[0001] 本发明涉及包含由镁(所谓的纯镁)或镁合金与SiC制成的复合材料作为主要成分的复合构件。特别地，本发明涉及一种复合构件，所述复合构件用作半导体元件等的散热构件并能够将热有效地散逸至安装对象。

[0002] 作为半导体元件用散热构件(散热器)，已经使用利用由金属和非金属无机材料(代表性地为陶瓷)制成的复合材料如Al-SiC的构件即复合构件。近年来，主要为了实现更轻重量的复合构件，已经考虑包含比铝(Al)的重量更轻的镁(Mg)或其合金作为基体金属的镁基复合材料(参见日本特开2010-106362号公报(专利文献1))。

[0003] 上述复合构件代表性地为平板构件并用作散热构件。具体地，将半导体元件等安装在充当散热构件的复合构件的一个表面上。此外，利用螺栓等将复合构件固定到诸如水冷却器的冷却装置上，使得其另一个表面接触冷却装置。

[0004] 引用列表

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开2010-106362号公报

[0007] 技术问题

[0008] 当电子设备输出更高的功率时，在运行期间由电子设备中的半导体元件产生的热量倾向于越来越高。因此，期望进一步提高散热性。

[0009] 复合构件越紧密地贴附到诸如冷却装置的安装对象上，半导体元件等的热越快速地传递到安装对象上，且热能够更有效地被散逸。即，能够提高散热性。由此，考虑在复合构件与安装对象之间涂布诸如油脂的润滑油以防止在复合构件与安装对象之间形成间隙。然而，仅将润滑油设置在其间已经不能充当对付进一步提高散热性的需要的足够对策。

[0010] 因此，本发明的一个目的是提供一种能够有效地散逸半导体元件等的热的复合构件。

[0011] 解决问题的技术方案

[0012] 本发明通过提供具有特定形状的复合构件来实现上述目的。

[0013] 根据本发明的复合构件具有由具有与镁或镁合金结合的SiC的复合材料制成的衬底。所述复合构件满足下述翘曲度。

[0014] (翘曲度)

[0015] 当将翘曲度定义为lmax对Dmax之比(lmax/Dmax)，其中lmax是沿所述复合构件的最长边测得的所述复合构件的一个表面的表面位移的最大值与最小值之差，且Dmax是-3 -3所述最长边的长度时，翘曲度不小于0.01×10 且不大于10×10 。

[0016] 在根据本发明的复合构件中，其至少一个表面具有特定的翘曲形状，且能够将这种翘曲表面称作与诸如冷却装置的安装对象接触的表面(下文中称作冷却侧表面)。将翘曲表面即冷却侧表面压靠在安装对象上以使得翘曲变平坦，从而使得所述表面变平坦，并能够以这种平坦状态将根据本发明的复合构件固定到安装对象上。由此，通过以压制状态接触安装对象并通过螺栓等保持这种接触状态，根据本发明的复合构件能够充分贴附到安装对象上。根据本发明，特别是当将诸如油脂的润滑油设置在复合构件与安装对象之间时，通过所述压制能够使得润滑油在复合构件的全部冷却侧表面上充分扩展。由此，能够将润滑油均匀地设置在复合构件与安装对象之间，且在复合构件与安装对象之间不易形成间隙。因此，复合构件能够充分地贴附到安装对象上，由此能够利用整个冷却侧表面散逸半导体元件等的热。因此，能够实现优异的散热性。

[0017] 作为根据本发明的复合构件的一种形式，例示性地有在衬底的至少一部分上具有金属涂层的形式。

[0018] 与复合材料相比，金属涂层对焊料的润湿性更优异。因此，当将金属涂层设置在衬底的冷却侧表面上时，通过焊接将复合构件接合到安装对象并使其粘附能够进一步提高散热性。或者，当将金属涂层设置在与冷却侧表面相对且要安装半导体元件等的表面(下文中称作元件侧表面)上时，通过焊接将复合构件接合到半导体元件等并使其粘附能够提高散热性。此外，根据上述形式，能够在金属涂层上设置镀层。通过利用金属涂层作为电镀用导电层能够容易地形成镀层。利用镀层，例如能够提高抗腐蚀性和设计性能。另外，根据上述形式，通过在后述特定条件下制造金属涂层，能够容易地制造具有上述特定翘曲形状的复合构件。

[0019] 所述复合构件可还包含设置在所述衬底的一个表面上并具有最大厚度t1max的第一金属涂层和设置在所述衬底的另一个表面上并具有最大厚度t2max的第二金属涂层。优选地，所述最大厚度之差|t1max-t2max|不小于0.02mm。

[0020] 所述金属涂层可以薄，只要其能够用作上述焊接用底层或电镀用导电层即可，且与上述形式一样，形成在衬底各表面上的金属涂层可以具有不同的厚度。特别地，通过以使得与上述形式一样，在衬底各表面上的金属涂层具有不同的厚度的方式、优选以使得所述厚度之差(绝对值)大的方式在后述特定条件下制造金属涂层，利用由金属涂层的厚度之差造成的热膨胀和收缩的量之差能够容易地制造具有上述特定翘曲形状的复合构件。因此，根据上述形式，在不实施例如表面处理如切割或研磨、或另一种加工/处理的条件下能够制造复合构件，这导致优异的生产率。

[0021] 设置在衬底一个表面上的金属涂层可以具有平坦的表面，具有在其厚度方向上具有弯曲表面的截面，且在厚度方向上的截面中最大厚度与最小厚度之差不小于0.03mm。

[0022] 根据上述形式，由于金属涂层具有一个平坦表面，所以当该表面充当半导体元件等的安装表面时能够充分确保安装面积。此外，在上述形式中，通过以使得金属涂层变厚的方式在后述特定条件下形成金属涂层，利用金属涂层的热收缩能够容易地制造具有上述特定翘曲形状的复合构件，这导致优异的生产率。此外，例如通过对金属涂层的表面进行切割或研磨，能够容易地制造含有具有平坦表面的金属涂层的复合构件。

[0023] 金属涂层可以具有不小于0.1mm的最大厚度。

[0024] 通过以使得金属涂层满足上述厚度的方式在后述特定条件下将复合构件的金属涂层形成为厚的，利用上述金属涂层的热收缩能够容易地制造具有上述特定翘曲形状的复合构件。

[0025] 衬底的SiC含量可不小于50体积%且不大于90体积%。

[0026] 根据上述形式，由于衬底具有低热膨胀系数和高热导率，所以包含金属涂层的整个复合构件也易于具有相对低的热膨胀系数，这导致与半导体元件及其周边部件的热膨胀系数的一致性优异并且散热性优异。因此，根据上述形式，复合构件能够适当地用作半导体元件的散热构件。

[0027] 衬底的热膨胀系数可以不小于4ppm/K且不大于15ppm/K，且热导率不小于180W/m·K。

[0028] 根据上述形式，衬底的热膨胀系数与半导体元件及其周边部件的热膨胀系数(约4ppm/K～8ppm/K)相当或仅与其具有小的差别，这导致热膨胀系数的一致性优异。由此，当将具有上述形式的复合构件用作半导体元件的散热构件时，半导体元件及其周边部件即使经历热循环也不易剥离。此外，根据上述形式，由于衬底具有足够高的热导率，所以衬底能够有效地散逸半导体元件等的热。因此，根据上述形式，除了由于翘曲形状而提高粘附性之外，作为复合构件的主要构成元件的衬底自身在散热性方面也优异，由此能够将复合构件适当用作半导体元件的散热构件。此外，由于衬底自身的热膨胀系数低且热导率高，所以具有进一步设置有金属涂层的形式的复合构件也倾向于热膨胀系数低且导热性优异。

[0029] 根据本发明的散热构件由上述复合构件构成。此外，根据本发明的半导体装置具有上述散热构件和安装在所述散热构件上的半导体元件。

[0030] 由于所述散热构件由能够贴附到上述安装对象上的复合构件构成，所以其散热性优异。此外，由于所述半导体装置能够通过散热构件将半导体元件的热有效地散逸到安装对象，所以其散热性优异。作为半导体装置，代表性地，可例示诸如功率模块的半导体模块。

[0031] 有益效果

[0032] 根据本发明的复合构件和散热构件对安装对象的粘附性优异，并能够有效地散热。根据本发明的半导体装置具有优异的散热性。附图说明

[0033] 图1显示了各种实施方案中的复合构件的示意图和显示制造复合构件的工艺的工艺说明图。

[0034] 图2显示了其他实施方案中的复合构件的示意图和显示制造复合构件的工艺的工艺说明图。

[0035] 图3是示意性显示一个实施方案中的半导体装置的构造的截面图。

[0036] 下文中，将对本发明进行更详细的说明。

[0037] <<复合构件>>

[0038] 首先，对由基体金属和非金属无机材料的复合材料制成的衬底进行描述，所述衬底是复合构件的主要构成元件。

[0039] [衬底]

[0040] [基体金属：镁或镁合金]

