DE112015003524T5 - Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung sowie deren Herstellungsverfahren - Google Patents

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Takeshi Miyakawa
Motonori KINO
Hideki Hirotsuru
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Denka Co Ltd
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Abstract

[Aufgabe] Bereitstellung einer Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einer hohen Haftung an anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen, sowie deren Herstellungsverfahren. [Lösungsweg] Bereitgestellt werden eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einem ein Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfassenden plattenförmigen Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungsteil und Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung, die auf beiden Plattenflächen des Zusammensetzungsteils vorgesehen sind, wobei auf einer Plattenfläche eine Schaltplatine montiert ist und die andere Plattenfläche als wärmeabstrahlenden Fläche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenfläche des Zusammensetzungsteils auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, die Aluminiumschicht auf der Seite der wärmeabstrahlende Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, das Verhältnis (Ax/B) der durchschnittlichen Dicke (A) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche (B) 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,00 ist, und das Verhältnis (Ay/B) der durchschnittlichen Dicke (Ay) in der Mitte der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche (B) 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00 ist, sowie deren Herstellungsverfahren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung sowie deren Herstellungsverfahren.
  • Hintergrundtechnologie
  • Bei der typischen wärmeabstrahlenden Struktur einer herkömmlichen Schaltplatine handelt es sich um die Lötung einer Basisplatte über eine Metallplatte (z. B. eine Kupferplatte) der Rückseite (wärmeabstrahlende Fläche) einer Schaltplatine, wobei es sich im Allgemeinen bei der Basisplatte um Kupfer oder Aluminium handelte. Ferner wurde als Basisplatte mit einem an die Schaltplatine angenäherten Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Aluminiumlegierung-Siliziumcarbid-Zusammensetzung vorgeschlagen (Patentliteratur 1).
  • Häufig wird eine Basisplatte in Zusammensetzung mit einer wärmeabstrahlenden Lamelle oder einer wärmeabstrahlenden Einheit verwendet, wobei ferner die Form und die Wölbung des Zusammensetzungsabschnitts als wichtige Charakteristiken angeführt werden. Wird z. B. eine Basisplatte mit einer wärmeabstrahlenden Lamelle verbunden, erfolgt im Allgemeinen unter Verwendung einer Öffnung, die am Umgebungsrand der Basisplatte vorgesehen ist, eine Befestigung an der wärmeabstrahlenden Lamelle, wärmeabstrahlenden Einheit usw. mit einer Schraube.
  • Damit zwischen der Basisplatte und der wärmeabstrahlenden Lamelle möglichst kein Zwischenraum entsteht, kommt es vor, dass z. B. eine solche verwendet wird, bei der vorab an der Basisplatte eine konvexe Wölbung angebracht wurde. Es wurde zwar ein Verfahren vorgeschlagen, um eine konvexe Wölbung auf der Oberfläche der Basisplatte mittels einer mechanischen Bearbeitung spanabhebend zu formen, da jedoch eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung ausgesprochen hart ist, ist ein häufiges Schleifen mit einem Werkzeug, wie z. B. einem Diamantschleifwerkzeug erforderlich, sodass das Problem eines sich verteuernden Herstellungspreises besteht.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung vorgeschlagen, bei der auf beiden Seiten der Plattenfläche eine aus einer Aluminiumlegierung bestehende Aluminiumschicht vorgesehen und die Aluminiumschicht bearbeitet wird (Patentliteratur 2).
    • Patentliteratur 1: JP Offenlegung Nr. 3-509860
    • Patentliteratur 2: JP Offenlegung Nr. 2005-64261
  • Überblick über die Erfindung
  • Beim Verbinden einer Basisplatte mit einer wärmeabstrahlenden Lamelle bestand das Problem, dass sich die Haftung zwischen der Basisplatte und der wärmeabstrahlenden Lamelle verschlechtert, wenn auf der Fläche, die z. B. mit der wärmeabstrahlenden Lamelle der Basisplatte in Kontakt steht, zahlreiche feine Unebenheiten vorliegen. Es bestand daher das Problem, dass die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Basisplatte und der wärmeabstrahlenden Lamelle sich erheblich verschlechtert, und sich dadurch die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Moduls, bestehend aus einer Keramik-Schaltplatine, der Basisplatte, der wärmeabstrahlenden Lamelle usw. erheblich verschlechtert.
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte unter Berücksichtigung dieser Umstände und stellt eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einer hohen Haftung an anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen, sowie deren Herstellungsverfahren bereit.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einem ein Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfassenden plattenförmigen Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungsteil und Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung, die auf beiden Plattenflächen des Zusammensetzungsteils vorgesehen sind, wobei auf einer Plattenfläche eine Schaltplatine montiert ist und die andere Plattenfläche als wärmeabstrahlende Fläche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenfläche des Zusammensetzungsteils auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, die Aluminiumschicht auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, das Verhältnis (Ax/B) der durchschnittlichen Dicke (A) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,00 ist, und das Verhältnis (Ay/B) der durchschnittlichen Dicke (Ay) in der Mitte der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00 ist, bereitgestellt.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungsgröße Cx pro 10 cm in Richtung der kurzen Seite der Außenfläche –10 μm ≤ Cx ≤ 30 μm beträgt, und die Bogengröße Cy pro 10 cm in der Richtung der langen Seite der Außenfläche –10 μm ≤ Cy ≤ 40 μm beträgt, wenn die Schaltplatine montiert wurde.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der kurzen Seite und der langen Seite der Außenfläche gleich ist, und das Verhältnis (A/B) der durchschnittlichen Dicke (A) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenfläche und der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche 0,91 ≤ A/B ≤ 1,00 ist.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, 0,1 mm bis 0,3 mm beträgt, und die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht innerhalb der Fläche 0,1 mm oder weniger beträgt.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, und der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 50% oder weniger als die durchschnittliche Dicke der dickeren Aluminiumschicht beträgt.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 25°C eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK oder höher aufweist und bei 150°C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 × 10–6/K oder weniger aufweist.
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Schritt, in dem ein plattenförmiger, poröser Siliziumcarbid-Körper gebildet wird, einen Schritt, in dem eine Plattenfläche des porösen Siliziumcarbid-Körpers in eine konkave Wölbungsform mechanisch bearbeitet wird, einen Schritt zur Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung, die ein plattenförmiges Zusammensetzungsteil, das Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung enthält, indem der poröse Siliziumcarbid-Körper mit einer Aluminiumlegierung imprägniert wird, und auf beiden Plattenseiten des Zusammensetzungsteils vorgesehene Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung aufweist, und einen Schritt zum Bilden einer wärmeabstrahlenden Fläche mit einer konkaven Wölbungsform, indem die Aluminiumschicht auf der Seite der Fläche, bei der der poröse Siliziumcarbid-Körper in die konkave Wölbungsform bearbeitet wurde, mechanisch bearbeitet wird, umfasst.
