(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム粉体及びマグネシウム粉体を有する多孔質成形体、或いは窒化アルミニウム粉体及びマグネシウム粉体を混合した混合体としての複合素材を、一端側で窒化アルミニウム粉体の密度を高く、他端側で低くなるように形成し、
この複合素材を前記一端が下向きになるように窒化アルミニウムプレートに載せ、
この窒化アルミニウムプレートに載せた複合素材の他端にアルミニウムビレットを載せ、
このアルミニウムビレット、窒化アルミニウムプレート及び複合素材を窒素ガス雰囲気中で加熱することにより、前記マグネシウム粉体と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウムを生成するとともに前記アルミニウムビレットを溶融し、
生成した窒化マグネシウムで前記窒化アルミニウム粉体の表面及び窒化アルミニウムプレートの表面を還元し、
この還元した窒化アルミニウム粉体間に、前記溶融されたアルミニウムビレットのアルミニウムを充填させてアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を形成するとともに、前記アルミニウムでアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を窒化アルミニウムプレートに接合することを特徴とする窒化アルミニウム−複合材料−Ａｌ接合体からなる半導体素子用放熱基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一例として半導体素子に発生した熱を逃がす放熱基板に使用する窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体からなる半導体素子用放熱基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来の半導体装置を示す側面図である。半導体装置１００は、放熱基板１０１の上面１０１ａに半導体素子１０２を取付けるとともに、放熱基板１０１の上面１０１ａにバスバー１０３をボルト１０４で取付け、バスバー１０３をリード線１０５で半導体素子１０２に取付けたものである。
半導体素子１０２を放熱基板１０１上に設けることで、半導体素子１０２に発生した熱を放熱基板１０１に逃がすことができる。
【０００３】
ところで、半導体素子１０２は、一般に主要部位がシリコン（Ｓｉ）で形成されている。このＳｉ製の半導体素子１０２を放熱基板１０１の上面１０１ａに取付けるので、放熱基板１０１の上面１０１ａを半導体素子１０２の熱膨張特性に合わせた部材で構成する必要がある。
加えて、放熱基板１０１の上面１０１ａは電気的回路を成立させるために電気的絶縁層に構成する必要がある。
【０００４】
そこで、放熱基板１０１を構成するアルミニウム１０８の上面１０８ａに、半導体素子１０２の熱膨張特性に近く、かつ電気的絶縁体である炭化珪素（ＳｉＣ）１０７を半田付けなどで接合している。
しかし、炭化珪素１０７とアルミニウム１０８とでは熱膨張特性に大きな差があるため、炭化珪素１０７とアルミニウム１０８との熱膨張差で放熱基板１０１が変形したり、冷熱サイクルで放熱基板１０１が損傷したりする虞があり、この点において改良の余地があった。
【０００５】
この不具合を解消するために、特開2001-335859号公報「アルミニウム−炭化珪素系複合材料及びその製造方法」でアルミニウム（Ａｌ）−炭化珪素（ＳｉＣ）系複合材料製の放熱基板が提案されている。
このアルミニウム−炭化珪素系複合材料は、下端側をアルミニウム層とするとともに、上面側をアルミニウム系金属マトリックス中に炭化珪素を分散させた複合化層とし、この複合化層の炭化珪素の量を下端側から上端側に向けて漸次増加させたものである。
【０００６】
これにより、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面側に多量の炭化珪素を含ませることができ、上面側の熱膨張特性を半導体素子の熱膨張特性に合わせるとともに、下面側をアルミニウムの熱膨張特性に合わせることが可能になる。
よって、炭化珪素とアルミニウムとの熱膨張差で放熱基板が変形したり、冷熱サイクルで放熱基板が損傷したりすることを防ぐことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このアルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面側は、上述したように電気的絶縁層で構成する必要がある。しかし、上記公報のアルミニウム−炭化珪素系複合材料においては、複合化層中の炭化珪素の量が７５体積％を超えると、アルミニウムの量が少なすぎてアルミニウムと炭化珪素との濡れ性が著しく低下する。
【０００８】
濡れ性の低下を抑えるために、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面側の炭化珪素の量を７５体積％以下に設定する必要があり、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面側の炭化珪素の量を１００％に確保することは難しい。
よって、上記公報のアルミニウム−炭化珪素系複合材料では上面側を電気的絶縁構造とすることができないので、アルミニウム−炭化珪素系複合材料では上面に電気的回路を形成することはできない。
このため、アルミニウム−炭化珪素系複合材料を、図１５に示す放熱基板１０１として使用する場合には、上面にセラミックス基板を接合させる必要がある。
【０００９】
しかしながら、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とは直接半田付けができないため、セラミックス基板の接着面にニッケルメッキ被膜を形成した後、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とを半田付けする必要がある。
アルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とを半田付けすると、アルミニウム−炭化珪素系複合材料にセラミックス基板を接合する際に手間がかかるという問題があった。
さらに、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とを半田付けした際の半田層は熱伝導率が低く、図１５に示す半導体素子１０２の放熱性を低下させるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、セラミックス基板を半田付けなどで接合する必要がなく、放熱性を高めることができる窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体からなる半導体素子用放熱基板の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１は、窒化アルミニウム粉体及びマグネシウム粉体を有する多孔質成形体、或いは窒化アルミニウム粉体及びマグネシウム粉体を混合した混合体としての複合素材を、一端側で窒化アルミニウム粉体の密度を高く、他端側で低くなるように形成し、この複合素材を前記一端が下向きになるように窒化アルミニウムプレートに載せ、この窒化アルミニウムプレートに載せた複合素材の他端にアルミニウムビレットを載せ、このアルミニウムビレット、窒化アルミニウムプレート及び複合素材を窒素ガス雰囲気中で加熱することにより、前記マグネシウム粉体と窒素ガスとを反応させて窒化マグネシウムを生成するとともに前記アルミニウムビレットを溶融し、生成した窒化マグネシウムで前記窒化アルミニウム粉体の表面及び窒化アルミニウムプレートの表面を還元し、この還元した窒化アルミニウム粉体間に、前記溶融されたアルミニウムビレットのアルミニウムを充填させてアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を形成するとともに、前記アルミニウムでアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を窒化アルミニウムプレートに接合することを特徴とする。
【００１２】
ここで、従来技術において放熱基板としてアルミニウム−炭化珪素系複合材料を選択した理由は、アルミニウム（Ａｌ）の熱伝導率が高く、炭化珪素（ＳｉＣ）の熱膨張係数が半導体素子に近いからである。
しかし、アルミニウム（Ａｌ）系金属マトリックス中にセラミックスとして炭化珪素（ＳｉＣ）を分散させた場合、アルミニウム（Ａｌ）と炭化珪素（ＳｉＣ）との馴染みを考慮すると、馴染みが十分であるとは言い難い。よって、アルミニウム−炭化珪素系複合材料中のアルミニウムの含有量が少なくなるとアルミニウムと炭化珪素との濡れ性が著しく低下すると考えられる。
【００１３】
