(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導電性被接合部材が積層されて形成された積層体をその周囲をダイで包囲せずに積層方向にパンチで加圧し、積層体における互いに隣接する被接合部材同士を放電プラズマ焼結法により接合する導電性被接合部材の接合方法であって、
複数の被接合部材は、半導体モジュールの絶縁基板を構成する複数の層を形成する複数の金属板であり、
パンチの加圧面と当接する積層体の表面がパンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで積層体を加圧することを特徴とする導電性被接合部材の接合方法。
【請求項２】
複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
複数の積層体のうちパンチの加圧面と当接するとともに最外側に配置された最外側積層体の表面が、パンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
最外側積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する請求項１記載の導電性被接合部材の接合方法。
【請求項３】
離型部材と隣接する積層体の表面にその外周縁部が離型部材の離型面から離型部材の全周に亘ってはみ出るように離型部材の離型面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する請求項２記載の導電性被接合部材の接合方法。
【請求項４】
複数の金属板が積層されて形成された積層体をその周囲をダイで包囲せずに積層方向にパンチで加圧し、積層体における互いに隣接する金属板同士を放電プラズマ焼結法により接合する絶縁基板用積層材の製造方法であって、
パンチの加圧面と当接する積層体の表面がパンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで積層体を加圧することを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項５】
複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
複数の積層体のうちパンチの加圧面と当接するとともに最外側に配置された最外側積層体の表面が、パンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
最外側積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する請求項４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項６】
離型部材と隣接する積層体の表面にその外周縁部が離型部材の離型面から離型部材の全周に亘ってはみ出るように離型部材の離型面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する請求項５記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の導電性被接合部材を放電プラズマ焼結法により接合する導電性被接合部材の接合方法、及び絶縁基板用積層材の製造方法に関する。
【０００２】
なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
例えば積層された２個の金属部材同士を接合する方法として、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法を用いた接合方法が知られている（例えば特許文献１参照）。なお、この放電プラズマ焼結法は、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。
【０００４】
図１１に示すように、従来、積層された２個の金属板１０１、１０２同士を放電プラズマ焼結法により接合する場合には、これらの金属板１０１、１０２が積層されて形成された積層体１０３をその積層方向（即ち積層体１０３の厚さ方向）に上下一対の導電性パンチ１３２、１３２で加圧しつつ、両パンチ１３２、１３２間にパルス電流を通電することにより、金属板１０１、１０２同士を積層状に接合している。これにより、両金属板１０１、１０２が互いに接合されて形成された接合体が得られる。なお、同図に示した接合方法では、接合の際に積層体１０３の周囲は導電性筒状ダイで包囲されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の放電プラズマ焼結法では、上パンチ１３２の加圧面１３２ａと当接する積層体１０３の表面（即ち積層体１０３の上面１０３ａ）は、上パンチ１３２の加圧面１３２ａよりも小さく設定されており、また同じく、下パンチ１３２の加圧面１３２ａと当接する積層体１０３の表面（即ち積層体１０３の下面１０３ｂ）は、下パンチ１３２の加圧面１３２ａよりも小さく設定されている。そして、積層体１０３を両パンチ１３２、１３２で加圧する際には、各パンチ１３２の加圧面１３２ａの外周縁部が積層体１０３の上下各面１０３ａ、１０３ｂからはみ出るように、各パンチ１３２の加圧面１３２ａが積層体１０３の上下各面１０３ａ、１０３ｂに当接される。そのため、同図中に二点鎖線で示すように、積層体１０３への加圧時に上パンチ１３２（又は下パンチ１３２）が加圧軸Ｑに対して傾いてしまい、その結果、得られる接合体の厚さが不均一になるという問題が発生する。
【０００７】
さらに、積層体１０３への加圧時において各パンチ１３２の加圧面１３２ａの外周縁部は積層体１０３の上下各面１０３ａ、１０３ｂからはみ出ているので、両パンチ１３２、１３２の加圧面１３２ａ、１３２ａのはみ出し部１３２ｚ、１３２ｚ間で不慮の放電や電気的短絡が発生することがあった。その結果、良好な接合を安定して行うことが困難であった。
【０００８】
さらに、各金属板１０１、１０２の外周縁には各金属板１０１、１０２の切断時に生じたバリが形成されていることがある。この場合、このバリの影響で接合不良が発生することがあった。
【０００９】
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、接合体の厚さが不均一になるのを防止することができ、更に、良好な接合を安定して行うことができる導電性被接合部材の接合方法、及び、絶縁基板用積層材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】
【００１０】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１１】
［１］  複数の導電性被接合部材が積層されて形成された積層体をその周囲をダイで包囲せずに積層方向にパンチで加圧し、積層体における互いに隣接する被接合部材同士を放電プラズマ焼結法により接合する導電性被接合部材の接合方法であって、
パンチの加圧面と当接する積層体の表面がパンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで積層体を加圧することを特徴とする導電性被接合部材の接合方法。
【００１２】
［２］  複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
複数の積層体のうちパンチの加圧面と当接するとともに最外側に配置された最外側積層体の表面が、パンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
最外側積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する前項１記載の導電性被接合部材の接合方法。
【００１３】
［３］  離型部材と隣接する積層体の表面にその外周縁部が離型部材の離型面から離型部材の全周に亘ってはみ出るように離型部材の離型面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する前項２記載の導電性被接合部材の接合方法。
【００１４】
［４］  複数の被接合部材は、半導体モジュールの絶縁基板を構成する複数の層を形成する複数の金属板である前項１〜３のいずれかに記載の導電性被接合部材の接合方法。
【００１５】
［５］  複数の金属板が積層されて形成された積層体をその周囲をダイで包囲せずに積層方向にパンチで加圧し、積層体における互いに隣接する金属板同士を放電プラズマ焼結法により接合する絶縁基板用積層材の製造方法であって、
パンチの加圧面と当接する積層体の表面がパンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで積層体を加圧することを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１６】
［６］  複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
複数の積層体のうちパンチの加圧面と当接するとともに最外側に配置された最外側積層体の表面が、パンチの加圧面よりも相対的に大きく設定されており、
最外側積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する前項５記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１７】
［７］  離型部材と隣接する積層体の表面にその外周縁部が離型部材の離型面から離型部材の全周に亘ってはみ出るように離型部材の離型面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧する前項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以下の効果を奏する。
【００１９】
前項［１］記載の導電性被接合部材の接合方法では、積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで積層体を加圧するので、積層体への加圧時にパンチが加圧軸に対して傾くのを防止することができる。これにより、複数の導電性被接合部材が接合されて形成された接合体の厚さが不均一になるのを防止することができる。
【００２０】
さらに、パンチの加圧面の外周縁部が積層体の表面からはみ出ていないので、不慮の放電や電気的短絡を防止することができる。さらに、被接合部材の外周縁に形成されるバリの影響による接合不良を防止することができる。そのため、良好な接合を安定して行うことができる。
【００２１】
前項［２］記載の接合方法では、最外側積層体の表面にその外周縁部がパンチの加圧面からパンチの全周に亘ってはみ出るようにパンチの加圧面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧することにより、接合体を大量に製造することができる。
【００２２】
前項［３］記載の接合方法では、離型部材と隣接する積層体の表面にその外周縁部が離型部材の離型面から離型部材の全周に亘ってはみ出るように離型部材の離型面を当接させた状態で、パンチで複数の積層体を積層方向に一括して加圧することにより、接合体の厚さが不均一になるのを確実に防止することができる。
【００２３】
前項［４］記載の接合方法では、半導体モジュールの絶縁基板を構成する複数の層を形成する複数の金属板を接合することができる。
【００２４】
前項［５］記載の絶縁基板用積層材の製造方法では、上記［１］記載の接合方法と同様の理由により、積層材の厚さが不均一になるのを防止することができるし、更に、不慮の放電や電気的短絡を防止することができ、しかも、金属板の外周縁に形成されるバリの影響による接合不良を防止することができる。そのため、良好な接合を安定して行うことができる。
【００２５】
前項［６］記載の製造方法では、上記［２］記載の接合方法と同様の理由により、積層材を大量に製造することができる。
