JP5705506B2 - 絶縁基板用クラッド材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の放熱に用いられる絶縁基板用クラッド材、その製造方法、半導体モジュール用ベース、及び、半導体モジュールに関する。

なお本明細書では、「板」の語は「箔」を含む意味で用いられる。

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ている。

配線層としては、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、また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。

しかし、Ａｌ層ははんだ接合性が悪い。そのため、配線層がＡｌ層である場合には、絶縁基板に半導体素子をはんだ付けにより接合できるように、絶縁基板の金属層に、Ｎｉ層として例えばＮｉめっき層を形成することが行われる。

ここで、絶縁基板の金属層に形成されるＮｉめっき層等のＮｉ層について、その厚さが約数μｍの場合、絶縁基板と放熱部材とをろう付けにより接合する際に加えられる熱や、絶縁基板に半導体素子をはんだ付けにより接合する際に加えられる熱により、Ｎｉ層の表面に大きな凹凸が発生し、その結果、半導体素子の絶縁基板への実装が実質上できないことがあった。そのため、Ｎｉ層の厚さは比較的厚い方が望ましく、詳述すると１５μｍ以上であることが特に望ましい。

特開２００４−３２８０１２号公報 特開２００４−２３５５０３号公報 特開２００６−３０３３４６号公報 特開２００９−１４７１２３号公報

而して、半導体モジュールでは、半導体素子が動作するのに伴い、半導体素子の温度は室温から１５０〜３００℃まで上昇する。そのため、半導体素子が動作する度に、絶縁基板には室温から半導体素子の動作温度までの温度変化が発生する。この温度変化やその繰返し（即ち冷熱サイクル）によって、絶縁基板を構成する各層の熱膨張差に起因する熱応力が絶縁基板に発生し、この熱応力によって、絶縁基板のそり、絶縁基板における各接合界面の割れ、剥離などの不良が発生することがあった。特に、このような不良はＮｉ層の厚さが厚い場合に発生し易い。

さらに、Ｎｉ層とＡｌ層を互いに隣接させて接合した場合には、Ｎｉ層とＡｌ層との間（即ち、Ｎｉ層とＡｌ層との接合界面）に強度の弱い合金層が形成され、この合金層で割れや剥離などの不良が発生し易い。

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、上記のような絶縁基板に用いられるクラッド材であって、はんだ接合性が良好であり、且つ、接合界面の割れや剥離などの不良の発生を防止できるクラッド材、その製造方法、半導体モジュール用ベース、及び半導体モジュールを提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［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層の片側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層とがクラッド圧延により接合されるとともに、
前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層との間に、前記Ｎｉ層の構成元素の少なくともＮｉと前記Ｔｉ層の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層が介在され、
前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層とが互いに隣接してクラッド圧延により接合されていることを特徴とする絶縁基板用クラッド材。

［２］ 前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されている前項１記載の絶縁基板用クラッド材。

［３］ 前記第１のＡｌ層と、前記第１の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とがクラッド圧延により接合されている前項１又は２記載の絶縁基板用クラッド材。

［４］ 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている前項１〜３のいずれかに記載の絶縁基板用クラッド材。

［５］ セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記セラミック層の前記第１金属層配置側とは反対側に配置された第２金属層と、を備えた絶縁基板であって、
前記第１金属層と前記セラミック層が接合されるとともに、
前記セラミック層と前記第２金属層が接合され、
前記第１金属層は、前項１〜３のいずれかに記載のクラッド材を含んでいることを特徴とする絶縁基板。

［６］ 前記クラッド材の前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されており、
前記第１のＡｌ層と前記セラミック層とが互いに隣接してろう付けにより接合されている前項５記載の絶縁基板。

［７］ 前記第１金属層は、更に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層を含んでおり、
前記クラッド材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層とが互いに隣接してろう付けにより接合されるとともに、
前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とが互いに隣接してろう付けにより接合されている前項５記載の絶縁基板。

［８］ 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成され、
前記第２のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている前項７記載の絶縁基板。

［９］ 前記第２のＡｌ層の厚さは前記第１のＡｌ層よりも厚い前項８記載の絶縁基板。

［１０］ 前記第２金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層を含み、
前記セラミック層と前記第３のＡｌ層とがろう付けにより接合されている前項５〜９のいずれかに記載の絶縁基板。

［１１］ 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層の片側に配置されるＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層とをクラッド圧延により接合し、これにより、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層との間に、前記Ｎｉ層の構成元素の少なくともＮｉと前記Ｔｉ層の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を形成する第１接合工程と、
前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されるＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する第２接合工程と、を備えていることを特徴とする絶縁基板用クラッド材の製造方法。

［１２］ 前記第１接合工程では、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、
前記第２接合工程では、前記第１接合工程の後で、前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合する前項１１記載の絶縁基板用クラッド材の製造方法。

［１３］ 前記第１のＡｌ層と、前記第１のＡｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されるろう材層とをクラッド圧延により接合する第３接合工程を、更に備えている前項１１又は１２記載の絶縁基板用クラッド材の製造方法。

［１４］ 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている前項１１〜１３のいずれかに記載の絶縁基板用クラッド材の製造方法。

［１５］ セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記セラミック層の前記第１金属層配置側とは反対側に配置された第２金属層と、を備えた絶縁基板の製造方法であって、
前記第１金属層と前記セラミック層を接合する第４接合工程と、
前記セラミック層と前記第２金属層を接合する第５接合工程と、を備え、
前記第１金属層は、前項１〜３のいずれかに記載のクラッド材を含んでいることを特徴とする絶縁基板の製造方法。

［１６］ 前記第１金属層の前記クラッド材の前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されており、
前記第４接合工程では、前記第１のＡｌ層と前記セラミック層とを互いに隣接させてろう付けにより接合する前項１５記載の絶縁基板の製造方法。

［１７］ 前記第１金属層は、更に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層を含み、
前記第４接合工程では、前記クラッド材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層とを互いに隣接させてろう付けにより接合するとともに、前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とを互いに隣接させてろう付けにより接合する前項１５記載の絶縁基板の製造方法。

［１８］ 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成され、
前記第２のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている前項１７記載の絶縁基板の製造方法。

［１９］ 前記第２のＡｌ層の厚さは前記第１のＡｌ層よりも厚い前項１８記載の絶縁基板の製造方法。

［２０］ 前記第２金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層を含み、
前記セラミック層と前記第３のＡｌ層とがろう付けにより接合されている前項１５〜１９のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。

［２１］ 前項５〜１０のいずれかに記載の絶縁基板と、前記絶縁基板の第２金属層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備え、
前記第２金属層と前記放熱部材が接合されていることを特徴とする半導体モジュール用ベース。

