特許 7582299 接合体の製造方法及び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】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】接合体の製造方法及び絶縁回路基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20241106BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20241106BHJP

   H05K 1/09 20060101ALI20241106BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 D

H01L23/12 J

H01L23/36 C

H05K1/09 C

C04B37/02 C

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022510479

(86)(22)【出願日】2021-03-22

(86)【国際出願番号】 JP2021011704

(87)【国際公開番号】W WO2021193528

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-10-06

(31)【優先権主張番号】P 2020052827

(32)【優先日】2020-03-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】100101465

【弁理士】

【氏名又は名称】青山 正和

(72)【発明者】

【氏名】湯本 遼平

(72)【発明者】

【氏名】北原 丈嗣

【審査官】庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１８８８８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０７２５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６３１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１３５７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５７１１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ １／０９

Ｃ０４Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一板部材と第二板部材との積層体を加圧しながら加熱して接合体を製造する接合体の製造方法であって、
前記第一板部材は第一金属板を含み、
第一金属箔／カーボンシート又はセラミックスシート／グラファイトシートがこの順に積層された第一押圧部材を、前記第一金属板の表面に前記第一金属箔が接触するように配置し、
前記第一金属箔は、前記第一板部材と前記第一金属箔の接触面において加熱時に反応しない材料からなり、
前記第一金属箔のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が０．６以上１００以下であることを特徴とする接合体の製造方法。

【請求項2】

第二金属箔／カーボンシート又はセラミックスシート／グラファイトシートがこの順に積層された第二押圧部材を、前記第二板部材の表面に前記第二金属箔が接触するように配置し、
前記第二金属箔は、前記第二板部材と前記第二金属箔の接触面において加熱時に反応しない材料からなり、
前記第二金属箔のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が０．６以上１００以下であることを特徴とする、請求項１記載の接合体の製造方法。

【請求項3】

前記第一板部材又は前記第二板部材のうち、いずれか一方が銅又は銅合金からなり、他方がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法を用いた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記第一板部材は、銅又は銅合金からなる第一金属板からなり、
前記第二板部材は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板とからなり、
前記セラミックス基板に接合された前記第二金属板に前記第一金属板を積層して前記積層体を形成し、前記第一金属板に前記第一金属箔を接触させた状態で前記第一金属板と前記第二金属板とを固相拡散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】

請求項２に記載の接合体の製造方法を用いた絶縁回路基板の製造方法であって、
前記第一板部材は、銅又は銅合金からなる第一金属板と、炭化ケイ素の多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸させてなるＡｌＳｉＣ複合材とが積層されてなり、
前記第二板部材は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の両面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板と、一方の前記第二金属板に積層された前記第一金属板とからなり、
前記第二板部材の他方の前記第二金属板と前記第一板部材の前記第一金属板とを接触させて前記第一板部材と前記第二板部材とを積層することにより前記積層体を形成し、
前記ＡｌＳｉＣ複合材に前記第一押圧部材の前記第一金属箔を接触させ、かつ、前記第二板部材の前記第一金属板の表面に前記第二押圧部材の前記第二金属箔を接触させた状態で、前記第一金属板と前記第二金属板、及び前記第一金属板と前記ＡｌＳｉＣ複合材を同時に固相拡散接合することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回路層を二層構造としたパワーモジュール用基板のように、複数の異なる金属板からなる接合体を製造する方法に関し、特に、金属板どうしを固相拡散接合によって接合する場合に好適な製造方法、及びその接合体の製造方法を用いた絶縁回路基板の製造方法に関する。本願は、２０２０年３月２４日に出願された特願２０２０－０５２８２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュール用基板（絶縁回路基板）は、絶縁層となるセラミックス基板の一方の面に回路層が形成されるとともに、他方の面に放熱のための放熱層が形成された構成のものが一般に用いられる。

【0003】

このパワーモジュール用基板として、例えば特許文献１におけるパワーモジュール用基板が開示されている。このパワーモジュール用基板は、アルミニウム又はアルミニウム合金、もしくは銅又は銅合金からなる金属板がセラミックス基板の両面にそれぞれろう材を介して接合されることにより、セラミックス基板の一方の面に回路層、他方の面に放熱層が形成されている。放熱層には、アルミニウム又はアルミニウム合金、もしくは銅又は銅合金からなる放熱板が接合されている。

