(57)【要約】【課題】従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅／アルミニウム接合体を得ることができる銅／アルミニウム接合体の製造方法を提供する。【解決手段】銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅／アルミニウム接合体の製造方法であって、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程Ｓ０２と、前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程Ｓ０３と、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程Ｓ０４と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅／アルミニウム接合体の製造方法であって、
前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程と、
前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程と、
前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程と、
を備えていることを特徴とする銅／アルミニウム接合体の製造方法。
【請求項２】
絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層を、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項３】
絶縁層の一方の面に回路層が形成されるとともに、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、
前記金属層を、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項４】
絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、
前記回路層及び前記金属層を、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
【請求項５】
絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、
前記金属層と前記ヒートシンクとを、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
【請求項６】
絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、
前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、
アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
【請求項７】
絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層に接合されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、
前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、
銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、請求項１に記載の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅／アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子においては、発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、を備えたパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。なお、パワージュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して金属層が形成したものも提供されている。
【０００３】
ここで、絶縁回路基板（パワーモジュール用基板）の回路層および金属層として、アルミニウム層と銅層とが積層された接合体を用いることが検討されている。例えば、特許文献１、２には、回路層又は金属層を、セラミックス基板に接合されたアルミニウム層とこのアルミニウム層に固相拡散接合された銅層とからなる２層構造としたパワーモジュール用基板が提案されている。
回路層又は金属層を、アルミニウム層と銅層との２層構造とすることにより、ヒートサイクル負荷時に発生する熱歪をアルミニウム層で吸収してセラミックス基板の割れを抑制できるとともに、銅層によって熱を面方向に広げることにより放熱特性を向上させることが可能となる。
【０００４】
さらに、上述のパワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、回路層に搭載した半導体素子等から発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁回路基板の金属層側にヒートシンクを接合したヒートシンク付絶縁回路基板も使用されている。
例えば、特許文献３においては、金属層がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、ヒートシンクが銅又は銅合金で構成されており、金属層とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
また、特許文献４においては、金属層及びヒートシンクがアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、これらの間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
さらに、特許文献５においては、金属層及びヒートシンクが銅又は銅合金で構成され、これらの間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとを固相拡散接合したヒートシンク付き絶縁回路基板が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２９５４５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６０７９９号公報
【特許文献３】特開２０１４−０９９５９６号公報
【特許文献４】特開２０１４−０６０２１５号公報
【特許文献５】特開２０１４−０６０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近では、絶縁回路基板に搭載されるパワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子等においては、発熱密度が高くなる傾向にあり、絶縁回路基板には従来にも増して、さらに過酷な条件のパワーサイクルに対する信頼性が求められている。
