特許 6100605 多層クラッド材の製造方法

(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】6100605

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】多層クラッド材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/04 20060101AFI20170313BHJP

   B23K 20/24 20060101ALI20170313BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20170313BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20170313BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   B23K20/04 H

   B23K20/04 D

   B23K20/04 F

   B23K20/24

   H01L23/12 J

   H01L23/14 M

   B32B15/01 E

【請求項の数】16

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2013-104698(P2013-104698)

(22)【出願日】2013年5月17日

(65)【公開番号】特開2014-223657(P2014-223657A)

(43)【公開日】2014年12月4日

【審査請求日】2016年2月15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】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０９９９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第１９９９／０６２６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１２７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０６９５４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２０／０４

Ｂ２３Ｋ ２０／２４

Ｂ３２Ｂ １５／０１

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板を得る圧延工程と、
真空中において、前記積層板の少なくとも接合予定面および第３金属板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記積層板の接合予定面と前記第３金属板の接合予定面とが当接するように前記積層板と前記第３金属板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【請求項2】

前記第１金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第３金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である請求項１に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項3】

前記第１金属板と前記第２金属板のうち、少なくともいずれか一方の金属板の厚さが１００μｍ以下である請求項１に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項4】

ニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板を得る圧延工程と、
真空中において、前記積層板の少なくともチタン板の表面およびアルミニウム板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記積層板のチタン板の表面と前記アルミニウム板の接合予定面とが当接するように前記積層板と前記アルミニウム板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【請求項5】

前記ニッケル板の厚さは、前記チタン板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記アルミニウム板の厚さは、前記チタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である請求項４に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項6】

前記ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、前記チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、前記アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲である請求項４に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項7】

互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板を得る第１圧延工程と、
互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第３金属板と第４金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板を得る第２圧延工程と、
真空中において、前記第１積層板の少なくとも接合予定面および前記第２積層板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記第１積層板の接合予定面と前記第２積層板の接合予定面とが当接するように前記第１積層板と前記第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【請求項8】

前記第１金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第４金属板の厚さは、前記第３金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第３金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である請求項７に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項9】

前記第１〜４金属板のうち、少なくとも１つの金属板の厚さが１００μｍ以下である請求項７に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項10】

ニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板を得る第１圧延工程と、
アルミニウム板とろう材板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板を得る第２圧延工程と、
真空中において、前記第１積層板の少なくともチタン板の表面および前記第２積層板の少なくともアルミニウム板の表面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記第１積層板のチタン板表面と前記第２積層板のアルミニウム板表面とが当接するように前記第１積層板と前記第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【請求項11】

前記ニッケル板の厚さは、前記チタン板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記ろう材板の厚さは、前記アルミニウム板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記アルミニウム板の厚さは、前記チタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である請求項１０に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項12】

前記ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、前記チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、前記アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲であり、前記ろう材板の厚さが１０μｍ〜６０μｍである請求項１０に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項13】

前記表面活性化処理は、プラズマエッチング処理である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項14】

前記冷間圧接工程における冷間圧接の際の圧接ロールの温度が１０℃〜８０℃の範囲である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項15】

前記圧延工程におけるクラッド圧延の圧下率が４５％〜６５％である請求項１〜１４のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【請求項16】

前記多層クラッド材は、絶縁基板用の多層材である請求項１〜１５のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体素子の放熱等に用いられる絶縁基板用多層材として好適に用いられる多層クラッド材を生産効率良く製造する方法に関する。

【0002】

なお、本明細書において、「多層」の語は、「３層以上の複層」を意味する。

【0003】

また、本明細書において、「ニッケル板」の語は、Ｎｉ板及びＮｉ合金板を含む意味で用い、「チタン板」の語は、Ｔｉ板及びＴｉ合金板を含む意味で用い、「アルミニウム板」の語は、Ａｌ板及びＡｌ合金板を含む意味で用いる。また、本明細書において、「金属板」の語は、単体の金属からなる金属板および合金板を含む意味で用いる。

【0004】

また、本明細書において、ニッケル板などの「板」の語は、板、シート、箔などを包含する意味で用いており、厚さ４μｍ〜１０ｍｍのものを全て包括して「板」と呼称しているものである。

【0005】

また、本明細書において、「異種金属材料」の語は、互いに構成金属元素を異にする金属材料（例えば、一方がＮｉ板で、他方がＴｉ板）のみならず、互いに構成金属元素が同一であってもその組成比を異にする金属材料（例えば、一方がＳｉ含有率が１０質量％でＡｌ含有率が９０質量％のＡｌ−Ｓｉ合金材料、他方がＳｉ含有率が１５質量％でＡｌ含有率が８５質量％のＡｌ−Ｓｉ合金材料）も包含する意味で用いている。

【背景技術】

【0006】

パワー半導体モジュール等の半導体モジュールは、半導体素子の動作により半導体素子から発生した熱を放出するため、放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）を備えている。さらに、この半導体モジュールでは、半導体素子と放熱部材との間に、半導体素子から発生した熱を放熱部材に伝達するための放熱用絶縁基板が配置されている。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、その片面上に接合された配線層（回路層）を含む金属層と、を備えている（例えば特許文献１〜４参照）。そして、絶縁基板の金属層上に半導体素子がはんだ付けにより接合される。

【0007】

金属層を構成する層として、近年、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたアルミニウム層が用いられている。その理由は、アルミニウム層は電気特性及び熱特性に優れているし、またアルミニウム層を用いると、従来のＣｕを使用した絶縁基板と比較して、軽量化することが可能であると共に、絶縁基板の製造コストの低減を図ることができるからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、アルミニウム層は、はんだ接合性が悪い。そのため、半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、アルミニウム層の表面にＮｉめっき層を形成することが行われるが、この場合には、アルミニウム層とＮｉめっき層との接合界面に強度の弱い合金層が形成されてしまう。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上に、Ｎｉめっき層の表面に変形（凹凸）を生じ易いという問題があった。

【0010】

そこで、本発明者らは、表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたニッケル層と、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されたチタン層と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたアルミニウム層とがこの順でクラッド圧延や放電プラズマ焼結法によって積層された材料を配線層素材として使用する方策を着想した。

【0011】

しかし、放電プラズマ焼結法によって得られる上記多層クラッド材では、多層クラッドを行う際の各素材の厚さの構成比率に関係なく接合を行うことができるものの、少量バッチ式の方法であり、大量生産に向かず、製造コストが高いという問題がある。

【0012】

一方、クラッド圧延法により得られる上記多層クラッド材は、量産性に優れているものの、多層（３層以上）クラッド材を製造するに際し、中間に配置される層は、その外側に配置される材料との物性値（強度、伸び等）の違いによって許容できる構成厚さ比に限界があるという問題を抱えている。例えば、この限界を無視して設計すると中間に配置した層（上記多層クラッド材ではチタン層）が破断したり、破断しなくても厚さを所望の厚さに精度高く制御できないという問題があった。厚さを所望の厚さに精度高く制御できない場合には例えば所望の熱特性が得られないことになる。

