專利名稱：成膜方法、導熱部件、功率模塊、車輛用變換器和車輛的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將固相狀態(tài)的金屬粉末與壓縮氣體一起噴射到基材表
面，成膜為含有所述金屬粉末組成的被膜的成膜方法；利用該成膜方法 成膜而得的導熱部件；具備該導熱部件的功率模塊；具備該功率模塊的 車輛用變換器；以及具備該車輛用變換器的車輛。
背景技術：
一直以來，在車輛的變換器等中使用的功率模塊由圖9所示的電子 零件構成。具體而言，功率模塊70至少包括由硅元件形成的功率元件
71、介由焊料層72固定有功率元件71的由氮化鋁形成的絕緣部件73 以及由鋁形成的散熱器部件74。進而，在絕緣部件73和散熱器部件74 之間，為了兼顧實現(xiàn)將由功率元件71產(chǎn)生的熱傳導給散熱器部件74而 進行散熱以及緩和絕緣部件73和散熱器部件74之間的熱膨脹差，配設 有由銅-鉬(Cu-Mo)或鋁-碳化硅(Al-SiC)形成的緩沖部件75。緩沖 部件75通過焊料層76被固定于絕緣部件73,通過硅潤滑脂77被固定 于散熱器部件74。這樣，緩沖部件75與散熱器部件74—起構成用于將 來自功率元件71的熱進4于散熱的導熱部件。
但是，對功率模塊70來說，固定緩沖部件75的硅潤滑脂77的導 熱性低于其他部件，因此硅潤滑脂77成為將功率元件71的熱傳遞給散 熱器部件74的障礙。為了避免這種情況，考慮到例如不使用硅潤滑脂 77，而是通過將銅-鉬(Cu-Mo)直接噴鍍到散熱器部件74的表面，從 而將緩沖部件75成膜為被膜的方法。然而，該方法是使金屬粉末熔融， 進而將熔融的金屬噴射到基材上，因此被膜的氧化劇烈，基材也受到很 大的熱影響，所以不能說是優(yōu)選的方法。
因此，近年來提出了被稱為冷噴法的被膜形成法。這種冷噴法是利 用頭細尾寬的(拉瓦爾)噴管使已加熱到比被膜材料的熔點或軟化溫度 低的溫度的壓縮氣體的流速提高，在該氣體流中投入成為被膜材料的粉 末并使其加速，使該粉末以固相狀態(tài)直接與基材高速碰撞，從而形成被膜的方法(例如，參照專利文獻l)。
專利文獻1:特開平6-37438號公報

發(fā)明內容
然而，利用冷噴法，使用金屬粉末在基材上成膜時，是以固相狀態(tài) 噴射金屬粉末，所以附著效率低。因此，為了提高附著效率，必須增加 金屬粉末向基材的碰撞變形。具體而言，要想提高金屬粒子向基材的碰 撞速度，或提高金屬粒子對基材的碰撞壓力，就必須提高噴射時的壓縮 氣體的壓力。此時，隨著壓縮氣體的壓力的提高，成膜設備的成本以及 使用的壓縮氣體的成本增高。并且，隨著使壓縮氣體壓力上升，碰撞時 金屬粉末的碰撞變形增大，例如難以成膜為具有多功能性的所需多孔狀 被膜(具體而言，是在被膜中均勻地分散有所需大小的氣孔的被膜)。
另一方面，作為提高金屬粉末的附著效率的方法，還考慮到在噴射 前對金屬粉末加熱，提高與基材碰撞的金屬粉末的溫度的方法。但是， 在提高與基材碰撞的金屬粉末的溫度時，金屬粉末容易被氧化，還有時 會損害形成氧化物少的被膜的這種冷噴本來特性。
進而，還考慮到通過減小金屬粉末的粒徑，來提高向壓縮氣體運送 的金屬粉末的碰撞速度的方法。但是，在減小金屬粉末的粒徑時，還會 受到與基材碰撞而反射的壓縮氣體的沖擊，其結果是，難以充分地提高 與基材碰撞的金屬粉末的速度。
本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于，提供即使是使用低壓的 壓縮氣體，將金屬粉末以固相狀態(tài)直接噴射到基材上而形成被膜時，仍 可以提高該金屬粉末的附著效率的被膜的成膜方法，而且提供利用該成 膜方法而制造的導熱部件、具備該導熱部件的功率模塊、具備該功率模 塊的車輛用變換器以及具備該車輛用變換器的車輛。
為了解決上述問題，作為提高被膜的附著效率的方法，本發(fā)明人等 著眼于向基材噴射的金屬粉末，獲得以下新的見解使該金屬粉末的表 觀密度和金屬粉末的平均粒徑滿足一定范圍，則可以顯著地提高金屬粉 末向基材的附著效率。
