JP3496816B2 - 金属−セラミックス複合体とそれを用いた放熱部品 - Google Patents
金属−セラミックス複合体とそれを用いた放熱部品Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属に強化材を複
合させた金属−セラミックス複合体に関し、特に加工性
に優れた金属−セラミックス複合体に関する。更に、本
発明は熱伝導特性に優れ、かつ軽量であり、セラミック
ス基板やＩＣパッケージなどの半導体部品のヒートシン
クなどの放熱部品として好適な高熱伝導性複合体に関す
る。
合させた金属−セラミックス複合体に関し、特に加工性
に優れた金属−セラミックス複合体に関する。更に、本
発明は熱伝導特性に優れ、かつ軽量であり、セラミック
ス基板やＩＣパッケージなどの半導体部品のヒートシン
クなどの放熱部品として好適な高熱伝導性複合体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス基板や樹脂基板等の種々の
基板を用いた、半導体素子を搭載するための回路基板が
公知であるが、近年、回路基板の小型化、半導体素子の
高集積化が進むに従い、回路基板の放熱特性の一層の向
上が望まれ、ベリリア（ＢｅＯ）を添加した炭化珪素
（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、或いは窒化
珪素（Ｓｉ3Ｎ4）等のセラミックス基板が注目されてい
る。
基板を用いた、半導体素子を搭載するための回路基板が
公知であるが、近年、回路基板の小型化、半導体素子の
高集積化が進むに従い、回路基板の放熱特性の一層の向
上が望まれ、ベリリア（ＢｅＯ）を添加した炭化珪素
（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、或いは窒化
珪素（Ｓｉ3Ｎ4）等のセラミックス基板が注目されてい
る。
【０００３】セラミックス基板を回路基板やパッケージ
用基体等として用いる場合には、半導体素子からの発熱
を前記基板裏面等に設けられるヒートシンクと呼ばれる
放熱部品を介して外部に発散させ、半導体素子の動作特
性等を確保する必要がある。
用基体等として用いる場合には、半導体素子からの発熱
を前記基板裏面等に設けられるヒートシンクと呼ばれる
放熱部品を介して外部に発散させ、半導体素子の動作特
性等を確保する必要がある。
【０００４】この場合、ヒートシンクとして銅（Ｃｕ）
等を用いると、セラミックス基板とヒートシンクの熱膨
張差に起因して、加熱接合時や熱サイクルの付加等によ
りセラミックス基板にクラックや割れ等が生じることが
ある。そこで、セラミックス基板を高信頼性が要求され
る分野に用いる場合には、セラミックス基板と熱膨張差
の小さいＭｏやＷ等をヒートシンクとして用いていた。
等を用いると、セラミックス基板とヒートシンクの熱膨
張差に起因して、加熱接合時や熱サイクルの付加等によ
りセラミックス基板にクラックや割れ等が生じることが
ある。そこで、セラミックス基板を高信頼性が要求され
る分野に用いる場合には、セラミックス基板と熱膨張差
の小さいＭｏやＷ等をヒートシンクとして用いていた。
【０００５】しかし、上述のＭｏやＷを用いた放熱部品
は、ＭｏやＷが重金属であるので、重量が重く、放熱部
品の軽量化が望まれる用途には好ましくない。更に、こ
のようなヒートシンクは高価であることから、近年、銅
やアルミニウム或いはこれらの合金を無機質繊維または
粒子で強化したＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ ＭａｔｒｉｘＣｏ
ｍｐｏｓｉｔｅ）と略称される金属−セラミックス複合
体（単に、複合体ともいう）が注目されている。
は、ＭｏやＷが重金属であるので、重量が重く、放熱部
品の軽量化が望まれる用途には好ましくない。更に、こ
のようなヒートシンクは高価であることから、近年、銅
やアルミニウム或いはこれらの合金を無機質繊維または
粒子で強化したＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ ＭａｔｒｉｘＣｏ
ｍｐｏｓｉｔｅ）と略称される金属−セラミックス複合
体（単に、複合体ともいう）が注目されている。
【０００６】前記複合体は、一般には、強化材である無
機質繊維あるいは粒子を、あらかじめ成形することでプ