【0013】

更に、クラッド圧延法では、接合界面の接合強度を増すために拡散熱処理を施す必要があるが、２層以上の異種金属材が接合されたクラッド材に熱処理を施すと、素材の伸びの違いによって、材料に反り、うねりが発生して（特に幅広の材料において反り、うねりが顕著に発生する）、コイル状に巻き取るのが容易でないという問題もあった。特に３層以上の多層クラッド材をクラッド圧延法で製造した場合、材料に反り、うねりが顕著に発生して、コイル状に巻き取ることができないので、実質上生産が困難であった。

【0014】

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、反りがなく、各構成層の厚さが精度高く制御されていると共に、冷熱が負荷されても構成層に割れや剥離が生じることのない３層以上の多層クラッド材を低コストで量産することのできる多層クラッド材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】

【0015】

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

【0016】

［１］互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板を得る圧延工程と、
真空中において、前記積層板の少なくとも接合予定面および第３金属板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記積層板の接合予定面と前記第３金属板の接合予定面とが当接するように前記積層板と前記第３金属板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【0017】

［２］前記第１金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第３金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である前項１に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0018】

［３］前記第１金属板と前記第２金属板のうち、少なくともいずれか一方の金属板の厚さが１００μｍ以下である前項１に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0019】

［４］ニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板を得る圧延工程と、
真空中において、前記積層板の少なくともチタン板の表面およびアルミニウム板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記積層板のチタン板の表面と前記アルミニウム板の接合予定面とが当接するように前記積層板と前記アルミニウム板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【0020】

［５］前記ニッケル板の厚さは、前記チタン板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記アルミニウム板の厚さは、前記チタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である前項４に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0021】

［６］前記ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、前記チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、前記アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲である前項４に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0022】

［７］互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板を得る第１圧延工程と、
互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第３金属板と第４金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板を得る第２圧延工程と、
真空中において、前記第１積層板の少なくとも接合予定面および前記第２積層板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記第１積層板の接合予定面と前記第２積層板の接合予定面とが当接するように前記第１積層板と前記第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【0023】

［８］前記第１金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第４金属板の厚さは、前記第３金属板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記第３金属板の厚さは、前記第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である前項７に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0024】

［９］前記第１〜４金属板のうち、少なくとも１つの金属板の厚さが１００μｍ以下である前項７に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0025】

［１０］ニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板を得る第１圧延工程と、
アルミニウム板とろう材板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板を得る第２圧延工程と、
真空中において、前記第１積層板の少なくともチタン板の表面および前記第２積層板の少なくともアルミニウム板の表面を表面活性化処理する表面活性化処理工程と、
前記表面活性化処理を行った後、真空中において、前記第１積層板のチタン板表面と前記第２積層板のアルミニウム板表面とが当接するように前記第１積層板と前記第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接する冷間圧接工程と、を含むことを特徴とする多層クラッド材の製造方法。

【0026】

［１１］前記ニッケル板の厚さは、前記チタン板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記ろう材板の厚さは、前記アルミニウム板の厚さの０．５倍〜２．０倍であり、
前記アルミニウム板の厚さは、前記チタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である前項１０に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0027】

［１２］前記ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、前記チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、前記アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲であり、前記ろう材板の厚さが１０μｍ〜６０μｍである前項１０に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0028】

［１３］前記表面活性化処理は、プラズマエッチング処理である前項１〜１２のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0029】

［１４］前記冷間圧接工程における冷間圧接の際の圧接ロールの温度が１０℃〜８０℃の範囲である前項１〜１３のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0030】

［１５］前記圧延工程におけるクラッド圧延の圧下率が４５％〜６５％である前項１〜１４のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【0031】

［１６］前記多層クラッド材は、絶縁基板用の多層材である前項１〜１５のいずれか１項に記載の多層クラッド材の製造方法。

【発明の効果】

【0032】

［１］の発明では、圧延工程において第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストで第１金属板と第２金属板を積層した積層板を得ることができる。

【0033】

次いで、真空中において、積層板の少なくとも接合予定面（以下では、積層板における接合される方の金属板を「第２金属板」という）および第３金属板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理するので、接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができ、接合強度を向上させることができる。

【0034】

冷間圧接工程において、真空中で積層板と第３金属板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接するので、第３金属板の厚さと第２金属板の厚さが大きく異なる場合（例えば、第３金属板の厚さが第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である場合）であっても、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。また、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接するので、第３金属板と第２金属板の接合界面が平坦性に優れたものとなるし、第３金属板と第２金属板の接合界面において合金層（該合金層は、接合強度等の機械的特性、電気的特性に悪影響を及ぼす）が形成されないという利点がある。更に、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接を行い、そのあとに拡散熱処理を要しない（行わなくて済む）ので、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても反りのない多層クラッド材が得られる。

【0035】

［２］の発明では、第３金属板の厚さが第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満であって両板の厚さが大きく異なるにもかかわらず、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0036】

［３］の発明では、第１金属板と前記第２金属板のうち、少なくともいずれか一方の金属板の厚さが１００μｍ以下の薄い板であるにもかかわらず、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0037】

［４］の発明では、圧延工程においてニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストでニッケル板とチタン板を積層した積層板を得ることができる。

【0038】

次いで、真空中において、積層板の少なくともチタン板の表面およびアルミニウム板の少なくとも接合予定面を表面活性化処理するので、これら接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができ、接合強度を向上させることができる。

【0039】

冷間圧接工程において、真空中で積層板とアルミニウム板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接するので、例えば、アルミニウム板の厚さとチタン板の厚さが大きく異なる場合（例えば、アルミニウム板の厚さがチタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である場合）であっても、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。また、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接するので、アルミニウム板とチタン板の接合界面が平坦性に優れたものとなるし、アルミニウム板とチタン板の接合界面において合金層（該合金層は、接合強度等の機械的特性、電気的特性に悪影響を及ぼす）が形成されないという利点がある。更に、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接を行い、そのあとに拡散熱処理を要しない（行わなくて済む）ので、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても反りのない多層クラッド材が得られる。

【0040】

［５］の発明では、アルミニウム板の厚さがチタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満であって両板の厚さが大きく異なるにもかかわらず、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0041】

［６］の発明では、ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲であって、このように少なくともチタン板の厚さが薄いにもかかわらず、これらチタン板、ニッケル板、アルミニウム板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0042】

［７］の発明では、第１圧延工程において第１金属板と第２金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストで第１金属板と第２金属板を積層した第１積層板を得ることができる。

【0043】

第２圧延工程において第３金属板と第４金属板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストで第３金属板と第４金属板を積層した第２積層板を得ることができる。

【0044】

次いで、真空中において、第１積層板の少なくとも接合予定面（以下では、第１積層板における接合される方の金属板を「第２金属板」という）および第２積層板の少なくとも接合予定面（以下では、第２積層板における接合される方の金属板を「第３金属板」という）を表面活性化処理するので、これらの接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができ、接合強度を向上させることができる。

