JP5947090B2 - 絶縁基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板の製造方法、及び、半導体モジュールの製造方法に関する。

なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。

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の放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）を備えた絶縁基板を具備している。さらに、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、前記放熱部材と、電気絶縁層としてのセラミック層と、その片面上に形成された配線層（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、絶縁基板の金属層の表面に半導体素子がはんだ付けによって接合される。

配線層としては、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は電気特性及び熱特性に優れるし、また絶縁基板の製造コストの引下げを図り得るからである。

しかし、Ａｌ層ははんだ接合性が悪い。そのため、配線層がＡｌ層である場合には、半導体素子をはんだ付けにより接合できるようにＡｌ層上に、Ｎｉ層として例えばＮｉめっき層を形成することが行われる。

特開２００４−３２８０１２号公報 特開２００４−２３５５０３号公報 特開２００６−３０３３４６号公報 特開２００９−１４７１２３号公報

しかし、絶縁基板のＡｌ層上にＮｉめっき層等のＮｉ層が形成される場合には、Ａｌ層とＮｉ層との接合界面に強度の弱い合金層が形成される。そのため、Ｎｉ層の表面に半導体素子をはんだ付けにより接合する際に加えられる熱により、Ｎｉ層の表面に大きな凹凸が発生し、その結果、半導体素子の絶縁基板への実装が実質上できないことがあった。

さらに、Ａｌ層上にＮｉ層が形成される場合には次のような難点があった。すなわち、一般に半導体モジュールでは、半導体素子が動作するのに伴い、半導体素子の温度は室温から１５０〜３００℃まで上昇する。そのため、半導体素子が動作する度に、絶縁基板には室温から半導体素子の動作温度までの温度変化が発生する。この温度変化やその繰返し（即ち冷熱サイクル）によって、Ａｌ層とＮｉ層との間の熱膨張差に起因する熱応力が発生し、この熱応力によって、Ａｌ層とＮｉ層との接合界面に割れ等が発生することがあった。

さらに、絶縁基板を製造する際には、Ａｌ層はセラミック層に例えばろう付けによって接合されるが、Ａｌ層がＡｌ合金板から形成されている場合、冷熱サイクル時において、Ａｌ層とセラミック層との間の熱膨張差に起因する熱応力によってセラミック層が割れることが少なからずあった。そこで、セラミック層の割れを防止するために、Ａｌ層を、Ａｌ合金よりも軟らかい材料である純度４Ｎ（即ち９９．９９質量％）等の高純度Ａｌ板から形成することが考えられる。しかし、高純度Ａｌ板は軟らかい。そのため、高純度Ａｌ板の表面にろう材板をクラッド圧延によって接合することが非常に困難であり、すなわち高純度Ａｌ板をブレージングシート化することが非常に困難である。そのため、Ａｌ層とセラミック層との接合のために、ブレージングシートよりも高価な材料であるろう材板（ろう材箔）を別途、用いなければならないし、またこのろう材板を両層の間に配置する作業を行わなければならず、その結果、絶縁基板の製造コストが高くなるという難点があった。

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、はんだ接合性が良好であり、且つ、割れや剥離の発生を防止でき、更に、安価に製造可能な絶縁基板の製造方法、該絶縁基板を備えた半導体モジュールの製造方法、絶縁基板、及び、半導体モジュールを提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［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層の裏面側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層と、が積層状に接合一体化された積層材を製造する積層材製造工程と、
前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第１のＡｌ層の前記Ｔｉ板配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層の前記第１のＡｌ層配置側とは反対側に配置されたセラミック層と、をろう付けによって積層状に一括接合し、これにより、前記積層材と前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とを有する接合体を得るろう付け接合工程と、を備え、
前記第２のＡｌ層は、Ａ１１００又はＡ３００３のＡｌ合金板から形成されるとともに、前記Ａｌ合金板の両面にはそれぞれろう材層が前記ろう付け接合工程の前に予め接合されていることを特徴とする絶縁基板の製造方法。

［２］ 前記ろう付け接合工程では、
前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層と、前記セラミック層と、を積層方向に加圧した状態でろう付けによって一括接合するものであり、
前記ろう付け接合工程の後で前記接合体を、前記積層方向の加圧を解除した状態で焼き鈍しする焼き鈍し工程を備えている前項１記載の絶縁基板の製造方法。

［３］ 前記積層材製造工程は、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層とを拡散接合によって接合し、これにより、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とが合金化したＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を形成する第１拡散接合工程を含んでいる前項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。

［４］ 前記積層材製造工程は、前記第１拡散接合工程の後で前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とを拡散接合によって接合する第２拡散接合工程を含んでいる前項３記載の絶縁基板の製造方法。

［５］ 前記ろう付け接合工程では、
前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層と、前記セラミック層と、前記セラミック層の前記第２のＡｌ層配置側とは反対側に配置された金属応力緩和層と、前記金属応力緩和層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、をろう付けによって一括接合する前項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。

［６］ 前項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板のＮｉ層の表面に、半導体素子をはんだ付けによって接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。

［７］ 前項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造されていることを特徴とする絶縁基板。

［８］ 前項６記載の半導体モジュールの製造方法により製造されていることを特徴とする半導体モジュール。

本発明は以下の効果を奏する。

前項［１］の絶縁基板の製造方法によれば、表面層がＮｉ層で形成された絶縁基板が製造される。そのため、この絶縁基板は、はんだ接合性が良好であり、したがって半導体素子をはんだ付けによって良好に接合することができる。

さらに、積層材製造工程において、Ｎｉ層と第１の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層と第１のＡｌ層との間にＴｉ層を配置しないでＮｉ層と第１のＡｌ層とを直接接合した場合には、Ｎｉ層と第１の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、冷熱サイクル等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］の絶縁基板の製造方法では、Ｎｉ層と第１の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、絶縁基板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）の発生も防止できる。