ここで、上述のように、アルミニウムと銅とを固相拡散接合した構造を有する絶縁回路基板及びヒートシンク付き絶縁回路基板においては、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した際に、銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることがあった。
また、固相拡散接合によって確実に銅部材とアルミニウム部材とを接合する際には、加熱温度を比較的高く設定するとともに保持時間を比較的長く設定する必要があり、絶縁回路基板に大きな熱的負荷が掛かってしまうといった問題があった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅／アルミニウム接合体を得ることができる銅／アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明の銅／アルミニウム接合体の製造方法は、銅又は銅合金からなる銅部材と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム部材とが接合されてなる銅／アルミニウム接合体の製造方法であって、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行い、前記接合面の酸化アルミニウムを除去するジンケート処理工程と、前記ジンケート処理された前記アルミニウム部材の接合面に前記銅部材を積層する銅部材積層工程と、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層方向に加圧した状態で加熱し、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合する固相拡散接合工程と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の銅／アルミニウム接合体の製造方法によれば、前記アルミニウム部材の接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程を備えているので、アルミニウム部材の表面の酸化アルミニウムを亜鉛に置換して強固な酸化アルミニウム膜を除去することが可能となる。そして、酸化アルミニウム膜が除去されたアルミニウム部材に銅部材を積層して積層方向に加圧して加熱することにより、接合界面においてＡｌ原子とＣｕ原子との相互拡散が促進され、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを強固に固相拡散接合することが可能となる。
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを確実に固相拡散接合することができる。
なお、ジンケート処理により、アルミニウム部材の接合面に酸化アルミニウムの代わりにＺｎ原子が存在することになるが、このＺｎ原子は、昇温過程においてアルミニウム部材側へと拡散するため、前記アルミニウム部材と前記銅部材と固相拡散接合に対して特に影響は与えない。
【００１０】
本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層を、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に回路層が形成されるとともに、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層を、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。
【００１２】
さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層の一方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる回路層が形成され、前記絶縁層の他方の面に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなるからなる銅層とが積層されてなる金属層が形成された絶縁回路基板の製造方法であって、前記回路層及び前記金属層を、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって形成することを特徴としている。
【００１３】
これらの構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、絶縁層の一方の面に形成された回路層、及び、絶縁層の他方の面に形成された金属層の少なくとも一方又は両方が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層と銅又は銅合金からなる銅層とが積層された構造とされており、アルミニウム層の接合面にジンケート処理を行った上でアルミニウム層と銅層とが固相拡散接合されているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても前記アルミニウム層と前記銅層との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、前記アルミニウム層と前記銅層とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
【００１４】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層と前記ヒートシンクとを、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。
【００１５】
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、他方が銅又は銅合金で構成されており、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成された前記金属層又は前記ヒートシンクの接合面にジンケート処理を行った上で、金属層とヒートシンクとが固相拡散接合されているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層とヒートシンクとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層とヒートシンクとを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
【００１６】
また、本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。
【００１７】
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間に銅又は銅合金からなる接合材を配設し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、銅又は銅合金からなる前記接合材とを、ジンケート処理を行った上で固相拡散接合しているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
【００１８】
