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(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】
(24)【登録日】2024-09-20
(45)【発行日】2024-10-01
(54)【発明の名称】アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H05K 1/09 20060101AFI20240924BHJP
B22D 19/00 20060101ALI20240924BHJP
C04B 37/02 20060101ALI20240924BHJP
C22C 21/00 20060101ALI20240924BHJP
H01L 23/14 20060101ALI20240924BHJP
H05K 1/02 20060101ALI20240924BHJP
【ＦＩ】
H05K1/09 A
B22D19/00 E
C04B37/02 B
C22C21/00 A
H01L23/14 M
H05K1/02 F
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021048815
(22)【出願日】2021-03-23
(65)【公開番号】P2022147536
(43)【公開日】2022-10-06
【審査請求日】2024-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】506365131
【氏名又は名称】ＤＯＷＡメタルテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091362
【弁理士】
【氏名又は名称】阿仁屋 節雄
(74)【代理人】
【識別番号】100161034
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 知洋
(72)【発明者】
【氏名】小林 幸司
【審査官】小林 大介
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－１０３５６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０７２７００（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００３－２４３８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１６１７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１３１５８３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１４１８７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｋ １／０２
Ｈ０５Ｋ １／０９
Ｂ２２Ｄ １９／００
Ｃ０４Ｂ ３７／０２
Ｃ２２Ｃ ２１／００
Ｈ０１Ｌ ２３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム－セラミックス接合基板であって、前記アルミニウム合金は、ニッケルおよび鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたはカーボンから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項2】
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが１７以上である、請求項１に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項3】
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが２５未満である、請求項１または２に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項4】
前記アルミニウム板の表面の平均結晶粒径が６００μｍ以下である、請求項１～３のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項5】
前記アルミニウム板の表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下である、請求項１～４のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項6】
前記アルミニウム板の電気抵抗率が３．２μΩ・ｃｍ以下である、請求項１～５のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項7】
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、請求項１～６のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項8】
前記アルミニウムベース板より硬さの大きい板状の強化部材が、前記アルミニウムベース板の内部に配置され、前記アルミニウムベース板に直接接合している、請求項１～７のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板。
【請求項9】
鋳型内にセラミックス基板を配置し、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面に接触するようにアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、前記アルミニウム合金からなるアルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させる、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法であって、
前記アルミニウム合金は、ニッケルまたは鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンまたはジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたはカーボンから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項10】
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、請求項９に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項11】
前記鋳型内に前記セラミックス基板から離間して板状の強化部材を配置させ、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面と前記強化部材の表面に接触するように、前記アルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させるとともに、
前記強化部材を前記アルミニウムベース板の内部に配置し、前記アルミニウムベース板と直接接合させる、請求項９または１０に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、アルミニウム合金からなるアルミニウム部材がセラミックス基板に接合した、アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車や工作機械などの分野において、大電流を制御する高信頼性パワーモジュール用の絶縁基板として、セラミックス基板にアルミニウム部材が接合したアルミニウム－セラミックス接合基板が使用されている。
【0003】
特許文献１には、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、０．１～１．５重量％のシリコンと０．０３～０．１０重量％のホウ素を含有するアルミニウム－シリコン系合金の溶湯を、前記セラミックス基板の少なくとも一方の面に接触するように前記鋳型内に注湯する。そして、前記アルミニウム－シリコン系合金の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板にアルミニウム合金部材を直接接触させて接合して製造した、アルミニウム－セラミックス接合基板が開示されている。このようなアルミニウム－セラミックス接合基板においては、セラミックス基板に接合したアルミニウム合金部材のアルミニウム－シリコン系合金の結晶粒を微細化することができることが開示されている。
【0004】
特許文献２には、珪素０．１～１．５重量％と、ホウ素０．０２～０．１重量％とを含有するとともに、鉄０．００５～０．２重量％と、亜鉛、銅、銀およびマグネシウムからなる群から選ばれる１種以上の元素０．００５～０．３重量％と、チタン、バナジウムおよびマンガンからなる群から選ばれる１種以上の元素のうちのいずれかを０．００１～０．０５重量％含有する、アルミニウム合金からなるアルミニウム合金板を、溶湯接合法によりセラミックス基板に接合した、アルミニウム－セラミックス接合基板が記載されている。これによりアルミニウム合金の結晶粒を微細化して粒界を増加させるとともに、アルミニウム－ホウ素化合物の析出を抑制し、良好にエッチングを行うことができ、且つ、めっき性を向上させることができる、アルミニウム－セラミックス接合基板を提供できることが開示されている。
【0005】
