JP6769169B2

JP6769169B2 - Method for manufacturing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body

Info

Publication number: JP6769169B2
Application number: JP2016162125A
Authority: JP
Inventors: 智哉大開; 宗太郎大井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2016-08-22
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-08-22
Also published as: JP2018030738A

Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール等におけるセラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body in a power module or the like used in a semiconductor device that controls a large current or a high voltage.

従来、パワーモジュール等に用いられる基板として、セラミックス基板とアルミニウム板とを接合した接合体からなる構成が知られている。また、このようなセラミックス基板とアルミニウム板との接合体を接合する方法として、セラミックス基板とアルミニウム板との間にろう材を介在させ、真空雰囲気中でろう付け接合する方法が知られている。
このようなセラミックス基板とアルミニウム板との接合体を製造する方法において、例えば特許文献１では、接合不良を誘発する酸化被膜等を除去することを目的として、マグネシウムを含む材料からなるろう材を用い真空雰囲気中でろう付け接合する方法が開示されている。
また、特許文献２ではセラミックス基板とアルミニウム板との接合においてアルミニウム板とろう材層との接合界面或いはその近傍にマグネシウムを偏在させた接合方法が開示されている。
さらに、特許文献３では、アルミニウムまたはアルミニウム合金板と窒化アルミニウム板との接合に、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｇｅ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金等からなる箔を用いて窒素、水素、不活性ガスによる低酸素雰囲気下で接合することが開示されている。 Conventionally, as a substrate used for a power module or the like, a configuration composed of a bonded body obtained by joining a ceramic substrate and an aluminum plate is known. Further, as a method of joining such a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum plate, a method of interposing a brazing material between the ceramic substrate and the aluminum plate and brazing and joining in a vacuum atmosphere is known.
In the method of manufacturing such a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum plate, for example, in Patent Document 1, a brazing material made of a material containing magnesium is used for the purpose of removing an oxide film or the like that induces bonding failure. A method of brazing and joining in a vacuum atmosphere is disclosed.
Further, Patent Document 2 discloses a joining method in which magnesium is unevenly distributed at or near the joining interface between the aluminum plate and the brazing material layer in joining the ceramic substrate and the aluminum plate.
Further, in Patent Document 3, a foil made of an Al-Mg-Cu alloy, an Al-Mg-Ge alloy, an Al-Mg-Si alloy, or the like is used for joining an aluminum or aluminum alloy plate and an aluminum nitride plate. It is disclosed that the alloy is bonded in a low oxygen atmosphere with nitrogen, hydrogen and an inert gas.

一方、アルミニウム板の代わりに、例えば特許文献４に記載されるように、低熱膨張、高熱伝導率を有するアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体をセラミックス基板に接合した接合体も知られている。
アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体は、例えば特許文献５又は特許文献６に記載されるように、主に炭化珪素（ＳｉＣ）からなる多孔質体中にアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金が含浸されてなるアルミニウムと炭化珪素との複合体である。また、セラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との接合体は、特許文献１〜３に記載されるセラミックス基板とアルミニウム板との接合方法と同様の方法を用いて形成できる。 On the other hand, instead of the aluminum plate, for example, as described in Patent Document 4, a bonded body in which an aluminum-impregnated silicon carbide porous body having low thermal expansion and high thermal conductivity is bonded to a ceramic substrate is also known.
As described in, for example, Patent Document 5 or Patent Document 6, the aluminum-impregnated silicon carbide porous body is formed by impregnating a porous body mainly made of silicon carbide (SiC) with aluminum (Al) or an aluminum alloy. It is a composite of aluminum and silicon carbide. Further, the bonded body of the ceramic substrate and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body can be formed by using the same method as the bonding method of the ceramic substrate and the aluminum plate described in Patent Documents 1 to 3.

特開２００１−０６２５８８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-062588 特開２００１−１４４４３３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-144433 特開２００１−０４４３４５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-0443445 特開２０１２‐１７２１７７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-172177 特開２０１４‐１４３３５１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-143351 特開２００３‐３９６７３０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-396730

しかし、真空雰囲気中での接合作業では昇温に時間を要することより、接合時間が長く、製造コストも高くなるという問題があった。一方、特許文献３では、低酸素雰囲気中での接合が可能であるが、マグネシウムを含有するアルミニウム合金箔の製造が困難である。
また、このようなセラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との接合において、セラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体とでマグネシウムの必要量に違いがあり、各々の最適値に調整することができないという問題もあった。 However, in the joining operation in a vacuum atmosphere, there is a problem that the joining time is long and the manufacturing cost is high because it takes time to raise the temperature. On the other hand, in Patent Document 3, although bonding in a low oxygen atmosphere is possible, it is difficult to produce an aluminum alloy foil containing magnesium.
Further, in joining such a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body, there is a difference in the required amount of magnesium between the ceramic substrate and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body, and it is possible to adjust to the optimum value for each. There was also the problem of not being able to do it.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、良好な接合を確保しつつ製造コストを削減することができるセラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との接合体を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body, which can reduce the manufacturing cost while ensuring good bonding. The purpose is to provide.

本発明は、セラミックス基板と、炭化珪素からなる多孔質体にアルミニウム又はアルミニウム合金が含浸されたアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体と、の接合体を製造する方法であって、
前記セラミックス基板と前記アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との間に接合材としてアルミニウム合金からなる芯材の両面にマグネシウムを３．０質量％以下含有するろう材層が形成された両面ろうクラッド材を介在させ、非酸化性雰囲気中で接合温度に加熱し、前記ろう材層のマグネシウム含有量は、前記セラミックス基板側のろう材層と前記アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のろう材層とで異なる。 The present invention is a method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body in which a porous body made of silicon carbide is impregnated with aluminum or an aluminum alloy.
A double-sided brazing clad material in which a brazing material layer containing 3.0% by mass or less of magnesium is formed on both sides of a core material made of an aluminum alloy as a bonding material between the ceramic substrate and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body. The magnesium content of the brazing filler metal layer is different between the brazing filler metal layer on the ceramic substrate side and the brazing filler metal layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side after being interposed and heated to the bonding temperature in a non-oxidizing atmosphere.

