JP2019515852A - 銅−セラミックス複合材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、銅−セラミックス複合材料であって、セラミック基板と、前記セラミック基板上に存在する銅又は銅合金からなる被膜とを有し、前記銅又は銅合金は、粒子サイズが１０μｍから３００μｍの範囲内である、上記銅−セラミックス複合材料に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、銅−セラミックス複合材料、及び当該複合材料を備え、パワーエレクトロニクス部品に使用可能なモジュールに関する。

セラミックス回路基板は、熱伝導性が高く、寸法安定性及び機械的強度に優れ、絶縁強度も高いことから、ハイパワーエレクトロニクスの分野において特に興味を集めている。

セラミック基板を金属化するには、ダイレクト銅ボンディング（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｏｐｐｅｒ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）（通常、ＤＣＢ法と呼ばれる。）、ダイレクトアルミニウムボンディング（通常、ＤＡＢ法と呼ばれる。）、活性金属ろう付け法（Ａｃｔｉｖｅ−Ｍｅｔａｌ−Ｂｒａｚｉｎｇ）（通常、ＡＭＢ法と呼ばれる。）等の様々な方法が利用可能である。

セラミック基板の金属化後に得られる複合材料は、金属−セラミック基板又は金属−セラミックス複合材料とも呼ばれる。例えばＤＣＢ法により作製された場合には、「ＤＣＢ基板」という用語がしばしば用いられる。

ＤＣＢ法では、銅の融点が、酸素によって１０８３℃から共晶融点の１０６５℃まで低下することが利用される。セラミック基板の金属化前に銅箔を酸化するか、高温プロセス（例えば１０６５℃から１０８０℃の範囲の温度）中に酸素を供給することによって、薄い共晶溶融層が形成される。この層をセラミック基板の表面と反応させることで、セラミックスと金属を強固に接合することができる。

ＤＣＢ法は、例えばＵＳ３７４４１２０又はＤＥ２３１９８５４に記載されている。

金属化は、例えばセラミック基板の片面のみに行ってもよいし（「単層ボンディング（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｌａｙｅｒ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）」、ＳＬＢ）、あるいはセラミック基板の両面に同時に行ってもよい（「２層ボンディング（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ−Ｂｏｎｄｉｎｇ）」ＤＬＢ）。また、基板の第１面を最初のＳＬＢ工程により金属化し、続けて反対側の面を更なるＳＬＢ工程により金属化することも可能である。

貼り付けた金属被膜を、例えばエッチング法により構造化して、導体路を形成することも知られている。

パワーエレクトロニクス用途の多くでは、金属−セラミックス複合材料は、大きな温度変化（例えば−４０℃から＋１５０℃の範囲）が起こりうるような、強い温度変化ストレスにさらされる。

セラミック基板と金属被膜との熱膨張係数の違いから、温度変動の際に、これらの層の遷移部分には相当な機械的ストレスが発生し、最終的には、セラミックス表面からの金属の剥離が少なくとも部分的に起こりうる。金属層の周辺部分に特別な構造化を施すことで、引張及び圧縮ストレスの勾配を減少させて、耐熱衝撃性を高めることができることが知られている。ＤＥ４００４８４４及びＤＥ４３１８２４１Ａ１には、周辺部の弱体化として縁部の凹みや孔を有する、セラミック基板の金属被膜が記載されている。

ハイパワーエレクトロニクスのモジュールや部品として使用するには、金属被膜を配線（しばしば「ボンドワイヤー」とも呼ばれる。）に接合することができる。ボンドワイヤーが脱落してしまうリスクが最小化されるように、この金属被膜とボンドワイヤーとの接続は非常に強いものであるべきである。

したがって、原則として金属被膜は、セラミック基板と良好に接着しており、かつ金属線と良好な結合を形成できることが望ましい。しかし、セラミック基板とボンドワイヤーは材質が大きく異なるため、両者の要求を同時に満たすことは未だに課題である。

エレクトロニクス用途に関連する銅−セラミックス複合材料のさらなる特性としては、熱伝導性及び機械的強度（特にセラミック基板の熱伝導性及び機械的強度）や、長期にわたる温度変化ストレスを受けても十分に強固なままであるような、金属被膜のセラミックス表面への非常に強固な結合が挙げられる。

