JP5666372B2 - Laminated material for insulating substrates - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板用積層材、その製造方法、絶縁基板及び半導体モジュール関する。   The present invention relates to a laminated material for an insulating substrate used for heat dissipation of a semiconductor element, a manufacturing method thereof, an insulating substrate, and a semiconductor module.

なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。   In the present specification, the term “plate” is used to include “foil”.

パワー半導体モジュール等の半導体モジュールは、半導体素子の動作により半導体素子から発生した熱を放出するため、放熱部材(例:ヒートシンク、冷却器)を備えている。さらに、この半導体モジュールでは、半導体素子と放熱部材との間に、半導体素子から発生した熱を放熱部材に伝達するための放熱用絶縁基板が配置されている。この絶縁基板は、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能するものであり、具体的には、電気絶縁層としてのセラミック層と、その片面上に接合された配線層(回路層)を含む金属層と、を備えている(例えば特許文献1〜4参照)。そして、絶縁基板の金属層上に半導体素子がはんだ付けにより接合される。   A semiconductor module such as a power semiconductor module includes a heat radiating member (eg, a heat sink, a cooler) in order to release heat generated from the semiconductor element due to the operation of the semiconductor element. Further, in this semiconductor module, an insulating substrate for heat dissipation for transferring heat generated from the semiconductor element to the heat dissipation member is disposed between the semiconductor element and the heat dissipation member. This insulating substrate is a conductor thermally but functions electrically as an insulator. Specifically, a ceramic layer as an electrical insulating layer and a wiring layer bonded on one side thereof A metal layer including a (circuit layer) (see, for example, Patent Documents 1 to 4). Then, the semiconductor element is joined to the metal layer of the insulating substrate by soldering.

金属層を構成する層として、近年、Al又はAl合金で形成されたAl層が用いられてきている。その理由は、Al層は電気特性及び熱特性に優れているし、またAl層を用いると絶縁基板の製造コストの引下げを図ることができるからである。   In recent years, an Al layer formed of Al or an Al alloy has been used as a layer constituting the metal layer. The reason is that the Al layer is excellent in electrical characteristics and thermal characteristics, and the use of the Al layer can reduce the manufacturing cost of the insulating substrate.

特開2004−328012号公報JP 2004-328012 A 特開2004−235503号公報JP 2004-235503 A 特開2006−303346号公報JP 2006-303346 A 特開2009−147123号公報JP 2009-147123 A

しかし、Al層ははんだ接合性が悪い。そのため、半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、Al層の表面にNi層としてNiめっき層を形成することが行われるが、この場合には、Al層とNiめっき層との接合界面に強度の弱い合金層が形成されてしまう。その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力(熱歪み)によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなり、またはNi層の表面の変形(凹凸)が生じ易くなる。   However, the Al layer has poor solderability. For this reason, a Ni plating layer is formed as a Ni layer on the surface of the Al layer so that the semiconductor elements can be joined by soldering. In this case, the strength of the bonding interface between the Al layer and the Ni plating layer is high. A weak alloy layer is formed. As a result, the alloy layer is likely to be cracked or peeled off due to the thermal stress (thermal strain) generated along with the cooling cycle, or the surface of the Ni layer is likely to be deformed (unevenness).

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁基板に用いられる積層材であって、はんだ接合性が良好であり、接合界面での割れや剥離及びNi層の表面の変形(凹凸)の発生を防止できる積層材、その製造方法、絶縁基板及び半導体モジュールを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described technical background, and the object thereof is a laminated material used for an insulating substrate, which has good solder jointability, cracking and peeling at the joint interface, and the Ni layer. An object of the present invention is to provide a laminated material capable of preventing the occurrence of surface deformation (unevenness), a manufacturing method thereof, an insulating substrate, and a semiconductor module.

本発明は以下の手段を提供する。   The present invention provides the following means.

[1] 表面に半導体素子が接合されるNi又はNi合金で形成されたNi層と、前記Ni層の片側に積層状に配置されたTi又はTi合金で形成されたTi層とが放電プラズマ焼結法により接合されるとともに、
前記Ti層と、前記Ti層の前記Ni層配置側とは反対側に積層状に配置されたAl又はAl合金で形成されたAl層とが放電プラズマ焼結法により接合されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
[1] An Ni layer formed of Ni or a Ni alloy having a semiconductor element bonded to the surface thereof, and a Ti layer formed of Ti or a Ti alloy arranged in a stacked manner on one side of the Ni layer are subjected to discharge plasma sintering. Joined by ligation,
The Ti layer and an Al layer formed of Al or an Al alloy arranged in a stacked manner on the opposite side of the Ti layer from the Ni layer arrangement side are joined by a discharge plasma sintering method. A laminated material for an insulating substrate.

[2] 前記Al層と、前記Al層の前記Ti層配置側とは反対側に積層状に配置されたろう材層とが放電プラズマ焼結法により接合されている前項1記載の絶縁基板用積層材。   [2] The laminate for an insulating substrate as recited in the aforementioned Item 1, wherein the Al layer and the brazing filler metal layer arranged in a laminated manner on the side of the Al layer opposite to the Ti layer arrangement side are joined by a discharge plasma sintering method. Wood.

[3] 前記Ni層と前記Ti層との接合界面に、前記Ni層のNiと前記Ti層のTiとが合金化してなる厚さ7μm以下の第1合金層が形成されている前項1又は2記載の絶縁基板用積層材。   [3] The first item 1 or 7 above, wherein a first alloy layer having a thickness of 7 μm or less formed by alloying Ni of the Ni layer and Ti of the Ti layer is formed at a bonding interface between the Ni layer and the Ti layer. The laminated material for insulating substrates according to 2.

[4] 前記Ti層と前記Al層との接合界面に、前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されている前項1〜3のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。   [4] A second alloy layer having a thickness of 5 μm or less formed by alloying Ti of the Ti layer and Al of the Al layer is formed at a bonding interface between the Ti layer and the Al layer. 4. A laminated material for an insulating substrate according to any one of 3 above.

[5] 前記Al層は、純度4N以上の純Alで形成されている前項1〜4のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。   [5] The laminated material for an insulating substrate according to any one of [1] to [4], wherein the Al layer is formed of pure Al having a purity of 4N or higher.

[6] 表面に半導体素子が接合されるNi又はNi合金で形成されたNi層と、前記Ni層の片側に積層状に配置されるTi又はTi合金で形成されたTi層とを放電プラズマ焼結法により接合する第1接合工程と、
前記第1接合工程の後で、前記Ti層と、前記Ti層の前記Ni層配置側とは反対側に積層状に配置されるAl又はAl合金で形成されたAl層とを放電プラズマ焼結法により接合する第2接合工程と、を含んでいることを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
[6] A discharge plasma sintering is performed on a Ni layer formed of Ni or a Ni alloy with a semiconductor element bonded to the surface and a Ti layer formed of Ti or a Ti alloy arranged on one side of the Ni layer. A first joining step for joining by a bonding method;
After the first bonding step, the Ti layer and an Al layer formed of Al or an Al alloy arranged in a stacked manner on the opposite side of the Ti layer from the Ni layer arrangement side are subjected to discharge plasma sintering. And a second bonding step for bonding by a method.

[7] 前記第1接合工程では、前記Ni層と前記Ti層とを、これらの層の接合界面に前記Ni層のNiと前記Ti層のTiとが合金化してなる厚さ7μm以下の第1合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合する前項6記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [7] In the first bonding step, the Ni layer and the Ti layer are formed by alloying Ni of the Ni layer and Ti of the Ti layer at a bonding interface between these layers. 7. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to 6 above, wherein bonding is performed by a discharge plasma sintering method so that one alloy layer is formed.

[8] 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層とを、これらの層の接合界面に前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合する前項6又は7記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [8] In the second bonding step, the Ti layer and the Al layer are bonded to each other at a bonding interface between these layers, and Ti of the Ti layer and Al of the Al layer are alloyed to have a thickness of 5 μm or less. 8. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to 6 or 7 above, wherein bonding is performed by a discharge plasma sintering method so that two alloy layers are formed.

[9] 前記第1接合工程では、前記Ni層と前記Ti層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合する前項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [9] In the first joining step, the Ni layer and the Ti layer are joined by the discharge plasma sintering method in a state where the periphery of these layers is not surrounded by a cylindrical die for spark plasma sintering. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to any one of 8.

[10] 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合する前項6〜9のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [10] In the second joining step, the Ti layer and the Al layer are joined by a discharge plasma sintering method in a state where the periphery of these layers is not surrounded by a cylindrical die for spark plasma sintering. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to claim 9.

[11] 前記第1接合工程では、
前記Ni層と前記Ti層との第1未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第1未接合積層体を互いに隣り合う各第1未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する前項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[11] In the first joining step,
A plurality of first unbonded stacks of the Ni layer and the Ti layer are prepared, and the plurality of first unbonded stacks are interposed between the first unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Subsequently, the manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one of the preceding clauses 6-8 which joins Ni layer and Ti layer of each said 1st unjoined laminated body collectively by a discharge plasma sintering method.

[12] 前記第1接合工程では、
前記Ni層と前記Ti層との第1未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第1未接合積層体を互いに隣り合う各第1未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第1未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する前項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[12] In the first joining step,
A plurality of first unbonded stacks of the Ni layer and the Ti layer are prepared, and the plurality of first unbonded stacks are interposed between the first unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Next, the Ni layer and the Ti layer of each of the first unbonded laminates are collectively collected by the discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of first unbonded laminates with the discharge plasma sintering cylindrical die. 9. A method for producing a laminated material for an insulating substrate as described in any one of 6 to 8 above.

[13] 前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する前項6〜8、11及び12のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[13] In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacks of the Ti layer and the Al layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacks are interposed between the second unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Next, the manufacture of the laminated material for an insulating substrate according to any one of the preceding items 6 to 8, 11 and 12, wherein the Ti layer and the Al layer of each of the second unbonded stacked bodies are bonded together by a discharge plasma sintering method. Method.

[14] 前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する前項6〜8、11及び12のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[14] In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacks of the Ti layer and the Al layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacks are interposed between the second unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Next, the Ti layer and the Al layer of each of the second unbonded laminates are collectively collected by a discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of second unbonded laminates with a cylindrical die for discharge plasma sintering. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one of the preceding clauses 6-8, 11 and 12 which join it.

[15] 前記第2接合工程では、前記Ti層と、前記Al層と、前記Al層の前記Ti層配置側とは反対側に積層状に配置されるろう材層とを放電プラズマ焼結法により同時に接合する前項6又は7記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [15] In the second joining step, the Ti layer, the Al layer, and a brazing filler metal layer disposed in a laminated form on the opposite side of the Al layer from the Ti layer disposition side are subjected to a discharge plasma sintering method. 8. The method for producing a laminated material for an insulating substrate as described in 6 or 7 above, wherein the laminated materials are joined simultaneously.

[16] 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層とを、前記Ti層と前記Al層との接合界面に前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により同時に接合する前項15記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [16] In the second bonding step, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are bonded to each other at the bonding interface between the Ti layer and the Al layer. 16. The method for producing a laminated material for an insulating substrate as described in 15 above, wherein the second alloy layers having a thickness of 5 μm or less formed by alloying are simultaneously joined by a discharge plasma sintering method.

[17] 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により同時に接合する前項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [17] In the second bonding step, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are formed by a discharge plasma sintering method in a state where the periphery of these layers is not surrounded by a cylindrical die for discharge plasma sintering. 17. The method for producing a laminated material for an insulating substrate as described in 15 or 16 above, wherein the laminated materials are joined simultaneously.

[18] 前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する前項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[18] In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacked bodies of the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacked bodies are electrically conductive between the second unbonded stacked bodies adjacent to each other. Laminate through a release plate,
17. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to 15 or 16 above, wherein the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer of each of the second unbonded laminated bodies are simultaneously bonded together by a discharge plasma sintering method.

[19] 前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する前項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
[19] In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacked bodies of the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacked bodies are electrically conductive between the second unbonded stacked bodies adjacent to each other. Laminate through a release plate,
Next, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer of each of the second unbonded laminates are subjected to discharge plasma sintering without surrounding the plurality of second unbonded laminates with a cylindrical die for discharge plasma sintering. 17. The method for producing a laminated material for an insulating substrate as described in 15 or 16 above, wherein the laminated materials are joined together by a bonding method.

[20] 前記Al層は、純度4N以上の純Alで形成されている前項6〜19のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   [20] The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to any one of items 6 to 19, wherein the Al layer is formed of pure Al having a purity of 4N or higher.

[21] 前項1〜5のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。   [21] An insulating substrate comprising the laminated material according to any one of 1 to 5 above.

[22] 前項1〜5のいずれかに記載の積層材のNi層の表面に半導体チップがはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。   [22] A semiconductor module, wherein a semiconductor chip is joined to the surface of the Ni layer of the laminated material according to any one of 1 to 5 by soldering.

本発明は以下の効果を奏する。   The present invention has the following effects.

前項[1]記載の絶縁基板用積層材は、Ni層を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子をこのNi層の表面にはんだ付けにより確実に接合することができる。   Since the laminated material for an insulating substrate described in [1] is provided with a Ni layer, the solderability is good. Therefore, the semiconductor element can be reliably bonded to the surface of the Ni layer by soldering.

さらに、Ni層とAl層との間にTi層が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、もしNi層とAl層との間にTi層を配置しないでNi層とAl層とを直接接合した場合には、Ni層とAl層との接合界面に強度の弱い合金層が形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力(熱歪み)によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、前項[1]記載の積層材では、Ni層とAl層との間にTi層が配置されているので、そのような強度の弱い合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはNi層の表面の変形(凹凸)の発生も防止することができる。   Furthermore, since the Ti layer is disposed between the Ni layer and the Al layer, the following effects can be obtained. That is, if the Ni layer and the Al layer are directly bonded without disposing the Ti layer between the Ni layer and the Al layer, an alloy layer having low strength is formed at the bonding interface between the Ni layer and the Al layer. As a result, the alloy layer is likely to be cracked or peeled off due to thermal stress (thermal strain) generated with the cooling / heating cycle. On the other hand, in the laminated material described in [1], the Ti layer is disposed between the Ni layer and the Al layer, so that such a weak alloy layer is not formed. Thereby, the generation | occurrence | production of the crack and peeling in the joining interface of a laminated material by a thermal stress can be prevented, and also generation | occurrence | production of the deformation | transformation (unevenness | corrugation) of the surface of Ni layer can also be prevented.

しかも、Ni層とTi層とを放電プラズマ焼結法により接合することによって、Ni層とTi層との接合界面にはNi層のNiとTi層のTiとが合金化してなる第1合金層が形成される。この第1合金層は、Ni−Ti系超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。したがって、この第1合金層は熱応力を確実に緩和・吸収する役割を果たす。そのため、積層材の接合界面での割れや剥離の発生及びNi層の表面の変形の発生を確実に防止することができる。   Moreover, the first alloy layer formed by alloying Ni of the Ni layer and Ti of the Ti layer at the joint interface between the Ni layer and the Ti layer by joining the Ni layer and the Ti layer by the discharge plasma sintering method. Is formed. The first alloy layer includes a Ni—Ti superelastic alloy phase and adopts a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction. Therefore, this first alloy layer plays a role of reliably relaxing and absorbing thermal stress. Therefore, it is possible to reliably prevent the occurrence of cracks and peeling at the bonding interface of the laminated material and the deformation of the surface of the Ni layer.

