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冷卻器及其制造方法以及半導(dǎo)體模塊及其制造方法與流程

文檔序號:12200828閱讀:378來源:國知局
冷卻器及其制造方法以及半導(dǎo)體模塊及其制造方法與流程
冷卻器及其制造方法以及半導(dǎo)體模塊及其制造方法本申請基于在2012年5月8日提出申請的日本專利申請的特愿2012-106885號而要求優(yōu)先權(quán),其公開內(nèi)容直接構(gòu)成本申請的一部分。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及對絕緣基板等被冷卻體進(jìn)行冷卻的冷卻器的制造方法、半導(dǎo)體模塊的制造方法、冷卻器、以及半導(dǎo)體模塊。此外,在本說明書中,用語“板”以也包含“箔”的意思來使用。而且,在本說明書中,為了便于說明,將冷卻器中的接合有被冷卻體的表面?zhèn)榷x為冷卻器(冷卻器主體)的上表面?zhèn)取?br/>
背景技術(shù):
在功率半導(dǎo)體模塊等的半導(dǎo)體模塊中,半導(dǎo)體元件安裝在絕緣基板上。而且,為了降低隨著半導(dǎo)體元件的動(dòng)作而上升的半導(dǎo)體元件的溫度,絕緣基板以配置在冷卻器(包括散熱部件(heatsink)、散熱板等的散熱器)的冷卻面上的方式與冷卻面接合。該絕緣基板具有作為電絕緣層的陶瓷層、布線層(電路層)等(例如參照專利文獻(xiàn)1~4)。布線層由銅或鋁等形成。冷卻器使用了銅制或鋁(包括其合金)制的冷卻器等,但近年來開始廣泛使用鋁制的冷卻器。其主要理由是因?yàn)殇X制冷卻器重量輕且能夠以較低的成本獲得。專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-328012號公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本特開2004-235503號公報(bào)專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-303346號公報(bào)專利文獻(xiàn)4:日本特開2009-147123號公報(bào)但是,鋁制冷卻器的軟釬料接合性很差。因此,將絕緣基板通過軟釬焊而接合到該冷卻器的冷卻面上的情況下,為了提高軟釬料接合性,需要在冷卻器的冷卻面上形成鍍鎳層。然而,在冷卻器的冷卻面上形成鍍鎳層的情況下,會(huì)由于清洗、干燥不充分等造成的鍍鎳層的污染,而引起軟釬料受潮不良。尤其,在冷卻器的整個(gè)表面上形成鍍鎳層的情況下,由于通常冷卻器的形狀是復(fù)雜的,所以存在容易導(dǎo)致這種軟釬料受潮不良的難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)背景而做出的,其目的在于,提供一種軟釬料接合性良好的冷卻器的制造方法、具有該冷卻器的半導(dǎo)體模塊的制造方法、冷卻器、以及半導(dǎo)體模塊。本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點(diǎn)可從以下優(yōu)選實(shí)施方式中明確得知。本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案。[1]一種冷卻器的制造方法,其特征在于,具有:層壓材料制造工序,制造使Ni層、Ti層和Al層接合一體化為層壓狀的層壓材料,所述Ni層具有用于使被冷卻體通過軟釬焊而接合的上表面且由Ni或Ni合金形成,所述Ti層配置在所述Ni層的下表面?zhèn)惹矣蒚i或Ti合金形成,所述Al層配置在所述Ti層的下表面?zhèn)惹矣葾l或Al合金形成;和硬釬焊接合工序,將所述層壓材料的所述Al層的下表面與冷卻器主體的冷卻面通過硬釬焊而接合。[2]根據(jù)技術(shù)方案1所述的冷卻器的制造方法,在所述硬釬焊接合工序中,通過作為硬釬焊材料而使用了釬焊板的硬釬焊來進(jìn)行接合。[3]根據(jù)技術(shù)方案1所述的冷卻器的制造方法,在所述硬釬焊接合工序中,通過作為硬釬焊材料而使用了硬釬焊材料板的硬釬焊來進(jìn)行接合。[4]根據(jù)技術(shù)方案1~3中任一項(xiàng)所述的冷卻器的制造方法,具有Ni氧化膜除去工序,在所述硬釬焊接合工序之后,將形成在所述層壓材料的Ni層的上表面上的Ni氧化膜除去。[5]根據(jù)技術(shù)方案1~4中任一項(xiàng)所述的冷卻器的制造方法,所述層壓材料制造工序包括第一擴(kuò)散接合工序,在該第一擴(kuò)散接合工序中,將所述Ni層和所述Ti層通過擴(kuò)散接合而接合,由此,在所述Ni層與所述Ti層的接合界面上,形成由所述Ni層的Ni與所述Ti層的Ti合金化而得的Ni-Ti系超彈性合金層。