(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材と、金属チタンからなるチタン部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
前記アルミニウム部材と前記チタン部材とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材と前記チタン部材との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
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、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記回路層は、前記絶縁層の一方の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層と、前記アルミニウム部材層の前記絶縁層と接合されている面と反対側の面に接合されている金属チタンからなるチタン部材層とを有する接合体を含み、
前記接合体を、前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【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、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属層は、前記絶縁層の他方の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層と、前記アルミニウム部材層の前記絶縁層と接合されている面と反対側の面に接合されている金属チタンからなるチタン部材層とを有する接合体を含み、
前記接合体を、前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項４】
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、この金属層に接合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、
前記ヒートシンクは、前記金属層に接合されている金属チタンからなるチタン部材層と、前記チタン部材層の前記金属層と接合されている面と反対側の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層とを有する接合体を含み、
前記接合体を、前記チタン部材層と前記アルミニウム部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）などのセラミックスからなる絶縁基板と、この絶縁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。また、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。さらに、回路層に搭載した半導体素子等から発生した熱を効率的に放散させるために、パワーモジュール用基板の金属層側にヒートシンクを接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が提供されている。
【０００３】
パワーモジュール用基板の回路層および金属層の材料としては、アルミニウム、銅、ニッケル、銀などの金属部材が利用されている。また、パワーモジュール用基板の回路層および金属層として、これらの金属部材からなる金属部材層を複数層接合した接合体を用いることが検討されている。
例えば、特許文献１には、パワーモジュール用基板の回路層および金属層として、アルミニウムからなるアルミニウム部材層と、銅、ニッケル、又は銀からなる金属部材層との間に、チタン部材層とＡｌ３ＴｉにＳｉが固溶したＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層とを形成した接合体を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７９４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近では、パワー半導体素子等の高出力化が進められており、これ伴いパワーモジュールの発熱量が増加する傾向がある。このため、パワーモジュール用基板に対しては、さらに厳しいヒートサイクルが負荷されることになり、従来にも増して、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルに対する接合信頼性に優れたパワーモジュール用基板が要求されている。ところが、特許文献１に開示されているように、アルミニウム部材層と金属部材層との間に、チタン部材層とＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層とを形成したパワーモジュール用基板は、広い温度範囲（例えば、−４０〜１５０℃）のヒートサイクルに対しては接合信頼性が必ずしも十分であるとは言えない場合があった。
【０００６】
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、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好な接合体を得ることができる接合体の製造方法、この接合体を備えたパワーモジュール用基板の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の課題を解決するために、本発明の接合体の製造方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材と、金属チタンからなるチタン部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、前記アルミニウム部材と前記チタン部材とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材と前記チタン部材との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することを特徴としている。
【０００８】
この構成の接合体の製造方法によれば、アルミニウム部材のＳｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされているため、アルミニウム部材とチタン部材との接合部には、Ｓｉが固溶したＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層は生成しないか、生成したとしてもその量は極わずかとなる。また、アルミニウム部材とチタン部材とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することによって、Ａｌ原子とＴｉ原子とが緩やかな速度で相互拡散することから、アルミニウム部材とチタン部材との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材とチタン部材との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材とチタン部材とが強固に接合されるので、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好な接合体を製造することが可能となる。
【０００９】
