专利名称：绝缘基板用包覆材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于半导体元件散热的绝缘基板用包覆材料、其制造方法、半导体模块用基底(基座:base)、以及半导体模块。此外，在本说明书中，“板”这一术语以包含“箔”的意思来使用。
背景技术：
功率半导体模块等半导体模块，释放由于半导体元件的工作而从半导体元件产生的热，所以具备散热部件(例如热沉、冷却器)。而且，在该半导体模块中，在半导体元件与散热部件之间配置有用于使从半导体元件产生的热传递到散热部件的散热用绝缘基板。该绝缘基板，虽然是热的导体，但作为电绝缘体而发挥作用，具体而言，具备作为电绝缘层的陶瓷层和在其单面上接合的包括布线层(电路层)的金属层(例如参照专利文献I 4)。而且，在绝缘基板的金属层上通过软钎焊而接合有半导体元件。作为布线层，近年来开始使用由Al或Al合金形成的Al层。其原因在于Al层的电特性以及热特性优异，另外能够实现绝缘基板制造成本的降低。但是，Al层的软钎料接合性差。因此，在布线层为Al层的情况下，在绝缘基板的金属层上形成例如镀Ni层作为Ni层，以使得能够在绝缘基板上通过软钎焊来接合半导体元件。这里，关于在绝缘基板的金属层上形成的镀Ni层等Ni层，在其厚度为约数μπι的情况下，由于在通过硬钎焊来接合绝缘基板与散热部件时所施加的热、和/或通过软钎焊在绝缘基板上接合半导体元件时所施加的热，在Ni层的表面产生大的凹凸，其结果，有时实质上无法实现半导体元件向绝缘基板的安装。因此，Ni层的厚度优选比较厚，如果详述则特别优选为15 μπι以上。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开2004-328012号公报专利文献2:日本特开2004-235503号公报专利文献3:日本特开2006-303346号公报专利文献4:日本特开2009-147123号公报
发明内容
然而，在半导体模块中，伴随半导体元件的工作，半导体元件的温度会从室温上升至150 300°C。因此，在每次半导体元件工作时，在绝缘基板中都会发生从室温到半导体元件的工作温度的温度变化。由于该温度变化和/或其反复(即冷热循环)，在绝缘基板上产生起因于构成绝缘基板的各层的热膨胀差的热应力，由于该热应力，有时发生绝缘基板的翘曲、绝缘基板中的各接合界面的开裂、剥离等不良情况。尤其是，在Ni层的厚度较厚的情况下，这样的不良情况容易发生。
而且，在使Ni层与Al层相互相邻地接合的情况下，在Ni层与Al层之间(即，Ni层与Al层的接合界面)形成强度弱的合金层，在该合金层中容易发生开裂和剥离等不良情况。本发明是鉴于上述的技术背景而作出的，其目的在于提供在上述那样的绝缘基板中使用的、软钎料接合性良好且能够防止接合界面的开裂和剥离等不良情况的发生的包覆材料(复合材:cladding material)、其制造方法、半导体模块用基底、以及半导体模块。本发明提供下面的技术方案。(I) 一种绝缘基板用包覆材料，其特征在于，在表面被接合半导体元件的由Ni或Ni合金形成的Ni层与在所述Ni层的一侧配置的由Ti或Ti合金形成的Ti层通过包覆轧制(复合轧制)而接合，并且，在所述Ni层与所述Ti层之间介有N1-Ti系超弹性合金层，所述N1-Ti系超弹性合金层是所述Ni层的构成元素的至少Ni与所述Ti层的构成元素的至少Ti合金化而生成的，所述Ti层与在所述Ti层的与所述Ni层配置侧相反的一侧配置的由Al或Al合金形成的第一 Al层相互相邻并通过包覆轧制而接合。(2)根据前项I所述的绝缘基板用包覆材料，在所述Ni层与所述Ti层通过温或热包覆轧制而接合之后，所述Ti层与所述第一 Al层通过冷或温包覆轧制而接合。(3)根据前项I或2所述的绝缘基板用包覆材料，所述第一 Al层与在所述第一 Al层的与所述Ti层配置侧相反的一侧配置的钎料层通过包覆轧制而接合。(4)根据前项I 3的任一项所述的绝缘基板用包覆材料，所述第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。(5)—种绝缘基板，其特征在于，具备:陶瓷层、在所述陶瓷层的一侧配置的第I金属层和在所述陶瓷层的与所述第I金属层配置侧相反的一侧配置的第2金属层，所述第I金属层与所述陶瓷层接合，并且，所述陶瓷层与所述第2金属层接合，所述第I金属层包含前项I 3的任一项所述的包覆材料。(6)根据前项5所述的绝缘基板，所述包覆材料的所述第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成，所述第一 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。(7)根据前项5所述的绝缘基板，所述第I金属层还包含由Al或Al合金形成的第二 Al层，所述包覆材料的所述第一 Al层与所述第二 Al层相互相邻并通过钎焊而接合，并且，所述第二 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。(8)根据前项7所述的绝缘基板，所述第一 Al层由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成，所述第二 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。(9)根据前项8所述的绝缘基板，所述第二 Al层的厚度比所述第一 Al层厚。(10)根据前项5 9的任一项所述的绝缘基板，所述第2金属层包含由Al或Al合金形成的第三Al层，
所述陶瓷层与所述第三Al层通过钎焊而接合。(11) 一种绝缘基板用包覆材料的制造方法，其特征在于，包括:第I接合工序，通过包覆轧制将在表面被接合半导体元件的由Ni或Ni合金形成的Ni层与在所述Ni层的一侧配置的由Ti或Ti合金形成的Ti层接合，由此，在所述Ni层与所述Ti层之间形成所述Ni层的构成元素的至少Ni与所述Ti层的构成元素的至少Ti合金化而生成的N1-Ti系超弹性合金层；和第2接合工序，使所述Ti层与在所述Ti层的与所述Ni层配置侧相反的一侧配置的由Al或Al合金形成的第一 Al层相互相邻并通过包覆轧制而接合。(12)根据前项11所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法，在所述第I接合工序中，通过温或热包覆轧制将所述Ni层与所述Ti层接合，在所述第2接合工序中，在所述第I接合工序之后，通过冷或温包覆轧制将所述Ti层与所述第一 Al层接合。(13)根据前项11或12所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法，还具备下述第3接合工序:通过包覆轧制将所述第一 Al层与在所述第一 Al层的与所述Ti层配置侧相反的一侧配置的钎料层接合。(14)根据前项11 13的任一项所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法，所述第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。(15)—种绝缘基板的制造方法，其特征在于，所述绝缘基板具备陶瓷层、在所述陶瓷层的一侧配置的第I金属层和在所述陶瓷层的与所述第I金属层配置侧相反的一侧配置的第2金属层，所述制造方法包括:将所述第I金属层与所述陶瓷层接合的第4接合工序；和将所述陶瓷层与所述第2金属层接合的第5接合工序，所述第I金属层包含前项I 3的任一项所述的包覆材料。(16)根据前项15所述的绝缘基板的制造方法，所述第I金属层的所述包覆材料的所述第一 Al层，由纯度为99.99质量％以上的Al形成，在所述第4接合工序中，使所述第一 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接
