(57)【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、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、が接合されてなる接合体の製造方法であって、
接合前の前記アルミニウム部材において、前記銅部材との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、
このアルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、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ことを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項３】
絶縁層と、この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、この金属層の前記絶縁層とは反対側の面に配置されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属層のうち前記ヒートシンクとの接合面は、銅又は銅合金で構成され、
前記ヒートシンクのうち前記金属層との接合面は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、
接合前の前記ヒートシンクにおいて、前記金属層との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、
このヒートシンクと前記金属層とを固相拡散接合することを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項４】
前記ヒートシンクと前記金属層とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、前記ヒートシンクと前記金属層とを固相拡散接合することを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項５】
ヒートシンク本体と、銅又は銅合金からなる銅部材層と、を備えたヒートシンクの製造方法であって、
前記ヒートシンク本体は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、
接合前の前記ヒートシンク本体において、前記銅部材層との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、
このヒートシンク本体と前記銅部材層とを固相拡散接合することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項６】
前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを固相拡散接合することを特徴とする請求項５に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とが接合されてなる接合体の製造方法、絶縁層の一方の面に回路層が形成されたパワーモジュール用基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク本体に銅部材層が形成されたヒートシンクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤやパワーモジュール等の半導体装置においては、導電材料からなる回路層の上に半導体素子が接合された構造とされている。
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、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）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層を形成したものも提供されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すパワーモジュールにおいては、セラミックス基板の一方の面及び他方の面にＡｌからなる回路層及び金属層が形成されたパワーモジュール用基板と、この回路層上にはんだ材を介して接合された半導体素子と、を備えた構造とされている。
そして、パワーモジュール用基板の下側には、ヒートシンクが接合されており、半導体素子からパワーモジュール用基板側に伝達された熱を、ヒートシンクを介して外部へ放散する構成とされている。
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されたパワーモジュールのように、回路層及び金属層をＡｌで構成した場合には、表面にＡｌの酸化皮膜が形成されるため、はんだ材によって半導体素子やヒートシンクを接合することができない。
そこで、従来、例えば特許文献２に開示されているように、回路層及び金属層の表面に無電解めっき等によってＮｉめっき膜を形成した上で、半導体素子やヒートシンクをはんだ接合している。
また、特許文献３には、はんだ材の代替として、酸化銀粒子と有機物からなる還元剤とを含む酸化銀ペーストを用いて、回路層と半導体素子、及び、金属層とヒートシンクとを接合する技術が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載されたように、回路層及び金属層表面にＮｉめっき膜を形成したパワーモジュール用基板においては、半導体素子及びヒートシンクを接合するまでの過程においてＮｉめっき膜の表面が酸化等によって劣化し、はんだ材を介して接合した半導体素子及びヒートシンクとの接合信頼性が低下するおそれがあった。ここで、ヒートシンクと金属層との接合が不十分であると、熱抵抗が上昇し、放熱特性が低下するおそれがあった。また、Ｎｉめっき工程では、不要な領域にＮｉめっきが形成されて電食等のトラブルが発生しないように、マスキング処理を行うことがある。このように、マスキング処理をした上でめっき処理をする場合、回路層表面及び金属層表面にＮｉめっき膜を形成する工程に多大な労力が必要となり、パワーモジュールの製造コストが大幅に増加してしまうといった問題があった。
【０００６】
また、特許文献３に記載されたように、酸化銀ペーストを用いて回路層と半導体素子、金属層とヒートシンクを接合する場合には、Ａｌと酸化銀ペーストの焼成体との接合性が悪いために、予め回路層表面及び金属層表面にＡｇ下地層を形成する必要があった。Ａｇ下地層をめっきにより形成する場合には、Ｎｉめっきと同様に多大な労力が必要となるといった問題があった。
【０００７】
そこで、特許文献４には、回路層及び金属層をＡｌ層とＣｕ層の積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。このパワーモジュール用基板においては、回路層及び金属層の表面にはＣｕ層が配置されるため、はんだ材を用いて半導体素子及びヒートシンクを良好に接合することができる。このため、積層方向の熱抵抗が小さくなり、半導体素子から発生した熱をヒートシンク側へと効率良く伝達することが可能となる。