【0045】

冷間圧接工程において、真空中で第１積層板と第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接するので、第３金属板の厚さと第２金属板の厚さが大きく異なる場合（例えば、第３金属板の厚さが第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である場合）であっても、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。また、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接するので、第３金属板と第２金属板の接合界面が平坦性に優れたものとなるし、第３金属板と第２金属板の接合界面において合金層（該合金層は、接合強度等の機械的特性、電気的特性に悪影響を及ぼす）が形成されないという利点がある。更に、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接を行い、そのあとに拡散熱処理を要しない（行わなくて済む）ので、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても反りのない多層クラッド材が得られる。

【0046】

［８］の発明では、第３金属板の厚さが第２金属板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満であって両板の厚さが大きく異なるにもかかわらず、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0047】

［９］の発明では、第１〜４金属板のうち、少なくとも１つの金属板の厚さが１００μｍ以下であって薄い板を含むにもかかわらず、この薄い金属板の厚さをも精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0048】

［１０］の発明では、第１圧延工程においてニッケル板とチタン板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストでニッケル板とチタン板を積層した第１積層板を得ることができる。

【0049】

また、第２圧延工程においてアルミニウム板とろう材板を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延するので、低コストでアルミニウム板とろう材板を積層した第２積層板を得ることができる。

【0050】

次いで、真空中において、第１積層板の少なくともチタン板の表面および第２積層板の少なくともアルミニウム板の表面を表面活性化処理するので、これらの接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができ、接合強度を向上させることができる。

【0051】

冷間圧接工程において、真空中で第１積層板と第２積層板を重ね合わせてこれら両板を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール間で冷間圧接するので、例えば、アルミニウム板の厚さとチタン板の厚さが大きく異なる場合（例えば、アルミニウム板の厚さがチタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満である場合）であっても、薄い方の金属板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。また、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接するので、アルミニウム板とチタン板の接合界面が平坦性に優れたものとなるし、アルミニウム板とチタン板の接合界面において合金層（該合金層は、接合強度等の機械的特性、電気的特性に悪影響を及ぼす）が形成されないという利点がある。更に、０．１％〜１５％の低圧下率になるように冷間圧接を行い、そのあとに拡散熱処理を要しない（行わなくて済む）ので、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても反りのない多層クラッド材が得られる。

【0052】

［１１］の発明では、アルミニウム板の厚さがチタン板の厚さの２．０倍を超える又は０．５倍未満であって両板の厚さが大きく異なるにもかかわらず、薄い方の金属板の厚さも精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0053】

［１２］の発明では、ニッケル板の厚さが１０μｍ〜１００μｍであり、チタン板の厚さが５μｍ〜３０μｍであり、アルミニウム板の厚さが６０μｍを超えて１０ｍｍ以下の範囲であり、ろう材板の厚さが１０μｍ〜６０μｍであって、このように少なくともチタン板の厚さが薄いにもかかわらず、これらチタン板、ニッケル板、アルミニウム板及びろう材板の厚さを精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0054】

［１３］の発明では、表面活性化処理をプラズマエッチング処理で行うので、接合予定面における酸化物、吸着物等を十分に除去してより清浄な表面を露出させることができて、接合強度をより向上させることができる。

【0055】

［１４］の発明では、冷間圧接工程における冷間圧接の際の圧接ロールの温度を１０℃〜８０℃の範囲に設定するので、薄い方の金属板の厚さもより精度高く制御した多層クラッド材を得ることができる。

【0056】

［１５］の発明では、圧延工程において４５％〜６５％の圧下率でクラッド圧延するので、設備への過剰な負荷をかけることなく（大きな設備能力を要することがなく設備コストを抑制しつつ）、安定して多層クラッド材を製造できる。

【0057】

［１６］の発明では、薄い方の金属板の厚さも精度高く制御した且つ反りのない絶縁基板用の多層クラッド材を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】本発明に係る第１製造方法で製造された多層クラッド材の一実施形態を示す断面図である。

【図2】本発明に係る第２製造方法で製造された多層クラッド材の一実施形態を示す断面図である。

【図3】表面活性化処理工程と冷間圧接工程で使用する製造装置の一例を、第１の製造方法を実施している状態で示す模式的側面図である。

【図4】表面活性化処理工程と冷間圧接工程で使用する製造装置の一例を、第２の製造方法を実施している状態で示す模式的側面図である。

【図5】図２の多層クラッド材を用いて構成された絶縁基板の一例を示す断面図である。

【図6】図１の多層クラッド材を用いて構成された冷却器一体型絶縁基板の一例を積層前の分離状態で示す模式的断面図である。

【図7】図２の多層クラッド材を用いて構成された冷却器一体型絶縁基板の一例を積層前の分離状態で示す模式的断面図である。

【図8】図２の多層クラッド材を用いて構成された冷却器一体型絶縁基板の他の例を積層前の分離状態で示す模式的断面図である。

【図9】半導体モジュールの一例を示す概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0059】

［第１製造方法］
本発明に係る、多層クラッド材の第１製造方法について図３を参照しつつ説明する。

【0060】

（圧延工程）
互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板２０を得る。例えば、第１金属板１としてニッケル板を用い、第２金属板２としてチタン板を用いる。即ち、例えば、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、積層板２０を得る。得られた積層板２０を第１供給ロール５１に巻き取る。

【0061】

この圧延工程では、第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせてクラッド圧延するので、低コストで第１金属板１と第２金属板２を積層した積層板２０を得ることができる。

【0062】

前記圧延工程におけるクラッド圧延は、冷間クラッド圧延により行うのが好ましい。この場合には、特に材料（金属板）の加熱を要しないから、生産性を向上できる。前記冷間クラッド圧延の際の圧延ロールの温度は、１０℃〜１２０℃の範囲に設定するのが好ましい。

【0063】

前記「圧下率」は、クラッド圧延する前の第１金属板の厚さと第２金属板の厚さの合計を「Ｍ」（μｍ）とし、クラッド圧延により得られた積層板２０の厚さを「Ｎ」（μｍ）としたとき、
圧下率（％）＝｛（Ｍ−Ｎ）／Ｍ｝×１００
上記計算式で求められる値である。

【0064】

なお、前記圧延工程の前に、予め、第１金属板１の接合予定面及び第２金属板２の接合予定面を機械的に研磨するのが好ましい。前記機械的研磨としては、例えば、ワイヤーブラシで研磨する等の手法が挙げられるが、前記接合予定面の表面の酸化層を機械的に除去できる手法であれば特に限定されない。このような機械的研磨を行う（機械的研磨工程を設ける）ことにより、例えば、２５％〜７０％の圧下率でのクラッド圧延でも十分な接合強度でもって接合できる。

【0065】

また、前記圧延工程の後であって、次の表面活性化処理工程の前に、上記クラッド圧延により得られた積層板２０に熱処理温度５００℃〜７００℃で拡散熱処理を行ってもよい。このような拡散熱処理を行うことによって、第１金属板１と第２金属板２の接合の接合強度をより向上させることができる。