八
口 ο(17)根据前项15所述的绝缘基板的制造方法，所述第I金属层还包含由Al或Al合金形成的第二 Al层，在所述第4接合工序中，使所述包覆材料的所述第一 Al层与所述第二 Al层相互相邻并通过钎焊而接合，并且，使所述第二 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接
八
口 ο(18)根据前项17所述的绝缘基板的制造方法，所述第一 Al层由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成，所述第二 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。(19)根据前项18所述的绝缘基板的制造方法，所述第二 Al层的厚度比所述第一
Al层厚。(20)根据前项15 19的任一项所述的绝缘基板的制造方法，
所述第2金属层包含由Al或Al合金形成的第三Al层，所述陶瓷层与所述第三Al层通过钎焊而接合。(21) —种半导体模块用基底，其特征在于，具备:前项5 10的任一项所述的绝缘基板；和在所述绝缘基板的第2金属层的与所述陶瓷层配置侧相反的一侧配置的散热部件，所述第2金属层与所述散热部件接合着。(22) 一种半导体模块，其特征在于，具备:前项5 10的任一项所述的绝缘基板；在所述绝缘基板的第2金属层的与所述陶瓷层配置侧相反的一侧配置的散热部件；和半导体元件，所述半导体元件通过软钎焊接合于所述绝缘基板的Ni层的表面，并且，所述第2金属层与所述散热部件接合着。本发明起到下面的效果。在前项(I)的绝缘基板用包覆材料中，Ni层与Ti层通过包覆轧制而接合，并且在Ni层与Ti层之间介有N1-Ti系超弹性合金层，所以在将该包覆材料用在绝缘基板中的情况下，由于冷热循环而在绝缘基板产生的热应力被N1-Ti系超弹性合金层缓和。此外，即使不是通过包覆轧制而是通过钎焊将Ni层与Ti层接合，也无法在Ni层与Ti层之间形成超弹性合金层。而且，由于Ni层与第一 Al层没有相互相邻并接合，所以也不会在包覆材料中形成强度弱的合金层。 而且，在假设Ti层与第一 Al层相互相邻并通过钎焊而接合了的情况下，由于钎焊时的热而会在Ti层与第一 Al层之间(S卩，Ti层与第一 Al层的接合界面)形成强度弱的合金层(例如=Al-Ti合金层)。但是，在前项(I)的包覆材料中，Ti层与第一 Al层不是通过钎焊而是通过能够在比钎焊温度低的温度下接合的包覆轧制而接合，所以能够防止在Ti层与第一 Al层之间形成那样的强度弱的合金层。这样，通过在Ni层与Ti层之间介有N1-Ti系超弹性合金层、Ni层与第一 Al层没有相互相邻并接合、以及Ti层与第一 Al层通过包覆轧制而接合，这些情形协同地作用，能够防止绝缘基板的翘曲、绝缘基板中的各接合界面的开裂、剥离等不良情况的发生。由此，能够提高绝缘基板的尺寸精度和耐用寿命。而且，由于包覆材料具备Ni层，所以软钎料接合性良好。而且，由于包覆材料具有第一 Al层，所以电特性以及热特性优异，还能够实现制造成本的降低。在前项(2)的包覆材料中，在Ni层与Ti层通过温或热包覆轧制而接合之后，Ti层与第一 Al层通过冷或温包覆轧制而接合，所以起到下面这样的效果。S卩，在假设Ti层与第一 Al层通过冷或温包覆轧制而接合了后，Ni层与Ti层通过温或热包覆轧制而接合了的情况下，由于Ni层与Ti层的接合时的热而会在Ti层与第一 Al层之间形成强度弱的合金层(例如=Al-Ti合金层)。相对于此，通过在Ni层与Ti层通过温或热包覆轧制而接合了后，Ti层与第一 Al层通过冷或温包覆轧制而接合，从而能够可靠地防止在Ti层与第一 Al层之间形成这样的强度弱的合金层。在前项(3)的包覆材料中，第一 Al层与钎料层通过包覆轧制而接合着，所以能够将该钎料层用作通过钎焊将包覆材料与绝缘基板的其他层接合时的钎料。因此，能够容易地将包覆材料与绝缘基板的其他层接合。在前项(4)的包覆材料中，第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成，所以能够很好地将该第一 Al层用作绝缘基板的布线层。在前项(5)的绝缘基板中，第I金属层与陶瓷层接合，而且第I金属层含有前述(I) (3)的任一项所述的包覆材料，所以能够提供可基于包覆材料实现上述效果的绝缘基板。在前项(6)的绝缘基板中，包覆材料的第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成，所以能够很好地将该第一 Al层用作绝缘基板的布线层。在前项(7)的绝缘基板中，包覆材料的第一 Al层、与第二 Al层相互相邻并通过钎焊而接合，所以既能够将第一 Al层的厚度设定成能够通过包覆轧制容易地与Ti层接合的厚度，也能够将第二 Al层的厚度设定成能够作为布线层很好地发挥功能的厚度。在前项(8)的绝缘基板中，第一 Al层由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成，所以与由纯度为99.99质量％以上的Al形成的Al层相比更为硬质。因此，能够通过包覆轧制将第一 Al层与Ti层容易地接合。而且，第二 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成，所以能够很好地将第二 Al层作为绝缘基板的布线层使用。在所述(9)的绝缘基板中，由于第二 Al层的厚度比第一 Al层厚，所以既能够很好地将第二 Al层作为绝缘基板的布线层使用，也能够将第一 Al层的厚度设定得较薄，因此能够通过包覆轧制更加容易地将第一 Al层与Ti层接合。在前项(10)的绝缘基板中，第2金属层包含由Al或Al合金形成的第三Al层，所以该绝缘基板的散热特性优异，还能够降低制造成本。前项(11) (14)的绝缘基板用包覆材料的制造方法，能够分别可靠地制造上述(I) (4)的包覆材料。前项(15) (20)的绝缘基板的制造方法，能够分别可靠地制造上述(5) (10)的绝缘基板。根据前项(21)的半导体模块用基底，能够提高该基底的尺寸精度和耐用寿命。而且，该基底，其电特性以及热特性优异，还能够实现制造成本的降低。根据前项(22)的半导体模块，能够提高该半导体模块的尺寸精度和耐用寿命。
图1是具备本发明的第I实施方式涉及的绝缘基板的半导体模块的主视图。图2是该绝缘基板的概略剖视图。图3是表示该绝缘基板的制造工序的概略剖视图。图4是表示通过包覆轧制来接合Ni层与Ti层的第I接合工序的概略剖视图。图5是表示本发明的第2实施方式涉及的绝缘基板的制造工序的概略剖视图。图6是表示本发明的第3实施方式涉及的绝缘基板的制造工序的概略剖视图。图7是表示比较例I涉及的绝缘基板的制造工序的概略剖视图。