  • Die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung hat eine hohe Haftung an anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen.
  • Einfache Erläuterung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Darstellung, die den abstrakten Aufbau der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es sich um eine Draufsicht aus der Plattendickenrichtung handelt.
  • 2 sind seitliche Darstellungen der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung von 1 aus der Richtung der kurzen Seite der Außenfläche (2(a)) und aus der Richtung der langen Seite (2(b)).
  • 3 ist eine Draufsicht, die den abstrakten Aufbau der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Draufsicht, die den abstrakten Aufbau der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine abstrakte Seitenansicht zur Erläuterung der Definition der Wölbungsgröße bei der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung und deren Herstellungsverfahren erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
  • Bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einem ein Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfassenden plattenförmigen Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungsteil und Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung, die auf beiden Plattenflächen des Zusammensetzungsteils vorgesehen sind, wobei auf einer Plattenfläche eine Schaltplatine montiert ist und die andere Plattenfläche als wärmeabstrahlende Fläche verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenfläche des Zusammensetzungsteils auf der Seite der wärmeabstrahlende Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, die Aluminiumschicht auf der Seite der wärmeabstrahlende Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, das Verhältnis (Ax/B) der durchschnittlichen Dicke (Ax) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche (B) 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,00 ist, und das Verhältnis (Ay/B) der durchschnittlichen Dicke (Ay) in der Mitte der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mute der Plattenfläche 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00 ist.
  • Die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung weist z. B. die in 1 oder 2 dargestellte Form auf.
  • Wie in 1 dargestellt, hat eine Aluminium-Silizium-Zusammensetzung 1 aus der Dickenrichtung betrachtet, in der Draufsicht eine Rechteckform, wobei am Randteil der Plattenfläche Durchgangsbohrungen 2 vorgesehen sind, um andere Bauteile mit einer Schraube zu befestigen. Wie in 2 dargestellt, weist die Aluminium-Silizium-Zusammensetzung 1 ferner eine die Peripherie der oberen und unteren Plattenfläche umlaufende Außenfläche auf, wobei eine Plattenfläche der Aluminium-Silizium-Zusammensetzung 1 die Form einer konkaven Wölbung aufweist. Bei dieser Aluminium-Silizium-Zusammensetzung 1, wird die Plattenfläche, die die Form einer konkaven Wölbung aufweist, zu der wärmeausstrahlenden Fläche, und auf der anderen Plattenfläche wird die Schaltplatine montiert.
  • Bei der Aluminium-Silizium-Zusammensetzung 1 der in 1 oder 2 dargestellten Form, wird für den Fall, dass die Dicke der in Plattendickenrichtung zentralen Position der jeweiligen gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenfläche als Ax1 und Ax2 gegeben ist, die durchschnittliche Dicke im Zentrum der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenfläche Ax durch die folgende Formel (1) definiert. Ax = (Ax1 + Ax2)/2 (1)
  • In gleicher Weise wird für den Fall, dass die Dicke der in Plattendickenrichtung zentralen Position der jeweiligen gegenüberliegenden langen Seiten der Außenfläche als Ay1 und Ay2 gegeben sind, die durchschnittliche Dicke im Zentrum der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenfläche Ay durch die folgende Formel (2) definiert. Ay = (Ay1 + Ay2)/2 (2)
  • Mit der Dicke B im Zentrum der Plattenfläche, ist die Dicke in Plattendickenrichtung in der Mitte der rechteckigen Plattenfläche (Schnittpunkt der Diagonalen des Rechtecks) gemeint. Bevorzugt ist eine Dicke B von 2 mm bis 6 mm und noch bevorzugter ist eine Dicke B von 3 mm bis 6 mm.
  • Bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist das Verhältnis (Ax/B) der durchschnittlichen Dicke Ax in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenfläche und der Dicke B in der Mitte der Plattenfläche 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,00. Ferner ist das Verhältnis (Ay/B) der durchschnittlichen Dicke Ay in der Mitte der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenfläche und der Dicke B in der Mitte der Plattenfläche 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00.
  • Durch das Vorsehen dieses Aufbaus, ergibt sich eine geeignete Form der Wölbung der gesamten Zusammensetzung, wenn die Schaltplatine an der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung montiert wurde, sodass die Haftung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gegenüber anderen Bauteilen verbessert wird, und die Kühlwirkung als wärmeabstrahlende Komponente verbessert wird.
  • Bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform ist es noch bevorzugter, wenn die Wölbungsgröße Cx pro 10 cm in Richtung der kurzen Seite der Außenfläche –10 μm ≤ Cx ≤ 30 μm, und die Wölbungsgröße Cy pro 10 cm in der Richtung der langen Seite der Außenfläche –10 μm ≤ Cy ≤ 40 μm beträgt, wenn die Schaltplatine montiert wurde.
  • Dadurch wird die Kühlwirkung verbessert, wenn die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform mit einem anderen wärmeabstrahlenden Bauteil verbunden wurde. Dies liegt daran, dass sich durch die Festlegung des vorstehenden Bereichs der Wölbungsgröße, wenn die Schaltplatine montiert ist, die Haftung an anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen verbessert.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein in eine Größe pro 10 cm konvertierter Zahlenwert als Wölbungsgröße Cx (Richtung der kurzen Seite), Cy (Richtung der langen Seite) definiert, wobei eine Gerade angenommen wird, die die beiden Endpunkte einer Strecke der Richtung der langen Seite oder der Richtung der kurzen Seite der Plattenfläche des wärmeabstrahlenden Bauteils verbindet, die Mitte des plattenförmigen wärmeabstrahlenden Bauteils (die Mitte des wärmeabstrahlenden Bauteils kann bei einer in etwa rechteckigen flachen Plattenfläche der Kreuzpunkt der Diagonalen sein) zum Mittelpunkt wird, und die Länge derjenigen Vertikalen von den Vertikalen dieser Geraden, die durch die Mitte verläuft, herangezogen wird.