[6]根據(jù)技術(shù)方案5所述的冷卻器的制造方法,所述層壓材料制造工序包括第二擴(kuò)散接合工序,在該第二擴(kuò)散接合工序中,在所述第一擴(kuò)散接合工序之后,將所述Ti層和所述Al層通過擴(kuò)散接合而接合。[7]一種半導(dǎo)體模塊的制造方法,其特征在于,將安裝有半導(dǎo)體元件的絕緣基板作為被冷卻體,并通過軟釬焊而接合到根據(jù)技術(shù)方案1~6中任一項(xiàng)所述的冷卻器的制造方法所獲得的冷卻器中的層壓材料的Ni層的上表面上。[8]一種冷卻器,其特征在于,根據(jù)技術(shù)方案1~6中任一項(xiàng)所述的冷卻器的制造方法而獲得。[9]一種半導(dǎo)體模塊,其特征在于,根據(jù)技術(shù)方案7所述的半導(dǎo)體模塊的制造方法而獲得。[10]一種冷卻器,其特征在于,具有使Ni層、Ti層和Al層接合一體化為層壓狀的層壓材料,所述Ni層在上表面上通過軟釬焊而接合有被冷卻體且由Ni或Ni合金形成,所述Ti層配置在所述Ni層的下表面?zhèn)惹矣蒚i或Ti合金形成,所述Al層配置在所述Ti層的下表面?zhèn)惹矣葾l或Al合金形成,并且,所述冷卻器使所述層壓材料的所述Al層的下表面與冷卻器主體的冷卻面經(jīng)由硬釬焊材料層而接合。[11]一種半導(dǎo)體模塊,其特征在于,將安裝有半導(dǎo)體元件的絕緣基板作為被冷卻體,并經(jīng)由軟釬料層而接合到技術(shù)方案10所述的冷卻器中的層壓材料的Ni層的上表面上。發(fā)明效果本發(fā)明具有以下效果。根據(jù)技術(shù)方案[1]的冷卻器的制造方法,因?yàn)橥ㄟ^在硬釬焊接合工序中將層壓材料的Al層的下表面與冷卻器主體的冷卻面接合,而使層壓材料的Ni層的上表面配置在冷卻器的上表面?zhèn)?即冷卻器中的接合被冷卻體的表面?zhèn)?,所以能夠獲得軟釬料接合性良好的冷卻器。因此,能夠?qū)⒔^緣基板等的被冷卻體通過軟釬焊而很好地接合在冷卻器的Ni層的上表面上。而且,因?yàn)樵趯訅翰牧现圃旃ば蛑?,在Ni層與Al層之間配置有Ti層,所以具有如下效果。即,如果在Ni層與Al層之間未配置Ti層而將Ni層和Al層直接接合的情況下,在Ni層和Al層的接合界面上會(huì)形成強(qiáng)度很弱的合金層,其結(jié)果是,通過隨著冷熱循環(huán)等產(chǎn)生的熱應(yīng)力(熱應(yīng)變),會(huì)容易因該合金層而發(fā)生斷裂或剝離。相對于此,在通過層壓材料制造工序而制造的層壓材料中,由于在Ni層與Al層之間配置有Ti層,所以不會(huì)形成那種強(qiáng)度很弱的合金層。由此,能夠防止層壓材料的斷裂或剝離的發(fā)生。因此,能夠獲得熱耐久性優(yōu)異的冷卻器。根據(jù)技術(shù)方案[2],釬焊板與硬釬焊材料板相比能夠以較低的成本獲得并且更容易處理,因此,在通過作為硬釬焊材料而使用了釬焊板的硬釬焊來進(jìn)行層壓材料的Al層的下表面與冷卻器主體的冷卻面的接合,從而能夠?qū)訅翰牧虾屠鋮s器主體確實(shí)地接合的基礎(chǔ)上,還能以很低的成本制造冷卻器,并很容易地進(jìn)行其制造作業(yè)(即硬釬焊接合作業(yè))。根據(jù)技術(shù)方案[3],能夠?qū)訅翰牧虾屠鋮s器主體確實(shí)地接合。根據(jù)技術(shù)方案[4],通過在Ni氧化膜除去工序中除去Ni氧化膜,能夠使Ni層的上表面潔凈化,由此能夠確實(shí)地提高軟釬料接合性。根據(jù)技術(shù)方案[5],在層壓材料制造工序的第一擴(kuò)散接合工序中,通過在Ni層與Ti層的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層,從而能夠通過該超彈性合金層進(jìn)一步緩和熱應(yīng)力(熱應(yīng)變)。由此,能夠更確實(shí)地防止層壓材料的斷裂或剝離的發(fā)生。根據(jù)技術(shù)方案[6],由于層壓材料制造工序包括在第一擴(kuò)散接合工序之后通過擴(kuò)散接合來接合Ti層和Al層的第二擴(kuò)散接合工序,所以具有如下效果。即,如果在將Ti層和Al層接合之后接合Ni層和Ti層的情況下,具有因Ni層與Ti層接合時(shí)的熱量而在Ti層和Al層的接合界面上形成強(qiáng)度很弱的合金層(例:Al-Ti合金層)的擔(dān)心。相對于此,通過在將Ni層和Ti層接合之后接合Ti層和Al層,從而能夠確實(shí)地防止在Ti層與Al層的接合界面上形成那種強(qiáng)度很弱的合金層。而且,如果在不通過擴(kuò)散接合而通過硬釬焊來將Ti層和Al層接合的情況下,具有在Ti層與Al層的接合界面上,形成由Ti層的Ti、與Al層的Al、與硬釬焊材料中的Si合金化而得的TiAlSi合金層的擔(dān)心。該合金層的強(qiáng)度很弱。因此,容易因該合金層而發(fā)生斷裂或剝離。于是,為了消除該難點(diǎn),不通過硬釬焊而通過擴(kuò)散接合來將Ti層和Al層接合。