濡れ性の低下を抑えるためには、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面に比較的多量のアルミニウムを含有させておく必要がある。
このため、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の電気的絶縁性が確保できない。よって、アルミニウム−炭化珪素系複合材料を放熱基板として使用するためには、アルミニウム−炭化珪素系複合材料の上面に電気的絶縁層であるセラミックス基板を別途半田付けなどで接合する必要がある。
【００１４】
しかしながら、従来の技術で説明したように、アルミニウム−炭化珪素系複合材料にセラミックス基板を別途半田付けなどで接合するためには手間がかかり、さらにはアルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とを半田付けした際の半田層は熱伝導率が低く放熱性を低下させる。
【００１５】
そこで、請求項１において、混合体のセラミックスとして窒化アルミニウムプレートを採用するとともに、アルミニウムビレット、窒化アルミニウムプレート及び複合素材を窒素ガス雰囲気中で加熱するようにした。
複合素材に含まれたマグネシウム粉体を窒素ガス雰囲気中で加熱することにより窒化マグネシウムを生成し、この窒化マグネシウムが、複合素材を構成する窒化アルミニウム粉体の表面や、複合素材の一端側に配置した窒化アルミニウムプレートの表面を還元することができる。
【００１６】
よって、窒化アルミニウム粉体や窒化アルミニウムプレートを、複合材料の金属マトリックスであるアルミニウム成分と馴染みやすくでき、窒化アルミニウム粉体や窒化アルミニウムプレートのアルミニウム濡れ性を高めることができる。
これにより、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端側のアルミニウムを少量に抑えることができるので、一端側に十分な量の窒化アルミニウム成分を含ませることができる。
【００１７】
加えて、窒化アルミニウムプレートのアルミニウム濡れ性を高めることで、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を製造すると同時に、溶融したアルミニウムビレットのアルミニウムでアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端に、電気的絶縁体である窒化アルミニウムプレート（セラミックス）を接合することができる。
よって、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料に窒化アルミニウムプレート（セラミックス）を半田付けする必要がない。
【００１８】
このように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端にセラミックスとしての窒化アルミニウムプレートを接合することで、半導体素子と放熱基板との熱膨張差をより小さく抑えることができ、さらに半導体素子と窒化アルミニウムプレートとの電気的絶縁性を確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（第１実施形態）を使用した半導体装置を示す断面図である。以下、窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体を「半導体素子用放熱基板（以下、放熱基板と略記する）」として説明する。
半導体装置１０は、放熱基板１１の上端１２ａに半導体素子１３を取付けるとともに、放熱基板１１の上端１２ａにバスバー１４をボルト１５で取付け、バスバー１４をリード線１６で半導体素子１３に取付けたものである。
【００２０】
放熱基板１１は、上端１２ａ側の窒化アルミニウム層２１と下端１２ｂ側のアルミニウム層２３との間にアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料（以下、「Ａｌ−ＡｌＮ複合材料」という）２４を介在させ、このＡｌ−ＡｌＮ複合材料２４を構成する窒化アルミニウム粉体（ＡｌＮ粉体）２５ａ・・・，２５ｂ・・・の成分を、窒化アルミニウム層２１側で多量に設定し、アルミニウム層２３側で少なくなるように設定したものである。
なお、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・は、現実には図示の形状より微細であるが、理解を容易にするために大きく図示して説明する。
【００２１】
窒化アルミニウム層２１は、熱伝導率が０．４cal/cm・sec・℃と高く、熱膨張係数が４．６×１０−６１/℃と小さい窒化アルミニウムで形成したセラミックス層である。
なお、半導体素子１３を構成する珪素（Ｓｉ）は、熱膨張係数が４．２×１０−６１/℃であり、窒化アルミニウム層２１の熱膨張係数に近い。
このように、窒化アルミニウム層２１の熱膨張係数は、半導体素子１３の熱膨張係数に近いので、半導体素子１３に対する熱膨張差を小さく抑えることができる。
【００２２】
加えて、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４の一端（上端）に窒化アルミニウム層２１を接合することで、半導体素子１３をセラミックス材である窒化アルミニウム層２１に取付けることが可能になり、半導体素子１３と放熱基板１１との熱膨張差をより小さく抑えることができる。
【００２３】
また、アルミニウム層２３は、熱伝導率が０．５３cal/cm・sec・℃と高いアルミニウムで形成した層である。アルミニウム層２３をＡｌ−ＡｌＮ複合材料２４の他端（下端）に接合することで、半導体素子１３に発生した熱を放熱基板１１でより効率よく逃がすことができる。
【００２４】
Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層２６を形成し、この高ＡｌＮ層２６に接触させて大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を高密度に含ませた中ＡｌＮ層２７を形成し、この中ＡｌＮ層２７に接触させて大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・の密度をアルミニウム層２３に向けて漸次小さくなるようにＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を含ませた低ＡｌＮ層２８を形成したものである。
これにより、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４は、窒化アルミニウム層２１側でＡｌＮ粉体の成分を多量に設定することができ、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４を窒化アルミニウム層２１に好適に接合することができる。
【００２５】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４は、アルミニウム層２３側でＡｌＮ粉体２５ｂ・・・の成分を少量に抑えて、Ａｌ成分２９・・・を多量に設定することができる。これにより、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４をアルミニウム層２３に好適に接合することができる。
【００２６】
この放熱基板１１によれば、放熱基板１１の上端１２ａ側を窒化アルミニウム層２１とすることで、放熱基板１１の上端１２ａ側を半導体素子１３の熱膨張特性と同様に設定することができる。よって、放熱基板１１の上端１２ａ側と半導体素子１３との接合を好適に保つことができ、さらに窒化アルミニウム層２１は電気的絶縁性が高いので、電気回路を形成することができる。
加えて、窒化アルミニウム層２１は熱伝達率も高いので、半導体素子１３に発生した熱を放熱基板１１側に良好に逃がすことができる。
【００２７】
以下、図２〜図５に基づいて第１実施形態の窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法を説明する。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第１説明図である。
（ａ）において、放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、窒化アルミニウムとしての窒化アルミニウムプレート（以下、「ＡｌＮプレート」という）３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に多孔質成形体（複合素材）３４を載せ、多孔質成形体３４にアルミニウムとしてのアルミニウムビレット（以下、「Ａｌビレット」という）３９を載せる。
【００２８】
