JP6973158B2 - ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法に関する。

パワーモジュール用基板として、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に回路層が接合されるとともに、他方の面にアルミニウム板を介してアルミニウム系のヒートシンクが接合されたヒートシンク付パワーモジュール用基板が知られている。
例えば特許文献１に開示されているヒートシンク付パワーモジュール用基板は、セラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に純アルミニウム板、アルミニウム合金板、純銅板、銅合金板等からなる回路層が接合され、絶縁層の他方の面に純アルミニウム又はアルミニウム合金の金属板からなる金属層が接合され、この金属層に、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されたヒートシンクが銅層を介して接合されている。この場合、絶縁層と金属層とはろう材を用いて接合され、金属層とヒートシンクとは、その間に介在した銅層との間で固相拡散接合されている。

このようなヒートシンク付パワーモジュール用基板において、セラミックス基板とアルミニウム板のような熱膨張係数の異なる部材の接合による反りを防止するため、ヒートシンクの材料として、特許文献２に開示される多孔質炭化珪素成形体にアルミニウムを主成分とする金属を含浸させてなる低膨張係数の複合体（アルミニウム炭化珪素複合体とする）を用いることが提案されている。

特開２０１４−６０２１５号公報 特開２０００−２８１４６５号公報

ところで、パワーモジュール用基板の金属層は、熱伸縮に伴う応力緩和のために比較的純度の高いアルミニウム（特に純度９９．９９質量％以上の高純度アルミニウム）により構成するのが好ましい。一方、特許文献２記載のアルミニウム炭化珪素複合体では高温鋳造法等で緻密で高強度の複合体を得るためにシリコンやマグネシウム等を含有する比較的純度の低いアルミニウム合金が用いられることから、このアルミニウム炭化珪素複合体と銅との固相拡散に要する温度は例えば５００℃程度が適切である。
しかしながら、これらパワーモジュール用基板の金属層とアルミニウム炭化珪素複合体とを銅層を介して５００℃程度の温度で同時に接合しようとすると、金属層と銅層との接合には不十分であり、金属層と銅層との間に金属間化合物（ＣｕＡｌ_２、ＣｕＡｌ等）が十分に成長せずに接合不良を生じ易い。これを解決するため、接合温度を高めようとすると、アルミニウム炭化珪素複合体の一部が溶融するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、パワーモジュール用基板とアルミニウム炭化珪素複合体からなるヒートシンクとを５００℃以下の温度で確実に接合することを目的とする。

本発明のヒートシンク付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回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板における前記金属層と、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金を含浸して形成されたアルミニウム炭化珪素複合体からなるヒートシンクとを銅層を介して拡散接合することにより、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとを接合するヒートシンク接合工程を有し、
前記ヒートシンク接合工程は、前記パワーモジュール用基板の前記金属層と前記銅層との間に、アルミニウムとアルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属との共蒸着膜を介在した状態で、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとを接合しており、前記アルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属はマグネシウムであり、前記共蒸着膜は、マグネシウムの混合比率が２０ａｔ％以上５０ａｔ％以下である。

この場合、アルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属としては、マグネシウム、ナトリウム、カルシウム、カリウムを用いることができるが、マグネシウムが好適である。このマグネシウムを用いる場合、前記共蒸着膜は、マグネシウムの混合比率が０．１ａｔ％以上５０ａｔ％以下であり、膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ以下である。マグネシウムの混合比率は２０ａｔ％以上がよい。

一般に、パワーモジュール用基板における金属層の表面にはアルミニウム酸化膜が形成されており、これがアルミニウムと銅との金属間化合物の生成を妨げることにより、接合不良の原因となっている。
この製造方法によれば、アルミニウムとこれよりイオン化傾向の大きい金属との共蒸着膜をパワーモジュール用基板の金属層と銅層との間に介在したことにより、その金属元素が拡散して金属層やヒートシンク表面の酸化膜と反応してアルミニウム酸化膜を破壊し、アルミニウムと銅との金属間化合物の生成が、酸化膜により阻害されることが抑制される。
アルミニウムよりイオン化傾向の大きい金属としてマグネシウムを用いた場合によりさらに具体的に説明すると、アルミニウムとマグネシウムとの共蒸着膜をパワーモジュール用基板の金属層と銅層との間に介在したことにより、マグネシウムが拡散して金属層やヒートシンク表面の酸化膜と反応してアルミニウム酸化膜を破壊し、マグネシウム酸化物（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４やＭｇＯ）として分散する。この場合、マグネシウムとアルミニウムとの共蒸着膜は、マグネシウムとアルミニウムとが原子レベルで混在した状態で蒸着膜の面方向に分散していたものであるから、アルミニウム表面のアルミニウム酸化膜を破壊して生成されるマグネシウム酸化物は、アルミニウムと銅との界面に微細な粒子として分散した状態となる。したがって、このマグネシウム酸化物がアルミニウムと銅との金属間化合物の生成を阻害することが抑制され、その結果、アルミニウムと銅との金属間化合物の成長が促進され、低温（例えば５００℃以下）でもパワーモジュール用基板とヒートシンクとを強固に接合することができる。

