CN107534034A - 接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法 - Google Patents

接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的接合体为金属部件和铝合金部件进行接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，其中，铝合金部件与金属部件被固相扩散接合，铝合金部件中的与金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。

Description

接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器及接合体的制 造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的 制造方法
技术领域
本发明涉及一种由铜、镍或银构成的金属部件与由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成的铝合金部件进行接合而成的接合体、具备功率模块用基板与散热器的自带散热器的功率模块用基板、具备散热器主体与金属部件层的散热器及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。
本申请主张基于2015年4月16日于日本申请的日本专利申请2015-084029号及2016年2月24日于日本申请的日本专利申请2016-033201号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
在LED、功率模块等半导体装置中，具备在由导电材料构成的电路层上接合有半导体元件的结构。
在为了控制风力发电、电动汽车及混合动力汽车等而使用的大电力控制用功率半导体元件中，其发热量较多。因此，作为搭载大电力控制用功率半导体元件的基板，以往广泛使用功率模块用基板，该功率模块用基板具备由例如AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等构成的陶瓷基板及在该陶瓷基板的一面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为功率模块用基板，还提供有在陶瓷基板的另一面形成金属层的功率模块用基板。
例如，在专利文献1所示的功率模块中，被设为如下结构，即具备：功率模块用基板，在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al构成的电路层及金属层；及半导体元件，通过焊料接合于该电路层上。
被设为在功率模块用基板的金属层侧接合有散热器，且经由散热器向外部发散从半导体元件传递至功率模块用基板侧的热的结构。
但是，如专利文献1所记载的功率模块，在由Al构成电路层及金属层的情况下，由于在表面形成Al的氧化皮膜，因此无法通过焊料来接合半导体元件、散热器。
因此，例如如专利文献2所公开，以往，在电路层及金属层的表面通过化学镀等而形成镀Ni膜之后，焊接半导体元件、散热器等。
并且，在专利文献3中提出有代替焊料而使用包含氧化银粒子及由有机物构成的还原剂的氧化银浆料，从而将电路层与半导体元件、金属层与散热器进行接合的技术。
然而，如专利文献2所记载，在电路层及金属层表面形成镀Ni膜而成的功率模块用基板中，在将半导体元件及散热器进行接合之前的过程中镀Ni膜的表面由于氧化等而劣化，有可能与通过焊料进行接合的半导体元件及散热器的接合可靠性降低。在此，若散热器与金属层的接合不够充分，则有可能热阻上升且散热特性降低。并且，在镀Ni工序中，有时进行遮蔽处理，以免在不需要的区域形成镀Ni层而发生电蚀等问题。如此，在进行遮蔽处理之后进行电镀处理的情况下，在电路层表面及金属层表面形成镀Ni膜的工序中需要极大的劳力，存在导致功率模块的制造成本大幅增加的问题。
并且，如专利文献3所记载，在使用氧化银浆料将电路层与半导体元件及金属层与散热器进行接合的情况下，Al与氧化银浆料的烧成体的接合性较差，因此需要预先在电路层表面及金属层表面形成Ag基底层。在通过电镀来形成Ag基底层的情况下，与镀Ni同样地存在需要极大的劳力的问题。
因此，在专利文献4中提出有将电路层及金属层作为Al层与Cu层的层叠结构的功率模块用基板。在该功率模块用基板中，在电路层及金属层的表面配置有Cu层，因此能够使用焊料良好地接合半导体元件和散热器。因此，层叠方向的热阻变小，能够将从半导体元件中生成的热有效地传递至散热器侧。
并且，在专利文献5中提出有金属层及散热器中的一个由铝或铝合金构成，且另一个由铜或铜合金构成，并且这些所述金属层与所述散热器被固相扩散接合而成的自带散热器的功率模块用基板。在该自带散热器的功率模块用基板中，金属层与散热器被固相扩散接合，因此热阻较小且散热特性优异。
专利文献1：日本专利第3171234号公报
专利文献2：日本专利公开2004-172378号公报
专利文献3：日本专利公开2008-208442号公报
专利文献4：日本特开2014-160799号公报
专利文献5：日本特开2014-099596号公报
然而，在内部形成有冷却介质的流路等的结构复杂的散热器中，有时通过固相线温度较低的铸造用铝合金进行制造。
在此，确认到如专利文献5所记载，在将由固相线温度较低的铸造用铝合金构成的铝合金部件与由铜或铜合金构成的金属部件进行固相扩散接合的情况下，在接合界面附近产生多个由于相互扩散的不均衡而产生的柯肯达尔空洞。若这种柯肯达尔空洞存在于功率模块用基板与散热器之间，则存在导致热阻上升且散热特性降低的问题。
发明内容
本发明是鉴于前述情况而完成的，其目的在于提供一种由固相线温度较低的铝合金构成的铝合金部件和由铜、镍或银构成的金属部件良好地被接合，且层叠方向的热阻较低的接合体、具备该接合体的自带散热器的功率模块用基板及散热器以及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。
为了解决前述课题，本发明的一方式的接合体为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的特征在于，所述铝合金部件与所述金属部件被固相扩散接合，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层(チル層)，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