（ｂ）に示すように、多孔質成形体３４は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・及びマグネシウム粉体（Ｍｇ粉体）３６・・・を混合した多孔質のビレットである。
この多孔質成形体３４は、一端側（下端側）のＡｌＮプレート３３に接するように小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度で混合した層３４ａを形成し、この層３４ａに接するように大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を比較的高密度で混合した層３４ｂを形成し、この層３４ｂに接するように、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・をＡｌビレット３９に向けて漸次小さくなるように混合した層３４ｃを形成したものである。
【００２９】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第２説明図である。
（ａ）において、雰囲気炉３１内の空気を除去するために、真空ポンプ４１で真空引きして一定の真空度に達したとき真空ポンプ４１を止める。次いで、アルゴンガスボンベ４２からアルゴンガス（Ａｒ：「×」で示す）４２ａを雰囲気炉３１内に矢印▲１▼の如く供給する。
雰囲気炉３１がアルゴンガス４２ａの雰囲気になり、Ａｌビレット３９及びＭｇ粉体３６・・・の酸化を防ぐことができる。
【００３０】
同時に、加熱コイル４３で雰囲気炉３１を加熱することで、ＡｌＮプレート３３、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・、Ａｌ粉体３５及びＭｇ粉体３６を所定温度（例えば、約７６０℃〜約９００℃）まで加熱する。
この際、雰囲気炉３１内の温度を温度センサ４４で検知し、温度センサ４４からの検知信号に基づいて制御部４５で雰囲気炉３１内の温度を設定値に調整してＡｌビレット３９を溶融する。
【００３１】
（ｂ）において、窒素ガスボンベ４６から窒素ガス（Ｎ２：「黒丸」で示す）４６ａを雰囲気炉３１に矢印▲２▼の如く供給する。同時に、雰囲気炉３１の内部を加圧（例えば、大気圧＋約０．５kg/cm２）して、雰囲気炉３１内の雰囲気を窒素ガス４６ａに置換する。
雰囲気炉３１が窒素ガス４６ａの雰囲気になると、窒素ガス４６ａは、Ｍｇ粉体３６・・・と反応して窒化マグネシウムになる。この窒化マグネシウムは、多孔質成形体３４を構成するＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面、及びＡｌＮプレート３３の表面の還元作用を有する。
【００３２】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第３説明図であり、（ａ），（ｂ）は多孔質成形体３４の作用を拡大して示す説明図である。なお、（ａ），（ｂ）においては、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・と、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を同一とみなしてまとめて説明する。
【００３３】
（ａ）において、Ｍｇ粉体３６・・・は窒化マグネシウムとなり還元作用を有するため、セラミックスとして使用するＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の各表面をアルミニウム２５ｃ・・・に変える働きをなす。
このように、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の各表面にアルミニウム２５ｃ・・・を生成することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・と、溶融状態のＡｌビレット３９との濡れ性を良好にすることができる。
【００３４】
（ｂ）において、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・と、溶融状態のＡｌビレット３９との濡れ性を良好にすることで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に、溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
【００３５】
（ｃ）において、溶融状態のＡｌビレット３９をＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に良好に充填することにより、Ａｌビレット３９の一部をＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に矢印▲３▼の如く好適に充填させることができる。
【００３６】
図５は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第４説明図である。
ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることで、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料２４をより一層安定的に成形することができる。
【００３７】
ここで、上述したように窒化マグネシウムは還元作用を有するため、図４に示すＡｌＮプレート３３の表面をアルミニウムに変える働きをなす。
ＡｌＮプレート３３の表面にアルミニウムを生成することで、ＡｌＮプレート３３と、溶融状態のＡｌビレット３９（図４に示す）との濡れ性を良好にすることができる。
【００３８】
これにより、多孔質成形体３４の一端側の小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を溶融状態のＡｌビレット３９でＡｌＮプレート３３に好適に接合して、窒化アルミニウム層２１を形成することができる。
従って、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３（セラミックス）を半田付けする必要がない。
【００３９】
このため第１実施形態によれば、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とＡｌＮプレート３３との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【００４０】
また、溶融状態のＡｌビレット３９は、一部のＡｌビレット３９が多孔質成形体３４（図４に示す）の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が多孔質成形体３４の端部に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
【００４１】
なお、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料２４は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層２６、この高ＡｌＮ層２６に接触させて大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を高密度に含ませた中ＡｌＮ層２７、この中ＡｌＮ層２７に接触させて大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・の密度をアルミニウム層２３に向けて漸次小さくなるようにＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を含ませた低ＡｌＮ層２８からなる。
このアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料２４の一端にセラミックスとしてのＡｌＮプレート３３を接合することで、半導体素子と放熱基板との熱膨張差をより小さく抑えることができ、さらに半導体素子とＡｌＮプレート３３との電気的絶縁性を確保することができる。
【００４２】
ここで、第１実施形態では、窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体、すなわち放熱基板１１を、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・及びＭｇ粉体３６・・・からなる多孔質成形体３４を用いて製造する例について説明したが、この多孔質成形体３４に代えて混合体（複合素材）、すなわちＡｌＮ粉体、Ｍｇ粉体及びＡｌ粉体の混合体を用いて放熱基板を製造することも可能である。
ＡｌＮ粉体、Ｍｇ粉体及びＡｌ粉体の混合体をを用いて放熱基板１１を製造する第２〜第５実施形態を図６〜図１２に基づいて説明する。
なお、第２〜第５実施形態において、第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
