CN103492345A

CN103492345A - 陶瓷电路基板

Info

Publication number: CN103492345A
Application number: CN201280019369.6A
Authority: CN
Inventors: 星野政则; 佐藤英树; 小森田裕; 中山宪隆; 那波隆之
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: KR101522807B1; CN103492345B; JPWO2013008919A1; JP5972875B2; WO2013008919A1; KR20130135965A

Abstract

本发明涉及一种陶瓷电路基板，其在氧化铝基板上接合有金属电路板，其中，所述氧化铝基板含有94～98质量%的氧化铝Al₂O₃和2～6质量%的由烧结前配合的烧结助剂生成的来源于烧结助剂的成分；所述来源于烧结助剂的成分为含有硅的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的硅以换算成氧化硅SiO₂的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.01～1.5质量%；在所述氧化铝基板中，孔隙的最大直径为15μm以下，孔隙平均直径为10μm以下，维氏硬度为1300以上。

Description

陶瓷电路基板

技术领域

本发明涉及一种使用了氧化铝基板的陶瓷电路基板。

背景技术

近年来，作为功率晶体管模块用基板和开关电源模块用基板等的电路基板，在陶瓷基板上接合有铜板、铝板、各种包覆板等金属板的陶瓷电路基板得到了广泛的应用。另外，作为上述陶瓷基板，一般使用廉价且通用性高的氧化铝（Al₂O₃）基板、具有电绝缘性而且热传导性优良的氮化铝（AlN）基板、或者高强度的氮化硅（Si₃N₄）基板等。在这些陶瓷基板中，氧化铝基板的优点是廉价且通用性较高。

在此，就陶瓷电路基板的构造进行说明。图1是表示陶瓷电路基板的图案面侧的构成的一个例子的俯视图。图2是图1所示的陶瓷电路基板沿A－A线的剖视图。图3是表示图1所示的陶瓷电路基板的背面侧的构成的一个例子的仰视图。

陶瓷电路基板1例如正如图1～图3所示的那样，通过在陶瓷基板2的一个表面接合或者形成铜板等金属电路板3，而且在陶瓷基板2的背面即另一个表面接合铜板等背面金属板4而形成。

金属电路板3由接合在陶瓷基板2的表面上的各种金属板或者形成于陶瓷基板2的表面上的金属层构成。

作为将各种金属板或者金属层一体形成于陶瓷基板2的表面上的手法，例如可以使用下述的直接接合法、高熔点金属金属化法、活性金属法等。

直接接合法是例如通过在陶瓷基板2和金属电路板3的界面生成共晶液相而将陶瓷基板2和金属电路板3直接接合的方法。

关于直接接合法，以金属电路板3为铜电路板的情况为例进行具体的说明。首先，将冲裁成规定形状的铜电路板3接触配置在陶瓷基板2上并对其进行加热，从而在接合界面生成Cu－Cu₂O、Cu-O等共晶液相，然后通过该共晶液相而提高陶瓷基板2和铜电路板3的润湿性。其次，如果使该共晶液相冷却固化，则陶瓷基板2和铜电路板3直接接合在一起而可以得到陶瓷电路基板1。该方法就是所谓的铜直接接合法（DBC法：Direct Bonding Copper法）。

另外，高熔点金属金属化法是将Mo、W等高熔点金属烧接在陶瓷基板2的表面而使陶瓷基板2和金属电路层一体化以得到陶瓷电路基板1的方法。

再者，活性金属法是例如经由含有Ti、Zr、Hf等4A族元素之类的具有活性的金属的Ag-Cu焊料层而将铜电路板等金属板3一体接合在陶瓷基板2上以得到陶瓷电路基板1的方法。根据该活性金属法，通过焊料层的Cu以及Ag成分而使焊料层和铜电路板3的接合强度得以提高，而且通过Ti、Zr、Hf成分而使焊料层和陶瓷基板2的接合强度得以提高。

另外，作为在得到的陶瓷电路基板1的金属电路板3上形成电路的方法，为人所知的有以下的方法：如使用事先通过压力加工或侵蚀加工而形成图案的铜板的方法、以及在接合后通过侵蚀等手法而形成图案的方法等。

在如上述那样通过直接接合法或活性金属钎焊法而得到的陶瓷电路基板1中，陶瓷基板2和金属电路板3的接合强度均较高，而且具有简单的构造。因此，陶瓷电路基板1可以得到能够实现小型高安装化、且制造工序也可以缩短等效果，并具有能够与大电流型和高集成型的半导体芯片相适应等优点。

可是，近年来，由于使用陶瓷电路基板1的半导体装置的高输出化和半导体元件的高集成化快速发展，因而反复作用于陶瓷电路基板1的热应力和热负荷呈增加的趋势。因此，陶瓷电路基板1要求具有耐久性，其即使受到增加的热应力，也使陶瓷基板2和金属电路板3的接合强度充分地高，而且即使经受较多的热循环，也可以维持陶瓷基板2和金属电路板3的接合。

作为可以应对增大的热负荷、而且使电路基板的耐久性得以提高的陶瓷电路基板1，例如为人所知的有如下的陶瓷电路基板1：其使陶瓷基板2的厚度薄壁化至0.25～0.38mm左右而降低热阻抗，同时改善陶瓷基板2的柔韧性而防止金属电路板3的剥离的发生。

另外，作为可以应对增大的热负荷、而且使电路基板的耐久性得以提高的其它陶瓷电路基板1，为人所知的有如下的陶瓷电路基板1：其使用纯度为96%左右的纯度比较高的氧化铝基板作为陶瓷基板2，并采用所述直接接合法或者活性金属法将金属电路板3（电路层）一体接合在该氧化铝基板上。

再者，在日本专利第3833410号公报（专利文献1）中，公开了使用纯度为99.5%以上的高纯度氧化铝基板的陶瓷电路基板。在专利文献1中，通过使氧化铝纯度为99.8%，便可以得到强度和维氏硬度等特性优良的陶瓷电路基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3833410号公报

专利文献2：日本特开2005-281063号公报

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1中记载的陶瓷电路基板通过将氧化铝基板设定为高纯度氧化铝基板，便可以形成强度和维氏硬度等特性优良的基板。另一方面，从各种陶瓷基板中选择使用氧化铝基板的优点是：氧化铝基板比氮化铝基板和氮化硅基板便宜。

专利文献1中记载的陶瓷电路基板由于使用高纯度氧化铝基板作为陶瓷基板，因而存在的课题是不能充分地发挥廉价的氧化铝基板的优点。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种陶瓷电路基板，其使用不是高纯度而廉价的氧化铝基板作为陶瓷基板，且具有优良的接合强度和维氏硬度等特性。

用于解决课题的手段

本发明人发现：根据以氧化铝粉末和至少含有硅氧化物的烧结助剂为原料烧结而得到的、且含有规定量的由烧结助剂生成的来源于烧结助剂的成分的氧化铝基板，可以得到烧结性高、能够谋求成本的降低、且维氏硬度较高的氧化铝基板。另外，本发明人还发现：当使用该氧化铝基板时，可以得到接合强度优良的陶瓷电路基板，从而完成了本发明。