由此,能夠更確實(shí)地防止層壓材料的斷裂或剝離的發(fā)生。根據(jù)技術(shù)方案[7]的半導(dǎo)體模塊的制造方法,能夠?qū)⒔^緣基板與冷卻器通過軟釬焊很好地接合。根據(jù)技術(shù)方案[8]的冷卻器,具有與技術(shù)方案[1]~[6]中任一項(xiàng)的效果相同的效果。根據(jù)技術(shù)方案[9]的半導(dǎo)體模塊,能夠通過軟釬焊很好地接合絕緣基板與冷卻器,并能獲得接合強(qiáng)度高且冷卻性能好的半導(dǎo)體模塊。根據(jù)技術(shù)方案[10]的冷卻器,具有與技術(shù)方案[1]~[6]中任一項(xiàng)的效果相同的效果。根據(jù)技術(shù)方案[11]的半導(dǎo)體模塊,能夠通過軟釬焊很好地接合絕緣基板與冷卻器,并能獲得接合強(qiáng)度高且冷卻性能好的半導(dǎo)體模塊。附圖說明圖1是具有本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的冷卻器的半導(dǎo)體模塊的概略主視圖。圖2是上述冷卻器的概略主視圖。圖3是表示上述半導(dǎo)體模塊的制造工序例的概略主視圖。圖4是表示將Ni層和Ti層通過作為擴(kuò)散接合的復(fù)合軋制而接合的第一擴(kuò)散接合工序的概略剖視圖。圖5是表示將Ni層和Ti層通過作為擴(kuò)散接合的放電等離子燒結(jié)法而接合的第一擴(kuò)散接合工序的概略剖視圖。附圖標(biāo)記說明1:冷卻器2:層壓材料3:Ni層4:Ni-Ti系超彈性合金層5:Ti層6:Al層10:冷卻器主體11:Ni氧化膜12:硬釬焊材料16:絕緣基板(被冷卻體)17:軟釬料層20:半導(dǎo)體模塊21:半導(dǎo)體元件22:軟釬料層30:復(fù)合軋制裝置40:放電等離子燒結(jié)裝置具體實(shí)施方式接著,參照附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行以下說明。在圖1中,20是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊(包括功率半導(dǎo)體模塊)。該半導(dǎo)體模塊20具備半導(dǎo)體元件21、絕緣基板16和本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的冷卻器1。半導(dǎo)體模塊20是IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor;絕緣柵雙極型晶體管)模塊、MOSFET(場效應(yīng)管)模塊、晶閘管模塊、二極管模塊等。半導(dǎo)體元件21安裝在絕緣基板16上。半導(dǎo)體元件21是IGBT芯片、MOSFET芯片、晶閘管芯片、二極管芯片等。絕緣基板16包括電絕緣層(未圖示)、布線層(未圖示)和金屬層(未圖示)。電絕緣層由AlN、Al2O3、Si3N4、Y2O3、CaO、BN、BeO等的陶瓷形成,具體舉例的話,其由陶瓷板形成。布線層由Cu或Al等的金屬形成,具體舉例的話,其由Cu或Cu合金板、Al或Al合金板等的金屬板形成。該布線層與電絕緣層的上表面接合為層壓狀。金屬層具有緩和熱應(yīng)力的作用等,由Cu或Al等形成,具體舉例的話,其由Cu或Cu合金板、Al或Al合金板等的金屬板形成。該金屬層與電絕緣層的下表面接合為層壓狀。而且,絕緣基板16的下表面由Cu等的能夠軟釬焊的金屬而形成。而且,在該絕緣基板16的上表面上通過軟釬焊接合有半導(dǎo)體元件21。由此,在絕緣基板16與半導(dǎo)體元件21的接合界面上,夾有接合了兩者的軟釬料層22。此外,在附圖中,該軟釬料層22為了容易與其他層區(qū)分而用網(wǎng)狀剖面線圖示。關(guān)于其他后述的軟釬料層17,也因相同的理由而用網(wǎng)狀剖面線圖示。作為這種絕緣基板16,可以使用DBC(覆銅陶瓷)基板等。如圖2所示,冷卻器1是用于降低隨著半導(dǎo)體元件21的動(dòng)作而上升的半導(dǎo)體元件21的溫度的水冷式或風(fēng)冷式的冷卻器,具有冷卻器主體10和層壓材料2。在本實(shí)施方式中,作為冷卻器1的冷卻器主體10,可以使用具有多個(gè)散熱片10b的風(fēng)冷式的散熱器。另外,在本實(shí)施方式中,安裝有半導(dǎo)體元件21的絕緣基板16與被冷卻器1冷卻的被冷卻體對應(yīng)。冷卻器主體10為金屬制,具體來說,例如是Al或Al合金制。該冷卻器主體10中的形成在散熱片10b的相反側(cè)的冷卻面10a為大致平坦?fàn)?。層壓材?從上依次具有Ni層3、Ti層5和Al層6,并且,這些層3、5、6按照該順序接合一體化為層壓狀。各層以水平狀配置,并從俯視角度來看形成為大致方形。Ni層3由Ni或Ni合金形成,具體來說,其由Ni或Ni合金板形成。而且,在該Ni層3的上表面3a上通過軟釬焊而接合有絕緣基板16。即,該Ni層3具有用于使作為被冷卻體的絕緣基板16的下表面通過軟釬焊而接合的上表面。