第２実施形態
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（第２実施形態）の製造方法を示す第１説明図である。
（ａ）において、放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に混合体（複合素材）４８を載せ、混合体４８にＡｌビレット３９を載せる。
【００４４】
（ｂ）に示すように、混合体４８は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・、アルミニウム粉体（Ａｌ粉体）３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・を混合したものである。
この混合体４８は、一端側のＡｌＮプレート３３に接するように小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度で混合した層３４ａを形成し、この層３４ａに接するように大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を比較的高密度で混合した層３４ｂを形成し、この層３４ｂに接するように、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・をＡｌビレット３９に向けて漸次小さくなるように混合した層３４ｃを形成したものである。
【００４５】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（第２実施形態）の製造方法を示す第２説明図である。
（ａ）において、雰囲気炉３１内の空気を除去するために、真空ポンプ４１で真空引きして一定の真空度に達したとき真空ポンプ４１を止める。次いで、アルゴンガスボンベ４２からアルゴンガス（Ａｒ：「×」で示す）４２ａを雰囲気炉３１内に矢印▲４▼の如く供給する。
雰囲気炉３１がアルゴンガス４２ａの雰囲気になり、Ａｌビレット３９及びＭｇ粉体３６・・・の酸化を防ぐことができる。
【００４６】
同時に、加熱コイル４３で雰囲気炉３１を加熱することで、ＡｌＮプレート３３、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・、Ａｌ粉体３５及びＭｇ粉体３６を所定温度（例えば、約７６０℃〜約９００℃）まで加熱する。
この際、雰囲気炉３１内の温度を温度センサ４４で検知し、温度センサ４４からの検知信号に基づいて制御部４５で雰囲気炉３１内の温度を設定値に調整して、Ａｌ粉体３５・・・やＡｌビレット３９を溶融する。
【００４７】
（ｂ）において、窒素ガスボンベ４６から窒素ガス（Ｎ２：「黒丸」で示す）４６ａを雰囲気炉３１に矢印▲５▼の如く供給する。同時に、雰囲気炉３１の内部を加圧（例えば、大気圧＋約０．５kg/cm２）して、雰囲気炉３１内の雰囲気を窒素ガス４６ａに置換する。
雰囲気炉３１が窒素ガス４６ａの雰囲気になると、窒素ガス４６ａは、Ｍｇ粉体３６・・・と反応して窒化マグネシウムになる。この窒化マグネシウムは、混合体４８を構成するＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面及びＡｌＮプレート３３の表面の還元作用を有する。
【００４８】
図８（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（第２実施形態）の製造方法を示す第３説明図であり、（ａ），（ｂ）は混合体４８の作用を拡大して示す説明図である。なお、（ａ），（ｂ）においては、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・と、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を同一とみなしてまとめて説明する。
【００４９】
（ａ）において、Ｍｇ粉体３６・・・は窒化マグネシウムとなり還元作用を有するため、セラミックスとして使用するＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の各表面をアルミニウム２５ｃ・・・に変える働きをなす。
このように、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の各表面にアルミニウム２５ｃ・・・を生成することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・と、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９との濡れ性を良好にすることができる。
【００５０】
（ｂ）において、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・と、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９との濡れ性を良好にすることで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
【００５１】
（ｃ）において、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９をＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に良好に充填することにより、Ａｌビレット３９の一部をＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に矢印▲６▼の如く好適に充填させることができる。
【００５２】
ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に溶融状態のＡｌ粉体３５や溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることで、第１実施形態と同様に、図５に示す好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料２４を安定的に成形することができる。
【００５３】
ここで、上述したように窒化マグネシウムは還元作用を有するため、ＡｌＮプレート３３の表面をアルミニウムに変える働きをなす。
ＡｌＮプレート３３の表面にアルミニウムを生成することで、ＡｌＮプレート３３と、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９との濡れ性を良好にすることができる。
【００５４】
これにより、混合体４８の一端側（下端側）の小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、溶融状態のＡｌ粉体３５・・・や溶融状態のＡｌビレット３９でＡｌＮプレート３３に好適に接合して、図５に示すように混合体４８の一端側に窒化アルミニウム層２１を形成することができる。
従って、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３（セラミックス）を半田付けする必要がない。
【００５５】
このため、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレートを半田付けする手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とＡｌＮプレート３３との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【００５６】
また、溶融状態のＡｌビレット３９は、一部のＡｌビレット３９が混合体４８の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体４８の端部に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
【００５７】
第３実施形態
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第３実施形態）を示す説明図である。
（ａ）において、図２（ａ）に示す放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に混合体（複合素材）５１を載せ、混合体５１にＡｌビレット３９を載せる。
【００５８】
混合体５１は、高ＡｌＮ層５２及び低ＡｌＮ層５３からなる粉体である。高ＡｌＮ層５２は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・を混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を混合することで窒化アルミニウムの成分を多量に含ませることができる。
【００５９】