【0004】

このパワーモジュール用基板においてセラミックス基板と金属板とは、これらの積層体を加圧装置により加圧加熱することにより接合される。このとき、積層体と加圧装置との間には、カーボン層とグラファイト層とを積層してなるスペーサーが介在される。この場合、カーボン層が積層体側に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－６３１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この種のパワーモジュール用基板として、回路層をアルミニウムと銅との二層構造とする場合がある。このように複数の異なる金属板からなる接合体を製造するには、特許文献１記載の方法によりセラミックス基板に形成したアルミニウム層の上に銅板を接合して銅層を形成するが、アルミニウムと銅との接合には、ろう材を介さずに加圧加熱する固相拡散接合が行われることがある。

【0007】

この場合、ろう材を介した接合以上に均一に加圧することが求められるが、特許文献１記載の加圧装置では、スペーサーの積層体と接する側がカーボン層により形成されているため、加圧時の荷重付与による変位が少なく、積層体の表面に微小な凹凸が生じていたり、平面度が大きい場合などには、均一に加圧されずに、接合不良を生じるおそれがある。

【0008】

さらに、スペーサーにおける積層体に接する表面がカーボン層により形成されていると、このカーボン層が積層体とともに加熱しながら加圧された際に局所的に脱粒が生じて、積層体の表面にカーボン層の一部が付着することがある。この異物を除去するため接合体表面にソフトエッチング処理を行っても除去しきれず、接合後の積層体上（回路層上）に半導体素子等を搭載できないという問題が生じる。

【0009】

一方、異物を除去するため強いエッチング処理を施すと、接合後の積層体の表面が荒れるため、この場合も回路層上に半導体素子等を搭載できない。

【0010】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の異なる金属板の積層体を加圧及び加熱状態で接合する際に、積層体を均一に加圧して良好な接合体を製造するとともに、積層体の表面に異物が付着することを抑制することにある。また、その製造方法を用いて絶縁回路基板を製造することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の接合体の製造方法は、第一板部材と第二板部材との積層体を加圧しながら加熱して接合体を製造する接合体の製造方法であって、前記第一板部材は第一金属板を含み、第一金属箔／カーボンシート又はセラミックスシート／グラファイトシートがこの順に積層された第一押圧部材を、前記第一板金属板の表面に前記第一金属箔が接触するように配置し、前記第一金属箔は、前記第一板部材と前記第一金属箔の接触面において加熱時に反応しない材料からなり、前記第一金属箔のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が０．６以上１００以下である。

【0012】

なお、本発明におけるヤング率と厚さは２５℃における値である。

【0013】

積層体の第一金属板の表面と加熱時に反応しない材料からなる第一金属箔を用いることにより、この第一金属箔を介して積層体を加圧及び加熱したときには、カーボンシート又はセラミックスシートの一部が積層体（第一金属板）の表面に付着することを抑制できる。

【0014】

また、第一金属箔はその延性により積層体表面の微小な凹凸や平面度に起因するギャップを吸収するように変形するので、積層体に均一な荷重を付与して全面が均等に接合した接合体を製造できる。さらに、硬いカーボンシート又はセラミックスシートの背面に軟らかいグラファイトシートを配置しているので、積層体の表面形状への第一金属箔の追従性をより高めることができ、接合性を向上できる。

【0015】

第一金属箔のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積を０．６以上１００以下とすることで、押圧時に積層体表面形状に追従するように局所的にたわんで積層体の表面全体を押圧できるので、板部材どうしを高精度に接合できる。

【0016】

しかも、加圧時に第一金属箔に割れが生じたり、金属箔の一部が剥離して積層体に付着したりするおそれもなく、カーボンシート又はセラミックスシートの破損を抑制しつつ不良品の少ない高品質の接合体を製造できる。

【0017】

なお、ヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が１００を超えると、第一金属箔の積層体表面形状への追従性が損なわれ、接合不良が生じる。０．６未満であると、金属箔が破れ、カーボン又はセラミックスが積層体表面に付着する。

【0018】

本発明において、第二金属箔／カーボンシート又はセラミックスシート／グラファイトシートがこの順に積層された第二押圧部材を、前記第二板部材の表面に前記第二金属箔が接触するように配置し、前記第二金属箔は、前記第二板部材と前記第二金属箔の接触面において加熱時に反応しない材料からなり、前記第二金属箔のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が０．６以上１００以下であるとよい。

