(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、が積層状に接合一体化された放熱用絶縁基板であって、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に超弾性合金層が介在されており、
前記第１金属層と前記超弾性合金層との間に第３金属層が介在されており、
前記第３金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Ｃｕを必須元素として含むＣｕ薄層と、Ａｌを必須元素として含むＡｌ薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層はＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層であることを特徴とする放熱用絶縁基板。
【請求項２】
セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、を備えた放熱用絶縁基板の製造方法であって、
第１金属層と第２金属層との間に介在される第３金属層と、第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合することにより、第３金属層と、第２金属層と、第３金属層及び第２金属層間に形成され且つ第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層と、を含む接合体を得る第３接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項３】
前記第３接合工程の後で、セラミック層と第１金属層と接合体とを接合する第４接合工程を更に備えている請求項２記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項４】
第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層及び第３金属層の融点の中で最も低く、
前記第４接合工程は、セラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する請求項３記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項５】
第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層、第３金属層及び第２金属層の融点の中で最も低く、且つ、第３金属層に含まれる金属と第２金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層の融点に対して３００℃以内であり、
第３接合工程は、セラミック層と第１金属層と第３金属層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、第３金属層及び第２金属層間に第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層を形成する請求項２記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項６】
超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えている請求項２〜５のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項７】
第３金属層は、Ｔｉを必須元素として含んでおり、
超弾性合金層は、第３金属層のＴｉと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である請求項２〜６のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項８】
前記第３金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Ｃｕを必須元素として含むＣｕ薄層と、Ａｌを必須元素として含むＡｌ薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＣｕ薄層のＣｕとＡｌ薄層のＡｌと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層である請求項２〜６のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備えるとともに、
前記絶縁基板と前記放熱部材とが接合されていることを特徴とする半導体モジュール用ベース。
【請求項１０】
セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、が積層状に接合一体化されており、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に超弾性合金層が介在されており、
前記第１金属層と前記超弾性合金層との間に第３金属層が介在されており、
前記第３金属層は、Ｔｉを必須元素として含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＴｉと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材と、を備えた半導体モジュール用ベースの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュール用ベースの製造方法。
【請求項１１】
請求項１記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、
前記絶縁基板の第２金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１２】
セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、が積層状に接合一体化されており、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に超弾性合金層が介在されており、
前記第１金属層と前記超弾性合金層との間に第３金属層が介在されており、
前記第３金属層は、Ｔｉを必須元素として含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＴｉと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材と、
前記絶縁基板の第２金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えた半導体モジュールの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子の放熱（冷却）に用いられる放熱用絶縁基板、その製造方法、半導体モジュール用ベース、その製造方法、半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
なお本明細書では、「板」の語は「箔」をも含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
パワー半導体モジュール等の半導体モジュールは、半導体素子の動作により半導体素子から発生した熱を放出するため、放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）を備えている。さらに、この半導体モジュールでは、半導体素子と放熱部材との間に、半導体素子から発生した熱を放熱部材に伝達するための放熱用絶縁基板が配置されている。この絶縁基板は、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能するものであり、具体的には、電気絶縁層としてのセラミック層と、その片面上に接合された配線層（回路層）としての金属層と、を備えている（例えば特許文献１−４参照）。
【０００４】
また、従来では、絶縁基板に半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、絶縁基板の金属層又は半導体素子の電極に、Ｎｉ層として例えばＮｉめっき層を形成することが行われている。例えば、特開２００９−１４７１２３号公報（特許文献２）では、半導体素子の電極にＮｉめっき層を形成し、これにより、半導体素子の電極についてはんだ接合性を向上させている。
【０００５】
ここで、絶縁基板の金属層に形成されるＮｉめっき層等のＮｉ層について、その厚さが約数μｍの場合、絶縁基板と放熱部材とをろう付けにより接合する際に加えられる熱や、絶縁基板に半導体素子をはんだ付けにより接合する際に加えられる熱により、Ｎｉ層の表面に大きな凹凸が発生し、その結果、半導体素子の絶縁基板への実装が実質上できないことがあった。そのため、Ｎｉ層の厚さは比較的厚い方が望ましく、詳述すると４０μｍ以上であることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２８０１２号公報
【特許文献２】特開２００９−１４７１２３号公報
【特許文献３】特開２００４−２３５５０３号公報
【特許文献４】特開２００６−３０３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、半導体モジュールでは、半導体素子が動作するのに伴い、半導体素子の温度は室温から１５０〜３００℃まで上昇する。そのため、半導体素子が動作する度に、絶縁基板には室温から半導体素子の動作温度までの温度変化が発生する。この温度変化によって、絶縁基板を構成する各層の熱膨張差に起因する熱応力が絶縁基板に発生し、この熱応力によって、絶縁基板のそり、絶縁基板における各接合界面の割れ、剥離などの不良が発生することがあった。特に、このような不良はＮｉ層の厚さが厚い場合に発生し易い。
【０００８】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、絶縁基板のそり、割れ、剥離などの不良の発生を防止することができる放熱用絶縁基板、その製造方法、半導体モジュール用ベース、その製造方法、半導体モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
［１］  セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、が積層状に接合一体化された放熱用絶縁基板であって、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に超弾性合金層が介在されていることを特徴とする放熱用絶縁基板。
【００１１】
［２］  前記第１金属層と前記超弾性合金層との間に第３金属層が介在されており、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層の第３金属と前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたものである前項１記載の放熱用絶縁基板。
【００１２】
［３］  前記第３金属層は、Ｔｉを必須元素として含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＴｉと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である前項２記載の放熱用絶縁基板。
【００１３】
［４］  前記第３金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Ｃｕを必須元素として含むＣｕ薄層と、Ａｌを必須元素として含むＡｌ薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＣｕ薄層のＣｕとＡｌ薄層のＡｌと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層である前項２記載の放熱用絶縁基板。
【００１４】
［５］  セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、を備えた放熱用絶縁基板の製造方法であって、
第１金属層と第２金属層との間に介在される超弾性合金層と、第２金属層とを接合する第１接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。
【００１５】
［６］  前記第１接合工程は、超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合する前項５記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００１６】
［７］  前記第１接合工程の後で、セラミック層と、第１金属層と、前記第１接合工程により得られた超弾性合金層と第２金属層との接合体と、を接合する第２接合工程を更に備えている前項５又は６記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００１７】
［８］  第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層及び超弾性合金層の融点の中で最も低く、
前記第２接合工程は、セラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項７記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００１８】
［９］  前記第１接合工程は、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とをろう付けにより一括接合する前項５記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００１９】
［１０］  第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層、超弾性合金層及び第２金属層の融点の中で最も低く、且つ、超弾性合金層に含まれる金属と第２金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層の融点に対して３００℃以内であり、