低ＡｌＮ層５３は、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・を混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を混合することで窒化アルミニウムの成分を比較的少量に抑えることができる。
よって、混合体５１は、一端側のＡｌＮプレート３３に窒化アルミニウムの成分を多量に含んだ高ＡｌＮ層５２を接触させ、他端のＡｌビレット３９に窒化アルミニウムの成分を少量含んだ低ＡｌＮ層５３を接触させることができる。
【００６０】
このＡｌＮプレート３３、混合体５１及びＡｌビレット３９を、第１実施形態の図３（ａ），（ｂ）と同じ行程で加熱することにより、第１、第２実施形態で説明した窒化マグネシウムの還元作用を利用して、（ｂ）に示す放熱基板５５を得る。
【００６１】
（ｂ）において、窒化マグネシウムの還元作用を利用することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に溶融状態のＡｌ粉体３５やＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
これにより、第１、第２実施形態と同様に、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料５６をより一層安定的に成形することができる。
【００６２】
このＡｌ−ＡｌＮ複合材料５６は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層５７と、この高ＡｌＮ層５７に接触させるとともにＡｌビレット３９に接触させ、かつ大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を高密度に含ませた低ＡｌＮ層５８とからなる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料５６は、窒化アルミニウム層２１側の高ＡｌＮ層５７に、アルミニウム層２３側の低ＡｌＮ層５８より多量のＡｌＮ成分を含ませることができる。
【００６３】
また、（ａ）で説明したように、ＡｌＮプレート３３、混合体５１及びＡｌビレット３９を加熱することで、第１、第２実施形態と同様に、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮプレート３３に良好に接合することができる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料５６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができる。
【００６４】
この際、溶融状態のＡｌビレット３９は、第１、第２実施形態と同様に、一部のＡｌビレット３９が混合体５１の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体５１の他端側に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料５６の他端にアルミニウム層２３を形成することができる。
これにより、窒化アルミニウム層２１とアルミニウム層２３との間にＡｌ−ＡｌＮ複合材料５６を介在させて、放熱基板５５を手間をかけないで簡単に製造することができる。
【００６５】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料５６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができるので、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする必要がなく、半田付けの手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料と窒化アルミニウム層２１との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【００６６】
以上述べたように第３実施形態によれば、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができ、さらにＡｌ−ＡｌＮ複合材料５６を、高ＡｌＮ層５７及び低ＡｌＮ層５８の二層とすることで、第２実施形態と比較してより簡単に放熱基板５５を成形することができる。
【００６７】
なお、第３実施形態においては、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料５６を小径のＡｌＮ粉体２５ａと大径のＡｌＮ粉体２５ｂとの二種のＡｌＮ粉体を用いて、ＡｌＮ成分の異なる２層の複合材料を製造する例について説明したが、これに限らないで、径の異なる複数のＡｌＮ粉体を用いて、ＡｌＮ成分の異なる複数層の複合材料を製造することも可能である。
【００６８】
第４実施形態
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第４実施形態）を示す説明図である。
（ａ）において、図２（ａ）に示す放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に混合体（複合素材）６１を載せ、混合体６１にＡｌビレット３９を載せる。
【００６９】
混合体６１は、高ＡｌＮ層６２及び低ＡｌＮ層６３からなる粉体である。高ＡｌＮ層６２は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を多量含ませた状態で、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・と混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を多量に含ませることで窒化アルミニウムの成分を多量に含ませることができる。
【００７０】
低ＡｌＮ層６３は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を少量含ませた状態で、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・と混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・の混合量を少量に抑えることで、窒化アルミニウムの成分を比較的少量に抑えることができる。
よって、混合体６１は、一端側のＡｌＮプレート３３に窒化アルミニウムの成分を多量に含んだ高ＡｌＮ層６２を接触させ、他端のＡｌビレット３９に窒化アルミニウムの成分を少量含んだ低ＡｌＮ層６３を接触させることができる。
【００７１】
このＡｌＮプレート３３、混合体６１及びＡｌビレット３９を、第１実施形態の図３（ａ），（ｂ）と同じ行程で加熱することにより、第１、第２実施形態で説明した窒化マグネシウムの還元作用を利用して、（ｂ）に示す放熱基板６５を得る。
【００７２】
（ｂ）において、窒化マグネシウムの還元作用を利用することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・間に溶融状態のＡｌ粉体３５やＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
これにより、第１、第２実施形態と同様に、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料６６をより一層安定的に成形することができる。
【００７３】
このＡｌ−ＡｌＮ複合材料６６は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層６７、この高ＡｌＮ層６７に接触させるとともにＡｌビレット３９に接触させて小径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を低密度に含ませた低ＡｌＮ層６８からなる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６は、窒化アルミニウム層２１側の高ＡｌＮ層６７に、アルミニウム層２３側の低ＡｌＮ層６８より多量のＡｌＮ成分を含ませることができる。
【００７４】
また、（ａ）で説明したように、ＡｌＮプレート３３、混合体６１及びＡｌビレット３９を加熱することで、第１、第２実施形態と同様に、表面が溶融状態のＡｌに覆われたＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、表面が溶融状態のＡｌに覆われたＡｌＮプレート３３に良好に接合することができる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができる。
【００７５】