【0019】

積層体の両面に積層体の表面と加熱時に反応しない材料からなる金属箔を設けたことにより、カーボンシート又はセラミックスシートの一部が積層体の表面に付着することを確実に抑制できる。

【0020】

本発明では、前記第一板部材又は前記第二板部材のうち、いずれか一方が銅又は銅合金からなり、他方がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとできる。

【0021】

アルミニウムと銅とは一般に固相拡散接合されるが、本発明は、このような固相で接合する場合に特に有効である。

【0022】

なお、本発明は、ろう材を用いた液相接合を除外するものではない。例えば、第一板部材が金属板からなり、第二板部材がセラミックス基板からなり、これらをろう材を用いて接合する場合にも適用できる。

【0023】

本発明の絶縁回路基板の製造方法は、上記の接合体の製造方法を用いた絶縁回路基板の製造方法であって、前記第一板部材は銅又は銅合金からなる第一金属板からなり、前記第二板部材はセラミックス基板と前記セラミックス基板の一方の面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板とからなり、前記セラミックス基板に接合された前記第二金属板に前記第一金属板を積層して前記積層体を形成し、前記第一金属板に前記第一金属箔を接触させた状態で前記第一金属板と前記第二金属板とを固相拡散接合する。

【0024】

本発明の絶縁回路基板の製造方法は、上記の接合体の製造方法を用いた絶縁回路基板の製造方法であって、前記第一板部材は、銅又は銅合金からなる第一金属板と炭化ケイ素の多孔体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸させてなるＡｌＳｉＣ複合材とが積層されてなり、前記第二板部材は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の両面に接合されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板と、一方の前記第二金属板に積層された前記第一金属板とからなり、前記第二板部材の他方の前記第二金属板と前記第一板部材の前記第一金属板とを接触させて前記第一板部材と前記第二板部材とを積層することにより前記積層体を形成し、前記積層体の前記ＡｌＳｉＣ複合材に前記第一押圧部材の前記第一金属箔を接触させ、かつ、前記第二板部材の前記第一金属板の表面に前記台に押圧部材の前記第二金属箔を接触させた状態で、前記第一金属板と前記第二金属板、及び前記第一金属板と前記ＡｌＳｉＣ複合材を同時に固相拡散接合する。

【発明の効果】

【0025】

本発明の接合体の製造方法によれば、複数の異なる板部材の積層体を加熱状態で加圧して接合する際に、積層体に均一な加圧力を付与して良好な接合体を製造するとともに、積層体の表面に異物が付着することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の接合体（絶縁回路基板）の実施形態としてパワーモジュール用基板を示す断面図である。

【図2】図１におけるパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図（その１）である。

【図3】図１におけるパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図（その２）である。

【図4】図２及び図３の製造方法に用いる加圧装置の正面図である。

【図5】図４の加圧装置で用いられるスペーサーの断面図である。

【図6】実施例における試料Ｎｏ．２の回路層の表面のＳＥＭ画像である。

【図7】実施例における試料Ｎｏ．１の回路層の表面のＳＥＭ画像である。

【図8】別のパワーモジュール用基板の製造工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

【0028】

この実施形態は絶縁回路基板（接合体）の例としてのパワーモジュール用基板１である。このパワーモジュール用基板１は、図１に示すように、セラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面に接合された回路層２０と、セラミックス基板１０の他方の面に接合された放熱層３０とを備える。

【0029】

セラミックス基板１０は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、もしくはＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の酸化物系セラミックスを用いることができる。また、セラミックス基板１０の厚さは、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とされる。

【0030】

回路層２０及び放熱層３０は、それぞれアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属層４１と、銅又は銅合金からなる第一金属層４２との二層構造とされている。換言すると、パワーモジュール用基板１において、セラミックス基板１０の両面に第二金属層４１が形成され、その第二金属層４１の上に第一金属層４２が形成されている。

【0031】

第二金属層４１は、純度９９質量％以上の純アルミニウム（例えば、ＪＩＳ規格では１０００番台の純アルミニウム、特に１Ｎ９０（純度９９．９質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は、１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）や、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金等を用いることができる。第一金属層４２とセラミックス基板１０との熱伸縮差を緩衝するためには、第二金属層４１として純アルミニウムを用いるのが好ましい。