特許文献３には、セラミックス基板の少なくとも一部の面にアルミニウムを主とするシリコン、銅、亜鉛またはニッケルを含有する金属層を形成し、前記金属層のビッカース硬度を２５以上、４０未満とし、前記金属層のシリコン含有量を０．２重量％以上、５重量％未満とし、前記セラミックス基板はアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素から選ばれる一種とする半導体実装用絶縁基板が記載されている。ここで、前記金属層の銅含有量は０．２重量％以上、３重量％未満としてもよく、亜鉛含有量は０．２重量％以上、３重量％未満としてもよく、金属層のニッケル含有量は０．２重量％以上、３重量％未満としてもよいことも記載されている。このような半導体実装用絶縁基板であるアルミニウム－セラミックス絶縁基板を用いることにより、アルミニウムが熱衝撃で変形するために半田との接合界面にクラックを生じ熱衝撃耐性が低下するのを防止することが開示されている。
【0006】
特許文献４には、鋳型内に設置したセラミックス基板に接触するようにアルミニウム溶湯を注湯し、アルミニウム溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板にアルミニウム板を直接接合する際、ＴｉＢ系合金、ＣａまたはＳｒなどの、アルミニウム板の熱伝導率の低下を純アルミニウム板の熱伝導率と比べて２０％以内に抑え、且つ、アルミニウム板の結晶粒径を１０ｍｍ以下にする添加物をアルミニウム溶湯に加えることが記載されている。当該構成により、アルミニウムの結晶粒径を小さくして結晶粒度分布のばらつきを小さくし、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができるとともに、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りを制御して、アルミニウムベース板に放熱フィンなどを取り付けたときの放熱性の低下を抑制することができる、アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２００５－２５２１３６号公報
【文献】特開２００７－９２１５０号公報
【文献】特開２００２－３２９８１４号公報
【文献】特開２００５－１０３５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年ＳｉＣ半導体チップ等の使用により、１５０℃程度の高温になるヒートサイクルにおいても耐久性がある、耐ヒートサイクル性に優れたアルミニウム－セラミックス接合基板が求められるようになった。ところが、特許文献１～４に係るアルミニウム－セラミックス接合基板においては、当該高温になるヒートサイクル試験において、例えば、ヒートサイクル５００サイクルの後、回路パターンにおける表面の粗さが大きくなり、接合基板の回路パターンに半田付けされたチップにクラックが発生したり、半田層内にクラックが発生する場合があることが判明した。
【0009】
本発明は、このような状況の下で為されたものであり、その解決しようとする課題は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム－セラミックス接合基板であって、高温になるヒートサイクルにおいても回路パターンおける表面の粗さの増大が抑制され耐久性がある、耐ヒートサイクル性に優れたアルミニウム－セラミックス接合基板およびそ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】
【0010】
即ち、上述の課題を解決する為の、第１の発明は、
セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム－セラミックス接合基板であって、
前記アルミニウム合金は、ニッケルおよび鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板である。
第２の発明は、
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが１７以上である、第１の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第３の発明は、
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが２５未満である、第１または第２の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第４の発明は、
前記アルミニウム板の表面の平均結晶粒径が６００μｍ以下である、第１～第３の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第５の発明は、
前記アルミニウム板の表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下である、第１～第４の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第６の発明は、
前記アルミニウム板の電気抵抗率が３．２μΩ・ｃｍ以下である、第１～第５の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第７の発明は、
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、第１～第６の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第８の発明は、
前記アルミニウムベース板より硬さの大きい板状の強化部材が、前記アルミニウムベース板の内部に配置され、前記アルミニウムベース板に直接接合している、第１～第７の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第９の発明は、
鋳型内にセラミックス基板を配置し、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面に接触するようにアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させる、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法であって、
前記アルミニウム合金は、ニッケルまたは鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンまたはジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
第１０の発明は、
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、第９の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
第１１の発明は、
前記鋳型内に前記セラミックス基板から離間して板状の強化部材を配置させ、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面と前記強化部材の表面に接触するように、前記アルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、
前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させるとともに、
前記強化部材を前記アルミニウムベース板の内部に配置し、前記アルミニウムベース板と直接接合させる、第９または第１０の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム－セラミックス接合基板であって、
前記アルミニウム合金は、ニッケルおよび鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンおよびジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板である。
第２の発明は、
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが１７以上である、第１の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第３の発明は、
前記アルミニウム板のビッカース硬さＨＶが２５未満である、第１または第２の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第４の発明は、
前記アルミニウム板の表面の平均結晶粒径が６００μｍ以下である、第１～第３の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第５の発明は、
前記アルミニウム板の表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下である、第１～第４の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第６の発明は、
前記アルミニウム板の電気抵抗率が３．２μΩ・ｃｍ以下である、第１～第５の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第７の発明は、
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、第１～第６の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第８の発明は、
前記アルミニウムベース板より硬さの大きい板状の強化部材が、前記アルミニウムベース板の内部に配置され、前記アルミニウムベース板に直接接合している、第１～第７の発明のいずれかに記載のアルミニウム－セラミックス接合基板である。
第９の発明は、