［２２］ 前項５〜１０のいずれかに記載の絶縁基板と、前記絶縁基板の第２金属層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、半導体素子と、を備え、
前記半導体素子が前記絶縁基板のＮｉ層の表面にはんだ付けにより接合されるとともに、
前記第２金属層と前記放熱部材が接合されていることを特徴とする半導体モジュール。

本発明は以下の効果を奏する。

前項［１］の絶縁基板用クラッド材では、Ｎｉ層とＴｉ層がクラッド圧延により接合されるとともに、Ｎｉ層とＴｉ層との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層が介在されているので、このクラッド材を絶縁基板に用いた場合には、冷熱サイクルによって絶縁基板に発生する熱応力がＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層によって緩和される。

なお、Ｎｉ層とＴｉ層をクラッド圧延ではなくろう付けにより接合しても、Ｎｉ層とＴｉ層との間に超弾性合金層を形成することができない。

さらに、Ｎｉ層と第１のＡｌ層とが互いに隣接して接合されていないので、クラッド材に強度の弱い合金層が形成されることもない。

さらに、もしＴｉ層と第１のＡｌ層とが互いに隣接してろう付けにより接合された場合には、ろう付け時の熱によってＴｉ層と第１のＡｌ層との間（即ち、Ｔｉ層と第１のＡｌ層との接合界面）に強度の弱い合金層（例：Ａｌ−Ｔｉ合金層）が形成される。しかし、前項［１］のクラッド材では、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とはろう付けではなく、ろう付け温度よりも低温で接合可能なクラッド圧延により接合されているので、Ｔｉ層と第１のＡｌ層との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを防止することができる。

このように、Ｎｉ層とＴｉ層との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層が介在されていること、Ｎｉ層と第１のＡｌ層とが互いに隣接して接合されていないこと、及び、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とがクラッド圧延により接合されていることが相乗的に作用することにより、絶縁基板のそり、絶縁基板における各接合界面の割れ、剥離などの不良の発生を防止することができる。これにより、絶縁基板の寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。さらに、クラッド材はＮｉ層を備えているので、はんだ接合性は良好である。さらに、クラッド材は第１のＡｌ層を備えているので、電気特性及び熱特性に優れ、また製造コストの引下げを図ることができる。

前項［２］のクラッド材では、Ｎｉ層とＴｉ層が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されているので、次のような効果を奏する。

すなわち、もしＴｉ層と第１のＡｌ層とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合された後で、Ｎｉ層とＴｉ層が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された場合には、Ｎｉ層とＴｉ層との接合時の熱によってＴｉ層と第１のＡｌ層との間に強度の弱い合金層（例：Ａｌ−Ｔｉ合金層）が形成されてしまう。これに対して、Ｎｉ層とＴｉ層が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、Ｔｉ層と第１のＡｌ層とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されることにより、Ｔｉ層と第１のＡｌ層との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを確実に防止することができる。

前項［３］のクラッド材では、第１のＡｌ層とろう材層とがクラッド圧延により接合されているので、このろう材層を、クラッド材と絶縁基板の他の層とをろう付けにより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、クラッド材と絶縁基板の他の層とを容易に接合することができる。

前項［４］のクラッド材では、第１のＡｌ層が、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されているので、この第１のＡｌ層を絶縁基板の配線層として好適に用いることができる。

前項［５］の絶縁基板では、第１金属層とセラミック層が接合されており、更に、第１金属層は、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のクラッド材を含んでいるので、クラッド材による上述した効果を奏し得る絶縁基板を提供できる。

前項［６］の絶縁基板では、クラッド材の第１のＡｌ層が、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されているので、この第１のＡｌ層を絶縁基板の配線層として好適に用いることができる。

前項［７］の絶縁基板では、クラッド材の第１のＡｌ層と、第２のＡｌ層とが互いに隣接してろう付けにより接合されているので、第１のＡｌ層の厚さをクラッド圧延によりＴｉ層と容易に接合可能な厚さに設定することができるし、第２のＡｌ層の厚さを配線層として好適に機能しうる厚さに設定することができる。

前項［８］の絶縁基板では、第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成されているので、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されたＡｌ層よりも硬質である。そのため、第１のＡｌ層をクラッド圧延によりＴｉ層と容易に接合することができる。さらに、第２のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されているので、第２のＡｌ層を絶縁基板の配線層として好適に用いることができる。

前記［９］の絶縁基板では、第２のＡｌ層の厚さが第１のＡｌ層よりも厚いことにより、第２のＡｌ層を絶縁基板の配線層として好適に用いることができるし、第１のＡｌ層の厚さを薄く設定することができ、そのため第１のＡｌ層をクラッド圧延によりＴｉ層と更に容易に接合することができる。

前項［１０］の絶縁基板では、第２金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層を含んでいるので、この絶縁基板は放熱特性に優れており、また製造コストを引き下げることができる。

前項［１１］〜［１４］の絶縁基板用クラッド材の製造方法では、それぞれ上記［１］〜［４］のクラッド材を確実に製造することができる。

前項［１５］〜［２０］の絶縁基板の製造方法では、それぞれ上記［５］〜［１０］の絶縁基板を確実に製造することができる。

前項［２１］の半導体モジュール用ベースによれば、該ベースの寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。さらに、該ベースは、電気特性及び熱特性に優れ、また製造コストの引下げを図ることができる。

前項［２２］の半導体モジュールによれば、該半導体モジュールの寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る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は、同絶縁基板の概略断面図である。 図３は、同絶縁基板の製造工程を示す概略断面図である。 図４は、Ｎｉ層とＴｉ層をクラッド圧延により接合する第１接合工程を示す概略断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板の製造工程を示す概略断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板の製造工程を示す概略断面図である。 図７は、比較例１に係る絶縁基板の製造工程を示す概略断面図である。

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。

なお、以下の説明において、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。

図１において、３５は、本発明の第１実施形態に係る絶縁基板１Ａを備えた半導体モジュールである。

半導体モジュール３５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、半導体モジュール用ベース３０と、該ベース３０上に実装された半導体素子３６とを備えている。半導体素子３６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。

半導体モジュール用ベース３０は、本第１実施形態の絶縁基板１Ａと、放熱部材３１とを備えている。

放熱部材３１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、詳述すると例えばＡｌ又はＡｌ合金製である。

絶縁基板１Ａは、平面視略方形状であり、半導体素子３６と放熱部材３１との間に配置されている。この絶縁基板１Ａは、半導体素子３６の動作に伴い半導体素子３６から発生した熱を放熱部材３１に伝達するためのものであり、詳述すると、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特性を有している。