具体实施例方式接下来，关于本发明的几个实施方式参照附图在下面进行说明。此外，在下面的说明中，将各图的上下设为上下。另外，在各图中，在全部图中对同一部件标注同一附图标记。在图1中，35是具备本发明的第I实施方式涉及的绝缘基板IA的半导体模块。半导体模块35为IGBT模块、MOSFET模块、晶闸管模块、二极管模块等，具备半导体模块用基底30和在该基底30上安装的半导体元件36。半导体元件36是IGBT芯片、MOSFET芯片、晶闸管芯片、二极管芯片等。半导体模块用基底30具备本第I实施方式的绝缘基板IA和散热部件31。散热部件31是空冷式或水冷式的热沉和冷却器等，为金属制，如果详述则为例如Al或Al合金制。绝缘基板IA俯视为大致方形，在半导体元件36与散热部件31之间配置。该绝缘基板IA是用于将伴随半导体元件36的工作而从半导体元件36产生的热传递到散热部件31的，如果详述，则具有虽然在热学上是热导体但在电学上作为绝缘体发挥功能的特性。如图2所示那样，该绝缘基板IA具备按水平状配置的陶瓷层10、第I金属层2和第2金属层15。第I金属层2配置在陶瓷层10的一侧(上侧)。第2金属层15配置在陶瓷层10的与第I金属层2配置侧相反的一侧(下侧)。而且，这些层2、10、15相互按层叠状接合一体化，由此构成绝缘基板IA。陶瓷层10是作为电绝缘层发挥功能的层，是由从41队41203、5“队、￥203、0&0、8队BeO中选择的I种或2种以上的陶瓷形成的。该陶瓷层10是由陶瓷板提供并形成的层。陶瓷层10的厚度例如为300 700 μ m。还有，形成陶瓷层10的陶瓷的熔点或分解点是:A1N:2200。。、Al2O3:2050°C> Si3N4:1900。。、Y2O3:2400°C、Ca0:2570°C、BN:3000°C、Be0:2570°C。它们的熔点或分解点与第I金属层2以及第2金属层15的熔点相比格外大。第I金属层2为包含包覆材料3的层。第2金属层15是包含由Al或Al合金形成的Al层16的层。为了说明上的方便将该Al层16称为“第三Al层16”。该第三Al层16是由Al或Al板提供并形成的层。该第三Al层16的厚度为例如500 2000 μ m。在本实施方式中，第2金属层15仅由该第三Al层16构成。包覆材料3具备由Ni或Ni合金形成的Ni层4、由Ti或Ti合金形成的Ti层6和由Al或Al合金形成的Al层7。为了说明上的方便将该Al层7称为“第一 Al层7”。各层4、6、7俯视大致为方形。而且，Ni层4是由Ni或Ni合金板提供并形成的层，Ti层6是由Ti或Ti合金板提供并形成的层，第一 Al层7是由Al或Al合金板提供并形成的层。而且，这些层4、6、7相互按层叠状接合一体化，由此构成包覆材料3。Ni层4是在其表面4a (上面)通过软钎焊接合半导体元件36的层。
Ti层6配置在Ni层4的与表面4a相反的一侧(下侧)。该Ti层6具有通过Ni层4的构成元素的至少Ni与Ti层6的构成元素的至少Ti合金化而使N1-Ti系超弹性合金层5生成的作用。而且，Ni层4和Ti层6通过包覆轧制而接合着。
而且，如图2中所图示的由双点划线包围的圆区域的放大图所示那样，在Ni层4与Ti层6之间(即Ni层4与Ti层6的接合界面)介有N1-Ti系超弹性合金层5。该超弹性合金层5是由Ni层4的构成元素的至少Ni与Ti层6的构成元素的至少Ti合金化而生成的N1-Ti系超弹性合金形成的层。在本实施方式中，N1-Ti系超弹性合金层5如果详述则为例如NiTi超弹性合金层。超弹性合金层5的超弹性合金，优选在从室温到半导体元件26的工作温度(例:300°C)的温度范围具有超弹性特性，特别优选在从室温到绝缘基板IA与散热部件31的接合温度(例:600°C)的温度范围具有超弹性特性。在此，对Ni层4、Ti层6以及N1-Ti系超弹性合金层5的厚度，没有特别限定。但是，Ni的导热率为90.7ff/m.K，Ti的导热率为21.9ff/m.K，N1-Ti系超弹性合金的导热率为20.0ff/m.K，它们的导热率与Al的导热率236W/m.K相比显著低。因此，从能够使绝缘基板IA的导热率提高这一点出发，优选Ni层4、Ti层6以及N1-Ti系超弹性合金层5尽可能薄。因此，特别优选:Ni层4的厚度的上限为200 μ m，Ti层6的厚度的上限为200 μ m，N1-Ti系超弹性合金层5的厚度的上限为50 μ m。另一方面，如果这些层4、6、5过薄，则各层的所希望的特性有可能不呈现出来。因此，特别优选:Ni层4的厚度的下限为5μπι，Ti层6的厚度的下限为5 μ m, N1-Ti系超弹性合金层5的厚度的下限为0.05 μ m。第一 Al层7配置在Ti层6的与Ni层4配置侧相反的一侧(下侧)。在本第I实施方式中，第一 Al层7是作为绝缘基板IA的布线层发挥功能的层，因此优选由纯度为99.99质量％以上的Al形成。而且，Ti层6与第一 Al层7相互相邻并通过包覆轧制而接合。第一 Al层7的厚度没有特别限定，但为了使第一 Al层7作为绝缘基板IA的布线层可靠地发挥功能，优选设定在100 1000 μπι的范围。而且，在本第I实施方式的绝缘基板IA中，包覆材料3 (如果详述则是包覆材料3的第一 Al层7)与陶瓷层10相互相邻并通过钎焊而接合。在图2中，21是将包覆材料3与陶瓷层10接合起来的钎料层。该钎料层21优选为Al系钎料(例=Al-Si系合金钎料)层。而且，陶瓷层10与第三Al层16通过硬钎焊、软钎焊、树脂粘接剂等而接合，在本实施方式中，陶瓷层10与第三Al层16通过硬钎焊而接合。22是将陶瓷层10与第三Al层16接合起来的钎料层。该钎料层22优选为Al系钎料(例=Al-Si系合金钎料)层。此外，在图中，各钎料层21、22为了易于与其他部分区别而用影点(dothatching)来图不。接下来，下面关于本第I实施方式的绝缘基板IA的制造方法参照图3进行说明。首先，使Ni层4与Ti层6相互相邻并通过包覆轧制将它们接合，由此，在Ni层4与Ti层6之间，形成Ni层4的构成元素的至少Ni与Ti层6的构成元素的至少Ti合金化而生成的N1-Ti系超弹性合金层5。换言之，通过包覆轧制将相互相邻地配置的Ni层4与Ti层6接合，以使得在Ni层4与Ti层6之间形成Ni层4的构成元素的至少Ni与Ti层6的构成元素的至少Ti合金化而生成的N1-Ti系超弹性合金层5。将该工序称为“第I接合工序”。在该第I接合工序中，Ni层4与Ti层6的接合，为了能够在两层4、6间可靠地形成超弹性合金层5，优选通过温或热包覆轧制来进行。S卩，如图4所示那样，通过使用具备相互平行地配置的一对轧制辊41、41的包覆轧制装置40，使相互重合的Ni层4与Ti层6通过两轧制辊41、41间，用两轧制辊41、41对Ni层4和Ti层6进行夹压，从而将Ni层4和Ti层6接合(包覆)。在该接合时，通过Ni层4与Ti层6接合时的热，Ni层4的构成元素的至少Ni与Ti层6的构成元素的至少Ti合金化而形成N1-Ti系超弹性合金层5。其结果，N1-Ti系超弹性合金层5介于Ni层4于Ti层6之间(即，Ni层4与Ti层6的接合界面)。该第I接合工序的接合条件，只要是能够通过包覆轧制将Ni层4和Ti层6接合起来以使得在两层4、6间形成N1-Ti系超弹性合金层5的条件即可，没有特别限定。例如，接合条件为包覆温度630 750°C以及包覆率40 60%。其后，使Ti层6和第一 Al层7相互相邻并通过包覆轧制而将它们接合。将该工序称为“第2接合工序”。在该第2接合工序中，Ti层6与第一 Al层7的接合，使用图4所示的包覆轧制装置40，通过作为包覆温度应用比适用于Ni层4与Ti层6的接合的包覆温度低的温度的冷或温包覆轧制来进行。该第2接合工序的接合条件，只要是能够通过包覆轧制将Ti层6和第一 Al层7接合起来的条件即可，没有特别限定。例如，接合条件为包覆温度350 430°C以及包覆率30 60%0通过这样依次进行第I接合工序和第2接合工序，能够得到本第I实施方式的包覆材料3。接下来，为了使用该包覆材料3制造绝缘基板1A，如图3所示那样，将包覆材料3和陶瓷层10接合。为了说明上的方便将该工序称为“第4接合工序”。而且，将陶瓷层10和第三Al层16接合。为了说明上的方便将该工序称为“第5接合工序”。在第4接合工序中，包覆材料3和陶瓷层10通过例如硬钎焊而接合。另外同样地，在第5接合工序中，陶瓷层10和第三Al层16通过例如硬钎焊而接合。