成膜方法、导热部件、功率模块、车辆用变换器和车辆的制作方法

专利名称：成膜方法、导热部件、功率模块、车辆用变换器和车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及将固相状态的金属粉末与压缩气体一起喷射到基材表
面，成膜为含有所述金属粉末组成的被膜的成膜方法；利用该成膜方法 成膜而得的导热部件；具备该导热部件的功率模块；具备该功率模块的 车辆用变换器；以及具备该车辆用变换器的车辆。
背景技术：
一直以来，在车辆的变换器等中使用的功率模块由图9所示的电子 零件构成。具体而言，功率模块70至少包括由硅元件形成的功率元件
71、介由焊料层72固定有功率元件71的由氮化铝形成的绝缘部件73 以及由铝形成的散热器部件74。进而，在绝缘部件73和散热器部件74 之间，为了兼顾实现将由功率元件71产生的热传导给散热器部件74而 进行散热以及緩和绝缘部件73和散热器部件74之间的热膨胀差，配设 有由铜-钼(Cu-Mo)或铝-碳化硅(Al-SiC)形成的緩冲部件75。緩冲 部件75通过焊料层76被固定于绝缘部件73,通过硅润滑脂77被固定 于散热器部件74。这样，緩沖部件75与散热器部件74—起构成用于将 来自功率元件71的热进4于散热的导热部件。
但是，对功率模块70来说，固定緩冲部件75的硅润滑脂77的导 热性低于其他部件，因此硅润滑脂77成为将功率元件71的热传递给散 热器部件74的障碍。为了避免这种情况，考虑到例如不使用硅润滑脂 77，而是通过将铜-钼(Cu-Mo)直接喷镀到散热器部件74的表面，从 而将緩冲部件75成膜为被膜的方法。然而，该方法是使金属粉末熔融， 进而将熔融的金属喷射到基材上，因此被膜的氧化剧烈，基材也受到很 大的热影响，所以不能说是优选的方法。
因此，近年来提出了被称为冷喷法的被膜形成法。这种冷喷法是利 用头细尾宽的(拉瓦尔)喷管使已加热到比被膜材料的熔点或软化温度 低的温度的压缩气体的流速提高，在该气体流中投入成为被膜材料的粉 末并使其加速，使该粉末以固相状态直接与基材高速碰撞，从而形成被膜的方法(例如，参照专利文献l)。
专利文献1:特开平6-37438号公报

发明内容
然而，利用冷喷法，使用金属粉末在基材上成膜时，是以固相状态 喷射金属粉末，所以附着效率低。因此，为了提高附着效率，必须增加 金属粉末向基材的碰撞变形。具体而言，要想提高金属粒子向基材的碰 撞速度，或提高金属粒子对基材的碰撞压力，就必须提高喷射时的压缩 气体的压力。此时，随着压缩气体的压力的提高，成膜设备的成本以及 使用的压缩气体的成本增高。并且，随着使压缩气体压力上升，碰撞时 金属粉末的碰撞变形增大，例如难以成膜为具有多功能性的所需多孔状 被膜(具体而言，是在被膜中均匀地分散有所需大小的气孔的被膜)。
另一方面，作为提高金属粉末的附着效率的方法，还考虑到在喷射 前对金属粉末加热，提高与基材碰撞的金属粉末的温度的方法。但是， 在提高与基材碰撞的金属粉末的温度时，金属粉末容易被氧化，还有时 会损害形成氧化物少的被膜的这种冷喷本来特性。
进而，还考虑到通过减小金属粉末的粒径，来提高向压缩气体运送 的金属粉末的碰撞速度的方法。但是，在减小金属粉末的粒径时，还会 受到与基材碰撞而反射的压缩气体的冲击，其结果是，难以充分地提高 与基材碰撞的金属粉末的速度。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于，提供即使是使用低压的 压缩气体，将金属粉末以固相状态直接喷射到基材上而形成被膜时，仍 可以提高该金属粉末的附着效率的被膜的成膜方法，而且提供利用该成 膜方法而制造的导热部件、具备该导热部件的功率模块、具备该功率模 块的车辆用变换器以及具备该车辆用变换器的车辆。