この際、溶融状態のＡｌビレット３９は、第１、第２実施形態と同様に、一部のＡｌビレット３９が混合体６１の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体６１の端部に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６の他端にアルミニウム層２３を形成することができる。
これにより、窒化アルミニウム層２１とアルミニウム層２３との間にＡｌ−ＡｌＮ複合材料６６を介在させて、放熱基板６５を手間をかけないで簡単に製造することができる。
【００７６】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができるので、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする必要がなく、半田付けの手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料と窒化アルミニウム層２１との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【００７７】
以上述べたように第４実施形態によれば、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６を、高ＡｌＮ層６７及び低ＡｌＮ層６８の二層とすることで、第２実施形態と比較してより簡単に放熱基板６５を成形することができる。
【００７８】
なお、第４実施形態においては、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料６６を、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を２段階に変えてＡｌＮ成分の異なる２層の複合材料を製造する例について説明したが、これに限らないで、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を複数段階に変えてＡｌＮ成分の異なる複数層の複合材料を製造することも可能である。
【００７９】
第５実施形態
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第５実施形態）を示す第１説明図である。
（ａ）において、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・を多量混合して第１プレス前混合体７２を形成する。この第１プレス前混合体７２に大きなプレス圧力Ｆ１を矢印の如くかけることにより、第１プレス前混合体７２をコンパクトに圧縮することにより第１プレス後混合体７２ａを得る。この第１プレス後混合体７２ａは、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・を多量含む。
【００８０】
（ｂ）において、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・、Ａｌ粉体３５・・・及びＭｇ粉体３６・・・を少量混合して第２プレス前混合体７２を形成する。この第２プレス前混合体７２に小さなプレス圧力Ｆ２を矢印の如くかけることにより、第２プレス前混合体７２を僅かに圧縮することにより第２プレス後混合体７２ａを得る。この第２プレス後混合体７２ａは、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・を少量含む。
【００８１】
図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第５実施形態）を示す第２説明図である。
（ａ）において、図２（ａ）に示す放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に第１プレス後混合体７２ａを載せ、第１プレス後混合体７２ａに第２プレス後混合体７２ａのせ、第２プレス後混合体７２ａにＡｌビレット３９を載せる。第１プレス後混合体７２ａ及び第２プレス後混合体７２ａで混合体（複合素材）７１を形成する。
【００８２】
よって、混合体７１は、一端側のＡｌＮプレート３３に窒化アルミニウムの成分を多量に含んだ高ＡｌＮ層７２ａを接触させ、他端のＡｌビレット３９に窒化アルミニウムの成分を少量含んだ低ＡｌＮ層７３ａを接触させることができる。
【００８３】
このＡｌＮプレート３３、混合体７１及びＡｌビレット３９を、第１実施形態の図３（ａ），（ｂ）と同じ行程で加熱することにより、第１、第２実施形態で説明した窒化マグネシウムの還元作用を利用して、（ｂ）に示す放熱基板７５を得る。
【００８４】
（ｂ）において、窒化マグネシウムの還元作用を利用することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・間に溶融状態のＡｌ粉体３５やＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
これにより、第１、第２実施形態と同様に、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料７６をより一層安定的に成形することができる。
【００８５】
この、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層７７、この高ＡｌＮ層７７に接触させるとともにＡｌビレット３９に接触させて小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を低密度に含ませた低ＡｌＮ層７８からなる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６は、窒化アルミニウム層２１側の高ＡｌＮ層７７に、アルミニウム層２３側の低ＡｌＮ層７８より多量のＡｌＮ成分を含ませることができる。
【００８６】
また、（ａ）で説明したように、ＡｌＮプレート３３、混合体７１及びＡｌビレット３９を加熱することで、第１、第２実施形態と同様に、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮプレート３３に良好に接合することができる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができる。
【００８７】
この際、溶融状態のＡｌビレット３９は、第１、第２実施形態と同様に、一部のＡｌビレット３９が混合体７１の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体７１の端部に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６の他端にアルミニウム層２３を形成することができる。
これにより、窒化アルミニウム層２１とアルミニウム層２３との間にＡｌ−ＡｌＮ複合材料７６を介在させて、放熱基板６５を手間をかけないで簡単に製造することができる。
【００８８】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができるので、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする必要がなく、半田付けの手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料と窒化アルミニウム層２１との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【００８９】
以上述べたように第５実施形態によれば、第１〜第２実施形態と同様の効果を得ることができ、さらにＡｌ−ＡｌＮ複合材料７６を、高ＡｌＮ層７７及び低ＡｌＮ層７８の二層とすることで、第２実施形態と比較してより簡単に放熱基板７５を成形することができる。
【００９０】
なお、第５実施形態においては、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料７６を、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を２段階に変えてＡｌＮ成分の異なる２層の複合材料を製造する例について説明したが、これに限らないで、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を複数段階に変えてＡｌＮ成分の異なる複数層の複合材料を製造することも可能である。
【００９１】
ここで、第２〜第５実施形態では、窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体、すなわち放熱基板１１，５１，６１，７１をＡｌＮ粉体、Ｍｇ粉体及びＡｌ粉体の三種の混合体を用いて製造する例について説明したが、この混合体に代えて、ＡｌＮ粉体及びＭｇ粉体の二種の粉体の混合体を用いて放熱基板を製造することも可能である。
以下、ＡｌＮ粉体及びＭｇ粉体の二種の粉体の混合体を用いて放熱基板を製造する第６〜第７実施形態を、図１３〜図１４に基づいて説明する。
