CN103390562A - 冷却器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冷却器(1)的制造方法，该制造方法具有层压材料制造工序(S1)和硬钎焊接合工序(S4)。在层压材料制造工序(S1)中，制造使Ni层(3)、Ti层(5)和Al层(6)接合一体化为层压状的层压材料(2)，所述Ni层具有用于使被冷却体(16)通过软钎焊而接合的上表面(3a)且由Ni或Ni合金形成，所述Ti层配置在Ni层(3)的下表面侧且由Ti或Ti合金形成，所述Al层配置在Ti层(5)的下表面侧且由Al或Al合金形成。在硬钎焊接合工序(S4)中，将层压材料(2)的Al层(6)的下表面与冷却器主体(10)的冷却面(10a)通过硬钎焊而接合。

Description

冷却器的制造方法
本申请基于在2012年5月8日提出申请的日本专利申请的特愿2012-106885号而要求优先权，其公开内容直接构成本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及对绝缘基板等被冷却体进行冷却的冷却器的制造方法、半导体模块的制造方法、冷却器、以及半导体模块。
此外，在本说明书中，用语“板”以也包含“箔”的意思来使用。而且，在本说明书中，为了便于说明，将冷却器中的接合有被冷却体的表面侧定义为冷却器(冷却器主体)的上表面侧。
背景技术
在功率半导体模块等的半导体模块中，半导体元件安装在绝缘基板上。而且，为了降低随着半导体元件的动作而上升的半导体元件的温度，绝缘基板以配置在冷却器(包括散热部件(heat sink)、散热板等的散热器)的冷却面上的方式与冷却面接合。
该绝缘基板具有作为电绝缘层的陶瓷层、布线层(电路层)等(例如参照专利文献1～4)。布线层由铜或铝等形成。
冷却器使用了铜制或铝(包括其合金)制的冷却器等，但近年来开始广泛使用铝制的冷却器。其主要理由是因为铝制冷却器重量轻且能够以较低的成本获得。
专利文献1：日本特开2004-328012号公报
专利文献2：日本特开2004-235503号公报
专利文献3：日本特开2006-303346号公报
专利文献4：日本特开2009-147123号公报
但是，铝制冷却器的软钎料接合性很差。因此，将绝缘基板通过软钎焊而接合到该冷却器的冷却面上的情况下，为了提高软钎料接合性，需要在冷却器的冷却面上形成镀镍层。
然而，在冷却器的冷却面上形成镀镍层的情况下，会由于清洗、干燥不充分等造成的镀镍层的污染，而引起软钎料受潮不良。尤其，在冷却器的整个表面上形成镀镍层的情况下，由于通常冷却器的形状是复杂的，所以存在容易导致这种软钎料受潮不良的难点。
发明内容
本发明是鉴于上述技术背景而做出的，其目的在于，提供一种软钎料接合性良好的冷却器的制造方法、具有该冷却器的半导体模块的制造方法、冷却器、以及半导体模块。
本发明的其他目的及优点可从以下优选实施方式中明确得知。
本发明提供以下的技术方案。
[1]一种冷却器的制造方法，其特征在于，具有：
层压材料制造工序，制造使Ni层、Ti层和Al层接合一体化为层压状的层压材料，所述Ni层具有用于使被冷却体通过软钎焊而接合的上表面且由Ni或Ni合金形成，所述Ti层配置在所述Ni层的下表面侧且由Ti或Ti合金形成，所述Al层配置在所述Ti层的下表面侧且由Al或Al合金形成；和
硬钎焊接合工序，将所述层压材料的所述Al层的下表面与冷却器主体的冷却面通过硬钎焊而接合。
[2]根据技术方案l所述的冷却器的制造方法，在所述硬钎焊接合工序中，通过作为硬钎焊材料而使用了钎焊板的硬钎焊来进行接合。
[3]根据技术方案1所述的冷却器的制造方法，在所述硬钎焊接合工序中，通过作为硬钎焊材料而使用了硬钎焊材料板的硬钎焊来进行接合。
[4]根据技术方案1～3中任一项所述的冷却器的制造方法，具有Ni氧化膜除去工序，在所述硬钎焊接合工序之后，将形成在所述层压材料的Ni层的上表面上的Ni氧化膜除去。
[5]根据技术方案1～4中任一项所述的冷却器的制造方法，所述层压材料制造工序包括第一扩散接合工序，在该第一扩散接合工序中，将所述Ni层和所述Ti层通过扩散接合而接合，由此，在所述Ni层与所述Ti层的接合界面上，形成由所述Ni层的Ni与所述Ti层的Ti合金化而得的Ni-Ti系超弹性合金层。
[6]根据技术方案5所述的冷却器的制造方法，所述层压材料制造工序包括第二扩散接合工序，在该第二扩散接合工序中，在所述第一扩散接合工序之后，将所述Ti层和所述Al层通过扩散接合而接合。
