KR20130125321A - 냉각기의 제조 방법 - Google Patents

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KR20130125321A
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cooler
brazing
alloy
manufacturing
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아츠시 오타키
시게루 오오야마
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

냉각기(1)의 제조 방법은, 적층재 제조 공정(S1)과 경납땜 접합 공정(S4)을 구비한다. 적층재 제조 공정(S1)에서는, 피냉각체(16)가 납땜에 의해 접합되는 상면(3a)을 갖는, Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni층(3)과, Ni층(3)의 하면측에 배치된 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 Ti층(5)과, Ti층(5)의 하면측에 배치된 Al 또는 Al 합금으로 형성된 Al층(6)이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재(2)를 제조한다. 경납땜 접합 공정(S4)에서는, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)을 경납땜에 의해 접합한다.

Description

냉각기의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD FOR CHILLER}
<관련 출원>
본원은 2012년 5월 8일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-106885호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
본 발명은 절연 기판 등의 피냉각체를 냉각하는 냉각기의 제조 방법, 반도체 모듈의 제조 방법, 냉각기 및 반도체 모듈에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서는 「판」이라고 하는 용어는 「박」도 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에서는 설명의 편의상 냉각기에서의 피냉각체가 접합되는 면측을 냉각기(냉각기 본체)의 상면측으로 정의한다.
파워 반도체 모듈 등의 반도체 모듈에 있어서, 반도체 소자는 절연 기판 상에 실장되어 있다. 또한, 반도체 소자의 동작에 수반하여 상승한 반도체 소자의 온도를 낮추기 위하여, 절연 기판은 냉각기(히트 싱크, 방열판 등의 방열기를 포함함)의 냉각면 상에 배치되어 냉각면에 접합되어 있다.
이 절연 기판은 전기 절연층으로서의 세라믹층, 배선층(회로층) 등을 구비하고 있다(예를 들어 특허문헌 1 내지 4 참조). 배선층은 구리나 알루미늄 등으로 형성되어 있다.
냉각기는 구리제의 것이나 알루미늄(그 합금을 포함함)제의 것 등이 사용되고 있지만, 최근 알루미늄제의 것이 널리 사용되고 있다. 그 주된 이유는 알루미늄제 냉각기는 경량이면서 저렴하게 입수할 수 있기 때문이다.
일본 특허 공개 제2004-328012호 공보 일본 특허 공개 제2004-235503호 공보 일본 특허 공개 제2006-303346호 공보 일본 특허 공개 제2009-147123호 공보
그러나, 알루미늄제 냉각기는 납땜 접합성이 불량하다. 그로 인해, 이 냉각기의 냉각면에 절연 기판을 납땜에 의해 접합하는 경우에는, 납땜 접합성을 향상시키기 위하여 냉각기의 냉각면에 Ni 도금층을 형성할 필요가 있다.
그러나, 냉각기의 냉각면에 Ni 도금층을 형성하는 경우에는, 세정ㆍ건조 부족 등에 의한 Ni 도금층의 오염에 의해 납땜 습윤 불량을 일으키는 경우가 있다. 특히, 냉각기의 전체면에 Ni 도금층을 형성하는 경우에는, 일반적으로 냉각기의 형상은 복잡하기 때문에, 그러한 납땜 습윤 불량을 일으키기 쉽다고 하는 난점이 있었다.
본 발명은 상술한 기술 배경을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 납땜 접합성이 양호한 냉각기의 제조 방법, 상기 냉각기를 구비한 반도체 모듈의 제조 방법, 냉각기 및 반도체 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은, 이하의 바람직한 실시 형태로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
[1] 상면에 피냉각체가 납땜에 의해 접합되는 Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni층과, 상기 Ni층의 하면측에 배치된 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 Ti층과, 상기 Ti층의 하면측에 배치된 Al 또는 Al 합금으로 형성된 Al층이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재를 제조하는 적층재 제조 공정과,
상기 적층재의 상기 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면을 경납땜에 의해 접합하는 경납땜 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각기의 제조 방법.
[2] 상기 경납땜 접합 공정에서는 경납땜 재료로서 브레이징 시트를 사용한 경납땜에 의해 접합을 행하는 상기 [1]에 기재된 냉각기의 제조 방법.
[3] 상기 경납땜 접합 공정에서는 경납땜 재료로서 경납땜 재료판을 사용한 경납땜에 의해 접합을 행하는 상기 [1]에 기재된 냉각기의 제조 방법.
[4] 상기 경납땜 접합 공정 후에, 상기 적층재의 Ni층의 상면에 형성된 Ni 산화막을 제거하는 Ni 산화막 제거 공정을 구비하고 있는 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 냉각기의 제조 방법.
[5] 상기 적층재 제조 공정은, 상기 Ni층과 상기 Ti층을 확산 접합에 의해 접합하고, 이에 의해 상기 Ni층과 상기 Ti층의 접합 계면에 상기 Ni층의 Ni와 상기 Ti층의 Ti가 합금화한 Ni-Ti계 초탄성 합금층을 형성하는 제1 확산 접합 공정을 포함하고 있는 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 냉각기의 제조 방법.
[6] 상기 적층재 제조 공정은, 상기 제1 확산 접합 공정 후에 상기 Ti층과 상기 Al층을 확산 접합에 의해 접합하는 제2 확산 접합 공정을 포함하고 있는 상기 [5]에 기재된 냉각기의 제조 방법.
[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 냉각기의 제조 방법에 의해 얻어진 냉각기에서의 적층재의 Ni층의 상면에, 피냉각체로서 반도체 소자가 실장되는 절연 기판을 납땜에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈의 제조 방법.
[8] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 냉각기의 제조 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 냉각기.
[9] 상기 [7]에 기재된 반도체 모듈의 제조 방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
[10] 상면에 피냉각체가 납땜에 의해 접합되는 Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni층과, 상기 Ni층의 하면측에 배치된 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 Ti층과, 상기 Ti층의 하면측에 배치된 Al 또는 Al 합금으로 형성된 Al층이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재를 구비함과 함께,
상기 적층재의 상기 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면이 경납땜에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각기.