なお、第６〜第７実施形態において、第１実施形態と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
【００９２】
第６実施形態
図１３（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第６実施形態）を示す説明図である。
（ａ）において、図２（ａ）に示す放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に混合体（複合素材）８１を載せ、混合体８１にＡｌビレット３９を載せる。
【００９３】
混合体８１は、高ＡｌＮ層８２及び低ＡｌＮ層８３からなる粉体である。高ＡｌＮ層８２は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・及びＭｇ粉体３６・・・を混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を混合することで窒化アルミニウムの成分を多量に含ませることができる。
【００９４】
低ＡｌＮ層８３は、大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・及びＭｇ粉体３６・・・を混合したものである。小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を混合することで窒化アルミニウムの成分を比較的少量に抑えることができる。
よって、混合体８１は、一端側のＡｌＮプレート３３に窒化アルミニウムの成分を多量に含んだ高ＡｌＮ層８２を接触させ、他端のＡｌビレット３９に窒化アルミニウムの成分を少量含んだ低ＡｌＮ層８３を接触させることができる。
【００９５】
このＡｌＮプレート３３、混合体８１及びＡｌビレット３９を、第１実施形態の図３（ａ），（ｂ）と同じ行程で加熱することにより、第１、第２実施形態で説明した窒化マグネシウムの還元作用を利用して、（ｂ）に示す放熱基板８５を得る。
【００９６】
（ｂ）において、窒化マグネシウムの還元作用を利用することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・間に溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・，２５ｂ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
これにより、第１、第２実施形態と同様に、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料８６をより一層安定的に成形することができる。
【００９７】
このＡｌ−ＡｌＮ複合材料８６は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層８７と、この高ＡｌＮ層８７に接触させるとともにアルミニウム層２３に接触させ、かつ大径のＡｌＮ粉体２５ｂ・・・を高密度に含ませた低ＡｌＮ層８８とからなる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料８６は、窒化アルミニウム層２１側の高ＡｌＮ層８７に、アルミニウム層２３側の低ＡｌＮ層８８より多量のＡｌＮ成分を含ませることができる。
【００９８】
また、（ａ）で説明したように、ＡｌＮプレート３３、混合体８１及びＡｌビレット３９を加熱することで、第１、第２実施形態と同様に、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、表面が溶融状態のＡｌで覆われたＡｌＮプレート３３に良好に接合することができる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料８６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができる。
【００９９】
この際、溶融状態のＡｌビレット３９は、第１、第２実施形態と同様に、一部のＡｌビレット３９が混合体８１の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体８１の端部に残り、アルミニウム層２３を形成する。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料８６の他端にアルミニウム層２３を形成することができる。
これにより、窒化アルミニウム層２１とアルミニウム層２３との間にＡｌ−ＡｌＮ複合材料８６を介在させて、放熱基板８５を手間をかけないで簡単に製造することができる。
【０１００】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料８６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができるので、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする必要がなく、半田付けの手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料とＡｌＮプレート３３との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【０１０１】
以上述べたように第６実施形態によれば、第２〜第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、第６実施形態によれば、第２〜第５実施形態の混合体に必要としたＡｌ粉体を、混合体８１から除去することができるので、放熱基板８５をより一層簡単に成形することができる。
【０１０２】
また、第６実施形態においては、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料８６を小径のＡｌＮ粉体２５ａと大径のＡｌＮ粉体２５ｂとの二のＡｌＮ粉体を用いて、ＡｌＮ成分の異なる２層の複合材料を製造する例について説明したが、これに限らないで、径の異なる複数のＡｌＮ粉体を用いて、ＡｌＮ成分の異なる複数層の複合材料を製造することも可能である。
【０１０３】
第７実施形態
図１４（ａ），（ｂ）は本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第７実施形態）を示す説明図である。
（ａ）において、図２（ａ）に示す放熱基板の製造装置３０の雰囲気炉３１内の坩堝（るつぼ）３２の底面３２ａに、ＡｌＮプレート３３を収容し、ＡｌＮプレート３３に混合体（複合素材）９１を載せ、混合体８１にＡｌビレット３９を載せる。
【０１０４】
混合体９１は、高ＡｌＮ層９２及び低ＡｌＮ層９３からなる粉体である。高ＡｌＮ層９２は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を多量含ませた状態でＭｇ粉体３６・・・と混合し、この混合体を圧縮力を高く設定して圧縮した層である。
これにより、高ＡｌＮ層９２にＡｌＮ粉体２５ａ・・・を密の状態に多量含ませることができる。
【０１０５】
低ＡｌＮ層９３は、小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を少量含ませた状態でＭｇ粉体３６・・・と混合し、この混合体を圧縮力を低く設定して圧縮した層である。
なお、図中においては、低ＡｌＮ層９３と高ＡｌＮ層９２との相違を明瞭に示すために、低ＡｌＮ層９３に空間が含まれているように図示したが、現実には低ＡｌＮ層９３の全域にＡｌＮ粉体２５ａ・・・が粗の状態に配置される。
これにより、低ＡｌＮ層９３に窒化アルミニウムの成分を比較的少量含ませることができる。
【０１０６】
この混合体９１は、一端側のＡｌＮプレート３３に窒化アルミニウムの成分を多量に含んだ高ＡｌＮ層９２を接触させ、他端のＡｌビレット３９に窒化アルミニウムの成分を少量含んだ低ＡｌＮ層９３を接触させることができる。
【０１０７】
このＡｌＮプレート３３、混合体９１及びＡｌビレット３９を、第１実施形態の図３（ａ），（ｂ）と同じ行程で加熱することにより、第１、第２実施形態で説明した窒化マグネシウムの還元作用を利用して、（ｂ）に示す放熱基板９５を得る。
【０１０８】
（ｂ）において、窒化マグネシウムの還元作用を利用することで、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・間に溶融状態のＡｌビレット３９を良好に充填させて、ＡｌＮ粉体２５ａ・・・の表面に良好に馴染ませることができる。
これにより、第１、第２実施形態と同様に、好適なＡｌ−ＡｌＮ複合材料９６をより一層安定的に成形することができる。
【０１０９】