本发明的陶瓷电路基板是用于解决上述课题的陶瓷电路基板，其在氧化铝基板上接合有金属电路板，其特征在于：所述氧化铝基板含有94～98质量%的氧化铝Al₂O₃和2～6质量%的由烧结前配合的烧结助剂生成的来源于烧结助剂的成分；所述来源于烧结助剂的成分为含有硅的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的硅以换算成氧化硅SiO₂的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.01～1.5质量%；在所述氧化铝基板中，孔隙的最大直径为15μm以下，孔隙平均直径为10μm以下，维氏硬度为1300以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有钙的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的钙以换算成氧化钙CaO的质量计，优选在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～1.5质量%。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有镁的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的镁以换算成氧化镁MgO的质量计，优选在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～1.0质量%。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有钠的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的钠以换算成氧化钠Na₂O的质量计，优选在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～0.5质量%。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板的氧化铝晶粒的平均结晶粒径优选为20μm以下。

在本发明的陶瓷电路基板中，采用断面观察对所述氧化铝基板在200μm×200μm单位面积的观察范围内进行观察，当将所述观察范围内观察得到的氧化铝晶粒的平均结晶粒径设定为Aμm时，在0.3A～1.7A的范围内的氧化铝晶粒的个数N_A相对于所述观察范围内观察的氧化铝晶粒的总个数N_t的比率N_A/N_t优选为70%以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板采用断面观察算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数优选为5～50个。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板采用该氧化铝基板的断面观察算出的孔隙的面积的比率即孔隙面积率优选为20%以下。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板的绝缘耐压优选为15KV/mm以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板的热传导系数优选为20W/m·K以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板的抗弯强度优选为300MPa以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述金属电路板优选采用直接接合法与所述氧化铝基板接合在一起。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述金属电路板优选为铜电路板，该铜电路板优选通过Cu-O共晶化合物而与所述氧化铝基板接合在一起。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述金属电路板优选为铜电路板，该铜电路板优选含有0.1～1.0质量%的碳。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板和所述金属电路板的接合界面优选呈相互交错的结构：当进行所述陶瓷电路基板的断面观察时，沿所述金属电路板表面的曲线与沿所述氧化铝基板表面的凹凸的曲线相接的比例在95%以上。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述氧化铝基板的厚度优选为0.25～1.2mm。

在本发明的陶瓷电路基板中，所述金属电路板的厚度优选为0.1～0.5mm。

发明的效果

根据本发明的陶瓷电路基板，由于使用氧化铝的含量少、且非高纯度的廉价的氧化铝基板，因而能够大幅度地降低成本。另外，根据本发明的陶瓷电路基板，由于含有规定量的含硅的来源于烧结助剂的成分，因而接合强度等特性也较高。

附图说明

图1是表示陶瓷电路基板的图案面侧的构成的一个例子的俯视图。

图2是图1所示的陶瓷电路基板沿A－A线的剖视图。

图3是表示图1所示的陶瓷电路基板的背面侧的构成的一个例子的仰视图。

图4是表示氧化铝晶粒的平均结晶粒径的求出方法的图示。

图5是实施例1的陶瓷电路基板的接合界面的SEM照片。

具体实施方式

下面就本发明的陶瓷电路基板进行说明。

［陶瓷电路基板］

本发明的陶瓷电路基板是在氧化铝基板上接合有金属电路板的陶瓷电路基板。

本发明的陶瓷电路基板例如如图1所示，为在氧化铝基板2的一个表面上接合有金属电路板3的陶瓷电路基板1。

此外，图1示出了在氧化铝基板2的另一个表面上、即背面侧的表面上接合有铜板等背面金属板4的例子，但本发明的陶瓷电路基板也可以在氧化铝基板2的一个表面和另一个表面这两面上接合金属电路板3。

（氧化铝基板）

氧化铝基板含有94～98质量%的氧化铝Al₂O₃、以及2～6质量%的由烧结前配合的烧结助剂生成的来源于烧结助剂的成分。

本发明所使用的氧化铝基板是由许多氧化铝晶粒构成的多晶体，来源于烧结助剂的成分是存在于氧化铝晶粒的晶界的玻璃相。

氧化铝基板优选的是氧化铝Al₂O₃和来源于烧结助剂的成分的合计量为100质量%。

来源于烧结助剂的成分如后所述，往往含有除烧结助剂成分以外的成分即不可避免的杂质成分。关于烧结助剂成分以及不可避免的杂质成分容后详述，而所谓的烧结助剂成分，是指将Si、Ca、Mg以及Na换算成与烧结助剂相同的氧化物后的物质。作为烧结助剂成分，例如可以列举出SiO₂、CaO、MgO以及Na₂O。另外，所谓不可避免的杂质成分，是指来源于烧结助剂的成分中除烧结助剂成分以外的剩余部分。

在100质量%的氧化铝基板中，也能够以0.5质量%以下的量含有来源于烧结助剂的成分中包含的不可避免的杂质成分。

＜来源于烧结助剂的成分＞

所谓氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分，是指在烧结前作为本发明的氧化铝基板的原料与氧化铝粉末一起配合的烧结助剂在通过烧结时的热处理而成为液相后，经固化而成为玻璃相的无机氧化物。

来源于烧结助剂的成分在氧化铝基板中含有2～6质量%。

氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分如果低于2质量%，则在对氧化铝基板的原料即含有氧化铝粉末和烧结助剂的混合物进行烧结而制造氧化铝基板时，由于烧结助剂的量过少，因而有可能使氧化铝基板的烧结变得不充分，或者使烧结时间延长。此外，在氧化铝基板的烧结有可能变得不充分的情况下，则作为原料的氧化铝粉末，有必要使用专利文献2（日本特开2005-281063号公报）所示的高纯度氧化铝粉末，因而氧化铝基板的制造成本升高。

另一方面，氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分如果超过6质量%，则在制造氧化铝基板时，由于烧结助剂的量过多，因而容易使氧化铝基板的热传导系数和抗弯强度降低。

氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分为至少含有硅的无机氧化物。

来源于烧结助剂的成分中的硅以换算成氧化硅SiO₂的质量计，在100质量%的氧化铝基板中含有0.01～1.5质量%，优选含有0.5～1.3质量%。

将硅换算成氧化硅SiO₂的质量在100质量%的氧化铝基板中如果为0.01～1.5质量%，则在制造氧化铝基板时，含硅的烧结助剂的量适当，因而烧结性升高，氧化铝基板的烧结时间得以缩短。

另一方面，将硅换算成氧化硅SiO₂的质量在100质量%的氧化铝基板中如果低于0.01质量%，则含有硅的烧结助剂的作用变得不充分，从而容易使氧化铝基板的机械强度降低。