进行第4接合工序以及第5接合工序的顺序没有特别限定。例如，既可以在第4接合工序后进行第5接合工序，也可以在第5接合工序后进行第4接合工序，还可以同时进行第4接合工序和第5接合工序。在同时进行第4接合工序和第5接合工序的情况下，在包覆材料3(如果详述则为包覆材料3的第一 Al层7)与陶瓷层10之间配置作为钎料层21的Al系钎料板(厚度:例如10 60 μ m)，并且在陶瓷层10与第三Al层16之间配置作为钎料层22的Al系钎料板(厚度:例如10 60 μπι)。而且，通过炉中钎焊等将包覆材料3、陶瓷层10和第三Al层16统一地同时接合。通过以上的步骤，能够得到本第I实施方式的绝缘基板1Α。在此，在通过钎焊来接合包覆材料3、陶瓷层10和第三Al层16的情况下，在接合时各层的温度上升到约600°C左右，在绝缘基板IA中发生热应变，但是该热应变会由N1-Ti系超弹性合金层5缓和。由此，能够防止绝缘基板IA的翘曲、开裂、分离等不良情况的发生。接下来，下面关于使用本第I实施方式的绝缘基板IA来制造图1所示的半导体模块35的方法进行说明。在绝缘基板IA的第三Al层16 (如果详述则为第三Al层16的下面)通过钎焊等任意的接合手段来接合散热部件31。由此，能够得到半导体模块用基底30。在此，在绝缘基板IA的第三Al层16通过钎焊而接合散热部件31的情况下，在该接合后绝缘基板IA的温度上升到约600°C左右，在绝缘基板IA发生热应变，但是该热应变被绝缘基板IA的N1-Ti系超弹性合金层5缓和。由此，能够防止绝缘基板IA翘曲、开裂、分离等不良情况的发生。接着，在绝缘基板IA的Ni层4的表面4a通过软钎焊接合半导体元件36。作为在该软钎焊中的用的软钎料，可以使用无Pb软钎料等公知的软钎料。在该软钎焊时，绝缘基板IA的温度上升到约300°C左右，在绝缘基板IA中发生热应变，但是该热应变被绝缘基板IA的N1-Ti系超弹性合金层5缓和。因此，能够将半导体元件36良好地接合。通过上述的步骤，能够得到图1所示的半导体模块35。在此，在散热部件31为Al或Al合金制，而且，通过钎焊将绝缘基板IA和散热部件31接合的情况下，作为其钎料，优选使用Al系钎料(例如=Al-Si系合金钎料)。其原因如下所述。即，使用了 Al系钎料的钎焊温度条件(通常590 610°C )，包含在使作为N1-Ti系超弹性合金的NiTi超弹性合金的具有超弹性特性的高温稳定相的体积增加的时效处理的温度范围中。因此，通过利用使用了 Al系钎料的钎焊将绝缘基板IA与散热部件31接合，可在绝缘基板IA与散热部件31接合的同时对超弹性合金层5实施时效处理。由此，能够可靠地表现超弹性合金层5的超弹性特性，而且还能够省略对超弹性合金层5的时效处理，因此能够减低半导体模块用基底30的制造成本。由于与此相同的原因，在包覆材料3与陶瓷层10的接合中使用的钎料层21的钎料、以及在陶瓷层10与第三Al层16的接合中使用的钎料层22的钎料都优选为Al系钎料。本第I实施方式的绝缘基板IA以及包覆材料3有下面的优点。S卩，根据该包覆材料3，Ni层4与Ti层6通过包覆轧制而接合，并且在Ni层4与Ti层6之间介有N1-Ti系超弹性合金层5。因此，在将该包覆材料3用于绝缘基板IA中的情况下，由于冷热循环而在绝缘基板IA中产生的热应力(例如:热应变)被N1-Ti系超弹性合金层5缓和。此外，即使不是通过包覆轧制而是通过钎焊来接合Ni层4和Ti层6，也无法在Ni层4与Ti层6之间形成超弹性合金层5。而且，因为Ni层4与第一 Al层7没有相互相邻并接合，所以也不会形成强度弱的
I=Iο而且，在假设使Ti层6与第一 Al层7相互相邻并通过钎焊进行了接合的情况下，由于钎焊时的热在Ti层6与第一 Al层7之间(即Ti层6与第一 Al层7的接合界面)会形成作为强度弱的合金层的Al-Ti合金层(Al-Ti合金相)等。但是，在上述第I实施方式的包覆材料3中，Ti层6与第一 Al层7并未通过钎焊、而是通过能够在比钎焊温度低的温度下接合的包覆轧制来接合的，所以能够防止在Ti层6与第一 Al层7之间形成那样的强度弱的合金层。这样，通过在Ni层4与Ti层6之间介有N1-Ti系超弹性合金层5、Ni层4与第一Al层7没有相互相邻并接合、以及、Ti层6与第一 Al层7通过包覆轧制而接合，这些情形协同地起作用，能够防止绝缘基板IA的翘曲、绝缘基板IA中的各接合界面的开裂、剥离等不良情况的发生。由此，能够提高绝缘基板IA的尺寸精度和耐用寿命。而且，由于包覆材料3具备Ni层4，所以软钎料接合性良好。而且，包覆材料3具备第一 Al层7，所以电特性以及热特性优异，另外能够实现制造成本的降低。而且，由于在Ni层4与Ti层6通过温或热包覆轧制而接合了后，Ti层6与第一Al层7通过冷或温包覆轧制而接合，所以该包覆材料3有如下优点。S卩，在假设在Ti层6与第一 Al层7通过冷或温包覆轧制而接合了后、Ni层4与Ti层6通过温或热包覆轧制而接合了的情况下，由于Ni层4与Ti层6接合时的热而在Ti层6与第一 Al层7之间(即Ti层6与第一 Al层7的接合界面)形成作为强度弱的合金层的Al-Ti合金层(Al-Ti合金相)。相对于此，通过在Ni层4与Ti层6通过温或热包覆轧制而接合了后，Ti层6与第一 Al层7通过冷或温包覆轧制而接合，能够可靠地防止在Ti层6与第一 Al层7之间形成那样的强度弱的合金层。而且，通过第一 Al层7由纯度为99.99质量％以上的Al形成，能够将该第一 Al层7作为绝缘基板IA的布线层很好地使用。另外，在该绝缘基板IA中，第2金属层15为由Al或Al合金形成的第三Al层16,所以该绝缘基板IA的散热特性特别优异，另外能够实现制造成本的降低。图5是说明本发明的第2实施方式涉及的绝缘基板IB的图。下面关于该绝缘基板IB及其制造方法，以与上述第I实施方式的不同点为中心进行说明。在本第2实施方式的绝缘基板IB中，第I金属层2含有上述第I实施方式的包覆材料3、和由Al或Al合金形成的Al层8。为了说明上的方便将该Al层8称为“第二 Al层8”。该第二 Al层8配置在包覆材料3的第一 Al层7的与Ti层6配置侧相反的一侧(下侧)，并且是由Al或Al合金板提供并形成的层。而且，包覆材料3的第一 Al层7、和第二 Al层8相互相邻并通过钎焊而接合。在图5中，20是将第一 Al层7与第二 Al层8接合起来的钎料层。该钎料层20优选为Al系钎料层。而且，第二 Al层8与陶瓷层10相互相邻并通过将钎料层21用作钎料的钎焊而接合。该钎料层21优选为Al系钎料层。第一 Al层7以及第二 Al层8的Al纯度(Al含有率)没有特别限定。但是，第一Al层7优选由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成，特别是由Al合金序号A1000系的Al合金形成为好。其原因后述。优选第一 Al层7的Al纯度(Al含有率)的下限为80质量％。另外，第二 Al层8是作为绝缘基板IB的布线层发挥功能的，因此优选由纯度为99.99质量％以上的Al形成。第一 Al层7以及第二 Al层8的厚度没有特别限定，但是，优选第二 Al层8的厚度设定得比第一 Al层7厚。其原因后述。本第2实施方式的绝缘基板IB的其他构成与上述第I实施方式的绝缘基板IA相同。在本第2实施方式的绝缘基板IB的制造方法中，包覆材料3采用与上述第I实施方式相同的制造方法制造。即，在第I接合工序中，通过包覆轧制将Ni层4与Ti层6接合，由此在Ni层4与Ti层6之间介有N1-Ti系超弹性合金层5。其后，在第2接合工序中，通过包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合。其结果，得到所希望的包覆材料3。接着，在本第2实施方式的第4接合工序中，使包覆材料3的第一 Al层7与第二Al层8相互相邻并通过钎焊而接合，并且使第二 Al层8与陶瓷层10相互相邻并通过钎焊而接合。在第5接合工序中，使陶瓷层10与第三Al层16相互相邻并通过钎焊而接合。