[7]一种半导体模块的制造方法，其特征在于，将安装有半导体元件的绝缘基板作为被冷却体，并通过软钎焊而接合到根据技术方案1～6中任一项所述的冷却器的制造方法所获得的冷却器中的层压材料的Ni层的上表面上。
[8]一种冷却器，其特征在于，根据技术方案1～6中任一项所述的冷却器的制造方法而获得。
[9]一种半导体模块，其特征在于，根据技术方案7所述的半导体模块的制造方法而获得。
[10]一种冷却器，其特征在于，具有使Ni层、Ti层和Al层接合一体化为层压状的层压材料，所述Ni层在上表面上通过软钎焊而接合有被冷却体且由Ni或Ni合金形成，所述Ti层配置在所述Ni层的下表面侧且由Ti或Ti合金形成，所述Al层配置在所述Ti层的下表面侧且由Al或Al合金形成，并且，
所述冷却器使所述层压材料的所述Al层的下表面与冷却器主体的冷却面经由硬钎焊材料层而接合。
[11]一种半导体模块，其特征在于，将安装有半导体元件的绝缘基板作为被冷却体，并经由软钎料层而接合到技术方案10所述的冷却器中的层压材料的Ni层的上表面上。
发明效果
本发明具有以下效果。
根据技术方案[1]的冷却器的制造方法，因为通过在硬钎焊接合工序中将层压材料的Al层的下表面与冷却器主体的冷却面接合，而使层压材料的Ni层的上表面配置在冷却器的上表面侧(即冷却器中的接合被冷却体的表面侧)，所以能够获得软钎料接合性良好的冷却器。因此，能够将绝缘基板等的被冷却体通过软钎焊而很好地接合在冷却器的Ni层的上表面上。
而且，因为在层压材料制造工序中，在Ni层与Al层之间配置有Ti层，所以具有如下效果。即，如果在Ni层与Al层之间未配置Ti层而将Ni层和Al层直接接合的情况下，在Ni层和Al层的接合界面上会形成强度很弱的合金层，其结果是，通过随着冷热循环等产生的热应力(热应变)，会容易因该合金层而发生断裂或剥离。相对于此，在通过层压材料制造工序而制造的层压材料中，由于在Ni层与Al层之间配置有Ti层，所以不会形成那种强度很弱的合金层。由此，能够防止层压材料的断裂或剥离的发生。因此，能够获得热耐久性优异的冷却器。
根据技术方案[2]，钎焊板与硬钎焊材料板相比能够以较低的成本获得并且更容易处理，因此，在通过作为硬钎焊材料而使用了钎焊板的硬钎焊来进行层压材料的Al层的下表面与冷却器主体的冷却面的接合，从而能够将层压材料和冷却器主体确实地接合的基础上，还能以很低的成本制造冷却器，并很容易地进行其制造作业(即硬钎焊接合作业)。
根据技术方案[3]，能够将层压材料和冷却器主体确实地接合。
根据技术方案[4]，通过在Ni氧化膜除去工序中除去Ni氧化膜，能够使Ni层的上表面洁净化，由此能够确实地提高软钎料接合性。
根据技术方案[5]，在层压材料制造工序的第一扩散接合工序中，通过在Ni层与Ti层的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层，从而能够通过该超弹性合金层进一步缓和热应力(热应变)。由此，能够更确实地防止层压材料的断裂或剥离的发生。
根据技术方案[6]，由于层压材料制造工序包括在第一扩散接合工序之后通过扩散接合来接合Ti层和Al层的第二扩散接合工序，所以具有如下效果。
即，如果在将Ti层和Al层接合之后接合Ni层和Ti层的情况下，具有因Ni层与Ti层接合时的热量而在Ti层和Al层的接合界面上形成强度很弱的合金层(例：Al-Ti合金层)的担心。相对于此，通过在将Ni层和Ti层接合之后接合Ti层和Al层，从而能够确实地防止在Ti层与Al层的接合界面上形成那种强度很弱的合金层。
而且，如果在不通过扩散接合而通过硬钎焊来将Ti层和Al层接合的情况下，具有在Ti层与Al层的接合界面上，形成由Ti层的Ti、与Al层的Al、与硬钎焊材料中的Si合金化而得的TiAlSi合金层的担心。该合金层的强度很弱。因此，容易因该合金层而发生断裂或剥离。于是，为了消除该难点，不通过硬钎焊而通过扩散接合来将Ti层和Al层接合。由此，能够更确实地防止层压材料的断裂或剥离的发生。
根据技术方案[7]的半导体模块的制造方法，能够将绝缘基板与冷却器通过软钎焊很好地接合。
根据技术方案[8]的冷却器，具有与技术方案[1]～[6]中任一项的效果相同的效果。
根据技术方案[9]的半导体模块，能够通过软钎焊很好地接合绝缘基板与冷却器，并能获得接合强度高且冷却性能好的半导体模块。
根据技术方案[10]的冷却器，具有与技术方案[1]～[6]中任一项的效果相同的效果。
根据技术方案[11]的半导体模块，能够通过软钎焊很好地接合绝缘基板与冷却器，并能获得接合强度高且冷却性能好的半导体模块。
附图说明
图1是具有本发明的一个实施方式的冷却器的半导体模块的概略主视图。
