JP2010141056A - Ceramic substrate and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

【課題】表面の傷の検出を容易にしたセラミックス基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックスを焼結してなる母材基板１１の表面に、該母材基板１１と同質のセラミックスで母材基板１１のセラミックス粒子よりも小さい微細粒子を焼結してなる傷検出用薄膜層１２を、傷の許容限界深さよりも小さい膜厚で形成してなり、その微細粒子は、母材基板１１のセラミックス粒子の平均粒径が１０〜１００μｍであるのに対して、平均粒径が０．５〜３μｍである。
【選択図】 図３A ceramic substrate and a method for manufacturing the same are provided.
A method for detecting flaws in which fine particles smaller than the ceramic particles of a base material substrate 11 are sintered on the surface of the base material substrate 11 formed by sintering ceramics. The thin film layer 12 is formed with a film thickness smaller than the permissible limit depth of scratches, and the fine particles have an average particle size of 10 to 100 μm of ceramic particles of the base material substrate 11. The diameter is 0.5-3 μm.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、パワーモジュール用基板等に用いられるセラミックス基板に係り、表面の傷の検出が容易なセラミックス基板及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a ceramic substrate used for a power module substrate and the like, and more particularly to a ceramic substrate that can easily detect surface scratches and a method for manufacturing the same.

一般に、半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは発熱量が比較的高いため、このパワーモジュール用基板としては、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣ等からなるセラミックス基板が用いられており、このセラミックス基板の上にアルミニウムの回路層がろう付けされ、その上に電子部品（半導体チップ等のパワー素子）が搭載されてパワーモジュールとされるようになっている。また、回路層とは反対側の面が放熱のために冷却器に取り付けられるが、近年では、構造簡略化等の要請に伴い、特許文献１に記載されるように、緩衝層や放熱用金属板を使わずにセラミックス基板を冷却器に直接接触させることが検討されており、パワーモジュールとしては過酷な環境（熱サイクル）への適用が要求されてきている。
その場合、セラミックス基板は、通常のハンドリングで表面にわずかなすり傷が発生し易く、熱サイクル環境の厳しい条件下で使用されると、その傷が起点となって割れにつながるおそれがある。このため、回路層を積層する前に、セラミックス基板表面の傷の有無を検査している。
特開２００８−２０５３７２号公報 In general, a power module for supplying power among semiconductor elements has a relatively high calorific value. Therefore, a ceramic substrate made of AlN, Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SiC, or the like is used as the power module substrate. An aluminum circuit layer is brazed onto the ceramic substrate, and an electronic component (power element such as a semiconductor chip) is mounted thereon to form a power module. In addition, the surface opposite to the circuit layer is attached to the cooler for heat dissipation, but in recent years, as described in Patent Document 1, a buffer layer and a heat dissipation metal are provided in accordance with a request for simplification of the structure. It has been studied to directly contact a ceramic substrate with a cooler without using a plate, and a power module is required to be applied to a harsh environment (thermal cycle).
In this case, the ceramic substrate is likely to be slightly scratched on the surface by normal handling, and when used under severe conditions in a thermal cycle environment, the scratch may start and lead to cracking. For this reason, before laminating circuit layers, the presence or absence of scratches on the ceramic substrate surface is inspected.
JP 2008-205372 A

しかしながら、セラミックス基板の表面は微細な凹凸面であるため、微細な傷の場合は、セラミックス基板の表面の凹凸に隠れて検出することが困難であった。特に、カメラで撮影した画像をもとに自動検出することが不可能で、人間の目に頼らざるを得ず、作業効率が極めて悪いという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、表面の傷の検出を容易にしたセラミックス基板及びその製造方法を提供することを目的とする。 However, since the surface of the ceramic substrate is a fine concavo-convex surface, it is difficult to detect a fine flaw hidden behind the concavo-convex surface of the ceramic substrate. In particular, automatic detection based on images taken by a camera is impossible, and human eyes must be relied upon, and work efficiency is extremely poor.
This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the ceramic substrate which made the detection of the flaw of a surface easy, and its manufacturing method.

