[0017] 次に SiCプリフォームを積層する。従来、 SiCプリフォームは、アルミニウム合金が含 浸した際に所定の大きさになるよう、予め決められた型枠内に積層して収め一つのブ ロックとしてレ、た。一方、本発明では、含浸後にウォータージェットを用いて加工する ため含浸の際に型枠を用いなくてもよぐ生産性の点で好ましい。本発明で型枠を使 用する場合は、最終寸法よりも大きい型枠を用いる必要がある。
[0018] SiCプリフォームを積層したブロックを 500〜650°C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注ぎ、好ましくは 30MPa以上、より好ましくは 35MPa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。そ の後、含浸したブロックを切り出すと、全面にアルミニウム合金層を有するアルミユウ ム一炭化珪素質複合体が得られる。なお、含浸時の歪み除去の目的でァニール処 理を行うこともある。ァニール処理には、アルミニウム合金層と炭化珪素質複合体の 接合をより強固にするという効果もある。
[0019] 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0 /0、好ましくは 9〜： 15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るのでより好ましぐ含有量としては 0. 5 〜0. 9質量％が好ましぐ 0. 7〜0. 9質量％がより好ましレ、。アルミニウム合金中の ァノレミニゥム、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ぐ例えば銅等が含まれていてもよい場合がある。
[0020] アルミニウム合金含浸後の歪み除去の目的で行うァニール処理は、 400〜550°C 、好ましくは 500〜550°Cの温度で 10分間以上、好ましくは 30分間以上行うことが好 ましレ、。ァニール温度が 400°C未満であると、複合体内部の歪みが十分に開放され ずその後の工程で反りが大きく変化してしまう場合がある。一方、ァニール温度が 55 0°C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。ァニール時 間が 10分未満であると、ァニール温度が 400〜550°Cであっても複合体内部の歪み が十分に開放されず、その後の工程で反りが大きく変化してしまう場合がある。
[0021] 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 。アルミニウム 炭化珪素質複合体中の SiC含有率の高い方が、熱伝導率が高ぐ 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、
[0022] 本発明のアルミニウム 炭化珪素質複合体は、両主面にアルミニウム合金からなる アルミニウム層を有する。このアルミニウム層は、めっき処理を施す際のめっき密着性 を確保するために必要である。アルミニウム層の厚みは、平均厚みが 10〜： 150 z m であることが好ましぐより好ましくは l OO x m以下である。平均厚みが 10 x m未満で は、その後のめっき前処理等の表面処理時に部分的にアルミニウム一炭化珪素質複 合体が露出し、その部分にめっき未着が発生したり、めっき密着性が低下する場合 力 Sある。一方、平均厚みが 150 z mを超えると、得られるベース板自体の熱膨張率が 大きくなり過ぎて、接合部の信頼性が低下する場合がある。 更に、本発明のアルミニウム 炭化珪素質複合体はアルミニウム合金からなるアル ミニゥム層を側面に有しないことを特徴とするものである。側面にアルミニウム層が残 る場合と対照的に、側面にアルミニウム層が有さない場合は、めっき後に側面に付着 した半田が容易に除去できるので、半田付着による寸法変化が大幅に小さくなるた め、小型化されたパワーモジュールにも容易に実装可能である。
アルミニウム—炭化珪素質複合体の側面は、その全面がアルミニウム層を有しない 場合が好ましいが、本発明では、必ずしも全側面がアルミニウム層を有しなくともよぐ その一部の側面にアルミニウム層を有しない場合もそれなりの効果を有する。本発明 では、なかでも、側面の面積の好ましくは 20%以上、より好ましくは 30%以上がアル ミニゥム層を有しなレ、場合が好適である。