その上、Ni層とTi層との接合手段と、Ti層とAl層との接合手段がいずれも放電プラズマ焼結法であることにより、接合前後の各層の寸法変化を少なくすることができる。これにより、高い寸法精度を有する積層材を得ることができる。   In addition, since the joining means between the Ni layer and the Ti layer and the joining means between the Ti layer and the Al layer are both of the discharge plasma sintering method, the dimensional change of each layer before and after joining can be reduced. Thereby, a laminated material having high dimensional accuracy can be obtained.

さらに、Ti層とAl層との接合手段として放電プラズマ焼結法を採用することにより、接合手段としてクラッド接合を採用する場合に比べて、厚さの厚いAl層をTi層と接合することが可能となる。そのため、Al層を配線層として確実に機能させることができる。   Further, by adopting the discharge plasma sintering method as a joining means between the Ti layer and the Al layer, it is possible to join a thick Al layer with the Ti layer as compared with the case where clad joining is adopted as the joining means. It becomes possible. Therefore, the Al layer can function reliably as a wiring layer.

前項[2]記載の積層材では、Al層とろう材層とが接合されているので、このろう材層を、積層材と絶縁基板の所定の層(例:セラミック層)とを接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材と絶縁基板の所定の層とを容易に接合することができる。   In the laminated material described in [2], the Al layer and the brazing material layer are joined. Therefore, when this brazing material layer is joined to the laminated material and a predetermined layer (eg, ceramic layer) of the insulating substrate. It can be used as a brazing material. Therefore, the laminated material and the predetermined layer of the insulating substrate can be easily joined.

前項[3]記載の積層材では、Ni層とTi層との接合界面に形成される第1合金層は、一般に熱電導率が低いが、この第1合金層の厚さが7μm以下であることにより、第1合金層が形成されることによる積層材の熱伝導率の低下を防止することができる。   In the laminated material described in [3], the first alloy layer formed at the joint interface between the Ni layer and the Ti layer generally has a low thermal conductivity, but the thickness of the first alloy layer is 7 μm or less. Thereby, the fall of the thermal conductivity of the laminated material by forming a 1st alloy layer can be prevented.

前項[4]記載の積層材では、Ti層とAl層との接合界面に形成される第2合金層は、当該積層材において一番脆弱な相を含む層となるが、この第2合金層の厚さが5μm以下であることにより、Ti層とAl層との接合界面での割れや剥離の発生を防止することができる。   In the laminated material described in [4], the second alloy layer formed at the bonding interface between the Ti layer and the Al layer is a layer including the most fragile phase in the laminated material. When the thickness is 5 μm or less, it is possible to prevent the occurrence of cracking or peeling at the bonding interface between the Ti layer and the Al layer.

前項[5]記載の積層材では、Al層が純度4N以上の純Alで形成されることにより、Al層を配線層として好適に用いることができる。   In the laminated material described in [5], the Al layer can be suitably used as a wiring layer by forming the Al layer with pure Al having a purity of 4N or higher.

前項[6]記載の絶縁基板用積層材の製造方法では、前項[1]記載の積層材を製造することができる。   In the method for producing a laminated material for an insulating substrate described in [6], the laminated material described in [1] can be produced.

前項[7]記載の積層材の製造方法によれば、Ni層とTi層とを、これらの層の接合界面に厚さ7μm以下の第1合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合することにより、第1合金層が形成されることによる積層材の熱伝導率の低下を防止することができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [7], the discharge plasma sintering is performed so that the first alloy layer having a thickness of 7 μm or less is formed at the joint interface between the Ni layer and the Ti layer. By joining by the method, it is possible to prevent a decrease in the thermal conductivity of the laminated material due to the formation of the first alloy layer.

前項[8]記載の積層材の製造方法によれば、Ti層とAl層とを、これらの層の接合界面に厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合することにより、第2合金層が形成されることによる接合界面での割れや剥離の発生を防止することができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [8] above, spark plasma sintering is performed so that the second alloy layer having a thickness of 5 μm or less is formed at the bonding interface between the Ti layer and the Al layer. By joining by the method, it is possible to prevent the occurrence of cracking or peeling at the joining interface due to the formation of the second alloy layer.

前項[9]記載の積層材の製造方法によれば、Ni層とTi層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合することにより、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [9] above, the Ni layer and the Ti layer are joined by the discharge plasma sintering method without surrounding the layers with the discharge plasma sintering cylindrical die. Thus, the setting operation of these layers and the taking-out operation after the bonding can be easily performed at the time of bonding by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[10]記載の積層材の製造方法によれば、Ti層とAl層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合することにより、前項[9]記載の積層材の製造方法と同じく、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [10] above, the Ti layer and the Al layer are joined by the discharge plasma sintering method without surrounding the layers with the discharge plasma sintering cylindrical die. Thus, as in the method for producing a laminated material described in [9], the setting operation of these layers and the taking-out operation after the bonding can be easily performed at the time of bonding by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[11]記載の積層材の製造方法によれば、各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合することにより、Ni層とTi層との接合体を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [11], the Ni layer and the Ti layer of each first unbonded laminated body are bonded together by a discharge plasma sintering method to obtain the Ni layer and the Ti layer. Can be produced in large quantities. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

前項[12]記載の積層材の製造方法によれば、各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合することにより、Ni層とTi層との接合体を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [12] above, the Ni layer and the Ti layer of each first unbonded laminated body are bonded together by a discharge plasma sintering method, whereby the Ni layer and the Ti layer are bonded together. Can be produced in large quantities. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

さらに、複数の第1未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法による接合を行うことにより、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの第1未接合積層体のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   Further, by performing bonding by the discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of first unbonded laminates by the discharge plasma sintering cylindrical die, these are bonded at the time of bonding by the discharge plasma sintering method. It is possible to easily perform the setting operation of the first unbonded laminate and the removing operation after the bonding. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[13]記載の積層材の製造方法によれば、各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合することにより、積層材を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [13] above, a large amount of laminated material is manufactured by collectively joining the Ti layer and the Al layer of each second unbonded laminated body by a discharge plasma sintering method. can do. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

前項[14]記載の積層材の製造方法によれば、各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合することにより、積層材を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for producing a laminated material described in [14], a large amount of laminated material is produced by collectively joining the Ti layer and the Al layer of each second unbonded laminated body by a discharge plasma sintering method. can do. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

さらに、複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法による接合を行うことにより、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの第2未接合積層体のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   Furthermore, by joining by the discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of second unbonded laminates by the discharge plasma sintering cylindrical die, it is possible to perform these steps when joining by the discharge plasma sintering method. The setting operation of the second unbonded laminate and the taking-out operation after bonding can be easily performed. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[15]記載の積層材の製造方法によれば、Ti層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により同時に接合することにより、ろう材層を備えた積層材を作業能率良く得ることができる。また、こうして得られた積層材によれば、ろう材層を、積層材と絶縁基板の所定の層(例:セラミック層)とを接合する際のろう材として用いることができ、そのため、積層材と絶縁基板の所定の層とを容易に接合することができる。   According to the method for producing a laminated material described in [15], the Ti material, the Al layer, and the brazing material layer are simultaneously joined by the discharge plasma sintering method, thereby making it possible to improve the working efficiency of the laminated material having the brazing material layer. Can be obtained. Further, according to the laminated material thus obtained, the brazing material layer can be used as a brazing material when joining the laminated material and a predetermined layer (eg, ceramic layer) of the insulating substrate. And a predetermined layer of the insulating substrate can be easily bonded.

前項[16]記載の積層材の製造方法によれば、Ti層とAl層とろう材層とを、Ti層とAl層との接合界面に厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合することにより、第2合金層が形成されることによる接合界面での割れや剥離の発生を防止することができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [16], the Ti alloy, the Al layer, and the brazing material layer are formed with the second alloy layer having a thickness of 5 μm or less at the joint interface between the Ti layer and the Al layer. Thus, by joining by a discharge plasma sintering method, the generation | occurrence | production of the crack and peeling in a joining interface by the 2nd alloy layer being formed can be prevented.

前項[17]記載の積層材の製造方法によれば、Ti層とAl層とろう材層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合することにより、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [17] above, the discharge plasma sintering is performed in such a manner that the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are not surrounded by a cylindrical die for discharge plasma sintering. By joining by the method, the setting work of these layers and the taking-out work after joining can be easily performed at the time of joining by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[18]記載の積層材の製造方法によれば、各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合することにより、積層材を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [18], the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer of each second unbonded laminated body are simultaneously bonded together by a discharge plasma sintering method. A large amount of material can be produced. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

前項[19]記載の積層材の製造方法によれば、各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合することにより、積層材を大量に製造することができる。これにより、積層材の製造コストを引き下げることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [19], the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer of each second unbonded laminated body are simultaneously bonded together by a discharge plasma sintering method, thereby A large amount of material can be produced. Thereby, the manufacturing cost of a laminated material can be reduced.

さらに、複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法による接合を行うことにより、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの第2未接合積層体のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置についての設備費の低減を図ることができる。   Furthermore, by joining by the discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of second unbonded laminates by the discharge plasma sintering cylindrical die, it is possible to perform these steps when joining by the discharge plasma sintering method. The setting operation of the second unbonded laminate and the taking-out operation after bonding can be easily performed. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about a discharge plasma sintering apparatus can be aimed at.

前項[20]記載の積層材の製造方法によれば、Al層が純度4N以上の純Alで形成されることにより、Al層を配線層として好適に用いることができる。   According to the method for manufacturing a laminated material described in [20], the Al layer can be suitably used as a wiring layer by forming the Al layer with pure Al having a purity of 4N or higher.

前項[21]記載の絶縁基板は、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の積層材と同様の利点を有する。   The insulating substrate described in [21] above has the same advantages as the laminated material described in any one of [1] to [5] above.

前項[22]記載の半導体モジュールは、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の積層材と同様の利点を有する。   The semiconductor module described in the preceding item [22] has the same advantages as the laminated material described in any one of the above [1] to [5].

図1は、本発明の第1実施形態に係る積層材を用いて製造された絶縁基板を備えた半導体モジュールの正面図である。FIG. 1 is a front view of a semiconductor module including an insulating substrate manufactured using the laminated material according to the first embodiment of the present invention. 図2は、同積層材の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the laminated material. 図3は、同積層材の製造工程の一例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the laminated material. 図4は、Ni層とTi層とを筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により接合する第1接合工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first joining step in which the Ni layer and the Ti layer are joined by a discharge plasma sintering method using a cylindrical die. 図5は、Ti層とAl層とろう材層とを筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により同時に接合する第2接合行程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second joining process in which a Ti layer, an Al layer, and a brazing material layer are joined together by a discharge plasma sintering method using a cylindrical die. 図6は、同第1接合工程においてNi層とTi層とを筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により接合する場合を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer and the Ti layer are joined by a discharge plasma sintering method without using a cylindrical die in the first joining step. 図7は、同第1接合工程において各第1未接合積層体のNi層とTi層とを筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer and the Ti layer of each first unbonded laminate are collectively bonded by a discharge plasma sintering method using a cylindrical die in the first bonding step. 図8は、同第1接合工程において各第1未接合積層体のNi層とTi層とを筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer and the Ti layer of each first unbonded laminate are collectively bonded by a discharge plasma sintering method without using a cylindrical die in the first bonding step. . 図9は、同第2接合工程においてTi層とAl層とろう材層とを筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により同時に接合する場合を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a case where the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are simultaneously joined by the discharge plasma sintering method without using a cylindrical die in the second joining step. 図10は、同第2接合工程において各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する場合を示す断面図である。FIG. 10 shows a case where the Ti layer, the Al layer, and the brazing filler metal layer of each second unbonded laminate are simultaneously bonded together by a discharge plasma sintering method using a cylindrical die in the second bonding step. It is sectional drawing. 図11は、同第2接合工程において各第12接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する場合を示す断面図である。FIG. 11 shows a case where the Ti layer, the Al layer, and the brazing filler metal layer of each twelfth bonded laminate are simultaneously bonded together by a discharge plasma sintering method without using a cylindrical die in the second bonding step. It is sectional drawing. 図12は、本発明の第2実施形態に係る積層材の製造工程の一例を示す概略断面図である。FIG. 12: is a schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the laminated material which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。   Next, several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

なお、以下の説明において、各図面の上下を上下というものとする。また、各図面には、全図面を通じて同一部材には同一符号が付されている。   In the following description, the top and bottom of each drawing is referred to as the top and bottom. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same member through all drawings in each drawing.

図1において、20は本発明の第1実施形態に係る半導体モジュールである。この半導体モジュール20は、IGBTモジュール、MOSFETモジュール、サイリスタモジュール、ダイオードモジュール等であり、半導体素子21と絶縁基板15と放熱部材17とを備えている。絶縁基板15は、半導体素子21と放熱部材17との間に配置されており、半導体素子21から発生した熱を放熱部材17に伝達する役割を果たす。そのため、絶縁基板15は、優れた電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えることが要求される。   In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a semiconductor module according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor module 20 is an IGBT module, a MOSFET module, a thyristor module, a diode module, or the like, and includes a semiconductor element 21, an insulating substrate 15, and a heat dissipation member 17. The insulating substrate 15 is disposed between the semiconductor element 21 and the heat radiating member 17 and plays a role of transmitting heat generated from the semiconductor element 21 to the heat radiating member 17. Therefore, the insulating substrate 15 is required to have both excellent electrical insulation and high thermal conductivity.

半導体素子21は、IGBTチップ、MOSFETチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップ等である。   The semiconductor element 21 is an IGBT chip, a MOSFET chip, a thyristor chip, a diode chip, or the like.

放熱部材17は、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器などであり、金属製であり、具体的には例えばAl又はAl合金製である。本第1実施形態では、放熱部材17は例えば放熱フィンを有するヒートシンクである。   The heat radiating member 17 is an air-cooled or water-cooled heat sink or cooler, and is made of metal, specifically, for example, made of Al or an Al alloy. In the first embodiment, the heat dissipating member 17 is a heat sink having heat dissipating fins, for example.

図2に示すように、絶縁基板15は、本発明の第1実施形態に係る積層材1Aを用いて製造されたものであり、詳述すると、本第1実施形態の積層材1Aと、セラミック層10と、金属ベース層12とを含んでいる。   As shown in FIG. 2, the insulating substrate 15 is manufactured using the laminated material 1 </ b> A according to the first embodiment of the present invention. Specifically, the laminated substrate 1 </ b> A of the first embodiment and the ceramic A layer 10 and a metal base layer 12 are included.