リフォームを形成し、そのプリフォームの繊維間あるい
は粒子間に基材（マトリックス）である金属或いは合金
を含浸（溶浸ともいう）させた複合体である。強化材と
しては、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
珪素、シリカ、炭素等のセラミックスが用いられてい
る。
機質繊維あるいは粒子を、あらかじめ成形することでプ
リフォームを形成し、そのプリフォームの繊維間あるい
は粒子間に基材（マトリックス）である金属或いは合金
を含浸（溶浸ともいう）させた複合体である。強化材と
しては、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
珪素、シリカ、炭素等のセラミックスが用いられてい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属−
セラミックス複合材は、前記のような放熱部品などを作
製する場合には、高精度な面やネジ穴加工などが要求さ
れ、その加工をするためにはセラミックスが複合されて
いる故に、被加工性に劣り、コストが高くなるという問
題がある。
セラミックス複合材は、前記のような放熱部品などを作
製する場合には、高精度な面やネジ穴加工などが要求さ
れ、その加工をするためにはセラミックスが複合されて
いる故に、被加工性に劣り、コストが高くなるという問
題がある。
【０００８】本発明は、金属−セラミックス複合体の上
記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、通常
の金属加工方法が容易に適用でき、従って安価に加工す
ることができる金属−セラミックス複合体を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、金属−セラミッ
クス複合体を実用に供する際に、加工した穴を用いてネ
ジ止めすることがあるが、この場合に穴部付近の複合体
の強度が不足し、十分な固定、密着が達成できないこと
があるので、穴部付近の機械的特性の向上した金属−セ
ラミックス複合体を提供することにある。更に、本発明
の他の目的は、含浸操作時に発生し易い引け鬆を防止
し、また前記穴部表面に凹部が発生して、穴加工時に穴
の開口部が平坦とならない等の形状不良が発生すること
が防止できる金属−セラミックス複合体を提供すること
にある。
記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、通常
の金属加工方法が容易に適用でき、従って安価に加工す
ることができる金属−セラミックス複合体を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、金属−セラミッ
クス複合体を実用に供する際に、加工した穴を用いてネ
ジ止めすることがあるが、この場合に穴部付近の複合体
の強度が不足し、十分な固定、密着が達成できないこと
があるので、穴部付近の機械的特性の向上した金属−セ
ラミックス複合体を提供することにある。更に、本発明
の他の目的は、含浸操作時に発生し易い引け鬆を防止
し、また前記穴部表面に凹部が発生して、穴加工時に穴
の開口部が平坦とならない等の形状不良が発生すること
が防止できる金属−セラミックス複合体を提供すること
にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、複合材中の加工が必
要な個所に特定な材料を適用させる時に、被加工性に優
れ、しかもその部分の周囲が引け鬆の発生、或いは凹み
等を発生することなく、穴の形状の正確度が向上し、ネ
ジ止め等に用いても機械的特性を劣化させることがない
複合体が得られるという知見を得て、本発明を完成する
に至ったものである。
を達成するため鋭意研究した結果、複合材中の加工が必
要な個所に特定な材料を適用させる時に、被加工性に優
れ、しかもその部分の周囲が引け鬆の発生、或いは凹み
等を発生することなく、穴の形状の正確度が向上し、ネ
ジ止め等に用いても機械的特性を劣化させることがない
複合体が得られるという知見を得て、本発明を完成する
に至ったものである。
【００１０】即ち、本発明は、多孔質無機構造体にアル
ミニウムを主成分とする金属を含浸してなる金属−セラ
ミックス複合体であって、多孔質無機構造体の一部に無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とが含まれる