【0032】

第一金属層４２は、例えば純度９９．９６質量％以上の銅（無酸素銅）や純度９９．９０質量％以上の銅（タフピッチ銅）が好適である。

【0033】

これら第二金属層４１及び第一金属層４２の厚さは限定されないが、例えば、第二金属層４１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、第一金属層４２が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とされる。回路層２０と放熱層３０とで同じ厚さの第二金属層４１と第一金属層４２とを用いてもよいし、異なる厚さの組み合わせとしてもよい。図示例では、回路層２０と放熱層３０とで区別することなく、第二金属層４１、第一金属層４２として、同一符号を付している。

【0034】

このように構成されるパワーモジュール用基板１の製造方法について説明する。

【0035】

まず、図２に示すように、セラミックス基板１０の両面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板４１ａをろう材５０を介して積層し、その積層体を加圧加熱することにより、セラミックス基板１０と第二金属板４１ａとを接合して、セラミックス基板１０の両面に第二金属層４１を形成する（第一接合工程）。

【0036】

次いで、図３に示すように、その第二金属層４１の上に銅又は銅合金からなる第一金属板４２ａを積層し、その積層体を加圧加熱することにより、アルミニウムと銅とを固相拡散接合して、第二金属層４１の上に第一金属層４２を形成する（第二接合工程）。

【0037】

第一接合工程においては、第二金属板４１ａが本発明の第一板部材に相当し、セラミックス基板１０が本発明の第二板部材に相当する。一方、第二接合工程においては、第一金属板４２ａが本発明の第一板部材に相当し、セラミックス基板１０と前記セラミックス基板１０の一方の面に接合された第二金属板４１ａ（第二金属層４１）とが本発明の第二板部材に相当する。

【0038】

この製造方法において、第一接合工程における積層体及び第二接合工程における積層体を加圧するために、図４に示す加圧装置１１０が用いられる。以下では、第一接合工程における積層体（セラミックス基板１０と両第二金属板４１ａとからなる積層体）及び第二接合工程における積層体（両第二金属層４１が形成されたセラミックス基板１０と、第一金属板４２ａとからなる積層体）を区別することなく、積層体Ｓとして説明する。

【0039】

加圧装置１１０は、ベース板１１１と、ベース板１１１の上面の四隅に垂直に取り付けられたガイドポスト１１２と、これらガイドポスト１１２の上端部に固定された固定板１１３と、これらベース板１１１と固定板１１３との間で上下移動自在にガイドポスト１１２に支持された押圧板１１４と、固定板１１３と押圧板１１４との間に設けられて押圧板１１４を下方に付勢するばね等の付勢部１１５とを備えている。

【0040】

固定板１１３および押圧板１１４は、ベース板１１１に対して平行に配置されており、ベース板１１１と押圧板１１４との間に積層体Ｓが配設される。

【0041】

ベース板１１１及び押圧板１１４において、積層体Ｓと接する側に、加圧を均一にするためのスペーサー６０が配設される。

【0042】

各スペーサー６０は、本発明の第一押圧部材及び第二押圧部材に相当し、図５に示すように、グラファイトシート６１とカーボンシート６２と金属箔（第一金属箔または第二金属箔）６３とをこの順に積層した構造とされている。

【0043】

グラファイトシート６１は、クッション性を有する軟質のグラファイト材料により、鱗片状のグラファイト薄膜が雲母のように複数枚積層されて構成されたものであり、天然黒鉛を酸処理した後にシート状に成形してロール圧延してなる。このグラファイトシート６１は、かさ密度が０．５Ｍｇ／ｍ^３以上１．３Ｍｇ／ｍ^３以下で軟質である。例えば旭グラファイト株式会社製Ｔ－５（熱伝導率：７５．４Ｗ／ｍＫ、弾性率：１１．４ＧＰａ）や、東洋炭素工業株式会社製黒鉛シートＰＦ（圧縮率４７％、復元率１４％）などを用いることができる。

【0044】

カーボンシート６２は、耐熱性を有する硬質のカーボン材料により平板状に形成され、３０００℃程度の高温で焼成したものである。カーボンシート６２は、かさ密度が１．６Ｍｇ／ｍ^３以上１．９Ｍｇ／ｍ^３以下の比較的硬質で平滑な平面に構成される。例えば、旭グラファイト株式会社製Ｇ－３４７（熱伝導率：１１６Ｗ／ｍＫ、弾性率：１０．８ＧＰａ）を用いることができる。