さらに、ろう付け接合工程では、積層材（Ｎｉ層、Ｔｉ層、第１のＡｌ層）と第２のＡｌ層とセラミック層とを有する接合体が得られるので、第１のＡｌ層と第２のＡｌ層とを合計した厚いＡｌ層を配線層として利用可能な絶縁基板を得ることができる。さらに、この厚いＡｌ層は、ろう付け接合工程の前では第１のＡｌ層と第２のＡｌ層とに分けられていることから、積層材製造工程において、第１のＡｌ層の厚さを、第１のＡｌ層をＴｉ層に良好に接合可能な厚さに設定することができる。こうすることにより、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とを確実に良好に接合することができる。さらに、第１のＡｌ層及び第２のＡｌ層の材質をそれぞれ機能、作用、目的等に応じて選択可能となる。

さらに、ろう付け接合工程では、積層材の第１のＡｌ層と、第２のＡｌ層と、セラミック層とをろう付けによって一括接合するので、能率的に接合を行うことができ、もって絶縁基板の製造コストを引き下げることができる。

さらに、第２のＡｌ層は、Ａ１１００又はＡ３００３のＡｌ合金板から形成されるとともに、Ａｌ合金板の両面にはそれぞれろう材層がろう付け接合工程の前に予め接合されている。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、絶縁基板において、第２のＡｌ層はセラミック層に接合されているが、この第２のＡｌ層のセラミック層配置側とは反対側にはＮｉ層及びＴｉ層が配置されている。ここで、セラミックの線熱膨張係数はＡｌのそれよりも小さく、更にはＮｉ及びＴｉの線熱膨張係数もＡｌのそれよりも小さい。したがって、Ｎｉ層及びＴｉ層は、冷熱サイクル時に生じる第２のＡｌ層の熱伸縮を抑える作用を奏する。これにより、第２のＡｌ層からセラミック層に作用する熱応力（熱歪み）が緩和されてセラミック層の割れが防止される。したがって、第２のＡｌ層を、軟らかい材料である高純度Ａｌ板から形成する必要がなくなり、高純度Ａｌ板の代わりにＡｌｌ００及びＡ３００３のＡｌ合金板から形成することが可能となる。ここで、Ａｌｌ００及びＡ３００３のＡｌ合金板は容易にブレージングシート化することができ、すなわち当該Ａｌ合金板を心材としてその両面にそれぞれろう材板をクラッド圧延によって容易に接合することができる。このようにブレージングシート化されたＡｌ合金板を第２のＡｌ層として用いることにより、第２のＡｌ層を第１のＡｌ層及びセラミック層に接合するための高価な材料であるろう材板を別途、用いる必要がなくなるし、またろう材板の配置作業を行う必要がなくなり、もって絶縁基板を安価に製造することができる。

前項［２］によれば、ろう付け接合工程では、積層材の第１のＡｌ層と、第２のＡｌ層と、セラミック層とを積層方向に加圧した状態で接合するので、積層方向に加圧しない状態で接合する場合に比べて高い接合強度を得ることができる。

さらに、焼き鈍し工程では、こうして得られた接合体を、積層方向の加圧を解除した状態で焼き鈍しするので、ろう付け接合工程で蓄積された接合体の熱応力（熱歪み）を除去することができる。これにより、絶縁基板の割れや剥離の発生を確実に防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も確実に防止できる。

前項［３］によれば、Ｎｉ層とＴｉ層との接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を形成することにより、熱応力（熱歪み）をこの超弾性合金層によって更に緩和することができる。そのため、絶縁基板の割れや剥離の発生を更に確実に防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も更に確実に防止できる。

前項［４］によれば、積層材製造工程は、第１拡散接合工程の後でＴｉ層と第１のＡｌ層とを拡散接合によって接合する第２拡散接合工程を含んでいるので、次のような効果を奏する。

すなわち、もしＴｉ層と第１のＡｌ層とを接合した後でＮｉ層とＴｉ層とを接合する場合には、Ｎｉ層とＴｉ層との接合時の熱によってＴｉ層と第１のＡｌ層との接合界面に強度の弱い合金層（例：Ａｌ−Ｔｉ合金層）が形成される虞がある。これに対して、Ｎｉ層とＴｉ層とを接合した後でＴｉ層と第１のＡｌ層とを接合することにより、Ｔｉ層と第１のＡｌ層との接合界面にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを確実に防止することができる。

さらに、もしＴｉ層と第１のＡｌ層とを拡散接合ではなくろう付けによって接合する場合には、Ｔｉ層と第１のＡｌ層との接合界面に、Ｔｉ層のＴｉと第１のＡｌ層のＡｌとろう材層のＳｉとが合金化したＴｉＡｌＳｉ合金層が形成される。この合金層は強度が弱い。そのためこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。そこで、この難点を解消するため、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とをろう付けでなく拡散接合によって接合する。これにより、絶縁基板の割れや剥離の発生を更に確実に防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も更に確実に防止できる。

前項［５］によれば、積層材（Ｎｉ層、Ｔｉ層、第１のＡｌ層）と第２のＡｌ層とセラミック層と金属応力緩和層と放熱部材とを一体に有する絶縁基板を容易に製造することができる。

前項［６］の半導体モジュールの製造方法によれば、絶縁基板の表面に半導体素子をはんだ付けによって良好に接合することができる。

前項［７］の絶縁基板によれば、前項［１］〜［５］のいずれかの効果と同様の効果を奏する。

前項［８］の半導体モジュールによれば、前項［６］の効果と同様の効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板を備えた半導体モジュールの概略正面図である。 図２は、同絶縁基板の概略断面図である。 図３は、同絶縁基板の製造工程例を示す概略断面図である。 図４は、Ｎｉ層とＴｉ層とを拡散接合としてのクラッド圧延によって接合する第１拡散接合工程を示す概略断面図である。 図５は、Ｎｉ層とＴｉ層とを拡散接合としての放電プラズマ焼結法によって接合する第１拡散接合工程を示す概略断面図である。 図６は、ろう付け接合工程を示す概略正面図である。 図７は、比較例１及び２における絶縁基板の製造方法のろう付け接合工程を説明する断面図である。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。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。

図１において、２０は本発明の一実施形態に係る半導体モジュール（パワー半導体モジュールを含む）である。この半導体モジュール２０は、半導体素子２１と、本発明の一実施形態に係る絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板１とを具備している。