ＤＥ１０２０１２１１０３２２では、金属−セラミックス複合材料のセラミック基板が、その粒子構造（すなわち、顕微鏡レベルの構造）についてさらに詳細に定義されている。セラミック基板は、酸化ジルコニウムで強化された酸化アルミニウムを含み、当該酸化アルミニウムの平均粒子サイズが２μｍから８μｍの範囲内であり、全粒子境界長に対するＡｌ_２Ｏ_３粒子の粒子境界長の比が＞０．６である。ＤＥ１０２０１２１１０３２２によれば、この粒子構造が熱伝導性の改善に貢献している。

本発明は、諸特性が改善された、特に耐熱衝撃性とワイヤーボンディングに対する挙動に優れる金属−セラミックス複合材料を提供することを目的とする。

本目的は、銅−セラミックス複合材料であって、
− セラミック基板と、
− 前記セラミック基板上に存在し、粒子サイズが１０μｍから３００μｍの範囲内である銅又は銅合金からなる被膜と、
を有する上記銅−セラミックス複合材料により達成される。

セラミック基板１が銅又は銅合金からなる被膜２を下面及び上面の両方に有する例示的な銅−セラミックス複合材料を示す模式図である。 セラミック基板１の複数の領域に銅又は銅合金からなる被膜２を設けた例示的な銅−セラミックス複合材料を示す模式図である。 粒子サイズの決定法を示す模式図である。 楕円形粒子構造を有する粒子の形状系数Ｒ_Ｋに関する説明図である。 Ｋ−Ｋ−Ｖ１の銅被膜表面の光学顕微鏡写真である。

銅−セラミックス複合材料の銅被膜は、通常、小さな結晶子（粒子とも呼ぶ。）からなる多結晶材である。顕微鏡レベルでは、多結晶材は、粒子構造（例えば、粒子サイズ分布、粒子形状、質感等）という観点からさらに詳細に特徴づけることができる。

本発明では、銅−セラミックス複合材料が長期間にわたる温度変化ストレスにさらされても、粒子サイズが１０μｍから３００μｍの範囲内である銅又は銅合金からなる被膜は、依然としてセラミック基板に対して良好な接着を示すことが実証された。同時に、この粒子サイズの銅又は銅合金によれば、十分なワイヤーボンディングが可能である。

本発明によれば、耐熱衝撃性とは、銅−セラミック基板のセラミックスからの剥離に対する銅層の耐性又は耐久能力であり、当該耐性は、セラミックスに対する銅層の少なくとも１回の温度変化の後に定まる。耐熱衝撃性の改善とは、耐えられる温度変化の回数が増えることを意味する。

本発明によれば、ワイヤーボンディングの改善とは、ボンドワイヤーを銅−セラミックス複合材料の銅表面から分離するのに必要な力が増すことを意味する。
本発明によれば、銅接着力の改善とは、銅−セラミックス複合材料に対する銅の接着力であって、接着された銅箔を銅−セラミックス複合材料のセラミックス表面から剥がすのに必要な力が増すことである。例示的な測定方法は、ＤＥ１０２００４０１２２３１Ｂ４（ＤＥ１０２００４０１２２３１Ｂ４の図２及び図３）によって当業者に公知である。

本発明によれば、セラミックスの曲げ破壊強度の改善とは、３点曲げ試験における破壊に至るまでの力が増すことを意味する。セラミックスの曲げ破壊強度の測定は、例えばＤＩＮ ＥＮ８４３−１（２００８）によって当業者に公知である。試験片の幾何学的形状は、好ましくは、試験片が２０×４０×０．３８ｍｍ³又は２０×４０×０．６３ｍｍ³の寸法を有するという点で、ＤＩＮ ＥＮ８４３−１（２００８）の幾何学的形状とは異なる。

銅又は銅合金の粒子サイズは、好ましくは１５μｍから２５０μｍの範囲内、より好ましくは２０μｍから２１０μｍの範囲内である。

本発明において、これらの値は粒子サイズ分布の厳密な上限及び下限とはみなされず、±１０％の範囲内で変動しうる。しかし、好ましい実施形態によれば、これらの値は、銅又は銅合金の粒子サイズ分布の下限（粒子サイズがそれより小さくならない）及び上限（それを超えない）である。したがって、好ましい実施形態によれば、銅又は銅合金は、上記の範囲外となる粒子を持たない。よって、銅の最小及び最大粒子サイズをｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）及びｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）とすると、好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧１０μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦３００μｍ、より好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧１５μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦２５０μｍ、さらに好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧２０μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦２１０μｍである。