前記第１接合工程は、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項５記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２０】
［１１］  超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えている前項５〜１０のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２１】
［１２］  超弾性合金層は、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である前項５〜１１のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２２】
［１３］  前記超弾性合金層は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層である前項５〜１１のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２３】
［１４］  セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記第１金属層のセラミック層配置側とは反対側に配置されるとともにＮｉを必須元素として含む第２金属層と、を備えた放熱用絶縁基板の製造方法であって、
第１金属層と第２金属層との間に介在される第３金属層と、第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合することにより、第３金属層と、第２金属層と、第３金属層及び第２金属層間に形成され且つ第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層と、を含む接合体を得る第３接合工程を備えていることを特徴とする放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２４】
［１５］  前記第３接合工程の後で、セラミック層と第１金属層と接合体とを接合する第４接合工程を更に備えている前項１４記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２５】
［１６］  第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層及び第３金属層の融点の中で最も低く、
前記第４接合工程は、セラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する前項１５記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２６】
［１７］  第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層、第３金属層及び第２金属層の融点の中で最も低く、且つ、第３金属層に含まれる金属と第２金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層の融点に対して３００℃以内であり、
第３接合工程は、セラミック層と第１金属層と第３金属層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、第３金属層及び第２金属層間に第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層を形成する前項１４記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２７】
［１８］  超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えている前項１４〜１７のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２８】
［１９］  第３金属層は、Ｔｉを必須元素として含んでおり、
超弾性合金層は、第３金属層のＴｉと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である前項１４〜１８のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００２９】
［２０］  前記第３金属層は、複数の薄層が互いに積層されて構成されたものであり、
前記複数の薄層は、Ｃｕを必須元素として含むＣｕ薄層と、Ａｌを必須元素として含むＡｌ薄層と、を含んでおり、
前記超弾性合金層は、前記第３金属層のＣｕ薄層のＣｕとＡｌ薄層のＡｌと前記第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層である前項１４〜１８のいずれかに記載の放熱用絶縁基板の製造方法。
【００３０】
［２１］  前項１〜４のいずれかに記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備えるとともに、
前記絶縁基板と前記放熱部材とが接合されていることを特徴とする半導体モジュール用ベース。
【００３１】
［２２］  前項３記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材と、を備えた半導体モジュール用ベースの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュール用ベースの製造方法。
【００３２】
［２３］  前項１〜４のいずれかに記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、
前記絶縁基板の第２金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えていることを特徴とする半導体モジュール。
【００３３】
［２４］  前項３記載の放熱用絶縁基板と、
前記絶縁基板のセラミック層の第１金属層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材と、
前記絶縁基板の第２金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えた半導体モジュールの製造方法であって、
絶縁基板と放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は以下の効果を奏する。
【００３５】
前項［１］の放熱用絶縁基板によれば、第１金属層と第２金属層との間に超弾性合金層が介在されているので、冷熱サイクルによって絶縁基板に発生する熱応力が、超弾性合金層によって緩和される。そのため、絶縁基板のそり、絶縁基板における各接合界面の割れ、剥離などの不良の発生を防止することができる。これにより、絶縁基板の寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。
【００３６】
前項［２］の放熱用絶縁基板によれば、超弾性合金層が、第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたものであることにより、前項［１］の絶縁基板と同様の効果を奏する。
【００３７】
前項［３］の放熱用絶縁基板によれば、超弾性合金層が、第３金属層のＴｉと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層であることにより、前項［１］の絶縁基板と同様の効果を確実に奏する。
【００３８】
前項［４］の放熱用絶縁基板によれば、超弾性合金層が、第３金属層のＡｌ薄層のＡｌとＣｕ薄層のＣｕと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層であることにより、前項［１］の絶縁基板と同様の効果を確実に奏する。
【００３９】
前項［５］の放熱用絶縁基板の製造方法は、第１金属層と第２金属層との間に介在される超弾性合金層と、第２金属層とを接合する第１接合工程を備えているので、本発明に係る放熱用絶縁基板を製造することができる。
【００４０】
前項［６］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第１接合工程は、超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合するものであることにより、超弾性合金層と第２金属層とをろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、材料コストを削減することができるし、更に、超弾性合金層と第２金属層との間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００４１】
前項［７］の放熱用絶縁基板の製造方法は、セラミック層と、第１金属層と、第１接合工程により得られた超弾性合金層と第２金属との接合体と、を接合する第２接合工程を更に備えているので、本発明に係る放熱用絶縁基板を確実に製造することができる。
【００４２】
前項［８］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第２接合工程は、セラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、絶縁基板の製造工程数及び製造時間を減少することができ、もって絶縁基板の製造コストを削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００４３】
もとより、第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層及び超弾性合金層の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層にセラミック層と接合体とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層と第１金属層と接合体とを確実に一括接合することができる。
【００４４】
前項［９］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第１接合工程は、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とをろう付けにより一括接合するものであることにより、絶縁基板の製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって絶縁基板の製造コストを大幅に削減することができる。
【００４５】
前項［１０］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第１接合工程は、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合するものであることにより、絶縁基板の製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって製造コストを大幅に削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００４６】
もとより、第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層、超弾性合金層及び第２金属層の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層にセラミック層と超弾性合金層とを確実に接合することができる。さらに、超弾性合金層に含まれる金属と第２金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層の融点に対して３００℃以内であることにより、放電プラズマ接合法によって超弾性合金層と第２金属層とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とを確実に一括接合することができる。
【００４７】
前項［１１］の放熱用絶縁基板の製造方法は、超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えているので、超弾性特性を確実に発現しうる超弾性合金層を得ることができ、これにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００４８】
前項［１２］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、超弾性合金層が、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層であることにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００４９】
前項［１３］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、超弾性合金層が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層であることにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００５０】
前項［１４］の放熱用絶縁基板の製造方法は、第１金属層と第２金属層との間に介在される第３金属層と、第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合することにより、第３金属層と、第２金属層と、第３金属層及び第２金属層間に形成され且つ第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層と、を含む接合体を形成する第３接合工程を備えているので、本発明に係る放熱用絶縁基板を製造することができる。
【００５１】
前項［１５］の放熱用絶縁基板の製造方法は、第３接合工程の後で、セラミック層と第１金属層と接合体とを接合する第４接合工程を更に備えているので、本発明に係る放熱用絶縁基板を確実に製造することができる。