さらに、本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、前記絶縁層の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁層の他方の面に形成された金属層と、前記金属層側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、上述の銅／アルミニウム接合体の製造方法によって接合することを特徴としている。
【００１９】
この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方が銅又は銅合金で構成されており、前記金属層の接合面と前記ヒートシンクの接合面との間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を配設し、銅又は銅合金からなる前記金属層の接合面及び前記ヒートシンクの接合面のいずれか一方又は両方と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる前記接合材とを、ジンケート処理を行った上で固相拡散接合しているので、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材との接合界面における剥離の発生を抑制することができる。
また、従来よりも加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層及びヒートシンクのいずれか一方又は両方と接合材とを確実に固相拡散接合することができるので、固相拡散接合時において絶縁層に作用する熱負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来よりも低温又は短時間で確実に固相拡散接合できるとともに、過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅部材とアルミニウム部材との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた銅／アルミニウム接合体を得ることができる銅／アルミニウム接合体の製造方法、および、これを用いた絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板およびパワーモジュールを示す断面図である。
【図２】図１に示す絶縁回路基板およびパワーモジュールの製造方法を示すフロー図である。
【図３】図１に示す絶縁回路基板の製造方法におけるジンケート処理工程の手順を示すフロー図である。
【図４】図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板およびパワーモジュールを示す断面図である。
【図６】図５に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図７】図５に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図８】図５に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板およびパワーモジュールを示す断面図である。
【図１０】図９に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。
【図１１】図９に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。
【図１２】実施例の結果を示すグラフである。（ａ）が従来例、（ｂ）が本発明例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２３】
＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の第１の実施形態である銅／アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造された絶縁回路基板１０、及び、この絶縁回路基板１０を用いたパワーモジュール１を示す。
なお、本実施形態における銅／アルミニウム接合体は、図１に示す絶縁回路基板１０において、アルミニウム部材としてアルミニウム層１２Ａ及び銅部材として銅層１２Ｂが接合されてなる回路層１２、アルミニウム部材としてアルミニウム層１３Ａ及び銅部材として銅層１３Ｂが接合されてなる金属層１３とされている。
【００２４】
図１に示すパワーモジュール１は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の一方の面（図１において上面）に第１はんだ層２を介して接合されたパワー半導体素子３と、絶縁回路基板１０の下側に第２はんだ層５０を介して接合されたヒートシンク４１と、を備えている。なお、ヒートシンク４１が接合された絶縁回路基板１０が、本実施形態におけるヒートシンク付き絶縁回路基板４０とされている。
【００２５】
パワー半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。絶縁回路基板１０とパワー半導体素子３とを接合する第１はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
【００２６】
ヒートシンク４１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク４１は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態では無酸素銅で構成されている。絶縁回路基板１０とヒートシンク４１とを接合する第２はんだ層５０は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
【００２７】
そして、本実施形態に係る絶縁回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層（セラミックス基板１１）と、この絶縁層（セラミックス基板１１）の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、絶縁層（セラミックス基板１１）の他方の面（図１において下面）に配設された金属層１３と、を備えている。
【００２８】
絶縁層は、絶縁性の高いセラミックス基板１１、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等で構成されている。本実施形態では、絶縁層は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなるセラミックス基板１１とされている。また、絶縁層（セラミックス基板１１）の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
【００２９】
回路層１２は、図１に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に配設されたアルミニウム層１２Ａと、このアルミニウム層１２Ａの一方の面に積層された銅層１２Ｂと、を有している。
ここで、回路層１２におけるアルミニウム層１２Ａの厚さは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．４ｍｍに設定されている。