另外，在本发明中，金属部件由铜或铜合金、镍或镍合金或者银或银合金构成。
根据该结构的接合体，所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，并且所述冷硬层的厚度被设为50μm，因此因该冷硬层而构成金属部件的金属元素的扩散移动受到阻碍，抑制了柯肯达尔空洞的产生，从而能够降低层叠方向的热阻。
本发明的一方式的自带散热器的功率模块用基板为具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器的自带散热器的功率模块用基板，该自带散热器的功率模块用基板的特征在于，所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，所述散热器与所述金属层被固相扩散接合，所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
根据该结构的自带散热器的功率模块用基板，所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上，因此因该冷硬层而构成金属层的金属元素的扩散移动受到阻碍，抑制了柯肯达尔空洞的产生，从而热阻较低且散热特性尤其优异。
本发明的一方式的散热器为具备散热器主体及所述金属部件层的散热器，该散热器的特征在于，所述金属部件层由铜、镍或银构成，所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，所述散热器主体中的与所述金属部件层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
根据该结构的散热器，所述散热器主体中的与所述金属部件层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，所述冷硬层的厚度被设为50μm以上，因此因该冷硬层而构成金属部件层的金属元素的扩散移动受到阻碍，抑制了柯肯达尔空洞的产生，从而热阻较低且散热特性尤其优异。
本发明的一方式的接合体的制造方法为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体的制造方法，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的制造方法的特征在于，在接合前的所述铝合金部件中，在与所述金属部件的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，且将该铝合金部件与所述金属部件进行固相扩散接合。
根据该结构的接合体的制造方法，在接合前的所述铝合金部件中，在与所述金属部件的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，因此在进行固相扩散接合时，能够抑制构成金属部件的金属元素过于扩散移动，并能够抑制柯肯达尔空洞的产生。
另外，根据构成金属部件的金属元素，在进行固相扩散接合时，在冷硬层的一部分扩散有构成金属部件的金属元素而形成扩散接合层，因此接合后的冷硬层的厚度变得比接合前的冷硬层的厚度薄。
在此，在本发明的一方式的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中，优选层叠所述铝合金部件与所述金属部件，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而将所述铝合金部件与所述金属部件进行固相扩散接合。
在该情况下，由于将所述铝合金部件与所述金属部件沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，因此能够加快升温速度，并能够在较短时间内进行固相扩散接合。由此，例如即使在大气中进行接合的情况下，接合面的氧化的影响也较小，能够良好地接合所述铝合金部件与所述金属部件。
本发明的一方式的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中，该自带散热器的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器，该自带散热器的功率模块用基板的制造方法的特征在于，所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，在接合前的所述散热器中，在与所述金属层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，且将该散热器与所述金属层进行固相扩散接合。
根据该结构的自带散热器的功率模块用基板的制造方法，在接合前的所述散热器中，在与所述金属层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，因此在进行固相扩散接合时，能够抑制构成金属层的接合面的金属元素过于扩散移动，并能够抑制柯肯达尔空洞的产生。
因此，能够制造层叠方向上的热阻较低且散热特性优异的自带散热器的功率模块用基板。
在此，在本发明的一方式的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中，优选层叠所述散热器与所述金属层，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而将所述散热器与所述金属层进行固相扩散接合。
在该情况下，由于将所述散热器与所述金属层沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，因此能够加快升温速度，并能够在较短时间内进行固相扩散接合。由此，例如即使在大气中进行接合的情况下，接合面的氧化的影响也较小，能够良好地接合所述散热器与所述金属层。
本发明的一方式的散热器的制造方法中，所述散热器具备散热器主体及所述金属部件层，该散热器的制造方法的特征在于，所述金属部件层由铜、镍或银构成，所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，在接合前的所述散热器主体中，在与所述金属部件层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，且将该散热器主体与所述金属部件层进行固相扩散接合。
根据该结构的散热器的制造方法，在接合前的所述散热器主体中，在与所述金属部件层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，因此在进行固相扩散接合时，能够抑制构成金属部件层的金属元素过于扩散移动，并能够抑制柯肯达尔空洞的产生。