[0023] アルミニウム一炭化珪素質複合体を最終寸法に加工するために用いるウォーター ジェットは、ガーネット等の砥粒を研磨剤として使用する。砥粒の平均粒度は 80〜： 15 0 /i m、好ましくは 100〜： 130 /i mが好適である。加工時の圧力（水圧）及び加工速 度は、アルミニウム 炭化珪素質複合体の厚みに応じて適宜決められる。例えば、ァ ノレミニゥムー炭化珪素質複合体の厚みが 3〜5mmの場合、加工は水圧が好ましくは 200〜300MPa、より好ましくは 200〜250MPa、カ卩ェ速度力 00mm/min以下、 より好ましくは 80mm/min以下で行うのが一般的である。圧力が 200MPa未満で あったり、加工速度が 100mm/minを超えると、切断不良や、加工面と裏面の寸法 差が大きくなり加工不良となる場合がある。
[0024] ウォータージェット加工後に加工面と裏面の寸法差を所定の寸法以下に抑えるた めには、ウォータージェット加工機のアブレシブノズノレ径を小さくしたり、ノズノレヘッド を被カ卩ェ体に対して傾きをつけて加工することが効果的である。
加工条件の一例を挙げるとアルミニウム一炭化珪素質複合体の厚みが 5mmであり 、水圧 200MPa及び加工速度 lOOmmZminの加工条件でウォータージェット加工 する場合、両主面の寸法差を 0. 6mm以内に抑えるためには、アブレシブノズル径を 1. Omm以下にする力 ノズノレヘッドを被加工体に対して垂直方向から外側に 3° 〜 20。 傾けるとよい。
[0025] 本発明に係るアルミニウム—炭化珪素質複合体は、側面にアルミニウム合金層を有 しないことにより、実装時の半田付着による寸法変化が小さぐ容易に実装できるとい う特長を有する。
また、ウォータージェットで加工することにより、容易に複雑な形状に加工できるとい う特長に加え、加工時間が大幅に短縮するという効果も有する。
このため、今後益々多様化する高信頼性を要求される半導体部品搭載用パワーモ ジュール用ベース板等として好適である。
実施例
[0026] 以下本発明の実施例によりさらに詳細に説明する力 これらに限定して解釈される ものではない。
(実施例 1)
SiC粉末 A (太平洋ランダム社製： NG— 220、平均粒子径： 60 i m) 70g、 SiC粉 末 B (屋久島電工社製： GC— 1000F、平均粒子径： 10 μ ΐη) 30§、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、 19 Omm X 140mm X 5. 0mmの寸法の平板状に圧力 lOMPaでプレス成形した。得ら れた成形体を、大気中、 900°C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。
[0027] 得られた SiCプリフォームを、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°C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 3 00mm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、 lOOMPaの圧力で 20分間加圧して SiCプリフ オ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 アルミニウム—炭化珪素質複合体の外周にアルミニウム合金からなるアルミニウム層 が 10mm以下の肉厚になるように切断し、挟んだ SUS板をはがした後、含浸時の歪 み除去のために 530°Cの温度で 3時間ァニール処理を行レ、、アルミニウム—炭化珪 素質複合体を得た。
[0028] 次に、アルミニウム—炭化珪素質複合体を図 1に示す形状に加工した。ウォーター ジェット（スギノマシン社製、アブレシブ 'ジェットカツタ NC)により、圧力 250MPa、カロ ェ速度 50mm/min、アブレシブノズル径 1. 2mm、ノズルヘッドを固定した条件で 、研磨剤として粒度 100 μ ΐηのガーネットを使用し、側面にアルミニウム合金からなる アルミニウム層がなくなるよう加工を行った。
[0029] (実施例 2)
実施例 1と同様にアルミニウム一炭化珪素質複合体を作製し、アブレシブノズノレ径 を 0. 8mmとした以外は実施例 1と同様の条件でウォータージェット加工を行った。
[0030] (実施例 3)
実施例 1と同様にアルミニウム一炭化珪素質複合体を作製し、ノズノレヘッドを被カロ ェ体に対し外側に 10° 傾けて加ェを行つた以外は実施例 1と同様の条件でウォータ 一ジェット加工を行った。
[0031] (比較例 1)
実施例 1のアルミニウム一炭化珪素質複合体を用い、機械加工 (キタムラ機械社製 、 HX400iF)にて図 1の形状に加工した。