また、回路層１２における銅層１２Ｂの厚さは、０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。
【００３０】
金属層１３は、図１に示すように、セラミックス基板１１の他方の面に配設されたアルミニウム層１３Ａと、このアルミニウム層１３Ａの他方の面に積層された銅層１３Ｂと、を有している。
ここで、金属層１３におけるアルミニウム層１３Ａの厚さは、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．４ｍｍに設定されている。
また、金属層１３における銅層１３Ｂの厚さは、０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．０ｍｍに設定されている。
【００３１】
ここで、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａは、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に、アルミニウム及びアルミニウム合金からなるアルミニウム板２２Ａ、２３Ａが接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａとなるアルミニウム板２２Ａ、２３Ａは、純度が９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）で構成されている。
【００３２】
銅層１２Ｂ、１３Ｂは、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａに、銅又は銅合金からなる銅板２２Ｂ、２３Ｂが接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、銅層１２Ｂ、１３Ｂを構成する銅板２２Ｂ、２３Ｂは、無酸素銅の圧延板とされている。
ここで、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａと、銅層１２Ｂ、１３Ｂは、それぞれ固相拡散接合されている。
【００３３】
次に、本実施形態である接合体の製造方法を適用した絶縁回路基板１０の製造方法について、図２から図４を参照して説明する。
【００３４】
（アルミニウム層形成工程Ｓ０１）
まず、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２４を介してアルミニウム層１２Ａとなるアルミニウム板２２Ａを積層し、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２５を介してアルミニウム層１３Ａとなるアルミニウム板２３Ａを積層する。次いで、真空条件下（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下）において、積層方向に圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で加圧した状態で６００℃以上６４０℃以下の加熱温度で５分以上１８０分以下保持し、アルミニウム板２２Ａとセラミックス基板１１とアルミニウム板２３Ａを接合し、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａを形成する。
【００３５】
（ジンケート処理工程Ｓ０２）
次に、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａのうち銅板２２Ｂ、２３Ｂとの接合面に対して、ジンケート処理を行う。ジンケート処理工程Ｓ０２について、図３のフロー図を参照して説明する。
ジンケート処理工程Ｓ０２においては、図３に示すように、まず、接合面の脱脂を行う（脱脂工程Ｓ２１）。
【００３６】
次いで、ＮａＯＨと酸化亜鉛を含むジンケート処理液に浸漬することにより、脱脂後の接合面に対してエッチング処理を行って接合面の酸化アルミニウム膜を除去するとともに、酸化アルミニウム膜が除去された接合面を亜鉛で置換する（第１亜鉛置換工程Ｓ２２）。
この第１亜鉛置換工程Ｓ２２においては、エッチング処理によって接合面の酸化アルミニウム膜を除去することにより、接合面には外方に向けて突出する突起部が露呈され、この突起部を起点として亜鉛粒子が成長することになる。
【００３７】
次いで、置換した亜鉛粒子を剥離する（剥離工程Ｓ２３）。この剥離工程Ｓ２３においては、硝酸を用いることで亜鉛粒子が溶解されるとともに、接合面に０．３ｍｍ程度の薄く均一な酸化被膜が形成されることになる。
【００３８】
次いで、ＮａＯＨと酸化亜鉛を含むジンケート処理液に再度浸漬し、接合面に形成された酸化被膜を除去するとともに、酸化被膜が除去された接合面を亜鉛で置換する（第２亜鉛置換工程Ｓ２４）。
この第２亜鉛置換工程Ｓ２４においては、エッチング処理によって接合面の均一な酸化被膜を除去するとともに、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
【００３９】
（銅板積層工程Ｓ０３）
次に、ジンケート処理されたアルミニウム層１２Ａ、１３Ａの接合面に、銅層１２Ｂ、１３Ｂとなる銅板２２Ｂ、２３Ｂを積層する。
【００４０】
（固相拡散接合工程Ｓ０４）
次に、積層された銅板２２Ｂと、アルミニウム層１２Ａ，１３Ａが形成されたセラミックス基板１１と、銅板２３Ｂと、を積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、銅板２２Ｂとアルミニウム層１２Ａ、銅板２３Ｂとアルミニウム層１３Ａを固相拡散接合する。
【００４１】
この固相拡散接合工程Ｓ０４における真空炉の真空度は、１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲とされている。
また、加熱温度は４８０℃以上５４８℃未満の範囲内とされている。好ましくは、５００℃以上５４８℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は５分以上６０分以下とするとよい。好ましくは３０分以上６０分以下の範囲内とするとよい。
【００４２】
なお、ジンケート処理工程Ｓ０２により、アルミニウム層１２Ａ，１３Ａの接合面にＺｎ原子が存在することになるが、このＺｎ原子は、固相拡散接合工程Ｓ０４における昇温過程において、アルミニウム層１２Ａ，１３Ａ側へと拡散するため、アルミニウム層１２Ａ，１３Ａと銅層１２Ｂ、１３Ｂとの固相拡散接合に対して特に影響は与えない。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。
【００４３】
（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、絶縁回路基板１０の金属層１３に、はんだ材を介してヒートシンク４１を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板４０が製造される。
【００４４】
（パワー半導体接合工程Ｓ０６）
次に、回路層１２の一方の面（銅層１２Ｂの表面）に、はんだ材を介してパワー半導体素子３を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール１が製造される。