另外，将硅换算成氧化硅SiO₂的质量在100质量%的氧化铝基板中如果超过1.5质量%，则氧化铝基板的热传导系数容易降低。

氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分优选的是除硅以外，还进一步含有钙的无机氧化物。

来源于烧结助剂的成分中的钙以换算成氧化钙CaO的质量计，在100质量%的氧化铝基板中通常含有0.001～1.5质量%，优选含有0.01～1.0质量%。

氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分优选的是除硅以外，或者除硅和钙以外，还进一步含有镁的无机氧化物。

来源于烧结助剂的成分中的镁以换算成氧化镁MgO的质量计，在100质量%的氧化铝基板中通常含有0.001～1.0质量%，优选含有0.01～0.5质量%。

氧化铝基板中含有的来源于烧结助剂的成分优选的是除硅以外，或者除选自钙以及镁之中的至少1种元素和硅以外，还进一步含有钠的无机氧化物。

来源于烧结助剂的成分中的钠以换算成氧化钠Na₂O的质量计，在100质量%的氧化铝基板中通常含有0.001～0.5质量%，优选含有0.01～0.2质量%。

来源于烧结助剂的成分如果为除硅（Si）以外，还进一步含有选自钙（Ca）、镁（Mg）以及钠（Na）之中的1种以上元素的无机氧化物，则与来源于烧结助剂的成分仅含有硅（Si）的无机氧化物的情况相比，可成为烧结性得以更加提高的氧化铝基板。

也就是说，来源于烧结助剂的成分处于烧结前状态的烧结助剂如果除Si氧化物以外，还进一步含有选自Ca氧化物、Mg氧化物以及Na氧化物之中的1种以上的氧化物，则容易形成成为晶界相的玻璃相。

如果是来源于烧结助剂的成分全部含有硅（Si）、钙（Ca）、镁（Mg）以及钠（Na）的无机氧化物，则来源于烧结助剂的成分非常容易形成均质的玻璃相，因而是最优选的。

此外，在来源于烧结助剂的成分中，将Si、Ca、Mg和Na、以及这些元素的化合物换算成与烧结助剂相同的氧化物后的物质被称之为烧结助剂成分。例如，在来源于烧结助剂的成分为含有Si、Ca、Mg和Na、以及这些的元素的化合物的无机氧化物的情况下，将这些元素换算成与烧结助剂相同的氧化物后的物质即SiO₂、CaO、MgO以及Na₂O属于烧结助剂成分。

另外，在来源于烧结助剂的成分中，将烧结助剂成分以外的成分称为不可避免的杂质成分。

＜氧化铝晶粒＞

氧化铝基板的氧化铝晶粒的平均结晶粒径通常为20μm以下，优选为10μm以下。本发明所使用的氧化铝基板由于其烧结性较高，因而氧化铝晶粒的平均结晶粒径减少为20μm以下。

在此，所谓平均结晶粒径，是从氧化铝基板的采用断面观察进行观察得到的多个氧化铝晶粒中按下述的方法算出的结晶粒径D_c的平均值。

也就是说，如图4所示，在观察1个氧化铝晶粒22的情况下，首先，将以氧化铝晶粒22的直径为最大的方式选择的线段的长度设定为长径L1。其次，引出垂直于构成该长径L1的线段且通过构成长径L1的线段的中点的垂直线，将该垂直线中表示氧化铝晶粒的直径的部分的长度设定为短径L2。再者，通过（L1＋L2）/2而算出1个氧化铝晶粒22的结晶粒径D_c。然后，对氧化铝基板的断面观察的视场内的100个氧化铝晶粒进行该作业，将100个结晶粒径D_c的平均值规定为氧化铝晶粒的平均结晶粒径。

在氧化铝基板的氧化铝晶粒中，结晶粒径D_c的偏差较小。也就是说，在氧化铝基板中，表示氧化铝晶粒的结晶粒径D_c的偏差大小的指标即下述的比率N_A/N_t通常为70%以上，优选为70～95%，结晶粒径D_c的偏差较小。

在此，所谓比率N_A/N_t，是指采用断面观察对氧化铝基板在200μm×200μm单位面积的观察范围内进行观察，当将所述观察范围内观察得到的氧化铝晶粒的平均结晶粒径设定为Aμm时，在0.3A～1.7A的范围内的氧化铝晶粒的个数N_A相对于所述观察范围内观察的氧化铝晶粒的总个数N_t的比率N_A/N_t。

本发明所使用的氧化铝基板如上所述，通过使氧化铝晶粒的平均结晶粒径较小，为20μm以下，而且使氧化铝晶粒的结晶粒径D_c的偏差较小，便能够使可能导致孔隙发生的氧化铝晶粒间的3重点（a spacesurrounded by3powder particles）减小，从而孔隙数较少，孔隙的大小也较小。在此，所谓氧化铝晶粒间的3重点，是指被3个氧化铝晶粒所包围的晶界部分。

＜氧化铝基板的孔隙＞

氧化铝基板的孔隙通常是在氧化铝晶粒间的3重点所产生的空隙或者凹坑。

氧化铝基板的孔隙的平均直径为10μm以下，优选为5μm以下。

另外，氧化铝基板的孔隙的最大直径为15μm以下，优选为12μm以下。孔隙是在氧化铝结晶粒子彼此之间的间隙中形成的。孔隙的最大直径如果超过15μm，则在氧化铝基板中部分地形成致密化并不充分的区域，因而氧化铝基板的机械强度和绝缘耐压有可能降低。

在此，所谓孔隙的平均直径，是指从氧化铝基板的采用断面观察进行观察的100个孔隙中按下述的方法算出的孔隙的直径D_v的平均值。

也就是说，首先，对于氧化铝基板的断面，拍摄在200μm×200μm或者100μm×100μm的单位面积的观察范围所得到的放大照片，并就该观察范围内存在的各个孔隙测定最大的直径，将该测定得到的值设定为各个孔隙的直径D_v。其次，在所述观察范围内对随机选取的100个孔隙进行该孔隙的直径D_v的测定，将100个孔隙的直径D_v的平均值规定为孔隙的平均直径。

另外，所谓孔隙的最大直径，是指从氧化铝基板的采用断面观察进行观察的100个孔隙中按上述的方法算出的孔隙的直径D_v的最大值。

氧化铝基板的断面观察中使用的放大照片优选使用SEM照片的二次电子像。另外，放大照片的放大倍数优选为250倍以上，进一步优选为500倍以上。

此外，在为进行氧化铝基板的断面观察而切出氧化铝基板的断面时，有时氧化铝结晶从断面上脱粒。但是，脱粒是氧化铝粒子直接脱落的现象，因而在氧化铝基板的断面观察中能够对氧化铝结晶粒子的脱粒和孔隙加以区別。

氧化铝基板通过断面观察而算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数通常为5～50个，优选为10～35个。

氧化铝基板通过断面观察而算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数如果为5～50个，则氧化铝基板处于高强度，而且与金属电路板的接合强度较高。