[11] 상기 [10]에 기재된 냉각기에서의 적층재의 Ni층의 상면에, 피냉각체로서 반도체 소자가 실장되는 절연 기판이 납땜에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
본 발명은 이하의 효과를 발휘한다.
전항 [1]의 냉각기의 제조 방법에 따르면, 경납땜 접합 공정에 있어서 적층재의 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면을 접합함으로써, 적층재의 Ni층의 상면이 냉각기의 상면측(즉, 냉각기에서의 피냉각체가 접합되는 면측)에 배치되므로, 납땜 접합성이 양호한 냉각기를 얻을 수 있다. 따라서, 냉각기에서의 Ni층의 상면에 절연 기판 등의 피냉각체를 납땜에 의해 양호하게 접합할 수 있다.
또한, 적층재 제조 공정에 있어서, Ni층과 Al층 사이에 Ti층이 배치되어 있으므로, 다음의 효과를 발휘한다. 즉, 만약 Ni층과 Al층 사이에 Ti층을 배치하지 않고 Ni층과 Al층을 직접 접합한 경우에는, Ni층과 Al층의 접합 계면에 강도가 약한 합금층이 형성되어 버려, 그 결과 냉열 사이클 등에 수반하여 발생하는 열 응력(열 왜곡)에 의해 이 합금층에서 갈라짐이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 이에 반하여, 적층재 제조 공정에서 제조되는 적층재에서는, Ni층과 Al층 사이에 Ti층이 배치되어 있으므로, 그러한 강도가 약한 합금층은 형성되지 않는다. 이에 의해, 적층재의 갈라짐이나 박리의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 냉열 내구성이 우수한 냉각기를 얻을 수 있다.
전항 [2]에 따르면, 브레이징 시트는 경납땜 재료판에 비하여 저렴하게 입수 가능하고, 또한 취급이 용이하기 때문에, 적층재의 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면의 접합을, 경납땜 재료로서 브레이징 시트를 사용한 경납땜에 의해 행함으로써, 적층재와 냉각기 본체를 확실하게 접합할 수 있는 것은 물론, 나아가 냉각기를 저렴하게 제조할 수 있고, 그 제조 작업(즉, 경납땜 접합 작업)을 용이하게 행할 수 있다.
전항 [3]에 따르면, 적층재와 냉각기 본체를 확실하게 접합할 수 있다.
전항 [4]에 따르면, Ni 산화막 제거 공정에 있어서 Ni 산화막을 제거함으로써, Ni층의 상면을 청정화할 수 있고, 이에 의해 납땜 접합성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
전항 [5]에 따르면, 적층재 제조 공정의 제1 확산 접합 공정에 있어서, Ni층과 Ti층의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층을 형성함으로써, 열 응력(열 왜곡)을 이 초탄성 합금층에 의해 더 완화할 수 있다. 그로 인해, 적층재의 갈라짐이나 박리의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
전항 [6]에 따르면, 적층재 제조 공정은, 제1 확산 접합 공정 후에 Ti층과 Al층을 확산 접합에 의해 접합하는 제2 확산 접합 공정을 포함하고 있으므로, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 만약 Ti층과 Al층을 접합한 후에 Ni층과 Ti층을 접합하는 경우에는, Ni층과 Ti층의 접합시의 열에 의해 Ti층과 Al층의 접합 계면에 강도가 약한 합금층(예: Al-Ti 합금층)이 형성될 우려가 있다. 이에 반하여, Ni층과 Ti층을 접합한 후에 Ti층과 Al층을 접합함으로써, Ti층과 Al층의 접합 계면에 그러한 강도가 약한 합금층이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 만약 Ti층가 Al층을 확산 접합이 아니라 경납땜에 의해 접합하는 경우에는, Ti층과 Al층의 접합 계면에, Ti층의 Ti와 Al층의 Al과 경납땜 재료 중의 Si가 합금화한 TiAlSi 합금층이 형성된다. 이 합금층은 강도가 약하다. 그로 인해 이 합금층에서 갈라짐이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이 난점을 해소하기 위하여, Ti층과 Al층을 경납땜이 아니라 확산 접합에 의해 접합한다. 이에 의해, 적층재의 갈라짐이나 박리의 발생을 더 확실하게 방지할 수 있다.
전항 [7]의 반도체 모듈의 제조 방법에 따르면, 절연 기판과 냉각기를 납땜에 의해 양호하게 접합할 수 있다.
전항 [8]의 냉각기에 따르면, 전항 [1] 내지 [6] 중 어느 하나의 효과와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
전항 [9]의 반도체 모듈에 따르면, 절연 기판과 냉각기가 납땜에 의해 양호하게 접합되어, 접합 강도가 높으면서 냉각 성능이 높은 반도체 모듈을 얻을 수 있다.
전항 [10]의 냉각기에 따르면, 전항 [1] 내지 [6] 중 어느 하나의 효과와 마찬가지의 효과를 발휘한다.
전항 [11]의 반도체 모듈에 따르면, 절연 기판과 냉각기가 납땜에 의해 양호하게 접합되어, 접합 강도가 높으면서 냉각 성능이 높은 반도체 모듈을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉각기를 구비한 반도체 모듈의 개략 정면도이다.
도 2는 상기 냉각기의 개략 정면도이다.
도 3은 상기 반도체 모듈의 제조 공정예를 도시하는 개략 정면도이다.
도 4는 Ni층과 Ti층을 확산 접합으로서의 클래드 압연에 의해 접합하는 제1 확산 접합 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 Ni층과 Ti층을 확산 접합으로서의 방전 플라즈마 소결법에 의해 접합하는 제1 확산 접합 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
이어서, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1에 있어서, 도면 부호 20은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 반도체 모듈(파워 반도체 모듈을 포함함)이다. 이 반도체 모듈(20)은, 반도체 소자(21)와, 절연 기판(16)과, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉각기(1)를 구비하고 있다.
반도체 모듈(20)은 IGBT 모듈, MOSFET 모듈, 사이리스터 모듈, 다이오드 모듈 등이다.
