JP6256176B2 - 接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、セラミックス部材とＣｕ部材とを強固に接合した接合体の製造方法、およびこの接合体の製造方法を用いるパワーモジュール用基板の製造方法に関するものである。
例えば、ＬＥＤやパワーモジュール等の半導体装置においては、導電材料からなる回路層の上に半導体素子が接合された構造とされている。
風力発電、電気自動車等の電気車両など、大電力を制御するために用いられるパワー半導体素子は発熱量が多い。このため、搭載する基板としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）など、耐熱性、および絶縁性に優れたセラミックス基板が用いられる。そして、このセラミックス基板の一方の面に、導電性の優れた金属板を回路層として接合したパワーモジュール用基板が、従来から広く用いられている。また、セラミックス基板の他方の面にも、他の金属板を接合することもある。
例えば、特許文献１に示すパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板（セラミックス部材）の一方の面に、Ｃｕ板（Ｃｕ部材）を接合することで回路層が形成された構造とされている。このパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｔｉろう材を介在させてＣｕ板を配置し、加熱処理を行うことによりＣｕ板が接合されている。
特許第４３７５７３０号公報
特許文献１に開示されているように、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｔｉろう材を介してセラミックス基板とＣｕ板とを接合し回路層を形成すると、セラミックス基板とろう材との接合界面には、Ｃｕ、Ｍｇ、又はＴｉを含む金属間化合物層が厚く形成される。
このセラミックス基板とろう材との接合界面に形成される金属間化合物層は、硬いため、冷熱サイクルが負荷された場合、セラミックス基板と回路層との接合信頼性が低下するおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、セラミックス部材とＣｕ部材とを良好に接合することができ、接合信頼性の高い接合体の製造方法、及び、この接合体の製造方法を用いたパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の接合体の製造方法は、セラミックスからなるセラミックス部材と、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、Ｃｕおよび該Ｃｕと共晶反応する共晶元素を含むろう材と、活性金属材とを介して、前記セラミックス部材の一面側に前記Ｃｕ部材を積層する積層工程と、積層された前記セラミックス部材および前記Ｃｕ部材を加熱処理する加熱処理工程と、を備えており、前記積層工程において、前記セラミックス部材側に前記ろう材を配置し、前記Ｃｕ部材側に前記活性金属材を配置することを特徴とする。
このような接合体の製造方法によれば、セラミックス部材とＣｕ部材とを接合にあたって、Ｃｕおよび該Ｃｕと共晶反応する共晶元素を含むろう材と、活性金属材とを介して接合することにより、低い接合温度で、かつ高い接合強度でセラミックス部材とＣｕ部材とを接合することが可能となるとともに接合信頼性の高い接合体を得ることができる。
また、前記積層工程において、前記セラミックス部材側に前記ろう材を配置し、前記Ｃｕ部材側に前記活性金属材を配置することにより、前記加熱工程において溶融したろう材がセラミックス部材と確実に接触することとなり、セラミックス部材とＣｕ部材とを良好に接合することが可能である。
前記共晶元素は、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌのうちから選択される１種または２種以上の元素であることを特徴とする。
これらの共晶元素を採用することによって、Ｃｕに対して共晶反応させ、ろう材の溶融温度を大きく低下させることが可能になる。従って、低い温度でセラミックス部材とＣｕ部材とを接合することが可能になる。
前記積層工程では、前記セラミックス部材の他面側に、Ａｌ又はＡｌ合金からなるＡｌ部材を更に積層し、前記加熱処理工程では、積層された前記セラミックス部材、前記Ｃｕ部材、および前記Ａｌ部材を加熱処理することを特徴とする。
Ｃｕと、該Ｃｕと共晶反応する元素とからなるろう材を用いれば、Ａｌの融点よりも低い温度でろう材を溶融することができ、セラミックス部材の一方の面にＣｕ部材を接合する工程と、他方の面にＡｌ部材を接合する工程とを一工程で行うことが可能になる。
前記セラミックス部材は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３のうち、いずれかより構成されることを特徴とする。