ことを特徴とする金属−セラミックス複合体であり、好
ましくは、多孔質無機構造体が炭化珪素を主成分として
なることを特徴とする前記の金属−セラミックス複合体
であり、無機質ファイバーが窒化硼素、炭化珪素、アル
ミナ、シリカ、窒化珪素、炭素の一種以上からなること
を特徴とする前記の金属−セラミックス複合体である。
ミニウムを主成分とする金属を含浸してなる金属−セラ
ミックス複合体であって、多孔質無機構造体の一部に無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とが含まれる
ことを特徴とする金属−セラミックス複合体であり、好
ましくは、多孔質無機構造体が炭化珪素を主成分として
なることを特徴とする前記の金属−セラミックス複合体
であり、無機質ファイバーが窒化硼素、炭化珪素、アル
ミナ、シリカ、窒化珪素、炭素の一種以上からなること
を特徴とする前記の金属−セラミックス複合体である。
【００１１】また、本発明は、水硬性無機物質がカルシ
ア、アルミナ、マグネシア、アルミナセメント、ポルト
ランドセメントの一種以上であることを特徴とする前記
の金属−セラミックス複合体であり、好ましくは、金属
−セラミックス複合体の一部に貫通穴が含まれているこ
とを特徴とする前記の金属−セラミックス複合体であ
り、更に好ましくは、貫通穴が、多孔質無機構造体の無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とを含有し、
アルミニウムを主成分とする金属が含浸された部分を貫
通していることを特徴とする前記の金属−セラミックス
複合体である。
ア、アルミナ、マグネシア、アルミナセメント、ポルト
ランドセメントの一種以上であることを特徴とする前記
の金属−セラミックス複合体であり、好ましくは、金属
−セラミックス複合体の一部に貫通穴が含まれているこ
とを特徴とする前記の金属−セラミックス複合体であ
り、更に好ましくは、貫通穴が、多孔質無機構造体の無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とを含有し、
アルミニウムを主成分とする金属が含浸された部分を貫
通していることを特徴とする前記の金属−セラミックス
複合体である。
【００１２】加えて、本発明は、前記の金属−セラミッ
クス複合体からなることを特徴とする放熱部品である。
クス複合体からなることを特徴とする放熱部品である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明は、多孔質無機構造体にア
ルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる金属−セ
ラミックス複合体である。
ルミニウムを主成分とする金属を含浸してなる金属−セ
ラミックス複合体である。
【００１４】金属−セラミックス複合体の熱膨張率は、
通常、強化材であるセラミックスと、含浸されて基材と
なる金属の熱膨張率と、それらの配合比で決まる。一般
に、セラミックスの熱膨張率は、金属の熱膨張率に比べ
かなり小さく、複合体の熱膨張率を下げるためには、セ
ラミックスの比率を増やすことが効果的である。
通常、強化材であるセラミックスと、含浸されて基材と
なる金属の熱膨張率と、それらの配合比で決まる。一般
に、セラミックスの熱膨張率は、金属の熱膨張率に比べ
かなり小さく、複合体の熱膨張率を下げるためには、セ
ラミックスの比率を増やすことが効果的である。
【００１５】一方、金属−セラミックス複合体の熱伝導
率も、基本的には、強化材であるセラミックスと、基材
である金属の熱伝導率と、それらの配合比で決まるが、
熱伝導率の場合には、更に、強化材と基材との界面の結
合状態が大きく寄与する。セラミックスと金属では、一
般に金属の方が熱伝導率が高いが、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）
等は、金属と同等以上の理論熱伝導率（３００Ｗ／ｍＫ
以上）を有しており、熱伝導率向上の点からは、強化材
として非常に有望視されている。
率も、基本的には、強化材であるセラミックスと、基材
である金属の熱伝導率と、それらの配合比で決まるが、
熱伝導率の場合には、更に、強化材と基材との界面の結
合状態が大きく寄与する。セラミックスと金属では、一