【００２６】
前記［７］記載の製造方法では、上記［３］記載の接合方法と同様の理由により、積層材の厚さが不均一になるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、半導体モジュールの側面図である。
【図２】図２は、同半導体モジュールの絶縁基板の断面図である。
【図３】図３は、同絶縁基板の積層材を、本発明の第１実施形態に係る導電性被被接合部材の接合方法により製造する製造工程の一例を示す概略断面図である。
【図４】図４は、互いに積層された導電性被接合部材としてのＮｉ層とＴｉ層とを接合する第１接合工程を示す断面図である。
【図５】図５は、図４の第１接合工程を示す斜視図である。
【図６】図６は、互いに積層されたＴｉ層とＡｌ層とろう材層とを同時に接合する第２接合工程を示す断面図である。
【図７】図７は、第１接合工程の一変形形態を示す断面図である。
【図８】図８は、第２接合工程の一変形形態を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る導電性被接合部材の接合方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３実施形態に係る導電性被接合部材の接合方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は、積層された２個の金属部材同士を従来の放電プラズマ焼結法により接合する場合を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
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の符号が付されている。
【００３０】
図１において、２０は半導体モジュールである。この半導体モジュール２０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、半導体素子２１と絶縁基板１５と放熱部材１７とを備えている。絶縁基板１５は半導体素子２１と放熱部材１７との間に配置されており、半導体素子２１から発生した熱を放熱部材１７に伝達する役割を果たす。そのため、絶縁基板１５は、優れた電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えることが要求される。
【００３１】
半導体素子２１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を有している。
【００３２】
放熱部材１７は、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器などであり、金属製であり、具体的には例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。本第１実施形態では、放熱部材１７は例えば放熱フィンを有するヒートシンクである。
【００３３】
図２に示すように、絶縁基板１５は、本発明の第１実施形態に係る導電性被接合部材の製造方法により製造された接合体としての積層材１Ａを備えるとともに、更に、セラミック層１０、金属ベース層１２などを備えている。各層は例えば水平状に配置されている。
【００３４】
セラミック層１０は、絶縁基板１５における電気絶縁層として機能するセラミックで形成されたものであり、好ましくはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮ及びＢｅＯからなる群より選択される１種又は２種以上のセラミックで形成されたものである。このセラミック層１０は、セラミック板から提供されて形成されたものである。セラミック層１０の厚さは例えば３００〜１０００μｍである。因みに、セラミック層１０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。なお、セラミック層１０の大きさは、電気絶縁性を確実に確保するため他の層よりも若干大きく設定されるのが望ましい。
【００３５】
金属ベース層１２は、セラミック層１０と放熱部材１７との間に配置されるものであり、熱応力の緩和を図ることを目的とするものである。この金属ベース層１２は、金属板から提供されて形成されたものであり、例えばＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されている。そして、この金属ベース層１２がセラミック層１０の下面側に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されている。したがって、金属ベース層１２とセラミック層１０との接合界面には、金属ベース層１２とセラミック層１０とを接合したろう材層１１が形成されている。金属ベース層１２の下面側には放熱部材１７が金属ベース層１２とろう付け等により接合される。
【００３６】
本第１実施形態の積層材１Ａは、セラミック層１０の片面側（本第１実施形態ではセラミック層１０の上面側）に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されるものであり、Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層６、ろう材層７などを備えている。各層２、４、６、７は水平状に配置されている。なお図面では、各ろう材層７、１１は他の層と区別し易くするためドットハッチングで図示されている。
【００３７】
Ｎｉ層２は、その表面２ａ（上面）に半導体素子２１がはんだ付けにより接合されるものである。このＮｉ層２は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されており、詳述すると、導電性第１被接合部材としてのＮｉ板又はＮｉ合金板から提供されて形成されたものである。
【００３８】
Ｔｉ層４は、Ｎｉ層２の表面２ａ側とは反対側（即ち下側）に積層状に配置されている。そして、Ｎｉ層２とＴｉ層４とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このＴｉ層４は、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されており、詳述すると、導電性第２被接合部材としてのＴｉ板又はＴｉ合金板から提供されて形成されたものである。
【００３９】
さらに、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面には、Ｎｉ層２のＮｉとＴｉ層４のＴｉとが合金化してなる第１合金層３が形成されている。この第１合金層３は、Ｎｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結法により接合した時に形成されたものであり、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金相を含んでいる。さらに、この第１合金層３は、ＮｉとＴｉとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。そのため、この第１合金層３は、熱応力（熱歪み）を確実に緩和・吸収する役割を果たす。これにより、積層材１Ａの接合界面での割れや剥離の発生及び積層材１ＡのＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）の発生を確実に防止することができる。Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金相は、詳述すると例えばＮｉＴｉ超弾性合金相である。
【００４０】
Ａｌ層６は、Ｔｉ層４のＮｉ層２配置側とは反対側（即ち下側）に積層状に配置されている。そして、Ｔｉ層４とＡｌ層６とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このＡｌ層６は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されており、詳述すると、導電性第３被接合部材としてのＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものである。特に、このＡｌ層６は、絶縁基板１５の配線層として機能するとともに応力緩和機能を有するものであり、そのため純度４Ｎ以上（即ち純度９９．９９質量％以上）の純アルミニウムで形成されるのが良い。
【００４１】
さらに、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合界面には、Ｔｉ層４のＴｉとＡｌ層６のＡｌとが合金化してなる第２合金層５が形成されている。この第２合金層５は、Ｔｉ層４とＡｌ層６とを放電プラズマ焼結法により接合した時に形成されたものであり、Ｔｉ−Ａｌ系合金相を含んでいる。
【００４２】
ここで、上述したように第１合金層３はＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金相を含んでおり、このＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金相は熱応力を緩和・吸収する。しかし、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金の熱伝導率は１２．１Ｗ／ｍ・Ｋであり、この値はＡｌの熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋと比べて著しく低い。したがって、第１合金層３の厚さはなるべく薄い方が積層材１Ａ（更には絶縁基板１５）の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましく、特に７μｍ以下であることが良い。第１合金層３の厚さの下限は限定されるものではないが、特に２μｍであることが熱応力を確実に緩和・吸収しうる点で特に望ましい。
【００４３】
第２合金層５の厚さはなるべく薄い方が積層材１Ａ（更には絶縁基板１５）の接合界面での割れや剥離の発生を防止できる点で望ましく、特に５μｍ以下であることが良い。第２合金層５の厚さの下限は限定されるものではないが、特に０．８μｍであることが特に望ましい。
【００４４】
Ｎｉ層２及びＴｉ層４の厚さは限定されるものではない。しかし、Ｎｉの熱伝導率は９０．７Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｔｉの熱伝導率は２１．９Ｗ／ｍ・Ｋであり、これらの熱伝導率はＡｌの熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋと比べて著しく低い。したがって、Ｎｉ層２及びＴｉ層４の厚さはなるべく薄い方が、積層材１Ａ（更には絶縁基板１５）の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。そこで、Ｎｉ層２の厚さは１５０μｍ以下、及び、Ｔｉ層４の厚さは１００μｍ以下であることが特に望ましい。一方、Ｎｉ層２の厚さの下限は５μｍ、Ｔｉ層４の厚さの下限は２μｍであることが各層２、４の特性を確実に発揮しうる点で特に望ましい。
【００４５】
Ａｌ層６の厚さは限定されるものではないが、Ａｌ層６を絶縁基板１５の配線層及び応力緩和層として確実に機能させるため、なるべく厚い方が望ましい。しかるに、本第１実施形態では、Ａｌ層６はＴｉ層４とクラッド接合により接合されるのではなく放電プラズマ焼結法により接合されるので、厚さ０．１〜２．０ｍｍという厚いＡｌ層６をＴｉ層４と接合することができる。そのため、Ａｌ層６を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。
【００４６】