4本發(fā)明是基于發(fā)明人等獲得的該新見解而完成的，本發(fā)明所涉及的 成膜方法，其特征在于，將固相狀態(tài)的金屬粉末與壓縮氣體一起噴射到 基材表面，由所述金屬粉末在所述基材表面成膜為被膜，其中，作為所
述金屬粉末，使用至少含有表觀密度是1.4 2.0g/cm3、平均粒徑是25fim 以下的成膜用粉末的粉末。
根據(jù)本發(fā)明，利用所謂的冷噴法，在不使金屬粉末熔融的情況下將 固相狀態(tài)的金屬粉末與壓縮氣體一起運送到基材表面，將該固相狀態(tài)的 金屬粉末噴射到基材上。利用該噴射，金屬粉末附著在基材表面，堆積 而形成被膜。由于金屬粉末維持固相狀態(tài)而成膜，所以該被膜與熔融而 成膜的被膜相比，難以氧化。其結果是，在基材的表面能夠獲得純度更 高的金屬被膜，并且能夠確保被膜的導熱性。
進而，作為金屬粉末中所含的成膜用粉末，噴射表觀密度是 1.4~2.0g/cm3、平均粒徑是25pm以下的粉末。通過使用滿足上述范圍 的表觀密度且滿足上述范圍的平均粒徑的粉末，則即使在作為壓縮氣體 使用低壓(例如0.6MPa左右)的壓力時，仍可以使金屬粉末的附著效 率提高。其結果是，由于所述金屬粉末的附著效率提高，因此不必提高 噴射時金屬粉末的碰撞速度、碰撞壓力或金屬粉末的溫度。尤其是，若 使用上述成膜用粉末，則在基材表面容易形成在被膜中均勻地分散有氣 孔的多孔狀被膜。另外，如后所述，多孔狀被膜在為了緩和由放熱體的 放熱導致的熱膨脹的部件之間(一方為基材)的熱膨脹差而使用時，特 別地有效。
上述成膜用粉末的表觀密度小于1.4g/cmS的粉末難以制造，且有可 能會在與基材碰撞之前就粉碎。另一方面，表觀密度大于2.0g/ci^時， 由于粉末的密度大，所以隨著粉末粒徑增大，粉末難以乘上壓縮氣體的 氣流，粉末向基材的附著效率降低。此外，平均粒徑大于25pm時，無 法給粉末帶來足夠的動能(碰撞能量)，粉末向基材的附著效率降低。 進而，上述成膜用粉末的平均粒徑更優(yōu)選在lnm以上。當上述成膜用 粉末的平均粒徑小于l[im時，有時會受到噴射在基材上而反射的壓縮 氣體的沖擊的影響，粉末的附著效率降低。
本發(fā)明中所說的"表觀密度"也稱作體積密度，是指在不利用加壓 裝置(tapping)等對金屬粉末進行加壓的情況下，將金屬粉末填充到一定容積的容器中，將所填充金屬粉末的總重量除以填充有金屬粉末的 容器的內容積(金屬粉末的的體積)而得到的值，在本發(fā)明中，是指松 弛表觀密度(松弛體積密度)。
本發(fā)明所涉及的成膜方法，更優(yōu)選使用由lOium以下的粉末造粒而 成的造粒粉末作為上述成膜用粉末。根據(jù)本發(fā)明，由平均粒徑l(Him以 下的金屬粉末來制造平均粒徑25jim以下的成膜用粉末，因此容易將成 膜用粉末造粒成前面所示的表觀密度為1.4~2.0g/cm3。而且，在使用如 此造粒得到的成膜用粉末進行成膜時，即使是低壓(例如0.6MPa左右) 的壓縮氣體，仍可以形成被膜，進而，容易在基材上形成后述的多孔狀 被膜。
此外，作為造粒方法，可以舉出使用粘合劑將lOjim以下的粉末 粘合制成塊狀，將該變成塊狀的粉末粉碎制成粒狀而造粒的方法；擠出 造粒；滾動造粒等方法。只要能夠滿足上述范圍的表觀密度和上述范圍 的平均粒徑，則對造粒方法沒有特別限定。
本發(fā)明所涉及的成膜方法，作為造粒成所述成膜用粉末的造粒用粉 末，更優(yōu)選使用氣霧化粉末、水霧化粉末、或電解粉末。尤其是，通過 利用電解而使所述金屬在電極上析出而制造的電解粉末，與其他的粉末 相比，成為含有大量凹凸且在表面具有空間的形狀，因此附著效率高。 例如，作為上述形狀的粉末，可以舉出葡萄串狀的粉末(葡萄狀粉末)、 樹木的樹枝狀的粉末(樹枝狀的粉末)。此外，從這種理由來看，本發(fā) 明所涉及的成膜方法的成膜用粉末可以使用沒有進行造粒，但滿足上述 范圍的表觀密度和上述范圍的平均粒徑的電解粉末。