鋳型内にセラミックス基板を配置し、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面に接触するようにアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させる、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法であって、
前記アルミニウム合金は、ニッケルまたは鉄から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下含有し、チタンまたはジルコニウムから選ばれる少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金である、アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
第１０の発明は、
前記セラミックス基板の主成分が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなる、第９の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
第１１の発明は、
前記鋳型内に前記セラミックス基板から離間して板状の強化部材を配置させ、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面と前記強化部材の表面に接触するように、前記アルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって、
前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウム板を、前記セラミックス基板の一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、
前記アルミニウム合金からなる前記アルミニウムベース板を、前記セラミックス基板の他方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させるとともに、
前記強化部材を前記アルミニウムベース板の内部に配置し、前記アルミニウムベース板と直接接合させる、第９または第１０の発明に記載のアルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム－セラミックス接合基板であって、高温になるヒートサイクルにおいても回路パターンおける表面の粗さの増大が抑制され耐久性がある、耐ヒートサイクル性に優れたアルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明を実施するための形態について、１．アルミニウム－セラミックス接合基板、２．アルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性、３．アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法、の順に説明する。
【0014】
１．アルミニウム－セラミックス接合基板
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板について、（１）構造、（２）アルミニウム合金、（３）セラミックス基板、（４）強化部材、の順に説明する。
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板について、（１）構造、（２）アルミニウム合金、（３）セラミックス基板、（４）強化部材、の順に説明する。
【0015】
（１）構造
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板の構造について、図面を参照しながら簡単に説明する。
図１は、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板の１例の平面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。
図１および図２に示すように、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００は、（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板１０と、このアルミニウムベース板１０に一方の面が直接接合した（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）セラミックス基板１２と、このセラミックス基板１２の他方の面に直接接合した（図示した実施の形態では平面形状が略矩形の）アルミニウム合金からなる１枚以上（図１では、１枚）の回路パターン用アルミニウム板１４とを備えている。
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板の構造について、図面を参照しながら簡単に説明する。
図１は、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板の１例の平面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。
図１および図２に示すように、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００は、（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板１０と、このアルミニウムベース板１０に一方の面が直接接合した（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）セラミックス基板１２と、このセラミックス基板１２の他方の面に直接接合した（図示した実施の形態では平面形状が略矩形の）アルミニウム合金からなる１枚以上（図１では、１枚）の回路パターン用アルミニウム板１４とを備えている。
【0016】
（２）アルミニウム合金
上述した、アルミニウム合金は、ニッケルまたは鉄から選択される少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下、好ましくは０．１質量％以上２．５質量％質量％以下（さらには１．５質量％以下）含有し、且つ、チタンまたはジルコニウムから選択される少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０２質量％以上０．０８質量％以下（さらには０．０６質量％以下）含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．０２質量％以下含有し、残部がアルミニウムとからなるアルミニウム合金（Ａｌ－（Ｎｉ，Ｆｅ）－（Ｔｉ、Ｚｒ）系合金）であることを特徴とする。
なお、本発明におけるアルミニウム合金は、原料などから不可避的に混入する不可避不純物元素や本発明の効果を奏する範囲の少量の他元素を含有してもよい。前記不可避不純物元素や前記他元素は総量で０．５質量％以下とすることが好ましく、０．３質量％以下とすることがさらに好ましく、０．１質量％以下としてもよい。
また、所望により、アルミニウムベース板１０を構成するアルミニウム合金と、回路パターン用アルミニウム板１４を構成するアルミニウム合金として、互いに同じ組成のものを用いても良いし、互いに異なる組成のものを用いても良い。
上述した、アルミニウム合金は、ニッケルまたは鉄から選択される少なくとも一の元素を総量で０．０５質量％以上３．０質量％以下、好ましくは０．１質量％以上２．５質量％質量％以下（さらには１．５質量％以下）含有し、且つ、チタンまたはジルコニウムから選択される少なくとも一の元素を総量で０．０１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０２質量％以上０．０８質量％以下（さらには０．０６質量％以下）含有し、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．０２質量％以下含有し、残部がアルミニウムとからなるアルミニウム合金（Ａｌ－（Ｎｉ，Ｆｅ）－（Ｔｉ、Ｚｒ）系合金）であることを特徴とする。
なお、本発明におけるアルミニウム合金は、原料などから不可避的に混入する不可避不純物元素や本発明の効果を奏する範囲の少量の他元素を含有してもよい。前記不可避不純物元素や前記他元素は総量で０．５質量％以下とすることが好ましく、０．３質量％以下とすることがさらに好ましく、０．１質量％以下としてもよい。
また、所望により、アルミニウムベース板１０を構成するアルミニウム合金と、回路パターン用アルミニウム板１４を構成するアルミニウム合金として、互いに同じ組成のものを用いても良いし、互いに異なる組成のものを用いても良い。
【0017】
本発明に係るアルミニウム合金は、「２．アルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性」にて後述する、高温になるヒートサイクルにおいても耐久性がある、所定のヒートサクル付加後でも回路パターンの表面の粗さの増大を抑制することができる。さらには電気伝導性、硬度、表面粗さ、平均結晶粒というアルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性において、バランスよく優れた特性を発揮するものである。
【0018】
次に、アルミニウム合金に含まれる元素について、（Ｉ）ニッケル、鉄、（ＩＩ）チタン、ジルコニウム、（ＩＩＩ）ボロン、炭素の順に説明する。
【0019】
（Ｉ）ニッケル、鉄、
添加元素であるニッケル、鉄を、アルミニウムに含有させることにより、（純アルミニウムと比較して、）硬度（強度）を向上させることができる。一方、電気伝導性、熱伝導性の低下は、比較的小さく抑えることができる。
アルミニウム合金が、ニッケルまたは鉄から選択される一の元素を含有する場合、または、ニッケル、鉄の両方の元素を含有する場合、その含有量の総量が０．０５質量％以上であれば、アルミニウムの硬度（強度）の向上を十分図ることができる。また、前記含有量の総量が３．０質量％以下であれば、電気伝導性、熱伝導性を十分に担保することができる。当該観点から、前記含有量の総量が０．１質量％以上２．５質量％以下（さらには１．５質量％以下）であることが好ましい。
添加元素であるニッケル、鉄を、アルミニウムに含有させることにより、（純アルミニウムと比較して、）硬度（強度）を向上させることができる。一方、電気伝導性、熱伝導性の低下は、比較的小さく抑えることができる。
アルミニウム合金が、ニッケルまたは鉄から選択される一の元素を含有する場合、または、ニッケル、鉄の両方の元素を含有する場合、その含有量の総量が０．０５質量％以上であれば、アルミニウムの硬度（強度）の向上を十分図ることができる。また、前記含有量の総量が３．０質量％以下であれば、電気伝導性、熱伝導性を十分に担保することができる。当該観点から、前記含有量の総量が０．１質量％以上２．５質量％以下（さらには１．５質量％以下）であることが好ましい。
【0020】
（ＩＩ）チタン、ジルコニウム
添加元素であるチタン、ジルコニウムを、アルミニウムに含有させることにより、回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の結晶粒径を微細化することができる。そして、結晶粒径が微細化されると、耐ヒートサイクル性の向上の観点から有利である。また、チタン、ジルコニウムが、ニッケルや鉄と金属間化合物を形成してアルミニウム合金の強度を向上させることが考えられる。
また、このような合金組成とすることで、例えば１５０℃を高温側とする高温のヒートサイクル試験を行ったときにも、アルミニウム板、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａの変化を小さく抑えることができ、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。
アルミニウム合金が、チタンまたはジルコニウムから選択される一の元素を含有する場合、または、チタン、ジルコニウムの両方の元素を含有する場合、その含有量の総量が０．０１質量％以上であれば、回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の結晶粒径を微細化することができる。また、前記含有量の総量が０．１質量％以下であれば、電気伝導性を十分に担保することができる。当該観点から、前記含有量の総量が０．０２質量％以上０．０８質量％以下（さらには０．０６質量％以下）であることが好ましい。
添加元素であるチタン、ジルコニウムを、アルミニウムに含有させることにより、回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の結晶粒径を微細化することができる。そして、結晶粒径が微細化されると、耐ヒートサイクル性の向上の観点から有利である。また、チタン、ジルコニウムが、ニッケルや鉄と金属間化合物を形成してアルミニウム合金の強度を向上させることが考えられる。
また、このような合金組成とすることで、例えば１５０℃を高温側とする高温のヒートサイクル試験を行ったときにも、アルミニウム板、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａの変化を小さく抑えることができ、耐ヒートサイクル性を向上させることができる。
アルミニウム合金が、チタンまたはジルコニウムから選択される一の元素を含有する場合、または、チタン、ジルコニウムの両方の元素を含有する場合、その含有量の総量が０．０１質量％以上であれば、回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の結晶粒径を微細化することができる。また、前記含有量の総量が０．１質量％以下であれば、電気伝導性を十分に担保することができる。当該観点から、前記含有量の総量が０．０２質量％以上０．０８質量％以下（さらには０．０６質量％以下）であることが好ましい。
【0021】
（ＩＩＩ）ボロン、炭素
アルミニウム合金を作製する際に、上述したチタンまたはジルコニウムから選択される一の元素を単独で添加すると、例えば、酸化ロスなどが発生して所定の組成に制御することが難しい場合がある。そのような場合、例えばチタンであれば、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金などの母合金の形で添加するのが好ましい。従って、ボロン、炭素は任意添加元素である（添加しなくてもよい）が、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有させてもよく、さらに０．００１質量％以上０．０４質量％以下（さらには０．００２質量％以上０．０２質量％以下）含有させることも好ましい。
アルミニウム合金を作製する際に、上述したチタンまたはジルコニウムから選択される一の元素を単独で添加すると、例えば、酸化ロスなどが発生して所定の組成に制御することが難しい場合がある。そのような場合、例えばチタンであれば、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ合金などの母合金の形で添加するのが好ましい。従って、ボロン、炭素は任意添加元素である（添加しなくてもよい）が、ボロンまたは炭素から選ばれる少なくとも一の元素を総量で０質量％以上０．０５質量％以下含有させてもよく、さらに０．００１質量％以上０．０４質量％以下（さらには０．００２質量％以上０．０２質量％以下）含有させることも好ましい。
【0022】
（３）セラミックス基板
セラミックス基板は、実施例欄にて説明する「アルミニウム回路板」間や、回路パターン用アルミニウム板とアルミニウムベース板間との絶縁性を保つ機能を有している。そして、セラミックス基板の主成分（組成として８５質量％以上）は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなるセラミックス基板であることが好ましい。
セラミックス基板は、実施例欄にて説明する「アルミニウム回路板」間や、回路パターン用アルミニウム板とアルミニウムベース板間との絶縁性を保つ機能を有している。そして、セラミックス基板の主成分（組成として８５質量％以上）は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上からなるセラミックス基板であることが好ましい。
【0023】
（４）強化部材
所望により、アルミニウムベース板に板状の強化部材を設けることができる。当該強化部材について、図１および図２を参照しながら説明する。
（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）板状の強化部材１６の主面（板面）は、アルミニウムベース板１０の内部において、アルミニウムベース板１０のセラミックス基板１２との接合面と略平行な（仮想）平面上に配置し、強化部材１６の表面はアルミニウムベース板１０に直接接合させることができる。
上述したように、強化部材１６は本発明において、所望により設けられる部材であって、アルミニウムベース板１０より硬度（強度）が高い板状の部材である。尤も、アルミニウムベース板１０の内部に強化部材１６を配置することにより、アルミニウム－セラミックス接合基板１００の反りおよびそのばらつき、特に長手方向の反りおよびそのばらつきを小さくすることができ、好ましい。
また、強化部材１６が、アルミニウムベース板１０と直接接合している構成も、接合欠陥を抑制でき、さらに、セラミックス基板１２と強化部材１６とを同時にアルミニウム合金と接合でき、製造コスト等の観点からも好ましい。
所望により、アルミニウムベース板に板状の強化部材を設けることができる。当該強化部材について、図１および図２を参照しながら説明する。
（図示した実施の形態では、平面形状が略矩形の）板状の強化部材１６の主面（板面）は、アルミニウムベース板１０の内部において、アルミニウムベース板１０のセラミックス基板１２との接合面と略平行な（仮想）平面上に配置し、強化部材１６の表面はアルミニウムベース板１０に直接接合させることができる。
上述したように、強化部材１６は本発明において、所望により設けられる部材であって、アルミニウムベース板１０より硬度（強度）が高い板状の部材である。尤も、アルミニウムベース板１０の内部に強化部材１６を配置することにより、アルミニウム－セラミックス接合基板１００の反りおよびそのばらつき、特に長手方向の反りおよびそのばらつきを小さくすることができ、好ましい。
また、強化部材１６が、アルミニウムベース板１０と直接接合している構成も、接合欠陥を抑制でき、さらに、セラミックス基板１２と強化部材１６とを同時にアルミニウム合金と接合でき、製造コスト等の観点からも好ましい。
【0024】
強化部材１６は、アルミニウムベース板を構成するアルミニウム合金より、融点が高い金属またはセラミックスからなることが好ましい。そして、当該観点から、強化部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素から選択される１種以上であることが好ましい。
【0025】
２．アルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性
アルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性について、（１）電気伝導性、（２）硬度、（３）表面粗さ、平均結晶粒径、の順に説明する。
なお、本発明において、高温のヒートサイクル試験の態様は、「－４０℃×３０分間→２５℃×１０分間→１５０℃×３０分間→２５℃×１０分間」の条件を１サイクルとするものである。
