陶瓷/铝接合体、功率模块用基板和功率模块的制作方法

本发明涉及由AlN构成的陶瓷部件与铝部件接合而成的陶瓷/铝接合体，具备由AlN构成的陶瓷基板及接合于该陶瓷基板上的铝板的功率模块用基板，和具备该功率模块用基板的功率模块。

本申请基于2015年11月6日在日本申请的特愿2015-218892号主张优先权，并将其内容援引到此处。

背景技术：

LED、功率模块等的半导体装置中，具备在由导电材料构成的电路层之上接合有半导体元件的结构。

用来控制风力发电、电动汽车、混合动力汽车等的大功率控制用的功率半导体元件中发热量多。因此，作为搭载功率半导体元件的基板，一直以来广泛使用如下的功率模块用基板，例如具备由AlN(氮化铝)、Al₂O₃(氧化铝)等构成的陶瓷基板、和在该陶瓷基板的一个面接合导电性优异的金属板而形成的电路层。另外，作为功率模块用基板，也提供在陶瓷基板的另一个面接合金属板而形成有金属层的基板。

例如，专利文献1中提出了如下的功率模块用基板，其中，在由AlN(氮化铝)构成的陶瓷基板的一个面将成为电路层的铝板经由Al-Si系的焊料接合，且在陶瓷基板的另一个面将成为金属层的铝板经由Al-Si系的焊料接合。

这样的功率模块用基板中，在电路层之上，经由软钎料层搭载作为功率元件的半导体元件，用作功率模块。另外，也有在金属层侧经由软钎料接合铜制的散热器。

另外，专利文献2～5中提出了如下的的陶瓷电路基板，其中，使用包含Mg的焊料将陶瓷基板与铝板接合，使Mg等在偏在于焊料与铝板的接合界面或焊料与陶瓷基板的接合界面。

这些陶瓷电路基板中，利用偏在的Mg去除阻碍接合的氧化物，由此谋求提高陶瓷基板与铝板的接合性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：再公表WO2003/090277号公报

专利文献2：特开2001-044345号公报

专利文献3：特开2001-062588号公报

专利文献4：特开2001-102703号公报

专利文献5：特开2001-144433号公报。

技术实现要素：

发明所要解决的课题

可是，最近，功率模块的小型化、薄壁化推进的同时，其使用环境也逐渐变得严峻。特别是，冷热循环负荷时，会有大的剪切力作用在铝板与陶瓷基板的接合界面，因此要求更进一步提高接合可靠性。

在此，专利文献2～5中，通过使Mg偏析于焊料与铝板的接合界面或焊料与陶瓷基板的接合界面来谋求提高接合性。但是，在单使Mg偏在的情形下，反而阻碍陶瓷基板与铝板的接合，有接合可靠性劣化的可能性。另外，由于偏在的Mg使接合界面附近的铝变硬，冷热循环负荷时有在陶瓷基板产生破裂的可能性。

本发明鉴于前述的情况而成，目的在于提供：使陶瓷部件与铝部件确实地接合、冷热循环负荷时的接合可靠性优异、同时可以抑制陶瓷部件破裂的发生的陶瓷/铝接合体，功率模块用基板，和具备该功率模块用基板的功率模块。

用于解决课题的手段

为了解决这样的课题，达成前述目的，本发明的一个方案的陶瓷/铝接合体是使由AlN构成的陶瓷部件与铝部件接合而成的陶瓷/铝接合体，其特征在于，在前述铝部件之中从与前述陶瓷部件的接合界面起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物，在前述铝部件之中与前述陶瓷部件的接合界面附近区域，具有Mg、Si、O偏析的偏析部，前述偏析部中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面向前述铝部件侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，分别设在1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内，并且从接合界面向前述铝部件侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下。

该构成的陶瓷/铝接合体中，在前述铝部件之中从与前述陶瓷部件的接合界面起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物。在此，该具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物是在铝部件的表面所形成的氧化皮膜与Mg发生反应而生成的。分散有该具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物的情形下，在铝部件的表面所形成的氧化皮膜通过与Mg反应而充分地去除。由此，可以将铝部件与陶瓷部件确实地接合。

