JP6619178B2 - Composite of aluminum and carbon particles and insulating substrate - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウムと炭素粒子との複合体、電子素子等の発熱性素子が搭載される絶縁基板、及び、絶縁基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a composite of aluminum and carbon particles, an insulating substrate on which a heat generating element such as an electronic element is mounted, and a method for manufacturing the insulating substrate.
なお本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に明示する場合を除き、純アルミニウムとアルミニウム合金との双方を含む意味で用いられ、また「板」の語は、特に明示する場合を除き、「箔」をも含む意味で用いられる。 In the present specification and claims, the term “aluminum” is used to mean both pure aluminum and an aluminum alloy unless otherwise specified, and the term “plate” is expressly specified. Except in the case where it does, it is used in the meaning including "foil".
また、本発明に係る絶縁基板の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、絶縁基板の構成を理解し易くするため、発熱性素子が搭載される絶縁基板の搭載面側を絶縁基板の上側、及び、その反対側を絶縁基板の下側とそれぞれ定義する。 Further, although the vertical direction of the insulating substrate according to the present invention is not limited, in this specification and the claims, in order to facilitate understanding of the configuration of the insulating substrate, the insulating substrate on which the heat generating element is mounted. Is defined as the upper side of the insulating substrate, and the opposite side is defined as the lower side of the insulating substrate.
金属と炭素粒子との複合材として、例えば特許文献1(特許第5150905号公報)や特許文献2(特許第5145591号公報)に記載されているように、アルミニウム層等の金属層と炭素粒子層としての炭素繊維層とが交互に複数積層されて接合一体化された複合材が知られている。この複合材は、高い熱伝導特性が必要な部材用の材料としての利用が期待されている。 As a composite material of a metal and carbon particles, for example, as described in Patent Document 1 (Patent No. 5150905) and Patent Document 2 (Patent No. 5145591), a metal layer such as an aluminum layer and a carbon particle layer A composite material is known in which a plurality of carbon fiber layers are alternately laminated and integrated. This composite material is expected to be used as a material for members that require high heat conduction characteristics.
ところで、電子素子等の発熱性素子が搭載される絶縁基板は、一般に高い熱伝導特性を要求される。そこで、絶縁基板を構成する複数の構成層のうち少なくとも一つの構成層の材料として、上述の複合材を用いることが考えられる。 Incidentally, an insulating substrate on which an exothermic element such as an electronic element is mounted generally requires high heat conduction characteristics. Thus, it is conceivable to use the above-described composite material as a material for at least one of the plurality of constituent layers constituting the insulating substrate.
上述の複合材において、熱伝導率を高くするためには、炭素繊維層等の炭素粒子層をなるべく薄くするとともに炭素粒子の含有量をなるべく多くすることが望ましい。こうするためには、金属層と炭素粒子層をそれぞれ薄くして交互に複数積層させるのが良い。 In the above composite material, in order to increase the thermal conductivity, it is desirable to make the carbon particle layer such as the carbon fiber layer as thin as possible and to increase the content of the carbon particles as much as possible. In order to do this, it is preferable to make the metal layer and the carbon particle layer thinner and alternately laminate a plurality of layers.
ところが、金属層と炭素粒子層をこのように積層すると次のような問題が発生する虞があった。 However, when the metal layer and the carbon particle layer are laminated in this way, the following problems may occur.
すなわち、金属層と炭素粒子層を、各層の端部を揃えて交互に積層することが困難であり、また層の端部には層同士を接合するための加圧力が加わりにくいので、各層の端部が接合不良になり、この部分から炭素粒子が脱落し易いという問題があった。 That is, it is difficult to alternately stack metal layers and carbon particle layers with the end portions of each layer aligned, and it is difficult to apply pressure to join the layers to the end portions of the layers. There was a problem that the end portion was poorly bonded, and the carbon particles were easily dropped from this portion.
上述の問題は、複合材が上述したような金属層と炭素粒子層との複合材である場合に限定されず、外周側面に炭素粒子が露出している、金属と炭素粒子との複合材に共通の問題である。 The above-mentioned problems are not limited to the case where the composite material is a composite material of a metal layer and a carbon particle layer as described above, but a composite material of metal and carbon particles in which carbon particles are exposed on the outer peripheral side surface. It is a common problem.
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁基板の構成層として用いられるとともに外周側面からの炭素粒子の脱落が抑制されたアルミニウムと炭素粒子との複合体、絶縁基板及び絶縁基板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described technical background, and the object thereof is a composite of aluminum and carbon particles that is used as a constituent layer of an insulating substrate and in which dropping of carbon particles from the outer peripheral side surface is suppressed, An object is to provide an insulating substrate and a method for manufacturing the insulating substrate.
本発明は以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means.
[1] 絶縁基板を構成するとともに互いに積層状に接合一体化される複数の構成層のうち少なくとも一つの構成層として用いられ、
ろう付けにより他の構成層と積層状に接合される、アルミニウムと炭素粒子との複合体であって、
複合体の外周側面における複合体の厚さ方向の片側の縁部に、側方に突出したバリが形成されており、
複合体の前記外周側面と前記バリとの間で、複合体と他の構成層との接合界面からのろう材の滲出部を複合体の前記外周側面の周方向に誘導する誘導凹部が形成されているアルミニウムと炭素粒子との複合体。
[1] It is used as at least one constituent layer among a plurality of constituent layers that constitute an insulating substrate and are joined and integrated in a laminated manner.
A composite of aluminum and carbon particles that is joined to other constituent layers in a laminated form by brazing,
A burr projecting sideways is formed on one edge in the thickness direction of the composite on the outer peripheral side surface of the composite,
Between the outer peripheral side of the composite and the burr, a guide recess is formed for guiding the extruding part of the brazing material from the joint interface between the composite and another constituent layer in the circumferential direction of the outer peripheral side of the composite. Composite of aluminum and carbon particles.
[2] 複合体の厚さ方向の前記片側の表面側にアルミニウム表皮層が形成されている前項1記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。 [2] The composite of aluminum and carbon particles according to [1], wherein an aluminum skin layer is formed on the one surface side in the thickness direction of the composite.
[3] 前記アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が99質量%以上である前項2記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
[3] The composite of aluminum and carbon particles according to
[4] 複合体の前記外周側面からの前記バリの突出量が5μm以上100μm以下に設定されている前項1〜3のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体。
[4] The composite of aluminum and carbon particles according to any one of
[5] 互いに積層状に接合一体化された複数の絶縁基板構成層を備え、
前記複数の構成層は、前項1〜4のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された第1構成層と、前記第1構成層に対して積層状に配置される第2構成層とを含み、
前記第1構成層と前記第2構成層は、前記第1構成層と前記第2構成層との接合界面に介在されたろう材で互いに接合されており、
前記第1構成層の外周側面に前記ろう材の滲出部が固着している絶縁基板。
[5] A plurality of insulating substrate constituent layers joined and integrated in a stacked manner,
The plurality of constituent layers include a first constituent layer formed of a composite of aluminum and carbon particles according to any one of the preceding
The first constituent layer and the second constituent layer are joined to each other with a brazing material interposed at a joint interface between the first constituent layer and the second constituent layer,
An insulating substrate in which an extruding portion of the brazing material is fixed to an outer peripheral side surface of the first constituent layer.