進而，作為上述金屬粉末，可以舉出含有選自例如鋁、鉻、鎳、銅、 鐵以及它們的合金中的至少一種材料的粉末，作為更優(yōu)選的金屬粉末， 為由銅或銅合金形成的粉末。根據(jù)本發(fā)明，通過在金屬粉末中使用由銅 或銅合金形成的粉末，可以提高附著性，并且使被膜的導熱性和導電性 提南。
此外，本發(fā)明所涉及的成膜方法，作為所述金屬粉末，更優(yōu)選使用 含有60質量％以上的所述成膜用粉末的金屬粉末。根據(jù)本發(fā)明，通過 至少含有60質量％以上的所述成膜用粉末，可以提高被膜的附著效率。
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即，在成膜用粉末少于60質量％時，被膜的附著效率降低，成膜時間 延長。
本發(fā)明所涉及的成膜方法中，作為所述壓縮氣體，更優(yōu)選使用所述 壓縮氣體的壓力為0.4~1.0MPa的壓縮氣體，進一步優(yōu)選0.4 0.8MPa。 根據(jù)本發(fā)明，通過使用上述壓力范圍的壓縮氣體，能夠形成適合于在導 熱部件中使用的被膜。即，壓縮氣體的壓力小于0.4MPa時，金屬粉末 (成膜用粉末)難以附著，而大于l.OMPa時，金屬粉末的動能(碰撞 能量)高，所成膜的被膜變得致密而難以形成多孔被膜。此外，若所述 壓縮氣體的壓力為0.4~0.8MPa以下，則更可靠且容易地成膜為多孔被 膜。
本發(fā)明所涉及的成膜方法，更優(yōu)選對所述金屬粉末進行加熱，以便
在so x:以上的溫度條件下使所述金屬粉末向所述基材表面噴射。根據(jù)本 發(fā)明，以噴射于基材的粉末的溫度、即、即將與基材碰撞前的粉末溫度
為50。C以上的方式，對金屬粉末進行加熱，使粉末以固相狀態(tài)直接(在
低于熔點的溫度條件下)形成被膜，由此可以進一步使被膜的導熱性和
導電性提高。另外，金屬粉末的溫度低于5(TC時，所成膜的被膜的導熱 性減小。進而，優(yōu)選所噴射的金屬粉末的溫度在200。C以下。在高于200。C 時，被膜的氧化物的比例提高，有可能會損害冷噴法的優(yōu)點。此外，為
了使即將噴射前的所述金屬粉末為50。c 2oor;，將壓縮氣體的溫度加熱
到250'C 5501C后，將金屬粉末與加熱的壓縮氣體一起噴射在基材上是
更加有效的。
此外，作為適合于本發(fā)明所涉及的成膜方法的壓縮氣體，可以舉出 氮氣或氦氣等惰性氣體，或者空氣(大氣)等，只要能夠使金屬粉末以 固相狀態(tài)附著并使它們堆積而形成被膜、以及所形成的被膜能夠得到多 孔組織，則壓縮氣體的種類沒有特別限定。
本發(fā)明所涉及的導熱部件是一種使用上述成膜方法成膜有被膜的
導熱部件，更優(yōu)選所述被膜為氣孔率5~50體積％的多孔被膜。根據(jù)本
發(fā)明，即使是在所述基材的熱膨脹率和與導熱部件的被膜接觸的部件的 熱膨脹率不同的情況下，由于在這些部件之間形成的被膜是多孔的，所 以被膜的楊氏模量低于上述任何一種部件，能夠緩和基材和與導熱部件 的被膜接觸的部件之間的熱膨脹率差。其結果是，能夠抑制由熱疲勞導致的被膜界面的剝落、和被膜的裂紋。此外，作為金屬粉末，在上述粉
末中使用銅或銅粉末時，更優(yōu)選以所述被膜的密度為4.5 8.5kg/m3的方 式進行所述被膜的成膜。通過以達到上述密度范圍的方式進行被膜的成 膜，能夠獲得上述的由具有5~50體積％的氣孔的多孔組織形成的被膜。
進而，利用上述制造方法制造的導熱部件優(yōu)選在功率模塊中使用， 所述導熱部件的基材是構成所述功率模塊的散熱器部件，優(yōu)選所述導熱 部件的被膜配置于構成所述功率模塊的裝載有功率元件的絕緣部件和 所述散熱器部件之間。
根據(jù)本發(fā)明，由于所述導熱部件的被膜配置于構成功率模塊的絕緣 部件和散熱器部件之間，因此在散熱器部件的表面不必使用阻礙導熱的 硅潤滑脂，可以將來自放熱功率元件的熱更好地傳導給散熱器部件。進 而，所述被膜是多孔組織，所以可以使所述絕緣部件和散熱器部件之間 的熱膨脹差得到緩和。其結果是，能夠使由熱循環(huán)導致的疲勞強度提高， 并且能夠獲得可靠性高的功率模塊。
