JP2002066724A - Compound material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は複合材及びその製造
方法に係り、詳しくは例えば半導体装置の放熱部材や電
子部品搭載基材として好適な複合材及びその製造方法に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a composite material suitable for use as, for example, a heat dissipating member of a semiconductor device and a substrate for mounting electronic components, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体装置の放熱板（ヒートシンク）を
金属製とした場合は、金属と半導体装置の熱膨張率の差
が大きく、半導体装置が破損する虞があるため、従来、
放熱板として金属マトリックス相にセラミックスを分散
させたもの、例えばセラミックス粒子をアルミニウム基
材に分散させた複合材が知られている。放熱板の放熱効
率を上げるため、一般に放熱板の片面にフィンが形成さ
れる。ところが、前記複合材は硬いため加工し難い。2. Description of the Related Art When a heat sink (heat sink) of a semiconductor device is made of metal, the difference in thermal expansion coefficient between the metal and the semiconductor device is large, and the semiconductor device may be damaged.
As a heat radiating plate, a material in which ceramics are dispersed in a metal matrix phase, for example, a composite material in which ceramic particles are dispersed in an aluminum base material is known. In general, fins are formed on one side of the heat sink to increase the heat dissipation efficiency of the heat sink. However, the composite material is hard and difficult to process.
【０００３】この問題を解消する方法として、特開平１
１−２６９５７７号公報には、図４に示すように、鋼製
容器４１内の片面に、最終形状の放熱板にフィンを形成
するためのキャビティを有する塩化ナトリウム製の成形
容器４２を貼り付けるとともに、反対の面に絶縁基板４
３を貼り付け、その状態で鋼製容器４１の内部空間に炭
化ケイ素粉末４４を充填し、その後、鋼製容器４１を鋳
造用金型内に設置して、アルミニウム合金の溶湯を金型
内に注湯、加圧して炭化ケイ素とアルミニウム合金から
なる複合材を製造する方法が提案されている。As a method for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No.
In Japanese Patent Application Publication No. 1-269577, as shown in FIG. 4, a molded container 42 made of sodium chloride having a cavity for forming a fin on a heat sink having a final shape is attached to one surface of a steel container 41. , The insulating substrate 4 on the opposite side
3, and in this state, silicon carbide powder 44 is filled in the inner space of the steel container 41, and then the steel container 41 is set in the casting mold, and the molten aluminum alloy is placed in the mold. There has been proposed a method of manufacturing a composite material composed of silicon carbide and an aluminum alloy by pouring and pressing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】前記特開平１１−２６
９５７７号公報に開示されたフィンを有する複合材の製
造方法では、塩化ナトリウム製の成形容器（塩中子）４
２は製品を取り出す際に水洗除去されるため、複合材を
製造するたびに毎回成形容器４２を成形する必要があ
り、工程が増えて製造コストが高くなる。また、塩化ナ
トリウムの膨張係数（４６×１０-6／Ｋ）と複合材の膨
張係数（８×１０-6／Ｋ）との差が大きいため、溶融金
属の凝固冷却時に複合材に反りが発生するという問題が
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-26 is disclosed.
In the method of manufacturing a composite material having fins disclosed in Japanese Patent No. 9577, a molding container (salt core) 4 made of sodium chloride is used.
Since 2 is washed and removed when the product is taken out, it is necessary to mold the molding container 42 every time a composite material is manufactured, which increases the number of steps and increases the manufacturing cost. Also, since the difference between the expansion coefficient of sodium chloride (46 × 10 −6 / K) and the expansion coefficient of the composite material (8 × 10 −6 / K) is large, the composite material warps during solidification cooling of the molten metal. There is a problem of doing.