为了解决上述问题，作为提高被膜的附着效率的方法，本发明人等 着眼于向基材喷射的金属粉末，获得以下新的见解使该金属粉末的表 观密度和金属粉末的平均粒径满足一定范围，则可以显著地提高金属粉 末向基材的附着效率。
4本发明是基于发明人等获得的该新见解而完成的，本发明所涉及的 成膜方法，其特征在于，将固相状态的金属粉末与压缩气体一起喷射到 基材表面，由所述金属粉末在所述基材表面成膜为被膜，其中，作为所
述金属粉末，使用至少含有表观密度是1.4 2.0g/cm3、平均粒径是25fim 以下的成膜用粉末的粉末。
根据本发明，利用所谓的冷喷法，在不使金属粉末熔融的情况下将 固相状态的金属粉末与压缩气体一起运送到基材表面，将该固相状态的 金属粉末喷射到基材上。利用该喷射，金属粉末附着在基材表面，堆积 而形成被膜。由于金属粉末维持固相状态而成膜，所以该被膜与熔融而 成膜的被膜相比，难以氧化。其结果是，在基材的表面能够获得纯度更 高的金属被膜，并且能够确保被膜的导热性。
进而，作为金属粉末中所含的成膜用粉末，喷射表观密度是 1.4~2.0g/cm3、平均粒径是25pm以下的粉末。通过使用满足上述范围 的表观密度且满足上述范围的平均粒径的粉末，则即使在作为压缩气体 使用低压(例如0.6MPa左右)的压力时，仍可以使金属粉末的附着效 率提高。其结果是，由于所述金属粉末的附着效率提高，因此不必提高 喷射时金属粉末的碰撞速度、碰撞压力或金属粉末的温度。尤其是，若 使用上述成膜用粉末，则在基材表面容易形成在被膜中均勻地分散有气 孔的多孔状被膜。另外，如后所述，多孔状被膜在为了緩和由放热体的 放热导致的热膨胀的部件之间(一方为基材)的热膨胀差而使用时，特 别地有效。
上述成膜用粉末的表观密度小于1.4g/cmS的粉末难以制造，且有可 能会在与基材碰撞之前就粉碎。另一方面，表观密度大于2.0g/ci^时， 由于粉末的密度大，所以随着粉末粒径增大，粉末难以乘上压缩气体的 气流，粉末向基材的附着效率降低。此外，平均粒径大于25pm时，无 法给粉末带来足够的动能(碰撞能量)，粉末向基材的附着效率降低。 进而，上述成膜用粉末的平均粒径更优选在lnm以上。当上述成膜用 粉末的平均粒径小于l[im时，有时会受到喷射在基材上而反射的压缩 气体的冲击的影响，粉末的附着效率降低。
本发明中所说的"表观密度"也称作体积密度，是指在不利用加压 装置(tapping)等对金属粉末进行加压的情况下，将金属粉末填充到一定容积的容器中，将所填充金属粉末的总重量除以填充有金属粉末的 容器的内容积(金属粉末的的体积)而得到的值，在本发明中，是指松 弛表观密度(松弛体积密度)。
本发明所涉及的成膜方法，更优选使用由lOium以下的粉末造粒而 成的造粒粉末作为上述成膜用粉末。根据本发明，由平均粒径l(Him以 下的金属粉末来制造平均粒径25jim以下的成膜用粉末，因此容易将成 膜用粉末造粒成前面所示的表观密度为1.4~2.0g/cm3。而且，在使用如 此造粒得到的成膜用粉末进行成膜时，即使是低压(例如0.6MPa左右) 的压缩气体，仍可以形成被膜，进而，容易在基材上形成后述的多孔状 被膜。
此外，作为造粒方法，可以举出使用粘合剂将lOjim以下的粉末 粘合制成块状，将该变成块状的粉末粉碎制成粒状而造粒的方法；挤出 造粒；滚动造粒等方法。只要能够满足上述范围的表观密度和上述范围 的平均粒径，则对造粒方法没有特别限定。
本发明所涉及的成膜方法，作为造粒成所述成膜用粉末的造粒用粉 末，更优选使用气雾化粉末、水雾化粉末、或电解粉末。尤其是，通过 利用电解而使所述金属在电极上析出而制造的电解粉末，与其他的粉末 相比，成为含有大量凹凸且在表面具有空间的形状，因此附着效率高。 例如，作为上述形状的粉末，可以举出葡萄串状的粉末(葡萄状粉末)、 树木的树枝状的粉末(树枝状的粉末)。此外，从这种理由来看，本发 明所涉及的成膜方法的成膜用粉末可以使用没有进行造粒，但满足上述 范围的表观密度和上述范围的平均粒径的电解粉末。