銅−セラミックス複合材料における粒子サイズは、好適な粒子サイズ分布を持つ銅箔原料を用いることにより望ましい値に設定することができる。そのような銅箔は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。任意で銅箔原料を熱処理することにより、粒子サイズの微調整を行うことができる。

原則として当業者に公知であるが、粒子サイズ分布の測定は、粒子数（すなわち数分布）に基づくか、あるいは粒子の質量（すなわち質量分布）又は体積に基づいて行うことができる。本発明では、粒子サイズの分布を粒子数に基づいて求める。

好ましい実施形態によれば、銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布において、５％以下の粒子の粒子サイズが１５μｍ未満、好ましくは２０μｍ未満、より好ましくは２５μｍ未満であり、及び／又は、少なくとも９５％の粒子の粒子サイズが、２５０μｍ未満、好ましくは２３０μｍ未満、より好ましくは２００μｍ未満である。

一般に知られているが、粒子サイズ分布の特徴的な値として、特にｄ_５０、ｄ_５及びｄ_９５がある。ｄ_５０は、しばしば中央値とも呼ばれ、５０％の粒子の径がｄ_５０よりも小さいことを指す。
同様に、ｄ_５は、５％の粒子の径がｄ_５よりも小さいことを指し、ｄ_９５は、９５％の粒子の径がｄ_９５よりも小さいことを指す。
粒子サイズ分布の算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}は、個々の粒子の粒子サイズの合計を粒子数で除することにより得られる。

本発明では、驚くべきことに、粒子サイズ分布のｄ_５及びｄ_９５値が特定の要件を満たす場合に、耐熱衝撃性と銅又は銅合金の接着挙動のさらなる最適化を実現できることが明らかとなった。

銅又は銅合金の粒子サイズの数分布は、好ましくはｄ_９５が≦２５０μｍ、より好ましくは１４０μｍから２５０μｍの範囲内、さらに好ましくは１４０μｍから２３０μｍの範囲内、さらに好ましくは１５０μｍから２００μｍの範囲内である。銅又は銅合金の粒子サイズ数分布のｄ_５は、好ましくは≧１５μｍであり；ｄ_５は、より好ましくは１５μｍから８０μｍの範囲内、さらに好ましくは２０μｍから７５μｍの範囲内、さらに好ましくは２５μｍから７０μｍの範囲内である。

銅又は銅合金の粒子サイズ数分布の好ましいｄ_５０は、例えば５５μｍから１１５μｍの範囲内である。

本発明において、銅又は銅合金の粒子サイズ数分布のｄ_５、ｄ_５０及びｄ_９５値は、以下の条件を満たすように選択されることが好ましい：
４．０≧（ｄ_９５−ｄ_５）／ｄ_５０≧０．５

粒子サイズ分布の対称性は、その分布の算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}に対する中央値ｄ_５０の比（すなわち、比ｄ_５０／ｄ_{ａｒｉｔｈ}、以下、対称性値Ｓとも呼ぶ。）により表すことができる。対称性値が１．０に近づくほど、粒子サイズ分布はより対称である。好ましい実施形態によれば、銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布における中央値ｄ_５０及び算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}が、ｄ_{ａｒｉｔｈ}に対するｄ_５０の比（すなわちｄ_５０／ｄ_{ａｒｉｔｈ}）で０．７５から１．１０の範囲内、より好ましくは０．７８から１．０５の範囲内、さらに好ましくは０．８０から１．００の範囲内である。これにより、耐熱衝撃性及びワイヤーボンディング特性のさらなる最適化を実現することができる。銅、例えば事前に原料銅箔における粒子サイズ分布の対称性を設定することのできる好適な方法は、当業者に公知である。例えば、銅箔における粒子サイズ分布の対称性は、好適な処理温度又はローラー処理の影響を受けうる。最終的な銅−セラミックス複合材料において上記の対称性値を実現することのできる原料銅箔は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。

粒子サイズ分布の広がりは、ｄ_９５に対するｄ_５の比により表すことができる。好ましい実施形態によれば、銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布におけるｄ_５及びｄ_９５が、ｄ_９５に対するｄ_５の比で０．１から０．４の範囲内、より好ましくは０．１１から０．３５の範囲内、さらに好ましくは０．１２から０．３０の範囲内である。これにより、耐熱衝撃性及びワイヤーボンディング特性のさらなる最適化を実現することができる。

