(57)【要約】【課題】アルミニウム系めっき鋼板を緩衝材の素材として用いたろう付け接合構造の放熱構造体において、特に熱衝撃に対する耐久性を向上させたものを提供する。【解決手段】絶縁基板２と、アルミニウム系めっき鋼板３と、伝熱材４とをろう付け接合して半導体発熱部品を搭載するための放熱構造体を製造するに際し、  絶縁基板２のアルミニウム系金属層Ａとアルミニウム系めっき鋼板３の間、およびアルミニウム系めっき鋼板３と伝熱材４の間にそれぞれろう材５および６を介在させ、且つ、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分７をろう材溶融金属と反応しない耐熱塗膜８で被覆した状態としてろう付けを行う、半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス板の少なくとも片面にアルミニウム系金属層Ａを有する板状材料からなる「絶縁基板」と、基材鋼板の両面にアルミニウム系めっき層を有する「アルミニウム系めっき鋼板」と、アルミニウム系金属材料からなる「伝熱材」とをろう付け接合して、前記絶縁基板上に半導体発熱部品を搭載するための放熱構造体を製造するに際し、
絶縁基板のアルミニウム系金属層Ａとアルミニウム系めっき鋼板の間、およびアルミニウム系めっき鋼板と伝熱材の間にろう材を介在させ、且つ、セラミックス板とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分をろう材溶融金属と反応しない耐熱塗膜で被覆した状態としてろう付けを行う、半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項２】
アルミニウム系めっき鋼板は、片面当たりのめっき層厚さが５〜５０μｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板である請求項１に記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項３】
アルミニウム系めっき鋼板は、線膨張係数（常温）が１３×１０-6／Ｋ以下の鋼種を基材鋼板（めっき原板）とするものである請求項１または２に記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項４】
基材鋼板の鋼種がＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５の表４またはＪＩＳ Ｇ４３１２の表３に規定されるフェライト系鋼種である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項５】
アルミニウム系めっき鋼板は、基材鋼板（めっき原板）の板厚が０.１〜２ｍｍである請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項６】
絶縁基板のセラミックス板がＡｌＮである請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【請求項７】
ろう材として、液相線温度が５７０〜６００℃であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、または液相線温度が５２０〜５４５℃であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を使用する請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子やＬＳＩなどで構成される半導体発熱部品を搭載し、その発熱部品から発生する熱を空気中または他の接合部材に伝えるための放熱構造体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力制御用の半導体スイッチング素子に代表される半導体発熱部品は、放熱構造体に取り付けられた状態で使用される。放熱構造体はセラミックスの表面に金属を接合した「絶縁基板」と金属製の「伝熱材」とを備えるものである。伝熱材は、それ自体が空気中へ熱を放散させるためのヒートシンクである場合もあるし、あるいは他の部材へ熱を逃がすための放熱板である場合もある。
【０００３】
伝熱材の金属は絶縁基板のセラミックスと比べ熱膨張率が大きいため、放熱板と伝熱材を直接ろう付けなどにより接合すると、接合時の加熱・冷却過程で伝熱材に反りが生じやすく、また絶縁基板に割れが発生しやすい。このため、絶縁基板と伝熱材の間には両者の熱膨張差に起因する歪を緩和するための「緩衝材」を介在させることがある。
【０００４】
緩衝材としては、従来、熱膨張率の低いＣｕ−Ｍｏ合金を銅材で挟んだ３層構造のクラッド材が使用されている。しかし、Ｃｕ−Ｍｏ合金は非常に高価であること、厚さが３ｍｍ程度と厚いこと、ヒートシンクとのろう付けが難しくゲル系接着剤などを使用する必要があることなど、種々の問題がある。