반도체 소자(21)는 절연 기판(16) 상에 실장되어 있다. 반도체 소자(21)는 IGBT 칩, MOSFET 칩, 사이리스터 칩, 다이오드 칩 등이다.
절연 기판(16)은 전기 절연층(도시하지 않음)과 배선층(도시하지 않음)과 금속층(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 전기 절연층은 AlN, Al2O3, Si3N4, Y2O3, CaO, BN, BeO 등의 세라믹으로 형성되어 있고, 구체적으로 예시하면 세라믹판으로 형성되어 있다. 배선층은 Cu나 Al 등의 금속으로 형성되어 있고, 구체적으로 나타내면 Cu 또는 Cu 합금판이나 Al 또는 Al 합금판 등의 금속판으로 형성되어 있다. 이 배선층은 전기 절연층의 상면에 적층 형상으로 접합되어 있다. 금속층은 열 응력을 완화하는 작용 등을 발휘하는 것이며, Cu나 Al 등으로 형성되어 있고, 구체적으로 나타내면 Cu 또는 Cu 합금판이나 Al 또는 Al 합금판 등의 금속판으로 형성되어 있다. 이 금속층은 전기 절연층의 하면에 적층 형상으로 접합되어 있다. 또한, 절연 기판(16)의 하면은 Cu 등의 납땜 가능한 금속으로 형성되어 있다. 그리고, 이 절연 기판(16)의 상면에 반도체 소자(21)가 납땜에 의해 접합되어 있다. 그로 인해, 절연 기판(16)과 반도체 소자(21)의 접합 계면에는 양자를 접합한 땜납층(22)이 개재되어 있다. 또한, 도면에서는, 이 땜납층(22)은 다른 층과 구별하기 쉽게 하기 위하여 크로스 해칭으로 도시되어 있다. 그 밖의 후술하는 땜납층(17)에 대해서도 마찬가지의 이유에 의해 크로스 해칭으로 도시되어 있다. 이러한 절연 기판(16)으로서 DBC 기판 등이 사용된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 냉각기(1)는, 반도체 소자(21)의 동작에 수반하여 상승한 반도체 소자(21)의 온도를 낮추기 위한 수냉식 또는 공냉식의 것이며, 냉각기 본체(10)와 적층재(2)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 냉각기(1)의 냉각기 본체(10)로서 복수의 방열 핀(10b)을 갖는 공냉식의 히트 싱크가 사용되고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 반도체 소자(21)가 실장된 절연 기판(16)이, 냉각기(1)에 의해 냉각되는 피냉각체에 대응하고 있다.
냉각기 본체(10)는 금속제이며, 상세하게 설명하면 예를 들어 Al 또는 Al 합금제이다. 이 냉각기 본체(10)에서의 방열 핀(10b)과는 반대측에 형성된 냉각면(10a)은 대략 평탄 형상이다.
적층재(2)는, 위에서부터 순서대로 Ni층(3)과 Ti층(5)과 Al층(6)을 구비함과 함께, 이 순서대로 이들 층(3, 5, 6)이 적층 형상으로 접합 일체화되어 있다. 각 층은 수평 형상으로 배치되어 있고, 또한 평면에서 보아 대략 사각 형상으로 형성되어 있다.
Ni층(3)은 Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 것이며, 상세하게 설명하면 Ni 또는 Ni 합금판으로 형성된 것이다. 또한, 이 Ni층(3)은, 그 상면(3a)에 절연 기판(16)의 하면이 납땜에 의해 접합되는 것이다. 즉, 이 Ni층(3)은, 피냉각체로서의 절연 기판(16)의 하면이 납땜에 의해 접합되기 위한 상면을 갖고 있다. 도 1에 있어서, 도면 부호 17은 Ni층(3)과 절연 기판(16)을 접합한 땜납층이며, 이 땜납층(17)은 Ni층(3)과 절연 기판(16)의 접합 계면에 개재되어 있다. 또한, 이 땜납층(17)의 두께는 예를 들어 1 내지 5㎛이다.
Ti층(5)은 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 것이며, 상세하게 설명하면 Ti 또는 Ti 합금판으로 형성된 것이다. 이 Ti층(5)은, Ni층(3)의 구성 원소인 Ni와 Ti층(5)의 구성 원소인 Ti가 합금화됨으로써 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)을 Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 생성시키는 역할 등을 갖고 있다. 그리고, 이 Ti층(5)이 Ni층(3)의 하면측에 배치되어, Ni층(3)과 Ti층(5)이 확산 접합(클래드 압연, 방전 플라즈마 소결법 등)에 의해 적층 형상으로 서로 접합되어 있다. 즉, Ti층(5)은 Ni층(3)의 하면에 직접 접합되어 있다. 또한, 이 접합에 의해, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 Ni층(3)의 Ni와 Ti층(5)의 Ti가 합금화한 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 얇게 형성되어 있다. 이 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)은, 상세하게 설명하면 Ni-Ti계 초탄성 합금상을 포함하는 층이다. 본 실시 형태에서는, Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)은, 예를 들어 NiTi 초탄성 합금상을 포함하는 층이며, 즉 NiTi 초탄성 합금층이다.
이 초탄성 합금층(4)의 초탄성 합금은, 실온에서부터 반도체 소자(21)의 동작 온도(예: 300℃)까지의 온도 범위에 걸쳐 초탄성 특성을 갖고 있는 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 실온에서부터 후술하는 경납땜 접합 공정 S4의 경납땜 온도(예: 600℃)까지의 온도 범위에 걸쳐 초탄성 특성을 갖고 있는 것이 좋다.