因此，能够制造层叠方向上的热阻较低且散热特性优异的散热器。
在此，在本发明的一方式的散热器的制造方法中，优选层叠所述散热器主体与所述金属部件层，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而固相扩散接合所述散热器主体与所述金属部件层。
在该情况下，在将所述散热器主体与所述金属部件层沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，因此能够加速升温速度，并能够在较短时间内进行固相扩散接合。由此，例如即使在大气中进行接合的情况下，接合面的氧化影响也较小，能够良好地接合所述散热器主体与所述金属部件层。
根据本发明，能够提供一种由固相线温度较低的铝合金构成的铝合金部件和由铜、镍或银构成的金属部件良好地被接合，且层叠方向的热阻较低的接合体、具备该接合体的自带散热器的功率模块用基板及散热器以及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。
附图说明
图1为具备本发明的第一实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。
图2为图1所示的自带散热器的功率模块用基板的散热器与金属层(Cu层)的接合界面的截面放大说明图。
图3为对第一实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板的制造方法进行说明的流程图。
图4为第一实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板的制造方法的概略说明图。
图5为在图4所示的自带散热器的功率模块用基板的制造方法中，接合前的散热器的接合面部分的截面放大说明图。
图6为本发明的第二实施方式所涉及的散热器的概略说明图。
图7为图6所示的散热器的散热器主体与金属部件层的接合界面的截面放大说明图。
图8为对第二实施方式所涉及的散热器的制造方法进行说明的流程图。
图9为第二实施方式所涉及的散热器的制造方法的概略说明图。
图10为本发明的另一实施方式的具备自带散热器的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。
图11为表示通过通电加热法来进行固相扩散接合的状况的概略说明图。
图12为表示实施例中提取Si相的轮廓的步骤的说明图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1中示出本发明的第一实施方式的使用自带散热器的功率模块用基板30的功率模块1。
该功率模块1具备自带散热器的功率模块用基板30及在该自带散热器的功率模块用基板30的一面(在图1中为上表面)通过焊接层2而接合的半导体元件3。
自带散热器的功率模块用基板30具备功率模块用基板10及接合于功率模块用基板10的散热器31。
功率模块用基板10具备构成绝缘层的陶瓷基板11、配设于该陶瓷基板11的一面(在图1中为上表面)的电路层12及配设于陶瓷基板11的另一面的金属层13。
陶瓷基板11由绝缘性及散热性优异的Si3N4(氮化硅)、AlN(氮化铝)、Al2O3(氧化铝)等陶瓷构成。在本实施方式中，陶瓷部件11由散热性尤其优异的AlN(氮化铝)构成。并且，陶瓷基板11的厚度例如被设定在0.2mm～1.5mm的范围内，在本实施方式中，被设定为0.635mm。
如图4所示，电路层12通过由铝或铝合金构成的铝板22接合于陶瓷基板11的一面而形成。在本实施方式中，电路层12通过纯度为99质量％以上的铝(2N铝)轧制板(铝板22)被接合于陶瓷基板11而形成。另外，成为电路层12的铝板22的厚度设定在0.1mm以上且1.0mm以下的范围内，本实施方式中被设定为0.6mm。
如图1所示，金属层13具有配设于陶瓷基板11的另一面的Al层13A及在该Al层13A中层叠于与接合有陶瓷基板11的一面相反一侧的面的Cu层13B。
如图4所示，Al层13A通过由铝或铝合金构成的铝板23A接合于陶瓷基板11的另一面而形成。在本实施方式中，Al层13A通过纯度为99质量％以上的铝(2N铝)轧制板(铝板23A)被接合于陶瓷基板11而形成。被接合的铝板23A的厚度设定在0.1mm以上且3.0mm以下的范围内，本实施方式中被设定为0.6mm。
如图4所示，Cu层13B通过由铜或铜合金构成的铜板23B接合于Al层13A的另一面而形成。在本实施方式中，Cu层13B通过接合无氧铜轧制板(铜板23B)而形成。铜层13B的厚度设定在0.1mm以上且6mm以下的范围内，在本实施方式中，被设定为1mm。
散热器31用于发散功率模块用基板10侧的热，如图1所示，在本实施方式中，设有供冷却介质流通的流路32。该散热器31由固相线温度被设为低于构成金属层13的接合面(Cu层13B)的Cu与Al的共晶温度(548℃)的铝合金铸造材料构成。具体而言，由JIS H 2118：2006中规定的作为含有Si的模铸用铝合金的ADC12(固相线温度515℃)的铸造材料构成。另外，该ADC12为在1.5质量％～3.5质量％的范围内含有Cu、在9.6质量％～12.0质量％的范围内含有Si的铝合金。上述铝合金铸造材料中的Si含量优选为1质量％～25质量％，但并不限定于此。
如图2所示，在该散热器31的与金属层13(Cu层13B)的接合界面侧形成有冷硬层35，该冷硬层35中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相。上述Si相的晶粒的纵横比(长径/短径)优选为1.0以上且2.0以下，更优选为1.0以上且1.5以下，晶粒直径优选为0.5μm以上且10μm以下，更优选为1μm以上且7μm以下，但并不限定于此。
该冷硬层35为在形成构成散热器31的铸造材料时，形成于铸造材料的表层部分(铸模附近部分)的层，与铸造材料的内部进行比较，被设为晶粒直径微细且纵横比较小。
并且，自带散热器的功率模块用基板30的冷硬层35的厚度(接合后的冷硬层的厚度)被设为50μm以上。冷硬层35的厚度优选为100μm以上，更优选为200μm以上，但并不限定于此。
在此，散热器31与金属层13(Cu层13B)被固相扩散接合。
如图2所示，在金属层13(Cu层13B)与散热器31的接合界面形成有金属间化合物层38。即，散热器31的冷硬层35的上部层叠有金属间化合物层38。
该金属间化合物层38通过散热器31的Al原子与Cu层13B的Cu原子相互扩散而形成。在该金属间化合物层38中，随着从散热器31朝向Cu层13B，具有Al原子的浓度逐渐降低且Cu原子的浓度升高的浓度梯度。