[6] 前項1〜4のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された第1構成層と、前記第1構成層に対して積層状に配置される第2構成層とを、前記第1構成層と前記第2構成層との間にろう材を介在させた状態でろう付けにより互いに接合する工程を備えている絶縁基板の製造方法。
[6] A first constituent layer formed of a composite of aluminum and carbon particles according to any one of
[7] アルミニウムと炭素粒子との複合体の板材を剪断することにより前記複合体で形成された第1構成層を得る工程と、
前記第1構成層の外周側面における前記第1構成層の厚さ方向の片側の縁部に形成された剪断バリを側方に突出するように曲げる工程と、
前記曲げる工程の後で、前記第1構成層と、前記第1構成層に対して積層状に配置される第2構成層とを、前記第1構成層と前記第2構成層との間にろう材を介在させた状態でろう付けにより互いに接合する工程と、を備えている絶縁基板の製造方法。
[7] A step of obtaining a first constituent layer formed of the composite by shearing a plate material of the composite of aluminum and carbon particles;
Bending a shear burr formed on an edge on one side in the thickness direction of the first constituent layer on the outer peripheral side surface of the first constituent layer so as to protrude sideways;
After the bending step, the first constituent layer and the second constituent layer disposed in a stacked manner with respect to the first constituent layer are interposed between the first constituent layer and the second constituent layer. And a step of joining together by brazing in a state where a brazing material is interposed.
本発明は以下の効果を奏する。 The present invention has the following effects.
前項[1]では、複合体の外周側面とバリとの間で誘導凹部が形成されていることにより、複合体と他の構成層とをろう付けにより接合する際に、複合体と他の構成層との接合界面から複合体の外周側面に滲出したろう材の滲出部が誘導凹部によって複合体の外周側面の周方向に誘導されて複合体の外周側面に固着する。これにより、複合体の外周側面からの炭素粒子の脱落を抑制することができる。 In the preceding item [1], since the induction recess is formed between the outer peripheral side surface of the composite and the burr, the composite and the other structure are joined when the composite and the other constituent layers are joined by brazing. The exuded portion of the brazing material that has exuded from the bonding interface with the layer to the outer peripheral side surface of the composite is guided in the circumferential direction of the outer peripheral side surface of the composite by the guide recess and fixed to the outer peripheral side surface of the composite. Thereby, dropping of carbon particles from the outer peripheral side surface of the composite can be suppressed.
もとより、複合体は炭素粒子を含んでいるので高い熱伝導特性を有している。したがって、複合体を絶縁基板の構成層として用いることにより、絶縁基板の熱伝導特性を向上させることができる。 Of course, since the composite contains carbon particles, it has high thermal conductivity. Therefore, the thermal conductivity of the insulating substrate can be improved by using the composite as a constituent layer of the insulating substrate.
前項[2]では、複合体の厚さ方向の片側の表面側にアルミニウム表皮層が形成されていることにより、バリを確実に形成することができる。 In the preceding item [2], the burr can be reliably formed by forming the aluminum skin layer on one surface side in the thickness direction of the composite.
前項[3]では、アルミニウム表皮層のアルミニウムの純度が所定純度以上であることにより、バリを更に確実に形成することができる。 In the preceding item [3], when the aluminum purity of the aluminum skin layer is equal to or higher than a predetermined purity, burrs can be more reliably formed.
前記[4]では、バリの突出量が所定範囲に設定されることにより、ろう材の滲出部を複合体の外周側面の周方向に確実に誘導可能な誘導凹部を形成することができる。 In [4], by setting the protrusion amount of the burr within a predetermined range, it is possible to form a guide recess that can reliably guide the extruding part of the brazing material in the circumferential direction of the outer peripheral side surface of the composite.
前項[5]では、第1構成層が前項[1]〜[4]のいずれかに記載の複合体で形成されているので、第1構成層において前項[1]〜[4]のいずれかの効果を奏する。 In the preceding item [5], since the first constituent layer is formed of the composite according to any one of the preceding items [1] to [4], any one of the preceding items [1] to [4] in the first constituent layer. The effect of.
前項[6]及び[7]では、それぞれ前項[5]の記載の絶縁基板を確実に製造することができる。 In the preceding items [6] and [7], it is possible to reliably manufacture the insulating substrate described in the preceding item [5].
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。 Next, several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1〜11は、本発明の第1実施形態を説明する図である。 FIGS. 1-11 is a figure explaining 1st Embodiment of this invention.
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る絶縁基板1Aは、電子モジュール用基板(例:パワーモジュール用基板)等として用いられるものであり、複数の絶縁基板構成層2、6、7、8が上下方向に積層された状態で接合一体化されて形成されたものである。
As shown in FIG. 1, the
複数の構成層は、配線層2、絶縁層6、緩衝層7及び冷却層8を含む。そして、上から下へ順に、配線層2、絶縁層6、緩衝層7及び冷却層8が水平に且つ積層状に配置されるとともに、この積層状態でこれらの層2、6、7、8が所定の接合手段により接合一体化されている。接合手段としてはろう付けが用いられている。
The plurality of constituent layers include a
なお本第1実施形態では、絶縁基板1Aを構成する複数の構成層は冷却層8を含んでいるので、絶縁基板1Aは冷却基板とも呼ばれている。
In the first embodiment, since the plurality of constituent layers constituting the insulating
配線層2は、回路層とも呼ばれているものであり、その平坦な上面からなる搭載面1aを有している。配線層2の形状は例えば平面視で略方形状である。配線層2の一辺長さは例えば10〜100mmである。
The
本第1実施形態の絶縁基板1Aでは、配線層2が本発明の第1実施形態に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体20で形成されている。配線層2(複合体20)の詳細な構成については後述する。