  • Zum Beispiel wird bei dem Beispiel von 5 die Mitte O des wärmeabstrahlenden Bauteils zum Mittelpunkt, und P1 und P2 werden zu den Endpunkten der Strecke der Richtung der langen Seite oder der Richtung der kurzen Seite. Eine P1 und P2 verbindende Linie wird angenommen und die Länge einer von dieser Geraden durch die Mitte O gezogenen Senkrechten wird als Z gegeben. Dabei wird die Länge der Linie, die P1 und P2 verbindet, als X gegeben und der Wert der Länge Z, der der Länge X entspricht, wird als Wölbungsgröße gegeben. Hierbei wird, wenn die Länge X als 10 cm gegeben ist, der Konversionswert der Länge Z als Wölbungsgröße Cx oder Cy pro 10 cm gegeben.
  • Im Hinblick auf die Wölbungsgröße Cx, Cy wird eine konkave Wölbung auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung als positiver Wert (z. B. 20 μm) und eine konvexe Wölbung als negativer Wert (z. B. –5 μm) definiert.
  • Bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht, auf der die Schaltplatine montiert wird, 0,1 mm bis 0,3 mm beträgt.
  • Beträgt die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Montagefläche für die Schaltplatine 0,1 mm oder mehr, wird das Entstehen eines Absplitterns unterdrückt, z. B. wenn während der mechanischen Bearbeitung eine Bearbeitungsschneide auf ein SiC-Vorformling-Strukturteil in der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung trifft, sodass es nicht leicht zur Entstehung eines minderwertigen Metallüberzugs aufgrund des Freiliegens eines SiC-Vorformling-Strukturteils in der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung kommt. Bei 0,3 mm oder weniger, wird die von dem Aluminium in der gesamten Zusammensetzung eingenommene Größe nicht zu groß, sodass der Wärmeausdehnungskoeffizient niedrig gehalten werden kann.
  • Bevorzugt beträgt die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,1 mm oder weniger. Noch bevorzugter ist es, wenn die Differenz der Dicke 0,05 mm oder weniger beträgt.
  • Beträgt die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,1 mm oder weniger, kann unterdrückt werden, dass sich, wenn eine mechanische Bearbeitung erfolgt ist, bei einem anschließenden Austempern die Wölbung stark verändert. Außerdem kann die Entstehung von Rissen aufgrund der Hitze von montierten Elementen unterdrückt werden.
  • Bevorzugt ist es, wenn bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung 1 der vorliegenden Ausführungsform, die Differenz zwischen der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, und der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 50% oder weniger als die durchschnittliche Dicke der dickeren Aluminiumschicht beträgt.
  • Dadurch, dass die Differenz zwischen der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, und der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 50% oder weniger als die durchschnittliche Dicke der dickeren Aluminiumschicht beträgt, können eine Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit oder Veränderungen der Wölbungsgröße der Zusammensetzung aufgrund der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumschicht auf beiden Seiten der Plattenfläche beim Austempern zum Entfernen von Bearbeitungsverwerfungen unterdrückt werden.
  • Die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist bevorzugt bei 25°C eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK oder höher und bei 150°C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 × 10–6/K oder weniger auf.
  • Dadurch, dass sie eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK oder höher bei 25°C aufweist, kann sie als Basisplatte, auf der eine Schaltplatine montiert wird, oder mit der andere wärmeabstrahlende Bauteile verbunden werden, bevorzugt verwendet werden. Dadurch, dass sie ferner einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 × 10–6/K oder weniger bei 150°C aufweist, können bei der Verwendung als Basisplatte, auf der eine Schaltplatine montiert wird, oder mit der andere wärmeabstrahlende Bauteile verbunden werden, nicht leicht Risse entstehen.
  • Die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung 1 der vorliegenden Ausführungsform kann vor und nach dem Austempern zum Entfernen von Bearbeitungsverwerfungen, auch eine Änderungsgröße der Wölbungsgröße Dy pro 10 cm in Richtung der langen Seite der wärmeabstrahlenden Fläche von 15 μm oder weniger haben. Dies bewirkt, dass Formänderungen durch den Wärmezyklus bei der tatsächlichen Verwendung gering sind.
  • Bevorzugt erfolgt das Austempern zum Entfernen von Bearbeitungsverwerfungen für 10 Minuten oder länger bei einer Temperatur von 400°C bis 550°C.
  • Bei einer Austemperungstemperatur von 400°C oder höher und einer Austemperungsdauer von 10 Minuten oder länger, werden Verwerfungen im Inneren der Zusammensetzung ausreichend gelöst und große Veränderungen der Wölbung, z. B. durch den anschließenden Schritt des Auflötens der Schaltplatine, können unterdrückt werden. Bei einer Austemperungstemperatur von 550°C oder weniger, kommt es ferner nicht zu einem Schmelzen der imprägnierten Aluminiumlegierung.
  • Bei dem vorstehenden Beispiel weist die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung eine kurze Seite und eine lange Seite auf, wie in 3 dargestellt, kann die Länge der kurzen Seite und der langen Seite der Außenfläche jedoch auch gleich sein.
  • In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis (A/B) der durchschnittlichen Dicke (A) im Zentrum der gegenüberliegenden Seiten der Außenfläche und der Dicke (B) der Mitte der Plattenfläche 0,91 ≤ A/B ≤ 1,00 beträgt.
  • Ist die Länge der kurzen Seite und der langen Seite der Außenfläche gleich, kann die Wölbungsgröße C pro 10 cm in Seitenrichtung beim Montieren der Schaltplatine auch –10 μm ≤ Cx ≤ 30 μm betragen.
  • Auch bei einer Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung, die eine wie in 4 dargestellte rechteckige Plattenfläche aufweist, handelt es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Da die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß der vorstehenden Ausführungsform auf beiden Seiten der Plattenfläche eine Aluminiumschicht aufweist, und die wärmeabstrahlende Fläche in eine ideale Kugelflächenform bearbeitet werden kann, werden die Effekte erzielt, dass bei einer Verwendung als Basisplatte, der Kontakt zwischen der Basisplatte und dem wärmeabstrahlenden Bauteil, wie z. B. einer wärmeabstrahlenden Lamelle, gut wird und die Wärmeabstrahlcharakteristik des z. B. aus einer Keramik-Schaltplatine, der Basisplatte, und der wärmeabstrahlenden Lamelle bestehenden Moduls ausgezeichnet ist.
  • Bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorstehenden Ausführungsform kann bei 25°C eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK oder höher und bei 150°C ein Wärmeausdehnungskoeffizient von 10 × 10–6/K oder weniger erzielt werden. Zusätzlich zu den vorstehenden Effekten, hat aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und außerdem eines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten des gleichen Niveaus wie das Halbleiterbauteil und die Keramik-Schaltplatine, ein diese Zusammensetzung verwendendes wärmeabstrahlendes Bauteil und ferner ein dieses Bauteil verwendendes Modul eine hervorragende Wärmeabstrahlcharakteristik, verformt sich auch bei Temperaturänderungen nicht leicht und hat daher den Vorzug, dass eine hohe Zuverlässigkeit erzielt wird.
  • Die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß der vorstehenden Ausführungsform weist eine gute wärmeabstrahlende Charakteristik und eine spannungsmildernde Charakteristik auf, sodass sie sich hervorragend als Basisplatte eignet, die zwischen einer Keramik-Schaltplatine und einem wärmeabstrahlenden Bauteil, wie z. B. einer wärmeabstrahlenden Lamelle liegt.
  • Als Nächstes wird eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • [Herstellungsverfahren]
  • Das Herstellungsverfahren für die vorstehende Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Schritt, in dem ein plattenförmiger, poröser Siliziumcarbid-Körper gebildet wird, einen Schritt, in dem eine Plattenfläche des porösen Siliziumcarbid-Körpers in eine konkave Wölbungsform mechanisch bearbeitet wird, einen Schritt zur Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung, die ein plattenförmiges Zusammensetzungsteil, das Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung enthält, indem der poröse Siliziumcarbid-Körper mit einer Aluminiumlegierung imprägniert wird, und auf beiden Plattenseiten des Zusammensetzungsteils vorgesehene Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung aufweist, und einen Schritt zum Bilden einer wärmeabstrahlenden Fläche mit einer konkaven Wölbungsform, indem die Aluminiumschicht auf der Seite der Fläche, bei der der poröse Siliziumcarbid-Körper in die konkave Wölbungsform bearbeitet wurde, mechanisch bearbeitet wird.
  • Bei dem bevorzugt für die Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung verwendeten Verfahren handelt es sich um ein Hochdruck-Schmiedeverfahren, welches das Imprägnieren unter Hochdruck durchführt, wobei auch die Anwendung eines Flüssigmetall-Schmiedeverfahrens und ein Druckgussverfahren angewandt werden können. Bei dem Hochdruck-Schmiedeverfahren handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Zusammensetzung erzielt wird, indem ein poröser Keramikkörper (Vorformling) in einen Hochdruckbehälter eingelegt und mit einer geschmolzenen Aluminiumlegierung unter Hochdruck imprägniert wird.
  • Aus dem Grund, dass die Herstellung einer großen Menge stabil möglich ist, ist für die Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung das Flüssigmetall-Schmiedeverfahren besonders bevorzugt. Im Folgenden wird die Herstellung mittels des Flüssigmetall-Schmiedeverfahrens erläutert.
  • Bei dem Schritt des Bildens eines plattenförmigen, porösen Siliziumcarbid-Körpers besteht keine besondere Einschränkung bezüglich des Herstellungsverfahrens für den porösen Siliziumcarbid-Körper (SiC-Vorformling), sodass die Herstellung mittels eines allgemein bekannten Verfahrens möglich ist. Zum Beispiel kann dieser erzielt werden, indem dem Siliziumcarbid(SiC)-Pulver als Ausgangsstoff Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid als Binder zugesetzt wird, und dieses gemischt, geformt und bei 800°C oder höher gebrannt wird.
  • Bezüglich des Formungsverfahrens besteht keine besondere Einschränkung, sodass ein Pressformen, ein Strangpressen ein Gussformen usw. verwendet werden kann, wobei gegebenenfalls gleichzeitig ein Binder für die Formbeständigkeit verwendet werden kann.
  • Wichtige Charakteristiken der aus einem mit Aluminium oder einer Legierung hiervon imprägnierten porösen Siliziumcarbid-Körper entstehenden Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung sind die Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient. Ein hoher Gehalt an SiC in dem porösen Siliziumcarbid-Körper ist zwar wünschenswert, da die Wärmeleitfähigkeit hoch und der Wärmeleitfähigkeit niedrig wird, wobei es jedoch vorkommt, dass die Aluminiumlegierung nicht ausreichend imprägniert wird.
  • Zweckmäßig ist es, wenn 40 Gew.-% oder mehr grober SiC-Partikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von bevorzugt 40 μm oder größer enthalten sind, wobei es sich hervorragend eignet, wenn die relative Dichte des SiC-Vorformlings bevorzugt in einem Bereich von 55% bis 75% liegt. Es ist wünschenswert, dass die Stabilität des SiC-Vorformlings eine Biegefestigkeit von 3 MPa oder höher aufweist, um Brüche bei der Handhabung und während des Imprägnierens zu verhindern. Die durchschnittliche Korngröße kann mittels eines Rasterelektronenmikroskops (z. B. dem Produkt „JSM-T200” der Firma Nihon Denshi (JEOL)) und einer Bildanalysevorrichtung (z. B. einem Produkt der Firma Nippon Avionis) gemessen werden, indem der Durchschnittswert des für 1.000 Partikel ermittelten Durchmessers berechnet wird. Ferner kann die relative Dichte z. B. mittels des Satz des Archimedes gemessen werden.
  • Bezüglich des SiC-Pulvers als Ausgangsstoff für den SiC-Vorformling ist eine Anpassung der Teilchengröße bevorzugt. Handelt es sich nur um grobes Pulver, sinkt die Stärkeentwicklungsfähigkeit, während es bei ausschließlich feinem Pulver vorkommen kann, dass mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit der erzielten Zusammensetzung nicht gerechnet werden kann. Hervorragend geeignet ist ein gemischtes Pulver, bei dem 40 Gew.-% bis 80 Gew.-% eines groben SiC-Pulvers mit einer durchschnittlichen Korngröße von bevorzugt 40 μm bis 150 μm und 60 Gew.-% bis 20 Gew.-% eines feinen SiC-Pulvers mit einer durchschnittlichen Korngröße von bevorzugt 5 μm bis 15 μm gemischt wurden.
  • Der SiC-Vorformling wird erzielt, indem ein Formkörper eines Gemischs aus dem SiC-Pulver, dem ein Bindemittel zugesetzt wurde, entfettet und gebrannt wird. Liegt die Brenntemperatur bei 800°C oder höher, erhält man einen SiC-Vorformling mit einer Biegefestigkeit von 3 MP oder höher, ungeachtet der Atmosphäre beim Brennen.