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る。

半導体素子２１は本実施形態の絶縁基板１上に実装されている。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。

図２に示すように、絶縁基板１は、Ｎｉ層３と、Ｔｉ層５と、第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８と、金属応力緩和層９と、放熱部材１０とを備えるとともに、この順にこれらが積層状に接合一体化されている。

放熱部材１０は、半導体素子２１の動作に伴い半導体素子２１から発生した熱を放出して半導体素子２１の温度を下げるためのものであり、具体的に示すと、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器等である。さらに、この放熱部材１０は金属製であり、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。本実施形態では、放熱部材１０は複数の放熱フィンを有する空冷式のＡｌ又はＡｌ合金製シートシンクである。絶縁基板１は、半導体素子２１から発生した熱を放熱部材１０に良好に伝達しうるように熱的には伝導体として機能するものであり、更に、電気的には絶縁体として機能するものである。

絶縁基板１において、各層は、水平状に配置されており、更に、平面視略方形状に形成されている。

Ｎｉ層３は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されたものであり、詳述するとＮｉ又はＮｉ合金板から形成されたものである。さらに、このＮｉ層３は、その表面（上面）３ａに半導体素子２１がはんだ付けによって接合されるものであり、すなわち絶縁基板１の表面層を形成するものである。

Ｔｉ層５は、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されたものであり、詳述するとＴｉ又はＴｉ合金板から形成されたものである。このＴｉ層５は、Ｎｉ層３の構成元素であるＮｉとＴｉ層５の構成元素であるＴｉとが合金化することによりＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４をＮｉ層３とＴｉ層５との接合界面に生成させる役割などを有している。そして、このＴｉ層５がＮｉ層３の裏面側（即ちＮｉ層３の下面側）に配置されて、Ｎｉ層３とＴｉ層５とが拡散接合（クラッド圧延、放電プラズマ焼結法など）によって積層状に互いに接合されている。すなわち、Ｔｉ層５はＮｉ層３の下面に直接接合されている。さらに、この接合により、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合界面に、Ｎｉ層３のＮｉとＴｉ層５のＴｉとが合金化したＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が薄く形成されている。このＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４は、詳述するとＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金相を含む層である。本実施形態では、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４は、例えばＮｉＴｉ超弾性合金相を含む層であり、即ちＮｉＴｉ超弾性合金層である。

この超弾性合金層４の超弾性合金は、室温から半導体素子２１の動作温度（例：３００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有していることが望ましく、特に望ましくは、室温から後述するろう付け接合工程Ｓ４のろう付け温度（例：６００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有していることが良い。

ここで、Ｎｉ層３、Ｔｉ層５及び超弾性合金層４の厚さは、それぞれ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、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金の熱伝導率は２０．０Ｗ／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３、Ｔｉ層５及び超弾性合金層４はいずれもなるべく薄い方が、絶縁基板１の熱伝導率を向上させうる点で望ましい。そこで、Ｎｉ層３の厚さの上限は２００μｍ、Ｔｉ層５の厚さの上限は２００μｍ、超弾性合金層４の厚さの上限は５０μｍであるのが望ましい。一方、これらの層３、５、４が薄すぎると、各層の所望する特性が発現しなくなる虞がある。そこで、Ｎｉ層３の厚さの下限は５μｍ、Ｔｉ層５の厚さの下限は５μｍ、超弾性合金層４の厚さの下限は０．０５μｍであるのが望ましい。

第１のＡｌ層６は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたものであり、詳述するとＡｌ又はＡｌ合金板から形成されたものである。そして、この第１のＡｌ層６がＴｉ層５のＮｉ層３配置側とは反対側（即ちＴｉ層５の下面側）に配置されて、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とが拡散接合（クラッド圧延、放電プラズマ焼結法など）によって積層状に互いに接合されている。すなわち、第１のＡｌ層６はＴｉ層５の下面に直接接合されている。第１のＡｌ層６の厚さは、第１のＡｌ層６をＴｉ層５に拡散接合によって良好に接合できるようにするため、３０〜１００μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。さらに、後述するろう付け接合工程Ｓ４の際のろう付け接合熱によって第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７とを接合するための軟化又は溶融したろう材層１２ａがＴｉ層５と接触すると、当該接触部分に強度の弱いＴｉＡｌＳｉ合金層が形成され、この合金層で割れや剥離が生じ易くなる。そこでこの難点を解消するため、第１のＡｌ層６の厚さは、更にろう材層１２ａの厚さ以上であることが特に望ましい。

以上のように、Ｎｉ層３とＴｉ層５と第１のＡｌ層６とは積層状に接合一体化されている。本実施形態では、これらの層３、５、６が接合一体化されたものを「積層材２」と呼ぶ。

第２のＡｌ層７は、Ａｌ合金板から形成されたものであり、このＡｌ合金板の材質は、ＪＩＳ（日本工業規格）で規定されたアルミニウム合金記号Ａ１１００又はＡ３００３である。そして、この第２のＡｌ層７が第１のＡｌ層６のＴｉ層５配置側とは反対側（即ち第１のＡｌ層６の下面側）に配置されて、第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７とがろう付けによって積層状に互いに接合されている。すなわち、第２のＡｌ層７は第１のＡｌ層６の下面に接合されている。第２のＡｌ層７の厚さは、限定されるものではないが、第２のＡｌ層７を絶縁基板１の配線層として確実に機能させるため、１００〜１０００μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。なお、Ａ１１００及びＡ３００３は、それぞれＡＡ（アメリカアルミニウム協会）番号では１１００及び３００３に相当する。

第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７との接合界面には、両層６、７を接合したろう材層１２ａが介在されている。このろう材層１２ａは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１２ａの厚さは例えば１０〜１００μｍである。さらに、このろう材層１２ａは、第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７との接合の前に、第２のＡｌ層７を形成するＡｌ１００又はＡ３００３のＡｌ合金板の第１のＡｌ層６側の表面（即ち当該Ａｌ合金板の上面）にその全面に亘って予め接合されていたものである。なお、これらの図では、このろう材層１２ａ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。後述するその他のろう材層１２ｂ〜１２ｄについても同じ理由によりドットハッチングで図示されている。