进而，作为上述金属粉末，可以举出含有选自例如铝、铬、镍、铜、 铁以及它们的合金中的至少一种材料的粉末，作为更优选的金属粉末， 为由铜或铜合金形成的粉末。根据本发明，通过在金属粉末中使用由铜 或铜合金形成的粉末，可以提高附着性，并且使被膜的导热性和导电性 提南。
此外，本发明所涉及的成膜方法，作为所述金属粉末，更优选使用 含有60质量％以上的所述成膜用粉末的金属粉末。根据本发明，通过 至少含有60质量％以上的所述成膜用粉末，可以提高被膜的附着效率。
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即，在成膜用粉末少于60质量％时，被膜的附着效率降低，成膜时间 延长。
本发明所涉及的成膜方法中，作为所述压缩气体，更优选使用所述 压缩气体的压力为0.4~1.0MPa的压缩气体，进一步优选0.4 0.8MPa。 根据本发明，通过使用上述压力范围的压缩气体，能够形成适合于在导 热部件中使用的被膜。即，压缩气体的压力小于0.4MPa时，金属粉末 (成膜用粉末)难以附着，而大于l.OMPa时，金属粉末的动能(碰撞 能量)高，所成膜的被膜变得致密而难以形成多孔被膜。此外，若所述 压缩气体的压力为0.4~0.8MPa以下，则更可靠且容易地成膜为多孔被 膜。
本发明所涉及的成膜方法，更优选对所述金属粉末进行加热，以便
在so x:以上的温度条件下使所述金属粉末向所述基材表面喷射。根据本 发明，以喷射于基材的粉末的温度、即、即将与基材碰撞前的粉末温度
为50。C以上的方式，对金属粉末进行加热，使粉末以固相状态直接(在
低于熔点的温度条件下)形成被膜，由此可以进一步使被膜的导热性和
导电性提高。另外，金属粉末的温度低于5(TC时，所成膜的被膜的导热 性减小。进而，优选所喷射的金属粉末的温度在200。C以下。在高于200。C 时，被膜的氧化物的比例提高，有可能会损害冷喷法的优点。此外，为
了使即将喷射前的所述金属粉末为50。c 2oor;，将压缩气体的温度加热
到250'C 5501C后，将金属粉末与加热的压缩气体一起喷射在基材上是
更加有效的。
此外，作为适合于本发明所涉及的成膜方法的压缩气体，可以举出 氮气或氦气等惰性气体，或者空气(大气)等，只要能够使金属粉末以 固相状态附着并使它们堆积而形成被膜、以及所形成的被膜能够得到多 孔组织，则压缩气体的种类没有特别限定。
本发明所涉及的导热部件是一种使用上述成膜方法成膜有被膜的
导热部件，更优选所述被膜为气孔率5~50体积％的多孔被膜。根据本
发明，即使是在所述基材的热膨胀率和与导热部件的被膜接触的部件的 热膨胀率不同的情况下，由于在这些部件之间形成的被膜是多孔的，所 以被膜的杨氏模量低于上述任何一种部件，能够緩和基材和与导热部件 的被膜接触的部件之间的热膨胀率差。其结果是，能够抑制由热疲劳导致的被膜界面的剥落、和被膜的裂紋。此外，作为金属粉末，在上述粉
末中使用铜或铜粉末时，更优选以所述被膜的密度为4.5 8.5kg/m3的方 式进行所述被膜的成膜。通过以达到上述密度范围的方式进行被膜的成 膜，能够获得上述的由具有5~50体积％的气孔的多孔组织形成的被膜。
进而，利用上述制造方法制造的导热部件优选在功率模块中使用， 所述导热部件的基材是构成所述功率模块的散热器部件，优选所述导热 部件的被膜配置于构成所述功率模块的装载有功率元件的绝缘部件和 所述散热器部件之间。
