特許 5989465 絶縁基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5989465

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】絶縁基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/00 20060101AFI20160825BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20160825BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20160825BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20160825BHJP

   B23K 101/40 20060101ALN20160825BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/00 310H

   B23K20/00 310J

   B23K20/00 310P

   B23K1/00 330E

   H01L23/12 J

   H01L23/36 C

   B23K101:40

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-194769(P2012-194769)

(22)【出願日】2012年9月5日

(65)【公開番号】特開2014-50847(P2014-50847A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109911

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義仁

(74)【代理人】

【識別番号】100071168

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 久義

(72)【発明者】

【氏名】大滝 篤史

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１６６３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０４５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６１３９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｈ０１Ｌ ２３／１２ − ２３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成された厚さ５μｍ以上のＮｉ板の下面に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ板を拡散接合によって積層状に接合することにより、前記Ｎｉ板と前記Ａｌ板との接合体を得る拡散接合工程と、
前記拡散接合工程の後で、前記接合体の前記Ａｌ板と、前記Ａｌ板の下面側に配置されるセラミック板と、前記セラミック板の下面側に配置されるＡｌ又はＡｌ合金製応力緩和板と、前記応力緩和板の下面側に配置される放熱部材とを重ね合わせるとともに、これらを積層方向に一括して加圧した状態でろう付けによって積層状に一括接合するろう付け接合工程と、を備えている絶縁基板の製造方法。

【請求項2】

前記ろう付け接合工程は、
前記拡散接合工程の後で、前記接合体の前記Ａｌ板と、前記Ａｌ板の下面側に配置されるＡｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ板と、前記第２のＡｌの下面側に配置されるセラミック板と、前記セラミック板の下面側に配置されるＡｌ又はＡｌ合金製応力緩和板と、前記応力緩和板の下面側に配置される放熱部材とを重ね合わせるとともに、これらを積層方向に一括して加圧した状態でろう付けによって積層状に一括接合するものである請求項１記載の絶縁基板の製造方法。

【請求項3】

前記拡散接合は、クラッド圧延又は放電プラズマ焼結法である請求項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板のＮｉ板の上面に、半導体素子をはんだ付けによって接合する半導体モジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板の製造方法、半導体モジュールの製造方法、絶縁基板、及び、半導体モジュールに関する。

【0002】

なお本明細書では、「板」の語は、「箔」をも含む意味で用いられる。さらに本明細書では、説明の便宜上、絶縁基板における半導体素子が接合される面側を絶縁基板の上面側、その反対側を絶縁基板の下面側と定義する。

【背景技術】

【0003】

パワー半導体モジュール等の半導体モジュールにおいて、半導体素子は絶縁基板上に実装されている。この絶縁基板は、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能するものであり、具体的には、電気絶縁層としてのセラミック層と、その上面側に形成された配線層（「回路層」とも呼ばれている）と、を備えている（例えば、特許文献１〜５参照）。半導体素子は配線層の上面にはんだ付けによって接合される。さらに、絶縁基板の下面側には、半導体素子の動作に伴い上昇した半導体素子の温度を下げるための放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）が設けられている。

【0004】

配線層としては、近年、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層が用いられている。その理由は、Ａｌは電気特性及び熱特性に優れるし、また絶縁基板の製造コストの引下げを図り得るからである。

【0005】

しかし、Ａｌ層ははんだ接合性が悪い。そのため、配線層がＡｌ層である場合には、半導体素子をはんだ付けにより接合できるようにＡｌ層上に、Ｎｉ層として例えばＮｉめっき層を形成することが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−３２８０１２号公報

【特許文献2】特開２００４−２３５５０３号公報

【特許文献3】特開２００６−３０３３４６号公報

【特許文献4】特開２００９−１４７１２３号公報

【特許文献5】特開２０１１−２１０９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、Ａｌ層上にＮｉめっき層を所定のＮｉめっき方法で形成すると、Ｎｉめっき層の厚さが５μｍ未満と薄いため、その後で行われるろう付け接合工程等の熱処理工程の際に強度が弱くはんだ接合性（はんだ濡れ性）が悪い合金層（Ｎｉ−Ａｌ合金相の層）が上面にまで形成されてしまうとともに、Ｎｉめっき層の上面の変形（凹凸）が生じ易くなる。また、Ａｌ層上にＮｉ板をろう付けによって接合した場合には、Ａｌ層とＮｉ板との接合界面にやはり強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層（Ｎｉ−Ａｌ合金相の層）が形成されてしまい、その後で行われるろう付け接合工程等の熱処理工程の際にこの合金層で大きな割れが発じ易くなるし、更に、絶縁基板の使用時においても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大きな割れや剥離が生じ易くなる。

【0008】

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、はんだ接合性が良好であり、割れや剥離の発生を防止できる絶縁基板の製造方法、該絶縁基板を備えた半導体モジュールの製造方法、絶縁基板、及び、半導体モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は以下の手段を提供する。

【0010】

［１］ 上面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ板の下面に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ板を拡散接合によって積層状に接合する拡散接合工程を備えていることを特徴とする絶縁基板の製造方法。

【0011】

［２］ 前記拡散接合は、クラッド圧延又は放電プラズマ焼結法である前項１記載の絶縁基板の製造方法。

【0012】

［３］ 前記拡散接合工程の後で、前記Ａｌ板と、前記Ａｌ板の下面側に互いに積層状に配置され且つ絶縁基板を構成する複数の板状部材とを、ろう付けによって積層状に一括接合するろう付け接合工程を備えている前項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。