【０００５】
特許文献１には絶縁基板とヒートシンクの間に低熱膨張材（インバー合金）を高熱伝導材（アルミニウム、銅）で挟んだ積層体を介在させることが記載されている。しかし、低熱膨張材と高熱伝導材を一体化させることは必ずしも容易ではない。
【０００６】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車の普及に伴い、その駆動モーターを制御するパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）に使用するためのパワーモジュール（電力制御用半導体回路と放熱構造体のユニット）の需要が増大している。このような用途においては、今後、さらに振動に強く、よりコンパクトで、且つ安価な放熱構造体の適用が望まれる。
【０００７】
そこで本出願人は、フェライト系鋼種をめっき原板とする溶融アルミニウム系めっき鋼板を緩衝材の素材として用いた放熱装置を特許文献２に開示した。フェライト系鋼種はヒートシンクの材料（例えばアルミニウム）に比べ熱膨張率が小さいため、それをめっき原板とするアルミニウム系めっき鋼板を緩衝材の素材に使用することによって、絶縁基板とヒートシンクの間の歪を効果的に低減することが可能となった。また、アルミニウム系めっき鋼板は大量生産が可能であり、上記のような特殊合金を使用した緩衝材に比べ大幅なコスト低減が実現された。特に絶縁基板としてＤＢＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｒａｚｅｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を使用し、ヒートシンクとしてＡｌ系材料を使用すると、「絶縁基板」、「アルミニウム系めっき鋼板」および「ヒートシンク」を真空ろう付けにて一体化することができる。この場合、接着剤やグリースによる接合が回避されるため、耐振動性、熱伝導性が向上し、且つ接着剤等による接合工程が不要となる。また、板厚が例えば１ｍｍ以下といった薄肉のアルミニウム系めっき鋼板を緩衝材の素材として容易に適用できるため、放熱構造体の小型化も可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５３０７５号公報
【特許文献２】特開２００９−１５８７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最近では、ハイブリッド自動車のＰＣＵなどにおいて高電圧が印加できるタイプのパワー半導体素子（ＩＧＢＴなど）を採用するケースが増えている。それに伴い、半導体発熱部品を搭載する放熱構造体にもより一層高い耐久性が要求される。上述の特許文献２に開示される放熱構造体は溶融アルミニウム系鋼板を緩衝材の素材として用いたろう付け接合構造を有することから本来振動に対しては高い耐久性を呈するものである。しかしながら、発明者らのその後の検討によれば、特許文献２の放熱構造体は「熱衝撃」に対する耐久性に関して改善の余地があることがわかってきた。すなわち、半導体発熱部品からの発熱量が激しく変動するような熱衝撃を繰り返す厳しい条件下での試験において、絶縁基板のＤＢＡを構成するセラミックスとアルミニウム層の間の界面で剥離が生じることが確認された。ＩＧＢＴなどの高電圧印加タイプのパワー半導体素子を搭載した場合でも高い信頼性を維持するためには、熱衝撃に対する耐久性を向上させることが望まれる。
【００１０】
本発明では、アルミニウム系めっき鋼板を緩衝材の素材として用いたろう付け接合構造の放熱構造体において、特に熱衝撃に対する耐久性を向上させたものを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは上述のセラミックスとアルミニウム層間での界面剥離が生じる原因について詳細な調査を行ってきた。その結果、ろう付け時にろう材溶融金属が当該界面に浸入してアルミニウム層と反応し、界面に新たな金属相が生成することが原因であることを突き止めた。本発明はこのような知見に基づき、上記の界面が露出している部分を耐熱性の塗膜で被覆した状態としてろう付けを行うものである。なお、本明細書では溶融したろう材の金属を「ろう材溶融金属」と呼んでいる。
【００１２】
すなわち本発明では、セラミックス板の少なくとも片面にアルミニウム系金属層Ａを有する板状材料からなる「絶縁基板」と、基材鋼板の両面にアルミニウム系めっき層を有する「アルミニウム系めっき鋼板」と、アルミニウム系金属材料からなる「伝熱材」とをろう付け接合して、前記絶縁基板上に半導体発熱部品を搭載するための放熱構造体を製造するに際し、