根据本发明，由于所述导热部件的被膜配置于构成功率模块的绝缘 部件和散热器部件之间，因此在散热器部件的表面不必使用阻碍导热的 硅润滑脂，可以将来自放热功率元件的热更好地传导给散热器部件。进 而，所述被膜是多孔组织，所以可以使所述绝缘部件和散热器部件之间 的热膨胀差得到緩和。其结果是，能够使由热循环导致的疲劳强度提高， 并且能够获得可靠性高的功率模块。
进而，这种功率模块优选在对机器要求高可靠性的车辆用变换器中 使用。此外，利用该制造方法制造的导热部件由于导热性良好，因此在 例如车辆的发动机零件、电子机器的CPU等具有散热结构的机器中使 用所述导热部件是有效的。
作为上述导热部件的基材，不仅可以适用于功率模块的散热器，还 可以适用于例如电脑、音频机器等的散热器中。具体而言，优选在散热 器的表面中的、接合于放热体侧的部分的表面成膜为被膜。此外，使用 所述成膜方法，可以在例如电气零件的接点部分、不同种金属的接合部 分等成膜为被膜，也可以在要求图案设计性的装饰品、刀具等的表面成 膜为所述被膜。
根据本发明，即使使用低压的压缩气体，将金属粉末以固相状态直 接喷射在基材而形成被膜时，仍可以提高该金属粉末的附着效率。
本说明书包括作为本申请的优先权基础的日本专利申请 2007-163771号的i兌明书和/或附图中记载的内容。


图l是用于说明本实施方式所涉及的成膜方法的图，(a)是本实施 方式的成膜装置的装置构成示意图，(b )是表示从基材的上面方向所看 到的、成膜时喷管的移动图案的图。
图2是用于说明应用了利用本实施方式来制造的导热部件的功率模 块的图。
图3是具备本实施方式的功率模块的车辆用变换器和具备该车辆用 变换器的车辆的示意图。
图4是表示铜粉末特性和其附着效率的结果的图。
图5是表示成膜用的铜粉末的外观的照片图。
图6是表示与表观密度和平均粒径相关的附着效率的结果的图。
图7是表示热循环试验的结果的图。
图8是表示即将喷射前的铜粉末的温度和热导率之间的关系的图。 图9是用于说明以往的功率模块的图。 符号说明
IO是导热部件、ll是基材、12是被膜、30是功率模块、32是緩冲 部件、40是变换器、71是功率元件、73是绝缘部件、p是铜粉末(金 属粉末)。
具体实施例方式
以下，基于附图对本发明所涉及的成膜方法的实施方式进行详细的 说明。图l是用于说明本实施方式所涉及的成膜方法的图，(a)是本实 施方式的成膜装置的装置构成示意图，(b )是表示从基材的上面方向所 看的、成膜时喷管的移动图案的图。
本实施方式所涉及的导热部件10是在铝制的基材11上成膜有使固 相状态的铜粉末p附着、堆积而成被膜12的部件，可以使用图1所示
9的成膜装置20制造。成膜装置20至少具备压缩气体供给机构21、铜粉 末供给机构22、喷管23和喷管移动机构24。
压缩气体供给机构21是用于将压缩气体供给到后述喷管23中的机 构，介由调整压缩气体的压力的压力调整阀21a与喷管23连接。此外， 压缩气体供给机构21可以举出填充有空气、惰性气体等的储气瓶、压 缩大气的压缩机等，优选可以将压力条件为0.4~1.0MPa的压缩气体供 给喷管23的机构。这是因为，当小于0.4MPa时，难以形成被膜，大 于l.OMPa时，不仅需要具有耐压性的成膜设备，而且后述的所成膜的 被膜变得致密，而难以成膜为后述那样的多孔状被膜。
此外，在压缩气体供给机构21的下游，配设有用于加热压缩气体 的加热机构21b。利用加热机构21b对压缩气体进行加热，能够在所需 的温度条件下将后述的铜粉末p喷射到基材11。另外，加热机构21b 是为了利用压缩气体间接地对铜粉末p进行加热的机构，可以设置在压 缩气体供给机构21的内部，若是能够利用后述的加热器23a将铜粉末 加热到所需温度，则不是特别必需的。