進而，這種功率模塊優(yōu)選在對機器要求高可靠性的車輛用變換器中 使用。此外，利用該制造方法制造的導熱部件由于導熱性良好，因此在 例如車輛的發(fā)動機零件、電子機器的CPU等具有散熱結構的機器中使 用所述導熱部件是有效的。
作為上述導熱部件的基材，不僅可以適用于功率模塊的散熱器，還 可以適用于例如電腦、音頻機器等的散熱器中。具體而言，優(yōu)選在散熱 器的表面中的、接合于放熱體側的部分的表面成膜為被膜。此外，使用 所述成膜方法，可以在例如電氣零件的接點部分、不同種金屬的接合部 分等成膜為被膜，也可以在要求圖案設計性的裝飾品、刀具等的表面成 膜為所述被膜。
根據(jù)本發(fā)明，即使使用低壓的壓縮氣體，將金屬粉末以固相狀態(tài)直 接噴射在基材而形成被膜時，仍可以提高該金屬粉末的附著效率。
本說明書包括作為本申請的優(yōu)先權基礎的日本專利申請 2007-163771號的i兌明書和/或附圖中記載的內容。


圖l是用于說明本實施方式所涉及的成膜方法的圖，(a)是本實施 方式的成膜裝置的裝置構成示意圖，(b )是表示從基材的上面方向所看 到的、成膜時噴管的移動圖案的圖。
圖2是用于說明應用了利用本實施方式來制造的導熱部件的功率模 塊的圖。
圖3是具備本實施方式的功率模塊的車輛用變換器和具備該車輛用 變換器的車輛的示意圖。
圖4是表示銅粉末特性和其附著效率的結果的圖。
圖5是表示成膜用的銅粉末的外觀的照片圖。
圖6是表示與表觀密度和平均粒徑相關的附著效率的結果的圖。
圖7是表示熱循環(huán)試驗的結果的圖。
圖8是表示即將噴射前的銅粉末的溫度和熱導率之間的關系的圖。 圖9是用于說明以往的功率模塊的圖。 符號說明
IO是導熱部件、ll是基材、12是被膜、30是功率模塊、32是緩沖 部件、40是變換器、71是功率元件、73是絕緣部件、p是銅粉末(金 屬粉末)。
具體實施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明所涉及的成膜方法的實施方式進行詳細的 說明。圖l是用于說明本實施方式所涉及的成膜方法的圖，(a)是本實 施方式的成膜裝置的裝置構成示意圖，(b )是表示從基材的上面方向所 看的、成膜時噴管的移動圖案的圖。
本實施方式所涉及的導熱部件10是在鋁制的基材11上成膜有使固 相狀態(tài)的銅粉末p附著、堆積而成被膜12的部件，可以使用圖1所示
9的成膜裝置20制造。成膜裝置20至少具備壓縮氣體供給機構21、銅粉 末供給機構22、噴管23和噴管移動機構24。
壓縮氣體供給機構21是用于將壓縮氣體供給到后述噴管23中的機 構，介由調整壓縮氣體的壓力的壓力調整閥21a與噴管23連接。此外， 壓縮氣體供給機構21可以舉出填充有空氣、惰性氣體等的儲氣瓶、壓 縮大氣的壓縮機等，優(yōu)選可以將壓力條件為0.4~1.0MPa的壓縮氣體供 給噴管23的機構。這是因為，當小于0.4MPa時，難以形成被膜，大 于l.OMPa時，不僅需要具有耐壓性的成膜設備，而且后述的所成膜的 被膜變得致密，而難以成膜為后述那樣的多孔狀被膜。
此外，在壓縮氣體供給機構21的下游，配設有用于加熱壓縮氣體 的加熱機構21b。利用加熱機構21b對壓縮氣體進行加熱，能夠在所需 的溫度條件下將后述的銅粉末p噴射到基材11。另外，加熱機構21b 是為了利用壓縮氣體間接地對銅粉末p進行加熱的機構，可以設置在壓 縮氣體供給機構21的內部，若是能夠利用后述的加熱器23a將銅粉末 加熱到所需溫度，則不是特別必需的。
向基材11噴射的銅粉末被裝納于料斗22a中，銅粉末供給機構22 與噴管23連接，使得能夠將該銅粉末p以規(guī)定的供給量供給到噴管23 中。在銅粉末供給機構22中裝納的銅粉末p含有相對于銅粉末p的整 體為60質量。/。以上的表觀密度是1.4 2.0g/cm3、平均粒徑是25jxm以下 的成膜用粉末。此外，成膜用粉末是電解粉末、或者由10pm以下的粉 末造粒而成的造粒粉末。進而，在造粒時，更優(yōu)選將氣霧化粉末、水霧 化粉末、電解粉末造粒而得到的造粒粉末。