【０００８】
また、特許文献５には、金属層及びヒートシンクの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、これら前記金属層と前記ヒートシンクとが固相拡散接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が提案されている。このヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、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、熱抵抗が小さく、放熱特性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３１７１２３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２３７８号公報
【特許文献３】特開２００８−２０８４４２号公報
【特許文献４】特開２０１４−１６０７９９号公報
【特許文献５】特開２０１４−０９９５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、内部に冷却媒体の流路等が形成された複雑な構造のヒートシンクにおいては、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム鋳物合金を用いて製造されることがある。
ここで、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム鋳物合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とを、特許文献５に記載されたように、固相拡散接合した場合には、接合界面近傍に相互拡散の不均衡によって生じるカーケンダルボイドが多数発生することが確認された。このようなカーケンダルボイドがパワーモジュール用基板とヒートシンクとの間に存在すると、熱抵抗が上昇し、放熱特性が低下してしまうといった問題があった。
【００１１】
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、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とを固相拡散接合した場合であっても、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能な接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンク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】
【００１２】
本発明者らが鋭意検討した結果、以下の知見を得た。ＳｉはＣｕよりも融点が高く、かつ、Ｓｉ中のＣｕの拡散速度が速いことから、ＳｉとＣｕとが接触するとＣｕの拡散が促進されることが判明した。このため、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム合金からなるアルミニウム部材中に粗大なＳｉ相が存在すると、アルミニウム部材と銅部材との接合界面において、Ｓｉ相と銅部材のＣｕとが接触して、Ｃｕの拡散が促進され、カーケンダルボイドが多く発生するとの知見を得た。
【００１３】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の接合体の製造方法は、銅又は銅合金からなる銅部材と、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、が接合されてなる接合体の製造方法であって、接合前の前記アルミニウム部材において、前記銅部材との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、このアルミニウム部材と前記銅部材とを固相拡散接合することを特徴としている。
【００１４】
この構成の接合体の製造方法によれば、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されたアルミニウム部材のうち前記銅部材との接合面において、母相中に分散したＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内としているので、銅部材と接触する接合面のＳｉ相が十分に微細化されており、銅部材中のＣｕの拡散が促進されず、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００１５】
ここで、本発明の接合体の製造方法においては、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、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ことが好ましい。
この場合、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ながら通電加熱しているので、昇温速度を速くすることができ、比較的短時間で固相拡散接合を行うことが可能となる。これにより、例えば大気中で接合した場合でも、接合面の酸化の影響が小さく、前記アルミニウム部材と前記銅部材とを良好に接合することができる。
【００１６】
本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法は、絶縁層と、この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、この金属層の前記絶縁層とは反対側の面に配置されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層のうち前記ヒートシンクとの接合面は、銅又は銅合金で構成され、前記ヒートシンクのうち前記金属層との接合面は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、接合前の前記ヒートシンクにおいて、前記金属層との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、このヒートシンクと前記金属層とを固相拡散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パワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されたヒートシンクのうち銅又は銅合金からなる金属層との接合面において、母相中に分散したＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内としているので、金属層と接触する接合面のＳｉ相が十分に微細化されており、金属層中のＣｕの拡散が促進されず、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能となる。これにより、熱抵抗が少なく、放熱性に優れたヒートシンク付パワーモジュール用基板を提供することができる。