般に金属の方が熱伝導率が高いが、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化硼素（ＢＮ）
等は、金属と同等以上の理論熱伝導率（３００Ｗ／ｍＫ
以上）を有しており、熱伝導率向上の点からは、強化材
として非常に有望視されている。
【００１６】しかし、実際に複合体を製造する場合、Ａ
ｌＮやＢＮは高価であり、得られる複合体も高価になっ
てしまうし、また、ＡｌＮやＢＮは、大気雰囲気中で酸
化され易く、複合体とした場合、強化材であるセラミッ
クスと基材である金属との間に熱伝導率が極めて低いガ
ラス相を形成し易く、その結果、得られる複合体の熱伝
導率が低下してしまうという問題がある。
ｌＮやＢＮは高価であり、得られる複合体も高価になっ
てしまうし、また、ＡｌＮやＢＮは、大気雰囲気中で酸
化され易く、複合体とした場合、強化材であるセラミッ
クスと基材である金属との間に熱伝導率が極めて低いガ
ラス相を形成し易く、その結果、得られる複合体の熱伝
導率が低下してしまうという問題がある。
【００１７】本発明者らは、強化材について種々検討し
た結果、炭化珪素を主成分とする特定のセラミックス構
造体を用いるときに、高熱伝導率と低熱膨張率を兼ね備
えた金属−セラミックス複合体を製造するのに適してい
ることを見いだし、本発明に至ったものである。
た結果、炭化珪素を主成分とする特定のセラミックス構
造体を用いるときに、高熱伝導率と低熱膨張率を兼ね備
えた金属−セラミックス複合体を製造するのに適してい
ることを見いだし、本発明に至ったものである。
【００１８】複合体を製造する場合、強化材と金属との
濡れ性が緻密な複合体を得るためには重要である。一般
に、金属−セラミックス複合体は、強化材であるセラミ
ックスを所定形状に成形したプリフォームに、基材とな
る金属を高温高圧下で含浸させる高圧鋳造法で緻密体を
製造するが、含浸する金属の融点が高いと、含浸時の温
度が高くなり、セラミックスが酸化されたり、セラミッ
クスと金属が反応して特性的に好ましくない化合物を形
成することがある。また、金属の融点が高いと、含浸温
度が高くなることにより、型材等の材質が限定され高価
になってしまうと共に、鋳造コスト自体も増加し、得ら
れる複合体が高価になってしまう。
濡れ性が緻密な複合体を得るためには重要である。一般
に、金属−セラミックス複合体は、強化材であるセラミ
ックスを所定形状に成形したプリフォームに、基材とな
る金属を高温高圧下で含浸させる高圧鋳造法で緻密体を
製造するが、含浸する金属の融点が高いと、含浸時の温
度が高くなり、セラミックスが酸化されたり、セラミッ
クスと金属が反応して特性的に好ましくない化合物を形
成することがある。また、金属の融点が高いと、含浸温
度が高くなることにより、型材等の材質が限定され高価
になってしまうと共に、鋳造コスト自体も増加し、得ら
れる複合体が高価になってしまう。
【００１９】本発明者らは、基材となる金属について種
々検討した結果、炭化珪素質構造体にアルミニウムを主
成分とする合金を適用することにより、上述の問題を生
じることなく、良好な複合体を製造できることを見いだ
した。すなわち、本発明の複合体は、炭化珪素質多孔体
にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなるもの
が好ましい。
々検討した結果、炭化珪素質構造体にアルミニウムを主
成分とする合金を適用することにより、上述の問題を生
じることなく、良好な複合体を製造できることを見いだ
した。すなわち、本発明の複合体は、炭化珪素質多孔体
にアルミニウムを主成分とする金属を含浸してなるもの
が好ましい。
【００２０】しかし、上述したとおりに、金属−セラミ
ックス複合体を、例えば、セラミックス回路基板の裏面
に接合して、ヒートシンク等の放熱部品として用いる場
合には、回路基板とヒートシンク更にはヒートシンクと
放熱フィンとをそれぞれ強固に面接触させるために、ネ
ジ止め固定して用いられるので、ネジ止め用の穴（貫通
穴）を設ける必要がある。
ックス複合体を、例えば、セラミックス回路基板の裏面
に接合して、ヒートシンク等の放熱部品として用いる場
合には、回路基板とヒートシンク更にはヒートシンクと
放熱フィンとをそれぞれ強固に面接触させるために、ネ
ジ止め固定して用いられるので、ネジ止め用の穴（貫通