【0066】

（表面活性化処理工程）
次に、図３に示すように、前記積層板２０が捲回されている第１供給ロール５１を製造装置４０の真空槽４９内に配置すると共に、第３金属板３が捲回されている他方の第２供給ロール５２を真空槽４９内に配置する。前記第３金属板３として、例えばアルミニウム板を用いる。

【0067】

前記真空槽４９は、図示しない真空装置により内部空間を真空状態にすることができるものとなされている。前記真空槽４９内には、第１電極ロール５３と、該第１電極ロール５３の近接位置に該第１電極ロール５３と離間して配置された表面活性化処理装置４２Ａと、第２電極ロール５４と、該第２電極ロール５４の近接位置に該第２電極ロール５４と離間して配置された表面活性化処理装置４２Ｂと、一対の圧接ロール４４、４４と、巻き取りロール５５が配置されている。前記表面活性化処理装置４２Ａは、該装置４２Ａ内の電極と、前記第１電極ロール５３との間に１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して、該第１電極ロール５３の外周面に沿接されている金属板の表面にプラズマを照射することによって、該金属板の表面をプラズマエッチング処理できる。同様に、前記表面活性化処理装置４２Ｂは、該装置４２Ｂ内の電極と、第２電極ロール５４との間に１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して、該第２電極ロール５４の外周面に沿接されている金属板の表面にプラズマを照射することによって、該金属板の表面をプラズマエッチング処理できる。

【0068】

次に、前記真空槽４９内を真空状態に保持する。前記真空槽４９内の真空度は、１×１０^-4Ｐａ〜１Ｐａに設定するのが好ましい。また、前記真空槽４９内を窒素、アルゴン等の不活性ガスで満たして不活性ガス雰囲気にした後に、真空度を上げていって１×１０^-4Ｐａ〜１Ｐａに設定するのがよい。

【0069】

前記真空状態の真空槽４９内において、第１供給ロール５１から引き出された積層板２０を第１電極ロール５３の外周面に沿わせて接触させ、該第１電極ロール５３に沿接されている積層板２０の第２金属板（例えばチタン板）２の表面に、表面活性化処理装置４２Ａからプラズマを照射することによって、第２金属板（例えばチタン板）２の表面をプラズマエッチング処理した後、積層板２０を一対の圧接ロール４４、４４間に送り込む（図３参照）。前記プラズマエッチング処理により、積層板２０の接合予定面である第２金属板（例えばチタン板）２の表面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができる。

【0070】

同時に、前記真空状態の真空槽４９内において、第２供給ロール５２から引き出された第３金属板（例えばアルミニウム板）３を第２電極ロール５４の外周面に沿わせて接触させ、該第２電極ロール５４に沿接されている第３金属板３の片面に、表面活性化処理装置４２Ｂからプラズマを照射することによって、第３金属板（例えばアルミニウム板）３の表面（接合予定面）をプラズマエッチング処理した後、第３金属板（例えばアルミニウム板）３を一対の圧接ロール４４、４４間に送り込む（図３参照）。前記プラズマエッチング処理により、第３金属板（例えばアルミニウム板）３の接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができる。

【0071】

（冷間圧接工程）
続いて、前記真空状態の真空槽４９内において、前記積層板２０の接合予定面である第２金属板（例えばチタン板）２の表面と、前記第３金属板（例えばアルミニウム板）３の接合予定面の表面（片面）とが当接するように積層板２０と第３金属板３を重ね合わせてこれら両板２０、３を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接する（図３参照）。

【0072】

次いで、前記真空状態の真空槽４９内において、冷間圧接により得られた多層クラッド材１０を巻き取りロール５５に巻き取る（図３参照）。

【0073】

得られた多層クラッド材１０は、図１に示すように、第２金属板（例えばチタン板）２の一方の面に第１金属板（例えばニッケル板）１が積層され、前記第２金属板（例えばチタン板）２の他方の面に第３金属板（例えばアルミニウム板）３が積層された３層積層構造を備えている。

【0074】

前記ニッケル板１／チタン板２／アルミニウム板３の３層積層構造の多層クラッド材１０は、ＤＢＡ基板（冷却器一体型絶縁基板）９５の半導体素子接合面側に、ろう材箔９９でろう付けして使用することもできるし（図６参照）、或いはセラミック板に直接にろう材箔でろう付けして使用することもできる。図６は、冷却器一体型絶縁基板の一例を積層前の分離状態で示した模式図であり、図６において、９１は、放熱部材としてのアルミニウム板、９２は、アルミニウムろう材箔、９３は、アルミニウムパンチング板、９４は、アルミニウムろう材箔、９５は、ＤＢＡ板（Ａｌ層９６／ＡｌＮ層（窒化アルミニウム層）９７／Ａｌ層９８）、アルミニウムろう材箔９９である。

【0075】

なお、上記のように別途ろう材箔を用いて接合する場合には、ろう材は、硬く、圧延しにくい材料であり、ろう材を２５０μｍ以下の箔にするためには、箔圧延用の特殊な装置が必要となる上に、歩留まりも十分良好ではない。また、ろう材箔は、ハンドリング性も十分に良好ではない。そこで、後述する第２製造方法を適用して、ニッケル板１／チタン板２／アルミニウム板３／アルミニウムろう材板４の４層積層構造の多層クラッド材１０を得るのがより好ましい。

【0076】

前記冷間圧接工程において、前記圧下率は、０．１％〜１５％に設定する。圧下率をこのような範囲に設定することにより、第３金属板と第２金属板の接合界面での平坦性がより向上すると共に、第３金属板と第２金属板の接合界面において合金層が形成されない、かつ薄い方の金属板の厚さをより精度高く制御した多層クラッド材１０を得ることができる。圧下率が０．１％未満では、第３金属板と第２金属板との間で十分な接合強度が得られない。また、圧下率が１５％を超えると、接合界面の平坦性が得られなくなるし、脆弱な合金層を形成する組み合わせの金属素材の場合に接合界面において割れが発生するという問題を生じる。中でも、前記圧下率は、０．１％〜１０％に設定するのが好ましく、０．１％〜５．０％に設定するのが特に好ましい。

【0077】

前記「圧下率」は、圧接ロール４４、４４間で冷間圧接する前の冷間圧接対象の金属板の合計厚さ（積層板の厚さと第３金属板の厚さの合計）を「Ｘ」（μｍ）とし、冷間圧接により得られた多層クラッド材１０の厚さを「Ｙ」（μｍ）としたとき、
圧下率（％）＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
上記計算式で求められる値である。

【0078】

前記冷間圧接工程における冷間圧接の際の圧接ロール４４の温度は１０℃〜８０℃の範囲に設定するのが好ましく、この場合には、薄い方の金属板の厚さをより精度高く制御した多層クラッド材１０を得ることができる。

【0079】

上記第１製造方法において、第１金属板、第２金属板および第３金属板は、後述する実施例１のように、これら３つの板が互いに異種金属材料からなる場合が代表的な例であるが、特にこのような構成に限定されるものではない。

