特許 6717245 接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法

(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】6717245

(24)【登録日】2020年6月15日

(45)【発行日】2020年7月1日

(54)【発明の名称】接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20200622BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20200622BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20200622BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20200622BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20200622BHJP

   H05K 3/38 20060101ALI20200622BHJP

   H01L 33/48 20100101ALI20200622BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20200622BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20200622BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   H01L23/12 J

   H01L25/04 C

   H05K1/02 F

   H05K3/38 D

   H01L33/48

   B23K20/00 310L

   B23K1/00 330E

   B23K1/00 K

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-53689(P2017-53689)

(22)【出願日】2017年3月17日

(65)【公開番号】特開2018-157116(P2018-157116A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】湯本 遼平

(72)【発明者】

【氏名】長友 義幸

(72)【発明者】

【氏名】大井 宗太郎

【審査官】 庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１０５４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３７２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１３４５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ３３／４８

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０５Ｋ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材と第２部材が接合された接合体の製造方法であって、
前記第１部材の接合面及び前記第２部材の接合面の少なくとも一方に、有機物を含有する仮止め材を配設し、この仮止め材を介して前記第１部材と前記第２部材とを積層して、前記第１部材と前記第２部材とを仮止めした積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を積層方向に加圧して加熱し、前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、
を備えており、
前記接合工程では、前記積層体を所定の加熱温度にまで加熱する昇温過程において、少なくとも前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄにおける加圧荷重Ｐ２を、前記加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定することを特徴とする接合体の製造方法。

【請求項2】

前記接合工程における前記加圧荷重Ｐ２は、前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重であることを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。

【請求項3】

前記加圧荷重Ｐ２が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法。

【請求項4】

絶縁層と、この絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記絶縁層と、前記第２部材としての前記金属板と、を接合することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。

【請求項5】

絶縁層と、この絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記金属板は、第１金属板とこの第１金属板とは異なる材質で構成された第２金属板との積層板とされており、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記第１金属板と前記第２部材としての前記第２金属板とを接合することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。

【請求項6】

絶縁層とこの絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板とを備えた絶縁回路基板と、前記絶縁層の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記絶縁回路基板と、前記第２部材としての前記ヒートシンクと、を接合することを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、第１部材と第２部材が接合されてなる接合体の製造方法、及び、この接合体の製造方法を適用した絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュール、ＬＥＤモジュール及び熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子及び熱電素子が接合された構造とされている。
また、上述の絶縁回路基板においては、絶縁層の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して回路層とし、また、他方の面に放熱性に優れた金属板を接合して金属層を形成した構造のものも提供されている。また、回路層や金属層として、異種金属同士を積層した積層板が用いられることもある。
さらに、回路層に搭載した素子等において発生した熱を効率的に放散させるために、絶縁層の他方の面側にヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板も提供されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム板からなる回路層が形成されるとともに他方の面にアルミニウム板からなる金属層が形成された絶縁回路基板と、この回路層上にはんだ材を介して接合された半導体素子と、を備えたパワーモジュールが開示されている。また、この特許文献１には、絶縁回路基板とヒートシンクを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板が開示されている。
また、特許文献２には、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム板を接合し、このアルミニウム板に銅板を固相拡散接合することにより、回路層を形成した絶縁回路基板が提案されている。

【0004】

さらに、特許文献３には、セラミックスからなる基材の一方の面に導電性の回路層が形成され、絶縁基板の他方の面に放熱体が接合され、回路層上に発光素子が搭載された構造のＬＥＤモジュールが開示されている。
また、特許文献４には、パワーモジュール用基板の金属層及びヒートシンクの一方がアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されるとともに、金属層及びヒートシンクの他方が銅又は銅合金で構成されたヒートシンク付パワーモジュール用基板において、金属層とヒートシンクとを固相拡散接合したものが開示されている。

【0005】

ここで、セラミックス基板と金属板、絶縁回路基板とヒートシンク、アルミニウム板と銅板等、部材同士を接合して接合体を得る場合には、例えば特許文献５−７に記載されているように、接合する部材の間にポリエチレングリコール等の有機物を含む仮止め材を用いて、部材同士の位置合せをして仮止めした状態で、部材同士を積層方向に加圧して加熱することにより、部材同士を接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３１７１２３４号公報

