絶縁基板用積層材の製造方法
【課題】はんだ接合性が良好であり、接合界面での割れや剥離の発生及びＮｉ層の表面の変形の発生を防止することができる絶縁基板用積層材の製造方法を提供する。
【解決手段】積層材１は、表面２ａに半導体素子21が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層２と、Ｎｉ層２の表面2a側とは反対側に配置された中間層３と、中間層３のＮｉ層２配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層４と、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層５と、を備える。中間層３は、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成されたＡｌ層３ａであるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成されたＣｕ層３ｃである。これらの層２、３、４、５を積層状に一体化する。
【解決手段】積層材１は、表面２ａに半導体素子21が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層２と、Ｎｉ層２の表面2a側とは反対側に配置された中間層３と、中間層３のＮｉ層２配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層４と、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層５と、を備える。中間層３は、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成されたＡｌ層３ａであるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成されたＣｕ層３ｃである。これらの層２、３、４、５を積層状に一体化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板用積層材の製造方法、絶縁基板用積層材、絶縁基板及び半導体モジュールに関する。
【０００２】
なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
パワー半導体モジュール等の半導体モジュールは、半導体素子の動作により半導体素子から発生した熱を放出するため、放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）を備えている。さらに、この半導体モジュールでは、半導体素子と放熱部材との間に、半導体素子から発生した熱を放熱部材に伝達するための放熱用絶縁基板が配置されている。この絶縁基板は、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能するものであり、具体的には、電気絶縁層としてのセラミック層と、その片面上に接合された配線層（回路層）を含む金属層と、を備えている（例えば特許文献１〜４参照）。そして、絶縁基板の金属層上に半導体素子がはんだ付けにより接合される。
【０００４】
金属層を構成する層として、近年、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層が用いられてきている。その理由は、Ａｌ層は電気特性及び熱特性に優れているし、またＡｌ層を用いると絶縁基板の製造コストの引下げを図ることができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２８０１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５５０３号公報
【特許文献３】特開２００６−３０３３４６号公報
【特許文献４】特開２００９−１４７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、Ａｌ層ははんだ接合性が悪い。そのため、半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、Ａｌ層の表面にＮｉ層としてＮｉめっき層を形成することが行われるが、この場合には、Ａｌ層とＮｉめっき層との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が形成されてしまう。その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなり、またＮｉ層の表面の変形（凹凸）が生じ易くなる。
【０００７】
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、絶縁基板に用いられる積層材であって、はんだ接合性が良好であり、接合界面での割れや剥離の発生及びＮｉ層の表面の変形の発生を防止することができる絶縁基板用積層材の製造方法、積層材、絶縁基板及び半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の手段を提供する。
【０００９】
［１］ 表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層と、を積層状に一体化する一体化工程を含むことを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１０】
［２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１１】
［３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１２】
［４］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１３】
［５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１４】
［６］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１５】
［７］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１６】
［８］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１７】
［９］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１８】
［１０］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合を放電プラズマ焼結法により行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１９】
［１１］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う前項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２０】
［１２］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２１】
［１３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２２】
［１４］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２３】
［１５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２４】
［１６］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２５】
［１７］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２６】
［１８］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２７】
［１９］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２８】
［２０］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２９】
［２１］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３０】
［２２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合を放電プラズマ焼結法により行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３１】
［２３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う前項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３２】
［２４］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３３】
［２５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３４】
［２６］ 前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている前項１〜２５のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３５】
［２７］ 表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層とが、積層状に一体化されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
【００３６】
［２８］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３７】
［２９］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３８】
［３０］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３９】
［３１］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４０】
［３２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記中間層と前記Ｔｉ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４１】
［３３］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４２】
［３４］ 前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側にろう材層が配置されており、
前記Ａｌ層と前記ろう材層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７〜３３のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。
【００４３】
［３５］ 前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている前項２７〜３４のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００４４】
［３６］ 前項２７〜３５のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。
【００４５】
［３７］ 前項２７〜３５のいずれかに記載の積層材のＮｉ層の表面に半導体素子がはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は以下の効果を奏する。
【００４７】
ここで本明細書では、中間層を構成するＡｌ層を、Ｔｉ層の中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ層と区別するため「中間Ａｌ層」と呼ぶ。また、中間層を構成するＣｕ層を「中間Ｃｕ層」と呼ぶ。
【００４８】
前項［１］では、積層材はＮｉ層を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子をこのＮｉ層の表面にはんだ付けにより確実に接合することができる。
【００４９】
さらに、Ｎｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、例えばもしＮｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層を配置しないでＮｉ層とＡｌ層とを直接接合した場合には、Ｎｉ層とＡｌ層との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が厚く形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、前項［１］では、Ｎｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層が配置されているので、そのような脆弱な合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も防止することができる。
【００５０】
さらに、Ａｌ層において熱応力を緩和させることができ、そのため、積層材と絶縁基板のセラミック層とを接合する際においてセラミック層の割れを防止することができる。その結果、冷熱耐久性の高い絶縁基板を得ることができる。
【００５１】
さらに、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層とＴｉ層との間に中間Ａｌ層又は中間Ｃｕ層からなる中間層を配置し、そして例えばＮｉ層と中間層とＴｉ層とＡｌ層とを加熱することにより、Ｎｉ層と中間層とＴｉ層とＡｌ層とを積層状に容易に一体化することができる。
【００５２】
また、中間Ａｌ層の厚さを薄くする（例えば６μｍ以下）にすることにより、脆弱な合金層の成長を抑え、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）に耐え得る強度を維持することが可能となる。
【００５３】
前項［２］では、上述したように、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層とＴｉ層との間にＡｌ層又はＣｕ層からなる中間層を配置することにより、Ｎｉ層と中間層との接合と、中間層とＴｉ層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができ、もって積層材の製造コストを削減することができる。
【００５４】
前項［３］では、積層材を大量に製造することができる。
【００５５】
前項［４］では、ろう材層付き積層材を得ることができる。これにより、ろう材層を、積層材を絶縁基板の所定の層（例：セラミック層）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材と絶縁基板の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【００５６】
前項［５］では、ろう材層付き積層材を大量に製造することができる。
【００５７】
前記［６］では、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００５８】
さらに、中間層とＴｉ層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００５９】
さらに、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００６０】
このように、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００６１】
前項［７］〜［９］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００６２】
前項［１０］では、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６３】
さらに、Ｔｉ層が中間層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６４】
さらに、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層が中間層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００６５】
このように、中間層の材料コストの削減と、Ｔｉ層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００６６】
前項［１１］〜［１３］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００６７】
前項［１４］では、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６８】
さらに、Ｎｉ層と中間層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００６９】
さらに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００７０】
このように、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００７１】
前項［１５］〜［１７］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００７２】
前項［１８］では、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７３】
さらに、Ｎｉ層と中間層との接合と、中間層とＴｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００７４】
さらに、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００７５】
このように、Ｔｉ層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００７６】
前項［１９］〜［２１］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００７７】
前項［２２］では、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７８】
さらに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７９】
さらに、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されるとともに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００８０】
このように、Ｔｉ層の材料コストの削減と、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００８１】
前項［２３］〜［２５］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００８２】
前項［２６］では、Ａｌ層が純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されていることにより、Ａｌ層を配線層として好適に用いることができる。
【００８３】
前項［２７］は、前項［１］と同様の効果を奏する。
【００８４】
前項［２８］は、前項［２］と同様の効果を奏する。
【００８５】
前項［２９］は、前項［６］と同様の効果を奏する。
【００８６】
前項［３０］は、前項［１０］と同様の効果を奏する。
【００８７】
前項［３１］は、前項［１４］と同様の効果を奏する。
【００８８】
前項［３２］は、前項［１８］と同様の効果を奏する。
【００８９】
前項［３３］は、前項［２２］と同様の効果を奏する。
【００９０】
前項［３４］は、前項［４］と同様の効果を奏する。
【００９１】
前項［３５］は、前項［２６］と同様の効果を奏する。
【００９２】
前項［３６］では、前項［２７］〜［３５］のいずれかと同様の効果を奏する絶縁基板を提供できる。
【００９３】
前項［３７］では、前項［２７］〜［３５］のいずれかと同様の効果を奏する半導体モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る積層材を用いて製造された絶縁基板を備えた半導体モジュールの正面図である。