ここで、本発明の接合体の製造方法においては、前記固相拡散接合により、前記アルミニウム部材と前記チタン部材との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成する。
この場合、Ａｌ３Ｔｉ層の厚さが２μｍ以上とされているので、アルミニウム部材とチタン部材との間で局所的な接合不良が発生しにくくなり、アルミニウム部材とチタン部材との接合信頼性をより高くすることが可能となる。一方、Ａｌ３Ｔｉ層の厚さが５０μｍ以下とされているので、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層が薄くなり、Ａｌ３Ｔｉ層を起点としたクラックが生じにくくなり、接合信頼性をより高くすることが可能となる。
【００１０】
本発明の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、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記回路層は、前記絶縁層の一方の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層と、前記アルミニウム部材層の前記絶縁層と接合されている面と反対側の面に接合されている金属チタンからなるチタン部材層とを有する接合体を含み、前記接合体を、前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成することを特徴としている。
【００１１】
この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、パワーモジュール用基板の回路層を構成するアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材層とチタン部材層とが強固に接合されるので、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、回路層の接合信頼性が良好なパワーモジュール用基板を製造することが可能となる。
【００１２】
本発明の別の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、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記金属層は、前記絶縁層の他方の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層と、前記アルミニウム部材層の前記絶縁層と接合されている面と反対側の面に接合されている金属チタンからなるチタン部材層とを有する接合体を含み、前記接合体を、前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成することを特徴としている。
【００１３】
この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、パワーモジュール用基板の金属層を構成するアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材層とチタン部材層とが強固に接合されるので、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、金属層の接合信頼性が良好なパワーモジュール用基板を製造することが可能となる。
【００１４】
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、この金属層に接合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、前記ヒートシンクは、前記金属層に接合されている金属チタンからなるチタン部材層と、前記チタン部材層の前記金属層と接合されている面と反対側の面に接合されているアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下であるアルミニウム部材層とを有する接合体を含み、前記接合体を、前記チタン部材層と前記アルミニウム部材層とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することにより前記アルミニウム部材層と前記チタン部材層との接合部に、厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあるＡｌ３Ｔｉ層を形成することによって形成することを特徴としている。
【００１５】
この構成のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法によれば、ヒートシンクのアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部に、アルミニウムとチタンとが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材層とチタン部材層とが強固に接合されるので、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、パワーモジュール用基板とヒートシンクの接合信頼性が良好なヒートシンク付パワーモジュール用基板を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好な接合体を得ることができる接合体の製造方法、この接合体を備えたパワーモジュール用基板の製造方法、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板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】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略説明図である。
【図２】図１における回路層のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。
【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】本発明の第二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概略説明図である。
【図５】図４における金属層のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。
【図６】第二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の概略説明図である。
【図７】本発明の第三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概略説明図である。
【図８】図７におけるヒートシンクのアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。
【図９】第三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の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（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は、本発明の第一実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略説明図である。図２は、図１における回路層のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。図３は、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。