向基材11喷射的铜粉末被装纳于料斗22a中，铜粉末供给机构22 与喷管23连接，使得能够将该铜粉末p以规定的供给量供给到喷管23 中。在铜粉末供给机构22中装纳的铜粉末p含有相对于铜粉末p的整 体为60质量。/。以上的表观密度是1.4 2.0g/cm3、平均粒径是25jxm以下 的成膜用粉末。此外，成膜用粉末是电解粉末、或者由10pm以下的粉 末造粒而成的造粒粉末。进而，在造粒时，更优选将气雾化粉末、水雾 化粉末、电解粉末造粒而得到的造粒粉末。
进而，喷管23与喷管移动机构24连接，通过使喷管移动机构24 驱动，从而能够使喷管23以后述图1 (b)所示的路线移动。进而，在 喷管23的内部，设置有用于对所供给的铜粉末p进行加热的加热器23a。
使用该装置20，通过以下的方法制造导热部件10。在本实施方式 中，首先在具有矩形的开口部26a的遮蔽板26的下方配置基材11。另 外，开口部26a以具有相当于基材11表面的矩形形状的成膜预定区域 lla的面积的方式形成。并且，在喷射方向d上，以使得开口部26a和 基材11的成膜预定区域lla —致的方式配置基材11。然后，利用压力调整阀21a将压缩气体的压力调整到l.OMPa以下， 并且利用加热机构21b加热到规定的温度，供给喷管23。另一方面， 将铜粉末装纳于铜粉末供给机构22的料斗22a中，将铜粉末从该铜粉 末供给机构22供给喷管23中。在喷射时，预先用加热机构21b对压缩 气体进行加热，并且利用喷管23内的加热器23a对铜粉末进行加热以 及进行铜粉末的温度调整，使得铜粉末在基材的表面以50 °C 200 "C的温 度条件下进行喷射。
然后，如图l(b)所示，使喷管23对于基材11的表面(X-Y平面) 沿规定的移动方向(图中的X轴方向)直线移动，接着，使喷管23对 于基材11沿与上述方向呈直角方向(图中的Y轴方向)移动，通过使 该移动一系列地反复，从而在基材11的成膜区域喷射铜粉末，进行被 膜12的成膜。在这种状态下，介由喷管23，将固相状态的铜粉末与压 缩气体一起喷射在基材11的表面，使被膜12在基材11的表面成膜。
这样成膜的被膜，通过使用上述成膜用粉末，即使在作为压缩气体 使用低压(例如0.6MPa左右)的压力时，仍能够使金属粉末的附着效 率提高，并能够在基材表面容易地成膜为在被膜中均匀地分散有气孔的 多孔状被膜。
图2是用于说明应用了利用本实施方式来制造的导热部件的功率模 块的图。另外，对于与已经在图9中示出的构成功率模块70的部件相 同的部件，标记相同的符号，并省略详细说明。
如图2所示，功率模块30具备利用上述方法制造的导热部件10， 构成导热部件的铝制基材被包含于构成功率模块30的散热器部件31 中。进而，构成导热部件的具有多孔组织的铜制被膜作为緩冲部件32 配置于装载有功率元件71的氮化铝制的绝缘部件73和散热器部件31 之间。
这样，由于上述导热部件的被膜配置于构成功率模块30的绝缘部 件73和散热器部件31之间，所以功率模块30无需在散热器部件31的 表面使用阻碍导热的硅润滑脂，能够更好地将来自放热功率元件71的 热传导给散热器部件31,能够对功率元件71的热进行散热。此外，由 于被膜是多孔被膜，所以能够緩和绝缘部件73和散热器部件31之间的热膨胀差。其结果是，防止被膜的剥落、裂紋，使由热循环导致的热疲
劳强度提高，能够获得可靠性高的功率模块30。
图3是具备本实施方式的功率模块的车辆用变换器40和具备该车 辆用变换器的车辆100的示意图。在图3中，该实施方式的车辆用变换 器40在使用发动机和电动机的混合动力车、电动汽车等中使用，是将 直流转换为交流，对例如感应电动机等的交流负栽供给电力的电力转换 装置。车辆用变换器40,作为最低限度的构成，具备上述实施方式的功 率模块30和大容量电容器41等而构成。并且，电池等直流电源52与 车辆用变换器40连接，来自车辆用变换器40的UVW三相交流输出功 率被供给到例如感应电动机53，使该感应电动机53驱动。进而，通过 感应电动机的驱动，车辆100的车轮转动，能够使车辆100行驶。另外， 车辆用变换器40不限于图示的例子，只要具有作为变换器的功能的， 则任何形态都可以。