【図２】図２は、同絶縁基板の断面図である。
【図３】図３は、同積層材の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、所定の接合を筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により同時に行う場合を示す断面図である。
【図５】図５は、所定の接合を、筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により同時に行う場合を示す断面図である。
【図６】図６は、複数の積層体のそれぞれの積層体に対して所定の接合を筒状ダイを用いないで同時に行う場合を示す断面図である
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００９５】
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。
【００９６】
なお、以下の説明において、便宜上、各図面の上下を上下というものとする。また、各図面には、全図面を通じて同一部材には同一符号が付されている。
【００９７】
図１において、２０は本発明の第１実施形態に係る半導体モジュールである。この半導体モジュール２０は、ＩＧＢＴモジュール、ＭＯＳＦＥＴモジュール、サイリスタモジュール、ダイオードモジュール等であり、半導体素子２１と絶縁基板１５と放熱部材１７とを備えている。絶縁基板１５は、半導体素子２１と放熱部材１７との間に配置されており、半導体素子２１から発生した熱を放熱部材１７に伝達する役割を果たす。そのため、絶縁基板１５は、優れた電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えることが要求される。
【００９８】
半導体素子２１は、ＩＧＢＴチップ、ＭＯＳＦＥＴチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップ等である。
【００９９】
放熱部材１７は、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器などであり、金属製であり、具体的には例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。本第１実施形態では、放熱部材１７は例えば放熱フィンを有するヒートシンクである。
【０１００】
図２に示すように、絶縁基板１５は、本発明の第１実施形態に係る積層材１を用いて製造されたものであり、詳述すると、本第１実施形態の積層材１と、セラミック層１０と、金属ベース層１２とを含んでいる。
【０１０１】
セラミック層１０は、絶縁基板１５における電気絶縁層として機能するセラミックで形成されたものであり、好ましくはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮ及びＢｅＯからなる群より選択される１種又は２種以上のセラミックで形成されたものである。このセラミック層１０は、セラミック板から提供されて形成されたものである。セラミック層１０の厚さは例えば３００〜１０００μｍである。因みに、セラミック層１０を形成するセラミックの融点又は分解点は、ＡｌＮ：２２００℃、Ａｌ２Ｏ３：２０５０℃、Ｓｉ３Ｎ４：１９００℃、Ｙ２Ｏ３：２４００℃、ＣａＯ：２５７０℃、ＢＮ：３０００℃、ＢｅＯ：２５７０℃である。なお、セラミック層１０の大きさは、電気絶縁性を確実に確保するため他の層よりも若干大きく設定されるのが望ましい。
【０１０２】
金属ベース層１２は、セラミック層１０と放熱部材１７との間に配置されるものであり、熱応力の緩和を図ることを目的とするものである。この金属ベース層１２は、金属板から提供されて形成されたものであり、例えばＡｌ又はＡｌ合金で形成されている。そして、この金属ベース層１２がセラミック層１０の下面側に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されている。金属ベース層１２とセラミック層１０との接合界面には、金属ベース層１２とセラミック層１０とを接合したろう材層１１が形成されている。金属ベース層１２の下面側には放熱部材１７が金属ベース層１２とろう付け等により接合される。
【０１０３】
ここで、積層材１や絶縁基板１５に発生する熱応力について具体的に例示すると、次のとおりである。すなわち、絶縁基板１５の金属ベース層１２と放熱部材１７との接合が例えばろう付けにより行われる場合、このろう付けの際に絶縁基板１５の温度は室温から約６００℃に上昇し、ろう付け後に室温に戻る。また、積層材１のＮｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される際に絶縁基板１５の温度は室温から約３００℃に上昇し、はんだ付け後に室温に戻る。さらに、半導体モジュール２０の動作の際に半導体素子２１の温度は室温から１５０〜３００℃程度に上昇し、その動作の停止後に室温に戻る。このような冷熱サイクルによって積層材１や絶縁基板１５に熱応力（熱歪み）が発生する。
【０１０４】
本第１実施形態の積層材１は、セラミック層１０の片面側（本第１実施形態ではセラミック層１０の上面側）に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されるものであり、Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６を備えている。これらの層２〜６は水平状に配置されている。そして、これらの層２〜６が積層状に一体化されることにより、積層材１が製造されている。この積層材１はろう材層６を備えているので、ろう材層付き積層材と捉えることもできる。なお図面では、ろう材層は他の層と区別し易くするためドットハッチングで図示されている。
【０１０５】
Ｎｉ層２は、その表面（上面）２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合されるものである。このＮｉ層２は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されており、詳述すると、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から提供されて形成されたものである。
【０１０６】
中間層３は、Ｎｉ層２の表面２ａ側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ｎｉ層２と中間層３とが一体化されている。この中間層３は、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成されたＡｌ層３ａであるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成されたＣｕ層３ｃである（図３参照）。
【０１０７】
ここで本明細書では、上述したように、中間層３を構成するＡｌ層３ａを、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側に配置されたＡｌ層５と区別するため「中間Ａｌ層３ａ」と呼ぶ。また、中間層３を構成するＣｕ層３ｃを「中間Ｃｕ層３ｃ」と呼ぶ。
【０１０８】
一般的にＡｌ及びＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、中間Ａｌ層３ａ及び中間Ｃｕ層３ｃは、基本的にはＮｉ層２とＴｉ層４とを接合するための接合層としての役割を果たすものである。本第１実施形態では、中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から提供されて形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から提供されて形成されたものである。そして、Ｎｉ層２と中間層３とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１０９】
ここで、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法は、一般に、粉体を焼結するため又は部材同士を接合するために適用されるものであり、本第１実施形態では部材同士を接合するために適用されている。なお、この放電プラズマ焼結法は、「ＳＰＳ接合法」、「パルス通電圧接法（Pulsed Current Hot Pressing：ＰＣＨＰ）」等とも呼ばれている。
【０１１０】
Ｔｉ層４は、中間層３のＮｉ層２配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、中間層３とＴｉ層４とが一体化されている。このＴｉ層４は、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されている。本第１実施形態では、Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から提供されて形成されたものである。そして、中間層３とＴｉ層４とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１１１】
Ａｌ層５は、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ｔｉ層４とＡｌ層５とが一体化されている。このＡｌ層５は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されている。本第１実施形態では、Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものである。そして、Ｔｉ層４とＡｌ層５とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。特に、このＡｌ層５は、絶縁基板１５の配線層として機能するとともに応力緩和効果を有するものであり、そのため純度４Ｎ以上（即ち純度９９．９９質量％以上）の純アルミニウムで形成されるのが良い。
【０１１２】
ろう材層６は、積層材１とセラミック層１０とをろう付けにより接合する際に用いられるものであり、積層材１のＡｌ層５のＴｉ層４配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ａｌ層５とろう材層６とが一体化されている。このろう材層６は、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）で形成されることが望ましい。本第１実施形態では、ろう材層６は、Ａｌ系ろう材板（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材板）から提供されて形成されたものである。そして、Ａｌ層５とろう材層６とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１１３】
Ｎｉ層２の厚さは限定されるものではないが、５〜１００μｍの範囲内であることが、Ｎｉ層２の特性を確実に発揮させることができ且つ積層材１の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１００μｍの範囲内のＮｉ板又はＮｉ合金板が好適に用いられ、特にＮｉ圧延板又はＮｉ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１４】
Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、５〜１００μｍの範囲内であることが、Ｔｉ層４の特性を確実に発揮させることができ且つ積層材１の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ｔｉ層４はＴｉ板又はＴｉ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１００μｍの範囲内のＴｉ板又はＴｉ合金板が好適に用いられ、特にＴｉ圧延板又はＴｉ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１５】
Ａｌ層５の厚さは限定されるものではないが、Ａｌ層５を絶縁基板１５の配線層及び応力緩和層として確実に機能させるため、なるべく厚い方が望ましい。しかるに、本第１実施形態では、Ａｌ層５はＴｉ層４とクラッド接合により接合されるのではなく放電プラズマ焼結法により接合されるので、厚さ０．１〜２．０ｍｍという厚いＡｌ層５をＴｉ層４と接合することができる。そのため、Ａｌ層５を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ａｌ層５はＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが０．１〜２．０ｍｍの範囲内のＡｌ板又はＡｌ合金板が好適に用いられ、特にＡｌ圧延板又はＡｌ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１６】
中間層３が中間Ａｌ層３ａである場合、中間Ａｌ層３ａの厚さは限定されるものではない。ここで、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとを放電プラズマ焼結法により接合する場合、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面には、Ｎｉ層２のＮｉが中間Ａｌ層３ａ中へ拡散することによりＮｉと中間Ａｌ層３ａのＡｌとが合金化してなる合金層が形成される。この合金層自体は脆弱であり強度が弱い。しかしながら、Ｔｉ層４は低熱膨張層であることから、このＴｉ層４に中間Ａｌ層３ａが接合されることにより、積層材１の積層構造が応力分散効果の高い傾斜構造となり、その結果、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面に作用する熱応力が緩和される。これにより、中間層３が中間Ａｌ層３ａである場合であっても、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面での割れや剥離の発生が抑制される。更にこの合金層がより一層形成され難くするため、中間Ａｌ層３ａの厚さは極力薄い方が望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、中間Ａｌ層３ａはＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１２μｍの範囲内のＡｌ板又はＡｌ合金板が好適に用いられ、特にＡｌ圧延板又はＡｌ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１７】
中間層３が中間Ｃｕ層３ｃである場合、中間Ｃｕ層３ｃの厚さは限定されるものではない。ここで、本第１実施形態では、上述したように、中間Ｃｕ層３ｃはＣｕ板又はＣｕ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜２００μｍの範囲内のＣｕ板又はＣｕ合金板が好適に用いられ、特にＣｕ圧延板又はＣｕ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１８】
ろう材層６の厚さは限定されるものではないが、積層材１とセラミック層１０とをろう付けにより確実に接合できるようにするため、更には、積層材１の熱伝導率の低下を防止するため、１０〜７０μｍの範囲内に設定されるのが特に望ましい。
【０１１９】
次に、本第１実施形態の積層材１及び絶縁基板１５の製造方法の一例について、図３〜６を参照して以下に説明する。
【０１２０】
図３に示すように、Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６とを準備する。Ｎｉ層２は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６はろう材板から形成されたものである。
【０１２１】
次いで、これらの層２〜６を順次積層して積層体８を形成する（図４参照）。そして、この積層体８におけるこれらの層２〜６を、互いに隣接する層同士が固定状態になるように一体化する。この工程を「一体化工程」と呼ぶ。
【０１２２】
本第１実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１２３】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１２４】
図４に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１２５】
放電プラズマ焼結装置３０は上下一対のパンチ３２、３２を備えている。各パンチ３２は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。また、各パンチ３２の基部には電極３３が電気的に接続されている。両パンチ３２、３２は、Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６とが順次積層されて形成された積層体８の積層方向（即ち積層体８の厚さ方向）の両側に配置されている。積層体８の周囲には、放電プラズマ焼結用筒状ダイは配置されておらず、すなわち積層体８の周囲は筒状ダイで包囲されていない。積層体８を両パンチ３２、３２で挟む。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体８をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が得られる。この際の接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は５００〜５７０℃、加熱温度の保持時間は５〜４０ｍｉｎ、室温から加熱温度への昇温速度は１５〜１００℃／ｍｉｎ、積層体８への加圧力は５〜２０ＭＰａである。
【０１２６】
なお図示していないが、積層体８の各最外側層（即ちＮｉ層２及びろう材層６）の表面を各パンチ３２の加圧面よりも相対的に大きくしておき、積層体８の各最外側層２、６の表面の外周縁部がパンチ３２の加圧面よりも外側にパンチ３２の全周に亘ってはみ出るように、積層体８の各最外側層２、６の表面に各パンチ３２の加圧面を当接させ、この状態で積層体８を両パンチ３２、３２で加圧することが望ましい。こうすることにより、不慮の放電や電気的短絡を防止し得て、良好な接合を安定良く行うことができる。
【０１２７】
この積層材１を用いて絶縁基板１５が製造される。その製造方法について例示すると次のとおりである。
【０１２８】
図３に示すように、この積層材１とセラミック層１０と金属ベース層１２とをろう付けにより接合する。これにより、絶縁基板１５が得られる。セラミック層１０と金属ベース層１２との間に配置されたろう材層１１は、当該両層１０、１２同士を接合するためのろう材である。ここで、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６をろう材として用いることにより積層材１とセラミック層１０とを容易に接合することができる。なお本発明では、積層材１とセラミック層１０と金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより同時に接合しても良い。
【０１２９】
こうして得られた絶縁基板１５では、図１及び２に示すように、その金属ベース層１２の下面に放熱部材１７がろう付け等により接合されるとともに、Ｎｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される。これにより半導体モジュール２０が得られる。
【０１３０】
本第１実施形態の積層材１及びその製造方法は、次の利点を有している。
【０１３１】
積層材１はＮｉ層２を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子２１をこのＮｉ層２の表面２ａにはんだ付けにより確実に接合することができる。
【０１３２】
さらに、Ｎｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、例えばもしＮｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４を配置しないでＮｉ層２とＡｌ層５とを直接接合した場合には、Ｎｉ層２とＡｌ層５との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、この積層材１では、Ｎｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４が配置されているので、そのような脆弱な合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材１の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）の発生も防止することができる。