本発明の接合方法では、マグネシウムを含有するろう材層が形成された両面ろうクラッド材を使用して接合体を製造することにより、セラミックス基板側のマグネシウム量と、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のマグネシウム量とを各々最適値に調整することができ、良好な接合性が維持できる。
また、両面ろうクラッド材を介在させ非酸化性雰囲気中において接合することで、真空雰囲気中での接合に比べ短時間で昇温でき接合することができるので、製造コストを削減できる。
なお、上述の非酸化性雰囲気とは窒素ガス雰囲気やアルゴンガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気をさす。また、マグネシウム含有量が３．０質量％を超えるろう材層は製造が困難である。
このように、接合対象に合わせてろう材層のマグネシウム含有量を適切に調整することで、良好な接合性を維持することができる。 In the bonding method of the present invention, by producing a bonded body using a double-sided brazing clad material on which a brazing material layer containing magnesium is formed, the amount of magnesium on the ceramic substrate side and the amount of magnesium on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side are produced. The amount of magnesium can be adjusted to the optimum value, and good bondability can be maintained.
Further, by interposing a double-sided brazing clad material and joining in a non-oxidizing atmosphere, the temperature can be raised in a shorter time than joining in a vacuum atmosphere, so that the manufacturing cost can be reduced.
The above-mentioned non-oxidizing atmosphere refers to an inert gas atmosphere such as a nitrogen gas atmosphere or an argon gas atmosphere. Further, it is difficult to produce a brazing material layer having a magnesium content of more than 3.0% by mass.
In this way, good bondability can be maintained by appropriately adjusting the magnesium content of the brazing material layer according to the bonding target.

本発明の製造方法において、前記セラミックス基板側のろう材層のマグネシウム含有量は、前記アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のろう材層のマグネシウム含有量より少ないとよい。 In the production method of the present invention, the magnesium content of the brazing material layer on the ceramic substrate side is preferably smaller than the magnesium content of the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side .

本発明の製造方法において、前記セラミックス基板側のろう材層のマグネシウム含有量が０．０１質量％以上１．５質量％以下の範囲内であり、前記アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のろう材層のマグネシウム含有量が０．５質量％以上３．０質量％以下の範囲内であるとよい。 In the production method of the present invention, the magnesium content of the brazing material layer on the ceramic substrate side is within the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side. The magnesium content of the above is preferably in the range of 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.

アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体の表面に露出するアルミニウム又はアルミニウム合金には接合不良を誘発する酸化被膜等が比較的多く含まれている。このため、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体とセラミックス基板との接合には、その酸化物を除去するためにある程度多くのマグネシウム含有量が必要となる。一方セラミックス基板側ではマグネシウム含有量が過多となるとセラミックス基板の剥離や割れが発生するおそれがある。
そこで、セラミックス基板側のマグネシウム含有量とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のマグネシウム含有量とを各々上記最適値に調整することで、良好な接合性を維持することができる。 The aluminum or aluminum alloy exposed on the surface of the aluminum-impregnated silicon carbide porous body contains a relatively large amount of an oxide film or the like that induces bonding failure. Therefore, in order to join the aluminum-impregnated silicon carbide porous body and the ceramic substrate, a certain amount of magnesium content is required to remove the oxide. On the other hand, if the magnesium content on the ceramic substrate side is excessive, the ceramic substrate may be peeled or cracked.
Therefore, good bondability can be maintained by adjusting the magnesium content on the ceramic substrate side and the magnesium content on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side to the above optimum values.

本発明によれば、両面ろうクラッド材を用いてセラミックス基板側のろう材層のマグネシウム含有量とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体側のろう材層のマグネシウム含有量とを各々最適値に調整し、非酸化性雰囲気中で接合することで、接合体の良好な接合を確保しつつ製造コストを削減することができる。 According to the present invention, the magnesium content of the brazing material layer on the ceramic substrate side and the magnesium content of the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side are adjusted to the optimum values by using the double-sided brazing clad material, respectively. By joining in an oxidizing atmosphere, it is possible to reduce the manufacturing cost while ensuring good bonding of the bonded body.

本発明の第１実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of 1st Embodiment of this invention in process order. 第１実施形態の製造方法により製造されたパワーモジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the substrate for a power module manufactured by the manufacturing method of 1st Embodiment. アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体の要部断面図である。It is sectional drawing of the main part of the aluminum impregnated silicon carbide porous body. 本発明の第２実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of 2nd Embodiment of this invention in process order. 第２実施形態の製造方法により製造されたヒートシンク付セラミックス基板の断面図である。It is sectional drawing of the ceramic substrate with a heat sink manufactured by the manufacturing method of 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of 3rd Embodiment of this invention in process order. 第３実施形態の製造方法により製造されたパワーモジュール用基板の断面図である。It is sectional drawing of the substrate for a power module manufactured by the manufacturing method of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
第１実施形態は、本発明の製造方法を、図２に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１の製造方法に適用した例について説明する。
ヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１は、図２に示すように、絶縁層を構成するセラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面（図２では上面）に配設された回路層２０と、セラミックス基板１０の他方の面（図２では下面）に配設されたヒートシンク３０とを備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The first embodiment describes an example in which the manufacturing method of the present invention is applied to the manufacturing method of the power module substrate 101 with a heat sink shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the substrate 101 for a power module with a heat sink includes a ceramic substrate 10 constituting an insulating layer, a circuit layer 20 arranged on one surface (upper surface in FIG. 2) of the ceramic substrate 10, and a circuit layer 20. It includes a heat sink 30 arranged on the other surface (lower surface in FIG. 2) of the ceramic substrate 10.

セラミックス基板１０は、回路層２０とヒートシンク３０との間の電気的接続を防止するものであり、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックス等の絶縁性の高いセラミックスで形成され、厚さが０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定される。 Ceramic substrate 10, the circuit layer 20 and is intended to prevent an electrical connection between the heat sink 30, for example, AlN (aluminum nitride), _Si 3 _{N 4} (silicon nitride) nitride ceramics such or Al _2, It is made of highly insulating ceramics such as oxide-based ceramics such as O ₃ (alumina), and the thickness is set within the range of 0.2 mm to 1.5 mm.

回路層２０は、セラミックス基板１０の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム板（以下、回路層用アルミニウム板とする。）を接合することにより形成されている。また、回路層２０は、例えば、純度９９質量％以上のアルミニウム（２Ｎ−Ａｌ）、純度９９．９質量％以上のアルミニウム（３Ｎ−Ａｌ）、純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（４Ｎ−Ａｌ）、又は例えばＡ６０６３やＡ３００３等のアルミニウム合金からなり、厚さが０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内に設定される。なお、回路層２０は、エッチング等により所定の回路パターンが形成される。 The circuit layer 20 is formed by joining an aluminum plate of aluminum or an aluminum alloy (hereinafter referred to as an aluminum plate for a circuit layer) to one surface of the ceramic substrate 10. Further, the circuit layer 20 is, for example, aluminum (2N-Al) having a purity of 99% by mass or more, aluminum (3N-Al) having a purity of 99.9% by mass or more, and aluminum (4N-Al) having a purity of 99.99% by mass or more. ) Or, for example, it is made of an aluminum alloy such as A6063 or A3003, and the thickness is set within the range of 0.1 mm to 2.5 mm. A predetermined circuit pattern is formed on the circuit layer 20 by etching or the like.