氧化铝基板和金属电路板的接合强度一般认为通过取由氧化铝基板的表面凹凸和金属电路板的表面相互交错而成的形状、即金属电路板的表面追随氧化铝基板的表面凹凸而发生变形的形状，产生锚固效果而得以提高。该氧化铝基板的表面凹凸由氧化铝晶粒的表面形状、来源于烧结助剂的成分的表面形状、孔隙的形状而形成，而对于氧化铝基板的表面凹凸的大小，通常最大的是因孔隙的形状引起的凹凸。因此，在氧化铝基板的表面如果每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数在5个以上，则氧化铝基板和金属电路板的接合强度容易提高。

在此，所谓采用断面观察算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数，是指按下述的方法算出的孔隙的个数N_v。

也就是说，首先，对于氧化铝基板的断面，拍摄在200μm×200μm或者100μm×100μm的单位面积的观察范围所得到的放大照片，并计算该观察范围内存在的孔隙的总数N_vT。其次，将该孔隙的总数N_vT换算成每100μm×100μm的个数，从而算出每100μm×100μm的孔隙的个数N_v100。然后，在氧化铝基板的断面的4个部位进行该每100μm×100μm的孔隙的个数N_v100的计算，并将该4个孔隙的个数N_v100的平均值规定为孔隙的个数N_v。

此外，当氧化铝基板的断面观察在200μm×200μm单位面积的部分进行时，可以说该200μm×200μm单位面积的部分包括4个单位面积100μm×100μm的部分。因此，也可以在将200μm×200μm单位面积的1个部位的孔隙的总数N_vT换算成每100μm×100μm的个数后，将换算得到的孔隙的个数N_v100直接作为孔隙的个数N_v。

此外，氧化铝基板通过断面观察而算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数如果低于5个，则与金属电路板的接合强度有可能降低。

另外，氧化铝基板通过断面观察而算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数如果超过50个，则孔隙成为氧化铝基板的表面缺陷，从而氧化铝基板的机械强度、绝缘耐压和热传导系数容易降低。

在氧化铝基板中，该氧化铝基板通过断面观察而算出的孔隙的面积的比率即孔隙面积率通常为20%以下，优选为13%以下，进一步优选为6%以下。

孔隙面积率如果超过20%，则氧化铝基板的机械强度有可能降低。

在此，所谓孔隙面积率，是指按下述的方法算出的孔隙的面积率RS_v。

也就是说，首先，对于氧化铝基板的断面，拍摄在200μm×200μm或者100μm×100μm的单位面积的观察范围所得到的放大照片，并将该观察范围内存在的孔隙的面积进行合计而算出孔隙的总面积S_vT。其次，将该孔隙的总面积S_vT除以单位面积而得到每1μm²的值，并将得到的每1μm²的值规定为孔隙面积率RS_v（%）。

＜氧化铝基板的特性＞

氧化铝基板的维氏硬度在1300以上。在此，所谓维氏硬度，是指由JIS-R-1610规定的维氏硬度。

氧化铝基板的绝缘耐压通常为15KV/mm以上。在此，所谓绝缘耐压，是指按以下的方法算出的值。也就是说，将各陶瓷电路基板浸渍在绝缘油（商品名Fluorinert）中，并将电极分别配置在接合于陶瓷基板两面的金属电路板上，然后以每分钟10kV的电压上升速度在该电极间施加交流电压。而且将放出10pC（微微库伦）的电荷量时的施加电压规定为部分放电开始电压，将基板的每单位厚度的部分放电开始电压规定为绝缘耐压。

氧化铝基板的热传导系数通常为20W/m·K以上。在此，所谓热传导系数，是指采用根据JIS-R-1611的激光闪光法测定得到的热传导系数。

氧化铝基板的抗弯强度（3点弯曲强度）通常为300MPa以上。在此，所谓抗弯强度（3点弯曲强度），是指由JIS-R-1601规定的抗弯强度。

氧化铝基板的厚度通常为0.25～1.2mm。

＜氧化铝基板的制造方法＞

下面就氧化铝基板的制造方法进行说明。

氧化铝基板例如在准备氧化铝粉末和烧结助剂之后，通过进行料浆调整工序或者造粒工序、进行成形工序、进行脱脂工序、以及进行烧结工序来制造。

［氧化铝粉末］

在氧化铝粉末中，氧化铝的纯度通常为98质量%以上，优选为99.9质量%以上。

如果氧化铝的纯度为98质量%以上，则得到的氧化铝基板的特性容易变得良好。

另外，如果氧化铝的纯度为99.9质量%以上，则氧化铝粉末中含有的、烧结时作为烧结助剂发挥作用的杂质的计算变得容易，所以容易调整与氧化铝粉末一起混合的烧结助剂的量，因而是优选的。在此，所谓烧结时作为烧结助剂发挥作用的杂质，是指下述的烧结助剂成分杂质。

在氧化铝粉末中，作为氧化铝以外的成分，通常含有包含Si、Ca、Mg、Na、或者这些以外的元素的物质等。

本发明在氧化铝粉末所含有的物质中，Si、Ca、Mg、Na、以及这些的元素的化合物是由与烧结助剂相同的元素构成的物质，因而称之为烧结助剂成分杂质。

另外，在氧化铝粉末所含有的物质中，将氧化铝以及烧结助剂成分杂质以外的物质称为不可避免的杂质。

烧结助剂成分杂质是由与烧结助剂相同的元素构成的物质，因而在烧结工序中作为烧结助剂发挥作用。因此，氧化铝粉末所含有的烧结助剂成分杂质优选作为烧结助剂的一部分进行处理。

将烧结助剂成分杂质作为烧结助剂的一部分进行处理的方法可以使用如下的方法：将烧结助剂成分杂质的质量设定为换算成烧结助剂的质量，并将该换算得到的质量设定为烧结助剂的质量的一部分。具体地说，在烧结助剂成分杂质为Si、Ca、Mg、Na、以及这些元素的化合物的情况下，在将它们分别换算成作为烧结助剂的SiO₂、CaO、MgO以及Na₂O之后，将这些氧化物的质量作为烧结助剂的质量进行处理。例如，在由氧化铝粉末所含有的烧结助剂成分杂质中的Si成分换算得到的SiO₂为A g、在该氧化铝粉末中作为烧结助剂添加的SiO₂为B g的情况下，作为烧结助剂的SiO₂的合计质量为A＋B g。

氧化铝粉末的平均粒径通常为1～4μm。

另外，氧化铝粉末如果含有2～30质量%的粒径为0.8μm以下的氧化铝粉末，则可以减少所得到的氧化铝基板的孔隙尺寸，或者可以减小孔隙的个数，因而是优选的。其理由如下所述。孔隙在氧化铝晶粒彼此之间的间隙中发生。含有2～30质量%的粒径为0.8μm以下的氧化铝粉末的氧化铝粉末由于大的粉末和小的粉末分布适度，因而可以使烧结前的氧化铝粉末成为小的氧化铝粉末进入大的氧化铝粉末彼此之间的间隙中的结构。因此，在由这种结构的氧化铝粉末得到的氧化铝基板中，孔隙尺寸减小，或者孔隙的个数减少。