另外，上述的陶瓷/铝接合体中具有Mg、Si、O偏析的偏析部，前述偏析部中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面向前述铝部件侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I，Si量[Si]_I，O量[O]_I之比，分别设在1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内，在铝部件之中与陶瓷部件的接合界面附近Mg、Si、O偏析。由此，使界面能稳定化，可以提高铝部件与陶瓷部件的接合可靠性。另外，Mg、Si、O的偏析量得到抑制，因此可以抑制铝部件之中与陶瓷部件的接合界面附近过度地变硬，可以抑制在陶瓷部件产生龟裂等。

而且，从接合界面向前述铝部件侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下，因此可以抑制铝部件本身变硬，可以抑制铝部件的变形阻力上升。

在此，本发明的一个方案的陶瓷/铝接合体中，优选在前述偏析部中，Cu量设为1.2质量%以下、Fe量设为0.6质量%以下。

该情形下，在前述偏析部中，Cu量限定为1.2质量%以下、Fe量限定为0.6质量%以下，因此可以抑制铝部件之中与陶瓷部件的接合界面附近过度地变硬，可以抑制在陶瓷部件产生龟裂等。

另外，本发明的一个方案的功率模块用基板是具备由AlN构成的陶瓷基板、及接合于该陶瓷基板的铝板的功率模块用基板，其特征在于，在前述铝板之中从与前述陶瓷基板的接合界面起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物，在前述铝板之中与前述陶瓷基板的接合界面附近区域，具有Mg、Si、O偏析的偏析部，前述偏析部中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面向前述铝板侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，分别设在1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内，并且从接合界面向前述铝板侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下。

该构成的功率模块用基板中，在前述铝板之中从与前述陶瓷基板的接合界面起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物。因此，在铝板的表面所形成的氧化皮膜通过与Mg反应而充分地去除，可以将铝板与陶瓷基板确实地接合。

另外，上述的功率模块用基板中，在铝板之中与陶瓷基板的接合界面附近Mg、Si、O偏析，因此使界面能稳定化，可以提高铝板与陶瓷基板的接合可靠性。另外，可以抑制铝板之中与陶瓷基板的接合界面附近过度地变硬，在该功率模块用基板负荷冷热循环时，可以抑制在陶瓷基板产生龟裂等。

而且，从接合界面向前述铝板侧离开10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下，因此可以抑制铝板的变形阻力变高。

在此，作为本发明的一个方案的功率模块用基板中，在前述偏析部中，优选Cu量为1.2质量%以下、Fe量为0.6质量%以下。

该条件下的前述偏析部中，由于Cu量限定为1.2质量%以下、Fe量限定为0.6质量%以下，因此可以抑制铝板之中与陶瓷基板的接合界面附近过度地变硬，在该功率模块用基板负荷冷热循环时，可以抑制在陶瓷基板产生龟裂等。

作为本发明的一个方案的功率模块，其特征在于，具备上述的功率模块用基板和半导体元件。

该构成的功率模块中，具备上述的功率模块用基板，因此使陶瓷基板与铝板牢固地接合，可靠性特别优异。

发明效果

根据本发明，可以提供：使陶瓷部件与铝部件确实地接合、冷热循环负荷时的接合可靠性优异、同时可以抑制陶瓷部件破裂的发生的陶瓷/铝接合体，功率模块用基板，和具备该功率模块用基板的功率模块。

附图说明

[图1]是使用作为本发明的实施方案的功率模块用基板的功率模块的概略说明图。

[图2]是作为本发明的实施方案的功率模块用基板的陶瓷基板与铝板(电路层和金属层)的接合界面附近的概略说明图。

[图3]是显示作为本发明的实施方案的功率模块用基板的制造方法的流程图。

[图4]是显示作为本发明的实施方案的功率模块用基板的制造方法的说明图。

[图5]是作为本发明的实施方案的功率模块用基板的制造方法中所使用的加压装置的说明图。

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方案参照附图进行说明。作为本实施方案的陶瓷/铝接合体被制成：具备作为由AlN构成的陶瓷部件的陶瓷基板11、接合作为铝部件的铝板22而成的电路层12、接合铝板23而成的金属层13的功率模块用基板10。