【００１９】
パワーモジュール用基板１１は、絶縁層２０と、この絶縁層２０の一方の面（図１において上面）に形成された回路層３０と、絶縁層２０の他方の面（図１において下面）に形成された金属層４０と、を備えている。
【００２０】
絶縁層２０は、図３に示すように、例えば、絶縁性および放熱性に優れたＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックスからなる絶縁部材２０ａで構成されている。本実施形態では、放熱性の優れたＡｌＮ（窒化アルミニウム）で構成されている。絶縁部材２０ａの厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内にある。本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
【００２１】
回路層３０は、図１に示すように、絶縁層２０の一方の面に配設されたアルミニウム部材層３１と、このアルミニウム部材層３１の一方の面に積層されたチタン部材層３２と、このチタン部材層３２の一方の面に積層された銅部材層３３とを有している。すなわち、本実施形態においては、回路層３０は、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２と銅部材層３３とが接合されてなる接合体とされている。
【００２２】
アルミニウム部材層３１は、図３に示すように、絶縁部材２０ａ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部材３１ａが接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム部材３１ａは、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされている。アルミニウム部材３１ａは、純度が９９％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）の圧延板であることが好ましく、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）の圧延板であることがより好ましい。なお、アルミニウム部材３１ａの厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．４ｍｍに設定されている。
【００２３】
チタン部材層３２は、図３に示すように、アルミニウム部材３１ａの一方の面に、金属チタンからなるチタン部材３２ａが固相拡散接合されることにより形成されている。チタン部材３２ａとしては、例えば、純度９９質量％以上の金属チタン箔を用いることができる。チタン部材３２ａの厚さは０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．０１ｍｍに設定されている。
【００２４】
アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部には、図２に示すように、Ａｌ３Ｔｉ層３４が形成されている。Ａｌ３Ｔｉ層３４は、アルミニウム部材層３１のＡｌ原子とチタン部材層３２のＴｉ原子とが相互拡散することによって形成された層である。Ａｌ３Ｔｉ層３４の厚さは、２μｍ以上５０μｍ以下の範囲に設定されている。Ａｌ３Ｔｉ層３４の厚さが２μｍ未満の場合、Ａｌ原子とＴｉ原子の相互拡散が不十分となり、局所的に接合しない部分が生じる可能性があり、接合信頼性が低下するおそれがある。Ａｌ３Ｔｉ層３４の厚さが５０μｍを超えた場合、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層３４を起点にクラックが生じ、接合信頼性が低下するおそれがある。
【００２５】
銅部材層３３は、図３に示すように、チタン部材３２ａの一方の面に、銅又は銅合金からなる銅部材３３ａが固相拡散接合されることにより形成されている。本実施形態においては、銅部材３３ａは、無酸素銅の圧延板であることが好ましい。銅部材３３ａの厚さは０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では２．０ｍｍに設定されている。
【００２６】
金属層４０は、図３に示すように、絶縁部材２０ａの他方の面に、金属部材４０ａが接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム板が接合されることにより形成されている。アルミニウム板は、２Ｎアルミニウムの圧延板であることが好ましく、４Ｎアルミニウムの圧延板であることがより好ましい。なお、金属部材４０ａ（アルミニウム板）の厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、２．１ｍｍに設定されている。
【００２７】
次に、本実施形態であるパワーモジュール用基板１１の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００２８】
まず、図３（ａ）に示すように、絶縁層２０を構成する絶縁部材２０ａ（ＡｌＮ）、アルミニウム部材層３１を構成するアルミニウム部材３１ａ、チタン部材層３２を構成するチタン部材３２ａ、銅部材３３ａ、そして金属層４０を構成する金属部材４０ａ（アルミニウム板）を用意する。本実施形態では、上記の材料を用いて、図３（ｂ）に示す銅部材層／チタン部材層接合体１０１と、図３（ｃ）に示すアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２とをそれぞれ作製し、次いで、銅部材層／チタン部材層接合体１０１とアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２とを接合する。
【００２９】
（銅部材層／チタン部材層接合体１０１の作製）
チタン部材３２ａの一方の面に銅部材３３ａを積層する。得られた積層体を、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、チタン部材３２ａと銅部材３３ａとを固相拡散接合する。こうして、チタン部材層３２と銅部材層３３とを有する銅部材層／チタン部材層接合体１０１を作製する。なお、チタン部材３２ａとして、銅部材３３ａの一方の面に金属チタンを蒸着等によって形成することも可能である。
【００３０】
ここで、積層体に負荷する圧力は、１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲内に設定されていることが好ましい。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。また、より好ましい加熱温度は、６３０℃以上６４３℃以下の範囲内とされている。本実施形態においては、積層方向に１２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を負荷し、加熱温度６４０℃、保持時間１２０分の条件で実施した。
【００３１】
（アルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２の作製）