进行第4接合工序以及第5接合工序的顺序没有特别限定。例如，既可以在第4接合工序后进行第5接合工序，也可以在第5接合工序后进行第4接合工序，还可以同时进行第4接合工序和第5接合工序。在同时进行第4接合工序和第5接合工序的情况下，在包覆材料3(如果详述则为包覆材料3的第一 Al层7)与第二 Al层8之间配置作为钎料层20的Al系钎料板，并且在第二 Al层8与陶瓷层10之间配置作为钎料层21的Al系钎料板，而且在陶瓷层10与第三Al层16之间配置作为钎料层22的Al系钎料板。然后，通过炉中钎焊等统一地同时将包覆材料3、第二 Al层8、陶瓷层10和第三Al层16接合。通过以上的工序，能够得到本第2实施方式的绝缘基板1B。使用该绝缘基板IB的半导体模块的制造方法，与上述第I实施方式相同。本第2实施方式的绝缘基板IB以及包覆材料3还具有下面的优点。即，在第一 Al层7由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成的情况下，该第一Al层7与由纯度为99.99质量％以上的Al形成的Al层相比更为硬质。因此，能够通过包覆轧制将第一 Al层7与Ti层6容易地接合。而且，在第二 Al层8由纯度为99.99质量％以上的Al形成的情况下，能够将该第二 Al层8作为绝缘基板IB的布线层很好地使用。而且，在第二 Al层8的厚度比第一 Al层7厚的情况下，能够将第二 Al层8作为绝缘基板IB的布线层更合适地使用，并且能够将第一 Al层7的厚度设定得较薄。因此，能够通过包覆轧制将第一 Al层7与Ti层6更容易地接合。为了能够可靠地得到这样的优点，第一 Al层7的厚度特别优选设定在10 100 μ m的范围，第二 Al层8的厚度特别优选设定在300 600 μ m的范围。图6是说明本发明的第3实施方式涉及的绝缘基板IC的图。下面关于该绝缘基板IC及其制造方法，以与上述第2实施方式的不同点为中心进行说明。在本第3实施方式的绝缘基板IC中，第I金属层2包含包覆材料3、和由Al或Al合金形成的第二 Al层8。包覆材料3具备Ni层4、Ti层6、第一 Al层7和钎料层20。Ni层4、Ti层6和第一 Al层7，通过与上述第I实施方式相同的步骤按层叠状接合一体化。钎料层20配置在第一 Al层7的与Ti层6配置侧相反的一侧(下侧)。该钎料层20优选为Al系钎料(例:Al_Si系合金钎料)层。而且，该钎料层20是由钎料板提供并形成的层。而且，第一 Al层7与钎料层20通过包覆轧制而相互相邻地接合。钎料层20的厚度为例如10 60 μ m。而且，包覆材料3的第一 Al层7和第二 Al层8通过将钎料层20用作钎料的钎焊而相互相邻地接合。本第3实施方式的绝缘基板IC的其他构成与上述第2实施方式的绝缘基板IB相同。接下来，下面关于本第3实施方式的绝缘基板IC的制造方法进行说明。首先，制造上述第I实施方式的包覆材料3。即，在第I接合工序中，通过包覆轧制将Ni层4和Ti层6接合，由此使Ni层4与Ti层6之间介有N1-Ti系超弹性合金层5。其后，在第2接合工序中，通过包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合。接着，使第一 Al层7与钎料层20相互相邻并通过包覆轧制进行接合。为了说明上的方便将该工序称为“第3接合工序”。其结果，得到所希望的包覆材料3。
此外，在本发明中，也可以同时进行第3接合工序和第2接合工序。而且，也可以使Ti层6和第一 Al层7相互相邻并通过包覆轧制对将Ni层4与Ti层6通过包覆轧制接合而成的接合体、和第一 Al层7与钎料层20通过包覆轧制接合而成的接合体进行接合。该第3接合工序的接合条件，只要是能够通过包覆轧制将第一 Al层7与钎料层20接合的条件即可，没有特别限定。例如，接合条件为包覆温度350 430°C以及包覆率30 60%。另外，使第二 Al层8与钎料层21相互相邻并通过包覆轧制进行接合。此时的接合条件，只要是能够通过包覆轧制将第二 Al层8和钎料层21接合的条件即可，没有特别限定。例如，接合条件为包覆温度350 430°C以及包覆率30 60%。另外，使第三Al层16与钎料层22相互相邻并通过包覆轧制进行接合。此时的接合条件，只要是能够通过包覆轧制将第三Al层16与钎料层22接合的条件即可，没有特别限定。例如，接合条件为包覆温度350 430°C以及包覆率30 60%。接着，在本第3实施方式的第4接合工序中，使包覆材料3的第一 Al层7与第二Al层8相互相邻并通过将包覆材料3的钎料层20用作钎料的钎焊进行接合，并且，使第二Al层8与陶瓷层10相互相邻并通过将接合于第二 Al层8的钎料层21用作钎料的钎焊进行接合。在第5接合工序中，使陶瓷层10与第三Al层16相互相邻并通过将接合于第三Al层16的钎料层22用作钎料的钎焊进行接合。进行第4接合工序以及第5接合工序的顺序没有特别限定。例如，既可以在第4接合工序之后进行第5接合工序，也可以在第5接合工序之后进行第4接合工序，还可以同时进行第4接合工序和第5接合工序。在同时进行第4接合工序和第5接合工序的情况下，通过将各钎料层20、21、22用作钎料的炉中钎焊等统一地同时将包覆材料3、第二 Al层8、陶瓷层10和第三Al层16接
八
口 ο通过以上的步骤，能够得到本第3实施方式的绝缘基板1C。使用该绝缘基板IC的半导体模块的制造方法，与上述第I实施方式相同。本第3实施方式的绝缘基板IC以及包覆材料3还有下面的优点。S卩，在包覆材料3中，第一 Al层7与钎料层20通过包覆轧制而接合，所以能够将该钎料层20作为通过钎焊对包覆材料3与绝缘基板IC的其他层(例如第二 Al层8或陶瓷层10)进行接合时的钎料使用。因此，不需要在包覆材料3与绝缘基板IC的其他层接合时另行准备钎料，因此能够容易地进行接合操作。以上关于本发明的几个实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式，可在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种各样的变更。另外，本发明也可以组合上述第I 第3实施方式的技术思想中的2种以上而构成。另外,在上述实施方式中，第2金属层15是由一层(即第三Al层16)构成的金属层，但是在本发明中，第2金属层15除此以外也可以是由按层叠状配置的多个金属层构成的金属层。实施例