進而，噴管23與噴管移動機構24連接，通過使噴管移動機構24 驅動，從而能夠使噴管23以后述圖1 (b)所示的路線移動。進而，在 噴管23的內部，設置有用于對所供給的銅粉末p進行加熱的加熱器23a。
使用該裝置20，通過以下的方法制造導熱部件10。在本實施方式 中，首先在具有矩形的開口部26a的遮蔽板26的下方配置基材11。另 外，開口部26a以具有相當于基材11表面的矩形形狀的成膜預定區(qū)域 lla的面積的方式形成。并且，在噴射方向d上，以使得開口部26a和 基材11的成膜預定區(qū)域lla —致的方式配置基材11。然后，利用壓力調整閥21a將壓縮氣體的壓力調整到l.OMPa以下， 并且利用加熱機構21b加熱到規(guī)定的溫度，供給噴管23。另一方面， 將銅粉末裝納于銅粉末供給機構22的料斗22a中，將銅粉末從該銅粉 末供給機構22供給噴管23中。在噴射時，預先用加熱機構21b對壓縮 氣體進行加熱，并且利用噴管23內的加熱器23a對銅粉末進行加熱以 及進行銅粉末的溫度調整，使得銅粉末在基材的表面以50 °C 200 "C的溫 度條件下進行噴射。
然后，如圖l(b)所示，使噴管23對于基材11的表面(X-Y平面) 沿規(guī)定的移動方向(圖中的X軸方向)直線移動，接著，使噴管23對 于基材11沿與上述方向呈直角方向(圖中的Y軸方向)移動，通過使 該移動一系列地反復，從而在基材11的成膜區(qū)域噴射銅粉末，進行被 膜12的成膜。在這種狀態(tài)下，介由噴管23，將固相狀態(tài)的銅粉末與壓 縮氣體一起噴射在基材11的表面，使被膜12在基材11的表面成膜。
這樣成膜的被膜，通過使用上述成膜用粉末，即使在作為壓縮氣體 使用低壓(例如0.6MPa左右)的壓力時，仍能夠使金屬粉末的附著效 率提高，并能夠在基材表面容易地成膜為在被膜中均勻地分散有氣孔的 多孔狀被膜。
圖2是用于說明應用了利用本實施方式來制造的導熱部件的功率模 塊的圖。另外，對于與已經(jīng)在圖9中示出的構成功率模塊70的部件相 同的部件，標記相同的符號，并省略詳細說明。
如圖2所示，功率模塊30具備利用上述方法制造的導熱部件10， 構成導熱部件的鋁制基材被包含于構成功率模塊30的散熱器部件31 中。進而，構成導熱部件的具有多孔組織的銅制被膜作為緩沖部件32 配置于裝載有功率元件71的氮化鋁制的絕緣部件73和散熱器部件31 之間。
這樣，由于上述導熱部件的被膜配置于構成功率模塊30的絕緣部 件73和散熱器部件31之間，所以功率模塊30無需在散熱器部件31的 表面使用阻礙導熱的硅潤滑脂，能夠更好地將來自放熱功率元件71的 熱傳導給散熱器部件31,能夠對功率元件71的熱進行散熱。此外，由 于被膜是多孔被膜，所以能夠緩和絕緣部件73和散熱器部件31之間的熱膨脹差。其結果是，防止被膜的剝落、裂紋，使由熱循環(huán)導致的熱疲
勞強度提高，能夠獲得可靠性高的功率模塊30。
圖3是具備本實施方式的功率模塊的車輛用變換器40和具備該車 輛用變換器的車輛100的示意圖。在圖3中，該實施方式的車輛用變換 器40在使用發(fā)動機和電動機的混合動力車、電動汽車等中使用，是將 直流轉換為交流，對例如感應電動機等的交流負栽供給電力的電力轉換 裝置。車輛用變換器40,作為最低限度的構成，具備上述實施方式的功 率模塊30和大容量電容器41等而構成。并且，電池等直流電源52與 車輛用變換器40連接，來自車輛用變換器40的UVW三相交流輸出功 率被供給到例如感應電動機53，使該感應電動機53驅動。進而，通過 感應電動機的驅動，車輛100的車輪轉動，能夠使車輛100行駛。另外， 車輛用變換器40不限于圖示的例子，只要具有作為變換器的功能的， 則任何形態(tài)都可以。