この場合、共蒸着膜におけるマグネシウム混合比率が０．１ａｔ％未満ではマグネシウム酸化物が十分に形成されず、接合不良を生じるおそれがある。２０ａｔ％以上とするとよい。一方、共蒸着膜に混在するアルミニウムはマグネシウムの拡散を抑える元素として機能するものであり、マグネシウム混合比率が５０ａｔ％を超えると、そのマグネシウムに対するアルミニウムの比率が小さくなるので、マグネシウムの拡散を抑える効果が少なくなり、マグネシウムの拡散を制御しきれずにカーケンダルボイドを発生するおそれがある。

本発明の好ましい態様としては、前記ヒートシンク接合工程において、前記共蒸着膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材箔の少なくとも一方の面に形成されているとよい。共蒸着膜を箔の形態で取り扱うことができるので、作業性がよい。
また、本発明の別の態様としては、前記共蒸着膜は、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の表面に形成されていてもよい。

本発明によれば、アルミニウムとの共蒸着膜を構成するマグネシウム等の金属元素が、金属層やアルミニウム炭化珪素複合体の表面のアルミニウム酸化膜を破壊して微細なマグネシウム酸化物として分散するので、アルミニウムと銅との金属間化合物の成長が促進され、パワーモジュール用基板とヒートシンクとを強固に接合することができる。

本発明の第１実施形態に係るヒートシンク付パワーモジュール用基板の全体構造を示す断面図である。 図１のパワーモジュール用基板について接合前の状態を示す断面図である。 第１実施形態の製造方法におけるパワーモジュール用基板にヒートシンクを接合する前の状態を示す断面図である。 第２実施形態の製造方法におけるパワーモジュール用基板にヒートシンクを接合する前の状態を示す断面図である。 第３実施形態の製造方法におけるパワーモジュール用基板にヒートシンクを接合する前の状態を示す断面図である。 本発明例における接合部の断面顕微鏡写真である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、第１実施形態の製造方法により製造されたヒートシンク付パワーモジュール用基板１を示す。このヒートシンク付パワーモジュール用基板１は、パワーモジュール用基板１０とヒートシンク２０とが銅層３０を介して積層状態で接合されている。

パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面（表面）１１ａに接合された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（裏面）１１ｂに接合された金属層１３とを有する。
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３の間の電気的接続を防止する絶縁材であって、例えばＡｌＮ（窒化アルミ）、窒化珪素Ｓｉ_３Ｎ_４等により形成され、その板厚は０．２ｍｍ〜１．５ｍｍである。

回路層１２及び金属層１３は、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれも適用可能であるが、金属層１３については純度９９．００質量％以上又は純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムが応力緩和のために特に好ましい。いわゆる２Ｎ-Ａｌ、３Ｎ-Ａｌ、４Ｎ-Ａｌが金属層１３として好適に用いることができる。これら純アルミニウムは溶融開始温度がいずれも６５０℃以上である。
また、これら回路層１２及び金属層１３の板厚は０．１ｍｍ〜１．０ｍｍが好適である。これら回路層１２及び金属層１３は、セラミックス基板１１の両面にアルミニウム板を、例えばＡｌ−Ｓｉ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合される。