セラミック層８は、電気絶縁層として機能するものであり、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢＮ、ＢｅＯからなる群より選択された１種又は２種以上のセラミックで形成されたものであり、詳述するとセラミック板から形成されたものである。そして、このセラミック層８が第２のＡｌ層７の第１のＡｌ層６配置側とは反対側（即ち第２のＡｌ層７の下面側）に配置されて、第２のＡｌ層７とセラミック層８とがろう付けによって積層状に互いに接合されている。すなわち、セラミック層８は第２のＡｌ層７の下面に接合されている。セラミック層８の厚さは限定されるものではなく、例えば２００〜１０００μｍである。このセラミック層８の長さ及び幅は、セラミック層８を電気絶縁層として確実に機能させるため、Ｎｉ層３、Ｔｉ層５、第１のＡｌ層６、第２のＡｌ層７及び金属応力緩和層９の長さ及び幅よりも若干大寸に設定されている。因みに、セラミック層８を形成するセラミックの融点又は分解点は、Ｎｉ層３、Ｔｉ層５、第１のＡｌ層６、第２のＡｌ層７及び金属応力緩和層９の融点よりも高い。

第２のＡｌ層７とセラミック層８との接合界面には、両層７、８を接合したろう材層１２ｂが介在されている。このろう材層１２ｂは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１２ｂの厚さは例えば１０〜１００μｍである。さらに、このろう材層１２ｂは、第２のＡｌ層７とセラミック層８との接合の前に、第２のＡｌ層７を形成するＡｌ１００又はＡ３００３のＡｌ合金板のセラミック層８側の表面（即ち当該Ａｌ合金板の下面）にその全面に亘って予め接合されていたものである。

金属応力緩和層９は、冷熱サイクル等によって絶縁基板１に発生する熱応力（熱歪み）を緩和するためのものであり、金属製であり、本実施形態では複数の貫通孔９ａが厚さ方向に穿設されたＡｌ又はＡｌ合金製パンチングメタル板から形成されている。そして、この金属応力緩和層９がセラミック層８の第２のＡｌ層７配置側とは反対側（即ちセラミック層８の下面側）に配置されて、セラミック層８と金属応力緩和層９とがろう付けによって積層状に互いに接合されている。すなわち、金属応力緩和層９はセラミック層８の下面に接合されている。この金属応力緩和層９の厚さは限定されるものではなく、例えば６００〜２０００μｍである。

セラミック層８と金属応力緩和層９との接合界面には、両層８、９を接合したろう材層１２ｃが介在されている。このろう材層１２ｃは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１２ｃの厚さは例えば１０〜１００μｍである。

放熱部材１０は、上述したように金属製であり、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。そして、この放熱部材１０が金属応力緩和層９のセラミック層８配置側とは反対側（即ち金属応力緩和層９の下面側）に配置されて、金属応力緩和層９と放熱部材１０とがろう付けによって積層状に互いに接合されている。すなわち、放熱部材１０は金属応力緩和層９の下面に接合されている。

金属応力緩和層９と放熱部材１０との接合界面には、両者９、１０を接合したろう材層１２ｄが介在されている。このろう材層１２ｄは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１２ｄの厚さは例えば１０〜１００μｍである。

次に、本実施形態の絶縁基板１の製造方法について図３〜６を参照して以下に説明する。

図３に示すように、本実施形態の絶縁基板１の製造方法は、積層材製造工程Ｓ１と、ろう付け接合工程Ｓ４と、焼き鈍し工程Ｓ５とを備える。ろう付け接合工程Ｓ４は積層材製造工程Ｓ１の後で行われる。焼き鈍し工程Ｓ５はろう付け接合工程Ｓ４の後で行われる。

積層材製造工程Ｓ１は、Ｎｉ層３とＴｉ層５と第１のＡｌ層６とが積層状に接合一体化された積層材２を製造する工程であり、詳述すると、第１拡散接合工程Ｓ２と第２拡散接合工程Ｓ３とを備えている。第２拡散接合工程Ｓ３は第１拡散接合工程Ｓ２の後で行われる。

第１拡散接合工程Ｓ２では、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを互いに重ね合わせて拡散接合によって積層状に接合し、これにより、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４を形成する。換言すると、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が形成されるように、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを拡散接合によって接合する。拡散接合としては、クラッド圧延、放電プラズマ焼結法等が用いられる。この拡散接合により形成される超弾性合金層４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、この超弾性合金層４は、熱応力を確実に緩和・吸収する役割を果たしうる。

なお、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを拡散接合ではなくろう付けによって接合しても、両層３、５の接合界面に超弾性合金層４は形成されない。

ここで、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法は、一般的に、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、本実施形態では部材同士（詳述すると金属板同士）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。

Ｎｉ層３とＴｉ層５とを拡散接合としてのクラッド圧延によって接合する場合には、両層３、５間に超弾性合金層４を確実に形成できるようにするため、温間ないし熱間クラッド圧延によって両層３、５を接合するのが望ましい。すなわち、図４に示すように、互いに平行に配置された上下一対の圧延ロール３１、３１を具備したクラッド圧延装置３０を用い、互いに重ね合わされたＮｉ層３とＴｉ層５とを両圧延ロール３１、３１間に通して両圧延ロール３１、３１でＮｉ層３とＴｉ層５を挟圧することにより、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを接合（クラッド）する。この接合の際に、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合時の熱によって両層３、５の接合界面にてＮｉ層３のＮｉとＴｉ層５のＴｉとが拡散するとともに、拡散したＮｉとＴｉとが合金化してＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が両層３、５の接合界面に形成される。その結果、両層３、５の接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が介在される。その接合条件は、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを、両層３、５の接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が形成されるように、クラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度６３０〜７５０℃、及び、クラッド率４０〜６０％である。