In the insulating
配線層2の搭載面1aには、発熱性素子(二点鎖線で示す)11がはんだ付けにより接合されて搭載される。発熱性素子11は半導体素子等の電子素子(例:IGBT素子)を含む。
On the mounting
搭載面1aにおける発熱性素子11とのはんだ付け性を高めるため、搭載面1aに発熱性素子11がはんだ付けにより接合される前に、搭載面1aにはニッケル−リンめっき膜等のニッケルめっき膜(図示せず)が常法(例:電気ニッケルめっき法、無電解ニッケルめっき法)により搭載面1aの全体に亘って略均一な厚さで形成される。
In order to enhance solderability with the
絶縁層6は、電気絶縁性を有しており、具体的には、AlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(アルミナ)等のセラミック製である。絶縁層6の形状は例えば平面視で略方形状である。絶縁層6の一辺長さは配線層2の一辺長さよりも若干大きく設定されており、具体的には例えば10.5〜100.5mmである。絶縁層6の厚さは例えば0.2〜1.5mmである。
The insulating
緩衝層7は、絶縁基板1Aに発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。さらに、緩衝層7はアルミニウム等の金属製であり、例えば、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔(図示せず)を有するパンチングメタルで形成されている。緩衝層7の形状は平面視で略方形状であり、緩衝層7の一辺長さは例えば10〜100mmである。緩衝層7の厚さは例えば0.2〜3mmである。
The
冷却層8は、発熱性素子11の動作に伴い発熱した発熱性素子11を冷却するものである。本第1実施形態では、冷却層8として板状の冷却部材が用いられており、具体的には、発熱性素子11の熱を放散することで発熱性素子11を冷却する放熱部材(例:ヒートシンク)が用いられている。放熱部材はアルミニウム等の金属製であり、複数の放熱フィン8aを有している。
The
なお本発明では、冷却層8は放熱部材であることに限定されるものではなく、その他に例えば、冷却液が流通する流通路を有する冷却部材であっても良い。
In the present invention, the
上述の絶縁基板1Aでは、搭載面1aに搭載された発熱性素子11で発生した熱は、発熱性素子11から配線層2、絶縁層6、緩衝層7及び冷却層8に順次伝導する。その結果、発熱性素子11が冷却されてその温度が低下する。
In the insulating
配線層2と絶縁層6は、図2及び3に示すようにアルミニウム系ろう材10を用いたろう付けにより積層状に接合されている。すなわち、図3に示すように、配線層2と絶縁層6との接合界面10には両層2、6を接合した薄い層状のろう材9が介在されている。なお、これらの図では、ろう材10は、他の部材と区別し易くするため、ドットハッチングで示されている。
The
図2に示すように、配線層2の外周側面3における配線層2の厚さ方向の片側の縁部として、配線層2の外周側面3の下縁部には、バリとして剪断バリ(詳述すると打ち抜きバリ)4が側方に突出して且つ配線層2の外周側面3の周方向に延びて形成されている(図10参照)。これにより、配線層2の外周側面3と剪断バリ4との間で配線層2の外周側面3の周方向に延びた誘導凹部5が形成されている。誘導凹部5は、後述する接合工程S6の際に配線層2と絶縁層6との接合界面10から配線層2の外周側面3に滲出したろう材9の滲出部9aを配線層2の外周側面3の周方向に誘導するものである。
As shown in FIG. 2, as an edge on one side in the thickness direction of the
さらに、図2に示すように、配線層2の外周側面3にはろう材9の滲出部9aが誘導凹部5内にて配線層2の外周側面3の略全体を覆う状態にして配線層2の外周側面3に固着している。これにより、配線層2の外周側面3の略全体がろう材9の滲出部9aで覆われている。
Further, as shown in FIG. 2, on the outer
次に、本第1実施形態の絶縁基板1Aの配線層2として用いられる複合体20について以下に説明する。
Next, the composite 20 used as the
複合体20は、図2に示すように、アルミニウムと炭素粒子22aとが所定の焼結法により焼結複合化されたものである。複合体20の形状は上述したように平面視で略方形状であり、その全体形状は板状(詳述すると平板状)である。複合体20の厚さ(即ち配線層2の厚さ)は限定されるものではないが、特に0.2〜2mmに設定されるのが望ましい。
As shown in FIG. 2, the composite 20 is obtained by sintering and combining aluminum and
焼結法は限定されるものではないが、放電プラズマ焼結法、ホットプレス法等の加熱加圧焼結法を用いることが望ましい。本第1実施形態では、焼結法として加熱加圧焼結法が用いられている。 The sintering method is not limited, but it is desirable to use a heat and pressure sintering method such as a discharge plasma sintering method or a hot press method. In the first embodiment, a heat and pressure sintering method is used as the sintering method.
本第1実施形態の複合体20は、アルミニウム層21と炭素粒子層22が交互に複数積層されるとともに更にアルミニウム表皮層24が複合体20の下表面側(即ち複合体20の厚さ方向の前記片側の表面側)に積層された状態で一体に焼結複合化されたものである。なお、炭素粒子層22は炭素粒子22aで形成された層である。
In the composite 20 of the first embodiment, a plurality of
アルミニウム層21のアルミニウムは限定されるものではなく、純アルミニウム系合金等が用いられる。
The aluminum of the
アルミニウム表皮層24のアルミニウムの純度は限定されるものではないが、99質量%以上であることが望ましい。その理由は後述する。
The purity of aluminum in the
次に、絶縁基板1Aの望ましい製造方法について以下に説明する。
Next, a desirable manufacturing method of the insulating
図4に示すように、絶縁基板1Aの製造方法は、アルミニウムと炭素粒子22aとの複合体20の板材20Aを製造する工程S3と、(この工程を便宜上「複合体20の板材20Aの製造工程S3」という」と、複合体20の板材20Aを剪断することにより配線層2を得る工程として、複合体20の板材20Aを打ち抜くことにより配線層2を得る工程S4(この工程を便宜上「打ち抜き工程S4」という。)と、配線層2の外周側面3の下縁部に下方向に突出して形成された剪断バリ4を側方に突出するように曲げる工程S6(この工程を便宜上「曲げ工程S5」という。)と、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8をろう付けにより一括して接合一体化する工程S6(この工程を便宜上「接合工程S6」という。)と、を備えている。
As shown in FIG. 4, the manufacturing method of the insulating
複合体20の板材20Aの製造工程S3は、複合体20の板材20Aのプリフォーム25Aを形成する工程S1(この工程を便宜上「プリフォーム25Aの形成工程S1」という。)と、プリフォーム25Aを焼結する工程S2(この工程を便宜上「焼結工程S2」という。)と、を含む。
The manufacturing process S3 of the
複合体20の製造に用いられる炭素粒子22aの種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものであることが望ましい。特に、炭素粒子22aは、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることが望ましく、更に、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン及び天然黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることがより望ましい。その理由は、複合体20の熱伝導率を確実に向上させることができるし、アルミニウムと炭素粒子22aとの複合化を確実に行えるからである。
The type of the
炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維などが用いられる。 As the carbon fiber, pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, or the like is used.
カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維(VGCF(登録商標))等が用いられる。 As the carbon nanotube, a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, a vapor grown carbon fiber (VGCF (registered trademark)) or the like is used.
天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子等が用いられる。 As the natural graphite particles, scaly graphite particles or the like are used.
人造黒鉛粒子としては、等方性黒鉛粒子、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子等が用いられる。 As the artificial graphite particles, isotropic graphite particles, anisotropic graphite particles, pyrolytic graphite particles and the like are used.