【0013】

［４］ 前項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造された絶縁基板のＮｉ板の上面に、半導体素子をはんだ付けによって接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。

【0014】

［５］ 前項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により製造されたことを特徴とする絶縁基板。

【0015】

［６］ 前項４記載の半導体モジュールの製造方法により製造されたことを特徴とする半導体モジュール。

【0016】

［７］ 上面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ板の下面に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ板が拡散接合によって接合されていることを特徴とする絶縁基板。

【0017】

［８］ 前記拡散接合は、クラッド圧延又は放電プラズマ焼結法である前項７記載の絶縁基板。

【0018】

［９］ 前記Ａｌ板と、前記Ａｌ板の下面側に互いに積層状に配置され且つ絶縁基板を構成する複数の板状部材とが、ろう付けによって積層状に接合されている前項７又は８記載の絶縁基板。

【0019】

［１０］ 前項７〜９のいずれかに記載の絶縁基板のＮｉ板の上面に、半導体素子がはんだ付けによって接合されていることを特徴とする半導体モジュール。

【発明の効果】

【0020】

本発明は以下の効果を奏する。

【0021】

前項［１］の絶縁基板の製造方法によれば、拡散接合工程においてＮｉ板の下面にＡｌ板を拡散接合によって接合することにより、Ｎｉ板とＡｌ板との接合界面に強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層（Ｎｉ−Ａｌ合金相の層）が形成される。しかし、この合金層の厚さは、Ｎｉめっき方法やろう付けによって形成される合金層の厚さよりも薄い。そのため、拡散接合工程の後で行われるろう付け接合工程等の熱処理工程の際にこの合金層で生じる割れは微小で且つ部分的であり、この微小で部分的な割れは、ろう付け接合工程等の熱処理工程の際に熱応力開放の効果をもたらす。さらに、絶縁基板の使用時においても合金層で大きな割れや剥離の発生が防止されるし、セラミック板の割れの発生も防止される。しかも、Ｎｉ板の厚さが５μｍ以上であることにより、この合金層が上面にまで形成されるのが防止される。そのため、良好なはんだ接合性を維持することができるし、Ｎｉ板の上面の変形（凹凸）の発生を防止できる。

【0022】

さらに、Ｎｉ板とＡｌ板との間にＴｉ層が介在していないので、Ｔｉ層が介在することによる絶縁基板の熱伝導特性の低下及び絶縁基板の製造コストの増加を防止できる。

【0023】

前項［２］によれば、拡散接合がクラッド圧延又は放電プラズマ焼結法であることにより、上記［１］の効果を確実に奏する。

【0024】

前項［３］によれば、ろう付け接合工程においてＡｌ板と複数の板状部材とをろう付けによって積層状に一括接合することにより、絶縁基板を効率良く製造することができる。

【0025】

前項［４］の半導体モジュールの製造方法では、絶縁基板のＮｉ板の上面に半導体素子をはんだ付けによって良好に接合することができる。

【0026】

前項［５］の絶縁基板によれば、前項［１］〜［３］のいずれかの効果と同様の効果を奏する。

【0027】

前項［６］の半導体モジュールによれば、前項［４］の効果と同様の効果を奏する。

【0028】

前項［７］〜［９］の絶縁基板によれば、それぞれ前項［１］〜［３］の効果と同様の効果を奏する。

【0029】

前記［１０］の半導体モジュールによれば、前項［４］の効果と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板を備えた半導体モジュールの概略正面図である。

【図2】図２は、同絶縁基板の概略断面図である。

【図3】図３は、同絶縁基板の製造工程例を示す概略断面図である。

【図4】図４は、Ｎｉ板の下面にＡｌ板を拡散接合としてクラッド圧延によって接合する拡散接合工程を示す概略断面図である。

【図5】図５は、Ｎｉ板の下面にＡｌ板を拡散接合として放電プラズマ焼結法によって接合する拡散接合工程を示す概略断面図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板の概略断面図である。

【図7】図７は、同絶縁基板の製造工程例を示す概略断面図である。

【図8】図８は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板の概略断面図である。

【図9】図９は、同絶縁基板の製造工程例を示す概略断面図である。

【図10】図１０は、比較例１における絶縁基板の概略断面図である。

【図11】図１１は、同絶縁基板の製造工程例を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。なお、以下の説明において、各図の上下を上下というものとする。

【0032】

本発明の第１実施形態に係る絶縁基板１Ａは、図１に示すように、半導体モジュール２０に用いられるものである。この半導体モジュール２０は、本第１実施形態の絶縁基板１Ａと、半導体素子２１とを備えている。

【0033】

半導体モジュール２０は、ＩＧＢＴモジュール、ＭＯＳＥＴ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る。

【0034】

半導体素子２１は本第１実施形態の絶縁基板１Ａ上に実装されている。この半導体素子２１は、ＩＧＢＴチップ、ＭＯＳＥＴチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップ等である。

【0035】

図２に示すように、本第１実施形態の絶縁基板１Ａは、いわゆる放熱部材（例：ヒートシンク）一体型のものであり、詳述すると、Ｎｉ層としてのＮｉ板２と、第１のＡｌ層としての第１のＡｌ板３と、第２のＡｌ層としての第２のＡｌ板６と、セラミック層としてのセラミック板７と、金属応力緩和層としての金属応力緩和板８と、放熱部材９とを備えている。