图1显示使用作为本发明的实施方案的功率模块用基板10的功率模块1。

该功率模块1具备：在陶瓷基板11上配设有电路层12和金属层13的功率模块用基板10，在电路层12的一个面(图1中，上表面)经由第一软钎料层2而接合的半导体元件3，和在金属层13的另一个面(图1中，下表面)经由第二软钎料层4而接合的散热器40。

在此，第一软钎料层2和第二软钎料层4设为例如Sn-Ag系、Sn-In系、或Sn-Ag-Cu系的软钎料材料。需说明的是，本实施方案中，在电路层12与第一软钎料层2之间、和在金属层13与第二软钎料层4之间设置镀Ni层(未图示)。

功率模块用基板10具备：陶瓷基板11，配设于该陶瓷基板11的一个面(图1中，上表面)的电路层12，和配设于陶瓷基板11的另一个面(图1中，下表面)的金属层13。

陶瓷基板11是防止电路层12与金属层13之间的电连接的物品，本实施方案中，由绝缘性高的AlN(氮化铝)构成。另外，陶瓷基板11的厚度设定在0.2～1.5mm的范围内，本实施方案中设定为0.635mm。

电路层12通过在陶瓷基板11的一个面接合具有导电性的金属板而形成。本实施方案中，如图4所示，电路层12通过使由纯度为99.99质量%以上的铝(所谓的4N铝)的压延板构成的铝板22接合于陶瓷基板11而形成。该电路层12中形成有电路图案，其一个面(图1中，上表面)为搭载半导体元件3的搭载面。在此，电路层12(铝板22)的厚度设定在0.05mm以上且小于1.1mm的范围内，本实施方案中设定为0.6mm。

金属层13通过在陶瓷基板11的另一个面接合导热性优异的金属板而形成。本实施方案中，如图4所示，金属层13通过使由纯度为99.99质量%以上的铝(所谓的4N铝)的压延板构成的铝板23接合于陶瓷基板11而形成。在此，金属层13(铝板23)的厚度设定在0.05mm以上且小于3.0mm的范围内，本实施方案中设定为0.6mm。

散热器40是用于冷却前述的功率模块用基板10的物品，具备：与功率模块用基板10接合的散热板41、和层叠配置于该散热板41的冷却器42。

散热板41是使来自前述的功率模块用基板10的热沿面方向扩散的物品，本实施方案中，设为导热性优异的铜板。

如图1所示，冷却器42具备用于流通冷却介质(例如冷却水)的流路43。冷却器42期望由导热性良好的材质构成，本实施方案中，由A6063(铝合金)构成。

需说明的是，如图1所示，散热板41与冷却器42利用固定螺丝45紧固。

而且，本实施方案中，如图2所示，在电路层12和金属层13之中从与陶瓷基板11的接合界面30起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物36。

需说明的是，观察到的含Mg氧化物36可以通过以下的方法确认。

对接合界面，使用透射型电子显微镜(TEM)(FEI公司制Titan ChemiSTEM、加速电压200kV)获得电子衍射图形，使用能量分散型X射线分析法(EDS)(Thermo Scientific公司制NSS7)来分析组成。将由电子衍射图形鉴定为尖晶石结构的区域且组成为Mg=6～12at%、O=30～60at%、Al=剩余部分的区域记作含Mg氧化物36。需说明的是，电子衍射图形可通过照射会聚到1nm左右的电子束而获得(NBD(nano-beam diffraction，纳米束衍射)法)。

该含Mg氧化物36含有Mg及Al。在从接合界面30起厚度方向上2μm的范围内的含Mg氧化物36的面积率设为2%以上且18%以下的范围内。需说明的是，优选所观察的含Mg氧化物36之中的90%以上存在于从接合界面30起厚度方向上1μm的范围内。

另外，本实施方案中，如图2所示，在电路层12和金属层13之中与陶瓷基板11的接合界面30附近，形成Mg、Si、O偏析的偏析部31。偏析部31可以是在电路层12和金属层13之中从与陶瓷基板11的接合界面30起厚度方向上0.01μm的范围内，但不限于此。