ヒートシンク３０は、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体により平板状に形成されている。アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる多孔質体にアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金を含浸させたものである。
含浸されるアルミニウム又はアルミニウム合金としては、純度が９９ｍａｓｓ（質量）％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）や純度が９９．９９ｍａｓｓ（質量）％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）等の純アルミニウムや、Ａｌ：８０ｍａｓｓ（質量）％以上９９．９９ｍａｓｓ（質量）％以下、Ｓｉ：０．０１ｍａｓｓ（質量）％以上１３．５ｍａｓｓ（質量）％以下、Ｍｇ：０．０３ｍａｓｓ（質量）％以上５．０ｍａｓｓ（質量）％以下、残部：不純物、の組成を有するアルミニウム合金を用いることができる。また、ＡＤＣ１２やＡ３５６等のアルミニウム合金を用いることもできる。 The heat sink 30 is formed in a flat plate shape by an aluminum-impregnated silicon carbide porous body. The aluminum-impregnated silicon carbide porous body is obtained by impregnating a porous body made of silicon carbide (SiC) with aluminum (Al) or an aluminum alloy.
Examples of the impregnated aluminum or aluminum alloy include pure aluminum such as aluminum (2N aluminum) having a purity of 99 mass (mass)% or more, aluminum (4N aluminum) having a purity of 99.99 mass (mass)% or more, and Al: 80 mass. (Mass)% or more and 99.99 mass (mass)% or less, Si: 0.01 mass (mass)% or more and 13.5 mass (mass)% or less, Mg: 0.03 mass (mass)% or more and 5.0 mass (mass)% Hereinafter, an aluminum alloy having a composition of balance: impurities can be used. Further, an aluminum alloy such as ADC12 or A356 can also be used.

このようなアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体は、多孔質体を、その周囲に所定の隙間を有するように設けられた型内に配置しておき、その型内に加熱溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金を圧入して、加圧された状態で冷却することにより製造される。このように、アルミニウム等を圧入することで、アルミニウム等との濡れ性が悪い炭化珪素の多孔質体の内部にアルミニウム等を含浸させることができ、さらに多孔質体の周囲の隙間にアルミニウム等を充填して、図３に示すように、多孔質体３１の表面に所定の厚さの被覆層３２を形成したアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体を形成できる。なお、ヒートシンク３０としては、多孔質体３１の表面を被覆する被覆層３２の有無は特に限定されず、被覆層３２を有するアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体と、このような被覆層３２を有しないアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体とのいずれも使用できる。そして、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体からなるヒートシンク３０は、例えば、全体として厚さが３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定され、被覆層３２が設けられる場合、被覆層３２の厚さは、全体の厚さの１０％〜２０％である０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚さとされる。 In such an aluminum-impregnated silicon carbide porous body, the porous body is arranged in a mold provided so as to have a predetermined gap around the porous body, and aluminum or an aluminum alloy heated and melted in the mold is placed in the mold. Manufactured by press-fitting and cooling in a pressurized state. By press-fitting aluminum or the like in this way, aluminum or the like can be impregnated inside the porous body of silicon carbide having poor wettability with the aluminum or the like, and aluminum or the like can be further filled in the gaps around the porous body. As shown in FIG. 3, an aluminum-impregnated silicon carbide porous body having a coating layer 32 having a predetermined thickness formed on the surface of the porous body 31 can be formed by filling. The heat sink 30 is not particularly limited in the presence or absence of the coating layer 32 that covers the surface of the porous body 31, and does not have the aluminum-impregnated silicon carbide porous body having the coating layer 32 and such a coating layer 32. Any of the aluminum-impregnated silicon carbide porous material can be used. The heat sink 30 made of the aluminum-impregnated silicon carbide porous body has, for example, a thickness set within the range of 3.0 mm to 5.0 mm as a whole, and when the coating layer 32 is provided, the thickness of the coating layer 32 is increased. Is a thickness of about 0.5 mm to 1.0 mm, which is 10% to 20% of the total thickness.

次に、このように構成されるヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１を製造する方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、セラミックス基板１０の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層用アルミニウム板２０´の片面にろう材層２１が積層された片面ろうクラッド材２５を積層し、セラミックス基板１０の他方の面に、芯材４１の両面にろう材層４２，４３を積層した両面ろうクラッド材４０を介してヒートシンク３０を厚さ方向に積層する。 Next, a method of manufacturing the power module substrate 101 with a heat sink configured as described above will be described.
As shown in FIG. 1A, a single-sided brazing clad material 25 having a brazing material layer 21 laminated on one side of an aluminum plate 20'for a circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy is laminated on one surface of a ceramic substrate 10. Then, the heat sink 30 is laminated in the thickness direction on the other surface of the ceramic substrate 10 via the double-sided brazing clad material 40 in which the brazing material layers 42 and 43 are laminated on both sides of the core material 41.

片面ろうクラッド材２５は、図１（ａ）に示すように、回路層用アルミニウム板２０´の片面にＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系ろう材からなるろう材層２１がクラッドされ、積層されたものであり、回路層用アルミニウム板２０´の厚さが０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲内とされ、ろう材層２１の厚さが５μｍ〜１００μｍの範囲内に設定される。
また、両面ろうクラッド材４０は、芯材４１の両面にろう材層４２，４３がクラッドされた構成とされている。芯材４１は、厚さが０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内のアルミニウム合金（Ａ３００３）とされ、ろう材層４２，４３は、厚さが５μｍ〜１００μｍの範囲内のＡｌ‐Ｓｉ‐Ｍｇ系ろう材とされる。
そして、両面ろうクラッド材４０のろう材層４２，４３のうち、セラミックス基板１０側のろう材層４２には、マグネシウム（Ｍｇ）が０．０１質量％以上１．５質量％以下の範囲内で含有され、ヒートシンク３０側のろう材層４３には、マグネシウムが０．５質量％以上３．０質量％以下の範囲内で含有されている。なお、片面ろうクラッド材２５のろう材層２１のマグネシウム含有量は０．０１質量％以上１．５質量％以下の範囲内とされる。 As shown in FIG. 1A, the single-sided brazing material 25 is formed by laminating a brazing material layer 21 made of an Al—Si-Mg-based brazing material on one side of an aluminum plate 20 ′ for a circuit layer. The thickness of the circuit layer aluminum plate 20'is set in the range of 0.1 mm to 2.5 mm, and the thickness of the brazing material layer 21 is set in the range of 5 μm to 100 μm.
Further, the double-sided brazing clad material 40 has a structure in which brazing material layers 42 and 43 are clad on both sides of the core material 41. The core material 41 is made of an aluminum alloy (A3003) having a thickness in the range of 0.05 mm to 0.6 mm, and the brazing material layers 42 and 43 are made of Al-Si-Mg having a thickness in the range of 5 μm to 100 μm. It is considered to be a brazing material.
Then, among the brazing material layers 42 and 43 of the double-sided brazing clad material 40, magnesium (Mg) is contained in the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side within a range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less. Magnesium is contained in the brazing material layer 43 on the heat sink 30 side in the range of 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less. The magnesium content of the brazing material layer 21 of the single-sided brazing clad material 25 is in the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less.