【0036】

この絶縁基板１Ａにおいて、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６とセラミック板７と金属応力緩和板８と放熱部材９は、絶縁基板１Ａを構成する全ての板状部材に相当し、これら（２、３、６、７、８、９）のうち、第２のＡｌ板６とセラミック板７と金属応力緩和板８と放熱部材９が、第１のＡｌ板３の下面側に互いに積層状に配置され且つ絶縁基板１Ａを構成する残りの複数の板状部材に相当している。

【0037】

絶縁基板１Ａにおいて、各板２、３、６、７、８及び放熱部材９は水平状に且つ積層状に配置されており、更に平面視方形状に形成されている。

【0038】

放熱部材９は、半導体素子２１の動作に伴い半導体素子２１から発生した熱を放出して半導体素子２１の温度を下げるためのものであり、具体的に示すと、空冷式又は液冷式のヒートシンクや冷却器等である。さらに、この放熱部材９は金属製であり、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。本第１実施形態では、放熱部材９は複数の放熱フィン９ａを有する空冷式のＡｌ又はＡｌ合金製ヒートシンクである。

【0039】

Ｎｉ板２は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されたものである。さらに、このＮｉ板２は、その上面２ａに半導体素子２１がはんだ付けによって接合されるものであり、すなわち絶縁基板１Ａの表面層を形成するものである。Ｎｉ板２の厚さは５μｍ以上である。

【0040】

第１のＡｌ板３は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたものである。この第１のＡｌ板３の材質は限定されるものではなく、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）で規定されたアルミニウム合金記号Ａ１１００又はＡ３００３である。そして、この第１のＡｌ板３がＮｉ板２の下面に拡散接合によって積層状に直接接合されており、これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３とが積層状に直接的に接合一体化されている。第１のＡｌ板３の厚さは限定されるものではないが、第１のＡｌ板３をＮｉ板２の下面に拡散接合によって良好に接合できるようにするため、第１のＡｌ板３の厚さは０．１〜１５００μｍの範囲に設定されるのが望ましく、特に望ましい第１のＡｌ板３の厚さの下限は３０μｍであり、特に望ましい上限は１００μｍである。さらに、第１のＡｌ板３の厚さは、後述するろう付け接合工程Ｓ２で第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６との接合に用いられるろう材層１５ａの厚さ以上であることが特に望ましい。ここで、このようにＮｉ板２と第１のＡｌ板３とが接合一体化されて形成されたものを、「接合体５」という。

【0041】

拡散接合としては、クラッド圧延や放電プラズマ焼結法等の固相拡散接合が特に好適に用いられる。

【0042】

Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合界面４には、拡散接合の際に形成された強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層（詳述するとＮｉ−Ａｌ合金相の層）（図示せず）が介在している。この合金層の厚さは通常０．１〜１μｍである。この厚さは、第１のＡｌ板３上にＮｉ板２をろう付けによって接合した場合に両者２、３の接合界面４に形成される合金層の厚さ約６〜１０μｍよりもかなり薄い。

【0043】

第２のＡｌ板６は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたものである。本第１実施形態では、この第２のＡｌ板６の材質は限定されるものではなく、例えば、ＪＩＳで規定されたアルミニウム合金記号Ａ１１００又はＡ３００３である。そして、この第２のＡｌ板６が第１のＡｌ板３の下面にろう付けによって積層状に接合されている。第２のＡｌ板６の厚さは限定されるものではないが、第１のＡｌ板３及び第２のＡｌ板６が絶縁基板１Ａの配線層（回路層とも呼ばれている）として確実に機能しうるようにするため、１００〜１０００μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。

【0044】

第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６との接合界面には、両板３、６を接合したろう材層１５ａが介在されている。このろう材層１５ａは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１５ａの厚さは例えば１０〜１００μｍである。さらに、このろう材層１５ａは、第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６との接合の前に、第２のＡｌ板６の上面にその全面に亘ってクラッド圧延等によって予め接合されていたものである。なおこれらの図では、このろう材層１５ａは、他の板又は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。後述するその他のろう材層１５ｂ〜１５ｄについても同様の理由によりドットハッチングで図示されている。

【0045】

セラミック板７は、電気絶縁層として機能するものであり、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢＮ、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。そして、このセラミック板７が第２のＡｌ板６の下面にろう付けによって積層状に接合されている。セラミック板７の厚さは限定されるものではなく、例えば２００〜１０００μｍである。このセラミック板７の長さ及び幅は、セラミック板７を電気絶縁層として確実に機能させるため、Ｎｉ板２、第１のＡｌ板３、第２のＡｌ板６及び金属応力緩和板８の長さ及び幅よりも若干大寸に設定されている。因みに、セラミック板７を形成するセラミックの融点又は分解点は、Ｎｉ板２、第１のＡｌ板３、第２のＡｌ板６及び金属応力緩和板８の融点よりも高い。

【0046】

第２のＡｌ板６とセラミック板７との接合界面には、両板６、７を接合したろう材層１５ｂが介在されている。このろう材層１５ｂは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１５ｂの厚さは例えば１０〜１００μｍである。さらに、このろう材層１５ｂは、第２のＡｌ板６とセラミック板７との接合の前に、第２のＡｌ板６の下面にその全面に亘ってクラッド圧延等によって予め接合されていたものである。