Ｎｉ層３とＴｉ層５とを拡散接合としての放電プラズマ焼結法によって接合する場合には、図５に示すように、まず、放電プラズマ焼結装置４０に備えられた筒状ダイ４１内にＮｉ層３とＴｉ層５とを互いに重ね合わせて積層状に配置する。これにより、両層３、５の周囲がダイ４１で包囲される。ダイ４１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、両層３、５をその積層方向に上下一対のパンチ４２、４２で挟む。各パンチ４２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４２の基部には電極４３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４２、４２で両層３、５をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ４２、４２間の通電を確保した状態で両パンチ４２、４２間にパルス電流を通電することで両層３、５を加熱し、これによりＮｉ層３とＴｉ層５とを接合する。これにより、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４が形成される。この接合では、所定厚さのＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４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、両層３、５への加圧力は１０〜２０ＭＰａである。

第２拡散接合工程Ｓ３では、第１拡散接合工程Ｓ２の後でＴｉ層５と第１のＡｌ層６とを互いに重ね合わせて拡散接合によって積層状に接合する。拡散接合としては、上述したクラッド圧延、放電プラズマ焼結法等が用いられる。

Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とを拡散接合としてのクラッド圧延によって接合する場合には、その接合は、図４に示した上記クラッド圧延装置３０を用い、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合に適用したクラッド温度よりも低い温度をクラッド温度として適用した冷間ないし温間クラッド圧延によって行われる。その接合条件は、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度３５０〜４３０℃、及び、クラッド率３０〜６０％である。

Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とを拡散接合としての放電プラズマ焼結法によって接合する場合には、その接合は、図５に示した上記放電プラズマ焼結装置４０を用いて行われる。その接合条件は、両層５、６を接合可能な条件であれば良く、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、両層５、６への加圧力は１０〜２０ＭＰａである。

以上のように第１拡散接合工程Ｓ２と第２拡散接合工程Ｓ３とを順次行うことにより、Ｎｉ層３とＴｉ層５と第１のＡｌ層６とが積層状に接合一体化された積層材２が製造される。

次いで、ろう付け接合工程Ｓ４が行われる。このろう付け接合工程Ｓ４は、積層材２の第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８と、金属応力緩和層９と、放熱部材１０とをろう付けによって一括して接合する工程であり、具体的にその説明をすると次のとおりである。

まず、図３に示すように、第２のＡｌ層７を形成するＡ１１００又はＡ３００３のＡｌ合金板を心材としてその両面にそれぞれろう材層１２ａ、１２ｂが接合されたブレージングシートを準備する。各ろう材層１２ａ、１２ｂは、当該Ａｌ合金板の表面にＡｌ系ろう材板が常法に従ってクラッド圧延によって接合（クラッド）されて形成されたものある。Ａｌ合金板の厚さは限定されるものではないが、１００〜１０００μｍの範囲に設定されるが特に望ましい。各ろう材層１２ａ、１２ｂの厚さは限定されるものではないが、１０〜１００μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。

次いで、図６に示すにように、ろう付け接合用の加圧装置５０に備えられた架台５５上に、積層材２の第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８と、金属応力緩和層９と、放熱部材１０とを重ね合わせて積層状に配置する。このとき、セラミック層８と金属応力緩和層９との間と、金属応力緩和層９と放熱部材１０との間とに、それぞれ、ろう材層１２ｃ、１２ｄとしてＡｌ系ろう材板を配置する。各ろう材板の厚さは例えば１０〜１００μｍである。次いで、これらを加圧装置５０によって積層方向に一括して加圧する。そして、この加圧を維持した状態のままでこれらを炉内ろう付け等のろう付けによって真空中などで一括して接合する。これにより、積層材２と第２のＡｌ層７とセラミック層８と金属応力緩和層９と放熱部材１０とを一体に有する接合体１５を得る。

加圧装置５０は、架台５５上に立設された複数の支柱５１と、これらの支柱５１に架設された昇降板５２とを備えている。架台５５に対する昇降板５２の高さ位置は調節可能で且つ固定可能になっている。さらに、昇降板５２には複数の押しバネ５３を介して押し板５４が取り付けられている。この加圧装置５０により加圧を行う場合には、押し板５４をＮｉ層３上に載置するとともに、押しバネ５３の弾性復元力によって押し板５４がＮｉ層３を下方向に常時押すものとなるように、昇降板５２の高さ位置を固定する。これにより、積層材２と第２のＡｌ層７とセラミック層８と金属応力緩和層９と放熱部材１０とが積層方向に一括して加圧される。このときの加圧力の大きさは限定されるものではないが、２９０〜１０００Ｐａであることが特に望ましい。その他の接合条件についても限定されるものではないが、ろう付け温度は５８０〜６１０℃、ろう付け温度の保持時間は５〜３０ｍｉｎ、真空度は１×１０^−３〜１×１０^−５Ｐａであることが特に望ましい。このような接合条件でろう付け接合を行うことにより、接合状態が良好な接合体１５を確実に得ることができる。

ここで、Ｎｉの線熱膨張係数（１３．４×１０^−６／Ｋ）、Ｔｉの線熱膨張係数（８．４×１０^−６／Ｋ）及びセラミックの線熱膨張係数は、Ａｌの線熱膨張係数（２３．２×１０^−６／Ｋ）よりも格段に小さい。そのため、ろう付け接合工程Ｓ４の際にろう付け温度まで上昇した接合体１５の温度を室温へ低下させ、その後、積層方向の加圧を解除すると、接合体１５には、各層間の熱膨張差に起因した、第１のＡｌ層６及び第２のＡｌ層７が伸びている状態を維持するような熱応力（熱歪み）が蓄積される。詳述すると、第１のＡｌ層６及び第２のＡｌ層７に熱応力としての引張応力が蓄積されるともに、Ｎｉ層３、Ｔｉ層５及びセラミック層８に熱応力としての圧縮応力が蓄積される。もしこのように熱応力が蓄積された状態のままで接合体１５を絶縁基板１として使用すると、その使用時に絶縁基板１の割れや剥離が発生し易い。そこで、この熱応力を除去するため、本実施形態では、ろう付け接合工程Ｓ４の後で焼き鈍し工程Ｓ５が行われる。