アルミニウム－セラミックス接合基板の諸特性について、（１）電気伝導性、（２）硬度、（３）表面粗さ、平均結晶粒径、の順に説明する。
なお、本発明において、高温のヒートサイクル試験の態様は、「－４０℃×３０分間→２５℃×１０分間→１５０℃×３０分間→２５℃×１０分間」の条件を１サイクルとするものである。
【0026】
（１）電気伝導性
アルミニウム－セラミックス接合基板１００において、回路パターン用アルミニウム板は高い電気伝導性が求められることから、電気抵抗率が３．２μΩ・ｃｍ以下、さらには３．０μΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。
アルミニウム－セラミックス接合基板１００において、回路パターン用アルミニウム板は高い電気伝導性が求められることから、電気抵抗率が３．２μΩ・ｃｍ以下、さらには３．０μΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。
【0027】
（２）硬度
回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の表面のビッカース硬さＨＶは、アルミニウム－セラミックス接合基板１００と冷却器との締結性や、アルミニウム－セラミックス接合基板がヒートサイクルを受けた際の耐変形性といった観点から重要である。当該観点から、初期（高温のヒートサイクルを付加する前）のビッカース硬さＨＶは１７以上２５未満であることが好ましく、１８以上２４以下であることがさらに好ましい。
回路パターン用アルミニウム板、アルミニウムベース板の表面のビッカース硬さＨＶは、アルミニウム－セラミックス接合基板１００と冷却器との締結性や、アルミニウム－セラミックス接合基板がヒートサイクルを受けた際の耐変形性といった観点から重要である。当該観点から、初期（高温のヒートサイクルを付加する前）のビッカース硬さＨＶは１７以上２５未満であることが好ましく、１８以上２４以下であることがさらに好ましい。
【0028】
アルミニウム－セラミックス接合基板１００は、パワーモジュールなどのモジュールに組付けられる。この取り付けの際、アルミニウムベース板１０は、（図示しない）放熱用の冷却板、冷却ジャケット、回路側の半導体部品を覆うケース部材（筐体）等と、アルミニウムベース板１０に設けられた（図示しない）貫通孔を介してネジやボルトで締結される。このときにビッカース硬さＨＶが１７以上であると、アルミニウムベース板１０が変形して冷却板との間に隙間ができたり、高温のヒートサイクルが付加されたときにネジやボルトが緩むことを回避できる。
【0029】
一方、例えば、アルミニウムベース板１０の初期（ヒートサイクル試験前）のビッカース硬さＨＶが２５未満であると、高温のヒートサイクル試験を５００サイクル実施した後に、セラミックス基板１２にクラックが発生するのを回避することができる。そこで、高温のヒートサイクル試験５００サイクル後においても、ビッカース硬さＨＶは２９以下であることが好ましく、２７以下であることがより好ましく、２５以下であることがさらに好ましい。
【0030】
本発明のアルミニウム合金は、アルミニウムベース板の初期（ヒートサイクル前）のビッカース硬さが１７以上であり、ヒートサイクルを付加しても硬さの変化（増加）が少なく、５００サイクル後でも２７以下を保つことができるので、熱膨張差などに起因する熱応力によるセラミックス基板１２の割れの発生を抑制し、アルミニウムーセラミックス接合基板１００の耐ヒートサイクル性の向上に寄与する。
【0031】
（３）表面粗さ、平均結晶粒
回路パターンとしての回路パターン用アルミニウム板１４へ、（図示しない）半導体チップを半田などで接合した状態で、前記高温のヒートサイクルを付加したとき、回路パターン用アルミニウム板１４の表面における初期（高温のヒートサイクルを付加する前）の算術平均粗さＲａが大きすぎると、前記高温のヒートサイクルを付加した後に、回路パターン用アルミニウム板１４の表面に大きな段差（凸部）が形成され、半導体チップが割れたり半田層内にクラックが発生する場合がある。
このような事態を回避する為、回路パターン用アルミニウム板１４の表面の算術平均粗さＲａは初期（高温のヒートサイクルを付加する前）において１．０μｍ以下であることが好ましく、さらには高温のヒートサイクルを４００サイクルさらには５００サイクル付加した後でも１．０μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金では、前記高温のヒートサイクルが付加されても算術平均粗さＲａの変化（上昇）を抑制することができ、回路パターン用アルミニウム板１４の表面に大きな段差が形成されない。
回路パターンとしての回路パターン用アルミニウム板１４へ、（図示しない）半導体チップを半田などで接合した状態で、前記高温のヒートサイクルを付加したとき、回路パターン用アルミニウム板１４の表面における初期（高温のヒートサイクルを付加する前）の算術平均粗さＲａが大きすぎると、前記高温のヒートサイクルを付加した後に、回路パターン用アルミニウム板１４の表面に大きな段差（凸部）が形成され、半導体チップが割れたり半田層内にクラックが発生する場合がある。
このような事態を回避する為、回路パターン用アルミニウム板１４の表面の算術平均粗さＲａは初期（高温のヒートサイクルを付加する前）において１．０μｍ以下であることが好ましく、さらには高温のヒートサイクルを４００サイクルさらには５００サイクル付加した後でも１．０μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金では、前記高温のヒートサイクルが付加されても算術平均粗さＲａの変化（上昇）を抑制することができ、回路パターン用アルミニウム板１４の表面に大きな段差が形成されない。
【0032】
また、上述した大きな段差（凸部）の形成を回避する観点から、回路パターン用アルミニウム板１４の表面の平均結晶粒径が、初期（高温のヒートサイクルを付加する前）において６００μｍ以下であることが好ましい。本発明に係るアルミニウム合金では結晶粒径を６００μｍ以下（好ましくは５００μｍ以下、１００μｍ以上）に微細化することができ、耐ヒートサイクル性の向上の効果がある。
【0033】
アルミニウムベース板１０の裏面（セラミックス基板１２が接合していない面）の表面粗さも、所定の範囲を保持していることが望ましい。アルミニウムベース板１０の裏面は放熱用の冷却板などに取り付けられるので、表面粗さが大きすぎると密着性が低下する恐れがある。このような事態を回避する為、アルミニウムベース板１０の裏面の表面の算術平均粗さＲａは、初期（高温のヒートサイクルを付加する前）において１．５μｍ以下（さらには１．０μｍ以下）であることが好ましく、さらには高温のヒートサイクルを５００サイクル付加した後でも１．５μｍ以下（さらには１．０μｍ以下）であることが好ましい。
【0034】
３．アルミニウム－セラミックス接合基板の製造方法
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００の製造方法の一例について説明する。
まず、鋳型内にセラミックス基板１２と強化部材１６とを離間して配置させる。そして、鋳型内のセラミックス基板１２の両面と強化部材１６の表面に接触するように、上述した本発明に係るアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却する。これによって、アルミニウム合金からなる回路パターン用アルミニウム板１４をセラミックス基板１２の一方の面に形成してセラミックス基板１２に直接接合させる。一方、アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板１０をセラミックス基板１２の他方の面に形成してセラミックス基板１２に直接接合させるとともに、強化部材１６をアルミニウムベース板１０に取り囲まれるように配置してアルミニウムベース板１０の内部に直接接合させる。
以上により、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００を製造することができる。
本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００の製造方法の一例について説明する。
まず、鋳型内にセラミックス基板１２と強化部材１６とを離間して配置させる。そして、鋳型内のセラミックス基板１２の両面と強化部材１６の表面に接触するように、上述した本発明に係るアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却する。これによって、アルミニウム合金からなる回路パターン用アルミニウム板１４をセラミックス基板１２の一方の面に形成してセラミックス基板１２に直接接合させる。一方、アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板１０をセラミックス基板１２の他方の面に形成してセラミックス基板１２に直接接合させるとともに、強化部材１６をアルミニウムベース板１０に取り囲まれるように配置してアルミニウムベース板１０の内部に直接接合させる。
以上により、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００を製造することができる。
【0035】
次に、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板１００の製造に用いる鋳型の１例の概略的な断面図である図３を参照しながら、アルミニウム－セラミックス接合基板１００の製造に用いる鋳型について、より具体的に説明する。
【0036】