【特許文献2】特許第５４０３１２９号公報

【特許文献3】特開２０１５−０７０１９９号公報

【特許文献4】特開２０１４−０９９５９６号公報

【特許文献5】特開２０１４−１７５４２５号公報

【特許文献6】特開２０１４−２０９５９１号公報

【特許文献7】特開２０１６−１０５４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、上述のように仮止め材を用いて接合した際には、加熱により仮止め材の有機物が分解されて分解ガスが発生する。ここで、部材同士を積層方向に高い荷重で加圧した場合には、この分解ガスが部材同士の接合界面から十分に排出されずに残存し、部材同士を十分に接合することができなくなるといった問題があった。
一方、部材同士を積層方向に加圧する際の荷重を低く設定した場合には、部材同士の接合強度が不足するおそれがあった。

【0008】

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、接合時における仮止め材の有機物の分解ガスを接合界面から十分に排出することができ、部材同士を安定して接合することが可能な接合体の製造方法、及び、この接合体の製造方法を適用した絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路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】

【0009】

上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、第１部材と第２部材が接合された接合体の製造方法であって、前記第１部材の接合面及び前記第２部材の接合面の少なくとも一方に、有機物を含有する仮止め材を配設し、この仮止め材を介して前記第１部材と前記第２部材とを積層して、前記第１部材と前記第２部材とを仮止めした積層体を形成する積層工程と、前記積層体を積層方向に加圧して加熱し、前記第１部材と前記第２部材とを接合する接合工程と、を備えており、前記接合工程では、前記積層体を所定の加熱温度にまで加熱する昇温過程において、少なくとも前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄにおける加圧荷重Ｐ２を、前記加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定することを特徴としている。

【0010】

この構成の接合体の製造方法によれば、前記接合工程では、前記積層体を所定の加熱温度にまで加熱する昇温過程において、少なくとも前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄにおける加圧荷重Ｐ２を、前記加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定しているので、仮止め材の有機物が分解して分解ガスが発生する時点で第１部材及び第２部材が強く押圧されておらず、分解ガスを接合界面から速やかに排出することができる。また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１を高く設定することができ、第１部材及び第２部材を確実に接合することができる。
なお、通常、仮止め材は複数種の有機物を含有しているが、これらの有機物のうち最も高い分解温度を、本発明における「仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄ」とする。

【0011】

ここで、本発明の接合体の製造方法においては、前記接合工程における前記加圧荷重Ｐ２は、前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重であることが好ましい。
この場合、前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を、前記加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定することで、確実に分解ガスを接合界面から速やかに排出することができる。

【0012】

また、本発明の接合体の製造方法においては、前記加圧荷重Ｐ２が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下の範囲内であることが好ましい。
この場合、少なくとも前記仮止め材が含有する前記有機物の分解温度Ｔ_Ｄにおける加圧荷重Ｐ２が０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下の範囲内と比較的低く設定されているので、分解ガスを接合界面から速やかに排出することができ、分解ガスの残存による接合不良の発生を確実に抑制することができる。

【0013】

また、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、上述の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記絶縁層と前記第２部材としての前記金属板とを接合することを特徴としている。

【0014】

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、上述の接合体の製造方法によって絶縁層と金属板とを接合しているので、仮止め材に含有された有機物の分解ガスを絶縁層と金属板との接合界面から効率的に排出することができ、絶縁層と金属板とを良好に接合することが可能となる。

【0015】

さらに、本発明の絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層と、この絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板と、を備えた絶縁回路基板の製造方法であって、前記金属板は、第１金属板とこの第１金属板とは異なる材質で構成された第２金属板との積層板とされており、上述の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記第１金属板と前記第２部材としての前記第２金属板とを接合することを特徴としている。

【0016】

この構成の絶縁回路基板の製造方法によれば、上述の接合体の製造方法によって第１金属板と第２金属板とが接合されているので、仮止め材に含有された有機物の分解ガスを第１金属板と第２金属板との接合界面から効率的に排出することができ、第１金属板と第２金属板とを良好に接合することが可能となる。

【0017】

また、本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法は、絶縁層とこの絶縁層の少なくとも片方の面に接合された金属板とを備えた絶縁回路基板と、前記絶縁層の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法であって、上述の接合体の製造方法によって、前記第１部材としての前記絶縁回路基板と前記第２部材としての前記ヒートシンクとを接合することを特徴としている。

【0018】

この構成のヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、上述の接合体の製造方法によって絶縁回路基板とヒートシンクとが接合されているので、仮止め材に含有された有機物の分解ガスを絶縁回路基板とヒートシンクとの接合界面から効率的に排出することができ、絶縁回路基板とヒートシンクとを良好に接合することが可能となる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、接合時における仮止め材の有機物の分解ガスを接合界面から十分に排出することができ、部材同士を安定して接合することが可能な接合体の製造方法、及び、この接合体の製造方法を適用した絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板、及び、本発明の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの断面説明図である。