  • Wird unter Oxidationsatmosphäre bei einer 1.100°C übersteigenden Temperatur gebrannt, wird die Oxidation von SiC gefördert, und es kann vorkommen, dass die Wärmeleitfähigkeit der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung sinkt, sodass unter Oxidationsatmosphäre ein Brennen bei einer Temperatur von 1.100°C oder weniger wünschenswert ist. Die Brennzeit wird angepasst an die Bedingungen der Größe des SiC-Vorformlings, der Einsatzgröße in dem Brennofen, der Brennatmosphäre usw. bestimmt.
  • Haben die SiC-Vorformlinge bei der Formgebung eine bestimmte Form, kann eine Änderung der Form der Wölbung durch das Trocknen verhindert werden, Indem jede einzeln getrocknet wird, oder mit Hilfe eines Abstandhalters mit der gleichen Form wie die SiC-Vorformlinge aus z. B. Kohlenstoff, zwischen den SiC-Vorformlingen getrocknet wird. Ferner können Formänderungen infolge von Änderungen der inneren Strukturen dadurch verhindert werden, dass im Hinblick auf das Brennen die gleiche Maßnahme wie beim Trocknen erfolgt.
  • In dem Schritt, in dem eine Plattenfläche des porösen Siliziumcarbid-Körpers mechanisch in eine konkave Wölbungsform bearbeitet wird, wird mittels eines Zerspanwerkzeugs, wie z. B. einer Drehbank, die eine Plattenfläche des SiC-Vorformlings so bearbeitet, dass sie eine Form mit einer konkaven Wölbung bekommt. Auf diese Weise wird im Stadium des Vorformlings eine Zerspanbearbeitung ausgeführt, wobei die Wölbungsform einfach gebildet werden kann, ohne dass die Verwendung eines speziellen Zerspanwerkzeugs usw. erforderlich ist.
  • Als Nächstes wird der poröse Siliziumcarbid-Körper mittels z. B. des Hochdruck-Schmiedeverfahrens mit der Aluminiumlegierung imprägniert und der Schritt der Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung durchlaufen, die ein plattenförmiges Zusammensetzungsteil, das Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfasst, und eine auf beiden Plattenseiten des Zusammensetzungsteils vorgesehene Aluminiumschicht aus einer Aluminiumlegierung aufweist.
  • Als Verfahren zum Imprägnieren des SiC-Vorformlings mit der Aluminiumlegierung, und zum Erzielen der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gibt es z. B. folgende Verfahren.
  • Nach dem Lagern des SiC-Vorformlings in dem Formrahmen, wird/werden eine Sorte oder mehrere aus Fasern, sphärischen Partikeln und Partikeln in einer zerkleinerten Form, die aus Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid bestehen, auf beiden Plattenflächen des Formrahmens so angeordnet, dass sie direkten Kontakt haben und zu einem einzelnen Block vorgegeben.
  • Nach dem Vorheizen des Blocks auf etwa 500 bis 600°C, werden ein, zwei oder mehrere Stücke in einem Druckbehälter angeordnet, um ein Sinken der Temperatur des Blocks zu verhindern, eine geschmolzene Aluminiumlegierung so schnell wie möglich mit einem Druck von 30 MPa oder mehr beaufschlagt, und durch das Imprägnieren der Aluminiumlegierung in die Poren des SiC-Vorformlings, eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einer auf beiden Plattenseiten vorgesehenen Aluminiumschicht erzielt.
  • Damit die Aluminiumlegierung in der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung beim Imprägnieren ausreichend in die Poren des Vorformlings eindringt, ist ein möglichst niedriger Schmelzpunkt wünschenswert.
  • Als eine derartige Aluminiumlegierung kann z. B. eine Aluminiumlegierung angeführt werden, die 7 bis 25 Gew.-% Silizium enthält. Wünschenswert ist es ferner, wenn Magnesium in einem Bereich von 0,2 Gew.-% bis 5 Gew.-% enthalten ist, sodass die Bindung zwischen den Siliziumcarbid-Partikeln und dem Metallanteil noch stärker wird. Im Hinblick auf andere metallische Elemente abgesehen von Aluminium, Silizium und Magnesium in der Aluminiumlegierung besteht in einem Bereich, in dem sich die Charakteristiken nicht extrem ändern, keine besondere Beschränkung, wobei z. B. auch Kupfer usw. enthalten sein kann.
  • Als Aluminiumlegierung können bevorzugt AC4C, AC4CH, ADC12 usw. verwendet werden, bei denen es sich um Legierungen für den Guss handelt.
  • Zum Zweck des Entfernens von Verwerfungen beim Imprägnieren, kann die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach der Herstellung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung einem Austempern unterzogen werden.
  • Das Austempern zum Zweck des Entfernens von Verwerfungen beim Imprägnieren des SiC-Vorformlings mit der Aluminiumlegierung, sollte bevorzugt für 10 Minuten oder länger bei einer Temperatur von 400°C bis 550°C erfolgen. Bei einer Austemperungstemperatur von 400°C oder höher, werden Verwerfungen im Inneren der Zusammensetzung ausreichend gelöst und große Veränderungen der Wölbung im Schritt des Auflötens der Schaltplatine nach der mechanischen Bearbeitung, können unterdrückt werden. Andererseits kann bei einer Austemperungstemperatur von 550°C oder weniger ein Schmelzen der beim Imprägnieren verwendeten Aluminiumlegierung verhindert werden. Bei einer Austemperungsdauer von 10 Minuten oder länger, werden selbst bei einer Austemperungstemperatur von 400°C bis 550°C Verwerfungen in der Zusammensetzung ausreichend gelöst, sodass in dem Schritt des Austemperns zum Entfernen von Bearbeitungsverwerfungen nach der mechanischen Bearbeitung, unterdrückt werden kann, dass sich die Wölbung stark verändert.
  • Dadurch, dass in dem Schritt des Imprägnierens des SiC-Vorformlings mit der Aluminiumlegierung, eine Sorte oder mehrere aus Fasern, sphärischen Partikeln und Partikeln in einer zerkleinerten Form, die aus Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid bestehen, so angeordnet wird/werden, dass sie direkten Kontakt mit der Oberfläche des SiC-Vorformlings haben, wird eine Aluminiumschicht mit einer bestimmten Dicke gebildet. Dies hat den Vorteil, dass dadurch nicht nur eine Aluminiumschicht mit einer bestimmten Dicke gebildet werden kann, sondern, dass es auch kaum zu Farbunregelmäßigkeiten nach dem Imprägnieren kommt und die Verarbeitbarkeit bei der Formzusetzung gut ist.
