本發(fā)明涉及一種接合鋁部件與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件而成的接合體、在絕緣層的一面形成有電路層的功率模塊用基板上接合有散熱器的自帶散熱器的功率模塊用基板、在散熱器主體上形成有金屬部件層的散熱器、接合體的制造方法、自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法及散熱器的制造方法。

本申請(qǐng)主張基于2014年8月26日于日本申請(qǐng)的專利申請(qǐng)2014-171901號(hào)及2015年8月18日于日本申請(qǐng)專利的專利申請(qǐng)2015-161293號(hào)優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)：

LED、功率模塊等半導(dǎo)體裝置具備在由導(dǎo)電材料構(gòu)成的電路層上接合有半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)。

為了控制風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車等而使用的大功率控制用功率半導(dǎo)體元件的發(fā)熱量較多。因此，作為搭載這種功率半導(dǎo)體元件的基板，以往廣泛使用如下功率模塊用基板，該功率模塊用基板具備由例如AlN(氮化鋁)、Al₂O₃(氧化鋁)等構(gòu)成的陶瓷基板及在該陶瓷基板的一面接合導(dǎo)電性優(yōu)異的金屬板而形成的電路層。另外，作為功率模塊用基板，還提供在陶瓷基板的另一面形成有金屬層的功率模塊用基板。

例如，專利文獻(xiàn)1所示的功率模塊具備在陶瓷基板的一面及另一面形成有由Al構(gòu)成的電路層及金屬層的功率模塊用基板以及隔著焊料接合于該電路層上的半導(dǎo)體元件。

并且，構(gòu)成為在功率模塊用基板的下側(cè)接合有散熱器，從半導(dǎo)體元件傳遞至功率模塊用基板側(cè)的熱經(jīng)由散熱器向外部擴(kuò)散。

但是，如專利文獻(xiàn)1所記載的功率模塊，由Al構(gòu)成電路層及金屬層的情況下，由于表面形成有Al的氧化皮膜，因此無(wú)法通過焊料來(lái)接合半導(dǎo)體元件、散熱器。

因此，例如專利文獻(xiàn)2所公開那樣，以往，在電路層及金屬層的表面，通過化學(xué)鍍等而形成鍍Ni膜之后，焊錫接合半導(dǎo)體元件、散熱器等。

并且，專利文獻(xiàn)3中提出有代替焊料而使用包含氧化銀粒子和由有機(jī)物形成的還原劑的氧化銀漿料，將電路層與半導(dǎo)體元件及金屬層與散熱器進(jìn)行接合的技術(shù)。

然而，如專利文獻(xiàn)2所記載，在電路層表面及金屬層表面形成鍍Ni膜而成的功率模塊用基板中，在將半導(dǎo)體元件及散熱器進(jìn)行接合為止的過程中鍍Ni膜的表面由于氧化等而劣化，有可能與隔著焊料進(jìn)行接合的半導(dǎo)體元件及散熱器的接合可靠性降低。并且，在鍍Ni工序中，有時(shí)進(jìn)行遮蔽處理，以免在不需要的區(qū)域形成鍍Ni層而發(fā)生電蝕等問題。如此，在進(jìn)行遮蔽處理之后進(jìn)行電鍍處理時(shí)，在電路層表面及金屬層表面形成鍍Ni膜的工序中需要極大的勞力，存在導(dǎo)致功率模塊的制造成本大幅增加的問題。

并且，如專利文獻(xiàn)3所記載，使用氧化銀漿料將電路層與半導(dǎo)體元件及金屬層與散熱器進(jìn)行接合的情況下，Al與氧化銀漿料的燒成體的接合性較差，因此需要預(yù)先在電路層表面及金屬層表面形成Ag基底層。

因此，專利文獻(xiàn)4中提出有將電路層及金屬層作為Al層與Cu層的層疊結(jié)構(gòu)的功率模塊。此時(shí)，電路層及金屬層的表面配置有Cu層，因此能夠使用焊料良好地接合半導(dǎo)體元件和散熱器。并且，Cu的變形阻力大于Al，因此該功率模塊在負(fù)載熱循環(huán)時(shí)，能夠抑制電路層表面及金屬層表面大幅變形，防止焊料層中產(chǎn)生裂紋，從而可提高半導(dǎo)體元件與電路層及散熱器與金屬層的接合可靠性。

另外，專利文獻(xiàn)4所記載的功率模塊中，作為電路層及金屬層，使用隔著Ti層將Al層與Cu層進(jìn)行接合的接合體。在此，在Al層與Ti層之間形成有擴(kuò)散層，該擴(kuò)散層從Al層側(cè)依次具有Al-Ti層、Al-Ti-Si層、Al-Ti-Cu層。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第3171234號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開2004-172378號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利公開2008-208442號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本專利第3012835號(hào)公報(bào)

但是，專利文獻(xiàn)4所記載的功率模塊中，電路層及金屬層中在Al層與Ti層的接合界面，形成有硬且脆的金屬間化合物層即Al-Ti層、Al-Ti-Cu層。因此，存在在負(fù)載熱循環(huán)等時(shí)成為裂紋的起點(diǎn)的問題。

而且，在Al層上隔著Ti箔層疊Cu板等，并加熱至Al層與Ti箔的界面熔化的溫度時(shí)，在接合界面產(chǎn)生液相而產(chǎn)生凸起或厚度發(fā)生變動(dòng)，因此存在接合可靠性降低的問題。

在此，如專利文獻(xiàn)4所記載，還可以考慮代替專利文獻(xiàn)2的鍍Ni，隔著Ti箔將Ni板接合于由Al構(gòu)成的電路層及金屬層的表面而形成Ni層。而且，使用專利文獻(xiàn)3的氧化銀漿料時(shí)，還可以考慮隔著Ti箔將Ag板接合于由Al構(gòu)成的電路層及金屬層的表面而形成Ag基底層。

然而，若通過專利文獻(xiàn)4中所記載的方法來(lái)形成Ni層、Ag層等，則與形成Cu層時(shí)同樣地、在Al層與Ti層的接合界面形成Al-Ti層、Al-Ti-Ni層、Al-Ti-Ag層等的硬且脆的金屬間化合物層或在接合界面產(chǎn)生凸起等，從而有可能接合可靠性降低。