【図2】図１に示す絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。

【図3】図１に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

【図4】図１に示すヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

【図5】本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板の概略説明図である。

【図6】図５に示す絶縁回路基板の製造方法を示すフロー図である。

【図7】図５に示す絶縁回路基板の製造方法を示す説明図である。

【図8】本発明の他の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板の概略説明図である。

【図9】本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板の概略説明図である。

【図10】本発明の他の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板の概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。
図１に、本発明の第一の実施形態である絶縁回路基板の製造方法によって製造された絶縁回路基板１０、及び、本発明の第一の実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によって製造されたヒートシンク付き絶縁回路基板３０、並びに、この絶縁回路基板１０及びヒートシンク付き絶縁回路基板３０を用いたパワーモジュール１を示す。

【0022】

このパワーモジュール１は、ヒートシンク付き絶縁回路基板３０と、このヒートシンク付き絶縁回路基板３０の一方側（図１において上側）にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、を備えている。

【0023】

はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる鉛フリーはんだ材）とされている。
半導体素子３は、半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて種々の半導体素子が選択される。
そして、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板３０は、絶縁回路基板１０と、この絶縁回路基板１０の他方側（図１において下側）に接合されたヒートシンク３１とを備えている。

【0024】

絶縁回路基板１０は、図１に示すように、絶縁層となるセラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に形成された金属層１３と、を備えている。

【0025】

セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

【0026】

回路層１２は、セラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に、アルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金等の導電性を有する金属板が接合されることにより形成されている。この回路層１２の厚さｔ１は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。本実施形態においては、回路層１２は、純度９９．００質量％以上９９．５０質量％未満のアルミニウム(以下、２Ｎアルミニウム)の圧延板からなるアルミニウム板２２がセラミックス基板１１の一方の面に接合されることにより形成されており、このアルミニウム板２２の厚さｔ１が０．６ｍｍとされている。

【0027】

金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に、アルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金等の金属板が接合されることにより形成されている。この金属層１３の厚さｔ２は、０．６ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。本実施形態においては、金属層１３は、純度が純度９９．９９質量％以上のアルミニウム（以下、４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板２３がセラミックス基板１１の他方の面に接合されることにより形成されており、このアルミニウム板２３の厚さｔ２が１．６ｍｍとされている。

【0028】

ヒートシンク３１は、絶縁回路基板１０側の熱を放散するためのものである。ヒートシンク３１は、熱伝導性が良好な銅又は銅合金で構成されており、本実施形態においては、無酸素銅で構成されている。このヒートシンク３１の厚さは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されている。
そして、本実施形態においては、絶縁回路基板１０の金属層１３とヒートシンク３１とが、固相拡散接合によって接合されている。

【0029】

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法について、図２から図４を用いて説明する。
まず、図３で示すように、セラミックス基板１１の一方の面に金属板２２を接合して回路層１２を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属板２３を接合して金属層１３を形成する（金属板接合工程Ｓ０１）。
本実施形態では、金属板２２，２３として、純度９９質量％以上のアルミニウム（２Ｎ−Ａｌ）からなるアルミニウム板２２，２３を用いている。

【0030】

この金属板接合工程Ｓ０１においては、まず、図３に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２６を介在させ、回路層１２となる金属板２２を積層し、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２７を介在させ、金属層１３となる金属板２３を積層する。ここで、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２６，２７においては、Ｓｉ濃度が１質量％以上１２質量％以下の範囲内のものを用いることが好ましい。また、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２６，２７の厚さは５μｍ以上１５μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。

【0031】

このとき、金属板２２の接合面、金属板２３の接合面、及びセラミックス基板１１の接合面に、仮止め材４０が配設されており、金属板２２、ろう材２６、セラミックス基板１１、ろう材２７、金属板２３が位置決めされて仮止めされている。
ここで、仮止め材４０に用いられる樹脂としてエチルセルロース、メチルセルロース、ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂、スチレン樹脂、エステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、ブチラール樹脂、マイレン樹脂、フマル酸樹脂等が挙げられる。また、溶剤として、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、α−テルピネオール、トルエン、テキサノール、トリエチルシトレート等が混練されていてもよい。

【0032】

また、仮止め材４０としてポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を用いることもできる。ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は平均重量分子量によって、溶融温度が異なるため、室温（２５℃）において固体のＰＥＧを用いる場合には、仮止めする際に、加温し溶融させてから各部材を積層し、位置決め紙、冷却して固化させて仮止めするとよい。
さらに、仮止め材４０として、ラウリル酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸を用いることができる。このような飽和脂肪酸は、通常、室温（２５℃）において固体であるため、室温（２５℃）において固体のＰＥＧを用いる場合と同様に用いるとよい。