【００４５】
以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板１０の製造方法においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２及び他方の面に形成された金属層１３が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム層１２Ａ、１３Ａと銅又は銅合金からなる銅層１２Ｂ、１３Ｂとが積層された構造とされており、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａの接合面にジンケート処理を行うジンケート処理工程Ｓ０２を有して入るので、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａの接合面の酸化アルミニウム膜を除去することができ、固相拡散接合工程Ｓ０４において、接合界面でのＡｌ原子とＣｕ原子との相互拡散が促進され、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａと銅層１２Ｂ、１３Ｂとを強固に固相拡散接合することが可能となる。
【００４６】
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であってもアルミニウム層１２Ａ、１３Ａと銅層１２Ｂ、１３Ｂとの接合界面における剥離の発生を抑制することができる。また、固相拡散接合工程Ｓ０４における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、アルミニウム層１２Ａ、１３Ａと銅層１２Ｂ、１３Ｂとを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程Ｓ０４におけるセラミックス基板１１等への熱負荷を低く抑えることができる。
【００４７】
また、本実施形態である絶縁回路基板１０によれば、セラミックス基板１１の一方の面及び他方の面に比較的変形抵抗の小さいアルミニウム層１２Ａ，１３Ａが形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に生じる熱応力をアルミニウム層１２Ａ，１３Ａの変形によって吸収でき、セラミックス基板１１に割れが発生することを抑制できる。
さらに、アルミニウム層１２Ａ，１３Ａのうちセラミックス基板１１とは反対側の面には、比較的変形抵抗の大きい銅層１２Ｂ、１３Ｂが形成されているので、冷熱サイクルが負荷された際に回路層１２及び金属層１３の表面の変形が抑制され、回路層１２とパワー半導体素子３を接合する第１はんだ層２、及び、金属層１３とヒートシンク４１を接合する第２はんだ層５０における亀裂の発生を抑制でき、接合信頼性を向上できる。また、銅層１２Ｂ、１３Ｂにおいて、熱を面方向に拡げることができ、絶縁回路基板１０の放熱特性を向上させることができる。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
図５に、本発明の第２の実施形態である銅／アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板１４０、及び、このヒートシンク付き絶縁回路基板１４０を用いたパワーモジュール１０１を示す。なお、第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態における銅／アルミニウム接合体は、図５に示すヒートシンク付き絶縁回路基板１４０において、アルミニウム部材としての金属層１１３及びヒートシンク１４１と、銅部材としての接合材１５０と、が接合されたものとされている。
【００４９】
図５に示すパワーモジュール１０１は、ヒートシンク付き絶縁回路基板１４０と、このヒートシンク付き絶縁回路基板１４０の一方の面（図５において上面）に第１はんだ層２を介して接合されたパワー半導体素子３と、を備えている。また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１４０は、絶縁回路基板１１０と、この絶縁回路基板１１０の金属層１１３側に配設されたヒートシンク１４１とを備えている。
【００５０】
ヒートシンク１４１は、絶縁回路基板１１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク１４１は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態では、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されており、更に具体的にはＡ６０６３で構成されている。
【００５１】
絶縁回路基板１１０は、図５に示すように、絶縁層としてのセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図５において上面）に配設された回路層１１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図５において下面）に配設された金属層１１３と、を備えている。
【００５２】
回路層１１２は、図７に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図７において上面）に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板１２２が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層１１２は、純度が９９％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。なお、回路層１１２となるアルミニウム板１２２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
【００５３】
金属層１１３は、図７に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図７において下面）にアルミニウム板１２３が接合されることにより形成されている。本実施形態において、金属層１１３を構成するアルミニウム板１２３は、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。なお、接合されるアルミニウム板１２３の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１．６ｍｍに設定されている。
【００５４】
そして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１４０においては、図５に示すように、金属層１１３とヒートシンク１４１とが、銅又は銅合金からなる接合材１５０を介して接合されている。
ここで、金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１は、それぞれ固相拡散接合されている。
【００５５】
次に、本実施形態である銅／アルミニウム接合体の製造方法を適用したヒートシンク付き絶縁回路基板１４０の製造方法について、図６から図８を参照して説明する。