图2是上述冷却器的概略主视图。
图3是表示上述半导体模块的制造工序例的概略主视图。
图4是表示将Ni层和Ti层通过作为扩散接合的复合轧制而接合的第一扩散接合工序的概略剖视图。
图5是表示将Ni层和Ti层通过作为扩散接合的放电等离子烧结法而接合的第一扩散接合工序的概略剖视图。
附图标记说明
1：冷却器
2：层压材料
3：Ni层
4：Ni-Ti系超弹性合金层
5：Ti层
6：Al层
10：冷却器主体
11：Ni氧化膜
12：硬钎焊材料
16：绝缘基板(被冷却体)
17：软钎料层
20：半导体模块
21：半导体元件
22：软钎料层
30：复合轧制装置
40：放电等离子烧结装置
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的一个实施方式进行以下说明。
在图1中，20是本发明的一个实施方式的半导体模块(包括功率半导体模块)。该半导体模块20具备半导体元件21、绝缘基板16和本发明的一个实施方式的冷却器1。
半导体模块20是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；绝缘栅双极型晶体管)模块、MOSFET(场效应管)模块、晶闸管模块、二极管模块等。
半导体元件21安装在绝缘基板16上。半导体元件21是IGBT芯片、MOSFET芯片、晶闸管芯片、二极管芯片等。
绝缘基板16包括电绝缘层(未图示)、布线层(未图示)和金属层(未图示)。电绝缘层由AlN、Al2O3、Si3N4、Y2O3、CaO、BN、BeO等的陶瓷形成，具体举例的话，其由陶瓷板形成。布线层由Cu或Al等的金属形成，具体举例的话，其由Cu或Cu合金板、Al或Al合金板等的金属板形成。该布线层与电绝缘层的上表面接合为层压状。金属层具有缓和热应力的作用等，由Cu或Al等形成，具体举例的话，其由Cu或Cu合金板、Al或Al合金板等的金属板形成。该金属层与电绝缘层的下表面接合为层压状。而且，绝缘基板16的下表面由Cu等的能够软钎焊的金属而形成。而且，在该绝缘基板16的上表面上通过软钎焊接合有半导体元件21。由此，在绝缘基板16与半导体元件21的接合界面上，夹有接合了两者的软钎料层22。此外，在附图中，该软钎料层22为了容易与其他层区分而用网状剖面线图示。关于其他后述的软钎料层17，也因相同的理由而用网状剖面线图示。作为这种绝缘基板16，可以使用DBC(覆铜陶瓷)基板等。
如图2所示，冷却器1是用于降低随着半导体元件21的动作而上升的半导体元件21的温度的水冷式或风冷式的冷却器，具有冷却器主体10和层压材料2。在本实施方式中，作为冷却器1的冷却器主体10，可以使用具有多个散热片10b的风冷式的散热器。另外，在本实施方式中，安装有半导体元件21的绝缘基板16与被冷却器1冷却的被冷却体对应。
冷却器主体10为金属制，具体来说，例如是Al或Al合金制。该冷却器主体10中的形成在散热片10b的相反侧的冷却面10a为大致平坦状。
层压材料2从上依次具有Ni层3、Ti层5和Al层6，并且，这些层3、5、6按照该顺序接合一体化为层压状。各层以水平状配置，并从俯视角度来看形成为大致方形。
Ni层3由Ni或Ni合金形成，具体来说，其由Ni或Ni合金板形成。而且，在该Ni层3的上表面3a上通过软钎焊而接合有绝缘基板16。即，该Ni层3具有用于使作为被冷却体的绝缘基板16的下表面通过软钎焊而接合的上表面。在图1中，17是将Ni层3与绝缘基板16接合的软钎料层，该软钎料层17夹在Ni层3与绝缘基板16的接合界面上。而且，该软钎料层17的厚度例如是1～5μm。
Ti层5由Ti或Ti合金形成，具体来说，其由Ti或Ti合金板形成。该Ti层5具有通过使作为Ni层3的构成元素Ni与作为Ti层5的构成元素的Ti合金化，而在Ni层3与Ti层5的接合界面上生成Ni-Ti系超弹性合金层4的作用等。而且，该Ti层5配置在Ni层3的下表面侧，Ni层3与Ti层5通过扩散接合(复合轧制、放电等离子烧结法等)而以层压状相互接合。即，Ti层5直接接合在Ni层3的下表面上。而且，通过该接合，在Ni层3与Ti层5的接合界面上，薄薄地形成有使Ni层3的Ni与Ti层5的Ti合金化而得的Ni-Ti系超弹性合金层4。该Ni-Ti系超弹性合金层4具体来说是含有Ni-Ti系超弹性合金相的层。在本实施方式中，Ni-Ti系超弹性合金层4例如是含有NiTi超弹性合金相的层，即，是NiTi超弹性合金层。