このＡｌ−ＡｌＮ複合材料９６は、窒化アルミニウム層２１側において小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を高密度に含ませた高ＡｌＮ層９７、この高ＡｌＮ層９７に接触させるとともにＡｌビレット３９に接触させ、かつ小径のＡｌＮ粉体２５ａ・・・を低密度に含ませた低ＡｌＮ層９８からなる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料９６は、窒化アルミニウム層２１側の高ＡｌＮ層９７に、アルミニウム層２３側の低ＡｌＮ層６８より多量のＡｌＮ成分を含ませることができる。
【０１１０】
また、（ａ）で説明したように、ＡｌＮプレート３３、混合体９１及びＡｌビレット３９を加熱することで、第１、第２実施形態と同様に、表面が溶融状態のＡｌに覆われたＡｌＮ粉体２５ａ・・・を、表面が溶融状態のＡｌに覆われたＡｌＮプレート３３に良好に接合することができる。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料９６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができる。
【０１１１】
この際、溶融状態のＡｌビレット３９は、第１、第２実施形態と同様に、一部のＡｌビレット３９が混合体９１の内部に充填し、その他のＡｌビレット３９が混合体９１の端部に残り、アルミニウム層２３の層を形成する。
よって、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料９６の他端にアルミニウム層２３を形成することができる。
これにより、窒化アルミニウム層２１とアルミニウム層２３との間にＡｌ−ＡｌＮ複合材料９６を介在させて、放熱基板９５を手間をかけないで簡単に製造することができる。
【０１１２】
また、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料９６の一端に窒化アルミニウム層２１を接合することができるので、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料にＡｌＮプレート３３を半田付けする必要がなく、半田付けの手間を省くことができる。
加えて、アルミニウム−炭化珪素系複合材料と窒化アルミニウム層２１との間から、熱伝導率が低い半田層を除去できるので、半導体素子の放熱性を確保することができる。
【０１１３】
以上述べたように第７実施形態によれば、第２〜第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
加えて、第７実施形態によれば、第２〜第５実施形態の混合体に必要としたＡｌ粉体を、混合体９１から除去することができるので、放熱基板９５をより一層簡単に成形することができる。
【０１１４】
また、第７実施形態においては、Ａｌ−ＡｌＮ複合材料９６を、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を２段階に変えてＡｌＮ成分の異なる２層の複合材料を製造する例について説明したが、これに限らないで、小径のＡｌＮ粉体２５ａを含ませる量を複数段階に変えてＡｌＮ成分の異なる複数層の複合材料を製造することも可能である。
【０１１５】
なお、前記第１〜第７実施形態では、Ａｌビレット３９を溶融して多孔質成形体３４に充填した例について説明したが、その他の例としてＡｌビレット３９に代えてＡｌ粉体を使用しても同様の効果を得ることができる。
さらに、前記第２〜第５実施形態では、混合体にＡｌ粉体３５を用いた例について説明したが、Ａｌ粉体３５に代えて銅（Ｃｕ）粉体を使用しても同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、複合素材に含まれたマグネシウム粉体を窒素ガス雰囲気中で加熱することにより窒化マグネシウムを生成し、この窒化マグネシウムが複合素材を構成する窒化アルミニウム粉体の表面を還元することができる。
【０１１７】
よって、窒化アルミニウム粉体や窒化アルミニウムプレートを、複合材料の金属マトリックスであるアルミニウム成分と馴染みやすくでき、窒化アルミニウム粉体や窒化アルミニウムプレートのアルミニウム濡れ性を高めることができる。
これにより、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端側のアルミニウムを少量に抑えることができるので、一端側に十分な量の窒化アルミニウム成分を含ませることができる。
【０１１８】
加えて、窒化アルミニウムプレートのアルミニウム濡れ性を高めることで、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料を製造すると同時に、溶融したアルミニウムビレットのアルミニウムでアルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端に、電気的絶縁体である窒化アルミニウムプレート（セラミックス）を接合することができる。
よって、従来の技術のように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料に窒化アルミニウムプレート（セラミックス）を半田付けする必要がない。
【０１１９】
このように、アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料の一端にセラミックスとしての窒化アルミニウムプレートを接合することで、半導体素子と放熱基板との熱膨張差をより小さく抑えることができ、さらに半導体素子と窒化アルミニウムプレートとの電気的絶縁性を確保して電気回路を形成することができる。
【０１２０】
この結果、アルミニウム−炭化珪素系複合材料にセラミックス基板を別途半田付けなどで接合する手間を省くことができ、さらにアルミニウム−炭化珪素系複合材料とセラミックス基板とを半田付けした際に生じる熱伝導率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（第１実施形態）を使用した半導体装置を示す断面図
【図２】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第１説明図
【図３】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第２説明図
【図４】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第３説明図
【図５】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第１実施形態）を示す第４説明図
【図６】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第２実施形態）を示す第１説明図
【図７】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第２実施形態）を示す第２説明図
【図８】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第２実施形態）を示す第３説明図
【図９】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第３実施形態）を示す説明図
【図１０】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第４実施形態）を示す説明図
【図１１】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第５実施形態）を示す第１説明図
【図１２】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第５実施形態）を示す第２説明図
【図１３】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第６実施形態）を示す説明図
【図１４】本発明に係る窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体の製造方法（第７実施形態）を示す説明図
【図１５】従来の半導体装置を示す側面図
【符号の説明】
１１，５５，６５，７５，８５，９５…窒化アルミニウム−複合材料−アルミニウム接合体（半導体素子用放熱基板）、２１…窒化アルミニウム層、２３…アルミニウム層、２４，５６，６６，７６，８６，９６…アルミニウム−窒化アルミニウム複合材料、２５ａ，２５ｂ…窒化アルミニウム粉体、３３…窒化アルミニウムプレート、３４…多孔質成形体（複合素材）、３５…アルミニウム粉体、３６…マグネシウム粉体、３９…アルミニウムビレット、４６ａ…窒素ガス、４８，５１，６１，７１，８１，９１…混合体（複合素材）。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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