[发明专利]铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为电源模块用底板的铝-碳化硅复合体以及使用该复合体的散热零件。

背景技术

近年来半导体元件随着高集成化和小型化，其发热量也在不断增加，如何高效散热已成为研究课题。作为电源模块用电路基板，如今使用在具有高绝缘性·高导热性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面形成有铜制或铝制的金属电路的电路基板。

现有电路基板的典型散热结构为在电路基板背面(散热面)的金属板例如铜板上锡焊底板而形成的结构，作为底板，通常为铜制。但该结构存在以下问题：当在半导体器件上施加热负荷时，焊锡层会出现因底板与电路基板的热膨胀差引起的裂纹，其结果是，散热不充分而引起半导体元件的误动作或损坏。

为此，作为热膨胀系数与电路基板接近的底板，提出了铝合金-碳化硅复合体(专利文献1)。

专利文献1：日本专利特表平3-509860号公报

底板多与散热片接合使用，其接合部分的形状、翘曲程度也是重要的特性。例如将底板与散热片接合时，通常在涂布高导热性的散热润滑油后，利用设置在底板周缘部的孔和螺丝将底板固定在散热片或散热单元等上，但如果底板上存在大量微小凹凸，则在底板与散热片之间会产生间隙，即使涂布高导热性的散热润滑油，导热性也会显著下降。其结果导致由陶瓷电路基板、底板、散热片等构成的模块整体的散热性显著下降。

因此，为了使底板与散热片之间尽量不产生间隙，采用事先赋予了凸形翘曲的底板。通常，使用具有规定形状的夹具，在加热下对底板施加压力使其变形来获得该翘曲。但是，当底板表面有波纹时，用该方法得到的翘曲存在形状不稳定、品质不稳定的问题。而且，还存在因翘曲形状的偏差和表面凹凸使底板与散热片之间产生较大间隙的问题。

另外，还有通过对底板表面进行加工来赋予翘曲的方法，但存在以下问题：由于铝-碳化硅复合体非常硬，需要用金刚石等的工具进行大量磨削，因此成本增加。

为了解决上述问题，已提出有如下方法：使以铝为主要成分的金属含浸入平板状碳化硅多孔体，在两主面上设置由以铝为主要成分的金属形成的铝层，对散热面侧的铝合金层进行机械加工。

但是，用上述方法制造的底板在机械加工后，表面铝合金层的厚度增加，因此底板自身的热膨胀率变大，若在电源模块组装时与陶瓷电路基板进行锡焊，则有时会在相当于陶瓷电路基板背面的散热面上产生凹坑。

此外，上述方法还存在以下问题：为了控制两主面的铝合金层的厚度均一并使铝-碳化硅复合体不露出，需要高级加工技术。

发明的揭示

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供适合作为电源模块用底板使用的铝-碳化硅复合体。

本发明者为了实现上述目的进行了潜心研究，结果发现：对于使平板状碳化硅多孔体含浸以铝为主要成分的金属(以下称为铝合金)而形成的铝-碳化硅复合体，通过在两主面设置由铝合金形成的铝层来赋予镀敷性，控制平板状碳化硅多孔体的面内厚度差的同时，在含浸时采用合适的层叠方法来控制两主面的铝层厚度及其偏差，能控制翘曲形状，从而完成了本发明。

即，本发明的电源模块用底板的特征在于，所述底板由铝-碳化硅复合体形成，该复合体通过将平板状碳化硅多孔体成形或加工成面内厚度差为100μm以下后以1～20Nm的面方向的紧固力矩用脱模板夹持而层叠、并使其含浸铝合金而得到；在两主面具有由铝合金形成的铝层，该铝层的平均厚度为10～150μm，铝层的面内厚度的最大值与最小值之差为80μm以下，两主面的铝层的平均厚度之差为50μm以下，且上述平板状碳化硅多孔体的形状是长方形，或是在长方形上附加了将孔部包围的部分的外周部而形成的形状。

本发明的电源模块用底板的特征还在于，两主面、安装孔的周围以及外周部由铝合金层或由陶瓷纤维与铝合金的复合体形成，外周部由铝-碳化硅复合体露出而形成。

本发明的电源模块用底板的特征还在于，对铝-碳化硅复合体施加10Pa以上的应力，并在温度450℃～550℃下加热处理30秒以上而形成翘曲，翘曲量在每10cm的长度上为0～200μm，且凹坑深度为50μm以下，导热系数为180W/mK以上，且温度为150℃时的热膨胀系数为9×10^-6/K以下，且实施在温度350℃下保持10分钟后在室温下自然冷却的热循环10次后，翘曲量的变化在每10cm的长度上为30μm以下。

此外，本发明的电源模块用底板的特征还在于，铝-碳化硅复合体用高压含浸法制得。本发明的散热零件的特征在于，对电源模块用底板实施镀镍处理，形成厚1～20μm的镀敷被膜，再接合半导体安装用陶瓷基板而形成。