ここで、セラミックス基板１０側のろう材層４２のマグネシウム含有量が０．０１質量％未満の場合や、ヒートシンク３０側のろう材層４３のマグネシウム含有量が０．５質量％未満の場合は、酸化被膜等の除去が不十分となり、接合不良が発生するおそれがある。また、セラミックス基板１０側のろう材層４２のマグネシウム含有量が１．５質量％を超えた場合には、ヒートシンク３０に使用される金属のセラミックス基板１０近傍が硬化し、セラミックス基板１０に割れが生じるおそれがある。
なお、本発明において、セラミックス基板１０とヒートシンク３０との接合に用いるろう材として、両面ろうクラッド材４０を用いていることにより、単一の箔に比べて、両側のろう材層４２，４３のマグネシウム含有量を多くすることが可能である。しかし、マグネシウム含有量が３．０質量％を超えると、クラッド材製造工程において圧延性が極端に悪くなり、クラッド材製造が困難となる。 Here, when the magnesium content of the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side is less than 0.01% by mass, or when the magnesium content of the brazing material layer 43 on the heat sink 30 side is less than 0.5% by mass, Insufficient removal of the oxide film and the like may cause poor bonding. Further, when the magnesium content of the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side exceeds 1.5% by mass, the vicinity of the metal ceramic substrate 10 used for the heat sink 30 is hardened, and the ceramic substrate 10 is cracked. May occur.
In the present invention, since the double-sided brazing clad material 40 is used as the brazing material used for joining the ceramic substrate 10 and the heat sink 30, the brazing material layers 42 and 43 on both sides are compared with a single foil. It is possible to increase the magnesium content. However, if the magnesium content exceeds 3.0% by mass, the rollability becomes extremely poor in the clad material manufacturing process, and the clad material manufacturing becomes difficult.

なお、回路層用アルミニウム板２０´の材質、やヒートシンク３０の材質（アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体に含浸されるアルミニウムの材質）によっては、酸化被膜等を除去するために必要となるマグネシウム含有量の最適値が異なり、各ろう材層２１，４２，４３のマグネシウム含有量は、上記範囲内で最適なものが選択される。
例えば、セラミックス基板１０をＳｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）、回路層用アルミニウム板２０´のアルミニウム、及びヒートシンク３０に含浸されるアルミニウムを、アルミニウム合金（Ａ３００３）で形成する場合、マグネシウムの最適な含有量は、セラミックス基板１０側のろう材層４２が０．０５質量％で、回路層用アルミニウム板２０´側及びヒートシンク３０側のろう材層４３が１．５質量％とするとよい。 Depending on the material of the aluminum plate 20'for the circuit layer and the material of the heat sink 30 (the material of aluminum impregnated in the aluminum-impregnated silicon carbide porous body), the magnesium content required to remove the oxide film or the like. The optimum values of are different, and the optimum magnesium content of each of the brazing filler metal layers 21, 42, and 43 is selected within the above range.
For example, when the ceramic substrate 10 is formed of Si ₃ N ₄ (silicon nitride), the aluminum of the aluminum plate 20'for the circuit layer, and the aluminum impregnated in the heat sink 30 with an aluminum alloy (A3003), the optimum content of magnesium is contained. The amount of the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side is preferably 0.05% by mass, and the amount of the brazing material layer 43 on the circuit layer aluminum plate 20'side and the heat sink 30 side is 1.5% by mass.

次に、このように構成される各部材を、図１（ａ）に示すように、セラミックス基板１０の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる回路層用アルミニウム板２０´の片面にろう材層２１が積層された片面ろうクラッド材２５を積層し、セラミックス基板１０の他方の面に、芯材４１の両面にろう材層４２，４３を積層した両面ろうクラッド材４０を介してヒートシンク３０を厚さ方向に積層する。この場合、両面ろうクラッド材４０は、セラミックス基板１０側にマグネシウム含有量が少ないろう材層４２が当接される向きで積層する。 Next, as shown in FIG. 1A, each member configured in this way is attached to one surface of the ceramic substrate 10 and a brazing material on one surface of the aluminum plate 20'for a circuit layer made of aluminum or an aluminum alloy. The single-sided brazing material 25 on which the layers 21 are laminated is laminated, and the heat sink 30 is placed on the other surface of the ceramic substrate 10 via the double-sided brazing material 40 in which the brazing material layers 42 and 43 are laminated on both sides of the core material 41. Laminate in the thickness direction. In this case, the double-sided brazing clad material 40 is laminated in the direction in which the brazing material layer 42 having a low magnesium content is brought into contact with the ceramic substrate 10 side.

そして、図１（ｂ）に示すように、これらを積層した積層体を積層方向に加圧した状態で、常圧の窒素ガス（Ｎ_２）等の非酸化性雰囲気下で加熱して、セラミックス基板１０に回路層用アルミニウム板２０´とヒートシンク３０とを接合して、セラミックス基板１０の両面に回路層２０とヒートシンク３０とが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１を製造する。この場合の加圧力としては、例えば０．０１ＭＰａ〜０．６ＭＰａ、接合温度としては６４０℃以下好ましくは６１０℃〜６２０℃の範囲に加熱して接合する。 Then, as shown in FIG. 1 (b), the laminated body in which these are laminated is heated in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas (N ₂ ) at normal pressure in a state of being pressurized in the stacking direction to obtain ceramics. The circuit layer aluminum plate 20'and the heat sink 30 are joined to the substrate 10 to manufacture a power module substrate 101 with a heat sink in which the circuit layer 20 and the heat sink 30 are joined to both sides of the ceramic substrate 10. In this case, the pressing force is, for example, 0.01 MPa to 0.6 MPa, and the joining temperature is 640 ° C. or lower, preferably 610 ° C. to 620 ° C. for joining.