여기서, Ni층(3), Ti층(5) 및 초탄성 합금층(4)의 두께는 각각 한정되는 것은 아니다. 그러나, Ni의 열전도율은 90.7W/mㆍK, Ti의 열전도율은 21.9W/mㆍK, Ni-Ti계 초탄성 합금의 열전도율은 20.0W/mㆍK이며, 이들 열전도율은 Al의 열전도율 236W/mㆍK와 비교하여 현저하게 낮다. 따라서, Ni층(3), Ti층(5) 및 초탄성 합금층(4)은 모두 가능한 한 얇은 쪽이 절연 기판(16)의 열전도율을 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 따라서, Ni층(3)의 두께의 상한은 200㎛, Ti층(5)의 두께의 상한은 200㎛, 초탄성 합금층(4)의 두께의 상한은 50㎛인 것이 바람직하다. 한편, 이들 층(3, 5, 4)이 지나치게 얇으면, 각 층의 원하는 특성이 발현되지 않게 될 우려가 있다. 따라서, Ni층(3)의 두께의 하한은 5㎛, Ti층(5)의 두께의 하한은 5㎛, 초탄성 합금층(4)의 두께의 하한은 0.05㎛인 것이 바람직하다.
Al층(6)은 Al 또는 Al 합금으로 형성된 것이며, 상세하게 설명하면 Al 또는 Al 합금판으로 형성된 것이다. 그리고, 이 Al층(6)이 Ti층(5)의 하면측에 배치되어, Ti층(5)과 Al층(6)이 확산 접합(클래드 압연, 방전 플라즈마 소결법 등)에 의해 적층 형상으로 서로 접합되어 있다. 즉, Al층(6)은 Ti층(5)의 하면에 직접 접합되어 있다. Al층(6)의 두께는, Al층(6)을 Ti층(5)에 확산 접합에 의해 양호하게 접합할 수 있도록 하기 위하여, 30 내지 100㎛의 범위로 설정되는 것이 특히 바람직하다. 또한, 후술하는 경납땜 접합 공정 S4일 때의 경납땜 접합열에 의해 Al층(6)과 냉각기 본체(10)를 접합하기 위한 연화 또는 용융된 경납땜 재료(12)가 Ti층(5)과 접촉하면, 당해 접촉 부분에 강도가 약한 TiAlSi 합금층이 형성되어, 이 합금층에서 갈라짐이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이 난점을 해소하기 위하여, Al층(6)의 두께는 경납땜 재료(12)의 두께 이상인 것이 특히 바람직하다.
이상과 같이, Ni층(3)과 Ti층(5)과 Al층(6)은 적층 형상으로 접합 일체화되어 있으며, 이에 의해 적층재(2)가 구성되어 있다.
그리고, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)이 경납땜에 의해 접합되어 있다. 그로 인해, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)의 접합 계면에는, 양자를 접합한 경납땜 재료층으로서 경납땜 재료(12)가 층 형상으로 개재되어 있다. 또한, 도면에서는, 경납땜 재료(12)는 다른 층과 구별하기 쉽게 하기 위하여 도트 해칭으로 도시되어 있다.
경납땜 재료(12)로서는 경납땜 재료판 또는 브레이징 시트가 사용된다. 경납땜 재료판의 두께는 예를 들어 10 내지 100㎛이다. 브레이징 시트의 두께는 예를 들어 100 내지 300㎛이다. 이 브레이징 시트는, Al 또는 Al 합금판을 심재로 하고 그 양면에 각각 경납땜 재료판이 클래드(접합)되어 이루어지는 것이다.
또한, 이 냉각기(1)에서는 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 형성된 Ni 산화막(11, 도 3 참조)이 제거되어 있으며, 이에 의해 Ni층(3)의 상면(3a)이 청정화되어 납땜 접합성이 확실하게 향상되어 있다.
이어서, 본 실시 형태의 냉각기(1) 및 반도체 모듈(20)의 제조 방법에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 이하에 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 냉각기(1)의 제조 방법은, 적층재 제조 공정 S1과, 경납땜 접합 공정 S4와, Ni 산화막 제거 공정 S5를 구비한다. 경납땜 접합 공정 S4는 적층재 제조 공정 S1 후에 행해진다. Ni 산화막 제거 공정 S5는 경납땜 접합 공정 S4 후에 행해진다.
적층재 제조 공정 S1은, Ni층(3)과 Ti층(5)과 Al층(6)이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재(2)를 제조하는 공정이며, 상세하게 설명하면, 제1 확산 접합 공정 S2와 제2 확산 접합 공정 S3을 구비하고 있다. 제2 확산 접합 공정 S3은 제1 확산 접합 공정 S2 후에 행해진다.
제1 확산 접합 공정 S2에서는, Ni층(3)과 Ti층(5)을 서로 중첩하여 확산 접합에 의해 적층 형상으로 서로 접합하고, 이에 의해 Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)을 형성한다. 환언하면, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 형성되도록 Ni층(3)과 Ti층(5)을 확산 접합에 의해 접합한다. 확산 접합으로서는 클래드 압연, 방전 플라즈마 소결법 등이 이용된다. 이 확산 접합에 의해 형성되는 초탄성 합금층(4)은 Ni-Ti계 초탄성 합금상을 포함하며, 나아가 Ni와 Ti의 조성비가 두께 방향으로 서서히 변화하는 경사 재료 구조를 채용한다. 따라서, 이 초탄성 합금층(4)은 열 응력을 확실하게 완화ㆍ흡수하는 역할을 할 수 있다.
또한, Ni층(3)과 Ti층(5)을 확산 접합이 아니라 경납땜에 의해 접합하여도 양쪽 층(3, 5)의 접합 계면에 초탄성 합금층(4)은 형성되지 않는다.
여기서, 방전 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering: SPS)법은, 일반적으로 분체를 소결하기 위하여 또는 부재끼리를 접합하기 위하여 적용되는 것이며, 본 실시 형태에서는 부재끼리(상세하게 설명하면 금속판끼리)를 접합하기 위하여 적용되고 있다. 또한, 이 방전 플라즈마 소결법은 「SPS 접합법」, 「펄스 통전 압접법(Pulsed Current Hot Pressing: PCHP)」 등으로도 불리고 있다.
