[发明专利]铝-碳化硅质复合体及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及适合作为功率模块用底板(baseboard)等的铝—碳化硅质复合 体及其加工方法。

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 何使所用的电路基板有效地散热成为了问题。因此，在具有高绝缘性、高热传 导性的例如氮化铝基板、氮化硅基板等陶瓷基板的表面形成铜制或铝制的金属 电路并在其背面形成铜制或铝制的金属散热板而构成的陶瓷电路基板例如被 用作功率模块用基板。

以往的功率模块的典型的散热结构是将底板锡焊于陶瓷电路基板而成的 结构，作为底板一般为铜、铝。然而，该结构在例如受到热负荷时，焊锡层发 生由底板与陶瓷电路基板的热膨胀系数差引起的开裂，结果散热变得不充分， 出现使电路上的半导体误动作、破损等问题。

因此，作为热膨胀系数与陶瓷电路基板的热膨胀系数相近的底板，提出了 铝合金—碳化硅质复合体(参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特愿平3—509860号公报。

近年来，随着功率模块用底板的形状复杂化，为形成所要的形状，使用钻 石等工具的磨削等机械加工变得必要。另外，随着功率模块自身的小型化，为 了防止底板精密加工时以及安装时因底板侧面附着有焊锡而导致尺寸变化，希 望得到焊锡难以附着的结构的底板。如果为防止焊锡的附着而使与焊锡的浸润 性差的碳化硅外露，则有显著的效果，但是由于铝—碳化硅质复合体是硬材质， 因此如果机械加工至碳化硅外露，则存在加工时间变长等生产效率低、高成本 的难点。

除此之外，有机械加工时铝—碳化硅质复合体的内部发生形变，在机械加 工后的退火处理工序中翘曲程度大幅度变化的可能。因此，采取了预先将预制 件插入与最终形状相近的金属制的框体中进行含浸、减少加工量等措施。然而， 如果用最终形状的金属框体进行含浸，则存在含浸后的金属框体的脱模操作烦 杂、脱模时产生缺陷、脱模后的铝—碳化硅质复合体的最终尺寸的偏差变大的 问题。

此外，外周形状为复杂形状时，如果用最终形状的型箱复合化，则存在复 合化后的冷却过程中应力集中于角落部分、发生开裂的问题。虽然也有制作外 周部分由铝合金形成的例如图1所示的结构的复合体，然后对外周部分进行机 械加工的方法，但加工时因铝合金与铝—碳化硅质复合体的热膨胀差使应力失 去平衡而导致裂纹发生。因此，为制作复杂形状的底板，必需制作比制品形状 大的平板状的铝—碳化硅质复合体，通过退火处理等充分地除去内部形变后， 用钻石制的工具对外周形状进行磨削加工，此时，存在加工成本变得非常昂贵 的难点。

发明的揭示

本发明鉴于上述状况，其目的是提供适合作为功率模块用底板等的铝—碳 化硅质复合体及其加工方法。

即，本发明具有以下技术内容。

(1)铝—碳化硅质复合体，该复合体通过将以铝为主要成分的金属含浸至 平板状的碳化硅质多孔体中而形成，

该铝—碳化硅质复合体的特征在于，两主面具有由以铝为主要成分的金属 形成的铝层，对侧面部及孔部进行水喷射(water jet)加工，使侧面不具有由 以铝为主要成分的金属形成的铝层。

(2)上述(1)记载的铝—碳化硅质复合体，其中，上述以铝为主要成分的金属 含有7～25质量％的硅。

(3)上述(1)或(2)记载的铝—碳化硅质复合体，其中，上述以铝为主要成分 的金属含有0.5～0.9质量％的镁。

(4)使用上述(1)～(3)中任一项记载的铝—碳化硅质复合体而形成的功率模 块用底板。

(5)上述(1)～(4)中任一项记载的铝—碳化硅质复合体的制造方法，该方法 的特征在于，使以铝为主要成分的金属含浸至碳化硅质多孔体中的方法是高压 锻造法的液态模锻法。

(6)上述(5)记载的铝—碳化硅质复合体的制造方法，其中，使以铝为主要 成分的金属含浸后，以400～550℃的温度进行10分钟以上的退火处理。

(7)铝—碳化硅质复合体的加工方法，该方法是使以铝为主要成分的金属 含浸至平板状的碳化硅质多孔体中而形成的铝—碳化硅质复合体的加工方法，

该加工方法的特征在于，用水喷射对上述铝—碳化硅质复合体的侧面部及孔 部进行加工，使两主面具有由以铝为主要成分的金属形成的铝层，且侧面不具 有由以铝为主要成分的金属形成的铝层。