絶縁基板のアルミニウム系金属層Ａとアルミニウム系めっき鋼板の間、およびアルミニウム系めっき鋼板と伝熱材の間にろう材を介在させ、且つ、セラミックス板とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分をろう材溶融金属と反応しない耐熱塗膜で被覆した状態としてろう付けを行う、半導体発熱部品搭載用放熱構造体の製造法が提供される。
【００１３】
本明細書において「アルミニウム系金属」とは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、ここでいうアルミニウム合金は合金元素の中でＡｌの含有量（質量％）が最も多く、且つ固相線温度が、当該放熱構造体を一体化するときに使用するろう材の液相線温度よりも高いものをいう。純アルミニウムおよびアルミニウム合金の例としては、ＪＩＳ Ｈ４０００：２００６の成分表に規定されるものが挙げられる。
【００１４】
また本明細書でいう「アルミニウム系めっき鋼板」は、基材鋼板（めっき原板）の両面に純Ａｌめっき層またはＳｉを１２質量％以下の範囲で含有するＡｌ−Ｓｉ合金めっき層を有するものである。片面当たりのめっき層厚さが５〜５０μｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板を採用することが望ましい。また、基材鋼板（めっき原板）として線膨張係数（常温）が１３×１０-6／Ｋ以下の鋼種を採用することが好ましい。耐食性を考慮すると、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５の表４またはＪＩＳ Ｇ４３１２の表３に規定されるフェライト系鋼種を基材鋼板に用いることが有利となる。基材鋼板（めっき原板）の板厚は例えば０.１〜２ｍｍである。
【００１５】
絶縁基板のセラミックス板としては例えばＡｌＮが挙げられる。ろう材としては液相線温度が５７０〜６００℃であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、または液相線温度が５２０〜５４５℃であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金が好適に使用できる。
【００１６】
半導体発熱部品は、種々の半導体素子やＬＳＩ等が対象となるが、発熱量の大きい電力制御用のスイッチング素子が好適な対象となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下のようなメリットが得られる。
（１）緩衝材の素材として安価な素材であるアルミニウム系めっき鋼板を使用するので、放熱構造体のコスト低減が図れる。
（２）絶縁基板、アルミニウム系めっき鋼板および伝熱材（例えばヒートシンク）を真空ろう付けにより直接接合できるので、製造工程が短縮化され、得られた放熱構造体は振動に対して強いものとなる。
（３）ろう付け時に絶縁基板のセラミックス板とアルミニウム系金属層の界面からろう材溶融金属が浸入することが回避され、当該界面にアルミニウム系金属層とろう材溶融金属との反応相が無い放熱構造体が構築される。これにより熱衝撃に対する耐久性が向上する。
（４）緩衝材の厚さは例えば１ｍｍ程度以下と薄肉化することが容易にできるので、パワーモジュールの小型化にも対応しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】緩衝材の素材としてアルミニウム系めっき鋼板を用いた従来の放熱構造体（半導体発熱部品を搭載した状態）の断面を模式的に示した図。
【図２】本発明におけるろう付けに供する材料（積層体）の断面状態を模式的に示した図。
【図３】本発明によって得られるろう付け後の放熱構造体（半導体発熱部品を搭載した状態）の断面を模式的に示した図。
【図４】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を被覆せずにろう付け接合した放熱構造体（比較例）における図３符号２５に相当する領域のＳＥＭ写真。
【図５】Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を耐熱塗膜８で被覆した状態でろう付け接合した放熱構造体（本発明例）における図３符号２５に相当する領域のＳＥＭ写真。
【図６】Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を被覆せずにろう付け接合した放熱構造体（比較例）における図３符号２５に相当する領域のＳＥＭ写真。