銅被膜の粒子が、セラミック基板の表面に平行な面への２次元投影において、好ましくは円形又は丸い形であることにより、耐熱衝撃性のさらなる最適化を実現することができる。個々の粒子の形状は、形状係数（Ｆｏｒｍｆａｋｔｏｒ）Ｒ_Ｋにより表すことができる。これは、ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}の長さを半分にする箇所においてｄ_{Ｋ，ｍａｘ}に直交する粒子径ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}に対する最大粒子径ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}の比である（すなわち、Ｒ_Ｋ＝ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}／ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}）。銅又は銅合金の平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ｃｕ）は、粒子の形状係数Ｒ_Ｋの算術平均から得られる。例えば、銅材が細長い粒子を高い割合で含んでいる場合、この銅の平均粒子形状係数は、比較的低い値となるであろう。一方、平均粒子形状係数の値が１．０に近づくほど、丸く円形の粒子の割合が高くなる。

銅又は銅合金の平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ｃｕ）は、好ましくは≧０．４０、より好ましくは≧０．６０、さらに好ましくは≧０．８０である。銅中、例えば原料銅箔の時点における粒子形状を設定することができる好適な方法は、当業者に公知である。例えば、銅箔における粒子形状は、好適な処理温度又はローラー処理の影響を受けうる。最終的な銅−セラミックス複合材料において上記の平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ｃｕ）を実現することのできる原料銅箔は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。

銅−セラミックス複合材料における銅又は銅合金からなる被膜の好適な厚さは、当業者に公知である。下記のように、銅又は銅合金の一部は、例えば周辺弱体化部を形成するために、被膜のある部分、特に周辺領域で除去される。したがって、本発明では、金属被膜は様々な厚さを有しうるものである。通常、銅又は銅合金からなる被膜は、その面積の少なくとも７０％に渡って、厚さが０．２ｍｍから１．２ｍｍの範囲内である。例えば、厚さは約３００μｍであってよい。

銅又は銅合金からなる被膜の厚さ（Ｄ_Ｃｕ）及び銅又は銅合金の粒子サイズ数分布の中央値ｄ_５０は、好ましくはｄ_５０に対するＤ_Ｃｕの比が０．０５から０．４０の範囲となるように選択される。このために、銅又は銅合金の厚さＤ_Ｃｕを被膜の１箇所で求め、これを銅又は銅合金の粒子サイズ数分布の中央値ｄ_５０で除する。比Ｄ_Ｃｕ／ｄ_５０は、銅又は銅合金からなる被膜の面積の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも９０％に渡って、好ましくは０．０５から０．４０の範囲内である。

被膜の銅は、好ましくは純度が≧９９．５０％、より好ましくは≧９９．９０％、さらに好ましくは≧９９．９５％あるいは≧９９．９９％である。

銅又は銅合金からなる被膜は、好ましくはＤＣＢ法によりセラミック基板に貼り付けられる。上記のように、通常のＤＣＢ法は、例えば以下の工程からなる。
− 銅箔を酸化して、表面に酸化銅層を形成する；
− 酸化銅層を形成した銅箔をセラミック基板に載せる；
− 複合材料を＜１０８３℃の温度（例えば１０６５℃から１０８０℃の温度範囲）に加熱する；
− 室温まで冷却する。

ＤＣＢ法の結果として、スピネル結晶子（例えば、銅−アルミニウムスピネル）が、銅又は銅合金からなる被膜とセラミック基板の間に存在しうる。

銅又は銅合金からなる被膜は、例えばセラミック基板の片面のみに貼り付けられていてもよい。あるいは、セラミック基板の両面（すなわち上面及び下面）に銅又は銅合金からなる被膜が設けられていてもよい。図１に、セラミック基板１が銅又は銅合金からなる被膜２を下面及び上面の両方に有する、例示的な銅−セラミックス複合材料を示す。図２に、セラミック基板１の複数の領域のそれぞれに銅又は銅合金からなる被膜２を設けた例示的な銅−セラミックス複合材料を示す。下記のように、個々の金属化領域は、選択的破壊線（Ｓｏｌｌｂｒｕｃｈｌｉｎｉｅｎ）（図２では図示せず。）により互いに分離されることで、当該選択的破壊線に沿った破壊により個別化されてもよい。

電気接触部を形成するために、銅又は銅合金からなる被膜を少なくとも部分的に構造化することができる。金属被膜の構造化は、公知の方法、特に（例えばエッチングマスクを用いた）エッチング法により行うことができる。