【0047】

金属応力緩和板８は、冷熱サイクル等によって絶縁基板１Ａに発生する熱応力（熱歪み）を緩和するためのものであり、金属製である。詳述すると、本第１実施形態では、金属応力緩和板８は、複数の貫通孔８ａがその厚さ方向に穿設されたＡｌ又はＡｌ合金製パンチングメタルから形成されている。そして、この金属応力緩和板８がセラミック板７の下面にろう付けによって積層状に接合されている。この金属応力緩和板８の厚さは限定されるものではなく、例えば６００〜２０００μｍである。

【0048】

セラミック板７と金属応力緩和板８との接合界面には、両板７、８を接合したろう材層１５ｃが介在されている。このろう材層１５ｃは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１５ｃの厚さは例えば１０〜１００μｍである。

【0049】

放熱部材９は、上述したように金属製であり、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。そして、この放熱部材９が金属応力緩和板８の下面にろう付けによって積層状に接合されている。

【0050】

金属応力緩和板８と放熱部材９との接合界面には、両者８、９を接合したろう材層１５ｄが介在されている。このろう材層１５ｄは、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましく、またろう材層１５ｄの厚さは例えば１０〜１００μｍである。

【0051】

次に、本第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法について図３〜５を参照して以下に説明する。

【0052】

図３に示すように、本第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法は、拡散接合工程Ｓ１とろう付け接合工程Ｓ２とを備える。ろう付け接合工程Ｓ２は拡散接合工程Ｓ１の後で行われる。

【0053】

拡散接合工程Ｓ１は、Ｎｉ板２の下面にＡｌ板３を拡散接合によって積層状に接合する工程である。拡散接合としては、上述したようにクラッド圧延、放電プラズマ焼結法等が用いられる。

【0054】

ここで、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法は、一般的に、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としてＮｉ板２と第１のＡｌ板３とを接合するために適用されている。なお、この放電プラズマ焼結法は、「ＳＰＳ法」、「放電プラズマ接合法」、「パルス通電圧接法（Pulsed Current Hot Pressing：ＰＣＨＰ）」等とも呼ばれている。

【0055】

Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３とを拡散接合としてのクラッド圧延によって接合する場合には、両板２、３同士を確実に接合できるようにするため、冷間ないし温間クラッド圧延によって両板３、５を接合するのが望ましい。すなわち、図４に示すように、互いに平行に配置された上下一対の圧延ロール３１、３１を具備したクラッド圧延装置３０を用い、互いに重ね合わされたＮｉ板２と第１のＡｌ板３とを両圧延ロール３１、３１間に通して両圧延ロール３１、３１でＮｉ板２と第１のＡｌ板３とを挟圧することにより、Ｎｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を接合（クラッド）する。これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合体５が得られる。この接合の際に、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合時の熱によって両板２、３の接合界面４にてＮｉ板２のＮｉと第１のＡｌ板３のＡｌとが拡散するとともに、拡散したＮｉとＡｌとが合金化してＮｉ−Ａｌ合金相を含む層（即ち、強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層）が両板２、３の接合界面４に薄く形成される。この接合の条件は、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、限定されるものではないが、クラッド温度：室温〜３００℃、圧下率：３０〜７０％であることが、強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層を確実に薄く形成し得る点で、特に望ましい。

【0056】

Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３とを拡散接合としての放電プラズマ焼結法によって接合する場合には、図５に示すように、まず、放電プラズマ焼結装置４０に備えられた筒状ダイ４１内にＮｉ板２と第１のＡｌ板３とを互いに重ね合わせて積層状に配置する。これにより、両板２、３の周囲がダイ４１で包囲される。ダイ４１は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。次いで、両板２、３をその積層方向に上下一対のパンチ４２、４２で挟む。各パンチ４２は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。また、各パンチ４２の基部には電極４３が電気的に接続されている。そして、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４２、４２で両板２、３をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ４２、４２間の通電を確保した状態で両パンチ４２、４２間にパルス電流を通電することで両板２、３を加熱し、これによりＮｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を接合する。これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合体５が得られる。この接合の際に、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合時の熱によって両板２、３の接合界面４にてＮｉ板２のＮｉと第１のＡｌ板３のＡｌとが拡散するとともに、拡散したＮｉとＡｌとが合金化してＮｉ−Ａｌ合金相を含む層（即ち、強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層）が両板２、３の接合界面４に薄く形成される。この接合の条件は、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３とを放電プラズマ焼結法により接合可能な条件であれば良く、限定されるものではないが、加熱温度４００〜５５０℃、加熱温度の保持時間０〜５ｍｉｎ、室温から加熱温度への昇温速度２０〜５０℃／ｍｉｎ、両板２、３への加圧力１０〜２０ＭＰａであることが、合金層を確実に薄く形成し得る点で、特に望ましい。

【0057】

ろう付け接合工程Ｓ２は、拡散接合工程１Ｓの後で、接合体５の第１のＡｌ板３と、第２のＡｌ板６と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とをろう付けによって積層状に一括接合する工程であり、具体的にその説明をすると次のとおりである。

【0058】

まず、図３に示すように、第２のＡｌ板６を心材としてその両面にそれぞれろう材層１５ａ、１５ｂが接合されたブレージングシートを準備する。各ろう材層１５ａ、１５ｂは、当該第２のＡｌ板６の上面又は下面にＡｌ系ろう材板が常法に従ってクラッド圧延によって接合（クラッド）されて形成されたものある。第２のＡｌ板６の厚さは限定されるものではないが、１００〜１０００μｍの範囲に設定されるが特に望ましい。各ろう材層１５ａ、１５ｂの厚さは限定されるものではないが、１０〜１００μｍの範囲に設定されるのが特に望ましい。