【０００５】本発明は前記の従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その第１の目的は、例えば半導体装
置の放熱部材や電子部品搭載基材として好適で、製造が
容易で片面にフィンを備えた複合材を提供することにあ
る。また、第２の目的は前記複合材を生産性良く簡単に
製造することができる複合材の製造方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a first object of the present invention is that it is suitable as, for example, a heat radiating member of a semiconductor device or a substrate on which electronic components are mounted. Another object of the present invention is to provide a composite material having fins. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a composite material which can easily manufacture the composite material with good productivity.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため請求項１に記載の発明では、マトリックス相を金
属とし、分散相をセラミックス、炭素等の非金属無機物
質とした複合材からなる基板部の表面に、前記マトリッ
クス相を構成する金属製のフィンが一体形成されてい
る。この発明の複合材はフィンが形成された側の反対側
の面において半導体チップに絶縁基板等を介して接合さ
れた状態で使用される。According to the first aspect of the present invention, there is provided a composite material in which a matrix phase is a metal and a dispersed phase is a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon. Metal fins constituting the matrix phase are integrally formed on the surface of the substrate portion. The composite material of the present invention is used in a state where the composite material is bonded to a semiconductor chip via an insulating substrate or the like on the surface opposite to the side on which the fins are formed.
【０００７】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記マトリックス相の金属はケイ素
を含むアルミニウム合金である。従って、この発明で
は、安価で鋳造性が良く、熱膨張率の小さいアルミニウ
ム合金がマトリックス金属のため、複合材を低コストで
製造できる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the metal of the matrix phase is an aluminum alloy containing silicon. Therefore, according to the present invention, the aluminum alloy having a low coefficient of thermal expansion with low cost and good castability is a matrix metal, so that a composite material can be manufactured at low cost.
【０００８】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記マトリック相の金属はケイ素を
含む銅合金である。従って、この発明では、熱伝導性が
高い銅合金がマトリックス金属のため、より熱伝導性が
高い複合材を製造できる。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the metal of the matrix phase is a copper alloy containing silicon. Therefore, according to the present invention, since the copper alloy having high thermal conductivity is a matrix metal, a composite material having higher thermal conductivity can be manufactured.
【０００９】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記分散
相は炭化ケイ素の微粒子である。従って、この発明で
は、熱伝導率が高い炭化ケイ素が分散相のため、分散相
の体積率を高めてその熱膨張率を半導体装置の熱膨張率
に近づけた場合、熱伝導率を高くでき、放熱材として使
用したときの放熱効率が向上する。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the dispersed phase is fine particles of silicon carbide. Therefore, in the present invention, since silicon carbide having a high thermal conductivity is a dispersed phase, if the volume expansion of the dispersed phase is increased to bring the thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the semiconductor device, the thermal conductivity can be increased. The heat dissipation efficiency when used as a heat dissipation material is improved.
【００１０】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記基板
部の前記フィンが突設された側と反対側の面に、両面に
前記マトリックス金属製の層が形成されたセラミックス
製の絶縁基板が拡散接合で接合されている。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the surface of the substrate portion opposite to the side on which the fins are provided is provided with a double-sided surface. A ceramic insulating substrate having the matrix metal layer formed thereon is bonded by diffusion bonding.
【００１１】従って、この発明においては、複合材を半
導体装置の放熱部材として使用する際、半導体装置が搭
載される絶縁基板がすでに拡散接合で接合されているた
め、放熱部材を絶縁基板に半田等で接合した場合に比較
して、放熱部材と絶縁基板との間の熱伝導が良好にな
り、放熱効率が向上するとともに、放熱部材を絶縁基板
に半田付けする工程が不要になる。Therefore, in the present invention, when the composite material is used as a heat dissipating member of a semiconductor device, the heat dissipating member is connected to the insulating substrate by soldering or the like since the insulating substrate on which the semiconductor device is mounted is already joined by diffusion bonding. Compared with the case where the heat dissipation member is joined, the heat conduction between the heat dissipation member and the insulating substrate is improved, the heat dissipation efficiency is improved, and the step of soldering the heat dissipation member to the insulating substrate becomes unnecessary.
【００１２】第２の目的を達成するため請求項６に記載
の発明の製造方法では、フィンを形成するためのキャビ
ティを備えた成形型に、フィン用空間を覆う状態で、マ
トリックス相を金属とし、分散相をセラミックス、炭素
等の非金属無機物質とした複合材のブロックを設置し、
該ブロックを前記マトリックス相の金属の液相線と固相
線との間の半溶融状態又は液相状態で加圧し、しみ出し
た溶融金属でフィンを形成する。In order to attain the second object, in the manufacturing method according to the present invention, the matrix phase is made of metal in a mold having a cavity for forming a fin while covering the fin space. , A composite material block with a dispersed phase made of a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon is installed,
The block is pressed in a semi-molten state or a liquid state between the liquidus line and the solidus line of the matrix phase metal, and the extruded molten metal forms fins.