【００５２】
前項［１６］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第４接合工程は、セラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、絶縁基板の製造工程数及び製造時間を減少することができ、もって絶縁基板の製造コストを削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００５３】
もとより、第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層及び第３金属層の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層にセラミック層と接合体とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層と第１金属層と接合体とを確実に一括接合することができる。
【００５４】
前項［１７］の放熱用絶縁基板の製造方法によれば、第３接合工程は、セラミック層と第１金属層と第３金属層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、これらの層が一括接合されると同時に、第３金属層及び第２金属層間に第３金属層の第３金属と第２金属層のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金層が形成される。したがって、絶縁基板の製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって絶縁基板の製造コストを大幅に削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００５５】
もとより、第１金属層の融点がセラミック層、第１金属層、第３金属層及び第２金属層の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層にセラミック層と第３金属層とを確実に接合することができる。さらに、第３金属層に含まれる金属と第２金属層に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層の融点に対して３００℃以内であることにより、放電プラズマ接合法によって第３金属層と第２金属層とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とを確実に一括接合することができる。
【００５６】
前項［１８］の放熱用絶縁基板の製造方法は、超弾性合金層の超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施す時効工程を更に備えているので、超弾性特性を確実に発現しうる超弾性合金層を得ることができ、これにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００５７】
前項［１９］の放熱用絶縁基板の製造方法は、超弾性合金層が、第３金属層のＴｉと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層であることにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００５８】
前項［２０］の放熱用絶縁基板によれば、超弾性合金層が、第３金属層のＡｌ薄層のＡｌとＣｕ薄層のＣｕと第２金属層のＮｉとの合金化により生成されたＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ系超弾性合金層であることにより、熱応力を超弾性合金層で確実に緩和することができる。
【００５９】
前項［２１］の半導体モジュール用ベースによれば、前項［１］〜［４］のいずれかに記載の絶縁基板と放熱部材とが接合されているので、半導体モジュール用ベースの絶縁基板の寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。
【００６０】
前項［２２］の半導体モジュール用ベースの製造方法によれば、前項［３］記載の絶縁基板とＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することにより、次の効果を奏する。
【００６１】
すなわち、前項［３］記載の絶縁基板の超弾性合金層は、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層である。Ａｌを含んだろう材を用いたろう付け温度条件は、このＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理の温度範囲に含まれる。したがって、絶縁基板と放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することにより、絶縁基板と放熱部材との接合と同時にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層に時効処理が施される。これにより、超弾性特性を確実に発現しうるＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を得ることができるし、更に、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層への時効工程を省略することができ、もって半導体モジュール用ベースの製造コストを削減することができる。
【００６２】
前項［２３］の半導体モジュールは、前項［１］〜［４］のいずれかに記載の放熱用絶縁基板と、放熱部材と、絶縁基板の第２金属層上にはんだ付けにより接合された半導体素子と、を備えているので、半導体モジュールの絶縁基板の寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。
【００６３】
前項［２４］の半導体モジュールの製造方法によれば、前項［３］記載の絶縁基板とＡｌ又はＡｌ合金製放熱部材とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することにより、上記［２２］と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る放熱用絶縁基板を備えた半導体モジュールの正面図である。
【図２】図２は、同絶縁基板の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、同絶縁基板の第１製造例の製造工程を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１製造例において超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合する方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第１製造例において金属ベース層とセラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する方法を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、同絶縁基板の第２製造例の製造工程を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２製造例において金属ベース層とセラミック層と第１金属層と超弾性合金層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合する方法を示す断面図である。
【図５】図５は、同絶縁基板の第３製造例の製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る放熱用絶縁基板の断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、同絶縁基板の第４製造例の製造工程を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第４製造例において第３金属層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合する方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第４製造例において金属ベース層とセラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する方法を示す断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、同絶縁基板の第５製造例の製造工程を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第５製造例において金属ベース層とセラミック層と第１金属層と第３金属層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により一括接合する方法を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態に係る放熱用絶縁基板の断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、同絶縁基板の第６製造例の製造工程を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第６製造例において第３金属層の２つの薄層と第２金属層とを放電プラズマ接合法により接合する方法を示す断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、第６製造例において金属ベース層とセラミック層と第１金属層と接合体とを放電プラズマ接合法により一括接合する方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４実施形態に係る放熱用絶縁基板及びその第７製造例の製造工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施形態に係る放熱用絶縁基板及びその第８製造例の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００６６】
なお、以下の説明において、各図面の上下を上下というものとする。また、各図面には、全図面を通じて同一部材には同一符号が付されている。
【００６７】
図１〜５は、本発明の第１実施形態に係る放熱用絶縁基板、該絶縁基板を用いた半導体モジュール用ベース、及び半導体モジュールを説明する図である。
【００６８】
図１において、２５は本第１実施形態の半導体モジュールである。この半導体モジュール２５は、ＩＧＢＴモジュール、ＭＯＳＦＥＴモジュール、サイリスタモジュール、ダイオードモジュール等であり、半導体モジュール用ベース２０と、該ベース２０上に実装された半導体素子２６とを備えている。半導体素子２６は、ＩＧＢＴチップ、ＭＯＳＦＥＴチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップ等である。
【００６９】
半導体モジュール用ベース２０は、本第１実施形態の放熱用絶縁基板１Ａと、放熱部材２１とを備えている。
【００７０】
放熱部材２１は、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器等であって、金属製であり、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。
【００７１】
放熱用絶縁基板１Ａは、平面視略方形状であって、半導体素子２６と放熱部材２１との間に配置されており、半導体素子２６の動作に伴い半導体素子２６から発生した熱を放熱部材２１に伝達するためのものである。詳述すると、この絶縁基板１Ａは、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能する特性を有している。
【００７２】
図２に示すように、この絶縁基板１Ａは、互いに積層状に配置された金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５を備えている。セラミック層２は水平状に配置されている。第１金属層３は、セラミック層２の一方の片側（上側）に配置されている。第２金属層５は、第１金属層３のセラミック層２配置側とは反対側（上側）に配置されている。超弾性合金層４は、第１金属層３と第２金属層５との間に介在されている。金属ベース層６は、セラミック層２の他方の片側（下側）に配置されていおり、すなわちセラミック層２の第１金属層３配置側とは反対側に配置されている。そして、これらの層６、２、３、４、５が積層状に接合一体化されることで、絶縁基板１Ａが構成されている。各層は、板から提供されて形成された層である。
【００７３】
セラミック層２は、電気絶縁層として機能するものであり、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮ、ＢｅＯ等で実質的に形成されたものである。セラミック層２の厚さは例えば０．３〜０．７ｍｍである。因みに、セラミック層２を形成するセラミックの融点又は分解点は、ＡｌＮ：２２００℃、Ａｌ２Ｏ３：２０５０℃、Ｓｉ３Ｎ４：１９００℃、Ｙ２Ｏ３：２４００℃、ＣａＯ：２５７０℃、ＢＮ：３０００℃、ＢｅＯ：２５７０℃である。これらの融点又は分解点は、第１金属層３、超弾性合金層４、第２金属層５及び金属ベース層６の融点よりも格段に大きい。
【００７４】
第１金属層３は、例えば配線層又は電導層として機能するものである。第１金属層３の構成材料である第１金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等である。すなわち、第１金属層３は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等で実質的に形成されたものである。第１金属層３の第１金属は、特に、材料コストの削減及び熱伝導性能の向上を図る点からＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ又はＣｕ合金であることが望ましい。第１金属層３の厚さは例えば０．３〜１．０ｍｍである。