炭素粒子22aの大きさは限定されるものではない。しかるに、炭素粒子22aが炭素繊維である場合、平均繊維長が10μm以上2mm以下の短炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子22aがカーボンナノチューブである場合、平均長さが1μm以上10μm以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。炭素粒子22aが天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が10μm以上3mm以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が特に好適に用いられる。
The size of the
本第1実施形態では、炭素粒子22aとして炭素繊維(詳述すると短炭素繊維)が用いられている。
In the first embodiment, carbon fibers (specifically, short carbon fibers) are used as the
望ましいプリフォーム25Aの形成工程S1について以下に説明する。
The formation step S1 of the desired
図5に示すようにプリフォーム25Aの形成工程S1では、アルミニウム層21を形成するアルミニウム板材21Aの片面又は両面上に炭素粒子層(詳述すると炭素繊維層)22を塗工し、これにより塗工アルミニウム板材23Aを得る。次いで、塗工アルミニウム板材23Aを複数積層するとともに更に、アルミニウム表皮層24を形成するアルミニウム表皮板材24Aを下表面側に積層する。これにより、図6に示すように、複合体20の板材20Aのプリフォーム25Aが形成される。
As shown in FIG. 5, in the forming step S1 of the
塗工アルミニウム板材23Aの積層枚数は限定されるものではないが、5〜500枚であることが特に望ましい。
The number of coated
本第1実施形態では、各塗工アルミニウム板材23Aにおいて、炭素粒子層22は、アルミニウム板材21Aの片面(詳述すると上面)上に、炭素粒子層22中の炭素粒子(炭素繊維)22aの長さ方向が一方向に揃う状態になるように塗工されている。そして、互いに重なり合う二つの塗工アルミニウム板材23A、23Aにおいて一方の塗工アルミニウム板材23Aの炭素粒子層22中の炭素粒子(炭素繊維)22aの長さ方向と他方の塗工アルミニウム板材23Aの炭素粒子層22中の炭素粒子(炭素繊維)22aの長さ方向とが平面視で約90°の角度をなす態様にして、複数の塗工アルミニウム板材23Aが上下方向に積層されている。
In the first embodiment, in each
アルミニウム板材21Aの厚さは限定されるものではないが、5〜200μmであることが特に望ましい。
The thickness of the
炭素粒子層22の厚さは限定されるものではないが、1〜100μmであることが特に望ましい。
The thickness of the
アルミニウム表皮板材24Aの厚さは限定されるものではないが、20μm以上300μm以下であることが望ましい。その理由は、剪断バリ4を確実に形成できるからである。特に望ましい厚さの下限値は50μmである。特に望ましい厚さの上限値は200μmである。
The thickness of the aluminum
また、炭素粒子層22中に含まれる炭素粒子(詳述すると炭素繊維)22aの塗工量は限定されるものではないが、1g/m2以上40g/m2以下であることが特に望ましい。塗工量が1g/m2以上であることにより、複合体20の熱伝導率を確実に向上させることができる。塗工量が40g/m2以下であることにより、複合体20内での層間剥離を確実に抑制することができる。
Further, the coating amount of the carbon particles (specifically, carbon fibers) 22a contained in the
さらに、炭素粒子層22は、複合体20の板材20A(複合体20)に対する炭素粒子22aの体積含有率が2体積%以上70体積%以下になるように塗工されることが望ましい。炭素粒子22aの体積含有率が2体積%以上であることにより、複合体20の熱伝導率を確実に向上させることができる。炭素粒子22aの体積含有率が70体積%以下であることにより、積層状に配置された複数の塗工アルミニウム板材23Aを確実に一体に焼結することができる。炭素粒子22aの体積含有率の特に望ましい下限値は3体積%であり、その特に望ましい上限値は50体積%である。
Further, the
炭素粒子層22の塗工方法は限定されるものではないが、特に、炭素粒子22aとバインダーとバインダー用溶剤とが混合されてなる塗工液をロールコータ等の塗工装置(図示せず)によりアルミニウム板材21A上に連続的に塗工する方法であることが望ましい。この塗工方法の場合、アルミニウム板材21A上に塗工された炭素粒子層22を塗工後に乾燥及び加熱処理し、これにより炭素粒子層22中に含まれる溶剤及びバインダーを除去することが望ましい。
Although the coating method of the
望ましい焼結工程S2について以下に説明する。 A desirable sintering step S2 will be described below.
焼結工程S2では、加熱加圧焼結法によって、所定の焼結金型(図示せず)内でプリフォーム25Aをその厚さ方向(即ち塗工アルミニウム板材23Aの積層方向)に加圧及び加熱しながら焼結する。これにより、複合体20の板材20A(図7参照)が製造される。
In the sintering step S2, the
プリフォーム25Aは焼結時に加圧及び加熱されることにより、各アルミニウム板材21Aの一部がプリフォーム25A内に存在する微細な空隙(例:炭素粒子層22中の炭素粒子22a間の隙間)に塑性流動して当該空隙(隙間)に充填される。これにより当該空隙(隙間)が略消滅する。
The
加熱加圧焼結法としては限定されるものではないが、焼結金型として密閉金型を用いた加熱加圧焼結法であることが望ましい。 The heat and pressure sintering method is not limited, but is preferably a heat and pressure sintering method using a closed mold as the sintering mold.
そのような加熱加圧焼結法として放電プラズマ焼結法を用いる場合における望ましい焼結条件は以下のとおりである。 Desirable sintering conditions in the case of using the discharge plasma sintering method as such a heat-pressure sintering method are as follows.
焼結温度は450〜640℃、焼結時間(即ち焼結温度の保持時間)は10〜300min、プリフォーム25Aへの加圧力は5〜40MPaである。
The sintering temperature is 450 to 640 ° C., the sintering time (that is, the holding time of the sintering temperature) is 10 to 300 min, and the pressure applied to the
望ましい打ち抜き工程S4について以下に説明する。 A desirable punching step S4 will be described below.
図7に示すように打ち抜き工程S4では、剪断加工装置としてのプレス打ち抜き加工装置30を用いて複合体20の板材20Aを配線層2の形状に打ち抜くことにより、図8に示すように、配線層2の外周側面3の下縁部に剪断バリ(打ち抜きバリ)4が形成された配線層2を得る。配線層2の打ち抜き面(剪断面)である配線層2の外周側面3には、多数の炭素粒子22aが露出している。
As shown in FIG. 7, in the punching step S <b> 4, the
剪断バリ4は、配線層2の外周側面3の下縁部に、配線層2の下表面2zの法線方向に突出して即ち下方向に突出して形成されている。さらに、剪断バリ4は、配線層2の外周側面3の下縁部に配線層2の外周側面3の周方向に延びて形成されている。
The
ここで、剪断バリ4は、配線層2の外周側面3の下縁部に、外周側面3の全周の60%以上の領域で形成されることが望ましい。その理由は、ろう材9の滲出部9aを配線層2の外周側面3の周方向に確実に誘導可能な誘導凹部5を形成できるからである。
Here, it is desirable that the
プレス打ち抜き加工装置30は、図7に示すように、打ち抜きパンチ31、ダイ32等を備えている。同図では、複合体20の板材20A(及び配線層2)の上下方向を理解し易くするため、パンチ31は複合体20の板材20Aの下側にダイ32は複合体20の板材20Aの上側にそれぞれ配置されて図示されている。しかし、実際の打ち抜き工程S4では、複合体20の板材20Aは上下逆に配置されるとともに、パンチ31は複合体20の板材20Aの上側にダイ32は複合体20の板材20Aの下側にそれぞれ配置されて、複合体20の板材20Aがパンチ31で打ち抜がれる。
As shown in FIG. 7, the
パンチ31による複合体20の板材20Aへの打ち抜き方向33は、配線層2の外周側面3の下縁部に下方向に突出した剪断バリ4が形成される方向に設定されており、即ち、パンチ31が複合体20の板材20Aに対してアルミニウム表皮板材24A側(即ち同図では下側)からその反対側(即ち同図では上側)へと進行する方向に設定される。これにより、剪断バリ4は、配線層2の外周側面3におけるアルミニウム表皮層24側の縁部である、配線層2の外周側面3の下縁部、即ちアルミニウム表皮層24の下縁部に下方向に突出して形成される。
The punching
パンチ31とダイ32との間のクリアランスCは限定されるものではないが、複合体20の板材20Aの厚さに対して0%以上20%以下に設定されることが特に望ましい。その理由は、所望する剪断バリ4を確実に形成できるからである。なお、クリアランスCを0%に設定した場合でも、複合体20の板材20Aが有する剛性などによって複合体20の板材20Aへの打ち抜き時にパンチ31とダイ32との間に隙間が生じるため、所望する剪断バリ4を確実に形成できる。
The clearance C between the
望ましい曲げ工程S5について以下に説明する。 A desirable bending step S5 will be described below.