这样构成的车辆用变换器40，例如图2的功率模块30的功率元件 71在工作中变为高温状态时，由功率元件71产生的热通过焊料层72 被传导到设置有功率元件71的绝缘部件73,进而，通过焊料层76传导 给作为緩冲部件32的被膜，由作为散热件的散热器部件31进行散热。 此时，由于作为緩冲部件32使用具有多孔组织的被膜，因此作为緩冲 绝缘部件73和散热器部件31之间的热膨胀差的緩冲件发挥作用。这样， 就可以抑制这些部件的剥离和裂紋的发生，可以获得可靠性高的车辆用 变换器40，车辆100的安全性也能提高。
(实施例)
利用下面的实施例i兌明本实施方式。 (实施例1)
利用冷喷法制作在基材上形成有铜被膜的导热部件。具体来说，压 缩空气(大气)，将由铜形成的固相状态的金属粉末与压缩的空气(压 缩气体) 一起喷射到由大小30mm x 20mm x厚5mm的铝合金(JIS规 格A6063S-T1)制成的散热器部件(基材)的表面，以铜被膜的密度 为7.8kg/m3 (气孔为12.4体积％)的方式，4吏用铜粉末成膜为被膜，制
12作导热部件。
如果更详细地i兑明的话，介由遮蔽用的具有30mm x 20mm的开口 部的遮蔽板，在利用喷砂进行了表面处理的散热器部件的上方30mm处 配置喷射用的喷管。然后，如图4的图表所示，从由铜形成的粒径2nm 的水雾化粉末造粒成膜用的铜粉末，使得平均粒径为2(Him、表观密度 为1.52g/cm3。然后，在料斗中投入已造粒的成膜用的铜粉末，并且将 该铜粉末以0.2g/s供给喷管。另一方面，将已压缩为0.6MPa的空气(压 缩气体)导入喷管中，并且通过喷管内的加热器对该压缩气体加热，向 加热后的气体中供给该铜粉末，在散热器部件的表面，在空气温度450 X:、气体流速650m/sec、铜粉末的速度300m/sec的条件下，将固相状 态的铜粉末和压缩气体一起喷射到散热器部件。然后，使路线间距为 lmm，使喷管以规定速度(3mm/sec)移动，在散热器部件的表面成膜 为3.2mm的被膜，制作导热部件。此时，测定所附着的粉末重量相对 于喷射在基材上的粉末重量的比例(附着效率)。其结果示于图4、图6 中。
(实施例2~5 )
和实施例l同样地操作，在基材的表面将铜粉末成膜。与实施例l 不同之处在于，被膜成膜时使用的粉末。具体来说，如图4所示，在实 施例2中，使用如下粉末，即，由利用氮气制粉后的、由铜制成的粒径 3nm的气雾化粉末，作为成膜用的铜粉末，造粒成平均粒径18pm、表 观密度1.88g/cm3的粉末。在实施例3、 4中，使用如下粉末，即，由铜 制成的粒径4.8nm的电解粉末作为成膜用的铜粉末，接着造粒成平均粒 径为22jmi、 21[im、表观密度为1.64g/cm3、 1.5g/cm3的粉末。进而，在 实施例5中，作为电解粉末，使用如图5(a)所示的平均粒径19.3^111、 表观密度1.64g/cmS的树枝状粉末。并且，对实施例2 5测定铜粉末的 附着效率。其结果示于图4、图6中。
(比较例l-l l國6 )
与实施例1同样地操作，在基材的表面将铜粉末成膜。与实施例1 不同之处在于，被膜成膜时使用的粉末。具体来说，比较例1-1~1-6的 铜粉末，是图4所示的平均粒径和表观密度的雾化粉末(没有造粒的粉末)。具体而言，在比较例l-l l-3中，使用图4的表中所示的高压旋转 水雾化粉末(比较例1-1的粉末参照图5(b),比较例1-2的粉末参照 图5(c))。此外，在比较例l-4、 l-5中使用水雾化粉末，在比较例l-6 中使用利用氮气制粉的气雾化粉末(比较例1-6的粉末参照图5 (d))。 并且，对比较例l-l l-6测定铜粉末的附着效率。其结果示于图4、图6 中。