また、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法においては、ヒートシンクが、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されているので、流路等を有する複雑な構造のヒートシンクを構成することができ、ヒートシンクの放熱特性を向上させることが可能となる。
【００１８】
ここで、本発明のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法においては、前記ヒートシンクと前記金属層とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、前記ヒートシンクと前記金属層とを固相拡散接合することが好ましい。
この場合、前記ヒートシンクと前記金属層とを積層方向に加圧しながら通電加熱しているので、昇温速度を速くすることができ、比較的短時間で固相拡散接合を行うことが可能となる。これにより、例えば大気中で接合した場合でも、接合面の酸化の影響が小さく、前記ヒートシンクと前記金属層とを良好に接合することができる。
【００１９】
本発明のヒートシンクの製造方法は、ヒートシンク本体と、銅又は銅合金からなる銅部材層と、を備えたヒートシンクの製造方法であって、前記ヒートシンク本体のうち前記銅部材層との接合面は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、接合前の前記ヒートシンク本体において、前記銅部材層との接合面におけるＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とし、このヒートシンク本体と前記銅部材層とを固相拡散接合することを特徴としている。
【００２０】
この構成のヒートシンクの製造方法によれば、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されたヒートシンク本体のうち銅又は銅合金からなる銅部材層との接合面において、母相中に分散したＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内としているので、銅部材層と接触する接合面のＳｉ相が十分に微細化されており、銅部材層中のＣｕの拡散が促進されず、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能となる。よって、熱抵抗が少なく、放熱性に優れたヒートシンクを提供することができる。
また、ヒートシンク本体が、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されているので、流路等を有する複雑な構造のヒートシンク本体を構成することができる。さらに、このヒートシンク本体に、銅又は銅合金からなる銅部材層が形成されているので、ヒートシンクと他の部材とをはんだ等を介して良好に接合することができる。また、熱を銅部材層で面方向に広げることができ、放熱特性を大幅に向上することができる。
【００２１】
ここで、本発明のヒートシンクの製造方法においては、前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを積層し、積層方向に加圧しながら通電して加熱することにより、前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを固相拡散接合することが好ましい。
この場合、前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを積層方向に加圧しながら通電加熱しているので、昇温速度を速くすることができ、比較的短時間で固相拡散接合を行うことが可能となる。これにより、例えば大気中で接合した場合でも、接合面の酸化の影響が小さく、前記ヒートシンク本体と前記銅部材層とを良好に接合することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とを固相拡散接合した場合であっても、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能な接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンクの製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るヒートシンク付パワーモジュール用基板を備えたパワーモジュールの概略説明図である。
【図２】第一実施形態に係るヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を説明するフロー図である。
【図３】第一実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法の概略説明図である。
【図４】第一実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、接合前のヒートシンクの接合面の組織観察写真である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るヒートシンクの概略説明図である。
【図６】第二実施形態に係るヒートシンクの製造方法を説明するフロー図である。
【図７】第二実施形態に係るヒートシンクの製造方法の概略説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板を備えたパワーモジュールの概略説明図である。
【図９】通電加熱法によって固相拡散接合を行う状況を示す概略説明図である。
【図１０】本発明例２において、接合面のＳｉ相の円相当径を測定する手順を示す説明図である。
【図１１】比較例２において、接合面のＳｉ相の円相当径を測定する手順を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第一実施形態）
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の第一実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０を用いたパワーモジュール１を示す。
このパワーモジュール１は、ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０と、このヒートシンク付パワーモジュール用基板３０の一方の面（図１において上面）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。
ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０は、パワーモジュール用基板１０と、パワーモジュール用基板１０に接合されたヒートシンク３１と、を備えている。
【００２５】
パワーモジュール用基板１０は、絶縁層を構成するセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に配設された金属層１３と、を備えている。
【００２６】