如上所述，以往，無(wú)法良好地接合鋁部件與由銅、鎳、銀的任一種構(gòu)成的金屬部件，無(wú)法得到接合可靠性優(yōu)異的接合體。

并且，內(nèi)部形成有冷卻介質(zhì)的流路等的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器，有時(shí)使用含有較多的Si的鋁鑄件合金而制造。如專利文獻(xiàn)4所記載，在這種散熱器與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件進(jìn)行了接合的情況下，無(wú)法使接合溫度充分上升，無(wú)法將Ti與Cu進(jìn)行接合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于前述情況而完成的，其目的在于提供一種接合體、具有該接合體的自帶散熱器的功率模塊用基板及散熱器、該接合體的制造方法、自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法及散熱器的制造方法，該接合體為良好地接合由含有較多Si的鋁合金構(gòu)成的鋁部件與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件而成的接合體。

為了解決前述課題，本發(fā)明的一方式的接合體為接合由鋁合金構(gòu)成的鋁部件與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件而成，所述鋁部件由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成，在所述鋁部件與所述金屬部件的接合部形成有Ti層，所述鋁部件與所述Ti層及所述Ti層與所述金屬部件分別被固相擴(kuò)散接合。

另外，在本發(fā)明中，金屬部件由銅或銅合金、鎳或鎳合金或者銀或銀合金構(gòu)成。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的接合體，在由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成的鋁部件與金屬部件的接合部形成有Ti層，且所述金屬部件與所述Ti層及所述Ti層與所述鋁部件分別被固相擴(kuò)散接合，因此能夠通過Ti層抑制鋁部件的Al原子與金屬部件的金屬(Cu、Ni、Ag)原子相互擴(kuò)散。并且，能夠抑制在所述鋁部件與所述金屬部件的接合部產(chǎn)生液相而形成較厚的硬且脆的金屬間化合物層。因此，可獲得接合可靠性良好的接合體。

本發(fā)明的一方式的自帶散熱器的功率模塊用基板具備絕緣層、形成于該絕緣層的一面的電路層、形成于所述絕緣層的另一面的金屬層及接合于該金屬層的散熱器，其中，所述金屬層的與所述散熱器的接合面由銅、鎳或銀構(gòu)成，所述散熱器由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成，在所述金屬層與所述散熱器的接合部形成有Ti層，所述金屬層與所述Ti層及所述Ti層與所述散熱器分別被固相擴(kuò)散接合。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的自帶散熱器的功率模塊用基板，在金屬層與散熱器的接合部形成有Ti層，該金屬層與所述散熱器的接合面由銅、鎳或銀構(gòu)成，所述金屬層與所述Ti層及所述Ti層與所述散熱器分別被固相擴(kuò)散接合，因此能夠通過Ti層抑制散熱器的Al原子與金屬層(與所述散熱器的接合面)的金屬(Cu、Ni、Ag)原子相互擴(kuò)散。并且，能夠抑制在所述散熱器與所述金屬層的接合部產(chǎn)生液相而形成較厚的硬且脆的金屬間化合物層。因此，能夠提高散熱器與功率模塊用基板的接合可靠性。

并且，本發(fā)明的一方式的自帶散熱器的功率模塊用基板中，散熱器由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成。因此，能夠構(gòu)成具有流路等的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器，從而可提高散熱器的散熱特性。

本發(fā)明的一方式的散熱器具備散熱器主體及接合于所述散熱器主體的金屬部件層，所述金屬部件層由銅、鎳或銀構(gòu)成，所述散熱器主體由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成，在所述散熱器主體與所述金屬部件層的接合部形成有Ti層，所述散熱器主體與所述Ti層及所述Ti層與所述金屬部件層分別被固相擴(kuò)散接合。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的散熱器，散熱器主體由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成，因此能夠構(gòu)成具有流路等的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器主體。并且，該散熱器主體中形成有由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件層，因此能夠通過焊接等良好地接合散熱器與其他部件。并且，由熱傳導(dǎo)性比鋁合金更佳的金屬形成金屬部件層的情況下，能夠通過金屬部件層將熱擴(kuò)散于面方向，并能夠大幅提高散熱特性。

并且，在散熱器主體與金屬部件層的接合部形成有Ti層，所述金屬部件層與所述Ti層及所述Ti層與所述散熱器主體分別被固相擴(kuò)散接合。因此，能夠通過Ti層抑制散熱器主體的Al原子與金屬部件層的金屬(Cu、Ni、Ag)原子相互擴(kuò)散。并且，能夠抑制在散熱器主體與金屬部件層的接合部產(chǎn)生液相而形成較厚的硬且脆的金屬間化合物層。

因此，能夠得到散熱器主體與金屬部件層的接合可靠性良好的散熱器。

本發(fā)明的一方式的接合體的制造方法為上述接合體的制造方法，該制造方法具備：對(duì)成為所述Ti層的Ti材料與所述金屬部件進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的Ti與金屬部件接合工序；及對(duì)接合有所述Ti材料的金屬部件與所述鋁部件進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的鋁部件與Ti接合工序。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的接合體的制造方法，通過Ti與金屬部件接合工序而對(duì)成為Ti層的Ti材料與金屬部件進(jìn)行固相擴(kuò)散接合之后，對(duì)接合有所述Ti材料的金屬部件與所述鋁部件進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，因此能夠比較自由地設(shè)定Ti材料與金屬部件的接合條件(溫度、時(shí)間)。并且，能夠可靠地對(duì)Ti層與金屬部件層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。而且，鋁部件與Ti接合工序中，能夠在鋁部件不會(huì)熔化的低溫條件下對(duì)Ti層與鋁部件進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。