【0059】

次いで、接合体５の第１のＡｌ板３と、第２のＡｌ板６と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを重ね合わせる。このとき、セラミック板７と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板を配置する。各ろう材板の厚さは例えば１０〜１００μｍである。次いで、これらを所定の加圧装置（図示せず）によって積層方向に一括して加圧する。そして、この加圧を維持した状態のままでこれらを炉内ろう付け等のろう付けによって真空中などで一括して接合する。これにより、第１実施形態の絶縁基板１Ａを得る。

【0060】

なおその後、必要に応じて、絶縁基板１Ａを焼き鈍し処理しても良い。こうすることにより、絶縁基板１Ａの製造過程で絶縁基板１Ａに蓄積された熱応力を除去することができる。

【0061】

この絶縁基板１Ａを用いて半導体モジュール２０を製造する場合には、半導体素子２１は絶縁基板１ＡのＮｉ板２の上面２ａにはんだ付けによって接合される。これにより半導体モジュール２０が得られる。

【0062】

本第１実施形態には次の利点がある。

【0063】

本第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法によれば、半導体素子２１が接合される上面層（表面層）がＮｉ板２で形成された絶縁基板１Ａが得られる。そのため、この絶縁基板１Ａは、はんだ接合性が良好であり、したがって半導体素子２１をはんだ付けによって良好に接合することができる。

【0064】

さらに、拡散接合工程Ｓ１においてＮｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を拡散接合によって接合することにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合界面４に強度が弱くはんだ接合性が悪い合金層（Ｎｉ−Ａｌ合金相の層）が形成されるが、上述したようにこの合金層の厚さは薄い。そのため、拡散接合工程Ｓ１の後で行われるろう付け接合工程Ｓ２の際にこの合金層で生じる割れは微小で且つ部分的であり、この微小で部分的な割れは、ろう付け接合工程Ｓ２の際に熱応力開放の効果をもたらす。さらに、絶縁基板１Ａの使用時においても合金層で大きな割れや剥離の発生が防止されるし、セラミック板７の割れの発生も防止される。しかも、Ｎｉ板２の厚さが５μｍ以上であることにより、この合金層がＮｉ板２の上面２ａにまで形成されるのが防止される。そのため、良好なはんだ接合性を維持することができるし、Ｎｉ板２の上面２ａの変形（凹凸）の発生を防止できる。

【0065】

なお、Ｎｉ板２の厚さの上限は限定されるものではないが、特に５０μｍであることが、絶縁基板１Ａの熱伝導特性の大幅な低下を防止できる点などで望ましい。

【0066】

さらに、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との間にＴｉ板等のＴｉ層が介在していないので、Ｔｉ層が介在することによる絶縁基板１Ａの熱伝導特性の低下及び絶縁基板１Ａの製造コストの増加を防止できる。すなわち、Ｎｉの熱伝導率は９０．７Ｗ／ｍ・Ｋ、Ａｌの熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｔｉの熱伝導率は２１．９Ｗ／ｍ・Ｋであり、したがってＴｉの熱伝導率はＮｉ及びＡｌの熱伝導率よりも低い。そのため、もしＴｉ層がＮｉ板２と第１のＡｌ板３との間に介在している場合には、絶縁基板１Ａの熱伝導特性が低下する。さらに、Ｔｉ板は一般的にＡｌ板及びＮｉ板よりも高価である。これに対して、本第１実施形態の絶縁基板１Ａでは、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との間にＴｉ板等のＴｉ層が介在していない。そのため、絶縁基板１Ａの熱伝導特性の低下及び絶縁基板１Ａの製造コストの増加を防止できるのである。

【0067】

さらに、ろう付け接合工程Ｓ２において第１のＡｌ板３と複数の板状部材（即ち、第２のＡｌ板６、セラミック板７、金属応力緩和板８、放熱部材９）とをろう付けによって積層状に一括接合することにより、絶縁基板１Ａを効率良く製造することができる。

【0068】

さらに、絶縁基板１Ａは第２のＡｌ板６を備えているので、第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６とを合計した厚いＡｌ層を配線層として利用可能な絶縁基板１Ａを得ることができる。さらに、この厚いＡｌ層は、ろう付け接合工程Ｓ２の前では第１のＡｌ板３と第２のＡｌ板６とに分けられていることから、拡散接合工程Ｓ１において、第１のＡｌ板３の厚さを、第１のＡｌ板３をＮｉ板２の下面に良好に接合可能な厚さに設定することができる。例えば、拡散接合工程Ｓ１においてＮｉ板２の下面に第１のＡ板３をクラッド圧延によって接合する場合、各板２、３の物性値によって両板２、３を良好に接合可能なクラッド率の範囲が決定されるので、厚い第１のＡｌ板３はＮｉ板２の下面に良好に接合できないことがある。そこで、Ｎｉ板２の下面にクラッド圧延によって良好に接合可能な薄い第１のＡｌ板３を準備しておき、最初にこれをＮｉ板２の下面にクラッド圧延によって接合し、次いで、第１のＡｌ板３の下面に厚い第２のＡｌ板６を接合することでＡｌ層の厚さを増加させる。これにより、配線層として確実に機能しうる厚さを有するＡｌ層を形成することができる。さらに、第１のＡｌ板３及び第２のＡｌ板６の材質をそれぞれ機能、作用、目的等に応じて選択可能となる。

【0069】

図６及び７は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板１Ｂの製造方法を説明する図である。これらの図では、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同等の構成要素に同じ符号が付されている。