絶縁部材２０ａの一方の面にアルミニウム部材３１ａを積層し、絶縁部材２０ａの他方の面に金属部材４０ａを積層する。ここで、本実施形態においては、絶縁部材２０ａとアルミニウム部材３１ａとの間、及び絶縁部材２０ａと金属部材４０ａとの間にはそれぞれ、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔（不図示）を介して積層した。得られた積層体を、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、絶縁部材２０ａの一方面にアルミニウム部材３１ａを、他方の面に金属部材４０ａを接合する。こうして、アルミニウム部材層３１と絶縁層２０と金属層４０とを有するアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２を作製する。
【００３２】
ここで、積層体に負荷する圧力は、１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲内に設定されていることが好ましい。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６６０℃未満、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。また、より好ましい加熱温度は、６３０℃以上６６０℃以下の範囲内とされている。本実施形態においては、積層方向に１２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を負荷し、加熱温度６５０℃、保持時間１２０分の条件で実施した。
【００３３】
（銅部材層／チタン部材層接合体１０１とアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２との接合）
銅部材層／チタン部材層接合体１０１のチタン部材層３２の面と、アルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２のアルミニウム部材層３１の面とを重ね合せる。得られた積層体を積層方向に加圧した状態で、加熱炉に配置し、窒素含有気体の雰囲気下で加熱して、銅部材層／チタン部材層接合体１０１とアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２とを接合する。こうして、本実施形態であるパワーモジュール用基板１１が製造される。
【００３４】
加熱炉としては、炉内を窒素含有気体雰囲気に調整できるものであれば特に制限なく使用することができる。窒素含有気体としては、窒素、又は窒素と不活性ガスとの混合気体を用いることができる。不活性ガスはアルミニウムやチタンに対して化学的に不活性なガスである。不活性ガスの例としては、アルゴンおよびヘリウムが挙げられる。積層体の加圧の圧力、真空加熱炉内の圧力、加熱温度および保持時間は、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部に形成されるＡｌ３Ｔｉ層３４の厚さが２μｍ以上５０μｍ以下の範囲となるように設定する。積層体に負荷する圧力は、１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲内に設定されていることが好ましい。加熱温度は５００℃以上６００℃以下、保持時間は１５分以上１２０分以下の範囲内に設定されることが好ましい。本実施形態においては、積層方向に１２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を負荷し、加熱温度６００℃、保持時間１５分の条件で実施した。
【００３５】
以上のような構成とされた本実施形態に係るパワーモジュール用基板１１の製造方法によれば、回路層３０がアルミニウム部材層３１とチタン部材層３２と銅部材層３３の接合体で構成されたパワーモジュール用基板１１を製造することができる。本実施形態においては、アルミニウム部材層３１のＳｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされているため、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部には、Ｓｉが固溶したＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層は生成しないか、生成したとしてもその量は極わずかとなる。また、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することによって、Ａｌ原子とＴｉ原子とが緩やかな速度で相互拡散することから、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２とが強固に接合されるので、得られたパワーモジュール用基板１１は、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好となる。
【００３６】
また、本実施形態においては、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合部に形成されるＡｌ３Ｔｉ層３４の厚さを２μｍ以上とするので、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との間で局所的な接合不良が発生しにくくなり、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合信頼性をより高くすることが可能となる。一方、Ａｌ３Ｔｉ層３４の厚さを５０μｍ以下とするので、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層３４が薄くなり、Ａｌ３Ｔｉ層３４を起点としたクラックが生じにくくなり、接合信頼性をより高くすることが可能となる。なお、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２との接合信頼性を確実に高くするためには、Ａｌ３Ｔｉ層３４の厚さは、４μｍ以上１５μｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
（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付パワーモジュール用基板について説明する。
図４は、本発明の第二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概略説明図である。図５は、図４における金属層のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。図６は、第二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の概略説明図である。なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００３８】
ヒートシンク付パワーモジュール用基板１２０は、パワーモジュール用基板１２と、パワーモジュール用基板１２の下側に接合されたヒートシンク５０と、を備えている。
【００３９】
パワーモジュール用基板１２は、図４に示すように、絶縁層２０と、この絶縁層２０の一方の面（図４において上面）に形成された回路層３０と、絶縁層２０の他方の面（図４において下面）に形成された金属層４０と、を備えている。
【００４０】