ヒートシンク２０は、炭化珪素多孔体にアルミニウム合金を含浸して形成されたアルミニウム炭化珪素複合体により形成される。炭化珪素多孔体は、炭化珪素粉末と結合剤とを混合して板状に成形して焼結したものである。この炭化珪素多孔体にマグネシウムやシリコンを含有するアルミニウム合金の溶融物を高圧で含浸させることにより、アルミニウム炭化珪素複合体が製造される。アルミニウムと炭化珪素との両方の特性を兼ね備えており、ヒートシンクとして良好な熱伝導性を有するとともに、熱膨張係数が低く、パワーモジュール用基板１０に接合されることにより、熱伸縮がパワーモジュール用基板１０のセラミックス基板１１と均衡して反り等の発生を抑制することができる。
ヒートシンク２０としては、平板が好適に用いられ、その厚さは０．４ｍｍ〜６．０ｍｍとするとよい。
なお、ヒートシンク２０の表面には、含侵されたアルミニウム合金からなるスキン層（図示なし）が形成されており、このスキン層と銅層３０が接合されている。
また、含浸されるアルミニウム合金としては、例えば、ＡＳＴＭ規格のＡ３５６や、ＪＩＳ規格のＡＤＣ１２、６０６３、３００３等を用いることができる。これらアルミニウム合金はいずれも溶融開始温度が６４５℃以下である。
銅層３０は、特に限定されないが、熱伝導性の面で純銅からなるものが好ましい。例えば、無酸素銅の圧延板によって形成されており、０．０５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の厚さに形成される。

次に、この第１実施形態のヒートシンク付パワーモジュール用基板１の製造方法について説明する。
その製造方法は、セラミックス基板１１に回路層１２及び金属層１３を接合してパワーモジュール用基板１０を形成するパワーモジュール用基板形成工程と、パワーモジュール用基板１０にヒートシンク２０を接合するヒートシンク接合工程とからなる。以下、この工程順に説明する。

（パワーモジュール用基板形成工程）
図２に示すように、セラミックス基板１１の一方の面１１ａに回路層１２となるアルミニウム板１２Ａ、他方の面１１ｂに金属層１３となるアルミニウム板１３Ａを、それぞれＡｌ−Ｓｉ系ろう材箔１５を介して積層し、その積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板１１の一方の面１１ａに回路層１２、他方の面１１ｂに金属層１３が接合されたパワーモジュール用基板１０を形成する。ろう材箔１５は加熱により溶融し、回路層１２や金属層１３中に拡散して、これらをセラミックス基板１１と強固に接合する。
このときの接合条件は、必ずしも限定されるものではないが、真空雰囲気中で、積層方向の加圧力が０．３ＭＰａ〜１．０ＭＰａで、６４０℃以上６５０℃以下の加熱温度に１分以上６０分以下保持するのが好適である。

（ヒートシンク接合工程）
図３に示すように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３に銅層３０を介してヒートシンク２０を接合する。この接合は、金属層１３及びヒートシンク２０のアルミニウムと銅層３０の銅との固相拡散接合である。
また、この接合に際しては、アルミニウムとマグネシウムとの共蒸着膜４１を形成した金属箔４０を金属層１３と銅層３０との間に挿入しておく。この金属箔４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材箔４２の一方の面又は両面にアルミニウムとマグネシウムとの共蒸着膜４１を形成したものである。図示例では、基材箔４２の一方の面に共蒸着膜４１が形成されており、その共蒸着膜４１が銅層３０に向けた状態で介在しているが、金属層１３側に向けて介在させてもよい。
この金属箔４０を金属層１３と銅層３０との間に介在させ、積層方向に加圧した状態で加熱することにより、金属層１３とヒートシンク２０とをアルミニウムと銅との拡散接合によって接合する。このときの接合条件としては、必ずしも限定されないが、真空雰囲気で、積層方向の加圧力が０．３ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下で、４００℃以上５００℃以下の加熱温度に５分以上２４０分以下保持するのが好適である。

前述したように、金属層１３の表面にはアルミニウム酸化膜が存在しており、これが銅層３０との固相拡散接合の妨げとなっている。この接合工程においては、金属箔４０に形成した共蒸着膜４１にアルミニウムとマグネシウムとが原子レベルで混在しているため、そのマグネシウム原子が、金属層１３の表面のアルミニウム酸化膜を破壊し、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）等のマグネシウム酸化物を生成する。このため、アルミニウム酸化膜が除去された金属層１３及びアルミニウム炭化珪素アルミニウムの表面と銅層３０の表面とが接触して拡散接合する。