このように製造される第１実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１（図２）は、セラミックス基板１０とヒートシンク３０との間に両面ろうクラッド材４０の芯材４１であった薄いアルミニウム合金層４４が介在した状態となる。
この製造方法のように、両面ろうクラッド材４０を用いてセラミックス基板１０とヒートシンク３０とを接合してヒートシンク付パワーモジュール用基板１０１を製造するので、両面ろうクラッド材４０の両面のろう材層４２，４３のマグネシウム含有量を同一に設定しておくこともできるし、異なる含有量に設定しておくこともできる。このため、セラミックス基板１０側のマグネシウム含有量とヒートシンク３０側のマグネシウム含有量とを各々最適値に調整しておくことができ、セラミックス基板１０とヒートシンク３０とを良好に接合することができる。
また、非酸化性雰囲気中で接合することで、真空引き工程が不要なことや昇温時間の短縮など真空雰囲気中の接合に比して接合時間が短縮され製造コストが削減できる。 The substrate 101 (FIG. 2) for a power module with a heat sink of the first embodiment manufactured in this manner is a thin aluminum alloy layer which is a core material 41 of a double-sided brazing clad material 40 between a ceramic substrate 10 and a heat sink 30. 44 is in the intervening state.
Since the power module substrate 101 with a heat sink is manufactured by joining the ceramic substrate 10 and the heat sink 30 using the double-sided brazing clad material 40 as in this manufacturing method, the brazing material layers 42 on both sides of the double-sided brazing clad material 40 are manufactured. The magnesium contents of, 43 can be set to be the same, or can be set to different contents. Therefore, the magnesium content on the ceramic substrate 10 side and the magnesium content on the heat sink 30 side can be adjusted to optimum values, and the ceramic substrate 10 and the heat sink 30 can be satisfactorily bonded.
Further, by joining in a non-oxidizing atmosphere, the joining time can be shortened and the manufacturing cost can be reduced as compared with joining in a vacuum atmosphere, such as eliminating the need for a vacuuming process and shortening the temperature rising time.

図５は、本発明の製造方法により製造されたヒートシンク付セラミックス基板２０１を示している。
ヒートシンク付セラミックス基板２０１は、セラミックス基板１０とヒートシンク３０とを備え、セラミックス基板１０とヒートシンク３０との間が、薄いアルミニウム合金層４４を介して接合されている。そして、このヒートシンク付セラミックス基板２０１は、例えばセラミックス基板１０の上面にパワーモジュール（図示略）をグリスを介して押圧して保持することにより、パワーモジュールの冷却器として使用される。 FIG. 5 shows a ceramic substrate 201 with a heat sink manufactured by the manufacturing method of the present invention.
The ceramic substrate 201 with a heat sink includes a ceramic substrate 10 and a heat sink 30, and the ceramic substrate 10 and the heat sink 30 are joined via a thin aluminum alloy layer 44. The ceramic substrate 201 with a heat sink is used as a cooler for the power module by pressing and holding the power module (not shown) on the upper surface of the ceramic substrate 10 via grease, for example.

ヒートシンク付セラミックス基板２０１は、図４（ａ）に示すように、セラミックス基板１０の一方の面に両面ろうクラッド材４０を用いてヒートシンク３０を接合することにより製造される。
セラミックス基板１０は、第１実施形態と同様に例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用い、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定される。 As shown in FIG. 4A, the ceramic substrate 201 with a heat sink is manufactured by joining the heat sink 30 to one surface of the ceramic substrate 10 using a double-sided brazing clad material 40.
Ceramic substrate 10 is similarly eg AlN in the first embodiment (aluminum nitride), using a _Si 3 _{N 4} (silicon nitride) nitride ceramics such as, or _Al 2 _{O 3} (alumina) oxide ceramics such as , The thickness is set within the range of 0.2 mm to 1.5 mm.

ヒートシンク３０は、第１実施形態と同様に、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体により平板状に形成されており、例えば、全体として厚さが３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定され、被覆層が設けられる場合、被覆層の厚さは、全体の厚さの１％〜３０％とされる。 Similar to the first embodiment, the heat sink 30 is formed in a flat plate shape by an aluminum-impregnated silicon carbide porous body, and for example, the thickness is set in the range of 3.0 mm to 5.0 mm as a whole and coated. When a layer is provided, the thickness of the coating layer is 1% to 30% of the total thickness.

両面ろうクラッド材４０の構成及び各構成部材は、第１実施形態と同様であり、芯材４１の両面にろう材層４２，４３がクラッドされた構成とされている。芯材４１は、アルミニウム合金（Ａ３００３）が用いられ、厚さは０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内に設定される。また、ろう材層４２，４３はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材が用いられ、厚さは５μｍ〜１００μｍの範囲内に設定される。この場合、両側のろう材層４２，４３のマグネシウム含有量は、セラミックス基板１０側のろう材層４２にはマグネシウムが０．０１質量％以上１．５質量％以下の範囲内で含有され、ヒートシンク３０側のろう材層４３にはマグネシウムが０．５質量％以上３．０質量％以下の範囲内で含有されている。 The structure of the double-sided brazing material 40 and each constituent member are the same as those in the first embodiment, and the brazing material layers 42 and 43 are clad on both sides of the core material 41. An aluminum alloy (A3003) is used for the core material 41, and the thickness is set within the range of 0.05 mm to 0.6 mm. Further, Al—Si—Mg-based brazing material is used for the brazing material layers 42 and 43, and the thickness is set within the range of 5 μm to 100 μm. In this case, the magnesium content of the brazing filler metal layers 42 and 43 on both sides is such that magnesium is contained in the brazing filler metal layer 42 on the ceramic substrate 10 side in the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the heat sink. The brazing filler metal layer 43 on the 30 side contains magnesium in the range of 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.