這樣構成的車輛用變換器40，例如圖2的功率模塊30的功率元件 71在工作中變?yōu)楦邷貭顟B(tài)時，由功率元件71產(chǎn)生的熱通過焊料層72 被傳導到設置有功率元件71的絕緣部件73,進而，通過焊料層76傳導 給作為緩沖部件32的被膜，由作為散熱件的散熱器部件31進行散熱。 此時，由于作為緩沖部件32使用具有多孔組織的被膜，因此作為緩沖 絕緣部件73和散熱器部件31之間的熱膨脹差的緩沖件發(fā)揮作用。這樣， 就可以抑制這些部件的剝離和裂紋的發(fā)生，可以獲得可靠性高的車輛用 變換器40，車輛100的安全性也能提高。
(實施例)
利用下面的實施例i兌明本實施方式。 (實施例1)
利用冷噴法制作在基材上形成有銅被膜的導熱部件。具體來說，壓 縮空氣(大氣)，將由銅形成的固相狀態(tài)的金屬粉末與壓縮的空氣(壓 縮氣體) 一起噴射到由大小30mm x 20mm x厚5mm的鋁合金(JIS規(guī) 格A6063S-T1)制成的散熱器部件(基材)的表面，以銅被膜的密度 為7.8kg/m3 (氣孔為12.4體積％)的方式，4吏用銅粉末成膜為被膜，制
12作導熱部件。
如果更詳細地i兌明的話，介由遮蔽用的具有30mm x 20mm的開口 部的遮蔽板，在利用噴砂進行了表面處理的散熱器部件的上方30mm處 配置噴射用的噴管。然后，如圖4的圖表所示，從由銅形成的粒徑2nm 的水霧化粉末造粒成膜用的銅粉末，使得平均粒徑為2(Him、表觀密度 為1.52g/cm3。然后，在料斗中投入已造粒的成膜用的銅粉末，并且將 該銅粉末以0.2g/s供給噴管。另一方面，將已壓縮為0.6MPa的空氣(壓 縮氣體)導入噴管中，并且通過噴管內的加熱器對該壓縮氣體加熱，向 加熱后的氣體中供給該銅粉末，在散熱器部件的表面，在空氣溫度450 X:、氣體流速650m/sec、銅粉末的速度300m/sec的條件下，將固相狀 態(tài)的銅粉末和壓縮氣體一起噴射到散熱器部件。然后，使路線間距為 lmm，使噴管以規(guī)定速度(3mm/sec)移動，在散熱器部件的表面成膜 為3.2mm的被膜，制作導熱部件。此時，測定所附著的粉末重量相對 于噴射在基材上的粉末重量的比例(附著效率)。其結果示于圖4、圖6 中。
(實施例2~5 )
和實施例l同樣地操作，在基材的表面將銅粉末成膜。與實施例l 不同之處在于，被膜成膜時使用的粉末。具體來說，如圖4所示，在實 施例2中，使用如下粉末，即，由利用氮氣制粉后的、由銅制成的粒徑 3nm的氣霧化粉末，作為成膜用的銅粉末，造粒成平均粒徑18pm、表 觀密度1.88g/cm3的粉末。在實施例3、 4中，使用如下粉末，即，由銅 制成的粒徑4.8nm的電解粉末作為成膜用的銅粉末，接著造粒成平均粒 徑為22jmi、 21[im、表觀密度為1.64g/cm3、 1.5g/cm3的粉末。進而，在 實施例5中，作為電解粉末，使用如圖5(a)所示的平均粒徑19.3^111、 表觀密度1.64g/cmS的樹枝狀粉末。并且，對實施例2 5測定銅粉末的 附著效率。其結果示于圖4、圖6中。
(比較例l-l l國6 )
與實施例1同樣地操作，在基材的表面將銅粉末成膜。與實施例1 不同之處在于，被膜成膜時使用的粉末。具體來說，比較例1-1~1-6的 銅粉末，是圖4所示的平均粒徑和表觀密度的霧化粉末(沒有造粒的粉末)。具體而言，在比較例l-l l-3中，使用圖4的表中所示的高壓旋轉 水霧化粉末(比較例1-1的粉末參照圖5(b),比較例1-2的粉末參照 圖5(c))。此外，在比較例l-4、 l-5中使用水霧化粉末，在比較例l-6 中使用利用氮氣制粉的氣霧化粉末(比較例1-6的粉末參照圖5 (d))。 并且，對比較例l-l l-6測定銅粉末的附著效率。其結果示于圖4、圖6 中。
(比較例2-1~2-4 )