【0080】

上記第１製造方法によれば、冷間圧接工程の前に表面活性化処理を行っており、この表面活性化処理により、接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができているので、次の冷間圧接工程では低圧下率（０．１％〜１５％）でも十分な接合強度を確保できる。従って、第１製造方法において、冷間圧接工程の後に（接合強度向上のための）拡散熱処理を要しないのであって、冷間圧接工程の後に拡散熱処理（通常は、３００℃以上での熱処理）を行わない。従って、第１製造方法によれば、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても、反りのない多層クラッド材を得ることができる。

【0081】

［第２製造方法］
次に、本発明に係る、多層クラッド材の第２製造方法について図４を参照しつつ説明する。

【0082】

（第１圧延工程）
互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板２１を得る。例えば、第１金属板１としてニッケル板を用い、第２金属板２としてチタン板を用いる。即ち、例えば、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第１積層板２１を得る。得られた第１積層板２１を第１供給ロール５１に巻き取る。

【0083】

この第１圧延工程では、第１金属板１と第２金属板２を重ね合わせてクラッド圧延するので、低コストで第１金属板１と第２金属板２を積層した第１積層板２１を得ることができる。

【0084】

前記第１圧延工程におけるクラッド圧延は、冷間クラッド圧延により行うのが好ましい。この場合には、特に材料（金属板）の加熱を要しないから、生産性を向上できる。前記冷間クラッド圧延の際の圧延ロールの温度は、１０℃〜１２０℃の範囲に設定するのが好ましい。

【0085】

前記「圧下率」は、クラッド圧延する前の第１金属板の厚さと第２金属板の厚さの合計を「Ｃ」（μｍ）とし、クラッド圧延により得られた第１積層板２１の厚さを「Ｄ」（μｍ）としたとき、
圧下率（％）＝｛（Ｃ−Ｄ）／Ｃ｝×１００
上記計算式で求められる値である。

【0086】

なお、前記第１圧延工程の前に、予め、第１金属板１の接合予定面及び第２金属板２の接合予定面を機械的に研磨するのが好ましい。前記機械的研磨としては、例えば、ワイヤーブラシで研磨する等の手法が挙げられるが、前記接合予定面の表面の酸化層を機械的に除去できる手法であれば特に限定されない。このような機械的研磨を行う（機械的研磨工程を設ける）ことにより、例えば、２５％〜７０％の圧下率でのクラッド圧延でも十分な接合強度でもって接合できる。

【0087】

また、前記第１圧延工程の後であって、次の表面活性化処理工程の前に、上記クラッド圧延により得られた第１積層板２１に熱処理温度５００℃〜７００℃で拡散熱処理を行ってもよい。このような拡散熱処理を行うことによって、第１金属板１と第２金属板２の接合の接合強度をより向上させることができる。

【0088】

（第２圧延工程）
互いに異種金属材料からなる又は同一金属材料からなる第３金属板１と第４金属板４を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板２２を得る。例えば、第３金属板３としてアルミニウム板を用い、第４金属板４としてアルミニウムろう材板を用いる。即ち、例えば、アルミニウム板３とアルミニウムろう材板４を重ね合わせて２５％〜８５％の圧下率でクラッド圧延することにより、第２積層板２２を得る。得られた第２積層板２２を第２供給ロール５２に巻き取る。

【0089】

この第２圧延工程では、第３金属板３と第４金属板４を重ね合わせてクラッド圧延するので、低コストで第３金属板３と第４金属板４を積層した第２積層板２２を得ることができる。

【0090】

前記第２圧延工程におけるクラッド圧延は、冷間クラッド圧延により行うのが好ましい。この場合には、特に材料（金属板）の加熱を要しないから、生産性を向上できる。前記冷間クラッド圧延の際の圧延ロールの温度は、１０℃〜１２０℃の範囲に設定するのが好ましい。

【0091】

前記「圧下率」は、クラッド圧延する前の第３金属板の厚さと第４金属板の厚さの合計を「Ｅ」（μｍ）とし、クラッド圧延により得られた第２積層板２２の厚さを「Ｆ」（μｍ）としたとき、
圧下率（％）＝｛（Ｅ−Ｆ）／Ｅ｝×１００
上記計算式で求められる値である。

【0092】

なお、前記第２圧延工程の前に、予め、第３金属板３の接合予定面及び第４金属板４の接合予定面を機械的に研磨するのが好ましい。前記機械的研磨としては、例えば、ワイヤーブラシで研磨する等の手法が挙げられるが、前記接合予定面の表面の酸化層を機械的に除去できる手法であれば特に限定されない。このような機械的研磨を行う（機械的研磨工程を設ける）ことにより、例えば、２５％〜７０％の圧下率でのクラッド圧延でも十分な接合強度でもって接合できる。

【0093】

また、前記第２圧延工程の後であって、次の表面活性化処理工程の前に、上記クラッド圧延により得られた第２積層板２２に熱処理温度５００℃〜７００℃で拡散熱処理を行ってもよい。このような拡散熱処理を行うことによって、第３金属板３と第４金属板４の接合の接合強度をより向上させることができる。

【0094】

なお、第１圧延工程と第２圧延工程の実施順序は、特に限定されず、第１圧延工程を先に実施してもよいし、或いは第２圧延工程を先に実施してもよいし、或いはまた第１圧延工程と第２圧延工程を同時並行で実施してもよい。

【0095】

（表面活性化処理工程）
前記第１圧延工程と前記第２圧延工程の両方を実施した後、表面活性化処理工程を実施する。図４に示すように、前記第１積層板２１が捲回されている第１供給ロール５１を製造装置４０の真空槽４９内に配置すると共に、第２積層板２２が捲回されている他方の第２供給ロール５２を真空槽４９内に配置する。

【0096】

前記真空槽４９は、図示しない真空装置により内部空間を真空状態にすることができるものとなされている。前記真空槽４９内には、第１電極ロール５３と、該第１電極ロール５３の近接位置に該第１電極ロール５３と離間して配置された表面活性化処理装置４２Ａと、第２電極ロール５４と、該第２電極ロール５４の近接位置に該第２電極ロール５４と離間して配置された表面活性化処理装置４２Ｂと、一対の圧接ロール４４、４４と、巻き取りロール５５が配置されている。前記表面活性化処理装置４２Ａは、該装置４２Ａ内の電極と、前記第１電極ロール５３との間に１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して、該第１電極ロール５３の外周面に沿接されている金属板の表面にプラズマを照射することによって、該金属板の表面をプラズマエッチング処理できる。同様に、前記表面活性化処理装置４２Ｂは、該装置４２Ｂ内の電極と、第２電極ロール５４との間に１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの周波数の高周波電圧を印加して、該第２電極ロール５４の外周面に沿接されている金属板の表面にプラズマを照射することによって、該金属板の表面をプラズマエッチング処理できる。

【0097】

次に、前記真空槽４９内を真空状態に保持する。前記真空槽４９内の真空度は、１×１０^-4Ｐａ〜１Ｐａに設定するのが好ましい。また、前記真空槽４９内を窒素、アルゴン等の不活性ガスで満たして不活性ガス雰囲気にした後に、真空度を上げていって１×１０^-4Ｐａ〜１Ｐａに設定するのがよい。