エッチング法では、銅又は銅合金を、いくつかの小領域において完全に除去して、セラミック基板の表面を当該小領域において露出させる。さらに、銅又は銅合金からなる被膜は、１又は２以上の凹部（好ましくは円形凹部）を有していてもよく、これは、エッチング法により凹部を導入する領域の銅又は銅合金を一部のみ除去することにより得てもよく、この領域においてセラミック基板の表面は、依然として銅又は銅合金に覆われている。それに代えて、又はそれに加えて、凹部の銅又は銅合金をセラミック表面まで完全にエッチングしてもよい。銅又は銅合金からなる被膜の好ましくは周辺領域におけるこのような凹部の可能な配置に関しては、例えばＤＥ４００４８４４Ｃ１及びＤＥ４３１８２４１Ａ１が参照される。

セラミック基板の好適な材料は、当業者に公知である。セラミック基板は、好ましくは酸化物、窒化物、炭化物又はこれらのうち少なくとも２種以上の混合物若しくは複合材料を含む。セラミック基板は、１層のみ、あるいは複数層からなりうる。

好適な酸化物としては、例として酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はＢｅＯを挙げることができる。酸化物が酸化アルミニウムである場合には、任意で酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）により強化されていてもよい。通常、このようなＺｒＯ_２強化Ａｌ_２Ｏ_３は、全質量に対して酸化ジルコニウムを０．５重量％から３０重量％の割合で含む。また、酸化ジルコニウムは、任意で１又は２種以上のドープ酸化物、特に酸化イットリウム、酸化カルシウム、酸化セリウム又は酸化マグネシウムにより、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムの全質量に対して通常最大０．０１重量％又は最大５％の割合でドープされていてもよい。

セラミック基板が窒化物を含む場合、当該窒化物は、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素又は窒化チタンであってよい。例えば、セラミック基板は、少なくとも１層の窒化アルミニウム及び少なくとも１層のＡｌ_２Ｏ_３を含む多層セラミック基板であってよく、銅又は銅合金からなる被膜は、Ａｌ_２Ｏ_３層上に存在する。

セラミック基板が炭化物を含む場合、当該炭化物は、例えば炭化ケイ素であってよい。

好ましい実施形態によれば、セラミック基板は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。上記のように、酸化アルミニウムは、ＺｒＯ_２強化Ａｌ_２Ｏ_３であってよい。

セラミック基板は、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３を少なくとも６５重量％含む。Ａｌ_２Ｏ_３を強化するＺｒＯ_２が存在しない場合、セラミック基板は、Ａｌ_２Ｏ_３を少なくとも９５重量％、好ましくは９６重量％含みうる。

ＺｒＯ_２強化酸化アルミニウムを用いる場合（上記のようにＺｒＯ_２は任意でドープされている。）、セラミック基板は、当該ＺｒＯ_２強化Ａｌ_２Ｏ_３を少なくとも９６重量％、好ましくは少なくとも９８重量％含みうる。

酸化アルミニウムの粒子サイズは、好ましくは０．０１μｍから２５μｍの範囲内、より好ましくは０．３μｍから２３μｍの範囲内、さらに好ましくは０．５μｍから２０μｍの範囲内である。粒子サイズがこの範囲内であることにより、銅−セラミックス複合材料のセラミック基板は、機械的強度及び熱伝導性の両方に優れる。本発明において、これらの値は粒子サイズ分布の厳密な上限及び加減とはみなされず、±１０％の範囲内で変化しうる。しかし、好ましい実施形態によれば、これらの値は、酸化アルミニウムの粒子サイズ分布の下限（粒子サイズがそれより小さくならない）及び上限（それを超えない）である。したがって、好ましい実施形態によれば、酸化アルミニウムは、上記の範囲外となる粒子を持たない。よって、酸化アルミニウムの最小及び最大粒子サイズをｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）及びｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）とすると、好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≧０．０１μｍかつｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≦２５μｍ、より好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≧０．３μｍかつｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≦２３μｍ、さらに好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≧０．５μｍかつｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）が≦２０μｍである。

銅−セラミックス複合材料におけるＡｌ_２Ｏ_３の粒子サイズは、好適なＡｌ_２Ｏ_３粒子サイズ分布を持つセラミックス出発原料を用いることにより望ましい値に設定することができる。そのようなセラミックス原料は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。任意でセラミックス出発原料を熱処理することにより、粒子サイズを微調整することができる。