【０１３３】
しかも、Ａｌ層５において熱応力を緩和させることができ、そのため、積層材１と絶縁基板１５のセラミック層１０とを接合する際においてセラミック層１０の割れを防止することができる。その結果、冷熱耐久性の高い絶縁基板１５を得ることができる。
【０１３４】
さらに、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層２とＴｉ層４との間に中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃからなる中間層３を配置することにより、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができ、もって積層材１の製造コストを削減することができる。すなわち、もしＮｉ層２とＴｉ層４との間に中間層３を配置しない場合においては、ＮｉとＴｉとの共晶温度が９４２℃であり、これはＡｌの融点６６０℃よりも高いため、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができない。したがってこの場合、まずＮｉ層２とＴｉ層４との接合をＡｌの融点よりも高い温度（例えば７５０℃）で行い、その後でＴｉ層４とＡｌ層５との接合をＡｌの融点よりも低い温度（例えば５３０℃）で行うという２工程で接合を行う必要がある。これに対して、本第１実施形態のようにＮｉ層２とＴｉ層４との間に中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃからなる中間層３を配置することにより、これらの接合を放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。
【０１３５】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１３６】
その上、Ａｌ層５が純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている場合には、Ａｌ層５を配線層として好適に用いることができる。
【０１３７】
図５に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１３８】
Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８の周囲には放電プラズマ焼結用筒状ダイ３１が配置されており、すなわち積層体８の周囲は筒状ダイ３１で包囲されている。このダイ３１は詳述すると導電性を有する円筒状のものであり、例えば黒鉛製である。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体８をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が得られる。
【０１３９】
この接合に適用される接合条件は、図４で示した接合条件と同じである。
【０１４０】
この接合方法では、積層体８の周囲をダイ３１で包囲した状態で放電プラズマ焼結法による接合を行っているので、両パンチ３２、３２間の通電を確実に確保することができ、もって安定した温度制御を行うことができる。これにより、接合を確実に行うことができる。
【０１４１】
図６に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１４２】
Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８を複数準備する。同図では、準備した積層体８の個数は３個である。なお本発明では、積層体８の個数は３個であることに限定されるものではなく、その他に例えば、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【０１４３】
次いで、複数の積層体８を互いに重なり合う各積層体８、８間に導電性離型部材としての導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の積層体８、８の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の積層体８を積層する。離型板３５は、互いに重なり合う積層体８、８同士が接合しないようにする役割を果たすものであり、更に、積層体８とは接合しないものである。この離型板３５は、導電性を有し更に接合時に溶融しない耐熱性を有する板であることが望ましく、例えばカーボン板（グラファイト板・シートを含む）からなるものである。次いで、複数の積層体８をその積層方向に両パンチ３２、３２で一括して挟む。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体８をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の積層体８を一括して加熱し、これにより各積層体８における互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が複数得られる。
【０１４４】
この接合に適用される接合条件は、図４で示した接合条件と同じである。
【０１４５】
この接合方法では、各積層体８に対して放電プラズマ焼結法による接合を同時に行うので、積層材１を大量に製造することができる。これにより、積層材１の製造コストを引き下げることができる。
【０１４６】
なお本発明では、図６に示した接合方法で接合を行う場合において、複数の積層体８の周囲に図５に示した筒状ダイ３１を配置した状態で、放電プラズマ焼結法により接合を行っても良い。
【０１４７】
図７は、本発明の第２実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１４８】
本第２実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｎｉ層２（詳述するとＮｉ層２の下面）上に所定の蒸着法により蒸着されて形成されたもの、即ち蒸着膜から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１４９】
中間層３の形成に用いる蒸着法は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理蒸着又は物理気相成長）法であることが望ましい。このＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。中間層３（即ち中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃ）がＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１５０】
本第２実施形態においては、一体化工程では、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１５１】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１５２】
本第２実施形態では、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１５３】
さらに、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１５４】
さらに、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第２実施形態では４枚（Ｎｉ層２＋中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１５５】
このように、中間層３の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１５６】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１５７】
図８は、本発明の第３実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第３実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１５８】
本第３実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｎｉ層２（詳述するとＮｉ層２の下面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたもの、即ち蒸着膜から形成されたものである。Ｔｉ層４は、中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１５９】
中間層３及びＴｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。また、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１６０】
本第３実施形態においては、一体化工程では、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１６１】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１６２】
本第３実施形態では、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１６３】
さらに、Ｔｉ層４が中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１６４】
さらに、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１６５】
さらに、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層４が中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第３実施形態では３枚（Ｎｉ層２＋中間層３＋Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から３枚に減っている。これにより、接合作業の更なる容易化を図ることができる。
【０１６６】
このように、中間層３の材料コストの削減と、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１６７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１６８】
図９は、本発明の第４実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第４実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１６９】
本第４実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｔｉ層４（詳述するとＴｉ層４の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１７０】
中間層３の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１７１】
本第４実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１７２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１７３】
本第４実施形態では、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１７４】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１７５】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第４実施形態では４枚（Ｎｉ層２、中間層３＋Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１７６】
このように、中間層３の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１７７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１７８】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第５実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１７９】
本第５実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ａｌ層５（詳述するとＡｌ層５の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１８０】
Ｔｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１８１】
本第５実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１８２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１８３】
本第５実施形態では、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１８４】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１８５】
さらに、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第５実施形態では４枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４＋Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１８６】
このように、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１８７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１８８】
図１１は、本発明の第６実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第６実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１８９】
本第６実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｔｉ層４（詳述するとＴｉ層４の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ａｌ層５（詳述するとＡｌ層５の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１９０】
中間層３及びＴｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。また、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１９１】
本第６実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１９２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１９３】
本第６実施形態では、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１９４】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１９５】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１９６】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第６実施形態では３枚（Ｎｉ層２、中間層３＋Ｔｉ層４＋Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から３枚に減っている。これにより、接合作業の更なる容易化を図ることができる。
【０１９７】
このように、中間層３の材料コストの削減と、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１９８】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１９９】
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で様々に変更可能である。
【０２００】
また本発明は、上述した実施形態を組み合わせて構成しても良い。
【０２０１】
また本発明では、上記実施形態に示したように積層材１はろう材層６を備えたものであることが望ましいが、必ずしもろう材層６を備えることを要せず、すなわち積層材１のＡｌ層５にろう材層６が接合される必要はない。
【実施例】
【０２０２】
本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に示す。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０２０３】
＜実施例１＞
本実施例１では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。ただし、この積層材１はろう材層６を備えていない。
【０２０４】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４及びＡｌ層５として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２０５】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板。
【０２０６】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ（日本工業規格）１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。
【０２０７】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合と、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。すなわち、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４とのＡｌ層５との積層体８を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に放電プラズマ焼結装置３０の一対の黒鉛製パンチ３２、３２で加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合した。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２０８】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２０９】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、ろう材層６と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した。この工程を「ろう付け工程」という。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２１０】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、各ろう材層６、１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２１１】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）は発生しなかった。
【０２１２】
＜実施例２＞