【図７】Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を耐熱塗膜８で被覆した状態でろう付け接合した放熱構造体（本発明例）における図３符号２５に相当する領域のＳＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１に、緩衝材の素材としてアルミニウム系めっき鋼板を用いた従来の放熱構造体（半導体発熱部品を搭載した状態）の断面を模式的に示す。この図は説明の便宜のため厚さ方向の寸法などを一部誇張して描いてあり、実際の寸法形状をそのまま反映したものではない（後述図２、図３において同じ）。半導体発熱部品１側から順に絶縁基板２０、緩衝材３０、伝熱材４０が、ろう付け金属５０および６０により接合されて積層している。半導体発熱部品１から発生した熱はこの積層構造を伝わり伝熱材４０から外部へ放熱される。
【００２０】
ろう付け後の絶縁基板２０は、セラミックス板２１の緩衝材３０側の表面にアルミニウム系金属層Ａを有している。半導体発熱部品１側には導電層２３を有している。絶縁基板２０としてＤＢＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｒａｚｅｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ）を使用する場合は、導電層２３もアルミニウム系金属層である。ろう付け後のアルミニウム系金属層Ａは、ろう付け前の状態と比べ、ろう材溶融金属と反応した部分（Ａ’）の厚さだけ薄くなっている。
【００２１】
ろう付け後の緩衝材３０は、素材として用いたアルミニウム系めっき鋼板の基材鋼板３１に相当する部分で構成されている。アルミニウム系めっき層はろう付け時にろう材溶融金属と反応して、ろう付け金属５０または６０の一部を構成している。ろう付け後の伝熱材４０も表面部分の一部がろう付け時にろう材溶融金属と反応している。基材鋼板３１は鉄系材料であることから、その熱膨張率は絶縁基板２０（低熱膨張率）と伝熱材４０（高熱膨張率）の中間の値を示す。このため基材鋼板３１は絶縁基板２０（低熱膨張率）と伝熱材４０の間に生じる熱膨張差に起因した歪を緩和する作用を呈する。また、伝熱材４０の熱膨張を拘束する作用を呈し、ろう付け時または使用時における伝熱材４０の「反り」を軽減する。
【００２２】
本明細書において「ろう付け金属」とは、ろう付け時に溶融・凝固した部分をいう。具体的には、ろう付け金属５０は、ろう材溶融金属由来部分、並びにろう材溶融金属と反応して溶融・凝固したアルミニウム系金属層由来部分Ａ’およびアルミニウム系めっき層由来部分３２’によって構成される。また、ろう付け金属６０は、ろう材溶融金属由来部分、並びにろう材溶融金属と反応して溶融・凝固したアルミニウム系めっき層由来部分３３’および伝熱材由来部分４’によって構成される。
【００２３】
伝熱材４０は、アルミニウム系金属からなり、それ自体が空気中に熱を逃がすためのヒートシンクであっても構わないし、あるいは、他の接触部材（例えば水冷された金属部材）に熱を逃がすためのアルミニウム系金属板（放熱板）であっても構わない。図１にはヒートシンクを模式的に示した。
【００２４】
このように、表面にアルミニウム系金属層を有する絶縁基板とアルミニウム系金属からなる伝熱材とを、アルミニウム系めっき鋼板を介してろう付け接合した放熱構造体は、絶縁基板、緩衝材および伝熱材がろう付け金属５０、６０によってタイトに密着することにより良好な熱伝導性および耐振動性を呈するものとなる。しかしながら、アルミニウム系金属と濡れ性の良いろう材を使用することが原因して、ろう付け時にろう材溶融金属の一部が表面張力により絶縁基板を構成するアルミニウム系金属層Ａの端面部分を覆い、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面１０の露出部分にまで伝わってくるという現象が起こる。発明者らは詳細な検討の結果、この現象が熱衝撃に対する耐久性を低下させる要因となっていることを突き止めた。すなわち、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分から当該界面１０の内部へろう材溶融金属が浸入し、その浸入部分でアルミニウム系金属層Ａがろう材溶融金属と反応するのである。界面１０に沿ってろう材浸入反応領域２４が形成されることによって、その部分でのセラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの密着性が低下し、繰り返しの熱衝撃を受けたときに、ろう材浸入反応領域２４を起点として剥離が生じることが明らかとなった。
【００２５】
図２に、本発明におけるろう付けに供する材料（積層体）の断面状態を模式的に示す。本発明では上述の知見に基づき、絶縁基板２のアルミニウム系金属層Ａとアルミニウム系めっき鋼板３の間、およびアルミニウム系めっき鋼板３と伝熱材４の間にそれぞれろう材５および６を介在させ、且つ、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面１０が露出している部分（界面露出部７）をろう材溶融金属と反応しない耐熱塗膜８で被覆した状態としてろう付けを行う。図２中、耐熱塗膜８の膜厚は誇張して描いてある。