Ni층(3)과 Ti층(5)을 확산 접합으로서의 클래드 압연에 의해 접합하는 경우에는, 양쪽 층(3, 5) 사이에 초탄성 합금층(4)을 확실하게 형성할 수 있도록 하기 위하여, 온간 내지 열간 클래드 압연에 의해 양쪽 층(3, 5)을 접합하는 것이 바람직하다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 서로 평행하게 배치된 상하 한 쌍의 압연 롤(31, 31)을 구비한 클래드 압연 장치(30)를 사용하여, 서로 중첩된 Ni층(3)과 Ti층(5)을 양쪽 압연 롤(31, 31) 사이에 통과시켜 양쪽 압연 롤(31, 31)로 Ni층(3)과 Ti층(5)을 협압함으로써, Ni층(3)과 Ti층(5)을 접합(클래드)한다. 이 접합시에, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합시의 열에 의해 양쪽 층(3, 5)의 접합 계면에서 Ni층(3)의 Ni와 Ti층(5)의 Ti가 확산함과 함께, 확산한 Ni와 Ti가 합금화하여 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 양쪽 층(3, 5)의 접합 계면에 형성된다. 그 결과, 양쪽 층(3, 5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 개재된다. 그 접합 조건은, Ni층(3)과 Ti층(5)을 양쪽 층(3, 5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 형성되도록 클래드 압연에 의해 접합 가능한 조건이면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 접합 조건은 클래드 온도 630 내지 750℃ 및 클래드율 40 내지 60％이다.
Ni층(3)과 Ti층(5)을 확산 접합으로서의 방전 플라즈마 소결법에 의해 접합하는 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 우선, 방전 플라즈마 소결 장치(40)에 구비된 통 형상 다이(41) 내에 Ni층(3)과 Ti층(5)을 서로 중첩하여 적층 형상으로 배치한다. 이에 의해, 양쪽 층(3, 5)의 주위가 다이(41)로 포위된다. 다이(41)는 도전성을 갖는 것이며, 예를 들어 흑연제이다. 계속해서, 양쪽 층(3, 5)을 그 적층 방향으로 상하 한 쌍의 펀치(42, 42) 사이에 끼운다. 각 펀치(42)는 도전성을 갖는 것이며, 예를 들어 흑연제이다. 또한, 각 펀치(42)의 기초부에는 전극(43)이 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 예를 들어 1 내지 10Pa의 진공 분위기 중, 또는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기 중에서 양쪽 펀치(42, 42)로 양쪽 층(3, 5)을 그 적층 방향으로 가압하면서, 양쪽 펀치(42, 42) 사이의 통전을 확보한 상태로 양쪽 펀치(42, 42) 사이에 펄스 전류를 통전함으로써 양쪽 층(3, 5)을 가열하고, 이에 의해 Ni층(3)과 Ti층(5)을 접합한다. 이에 의해, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 형성된다. 이 접합에서는, 소정 두께의 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)이 형성되도록 접합 조건(예: 가열 온도, 가열 온도의 유지 시간, 승온 속도, 가압력)을 설정하는 것이 바람직하다. 이 접합 조건에 대하여 구체적으로 예시하면, 가열 온도는 600 내지 700℃, 가열 온도의 유지 시간은 5 내지 20min, 실온에서부터 가열 온도에의 승온 속도는 5 내지 50℃/min, 양쪽 층(3, 5)에의 가압력은 10 내지 20MPa이다.
제2 확산 접합 공정 S3에서는, 제1 확산 접합 공정 S2 후에 Ti층(5)과 Al층(6)을 서로 중첩하여 확산 접합에 의해 적층 형상으로 서로 접합한다. 확산 접합으로서는, 상술한 클래드 압연, 방전 플라즈마 소결법 등이 이용된다.
Ti층(5)과 Al층(6)을 확산 접합으로서의 클래드 압연에 의해 접합하는 경우에는, 그 접합은, 도 4에 도시한 상기 클래드 압연 장치(30)를 사용하여, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합에 적용한 클래드 온도보다 낮은 온도를 클래드 온도로 하여 적용한 냉간 내지 온간 클래드 압연에 의해 행해진다. 그 접합 조건은, Ti층(5)과 Al층(6)을 클래드 압연에 의해 접합 가능한 조건이면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 접합 조건은 클래드 온도 350 내지 430℃ 및 클래드율 30 내지 60％이다.
Ti층(5)과 Al층(6)을 확산 접합으로서의 방전 플라즈마 소결법에 의해 접합하는 경우에는, 그 접합은, 도 5에 도시한 상기 방전 플라즈마 소결 장치(40)를 사용하여 행해진다. 그 접합 조건은 양쪽 층(5, 6)을 접합 가능한 조건이면 되며, 구체적으로 예시하면 가열 온도는 500 내지 560℃, 가열 온도의 유지 시간은 5 내지 20min, 실온에서부터 가열 온도에의 승온 속도는 5 내지 50℃/min, 양쪽 층(5, 6)에의 가압력은 10 내지 20MPa이다.
이상과 같이 제1 확산 접합 공정 S2와 제2 확산 접합 공정 S3을 순차적으로 행함으로써, Ni층(3)과 Ti층(5)과 Al층(6)이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재(2)가 얻어진다.
계속해서, 도 3에 도시한 바와 같이, 경납땜 접합 공정 S4가 행해진다. 이 경납땜 접합 공정 S4는, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)을 경납땜에 의해 접합하는 공정이다.
이 경납땜 접합 공정 S4에서는, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a) 사이에 경납땜 재료(12)로서 경납땜 재료판 또는 브레이징 시트를 개재시킨 상태로, 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a) 상에 적층재(2)를 배치한다. 그리고, 노 내 경납땜 등의 경납땜에 의해 진공 중 등에서 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)을 접합한다. 이에 의해, 적층재(2)와 냉각기 본체(10)가 접합 일체화된다. 이때의 경납땜 온도는 580 내지 610℃, 경납땜 온도의 유지 시간은 5 내지 30min, 진공도는 1×10-3 내지 1×10-5Pa인 것이 특히 바람직하다. 이러한 접합 조건에서 경납땜 접합을 행함으로써, 적층재(2)와 냉각기 본체(10)를 확실히 양호하게 접합할 수 있다.