本実施例２では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２１３】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２１４】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２１５】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２１６】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合と、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２１７】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２１８】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２１９】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２２０】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２２１】
＜実施例３＞
本実施例３では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２２２】
Ｎｉ層２、中間Ｃｕ層３ｃ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２２３】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ｃｕ層３ｃ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍのＣｕ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２２４】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ｃｕ層３ｃを形成するＣｕ板の材質はＣ１０２０である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２２５】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ｃｕ層３ｃとの接合と、中間Ｃｕ層３ｃとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２２６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２２７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２２８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２２９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２３０】
＜実施例４＞
本実施例４では、図７に示した上記第２実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２３１】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２３２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２３３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２３４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＡｌ蒸着膜からなる中間Ａｌ層３ａである。この中間Ａｌ層３ａの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＡｌを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ａｌ層３ａを形成した。中間Ａｌ層３ａの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：７０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｍである。
【０２３５】
次いで、一体化工程では、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２３６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２３７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２３８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２３９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２４０】
＜実施例５＞
本実施例５では、図７に示した上記第２実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２４１】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２４２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２４３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２４４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＣｕ蒸着膜からなる中間Ｃｕ層３ｃである。この中間Ｃｕ層３ｃの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＣｕを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ｃｕ層３ｃを形成した。中間Ｃｕ層３ｃの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：８０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｎである。
【０２４５】
次いで、一体化工程では、中間Ｃｕ層３ｃとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２４６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２４７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２４８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２４９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２５０】
＜実施例６＞
本実施例６では、図８に示した上記第３実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２５１】
Ｎｉ層２、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２５２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２５３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２５４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＣｕ蒸着膜からなる中間Ｃｕ層３ｃである。この中間Ｃｕ層３ｃの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＣｕを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ｃｕ層３ｃを形成した。中間Ｃｕ層３ｃの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：８０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｎである。
【０２５５】
また、Ｔｉ層４は、中間Ｃｕ層３ｃ上に蒸着されて形成されたＴｉ蒸着膜である。このＴｉ層４の形成方法は次のとおりである。すなわち、中間Ｃｕ層３ｃ上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＴｉを蒸着し、これにより、中間Ｃｕ層３ｃ上にＴｉ層４を形成した。Ｔｉ層４の厚さは１０００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：９０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：１０ｍｉｎである。
【０２５６】
次いで、一体化工程では、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２５７】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２５８】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２５９】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２６０】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２６１】
＜実施例７＞
本実施例７では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２６２】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２６３】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２６４】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２６５】
次いで、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８を３０個準備した。そして、図６に示すように、これらの積層体８を互いに重なり合う各積層体８、８間に導電性離型板３５を介して積層した。離型板３５は、直径１５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、これらの積層体８を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に放電プラズマ焼結装置３０の一対の黒鉛製パンチ３２、３２で一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することでこれらの積層体８を一括して加熱し、これにより、各積層体８における互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合した。これにより積層材１を３０個得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２６６】
この一体化工程で用いた各パンチの直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２６７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２６８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２６９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２７０】
＜比較例１＞
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２７１】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２７２】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２７３】
次いで、Ｎｉ層２とＴｉ層４とのＡｌ層５とろう材層６との積層体を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に両パンチ３２、３２で加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これにより積層体における互いに隣接する層同士の接合を試みた。この際に適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。その結果、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面にて剥離が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０２７４】
本発明は、絶縁基板用積層材の製造方法、絶縁基板用積層材、絶縁基板及び半導体モジュールに利用可能である。
【符号の説明】
【０２７５】
１：積層材
２：Ｎｉ層
３：中間層
３ａ：中間Ａｌ層
３ｃ：中間Ｃｕ層
４：Ｔｉ層
５：Ａｌ層
６：ろう材層
８：積層体
１０：セラミック層
１５：絶縁基板
１７：放熱部材
２０：半導体モジュール
２１：半導体素子
３０：放電プラズマ焼結装置
３２：パンチ
３５：導電性離型板（導電性離型部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板用積層材の製造方法、絶縁基板用積層材、絶縁基板及び半導体モジュールに関する。
【０００２】
なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
パワー半導体モジュール等の半導体モジュールは、半導体素子の動作により半導体素子から発生した熱を放出するため、放熱部材（例：ヒートシンク、冷却器）を備えている。さらに、この半導体モジュールでは、半導体素子と放熱部材との間に、半導体素子から発生した熱を放熱部材に伝達するための放熱用絶縁基板が配置されている。この絶縁基板は、熱的には伝導体であるが電気的には絶縁体として機能するものであり、具体的には、電気絶縁層としてのセラミック層と、その片面上に接合された配線層（回路層）を含む金属層と、を備えている（例えば特許文献１〜４参照）。そして、絶縁基板の金属層上に半導体素子がはんだ付けにより接合される。
【０００４】
金属層を構成する層として、近年、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層が用いられてきている。その理由は、Ａｌ層は電気特性及び熱特性に優れているし、またＡｌ層を用いると絶縁基板の製造コストの引下げを図ることができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２８０１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５５０３号公報
【特許文献３】特開２００６−３０３３４６号公報
【特許文献４】特開２００９−１４７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、Ａｌ層ははんだ接合性が悪い。そのため、半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、Ａｌ層の表面にＮｉ層としてＮｉめっき層を形成することが行われるが、この場合には、Ａｌ層とＮｉめっき層との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が形成されてしまう。その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなり、またＮｉ層の表面の変形（凹凸）が生じ易くなる。
【０００７】
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、絶縁基板に用いられる積層材であって、はんだ接合性が良好であり、接合界面での割れや剥離の発生及びＮｉ層の表面の変形の発生を防止することができる絶縁基板用積層材の製造方法、積層材、絶縁基板及び半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の手段を提供する。
【０００９】
［１］ 表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層と、を積層状に一体化する一体化工程を含むことを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１０】
［２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１１】
［３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１２】
［４］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１３】
［５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１４】
［６］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１５】
［７］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１６】
［８］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１７】
［９］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１８】
［１０］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合を放電プラズマ焼結法により行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００１９】
［１１］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う前項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２０】
［１２］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２１】
［１３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２２】
［１４］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２３】
［１５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２４】
［１６］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２５】
［１７］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２６】
［１８］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２７】
［１９］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２８】
［２０］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００２９】
［２１］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３０】
［２２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合を放電プラズマ焼結法により行う前項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３１】
［２３］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う前項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３２】
［２４］ 前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う前項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３３】
［２５］ 前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う前項２４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３４】
［２６］ 前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている前項１〜２５のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００３５】
［２７］ 表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層とが、積層状に一体化されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