図２に示すように、この絶縁基板１Ａは、水平状に配置されたセラミック層１０と、第１金属層２と、第２金属層１５とを備えている。

第１金属層２は、セラミック層１０の片側（上側）に配置されている。第２金属層１５は、セラミック層１０の第１金属層２配置側とは反対側（下側）に配置されている。そして、これらの層２、１０、１５が互いに積層状に接合一体化され、これにより絶縁基板１Ａが構成されている。

セラミック層１０は、電気絶縁層として機能するものであり、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＢＮ、ＢｅＯからなる群より選択された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層である。セラミック層１０の厚さは例えば３００〜７００μｍ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℃、Ａｌ_２Ｏ_３：２０５０℃、Ｓｉ_３Ｎ_４：１９００℃、Ｙ_２Ｏ_３：２４００℃、ＣａＯ：２５７０℃、ＢＮ：３０００℃、ＢｅＯ：２５７０℃である。これらの融点又は分解点は、第１金属層２及び第２金属層１５の融点よりも格段に大きい。

第１金属層２は、クラッド材３を含むものである。

第２金属層１５は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層１６を含むものである。このＡｌ層１６を説明の便宜上「第３のＡｌ層１６」という。この第３のＡｌ層１６は、Ａｌ又はＡｌ板から提供されて形成された層である。この第３のＡｌ層１６の厚さは例えば５００〜２０００μｍである。本実施形態では、第２金属層１５はこの第３のＡｌ層１６だけから構成されている。

クラッド材３は、Ｎｉ又はＮｉ合金で形成されたＮｉ層４と、Ｔｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層６と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層７とを備えている。このＡｌ層７を説明の便宜上「第１のＡｌ層７」という。各層４、６、７は平面略視方形状である。さらに、Ｎｉ層４はＮｉ又はＮｉ合金板から、Ｔｉ層６はＴｉ又はＴｉ合金板から、第１のＡｌ層７はＡｌ又はＡｌ合金板からそれぞれ提供されて形成された層である。そして、これらの層４、６、７が互いに積層状に接合一体化され、これによりクラッド材３が構成されている。

Ｎｉ層４は、その表面４ａ（上面）に半導体素子３６がはんだ付けにより接合されるものである。

Ｔｉ層６は、Ｎｉ層４の表面４ａ側とは反対側（下側）に配置されている。このＴｉ層６は、Ｎｉ層４の構成元素の少なくともＮｉとＴｉ層６の構成元素の少なくともＴｉとが合金化することによりＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５を生成させる役割を有している。そして、Ｎｉ層４とＴｉ層６がクラッド圧延により接合されている。

さらに、図２中に図示された二点鎖線で囲まれた円領域の拡大図に示すように、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間（即ち、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合界面）にはＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が介在されている。この超弾性合金層５は、Ｎｉ層４の構成元素の少なくともＮｉと、Ｔｉ層６の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金で形成されたものである。本実施形態では、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５は、詳述すると例えばＮｉＴｉ超弾性合金層である。

超弾性合金層５の超弾性合金は、室温から半導体素子２６の動作温度（例：３００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有していることが望ましく、特に望ましくは、室温から絶縁基板１Ａと放熱部材３１との接合温度（例：６００℃）までの温度範囲に亘って超弾性特性を有していることが良い。

ここで、Ｎｉ層４、Ｔｉ層６及びＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５の厚さは、特に限定されるものではない。しかし、Ｎｉの熱伝導率は９０．７Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｔｉの熱伝導率は２１．９Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金の熱伝導率は２０．０Ｗ／ｍ・Ｋであり、これらの熱伝導率はＡｌの熱伝導率２３６Ｗ／ｍ・Ｋと比べて著しく低い。したがって、Ｎｉ層４、Ｔｉ層６及びＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５はなるべく薄い方が、絶縁基板１Ａの熱伝導率を向上させうる点で望ましい。そこで、Ｎｉ層４の厚さの上限は２００μｍ、Ｔｉ層６の厚さの上限は２００μｍ、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５の厚さの上限は５０μｍであるのが望ましい。一方、これらの層４、６、５が薄すぎると、各層の所望する特性が発現しなくなる虞がある。そこで、Ｎｉ層４の厚さの下限は５μｍ、Ｔｉ層６の厚さの下限は５μｍ、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５の厚さの下限は０．０５μｍであるのが望ましい。

第１のＡｌ層７は、Ｔｉ層６のＮｉ層４配置側とは反対側（下側）に配置されている。本第１実施形態では、第１のＡｌ層７は、絶縁基板１Ａの配線層として機能するものであり、そのため純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されるのが望ましい。そして、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とが互いに隣接してクラッド圧延により接合されている。第１のＡｌ層７の厚さは特に限定されるものではないが、第１のＡｌ層７を絶縁基板１Ａの配線層として確実に機能させるため１００〜１０００μｍの範囲に設定されるのが望ましい。

そして、本第１実施形態の絶縁基板１Ａでは、クラッド材３（詳述するとクラッド材３の第１のＡｌ層７）とセラミック層１０とが互いに隣接してろう付けにより接合されている。図２において、２１は、クラッド材３とセラミック層１０とを接合したろう材層である。このろう材層２１は、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましい。さらに、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とが、ろう付け、はんだ付け、樹脂接着剤などにより接合されており、本実施形態では、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とはろう付けにより接合されている。２２は、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを接合したろう材層である。このろう材層２２は、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましい。

なお図面では、各ろう材層２１、２２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。

次に、本第１実施形態の絶縁基板１Ａの製造方法について図３を参照して以下に説明する。

まず、Ｎｉ層４とＴｉ層６とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合し、これにより、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に、Ｎｉ層４の構成元素の少なくともＮｉとＴｉ層６の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５を形成する。換言すると、互いに隣接されて配置されたＮｉ層４とＴｉ層６とを、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ層４の構成元素の少なくともＮｉとＴｉ層６の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されるＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が形成されるように、クラッド圧延により接合する。この工程を「第１接合工程」という。この第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合は、両層４、６間に超弾性合金層５を確実に形成できるようにするため、温間ないし熱間クラッド圧延により行われるのが望ましい。すなわち、図４に示すように、互いに平行に配置された一対の圧延ロール４１、４１を具備したクラッド圧延装置４０を用い、互いに重ね合わされたＮｉ層４とＴｉ層６とを両圧延ロール４１、４１間に通して両圧延ロール４１、４１でＮｉ層４とＴｉ層６を挟圧することにより、Ｎｉ層４とＴｉ層６を接合（クラッド）する。この接合の際に、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合時の熱によってＮｉ層４の構成元素の少なくともＮｉとＴｉ層６の構成元素の少なくともＴｉとが合金化してＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が形成される。その結果、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間（即ち、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合界面）にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が介在される。