(比较例2-1~2-4 )
与实施例l同样地操作，在基材的表面将铜粉末成膜。与实施例l 不同之处在于，被膜成膜时使用的粉末。具体来说，比较例2-1~2-4的 铜粉末，是图4所示的平均粒径和表观密度的造粒粉末。具体而言，比 较例2-1、 2-2将图4所示的平均粒径的水雾化粉末造粒成图4所示的平 均粒径和表观密度。比较例2-3、 2-4将利用氮气制粉的图4所示的平均 粒径的气雾化粉末造粒成图4所示的平均粒径和表观密度。并且，对比 较例2-l 2-4测定附着效率。其结果示于图4、图6中。
(比较例3-1~3-7 )
与实施例l同样地操作，在基材的表面将铜粉末成膜。与实施例l 不同之处在于，被膜成膜时使用的粉末。具体来说，比较例3-1~3-7的 铜粉末，是图4所示的平均粒径和表观密度的电解粉末。并且，对比较 例2-l 2-4测定附着效率。其结果示于图4、图6中。
[热循环试验l
对于实施例1 5、比较例l-2、 1-4、 1-5、 3-l的导热部件，利用焊
验用的试验片，在以达到试验片损伤的O"C以下的规定温度为下限温度、 以100"C以上的规定温度为上限温度的温度范围内，通过对该试验片反 复施加热负载，进行热循环试验。此外，作为参考例，准备在铝基板上 用硅润滑脂接合有铜板(Cu板)、铜钼板(Cu-Mo板)来代替被膜的 导热部件，用同样的方法制作试验片，对该试验片进行热循环试验。其 结果示于图7。另外，图7的纵轴是确认导热部件有损伤时的热循环数。 此夕卜，用显微镜观察在这些被膜中形成的气孔，对比观察各自的气孔率。(结果l)
如图4和图6所示，实施例1~5的铜粉末与比较例的铜粉末相比， 附着效率高大致60%以上。进而，如图7所示，实施例1 5的被膜与比 较例和参考例的被膜相比，被膜的气孔率高，且热循环数大，耐热疲劳 性高。
(考察l)
由图6明确，认为如实施例1 5的表观密度为1.4 2.0g/cin3且平均 粒径为25fim以下的铜粉末，即使在压缩气体为低压(0.4~1.0MPa左右) 时，附着效率仍增高。表观密度为1.5 1.7g/cm3且平均粒径为20pm以 下的铜粉末的附着效率更高，尤其是实施例5的使用电解粉末情况下， 附着效率最高。认为表观密度小于1.4g/cmS的粉末难以制造，并且可能 会在与基材碰撞之前就粉碎。另一方面，认为表观密度大于2.0g/cm3 时，粉末的密度大，所以随着粉末粒径增大，粉末难以乘上压缩气体的 气流，粉末向基材的附着效率降低。认为尤其是造粒后的粒子那样多孔 的粒子、或者树枝状或葡萄状的粉末那样在表面具有凹凸而在表面具有 空间的粒子，在微小的压缩气体压力下容易变形，因此认为附着效率高。 此外，认为平均粒径大于25fim时，无法给粉末带来足够的动能(碰撞 能量)，粉末向基材的附着效率降低。另一方面，认为粉末的平均粒径 小于l[im时，有时会受到喷射在基材上而反射的压缩气体的冲击的影 响，粉末的附着效率降低。
进而，认为实施例1~5的被膜的热疲劳强度高是因为形成有多孔被 膜的气孔率范围是5~50体积％的被膜，认为是由于随着多孔被膜表观 上的杨氏模量的降低，能够很好地緩冲基材和绝缘部件之间的热膨胀差 的缘故。认为比较例l-2、 1-4、 1-5、 3-1的热疲劳强度低是因为虽然形 成有多孔被膜，但其气孔率小的缘故。
(实施例6 )
和实施例1同样地操作，制作导热部件。与实施例1不同之处在于， 在即将碰撞基材之前的铜粉末的温度为图8所示的5ox:以上的温度条 件下成膜。并且，利用与实施例1同样的方法测定被膜的热导率。其结果示于图8。
(比较例4 )
和实施例1同样地操作，制作导热部件。与实施例1不同之处在于， 在即将碰撞基材之前的铜粉末的温度为图8所示的50C以上的温度条 件下成膜。并且，利用与实施例1同样的方法测定被膜的热导率。其结 果示于图8。