本發(fā)明的一方式的自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法為上述自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法，該制造方法具備：對(duì)成為所述Ti層的Ti材料與所述金屬層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的Ti與金屬層接合工序；及對(duì)接合有所述Ti材料的金屬層與所述散熱器進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的散熱器與Ti接合工序。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的自帶散熱器的功率模塊用基板，通過Ti與金屬層接合工序而對(duì)成為Ti層的Ti材料與金屬層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合之后，對(duì)接合有所述Ti材料的金屬層與所述散熱器進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，因此能夠比較自由地設(shè)定Ti材料與金屬層的接合條件(溫度、時(shí)間)。并且，能夠可靠地對(duì)Ti層與金屬層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。而且，散熱器與Ti接合工序中，能夠在散熱器不熔化的低溫條件下對(duì)Ti層與散熱器進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。

本發(fā)明的一方式的散熱器的制造方法為上述散熱器的制造方法，該制造方法具備：對(duì)成為所述Ti層的Ti材料與所述金屬部件層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的Ti與金屬部件層接合工序；及對(duì)接合有所述Ti材料的金屬部件層與所述散熱器主體進(jìn)行固相擴(kuò)散接合的散熱器主體與Ti接合工序。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)的散熱器的制造方法，通過Ti與金屬部件層接合工序而對(duì)成為Ti層的Ti材料與金屬部件層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合之后，對(duì)接合有所述Ti材料的金屬部件層與所述散熱器主體進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，因此能夠比較自由地設(shè)定Ti材料與金屬部件層的接合條件(溫度、時(shí)間)。并且，能夠可靠地對(duì)Ti層與金屬部件層進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。而且，散熱器主體與Ti接合工序中，能夠在散熱器主體不會(huì)熔化的低溫條件下對(duì)Ti層與散熱器主體進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種接合體、具有該接合體的自帶散熱器的功率模塊用基板及散熱器、該接合體的制造方法、自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法及散熱器的制造方法，該接合體為良好地接合由含有較多Si的鋁合金構(gòu)成的鋁部件與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件而成的接合體。

附圖說明

圖1為具備本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的自帶散熱器的功率模塊用基板的功率模塊的概略說明圖。

圖2為圖1中的作為金屬層的Cu層與第二Ti層的接合界面的放大說明圖。

圖3為圖1中的散熱器與第二Ti層的接合界面的放大說明圖。

圖4為說明第一實(shí)施方式所涉及的自帶散熱器的功率模塊用基板的制造方法的流程圖。

圖5為第一實(shí)施方式所涉及的功率模塊用基板的制造方法的概略說明圖。

圖6為本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的散熱器的概略說明圖。

圖7為圖6中的金屬部件層與Ti層的接合界面的放大說明圖。

圖8為圖6中的散熱器主體與Ti層的接合界面的放大說明圖。

圖9為說明第二實(shí)施方式所涉及的散熱器的制造方法的流程圖。

圖10為第二實(shí)施方式所涉及的散熱器的制造方法的概略說明圖。

圖11為本發(fā)明的另一實(shí)施方式的具備自帶散熱器的功率模塊用基板的功率模塊的概略說明圖。

具體實(shí)施方式

(第一實(shí)施方式)

以下，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1中示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的使用自帶散熱器的功率模塊用基板30的功率模塊1。

該功率模塊1具備自帶散熱器的功率模塊用基板30及在該自帶散熱器的功率模塊用基板30的一面(圖1中上表面)隔著焊接層2接合的半導(dǎo)體元件3。

自帶散熱器的功率模塊用基板30具備功率模塊用基板10及接合于功率模塊用基板10的散熱器31。

功率模塊用基板10具備構(gòu)成絕緣層的陶瓷基板11、配設(shè)于該陶瓷基板11的一面(圖1中上表面)的電路層12及配設(shè)于陶瓷基板11的另一面的金屬層13。

陶瓷基板11防止電路層12與金屬層13之間的電連接，例如由AlN(氮化鋁)、Si₃N₄(氮化硅)、Al₂O₃(氧化鋁)等絕緣性較高的陶瓷構(gòu)成，本實(shí)施方式中，由絕緣性較高的AlN(氮化鋁)構(gòu)成。并且，陶瓷基板11的厚度設(shè)定在0.2mm以上且1.5mm以下的范圍內(nèi)，本實(shí)施方式中設(shè)定在0.635mm。

如圖5所示，電路層12在陶瓷基板11的一面，通過接合由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁板22而形成。本實(shí)施方式中，電路層12通過純度為99質(zhì)量％以上的鋁(2N鋁)軋制板(鋁板22)接合于陶瓷基板11而形成。另外，成為電路層12的鋁板22的厚度設(shè)定在0.1mm以上且1.0mm以下的范圍內(nèi)，本實(shí)施方式中設(shè)定在0.6mm。

如圖1所示，金屬層13具有配設(shè)于陶瓷基板11的另一面的Al層13A及在該Al層13A中與接合有陶瓷基板11的面相反側(cè)的面隔著第一Ti層15而層疊的Cu層13B。

如圖5所示，Al層13A在陶瓷基板11的另一面，通過接合由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁板23A而形成。被接合的鋁板23A的厚度設(shè)定在0.1mm以上且1.0mm以下的范圍內(nèi)，本實(shí)施方式中設(shè)定在0.6mm。

Cu層13B通過在Al層13A的另一面，隔著第一Ti層15接合由銅或銅合金構(gòu)成的銅板23B而形成。優(yōu)選將所述銅板23B的厚度設(shè)定在0.05mm以上且1mm以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。本實(shí)施方式中，被接合的銅板23B由無(wú)氧銅構(gòu)成，且厚度設(shè)定在0.8mm。

散熱器31用于擴(kuò)散功率模塊用基板10側(cè)的熱，如圖1所示，本實(shí)施方式中，設(shè)有冷卻介質(zhì)流通的流路32。

該散熱器31由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成。具體而言，散熱器31由根據(jù)JIS H 2118：2006規(guī)定的壓鑄用鋁合金即ADC12構(gòu)成。另外，該ADC12為以1.5～3.5質(zhì)量％的范圍含有Cu、以9.6～12.0質(zhì)量％的范圍含有Si的鋁合金。優(yōu)選將構(gòu)成所述散熱器31的鋁合金的Si濃度設(shè)定在1質(zhì)量％以上且13質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)定在4質(zhì)量％以上且13質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

