JP2012004534A - 放熱用絶縁基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁基板1Aの第1金属層3と第2金属層5との間に超弾性合金層4が介在されている。
【選択図】図2
Description
前記第1金属層と前記第2金属層との間に超弾性合金層が介在されていることを特徴とする放熱用絶縁基板。
前記超弾性合金層は、前記第3金属層の第3金属と前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたものである前項1記載の放熱用絶縁基板。
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のTiと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたNi−Ti系超弾性合金層である前項2記載の放熱用絶縁基板。
前記複数の薄層は、Cuを必須元素として含むCu薄層と、Alを必須元素として含むAl薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のCu薄層のCuとAl薄層のAlと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたCu−Ni−Al系超弾性合金層である前項2記載の放熱用絶縁基板。
第1金属層と第2金属層との間に介在される超弾性合金層と、第2金属層とを接合する第1接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。
前記第2接合工程は、セラミック層と第1金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項7記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
前記第1接合工程は、セラミック層と第1金属層と超弾性合金層と第2金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項5記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
第1金属層と第2金属層との間に介在される第3金属層と、第2金属層とを放電プラズマ接合法により接合することにより、第3金属層と、第2金属層と、第3金属層及び第2金属層間に形成され且つ第3金属層の第3金属と第2金属層のNiとの合金化により生成された超弾性合金層と、を含む接合体を得る第3接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。
前記第4接合工程は、セラミック層と第1金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項15記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
第3接合工程は、セラミック層と第1金属層と第3金属層と第2金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、第3金属層及び第2金属層間に第3金属層の第3金属と第2金属層のNiとの合金化により生成された超弾性合金層を形成する前項14記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
超弾性合金層は、第3金属層のTiと第2金属層のNiとの合金化により生成されたNi−Ti系超弾性合金層である前項14〜18のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
前記複数の薄層は、Cuを必須元素として含むCu薄層と、Alを必須元素として含むAl薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のCu薄層のCuとAl薄層のAlと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたCu−Ni−Al系超弾性合金層である前項14〜18のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備えるとともに、
前記絶縁基板と前記放熱部材とが接合されていることを特徴とする半導体モジュール用ベース。
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置されたAl又はAl合金製放熱部材と、を備えた半導体モジュール用ベースの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Alを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュール用ベースの製造方法。
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、
前記絶縁基板の第2金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置されたAl又はAl合金製放熱部材と、
前記絶縁基板の第2金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えた半導体モジュールの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Alを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
本実施例1では、図5に示した第3製造例に従って絶縁基板1Aを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.6mmの純Al板
超弾性合金層4:縦25×横25×厚さ0.1mmのNiTi合金板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ni板。
本実施例2では、図4A及び4Bに示した第2製造例に従って絶縁基板1Aを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.6mmの純Al板
超弾性合金層4:縦25×横25×厚さ0.1mmのCuNiAl合金板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ni板。
本実施例3では、図3A〜3Cに示した第1製造例に従って絶縁基板1Aを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
本実施例4では、図7A〜7Cに示した第4製造例に従って絶縁基板1Bを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.6mmの純Al板
第3金属層7 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ti板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ni板。
本実施例5では、図11に示した第5実施形態に係る絶縁基板1Dを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.4mmの純Al板
第3金属層7 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ti板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ni板。
本実施例6では、図12に示した第6実施形態に係る絶縁基板1Eを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.4mmの純Al板
第4金属層12:縦25×横25×厚さ0.1mmの純Al板
第3金属層7 :縦25×横25×厚さ0.05mmの純Ti板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.05mmの純Ni板。
金属ベース層6、セラミック層2、第1金属層3及び第2金属層5として、それぞれ次の板を準備した。
セラミック層2:縦25×横25×厚さ0.6mmのAlN板
第1金属層3 :縦25×横25×厚さ0.6mmの純Al板
第2金属層5 :縦25×横25×厚さ0.1mmの純Ni板。
2:セラミック層
3:第1金属層
4:超弾性合金層
5:第2金属層
6:金属ベース層
7:第3金属層
7a:Cu薄層
7b:Al薄層
8、9、15、16:接合体
12:第4金属層
20:半導体モジュール用ベース
21:放熱部材
25:半導体モジュール
26:半導体素子
30:放電プラズマ接合装置
Claims (24)
- セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第1金属層と、前記第1金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにNiを必須元素として含む第2金属層と、が積層状に接合一体化された放熱用絶縁基板であって、