穴）を設ける必要がある。
【００２１】しかし、上述のように炭化珪素等のセラミ
ックスは非常に硬く、その加工のためには、ダイヤモン
ドドリル等の特殊な加工法を適用しなければならない。
また、予め所望の位置に穴を開けた多孔質無機構造体を
用いて、これに金属を含浸して穴部の金属を加工する方
法がある。この方法では、金属の加工法が適用できるも
のの、含浸時に引け鬆が発生したり、或いは穴部の金属
表面が通常５０μｍ近くも凹む現象を呈するので、金属
加工法で穴を設けた場合に、穴部周辺の表面が他の部分
より低く（即ち、穴部の形状正確性が悪い）、先のヒー
トシンクに適用する場合に熱放散性が悪くなるという問
題がある。このため、穴部に予め無機質ファイバーを充
填した多孔質無機構造体に金属を含浸する方法も試みら
れているが、上記問題の解決には至っていない。
ックスは非常に硬く、その加工のためには、ダイヤモン
ドドリル等の特殊な加工法を適用しなければならない。
また、予め所望の位置に穴を開けた多孔質無機構造体を
用いて、これに金属を含浸して穴部の金属を加工する方
法がある。この方法では、金属の加工法が適用できるも
のの、含浸時に引け鬆が発生したり、或いは穴部の金属
表面が通常５０μｍ近くも凹む現象を呈するので、金属
加工法で穴を設けた場合に、穴部周辺の表面が他の部分
より低く（即ち、穴部の形状正確性が悪い）、先のヒー
トシンクに適用する場合に熱放散性が悪くなるという問
題がある。このため、穴部に予め無機質ファイバーを充
填した多孔質無機構造体に金属を含浸する方法も試みら
れているが、上記問題の解決には至っていない。
【００２２】本発明は、多孔質無機構造体の一部に無機
質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とが含まれるこ
とを特徴としていて、無機質ファイバーと水硬性無機物
質の硬化体とを含有し、アルミニウムを主成分とする金
属を含浸した部分を設けることで、上記問題解決を図っ
たものである。
質ファイバーと水硬性無機物質の硬化体とが含まれるこ
とを特徴としていて、無機質ファイバーと水硬性無機物
質の硬化体とを含有し、アルミニウムを主成分とする金
属を含浸した部分を設けることで、上記問題解決を図っ
たものである。
【００２３】本発明において、水硬性無機物質を選択す
る理由は、多孔質無機構造体の一部に加工性に優れる部
分を設ける場合、例えば、多孔質無機構造体に貫通穴を
設ける場合を想定すると、予め前記多孔質無機構造体に
最終の大きさより大きな穴部を設け、該穴部に前記無機
質ファイバーと水硬性無機物質とを水に分散したスラリ
ー状で充填し、必要ならば乾燥等の操作をすることで、
硬化させることで、多孔質無機構造体の一部に無機質フ
ァイバーと水硬性無機物質の硬化物とが含まれる部分
を、容易に、生産性高く、形成せしめることができると
いう利点がある。そして、前記操作で得られた一部に無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化物とが含まれる
部分を多孔質無機構造体にアルミニウムを主成分とする
金属を含浸し、前記無機質ファイバーと水硬性無機物質
の硬化物を含む部分を加工し、貫通穴を容易に得ること
ができる。
る理由は、多孔質無機構造体の一部に加工性に優れる部
分を設ける場合、例えば、多孔質無機構造体に貫通穴を
設ける場合を想定すると、予め前記多孔質無機構造体に
最終の大きさより大きな穴部を設け、該穴部に前記無機
質ファイバーと水硬性無機物質とを水に分散したスラリ
ー状で充填し、必要ならば乾燥等の操作をすることで、
硬化させることで、多孔質無機構造体の一部に無機質フ
ァイバーと水硬性無機物質の硬化物とが含まれる部分
を、容易に、生産性高く、形成せしめることができると
いう利点がある。そして、前記操作で得られた一部に無
機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化物とが含まれる
部分を多孔質無機構造体にアルミニウムを主成分とする
金属を含浸し、前記無機質ファイバーと水硬性無機物質
の硬化物を含む部分を加工し、貫通穴を容易に得ること
ができる。
【００２４】ところで、前記多孔質無機構造体の一部が
無機質ファイバーのみからなる場合には、得られる複合
体の前記部分で引け鬆が発生し易く、この部分を加工し
て得られる穴も形状の正確性に欠けることが多い。ま