(结果2)
如图8所示，实施例6与比较例4相比，热导率高，在50X:以上 的任何温度下成膜的被膜的热导率也稳定。
(考察2)
这样，认为为了获得稳定的热导率，优选使即将与基材碰撞之前的
铜粉末的温度为5ox:以上。认为被膜的传导率得到提高是由于被膜中的 金属鍵的比例增加了，金属键的增加是由于通过铜粉末的加热、在成膜 时的能量得到增加所引起的。
以上，对本发明的一个实施方式进行了详述，但本发明不限定于上 述实施方式，在不脱离权利要求书中记载的本发明宗旨的范围内，可以 进行各种设计变更。
例如，在本实施方式中使用铜粉末，但可以举出铜合金的粉末、铝、 铬、铜、铁以及它们的合金形成的粉末等，只要能够形成多孔组织的被 膜，则没有特别限定。此外，基材也使用铝，但只要能确保上述金属粉 末的密合性，则没有特别限定。
产业上的可利用性
利用本发明所涉及的成膜方法而成膜的部件的导热性良好，因此适
合于该导热部件。还适合于在发动机零件、电脑的CPU、车辆用的音
频机器、家用电器等在严格的热环境下要求散热性的位置进行成膜。此 外，由于附着效率高，所以还适合于装饰品等要求图案设计性的部件的
表面涂布中。
1权利要求
1.一种成膜方法，其特征在于，将固相状态的金属粉末与压缩气体一起喷射到基材表面，由所述金属粉末在所述基材表面成膜为被膜，其中，作为所述金属粉末，使用至少含有表观密度是1.4～2.0g/cm3、平均粒径是25μm以下的成膜用粉末的粉末。
2. 根据权利要求1所述的成膜方法，其特征在于，作为所述成膜 用粉末，使用由lOpm以下的粉末造粒而成的造粒粉末。
3. 根据权利要求2所述的成膜方法，其特征在于，作为造粒成所 述成膜用粉末的造粒粉末，使用气雾化粉末、水雾化粉末、或电解粉末。
4. 根据权利要求1~3中任一项所述的成膜方法，其特征在于，作 为所述金属粉末，使用铜或铜合金的粉末。
5. 根据权利要求1~4中任一项所述的成膜方法，其特征在于，作 为所述金属粉末，使用含有60质量％以上的所述成膜用粉末的金属粉 末。
6. 根据权利要求1 5中任一项所述的成膜方法，其特征在于，作 为所述压缩气体，4吏用所述压缩气体的压力为0.4~1.0MPa的压缩气体。
7. 根据权利要求4~6中任一项所述的成膜方法，其特征在于，对 所述金属粉末进行加热，以便在50t:以上的温度条件下使所述金属粉末 向所述基材表面喷射。
8. —种导热部件，其特征在于，利用权利要求1~7中任一项所述 的成膜方法，在所述基材表面成膜有所述被膜，其中，所述被膜是气孔率为5~50体积％的多孔被膜。
9. 一种功率模块，其特征在于，具备权利要求8所述的导热部件， 其中，所述导热部件的基材是构成所述功率模块的散热器部件， 所述导热部件的被膜配置于构成所述功率模块的装载有功率元件 的绝缘部件和所述散热器部件之间。
10. —种车辆用变换器，具备权利要求9所述的功率模块。
11. 一种车辆，具备权利要求10所述的车辆用变换器。
全文摘要
本发明提供一种被膜的成膜方法，即使使用低压的压缩气体，将金属粉末以固相状态直接喷射到基材上而形成被膜时，仍能提高该金属粉末的附着效率。一种成膜方法，将固相状态的金属粉末(p)与压缩气体一起喷射到基材(11)的表面(11a)，由所述金属粉末(p)在基材(11)的表面(11a)成膜为被膜(12)，其中，作为所述金属粉末(p)，使用至少含有表观密度为1.4～2.0g/cm³、平均粒径为25μm以下的成膜用粉末的粉末。
文档编号C23C24/04GK101631896SQ20088000634
公开日2010年1月20日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年6月21日
发明者宫本典孝, 都筑佳彦 申请人:丰田自动车株式会社