回路層３０は、図６に示すように、絶縁部材２０ａの一方の面に、導電性を有する回路部材３０ａ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、回路層３０は、４Ｎアルミニウムの圧延板を接合することで形成されている。なお、回路部材３０ａ（アルミニウム圧延板）の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．４ｍｍに設定されている。
【００４１】
金属層４０は、図４に示すように、絶縁層２０の他方の面に配設されたアルミニウム部材層４１と、このアルミニウム部材層４１の他方の面に積層されたチタン部材層４２と、を有している。
【００４２】
アルミニウム部材層４１は、図６に示すように、絶縁部材２０ａ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部材４１ａが接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム部材４１ａは、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされている。アルミニウム部材４１ａは、純度が９９％以上のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）の圧延板であることが好ましく、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（４Ｎアルミニウム）の圧延板であることがより好ましい。なお、アルミニウム部材４１ａの厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、２．１ｍｍに設定されている。
【００４３】
チタン部材層４２は、図６に示すように、アルミニウム部材４１ａの他方の面に、金属チタンからなるチタン部材４２ａが固相拡散接合されることにより形成されている。チタン部材４２ａとしては、例えば、純度９９質量％以上の金属チタン箔を用いることができる。チタン部材４２ａの厚さは０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．０１ｍｍに設定されている。
【００４４】
アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合部には、図５に示すように、Ａｌ３Ｔｉ層４３が形成されている。Ａｌ３Ｔｉ層４３は、アルミニウム部材層４１のＡｌ原子とチタン部材層４２のＴｉ原子とが相互拡散することによって形成された層である。Ａｌ３Ｔｉ層４３の厚さは、２μｍ以上５０μｍ以下の範囲に設定されている。Ａｌ３Ｔｉ層４３の厚さが２μｍ未満の場合、Ａｌ原子とＴｉ原子の相互拡散が不十分となり、局所的に接合しない部分が生じる可能性があり、接合信頼性が低下するおそれがある。Ａｌ３Ｔｉ層４３の厚さが５０μｍを超えた場合、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層４３を起点にクラックが生じ、接合信頼性が低下するおそれがある。
【００４５】
ヒートシンク５０は、パワーモジュール用基板１２側の熱を放散するためのものである。本実施形態では、ヒートシンク５０は無酸素銅で構成されている。
【００４６】
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１２０の製造方法について、図６を参照して説明する。
【００４７】
先ず、図６（ａ）に示すように、絶縁層２０を構成する絶縁部材２０ａ（ＡＩＮ）、回路層３０を構成する回路部材３０ａ（アルミニウム圧延板）、アルミニウム部材層４１を構成するアルミニウム部材４１ａ、チタン部材層４２を構成するチタン部材３２ａ、そしてヒートシンク５０（無酸素銅）を用意する。本実施形態では、上記の材料を用いて、図６（ｂ）に示す回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１と、図６（ｃ）に示すチタン部材層／ヒートシンク接合体２０２とをそれぞれ作製し、次いで、回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１とチタン部材層／ヒートシンク接合体２０２とを接合する。
【００４８】
（回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１の作製）
絶縁部材２０ａの一方の面に回路部材３０ａを積層し、絶縁部材２０ａの他方の面にアルミニウム部材４１ａを積層する。ここで、本実施形態においては、絶縁部材２０ａと回路部材３０ａとの間、及び絶縁部材２０ａとアルミニウム部材４１ａとの間にはそれぞれ、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔（不図示）を介して積層した。得られた積層体を、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、絶縁部材２０ａの一方面に回路部材３０ａを、他方の面にアルミニウム部材４１ａを接合する。こうして、回路層３０と絶縁層２０とアルミニウム部材層３１とを有するアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２を作製する。
【００４９】
ここで、積層体に負荷する圧力、真空加熱炉内の圧力、加熱温度、保持時間などの条件は、第一実施形態のアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２の作製と同じとすることができる。
【００５０】
（チタン部材層／ヒートシンク接合体２０２の作製）
箔状の金属チタンからなるチタン部材４２ａの一方の面にヒートシンク５０を積層する。得られた積層体を、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、チタン部材３２ａとヒートシンク５０と固相拡散接合する。こうして、チタン部材層３２とヒートシンク５０とを有するチタン部材層／ヒートシンク接合体２０２を作製する。なお、チタン部材４２ａとして、ヒートシンク５０の一方の面に金属チタンを蒸着等によって形成することも可能である。
【００５１】
ここで、積層体の加圧の圧力、真空加熱炉内の圧力、加熱温度、保持時間などの条件は、第一実施形態の銅部材層／チタン部材層接合体１０１の作製の場合と同じである。
【００５２】
（回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１とチタン部材層／ヒートシンク接合体２０２との接合）
回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１のアルミニウム部材層４１の面と、チタン部材層／ヒートシンク接合体２０２のチタン部材層４２の面とを重ね合せる。得られた積層体を積層方向に加圧した状態で、加熱炉に配置し、窒素含有気体の雰囲気下で加熱して、回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体２０１とチタン部材層／ヒートシンク接合体２０２とを接合する。こうして、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１２０が製造される。
【００５３】
ここで、使用する加熱炉、窒素含有気体の種類、積層体に負荷する圧力、加熱温度、保持時間などの条件は、第一実施形態の銅部材層／チタン部材層接合体１０１とアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２との接合の場合と同じである。