【００７５】
第２金属層５は、Ｎｉを必須元素として含んでおり、具体的に例示するとＮｉ又はＮｉ合金で実質的に形成されたものであり、表面に半導体素子２６等の被接合部材をはんだ接合可能な層である。この第２金属層５のＮｉ含有量は、第２金属層５のはんだ接合性を確実に向上させるため、５０質量％以上、特に９０質量％以上であることが望ましい。第２金属層５のＮｉ含有量の上限は１００質量％である。
【００７６】
第２金属層５の厚さは限定されるものではないが、特に４０μｍ以上であることが望ましく、これにより、半導体モジュール２５の製造時に絶縁基板１Ａに加えられる熱で第２金属層５の表面に凹凸が発生する不具合を確実に防止できるし、更に、第２金属層５の良好なはんだ接合性を確実に発現させることができる。第２金属層５の厚さの上限は限定されるものではないが、２００μｍであることが材料コストを削減できる点で望ましい。
【００７７】
ここで、もし第１金属層３と第２金属層５とが超弾性合金層４を介さないで直接的に接合されている場合、両層３、５間の接合界面に機械的強度の弱い合金層が形成されることがある。例えば、第１金属層３の第１金属がＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ又はＣｕ合金である場合、第１金属層３の第１金属と第２金属層５のＮｉとが反応して機械的強度の弱い合金層（例：Ｎｉ−Ａｌ合金層）が両層３，５間の接合界面に形成される。このようになると、絶縁基板１Ａの温度変化に伴う熱応力によって、両層３、５間の接合界面で割れ、剥離等の不良が生じ易い。
【００７８】
そこで、このような不良の発生を防止するため、第１金属層３と第２金属層５との間に超弾性合金層４が介在されている。この超弾性合金層４は、絶縁基板１Ａに発生する熱応力を緩和する役割を果たすものである。この超弾性合金層４による熱応力の緩和によって、絶縁基板１Ａのそり、割れ、剥離等の不良の発生が防止される。
【００７９】
超弾性合金層４の超弾性合金は、室温から半導体素子２６の動作温度（例：３００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有していることが望ましく、特に望ましくは、室温から絶縁基板１Ａと放熱部材２１との接合温度（例：６００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有することが良い。
【００８０】
具体的には、超弾性合金としては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金（例：ＮｉＴｉ合金、ＮｉＴｉＣｏ合金、ＮｉＴｉＣｕ合金、ＮｉＴｉＣｒ合金、ＮｉＴｉＣｕＣｒ合金、ＮｉＴｉＦｅ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系合金（例：ＣｕＮｉＡｌ合金）、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金（例：ＣｕＺｎＡｌ合金）、Ｃｕ−Ｍｎ−Ａｌ系合金（例：ＣｕＭｎＡｌ合金）、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金（例：ＦｅＭｎＳｉ合金）等が用いられる。
【００８１】
超弾性合金層４の厚さは、熱応力を確実に緩和できるようにするため１μｍ以上であることが望ましい。超弾性合金層４の厚さの上限は限定されるものではないが、３００μｍであることが材料コストを削減できる点で望ましい。
【００８２】
金属ベース層６は、放熱部材２１とろう付け等により接合されるものである。金属ベース層６の金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等である。すなわち、金属ベース層６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等で実質的に形成されたものである。金属ベース層６の金属は、特に、材料コストの削減及び熱伝導性能の向上を図る点からＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ又はＣｕ合金であることが望ましい。金属ベース層６の厚さは例えば０．３〜１．０ｍｍである。一般に、金属ベース層６の金属と第１金属層３の第１金属とは、互いに同じである。以下では、金属ベース層６の金属と第１金属層３の第１金属とは、互いに同じであるとする。
【００８３】
図３Ａ〜３Ｃは、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法の一例を説明する図である。この製造例を「第１製造例」という。この第１製造例を以下に説明する。
【００８４】
まず、セラミック板から形成されたセラミック層２と、第１金属板から形成された第１金属層３と、超弾性合金板から形成された超弾性合金層４と、第２金属板から形成された第２金属層５と、金属板から形成された金属ベース層６と、を準備する。
【００８５】
ここで、超弾性合金層４の超弾性合金の高温安定相が超弾性特性を有している場合には、高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層４に施すことが望ましい。この工程を「時効工程」という。例えば、超弾性合金層４の超弾性合金がＮｉ−Ｔｉ系合金である場合、超弾性特性を有する高温安定相であるオーステナイト相はＴｉＮｉ相である。時効工程では、このＴｉＮｉ相の体積を増加させるため、ＴｉＮｉ相が生成する温度である６３０℃以上で且つＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中で超弾性合金層４を加熱炉により加熱し、その後、なるべく急速に冷却する。これにより超弾性合金層４に時効処理が施される。超弾性合金層の加熱温度の上限は１３１０℃であり、望ましくは、液相が発生しない温度である９４２℃未満であることが良い。超弾性合金層４の加熱温度の保持時間は例えば３０〜６０ｍｉｎである。加熱された超弾性合金層４を冷却させる際の冷却速度は、加熱温度から３００℃までの間において２５℃／ｍｉｎ以上であることが望ましい。
【００８６】
次いで、超弾性合金層４と第２金属層５とを、ろう付け、クラッド圧延、放電プラズマ接合法等の任意の接合方法により積層状に接合する。この工程を「第１接合工程」という。
【００８７】
第１接合工程で用いられる様々な接合方法のうち、放電プラズマ接合法は、隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。そのため、材料コストを削減することができるし、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。したがって、第１接合工程で用いられる接合方法は、放電プラズマ接合法であることが望ましい。
【００８８】
本第１製造例の第１接合工程では、超弾性合金層４と第２金属層５は放電プラズマ接合法により接合される。
【００８９】
ここで、放電プラズマ接合法とは、放電プラズマ焼結法（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ)の焼結機構を粉体の焼結ではなく板の接合に適用した公知の接合方法である。なお、この「放電プラズマ接合法」は、「ＳＰＳ接合法」、「パルス通電圧接法（Pulsed Current Hot Pressing：ＰＣＨＰ）」等とも呼ばれている。図３Ａにおいて、「ＳＰＳ接合」とは放電プラズマ接合を意味している。
【００９０】
超弾性合金層４と第２金属層５とを放電プラズマ接合法により接合する場合には、図３Ｂに示すように、まず、放電プラズマ接合装置（即ち放電プラズマ焼結装置）の導電性を有する筒状の黒鉛製ダイ３１内に、超弾性合金層４と第２金属層５とを積層状に配置する。次いで、これらの層４、５から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス通電することで積層体を加熱し、これにより超弾性合金層４と第２金属層５とを接合する。その結果、超弾性合金層４と第２金属層５との接合体８が得られる。なお、３３は各パンチ３２に接続された電極である。積層体の加熱温度は、超弾性合金層４及び第２金属層５の融点のうち最も低い融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層４、５を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【００９１】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と第１接合工程で得られた接合体８とを、ろう付け、クラッド圧延、放電プラズマ接合法等の任意の接合方法により積層状に接合する。この工程を「第２接合工程」という。
【００９２】
本第１製造例の第２接合工程では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体８との接合方法として、放電プラズマ接合法を採用している。これにより、上述したように、隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。そのため、材料コストを削減することができるし、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【００９３】
さらに、セラミック層２、第１金属層３及び超弾性合金層４の融点の中で第１金属層３の融点が最も低い場合には、セラミック層２と第１金属層３と接合体８とを放電プラズマ接合法により一括接合することが望ましく、こうすることにより、絶縁基板１Ａの製造工程数及び製造時間を減少することができ、もって絶縁基板１Ａの製造コストを削減することができる。
【００９４】
これらの層を放電プラズマ接合法により一括接合する場合には、図３Ｃに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、下から上へ順に、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体８とを積層状に配置する。この状態では、接合体８の超弾性合金層４が第１金属層３に当接している。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することにより、積層体を加熱し、これによりこれらの層を一括接合する。その結果、所望する絶縁基板１Ａ、すなわち、金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５が積層状に接合一体化された絶縁基板１Ａが製造される。積層体の加熱温度は、第１金属層３の融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【００９５】
この第２接合工程では、第１金属層３の融点がセラミック層２、第１金属層３及び超弾性合金層４の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層３にセラミック層２と接合体８とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層２と第１金属層３と接合体８とを確実に一括接合することができる。
【００９６】
なお、本第１製造例では、超弾性合金層４に時効処理を施すための時効工程は、第１接合工程の前で行われているが、本発明では、その他に、第１接合工程の後で行っても良いし、第２接合工程の後で行っても良い。
【００９７】
次に、本第１製造例で得られた絶縁基板１Ａを用いて図１に示した半導体モジュール２５を製造する方法について、以下に説明する。
【００９８】
絶縁基板１Ａの金属ベース層６に放熱部材２１をろう付け等の任意の接合方法により接合する。これにより、半導体モジュール用ベース２０が製造される。
【００９９】
ここで、絶縁基板１Ａの超弾性合金層４がＮｉＴｉ超弾性合金層であり、且つ、放熱部材２１がＡｌ又はＡｌ合金製であり、更に、絶縁基板１Ａと放熱部材２１とをろう付けにより接合する場合には、ろう材としてＡｌを含んだものを用いるのが望ましい。その理由は次のとおりである。
【０１００】
すなわち、絶縁基板１Ａの超弾性合金層４がＮｉＴｉ合金層である場合、Ａｌを含んだろう材（詳述するとＡｌ−Ｓｉ系合金のろう材）を用いたろう付け温度条件（通常５９０〜６１０℃）は、ＮｉＴｉ合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理の温度範囲に含まれる。したがって、絶縁基板１Ａと放熱部材２１とを、Ａｌを含んだろう材を用いたろう付けにより接合することにより、絶縁基板１Ａと放熱部材２１との接合と同時に超弾性合金層（即ちＮｉＴｉ合金層）４に時効処理が施される。これにより、超弾性特性を確実に発現しうる超弾性合金層４を得ることができるし、更に、超弾性合金層４への時効工程を省略することができ、もって半導体モジュール用ベース２０の製造コストを削減することができる。
【０１０１】
このろう付けの際には、絶縁基板１Ａの温度が約６００℃前後に上昇し絶縁基板１Ａに熱歪みが発生するが、この熱歪みは絶縁基板１Ａの超弾性合金層４で緩和される。これにより、絶縁基板１Ａのそり、割れ、剥離等の不良の発生を防止できる。
【０１０２】
次いで、半導体モジュール用ベース２０の絶縁基板１Ａの第２金属層５上に半導体素子２６をはんだ付けにより接合（実装）する。これにより、図１に示した半導体モジュール２５が製造される。はんだ付けに用いるはんだとしては、Ｐｂフリーはんだ等の公知のはんだが用いられる。
【０１０３】
このはんだ付けの際には、絶縁基板１Ａの温度が約３００℃前後に上昇し絶縁基板１Ａに熱歪みが発生するが、この熱歪みは絶縁基板１Ａの超弾性合金層４で緩和される。そのため、半導体素子２６を絶縁基板１Ａの第２金属層５上に良好に接合することができる。
【０１０４】