【0098】

前記真空状態の真空槽４９内において、第１供給ロール５１から引き出された第１積層板２１を第１電極ロール５３の外周面に沿わせて接触させ、該第１電極ロール５３に沿接されている第１積層板２１の第２金属板（例えばチタン板）２の表面に、表面活性化処理装置４２Ａからプラズマを照射することによって、第２金属板（例えばチタン板）２の表面をプラズマエッチング処理した後、第１積層板２１を一対の圧接ロール４４、４４間に送り込む（図４参照）。前記プラズマエッチング処理により、第１積層板２１の接合予定面である第２金属板（例えばチタン板）２の表面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができる。

【0099】

同時に、前記真空状態の真空槽４９内において、第２供給ロール５２から引き出された第２積層板２２を第２電極ロール５４の外周面に沿わせて接触させ、該第２電極ロール５４に沿接されている第２積層板２２の第３金属板（例えばアルミニウム板）２の表面（接合予定面）に、表面活性化処理装置４２Ｂからプラズマを照射することによって、第３金属板（例えばアルミニウム板）３の表面をプラズマエッチング処理した後、第２積層板２２を一対の圧接ロール４４、４４間に送り込む（図４参照）。前記プラズマエッチング処理により、第２積層板２２の接合予定面である第３金属板（例えばアルミニウム板）３の表面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができる。

【0100】

（冷間圧接工程）
続いて、前記真空状態の真空槽４９内において、前記第１積層板２１の接合予定面である第２金属板（例えばチタン板）２の表面と、前記第２積層板２２の接合予定面である第３金属板（例えばアルミニウム板）２の表面とが当接するように第１積層板２１と第２積層板２２を重ね合わせてこれら両板２１、２２を０．１％〜１５％の低圧下率になるように一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接する（図４参照）。

【0101】

次いで、前記真空状態の真空槽４９内において、冷間圧接により得られた多層クラッド材１０を巻き取りロール５５に巻き取る（図４参照）。

【0102】

得られた多層クラッド材１０は、図２に示すように、第２金属板（例えばチタン板）２の上面に第１金属板（例えばニッケル板）１が積層され、前記第２金属板（例えばチタン板）２の下面に第３金属板（例えばアルミニウム板）３が積層され、該第３金属板（例えばアルミニウム板）３の下面に第４金属板（例えばアルミニウムろう材板）４が積層された４層積層構造を備えている。

【0103】

前記ニッケル板１／チタン板２／アルミニウム板３／アルミニウムろう材板４の４層積層構造の多層クラッド材１０は、例えば、ＤＢＡ基板（冷却器一体型絶縁基板）９５の半導体素子接合面側に直接にろう付けして使用することもできるし（図７参照）、或いは、セラミック板６１に直接にろう付けして使用することもできる（図８参照）。なお、図７は、冷却器一体型絶縁基板の一例を積層前の分離状態で示した模式図であり、図７において、９１は、放熱部材としてのアルミニウム板、９２は、アルミニウムろう材箔、９３は、アルミニウムパンチング板、９４は、アルミニウムろう材箔、９５は、ＤＢＡ板（Ａｌ層９６／ＡｌＮ層（窒化アルミニウム層）９７／Ａｌ層９８）である。また、図８は、冷却器一体型絶縁基板の他の例を積層前の分離状態で示した模式図であり、図８において、９１は、放熱部材としてのアルミニウム板、１００は、両面にろう材が同時にクラッド圧延されてなるクラッド材（アルミニウムろう材９２／アルミニウム板９３Ｚ／アルミニウムろう材９４）、９７は、セラミック板（窒化アルミニウム層）である。前記チタン板２は、ニッケル板１とアルミニウム板３が接触することによる脆弱合金層の生成を防止するバリヤー層として機能する。Ｔｉは熱伝導率が２１．９Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導率が９０．７Ｗ／ｍ・ＫのＮｉや、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・ＫのＡｌと比較して著しく低いので、高い放熱特性が要求される絶縁基板用途においては、チタン板２は、薄く設定するのが好ましく、中でも３μｍ〜３０μｍに設定するのが特に好ましい。また、前記アルミニウム板３については、ＤＢＡ・ヒートシンク・冷却器に接合する場合と、セラミック板に直接に接合して配線層として使用する場合とで厚さの設計は大きく相違する。セラミック板６１に直接に接合して配線層として使用する場合（図５参照）には、４層積層構造の多層クラッド材１０におけるアルミニウム板３の厚さは、電気抵抗の増大を抑制するべく、２００μｍ〜８００μｍに設定されるのが好ましい。一方、ＤＢＡ板にろう付けする用途として使用する場合には、ろう付け時にＴｉ層２とろう材層４との接触を防止するために、４層積層構造の多層クラッド材１０におけるアルミニウム板３の厚さとして４０μｍ以上であるのが好ましい。

【0104】

前記冷間圧接工程において、前記圧下率は、０．１％〜１５％に設定する。圧下率をこのような範囲に設定することにより、第３金属板と第２金属板の接合界面での平坦性がより向上すると共に、第３金属板と第２金属板の接合界面において合金層が形成されない、かつ薄い方の金属板の厚さをより精度高く制御した多層クラッド材１０を得ることができる。圧下率が０．１％未満では、第３金属板と第２金属板との間で十分な接合強度が得られない。また、圧下率が１５％を超えると、接合界面の平坦性が得られなくなるし、脆弱な合金層を形成する組み合わせの金属素材の場合に接合界面において割れが発生するという問題を生じる。中でも、前記圧下率は、０．１％〜１０％に設定するのが好ましく、０．１％〜５．０％に設定するのが特に好ましい。

【0105】

前記「圧下率」は、圧接ロール４４、４４間で冷間圧接する前の冷間圧接対象の金属板の合計厚さ（第１積層板の厚さと第２積層板の厚さの合計）を「Ｘ」（μｍ）とし、冷間圧接により得られた多層クラッド材１０の厚さを「Ｙ」（μｍ）としたとき、
圧下率（％）＝｛（Ｘ−Ｙ）／Ｘ｝×１００
上記計算式で求められる値である。

【0106】

前記冷間圧接工程における冷間圧接の際の圧接ロール４４の温度は１０℃〜８０℃の範囲に設定するのが好ましく、この場合には、薄い方の金属板の厚さをより精度高く制御した多層クラッド材１０を得ることができる。

【0107】

上記第２製造方法において、第１金属板、第２金属板、第３金属板および第４金属板は、後述する実施例３のように、これら４つの板が互いに異種金属材料からなる場合が代表的な例であるが、特にこのような構成に限定されるものではない。

【0108】

上記第２製造方法によれば、冷間圧接工程の前に表面活性化処理を行っており、この表面活性化処理により、接合予定面における酸化物、吸着物等を除去して清浄な表面を露出させることができているので、次の冷間圧接工程では低圧下率（０．１％〜１５％）でも十分な接合強度を確保できる。従って、第２製造方法においては、冷間圧接工程の後に（接合強度向上のための）拡散熱処理を要しないのであって、冷間圧接工程の後に拡散熱処理（通常、３００℃以上での熱処理）を行わない。従って、第２製造方法によれば、たとえ幅広の材料を使用した場合であっても、反りのない多層クラッド材を得ることができる。