ろう材層７は、積層材１Ａとセラミック層１０とをろう付けにより接合する際に用いられるものであり、積層材１ＡのＡｌ層６のＴｉ層４配置側とは反対側（即ち下側）に積層状に配置されている。そして、Ａｌ層６とろう材層７とが放電プラズマ焼結法により接合されている。このろう材層７は、導電性第４被接合部材としてのＡｌ系ろう材板（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材板）から提供されて形成された層であることが望ましい。このろう材層７の厚さは限定されるものではないが、積層材１Ａとセラミック層１０とをろう付けにより確実に接合できるようにするため、更には、熱伝導率の低下を防止するため、１０〜７０μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。
【００４７】
次に、本第１実施形態の積層材及び絶縁基板の製造方法の一例について、図３〜６を参照して以下に説明する。
【００４８】
ここで、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法は、一般に、粉体を焼結するため又は部材同士を接合するために適用されるものであり、本第１実施形態では部材同士を接合するために適用されている。なお、このような放電プラズマ焼結法は、「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３において、「ＳＰＳ法」とは放電プラズマ焼結法を意味している。
【００４９】
この放電プラズマ焼結法は、接合される部材の周囲を導電性筒状ダイで包囲して接合を行う方法と、接合される部材の周囲をダイで包囲しないで接合を行う方法とがある。後者の方法には、接合の開始時における部材のセッティング作業及び接合後における取り出し作業を容易に行うことができ、そのため、接合作業を迅速に行うことができるし、放電プラズマ焼結装置３０についての設備費の削減を図ることができるという利点がある。そこで、本第１実施形態では、後者の方法、即ちダイを用いない放電プラズマ焼結法で接合を行う。
【００５０】
ここで、Ａｌの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも格段に低い。そのため、Ｎｉ層２とＴｉ層４とＡｌ層６とを放電プラズマ焼結法により同時に接合しようとすると、Ｎｉ層２とＴｉ層４とが接合されるようにこれらの層２、４、６をＡｌ層６の融点以上の温度に加熱する必要があり、その結果、Ａｌ層６が溶融することとなって、設計された（所望する）Ａｌ層６の厚さを維持することができなくなるため、これらの層２、４、６を同時に接合することができない。そこで、本実施形態では、Ｎｉ層２とＴｉ層４とを接合する工程と、その後でＴｉ層４とＡｌ層６とを接合する工程との２工程に分けて接合が行われている。
【００５１】
図３〜５に示すように、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたＮｉ層２と、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたＴｉ層４とを互いに隣接させて積層状に配置する。これにより、Ｎｉ層２とＴｉ層４との積層体８が形成される。この積層体８を説明の便宜上「第１積層体８」という。図４に示すように、この第１積層体８では、Ｎｉ層２が上側、Ｔｉ層４が下側にそれぞれ配置されている。そして、第１積層体８の周囲をダイで包囲せずに第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結装置３０を用いて放電プラズマ焼結法により接合する。この工程を「第１接合工程」という。また、この第１接合工程によってＮｉ層２とＴｉ層４とが互いに接合されて形成された接合体８Ｚを、説明の便宜上「第１接合体８Ｚ」という（図３参照）。さらに、この接合によって、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面に第１合金層３が形成される。
【００５２】
放電プラズマ焼結装置３０は、図４及び５に示すように、上下一対のパンチ３２、３２と、両パンチ３２、３２間にパルス電流を供給する電源（図示せず）とを備えている。両パンチ３２、３２は互いに同一構成である。パンチ３２は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。さらに、パンチ３２の断面形状は円形状である。また、パンチ３２はその先端面からなる加圧面３２ａを有している。この加圧面３２ａはパンチ３２の軸に対して垂直に形成されている。各パンチ３２の基部には電極３３が電気的に接続されている。
【００５３】
第１積層体８において、上パンチ３２の加圧面３２ａと当接する第１積層体８の上面８ａ、即ちＮｉ層２の表面２ａは、上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、下パンチ３２の加圧面３２ａと当接する第１積層体８の下面８ｂ、即ちＴｉ層４の下面は、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。換言すると、上パンチ３２の加圧面３２ａは、第１積層体８の上面８ａ（即ちＮｉ層２の表面２ａ）よりも小さく設定されており、また、下パンチ３２の加圧面３２ａは、第１積層体８の下面８ｂ（即ちＴｉ層４の下面）よりも小さく設定されている。
【００５４】
第１接合工程で行われる放電プラズマ焼結法について詳述すると、次のとおりである。すなわち、第１積層体８の上面８ａ（即ちＮｉ層２の表面２ａ）にその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、第１積層体８の下面８ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、例えば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で第１積層体８をその積層方向（即ち第１積層体８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（即ち第１積層体８にパルス電流を通電する）ことで第１積層体８を加熱し、これによりＮｉ層２とＴｉ層４とを接合する。
【００５５】
第１合金層３は、上述したようにＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金相を含み、しかもＮｉとＴｉとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。この第１接合工程では、厚さ７μｍ以下の第１合金層３が形成されるように放電プラズマ焼結法の接合条件（例：加熱温度、加熱温度の保持時間、昇温速度、加圧力）を設定するのが望ましい。この接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は６５０〜７５０℃、加熱温度の保持時間は０〜３０ｍｉｎ、室温から加熱温度への昇温速度は１５〜１００℃／ｍｉｎ、第１積層体８への加圧力は１０〜３０ＭＰａである。
【００５６】
第１積層体８の上下各面８ａ、８ｂの外周縁部の、各パンチ３２の加圧面３２ａからのはみ出し量Ｅ（図４参照）は、限定されるものではないが、０．１ｍｍ以上であることが特に望ましい。はみ出し量Ｅの上限は６ｍｍであることが特に望ましい。はみ出し量Ｅがこのような範囲に設定されることにより、第１接合体８Ｚの厚さが不均一になるのを確実に防止することができる。
【００５７】
次いで、図３に示すように、第１接合体８ＺのＴｉ層４と、Ａｌ層６と、ろう材層７とを放電プラズマ焼結法により積層状に同時に接合する。この工程を「第２接合工程」という。この第２接合工程では、第１接合体８ＺのＴｉ層４と、Ａｌ層６と、ろう材層７とを、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合界面に厚さ５μｍ以下の第２合金層５が形成されるように放電プラズマ焼結法により接合することが特に望ましい。Ｔｉ層４とＡｌ層６とは互いに隣接しており、Ａｌ層６とろう材層７とは互いに隣接している。
【００５８】
第２接合工程においてＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により同時に接合する場合には、図６に示すように、まず、第１接合体８ＺのＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを積層状に配置する。これにより、第１接合体８ＺのＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７との積層体９が形成される。この積層体９を説明の便宜上「第２積層体９」という。この第２積層体９において、Ｔｉ層４とＡｌ層６とは互いに隣接しており、また、Ａｌ層６とろう材層７とは互いに隣接している。そして、第２積層体９の周囲をダイで包囲せずに、Ｔｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結装置３０を用いて放電プラズマ焼結法により同時に接合する。
【００５９】
第２積層体９において、上パンチ３２の加圧面３２ａと当接する第２積層体９の上面９ａ、即ちＮｉ層２の表面２ａは、上述したように上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、下パンチ３２の加圧面３２ａと当接する第２積層体９の下面９ｂ、即ちろう材層７の下面は、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。換言すると、上パンチ３２の加圧面３２ａは、第２積層体９の上面９ａ（即ちＮｉ層２の表面２ａ）よりも小さく設定されており、また、下パンチ３２の加圧面３２ａは、第２積層体９の下面９ｂ（即ちろう材層７の下面）よりも小さく設定されている。
【００６０】
第２接合工程で行われる放電プラズマ焼結法について詳述すると、次のとおりである。すなわち、第２積層体９の上面９ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、第２積層体９の下面９ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、例えば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で第２積層体９をその積層方向（即ち第２積層体９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（即ち第２積層体９にパルス電流を通電する）ことで第２積層体９を加熱し、これによりＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを同時に接合する。その結果、本第１実施形態の積層材１Ａが得られる。
【００６１】
第２合金層５は、上述したようにＴｉ−Ａｌ系合金相を含んでいる。この第２接合工程では、厚さ５μｍ以下の第２合金層５が形成されるように放電プラズマ焼結法の接合条件（例：加熱温度、加熱温度の保持時間、昇温速度、加圧力）を設定するのが望ましい。この接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は５００〜５７０℃、加熱温度の保持時間は０〜３０ｍｉｎ、室温から加熱温度への昇温速度は１５〜１００℃／ｍｉｎ、第２積層体９への加圧力は５〜２０ＭＰａである。
【００６２】
第２積層体９の上下各面９ａ、９ｂの外周縁部の、各パンチ３２の加圧面３２ａからのはみ出し量Ｅ（図６参照）は、限定されるものではないが、０．１ｍｍ以上であることが特に望ましい。はみ出し量Ｅの上限は６ｍｍであることが特に望ましい。はみ出し量Ｅがこのような範囲に設定されることにより、積層材１Ａの厚さが不均一になるのを確実に防止することができる。
【００６３】
この積層材１Ａを用いて絶縁基板１５が製造される。その製造方法について例示すると次のとおりである。
【００６４】