セラミックス部材としてＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３を選択することで、絶縁性、および放熱性に優れた接合体を製造することができる。
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面にＣｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ板が配設されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、 前記セラミックス基板と前記Ｃｕ板とを、前記各項記載の接合体の製造方法によって接合することを特徴とする。
本発明のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、セラミックス基板とＣｕ板との間に、Ｃｕと、該Ｃｕと共晶反応する共晶元素とからなるろう材と、活性金属材とを介して接合することにより、低い接合温度で、かつ高い接合強度でセラミックス基板とＣｕ板とを接合することが可能となるとともに接合信頼性の高いパワーモジュール用基板を得ることができる。
なお、セラミックス基板に接合されたＣｕ板は、回路層、あるいはセラミックス基板における回路層を接合した面とは反対の面に形成された金属層となる。
本発明の接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法によれば、セラミックス部材とＣｕ部材とを良好に接合することが可能になる。
本発明の接合体の一例を示す断面図である。 本発明の接合体の製造方法を段階的に示した断面図である。 本発明のパワーモジュール用基板の製造方法を段階的に示した断面図である。 本発明のパワーモジュール用基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の接合体の製造方法、パワーモジュール用基板の製造方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
（接合体）
図１は、本発明の接合体の製造方法によって得られる接合体の一例を示す断面図である。
接合体１０は、図１に示すように、セラミックス部材１１と、このセラミックス部材１１の一方の面１１ａ（図１において上面）側に配設され、ろう材を介して接合されたＣｕ部材１２と、からなる。
セラミックス部材１１は、絶縁性、および放熱性に優れたＳｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、セラミックス部材１１は、特に放熱性の優れたＡｌＮ（窒化アルミニウム）で構成されている。また、セラミックス部材１１の厚さは、例えば、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
Ｃｕ部材１２は、Ｃｕ又はＣｕ合金から構成されている。本実施形態では、Ｃｕ部材は、無酸素銅から構成され、厚さは、例えば、厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
Ｃｕ部材１２は、セラミックス部材１１の一方の面１１ａに、ろう材および活性金属材によって接合されている。
ろう材は、Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素とからなる。ろう材に用いられる共晶元素は、例えば、Ｃｕとの共晶反応によってＡｌよりも低い融点を持つ合金を形成する元素から選択される。Ｃｕと共晶反応する元素としては、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌ（以下、これら元素は共晶元素と称する）が挙げられる。そして、これら共晶元素のうちから選択される１種または２種以上の元素がろう材に含有される。
ろう材に含まれる共晶元素は下記の範囲内（ｍａｓｓ％）とすることができる。
Ｃａ：３２％以上７８％以下（より望ましくは３４％以上７５％以下）
Ｇｅ：３７％以上４１％以下（より望ましくは３８％以上４０％以下）
Ｓｒ：５８％以上９３％以下（より望ましくは６２％以上９０％以下）
Ｓｎ：５６％以上９０％以下（より望ましくは７４％以上８４％以下）
Ｓｂ：５２％以上９７％以下（より望ましくは５２％以上９２％以下）
Ｂａ：６２％以上９５％以下（より望ましくは６８％以上９１％以下）
Ｌａ：７２％以上８９％以下（より望ましくは７４％以上８７％以下）
Ｃｅ：７３％以上９３％以下（より望ましくは７５％以上９０％以下）
Ａｌ：４０％以上９５％以下（より望ましくは５０％以上８５％以下）
本実施形態では、ろう材として、Ｃｕ２５ｍａｓｓ％、Ｂａ７５ｍａｓｓ％の組成のろう材を用いている。
このようなろう材は、ＣｕおよびＣｕと共晶反応する共晶元素を含むため、例えば、Ａｌの融点よりも低い温度で溶融することができる。そして、低い接合温度でＣｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ部材１２と、セラミックス部材１１とを強固に接合することができる。すなわち、Ａｌの融点よりも低い接合温度でＣｕ部材１２とセラミックス部材１１とを接合することができる。
活性金属材は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆといった活性元素のいずれか１種又は２種以上を含有するものとされている。本実施形態では、活性金属材として、Ｔｉを用いている。
なお、セラミックス部材１１の他方の面１１ｂ側に、更にＡｌ又はＡｌ合金からなるＡｌ部材が接合された構成であることも好ましい。こうしたＡｌ部材の一例として、４Ｎ−ＡｌからなるＡｌ部材が挙げられる。セラミックス部材１１とＡｌ部材との接合は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材などを用いることができる。
（接合体の製造方法）
図２は、本発明の接合体の製造方法を段階的に示した断面図である。
例えば、パワーモジュール用基板として用いられる接合体を製造する際には、まず、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックスからなるセラミックス部材２１を用意する（図２（ａ）参照）。本実施形態では、ＡｌＮからなり、厚みが０．６３５ｍｍのセラミックス基板を用いた。
次に、セラミックス部材２１の一面２１ａ側に、ろう材２２、活性金属材２３およびＣｕ部材２４を順に積層し、積層体２５を形成する（図２（ｂ）参照：積層工程）。ろう材２２は、Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素、即ち、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌのうちから選択される１種または２種以上の元素とから構成される。
ろう材２２は、Ｃｕ粉末と、共晶元素粉末とを混合し、適切なバインダーを介してペースト状にしたもの（ろう材ペースト）を、セラミックス部材２１の一面２１ａに塗布することによって形成される。
また、Ｃｕと共晶元素との合金粉末を、適切なバインダーを介してペースト状にしたもの（ろう材ペースト）を、セラミックス部材２１の一面２１ａに塗布することもできる。
また、Ｃｕと共晶元素からなる箔状のろう材を、セラミックス部材２１と活性金属材２３との間に配置することもできる。
本実施形態では、ろう材２２として、ＣｕとＢａの質量比が２５：７５である合金粉末を６０重量部とアクリル樹脂４重量部と溶剤としてのテキサノールを３６重量部とを混合したペースト状のろう材をセラミックス部材２１の一面２１ａに塗布している。ろう材２２は、例えば厚みが５〜８０μｍ程度となるように塗布される。
活性金属材２３は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆといった活性元素のいずれか１種又は２種以上を含有するものとされている。活性金属材２３は、箔、粉末、粉末に適切なバインダーを加えて混練したペーストを用いて設けることができる。また、ペーストとして用いる場合には、活性元素の水素化物（例えば、ＴｉＨ２やＺｒＨ２等）を用いることも可能である。さらに、Ｃｕ部材２４やセラミックス部材２１に蒸着することで設けることもできる。活性金属材２３の厚さは０．０５μｍ以上２５μｍ以下とされている。
なお、活性金属材２３の厚さが薄い場合には蒸着を、比較的厚い場合には箔や、ペーストを用いて形成することが好ましい。
本実施形態では、活性金属材として、ＴｉをＣｕ部材２４に蒸着することで形成されている。
なお、本実施形態では、活性金属材２３は図２に示すように、Ｃｕ部材２４の側に配しているが、セラミックス部材２１の側に配することもできる。この場合、積層体２５の積層順序は、セラミックス部材２１、活性金属材２３、ろう材２２、およびＣｕ部材２４の順になる。
次に、図２（ｃ）に示すように、積層体２５を、例えば真空加熱処理炉Ｈに入れ、積層体２５を加圧しつつ、ろう材２２の溶融温度（接合温度）以上になるまで加熱する（加熱処理工程）。これによって、ろう材２２が溶融する。その後、冷却されると、図２（ｄ）に示すように、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４とが接合された接合体２６が得られる。
ここで、本発明におけるろう材２２について更に述べる。Ｃｕと共晶反応する共晶元素としては、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌのうちから選択される１種または２種以上の元素をろう材２２に含有させることによって、Ｃｕとの共晶反応により、ろう材の融点を確実に低くすることができる。
一例として、共晶元素のうち、Ｂａ６８ｍａｓｓ％以上９２ｍａｓｓ％以下の範囲内で、Ｃｕに加えることによって、Ｃｕだけの場合と比較して、融点を５３０℃に低下させることができる。
また、共晶元素のうち、２種以上を選択することによって、ろう材２２の融点が上昇することを抑制し、かつろう材２２の流動性が低下することを抑え、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４との接合性を更に向上させることができる。
本実施形態における加熱処理工程では、加熱温度は、６００℃以上６５０℃以下の範囲内に設定されている。加熱温度が６００℃以上の場合、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４との接合界面において、ろう材２２を確実に溶融させることができ、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４とを確実に接合可能となる。
一方、加熱温度が６５０℃以下の場合、セラミックス部材２１が熱劣化することを抑制できるとともに、セラミックス部材２１に生じる熱応力を低減することができる。
また、加熱処理工程においては、積層体２４に加圧される圧力が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上の場合、セラミックス部材２１と、溶融したろう材２２の液相とを密着させることができ、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４とを強固に接合できる。また、加圧される圧力が３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の場合、セラミックス部材２１に応力による割れが発生することを抑制できる。このような理由のため、本実施形態では、積層体２４に加圧される圧力は１ｋｇｆ／ｃｍ２以上３５ｋｇｆ／ｃｍ２以下の範囲内に設定されている。
さらに、加熱処理工程において、加熱時間が３０分以上の場合、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４との接合界面において、溶融したろう材２２がセラミックス部材２１やＣｕ部材２４の表層に入り込み、セラミックス部材２１とＣｕ部材２４とを確実に接合することができる。なお、加熱時間が３６０分を超えると生産性が低下してしまう。このような理由のため、本実施形態では、加熱時間は、３０分以上３６０分以下の範囲内に設定されている。
（パワーモジュール用基板の製造方法）
図３、図４は、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法を段階的に示した断面図である。
図３（ａ）に示すように、パワーモジュール用基板を製造する際には、まず、セラミックスからなるセラミックス基板３１を用意する。そして、このセラミックス基板３１の一面３１ａ側に、ろう材３２、活性金属材３３、およびＣｕ板３４を順に積層する。また、セラミックス部材３１の他面３１ｂ側に、ろう材３５、およびＡｌ板３６を順に積層し、積層体３７を形成する（積層工程）。
セラミックス基板３１を構成するセラミックスとしては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等が挙げられる。本実施形態では、ＡｌＮからなり、厚みが０．６３５ｍｍのセラミックス基板を用いた。
ろう材３２は、Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素、即ち、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌのうちから選択される１種または２種以上の元素とから構成される。
本実施形態では、ろう材３２として、上述したろう材２２と同じろう材を用いた。
活性金属材３３は、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆといった活性元素のいずれか１種又は２種以上を含有するものとされている。活性金属材２３は、箔、粉末、粉末に適切なバインダーを加えて混練したペーストを用いて設けることができる。また、ペーストとして用いる場合には、活性元素の水素化物（例えば、ＴｉＨ２やＺｒＨ２等）を用いることも可能である。さらに、Ｃｕ板３４やセラミックス基板３１に蒸着することで設けることもできる。活性金属材２３の厚さは０．０５μｍ以上２５μｍ以下とされている。
なお、活性金属材２３の厚さが薄い場合には蒸着を、比較的厚い場合には箔や、ペーストを用いて形成することが好ましい。
本実施形態では、活性金属材として、ＴｉをＣｕ板３４に蒸着することで形成されている。
なお、本実施形態では、活性金属材３３は図３に示すようにＣｕ板３４の側に配しているが、セラミックス基板３１の側に配することもできる。この場合、積層体３７の積層順序は、セラミックス基板３１、活性金属材３３、ろう材３２、およびＣｕ板３４の順になる。
また、活性金属材３３は、ろう材３２と一部または全部が混合された状態で、セラミックス基板３１とＣｕ板３４との間に配置することもできる。
Ａｌ板３６は、Ａｌ又はＡｌ合金から構成されている。本実施形態では、４Ｎ−Ａｌが用いられている。また、ろう材３５としては、セラミックスとＡｌとの接合が可能で、かつ、ろう材３２と同程度がそれよりも低温で溶融するろう材、例えばＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いている。この場合、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材に含まれるＳｉ濃度は１ｍａｓｓ％〜１２ｍａｓｓ％の範囲とすることが好ましい。
次に、図３（ｂ）に示すように、積層体３７を、例えば真空加熱処理炉Ｈに入れ、所定の圧力を加えつつ、ろう材３２，３５の溶融温度（接合温度）以上になるまで加熱する（加熱処理工程）。これによって、ろう材３２、３５が溶融する。その後、冷却されると、図４（ａ）に示すように、セラミックス基板３１の一面３１ａ側にＣｕ板３３が、またセラミックス基板３１の他面３１ｂ側にＡｌ板３６が、それぞれ接合されたパワーモジュール用基板３９が得られる。
このように、ろう材３２として、Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素とを用いることによって、Ａｌの融点よりも十分に低い温度でろう材３２を溶融して、セラミックス基板３１とＣｕ板３４とを接合することができる。これにより、比較的融点が低いＡｌ板３６をセラミックス基板３１の他面３１ｂ側に接合する場合であっても、Ｃｕ板３４とＡｌ板３６とを、セラミックス基板３１に対して１回の加熱処理工程で同時に接合することができる。
図４（ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板３９を用いて、Ｃｕ板３３にはんだ層４１を介して半導体素子４２を接合することによって、パワーモジュール４０を製造することができる。この場合、Ｃｕ板３３は、パワーモジュール４０の配線パターンを構成する回路層として作用する。また、Ａｌ板３６は、パワーモジュール４０の金属層、例えば、放熱板として作用する。
なお、上述したパワーモジュール４０ではＣｕ板３３を回路層としているが、Ｃｕ板３３は必ずしも回路層である必要はない。例えば、Ｃｕ板をパワーモジュールの回路層とは反対側の面に接合し、金属層とすることもできる。
また、パワーモジュール４０のＡｌ板３６（図４において下側）にヒートシンクが配置され、ヒートシンク付パワーモジュールとして利用することも可能である。
ヒートシンクは、パワーモジュール４０を冷却するためのものであり、パワーモジュール４０と接合される天板部と冷却媒体（例えば冷却水）を流通するための流路とを備えている。ヒートシンクは、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、例えば、無酸素銅等の純銅や銅合金又は純アルミニウムやＡ６０６３（アルミニウム合金）等のアルミニウム合金で構成することができる。ヒートシンク（天板部）は、パワーモジュール４０のＡｌ板３６に、例えば、はんだ付けやろう付けによって接合される。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験（実施例）の結果について説明する。
（実施例１）
ＡｌＮからなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、表１記載のろう材、活性金属材（厚さ６μｍの箔）、無酸素銅からなるＣｕ板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．３ｍｍｔ）を順に積層する。
また、比較例１は、ろう材として、Ｃｕに対して共晶反応を起こさない元素（Ｎｉ）を用いた。比較例２は、セラミックス基板とＣｕ板との間にＣｕ箔を介在させる構成とした。
そして、本発明例、比較例のそれぞれについて、積層体を積層方向に圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧した状態で真空加熱炉に投入し、加熱することによってセラミックス基板の一方の面にＣｕ板を接合した。なお、真空加熱炉内の圧力は１０−３Ｐａに設定し、加熱温度及び加熱時間は、表１の条件に設定した。このようにして、本発明例１−１〜１−４２、比較例１〜２の接合体を得た。
上述のようにして得られた本発明例１−１〜１−４２、比較例１〜２の接合体に対して、Ｃｕ板とセラミックス基板との初期の接合率を評価した。
接合率評価は、接合体に対し、セラミックス基板とＣｕ板との界面の接合率について超音波探傷装置を用いて評価し、以下の式から算出した。
ここで、初期接合面積とは、接合前における接合すべき面積、すなわち本実施例ではＣｕ板の面積とした。超音波探傷像において剥離は接合部内の白色部で示されることから、この白色部の面積を剥離面積とした。
（接合率（％））＝｛（初期接合面積）−（剥離面積）｝／（初期接合面積）×１００
以上のような確認実験の結果を表１に示す。
Figure 0006256176
表１に示す結果から、本発明例１−１〜１−４２については、Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素とを含むろう材を介在させてセラミックス基板とＣｕ板とを接合しているため、セラミックス基板とＣｕ板との初期の接合率が高く、強固に接合されていることが確認された。