また、このとき生成されるマグネシウム酸化物はマグネシウム原子の拡散によって形成されたものであるため、微細な粒子であり、金属層１３と銅層３０との界面に沿って面方向に分散して形成される。このため、金属層１３のアルミニウムと銅層３０の銅との拡散接合を阻害することが少なく、アルミニウムと銅との拡散接合が促進され、金属層１３とヒートシンク２０とが強固に接合される。
なお、この第１実施形態の場合、共蒸着膜４１は銅層３０に向けて介在させており、したがって、共蒸着膜４１が銅層３０の表面に接触した状態となる。このため、金属層１３には、基材箔４２を経由して金属層１３の表面に共蒸着膜４１のマグネシウムが到達する。

この共蒸着膜４１における基材箔４２はアルミニウム又はアルミニウム合金からなる圧延箔であり、その厚さは３μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。基材箔４２はアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであれば、特に限定されないが、Ａｌ−Ｓｉ系材料が好適である。この基材箔４２の厚さは３μｍ未満とするのは圧延困難であり、５０μｍを超える厚さでは、共蒸着膜４１を基材箔４２の片面にのみ形成する場合は、基材箔４２を貫通する方向のマグネシウムの拡散を阻害し、共蒸着膜４１が形成されていない側の面での拡散接合が不十分になるおそれがある。ただし基材箔４２の両面に共蒸着膜を付与した場合は厚みの制約はないが、厚くなりすぎるとモジュール全体の熱抵抗につながる恐れがある。

共蒸着膜４１においてアルミニウムとマグネシウムとの混合比率は、マグネシウムが０．１ａｔ％以上５０ａｔ％以下となる比率に設定される。シリコン等の他の成分は１２ａｔ％以下であれば含まれていてもよい。
マグネシウムの混合比率が０．１ａｔ％未満ではアルミニウムと銅との界面にマグネシウム酸化物が十分に形成されない結果、アルミニウム酸化膜が残存してアルミニウムと銅との拡散接合が阻害され、接合不良を生じるおそれがある。
マグネシウムの混合比率が増えると、相対的にアルミニウムの混合比率が減少する。このアルミニウムはマグネシウムと原子レベルで混在していることにより、拡散速度の大きいマグネシウムの拡散を制御する機能があるが、マグネシウムの混合比率が５０ａｔ％を超え、アルミニウムの混合比率がその分小さくなると、マグネシウムの拡散を抑える効果が少なくなり、マグネシウムの拡散を制御しきれずにカーケンダルボイドが発生するおそれがある。したがって、マグネシウム単体の膜ではボイドが発生して良好な接合が得られない。

また、共蒸着膜４１の厚さは０．０５μｍ以上３．０μｍ以下が好ましい。この共蒸着膜４１の厚さが０．０５μｍ未満ではアルミニウムの酸化被膜を除去するに足るマグネシウムが不足したり、局所的な蒸着不良による接合不良が起きたりする恐れがある。一方、３．０μｍを超えるとマグネシウムの拡散によるカーケンダルボイドが発生しやすくなる。この共蒸着膜４１は、基材箔４２の両面に形成されていてもよいが、基材箔４２の一方の面のみに形成されていてもよい。図示例では、基材箔４２の一方の面のみに共蒸着膜４１が形成されている。なお、基材箔４２の両面に共蒸着膜４１を形成する場合、共蒸着膜４１の厚さの０．０５μｍ以上３．０μｍ以下は、基材箔４２の両面の共蒸着膜４１それぞれの面に対する膜厚である。
なお、ヒートシンク２０と銅層３０との間の接合もアルミニウムと銅との固相拡散接合であるが、ヒートシンク２０のアルミニウム純度が低いため、金属層１３と銅層３０との間におけるようなマグネシウムの作用がなくても、５００℃以下で十分な接合強度を得ることができる。

このようにしてパワーモジュール用基板１０の金属層１３とヒートシンク２０とが銅層３０を介して固相拡散接合されることにより、これらが一体になったヒートシンク付パワーモジュール用基板１が製造される。
このヒートシンク付パワーモジュール用基板１では、金属層１３と銅層３０との間及び銅層３０とヒートシンク２０との間に、図６に示すように、それぞれアルミニウムと銅との金属間化合物が成長した接合層５０が形成され、これらが強固に接合される。
この接合層５０は、主としてアルミニウムと銅との拡散層であり、アルミニウムから銅に向かうにしたがって漸次アルミニウム原子の濃度が低くなり、銅原子の濃度が高くなる濃度勾配を有する。また、この接合層５０を構成するアルミニウムと銅との金属間化合物は、金属層１３と銅層３０との界面及び銅層３０とヒートシンク２０との界面に複数種（例えば、アルミニウム側から銅側に向けて順にθ相、η２相、ζ２相の３種）の金属間化合物が積層される。なお、金属層１３と銅層３０との間に金属箔４０を介して接合する場合、金属層１３と金属箔４０との接合、及び金属箔４０と銅層３０との接合が同時になされることになるが、金属箔４０の基材箔４２の厚みが大きくなると、基材箔４２内のマグネシウム拡散の方が銅の拡散より速いので、マグネシウムによる金属層１３と金属箔４０とが接合されても、アルミニウムと銅との金属間化合物が金属層１３と金属箔４０との界面まで達するとは限らない。