上記のように、本発明において、粒子サイズの分布は、粒子数（すなわち、粒子サイズ数分布）に基づいて求められる。

好ましい実施形態によれば、セラミック基板の酸化アルミニウムは、粒子サイズの数分布において、５％以下の粒子の粒子サイズが０．１μｍ未満、より好ましくは０．３μｍ未満、さらに好ましくは０．５μｍ未満であり、及び／又は、少なくとも９５％の粒子の粒子サイズが、１５μｍ未満、より好ましくは１０μｍ未満、さらに好ましくは７μｍ未満である。

Ａｌ_２Ｏ_３の粒子サイズ分布のｄ_５及びｄ_９５値が特定の要件を満たすことにより、金属−セラミックス複合材料のセラミック基板について、機械的強度及び熱伝導性の改善又は最適化を実現できる。

酸化アルミニウムの粒子サイズの数分布は、好ましくはｄ_９５が≦１５．０μｍ，より好ましくは４．０μｍから１５．０μｍの範囲内、さらに好ましくは４．５μｍから１０．０μｍの範囲内、さらに好ましくは５．０μｍから８．０μｍの範囲内である。酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布のｄ_５は、好ましくは≧０．１μｍであり；ｄ_５は、より好ましくは０．１μｍから２．５μｍの範囲内、さらに好ましくは０．３μｍから２．５μｍの範囲内、さらに好ましくは０．５μｍから２．０μｍの範囲内である。これにより、金属−セラミックス複合材料のセラミック基板の機械的強度及び熱伝導性のさらなる最適化を実現することができる。

酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布の好ましいｄ_５０は、例えば１．０μｍから３．０μｍの範囲内である。

本発明では、酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布のｄ_５、ｄ_９５及びｄ_５０値が、以下の条件を満たすように選択されることが好ましい。
９．５≧（ｄ_９５−ｄ_５）／ｄ_５０≧０．７

好ましい実施形態によれば、酸化アルミニウムは、粒子サイズの数分布における中央値ｄ_５０及び算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}が、ｄ_{ａｒｉｔｈ}に対するｄ_５０の比（すなわちｄ_５０／ｄ_{ａｒｉｔｈ}、以下酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布の対称性値（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｅｗｅｒｔ）Ｓ（Ａｌ_２Ｏ_３）とも呼ぶ。）で０．７５から１．１０の範囲内、より好ましくは０．７８から１．０５の範囲内、さらに好ましくは０．８０から１．００の範囲内である。これにより、金属−セラミックス複合材料のセラミック基板の機械的強度及び熱伝導性のさらなる最適化を実現することができる。

例えば事前に原料基板の製造において、酸化アルミニウムにおける粒子サイズ分布の対称性を設定することのできる好適な方法は、当業者に公知である。例えば、粒子サイズ分布の対称性は、原料基板の製造における焼成時間及び焼成温度の影響を受ける。最終的な銅−セラミックス複合材料において上記の対称性値を実現することのできるＡｌ_２Ｏ_３基板は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。

粒子サイズ分布の広がりは、ｄ_９５に対するｄ_５の比により表すことができる。好ましい実施形態によれば、酸化アルミニウムは、粒子サイズの数分布におけるｄ_５及びｄ_９５が、ｄ_９５に対するｄ_５の比で０．１から０．４の範囲内、より好ましくは０．１１から０．３５の範囲内、さらに好ましくは０．１２から０．３０の範囲内である。これにより、金属−セラミックス複合材料のセラミック基板の機械的強度及び熱伝導性のさらなる最適化を実現することができる。

酸化アルミニウムの平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、好ましくは≧０．４０、より好ましくは≧０．６０、さらに好ましくは≧０．８０である。上記のように、個々の粒子の形状は、形状係数Ｒ_Ｋにより表すことができる。これは、ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}の長さを半分にする箇所においてｄ_{Ｋ，ｍａｘ}に直交する粒子径ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}に対する最大粒子径ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}の比である（すなわち、Ｒ_Ｋ＝ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}／ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}）。酸化アルミニウムの平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、粒子の形状係数Ｒ_Ｋの算術平均から得られる。例えば事前に原料基板の製造において、酸化アルミニウム粒子の形状を設定することのできる好適な方法は、当業者に公知である。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３粒子の形状は、原料基板の製造における焼成時間及び焼成温度の影響を受けうる。最終的な銅−セラミックス複合材料において上記の形状係数Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）を実現することのできるＡｌ_２Ｏ_３基板は、市販されているか、標準的な方法により得ることができる。

