[发明专利]铝-金刚石类复合体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝-金刚石复合体的制备方法。

背景技术

通常，对于光通信等所使用的半导体激光元件、高性能MPU(微处理单元)等半导体元件而言，如何高效地释放由该元件产生的热量，在防止动作不良等方面是非常重要的。近年来，随着半导体元件的技术进步，元件不断地高输出功率化、高速化和高集成化，对其散热的要求也愈发严格。因此，通常，对散热器等散热部件也要求高的导热系数，使用导热系数高达390W/mK的铜(Cu)。

另一方面，各半导体元件的尺寸随着高输出功率化而增大，半导体元件和用于散热的散热器间的热膨胀失配的问题变得明显。为解决这些问题，需要开发具有高导热特性并可确保与半导体元件之间的热膨胀率匹配的散热器材料。作为这样的材料，有人提出了金属和陶瓷的复合体，例如铝(Al)和碳化硅(SiC)的复合体(专利文献1)。

但是，在Al-SiC类的复合材料中，无论如何优化条件导热系数都在300W/mK以下，因而需要开发具有铜的导热系数以上的更高的导热系数的散热器材料。作为这样的材料，有人将金刚石所具有的高导热系数和金属所具有的高热膨胀率结合，从而提出了导热系数高且热膨胀系数接近半导体元件材料的金属-金刚石复合材料(专利文献2)。

此外，在专利文献3中，通过在金刚石粒子的表面形成β型的SiC层，抑制复合化时所形成的低导热系数的金属碳化物的生成，并改善与熔融金属之间的润湿性，改善所得的金属-金刚石复合材料的导热系数。

而且，由于金刚石是非常坚硬的材料，因此与金属复合化而得的金属-金刚石复合材料也同样非常坚硬，是较难加工的材料。因此，金属-金刚石复合材料几乎无法通过普通的金刚石工具进行加工，在小型且形状各异的散热器使用金属-金刚石复合材料时，存在如何以低成本进行形状加工的问题。对于这个问题，金属-陶瓷复合材料能够导电，因而也有人研究了利用电火花加工等的加工方法。

专利文献1：日本专利特开平9-157773号公报

专利文献2：日本专利特开2000-303126号公报

专利文献3：日本专利特表2007-518875号公报

发明的概要

但是，作为上述散热器用材料的使用方式，通常，为了高效地释放半导体元件发出的热量，以用钎焊等将散热器接合于半导体元件的方式进行接触配置。因此，需要对该用途所使用的散热器的用钎焊等接合的面实施镀敷处理等，对于金属-金刚石复合材料而言，如果接合面上有金刚石粒子露出，则难以形成镀层，其结果是接触界面的热阻增大。而且，如果接合面的表面粗糙度较大，则接合时钎焊层的厚度变得不均匀，散热性降低，因此不理想。因此，作为散热器用材料所要求的特性，存在镀敷性及如何减小表面粗糙度的问题。

因此，需要一种兼具高导热系数以及接近半导体元件的热膨胀率并改善了表面的镀敷性及表面粗糙度的复合材料。

即，本发明的目的在于，提供兼具高导热系数以及接近半导体元件的热膨胀率并且改善了表面的镀敷性和表面粗糙度而适用于半导体元件的散热器等的铝-金刚石类复合体的制备方法。

即，本发明的铝-金刚石类复合体的制备方法的特征在于，包括如下步骤：准备金刚石粉末的步骤，所述金刚石粉末由全部金刚石粒子的50体积％以上的粒径为50μm以上的金刚石粒子和全部金刚石粒子的10～40体积％的粒径为15μm以下的金刚石粒子构成；在所述金刚石粉末中添加相对于全部金刚石粒子以固体成分换算为0.5～3质量％的胶态二氧化硅而得到浆料的步骤；通过对所述浆料进行冲压成形或浇铸成形，制备所述金刚石粒子的成形体的步骤；以及在大气中或氮气气氛下，在800℃～1100℃对所述成形体进行烧成，得到金刚石粒子的含量为总体积的40～70体积％的多孔金刚石成形体的步骤。

而且，本发明的铝-金刚石类复合体的制备方法的特征还在于，包括如下步骤：加热所述多孔金刚石成形体的步骤；将铝合金加热至熔点以上，使其浸渗所述多孔金刚石成形体，制备两面被含有以铝为主要成分的金属的表面层覆盖的平板状的铝-金刚石类成形体的步骤；以及加工所述铝-金刚石类成形体，从而制备铝-金刚石类复合体的步骤。

根据包括上述方法的铝-金刚石类复合体的制备方法，能够得到具有高导热性以及接近半导体元件的热膨胀率并且表面的镀敷性得以提高、表面粗糙度较小的铝-金刚石类复合体。

此外，本发明的铝-金刚石类复合体的制备方法的特征还在于，在加热所述多孔金刚石成形体的步骤中，在铁制或石墨制的砂箱内配置所述多孔金刚石成形体，通过涂布有脱模剂的脱模板夹持所述多孔金刚石成形体的两面，在600～750℃进行加热。