在此，偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，分别设在1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内。偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，优选分别为1.14<[Mg]_S/[Mg]_I≤12.67、1.16<[Si]_S/[Si]_I≤12.67、1.45<[O]_S/[O]_I≤11.73，更优选为1.52<[Mg]_S/[Mg]_I≤5.50、2.31<[Si]_S/[Si]_I≤8.35、1.93<[O]_S/[O]_I≤7.64，但不限于此。

需说明的是，偏析部31中的Mg量[Mg]_S设为0.1质量%以上且1.5质量%以下的范围内、Si量[Si]_S设为0.1质量%以上且2.5质量%以下的范围内、O量[O]_S设为1.5质量%以上且15质量%以下的范围内。

该偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S，如图2所示，可对包含偏析部31的接合界面30部分以射束直径1nm形式进行TEM分析而获得。同样地，从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I也以射束直径1nm形式进行TEM分析而获得。

另外，本实施方案中，从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下。优选从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I为0.1质量%以上且0.5质量%以下，但不限于此。

而且，本实施方案中，偏析部31中的Cu量设为1.2质量%以下、Fe量设为0.6质量%以下。优选：偏析部31中的Cu量为0.00质量%以上且0.05质量%以下，Fe量为0.00质量%以上且0.05质量%以下，但不限于此。

其次，对于上述的作为本实施方案的功率模块用基板10的制造方法，参照图3和图4进行说明。

(电路层和金属层形成步骤S01)

首先，将铝板22、23与陶瓷基板11接合，形成电路层12和金属层13。

本实施方案中，如图3所示，电路层和金属层形成步骤S01具备：层叠步骤S11、加热步骤S12和熔融金属凝固步骤S13。

层叠步骤S11中，如图4所示，在陶瓷基板11的一个面经由Al-Si-Mg系的焊料24层叠铝板22，并且在陶瓷基板11的另一个面经由Al-Si-Mg系的焊料25层叠铝板23，形成层叠体。

在此，本实施方案中，作为Al-Si-Mg系的焊料24、25，使用由含有1质量%以上且12质量%以下的范围内的Si、0.01质量%以上且0.05质量%以下的范围内的Mg的铝合金构成的焊料箔，焊料24、25的厚度设为5μm以上且30μm以下的范围内。

加热步骤S12中，将上述的层叠体在沿层叠方向加压的状态下装入加热炉29内进行加热。于是，焊料24、25与铝板22、23的一部分熔融，在铝板22、23与陶瓷基板11的界面分别形成熔融金属区域。关于该加热步骤S12的条件，气氛设为真空气氛(10^-4Pa以上且10^-3Pa以下)或氧分压为500volppm以下的氮气氛，接合温度设为580℃以上且650℃以下的范围内，加热时间设为1分钟以上且180分钟以下的范围内。

在此，本实施方案中，使用图5所示的加压装置50，将上述的层叠体沿层叠方向加压。该加压装置50具备：底板51、在该底板51上表面的四角垂直地安装的导柱5 2、配置于这些导柱52的上端部的固定板53、在底板51与固定板53之间可上下自由移动的导柱52所支撑的压板54、设置于固定板53与压板54之间并将压板54朝下方加力(付勢)的弹簧等的加力工具55、和使固定板53上升下降的调整螺丝56。

固定板53和压板54相对于底板51平行地配置，在底板51与压板54之间，隔着碳薄片57，配置上述的层叠体。

于是，加压装置50具备：通过调节调整螺丝56的位置而使固定板53上升下降，利用加力工具55将压板54压入，由此使层叠体加压的结构。

该加压装置50中，导柱52的热膨胀系数设定为比加力工具55的热膨胀系数大，在室温下加压的状态下加热至接合温度时，有加压负荷降低的可能性。

因此，在使用该加压装置50的加热步骤S12中，上述接合温度的加压负荷设为0.01kgf/cm²以上且小于1.0kgf/cm²(0.98kPa以上且小于98kPa)的范围内。