该超弹性合金层4的超弹性合金优选为，在从室温到半导体元件21的动作温度(例：300℃)的温度范围内具有超弹性特性，尤其优选为，在从室温到后述的硬钎焊接合工序S4的硬钎焊温度(例：600℃)的温度范围内具有超弹性特性。
在此，Ni层3、Ti层5及超弹性合金层4的厚度并未分别限定。但是，Ni的热传导率为90.7W/m·K，Ti的热传导率为21.9W/m·K，Ni-Ti系超弹性合金的热传导率为20.0W/m·K，这些的热传导率明显低于Al的热传导率236W/m·K。因此，在能够提高绝缘基板16的热传导率的这点上优选为，使Ni层3、Ti层5及超弹性合金层4均尽可能地薄。于是，优选地，Ni层3的厚度上限为200μm，Ti层5的厚度上限为200μm，超弹性合金层4的厚度上限为50μm。另一方面，若这些层3、5、4太薄的话，则各层有可能无法显现所希望的特性。因此，优选地，Ni层3的厚度下限为5μm，Ti层5的厚度下限为5μm，超弹性合金层4的厚度下限为0.05μm。
Al层6由Al或Al合金形成，具体来说，其由Al或Al合金板形成。而且，该Al层6配置在Ti层5的下表面侧，Ti层5与Al层6通过扩散接合(复合轧制、放电等离子烧结法等)而以层压状相互接合。即，Al层6直接接合在Ti层5的下表面上。尤其优选为，为了能够使Al层6通过扩散接合而与Ti层5很好地接合，Al层6的厚度设定在30～100μm的范围内。而且，若用于通过后述的硬钎焊接合工序S4中的硬钎焊接合热量而将Al层6和冷却器主体10接合的、软化或熔融后的硬钎焊材料12与Ti层5接触的话，则会在该接触部分上形成强度很弱的TiAlSi合金层，容易因该合金层发生断裂和剥离。因此，为了消除该难点，Al层6的厚度尤其优选为在硬钎焊材料12的厚度以上。
如上所述，使Ni层3和Ti层5、Al层6接合一体化为层压状，由此构成层压材料2。
而且，层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a通过硬钎焊而接合。由此，在层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a的接合界面上，作为接合了两者的硬钎焊材料层而以层压状夹有硬钎焊材料12。此外，在附图中，硬钎焊材料12为了容易与其他层区分而用点状剖面线图示。
作为硬钎焊材料12，可以使用硬钎焊材料板或钎焊板。硬钎焊材料板的厚度例如为10～100μm。钎焊板的厚度例如为100～300μm。该钎焊板是通过以Al或Al合金板为芯材并在其两表面上分别包覆(接合)有硬钎焊材料板而形成的。
而且，在该冷却器1中，在层压材料2的Ni层3的上表面3a上形成的Ni氧化膜11(参照图3)被除去，由此，能够使Ni层3的上表面3a洁净化，从而确实地提高软钎料接合性。
接着，参照图3～5对本实施方式的冷却器1及半导体模块20的制造方法进行以下说明。
如图3所示，本实施方式的冷却器1的制造方法具有层压材料制造工序S1、硬钎焊接合工序S4、和Ni氧化膜除去工序S5。硬钎焊接合工序S4在层压材料制造工序S1之后进行。Ni氧化膜除去工序S5在硬钎焊接合工序S4之后进行。
层压材料制造工序S1是制造使Ni层3和Ti层5、Al层6接合一体化为层压状的层压材料2的工序，具体来说，具有第一扩散接合工序S2和第二扩散接合工序S3。第二扩散接合工序S3在第一扩散接合工序S2之后进行。
在第一扩散接合工序S2中，使Ni层3与Ti层5相互重合并通过扩散接合而以层压状相互接合，由此，在Ni层3与Ti层5的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层4。换言之，为了在Ni层3与Ti层5的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层4，而通过扩散接合来接合Ni层3与Ti层5。作为扩散接合，可以使用复合轧制、放电等离子烧结法等。通过该扩散接合而形成的超弹性合金层4包含有Ni-Ti系超弹性合金相，而且Ni与Ti的构成比采用向厚度方向逐渐变化的倾斜材料结构。因此，该超弹性合金层4能够实现确实地缓和，吸收热应力的作用。
此外，即使不通过扩散接合而通过硬钎焊来接合Ni层3与Ti层5，在两层3、5的接合界面上也不会形成超弹性合金层4。
在此，放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering：SPS)法一般是为了烧结粉状体或为了将部件彼此接合而适用的，在本实施方式中是为了将部件彼此(具体来说是金属板彼此之间)接合而适用的。此外，该放电等离子烧结法也被称为“SPS接合法”、“脉冲电流热压法(Pulsed Current Hot Pressing：PCHP)”等。