焼き鈍し工程Ｓ５では、積層方向（即ち接合体１５の厚さ方向）の加圧を解除した状態で、接合体１５を焼き鈍し炉（図示せず）を用いて焼き鈍しする。その焼き鈍し条件は、各層３、５、６、７、８、９及び放熱部材１０の材質に応じて様々に設定されるものであるが、特に、焼き鈍し温度は２７５〜５８０℃、及び、焼き鈍し温度の保持時間は３ｍｉｎ以上であることが、熱応力を確実に除去しうる点で望ましい。また、焼き鈍し温度の保持時間の上限は１２０ｍｉｎであることが特に望ましい。焼き鈍し雰囲気は大気及び真空のいずれでも良く、特に大気であることが焼き鈍しを容易に行える点で望ましい。

以上の工程を経ることにより、本実施形態の絶縁基板１が得られる。

この絶縁基板１を用いて半導体モジュール２０を製造する場合には、絶縁基板１のＮｉ層３の表面３ａにはんだ付けによって半導体素子２１を常法に従って接合する。これにより、半導体モジュール２０が得られる。

本実施形態の絶縁基板１の製造方法には次の利点がある。

本実施形態の絶縁基板１の製造方法によれば、表面層がＮｉ層３で形成された絶縁基板１が製造される。そのため、この絶縁基板１は、はんだ接合性が良好であり、したがって半導体素子２１をはんだ付けによって良好に接合することができる。

さらに、積層材製造工程Ｓ１において、Ｎｉ層３と第１のＡｌ層６との間にＴｉ層５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３と第１のＡｌ層６との間にＴｉ層５を配置しないでＮｉ層３と第１のＡｌ層６とを直接接合した場合には、Ｎｉ層３と第１の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、冷熱サイクル等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、本実施形態の絶縁基板１の製造方法では、Ｎｉ層３と第１のＡｌ層６との間にＴｉ層５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、絶縁基板１の割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層３の表面３ａの変形（凹凸）の発生も防止できる。

さらに、ろう付け接合工程Ｓ４では、積層材２（Ｎｉ層３、Ｔｉ層５、第１のＡｌ層６）と第２のＡｌ層７とセラミック層８とを有する接合体１５が得られるので、第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７とを合計した厚いＡｌ層を配線層として利用可能な絶縁基板１を得ることができる。さらに、この厚いＡｌ層は、ろう付け接合工程Ｓ４の前では第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７とに分けられていることから、積層材製造工程Ｓ１において、第１のＡｌ層６の厚さを、第１のＡｌ層６をＴｉ層５に良好に接合可能な厚さに設定することができる。例えば、積層材製造工程Ｓ１（詳述すると第２拡散接合工程Ｓ３）においてＴｉ層５と第１のＡｌ層６とをクラッド圧延によって接合する場合、各層５、６の物性値によって両層５、６を良好に接合可能なクラッド率の範囲が決定されるので、厚い第１のＡｌ層はＴｉ層５に良好に接合できないことがある。そこで、最初に、Ｔｉ層５にクラッド圧延によって良好に接合可能な薄い第１のＡｌ層６を準備してこれとＴｉ層５とを接合し、次いで、第１のＡｌ層６と厚い第２のＡｌ層７とを接合することでＡｌ層の厚さを増加させる。これにより、配線層として確実に機能しうる厚さを有するＡｌ層を形成することができる。さらに、第１のＡｌ層６及び第２のＡｌ層７の材質をそれぞれ機能、作用、目的等に応じて選択可能となる。

さらに、ろう付け接合工程Ｓ４では、第１のＡｌ層６と第２のＡｌ層７とセラミック層８とをろう付けによって一括接合するので、能率的に接合を行うことができ、もって絶縁基板１の製造コストを引き下げることができる。

さらに、第２のＡｌ層７は、Ａ１１００又はＡ３００３のＡｌ合金板から形成されるとともに、Ａｌ合金板の両面にはそれぞれろう材層１２ａ、１２ｂがろう付け接合工程Ｓ４の前に予め接合されていることから、次の効果を奏する。

すなわち、絶縁基板１において、第２のＡｌ層７はセラミック層８に接合されているが、この第２のＡｌ層７のセラミック層８配置側とは反対側（即ち第２のＡｌ層７の上側）にはＮｉ層３及びＴｉ層５が配置されている。ここで、セラミックの線熱膨張係数はＡｌのそれよりも小さく、更にはＮｉ及びＴｉの線熱膨張係数もＡｌのそれよりも小さい。したがって、Ｎｉ層３及びＴｉ層５は、冷熱サイクル時に生じる第２のＡｌ層７の熱伸縮を抑える作用を奏する。これにより、第２のＡｌ層７からセラミック層８に作用する熱応力（熱歪み）が緩和されてセラミック層８の割れが防止される。したがって、第２のＡｌ層７を、軟らかい材料である高純度Ａｌ板から形成する必要がなくなり、高純度Ａｌ板の代わりにＡｌｌ００及びＡ３００３のＡｌ合金板から形成することが可能となる。ここで、Ａｌｌ００及びＡ３００３のＡｌ合金板は容易にブレージングシート化することができ、すなわち当該Ａｌ合金板を心材としてその両面にそれぞれろう材板をクラッド圧延によって容易に接合することができる。このようにブレージングシート化されたＡｌ合金板を第２のＡｌ層７として用いることにより、第２のＡｌ層７を第１のＡｌ層６及びセラミック層８に接合するための高価な材料であるろう材板を別途、用いる必要がなくなるし、またろう材板の配置作業を行う必要がなくなり、もって絶縁基板１を安価に製造することができる。

さらに、ろう付け接合工程Ｓ４では、積層材２の第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８とを積層方向に加圧した状態で接合するので、積層方向に加圧しない状態で接合する場合に比べて高い接合強度を得ることができる。

さらに、焼き鈍し工程Ｓ５では、こうして得られた接合体１５を、積層方向の加圧を解除した状態で焼き鈍しするので、ろう付け接合工程Ｓ４で蓄積された接合体１５の熱応力（熱歪み）を除去することができる。これにより、絶縁基板１の割れや剥離の発生を確実に防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も確実に防止できる。したがって、高い冷熱耐久性を有する絶縁基板１を製造できる。

