JP2016152241A - Method of manufacturing insulation substrate - Google Patents

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南　和彦
Kazuhiko Minami
和彦 南
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulation substrate having high heat conduction characteristics and a high degree of design freedom with respect to a thermal cycle load and also to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: A method of manufacturing an insulation substrate 20A includes: a blazing step of joining a wiring layer 1 and an insulation layer 2 in a laminar form by blazing. The wiring layer 1 is made of aluminum and a carbon material. A first Ni plating layer 11 is formed on a surface 1a to be joined with the insulation layer 2 of the wiring layer 1 before the blazing step. In the blazing step, the wiring layer 1 and the insulation layer 2 are joined to each other by blazing in a state where a first aluminum brazing material layer 6 is interposed between the first Ni plating layer 11 of the wiring layer 1 and the insulation layer 2.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

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関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an insulating substrate on which a heat generating element such as an electronic element is mounted, and the insulating substrate.

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との双方を含む意味で用いられる。   In the present specification and claims, the term “aluminum” is used to include both pure aluminum and aluminum alloys, unless otherwise specified.

また、本明細書及び特許請求の範囲では、「板」の語は、特に明示する場合を除き、「箔」をも含む意味で用いられる。   In the present specification and claims, the term “plate” is used to include “foil” unless otherwise specified.

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、絶縁基板の構成を理解し易くするため、本明細書及び特許請求の範囲では、絶縁基板における発熱性素子が搭載される面側を上側、その反対側を下側と定義する。   In addition, although the vertical direction of the insulating substrate according to the present invention is not limited, in order to facilitate understanding of the configuration of the insulating substrate, in the present specification and claims, a heat generating element in the insulating substrate is mounted. The surface side is defined as the upper side and the opposite side is defined as the lower side.

金属と炭素材との複合材として、例えば特許文献１（特許第５１５０９０５号公報）や特許文献２（特許第５１４５５９１号公報）に記載されているように、アルミニウム層等の金属層と炭素材層としての炭素繊維層とが交互に複数積層されて接合一体化されたものが知られている。この種の複合材は、高い熱伝導特性が必要な部材用の材料としての利用が期待されている。   As a composite material of a metal and a carbon material, for example, as described in Patent Document 1 (Patent No. 5150905) and Patent Document 2 (Patent No. 5145591), a metal layer such as an aluminum layer and a carbon material layer A plurality of carbon fiber layers are alternately stacked and joined together. This type of composite material is expected to be used as a material for members that require high heat conduction characteristics.

ところで、発熱性素子が搭載される絶縁基板は、複数の構成層（例：配線層、絶縁層、緩衝層）を備えるとともに、これらの層が積層状に接合一体化されている。絶縁層はセラミック等で形成される。配線層の外面の一部（例えば配線層の上面）は、発熱性素子がはんだ付けにより接合されて搭載される搭載予定面となる。   By the way, the insulating substrate on which the heat generating element is mounted includes a plurality of constituent layers (for example, a wiring layer, an insulating layer, and a buffer layer), and these layers are joined and integrated in a laminated form. The insulating layer is made of ceramic or the like. A part of the outer surface of the wiring layer (for example, the upper surface of the wiring layer) serves as a mounting surface on which the heat-generating element is mounted by soldering.

特開第５１５０９０５号公報Japanese Patent No. 5150905 特開第５１４５５９１号公報Japanese Patent No. 5145591

上述の絶縁基板は一般に高い熱伝導特性（即ち高い熱伝導率）が要求される。そこで、絶縁基板の構成層として例えば配線層を上述の複合材で形成することにより、絶縁基板の熱伝導性を高くすることが考えられる。   In general, the above-described insulating substrate is required to have high thermal conductivity (that is, high thermal conductivity). Therefore, it is conceivable to increase the thermal conductivity of the insulating substrate by forming, for example, a wiring layer of the above-described composite material as a constituent layer of the insulating substrate.

しかしこの場合、配線層の絶縁層との接合予定面に露出する、配線層に含まれる炭素材の露出量が多すぎると、炭素材と絶縁層をろう付けにより強固に接合することが困難であるので、配線層と絶縁層との接合強度を更に高め、設計の自由度を高くすることが難しい。さらに、炭素材を含んだ配線層の線膨張係数が絶縁層の線膨張係数よりも大きい場合に、絶縁基板に冷熱サイクルが負荷された時に両層間の線膨張係数の差に起因して発生した熱応力により、配線層と絶縁層との間に剥離が発生したり配線層や絶縁層への応力が高くなるなど、冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を高くすることが難しくなる虞がある。   However, in this case, if the exposed amount of the carbon material contained in the wiring layer exposed on the surface of the wiring layer to be bonded to the insulating layer is too large, it is difficult to firmly bond the carbon material and the insulating layer by brazing. Therefore, it is difficult to further increase the bonding strength between the wiring layer and the insulating layer and increase the degree of design freedom. Furthermore, when the linear expansion coefficient of the wiring layer containing the carbon material is larger than the linear expansion coefficient of the insulating layer, it occurred due to the difference in the linear expansion coefficient between the two layers when the thermal cycle was loaded on the insulating substrate. Due to the thermal stress, there is a risk that peeling between the wiring layer and the insulating layer may occur or stress on the wiring layer or the insulating layer may be increased, making it difficult to increase the degree of design freedom with respect to the thermal cycle load.

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、高い熱伝導特性と、冷熱サイクル負荷に対する高い設計の自由度とを有する絶縁基板の製造方法及び絶縁基板を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object thereof is to provide an insulating substrate manufacturing method and an insulating substrate having high heat conduction characteristics and high design freedom with respect to a thermal cycle load. It is in.

本発明は以下の手段を提供する。   The present invention provides the following means.

［１］ 配線層と絶縁層を積層状にろう付けにより接合するろう付け工程を備え、
前記配線層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、且つ、前記ろう付け工程前の前記配線層の前記絶縁層との第１接合予定面に第１Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に第１アルミニウム系ろう材層が介在した状態で前記配線層と前記絶縁層をろう付けにより接合する、絶縁基板の製造方法。 [1] A brazing process for joining a wiring layer and an insulating layer in a laminated form by brazing,
The wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material, and a first Ni plating layer is formed on a first bonding scheduled surface of the wiring layer with the insulating layer before the brazing step,
In the brazing step, the wiring layer and the insulating layer are joined by brazing in a state where the first aluminum-based brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer. A method for manufacturing a substrate.

［２］ 前記配線層の外面は、前記第１接合予定面と、発熱性素子がはんだ付けにより接合されて搭載される搭載予定面とを含んでおり、
前記Ｎｉめっき層は、前記ろう付け工程前の前記配線層の外面全面に形成されている前項１記載の絶縁基板の製造方法。 [2] The outer surface of the wiring layer includes the first planned bonding surface and the planned mounting surface on which the heat generating element is bonded and mounted.
2. The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein the Ni plating layer is formed on the entire outer surface of the wiring layer before the brazing step.

［３］ 前記ろう付け工程では、前記配線層と前記絶縁層との接合界面及びその近傍からなる領域に、前記第１Ｎｉめっき層の構成元素の少なくともＮｉと前記第１ろう材層の構成元素の少なくともＡｌとが化合したＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物が形成されるように、前記配線層と前記絶縁層をろう付けにより接合する前項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。   [3] In the brazing step, at least Ni of the constituent elements of the first Ni plating layer and constituent elements of the first brazing material layer are formed in a region formed by the junction interface between the wiring layer and the insulating layer and its vicinity. 3. The method for manufacturing an insulating substrate according to item 1 or 2, wherein the wiring layer and the insulating layer are joined by brazing so that an Al—Ni intermetallic compound combined with at least Al is formed.

［４］ 前記第１ろう材層のアルミニウム系ろう材は、Ｍｇ、Ｂｉ及びＳｒからなる群より選択される少なくとも一つの元素が添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材である前項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   [4] The aluminum brazing material of the first brazing material layer is an Al—Si brazing material to which at least one element selected from the group consisting of Mg, Bi, and Sr is added. A method for producing an insulating substrate according to claim 1.

［５］ 前記配線層の前記第１接合予定面に形成された前記第１Ｎｉめっき層の厚さが１５μｍ以下である前項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   [5] The method for manufacturing an insulating substrate according to any one of items 1 to 4, wherein a thickness of the first Ni plating layer formed on the first bonding planned surface of the wiring layer is 15 μm or less.

［６］ 前記第１ろう材層の厚さが５μｍ以上１００μｍ以下である前項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   [6] The method for manufacturing an insulating substrate according to any one of 1 to 5 above, wherein the thickness of the first brazing filler metal layer is 5 μm or more and 100 μm or less.

［７］ 前記配線層の前記第１接合予定面に形成された前記第１Ｎｉめっき層の厚さをＸ１、前記第１ろう材層の厚さをＹ１とするとき、Ｘ１とＹ１は、
０．０５≦Ｘ１／Ｙ１≦０．５
の関係を満足している前項１〜６のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。 [7] When the thickness of the first Ni plating layer formed on the first bonding planned surface of the wiring layer is X1, and the thickness of the first brazing material layer is Y1, X1 and Y1 are:
0.05 ≦ X1 / Y1 ≦ 0.5
7. The method for manufacturing an insulating substrate according to any one of items 1 to 6, which satisfies the above relationship.

［８］ 前記ろう付け工程は、前記配線層と、前記絶縁層と、前記絶縁層の前記配線層配置側とは反対側に配置される緩衝層と、を積層状にろう付けにより一括して接合するものであり、
前記緩衝層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、且つ、前記ろう付け工程前の前記緩衝層の前記絶縁層との第２接合予定面に第２Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に前記第１ろう材層が介在し且つ前記絶縁層と前記緩衝層の前記第２Ｎｉめっき層との間に第２アルミニウム系ろう材層が介在した状態で、前記配線層と前記絶縁層と前記緩衝層とをろう付けにより一括して接合する、前項１〜７のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。 [8] In the brazing step, the wiring layer, the insulating layer, and the buffer layer disposed on the opposite side of the insulating layer from the wiring layer arrangement side are collectively laminated by brazing. Is to join
The buffer layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material, and a second Ni plating layer is formed on a second bonding planned surface with the insulating layer of the buffer layer before the brazing step,
In the brazing step, the first brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer, and between the insulating layer and the second Ni plating layer of the buffer layer. 8. The method for manufacturing an insulating substrate according to any one of 1 to 7 above, wherein the wiring layer, the insulating layer, and the buffer layer are joined together by brazing in a state where the second aluminum brazing material layer is interposed. .

［９］ 前記ろう付け工程は、前記配線層と、前記絶縁層と、前記緩衝層と、前記緩衝層の前記絶縁層配置側とは反対側に配置される金属製冷却部材と、を積層状にろう付けにより一括して接合するものであり、
前記ろう付け工程前の前記緩衝層の前記冷却部材との第３接合予定面に第３Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に前記第１ろう材層が介在し且つ前記絶縁層と前記緩衝層の前記第２Ｎｉめっき層との間に前記第２ろう材層が介在し且つ前記緩衝層の前記第３Ｎｉめっき層と前記冷却部材との間に第３アルミニウム系ろう材層が介在した状態で、前記配線層と前記絶縁層と前記緩衝層と前記冷却部材とをろう付けにより一括して接合する、前項８記載の絶縁基板の製造方法。 [9] In the brazing step, the wiring layer, the insulating layer, the buffer layer, and a metal cooling member disposed on the opposite side of the buffer layer from the insulating layer disposed side are laminated. Are joined together by brazing,
A third Ni plating layer is formed on a third bonding planned surface of the buffer layer before the brazing step and the cooling member;
In the brazing step, the first brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer, and between the insulating layer and the second Ni plating layer of the buffer layer. The wiring layer, the insulating layer, and the buffer with the second brazing filler metal layer interposed and a third aluminum brazing filler metal layer interposed between the third Ni plating layer and the cooling member of the buffer layer. 9. The method for manufacturing an insulating substrate according to item 8, wherein the layer and the cooling member are joined together by brazing.

［１０］ 前項１〜９のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により得られた絶縁基板。   [10] An insulating substrate obtained by the method for manufacturing an insulating substrate according to any one of 1 to 9 above.

［１１］ 配線層と絶縁層を具備するとともに、前記配線層と前記絶縁層が積層状にろう付けにより接合されており、
前記配線層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、
前記配線層と前記絶縁層との接合界面及びその近傍からなる領域にＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物が存在している、絶縁基板。 [11] The wiring layer and the insulating layer are provided, and the wiring layer and the insulating layer are joined in a laminated form by brazing,
The wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material,
An insulating substrate in which an Al—Ni-based intermetallic compound is present in a region consisting of a bonding interface between the wiring layer and the insulating layer and the vicinity thereof.