【００２６】
半導体発熱部品を搭載する絶縁基板２は、セラミックス板２１の少なくともアルミニウム系めっき鋼板３側の表面にアルミニウム系金属層Ａを有しており、半導体発熱部品の搭載面には導電層２３を有している。導電層２３はアルミニウム系金属層２２と同質の素材であっても構わない。このような構成を有する限り、従来から使用されている絶縁基板が広く適用対象となる。セラミックス板２１としては例えばＡｌＮが挙げられる。特にＡｌＮプレートの両面にアルミニウム系金属層を接合して一体化したＤＢＡ基板が普及しており、本発明でもそれを適用することができる。
【００２７】
ろう付け前のアルミニウム系めっき鋼板３は、めっき原板である基材鋼板３１の両面にアルミニウム系めっき層３２、３３を有するアルミニウム系めっき鋼板からなる。このアルミニウム系めっき鋼板３を構成する基材鋼板３１が放熱構造体において緩衝材として機能することとなる。基材鋼板３１は、常温（２０℃）の線膨張係数が１３×１０-6／Ｋ以下の鋼種を採用することが望ましい。常温での線膨張係数は、アルミニウム系金属が約２２〜２３（×１０-6／Ｋ）程度、銅合金が約１６〜１８（×１０-6／Ｋ）程度、オーステナイト系ステンレス鋼が約１５〜１７（×１０-6／Ｋ）程度、フェライト系鋼（フェライト系ステンレス鋼を含む）が約９.５〜１２.５（×１０-6／Ｋ）程度である。一方、ＡｌＮの線膨張係数は４.５（×１０-6／Ｋ）程度である。したがって、基材鋼板３１はできるだけ線膨張係数の小さい鋼種とすることが望ましい。検討の結果、常温の線膨張係数が１３×１０-6／Ｋ以下の鋼種を採用することがより効果的であることがわかった。この要求はフェライト系鋼種を採用することによって満たすことができる。なかでもフェライト系ステンレス鋼は線膨張係数が低く、且つ耐食性にも優れるので、本発明における基材鋼板３１としては特に好適である。なお、一般に金属の線膨張係数は温度上昇に伴ってわずかに上昇する傾向にあるが、常温での線膨張係数の序列は、３００℃程度までの線膨張係数の序列と概ね一致するので、常温の線膨張係数で評価して差し支えない。
【００２８】
緩衝材の素材として使用するアルミニウム系めっき鋼板３は、従来一般的な溶融アルミニウム系めっき鋼板を採用することができる。基材鋼板３１（めっき原板）の板厚は、用途に応じて０.１〜２ｍｍの範囲で選択すればよい。板厚０.１ｍｍ未満では、割れや反りを抑止する機能が十分に果たせない。あまり厚いと小型化のニーズに逆行する。アルミニウム系めっき鋼板３のアルミニウム系めっき層３２、３３の厚さは、片面当たり５〜５０μｍ程度とすればよい。
【００２９】
ろう材は、アルミニウム系金属用のものが適用される。例えば、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金などを用いたろう材が使用される。規格材としては、ＪＩＳ Ｚ３２６３：２００２に規定されるろう材が使用可能であるが、さらに液相線温度の低いものが好適である。なかでも液相線温度が５７０〜６００、より好ましくは５８０〜５９０℃であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金や、液相線温度が５２０〜５４５℃、より好ましくは５３０〜５４０であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金が特に好適な対象となる。
【００３０】
本発明では、各部材を積層した状態で真空ろう付けを行う手法が採用される。具体的には絶縁基板２とアルミニウム系めっき鋼板３の間、およびアルミニウム系めっき鋼板３と伝熱材４の間に、それぞれシート状のろう材５および６を置けばよい。ただし、絶縁基板２を構成するセラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分７をろう材溶融金属と反応しない耐熱塗膜８で被覆した状態としてろう付けを行うことが肝要である。この耐熱塗膜８により、ろう材５の溶融金属がアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分７近傍の端面と濡れることが防止され、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面１０の部分に図１に示したろう材浸入反応領域２４が形成されることが回避される。その結果、熱衝撃に対する耐久性が顕著に向上する。ここで、「界面露出部７を被覆する」とは、界面露出部７を挟んで両側に露出しているセラミックス板２１の一部およびアルミニウム系金属層Ａの一部と共に、界面露出部７を覆うことを意味する。特にアルミニウム系金属層Ａについては、その端面全体を耐熱塗膜８で覆うことが一層好ましい。
【００３１】