  • Hervorragend geeignet ist ein Gehalt an Stoffen in der Aluminiumschicht, bestehend aus einer Sorte oder mehreren aus Fasern, sphärischen Partikeln und Partikeln in einer zerkleinerten Form, die aus Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid bestehen, der bevorzugt 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% gegenüber der Masse der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung beträgt.
  • Liegt der Gehalt bei 5 Gew.-% oder höher, ist die Steuerung der Dicke der Aluminiumschicht der beiden Plattenflächen einfach und eine große Änderung der Wölbung durch das Austempern nach der Bearbeitung kann unterdrückt werden. Liegt der Gehalt bei 40 Gew.-% oder weniger, wird die Aluminiumlegierungsschicht nicht zu hart, sodass eine allgemeine mechanische Bearbeitung leicht ausführbar wird.
  • Die Dicke der auf der Oberfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung vorgesehenen Aluminiumschicht kann für den Fall, dass mittels einer mechanischen Bearbeitung beide Plattenflächen bearbeitet werden, bei beiden Plattenflächen die gleiche Dicke sein, wird jedoch nur die wärmeabstrahlende Fläche bearbeitet, ist es besser, die Dicke der Aluminiumschicht der vorab bearbeiteten wärmeabstrahlenden Fläche dicker vorzusehen, damit die Dicke der Aluminiumschichten der beiden Plattenflächen nach der Bearbeitung sich nicht zu stark unterscheiden.
  • Die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Montagefläche für die Schaltplatine, beträgt bevorzugt 0,1 mm bis 0,3 mm, wobei die Abweichung von der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschichten beider Plattenflächen bevorzugt innerhalb von 50% der durchschnittlichen Dicke der dickeren Aluminiumschicht liegt.
  • Für den Fall, dass die Dicke der Aluminiumschicht auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche vorab dicker vorgesehen wurde, wird nur die Seite der wärmeabstrahlenden Fläche bearbeitet, wobei die Abweichung von der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschichten beider Plattenflächen bevorzugt so reguliert wird, dass sie bevorzugt innerhalb von 40%, besonders bevorzugt innerhalb von 30% der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche liegt, Der Grund hierfür besteht darin, dass dadurch Änderungen der Wölbungsgröße der Zusammensetzung aufgrund der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumschichten der beiden Plattenflächen unterdrückt werden können.
  • Durch die mechanische Bearbeitung der Aluminiumschicht der Flächenseite, auf der der poröse Siliziumcarbid-Körper in eine konkave Wölbungsform bearbeitet wurde, wird in dem Schritt, in dem die wärmeabstrahlende Schicht der konkaven Wölbungsform geformt wird, mittels eines Zerspanwerkzeugs, wie z. B. einer Drehbank, die Wölbungsform der wärmeabstrahlenden Fläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gebildet. Zur Befestigung eines zu bearbeitenden Artikels auf z. B. einer Drehbank, wird im Allgemeinen das Verfahren des Festschraubens mittels z. B. am Rand des zu bearbeitenden Artikels vorgesehenen Löchern verwendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch, dass eine mechanische Bearbeitung der Aluminiumschicht der Oberfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung erfolgt, das Erzielen einer idealen sphärenförmigen wärmeabstrahlenden Fläche möglich, sodass eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einer guten wärmeabstrahlenden Charakteristik und spannungsmildernden Charakteristik erzielt werden kann.
  • Im Übrigen beträgt die Summe der durchschnittliche Dicke der Aluminiumschichten auf beiden Plattenflächen nach der vorstehenden Bearbeitung bevorzugt 1,0 mm oder weniger, besonders bevorzugt 0,6 mm oder weniger. Liegt die Summe der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschichten auf beiden Plattenflächen bei 1,0 mm oder weniger, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der gesamten Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung niedrig gehalten werden, sodass das Entstehen von Rissen in der Lötungsschicht, deren Ursache in der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung und der Keramikschaltplatine liegt, unterdrückt wird, wenn nach dem Bestücken mit Halbleiterbauteilen eine Wärmebelastung besteht.
  • Die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorstehenden Ausführungsform, hat eine hohe Haftung an anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen, und kann bevorzugt als Basismaterial für eine Keramikschaltplatine, die mit Halbleiterbauteilen bestückt wird, verwendet werden.
  • Ausführungsbeispiele
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • Nachdem 70 g eines Siliziumcarbidpulvers A (Produkt: NG-150 der Pacific Rundum Co., Ltd.; durchschnittliche Korngröße 100 μm), 30 g eines Siliziumcarbidpulvers B (Produkt: GC-1000F der Yakushima Denko, Co., Ltd.; durchschnittliche Korngröße 10 μm) und 10 g Kieselsol (Produkt: SNOWTEX der Nissan Chemical Industries Ltd.) abgewogen und mittels eines Rührmischers für 30 Minuten gemischt wurden, erfolgte ein Pressformen mit einem Druck von 10 MPa in eine flache Plattenform mit den Abmessungen 185 mm × 135 mm × 4,6 mm.
  • Die erzielte Form wurde unter Atmosphäre bei 900°C für zwei Stunden gebrannt und ein SiC-Vorformling mit einer relativen Dichte (Schüttdichte) von 65 Vol.-% erhalten.
  • Die Fläche dieses SiC-Vorformlings, die zur wärmeabstrahlenden Fläche der fertiggestellten Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung wird, wurde auf einer Werkbank mit R = 14 m mechanisch in eine konkave Wölbungsform bearbeitet.
  • Auf beiden Seiten des mechanisch bearbeiteten SiC-Vorformlings wurden Aluminiumfasern (Produkt der Tanaka Seishi Kogyo K. K.; Reinheit 97%; blattförmige Ausführung) vorgesehen, und ein auf beiden Seiten von Kohlenstoff beschichteten SUS-Platten in die Mitte genommener, einteiliger Schichtkörper wurde in einem Elektroofen bei 620°C vorgewärmt.
  • Dann wurde der vorgewärmte Schichtkörper in eine vorgewärmte Pressform mit einem Innendurchmesser von 300 mm gegeben, eine geschmolzene Aluminiumlegierung mit einem Silikongehalt von 12 Gew.-% und einem Magnesiumgehalt von 0,5 Gew.-% eingefüllt, für 20 Minuten mit einem Druck von 100 MPa beaufschlagt und der poröse Siliziumcarbid-Körper mit der Aluminiumlegierung imprägniert.