【００１３】この発明の製造方法では、マトリックス相
を金属とし、分散相をセラミックス、炭素等の非金属無
機物質とした複合材のブロックが別に製造される。その
複合材がフィンを形成するためのキャビティを備えた成
形型に、フィン用空間を覆う状態で設置され、マトリッ
クス相の金属の半溶融状態又は液相状態で加圧される。
この加圧により流動性の高い溶融状態の金属がフィン用
空間にしみ出して、複合材に連続してマトリックス金属
からなるフィンが形成される。また溶融金属のしみ出し
により分散相間が圧縮されて複合材中の分散相の体積率
が高められる。これにより複合材の熱伝導率が高くで
き、放熱効率が向上する。この方法では、成形型に中子
が不要になる。In the manufacturing method of the present invention, a composite block in which the matrix phase is a metal and the dispersed phase is a nonmetallic inorganic substance such as ceramics or carbon is separately manufactured. The composite material is placed in a mold having a cavity for forming a fin so as to cover the space for the fin, and is pressed in a semi-molten state or a liquid state of the matrix phase metal.
Due to this pressurization, the metal in a molten state having a high fluidity seeps into the fin space, and fins composed of a matrix metal are formed continuously with the composite material. In addition, exudation of the molten metal causes compression between the dispersed phases, thereby increasing the volume ratio of the dispersed phase in the composite material. Thereby, the heat conductivity of the composite material can be increased, and the heat radiation efficiency is improved. This method eliminates the need for a core in the mold.
【００１４】また、請求項７に記載の発明の製造方法で
は、フィンを形成するためのキャビティを備えた成形型
に、フィン用空間を覆う状態で、マトリックス相を金属
とし、分散相をセラミックス、炭素等の非金属無機物質
とした複合材のブロックを設置し、該ブロックを前記マ
トリックス相の金属の半溶融状態又は液相状態で加圧
し、しみ出した溶融金属でフィンを形成する際に、両面
に前記マトリックス相の金属製の層が形成されたセラミ
ックス製の絶縁基板を介して加圧し、該絶縁基板と前記
ブロックとを拡散接合する。According to a seventh aspect of the present invention, in a mold having a cavity for forming a fin, a matrix phase is made of metal and a dispersed phase is made of ceramics while covering a fin space. When a block of a composite material made of a nonmetallic inorganic substance such as carbon is installed, and the block is pressed in a semi-molten state or a liquid state of the matrix phase metal, when forming a fin with exuded molten metal, Pressure is applied through a ceramic insulating substrate having the matrix layer metal layer formed on both surfaces, and the insulating substrate and the block are diffusion-bonded.
【００１５】この発明の方法では、請求項６に記載の発
明の方法において、複合材ブロックが絶縁基板を介して
加圧される点が異なる。絶縁基板は両面にマトリックス
金属製の層が形成されたセラミックスで形成されている
ため、加熱加圧の際にマトリックス金属製の層が複合材
のマトリックスと拡散接合される。その結果、製品とし
てフィンと反対側に絶縁基板が拡散接合された複合材が
得られる。The method according to the present invention is different from the method according to the sixth aspect in that the composite material block is pressed through an insulating substrate. Since the insulating substrate is formed of ceramics having a matrix metal layer formed on both surfaces, the matrix metal layer is diffusion-bonded to the composite matrix during heating and pressing. As a result, a composite material in which the insulating substrate is diffusion-bonded to the opposite side to the fin is obtained as a product.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従っ
て説明する。(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
【００１７】図１（ａ）は複合材の模式断面図である。
複合材１はマトリックス相２ａを金属とし、分散相２ｂ
をセラミックス、炭素等の非金属無機物質とした複合材
からなる基板部２と、その表面に突設されたマトリック
ス相２ａを構成する金属製のフィン３とで構成されてい
る。マトリックス相２ａの金属にはケイ素（Ｓｉ）を含
むアルミニウム合金が使用され、分散相２ｂには熱伝導
率が高く放熱性に優れている炭化ケイ素（ＳｉＣ）の微
粒子が使用されている。従って、フィン３はアルミニウ
ム合金製である。FIG. 1A is a schematic sectional view of a composite material.