た、前記多孔質無機構造体の一部が水硬性無機物質の硬
化体のみでは、この部分を加工する際の加工性が良好で
なく、本発明の目的を達成し難くなる。両者を組み合わ
せるときに限り、含浸時の引け鬆の発生を防止でき、形
状の正確性に優れた穴等の加工ができ、しかも一般の金
属加工方法をもって容易に加工することができるという
効果が得られる。
無機質ファイバーのみからなる場合には、得られる複合
体の前記部分で引け鬆が発生し易く、この部分を加工し
て得られる穴も形状の正確性に欠けることが多い。ま
た、前記多孔質無機構造体の一部が水硬性無機物質の硬
化体のみでは、この部分を加工する際の加工性が良好で
なく、本発明の目的を達成し難くなる。両者を組み合わ
せるときに限り、含浸時の引け鬆の発生を防止でき、形
状の正確性に優れた穴等の加工ができ、しかも一般の金
属加工方法をもって容易に加工することができるという
効果が得られる。
【００２５】前記無機質ファイバーと水硬性無機物質の
硬化物との比率については、本発明者らの実験的検討に
よれば、無機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化物の
部分に関して、その全空間に対して無機質ファイバーが
１〜４容量％、水硬性無機物質の硬化物が５〜１５容量
％であれば、スラリー状態で充填した後の乾燥したとき
の収縮が少なく、従って加工時の形状の正確度に優れ、
含浸時の引け鬆の発生や穴部表面での凹みの発生も防止
され、さらに金属加工性に富みながらも、実使用時のね
じ込みによって変形し難い金属−セラミックス複合体が
得られるので、好ましい。
硬化物との比率については、本発明者らの実験的検討に
よれば、無機質ファイバーと水硬性無機物質の硬化物の
部分に関して、その全空間に対して無機質ファイバーが
１〜４容量％、水硬性無機物質の硬化物が５〜１５容量
％であれば、スラリー状態で充填した後の乾燥したとき
の収縮が少なく、従って加工時の形状の正確度に優れ、
含浸時の引け鬆の発生や穴部表面での凹みの発生も防止
され、さらに金属加工性に富みながらも、実使用時のね
じ込みによって変形し難い金属−セラミックス複合体が
得られるので、好ましい。
【００２６】本発明に用いることのできる無機質ファイ
バーとしては、炭素、窒化珪素、シリカ、アルミナ、炭
化珪素、窒化硼素等を用いることが出来るが、このうち
アルミナは、溶融状態のアルミニウムを主成分とする金
属と接触しても反応することなく、しかも安価で入手し
やすいことから好ましい。
バーとしては、炭素、窒化珪素、シリカ、アルミナ、炭
化珪素、窒化硼素等を用いることが出来るが、このうち
アルミナは、溶融状態のアルミニウムを主成分とする金
属と接触しても反応することなく、しかも安価で入手し
やすいことから好ましい。
【００２７】また、本発明に用いることのできる水硬性
無機物質としては、カルシア、アルミナ、マグネシア、
アルミナセメント、ポルトランドセメント等が用いるこ
とができるが、このうちアルミナは、溶融状態のアルミ
ニウムを主成分とする金属と接触しても反応することな
く、入手しやすいことから好ましい。
無機物質としては、カルシア、アルミナ、マグネシア、
アルミナセメント、ポルトランドセメント等が用いるこ
とができるが、このうちアルミナは、溶融状態のアルミ
ニウムを主成分とする金属と接触しても反応することな
く、入手しやすいことから好ましい。
【００２８】
【実施例】以下、実施例と比較例に基づき、本発明を更
に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はない。
【００２９】〔実施例１〜１５、比較例１、２〕炭化珪
素粉末Ａ（太平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒
径：６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：Ｇ
Ｃ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル
（日産化学社製：スノーテックス）を表１の組成で配合
し、撹拌混合機で３０分間混合した後、１００ｍｍ×１
００ｍｍ×５ｍｍの形状に７ＭＰａの示す圧力で成形し
た。
素粉末Ａ（太平洋ランダム社製：ＮＧ−２２０、平均粒
径：６０μｍ）、炭化珪素粉末Ｂ（屋久島電工社製：Ｇ