【0109】

［第１、２製造方法］
本発明の製造方法において、前記第１金属板、前記第２金属板、前記第３金属板としては、特に限定されるものではないが、例えば、ニッケル板、チタン板、アルミニウム板等が挙げられる。また、前記第４金属板としては、特に限定されるものではないが、例えば、ニッケル板、チタン板、アルミニウム板、アルミニウムろう材板等が挙げられる。

【0110】

本発明の製造方法において、上記に記載した以外の他の工程を追加して、５層積層構成、６層積層構成、７層以上の積層構成の多層クラッド材を製造するようにしても良く、本発明の製造方法は、このような製造方法も包含するものである。

【0111】

本発明の製造方法により製造された多層クラッド材１０が構成材料の一部に使用されて製作された半導体モジュール７０の一例を図８に示す。この半導体モジュール７０は、図５に示す構成からなる絶縁基板６０のニッケル層（ニッケル板）１の上面に半導体素子７１が接合され、前記絶縁基板６０のセラミック層６１の下面に放熱部材７２が接合されてなる。前記半導体素子７１は、絶縁基板６０のニッケル層１に、はんだ付けにより接合されている。

【0112】

前記半導体素子７１としては、特に限定されるものではないが、例えば、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が挙げられる。前記放熱部材７２としては、特に限定されるものではないが、例えば、ヒートシンク、冷却器等が挙げられる。

【0113】

前記絶縁基板６０は、半導体素子７１の動作に伴って半導体素子７１から発生する熱を放熱部材７２に伝達するためのものであり、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。

【実施例】

【0114】

次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。

【0115】

＜実施例１＞
厚さ６０μｍのニッケル板１と厚さ４０μｍのチタン板２のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板１とチタン板２が積層されてなる厚さ５０μｍ、幅２００ｍｍの積層板２０を得た（圧延工程）。次いで、積層板２０に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0116】

図３に示す装置４０を用いて１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、積層板２０のチタン板２の表面（接合予定面）および厚さ８５μｍ、幅２００ｍｍのアルミニウム板３の表面（接合予定面）にプラズマを照射することによってこれらの表面をプラズマエッチング処理した（表面活性化処理工程）。

【0117】

続いて、図３に示すように、１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、積層板２０のチタン板２の表面（エッチング処理面）とアルミニウム板３の表面（エッチング処理面）とが当接するように積層板２０とアルミニウム板３を重ね合わせてこれら両板を２５℃（室温）の一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接することによって、厚さ１３０μｍ、幅２００ｍｍの多層クラッド材１０を得た（冷間圧接工程）。

【0118】

得られた多層クラッド材１０は、図１に示すように、厚さ３０μｍのニッケル板１／厚さ２０μｍのチタン板２／厚さ８０μｍのアルミニウム板３がこの順に積層一体化された３層積層構成である。従って、前記冷間圧接工程における圧下率は、
１００×｛（５０＋８５）−１３０｝／（５０＋８５）＝３．７
上記計算式より３．７％である。

【0119】

＜実施例２＞
厚さ６０μｍのニッケル板１と厚さ４０μｍのチタン板２のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板１とチタン板２が積層されてなる厚さ５０μｍ、幅２００ｍｍの積層板２０を得た（圧延工程）。次いで、積層板２０に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0120】

図３に示す装置４０を用いて１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、積層板２０のチタン板２の表面（接合予定面）および厚さ６１０μｍ、幅２００ｍｍのアルミニウム板３の表面（接合予定面）にプラズマを照射することによってこれらの表面をプラズマエッチング処理した（表面活性化処理工程）。

【0121】

続いて、図３に示すように、１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、積層板２０のチタン板２の表面（エッチング処理面）とアルミニウム板３の表面（エッチング処理面）とが当接するように積層板２０とアルミニウム板３を重ね合わせてこれら両板を２５℃（室温）の一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接することによって、厚さ６５０μｍ、幅２００ｍｍの多層クラッド材１０を得た（冷間圧接工程）。

【0122】

得られた多層クラッド材１０は、図１に示すように、厚さ３０μｍのニッケル板１／厚さ２０μｍのチタン板２／厚さ６００μｍのアルミニウム板３がこの順に積層一体化された３層積層構成である。従って、前記冷間圧接工程における圧下率は、
１００×｛（５０＋６１０）−６５０｝／（５０＋６１０）＝１．５
上記計算式より１．５％である。

【0123】

＜実施例３＞
厚さ６０μｍのニッケル板１と厚さ４０μｍのチタン板２のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板１とチタン板２が積層されてなる厚さ５０μｍ、幅２００ｍｍの第１積層板２１を得た（第１圧延工程）。次いで、第１積層板２１に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0124】

厚さ１８０μｍのアルミニウム板３と厚さ５０μｍのアルミニウムろう材板（Ｓｉ含有率が１０質量％、Ａｌ含有率が９０質量％のＡｌ−Ｓｉ合金板）４のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、アルミニウム板３とアルミニウムろう材板４を重ね合わせて圧下率５４％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、アルミニウム板３とアルミニウムろう材板４が積層されてなる厚さ１０５μｍ、幅２００ｍｍの第２積層板２２を得た（第２圧延工程）。

【0125】

図４に示す装置４０を用いて１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、第１積層板２１のチタン板２の表面（接合予定面）および第２積層板２２のアルミニウム板３の表面（接合予定面）にプラズマを照射することによってこれらの表面をプラズマエッチング処理した（表面活性化処理工程）。

【0126】

続いて、図４に示すように、１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、第１積層板２１のチタン板２の表面（エッチング処理面）と第２積層板２２のアルミニウム板３の表面（エッチング処理面）とが当接するように第１積層板２１と第２積層板２２を重ね合わせてこれら両板を２５℃（室温）の一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接することによって、厚さ１５０μｍ、幅２００ｍｍの多層クラッド材１０を得た（冷間圧接工程）。

【0127】

得られた多層クラッド材１０は、図２に示すように、厚さ３０μｍのニッケル板１／厚さ２０μｍのチタン板２／厚さ８０μｍのアルミニウム板３／厚さ２０μｍのアルミニウムろう材板４がこの順に積層一体化された４層積層構成である。従って、前記冷間圧接工程における圧下率は、
１００×｛（５０＋１０５）−１５０｝／（５０＋１０５）＝３．２
上記計算式より３．２％である。

【0128】

＜実施例４＞
厚さ６０μｍのニッケル板１と厚さ４０μｍのチタン板２のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板１とチタン板２を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板１とチタン板２が積層されてなる厚さ５０μｍ、幅２００ｍｍの第１積層板２１を得た（第１圧延工程）。次いで、第１積層板２１に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0129】

厚さ１４００μｍのアルミニウム板３と厚さ５０μｍのアルミニウムろう材板（Ｓｉ含有率が１０質量％、Ａｌ含有率が９０質量％のＡｌ−Ｓｉ合金板）４のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、アルミニウム板３とアルミニウムろう材板４を重ね合わせて圧下率５７％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、アルミニウム板３とアルミニウムろう材板４が積層されてなる厚さ６３０μｍ、幅２００ｍｍの第２積層板２２を得た（第２圧延工程）。