耐熱塗膜８は、アルミニウム系の溶融金属と反応せず、且つ塗膜の耐熱温度がろう付け温度よりも高いものが採用される。そのような耐熱塗膜を形成させる塗料としては、例えば焼結金属成形（ホットプレス）、金型鋳造、溶湯鍛造などに使用されている無機バインダーを用いた市販の潤滑離型剤などが適用できる。
【００３２】
図３に、本発明によって得られるろう付け後の放熱構造体（半導体発熱部品を搭載した状態）の断面を模式的に示す。セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａとの間の界面露出部を耐熱塗膜８で被覆した状態でろう付けが施されたことにより、当該被覆箇所はろう材溶融金属と濡れることが防止され、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａとの界面１０にろう材溶融金属が浸入することが回避されている。すなわち、前述の図１に示したろう材浸入反応領域２４が形成されることなく、界面１０は初期の健全な状態が維持されている。これにより熱衝撃を受けた場合に当該界面で剥離が生じる問題が解消される。界面１０が健全に維持されていること以外は前述の図１のものと同様の構造を有している。したがって、各材料がタイトに積層した断面形態によって良好な熱伝導性および耐振動性が確保される。なお、ろう付け後に残留した耐熱塗膜８は必要に応じて除去される。
【実施例】
【００３３】
ＤＢＡ基板からなる「絶縁基板２」、両面に溶融Ａｌめっき層を有する「アルミニウム系めっき鋼板３」、およびアルミニウム系金属板からなる「伝熱材４」を図２に示すようにろう材を介在させた状態で積層し、その積層体を炉に装入して真空ろう付けを施すことにより放熱構造体を作製した。その際、絶縁基板２のセラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面露出部分７を耐熱塗膜８で覆った状態でろう付けを施したもの（本発明例）と、耐熱塗膜８を形成しない状態でろう付けを施したもの（比較例）を作製した。
【００３４】
絶縁基板２として、市販のＤＢＡ基板を用意した。これは厚さ０.６５ｍｍのＡｌＮ板の両側にそれぞれ厚さ４ｍｍのアルミニウム系金属板をＡｌ−Ｓｉ系ろう材によりろう付け接合した材料である。ＡｌＮ板（図２のセラミックス板２１に相当）の寸法は２０ｍｍ×３０ｍｍ×０.６５ｍｍ、両側のアルミニウム系金属板（図２の導電層２３およびアルミニウム系金属層Ａに相当）の寸法はいずれも１８ｍｍ×２８ｍｍ×０.４ｍｍである。以下、図２の符号に対応させて説明する。
【００３５】
絶縁基板２のうち、本発明例の製造法に適用するものについては予め、セラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの間の界面露出部分７を、アルミニウム系金属層Ａの端面全体、およびセラミックス板２１のアルミニウム系金属層Ａより外周に張り出した部分のアルミニウム系めっき鋼板３側に面した表面全体と共に、耐熱塗膜８で被覆した。耐熱塗膜８を形成させるために塗料として、耐熱温度が約８００℃であるオキツモ株式会社製の潤滑離型剤「ボロンコート」を使用した。絶縁基板２の耐熱塗膜８を形成させる部分以外を表面に塗料がかからないようにテープでマスキングしたのち、約１０ｃｍの距離から前記潤滑離型剤を約１０秒間吹き付けることによりアルミニウム系金属層Ａの周囲全体の界面露出部分７を被覆した。
【００３６】
アルミニウム系めっき鋼板３として、ＪＩＳ Ｇ４３１２：１９９１に規定のＳＵＨ４０９に相当するフェライト系ステンレス鋼を基材鋼板（めっき原板）３１とする溶融アルミニウム系めっき鋼板を用いた。基材鋼板３１の板厚は０.４ｍｍである。溶融アルミニウム系めっきの組成はＡｌ−９質量％Ｓｉであり、アルミニウム系めっき層３２、３３の厚さはいずれも約１５μｍである。放熱構造体に使用したアルミニウム系めっき鋼板３の寸法は２５ｍｍ×３５ｍｍである。
【００３７】
伝熱材４として、ここではフラットな形状のアルミニウム系金属板（ＪＩＳ Ｈ４０００：２００６の合金番号１０５０Ａ相当材、板厚５ｍｍ）を用いた。伝熱材４の寸法は５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍである。
【００３８】
ろう材として、液相線温度が５８０〜５９０℃であるＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のシートと、液相線温度が５３０〜５４０℃であるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金のシートを用意した。ろう材シートの厚さはいずれも１００μｍとした。１つの放熱構造体において、ろう材５およびろう材６は同一種類のろう材とした。
【００３９】