接下来，下面对本发明的具体的几个实施例进行说明。而且，本发明不限定于这些实施例。<实施例1 >在本实施例1中，制造了图2以及3所示的上述第I实施方式的绝缘基板1A。其制造方法如下所述。作为Ni层4、Ti层6、第一 Al层7、陶瓷层10以及第三Al层16分别准备下面的板。Ni 层 4:纵 25_X 横 25_X 厚 50 μ m 的纯 Ni 板Ti 层 6:纵 25mmX 横 25mmX 厚 200 μ m 的纯 Ti 板第一Al 层 7:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的纯 Al 板陶瓷层10:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的 AlN 板第三Al层16:纵25_X横25_X厚600 μ m的纯Al板。形成Ni层4的Ni板的纯度为JIS (日本工业标准)1种。形成Ti层6的Ti板的纯度为JISl种。形成第一 Al层7的Al板的纯度为4N(即99.99质量％)。形成第三Al层16的Al板的纯度为4N。而且，在第I接合工序中，通过温或热包覆轧制将Ni层4和Ti层6接合，由此在Ni层4与Ti层6之间作为N1-Ti系超弹性合金层形成了 NiTi超弹性合金层5。接着，在第2接合工序中，通过冷或温包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合起来。由此，得到了包覆材料3 (厚度:约850 μ m)。接着，分别用作为有机清洗液的丙酮将该包覆材料3和第三Al层16洗净。接下来，在第4接合工序和第5接合工序中，在包覆材料3与陶瓷层10之间作为钎料层21配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m),并且在陶瓷层10与第三Al层16之间作为钎料层22配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m)。接着，通过炉中钎焊将包覆材料3、陶瓷层10和第三Al层16统一地同时接合。适用于基于该钎焊的接合的接合条件为施加载荷6gf/cm2、加热温度600°C以及保持时间15分钟。另外，作为各Al系钎料板使用了 A1-10质量％Si合金钎料板。通过以上的步骤得到了绝缘基板1A。在该绝缘基板IA中，在Ni层4与Ti层6之间形成的NiTi超弹性合金层5的厚度约为I μ m。接着，对绝缘基板IA反复进行1000次的-40 125°C的冷热循环试验。而且，用超声波探伤装置对绝缘基板IA的各接合界面上的开裂以及剥离进行调查，结果是没有发生开裂以及剥离。而且，用激光式形状测定器对绝缘基板IA的Ni层4的表面4a的翘曲进行测定，结果是基本没有发生翘曲。<实施例2 >在本实施例2中，制造了图5所示的上述第2实施方式的绝缘基板IB。其制造方法如下所述。作为Ni层4、Ti层6、第一 Al层7、第二 Al层8、陶瓷层10以及第三Al层16分别准备了下面的板。Ni 层 4:纵 25_X 横 25_X 厚 20 μ m 的纯 Ni 板Ti 层 6:纵 25mmX 横 25mmX 厚 20 μ m 的纯 Ti 板
第一Al 层 7:纵 25_X 横 25_X 厚 40 μ m 的纯 Al 板第二Al 层 8:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的纯 Al 板陶瓷层10:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的 AlN 板第三Al 层 16:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μπι 的纯 Al 板。形成Ni层4的Ni板的纯度为JISl种。形成Ti层6的Ti板的纯度为JISl种。形成第一 Al层7的Al板的纯度为4Ν (即99.99质量％)。形成第二 Al层8的Al板的纯度为4Ν。形成第三Al层16的Al板的纯度为4Ν。而且，在第I接合工序中，通过温或热包覆轧制将Ni层4与Ti层6接，由此在Ni层4与Ti层6之间作为N1-Ti系超弹性合金层形成了 NiTi超弹性合金层5。接着，在第2接合工序中，通过冷或温包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合起来。由此，得到了包覆材料3 (厚度:约80 μπι)。接着，分别用丙酮将该包覆材料3、第二 Al层8和第三Al层16洗净。接着，在第4接合工序和第5接合工序中，在包覆材料3与第二 Al层8之间作为钎料层20配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m),并且在第二 Al层8与陶瓷层10之间作为钎料层21配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m)，而且，在陶瓷层10与第三Al层16之间作为钎料层22配置了 Al系钎料板(厚度:15μπι)。接着，通过炉中钎焊将包覆材料3、第二 Al层
8、陶瓷层10和第三Al层16统一地同时接合。适用于基于该钎焊的接合的接合条件为施加载荷6gf/cm2、加热温度600°C以及保持时间15分钟。另外，作为各Al系钎料板使用了A1-10质量％Si合金钎料板。通过以上的步骤得到了绝缘基板1B。在该绝缘基板IB中，在Ni层4与Ti层6之间形成的NiTi超弹性合金层5的厚度约为I μ m。接着，对绝缘基板IB反复进行1000次的-40 125°C的冷热循环试验。而且，用超声波探伤装置对绝缘基板IB的各接合界面上的开裂以及剥离进行调查，结果是没有发生开裂以及剥离。而且，用激光式形状测定器对绝缘基板IB的Ni层4的表面4a的翘曲进行测定，结果是基本没有发生翘曲。<实施例3 >在本实施例3中，与上述实施例2同样地制造了图5所示的上述第2实施方式的绝缘基板1B。其制造方法如下所述。作为Ni层4、Ti层6、第一 Al层7、第二 Al层8、陶瓷层10以及第三Al层16分别准备了下面的板。Ni 层 4:纵 25_X 横 25_X 厚 15 μ m 的纯 Ni 板Ti 层 6:纵 25_X 横 25_X 厚 15 μ m 的纯 Ti 板第一Al 层 7:纵 25mm X 横 25mm X 厚 100 μ m 的 Al 板第二Al 层 8:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的纯 Al 板陶瓷层10:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的 AlN 板第三Al层16:纵25_X横25_X厚600 μ m的纯Al板。形成Ni层4的Ni板的纯度为JISl种。形成Ti层6的Ti板的纯度为JISl种。形成第一 Al层7的Al板的纯度为2N (即99质量％)。形成第二 Al层8的Al板的纯度为4N。形成第三Al层16的Al板的纯度为4N。
而且，在第I接合工序中，通过热或温包覆轧制将Ni层4与Ti层6接合，由此在Ni层4与Ti层6之间作为N1-Ti系超弹性合金层形成了 NiTi超弹性合金层5。接着，在第2接合工序中，通过冷或温包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合起来。由此，得到了包覆材料3 (厚度:约130μπι)。接着，分别用丙酮将该包覆材料3、第二 Al层8和第三Al层16洗净。接着，在第4接合工序和第5接合工序中，在包覆材料3与第二 Al层8之间作为钎料层20配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m),并且在第二 Al层8与陶瓷层10之间作为钎料层21配置了 Al系钎料板(厚度:15 μ m)，而且在陶瓷层10与第三Al层16之间作为钎料层22配置了 Al系钎料板(厚度:15μπι)。然后，通过炉中钎焊将包覆材料3、第二 Al层8、陶瓷层10和第三Al层16统一的同时接合起来了。适用于基于该钎焊的接合的接合条件为施加载荷6gf/cm2、加热温度600°C以及保持时间15分钟。另外，作为各Al系钎料板使用了 A1-10质量％Si合金钎料板。通过以上步骤得到了绝缘基板1C。在该绝缘基板IC中，在Ni层4与Ti层6之间形成的NiTi超弹性合金层5的厚度约为I μ m。接着，对绝缘基板IB反复进行1000次的-40 125°C的冷热循环试验。而且，用超声波探伤装置对绝缘基板IB的各接合界面上的开裂以及剥离进行调查，结果是没有发生开裂以及剥离。