【００５４】
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１２０の製造方法によれば、金属層４０がアルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合体で構成されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１２０を製造することができる。本実施形態においては、アルミニウム部材層４１のＳｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされているため、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合部には、Ｓｉが固溶したＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層は生成しないか、生成したとしてもその量は極わずかとなる。また、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することによって、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２とが強固に接合されるので、得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板１２０は、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好となる。
【００５５】
また、本実施形態においては、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合部に形成されるＡｌ３Ｔｉ層４３の厚さを２μｍ以上とするので、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との間で局所的な接合不良が発生しにくくなり、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合信頼性をより高くすることが可能となる。一方、Ａｌ３Ｔｉ層４３の厚さを５０μｍ以下とすることによって、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層４３が薄くなり、Ａｌ３Ｔｉ層４３を起点としたクラックが生じにくくなり、接合信頼性をより高くすることが可能となる。なお、アルミニウム部材層４１とチタン部材層４２との接合信頼性を確実に高くするためには、Ａｌ３Ｔｉ層４３の厚さは、４μｍ以上１５μｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【００５６】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三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について説明する。
図７は、本発明の第三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概略説明図である。図８は、図７におけるヒートシンクのアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の拡大説明図である。図９は、第三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の概略説明図である。なお、第一実施形態および第二実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
【００５７】
ヒートシンク付パワーモジュール用基板１３０は、パワーモジュール用基板１３と、パワーモジュール用基板１３の下側に接合されたヒートシンク５０と、を備えている。
【００５８】
パワーモジュール用基板１３は、図７に示すように、絶縁層２０と、この絶縁層２０の一方の面（図７において上面）に形成された回路層３０と、絶縁層２０の他方の面（図７において下面）に形成された金属層４０と、を備えている。
【００５９】
回路層３０は、図９に示すように、絶縁部材２０ａの一方の面に、導電性を有する回路部材３０ａ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、回路層３０は、無酸素銅の圧延板が接合されることにより形成されている。なお、回路部材３０ａ（無酸素銅板）の厚さは０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。
【００６０】
金属層４０は、図９に示すように、絶縁部材２０ａの一方の面に、金属部材４０ａが接合されることにより形成されている。本実施形態において、金属層４０は、無酸素銅の圧延板が接合されることにより形成されている。なお、金属部材４０ａ（無酸素銅板）の厚さは０．１ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。
【００６１】
ヒートシンク５０は、パワーモジュール用基板１３側の熱を放散するためのものである。本実施形態では、ヒートシンク５０は、パワーモジュール用基板１３の金属層４０に接合されたチタン部材層５１と、このチタン部材層５１の金属層４０と接合された面と反対側の面に接合されたアルミニウム部材層５２と、を有している。
【００６２】
チタン部材層５１は、図９に示すように、パワーモジュール用基板１３の金属層４０に、金属チタンからなるチタン部材５１ａが接合されることにより形成されている。チタン部材５１ａとしては、例えば、純度９９質量％以上の金属チタン箔を用いることができる。チタン部材５１ａの厚さは０．００３ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では０．０１ｍｍに設定されている。
【００６３】
アルミニウム部材層５２は、図９に示すように、チタン部材５１ａの金属層４０と接合された面と反対側の面に、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部材５２ａが固相拡散接合されることにより形成されている。本実施形態においては、アルミニウム部材５２ａは、Ｓｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされている。アルミニウム部材５２ａは、２Ｎアルミニウムの圧延板であることが好ましく、４Ｎアルミニウムの圧延板であることがより好ましい。なお、アルミニウム部材５２ａの厚さは０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、２．１ｍｍに設定されている。
【００６４】
チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合部には、図８に示すように、Ａｌ３Ｔｉ層５３が形成されている。Ａｌ３Ｔｉ層５３は、チタン部材層５１のＴｉ原子とアルミニウム部材層５２のＡｌ原子とが相互拡散することによって形成された層である。Ａｌ３Ｔｉ層５３の厚さは、２μｍ以上５０μｍ以下の範囲に設定されている。Ａｌ３Ｔｉ層５３の厚さが２μｍ未満の場合、Ａｌ原子とＴｉ原子の相互拡散が不十分となり、局所的に接合しない部分が生じる可能性があり、接合信頼性が低下するおそれがある。Ａｌ３Ｔｉ層５３の厚さが５０μｍを超えた場合、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層５３を起点にクラックが生じ、接合信頼性が低下するおそれがある。