The composite material 1 has a matrix phase 2a as a metal and a dispersed phase 2b
Is composed of a substrate portion 2 made of a composite material made of a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon, and metal fins 3 constituting a matrix phase 2a protruding from the surface of the substrate portion. An aluminum alloy containing silicon (Si) is used as the metal of the matrix phase 2a, and fine particles of silicon carbide (SiC) having high thermal conductivity and excellent heat dissipation are used as the dispersed phase 2b. Therefore, the fins 3 are made of an aluminum alloy.
【００１８】ＳｉＣ微粒子の粒度や充填量は、複合材に
要求される特性（物性）に応じて設定されるが、充填量
は通常６０〜７０体積％である。アルミニウム合金に含
まれるＳｉの量も複合材に要求される特性（物性）に応
じて設定される。Ｓｉの量が共晶点である１１％より低
いと複合材の熱伝導率が良くなり、Ｓｉの量が共晶点で
ある１１％より高いと複合材の膨張率が小さくなる。こ
の実施の形態では１１％より低く設定されている。The particle size and the filling amount of the SiC fine particles are set according to the characteristics (physical properties) required for the composite material, and the filling amount is usually 60 to 70% by volume. The amount of Si contained in the aluminum alloy is also set according to the characteristics (physical properties) required for the composite material. When the amount of Si is lower than the eutectic point of 11%, the thermal conductivity of the composite material is improved, and when the amount of Si is higher than the eutectic point of 11%, the expansion coefficient of the composite material is reduced. In this embodiment, it is set lower than 11%.
【００１９】次に前記のように構成された複合材１の製
造方法を図１（ｂ），（ｃ）に基づいて説明する。複合
材１は、２段階に分けて製造される。第１段階では、高
圧鋳造又はダイキャスト法によりマトリックス相がアル
ミニウム合金、分散相がＳｉＣの微粒子の複合材のブロ
ックが製造される。次に第２段階では、このブロック４
が図１（ｂ）に示すように、フィンを形成するためのキ
ャビティ５を備えた成形型６に、フィン用空間５ａを覆
う状態で設置される。その状態でブロック４がマトリッ
クス相の金属の液相線と固相線との間の半溶融状態で加
圧される。Next, a method of manufacturing the composite material 1 configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 (b) and 1 (c). The composite material 1 is manufactured in two stages. In the first stage, a composite block in which the matrix phase is an aluminum alloy and the dispersed phase is SiC fine particles is produced by high pressure casting or die casting. Next, in the second stage, this block 4
As shown in FIG. 1 (b), it is installed in a mold 6 provided with a cavity 5 for forming a fin so as to cover the fin space 5a. In this state, the block 4 is pressed in a semi-molten state between the liquidus line and the solidus line of the matrix phase metal.
【００２０】Ａｌ−Ｓｉの状態図は、縦軸に温度、横軸
にＳｉ％を表すと図２に示すようになり、Ｓｉの含有率
が共晶点からずれたアルミニウム合金を使用すると、図
２にＬ＋Ｓで表される領域で半溶融状態となる。即ち、
ブロック４は使用されるアルミニウム合金のＳｉ含有量
に対応する所定温度範囲で加圧される。この加熱加圧に
より、ブロック４から溶融状態のアルミニウム合金がし
み出し、フィン用空間５ａに充填される。そして、フィ
ン用空間５ａ全体が溶融状態のアルミニウム合金で充填
されるに必要な所定時間加熱加圧が継続されて図１
（ｃ）の状態になった後、成形型６が冷却されてアルミ
ニウム合金が凝固、冷却される。そして、製品としての
複合材１が成形型６から取り出される。The phase diagram of Al--Si is shown in FIG. 2 when temperature is plotted on the vertical axis and Si% is plotted on the horizontal axis. When an aluminum alloy whose Si content deviates from the eutectic point is used, the diagram is as follows. In a region represented by L + S in FIG. That is,
The block 4 is pressurized in a predetermined temperature range corresponding to the Si content of the aluminum alloy used. This heating and pressurization causes the molten aluminum alloy to exude from the block 4 and fill the fin space 5a. Then, heating and pressurizing are continued for a predetermined time necessary for filling the entire fin space 5a with the molten aluminum alloy, and FIG.