在圖1中,17是將Ni層3與絕緣基板16接合的軟釬料層,該軟釬料層17夾在Ni層3與絕緣基板16的接合界面上。而且,該軟釬料層17的厚度例如是1~5μm。Ti層5由Ti或Ti合金形成,具體來說,其由Ti或Ti合金板形成。該Ti層5具有通過使作為Ni層3的構(gòu)成元素Ni與作為Ti層5的構(gòu)成元素的Ti合金化,而在Ni層3與Ti層5的接合界面上生成Ni-Ti系超彈性合金層4的作用等。而且,該Ti層5配置在Ni層3的下表面?zhèn)?,Ni層3與Ti層5通過擴(kuò)散接合(復(fù)合軋制、放電等離子燒結(jié)法等)而以層壓狀相互接合。即,Ti層5直接接合在Ni層3的下表面上。而且,通過該接合,在Ni層3與Ti層5的接合界面上,薄薄地形成有使Ni層3的Ni與Ti層5的Ti合金化而得的Ni-Ti系超彈性合金層4。該Ni-Ti系超彈性合金層4具體來說是含有Ni-Ti系超彈性合金相的層。在本實(shí)施方式中,Ni-Ti系超彈性合金層4例如是含有NiTi超彈性合金相的層,即,是NiTi超彈性合金層。該超彈性合金層4的超彈性合金優(yōu)選為,在從室溫到半導(dǎo)體元件21的動(dòng)作溫度(例:300℃)的溫度范圍內(nèi)具有超彈性特性,尤其優(yōu)選為,在從室溫到后述的硬釬焊接合工序S4的硬釬焊溫度(例:600℃)的溫度范圍內(nèi)具有超彈性特性。在此,Ni層3、Ti層5及超彈性合金層4的厚度并未分別限定。但是,Ni的熱傳導(dǎo)率為90.7W/m·K,Ti的熱傳導(dǎo)率為21.9W/m·K,Ni-Ti系超彈性合金的熱傳導(dǎo)率為20.0W/m·K,這些的熱傳導(dǎo)率明顯低于Al的熱傳導(dǎo)率236W/m·K。因此,在能夠提高絕緣基板16的熱傳導(dǎo)率的這點(diǎn)上優(yōu)選為,使Ni層3、Ti層5及超彈性合金層4均盡可能地薄。于是,優(yōu)選地,Ni層3的厚度上限為200μm,Ti層5的厚度上限為200μm,超彈性合金層4的厚度上限為50μm。另一方面,若這些層3、5、4太薄的話,則各層有可能無法顯現(xiàn)所希望的特性。因此,優(yōu)選地,Ni層3的厚度下限為5μm,Ti層5的厚度下限為5μm,超彈性合金層4的厚度下限為0.05μm。Al層6由Al或Al合金形成,具體來說,其由Al或Al合金板形成。而且,該Al層6配置在Ti層5的下表面?zhèn)龋琓i層5與Al層6通過擴(kuò)散接合(復(fù)合軋制、放電等離子燒結(jié)法等)而以層壓狀相互接合。即,Al層6直接接合在Ti層5的下表面上。尤其優(yōu)選為,為了能夠使Al層6通過擴(kuò)散接合而與Ti層5很好地接合,Al層6的厚度設(shè)定在30~100μm的范圍內(nèi)。而且,若用于通過后述的硬釬焊接合工序S4中的硬釬焊接合熱量而將Al層6和冷卻器主體10接合的、軟化或熔融后的硬釬焊材料12與Ti層5接觸的話,則會(huì)在該接觸部分上形成強(qiáng)度很弱的TiAlSi合金層,容易因該合金層發(fā)生斷裂和剝離。因此,為了消除該難點(diǎn),Al層6的厚度尤其優(yōu)選為在硬釬焊材料12的厚度以上。如上所述,使Ni層3和Ti層5、Al層6接合一體化為層壓狀,由此構(gòu)成層壓材料2。而且,層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a通過硬釬焊而接合。由此,在層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a的接合界面上,作為接合了兩者的硬釬焊材料層而以層壓狀?yuàn)A有硬釬焊材料12。此外,在附圖中,硬釬焊材料12為了容易與其他層區(qū)分而用點(diǎn)狀剖面線圖示。作為硬釬焊材料12,可以使用硬釬焊材料板或釬焊板。硬釬焊材料板的厚度例如為10~100μm。釬焊板的厚度例如為100~300μm。該釬焊板是通過以Al或Al合金板為芯材并在其兩表面上分別包覆(接合)有硬釬焊材料板而形成的。而且,在該冷卻器1中,在層壓材料2的Ni層3的上表面3a上形成的Ni氧化膜11(參照圖3)被除去,由此,能夠使Ni層3的上表面3a潔凈化,從而確實(shí)地提高軟釬料接合性。接著,參照圖3~5對本實(shí)施方式的冷卻器1及半導(dǎo)體模塊20的制造方法進(jìn)行以下說明。如圖3所示,本實(shí)施方式的冷卻器1的制造方法具有層壓材料制造工序S1、硬釬焊接合工序S4、和Ni氧化膜除去工序S5。硬釬焊接合工序S4在層壓材料制造工序S1之后進(jìn)行。Ni氧化膜除去工序S5在硬釬焊接合工序S4之后進(jìn)行。層壓材料制造工序S1是制造使Ni層3和Ti層5、Al層6接合一體化為層壓狀的層壓材料2的工序,具體來說,具有第一擴(kuò)散接合工序S2和第二擴(kuò)散接合工序S3。第二擴(kuò)散接合工序S3在第一擴(kuò)散接合工序S2之后進(jìn)行。