【0070】

本第２実施形態の絶縁基板１Ｂは、図６に示すように、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａの第２のＡｌ板６を備えておらず、つまり接合体５の第１のＡｌ板３の下面にセラミック板７がろう付けによって積層状に接合されている。その他の構成は上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同じである。

【0071】

図７に示すように、本第２実施形態の絶縁基板１Ｂの製造方法の拡散接合工程Ｓ１は、上記第１実施形態の拡散接合工程と同じである。

【0072】

ろう付け接合工程２Ｓでは、接合体５の第１のＡｌ板３と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とをろう付けによって積層状に一括接合する。具体的にその説明をすると次のとおりである。

【0073】

接合体５の第１のＡｌ板３と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを重ね合わせる。このとき、第１のＡｌ板３とセラミック板７との間と、セラミック板７と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板を配置する。各ろう材板の厚さは例えば１０〜１００μｍである。次いで、これらを所定の加圧装置（図示せず）によって積層方向に一括して加圧する。そして、この加圧を維持した状態のままでこれらを炉内ろう付け等のろう付けによって真空中などで一括して接合する。これにより、第２実施形態の絶縁基板１Ｂが得られる。

【0074】

図８及び９は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板１Ｃの製造方法を説明する図である。これらの図では、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同等の構成要素に同じ符号が付されている。

【0075】

本第３実施形態の絶縁基板１Ｃでは、図８に示すように、接合体５の第１のＡｌ板３の下面側に、ＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）板１０と金属応力緩和板８と放熱部材９とがこの順に配置されている。

【0076】

ＤＢＡ板１０は、セラミック板（詳述するとＡｌＮ板）７の上面及び下面にそれぞれＡｌ板１１、１２が積層状に直接接合されたものであり、市販されているものである。各Ａｌ板１１、１２はＡｌ又はＡｌ合金で形成されている。そして、第１のＡｌ板３の下面にＤＢＡ板１０の上側（一方）のＡｌ板１１がろう付けによって接合されるとともに、ＤＢＡ板１０の下側（他方）のＡｌ板１２の下面に金属応力緩和板８がろう付けによって接合されている。さらに、金属応力緩和板８の下面に放熱部材９がろう付けによって接合されている。

【0077】

図９に示すように、本第３実施形態の絶縁基板１Ｃの製造方法の拡散接合工程Ｓ１は、上記第１実施形態の拡散接合工程と同じである。

【0078】

ろう付け接合工程２Ｓでは、接合体５の第１のＡｌ板３と、ＤＢＡ板１０と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とをろう付けによって積層状に一括接合する。具体的にその説明をすると次のとおりである。

【0079】

接合体５の第１のＡｌ板３と、ＤＢＡ板１０と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを重ね合わせる。このとき、第１のＡｌ板３とＤＢＡ板１０の上側のＡｌ板１１との間と、ＤＢＡ板１０の下側のＡｌ板１２と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板を配置する。各ろう材板の厚さは例えば１０〜１００μｍである。次いで、これらを所定の加圧装置（図示せず）によって積層方向に一括して加圧する。そして、この加圧を維持した状態のままでこれらを炉内ろう付け等のろう付けによって真空中などで一括して接合する。これにより、第３実施形態の絶縁基板１Ｃが得られる。

【0080】

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの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内において様々に変更可能である。

【0081】

例えば、上記実施形態では、放熱部材９はヒートシンクであるが、本発明では、放熱部材はその他に例えば液冷式や空冷式等の冷却器であっても良い。

【0082】

また本発明では、上記実施形態のように絶縁基板は放熱部材９を一体に備えているものであることが特に望ましいが、必ずしも放熱部材９を備えていることを要しない。

【0083】

また本発明は、上記実施形態に適用された技術的思想のうち２つ以上を組み合わせて構成しても良い。

【実施例】

【0084】

次に、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。

【0085】

＜実施例１＞
本実施例１では、図２に示した第１実施形態の絶縁基板１Ａを製造した。その具体的な製造方法は以下のとおりである。

【0086】

Ｎｉ板２、第１のＡｌ板３、第２のＡｌ板６、セラミック板７、金属応力緩和板８及び放熱部材９として、それぞれ次の板を準備した。

【0087】

・Ｎｉ板２ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ３０μｍの純Ｎｉ板
・第１のＡｌ板３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ８０μｍのＡｌ合金板
・第２のＡｌ板６ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌ合金板
・セラミック板７ ：長さ２９ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
・金属応力緩和板８：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材９ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

【0088】

Ｎｉ板２用純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ板３用Ａｌ合金板の材質はＡ１１００である。

【0089】

第２のＡｌ板６用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。さらにこのＡｌ合金板の両面にはそれぞれＡｌ系ろう材板がクラッド圧延によって接合（クラッド）されており、これにより、このＡｌ合金板の両面にその全面に亘ってそれぞれろう材層１５ａ、１５ｂが接合されており、すなわちこのＡｌ合金板はブレージングシート化されている。各ろう材層１５ａ、１５ｂの材質はＡｌ−１０質量％Ｓｉであり、その厚さは２０μｍである。

【0090】

金属応力緩和板８用高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。放熱部材９用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。

【0091】

そして、拡散接合工程Ｓ１では、Ｎｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を冷間ないし温間クラッド圧延によって接合した。これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合体５を得た。その際に適用した接合条件は、クラッド温度２００℃、圧下率５０％である。