本発明は以下の効果を奏する。   The present invention has the following effects.

前項［１］によれば、配線層がアルミニウムと炭素材との複合材からなることにより、高い熱伝導特性を有する絶縁基板を得ることができる。   According to the preceding item [1], an insulating substrate having high heat conduction characteristics can be obtained because the wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material.

さらに、配線層の第１接合予定面に第１Ｎｉめっき層が形成されることにより、配線層がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも配線層と絶縁層をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板について冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を高めることができる。   Further, by forming the first Ni plating layer on the first bonding planned surface of the wiring layer, the wiring layer and the insulating layer are firmly bonded by brazing even when the wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material. be able to. Thereby, the freedom degree of the design with respect to a thermal cycle load can be raised about an insulated substrate.

前項［２］では、第１Ｎｉめっき層が配線層の外面全面に形成されていることにより、配線層の外面への第１Ｎｉめっき層の形成を容易に行うことができるし、更に、配線層の搭載予定面にもＮｉめっき層が形成されるので、搭載予定面におけるはんだ付け性が向上する。したがって、発熱性素子を搭載予定面にはんだ付けにより接合する際に搭載予定面にはんだ付け性を向上させるための処理をわざわざ施さなくても、発熱性素子を搭載予定面に強固に接合することができる。   In the previous item [2], since the first Ni plating layer is formed on the entire outer surface of the wiring layer, it is possible to easily form the first Ni plating layer on the outer surface of the wiring layer. Since the Ni plating layer is also formed on the mounting surface, the solderability on the mounting surface is improved. Therefore, when the exothermic element is joined to the surface to be mounted by soldering, the exothermic element should be firmly bonded to the surface to be mounted without any special treatment for improving the solderability on the surface to be mounted. Can do.

前項［３］では、配線層と絶縁層との接合界面及びその近傍からなる領域にＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物が形成されることにより、冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を確実に高めることができる。   In the previous item [3], the Al-Ni intermetallic compound is formed in the region composed of the junction interface between the wiring layer and the insulating layer and the vicinity thereof, thereby reliably increasing the degree of freedom in design with respect to the thermal cycle load. it can.

前項［４］では、第１ろう材層のアルミニウム系ろう材がＡｌ−Ｓｉ系ろう材であることにより、ろう材の炭素材との濡れ性及びろう付け性を確実に向上させることができる。さらに、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にＭｇが添加されることにより、ろう付けを例えば真空ろう付けで行う場合でも配線層と絶縁層を確実に強固に接合することができる。さらに、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にＢｉやＳｒが添加されることにより、ろう材の流動性が向上し、これにより配線層と絶縁層を確実に強固に接合することができる。   In the preceding item [4], since the aluminum brazing material of the first brazing material layer is an Al—Si brazing material, the wettability and brazing performance of the brazing material with the carbon material can be improved with certainty. Furthermore, by adding Mg to the Al—Si brazing material, the wiring layer and the insulating layer can be reliably bonded even when brazing is performed by, for example, vacuum brazing. Furthermore, by adding Bi or Sr to the Al—Si brazing material, the fluidity of the brazing material is improved, and thereby the wiring layer and the insulating layer can be securely bonded firmly.

前項［５］では、第１Ｎｉめっき層の厚さが所定厚さ以下であることにより、粗大な金属間化合物の形成を抑制し得て、配線層と絶縁層を確実に強固に接合することができる。   In the preceding item [5], when the thickness of the first Ni plating layer is equal to or less than the predetermined thickness, formation of a coarse intermetallic compound can be suppressed, and the wiring layer and the insulating layer can be securely and firmly bonded. it can.

前項［６］では、第１ろう材層の厚さが所定範囲であることにより、配線層と絶縁層を確実に強固に接合することができる。   In the preceding item [6], when the thickness of the first brazing material layer is within a predetermined range, the wiring layer and the insulating layer can be reliably bonded firmly.

前項［７］では、第１Ｎｉめっき層の厚さＸ１と第１ろう材層の厚さＹ１とが所定の関係を満足していることにより、配線層と絶縁層を確実に強固に接合することができるし、更に、絶縁基板への冷熱サイクル負荷時に発生する熱応力が確実に緩和されて、冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を確実に向上させることができる。   In the preceding item [7], the wiring layer and the insulating layer are securely and securely bonded by satisfying the predetermined relationship between the thickness X1 of the first Ni plating layer and the thickness Y1 of the first brazing material layer. In addition, the thermal stress generated during the thermal cycle load on the insulating substrate is surely relieved, and the degree of freedom in design with respect to the thermal cycle load can be improved with certainty.

前項［８］では、緩衝層がアルミニウムと炭素材との複合材からなることにより、絶縁基板の熱伝導特性を更に向上させることができる。   In the previous item [8], since the buffer layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material, the heat conduction characteristics of the insulating substrate can be further improved.

さらに、緩衝層の第２接合予定面に第２Ｎｉめっき層が形成されることにより、緩衝層がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも絶縁層と緩衝層をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板について冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に高めることができる。   Furthermore, by forming the second Ni plating layer on the second bonding planned surface of the buffer layer, even when the buffer layer is made of a composite material of aluminum and carbon, the insulating layer and the buffer layer are firmly bonded by brazing. be able to. Thereby, the freedom degree of the design with respect to a thermal cycle load about an insulated substrate can further be raised.

さらに、配線層と絶縁層と緩衝層とをろう付けにより一括して接合することにより、配線層と絶縁層との接合と、絶縁層と緩衝層との接合とを同時に行うことができる。これにより、絶縁基板の製造に要する時間を短縮することができる。   Further, the wiring layer, the insulating layer, and the buffer layer are bonded together by brazing, whereby the wiring layer and the insulating layer can be bonded together and the insulating layer and the buffer layer can be bonded simultaneously. Thereby, the time required for manufacturing the insulating substrate can be shortened.

前項［９］では、緩衝層の第３接合予定面に第３Ｎｉめっき層が形成されることにより、緩衝層がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも緩衝層と冷却部材をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板について冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に一層高めることができる。   In the preceding item [9], the third Ni plating layer is formed on the third bonding planned surface of the buffer layer, so that the buffer layer and the cooling member are brazed even when the buffer layer is made of a composite material of aluminum and carbon. It can be firmly joined. Thereby, the freedom degree of the design with respect to a thermal cycle load about an insulated substrate can further be raised.

さらに、配線層と絶縁層と緩衝層と冷却部材とをろう付けにより一括して接合することにより、配線層と絶縁層との接合と、絶縁層と緩衝層との接合と、緩衝層と冷却部材との接合とを同時に行うことができる。これにより、絶縁基板の製造に要する時間を大幅に短縮することができる。   Furthermore, the wiring layer, the insulating layer, the buffer layer, and the cooling member are bonded together by brazing, thereby bonding the wiring layer and the insulating layer, bonding the insulating layer and the buffer layer, and cooling the buffer layer and the cooling layer. Bonding with the member can be performed simultaneously. Thereby, the time required for manufacturing the insulating substrate can be significantly shortened.

前項［１０］では、高い熱伝導特性と冷熱サイクル負荷に対する高い設計の自由度とを有する絶縁基板を提供できる。   In the preceding item [10], it is possible to provide an insulating substrate having high heat conduction characteristics and a high degree of design freedom with respect to a cooling cycle load.

前項［１１］では、高い熱伝導特性と冷熱サイクル負荷に対する高い設計の自由度とを有する絶縁基板を提供できる。   In the previous item [11], it is possible to provide an insulating substrate having high heat conduction characteristics and a high degree of design freedom with respect to a cooling cycle load.

図１は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an insulating substrate according to the first embodiment of the present invention. 図２Ａは、図１中のＺ１部分の概略拡大図である。FIG. 2A is a schematic enlarged view of a portion Z1 in FIG. 図２Ｂは、図１中のＺ２部分の概略拡大図である。2B is a schematic enlarged view of a Z2 portion in FIG. 図２Ｃは、図１中のＺ３部分の概略拡大図である。FIG. 2C is a schematic enlarged view of a portion Z3 in FIG. 図３は、同絶縁基板の製造方法のろう付け工程を説明する概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a brazing process of the method for manufacturing the insulating substrate. 図４Ａは、図３中のＺ４部分の概略断面図である。4A is a schematic cross-sectional view of a Z4 portion in FIG. 図４Ｂは、図３中のＺ５部分の概略断面図である。FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the Z5 portion in FIG. 図４Ｃは、図３中のＺ６部分の概略断面図である。4C is a schematic cross-sectional view of the Z6 portion in FIG. 図５は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板の概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an insulating substrate according to the second embodiment of the present invention. 図６は、同絶縁基板の製造方法のろう付け工程を説明する概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a brazing process of the method for manufacturing the insulating substrate. 図７は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板の製造方法のろう付け工程を説明する概略断面図である。FIG. 7: is a schematic sectional drawing explaining the brazing process of the manufacturing method of the insulated substrate which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

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。   Next, several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１〜４Ｃは、本発明の第１実施形態を説明する図である。   1-4C is a figure explaining 1st Embodiment of this invention.

図１に示すように、本第１実施形態の絶縁基板２０Ａは、電子モジュール用基板（例：パワーモジュール用基板）等として用いられるものであり、積層状に一体化された複数の層１〜４を具備している。具体的には、上から順に、配線層１、絶縁層２、緩衝層３、及び、冷却層としての板状の金属製冷却部材４が水平に且つ積層状に配置されるとともに、これらがろう付けにより接合一体化されることで絶縁基板２０Ａが形成されている。なお、本第１実施形態の絶縁基板２０Ａは冷却部材（冷却層）４を備えていることから、冷却基板とも呼ばれている。   As shown in FIG. 1, the insulating substrate 20 </ b> A of the first embodiment is used as an electronic module substrate (e.g., a power module substrate) or the like, and includes a plurality of layers 1 to 1 integrated in a laminated shape. 4 is provided. Specifically, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the plate-shaped metal cooling member 4 as a cooling layer are arranged in a horizontal and laminated form in order from the top, and these are brazed. The insulating substrate 20A is formed by joining and integrating. In addition, since the insulating substrate 20A of the first embodiment includes the cooling member (cooling layer) 4, it is also called a cooling substrate.

絶縁基板２０Ａにおいて配線層１は電子回路が形成される層であり、回路層とも呼ばれている。配線層１の外面のうち上面は、電子素子（例：パワーモジュールチップ）等の発熱性素子（二点鎖線で示す）２１がはんだ付けにより接合されて搭載される搭載予定面１ｂである。換言すると、発熱性素子２１は配線層１の搭載予定面１ｂにはんだ付けにより接合されて搭載される。配線層１の詳細な構成については後述する。   In the insulating substrate 20A, the wiring layer 1 is a layer on which an electronic circuit is formed, and is also called a circuit layer. The upper surface of the outer surface of the wiring layer 1 is a planned mounting surface 1b on which a heat generating element (indicated by a two-dot chain line) 21 such as an electronic element (eg, a power module chip) is bonded and mounted. In other words, the heat generating element 21 is mounted on the planned mounting surface 1b of the wiring layer 1 by soldering. A detailed configuration of the wiring layer 1 will be described later.

絶縁層２は、電気絶縁性を有しており、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミック板で形成されている。 The insulating layer 2 has electrical insulation, and is formed of a ceramic plate such as AlN (aluminum nitride), Si 3 N 4 (silicon nitride), Al 2 O 3 (alumina).

緩衝層３は、絶縁基板２０Ａに発生する熱応力を緩和するための層であり、熱応力の緩和作用を増大させるための厚さ方向に貫通した複数の貫通孔３ｚを有している。各貫通孔３ｚは、緩衝層３への穿孔により形成されたものである。緩衝層３の詳細な構成については後述する。   The buffer layer 3 is a layer for relaxing thermal stress generated in the insulating substrate 20A, and has a plurality of through holes 3z penetrating in the thickness direction for increasing thermal stress relaxation action. Each through-hole 3z is formed by perforating the buffer layer 3. The detailed configuration of the buffer layer 3 will be described later.

冷却部材４は、発熱性素子２１を冷却するものであり、例えばアルミニウム製である。本第１実施形態では、冷却部材４として、冷却流体（例：冷却液）が流通する一つ又は複数の流通路（例：流通孔）４ａを有する冷却器が用いられている。なお本発明では、冷却部材４として、冷却器の他に例えば放熱部材が用いられていても良い。   The cooling member 4 cools the exothermic element 21 and is made of, for example, aluminum. In the first embodiment, as the cooling member 4, a cooler having one or a plurality of flow passages (for example, flow holes) 4a through which a cooling fluid (for example, a cooling liquid) flows is used. In the present invention, for example, a heat radiating member may be used as the cooling member 4 in addition to the cooler.