而且，用激光式形状测定器对绝缘基板IB的Ni层4的表面4a的翘曲进行测定，结果是基本没有发生翘曲。<实施例4>在本实施例4中，制造了图6所示的上述第3实施方式的绝缘基板1C。其制造方法如下所述。作为Ni层4、Ti层6、第一 Al层7、第二 Al层8、陶瓷层10以及第三Al层16分别准备了下面的板。Ni 层 4:纵 25_X 横 25_X 厚 20 μ m 的纯 Ni 板Ti 层 6:纵 25_X 横 25_X 厚 20 μ m 的纯 Ti 板第一Al 层 7:纵 25_X 横 25_X 厚 40 μ m 的纯 Al 板第二Al 层 8:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的纯 Al 板陶瓷层10:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的 AlN 板第三Al层16:纵25_X横25_X厚600 μ m的纯Al板。形成Ni层4的Ni板的纯度为JISl种。形成Ti层6的Ti板的纯度为JISl种。形成第一 Al层7的Al板的纯度为4N (即99.99质量％)。形成第二 Al层8的Al板的纯度为4N。形成第三Al层16的Al板的纯度为4N。而且，在第I接合工序中，通过包覆轧制将Ni层4与Ti层6接合，由此，在Ni层4与Ti层6之间作为N1-Ti系超弹性合金层形成了 NiTi超弹性合金层5。接着，在第2接合工序中，通过包覆轧制将Ti层6与第一 Al层7接合起来了。接着，在第3接合工序中，将第一 Al层7和作为钎料层20的Al系钎料板(厚度:15 μ m)通过包覆轧制而接合。作为Al系钎料板使用了 A1-10质量％Si合金钎料板。由此，得到了包覆材料3 (厚度:约95 μπι)。接着，用丙酮将该包覆材料3洗净。另外，将第二 Al层8和作为钎料层21的Al系钎料板(厚度:15 μ m)通过包覆轧制而接合。作为Al系钎料板使用了 Al-1O质量％Si合金钎料板。接着，用丙酮将这样得到的接合体洗净。另外，将第三Al层16和作为钎料层22的Al系钎料板(厚度:15 μπι)通过包覆轧制而接合。作为Al系钎料板使用了 Α1-10质量％Si合金钎料板。接着，用丙酮将这样得到的接合体洗净。接着，在第4接合工序和第5接合工序中，通过将各钎料层20、21、22用作钎料的炉中钎焊将包覆材料3、第二 Al层8、陶瓷层10和第三Al层16统一地同时接合。适用于基于该钎焊的接合的接合条件为施加载荷6gf/cm2、加热温度600°C以及保持时间15分钟。通过以上的步骤得到了绝缘基板1C。在该绝缘基板IC中，在Ni层4与Ti层6之间形成的NiTi超弹性合金层5的厚度约为I μ m。接着，对绝缘基板IC反复进行1000次的-40 125°C的冷热循环试验。而且，用超声波探伤装置对绝缘基板IC的各接合界面上的开裂以及剥离进行调查，结果是没有发生开裂以及剥离。而且，用激光式形状测定器对绝缘基板IC的Ni层的表面的翘曲进行测定，结果是基本没有发生翘曲。<比较例I >在本比较例I中，制造了图7所示的绝缘基板101。其制造方法如下所述。作为Ni层104、Ti层106、第一 Al层107、陶瓷层110以及第三Al层116分别准备了下面的板。Ni 层 104:纵 25_X 横 25_X 厚 50 μ m 的纯 Ni 板Ti 层 106:纵 25_X 横 25_X 厚 50 μ m 的纯 Ti 板第一Al 层 107:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的纯 Al 板陶瓷层110:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μ m 的 AlN 板第三Al 层 116:纵 25_X 横 25_X 厚 600 μπι 的纯 Al 板。形成Ni层104的Ni板的纯度为JISl种。形成Ti层106的Ti板的纯度为JISl种。形成第一 Al层107的Al板的纯度为4Ν(B卩99.99质量％)。形成第三Al层116的Al板的纯度为4Ν。接着，通过包覆轧制将Ni层104与Ti层106接合，由此在Ni层104与Ti层106之间作为N1-Ti系超弹性合金层形成了 NiTi超弹性合金层105。由此，得到了包覆材料102。接着，在包覆材料102与第一 Al层107之间作为钎料层120配置Al系钎料板(厚度:15 μ m)，并且在第一 Al层107与陶瓷层110之间作为钎料层121配置Al系钎料板(厚度:15 μ m)，而且，在陶瓷层110与第三Al层116之间作为钎料层122配置Al系钎料板(厚度:15μπι)。接着，通过炉中钎焊将包覆材料102、第一 Al层107和陶瓷层110以及第三Al层116统一地同时接合。作为各Al系钎料板使用了 Α1-10质量％Si合金钎料板。通过以上的步骤得到了绝缘基板101。在该绝缘基板101中，即使不对该绝缘基板101进行冷热循环试验，也已经在形成于Ti层106与第一 Al层107的接合界面的强度弱的Al-Ti合金层(Al-Ti合金相)中发生了开裂。该Al-Ti合金层是在炉中钎焊时形成的，其开裂是在炉中钎焊时发生的。本申请要求在2010年11月8日提交的日本国专利申请的专利申请2010-249561号的优先权，其公开内容原样构成本申请的一部分。必须认识到，在此使用的术语以及表达是为说明而使用的，并不是为了限定性地解释而使用的，也不排除在此示出且论述了的特征事项的任何均等物，也容许本发明的请求保护的范围内的各种变形。本发明是能以众多不同的形态具现化的，但是该公开应被视为提供本发明的原理的实施例，在了解了这些实施例并不意图将本发明限定于在此记载且/或图示了的优选实施方式的基础上，在此记载了众多的图示实施方式。在此记载了好几个本发明的图示实施方式，但是本发明并不限定于在此记载的各种优选实施方式，也包含基于该公开能够由任何本领域技术人员认识到的、具有均等要素、修正、削除、组合(例如跨各种实施方式的特征的组合)、改良和/或变更的所有的实施方式。权利要求的限定事项应该基于在该权利要求中使用的术语广义地解释，而不应该限定于本说明书或本申请的程序中所记载的实施例，应该理解为这样的实施例是非排他的。例如，在该公开中，“优选(preferably)”这一术语是非排他的，意味着“虽然优选但不限定于此”这样的意思。在该公开以及本申请进行过程中，方法加功能或步骤加功能的限定事项只应用于下述情况:对于特定权利要求的限定事项，在该限定事项中存在以下所有条件:a)明确地记载“用于…的方法”或“用于…的步骤”;b)明确地记载对应的功能以及c)没有记载结构、支持该结构的材料或行为。在该公开以及本申请进行过程中，“本发明”或“发明”这样的用语有时作为言及本公开范围中的一个或多个方面的用语使用。“本发明”或“发明”这样的用语不应被不适当地解释为临界识别，不应被不正确地解释为遍及所有方面或所有实施方式而适用(即，应理解为本发明具有多个方面和实施例)，并且不应被不适当地解释为限定本申请或请求保护的范围。在该公开和本申请进行过程中，“具体化(embodiment)”这一术语也在记载任何方面、特征、过程或步骤、它们的任何组合及/或它们的任何部分等时使用。在一些实施例中，各种实施方式有时包括重叠的特征。在该公开和本申请进行过程中，有时使用以下缩写术语:“e.g.”是指“例如”，“NB”是指“注意”。产业上的利用可能 性本发明能够应用于绝缘基板用包覆材料、其制造方法、半导体模块用基底、以及半导体模块。附图标记说明1A、1B、1C:绝缘基板2:第I金属层3:包覆材料4: Ni 层5: N1-Ti系超弹性合金层(NiTi超弹性合金层)6: Ti 层7:第一 Al 层8:第二 Al 层10:陶瓷层15:第2金属层16:第三 Al 层