이 경납땜 접합 공정 S4 시에, 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)과 경납땜 분위기 중에 포함되어 있는 산소(예: 경납땜 분위기 중의 잔존 산소)가 경납땜 접합열을 받아 반응함으로써, Ni층(3)의 상면(3a)에 얇은 Ni 산화막(11)이 형성된다. 이 Ni 산화막(11)의 두께는 예를 들어 0.001 내지 0.1㎛이다.
계속해서, Ni 산화막 제거 공정 S5가 행해진다. 이 Ni 산화막 제거 공정 S5는, 주로 경납땜 접합 공정시에 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 형성된 Ni 산화막(11)을 제거하는 공정이다.
이 Ni 산화막 제거 공정 S5에서는, Ni층(3)의 상면(3a)에 대하여 연마(예: 버프 연마)나 블라스트 처리 등을 실시함으로써, Ni 산화막(11)을 제거한다. 그 후, Ni층(3)의 상면(3a)에 대하여 세정(예: 수세, 탄화수소 세정) 및 건조를 순차적으로 실시한다. 이에 의해, Ni층(3)의 상면(3a)을 청정화한다.
이상의 공정을 얻음으로써, 본 실시 형태의 냉각기(1)가 얻어진다.
이 냉각기(1)를 사용하여 반도체 모듈(20)을 제조하는 경우에는, 냉각기(1)의 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 절연 기판(16)(상세하게 설명하면 절연 기판(16)의 하면)을 납땜에 의해 접합한다. 그 후, 이 절연 기판(16)의 상면에 반도체 소자(21)를 납땜에 의해 접합한다. 혹은, 절연 기판(16)의 상면에 반도체 소자(21)를 납땜에 의해 접합하고, 그 후, 냉각기(1)의 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 절연 기판(16)을 납땜에 의해 접합하여도 되고, 또는 Ni층(3)의 상면(3a)에의 절연 기판(16)의 납땜에 의한 접합과, 절연 기판(16)의 상면에의 반도체 소자(21)의 납땜에 의한 접합을 동시에 행하여도 된다. 이러한 납땜에 의한 접합 공정을 「납땜 접합 공정」이라고 한다. 이에 의해, 반도체 모듈(20)이 얻어진다.
본 실시 형태의 냉각기(1)의 제조 방법에는 다음의 이점이 있다.
본 실시 형태의 냉각기(1)의 제조 방법에 따르면, 경납땜 접합 공정 S4에 있어서 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)을 접합함으로써, 적층재(2)의 Ni층(3)이 냉각기(1)의 상면측(즉, 냉각기(1)에서의 절연 기판(16)이 접합되는 면측)에 배치되므로, Ni층(3)의 상면(3a)이 냉각기(1)에서의 절연 기판(16)이 접합되는 면이 되어, 납땜 접합성이 양호한 냉각기(1)를 얻을 수 있다. 따라서, 냉각기(1)에서의 Ni층(3)의 상면(3a)에 절연 기판(16)을 납땜에 의해 양호하게 접합할 수 있다.
또한, 적층재 제조 공정 S1에 있어서, Ni층(3)과 Al층(6) 사이에 Ti층(5)이 배치되어 있으므로, 다음의 효과를 발휘한다. 즉, 만약 Ni층(3)과 Al층(6) 사이에 Ti층(5)을 배치하지 않고 Ni층(3)과 Al층(6)을 직접 접합한 경우에는, Ni층(3)과 Al층(6)의 접합 계면에 강도가 약한 합금층이 형성되어 버려, 그 결과, 냉열 사이클 등에 수반하여 발생하는 열 응력(열 왜곡)에 의해 이 합금층에서 갈라짐이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 이에 반하여, 본 실시 형태의 냉각기(1)의 제조 방법에서는, Ni층(3)과 Al층(6) 사이에 Ti층(5)이 배치되어 있으므로, 그러한 강도가 약한 합금층은 형성되지 않는다. 이에 의해, 적층재(2)의 갈라짐이나 박리의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 냉열 내구성이 우수한 냉각기(1)를 얻을 수 있다.
또한, 브레이징 시트는 경납땜 재료판에 비하여 저렴하게 입수 가능하고, 또한 취급이 용이하기 때문에, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)의 접합을, 경납땜 재료(12)로서 브레이징 시트를 사용한 경납땜에 의해 행함으로써, 적층재(2)와 냉각기 본체(10)를 확실하게 접합할 수 있는 것은 물론, 나아가 냉각기(1)를 저렴하게 제조할 수 있고, 그 제조 작업(즉, 경납땜 접합 작업)을 용이하게 행할 수 있다.
한편, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)의 접합을, 경납땜 재료(12)로서 경납땜 재료판을 사용한 경납땜에 의해 행함으로써, 적층재(2)와 냉각기 본체(10)를 확실하게 접합할 수 있다.
또한, Ni 산화막 제거 공정 S5에 있어서 Ni 산화막(11)을 제거함으로써, Ni층(3)의 상면(3a)을 청정화할 수 있고, 이에 의해 납땜 접합성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
또한, 적층재 제조 공정 S1은 제1 확산 접합 공정 S2를 포함하고 있으므로, 열 응력을 완화할 수 있는 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)을 Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 형성할 수 있다. 그로 인해, 적층재(2)의 갈라짐이나 박리의 발생을 더 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 적층재 제조 공정 S1은, 제1 확산 접합 공정 S2 후에 Ti층(5)과 Al층(6)을 접합하는 제2 확산 접합 공정 S3을 포함하고 있으므로, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 만약 Ti층(5)과 Al층(6)을 접합한 후에 Ni층(3)과 Ti층(5)을 접합하는 경우에는, Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합시의 열에 의해 Ti층(5)과 Al층(6)의 접합 계면에 강도가 약한 합금층(예: Al-Ti 합금층)이 형성될 우려가 있다. 이에 반하여, Ni층(3)과 Ti층(5)을 접합한 후에 Ti층(5)과 Al층(6)을 접합함으로써, Ti층(5)과 Al층(6) 사이에 그러한 강도가 약한 합금층이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 만약 Ti층(5)과 Al층(6)을 확산 접합이 아니라 경납땜에 의해 접합하는 경우에는, Ti층(5)과 Al층(6)의 접합 계면에, Ti층(5)의 Ti와 Al층(6)의 Al과 경납땜 재료(12) 중의 Si가 합금화한 TiAlSi 합금층이 형성될 우려가 있다. 이 합금층은 강도가 약하다. 그로 인해 이 합금층에서 갈라짐이나 박리가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이 난점을 해소하기 위하여, Ti층(5)과 Al층(6)을 확산 접합에 의해 접합한다. 이에 의해, 적층재(2)의 갈라짐이나 박리의 발생을 더 확실하게 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양하게 변경 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는 냉각기 본체(10)는 히트 싱크이지만, 본 발명에서는 냉각기 본체(10)가 히트 싱크인 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에서는 냉각기 본체(10)의 냉각 기구는 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 공냉식이어도 되고 수냉식이어도 된다.