また、接合層５０において、金属層１３との界面部、及びヒートシンク２０との界面部には、その界面に沿ってマグネシウム酸化物が層状に偏析してなるマグネシウム偏析層が薄く形成されている。この実施形態の場合、金属箔４０の基材箔４２としてＡｌ−Ｓｉ系合金を用いたことにより、金属層１３との界面部、及びヒートシンク２０との界面部に、マグネシウム酸化物とともにＳｉ及び珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）もわずかに存在する。このＳｉ及び珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）は、その界面を超えて金属層１３及びヒートシンク２０のアルミニウム内にも析出が認められる。
この接合層５０は、金属層１３と銅層３０との接合部及び銅層３０とヒートシンク２０との接合部の断面をＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）によってライン分析することにより確認することができ、銅とアルミニウムの金属間化合物形成領域（図６にＣｕ−Ａｌ ＩＭＣｓと示した範囲）を含み、酸化マグネシウムが偏析されている層までの領域をいう。

この製造方法によれば、アルミニウムとマグネシウムとの共蒸着膜４１を介在させたことにより、パワーモジュール用基板１０の金属層１３とアルミニウム炭化珪素複合体からなるヒートシンク２０とを銅層３０を介して５００℃以下の低温で固相拡散接合することが可能になり、金属層１３、アルミニウム炭化珪素複合体からなるヒートシンク２０のいずれもを強固に接合することができる。

なお、実施形態では、ヒートシンク接合工程において、基材箔４２の一方の表面に共蒸着膜４１を形成した金属箔４０を用い、その共蒸着膜４１を銅層２０に向けて介在させたが、図４に示す第２実施形態のように、共蒸着膜４１を金属層１３に向けて介在させてもよい。
また、金属箔４０を用いずに、図５に示す第３実施形態のように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３上に共蒸着膜４１を直接形成してもよい。この場合、金属層１３の表面を残してパワーモジュール用基板１０をマスクにより覆って共蒸着膜４１を形成する必要がある。
さらに、金属箔４０を用いる場合、基材箔４２の材料をＡｌ−Ｓｉ合金としたが、純アルミニウムや他のアルミニウム合金を用いてもよい。
この共蒸着膜４１は、金属を熱して蒸発させて形成した膜に限らず、スパッタリングやイオンプレーティングにより形成した膜も含む。

なお、共蒸着膜４１を銅層３０の表面に形成するのは好ましくない。共蒸着膜４１を銅層３０の表面に形成したのでは、銅層３０の表面に結合しているマグネシウムが拡散する際の挙動が安定せず、銅層３０との界面にボイドが発生する。実施形態の場合には、共蒸着膜４１が銅層３０の表面に接触するだけであるので、マグネシウムと銅層３０との結合力は弱く、このため、マグネシウムが速やかに拡散すると考えられる。
その他、細部構成は実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

また、本実施形態では、ヒートシンク２０は平板としたが、形状は特に限定されず、例えば、内部に水路を有する液冷式の冷却器であっても良い。
さらに、アルミニウムとともに共蒸着膜を形成する金属元素としてマグネシウムを例示したが、マグネシウム以外にも、アルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属であれば適用することができ、例えば、ナトリウム、カルシウム、カリウムを用いることができる。