在此，上述接合温度的加压负荷为小于0.01kgf/cm²(0.98kPa)的情形下，有无法矫正陶瓷基板11的翘曲的可能性。另外，在熔融金属区域形成的时刻有产生铝板22、23的位置偏移的可能性。另一方面，上述接合温度的加压负荷为1.0kgf/cm²(98kPa)以上的情形下，接合界面的Mg偏析量变得过多，有接合可靠性降低的可能性。

根据以上，本实施方案中，上述接合温度的加压负荷设为0.01kgf/cm²以上且小于1.0kgf/cm²(0.98kPa以上且小于98kPa)的范围内。优选上述接合温度的加压负荷设为0.05kgf/cm²以上且小于0.9kgf/cm²的范围内，但不限于此。

熔融金属凝固步骤S13中，通过使分别形成于铝板22、23与陶瓷基板11的界面的熔融金属区域凝固，将陶瓷基板11与铝板22和铝板23接合。

由此，制造出在陶瓷基板11形成有电路层12和金属层13的功率模块用基板10。

(散热器接合步骤S02)

接着，在该功率模块用基板10的金属层13的另一个面(与陶瓷基板11相反侧的面)，经由第二软钎料层4接合散热板41，并且将该散热板41利用固定螺丝45紧固于冷却器42上。由此，使散热器40与功率模块用基板10接合。

(半导体元件搭载步骤S03)

另外，在电路层12的一个面(与陶瓷基板11相反侧的面)经由第一软钎料层2搭载半导体元件3。由此，制造出作为本实施方案的功率模块1。

在制成如以上的构成的作为本实施方案的功率模块用基板10中，在电路层12和金属层13之中从与陶瓷基板11的接合界面30起厚度方向上2μm的范围内，分散有具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物36，因此在成为电路层12和金属层13的铝板22、23的表面所形成的氧化皮膜通过与Mg反应而充分地去除，可以将电路层12与陶瓷基板11、金属层13与陶瓷基板11确实地接合。

在此，本实施方案中，从接合界面30起厚度方向上2μm的范围内的含Mg氧化物36的面积率设为2%以上，因此在成为电路层12和金属层13的铝板22、23的表面所形成的氧化皮膜可以确实地去除，可以将电路层12与陶瓷基板11、金属层13与陶瓷基板11确实地接合。

而且，从接合界面30起厚度方向上2μm的范围内的含Mg氧化物36的面积率设为18%以下，因此不会使含Mg氧化物36过量地存在，可以抑制接合界面30附近的破裂发生等。

另外，作为本实施方案的功率模块用基板10中，在将铝板22、23接合而成的电路层12和金属层13之中与陶瓷基板11的接合界面30附近具有Mg、Si、O偏析的偏析部31，偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，分别设为1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内。因此，界面能量稳定化，可以使电路层12和金属层13与陶瓷基板11的接合可靠性提高。

另外，可以抑制电路层12和金属层13之中与陶瓷基板11的接合界面30附近过度地变硬，在该功率模块用基板10负荷冷热循环时，可以抑制在陶瓷基板11产生龟裂等。

在此，在[Mg]_S/[Mg]_I为1以下、[Si]_S/[Si]_I为1以下、[O]_S/[O]_I为1以下的情形下，有无法充分地提高电路层12和金属层13与陶瓷基板11的接合可靠性的可能性。另一方面，在[Mg]_S/[Mg]_I超过15、[Si]_S/[Si]_I超过25、[O]_S/[O]_I超过25的情形下，有在陶瓷基板11产生破裂的可能性。

因此，本实施方案中，将偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比，分别设定为1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内。

而且，从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I设为0.8质量%以下，因此可以抑制电路层12和金属层13本身变硬，可以抑制在陶瓷基板11产生龟裂等。

特别是，本实施方案中，在偏析部31中，Cu量限定为1.2质量%以下、Fe量限定为0.6质量%以下，因此可以抑制电路层12和金属层13之中与陶瓷基板11的接合界面30附近过度地变硬，可以抑制在陶瓷基板11产生龟裂等。