【0092】

次いで、ろう付け接合工程Ｓ２を次のように行った。図３に示すように、接合体５の第１のＡｌ板３と、第２のＡｌ板６と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを積層状に重ね合わせた。このとき、セラミック板７と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ５０μｍ）を配置した。ろう材板の材質はいずれもＡｌ−１０質量％Ｓｉである。そして、これらを積層方向に加圧した状態で真空中にて炉内ろう付けによって積層状に一括して接合した。この際のろう付け接合条件は、積層方向の加圧力：４９０Ｐａ（５ｇｆ／ｃｍ^２）、ろう付け温度：６００℃、ろう付け温度の保持時間：２０ｍｉｎ、真空度：４×１０^−４Ｐａである。

【0093】

こうして得られた絶縁基板１Ａに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１Ａにおける各接合界面に割れの進展は見られず、各接合界面での剥離、セラミック板７の割れ及びＮｉ板２の上面２ａの変形（凹凸）は発生しなかった。また、この絶縁基板１Ａは、Ｎｉ板２を備えていない絶縁基板との間で有意な熱抵抗の差は確認されなかった。

【0094】

＜実施例２＞
本実施例２では、図６に示した第２実施形態の絶縁基板１Ｂを製造した。その具体的な製造方法は以下のとおりである。

【0095】

Ｎｉ板２、第１のＡｌ板３、セラミック板７、金属応力緩和板８及び放熱部材９として、それぞれ次の板を準備した。

【0096】

・Ｎｉ板２ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ３０μｍの純Ｎｉ板
・第１のＡｌ板３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ８０μｍのＡｌ合金板
・セラミック板７ ：長さ２９ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
・金属応力緩和板８：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材９ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

【0097】

Ｎｉ板２用純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ板３用Ａｌ合金板の材質はＡ１１００である。

【0098】

金属応力緩和板８用高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。放熱部材９用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。

【0099】

そして、拡散接合工程Ｓ１では、Ｎｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を冷間ないし温間クラッド圧延によって接合した。これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合体５を得た。その際に適用した接合条件は、上記実施例１の拡散接合工程Ｓ１で適用した接合条件と同じである。

【0100】

次いで、ろう付け接合工程Ｓ２を次のように行った。図７に示すように、接合体５の第１のＡｌ板３と、セラミック板７と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを積層状に重ね合わせた。このとき、第１のＡｌ板３とセラミック板７との間と、セラミック板７と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ５０μｍ）を配置した。ろう材板の材質はいずれもＡｌ−１０質量％Ｓｉである。そして、これらを積層方向に加圧した状態で真空中にて炉内ろう付けによって積層状に一括して接合した。この際のろう付け接合条件は、上記実施例１のろう付け接合工程Ｓ２で適用したろう付け接合条件と同じである。

【0101】

こうして得られた絶縁基板１Ｂに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１Ｂにおける各接合界面に割れの進展は見られず、各接合界面での剥離、セラミック板７の割れ及びＮｉ板２の上面２ａの変形（凹凸）は発生しなかった。また、この絶縁基板１Ｂは、Ｎｉ板２を備えていない絶縁基板との間で有意な熱抵抗の差は確認されなかった。

【0102】

＜実施例３＞
本実施例３では、図８に示した第３実施形態の絶縁基板１Ｃを製造した。その具体的な製造方法は以下のとおりである。

【0103】

Ｎｉ板２、第１のＡｌ板３、金属応力緩和板８及び放熱部材９として、それぞれ次の板を準備した。また、セラミック板７としてＤＢＡ板１０を準備した。

【0104】

・Ｎｉ板２ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ３０μｍの純Ｎｉ板
・第１のＡｌ板３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ８０μｍのＡｌ合金板
・ＤＢＡ板１０ ：（後述する）
・金属応力緩和板８：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材９ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

【0105】

Ｎｉ板２用純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ板３用Ａｌ合金板の材質はＡ１１００である。

【0106】

ＤＢＡ板１０は市販されているものであり、セラミック板７としてのＡｌＮ板（長さ２７ｍｍ×幅２７ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）の上面及び下面にそれぞれＡｌ板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）１１、１２が積層状に直接接合されている。

【0107】

金属応力緩和板８用高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。放熱部材９用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。

【0108】

そして、拡散接合工程Ｓ１では、Ｎｉ板２の下面に第１のＡｌ板３を冷間ないし温間クラッド圧延によって接合した。これにより、Ｎｉ板２と第１のＡｌ板３との接合体５を得た。その際に適用した接合条件は、上記実施例１の拡散接合工程Ｓ１で適用した接合条件と同じである。

【0109】

次いで、ろう付け接合工程Ｓ２を次のように行った。図９に示すように、接合体５の第１のＡｌ板３と、ＤＢＡ板１０と、金属応力緩和板８と、放熱部材９とを積層状に重ね合わせた。このとき、第１のＡｌ板３とＤＢＡ板１０の上側のＡｌ板１１との間と、ＤＢＡ板１０の下側のＡｌ板１２と金属応力緩和板８との間と、金属応力緩和板８と放熱部材９との間とに、それぞれ、ろう材層１５ｂ、１５ｃ、１５ｄとしてＡｌ系ろう材板（長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ）を配置した。なお、ろう材板の材質はいずれもＡｌ−１０質量％Ｓｉである。また、ろう材層１５ｂのろう材板の厚さは２０μｍであり、ろう材層１５ｃ、１５ｄのろう材板の厚さは５０μｍである。そして、これらを積層方向に加圧した状態で真空中にて炉内ろう付けによって積層状に一括して接合した。この際のろう付け接合条件は、上記実施例１のろう付け接合工程Ｓ２で適用したろう付け接合条件と同じである。