鋳型２００は、平面形状が略矩形の下側鋳型部材２０２と、この下型鋳型部材２０２の上に載せ鋳型を構成するための上側鋳型部材２０４とから構成されている。下側鋳型部材２０２の上面には、アルミニウムベース板を形成するためのアルミニウムベース板形成部２１０が形成されている。このアルミニウムベース板形成部２１０の底面には、セラミックス基板と略同一の形状および大きさの１つまたは複数（図３では、１つの場合を示す）の凹部（セラミックス基板を収容するためのセラミックス基板収容部２１２）が形成されている。このセラミックス基板収容部２１２の底面には、回路パターン用にアルミニウム板と略同一の形状および大きさの１つまたは複数（図３では、１つのみの場合を示す）の凹部（回路パターン用のアルミニウム板を形成するためのアルミニウム板形成部２１４）が形成されている。
【0037】
上側鋳型部材２０４の底面（下側鋳型部材２０２と対向する側の面）には、アルミニウムベース板形成部２１０が形成され、下側鋳型部材２０２の上に上側鋳型部材２０４をかぶせたときに、下側鋳型部材２０２のアルミニウムベース板形成部２１０とともに、アルミニウムベース板形成部２１０の空間が画定される。また、上側鋳型部材２０４には（図示しない）注湯ノズルから鋳型２００内のアルミニウムベース板形成部２１０に溶湯を注湯するための注湯口が形成されている。
【0038】
なお、下側鋳型部材２０２の回路パターン用のアルミニウム板形成部２１４にも溶湯を供給するための（図示しない）溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部内２１２にセラミックス基板を収容したときにもアルミニウム板形成部２１４に溶湯が送給できるようになっている。
【0039】
また、強化部材は、下側鋳型部材２０２および上側鋳型部材２０４のアルミニウムベース板形成部２１０の凹部の端部に設けられた溝部により挟持されるようになっており、鋳型部材の所定の位置に強化部材を配置することができ、この状態で溶湯を供給して、アルミニウムベース板の中に強化部材を形成することができる。なお、図３では挟持する溝は図面（紙面）に垂直な方向の（図示されない）両端部に形成されている。
【0040】
強化部材は本発明において必須ではない。そこで、アルミニウムベース板１０の内部に強化部材１６を形成しないアルミニウム－セラミックス接合基板を製造する場合は、強化部材１６を挟持する溝がない鋳型２００を用い、鋳型２００内にセラミックス基板１２をセラミックス基板収容部２１２に配置した後に、アルミニウム合金溶湯を注湯する。
【0041】
なお、本発明に係るアルミニウム合金とセラミックス基板との接合方法において、所謂、溶湯接合法によりアルミニウム合金とセラミックス基板とを直接接合することが好ましい。すなわち前記鋳型を加熱炉に挿入し、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で加熱しておき、溶解炉で溶融させたアルミニウム合金の溶湯を鋳型に注湯する際、注湯される金属溶湯は溶湯表面の酸化皮膜が除去された状態のものであることが望ましい。ここで、酸化皮膜の除去処理としては、例えば、金属溶湯を極小ノズルを通過させることにより、溶湯表面の酸化皮膜を除去しながら注湯する手法が有効である。また、鋳型の材質は、例えば、ガス透過性を有する炭素材料とすることが好ましい。
【0042】
以上、本発明の実施の形態の例を説明したが、これに限らず本発明の主旨に沿うものは権利範囲に含まれる。例えば、アルミニウムベース板の裏面（セラミックス基板が接合していない面）に、放熱用のピンやフィンが当該アルミニウムベース板と一体に形成されていてもよく、また、アルミニウム－セラミックス接合基板の構成部材として前記強化部材は、なくてもよい。さらに、前記アルミニウムベース板と一体に形成された放熱用のピンやフィンは、内部に当該ピンやフィンの形状と略同一の空間を設けた鋳型を準備した後、鋳型にアルミニウム合金を注湯することにより作製することができる。
【実施例】
【0043】
以下、実施例を参照しながら、本発明に係るアルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法をより具体的に説明する。但し、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【0044】
[実施例１]
まず、カーボン製の鋳型内に、１２０ｍｍ×９２ｍｍ×１ｍｍの大きさのＡｌＮ（窒化アルミニウム）（ビッカース硬さＨＶは１０４０）からなるセラミックス基板と１２６ｍｍ×９４ｍｍ×１ｍｍの大きさのＡｌＮ（窒化アルミニウム）（ビッカース硬さＨＶは１０４０）からなる板状の強化部材とを２．６ｍｍ離間して配置させ、この鋳型を炉内に入れ、炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を４ｐｐｍ以下まで低下させた。この状態でヒーターの温度制御によって鋳型を７２０℃まで加熱した後、７２０℃まで加熱した０．３質量％のニッケルと０．０２質量％のチタンと、０．００４質量％のボロンを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金の溶湯を、鋳型の注湯口に取り付けられた注湯ノズルから、窒素ガスによって加圧して、溶湯の表面の酸化皮膜を取り除きながら、鋳型内に流し込んで充填した後、注湯ノズルから注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型内の溶湯を加圧したまま約２０℃／分の冷却速度で冷却して溶湯を凝固させ、その後、約５０℃／分の冷却速度で冷却した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。このようにして、所謂溶湯接合法により、１２６ｍｍ×９４ｍｍ×１ｍｍの大きさの強化部材が内部に配置されて直接接合した１４０ｍｍ×１００ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムベース板が１２０ｍｍ×９２ｍｍ×１ｍｍの大きさのセラミックス基板の一方の面に直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に１１４ｍｍ×８６ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム板が直接接合した金属－セラミックス接合基板を製造した。
なお、セラミックス基板に垂直な上方から平面視したときに、強化部材とセラミックス基板とは、いずれもアルミニウムベース板の中央部に接合されており、回路パターン用アルミニウム板はセラミックス基板の中央部に接合されている。
まず、カーボン製の鋳型内に、１２０ｍｍ×９２ｍｍ×１ｍｍの大きさのＡｌＮ（窒化アルミニウム）（ビッカース硬さＨＶは１０４０）からなるセラミックス基板と１２６ｍｍ×９４ｍｍ×１ｍｍの大きさのＡｌＮ（窒化アルミニウム）（ビッカース硬さＨＶは１０４０）からなる板状の強化部材とを２．６ｍｍ離間して配置させ、この鋳型を炉内に入れ、炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を４ｐｐｍ以下まで低下させた。この状態でヒーターの温度制御によって鋳型を７２０℃まで加熱した後、７２０℃まで加熱した０．３質量％のニッケルと０．０２質量％のチタンと、０．００４質量％のボロンを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金の溶湯を、鋳型の注湯口に取り付けられた注湯ノズルから、窒素ガスによって加圧して、溶湯の表面の酸化皮膜を取り除きながら、鋳型内に流し込んで充填した後、注湯ノズルから注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型内の溶湯を加圧したまま約２０℃／分の冷却速度で冷却して溶湯を凝固させ、その後、約５０℃／分の冷却速度で冷却した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。このようにして、所謂溶湯接合法により、１２６ｍｍ×９４ｍｍ×１ｍｍの大きさの強化部材が内部に配置されて直接接合した１４０ｍｍ×１００ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムベース板が１２０ｍｍ×９２ｍｍ×１ｍｍの大きさのセラミックス基板の一方の面に直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に１１４ｍｍ×８６ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム板が直接接合した金属－セラミックス接合基板を製造した。
なお、セラミックス基板に垂直な上方から平面視したときに、強化部材とセラミックス基板とは、いずれもアルミニウムベース板の中央部に接合されており、回路パターン用アルミニウム板はセラミックス基板の中央部に接合されている。
【0045】
このようにして得られたアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の表面を苛性ソーダで洗浄し、バフ研磨し、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理を行った後、その表面を光学顕微鏡により観察して、その表面の平均結晶粒径をＪＩＳ Ｈ０５０１の切断法に準じた方法により測定したところ、０．３４ｍｍであった。
【0046】
このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板（のアルミニウム合金）の電気抵抗率は２．７７μΩ・ｃｍであった。
電気抵抗率は、アルミニウム板の導電率（％ＩＡＣＳ）を導電率計（ＦＯＥＲＳＴＥＲ社製のＳＩＧＭＡＴＥＳＴ２．０６９）を用いて渦電流法により測定し、下記の式を用いて電気抵抗率に換算して求めた。