在第一擴(kuò)散接合工序S2中,使Ni層3與Ti層5相互重合并通過擴(kuò)散接合而以層壓狀相互接合,由此,在Ni層3與Ti層5的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層4。換言之,為了在Ni層3與Ti層5的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層4,而通過擴(kuò)散接合來接合Ni層3與Ti層5。作為擴(kuò)散接合,可以使用復(fù)合軋制、放電等離子燒結(jié)法等。通過該擴(kuò)散接合而形成的超彈性合金層4包含有Ni-Ti系超彈性合金相,而且Ni與Ti的構(gòu)成比采用向厚度方向逐漸變化的傾斜材料結(jié)構(gòu)。因此,該超彈性合金層4能夠?qū)崿F(xiàn)確實(shí)地緩和,吸收熱應(yīng)力的作用。此外,即使不通過擴(kuò)散接合而通過硬釬焊來接合Ni層3與Ti層5,在兩層3、5的接合界面上也不會(huì)形成超彈性合金層4。在此,放電等離子燒結(jié)(SparkPlasmaSintering:SPS)法一般是為了燒結(jié)粉狀體或?yàn)榱藢⒉考舜私雍隙m用的,在本實(shí)施方式中是為了將部件彼此(具體來說是金屬板彼此之間)接合而適用的。此外,該放電等離子燒結(jié)法也被稱為“SPS接合法”、“脈沖電流熱壓法(PulsedCurrentHotPressing:PCHP)”等。在將Ni層3和Ti層5通過作為擴(kuò)散接合的復(fù)合軋制而接合的情況下,為了能夠在兩層3、5之間確實(shí)地形成超彈性合金層4,而優(yōu)選地通過溫軋或者熱軋復(fù)合軋制來接合兩層3、5。即,如圖4所示,使用具備相互平行配置的上下一對的軋輥31、31的復(fù)合軋制裝置30,將相互重合的Ni層3和Ti層5從兩個(gè)軋輥31、31之間通過并用兩個(gè)軋輥31、31壓軋Ni層3和Ti層5,由此,將Ni層3和Ti層5接合(復(fù)合)。在該接合時(shí),因Ni層3與Ti層5接合時(shí)的熱量而導(dǎo)致Ni層3的Ni和Ti層5的Ti在兩層3、5的接合界面上擴(kuò)散,并且使擴(kuò)散后的Ni和Ti合金化,從而在兩層3、5的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層4。其結(jié)果是,在兩層3、5的接合界面上夾有Ni-Ti系超彈性合金層4。其接合條件為,只要是能夠以在兩層3、5的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層4的方式,將Ni層3和Ti層通過復(fù)合軋制而接合的條件就可以,沒有特別限定。例如,接合條件是復(fù)合溫度為630~750℃,以及包覆率為40~60%。在將Ni層3和Ti層5通過作為擴(kuò)散接合的放電等離子燒結(jié)法而接合的情況下,如圖5所示,首先,在放電等離子燒結(jié)裝置40所具備的筒狀模41內(nèi)使Ni層3和Ti層5相互重合并以層壓狀配置。由此,兩層3、5的周圍被模41包圍。模41是具有導(dǎo)電性的,例如為石墨制。接著,使兩層3、5在其層壓方向上由上下一對的沖頭42、42夾住。各沖頭42是具有導(dǎo)電性的,例如為石墨制。另外,在各沖頭42的基部上電連接有電極43。而且,例如在1~10Pa的真空環(huán)境中,或者在氮?dú)?、氬氣等惰性氣體環(huán)境中,用兩個(gè)沖頭42、42對兩層3、5在其層壓方向上加壓,同時(shí)在確保兩個(gè)沖頭42、42之間的通電的狀態(tài)下,通過使脈沖電流在兩個(gè)沖頭42、42之間通電而對兩層3、5進(jìn)行加熱,從而將Ni層3和Ti層5接合。由此,在Ni層3和Ti層5的接合界面上形成Ni-Ti系超彈性合金層4。在該接合中,優(yōu)選為以形成規(guī)定厚度的Ni-Ti系超彈性合金層4的方式來設(shè)定接合條件(例:加熱溫度、加熱溫度的保持時(shí)間、升溫速度、施加的壓力)。關(guān)于該接合條件若具體舉例的話,則加熱溫度為600~700℃,加熱溫度的保持時(shí)間為5~20min,從室溫到加熱溫度的升溫速度為5~50℃/min,對兩層3、5施加的壓力為10~20MPa。在第二擴(kuò)散接合工序S3中,在第一擴(kuò)散接合工序S2之后使Ti層5與Al相互重合并通過擴(kuò)散接合而以層壓狀相互接合。作為擴(kuò)散接合,可以使用上述的復(fù)合軋制、放電等離子燒結(jié)法等。在將Ti層5和Al層6通過作為擴(kuò)散接合的復(fù)合軋制而接合的情況下,使用圖4所示的上述復(fù)合軋制裝置30,并通過將與適用于Ni層3和Ti層5的接合中的復(fù)合溫度相比低的溫度作為復(fù)合溫度而適用的冷軋或者溫軋復(fù)合軋制來進(jìn)行該接合。其接合條件只要是能夠?qū)i層5和Al層6通過復(fù)合軋制而接合的條件即可,并沒有特別限定。