该金属间化合物层38由金属间化合物构成，金属间化合物由Cu及Al构成，在本实施方式中，被设为多个金属间化合物沿接合界面层叠的结构。在此，金属间化合物层38的厚度设定在1μm以上且80μm以下的范围内，优选设定在5μm以上且80μm以下的范围内。
另外，该金属间化合物层38通过Cu层13B的Cu向散热器31(冷硬层35)侧扩散而形成，在金属间化合物层38中分散有散热器31中所含的Si粒子。
在本实施方式中，金属间化合物层38被设为三种金属间化合物层叠的结构，且从散热器31侧朝向Cu层13B侧，沿散热器31与Cu层13B的接合界面依次层叠θ相、η2相，并进一步层叠ζ2相、δ相及γ2相中的至少一个相。
并且，在该金属间化合物层与Cu层13B的接合界面沿接合界面以层状分散有氧化物。另外，在本实施方式中，该氧化物被设为氧化铝(Al2O3)等铝氧化物。另外，氧化物以被分离的状态分散于金属间化合物层与Cu层13B的界面，还存在金属间化合物层与Cu层13B所直接接触的区域。并且，有时氧化物还以层状分散于θ相、η2相或ζ2相、δ相及γ2相中的至少一个相的内部。
接着，参考图3～图5，对本实施方式的自带散热器的功率模块用基板30的制造方法进行说明。
(铝合金板层叠工序S01)
首先，如图4所示，在陶瓷基板11的一面，通过Al-Si系钎料箔26层叠成为电路层12的铝板22。
并且，在陶瓷基板11的另一面，通过Al-Si系钎料箔26层叠成为Al层13A的铝板23A。另外，在本实施方式中，作为Al-Si系钎料箔26使用了厚度10μm的Al-8质量％Si合金箔。
(电路层及Al层形成工序S02)
并且，沿层叠方向进行加压(压力1～35kgf/cm2(0.10～3.43MPa))的状态下将其配置在真空加热炉内进行加热，从而接合铝板22与陶瓷基板11而形成电路层12。并且，接合陶瓷基板11与铝板23A而形成Al层13A。
在此，优选将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度设定在600℃以上且650℃以下的范围内，保持时间设定在30分钟以上且180分钟以下的范围内。
(Cu层(金属层)形成工序S03)
接着，在Al层13A的另一面侧，层叠成为Cu层13B的铜板23B。
并且，沿层叠方向进行加压(压力3～35kgf/cm2(0.29～3.43MPa))的状态下将其配置在真空加热炉内进行加热，从而将Al层13A与铜板23B进行固相扩散接合而形成金属层13。
在此，优选将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度设定在400℃以上且548℃以下的范围内，保持时间设定在5分钟以上且240分钟以下的范围内。
另外，Al层13A及铜板23B中被固相扩散接合的各自的接合面，通过对该面的瑕疵预先进行去除而变得平滑。
(散热器准备工序S04)
接着，准备待接合的散热器31。此时，如图5所示，散热器31中的与金属层13(Cu层13B)接合的接合面侧形成晶粒的纵横比被设为2.5以下且晶粒直径被设为15μm以下的冷硬层35A，并且将该冷硬层35A的厚度设为80μm以上。冷硬层35A的厚度优选为100μm以上，更优选为200μm以上，但并不限定于此。
在此，在铸造散热器31时，能够通过调整散热器31的至少接合面附近的冷却速度来控制上述冷硬层35A的厚度。在该情况下，例如将铸造时的模具的温度设为230℃以下，优选设为210℃以下即可。铸造时的模具的温度可以设为140℃以上，优选设为160℃以上。
并且，作为铸造散热器时的条件，例如能够将压入压力设为400kg/cm2～600kg/cm2、熔融金属温度设为650℃～750℃、浇口速度设为30m/s～60m/s、套管填充率40％～60％。作为气氛，能够设为氮或氩等惰性气氛、氧气氛、真空气氛等。
并且，铸造后调整表面的磨削量，从而能够控制冷硬层35A的厚度。
(金属层/散热器接合工序S05)
接着，层叠金属层13(Cu层13B)与散热器31，并在沿层叠方向进行加压(压力5～35kgf/cm2(0.49～3.43MPa))的状态下配置在真空加热炉内进行加热，从而将金属层13(Cu层13B)与散热器31进行固相扩散接合。另外，金属层13(Cu层13B)及散热器31中被固相扩散接合的各自的接合面，通过对该面的瑕疵预先进行去除而变得平滑。加压时的压力更优选为8～20kgf/cm2(0.78～1.96MPa)，但并不限定于此。
在此，优选将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度设定在400℃以上且520℃以下的范围内，保持时间设定在0.25小时以上且3小时以下的范围内。优选将真空加热炉内的压力设定在10-5Pa以上且10-4Pa以下的范围内，加热温度设定在480℃以上且510℃以下的范围内，保持时间设定在0.5小时以上且2小时以下的范围内，但并不限定于此。
在该金属层/散热器接合工序S05中，Cu层13B中的Cu原子逐渐向散热器31的冷硬层35A侧扩散，如图2所示，形成有金属间化合物层38及冷硬层35。
通过这种方式，制造本实施方式的自带散热器的功率模块用基板30。
(半导体元件接合工序S06)
接着，在电路层12的一面(表面(在图1中为上侧))，通过焊料2层叠半导体元件3，并在还原炉内进行焊接。
通过上述方式，制造本实施方式的功率模块1。
根据被设为如上结构的本实施方式所涉及的自带散热器的功率模块用基板30，散热器31由固相线温度被设为低于构成金属层13的接合面(Cu层13B)的Cu与Al的共晶温度(548℃)的铝合金构成，具体而言，由JIS H 2118：2006中规定的作为模铸用铝合金的ADC12(固相线温度515℃)的铸造材料构成，因此能够构成具有流路32的结构复杂的散热器31，并能够提高散热性能。
并且，在本实施方式中，散热器31中的与金属层13(Cu层13B)的接合界面侧形成有冷硬层35，该冷硬层35中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且该冷硬层35的厚度被设为50μm以上，因此因该冷硬层35而金属层13(Cu层13B)的Cu原子的扩散移动受到阻碍，从而能够抑制柯肯达尔空洞的产生。因此，即使在将该自带散热器的功率模块用基板30保持为高温的情况下，层叠方向上的热阻也不会上升，从而能够抑制散热特性的劣化。
而且，在本实施方式中，在金属层13(Cu层13B)与散热器31的接合界面形成有由Cu及Al的金属间化合物层构成的金属间化合物层38。该金属间化合物层38被设为多个金属间化合物沿接合界面层叠的结构，因此能够抑制较脆的金属间化合物大幅生长。并且，金属间化合物层38内部的体积变动减小，可抑制内部应变。