【００６５】
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１３０の製造方法について、図９を参照して説明する。
【００６６】
先ず、図９（ａ）に示すように、絶縁層２０を構成する絶縁部材２０ａ、回路層３０を構成する回路部材３０ａ（無酸素銅板）、金属層４０を構成する金属部材４０ａ（無酸素銅板）、チタン部材層５１を構成するチタン部材３２ａ、そしてアルミニウム部材層５２を構成するアルミニウム部材５２ａを用意する。本実施形態では、上記の材料を用いて、図９（ｂ）に示す回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１を作製し、この回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１とアルミニウム部材５２ａとを接合する。
【００６７】
（回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１の作製）
絶縁部材２０ａの一方の面に回路部材３０ａを積層し、絶縁部材２０ａの他方の面に金属部材４０ａを積層し、さらにその上にチタン部材５１ａを積層する。ここで、本実施形態においては、絶縁部材２０ａと回路部材３０ａとの間、及び絶縁部材２０ａと金属部材４０ａとの間にはそれぞれ、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材箔（不図示）を介して積層した。得られた積層体を、積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に配置し加熱して、絶縁部材２０ａの一方面に回路部材３０ａを、他方の面に金属部材４０ａを接合する。こうして、図９（ｂ）に示すように、回路層３０と絶縁層２０と金属層４０とチタン部材層５１を有する回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１を作製する。なお、チタン部材５１ａとして、金属部材４０ａの絶縁部材２０ａとは反対側の面に金属チタンを蒸着等によって形成することも可能である。
【００６８】
ここで、積層体の加圧の圧力、真空加熱炉内の圧力、加熱温度、保持時間などの条件は、第一実施形態のアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２の作製工程と同じとすることができる。
【００６９】
（回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１とアルミニウム部材５２ａとの接合）
回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１のチタン部材層５１に、アルミニウム部材５２ａを積層する。得られた積層体を積層方向に加圧した状態で、加熱炉に配置し、窒素含有気体の雰囲気下で加熱して、回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体３０１とアルミニウム部材５２ａとを接合する。こうして、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１３０が製造される。
【００７０】
ここで、使用する加熱炉、窒素含有気体の種類、積層体に負荷する圧力、加熱温度、保持時間などの条件は、第一実施形態の銅部材層／チタン部材層接合体１０１とアルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体１０２との接合の場合と同じである。
【００７１】
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１２０の製造方法によれば、ヒートシンク５０がチタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合体で構成されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１３０を製造することができる。本実施形態においては、アルミニウム部材層５２のＳｉ濃度が０．０５ａｔ％以下とされているため、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合部には、Ｓｉが固溶したＡｌ−Ｔｉ−Ｓｉ層は生成しないか、生成したとしてもその量は極わずかとなる。また、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合することによって、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合部には、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織の層が形成される。このように、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合部に、Ａｌ原子とＴｉ原子とが均一に相互拡散した組織（Ａｌ３Ｔｉ）の層が形成されることによって、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２とが強固に接合されるので、得られたヒートシンク付パワーモジュール用基板１３０は、高温環境下での安定性が高く、広い温度範囲のヒートサイクルが負荷された場合でも、接合信頼性が良好となる。
【００７２】
また、本実施形態においては、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合部に形成されるＡｌ３Ｔｉ層５３の厚さを２μｍ以上とするので、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との間で局所的な接合不良が発生しにくくなり、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合信頼をより高くすることが可能となる。一方、Ａｌ３Ｔｉ層５３の厚さを５０μｍ以下とするので、比較的硬いＡｌ３Ｔｉ層５３が薄くなり、Ａｌ３Ｔｉ層５３を起点としたクラックが生じにくくなり、接合信頼性をより高くすることが可能となる。なお、チタン部材層５１とアルミニウム部材層５２との接合信頼性を確実に高くするためには、Ａｌ３Ｔｉ層５３の厚さは、４μｍ以上１５μｍ以下の範囲とすることが好ましい。
【００７３】
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。
例えば、第一実施態様においては、パワーモジュール用基板１１の回路層３０が、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２と銅部材層３３とが接合されてなる接合体である場合について説明したが、銅部材層３３に代えて、ニッケル又はニッケル合金からなるニッケル部材層、もしくは銀又は銀合金からなる銀部材層が接合されてもよい。
【００７４】
第二実施態様においては、パワーモジュール用基板１２の回路層３０が、４Ｎアルミニウムの圧延板である場合について説明したが、第一実施形態のパワーモジュール用基板１１と同様に、アルミニウム部材層３１とチタン部材層３２と銅部材層３３とが接合されてなる接合体としてもよい。また、ヒートシンク５０として無酸素銅を用いた場合について説明したが、無酸素銅に代えて、ニッケル又はニッケル合金からなるニッケル部材、もしくは銀又は銀合金からなる銀部材を用いてもよい。
