[发明专利]多层复合材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以高生产效率制造多层复合材料的方法，该多层复合材料例如是作为用于半导体元件散热等的绝缘基板用多层材料而优选适用的多层复合材料。

此外，在本说明书中，“多层”的含义是“三层以上的复数层”。

另外，在本说明书中，“镍板”的含义中包括Ni板及Ni合金板，“钛板”的含义中包括Ti板及Ti合金板，“铝板”的含义中包括Al板及Al合金板。另外，在本说明书中，“金属板”的含义中包括由单一金属构成的金属板和合金板。

另外，在本说明书中，镍板等的“板”的含义中包括板、片、箔等，包括所有厚度为4μm～10mm的材料而称为“板”。

另外，在本说明书中，“种类不同的金属材料”的含义中不仅包括作为其构成的金属元素互不相同的金属材料(例如，一方为Ni板，另一方为Ti板)，还包括即使作为其构成的金属元素相同但其组成比例各不相同的金属材料(例如，一方是Si含有率为10质量％且Al含有率为90质量％的Al-Si合金材料，另一方是Si含有率为15质量％且Al含有率为85质量％的Al-Si合金材料)。

背景技术

功率半导体模块等半导体模块为了释放由半导体元件的动作而从半导体元件产生的热量，而具备散热部件(例：散热器(heat sink)、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将从半导体元件产生的热量传递到散热部件的散热用绝缘基板。该绝缘基板在热学上是传导体，但在电学上发挥绝缘体的功能，具体来说，具备作为电绝缘层的陶瓷层、和包括接合在陶瓷层的一面上的配线层(电路层)在内的金属层(例如参照专利文献1～4)。而且，半导体元件通过软钎焊而接合在绝缘基板的金属层上。

近几年，一直使用由Al或Al合金形成的铝层来作为构成金属层的层。其理由是，铝层具有优异的电特性及热特性，另外，若使用铝层，则与以往使用Cu的绝缘基板相比，能够实现轻量化，并且还能谋求绝缘基板的制造成本的降低。

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

但是，铝层的软钎焊接合性较差。由此，为了能够通过软钎焊来接合半导体元件，要在铝层的表面上形成Ni镀层，但是这种情况下，会在铝层与Ni镀层的接合界面上形成强度较弱的合金层。其结果是，存在如下问题：通过随着冷热循环而产生的热应力(热应变)而较容易在该合金层上发生裂痕或剥离，并且在Ni镀层的表面上容易发生变形(凹凸不平)。

于是，本申请的发明人想到了一种将如下的材料作为布线层素材来使用的对策，该材料是使在表面上接合有半导体元件的由Ni或Ni合金形成的镍层、由Ti或Ti合金形成的钛层、和由Al或Al合金形成的铝层以该顺序通过复合轧制(clad rolling)或放电等离子烧结法(spark plasma sintering)层压而成的材料。

然而，在通过放电等离子烧结法得到的上述多层复合材料中，虽然能够与进行多层复合时的各素材的厚度的构成比例无关地进行接合，但这是一种小批量的方法，存在无法面向大量生产且制造成本较高的问题。

另一方面，通过复合轧制法得到的上述多层复合材料虽然具有优异的量产性，但在制造多层(三层以上)复合材料时，存在配置在中间的层因与配置在其外侧的材料之间的物理性值(强度、伸长率)的不同而所能够容许的构成厚度比例具有界限的问题。例如，若忽略该界限进行设计，则存在配置在中间的层(在上述多层复合材料中为钛层)会断裂，或即使不断裂也无法高精度地将厚度控制为期望厚度的问题。在无法高精度地将厚度控制为期望厚度的情况下，例如将无法得到期望的热特性。

而且，在复合轧制法中，虽然为了增加接合界面的接合强度而需要实施扩散热处理，但若对接合有两层以上的种类不同金属材料的复合材料实施热处理的话，则由于素材的伸长率的差别，还存在会在材料上发生翘曲、起伏(尤其在宽度较宽的材料上会明显地发生翘曲、起伏)且不容易卷绕成螺旋状的问题。尤其是，在通过复合轧制法制造三层以上的多层复合材料的情况下，由于在材料上会明显地发生翘曲、起伏，且无法卷绕成螺旋状，所以实质上难以进行生产。

发明内容