并且，在散熱器31與金屬層13(Cu層13B)的接合部形成有第二Ti層35，金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35及第二Ti層35與散熱器31分別被固相擴(kuò)散接合。

如圖2所示，在金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35的接合界面形成有Cu-Ti層36。本實(shí)施方式中，該Cu-Ti層36的厚度t1在1μm≤t1≤8μm的范圍內(nèi)。優(yōu)選將所述Cu-Ti層36的厚度t1設(shè)定在2μm≤t1≤6.5μm的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

并且，如圖3所示，本實(shí)施方式中，在散熱器31與第二Ti層35的接合界面形成有Si固溶于Al₃Ti而成的Al-Ti-Si層37。該Al-Ti-Si層37具備形成于第二Ti層35側(cè)的第一Al-Ti-Si層37A及形成于散熱器31側(cè)的第二Al-Ti-Si層37B。

第一Al-Ti-Si層37A與第二Al-Ti-Si層37B由Si固溶于Al₃Ti而成的Al-Ti-Si相構(gòu)成，第二Al-Ti-Si層37B的Si濃度低于第一Al-Ti-Si層37A的Si濃度。第一Al-Ti-Si層37A的Si濃度在10at％以上且30at％以下，第二Al-Ti-Si層37B的Si濃度在0.6at％以上且小于10at％。優(yōu)選將所述第一Al-Ti-Si層37A的Si濃度設(shè)定在15at％以上且25at％以下，第二Al-Ti-Si層37B的Si濃度設(shè)定在2at％以上且5at％以下，但并不限定于此。

接著，參考圖4及圖5，對(duì)本實(shí)施方式的自帶散熱器的功率模塊用基板30的制造方法進(jìn)行說明。

(鋁板層疊工序S01)

首先，如圖5所示，在陶瓷基板11的一面，隔著Al-Si系焊料箔26，層疊成為電路層12的鋁板22。

并且，在陶瓷基板11的另一面，隔著Al-Si系焊料箔26，層疊成為Al層13A的鋁板23A。另外，本實(shí)施方式中，作為Al-Si系焊料箔26，使用厚度15μm的Al-6質(zhì)量％Si合金箔。

(電路層及Al層形成工序S02)

然后，在加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下配置于真空加熱爐內(nèi)并進(jìn)行加熱，從而接合鋁板22與陶瓷基板11，形成電路層12。并且，接合陶瓷基板11與鋁板23A而形成Al層13A。

在此，優(yōu)選將真空加熱爐內(nèi)的壓力設(shè)定在10^-6Pa以上且10^-3Pa以下的范圍內(nèi)，加熱溫度設(shè)定在600℃以上且643℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在30分鐘以上且180分鐘以下的范圍內(nèi)。

(Cu層(金屬層)形成工序S03及Ti與金屬層接合工序S04)

接著，在Al層13A的另一面?zhèn)龋糁谝烩伈?5，層疊成為Cu層13B的銅板23B。而且，本實(shí)施方式中，在銅板23B的另一面?zhèn)葘盈B第二鈦箔45。在此，第一鈦箔25及第二鈦箔45的純度設(shè)定在99質(zhì)量％以上。并且，第一鈦箔25及第二鈦箔45的厚度設(shè)定在3μm以上且40μm以下，本實(shí)施方式中設(shè)定在10μm。

然后，在加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下配置于真空加熱爐內(nèi)并進(jìn)行加熱，從而將Al層13A與第一鈦箔25及第一鈦箔25與銅板23B進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，形成由接合體構(gòu)成的金屬層13。而且，將銅板23B(Cu層13B)與第二鈦箔45進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，形成第二Ti層35。

在此，優(yōu)選將真空加熱爐內(nèi)的壓力設(shè)定在10^-6Pa以上且10^-3Pa以下的范圍內(nèi)，加熱溫度設(shè)定在600℃以上且643℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在30分鐘以上且180分鐘以下的范圍內(nèi)。優(yōu)選將上述加熱溫度設(shè)定在630℃以上且643℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在45分鐘以上且120分鐘以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

另外，Al層13A、第一鈦箔25、銅板23B及第二鈦箔45中被固相擴(kuò)散接合的各自的接合面的瑕疵被預(yù)先去除而變得平滑。

(散熱器與Ti接合工序S05)

接著，層疊第二Ti層35與散熱器31，在加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下配置于真空加熱爐內(nèi)并進(jìn)行加熱，從而將第二Ti層35與散熱器31進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。另外，第二Ti層35、散熱器31中被固相擴(kuò)散接合的各自的接合面的瑕疵被預(yù)先去除而變得平滑。

在此，優(yōu)選將真空加熱爐內(nèi)的壓力設(shè)定在10^-6Pa以上且10^-3Pa以下的范圍內(nèi)，加熱溫度設(shè)定在400℃以上且520℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在3小時(shí)以上且48小時(shí)以下的范圍內(nèi)。另外，更優(yōu)選將上述加熱溫度設(shè)定在480℃以上且520℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在18小時(shí)以上且24小時(shí)以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

通過這種方式，制造本實(shí)施方式的自帶散熱器的功率模塊用基板30。

(半導(dǎo)體元件接合工序S06)

接著，在電路層12的一面(表面)，隔著成為焊接層2的焊料而層疊半導(dǎo)體元件3，并在還原爐內(nèi)進(jìn)行焊錫接合。

通過上述方式，制造本實(shí)施方式的功率模塊1。

根據(jù)如上所述的結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式所涉及的自帶散熱器的功率模塊用基板30，金屬層13具有Al層13A及Cu層13B，該Cu層13B成為與散熱器31接合的接合面，在金屬層13(Cu層13B)與散熱器31的接合部形成有第二Ti層35，金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35、第二Ti層35與散熱器31分別被固相擴(kuò)散接合，因此能夠通過第二Ti層35抑制散熱器31中的Al與Cu層13B中的Cu相互擴(kuò)散，能夠防止在接合部形成較厚的硬且脆的金屬間化合物。因此，能夠在負(fù)載熱循環(huán)時(shí)抑制在接合部產(chǎn)生裂紋，并能夠提高散熱器31與功率模塊用基板10的接合可靠性。