[0041] 衬底的金属成分是含有不少于99.8质量%的Mg和杂质的所谓的纯镁，或者由添加元素与含有Mg和杂质的剩余物构成的镁合金。当金属成分是纯镁时，衬底具有优势如导热性提高和结构均匀。当金属成分是镁合金时，衬底具有优势如由降低的液相线温度造成的熔融温度降低以及衬底的抗腐蚀性和机械特性(例如强度)提高。作为添加元素，例示性地有Li、Ag、Ni、Ca、Al、Zn、Mn、Si、Cu、Zr、Be、Sr、Y、Sn、Ce和稀土元素(Y和Ce除外)中的至少一种元素。由于如果大量含有这些元素则它们造成热导率下降，所以其总含量优选不超过20质量%(相对于设定为100质量%的全体合金；下文中，同样适用于各添加元素的含量)。特别地，优选地，Al的含量不超过3质量%，Zn的含量不超过5质量%，且其他元素的含量各自不超过10质量%。添加Li具有实现更轻重量的衬底和提高衬底的加工性的效果。能够利用已知的镁合金如AZ基、AS基、AM基、ZK基、ZC基、LA基或WE基镁合金。制备基体金属用原料以获得期望的组成。

[0042] [非金属无机材料：SiC]

[0043] <组成>

[0044] SiC展示如下优异效果：(1)SiC具有约3ppm/K～4ppm/K的热膨胀系数，其接近于半导体元件及其周边部件的热膨胀系数；(2)SiC在非金属无机材料中具有特别高的热导率(单晶：约390W/m·K～490W/m·K)；(3)具有各种形状和大小的SiC粉末与烧结体可商购获得；以及(4)SiC具有高机械强度。因此，根据本发明的复合构件的衬底包含SiC作为构成元件。此外，衬底能够含有热膨胀系数比Mg更低的、导热性优异并不易与Mg反应的非金属无机材料，例如Si3N4、Si、MgO、Mg2Si、MgB2、Al2O3、AlN、金刚石和石墨中的至少一种。

[0045] <存在状态>

[0046] SiC以SiC粒子单独分散在基体金属中的形式(下文中称作分散形式)或者SiC通过用于结合SiC的网络部分连结的形式(下文中称作结合形式)存在于衬底中。分散形式具有如下优势：(1)其能够利用SiC粉末作为原料制造，并且不需要形成上述网络部分，从而生产率优异；(2)能够相对容易地对其进行切割；(3)其具有高韧性且不易传播裂纹；(4)由于其杨氏模量低于结合形式的杨氏模量，所以当利用后述金属涂层的热收缩形成翘曲时，即使金属涂层薄，仍易于得到大的翘曲；以及(5)利用螺栓等可容易地将其固定到安装对象。在结合形式中，由于通过网络部分对SiC进行连接来形成用于热传导的连续路径，所以衬底易于具有高热导率和低热膨胀系数。特别地，在通过网络部分对全部SiC进行连结并将基体金属填充到SiC之间的形式中以及在具有这种构造且具有更少闭孔(相对于衬底中SiC的总体积，闭孔占据不超过10体积%，优选不超过3体积%)的形式中，获得更优异的导热性，因为存在足够的基体金属。网络部分代表性地具有由SiC构成的形式，且能够还具有由上述SiC之外的非金属无机材料构成的形式。例如，通过利用光学显微镜或扫描电子显微镜(SEM)对衬底的截面进行观察，能够检查或测量衬底中网络部分的存在和闭孔的比例。

[0047] <含量>

[0048] 随着衬底中SiC含量的提高，热导率提高，且热膨胀系数易于下降。当相对于设定为100体积%的衬底，SiC的含量不小于50体积%时，衬底易于具有约3.5ppm/K～约15ppm/K的热膨胀系数，且包含金属涂层的整个复合构件易于具有不小于4ppm/K且不超过
15ppm/K的热膨胀系数。当SiC的含量不小于60体积%且进一步不小于65体积%时，能够进一步提高导热性。当SiC的含量不超过90体积%且进一步不超过85体积%时，衬底的热特性优异且其工业生产率也优异。

[0049] [衬底的外形]

[0050] 上述衬底的外形(平面形状)代表性地为矩形形状(包括正方形状)。矩形形状具有如下优势：(1)衬底可以容易地形成并具有优异的制造性；和(2)能够充分地确保安装部件如半导体元件的安装面积。应注意，衬底的外形不限于矩形形状，且根据安装部件的形状和数目、安装对象等能够使用各种形状。例如，衬底外形的实例包括具有设置有固定用螺栓孔的突出部的奇怪形状和具有曲线部的形状如圆形形状。应注意，可在各种形状的衬底中设置诸如螺栓孔的通孔。

[0051] [衬底的外部尺寸]

[0052] 根据预期用途和上述形状能够适当选择上述衬底的外部尺寸(宽度和长度)和平面面积。当衬底具有矩形形状时，例如当衬底具有使得其长度和宽度中的至少一者超过100mm的大尺寸形式时，能够确保用于安装部件如半导体元件的大安装面积，且能够将复合构件用作大尺寸散热构件。特别地，在具有100mm长度和50mm以上宽度且进一步具有150mm长度和120mm以上宽度的大尺寸复合构件中，期望接触安装对象的面积的绝对值大，由此在复合构件与安装对象之间形成间隙并易于形成不接触部分。即，在所述大尺寸复合构件中，不接触安装对象的面积倾向于具有大的绝对值。当这种大尺寸复合构件为具有特定翘曲形状的根据本发明的复合构件时，能够有效降低间隙的形成，并能够充分确保与安装对象的接触面积。

[0053] [衬底的厚度]

[0054] 尽管衬底的厚度能够适当选择，但当将复合构件用作半导体元件用散热构件时，其优选不超过10mm，尤其不超过6mm。

[0055] [衬底的热特性]

[0056] 当SiC在衬底中的含量不小于50体积%时，衬底单独的热膨胀系数为如上所述的低值。另外，衬底单独的热导率高，且例如衬底能够具有不小于180W/m·K、进一步不小于200W/m·K且尤其不小于220W/m·K的热导率。

[0057] [金属涂层]

[0058] [形成区域]

[0059] 复合构件可由上述衬底单独构成。在此情况中，复合构件倾向于具有低热膨胀系数。另一方面，可在衬底相互相对的一对表面中的至少一个表面上设置金属涂层。用于在衬底上形成金属涂层的区域能够适当选择。当将复合构件用作半导体元件用散热构件时，优选在所述一对表面的安装诸如半导体元件的安装部件的元件侧表面上，或者在所述一对表面的与安装对象如冷却装置接触的冷却侧表面上，至少在涂布焊料或实施电镀的区域处形成金属涂层，因为获得对焊料的优异润湿性并能够将金属涂层用作导电层。可使用的形式的实例包括如下形式：将金属涂层设置在衬底各表面的全体上的形式；将金属涂层部分设置在衬底各表面上的形式；将金属涂层设置在衬底仅一个表面的全体上的形式；以及将金属涂层部分设置在衬底仅一个表面上的形式。

[0060] [组成]

[0061] 当金属涂层由对衬底中的基体金属连续的结构构成时，由于金属涂层与衬底之间的粘附性优异而使得金属涂层不易从衬底剥离，并获得了金属涂层与衬底之间的良好热传递。当通过例如以使得在作为原料的SiC与铸模之间形成间隙的方式将作为原料的SiC容纳在铸模中并使得基体金属浸渗到SiC中而制造衬底时，能够同时形成这种金属涂层。由此，获得优异的生产率。此外，在由上述连续结构构成的形式中，通过在后述特定条件下形成金属涂层能够制造具有特定翘曲形状的根据本发明的复合构件。因此，这种形式在根据本发明的复合构件的生产率方面优异。

[0062] 或者，金属涂层可具有与基体金属不同的组成。这种组成可以为具有不小于99%的纯度的金属、或合金。作为具有不小于99%的纯度的金属，能够使用Al、Cu或Ni。此外，当这种组成为合金时，能够使用含有Al、Cu和Ni作为主要成分的合金(即以超过50质量%的总量含有Al、Cu和Ni的合金)。所述金属或合金具有优异的抗腐蚀性并由此具有使其能够抑制基体金属的腐蚀的优势。

[0063] 还可以在金属涂层上形成另一个涂层，且例如可形成镀层。作为镀覆用材料，能够使用Cu、Ni或Zn。或者，作为镀覆用材料，能够使用含有Cu、Ni和Zn作为主要成分的合金(即以超过50质量%的总量含有Cu、Ni和Zn的合金)。作为镀覆方法，尽管可以使用无电镀法，但当使用金属涂层作为导电层而使用电镀法时能够容易地形成镀层。当适当实施预处理如锌酸盐处理时，能够提高金属涂层与镀层之间的粘附性。

[0064] [厚度]

[0065] 设置在衬底表面上的金属涂层能够具有如下形式：其中各金属涂层整体具有均匀厚度的形式(例如，图1(A)中所示的复合构件1a等)；或其中至少一个金属涂层具有部分变化的厚度的形式(例如，图1(B)中所示的复合构件1b等)。在任一种形式中，当金属涂层具有不小于1μm的最小厚度时，金属涂层都能够适当用作焊接用底层、镀覆用导电层等。此外，在任一种形式中，当金属涂层具有不小于0.01mm(10μm)、优选不小于0.1mm(100μm)的最大厚度时，利用在如上所述形成金属涂层期间的热收缩等能够容易地制造具有特定翘曲形状的根据本发明的复合构件。随着金属涂层变厚，易于得到更大的翘曲，且例示性地有具有不小于0.3mm并进一步不小于0.5mm的最大厚度的形式。由于过厚的金属涂层造成包含金属涂层的全部复合构件的热膨胀系数增加、以及复合构件的热导率下降，所以设置在各表面上的金属涂层优选具有不超过1.5mm、进一步不超过1mm且尤其不超过0.5mm的最大厚度。另外，金属涂层的厚度对复合构件的厚度之比优选不超过50%，且进一步不超过20%。