回路層１２は、図３に示すように、セラミックス基板１１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板２２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１２は、純度が９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）の圧延板（アルミニウム板２２）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１２となるアルミニウム板２２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。
【００２７】
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Ａｌ層１３Ａと、このＡｌ層１３Ａのうちセラミックス基板１１が接合された面と反対側の面に積層されたＣｕ層１３Ｂと、を有している。
Ａｌ層１３Ａは、図３に示すように、セラミックス基板１１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板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、Ａｌ層１３Ａは、純度が９９質量％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）の圧延板（アルミニウム板２３Ａ）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。接合されるアルミニウム板２３Ａ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。
Ｃｕ層１３Ｂは、Ａｌ層１３Ａの他方の面に、銅又は銅合金からなる銅板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、Ｃｕ層１３Ｂは、無酸素銅の圧延板（銅板２３Ｂ）が接合されることで形成されている。銅層１３Ｂの厚さは０．１ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、１ｍｍに設定されている。
【００２８】
ヒートシンク３１は、パワーモジュール用基板１０側の熱を放散するためのものであり、本実施形態では、図１に示すように、冷却媒体が流通する流路３２が設けられている。このヒートシンク３１は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、具体的には、ＪＩＳ  Ｈ  ２１１８：２００６で規定されたダイカスト用アルミニウム合金であるＡＤＣ１２で構成されている。なお、このＡＤＣ１２は、Ｃｕを１．５〜３．５ｍａｓｓ％の範囲内、Ｓｉを９．６〜１２．０ｍａｓｓ％の範囲内で含むアルミニウム合金である。上記アルミニウム合金のＳｉ濃度は、１０．５ｍａｓｓ％以上１２．０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましいが、これに限定されることはない。
【００２９】
ここで、ヒートシンク３１と金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とは、固相拡散接合されている。
金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１との接合界面には、金属間化合物層が形成されている。この金属間化合物層は、ヒートシンク３１のＡｌ原子と、Ｃｕ層１３ＢのＣｕ原子とが相互拡散することによって形成されるものである。この金属間化合物層においては、ヒートシンク３１からＣｕ層１３Ｂに向かうにしたがい、漸次Ａｌ原子の濃度が低くなり、かつＣｕ原子の濃度が高くなる濃度勾配を有している。
金属間化合物層は、ＣｕとＡｌからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、金属間化合物層の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
【００３０】
また、本実施形態では、金属間化合物層は、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、ヒートシンク３１側からＣｕ層１３Ｂ側に向けて順に、ヒートシンク３１とＣｕ層１３Ｂとの接合界面に沿って、θ相、η２相が積層し、さらにζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相が積層して構成されている
また、この金属間化合物層とＣｕ層１３Ｂとの接合界面には、酸化物が接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物は、金属間化合物層とＣｕ層１３Ｂとの界面に分断された状態で分散しており、金属間化合物層とＣｕ層１３Ｂとが直接接触している領域も存在している。また、酸化物がθ相、η２相もしくは、ζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相の内部に層状に分散している場合もある。
【００３１】
次に、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０の製造方法について、図２から図４を参照して説明する。
【００３２】
（アルミニウム板積層工程Ｓ０１）
まず、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、回路層１２となるアルミニウム板２２を、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６を介して積層した。
また、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ層１３Ａとなるアルミニウム板２３Ａ、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６を介して積層した。なお、本実施形態では、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔２６として、厚さ１５μｍのＡｌ−６ｍａｓｓ％Ｓｉ合金箔を用いた。
【００３３】
（回路層及びＡｌ層形成工程Ｓ０２）
そして、積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．１０〜３．４３ＭＰａ））した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、アルミニウム板２２とセラミックス基板１１を接合して回路層１２を形成する。また、セラミックス基板１１とアルミニウム板２３Ａを接合してＡｌ層１３Ａを形成する。
ここで、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は６００℃以上６４３℃以下、保持時間は３０分以上１８０分以下の範囲内に設定されることが好ましい。
【００３４】
（Ｃｕ層（金属層）形成工程Ｓ０３）
次に、Ａｌ層１３Ａの他方の面側に、Ｃｕ層１３Ｂとなる銅板２３Ｂを積層する。