図３に示すように、この積層材１Ａとセラミック層１０と金属ベース層１２とをろう付けにより接合する。これにより、絶縁基板１５が得られる。ここで、積層材１Ａはろう材層７を備えているので、このろう材層７をろう材として用いることにより積層材１Ａとセラミック層１０とを容易に接合することができる。なお本発明では、積層材１Ａとセラミック層１０と金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより同時に接合しても良い。
【００６５】
こうして得られた絶縁基板１５では、図１及び２に示すように、その金属ベース層１２の下面に放熱部材１７がろう付け等により接合されるとともに、Ｎｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される。これにより半導体モジュール２０が得られる。
【００６６】
本第１実施形態の積層材１Ａ及びその製造方法は、次の利点を有している。
【００６７】
第１接合工程の放電プラズマ焼結法では、第１積層体８の上下各面８ａ、８ｂにその外周縁部がパンチ３２の加圧面３２ａからパンチ３２の全周に亘ってはみ出るようにパンチ３２の加圧面３２ａを当接させた状態で、両パンチ３２、３２で第１積層体８を加圧するので、第１積層体８への加圧時に各パンチ３２が加圧軸Ｑに対して傾くのを防止することができる。これにより、第１接合体８Ｚの厚さが不均一になるのを防止することができる。そのため、高い寸法精度を有する第１接合体８Ｚを得ることができる。
【００６８】
さらに、パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第１積層体８の上下各面８ａ、８ｂからはみ出ていないので、不慮の放電や電気的短絡を防止することができる。さらに、もしＮｉ層２やＴｉ層４の外周縁にバリが形成されていたとしても、バリの影響による接合不良を防止することができる。そのため、良好な接合を安定して行うことができる。
【００６９】
その上、第２接合工程の放電プラズマ焼結法では、第２積層体９の上下各面９ａ、９ｂにその外周縁部がパンチ３２の加圧面３２ａからパンチ３２の全周に亘ってはみ出るようにパンチ３２の加圧面３２ａを当接させた状態で、両パンチ３２、３２で第２積層体９を加圧するので、第２積層体９への加圧時に各パンチ３２が加圧軸Ｑに対して傾くのを防止することができる。これにより、積層材１Ａの厚さが不均一になるのを防止することができる。そのため、高い寸法精度を有する積層材１Ａを得ることができる。
【００７０】
さらに、パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第２積層体９の上下各面９ａ、９ｂからはみ出ていないので、不慮の放電や電気的短絡を防止することができる。さらに、もしＴｉ層４、Ａｌ層６又はろう材層７の外周縁にバリが形成されていたとしても、バリの影響による接合不良を防止することができる。そのため、良好な接合を安定して行うことができる。
【００７１】
また、本第１実施形態の積層材１Ａは、Ｎｉ層２を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子２１をこのＮｉ層２の表面２ａにはんだ付けにより確実に接合することができる。
【００７２】
さらに、Ｎｉ層２とＡｌ層６との間にＴｉ層４が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、もしＮｉ層２とＡｌ層６との間にＴｉ層４を配置しないでＮｉ層２とＡｌ層６とを直接接合した場合には、Ｎｉ層２とＡｌ層６との接合界面に強度の弱い合金層が形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、本第１実施形態の積層材１Ａでは、Ｎｉ層２とＡｌ層６との間にＴｉ層４が配置されているので、そのような強度の弱い合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）の発生も防止することができる。
【００７３】
しかも、Ｎｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結法により接合することによって、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面に第１合金層３が形成される。この第１合金層３は、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金相を含み、しかもＮｉとＴｉとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。したがって、この第１合金層３は、積層材１Ａや絶縁基板１５に発生する熱応力を確実に緩和・吸収する役割を果たす。
【００７４】
ここで、積層材１Ａや絶縁基板１５に発生する熱応力について具体的に例示すると、次のとおりである。すなわち、絶縁基板１５の金属ベース層１２と放熱部材１７との接合が例えばろう付けにより行われる場合、このろう付けの際に絶縁基板１５の温度は室温から約６００℃に上昇し、ろう付け後に室温に戻る。また、積層材１ＡのＮｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される際に絶縁基板１５の温度は室温から約３００℃に上昇し、はんだ付け後に室温に戻る。さらに、半導体モジュール２０の動作の際に半導体素子２１の温度は室温から１５０〜３００℃程度に上昇し、その動作の停止後に室温に戻る。このような冷熱サイクルによって積層材１Ａや絶縁基板１５に熱応力（熱歪み）が発生する。しかるに、本第１実施形態の積層材１Ａや絶縁基板１５では、この熱応力は第１合金層３により緩和・吸収される。これにより、積層材１Ａの接合界面での割れや剥離の発生及びＮｉ層２の表面２ａの変形の発生を確実に防止することができる。
【００７５】
その上、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合手段、及び、Ｔｉ層４とＡｌ層６とろう材層７との接合手段がいずれも放電プラズマ焼結法であることにより、接合前後の各層の寸法変化を少なくすることができる。これにより、極めて高い寸法精度を有する積層材１Ａを得ることができる。
【００７６】
さらに、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合手段として放電プラズマ焼結法を採用することにより、接合手段としてクラッド接合を採用する場合に比べて、厚さの厚いＡｌ層６をＴｉ層４と接合することが可能となる。具体的に示すと、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合手段としてクラッド接合を採用し、厚さ１００μｍ以下のＴｉ層４を用いた場合、安定した接合を行うためにはＴｉ層４の厚さと同じ程度の厚さのＡｌ層６しかＴｉ層４と接合することができない。これに対して、接合手段として放電プラズマ焼結法を採用する場合には、厚さ０．１〜２．０ｍｍという厚いＡｌ層６をＴｉ層４と接合することができる。そのため、Ａｌ層６を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。
【００７７】
さらに、Ａｌ層６とろう材層７とが接合されているので、このろう材層７を、積層材１Ａとセラミック層１０とをろう付けにより接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１Ａとセラミック層１０とを容易に接合することができる。
【００７８】
さらに、Ｔｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により同時に接合することにより、ろう材層７を備えた積層材１Ａを作業能率良く得ることができる。
【００７９】
ここで、上記第１実施形態の積層材１Ａでは全ての層２、４、６、７が導電性を有している。そのため、放電プラズマ焼結用導電性筒状ダイを用いなくても上下両パンチ３２、３２間の通電を確保し得て、放電プラズマ焼結法による接合を行うことができる。
【００８０】
図７は、第１接合工程の一変形例として、第１接合工程において複数の第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結法により一括して接合する場合を示す断面図である。
【００８１】
同図に示した第１接合工程では、第１積層体８を複数準備する。同図では、準備した第１積層体８の個数は例えば３個である。なお本発明では、第１積層体８の個数は３個であることに限定されるものではなく、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【００８２】
次いで、複数の第１積層体８を互いに重なり合う各第１積層体８、８間に導電性離型部材としての導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の第１積層体８、８の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の第１積層体８を積層する。このとき、複数の第１積層体８の周囲はダイで包囲されていない。
【００８３】
複数の第１積層体８のうち上パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最上側（即ち最外側）に配置された最上側第１積層体８Ｕ（即ち最外側第１積層体８Ｕ）の上面８ａ、即ちＮｉ層２の表面２ａは、上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、複数の第１積層体８のうち下パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最下側（即ち最外側）に配置された最下側第１積層体８Ｓ（即ち最外側第１積層体８Ｓ）の下面８ｂ、即ちＴｉ層４の下面は、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。
【００８４】
導電性離型板３５は、互いに重なり合う第１積層体８、８同士が接合されないようにする役割を有するものであり、更に、第１積層体８とは接合しないものである。この離型板３５は、導電性を有し更に接合時に溶融しない耐熱性を有する板であることが望ましく、例えばカーボン板（グラファイト板・シートを含む）からなるものである。
【００８５】
さらに、この離型板３５の上面からなる上離型面３５ａは、離型板３５と上側に隣接する上側第１積層体８の下面よりも小さく設定されており、また、離型板３５の下面からなる下離型面３５ｂは、離型板３５と下側に隣接する下側第１積層体８の上面よりも小さく設定されている。本実施形態では、離型板３５の上下各離型面３５ａ、３５ｂの大きさは、各パンチ３２の加圧面３２ａと略等しく設定されている。そして、上側第１積層体８の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａが当接されるとともに、下側第１積層体８の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂが当接されている。
【００８６】
次いで、最外側第１積層体８Ｕの上面８ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、最下側第１積層体８Ｓの下面８ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の第１積層体８をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電する（即ち複数の第１積層体８にパルス電流を通電する）ことで複数の第１積層体８を一括して加熱し、これにより各第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを一括して接合する。また、この接合により、各第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４との接合界面に第１合金層３が形成される（図３参照）。この接合に適用される接合条件は、上記第１実施形態の第１接合工程で適用した接合条件と同じである。