例如,接合條件是復(fù)合溫度為350~430℃以及包覆率為30~60%。在將Ti層5和Al層6通過作為擴(kuò)散接合的放電等離子燒結(jié)法而接合的情況下,使用圖5所示的上述放電等離子燒結(jié)裝置40進(jìn)行該接合。其接合條件只要是能夠?qū)蓪?、6接合的條件即可,若具體舉例的話,則加熱溫度為500~560℃,加熱溫度的保持時(shí)間為5~20min,從室溫到加熱溫度的升溫速度為5~50℃/min,對兩層5、6施加的壓力為10~20MPa。如上所述,通過依次進(jìn)行第一擴(kuò)散接合工序S2和第二擴(kuò)散接合工序S3,能夠獲得使Ni層3和Ti層5、Al層6接合一體化為層壓狀而形成的層壓材料2。接著,如圖3所示,進(jìn)行硬釬焊接合工序S4。該硬釬焊接合工序S4是通過硬釬焊而將層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a接合的工序。該硬釬焊接合工序S4中,在使硬釬焊材料板或釬焊板作為硬釬焊材料12,而夾在層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a之間的狀態(tài)下,在冷卻器主體10的冷卻面10a上配置層壓材料2。而且,通過爐內(nèi)硬釬焊等的硬釬焊而在真空等的環(huán)境下將層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a接合。由此,層壓材料2與冷卻器主體10被接合一體化。這時(shí),尤其優(yōu)選地,硬釬焊溫度為580~610℃,硬釬焊溫度的保持時(shí)間為5~30min,真空度為1×10-3~1×10-5Pa。通過以這種接合條件進(jìn)行硬釬焊接合,能夠確實(shí)地很好地接合層壓材料2與冷卻器主體10。在進(jìn)行該硬釬焊接合工序S4時(shí),由于層壓材料2的Ni層3的上表面3a與在硬釬焊環(huán)境中所含有的氧氣(例:硬釬焊環(huán)境中殘留的氧氣)受到硬釬焊接合熱量影響而反應(yīng),從而會(huì)在Ni層3的上表面3a上形成很薄的Ni氧化膜11。該Ni氧化膜11的厚度例如是0.001~0.1μm。接著,進(jìn)行Ni氧化膜除去工序S5。該Ni氧化膜除去工序S5是將主要在硬釬焊接合工序時(shí)形成在層壓材料2的Ni層3的上表面3a上的Ni氧化膜11除去的工序。在該Ni氧化膜除去工序S5中,通過對Ni層3的上表面3a進(jìn)行研磨(例:拋光研磨)或噴砂處理等,而除去Ni氧化膜11。之后,對Ni層3的上表面3a依次進(jìn)行清洗(例:水洗、碳?xì)淝逑?及干燥。由此,使Ni層3的上表面3a潔凈化。通過完成以上工序,能夠獲得本實(shí)施方式的冷卻器1。在使用該冷卻器1來制造半導(dǎo)體模塊20的情況下,將絕緣基板16(具體來說是絕緣基板16的下表面)通過軟釬焊而接合在冷卻器1的層壓材料2的Ni層3的上表面3a上。之后,將半導(dǎo)體元件21通過軟釬焊而接合在該絕緣基板16的上表面上?;蛘?,也可以是,將半導(dǎo)體元件21通過軟釬焊而接合在絕緣基板16的上表面上,之后,將絕緣基板16通過軟釬焊而接合在冷卻器1的層壓材料2的Ni層3的上表面3a上?;蛘?,也可以同時(shí)進(jìn)行絕緣基板16向Ni層3的上表面3a的通過軟釬焊而進(jìn)行的接合、和半導(dǎo)體元件21向在絕緣基板16的上表面的通過軟釬焊而進(jìn)行的接合。將這種通過軟釬焊而進(jìn)行的接合工序稱為“軟釬焊接合工序”。由此,能夠獲得半導(dǎo)體模塊20。本實(shí)施方式的冷卻器1的制造方法中具有如下優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本實(shí)施方式的冷卻器1的制造方法,因?yàn)橥ㄟ^在硬釬焊接合工序S4中將層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a接合,而使層壓材料2的Ni層3配置在冷卻器1的上表面?zhèn)?即冷卻器1中的接合絕緣基板16的表面?zhèn)?,所以Ni層3的上表面3a成為冷卻器1中的接合有絕緣基板16的面,從而能夠獲得軟釬料接合性良好的冷卻器1。因此,能夠在冷卻器1的Ni層3的上表面3a上通過軟釬焊很好地接合絕緣基板16。而且,在層壓材料制造工序S1中,由于在Ni層3與Al層6之間配置有Ti層5,所以具有如下效果。即,如果在Ni層3與Al層6之間未配置Ti層5而是將Ni層3和Al層6直接接合的情況下,在Ni層3和Al層6的接合界面上會(huì)形成強(qiáng)度很弱的合金層,其結(jié)果是,通過隨著冷熱循環(huán)等產(chǎn)生的熱應(yīng)力(熱應(yīng)變),容易因該合金層而發(fā)生斷裂或剝離。相對于此,在本實(shí)施方式的冷卻器1的制造方法中,由于在Ni層3與Al層6之間配置有Ti層5,所以不會(huì)形成那種強(qiáng)度很弱的合金層。