與實施例l同樣地操作，在基材的表面將銅粉末成膜。與實施例l 不同之處在于，被膜成膜時使用的粉末。具體來說，比較例2-1~2-4的 銅粉末，是圖4所示的平均粒徑和表觀密度的造粒粉末。具體而言，比 較例2-1、 2-2將圖4所示的平均粒徑的水霧化粉末造粒成圖4所示的平 均粒徑和表觀密度。比較例2-3、 2-4將利用氮氣制粉的圖4所示的平均 粒徑的氣霧化粉末造粒成圖4所示的平均粒徑和表觀密度。并且，對比 較例2-l 2-4測定附著效率。其結果示于圖4、圖6中。
(比較例3-1~3-7 )
與實施例l同樣地操作，在基材的表面將銅粉末成膜。與實施例l 不同之處在于，被膜成膜時使用的粉末。具體來說，比較例3-1~3-7的 銅粉末，是圖4所示的平均粒徑和表觀密度的電解粉末。并且，對比較 例2-l 2-4測定附著效率。其結果示于圖4、圖6中。
[熱循環(huán)試驗l
對于實施例1 5、比較例l-2、 1-4、 1-5、 3-l的導熱部件，利用焊
驗用的試驗片，在以達到試驗片損傷的O"C以下的規(guī)定溫度為下限溫度、 以100"C以上的規(guī)定溫度為上限溫度的溫度范圍內，通過對該試驗片反 復施加熱負載，進行熱循環(huán)試驗。此外，作為參考例，準備在鋁基板上 用硅潤滑脂接合有銅板(Cu板)、銅鉬板(Cu-Mo板)來代替被膜的 導熱部件，用同樣的方法制作試驗片，對該試驗片進行熱循環(huán)試驗。其 結果示于圖7。另外，圖7的縱軸是確認導熱部件有損傷時的熱循環(huán)數(shù)。 此夕卜，用顯微鏡觀察在這些被膜中形成的氣孔，對比觀察各自的氣孔率。(結果l)
如圖4和圖6所示，實施例1~5的銅粉末與比較例的銅粉末相比， 附著效率高大致60%以上。進而，如圖7所示，實施例1 5的被膜與比 較例和參考例的被膜相比，被膜的氣孔率高，且熱循環(huán)數(shù)大，耐熱疲勞 性高。
(考察l)
由圖6明確，認為如實施例1 5的表觀密度為1.4 2.0g/cin3且平均 粒徑為25fim以下的銅粉末，即使在壓縮氣體為低壓(0.4~1.0MPa左右) 時，附著效率仍增高。表觀密度為1.5 1.7g/cm3且平均粒徑為20pm以 下的銅粉末的附著效率更高，尤其是實施例5的使用電解粉末情況下， 附著效率最高。認為表觀密度小于1.4g/cmS的粉末難以制造，并且可能 會在與基材碰撞之前就粉碎。另一方面，認為表觀密度大于2.0g/cm3 時，粉末的密度大，所以隨著粉末粒徑增大，粉末難以乘上壓縮氣體的 氣流，粉末向基材的附著效率降低。認為尤其是造粒后的粒子那樣多孔 的粒子、或者樹枝狀或葡萄狀的粉末那樣在表面具有凹凸而在表面具有 空間的粒子，在微小的壓縮氣體壓力下容易變形，因此認為附著效率高。 此外，認為平均粒徑大于25fim時，無法給粉末帶來足夠的動能(碰撞 能量)，粉末向基材的附著效率降低。另一方面，認為粉末的平均粒徑 小于l[im時，有時會受到噴射在基材上而反射的壓縮氣體的沖擊的影 響，粉末的附著效率降低。
進而，認為實施例1~5的被膜的熱疲勞強度高是因為形成有多孔被 膜的氣孔率范圍是5~50體積％的被膜，認為是由于隨著多孔被膜表觀 上的楊氏模量的降低，能夠很好地緩沖基材和絕緣部件之間的熱膨脹差 的緣故。認為比較例l-2、 1-4、 1-5、 3-1的熱疲勞強度低是因為雖然形 成有多孔被膜，但其氣孔率小的緣故。
(實施例6 )
和實施例1同樣地操作，制作導熱部件。與實施例1不同之處在于， 在即將碰撞基材之前的銅粉末的溫度為圖8所示的5ox:以上的溫度條 件下成膜。并且，利用與實施例1同樣的方法測定被膜的熱導率。其結果示于圖8。
(比較例4 )
和實施例1同樣地操作，制作導熱部件。與實施例1不同之處在于， 在即將碰撞基材之前的銅粉末的溫度為圖8所示的50C以上的溫度條 件下成膜。并且，利用與實施例1同樣的方法測定被膜的熱導率。其結 果示于圖8。
(結果2)
如圖8所示，實施例6與比較例4相比，熱導率高，在50X:以上 的任何溫度下成膜的被膜的熱導率也穩(wěn)定。
(考察2)
這樣，認為為了獲得穩(wěn)定的熱導率，優(yōu)選使即將與基材碰撞之前的