[0066] 设置在衬底一个表面上的金属涂层具有部分变化的厚度的形式的实例包括：在根据本发明的复合构件的厚度方向上的截面中，具有金属涂层的厚度在中央部分最厚并朝向各边缘部分变薄的凸型弯曲形状的形式(例如，图2(F)中所示的复合构件1f)以及具有金属涂层的厚度在中央部分最薄并朝向各边缘部分变厚的凹型弯曲形状的形式。在将金属涂层设置在衬底仅一个表面上的形式中，金属涂层在厚度方向上的截面中最大厚度与最小厚度之差不小于0.03mm，且金属涂层具有平坦表面(例如，图2(H)中所示的复合构件1h)，通过形成厚的金属涂层并对其进行表面处理如研磨而得到金属涂层。由此，利用厚金属涂层的热收缩能够容易地制造处于具有特定翘曲形状的上述形式的根据本发明的复合构件。在所述差变大时，翘曲倾向于变大，且例示性地有所述差不小于0.1mm且进一步不小于0.2mm的形式。

[0067] 衬底在两个表面上都具有金属涂层的形式的实例包括：表面上的金属涂层具有相等的最大厚度的形式(例如，图2(J)中所示的复合构件1j)；和衬底表面上的金属涂层具有不同最大厚度的形式(例如，图1(A)中所示的复合构件1a)。在这种形式中，当在金属衬底两个表面中的各个表面上形成金属涂层时，以使得最大厚度之差大的方式形成两个层，由此利用两个层的热膨胀和收缩的量之差能够容易地制造具有特定翘曲形状的复合构件。特别地，当设置在衬底一个表面上的第一金属涂层的最大厚度t1max与设置在衬底另一个表面上的第二金属涂层的最大厚度t2max之差，即|t1max-t2max|不小于0.02mm时，在不另外实施表面处理如切割或研磨的条件下利用热膨胀和收缩的量之差能够提供特定的翘曲。在最大厚度之差即|t1max-t2max|变大时，翘曲倾向于变大，且例示性地有所述差不小于0.1mm、进一步不小于0.3mm且尤其不小于0.5mm的形式。然而，由于如果最大厚度之差太大，则金属涂层的厚度自身变大，所以所述差优选不超过1.5mm，且进一步不超过1.0mm。

[0068] [翘曲度]

[0069] 复合构件具有如上所述的特定翘曲形状。在翘曲度(lmax/Dmax)不小于-3 -5
0.01×10 (不小于1×10 )的条件下，当将复合构件固定到安装对象上时，通过将复合构件压靠在安装对象上以使得翘曲变平坦并将其固定，可以将复合构件贴附到安装对象上。由此，可以将发热对象如安装在复合构件上的半导体元件的热有效地散逸到安装对象，且复合构件的散热性优异。翘曲度越大，复合构件更充分地压靠在安装对象上，因-3 -5 -3
此翘曲度优选不小于0.05×10 (不小于5×10 )，且进一步不小于0.1×10 (不小于
-5 -4
10×10 (1×10 ))。如果翘曲度太大，则存在如下可能性：即使用螺栓等对复合构件进行-3
固定，仍会在复合构件与安装对象之间形成间隙，由此将翘曲度设定为不超过10×10 (不-5 -2 -3 -5
超过1000×10 (1×10 ))。所述翘曲度优选不超过5×10 (不超过500×10 )，尤其为
-3 -3 -3 -5
0.2×10 ～2×10 。此外，能够采用具有不超过1×10 (不超过100×10 )的翘曲度的
形式。

[0070] 仅必要的是，复合构件中相互相对的一对表面(即冷却侧表面和元件侧表面)中的至少一个表面满足上述翘曲度，并期望将满足上述翘曲度的表面用作冷却侧表面。此外，冷却侧表面优选以凸起形状翘曲。

[0071] 当复合构件具有例如矩形形状时，在复合构件一个表面中的最长边是对角线，且最长边的长度(Dmax)为对角线的长度。当复合构件具有圆形形状时，最长边为直径。当复合构件具有椭圆形形状时，最长边为主轴。通过利用可商购获得的三维形状测量装置如激光位移测量装置能够容易地测量表面沿最长边的位移。可以利用能够自动计算所述位移差(lmax)的装置。作为简化的技术，能够利用下述测量方法。利用放置在水平台上的复合构件，对在以面对水平台并不与水平台接触的方式布置的复合构件的表面与水平台的表面之间在垂直方向上的最大距离与最小距离之差进行测量以作为lmax，并对复合构件最长边的长度进行测量以作为Dmax，从而得到翘曲度(lmax/Dmax)。

[0072] 尽管具体翘曲量(mm)随复合构件的尺寸(外部尺寸：长度×宽度)而变化，但例如在137.5mm长度和70.5宽度～187.5mm长度和137.5mm宽度的矩形复合构件-3 -5
的情况中，位移差(lmax)为0.05mm～0.3mm(翘曲度：约0.2×10 (20×10 )～约
-3 -5
3×10 (300×10 ))。

[0073] [复合构件的热特性]

[0074] 尽管具有金属涂层的复合构件具有倾向于比由衬底单独构成的复合构件更大的热膨胀系数，但通过选择金属涂层的厚度、材料等能够使其具有满足不小于4ppm/K且不超过15ppm/K的热膨胀系数的形式。这种形式与半导体元件及其周边部件的热膨胀系数的一致性优异。此外，由于复合构件具有如上所述的含有特定量SiC的衬底，所以复合构件的热导率高，且即使当复合构件包含金属涂层时，其仍能够获得例如不小于180W/m·K的热导率。通过如上所述提高SiC的填充率并设置网络部分，或者降低金属涂层的总厚度，能够得到热膨胀系数更低且热导率更高的复合构件。例如，能够得到热导率不小于200W/m·K、进一步不小于250W/m·K且尤其不小于300W/m·K的复合构件。除了如上所述复合构件自身的高热导率之外，通过具有上述特定翘曲的复合构件可提高复合构件与安装对象之间的粘附性，由此能够将半导体元件等的热有效地散逸到安装对象。即，复合构件的散热性优异。应注意，当使用具有金属涂层的复合构件时，可以使用可商购获得的装置测量其热膨胀系数和热导率。此外，考虑到构成复合构件的各材料的硬度等，还能够通过混合规则计算热膨胀系数。

[0075] [其他构造]

[0076] 根据本发明的复合构件能够直接用作半导体元件用散热构件。另外，复合构件能够具有在适当位置(代表性地，在衬底的角部或周围边缘附近)设置通孔的形式，其中固定构件如螺栓通过所述通孔将复合构件固定到安装对象。通过例如与复合构件一体地形成金属管等，能够与复合构件同时形成通孔。或者，通过制造包含具有在适当位置一体化的金属片的衬底的复合构件并在金属片中形成孔，能够形成通孔。或者，使用激光、放电机械加工等，能够在复合构件的衬底的适当位置形成通孔。用于上述金属片或金属管的材料可以为与衬底的金属成分相同的金属，或其至少一部分可以包含不同的材料如不锈钢或非金属高强度材料如碳(包括具有纤维形式的材料)。通过包含高强度材料，易于降低螺栓的轴向力。通孔可以为带螺纹的孔和不带螺纹的平滑孔中的任一种。

[0077] <<制造方法>>

[0078] 通过下述制造方法能够代表性地制造上述复合构件。

[0079] [制造方法1：利用金属涂层自动形成翘曲形状的形式]

[0080] 在这种形式的制造方法中，在形成金属涂层的同时得到具有上述特定翘曲形状的根据本发明的复合构件。

[0081] [制造方法1-1：复合构件在衬底两个表面上都具有金属涂层的情况]

[0082] 用于制造复合构件的这种方法涉及制造具有由复合材料制成的板状衬底的复合构件的方法，所述复合材料通过将镁或镁合金与SiC结合而形成。通过浸渗法形成具有衬底和金属涂层的涂布成形体，所述衬底由镁或镁合金与SiC的复合材料制成且所述金属涂层各自设置在所述衬底的一对相对表面中的各个表面的至少一部分上。以如下方式形成所述金属涂层：当限定衬底一个表面上的金属涂层具有最大厚度t1max并且衬底另一个表面上的金属涂层具有最大厚度t2max时，最大厚度之差，即|t1max-t2max|不小于0.02mm。

[0083] [制造方法1-2：复合构件在衬底仅一个表面上具有金属涂层的情况]

[0084] 用于制造复合构件的这种方法涉及制造具有由复合材料制成的板状衬底的复合构件的方法，所述复合材料通过将镁或镁合金与SiC结合而形成。通过浸渗法形成具有衬底和金属涂层的涂布成形体，所述衬底由镁或镁合金与SiC的复合材料制成且所述金属涂层设置在所述衬底的一对相对表面中的一个表面的至少一部分上。以最大厚度不小于0.01mm的方式形成所述金属涂层。