【0033】

次いで、金属板２２、ろう材２６、セラミックス基板１１、ろう材２７、金属板２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、金属板２２とセラミックス基板１１とを接合して回路層１２を形成し、金属板２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１３を形成する。
この金属板接合工程Ｓ０１における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は５６０℃以上６５５℃以下の範囲内、上記加熱温度での保持時間は１０分以上４５分以下の範囲内に設定されている。

【0034】

そして、この金属板接合工程Ｓ０１では、上述の積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定している。すなわち、セラミックス基板１１と金属板２２，２３に配設した仮止め材４０の有機物の分解温度Ｔ_Ｄを基準として加圧荷重Ｐ２を規定しているのである。ここで、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄは、ＴＧ−ＤＴＡを用いて、不活性ガス（Ａｒ）雰囲気下で１０℃／分の昇温速度で加熱し、有機物の重量減少率が９５％以上となった時点の温度とした。
なお、上述のように、昇温過程、加熱温度、降温過程において加圧荷重を制御するために、本実施形態においては、ホットプレス装置を用いて積層体を加圧している。

【0035】

本実施形態では、上述の積層体の加熱温度における加圧荷重Ｐ１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
そして、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１と昇温過程において、少なくとも仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２との比Ｐ１／Ｐ２が１．１以上３５．０以下の範囲内であることが好ましい。

【0036】

なお、加圧荷重Ｐ１の下限は０．８ＭＰａ以上（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましく、１．２ＭＰａ以上（１２ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることがさらに好ましい。一方、加圧荷重Ｐ１の上限は３．５ＭＰａ以下（３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましく、２．８ＭＰａ以下（２８ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることがさらに好ましい。

【0037】

また、加熱温度の下限は５６０℃以上とすることが好ましく、６１０℃以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度の上限は６５５℃以下とすることが好ましく、６５０℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、加熱温度での保持時間の下限は１０分以上とすることが好ましく、１５分以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は４５分以下とすることが好ましく、３０分以下とすることがさらに好ましい。

【0038】

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造される。

【0039】

次に、図４に示すように、この絶縁回路基板１０の金属層１３の他方側（図４において下側）にヒートシンク３１を積層する。絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とが積層されたヒートシンク積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウムと銅との共晶温度未満の加熱温度で保持することにより、金属層１３とヒートシンク３１を固相拡散接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ０２）。

【0040】

このとき、金属層１３の接合面、及び、ヒートシンク３１の接合面に、仮止め材４０が配設されており、金属層１３とヒートシンク３１とが位置決めされて仮止めされている。
このヒートシンク接合工程Ｓ０２において使用される仮止め材４０は、上述した金属板接合工程Ｓ０１において使用される仮止め材４０を適用することができる。

【0041】

次いで、絶縁回路基板１０とヒートシンク３１とが積層されたヒートシンク積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、金属層１３とヒートシンク３１を固相拡散接合する。
このヒートシンク接合工程Ｓ０２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は４４０℃以上５４８℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が３０分以上１５０分以下の範囲内に設定されている。

【0042】

そして、このヒートシンク接合工程Ｓ０２では、上述のヒートシンク積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ１２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１１よりも低く設定している。すなわち、金属層１３とヒートシンク３１に配設した仮止め材４０の有機物の分解温度Ｔ_Ｄを基準として加圧荷重Ｐ１２を規定しているのである。
なお、上述のように、昇温過程、加熱温度、降温過程において加圧荷重を制御するために、本実施形態においては、ホットプレス装置を用いてヒートシンク積層体を加圧している。

【0043】

本実施形態では、上述のヒートシンク積層体の加熱温度における加圧荷重Ｐ１１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
そして、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ１２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１１と昇温過程において、少なくとも仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ１２との比Ｐ１１／Ｐ１２が１．１以上３５．０以下の範囲内であることが好ましい。

【0044】

なお、加圧荷重Ｐ１１の下限は０．８ＭＰａ以上（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましく、１．２ＭＰａ以上（１２ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることがさらに好ましい。一方、加圧荷重Ｐ１１の上限は３．５ＭＰａ以下（３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましく、２．８ＭＰａ以下（２８ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることがさらに好ましい。

【0045】

また、加熱温度の下限は４４０℃以上とすることが好ましく、５００℃以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度の上限は５４８℃以下とすることが好ましく、５３０℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、加熱温度での保持時間の下限は３０分以上とすることが好ましく、６０分以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は１５０分以下とすることが好ましく、１２０分以下とすることがさらに好ましい。

【0046】

以上のような工程によって、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板３０が製造される。
次いで、回路層１２の一方の面に、はんだ材を介して半導体素子３を積層し、加熱炉内においてはんだ接合する（半導体素子接合工程Ｓ０３）。
上記のようにして、本実施形態であるパワーモジュール１が製造される。