電気抵抗率（μΩ・ｃｍ）＝１０，０００÷（５８．００１×導電率（％ＩＡＣＳ））・・・・（式）
電気抵抗率は、アルミニウム板の導電率（％ＩＡＣＳ）を導電率計（ＦＯＥＲＳＴＥＲ社製のＳＩＧＭＡＴＥＳＴ２．０６９）を用いて渦電流法により測定し、下記の式を用いて電気抵抗率に換算して求めた。
電気抵抗率（μΩ・ｃｍ）＝１０，０００÷（５８．００１×導電率（％ＩＡＣＳ））・・・・（式）
【0047】
得られた金属－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の表面を苛性ソーダで洗浄し、バフ研磨した後、その回路パターン用アルミニウム板の表面にレジストを形成し、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理を行うことにより、回路パターン用アルミニウム板の不要部分を除去して所望の回路パターンを有するアルミニウム回路板を形成し、その後、レジスト剥離液によりレジストを剥離して、アルミニウム－セラミックス回路基板を作製した。
【0048】
作製したアルミニウム－セラミックス回路基板について、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を超音波探傷装置（ＳＡＴ）（日立建機ファインテック株式会社製のＦＳ１００ＩＩ）により観察したところ、未接合部はなく、また、外観を肉眼で観察したところ、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0049】
作製したアルミニウム－セラミックス回路基板について、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶを、マイクロビッカース硬度計（株式会社ミツトヨ製のＨＭ－２１０）を用い、試験荷重１０ｇｆを５秒間加えて測定したところ、ビッカース硬さＨＶは１８．０であった。また、アルミニウム回路板およびアルミニウムベース板の表面の表面粗さとして算術平均粗さＲａをＪＩＳ Ｂ ０６０１に基づいて測定したところ、それぞれ０．４３μｍ、０．５５μｍであった。
【0050】
作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後の時点で下記測定を行った。
まず、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率を測定したところ、それぞれ２．７７μΩ・ｃｍ、２．７６μΩ・ｃｍ、２．７３μΩ・ｃｍ、２．７５μΩ・ｃｍおよび２．７５μΩ・ｃｍであった。
次に、上記と同様の方法によりアルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶを測定したところ、それぞれ１９．６、２０．３、２０．７、２１．３および２０．９であった。
次に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ０．４８μｍ、０．５９μｍ、０．６５μｍ、０．７９μｍおよび０．９１μｍであった。
次に、上記と同様の方法により、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ０．５８μｍ、０．６６μｍ、０．７０μｍ、０．７７μｍおよび０．８６μｍであった。
まず、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率を測定したところ、それぞれ２．７７μΩ・ｃｍ、２．７６μΩ・ｃｍ、２．７３μΩ・ｃｍ、２．７５μΩ・ｃｍおよび２．７５μΩ・ｃｍであった。
次に、上記と同様の方法によりアルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶを測定したところ、それぞれ１９．６、２０．３、２０．７、２１．３および２０．９であった。
次に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ０．４８μｍ、０．５９μｍ、０．６５μｍ、０．７９μｍおよび０．９１μｍであった。
次に、上記と同様の方法により、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定したところ、それぞれ０．５８μｍ、０．６６μｍ、０．７０μｍ、０．７７μｍおよび０．８６μｍであった。
【0051】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。なお、表２～４において、「ＨＣ」とはヒートサイクルの意味である。
【0052】
[実施例２]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％とし、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％とし、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0053】
次に、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0054】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0055】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0056】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0057】
[実施例３]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％、鉄の含有量を０．１質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％、鉄の含有量を０．１質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0058】
次に、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0059】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0060】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0061】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0062】
[実施例４]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％、鉄の含有量を０．２質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．３質量％、鉄の含有量を０．２質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0063】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0064】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0065】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0066】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0067】
[実施例５]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．５質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．５質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0068】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0069】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0070】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0071】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0072】
[実施例６]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．５質量％、鉄の含有量を０．２質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を０．５質量％、鉄の含有量を０．２質量％、チタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、２０質量％のニッケルを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0073】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0074】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0075】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0076】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0077】