[0085] 作为制造方法1的一种形式，通过对涂布成形体的一对相对表面中的至少一个表面进一步实施表面处理可以形成满足上述翘曲度的复合构件。作为表面处理，能够使用切割或研磨。

[0086] 作为制造方法1的一种形式，例示性地有将用于形成金属涂层的其表面具有弯曲形状的弯曲铸模用作用于上述浸渗法中的铸模的形式。

[0087] [制造方法2：通过表面处理形成翘曲形状的形式]

[0088] 在这种形式的制造方法中，得到了具有上述特定翘曲形状的复合构件，而与是否存在金属涂层无关。

[0089] 用于制造复合构件的这种方法涉及制造具有由复合材料制成的板状衬底的复合构件的方法，其中所述复合材料通过将镁或镁合金与SiC结合而形成，并具有如下步骤。形成由镁或镁合金与SiC的复合材料制成的衬底。对衬底的至少一个表面进行表面处理以形成满足上述翘曲度的复合构件。作为表面处理，能够使用切割或研磨。

[0090] 作为制造方法2的一种形式，可在满足上述翘曲度的衬底上进一步形成金属涂层。

[0091] 作为制造方法2的一种形式，可在衬底上形成金属涂层，并对具有金属涂层的衬底进行表面处理。

[0092] 作为制造方法2的一种形式，可以通过浸渗法形成衬底，并且可以将用于形成衬底一个表面的其表面具有弯曲形状的弯曲铸模用作用于浸渗法中的铸模。

[0093] 下文中，将对上述制造方法进行更详细的说明。

[0094] [原料]

[0095] 作为基体金属，能够适当利用纯镁或镁合金的锭。作为SiC的原料，例如能够利用SiC粉末。特别地，当SiC粉末为粒状或纤维状并具有不小于1μm且不超过3000μm、尤其不小于5μm且不超过200μm的平均粒径(在纤维状粉末的情况中为平均短轴)时，有助于后述粉末成形体等的制造。当以组合方式使用具有不同平均粒径的多种粉末时，SiC的填充率易于提高。

[0096] 由于用作原料的非金属无机材料如SiC基本原样存在于复合构件的衬底中，所以SiC与孔的体积比和网络部分在衬底中的存在状态取决于所使用的原料，并与所述原料基本相等。因此，以使得衬底具有期望的热特性的方式适当选择原料的性能和量。此外，以使得衬底具有期望形状和尺寸的方式适当选择铸模(模具)的形状和尺寸。

[0097] 可以通过轻打(tap)等将SiC粉末原样用于填充期望铸模，或者可以将其形成为能够处理的成形体(代表性地，粉末成形体，和另外，通过对粉末成形体进行烧结而形成的烧结体)。粉末成形体能够具有例如通过粉浆浇铸(即，对使用原料粉末、水和分散剂制备的浆料进行成型，其后对成型的浆料进行干燥)、加压成形(例如干压制、湿压制、单轴加压成形、CIP(等静压)和挤出成型)和刮刀法(即，将使用原料粉末、溶剂、消泡剂、树脂等制备的浆料倒入刮刀中，其后将溶剂蒸发)中的任一种形成的形式。烧结体能够具有通过对上述成形体或轻打的粉末聚集体进行烧结而制备的形式(代表性地，具有网络部分的SiC多孔体)。当将SiC在衬底中的含量提高至例如不小于70体积%时，能够适当利用粉浆浇铸、加压成形或刮刀法以形成粉末成形体。当SiC在衬底中的含量低时，期望使用轻打。

[0098] 烧结体具有如下优势：(1)由于其比粉末成形体的强度更高，所以在将其容纳在铸模等中时其不易碎裂或另外损伤，由此易于处理；(2)能够容易地制造多孔体；以及(3)通过调节烧结温度和保持时间能够使得烧结体致密化，并由此能够容易地提高SiC的填充率。在例如如下条件下实施烧结：(1)真空气氛、800℃～小于1300℃的加热温度以及约10分钟～2小时的保持时间；或(2)大气气氛、800℃～1500℃的加热温度以及约10分钟～2小时的保持时间。在条件(1)和(2)下，存在得到不具有网络部分的SiC成形体的倾向。
另一方面，当在真空气氛、不小于1300℃且不超过2500℃的加热温度和2小时～100小时的保持时间的条件下实施烧结时，SiC能够直接结合，并得到具有由SiC形成的网络部分的SiC多孔体。通过利用具有网络部分的烧结体(代表性地，SiC多孔体)作为原料，易于得到具有网络部分的衬底。还可利用可商购获得的SiC烧结体(具有开孔)。特别地，当将具有较少闭孔(相对于烧结体的总体积，不超过10体积%，优选3体积%)并具有开孔的多孔体用作原料时，基体金属的熔融金属能够充分浸渗到多孔体中，由此得到热特性优异的复合构件。

[0099] [形成氧化膜]

[0100] 当将在其表面上具有氧化膜的SiC用作原料时，SiC与基体金属之间的润湿性提高。即使当SiC之间的间隙非常小时，这也通过毛细管作用促进了基体金属的熔融金属的浸渗。氧化膜可以形成在SiC粉末上，或可以形成在上述粉末成形体或烧结体上。用于形成氧化膜的条件在将其形成在粉末上的情况和将其形成在烧结体等上的情况中相同，且加热温度优选不小于700℃，尤其不小于750℃，进一步不小于800℃，尤其优选不小于850℃，并且进一步不小于875℃且不超过1000℃。

[0101] [结合]

[0102] 能够适当利用浸渗法来形成制造方法1中的涂布成形体和制造方法2中的衬底。浸渗法是将熔融的基体金属(镁或镁合金的熔融金属)浸渗到容纳在铸模中的SiC粉末、烧结体等中以进行结合的方法。通过将浸渗的基体金属凝固，得到由镁基复合材料制成的衬底。除了浸渗法之外，还能够利用粉末冶金法、熔融法等形成制造方法2中的衬底。

[0103] 当在不小于0.1×10-5MPa且不超过大气压(通常0.1MPa(1atm))的气氛下实施结合时，熔融金属易于处理，且不易于形成因吸入气氛中的气体而造成的孔。此外，当在惰性气氛如Ar气中实施结合时，能够防止Mg成分与气氛气体之间的反应，并能够抑制由于反应产物的存在而造成的热特性的劣化。当基体金属为镁(纯Mg)时，浸渗温度优选不小于650℃。由于随着浸渗温度的升高润湿性提高，所以浸渗温度优选不小于700℃，尤其不小于800℃，且进一步不小于850℃。然而，如果浸渗温度超过1000℃，则会发生诸如缩孔和气孔的缺陷或者Mg会沸腾，由此浸渗温度优选不超过1000℃。此外，浸渗温度更优选不超过
900℃以抑制过度氧化和结晶产物的产生。

[0104] 预期通过在使基体金属凝固的同时对复合物的冷却方向和冷却速率进行控制，能够得到具有较少内部缺陷和表面缺陷的衬底和金属涂层。例如，在从与供应熔融金属的侧相反的侧起在一个方向上在容纳在铸模中的SiC中实施冷却。即，从已经供应熔融金属的侧朝向将要供应熔融金属的侧，实施冷却。由此，在未凝固的熔融金属补偿已凝固部分的体积的下降时进行冷却，由此不易发生上述缺陷。特别地，在形成大尺寸复合构件的情况中，优选利用这种冷却方法，因为能够得到具有较少缺陷和优异热特性的复合构件。优选对冷却速度进行调节以具有例如不小于0.1℃/mm、尤其不小于0.5℃/mm的温度梯度。

[0105] [制造方法1]

[0106] 当通过浸渗法形成上述涂布成形体时，通过如专利文献1中所述在铸模中布置合适的间隔物，能够在结合的同时形成金属涂层。用于间隔物的材料的实例包括萘、碳、铁和不锈钢(例如SUS430)。间隔物具有带状体、线状体等的形状。通过利用具有合适尺寸(厚度)的间隔物，能够容易地形成具有与间隔物的尺寸相对应的厚度的金属涂层。期望根据金属涂层的厚度利用具有期望尺寸的间隔物。间隔物可以保留在复合构件中或者可以被除去。此外，利用由可以通过在结合时产生的热除去的材料(例如萘)制成的间隔物，可消除除去步骤。

[0107] 在制造方法1-1中，通过利用具有不同尺寸的间隔物，能够容易地形成具有不同厚度的金属涂层。通过将金属涂层形成为具有不同厚度，在冷却期间可以利用金属涂层的热膨胀和收缩的量之差使复合构件发生翘曲。具体地，由于较厚的金属涂层具有较大的热收缩量，所以涂布成形体发生翘曲而拉伸具有较薄金属涂层的侧。代表性地，具有较薄金属涂层的侧具有凸起形状，且具有较厚金属涂层的侧具有凹入形状。为了制造满足上述翘曲度的根据本发明的复合构件，如上所述，期望以使得最大厚度t1max与最大厚度t2max之差不小于0.02mm的方式对间隔物的尺寸进行调节。