そして、積層方向に加圧（圧力３〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．２９〜３．４３ＭＰａ））した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、Ａｌ層１３Ａと銅板２３Ｂとを固相拡散接合し、金属層１３を形成する。
ここで、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は４００℃以上５４８℃以下、保持時間は５分以上２４０分以下の範囲内に設定されることが好ましい。
なお、Ａｌ層１３Ａ、銅板２３Ｂのうち固相拡散接合されるそれぞれの接合面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされている。
【００３５】
（ヒートシンク準備工程Ｓ０４）
次に、接合するヒートシンク３１を準備する。このとき、図４に示すように、ヒートシンク３１のうち金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）と接合される接合面において、母相５１中に分散したＳｉ相５２の円相当径のＤ９０が１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とされたものを準備する。
ここで、ヒートシンク３１を鋳造する際にヒートシンク３１の少なくとも接合面近傍の冷却速度を調整することで接合面におけるＳｉ相５２のサイズ及び形状を制御することができる。この場合、例えば、鋳造する際の金型の温度を２３０℃以下、望ましくは、２１０℃以下とするとよい。鋳造する際の金型の温度の下限値は、１７０℃であってもよいが、これに限定されることはない。
あるいは、ヒートシンク３１の少なくとも接合面近傍を溶融させた後に急冷することにより、接合面におけるＳｉ相５２のサイズ及び形状を制御することができる。
【００３６】
（金属層／ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１とを積層し、積層方向に加圧（圧力５〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．４９〜３．４３ＭＰａ））した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１を固相拡散接合する。なお、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）及びヒートシンク３１のうち固相拡散接合されるそれぞれの接合面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされている。
ここで、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は４００℃以上５２０℃以下、保持時間は０．５時間以上３時間以下の範囲内に設定されることが好ましい。
このようにして、本実施形態であるヒートシンク付パワーモジュール用基板３０が製造される。
【００３７】
（半導体素子接合工程Ｓ０６）
次いで、回路層１２の一方の面（表面）に、はんだ材を介して半導体素子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。
【００３８】
以上のような構成とされた本実施形態に係るヒートシンク付パワーモジュール用基板３０の製造方法によれば、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されたヒートシンク３１を用いており、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）と接合される接合面において、母相５１中に分散したＳｉ相５２の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とされたヒートシンク３１を準備するヒートシンク準備工程Ｓ０４を有しているので、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）と接触する接合面のＳｉ相５２が十分に微細化されており、その後の金属層／ヒートシンク接合工程Ｓ０５において金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）中のＣｕの拡散が促進されず、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
ここで、母相中に分散したＳｉ相５２の円相当径のＤ９０が１μｍ未満である場合には、ヒートシンク３１の接合面近傍が微細に分散したＳｉ相による析出硬化によって必要以上に硬化してしまうため、ヒートシンク付パワーモジュール用基板３０に熱サイクルを負荷した際に発生する熱応力によってセラミックス基板１１に割れが生じるおそれがある。
一方、母相中に分散したＳｉ相５２の円相当径のＤ９０が８μｍを超える場合には、Ｃｕの拡散が促進され、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を十分に抑制できなくなるおそれがある。
よって、本実施形態においては、接合面におけるＳｉ相５２の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内に設定している。
なお、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を確実に抑制するためには、Ｓｉ相５２の円相当径のＤ５０が５μｍ以下であることが好ましく、Ｓｉ相５２の円相当径のＤ５０が３μｍ以下、且つ、Ｄ９０が６μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
また、ヒートシンク３１が、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されているので、流路３２を有する複雑な構造のヒートシンク３１を構成することができ、ヒートシンク３１の放熱特性を向上させることが可能となる。
さらに、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生が抑制されているので、ヒートシンク３１と金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）との接合強度に優れ、かつ、熱抵抗が少ない高性能なヒートシンク付パワーモジュール用基板３０を構成することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、固相拡散接合する際に、接合面に傷がある場合には接合界面に隙間が生じるおそれがあるが、本実施形態では、Ｃｕ層１３Ｂ（銅板２３Ｂ）、及び、ヒートシンク３１の接合される面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされた後に固相拡散接合されているので、接合界面に隙間が生じることを抑制することができ、確実に固相拡散接合することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１との接合界面に、ＣｕとＡｌの金属間化合物からなる金属間化合物層が形成されており、この金属間化合物層は、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされているので、脆い金属間化合物が大きく成長してしまうことを抑制できる。また、金属間化合物層内部における体積変動が小さくなり、内部歪みが抑えられることになる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、Ｃｕ層１３Ｂと金属間化合物層との接合界面においては、酸化物がこれらの接合界面に沿ってそれぞれ層状に分散しているので、ヒートシンク３１の接合面に形成された酸化膜が確実に破壊され、ＣｕとＡｌの相互拡散が十分に進行していることになり、Ｃｕ層１３Ｂとヒートシンク３１とが確実に接合されていることになる。