この第１接合工程の接合条件は、Ｎｉ層４とＴｉ層６とを、両層４、６間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が形成されるように、クラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度６３０〜７５０℃、及び、クラッド率４０〜６０％である。

その後、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する。この工程を「第２接合工程」という。

この第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７との接合は、図４に示したクラッド圧延装置４０を用い、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合に適用したクラッド温度よりも低い温度をクラッド温度として適用した冷間ないし温間クラッド圧延により行われる。

この第２接合工程の接合条件は、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度３５０〜４３０℃、及び、クラッド率３０〜６０％である。

このように第１接合工程と第２接合工程を順次行うことにより、本第１実施形態のクラッド材３が得られる。

次いで、このクラッド材３を用いて絶縁基板１Ａを製造するため、図３に示すように、クラッド材３とセラミック層１０とを接合する。この工程を説明の便宜上「第４接合工程」という。さらに、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを接合する。この工程を説明の便宜上「第５接合工程」という。

第４接合工程では、クラッド材３とセラミック層１０とは例えばろう付けにより接合される。また同じく、第５接合工程では、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とは例えばろう付けにより接合される。

第４接合工程及び第５接合工程を行う順番は特に限定されるものではない。例えば、第４接合工程の後で第５接合工程を行っても良いし、第５接合工程の後で第４接合工程を行っても良いし、第４接合工程と第５接合工程とを同時に行っても良い。

第４接合工程と第５接合工程とを同時に行う場合には、クラッド材３（詳述するとクラッド材３の第１のＡｌ層７）とセラミック層１０との間にろう材層２１としてのＡｌ系ろう材板（厚さ：例えば１０〜６０μｍ）を配置するとともに、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との間にろう材層２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：例えば１０〜６０μｍ）を配置する。そして、クラッド材３とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを炉内ろう付け等により一括して接合する。

以上の手順により、本第１実施形態の絶縁基板１Ａが得られる。

ここで、クラッド材３とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とをろう付けにより接合する場合には、その接合の際に各層の温度が約６００℃前後に上昇し、絶縁基板１Ａに熱歪みが発生するが、しかしこの熱歪みはＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５で緩和される。これにより、絶縁基板１Ａのそり、割れ、隔離等の不良の発生を防止することができる。

次に、本第１実施形態の絶縁基板１Ａを用いて図１に示した半導体モジュール３５を製造する方法について、以下に説明する。

絶縁基板１Ａの第３のＡｌ層１６（詳述すると第３のＡｌ層１６の下面）に放熱部材３１をろう付け等の任意の接合手段により接合する。これにより、半導体モジュール用ベース３０が得られる。

ここで、絶縁基板１Ａの第３のＡｌ層１６に放熱部材３１をろう付けにより接合する場合には、その接合の際に絶縁基板１Ａの温度が約６００℃前後に上昇し、絶縁基板１Ａに熱歪みが発生するが、しかしこの熱歪みは絶縁基板１ＡのＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５で緩和される。これにより、絶縁基板１Ａのそり、割れ、隔離等の不良の発生を防止することができる。

次いで、絶縁基板１ＡのＮｉ層４の表面４ａに半導体素子３６をはんだ付けにより接合する。このはんだ付けに用いるはんだとしては、Ｐｂフリーはんだ等の公知のはんだが用いられる。

このはんだ付けの際には、絶縁基板１Ａの温度が約３００℃前後に上昇し、絶縁基板１Ａに熱歪みが発生するが、しかしこの熱歪みは絶縁基板１ＡのＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５で緩和される。そのため、半導体素子３６を良好に接合することができる。

以上の手順により、図１に示した半導体モジュール３５が得られる。

ここで、放熱部材３１がＡｌ又はＡｌ合金製であり、更に、絶縁基板１Ａと放熱部材３１とをろう付けにより接合する場合には、そのろう材としてＡｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）を用いることが望ましい。その理由は次のとおりである。

すなわち、Ａｌ系ろう材を用いたろう付け温度条件（通常、５９０〜６１０℃）は、Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金としてのＮｉＴｉ超弾性合金の超弾性特性を有する高温安定相の体積を増加させる時効処理の温度範囲に含まれる。したがって、絶縁基板１Ａと放熱部材３１とをＡｌ系ろう材を用いたろう付けにより接合することにより、絶縁基板１Ａと放熱部材３１との接合と同時に超弾性合金層５に時効処理が施される。これにより、超弾性合金層５の超弾性特性を確実に発現しうることができるし、更に、超弾性合金層５への時効処理を省略することができ、もって半導体モジュール用ベース３０の製造コストを引き下げることができる。これと同じ理由により、クラッド材３とセラミック層１０との接合に用いられたろう材層２１のろう材、及び、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との接合に用いられたろう材層２２のろう材は、ともに、Ａｌ系ろう材であることが望ましい。

本第１実施形態の絶縁基板１Ａ及びクラッド材３には次の利点がある。

すなわち、このクラッド材３によれば、Ｎｉ層４とＴｉ層６がクラッド圧延により接合されるとともに、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が介在されている。したがって、このクラッド材３を絶縁基板１Ａに用いた場合には、冷熱サイクルによって絶縁基板１Ａに発生する熱応力（例：熱歪み）がＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５によって緩和される。

なお、Ｎｉ層４とＴｉ層６をクラッド圧延ではなくろう付けにより接合しても、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に超弾性合金層５を形成することができない。

さらに、Ｎｉ層４と第１のＡｌ層７とが互いに隣接して接合されていないので、強度の弱い合金層が形成されることもない。

さらに、もしＴｉ層６と第１のＡｌ層７とを互いに隣接させてろう付けにより接合した場合には、ろう付け時の熱によってＴｉ層６と第１のＡｌ層７との間（即ち、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７との接合界面）に強度の弱い合金層としてＡｌ−Ｔｉ合金層（Ａｌ−Ｔｉ合金相）等が形成される。しかし、上記第１実施形態のクラッド材３では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とはろう付けではなく、ろう付け温度よりも低温で接合可能なクラッド圧延により接合されているので、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを防止することができる。

このように、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５が介在されていること、Ｎｉ層４と第１のＡｌ層７とが互いに隣接して接合されていないこと、及び、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とがクラッド圧延により接合されていることが相乗的に作用することにより、絶縁基板１Ａのそり、絶縁基板１Ａにおける各接合界面の割れ、剥離などの不良の発生を防止することができる。これにより、絶縁基板１Ａの寸法精度や耐用寿命を向上させることができる。さらに、クラッド材３はＮｉ層４を備えているので、はんだ接合性は良好である。さらに、クラッド材３は第１のＡｌ層７を備えているので、電気特性及び熱特性に優れ、また製造コストの引下げを図ることができる。