本発明に係るセラミックス基板は、セラミックスを焼結してなる母材基板の表面に、該母材基板と同質のセラミックスで母材基板の粒子よりも小さい微細粒子を焼結してなる傷検出用薄膜層を形成したことを特徴とする。   The ceramic substrate according to the present invention is for flaw detection in which fine particles smaller than the particles of the base material substrate are sintered on the surface of the base material substrate obtained by sintering the ceramics with the same quality ceramic as the base material substrate. A thin film layer is formed.

このセラミックス基板では、母材基板の表面に形成されている傷検出用薄膜層は、母材基板のセラミックスの粒子よりも小さい微細粒子によって形成されていることから、傷検出用薄膜層の表面は母材基板の表面よりも平滑面に形成される。したがって、傷が傷検出用薄膜層を分断して母材基板まで達する場合には、平滑で微細な粒子からなる傷検出用薄膜層の傷口の中に、それより粗い粒子からなる母材基板のセラミックスが露出することになり、これらの粒子の大きさの差に基づくコントラストにより、傷の発見が容易になり、カメラでの撮影画像からの自動検出が可能になる。   In this ceramic substrate, the scratch detection thin film layer formed on the surface of the base material substrate is formed by fine particles smaller than the ceramic particles of the base material substrate. It is formed on a smoother surface than the surface of the base material substrate. Therefore, when the scratch divides the thin film layer for detecting scratches and reaches the base material substrate, the base material substrate made of coarser particles is placed in the wound of the thin film layer for scratch detection made of smooth and fine particles. Ceramics will be exposed, and the contrast based on the difference in the size of these particles facilitates the detection of scratches and enables automatic detection from images taken with a camera.

本発明に係るセラミックス基板において、その仕様で傷の深さに対して許容限界が定められている場合は、前記傷検出用薄膜層の膜厚は、傷の許容限界深さよりも小さいものとされる。
傷の深さが許容限界深さよりも大きくなると、傷検出用薄膜層を分断して母材基板にまで傷が達することになり、傷検出用薄膜層の傷口の中に母材基板のセラミックスが露出し、傷の検出が容易になる。傷の深さが小さくて傷検出用薄膜層の膜厚の範囲内で形成される場合は、傷口内にコントラストが生じないため発見が容易でないが、許容限界内であるので、製品としては支障ない。 In the ceramic substrate according to the present invention, if the specification defines an allowable limit for the depth of the flaw, the film thickness of the flaw detection thin film layer is assumed to be smaller than the allowable depth of the flaw. The
If the depth of the flaw becomes larger than the allowable limit depth, the flaw detection thin film layer is divided and the flaw reaches the base material substrate, and the ceramic of the base material substrate is placed in the flaw of the flaw detection thin film layer. Exposed and easy to detect scratches. If the depth of the scratch is small and it is formed within the range of the thickness of the thin film layer for scratch detection, it is not easy to find because there is no contrast in the wound, but it is within acceptable limits, so it is a problem as a product. Absent.

本発明に係るセラミックス基板において、前記母材基板のセラミックス粒子は、平均粒径が１０〜１００μｍであり、傷検出用薄膜層の微細粒子は、平均粒径が０．５〜３μｍであるとよい。
母材基板と傷検出用薄膜層との粒子の粒径がこのような組み合わせであると、母材基板と傷検出用薄膜層との粒径差が大きく、傷によるコントラストが際立つことから、容易に傷を検出することができる。 In the ceramic substrate according to the present invention, the ceramic particles of the base material substrate may have an average particle size of 10 to 100 μm, and the fine particles of the scratch detection thin film layer may have an average particle size of 0.5 to 3 μm. .
If the particle size of the base material substrate and the scratch detection thin film layer is such a combination, the difference in particle size between the base substrate and the scratch detection thin film layer is large and the contrast due to scratches stands out. Scratches can be detected.