銅−セラミックス複合材料におけるセラミック基板の好適な厚さは、当業者に公知である。通常、セラミック基板は、その面積の少なくとも７０％、より好ましくはその面積の少なくとも９０％に渡って、厚さが０．２ｍｍから１．２ｍｍの範囲内である。セラミック基板の厚さは、例えば約０．３８ｍｍ又は約０．６３ｍｍである。

セラミック基板の厚さ（Ｄ_ｃｅｒ）及びセラミック基板における酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布の中央値ｄ_５０は、好ましくは、ｄ_５０に対するＤ_ｃｅｒの比（すなわち、Ｄ_ｃｅｒ／ｄ_５０）が、０．００１から０．０１の範囲内、より好ましくは０．００２から０．００９の範囲内、さらに好ましくは０．００４から０．００８の範囲となるように選択される。このために、セラミック基板の厚さＤ_ｃｅｒを１箇所で求め、これを酸化アルミニウムの粒子サイズ数分布の中央値ｄ_５０で除する。比Ｄ_ｃｅｒ／ｄ_５０は、セラミック基板の面積の少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも９０％に渡って、好ましくは０．０５から０．４０の範囲内である。

セラミック基板は、例えば、熱伝導性が≧２０Ｗ／ｍＫ及び／又は曲げ破壊強度が≧４００ＭＰａである。

セラミック基板は、単基板（Ｅｉｎｚｅｌｓｕｂｓｔｒａｔ）として存在しうる。あるいは、セラミック基板は、当該セラミック基板を２つ以上の領域に分割する１又は２以上の（好ましくは直線の）選択的破壊線を有し、銅又は銅合金からなる被膜がこれら領域の少なくとも１つに貼り付けられていてもよい。このような選択的破壊線を有する多数個取り基板（Ｍｅｈｒｆａｃｈｓｕｂｓｔｒａｔ）の構造としては、例えばＤＥ４３１９９４４Ａ１及びＤＥ１９９２７０４６Ａ１を参照することができる。

金属−セラミックス複合材料におけるセラミック基板（単基板又は多数個取り基板のいずれであっても）の好適な寸法（長さｘ幅）は、当業者に公知である。例えば、セラミック基板は、長さｘ幅の寸法が（１８０ｍｍから２００ｍｍ）ｘ（１３０ｍｍから１５０ｍｍ）又は（１８０ｍｍから２００ｍｍ）ｘ（２７０ｍｍから２９０ｍｍ）であってよい。より小さい寸法、例えば（８ｍｍから１２ｍｍ）ｘ（８ｍｍから１２ｍｍ）も可能である。

銅又は銅合金の粒子特性とセラミック基板の酸化アルミニウムの粒子特性を適合させることによって、銅−セラミックス複合材料の特性のさらなる改善を実現することができる。

好ましい実施形態によれば、ｄ_５０（Ｃｕ）に対するｄ_５０（Ａｌ_２Ｏ_３）の比は、０．００８から０．０５５の範囲内、好ましくは０．０１０から０．０４５の範囲内である。これにより、金属−セラミックス複合材料における金属−セラミックス接着及び耐熱衝撃性のさらなる最適化を実現することができる。

好ましい実施形態によれば、銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布における中央値ｄ_５０、算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}及び対称性値Ｓ（Ｃｕ）＝ｄ_５０／ｄ_{ａｒｉｔｈ}を有し、酸化アルミニウムは、粒子サイズの数分布における中央値ｄ_５０、算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}及び対称性値Ｓ（Ａｌ_２Ｏ_３）＝ｄ_５０／ｄ_{ａｒｉｔｈ}を有し、Ｓ（Ｃｕ）及びＳ（Ａｌ_２Ｏ_３）が以下の条件を満たす：
０．７≦Ｓ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｓ（Ｃｕ）≦１．４。

より好ましくは、Ｓ（Ｃｕ）及びＳ（Ａｌ_２Ｏ_３）が以下の条件を満たし：
０．７４≦Ｓ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｓ（Ｃｕ）≦１．３５；
さらに好ましくは以下の条件を満たす：
０．８０≦Ｓ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｓ（Ｃｕ）≦１．２５。