【0110】

こうして得られた絶縁基板１Ｃに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１Ｃにおける各接合界面に割れの進展は見られず、各接合界面での剥離、セラミック板７の割れ及びＮｉ板２の上面２ａの変形（凹凸）は発生しなかった。また、この絶縁基板１Ｃは、Ｎｉ板２を備えていない絶縁基板との間で有意な熱抵抗の差は確認されなかった。

【0111】

＜比較例１＞
本比較例１では、図１０に示した構成の絶縁基板１０１を製造した。この絶縁基板１０１と上記第１実施形態の絶縁基板１Ａとの相異点は次のとおりである。

【0112】

すなわち、本比較例１の絶縁基板１０１では、Ｎｉ板１０２の下面にＴｉ板１１３がクラッド圧延によって直接接合されており、更に、Ｔｉ板１１３の下面に第１のＡｌ板１０３がクラッド圧延によって直接接合されている。その他の構成は、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同じである。すなわち、第１のＡｌ板１０３の下面に第２のＡｌ板１０６がろう付けによって接合されており、第２のＡｌ板１０６の下面にセラミック板１０７がろう付けによって接合されており、セラミック板１０７の下面に金属応力緩和板１０８がろう付けによって接合されていおり、金属応力緩和板１０８の下面に放熱部材１０９がろう付けによって接合されている。なお、１０８ａは金属応力緩和板１０８の貫通孔、１０９ａは放熱部材１０９の放熱フィンである。また、Ｎｉ板１０２とＴｉ板１１３との接合界面には、Ｎｉ板１０２とＴｉ板１１３との接合時の熱によってＮｉ板１０２のＮｉとＴｉ板１１３のＴｉとが合金化したＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層（図示せず）が薄く形成されている。

【0113】

本比較例１の絶縁基板１０１の具体的な製造方法は以下のとおりである。

【0114】

Ｎｉ板１０２、Ｔｉ板１１３、第１のＡｌ板１０３、第２のＡｌ板１０６、金属応力緩和板１０８及び放熱部材１０９として、それぞれ次の板を準備した。

【0115】

・Ｎｉ板１０２ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ３０μｍの純Ｎｉ板
・Ｔｉ板１１３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｔｉ板
・第１のＡｌ板１０３ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ８０μｍのＡｌ合金板
・第２のＡｌ板１０６ ：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌ合金板
・セラミック板１０７ ：長さ２９ｍｍ×幅２９ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのＡｌＮ板
・金属応力緩和板１０８：長さ２５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの高純度Ａｌ製パンチングメタル板
・放熱部材１０９ ：長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍのＡｌ合金板。

【0116】

Ｎｉ板１０２用純Ｎｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ板１１３用純Ｔｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ板１０３用Ａｌ合金板の材質はＡ１１００である。

【0117】

第２のＡｌ板１０６用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。さらにこのＡｌ合金板の両面にはそれぞれＡｌ系ろう材板がクラッド圧延によって接合（クラッド）されており、これにより、このＡｌ合金板の両面にその全面に亘ってそれぞれろう材層１１５ａ、１１５ｂが接合されており、すなわちこのＡｌ合金板はブレージングシート化されている。各ろう材層１１５ａ、１１５ｂの材質はＡｌ−１０質量％Ｓｉであり、その厚さは２０μｍである。

【0118】

金属応力緩和板１０８用高純度Ａｌ製パンチングメタル板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。放熱部材１０９用Ａｌ合金板の材質はＡ３００３である。

【0119】

そして、図１１に示すように、Ｎｉ板１０２の下面にＴｉ板１１３をクラッド圧延によって接合した。この工程を「第１拡散接合工程Ｓ１０１ａ」という。その際に適用した接合条件は、クラッド温度４５０℃、圧下率３０％である。

【0120】

次いで、Ｔｉ板１１３の下面に第１のＡｌ板１０３を冷間ないし温間クラッド圧延によって接合した。この工程を「第２拡散接合工程Ｓ１０１ｂ」という。その際に適用した接合条件は、クラッド温度２００℃、圧下率５０％である。

【0121】

次いで、ろう付け接合工程Ｓ１０２を上記実施例１のろう付け接合工程Ｓ２と同様に行った。

【0122】

こうして得られた絶縁基板１０１に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行った。その結果、絶縁基板１０１における各接合界面での剥離、セラミック板１０７の割れ及びＮｉ板１０２の上面１０２ａの変形は発生しなかった。しかし、この絶縁基板１０１の熱抵抗は、実施例１の絶縁基板１Ａの熱抵抗と比べて約３％増加した。その原因は、比較例１の絶縁基板１０１がＴｉ層（即ちＴｉ板１１３）を含んでいるからである。

【産業上の利用可能性】

【0123】

本発明は、半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板の製造方法、半導体モジュールの製造方法、絶縁基板、及び、半導体モジュールに利用可能である。

【符号の説明】

【0124】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：絶縁基板
２：Ｎｉ板
２ａ：Ｎｉ板の上面
３：第１のＡｌ板（Ａｌ板）
４：接合界面
５：接合体
６：第２のＡｌ板
７：セラミック層
８：金属応力緩和層
９：放熱部材
１０：ＤＢＡ板
１５ａ〜１５ｄ：ろう材層
２０：半導体モジュール
２１：半導体素子
３０：クラッド圧延装置
４０：放電プラズマ焼結装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】