[実施例７]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を１．０質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を１．０質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0078】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0079】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0080】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後、１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0081】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0082】
[実施例８]
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を２．０質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてニッケルの含有量を２．０質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0083】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0084】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0085】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後、１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0086】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0087】
[実施例９]
アルミニウム合金の組成として鉄の含有量を０．５質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成として鉄の含有量を０．５質量％、チタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金と、７５質量％の鉄を含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0088】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0089】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0090】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後、５００回加えた後、７００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
また、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、２００回加えた後、３００回加えた後、４００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0091】
以上、本実施例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0092】
[比較例１]
アルミニウム合金の組成として珪素の含有量を０．４質量％、ボロンの含有量を０．０４質量％、鉄の含有量を０．０１質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成として珪素の含有量を０．４質量％、ボロンの含有量を０．０４質量％、鉄の含有量を０．０１質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0093】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。
【0094】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0095】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0096】
以上、本比較例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0097】
[比較例２]
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．０２質量％、ボロンの含有量を０．００４質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0098】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0099】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0100】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、３００回加えた後、５００回加えた後、１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0101】
以上、本比較例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0102】
[比較例３]
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．０４質量％、ボロンの含有量を０．００８質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0103】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0104】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0105】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、３００回加えた後、５００回加えた後、１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0106】
以上、本比較例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0107】
[比較例４]
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．１質量％、ボロンの含有量を０．０２質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
アルミニウム合金の組成としてチタンの含有量を０．１質量％、ボロンの含有量を０．０２質量％、残部をアルミニウムと不可避不純物とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用アルミニウム板の表面の平均結晶粒径を測定した。なお、上記アルミニウム合金の原料として、純アルミニウム（９９．９質量％以上のアルミニウムを含有する）と、５質量％のチタンと１質量％のボロンとを含み残部がアルミニウムからなる母合金とを用い、上記合金組成になるように配合を調整した。また、このアルミニウム－セラミックス接合基板の回路パターン用アルミニウム板の電気抵抗率を、実施例１と同様の方法により測定した。
【0108】
また、実施例１と同様の方法により、セラミックス基板とアルミニウム回路板との接合部を観察したところ、未接合部はなく、引け巣や粒界割れなどの接合欠陥がなく良好に接合されていた。また、アルミニウムベース板の断面を観察したところ、ＴｉＢ２の析出物が確認された。
【0109】
次に、実施例１と同様の方法により、アルミニウム回路板のビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0110】
そして、作製したアルミニウム－セラミックス回路基板に、－４０℃×３０分間、２５℃×１０分間、１５０℃×３０分間、２５℃×１０分間を１サイクルとするヒートサイクルを、繰り返し１００回加えた後、３００回加えた後、５００回加えた後、１０００回加えた後に、上記と同様の方法により、アルミニウム回路板の電気抵抗率、ビッカース硬さＨＶ、表面の算術平均粗さＲａ、および、アルミニウムベース板の表面の算術平均粗さＲａを測定した。
【0111】
以上、本比較例に係るアルミニウム－セラミックス接合基板に用いたアルミニウム合金の組成を表１に、電気抵抗率の測定値を表２に、ビッカース硬さＨＶの測定値を表３に、算術平均粗さＲａの測定値を表４に、平均結晶粒径の測定値を表５に記載する。
【0112】
【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
【符号の説明】
【0113】
１０ アルミニウムベース板
１２ セラミックス基板
１４ 回路パターン用アルミニウム板
１６ 強化部材
１００ アルミニウムーセラミックス接合基板
２００ 鋳型
２０２ 下側鋳型部材
２０４ 上側鋳型部材
２１０ アルミニウムベース板形成部
２１２ セラミックス基板収容部
２１４ アルミニウム板形成部
２１６ 強化部材収容部
１２ セラミックス基板
１４ 回路パターン用アルミニウム板
１６ 強化部材
１００ アルミニウムーセラミックス接合基板
２００ 鋳型
２０２ 下側鋳型部材
２０４ 上側鋳型部材
２１０ アルミニウムベース板形成部
２１２ セラミックス基板収容部
２１４ アルミニウム板形成部
２１６ 強化部材収容部
【図1】
【図2】
【図3】