図8に示すように曲げ工程S5では、配線層2の上述の剪断バリ4が下方向に突出した状態から配線層2の側方に突出した状態(図8に二点鎖線で示す)に塑性変形するように剪断バリ4に対して曲げ加工を施すことにより剪断バリ4を折り曲げる。これにより、配線層2の外周側面3と剪断バリ4との間で配線層2の外周側面3の周方向に延びた上述の誘導凹部5が形成される。本第1実施形態では、剪断バリ4は、剪断バリ4の下面が配線層2の下表面2zと面一に連なるように、即ち配線層2の下表面2zの全体が平坦になるように折り曲げられている。
As shown in FIG. 8, in the bending step S5, the above-described
曲げ加工は限定されるものではないが、ハンマー等を含む叩き加工工具又は叩き加工装置(いずれも図示せず)を用いた叩き加工であることが望ましい。その理由は、剪断バリ4を確実に曲げることができると同時に配線層2の下表面2zの全体の平坦度を高めることができるからである。
The bending process is not limited, but is preferably a tapping process using a tapping tool or a tapping machine (both not shown) including a hammer or the like. The reason is that the
配線層2の外周側面3からの剪断バリ4の突出量Pは限定されるものはないが、5μm以上100μm以下に設定されることが望ましい。その理由は、ろう材9の滲出部9aを配線層2の外周側面3の周方向に確実に誘導可能な誘導凹部5を形成できるからである。特に望ましい突出量Pの上限値は50μmである。
The protruding amount P of the
望ましい接合工程S6について以下に説明する。 A desirable bonding step S6 will be described below.
図9に示すように接合工程S6では、載置台17上に配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8を水平に且つ積層状に配置(載置)する。この際に互いに重なり合う二つの層間にそれぞれ層状のろう材を介在させる。すなわち、配線層2と絶縁層6との間に層状のろう材9を挟み、且つ、絶縁層6と緩衝層7との間に層状のろう材13を挟み、且つ、緩衝層7と冷却層8との間に層状のろう材14を挟む。そして、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8をこれらの積層方向にろう付け荷重18を加えた状態で所定のろう付け雰囲気中にて加熱することにより、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8をろう付けにより一括して接合一体化する。
As shown in FIG. 9, in the joining step S <b> 6, the
各ろう材9、13、14として例えばろう材板(詳述するとろう材箔)が用いられる。ただし本発明では、ろう材としてろう材板が用いられることに限定されるものではなく、その他に例えばブレージングシートが用いられても良い。さらに、ろう材は、こららの層2、6、7、8における互いに重なり合う二つの層のうち少なくとも一方の層の接合面に予め焼結又はクラッドされていても良い。
As each
配線層2と絶縁層6との間に介在されるろう材9は限定されるものではないが、アルミニウム系ろう材であることが望ましく、特にAl−Si系ろう材であることが望ましい。その理由は、接合工程S6の際に、溶融したろう材9の滲出部9aが誘導凹部5によって配線層2の外周側面3の周方向に確実に誘導されるようになるからである。
The
さらに、ろう材9は、Mg、Bi及びSrからなる群より選択される少なくとも一つの元素が添加されたAl−Si系ろう材であることが特に望ましい。その理由は次のとおりである。
Furthermore, the
すなわち、Al−Si系ろう材にMgが添加されることにより、ろう付けを例えば真空ろう付けで行う場合でも、配線層2と絶縁層6を確実に強固に接合することができる。さらに、Al−Si系ろう材にBiやSrが添加されることにより、ろう材9の流動性が向上し、その結果、ろう材9の滲出部9aが誘導凹部5によって配線層2の外周側面3の周方向に更に確実に誘導されるようになる。
That is, by adding Mg to the Al—Si brazing material, the
Mgの添加量は限定されるものではないが、Mgの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して0.1質量%以上3質量%以下である。 Although the addition amount of Mg is not limited, the particularly desirable addition amount of Mg is 0.1% by mass or more and 3% by mass or less with respect to the entire brazing filler metal.
Biの添加量は限定されるものではないが、Biの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して0.01質量以上2質量%以下である。 Although the addition amount of Bi is not limited, the particularly desirable addition amount of Bi is 0.01 mass% or more and 2 mass% or less with respect to the whole brazing filler metal.
Srの添加量は限定されるものではないが、Srの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して0.0001質量%以上0.3質量%以下である。 Although the addition amount of Sr is not limited, the particularly desirable addition amount of Sr is 0.0001 mass% or more and 0.3 mass% or less with respect to the whole brazing filler metal.
絶縁層6と緩衝層7との間に介在されるろう材13は、絶縁層6と緩衝層7とを接合するためのものであり、例えば、配線層2と絶縁層6との間に介在されるろう材9と同じアルミニウム系ろう材が用いられる。
The brazing material 13 interposed between the insulating
緩衝層7と冷却層8との間に介在されるろう材14は、緩衝層7と冷却層8とを接合するためのものであり、例えば、配線層2と絶縁層6との間に介在されるろう材9と同じアルミニウム系ろう材が用いられる。
The brazing material 14 interposed between the
接合工程S6で用いられるろう付け手段は、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8を一括して接合可能なろう付け手段であれば限定されるものではないが、特に真空ろう付けが好適に適用される。その理由は、これらの層2、6、7、8を確実に良好に接合一体化することができるし、更に、炭素粒子層22の塗工方法として、炭素粒子22aとバインダーとバインダー用溶剤とが混合されてなる塗工液をロールコータ等の塗工装置によりアルミニウム板材21Aに塗工する上述の塗工方法が用いられている場合において、炭素粒子層22中に含有されるバインダーをろう付け時に蒸発除去できるからである。
The brazing means used in the joining step S6 is not limited as long as it can join the
接合工程S6で適用されるろう付け条件は、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8を一括して接合可能なろう付け条件であれば限定されるものではない。特に、配線層2と絶縁層6との間に介在されたろう材9を両層2、6間から滲出させ易くするため、ろう付け温度はなるべく高い方が望ましく、更に、ろう付け温度の保持時間はなるべく長い方が望ましい。具体的には、ろう付け温度は590℃以上620℃以下であることが望ましく、ろう付け温度の保持時間は5min以上60min以下であることが望ましい。
The brazing conditions applied in the joining step S6 are not limited as long as the wiring layers 2, the insulating
また、ろう付け温度からの冷却速度は限定されるものではないが、なるべく速い方が望ましく、具体的には、ろう付け温度から200℃までの間の冷却速度が30℃/min以上100℃/min以下であることが望ましい。 Further, the cooling rate from the brazing temperature is not limited, but is preferably as fast as possible. Specifically, the cooling rate from the brazing temperature to 200 ° C. is 30 ° C./min to 100 ° C./min. It is desirable that it is below min.