【0047】

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、金属板接合工程Ｓ０１では、積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定しているので、仮止め材４０の有機物が分解して分解ガスが発生する時点で金属板２２，２３とセラミックス基板１１が強く押圧されておらず、金属板２２，２３とセラミックス基板１１との接合界面から分解ガスを速やかに排出することができる。また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１を高く設定することができる。以上のことから、金属板２２，２３とセラミックス基板１１とを確実に接合することができ、接合信頼性に優れた絶縁回路基板１０を製造することができる。

【0048】

さらに、本実施形態においては、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内と比較的低く設定されているので、仮止め材４０が含有する有機物の分解ガスを接合界面から速やかに排出することができ、分解ガスの残存による接合不良の発生を確実に抑制することができる。
また、本実施形態においては、加熱温度における加圧荷重Ｐ１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定しているので、セラミックス基板１１と金属板２２、２３とを強固に接合することができる。

【0049】

また、本実施形態であるヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法によれば、ヒートシンク接合工程Ｓ０２では、上述のヒートシンク積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ１２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１１よりも低く設定しているので、仮止め材４０の有機物が分解して分解ガスが発生する時点で金属層１３とヒートシンク３１とが強く押圧されておらず、金属層１３とヒートシンク３１との接合界面から分解ガスを速やかに排出することができる。また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１１を高く設定することができる。以上のことから、金属層１３とヒートシンク３１とを確実に接合することができ、接合信頼性に優れたヒートシンク付き絶縁回路基板３０を製造することができる。

【0050】

さらに、本実施形態においては、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ１２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内と比較的低く設定されているので、仮止め材４０が含有する有機物の分解ガスを接合界面から速やかに排出することができ、分解ガスの残存による接合不良の発生を確実に抑制することができる。
また、本実施形態においては、加熱温度における加圧荷重Ｐ１１を０．８ＭＰａ以上 ３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定しているので、金属層１３とヒートシンク３１とを強固に接合することができる。

【0051】

次に、本発明の第二の実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図５から図７を参照して説明する。なお、第一の実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
この絶縁回路基板１１０は、図５に示すように、セラミックス基板１１（絶縁層）と、このセラミックス基板１１の一方の面（図５において上面）に形成された回路層１１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図５において下面）に形成された金属層１１３と、を備えている。

【0052】

金属層１１３は、図７に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図５において下面）に金属板１２３が接合されることによって形成されている。本実施形態では、金属板１２３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とされている。
回路層１１２は、図５で示すように、セラミックス基板１１の一方の面に配設されたアルミニウム層１１２Ａと、このアルミニウム層１１２Ａの一方側（図５において上側）に積層された銅層１１２Ｂと、を有している。

【0053】

アルミニウム層１１２Ａは、図７に示すように、アルミニウム板１２２Ａがセラミックス基板１１の一方の面に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、アルミニウム層１１２Ａは、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板１２２Ａがセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。
銅層１１２Ｂは、アルミニウム層１１２Ａの一方側（図５において上側）に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、銅層１１２Ｂは、図７に示すように、無酸素銅の圧延板からなる銅板１２２Ｂがアルミニウム層１１２Ａに固相拡散接合されることにより形成されている。

【0054】

次に、本実施形態である絶縁回路基板の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。
まず、図７で示すように、セラミックス基板１１の一方の面にアルミニウム板１２２Ａを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属板（アルミニウム板）１２３を接合して金属層１１３を形成する（アルミニウム板接合工程Ｓ１０１）。

【0055】

このアルミニウム板接合工程Ｓ１０１においては、まず、図７に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２６を介在させ、アルミニウム層１２２Ａとなるアルミニウム板１２２Ａを積層し、セラミックス基板１１の他方の面に、Ａｌ−Ｓｉ系のろう材２７を介在させ、金属層１３となる金属板（アルミニウム板）１２３を積層する。

【0056】

このとき、アルミニウム板１２２Ａの接合面、金属板（アルミニウム板）１２３の接合面、及びセラミックス基板１１の接合面に、仮止め材４０が配設されており、アルミニウム板１２２Ａ、ろう材２６、セラミックス基板１１、ろう材２７、金属板（アルミニウム板）１２３が位置決めされて仮止めされている。

【0057】

次いで、アルミニウム板１２２Ａ、ろう材２６、セラミックス基板１１、ろう材２７、金属板（アルミニウム板）１２３の積層体を、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウム板１２２Ａとセラミックス基板１１とを接合してアルミニウム層１１２Ａを形成し、金属板（アルミニウム板）１２３とセラミックス基板１１とを接合して金属層１１３を形成する。
このアルミニウム板接合工程Ｓ１０１における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は５６０℃以上６５５℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が１０分以上１５０分以下の範囲内に設定されている。