[0108] 在制造方法1-2中，通过在衬底的仅一个表面上形成金属涂层，利用冷却期间的金属涂层的热收缩使得复合构件发生翘曲。具体地，由于具有金属涂层的侧的热收缩更大，所以衬底发生翘曲而拉伸不具有金属涂层的侧。代表性地，不具有金属涂层的侧面具凸起形状，且具有金属涂层的侧具有凹入形状。为了制造满足上述翘曲度的根据本发明的复合构件，如上所述，期望以使得金属涂层具有不小于0.01mm、优选不小于0.1mm的最大厚度的方式对间隔物的尺寸进行调节。

[0109] 通过对通过制造方法1得到的涂布成形体实施表面处理如切割或研磨能够容易地对翘曲的过量或不足进行调节。即，能够容易地调节翘曲度。此外，由于通过表面处理能够降低表面粗糙度，所以能够提高对安装对象的粘附性。这同样适用于制造方法2。当对金属涂层实施上述表面处理时，可以预先将金属涂层形成为厚的。当对金属实施表面处理时，在与对复合材料实施切割等的情况相比时获得良好的加工性。当金属涂层由镁或镁合金构成时，优选使用湿式处理以防止灰尘的飞散。由于镁或镁合金是能够容易地切割的材料，所以能够容易地对其实施切割或研磨。当对由复合材料制成的衬底进行表面处理如切割或研磨时，期望使用高硬度工具如金刚石工具、或激光加工或放电机械加工。

[0110] 当对通过浸渗法形成的金属涂层进行上述表面处理时，如果在得到涂布成形体之后立即实施表面处理，则由于表面处理期间的金属涂层中的残余应力的变化而不会获得期望的翘曲度。由此，优选在形成涂布成形体之后将金属涂层中的内部应力充分释放，其后实施表面处理。由此，能够在高精度下得到满足期望翘曲度的复合构件。通过适当的热处理(例如在100℃～200℃和100小时～1000小时下)能够将内部应力充分释放。预期通过将金属涂层在常温(约20℃～30℃)下长时间(例如约30天～100天)静置也能够释放内部应力。例如，即使当已经将复合构件储存在仓库等中且其翘曲度已经发生变化时，通过在将复合构件并入到电子设备中之前即刻实施表面处理仍能够调节翘曲度。或者，可以通过假定表面处理之后的翘曲以对表面处理量进行设定，从而获得期望的翘曲度。

[0111] 另外，当使用上述弯曲铸模时，在与使用用于形成金属涂层的其表面为平坦表面的平坦铸模的情况相比时，易于获得大的翘曲度。弯曲铸模的弯曲程度能够适当选择以获得期望的翘曲度。能够利用用于形成金属涂层的表面具有凸起形状的其弯曲铸模和用于形成金属涂层的其表面具有凹入形状的弯曲铸模两者。当使用凹入的弯曲铸模时，易于获得小的翘曲度。通过如上所述改变铸模的形状，也能够调节翘曲度。涉及翘曲铸模的事项通常同样适用于制造方法2。

[0112] [制造方法2]

[0113] 在制造方法2中，由于如上所述通过浸渗法等制造衬底并然后对其进行表面处理如切割以形成特定翘曲，所以能够形成不具有金属涂层的复合构件。通过在具有特定翘曲的衬底上形成金属涂层，即使当利用制造方法2时仍能够得到具有金属涂层的复合构件。使用具有合适形状的金属板，通过利用无电镀、热浸镀覆、蒸发、冷喷雾法等或者通过利用铜焊、超声波接合、氧化物焊接法、利用无机胶粘剂的接合等在具有特定翘曲的衬底上形成金属涂层。通过利用这些技术，能够容易地制造具有组成与基体金属不同的金属涂层的复合构件。

[0114] 或者，可以在衬底上形成金属涂层之后通过表面处理形成翘曲。在此情况中，由于能够利用具有两个平坦表面的衬底，所以能够容易地形成金属涂层。通过利用无电镀、热浸镀覆、蒸发、冷喷雾法、铜焊、超声波接合、包封铸造(enveloped casting)、轧制(包覆轧制)、热压、氧化物焊接法、利用无机胶粘剂的接合等能够形成金属涂层。此外，在此情况中，如上所述能够容易地形成各种组成的金属涂层。

[0115] [其他制造方法]

[0116] 另外，通过将具有期望组成的金属板布置在铸模中，在上述结合的同时对其实施包封铸造以制造涂布成形体，并在得到的涂布成形体上实施上述表面处理，能够制造具有金属涂层的根据本发明的复合构件。或者，如同制造方法1中那样通过浸渗法制造涂布成形体(代表性地，基本不具有翘曲的涂布成形体)并对涂布成形体实施表面处理以满足特定的翘曲度，能够制造根据本发明的复合构件。另一方面，通过使用上述弯曲铸模利用浸渗法也能够制造不具有金属涂层的根据本发明的复合构件。

[0117] 或者，代替通过浸渗法等制造由复合材料制成的(基本不具有翘曲的平坦型(可具有或可不具有金属涂层的))衬底并对衬底实施表面处理如切割，通过将上述衬底夹在具有翘曲形状的一对模具(接触衬底的一个表面是凹入表面的第一弯曲模具和具有与所述凹入相对应的凸起表面的第二弯曲模具)之间并以加热状态施加负荷，能够形成满足上述特定翘曲度的复合构件。所述模具的凹入和凸起能够适当选择以获得期望的翘曲形状。加热温度优选不小于100℃且不超过470℃。通过将加热温度设定为不超过470℃，能够降低基体金属(镁或其合金)的自燃的危险。通过将加热温度设定为不小于100℃，能够在相对短的时间内使由上述复合材料制成的衬底发生翘曲(变形)。在加热温度升高时，能够降低变形所需要的负荷，并可以在不利用高功率压制机的条件下形成满足特定翘曲度的复合构件。此外，当加热温度低而在上述范围内时，不需要高功率的加热手段，并且加热时间能够缩短且模具能够具有较长的寿命。因此，加热温度优选不小于150℃，尤其不小于200℃，
2
并优选不超过350℃，尤其不超过300℃。负荷优选不小于10kg/cm。如果负荷太大，则需
2
要如上所述的高功率压制机且模具的寿命较短。因此，负荷优选不超过500kg/cm。根据所述加热温度和要形成的翘曲度选择负荷。例如，在上述温度范围内，可以在低温区域内施加大负荷并可以在高温区域内施加小负荷。此外，通过在上述温度范围内的100℃～200℃的
2
温度区域中将负荷设定为不小于50kg/cm，能够良好地形成满足上述特定翘曲度的复合构件。在这种制造方法中，优选利用具有使用SiC粉末制造的分散形式的衬底。

[0118] <<特定复合构件的形式及其制造方法>>

[0119] 下文中，将参考图1和2对具有金属涂层的本实施方案的复合构件的构造及其制造方法进行更具体的说明。在图1和2中，将具有相同名称的部分和相同的位置用相同的标号表示。此外，在图1和2中所示的复合构件和涂布成形体中，将上侧称作元件侧，并将相对的下侧称作冷却侧。应注意，为了易于理解，以放大方式将翘曲示于图1和2中。根据本发明的复合构件具有两种形式：一种是衬底的一对相对表面都具有翘曲形状的形式，另一种是衬底的一对相对表面中的仅一个表面具有翘曲形状且另一个表面具有平坦形状的形式。

[0120] [衬底的两个表面都具有翘曲形状的形式]

[0121] 图1(A)～1(D)中所示的复合构件1a～1d各自具有衬底2与金属涂层3和4中的至少一个涂层。在衬底2的一对相对表面中的一个表面(此处，元件侧表面)上形成金属涂层3。在所述一对表面中的另一个表面(此处，冷却侧表面)上形成金属涂层4。衬底2由SiC和基体金属的复合材料制成，所述基体金属由镁或其合金制成。复合构件1a～1d各自具有在元件侧凹入且在冷却侧凸起的翘曲形状。

[0122] 图1(A)和1(B)中所示的复合构件1a和1b各自具有金属涂层3和4两者。元件侧的金属涂层3的最大厚度t1比冷却侧的金属涂层4的最大厚度t3厚。

[0123] 在图1(A)中所示的复合构件1a中，金属涂层3和4各自具有均匀的厚度，且两个层3和4的最大厚度都广泛变化。在制造复合构件1a时，例如，将具有合适尺寸的间隔物300和作为原料的SiC聚集体(上述SiC粉末或成形体)100容纳在平坦铸模200中。然后，将镁等的熔融金属110供应至平坦铸模200中。在利用间隔物300的制造方法中，优选利用成形体如上述粉末成形体或烧结体作为SiC聚集体100，因为能够在SiC聚集体100与铸模之间容易地设置足以形成金属涂层的间隙。在图1(A)中所示的平坦铸模200中，可以通过调节熔融金属110的供应量而调节在形成衬底的一对相对表面的SiC聚集体的表面中不与间隔物300接触的一个表面上形成的金属涂层(此处，元件侧的金属涂层3)的厚度。