［烧结助剂］

作为氧化铝基板的原料，除氧化铝粉末以外，还可以使用烧结助剂。

作为烧结助剂，至少可以使用氧化硅（SiO₂）。烧结助剂除氧化硅（SiO₂）以外，也可以含有选自氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）以及氧化钠（Na₂O）之中的1种以上的氧化物。

烧结助剂优选的是含有全部的氧化硅（SiO₂）、氧化钙（CaO）、氧化镁（MgO）以及氧化钠（Na₂O）。

作为烧结助剂，使用粉末状的烧结助剂。

烧结助剂在后述的料浆调整工序或者造粒工序中，与氧化铝粉末进行混合。在由氧化铝粉末和烧结助剂构成的混合粉末中，使将氧化铝粉末中含有的烧结助剂成分杂质换算成烧结助剂所得到的质量M_A、和烧结助剂的质量M_S的合计量M_A＋M_S含有2～6质量%。

另外，在后述的料浆调整工序使用氧化铝球磨机进行球磨处理的情况下，在考虑自氧化铝球磨机吸取的烧结助剂成分杂质的量M_B之后，确定烧结助剂的配合量。也就是说，在由氧化铝粉末和烧结助剂构成的混合粉末中，使M_A＋M_S＋M_B含有2～6质量%。在此，所谓自氧化铝球磨机吸取的烧结助剂成分杂质，是指与氧化铝粉末中含有的烧结助剂成分杂质同样的物质。

［料浆调整工序］

料浆调整工序是将氧化铝粉末和烧结助剂粉末混合而调配料浆的工序。料浆例如可以采用如下的方法进行调配：在纯水或者有机溶剂中添加氧化铝粉末和烧结助剂粉末，并根据需要进一步添加PVA（聚乙烯醇）、PVB（聚乙烯醇缩丁醛）等粘结剂，然后采用湿式球磨机将氧化铝粉末以及烧结助剂粉末进行粉碎。

球磨机所使用的球优选为氧化铝制的球。但是，氧化铝制的氧化铝球的氧化铝纯度通常为96%左右，较多地含有Na、Si、Ca等杂质。因此，在使用氧化铝球的球磨处理中，优选将考虑了自氧化铝球混入料浆中的Na、Si、Ca等杂质这一量的烧结助剂粉末配合于氧化铝粉末中。

氧化铝基板的制造方法选择上述的料浆调整工序或者下述的造粒工序来进行。

［造粒工序］

造粒工序是将氧化铝粉末和烧结助剂粉末混合而进行造粒的工序。

造粒而得到的造粒粉例如可以采用如下的方法进行制作：在纯水或者有机溶剂中添加氧化铝粉末和烧结助剂粉末，并根据需要进一步添加PVA（聚乙烯醇）、PVB（聚乙烯醇缩丁醛）等粘结剂，然后采用湿式球磨机将氧化铝粉末以及烧结助剂粉末进行粉碎，进而采用湿式造粒机进行造粒。

［成形工序］

在进行了料浆调整工序或者造粒工序之后，进行成形工序。

成形工序是使用由料浆调整工序得到的料浆或者由造粒工序得到的造粒粉，从而制作出成形体的工序。

在使用料浆的情况下，成形工序例如使用刮板法而制作板状成形体。在使用造粒粉的情况下，成形工序例如使用模具成型法而制作板状成形体。

在板状成形体的厚度为1mm以下的情况下，优选使用刮板法。

［脱脂工序］

脱脂工序是对所得到的板状成形体进行脱脂的工序。

脱脂工序通常在400～900℃下进行热处理而使板状成形体脱脂。

［烧结工序］

烧结工序是将脱脂过的板状成形体进行烧结的工序。

在烧结工序于常压下进行烧结的情况下，通常在1200～1700℃下热处理2～8小时、优选在1200～1650℃下热处理4～8小时而进行烧结。

另外，在0.5MPa以上的加压下进行烧结的情况下，通常也可以在1200～1700℃下热处理2～5小时、优选在1200～1650℃下热处理2～5小时而进行烧结。

另外，烧结工序也可以进行改变热处理的温度范围的2个阶段的热处理。

例如，也可以在1450～1650℃的温度范围热处理3～4小时后，再在低于1450℃的温度下热处理2～3小时。

这样一来，烧结工序不是在高温下长时间持续烧结，而是在烧结一定时间之后，以稍低的温度进行烧结，由此可以抑制氧化铝晶粒的生长，因而容易进行孔隙的尺寸和个数的控制。

这样一来，主烧结工序可以使烧结时间在8小时以下，因而没有必要进行专利文献1所示的20小时这一长时间的热处理的烧结工序。

可以认为本发明中烧结工序的烧结时间较短的理由主要在于：脱脂过的板状成形体中的烧结助剂粉末以及烧结助剂成分杂质的合计量是适当的。

也就是说，由料浆或者造粒粉制作、且脱脂过的板状成形体在氧化铝粉末和烧结助剂粉末的合计量100质量%中，将氧化铝粉末中含有的烧结助剂成分杂质换算成烧结助剂所得到的质量M_A、和烧结助剂的质量M_S的合计量M_A＋M_S含有2～6质量%。

另外，在料浆调整工序使用氧化铝球磨机进行球磨处理的情况下，由料浆或者造粒粉制作、且脱脂过的板状成形体包括自氧化铝球磨机吸取的烧结助剂成分杂质的量M_B在内的M_A＋M_S＋M_B含有2～6质量%。

因此，本发明的含有94～98质量%的氧化铝Al₂O₃、而不是高纯度的氧化铝基板的烧结工序，与对M_A＋M_S或者M_A＋M_S＋M_B低于2质量%的高纯度氧化铝基板进行烧结的情况相比较，可以将烧结温度降低20～50℃左右，而且烧结时间也可以缩短为8小时以下。

这样一来，在烧结工序中，可以降低烧结温度，或者可以缩短烧结时间，因而可以抑制因烧结产生的氧化铝晶粒的生长。因此，在得到的氧化铝基板中，氧化铝晶粒减小，氧化铝晶粒的结晶粒径D_c的偏差减小，可以抑制孔隙的发生，从而可以减小所发生的孔隙的大小。

具体地说，在得到的氧化铝基板中，氧化铝晶粒的平均结晶粒径通常为20μm以下，优选为10μm以下，表示结晶粒径D_c的偏差的比率N_A/N_t通常为70%以上，优选为70～95%。

另外，在得到的氧化铝基板中，孔隙的平均直径为10μm以下，优选为5μm以下，孔隙面积率通常为20%以下。

经过以上的各工序而得到的氧化铝基板与金属电路板接合在一起。与氧化铝基板接合的金属电路板采用适当的侵蚀等而形成电路。本发明包括未形成电路的金属电路板、以及形成有电路的金属电路板两者，将其简称为金属电路板。