并且，本實(shí)施方式中，散熱器31由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成。具體而言，散熱器31由根據(jù)JIS H 2118：2006規(guī)定的壓鑄用鋁合金即ADC12(Si濃度9.6～12.0質(zhì)量％)構(gòu)成。因此，能夠構(gòu)成具有流路32的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器31，可提高散熱性能。

并且，本實(shí)施方式中，在將金屬層13(Cu層13B)與成為第二Ti層35的第二鈦箔45進(jìn)行固相擴(kuò)散接合之后，將散熱器31與第二Ti層35進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，因此能夠比較自由地設(shè)定金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35的固相擴(kuò)散接合條件(溫度、時(shí)間)，能夠可靠地將金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。本實(shí)施方式中，在金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35的接合界面形成有厚度t1在1μm≤t1≤8μm的范圍內(nèi)的Cu-Ti層36，因此可靠地接合了金屬層13(Cu層13B)與第二Ti層35。

并且，能夠在低溫條件下將散熱器31與第二Ti層35進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，可抑制散熱器31熔化。

而且，本實(shí)施方式中同時(shí)實(shí)施Cu層(金屬層)形成工序S03與Ti與金屬層接合工序S04，因此能夠簡(jiǎn)化制造工序，可降低制造成本。

而且，本實(shí)施方式中，在散熱器31與金屬層13(Cu層13B)的接合部形成有Al-Ti-Si層37，且形成于第二Ti層35側(cè)的第一Al-Ti-Si層37A的Si濃度高于形成于散熱器31側(cè)的第二Al-Ti-Si層37B的Si濃度。因此，通過Si濃度較高的第一Al-Ti-Si層37A可抑制Ti原子擴(kuò)散于散熱器31側(cè)，能夠使Al-Ti-Si層37的厚度變薄。

并且，形成于散熱器31側(cè)的第二Al-Ti-Si層37B所含的Si濃度為0.6at％以上且小于10at％。因此，可抑制Al原子過度擴(kuò)散于第二Ti層35側(cè)，能夠使第二Al-Ti-Si層37B的厚度變薄。而且，形成于第二Ti層35側(cè)的第一Al-Ti-Si層37A所含的Si濃度為10at％以上且30at％以下。因此，可抑制Ti原子過度擴(kuò)散于散熱器31側(cè)，能夠使第一Al-Ti-Si層37A的厚度變薄。

并且，進(jìn)行固相擴(kuò)散接合時(shí)，在被接合的面中存在瑕疵的情況下，有時(shí)會(huì)在進(jìn)行固相擴(kuò)散接合時(shí)產(chǎn)生間隙。然而，本實(shí)施方式中，Al層13A、第一鈦箔25、銅板23B、第二鈦箔45及散熱器31的被接合的面的瑕疵被預(yù)先去除而變得平滑之后，被固相擴(kuò)散接合，因此能夠抑制在各自的接合界面產(chǎn)生間隙而可靠地進(jìn)行接合。

(第二實(shí)施方式)

接著，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的散熱器進(jìn)行說明。圖6中示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的散熱器101。

該散熱器101具備散熱器主體110及層疊于散熱器主體110的一面(圖6中上側(cè))的由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件層118。如圖10所示，本實(shí)施方式中，金屬部件層118通過接合由厚度2mm的無(wú)氧銅軋制板構(gòu)成的金屬板128而構(gòu)成。優(yōu)選所述金屬板128的厚度為0.001mm以上且3mm以下，但并不限定于此。

散熱器主體110中設(shè)有冷卻介質(zhì)流通的流路111。該散熱器主體110，由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成。具體而言，散熱器主體110由根據(jù)JIS H 2118：2006規(guī)定的壓鑄用鋁合金即ADC3構(gòu)成。另外，該ADC3為在9.0～11.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)包括Si、在0.45～0.64質(zhì)量％的范圍內(nèi)包括Mg的鋁合金。優(yōu)選將構(gòu)成上述散熱器主體110的鋁合金的Si濃度設(shè)定在4質(zhì)量％以上且13質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

在此，在散熱器主體110與金屬部件層118的接合部形成有Ti層115。

并且，金屬部件層118與Ti層115及Ti層115與散熱器主體110分別被固相擴(kuò)散接合。

并且，如圖7所示，在金屬部件層118與Ti層115的接合界面形成有Cu-Ti層116。本實(shí)施方式中，該Cu-Ti層116的厚度t1在1μm≤t1≤8μm的范圍內(nèi)。優(yōu)選將所述Cu-Ti層116的厚度t1設(shè)定在2μm≤t1≤6.5μm的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

并且，如圖8所示，本實(shí)施方式中，在散熱器主體110與Ti層115的接合界面形成有Si固溶于Al₃Ti而成的Al-Ti-Si層117。該Al-Ti-Si層117具備形成于Ti層115側(cè)的第一Al-Ti-Si層117A、形成于散熱器主體110側(cè)的第二Al-Ti-Si層117B。

第一Al-Ti-Si層117A與第二Al-Ti-Si層117B由Si固溶于Al₃Ti而成的Al-Ti-Si相構(gòu)成，第二Al-Ti-Si層117B的Si濃度低于第一Al-Ti-Si層117A的Si濃度。第一Al-Ti-Si層117A的Si濃度在10at％以上且30at％以下，第二Al-Ti-Si層117B的Si濃度在0.6at％以上且小于10at％。優(yōu)選將所述第一Al-Ti-Si層117A的Si濃度設(shè)定在15at％以上且25at％以下，第二Al-Ti-Si層117B的Si濃度設(shè)定在2at％以上且5at％以下，但并不限定于此。

接著，參考圖9及圖10，對(duì)本實(shí)施方式的散熱器101的制造方法進(jìn)行說明。

(Ti與金屬部件層接合工序S101)

首先，如圖10所示，層疊成為金屬部件層118的金屬板128及成為Ti層115的鈦箔125，在加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下配置于真空加熱爐內(nèi)并進(jìn)行加熱，從而將金屬板128與鈦箔125進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。另外，金屬板128、鈦箔125中被固相擴(kuò)散接合的各自的接合面的瑕疵被預(yù)先去除而變得平滑。并且，鈦箔125的純度設(shè)定在99質(zhì)量％以上，鈦箔125的厚度設(shè)定在3μm以上且40μm以下，本實(shí)施方式中設(shè)定在10μm。