[0124] 如制造方法1中所述，当使一个金属涂层(此处，元件侧的金属涂层3)的厚度足够厚时，由于两个金属涂层3和4各自的热收缩量之差而在熔融金属110的冷却期间使得衬底变形。因此，如图1(A)中所示，在冷却之后从平坦铸模200中取出的复合构件1a具有特定翘曲形状。

[0125] 应注意，图1和2中所示的铸模的形式是示例性的，且可以利用具有布置在左侧和右侧上的用于形成金属涂层3和4的表面的铸模。在此情况中，通过将间隔物布置在铸模与形成衬底的一对相对表面的各个表面的SiC聚集体的一对表面的各个表面之间，能够在衬底的两个表面上都形成金属涂层。此外，在图1和2中所示的形式中的任一种形式中，能够利用其中用于形成金属涂层的表面或用于形成复合材料的表面具有预定翘曲形状(参见图1(D))的弯曲铸模210代替平坦铸模200。当利用弯曲铸模210时，能够将铸模210的翘曲转印至复合构件。因此，通过调节弯曲铸模210的翘曲状态，能够容易地形成具有特定翘曲形状的复合构件，或者能够调节复合构件的翘曲量。代表性地，可以根据铸模的翘曲量而提高复合构件的翘曲。也可以通过实施诸如切割的表面处理或者通过在实施表面处理之外还使用弯曲铸模而调节翘曲量。

[0126] 在图1(B)中所示的复合构件1b中，元件侧的金属涂层3具有均匀厚度，且冷却侧的金属涂层4具有在中央部分厚且从中央部分朝向各边缘侧变薄的厚度。此外，复合构件1b的两个层3和4的最大厚度之差小。在复合构件1b的制造方法中，例如，与复合构件1a一样，将具有合适尺寸的间隔物300和SiC聚集体100容纳在平坦铸模200中。然后，将熔融金属110填充到平坦铸模200中以进行浸渗。然而，在复合构件1b中，对间隔物300的尺寸和熔融金属110的供应量进行调节以使得两个层3和4的厚度之差小。如图1(B)中所示，因为两个层3和4b的厚度之差小，所以从铸模200中取出的涂布成形体10b具有小的翘曲。因此，通过对涂布成形体10b的冷却侧的金属涂层4b实施诸如切割的表面处理而调节翘曲。如上所述，还可以利用弯曲铸模210而调节翘曲量。

[0127] 图1(C)和1(D)中所示的复合构件1c和1d各自仅在元件侧具有金属涂层3。金属涂层3具有均匀的厚度。复合构件1c具有厚的金属涂层3，且复合构件1d具有薄的金属涂层3。例如，通过将SiC聚集体100和熔融金属110填充到平坦铸模200中以进行浸渗，得到复合构件1c和1d。在复合构件1c中，由于金属涂层3足够厚，所以复合构件1c由于金属涂层3的热收缩而凝固从而拉伸冷却侧(复合材料侧)。因此，如图1(C)中所示，从铸模200中取出的复合构件1c具有特定翘曲形状。另一方面，在涂布成形体10d中，由于金属涂层3薄，所以当使用平坦铸模200时复合材料侧的翘曲不足，如图1(D)中所示。因此，通过对涂布成形体10d的衬底2d实施诸如切割的表面处理对翘曲进行调节。或者，可以在不实施表面处理的条件下，通过利用如上所述的弯曲铸模210制造复合构件1d。或者，可以利用弯曲铸模210调节翘曲。

[0128] [衬底的仅一个表面具有翘曲形状的形式]

[0129] 图2(E)～2(J)中显示的复合构件1e～1j各自具有衬底2、以及元件侧的金属涂层3和冷却侧的金属涂层4中的至少一种金属涂层。复合构件1e～1j各自具有翘曲形状，其在元件侧平坦且仅在冷却侧凸起。

[0130] 图2(E)和2(F)中显示的复合构件1e和1f各自具有金属涂层3和4两者。元件侧的金属涂层3的最大厚度t1等于冷却侧的金属涂层4的最大厚度t3。元件侧的金属涂层3具有在中央部分厚且从中央部分朝向各边缘侧变薄的厚度。

[0131] 图2(E)中显示的复合构件1e的冷却侧的金属涂层4具有均匀厚度。在复合构件1e的制造方法中，例如，首先与复合构件1a一样制造涂布成形体10e。由于得到的涂布成形体10e具有足够厚的元件侧的金属涂层3e，所以涂布成形体10e与复合构件1a一样具有翘曲形状，且元件侧的金属涂层3e也发生翘曲。通过对元件侧的翘曲的金属涂层3e实施诸如研磨的表面处理以使其表面平坦，得到复合构件1e。当与复合材料相比时，金属涂层
3e易于切割并易于进行表面处理。

[0132] 在图2(F)中显示的复合构件1f中，金属涂层3和4两者都具有在中央部分厚且从中央部分朝向各边缘侧变薄的厚度。在复合构件1f的制造方法中，与上述图1(B)中所示的复合构件1b一样制造涂布成形体10f。由于涂布成形体10f的元件侧的金属涂层3f和冷却侧的金属涂层4f的厚度之差小，所以元件侧的翘曲小，且冷却侧基本不具有翘曲。通过对涂布成形体10f实施诸如研磨或切割的表面处理以使得元件侧的金属涂层3f的表面平坦并以具有翘曲形状的方式在冷却侧形成金属涂层4f，得到具有最大厚度相等的两个层3和4的复合构件1f。

[0133] 图2(G)和2(H)中所示的复合构件1g和1h各自仅具有元件侧的金属涂层3。图2(G)中所示的复合构件1g的金属涂层3具有均匀的厚度，且图2(H)中所示的复合构件1h的金属涂层3具有在中央部分厚且从中央部分朝向各边缘侧变薄的厚度。

[0134] 图2(G)中所示的复合构件1g具有薄的元件侧的金属涂层3。由此，与上述图1(D)中所示的复合构件1d一样，使用平坦铸模200制造的涂布成形体10g基本不翘曲，且元件侧和冷却侧两者都平坦。通过对涂布成形体10g的衬底2g实施诸如切割的表面处理得到复合构件1g。或者，当按上述利用弯曲铸模210时，能够省略对含有SiC的衬底2g的表面处理，从而导致复合构件的优异制造性。

[0135] 图2(H)中所示的复合构件1h具有最大厚度厚的元件侧的金属涂层3。由此，通过与图1(C)中所示的复合构件1c一样利用平坦铸模200制造涂布成形体10h，并对元件侧的翘曲金属涂层3h实施诸如研磨的表面处理，得到复合构件1h。通过调节元件侧的金属涂层3h的厚度可以调节翘曲，或可以按上述利用弯曲铸模210。

[0136] 图2(I)和2(J)中所示的复合构件1i和1j各自具有金属涂层3和4两者。元件侧的金属涂层3的最大厚度t1等于冷却侧的金属涂层4的最大厚度t3。

[0137] 在图2(I)中所示的复合构件1i中，金属涂层3和4各自具有均匀的厚度。在复合构件1i的制造方法中，例如如图2(I)中所示，首先将SiC聚集体100容纳在平坦铸模200中，并利用熔融金属浸渍以制造由复合材料制成的衬底2i。通过对衬底2i实施诸如切割的表面处理，得到具有特定翘曲的衬底2i。或者，当利用弯曲铸模210代替平坦铸模200时，能够在不实施表面处理的条件下得到具有特定翘曲的衬底2i，从而导致优异的制造性。通过利用合适技术如上述热浸镀覆法在具有特定翘曲的衬底2i上形成金属涂层3和4，得到复合构件1i。在这种形式中，可以按上述选择金属涂层的各种组成。

[0138] 在图2(J)中所示的复合构件1j中，元件侧的金属涂层3具有均匀的厚度，且冷却侧的金属涂层4具有在中央部分厚且从中央部分朝向各边缘侧变薄的厚度。在复合构件1j的制造方法中，例如，将具有合适尺寸的间隔物300和SiC聚集体100容纳在平坦铸模200中，并将熔融金属110浸渗到其中以制造涂布成形体10j。然而，以使得金属涂层3和4j两者都具有相等厚度的方式对间隔物300的尺寸和熔融金属110的供应量进行调节。由于涂布成形体10j的元件侧的金属涂层3和冷却侧的金属涂层4j具有相等的厚度，所以涂布成形体10j基本不翘曲，且元件侧和冷却侧两者都平坦。通过对涂布成形体10j的冷却侧实施诸如切割的表面处理，得到具有特定翘曲的复合构件1j。

[0139] 例如，通过对由复合材料制成的衬底2i实施表面处理或使用弯曲铸模制造衬底，得到不含金属涂层的复合构件，如图2(I)中所示。

[0140] 尽管图1和2中的弯曲铸模210具有呈凸起形状的冷却侧，但可以利用具有呈凹入形状的冷却侧的弯曲铸模210。由此，能够形成具有凹入的冷却侧的复合构件。此外，尽管图1和2显示了其中实施表面处理以提供凸起冷却侧的形式，但是可以实施表面处理以提供凹入的冷却侧。