【0130】

図４に示す装置４０を用いて１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、第１積層板２１のチタン板２の表面（接合予定面）および第２積層板２２のアルミニウム板３の表面（接合予定面）にプラズマを照射することによってこれらの表面をプラズマエッチング処理した（表面活性化処理工程）。

【0131】

続いて、図４に示すように、１×１０^-3Ｐａに設定された真空槽４９内において、第１積層板２１のチタン板２の表面（エッチング処理面）と第２積層板２２のアルミニウム板３の表面（エッチング処理面）とが当接するように第１積層板２１と第２積層板２２を重ね合わせてこれら両板を２５℃（室温）の一対の圧接ロール４４、４４間で冷間圧接することによって、厚さ６７０μｍ、幅２００ｍｍの多層クラッド材１０を得た（冷間圧接工程）。

【0132】

得られた多層クラッド材１０は、図２に示すように、厚さ３０μｍのニッケル板１／厚さ２０μｍのチタン板２／厚さ６００μｍのアルミニウム板３／厚さ２０μｍのアルミニウムろう材板４がこの順に積層一体化された４層積層構成である。従って、前記冷間圧接工程における圧下率は、
１００×｛（５０＋６３０）−６７０｝／（５０＋６３０）＝１．５
上記計算式より１．５％である。

【0133】

＜比較例１＞
厚さ１２０μｍのニッケル板と厚さ８０μｍのチタン板のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板とチタン板を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板とチタン板が積層されてなる厚さ１００μｍ、幅２００ｍｍの積層板を得た（第１圧延工程）。次いで、積層板に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0134】

次いで、前記積層板のチタン板の表面（接合予定面）および厚さ１６０μｍ、幅２００ｍｍのアルミニウム板の表面（接合予定面）のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、積層板とアルミニウム板を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、３層積層構成の多層クラッド材１０を得た（第２圧延工程）。

【0135】

次に、接合界面の接合強度を向上させるために、３００℃で１０分間の拡散熱処理を行ったところ、幅２００ｍｍの幅広であるために、積層板に反り、うねりが発生したために巻き取りロールに巻き取ることが困難であった（実生産できない）。

【0136】

＜比較例２＞
厚さ１２０μｍのニッケル板と厚さ８０μｍのチタン板のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板とチタン板を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板とチタン板が積層されてなる厚さ１００μｍ、幅３０ｍｍの積層板を得た（第１圧延工程）。次いで、積層板に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0137】

次いで、前記積層板（幅３０ｍｍ）のチタン板の表面（接合予定面）および厚さ６００μｍ、幅３０ｍｍのアルミニウム板の表面（接合予定面）のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、積層板とアルミニウム板を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、３層積層構成の多層クラッド材１０を得た（第２圧延工程）。

【0138】

得られた多層クラッド材の断面を電子顕微鏡で観察したところ、チタン板（チタン層）が破断していた。

【0139】

＜比較例３＞
厚さ６０μｍのニッケル板と厚さ４０μｍのチタン板のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、ニッケル板とチタン板を重ね合わせて圧下率５０％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより、ニッケル板とチタン板が積層されてなる厚さ５０μｍ、幅２００ｍｍの積層板を得た（第１圧延工程）。次いで、積層板に対し６００℃で拡散熱処理を施した。

【0140】

次いで、前記積層板のチタン板の表面（接合予定面）および厚さ１３３μｍ、幅２００ｍｍのアルミニウム板の表面（接合予定面）のそれぞれの接合予定面をワイヤーブラシで研磨した後、積層板とアルミニウム板を重ね合わせて圧下率２％で冷間クラッド圧延（圧延ロールの温度：２５℃）することにより（第２圧延工程）、多層クラッド材の製造を試みたが、積層板とアルミニウム板は接合しなかった。

【0141】

＜比較例４＞
冷間圧接工程における圧下率が０．０５％になるように設定した以外は、実施例１と同様にして、多層クラッド材の製造を試みたが、積層板とアルミニウム板を良好に接合することができなかった。

【0142】

＜比較例５＞
冷間圧接工程における圧下率が２５％になるように設定した以外は、実施例１と同様にして、厚さ１３０μｍ、幅２００ｍｍの多層クラッド材を得た。

【0143】

上記のようにして得られた各多層クラッド材について下記の評価法に基づいて評価を行った。これらの評価結果を表１に示す。

【0144】

＜多層クラッド材における反り、うねり発生の有無の評価法＞
得られた多層クラッド材の表面（Ｎｉ層表面）における反り、うねりの有無をレーザ式形状測定器を用いて調べた。

【0145】

＜多層クラッド材の構成層の破断の有無の評価法＞
得られた多層クラッド材の断面を電子顕微鏡で観察して、各構成層の破断の有無を調べた。

【0146】

【表1】

【0147】

表１から明らかなように、本発明の製造方法で製造された実施例１〜４の多層クラッド材は、冷間圧接工程における積層対象の一方の金属板の厚さが他方の金属板の厚さに対し大きく異なる（２．０倍を超える又は０．５倍未満）にもかかわらず、薄い方の金属板の厚さも精度高く制御されていた上に、反り、うねりの発生が無く、構成層の破断も無かった。更に、実施例１〜４の多層クラッド材は、幅２００ｍｍで幅広であるにもかかわらず、反り、うねりの発生はなかった。

【0148】

これに対し、比較例１では、接合界面の接合強度を向上させるための拡散熱処理により、反り、うねりが発生したために、巻き取りが困難であり、実生産はできない。また、比較例２では、第２圧延工程において、重ね合わされる板同士の厚さの相違が顕著である（一方が１００μｍ、他方が６００μｍ）ために、薄いチタン層（チタン板）が破断していた。比較例３では、第２圧延工程において圧下率２％で冷間クラッド圧延を行うので、積層板とアルミニウム板を接合することができなかった。

【0149】

また、比較例４では、冷間圧接工程での圧下率が本発明で規定する範囲より小さいので、積層板とアルミニウム板を良好に接合することができなかった。また、比較例５では、冷間圧接工程での圧下率が本発明で規定する範囲より大きいので、積層板とアルミニウム板の界面で割れが生じていた。

【産業上の利用可能性】

【0150】

本発明に係る多層クラッド材の製造方法により製造された多層クラッド材は、例えば、半導体素子の放熱等に用いられる絶縁基板用多層材として好適に使用されるが、特にこのような用途に限定されるものではない。本発明の製造方法により製造された多層クラッド材が構成材料の一部に使用されて、例えば、絶縁基板、半導体モジュール等が製造される。

【符号の説明】

【0151】

１…第１金属板
２…第２金属板
３…第３金属板
４…第４金属板
１０…多層クラッド材
２０…積層板
２１…第１積層板
２２…第２積層板
４０…装置
４２Ａ、４２Ｂ…表面活性化処理装置
４４…圧接ロール
４９…真空槽

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】