ろう付け荷重18は限定されるものではないが、特に0.01〜2N/mm2であることが望ましい。その理由は、配線層2と絶縁層6との間に介在されたろう材9を両層2、6間から確実に滲出させることができるからである。
The
接合工程S6のろう付け開始直後では、配線層2と絶縁層6との間に介在されたろう材9は、ろう付け温度に加熱されることにより溶融するとともに、溶融したろう材9の一部が図11に示すように配線層2と絶縁層6との間(即ち両層2、6の接合界面10)から配線層2の剪断バリ4の先縁を乗り越えて配線層2の外周側面3へ滲出する。図11において、符号「16」(矢印)は、この際のろう材9の滲出方向を示している。そして、当該ろう材9の滲出部9aが誘導凹部5によって配線層2の外周側面3の周方向に誘導されて周方向に広がりながら、配線層2の外周側面3上を両層2、6の接合界面10から離れる方向(即ち配線層2の搭載面1aへ向かう方向)に移動し、つまりろう材9の滲出部9aが配線層2の外周側面3上を滲み上がる。
Immediately after the start of brazing in the joining step S6, the
そして、接合工程S6のろう付け終了時において、溶融したろう材9がろう付け温度から冷却されて凝固することにより、配線層2と絶縁層6とが両層2、6の接合界面10に介在されたろう材9で積層状に接合されるとともに、図2に示すようにろう材9の滲出部9aが配線層2の外周側面3の略全体を覆う状態にして誘導凹部5の内側にて配線層2の外周側面3に固着する。
At the end of the brazing in the joining step S6, the
さらに、この接合工程S6では、配線層2と絶縁層6とが上述のように接合されると同時に、絶縁層6と緩衝層7とが両層6、7の接合界面に介在されたろう材13で接合されるとともに、緩衝層7と冷却層8とが両層7、8の接合界面に介在されたろう材14で接合される。その結果、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8が一括して接合一体化されて第1実施形態の絶縁基板1Aが得られる。
Further, in the joining step S6, the
上記第1実施形態の絶縁基板1Aは次の利点を有している。
The insulating
配線層2(複合体20)の外周側面3と剪断バリ4との間で誘導凹部5が形成されているので、配線層2と絶縁層6とをろう付けにより接合する際に、配線層2と絶縁層6との接合界面10から配線層2の外周側面3に滲出したろう材9の滲出部9aが誘導凹部5によって配線層2の外周側面3の周方向に誘導されて外周側面3に固着する。これにより、配線層2の外周側面3からの炭素粒子22aの脱落を抑制することができる。
Since the
もとより、配線層2は炭素粒子22aを含有しているので高い熱伝導特性を有している。したがって、絶縁基板1Aは高い熱伝導特性を有している。
Of course, since the
さらに、配線層2の下表面2z側にアルミニウム表皮層24が形成されているので、打ち抜き工程S4の際に複合体20の板材20Aを打ち抜くことにより剪断バリ4を確実に形成することができる。
Furthermore, since the
ここで、アルミニウム表皮層24のアルミニウムの純度は99質量%以上であることが望ましい。その理由は、このような高純度のアルミニウムで形成されたアルミニウム表皮層24は、低純度のアルミニウムで形成されたアルミニウム表皮層よりも一般に軟らかいため、打ち抜き工程S4の際に剪断バリ4を容易に且つ確実に形成できるからである。特に望ましい純度は99.9質量%以上である。特に望ましい純度の上限値については限定されるものではなく、例えば99.99質量%である。
Here, the aluminum purity of the
さらに本第1実施形態では、複合体20の板材20Aから配線層2を型抜きするため複合体20の板材20Aを剪断する手段(方法)として、打ち抜き手段(方法)が用いられているので、剪断バリ4を更に確実に且つ更に容易に形成することができる。
Further, in the first embodiment, a punching means (method) is used as a means (method) for shearing the
ここで本発明は、複合体20の板材20Aを剪断する手段(方法)として上記第1実施形態で示した打ち抜き手段(方法)を用いることが特に望ましいが、打ち抜き手段(方法)以外の剪断する手段(方法)を用いることを排除するものではない。
Here, in the present invention, it is particularly desirable to use the punching means (method) shown in the first embodiment as a means (method) for shearing the
図12及び図13は、本発明の第2実施形態を説明する図である。これらの図では、上記第1実施形態の絶縁基板1Aと同じ要素に同一の符号が付されている。
12 and 13 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. In these drawings, the same elements as those of the insulating
本第2実施形態の絶縁基板1Bでは、上記第1実施形態の配線層2が上下逆になった状態で絶縁層6にろう付けにより接合されている。その他の構成は上記第1実施形態と同じである。
In the insulating substrate 1B of the second embodiment, the
本第2実施形態によれば、接合工程S6のろう付け開始直後では、配線層2と絶縁層6との間に介在されたろう材9は、ろう付け温度に加熱されることにより溶融するとともに、溶融したろう材9の一部が配線層2と絶縁層6との間(即ち両層2、6の接合界面10)から配線層2の外周側面3へ滲出する。そして、ろう材9の滲出部9aが配線層2の外周側面3上を両層2、6の接合界面10から離れる方向(即ち配線層2の搭載面1aへ向かう方向)に移動しながら、つまりろう材9の滲出部9aが配線層2の外周側面3上を滲み上がりながら誘導凹部5によって配線層2の外周側面3の周方向に誘導されて周方向に広がる。
According to the second embodiment, immediately after the start of brazing in the joining step S6, the
そして、接合工程S6のろう付け終了時において、溶融したろう材9がろう付け温度から冷却されて凝固することにより、配線層2と絶縁層6とが両層2、6の接合界面10に介在されたろう材9で積層状に接合されるとともに、図12に示すようにろう材9の滲出部9aが配線層2の外周側面3の略全体を覆う状態にして誘導凹部5の内側にて配線層2の外周側面3に固着する。
At the end of the brazing in the joining step S6, the
以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。 Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
上記実施形態ではプリフォーム25Aを焼結する焼結法として放電プラズマ焼結法が用いられているが、本発明ではその他に例えば真空焼結法が用いられても良い。
In the above embodiment, the discharge plasma sintering method is used as a sintering method for sintering the
さらに、本発明に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体は、上記実施形態で示したようにアルミニウム層21と炭素粒子層22が交互に複数積層された状態で焼結複合化されたものであっても良いし、その他の複合形態の複合体であっても良い。
Furthermore, the composite of aluminum and carbon particles according to the present invention is sintered and composited in a state where a plurality of
その他の複合形態の複合体は限定されるものではないが、特に、アルミニウム粉末と炭素粒子(例:炭素粉末)とが混合状態で一体に焼結複合化された複合体が好適に用いられる。この複合体でもその外周側面には炭素粒子が露出している。アルミニウム粉末の粒子径は限定されるものではないが、アルミニウム粉末の平均粒子径が20〜500μmであることが特に望ましい。 The composite in other composite form is not limited, but a composite in which aluminum powder and carbon particles (for example, carbon powder) are integrally sintered and mixed in a mixed state is particularly preferably used. Even in this composite, carbon particles are exposed on the outer peripheral side surface. The particle diameter of the aluminum powder is not limited, but it is particularly desirable that the average particle diameter of the aluminum powder is 20 to 500 μm.