また、本発明に係るセラミックス基板の製造方法は、セラミックス粒子をシート状に成形して焼結することにより前記母材基板を製作した後、該母材基板の表面を研磨することにより平坦化し、その平坦面の上に前記傷検出用薄膜層を形成することを特徴とする。
母材基板を製作すると、そのセラミックス粒子の大きさに起因して表面が微細な凹凸面に形成される。その上にそのまま傷検出用薄膜層を形成すると、母材基板の凹凸面が傷検出用薄膜層の表面に残ってしまうので、これを平坦化した後に傷検出用薄膜層を形成する。これにより、傷検出用薄膜層の表面が平坦になり、傷の検出が容易になる。 In addition, the method for manufacturing a ceramic substrate according to the present invention, after producing the base material substrate by molding and sintering ceramic particles into a sheet, and then flattening by polishing the surface of the base material substrate, The flaw detection thin film layer is formed on the flat surface.
When the base material substrate is manufactured, the surface is formed into a fine uneven surface due to the size of the ceramic particles. If the scratch detection thin film layer is formed as it is, the uneven surface of the base material substrate remains on the surface of the scratch detection thin film layer, and the scratch detection thin film layer is formed after planarizing the surface. As a result, the surface of the flaw detection thin film layer becomes flat, and flaw detection becomes easy.

この場合、前記平坦面を中心線平均粗さＲａで０．３〜０．４μｍの表面粗さにするとよい。
傷検出用薄膜層の微細粒子としては平均粒径が０．５〜３μｍであるものが適切であり、その傷検出用薄膜層の下地となる母材基板の表面の表面粗さを中心線平均粗さＲａで０．３〜０．４μｍにすると、傷検出用薄膜層の微細粒子としての平滑性を有効に発揮させることができ、傷の検出を容易にすることができる。
また、傷検出用薄膜層の表面粗さは中心線平均粗さＲａで０．１〜０．２μｍとするとよい。 In this case, the flat surface may have a surface roughness of 0.3 to 0.4 μm in terms of centerline average roughness Ra.
As the fine particles of the scratch detection thin film layer, those having an average particle size of 0.5 to 3 μm are suitable, and the surface roughness of the surface of the base material substrate that is the base of the scratch detection thin film layer is the center line average. When the roughness Ra is set to 0.3 to 0.4 μm, the smoothness as the fine particles of the flaw detection thin film layer can be effectively exhibited, and the flaw detection can be facilitated.
The surface roughness of the scratch detection thin film layer is preferably 0.1 to 0.2 μm in terms of the center line average roughness Ra.

本発明によれば、傷検出用薄膜層を分断して母材基板まで傷が達する場合には、平滑で微細な粒子からなる傷検出用薄膜層とそれより粗い粒子からなる母材基板との粒子の大きさの差に基づくコントラストによって傷を容易に検出することができ、カメラでの撮影画像からの自動検出が可能になる。したがって、傷検出作業を容易にするとともに、その検出精度を向上させることができる。このセラミックス基板により傷の品質保証をすることにより、基板としての信頼性を高めることができ、これをパワーモジュール用絶縁基板として用いる場合には、過酷な熱サイクル環境下で割れにつながるような傷を有しないものを提供することができる。   According to the present invention, when a scratch reaches the base material substrate by dividing the scratch detection thin film layer, the scratch detection thin film layer composed of smooth and fine particles and a base material substrate composed of coarser particles are provided. Scratches can be easily detected by contrast based on the difference in particle size, and automatic detection from an image captured by a camera becomes possible. Therefore, it is possible to facilitate the flaw detection work and improve the detection accuracy. By assuring the quality of scratches with this ceramic substrate, it is possible to improve the reliability of the substrate, and when this is used as an insulating substrate for power modules, scratches that can lead to cracks under severe thermal cycling Can be provided.

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るセラミックス基板をパワーモジュール用基板の絶縁基板として用いてなるパワーモジュールを示している。この図１に示されるパワーモジュール１は、セラミックス基板２を有するパワーモジュール用基板３と、該パワーモジュール用基板３の表面に搭載された半導体チップ等の電子部品４と、パワーモジュール用基板３の裏面に接合された冷却器５とから構成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a power module using a ceramic substrate according to the present invention as an insulating substrate of a power module substrate. A power module 1 shown in FIG. 1 includes a power module substrate 3 having a ceramic substrate 2, an electronic component 4 such as a semiconductor chip mounted on the surface of the power module substrate 3, and a power module substrate 3. It is comprised from the cooler 5 joined to the back surface.