さらに、Ｎｉ層４とＴｉ層６が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されているので、このクラッド材３には、次のような利点がある。

すなわち、もしＴｉ層６と第１のＡｌ層７とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合された後で、Ｎｉ層４とＴｉ層６が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された場合には、Ｎｉ層４とＴｉ層６との接合時の熱によってＴｉ層６と第１のＡｌ層７との間（即ち、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７との接合界面）に強度の弱い合金層としてＡｌ−Ｔｉ合金層（Ａｌ−Ｔｉ合金相）が形成されてしまう。これに対して、Ｎｉ層４とＴｉ層６が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されることにより、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７との間にそのような強度の弱い合金層が形成されるのを確実に防止することができる。

さらに、第１のＡｌ層７が、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されることにより、この第１のＡｌ層７を絶縁基板１Ａの配線層として好適に用いることができる。

また、この絶縁基板１Ａでは、第２金属層１５は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層１６であるから、この絶縁基板１Ａは放熱特性に特に優れており、また製造コストの引下げを更に図ることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る絶縁基板１Ｂを説明する図である。この絶縁基板１Ｂ及びその製造方法について上記第１実施形態とは異なる点を中心に以下に説明をする。

本第２実施形態の絶縁基板１Ｂでは、第１金属層２は、上記第１実施形態のクラッド材３と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成されたＡｌ層８とを含んでいる。このＡｌ層８を説明の便宜上「第２のＡｌ層８」という。この第２のＡｌ層８は、クラッド材３の第１のＡｌ層７のＴｉ層６配置側とは反対側（下側）に配置されており、またＡｌ又はＡｌ合金板から提供されて形成された層である。そして、クラッド材３の第１のＡｌ層７と、第２のＡｌ層８とが互いに隣接してろう付けにより接合されている。図５において、２０は、第１のＡｌ層７と第２のＡｌ層８とを接合したろう材層である。このろう材層２０はＡｌ系ろう材の層であることが望ましい。さらに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０とが互いに隣接してろう材層２１をろう材として用いたろう付けにより接合されている。このろう材層２１はＡｌ系ろう材の層であることが望ましい。

第１のＡｌ層７及び第２のＡｌ層８のＡｌ純度（Ａｌ含有率）は特に限定されるものではない。しかし、第１のＡｌ層７は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成されていることが望ましく、特にＡｌ合金番号Ａ１０００系のＡｌ合金で形成されるのが良い。その理由は後述する。第１のＡｌ層７のＡｌ純度（Ａｌ含有率）の下限は８０質量％であることが望ましい。また、第２のＡｌ層８は、絶縁基板１Ｂの配線層として機能するものであり、そのため純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されるのが望ましい。

第１のＡｌ層７及び第２のＡｌ層８の厚さは特に限定されるものではないが、しかし第２のＡｌ層８の厚さは、第１のＡｌ層７よりも厚く設定されるのが望ましい。その理由は後述する。

本第２実施形態の絶縁基板１Ｂのその他の構成は、上記第１実施形態の絶縁基板１Ａと同じである。

本第２実施形態の絶縁基板１Ｂの製造方法では、クラッド材３は、上記第１実施形態と同じ製造方法で製造される。すなわち、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６をクラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５を介在させる。その後、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とをクラッド圧延により接合する。その結果、所望するクラッド材３が得られる。

そして、本第２実施形態の第４接合工程では、クラッド材３の第１のＡｌ層７と、第２のＡｌ層８とを互いに隣接させてろう付けにより接合するとともに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０とを互いに隣接させてろう付けにより接合する。

第５接合工程では、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを互いに隣接させてろう付けにより接合する。

第４接合工程及び第５接合工程を行う順番は特に限定されるものではない。例えば、第４接合工程の後で第５接合工程を行っても良いし、第５接合工程の後で第４接合工程を行っても良いし、第４接合工程と第５接合工程とを同時に行っても良い。

第４接合工程と第５接合工程とを同時に行う場合には、クラッド材３（詳述するとクラッド材３の第１のＡｌ層７）と第２のＡｌ層８との間にろう材層２０としてＡｌ系ろう材板を配置するとともに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０との間にろう材層２１としてＡｌ系ろう材板を配置し、更に、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との間にろう材層２２としてＡｌ系ろう材板を配置する。そして、クラッド材３と第２のＡｌ層８とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを炉内ろう付け等により一括して接合する。

以上の手順により、本第２実施形態の絶縁基板１Ｂが得られる。

この絶縁基板１Ｂを用いた半導体モジュールの製造方法は、上記第１実施形態と同じである。

本第２実施形態の絶縁基板１Ｂ及びクラッド材３には、更に次の利点がある。

すなわち、第１のＡｌ層７が、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成されている場合には、この第１のＡｌ層７は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されたＡｌ層よりも硬質である。そのため、第１のＡｌ層７をクラッド圧延によりＴｉ層６と容易に接合することができる。さらに、第２のＡｌ層８が、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている場合には、この第２のＡｌ層８を絶縁基板１Ｂの配線層として好適に用いることができる。

さらに、第２のＡｌ層８の厚さが第１のＡｌ層７よりも厚い場合には、第２のＡｌ層８を絶縁基板１Ｂの配線層として更に好適に用いることができるとともに、第１のＡｌ層７の厚さを薄く設定することができる。そのため、第１のＡｌ層７をクラッド圧延によりＴｉ層６と更に容易に接合することができる。

このような利点を確実に得るようにするため、第１のＡｌ層７の厚さは１０〜１００μｍの範囲に設定されるのが望ましく、第２のＡｌ層８の厚さは３００〜６００μｍの範囲に設定されるのが望ましい。

図６は、本発明の第３実施形態に係る絶縁基板１Ｃを説明する図である。この絶縁基板１Ｃ及びその製造方法について上記第２実施形態とは異なる点を中心に以下に説明をする。

本第３実施形態の絶縁基板１Ｃでは、第１金属層２は、クラッド材３と、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層８とを含んでいる。

クラッド材３は、Ｎｉ層４とＴｉ層６と第１のＡｌ層７とろう材層２０とを備えている。Ｎｉ層４とＴｉ層６と第１のＡｌ層７は、上記第１実施形態と同様の手順により積層状に接合一体化されている。ろう材層２０は、第１のＡｌ層７のＴｉ層６配置側とは反対側（下側）に配置されている。このろう材層２０は、Ａｌ系ろう材（例：Ａｌ−Ｓｉ系合金のろう材）の層であることが望ましい。さらに、このろう材層２０はろう材板から提供されて形成された層である。そして、第１のＡｌ層７とろう材層２０とがクラッド圧延により互いに隣接して接合されている。ろう材層２０の厚さは例えば１０〜６０μｍである。