さらに、積層材製造工程Ｓ１は第１拡散接合工程Ｓ２を含んでいるので、熱応力を緩和しうるＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４をＮｉ層３とＴｉ層５との接合界面に形成することができる。そのため、絶縁基板１の割れや剥離の発生を更に確実に防止できるし、更にはＮｉ層３の表面３ａの変形（凹凸）の発生も更に確実に防止できる。

さらに、積層材製造工程Ｓ１は、第１拡散接合工程Ｓ２の後でＴｉ層５と第１のＡｌ層６とを接合する第２拡散接合工程Ｓ３を含んでいるので、次のような効果を奏する。

すなわち、もしＴｉ層５と第１のＡｌ層６とを接合した後でＮｉ層３とＴｉ層５とを接合する場合には、Ｎｉ層３とＴｉ層５との接合時の熱によってＴｉ層５と第１のＡｌ層６との接合界面に強度の弱い合金層（例：Ａｌ−Ｔｉ合金層）が形成される虞がある。これに対して、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを接合した後でＴｉ層５と第１のＡｌ層６とを接合することにより、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを確実に防止することができる。

さらに、もしＴｉ層５と第１のＡｌ層６とを拡散接合ではなくろう付けによって接合する場合には、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６との接合界面に、Ｔｉ層５のＴｉと第１のＡｌ層６のＡｌとろう材層のＳｉとが合金化したＴｉＡｌＳｉ合金層が形成される虞がある。この合金層は強度が弱い。そのためこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。そこでこの難点を解消するため、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とを拡散接合によって接合する。これにより、絶縁基板１の割れや剥離の発生を更に確実に防止できるし、更にはＮｉ層３の表面３ａの変形（凹凸）の発生も更に確実に防止できる。

さらに本実施形態では、ろう付け接合工程Ｓ４は、積層材２の第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８と、金属応力緩和層９と、放熱部材１０とを一括接合するので、これらを一体に有する絶縁基板１を容易に製造することができる。

以上で本発明の一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内において様々に変更可能である。

例えば、上記実施形態では、放熱部材はヒートシンクであるが、本発明では、放熱部材はその他に例えば冷却器であっても良い。

次に、本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に説明する。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。

＜実施例１＞
本実施例１では、図２に示した構成の絶縁基板１を上記実施形態の絶縁基板の製造方法に従って製造した。その具体的な製造方法は以下のとおりである。

Ｎｉ層３、Ｔｉ層５、第１のＡｌ層６、第２のＡｌ層７、セラミック層８、金属応力緩和層９及び放熱部材１０として、それぞれ次の板を準備した。

・Ｎｉ層３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ３０μｍの純Ｎｉ板
・Ｔｉ層５ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｔｉ板
・第１のＡｌ層６ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ８０μｍのＡｌ合金板
・第２のＡｌ層７ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌ合金板
・セラミック層８ ：長さ２９ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
・金属応力緩和層９：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材１０ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

Ｎｉ層３を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層５を形成する純Ｔｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層６を形成するＡｌ合金板の材質はＡ１１００である。

第２のＡｌ層７を形成するＡｌ合金板の材質はＡ３００３である。さらに、このＡｌ合金板の両面にはそれぞれＡｌ系ろう材板がクラッド圧延によって接合（クラッド）されており、これにより、このＡｌ合金板の両面にその全面に亘ってそれぞれろう材層１２ａ、１２ｂが接合されており、すなわちこのＡｌ合金板はブレージングシート化されている。各ろう材層１２ａ、１２ｂの材質はＡｌ−１０質量％Ｓｉであり、その厚さは２０μｍである。

金属応力緩和層９を形成する高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。放熱部材１０を形成するＡｌ合金板の材質はＡ３００３である。

そして、積層材製造工程Ｓ１の第１拡散接合工程Ｓ２では、Ｎｉ層３とＴｉ層５とを温間ないし熱間クラッド圧延によって接合し、これによりＮｉ層３とＴｉ層５との接合界面にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４としてＮｉＴｉ超弾性合金層（厚さ：約１μｍ）を形成した。次いで、積層材製造工程Ｓ１の第２拡散接合工程Ｓ３では、Ｔｉ層５と第１のＡｌ層６とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合した。これにより、Ｎｉ層３とＴｉ層５と第１のＡｌ層６とが積層状に接合一体化された積層材２を製造した。

次いで、ろう付け接合工程Ｓ４を次のように行った。図６に示すように、積層材２の第１のＡｌ層６と、第２のＡｌ層７と、セラミック層８と、金属応力緩和層９と、放熱部材１０とを積層状に重ね合わせた。このとき、セラミック層８と金属応力緩和層９との間と、金属応力緩和層９と放熱部材１０との間とに、それぞれ、ろう材層１２ｃ、１２ｄとしてＡｌ系ろう材板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ５０μｍ）を配置した。ろう材板の材質はいずれもＡｌ−１０質量％Ｓｉである。そして、加圧装置５０によってこれらを積層方向に加圧した状態で真空中にて炉内ろう付けによって積層状に一括して接合した。これにより、接合体１５を得た。この際のろう付け接合条件は、積層方向の加圧力：４９０Ｐａ（５ｇｆ／ｃｍ^２）、ろう付け温度：６００℃、ろう付け温度の保持時間：２０ｍｉｎ、真空度：４×１０^−４Ｐａである。そして、このろう付け接合が終了したら、積層方向の加圧を解除した。

次いで、焼き鈍し工程Ｓ５では、焼き鈍し炉を用いて接合体１５を大気中で焼き鈍しした。これにより、所望する絶縁基板１を得た。この際の焼き鈍し条件は、焼き鈍し温度：４００℃、焼き鈍し温度の保持時間：１０ｍｉｎである。

次いで、得られた絶縁基板１に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１及びそのセラミック層８の割れは発生しておらず、絶縁基板１の剥離も発生しておらず、更に、絶縁基板１のＮｉ層３の表面３ａの変形も発生しなかった。したがって、絶縁基板１は高い冷熱耐久性を有するものであることを確認し得た。