さらに、本発明に係るアルミニウムと炭素粒子との複合体は、絶縁基板の配線層として用いられるものに限定されるものではなく、その他に例えば絶縁基板の緩衝層として用いられるものであっても良い。したがって、本発明に係る絶縁基板は、例えば、配線層が本発明の複合体で形成されていても良いし、緩衝層が本発明の複合体で形成されていても良いし、配線層と緩衝層がそれぞれ本発明の複合体で形成されていても良い。 Furthermore, the composite of aluminum and carbon particles according to the present invention is not limited to that used as a wiring layer of an insulating substrate, but may be used as a buffer layer of an insulating substrate, for example. . Therefore, in the insulating substrate according to the present invention, for example, the wiring layer may be formed of the composite of the present invention, the buffer layer may be formed of the composite of the present invention, or the wiring layer and the buffer Each layer may be formed of the composite of the present invention.
また、上記実施形態の接合工程S6では、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8を一括して接合一体化しており、これにより絶縁基板1A(1B)の製造工程数を削減できるという利点がある。しかるに本発明は、上記実施形態のようにこれらの層2、6、7、8を一括して接合一体化することに限定されるものではなく、その他に例えば、配線層2と絶縁層6との二層だけを接合しても良いし、配線層2と絶縁層6と緩衝層7との三層だけを接合しても良い。
In the bonding step S6 of the above embodiment, the
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例について以下に示す。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, specific examples and comparative examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.
<実施例>
本実施例では、上記第1実施形態の絶縁基板1Aを以下の製造方法により製造した。なお、実施例を理解し易くするため、実施例の絶縁基板の要素に上記第1実施形態で用いた符号を付して実施例を説明する。
<Example>
In this example, the insulating
アルミニウム層21を形成するアルミニウム板材21Aの上面上に炭素粒子層22を塗工し、これを平面視で正方形状に複数切断することで複数の塗工アルミニウム板材23Aを得た。
The
アルミニウム板材21Aの材質は、JIS(日本工業規格)で規定されたアルミニウム合金記号A1N30であり、その厚さは20μmであった。塗工アルミニウム板材23Aの寸法は縦25mm及び横25mmであった。
The material of the
炭素粒子層22中に含まれる炭素粒子22aとしては、平均繊維長150μm及び平均繊維径10μmのピッチ系炭素繊維(詳述するとピッチ系短炭素繊維)を使用した。アルミニウム板材21A上への炭素粒子22a(ピッチ系短炭素繊維)の塗工量は21g/m2であった。
As the
次いで、塗工アルミニウム板材23Aを上下方向に30枚積層するとともに更に、アルミニウム表皮層24を形成するアルミニウム表皮板材24Aを下表面側に積層し、これにより、アルミニウムと炭素粒子22aとの複合体20の板材20Aのプリフォーム25Aを形成した。
Next, 30 coated
アルミニウム表皮板材24Aの材質はJISで規定されたアルミニウム合金記号A1100であり、そのアルミニウムの純度は99質量%であった。アルミニウム表皮板材24Aの厚さは50μmであった。アルミニウム表皮板材24Aの寸法は縦25mm及び横25mmであった。
The material of the aluminum
次いで、放電プラズマ焼結装置を用いてプリフォーム25Aを放電プラズマ焼結法により焼結し、これによりアルミニウムと炭素粒子22a(ピッチ系短炭素繊維)との複合体20の板材20Aを製造した。
Next, the
この焼結に適用した焼結条件は以下のとおりであった。 The sintering conditions applied to this sintering were as follows.
焼結温度は620℃、焼結時間は1h、プリフォーム25Aへの加圧力は15MPa、真空度は10Paであった。
The sintering temperature was 620 ° C., the sintering time was 1 h, the pressure applied to the
次いで、打ち抜き加工装置を用いて複合体20の板材20Aを打ち抜くことにより板状の配線層2を得た。配線層2は平面視で正方形状であった。配線層2の寸法は縦20mm及び横20mmであった。配線層2の外周側面3の下縁部、即ちアルミニウム表皮層24の下縁部には下方向に突出した剪断バリ(詳述すると打ち抜きバリ)4が形成されていた。
Next, the plate-
次いで、配線層2の下表面2z側から剪断バリ4に対して叩き加工を施すことにより剪断バリ4を配線層2の側方に突出するように折り曲げた。これにより、配線層2の外周側面3と剪断バリ4との間で配線層2の外周側面3の周方向に延びた誘導凹部5を形成した。
Next, the
配線層2の外周側面3からの剪断バリ4の突出量Pは15μmであった。また、剪断バリ4は、配線層2の外周側面3の下縁部に、外周側面3の周方向に延びて形成されており且つ外周側面3の全周の80%の領域で形成されていた。
The protruding amount P of the
次いで、配線層2と絶縁層6と緩衝層7と冷却層8を真空ろう付けにより一括して接合一体化し、これにより絶縁基板1Aを製造した。
Next, the
この接合に適用したろう付け条件は以下のとおりであった。 The brazing conditions applied to this joining were as follows.
ろう付け温度は600℃、ろう付け温度の保持時間は20min、真空度は10-3Pa、ろう付け荷重は0.1N/mm2、ろう付け温度から200℃までの間の冷却速度は50℃/minであった。 The brazing temperature is 600 ° C., the brazing temperature holding time is 20 min, the degree of vacuum is 10 −3 Pa, the brazing load is 0.1 N / mm 2 , and the cooling rate from the brazing temperature to 200 ° C. is 50 ° C. / Min.
また、配線層2と絶縁層6を接合したアルミニウム系ろう材9は、Al−Si−Mg系ろう材であり、厚さ30μm、縦20mm及び横20mmの板状のろう材(即ちろう材板)を用いた。
The
また、絶縁層6の寸法は縦23mm及び横23mmであった。
Moreover, the dimension of the insulating
製造された絶縁基板1Aにおいて、配線層2と絶縁層6との接合界面10から配線層2の外周側面3に滲出したろう材9の滲出部9aは、配線層2の外周側面3の略全体を覆う状態にして誘導凹部5の内側にて配線層2の外周側面3に固着しており、配線層2の外周側面3からの炭素粒子12aの脱落は確認できなかった。
In the manufactured insulating
<比較例>
本比較例では、アルミニウム粉末と炭素粒子とを混合した状態で一体に焼結複合化することにより、アルミニウムと炭素粒子との板状の複合体を製造した。この複合体を配線層として用いた。配線層(複合体)は平面視で正方形状であった。配線層の寸法は縦20mm及び横20mmであった。
<Comparative example>
In this comparative example, a plate-like composite of aluminum and carbon particles was produced by integrally sintering and combining aluminum powder and carbon particles. This composite was used as a wiring layer. The wiring layer (composite) was square in plan view. The dimensions of the wiring layer were 20 mm long and 20 mm wide.
炭素粒子としては、平均繊維長150μm及び平均繊維径10μmのピッチ系炭素繊維(詳述するとピッチ系短炭素繊維)を使用した。 As the carbon particles, pitch-based carbon fibers (more specifically, pitch-based short carbon fibers) having an average fiber length of 150 μm and an average fiber diameter of 10 μm were used.