さらに、クラッド材３の第１のＡｌ層７と、第２のＡｌ層８とが、ろう材層２０をろう材として用いたろう付けにより互いに隣接して接合されている。

本第３実施形態の絶縁基板１Ｃのその他の構成は、上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂと同じである。

次に、本第３実施形態の絶縁基板１Ｃの製造方法について以下に説明する。

まず、上記第１実施形態のクラッド材を製造する。すなわち、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６をクラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層５を介在させる。その後、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とをクラッド圧延により接合する。

次いで、第１のＡｌ層７とろう材層２０とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する。この工程を説明の便宜上「第３接合工程」という。その結果、所望するクラッド材３が得られる。

なお本発明では、第３接合工程と第２接合工程とを同時に行っても良い。さらに、Ｎｉ層４とＴｉ層６とをクラッド圧延により接合した接合体と、第１のＡｌ層７とろう材層２０とをクラッド圧延により接合した接合体とを、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合しても良い。

この第３接合工程の接合条件は、第１のＡｌ層７とろう材層２０とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度３５０〜４３０℃、及び、クラッド率３０〜６０％である。

また、第２のＡｌ層８とろう材層２１とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する。この際の接合条件は、第２のＡｌ層８とろう材層２１とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度３５０〜４３０℃、及び、クラッド率３０〜６０％である。

また、第３のＡｌ層１６とろう材層２２とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する。この際の接合条件は、第３のＡｌ層１６とろう材層２２とをクラッド圧延により接合可能な条件であれば良く、特に限定されるものではない。例えば、接合条件は、クラッド温度３５０〜４３０℃、及び、クラッド率３０〜６０％である。

そして、本第３実施形態の第４接合工程では、クラッド材３の第１のＡｌ層７と、第２のＡｌ層８とを互いに隣接させて、クラッド材３のろう材層２０をろう材として用いたろう付けにより接合するとともに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０とを互いに隣接させて、第２のＡｌ層８に接合されたろう材層２１をろう材として用いたろう付けにより接合する。

第５接合工程では、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを互いに隣接させて、第３のＡｌ層１６に接合されたろう材層２２をろう材として用いたろう付けにより接合する。

第４接合工程及び第５接合工程を行う順番は特に限定されるものではない。例えば、第４接合工程の後で第５接合工程を行っても良いし、第５接合工程の後で第４接合工程を行っても良いし、第４接合工程と第５接合工程とを同時に行っても良い。

第４接合工程と第５接合工程とを同時に行う場合には、クラッド材３と第２のＡｌ層８とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを、各ろう材層２０、２１、２２をろう材として用いた炉内ろう付け等により一括して接合する。

以上の手順により、本第３実施形態の絶縁基板１Ｃが得られる。

この絶縁基板１Ｃを用いた半導体モジュールの製造方法は、上記第１実施形態と同じである。

本第３実施形態の絶縁基板１Ｃ及びクラッド材３には、更に次の利点がある。

すなわち、クラッド材３において、第１のＡｌ層７とろう材層２０とがクラッド圧延により接合されているので、このろう材層２０を、クラッド材３と絶縁基板１Ｃの他の層（例えば第２のＡｌ層８又はセラミック層１０）とをろう付けにより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、クラッド材３と絶縁基板１Ｃの他の層との接合の際に別途ろう材を準備する必要がなく、したがって接合作業を容易に行うことができる。

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能である。

また本発明は、上記第１〜第３実施形態の技術的思想のうち二つ以上を組み合わせて構成してもよい。

また上記実施形態では、第２金属層１５は一つの層（即ち第３のＡｌ層１６）から構成されたものであるが、本発明では、第２金属層１５はその他に、積層状に配置された複数の金属層から構成されたものであっても良い。

次に、本発明の具体的な幾つかの実施例を以下に説明する。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。

＜実施例１＞
本実施例１では、図２及び３に示した上記第１実施形態の絶縁基板１Ａを製造した。その製造方法は以下のとおりである。

Ｎｉ層４、Ｔｉ層６、第１のＡｌ層７、セラミック層１０及び第３のＡｌ層１６として、それぞれ次の板を準備した。

Ｎｉ層４ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ５０μｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層６ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ２００μｍの純Ｔｉ板
第１のＡｌ層７ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板
セラミック層１０：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ板
第３のＡｌ層１６：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板。

Ｎｉ層４を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ（日本工業規格）１種である。Ｔｉ層６を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層７を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。第３のＡｌ層１６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。

そして、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層としてＮｉＴｉ超弾性合金層５を形成した。次いで、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合した。これにより、クラッド材３（厚さ：約８５０μｍ）を得た。そして、このクラッド材３と第３のＡｌ層１６とをそれぞれ有機洗浄液としてのアセトンで洗浄した。

次いで、第４接合工程と第５接合工程では、クラッド材３とセラミック層１０との間にろう材層２１としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置するとともに、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との間にろう材層２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置した。そして、クラッド材３とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを炉内ろう付けより一括して接合した。このろう付けによる接合に適用した接合条件は、印加荷重６ｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度６００℃及び保持時間１５ｍｉｎである。また、各Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。

以上の手順により絶縁基板１Ａを得た。この絶縁基板１Ａにおいて、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に形成されたＮｉＴｉ超弾性合金層５の厚さは約１μｍであった。

次いで、絶縁基板１Ａに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ａの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１ＡのＮｉ層４の表面４ａのそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そりが殆ど発生していなかった。

＜実施例２＞
本実施例２では、図５に示した上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂを製造した。その製造方法は以下のとおりである。

Ｎｉ層４、Ｔｉ層６、第１のＡｌ層７、第２のＡｌ層８、セラミック層１０及び第３のＡｌ層１６として、それぞれ次の板を準備した。

Ｎｉ層４ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層６ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｔｉ板
第１のＡｌ層７ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ４０μｍの純Ａｌ板
第２のＡｌ層８ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板
セラミック層１０：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ板
第３のＡｌ層１６：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板。

Ｎｉ層４を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層６を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層７を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。第２のＡｌ層８を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。第３のＡｌ層１６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。

そして、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層としてＮｉＴｉ超弾性合金層５を形成した。次いで、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合した。これにより、クラッド材３（厚さ：約８０μｍ）を得た。そして、このクラッド材３と第２のＡｌ層８と第３のＡｌ層１６とをそれぞれアセトンで洗浄した。

次いで、第４接合工程と第５接合工程では、クラッド材３と第２のＡｌ層８との間にろう材層２０としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置するとともに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０との間にろう材層２１としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置し、更に、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との間にろう材層２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置した。そして、クラッド材３と第２のＡｌ層８とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを炉内ろう付けより一括して接合した。このろう付けによる接合に適用した接合条件は、印加荷重６ｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度６００℃及び保持時間１５ｍｉｎである。また、各Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。