＜実施例２＞
本実施例２では、第２のＡｌ層７を形成するＡｌ合金板の材質がＡ１１００であることを除いて、上記実施例１と同様に絶縁基板１を製造した。

そして、絶縁基板１に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行ったところ、上記実施例１と同様の結果が得られた。したがって、絶縁基板１は高い冷熱耐久性を有するものであることを確認し得た。

＜比較例１＞
本比較例１では、図７に示した構成の絶縁基板１０１を製造した。その具体的な製造方法は以下のとおりである。

Ａｌ層１０７、セラミック層１０８、金属応力緩和層１０９及び放熱部材１１０として、それぞれ次の板を準備した。

・Ａｌ層１０７ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌ合金板
・セラミック層１０８ ：長さ２９ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
・金属応力緩和層１０９：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材１１０ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

Ａｌ層１０７を形成するＡｌ合金板の材質はＡ３００３である。さらに、このＡｌ合金板の下面にはＡｌ系ろう材板がクラッド圧延によって接合（クラッド）されており、これにより、このＡｌ合金板の下面にその全面に亘ってろう材層１１２ｂが接合されており、すなわちこのＡｌ合金板はブレージングシート化されている。ろう材層１１２ｂの材質はＡｌ−１０質量％Ｓｉであり、その厚さは２０μｍである。

金属応力緩和層１０９を形成する高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。なお図７において１０９ａはパンチングメタル板の複数の貫通孔である。放熱部材１１０を形成するＡｌ合金板の材質はＡ３００３である。

そして、図７に示すように、Ａｌ層１０７と、セラミック層１０８と、金属応力緩和層１０９と、放熱部材１１０とを積層状に重ね合わせた。このとき、セラミック層１０８と金属応力緩和層１０９との間と、金属応力緩和層１０９と放熱部材１１０との間とに、それぞれ、ろう材層１１２ｃ、１１２ｄとしてＡｌ系ろう材板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ５０μｍ）を配置した。ろう材板の材質はいずれもＡｌ−１０質量％Ｓｉである。そして、加圧装置によってこれらを積層方向に加圧した状態で真空中にて炉内ろう付けによって積層状に一括して接合した。これにより、接合体を得た。この際のろう付け接合条件は、積層方向の加圧力：４９０Ｐａ（５ｇｆ／ｃｍ^２）、ろう付け温度：６００℃、ろう付け温度の保持時間：２０ｍｉｎ、真空度：４×１０^−４Ｐａである。そして、このろう付け接合が終了したら、積層方向の加圧を解除した。

そして、接合体を焼き鈍しせずにこれをそのまま絶縁基板１０１とした。

次いで、この絶縁基板１０１に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１０１のセラミック層１０８が割れていた。

＜比較例２＞
本比較例２では、Ａｌ層１０７を形成するＡｌ合金板の材質がＡ１１００であることを除いて、上記比較例１と同様に絶縁基板１０１を製造した。

そして、絶縁基板１０１に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行ったところ、上記比較例１と同様に絶縁基板１０１のセラミック層１０８が割れていた。

本発明は、半導体素子が実装される半導体モジュール用絶縁基板の製造方法、半導体モジュールの製造方法、絶縁基板、及び、半導体モジュールに利用可能である。

１：絶縁基板
２：積層材
３：Ｎｉ層
４：Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層
５：Ｔｉ層
６：第１のＡｌ層
７：第２のＡｌ層
８：セラミック層
９：金属応力緩和層
１０：放熱部材
１２ａ〜１２ｄ：ろう材層
１５：接合体
２０：半導体モジュール
２１：半導体素子
３０：クラッド圧延装置
４０：放電プラズマ焼結装置

Claims (6)

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層の裏面側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層と、が積層状に接合一体化された積層材を製造する積層材製造工程と、
   前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第１のＡｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層の前記第１のＡｌ層配置側とは反対側に配置されたセラミック層と、をろう付けによって積層状に一括接合し、これにより、前記積層材と前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とを有する接合体を得るろう付け接合工程と、を備え、
   前記第２のＡｌ層は、Ａ１１００又はＡ３００３のＡｌ合金板から形成されるとともに、前記Ａｌ合金板を心材としてその両面にそれぞれろう材層が前記ろう付け接合工程の前に予め接合されることにより前記Ａｌ合金板がブレージングシート化されており、
   前記ろう付け接合工程では、
   前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層と、前記セラミック層と、を積層方向に加圧した状態で真空中にてろう付けによって一括接合するものであり、
   前記ろう付け接合工程の後で前記接合体を、前記積層方向の加圧を解除した状態で焼き鈍しする焼き鈍し工程を備えており、
   前記積層材製造工程は、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層とを拡散接合によって接合し、これにより、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とが合金化したＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を形成する第１拡散接合工程を含んでいる、絶縁基板の製造方法。
2. 前記積層材製造工程は、前記第１拡散接合工程の後で前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とを拡散接合によって接合する第２拡散接合工程を含んでいる請求項１記載の絶縁基板の製造方法。
3. 前記第１のＡｌ層の厚さは、前記第２のＡｌ層を形成する前記Ａｌ合金板の両面のうち前記第１のＡｌ層側の面に接合された前記ろう材層の厚さ以上に設定されている請求項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。
4. 前記第２のＡｌ層の厚さは、１００〜１０００μｍの範囲に設定されており、
   前記第２のＡｌ層を形成する前記Ａｌ合金板の両面のうち前記第１のＡｌ層側の面に接合された前記ろう材層の厚さは、１０〜１００μｍの範囲に設定されており、
   前記第１のＡｌ層の厚さは、前記第２のＡｌ層を形成する前記Ａｌ合金板の両面のうち前記第１のＡｌ層側の面に接合された前記ろう材層の厚さ以上で且つ３０〜１００μｍの範囲に設定されている請求項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。
5. 前記ろう付け接合工程では、
   前記積層材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層と、前記セラミック層と、前記セラミック層の前記第２のＡｌ層配置側とは反対側に配置された金属応力緩和層と、前記金属応力緩和層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を真空中にてろう付けによって一括接合する請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板のＮｉ層の表面に、半導体素子をはんだ付けによって接合する、半導体モジュールの製造方法。
   

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