【００３６】
［２８］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３７】
［２９］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３８】
［３０］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００３９】
［３１］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４０】
［３２］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記中間層と前記Ｔｉ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４１】
［３３］ 前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７記載の絶縁基板用積層材。
【００４２】
［３４］ 前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側にろう材層が配置されており、
前記Ａｌ層と前記ろう材層が放電プラズマ焼結法により接合されている前項２７〜３３のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。
【００４３】
［３５］ 前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている前項２７〜３４のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【００４４】
［３６］ 前項２７〜３５のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。
【００４５】
［３７］ 前項２７〜３５のいずれかに記載の積層材のＮｉ層の表面に半導体素子がはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は以下の効果を奏する。
【００４７】
ここで本明細書では、中間層を構成するＡｌ層を、Ｔｉ層の中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ層と区別するため「中間Ａｌ層」と呼ぶ。また、中間層を構成するＣｕ層を「中間Ｃｕ層」と呼ぶ。
【００４８】
前項［１］では、積層材はＮｉ層を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子をこのＮｉ層の表面にはんだ付けにより確実に接合することができる。
【００４９】
さらに、Ｎｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、例えばもしＮｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層を配置しないでＮｉ層とＡｌ層とを直接接合した場合には、Ｎｉ層とＡｌ層との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が厚く形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、前項［１］では、Ｎｉ層とＡｌ層との間にＴｉ層が配置されているので、そのような脆弱な合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層の表面の変形（凹凸）の発生も防止することができる。
【００５０】
さらに、Ａｌ層において熱応力を緩和させることができ、そのため、積層材と絶縁基板のセラミック層とを接合する際においてセラミック層の割れを防止することができる。その結果、冷熱耐久性の高い絶縁基板を得ることができる。
【００５１】
さらに、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層とＴｉ層との間に中間Ａｌ層又は中間Ｃｕ層からなる中間層を配置し、そして例えばＮｉ層と中間層とＴｉ層とＡｌ層とを加熱することにより、Ｎｉ層と中間層とＴｉ層とＡｌ層とを積層状に容易に一体化することができる。
【００５２】
また、中間Ａｌ層の厚さを薄くする（例えば６μｍ以下）にすることにより、脆弱な合金層の成長を抑え、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）に耐え得る強度を維持することが可能となる。
【００５３】
前項［２］では、上述したように、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層とＴｉ層との間にＡｌ層又はＣｕ層からなる中間層を配置することにより、Ｎｉ層と中間層との接合と、中間層とＴｉ層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができ、もって積層材の製造コストを削減することができる。
【００５４】
前項［３］では、積層材を大量に製造することができる。
【００５５】
前項［４］では、ろう材層付き積層材を得ることができる。これにより、ろう材層を、積層材を絶縁基板の所定の層（例：セラミック層）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材と絶縁基板の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【００５６】
前項［５］では、ろう材層付き積層材を大量に製造することができる。
【００５７】
前記［６］では、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００５８】
さらに、中間層とＴｉ層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００５９】
さらに、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００６０】
このように、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００６１】
前項［７］〜［９］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００６２】
前項［１０］では、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６３】
さらに、Ｔｉ層が中間層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６４】
さらに、中間層がＮｉ層上に蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層が中間層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００６５】
このように、中間層の材料コストの削減と、Ｔｉ層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００６６】
前項［１１］〜［１３］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００６７】
前項［１４］では、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００６８】
さらに、Ｎｉ層と中間層との接合と、Ｔｉ層とＡｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００６９】
さらに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００７０】
このように、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００７１】
前項［１５］〜［１７］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００７２】
前項［１８］では、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７３】
さらに、Ｎｉ層と中間層との接合と、中間層とＴｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【００７４】
さらに、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００７５】
このように、Ｔｉ層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００７６】
前項［１９］〜［２１］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００７７】
前項［２２］では、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７８】
さらに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであることにより、中間層の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層の材料の無駄を省くことができて、中間層の材料コストの削減を図ることができる。
【００７９】
さらに、Ｔｉ層がＡｌ層上に蒸着されて形成されるとともに、中間層がＴｉ層上に蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【００８０】
このように、Ｔｉ層の材料コストの削減と、中間層の材料コストの削減と、積層材の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材の製造コストを大幅に削減することができる。
【００８１】
前項［２３］〜［２５］はそれぞれ前項［３］〜［５］と同様の効果を奏する。
【００８２】
前項［２６］では、Ａｌ層が純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されていることにより、Ａｌ層を配線層として好適に用いることができる。
【００８３】
前項［２７］は、前項［１］と同様の効果を奏する。
【００８４】
前項［２８］は、前項［２］と同様の効果を奏する。
【００８５】
前項［２９］は、前項［６］と同様の効果を奏する。
【００８６】
前項［３０］は、前項［１０］と同様の効果を奏する。
【００８７】
前項［３１］は、前項［１４］と同様の効果を奏する。
【００８８】
前項［３２］は、前項［１８］と同様の効果を奏する。
【００８９】
前項［３３］は、前項［２２］と同様の効果を奏する。
【００９０】
前項［３４］は、前項［４］と同様の効果を奏する。
【００９１】
前項［３５］は、前項［２６］と同様の効果を奏する。
【００９２】
前項［３６］では、前項［２７］〜［３５］のいずれかと同様の効果を奏する絶縁基板を提供できる。
【００９３】
前項［３７］では、前項［２７］〜［３５］のいずれかと同様の効果を奏する半導体モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る積層材を用いて製造された絶縁基板を備えた半導体モジュールの正面図である。
【図２】図２は、同絶縁基板の断面図である。
【図３】図３は、同積層材の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、所定の接合を筒状ダイを用いないで放電プラズマ焼結法により同時に行う場合を示す断面図である。
【図５】図５は、所定の接合を、筒状ダイを用いて放電プラズマ焼結法により同時に行う場合を示す断面図である。
【図６】図６は、複数の積層体のそれぞれの積層体に対して所定の接合を筒状ダイを用いないで同時に行う場合を示す断面図である
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係る積層材を接合前の状態で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００９５】
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。
【００９６】
なお、以下の説明において、便宜上、各図面の上下を上下というものとする。また、各図面には、全図面を通じて同一部材には同一符号が付されている。
【００９７】
図１において、２０は本発明の第１実施形態に係る半導体モジュールである。この半導体モジュール２０は、ＩＧＢＴモジュール、ＭＯＳＦＥＴモジュール、サイリスタモジュール、ダイオードモジュール等であり、半導体素子２１と絶縁基板１５と放熱部材１７とを備えている。絶縁基板１５は、半導体素子２１と放熱部材１７との間に配置されており、半導体素子２１から発生した熱を放熱部材１７に伝達する役割を果たす。そのため、絶縁基板１５は、優れた電気絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えることが要求される。
【００９８】
半導体素子２１は、ＩＧＢＴチップ、ＭＯＳＦＥＴチップ、サイリスタチップ、ダイオードチップ等である。
【００９９】
放熱部材１７は、空冷式又は水冷式のヒートシンクや冷却器などであり、金属製であり、具体的には例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。本第１実施形態では、放熱部材１７は例えば放熱フィンを有するヒートシンクである。
【０１００】
図２に示すように、絶縁基板１５は、本発明の第１実施形態に係る積層材１を用いて製造されたものであり、詳述すると、本第１実施形態の積層材１と、セラミック層１０と、金属ベース層１２とを含んでいる。
【０１０１】
セラミック層１０は、絶縁基板１５における電気絶縁層として機能するセラミックで形成されたものであり、好ましくはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２Ｏ３、ＣａＯ、ＢＮ及びＢｅＯからなる群より選択される１種又は２種以上のセラミックで形成されたものである。このセラミック層１０は、セラミック板から提供されて形成されたものである。セラミック層１０の厚さは例えば３００〜１０００μｍである。因みに、セラミック層１０を形成するセラミックの融点又は分解点は、ＡｌＮ：２２００℃、Ａｌ２Ｏ３：２０５０℃、Ｓｉ３Ｎ４：１９００℃、Ｙ２Ｏ３：２４００℃、ＣａＯ：２５７０℃、ＢＮ：３０００℃、ＢｅＯ：２５７０℃である。なお、セラミック層１０の大きさは、電気絶縁性を確実に確保するため他の層よりも若干大きく設定されるのが望ましい。
【０１０２】
金属ベース層１２は、セラミック層１０と放熱部材１７との間に配置されるものであり、熱応力の緩和を図ることを目的とするものである。この金属ベース層１２は、金属板から提供されて形成されたものであり、例えばＡｌ又はＡｌ合金で形成されている。そして、この金属ベース層１２がセラミック層１０の下面側に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されている。金属ベース層１２とセラミック層１０との接合界面には、金属ベース層１２とセラミック層１０とを接合したろう材層１１が形成されている。金属ベース層１２の下面側には放熱部材１７が金属ベース層１２とろう付け等により接合される。
【０１０３】
ここで、積層材１や絶縁基板１５に発生する熱応力について具体的に例示すると、次のとおりである。すなわち、絶縁基板１５の金属ベース層１２と放熱部材１７との接合が例えばろう付けにより行われる場合、このろう付けの際に絶縁基板１５の温度は室温から約６００℃に上昇し、ろう付け後に室温に戻る。また、積層材１のＮｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される際に絶縁基板１５の温度は室温から約３００℃に上昇し、はんだ付け後に室温に戻る。さらに、半導体モジュール２０の動作の際に半導体素子２１の温度は室温から１５０〜３００℃程度に上昇し、その動作の停止後に室温に戻る。このような冷熱サイクルによって積層材１や絶縁基板１５に熱応力（熱歪み）が発生する。
【０１０４】
本第１実施形態の積層材１は、セラミック層１０の片面側（本第１実施形態ではセラミック層１０の上面側）に積層状にセラミック層１０とろう付けにより接合されるものであり、Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６を備えている。これらの層２〜６は水平状に配置されている。そして、これらの層２〜６が積層状に一体化されることにより、積層材１が製造されている。この積層材１はろう材層６を備えているので、ろう材層付き積層材と捉えることもできる。なお図面では、ろう材層は他の層と区別し易くするためドットハッチングで図示されている。
【０１０５】
Ｎｉ層２は、その表面（上面）２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合されるものである。このＮｉ層２は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されており、詳述すると、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から提供されて形成されたものである。
【０１０６】
中間層３は、Ｎｉ層２の表面２ａ側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ｎｉ層２と中間層３とが一体化されている。この中間層３は、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成されたＡｌ層３ａであるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成されたＣｕ層３ｃである（図３参照）。
【０１０７】
ここで本明細書では、上述したように、中間層３を構成するＡｌ層３ａを、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側に配置されたＡｌ層５と区別するため「中間Ａｌ層３ａ」と呼ぶ。また、中間層３を構成するＣｕ層３ｃを「中間Ｃｕ層３ｃ」と呼ぶ。
【０１０８】
一般的にＡｌ及びＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、中間Ａｌ層３ａ及び中間Ｃｕ層３ｃは、基本的にはＮｉ層２とＴｉ層４とを接合するための接合層としての役割を果たすものである。本第１実施形態では、中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から提供されて形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から提供されて形成されたものである。そして、Ｎｉ層２と中間層３とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１０９】
ここで、放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：ＳＰＳ）法は、一般に、粉体を焼結するため又は部材同士を接合するために適用されるものであり、本第１実施形態では部材同士を接合するために適用されている。なお、この放電プラズマ焼結法は、「ＳＰＳ接合法」、「パルス通電圧接法（Pulsed Current Hot Pressing：ＰＣＨＰ）」等とも呼ばれている。
【０１１０】
Ｔｉ層４は、中間層３のＮｉ層２配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、中間層３とＴｉ層４とが一体化されている。このＴｉ層４は、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されている。本第１実施形態では、Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から提供されて形成されたものである。そして、中間層３とＴｉ層４とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１１１】
Ａｌ層５は、Ｔｉ層４の中間層３配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ｔｉ層４とＡｌ層５とが一体化されている。このＡｌ層５は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されている。本第１実施形態では、Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものである。そして、Ｔｉ層４とＡｌ層５とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。特に、このＡｌ層５は、絶縁基板１５の配線層として機能するとともに応力緩和効果を有するものであり、そのため純度４Ｎ以上（即ち純度９９．９９質量％以上）の純アルミニウムで形成されるのが良い。