このヒートシンク付セラミックス基板２０１の製造方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、セラミックス基板１０とヒートシンク３０とを両面ろうクラッド材４０を介して積層する。この際、両面ろうクラッド材４０は、セラミックス基板１０側にマグネシウムの含有量が少ないろう材層４２が当接される向きで厚さ方向に積層する。そして、その積層体を、積層方向に加圧した状態で、常圧の窒素ガス（Ｎ_２）等の非酸化性雰囲気下で加熱して接合し、ヒートシンク付セラミックス基板２０１を製造する。なお、この場合の加圧力としては、例えば０．０１ＭＰａ〜０．６ＭＰａ、接合温度としては６４０℃以下好ましくは６１０℃〜６２０℃の範囲に加熱して接合する。 A method of manufacturing the ceramic substrate 201 with a heat sink will be described.
As shown in FIG. 4A, the ceramic substrate 10 and the heat sink 30 are laminated via the double-sided brazing clad material 40. At this time, the double-sided brazing clad material 40 is laminated in the thickness direction in the direction in which the brazing material layer 42 having a low magnesium content is brought into contact with the ceramic substrate 10 side. Then, the laminated body is heated and bonded in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas (N ₂ ) at normal pressure in a state of being pressurized in the stacking direction to manufacture a ceramic substrate 201 with a heat sink. In this case, the pressing force is, for example, 0.01 MPa to 0.6 MPa, and the bonding temperature is 640 ° C. or lower, preferably 610 ° C. to 620 ° C. for bonding.

このように製造される第２実施形態のヒートシンク付セラミックス基板２０１は、図５に示すように、第１実施形態と同様にセラミックス基板１０とヒートシンク３０との間に両面ろうクラッド材４０の芯材４１であった薄いアルミニウム合金層４４が介在した状態となる。
このヒートシンク付セラミックス基板２０１においても、セラミックス基板１０側のろう材層４２のマグネシウム含有量とヒートシンク３０側のろう材層４３のマグネシウム含有量とを各々最適値に調整することができるので、良好な接合を確保しつつ製造コストを削減して製造することができる。 As shown in FIG. 5, the ceramic substrate 201 with a heat sink of the second embodiment manufactured in this manner is a core material of a double-sided brazing clad material 40 between the ceramic substrate 10 and the heat sink 30 as in the first embodiment. The thin aluminum alloy layer 44, which was 41, is interposed.
Also in this ceramic substrate 201 with a heat sink, the magnesium content of the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side and the magnesium content of the brazing material layer 43 on the heat sink 30 side can be adjusted to optimum values, which is good. It is possible to reduce the manufacturing cost while ensuring the bonding.

図７は、第３実施形態の製造方法により製造されるパワーモジュール用基板３０１を示している。パワーモジュール用基板３０１は、図７に示すように、セラミックス基板１０の一方の面に回路層５０が配設され、他方の面に金属層６０が配設された構成とされ、図６に示すように、セラミックス基板１０の両面に、それぞれ両面ろうクラッド材４０を用いて回路層用金属板５０´及び金属層用金属板６０´を接合することにより製造される。 FIG. 7 shows a power module substrate 301 manufactured by the manufacturing method of the third embodiment. As shown in FIG. 7, the power module substrate 301 has a configuration in which a circuit layer 50 is arranged on one surface of a ceramics substrate 10 and a metal layer 60 is arranged on the other surface, and is shown in FIG. As described above, it is manufactured by joining the metal plate 50'for the circuit layer and the metal plate 60' for the metal layer to both sides of the ceramic substrate 10 by using the double-sided brazing clad material 40, respectively.

セラミックス基板１０は、第１実施形態と同様に例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用い、厚さは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内に設定される。
回路層用金属板５０´及び金属層用金属板６０´は、アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体により平板状に形成されており、例えば、全体として厚さが３．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内に設定され、被覆層が設けられる場合、被覆層の厚さは、全体の厚さの１０％〜３０％とされる。 Ceramic substrate 10 is similarly eg AlN in the first embodiment (aluminum nitride), using a _Si 3 _{N 4} (silicon nitride) nitride ceramics such as, or _Al 2 _{O 3} (alumina) oxide ceramics such as , The thickness is set within the range of 0.2 mm to 1.5 mm.
The metal plate 50'for the circuit layer and the metal plate 60' for the metal layer are formed in a flat plate shape by the aluminum-impregnated silicon carbide porous body, and for example, the thickness as a whole is within the range of 3.0 mm to 5.0 mm. When the coating layer is provided, the thickness of the coating layer is set to 10% to 30% of the total thickness.

両面ろうクラッド材４０の構成及び各構成部材は、第１実施形態と同様であり、芯材４１の両面にろう材層４２，４３がクラッドされた構成とされている。芯材４１は、アルミニウム合金（Ａ３００３）が用いられ、厚さは０．０５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内に設定される。また、ろう材層４２，４３はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材が用いられ、厚さは５μｍ〜１００μｍの範囲内に設定される。この場合、セラミックス基板１０側のろう材層４２にはマグネシウムが０．０１質量％以上１．５質量％以下の範囲内で含有され、回路層用金属板５０及び金属層用金属板５０側のろう材層４３にはマグネシウムが０．５質量％以上３．０質量％以下の範囲内で含有されている。 The structure of the double-sided brazing material 40 and each constituent member are the same as those in the first embodiment, and the brazing material layers 42 and 43 are clad on both sides of the core material 41. An aluminum alloy (A3003) is used for the core material 41, and the thickness is set within the range of 0.05 mm to 0.6 mm. Further, Al—Si—Mg-based brazing material is used for the brazing material layers 42 and 43, and the thickness is set within the range of 5 μm to 100 μm. In this case, the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side contains magnesium in the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and is on the side of the metal plate 50 for the circuit layer and the metal plate 50 for the metal layer. The brazing metal layer 43 contains magnesium in the range of 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less.

このように構成されるパワーモジュール用基板３０１の製造方法を簡単に説明する。
図６（ａ）に示すように、セラミックス基板１０の両面に、両面ろうクラッド材４０を介して回路層用金属板５０´及び金属層用金属板６０´を積層する。この際、両面ろうクラッド材４０は、セラミックス基板１０側にマグネシウムの含有量が少ないろう材層４２が当接される向きで厚さ方向に積層する。そして、この積層体を、積層方向に加圧した状態で、常圧の窒素ガス（Ｎ_２）等の非酸化性雰囲気下で加熱して接合することにより、パワーモジュール用基板３０１を製造する。なお、この場合の加圧力としては、例えば０．０１ＭＰａ〜０．６ＭＰａ、接合温度としては６４０℃以下好ましくは６１０℃〜６２０℃の範囲に加熱して接合する。 A method of manufacturing the power module substrate 301 configured in this way will be briefly described.
As shown in FIG. 6A, the metal plate 50'for the circuit layer and the metal plate 60' for the metal layer are laminated on both sides of the ceramic substrate 10 via the double-sided brazing clad material 40. At this time, the double-sided brazing clad material 40 is laminated in the thickness direction in the direction in which the brazing material layer 42 having a low magnesium content is brought into contact with the ceramic substrate 10 side. Then, the power module substrate 301 is manufactured by heating and joining the laminated body in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas (N ₂ ) at normal pressure in a state of being pressurized in the stacking direction. In this case, the pressing force is, for example, 0.01 MPa to 0.6 MPa, and the bonding temperature is 640 ° C. or lower, preferably 610 ° C. to 620 ° C. for bonding.

