铝‑金刚石类复合体及其制造方法技术

本发明专利技术提供兼具高导热系数以及接近半导体元件的热膨胀率且改善了表面的镀敷性及表面粗糙度而适用于半导体元件的散热器等的铝‑金刚石类复合体。所述铝‑金刚石类复合体是含有金刚石粒子和以铝为主要成分的金属的平板状的铝‑金刚石类复合体，其特征在于，所述铝‑金刚石类复合体包括复合化部及设置在上述复合化部的两面的表面层，上述表面层由含有以铝为主要成分的金属的材料形成，上述金刚石粒子的含量占上述铝‑金刚石类复合体整体的40体积％～70体积％。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/JP2009/062445，国际申请日为2009年7月8日，进入中国国家阶段的申请号为200980135968.2，名称为“铝-金刚石类复合体及其制造方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及铝-金刚石类复合体及其制造方法。
技术介绍
通常，对于光通信等所使用的半导体激光元件、高性能MPU(微处理单元)等半导体元件而言，如何高效地释放由该元件产生的热量，在防止动作不良等方面是非常重要的。近年来，随着半导体元件的技术进步，元件不断地高输出功率化、高速化和高集成化，对其散热的要求也愈发严格。因此，通常，对散热器等散热部件也要求高的导热系数，使用导热系数高达390W/mK的铜(Cu)。另一方面，各半导体元件的尺寸随着高输出功率化而增大，半导体元件和用于散热的散热器间的热膨胀失配的问题变得明显。为解决这些问题，需要开发具有高导热特性并可确保与半导体元件之间的热膨胀率匹配的散热器材料。作为这样的材料，有人提出了金属和陶瓷的复合体，例如铝(Al)和碳化硅(SiC)的复合体(专利文献1)。但是，在Al-SiC类的复合材料中，无论如何优化条件导热系数都在300W/mK以下，因而需要开发具有铜的导热系数以上的更高的导热系数的散热器材料。作为这样的材料，有人将金刚石所具有的高导热系数和金属所具有的高热膨胀率结合，从而提出了导热系数高且热膨胀系数接近半导体元件材料的金属-金刚石复合材料(专利文献2)。此外，在专利文献3中，通过在金刚石粒子的表面形成β型的SiC层，抑制复合化时所形成的低导热系数的金属碳化物的生成，并改善与熔融金属
之间的润湿性，改善所得的金属-金刚石复合材料的导热系数。而且，由于金刚石是非常坚硬的材料，因此与金属复合化而得的金属-金刚石复合材料也同样非常坚硬，是较难加工的材料。因此，金属-金刚石复合材料几乎无法通过普通的金刚石工具进行加工，在小型且形状各异的散热器使用金属-金刚石复合材料时，存在如何以低成本进行形状加工的问题。对于这个问题，金属-陶瓷复合材料能够导电，因而也有人研究了利用电火花加工等的加工方法。专利文献1：日本专利特开平9-157773号公报专利文献2：日本专利特开2000-303126号公报专利文献3：日本专利特表2007-518875号公报专利技术的概要但是，作为上述散热器用材料的使用方式，通常，为了高效地释放半导体元件发出的热量，以用钎焊等将散热器接合于半导体元件的方式进行接触配置。因此，需要对该用途所使用的散热器的用钎焊等接合的面实施镀敷处理等，对于现有的金属-金刚石复合材料而言，如果接合面上有金刚石粒子露出，则难以形成镀层，其结果是接触界面的热阻增大。而且，如果接合面的表面粗糙度较大，则接合时钎焊层的厚度变得不均匀，散热性降低，因此不理想。因此，作为散热器用材料所要求的特性，例如，存在如何改善镀敷性以及如何减小表面粗糙度等问题。因此，需要一种兼具高导热系数以及接近半导体元件的热膨胀率并改善了表面镀敷性和表面粗糙度的复合材料。即，本专利技术的目的在于，提供兼具高导热系数以及接近半导体元件的热膨胀率并且改善了表面的镀敷性和表面粗糙度而适用于半导体元件的散热器等的铝-金刚石类复合体。本专利技术的铝-金刚石类复合体是含有金刚石粒子和以铝为主要成分的金属的平板状的铝-金刚石类复合体，其特征在于，上述铝-金刚石类复合体包括复合化部及设置在上述复合化部的两面的表面层，上述表面层由含有以铝为主要成分的金属的材料形成，上述金刚石粒子的含量占上述铝-金刚石类复合体整
体的40体积％～70体积％。具有上述构成的铝-金刚石类复合体具有高导热性以及接近半导体元件的热膨胀率，且表面的镀敷性得到提高，表面粗糙度较小。本专利技术的铝-金刚石类复合体具有高导热性以及接近半导体元件的热膨胀率，且表面的镀敷性得到提高，表面粗糙度较小，因此可良好地用于半导体元件的散热用散热器等。附图的简单说明图1是实施方式1的铝-金刚石类复合体的结构图。图2是实施方式1的铝-金刚石类复合体在复合化前的结构层体的剖视图。图3是实施方式1的铝-金刚石类复合体的立体图。图4是实施方式2的铝-金刚石类复合体在复合化前的结构体的剖视图。符号的说明1 铝-金刚石类复合体2 复合化部3 表面层4 由多孔体形成的型材5 金属板6 涂布有脱模材料的脱模板7 金刚石粉末8 外周部9 孔部10 陶瓷纤维实施专利技术的方式[术语的说明]在本说明书中，符号“～”是指“以上”及“以下”。例如，“A～B”是指A以上B以下。在本说明书中，“两面”是指形成为平板状的铝-金刚石类复合体的上下两侧的面。此外，在本说明书中，“侧面部”是指形成为平板状的铝-金刚石类复合体的侧面，即与上述两面大致垂直的部分。此外，在本说明书中，“孔部”是指为将本专利技术的部件通过螺丝固定于其它的散热构件而设置的、以贯通平板状的铝-金刚石类复合体的上下面的方式加工而成的通孔。以下，使用附图对本专利技术的铝-金刚石类复合体及其制造方法的实施方式进行说明。<实施方式1>本实施方式的铝-金刚石类复合体(图1的1)是含有金刚石粒子和以铝为主要成分的金属的平板状的铝-金刚石类复合体，其特征在于，上述铝-金刚石类复合体1包括复合化部(图1的2)及设置在上述复合化部2的两面的表面层(图1的3)，上述表面层3由含有以铝为主要成分的金属的材料形成，上述金刚石粒子的含量占上述铝-金刚石类复合体1整体的40体积％～70体积％。具有上述构成的铝-金刚石类复合体具有高导热性以及接近半导体元件的热膨胀率，且表面的镀敷性得到提高，表面粗糙度较小。以下，关于本实施方式的铝-金刚石类复合体，对利用液态模锻法的制造方法进行说明。这里，铝-金刚石类复合体的制造方法大致分为浸渗法和粉末冶金法。其中，从导热系数等特性方面出发，实际商品化的大多是通过浸渗法制造的产品。浸渗法也包括各种制造方法，有在常压下进行的方法和在高压下进行的高压锻造法。高压锻造法包括液态锻模法和压铸法。适合本专利技术的方法为高压下进行浸渗的高压锻造法，为了得到导热系数等特性优良的致密的复合体而优选液态模锻法。液态模锻法通常是指在高压容器内装填金刚石等的粉末或成形体，在高温、高压下使铝合金等的熔液浸渗至上述粉末或成形体中而得到复合材料的方法。[金刚石粉末]作为原料的金刚石粉末可以使用天然金刚石粉末或人造金刚石粉末中
的任一种。此外，可以根据需要在该金刚石粉末中添加例如二氧化硅等粘合材料。通过添加粘合材料，可获得能够形成成形体的效果。关于上述金刚石粉末的粒度，从导热系数的观点出发，优选平均粒径为50μm以上的粉末，更优选平均粒径为100μm以上。关于金刚石粒子的粒径的上限，只要在所得复合体的厚度以下即可，没有特性上的限定，但粒径为500μm以下时能够以稳定的成本得到复合体，因此优选。另外，铝-金刚石类复合体中的金刚石粒子的含量优选为40体积％以上70体积％以下。金刚石粒子的含量为40体积％以上时，能够充分确保所得的铝-金刚石类复合体的导热系数。此外，从填充性的方面出发，优选金刚石粒子的含量为70体积％以下。含量为70体积％以下时，不需要将金刚石粒子的形状加工成球形等，从而能够以稳定的成本得到铝-金刚石本文档来自技高网...