After the state (c) is reached, the mold 6 is cooled to solidify and cool the aluminum alloy. Then, the composite material 1 as a product is taken out of the mold 6.
【００２１】前記のようにして製造された複合材１は、
例えば半導体装置用の放熱部材として使用される。その
場合、図１（ａ）に鎖線で示すように、複合材１にはフ
ィン３が形成された側と反対側の面において絶縁基板７
が半田付けにより接合された状態で使用される。The composite material 1 manufactured as described above is
For example, it is used as a heat radiation member for a semiconductor device. In this case, as shown by the chain line in FIG. 1A, the composite material 1 has an insulating substrate 7 on the surface opposite to the side on which the fins 3 are formed.
Are used in a state where they are joined by soldering.
【００２２】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 複合材１は、金属のマトリックス相２ａと非金
属無機物質の分散相２ｂとからなる基板部２の表面に、
マトリックス相２ａを構成する金属製のフィン３が一体
形成されている。従って、基板部２からフィン３への熱
伝導が良好に行われる。This embodiment has the following effects. (1) The composite material 1 is provided on the surface of the substrate 2 composed of a matrix phase 2a of a metal and a dispersed phase 2b of a non-metallic inorganic substance.
The metal fins 3 constituting the matrix phase 2a are integrally formed. Therefore, heat conduction from the substrate portion 2 to the fins 3 is performed well.
【００２３】（２） 安価で熱伝導率が高いアルミニウ
ム合金がマトリックス相２ａのため、複合材１を低コス
トで製造できる。 （３） 熱伝導率が高いＳｉＣが分散相２ｂのため、分
散相２ｂの体積率を高めてその熱膨張率を半導体装置の
熱膨張率に近づけた場合、熱伝導率を高くでき、放熱材
として使用したときの放熱効率が向上する。(2) Since the matrix phase 2a is an inexpensive aluminum alloy having high thermal conductivity, the composite material 1 can be manufactured at low cost. (3) Since SiC having a high thermal conductivity is the dispersed phase 2b, when the volume ratio of the dispersed phase 2b is increased to make the thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the semiconductor device, the thermal conductivity can be increased, and the heat dissipation material can be obtained. The heat dissipation efficiency when used as a device is improved.
【００２４】（４） マトリックス相２ａを金属、分散
相２ｂを非金属無機物質とした複合材製のブロック４が
マトリックス相２ａの金属の半溶融状態で加圧され、し
み出した溶融金属でフィン３が形成される。従って、成
形型６に中子が不要になり、生産性が向上する。また、
基板部２となる部分の複合材からフィン３となる溶融金
属がしみ出すため、基板部２を構成する複合材の非金属
無機物質の含有率（体積率）を高くできる。その結果、
複合材の熱膨張率を低くできる。(4) A block 4 made of a composite material in which the matrix phase 2a is a metal and the dispersed phase 2b is a non-metallic inorganic material is pressurized in the semi-molten state of the metal of the matrix phase 2a, and fins are formed from the extruded molten metal. 3 is formed. Therefore, a core is not required for the molding die 6, and productivity is improved. Also,
Since the molten metal serving as the fins 3 exudes from the composite material in the portion serving as the substrate portion 2, the content (volume ratio) of the nonmetallic inorganic substance in the composite material forming the substrate portion 2 can be increased. as a result,
The coefficient of thermal expansion of the composite material can be reduced.
【００２５】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図３に従って説明する。この実施の形態の複合材１
は半導体装置等の電子部品を搭載するための絶縁基板７
を備えている点が前記実施の形態と大きく異なってい
る。前記実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳し
い説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Composite material 1 of this embodiment
Is an insulating substrate 7 for mounting electronic components such as semiconductor devices.
Is greatly different from the above embodiment. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００２６】図３（ａ）に示すように、複合材１は基板
部２のフィン３が突設された側と反対側の面にセラミッ
クス製の絶縁基板７を備えている。図３（ｃ）に示すよ
うに、絶縁基板７はその両面にマトリックス金属製の層
７ａが形成され、片側の層７ａを介して基板部２に拡散
接合で接合されている。この実施の形態では絶縁基板７
はＡｌＮ（窒化アルミニウム）で形成されている。As shown in FIG. 3A, the composite material 1 has an insulating substrate 7 made of ceramics on the surface of the substrate portion 2 opposite to the side on which the fins 3 are provided. As shown in FIG. 3 (c), the insulating substrate 7 has a matrix metal layer 7a formed on both surfaces thereof, and is joined to the substrate section 2 by diffusion bonding via one layer 7a. In this embodiment, the insulating substrate 7
Is formed of AlN (aluminum nitride).
【００２７】この複合材１も前記実施の形態の複合材１
と同様に２段階に分けて製造される。第１段階は前記実
施の形態と同じである。第２段階では、図３（ｂ）に示
すように、ブロック４の上に絶縁基板７が配置され、絶
縁基板７を介してブロック４が加圧される。そして、絶
縁基板７を介してブロック４を加熱状態で加圧すること
により、層７ａが複合材１のマトリックス相２ａと拡散
接合される。その結果、製品としてフィン３と反対側に
絶縁基板７が拡散接合された複合材１が得られる。な
お、図示の都合上、図３（ａ），（ｂ）では層７ａの図
示を省略し、図３（ｂ）では成形型６の深さ及びブロッ
ク４の厚さを小さく図示している。This composite material 1 is also the composite material 1 of the above embodiment.
It is manufactured in two stages in the same manner as described above. The first stage is the same as the previous embodiment. In the second stage, as shown in FIG. 3B, the insulating substrate 7 is disposed on the block 4, and the block 4 is pressed through the insulating substrate 7. Then, by pressing the block 4 in a heated state via the insulating substrate 7, the layer 7 a is diffusion-bonded to the matrix phase 2 a of the composite material 1. As a result, a composite material 1 in which the insulating substrate 7 is diffusion-bonded to the opposite side to the fins 3 is obtained as a product. 3A and 3B, illustration of the layer 7a is omitted, and in FIG. 3B, the depth of the mold 6 and the thickness of the block 4 are shown small.
【００２８】この実施の形態では前記実施の形態の
（１）〜（５）の効果の他に次の効果を有する。 （５） 複合材１を半導体装置の放熱部材として使用す
る際、半導体装置が搭載される絶縁基板７がすでに拡散
接合で接合されているため、放熱部材を絶縁基板に半田
等で接合した場合に比較して、放熱部材と絶縁基板７と
の間の熱伝導が良好になり、放熱効率が向上するととも
に、放熱部材を絶縁基板７に半田付けする工程が不要に
なる。This embodiment has the following effects in addition to the effects (1) to (5) of the above embodiment. (5) When the composite material 1 is used as a heat dissipating member of a semiconductor device, the insulating substrate 7 on which the semiconductor device is mounted is already joined by diffusion bonding. In comparison, the heat conduction between the heat radiating member and the insulating substrate 7 is improved, the heat radiating efficiency is improved, and the step of soldering the heat radiating member to the insulating substrate 7 becomes unnecessary.
【００２９】（６） 絶縁基板７を備えた複合材１の製
造が、ブロック４を絶縁基板７を介して加熱状態で加圧
する点を除いて、絶縁基板７を備えない複合材１の製造
方法と同じため、製造工程を変更せずに製造できる。(6) A method of manufacturing the composite material 1 without the insulating substrate 7 except that the block 4 is pressed in a heated state via the insulating substrate 7 in manufacturing the composite material 1 with the insulating substrate 7 Therefore, it can be manufactured without changing the manufacturing process.
【００３０】（７） 絶縁基板７が窒化アルミニウム製
のため、パワーモジュールのように大きな電力が使用さ
れる場合の絶縁を確保できる。実施の形態は前記に限定
されるものではなく、例えば次のように構成してもよ
い。(7) Since the insulating substrate 7 is made of aluminum nitride, insulation can be ensured when a large amount of power is used, such as in a power module. The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example.
【００３１】○ マトリックス相２ａの金属はケイ素を
含むアルミニウム合金に限らず、熱伝導率の良い他の金
属例えば銅合金やマグネシウム合金を使用してもよい。 ○ 分散相２ｂは炭化ケイ素の微粒子に限らず、熱伝導
率のよい他のセラミックス、例えば、窒化ホウ素（Ｂ
Ｎ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二ケイ化モリブデ
ン（ＭｏＳｉ2)や、非金属無機物質、例えば炭素（グラ
ファイト）の微粒子や繊維を使用してもよい。The metal of the matrix phase 2a is not limited to an aluminum alloy containing silicon, but may be another metal having good thermal conductivity, such as a copper alloy or a magnesium alloy. The dispersed phase 2b is not limited to fine particles of silicon carbide, but may be made of other ceramics having good thermal conductivity, for example, boron nitride (B
N), magnesium oxide (MgO), molybdenum disilicide (MoSi 2 ), or nonmetallic inorganic substances, for example, fine particles or fibers of carbon (graphite) may be used.