由此,能夠防止層壓材料2的斷裂或剝離的發(fā)生。因此,能夠獲得熱耐久性優(yōu)異的冷卻器1。而且,釬焊板與硬釬焊材料板相比能夠以較低的成本獲得并且更容易處理,因此,通過作為硬釬焊材料12而使用了釬焊板的硬釬焊來進(jìn)行層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a的接合,從而在能夠?qū)訅翰牧?和冷卻器主體10確實(shí)地接合的基礎(chǔ)上,還能以很低的成本制造冷卻器1,并很容易地進(jìn)行其制造作業(yè)(即硬釬焊接合作業(yè))。另一方面,通過作為硬釬焊材料12而使用了硬釬焊材料板的硬釬焊來進(jìn)行層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a的接合,從而能夠?qū)訅翰牧?和冷卻器主體10確實(shí)地接合。另外,通過在Ni氧化膜除去工序S5中除去Ni氧化膜11,能夠使Ni層3的上表面3a潔凈化,由此能夠確實(shí)地提高軟釬料接合性。而且,由于層壓材料制造工序S1包括第一擴(kuò)散接合工序S2,所以能夠在Ni層3與Ti層5的接合界面上形成能緩和熱應(yīng)力的Ni-Ti系超彈性合金層4。由此,能夠更確實(shí)地防止層壓材料2的斷裂或剝離的發(fā)生。而且,由于層壓材料制造工序S1包括在第一擴(kuò)散接合工序S2之后將Ti層5和Al層6接合的第二擴(kuò)散接合工序S3,所以具有如下效果。即,如果在將Ti層5和Al層6接合之后接合Ni層3和Ti層5的情況下,具有因Ni層3與Ti層5接合時(shí)的熱量而在Ti層5和Al層6的接合界面上形成強(qiáng)度很弱的合金層(例:Al-Ti合金層)的擔(dān)憂。相對于此,通過在將Ni層3和Ti層5接合之后接合Ti層5和Al層6,而能夠確實(shí)地防止在Ti層5與Al層6之間形成那種強(qiáng)度很弱的合金層。而且,如果不通過擴(kuò)散接合而通過硬釬焊來接合Ti層5和Al層6的情況下,具有在Ti層5與Al層6的接合界面上,形成使Ti層5的Ti、與Al層6的Al、與硬釬焊材料12中的Si合金化而得的TiAlSi合金層的擔(dān)憂。該合金層的強(qiáng)度很弱。因此,容易因該合金層而發(fā)生斷裂或剝離。于是,為了消除該難點(diǎn),通過擴(kuò)散接合來接合Ti層5和Al層6。由此,能夠更確實(shí)地防止層壓材料2的斷裂或剝離的發(fā)生。以上對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明,但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式,在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更。另外,在上述實(shí)施方式中,冷卻器主體10是散熱器,但在本發(fā)明中并不限定于冷卻器主體10是散熱器。而且,在本發(fā)明中,冷卻器主體10的冷卻機(jī)構(gòu)并未被限定,例如可以是風(fēng)冷式也可以是水冷式。另外,在本說明書中,如上所述,為了便于說明,將冷卻器1中的接合有被冷卻體(絕緣基板16)的表面?zhèn)榷x為冷卻器1的上表面?zhèn)?,但在本發(fā)明中,冷卻器1的上下方向及左右方向是可以任意設(shè)定的。實(shí)施例接著,對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行以下說明。但是,本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施例。<實(shí)施例>在本實(shí)施例中,按照上述實(shí)施方式的冷卻器的制造方法制造了圖1所示的結(jié)構(gòu)的冷卻器1。其具體的制造方法如下。為了制造層壓材料2,作為Ni層3、Ti層5及Al層6,分別準(zhǔn)備了以下從俯視角度看呈方形的板材?!i層3:長25mm×寬25mm×厚30μm的純Ni板·Ti層5:長25mm×寬25mm×厚20μm的純Ti板·Al層6:長25mm×寬25mm×厚80μm的Al合金板。形成Ni層3的純Ni板的純度為JIS(日本工業(yè)規(guī)格)1種。形成Ti層5的純Ti板的純度為JIS1種。形成Al層6的Al合金板的材質(zhì)是由JIS規(guī)定的鋁合金牌號A1100。在層壓材料制造工序S1的第一擴(kuò)散接合工序S2中,通過溫軋或者熱軋復(fù)合軋制來接合Ni層3和Ti層5,由此,在Ni層3與Ti層5的接合界面上作為Ni-Ti系超彈性合金層4而形成了NiTi超彈性合金層(厚度:約1μm)。接著,在層壓材料制造工序S1的第二擴(kuò)散接合工序S3中,通過冷軋或者溫軋復(fù)合軋制接合了Ti層5和Al層6。由此,獲得了使Ni層3、Ti層5、和Al層6接合一體化為層壓狀而形成的層壓材料2。