在得到的氧化铝基板中，作为与金属电路板接合之前的处理，可以适当地进行通过珩磨加工而除去表面的污物的处理、或者对表面进行研磨加工的处理。此外，在使用直接接合法作为氧化铝基板和金属电路板的接合方法的情况下，优选只设定为通过珩磨加工而除去表面污物。

（金属电路板）

金属电路板接合在氧化铝基板上。在此，所谓金属电路板，是指包括使用侵蚀等形成有电路的金属电路板、以及未形成电路的金属电路板两者这样的概念。

氧化铝基板和金属电路板例如通过直接接合法（DBC法）、活性金属法等方法来进行接合。

在此，所谓直接接合法（DBC法），是指例如利用金属电路板的铜和氧形成共晶化合物（Cu-O共晶）的反应而使氧化铝基板和金属电路板接合在一起的方法。

另外，所谓活性金属法，是指使用活性金属接合焊料浆料而使氧化铝基板和金属电路板接合在一起的方法。

本发明的陶瓷电路基板是采用直接接合法、活性金属法等方法将金属电路板接合在氧化铝基板上而得到的。

＜金属电路板采用直接接合法接合在氧化铝基板上的情况＞

在金属电路板采用直接接合法接合在氧化铝基板上的情况下，作为金属电路板，通常使用由铜构成的铜电路板。

由于氧化铝基板和金属电路板的接合方法为直接接合法，因而铜电路板通过Cu-O共晶化合物而与氧化铝基板接合在一起。

铜电路板的厚度通常为0.1～0.5mm。

作为铜电路板，优选的是由含有100～1000质量ppm氧的反射炉精炼（tough pitch）电解铜构成。通过使用这样的铜电路板，与氧化铝基板的接合强度得以提高。

铜电路板优选含有0.1～1.0质量%的碳。作为构成这样的铜电路板的铜材，例如可以列举出反射炉精炼铜、无氧铜等。

碳作为脱氧剂发挥作用，因而使铜电路板中的氧向铜电路板的表面移动。另外，向铜电路板的表面移动的氧用于在进行直接接合法时形成Cu-O共晶化合物。

此外，如果铜电路板的碳含量低于0.1质量%，则没有含碳的效果，如果碳含量超过1.0质量%，则碳含量过于增加而使铜电路板的导电性降低。

此外，在将氧含量低于100质量ppm的铜电路板用作铜电路板的情况下，由于在铜电路板的与氧化铝基板的接合面侧形成有氧化铜膜，因而可以提高与氧化铝基板的接合强度。

作为在铜电路板的表面形成氧化铜膜的方法，可以列举出对铜电路板进行热处理而直接氧化的方法、和涂布氧化铜粉末的浆料的方法等。

［直接氧化的方法］

作为直接氧化的方法，例如可以使用如下的方法：通过进行在大气中于150～360℃的温度范围对铜电路板加热20～120秒的表面氧化处理，使铜电路板的表面形成氧化铜膜。

在使用直接氧化的方法的情况下，氧化铜膜的厚度通常为1～10μm，优选为2～5μm。

如果氧化铜膜的厚度低于1μm，则Cu-O共晶化合物的产生量减少，因而氧化铝基板和铜电路板的未接合部分增多，从而提高接合强度的效果减小。

另一方面，如果氧化铜膜的厚度超过10μm，则接合强度的改善效果较少，反而阻碍铜电路板的导电特性。

［涂布氧化铜粉末浆料的方法］

作为涂布氧化铜粉末浆料的方法，例如可以使用如下的方法：使用含有平均粒径为1～5μm的氧化铜粉末的浆料，将该浆料涂布在铜电路板上，从而形成厚度为1～10μm的氧化铜浆料层，然后进行干燥或者热处理，由此在铜电路板的表面形成氧化铜膜。

＜金属电路板采用活性金属法与氧化铝基板接合的情况＞

在金属电路板采用活性金属法与氧化铝基板接合的情况下，作为金属电路板，可以使用铜、铝、铁、镍、铬、银、钼、钴的单质、它们的合金、以及它们的包覆材料等。在它们之中，铜板和铝板由于接合性良好，因而是优选的。

金属电路板的厚度在考虑通电容量和氧化铝基板的厚度等之后加以决定。具体地说，在氧化铝基板的厚度为0.25～1.2mm的情况下，将金属电路板的厚度优选设定为0.1～0.5mm。此外，如果将氧化铝基板的厚度设定为0.25～0.38mm，则热阻抗得以降低，从而可以改善陶瓷电路基板的散热性。

作为活性金属法中使用的活性金属接合焊料浆料，例如可以使用将接合用组合物分散在有机溶剂中调配而成的活性金属接合焊料浆料，所述接合用组合物含有15～35质量%的Cu、以及1～10质量%的选自Ti、Zr、Hf之中的至少1种活性金属，而且剩余部分实质上由Ag构成。

活性金属接合焊料浆料中配合的活性金属可以改善活性金属接合焊料对氧化铝基板的润湿性以及反应性。活性金属接合焊料浆料中的活性金属的配合量相对于100质量%的活性金属接合焊料浆料中含有的接合用组合物，设定为1～10质量%。

活性金属法例如使用含有选自Ti、Zr以及Hf之中的至少1种活性金属且具有适当组成比的Ag-Cu系焊料，将该Ag-Cu系焊料分散在有机溶剂中而调配接合用组合物浆料，然后将该接合用组合物浆料丝网印刷在氧化铝基板的表面，将作为金属电路板的铜板重叠在氧化铝基板的表面而进行加热，从而可以将氧化铝基板和金属电路板接合。

（氧化铝基板和金属电路板的接合界面）

氧化铝基板和金属电路板的接合界面呈金属电路板的表面沿着氧化铝基板的表面凹凸形状而发生变形的相互交错的结构。具体地说，氧化铝基板和金属电路板的接合界面呈如下相互交错的结构：在进行陶瓷电路基板的断面观察时，沿着金属电路板的表面的曲线与沿着氧化铝基板的表面凹凸的曲线相接的比例（以下称为“接合界面接触比例”）通常为95%以上，优选为99%以上，进一步优选为100%。

接合界面接触比例是表示金属电路板对于氧化铝基板的表面凹凸的随动性的指标。

例如，在氧化铝基板和金属电路板完全没有间隙地接合的情况下，接合界面接触比例为100%。另外，在氧化铝基板和金属电路板完全剥离的情况下，接合界面接触比例为0%。

接合界面接触比例的算出方法如下所述。

也就是说，首先，在进行陶瓷电路基板的断面观察时，拍摄接合断面的放大照片。接合断面的放大照片优选为1000倍以上。

放大照片遍及100μm的长度而拍摄接合界面。此外，当在一视场中不能拍摄100μm的长度时，也可以每次拍摄20～50μm，合计拍摄100μm。

其次，从放大照片中测定接合界面的沿着氧化铝基板的表面凹凸的曲线的长度L_A和接合界面的沿着金属电路板的表面的曲线的长度L_M。

然后，将L_M除以L_A所得到的L_M/L_A作为接合界面接触比例而算出。

接合界面接触比例在深的孔隙露出于氧化铝基板表面时容易降低。如果深的孔隙露出于氧化铝基板表面，则在将氧化铝基板和金属电路板接合时，金属电路板变得难以追随氧化铝基板的表面，因而接合界面接触比例容易降低。