セラミック層10は、絶縁基板15における電気絶縁層として機能するセラミックで形成されたものであり、好ましくはAlN、Al、Si、Y、CaO、BN及びBeOからなる群より選択される1種又は2種以上のセラミックで形成されたものである。このセラミック層10は、セラミック板から提供されて形成されたものである。セラミック層10の厚さは例えば300〜1000μmである。因みに、セラミック層10を形成するセラミックの融点又は分解点は、AlN:2200℃、Al:2050℃、Si:1900℃、Y:2400℃、CaO:2570℃、BN:3000℃、BeO:2570℃である。なお、セラミック層10の大きさは、電気絶縁性を確実に確保するため他の層よりも若干大きく設定されるのが望ましい。 The ceramic layer 10 is formed of a ceramic that functions as an electrical insulating layer in the insulating substrate 15 and is preferably made of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , Y 2 O 3 , CaO, BN, and BeO. It is formed of one or more ceramics selected from the group. The ceramic layer 10 is formed from a ceramic plate. The thickness of the ceramic layer 10 is, for example, 300 to 1000 μm. Incidentally, the melting point or decomposition point of the ceramic forming the ceramic layer 10 is AlN: 2200 ° C., Al 2 O 3 : 2050 ° C., Si 3 N 4 : 1900 ° C., Y 2 O 3 : 2400 ° C., CaO: 2570 ° C., BN: 3000 ° C., BeO: 2570 ° C. The size of the ceramic layer 10 is preferably set slightly larger than the other layers in order to ensure electrical insulation.

金属ベース層12は、セラミック層10と放熱部材17との間に配置されるものであり、熱応力の緩和を図ることを目的とするものである。この金属ベース層12は、金属板から提供されて形成されたものであり、例えばAl又はAl合金で形成されている。そして、この金属ベース層12がセラミック層10の下面側に積層状にセラミック層10とろう付けにより接合されている。金属ベース層12とセラミック層10との接合界面には、金属ベース層12とセラミック層10とを接合したろう材層11が形成されている。金属ベース層12の下面側には放熱部材17が金属ベース層12とろう付け等により接合される。   The metal base layer 12 is disposed between the ceramic layer 10 and the heat radiating member 17 and is intended to alleviate thermal stress. The metal base layer 12 is formed from a metal plate, and is formed of, for example, Al or an Al alloy. The metal base layer 12 is joined to the lower surface side of the ceramic layer 10 in a laminated form by brazing. At the bonding interface between the metal base layer 12 and the ceramic layer 10, a brazing material layer 11 is formed by bonding the metal base layer 12 and the ceramic layer 10. A heat dissipation member 17 is joined to the metal base layer 12 by brazing or the like on the lower surface side of the metal base layer 12.

本第1実施形態の積層材1Aは、セラミック層10の片面側(本第1実施形態ではセラミック層10の上面側)に積層状にセラミック層とろう付けにより接合されるものであり、Ni層2、Ti層4、Al層6、ろう材層7などを備えている。なお図面では、ろう材層7は他の層と区別し易くするためドットハッチングで図示されている。   The laminated material 1A of the first embodiment is bonded to one side of the ceramic layer 10 (on the upper surface side of the ceramic layer 10 in the first embodiment) by brazing with a ceramic layer, and a Ni layer 2, a Ti layer 4, an Al layer 6, a brazing material layer 7, and the like. In the drawing, the brazing filler metal layer 7 is shown by dot hatching for easy distinction from other layers.

Ni層2は、その表面2a(上面)に半導体素子21がはんだ付けにより接合されるものである。このNi層2は、Ni又はNi合金で形成されており、詳述すると、Ni板又はNi合金板から提供されて形成されたものである。   The Ni layer 2 is formed by bonding the semiconductor element 21 to the surface 2a (upper surface) by soldering. The Ni layer 2 is made of Ni or Ni alloy. More specifically, the Ni layer 2 is provided from a Ni plate or a Ni alloy plate.

Ti層4は、Ni層2の表面2a側とは反対側(即ち下側)に積層状に配置されている。そして、Ni層2とTi層4とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このTi層4は、Ti又はTi合金で形成されており、詳述するとTi板又はTi合金板から提供されて形成されたものである。   The Ti layer 4 is arranged in a stacked manner on the side opposite to the surface 2a side of the Ni layer 2 (that is, the lower side). The Ni layer 2 and the Ti layer 4 are joined by the discharge plasma sintering method. The Ti layer 4 is formed of Ti or a Ti alloy. Specifically, the Ti layer 4 is provided from a Ti plate or a Ti alloy plate.

さらに、Ni層2とTi層4との接合界面には、Ni層2のNiとTi層4のTiとが合金化してなる第1合金層3が形成されている。この第1合金層3は、Ni層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合した時に形成されたものであり、Ni−Ti系超弾性合金相を含んでいる。しかも、この第1合金層3は、NiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。そのため、この第1合金層3は、熱応力(熱歪み)を確実に緩和・吸収する役割を果たす。これにより、積層材1Aの接合界面での割れや剥離の発生及び積層材1AのNi層2の表面2aの変形(凹凸)の発生を確実に防止することができる。Ni−Ti系超弾性合金相は、詳述すると例えばNiTi超弾性合金相である。   Further, a first alloy layer 3 formed by alloying Ni of the Ni layer 2 and Ti of the Ti layer 4 is formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4. The first alloy layer 3 is formed when the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are joined by the discharge plasma sintering method, and includes a Ni—Ti superelastic alloy phase. Moreover, the first alloy layer 3 adopts a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction. Therefore, the first alloy layer 3 plays a role of reliably relaxing and absorbing thermal stress (thermal strain). Thereby, the generation | occurrence | production of the crack and peeling in the joining interface of 1 A of laminated materials and the deformation | transformation (unevenness | corrugation) of the surface 2a of the Ni layer 2 of 1 A of laminated materials can be prevented reliably. The Ni—Ti superelastic alloy phase is, for example, a NiTi superelastic alloy phase in detail.

Al層6は、Ti層4のNi層2配置側とは反対側(即ち下側)に積層状に配置されている。そして、Ti層4とAl層6とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このAl層6は、Al又はAl合金で形成されており、詳述すると例えばAl板又はAl合金板から提供されて形成されたものである。特に、このAl層6は、絶縁基板15の配線層として機能するとともに応力緩和機能を有するものであり、そのため純度4N以上(即ち純度99.99質量%以上)の純アルミニウムで形成されるのが良い。   The Al layer 6 is disposed in a stacked manner on the side opposite to the Ni layer 2 arrangement side of the Ti layer 4 (that is, the lower side). The Ti layer 4 and the Al layer 6 are joined by the discharge plasma sintering method. The Al layer 6 is made of Al or an Al alloy. More specifically, the Al layer 6 is provided from an Al plate or an Al alloy plate, for example. In particular, the Al layer 6 functions as a wiring layer of the insulating substrate 15 and has a stress relaxation function. Therefore, the Al layer 6 is formed of pure aluminum having a purity of 4N or more (that is, a purity of 99.99% by mass or more). good.

さらに、Ti層4とAl層6との接合界面には、Ti層4のTiとAl層6のAlとが合金化してなる第2合金層5が形成されている。この第2合金層5は、Ti層4とAl層6とを放電プラズマ焼結法により接合した時に形成されたものであり、Ti−Al系合金相を含んでいる。   Further, a second alloy layer 5 formed by alloying Ti of the Ti layer 4 and Al of the Al layer 6 is formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6. The second alloy layer 5 is formed when the Ti layer 4 and the Al layer 6 are joined by the discharge plasma sintering method, and includes a Ti—Al based alloy phase.

ここで、上述したように第1合金層3はNi−Ti系超弾性合金相を含んでおり、このNi−Ti系超弾性合金相は熱応力を緩和・吸収する。しかし、Ni−Ti系超弾性合金の熱伝導率は12.1W/m・Kであり、この値はAlの熱伝導率236W/m・Kと比べて著しく低い。したがって、第1合金層3の厚さはなるべく薄い方が積層材1A(更には絶縁基板15)の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましく、特に7μm以下であることが良い。第1合金層3の厚さの下限は限定されるものではないが、特に2μmであることが熱応力を確実に緩和・吸収しうる点で特に望ましい。   Here, as described above, the first alloy layer 3 includes a Ni—Ti superelastic alloy phase, and this Ni—Ti superelastic alloy phase relaxes and absorbs thermal stress. However, the thermal conductivity of the Ni—Ti superelastic alloy is 12.1 W / m · K, which is significantly lower than the thermal conductivity of Al, 236 W / m · K. Therefore, it is desirable that the thickness of the first alloy layer 3 is as thin as possible from the viewpoint of preventing a decrease in the thermal conductivity of the laminated material 1A (and also the insulating substrate 15), and it is particularly preferably 7 μm or less. Although the lower limit of the thickness of the first alloy layer 3 is not limited, it is particularly desirable that the thickness is 2 μm in that it can relieve and absorb thermal stress with certainty.

第2合金層5の厚さはなるべく薄い方が積層材1A(更には絶縁基板15)の接合界面での割れや剥離の発生を防止できる点で望ましく、特に5μm以下であることが良い。第2合金層5の厚さの下限は限定されるものではないが、特に0.8μmであることが特に望ましい。   The thickness of the second alloy layer 5 is preferably as thin as possible from the viewpoint of preventing the occurrence of cracking and peeling at the bonding interface of the laminated material 1A (and further the insulating substrate 15), and is particularly preferably 5 μm or less. The lower limit of the thickness of the second alloy layer 5 is not limited, but is particularly preferably 0.8 μm.

Ni層2及びTi層4の厚さは限定されるものではない。しかし、Niの熱伝導率は90.7W/m・K、Tiの熱伝導率は21.9W/m・Kであり、これらの熱伝導率はAlの熱伝導率236W/m・Kと比べて著しく低い。したがって、Ni層2及びTi層4の厚さはなるべく薄い方が、積層材1A(更には絶縁基板15)の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。そこで、Ni層2の厚さは150μm以下、及び、Ti層4の厚さは100μm以下であることが特に望ましい。一方、Ni層2の厚さの下限は5μm、Ti層4の厚さの下限は2μmであることが各層2、4の特性を確実に発揮しうる点で特に望ましい。   The thicknesses of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are not limited. However, the thermal conductivity of Ni is 90.7 W / m · K, the thermal conductivity of Ti is 21.9 W / m · K, and these thermal conductivities are compared with the thermal conductivity of Al 236 W / m · K. Remarkably low. Therefore, it is desirable that the thicknesses of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 be as thin as possible in order to prevent a decrease in the thermal conductivity of the laminated material 1A (and also the insulating substrate 15). Therefore, it is particularly desirable that the Ni layer 2 has a thickness of 150 μm or less and the Ti layer 4 has a thickness of 100 μm or less. On the other hand, it is particularly desirable that the lower limit of the thickness of the Ni layer 2 is 5 μm and the lower limit of the thickness of the Ti layer 4 is 2 μm because the characteristics of the layers 2 and 4 can be exhibited reliably.

Al層6の厚さは限定されるものではないが、Al層6を絶縁基板15の配線層及び応力緩和層として確実に機能させるため、なるべく厚い方が望ましい。しかるに、本第1実施形態では、Al層6はTi層4とクラッド接合により接合されるのではなく放電プラズマ焼結法により接合されるので、厚さ0.1〜2.0mmという厚いAl層6をTi層4と接合することができる。そのため、Al層6を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。   The thickness of the Al layer 6 is not limited, but is preferably as thick as possible in order to make the Al layer 6 function as a wiring layer and a stress relaxation layer of the insulating substrate 15 reliably. However, in the first embodiment, the Al layer 6 is not joined to the Ti layer 4 by clad joining, but is joined by the discharge plasma sintering method, so a thick Al layer having a thickness of 0.1 to 2.0 mm is used. 6 can be bonded to the Ti layer 4. Therefore, the Al layer 6 can function reliably as a wiring layer and a stress relaxation layer.

ろう材層7は、積層材1Aとセラミック層10とをろう付けにより接合する際に用いられるものであり、積層材1AのAl層6のTi層4配置側とは反対側(即ち下側)に積層状に配置されている。そして、Al層6とろう材層7とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このろう材層7は、Al系ろう材板(例:Al−Si系合金のろう材板)から提供されて形成された層であることが望ましい。このろう材層7の厚さは限定されるものではないが、積層材1Aとセラミック層10とをろう付けにより確実に接合できるようにするため、更には、熱伝導率の低下を防止するため、10〜70μmの範囲に設定されるのが特に望ましい。   The brazing material layer 7 is used when the laminated material 1A and the ceramic layer 10 are joined by brazing. The brazing material layer 7 is on the side opposite to the side where the Ti layer 4 is disposed of the Al layer 6 of the laminated material 1A (that is, the lower side). Are arranged in a stack. The Al layer 6 and the brazing material layer 7 are joined by the discharge plasma sintering method. The brazing material layer 7 is preferably a layer provided and formed from an Al-based brazing material plate (e.g., an Al-Si based alloy brazing material plate). Although the thickness of the brazing material layer 7 is not limited, in order to ensure that the laminated material 1A and the ceramic layer 10 can be joined by brazing, and further to prevent a decrease in thermal conductivity. It is particularly desirable to set in the range of 10 to 70 μm.

次に、本第1実施形態の積層材1A及び絶縁基板15の製造方法の一例について、図3〜5を参照して以下に説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the laminated material 1A and the insulating substrate 15 according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

図3に示すように、Ni層2とTi層4とを互いに隣接させて放電プラズマ焼結法により積層状に接合する。この工程を「第1接合工程」という。この第1接合工程では、Ni層2とTi層4とを、Ni層2とTi層4との接合界面に厚さ7μm以下の第1合金層3が形成されるように放電プラズマ焼結法により接合することが特に望ましい。   As shown in FIG. 3, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are adjacent to each other and joined in a laminated manner by a discharge plasma sintering method. This process is referred to as a “first bonding process”. In this first bonding step, the discharge plasma sintering method is used to form the Ni layer 2 and the Ti layer 4 so that the first alloy layer 3 having a thickness of 7 μm or less is formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4. It is particularly desirable to join by.

ここで、放電プラズマ焼結(Spark Plasma Sintering:SPS)法は、一般に、粉体を焼結するため又は部材同士を接合するために適用されるものであり、本第1実施形態では部材同士を接合するために適用されている。なお、この放電プラズマ焼結法は、「SPS接合法」、「パルス通電圧接法(Pulsed Current Hot Pressing:PCHP)」等とも呼ばれている。図3において、「SPS法」とは放電プラズマ焼結法を意味している。   Here, the spark plasma sintering (SPS) method is generally applied to sinter powder or to join members together. In the first embodiment, the members are joined together. Has been applied to join. This discharge plasma sintering method is also called “SPS bonding method”, “Pulsed Current Hot Pressing (PCHP)” or the like. In FIG. 3, “SPS method” means a discharge plasma sintering method.