또한, 본 명세서에서는, 상술한 바와 같이 설명의 편의상 냉각기(1)에서의 피냉각체(절연 기판(16))가 접합되는 면측을 냉각기(1)의 상면측으로 정의하였지만, 본 발명에서는 냉각기(1)의 상하 방향 및 좌우 방향은 임의로 설정되는 것이다.
실시예
이어서, 본 발명의 구체적인 실시예를 이하에 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
본 실시예에서는, 도 1에 도시한 구성의 냉각기(1)를 상기 실시 형태의 냉각기의 제조 방법에 따라 제조하였다. 그 구체적인 제조 방법은 이하와 같다.
적층재(2)를 제조하기 위하여, Ni층(3), Ti층(5) 및 Al층(6)으로서, 각각 다음의 평면에서 보아 사각 형상의 판을 준비하였다.
ㆍNi층(3): 길이 25mm×폭 25mm×두께 30㎛의 순Ni판
ㆍTi층(5): 길이 25mm×폭 25mm×두께 20㎛의 순Ti판
ㆍAl층(6): 길이 25mm×폭 25mm×두께 80㎛의 Al 합금판
Ni층(3)을 형성하는 순Ni판의 순도는 JIS(일본 공업 규격) 1종이다. Ti층(5)을 형성하는 순Ti판의 순도는 JIS 1종이다. Al층(6)을 형성하는 Al 합금판의 재질은 JIS에서 규정된 알루미늄 합금 기호 A1100이다.
적층재 제조 공정 S1의 제1 확산 접합 공정 S2에서는, Ni층(3)과 Ti층(5)을 온간 내지 열간 클래드 압연에 의해 접합하고, 이에 의해 Ni층(3)과 Ti층(5)의 접합 계면에 Ni-Ti계 초탄성 합금층(4)으로서 NiTi 초탄성 합금층(두께: 약 1㎛)을 형성하였다. 계속해서, 적층재 제조 공정 S1의 제2 확산 접합 공정 S3에서는, Ti층(5)과 Al층(6)을 냉간 내지 온간 클래드 압연에 의해 접합하였다. 이에 의해, Ni층(3)과 Ti층(5)과 Al층(6)이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재(2)를 얻었다.
또한, 냉각기 본체(10)로서, 다음의 평면에서 보아 사각 형상의 판을 준비하였다.
ㆍ냉각기 본체(10): 길이 50mm×폭 50mm×두께 5mm의 Al 합금판
냉각기 본체(10)를 형성하는 Al 합금판의 재질은 JIS에서 규정된 알루미늄 합금 기호 A3003이다. 또한, 이 Al 합금판은 냉각기 본체(10)를 모방한 것이며, 이 Al 합금판의 편측의 표면을 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)으로 간주하였다.
계속해서, 경납땜 접합 공정 S4를 다음과 같이 행하였다. 즉, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)(즉, Al 합금판의 편측의 표면) 사이에 경납땜 재료(12)로서 Al계 경납땜 재료판(경납땜 재료층)을 개재시킨 상태로, 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a) 상에 적층재(2)를 배치하였다. 경납땜 재료판의 크기는 길이 25mm×폭 25mm×두께 20㎛이며, 그 재질은 Al-10질량％ Si이다. 그리고, 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)이 밀착하는 방향으로 적층재(2)를 가압하고, 이 상태를 유지한 채로 진공 중에서 노 내 경납땜에 의해 적층재(2)의 Al층(6)의 하면과 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)을 접합하였다. 이때의 경납땜 접합 조건은, 적층재(2)의 가압력: 490Pa(5gf/cm2), 경납땜 온도: 600℃, 경납땜 온도의 유지 시간: 20min, 진공도: 4×10-4Pa이다. 그리고, 이 경납땜 접합이 종료되면, 적층재(2)에의 가압을 해제하였다.
계속해서, Ni 산화막 제거 공정 S5를 다음과 같이 행하였다. 즉, 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 형성된 Ni 산화막(11)을 제거하기 위하여, Ni층(3)의 상면(3a)에 당해 상면(3a)이 금속 광택을 나타내게 될 때까지 버프 연마를 실시하였다. 그 후, Ni층(3)의 상면(3a)에 대하여 수세 및 탄화수소 세정을 순차적으로 실시하였다. 이에 의해, Ni층(3)의 상면(3a)을 청정화하였다.
이상의 공정에 의해 얻어진 냉각기(1)에 대하여, 그 적층재(2)의 Ni층(3)의 상면(3a)에 절연 기판(16)의 하면을 리플로우 로를 사용한 납땜에 의해 접합하는 것을 시도한 바, Ni층(3)의 상면(3a)에 절연 기판(16)을 양호하게 접합할 수 있었다.
<비교예>
냉각기 본체(10)로서, 다음의 평면에서 보아 사각 형상의 판을 준비하였다.