パワーモジュール用基板３は、セラミックス基板２の表面側に電子部品４を搭載するための回路層用金属板６が積層され、セラミックス基板２の裏面側に冷却器５が取り付けられる構成である。
回路層用金属板６は、純アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる金属板により形成され、セラミックス基板２にろう付けにより積層され、その金属板６がエッチング処理されて所望のパターンの回路層を構成している。ろう材としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｇｅ系、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ系またはＡｌ−Ｍｎ系等が使用される。また、この回路層用金属板７は、その表面にはんだの濡れ性を向上させるために、ニッケルメッキ処理によってニッケルメッキ膜７が形成される。 The power module substrate 3 is configured such that a circuit layer metal plate 6 for mounting the electronic component 4 is laminated on the front surface side of the ceramic substrate 2, and a cooler 5 is attached to the back surface side of the ceramic substrate 2.
The circuit layer metal plate 6 is formed of a metal plate made of pure aluminum or an aluminum alloy, laminated on the ceramic substrate 2 by brazing, and the metal plate 6 is etched to form a circuit layer having a desired pattern. Yes. As the brazing material, Al—Si, Al—Ge, Al—Cu, Al—Mg, Al—Mn, or the like is used. The circuit layer metal plate 7 has a nickel plating film 7 formed on the surface thereof by a nickel plating process in order to improve solder wettability.

そして、回路層用金属板６の上に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系若しくはＰｂ−Ｓｎ系等のはんだ材によって電子部品４が接合される。図中符号８がそのはんだ接合層を示す。なお、電子部品４と回路層用金属板６の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（図示略）により接続される。
一方、冷却器５は、アルミニウム合金の押し出し成形によって形成され、その長さ方向に沿って冷却水を流通させるための多数の流路９が形成されており、セラミックス基板２との間はろう付けによって接合される。 And the electronic component 4 is joined on the metal plate 6 for circuit layers by solder materials, such as Sn-Ag-Cu type, Zn-Al type, or Pb-Sn type. Reference numeral 8 in the figure indicates the solder joint layer. The electronic component 4 and the terminal portion of the circuit layer metal plate 6 are connected by a bonding wire (not shown) made of aluminum.
On the other hand, the cooler 5 is formed by extrusion molding of an aluminum alloy, and is formed with a large number of flow paths 9 for circulating cooling water along the length direction thereof. Joined by.

そして、このパワーモジュール用基板３に用いられるセラミックス基板２は、母材基板１１の表面側に傷検出用薄膜層１２が形成された構成である。母材基板１１は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成される。また、傷検出用薄膜層１２は母材基板１１と同じ窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成される。この場合、母材基板１１を構成している窒化アルミニウムの粒子は、平均粒径が１０〜１００μｍとされ、傷検出用薄膜層１２を構成する窒化アルミニウムの粒子は、平均粒径が０．５〜３μｍとされる（以後、母材基板１１の粒子を粗粒子、傷検出用薄膜層１２の粒子を微細粒子ということがある）。最大粒子径は、母材基板１１で３００μｍ、傷検出用薄膜層１２で１０μｍとされる。また、傷検出用薄膜層１２の膜厚は、セラミックス基板２に対する要求品質に応じて５〜１０μｍの範囲で設定される。
ここで平均粒径は、電子顕微鏡観察において測定方向を一定にして直径を測定した粒子径分布の小粒子径側からの積算値５０体積％となる粒子径をいう。 The ceramic substrate 2 used for the power module substrate 3 has a structure in which a flaw detection thin film layer 12 is formed on the surface side of the base material substrate 11. The base material substrate 11 is made of, for example, aluminum nitride (AlN). The scratch detection thin film layer 12 is formed of the same aluminum nitride (AlN) as the base material substrate 11. In this case, the aluminum nitride particles constituting the base material substrate 11 have an average particle size of 10 to 100 μm, and the aluminum nitride particles constituting the scratch detection thin film layer 12 have an average particle size of 0.5. (Hereinafter, the particles of the base material substrate 11 may be referred to as coarse particles, and the particles of the flaw detection thin film layer 12 may be referred to as fine particles). The maximum particle size is 300 μm for the base material substrate 11 and 10 μm for the scratch detection thin film layer 12. The film thickness of the flaw detection thin film layer 12 is set in the range of 5 to 10 μm according to the required quality for the ceramic substrate 2.
Here, the average particle diameter refers to a particle diameter that becomes an integrated value of 50% by volume from the small particle diameter side of the particle diameter distribution measured with the measurement direction constant in electron microscope observation.