在本发明的陶瓷电路基板中，深的孔隙露出于氧化铝基板表面的情况实质上没有，而且将氧化铝基板和金属电路板在特定的条件下进行接合，因而金属电路板追随进入氧化铝基板的表面孔隙中。因此，在本发明的陶瓷电路基板中，接合界面接触比例通常高达95%以上，而且氧化铝基板的表面和金属电路板呈相互交错的结构，从而产生锚固效果使得接合强度较高。

（陶瓷电路基板的制造方法）

陶瓷电路基板通过接合氧化铝基板和金属电路板而进行制造。氧化铝基板和金属电路板的接合方法如上所述，例如可以使用直接接合法（DBC法）、活性金属法等方法。

＜直接接合法＞

在直接接合法中，首先，在氧化铝基板上配置作为金属电路板的铜电路板。在铜板上形成有氧化膜（氧化铜膜）的情况下，进行配置而使氧化膜处于氧化铝基板侧。其次，当在不活泼气体气氛中加热至例如1065～1085℃时，则可以得到在氧化铝基板上接合有铜电路板的陶瓷电路基板。

＜活性金属法＞

在活性金属法中，首先，采用丝网印刷等方法将活性金属接合焊料浆料涂布在氧化铝基板上。其次，当在氧化铝基板的涂布有活性金属接合焊料浆料的面上配置金属电路板而进行加热时，便可以得到在氧化铝基板上接合有铜电路板的陶瓷电路基板。

根据上述构成的陶瓷电路基板，通过使用含有2～6质量%的来源于烧结助剂的成分的氧化铝基板，烧结性以及机械强度得以提高，作为基板的特性得以提升。

另外，由于氧化铝基板致密，且源自孔隙的表面缺陷也少，因而即使在减薄基板厚度的情况下，耐电压特性的降低也少，从而可以抑制绝缘破坏（泄漏击穿电压：breakdown voltage leak）的发生。另外，通过将源自孔隙的表面缺陷（表面凹凸）设定在规定的范围内，可以提高金属电路板的接合强度。

实施例

以下示出了实施例，但本发明并不由这些实施例进行限定性的解释。

（实施例1）

准备由平均粒径为2.5μm（0.8μm以下的占13质量%）的α-氧化铝结晶构成、且纯度为99.2质量%的氧化铝粉末（杂质Si量为0.4质量%，Ca量为0.2质量%，Mg量为0.1质量%，Na量为0.01质量%，不可避免的杂质为0.29质量%）。

添加0.3质量%的SiO₂、0.5质量%的CaO、0.4质量%的MgO、0.1质量%的Na₂O作为烧结助剂，进而添加有机粘结剂，从而分别调配出原料混合体。采用刮板法将各原料混合体进行片材成形而调配板状成形体，对该成形体在真空中于800℃下加热4小时而使其完全脱脂。将该脱脂体在1580℃的温度下烧结7小时，从而调配出长29mm×宽63mm×厚度0.32mm的氧化铝基板。

（实施例2）

准备由平均粒径为1.5μm（0.8μm以下的占25质量%）的α-氧化铝结晶构成、且纯度为99.99质量%的高纯度氧化铝粉末（杂质Si量为0.002质量%，Ca量为0.002质量%，Mg量为0.001质量%，Na量为0.001质量%，不可避免的杂质为0.005质量%）。

添加1.0质量%的SiO₂、1.0质量%的CaO、1.0质量%的MgO、0.1质量%的Na₂O作为烧结助剂，进而添加有机粘结剂，从而分别调配出原料混合体。采用刮板法将各原料混合体进行片材成形而调配板状成形体，对该成形体在真空中于800℃下加热4小时而使其完全脱脂。将该脱脂体在1560℃的温度下烧结6小时，从而调配出长29mm×宽63mm×厚度0.32mm的氧化铝基板。

此外，在实施例1以及实施例2中，原料混合体的调整均通过使用纯度为96%的氧化铝球的球磨工序来进行。

（比较例1）

准备由平均粒径为1.5μm（0.8μm以下的占35质量%）的α-氧化铝结晶构成、且纯度为99.99质量%的高纯度氧化铝粉末（杂质Si量为0.002质量%，Ca量为0.002质量%，Mg量为0.001质量%，Na量为0.001质量%，不可避免的杂质为0.005质量%）。

除了不添加作为烧结助剂的SiO₂以外，与实施例2同样地调配出氧化铝基板。

（比较例2）

准备由平均粒径为2.5μm（0.8μm以下的占1质量%）的α-氧化铝结晶构成、且纯度为99.2质量%的氧化铝粉末（杂质Si量为0.4质量%，Ca量为0.2质量%，Mg量为0.1质量%，Na量为0.01质量%，不可避免的杂质为0.29质量%）。

除了添加3.0质量%的作为烧结助剂的SiO₂以外，与实施例1同样地调配出氧化铝基板。

［实施例1以及实施例2、比较例1以及比较例2的氧化铝基板的评价］

对各氧化铝基板的Al₂O₃纯度、平均结晶粒径、结晶粒径的偏差、孔隙的面积率、孔隙平均直径、孔隙的最大直径、孔隙的个数、绝缘耐压、抗弯强度、断裂韧性值、热传导系数以及维氏硬度分别加以测定，得到了表1所示的结果。

孔隙率、孔隙平均直径、平均结晶粒径以及结晶粒径的偏差通过氧化铝基板的断面观察进行测定。

也就是说，拍摄200μm×200μm单位面积的放大照片，并对拍摄在该放大照片中的各个孔隙的面积进行测定，将合计面积除以200μm×200μm所得到的数值作为孔隙的面积率。

另外，就各个孔隙测定最大的直径，将该测定得到的值设定为最大直径，并将100个孔隙的平均值设定为孔隙平均直径。另外，关于孔隙的个数，在4个部位测定每100μm×100μm单位面积的个数，并表示出其最小个数和最大个数。

另外，关于氧化铝晶粒的平均结晶粒径，在各个氧化铝晶粒中将以直径为最大的方式选择的线段的长度设定为长径L1，将从其中心引垂直线时得到的线段的长度设定为短径L2，将（L1＋L2）/2设定为粒径（参照图4）。对100个晶粒进行该作业，将其平均值设定为平均粒径。