另外，本实施方案中，在加热步骤S12中，规定的接合温度的加压负荷设为0.01kgf/cm²以上且小于1kgf/cm²(0.98kPa以上且小于98kPa)的范围内，因此不会过度地引起界面反应，抑制Mg在接合界面30附近过度地偏析，可以使适当量的Mg偏析。由此，可以制造偏析部31中的Mg量[Mg]_S、Si量[Si]_S、O量[O]_S与从接合界面30向电路层12侧和金属层13侧离开H=10μm的位置的Mg量[Mg]_I、Si量[Si]_I、O量[O]_I之比分别为1<[Mg]_S/[Mg]_I≤15、1<[Si]_S/[Si]_I≤25、1<[O]_S/[O]_I≤25的范围内的功率模块用基板10。

以上，对本发明的实施方案进行了说明，但本发明不限于此，在不脱离其发明的技术构思的范围可以适当地变更。

例如，本实施方案中，均以功率模块用基板为例进行了说明，但本发明不限于此，只要是将由AlN构成的陶瓷部件与铝部件接合而成的陶瓷/铝接合体即可。

另外，本实施方案中，以通过将电路层和金属层分别接合纯度99.99质量%以上的铝(4N铝)的压延板而形成者进行了说明，但不限于此，只要是电路层和金属层的至少任一方由纯度99质量%以上的铝(2N铝)或纯度99.9质量%以上的铝(3N铝)等的纯铝或A3003(Si：0.6质量%以下、Fe：0.7质量%以下、Cu：0.05质量%以上且0.20质量%以下、Mn：1.0质量%以上且1.5质量%以下、Zn：0.10质量%以下、Al：剩余部分)等的铝合金构成者即可。

而且，如果是金属层由铝板构成的情形，则电路层可以用由铜或铜合金构成的铜板、铝与铜的层叠板等来构成。另外，如果是电路层由铝板构成的情形，则金属层可以用由铜或铜合金构成的铜板、铝与铜的层叠板等来构成，也可以制成不形成金属层本身的结构。

此外，以在要进行电路层和金属层的软钎料接合的面形成镀Ni层者进行了说明，但不限于此，也可以利用Ag膏等的其他手段来构成底层。

另外，关于散热器，不限于本实施方案中示例者，对散热器的结构没有特别限定。

实施例

对用于确认本发明有效性而进行的确认实验进行说明。

作为构成电路层的铝板，准备了表1所示组成和厚度的压延板(37mm×37mm)。

另外，作为陶瓷基板，准备了表1所示组成和厚度的基板(40mm×40mm)。

而且，作为构成金属层的铝板，准备了纯度99.99质量%以上的铝(4N铝)的压延板(37mm×37mm×厚度1.6mm)。

将构成电路层的铝板、构成金属层的铝板隔着表1所示焊料(厚度20μm)层叠于陶瓷基板，按照表1所示条件进行钎焊，制造了评价用的功率模块用基板。

(偏析层和电路层内的组成)

按照以下的方法测定了偏析层的组成([Mg]_S、[Si]_S、[O]_S、Cu、Fe)和电路层内的组成([Mg]_I、[Si]_I、[O]_I)。

将所得的功率模块用基板在层叠方向机械切断，将所得的剖面机械研磨至厚度约50μm为止，作为剖面试样。之后，在接合界面附近使4kV的氩离子从上下(与层叠方向垂直的面)以4度的角度入射，通过溅射使剖面试样薄片化至开孔为止。孔的边缘成刀刃状并达到可透过电子射线的厚度0.1μm左右，因此将该部分用TEM和EDS进行测定，测定了偏析层的组成。

TEM和EDS的测定用FEI公司制Titan ChemiSTEM(带EDS检测器)、加速电压：200kV、射束直径：1nm、倍率：100万倍来进行。

另外，将从接合界面起向铝板侧离开10μm的位置的组成作为电路层内的组成。

测定在5处进行，将其平均值作为组成。 评价结果示于表2。

(具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物的面积率测定)