【００４４】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態であるヒートシンクについて説明する。図５に、本発明の第二実施形態に係るヒートシンク１０１を示す。
このヒートシンク１０１は、ヒートシンク本体１１０と、ヒートシンク本体１１０の一方の面（図５において上側）に積層された銅又は銅合金からなる銅部材層１１８と、を備えている。本実施形態では、銅部材層１１８は、図７に示すように、無酸素銅の圧延板からなる銅板１２８を接合することによって構成されている。
【００４５】
ヒートシンク本体１１０は、冷却媒体が流通する流路１１１が設けられている。このヒートシンク本体１１０は、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、具体的には、ＪＩＳ  Ｈ  ２１１８：２００６で規定されたダイカスト用アルミニウム合金であるＡＤＣ３で構成されている。なお、このＡＤＣ３は、Ｓｉを９．０〜１１．０ｍａｓｓ％の範囲内、Ｍｇを０．４５〜０．６４ｍａｓｓ％の範囲内で含むアルミニウム合金である。上記アルミニウム合金のＳｉ濃度は、１０．５ｍａｓｓ％以上１１．０ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましいが、これに限定されることはない。
【００４６】
ここで、ヒートシンク本体１１０と銅部材層１１８は、固相拡散接合されている。
ヒートシンク本体１１０と銅部材層１１８との接合界面には、金属間化合物層が形成されている。この金属間化合物層は、ヒートシンク本体１１０のＡｌ原子と、銅部材層１１８のＣｕ原子とが相互拡散することによって形成されるものである。この金属間化合物層においては、ヒートシンク本体１１０から銅部材層１１８に向かうにしたがい、漸次Ａｌ原子の濃度が低くなり、かつＣｕ原子の濃度が高くなる濃度勾配を有している。
金属間化合物層は、ＣｕとＡｌからなる金属間化合物で構成されており、本実施形態では、複数の金属間化合物が接合界面に沿って積層した構造とされている。ここで、金属間化合物層の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下の範囲内、好ましくは、５μｍ以上８０μｍ以下の範囲内に設定されている。
【００４７】
また、本実施形態では、金属間化合物層は、３種の金属間化合物が積層された構造とされており、ヒートシンク本体１１０側から銅部材層１１８側に向けて順に、ヒートシンク本体１１０と銅部材層１１８との接合界面に沿って、θ相、η２相が積層し、さらにζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相が積層して構成されている
また、この金属間化合物層と銅部材層１１８との接合界面には、酸化物が接合界面に沿って層状に分散している。なお、本実施形態においては、この酸化物は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のアルミニウム酸化物とされている。なお、酸化物は、金属間化合物層と銅部材層１１８との界面に分断された状態で分散しており、金属間化合物層と銅部材層１１８とが直接接触している領域も存在している。また、酸化物が、θ相、η２相もしくは、ζ２相、δ相、及びγ２相のうち少なくとも一つの相の内部に層状に分散している場合もある。
【００４８】
次に、本実施形態であるヒートシンク１０１の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。
【００４９】
（ヒートシンク本体準備工程Ｓ１０１）
まず、接合するヒートシンク本体１１０を準備する。このとき、ヒートシンク本体１１０のうち銅部材層１１８と接合される接合面において、第一の実施形態で説明したヒートシンク３１（図４参照）と同様に、母相中に分散したＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内とされたヒートシンク本体１１０を準備する。
ここで、ヒートシンク本体１１０を鋳造する際にヒートシンク本体１１０の少なくとも接合面近傍の冷却速度を調整することで接合面におけるＳｉ相のサイズ及び形状を制御することができる。この場合、例えば、鋳造する際の金型の温度を２３０℃以下、望ましくは、２１０℃以下とするとよい。鋳造する際の金型の温度の下限値は、１７０℃であってもよいが、これに限定されることはない。
あるいは、ヒートシンク本体１１０の少なくとも接合面近傍を溶融させた後に急冷することにより、接合面におけるＳｉ相のサイズ及び形状を制御することができる。
【００５０】
（ヒートシンク本体／銅部材層接合工程Ｓ１０２）
次に、図７に示すように、ヒートシンク本体１１０と銅部材層１１８となる銅板１２８とを積層し、積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２（０．１０〜３．４３ＭＰａ））した状態で真空加熱炉内に配置し加熱することにより、銅板１２８とヒートシンク本体１１０とを固相拡散接合する。なお、銅板１２８、ヒートシンク本体１１０のうち固相拡散接合されるそれぞれの接合面は、予め当該面の傷が除去されて平滑にされている。
ここで、真空加熱炉内の圧力は１０−６Ｐａ以上１０−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は４００℃以上５２０℃以下、保持時間は０．５時間以上３時間以下の範囲内に設定されることが好ましい。
このようにして、本実施形態であるヒートシンク１０１が製造される。
【００５１】
以上のような構成とされた本実施形態に係るヒートシンク１０１の製造方法によれば、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されたヒートシンク本体１１０を用いており、銅部材層１１８（銅板１２８）と接合される接合面において、母相中に分散したＳｉ相の円相当径のＤ９０を１μｍ以上８μｍ以下の範囲内としたヒートシンク本体１１０を準備するヒートシンク本体準備工程Ｓ１０１を有しているので、銅部材層１１８（銅板１２８）と接触する接合面のＳｉ相が十分に微細化されており、銅部材層１１８（銅板１２８）中のＣｕの拡散が促進されず、接合界面におけるカーケンダルボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００５２】