一方、セラミックス基板とＣｕ板との接合の際に、Ｃｕと、このＣｕと共晶合金を形成しない元素を用いて接合した比較例１や共晶合金を形成する元素を用いなかった比較例２では、接合されなかった。
(実施例２)
表２記載のセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、表２記載のろう材、活性金属材（厚さ１μｍの箔）、無酸素銅からなるＣｕ板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．３ｍｍｔ）を順に積層する。そして、セラミックス基板の他方の面にＡｌ−１０質量％Ｓｉろう材箔（厚さ２０μｍ）を介して純度９９．９９％以上のアルミニウム板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を積層し、積層体を作製した。
そして、積層体を積層方向に圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ２で加圧した状態で真空加熱炉に投入し、加熱することによってセラミックス基板の一方の面にＣｕ板を、他方の面にアルミニウム板を接合した。なお、真空加熱炉内の圧力は１０−３Ｐａに設定し、加熱温度及び加熱時間は、表２の条件に設定した。このようにして、本発明例２−１〜２−１５のパワーモジュール用基板を得た。
得られたパワーモジュール用基板におけるセラミックス基板とＣｕ板との初期の接合率及び冷熱サイクル試験後の接合率を評価した。冷熱サイクル試験は、冷熱衝撃試験機エスペック社製ＴＳＢ−５１を使用し、パワーモジュール用基板に対して、液相（フロリナート）で、−４０℃×５分←→１２５℃×５分の３０００サイクルを実施した。
接合率は実施例１と同様の方法で算出した。
結果を表２に示す
Figure 0006256176
Ｃｕと、このＣｕと共晶反応する共晶元素とを含むろう材を介在させてセラミックス基板とＣｕ板とを接合した本発明例２−１〜２−１５においては、初期の接合率は高く、冷熱サイクルが負荷された後も高い接合率を維持することが可能なパワーモジュール用基板が得られることが確認された。
１０ 接合体
１１ セラミックス部材
１２ Ｃｕ部材
２１ セラミックス部材
２２ ろう材
２３ 活性金属材
２４ Ｃｕ部材
２６ 接合体
３９ パワーモジュール用基板

Claims (5)

  1. セラミックスからなるセラミックス部材と、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ部材とが接合されてなる接合体の製造方法であって、
    Ｃｕおよび該Ｃｕと共晶反応する共晶元素を含むろう材と、活性金属材とを介して、前記セラミックス部材の一面側に前記Ｃｕ部材を積層する積層工程と、
    積層された前記セラミックス部材および前記Ｃｕ部材を加熱処理する加熱処理工程と、を備えており、
    前記積層工程において、前記セラミックス部材側に前記ろう材を配置し、前記Ｃｕ部材側に前記活性金属材を配置することを特徴とする接合体の製造方法。
  2. 前記共晶元素は、Ｃａ，Ｇｅ，Ｓｒ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｃｅ，Ａｌのうちから選択される１種または２種以上の元素であることを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
  3. 前記積層工程では、前記セラミックス部材の他面側に、Ａｌ又はＡｌ合金からなるＡｌ部材を更に積層し、
    前記加熱処理工程では、積層された前記セラミックス部材、前記Ｃｕ部材、および前記Ａｌ部材を加熱処理することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法。
  4. 前記セラミックス部材は、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３のうち、いずれかより構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の接合体の製造方法。
  5. セラミックス基板の一方の面にＣｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ板が配設されたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
    前記セラミックス基板と前記Ｃｕ板とを、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の接合体の製造方法によって接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
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