并且，在本实施方式中，在Cu层13B与金属间化合物层38的接合界面中，沿它们的接合界面分别以层状分散有氧化物，因此形成于散热器31的接合面的氧化膜被可靠地破坏，且充分进行了Cu与Al的相互扩散，从而Cu层13B与散热器31可靠地被接合。
并且，根据本实施方式的自带散热器的功率模块用基板30的制造方法，在散热器准备工序S04中，作为接合前的散热器31，准备了散热器31中的与金属层13(Cu层13B)接合的接合面侧形成分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相的冷硬层35A，并且将该冷硬层35A的厚度设为80μm以上的结构的散热器，因此在金属层/散热器接合工序S05中，将散热器31与金属层13(Cu层13B)进行了固相扩散接合时，能够抑制Cu层13B的Cu原子过于扩散移动，并能够抑制柯肯达尔空洞的产生。
因此，能够制造层叠方向上的热阻较低且散热特性优异的自带散热器的功率模块用基板30。
而且，在进行固相扩散接合时，在接合面存在瑕疵的情况下有可能在接合界面中产生间隙，但在本实施方式中，关于Cu层13B(铜板23B)、散热器31所被接合的面，该面的瑕疵被预先去除而变得平滑之后被固相扩散接合，因此能够抑制在接合界面产生间隙，并能够可靠地进行固相扩散接合。
另外，对由铸造材料构成的散热器31进行表面磨削时，一般去除较薄地形成于表层的冷硬层，但在本实施方式中，铸造时将冷硬层形成为较厚，且在进行表面磨削时使冷硬层残留。
在本实施方式中，并没有特别限制冷硬层的厚度的上限，但在使用由铸造材料构成的散热器31的情况下，优选设为5000μm以下。在通过铸造制造散热器31的情况下，很难制造成冷硬层的厚度大于5000μm。
并且，在散热器31较薄的情况下，有时整个散热器31成为冷硬层。即使在该情况下，也能够发挥与本实施方式同样的作用效果。
(第二实施方式)
接着，对本发明的第二实施方式的散热器进行说明。图6中示出本发明的第二实施方式所涉及的散热器101。
该散热器101具备散热器主体110及层叠于散热器主体110的一面(在图6中为上侧)的由铜、镍或银构成的金属部件层117。在本实施方式中，如图9所示，金属部件层117通过接合由无氧铜轧制板构成的金属板127而构成。
在散热器主体110中设有供冷却介质流通的流路111。该散热器主体110由固相线温度被设为低于构成金属部件层117的金属元素(在本实施方式中为Cu)与Al的共晶温度(548℃)的铝合金构成，具体而言，由JIS H 2118：2006中规定的作为含有Si的模铸用铝合金的ADC14(固相线温度507℃)的铸造材料构成。另外，该ADC14为在16质量％～18质量％的范围内含有Si、在0.45质量％～0.65质量％的范围内含有Mg的铝合金。在铝合金中的Si含量优选为1质量％～25质量％，但并不限定于此。
并且，如图7所示，在该散热器主体110的与金属部件层117的接合界面侧形成有冷硬层135，该冷硬层135中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相。上述Si相的晶粒的纵横比(长径/短径)优选为1.0以上且2.0以下，更优选为1.0以上且1.5以下，晶粒直径优选为0.5μm以上且10μm以下，更优选为1μm以上且7μm以下，但并不限定于此。
该冷硬层135在形成构成散热器主体110的铸造材料时，形成于铸造材料的表层部分(铸模附近部分)的层，与铸造材料的内部进行比较，被设为晶粒直径微细且纵横比较小。
该冷硬层135的厚度被设为50μm以上。冷硬层135的厚度优选为100μm以上，更优选为200μm以上，但并不限定于此。
在此，散热器主体110与金属部件层117被固相扩散接合。
如图7所示，在散热器主体110与金属部件层117的接合界面形成有金属间化合物层138。该金属间化合物层138通过散热器主体110的Al原子与金属部件层117的Cu原子相互扩散而形成。在该金属间化合物层138中，随着从散热器主体110朝向金属部件层117，具有Al原子的浓度降低且Cu原子的浓度升高的浓度梯度。
该金属间化合物层138由金属间化合物构成，金属间化合物由Cu及Al构成，在本实施方式中，被设为多个金属间化合物沿接合界面层叠的结构。在此，金属间化合物层138的厚度设定在1μm以上且80μm以下的范围内，优选设定在5μm以上且80μm以下的范围内。
另外，该金属间化合物层138通过金属部件层117的Cu向散热器主体110(冷硬层135)侧扩散而形成，在金属间化合物层138中有时还分散有包含于散热器主体110的Mg粒子。
在本实施方式中，金属间化合物层138被设为三种金属间化合物层叠的结构，且从散热器主体110侧朝向金属部件层117侧，沿散热器主体110与金属部件层117的接合界面依次层叠θ相、η2相，并进一步层叠ζ2相、δ相及γ2相中的至少一个相。
并且，在该金属间化合物层138与金属部件层117的接合界面沿接合界面以层状分散有氧化物。另外，在本实施方式中，该氧化物被设为氧化铝(Al2O3)等铝氧化物。另外，氧化物以被分离的状态分散于金属间化合物层138与金属部件层117的界面，还存在金属间化合物层138与金属部件层117所直接接触的区域。并且，有时氧化物还以层状分散于θ相、η2相或ζ2相、δ相及γ2相中的至少一个相的内部。
接着，参考图8及图9，对本实施方式的散热器101的制造方法进行说明。
(散热器主体准备工序S101)
首先，准备待接合的散热器主体110。此时，散热器主体110中的与金属部件层117接合的接合面侧，与在第一实施方式中说明的散热器31(参考图5)同样地，形成分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上。该冷硬层的厚度优选为100μm以上，更优选为200μm以上，但并不限定于此。
在此，在铸造散热器主体110时，能够通过调整散热器主体110的至少接合面附近的冷却速度来控制上述冷硬层的厚度。在该情况下，例如将铸造时的模具的温度设为230℃以下，优选设为210℃以下即可。铸造时的模具的温度可以设为140℃以上，优选设为160℃以上。并且，作为铸造散热器时的条件，例如能够将压入压力设为400kg/cm2～600kg/cm2、熔融金属温度设为650℃～750℃、浇口速度设为30m/s～60m/s、套管填充率40％～60％。作为气氛，能够设为氮或氩等惰性气氛、氧气氛、真空气氛等。
并且，铸造后调整表面的磨削量，从而能够控制冷硬层的厚度。