図４Ａ及び４Ｂは、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法のもう一つの例を説明する図である。この製造例を「第２製造例」という。この第２製造例を、上記第１製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。
【０１０５】
この第２製造例では、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５の融点の中で第１金属層３の融点が最も低く、且つ、超弾性合金層４に含まれる金属と第２金属層５に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層３の融点に対して３００℃以内である。この場合には、これらの層を放電プラズマ接合法により一括接合することができる。その接合方法は次のとおりである。
【０１０６】
図４Ｂに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、下から上へ順に、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と超弾性合金層４と第２金属層５とを積層状に配置する。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素得、アルゴン等の不活性雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これによりこれらの層を一括接合する。その結果、所望する絶縁基板１Ａが製造される。積層体の加熱温度は、第１金属層３の融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【０１０７】
本第２製造例では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と超弾性合金層４と第２金属層５とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、絶縁基板１Ａの製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって製造コストを大幅に削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができるし、材料コストを削減することができ、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【０１０８】
もとより、第１金属層３の融点がセラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層３にセラミック層２と超弾性合金層４とを確実に接合することができる。さらに、超弾性合金層４に含まれる金属と第２金属層５に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層３の融点に対して３００℃以内であることにより、放電プラズマ接合法によって超弾性合金層４と第２金属層５とを確実に接合することができる。これにより、これらの層を確実に一括接合することができる。
【０１０９】
図５は、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法の更にもう一つの例を説明する図である。この製造例を「第３製造例」という。この製造例を、上記第１及び第２製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。
【０１１０】
この第３製造例では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と超弾性合金層４と第２金属層５とを、ろう付けにより一括接合する。その接合方法は次のとおりである。
【０１１１】
すなわち、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と超弾性合金層４と第２金属層５とを、互いに隣り合う２つの層間にろう材板等のろう材１０を介在させて積層する。そして、ろう付け用炉内で加熱することにより、これらの層をろう材で一括接合する。これにより、所望する絶縁基板１Ａが製造される。なお図５では、ろう材１０は図示省略されている。
【０１１２】
第３製造例では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と超弾性合金層４と第２金属層５とをろう付けにより一括接合することにより、絶縁基板１Ａの製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって絶縁基板１Ａの製造コストを削減することができる。
【０１１３】
さらに、これらの層の接合方法がろう付けであるから、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５の融点の中で第１金属層３の融点が最も低くない場合であっても、これらの層を一括接合することができる。さらに、超弾性合金層４に含まれる金属と第２金属層５に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層３の融点に対して３００℃を超える場合であっても、これらの層を一括接合することができる。
【０１１４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る放熱用絶縁基板１Ｂを説明する図である。この第２実施形態の絶縁基板１Ｂを、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと異なる点を中心に以下に説明する。
【０１１５】
この絶縁基板１Ｂでは、第１金属層３と第２金属層５との間に第３金属層７が介在されており、更に、第３金属層７と第２金属層５との間（詳述すると、第３金属層７と第２金属層５との接合界面）に超弾性合金層４が介在されている。超弾性合金層４は、第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金の層である。
【０１１６】
超弾性合金層４の超弾性合金は、ＮｉとＮｉ以外の一種又は複数種の元素とを必須元素として含んだ合金であり、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金である。
【０１１７】
第３金属層７の第３金属は、第２金属層５のＮｉと合金化されることで超弾性合金を生成可能な金属であり、例えばＴｉ又はＴｉ合金である。すなわち、第３金属層７は、例えばＴｉ又はＴｉ合金で実質的に形成されたものである。
【０１１８】
この絶縁基板１Ｂは、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同様に用いられる。すなわち、絶縁基板１Ｂの金属ベース層６に放熱部材２１がろう付け等により接合されるとともに、絶縁基板１Ｂの第２金属層５上に半導体素子２６がはんだ付けにより接合される。
【０１１９】
図７Ａ〜７Ｃは、上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂの製造方法の一例を説明する図である。この製造例を「第４製造例」という。この第４製造例を、上記第１〜３製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。
【０１２０】
第４製造例では、セラミック板から形成されたセラミック層２と、第１金属板から形成された第１金属層３と、第２金属板から形成された第２金属層５と、第３金属板から形成された第３金属層７と、金属板から形成された金属ベース層６と、を準備する。超弾性合金板から形成された超弾性合金層は準備する必要はない。
【０１２１】
次いで、第３金属層７と第２金属層５とを放電プラズマ接合法により積層状に接合し、これにより、第３金属層７と第２金属層５と両層７、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得る。この工程を「第３接合工程」という。超弾性合金層４は、上述したように、第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金の層である。第３金属層７の第３金属が例えばＴｉである場合、超弾性合金層４としてＮｉＴｉ超弾性合金層が第３金属層７と第２金属層５との間に形成される。
【０１２２】
第３金属層７と第２金属層５とを放電プラズマ接合法により接合する場合には、図７Ｂに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、第３金属層７と第２金属層５とを積層状に配置する。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチで挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これにより第３金属層７と第２金属層５とを接合する。その結果、前記接合体９が得られる。積層体の加熱温度は、第３金属層７及び第２金属層５の融点のうち最も低い融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【０１２３】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体９とを、ろう付けや放電プラズマ接合法等の任意の接合方法により積層状に接合する。この工程を「第４接合工程」という。
【０１２４】
第４接合工程で用いられる様々な接合方法のうち、放電プラズマ接合法は、隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、材料コストを削減することができるし、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板１Ｂの熱伝導率を向上させることができる。したがって、第４接合工程で用いられる接合方法は、放電プラズマ接合法であることが望ましい。
【０１２５】
さらに、セラミック層２、第１金属層３及び第３金属層７の融点の中で第１金属層３の融点が最も低い場合には、セラミック層２と第１金属層３と接合体９とを放電プラズマ接合法により一括接合することが望ましく、こうすることにより、絶縁基板１Ｂの製造工程数及び製造時間を減少することができ、もって絶縁基板１Ｂの製造コストを削減することができる。
【０１２６】
これらの層を放電プラズマ接合法により一括接合する場合には、図７Ｃに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、下から上へ順に、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体９とを積層状に配置する。この状態では、接合体９の第３金属層７が第１金属層３に当接している。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチで挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することにより、積層体を加熱し、これによりこれらの層を一括接合する。その結果、所望する絶縁基板１Ｂが製造される。積層体の加熱温度は、第１金属層３の融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【０１２７】
この第４接合工程では、第１金属層３の融点がセラミック層２、第１金属層３及び第３金属層７の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層３にセラミック層２と接合体９とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層２と第１金属層３と接合体９とを確実に一括接合することができる。
【０１２８】
ここで、超弾性合金層４の超弾性合金の高温安定相が超弾性特性を有している場合には、第３接合工程の後又は第４接合工程の後で、高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層４に施すことが望ましい。
【０１２９】
図８Ａ及び８Ｂは、上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂの製造方法のもう一つの例を説明する図である。この製造例を「第５製造例」という。この第５製造例を、上記第４製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。
【０１３０】
この第５製造例では、セラミック層２、第１金属層３、第３金属層７及び第２金属層５の融点の中で第１金属層３の融点が最も低く、且つ、第３金属層７に含まれる金属と第２金属層５に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層３の融点に対して３００℃以内である。この場合には、これらの層を放電プラズマ接合法により一括接合することができる。その接合方法は次のとおりである。
【０１３１】
図８Ｂに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、下から上へ順に、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と第３金属層７と第２金属層５とを積層状に配置する。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これによりこれらの層を一括接合する。その結果、所望する絶縁基板１Ｂが製造される。積層体の加熱温度は、第１金属層３の融点よりも５０〜１００℃低い温度であることが、これらの層を確実に接合できる点で望ましい。加熱温度の保持時間は例えば３〜５ｍｉｎ、通電するパルス電流は例えば１０００〜２０００Ａ、加圧力は例えば１０〜２０ＭＰａである。ただし、これらの接合条件は、接合される層の材料や寸法に応じて適宜変更される。
【０１３２】