第1接合工程においてNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合する場合には、図4に示すように、まず、放電プラズマ焼結装置30に備えられた筒状ダイ31内にNi層2とTi層4とを積層状に配置する。これにより、Ni層2とTi層4との未接合積層体8(当該未接合積層体8を説明の便宜上「第1未接合積層体8」という。以下同じ。)の周囲がダイ31で包囲される。ダイ31は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。次いで、第1未接合積層体8をその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。各パンチ32は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。また、各パンチ32の基部には電極33が電気的に接続されている。そして、例えば1〜10Paの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で第1未接合積層体8をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで第1未接合積層体8を加熱し、これによりNi層2とTi層4とを接合する。こうして得られたNi層2とTi層4との接合体8Zを、説明の便宜上「第1接合体8Z」という(図3参照)。また、この接合により、第1接合体8ZのNi層2とTi層4との接合界面に第1合金層3が形成される。この第1合金層3は、上述したようにNi−Ti系超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。この接合では、厚さ7μm以下の第1合金層3が形成されるように接合条件(例:加熱温度、加熱温度の保持時間、昇温速度、加圧力)を設定するのが望ましい。この接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は600〜700℃、加熱温度の保持時間は5〜20min、室温から加熱温度への昇温速度は5〜50℃/min、第1未接合積層体8への加圧力は10〜20MPaである。   When the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are joined by the discharge plasma sintering method in the first joining step, first, as shown in FIG. 4, the inside of the cylindrical die 31 provided in the discharge plasma sintering apparatus 30 The Ni layer 2 and the Ti layer 4 are arranged in a stacked manner. Accordingly, the die 31 surrounds the periphery of the unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 (the unbonded stacked body 8 is referred to as “first unbonded stacked body 8” for the sake of convenience). Is done. The die 31 has conductivity, and is made of, for example, graphite. Next, the first unbonded laminate 8 is sandwiched between a pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Each punch 32 has conductivity, and is made of, for example, graphite. An electrode 33 is electrically connected to the base of each punch 32. Then, for example, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, both the punches 32 and 32 pressurize the first unbonded laminate 8 in the thickness direction while The first unbonded laminated body 8 is heated by applying a pulse current between the punches 32 and 32 in a state in which energization between the punches 32 and 32 is ensured, and thereby the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are bonded. . The joined body 8Z of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 thus obtained is referred to as a “first joined body 8Z” for convenience of explanation (see FIG. 3). In addition, by this bonding, the first alloy layer 3 is formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of the first bonded body 8Z. As described above, the first alloy layer 3 includes a Ni—Ti superelastic alloy phase and adopts a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction. In this joining, it is desirable to set joining conditions (eg, heating temperature, holding time of heating temperature, heating rate, pressure) so that the first alloy layer 3 having a thickness of 7 μm or less is formed. Specific examples of the bonding conditions include a heating temperature of 600 to 700 ° C., a holding time of the heating temperature of 5 to 20 min, a rate of temperature increase from room temperature to the heating temperature of 5 to 50 ° C./min, and the first unbonded laminate. The pressure applied to the body 8 is 10 to 20 MPa.

次いで、図3に示すように、第1接合体8ZのTi層4と、Al層6と、ろう材層7とを、Ti層4とAl層6とを隣接させ且つAl層6とろう材層7とを隣接させて放電プラズマ焼結法により積層状に同時に接合する。この工程を「第2接合工程」という。この第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7とを、Ti層4とAl層6との接合界面に厚さ5μm以下の第2合金層5が形成されるように放電プラズマ焼結法により接合することが特に望ましい。   Next, as shown in FIG. 3, the Ti layer 4, the Al layer 6, the brazing material layer 7, the Ti layer 4 and the Al layer 6 of the first joined body 8 </ b> Z, and the Al layer 6 and the brazing material are adjacent to each other. The layers 7 are adjacent to each other and are simultaneously bonded in a laminated form by a discharge plasma sintering method. This process is referred to as a “second bonding process”. In this second bonding step, the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 are formed so that the second alloy layer 5 having a thickness of 5 μm or less is formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6. It is particularly desirable to join by a discharge plasma sintering method.

第2接合工程においてTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により同時に接合する場合には、図5に示すように、まず、筒状ダイ31内にTi層4とAl層6とろう材層7とを積層状に配置する。これにより、Ti層4とAl層6とろう材層7との未接合積層体9(当該未接合積層体9を説明の便宜上、「第2未接合積層体9」という。以下同じ。)の周囲がダイ31で包囲される。次いで、第2未接合積層体9をその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、例えば1〜10Paの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で第2未接合積層体9をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで第2未接合積層体9を加熱し、これによりTi層4とAl層6とろう材層7とを同時に接合する。また、この接合により、Ti層4とAl層6との接合界面に第2合金層5が形成される。この第2合金層5は上述したようにTi−Al系合金相を含んでいる。この接合では、厚さ5μm以下の第2合金層5が形成されるように接合条件(例:加熱温度、加熱温度の保持時間、昇温速度、加圧力)を設定するのが望ましい。この接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は500〜560℃、加熱温度の保持時間は5〜20min、室温から加熱温度への昇温速度は5〜50℃/min、第2未接合積層体9への加圧力は10〜20MPaである。   When the Ti layer 4, Al layer 6, and brazing filler metal layer 7 are simultaneously bonded by the discharge plasma sintering method in the second bonding step, first, as shown in FIG. The Al layer 6 and the brazing filler metal layer 7 are arranged in a laminated form. Thereby, the unbonded laminated body 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 (for convenience of explanation, the unbonded laminated body 9 is referred to as “second unbonded laminated body 9”, the same applies hereinafter). The periphery is surrounded by the die 31. Next, the second unbonded laminate 9 is sandwiched between a pair of upper and lower punches 32, 32 in the thickness direction. Then, for example, in a vacuum atmosphere of 1 to 10 Pa or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, both the punches 32 and 32 pressurize the second unbonded laminate 9 in the thickness direction while The second unbonded laminated body 9 is heated by applying a pulse current between the punches 32 and 32 in a state in which energization between the punches 32 and 32 is ensured, whereby the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer are heated. 7 are joined simultaneously. In addition, the second alloy layer 5 is formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6 by this bonding. As described above, the second alloy layer 5 includes a Ti—Al-based alloy phase. In this joining, it is desirable to set the joining conditions (eg, heating temperature, holding time of heating temperature, heating rate, pressure) so that the second alloy layer 5 having a thickness of 5 μm or less is formed. Specific examples of this bonding condition include a heating temperature of 500 to 560 ° C., a holding time of the heating temperature of 5 to 20 min, a rate of temperature increase from room temperature to the heating temperature of 5 to 50 ° C./min, and the second unbonded laminate. The pressure applied to the body 9 is 10 to 20 MPa.

以上の工程を経ることで、本第1実施形態の積層材1Aが得られる。   Through the above steps, the laminated material 1A of the first embodiment is obtained.

この積層材1Aを用いて絶縁基板15が製造される。その製造方法について例示すると次のとおりである。   The insulating substrate 15 is manufactured using this laminated material 1A. The production method is exemplified as follows.

図3に示すように、この積層材1Aとセラミック層10と金属ベース層12とをろう付けにより接合する。これにより、絶縁基板15が得られる。ここで、積層材1Aはろう材層7を備えているので、このろう材層7をろう材として用いることにより積層材1Aとセラミック層10とを容易に接合することができる。なお本発明では、積層材1Aとセラミック層10と金属ベース層12とを炉内ろう付けにより同時に接合しても良い。   As shown in FIG. 3, the laminated material 1A, the ceramic layer 10, and the metal base layer 12 are joined by brazing. Thereby, the insulating substrate 15 is obtained. Here, since the laminated material 1A includes the brazing material layer 7, the laminated material 1A and the ceramic layer 10 can be easily joined by using the brazing material layer 7 as the brazing material. In the present invention, the laminated material 1A, the ceramic layer 10, and the metal base layer 12 may be joined simultaneously by in-furnace brazing.

こうして得られた絶縁基板15では、図1及び2に示すように、その金属ベース層12の下面に放熱部材17がろう付け等により接合されるとともに、Ni層2の表面2aに半導体素子21がはんだ付けにより接合される。これにより半導体モジュール20が得られる。   In the insulating substrate 15 thus obtained, as shown in FIGS. 1 and 2, the heat radiating member 17 is joined to the lower surface of the metal base layer 12 by brazing or the like, and the semiconductor element 21 is formed on the surface 2 a of the Ni layer 2. Joined by soldering. Thereby, the semiconductor module 20 is obtained.

本第1実施形態の積層材1A及びその製造方法は、次の利点を有している。   The laminated material 1A and the manufacturing method thereof according to the first embodiment have the following advantages.

本第1実施形態の積層材1Aは、Ni層2を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子21をこのNi層2の表面2aにはんだ付けにより確実に接合することができる。   Since the laminated material 1 </ b> A of the first embodiment includes the Ni layer 2, solderability is good. Therefore, the semiconductor element 21 can be reliably bonded to the surface 2a of the Ni layer 2 by soldering.

さらに、Ni層2とAl層6との間にTi層4が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、もしNi層2とAl層6との間にTi層4を配置しないでNi層2とAl層6とを直接接合した場合には、Ni層2とAl層6との接合界面に強度の弱い合金層が形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力(熱歪み)によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、本第1実施形態の積層材1Aでは、Ni層2とAl層6との間にTi層4が配置されているので、そのような強度の弱い合金層は形成されない。これにより、熱応力(熱歪み)による積層材の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはNi層2の表面2aの変形(凹凸)の発生も防止することができる。   Furthermore, since the Ti layer 4 is disposed between the Ni layer 2 and the Al layer 6, the following effects are obtained. That is, if the Ni layer 2 and the Al layer 6 are directly bonded without disposing the Ti layer 4 between the Ni layer 2 and the Al layer 6, the bonding interface between the Ni layer 2 and the Al layer 6 has a strength. Weak alloy layer is formed, and as a result, the alloy layer is likely to be cracked or peeled off due to thermal stress (thermal strain) generated with the cooling cycle. On the other hand, in the laminated material 1A of the first embodiment, since the Ti layer 4 is disposed between the Ni layer 2 and the Al layer 6, such a weak alloy layer is not formed. Thereby, the generation | occurrence | production of the crack and peeling in the joining interface of a laminated material by thermal stress (thermal distortion) can be prevented, and also generation | occurrence | production of the deformation | transformation (unevenness | corrugation) of the surface 2a of the Ni layer 2 can be prevented.

しかも、Ni層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合することによって、Ni層2とTi層4との接合界面に第1合金層3が形成される。この第1合金層3は、Ni−Ti系超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。したがって、この第1合金層3は、積層材1Aや絶縁基板15に発生する熱応力を確実に緩和・吸収する役割を果たす。   Moreover, the first alloy layer 3 is formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4 by bonding the Ni layer 2 and the Ti layer 4 by the discharge plasma sintering method. The first alloy layer 3 includes a Ni—Ti superelastic alloy phase and adopts a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction. Therefore, the first alloy layer 3 plays a role of reliably relaxing and absorbing the thermal stress generated in the laminated material 1A and the insulating substrate 15.

ここで、積層材1Aや絶縁基板15に発生する熱応力について具体的に例示すると、次のとおりである。すなわち、絶縁基板15の金属ベース層12と放熱部材17との接合が例えばろう付けにより行われる場合、このろう付けの際に絶縁基板15の温度は室温から約600℃に上昇し、ろう付け後に室温に戻る。また、積層材1AのNi層2の表面2aに半導体素子21がはんだ付けにより接合される際に絶縁基板15の温度は室温から約300℃に上昇し、はんだ付け後に室温に戻る。さらに、半導体モジュール20の動作の際に半導体素子21の温度は室温から150〜300℃程度に上昇し、その動作の停止後に室温に戻る。このような冷熱サイクルによって積層材1Aや絶縁基板15に熱応力(熱歪み)が発生する。しかるに、本第1実施形態の積層材1Aや絶縁基板15では、この熱応力は第1合金層3により緩和・吸収される。これにより、積層材1Aの接合界面での割れや剥離の発生及びNi層2の表面2aの変形の発生を確実に防止することができる。   Here, specific examples of the thermal stress generated in the laminated material 1A and the insulating substrate 15 are as follows. That is, when the joining of the metal base layer 12 of the insulating substrate 15 and the heat dissipation member 17 is performed by brazing, for example, the temperature of the insulating substrate 15 rises from room temperature to about 600 ° C. during the brazing, and after brazing Return to room temperature. Further, when the semiconductor element 21 is joined to the surface 2a of the Ni layer 2 of the laminated material 1A by soldering, the temperature of the insulating substrate 15 rises from room temperature to about 300 ° C. and returns to room temperature after soldering. Furthermore, during the operation of the semiconductor module 20, the temperature of the semiconductor element 21 rises from room temperature to about 150 to 300 ° C., and returns to room temperature after the operation is stopped. Thermal stress (thermal distortion) is generated in the laminated material 1A and the insulating substrate 15 by such a cooling / heating cycle. However, in the laminated material 1 </ b> A and the insulating substrate 15 of the first embodiment, this thermal stress is relaxed and absorbed by the first alloy layer 3. Thereby, generation | occurrence | production of the crack and peeling in the joining interface of 1 A of laminated materials, and generation | occurrence | production of the deformation | transformation of the surface 2a of the Ni layer 2 can be prevented reliably.

その上、Ni層2とTi層4との接合手段、及び、Ti層4とAl層6とろう材層7との接合手段がいずれも放電プラズマ焼結法であることにより、接合前後の各層の寸法変化を少なくすることができる。これにより、高い寸法精度を有する積層材1Aを得ることができる。   In addition, since the joining means for the Ni layer 2 and the Ti layer 4 and the joining means for the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 are all the discharge plasma sintering method, each layer before and after the joining is obtained. It is possible to reduce the dimensional change. Thereby, the laminated material 1A having high dimensional accuracy can be obtained.

しかも、図4に示すように、第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8の周囲を放電プラズマ焼結用ダイ31で包囲した状態で第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合しているので、両パンチ32、32間の通電を確実に確保することができ、もって安定した温度制御を行うことができる。これにより、この接合を確実に行うことができる。これと同様に、図5に示すように、第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9の周囲をダイ31で包囲した状態で第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により接合しているので、両パンチ32、32間の通電を確実に確保することができ、もって安定した温度制御を行うことができる。これにより、この接合を確実に行うことができる。   In addition, as shown in FIG. 4, in the first bonding step, the first unbonded state in which the periphery of the first unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is surrounded by the discharge plasma sintering die 31. Since the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of the laminated body 8 are joined by the discharge plasma sintering method, the energization between the punches 32 and 32 can be reliably ensured, and stable temperature control can be performed. Can do. Thereby, this joining can be performed reliably. Similarly to this, as shown in FIG. 5, in the second bonding step, the second unbonded laminated body 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 is surrounded by the die 31. 2 Since the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of the unbonded laminate 9 are bonded by the discharge plasma sintering method, the energization between the punches 32 and 32 can be reliably ensured, Thus, stable temperature control can be performed. Thereby, this joining can be performed reliably.