另外，关于氧化铝晶粒的结晶粒径的偏差，对于平均结晶粒径Aμm，求出落入A×（0.3～1.7）的范围的晶粒的比例。

绝缘耐压、抗弯强度（3点弯曲强度）、热传导系数、断裂韧性值以及维氏硬度采用JIS-R-1601（抗弯强度）、JIS-R-1607（断裂韧性值）、JIS-R-1610（维氏硬度）、JIS-R-1611（热传导系数）等中记载的方法求出。另外，绝缘耐压如前所述，采用使用绝缘油（商品名Fluorinert）的部分放电开始电压的方法来进行。

这些结果如表1～3所示。

图5是实施例1的陶瓷电路基板的接合界面的SEM照片。如图5所示，在陶瓷电路基板1的氧化铝基板2与金属电路板（铜电路板）3的界面，金属电路板（铜电路板）3附着在氧化铝基板2的表面。

作为氧化铝烧结体增加了若干不可避免的杂质的理由是在制造工序中混入了Fe等杂质。同样，增加了若干SiO₂量的理由也是在制造工序的使用氧化铝球的球磨工序中混入了SiO₂。

表3

由上可知：在本实施例的氧化铝基板中，烧结性良好，从而显示出优良的特性。另一方面，比较例1的氧化铝基板由于Si量不足，因而在该烧结条件下不能进行充分的烧结而产生较大的孔隙。另外，比较例2的氧化铝基板因Si量过多而使烧结性降低。

（实施例3～5）

准备改变了烧结助剂量以及烧结条件的实施例，进行了与实施例1同样的测定。其结果如表1、表2～3所示。此外，所使用的原料粉末与实施例1所使用的相同。

本实施例的氧化铝基板即便使烧结时间在8小时以下，也表现出优良的特性。

（实施例1B～6B、比较例1B～2B）

使用实施例1～5以及比较例1～2的氧化铝基板和铜板，调配出陶瓷电路基板。准备了通过热处理而在接合面侧形成有厚度为5μm的氧化铜膜的铜板。在氧化铝基板的两面配置铜板（一方为金属电路基板用铜板，另一方为背面铜板），并通过在氮气氛中加热1075℃×1分钟而采用直接接合法进行接合。此外，金属电路板用铜板的厚度统一为0.3mm，背面铜板的厚度统一为0.4mm。另外，实施例1B～5B所准备的铜板中的碳含量在0.2～0.8质量%的范围内，实施例6B所准备的铜板中不含有碳。

接着，将得到的陶瓷电路基板的金属电路板侵蚀，从而形成图1所示的电路图案。

对于如上所述调配的各陶瓷电路基板，以30mm的支撑跨距支撑正面侧的电路图案面的两端部，另一方面，对背面侧的背面铜板的中央部的1点施加载荷而测定3点弯曲强度，而且对包括氧化铝基板的两缘部在内的平面测定了最大弯曲量。此外，关于各陶瓷电路基板的抗弯强度值，将氧化铝基板断裂时的载荷值作为对氧化铝基板单体的应力值来表示。另外，最大弯曲量以氧化铝基板断裂时的弯曲量的形式进行测定。各测定结果如表4所示。

表4

由上可知：本实施例的陶瓷电路基板表现出最大弯曲量为1.0mm以上的优良特性。

接着，就实施例1B～6B、比较例1B～2B的陶瓷电路基板的铜电路板的接合强度以及接合界面的状态进行了研究。接合强度通过剥离试验求出。

另外，对接合界面拍摄氧化铝基板和铜电路板的接合界面的放大照片（2000倍）。在这一作业中，对100μm的接合界面进行拍摄。对于接合界面，研究了铜电路板以怎样的程度覆盖氧化铝基板的表面凹凸而与之接合。其结果如图5所示。

表5

由上表可知：本实施例的陶瓷电路基板的接合强度优良。另外，实施例1B和实施例6B相比较，实施例1B的接合强度优良。可以认为其原因在于：由于铜板中含有规定量的碳，因而铜板中的氧向铜板表面移动，从而有助于Cu-O共晶反应。因此，可以认为是因为接合界面中铜电路板覆盖氧化铝基板的表面凹凸的比例增大。

此外，以上就本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子加以提示的，它并不谋求限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式加以实施，在不脱离发明要旨的范围内，能够进行各种的省略、置换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和要旨内，而且包含在权利要求书中记载的发明及其等同置换的范围内。

符号说明：

1 陶瓷电路基板

2 氧化铝基板

3 金属电路板（铜电路板）

4 背面金属板（背面铜板）

22 氧化铝晶粒

Claims

1.一种陶瓷电路基板，其在氧化铝基板上接合有金属电路板，其特征在于：

所述氧化铝基板含有94～98质量%的氧化铝Al₂O₃和2～6质量%的由烧结前配合的烧结助剂生成的来源于烧结助剂的成分；

所述来源于烧结助剂的成分为含有硅的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的硅以换算成氧化硅SiO₂的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.01～1.5质量%；

在所述氧化铝基板中，孔隙的最大直径为15μm以下，孔隙平均直径为10μm以下，维氏硬度为1300以上。

2.根据权利要求1所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有钙的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的钙以换算成氧化钙CaO的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～1.5质量%。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有镁的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的镁以换算成氧化镁MgO的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～1.0质量%。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述来源于烧结助剂的成分是进一步含有钠的无机氧化物，所述来源于烧结助剂的成分中的钠以换算成氧化钠Na₂O的质量计，在100质量%的所述氧化铝基板中含有0.001～0.5质量%。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板的氧化铝晶粒的平均结晶粒径为20μm以下。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：采用断面观察对所述氧化铝基板在200μm×200μm单位面积的观察范围内进行观察，当将所述观察范围内观察得到的氧化铝晶粒的平均结晶粒径设定为Aμm时，在0.3A～1.7A的范围内的氧化铝晶粒的个数N_A相对于所述观察范围内观察的氧化铝晶粒的总个数N_t的比率N_A/N_t为70%以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板采用断面观察算出的每100μm×100μm单位面积的孔隙的个数为5～50个。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板采用该氧化铝基板的断面观察算出的孔隙的面积的比率即孔隙面积率为20%以下。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板的绝缘耐压为15KV/mm以上。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板的热传导系数为20W/m·K以上。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板的抗弯强度为300MPa以上。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述金属电路板采用直接接合法与所述氧化铝基板接合在一起。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述金属电路板为铜电路板，该铜电路板通过Cu-O共晶化合物而与所述氧化铝基板接合在一起。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述金属电路板为铜电路板，该铜电路板含有0.1～1.0质量%的碳。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板和所述金属电路板的接合界面呈相互交错的结构，在该相互交错的结构中，当进行所述陶瓷电路基板的断面观察时，沿所述金属电路板表面的曲线与沿所述氧化铝基板表面的凹凸的曲线相接的比例在95%以上。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述氧化铝基板的厚度为0.25～1.2mm。

17.根据权利要求1～16中任一项所述的陶瓷电路基板，其特征在于：所述金属电路板的厚度为0.1～0.5mm。