  • Nach dem Abkühlen des imprägnierten Schichtkörpers auf Raumtemperatur, wurde mittels einer Nass-Bandsäge der Stahlrahmen usw. durchtrennt und die in die Mitte nehmenden SUS-Platten wurden abgenommen. Anschließend erfolgte für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C ein Austempern, um Verwerfungen während des Imprägnierens zu beseitigen, und eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung wurde erhalten.
  • Bearbeitungslöcher mit einem Durchmesser von 7 mm wurden in den vier Ecken des Randumgebungsteils der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung vorgesehen, die mittels dieser Bearbeitungslöcher an dem Zerpanwerkzeug angeschraubt wurde. Dabei war eine Dickendifferenz der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine mit 0,05 mm und eine durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Montagefläche für die Schaltplatine mit 0,15 mm gegeben. Ferner war eine durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche von 0,20 mm gegeben.
  • Die beiden Punkte der Dicke im Zentrum der beiden kurzen Seiten der Außenfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung wurden gemessen und deren Durchschnitt (Ax) berechnet, und die beiden Punkte der Dicke im Zentrum der beiden langen Seiten wurden gemessen und deren Durchschnitt (Ay) berechnet. Es erfolgte eine mechanische Bearbeitung, sodass das Verhältnis (Ax/B) von (Ax) und der Dicke (B) der Mitte zu 0,91 und das Verhältnis (Ay/B) von (Ay) und der Dicke (B) der Mitte zu 0,94 wurde.
  • Dann wurde mittels einer Sichtprüfung die Entstehung von Rissen nach der mechanischen Bearbeitung kontrolliert.
  • Nach der mechanischen Bearbeitung erfolgte mittels eines Muffelofens ein Austempern für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C und eine Beseitigung von Bearbeitungsverwerfungen wurde durchgeführt. Dann wurde die Wölbungsgröße vor der Montage der Schaltplatine gemessen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
  • Auf der Montagefläche für die Schaltplatine der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach dem Austempern wurde eine Schaltung gebildet und eine Aluminiumnitrid-Schaltplatine (Größe: 48,4 mm × 57,3 mm × 0,6 mmt) montiert.
  • Dann wurde die Wölbungsgröße nach der Montage der Schaltplatine gemessen. Folgende Messbedingungen wurden für die Wölbungsgröße vorgesehen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
    Vorrichtung: Laser-3D-Formvermessungsgerät
    XYθ-Phaseneinheit: K2-300 (Produkt von Kohzu Precision Co., Ltd)
    Hochpräzisionslaser-Verschiebungsmesser: LK-G500 (Produkt von Keyence Corporation)
    Motorsteuerung: SC-200K (Produkt von Kohzu Precision Co., Ltd)
    AD-Wandler: DL-100 (Produkt von Kohzu Precision Co., Ltd)
    Messbedingungen: Bezüglich der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite der Schaltplatine, wurde der Messbereich jeweils auf 135 mm und 185 mm bestimmt und es erfolgte jeweils eine Formmessung in Messabständen von 2,5 mm.
  • Anhand des Ergebnisses der Formmessung wurde dabei die Differenz der Dicke der in Absatz „0024” der vorstehenden Ausführungsform erläuterten Mitte (O in 5), und der Dicke der Endpunkte der angenommenen Gerade einer Länge von 10 cm, wobei es sich um die Endpunkte (P1 und P2 in 5) einer Linie handelt, die sich von der Mitte in Richtung der kurzen Seite oder der langen Seite erstreckt, in 5 als Z bestimmt. Bezüglich jeweils der Richtung der kurzen Seite und der Richtung der langen Seite wurde Z wie oben angegeben ermittelt und als Wölbungsgröße Cx und Cy pro 10 cm bestimmt.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • Abgesehen davon, dass die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,09 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,17 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 0,17 mm, sowie (Ax/B) 1,00 und (Ay/B) 1,00 ist, wurde in den gleichen Schritten wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung hergestellt.
  • Nach der mechanischen Bearbeitung erfolgte mittels eines Muffelofens ein Austempern für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C und eine Beseitigung von Bearbeitungsverwerfungen wurde durchgeführt. Auf der Schaltungsfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach dem Austempern, wurde eine Schaltung gebildet, und eine Aluminiumnitrid-Schaltplatine (Größe: 48,4 mm × 57,3 mm × 0,6 mmt) montiert.
  • Dann wurde die Wölbungsgröße nach der Montage gemessen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • Abgesehen davon, dass die Abmessungen des SiC-Vorformlings als 135 mm × 135 mm bestimmt wurden, (Ax/B) 0,96 und (Ay/B) 0,96 ist, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,20 mm und die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 0,21 mm ist, wurde durch die gleichen Schritte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung hergestellt. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt. Bezüglich der jeweiligen Seitenrichtung der Schaltplatine wurden die Messbedingungen der Wölbungsgröße auf einen Messbereich von 135 mm bestimmt.
  • [Erstes Vergleichsbeispiel]
  • Abgesehen davon, dass die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,09 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,10 mm und die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 0,15 mm ist, sowie (Ax/B) 0,90 und (Ay/B) 0,93 ist, wurde durch die gleichen Schritte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung hergestellt.
  • Nach der mechanischen Bearbeitung erfolgte mittels eines Muffelofens ein Austempern für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C und eine Beseitigung von Bearbeitungsverwerfungen wurde durchgeführt. Auf der Schaltungsfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach dem Austempern, wurde eine Schaltung gebildet, und eine Aluminiumnitrid-Schaltplatine (Größe: 48,4 mm × 57,3 mm × 0,6 mmt) montiert.
  • Dann wurde die Wölbungsgröße nach der Montage gemessen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
  • [Zweites Vergleichsbeispiel]
  • Abgesehen davon, dass die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,08 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,25 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 0,25 mm ist, sowie (Ax/B) 1,01 und (Ay/B) 1,01 ist, wurde in den gleichen Schritten wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung hergestellt.
  • Nach der mechanischen Bearbeitung erfolgte mittels eines Muffelofens ein Austempern für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C und eine Beseitigung von Bearbeitungsverwerfungen wurde durchgeführt. Auf der Schaltungsfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach dem Austempern, wurde eine Schaltung gebildet, und eine Aluminiumnitrid-Schaltplatine (Größe: 48,4 mm × 57,3 mm × 0,6 mmt) montiert.
  • Dann wurde die Wölbungsgröße nach der Montage gemessen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
  • [Drittes Vergleichsbeispiel]
  • Abgesehen davon, dass die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,13 mm, die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,10 mm und die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 0,20 mm ist, sowie (Ax/B) 0,92 und (Ay/B) 0,93 ist, wurde durch die gleichen Schritte wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung hergestellt.