【００８７】
この第１接合工程によれば、複数の第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結法により一括して接合するので、第１接合体８Ｚを大量に製造することができる。これにより、積層材１Ａの製造コストを引き下げることができる。
【００８８】
図８は、第２接合工程の一変形例として、第２接合工程において複数の第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合する場合を示す断面図である。
【００８９】
同図に示した第２接合工程では、第２積層体９を複数準備する。同図では、準備した第２積層体９の個数は例えば３個である。なお本発明では、第２積層体９の個数は３個であることに限定されるものではなく、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【００９０】
次いで、複数の第２積層体９を互いに重なり合う各第２積層体９、９間に導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の第２積層体９、９の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の第２積層体９を積層する。このとき、複数の第２積層体９の周囲はダイで包囲されていない。
【００９１】
複数の第２積層体９のうち上パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最上側（即ち最外側）に配置された最上側第２積層体９Ｕ（即ち最外側第２積層体９Ｕ）の上面９ａ、即ちＮｉ層２の表面２ａは、上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、複数の第２積層体９のうち下パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最下側（即ち最外側）に配置された最下側第２積層体９Ｓ（即ち最外側第２積層体９Ｓ）の下面９ｂ、即ちろう材層７の下面は、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。
【００９２】
導電性離型板３５において、離型板３５上離型面３５ａは、離型板３５と上側に隣接する上側第２積層体９の下面よりも小さく設定されており、また、離型板３５の下離型面３５ｂは、離型板３５と下側に隣接する下側第２積層体９の上面よりも小さく設定されている。本実施形態では、上述したように、離型板３５の上下各離型面３５ａ、３５ｂの大きさは、各パンチ３２の加圧面３２ａと略等しく設定されている。そして、上側第２積層体９の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａが当接されるとともに、下側第２積層体９の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂが当接されている。
【００９３】
次いで、最外側第２積層体９Ｕの上面９ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、最下側第２積層体９Ｓの下面９ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の第２積層体９をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電する（即ち複数の第２積層体９にパルス電流を通電する）ことで複数の第２積層体９を一括して加熱し、これにより各第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを一括して同時に接合する。また、この接合により、各第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層との接合界面に第２合金層５が形成される（図３参照）。この接合に適用される接合条件は、上記第１実施形態の第２接合工程で適用した接合条件と同じである。
【００９４】
この第２接合工程によれば、複数の第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合するので、積層材１Ａを大量に製造することができる。これにより、積層材１Ａの製造コストを更に引き下げることができる。
【００９５】
図９は、本発明の第２実施形態に係る導電性被接合部材の接合方法を示す断面図である。
【００９６】
本第２実施形態では、導電性第１被接合部材としての第１金属板４１と、導電性第２被接合部材としての第２金属板４２とは互いに隣接して積層状に配置されている。これにより、第１金属板４１と第２金属板４２との積層体４５が形成されている。
【００９７】
この積層体４５を複数準備する。同図では、準備した積層体４５の個数は例えば３個である。なお本発明では、積層体４５の個数は３個であることに限定されるものではなく、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【００９８】
次いで、複数の積層体４５を互いに重なり合う各積層体４５、４５間に導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の積層体４５、４５の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の積層体４５を積層する。このとき、複数の積層体４５の周囲はダイで包囲されていない。
【００９９】
複数の積層体４５のうち上パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最上側（即ち最外側）に配置された最上側積層体４５Ｕ（即ち最外側積層体４５Ｕ）の上面４５ａは、上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、複数の積層体４５のうち下パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最下側（即ち最外側）に配置された最下側積層体（即ち最外側積層体４５Ｓ）の下面５５ｂは、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。
【０１００】
導電性離型板３５において、離型板３５の上離型面３５ａは、離型板３５と上側に隣接する上側積層体４５の下面よりも小さく設定されており、また、離型板３５の下離型面３５ｂは、離型板３５と下側に隣接する下側積層体４５の上面よりも小さく設定されている。本実施形態では、上述したように、離型板３５の上下各離型面３５ａ、３５ｂの大きさは、各パンチ３２の加圧面３２ａと略等しく設定されている。そして、上側積層体４５の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａが当接されるとともに、下側積層体４５の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂが当接されている。
【０１０１】
次いで、最外側積層体４５Ｕの上面４５ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、最下側積層体４５Ｓの下面４５ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体４５をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電する（即ち複数の積層体４５にパルス電流を通電する）ことで複数の積層体４５を一括して加熱し、これにより各積層体４５の第１金属板４１と第２金属板４２とを一括して同時に接合する。これにより、第１金属板４１と第２金属板４２とが接合されて形成された接合体が複数個得られる。
【０１０２】
この接合方法によれば、複数の積層体４５の２つの金属板４１、４２同士を放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合するので、接合体を大量に製造することができる。これにより、接合体の製造コストを引き下げることができる。
【０１０３】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る導電性被接合部材の接合方法を示す断面図である。
【０１０４】
本第３実施形態では、導電性第１被接合部材としての第１金属板５１と、導電性第２被接合部材としての第２金属板５２と、導電性第３被接合部材としての第３金属板５３とは、積層状に配置されている。これにより、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３との積層体５５が形成されている。この積層体５５において、第１金属板５１と第２金属板５２とは互いに隣接しており、また、第２金属板５２と第３金属板５３とは互いに隣接している。
【０１０５】
この積層体５５を複数準備する。同図では、準備した積層体５５の個数は例えば３個である。なお本発明では、積層体５５の個数は３個であることに限定されるものではなく、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【０１０６】
次いで、複数の積層体５５を互いに重なり合う各積層体５５、５５間に導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の積層体５５、５５の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の積層体５５を積層する。このとき、複数の積層体５５の周囲はダイで包囲されていない。
【０１０７】
複数の積層体５５のうち上パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最上側（即ち最外側）に配置された最上側積層体５５Ｕ（即ち最外側積層体５５Ｕ）の上面５５ａは、上パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されており、また、複数の積層体５５のうち下パンチ３２の加圧面３２ａと当接するとともに最下側（即ち最外側）に配置された最下側積層体（即ち最外側積層体５５Ｓ）の下面５５ｂは、下パンチ３２の加圧面３２ａよりも大きく設定されている。
【０１０８】
導電性離型板３５において、離型板３５の上離型面３５ａは、離型板３５と上側に隣接する上側積層体５５の下面よりも小さく設定されており、また、離型板３５の下離型面３５ｂは、離型板３５と下側に隣接する下側積層体５５の上面よりも小さく設定されている。本実施形態では、上述したように、離型板３５の上下各離型面３５ａ、３５ｂの大きさは、各パンチ３２の加圧面３２ａと略等しく設定されている。そして、上側積層体５５の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａが当接されるとともに、下側積層体５５の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂが当接されている。
【０１０９】
次いで、最外側積層体５５Ｕの上面５５ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、最下側積層体５５Ｓの下面５５ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させる。そして、この状態で、真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体５５をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電する（即ち複数の積層体４５にパルス電流を通電する）ことで複数の積層体５５を一括して加熱し、これにより各積層体５５の第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とを一括して同時に接合する。これにより、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とが接合されて形成された接合体が複数個得られる。