また、本実施形態では、ヒートシンク本体１１０の一方の面に、無酸素銅の圧延板からなる銅板１２８を接合することによって銅部材層１１８が形成されているので、熱を銅部材層１１８によって面方向に広げることができ、放熱特性を大幅に向上させることができる。また、はんだ等を用いて他の部材とヒートシンク１０１とを良好に接合することができる。
【００５３】
また、ヒートシンク本体１１０が、Ｓｉ濃度が１ｍａｓｓ％以上２５ｍａｓｓ％以下の範囲内とされたアルミニウム合金で構成されており、具体的には、ＪＩＳ  Ｈ  ２１１８：２００６で規定されたダイカスト用アルミニウム合金であるＡＤＣ３（Ｓｉ濃度９．０〜１１．０ｍａｓｓ％）で構成されているので、流路等を有する複雑な構造のヒートシンク本体１１０を構成することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、銅部材層１１８とヒートシンク本体１１０との接合界面が、第１の実施形態のＣｕ層１３Ｂとヒートシンク３１との接合界面と同様の構成とされているので、第一の実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。
【００５５】
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。
【００５６】
例えば、第一の実施形態では、金属層１３を、Ａｌ層１３ＡとＣｕ層１３Ｂとを有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、図８に示すように、金属層全体を銅又は銅合金で構成してもよい。この図８に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板２３０においては、セラミックス基板１１の他方の面（図８において下側）に銅板がＤＢＣ法あるいは活性金属ろう付け法等によって接合され、銅又は銅合金からなる金属層２１３が形成されている。そして、この金属層２１３とヒートシンク３１とが、固相拡散接合されている。なお、図８に示すパワーモジュール用基板２１０においては、回路層２１２も銅又は銅合金によって構成されたものとされている。
【００５７】
また、第一の実施形態において、回路層を純度９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム板を接合することで形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、純度９９．９９ｍａｓｓ％以上（４Ｎ−Ａｌ）や、他のアルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金等の他の金属で構成したものであってもよい。また、回路層をＡｌ層とＣｕ層の２層構造のものとしてもよい。これは、図８に示すヒートシンク付パワーモジュール用基板でも同様である。
【００５８】
また、第一の実施形態の金属層／ヒートシンク接合工程Ｓ０５においては、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１とを積層し、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置して加熱する構成として、第二の実施形態のヒートシンク本体／銅部材層接合工程Ｓ１０２においては、ヒートシンク本体１１０と銅部材層１１８となる銅板１２８とを積層し、積層方向に加圧（圧力５〜３５ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に配置して加熱する構成として、説明したが、これに限定されることはなく、図９に示すように、アルミニウム部材３０１（ヒートシンク３１、ヒートシンク本体１１０）と銅部材３０２（金属層１３、銅部材層１１８）とを固相拡散接合する際に通電加熱法を適用してもよい。
【００５９】
通電加熱を行う場合には、図９に示すように、アルミニウム部材３０１と銅部材３０２とを積層し、これらの積層体を、カーボン板３１１，３１１を介して一対の電極３１２、３１２によって積層方向に加圧するとともに、アルミニウム部材３０１及び銅部材３０２に対して通電を行う。すると、ジュール熱によってカーボン板３１１，３１１及びアルミニウム部材３０１と銅部材３０２が加熱され、アルミニウム部材３０１と銅部材３０２とが固相拡散接合される。
【００６０】
上述の通電加熱法においては、アルミニウム部材３０１及び銅部材３０２が直接通電加熱されることから、昇温速度を例えば３０〜１００℃／ｍｉｎと比較的速くすることができ、短時間で固相拡散接合を行うことができる。これにより、接合面の酸化の影響が小さく、例えば大気雰囲気でも接合することが可能となる。また、アルミニウム部材３０１及び銅部材３０２の抵抗値や比熱によっては、これらアルミニウム部材３０１及び銅部材３０２に温度差が生じた状態で接合することも可能となり、熱膨張の差を小さくし、熱応力の低減を図ることもできる。
【００６１】
ここで、上述の通電加熱法においては、一対の電極３１２，３１２による加圧荷重は、３０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１００ｋｇｆ／ｃｍ２以下（２．９４ＭＰａ以上９．８ＭＰａ以下）の範囲内とすることが好ましい。
また、通電加熱法を適用する場合には、アルミニウム部材３０１及び銅部材３０２の表面粗さは、算術平均粗さＲａで０．３μｍ以上０．６μｍ以下、または、最大高さＲｚで１．３μｍ以上２．３μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。通常の固相拡散接合では、接合面の表面粗さは小さいことが好ましいが、通電加熱法の場合には、接合面の表面粗さが小さすぎると、界面接触抵抗が低下し、接合界面を局所的に加熱することが困難となるため、上述の範囲内とすることが好ましい。
【００６２】
なお、第一の実施形態の金属層／ヒートシンク接合工程Ｓ０５に上述の通電加熱法を用いることも可能であるが、その場合、セラミックス基板１１が絶縁体であるため、例えば、カーボンからなる冶具等でカーボン板３１１，３１１を短絡する必要がある。接合条件は、上述したアルミニウム部材３０１と銅部材３０２の接合と同様である。
また、金属層１３（Ｃｕ層１３Ｂ）とヒートシンク３１の表面粗さについては、上述したアルミニウム部材３０１及び銅部材３０２の場合と同様である。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
（試験片の作製）
表１に示すアルミニウム板（１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ）の一方の面に、無酸素銅からなる銅板（２ｍｍ×２ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を、上述の実施形態に記載した方法によって固相拡散接合した。