次に、このような構成のパワーモジュール１に使用されているセラミックス基板２の製造方法について説明する。
まず、母材基板１１を形成する。この母材基板１１を形成するには、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の原料粉末に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤及び有機バインダーを配合した後、ドクターブレード法又はプレス成形によりシート成形体を製作する。この窒化アルミニウムの平均粒径は１０〜１００μｍとされる。そして、このシート成形体を空気中又は窒素雰囲気中で４００〜４６０℃に加熱してバインダーを除去した後、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で常圧下において１９００〜２０００℃に加熱して焼結することにより母材基板１１が形成される。この母材基板１１は、図２（ａ）に示すように、その表面がセラミックスの粒子（粗粒子）の大きさに応じた凹凸面１３に形成される。
次いで、この母材基板１１の表面側をホーニング加工等により研磨する。ホーニング加工は、水に例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子等の研磨材を分散させた状態で、高圧で基板表面に吹き付ける湿式ホーニング法、研磨材のみをエアーを用いて高圧で基板表面に吹き付ける乾式ホーニング法がある。このホーニング加工により、図２（ｂ）に示すように、母材基板１１の表面を中心線平均粗さＲａで０．３〜０．４μｍの表面粗さの平坦面１４とする。 Next, a method for manufacturing the ceramic substrate 2 used in the power module 1 having such a configuration will be described.
First, the base material substrate 11 is formed. In order to form the base material substrate 11, a raw material powder of aluminum nitride (AlN) is mixed with a sintering aid such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and an organic binder, and then a sheet is formed by a doctor blade method or press molding. A molded body is produced. The average particle size of the aluminum nitride is 10 to 100 μm. The sheet compact is heated to 400 to 460 ° C. in air or nitrogen atmosphere to remove the binder, and then heated to 1900 to 2000 ° C. under normal pressure in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen atmosphere. As a result, the base material substrate 11 is formed. As shown in FIG. 2A, the surface of the base material substrate 11 is formed on an uneven surface 13 corresponding to the size of ceramic particles (coarse particles).
Next, the surface side of the base material substrate 11 is polished by honing or the like. The honing process is a wet honing method in which an abrasive such as alumina (Al 2 O 3 ) particles is dispersed in water and sprayed on the substrate surface at high pressure, and only the abrasive is sprayed on the substrate surface at high pressure using air. There is a dry honing method. By this honing process, as shown in FIG. 2B, the surface of the base material substrate 11 is changed to a flat surface 14 having a center line average roughness Ra and a surface roughness of 0.3 to 0.4 μm.

次に、この母材基板１１の平坦面１４の上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の原料粉末に酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤及び有機バインダーを配合した後、ドクターブレード法により重ね塗りすることにより、又はプレス成形によりシート状に成形したものを積層することにより、薄膜層を形成する。このときの窒化アルミニウムの平均粒径は０．５〜３μｍとされる。そして、このシート成形体に積層された薄膜層を空気中又は窒素雰囲気中で４００〜４６０℃に加熱してバインダーを除去した後、窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中で常圧下において１９００〜２０００℃に加熱して焼結することにより、図２（ｃ）に示すように、母材基板１１の上に微細粒子からなる傷検出用薄膜層１２が形成される。この傷検出用薄膜層１２の表面は中心線平均粗さＲａで０．１〜０．２μｍとする。
なお、母材基板１１は焼結工程を２回経由することになるので、１回目は２回目より温度を低く設定しておくとよい。 Next, after blending a sintering aid such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and an organic binder into the raw material powder of aluminum nitride (AlN) on the flat surface 14 of the base material substrate 11, the doctor blade method The thin film layer is formed by recoating by the above, or by laminating a sheet formed by press molding. At this time, the average particle diameter of aluminum nitride is set to 0.5 to 3 μm. And after heating the thin film layer laminated | stacked on this sheet molded object to 400-460 degreeC in air or nitrogen atmosphere and removing a binder, it is 1900-2000 under normal pressure in non-oxidizing atmosphere, such as nitrogen atmosphere. As shown in FIG. 2C, the scratch detection thin film layer 12 made of fine particles is formed on the base material substrate 11 by heating to ℃ and sintering. The surface of the flaw detection thin film layer 12 has a center line average roughness Ra of 0.1 to 0.2 μm.
In addition, since the base material board | substrate 11 will pass a sintering process twice, it is good to set temperature lower than the 2nd time in the 1st time.