【００３２】○ 絶縁基板７を窒化アルミニウム以外の
材質で形成してもよい。 ○ 成形型６のフィン用空間５ａの少なくとも一部にマ
トリックス相２ａの金属を充填した状態でブロック４を
成形型６に設置して、前記第１及び第２の実施の形態と
同様にブロック４を加熱加圧してもよい。The insulating substrate 7 may be formed of a material other than aluminum nitride. The block 4 is set in the molding die 6 with at least a part of the fin space 5a of the molding die 6 filled with the metal of the matrix phase 2a, and the block 4 is formed in the same manner as in the first and second embodiments. May be heated and pressurized.
【００３３】○ 複合材１の使用方法としては、半導体
装置の放熱部材や電子部品搭載基材に限らない。前記実
施の形態から把握される請求項記載以外の発明（技術思
想）について、以下に記載する。The method of using the composite material 1 is not limited to the heat dissipation member of the semiconductor device or the electronic component mounting base material. The inventions (technical ideas) other than those described in the claims grasped from the embodiment will be described below.
【００３４】（１） 請求項６又は請求項７に記載の発
明において、前記ブロックの加圧時の加熱条件は、前記
マトリックス相の金属の液相線と固相線との間の半溶融
状態の領域の温度である。(1) In the invention as set forth in claim 6 or claim 7, the heating condition when the block is pressurized is such that the matrix phase metal is in a semi-molten state between a liquidus line and a solidus line of the metal. Temperature of the region.
【００３５】（２） 請求項５に記載の発明において、
前記絶縁基板は窒化アルミニウム製である。 （３） 請求項１に記載の発明において、前記マトリッ
クス相の金属はケイ素を含むマグネシウム合金とした。(2) In the invention according to claim 5,
The insulating substrate is made of aluminum nitride. (3) In the invention described in claim 1, the metal of the matrix phase is a magnesium alloy containing silicon.
【００３６】（４） 請求項１〜請求項３のいずれかに
記載の発明において、分散相は炭素粒子若しくは炭素繊
維とした。 （５） 請求項１に記載の発明において、前記マトリッ
クス相の金属にマグネシウム合金、分散相に炭素粉末又
は炭素繊維を用いた。(4) In the invention according to any one of the first to third aspects, the dispersed phase is carbon particles or carbon fibers. (5) In the invention according to claim 1, a magnesium alloy is used for the metal of the matrix phase, and carbon powder or carbon fiber is used for the dispersed phase.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項５
に記載の発明によれば、例えば半導体装置の放熱部材や
電子部品搭載基材として好適で片面にフィンを備えた複
合材の製造が容易になる。また、請求項６及び請求項７
に記載の発明によれば、片面にフィンを備えた複合材を
生産性良く簡単に製造することができる。As described in detail above, claims 1 to 5 are provided.
According to the invention described in (1), for example, it is easy to manufacture a composite material having a fin on one surface, which is suitable as a heat dissipation member of a semiconductor device or an electronic component mounting substrate. Claims 6 and 7
According to the invention described in (1), a composite material having fins on one side can be easily manufactured with high productivity.
【図１】 （ａ）は第１の実施の形態の複合材の模式断
面図、（ｂ），（ｃ）は製造工程を示す模式断面図。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a composite material according to a first embodiment, and FIGS. 1B and 1C are schematic cross-sectional views illustrating manufacturing steps.
【図２】 Ａｌ−Ｓｉ系の状態図。FIG. 2 is a phase diagram of an Al—Si system.
【図３】 （ａ）は第２の実施の形態の複合材の模式断
面図、（ｂ）は製造工程を示す模式断面図、（ｃ）は絶
縁基板の詳細を示す模式断面図。3A is a schematic cross-sectional view of a composite material according to a second embodiment, FIG. 3B is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process, and FIG. 3C is a schematic cross-sectional view illustrating details of an insulating substrate.