以上の手順により絶縁基板１Ｂを得た。この絶縁基板１Ｂにおいて、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に形成されたＮｉＴｉ超弾性合金層５の厚さは約１μｍであった。

次いで、絶縁基板１Ｂに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｂの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１ＢのＮｉ層４の表面４ａのそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そりが殆ど発生していなかった。

＜実施例３＞
本実施例３では、上記実施例２と同様に、図５に示した上記第２実施形態の絶縁基板１Ｂを製造した。その製造方法は以下のとおりである。

Ｎｉ層４、Ｔｉ層６、第１のＡｌ層７、第２のＡｌ層８、セラミック層１０及び第３のＡｌ層１６として、それぞれ次の板を準備した。

Ｎｉ層４ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１５μｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層６ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１５μｍの純Ｔｉ板
第１のＡｌ層７ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ１００μｍのＡｌ板
第２のＡｌ層８ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板
セラミック層１０：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ板
第３のＡｌ層１６：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板。

Ｎｉ層４を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層６を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層７を形成するＡｌ板の純度は２Ｎ（即ち９９質量％）である。第２のＡｌ層を８形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。第３のＡｌ層１６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。

そして、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６を熱間ないし温間クラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層としてＮｉＴｉ超弾性合金層５を形成した。次いで、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合した。これにより、クラッド材３（厚さ：約１３０μｍ）を得た。そして、このクラッド材３と第２のＡｌ層８と第３のＡｌ層１６とをそれぞれアセトンで洗浄した。

次いで、第４接合工程と第５接合工程では、クラッド材３と第２のＡｌ層８との間にろう材層２０としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置するとともに、第２のＡｌ層８とセラミック層１０との間にろう材層２１としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置し、更に、セラミック層１０と第３のＡｌ層１６との間にろう材層２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置した。そして、クラッド材３と第２のＡｌ層８とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを炉内ろう付けより一括して接合した。このろう付けによる接合に適用した接合条件は、印加荷重６ｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度６００℃及び保持時間１５ｍｉｎである。また、各Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。

以上の手順により絶縁基板１Ｃを得た。この絶縁基板１Ｃにおいて、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に形成されたＮｉＴｉ超弾性合金層５の厚さは約１μｍであった。

次いで、絶縁基板１Ｂに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｂの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１ＢのＮｉ層４の表面４ａのそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そりが殆ど発生していなかった。

＜実施例４＞
本実施例４では、図６に示した上記第３実施形態の絶縁基板１Ｃを製造した。その製造方法は次のとおりある。

Ｎｉ層４、Ｔｉ層６、第１のＡｌ層７、第２のＡｌ層８、セラミック層１０及び第３のＡｌ層１６として、それぞれ次の板を準備した。

Ｎｉ層４ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層６ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ２０μｍの純Ｔｉ板
第１のＡｌ層７ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ４０μｍの純Ａｌ板
第２のＡｌ層８ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板
セラミック層１０：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ板
第３のＡｌ層１６：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板。

Ｎｉ層４を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層６を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層７を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。第２のＡｌ層８を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。第３のＡｌ層１６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。

そして、第１接合工程では、Ｎｉ層４とＴｉ層６をクラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層４とＴｉ層６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層としてＮｉＴｉ超弾性合金層５を形成した。次いで、第２接合工程では、Ｔｉ層６と第１のＡｌ層７とをクラッド圧延により接合した。次いで、第３接合工程では、第１のＡｌ層７とろう材層２０としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）とをクラッド圧延により接合した。Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。これにより、クラッド材３（厚さ：約９５μｍ）を得た。そして、このクラッド材３をアセトンで洗浄した。

また、第２のＡｌ層８とろう材層２１としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）とをクラッド圧延により接合した。Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。そして、こうして得られた接合体をアセトンで洗浄した。

また、第３のＡｌ層１６とろう材層２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）とをクラッド圧延により接合した。Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。そして、こうして得られた接合体をアセトンで洗浄した。

次いで、第４接合工程と第５接合工程では、クラッド材３と第２のＡｌ層８とセラミック層１０と第３のＡｌ層１６とを、各ろう材層２０、２１、２２をろう材として用いた炉内ろう付けにより一括して接合した。このろう付けによる接合に適用した接合条件は、印加荷重６ｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度６００℃及び保持時間１５ｍｉｎである。

以上の手順により絶縁基板１Ｃを得た。この絶縁基板１Ｃにおいて、Ｎｉ層４とＴｉ層６との間に形成されたＮｉＴｉ超弾性合金層５の厚さは約１μｍであった。

次いで、絶縁基板１Ｃに対して−４０〜１２５℃の冷熱サイクル試験を１０００繰り返して行った。そして、絶縁基板１Ｃの各接合界面での割れ及び剥離を超音波探傷装置を用いて調べたところ、割れ及び剥離は発生していなかった。さらに、絶縁基板１ＣのＮｉ層の表面のそりをレーザ式形状測定器を用いて測定したところ、そりが殆ど発生していなかった。

＜比較例１＞
本比較例１では、図７に示した絶縁基板１０１を製造した。その製造方法は以下のとおりである。

Ｎｉ層１０４、Ｔｉ層１０６、第１のＡｌ層１０７、セラミック層１１０及び第３のＡｌ層１１６として、それぞれ次の板を準備した。

Ｎｉ層１０４ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ５０μｍの純Ｎｉ板
Ｔｉ層１０６ ：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ５０μｍの純Ｔｉ板
第１のＡｌ層１０７：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板
セラミック層１１０：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ板
第３のＡｌ層１１６：縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ６００μｍの純Ａｌ板。

Ｎｉ層１０４を形成するＮｉ板の純度はＪＩＳ１種である。Ｔｉ層１０６を形成するＴｉ板の純度はＪＩＳ１種である。第１のＡｌ層１０７を形成するＡｌ板の純度は４Ｎ（即ち９９．９９質量％）である。第３のＡｌ層１１６を形成するＡｌ板の純度は４Ｎである。

そして、Ｎｉ層１０４とＴｉ層１０６をクラッド圧延により接合し、これによりＮｉ層１０４とＴｉ層１０６との間にＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層としてＮｉＴｉ超弾性合金層１０５を形成した。これにより、クラッド材１０２を得た。

次いで、クラッド材１０２と第１のＡｌ層１０７との間にろう材層１２０としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置するとともに、第１のＡｌ層１０７とセラミック層１１０との間にろう材層１２１としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置し、更に、セラミック層１１０と第３のＡｌ層１１６との間にろう材層１２２としてＡｌ系ろう材板（厚さ：１５μｍ）を配置した。そして、クラッド材１０２と第１のＡｌ層１０７とセラミック層１１０と第３のＡｌ層１１６とを炉内ろう付けより一括して接合した。各Ａｌ系ろう材板としてＡｌ−１０質量％Ｓｉ合金のろう材板が用いられた。