配線層１は、絶縁層２の厚さ方向片側に配置されており、本第１実施形態では配線層１は絶縁層２の上側に配置されている。緩衝層３は、絶縁層２の配線層１配置側とは反対側に配置されており即ち絶縁層２の下側に配置されている。冷却部材４は、緩衝層３の絶縁層２配置側とは反対側に配置されており即ち緩衝層３の下側に配置されている。   The wiring layer 1 is arranged on one side of the insulating layer 2 in the thickness direction. In the first embodiment, the wiring layer 1 is arranged on the upper side of the insulating layer 2. The buffer layer 3 is arranged on the side opposite to the wiring layer 1 arrangement side of the insulating layer 2, that is, arranged on the lower side of the insulating layer 2. The cooling member 4 is disposed on the opposite side of the buffer layer 3 from the side on which the insulating layer 2 is disposed, that is, disposed below the buffer layer 3.

絶縁基板２０Ａでは、発熱性素子２１の動作に伴い発熱性素子２１に発生した熱は、発熱性素子２１から配線層１、絶縁層２、緩衝層３及び冷却部材４に順次伝導する。その結果、発熱性素子２１の温度が低下して発熱性素子２１が冷却される。したがって、発熱性素子２１を冷却する絶縁基板２０Ａの冷却性能を高めるためには、絶縁基板２０Ａはその厚さ方向（即ち積層方向）の熱伝導率がなるべく高い（大きい）方が望ましい。   In the insulating substrate 20 </ b> A, heat generated in the heat generating element 21 along with the operation of the heat generating element 21 is sequentially conducted from the heat generating element 21 to the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling member 4. As a result, the temperature of the heat generating element 21 is lowered and the heat generating element 21 is cooled. Therefore, in order to enhance the cooling performance of the insulating substrate 20A that cools the heat-generating element 21, it is desirable that the insulating substrate 20A has as high (large) thermal conductivity as possible in the thickness direction (that is, the stacking direction).

次に、本第１実施形態の絶縁基板２０Ａの製造方法について図３及び図４Ａ〜４Ｃを参照して以下に説明する。   Next, a method for manufacturing the insulating substrate 20A of the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4A to 4C.

本第１実施形態の絶縁基板２０Ａの製造方法は、ろう付け工程等を備えている。   The manufacturing method of the insulating substrate 20A of the first embodiment includes a brazing process and the like.

ろう付け工程は、絶縁基板２０Ａを構成する全ての層のうち少なくとも配線層１と絶縁層２を積層状にろう付けにより接合する工程である。詳述すると、本第１実施形態のろう付け工程では、配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とが積層状にろう付けにより一括して接合される。   The brazing process is a process of joining at least the wiring layer 1 and the insulating layer 2 among all the layers constituting the insulating substrate 20A by brazing. More specifically, in the brazing process of the first embodiment, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling member 4 are joined together in a laminated manner by brazing.

図３に示すように、配線層１及び緩衝層３は、それぞれ、アルミニウムと炭素材との複合材からなる。   As shown in FIG. 3, the wiring layer 1 and the buffer layer 3 are each made of a composite material of aluminum and a carbon material.

複合材はアルミニウムと炭素材との複合材であれば良く、アルミニウムと炭素材との複合形態は限定されるものではない。例えば、複合材は、アルミニウムマトリックス中に炭素材が分散した状態にアルミニウムと炭素材を含有していて良いし、図４Ａ〜４Ｃに示すようにアルミニウム領域９ａ、１９ａと炭素材領域９ｂ、１９ｂとに分かれた状態にアルミニウムと炭素材を含有していても良い。   The composite material may be a composite material of aluminum and carbon material, and the composite form of aluminum and carbon material is not limited. For example, the composite material may contain aluminum and a carbon material in a state where the carbon material is dispersed in an aluminum matrix, and as shown in FIGS. 4A to 4C, the aluminum regions 9a and 19a and the carbon material regions 9b and 19b Aluminum and a carbon material may be contained in a state divided into two.

さらに詳述すると、アルミニウムと炭素材との複合材として、溶湯撹拌法により得られた複合材、粉末焼結法により得られた複合材、塗工＋焼結法により得られた複合材、溶湯鍛造法により得られた複合材、粉末押出法により得られた複合材などが用いられる。   More specifically, as a composite material of aluminum and carbon material, a composite material obtained by a molten metal stirring method, a composite material obtained by a powder sintering method, a composite material obtained by a coating + sintering method, a molten metal A composite material obtained by a forging method, a composite material obtained by a powder extrusion method, or the like is used.

溶湯撹拌法とは、溶融したアルミニウム（即ちアルミニウム溶湯）に炭素材としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）を入れて撹拌混合し冷却凝固させる方法である。   The molten metal stirring method is a method in which carbon powder (for example, carbon fiber, carbon nanotube, graphene, graphite powder) as a carbon material is put into molten aluminum (that is, molten aluminum), and the mixture is stirred and mixed to be cooled and solidified.

粉末焼結法とは、アルミニウム粉末と炭素材としての炭素粉末とを混合して焼結する方法である。   The powder sintering method is a method in which aluminum powder and carbon powder as a carbon material are mixed and sintered.

塗工＋焼結法とは、アルミニウム箔上に炭素材としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）を塗工して得られた塗工アルミニウム箔を複数積層して焼結する方法である。   The coating + sintering method is a method of laminating a plurality of coated aluminum foils obtained by coating carbon powder (eg, carbon fiber, carbon nanotube, graphene, graphite powder) as a carbon material on an aluminum foil. It is a method of sintering.

溶湯鍛造法とは、空隙を有する炭素材としての炭素成形体（例：黒鉛成形体）内に溶融したアルミニウム（即ちアルミニウム溶湯）を押し込む方法である。   The molten metal forging method is a method of pushing molten aluminum (that is, molten aluminum) into a carbon molded body (eg, a graphite molded body) as a carbon material having voids.

粉末押出法とは、アルミニウム粉末と炭素材としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）とを混合して押出加工する方法である。   The powder extrusion method is a method in which aluminum powder and carbon powder as a carbon material (eg, carbon fiber, carbon nanotube, graphene, graphite powder) are mixed and extruded.

さらに、アルミニウムと炭素材との複合材として、例えば、上述の特許文献１及び２に開示されているような、アルミニウム層と炭素材層（例：炭素繊維層）とが交互に複数積層された状態で接合一体化された複合材が用いられる。   Furthermore, as a composite material of aluminum and a carbon material, for example, a plurality of aluminum layers and carbon material layers (for example, carbon fiber layers) are alternately stacked as disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above. A composite material joined and integrated in a state is used.

複合材において、アルミニウムの種類は限定されるものではなく、高純度アルミニウム（例：その純度３Ｎ、４Ｎ、５Ｎ）、ＪＩＳ（日本工業規格）のアルミニウム合金記号Ａ１０００系（純アルミニウム）、Ａ３０００系、Ａ６０００系などのアルミニウムが用いられる。   In the composite material, the type of aluminum is not limited, and high purity aluminum (e.g., its purity is 3N, 4N, 5N), JIS (Japanese Industrial Standard) aluminum alloy symbol A1000 series (pure aluminum), A3000 series, Aluminum such as A6000 series is used.

複合材において、炭素材の種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものであることが絶縁基板２０Ａの冷却性能を向上させ得る点等で望ましい。特に、炭素材は、炭素繊維（例：ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維）、カーボンナノチューブ（例：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）、グラフェン（例：単層グラフェン、多層グラフェン）、天然黒鉛（例：鱗片状黒鉛）及び人造黒鉛（例：異方性黒鉛、等方性黒鉛、熱分解黒鉛）からなる群より選択される少なくとも一種であることが望ましく、更には、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からなる群より選択される少なくとも一種であることがより望ましい。   In the composite material, the type of the carbon material is not limited, but it is desirable that the carbon material has as high a thermal conductivity as possible, that is, a material having a high thermal conductivity in terms of improving the cooling performance of the insulating substrate 20A. . In particular, carbon materials include carbon fibers (eg, pitch-based carbon fibers, PAN-based carbon fibers), carbon nanotubes (eg: single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, vapor-grown carbon fibers), graphene (eg: single-layer graphene) , Multilayer graphene), natural graphite (eg, scaly graphite) and artificial graphite (eg: anisotropic graphite, isotropic graphite, pyrolytic graphite), and preferably at least one selected from the group consisting of Is more preferably at least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, and natural graphite.

炭素材が炭素粉末等の炭素粒子である場合、炭素粒子は、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少なくとも一種であることが望ましく、更には、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少なくとも一種であることがより望ましい。   When the carbon material is carbon particles such as carbon powder, the carbon particles are preferably at least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, natural graphite particles, and artificial graphite particles, More desirably, it is at least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, and natural graphite particles.

炭素粒子の大きさは限定されるものではない。炭素粒子が炭素繊維である場合、平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子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。   The size of the carbon particles is not limited. When the carbon particles are carbon fibers, carbon fibers having an average fiber length of 10 μm or more and 2 mm or less are particularly preferably used. When the carbon particles are carbon nanotubes, carbon nanotubes having an average length of 1 μm or more and 10 μm or less are particularly preferably used. When the carbon particles are natural graphite particles and artificial graphite particles, natural graphite particles and artificial graphite particles having an average particle diameter of 10 μm or more and 3 mm or less are particularly preferably used.

配線層１の厚さは、配線層１として機能し得る厚さであれば限定されるものではなく、例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。   The thickness of the wiring layer 1 is not limited as long as it can function as the wiring layer 1, and is, for example, 0.1 mm or more and 2 mm or less.

緩衝層３の厚さは、緩衝層３として機能し得る厚さであれば限定されるものではなく、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下である。   The thickness of the buffer layer 3 is not limited as long as it can function as the buffer layer 3, and is, for example, 0.1 mm or more and 5 mm or less.

配線層１用の複合材の種類と緩衝層３用の複合材の種類とは同じであっても良いし、相異していても良い。   The type of the composite material for the wiring layer 1 and the type of the composite material for the buffer layer 3 may be the same or different.

図３に示すように、配線層１の外面のうち少なくとも絶縁層２との接合予定面１ａ（これを「第１接合予定面１ａ」という）、即ち配線層１の下面には、ろう付け工程を実行する前に、Ｎｉ（ニッケル）−Ｐ（リン）めっき層等のＮｉ（ニッケル）めっき層１１（これを「第１Ｎｉめっき層１１」という）が公知のＮｉめっき方法（例：電気Ｎｉめっき法、無電解Ｎｉめっき法）に従って予め形成される（図４Ａ参照）。   As shown in FIG. 3, a brazing process is performed on at least a planned bonding surface 1 a (referred to as “first bonding planned surface 1 a”) of at least the insulating layer 2 of the outer surface of the wiring layer 1, that is, the lower surface of the wiring layer 1. Is performed, a Ni (nickel) plating layer 11 such as a Ni (nickel) -P (phosphorus) plating layer (this is referred to as “first Ni plating layer 11”) is a known Ni plating method (eg, electric Ni plating). Method, electroless Ni plating method) (see FIG. 4A).

本第１実施形態では、配線層１の外面における第１Ｎｉめっき層１１の形成箇所は、配線層１の外面全体である。したがって、配線層１の第１接合予定面１ａと搭載予定面１ｂと外側周面とに第１Ｎｉめっき層１１が形成されている。さらに、第１Ｎｉめっき層１１の厚さは、配線層１の外面全体に亘って略均一である。   In the first embodiment, the formation location of the first Ni plating layer 11 on the outer surface of the wiring layer 1 is the entire outer surface of the wiring layer 1. Therefore, the 1st Ni plating layer 11 is formed in the 1st joining plan surface 1a of the wiring layer 1, the mounting plan surface 1b, and the outer peripheral surface. Furthermore, the thickness of the first Ni plating layer 11 is substantially uniform over the entire outer surface of the wiring layer 1.

緩衝層３の外面のうち絶縁層２との接合予定面３ａ（これを「第２接合予定面３ａ」という）、即ち緩衝層３の上面にも、ろう付け工程を実行する前に、Ｎｉ−Ｐめっき層等のＮｉめっき層１２（これを「第２Ｎｉめっき層１２」という）が公知のＮｉめっき方法に従って予め形成される（図４Ｂ参照）。   Before the brazing step is performed on the surface 3a to be bonded to the insulating layer 2 of the outer surface of the buffer layer 3 (referred to as “second surface 3a to be bonded”), that is, the upper surface of the buffer layer 3, Ni− A Ni plating layer 12 such as a P plating layer (referred to as “second Ni plating layer 12”) is formed in advance according to a known Ni plating method (see FIG. 4B).

さらに、緩衝層３の外面のうち冷却部材４との接合予定面３ｂ（これを「第３接合予定面３ｂ」という）、即ち緩衝層３の下面にも、ろう付け工程を実行する前に、Ｎｉ−Ｐめっき層等のＮｉめっき層１３（これを「第３Ｎｉめっき層１３」という）が公知のＮｉめっき方法に従って予め形成される（図４Ｃ参照）。   Furthermore, before executing the brazing step on the outer surface of the buffer layer 3 on the planned bonding surface 3b (referred to as "third bonding planned surface 3b") with the cooling member 4, that is, on the lower surface of the buffer layer 3, A Ni plating layer 13 such as a Ni—P plating layer (referred to as “third Ni plating layer 13”) is formed in advance according to a known Ni plating method (see FIG. 4C).

本第１実施形態では、緩衝層３の外面におけるＮｉめっき層（第２及び第３Ｎｉめっき層１２、１３）の形成箇所は、緩衝層３の外面全体である。したがって、緩衝層３の第２接合予定面３ａと第３接合予定面３ｂと外側周面とにＮｉめっき層（第２及び第３Ｎｉめっき層１２、１３）が形成されている。   In the first embodiment, the Ni plating layer (second and third Ni plating layers 12 and 13) is formed on the entire outer surface of the buffer layer 3 on the outer surface of the buffer layer 3. Therefore, Ni plating layers (second and third Ni plating layers 12 and 13) are formed on the second bonding planned surface 3a, the third bonding planned surface 3b, and the outer peripheral surface of the buffer layer 3.

次いで、第１Ｎｉめっき層１１が形成された配線層１と、絶縁層２と、第２及び第３Ｎｉめっき層１２、１３が形成された緩衝層３と、冷却部材４とを、この順に積層して積層体を形成する。この際に、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間にアルミニウム系ろう材層６（これを「第１アルミニウム系ろう材層６」という。）を挟み、且つ、絶縁層２と緩衝層３の第２Ｎｉめっき層１２との間にアルミニウム系ろう材層７（これを「第２アルミニウム系ろう材層７」という。）を挟み、且つ、緩衝層３の第３Ｎｉめっき層１３と冷却部材４との間にアルミニウム系ろう材層８（これを「第３アルミニウム系ろう材層８」という。）を挟む。これにより、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間に第１ろう材層６が介在し、且つ、絶縁層２と緩衝層３の第２Ｎｉめっき層１２との間に第２ろう材層７が介在し、且つ、緩衝層３の第３Ｎｉめっき層１３と冷却部材４との間に第３ろう材層８が介在する。そして、この状態の積層体にその積層方向にろう付け荷重を加えた状態で所定のろう付け雰囲気中にてろう付け熱を付与することにより、配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とを一括して接合一体化する。これにより、図１に示した絶縁基板２０Ａが得られる。   Next, the wiring layer 1 on which the first Ni plating layer 11 is formed, the insulating layer 2, the buffer layer 3 on which the second and third Ni plating layers 12 and 13 are formed, and the cooling member 4 are laminated in this order. To form a laminate. At this time, an aluminum brazing filler metal layer 6 (this is referred to as “first aluminum brazing filler metal layer 6”) is sandwiched between the first Ni plating layer 11 and the insulating layer 2 of the wiring layer 1, and the insulating layer. 2 and the second Ni plating layer 12 of the buffer layer 3, an aluminum brazing material layer 7 (this is referred to as “second aluminum brazing material layer 7”), and the third Ni plating layer of the buffer layer 3. An aluminum brazing filler metal layer 8 (referred to as “third aluminum brazing filler metal layer 8”) is sandwiched between 13 and the cooling member 4. Thus, the first brazing material layer 6 is interposed between the first Ni plating layer 11 of the wiring layer 1 and the insulating layer 2, and the second Ni plating layer 12 of the buffer layer 3 is interposed between the first Ni plating layer 12 and the insulating layer 2. The second brazing filler metal layer 7 is interposed, and the third brazing filler metal layer 8 is interposed between the third Ni plating layer 13 of the buffer layer 3 and the cooling member 4. Then, by applying brazing heat in a predetermined brazing atmosphere with a brazing load applied in the stacking direction to the laminated body in this state, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling The member 4 is joined and integrated together. Thereby, the insulating substrate 20A shown in FIG. 1 is obtained.

第１ろう材層６は、配線層１と絶縁層２を接合するためのものである。したがって、配線層１と絶縁層２は、両者１、２の間に介在された第１ろう材層６のろう材で接合される。本第１実施形態では、第１ろう材層６としてアルミニウム系ろう材箔が用いられている。   The first brazing material layer 6 is for joining the wiring layer 1 and the insulating layer 2. Therefore, the wiring layer 1 and the insulating layer 2 are joined by the brazing material of the first brazing material layer 6 interposed between the both. In the first embodiment, an aluminum-based brazing foil is used as the first brazing material layer 6.

第２ろう材層７は、絶縁層２と緩衝層３を接合するためのものである。したがって、絶縁層２と緩衝層３は、両者２、３の間に介在された第２ろう材層７のろう材で接合される。本第１実施形態では、第２ろう材層７としてアルミニウム系ろう材箔が用いられている。   The second brazing material layer 7 is for bonding the insulating layer 2 and the buffer layer 3 together. Therefore, the insulating layer 2 and the buffer layer 3 are joined by the brazing material of the second brazing material layer 7 interposed between the two and 3. In the first embodiment, an aluminum-based brazing material foil is used as the second brazing material layer 7.

第３ろう材層８は、緩衝層３と冷却部材４を接合するためのものである。したがって、緩衝層３と冷却部材４は、両者３、４の間に介在された第３ろう材層８のろう材で接合される。本第１実施形態では、第３ろう材層８としてアルミニウム系ろう材箔が用いられている。   The third brazing material layer 8 is for joining the buffer layer 3 and the cooling member 4 together. Therefore, the buffer layer 3 and the cooling member 4 are joined by the brazing material of the third brazing material layer 8 interposed between the both 3 and 4. In the first embodiment, an aluminum-based brazing material foil is used as the third brazing material layer 8.

第１〜第３ろう材層７〜８のそれぞれのろう材は、アルミニウム系ろう材であれば限定されるものではないが、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材であることが、ろう材の炭素材との濡れ性及びろう付け性を確実に向上させ得る点で望ましい。さらに、ろう材は、Ｍｇ、Ｂｉ及びＳｒからなる群より選択される少なくとも一つの元素が添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材であることが特に望ましい。その理由は次のとおりである。   The brazing filler metal of each of the first to third brazing filler metal layers 7 to 8 is not limited as long as it is an aluminum brazing filler metal. It is desirable in that the wettability and brazeability of the steel can be reliably improved. Furthermore, the brazing material is particularly preferably an Al—Si based brazing material to which at least one element selected from the group consisting of Mg, Bi and Sr is added. The reason is as follows.

すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にＭｇが添加されることにより、ろう付けを例えば真空ろう付けで行う場合でも、配線層１と絶縁層２、絶縁層２と緩衝層３、緩衝層３と冷却部材４を確実に強固に接合することができる。さらに、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材にＢｉやＳｒが添加されることにより、ろう材の流動性が向上し、これにより、配線層１と絶縁層２、絶縁層２と緩衝層３、緩衝層３と冷却部材４を確実に強固に接合することができる。   That is, by adding Mg to the Al—Si brazing material, even when brazing is performed by, for example, vacuum brazing, the wiring layer 1 and the insulating layer 2, the insulating layer 2 and the buffer layer 3, and the buffer layer 3 and the cooling are cooled. The member 4 can be securely and firmly joined. Furthermore, by adding Bi or Sr to the Al—Si brazing material, the fluidity of the brazing material is improved, whereby the wiring layer 1 and the insulating layer 2, the insulating layer 2 and the buffer layer 3, and the buffer layer 3. And the cooling member 4 can be securely and firmly joined.

Ｍｇの添加量は限定されるものではないが、Ｍｇの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して０．１質量％以上３質量％以下である。   Although the addition amount of Mg is not limited, the particularly desirable addition amount of Mg is 0.1 mass% or more and 3 mass% or less with respect to the whole brazing filler metal.

Ｂｉの添加量は限定されるものではないが、Ｂｉの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して０．０１質量％以上２質量％以下である。   The addition amount of Bi is not limited, but the particularly desirable addition amount of Bi is 0.01% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the entire brazing material.

Ｓｒの添加量は限定されるものではないが、Ｓｒの特に望ましい添加量は、ろう材全体に対して０．０００１質量％以上０．３質量％以下である。   Although the addition amount of Sr is not limited, the particularly desirable addition amount of Sr is 0.0001 mass% or more and 0.3 mass% or less with respect to the whole brazing filler metal.

ろう付け工程で適用されるろう付け手段及びろう付け条件は、これらの層１〜４を一括して接合可能なろう付け手段及びろう付け条件であれば限定されるものではなく、特に真空ろう付け等が好適に用いられる。   The brazing means and brazing conditions applied in the brazing process are not limited as long as the brazing means and brazing conditions can join these layers 1 to 4 together, and in particular vacuum brazing. Etc. are preferably used.

さらに、ろう付け工程では、配線層１と絶縁層２との接合界面及びその厚さ方向近傍からなる領域と、絶縁層２と緩衝層３との接合界面及びその厚さ方向近傍からなる領域と、緩衝層３と冷却部材４との接合界面及びその厚さ方向近傍からなる領域とに、それぞれ、Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６が形成されるように、配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とをろう付けにより一括して接合することが望ましい。その理由は次のとおりである。   Further, in the brazing process, a bonding interface between the wiring layer 1 and the insulating layer 2 and a region formed in the vicinity of the thickness direction, a bonding interface between the insulating layer 2 and the buffer layer 3 and a region formed in the vicinity of the thickness direction, The wiring layer 1, the insulating layer 2, and the buffer so that the Al—Ni-based intermetallic compound 16 is formed at the bonding interface between the buffer layer 3 and the cooling member 4 and the region formed in the vicinity of the thickness direction. It is desirable to join the layer 3 and the cooling member 4 together by brazing. The reason is as follows.

すなわち、配線層１と絶縁層２をろう付けにより接合することにより、図２Ａに示すように、配線層１と絶縁層２との接合界面及びその近傍に、第１Ｎｉめっき層１１の少なくとも一部と第１ろう材層６とが合金化した合金層１５Ａが形成される。この合金層１５Ａは、絶縁基板２０Ａへの冷熱サイクル負荷時に配線層１と絶縁層２との間に発生する熱応力を緩和する界面緩衝層としての作用を奏する。さらに、第１Ｎｉめっき層１１の構成元素の少なくともＮｉと第１ろう材層６の構成元素の少なくともＡｌとが化合してＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６が合金層１５Ａ中に形成されることにより、合金層１５Ａの線膨張係数が小さくなり、冷熱サイクル負荷時の熱応力が低減される。その結果、配線層１と絶縁層２との間に発生する剥離、及び、配線層１や絶縁層２に発生する割れを確実に抑制することができ、即ち冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度が向上する。   That is, by bonding the wiring layer 1 and the insulating layer 2 by brazing, as shown in FIG. 2A, at least a part of the first Ni plating layer 11 is formed at and near the bonding interface between the wiring layer 1 and the insulating layer 2. An alloy layer 15A in which the first brazing filler metal layer 6 is alloyed is formed. The alloy layer 15A functions as an interface buffer layer that relieves thermal stress generated between the wiring layer 1 and the insulating layer 2 when a thermal cycle load is applied to the insulating substrate 20A. Furthermore, at least Ni of the constituent elements of the first Ni plating layer 11 and at least Al of the constituent elements of the first brazing filler metal layer 6 combine to form an Al—Ni intermetallic compound 16 in the alloy layer 15A. Further, the linear expansion coefficient of the alloy layer 15A becomes small, and the thermal stress at the time of the cooling / heating cycle is reduced. As a result, separation occurring between the wiring layer 1 and the insulating layer 2 and cracking occurring in the wiring layer 1 and the insulating layer 2 can be reliably suppressed, that is, the degree of freedom in design with respect to the thermal cycle load. improves.

さらに、絶縁層２と緩衝層３をろう付けにより接合することにより、図２Ｂに示すように、絶縁層２と緩衝層３との接合界面及びその近傍に、第２Ｎｉめっき層１２の少なくとも一部と第２ろう材層７とが合金化した合金層１５Ｂが形成される。この合金層１５Ｂは、絶縁基板２０Ａへの冷熱サイクル負荷時に絶縁層２と緩衝層３との間に発生する熱応力を緩和する界面緩衝層としての作用を奏する。さらに、第２Ｎｉめっき層１２の構成元素の少なくともＮｉと第２ろう材層７の構成元素の少なくともＡｌとが化合してＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６が合金層１５Ｂ中に形成されることにより、合金層１５Ｂの線膨張係数が小さくなり、冷熱サイクル負荷時の熱応力が低減される。その結果、絶縁層２と緩衝層３との間に発生する剥離、及び、絶縁層２や緩衝層３に発生する割れを確実に抑制することができ、即ち冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度が更に向上する。   Further, by bonding the insulating layer 2 and the buffer layer 3 by brazing, as shown in FIG. 2B, at least a part of the second Ni plating layer 12 is formed at and near the bonding interface between the insulating layer 2 and the buffer layer 3. An alloy layer 15B in which the second brazing filler metal layer 7 is alloyed is formed. The alloy layer 15B functions as an interface buffer layer that relieves thermal stress generated between the insulating layer 2 and the buffer layer 3 when a thermal cycle is applied to the insulating substrate 20A. Furthermore, at least Ni of the constituent element of the second Ni plating layer 12 and at least Al of the constituent element of the second brazing filler metal layer 7 combine to form an Al—Ni intermetallic compound 16 in the alloy layer 15B. Further, the linear expansion coefficient of the alloy layer 15B is reduced, and the thermal stress at the time of the cooling / heating cycle load is reduced. As a result, separation occurring between the insulating layer 2 and the buffer layer 3 and cracking occurring in the insulating layer 2 and the buffer layer 3 can be reliably suppressed, that is, the degree of freedom in design with respect to the thermal cycle load. Further improvement.

さらに、緩衝層３と冷却部材４をろう付けにより接合することにより、図２Ｃに示すように、緩衝層３と冷却部材４との接合界面及びその近傍に、第３Ｎｉめっき層１３の少なくとも一部と第３ろう材層８とが合金化した合金層１５Ｃが形成される。この合金層１５Ｃは、絶縁基板２０Ａへの冷熱サイクル負荷時に緩衝層３と冷却部材４との間に発生する熱応力を緩和する界面緩衝層としての作用を奏する。さらに、第３Ｎｉめっき層１３の構成元素の少なくともＮｉと第３ろう材層８の構成元素の少なくともＡｌとが化合してＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６が合金層１５Ｃ中に形成されることにより、合金層１５Ｃの線膨張係数が小さくなり、冷熱サイクル負荷時の熱応力が低減される。その結果、緩衝層３と冷却部材４との間に発生する剥離、及び、緩衝層３や冷却部材４に発生する割れを確実に抑制することができ、即ち冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度が更に一層向上する。   Further, by joining the buffer layer 3 and the cooling member 4 by brazing, as shown in FIG. 2C, at least a part of the third Ni plating layer 13 is present at and near the joint interface between the buffer layer 3 and the cooling member 4. An alloy layer 15C in which the third brazing filler metal layer 8 is alloyed is formed. The alloy layer 15C functions as an interface buffer layer that relieves thermal stress generated between the buffer layer 3 and the cooling member 4 when a cooling cycle is applied to the insulating substrate 20A. Furthermore, at least Ni as a constituent element of the third Ni plating layer 13 and at least Al as a constituent element of the third brazing filler metal layer 8 are combined to form an Al—Ni intermetallic compound 16 in the alloy layer 15C. Further, the linear expansion coefficient of the alloy layer 15C is reduced, and the thermal stress at the time of the cooling / heating cycle is reduced. As a result, separation occurring between the buffer layer 3 and the cooling member 4 and cracking occurring in the buffer layer 3 and the cooling member 4 can be reliably suppressed, that is, the degree of freedom of design with respect to the cooling cycle load is increased. Further improvement.

上述したＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６は、合金層１５Ａ（１５Ｂ、１５Ｃ）の線膨張係数を低下させ得るものであればその種類に限定されるものではないが、特に、ＡｌＮｉ、ＡｌＮｉ３、Ａｌ３Ｎｉ、Ａｌ３Ｎｉ２及びＡｌ３Ｎｉ５からなる群より選択される少なくとも一つであることが、合金層１５Ａ（１５Ｂ、１５Ｃ）の線膨張係数を確実に低下させ得る点で望ましい。さらに、ろう材層６（７、８）のろう材がＡｌ−Ｓｉ系ろう材である場合には、Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６はＡｌ−Ｎｉ−Ｓｉ系金属間化合物であっても良い。さらに、ろう材中にはＦｅが不純物として含有されている場合があることから、Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物１６はＡｌ−Ｎｉ−Ｆｅ系金属間化合物であっても良い。 The Al—Ni-based intermetallic compound 16 described above is not limited to the type as long as it can reduce the linear expansion coefficient of the alloy layer 15A (15B, 15C), but in particular, AlNi, AlNi 3 , It is desirable that it is at least one selected from the group consisting of Al 3 Ni, Al 3 Ni 2 and Al 3 Ni 5 in that the linear expansion coefficient of the alloy layer 15A (15B, 15C) can be reliably reduced. Further, when the brazing material of the brazing material layer 6 (7, 8) is an Al—Si based brazing material, the Al—Ni based intermetallic compound 16 may be an Al—Ni—Si based intermetallic compound. . Furthermore, since the brazing material may contain Fe as an impurity, the Al—Ni-based intermetallic compound 16 may be an Al—Ni—Fe-based intermetallic compound.

金属間化合物１６の大きさは限定されるものではないが、金属間化合物１６の平均粒子径は１μｍ以上５００μｍ以下であることが合金層１５Ａ（１５Ｂ、１５Ｃ）の線膨張係数を更に確実に低下させ得る点で特に望ましい。   The size of the intermetallic compound 16 is not limited, but the average particle diameter of the intermetallic compound 16 is 1 μm or more and 500 μm or less, which further reduces the linear expansion coefficient of the alloy layer 15A (15B, 15C). It is particularly desirable in that it can be made.

さらに、配線層１と絶縁層２との接合界面及びその近傍に第１Ｎｉめっき層１１の少なくとも一部が残存していても良いし、絶縁層２と緩衝層３との接合界面及びその近傍に第２Ｎｉめっき層１２の少なくとも一部が残存していても良いし、緩衝層３と冷却部材４との接合界面及びその近傍に第３Ｎｉめっき層１３の少なくとも一部が残存していても良く、これらの場合でも上述の作用を奏する。   Further, at least a part of the first Ni plating layer 11 may remain at the bonding interface between the wiring layer 1 and the insulating layer 2 and in the vicinity thereof, or at the bonding interface between the insulating layer 2 and the buffer layer 3 and in the vicinity thereof. At least a part of the second Ni plating layer 12 may remain, or at least a part of the third Ni plating layer 13 may remain at the joint interface between the buffer layer 3 and the cooling member 4 and in the vicinity thereof, Even in these cases, the above-described effects are exhibited.

ろう付け工程で適用されるろう付け手段が真空ろう付けである場合、そのろう付け条件は限定されるものではないが、真空度１×１０-5Ｐａ以上１×１０-3Ｐａ以下、ろう付け温度５９０℃以上６２０℃以下、その保持時間５ｍｉｎ以上６０ｍｉｎ以下、及び、ろう付け荷重０．０３Ｎ／ｍｍ２以上１Ｎ／ｍｍ２以下であることが特に望ましい。その理由は上述した作用を確実に奏し得るからである。 When the brazing means applied in the brazing process is vacuum brazing, the brazing conditions are not limited, but the degree of vacuum is 1 × 10 −5 Pa or more and 1 × 10 −3 Pa or less. temperature 590 ° C. or higher 620 ° C. or less, the holding time 5min or 60min or less, and, it is particularly desirable brazing is load 0.03 N / mm 2 or more 1N / mm 2 or less. The reason is that the above-described action can be surely achieved.

配線層１の第１接合予定面１ａに形成された第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１は限定されるものではないが、１５μｍ以下であることが望ましい。第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１が１５μｍ以下であることにより、粗大な金属間化合物１６の形成を確実に抑制することができ、これにより配線層１と絶縁層２を確実に強固に接合することができる。第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１の下限値は限定されるものではないが、特に１μｍであることが望ましい。その理由は、金属間化合物１６を確実に形成し得て配線層１と絶縁層２を確実に強固に接合できるからである。   The thickness X1 of the first Ni plating layer 11 formed on the first bonding planned surface 1a of the wiring layer 1 is not limited, but is preferably 15 μm or less. When the thickness X1 of the first Ni plating layer 11 is 15 μm or less, the formation of the coarse intermetallic compound 16 can be surely suppressed, and thereby the wiring layer 1 and the insulating layer 2 are securely and firmly joined. be able to. The lower limit value of the thickness X1 of the first Ni plating layer 11 is not limited, but is particularly preferably 1 μm. The reason is that the intermetallic compound 16 can be reliably formed, and the wiring layer 1 and the insulating layer 2 can be reliably bonded firmly.

第１ろう材層６の厚さＹ１は限定されるものではないが、５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。第１ろう材層６の厚さＹ１が５μｍ以上であることにより、配線層１と絶縁層２を確実に強固に接合することができる。第１ろう材層６の厚さＹ１が１００μｍ以下であることにより、ろう付け時に配線層１にエロージョンが発生するのを確実に抑制することができる。第１ろう材層６の厚さＹ１の特に望ましい上限値は５０μｍである。   Although the thickness Y1 of the 1st brazing filler metal layer 6 is not limited, It is desirable that they are 5 micrometers or more and 100 micrometers or less. When the thickness Y1 of the first brazing material layer 6 is 5 μm or more, the wiring layer 1 and the insulating layer 2 can be securely bonded firmly. When the thickness Y1 of the first brazing material layer 6 is 100 μm or less, it is possible to reliably suppress the occurrence of erosion in the wiring layer 1 during brazing. A particularly desirable upper limit of the thickness Y1 of the first brazing filler metal layer 6 is 50 μm.

さらに、配線層１の第１接合予定面１ａに形成された第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１と第１ろう材層６の厚さＹ１は、次式（ｉ）を満足していることが望ましい。   Further, the thickness X1 of the first Ni plating layer 11 formed on the first bonding planned surface 1a of the wiring layer 1 and the thickness Y1 of the first brazing filler metal layer 6 satisfy the following formula (i). desirable.

０．０５≦Ｘ１／Ｙ１≦０．５ …式（ｉ）
その理由は次のとおりである。すなわち、Ｘ１／Ｙ１の値が０．０５以上であることにより、配線層１と絶縁層２を確実に強固に接合することができる。Ｘ１／Ｙ１の値が０．５以下であることにより、配線層１と絶縁層２との接合界面及びその近傍に熱応力を緩和し得る合金層１５Ａを確実に形成することでき、これにより冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を確実に向上させることができる。 0.05 ≦ X1 / Y1 ≦ 0.5 Formula (i)
The reason is as follows. That is, when the value of X1 / Y1 is 0.05 or more, the wiring layer 1 and the insulating layer 2 can be securely bonded firmly. When the value of X1 / Y1 is 0.5 or less, the alloy layer 15A capable of relieving thermal stress can be reliably formed at and near the bonding interface between the wiring layer 1 and the insulating layer 2, thereby cooling and cooling. The degree of design freedom with respect to the cycle load can be reliably improved.

緩衝層３の第２接合予定面３ａに形成された第２Ｎｉめっき層１２の厚さＸ２は限定されるものではないが、１５μｍ以下であることが望ましい。その理由は、上述した第１Ｎｉめっき層１１の場合と同じである。第２Ｎｉめっき層１２の厚さＸ２の望ましい下限値は限定されるものではないが、特に１μｍであることが望ましい。その理由は、上述した第１Ｎｉめっき層１１の場合と同じである。   Although the thickness X2 of the 2nd Ni plating layer 12 formed in the 2nd joining plan surface 3a of the buffer layer 3 is not limited, It is desirable that it is 15 micrometers or less. The reason is the same as in the case of the first Ni plating layer 11 described above. The desirable lower limit value of the thickness X2 of the second Ni plating layer 12 is not limited, but is particularly preferably 1 μm. The reason is the same as in the case of the first Ni plating layer 11 described above.

第２ろう材層７の厚さＹ２は限定されるものではないが、５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。その理由は、上述した第１ろう材層６の場合と同じである。第２ろう材層７の厚さＹ２の特に望ましい上限値は５０μｍである。   The thickness Y2 of the second brazing material layer 7 is not limited, but is desirably 5 μm or more and 100 μm or less. The reason is the same as in the case of the first brazing material layer 6 described above. A particularly desirable upper limit of the thickness Y2 of the second brazing material layer 7 is 50 μm.

さらに、第２Ｎｉめっき層１２の厚さＸ２と第２ろう材層７の厚さＹ２は、次式（ii）を満足していることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the thickness X2 of the second Ni plating layer 12 and the thickness Y2 of the second brazing filler metal layer 7 satisfy the following formula (ii).

０．０５≦Ｘ２／Ｙ２≦０．５ …式（ii）
その理由は次のとおりである。すなわち、Ｘ２／Ｙ２の値が０．０５以上であることにより、絶縁層２と緩衝層３を確実に強固に接合することができる。Ｘ２／Ｙ２の値が０．５以下であることにより、絶縁層２と緩衝層３との間に熱応力を緩和し得る合金層１５Ｂを確実に形成することでき、これにより冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に確実に向上させることができる。 0.05 ≦ X2 / Y2 ≦ 0.5 Formula (ii)
The reason is as follows. That is, when the value of X2 / Y2 is 0.05 or more, the insulating layer 2 and the buffer layer 3 can be securely bonded firmly. When the value of X2 / Y2 is 0.5 or less, the alloy layer 15B that can relieve the thermal stress can be reliably formed between the insulating layer 2 and the buffer layer 3, and thereby the design for the thermal cycle load. The degree of freedom can be improved more reliably.

緩衝層３の第３接合予定面３ｂに形成された第３Ｎｉめっき層１３の厚さＸ３は限定されるものではないが、１５μｍ以下であることが望ましい。その理由は、上述した第１Ｎｉめっき層１１の場合と同じである。第３Ｎｉめっき層１３の厚さＸ３の望ましい下限値は限定されるものではないが、特に１μｍであることが望ましい。その理由は、上述した第１Ｎｉめっき層１１の場合と同じである。   The thickness X3 of the third Ni plating layer 13 formed on the third bonding planned surface 3b of the buffer layer 3 is not limited, but is preferably 15 μm or less. The reason is the same as in the case of the first Ni plating layer 11 described above. A desirable lower limit value of the thickness X3 of the third Ni plating layer 13 is not limited, but is preferably 1 μm. The reason is the same as in the case of the first Ni plating layer 11 described above.

第３ろう材層８の厚さＹ３は限定されるものではないが、５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。その理由は、上述した第１ろう材層６の場合と同じである。第３ろう材層８の厚さＹ３の特に望ましい上限値は５０μｍである。   The thickness Y3 of the third brazing filler metal layer 8 is not limited, but is desirably 5 μm or more and 100 μm or less. The reason is the same as in the case of the first brazing material layer 6 described above. A particularly desirable upper limit of the thickness Y3 of the third brazing material layer 8 is 50 μm.

さらに、第３Ｎｉめっき層１３の厚さＸ３と第３ろう材層の厚さＹ３は、次式（iii）を満足していることが望ましい。   Furthermore, it is desirable that the thickness X3 of the third Ni plating layer 13 and the thickness Y3 of the third brazing material layer satisfy the following formula (iii).

０．０５≦Ｘ３／Ｙ３≦０．５ …式（iii）
その理由は次のとおりである。すなわち、Ｘ３／Ｙ３の値が０．０５以上であることにより、緩衝層３と冷却部材４を確実に強固に接合することができる。Ｘ３／Ｙ３の値が０．５以下であることにより、緩衝層３と冷却部材４との間に熱応力を緩和し得る合金層１５Ｃを確実に形成することでき、これにより冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に確実に向上させることができる。 0.05 ≦ X3 / Y3 ≦ 0.5 Formula (iii)
The reason is as follows. That is, when the value of X3 / Y3 is 0.05 or more, the buffer layer 3 and the cooling member 4 can be securely bonded firmly. When the value of X3 / Y3 is 0.5 or less, the alloy layer 15C that can relieve the thermal stress between the buffer layer 3 and the cooling member 4 can be reliably formed. The degree of freedom can be improved more reliably.

本第１実施形態の絶縁基板２０Ａの製造方法には次の利点がある。   The manufacturing method of the insulating substrate 20A of the first embodiment has the following advantages.

配線層１がアルミニウムと炭素材との複合材からなるので、高い熱伝導特性を有する絶縁基板２０Ａを得ることができる。   Since the wiring layer 1 is made of a composite material of aluminum and a carbon material, an insulating substrate 20A having high heat conduction characteristics can be obtained.

さらに、配線層１の第１接合予定面１ａに第１Ｎｉめっき層１１が形成されているので、配線層１がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも配線層１と絶縁層２をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板２０Ａについて冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を高めることができる。   Further, since the first Ni plating layer 11 is formed on the first bonding planned surface 1a of the wiring layer 1, even when the wiring layer 1 is made of a composite material of aluminum and carbon, the wiring layer 1 and the insulating layer 2 are brazed. It can be firmly joined by attaching. Thereby, the freedom degree of design with respect to the thermal cycle load about the insulating substrate 20A can be increased.

さらに、第１Ｎｉめっき層１１が配線層１の外面全面に形成されているので、配線層１の外面への第１Ｎｉめっき層１１の形成を容易に行うことができるし、更に、配線層１の搭載予定面１ｂにも第１Ｎｉめっき層１１が形成されるので、搭載予定面１ｂにおけるはんだ付け性が向上する。したがって、発熱性素子２１を搭載予定面１ｂにはんだ付けにより接合する際に搭載予定面１ｂにはんだ付け性を向上させるための処理をわざわざ施さなくても、発熱性素子２１を搭載予定面１ｂに強固に接合することができる。   Furthermore, since the first Ni plating layer 11 is formed on the entire outer surface of the wiring layer 1, it is possible to easily form the first Ni plating layer 11 on the outer surface of the wiring layer 1. Since the 1st Ni plating layer 11 is formed also in the mounting plan surface 1b, the solderability in the mounting plan surface 1b improves. Therefore, when the exothermic element 21 is joined to the planned mounting surface 1b by soldering, the exothermic element 21 can be applied to the planned mounting surface 1b without performing any processing for improving the solderability on the planned mounting surface 1b. It can be firmly joined.

さらに、緩衝層３がアルミニウムと炭素材との複合材からなるので、絶縁基板２０Ａの熱伝導特性（即ち絶縁基板２０Ａの熱伝導率）を更に向上させることができる。   Furthermore, since the buffer layer 3 is made of a composite material of aluminum and a carbon material, the thermal conductivity characteristics of the insulating substrate 20A (that is, the thermal conductivity of the insulating substrate 20A) can be further improved.

さらに、緩衝層３の第２接合予定面３ａに第２Ｎｉめっき層１２が形成されているので、緩衝層３がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも絶縁層２と緩衝層３をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板２０Ａについて冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に高めることができる。   Further, since the second Ni plating layer 12 is formed on the second bonding planned surface 3a of the buffer layer 3, even when the buffer layer 3 is made of a composite material of aluminum and carbon, the insulating layer 2 and the buffer layer 3 are brazed. It can be firmly joined by attaching. Thereby, the freedom degree of design with respect to the thermal cycle load about the insulating substrate 20A can be further increased.

さらに、緩衝層３の第３接合予定面３ｂに第３Ｎｉめっき層１３が形成されているので、緩衝層３がアルミニウムと炭素材との複合材からなる場合でも緩衝層３と冷却部材４をろう付けにより強固に接合することができる。これにより、絶縁基板２０Ａについて冷熱サイクル負荷に対する設計の自由度を更に一層高めることができる。   Further, since the third Ni plating layer 13 is formed on the third bonding planned surface 3b of the buffer layer 3, even when the buffer layer 3 is made of a composite material of aluminum and carbon, the buffer layer 3 and the cooling member 4 are brazed. It can be firmly joined by attaching. Thereby, the freedom degree of design with respect to the thermal cycle load about the insulating substrate 20A can be further increased.

さらに、ろう付け工程では、配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とをろう付けにより一括して接合するので、配線層１と絶縁層２との接合と、絶縁層２と緩衝層３との接合と、緩衝層３と冷却部材４との接合とを同時に行うことができる。これにより、絶縁基板２０Ａの製造に要する時間を大幅に短縮することができる。   Further, in the brazing process, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling member 4 are joined together by brazing, so that the joining of the wiring layer 1 and the insulating layer 2, Bonding with the buffer layer 3 and bonding between the buffer layer 3 and the cooling member 4 can be performed simultaneously. Thereby, the time required for manufacturing the insulating substrate 20A can be greatly shortened.

ここで、配線層１（緩衝層３）を形成するアルミニウムと炭素材との複合材において、当該複合材が粉末焼結法又は溶融鍛造法により得られたものである場合には、複合材の外面に露出する、複合材に含まれる炭素材の露出量が特に多くなり易い。そのため、配線層１（緩衝層３）がこのような複合材からなる場合は、一般に、配線層１（緩衝層３）を絶縁層２（冷却部材４）にろう付けにより強固に接合することが特に困難である。しかしながら、本第１実施形態の絶縁基板２０Ａの製造方法によれば、配線層１（緩衝層３）がこのような複合材からなる場合でも、配線層１の第１接合予定面１ａ（緩衝層３の第２及び第３接合予定面３ａ、３ｂ）に第１Ｎｉめっき層１１（第２及び第３Ｎｉめっき層１２、１３）が形成されているので、配線層１（緩衝層３）を絶縁層２（冷却部材４）にろう付けにより強固に接合することができる。   Here, in the composite material of aluminum and carbon material forming the wiring layer 1 (buffer layer 3), when the composite material is obtained by a powder sintering method or a melt forging method, The exposure amount of the carbon material contained in the composite material exposed to the outer surface is particularly likely to increase. Therefore, when the wiring layer 1 (buffer layer 3) is made of such a composite material, generally, the wiring layer 1 (buffer layer 3) can be firmly bonded to the insulating layer 2 (cooling member 4) by brazing. Especially difficult. However, according to the manufacturing method of the insulating substrate 20A of the first embodiment, even when the wiring layer 1 (buffer layer 3) is made of such a composite material, the first bonding planned surface 1a (buffer layer) of the wiring layer 1 is used. 3, the first Ni plating layer 11 (second and third Ni plating layers 12, 13) is formed on the second and third bonding planned surfaces 3 a, 3 b), so that the wiring layer 1 (buffer layer 3) is an insulating layer 2 (cooling member 4) can be firmly joined by brazing.

図５及び６は、本発明の第２実施形態を説明する図である。これらの図において、上記第１実施形態の絶縁基板２０Ａと同等の要素には同一の符号が付されている。以下、本第２実施形態について上記第１実施形態との相異を中心に説明する。   5 and 6 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. In these drawings, elements equivalent to those of the insulating substrate 20A of the first embodiment are given the same reference numerals. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

図５に示すように、本第２実施形態の絶縁基板２０Ｂでは、緩衝層３０は、アルミニウムと炭素材との複合材からなるものではなく金属製であり、詳述すると高純度アルミニウム等のアルミニウム製である。アルミニウムの純度は例えば４Ｎ（即ち純度９９．９９質量％）である。緩衝層３０はその厚さ方向に貫通した複数の貫通孔３０ｚを有している。   As shown in FIG. 5, in the insulating substrate 20B of the second embodiment, the buffer layer 30 is not made of a composite material of aluminum and a carbon material but is made of metal, and more specifically, aluminum such as high-purity aluminum. It is made. The purity of aluminum is, for example, 4N (that is, a purity of 99.99% by mass). The buffer layer 30 has a plurality of through holes 30z penetrating in the thickness direction.

図６に示すように、ろう付け工程を実施する前において、緩衝層３０の外面にはＮｉめっき層は形成されておらず、緩衝層３０の絶縁層２との第２接合予定面３０ａに第２アルミニウム系ろう材層３７が予めクラッドされており、緩衝層３０の冷却部材４との第３接合予定面３０ｂに第３アルミニウム系ろう材層３８が予めクラッドされている。   As shown in FIG. 6, before performing the brazing process, the Ni plating layer is not formed on the outer surface of the buffer layer 30, and the second bonding planned surface 30a with the insulating layer 2 of the buffer layer 30 A second aluminum-based brazing material layer 37 is clad in advance, and a third aluminum-based brazing material layer 38 is clad in advance on the third bonding planned surface 30 b of the buffer layer 30 with the cooling member 4.

ろう付け工程では、第１Ｎｉめっき層１１が形成された配線層１と、絶縁層２と、第２及び第３ろう材層３７、３８がクラッドされた緩衝層３０と、冷却部材４とを、この順に積層して積層体を形成する。この際に、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間にアルミニウム系ろう材箔からなる第１アルミニウム系ろう材層６を挟む。これにより、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間に第１ろう材層６が介在される。   In the brazing step, the wiring layer 1 on which the first Ni plating layer 11 is formed, the insulating layer 2, the buffer layer 30 on which the second and third brazing material layers 37 and 38 are clad, and the cooling member 4, A laminated body is formed by laminating in this order. At this time, the first aluminum-based brazing material layer 6 made of an aluminum-based brazing material foil is sandwiched between the first Ni plating layer 11 and the insulating layer 2 of the wiring layer 1. Thereby, the first brazing filler metal layer 6 is interposed between the first Ni plating layer 11 and the insulating layer 2 of the wiring layer 1.