このように製造される第３実施形態のパワーモジュール用基板３０１は、セラミックス基板１０と回路層５０の間、及びセラミックス基板１０と金属層６０との間に両面ろうクラッド材４０の芯材４１であった薄いアルミニウム合金層４４が介在した状態となる。
このパワーモジュール用基板３０１においても、セラミックス基板１０側のろう材層４２のマグネシウム含有量と、回路層用金属板５０´及び金属層用金属板´６０側のろう材層４３のマグネシウム含有量とを各々最適値に調整することができるので、良好な接合を確保しつつ製造コストを削減して製造することができる。 The power module substrate 301 of the third embodiment manufactured in this manner is a core material 41 of a double-sided brazing clad material 40 between the ceramic substrate 10 and the circuit layer 50 and between the ceramic substrate 10 and the metal layer 60. The existing thin aluminum alloy layer 44 is interposed.
Also in this power module substrate 301, the magnesium content of the brazing material layer 42 on the ceramic substrate 10 side and the magnesium content of the metal plate 50'for the circuit layer and the brazing material layer 43 on the metal plate '60 side for the metal layer Can be adjusted to the optimum values, so that the manufacturing cost can be reduced while ensuring good bonding.

本発明の効果の確認のために行った試験について説明する。
セラミックス基板（窒化珪素Ｓｉ_３Ｎ_４（平面サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ：０．３２ｍｍ））の片面（一方の面）に、表１記載の両面ろうクラッド材を介して、表１記載のアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体（平面サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ）を積層し、これらの積層体を積層方向に加圧して窒素ガス（Ｎ_２）雰囲気下で表１に示す接合温度（積層体表面温度）に昇温し、温度維持時間の間、接合温度に維持することにより、セラミックス基板にアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体を接合した接合体（ヒートシンク付セラミックス基板）を１００個ずつ製造した。 The test performed for confirming the effect of the present invention will be described.
Table 1 shows the ceramic substrate (silicon nitride Si ₃ N ₄ (flat size: 40 mm × 40 mm, thickness: 0.32 mm)) on one side (one side) via the double-sided brazing clad material shown in Table 1. Aluminum-impregnated silicon carbide porous material (plane size: 40 mm × 40 mm) is laminated, and these laminates are pressurized in the lamination direction to form a bonding temperature (laminate surface temperature) shown in Table 1 under a nitrogen gas (N ₂ ) atmosphere. ), And maintained at the bonding temperature for the temperature maintenance time, 100 bonded bodies (ceramic substrate with heat sink) in which an aluminum-impregnated silicon carbide porous body was bonded to the ceramic substrate were manufactured.

アルミニウム含浸炭化珪素多孔質体は、炭化珪素（ＳｉＣ）の多孔質体に、Ｓｉが１０質量％で含有されるアルミニウム合金を含浸させたものを用いた。また、表１記載の被覆層が「あり」とされるアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体については、被覆層の厚さを０．３ｍｍで形成した。
また、両面ろうクラッド材は、芯材をアルミニウム合金（Ａ３００３、平面サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ：０．２ｍｍ）とし、ろう材層はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材（平面サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ）とし、ろう材層のＭｇ含有量、Ｓｉ含有量及び厚さは表１の通りとした。
なお、比較例１においては、ろう材層にＡｌ‐Ｓｉ系ろう材を用いた。このため、比較例１のろう材層のＭｇ含有量は「０」とした。 As the aluminum-impregnated silicon carbide porous body, a porous body of silicon carbide (SiC) impregnated with an aluminum alloy containing 10% by mass of Si was used. Further, for the aluminum-impregnated silicon carbide porous body in which the coating layer shown in Table 1 is “Yes”, the thickness of the coating layer was formed to be 0.3 mm.
The core material of the double-sided brazing clad material is an aluminum alloy (A3003, plane size: 40 mm x 40 mm, thickness: 0.2 mm), and the brazing material layer is an Al-Si-Mg-based brazing material (flat size: 40 mm x). 40 mm), and the Mg content, Si content, and thickness of the brazing filler metal layer are as shown in Table 1.
In Comparative Example 1, an Al—Si brazing material was used for the brazing material layer. Therefore, the Mg content of the brazing filler metal layer of Comparative Example 1 was set to "0".

そして、得られた各１００個の接合体に対して、初期の「接合性」及び冷熱サイクル試験後の「セラミックス基板割れ」を以下のように評価した。
（初期の接合性の評価）
各１００個の接合体に対し、超音波画像測定機（Ｉｎｓｉｇｈｔ社製の超音波画像測定機ＩＳ‐２００）にてセラミックス基板とアルミニウム合金層との接合界面、及びアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体とアルミニウム合金層との接合界面を観察して、これらの接合界面におけるボイド（空孔）の面積を測定した。そして、接合すべき面積に対するボイドの合計面積を各サンプルのボイド率として算出し、１００個の平均を平均ボイド率とした。この場合、接合すべき面積は、両面ろうクラッド材の表裏面の面積（４０ｍｍ×４０ｍｍ×２＝３２００ｍｍ^２）とし、以下の式からボイド率を算出した。
ボイド率（％）＝｛（ボイドの合計面積）／（両面ろうクラッド材の面積）｝×１００
平均ボイド率が２％未満であったものを「接合性」が「◎」、平均ボイド率が２％以上５％以下のものを「接合性」が「○」、平均ボイド率が５％を超えるものを「接合性」が「×」と評価した。 Then, the initial "bondability" and "ceramic substrate cracking" after the thermal cycle test were evaluated for each of the obtained 100 bonded bodies as follows.
(Evaluation of initial bondability)
For each of the 100 bonded bodies, the bonding interface between the ceramic substrate and the aluminum alloy layer and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body were subjected to an ultrasonic image measuring machine (Ultrasonic image measuring machine IS-200 manufactured by Insight). By observing the bonding interfaces with the aluminum alloy layer, the areas of voids (vacancy) at these bonding interfaces were measured. Then, the total area of voids with respect to the area to be joined was calculated as the void ratio of each sample, and the average of 100 pieces was taken as the average void ratio. In this case, the area to be joined was the area of the front and back surfaces of the double-sided brazing clad material (40 mm × 40 mm × 2 = 3200 mm ² ), and the void ratio was calculated from the following formula.
Void rate (%) = {(total area of voids) / (area of double-sided brazing clad material)} x 100
If the average void ratio is less than 2%, the "bondability" is "◎", if the average void ratio is 2% or more and 5% or less, the "bondability" is "○", and the average void ratio is 5%. Those exceeding the above were evaluated as "x" in "bondability".