このようにして形成されたセラミックス基板２において、そのハンドリング中などに傷が発生した場合、図３（ａ）に示すように、その傷１５が表面の傷検出用薄膜層１２を分断して母材基板１１にまで達する場合は、微細粒子により平滑な傷検出用薄膜層１２の傷口を形成する微細粒子面１６の中に、それより粗い粒子のために比較的凹凸が大きい母材基板１１の粗粒子面１７が露出することになり、これらの粒子の大きさの差に基づくコントラストにより、傷１５の発見が容易になり、カメラでの撮影画像からの自動検出が可能になる。   In the ceramic substrate 2 formed in this way, when a flaw occurs during handling or the like, the flaw 15 divides the flaw detection thin film layer 12 on the surface as shown in FIG. In the case of reaching the material substrate 11, the base material substrate 11 having relatively large irregularities due to coarser particles in the fine particle surface 16 that forms the wound of the smooth flaw detection thin film layer 12 by the fine particles. The coarse particle surface 17 is exposed, and the contrast based on the difference in the size of these particles facilitates the detection of the flaw 15 and enables automatic detection from an image captured by the camera.

したがって、このセラミックス基板２においては、その傷検出用薄膜層１２の膜厚Ｈよりも大きい傷が生じた場合には、傷検出用薄膜層１２と母材基板１１との粒子の大きさの差に基づくコントラストにより、傷を容易に検出することができる。これを逆に言えば、傷検出用薄膜層１２の膜厚Ｈを、このセラミックス基板２に対する要求品質で規定される傷の許容限界よりも小さい寸法に設定しておくことにより、不良となる傷を確実に発見することができる。
また、このセラミックス基板２は、パワーモジュール用基板３としては、表面が傷検出用薄膜層１２により平滑面に仕上げられているので、その上にろう付けされる回路層用金属板６のろう付け性が良く、これらの密着性が向上する。
このため、このセラミックス基板２を用いたパワーモジュール用基板３は、傷による不良品を確実に排除できるので、過酷な熱サイクル条件でも割れ等が生じにくく、また、回路層用金属板６の密着性も良く、基板としての信頼性を高めることができる。 Therefore, in the ceramic substrate 2, when a scratch larger than the film thickness H of the scratch detection thin film layer 12 occurs, the difference in particle size between the scratch detection thin film layer 12 and the base material substrate 11. A scratch can be easily detected by the contrast based on. In other words, if the film thickness H of the thin film layer 12 for flaw detection is set to a dimension smaller than the allowable limit of flaws defined by the required quality for the ceramic substrate 2, flaws that become defective are obtained. Can be surely discovered.
Further, since the ceramic substrate 2 has a smooth surface as the power module substrate 3 by the scratch detecting thin film layer 12, the brazing of the circuit layer metal plate 6 to be brazed thereon is performed. The adhesion is improved and the adhesion is improved.
For this reason, since the power module substrate 3 using the ceramic substrate 2 can reliably eliminate defective products due to scratches, cracks and the like hardly occur even under severe heat cycle conditions, and the circuit layer metal plate 6 is closely attached. And the reliability as a substrate can be improved.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、母材基板を構成する材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）の他にも、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）等の窒化物系セラミックス、若しくはＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の酸化物系セラミックス等も適用可能である。傷検出用薄膜層は、母材基板の材料と同質の材料が使用される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, as a material constituting the base material substrate, in addition to AlN (aluminum nitride), nitride ceramics such as Si 3 N 4 (silicon nitride), or oxides such as Al 2 O 3 (alumina) Ceramics and the like are also applicable. The flaw detection thin film layer is made of the same material as that of the base material substrate.