そして、この状態の積層体にその積層方向にろう付け荷重を加えた状態で所定のろう付け雰囲気中にてろう付け熱を付与することにより、配線層１と絶縁層２と緩衝層３０と冷却部材４とを一括して接合一体化する。これにより、図５に示した本第２実施形態の絶縁基板２０Ｂが得られる。   Then, by applying brazing heat in a predetermined brazing atmosphere with a brazing load applied in the stacking direction to the laminated body in this state, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 30, and the cooling are performed. The member 4 is joined and integrated together. Thereby, the insulating substrate 20B of the second embodiment shown in FIG. 5 is obtained.

本第２実施形態の絶縁基板２０Ｂでは、配線層１がアルミニウムと炭素材との複合材からなるので、絶縁基板２０Ｂの熱伝導特性を高めることができる。   In the insulating substrate 20B of the second embodiment, since the wiring layer 1 is made of a composite material of aluminum and a carbon material, the heat conduction characteristics of the insulating substrate 20B can be improved.

図７は、本発明の第３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２０Ａと同等の要素には同一の符号が付されている。以下、本第３実施形態について上記第１及び第２実施形態との相異を中心に説明する。   FIG. 7 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to elements equivalent to the insulating substrate 20A of the first embodiment. Hereinafter, the third embodiment will be described focusing on the differences from the first and second embodiments.

本第３実施形態では、緩衝層３０は、上記第２実施形態と同様に金属製であり、詳述すると高純度アルミニウム等のアルミニウム製である。   In the third embodiment, the buffer layer 30 is made of metal as in the second embodiment, and more specifically, made of aluminum such as high-purity aluminum.

さらに、上記第２実施形態と同様に、ろう付け工程を実施する前において、緩衝層３０の外面にはＮｉめっき層は形成されておらず、緩衝層３０の絶縁層２との第２接合予定面３０ａに第２アルミニウム系ろう材層３７が予めクラッドされており、緩衝層３０の冷却部材４との第３接合予定面３０ｂに第３アルミニウム系ろう材層３８が予めクラッドされている。   Further, similarly to the second embodiment, before performing the brazing process, the Ni plating layer is not formed on the outer surface of the buffer layer 30, and the second joining schedule of the buffer layer 30 to the insulating layer 2 is planned. A second aluminum-based brazing material layer 37 is clad in advance on the surface 30 a, and a third aluminum-based brazing material layer 38 is clad in advance on a third bonding planned surface 30 b of the buffer layer 30 with the cooling member 4.

さらに、配線層１と絶縁層２を接合する第１アルミニウム系ろう材層３６として、アルミニウム系ろう材箔ではなくアルミニウム両面ブレージングシートが用いられている。すなわち、第１ろう材層３６はアルミニウム両面ブレージングシートからなる。   Further, as the first aluminum brazing material layer 36 for joining the wiring layer 1 and the insulating layer 2, an aluminum double-sided brazing sheet is used instead of the aluminum brazing material foil. That is, the first brazing material layer 36 is made of an aluminum double-sided brazing sheet.

ブレージングシートは、心材３６ａの両面にそれぞれ皮材としてアルミニウム系ろう材層３６ｂがクラッドされたものである。心材３６ａの材質はアルミニウムである。アルミニウムの種類に限定されるものではないが、特に純アルミニウム又は高純度アルミニウムであることが望ましい。その理由は上述した作用を確実に奏し得るからである。さらに、心材３６ａの厚さは限定されるものではないが、なるべく薄い方が望ましい。心材３６ａの厚さの特に望ましい下限値は５０μｍであり、特に望ましい上限値は２００μｍである。   The brazing sheet is obtained by cladding an aluminum brazing material layer 36b as a skin material on both surfaces of a core material 36a. The material of the core material 36a is aluminum. Although it is not limited to the kind of aluminum, it is especially desirable that it is pure aluminum or high purity aluminum. The reason is that the above-described action can be surely achieved. Furthermore, the thickness of the core material 36a is not limited, but is preferably as thin as possible. A particularly desirable lower limit of the thickness of the core material 36a is 50 μm, and a particularly desirable upper limit is 200 μm.

ろう付け工程では、第１Ｎｉめっき層１１が形成された配線層１と、絶縁層２と、第２及び第３ろう材層３７、３８がクラッドされた緩衝層３０と、冷却部材４とを、この順に積層して積層体を形成する。この際に、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間に第１ろう材層３６として前記ブレージングシートを挟む。これにより、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間に第１ろう材層３６が介在される。   In the brazing step, the wiring layer 1 on which the first Ni plating layer 11 is formed, the insulating layer 2, the buffer layer 30 on which the second and third brazing material layers 37 and 38 are clad, and the cooling member 4, A laminated body is formed by laminating in this order. At this time, the brazing sheet is sandwiched as the first brazing material layer 36 between the first Ni plating layer 11 of the wiring layer 1 and the insulating layer 2. As a result, the first brazing material layer 36 is interposed between the first Ni plating layer 11 and the insulating layer 2 of the wiring layer 1.

そして、この状態の積層体にその積層方向にろう付け荷重を加えた状態で所定のろう付け雰囲気中にてろう付け熱を付与することにより、配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とを一括して接合一体化する。これにより、本第３実施形態の絶縁基板２０Ｃが得られる。   Then, by applying brazing heat in a predetermined brazing atmosphere with a brazing load applied in the stacking direction to the laminated body in this state, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling The member 4 is joined and integrated together. Thereby, the insulating substrate 20C of the third embodiment is obtained.

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内において様々に変更可能である。   Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

また、ろう材層６、７、８は、上記第１及び第２実施形態で用いたろう材箔や上記第３実施形態で用いたブレージングシートからなることが、二つの接合対象物（配線層１と絶縁層２、絶縁層２と緩衝層３、緩衝層３と冷却部材４）同士を確実に均一に接合し得る点で特に望ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アルミニウム系ろう材粉末を二つの接合対象物の間に供給することで両接合対象物間にろう材層を介在させた状態にし、この状態でろう付け工程を行っても良い。   The brazing filler metal layers 6, 7 and 8 are made of the brazing filler foil used in the first and second embodiments and the brazing sheet used in the third embodiment. And the insulating layer 2, the insulating layer 2 and the buffer layer 3, the buffer layer 3 and the cooling member 4) are particularly desirable in that they can be reliably bonded together. However, the present invention is not limited to this, for example, by supplying an aluminum-based brazing powder between two objects to be joined, so that a brazing material layer is interposed between both objects to be joined, You may perform a brazing process in this state.

また、上記実施形態では、冷却部材４として、冷却流体が流通する流通路４ａを有する冷却器が用いられているが、本発明では、その他に例えば、放熱フィンを有するヒートシンク等の放熱部材が用いられていても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the cooler which has the flow path 4a through which a cooling fluid distribute | circulates is used as the cooling member 4, in this invention, heat dissipation members, such as a heat sink which has a radiation fin, are used for others. It may be done.

次に、本発明の具体的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。   Next, specific examples and comparative examples of the present invention are shown below. However, the present invention is not limited to the following examples.

＜実施例１＞
実施例１では、図５及び６に示した上記第２実施形態の絶縁基板２０Ｂを以下の手順で製造した。 <Example 1>
In Example 1, the insulating substrate 20B of the second embodiment shown in FIGS. 5 and 6 was manufactured by the following procedure.

アルミニウムと炭素材との複合材からなる配線層１を準備した。複合材は、アルミニウム粉末と炭素粉末を混合してホットプレスにより真空中にて加熱焼結することで得られたものであり、即ち粉末焼結法により得られたものである。配線層１の平面視形状は正方形状であり、その一辺長さは２８ｍｍであり、その厚さは１ｍｍであった。   A wiring layer 1 made of a composite material of aluminum and a carbon material was prepared. The composite material is obtained by mixing aluminum powder and carbon powder and heat-sintering in vacuum by hot pressing, that is, obtained by a powder sintering method. The wiring layer 1 had a square shape in plan view, a side length of 28 mm, and a thickness of 1 mm.

そして、配線層１の外面全体に第１Ｎｉめっき層１１をその厚さＸ１が略均一になるように無電解めっき法により形成した。配線層１の絶縁層２との第１接合予定面１ａに形成された第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１は８μｍであった。   And the 1st Ni plating layer 11 was formed in the whole outer surface of the wiring layer 1 by the electroless-plating method so that the thickness X1 might become substantially uniform. The thickness X1 of the first Ni plating layer 11 formed on the first bonding planned surface 1a with the insulating layer 2 of the wiring layer 1 was 8 μm.

セラミックとしてのＡｌＮ製の絶縁層２を準備した。絶縁層２の平面視形状は正方形状であり、その一辺長さは３０ｍｍであり、その厚さは０．６ｍｍであった。   An insulating layer 2 made of AlN as ceramic was prepared. The insulating layer 2 had a square shape in plan view, a side length of 30 mm, and a thickness of 0.6 mm.

高純度アルミニウム製の緩衝層３０とアルミニウム製の冷却部材４とをそれぞれ準備した。   A buffer layer 30 made of high purity aluminum and a cooling member 4 made of aluminum were prepared.

緩衝層３０においてアルミニウムの純度は４Ｎであった。緩衝層３０はその厚さ方向に貫通した複数の貫通孔３０ｚを有する。緩衝層３０の平面視形状は正方形状であり、その一辺長さは２８ｍｍであり、その厚さは１．６ｍｍであった。さらに、緩衝層３０の絶縁層２との第２接合予定面３０ａに第２アルミニウム系ろう材層３７をクラッドした。また、緩衝層３０の冷却部材４との第３接合予定面３０ｂに第３アルミニウム系ろう材層３８をクラッドした。各ろう材層３７、３８のろう材は、Ｍｇが添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材であり、その厚さは３０μｍであった。   In the buffer layer 30, the purity of aluminum was 4N. The buffer layer 30 has a plurality of through holes 30z penetrating in the thickness direction. The buffer layer 30 had a square shape in plan view, a side length of 28 mm, and a thickness of 1.6 mm. Further, a second aluminum-based brazing material layer 37 was clad on the second bonding planned surface 30 a of the buffer layer 30 with the insulating layer 2. Further, the third aluminum brazing filler metal layer 38 was clad on the third bonding planned surface 30 b of the buffer layer 30 with the cooling member 4. The brazing material of each brazing material layer 37, 38 was an Al—Si based brazing material to which Mg was added, and its thickness was 30 μm.

冷却部材４は、その内部に冷却水（冷却流体）が流通する複数の流通孔（流通路）４ａを有する冷却器であった。冷却部材４の平面視形状は正方形状であり、その一辺長さは４０ｍｍであり、その厚さは１５ｍｍであった。   The cooling member 4 was a cooler having a plurality of flow holes (flow passages) 4a through which cooling water (cooling fluid) flows. The shape of the cooling member 4 in plan view was a square shape, its one side length was 40 mm, and its thickness was 15 mm.

そして、第１Ｎｉめっき層１１が形成された配線層１と、絶縁層２と、第２及び第３ろう材層３７、３８がクラッドされた緩衝層３０と、冷却部材４とを、この順に積層して積層体を形成した。この際に、配線層１の第１Ｎｉめっき層１１と絶縁層２との間に第１アルミニウム系ろう材層６として第１アルミニウム系ろう材箔を挟んだ。そして、この状態で配線層１と絶縁層２と緩衝層３と冷却部材４とを真空ろう付け炉内にて真空ろう付けにより一括して接合一体化した。これにより、絶縁基板２０Ｂを得た。   Then, the wiring layer 1 on which the first Ni plating layer 11 is formed, the insulating layer 2, the buffer layer 30 on which the second and third brazing material layers 37 and 38 are clad, and the cooling member 4 are laminated in this order. Thus, a laminate was formed. At this time, the first aluminum-based brazing material foil was sandwiched between the first Ni plating layer 11 and the insulating layer 2 of the wiring layer 1 as the first aluminum-based brazing material layer 6. In this state, the wiring layer 1, the insulating layer 2, the buffer layer 3, and the cooling member 4 were joined and integrated together by vacuum brazing in a vacuum brazing furnace. Thereby, an insulating substrate 20B was obtained.