【技术保护点】
铝‑金刚石类复合体，它是含有金刚石粒子和以铝为主要成分的金属的平板状的铝‑金刚石类复合体，其特征在于，所述铝‑金刚石类复合体包括复合化部和设置在所述复合化部的两面的表面层，所述表面层由铝－陶瓷类复合材料形成，其平均厚度为0.03mm以上且0.3mm以下；所述金刚石粒子的含量占所述铝‑金刚石类复合体整体的40体积％～70体积％；自所述表面层的表面起0.02mm的部分中不存在金刚石粒子；所述表面层的表面粗糙度(Ra)为1μm以下；在所述金刚石粒子的表面形成了β型碳化硅层。

【技术特征摘要】
2008.07.17 JP 2008-1865801.铝-金刚石类复合体，它是含有金刚石粒子和以铝为主要成分的金属的平板状的铝-金刚石类复合体，其特征在于，所述铝-金刚石类复合体包括复合化部和设置在所述复合化部的两面的表面层，所述表面层由铝－陶瓷类复合材料形成，其平均厚度为0.03mm以上且0.3mm以下；所述金刚石粒子的含量占所述铝-金刚石类复合体整体的40体积％～70体积％；自所述表面层的表面起0.02mm的部分中不存在金刚石粒子；所述表面层的表面粗糙度(Ra)为1μm以下；在所述金刚石粒子的表面形成了β型碳化硅层。2.如权利要求1所述的铝-金刚石类复合体，其特征在于，所述表面层含有80体积％以上的以铝为主要成分的金属。3.如权利要求1或2所述的铝-金刚石类复合体，其特征在于，所述平板状的铝-金刚石类复合体的厚度为0.4～6mm。4.如权利要求1～3中的任一项所述的铝-金刚石类复合体，其特征在于，所述铝-金刚石类复合体的温度为25℃时的导热系数为400W/mK以上，所述铝-金刚石类复合体的温度为25℃～150℃时的热膨胀系数为5×10-6/K～10×10-6/K。5.如权利要求1～4中的任一项所述的铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：广津留秀树，塚本秀雄，
申请(专利权)人：电气化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP