特許 6774252 絶縁基板の製造方法及び絶縁基板

(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】6774252

(24)【登録日】2020年10月6日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】絶縁基板の製造方法及び絶縁基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/13 20060101AFI20201012BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20201012BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20201012BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20201012BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20201012BHJP

   H05K 3/44 20060101ALI20201012BHJP

   H05K 3/38 20060101ALI20201012BHJP

   B23K 35/28 20060101ALN20201012BHJP

   C22C 21/00 20060101ALN20201012BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/12 C

   H01L23/36 C

   H01L23/14 C

   H01L23/12 J

   H05K1/03 610E

   H05K3/44 Z

   H05K3/38 D

   !B23K35/28 310B

   !C22C21/00 D

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-151810(P2016-151810)

(22)【出願日】2016年8月2日

(65)【公開番号】特開2018-22738(P2018-22738A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2019年5月8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

(74)【代理人】

【識別番号】100099885

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 健市

(72)【発明者】

【氏名】南 和彦

【審査官】 豊島 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４６５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２２７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３８５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９６５４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ３５／１４、３５／２２、３５／２４

３５／２６、３５／２８、３５／３０

３５／３２、３５／３４、３５／３６３

３５／４０

Ｃ２２Ｃ５／００−２５／００

２７／００−２８／００

３０／００−３０／０６

３５／００−４５／１０

Ｈ０１Ｌ２３／１２−２３／１５

２３／２９

２３／３４−２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ１／０３−１／０５

３／１０−３／２６

３／３８、３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１構成層と、前記第１構成層の厚さ方向の両側のうち少なくとも一方側に前記第１構成層に対し積層状に配置される第２構成層と、を備えた絶縁基板の製造方法であって、
第１構成層は、セラミック製の絶縁層であり、
第２構成層は、アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製であり、
前記絶縁層と前記第２構成層を、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなるブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合する絶縁基板の製造方法。

【請求項2】

前記絶縁層と前記第２構成層を接合した後の状態で前記ブレージングシートの平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるように、前記絶縁層と前記第２構成層を接合する請求項１記載の絶縁基板の製造方法。

【請求項3】

前記絶縁層と前記第２構成層を接合した後の状態で前記ブレージングシートの厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるように、前記絶縁層と前記第２構成層を接合する請求項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。

【請求項4】

前記第２構成層は、前記第１構成層の厚さ方向の両側にそれぞれ配置されるものであり、
前記絶縁層と一方の前記第２構成層を、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなる第１ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合すると同時に、前記絶縁層と他方の前記第２構成層を、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなる第２ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合する請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。

【請求項5】

第１構成層と、前記第１構成層の厚さ方向の両側のうち少なくとも一方側に前記第１構成層に対し積層状に配置される第２構成層と、を備えた絶縁基板であって、
第１構成層は、セラミック製の絶縁層であり、
第２構成層は、アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製であり、
前記絶縁層と前記第２構成層が、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなるブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合されている絶縁基板。

【請求項6】

前記ブレージングシートの平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下である請求項５記載の絶縁基板。

【請求項7】

前記ブレージングシートの厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下である請求項５又は６記載の絶縁基板。

【請求項8】

前記第２構成層は、前記第１構成層の厚さ方向の両側にそれぞれ配置されており、
前記絶縁層と一方の前記第２構成層が、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなる第１ブレージングヒートを介してろう付けにより互いに接合されるとともに、前記絶縁層と他方の前記第２構成層が、心材の厚さ方向の両面にそれぞれろう材からなる皮材がクラッドされてなる第２ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合されている請求項５〜７のいずれかに記載の絶縁基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子素子等の発熱性素子が搭載される絶縁基板及びその製造方法に関する。

【0002】

なお、本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に明示する場合を除き純アルミニウムとアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、また「板」の語は、特に明示する場合を除き「箔」も含む意味で用いられる。

【0003】

また、本発明に係る絶縁基板の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、絶縁基板の構成を理解し易くするため、発熱性素子が搭載される絶縁基板の搭載面側を絶縁基板の上側、及び、その反対側を絶縁基板の下側とそれぞれ定義する。

【背景技術】

【0004】

電子素子等の発熱性素子が搭載される従来の絶縁基板の製造方法について、セラミック製の絶縁層の上側にろう材板を介して配線層（回路層とも呼ばれている）を積層状に配置し、絶縁層と配線層をろう付けにより互いに接合することは公知である（例えば特許文献１、２）。

【0005】

絶縁基板では、発熱性素子は配線層の上面からなる搭載面に例えばはんだ付けにより接合されて搭載される。そして、絶縁基板は、発熱性素子の動作に伴い発熱する発熱性素子を冷却するため、冷却部材（放熱部材を含む）上に接合されるのが一般的である。

【0006】

一般に、絶縁基板においては冷熱サイクル負荷に対して高い信頼性（例：接合信頼性）が要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】実公平８−１０２０２号公報

【特許文献2】特開２０１１−６６３８７号公報（段落［０００２］）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年、発熱性素子からの発熱量の増大化や絶縁基板の絶縁層の薄肉化などにより絶縁層に作用する応力が増加する傾向にあり、そのため、絶縁基板においては冷熱サイクル負荷に対して更なる高い信頼性が要求される。この要求を満足させるためには、絶縁層と当該絶縁層に対し積層状に配置される層（例：配線層、緩衝層）とを良好に接合しなければならない。

【0009】

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、セラミック製の絶縁層と当該絶縁層に対し積層状に配置される層とを良好に接合することができる絶縁基板の製造方法を提供することにあり、またセラミック製の絶縁層と当該絶縁層に対し積層状に配置される層とが良好に接合されている絶縁基板を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は以下の手段を提供する。

【0011】

［１］ 第１構成層と、前記第１構成層の厚さ方向の両側のうち少なくとも一方側に前記第１構成層に対し積層状に配置される第２構成層と、を備えた絶縁基板の製造方法であって、
第１構成層は、セラミック製の絶縁層であり、
第２構成層は、アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製であり、
前記絶縁層と前記第２構成層をブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合する絶縁基板の製造方法。

【0012】

［２］ 前記絶縁層と前記第２構成層を接合した後の状態で前記ブレージングシートの平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるように、前記絶縁層と前記第２構成層を接合する前項１記載の絶縁基板の製造方法。

【0013】

［３］ 前記絶縁層と前記第２構成層を接合した後の状態で前記ブレージングシートの厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるように、前記絶縁層と前記第２構成層を接合する前項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。

【0014】

［４］ 前記第２構成層は、前記第１構成層の厚さ方向の両側にそれぞれ配置されるものであり、
前記絶縁層と一方の前記第２構成層を第１ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合すると同時に前記絶縁層と他方の前記第２構成層を第２ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合する前項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。

【0015】

［５］ 第１構成層と、前記第１構成層の厚さ方向の両側のうち少なくとも一方側に前記第１構成層に対し積層状に配置される第２構成層と、を備えた絶縁基板であって、
第１構成層は、セラミック製の絶縁層であり、
第２構成層は、アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製であり、
前記絶縁層と前記第２構成層がブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合されている絶縁基板。

【0016】

［６］ 前記ブレージングシートの平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下である前項５記載の絶縁基板。

【0017】

［７］ 前記ブレージングシートの厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下である前項５又は６記載の絶縁基板。

【0018】

［８］ 前記第２構成層は、前記第１構成層の厚さ方向の両側にそれぞれ配置されており、
前記絶縁層と一方の前記第２構成層が第１ブレージングヒートを介してろう付けにより互いに接合されるとともに、前記絶縁層と他方の前記第２構成層が第２ブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合されている前項５〜７のいずれかに記載の絶縁基板。

【発明の効果】

【0019】

本発明は以下の効果を奏する。

【0020】

前項１では、第２構成層がアルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製であるにより、第２構成層の線膨張係数が小さくなり、そのため、セラミック製絶縁層の線膨張係数と第２構成層の線膨張係数との差を小さくすることができる。これにより、絶縁層と第２構成層との間の線膨張係数差に起因する応力を小さくすることができる。

【0021】

さらに、絶縁層と第２構成層をブレージングシートを介してろう付けにより互いに接合することにより、絶縁層と第２構成層を良好に接合することができる。

【0022】

これらの作用により、絶縁基板の冷熱サイクル負荷に対する信頼性を高めることができる。

【0023】

前項２では、絶縁層と第２構成層を接合した後の状態でブレージングシートの平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になることにより、冷熱サイクル負荷時に第２構成層とブレージングシートとのろう付け部に発生する応力を確実に緩和することができる。これにより、絶縁基板の冷却サイクル負荷に対する信頼性を更に高めることができる。

【0024】

前項３では、絶縁層と第２構成層を接合した後の状態でブレージングシートの厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になることにより、絶縁層と第２構成層を更に良好に接合することができるし、ブレージングシートから絶縁層に作用する応力による絶縁層の破断を確実に抑制することができる。これにより、絶縁基板の冷却サイクル負荷に対する信頼性を更に高めることができる。

【0025】

前項４では、絶縁層と一方の第２構成層を接合すると同時に絶縁層と他方の第２構成層を接合するので、絶縁基板の製造時間の短縮化を図ることができる。

【0026】

前項５では、絶縁基板の冷熱サイクル負荷に対する信頼性を高めることができる。

【0027】

前項６〜８では、それぞれ絶縁基板の冷却サイクル負荷に対する信頼性を更に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板の概略正面図である。

【図2】図２は、同絶縁基板を製造途中の状態で示す概略正面図である。

【図3】図３は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板を製造途中の状態で示す概略正面図である。

【図4】図４は、本発明の参考形態（比較例）に係る絶縁基板の概略正面図である。

【図5】図５は、図４中のＡ部分の拡大図である。

【図6】図６は、同絶縁基板を製造途中の状態で示す概略正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

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。

【0030】

図１及び２は、本発明の第１実施形態を説明する図である。

【0031】

図１に示すように、本第１実施形態の絶縁基板１は、当該絶縁基板１を構成する複数の構成層を備えており、複数の構成層が積層状にろう付けにより接合一体化されることで形成されたものである。

【0032】

複数の構成層は、配線層２と絶縁層３と緩衝層４を含んでいる。そして、下から上へ順に緩衝層４と絶縁層３とブレージングシート１０と配線層２が積層状に配置された状態でろう付けにより接合一体化されており、これにより絶縁基板１が形成されている。

【0033】

さらに、緩衝層４とその下側に配置された冷却部材５とがろう付けにより互いに接合されており、これにより絶縁基板１が冷却部材５上に接合されている。したがって、本第１実施形態の絶縁基板１は、詳述すると冷却部材５付きのものである。なお、このような冷却部材５付き絶縁基板１は冷却器とも呼ばれている。

【0034】

本第１実施形態の絶縁基板１では、絶縁層３と配線層２が本特許請求の範囲に記載された「第１構成層」と「第２構成層」にそれぞれ対応している。

【0035】

絶縁層（第１構成層）３は、セラミック製であり、電気絶縁性を有している。具体的には、絶縁層３は、ＡｌＮ（窒化アルミ）板、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）板、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）板などのセラミック板で形成されている。

【0036】

配線層（第２構成層）２は、回路層とも呼ばれているものであり、アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製である。この複合材料の詳細については後述する。

【0037】

配線層２はその平坦状の上面からなる搭載面２ａを有している。搭載面２ａには発熱性素子２０（図１中に二点鎖線で示す）が所定の接合手段（例：はんだ付け）によって接合されて搭載される。発熱性素子２０は、発熱性素子２０の動作に伴い発熱するものであり、例えば電子素子（半導体チップを含む）である。

【0038】

緩衝層４は、絶縁基板１に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。本第１実施形態では緩衝層４はアルミニウム板で形成されており、詳述すると例えば高純度アルミニウム板で形成されている。高純度アルミニウム板の純度は例えば４Ｎ以上である。

【0039】

配線層２、絶縁層３及び緩衝層４の形状は例えばそれぞれ平面視で略方形状である。絶縁層３の一辺長さは、配線層２の一辺長さよりも大きく設定されており更に緩衝層４の一辺長さよりも大きく設定されている。

【0040】

冷却部材５は、発熱性素子２０を冷却するためのものであり、アルミニウム等の金属製である。本第１実施形態では冷却部材５は例えば放熱部材（ヒートシンク等）である。

【0041】

ただし本発明では、冷却部材５は放熱部材であることに限定されるものではなく、その他に例えば、後述する図３に示した第２実施形態の冷却部材１０５のように、その内部に冷却流体（例：冷却液）が流通する流路１０５ａが設けられた冷却部材であっても良い。

【0042】

絶縁層３と配線層２はブレージングシート１０を介してろう付けにより互いに接合されている。絶縁層３と緩衝層４はろう付けにより互いに接合されている。緩衝層４と冷却部材５はろう付けにより互いに接合されている。

【0043】

したがって、絶縁基板１は、絶縁層３とブレージングシート１０を接合したろう付け部（第１ろう付け部）１ａと、配線層２とブレージングシート１０を接合したろう付け部（第２ろう付け部）１ｂと、絶縁層３と緩衝層４を接合したろう付け部（第３ろう付け部）１ｃと、緩衝層４と冷却部材５を接合したろう付け部（第４ろう付け部）１ｄとを備えている。

【0044】

なお図１では、配線層２とブレージングシート１０は、それぞれの構成を理解し易くするため、断面で図示されるとともに、配線層２の断面及びブレージングシート１０の断面に付される斜線等のハッチングはそれぞれ省略されている。

【0045】

次に、配線層２の構成について以下に説明する。

【0046】

配線層２は、上述したようにアルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するアルミニウム基複合材料製である。以下では、この複合材料を「アルミニウム基炭素粒子複合材料」ともいう。

【0047】

この複合材料の種類は限定されるものではない。望ましくは、複合材料は、アルミニウム箔上に炭素粒子層が塗工されてなる複数の塗工箔が積層状態で焼結一体化されたもの（この複合材料を以下では「積層焼結型複合材料」という）であるか、アルミニウム粒子（例：アルミニウム粉末）と炭素粒子（例：炭素粉末）との混合物が焼結されたもの（この複合材料を以下では「粒子焼結型複合材料」という）であることが良い。これらの複合材料は、いずれも、マトリックスとしてアルミニウムが用いられるとともに、当該アルミニウムと複合化される粒子として炭素粒子を含有するものである。

【0048】

図１中の符号「７」は複合材料の炭素粒子を示しており、同図中の符号「８」は複合材料のマトリックスを示している。マトリックス８は上述したようにアルミニウムからなる。

【0049】

アルミニウムの種類は限定されるものではない。特にアルミニウムは高純度アルミニウム等の高い熱伝導率を有していることが望ましい。

【0050】

炭素粒子７の種類は限定されるものではない。特に炭素粒子７は高い熱伝導率を有し且つアルミニウムとの複合化が容易であるものが望ましい。具体的には、炭素粒子７は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される一種の炭素粒子又は二種以上の炭素粒子を混合した混合炭素粒子であることが望ましく、更に、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン及び天然黒鉛粒子からなる群より選択される一種の炭素粒子又は二種以上の炭素粒子を混合した混合炭素粒子であることがより望ましい。

【0051】

炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維などが好適に用いられる。

【0052】

カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標）を含む）などが好適に用いられる。

【0053】

グラフェンとしては、単層グラフェン、多層グラフェンなどが好適に用いられる。

【0054】

天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子などが好適に用いられる。

【0055】

人造黒鉛粒子としては、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子などが好適に用いられる。

【0056】

炭素粒子７の大きさは限定されるものではない。しかるに、炭素粒子７が炭素繊維である場合、短炭素繊維が好適に用いられ、特に平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の短炭素繊維が好適に用いられる。炭素粒子７がカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。炭素粒子７が天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が特に好適に用いられる。

【0057】

次に、本第１実施形態の絶縁基板１の製造方法について以下に説明する。

【0058】

図２に示すように、配線層２、絶縁層３、緩衝層４、冷却部材５及びブレージングシート１０を準備する。

【0059】

ブレージングシート１０は、配線層２と絶縁層３をろう付けにより互いに接合するためのものであり、図２に示すように、心材１１の上下両面にそれぞれろう材からなる皮材１２が圧延等によりクラッドされることで形成されたものである。すなわち、ブレージングシート１０は詳述すると両面ブレージングシートからなる。本実施形態では、ブレージングシート１０の上面に設けられた皮材１２をブレージングシート１０の上皮材１２ａといい、ブレージングシート１０の下面に設けられた皮材１２をブレージングシート１０の下皮材１２ｂという。

【0060】

ブレージングシート１０は、絶縁層３と配線層２を接合した後の状態でブレージングシート１０の平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は次のとおりである。すなわち、ブレージングシート１０中に含まれる結晶粒（図１参照、符号「９」）が細かくなることによりブレージングシート１０の強度が高くなる。これにより、ブレージングシート１０の強度が配線層２の強度（即ち配線層２の素材である上述したアルミニウム基炭素粒子複合材料の強度）に近づく。その結果、冷熱サイクル負荷時に配線層２とブレージングシート１０とのろう付け部（第２ろう付け部）１ｂに発生する応力を確実に緩和することができる。平均結晶粒径の特に望ましい下限は３０μｍであり、特に望ましい上限は２００μｍである。

【0061】

ブレージングシート１０の心材１１の種類は限定されるものではない。心材１１は例えばアルミニウムからなり、特に、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金（例：Ａ３００３）からなることが望ましい。その理由は、絶縁層３と配線層２を接合した後の状態でブレージングシート１０の平均結晶粒径が上述した望ましい範囲に確実になりうるからである。

【0062】

ブレージングシート１０の各皮材１２（１２ａ、１２ｂ）の種類は限定されるものではない。各皮材１２は例えばアルミニウム合金のろう材からなり、特に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のろう材からなることが望ましい。その理由は、絶縁層３と配線層２との接合が真空ろう付けにより行われる場合において絶縁層３と配線層２を良好に接合できるからである。さらに、各皮材１２は、Ｂｉが添加されたアルミニウム合金のろう材からなるものであっても良く、この場合、接合時（即ちろう付け時）において各皮材（ろう材）１２の流動性が向上する点で望ましい。

【0063】

さらに、ブレージングシート１０は、絶縁層３と配線層２を接合した後の状態でブレージングシート１０の厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は次のとおりである。すなわち、ブレージングシート１０が薄すぎることによるブレージングシート１０のエロージョンの発生を確実に抑制でき、そのため絶縁層３と配線層２を確実に良好に接合することができる。さらに、ブレージングシート１０が厚すぎることによって絶縁層３に作用する大きな応力により絶縁層３が破断する不具合を確実に抑制することがきる。厚さの特に望ましい下限は８０μｍであり、特に望ましい上限は３００μｍである。

【0064】

緩衝層４の厚さ方向の両面にはそれぞれろう材層４ａ、４ｂが圧延等によりクラッドされており、これにより緩衝層４の両面にそれぞれろう材層４ａ、４ｂが設けられている。

【0065】

緩衝層４の厚さ方向の一方の片面（即ち緩衝層４の上面）のろう材層４ａは、絶縁層３と緩衝層４をろう付けにより接合するためのものである。緩衝層４の厚さ方向の他方の片面（即ち緩衝層４の下面）のろう材層４ｂは、緩衝層４と冷却部材５をろう付けにより接合するためのものである。各ろう材層４ａ、４ｂの種類は限定されるものではない。例えば、各ろう材層４ａ、４ｂは例えばアルミニウム合金のろう材からなり、具体的には上述したブレージングシート１０の皮材１２のろう材と同種のろう材からなる。

【0066】

次いで、図２に示すように、配線層２とブレージングシート１０と絶縁層３と緩衝層４と冷却部材５をこの順に積層状に配置し、これらの積層体を形成する。そして、積層体にろう付け荷重として積層方向の圧縮荷重を加えた状態で積層体を所定のろう付け雰囲気中にて所定のろう付け温度及び所定のろう付け時間加熱することにより、配線層２とブレージングシート１０と絶縁層３と緩衝層４と冷却部材５をろう付け（例：真空ろう付け）により一括して接合一体化する。すなわち、配線層２と絶縁層３をブレージングシート１０を介してろう付けにより互いに接合すると同時に絶縁層３と緩衝層４をろう付けにより互いに接合し、更に同時に緩衝層４と冷却部材５をろう付けにより互いに接合する。その結果、本第１実施形態の上述した絶縁基板１（詳述すると冷却部材５付き絶縁基板１）が得られる。

【0067】

上述のろう付けによる接合条件、即ちろう付け条件は限定されるものではない。望ましいろう付け荷重は０．０１〜１ＭＰａであり、望ましいろう付け雰囲気は真空、非酸化性ガス雰囲気（例：アルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気）であり、望ましいろう付け温度は５９０〜６２０℃であり、望ましいろう付け時間（即ちろう付け温度の保持時間）は１〜６０ｍｉｎである。この望ましいろう付け条件で配線層２とブレージングシート１０と絶縁層３と緩衝層４と冷却部材５を接合一体化することにより、絶縁層３と配線層２を接合した後の状態でブレージングシート１０の平均結晶粒径及び厚さをそれぞれ上述した望ましい範囲に確実に設定することができる。

【0068】

絶縁基板１において、絶縁層３とブレージングシート１０はブレージングシート１０の下皮材１２ｂのろう材で接合されており、配線層２とブレージングシート１０はブレージングシートの上皮材１２ａのろう材で接合されており、絶縁層３と緩衝層４は緩衝層４の上面のろう材層４ａのろう材で接合されており、緩衝層４と冷却部材５は緩衝層４の下面のろう材層４ｂのろう材で接合されている。

【0069】

なお、絶縁基板１の配線層２の搭載面２ａには、搭載面２ａのはんだ付け性を向上させるため、搭載面２ａに発熱性素子２０をはんだ付けにより接合する前にニッケルめっき等のニッケル層を形成しても良い。

【0070】

本第１実施形態の絶縁基板１では、配線層２がアルミニウム基炭素粒子複合材料製であるにより、配線層２の線膨張係数が小さくなり、そのため、セラミック製絶縁層３の線膨張係数と配線層２の線膨張係数との差を小さくすることができる。これにより、絶縁層３と配線層２との間の線膨張係数差に起因する応力を小さくすることができる。

【0071】

さらに、絶縁層３と配線層２をブレージングシート１０を介してろう付けにより互いに接合することにより、絶縁層３と配線層２を良好に接合することができる。

【0072】

これらの作用により、絶縁基板１の冷熱サイクル負荷に対する信頼性（特に接合信頼性）を高めることができる。

【0073】

図３は、本発明の第２実施形態を説明する図である。同図において、上記第１実施形態の絶縁基板１の要素と同じ作用を奏する要素にはその符号に１００を加算した符号が付されている。本第２実施形態の絶縁基板１０１及びその製造方法を、上記第１実施形態の絶縁基板１及びその製造方法との相異点を中心に以下に説明する。

【0074】

本第２実施形態の絶縁基板１０１では、絶縁層１０３が本特許請求の範囲に記載された「第１構成層」に対応し、配線層１０２及び緩衝層１０４が本特許請求の範囲に記載された「一方の第２構成層」及び「他方の第２構成層」にそれぞれ対応する。

【0075】

本第２実施形態の絶縁基板１０１の製造方法では、同図に示すように、配線層１０２、絶縁層１０３、緩衝層１０４、冷却部材１０５、第１ブレージングシート１１０、第２ブレージングシート１２０及び第３ブレージングシート１３０を準備する。

【0076】

第１ブレージングシート１１０は、配線層１０２と絶縁層１０３をろう付けにより互いに接合するためのものであり、心材１１１の両面にそれぞれろう材からなる皮材１１２ａ、１１２ｂが圧延等によりクラッドされることで形成されたものである。すなわち、第１ブレージングシート１１０は詳述すると両面ブレージングシートからなる。

【0077】

第２ブレージングシート１２０は、絶縁層１０３と緩衝層１０４をろう付けにより互いに接合するためのものであり、心材１２１の両面にそれぞれろう材からなる皮材１２２ａ、１２２ｂが圧延等によりクラッドされることで形成されたものである。すなわち、第２ブレージングシート１２０は詳述すると両面ブレージングシートからなる。

【0078】

第３ブレージングシート１３０は、緩衝層１０４と冷却部材１０５をろう付けにより互いに接合するためのものであり、心材１３１の両面にそれぞれろう材からなる皮材１３２ａ、１３２ｂが圧延等によりクラッドされることで形成されたものである。すなわち、第３ブレージングシート１３０は詳述すると両面ブレージングシートからなる。

【0079】

第１ブレージングシート１１０は、配線層１０２と絶縁層１０３を接合した後の状態で第１ブレージングシート１１０の平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の理由と同様である。平均結晶粒径の特に望ましい下限は３０μｍであり、特に望ましい上限は２００μｍである。

【0080】

第２ブレージングシート１２０は、絶縁層１０３と緩衝層１０４を接合した後の状態で第２ブレージングシート１２０の平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の理由と同様である。平均結晶粒径の特に望ましい下限は３０μｍであり、特に望ましい上限は２００μｍである。

【0081】

第３ブレージングシート１３０は、緩衝層１０４と冷却部材１０５を接合した後の状態で第３ブレージングシート１３０の平均結晶粒径が１０μｍ以上３００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の理由と同様である。平均結晶粒径の特に望ましい下限は３０μｍであり、特に望ましい上限は２００μｍである。

【0082】

第１〜第３ブレージングシート１１０、１２０、１３０の心材１１１、１２１、１３１の種類は限定されるものではない。心材１１１、１２１、１３１は例えばアルミニウムからなり、特に、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金（例：Ａ３００３）からなることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の心材１１の理由と同じである。

【0083】

第１〜第３ブレージングシート１１０、１２０、１３０の皮材１１２、１２２、１３２の種類は限定されるものではない。各皮材１１２、１２２、１３２は例えばアルミニウム合金のろう材からなり、特に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のろう材からなることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の皮材１２の理由と同様である。また各皮材１２は、Ｂｉが添加されたアルミニウム合金のろう材からなるものであっても良い。

【0084】

第１ブレージングシート１１０は、配線層１０２と絶縁層１０３を接合した後の状態で第１ブレージングシート１１０の厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の厚さの理由と同様である。厚さの特に望ましい下限は８０μｍであり、特に望ましい上限は３００μｍである。

【0085】

第２ブレージングシート１２０は、絶縁層１０３と緩衝層１０４を接合した後の状態で第２ブレージングシート１２０の厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の厚さの理由と同様である。厚さの特に望ましい下限は８０μｍであり、特に望ましい上限は３００μｍである。

【0086】

第３ブレージングシート１３０は、緩衝層１０４と冷却部材１０５を接合した後の状態で第３ブレージングシート１３０の厚さが６０μｍ以上５００μｍ以下になるものであることが望ましい。その理由は上述した第１実施形態のブレージングシート１０の厚さの理由と同様である。厚さの特に望ましい下限は８０μｍであり、特に望ましい上限は３００μｍである。

【0087】

緩衝層１０４はアルミニウム基炭素粒子複合材料製である。この複合材料の種類は限定されるものではなく、例えば、複合材料として、上述した第１実施形態の配線層２の素材であるアルミニウム基炭素粒子複合材料と同じもの又は異なるものが用いられる。

【0088】

さらに、緩衝層１０４の厚さ方向の両面にはそれぞれろう材層は設けられていない。

【0089】

冷却部材１０５は、その内部に冷却流体（例：冷却液）が流通する流路１０５ａが設けられたものである。なお図３では、冷却部材１０５の内部構造を理解し易くするため、冷却部材１０５は断面で図示されており、また冷却部材１０５の断面に付される斜線等のハッチングは省略されている。

【0090】

次いで、同図に示すように、配線層１０２と第１ブレージングシート１１０と絶縁層１０３と第２ブレージングシート１２０と緩衝層１０４と第３ブレージングシート１３０と冷却部材１０５をこの順に積層状に配置し、これらの積層体を形成する。そして、積層体にろう付け荷重として積層方向の圧縮荷重を加えた状態で積層体を所定のろう付け雰囲気中にて所定のろう付け温度及び所定のろう付け時間加熱することにより、配線層１０２と第１ブレージングシート１１０と絶縁層１０３と第２ブレージングシート１２０と緩衝層１０４と第３ブレージングシート１３０と冷却部材１０５をろう付け（例：真空ろう付け）により一括して接合一体化する。すなわち、配線層１０２と絶縁層１０３を第１ブレージングシート１１０を介してろう付けにより互いに接合すると同時に絶縁層１０３と緩衝層１０４を第２ブレージングシート１２０を介してろう付けにより互いに接合し、更に同時に緩衝層１０４と冷却部材１０５を第３ブレージングシート１３０を介してろう付けにより互いに接合する。その結果、本第２実施形態の絶縁基板１０１（詳述すると冷却部材１０５付き絶縁基板１０１）が得られる。

【0091】

上述のろう付けによる接合条件、即ちろう付け条件は限定されるものではなく、例えば上述した第１実施形態のろう付け条件と同じである。

【0092】

絶縁基板１０１において、絶縁層１０３と第１ブレージングシート１１０は第１ブレージングシート１１０の下皮材１１２ｂのろう材で接合され、配線層１０２と第１ブレージングシート１１０は第１ブレージングシート１１０の上皮材１１２ａのろう材で接合され、絶縁層１０３と第２ブレージングシート１２０は第２ブレージングシート１２０の上皮材１２２ａのろう材で接合され、緩衝層１０４と第２ブレージングシート１２０は第２ブレージングシート１２０の下皮材１２２ｂのろう材で接合され、緩衝層１０４と第３ブレージングシート１３０は第３ブレージングシート１３０の上皮材１３２ａのろう材で接合され、冷却部材１０５と第３ブレージングシート１３０は第３ブレージングシート１３０の下皮材１３２ｂのろう材で接合される。

【0093】

したがって、絶縁基板１０１は、絶縁層１０３と第１ブレージングシート１１０を接合したろう付け部（第１ろう付け部）と、配線層１０２と第１ブレージングシート１１０を接合したろう付け部（第２ろう付け部）と、絶縁層１０３と第２ブレージングシート１２０を接合したろう付け部（第３ろう付け部）と、緩衝層１０４と第２ブレージングシート１２０を接合したろう付け部（第４ろう付け部）と、緩衝層１０４と第３ブレージングシート１３０を接合したろう付け部（第５ろう付け部）と、冷却部材１０５と第３ブレージングシート１３０を接合したろう付け部（第６ろう付け部）とを備えている。

【0094】

本第２実施形態の絶縁基板１０１の製造方法では、絶縁層１０３と配線層１０２を第１ブレージングシート１１０を介してろう付けにより互いに接合すると同時に絶縁層１０３と緩衝層１０４を第２ブレージングシート１２０を介してろう付けにより互いに接合し、更に同時に緩衝層１０４と冷却部材１０５を第３ブレージングシート１３０を介してろう付けにより互いに接合するので、絶縁基板１０１の製造時間の大幅な短縮化を図ることができる。

【0095】

さらに、配線層１０２だけでなく緩衝層１０４もアルミニウム基炭素粒子複合材料製であるから、絶縁層１０３と配線層１０２との間の線膨張係数差に起因する応力だけでなく絶縁層１０３と緩衝層１０４との間の線膨張係数差に起因する応力も小さくすることができるし、更には、絶縁層１０３と緩衝層１０４を良好に接合することができる。したがって、絶縁基板１０１の冷熱サイクル負荷に対する信頼性（特に接合信頼性）を大幅に高めることができる。

【0096】

図４〜６は、本発明の参考形態を説明する図である。同図において、上記第１実施形態の絶縁基板１の要素と同じ作用を奏する要素にはその符号に２００を加算した符号が付されている。本参考形態の絶縁基板２０１及びその製造方法を、上記第１実施形態の絶縁基板１及びその製造方法との相異点を中心に以下に説明する。

【0097】

図４に示すように、本参考形態の絶縁基板２０１では、絶縁層２０３と配線層２０２はブレージングシートを介さないでろう付けにより直接的に互いに接合されたものである。

【0098】

本参考形態の絶縁基板２０１の製造方法では、図６に示すように、配線層２０２、絶縁層２０３、緩衝層２０４、冷却部材２０５及びろう材板１５を準備する。

【0099】

配線層２０２は、上記第１実施形態の配線層２と同じくアルミニウム基炭素粒子複合材料製である。

【0100】

ろう材板１５は、配線層２０２と絶縁層２０３を接合するためのものであり、例えばＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金のろう材からなるものである。

【0101】

絶縁層２０３は、上記第１実施形態の絶縁層３と同じくセラミック製である。

【0102】

緩衝層２０４は、上記第１実施形態の緩衝層４と同じくアルミニウム板で形成されており、詳述すると例えば高純度アルミニウム板で形成されている。さらに、緩衝層２０４の厚さ方向の両面には上記第１実施形態の緩衝層４と同じくそれぞれろう材層２０４ａ、２０４ｂが圧延等によりクラッドされており、これにより緩衝層４の両面にそれぞれろう材層２０４ａ、２０４ｂが設けられている。

【0103】

冷却部材２０５は、上記第１実施形態の冷却部材５と同じくアルミニウム等の金属製である。

【0104】

次いで、図６に示すように、配線層２０２とろう材板１５と絶縁層２０３と緩衝層２０４と冷却部材２０５をこの順に積層状に配置し、これらの積層体を形成する。そして、積層体にろう付け荷重として積層方向の圧縮荷重を加えた状態で積層体を所定のろう付け雰囲気中にて所定のろう付け温度及び所定のろう付け時間加熱することにより、配線層２０２と絶縁層２０３と緩衝層２０４と冷却部材２０５をろう付け（例：真空ろう付け）により一括して接合一体化する。すなわち、配線層２０２と絶縁層２０３をろう付けにより互いに接合すると同時に絶縁層２０３と緩衝層２０４をろう付けにより互いに接合し、更に同時に緩衝層２０４と冷却部材２０５をろう付けにより互いに接合する。その結果、図４に示した本参考形態の絶縁基板２０１（詳述すると冷却部材２０５付き絶縁基板２０１）が得られる。

【0105】

本参考形態の絶縁基板２０１では、絶縁層２０３と配線層２０２は上述したようにブレージングシートを介さないでろう付けにより互いに接合されている。すなわち、絶縁層２０３と配線層２０２はろう材板１５のろう材で接合されている。この場合、図５に示すように、絶縁層２０３と配線層２０２を接合したろう付け部２０１ｅは、配線層２０２中に含まれる炭素粒子２０７の絶縁層２０３との接触部分２０７ａで殆ど接合されない。そのため、絶縁層２０３と配線層２０２との接合率が低く、絶縁層２０３と配線層２０２との接合状態はあまり良好ではない。その結果、絶縁基板２０１の冷熱サイクル負荷に対する信頼性（特に接合信頼性）が低下している。

【0106】

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で様々に変更可能である。

【0107】

例えば、上述した第１実施形態の絶縁基板１では、絶縁基板１を構成する複数の構成層うち配線層２がアルミニウム基炭素粒子複合材料製であり、上述した第２実施形態の絶縁基板１０１では、配線層２と緩衝層４がそれぞれアルミニウム基炭素粒子複合材料製であるが、本発明に係る絶縁基板では、その他に例えば、緩衝層４だけがアルミニウム基炭素粒子複合材料製であっても良い。

【実施例】

【0108】

次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

【0109】

＜実施例＞
本実施例では、図１及び２に示した上記第１実施形態の絶縁基板を次の方法により製造した。

【0110】

配線層２、ブレージングシート１０、絶縁層３、緩衝層４及び冷却部材としてのヒートシンク５を準備した。

【0111】

配線層２はアルミニウム基炭素粒子複合材料製であり、詳述すると、上述した積層焼結型複合材料製である。配線層２の厚さは０．４ｍｍである。

【0112】

絶縁層３は、セラミック板としてのＡｌＮ板で形成されたものである。

【0113】

ブレージングシート１０は、厚さ２００μｍ及びクラッド率１０％の両面アルミニウムブレージングシートからなるものである。ブレージングシート１０の心材１１はＡ３００３からなるものである。ブレージングシート１０の各皮材１２（１２ａ、１２ｂ）はＡｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｍｇ−０．１質量％Ｂｉのアルミニウム合金のろう材からなるものである。

【0114】

緩衝層４は純度４Ｎの高純度アルミニウム板で形成されたものである。緩衝層４の厚さは１．６ｍｍである。さらに、緩衝層４の厚さ方向の両面にはそれぞれろう材層４ａ、４ｂが圧延によりクラッドされている。各ろう材層４ａ、４ｂはＡｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｍｇ−０．１質量％Ｂｉのアルミニウム合金のろう材からなるものである。各ろう材層４ａ、４ｂの厚さは３０μｍであある。

【0115】

ヒートシンク５はアルミニウム製である。

【0116】

そして、配線層２とブレージングシート１０と絶縁層３と緩衝層４とヒートシンク５をこの順に積層状に配置し、これらの積層体を形成した。次いで、積層体にろう付け荷重として０．１ＭＰａの積層方向の圧縮荷重を加えた状態で積層体をろう付け雰囲気として真空中にてろう付け温度６１０℃及びろう付け時間２０ｍｉｎ加熱することにより、配線層２とブレージングシート１０と絶縁層３と緩衝層４とヒートシンク５を真空ろう付けにより一括して接合一体化した。以上の手順により、絶縁基板１（詳述するとヒートシンク５付き絶縁基板１）を得た。

【0117】

絶縁基板１において、ブレージングシート１０の平均結晶粒径は５０μｍであり、ブレージングシート１０の厚さは１７０μｍであった。

【0118】

また、絶縁基板１の絶縁層３とブレージングシート１０との接合界面を超音波探傷装置で確認したところ、絶縁層３とブレージングシート１０がほぼ１００％の接合率で接合されていた。したがって、絶縁層３とブレージングシート１０との接合状態は良好であった。

【0119】

＜比較例＞
本比較例では、図４〜６に示した上記参考形態の絶縁基板２０１を次の方法により製造した。

【0120】

配線層２０２、ろう材板１５、絶縁層２０３、緩衝層２０４及び冷却部材としてのヒートシンク２０５を準備した。

【0121】

配線層２０２、絶縁層２０３、緩衝層２０４及びヒートシンク２０５は、実施例１と同じである。

【0122】

ろう材板１５は、Ａｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｍｇ−０．１質量％Ｂｉのアルミニウム合金のろう材からなるものである。ろう材板１５の厚さは２０μｍである。

【0123】

そして、配線層２０２とろう材板１５と絶縁層２０３と緩衝層２０４とヒートシンク２０５をこの順に積層状に配置し、これらの積層体を形成した。次いで、積層体を加熱することにより、配線層２０２と絶縁層２０３と緩衝層２０４とヒートシンク２０５をろう付けにより一括して接合一体化した。この際に適用したろう付け条件（ろう付け荷重、ろう付け雰囲気、ろう付け温度、ろう付け時間）は実施例１のろう付け条件と同じである。以上の手順により、絶縁基板２０１（詳述するとヒートシンク２０５付き絶縁基板２０１）を得た。

【0124】

絶縁基板２０１の絶縁層２０３と配線層２０２との接合界面を超音波探傷装置で確認したところ、絶縁層２０３と配線層２０２が９５％の接合率で接合されていた。したがって、絶縁層２０３と配線層２０２との接合状態はあまり良好ではなかった。

【産業上の利用可能性】

【0125】

本発明は、電子素子等の発熱性素子が搭載される絶縁基板の製造方法及び絶縁基板に利用可能である。

【符号の説明】

【0126】

１：絶縁基板
２：配線層（第２構成層）
３：絶縁層（第１構成層）
４：緩衝層（第２構成層）
５：冷却部材
７：炭素粒子
１０：ブレージングシート
２０：発熱性素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】