【０１１２】
ろう材層６は、積層材１とセラミック層１０とをろう付けにより接合する際に用いられるものであり、積層材１のＡｌ層５のＴｉ層４配置側とは反対側（即ち下面側）に積層状に配置されている。そして、Ａｌ層５とろう材層６とが一体化されている。このろう材層６は、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）で形成されることが望ましい。本第１実施形態では、ろう材層６は、Ａｌ系ろう材板（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材板）から提供されて形成されたものである。そして、Ａｌ層５とろう材層６とが放電プラズマ焼結法により接合されて一体化されている。
【０１１３】
Ｎｉ層２の厚さは限定されるものではないが、５〜１００μｍの範囲内であることが、Ｎｉ層２の特性を確実に発揮させることができ且つ積層材１の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１００μｍの範囲内のＮｉ板又はＮｉ合金板が好適に用いられ、特にＮｉ圧延板又はＮｉ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１４】
Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、５〜１００μｍの範囲内であることが、Ｔｉ層４の特性を確実に発揮させることができ且つ積層材１の熱伝導率の低下を防止できる点で望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ｔｉ層４はＴｉ板又はＴｉ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１００μｍの範囲内のＴｉ板又はＴｉ合金板が好適に用いられ、特にＴｉ圧延板又はＴｉ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１５】
Ａｌ層５の厚さは限定されるものではないが、Ａｌ層５を絶縁基板１５の配線層及び応力緩和層として確実に機能させるため、なるべく厚い方が望ましい。しかるに、本第１実施形態では、Ａｌ層５はＴｉ層４とクラッド接合により接合されるのではなく放電プラズマ焼結法により接合されるので、厚さ０．１〜２．０ｍｍという厚いＡｌ層５をＴｉ層４と接合することができる。そのため、Ａｌ層５を配線層及び応力緩和層として確実に機能させることができる。ここで、本第１実施形態では、上述したように、Ａｌ層５はＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが０．１〜２．０ｍｍの範囲内のＡｌ板又はＡｌ合金板が好適に用いられ、特にＡｌ圧延板又はＡｌ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１６】
中間層３が中間Ａｌ層３ａである場合、中間Ａｌ層３ａの厚さは限定されるものではない。ここで、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとを放電プラズマ焼結法により接合する場合、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面には、Ｎｉ層２のＮｉが中間Ａｌ層３ａ中へ拡散することによりＮｉと中間Ａｌ層３ａのＡｌとが合金化してなる合金層が形成される。この合金層自体は脆弱であり強度が弱い。しかしながら、Ｔｉ層４は低熱膨張層であることから、このＴｉ層４に中間Ａｌ層３ａが接合されることにより、積層材１の積層構造が応力分散効果の高い傾斜構造となり、その結果、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面に作用する熱応力が緩和される。これにより、中間層３が中間Ａｌ層３ａである場合であっても、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合界面での割れや剥離の発生が抑制される。更にこの合金層がより一層形成され難くするため、中間Ａｌ層３ａの厚さは極力薄い方が望ましい。ここで、本第１実施形態では、上述したように、中間Ａｌ層３ａはＡｌ板又はＡｌ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜１２μｍの範囲内のＡｌ板又はＡｌ合金板が好適に用いられ、特にＡｌ圧延板又はＡｌ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１７】
中間層３が中間Ｃｕ層３ｃである場合、中間Ｃｕ層３ｃの厚さは限定されるものではない。ここで、本第１実施形態では、上述したように、中間Ｃｕ層３ｃはＣｕ板又はＣｕ合金板から提供されて形成されたものであり、この場合、厚さが５〜２００μｍの範囲内のＣｕ板又はＣｕ合金板が好適に用いられ、特にＣｕ圧延板又はＣｕ合金圧延板が安価に入手可能である点で好適に用いられる。
【０１１８】
ろう材層６の厚さは限定されるものではないが、積層材１とセラミック層１０とをろう付けにより確実に接合できるようにするため、更には、積層材１の熱伝導率の低下を防止するため、１０〜７０μｍの範囲内に設定されるのが特に望ましい。
【０１１９】
次に、本第１実施形態の積層材１及び絶縁基板１５の製造方法の一例について、図３〜６を参照して以下に説明する。
【０１２０】
図３に示すように、Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６とを準備する。Ｎｉ層２は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６はろう材板から形成されたものである。
【０１２１】
次いで、これらの層２〜６を順次積層して積層体８を形成する（図４参照）。そして、この積層体８におけるこれらの層２〜６を、互いに隣接する層同士が固定状態になるように一体化する。この工程を「一体化工程」と呼ぶ。
【０１２２】
本第１実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１２３】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１２４】
図４に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１２５】
放電プラズマ焼結装置３０は上下一対のパンチ３２、３２を備えている。各パンチ３２は導電性を有するものであり、例えば黒鉛製である。また、各パンチ３２の基部には電極３３が電気的に接続されている。両パンチ３２、３２は、Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６とが順次積層されて形成された積層体８の積層方向（即ち積層体８の厚さ方向）の両側に配置されている。積層体８の周囲には、放電プラズマ焼結用筒状ダイは配置されておらず、すなわち積層体８の周囲は筒状ダイで包囲されていない。積層体８を両パンチ３２、３２で挟む。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体８をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が得られる。この際の接合条件について具体的に例示すると、加熱温度は５００〜５７０℃、加熱温度の保持時間は５〜４０ｍｉｎ、室温から加熱温度への昇温速度は１５〜１００℃／ｍｉｎ、積層体８への加圧力は５〜２０ＭＰａである。
【０１２６】
なお図示していないが、積層体８の各最外側層（即ちＮｉ層２及びろう材層６）の表面を各パンチ３２の加圧面よりも相対的に大きくしておき、積層体８の各最外側層２、６の表面の外周縁部がパンチ３２の加圧面よりも外側にパンチ３２の全周に亘ってはみ出るように、積層体８の各最外側層２、６の表面に各パンチ３２の加圧面を当接させ、この状態で積層体８を両パンチ３２、３２で加圧することが望ましい。こうすることにより、不慮の放電や電気的短絡を防止し得て、良好な接合を安定良く行うことができる。
【０１２７】
この積層材１を用いて絶縁基板１５が製造される。その製造方法について例示すると次のとおりである。
【０１２８】
図３に示すように、この積層材１とセラミック層１０と金属ベース層１２とをろう付けにより接合する。これにより、絶縁基板１５が得られる。セラミック層１０と金属ベース層１２との間に配置されたろう材層１１は、当該両層１０、１２同士を接合するためのろう材である。ここで、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６をろう材として用いることにより積層材１とセラミック層１０とを容易に接合することができる。なお本発明では、積層材１とセラミック層１０と金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより同時に接合しても良い。
【０１２９】
こうして得られた絶縁基板１５では、図１及び２に示すように、その金属ベース層１２の下面に放熱部材１７がろう付け等により接合されるとともに、Ｎｉ層２の表面２ａに半導体素子２１がはんだ付けにより接合される。これにより半導体モジュール２０が得られる。
【０１３０】
本第１実施形態の積層材１及びその製造方法は、次の利点を有している。
【０１３１】
積層材１はＮｉ層２を備えているので、はんだ接合性が良好である。したがって、半導体素子２１をこのＮｉ層２の表面２ａにはんだ付けにより確実に接合することができる。
【０１３２】
さらに、Ｎｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４が配置されているので、次の効果を奏する。すなわち、例えばもしＮｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４を配置しないでＮｉ層２とＡｌ層５とを直接接合した場合には、Ｎｉ層２とＡｌ層５との接合界面に強度の弱い脆弱な合金層が形成されてしまい、その結果、冷熱サイクルに伴い発生する熱応力（熱歪み）によってこの合金層で割れや剥離が生じ易くなる。これに対して、この積層材１では、Ｎｉ層２とＡｌ層５との間にＴｉ層４が配置されているので、そのような脆弱な合金層は形成されない。これにより、熱応力による積層材１の接合界面での割れや剥離の発生を防止できるし、更にはＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）の発生も防止することができる。
【０１３３】
しかも、Ａｌ層５において熱応力を緩和させることができ、そのため、積層材１と絶縁基板１５のセラミック層１０とを接合する際においてセラミック層１０の割れを防止することができる。その結果、冷熱耐久性の高い絶縁基板１５を得ることができる。
【０１３４】
さらに、一般的にＡｌ又はＣｕの融点はＮｉ及びＴｉの融点よりも低いことから、Ｎｉ層２とＴｉ層４との間に中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃからなる中間層３を配置することにより、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができ、もって積層材１の製造コストを削減することができる。すなわち、もしＮｉ層２とＴｉ層４との間に中間層３を配置しない場合においては、ＮｉとＴｉとの共晶温度が９４２℃であり、これはＡｌの融点６６０℃よりも高いため、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができない。したがってこの場合、まずＮｉ層２とＴｉ層４との接合をＡｌの融点よりも高い温度（例えば７５０℃）で行い、その後でＴｉ層４とＡｌ層５との接合をＡｌの融点よりも低い温度（例えば５３０℃）で行うという２工程で接合を行う必要がある。これに対して、本第１実施形態のようにＮｉ層２とＴｉ層４との間に中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃからなる中間層３を配置することにより、これらの接合を放電プラズマ焼結法により同時に行うことができる。
【０１３５】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１３６】
その上、Ａｌ層５が純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている場合には、Ａｌ層５を配線層として好適に用いることができる。
【０１３７】
図５に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１３８】
Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８の周囲には放電プラズマ焼結用筒状ダイ３１が配置されており、すなわち積層体８の周囲は筒状ダイ３１で包囲されている。このダイ３１は詳述すると導電性を有する円筒状のものであり、例えば黒鉛製である。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で積層体８をその積層方向に加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が得られる。
【０１３９】
この接合に適用される接合条件は、図４で示した接合条件と同じである。
【０１４０】
この接合方法では、積層体８の周囲をダイ３１で包囲した状態で放電プラズマ焼結法による接合を行っているので、両パンチ３２、３２間の通電を確実に確保することができ、もって安定した温度制御を行うことができる。これにより、接合を確実に行うことができる。
【０１４１】
図６に示した接合方法について説明すると、次のとおりである。
【０１４２】
Ｎｉ層２と中間層３とＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８を複数準備する。同図では、準備した積層体８の個数は３個である。なお本発明では、積層体８の個数は３個であることに限定されるものではなく、その他に例えば、２〜４０個であっても良いし、４０個を超えても良い。
【０１４３】
次いで、複数の積層体８を互いに重なり合う各積層体８、８間に導電性離型部材としての導電性離型板３５を介して積層する。つまり、互いに重なり合う２個の積層体８、８の間に導電性離型板３５が介在されるように、複数の積層体８を積層する。離型板３５は、互いに重なり合う積層体８、８同士が接合しないようにする役割を果たすものであり、更に、積層体８とは接合しないものである。この離型板３５は、導電性を有し更に接合時に溶融しない耐熱性を有する板であることが望ましく、例えばカーボン板（グラファイト板・シートを含む）からなるものである。次いで、複数の積層体８をその積層方向に両パンチ３２、３２で一括して挟む。そして、例えば１〜１０Ｐａの真空雰囲気中、又は、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中にて、両パンチ３２、３２で複数の積層体８をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで複数の積層体８を一括して加熱し、これにより各積層体８における互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合する。その結果、所望する積層材１が複数得られる。
【０１４４】
この接合に適用される接合条件は、図４で示した接合条件と同じである。
【０１４５】
この接合方法では、各積層体８に対して放電プラズマ焼結法による接合を同時に行うので、積層材１を大量に製造することができる。これにより、積層材１の製造コストを引き下げることができる。
【０１４６】
なお本発明では、図６に示した接合方法で接合を行う場合において、複数の積層体８の周囲に図５に示した筒状ダイ３１を配置した状態で、放電プラズマ焼結法により接合を行っても良い。
【０１４７】
図７は、本発明の第２実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第２実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１４８】
本第２実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｎｉ層２（詳述するとＮｉ層２の下面）上に所定の蒸着法により蒸着されて形成されたもの、即ち蒸着膜から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１４９】
中間層３の形成に用いる蒸着法は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理蒸着又は物理気相成長）法であることが望ましい。このＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。中間層３（即ち中間Ａｌ層３ａ又は中間Ｃｕ層３ｃ）がＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１５０】
本第２実施形態においては、一体化工程では、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１５１】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１５２】
本第２実施形態では、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１５３】
さらに、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１５４】
さらに、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第２実施形態では４枚（Ｎｉ層２＋中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１５５】
このように、中間層３の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１５６】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１５７】
図８は、本発明の第３実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第３実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１５８】
本第３実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｎｉ層２（詳述するとＮｉ層２の下面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたもの、即ち蒸着膜から形成されたものである。Ｔｉ層４は、中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１５９】
中間層３及びＴｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。また、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１６０】
本第３実施形態においては、一体化工程では、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１６１】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１６２】
本第３実施形態では、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１６３】
さらに、Ｔｉ層４が中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１６４】
さらに、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１６５】
さらに、中間層３がＮｉ層２上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層４が中間層３上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第３実施形態では３枚（Ｎｉ層２＋中間層３＋Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から３枚に減っている。これにより、接合作業の更なる容易化を図ることができる。