パワーモジュール用基板として、窒化アルミニウム板からなるセラミックス基板の両面に、純アルミニウム板（４Ｎ−Ａｌ、３Ｎ−Ａｌ、Ａ１０５０）からなる回路層及び金属層を接合したものを用い、その金属層に銅層を接合した。パワーモジュール用基板の接合には、厚さ１２μｍのＡｌ−７．５質量％Ｓｉろう材箔を用い、加圧力０．６ＭＰａで、６４０℃〜６６０℃の温度に３０分保持した。
このパワーモジュール用基板の金属層と銅層との接合の際に形成した共蒸着膜としては、厚さ１０μｍ又は５０μｍの基材箔（表１に「Ａｌ箔」と示す）に形成したもの、基材箔を用いずに金属層に直接形成したもの（表１のＮｏ．６）、基材箔を用いずに銅層に形成したもの（表１のＮｏ．１４）の３通りの形態で用いた。共蒸着膜を基材箔に形成したものは、基材箔の一方の表面のみに形成し、接合の際に銅層又は金属層のいずれの側に配置したかを成膜箇所の欄に「Ｃｕ側」「金属層側」として示した。また、基材箔としてＳｉを含有するアルミニウム箔、Ｓｉを含有しないアルミニウム箔の両方を用い、表１にＳｉ含有の有無を記載した。Ｎｏ．１２は共蒸着膜を用いない従来技術である。
共蒸着膜におけるアルミニウムとマグネシウムとの混合比率（Ａｌ：Ｍｇ）及び膜厚は表１の通りである。表１の「Ａｌ：Ｍｇ」の欄における混合比率の数値は原子量比率（ａｔ比率）である。
このパワーモジュール用基板の金属層と銅層との接合においては、加圧力２．１ＭＰａで４９０℃の温度に１５０分保持した。

得られた試料について、金属層と銅層との接合率（ＤＢＡ／Ｃｕ接合率）、断面のボイド判定を評価した。
接合率は、接合面の超音波探傷像を二値化処理して、剥離部分を除く接合された面積を求め、これを接合すべき界面の面積で割った比率とした。その接合率が９５％以上を「優」、９０％以上９５％未満を「良」、９０％未満を「不良」とする。
断面のボイド判定は、レーザー顕微鏡で接合部の断面を観察し、空隙（ボイド）が認められなかったか、空隙が認められた場合でも接合界面に沿って３μｍ以下の空隙であったものを「〇」、３μｍを超える空隙が認められたものを「×」と判定した。試料１２、１５は接合率が悪すぎたため、ボイド判定は行わなかった。
これらの結果を表１に示す。

表１から明らかなように、基材箔に共蒸着膜を形成したもの、あるいは金属層に共蒸着膜を形成したもので、マグネシウムの混合比率が０．１ａｔ％以上５０ａｔ％以下、膜厚が０．０５μｍ以上３．０μｍ以下のものは、十分な接合率であり、断面のボイドも発生していないか、わずかであり、５００℃以下の温度でも実用上問題ない接合を得ることができた。本発明においては、マグネシウムの混合比率を２０ａｔ％以上とする。
図６は、本発明例の接合部における顕微鏡写真であり、銅とアルミニウムとの間の接合層５０に、複数種の金属間化合物が層状に積層されている。また、その接合層５０とアルミニウムとの界面に沿ってマグネシウム酸化物（ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）や珪化マグネシウム（Ｍｇ_２Ｓｉ）、Ｓｉの偏析層が認められる。

１ ヒートシンク付パワーモジュール用基板
１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 回路層
１３ 金属層
２０ ヒートシンク
３０ 銅層
４０ 金属箔
４１ 共蒸着膜
４２ 基材箔
５０ 接合層

Claims (4)

1. セラミックス基板の一方の面に回路層が接合されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属層が接合されてなるパワーモジュール用基板における前記金属層と、炭化珪素の多孔体にアルミニウム合金を含浸して形成されたアルミニウム炭化珪素複合体からなるヒートシンクとを銅層を介して拡散接合することにより、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとを接合するヒートシンク接合工程を有し、
   前記ヒートシンク接合工程は、前記パワーモジュール用基板の前記金属層と前記銅層との間に、アルミニウムとアルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属との共蒸着膜を介在した状態で、前記パワーモジュール用基板と前記ヒートシンクとを接合しており、
   前記アルミニウムよりもイオン化傾向の大きい金属はマグネシウムであり、前記共蒸着膜は、マグネシウムの混合比率が２０ａｔ％以上５０ａｔ％以下であることを特徴とするヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
2. 前記共蒸着膜は、膜厚が０．０５μｍ以上３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
3. 前記ヒートシンク接合工程において、前記共蒸着膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材箔の少なくとも一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。
4. 前記ヒートシンク接合工程において、前記共蒸着膜は、前記金属層の前記セラミックス基板とは反対側の表面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法。

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