本第５製造例では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と第３金属層７と第２金属層５とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、絶縁基板１Ｂの製造工程数及び製造時間を大幅に減少することができ、もって製造コストを大幅に削減することができる。さらに、互いに隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、絶縁基板１Ｂの熱伝導率を向上させることができるし、材料コストを削減することができ、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板の熱伝導率を向上させることができる。
【０１３３】
もとより、第１金属層３の融点がセラミック層２、第１金属層３、第３金属層７及び第２金属層５の融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層３にセラミック層２と第３金属層７とを確実に接合することができる。さらに、第３金属層７に含まれる金属と第２金属層５に含まれる金属とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度が第１金属層３の融点に対して３００℃以内であることにより、放電プラズマ接合法によって第３金属層７と第２金属層５とを確実に接合することができる。これにより、これらの層を確実に一括接合することができる。
【０１３４】
図９は、本発明の第３実施形態に係る放熱用絶縁基板１Ｃを説明する図である。この第３実施形態の絶縁基板を、上記第１及び第２実施形態の絶縁基板１Ａ、１Ｂと異なる点を中心に以下に説明する。
【０１３５】
この絶縁基板１Ｃでは、上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂと同様に、第１金属層３と第２金属層５との間に第３金属層７が介在されており、更に、第３金属層７と第２金属層５との間に超弾性合金層４が介在されている。超弾性合金層４は、第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金の層である。
【０１３６】
超弾性合金層４の超弾性合金は、ＮｉとＮｉ以外の二種以上の元素とを必須元素として含んだ合金であり、例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ系合金である。
【０１３７】
第３金属層７は、図１０Ａに示すように、複数の薄層７ａ、７ｂが積層されて構成されたものである。本第３実施形態では、第３金属層７は２つの薄層７ａ、７ｂが積層されて構成されている。各薄層７ａ、７ｂは、第２金属層５のＮｉと合金化されることで超弾性合金を生成可能な金属（第３金属）を必須元素として含んでいる。
【０１３８】
以下では、超弾性合金層４の超弾性合金がＣｕＮｉＡｌ合金であり、第３金属層７の２つの薄層７ａ、７ｂのうち一方がＣｕを必須元素として含むＣｕ薄層７ａであり、他方がＡｌを必須元素として含むＡｌ薄層７ｂであるとして、第３実施形態の絶縁基板１Ｃを説明をする。
【０１３９】
この絶縁基板１Ｃでは、超弾性合金層４の超弾性合金は、第３金属層７のＣｕ薄層７ａのＣｕとＡｌ薄層７ｂのＡｌと第２金属層５のＮｉとが合金化することにより生成されたＣｕＮｉＡｌ合金である。
【０１４０】
図１０Ａ〜１０Ｃは、上記第３実施形態の絶縁基板１Ｃの製造方法の一例を説明する図である。この製造例を「第６製造例」という。この第６製造例を、上記第４及び第５製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。
【０１４１】
第６製造例では、セラミック板から形成されたセラミック層２と、第１金属板から形成された第１金属層３と、第２金属板から形成された第２金属層５と、Ｃｕ板から形成されたＣｕ薄層７ａと、Ａｌ板から形成されたＡｌ薄層７ｂと、金属板から形成された金属ベース層６と、を準備する。超弾性合金板から形成された超弾性合金層は準備する必要はない。第３金属層７はＣｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂとから構成される。Ａｌ薄層７ｂの厚さは、Ｃｕ薄層７ａの厚さよりも薄く、例えば０．０３〜０．０５ｍｍであり、Ｃｕ薄層７ａの厚さは例えば０．０５〜０．１ｍｍである。
【０１４２】
次いで、第３金属層７のＣｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂと第２金属層５とを放電プラズマ接合法により積層状に接合し、これにより、Ｃｕ薄層７ａと第２金属層５と両層７ａ、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得る。この工程が「第３接合工程」に相当する。超弾性合金層４は、上述したように、放電プラズマ接合時に、Ｃｕ薄層７ａのＣｕとＡｌ薄層７ｂのＡｌと第２金属層５のＮｉとの合金化により生成されたＣｕＮｉＡｌ超弾性合金の層である。
【０１４３】
Ｃｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂと第２金属層５とを放電プラズマ接合法により接合する場合には、図１０Ｂに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、Ｃｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂと第２金属層５とを、Ｃｕ薄層７ａと第２金属層５との間にＡｌ薄層７ｂが挟まれるように積層状に配置する。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これによりＣｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂと第２金属層５とを接合する。その結果、Ｃｕ薄層７ａと第２金属層５と両層７ａ、５間に形成されたＣｕＮｉＡｌ超弾性合金層４とから構成された接合体９が得られる。
【０１４４】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体９とを、ろう付けや放電プラズマ接合法等の任意の接合方法により積層状に接合する。この工程が「第４接合工程」に相当する。
【０１４５】
第４接合工程で用いられる様々な接合方法のうち、放電プラズマ接合法は、隣り合う層同士をろう材等の接合金属を介さないで直接的に接合することができる。これにより、材料コストを削減することができるし、更に、各層間にろう材等の接合金属が介在されていない分、絶縁基板１Ｃの熱伝導率を向上させることができる。したがって、第４接合工程で用いられる接合方法は、放電プラズマ接合法であることが望ましい。
【０１４６】
さらに、セラミック層２、第１金属層３及びＣｕ薄層７ａの融点の中で第１金属層３の融点が最も低い場合には、セラミック層２と第１金属層３と接合体９とを放電プラズマ接合法により一括接合することが望ましく、こうすることにより、絶縁基板１Ｃの製造工程数及び製造時間を減少することができ、もって絶縁基板１Ｃの製造コストを削減することができる。
【０１４７】
これらの層を放電プラズマ接合法により一括接合する場合には、図１０Ｃに示すように、まず、放電プラズマ接合装置３０の黒鉛製ダイ３１内に、下から上へ順に、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体９とを積層状に配置する。この状態では、接合体９のＣｕ薄層７ａが第１金属層３に当接している。次いで、これらの層から構成された積層体をその厚さ方向に上下一対の黒鉛製パンチ３２、３２で挟む。そして、１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体をその厚さ方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することにより、積層体を加熱し、これによりこれらの層を一括接合する。その結果、所望する絶縁基板１Ｃが製造される。
【０１４８】
この第４接合工程では、第１金属層３の融点がセラミック層２、第１金属層３及びＣｕ薄層７ａの融点の中で最も低いことにより、放電プラズマ接合法によって第１金属層３にセラミック層２と接合体９とを確実に接合することができる。これにより、セラミック層２と第１金属層３と接合体９とを確実に一括接合することができる。
【０１４９】
ここで、超弾性合金層４の超弾性合金の高温安定相が超弾性特性を有している場合には、第３接合工程の後又は第４接合工程の後で、高温安定相の体積を増加させる時効処理を超弾性合金層に施すことが望ましい。この工程が「時効工程」に相当する。
【０１５０】
なお本発明では、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３とＣｕ薄層７ａとＡｌ薄層７ｂと第２金属層５とを放電プラズマ接合法により一括接合することにより、絶縁基板１Ｃを製造しても良い。
【０１５１】
図１１は、本発明の第５実施形態に係る放熱用絶縁基板１Ｄ及びその製造方法の一例を説明する図である。この第５実施形態の絶縁基板１Ｄを、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと異なる点を中心に以下に説明する。
【０１５２】
本第５実施形態の絶縁基板１Ｄでは、上記第２実施形態に係る絶縁基板１Ｂと同じく、第１金属層３と第２金属層５との間に第３金属層７が介在されており、更に、第３金属層７と第２金属層５との間（詳述すると、第３金属層７と第２金属層５との接合界面）に超弾性合金層４が介在されている。超弾性合金層４は、第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金の層である。
【０１５３】
超弾性合金層４の超弾性合金は、ＮｉとＮｉ以外の一種又は複数種の元素とを必須元素として含んだ合金であり、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金である。
【０１５４】
第３金属層７の第３金属は、第２金属層５のＮｉと合金化されることで超弾性合金を生成可能な金属であり、例えばＴｉ又はＴｉ合金である。
【０１５５】
この絶縁基板１Ｄは、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同様に用いられる。
【０１５６】
次に、本第５実施形態の絶縁基板１Ｄの製造方法の一例を、上記第１〜３製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。なお、この製造例を「第７製造例」という。
【０１５７】
第７製造例では、セラミック板から形成されたセラミック層２と、第１金属板から形成された第１金属層３と、第２金属板から形成された第２金属層５と、第３金属板から形成された第３金属層７と、金属板から形成された金属ベース層６と、を準備する。超弾性合金板から形成された超弾性合金層は準備する必要はない。
【０１５８】
次いで、第３金属層７と第２金属層５とをクラッド圧延により接合し、これにより、第３金属層７と第２金属層５と両層７、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得る。換言すると、第３金属層７と第２金属層５とを、両層７、５間に第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により超弾性合金層４が形成されるように、クラッド圧延により接合する。第３金属層７の第３金属が例えばＴｉである場合、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４としてＮｉＴｉ超弾性合金層が第３金属層７と第２金属層５との間に形成される。
【０１５９】
第３金属層７と第２金属層５との接合は、両層７、５間に超弾性合金層４が確実に形成されるようにするため、温間ないし熱間クラッド圧延により行われるのが望ましい。第３金属層７の第３金属が例えばＴｉである場合には、第３金属層７と第２金属層５との接合の望ましい接合条件は、クラッド温度６３０〜７５０℃、圧下率４０〜６０％である。
【０１６０】
次いで、接合体９（詳述すると接合体９の第３金属層７）と第１金属層３とをクラッド圧延により接合し、これにより、第１金属層３と第３金属層７と第２金属層５との接合体１５を得る。
【０１６１】
接合体９と第１金属層３との接合は、特に冷間ないし温間クラッド圧延により接合するのが望ましい。その理由は次のとおりである。即ち、もし第３金属層７の第３金属がＴｉであり、第１金属層３の第１金属がＡｌである場合、接合体９と第１金属層３とをろう付けより接合した場合、そのろう付け時の熱によって接合体９の第３金属層７と第１金属層３との間（即ち、第３金属層７と第１金属層３との接合界面）に強度の弱い合金層（例：Ａｌ−Ｔｉ合金層）が形成される。しかし、接合体９の第３金属層７と第１金属層３とはろう付けではなく、ろう付け温度よりも低温で接合可能なクラッド圧延、特に冷間ないし温間クラッド圧延により接合されることにより、接合体９の第３金属層７と第１金属層３との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを防止することができる。
【０１６２】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と接合体１５とを炉内ろう付け等により接合する。
【０１６３】
図１２は、本発明の第６実施形態に係る放熱用絶縁基板１Ｅ及びその製造方法の一例を説明する図である。この第６実施形態の絶縁基板１Ｅを、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと異なる点を中心に以下に説明する。
【０１６４】
本第６実施形態の絶縁基板１Ｅでは、上記第２実施形態に係る絶縁基板１Ｂと同じく、第１金属層３と第２金属層５との間に第３金属層７が介在されており、更に、第３金属層７と第２金属層５との間（詳述すると、第３金属層７と第２金属層５との接合界面）に超弾性合金層４が介在されている。超弾性合金層４は、第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により生成された超弾性合金の層である。
【０１６５】
超弾性合金層４の超弾性合金は、ＮｉとＮｉ以外の一種又は複数種の元素とを必須元素として含んだ合金であり、例えば、Ｎｉ−Ｔｉ系合金である。