对从陶瓷基板与金属层的接合界面起厚度方向上2μm的范围内，使用透射型电子显微镜(FEI公司制Titan ChemiSTEM、加速电压200kV)获得电子衍射图形，使用能量分散型X射线分析法(Thermo Scientific公司制NSS7)分析了组成。之后，将由电子衍射图形鉴定为尖晶石结构的区域且组成为Mg=6～12at%、O=30～60at%、Al=剩余部分的区域作为含Mg氧化物，研究了含Mg氧化物的有无。需说明的是，电子衍射图形通过照射会聚到1nm左右的电子束而获得(NBD法)。

接着，对从陶瓷基板与金属层的接合界面起厚度方向上2μm的范围内使用透射型电子显微镜(FEI公司制Titan ChemiSTEM)，以倍率10000倍进行了N和Mg的测绘。将检测出N的区域与未检测出N的区域的边界作为接合界面，根据Mg的测绘将Mg浓度6～12at%的区域作为含Mg氧化物，二值化后，通过将含Mg氧化物的面积除以测定面积，求出了含Mg氧化物的面积率。测定在5处进行，将其平均值作为面积率。

将从具有尖晶石结晶结构的含Mg氧化物的接合界面起厚度方向上2μm的范围内的面积率示于表3。

(接合率)

在上述的功率模块用基板的金属层的另一个面侧接合了散热器。设为50mm×60mm×5mmt的A3003合金的铝板。

接合条件设为：使用Al-Si焊料箔，在以3.0kgf/cm²(0.29MPa)加压的状态下，在真空中、610℃下进行加热的接合。

使用由此所得的带散热器的功率模块用基板，实施了冷热循环试验。

冷热冲击试验机使用Espec株式会社制TSB-51，对带散热器的功率模块用基板，在液相(Flourinert)下，将-40℃下5分钟和150℃下5分钟作为1个循环，实施了2000个循环。此后，将电路层与陶瓷基板的接合率按照以下进行了评价。需说明的是，接合率的评价在冷热循环试验前(初期接合率)与冷热循环试验后(循环后接合率)进行。

关于接合率的评价，对带散热器的功率模块用基板，针对陶瓷基板与金属层的界面的接合率使用超声波探伤装置(株式会社日立Power Solutions制FineSAT200)进行评价，根据以下的式算出了接合率。评价结果示于表3。

在此，初期接合面积是指接合前的应该接合的面积、即本实施例中为金属层的面积(37mm×37mm)。在将超声波探伤影像二值化处理而得的图像中，剥离以接合部内的白色部来显示，因此将该白色部的面积作为剥离面积。

(接合率)={(初期接合面积)−(剥离面积)}/(初期接合面积)×100

(陶瓷基板的破裂)

使用上述的带散热器的功率模块用基板，实施了冷热循环试验。测定条件如下所示。在2000个循环后，使用超声波探伤装置确认了陶瓷基板有无破裂。评价结果示于表3。

评价装置：Espec株式会社制TSB-51

液相：Flourinert

温度条件：将-40℃下5分钟和150℃下5分钟作为1个循环。

[表1]

[表2]

[表3]

偏析部的Mg、Si、O之比在本发明的范围内的本发明例1～18中，确认到：初期接合率高，而且冷热循环试验后在陶瓷基板不产生破裂，接合可靠性也高。

另一方面，Mg、Si、O之比小于本发明的范围内的比较例1、4、6中，确认到接合率降低。Mg、Si、O之比大于本发明的范围内的比较例2、5、7和[Mg]_I超过0.8质量%的比较例3中，确认到陶瓷基板的破裂。另外，在陶瓷基板使用Al₂O₃的比较例8中，[Mg]_S/[Mg]_I在本发明的范围外，冷热循环试验后的接合率降低。

工业上的可利用性

根据本发明，可以提供：使陶瓷部件与铝部件确实地接合、冷热循环负荷时的接合可靠性优异、同时可以抑制陶瓷部件破裂的发生的陶瓷/铝接合体，功率模块用基板，和具备该功率模块用基板的功率模块。

符号说明

10 功率模块用基板(陶瓷/铝接合体)

11 陶瓷基板(陶瓷部件)

12 电路层(铝部件)

13 金属层(铝部件)

24 Al-Si-Mg系焊料

25 Al-Si-Mg系焊料。