【0045】

金属箔６３は、本発明の第一金属箔及び第二金属箔に相当し、積層体Ｓの表面と加熱時に反応しない材料からなる。積層体Ｓの両面に配置された第一金属板４２ａが銅又は銅合金からなる場合、金属箔６３を銅又は銅合金、或いはステンレスとすることが望ましい。なお、反応しない材料とは、接合温度から常温まで冷却した際に剥がれることがなく、かつ、金属箔と積層体表面との金属間化合物が形成されていない材料を示す。

【0046】

このスペーサー６０の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、グラファイトシート６１が０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、カーボンシート６２が０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、金属箔６３が０．００５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下とされる。

【0047】

金属箔６３は、前述したように積層体Ｓの表面（この場合は銅）と加熱時に反応しない材料であれば適宜の金属を選択できるが、ヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積が、０．６以上１００以下になるように設定される。その積が０．６未満では、金属箔６３が破れ、積層体Ｓの表面にカーボンが付着し、１００を超えると、積層体Ｓの表面形状への追従性が損なわれ、接合不良が生じるからである。

【0048】

なお、ヤング率（ＧＰａ）及び厚さは、常温（２５℃）での値である。

【0049】

なお、本実施形態ではカーボンシート６２を用いるが、これに限らず、硬質で加熱時に変形しないものであればよく、例えば、セラミックスシート等を用いてもよい。セラミックスシートは、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナなどの各種セラミックスをシート状にした焼結体である。具体的には、例えば、ＭＡＲＵＷＡ社製Ａｌ_２Ｏ_３セラミックス焼結体シートが挙げられる。セラミックスシートを用いる場合の厚さは、０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。

【0050】

以下、この加圧装置１１０を用いた第一接合工程、第二接合工程を順に説明する。

【0051】

（第一接合工程）
図２に示すように、セラミックス基板１０の両面に、それぞれろう材５０を介して、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板４１ａを積層して積層体Ｓを形成する。ろう材５０としては、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｇｅ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系又はＡｌ－Ｍｎ系等の合金が使用される。

【0052】

積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧して、加圧装置１１０ごと真空雰囲気下で加熱することにより、第二金属板４１ａをセラミックス基板１０に接合して、セラミックス基板１０の両面に第二金属層４１を形成する。この場合、積層体Ｓの表面がアルミニウム又はアルミニウム合金であるので、金属箔６３にはアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔、あるいはステンレス箔が用いられる。

【0053】

このときの加圧力としては、例えば０．１ＭＰａ以上３．４ＭＰａ以下、接合温度としては６００℃以上６５５℃以下、加熱時間としては１５分以上１２０分以下とされる。

【0054】

（第二接合工程）
図３に示すように、セラミックス基板１０の両面に形成された第二金属層４１の上に、それぞれ銅又は銅合金からなる第一金属板４２ａを積層して積層体Ｓを形成する。

【0055】

積層体Ｓを図４に示す加圧装置１１０を用いて積層方向に加圧した状態で、加圧装置１１０ごと真空雰囲気下で加熱して、第二金属層４１に対して第一金属板４２ａをそれぞれ固相拡散接合することにより、第二金属層４１の上に第一金属層４２を形成する。この場合、積層体Ｓの表面が銅又は銅合金であるので、金属箔６３には銅箔または銅合金箔、あるいはステンレス箔が用いられる。

【0056】

ステンレス箔としては、例えば、ＳＵＳ３０４の箔材を用いることができる。また、チタンやニッケルの箔材を用いることもできる。この場合、純度として９９％以上のチタンやニッケルの箔材を用いることが好ましい。

【0057】

この場合の加圧力としては、例えば０．３ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下、加熱温度としては４００℃以上５４８℃未満とされる。この加圧及び加熱状態を５分以上２４０分以下保持することにより、第二金属層４１と第一金属板４２ａとが固相拡散接合され、第二金属層４１の上に第一金属層４２が形成される。

【0058】

前述したように、この実施形態の加圧装置１１０では、第二金属層４１の上に第一金属板４２ａを積層状態とした積層体Ｓとベース板１１１及び押圧板１１４との間にスペーサー６０を介在させ、このスペーサー６０の積層体Ｓとの接触面側に金属箔６３を配置している。