銅粉末的溫度為5ox:以上。認為被膜的傳導率得到提高是由于被膜中的 金屬鍵的比例增加了，金屬鍵的增加是由于通過銅粉末的加熱、在成膜 時的能量得到增加所引起的。
以上，對本發(fā)明的一個實施方式進行了詳述，但本發(fā)明不限定于上 述實施方式，在不脫離權利要求書中記載的本發(fā)明宗旨的范圍內，可以 進行各種設計變更。
例如，在本實施方式中使用銅粉末，但可以舉出銅合金的粉末、鋁、 鉻、銅、鐵以及它們的合金形成的粉末等，只要能夠形成多孔組織的被 膜，則沒有特別限定。此外，基材也使用鋁，但只要能確保上述金屬粉 末的密合性，則沒有特別限定。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
利用本發(fā)明所涉及的成膜方法而成膜的部件的導熱性良好，因此適
合于該導熱部件。還適合于在發(fā)動機零件、電腦的CPU、車輛用的音
頻機器、家用電器等在嚴格的熱環(huán)境下要求散熱性的位置進行成膜。此 外，由于附著效率高，所以還適合于裝飾品等要求圖案設計性的部件的
表面涂布中。
1權利要求
1.一種成膜方法，其特征在于，將固相狀態(tài)的金屬粉末與壓縮氣體一起噴射到基材表面，由所述金屬粉末在所述基材表面成膜為被膜，其中，作為所述金屬粉末，使用至少含有表觀密度是1.4～2.0g/cm3、平均粒徑是25μm以下的成膜用粉末的粉末。
2. 根據(jù)權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，作為所述成膜 用粉末，使用由lOpm以下的粉末造粒而成的造粒粉末。
3. 根據(jù)權利要求2所述的成膜方法，其特征在于，作為造粒成所 述成膜用粉末的造粒粉末，使用氣霧化粉末、水霧化粉末、或電解粉末。
4. 根據(jù)權利要求1~3中任一項所述的成膜方法，其特征在于，作 為所述金屬粉末，使用銅或銅合金的粉末。
5. 根據(jù)權利要求1~4中任一項所述的成膜方法，其特征在于，作 為所述金屬粉末，使用含有60質量％以上的所述成膜用粉末的金屬粉 末。
6. 根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的成膜方法，其特征在于，作 為所述壓縮氣體，4吏用所述壓縮氣體的壓力為0.4~1.0MPa的壓縮氣體。
7. 根據(jù)權利要求4~6中任一項所述的成膜方法，其特征在于，對 所述金屬粉末進行加熱，以便在50t:以上的溫度條件下使所述金屬粉末 向所述基材表面噴射。
8. —種導熱部件，其特征在于，利用權利要求1~7中任一項所述 的成膜方法，在所述基材表面成膜有所述被膜，其中，所述被膜是氣孔率為5~50體積％的多孔被膜。
9. 一種功率模塊，其特征在于，具備權利要求8所述的導熱部件， 其中，所述導熱部件的基材是構成所述功率模塊的散熱器部件， 所述導熱部件的被膜配置于構成所述功率模塊的裝載有功率元件 的絕緣部件和所述散熱器部件之間。
10. —種車輛用變換器，具備權利要求9所述的功率模塊。
11. 一種車輛，具備權利要求10所述的車輛用變換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種被膜的成膜方法，即使使用低壓的壓縮氣體，將金屬粉末以固相狀態(tài)直接噴射到基材上而形成被膜時，仍能提高該金屬粉末的附著效率。一種成膜方法，將固相狀態(tài)的金屬粉末(p)與壓縮氣體一起噴射到基材(11)的表面(11a)，由所述金屬粉末(p)在基材(11)的表面(11a)成膜為被膜(12)，其中，作為所述金屬粉末(p)，使用至少含有表觀密度為1.4～2.0g/cm³、平均粒徑為25μm以下的成膜用粉末的粉末。
文檔編號C23C24/04GK101631896SQ20088000634
公開日2010年1月20日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權日2007年6月21日
發(fā)明者宮本典孝, 都筑佳彥 申請人:豐田自動車株式會社