第１ろう材層（第１ろう材箔）６のろう材は、Ｍｇが添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材であった。第１ろう材層６の厚さＸ１は３０μｍであった。したがって、第１Ｎｉめっき層１１の厚さＸ１（＝８μｍ）を第１ろう材層６の厚さＹ１（＝３０μｍ）で割った値Ｘ１／Ｙ１は、０．２７であり、上記関係式（ｉ）を満足していた。   The brazing material of the first brazing material layer (first brazing material foil) 6 was an Al—Si based brazing material to which Mg was added. The thickness X1 of the first brazing material layer 6 was 30 μm. Therefore, a value X1 / Y1 obtained by dividing the thickness X1 (= 8 μm) of the first Ni plating layer 11 by the thickness Y1 (= 30 μm) of the first brazing material layer 6 is 0.27, and the relational expression (i ) Was satisfied.

真空ろう付けの際に適用したろう付け条件は、真空度１×１０-4Ｐａ、ろう付け温度６００℃、その保持時間３０ｍｉｎ、ろう付け荷重０．１５Ｎ／ｍｍ２であった。 The brazing conditions applied at the time of vacuum brazing were a vacuum degree of 1 × 10 −4 Pa, a brazing temperature of 600 ° C., a holding time of 30 min, and a brazing load of 0.15 N / mm 2 .

得られた絶縁基板２０Ｂの接合状態を調べたところ、接合状態は良好であった。また、絶縁基板２０Ｂに対して−４０℃〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行ったところ、絶縁基板２０Ｂには剥離及び割れが生じなかった。したがって、絶縁基板２０Ｂは、冷熱サイクル負荷に対して高い設計の自由度を有していることを確認し得た。   When the bonding state of the obtained insulating substrate 20B was examined, the bonding state was good. Further, when the cooling cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was repeated 1000 times for the insulating substrate 20B, peeling and cracking did not occur in the insulating substrate 20B. Therefore, it has been confirmed that the insulating substrate 20B has a high degree of design freedom with respect to the thermal cycle load.

＜実施例２＞
実施例２では、図７に示した上記第３実施形態の絶縁基板２０Ｃを製造した。その製造方法及び製造条件は、第１アルミニウム系ろう材層３６としてアルミニウム両面ブレージングシートを用いたことを除いて、実施例１の絶縁基板２０Ｂの製造方法及び製造条件と同じである。 <Example 2>
In Example 2, the insulating substrate 20C of the third embodiment shown in FIG. 7 was manufactured. The manufacturing method and manufacturing conditions are the same as the manufacturing method and manufacturing conditions of the insulating substrate 20 </ b> B of Example 1 except that an aluminum double-sided brazing sheet is used as the first aluminum brazing material layer 36.

ブレージングシートの心材３６ａの材質はＡ１１００であり、心材３６ａの厚さは１００μｍであった。心材３６ａの両面にそれぞれクラッドされたろう材層３６ｂのクラッド率はそれぞれ２０％であった。各ろう材層３６ｂのろう材は、Ｍｇが添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材であった。   The material of the core material 36a of the brazing sheet was A1100, and the thickness of the core material 36a was 100 μm. The clad rate of the brazing material layer 36b clad on both surfaces of the core material 36a was 20%. The brazing material of each brazing material layer 36b was an Al—Si based brazing material to which Mg was added.

得られた絶縁基板２０Ｃの接合状態を調べたところ、接合状態は良好であった。また、絶縁基板２０Ｃに対して−４０℃〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行ったところ、絶縁基板２０Ｃには剥離及び割れが生じなかった。したがって、絶縁基板２０Ｃは、冷熱サイクル負荷に対して高い設計の自由度を有していることを確認し得た。   When the bonding state of the obtained insulating substrate 20C was examined, the bonding state was good. Further, when the cooling cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was repeated 1000 times for the insulating substrate 20C, peeling and cracking did not occur in the insulating substrate 20C. Therefore, it has been confirmed that the insulating substrate 20C has a high degree of design freedom with respect to the thermal cycle load.

＜比較例＞
比較例では、配線層の外面に第１Ｎｉめっき層を形成しなかったことを除いて、実施例１の絶縁基板２０Ｂの製造方法及び製造条件と同じ方法及び条件で、絶縁基板を製造した。 <Comparative example>
In the comparative example, an insulating substrate was manufactured by the same method and conditions as the manufacturing method and manufacturing conditions of the insulating substrate 20B of Example 1 except that the first Ni plating layer was not formed on the outer surface of the wiring layer.

得られた絶縁基板の接合状態を調べたところ、配線層と絶縁層との接合面積率が３０％以下であった。また、絶縁基板に対して−４０℃〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して行ったところ、配線層と絶縁層との間で剥離が生じた。   When the bonding state of the obtained insulating substrate was examined, the bonding area ratio between the wiring layer and the insulating layer was 30% or less. Further, when the cooling cycle test of −40 ° C. to 125 ° C. was repeated 1000 times on the insulating substrate, peeling occurred between the wiring layer and the insulating layer.

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。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an insulating substrate manufacturing method and an insulating substrate on which a heat generating element such as an electronic element is mounted.

１：配線層
１ａ：第１接合予定面
１ｂ：搭載予定面
２：絶縁層
３、３０：緩衝層
３ａ、３０ａ：第２接合予定面
３ｂ、３０ｂ：第３接合予定面
４：冷却部材
６：第１アルミニウム系ろう材層
７：第２アルミニウム系ろう材層
８：第３アルミニウム系ろう材層
１１：第１Ｎｉめっき層
１２：第２Ｎｉめっき層
１３：第３Ｎｉめっき層
１６：Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物
２０Ａ〜２０Ｃ：絶縁基板
２１：発熱性素子 1: wiring layer 1a: first bonding planned surface 1b: mounting planned surface 2: insulating layer 3, 30: buffer layer 3a, 30a: second bonding planned surface 3b, 30b: third bonding planned surface 4: cooling member 6: First aluminum brazing filler metal layer 7: Second aluminum brazing filler metal layer 8: Third aluminum brazing filler metal layer 11: First Ni plating layer 12: Second Ni plating layer 13: Third Ni plating layer 16: Al-Ni metal Intermetallic compounds 20A to 20C: insulating substrate 21: exothermic element

Claims (11)

配線層と絶縁層を積層状にろう付けにより接合するろう付け工程を備え、
前記配線層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、且つ、前記ろう付け工程前の前記配線層の前記絶縁層との第１接合予定面に第１Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に第１アルミニウム系ろう材層が介在した状態で前記配線層と前記絶縁層をろう付けにより接合する、絶縁基板の製造方法。 A brazing process for joining a wiring layer and an insulating layer in a laminated form by brazing,
The wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material, and a first Ni plating layer is formed on a first bonding scheduled surface of the wiring layer with the insulating layer before the brazing step,
In the brazing step, the wiring layer and the insulating layer are joined by brazing in a state where the first aluminum-based brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer. A method for manufacturing a substrate. 前記配線層の外面は、前記第１接合予定面と、発熱性素子がはんだ付けにより接合されて搭載される搭載予定面とを含んでおり、
前記Ｎｉめっき層は、前記ろう付け工程前の前記配線層の外面全面に形成されている請求項１記載の絶縁基板の製造方法。 The outer surface of the wiring layer includes the first bonding planned surface and a mounting planned surface on which the heat generating elements are bonded and mounted by soldering,
The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein the Ni plating layer is formed on the entire outer surface of the wiring layer before the brazing step. 前記ろう付け工程では、前記配線層と前記絶縁層との接合界面及びその近傍からなる領域に、前記第１Ｎｉめっき層の構成元素の少なくともＮｉと前記第１ろう材層の構成元素の少なくともＡｌとが化合したＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物が形成されるように、前記配線層と前記絶縁層をろう付けにより接合する請求項１又は２記載の絶縁基板の製造方法。   In the brazing step, at least Ni of the constituent element of the first Ni plating layer and at least Al of the constituent element of the first brazing material layer are formed in a region consisting of a bonding interface between the wiring layer and the insulating layer and its vicinity. The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein the wiring layer and the insulating layer are joined by brazing so that an Al—Ni-based intermetallic compound in which is combined is formed. 前記第１ろう材層のアルミニウム系ろう材は、Ｍｇ、Ｂｉ及びＳｒからなる群より選択される少なくとも一つの元素が添加されたＡｌ−Ｓｉ系ろう材である請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   The aluminum brazing material of the first brazing material layer is an Al-Si brazing material to which at least one element selected from the group consisting of Mg, Bi and Sr is added. The manufacturing method of the insulated substrate of description. 前記配線層の前記第１接合予定面に形成された前記第１Ｎｉめっき層の厚さが１５μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein a thickness of the first Ni plating layer formed on the first bonding planned surface of the wiring layer is 15 μm or less. 前記第１ろう材層の厚さが５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。   The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein the first brazing material layer has a thickness of 5 μm to 100 μm. 前記配線層の前記第１接合予定面に形成された前記第１Ｎｉめっき層の厚さをＸ１、前記第１ろう材層の厚さをＹ１とするとき、Ｘ１とＹ１は、
０．０５≦Ｘ１／Ｙ１≦０．５
の関係を満足している請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。 When the thickness of the first Ni plating layer formed on the first bonding planned surface of the wiring layer is X1, and the thickness of the first brazing material layer is Y1, X1 and Y1 are:
0.05 ≦ X1 / Y1 ≦ 0.5
The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 1, wherein the relationship is satisfied. 前記ろう付け工程は、前記配線層と、前記絶縁層と、前記絶縁層の前記配線層配置側とは反対側に配置される緩衝層と、を積層状にろう付けにより一括して接合するものであり、
前記緩衝層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、且つ、前記ろう付け工程前の前記緩衝層の前記絶縁層との第２接合予定面に第２Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に前記第１ろう材層が介在し且つ前記絶縁層と前記緩衝層の前記第２Ｎｉめっき層との間に第２アルミニウム系ろう材層が介在した状態で、前記配線層と前記絶縁層と前記緩衝層とをろう付けにより一括して接合する、請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。 In the brazing step, the wiring layer, the insulating layer, and a buffer layer disposed on the opposite side of the insulating layer from the wiring layer disposing side are collectively bonded by brazing. And
The buffer layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material, and a second Ni plating layer is formed on a second bonding planned surface with the insulating layer of the buffer layer before the brazing step,
In the brazing step, the first brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer, and between the insulating layer and the second Ni plating layer of the buffer layer. The manufacturing of the insulating substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the wiring layer, the insulating layer, and the buffer layer are joined together by brazing while the second aluminum brazing material layer is interposed. Method. 前記ろう付け工程は、前記配線層と、前記絶縁層と、前記緩衝層と、前記緩衝層の前記絶縁層配置側とは反対側に配置される金属製冷却部材と、を積層状にろう付けにより一括して接合するものであり、
前記ろう付け工程前の前記緩衝層の前記冷却部材との第３接合予定面に第３Ｎｉめっき層が形成されており、
前記ろう付け工程では、前記配線層の前記第１Ｎｉめっき層と前記絶縁層との間に前記第１ろう材層が介在し且つ前記絶縁層と前記緩衝層の前記第２Ｎｉめっき層との間に前記第２ろう材層が介在し且つ前記緩衝層の前記第３Ｎｉめっき層と前記冷却部材との間に第３アルミニウム系ろう材層が介在した状態で、前記配線層と前記絶縁層と前記緩衝層と前記冷却部材とをろう付けにより一括して接合する、請求項８記載の絶縁基板の製造方法。 The brazing step brazes the wiring layer, the insulating layer, the buffer layer, and a metal cooling member disposed on the opposite side of the buffer layer from the insulating layer disposed side. Are joined together by
A third Ni plating layer is formed on a third bonding planned surface of the buffer layer before the brazing step and the cooling member;
In the brazing step, the first brazing material layer is interposed between the first Ni plating layer and the insulating layer of the wiring layer, and between the insulating layer and the second Ni plating layer of the buffer layer. The wiring layer, the insulating layer, and the buffer with the second brazing filler metal layer interposed and a third aluminum brazing filler metal layer interposed between the third Ni plating layer and the cooling member of the buffer layer. The method for manufacturing an insulating substrate according to claim 8, wherein the layer and the cooling member are joined together by brazing. 請求項１〜９のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法により得られた絶縁基板。   The insulating substrate obtained by the manufacturing method of the insulating substrate in any one of Claims 1-9. 配線層と絶縁層を具備するとともに、前記配線層と前記絶縁層が積層状にろう付けにより接合されており、
前記配線層は、アルミニウムと炭素材との複合材からなり、
前記配線層と前記絶縁層との接合界面及びその近傍からなる領域にＡｌ−Ｎｉ系金属間化合物が存在している、絶縁基板。 The wiring layer and the insulating layer are provided, and the wiring layer and the insulating layer are joined in a laminated form by brazing,
The wiring layer is made of a composite material of aluminum and a carbon material,
An insulating substrate in which an Al—Ni-based intermetallic compound is present in a region consisting of a bonding interface between the wiring layer and the insulating layer and the vicinity thereof.
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