【0058】

そして、このアルミニウム板接合工程Ｓ１０１では、上述の積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１よりも低く設定している。
なお、上述のように、昇温過程、加熱温度、降温過程において加圧荷重を制御するために、本実施形態においては、ホットプレス装置を用いて積層体を加圧している。

【0059】

本実施形態では、上述の積層体の加熱温度における加圧荷重Ｐ１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
そして、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１と昇温過程において、少なくとも仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２との比Ｐ１／Ｐ２が１．１以上３５．０以下の範囲内であることが好ましい。

【0060】

なお、加圧荷重Ｐ１の下限は０．８ＭＰａ以上（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましく、１．２ＭＰａ以上（１２ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることがさらに好ましい。一方、加圧荷重Ｐ１の上限は３．５ＭＰａ以下（３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましく、２．８ＭＰａ以下（２８ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることがさらに好ましい。

【0061】

また、加熱温度の下限は４４０℃以上とすることが好ましく、５００℃以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度の上限は５４８℃以下とすることが好ましく、５３０℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、加熱温度での保持時間の下限は３０分以上とすることが好ましく、６０分以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は１２０分以下とすることが好ましい。

【0062】

次に、図７で示すように、アルミニウム層１１２Ａの一方側に銅板１２２Ｂを積層し、加圧装置を用いて積層方向に加圧した状態で真空加熱炉に装入し、アルミニウム層１１２Ａと銅板１２２Ｂとを固相拡散接合し、アルミニウム層１１２Ａと銅層１１２Ｂが積層された回路層１１２を形成する（銅板接合工程Ｓ１０２）。
この銅板接合工程Ｓ１０２における接合条件は、真空条件は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内、加熱温度は４４０℃以上５４８℃以下の範囲内、加熱温度での保持時間が３０分以上１５０分以下の範囲内に設定されている。

【0063】

そして、この銅板接合工程Ｓ１０２では、上述の積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において、仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ２１よりも低く設定している。
なお、上述のように、昇温過程、加熱温度、降温過程において加圧荷重を制御するために、本実施形態においては、ホットプレス装置を用いて積層体を加圧している。

【0064】

本実施形態では、銅板接合工程Ｓ１０２では、加熱温度における加圧荷重Ｐ２１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
そして、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定している。
また、加熱温度における加圧荷重Ｐ２１と昇温過程において少なくとも仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２２との比Ｐ２１／Ｐ２２が１．１以上３５．０以下の範囲内であることが好ましい。

【0065】

なお、加圧荷重Ｐ２１の下限は０．８ＭＰａ以上（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることが好ましく、１．２ＭＰａ以上（１２ｋｇｆ／ｃｍ^２以上）とすることがさらに好ましい。一方、加圧荷重Ｐ２１の上限は３．５ＭＰａ以下（３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることが好ましく、２．８ＭＰａ以下（２８ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）とすることがさらに好ましい。

【0066】

また、加熱温度の下限は４４０℃以上とすることが好ましく、５００℃以上とすることがさらに好ましい。一方、加熱温度の上限は５４８℃以下とすることが好ましく、５３０℃以下とすることがさらに好ましい。
さらに、加熱温度での保持時間の下限は６０分以上とすることが好ましい。一方、加熱温度での保持時間の上限は１２０分以下とすることが好ましい。

【0067】

以上のような工程によって、本実施形態である絶縁回路基板１１０が製造される。

【0068】

以上のような構成とされた本実施形態である絶縁回路基板の製造方法によれば、アルミニウム板接合工程Ｓ１０１及び銅板接合工程Ｓ１０２では、積層体を加熱温度まで加熱する昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２、Ｐ２２を、加熱温度における加圧荷重Ｐ１、Ｐ２１よりも低く設定しているので、仮止め材４０の有機物が分解して分解ガスが発生する時点でセラミックス基板１１とアルミニウム板１２２Ａ、アルミニウム層１１２Ａと銅板１２２Ｂとが強く押圧されておらず、これらの接合界面から分解ガスを速やかに排出することができる。また、加熱温度における加圧荷重Ｐ１、Ｐ２１を高く設定することができる。以上のことから、セラミックス基板１１とアルミニウム板１２２Ａ、アルミニウム層１１２Ａと銅板１２２Ｂとを確実に接合することができ、接合信頼性に優れた絶縁回路基板１１０を製造することができる。