[0032] (比較例 2)
図 2に示す寸法（単位： mm)で厚みが 5. Ommの平板状 SiCプリフォームを用レ、た こと以外は実施例 1と同様にアルミニウム—炭化珪素質複合体を作製し、実施例 1と 同様に図 1の形状にウォータージェットにて加工を行った。本比較例のアルミニウム —炭化珪素質複合体の側面には lmmのアルミニウム合金層があった。
(実施例 4)
[0033] 実施例:!〜 3,比較例 1, 2のアルミニウム 炭化珪素質複合体をそれぞれ 10枚作 製し、 1枚あたりの加工に要した平均時間を求めた。また、加工後の表裏の寸法差を 測定し、平均値を求めた。
[0034] 加工した実施例:!〜 3，比較例 1， 2のアルミニウム一炭化珪素質複合体に無電解 ニッケルめっき処理を行レ、、アルミニウム合金からなるアルミニウム層に 5 μ m厚みの めっき層を形成した。次に、市販の窒化アルミニウム回路基板（大きさ； 120mm X 80 mm、電気化学工業社製）を、窒化アルミニウム回路基板と同一形状で厚みが 200 μ mのフラックス入り共晶半田を用いてニッケノレめつき処理したアルミニウム一炭化珪素 質複合体に接合し、接合後、アルミニウム一炭化珪素質複合体の側面へ半田が付 着した枚数を測定した。結果を表 1に示す。 [0035] [表 1]
Figure imgf000012_0001
産業上の利用可能性
[0036] 本発明のアルミニウム 炭化珪素質複合体は、ウォータージェットで加工することに より、加工時の応力開放によるクラック発生を抑制し、容易に複雑な形状を付加する ことできるという特長に加え、加工時間が少なくなるという効果を有するので、高信頼 性を要求される半導体部品搭載用パワーモジュール用のベース板等として利用可能 である。 なお、 2006年 5月 9曰に出願された曰本特許出願 2006— 130044号の明糸田書、 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。

Claims

請求の範囲
[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るァ ノレミニゥム—炭化珪素質複合体であって、
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、側面部及 び穴部をウォータージェット加工し、側面には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ないことを特徴とするアルミニウム—炭化珪素質複合体。
[2] 前記アルミニウムを主成分とする金属が、シリコンを 7〜25質量％含有してなる請求 項 1に記載のアルミニウム 炭化珪素質複合体。
[3] 前記アルミニウムを主成分とする金属力 マグネシウムを 0. 5〜0. 9質量％含有し てなる請求項 1または 2に記載のアルミニウム 炭化珪素質複合体。
[4] 請求項 1〜3のいずれかに記載のアルミニウム—炭化珪素質複合体を用いてなる パワーモジュール用ベース板。
[5] 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させる方法が、高圧 鍛造法の溶湯鍛造法であることを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載のアルミ 二ゥムー炭化珪素質複合体の製造方法。
[6] アルミニウムを主成分とする金属を含浸させた後に、 400〜550°Cの温度で 10分 以上のァニール処理を行う請求項 5に記載のアルミニウム一炭化珪素質複合体の製 造方法。
[7] 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るァ ノレミニゥム—炭化珪素質複合体の加工方法であって、
前記アルミニウム—炭化珪素質複合体の側面部及び穴部をウォータージェットにより カロェせしめて、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、かつ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側面に有しないよ うにすることを特徴とするアルミニウム一炭化珪素質複合体の加工方法。
[8] 前記ウォータージェットによる加圧水圧が 200〜300MPa、加工速度が 100mm/ min以下である請求項 7に記載のアルミニウム—炭化珪素質複合体の加ェ方法。
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