【００７５】
第三の実施形態においては、ヒートシンク５０のアルミニウム部材層５２のチタン部材層５１と反対側の面（図７において下面）に、さらに放熱材料を接合してもよい。放熱材料としては、炭化ケイ素とこの炭化ケイ素中に充填されたマグネシウム又はマグネシウム合金とからなるマグネシウム基複合材料（ＭｇＳｉＣ）や炭化ケイ素とこの炭化ケイ素中に充填されたアルミニウム又はアルミニウム合金とからなるアルミニウム基複合材料（ＡｌＳｉＣ）を用いることができる。
【実施例】
【００７６】
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。
本発明例１〜２１、比較例１〜３のパワーモジュール用基板を、次のようにして作製した。
まず、ＡｌＮ製絶縁層（０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に表１記載のアルミニウム板（０．４ｍｍｔ）を、他方の面に純度９９．９９％以上（４Ｎ−Ａｌ）のアルミニウム板（２．１ｍｍｔ）をＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて接合しＤＢＡ基板を得た。なお、アルミニウム板中のＳｉ濃度はＩＣＰ−ＭＳ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製  ７５００ｃｘ型）によって測定した。
【００７７】
銅板（１．０ｍｍｔ）の一方の表面に表１記載の厚さを有するチタン部材を積層して、積層方向に加圧（圧力１２ｋｇｆ／ｃｍ２）した状態で真空加熱炉内に配置し、真空中６４０℃の温度で１２０分間加熱して、銅部材層とチタン部材層とを有する銅部材層／チタン部材層接合体を作製した。
次いで、ＤＢＡ基板の一方の面側のアルミニウム層の表面に、銅部材層／チタン部材層接合体のチタン部材層を積層した。この積層体を加熱炉に入れ、加熱炉に表１記載のガスを流して、加熱炉内を表１記載のガス雰囲気とした後、下記の表１に示す温度と時間で加熱し、銅部材層／チタン部材層接合体とＤＢＡ基板とを接合して、パワーモジュール基板を製造した。なお、表１の雰囲気が真空の場合には炉内の圧力を６×１０−3Ｐａとした。
【００７８】
このようにして製造されたパワーモジュール用基板のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合部において断面観察を行い、Ａｌ３Ｔｉ層の厚さを測定した。
また、パワーモジュール用基板に対して、冷熱サイクル試験を行い、冷熱サイクル試験後のアルミニウム部材層とチタン部材層との接合信頼性を評価した。
Ａｌ３Ｔｉ層の厚さの測定、冷熱サイクル試験及び接合信頼性の評価は、以下のようにして行った。
【００７９】
（Ａｌ３Ｔｉ層の厚さの測定）
アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の断面をクロスセクションポリッシャ（日本電子株式会社製ＳＭ−０９０１０）を用いて、イオン加速電圧：５ｋＶ、加工時間：１４時間、遮蔽板からの突出量：１００μｍでイオンエッチングした後に、ＥＰＭＡ（日本電子株式会社製電子線マイクロプローブアナライザーＪＸＡ−８５３０Ｆ）を用い、倍率２０００倍の視野（縦５０μｍ、横６０μｍ）において、接合界面に形成されたＡｌ３Ｔｉ層の総面積を測定し、測定視野の幅の寸法で除して求め、５視野の平均をＡｌ３Ｔｉ層の厚さとした。なお、Ｔｉ濃度が２３ａｔ％〜２７ａｔ％の範囲内である領域をＡｌ３Ｔｉ層とみなした。
【００８０】
（冷熱サイクル試験）
冷熱サイクル試験は、冷熱衝撃試験機エスペック社製ＴＳＢ−５１を使用し、パワーモジュール基板に対して、液相（フロリナート）で、−４０℃×５分←→１５０℃×５分の３０００サイクルを実施した。
【００８１】
（接合信頼性の評価）
冷熱サイクル試験後のパワーモジュール基板に対し、アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。
ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例ではアルミニウム部材層の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。なお、ＤＢＡ基板及びチタン部材層にクラックが生じた場合、このクラックは超音波探傷像において白色部で示され、クラックも剥離面積として評価されることになる。
（接合率（％））＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）×１００
【００８２】
【表１】
0006645271.tif 000002
【００８３】
アルミニウム部材とチタン部材とを真空雰囲気下で固相拡散接合した比較例１においては、アルミニウム部材層とチタン部材層とが剥離したためパワーモジュール用基板を製造できなった。これは、真空雰囲気下では、Ａｌ原子とＴｉ原子との拡散速度が早くなりすぎて、アルミニウム部材層とチタン部材層との接合部に均一な組成の層が形成されなかったためであると考えられる。
一方、０．０５ａｔ％を超えたＳｉを含むアルミニウム部材とチタン部材とを真空雰囲気下で固相拡散接合した比較例２のパワーモジュール用基板においては、アルミニウム部材層とチタン部材層とは剥離しなかったが、冷熱サイクル試験後の接合信頼性が低くなった。これは、Ｓｉ量が多く塑性変形しにくいアルミニウム部材層であるため、冷熱サイクルが負荷された際に、セラミックス部材とアルミニウム部材との接合界面でクラックが生じ、セラミックス部材とアルミニウム部材が剥離したと考えられる。
また、０．０５ａｔ％を超えたＳｉを含むアルミニウム部材とチタン部材とを窒素雰囲気下で固相拡散接合した比較例３では、Ａｌ３Ｔｉがほとんど成長しないため、アルミニウム部材とチタン部材とを接合することができなかった。
これに対して、０．０５ａｔ％以下のＳｉを含有するアルミニウム部材とチタン部材とを窒素含有ガスの雰囲気下で固相拡散接合した本発明例１〜２１のパワーモジュール用基板は、冷熱サイクル試験後の接合信頼性が高かった。
【符号の説明】
【００８４】
１１、１２、１３  パワーモジュール用基板
２０  絶縁層
２０ａ  絶縁部材
３０  回路層
３０ａ  回路部材
３１、４１、５２  アルミニウム部材層
３１ａ、４１ａ、５２ａ  アルミニウム部材
３２、４２、５１  チタン部材層
３２ａ、４２ａ、５１ａ  チタン部材
３３  銅部材層
３３ａ  銅部材
３４、４３、５３  Ａｌ３Ｔｉ層
４０  金属層
４０ａ  金属部材
５０  ヒートシンク
１０１  銅部材層／チタン部材層接合体
１０２  アルミニウム部材層／絶縁層／金属層接合体
１２０、１３０  ヒートシンク付パワーモジュール用基板
２０１  回路層／絶縁層／アルミニウム部材層接合体
２０２  チタン部材層／ヒートシンク接合体
３０１  回路層／絶縁層／金属層／チタン部材層接合体
【図１】
0006645271.tif 000003
【図２】
0006645271.tif 000004
【図３】
0006645271.tif 000005
【図４】
0006645271.tif 000006
【図５】
0006645271.tif 000007
【図６】
0006645271.tif 000008
【図７】
0006645271.tif 000009
【図８】
0006645271.tif 000010
【図９】
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