【０１６６】
第３金属層７の第３金属は、第２金属層５のＮｉと合金化されることで超弾性合金を生成可能な金属であり、例えばＴｉ又はＴ合金である。
【０１６７】
さらに、第１金属層３と第３金属層７との間に第４金属層１２が介在されている。そして、この第４金属層１２と第３金属層７とが接合されるとともに、この第４金属層１２と第１金属層３と接合されている。
【０１６８】
第４金属層１２の第４金属は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等である。すなわち、第４金属層１２は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ａｕ合金等で実質的に形成されたものである。第４金属層１２の第４金属は、特に、材料コストの削減及び熱伝導性能の向上を図る点からＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ又はＣｕ合金であることが望ましい。第４金属層１２の厚さは、第１金属層１２よりも薄く設定されており、これにより、第４金属層１２が第３金属層７とクラッド圧延により容易に接合できるものとなされている。
【０１６９】
この絶縁基板１Ｅは、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同様に用いられる。
【０１７０】
次に、本第６実施形態の絶縁基板１Ｅの製造方法の一例を、上記第１〜３製造例とは異なる点を中心に以下に説明する。なお、この製造例を「第８製造例」という。
【０１７１】
第８製造例では、セラミック板から形成されたセラミック層２と、第１金属板から形成された第１金属層３と、第２金属板から形成された第２金属層５と、第３金属板から形成された第３金属層７と、第４金属板から形成された第４金属層１２と、金属板から形成された金属ベース層６と、を準備する。超弾性合金板から形成された超弾性合金層は準備する必要はない。
【０１７２】
次いで、第３金属層７と第２金属層５とをクラッド圧延により接合し、これにより、第３金属層７と第２金属層５と両層７、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得る。換言すると、第３金属層７と第２金属層５とを、両層７、５間に第３金属層７の第３金属と第２金属層５のＮｉとの合金化により超弾性合金層４が形成されるように、クラッド圧延により接合する。第３金属層７の第３金属が例えばＴｉである場合、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層４としてＮｉＴｉ超弾性合金層が第３金属層７と第２金属層５との間に形成される。
【０１７３】
第３金属層７と第２金属層５との接合は、両層７、５間に超弾性合金層４が確実に形成されるようにするため、温間ないし熱間クラッド圧延により行われるのが望ましい。第３金属層７の第３金属が例えばＴｉである場合には、第３金属層７と第２金属層５との接合の望ましい接合条件は上記第７製造例と同じである。
【０１７４】
次いで、接合体９（詳述すると接合体９の第３金属層７）と第４金属層１２とをクラッド圧延により接合し、これにより、第４金属層１２と第３金属層７と第２金属層５との接合体１６を得る。
【０１７５】
接合体９と第４金属層１２との接合は、接合体９の第３金属層７と第４金属層１２との間に強度の弱い合金層が形成されるのを防止するため、クラッド圧延、特に冷間ないし温間クラッド圧延により接合するのが望ましい。
【０１７６】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と接合体１６とを炉内ろう付け等により接合する。
【０１７７】
本第６実施形態の絶縁基板１Ｅでは、セラミック層２と第３金属層７との間に第１金属層３と第４金属層１２とが配置されているので、第１金属層３の材料及び厚さを配線層に適するように選択及び設定することができるし、更に、第４金属層１２の材料及び厚さを、第３金属層７とクラッド圧延により容易に接合可能になるように選択及び設定することができる。
【０１７８】
以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変更可能である。
【０１７９】
また本発明は、上記第１〜８製造例の技術思想のうち二つ以上を組み合わせて構成しても良い。
【実施例】
【０１８０】
次に、本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１８１】
＜実施例１＞
本実施例１では、図５に示した第３製造例に従って絶縁基板１Ａを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０１８２】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０１８３】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
超弾性合金層４：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍのＮｉＴｉ合金板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｎｉ板。
【０１８４】
金属ベース層６及び第１金属層３をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ（日本工業規格）１種である。
【０１８５】
超弾性合金層４を形成するＮｉＴｉ合金板は、純Ｎｉ（ＪＩＳ１種）と純Ｔｉ（ＪＩＳ１種）とをＮｉ５７質量％及びＴｉ４３質量％の割合で混合しアーク溶解にて合金化することにより得られたＮｉＴｉ合金に、加熱時間６５０℃×保持時間１時間の条件で時効処理を施したものを用いた。
【０１８６】
これらの層（板）を、互いに隣り合う層間にろう材板１０を介在させて積層した。そして図５に示すように、これらの層を印加荷重６ｇｆ／ｃｍ２及び加熱温度６００℃×保持時間１５ｍｉｎの条件で炉内ろう付けにより一括接合した。これにより、絶縁基板１Ａを得た。
【０１８７】
次いで、絶縁基板１Ａに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ａの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ａの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ａにそりが殆ど発生していなかった。
【０１８８】
＜実施例２＞
本実施例２では、図４Ａ及び４Ｂに示した第２製造例に従って絶縁基板１Ａを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０１８９】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０１９０】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
超弾性合金層４：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍのＣｕＮｉＡｌ合金板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｎｉ板。
【０１９１】
金属ベース層６及び第１金属層３をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。
【０１９２】
超弾性合金層４を形成するＣｕＮｉＡｌ合金板は、無酸素銅（ＪＩＳ合金番号：Ｃ１０２０）と純Ｎｉ（ＪＩＳ１種）と純Ａｌ（純度：９９．９９質量％）とをＣｕ８２質量％、Ｎｉ４質量％及びＡｌ１４質量％の割合で混合しアーク溶解にて合金化することにより得られたＣｕＮｉＡｌ合金に、加熱時間８００℃×保持時間１時間の条件で時効処理を施したものを用いた。
【０１９３】
ここで、セラミック層（ＡｌＮ板）２の融点は２２００℃、第１金属層（純Ａｌ板）３の融点は６６０℃、超弾性合金層（ＣｕＮｉＡｌ合金板）４の融点は１０７０℃、第２金属層（純Ｎｉ板）５の融点は１４５５℃である。したがって、第１金属層３の融点が、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５の融点の中で最も低い。さらに、超弾性合金層４に含まれる金属（即ちＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ）と第２金属層５に含まれる金属（即ちＮｉ）とを組み合わせて得られる複数の合金の共晶温度のうち最も低い共晶温度はＡｌとＮｉとの共晶温度６４０℃であり、これは第１金属層３の融点６６０℃に対して３００℃以内である。
【０１９４】
これらの層（板）を積層し、そして図４Ｂに示すようにこれらの層を放電プラズマ接合法により一括接合した。その結果、互いに隣り合う層同士が強固に接合された絶縁基板１Ａが得られた。
【０１９５】
放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置の構成は次のとおりである。黒鉛製ダイ３１の外側寸法は外径１００×高さ５０ｍｍであり、その内側断面寸法は縦２５．１×横２５．１ｍｍである。黒鉛製パンチ３２の寸法は縦２５．０×横２５．０×高さ３０ｍｍである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度５７０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。なお、加熱温度は黒鉛製ダイ３１内に配置された熱電対で測定した。
【０１９６】
次いで、絶縁基板１Ａに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ａの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ａの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ａにそりが殆ど発生していなかった。
【０１９７】
＜実施例３＞
本実施例３では、図３Ａ〜３Ｃに示した第１製造例に従って絶縁基板１Ａを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０１９８】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、超弾性合金層４及び第２金属層５として、上記実施例１と同じ板を準備した。なお、超弾性合金層４を形成するＮｉＴｉ合金板は、上記実施例１と同じ条件で時効処理されている。
【０１９９】
超弾性合金層４と第２金属層５とを積層し、そして図３Ｂに示すようにこれらの層を放電プラズマ接合法により接合した。これにより、超弾性合金層４と第２金属層５との接合体８を得た。接合体８の厚さは０．２ｍｍであった。この放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置３０は、上記実施例２の放電プラズマ接合装置と同じである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度７５０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。
【０２００】
ここで、セラミック層（ＡｌＮ板）の融点は２２００℃、第１金属層（純Ａｌ板）３の融点は６６０℃、超弾性合金層（ＮｉＴｉ合金板）４の融点は１３１０℃である。したがって、第１金属層３の融点が、セラミック層２、第１金属層３及び超弾性合金層４の融点の中で最も低い。
【０２０１】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体８とを積層し、そして図３Ｃに示すようにこれらの層を放電プラズマ接合法により一括接合した。その結果、互いに隣り合う層同士が強固に接合された絶縁基板１Ａが得られた。この放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置３０は、上記実施例２の放電プラズマ接合装置と同じである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度５６０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。
【０２０２】
次いで、絶縁基板１Ａに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ａの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ａの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ａにそりが殆ど発生していなかった。
【０２０３】
＜実施例４＞
本実施例４では、図７Ａ〜７Ｃに示した第４製造例に従って絶縁基板１Ｂを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０２０４】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、第３金属層７及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０２０５】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
第３金属層７  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｔｉ板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｎｉ板。
【０２０６】
金属ベース層６及び第１金属層３をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第３金属層７を形成する純Ｔｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。
【０２０７】