(散热器主体/金属部件层接合工序S102)
接着，如图9所示，层叠散热器主体110与成为金属部件层117的金属板127，并在沿层叠方向进行加压(压力1～35kgf/cm2(0.10～3.43MPa))的状态下配置在真空加热炉内进行加热，从而将金属板127与散热器主体110进行固相扩散接合。另外，在金属板127、散热器主体110中被固相扩散接合的各自的接合面，通过对该面的瑕疵预先进行去除而变得平滑。加压时的压力更优选为8～20kgf/cm2(0.78～1.96MPa)，但并不限定于此。
在此，优选将真空加热炉内的压力设定在10-6Pa以上且10-3Pa以下的范围内，加热温度设定在400℃以上且520℃以下的范围内，保持时间设定在0.25小时以上且3小时以下的范围内。更优选将真空加热炉内的压力设定在10-5Pa以上且10-4Pa以下的范围内，加热温度设定在480℃以上且510℃以下的范围内，保持时间设定在0.5小时以上且2小时以下的范围内，但并不限定于此。
在该散热器主体/金属部件层接合工序S102中，如图7所示，金属板127中的Cu原子逐渐向散热器主体110的冷硬层侧扩散，从而形成金属间化合物层138与冷硬层135。
通过这种方式，制造本实施方式的散热器101。
根据被设为如上结构的本实施方式所涉及的散热器101，在散热器主体110的一面侧接合由无氧铜轧制板构成的金属板127，从而形成有金属部件层117，因此能够通过金属部件层117使热在面方向上扩散，并能够大幅提高散热特性。并且，能够利用焊接等良好地接合其它部件与散热器101。
并且，散热器主体110由固相线温度被设为低于构成金属部件层117的金属元素(Cu)与Al的共晶温度(548℃)的铝合金构成，具体而言，由JIS H 2118：2006中规定的作为模铸用铝合金的ADC14(固相线温度507℃)的铸造材料构成，因此能够构成具有流路等的结构复杂的散热器主体110。
并且，在本实施方式中，散热器主体110中的与金属部件层117的接合界面侧形成有冷硬层135，该冷硬层135中分散有晶粒的纵横比(长径/短径)为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，且该冷硬层135的厚度被设为50μm以上，因此因该冷硬层135而金属部件层117的Cu原子的扩散移动受到阻碍，从而能够抑制柯肯达尔空洞的产生。因此，在将该散热器101保持为高温的情况下，层叠方向上的热阻也不会上升，从而能够抑制散热特性的劣化。
并且，在本实施方式中，金属部件层117与散热器主体110的接合界面被设为与第一实施方式的Cu层13B与散热器31的接合界面同样的结构，因此能够发挥与第一实施方式同样的作用效果。
在本实施方式中，并没有特别限制冷硬层的厚度的上限，但在使用由铸造材料构成的散热器主体110的情况下，优选设为5000μm以下。在通过铸造制造散热器主体110的情况下，很难制造成冷硬层的厚度大于5000μm。
并且，在散热器主体110较薄的情况下，也有整个散热器主体110成为冷硬层的情况。即使在该情况下，也能够发挥与本实施方式同样的作用效果。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内可进行适当的变更。
例如，在上述实施方式中，对作为金属部件层接合有由铜构成的Cu层的情况进行了说明，但也可以代替Cu层而接合有由镍或镍合金构成的Ni层或者由银或银合金构成的Ag层。
在代替Cu层而形成了Ni层的情况下，焊接性变得良好，能够提高与其它部件的接合可靠性。而且，在通过固相扩散接合来形成Ni层的情况下，不需要通过化学镀等来形成镀Ni膜时所进行的遮蔽处理，因此能够降低制造成本。在该情况下，优选将Ni层的厚度设为1μm以上且30μm以下。在Ni层的厚度小于1μm的情况下，提高与其它部件的接合可靠性的效果有可能消失，在大于30μm的情况下，Ni层成为热阻体而有可能无法有效地传热。并且，在通过固相扩散接合来形成Ni层的情况下，对于Al层与Ni的固相扩散接合，将接合温度设定为400℃以上且520℃以下，但关于其它条件，能够在与前述实施方式同样的条件下形成。
在代替Cu层而形成了Ag层的情况下，例如在使用包含氧化银粒子及由有机物构成的还原剂的氧化银浆料来接合其它部件时，氧化银浆料的氧化银被还原剂还原而得到的银与待接合的Ag层成为同种金属彼此的接合，因此能够提高接合可靠性。进一步，形成导热率良好的Ag层，因此能够使热在面方向上扩散来有效地进行传递。在该情况下，优选将Ag层的厚度设为1μm以上且20μm以下。在Ag层的厚度小于1μm的情况下，提高与其它部件的接合可靠性的效果有可能消失，在大于20μm的情况下，观察不到接合可靠性提高的效果，导致成本增加。并且，在通过固相扩散接合来形成Ag层的情况下，在Al层与Ag的固相扩散接合的条件中，将接合温度设定为400℃以上且520℃以下，但关于其它条件，能够在与前述实施方式同样的条件下形成。
而且，在第一实施方式中，将金属层13作为具有Al层13A及Cu层13B的层而进行了说明，但并不限定于此，如图10所示，也可以由铜或铜合金构成金属层整体。在该图10所示的自带散热器的功率模块用基板230中，在陶瓷基板11的另一面(图10中为下侧)通过DBC法或活性金属钎焊法等接合有铜板，并形成有由铜或铜合金构成的金属层213。并且，该金属层213与散热器31被固相扩散接合。另外，在图10所示的功率模块用基板210中，电路层212也通过铜或铜合金而构成。图10所示的功率模块201具备自带散热器的功率模块用基板230及在该自带散热器的功率模块用基板230的一面(在图10中上表面)通过焊接层2而接合的半导体元件3。
在第一实施方式中，将电路层作为通过接合纯度99质量％的铝板来形成的电路层进行了说明，但并不限定于此，也可以为由纯度99.99质量％以上的纯铝、其它铝或铝合金、铜或铜合金等其它金属构成的电路层。并且，也可以将电路层设为Al层与Cu层这两层结构的电路层。这在图10所示的功率模块用基板210中也同样。
在第一实施方式的金属层/散热器接合工序S05中，设为层叠金属层13(Cu层13B)与散热器31，并在沿层叠方向进行加压的状态下配置在真空加热炉内进行加热的结构，在第二实施方式的散热器主体/金属部件层接合工序S102中，设为层叠散热器主体110与成为金属部件层117的金属板127，并在沿层叠方向进行加压(压力5～35kgf/cm2(0.49～3.43MPa))的状态下配置在真空加热炉内进行加热的结构来进行了说明，但并不限定于此，如图11所示，也可以在将铝合金部件301(散热器31、散热器主体110)与金属部件302(金属层13、金属部件层117)进行固相扩散接合时应用通电加热法。