【０１６６】
このように、中間層３の材料コストの削減と、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１６７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１６８】
図９は、本発明の第４実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第４実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１６９】
本第４実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｔｉ層４（詳述するとＴｉ層４の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１７０】
中間層３の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１７１】
本第４実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１７２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１７３】
本第４実施形態では、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１７４】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１７５】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第４実施形態では４枚（Ｎｉ層２、中間層３＋Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１７６】
このように、中間層３の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１７７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１７８】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第５実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１７９】
本第５実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ａｌ層５（詳述するとＡｌ層５の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１８０】
Ｔｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１８１】
本第５実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１８２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１８３】
本第５実施形態では、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１８４】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、中間層３とＴｉ層４との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１８５】
さらに、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第５実施形態では４枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４＋Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から４枚に減っている。これにより、接合作業の容易化を図ることができる。
【０１８６】
このように、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１８７】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１８８】
図１１は、本発明の第６実施形態に係る積層材１の製造方法を説明する図である。本第６実施形態について上記第１実施形態との相違点を中心に以下に説明する。
【０１８９】
本第６実施形態では、Ｎｉ層２はＮｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものである。中間層３は、Ｔｉ層４（詳述するとＴｉ層４の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ｔｉ層４は、Ａｌ層５（詳述するとＡｌ層５の上面）上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものである。Ａｌ層５は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものである。ろう材層６は、ろう材板から形成されたものである。
【０１９０】
中間層３及びＴｉ層４の形成に用いるＰＶＤ法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが適用可能である。この場合において、中間層３の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。また、Ｔｉ層４の厚さは限定されるものではないが、３０〜２０００ｎｍの範囲内であることが特に望ましい。
【０１９１】
本第６実施形態においては、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う。
【０１９２】
このような放電プラズマ焼結法による接合は、上述した図４、５又は６に示した接合方法により行われる。
【０１９３】
本第６実施形態では、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、Ｔｉ層４の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、Ｔｉ層４の材料の無駄を省くことができて、Ｔｉ層４の材料コストの削減を図ることができる。
【０１９４】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであることにより、中間層３の厚さを必要とされる厚さに容易に調整することができる。そのため、中間層３の材料の無駄を省くことができて、中間層３の材料コストの削減を図ることができる。
【０１９５】
さらに、Ｎｉ層２と中間層３との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行うことができ、これにより、積層材１の製造工程数の削減を図ることができる。
【０１９６】
さらに、中間層３がＴｉ層４上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されるとともに、Ｔｉ層４がＡｌ層５上にＰＶＤ法により蒸着されて形成されたものであるから、放電プラズマ焼結法により接合を行う際にセットする素板の数を減らすことができる。すなわち、上記第１実施形態では、セットする素板の数は５枚（Ｎｉ層２、中間層３、Ｔｉ層４、Ａｌ層５、ろう材層６）であるが、本第６実施形態では３枚（Ｎｉ層２、中間層３＋Ｔｉ層４＋Ａｌ層５、ろう材層６）であり、セットする素板の数が５枚から３枚に減っている。これにより、接合作業の更なる容易化を図ることができる。
【０１９７】
このように、中間層３の材料コストの削減と、Ｔｉ層４の材料コストの削減と、積層材１の製造工程数の削減と、接合作業の容易化とが図られることにより、積層材１の製造コストを大幅に削減することができる。
【０１９８】
さらに、積層材１はろう材層６を備えているので、このろう材層６を、積層材１を絶縁基板１５の所定の層（例：セラミック層１０）に接合する際のろう材として用いることができる。そのため、積層材１と絶縁基板１５の所定の層との接合を容易に行うことができる。
【０１９９】
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で様々に変更可能である。
【０２００】
また本発明は、上述した実施形態を組み合わせて構成しても良い。
【０２０１】
また本発明では、上記実施形態に示したように積層材１はろう材層６を備えたものであることが望ましいが、必ずしもろう材層６を備えることを要せず、すなわち積層材１のＡｌ層５にろう材層６が接合される必要はない。
【実施例】
【０２０２】
本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に示す。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０２０３】
＜実施例１＞
本実施例１では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。ただし、この積層材１はろう材層６を備えていない。
【０２０４】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４及びＡｌ層５として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２０５】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板。
【０２０６】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ（日本工業規格）１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。
【０２０７】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合と、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。すなわち、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４とのＡｌ層５との積層体８を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に放電プラズマ焼結装置３０の一対の黒鉛製パンチ３２、３２で加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体８を加熱し、これにより、互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合した。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２０８】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２０９】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、ろう材層６と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した。この工程を「ろう付け工程」という。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２１０】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、各ろう材層６、１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２１１】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形（凹凸）は発生しなかった。
【０２１２】
＜実施例２＞
本実施例２では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２１３】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２１４】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２１５】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２１６】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとの接合と、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２１７】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２１８】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２１９】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２２０】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２２１】
＜実施例３＞
本実施例３では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２２２】
Ｎｉ層２、中間Ｃｕ層３ｃ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２２３】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ｃｕ層３ｃ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍのＣｕ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２２４】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ｃｕ層３ｃを形成するＣｕ板の材質はＣ１０２０である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２２５】
次いで、一体化工程では、図４に示すように、Ｎｉ層２と中間Ｃｕ層３ｃとの接合と、中間Ｃｕ層３ｃとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２２６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２２７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２２８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２２９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２３０】
＜実施例４＞
本実施例４では、図７に示した上記第２実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２３１】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２３２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２３３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２３４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＡｌ蒸着膜からなる中間Ａｌ層３ａである。この中間Ａｌ層３ａの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＡｌを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ａｌ層３ａを形成した。中間Ａｌ層３ａの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：７０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｍである。
【０２３５】
次いで、一体化工程では、中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２３６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２３７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２３８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２３９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２４０】
＜実施例５＞
本実施例５では、図７に示した上記第２実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２４１】
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２４２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２４３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２４４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＣｕ蒸着膜からなる中間Ｃｕ層３ｃである。この中間Ｃｕ層３ｃの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＣｕを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ｃｕ層３ｃを形成した。中間Ｃｕ層３ｃの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：８０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｎである。
【０２４５】
次いで、一体化工程では、中間Ｃｕ層３ｃとＴｉ層４との接合と、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２４６】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２４７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２４８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２４９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２５０】
＜実施例６＞
本実施例６では、図８に示した上記第３実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２５１】
Ｎｉ層２、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２５２】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２５３】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２５４】
また、中間層３は、Ｎｉ層２の下面上に蒸着されて形成されたＣｕ蒸着膜からなる中間Ｃｕ層３ｃである。この中間Ｃｕ層３ｃの形成方法は次のとおりである。すなわち、Ｎｉ層２の下面上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＣｕを蒸着し、これにより、Ｎｉ層２の下面上に中間Ｃｕ層３ｃを形成した。中間Ｃｕ層３ｃの厚さは５００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：８０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：５ｍｉｎである。
【０２５５】
また、Ｔｉ層４は、中間Ｃｕ層３ｃ上に蒸着されて形成されたＴｉ蒸着膜である。このＴｉ層４の形成方法は次のとおりである。すなわち、中間Ｃｕ層３ｃ上にその全面に亘ってＰＶＤ法としてのイオンプレーティング法によってＴｉを蒸着し、これにより、中間Ｃｕ層３ｃ上にＴｉ層４を形成した。Ｔｉ層４の厚さは１０００ｎｍである。この際に適用した成膜条件は、真空度：２×１０−２Ｐａ、Ａｒガス供給量：７５ｍｌ／ｍｉｎ、プロセス圧力：２．２Ｐａ、バイアス電圧：５０Ｖ、アーク電流：９０Ａ、ヒータ温度：１５０℃、処理時間：１０ｍｉｎである。