ㆍ냉각기 본체(10): 길이 50mm×폭 50mm×두께 5mm의 Al 합금판
냉각기 본체(10)를 형성하는 Al 합금판의 재질은 JIS에서 규정된 알루미늄 합금 기호 A3003이다. 또한, 이 Al 합금판은 냉각기 본체(10)를 모방한 것이며, 이 Al 합금판의 편측의 표면을 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)으로 간주하였다.
계속해서, 냉각기 본체(10)를, 상기 실시예의 경납땜 접합 공정 S4에서 적용한 경납땜 접합 조건(경납땜 온도, 경납땜 온도의 유지 시간, 진공도 등)과 동일한 조건에서 열처리하였다. 계속해서, 상기 실시예의 Ni 산화막 제거 공정 S5에서 적용한 제거 조건과 동일한 조건에서, 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)에 대하여 버프 연마를 실시하였다. 그 후, 냉각면(10a)에 대하여 수세 및 탄화수소 세정을 순차적으로 실시하였다.
계속해서, 냉각기 본체(10)의 냉각면(10a)에 절연 기판(16)의 하면을 리플로우 로를 사용한 납땜에 의해 접합하는 것을 시도한 바, 냉각면(10a)에 절연 기판(16)을 접합할 수 없었다.
여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위하여 사용된 것이며 한정적으로 해석하기 위하여 사용된 것이 아니고, 여기에 제시되고 설명된 특징 사항의 어떠한 균등물도 배제하는 것이 아니며, 본 발명의 클레임된 범위 내에서의 각종 변형도 허용하는 것으로 인식되어야 한다.
본 발명은 많은 상이한 형태로 구현화될 수 있는 것이지만, 이 개시는 본 발명의 원리의 실시예를 제공하는 것으로 간주되어야 하며, 그들 실시예는, 본 발명을 여기에 기재하고(기재하거나) 도시한 바람직한 실시 형태에 한정하는 것을 의도하는 것이 아니라고 하는 이해를 기초로 하여 많은 도시된 실시 형태가 여기에 기재되어 있다.
본 발명의 도시된 실시 형태를 몇가지 여기에 기재하였지만, 본 발명은 여기에 기재한 각종 바람직한 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 이 개시에 기초하여 소위 당업자에 의해 인식될 수 있는 균등한 요소, 수정, 삭제, 조합(예를 들어, 각종 실시 형태에 걸친 특징의 조합), 개량 및／또는 변경을 갖는 모든 실시 형태도 포함하는 것이다. 클레임의 한정 사항은 그 클레임에서 사용된 용어에 기초하여 넓게 해석되어야 하며, 본 명세서 혹은 본원의 프로시큐션 중에 기재된 실시예에 한정되어서는 안되며, 그러한 실시예는 비배타적이라고 해석되어야 한다.
본 발명은 절연 기판 등의 피냉각체를 냉각하는 냉각기의 제조 방법, 반도체 모듈의 제조 방법, 냉각기 및 반도체 모듈에 이용 가능하다.
1: 냉각기
2: 적층재
3: Ni층
4: Ni-Ti계 초탄성 합금층
5: Ti층
6: Al층
10: 냉각기 본체
11: Ni 산화막
12: 경납땜 재료
16: 절연 기판(피냉각체)
17: 땜납층
20: 반도체 모듈
21: 반도체 소자
22: 땜납층
30: 클래드 압연 장치
40: 방전 플라즈마 소결 장치

Claims (10)

  1. 피냉각체가 납땜에 의해 접합되기 위한 상면을 갖는, Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni층과, 상기 Ni층의 하면측에 배치된 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 Ti층과, 상기 Ti층의 하면측에 배치된 Al 또는 Al 합금으로 형성된 Al층이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재를 제조하는 적층재 제조 공정과,
    상기 적층재의 상기 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면을 경납땜에 의해 접합하는 경납땜 접합 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각기의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경납땜 접합 공정에서는 경납땜 재료로서 브레이징 시트를 사용한 경납땜에 의해 접합을 행하는, 냉각기의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경납땜 접합 공정에서는 경납땜 재료로서 경납땜 재료판을 사용한 경납땜에 의해 접합을 행하는, 냉각기의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경납땜 접합 공정 후에, 상기 적층재의 Ni층의 상면에 형성된 Ni 산화막을 제거하는 Ni 산화막 제거 공정을 구비하고 있는, 냉각기의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층재 제조 공정은, 상기 Ni층과 상기 Ti층을 확산 접합에 의해 접합하고, 이에 의해 상기 Ni층과 상기 Ti층의 접합 계면에 상기 Ni층의 Ni와 상기 Ti층의 Ti가 합금화한 Ni-Ti계 초탄성 합금층을 형성하는 제1 확산 접합 공정을 포함하고 있는, 냉각기의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적층재 제조 공정은, 상기 제1 확산 접합 공정 후에 상기 Ti층과 상기 Al층을 확산 접합에 의해 접합하는 제2 확산 접합 공정을 포함하고 있는, 냉각기의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 냉각기의 제조 방법에 의해 얻어진 냉각기에서의 적층재의 Ni층의 상면에, 피냉각체로서 반도체 소자가 실장되는 절연 기판을 납땜에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈의 제조 방법.
  8. 피냉각체가 납땜에 의해 접합되기 위한 상면을 갖는, Ni 또는 Ni 합금으로 형성된 Ni층과, 상기 Ni층의 하면측에 배치된 Ti 또는 Ti 합금으로 형성된 Ti층과, 상기 Ti층의 하면측에 배치된 Al 또는 Al 합금으로 형성된 Al층이 적층 형상으로 접합 일체화된 적층재를 구비함과 함께,
    상기 적층재의 상기 Al층의 하면과 냉각기 본체의 냉각면이 경납땜 재료층을 개재하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 Ni층과 상기 Ti층의 접합 계면에 상기 Ni층의 Ni와 상기 Ti층의 Ti가 합금화한 Ni-Ti계 초탄성 합금층이 형성되어 있는, 냉각기.
  10. 제8항 또는 제9항에 기재된 냉각기에서의 적층재의 Ni층의 상면에, 피냉각체로서 반도체 소자가 실장되는 절연 기판이 땜납층을 개재하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 모듈.
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