另外,作為冷卻器主體10,準(zhǔn)備了以下俯視呈呈方形的板材?!だ鋮s器主體10:長50mm×寬50mm×厚5mm的Al合金板。形成冷卻器主體10的Al合金板的材質(zhì)是由JIS規(guī)定的鋁合金牌號A3003。此外,該Al合金板是相當(dāng)于冷卻器主體10的部件,將該Al合金板的一側(cè)的表面視為冷卻器主體10的冷卻面10a。接著,如下那樣地進(jìn)行硬釬焊接合工序S4。即,在使Al系硬釬焊材料板(硬釬焊材料層)作為硬釬焊材料12而夾在層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a(即Al合金板的一側(cè)的表面)之間的狀態(tài)下,將層壓材料2配置在冷卻器主體10的冷卻面10a上。硬釬焊材料板的大小為長25mm×寬25mm×厚20μm,其材質(zhì)為Al-10質(zhì)量%Si。而且,將層壓材料2沿使層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a緊貼的方向按壓,并在將該狀態(tài)維持的狀態(tài)下,在真空環(huán)境中通過爐內(nèi)硬釬焊而將層壓材料2的Al層6的下表面與冷卻器主體10的冷卻面10a接合。此時(shí)的硬釬焊接合條件是,層壓材料2的按壓力:490Pa(5gf/cm2)、硬釬焊溫度:600℃、硬釬焊溫度的保持時(shí)間:20min、真空度:4×10-4Pa。而且,在該硬釬焊接合結(jié)束之后,解除了對層壓材料2的按壓。接著,如下那樣地進(jìn)行Ni氧化膜除去工序S5。即,為了除去在層壓材料2的Ni層3的上表面3a上形成的Ni氧化膜11,而在Ni層3的上表面3a上施行拋光研磨,直至該上表面3a呈現(xiàn)出金屬光澤。之后,依次相對于Ni層3的上表面3a實(shí)施水洗及碳?xì)淝逑?。由此,使Ni層3的上表面3a潔凈化。對于通過以上工序獲得的冷卻器1,嘗試了將絕緣基板16的下表面通過使用了回流爐的軟釬焊而接合在該層壓材料2的Ni層3的上表面3a上的方法,從而能夠在Ni層3的上表面3a上很好地接合絕緣基板16。<比較例>作為冷卻器主體10,準(zhǔn)備了以下俯視呈方形的板材。·冷卻器主體10:長50mm×寬50mm×厚5mm的Al合金板。形成冷卻器主體10的Al合金板的材質(zhì)是由JIS規(guī)定的鋁合金牌號A3003。此外,該Al合金板是相當(dāng)于冷卻器主體10的部件,將該Al合金板的一側(cè)的表面視為冷卻器主體10的冷卻面10a。接著,以與上述實(shí)施例的硬釬焊接合工序S4中適用的硬釬焊接合條件(硬釬焊溫度、硬釬焊溫度的保持時(shí)間、真空度等)相同的條件,對冷卻器主體10進(jìn)行熱處理。接著,以與上述實(shí)施例的Ni氧化膜除去工序S5中適用的除去條件相同的條件,對冷卻器主體10的冷卻面10a施行拋光研磨。之后,對冷卻面10a依次進(jìn)行水洗及碳?xì)淝逑础=又?,嘗試了將絕緣基板16的下表面通過使用了回流爐的軟釬焊而接合在冷卻器主體10的冷卻面10a上的方式,但無法將絕緣基板16接合到冷卻面10a上。必須認(rèn)識(shí)到的是,在此使用的術(shù)語及表達(dá)是用于說明的,并不是用于進(jìn)行限定性解釋的,并不將在此表示且陳述的特征事項(xiàng)的任何等同物排除,并且,也允許該發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)的各種變形。本發(fā)明是以多種不同的方式具體化后得到的,但該公開應(yīng)被視為是用來提供本發(fā)明的原理的實(shí)施例,這些實(shí)施例并不是意圖將本發(fā)明限定于在此記載且/或圖示的優(yōu)選實(shí)施方式中,在該理解的基礎(chǔ)上,在此記載了多個(gè)圖示實(shí)施方式。在此記載有幾個(gè)本發(fā)明的圖示實(shí)施方式,但本發(fā)明并不限定于在此記載的各種優(yōu)選實(shí)施方式,也包含根據(jù)該公開而由所謂的本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到的具有等同的要素、修改、刪除、組合(例如,涉及各種實(shí)施方式的特征的組合)、改良及/或變更的所有實(shí)施方式。權(quán)利要求的限定事項(xiàng)應(yīng)該基于該權(quán)利要求所用的術(shù)語而得到廣泛的解釋,而不應(yīng)該限定于本說明書或本申請的申請文件中所記載的實(shí)施例,這種實(shí)施例應(yīng)該解釋為是非排他性的。本發(fā)明能夠在對絕緣基板等的被冷卻體進(jìn)行冷卻的冷卻器的制造方法、半導(dǎo)體模塊的制造方法、冷卻器、及半導(dǎo)體模塊中利用。
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