以上の手順により絶縁基板１０１を得た。この絶縁基板１０１では、該絶縁基板１０１に対して冷熱サイクル試験を行わなくても、すでにＴｉ層１０６と第１のＡｌ層１０７との接合界面に形成された強度の弱いＡｌ−Ｔｉ合金層（Ａｌ−Ｔｉ合金相）に割れが発生していた。このＡｌ−Ｔｉ合金層は炉内ろう付け時に形成されたものであり、その割れは炉内ろう付け時に発生したものである。

本発明は、絶縁基板用クラッド材、その製造方法、半導体モジュール用ベース、及び、半導体モジュールに利用可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：絶縁基板
２：第１金属層
３：クラッド材
４：Ｎｉ層
５：Ｎｉ−Ｔｉ系超弾性合金層（ＮｉＴｉ超弾性合金層）
６：Ｔｉ層
７：第１のＡｌ層
８：第２のＡｌ層
１０：セラミック層
１５：第２金属層
１６：第３のＡｌ層
２０、２１、２２：ろう材層
３０：半導体モジュール用ベース
３５：本導体モジュール
３６：半導体素子
４０：クラッド圧延装置

Claims (20)

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層の片側に配置されたＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層とがクラッド圧延により接合されるとともに、
   前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層との間に、前記Ｎｉ層の構成元素の少なくともＮｉと前記Ｔｉ層の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層が介在され、
   前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されたＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層とが互いに隣接してクラッド圧延により接合され、
   前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層が温間ないし熱間クラッド圧延により接合された後で、前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とが冷間ないし温間クラッド圧延により接合されている、絶縁基板用クラッド材。
2. 前記第１のＡｌ層と、前記第１の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とがクラッド圧延により接合されている請求項１記載の絶縁基板用クラッド材。
3. 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている請求項１又は２記載の絶縁基板用クラッド材。
4. セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記セラミック層の前記第１金属層配置側とは反対側に配置された第２金属層と、を備えた絶縁基板であって、
   前記第１金属層と前記セラミック層が接合されるとともに、
   前記セラミック層と前記第２金属層が接合され、
   前記第１金属層は、請求項１又は２記載のクラッド材を含んでいる絶縁基板。
5. 前記クラッド材の前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されており、
   前記第１のＡｌ層と前記セラミック層とが互いに隣接してろう付けにより接合されている請求項４記載の絶縁基板。
6. 前記第１金属層は、更に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層を含んでおり、
   前記クラッド材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層とが互いに隣接してろう付けにより接合されるとともに、
   前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とが互いに隣接してろう付けにより接合されている請求項４記載の絶縁基板。
7. 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成され、
   前記第２のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている請求項６記載の絶縁基板。
8. 前記第２のＡｌ層の厚さは前記第１のＡｌ層よりも厚い請求項７記載の絶縁基板。
9. 前記第２金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層を含み、
   前記セラミック層と前記第３のＡｌ層とがろう付けにより接合されている請求項４〜８のいずれかに記載の絶縁基板。
10. 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層の片側に配置されるＴｉ又はＴｉ合金で形成されたＴｉ層とをクラッド圧延により接合し、これにより、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層との間に、前記Ｎｉ層の構成元素の少なくともＮｉと前記Ｔｉ層の構成元素の少なくともＴｉとが合金化して生成されたＮｉ−Ｔｉ系超弾性合金層を形成する第１接合工程と、
    前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の前記Ｎｉ層配置側とは反対側に配置されるＡｌ又はＡｌ合金で形成された第１のＡｌ層とを互いに隣接させてクラッド圧延により接合する第２接合工程と、を備え、
    前記第１接合工程では、前記Ｎｉ層と前記Ｔｉ層を温間ないし熱間クラッド圧延により接合し、
    前記第２接合工程では、前記第１接合工程の後で、前記Ｔｉ層と前記第１のＡｌ層とを冷間ないし温間クラッド圧延により接合する、絶縁基板用クラッド材の製造方法。
11. 前記第１のＡｌ層と、前記第１のＡｌ層の前記Ｔｉ層配置側とは反対側に配置されるろう材層とをクラッド圧延により接合する第３接合工程を、更に備えている請求項１０記載の絶縁基板用クラッド材の製造方法。
12. 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている請求項１０又は１１記載の絶縁基板用クラッド材の製造方法。
13. セラミック層と、前記セラミック層の片側に配置された第１金属層と、前記セラミック層の前記第１金属層配置側とは反対側に配置された第２金属層と、を備えた絶縁基板の製造方法であって、
    前記第１金属層と前記セラミック層を接合する第４接合工程と、
    前記セラミック層と前記第２金属層を接合する第５接合工程と、を備え、
    前記第１金属層は、請求項１又は２記載のクラッド材を含んでいる、絶縁基板の製造方法。
14. 前記第１金属層の前記クラッド材の前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されており、
    前記第４接合工程では、前記第１のＡｌ層と前記セラミック層とを互いに隣接させてろう付けにより接合する請求項１３記載の絶縁基板の製造方法。
15. 前記第１金属層は、更に、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第２のＡｌ層を含み、
    前記第４接合工程では、前記クラッド材の前記第１のＡｌ層と、前記第２のＡｌ層とを互いに隣接させてろう付けにより接合するとともに、前記第２のＡｌ層と前記セラミック層とを互いに隣接させてろう付けにより接合する請求項１３記載の絶縁基板の製造方法。
16. 前記第１のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％未満のＡｌ又はＡｌ合金で形成され、
    前記第２のＡｌ層は、純度が９９．９９質量％以上のＡｌで形成されている請求項１５記載の絶縁基板の製造方法。
17. 前記第２のＡｌ層の厚さは前記第１のＡｌ層よりも厚い請求項１６記載の絶縁基板の製造方法。
18. 前記第２金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金で形成された第３のＡｌ層を含み、
    前記セラミック層と前記第３のＡｌ層とがろう付けにより接合されている請求項１３〜１７のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法。
19. 請求項４〜９のいずれかに記載の絶縁基板と、前記絶縁基板の第２金属層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、を備え、
    前記第２金属層と前記放熱部材が接合されている、半導体モジュール用ベース。
20. 請求項４〜９のいずれかに記載の絶縁基板と、前記絶縁基板の第２金属層の前記セラミック層配置側とは反対側に配置された放熱部材と、半導体素子と、を備え、
    前記半導体素子が前記絶縁基板のＮｉ層の表面にはんだ付けにより接合されるとともに、
    前記第２金属層と前記放熱部材が接合されている、半導体モジュール。

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