在将Ni层3和Ti层5通过作为扩散接合的复合轧制而接合的情况下，为了能够在两层3、5之间确实地形成超弹性合金层4，而优选地通过温轧或者热轧复合轧制来接合两层3、5。即，如图4所示，使用具备相互平行配置的上下一对的轧辊31、31的复合轧制装置30，将相互重合的Ni层3和Ti层5从两个轧辊31、31之间通过并用两个轧辊31、31压轧Ni层3和Ti层5，由此，将Ni层3和Ti层5接合(复合)。在该接合时，因Ni层3与Ti层5接合时的热量而导致Ni层3的Ni和Ti层5的Ti在两层3、5的接合界面上扩散，并且使扩散后的Ni和Ti合金化，从而在两层3、5的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层4。其结果是，在两层3、5的接合界面上夹有Ni-Ti系超弹性合金层4。其接合条件为，只要是能够以在两层3、5的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层4的方式，将Ni层3和Ti层通过复合轧制而接合的条件就可以，没有特别限定。例如，接合条件是复合温度为630～750℃，以及包覆率为40～60％。
在将Ni层3和Ti层5通过作为扩散接合的放电等离子烧结法而接合的情况下，如图5所示，首先，在放电等离子烧结装置40所具备的筒状模41内使Ni层3和Ti层5相互重合并以层压状配置。由此，两层3、5的周围被模41包围。模41是具有导电性的，例如为石墨制。接着，使两层3、5在其层压方向上由上下一对的冲头42、42夹住。各冲头42是具有导电性的，例如为石墨制。另外，在各冲头42的基部上电连接有电极43。而且，例如在1～10Pa的真空环境中，或者在氮气、氩气等惰性气体环境中，用两个冲头42、42对两层3、5在其层压方向上加压，同时在确保两个冲头42、42之间的通电的状态下，通过使脉冲电流在两个冲头42、42之间通电而对两层3、5进行加热，从而将Ni层3和Ti层5接合。由此，在Ni层3和Ti层5的接合界面上形成Ni-Ti系超弹性合金层4。在该接合中，优选为以形成规定厚度的Ni-Ti系超弹性合金层4的方式来设定接合条件(例：加热温度、加热温度的保持时间、升温速度、施加的压力)。关于该接合条件若具体举例的话，则加热温度为600～700℃，加热温度的保持时间为5～20min，从室温到加热温度的升温速度为5～50℃/min，对两层3、5施加的压力为10～20MPa。
在第二扩散接合工序S3中，在第一扩散接合工序S2之后使Ti层5与Al相互重合并通过扩散接合而以层压状相互接合。作为扩散接合，可以使用上述的复合轧制、放电等离子烧结法等。
在将Ti层5和Al层6通过作为扩散接合的复合轧制而接合的情况下，使用图4所示的上述复合轧制装置30，并通过将与适用于Ni层3和Ti层5的接合中的复合温度相比低的温度作为复合温度而适用的冷轧或者温轧复合轧制来进行该接合。其接合条件只要是能够将Ti层5和Al层6通过复合轧制而接合的条件即可，并没有特别限定。例如，接合条件是复合温度为350～430℃以及包覆率为30～60％。
在将Ti层5和Al层6通过作为扩散接合的放电等离子烧结法而接合的情况下，使用图5所示的上述放电等离子烧结装置40进行该接合。其接合条件只要是能够将两层5、6接合的条件即可，若具体举例的话，则加热温度为500～560℃，加热温度的保持时间为5～20min，从室温到加热温度的升温速度为5～50℃/min，对两层5、6施加的压力为10～20MPa。
如上所述，通过依次进行第一扩散接合工序S2和第二扩散接合工序S3，能够获得使Ni层3和Ti层5、Al层6接合一体化为层压状而形成的层压材料2。
接着，如图3所示，进行硬钎焊接合工序S4。该硬钎焊接合工序S4是通过硬钎焊而将层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a接合的工序。
该硬钎焊接合工序S4中，在使硬钎焊材料板或钎焊板作为硬钎焊材料12，而夹在层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a之间的状态下，在冷却器主体10的冷却面10a上配置层压材料2。而且，通过炉内硬钎焊等的硬钎焊而在真空等的环境下将层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a接合。由此，层压材料2与冷却器主体10被接合一体化。这时，尤其优选地，硬钎焊温度为580～610℃，硬钎焊温度的保持时间为5～30min，真空度为1×10-3～1×10-5Pa。通过以这种接合条件进行硬钎焊接合，能够确实地很好地接合层压材料2与冷却器主体10。