次いで、配線層と絶縁層と緩衝層と冷却層を真空ろう付けにより一括して接合一体化し、これにより絶縁基板を製造した。この接合に適用したろう付け条件は上記実施例と同じである。 Next, the wiring layer, the insulating layer, the buffer layer, and the cooling layer were joined and integrated together by vacuum brazing, thereby manufacturing an insulating substrate. The brazing conditions applied to this joining are the same as in the above example.
製造された絶縁基板において、配線層と絶縁層との接合界面から配線層の外周側面に滲出したろう材の滲出部は、配線層の外周側面の周方向にあまり広がっておらず、配線層の外周側面からの炭素粒子の脱落が確認された。 In the manufactured insulating substrate, the exuded portion of the brazing material that exudes from the bonding interface between the wiring layer and the insulating layer to the outer peripheral side surface of the wiring layer does not spread so much in the circumferential direction of the outer peripheral side surface of the wiring layer. It was confirmed that the carbon particles dropped from the outer peripheral side surface.
本発明は、アルミニウムと炭素粒子との複合体、電子素子等の発熱性素子が搭載される絶縁基板、及び、絶縁基板の製造方法に利用可能である。 The present invention can be used for a composite of aluminum and carbon particles, an insulating substrate on which a heat generating element such as an electronic element is mounted, and a method for manufacturing the insulating substrate.
1A、1B:絶縁基板
2:配線層
3:配線層の外周側面
4:剪断バリ
5:誘導凹部
6:絶縁層
7:緩衝層
8:冷却層
9:ろう材
9a:ろう材の滲出部
10:配線層と絶縁層との接合界面
20:アルミニウムと炭素粒子との複合体
20A:複合体の板材
24:アルミニウム表皮層
25A:複合体の板材のプリフォーム
1A, 1B: insulating substrate 2: wiring layer 3: the outer periphery of the wiring layer side 4: Shear Bali 5: guide socket 6: insulating layer 7: buffer layer 8: cooling layer 9: brazing
Claims (12)
ろう付けにより他の構成層と積層状に接合される、アルミニウムと炭素粒子との複合体であって、
複合体の外周側面における複合体の厚さ方向の片側の縁部に、側方に突出したバリが形成されており、
複合体の前記外周側面と前記バリとの間で、複合体と他の構成層との接合界面からのろう材の滲出部を複合体の前記外周側面の周方向に誘導する誘導凹部が形成されており、
複合体の厚さ方向の前記片側の表面側にアルミニウム表皮層が形成されており、
前記バリは、複合体の前記外周側面における複合体の厚さ方向の前記片側の縁部として前記アルミニウム表皮層の縁部に形成されているアルミニウムと炭素粒子との複合体。 Used as at least one constituent layer among a plurality of constituent layers that constitute an insulating substrate and are joined and integrated in a stacked manner,
A composite of aluminum and carbon particles that is joined to other constituent layers in a laminated form by brazing,
A burr projecting sideways is formed on one edge in the thickness direction of the composite on the outer peripheral side surface of the composite,
Between the outer peripheral side of the composite and the burr, a guide recess is formed for guiding the extruding part of the brazing material from the joint interface between the composite and another constituent layer in the circumferential direction of the outer peripheral side of the composite. And
An aluminum skin layer is formed on the one surface side in the thickness direction of the composite,
The burr is a composite of aluminum and carbon particles formed on an edge of the aluminum skin layer as an edge on the one side in the thickness direction of the composite on the outer peripheral side surface of the composite.
前記複数の構成層は、請求項1〜3のいずれかに記載のアルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された第1構成層と、前記第1構成層に対して積層状に配置される第2構成層とを含み、
前記第1構成層と前記第2構成層は、前記第1構成層と前記第2構成層との接合界面に介在されたろう材で互いに接合されており、
前記第1構成層の外周側面に前記接合界面からの前記ろう材の滲出部が固着している絶縁基板。 Comprising a plurality of insulating substrate constituent layers joined and integrated in a stacked manner,
The plurality of constituent layers are arranged in a laminated manner with respect to the first constituent layer formed of the composite of aluminum and carbon particles according to any one of claims 1 to 3, and the first constituent layer. A second component layer,
The first constituent layer and the second constituent layer are joined to each other with a brazing material interposed at a joint interface between the first constituent layer and the second constituent layer,
An insulating substrate in which an extruding portion of the brazing material from the bonding interface is fixed to an outer peripheral side surface of the first constituent layer.
前記複数の構成層は、アルミニウムと炭素粒子との複合体で形成された第1構成層と、前記第1構成層に対して積層状に配置される第2構成層とを含み、
前記第1構成層と前記第2構成層は、前記第1構成層と前記第2構成層との接合界面に介在されたろう材で互いに接合されており、
前記第1構成層の外周側面における前記第1構成層の厚さ方向の片側の縁部に、側方に突出したバリが形成されており、
前記第1構成層の外周側面と前記バリとの間で、前記接合界面からのろう材の滲出部を前記第1構成層の外周側面の周方向に誘導する誘導凹部が形成されており、
前記ろう材の滲出部が前記第1構成層の誘導凹部の内側にて前記第1構成層の外周側面にその全体を覆う状態に固着している絶縁基板。 Comprising a plurality of insulating substrate constituent layers bonded and integrated together in a laminated manner;
The plurality of constituent layers include a first constituent layer formed of a composite of aluminum and carbon particles, and a second constituent layer disposed in a stacked manner with respect to the first constituent layer,
The first constituent layer and the second constituent layer are joined to each other with a brazing material interposed at a joint interface between the first constituent layer and the second constituent layer,
A burr projecting sideways is formed on one edge of the first constituent layer in the thickness direction on the outer peripheral side surface of the first constituent layer,
Between the outer peripheral side surface of the first constituent layer and the burr, a guide recess is formed that guides the extruding part of the brazing material from the bonding interface in the circumferential direction of the outer peripheral side surface of the first constituent layer,
An insulating substrate in which the extruding part of the brazing material is fixed to the outer peripheral side surface of the first constituent layer inside the guide recess of the first constituent layer so as to cover the whole.
前記バリは、前記第1構成層の外周側面における前記第1構成層の厚さ方向の前記片側の縁部として前記アルミニウム表皮層の縁部に形成されている請求項6記載の絶縁基板。 An aluminum skin layer is formed on the one surface side in the thickness direction of the first constituent layer;
7. The insulating substrate according to claim 6, wherein the burr is formed at an edge of the aluminum skin layer as an edge of the one side in a thickness direction of the first constituent layer on an outer peripheral side surface of the first constituent layer.
前記第1構成層の外周側面における前記第1構成層の厚さ方向の片側の縁部に形成された剪断バリを、前記第1構成層の外周側面との間で誘導凹部を形成するバリとして、側方に突出するように曲げる工程とを更に備え、
前記曲げる工程の後で、前記接合する工程を行う請求項10又は11記載の絶縁基板の製造方法。 Obtaining a first component layer formed of said complex by shearing a plate material before Symbol complex,
A shear burr formed at one edge in the thickness direction of the first constituent layer on the outer peripheral side surface of the first constituent layer is used as a burr that forms a guide recess with the outer peripheral side surface of the first constituent layer. And a step of bending so as to protrude sideways,
The bending after step, according to claim 10 or 11 insulation method for manufacturing a substrate according a step of the bonding.
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