【0069】

さらに、本実施形態においては、加熱温度までの昇温過程において仮止め材４０が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ−１０℃以上Ｔ_Ｄ＋１０℃の温度領域における加圧荷重Ｐ２、Ｐ２２を０．１ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下（１ｋｇｆ／ｃｍ^２以上７ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内と比較的低く設定されているので、仮止め材４０が含有する有機物の分解ガスを接合界面から速やかに排出することができ、分解ガスの残存による接合不良の発生を確実に抑制することができる。
また、本実施形態においては、加熱温度における加圧荷重Ｐ１、Ｐ２１を０．８ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下（８ｋｇｆ／ｃｍ^２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下）の範囲内に設定しているので、セラミックス基板１１とアルミニウム板１２２Ａ、アルミニウム層１１２Ａと銅板１２２Ｂとを強固に接合することができる。

【0070】

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。

【0071】

例えば、本実施形態では、絶縁回路基板の回路層にパワー半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
また、本実施形態では、絶縁層をセラミックス基板で構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、絶縁層を樹脂等で構成したものであってもよい。

【0072】

さらに、本実施形態では、セラミックス基板とアルミニウム板とをろう材を用いて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、固相拡散接合によって接合してもよい。さらに、接合面にＣｕ、Ｓｉ等の添加元素を固着させ、これらの添加元素を拡散させることで溶融・凝固させる過渡液相接合法（ＴＬＰ）によって接合してもよい。また、接合界面を半溶融状態として接合してもよい。

【0073】

また、本実施形態では、絶縁回路基板（金属層）とヒートシンクとを固相拡散接合によって接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ろう付け、ＴＬＰ等の他の接合方法を適用してもよい。
さらに、本実施形態では、ヒートシンクを銅板の放熱板から成るものとして説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム又はアルミニウム合金（例えばＡ３００３合金、Ａ６０６３合金等）板、あるいは、ＳｉＣ等からなる炭素質の多孔質体に金属を含浸させた炭素質複合材料の板材で構成されていてもよいし、内部に冷却媒体が流通される流路を備えたものであってもよい。
なお、炭素質複合材料としては、アルミニウム又はアルミニウム合金を含侵させたＡｌＳｉＣを好適に用いることができる。この場合、含侵させるアルミニウムとしては、Ａ６０６３合金や、ＡＤＣ１２等のダイキャスト用アルミニウム合金を用いるとよい。

【0074】

ここで、ＡｌＳｉＣ等の炭素質複合材料からなるヒートシンクを用いる場合には、例えば、図８に示すような構造のヒートシンク付き絶縁回路基板２３０を提供することができる。図８に示す絶縁回路基板２１０は、セラミックス基板１１の一方の面にアルミニウム板を接合して回路層２１２が形成されるとともに、セラミックス基板１１の他方の面にアルミニウム板を接合して金属層２１３が形成されている。また、ヒートシンク２３１は、ＳｉＣの多孔質体に含浸されたアルミニウム材からなるスキン層２３１ａを有している。そして、絶縁回路基板２１０とヒートシンク２３１との間に銅板２５０が介在し、絶縁回路基板２１０の金属層２１３と銅板２５０、銅板２５０とヒートシンク２３１のスキン層２３１ａとがそれぞれ固相拡散接合されている。

【0075】

また、本実施形態においては、アルミニウム板とセラミックス基板との接合と、絶縁回路基板とヒートシンクの接合を、別の工程で実施するものとして説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム板、セラミックス基板、ヒートシンクを積層して、これを積層方向に加圧して加熱し、これらの接合を同一の工程で実施してもよい。

【0076】

例えば、図９に示すように、セラミックス基板１１の一方の面にのみアルミニウム板を接合して回路層３１２が形成されるとともに、セラミックス基板１１の他方の面側に金属層が形成されていない絶縁回路基板３１０を対象としてもよい。
また、図１０に示すように、回路層４１２及び金属層４１３の一方をアルミニウム板からなるものとし、回路層４１２及び金属層４１３の他方を他の金属等で構成した絶縁回路基板４１０を対象としてもよい。

【実施例】

【0077】

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。

【0078】

（実施例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）を準備し、このセラミックス基板の一方の面に表２記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の圧延材からなるアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．４ｍｍｔ）をろう材を介して積層し、セラミックス基板の他方の面に表２記載のアルミニウム又はアルミニウム合金の圧延材からなるアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．４ｍｍｔ）をろう材を介して積層した。なお、ろう材として、Ａｌ−７．５質量％Ｓｉ合金からなるろう材箔（厚さ１２μｍ）を用いた。
このとき、セラミックス基板及びアルミニウム板の接合面に、表１及び表２に示す仮止め材を配置し、セラミックス基板、アルミニウム板、及びろう材箔の位置決めを行って仮止めした。
なお、仮止め材Ｂ〜Ｆを用いる場合には、仮止め材を加温し、溶融させて各部材を積層した後、冷却して凝固することによって仮止めした。