在此，優(yōu)選將真空加熱爐內(nèi)的壓力設(shè)定在10^-6Pa以上且10^-3Pa以下的范圍內(nèi)，加熱溫度設(shè)定在600℃以上且670℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在30分鐘以上且180分鐘以下的范圍內(nèi)。另外，更優(yōu)選將上述加熱溫度設(shè)定在630℃以上且670℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在45分鐘以上且120分鐘以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

(散熱器主體與Ti接合工序S102)

接著，層疊Ti層115與散熱器主體110，在加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下配置于真空加熱爐內(nèi)并進(jìn)行加熱，從而將Ti層115與散熱器主體110進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。另外，Ti層115、散熱器主體110中被固相擴(kuò)散接合的各自的接合面的瑕疵被預(yù)先去除而變得平滑。

在此，優(yōu)選將真空加熱爐內(nèi)的壓力設(shè)定在10^-6Pa以上且10^-3Pa以下的范圍內(nèi)，加熱溫度設(shè)定在400℃以上且520℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在3小時(shí)以上且48小時(shí)以下的范圍內(nèi)。另外，更優(yōu)選將上述加熱溫度設(shè)定在480℃以上且520℃以下的范圍內(nèi)，保持時(shí)間設(shè)定在18小時(shí)以上且24小時(shí)以下的范圍內(nèi)，但并不限定于此。

通過這種方式，制造本實(shí)施方式的散熱器101。

根據(jù)如上結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式所涉及的散熱器101，通過在散熱器主體110的一面接合由無(wú)氧銅軋制板構(gòu)成的金屬板128而形成金屬部件層118，因此能夠通過金屬部件層118而將熱擴(kuò)散于面方向，能夠大幅提高散熱特性。并且，能夠利用焊接等良好地接合其他部件與散熱器101。

并且，散熱器主體110由Si濃度在1質(zhì)量％以上且25質(zhì)量％以下的范圍內(nèi)的鋁合金構(gòu)成。具體而言，散熱器主體110由根據(jù)JIS H 2118：2006規(guī)定的壓鑄用鋁合金即ADC3(Si濃度9.0～11.0質(zhì)量％)構(gòu)成。因此，能夠構(gòu)成具有流路等的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器主體110。

并且，在散熱器主體110與金屬部件層118的接合部形成有Ti層115，且金屬部件層118與Ti層115及Ti層115與散熱器主體110分別被固相擴(kuò)散接合。因此，能夠通過Ti層115抑制散熱器主體110的Al原子與金屬部件層118的Cu原子相互擴(kuò)散，能夠抑制在散熱器主體110與金屬部件層118的接合部產(chǎn)生液相而形成較厚的硬且脆的金屬間化合物層。因此，能夠得到散熱器主體110與金屬部件層118的接合可靠性良好的散熱器101。

并且，本實(shí)施方式中，通過Ti與金屬部件層接合工序S101而對(duì)成為Ti層115的鈦箔125與成為金屬部件層118的金屬板128進(jìn)行固相擴(kuò)散接合之后，通過散熱器主體與Ti接合工序S102而將Ti層115與散熱器主體110進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。因此，能夠比較自由地設(shè)定鈦箔125與金屬板128的接合條件，能夠可靠地將Ti層115與金屬部件層118進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。本實(shí)施方式中，在金屬部件層118與Ti層115的接合界面，形成有厚度t1在1μm≤t1≤8μm的范圍內(nèi)的Cu-Ti層116，因此金屬部件層118與Ti層115被可靠地接合。

并且，在散熱器主體與Ti接合工序S102中，能夠在散熱器主體110不會(huì)熔化的低溫條件下可靠地將Ti層115與散熱器主體110進(jìn)行固相擴(kuò)散接合。

而且，本實(shí)施方式中，在散熱器主體110與Ti層118的接合部，形成有Al-Ti-Si層117，且形成于Ti層115側(cè)的第一Al-Ti-Si層117A的Si濃度高于形成于散熱器主體110側(cè)的第二Al-Ti-Si層117B的Si濃度。因此，通過Si濃度較高的第一Al-Ti-Si層117A可抑制Ti原子擴(kuò)散于散熱器主體110側(cè)，能夠使Al-Ti-Si層117的厚度變薄。

并且，形成于散熱器主體110側(cè)的第二Al-Ti-Si層117B所含有的Si濃度在0.6at％以上且小于10at％。因此，可抑制Al原子過度擴(kuò)散于Ti層115側(cè)，可使第二Al-Ti-Si層117B的厚度變薄。而且，形成于Ti層115側(cè)的第一Al-Ti-Si層117A所含有的Si濃度在10at％以上且30at％以下。因此，可抑制Ti原子過度擴(kuò)散于散熱器主體110側(cè)，能夠使第一Al-Ti-Si層117A的厚度變薄。

以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，在不脫離其發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?/p>

例如，上述實(shí)施方式中，對(duì)作為金屬部件層將由銅構(gòu)成的Cu層進(jìn)行接合的情況進(jìn)行了說明，但代替Cu層，也可以將由鎳或鎳合金構(gòu)成的Ni層或者由銀或銀合金構(gòu)成的Ag層進(jìn)行接合。

在代替Cu層而形成Ni層的情況下，焊錫接合性變得良好，能夠提高與其他部件的接合可靠性。而且，通過固相擴(kuò)散接合而形成Ni層的情況下，不需要在化學(xué)鍍等中形成鍍Ni膜時(shí)所進(jìn)行的遮蔽處理，因此能夠降低制造成本。此時(shí)，優(yōu)選將Ni層的厚度設(shè)定在1μm以上且30μm以下。在Ni層的厚度小于1μm的情況下，有可能使提高與其他部件的接合可靠性的效果消失，且在大于30μm的情況下，Ni層成為熱阻體而有可能無(wú)法有效地將熱進(jìn)行傳遞。并且，在通過固相擴(kuò)散接合而形成Ni層的情況下，能夠以與前述實(shí)施方式相同的固相擴(kuò)散接合條件來(lái)形成。更優(yōu)選將上述Ni層的厚度設(shè)定在1μm以上且15μm以下，但并不限定于此。