（冷熱サイクル試験後のセラミックス基板割れの評価）
各１００個の接合体に対して、−４０℃×５分と１５０℃×５分の液槽冷熱サイクルを１０００サイクル実施した後に、各サンプルについて超音波画像測定機を用いてセラミックスの割れの有無を判定した。なお、冷熱サイクル試験は、エスペック社製の液槽冷熱衝撃装置ＴＳＢ‐５１を用いて行った。そして、冷熱サイクル試験後の１００個の接合体について、超音波探傷装置（Ｉｎｓｉｇｈｔ社製の超音波画像測定機ＩＳ‐２００）により、セラミックス基板割れの発生の有無を確認し、１００個の接合体について、セラミックス基板割れが発生した個数の割合（割れ確率）を算出した。割れ確率は、以下の式から算出した。
割れ確率（％）＝｛（セラミックス割れが発生した個数）／１００｝×１００
割れ確率が０％であったものを「セラミックス基板割れ」が「◎」、５％以下（０％除く）であったものを「セラミックス基板割れ」が「○」、５％を超えたものを「セラミックス基板割れ」が「×」と評価した。 (Evaluation of cracks in ceramic substrate after thermal cycle test)
After 1000 cycles of liquid tank cooling and heating cycles of -40 ° C x 5 minutes and 150 ° C x 5 minutes were performed on each of the 100 joints, the presence or absence of cracks in the ceramics was performed for each sample using an ultrasonic image measuring machine. Was judged. The cold cycle test was carried out using a liquid tank cold shock shock device TSB-51 manufactured by ESPEC. Then, with respect to the 100 joints after the thermal cycle test, the presence or absence of cracks in the ceramic substrate was confirmed by an ultrasonic flaw detector (ultrasonic image measuring machine IS-200 manufactured by Insight), and 100 joints were used. The ratio of the number of cracks in the ceramic substrate (crack probability) was calculated. The crack probability was calculated from the following formula.
Crack probability (%) = {(number of ceramic cracks) / 100} x 100
"Ceramics substrate cracks" were "◎" for those with a crack probability of 0%, "○" for "ceramics substrate cracks" with 5% or less (excluding 0%), and those exceeding 5%. "Ceramics substrate crack" was evaluated as "x".

なお、比較例２については、両面ろうクラッド材自体を製造できなかったため、接合体を製造できなかった。このため、接合性及びセラミックス割れの評価は、比較例２を除いて評価した。
結果を表２に示す。 In Comparative Example 2, since the double-sided brazing clad material itself could not be manufactured, a bonded body could not be manufactured. Therefore, the bondability and the cracking of ceramics were evaluated except for Comparative Example 2.
The results are shown in Table 2.

表１及び表２の結果から、接合温度が低温でありながら短時間で良好な接合体が得られる効率的な接合は、接合材として両面ろうクラッド材（芯材：Ａ３００３、ろう材層：Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ）を用い、窒素ガス（Ｎ_２）雰囲気下の接合温度６００℃で５分間以上加熱すれば良好であることがわかった。ただし、比較例２に示すように、ろう材層のマグネシウム含有量が３．０質量％を超えると両面ろうクラッド材を製造することができなかった。
また、比較例１に示すように、ろう材層のマグネシウム含有量が０では、ボイドが多く発生し、セラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体とが部分的に接合された状態となり、冷熱サイクル試験後の評価において、セラミックス基板の割れが発生した。 From the results in Tables 1 and 2, efficient bonding that can obtain a good bonded body in a short time while the bonding temperature is low is a double-sided brazing clad material (core material: A3003, brazing material layer: Al). It was found that it is sufficient to heat with −Si−Mg) at a bonding temperature of 600 ° C. under a nitrogen gas (N ₂ ) atmosphere for 5 minutes or more. However, as shown in Comparative Example 2, when the magnesium content of the brazing material layer exceeded 3.0% by mass, the double-sided brazing clad material could not be produced.
Further, as shown in Comparative Example 1, when the magnesium content of the brazing material layer is 0, a large amount of voids are generated, and the ceramic substrate and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body are partially bonded to each other, resulting in a cold cycle. In the evaluation after the test, cracks occurred in the ceramic substrate.

なお、本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various changes can be made to the detailed configuration without departing from the spirit of the present invention.

１０セラミックス基板
２０回路層
２０´ 回路層用アルミニウム板
２１ろう材層
２５片面ろうクラッド材
３０ヒートシンク
３１多孔質体
３２被覆層
４０両面ろうクラッド材
４１芯材
４２，４３ろう材層
４４アルミニウム合金層
５０回路層
５０´ 回路層用金属板
６０金属層
５０´金属用金属板
１０１ヒートシンク付パワーモジュール用基板（接合体）
２０１ヒートシンク付セラミックス基板（接合体）
３０１パワーモジュール用基板（接合体） 10 Ceramic substrate 20 Circuit layer 20'Aluminum plate for circuit layer 21 Brazing material layer 25 Single-sided brazing material 30 Heat sink 31 Porous body 32 Coating layer 40 Double-sided brazing material 41 Core material 42, 43 Brazing material layer 44 Aluminum alloy layer 50 Circuit layer 50'Metal plate for circuit layer 60 Metal layer 50'Metal plate for metal 101 Substrate for power module with heat sink (joint)
201 Ceramic substrate with heat sink (bond)
301 Power module substrate (joint)

Claims

A method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body in which a porous body made of silicon carbide is impregnated with aluminum or an aluminum alloy.
A double-sided brazing clad material in which a brazing material layer containing 3.0% by mass or less of magnesium is formed on both sides of a core material made of an aluminum alloy as a bonding material between the ceramic substrate and the aluminum-impregnated silicon carbide porous body. The magnesium content of the brazing material layer is different between the brazing material layer on the ceramic substrate side and the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side by interposing and heating to the bonding temperature in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body.

The ceramic substrate and aluminum-impregnated carbide according to claim 1, wherein the magnesium content of the brazing material layer on the ceramic substrate side is smaller than the magnesium content of the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side. A method for producing a bonded body with a porous silicon body.

The magnesium content of the brazing material layer on the ceramic substrate side is within the range of 0.01% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the magnesium content of the brazing material layer on the aluminum-impregnated silicon carbide porous body side is 0. The method for producing a bonded body of a ceramic substrate and an aluminum-impregnated silicon carbide porous body according to claim 1 or 2, wherein the content is in the range of 5% by mass or more and 3.0% by mass or less.