【００５６】
（回路層及び金属層形成工程Ｓ１０１）
まず、図７に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図７において上面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２４を介して回路層１１２となるアルミニウム板１２２を積層し、セラミックス基板１１の他方の面（図７において下面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２５を介して金属層１１３となるアルミニウム板１２３を積層する。次いで、真空条件下（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下）において、積層方向に圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で加圧した状態で６００℃以上６４０℃以下の加熱温度で５分以上１８０分以下保持し、アルミニウム板１２２とセラミックス基板１１とアルミニウム板１２３を接合し、回路層１１２及び金属層１１３を形成する。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板１１０が製造される。
【００５７】
（ジンケート処理工程Ｓ１０２）
次に、金属層１１３の接合材１５０との接合面、及び、ヒートシンク１４１の接合体１５０との接合面に対して、ジンケート処理を行う。このジンケート処理工程は、第１の実施形態と同様に、ＮａＯＨと酸化亜鉛を含むジンケート処理液を用いて実施する。
このジンケート処理工程Ｓ１０２により、金属層１１３の接合材１５０との接合面、及び、ヒートシンク１４１の接合材１５０との接合面においては、酸化アルミニウム膜が除去され、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
【００５８】
（接合材積層工程Ｓ１０３）
次に、図８に示すように、ジンケート処理された金属層１１３とヒートシンク１４１との間に、銅又は銅合金からなる接合材１５０を介在させて、これらを積層する。
なお、本実施形態では、接合材１５０は、無酸素銅の圧延板とされており、その厚さが０．０５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内とされている。
【００５９】
（固相拡散接合工程Ｓ１０４）
次に、積層された絶縁回路基板１１０と接合材１５０とヒートシンク１４１を、積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１をそれぞれ固相拡散接合する。
【００６０】
この固相拡散接合工程Ｓ１０４における真空炉の真空度は、１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲とされている。
また、加熱温度は４８０℃以上５４８℃未満の範囲内とされている。好ましくは、５００℃以上５４８℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は５分以上６０分以下とするとよい。好ましくは３０分以上６０分以下の範囲内とするとよい。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付絶縁回路基板１４０が製造される。
【００６１】
（パワー半導体接合工程Ｓ１０５）
次に、回路層１１２の一方の面に、はんだ材を介してパワー半導体素子３を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール１０１が製造される。
【００６２】
以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板１４０の製造方法においては、絶縁回路基板１１０の金属層１１３とヒートシンク１４１とがそれぞれアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、これら金属層１１３とヒートシンク１４１との間に銅又は銅合金からなる接合材１５０が介在されており、金属層１１３及びヒートシンク１４１の接合面にジンケート処理を行った上で、金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１を固相拡散接合しているので、接合面の酸化アルミニウムが除去されており、接合界面でのＡｌ原子とＣｕ原子との相互拡散が促進され、金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１を強固に固相拡散接合することが可能となる。
【００６３】
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１との接合界面における剥離の発生を抑制することができ、絶縁回路基板１１０側の熱をヒートシンク１４１側へと放散することが可能となる。
また、固相拡散接合工程Ｓ１０４における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層１１３と接合材１５０、接合材１５０とヒートシンク１４１とを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程Ｓ１０４におけるセラミックス基板１１等への熱負荷を低く抑えることができる。
【００６４】
＜第３の実施形態＞
図９に、本発明の第３の実施形態である銅／アルミニウム接合体の製造方法を用いて製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板２４０、及び、このヒートシンク付き絶縁回路基板２４０を用いたパワーモジュール２０１を示す。なお、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
なお、本実施形態における銅／アルミニウム接合体は、図９に示すヒートシンク付き絶縁回路基板２４０において、アルミニウム部材としての金属層１１３と、銅部材としてのヒートシンク２４１と、が接合されたものとされている。
【００６５】
図９に示すパワーモジュール２０１は、ヒートシンク付き絶縁回路基板２４０と、このヒートシンク付き絶縁回路基板２４０の一方の面（図９において上面）に第１はんだ層２を介して接合されたパワー半導体素子３と、を備えている。
また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板２４０は、絶縁回路基板１１０と、この絶縁回路基板１１０の金属層１１３側に配設されたヒートシンク２４１とを備えている。
【００６６】
ヒートシンク２４１は、絶縁回路基板１１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク２４１は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態では、銅又は銅合金で構成されており、更に具体的には無酸素銅の圧延板で構成されている。
【００６７】