【０１１０】
この接合方法によれば、複数の積層体５５の３つの金属板５１、５２、５３を放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合するので、接合体を大量に製造することができる。これにより、接合体の製造コストを引き下げることができる。
【０１１１】
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、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。
【０１１２】
また、本発明は、上記第１〜３実施形態で適用した技術的思想を組み合わせて構成して良い。
【実施例】
【０１１３】
本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に示す。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。
【０１１４】
＜実施例１＞
本第１実施例では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１Ａを製造した。
【０１１５】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層６及びろう材層７として、それぞれ次の板を準備した。
【０１１６】
Ｎｉ層２  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層６  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層７：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０１１７】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ（日本工業規格）１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層７を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０１１８】
次いで、第１接合工程では、図４及び５に示すように、Ｎｉ層２とＴｉ層４とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に接合した。この第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１１９】
この第１接合工程では、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１積層体８の周囲をダイで包囲せずに、第１積層体８の上面８ａ（即ちＮｉ層２の表面２ａ）にその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、第１積層体８の下面８ｂ（即ちＴｉ層４の下面）にその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で第１積層体８をその積層方向（即ち第１積層体８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第１積層体８を加熱し、これによりＮｉ層２とＴｉ層４とを接合した。その結果、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１接合体８Ｚを得た。また、この接合により、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面にＮｉ層２のＮｉとＴｉ層４のＴｉとが合金化してなる厚さ約２μｍの第１合金層３が形成された。この第１合金層３は、ＮｉＴｉ超弾性合金相を含み、しかもＮｉとＴｉとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。
【０１２０】
この第１接合工程で適用した接合条件は、加熱温度６５０℃、加熱温度の保持時間２０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０１２１】
この第１接合工程で得られた第１接合体の厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、第１接合体８Ｚの厚さは均一であった。
【０１２２】
次いで、第２接合工程では、図６に示すように、第１接合体８ＺのＴｉ層４と、Ａｌ層６と、ろう材層７とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に同時に接合した。この第２接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置と同じく、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１２３】
この第２接合工程では、第１接合体８ＺのＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７との第２積層体９の周囲をダイで包囲せずに、第２積層体９の上面９ａ（即ちＮｉ層２の表面２ａ）にその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、第２積層体９の下面９ｂ（即ちろう材層７の下面）にその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で第２積層体９をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで第２積層体９を加熱し、これにより第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により同時に接合した。その結果、所望する積層材１Ａを得た（図３参照）。また、この接合により、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合界面にＴｉ層４のＴｉとＡｌ層６のＡｌとが合金化してなる厚さ約１μｍの第２合金層５が形成された。この第２合金層５はＴｉＡｌ合金相を含んでいる。
【０１２４】
この第２接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。なお、第２接合工程を行う前に、Ａｌ層６が接合されるＴｉ層４の表面をブラシ研磨して当該表面上の酸化皮膜を予め除去した。
【０１２５】
この第２接合工程で得られた積層材１Ａの厚さについて測定位置を変えて７箇所測定したところ、積層材１Ａの厚さは均一であった。
【０１２６】
次いで、図３に示すように、積層材１Ａを縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断後、積層材１Ａとセラミック層１０とろう材層１１と金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した。この工程を説明の便宜上「ろう付け工程」という。これにより、絶縁基板１５を得た。
【０１２７】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０１２８】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０１２９】
＜実施例２＞
本実施例２では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１Ａを製造した。
【０１３０】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層６及びろう材層７として、それぞれ次の板を準備した。
【０１３１】
Ｎｉ層２  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層６  ：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層７：縦１６０ｍｍ×横１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０１３２】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層７を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０１３３】
次いで、第１接合工程では、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１積層体８を３０個準備した。そして、図７に示すように、これらの第１積層体８を互いに重なり合う各第１積層体８、８間に導電性離型板３５を介して積層した。導電性離型板３５は、直径１５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、複数の第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して接合した。この第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチは、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１３４】
この第１接合工程では、複数の第１積層体８の周囲をダイで包囲せずに、離型板３５と上側に隣接する上側第１積層体８の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａを当接させるとともに、離型板３５と下側に隣接する下側第１積層体８の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５から離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂを当接させた。さらに、複数の第１積層体８のうち最上側に配置された最上側第１積層体８Ｕの上面８ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、複数の第１積層体８のうち最下側に配置された最下側第１積層体８Ｓの下面８ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の第１積層体８をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の第１積層体８を一括して加熱し、これにより複数の第１積層体８のＮｉ層２とＴｉ層４とを放電プラズマ焼結法により一括して接合した。その結果、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１接合体８Ｚを３０個得た。また、この接合により、各第１接合体８ＺのＮｉ層２とＴｉ層４との接合界面にＮｉ層２のＮｉとＴｉ層４のＴｉとが合金化してなる厚さ約２μｍの第１合金層３が形成された。この第１合金層３は、ＮｉＴｉ超弾性合金相を含み、しかもＮｉとＴｉとの組成比が厚さ方向に徐々に変化する傾斜材料構造を採る。
【０１３５】
この第１接合工程で適用した接合条件は、加熱温度６５０℃、加熱温度の保持時間２０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０１３６】
この第１接合工程で得られた第１接合体８Ｚの厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、第１接合体８Ｚの厚さは均一であった。