Ｃ−１０００Ｆ、平均粒径：１０μｍ）及びシリカゾル
（日産化学社製：スノーテックス）を表１の組成で配合
し、撹拌混合機で３０分間混合した後、１００ｍｍ×１
００ｍｍ×５ｍｍの形状に７ＭＰａの示す圧力で成形し
た。
【００３０】得られた成形体を、大気雰囲気中、温度１
１００℃で２時間加熱して、多孔質の炭化珪素構造体
（以下、炭化珪素質多孔体という）を作製した。得られ
た炭化珪素質多孔体は、四隅に直径10ｍｍφの穴を開
け、その中に、水硬性無機物質と無機質ファイバーとを
含むいろいろなスラリーを充填した後、１０５℃で乾燥
して前記水硬性無機物質を硬化させて、表１に示す体積
充填率となるように前記穴を満たした。
１００℃で２時間加熱して、多孔質の炭化珪素構造体
（以下、炭化珪素質多孔体という）を作製した。得られ
た炭化珪素質多孔体は、四隅に直径10ｍｍφの穴を開
け、その中に、水硬性無機物質と無機質ファイバーとを
含むいろいろなスラリーを充填した後、１０５℃で乾燥
して前記水硬性無機物質を硬化させて、表１に示す体積
充填率となるように前記穴を満たした。
【００３１】引き続いて、前記のいろいろな炭化珪素質
多孔体について、いずれも電気炉中で温度８００℃に予
備加熱し、予め加熱しておいた３５０ｍｍφのプレス型
内に載置した後、温度８５０℃のＡｌ−１２Ｓｉの溶湯
を前記プレス型内に流し込み、７０ＭＰａの圧力で15分
間プレスして、炭化珪素質多孔体に前記合金を含浸させ
炭化珪素質複合体を形成した。
多孔体について、いずれも電気炉中で温度８００℃に予
備加熱し、予め加熱しておいた３５０ｍｍφのプレス型
内に載置した後、温度８５０℃のＡｌ−１２Ｓｉの溶湯
を前記プレス型内に流し込み、７０ＭＰａの圧力で15分
間プレスして、炭化珪素質多孔体に前記合金を含浸させ
炭化珪素質複合体を形成した。
【００３２】得られた炭化珪素質複合体を室温まで冷却
した後に取り出した。このときの複合体は板状であり、
前記１０ｍｍφの穴部は、無機質ファイバーと水硬性無
機物質の硬化物からなる部分にＡｌ−１２Ｓｉ合金が浸
透して、あたかも第二の金属−セラミックス複合体を呈
していた。尚、このときの前記第二の複合体部分には引
け鬆等の異常もなく、穴部最大凹み量も１０μｍ以下で
あり、良好であった。
した後に取り出した。このときの複合体は板状であり、
前記１０ｍｍφの穴部は、無機質ファイバーと水硬性無
機物質の硬化物からなる部分にＡｌ−１２Ｓｉ合金が浸
透して、あたかも第二の金属−セラミックス複合体を呈
していた。尚、このときの前記第二の複合体部分には引
け鬆等の異常もなく、穴部最大凹み量も１０μｍ以下で
あり、良好であった。
【００３３】前記第二の複合体を有する金属−セラミッ
クス複合体について、穴部分を７ｍｍφの超硬ドリルで
穴開け加工を行い加工性の評価をし、更に、２５ｍｍ厚
みのＡｌ板上に、６ｍｍφのボルトを用いて、６ＭＰａ
の締め付け圧力にて締め付け試験を行い、穴部周辺の第
二の金属−セラミックス複合体の変形の有無を黙視にて
観察したが、本発明のものには何らの異常も認められな
かった。
クス複合体について、穴部分を７ｍｍφの超硬ドリルで
穴開け加工を行い加工性の評価をし、更に、２５ｍｍ厚
みのＡｌ板上に、６ｍｍφのボルトを用いて、６ＭＰａ
の締め付け圧力にて締め付け試験を行い、穴部周辺の第
二の金属−セラミックス複合体の変形の有無を黙視にて
観察したが、本発明のものには何らの異常も認められな
かった。
【００３４】比較例としては、炭化珪素質多孔体を得る
までは実施例と同じ条件としたが、穴開け後にスラリー
を充填しないもの(比較例１)及び炭化珪素ファイバーの
みのスラリーを用意し、乾燥後の穴部の炭化珪素ファイ
バーの充填率が０．５体積％となるようにし、以降は実
施例と同じ条件で操作した。その結果を前記実施例と共
に表１に示すが、引け鬆の発生と共に、穴部最大凹み量
は３０μｍ以上と大きく穴加工時に形状の正確度が高く
なく、更にボルトによる締め付け試験後には穴部周辺に
変形が認められた。
までは実施例と同じ条件としたが、穴開け後にスラリー
を充填しないもの(比較例１)及び炭化珪素ファイバーの
みのスラリーを用意し、乾燥後の穴部の炭化珪素ファイ
バーの充填率が０．５体積％となるようにし、以降は実
施例と同じ条件で操作した。その結果を前記実施例と共
に表１に示すが、引け鬆の発生と共に、穴部最大凹み量
は３０μｍ以上と大きく穴加工時に形状の正確度が高く