【0059】

この金属箔６３は、延性材料であるため、積層体Ｓの表面に凹凸が生じている場合やその平面度が低い場合にも、金属箔６３がその表面形状に追従するように変形する。しかも、金属箔６３のヤング率（ＧＰａ）と厚さ（ｍｍ）との積を０．６以上１００以下に設定しているので、前述したように変形能に優れている。

【0060】

このため、積層体Ｓの全面に均一な加圧力を付与して、全面を均等に接合できる。また、カーボンシートのような脆性材料ではないため、加圧によって破損することはなく、かつ積層体Ｓの表面に設けられている第一金属板４２ａとも反応しない材料であるため、第一金属板４２ａに付着することもない。

【0061】

以上により、このスペーサー６０を設けた加圧装置１１０を用いることにより、接合不良のない高品質のパワーモジュール用基板(絶縁回路基板)１を製造できる。

【0062】

本発明は上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0063】

例えば、本発明の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム層と銅層との二層構造からなる回路層を形成する場合に適用でき、セラミックス基板の他方の面に実施形態のように二層構造の放熱層を有しなくてもよい。この場合、セラミックス基板１０に接触するスペーサーは、金属箔６３を備えなくてもよい。

【0064】

上記実施形態では、積層体の表面が銅又は銅合金からなるものとしたが、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとしてもよく、その場合、スペーサーの金属箔をアルミニウム又はアルミニウム合金、或いはステンレスとすることが望ましい。

【0065】

本発明の製造方法は、銅又は銅合金からなる金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属板との接合だけでなく、ＡｌＳｉＣ複合材と銅又は銅合金との接合に適用してもよい。

【0066】

ＡｌＳｉＣ複合材は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる多孔体にアルミニウム（Ａｌ：純アルミニウム又はアルミニウム合金）を主成分とする金属を含浸して形成されたアルミニウムと炭化ケイ素の複合体であり、多孔体の表面にはアルミニウムの被覆層が形成される。

【0067】

このＡｌＳｉＣ複合材を用いる場合、図８に示すように、セラミックス基板１０の両面に形成された各第二金属層４１の上に、それぞれ銅又は銅合金からなる第一金属板４２ａを積層するとともに、一方の第一金属板４２ａに板状のＡｌＳｉＣ複合材７０を積層し、積層体を形成する。

【0068】

この積層体に対して、ＡｌＳｉＣ複合材７０の表面にスペーサー（第一押圧材）６０の金属箔（第一金属箔）６３を接触させるとともに、第一金属板４２ａの表面にスペーサー（第二押圧材）６０の金属箔（第二金属箔）６３を接触させた状態で、かつ、積層体を積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気下で加熱することにより、各第二金属層４１と第一金属板４２ａ、さらに第一金属板４２ａとＡｌＳｉＣ複合材７０とをそれぞれ同時に固相拡散接合できる。

【0069】

この場合、前述の実施形態で述べた方法によりセラミックス基板に第一金属層、第二金属層からなる回路層及び放熱層をそれぞれ形成し、その放熱層の第一金属層にＡｌＳｉＣ複合材をヒートシンクとして接合した絶縁回路基板とすることができる。

【0070】

すなわち、セラミックス基板の両面に第二金属層を形成しておき（第一接合工程により）、各第二金属層に各第一金属板をそれぞれ積層し、さらに一方の第一金属板にＡｌＳｉＣ複合材を積層して、これらの積層体を加圧加熱して固相拡散接合する（第二接合工程）とよい。

【0071】

その他、本発明は、パワーモジュール用基板の回路層および放熱層に限らず、液相及び固相で接合できる金属の組み合わせのものに適用することが可能であり、特に固相で接合できる金属の組み合わせのものに有効である。また、本発明は、金属板と金属板以外の板部材（例えば、セラミックス基板）との接合にも適用できる。

【実施例】

【0072】

本発明の効果を確認するために評価試験を実施した。この試験では、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる第二金属板と、銅又は銅合金からなる第一金属板とを積層して接合した。第二金属板としてはアルミニウム合金（Ａ６０６３）を用い、第一金属板としては純銅（Ｃ１０２０）を用いた。スペーサーに接する側の金属板を被着材とした。