  • Nach der mechanischen Bearbeitung erfolgte mittels eines Muffelofens ein Austempern für vier Stunden bei einer Temperatur von 530°C und eine Beseitigung von Bearbeitungsverwerfungen wurde durchgeführt. Auf der Schaltungsfläche der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach dem Austempern, wurde eine Schaltung gebildet, und eine Aluminiumnitrid-Schaltplatine (Größe: 48,4 mm × 57,3 mm × 0,6 mmt) montiert.
  • Dann wurde die Wölbungsgröße nach der Montage gemessen. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 1 und 2 dargestellt.
  • Die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine, wurde im Hinblick auf die mittels der Verfahren der Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele erzielten Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungen ermittelt, indem entlang der Diagonalen der jeweiligen Proben ein Schnitt erfolgte, und die Dicke der durch den Schnitt freigelegten Aluminiumschicht der beiden Plattenflächen jeweils in gleichen Abständen zu den jeweiligen Diagonalen an zwanzig Punkten gemessen wurde.
  • In Tabelle 2 ist das Messergebnis der Wärmeleitfähigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungen der vorstehenden Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele dargestellt. [Tabelle 1]
    Figure DE112015003524T5_0002
    [Tabelle 2]
    Figure DE112015003524T5_0003
  • Wie anhand der vorstehenden Ergebnisse ersichtlich ist, weist bei der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung die wärmeabstrahlende Fläche eine konkave Wölbungsform auf, (Ax/B) ist 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,0 und (Ay/B) ist 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00, wodurch die Wirkungen hervorgerufen werden, dass die Form der Wölbung der gesamten Zusammensetzung nach der Montage der Schaltplatine ideal wird, die Haftung der Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung an anderen wärmeabstrahlenden Komponenten verbessert wird und sich die Kühlwirkung als wärmeabstrahlendes Bauteil verbessert.
  • Aus den Vergleichsbeispielen ist ersichtlich, dass die Richtung der Wölbung von Cx und Cy zueinander entgegengesetzt ist. Durch das Wölben in eine solche Form, entsteht ein Spalt zwischen anderen wärmeabstrahlenden Bauteilen, sodass die Haftung sich verschlechtert. Dadurch verschlechtert sich die Kühlwirkung als wärmeabstrahlendes Bauteil.
  • Bei dem dritten Vergleichsbeispiel entstehen Risse, wobei denkbar ist, dass der Grund hierfür darin liegt, dass die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der Montagefläche für die Schaltplatine 0,13 mm beträgt.
  • Wie anhand des vorstehenden Versuchsergebnisses zu erkennen ist, weist die Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine Wölbungsgröße in einem als Basismaterial für eine Keramikschaltplatine, die mit Halbleiterbauteilen bestückt wird, bevorzugten Bereich auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung
    2
    Durchgangsbohrung

Claims (7)

  1. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung mit einem Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfassenden plattenförmigen Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzungsteil und Aluminiumschichten enthaltend eine Aluminiumlegierung, die auf beiden Plattenflächen des Zusammensetzungsteils aufgebracht sind, wobei auf einer Plattenfläche eine Schaltplatine montiert ist und die andere Plattenfläche als wärmeabstrahlende Fläche verwendet wird, und wobei die Plattenfläche des Zusammensetzungsteils auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, die Aluminiumschicht auf der Seite der wärmeabstrahlenden Fläche die Form einer konvexen Wölbung aufweist, das Verhältnis (Ax/B) der durchschnittlichen Dicke (A) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche der folgenden Beziehung genügt: 0,91 ≤ Ax/B ≤ 1,00 und das Verhältnis (Ay/B) der durchschnittlichen Dicke (Ay) in der Mitte der gegenüberliegenden langen Seiten der Außenflächen zu der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche der folgenden Beziehung genügt: 0,94 ≤ Ay/B ≤ 1,00
  2. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei, wenn die Schaltplatine montiert ist, die Wölbungsgröße Cx pro 10 cm in Richtung der kurzen Seite der Außenfläche der folgenden Beziehung genügt: –10 μm ≤ Cx ≤ 30 μm und die Wölbungsgröße Cy pro 10 cm in der Richtung der langen Seite der Außenfläche der folgenden Beziehung genügt: –10 μm ≤ Cy ≤ 40 μm
  3. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Längen der kurzen Seiten und der langen Seiten der Außenfläche gleich sind, und das Verhältnis (A/B) der durchschnittlichen Dicke (A) in der Mitte der gegenüberliegenden kurzen Seiten der Außenfläche und der Dicke (B) in der Mitte der Plattenfläche der folgenden Beziehung genügt: 0,91 ≤ A/B ≤ 1,00
  4. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die durchschnittliche Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, 0,1 mm bis 0,3 mm beträgt, und die Differenz der Dicke der Aluminiumschicht in der genannten Fläche 0,1 mm oder weniger beträgt.
  5. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Differenz zwischen der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der Fläche, auf der die Schaltplatine montiert wird, und der durchschnittlichen Dicke der Aluminiumschicht der wärmeabstrahlenden Fläche 50% oder weniger der durchschnittlichen Dicke der dickeren Aluminiumschicht beträgt.
  6. Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei diese bei 25°C eine Wärmeleitfähigkeit von 180 W/mK oder höher aufweist und bei 150°C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 10 × 10–6/K oder weniger aufweist.
  7. Herstellungsverfahren für eine Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: einen Schritt, in dem ein plattenförmiger, poröser Siliziumcarbid-Körper gebildet wird, einen Schritt der mechanischen Bearbeitung einer Plattenfläche des porösen Siliziumcarbid-Körpers, um eine konvexe Wölbungsform zu bilden, einen Schritt der Imprägnierung des porösen Siliziumcarbid-Körpers mit einer Aluminiumlegierung zur Herstellung einer Aluminium-Siliziumcarbid-Zusammensetzung, die einen plattenförmigen Zusammensetzungsteil, der Siliziumcarbid und eine Aluminiumlegierung umfasst, und auf beiden Plattenflächen des Zusammensetzungsteils aufgebrachte Aluminiumschichten aus einer Aluminiumlegierung aufweist, und einen Schritt der mechanischen Bearbeitung der Aluminiumschicht auf der Seite des porösen Siliziumcarbid-Körpers mit der Fläche, die zu einer konvexen Wölbungsform bearbeitet wurde, um eine wärmeabstrahlende Fläche mit einer konvexen Wölbungsform zu bilden.
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