[发明专利]金属-碳粒子复合材料及其制造方法

说明书

金属‑碳粒子复合材料(30)以层叠状具备一层以上的鳞片状石墨粒子分散层(1)、一层以上的碳纤维分散层(2)和一层以上的金属层(3)，鳞片状石墨粒子分散层(1)是在金属基体(9)中分散作为碳粒子的鳞片状石墨粒子(1a)而得到的，碳纤维分散层(2)是在金属基体(9)中分散作为碳粒子的碳纤维(2a)而得到的，金属层(3)是由金属基体(9)形成的。一层以上的鳞片状石墨粒子分散层(1)、一层以上的碳纤维分散层(2)和一层以上的金属层(3)被接合一体化。鳞片状石墨粒子分散层(1)和碳纤维分散层(2)中的一层与金属层(3)在遍及复合材料(30)的大致整个厚度方向上以交替层叠的状态排列。

技术领域

本发明涉及包含金属基体和分散在金属基体中的碳粒子的金属-碳粒子复合材料、其制造方法和功率模块用冷却器。

再者，本说明书和专利请求保护的范围中，除了特别说明的情况以外，“铝”这一用语在包括纯铝和铝合金这两者的意思下使用，除了特别说明的情况以外，“铜”这一用语在包括纯铜和铜合金这两者的意思下使用。

另外，本发明的金属-碳粒子复合材料的上下方向没有限定，在本说明书和专利请求保护的范围中，为了容易理解复合材料的结构，将复合材料的厚度方向和层叠体的厚度方向分别定义为复合材料的上下方向和层叠体的上下方向。

另外，本发明的功率模块用冷却器的上下方向没有限定，在本说明书和专利请求保护的范围中，为了容易理解冷却器的结构，将担载发热性元件(例如功率半导体芯片)的冷却器的搭载面侧定义为冷却器的上侧，并将其相反侧定义为冷却器的下侧。

背景技术

作为公开了金属-碳粒子复合材料的文献，有例如日本专利第5150905号公报(专利文献1)、日本专利第4441768号公报(专利文献2)和日本特开2006-1232(专利文献3)。

日本专利第5150905号公报公开了一种金属基碳纤维复合材料的制造方法，通过在片状或箔状的金属支持体上形成含有作为碳粒子的碳纤维的皮膜而形成预成形体，将该预成形体层叠多个形成层叠体，并对层叠体进行加热压接来使预成形体彼此一体化，由此制造作为金属-碳粒子复合材料的金属基碳纤维复合材料。该方法中，在得到的复合材料中，热传导率变高的仅为碳纤维排列的一个方向。

日本专利第4441768号公报公开了一种金属-石墨复合材料的制造方法，通过使用鳞状石墨粉末和预定的鳞状金属粉末的混合体形成烧结前体，一边对烧结前体加压一边烧结，由此制造作为金属-碳粒子复合材料的金属-石墨复合材料。该方法中，在制造时难以处理金属粉末，且存在制造成本高这样的问题。

日本特开2006-1232号公报公开了一种高热传导·低热膨胀复合材料的制造方法，通过对结晶性碳材料层与金属层层叠而成的复合化了的复合体进行热压烧结，来制造作为金属-碳粒子复合材料的高热传导·低热膨胀复合材料。该方法中，难以进行复合体的烧结，因此，认为接合不充分且容易发生接合界面的不吻合。

作为公开了金属-碳粒子复合材料的其他文献，有日本特开2015-25158号公报(专利文献4)和日本特开2015-217655号公报(专利文献5)。

在先技术文献

专利文献1：日本专利第5150905号公报

专利文献2：日本专利4441768号公报

专利文献3：日本特开2006-1232号公报

专利文献4：日本特开2015-25158号公报

专利文献5：日本特开2015-217655号公报

发明内容

然而，使用了SiC等的新一代半导体芯片能够在高温下工作。将那样的芯片冷却的冷却器的材料，希望为了降低芯片的工作温度变高带来的热应力而具有低线膨胀性，并且为了提高冷却性能而具有高热传导性。