そして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板２４０においては、図９に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金から成る金属層１１３と、銅又は銅合金からなるヒートシンク２４１とが、直接、固相拡散接合されている。
【００６８】
次に、本実施形態である銅／アルミニウム接合体の製造方法を適用したヒートシンク付き絶縁回路基板２４０の製造方法について、図１０及び図１１を参照して説明する。
【００６９】
（回路層及び金属層形成工程Ｓ２０１）
まず、図１１に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図１１において上面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２４を介して回路層１１２となるアルミニウム板１２２を積層し、セラミックス基板１１の他方の面（図１１において下面）に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２５を介して金属層１１３となるアルミニウム板１２３を積層する。
次いで、真空条件下（１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下）において、積層方向に圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲で加圧した状態で６００℃以上６４０℃以下の加熱温度で  ５分以上１８０分以下保持し、ア、アルミニウム板１２２とセラミックス基板１１とアルミニウム板１２３を接合し、回路層１１２及び金属層１１３を形成する。
上記のようにして、本実施形態である絶縁回路基板１１０が製造される。
【００７０】
（ジンケート処理工程Ｓ２０２）
次に、金属層１１３のヒートシンク２４１との接合面に対して、ジンケート処理を行う。このジンケート処理工程は、第１の実施形態と同様に、ＮａＯＨと酸化亜鉛を含むジンケート処理液を用いて実施する。
このジンケート処理工程Ｓ２０２により、金属層１１３のヒートシンク２４１との接合面においては、酸化アルミニウム膜が除去され、薄く均一な亜鉛皮膜が形成されることになる。
【００７１】
（ヒートシンク積層工程Ｓ２０３）
次に、図１１に示すように、ジンケート処理された金属層１１３にヒートシンク２４１を積層する。
【００７２】
（固相拡散接合工程Ｓ２０４）
次に、積層された絶縁回路基板１１０とヒートシンク２４１を、積層方向に加圧した状態で真空炉内に装入し、所定温度に加熱することにより、金属層１１３とヒートシンク２４１を固相拡散接合する。
【００７３】
この固相拡散接合工程Ｓ２０４における真空炉の真空度は、１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内とされ、積層方向の加圧荷重が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲とされている。
また、加熱温度は４８０℃以上５４８℃未満の範囲内とされている。好ましくは、５００℃以上５４８℃未満の範囲内とするとよい。
加熱温度での保持時間は５分以上６０分以下とするとよい。好ましくは３０分以上６０分以下の範囲内とするとよい。
上記のようにして、本実施形態であるヒートシンク付絶縁回路基板２４０が製造される。
【００７４】
（パワー半導体接合工程Ｓ２０５）
次に、回路層１１２の一方の面に、はんだ材を介してパワー半導体素子３を積層し、還元炉内においてはんだ接合する。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール２０１が製造される。
【００７５】
以上のような構成とされた本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板２４０の製造方法においては、絶縁回路基板１１０の金属層１１３とヒートシンク２４１とが、直接、固相拡散接合されており、金属層１１３のヒートシンク２４１との接合面にジンケート処理を行った上で、金属層１１３とヒートシンク２４１を固相拡散接合しているので、接合面の酸化アルミニウムが除去されており、接合界面でのＡｌ原子とＣｕ原子との相互拡散が促進され、金属層１１３とヒートシンク２４１を強固に固相拡散接合することが可能となる。
【００７６】
よって、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても金属層１１３とヒートシンク２４１との接合界面における剥離の発生を抑制することができ、絶縁回路基板１１０側の熱をヒートシンク２４１側へと効率的に放熱することができる。
また、固相拡散接合工程Ｓ２０４における加熱温度を低く、かつ、保持時間を短く設定しても、金属層１１３とヒートシンク２４１とを確実に固相拡散接合することができ、固相拡散接合工程Ｓ２０４におけるセラミックス基板１１等への熱負荷を低く抑えることができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００７８】
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
【００７９】
また、第１の実施形態の絶縁回路基板においては、回路層及び金属層の両方がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされたものとして説明したが、これに限定されることはなく、回路層及び金属層のいずれか一方がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされたものであってもよい。
さらに、第１の実施形態の絶縁回路基板においては、金属層を形成したものとして説明したが、回路層がアルミニウム層と銅層とが積層された構造とされていれば、金属層を形成しないものであってもよい。
【００８０】
また、第２の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層及びヒートシンクの接合面をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、これらの間に銅又は銅合金からなる接合材を介在させ、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとをそれぞれ固相拡散接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層及びヒートシンクの接合面を銅又は銅合金で構成されたものとし、これらの間にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる接合材を介在させ、金属層と接合材、接合材とヒートシンクとをそれぞれ固相拡散接合してもよい。この場合、固相拡散接合前に、接合材の接合面に対してジンケート処理を行うことになる。
【００８１】
さらに、第２の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層と接合材、接合材とヒートシンクがそれぞれ固相拡散接合されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層と接合材、接合材とヒートシンクのいずれか一方が固相拡散接合されたものであってもよい。この場合、アルミニウム部材のうち銅部材と固相拡散接合される接合面にジンケート処理を実施すればよい。