在代替Cu層而形成Ag層的情況下，在使用例如包含氧化銀粒子和由有機(jī)物形成的還原劑的氧化銀漿料接合其他部件時(shí)，氧化銀被還原形成的銀與Ag層成為同種金屬彼此的接合，因此能夠提高接合可靠性。而且，形成熱傳導(dǎo)率良好的Ag層，因此能夠?qū)釘U(kuò)散于面方向而有效地進(jìn)行傳遞。此時(shí)，優(yōu)選將Ag層的厚度設(shè)定在1μm以上且20μm以下。

在Ag層的厚度小于1μm的情況下，有可能使提高與其他部件的接合可靠性的效果消失，在大于20μm的情況下，無(wú)法觀察到提高接合可靠性的效果，導(dǎo)致成本增加。并且，通過固相擴(kuò)散接合而形成Ag層時(shí)，能夠以與前述實(shí)施方式相同的固相擴(kuò)散接合條件來(lái)形成。更優(yōu)選將上述Ag層的厚度設(shè)定在1μm以上且10μm以下，但并不限定于此。

而且，第一實(shí)施方式中，將金屬層13作為具有Al層13A和Cu層13B的層進(jìn)行了說明，但并不限定于此，如圖11所示，也可以由銅或銅合金構(gòu)成金屬層整體。在該圖11所示的自帶散熱器的功率模塊用基板230中，銅板通過DBC法或活性金屬釬焊法等而接合于陶瓷基板11的另一面(圖11中下側(cè))，且形成有由銅或銅合金構(gòu)成的金屬層213。并且，該金屬層213與Ti層235、Ti層235與散熱器31分別被固相擴(kuò)散接合。另外，在圖11所示的功率模塊用基板210中，電路層212也通過銅或銅合金構(gòu)成。

并且，第一實(shí)施方式中，對(duì)通過接合純度99質(zhì)量％的鋁板而形成電路層的情況進(jìn)行了說明，但并不限定于此，也可以由其他鋁或鋁合金、銅或銅合金等其他金屬構(gòu)成。

并且，也可以將電路層作為Al層與Cu層的兩層結(jié)構(gòu)的層。這在圖11所示的功率模塊用基板中也相同。

并且，第一實(shí)施方式中分別進(jìn)行了電路層及Al層形成工序S02、Cu層(金屬層)形成工序S03及Ti與金屬層接合工序S04，但并不限于此，也能夠同時(shí)進(jìn)行。即，在陶瓷基板的一面隔著Al-Si系焊料箔26而層疊鋁板22，在另一面從陶瓷基板側(cè)層疊Al-Si系焊料箔26、鋁板23A、第一鈦箔25、銅板23B及第二鈦箔45，加壓(壓力1～35kgf/cm²(0.10～3.43MPa))于層疊方向的狀態(tài)下，將保持時(shí)間設(shè)為30分鐘以上且180分鐘以下，并進(jìn)行加熱(600℃以上且643℃以下)，從而能夠制造功率模塊用基板10。

實(shí)施例

以下，對(duì)為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說明。

(實(shí)施例1)

準(zhǔn)備表1所示的鋁板(50mm×50mm×厚度10mm)及金屬板(40mm×40mm)。并且，準(zhǔn)備純度99質(zhì)量％、厚度10μm的鈦箔。

本發(fā)明例1～8中，將表1的金屬板和鈦箔以表1所示的條件進(jìn)行了固相擴(kuò)散接合。然后，將接合有鈦箔的金屬板和鋁板以表1所示的條件進(jìn)行了固相擴(kuò)散接合。

另外，比較例1、2中，同時(shí)實(shí)施了金屬板、鈦箔及鋁板的接合。并且，本發(fā)明例1中使用Al-1.3質(zhì)量％Si的板作為鋁板。關(guān)于鋁板的Si濃度，將鋁板酸解，并通過ICP發(fā)射光譜分析法(SII Nano Technology公司制ICP發(fā)射光譜分析裝置：SPS3100)而求出。

對(duì)如此制造的接合體中的金屬板與Ti層的接合部進(jìn)行截面觀察，測(cè)定了構(gòu)成金屬板的金屬元素與Ti的金屬間化合物層的厚度。并且，測(cè)定了鋁板與金屬板的接合部的接合率。以下示出評(píng)價(jià)的具體步驟。

(截面觀察及構(gòu)成金屬板的金屬元素與Ti的金屬間化合物層的厚度的測(cè)定)

關(guān)于接合體的截面，使用截面拋光機(jī)(Cross section polisher)(JEOL Ltd.制SM-09010)，以離子加速電壓：5kV、加工時(shí)間：14小時(shí)、從遮蔽板的突出量：100μm進(jìn)行了離子蝕刻。接著，關(guān)于金屬板與Ti層的接合部，通過EPMA(JEOL Ltd.制JXA-8530F)，以倍率2000倍的視場(chǎng)(縱45μm；橫60μm)觀察5個(gè)視場(chǎng)，并進(jìn)行了Ti的映射。求出金屬間化合物層的面積，將該面積除以測(cè)定視場(chǎng)的寬度的尺寸而算出厚度，將5個(gè)視場(chǎng)的平均作為金屬間化合物層的厚度。

在使用由銅構(gòu)成的金屬板的情況下，將Ti濃度為19at％以上且67at％以下的區(qū)域作為金屬間化合物層。

在使用由鎳構(gòu)成的金屬板的情況下，將Ti濃度為25at％以上且67at％以下的區(qū)域作為金屬間化合物層。

在使用由銀構(gòu)成的金屬板的情況下，將Ti濃度為50at％以上且67at％以下的區(qū)域作為金屬間化合物層。

(接合率評(píng)價(jià))