20、21、22:钎料层30:半导体模块用基底35:半导体模块36:半导体元件40:包覆轧制装置
权利要求
1.一种绝缘基板用包覆材料，其特征在于， 表面被接合半导体元件的由Ni或Ni合金形成的Ni层与在所述Ni层的一侧配置的由Ti或Ti合金形成的Ti层通过包覆轧制而接合，并且， 在所述Ni层与所述Ti层之间介有N1-Ti系超弹性合金层，所述N1-Ti系超弹性合金层是所述Ni层的构成元素的至少Ni与所述Ti层的构成元素的至少Ti合金化而生成的，所述Ti层与在所述Ti层的与所述Ni层配置侧相反的一侧配置的由Al或Al合金形成的第一 Al层相互相邻并通过包覆轧制而接合。
2.根据权利要求1所述的绝缘基板用包覆材料， 在所述Ni层与所述Ti层通过温或热包覆轧制而接合之后，所述Ti层与所述第一 Al层通过冷或温包覆轧制而接合。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘基板用包覆材料，所述第一Al层与在所述第一 Al层的与所述Ti层配置侧相反的一侧配置的钎料层通过包覆轧制而接合。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的绝缘基板用包覆材料，所述第一Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。
5.一种绝缘基板，其特征在于，具备:陶瓷层、在所述陶瓷层的一侧配置的第I金属层、和在所述陶瓷层的与所述第I金属层配置侧相反的一侧配置的第2金属层， 所述第I金属层与所述陶瓷层接合，并且， 所述陶瓷层与所述第2金属层接合， 所述第I金属层包含权利 要求1 3的任一项所述的包覆材料。
6.根据权利要求5所述的绝缘基板， 所述包覆材料的所述第一 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成， 所述第一 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。
7.根据权利要求5所述的绝缘基板， 所述第I金属层还包含由Al或Al合金形成的第二 Al层， 所述包覆材料的所述第一 Al层与所述第二 Al层相互相邻并通过钎焊而接合，并且， 所述第二 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。
8.根据权利要求7所述的绝缘基板， 所述第一 Al层由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成， 所述第二 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。
9.根据权利要求8所述的绝缘基板，所述第二Al层的厚度比所述第一 Al层厚。
10.根据权利要求5 9的任一项所述的绝缘基板， 所述第2金属层包含由Al或Al合金形成的第三Al层， 所述陶瓷层与所述第三Al层通过钎焊而接合。
11.一种绝缘基板用包覆材料的制造方法，其特征在于，包括: 第I接合工序，通过包覆轧制将表面被接合半导体元件的由Ni或Ni合金形成的Ni层与在所述Ni层的一侧配置的由Ti或Ti合金形成的Ti层接合，由此，在所述Ni层与所述Ti层之间形成所述Ni层的构成元素的至少Ni与所述Ti层的构成元素的至少Ti合金化而生成的N1-Ti系超弹性合金层；和 第2接合工序，使所述Ti层与在所述Ti层的与所述Ni层配置侧相反的一侧配置的由Al或Al合金形成的第一 Al层相互相邻并通过包覆轧制而接合。
12.根据权利要求11所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法， 在所述第I接合工序中，通过温或热包覆轧制将所述Ni层与所述Ti层接合， 在所述第2接合工序中，在所述第I接合工序之后，通过冷或温包覆轧制将所述Ti层与所述第一 Al层接合。
13.根据权利要求11或12所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法， 还具备下述第3接合工序:通过包覆轧制将所述第一 Al层与在所述第一 Al层的与所述Ti层配置侧相反的 一侧配置的钎料层接合。
14.根据权利要求11 13的任一项所述的绝缘基板用包覆材料的制造方法，所述第一Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。
15.一种绝缘基板的制造方法，其特征在于，所述绝缘基板具备陶瓷层、在所述陶瓷层的一侧配置的第I金属层、和在所述陶瓷层的与所述第I金属层配置侧相反的一侧配置的第2金属层，所述制造方法包括: 将所述第I金属层与所述陶瓷层接合的第4接合工序；和 将所述陶瓷层与所述第2金属层接合的第5接合工序， 所述第I金属层包含权利要求1 3的任一项所述的包覆材料。
16.根据权利要求15所述的绝缘基板的制造方法， 所述第I金属层的所述包覆材料的所述第一 Al层，由纯度为99.99质量％以上的Al形成， 在所述第4接合工序中，使所述第一 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。
17.根据权利要求15所述的绝缘基板的制造方法， 所述第I金属层还包含由Al或Al合金形成的第二 Al层， 在所述第4接合工序中，使所述包覆材料的所述第一 Al层与所述第二 Al层相互相邻并通过钎焊而接合，并且，使所述第二 Al层与所述陶瓷层相互相邻并通过钎焊而接合。
18.根据权利要求17所述的绝缘基板的制造方法， 所述第一 Al层由纯度低于99.99质量％的Al或Al合金形成， 所述第二 Al层由纯度为99.99质量％以上的Al形成。
19.根据权利要求18所述的绝缘基板的制造方法，所述第二Al层的厚度比所述第一Al层厚。
20.根据权利要求15 19的任一项所述的绝缘基板的制造方法， 所述第2金属层包含由Al或Al合金形成的第三Al层， 所述陶瓷层与所述第三Al层通过钎焊而接合。
21.一种半导体模块用基体，其特征在于，具备: 权利要求5 10的任一项所述的绝缘基板；和 在所述绝缘基板的第2金属层的与所述陶瓷层配置侧相反的一侧配置的散热部件， 所述第2金属层与所述散热部件接合着。
22.—种半导体模块，其特征在于，具备: 权利要求5 10的任一项所述的绝缘基板； 在所述绝缘基板的第2金属层的与所述陶瓷层配置侧相反的一侧配置的散热部件；和半导体元件， 所述半导体元件通过软钎焊接合于所述绝缘基板的Ni层的表面，并且，所述第2金属层与所述散热 部件接合着。
全文摘要
一种包覆材料(1A)，其具备由Ni或Ni合金形成的Ni层(4)；在Ni层(4)的一侧配置的由Ti或Ti合金形成的Ti层(6)；和在Ti层(6)的与Ni层(4)配置侧相反的一侧配置的由Al或Al合金形成的第一Al层(7)。Ni层(4)与Ti层(6)通过包覆轧制而接合。在Ni层(4)与Ti层(6)之间介有Ni层(4)的构成元素的至少Ni与Ti层(6)的构成元素的至少Ti合金化而生成的Ni-Ti系超弹性合金层(5)。Ti层(6)与第一Al层(7)相互相邻并通过包覆轧制而接合。
文档编号B32B15/01GK103210488SQ201180053788
公开日2013年7月17日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年11月8日
发明者大泷笃史, 大山茂 申请人:昭和电工株式会社