【図４】 従来技術の複合材の製造工程を示す模式断面
図。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a composite material according to the prior art.
１…複合材、２…基板部、２ａ…マトリックス相、２ｂ
…分散相、３…フィン、４…ブロック、５…キャビテ
ィ、５ａ…フィン用空間、６…成形型、７…絶縁基板、
７ａ…層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite material, 2 ... Substrate part, 2a ... Matrix phase, 2b
... dispersion phase, 3 ... fin, 4 ... block, 5 ... cavity, 5a ... fin space, 6 ... mold, 7 ... insulating substrate,
7a ... layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 恭一 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 河野 栄次 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 砥綿 真一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 西野 直久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4K020 AA22 AA24 AB01 AC01 AC04 BB26 5F036 AA01 BB05 BD01 BD03 BD11 BD13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kyoichi Kinoshita 2-1-1, Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor Eiji Kono 2-1-1, Toyota-cho, Kariya-shi, Aichi Pref. Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor: Shinichi Towa 41-cho, Chukumi-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. No. 41, Yokomichi, Chuchu, F-term in Toyota Central R & D Laboratories, Inc. F-term (reference) 4K020 AA22 AA24 AB01 AC01 AC04 BB26 5F036 AA01 BB05 BD01 BD03 BD11 BD13
Claims (7)
ラミックス、炭素等の非金属無機物質とした複合材から
なる基板部の表面に、前記マトリックス相を構成する金
属製のフィンが一体形成されている複合材。1. A metal fin constituting the matrix phase is integrally formed on a surface of a substrate portion made of a composite material having a matrix phase as a metal and a dispersed phase as a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon. Composite material.
むアルミニウム合金である請求項１に記載の複合材。2. The composite according to claim 1, wherein the metal of the matrix phase is an aluminum alloy containing silicon.
む銅合金である請求項１に記載の複合材。3. The composite according to claim 1, wherein the metal of the matrix phase is a copper alloy containing silicon.
項１〜請求項３のいずれか一項に記載の複合材。4. The composite material according to claim 1, wherein the dispersed phase is fine particles of silicon carbide.
の反対側の面に、両面に前記マトリックス金属製の層が
形成されたセラミックス製の絶縁基板が拡散接合で接合
されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の
複合材。5. A ceramic insulating substrate having said matrix metal layer formed on both surfaces thereof is bonded by diffusion bonding to a surface of said substrate portion opposite to a side on which said fins protrude. The composite material according to any one of claims 1 to 4.
えた成形型に、フィン用空間を覆う状態で、マトリック
ス相を金属とし、分散相をセラミックス、炭素等の非金
属無機物質とした複合材のブロックを設置し、該ブロッ
クを前記マトリックス相の金属の半溶融状態又は液相状
態で加圧し、しみ出した溶融金属でフィンを形成する複
合材の製造方法。6. A composite material in which a matrix phase is made of metal and a dispersed phase is made of a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon while covering a space for fins is provided in a mold having a cavity for forming fins. A method for producing a composite material, in which a block is provided and the block is pressurized in a semi-molten state or a liquid state of the matrix phase metal, and a fin is formed from the extruded molten metal.
えた成形型に、フィン用空間を覆う状態で、マトリック
ス相を金属とし、分散相をセラミックス、炭素等の非金
属無機物質とした複合材のブロックを設置し、該ブロッ
クを前記マトリックス相の金属の半溶融状態又は液相状
態で加圧し、しみ出した溶融金属でフィンを形成する際
に、両面に前記マトリックス相の金属製の層が形成され
たセラミックス製の絶縁基板を介して加圧し、該絶縁基
板と前記ブロックとを拡散接合する複合材の製造方法。7. A composite material having a matrix phase made of metal and a dispersed phase made of a non-metallic inorganic material such as ceramics or carbon in a mold provided with a cavity for forming fins in a state of covering a space for fins. When a block is installed and the block is pressed in a semi-molten state or a liquid phase state of the matrix phase metal and a fin is formed from the extruded molten metal, a metal layer of the matrix phase is formed on both surfaces. Pressurizing through a ceramic insulating substrate, and diffusion bonding the insulating substrate and the block.
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