[0141] <<半导体装置>>

[0142] 参考图3，根据本实施方案的粉末模块300(半导体装置)具有由复合构件1a～1j中的任一种复合构件构成的散热构件1(图1和2)、半导体芯片94(半导体元件)、螺栓
90、绝缘衬底92、焊料部分91和93、树脂密封部分95、壳体96、油脂部分97和冷却装置98。
在该图中所示的构造中，散热构件1具有衬底2、金属涂层3和4、以及镀层5和6。将镀层
5和6分别形成在金属涂层3和4上。通过油脂部分97使用螺栓100将散热构件1安装在冷却器500上。由此，油脂部分97位于金属涂层4与冷却装置98之间。

[0143] 根据功率模块900，油脂部分97通过散热构件1压靠在冷却装置98上，由此在冷却装置98上扩展。这能够在散热构件1与冷却装置98之间实现足够的粘附。由此，提高从半导体芯片94的散热效率。

[0144] <<试验例1>>

[0145] 制造了各自具有衬底和合适的金属涂层的复合构件，所述衬底由具有与纯镁结合的SiC的复合材料制成，并对所述复合构件的形状进行研究。

[0146] 按下述制造各试样。

[0147] 作为熔融金属的原料，准备含有不小于99.8质量%的Mg和杂质的纯镁锭(可商购获得的产品)。关于在表1和2中的“SiC形式”列中表示为“粉末”的各试样，准备SiC粉末(平均粒径：90μm，在875℃下进行氧化处理2小时)作为原料SiC。以使得得到的复合材料(衬底)会具有70体积%的SiC含量的方式调节SiC粉末的量。关于在表2中的“SiC形式”列中表示为“成形体”的各试样，制备了具有通过在875℃下对SiC烧结体实施氧化处理2小时而形成的氧化膜的可商购获得的板状SiC烧结体(具有由SiC构成的网络部分的多孔体，相对密度：80%)。在各试样中，以使得包含金属涂层的复合构件具有5mm的总厚度以及表1和2中所示的长度(mm)和宽度(mm)的方式对作为原料的SiC、铸模的尺寸和合适间隔物的厚度进行调节。即，在具有金属涂层的各试样中，以使得金属涂层具有表1和2中所示厚度的方式对成形体的厚度、铸模的尺寸和合适间隔物的厚度进行调节。

[0148] 将作为原料的SiC聚集体(烧结体或粉末)容纳在铸模中，将熔融的纯镁浸渗到SiC聚集体中，其后使得纯镁凝固。在具有金属涂层的试样中，在使用SiC烧结体的各试样中，制备具有表1中所示厚度的平板状间隔物(此处，由碳制成)并将其与SiC烧结体一起容纳在铸模中，从而使得形成具有表1中所示厚度的金属涂层。由此，在铸模与SiC烧结体之间设置与间隔物的厚度相对应的间隙，并可以通过将熔融金属填充到间隙中而形成金属涂层。通过使用低熔点玻璃、低熔点盐、液体玻璃等将间隔物贴附到SiC烧结体能够防止间隔物的位移。在使用SiC粉末的各试样中，以使得在衬底元件侧形成具有表2中所示厚度(mm)的金属涂层的方式对熔融金属的填充量进行调节。

[0149] 所述铸模由碳制成。作为在表1中所示的翘曲量的列中表示为“无”的铸模，制备了具有一个开口侧的长方体箱体(即平坦铸模)。此外，作为具有表1中所示的翘曲量(mm)的铸模，制备了具有一个开口侧的长方体箱体，其中在冷却侧形成一个表面的一个表面具有凸起形状或凹入形状(即弯曲铸模)。凸起部分的最大突出量(参见图1(D)和2(H)中弯曲模具210的最大突出量)或凹入部分的最大凹入量与表1中的翘曲量相对应。由于将各铸模的内部空间用作用于容纳SiC聚集体和合适间隔物的空间，所以期望根据要制造的铸件(此处为由复合材料制成的衬底、涂布成形体和具有金属涂层的复合构件中的任一者)的尺寸来选择内部空间的尺寸。

[0150] 作为铸模，可以使用一体化成型的铸模，且还可以使用通过结合多个分开的片而一体化形成的铸模。由此，可以容易地将铸件取出。此外，当将可商购获得的脱模剂涂布到其中SiC聚集体接触铸模的内周表面的位置时，铸件易于取出。

[0151] 将锭放置部分连接到铸模中开口的周围边缘。将上述锭布置在锭放置部分上。通过将铸模加热至预定温度而将锭熔融。通过其中在内部设定铸模的可加热气氛炉对铸模进行加热。

[0152] 此处，对气氛炉进行调节以具有875℃的浸渗温度、Ar气氛和大气压。将熔融的纯镁从铸模中的开口倒入铸模的内部空间中，并浸渗到布置在内部空间中的SiC聚集体中。保持上述加热状态(此处持续2小时)以将SiC聚集体与熔融的纯镁结合，其后在Ar气氛下实施冷却(此处，水冷却)以使得纯镁凝固。

[0153] 通过上述工艺，得到具有由Mg-SiC复合材料制成的矩形衬底的复合构件或者具有上述衬底和在衬底的一对相对表面中的至少一个表面的全部表面上形成的由纯镁制成的金属涂层的复合构件(涂布成形体)。

[0154] 当使用EDX装置对得到的复合构件(涂布成形体)的成分进行研究时，发现衬底的成分为Mg和SiC，剩余物的成分为杂质，且金属涂层的成分为纯镁。此外确认了，使用间隔物制造的金属涂层的厚度基本等于所使用间隔物的厚度。此外，当对使用SiC烧结体形成的复合构件(涂布成形体)进行CP(截面研磨)加工以在厚度方向上取得截面并通过SEM观察对截面进行研究时，发现衬底中的SiC具有网状外观并形成为其中通过SiC结合SiC的多孔体，即具有由SiC构成的网络部分的多孔体，其与用作原料的SiC烧结体相同。当利用光学显微镜对截面进行观察时，能够确认，纯镁浸渗到SiC之间的间隙中，且形成在衬底表面上的金属涂层与衬底的基体金属是连续的。

[0155] 此外，当对各试样的衬底中的SiC含量进行测量时，使用SiC烧结体形成的试样具有80体积%的SiC含量，且使用SiC粉末形成的试样具有70体积%的SiC含量。SiC含量按如下确定。对各复合构件进行CP加工以在厚度方向上取得截面，并利用光学显微镜(×50放大倍率)对截面中的衬底部分进行观察。使用可商购获得的图像分析装置对这种观察图像进行图像处理以确定衬底部分中SiC的总面积。将通过将总面积换算为体积比而得到的值用作基于该截面的体积比(即面积比≈体积比)，确定了n=3的截面中的体积比，并计算其平均值以作为SiC的含量。

[0156] 在得到的涂布成形体的某些试样中，对元件侧的金属涂层实施表面处理(此处，平面研磨)，使得元件侧的金属涂层的表面平坦。此外，在得到的涂布成形体的某些试样中，对冷却侧的金属涂层实施表面处理(此处，切割)以形成翘曲。具体地，以对冷却侧的金属涂层进行切割而使得在中央部分厚且朝向各边缘侧变薄的方式并以最大切割量(在边缘侧)为表1中所示的量(μm)的方式实施表面处理。

[0157] 对得到的各复合构件的翘曲量(mm)和翘曲度(×10-3)进行研究。表1和2显示了其结果。为了测量翘曲量(mm)，关于各复合构件的一对相对表面中的各个表面(具有190mm的长度和140mm的宽度)，沿作为各表面最长边的对角线(长度Dmax：约236mm)测量表面位移。将测得的位移的最大值与最小值之差(即lmax)定义为翘曲量(mm)。此处，使用表-3面的差lmax中较大的一个。将翘曲度(×10 )定义为翘曲量lmax对对角线的长度Dmax之比。

[0158] 此外，使用图1和2中所示的标号，将得到的各复合构件的具体形式的实例示于表1和2中的“形式”列中。

[0159] [表1]

[0160] 复合构件的尺寸(mm)：长度：190，宽度：140，厚度：5

[0161]

[0162] [表2]

[0163] 铸模：平坦铸模

[0164] 复合构件的尺寸(mm)：长度：表2中所示，宽度：表2中所示，厚度：5

[0165]

[0166] 如表1和2中所示，发现通过在通过浸渗法形成衬底的同时在衬底至少一个表面上形成金属涂层，并调节金属涂层的厚度，采用具有特定形状的铸模或实施合适的表面处理，能够得到满足翘曲度(绝对值)不小于0.01×10-3且不超过10×10-3的复合构件。当利用螺栓等将具有这种特定翘曲度的复合构件固定到安装对象以用作半导体元件的散热构件时，将复合构件固定以使得翘曲平坦，由此将复合构件贴附到安装对象上。由此，复合构件能够有效地将半导体元件等的热散逸到安装对象上且散热性优异。

[0167] 下文中，将进行更详细的说明。如试样编号1-2～1-19和2-2～2-19中所示，发现当在衬底的一个表面上形成金属涂层时，通过形成具有不小于0.01mm厚度的厚金属涂层能够得到满足特定翘曲度的复合构件，并发现，随着厚度增大能够得到更大的翘曲量。特别地，能够说，当在使用SiC粉末的情况中金属涂层的厚度不超过1mm(即不超过复合构件总厚度(5mm)的20%)时，且当在使用SiC烧结体的情况中金属涂层的厚度不超过0.6mm(即不超过复合构件总厚度(5mm)的12%)时，在这种试验中能够得到满足特定翘曲度的复合构件。