在进行该硬钎焊接合工序S4时，由于层压材料2的Ni层3的上表面3a与在硬钎焊环境中所含有的氧气(例：硬钎焊环境中残留的氧气)受到硬钎焊接合热量影响而反应，从而会在Ni层3的上表面3a上形成很薄的Ni氧化膜11。该Ni氧化膜11的厚度例如是0.001～0.1μm。
接着，进行Ni氧化膜除去工序S5。该Ni氧化膜除去工序S5是将主要在硬钎焊接合工序时形成在层压材料2的Ni层3的上表面3a上的Ni氧化膜11除去的工序。
在该Ni氧化膜除去工序S5中，通过对Ni层3的上表面3a进行研磨(例：抛光研磨)或喷砂处理等，而除去Ni氧化膜11。之后，对Ni层3的上表面3a依次进行清洗(例：水洗、碳氢清洗)及干燥。由此，使Ni层3的上表面3a洁净化。
通过完成以上工序，能够获得本实施方式的冷却器1。
在使用该冷却器1来制造半导体模块20的情况下，将绝缘基板16(具体来说是绝缘基板16的下表面)通过软钎焊而接合在冷却器1的层压材料2的Ni层3的上表面3a上。之后，将半导体元件21通过软钎焊而接合在该绝缘基板16的上表面上。或者，也可以是，将半导体元件21通过软钎焊而接合在绝缘基板16的上表面上，之后，将绝缘基板16通过软钎焊而接合在冷却器1的层压材料2的Ni层3的上表面3a上。或者，也可以同时进行绝缘基板16向Ni层3的上表面3a的通过软钎焊而进行的接合、和半导体元件21向在绝缘基板16的上表面的通过软钎焊而进行的接合。将这种通过软钎焊而进行的接合工序称为“软钎焊接合工序”。由此，能够获得半导体模块20。
本实施方式的冷却器1的制造方法中具有如下优点。
根据本实施方式的冷却器1的制造方法，因为通过在硬钎焊接合工序S4中将层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a接合，而使层压材料2的Ni层3配置在冷却器1的上表面侧(即冷却器1中的接合绝缘基板16的表面侧)，所以Ni层3的上表面3a成为冷却器1中的接合有绝缘基板16的面，从而能够获得软钎料接合性良好的冷却器1。因此，能够在冷却器1的Ni层3的上表面3a上通过软钎焊很好地接合绝缘基板16。
而且，在层压材料制造工序S1中，由于在Ni层3与Al层6之间配置有Ti层5，所以具有如下效果。即，如果在Ni层3与Al层6之间未配置Ti层5而是将Ni层3和Al层6直接接合的情况下，在Ni层3和Al层6的接合界面上会形成强度很弱的合金层，其结果是，通过随着冷热循环等产生的热应力(热应变)，容易因该合金层而发生断裂或剥离。相对于此，在本实施方式的冷却器1的制造方法中，由于在Ni层3与Al层6之间配置有Ti层5，所以不会形成那种强度很弱的合金层。由此，能够防止层压材料2的断裂或剥离的发生。因此，能够获得热耐久性优异的冷却器1。
而且，钎焊板与硬钎焊材料板相比能够以较低的成本获得并且更容易处理，因此，通过作为硬钎焊材料12而使用了钎焊板的硬钎焊来进行层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a的接合，从而在能够将层压材料2和冷却器主体10确实地接合的基础上，还能以很低的成本制造冷却器1，并很容易地进行其制造作业(即硬钎焊接合作业)。
另一方面，通过作为硬钎焊材料12而使用了硬钎焊材料板的硬钎焊来进行层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a的接合，从而能够将层压材料2和冷却器主体10确实地接合。
另外，通过在Ni氧化膜除去工序S5中除去Ni氧化膜11，能够使Ni层3的上表面3a洁净化，由此能够确实地提高软钎料接合性。
而且，由于层压材料制造工序S1包括第一扩散接合工序S2，所以能够在Ni层3与Ti层5的接合界面上形成能缓和热应力的Ni-Ti系超弹性合金层4。由此，能够更确实地防止层压材料2的断裂或剥离的发生。
而且，由于层压材料制造工序S1包括在第一扩散接合工序S2之后将Ti层5和Al层6接合的第二扩散接合工序S3，所以具有如下效果。
即，如果在将Ti层5和Al层6接合之后接合Ni层3和Ti层5的情况下，具有因Ni层3与Ti层5接合时的热量而在Ti层5和Al层6的接合界面上形成强度很弱的合金层(例：Al-Ti合金层)的担忧。相对于此，通过在将Ni层3和Ti层5接合之后接合Ti层5和Al层6，而能够确实地防止在Ti层5与Al层6之间形成那种强度很弱的合金层。