さらに、Ti層4とAl層6との接合手段として放電プラズマ焼結法を採用することにより、接合手段としてクラッド接合を採用する場合に比べて、厚さの厚いAl層6をTi層4と接合することが可能となる。具体的に示すと、Ti層4とAl層6との接合手段としてクラッド接合を採用し、厚さ100μm以下のTi層4を用いた場合、安定した接合を行うためにはTi層4の厚さと同じ程度の厚さのAl層6しかTi層4と接合することができない。これに対して、接合手段として放電プラズマ焼結法を採用する場合には、厚さ0.1〜2.0mmという厚いAl層6をTi層4と接合することができる。そのため、Al層6を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。   Further, by adopting the discharge plasma sintering method as the joining means between the Ti layer 4 and the Al layer 6, the thick Al layer 6 and the Ti layer 4 can be compared with the case where the clad joining is adopted as the joining means. It becomes possible to join. Specifically, when clad bonding is employed as a bonding means between the Ti layer 4 and the Al layer 6 and the Ti layer 4 having a thickness of 100 μm or less is used, the thickness of the Ti layer 4 is required for stable bonding. Only the Al layer 6 having the same thickness as that of the Ti layer 4 can be bonded. On the other hand, when the discharge plasma sintering method is employed as the joining means, a thick Al layer 6 having a thickness of 0.1 to 2.0 mm can be joined to the Ti layer 4. Therefore, the Al layer 6 can function reliably as a wiring layer and a stress relaxation layer.

さらに、Al層6とろう材層7とが接合されているので、このろう材層7を、積層材1Aとセラミック層10とをろう付けにより接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材1Aとセラミック層10とを容易に接合することができる。   Further, since the Al layer 6 and the brazing material layer 7 are joined, the brazing material layer 7 can be used as a brazing material when the laminated material 1A and the ceramic layer 10 are joined by brazing. Therefore, the laminated material 1A and the ceramic layer 10 can be easily joined.

さらに、Ti層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により同時に接合することにより、ろう材層7を備えた積層材1Aを作業能率良く得ることができる。   Furthermore, by simultaneously bonding the Ti layer 4, the Al layer 6 and the brazing material layer 7 by the discharge plasma sintering method, the laminated material 1A provided with the brazing material layer 7 can be obtained with high work efficiency.

ここで、上記第1実施形態の積層材1Aでは全ての層2、4、6、7が導電性を有している。そのため、放電プラズマ焼結用ダイ31を必ずしも用いなくても上下両パンチ32、32間の通電を確保し得て、放電プラズマ焼結法による接合を行うことができる。以下に、その接合方法を含め、上記第1実施形態の積層材1Aの製造方法の幾つかの変形例を説明する。   Here, in the laminated material 1A of the first embodiment, all the layers 2, 4, 6, and 7 have conductivity. Therefore, even if the discharge plasma sintering die 31 is not necessarily used, energization between the upper and lower punches 32 and 32 can be ensured, and joining by the discharge plasma sintering method can be performed. Below, some modifications of the manufacturing method of the laminated material 1A of the said 1st Embodiment including the joining method are demonstrated.

図6は、第1接合工程においてNi層2とTi層4とをダイ31を用いないで放電プラズマ焼結法により接合する場合を示す断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are joined by the discharge plasma sintering method without using the die 31 in the first joining step.

同図に示した第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8の周囲はダイで包囲されていない。次いで、第1未接合積層体8をその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で第1未接合積層体8をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで第1未接合積層体8を加熱し、これによりNi層2とTi層4とを接合する。また、この接合により、Ni層2とTi層4との接合界面に第1合金層3が形成される。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第1接合工程で適用した接合条件と同じである。   In the first bonding step shown in the figure, the periphery of the first unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is not surrounded by a die. Next, the first unbonded laminate 8 is sandwiched between a pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while pressing the first unbonded laminate 8 in the thickness direction with both punches 32, 32, between both punches 32, 32. The first unbonded laminate 8 is heated by applying a pulse current between the punches 32 and 32 in a state in which the energization is secured, and thereby the Ni layer 2 and the Ti layer 4 are bonded. Moreover, the 1st alloy layer 3 is formed in the joining interface of Ni layer 2 and Ti layer 4 by this joining. The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the first joining step of the first embodiment.

同図に示した第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8を、第1未接合積層体8の周囲をダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合するので、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層2、4のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置30についての設備費の低減を図ることができる。   In the first bonding step shown in the figure, the first unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is subjected to a discharge plasma sintering method without surrounding the first unbonded stacked body 8 with a die. Therefore, the setting work of these layers 2 and 4 and the taking-out work after joining can be easily performed at the time of joining by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about the discharge plasma sintering apparatus 30 can be aimed at.

図7は、第1接合工程において各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とをダイ31を用いて放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded laminate 8 are collectively bonded by the discharge plasma sintering method using the die 31 in the first bonding step. .

同図に示した第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8を複数準備する。同図では、準備した第1未接合積層体8の個数は例えば3個である。なお本発明では、第1未接合積層体8の個数は3個であることに限定されるものではなく、2〜40個であっても良いし、40個を超えても良い。   In the first bonding step shown in the figure, a plurality of first unbonded laminates 8 of Ni layers 2 and Ti layers 4 are prepared. In the figure, the number of prepared first unbonded laminates 8 is, for example, three. In the present invention, the number of the first unbonded laminates 8 is not limited to three, but may be 2 to 40 or may exceed 40.

次いで、ダイ31内において、複数の第1未接合積層体8を互いに隣り合う各第1未接合積層体8、8間に導電性離型板35を介して積層する。つまり、ダイ31内において、互いに隣り合う2個の第1未接合積層体8、8の間に導電性離型板35が介在されるように、複数の第1未接合積層体8を積層する。これにより、複数の第1未接合積層体8の周囲がダイ31で包囲される。導電性離型板35は、互いに隣り合う第1未接合積層体8、8同士が接合しないようにする役割を有するものであり、更に、第1未接合積層体8とは接合しないものである。この導電性離型板35は、導電性を有し更に接合時に溶融しない耐熱性を有する板であることが望ましく、例えばカーボン板(グラファイト板・シートを含む)からなるものである。次いで、複数の第1未接合積層体8を一括してその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で複数の第1未接合積層体8をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで複数の第1未接合積層体8を加熱し、これにより各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを一括して接合する。また、この接合により、各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4との接合界面に第1合金層3が形成される(図3参照)。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第1接合工程で適用した接合条件と同じである。   Next, in the die 31, a plurality of first unbonded stacked bodies 8 are stacked between the first unbonded stacked bodies 8 and 8 adjacent to each other via the conductive release plate 35. That is, in the die 31, the plurality of first unbonded stacked bodies 8 are stacked such that the conductive release plate 35 is interposed between the two first unbonded stacked bodies 8, 8 adjacent to each other. . Thereby, the periphery of the plurality of first unbonded stacked bodies 8 is surrounded by the die 31. The conductive release plate 35 serves to prevent the first unbonded stacked bodies 8 and 8 adjacent to each other from being bonded to each other, and is not bonded to the first unbonded stacked body 8. . The conductive release plate 35 is preferably a plate having conductivity and heat resistance that does not melt at the time of joining. For example, the conductive release plate 35 is made of a carbon plate (including a graphite plate and a sheet). Next, the plurality of first unbonded stacked bodies 8 are collectively sandwiched between the pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while pressing the plurality of first unbonded laminates 8 in the thickness direction with both punches 32, 32, both punches 32, A plurality of first unbonded stacked bodies 8 are heated by supplying a pulse current between both punches 32 and 32 in a state where energization between 32 is ensured, whereby the Ni layer 2 of each first unbonded stacked body 8 is heated. And Ti layer 4 are bonded together. Moreover, the 1st alloy layer 3 is formed in the joining interface of Ni layer 2 of each 1st unjoined laminated body 8 and Ti layer 4 by this joining (refer to Drawing 3). The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the first joining step of the first embodiment.

同図に示した第1接合工程では、各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により一括して接合するので、Ni層2とTi層4との第1接合体8Zを大量に製造することができる。これにより、積層材1Aの製造コストを引き下げることができる。   In the first bonding step shown in the figure, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded laminate 8 are bonded together by the discharge plasma sintering method. The first joined body 8Z can be manufactured in large quantities. Thereby, the manufacturing cost of 1 A of laminated materials can be reduced.

図8は、第1接合工程において各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とをダイ31を用いないで放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a case where the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded laminate 8 are collectively bonded by the discharge plasma sintering method without using the die 31 in the first bonding step. is there.

同図に示した第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8を複数準備する。同図では、準備した第1未接合積層体8の個数は例えば3個である。なお本発明では、第1未接合積層体8の個数は3個であることに限定されるものではなく、2〜40個であっても良いし、40個を超えても良い。   In the first bonding step shown in the figure, a plurality of first unbonded laminates 8 of Ni layers 2 and Ti layers 4 are prepared. In the figure, the number of prepared first unbonded laminates 8 is, for example, three. In the present invention, the number of the first unbonded laminates 8 is not limited to three, but may be 2 to 40 or may exceed 40.

次いで、複数の第1未接合積層体8を互いに隣り合う各第1未接合積層体8、8間に導電性離型板35を介して積層する。つまり、互いに隣り合う2個の第1未接合積層体8、8の間に導電性離型板35が介在されるように、複数の第1未接合積層体8を積層する。このとき、複数の第1未接合積層体8の周囲はダイで包囲されていない。次いで、複数の第1未接合積層体8を一括してその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で複数の第1未接合積層体8をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで複数の第1未接合積層体8を加熱し、これにより各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを一括して接合する。また、この接合により、各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4との接合界面に第1合金層3が形成される(図3参照)。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第1接合工程で適用した接合条件と同じである。   Next, a plurality of first unbonded stacked bodies 8 are stacked via the conductive release plate 35 between the first unbonded stacked bodies 8 and 8 adjacent to each other. That is, the plurality of first unbonded stacked bodies 8 are stacked such that the conductive release plate 35 is interposed between the two first unbonded stacked bodies 8 and 8 adjacent to each other. At this time, the periphery of the plurality of first unbonded stacked bodies 8 is not surrounded by the die. Next, the plurality of first unbonded stacked bodies 8 are collectively sandwiched between the pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while pressing the plurality of first unbonded laminates 8 in the thickness direction with both punches 32, 32, both punches 32, A plurality of first unbonded stacked bodies 8 are heated by supplying a pulse current between both punches 32 and 32 in a state where energization between 32 is ensured, whereby the Ni layer 2 of each first unbonded stacked body 8 is heated. And Ti layer 4 are bonded together. Moreover, the 1st alloy layer 3 is formed in the joining interface of Ni layer 2 of each 1st unjoined laminated body 8 and Ti layer 4 by this joining (refer to Drawing 3). The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the first joining step of the first embodiment.

同図に示した第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8を、第1未接合積層体8の周囲をダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合するので、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層2、4のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置30についての設備費の低減を図ることができる。   In the first bonding step shown in the figure, the first unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is subjected to a discharge plasma sintering method without surrounding the first unbonded stacked body 8 with a die. Therefore, the setting work of these layers 2 and 4 and the taking-out work after joining can be easily performed at the time of joining by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about the discharge plasma sintering apparatus 30 can be aimed at.

さらに、各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により一括して接合するので、Ni層2とTi層4との第1接合体8Zを大量に製造することができる。これにより、積層材1Aの製造コストを引き下げることができる。   Further, since the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded laminate 8 are collectively bonded by the discharge plasma sintering method, a large amount of the first bonded body 8Z of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is formed. Can be manufactured. Thereby, the manufacturing cost of 1 A of laminated materials can be reduced.

図9は、第2接合工程において第1接合体8ZのTi層4と、Al層6と、ろう材層7とをダイ31を用いないで放電プラズマ焼結法により接合する場合を示す断面図である。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a case where the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of the first joined body 8Z are joined by the discharge plasma sintering method without using the die 31 in the second joining step. It is.

同図に示した第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9の周囲はダイで包囲されていない。次いで、第2未接合積層体9をその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で第2未接合積層体9をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで第2未接合積層体9を加熱し、これによりTi層4とAl層6とろう材層7とを同時に接合する。また、この接合により、Ti層4とAl層6との接合界面に第2合金層5が形成される(図3参照)。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第2接合工程で適用した接合条件と同じである。   In the second bonding step shown in the figure, the periphery of the second unbonded laminate 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 is not surrounded by a die. Next, the second unbonded laminate 9 is sandwiched between a pair of upper and lower punches 32, 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while pressing the second unbonded laminate 9 in the thickness direction with both punches 32 and 32, between both punches 32 and 32. The second unbonded laminate 9 is heated by applying a pulse current between the punches 32 and 32 in a state in which the energization is ensured, whereby the Ti layer 4, the Al layer 6 and the brazing material layer 7 are bonded simultaneously. To do. Moreover, the 2nd alloy layer 5 is formed in the joining interface of Ti layer 4 and Al layer 6 by this joining (refer to Drawing 3). The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the second joining step of the first embodiment.

同図に示した第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9を、第2未接合積層体9の周囲をダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合するので、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層4、6、7のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置30についての設備費の低減を図ることができる。   In the second bonding step shown in the figure, the second unbonded stacked body 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6 and the brazing filler metal layer 7 is not surrounded by the die. Since the joining is performed by the discharge plasma sintering method, the setting work of these layers 4, 6, and 7 and the taking-out work after joining can be easily performed at the time of joining by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about the discharge plasma sintering apparatus 30 can be aimed at.

図10は、第2接合工程において各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とをダイ31を用いて放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。   FIG. 10 shows a case where the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing filler metal layer 7 of each second unbonded laminate 9 are collectively bonded by the discharge plasma sintering method using the die 31 in the second bonding step. It is sectional drawing shown.

同図に示した第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9を複数準備する。同図では、準備した第2未接合積層体9の個数は例えば3個である。なお本発明では、第2未接合積層体9の個数は3個であることに限定されるものではなく、2〜40個であっても良いし、40個を超えても良い。   In the second bonding step shown in the figure, a plurality of second unbonded laminates 9 of Ti layer 4, Al layer 6 and brazing material layer 7 are prepared. In the figure, the number of prepared second unbonded laminates 9 is, for example, three. In the present invention, the number of the second unbonded laminates 9 is not limited to three, but may be 2 to 40 or may exceed 40.