本発明例１−７及び比較例１，２においては、アルミニウム板と銅板とを積層方向に１５ｋｇｆ／ｃｍ２（１．４７ＭＰａ）の荷重で押圧し、真空加熱炉で５００℃×１２０ｍｉｎの条件で固相拡散接合を実施した。
本発明例８−１１においては、アルミニウム板と銅板とを図９に示す通電加熱法によって固相拡散接合した。なお、電極に加圧荷重を１５ｋｇｆ／ｃｍ２（１．４７ＭＰａ）とし、加熱温度（銅板温度）を５１０℃、加熱温度での保持時間を５ｍｉｎとし、昇温速度を８０℃／ｍｉｎとした。また、接合雰囲気を大気雰囲気とした。
【００６５】
（接合面のＳｉ相の粒径）
接合する前にアルミニウム板の接合面の組織観察を行い、母相中に分散するＳｉ相のＤ９０及びＤ５０を以下のようにして測定した。なお、図１０は本発明例２の測定例、図１１は比較例２の測定例を示す。
まず、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製ＪＸＡ―８５３０Ｆ）を用いて、視野３６０μｍ□、加速電圧１５ｋＶ、Ｓｉコンターレベル０〜１０００の条件で、Ｓｉの面分析を実施し、図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すＳｉ分布像を得た。
得られたＳｉ分布像を８ビットグレースケールに変換し、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すようなＳｉ分布像を得た。
【００６６】
次に、Ｋａｐｕｒ−Ｓａｈｏｏ−Ｗｏｎｇ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｅｎｔｒｏｐｙ）ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ  ｍｒｔｈｏｄ（Ｋａｐｕｒ，ＪＮ；Ｓａｈｏｏ，ＰＫ；Ｗｏｎｇ，ＡＣＫ（１９８５）、“Ａ  Ｎｅｗ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｇｒａｙ−Ｌｅｖｅｌ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｅｎｔｒｏｐｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ”，Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ２９（３）：２７３−２８５参照）に基づいて、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）に示すように、Ｓｉ分布像を２値化した。
【００６７】
次に、図１０（ｄ）及び図１１（ｄ）に示すように、２値化した画像からＳｉ相の輪郭を抽出した。
Ｓｉ相の輪郭を抽出した画像を基に、輪郭内の面積（ピクセル数）から円相当径（直径）を算出した。
そして、算出された円相当径のＤ９０及びＤ５０を求めた。測定結果を表１に示す。
【００６８】
（シェアテスト）
この試験片を用いて、シェアテストを実施した。なお、このシェアテストは、国際電気標準会議の規格ＩＥＣ  ６０７４９−１９に準拠して実施した。シェアテストのｎ数は３０とした。シェア強度のワイブルプロットにおいて、シェア強度が１００ＭＰａとなる累積故障率を破損率とした。なお、累積故障率の計算はメディアンランクに基づいて実施した。評価結果を表１に示す。
【００６９】
（セラミックス割れの評価）
また、表１に示すアルミニウム板をヒートシンクとし、第一の実施形態で説明した構造のヒートシンク付パワーモジュール用基板を作製した。ヒートシンク付パワーモジュール用基板の構成は以下の通りである。なお、金属層（Ｃｕ層）とヒートシンクとの固相拡散接合は、積層方向の荷重を１５ｋｇｆ／ｃｍ２（１．４７ＭＰａ）とし、真空加熱炉で５００℃×１２０ｍｉｎの条件で実施した。
セラミックス基板：ＡｌＮ，４０ｍｍ×４０ｍｍ，厚さ０．６３５ｍｍ
回路層：４Ｎアルミニウム，３７ｍｍ×３７ｍｍ，厚さ０．６ｍｍ
金属層（Ａｌ層）：４Ｎアルミニウム，３７ｍｍ×３７ｍｍ，厚さ０．９ｍｍ
金属層（Ｃｕ層）：無酸素銅，３７ｍｍ×３７ｍｍ，厚さ０．３ｍｍ
ヒートシンク：表１記載のアルミニウム合金，５０ｍｍ×５０ｍｍ，厚さ５ｍｍ
【００７０】
得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板に、冷熱衝撃試験機（エスペック社製ＴＳＢ−５１）を使用し、液相（フロリナート）で、−４０℃で５分、１５０℃で５分の冷熱サイクルを２５００回負荷し、超音波探傷装置を用いてセラミックス基板の割れの有無を評価した。評価結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
0006575386.tif 000002
【００７２】
アルミニウム板（ヒートシンク）の接合面におけるＳｉ相のＤ９０が本発明の範囲よりも小さい比較例１においては、セラミックス基板に割れが生じた。微細なＳｉ粒子が数多く分散することでアルミニウム板（ヒートシンク）が必要以上に硬化したためと推測される。
アルミニウム板（ヒートシンク）の接合面におけるＳｉ相のＤ９０が本発明の範囲よりも大きい比較例２においては、シェアテストによる故障率が非常に高くなった。接合界面にカーケンダルボイドが多く発生したためと推測される。
【００７３】
これに対して、アルミニウム板（ヒートシンク）の接合面におけるＳｉ相のＤ９０が本発明の範囲内とされた本発明例１−１１においては、破損率が比較的低く、セラミックス割れの発生も認められなかった。また、Ｓｉ濃度が２３．９ｍａｓｓ％とされた本発明例６及びＳｉ濃度が１．０ｍａｓｓ％とされた本発明例７においても、同様の結果であった。また、通電加熱法を適用した本発明例８−１１においては、大気中で接合してもアルミニウム板と銅板とが良好に接合されていた。
以上のことから、本発明例によれば、Ｓｉを比較的多く含むアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、銅又は銅合金からなる銅部材とが良好に接合された接合体を製造可能であることが確認された。
【符号の説明】
【００７４】
１０、２１０  パワーモジュール用基板
１１  セラミックス基板
１３，２１３  金属層
１３Ｂ  Ｃｕ層（銅部材）
３０、２３０  ヒートシンク付パワーモジュール用基板
３１  ヒートシンク（アルミニウム部材）
５２  Ｓｉ相
１０１  ヒートシンク
１１０  ヒートシンク本体
１１８  銅部材層
【図１】
0006575386.tif 000003
【図２】
0006575386.tif 000004
【図３】
0006575386.tif 000005
【図４】
0006575386.tif 000006
【図５】
0006575386.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0006575386.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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