而且，如果不通过扩散接合而通过硬钎焊来接合Ti层5和Al层6的情况下，具有在Ti层5与Al层6的接合界面上，形成使Ti层5的Ti、与Al层6的Al、与硬钎焊材料12中的Si合金化而得的TiAlSi合金层的担忧。该合金层的强度很弱。因此，容易因该合金层而发生断裂或剥离。于是，为了消除该难点，通过扩散接合来接合Ti层5和Al层6。由此，能够更确实地防止层压材料2的断裂或剥离的发生。
以上对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内能够进行各种变更。
另外，在上述实施方式中，冷却器主体10是散热器，但在本发明中并不限定于冷却器主体10是散热器。而且，在本发明中，冷却器主体10的冷却机构并未被限定，例如可以是风冷式也可以是水冷式。
另外，在本说明书中，如上所述，为了便于说明，将冷却器1中的接合有被冷却体(绝缘基板16)的表面侧定义为冷却器1的上表面侧，但在本发明中，冷却器1的上下方向及左右方向是可以任意设定的。
实施例
接着，对本发明的具体实施例进行以下说明。但是，本发明并不限定于以下的实施例。
<实施例>
在本实施例中，按照上述实施方式的冷却器的制造方法制造了图1所示的结构的冷却器1。其具体的制造方法如下。
为了制造层压材料2，作为Ni层3、Ti层5及Al层6，分别准备了以下从俯视角度看呈方形的板材。
·Ni层3：长25mm×宽25mm×厚30μm的纯Ni板
·Ti层5：长25mm×宽25mm×厚20μm的纯Ti板
·Al层6：长25mm×宽25mm×厚80μm的Al合金板。
形成Ni层3的纯Ni板的纯度为JIS(日本工业规格)1种。形成Ti层5的纯Ti板的纯度为JIS1种。形成Al层6的Al合金板的材质是由JIS规定的铝合金牌号A1100。
在层压材料制造工序S1的第一扩散接合工序S2中，通过温轧或者热轧复合轧制来接合Ni层3和Ti层5，由此，在Ni层3与Ti层5的接合界面上作为Ni-Ti系超弹性合金层4而形成了NiTi超弹性合金层(厚度：约1μm)。接着，在层压材料制造工序S1的第二扩散接合工序S3中，通过冷轧或者温轧复合轧制接合了Ti层5和Al层6。由此，获得了使Ni层3、Ti层5、和Al层6接合一体化为层压状而形成的层压材料2。
另外，作为冷却器主体10，准备了以下俯视呈呈方形的板材。
·冷却器主体10：长50mm×宽50mm×厚5mm的Al合金板。
形成冷却器主体10的Al合金板的材质是由JIS规定的铝合金牌号A3003。此外，该Al合金板是相当于冷却器主体10的部件，将该Al合金板的一侧的表面视为冷却器主体10的冷却面10a。
接着，如下那样地进行硬钎焊接合工序S4。即，在使Al系硬钎焊材料板(硬钎焊材料层)作为硬钎焊材料12而夹在层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a(即Al合金板的一侧的表面)之间的状态下，将层压材料2配置在冷却器主体10的冷却面10a上。硬钎焊材料板的大小为长25mm×宽25mm×厚20μm，其材质为Al-10质量％Si。而且，将层压材料2沿使层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a紧贴的方向按压，并在将该状态维持的状态下，在真空环境中通过炉内硬钎焊而将层压材料2的Al层6的下表面与冷却器主体10的冷却面10a接合。此时的硬钎焊接合条件是，层压材料2的按压力：490Pa(5gｆ/cm2)、硬钎焊温度：600℃、硬钎焊温度的保持时间：20min、真空度：4×10-4pa。而且，在该硬钎焊接合结束之后，解除了对层压材料2的按压。
接着，如下那样地进行Ni氧化膜除去工序S5。即，为了除去在层压材料2的Ni层3的上表面3a上形成的Ni氧化膜11，而在Ni层3的上表面3a上施行抛光研磨，直至该上表面3a呈现出金属光泽。之后，依次相对于Ni层3的上表面3a实施水洗及碳氢清洗。由此，使Ni层3的上表面3a洁净化。
对于通过以上工序获得的冷却器1，尝试了将绝缘基板16的下表面通过使用了回流炉的软钎焊而接合在该层压材料2的Ni层3的上表面3a上的方法，从而能够在Ni层3的上表面3a上很好地接合绝缘基板16。
<比较例>
作为冷却器主体10，准备了以下俯视呈方形的板材。
·冷却器主体10：长50mm×宽50mm×厚5mm的Al合金板。
形成冷却器主体10的Al合金板的材质是由JIS规定的铝合金牌号A3003。此外，该Al合金板是相当于冷却器主体10的部件，将该Al合金板的一侧的表面视为冷却器主体10的冷却面10a。