次いで、ダイ31内において、複数の第2未接合積層体9を互いに隣り合う各第2未接合積層体9、9間に導電性離型板35を介して積層する。つまり、ダイ31内において、互いに隣り合う2個の第2未接合積層体9、9の間に導電性離型板35が介在されるように、複数の第2未接合積層体9を積層する。これにより、複数の第2未接合積層体9の周囲がダイ31で包囲される。次いで、複数の第2未接合積層体9を一括してその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチで複数の第2未接合積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで複数の第2未接合積層体9を加熱し、これにより各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7を一括して同時に接合する。また、この接合により、各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6との接合界面に第2合金層5が形成される(図3参照)。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第2接合工程で適用した接合条件と同じである。   Next, in the die 31, a plurality of second unbonded stacked bodies 9 are stacked between the second unbonded stacked bodies 9 and 9 adjacent to each other via a conductive release plate 35. That is, in the die 31, the plurality of second unbonded stacked bodies 9 are stacked such that the conductive release plate 35 is interposed between the two adjacent second unbonded stacked bodies 9 and 9. . Thereby, the periphery of the plurality of second unbonded stacked bodies 9 is surrounded by the die 31. Next, the plurality of second unbonded laminated bodies 9 are collectively sandwiched between a pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while energizing the plurality of second unbonded laminates with both punches in the thickness direction, energization between both punches was ensured. In this state, a plurality of second unbonded laminates 9 are heated by applying a pulse current between the punches 32, 32, whereby the Ti layer 4, Al layer 6 and brazing material of each second unbonded laminate 9 are heated. Layers 7 are bonded together at the same time. Moreover, the 2nd alloy layer 5 is formed in the joining interface of Ti layer 4 of each 2nd unjoined laminated body 9 and Al layer 6 by this joining (refer to Drawing 3). The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the second joining step of the first embodiment.

同図に示した第1接合工程では、各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合するので、積層材1Aを大量に製造することができる。これにより、積層材1Aの製造コストを引き下げることができる。   In the first bonding step shown in the figure, the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of each second unbonded stacked body 9 are simultaneously bonded together by the discharge plasma sintering method. 1A can be produced in large quantities. Thereby, the manufacturing cost of 1 A of laminated materials can be reduced.

図11は、第2接合工程において各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とをダイ31を用いないで放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する場合を示す断面図である。   FIG. 11 shows that the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing filler metal layer 7 of each second unbonded laminate 9 are simultaneously bonded together by the discharge plasma sintering method without using the die 31 in the second bonding step. It is sectional drawing which shows a case.

同図に示した第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第1未接合積層体9を複数準備する。同図では、準備した第2未接合積層体9の個数は例えば3個である。なお本発明では、第2未接合積層体9の個数は3個であることに限定されるものではなく、2〜40個であっても良いし、40個を超えても良い。   In the second bonding step shown in the figure, a plurality of first unbonded laminates 9 of Ti layer 4, Al layer 6 and brazing material layer 7 are prepared. In the figure, the number of prepared second unbonded laminates 9 is, for example, three. In the present invention, the number of the second unbonded laminates 9 is not limited to three, but may be 2 to 40 or may exceed 40.

次いで、複数の第2未接合積層体9を互いに隣り合う各第2未接合積層体9、9間に導電性離型板35を介して積層する。つまり、互いに隣り合う2個の第2未接合積層体9、9の間に導電性離型板35が介在されるように、複数の第2未接合積層体9を積層する。このとき、複数の第2未接合積層体9の周囲はダイで包囲されていない。次いで、複数の第2未接合積層体9を一括してその厚さ方向に上下一対のパンチ32、32で挟む。そして、真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ32、32で複数の第2未接合積層体9をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ32、32間の通電を確保した状態で両パンチ32、32間にパルス電流を通電することで複数の第2未接合積層体9を加熱し、これにより各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを一括して同時に接合する。また、この接合により、各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6との接合界面に第2合金層5が形成される(図3参照)。この接合に適用される接合条件は、上記第1実施形態の第2接合工程で適用した接合条件と同じである。   Next, the plurality of second unbonded stacked bodies 9 are stacked via the conductive release plate 35 between the second unbonded stacked bodies 9 and 9 adjacent to each other. That is, the plurality of second unbonded stacked bodies 9 are stacked such that the conductive release plate 35 is interposed between the two second unbonded stacked bodies 9 and 9 adjacent to each other. At this time, the periphery of the plurality of second unbonded stacked bodies 9 is not surrounded by the die. Next, the plurality of second unbonded laminated bodies 9 are collectively sandwiched between a pair of upper and lower punches 32 and 32 in the thickness direction. Then, in a vacuum atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, while pressing the plurality of second unbonded laminates 9 in the thickness direction with both punches 32, 32, both punches 32, A plurality of second unbonded laminates 9 are heated by applying a pulse current between both punches 32 and 32 in a state where energization between 32 is ensured, whereby the Ti layer 4 of each second unbonded laminate 9 is heated. The Al layer 6 and the brazing filler metal layer 7 are bonded together at the same time. Moreover, the 2nd alloy layer 5 is formed in the joining interface of Ti layer 4 of each 2nd unjoined laminated body 9 and Al layer 6 by this joining (refer to Drawing 3). The joining conditions applied to this joining are the same as the joining conditions applied in the second joining step of the first embodiment.

同図に示した第2接合工程では、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体8を、第2未接合積層体8の周囲をダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合するので、放電プラズマ焼結法による接合の際にこれらの層4、6、7のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができる。これにより、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置30についての設備費の低減を図ることができる。   In the second bonding step shown in the figure, the second unbonded stacked body 8 of the Ti layer 4, the Al layer 6 and the brazing filler metal layer 7 is not surrounded by the die. Since the joining is performed by the discharge plasma sintering method, the setting work of these layers 4, 6, and 7 and the taking-out work after joining can be easily performed at the time of joining by the discharge plasma sintering method. Thereby, joining work can be performed rapidly and the reduction of the installation cost about the discharge plasma sintering apparatus 30 can be aimed at.

さらに、各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合するので、積層材1Aを大量に製造することができる。これにより、積層材1Aの製造コストを引き下げることができる。   Furthermore, since the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of each second unbonded laminated body 9 are simultaneously bonded together by the discharge plasma sintering method, a large amount of the laminated material 1 </ b> A can be manufactured. . Thereby, the manufacturing cost of 1 A of laminated materials can be reduced.

図12は、本発明の第2実施形態に係る積層材1Bの製造工程の一例を示す概略断面図である。同図には、上記第1実施形態の積層材1Aの構成要素と同一又は対応する構成要素に同一の符号が付されている。   FIG. 12: is a schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the laminated material 1B which concerns on 2nd Embodiment of this invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding components as those of the laminated material 1A of the first embodiment.

本第2実施形態の積層材1Bは、上記第1実施形態の積層材1Aからろう材層7を除いたものである。すなわち、この積層材1Bは、Ni層2とTi層4とAl層6とを備える一方、ろう材層7を備えていないものである。そして、この積層材1Bは、セラミック層10の片面側に積層状にセラミック層10とろう付けにより接合されるものである。このろう付けの際には、積層材1Bとは別体のろう材層7がろう材として用いられる。   The laminated material 1B of the second embodiment is obtained by removing the brazing material layer 7 from the laminated material 1A of the first embodiment. That is, the laminated material 1B includes the Ni layer 2, the Ti layer 4, and the Al layer 6, but does not include the brazing material layer 7. And this laminated material 1B is joined to the ceramic layer 10 by brazing on one side of the ceramic layer 10 in a laminated form. In this brazing, a brazing material layer 7 separate from the laminated material 1B is used as the brazing material.

本第2実施形態の積層材1Bの製造方法は、Al層6にろう材層7が接合されないことを除いて上記第1実施形態の積層材1Aの製造方法と同じである。   The manufacturing method of the laminated material 1B of the second embodiment is the same as the manufacturing method of the laminated material 1A of the first embodiment except that the brazing material layer 7 is not joined to the Al layer 6.

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。   Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

また、本発明は、上記第1実施形態及び第2実施形態で適用した技術的思想を組み合わせて構成して良い。   Further, the present invention may be configured by combining the technical ideas applied in the first embodiment and the second embodiment.

本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に示す。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Some specific examples of the present invention are shown below. However, the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
本実施例1では、図12に示した上記第2実施形態の積層材1Bを製造した。
<Example 1>
In Example 1, the laminated material 1B of the second embodiment shown in FIG. 12 was manufactured.

Ni層2、Ti層4及びAl層6として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。   As the Ni layer 2, the Ti layer 4, and the Al layer 6, the following disk-shaped plates were prepared.

Ni層2:直径100mm×厚さ0.02mmの純Ni板
Ti層4:直径100mm×厚さ0.1mmの純Ti板
Al層6:直径100mm×厚さ0.6mmの純Al板。
Ni layer 2: Pure Ni plate having a diameter of 100 mm × 0.02 mm in thickness Ti layer 4: Pure Ti plate having a diameter of 100 mm × 0.1 mm in thickness Al layer 6: Pure Al plate having a diameter of 100 mm × thickness of 0.6 mm

Ni層2を形成するNi板の純度はJIS(日本工業規格)1種である。Ti層4を形成するTi板の純度はJIS1種である。Al層6を形成するAl板の純度は4N(即ち99.99質量%)である。   The purity of the Ni plate forming the Ni layer 2 is JIS (Japanese Industrial Standard). The purity of the Ti plate forming the Ti layer 4 is JIS1 type. The purity of the Al plate forming the Al layer 6 is 4N (that is, 99.99% by mass).

次いで、第1接合工程では、Ni層2とTi層4とを、黒鉛製の円筒状ダイ31を用いて放電プラズマ焼結法により積層状に接合した。すなわち、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8の周囲をダイ31で包囲した状態で、3Paの真空雰囲気中にて第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合した。これにより、Ni層2とTi層4との第1接合体8Zを得た。また、この接合により、Ni層2とTi層4との接合界面にNi層2のNiとTi層4のTiとが合金化してなる厚さ2μmの第1合金層3が形成された。この第1合金層3は、NiTi超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。   Next, in the first joining step, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 were joined in a laminated manner by a discharge plasma sintering method using a graphite cylindrical die 31. That is, the Ni layer 2 and the Ti layer of the first unbonded stacked body 8 in a 3 Pa vacuum atmosphere in a state where the periphery of the first unbonded stacked body 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 is surrounded by the die 31. 4 were joined by the discharge plasma sintering method. Thereby, a first joined body 8Z of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 was obtained. Also, by this bonding, a first alloy layer 3 having a thickness of 2 μm formed by alloying Ni of the Ni layer 2 and Ti of the Ti layer 4 was formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4. The first alloy layer 3 includes a NiTi superelastic alloy phase and has a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction.

この第1接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチ32、32を用いた。第1接合工程で適用した接合条件は、加熱温度650℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/min、加圧力20MPaである。   In the first joining step, upper and lower punches 32 and 32 made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the first joining step are a heating temperature of 650 ° C., a heating temperature holding time of 5 minutes, a heating rate of 35 ° C./min, and a pressing force of 20 MPa.

次いで、第2接合工程では、第1接合体8ZのTi層4と、Al層6とを、黒鉛製の円筒状ダイ31を用いて放電プラズマ焼結法により積層状に接合した。すなわち、Ti層4とAl層6との第2未接合積層体8の周囲をダイ31で包囲した状態で、3Paの真空雰囲気中にて第2未接合積層体8のTi層4とAl層6とを放電プラズマ焼結法により接合した。これにより、所望する積層材(厚さ0.72mm)1Bを得た。また、この接合により、Ti層4とAl層6との接合界面にTi層4のTiとAl層6のAlとが合金化してなる厚さ1μmの第2合金層5が形成された。この第2合金層5はTiAl合金相を含んでいる。   Next, in the second joining step, the Ti layer 4 and the Al layer 6 of the first joined body 8Z were joined in a stacked manner by a discharge plasma sintering method using a graphite cylindrical die 31. That is, the Ti layer 4 and the Al layer of the second unbonded laminate 8 in a 3 Pa vacuum atmosphere with the die 31 surrounding the second unbonded laminate 8 of the Ti layer 4 and the Al layer 6. 6 were joined by the discharge plasma sintering method. This obtained desired laminated material (thickness 0.72 mm) 1B. Further, by this bonding, a second alloy layer 5 having a thickness of 1 μm formed by alloying Ti of the Ti layer 4 and Al of the Al layer 6 was formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6. The second alloy layer 5 includes a TiAl alloy phase.

この第2接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチ32、32を用いた。第2接合工程で適用した接合条件は、加熱温度530℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/min、加圧力20MPaである。なお、Ti層4とAl層6とを接合する前に、Al層6が接合されるTi層4の表面をブラシ研磨して当該表面上の酸化皮膜を予め除去した。   In this second joining step, upper and lower punches 32, 32 made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the second joining step are a heating temperature of 530 ° C., a heating temperature holding time of 5 min, a heating rate of 35 ° C./min, and a pressure of 20 MPa. Before joining the Ti layer 4 and the Al layer 6, the surface of the Ti layer 4 to which the Al layer 6 is joined was brushed to remove the oxide film on the surface in advance.

次いで、こうして得られた積層材1Bを縦70mm×横70mmの大きさに切断後、積層材1Bと、ろう材層7と、セラミック層10と、ろう材層11と、金属ベース層12とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した。この工程を「ろう付け工程」という。これにより、絶縁基板15を得た。   Next, the laminated material 1B thus obtained is cut into a size of 70 mm in length and 70 mm in width, and then the laminated material 1B, the brazing material layer 7, the ceramic layer 10, the brazing material layer 11, and the metal base layer 12 are obtained. They were joined together in a laminated form by brazing in the furnace. This process is called “brazing process”. Thereby, the insulating substrate 15 was obtained.

このろう付け工程では、セラミック層10としてAlN板(縦70mm×横70mm×厚さ1mm)と、各ろう材層7、11としてAl−8質量%Siのろう材板(縦70mm×横70mm×厚さ0.04mm)と、金属ベース層12として純度が4Nの純Al板(縦70mm×横70mm×厚さ0.6mm)とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度600℃、加熱温度の保持時間15min、印加荷重6g/cmである。 In this brazing process, an AlN plate (length 70 mm × width 70 mm × thickness 1 mm) as the ceramic layer 10 and a brazing material plate of Al-8 mass% Si as the brazing material layers 7 and 11 (length 70 mm × width 70 mm × A thickness of 0.04 mm) and a pure Al plate having a purity of 4N (length 70 mm × width 70 mm × thickness 0.6 mm) were used as the metal base layer 12. The brazing conditions applied in the brazing step are a heating temperature of 600 ° C., a heating temperature holding time of 15 min, and an applied load of 6 g / cm 2 .

次いで、こうして得られた絶縁基板15に対して−40〜125℃の冷熱サイクル試験を1000回繰り返して実施したところ、絶縁基板15の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板15のNi層2の表面2aの変形は発生しなかった。   Subsequently, when the thermal cycle test at −40 to 125 ° C. was repeated 1000 times for the insulating substrate 15 thus obtained, cracking and peeling at each bonding interface of the insulating substrate 15 and the Ni layer 2 of the insulating substrate 15 were obtained. No deformation of the surface 2a occurred.

<実施例2>
本第2実施例では、図3に示した上記第1実施形態の積層材1Aを製造した。
<Example 2>
In the second example, the laminated material 1A of the first embodiment shown in FIG. 3 was manufactured.

Ni層2、Ti層4、Al層6及びろう材層7として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。   As the Ni layer 2, Ti layer 4, Al layer 6 and brazing material layer 7, the following disk-shaped plates were prepared.