なく、更にボルトによる締め付け試験後には穴部周辺に
変形が認められた。
【００３５】
【表１】
【００３６】〔実施例１６〕実施例１３で得た金属−セ
ラミックス複合体の表面に無電解メッキ法により厚さ１
０μｍのＮｉ層を設けた。次ぎに、前記金属−セラミッ
クス複合体を、放熱フィンにネジ固定した後、半導体部
品を搭載した窒化珪素回路基板の裏面に設けられた銅板
に、半田により固定して、モジュールを形成した。この
モジュールは実使用において、何ら問題なく使用するこ
とができた。
ラミックス複合体の表面に無電解メッキ法により厚さ１
０μｍのＮｉ層を設けた。次ぎに、前記金属−セラミッ
クス複合体を、放熱フィンにネジ固定した後、半導体部
品を搭載した窒化珪素回路基板の裏面に設けられた銅板
に、半田により固定して、モジュールを形成した。この
モジュールは実使用において、何ら問題なく使用するこ
とができた。
【００３７】
【発明の効果】本発明の金属−セラミックス複合材は、
該複合材の一部に被加工性に富む部分が設けられている
ことから、その部分を加工することにより、貫通穴等の
加工を高い形状正確性をもって施すことができるという
特徴を有するので、複合材の一部を安価な金属加工を適
用することのみで、従って高い熱伝導性や小さな熱膨張
率という性能を損なうことなく、実用用途に適用できる
形状に加工することができるので、工業的利用範囲が大
幅に拡大される。
該複合材の一部に被加工性に富む部分が設けられている
ことから、その部分を加工することにより、貫通穴等の
加工を高い形状正確性をもって施すことができるという
特徴を有するので、複合材の一部を安価な金属加工を適
用することのみで、従って高い熱伝導性や小さな熱膨張
率という性能を損なうことなく、実用用途に適用できる
形状に加工することができるので、工業的利用範囲が大
幅に拡大される。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−212533（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−61291（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−130568（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22D 19/00 - 19/14
C04B 41/88
C22C 1/10
C22C 47/00 - 49/14
H01L 23/14
H01L 23/373
Claims (7)
- 【請求項１】多孔質無機構造体にアルミニウムを主成分
とする金属を含浸してなる金属−セラミックス複合体で
あって、多孔質無機構造体の一部に無機質ファイバーと
水硬性無機物質の硬化体とが含まれることを特徴とする
金属−セラミックス複合体。 - 【請求項２】多孔質無機構造体が炭化珪素を主成分とし
てなることを特徴とする請求項１記載の金属−セラミッ
クス複合体。 - 【請求項３】無機質ファイバーが窒化硼素、炭化珪素、
アルミナ、シリカ、窒化珪素、炭素の一種以上からなる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の金属−
セラミックス複合体。 - 【請求項４】水硬性無機物質がカルシア、アルミナ、マ
グネシア、アルミナセメント、ポルトランドセメントの
一種以上であることを特徴とする請求項１、請求項２ま
たは請求項３記載の金属−セラミックス複合体。 - 【請求項５】金属−セラミックス複合体の一部に貫通穴
が含まれていることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３または請求項４記載の金属−セラミックス複合
体。 - 【請求項６】貫通穴が、多孔質無機構造体の無機質ファ
イバーと水硬性無機物質の硬化体とを含有し、アルミニ
ウムを主成分とする金属が含浸された部分を貫通してい
ることを特徴とする請求項５記載の金属−セラミックス
複合体。 - 【請求項７】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５または請求項６記載の金属−セラミックス
複合体からなることを特徴とする放熱部品。
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