關(guān)于接合體的鋁板與金屬板的接合部的接合率，使用超聲波探傷裝置(Hitachi Power Solutions Co.,ltd.制FineSAT200)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)以下式算出。在此，初始接合面積為接合前應(yīng)接合的面積，并將其作為鋁板的面積(50mm×50mm)。對(duì)超聲波探傷圖像進(jìn)行了二值化處理的圖像中白色部分表示剝離，因此將該白色部分的面積作為剝離面積。

接合率(％)＝{(初始接合面積)-(剝離面積)}/(初始接合面積)×100

將以上的評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。

[表1]

※截面觀察：金屬板與Ti層的接合界面的截面觀察/構(gòu)成金屬板的金屬元素與Ti的金屬間化合物厚度的評(píng)價(jià)

比較例1中，同時(shí)實(shí)施金屬板、鈦箔及鋁板的接合，將接合溫度設(shè)定在低溫。這種比較例1中，金屬板與鈦箔(Ti層)未充分接合。

比較例2中，同時(shí)實(shí)施金屬板、鈦箔及鋁板的接合，將接合溫度設(shè)定在高溫。這種比較例2中，鋁板的一部分熔化，接合率大幅降低。另外，比較例2中，鋁板的一部分熔化，因此無(wú)法測(cè)定金屬間化合物的層的厚度。

相對(duì)于此，本發(fā)明例1～8中，接合金屬板與鈦箔(Ti層)之后，接合了Ti層與鋁板。這種本發(fā)明例1～8中，能夠?qū)⒔饘侔迮c鈦箔(Ti層)在較高溫條件下進(jìn)行固相擴(kuò)散接合，能夠?qū)⒔饘侔迮cTi層可靠地進(jìn)行了接合。并且，能夠以鋁板不會(huì)熔化的低溫條件將鋁板與Ti層可靠地進(jìn)行了固相擴(kuò)散接合。

(實(shí)施例2)

準(zhǔn)備了表2所示的鋁板(50mm×50mm×厚度5mm)及金屬板(40mm×40mm)。并且，準(zhǔn)備了純度99質(zhì)量％、厚度10μm的鈦箔。另外，本發(fā)明例11及本發(fā)明例12中使用Al-1.3質(zhì)量％Si的板作為鋁板。以與實(shí)施例1同樣的方法求出Si濃度。

本發(fā)明例11～17中，將表2的金屬板與鈦箔以表2所示的條件進(jìn)行了固相擴(kuò)散接合。然后，將接合有鈦箔的金屬板與鋁板以表2所示的條件進(jìn)行了固相擴(kuò)散接合。

對(duì)如此制造的接合體中的金屬板與Ti層的接合部進(jìn)行截面觀察，測(cè)定了構(gòu)成金屬板的金屬元素與Ti的金屬間化合物層的厚度。厚度的測(cè)定方法與實(shí)施例1相同。

并且，以如下方式求出第一Al-Ti-Si層及第二Al-Ti-Si層的Si濃度。

將接合體在層疊方向上進(jìn)行機(jī)械切割，對(duì)所得到的截面進(jìn)行機(jī)械研磨直至厚度約30μm為止，將其作為截面試樣。然后，將4kV的氬離子從上下(與層疊方向垂直的一面)以4度的角度入射于接合界面附近，通過濺射進(jìn)行薄片化直至截面試樣開孔為止?？椎倪吘壋蔀檫吘墵疃蔀殡娮邮軌蛲干涞?.1μm左右的厚度，因此根據(jù)TEM及EDS測(cè)定了該部分。關(guān)于TEM及EDS的測(cè)定，利用FEI Company.制Titan Chemi STEM(附帶EDS檢測(cè)器)，以加速電壓：200kV、光束直徑：5nm、倍率：1萬(wàn)倍來(lái)進(jìn)行。

根據(jù)TEM及EDS進(jìn)行測(cè)定時(shí)，從Ti層側(cè)朝向鋁板側(cè)(鋁部件側(cè))進(jìn)行Si的線分析，將最初出現(xiàn)的Si的峰值作為第一Al-Ti-Si層的Si濃度，將從該峰值距離鋁板側(cè)為150nm之處作為第二Al-Ti-Si層的Si濃度。

并且，測(cè)定了冷熱循環(huán)試驗(yàn)后的鋁板與金屬板的接合部的接合率。關(guān)于冷熱循環(huán)試驗(yàn)，使用ESPEC CORP.制冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)TSB-51，對(duì)各接合體以液相(氟系惰性液體(3M公司制Fluorinert))，在-40℃下5分鐘及150℃下5分鐘作為一個(gè)循環(huán)，重復(fù)了4000次循環(huán)。接合率的測(cè)定方法與實(shí)施例1相同。

[表2]

[表3]

※截面觀察：金屬板與Ti層的接合界面的截面觀察/構(gòu)成金屬板的金屬元素與Ti的金屬間化合物厚度的評(píng)價(jià)

第二Al-Ti-Si層的Si濃度在0.6at％～9.8at％的本發(fā)明例12～14中，初始接合率及冷熱循環(huán)后的接合率較高，得到了接合可靠性優(yōu)異的接合體。

另一方面，第二Al-Ti-Si層的Si濃度為0.2at％的本發(fā)明例11中，與本發(fā)明例12～14相比，初始接合率稍微降低。

并且，第二Al-Ti-Si層的Si濃度為13.1at％的本發(fā)明例17中，由于Si濃度高而接合界面變得較硬，接合可靠性稍微降低。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明的接合體、自帶散熱器的功率模塊用基板、散熱器及其制造方法，能夠良好地接合由鋁合金構(gòu)成的鋁部件與由銅、鎳或銀構(gòu)成的金屬部件。因此，本發(fā)明的接合體、自帶散熱器的功率模塊用基板及散熱器適合于為了控制風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車等而使用的大功率控制用功率半導(dǎo)體元件。

符號(hào)說明

10、210-功率模塊用基板，11-陶瓷基板，13、213-金屬層，13B-Cu層(金屬部件)，31-散熱器(鋁部件)，35-第二Ti層(Ti層)，45-第二鈦箔(Ti材料)，101-散熱器，110-散熱器主體，115-Ti層，118-金屬部件層。