Ni層2 :直径100mm×厚さ0.02mmの純Ni板
Ti層4 :直径100mm×厚さ0.1mmの純Ti板
Al層6 :直径100mm×厚さ0.6mmの純Al板
ろう材層7:直径100mm×厚さ0.04mmのろう材板。
Ni layer 2: Pure Ni plate having a diameter of 100 mm × 0.02 mm in thickness Ti layer 4: Pure Ti plate having a diameter of 100 mm × 0.1 mm in thickness Al layer 6: Pure Al plate having a diameter of 100 mm × 0.6 mm in thickness Brazing material Layer 7: brazing material plate having a diameter of 100 mm and a thickness of 0.04 mm.

Ni層2を形成するNi板の純度はJIS1種である。Ti層4を形成するTi板の純度はJIS1種である。Al層6を形成するAl板の純度は4Nである。ろう材層7を形成するろう材板の組成はAl−8質量%Siである。   The purity of the Ni plate forming the Ni layer 2 is JIS1 type. The purity of the Ti plate forming the Ti layer 4 is JIS1 type. The purity of the Al plate forming the Al layer 6 is 4N. The composition of the brazing material plate forming the brazing material layer 7 is Al-8 mass% Si.

次いで、第1接合工程では、図6に示すように、Ni層2とTi層4とを、放電プラズマ焼結用ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に接合した。すなわち、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8の周囲をダイで包囲しない状態で、3Paの真空雰囲気中にて第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により接合した。これにより、Ni層2とTi層4との第1接合体8Zを得た(図3参照)。また、この接合により、Ni層2とTi層4との接合界面にNi層2のNiとTi層4のTiとが合金化してなる厚さ2μmの第1合金層3が形成された。この第1合金層3は、NiTi超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。   Next, in the first joining step, as shown in FIG. 6, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 were joined in a laminated form by a discharge plasma sintering method without using a discharge plasma sintering die. That is, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of the first unbonded laminate 8 in a 3 Pa vacuum atmosphere without surrounding the first unbonded laminate 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 with a die. Were joined by a discharge plasma sintering method. Thereby, a first joined body 8Z of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 was obtained (see FIG. 3). Also, by this bonding, a first alloy layer 3 having a thickness of 2 μm formed by alloying Ni of the Ni layer 2 and Ti of the Ti layer 4 was formed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4. The first alloy layer 3 includes a NiTi superelastic alloy phase and has a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction.

この第1接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチ32、32を用いた。第1接合工程で適用した接合条件は、加熱温度650℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/min、加圧力20MPaである。   In the first joining step, upper and lower punches 32 and 32 made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the first joining step are a heating temperature of 650 ° C., a heating temperature holding time of 5 minutes, a heating rate of 35 ° C./min, and a pressing force of 20 MPa.

次いで、第2接合工程では、図9に示すように、第1接合体8ZのTi層4と、Al層6と、ろう材層7とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に同時に接合した。すなわち、Ti層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9の周囲をダイで包囲しない状態で、3Paの真空雰囲気中にて第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により同時に接合した。これにより、所望する積層材(厚さ0.76mm)1Aを得た(図3参照)。また、この接合により、Ti層4とAl層6との接合界面にTi層4のTiとAl層6のAlとが合金化してなる厚さ1μmの第2合金層5が形成された。この第2合金層5はTiAl合金相を含んでいる。   Next, in the second bonding step, as shown in FIG. 9, the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of the first bonded body 8Z are laminated by a discharge plasma sintering method without using a die. At the same time. That is, the Ti layer of the second unbonded laminate 9 in a vacuum atmosphere of 3 Pa without surrounding the second unbonded laminate 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 with a die. 4, the Al layer 6 and the brazing material layer 7 were joined together by the discharge plasma sintering method. Thereby, a desired laminated material (thickness 0.76 mm) 1A was obtained (see FIG. 3). Further, by this bonding, a second alloy layer 5 having a thickness of 1 μm formed by alloying Ti of the Ti layer 4 and Al of the Al layer 6 was formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6. The second alloy layer 5 includes a TiAl alloy phase.

この第2接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチを用いた。第2接合工程で適用した接合条件は、加熱温度530℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/min、加圧力20MPaである。なお、Ti層4とAl層6とを接合する前に、Al層6が接合されるTi層4の表面をブラシ研磨して当該表面上の酸化皮膜を予め除去した。   In this second joining step, upper and lower punches made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the second joining step are a heating temperature of 530 ° C., a heating temperature holding time of 5 min, a heating rate of 35 ° C./min, and a pressure of 20 MPa. Before joining the Ti layer 4 and the Al layer 6, the surface of the Ti layer 4 to which the Al layer 6 is joined was brushed to remove the oxide film on the surface in advance.

次いで、図3に示すように、こうして得られた積層材1Aを縦70mm×横70mmの大きさに切断後、積層材1Aと、セラミック層10と、ろう材層11と、金属ベース層12とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した[ろう付け工程]。これにより、絶縁基板15を得た。   Next, as shown in FIG. 3, the laminated material 1A thus obtained is cut into a size of 70 mm length × 70 mm width, and then the laminated material 1A, the ceramic layer 10, the brazing material layer 11, the metal base layer 12, Were simultaneously joined in a laminated form by brazing in a furnace [brazing step]. Thereby, the insulating substrate 15 was obtained.

このろう付け工程では、セラミック層10としてAlN板(縦70mm×横70mm×厚さ1mm)と、ろう材層11としてAl−8質量%Siのろう材板(縦70mm×横70mm×厚さ0.04mm)と、金属ベース層12として純度が4Nの純Al板(縦70mm×横70mm×厚さ0.6mm)とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度600℃、加熱温度の保持時間15min、印加荷重6g/cmである。 In this brazing process, an AlN plate (length 70 mm × width 70 mm × thickness 1 mm) is used as the ceramic layer 10, and a brazing material plate of Al-8 mass% Si (length 70 mm × width 70 mm × thickness 0) is used as the brazing material layer 11. .04 mm) and a pure Al plate having a purity of 4N (length 70 mm × width 70 mm × thickness 0.6 mm) was used as the metal base layer 12. The brazing conditions applied in the brazing step are a heating temperature of 600 ° C., a heating temperature holding time of 15 min, and an applied load of 6 g / cm 2 .

次いで、こうして得られた絶縁基板15に対して−40〜125℃の冷熱サイクル試験を1000回繰り返して実施したところ、絶縁基板15の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板15のNi層2の表面2aの変形は発生しなかった。   Subsequently, when the thermal cycle test at −40 to 125 ° C. was repeated 1000 times for the insulating substrate 15 thus obtained, cracking and peeling at each bonding interface of the insulating substrate 15 and the Ni layer 2 of the insulating substrate 15 were obtained. No deformation of the surface 2a occurred.

<実施例3>
本第3実施例では、図3に示した上記第1実施形態の積層材1Aを製造した。
<Example 3>
In the third example, the laminated material 1A of the first embodiment shown in FIG. 3 was manufactured.

Ni層2、Ti層4、Al層6及びろう材層7として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。   As the Ni layer 2, Ti layer 4, Al layer 6 and brazing material layer 7, the following disk-shaped plates were prepared.

Ni層2 :直径100mm×厚さ0.02mmの純Ni板
Ti層4 :直径100mm×厚さ0.1mmの純Ti板
Al層6 :直径100mm×厚さ0.6mmの純Al板。
Ni layer 2: Pure Ni plate having a diameter of 100 mm × 0.02 mm in thickness Ti layer 4: Pure Ti plate having a diameter of 100 mm × 0.1 mm in thickness Al layer 6: Pure Al plate having a diameter of 100 mm × thickness of 0.6 mm

ろう材層7:直径100mm×厚さ0.04mmのろう材板。   Brazing material layer 7: brazing material plate having a diameter of 100 mm and a thickness of 0.04 mm.

Ni層2を形成するNi板の純度はJIS1種である。Ti層4を形成するTi板の純度はJIS1種である。Al層6を形成するAl板の純度は4Nである。ろう材層7を形成するろう材板の組成はAl−8質量%Siである。   The purity of the Ni plate forming the Ni layer 2 is JIS1 type. The purity of the Ti plate forming the Ti layer 4 is JIS1 type. The purity of the Al plate forming the Al layer 6 is 4N. The composition of the brazing material plate forming the brazing material layer 7 is Al-8 mass% Si.

次いで、第1接合工程では、Ni層2とTi層4との第1未接合積層体8を30個準備した。そして、図8に示すように、これらの第1未接合積層体8を互いに隣り合う各第1未接合積層体8、8間に導電性離型板35を介して積層した。導電性離型板35は、直径100mm×厚さ2mmの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して接合した。すなわち、これらの第1未接合積層体8の周囲をダイで包囲しない状態で、3Paの真空雰囲気中にて各第1未接合積層体8のNi層2とTi層4とを放電プラズマ焼結法により一括して接合した。これにより、Ni層2とTi層4との第1接合体8Zを30個得た。また、この接合により、各第1接合体8ZのNi層2とTi層4との接合界面にNi層2のNiとTi層4のTiとが合金化してなる厚さ2μmの第1合金層3が形成された。この第1合金層3は、NiTi超弾性合金相を含み、しかもNiとTiとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。   Next, in the first bonding step, 30 first unbonded laminates 8 of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 were prepared. And as shown in FIG. 8, these 1st unjoined laminated bodies 8 were laminated | stacked via the electroconductive release plate 35 between each 1st unjoined laminated bodies 8 and 8 adjacent to each other. The conductive release plate 35 is a disc-shaped carbon plate having a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm. Then, the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded stacked body 8 were bonded together in a stacked manner by a discharge plasma sintering method without using a die. That is, the discharge plasma sintering of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first unbonded laminate 8 is performed in a vacuum atmosphere of 3 Pa without surrounding the first unbonded laminate 8 with a die. Bonded together by the method. Thereby, 30 first joined bodies 8Z of the Ni layer 2 and the Ti layer 4 were obtained. Also, by this bonding, the first alloy layer having a thickness of 2 μm formed by alloying Ni of the Ni layer 2 and Ti of the Ti layer 4 at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4 of each first bonded body 8Z. 3 was formed. The first alloy layer 3 includes a NiTi superelastic alloy phase and has a gradient material structure in which the composition ratio of Ni and Ti gradually changes in the thickness direction.

この第1接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチ32、32を用いた。第1接合工程で適用した接合条件は、加熱温度650℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/分、加圧力20MPaである。   In the first joining step, upper and lower punches 32 and 32 made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the first joining step are a heating temperature of 650 ° C., a heating temperature holding time of 5 min, a temperature rising rate of 35 ° C./min, and a pressure of 20 MPa.

次いで、第2接合工程では、第1接合体8ZのTi層4とAl層6とろう材層7との第2未接合積層体9を30個順次した。そして、図11に示すように、これらの第2未接合積層体9を互いに隣り合う各第2未接合積層体9、9間に導電性離型板35を介して積層した。導電性離型板35は、直径100mm×厚さ2mmの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して同時に接合した。すなわち、これらの第2未接合積層体9の周囲をダイで包囲しない状態で、3Paの真空雰囲気中にて各第2未接合積層体9のTi層4とAl層6とろう材層7とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合した。これにより、所望する積層材(厚さ0.76mm)1Aを30個得た。また、この接合により、各積層材1AのTi層4とAl層6との接合界面にTi層4のTiとAl層6のAlとが合金化してなる厚さ1μmの第2合金層5が形成された。この第2合金層5はTiAl合金相を含んでいる。   Next, in the second bonding step, 30 second unbonded laminates 9 of the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of the first bonded body 8 </ b> Z were sequentially arranged. And as shown in FIG. 11, these 2nd unjoined laminated bodies 9 were laminated | stacked via the electroconductive release plate 35 between each 2nd unjoined laminated bodies 9 and 9 adjacent to each other. The conductive release plate 35 is a disc-shaped carbon plate having a diameter of 100 mm and a thickness of 2 mm. Then, the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing filler metal layer 7 of each second unbonded laminated body 9 were simultaneously bonded together in a laminated form by a discharge plasma sintering method without using a die. That is, the Ti layer 4, the Al layer 6, and the brazing material layer 7 of each second unbonded stacked body 9 in a vacuum atmosphere of 3 Pa without surrounding the second unbonded stacked body 9 with a die. Were simultaneously bonded together by the discharge plasma sintering method. As a result, 30 desired laminated materials (thickness 0.76 mm) 1A were obtained. Further, by this bonding, the second alloy layer 5 having a thickness of 1 μm formed by alloying Ti of the Ti layer 4 and Al of the Al layer 6 is formed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6 of each laminated material 1A. Been formed. The second alloy layer 5 includes a TiAl alloy phase.

この第2接合工程では、直径100mmの黒鉛製の上下各パンチ32、32を用いた。第2接合工程で適用した接合条件は、加熱温度530℃、加熱温度の保持時間5min、昇温速度35℃/分、加圧力20MPaである。なお、Ti層4とAl層6とを接合する前に、Al層6が接合されるTi層4の表面をブラシ研磨して当該表面上の酸化皮膜を除去した。   In this second joining step, upper and lower punches 32, 32 made of graphite having a diameter of 100 mm were used. The joining conditions applied in the second joining step are a heating temperature of 530 ° C., a heating temperature holding time of 5 minutes, a heating rate of 35 ° C./min, and a pressure of 20 MPa. Before joining the Ti layer 4 and the Al layer 6, the surface of the Ti layer 4 to which the Al layer 6 is joined was brushed to remove the oxide film on the surface.

次いで、これらの積層材1Aの中から任意に選択した一個の積層材1Aを縦70mm×横70mmの大きさに切断後、積層材1Aと、セラミック層10と、ろう材層11と、金属ベース層12とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した[ろう付け工程]。これにより、絶縁基板15を得た。   Next, one laminated material 1A arbitrarily selected from these laminated materials 1A is cut into a size of 70 mm long × 70 mm wide, and then laminated material 1A, ceramic layer 10, brazing material layer 11, and metal base. The layer 12 was simultaneously joined in a laminated form by brazing in the furnace [brazing step]. Thereby, the insulating substrate 15 was obtained.

このろう付け工程では、セラミック層10としてAlN板(縦70mm×横70mm×厚さ1mm)と、ろう材層11としてAl−8質量%Siのろう材板(縦70mm×横70mm×厚さ0.04mm)と、金属ベース層12として純度が4Nの純Al板(縦70mm×横70mm×厚さ0.6mm)とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度600℃、加熱温度の保持時間15min、印加荷重6g/cmである。 In this brazing process, an AlN plate (length 70 mm × width 70 mm × thickness 1 mm) is used as the ceramic layer 10, and a brazing material plate of Al-8 mass% Si (length 70 mm × width 70 mm × thickness 0) is used as the brazing material layer 11. .04 mm) and a pure Al plate having a purity of 4N (length 70 mm × width 70 mm × thickness 0.6 mm) was used as the metal base layer 12. The brazing conditions applied in the brazing step are a heating temperature of 600 ° C., a heating temperature holding time of 15 min, and an applied load of 6 g / cm 2 .

