2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of New Type of Heat Sink with High Electical Conductivity and low coefficient of thermal expansion
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15K14173
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石田 清仁 東北大学, 工学研究科, 名誉教授 (20151368)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ヒートシンク / 熱膨張係数 / 熱伝導率 / Cu合金 / ステンレスインバー合金 / ２相分離 / ハイブリッド組織 / パワー半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
パワー半導体をはじめコンピュータの容量と動作速度の増加に伴い、Si、SiC、GaNなどの半導体から発生する熱を放散させる放熱板（ヒートシンク）が必要とされ、基板との熱膨張差が小さくかつ熱伝導率の高い材料が求められる。本研究は、このヒートシンク材に適した低熱膨張でかつ熱伝導率の高い材料を開発する事を目的とするが、導電性の高いCu合金は、熱膨張係数が高い（117ppm/K）のでそれを低下させるためにステンレスインバー合金（Fe-Co-Cr系）とのハイブリッド組織形成に挑戦する。本年度は、Fe-Co-Cr系合金をベースに熱膨張係数が低くまた熱伝導率が高いタングステン（W）を添加しその効果について調査した。その結果、次の事が判明した。
１．外側がCuリッチ、内部がFe、Cr、Co、Wリッチの卵型組織の粉末が得られた。
２．これらの粉末を次の３条件で焼結を行った。(a)980℃、40MPaのホットプレス、(b)980℃、50MPaのホットプレス、(C)スパークプラズマ（SPS)焼結した。
３．SPS焼結法によって最も良い特性が得られ、熱伝導率46.7W/m・K、熱膨張率10.36（×10E-6/K）を示した。
４．Cuリッチ組成は、Cu（90～93質量％）であり、Fe-Co-Crインバー相の組成はCu（12～18%）、Fe（29-31％）、Co（41～46％）、Cr（6～7%)、W（3.3～3.6%)であった。
５．W添加による効果は（Fe、Co、Cr）相のCu固溶度の減少ならびに、液相の２相分離促進によると推察される。
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