接着，以与上述实施例的硬钎焊接合工序S4中适用的硬钎焊接合条件(硬钎焊温度、硬钎焊温度的保持时间、真空度等)相同的条件，对冷却器主体10进行热处理。接着，以与上述实施例的Ni氧化膜除去工序S5中适用的除去条件相同的条件，对冷却器主体10的冷却面10a施行抛光研磨。之后，对冷却面10a依次进行水洗及碳氢清洗。
接着，尝试了将绝缘基板16的下表面通过使用了回流炉的软钎焊而接合在冷却器主体10的冷却面10a上的方式，但无法将绝缘基板16接合到冷却面10a上。
必须认识到的是，在此使用的术语及表达是用于说明的，并不是用于进行限定性解释的，并不将在此表示且陈述的特征事项的任何等同物排除，并且，也允许该发明的权利要求范围内的各种变形。
本发明是以多种不同的方式具体化后得到的，但该公开应被视为是用来提供本发明的原理的实施例，这些实施例并不是意图将本发明限定于在此记载且/或图示的优选实施方式中，在该理解的基础上，在此记载了多个图示实施方式。
在此记载有几个本发明的图示实施方式，但本发明并不限定于在此记载的各种优选实施方式，也包含根据该公开而由所谓的本领域技术人员认识到的具有等同的要素、修改、删除、组合(例如，涉及各种实施方式的特征的组合)、改良及/或变更的所有实施方式。权利要求的限定事项应该基于该权利要求所用的术语而得到广泛的解释，而不应该限定于本说明书或本申请的申请文件中所记载的实施例，这种实施例应该解释为是非排他性的。
本发明能够在对绝缘基板等的被冷却体进行冷却的冷却器的制造方法、半导体模块的制造方法、冷却器、及半导体模块中利用。

Claims (10)

1.一种冷却器的制造方法，其特征在于，具有：
层压材料制造工序，制造使Ni层、Ti层和Al层接合一体化为层压状的层压材料，所述Ni层具有用于使被冷却体通过软钎焊而接合的上表面且由Ni或Ni合金形成，所述Ti层配置在所述Ni层的下表面侧且由Ti或Ti合金形成，所述Al层配置在所述Ti层的下表面侧且由Al或Al合金形成；和
硬钎焊接合工序，将所述层压材料的所述Al层的下表面与冷却器主体的冷却面通过硬钎焊而接合。
2.根据权利要求1所述的冷却器的制造方法，其特征在于，在所述硬钎焊接合工序中，通过作为硬钎焊材料而使用了钎焊板的硬钎焊来进行接合。
3.根据权利要求1所述的冷却器的制造方法，其特征在于，在所述硬钎焊接合工序中，通过作为硬钎焊材料而使用了硬钎焊材料板的硬钎焊来进行接合。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却器的制造方法，其特征在于，具有Ni氧化膜除去工序，在所述硬钎焊接合工序之后，将形成在所述层压材料的Ni层的上表面上的Ni氧化膜除去。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的冷却器的制造方法，其特征在于，所述层压材料制造工序包括第一扩散接合工序，在该第一扩散接合工序中，将所述Ni层和所述Ti层通过扩散接合而接合，由此，在所述Ni层与所述Ti层的接合界面上，形成由所述Ni层的Ni与所述Ti层的Ti合金化而得的Ni-Ti系超弹性合金层。
6.根据权利要求5所述的冷却器的制造方法，其特征在于，所述层压材料制造工序包括第二扩散接合工序，在该第二扩散接合工序中，在所述第一扩散接合工序之后，将所述Ti层和所述Al层通过扩散接合而接合。
7.一种半导体模块的制造方法，其特征在于，将安装有半导体元件的绝缘基板作为被冷却体，并通过软钎焊而接合到根据权利要求1～3中任一项所述的冷却器的制造方法所获得的冷却器中的层压材料的Ni层的上表面上。
8.一种冷却器，其特征在于，具有使Ni层、Ti层和Al层接合一体化为层压状的层压材料，所述Ni层具有用于使被冷却体通过软钎焊而接合的上表面且由Ni或Ni合金形成，所述Ti层配置在所述Ni层的下表面侧且由Ti或Ti合金形成，所述Al层配置在所述Ti层的下表面侧且由Al或Al合金形成，并且，
所述冷却器使所述层压材料的所述Al层的下表面与冷却器主体的冷却面经由硬钎焊材料层而接合。
9.根据权利要求8所述的冷却器，其特征在于，在所述Ni层与所述Ti层的接合界面上，形成有由所述Ni层的Ni与所述Ti层的Ti合金化而得的Ni-Ti系超弹性合金层。
10.一种半导体模块，其特征在于，将安装有半导体元件的绝缘基板作为被冷却体，并经由软钎料层而接合到权利要求8或9所述的冷却器中的层压材料的Ni层的上表面上。
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