次いで、こうして得られた絶縁基板15に対して−40〜125℃の冷熱サイクル試験を1000回繰り返して実施したところ、絶縁基板15の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板15のNi層2の表面2aの変形は発生しなかった。   Subsequently, when the thermal cycle test at −40 to 125 ° C. was repeated 1000 times for the insulating substrate 15 thus obtained, cracking and peeling at each bonding interface of the insulating substrate 15 and the Ni layer 2 of the insulating substrate 15 were obtained. No deformation of the surface 2a occurred.

<比較例1>
Ni層2、Ti層4、Al層6、AlN層10、金属ベース層12及び複数のろう材層として、それぞれ次の板を準備した。
<Comparative Example 1>
The following plates were prepared as the Ni layer 2, Ti layer 4, Al layer 6, AlN layer 10, metal base layer 12, and a plurality of brazing material layers, respectively.

Ni層2 :縦70mm×横70mm×厚さ0.02mmの純Ni板
Ti層4 :縦70mm×横70mm×厚さ0.1mmの純Ti板
Al層6 :縦70mm×横70mm×厚さ0.6mmの純Al板
AlN層10 :縦70mm×横70mm×厚さ1mmのAlN板
金属ベース層12:縦70mm×横70mm×厚さ0.6mmの純Al板
各ろう材層 :縦70mm×横70mm×厚さ0.04mmのろう材板。
Ni layer 2: pure Ni plate 70 mm long × 70 mm wide × 0.02 mm thick Ti layer 4: pure Ti plate 70 mm long × 70 mm wide × 0.1 mm thick Al layer 6: 70 mm long × 70 mm wide × thickness 0.6 mm pure Al plate AlN layer 10: 70 mm long × 70 mm wide × 1 mm thick AlN plate Metal base layer 12: 70 mm long × 70 mm wide × 0.6 mm thick pure Al plate Each brazing filler metal layer: 70 mm long X A brazing material plate having a width of 70 mm and a thickness of 0.04 mm.

Ni層2を形成するNi板の純度はJIS1種である。Ti層4を形成するTi板の純度はJIS1種である。Al層6を形成するAl板の純度は4Nである。金属ベース層12を形成するAl板の純度は4Nである。ろう材層を形成するろう材板の組成はAl−8質量%Siである。   The purity of the Ni plate forming the Ni layer 2 is JIS1 type. The purity of the Ti plate forming the Ti layer 4 is JIS1 type. The purity of the Al plate forming the Al layer 6 is 4N. The purity of the Al plate forming the metal base layer 12 is 4N. The composition of the brazing material plate forming the brazing material layer is Al-8 mass% Si.

次いで、Ni層2とろう材層とTi層4とろう材層とAl層6とろう材層とAlN層10とろう材層と金属ベース層12とをこの順に積層した。そして、これらの層を炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した[ろう付け工程]。これにより、絶縁基板を得た。   Next, the Ni layer 2, the brazing material layer, the Ti layer 4, the brazing material layer, the Al layer 6, the brazing material layer, the AlN layer 10, the brazing material layer, and the metal base layer 12 were laminated in this order. These layers were simultaneously joined in a laminated form by brazing in the furnace [brazing step]. Thereby, an insulating substrate was obtained.

このろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度600℃、加熱温度の保持時間15min、印加荷重6g/cmである。 The brazing conditions applied in this brazing step are a heating temperature of 600 ° C., a heating temperature holding time of 15 min, and an applied load of 6 g / cm 2 .

こうして得られた絶縁基板では、Ni層2とTi層4との接合界面に介在するろう材層と、Ti層4とAl層6との接合界面に介在するろう材層とに、それぞれろう付け時の熱応力により割れが発生した。   In the insulating substrate thus obtained, the brazing material layer interposed at the bonding interface between the Ni layer 2 and the Ti layer 4 and the brazing material layer interposed at the bonding interface between the Ti layer 4 and the Al layer 6 are respectively brazed. Cracking occurred due to the thermal stress at the time.

本発明は、絶縁基板用積層材及びその製造方法に利用可能である。   The present invention can be used for a laminated material for an insulating substrate and a manufacturing method thereof.

1A、1B:積層材
2:Ni層
3:第1合金層
4:Ti層
5:第2合金層
6:Al層
7:ろう材層
8:第1未接合積層体
8Z:第1接合体
9:第2未接合積層体
10:セラミック層
12:金属ベース層
15:絶縁基板
17:放熱部材
20:半導体モジュール
21:半導体素子
30:放電プラズマ焼結装置
31:ダイ
32:パンチ
35:導電性離型板
1A, 1B: Laminated material 2: Ni layer 3: First alloy layer 4: Ti layer 5: Second alloy layer 6: Al layer 7: Brazing material layer 8: First unjoined laminate 8Z: First joined body 9 : Second unbonded laminate 10: ceramic layer 12: metal base layer 15: insulating substrate 17: heat dissipation member 20: semiconductor module 21: semiconductor element 30: discharge plasma sintering device 31: die 32: punch 35: conductive separation Template

Claims (22)

表面に半導体素子が接合されるNi又はNi合金で形成されたNi層と、前記Ni層の片側に積層状に配置されたTi又はTi合金で形成されたTi層とが放電プラズマ焼結法により接合されるとともに、
前記Ti層と、前記Ti層の前記Ni層配置側とは反対側に積層状に配置されたAl又はAl合金で形成されたAl層とが放電プラズマ焼結法により接合されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
A Ni layer formed of Ni or Ni alloy to which a semiconductor element is bonded to the surface, and a Ti layer formed of Ti or Ti alloy arranged in a stacked manner on one side of the Ni layer are formed by a discharge plasma sintering method. As it is joined
The Ti layer and an Al layer formed of Al or an Al alloy arranged in a stacked manner on the opposite side of the Ti layer from the Ni layer arrangement side are joined by a discharge plasma sintering method. A laminated material for an insulating substrate.
前記Al層と、前記Al層の前記Ti層配置側とは反対側に積層状に配置されたろう材層とが放電プラズマ焼結法により接合されている請求項1記載の絶縁基板用積層材。   2. The laminated material for an insulating substrate according to claim 1, wherein the Al layer and a brazing material layer arranged in a laminated form on the side of the Al layer opposite to the Ti layer arranged side are joined by a discharge plasma sintering method. 前記Ni層と前記Ti層との接合界面に、前記Ni層のNiと前記Ti層のTiとが合金化してなる厚さ7μm以下の第1合金層が形成されている請求項1又は2記載の絶縁基板用積層材。   3. The first alloy layer having a thickness of 7 μm or less formed by alloying Ni of the Ni layer and Ti of the Ti layer is formed at a bonding interface between the Ni layer and the Ti layer. Laminated material for insulating substrates. 前記Ti層と前記Al層との接合界面に、前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。   The second alloy layer having a thickness of 5 μm or less formed by alloying Ti of the Ti layer and Al of the Al layer is formed at a bonding interface between the Ti layer and the Al layer. The laminated material for insulating substrates according to any one of the above. 前記Al層は、純度4N以上の純Alで形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。   The laminated material for an insulating substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the Al layer is formed of pure Al having a purity of 4N or higher. 表面に半導体素子が接合されるNi又はNi合金で形成されたNi層と、前記Ni層の片側に積層状に配置されるTi又はTi合金で形成されたTi層とを放電プラズマ焼結法により接合する第1接合工程と、
前記第1接合工程の後で、前記Ti層と、前記Ti層の前記Ni層配置側とは反対側に積層状に配置されるAl又はAl合金で形成されたAl層とを放電プラズマ焼結法により接合する第2接合工程と、を含んでいることを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
A Ni layer formed of Ni or Ni alloy having a semiconductor element bonded to the surface thereof, and a Ti layer formed of Ti or Ti alloy disposed in a stacked manner on one side of the Ni layer are formed by a discharge plasma sintering method. A first joining step for joining;
After the first bonding step, the Ti layer and an Al layer formed of Al or an Al alloy arranged in a stacked manner on the opposite side of the Ti layer from the Ni layer arrangement side are subjected to discharge plasma sintering. And a second bonding step for bonding by a method.
前記第1接合工程では、前記Ni層と前記Ti層とを、これらの層の接合界面に前記Ni層のNiと前記Ti層のTiとが合金化してなる厚さ7μm以下の第1合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合する請求項6記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   In the first bonding step, the Ni layer and the Ti layer are formed by alloying Ni of the Ni layer and Ti of the Ti layer at a bonding interface between these layers, and a first alloy layer having a thickness of 7 μm or less. The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to claim 6, wherein the bonding is performed by a discharge plasma sintering method so that a film is formed. 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層とを、これらの層の接合界面に前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により接合する請求項6又は7記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   In the second bonding step, the Ti layer and the Al layer, and a second alloy layer having a thickness of 5 μm or less formed by alloying Ti of the Ti layer and Al of the Al layer at a bonding interface between these layers. The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to claim 6, wherein the bonding is performed by a discharge plasma sintering method so as to be formed. 前記第1接合工程では、前記Ni層と前記Ti層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合する請求項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   The said 1st joining process WHEREIN: The said Ni layer and the said Ti layer are joined by the discharge plasma sintering method in the state which does not surround the circumference | surroundings of these layers with the cylindrical die | dye for discharge plasma sintering. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one. 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により接合する請求項6〜9のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   The said 2nd joining process WHEREIN: The said Ti layer and the said Al layer are joined by the discharge plasma sintering method in the state which does not surround the circumference | surroundings of these layers with the cylindrical die | dye for discharge plasma sintering. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one. 前記第1接合工程では、
前記Ni層と前記Ti層との第1未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第1未接合積層体を互いに隣り合う各第1未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する請求項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the first joining step,
A plurality of first unbonded stacks of the Ni layer and the Ti layer are prepared, and the plurality of first unbonded stacks are interposed between the first unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Subsequently, the manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one of Claims 6-8 which joins Ni layer and Ti layer of each said 1st unjoined laminated body collectively by a discharge plasma sintering method.
前記第1接合工程では、
前記Ni層と前記Ti層との第1未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第1未接合積層体を互いに隣り合う各第1未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第1未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第1未接合積層体のNi層とTi層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する請求項6〜8のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the first joining step,
A plurality of first unbonded stacks of the Ni layer and the Ti layer are prepared, and the plurality of first unbonded stacks are interposed between the first unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Next, the Ni layer and the Ti layer of each of the first unbonded laminates are collectively collected by the discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of first unbonded laminates with the discharge plasma sintering cylindrical die. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates in any one of Claims 6-8 bonded by doing.
前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する請求項6〜8、11及び12のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacks of the Ti layer and the Al layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacks are interposed between the second unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Then, the Ti layer and the Al layer of each of the second unbonded stacked bodies are bonded together by a discharge plasma sintering method, wherein the laminated material for an insulating substrate according to any one of claims 6 to 8, 11 and 12 is used. Production method.
前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する請求項6〜8、11及び12のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacks of the Ti layer and the Al layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacks are interposed between the second unbonded stacks adjacent to each other via a conductive release plate. And laminated
Next, the Ti layer and the Al layer of each of the second unbonded laminates are collectively collected by a discharge plasma sintering method without surrounding the plurality of second unbonded laminates with a cylindrical die for discharge plasma sintering. The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to any one of claims 6 to 8, 11 and 12, wherein the laminated material is joined.
前記第2接合工程では、前記Ti層と、前記Al層と、前記Al層の前記Ti層配置側とは反対側に積層状に配置されるろう材層とを放電プラズマ焼結法により同時に接合する請求項6又は7記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   In the second joining step, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer arranged in a laminated form on the opposite side of the Al layer from the Ti layer arranging side are simultaneously joined by a discharge plasma sintering method. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates of Claim 6 or 7. 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層とを、前記Ti層と前記Al層との接合界面に前記Ti層のTiと前記Al層のAlとが合金化してなる厚さ5μm以下の第2合金層が形成されるように、放電プラズマ焼結法により同時に接合する請求項15記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   In the second joining step, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are alloyed with Ti of the Ti layer and Al of the Al layer at a joining interface between the Ti layer and the Al layer. The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to claim 15, wherein bonding is performed simultaneously by a discharge plasma sintering method so that a second alloy layer having a thickness of 5 μm or less is formed. 前記第2接合工程では、前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層とを、これらの層の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で放電プラズマ焼結法により同時に接合する請求項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   In the second bonding step, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are simultaneously bonded by a discharge plasma sintering method without surrounding the layers with a discharge plasma sintering cylindrical die. The manufacturing method of the laminated material for insulating substrates of Claim 15 or 16. 前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する請求項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacked bodies of the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacked bodies are electrically conductive between the second unbonded stacked bodies adjacent to each other. Laminate through a release plate,
The method for producing a laminated material for an insulating substrate according to claim 15 or 16, wherein the Ti layer, the Al layer, and the brazing filler metal layer of each second unbonded laminated body are simultaneously joined together by a discharge plasma sintering method.
前記第2接合工程では、
前記Ti層と前記Al層と前記ろう材層との第2未接合積層体を複数準備するとともに、前記複数の第2未接合積層体を互いに隣り合う各第2未接合積層体間に導電性離型板を介して積層し、
次いで、前記複数の第2未接合積層体の周囲を放電プラズマ焼結用筒状ダイで包囲しない状態で前記各第2未接合積層体のTi層とAl層とろう材層とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する請求項15又は16記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
In the second joining step,
A plurality of second unbonded stacked bodies of the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer are prepared, and the plurality of second unbonded stacked bodies are electrically conductive between the second unbonded stacked bodies adjacent to each other. Laminate through a release plate,
Next, the Ti layer, the Al layer, and the brazing material layer of each of the second unbonded laminates are subjected to discharge plasma sintering without surrounding the plurality of second unbonded laminates with a cylindrical die for discharge plasma sintering. The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to claim 15 or 16, wherein the bonding is performed simultaneously by a bonding method.
前記Al層は、純度4N以上の純Alで形成されている請求項6〜19のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。   The method for manufacturing a laminated material for an insulating substrate according to any one of claims 6 to 19, wherein the Al layer is formed of pure Al having a purity of 4N or higher. 請求項1〜5のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。   An insulating substrate comprising the laminated material according to claim 1. 請求項1〜5のいずれかに記載の積層材のNi層の表面に半導体チップがはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。   6. A semiconductor module, wherein a semiconductor chip is joined to the surface of the Ni layer of the laminated material according to claim 1 by soldering.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP6396703B2 (en) * 2014-07-08 2018-09-26 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of heat dissipation component for semiconductor element

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JP2002076606A (en) * 2000-06-12 2002-03-15 Hitachi Ltd Electronic equipment and semiconductor device
JP2003001748A (en) * 2001-06-21 2003-01-08 Daido Kogyo Co Ltd Composite material and method for manufacturing the same
JP2006245235A (en) * 2005-03-02 2006-09-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Structure and semiconductor element heat dissipation member using same, and semiconductor device
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