【0073】

スペーサーは、グラファイトシート、カーボンシート又はセラミックスシート、金属箔の積層構造体とした。金属箔には、ステンレス鋼（ＳＵＳ）としてＳＵＳ３０４、銅（Ｃｕ）としてＣ１０２０、アルミニウム（Ａｌ）としてＡ６０６３のいずれかを用いた。これらのヤング率及び厚さは、それぞれ表１に示す通り（常温（２５℃）における数値）である。

【0074】

グラファイトシート（東洋炭素株式会社製ＰＦ－１００）及びカーボンシート（旭グラファイト株式会社製Ｇ－３４７）、セラミックスシート（ＭＡＲＵＷＡ社製Ａｌ_２Ｏ_３セラミックス焼結体シート）からなるスペーサーを用いたものも試験した。

【0075】

両金属板の積層体を加圧力１．０ＭＰａ、温度５００℃、保持時間３０分加圧加熱して、スペーサーの密着性、接合性（追従性）、及び表面への脱粒（異物の付着性）について評価した。

【0076】

（スペーサーの密着性の評価）
スペーサーの密着性については、接合後に常温まで冷却し、積層体から金属箔を人力で剥がすことができ、かつ、金属箔と積層体表面の断面をＳＥＭ観察し、金属箔と積層体表面に金属間化合物が生成されていない場合を「Ａ」と評価し、それ以外の場合を「Ｂ」と評価した。

【0077】

（接合性の評価）
接合性は、超音波探傷装置（日立パワーソリューションズ社製ＦＩＮＥＳＡＴ）を用いて、両金属層の界面を観察し、被接合面積を測定し、接合前における接合すべき面積（金属層の面積）から接合率を割り出し、接合率が９５％以上を「Ａ」、９５％未満を「Ｂ」とした。

【0078】

（表面への脱粒の評価）
接合後にスペーサーを被着材からはがし、２～３μｍのソフトエッチング後の被着材の表面をＳＥＭ－ＥＤＸで観察した時に、加圧面積に炭素成分又はセラミックス成分が付着していない場合を「Ａ」とし、被着材に金属箔の一部が残留していた場合を「Ｂ」とした。

【0079】

ソフトエッチングは、被着材の材質がＡｌであれば水酸化ナトリウム水溶液（濃度５質量％）を使用し、５０℃で２分の条件とした。被着材がＣｕであればＡＤＥＫＡ製ＣＬ－８（希釈率２０体積％）を使用し、常温（２５℃）で２分の条件とした。

【0080】

【表1】

【0081】

【表2】

【0082】

表１，２に示されるように、被着材と反応しない金属箔をスペーサーの表面に用い、金属箔のヤング率×厚さの積が０．６以上１００以下の試料Ｎｏ．８～２０では、被着材との接着がないことがわかる。具体的には、図６に示す試料Ｎｏ．８のＳＥＭ画像から、被着材表面に異物が付着していないことがわかる。一方、試料Ｎｏ．１では、図７に示すＳＥＭ画像から、被着材表面に異物が付着していることがわかる。

【0083】

試料Ｎｏ．４及び６では、金属箔のヤング率×厚さの積が大きすぎるため、接合不良が生じた。試料Ｎｏ．３及び５では、金属箔のヤング率×厚さの積が小さすぎるため、金属箔が破れ、その箇所から異物が観察された。

【0084】

試料Ｎｏ．７では、Ｃｕ／Ａｌ断面ＳＥＭ観察で金属間化合物が確認され、スペーサーが被着材と密着する不良が発生した。

【産業上の利用可能性】

【0085】

複数の異なる板部材の積層体を加熱状態で加圧して接合する際に、積層体に均一な加圧力を付与して良好な接合体を製造するとともに、積層体の表面に異物が付着することを抑制できる。

【符号の説明】

【0086】

１ パワーモジュール用基板（接合体）(絶縁回路基板)
１０ セラミックス基板（第二板部材）
２０ 回路層
３０ 放熱層
４１ 第二金属層（第二板部材）
４１ａ 第二金属板（第一板部材／第二板部材）
４２ 第一金属層
４２ａ 第一金属板（第一板部材）
５０ ろう材
６０ スペーサー（第一押圧部材及び第二押圧部材）
６１ グラファイトシート
６２ カーボンシート
６３ 金属箔（第一金属箔及び第二金属箔）
７０ ＡｌＳｉＣ複合材
１１０ 加圧装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】