【０１３７】
次いで、第２接合工程では、第１接合体８ＺのＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７との第２積層体９を３０個準備した。そして、図８に示すように、これらの第２積層体９を互いに重なり合う各第２積層体９、９間に導電性離型板３５を介して積層した。導電性離型板３５は、直径１５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、各第２未接合積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して同時に接合した。この第２接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置と同じく、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１３８】
この第２接合工程では、複数の第２積層体９の周囲をダイで包囲せずに、離型板３５と上側に隣接する上側第２積層体９の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａを当接させるとともに、離型板３５と下側に隣接する下側第２積層体９の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘ってはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂを当接させた。さらに、複数の第２積層体９のうち最上側に配置された最上側第２積層体９Ｕの上面９ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、複数の第２積層体９のうち最下側に配置された最下側第２積層体９Ｓの下面９ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘ってはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の第２積層体９をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の第２積層体９を一括して加熱し、これにより複数の第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により一括して同時に接合した。その結果、積層材１Ａを３０個得た。また、この接合により、各積層材１ＡのＴｉ層４とＡｌ層６との接合界面にＴｉ層４のＴｉとＡｌ層６のＡｌとが合金化してなる厚さ約１μｍの第２合金層５が形成された。この第２合金層５はＴｉＡｌ合金相を含んでいる。
【０１３９】
この第２接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０１４０】
この第２接合工程で得られた積層材１Ａの厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、積層材１Ａの厚さは均一であった。
【０１４１】
次いで、図３に示すように、積層材１Ａを縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断後、積層材１Ａとセラミック層１０とろう材層１１と金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより、絶縁基板１５を得た。
【０１４２】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０１４３】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０１４４】
＜比較例１＞
本比較例１では、Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層６及びろう材層７として、それぞれ次の板を準備した。
【０１４５】
Ｎｉ層２  ：縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４  ：縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層６  ：縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層７：縦７０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０１４６】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層７を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０１４７】
次いで、第１接合工程では、Ｎｉ層２とＴｉ層４とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に接合した。この第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１４８】
この第１接合工程では、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１積層体８の周囲をダイで包囲せずに、上パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第１積層体８の上面８ａからはみ出るように上パンチ３２の加圧面を第１積層体８の上面８ａに当接させるとともに、下パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第１積層体８の下面８ｂからはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを第１積層体８の下面８ｂに当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で第１積層体８をその積層方向（即ち第１積層体の厚さ方向）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第１積層体８を加熱し、これによりＮｉ層２とＴｉ層４とを接合した。これにより、Ｎｉ層２とＴｉ層４との第１接合体８Ｚを得た。また、この接合により、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面にＮｉ層２のＮｉとＴｉ層４のＴｉとが合金化してなる厚さ約２μｍの第１合金層３が形成された。また、第１接合体８Ｚにおいて、Ｎｉ層２の外周縁とＴｉ層４の外周縁との接合界面には、各層２、４の外周縁に各層の切断時に形成されたバリの影響により、接合不良が発生していた。
【０１４９】
この第１接合工程で適用した接合条件は、加熱温度６５０℃、加熱温度の保持時間２０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０１５０】
次いで、第２接合工程では、第１接合体８ＺのＴｉ層４と、Ａｌ層６と、ろう材層７とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に同時に接合した。この第２接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、第１接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置と同じく、直径１５０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１５１】
この第２接合工程では、第１接合体８ＺのＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７との第２積層体９の周囲をダイで包囲せずに、上パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第２積層体９の上面９ａからはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを第２積層体９の上面９ａに当接させるとともに、下パンチ３２の加圧面３２ａの外周縁部が第２積層体９の下面９ｂからはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを第２積層体９の下面９ｂに当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で第２積層体９をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで第２積層体９を加熱し、これにより第２積層体９のＴｉ層４とＡｌ層６とろう材層７とを放電プラズマ焼結法により同時に接合した。その結果、積層材１Ａを得た（図３参照）。また、この接合により、Ｔｉ層４とＡｌ層６との接合界面にＴｉ層４のＴｉとＡｌ層６のＡｌとが合金化してなる厚さ約１μｍの第２合金層５が形成された。
【０１５２】
この第２接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。なお、第２接合工程を行う前に、Ａｌ層６が接合されるＴｉ層４の表面をブラシ研磨して当該表面上の酸化皮膜を予め除去した。
【０１５３】
この第２接合工程で得られた積層材１Ａの厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、Ａｌ層６の変形によって積層材１Ａの厚さが不均一になっていた。
【０１５４】
＜実施例３＞
本実施例３では、図９に示した上記第２実施形態の接合方法に従って接合体を製造した。
【０１５５】
第１金属板４１及び第２金属板４２として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０１５６】
第１金属板４１：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの無酸素銅板
第２金属板４２：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの純Ａｌ板。
【０１５７】
第１無酸素銅板の材質はＪＩＳ−Ｃ１０１１である。純Ａｌ板の純度は４Ｎである。
【０１５８】
次いで、第１金属板４１と第２金属板４２との積層体４５を１０個準備した。そして、これらの積層体４５を互いに重なり合う各積層体４５、４５間に導電性離型板３５を介して積層した。導電性離型板３５は、直径８０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。
【０１５９】
そして、複数の積層体４５の第１金属板４１と第２金属板４２とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して接合した。この接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、直径８０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１６０】