如图11所示，在进行通电加热时，层叠铝合金部件301与金属部件302，并将这些层叠体经由碳板311、311并通过一对电极312、312沿层叠方向进行加压，并且对铝合金部件301及金属部件302进行通电。于是，通过焦耳热而碳板311、311及铝合金部件301与金属部件302被加热，且铝合金部件301与金属部件302被固相扩散接合。
在上述通电加热法中，铝合金部件301及金属部件302直接被通电加热，由此能够将升温速度设为较快，例如30～100℃/min，并能够在短时间内进行固相扩散接合。由此，接合面的氧化影响较小，即使在例如大气气氛下也能够进行接合。并且，根据铝合金部件301及金属部件302的电阻值和比热，还能够在这些铝合金部件301及金属部件302中产生温度差的状态下进行接合，从而减小热膨胀差，还能够实现热应力的降低。
在此，在上述通电加热法中，优选将基于一对电极312、312的加压载荷设为30kgf/cm2以上且100kgf/cm2以下(2.94MPa以上且9.81MPa以下)的范围内。更优选将上述加压载荷设为50kgf/cm2以上且80kgf/cm2以下(4.90MPa以上且7.85MPa以下)，但并不限定于此。
并且，在适用通电加热法的情况下，优选将铝合金部件301及金属部件302的表面粗糙度以算数平均粗糙度Ra计，设为0.3μm以上且0.6μm以下或以最大高度Rz计，设为1.3μm以上且2.3μm以下的范围内。在通常的固相扩散接合中，优选接合面的表面粗糙度较小，但在通电加热法的情况下，若接合面的表面粗糙度过小，则界面接触电阻降低，难以局部加热接合界面，因此优选设为上述范围内。
另外，在第一实施方式的金属层/散热器接合工序S05中能够利用上述通电加热法，但在该情况下，由于陶瓷基板11为绝缘体，因此需要通过例如由碳构成的夹具等来使碳板311、311短路。关于接合条件，与上述铝合金部件301与金属部件302的接合相同。
并且，对于金属层13(Cu层13B)与散热器31的表面粗糙度，也与上述铝合金部件301及金属部件302的情况相同。
实施例
以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
(试验片的制作)
将表1所示的铝合金板(50mm×50mm、厚度5mm)的一面进行磨削直至成为表1中所记载的冷硬层的厚度为止，在其面上将表1所示的金属板(40mm×40mm、厚度参考表1)通过上述实施方式中所记载的方法进行固相扩散接合。
在本发明例1～5及比较例1～3中，将铝合金板与金属板沿层叠方向以15kgf/cm2(1.47MPa)的载荷进行按压，并在真空加热炉内以500℃下180min的条件实施了固相扩散接合。
在本发明例6～10中，将铝合金板与金属板通过图11所示的通电加热法进行了固相扩散接合。另外，将基于电极的加压载荷设为15kgf/cm2(1.47MPa)，加热温度(铜板温度)设为510℃，在加热温度下的保持时间设为5min，升温速度设为80℃/min。并且，将接合气氛设为大气气氛。
(接合前的铝合金板中的冷硬层的厚度)
在接合之前进行铝板的观察，且如下测定了形成于接合面侧的冷硬层的厚度。
首先，利用EPMA(JEOL Ltd.制JXA 8530F)，在视场360μm×360μm、加速电压15kV、Si等值级别(contour level)0～1000的条件下，对铝板的表面实施Si的面分析，得到了图12的(a)所示的Si分布图像。
将所得到的Si分布图像转换成8比特灰度，得到了如图12的(a)所示的Si分布图像。
接着，根据Kapur-Sahoo-Wong(Maximum Entropy)thresholding mrthod(参考Kapur，JN；Sahoo，PK；Wong，ACK(1985)、“Anew Methodfor Gray-Level PictureThresholding Using the Entropy of the Histogram”，Graphical Modelsand ImageProcessing 29(3)：273-285)，如图12的(c)所示，对Si分布图像进行了二值化。
接着，如图12的(d)所示，通过椭圆近似画法从进行了二值化的图像中提取了Si相的轮廓。
根据提取了Si相的轮廓的图像，并利用由椭圆近似画法求出的长径及短径，由下述式计算了纵横比及晶粒直径。
纵横比＝长径/短径
晶粒直径＝长径
并且，在360μm2的面积内，求出满足纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的条件(以下，仅表示为条件)的粒子的个数及不满足所述条件的粒子的个数，并求出了满足条件的个数/不满足条件的个数。
通过上述测定方法，从铝板表面朝向板内部每隔10μm进行测定，且将满足条件的个数/不满足条件的个数为3以上的部分定义为冷硬层，并求出了厚度。
将评价结果示于表1。
(接合后的铝合金板与金属板的接合界面中的冷硬层的厚度)
进行被固相扩散接合的铝合金板与金属板的接合体的截面观察，且如下测定了形成于接合界面的冷硬层的厚度。
利用EPMA(JEOL Ltd.制JXA 8530F)观察接合体的接合界面，并求出朝向铝合金板内部生长的Al与金属板的金属元素(Cu、Ni、Ag)的金属间化合物的厚度，将从接合前的冷硬层的厚度减去所述Al与金属板的金属元素(Cu、Ni、Ag)的金属间化合物的厚度的厚度设为接合后的冷硬层的厚度。
另外，关于金属间化合物的厚度，在接合体的厚度方向上对接合界面进行线分析，且将Al的浓度在作为金属板使用了铜的情况下为65at％～70at％、作为金属板使用了镍的情况下为55at％～80at％、作为金属板使用了银的情况下为20at％～45at％的区域视为金属间化合物，并测定了其厚度。
将评价结果示于表1。
(热循环试验)
接着，在通过这种方式制造的接合体中，实施了热循环试验。使用冷热冲击试验机ESPEC CORP.制TSB-51，在液相(电子氟化液)中，对试验片(自带散热器的功率模块)实施了4000次在-40℃下5分钟、150℃下5分钟的热循环。
并且，通过以下方式评价了热循环试验前的接合体的层叠方向的热阻及热循环试验后的接合体的层叠方向的热阻。
(热阻的测定)
将加热片(13mm×10mm×0.25mm)焊接在金属板的表面，并将铝合金板钎焊接合在冷却器中。接着，用100W的电力对加热片进行加热，利用热电偶实际测定了加热片的温度。并且，实际测定了在冷却器中流通的冷却介质(乙二醇:水＝9:1)的温度。并且，将加热片的温度与冷却介质的温度差除以电力的值作为热阻。