本発明に係るセラミックス基板を用いたパワーモジュールの全体構成例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of whole structure of the power module using the ceramic substrate which concerns on this invention. 図１におけるセラミックス基板の製造方法を（ａ）〜（ｃ）の工程順に説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the ceramic substrate in FIG. 1 in order of the process of (a)-(c). 図１におけるセラミックス基板に傷が生じた例を示す（ａ）が断面図、（ｂ）が平面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view and FIG. 2B is a plan view showing an example in which scratches are generated on the ceramic substrate in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ パワーモジュール
２ セラミックス基板
３ パワーモジュール用基板
４ 電子部品
５ 冷却器
６ 回路層用金属板
７ ニッケルメッキ膜
８ はんだ接合層
９ 流路
１１ 母材基板
１２ 傷検出用薄膜層
１３ 凹凸面
１４ 平坦面
１５ 傷
１６ 微細粒子面
１７ 粗粒子面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Ceramic substrate 3 Power module substrate 4 Electronic component 5 Cooler 6 Circuit layer metal plate 7 Nickel plating film 8 Solder joint layer 9 Channel 11 Base material substrate 12 Scratch detection thin film layer 13 Uneven surface 14 Flat surface 15 Scratches 16 Fine particle surface 17 Coarse particle surface

Claims (6)

セラミックスを焼結してなる母材基板の表面に、該母材基板と同質のセラミックスで母材基板の粒子よりも小さい微細粒子を焼結してなる傷検出用薄膜層を形成したことを特徴とするセラミックス基板。   A flaw detection thin film layer formed by sintering fine particles smaller than the particles of the base material substrate with the same quality ceramic as the base material substrate is formed on the surface of the base material substrate formed by sintering the ceramic material. A ceramic substrate. 前記傷検出用薄膜層の膜厚は、傷の許容限界深さよりも小さいことを特徴とする請求項１記載のセラミックス基板。   2. The ceramic substrate according to claim 1, wherein the film thickness of the flaw detection thin film layer is smaller than an allowable limit depth of flaws. 前記母材基板のセラミックス粒子は、平均粒径が１０〜１００μｍであり、傷検出用薄膜層の微細粒子は、平均粒径が０．５〜３μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミックス基板。   3. The ceramic particles of the base material substrate have an average particle size of 10 to 100 [mu] m, and the fine particles of the scratch detection thin film layer have an average particle size of 0.5 to 3 [mu] m. The ceramic substrate as described. 請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス基板の製造方法であって、
セラミックス粒子をシート状に成形して焼結することにより前記母材基板を製作した後、該母材基板の表面を研磨することにより平坦化し、その平坦面の上に前記傷検出用薄膜層を形成することを特徴とするセラミックス基板の製造方法。 A method for producing a ceramic substrate according to any one of claims 1 to 3,
After forming the base material substrate by forming and sintering ceramic particles into a sheet shape, the surface of the base material substrate is flattened by polishing, and the scratch detecting thin film layer is formed on the flat surface. A method for manufacturing a ceramic substrate, comprising: forming a ceramic substrate. 前記平坦面を中心線平均粗さＲａで０．３〜０．４μｍの表面粗さとすることを特徴とする請求項４記載のセラミックス基板の製造方法。   5. The method for manufacturing a ceramic substrate according to claim 4, wherein the flat surface has a center line average roughness Ra of 0.3 to 0.4 [mu] m. 前記傷検出用薄膜層の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで０．１〜０．２μｍとすることを特徴とする請求項４又は５記載のセラミックス基板の製造方法。   6. The method of manufacturing a ceramic substrate according to claim 4, wherein the surface roughness of the scratch detection thin film layer is 0.1 to 0.2 [mu] m in terms of center line average roughness Ra.
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