この接合工程では、複数の積層体４５の周囲をダイで包囲せずに、離型板３５と上側に隣接する上側積層体４５の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘って均等にはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａを当接させるとともに、離型板３５と下側に隣接する下側積層体４５の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘って均等にはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂを当接させた。さらに、複数の積層体４５のうち最上側に配置された最上側積層体４５Ｕの上面４５ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘って均等にはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、複数の積層体４５のうち最下側に配置された最下側積層体４５Ｓの下面４５ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘って均等にはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体４５をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の積層体４５を一括して加熱し、これにより複数の積層体４５の第１金属板４１と第２金属板４２とを放電プラズマ焼結法により一括して接合した。その結果、第１金属板４１と第２金属板４２との接合体を１０個得た。また、この接合により、各接合体の第１金属板４１と第２金属板４２との接合界面に、第１金属板４１のＣｕと第２金属板４２のＡｌとが合金化してなる厚さ約１０μｍの合金層が形成されていた。したがって、第１金属板４１と第２金属板４２とが両パンチ３２、３２で挟まれた領域全域に亘って拡散接合されていた。
【０１６１】
この接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力２０ＭＰａである。
【０１６２】
こうして得られた接合体の厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、接合体の厚さは均一であった。
【０１６３】
この接合体は、電気抵抗が小さく、熱伝導率が高いため、例えばリチウムイオン電池用配線層やヒートスプレッタ用素材として好適に用いられる。
【０１６４】
＜実施例４＞  
本実施例４では、図９に示した上記第２実施形態の接合方法に従って接合体を製造した。
【０１６５】
第１金属板４１及び第２金属板４２として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０１６６】
第１金属板４１：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板
第２金属板４２：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの純Ａｌ板。
【０１６７】
ステンレス鋼板の材質はＳＵＳ３０４である。純Ａｌ板の純度は４Ｎである。
【０１６８】
次いで、直径８０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなる導電性離型板３５を用いて、上記実施例３と同様に、第１金属板４１と第２金属板４２との接合体を１０個製造した。各接合体の第１金属板４１と第２金属板４２との接合界面には第１金属板４１の構成元素と第２金属板４２のＡｌとが合金化してなる厚さ約１μｍの合金層が形成されていた。したがって、第１金属板４１と第２金属板４２とが両パンチ３２、３２で挟まれた領域全域に亘って拡散接合されていた。
【０１６９】
この接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力２０ＭＰａである。
【０１７０】
こうして得られた接合体の厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、接合体の厚さは均一であった。
【０１７１】
この接合体は、ステンレス鋼単板からなるものに比して軽量であり、更に、熱伝導率が高く熱拡散し易いので、例えば調理用鍋や釜の素材として好適に用いられる。
【０１７２】
＜実施例５＞  
本実施例５では、図１０に示した上記第３実施形態の接合方法に従って接合体を製造した。
【０１７３】
第１金属板５１、第２金属板５２及び第３金属板５３として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０１７４】
第１金属板５１：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板
第２金属板５２：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの純Ａｌ板
第３金属板５３：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板。
【０１７５】
各ステンレス鋼板の材質はＳＵＳ３０４である。純Ａｌ板の純度は４Ｎである。
【０１７６】
次いで、直径８０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなる導電性離型板３５を用いて、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３との積層体５５を１０個準備した。そして、これらの積層体５５を互いに重なり合う各積層体５５、５５間に導電性離型板３５を介して積層した。導電性離型板３５は、直径８０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。
【０１７７】
そして、複数の積層体５５の第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とを、ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により積層状に一括して接合した。この接合工程で用いた放電プラズマ焼結装置３０の上下各パンチ３２は、直径８０ｍｍの断面円形状の黒鉛製のものである。
【０１７８】
この接合工程では、複数の積層体５５の周囲をダイで包囲せずに、離型板３５と上側に隣接する上側積層体５５の下面にその外周縁部が離型板３５の上離型面３５ａから離型板３５の全周に亘って均等にはみ出るように離型板３５の上離型面３５ａを当接させるとともに、離型板３５と下側に隣接する下側積層体５５の上面にその外周縁部が離型板３５の下離型面３５ｂから離型板３５の全周に亘って均等にはみ出るように離型板３５の下離型面３５ｂを当接させた。さらに、複数の積層体５５のうち最上側に配置された最上側積層体５５Ｕの上面５５ａにその外周縁部が上パンチ３２の加圧面３２ａから上パンチ３２の全周に亘って均等にはみ出るように上パンチ３２の加圧面３２ａを当接させるとともに、複数の積層体５５のうち最下側に配置された最下側積層体５５Ｓの下面５５ｂにその外周縁部が下パンチ３２の加圧面３２ａから下パンチ３２の全周に亘って均等にはみ出るように下パンチ３２の加圧面３２ａを当接させた。そして、この状態で、３Ｐａの真空雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体５５をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の積層体５５を一括して加熱し、これにより複数の積層体５５の第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とを放電プラズマ焼結法により一括して接合した。その結果、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３との接合体を１０個得た。また、この接合により、各接合体の第１金属板５１と第２金属板５２との接合界面には第１金属板５１の構成元素と第２金属板５２のＡｌとが合金化してなる厚さ約１μｍの合金層が形成されており、また、第２金属板５２と第３金属板５３との接合界面に第２金属板５２のＡｌと第３金属板５３の構成元素とが合金化してなる厚さ約１μｍの合金層が形成されていた。したがって、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とが両パンチ３２、３２で挟まれた領域全域に亘って拡散接合されていた。
【０１７９】
この接合工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力２０ＭＰａである。
【０１８０】
こうして得られた接合体の厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、接合体の厚さは均一であった。
【０１８１】
この接合体は、ステンレス鋼単板からなるものに比して軽量であり、更に、熱伝導率が高く熱拡散し易いので、例えば調理用鍋や釜の素材として好適に用いられる。
【０１８２】
＜実施例６＞
本実施例６では、図１０に示した上記第３実施形態の接合方法に従って接合体を製造した。
【０１８３】
第１金属板５１、第２金属板５２及び第３金属板５３として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０１８４】
第１金属板５１：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの無酸素銅板
第２金属板５２：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板
第３金属板５３：直径８４ｍｍ×厚さ０．１ｍｍの無酸素銅板。
【０１８５】
無酸素銅板の材質はＪＩＳ−Ｃ１０１１である。各ステンレス鋼板の材質はＳＵＳ３０４である。
【０１８６】
次いで、直径８０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなる導電性離型板３５を用いて、上記実施例５と同様に、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３との接合体を１０個製造した。各接合体の第１金属板５１と第２金属板５２との接合界面には第１金属板５１のＣｕと第２金属板５２の構成元素とが合金化してなる厚さ約２μｍの合金層が形成されており、また、第２金属板５２と第３金属板５３との接合界面には第２金属板５２の構成元素と第３金属板５３のＣｕとが合金化してなる厚さ約２μｍの合金層が形成されていた。したがって、第１金属板５１と第２金属板５２と第３金属板５３とが両パンチ３２、３２で挟まれた領域全域に亘って拡散接合されていた。
【０１８７】
この接合工程で適用した接合条件は、加熱温度６５０℃、加熱温度の保持時間５ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力２０ＭＰａである。
【０１８８】
こうして得られた接合体の厚さについて測定位置を変えて全７箇所測定したところ、接合体の厚さは均一であった。
【０１８９】
この接合体は、電気伝導性が高いので、様々な電気機器用金具の素材として好適に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１９０】
本発明は、複数の導電性被接合部材を放電プラズマ焼結法により接合する導電性被接合部材の接合方法、及び絶縁基板用積層材の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【０１９１】
１Ａ：積層材（接合体）
２：Ｎｉ層（第１被接合部材）
４：Ｔｉ層（第２被接合部材）
６：Ａｌ層（第３被接合部材）
７：ろう材層（第４被接合部材）
８：第１積層体
８Ｚ：第１接合体
９：第２積層体
１５：絶縁基板
３０：放電プラズマ焼結装置
３２：パンチ
３２ａ：パンチの加圧面
３５：導電性離型板（導電性離型部材）
３５ａ：離型板の上離型面
３５ｂ：離型板の下離型面
４１：第１金属板（第１被接合部材）
４２：第２金属板（第２被接合部材）
４５：積層体
５１：第１金属板（第１被接合部材）
５２：第２金属板（第２被接合部材）
５３：第３金属板（第３被接合部材）
５５：積層体
【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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