[0168] 如试样编号1-20～1-23、1-27和1-28中所示，发现在不形成金属涂层的条件下，通过使用弯曲铸模能够得到满足特定翘曲度的复合构件。此外，如试样编号1-24、1-25和1-26中所示，发现除了形成金属涂层之外，通过使用弯曲铸模也能够对翘曲度进行调节。特别地，发现通过使用凹入的弯曲铸模也能够对复合构件的翘曲进行调节。由此，通过将金属涂层的厚度与铸模的形状结合可以调节翘曲量。如试样编号1-29和1-30中所示，发现通过对金属涂层实施表面处理能够调节翘曲量并能够使得表面平坦。在试样编号1-29和1-30中，金属涂层在厚度方向上的截面中的最大厚度为0.1mm，且最大厚度与最小厚度之差满足不小于0.03mm。

[0169] 当在衬底的两个表面上都形成金属涂层时，发现如试样编号2-20中所示，在两个层都具有相等厚度的情况中得到基本不翘曲且平坦的复合构件，且如试样编号2-21和2-22中所示，在两个层之间的差|t1max-t2max|不小于0.02mm的情况中得到具有特定翘曲的复合构件，并发现，随着所述差增大能够得到更大的翘曲。如试样编号2-23、2-24和2-25中所示，发现通过形成厚金属涂层并通过表面处理调节其厚度也能够调节翘曲量。在这些试样编号2-23、2-24和2-25中，元件侧具有平坦的表面，且金属涂层在厚度方向上的截面中的最大厚度为0.1mm，且最大厚度与最小厚度之差满足不小于0.03mm。此外，如试样编号
2-26和2-27中所示，发现即使当两个层都具有相等厚度时，通过实施表面处理仍能够得到具有特定翘曲的复合构件。

[0170] 在熔融金属冷却之后，立即对进行了表面处理的试样进行表面处理。在对涂布成形体实施适当的热处理(例如在30℃下持续144000分钟(100天))之后，还能够实施表面处理。当实施这种表面处理时，在表面处理期间翘曲量的变化倾向于更小。通过在实施表面处理时改变时间周期或者实施适当的热处理能够改变翘曲量。

[0171] 另外，如试样编号3-1～3-4和4-1～4-4中所示，即使当复合构件的尺寸变化时，仍还能够得到类似的翘曲形状。

[0172] 应注意，关于得到的各试样复合构件，从各试样的复合材料部分(衬底)切出试验片以使用可商购获得的测量仪器测量热膨胀系数(ppm/K)和热导率(W/m·K)。在30℃～150℃的范围内测量热膨胀系数。结果，使用SiC粉末形成的试样(SiC含量：70体积%)的热膨胀系数为7.5ppm/K且热导率为230W/m·K，并且使用SiC烧结体形成的试样(SiC含量：80%)的热膨胀系数为4.5ppm/K且热导率为300W/m·K。

[0173] 当与上述试验例中的试样编号1-10一样使用SiC粉末制造各自在衬底的一个表面上具有金属涂层的镁基复合构件时，在SiC含量在50体积%～80体积%的范围内变化-3 -3的情况下，得到了满足翘曲度不小于0.01×10 且不超过10×10 的复合构件。当衬底中SiC的填充密度提高时，能够适当利用多种具有不同平均粒径的粉末。此外，作为SiC聚集体，能够利用未烧结的粉末成形体(例如通过轻打或粉浆浇铸形成的成形体)。

[0174] 在衬底的两个表面上都具有金属涂层的复合构件中，制造了具有金属涂层的试样，所述金属涂层满足两个层的厚度之差不小于0.02mm并具有与试样编号2-21和2-22的金属涂层不同的实际厚度。结果，得到了与试样编号2-21和2-22类似的翘曲度。

[0175] <<试验例2>>

[0176] 制造由具有与纯镁结合的SiC的复合材料制成的衬底并将其夹在一对模具之间以制造具有翘曲形状的复合构件。

[0177] 在本试验中，与试验例1中的试样编号1-1一样，制造了多个由Mg-SiC复合材料制成的衬底(长度：190mm，宽度：140mm，厚度：5mm)。此外，准备多个模具对，所述模具对具有第一弯曲模具和第二弯曲模具，所述第一弯曲模具包括具有表3中所示的球形半径的凹入表面且所述第二弯曲模具包括具有相同球形半径的凸起表面。此处，分别制备了如表3中所示具有2000mm～300000mm的球形半径SR的模具。表3中所示的各个模具对的翘曲量显示了凹入表面的最大凹入量和凸起表面的最大突出量。所有模具都由模具钢(SKD)制成。将制造的衬底夹在制备的各模具对的第一弯曲模具和第二弯曲模具之间，加热至表3中所示的加热温度，其后在所述加热温度和表3中所示的负荷下保持10分钟，然后从模具-3中取出。按试验例1中测量取出的各衬底的翘曲量(μm)和翘曲度(×10 )。表3显示了其结果。

[0178] [表3]

[0179]

[0180] 如表3中所示，发现通过在特定加热温度下施加特定负荷也能够得到满足翘曲度-3 -3不小于0.01×10 且不超过10×10 的复合构件。此外，如本试验中所示，发现通过适当选择模具的翘曲量、加热温度和负荷能够得到具有期望翘曲度的复合构件。另外，根据本试验
2
发现，当将加热温度设定为约100℃～200℃时，通过将负荷设定为不小于50kg/cm 能够得到具有上述特定翘曲度的复合构件，且发现，当将加热温度设定得更高(此处，250℃)时，
2
通过将负荷设定为不小于10kg/cm 能够得到具有上述特定翘曲度的复合构件。

[0181] <<试验例3>>

[0182] 通过适当方法将镀层设定在试验例1和2中制造的满足上述特定翘曲度的复合构件的元件侧表面上，其后通过焊接接合绝缘衬底。结果，接合之后的接合制品保持与接合之前的复合构件类似的翘曲状态。

[0183] 使用满足上述特定翘曲度的复合构件作为散热构件制造功率模块(半导体装置：发明产物)。具体地，通过焊接将半导体元件接合到设置有绝缘衬底的复合构件的元件侧表面以制造功率模块。在功率模块的复合构件的冷却侧表面上涂布可商购获得的散热油脂，其后利用螺栓将功率模块连接到冷却装置。当拧紧螺栓时，通过拧紧螺栓将复合构件压靠在冷却装置上，由此油脂在复合构件的冷却侧表面的全部表面上扩展，且将过量的油脂从复合构件与冷却装置之间挤出。当在连接之后通过X射线CT对复合构件与冷却装置之间的接触表面进行检查时，在其间未发现直径不小于1mm的孔，并确认油脂在其间充分扩展。

[0184] 另一方面，使用不满足上述特定翘曲度的复合构件作为散热构件，与上述发明产物一样制造了功率模块(比较产物)，并与上述发明产物一样通过散热油脂将功率模块连接到冷却装置。在这种功率模块(比较产物)中，当拧紧螺栓时不会将过量油脂推出，且油脂总体上厚。此外，当与上述发明产物一样通过X射线CT对功率模块(比较产物)的复合构件与冷却装置之间的接触表面进行检查时，在其间的各个位置发现直径不小于1mm的孔。此外，当对孔的面积比进行研究时，相对于设定为100%的复合构件的冷却侧表面的平面面积，孔具有5%～10%的高面积比。根据这些结果确认，油脂未在功率模块(比较产物)中的复合构件与冷却装置之间充分扩展。

[0185] 在相同条件下运行使用满足上述特定翘曲度的复合构件作为散热构件制造的功率模块(发明产物)和使用不满足上述特定翘曲度的复合构件作为散热构件制造的功率模块(比较产物)以测量半导体元件的温度。结果，功率模块(发明产物)的半导体元件比功率模块(比较产物)的半导体元件低约5℃。由此发现，功率模块(发明产物)具有优异的散热性。

[0186] 本发明不限于上述实施方案，并能够在不背离本发明主旨的条件下进行适当修改。例如，能够对衬底中的SiC含量，SiC的存在形式，基体金属(例如镁合金)的组成，复合构件的形状、长度、宽度和厚度，金属涂层的厚度，形成金属涂层的区域以及结合时的条件进行适当修改。

[0187] 产业实用性

[0188] 根据本发明的复合构件能够适当用作用于对各种电子设备设置的半导体装置的半导体元件等的散热器。根据本发明的散热构件能够适当用作半导体装置的构成构件。根据本发明的半导体装置能够适当用作各种电子设备的构成部件。

[0189] 附图标记

[0190] 1：散热构件；1a～1j：复合构件；2：衬底；3：元件侧的金属涂层；4：冷却侧的金属涂层；10b、10d、10e、10f、10g、10h、10j：涂布成形体；2d、2g、2i：涂布成形体的衬底；3e、3f、3h、4b、4f、4j：涂布成形体的金属涂层；90：螺栓；94：半导体芯片(半导体元件)；100：
SiC聚集体；110：熔融金属；200：平坦铸模；210：弯曲铸模；300：间隔物；900：功率模块(半导体装置)。