第３金属層７と第２金属層５とを積層し、そして図７Ｂに示すようにこれらの層を放電プラズマ接合法により接合した。これにより、接合体９を得た。接合体９の厚さは０．２ｍｍであった。この放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置３０は、上記実施例２の放電プラズマ接合装置と同じである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度７５０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。
【０２０８】
この接合体９の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察するとともに、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により定量分析したところ、第３金属層７と第２金属層５との間に超弾性合金層４としてＴｉＮｉ相のＮｉＴｉ合金層（厚さ：２０μｍ）が形成されていることを確認し得た。詳述すると、この接合体９は、Ｔｉ／Ｎｉ固溶Ｔｉ／Ｔｉ２Ｎｉ／ＴｉＮｉ／ＴｉＮｉ３／Ｔｉ固溶Ｎｉ／Ｎｉという７層構造であると推察される。この接合体９では、ＴｉＮｉ相のＮｉＴｉ合金層が超弾性特性を有しており、ＴｉＮｉ相が高温安定相である。
【０２０９】
ここで、セラミック層（ＡｌＮ板）２の融点は２２００℃、第１金属層（純Ａｌ板）３の融点は６６０℃、第３金属層（純Ｔｉ板）７の融点は１６７０℃である。したがって、第１金属層３の融点が、セラミック層２、第１金属層３及び第３金属層７の融点の中で最も低い。
【０２１０】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体９とを積層し、そして図７Ｃに示すようにこれらの層を放電プラズマ接合法により一括接合した。その結果、互いに隣り合う層同士が強固に接合された絶縁基板１Ｃが得られた。この放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置３０は、上記実施例２の放電プラズマ接合装置と同じである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度５６０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。
【０２１１】
次いで、絶縁基板１Ｂに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｂの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ｂの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ｂにそりが殆ど発生していなかった。
【０２１２】
次いで、絶縁基板１Ｂの金属ベース層６と放熱部材２１としてのヒートシンクとを真空ろう付けにより接合した。これにより、半導体モジュール用ベース２０を製造した。ヒートシンクの材質はＡｌ合金であり、詳述するとＡ３００３である。ろう付けで用いたろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系合金の厚さ１０μｍのろう材板である。ろう付け条件は、接合温度６００℃×保持時間１０ｍｉｎ、雰囲気圧力１０−１Ｐａである。このろう付けの際に加えられた熱により、超弾性合金層４としてのＮｉＴｉ合金層に時効処理が施された。
【０２１３】
この半導体モジュール用ベース２０の絶縁基板１Ｃを観察したところ、絶縁基板１Ｃにそり、割れ、剥離などの不良は発生していなかった。
【０２１４】
＜実施例５＞
本実施例５では、図１１に示した第５実施形態に係る絶縁基板１Ｄを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０２１５】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、第３金属層７及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０２１６】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．４ｍｍの純Ａｌ板
第３金属層７  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｔｉ板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｎｉ板。
【０２１７】
金属ベース層６及び第１金属層３をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第３金属層７を形成する純Ｔｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。
【０２１８】
第３金属層７と第２金属層５とを積層し、そして両層７、５を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、これにより、第３金属層７と第２金属層５と両層７、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得た。超弾性合金層４は、第３金属層７のＴｉと第２金属層５のＮｉとの合金化により生成されたＴｉ−Ｎｉ系超弾性合金層としてのＴｉＮｉ超弾性合金層である。この超弾性合金層４の厚さは１μｍであり、この超弾性合金層４のＴｉＮｉ相が超弾性特性を有している。この接合に適用した接合条件は、クラッド温度６８０℃、圧下率５０％である。
【０２１９】
次いで、接合体９（詳述すると、接合体９の第３金属層７）と第１金属層３とを冷間ないし温間クラッド接合により接合し、これにより、第１金属層３と第３金属層７と第２金属層５との接合体１５を得た。この接合に適用した接合条件は、クラッド温度３００℃、圧下率５０％である。
【０２２０】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と接合体１５とを、各層間にろう材板１０を介在させて積層した。そして、これらの層を印加荷重６ｇｆ／ｃｍ２及び加熱温度６００℃×保持時間１５ｍｉｎの条件で炉内ろう付けにより一括接合した。これにより、絶縁基板１Ｄを得た。なお、ろう付けで用いたろう材は、Ａｌを含むろう材として、Ａｌ−Ｓｉ系合金の厚さ１０μｍのろう材板である。
【０２２１】
次いで、絶縁基板１Ｄに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｄの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ｄの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ｄにそりが殆ど発生していなかった。
【０２２２】
＜実施例６＞
本実施例６では、図１２に示した第６実施形態に係る絶縁基板１Ｅを製造した。その製造方法は以下のとおりである。
【０２２３】
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３、第４金属層１２、第３金属層７及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０２２４】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．４ｍｍの純Ａｌ板
第４金属層１２：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ａｌ板
第３金属層７  ：縦２５×横２５×厚さ０．０５ｍｍの純Ｔｉ板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．０５ｍｍの純Ｎｉ板。
【０２２５】
金属ベース層６、第１金属層３及び第４金属層１２をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第３金属層７を形成する純Ｔｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。
【０２２６】
第３金属層７と第２金属層５とを積層し、そして両層７、５を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、これにより、第３金属層７と第２金属層５と両層７、５間に形成された超弾性合金層４とから構成された接合体９を得た。超弾性合金層４は、第３金属層７のＴｉと第２金属層５のＮｉとの合金化により生成されたＴｉ−Ｎｉ系超弾性合金層としてのＴｉＮｉ超弾性合金層である。この超弾性合金層４の厚さは１μｍであり、この超弾性合金層４のＴｉＮｉ相が超弾性特性を有している。この接合に適用した接合条件は、クラッド温度６８０℃、圧下率５０％である。
【０２２７】
次いで、接合体９（詳述すると、接合体９の第３金属層７）と第４金属層１２とを冷間ないし温間クラッド接合により接合し、これにより、第４金属層１２と第３金属層７と第２金属層５との接合体１６を得た。この接合に適用した接合条件は、クラッド温度３００℃、圧下率５０％である。
【０２２８】
次いで、金属ベース層６とセラミック層２と第１金属層３と接合体１６とを、各層間にろう材板１０を介在させて積層した。そして、これらの層を印加荷重６ｇｆ／ｃｍ２及び加熱温度６００℃×保持時間１５ｍｉｎの条件で炉内ろう付けにより一括接合した。これにより、絶縁基板１Ｅを得た。なお、ろう付けで用いたろう材は、Ａｌを含むろう材として、Ａｌ−Ｓｉ系合金の厚さ１０μｍのろう材板である。
【０２２９】
次いで、絶縁基板１Ｅに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｅの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１Ｅの第２金属層５の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そり量が１５μｍ以下であった。したがって、絶縁基板１Ｅにそりが殆ど発生していなかった。
【０２３０】
＜比較例１＞
金属ベース層６、セラミック層２、第１金属層３及び第２金属層５として、それぞれ次の板を準備した。
【０２３１】
金属ベース層６：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
セラミック層２：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
第１金属層３  ：縦２５×横２５×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
第２金属層５  ：縦２５×横２５×厚さ０．１ｍｍの純Ｎｉ板。
【０２３２】
金属ベース層６及び第１金属層３をそれぞれ形成する純Ａｌ板の純度は、９９．９９質量％である。第２金属層５を形成する純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。
【０２３３】
そして、これらの層を積層し、そしてこれらの層を放電プラズマ接合法により一括接合した。これにより、絶縁基板を得た。この放電プラズマ接合に用いた放電プラズマ接合装置は、上記実施例２の放電プラズマ接合装置と同じである。接合条件は、雰囲気圧力３Ｐａ、積層体への加圧力２０ＭＰａ、加熱温度５６０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、パルス電流１８００Ａである。
【０２３４】
次いで、絶縁基板の金属ベース層６と放熱部材２１としてのヒートシンクとを真空ろう付けにより接合した。これにより、半導体モジュール用ベースを製造した。ヒートシンクの材質はＡｌ合金であり、詳述するとＡ３００３である。ろう付けで用いたろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系合金の厚さ１０μｍのろう材箔である。ろう付け条件は、接合温度６００℃×保持時間１０ｍｉｎ、雰囲気圧力１０−１Ｐａである。
【０２３５】
この半導体モジュール用ベースの絶縁基板の断面を観察したところ、第１金属層３と第２金属層５との間の接合界面に剥離が発生していた。
【産業上の利用可能性】
【０２３６】
本発明は、例えば半導体素子の放熱（冷却）に用いられる放熱用絶縁基板及びその製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０２３７】
１Ａ〜１Ｅ：放熱用絶縁基板
２：セラミック層
３：第１金属層
４：超弾性合金層
５：第２金属層
６：金属ベース層
７：第３金属層
７ａ：Ｃｕ薄層
７ｂ：Ａｌ薄層
８、９、１５、１６：接合体
１２：第４金属層
２０：半導体モジュール用ベース
２１：放熱部材
２５：半導体モジュール
２６：半導体素子
３０：放電プラズマ接合装置
【図１】
0005829403.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
0005829403.tif 000006
【図４Ａ】
0005829403.tif 000007
【図４Ｂ】
0005829403.tif 000008
【図５】
0005829403.tif 000009
【図６】
0005829403.tif 000010
【図７Ａ】
0005829403.tif 000011
【図７Ｂ】
0005829403.tif 000012
【図７Ｃ】
0005829403.tif 000013
【図８Ａ】
0005829403.tif 000014
【図８Ｂ】
0005829403.tif 000015
【図９】
0005829403.tif 000016
【図１０Ａ】
0005829403.tif 000017
【図１０Ｂ】
0005829403.tif 000018
【図１０Ｃ】
0005829403.tif 000019
【図１１】
0005829403.tif 000020
【図１２】
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