另外，将不形成冷硬层而将铝合金板与铜板进行固相扩散接合的比较例1的热循环前的热阻作为基准而设为1，并通过与该比较例1的比率评价了热阻。将评价结果示于表1。
[表1]
在不形成冷硬层而将铝合金板与金属板(铜板)进行了固相扩散接合的比较例1中，确认到热阻比本发明例变得较大。并且，对作为金属板使用了镍的比较例2与本发明例4及9进行比较，确认到比较例2的热阻变得较大。同样地对作为金属板使用了银的比较例3与本发明例5及10进行比较，确认到比较例3的热阻变得较大。推测是因为它们形成了柯肯达尔空洞。
相对于此，在将接合前的冷硬层的厚度及接合后的冷硬层的厚度设为本发明的范围内的本发明例中，与比较例进行比较，确认到热阻变得较小。理由可推测为通过夹入适当的厚度的冷硬层，构成金属板的金属元素的扩散得到了抑制，柯肯达尔空洞的产生得到了抑制。
并且，在应用了通电加热法的本发明例6～10中，即使在大气中进行接合，铝合金板与金属板也良好地被接合。
通过以上结果，根据本发明，确认到能够得到由固相线温度较低的铝合金构成的铝合金部件与由铜、镍或银构成的金属部件良好地被接合且层叠方向的热阻较低的接合体。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种由固相线温度较低的铝合金构成的铝合金部件与由铜、镍或银构成的金属部件良好地被接合层叠方向的热阻较低的接合体、具备该接合体的自带散热器的功率模块用基板及散热器以及接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法、散热器的制造方法。
符号说明
10、210-功率模块用基板，11-陶瓷基板，13、213-金属层，13B-Cu层(金属部件)，31-散热器(铝合金部件)，35-冷硬层，101-散热器，110-散热器主体(铝合金部件)，117-金属部件层，135-冷硬层。

Claims (9)

1.一种接合体，其为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的特征在于，
所述铝合金部件与所述金属部件被固相扩散接合，
所述铝合金部件中的与所述金属部件的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，
所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
2.一种自带散热器的功率模块用基板，其为具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器的自带散热器的功率模块用基板，该自带散热器的功率模块用基板的特征在于，
所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，
所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，
所述散热器与所述金属层被固相扩散接合，
所述散热器中的与所述金属层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，
所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
3.一种散热器，其为具备散热器主体及所述金属部件层的散热器，该散热器的特征在于，
所述金属部件层由铜、镍或银构成，
所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，
所述散热器主体中的与所述金属部件层的接合界面侧形成有冷硬层，该冷硬层中分散有晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下的Si相，
所述冷硬层的厚度被设为50μm以上。
4.一种接合体的制造方法，其为金属部件和铝合金部件接合而成的接合体的制造方法，所述金属部件由铜、镍或银构成，所述铝合金部件由固相线温度被设为低于构成所述金属部件的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，该接合体的制造方法的特征在于，
在接合前的所述铝合金部件中，在与所述金属部件的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，
将该铝合金部件与所述金属部件进行固相扩散接合。
5.根据权利要求4所述的接合体的制造方法，其特征在于，
层叠所述铝合金部件与所述金属部件，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而将所述铝合金部件与所述金属部件进行固相扩散接合。
6.一种自带散热器的功率模块用基板的制造方法，该自带散热器的功率模块用基板具备绝缘层、形成于该绝缘层的一面的电路层、形成于所述绝缘层的另一面的金属层及配置于该金属层的与所述绝缘层相反的一侧的面的散热器，该自带散热器的功率模块用基板的制造方法的特征在于，
所述金属层中的与所述散热器的接合面由铜、镍或银构成，
所述散热器中的与所述金属层的接合面由固相线温度被设为低于构成所述金属层的所述接合面的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，
在接合前的所述散热器中，在与所述金属层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，
将该散热器与所述金属层进行固相扩散接合。
7.根据权利要求6所述的自带散热器的功率模块用基板的制造方法，其特征在于，层叠所述散热器与所述金属层，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而将所述散热器与所述金属层进行固相扩散接合。
8.一种散热器的制造方法，所述散热器具备散热器主体及所述金属部件层，该散热器的制造方法的特征在于，
所述金属部件层由铜、镍或银构成，
所述散热器主体由固相线温度被设为低于构成所述金属部件层的金属元素与铝的共晶温度的铝合金构成，
在接合前的所述散热器主体中，在与所述金属部件层的接合面侧形成分散有Si相的冷硬层，并且将该冷硬层的厚度设为80μm以上，所述Si相的晶粒的纵横比为2.5以下且晶粒直径为15μm以下，
将该散热器主体与所述金属部件层进行固相扩散接合。
9.根据权利要求8所述的散热器的制造方法，其特征在于，
层叠所述散热器主体与所述金属部件层，并沿层叠方向进行加压的同时进行通电加热，从而将所述散热器主体与所述金属部件层进行固相扩散接合。
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