上記各材料を図２に示す積層順序で所定の位置に積み重ね、真空ろう付けに供した。ろう付け条件は、真空度：１０-3Ｐａ、温度：６１０℃（Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材）または５５０℃（Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材）の雰囲気に１５ｍｉｎ保持した後、真空を保った炉内で３００℃まで冷却し、その後炉外で常温まで空冷する条件とした。このようにして、耐熱塗膜８を形成したものと形成していないものそれぞれについてろう材の種類を異にする２種類ずつ合計４種類の放熱構造体を作製した。
【００４０】
上記のようにして得られた放熱構造体のうち、各種類の一部のものについて熱衝撃を加える冷熱衝撃試験を行った。試験は、−４０℃と１２５℃の不活性液中にそれぞれ５ｍｉｎずつ交互に浸漬保持する操作を１サイクル（１０ｍｉｎ／サイクル）として、これを１０００サイクル実施した。
【００４１】
冷熱衝撃試験前および試験後の放熱構造体から、図３中に符号２５で示した領域に相当する断面部分が観察できる試料を採取し、ＳＥＭ観察により絶縁基板２のセラミックス板２１とアルミニウム系金属層Ａの界面１０における剥離状態を調べた。その結果を図４〜図７に示す。また、参考のため、これらの図中に記入したａ〜ｄの部分についてＥＤＸにより組成分析を行った結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
図４はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を被覆せずにろう付けを行った比較例である。セラミックス板２１（ＡｌＮ）と接している金属部分にはろう材溶融金属と反応して生成した金属相が見られる。図４中に記号ａで示した金属相はＡｌを固溶するＳｉ相であると考えられ（表１参照）、アルミニウム系金属層Ａがろう材溶融金属と反応したことが裏付けられる。ろう材溶融金属と反応した金属領域は図１に符号２４で示した「ろう材浸入反応領域」に相当するものである。冷熱衝撃試験後にはセラミックス板２１との界面近傍の金属部分に割れが観察され（図４中の＊１）、熱衝撃に対する耐久性に劣ることがわかる。
【００４４】
図５はＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を耐熱塗膜８で被覆した状態でろう付けを行った本発明例である。セラミックス板２１（ＡｌＮ）と接している金属部分はろう材溶融金属と接触していないため、「ろう材浸入反応領域」は形成されていない。冷熱衝撃試験後においてもセラミックス板２１（ＡｌＮ）とアルミニウム系金属層Ａとのタイトな接合が維持されていた。
【００４５】
図６はＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を被覆せずにろう付けを行った比較例である。セラミックス板２１（ＡｌＮ）と接している金属部分にはろう材溶融金属と反応して生成した金属相が見られる。図６中に記号ｂ、ｃ、ｄで示した金属相にはろう材由来の成分が濃化しており（表１参照）、アルミニウム系金属層Ａがろう材溶融金属と反応したことが裏付けられる。ろう材溶融金属と反応した金属領域は図１に符号２４で示した「ろう材浸入反応領域」に相当するものである。この例では、ろう付け直後（冷熱衝撃試験前）の時点で既にセラミックス板２１（ＡｌＮ）とアルミニウム系金属層Ａの界面で剥離が生じていた（図６中の＊２）。
【００４６】
図７はＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系ろう材を用いて界面露出部分７を耐熱塗膜８で被覆した状態でろう付けを行った本発明例である。図５の場合と同様、「ろう材浸入反応領域」は形成されておらず、冷熱衝撃試験後においてもセラミックス板２１（ＡｌＮ）とアルミニウム系金属層Ａとのタイトな接合が維持されていた。
【符号の説明】
【００４７】
１    半導体発熱部品
２    絶縁基板
３    アルミニウム系めっき鋼板
４    伝熱材
４’  伝熱材由来部分
５、６    ろう材
７    界面露出部
８    耐熱塗膜
１０    セラミックス板とアルミニウム系金属層Ａの界面
２０    ろう付け後の絶縁基板
Ａ    アルミニウム系金属層
Ａ’  アルミニウム系金属層由来部分
２１    セラミックス板
２３    導電層
２５    ＳＥＭ観察領域
３０    緩衝材
３１    基材鋼板
３２、３３    アルミニウム系めっき層
３２’、３３’  アルミニウム系めっき層由来部分
４０    ろう付け後の伝熱材
５０、６０    ろう付け金属
【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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