【０２５６】
次いで、一体化工程では、Ｔｉ層４とＡｌ層５との接合と、Ａｌ層５とろう材層６との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行った。これにより積層材１を得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２５７】
この一体化工程で用いた各パンチ３２の直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２５８】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２５９】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２６０】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２６１】
＜実施例７＞
本実施例７では、図３に示した上記第１実施形態の積層材１の製造方法に従って積層材１を製造した。
【０２６２】
Ｎｉ層２、中間Ａｌ層３ａ、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２６３】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
中間Ａｌ層３ａ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１２ｍｍのＡｌ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２６４】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。中間Ａｌ層３ａを形成するＡｌ板の材質はＡ１１００である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２６５】
次いで、一体化工程では、Ｎｉ層２と中間Ａｌ層３ａとＴｉ層４とＡｌ層５とろう材層６との積層体８を３０個準備した。そして、図６に示すように、これらの積層体８を互いに重なり合う各積層体８、８間に導電性離型板３５を介して積層した。離型板３５は、直径１５０ｍｍ×厚さ２ｍｍの円盤状のカーボン板からなるものである。そして、これらの積層体８を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に放電プラズマ焼結装置３０の一対の黒鉛製パンチ３２、３２で一括して加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することでこれらの積層体８を一括して加熱し、これにより、各積層体８における互いに隣接する層同士を固定状態に同時に接合した。これにより積層材１を３０個得た。この積層材１の各接合界面は拡散接合状態になっていることを確認し得た。
【０２６６】
この一体化工程で用いた各パンチの直径は１５０ｍｍである。また、この一体化工程で適用した接合条件は、加熱温度５３０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。
【０２６７】
次いで、こうして得られた積層材１を縦３０ｍｍ×横３０ｍｍの大きさに切断した後、積層材１と、セラミック層１０と、ろう材層１１と、金属ベース層１２とを炉内ろう付けにより積層状に同時に接合した［ろう付け工程］。これにより絶縁基板１５を得た。
【０２６８】
このろう付け工程では、セラミック層１０としてＡｌＮ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）と、ろう材層１１としてＡｌ−８質量％Ｓｉのろう材板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍ）と、金属ベース層１２として純度が４Ｎの純Ａｌ板（縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍ）とを用いた。ろう付け工程で適用したろう付け条件は、加熱温度６００℃、加熱温度の保持時間１５ｍｉｎ、印加荷重６ｇ／ｃｍ２である。
【０２６９】
次いで、こうして得られた絶縁基板１５に対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００回繰り返して実施したところ、絶縁基板１５の各接合界面での割れや剥離及び絶縁基板１５のＮｉ層２の表面２ａの変形は発生しなかった。
【０２７０】
＜比較例１＞
Ｎｉ層２、Ｔｉ層４、Ａｌ層５及びろう材層６として、それぞれ次の円盤状の板を準備した。
【０２７１】
Ｎｉ層２ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０２ｍｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層４ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０１ｍｍの純Ｔｉ板
Ａｌ層５ ：直径１６０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの純Ａｌ板
ろう材層６：直径１６０ｍｍ×厚さ０．０４ｍｍのろう材板。
【０２７２】
Ｎｉ層２を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層４を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ａｌ層５を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。ろう材層６を形成するろう材板の組成はＡｌ−８質量％Ｓｉである。
【０２７３】
次いで、Ｎｉ層２とＴｉ層４とのＡｌ層５とろう材層６との積層体を３Ｐａの真空雰囲気中にてその積層方向に両パンチ３２、３２で加圧しつつ、両パンチ３２、３２間にパルス電流を通電することで積層体を加熱し、これにより積層体における互いに隣接する層同士の接合を試みた。この際に適用した接合条件は、加熱温度５４０℃、加熱温度の保持時間１０ｍｉｎ、昇温速度３５℃／ｍｉｎ、加圧力１０ＭＰａである。その結果、Ｎｉ層２とＴｉ層４との接合界面にて剥離が発生した。
【産業上の利用可能性】
【０２７４】
本発明は、絶縁基板用積層材の製造方法、絶縁基板用積層材、絶縁基板及び半導体モジュールに利用可能である。
【符号の説明】
【０２７５】
１：積層材
２：Ｎｉ層
３：中間層
３ａ：中間Ａｌ層
３ｃ：中間Ｃｕ層
４：Ｔｉ層
５：Ａｌ層
６：ろう材層
８：積層体
１０：セラミック層
１５：絶縁基板
１７：放熱部材
２０：半導体モジュール
２１：半導体素子
３０：放電プラズマ焼結装置
３２：パンチ
３５：導電性離型板（導電性離型部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層と、を積層状に一体化する一体化工程を含むことを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項４】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項６】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項７】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項８】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項９】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合を放電プラズマ焼結法により行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１１】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う請求項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１２】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１４】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１６】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１７】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１８】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１９】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２０】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２１】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合を放電プラズマ焼結法により行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う請求項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２４】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２６】
前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている請求項１〜２５のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２７】
表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層とが、積層状に一体化されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
【請求項２８】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項２９】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３０】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３１】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記中間層と前記Ｔｉ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３３】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３４】
前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側にろう材層が配置されており、
前記Ａｌ層と前記ろう材層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７〜３３のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３５】
前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている請求項２７〜３４のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項３６】
請求項２７〜３５のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。
【請求項３７】
請求項２７〜３５のいずれかに記載の積層材のＮｉ層の表面に半導体素子がはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１】
表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層と、を積層状に一体化する一体化工程を含むことを特徴とする絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項４】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項６】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項７】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項８】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項９】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合を放電プラズマ焼結法により行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１１】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う請求項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１２】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１４】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１６】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１７】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１６記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１８】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項１９】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２０】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記中間層と前記Ｔｉ層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項１８記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２１】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２０記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合を放電プラズマ焼結法により行う請求項１記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２３】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を行う請求項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２４】
前記積層材は、前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されたろう材層を備えており、
前記一体化工程では、前記Ｎｉ層と前記中間層との接合と、前記Ａｌ層と前記ろう材層との接合とを放電プラズマ焼結法により同時に行う請求項２２記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２５】
前記一体化工程では、
前記Ｎｉ層と前記中間層と前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層と前記ろう材層との積層体を複数準備するとともに、前記複数の積層体を互いに重なり合う各積層体間に導電性離型部材を介して積層し、
次いで、前記複数の積層体の積層方向両側に配置された放電プラズマ焼結用の一対のパンチで前記複数の積層体をその積層方向に一括して加圧しつつ、両パンチ間にパルス電流を通電することにより、各積層体に対して所定の接合を同時に行う請求項２４記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２６】
前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている請求項１〜２５のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項２７】
表面に半導体素子が接合されるＮｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層と、
前記Ｎｉ層の表面側とは反対側に配置されるとともに、Ａｌ若しくはＡｌ合金で形成された中間Ａｌ層からなるか、又は、Ｃｕ若しくはＣｕ合金で形成された中間Ｃｕ層からなる中間層と、
前記中間層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層と、
前記Ｔｉ層の前記中間層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層とが、積層状に一体化されていることを特徴とする絶縁基板用積層材。
【請求項２８】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項２９】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記中間層と前記Ｔｉ層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３０】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｎｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記中間層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３１】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、Ｔｉ板又はＴｉ合金板から形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記Ｔｉ層と前記Ａｌ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３２】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、Ａｌ板若しくはＡｌ合金板から形成されたものか、又は、Ｃｕ板若しくはＣｕ合金板から形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層、及び、前記中間層と前記Ｔｉ層がいずれも放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３３】
前記Ｎｉ層は、Ｎｉ板又はＮｉ合金板から形成されたものであり、
前記中間層は、前記Ｔｉ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ｔｉ層は、前記Ａｌ層上に蒸着されて形成されたものであり、
前記Ａｌ層は、Ａｌ板又はＡｌ合金板から形成されたものであり、
前記Ｎｉ層と前記中間層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３４】
前記Ａｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側にろう材層が配置されており、
前記Ａｌ層と前記ろう材層が放電プラズマ焼結法により接合されている請求項２７〜３３のいずれかに記載の絶縁基板用積層材。
【請求項３５】
前記Ａｌ層は、純度４Ｎ以上の純Ａｌで形成されている請求項２７〜３４のいずれかに記載の絶縁基板用積層材の製造方法。
【請求項３６】
請求項２７〜３５のいずれかに記載の積層材を備えていることを特徴とする絶縁基板。
【請求項３７】
請求項２７〜３５のいずれかに記載の積層材のＮｉ層の表面に半導体素子がはんだ付けにより接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４８６９７（Ｐ２０１２−２４８６９７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９５４７（Ｐ２０１１−１１９５４７）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
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