【００８２】
また、第３の実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板においては、金属層をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、ヒートシンクを銅又は銅合金で構成されたものとし、金属層とヒートシンクとを、直接、固相拡散接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属層を銅又は銅合金で構成されたものとし、ヒートシンクをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたものとし、金属層とヒートシンクとを、直接、固相拡散接合してもよい。この場合、固相拡散接合前に、ヒートシンクの接合面に対してジンケート処理を行うことになる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、絶縁層としてセラミックス基板を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、絶縁樹脂等で絶縁層を構成してもよい。
また、セラミックス基板とアルミニウム板とをろう材を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、過渡液相接合法（ＴＬＰ）やＡｇペーストなどによって接合しても良い。
【００８４】
さらに、ヒートシンクの構造や材質は、実施形態で例示されたものに限定されることはない。例えば、冷却媒体が流通する流路を備えたものであってもよい。また、炭素質部材にアルミニウムが含浸されたアルミニウム複合材料（例えばＡｌＳｉＣ）等で構成されていてもよい。このアルミニウム複合材料においても、接合面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなるスキン層が形成されていれば、金属層や接合材と固相拡散接合することができる。
【実施例】
【００８５】
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
図４のフロー図に記載した手順に従って、図１２に示す条件で固相拡散接合を行い、発明例及び従来例のヒートシンク付パワーモジュールを作製した。なお、積層方向の加圧荷重は８ｋｇｆ／ｃｍ２とした。なお、従来例では、ジンケート処理を実施しなかった。
なお、セラミックス基板は、ＡｌＮで構成され、４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのものを使用した。
また、回路層及び金属層のアルミニウム層は、４Ｎアルミニウムの圧延板で構成され、３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのものを使用した。
回路層及び金属層の銅層は、無酸素銅の圧延板で構成され、３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのものを使用した。
金属層は、４Ｎアルミニウムの圧延板で構成され、３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ１．６ｍｍのものを使用した。
ヒートシンクは、Ａ６０６３合金の圧延板で構成され、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ５ｍｍのものを使用した。
また、固相拡散接合は、真空加熱炉内の圧力が、１０−６Ｐａ以上、１０−３Ｐａ以下の範囲内で行った。
半導体素子は、ＩＧＢＴ素子とし、１２．５ｍｍ×９．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのものを使用した。
【００８６】
（パワーサイクル試験） 
パワーサイクル試験は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕはんだを用いてＩＧＢＴ素子を銅層へはんだ付けするとともに、アルミニウム合金からなる接続配線をボンディングしてヒートシンク付パワーモジュールとし、これを用いて行った。ヒートシンク中の冷却水温度、流量を一定とした状態で、ＩＧＢＴ素子への通電を、通電（ＯＮ）で素子表面温度１６０℃、非通電（ＯＦＦ）で素子表面温度６０℃となる１サイクルを１０秒毎に繰り返すようにして調整し、これを１５万回繰り返すパワーサイクル試験を実施した。
このヒートサイクル試験前後及びパワーサイクル試験前後における、アルミニウム層と銅層との界面における接合率を測定した。
【００８７】
（アルミニウム層と銅層との界面の接合率評価）
パワーサイクル試験後のヒートシンク付パワーモジュールに対して、アルミニウム層と銅層との界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例ではアルミニウム層及び銅層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）
【００８８】
評価結果を図１２に示す。図１２においては、パワーサイクル試験後の接合率が９０％以上のものを「◎」、パワーサイクル試験後の接合率が８０％以上９０％未満のものを「○」、パワーサイクル試験後の接合率が８０％未満のものを「×」と表記した。
【００８９】
ジンケート処理を実施した本発明例（図１２（ｂ））においては、ジンケート処理を実施しなかった比較例（図１２（ａ））に比べて、同一の接合条件において、パワーサイクル試験後の接合率が良くなっていることが確認される。
また、ジンケート処理を実施した本発明例においては、接合温度が低い場合、あるいは、保持時間が短い場合であっても、接合率が高く、確実に固相拡散接合されていることが確認される。
【００９０】
以上のことから、本発明例によれば、従来よりも過酷な条件のパワーサイクルを負荷した場合であっても銅層とアルミニウム層との接合界面において剥離が生じることを抑制でき、パワーサイクル信頼性に優れた絶縁回路基板を得ることができた。
【符号の説明】
【００９１】
１、１０１、２０１  パワーモジュール
３  パワー半導体素子
１０  絶縁回路基板
１１  セラミックス基板
１２  回路層
１３  金属層
１２Ａ、１３Ａ  アルミニウム層（アルミニウム部材）
１２Ｂ、１３Ｂ  銅層（銅部材）
１１０  絶縁回路基板
１１３  金属層（アルミニウム部材）
１４０  ヒートシンク付き絶縁回路基板
１４１  ヒートシンク（アルミニウム部材）
１５０  接合材（銅部材）
２４０  ヒートシンク付き絶縁回路基板
２４１  ヒートシンク（銅部材）
Ｓ０２、Ｓ１０２、Ｓ２０２  ジンケート処理工程
Ｓ０３  銅板積層工程（銅部材積層工程）
Ｓ０４、Ｓ１０４、Ｓ２０４  固相拡散接合工程
Ｓ１０３  接合材積層工程（銅部材積層工程）
Ｓ２０３  ヒートシンク積層工程（銅部材積層工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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