【0079】

この積層体を加圧装置（ホットプレス）を用いて積層方向に加圧して表２に示す加熱温度にまで加熱し、セラミックス基板とアルミニウム板とを接合した。なお、真空度は６．０×１０^−４Ｐａとした。このとき、加熱温度までの昇温過程において仮止め材が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ＋１０℃までの加圧荷重Ｐ２、Ｔ_Ｄ＋１０℃より高温での保持及びその後の降温過程における加圧荷重Ｐ１を、表２に示す条件とした。

【0080】

上述のようにして得られた絶縁回路基板について、アルミニウム板（回路層）とセラミックス基板との接合性について評価した。評価結果を表２に示す。

【0081】

（接合性の評価）
接合性は絶縁回路基板の回路層とセラミックス基板との接合部の超音波探傷像を、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いて測定し、以下の式から接合率を算出した。
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、即ち、絶縁回路基板の回路層の面積とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）
超音波探傷像を二値化処理した画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。
接合率が９０％以上を接合性「○」と評価した。

【0082】

（実施例２）
実施例１の本発明例１で得られた絶縁回路基板の金属層に無酸素銅からなるヒートシンク（５０ｍｍ×６０ｍｍ×５ｍｍｔ）を積層した。
このとき、金属層とヒートシンクの接合面に、表１及び表３に示す仮止め材を配置し、金属層とヒートシンクの位置決めを行って仮止めした。
なお、ヒートシンクの材質としてＡｌＳｉＣ及びアルミニウム合金（Ａ６０６３，Ａ３００３）を用いた場合、絶縁回路基板とヒートシンク（ＡｌＳｉＣ、Ａ６０６３，Ａ３００３）の間に銅板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．２ｍｍｔ）を介して積層し、金属層と銅板とヒートシンクの位置決めを行って仮止めした。
また、仮止め材Ｂ〜Ｆを用いる場合には、仮止め材を加温し、溶融させて各部材を積層した後、冷却して凝固することによって仮止めした。

【0083】

この積層体を加圧装置（ホットプレス）を用いて積層方向に加圧して表３に示す加熱温度にまで加熱し、セラミックス基板とアルミニウム板とを接合した。なお、真空度は６．０×１０^−４Ｐａとした。このとき、加熱温度までの昇温過程において仮止め材が含有する有機物の分解温度Ｔ_Ｄに対してＴ_Ｄ＋１０℃までの加圧荷重Ｐ１２、Ｔ_Ｄ＋１０℃より高温での保持及びその後の降温過程における加圧荷重Ｐ１１を、表３に示す条件とした。

【0084】

上述のようにして得られたヒートシンク付き絶縁回路基板について、金属層とヒートシンクとの接合状況を、以下のように評価した。評価結果を表３に示す。

【0085】

（接合性の評価）
接合性はヒートシンク付絶縁回路基板の金属層とヒートシンクとの接合部（ＡｌＳｉＣ及びアルミニウム合金を用いた場合は銅板（銅層）とヒートシンクの接合部）の超音波探傷像を、超音波探傷装置（株式会社日立パワーソリューションズ製ＦｉｎｅＳＡＴ２００）を用いて測定し、以下の式から接合率を算出した。
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、即ち、ヒートシンク付絶縁回路基板の金属層の面積とした。
（接合率）＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）
超音波探傷像を二値化処理した画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。
接合率が９０％以上を接合性「○」と評価した。

【0086】

【表1】

【0087】

【表2】

【0088】

【表3】

【0089】

昇温時（分解温度Ｔ_Ｄ＋１０℃まで）の加圧荷重Ｐ２が、保持・降温時の加圧荷重Ｐ１と同一とされ、加圧荷重が２．１ＭＰａとされた比較例１、２及び比較例２１、２２においては、接合界面に有機物の残渣が残り、接合性が不十分であった。
これに対して、昇温時（分解温度Ｔ_Ｄ＋１０℃まで）の加圧荷重Ｐ２が、保持・降温時の加圧荷重Ｐ１よりも低く設定された本発明例においては、表１に示す複数種類の仮止め材を用いた場合でも、いずれも接合性に優れていた。接合界面に有機物の残渣が残らなかったためと推測される。

【符号の説明】

【0090】

１ パワーモジュール
３ 半導体素子
１０，１１０ 絶縁回路基板
１１ セラミックス基板（絶縁層）
１２，１１２ 回路層
１３，１１３ 金属層（アルミニウム板）
３０ ヒートシンク付き絶縁回路基板
３１ ヒートシンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】