前記第1金属層と前記第2金属層との間に超弾性合金層が介在されていることを特徴とする放熱用絶縁基板。 - 前記第1金属層と前記超弾性合金層との間に第3金属層が介在されており、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層の第3金属と前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたものである請求項1記載の放熱用絶縁基板。 - 前記第3金属層は、Tiを必須元素として含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のTiと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたNi−Ti系超弾性合金層である請求項2記載の放熱用絶縁基板。 - 前記第3金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Cuを必須元素として含むCu薄層と、Alを必須元素として含むAl薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のCu薄層のCuとAl薄層のAlと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたCu−Ni−Al系超弾性合金層である請求項2記載の放熱用絶縁基板。 - セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第1金属層と、前記第1金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにNiを必須元素として含む第2金属層と、を備えた放熱用絶縁基板の製造方法であって、
第1金属層と第2金属層との間に介在される超弾性合金層と、第2金属層とを接合する第1接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。 - 前記第1接合工程は、超弾性合金層と第2金属層とを放電プラズマ接合法により接合する請求項5記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 前記第1接合工程の後で、セラミック層と、第1金属層と、前記第1接合工程により得られた超弾性合金層と第2金属層との接合体と、を接合する第2接合工程を更に備えている請求項5又は6記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 第1金属層の融点がセラミック層、第1金属層及び超弾性合金層の融点の中で最も低く、
前記第2接合工程は、セラミック層と第1金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する請求項7記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 前記第1接合工程は、セラミック層と第1金属層と超弾性合金層と第2金属層とをろう付けにより一括接合する請求項5記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 第1金属層の融点がセラミック層、第1金属層、超弾性合金層及び第2金属層の融点の中で最も低く、且つ、超弾性合金層に含まれる金属と第2金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第1金属層の融点に対して300℃以内であり、
前記第1接合工程は、セラミック層と第1金属層と超弾性合金層と第2金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合する請求項5記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えている請求項5〜10のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 超弾性合金層は、Ni−Ti系超弾性合金層である請求項5〜11のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 前記超弾性合金層は、Cu−Ni−Al系超弾性合金層である請求項5〜11のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第1金属層と、前記第1金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにNiを必須元素として含む第2金属層と、を備えた放熱用絶縁基板の製造方法であって、
第1金属層と第2金属層との間に介在される第3金属層と、第2金属層とを放電プラズマ接合法により接合することにより、第3金属層と、第2金属層と、第3金属層及び第2金属層間に形成され且つ第3金属層の第3金属と第2金属層のNiとの合金化により生成された超弾性合金層と、を含む接合体を得る第3接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。 - 前記第3接合工程の後で、セラミック層と第1金属層と接合体とを接合する第4接合工程を更に備えている請求項14記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 第1金属層の融点がセラミック層、第1金属層及び第3金属層の融点の中で最も低く、
前記第4接合工程は、セラミック層と第1金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する請求項15記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 第1金属層の融点がセラミック層、第1金属層、第3金属層及び第2金属層の融点の中で最も低く、且つ、第3金属層に含まれる金属と第2金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第1金属層の融点に対して300℃以内であり、
第3接合工程は、セラミック層と第1金属層と第3金属層と第2金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、第3金属層及び第2金属層間に第3金属層の第3金属と第2金属層のNiとの合金化により生成された超弾性合金層を形成する請求項14記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えている請求項14〜17のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
- 第3金属層は、Tiを必須元素として含んでおり、
超弾性合金層は、第3金属層のTiと第2金属層のNiとの合金化により生成されたNi−Ti系超弾性合金層である請求項14〜18のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 前記第3金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Cuを必須元素として含むCu薄層と、Alを必須元素として含むAl薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第3金属層のCu薄層のCuとAl薄層のAlと前記第2金属層のNiとの合金化により生成されたCu−Ni−Al系超弾性合金層である請求項14〜18のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備えるとともに、
前記絶縁基板と前記放熱部材とが接合されていることを特徴とする半導体モジュール用ベース。 - 請求項3記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置されたAl又はAl合金製放熱部材と、を備えた半導体モジュール用ベースの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Alを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュール用ベースの製造方法。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、
前記絶縁基板の第2金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項3記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第1金属層配置側とは反対側に配置されたAl又はAl合金製放熱部材と、
前記絶縁基板の第2金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えた半導体モジュールの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Alを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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