これにより、銅−セラミックス複合材料の耐熱衝撃性を改善することができる。

より好ましい実施形態によれば、酸化アルミニウムの平均粒子形状係数Ｒａ（Ａｌ_２Ｏ_３）及び銅又は銅合金の平均粒子形状係数Ｒ_ａ（Ｃｕ）が、以下の条件を満たす：
０．５≦Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｒ_ａ（Ｃｕ）≦２．０。

より好ましくは、
０．７５≦Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｒ_ａ（Ｃｕ）≦１．５；
また、さらに好ましくは、
０．８０≦Ｒ_ａ（Ａｌ_２Ｏ_３）／Ｒ_ａ（Ｃｕ）≦１．２０
である。
これにより、銅−セラミックス複合材料の耐熱衝撃性のさらなる最適化を実現することができる。

好ましい実施形態によれば、酸化アルミニウムは、粒子サイズがｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）からｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）の範囲内であり、銅又は銅合金は、粒子サイズがｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）からｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）の範囲内であり、
ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）に対するｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）の比及びｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）に対するｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）の比が、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を満たす：
（ｉ） ｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）≧１ｘ１０^−５；
（ｉｉ） ２．５≧ｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）。

ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）に対するｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）の比及びｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）に対するｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）の比は、さらに好ましくは以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を満たし：
（ｉ） ｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）≧０．００１；
（ｉｉ） １．５≧ｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）；
最も好ましくは以下の（ｉ）及び（ｉｉ）を満たす：
（ｉ） ｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）≧０．００２；
（ｉｉ） １．０≧ｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）。

特に好ましい実施形態によれば、
（ｉ） ０．００５≧ｄ_ｍｉｎ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）≧０．００２、かつ
（ｉｉ） １．０≧ｄ_ｍａｘ（Ａｌ_２Ｏ_３）／ｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）≧０．０５
である。

これにより、度重なる温度変化ストレスにも耐える、金属被膜とセラミック基板との間の強い接着を実現することができる。
上記のように、銅の最小及び最大粒子サイズをｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）及びｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）とすると、好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧１０μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦３００μｍ、より好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧１５μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦２５０μｍ、さらに好ましくはｄ_ｍｉｎ（Ｃｕ）が≧２０μｍかつｄ_ｍａｘ（Ｃｕ）が≦２１０μｍである。

本発明によれば、さらに、少なくとも１種の上記の銅−セラミックス複合材料及び１又は２以上のボンドワイヤーを含むモジュールが提供される。１又は２以上のボンドワイヤーが、通常、銅又は銅合金からなる被膜に接合される。ワイヤーを金属被膜に接合する好適な方法は、当業者に公知である。モジュールは、さらに１又は２以上の電子部品、例えば１又は２以上のチップを含みうる。

本発明において、銅又は銅合金の粒子構造や、セラミック基板の酸化アルミニウムの粒子構造は、以下のように測定される。

（銅又は銅合金の粒子サイズ分布）
銅又は銅合金からなる被膜の表面の光学顕微鏡写真を撮る（被覆された基板表面と平行）。研磨切片の形態の特別な試料調製は不要である。

粒子サイズは、直線交差法により求める。直線交差法は、当業者に公知であり、例えばＡＳＴＭ１１２−１３に記載されている。

ラインパターンが少なくとも５０個の粒子と交差するような倍率を選択する。

本発明においては、光学顕微鏡写真上でｘ方向に２本の平行線を引き、ｙ方向に２本の平行線を引いた。これらのラインにより、画像はそれぞれ幅の等しい３つの帯に分割される。説明のために、図３にこれを模式的に示す。

粒子がラインの１本と長さＬにわたって交差した場合、この長さＬを粒子サイズとする。このようにして、ラインの１本と交差する各粒子の粒子サイズが得られる。２本のラインの交点では、１つの粒子に対して２つの値が得られ、これらはどちらも粒子サイズ分布の測定に用いられる。

交差した粒子の粒子サイズから結果として粒子サイズ分布が得られ、そこからｄ_５、ｄ_５０及びｄ_９５値や算術平均ｄ_{ａｒｉｔｈ}を求めることができる。
上記のように、また当業者に公知であるように、しばしば中央値とも呼ばれるｄ_５０は、以下のように定義される：５０％の粒子の直径がｄ_５０よりも小さい。同様に、ｄ_５とは、５％の粒子の直径がｄ_５よりも小さいことであり、ｄ_９５とは、９５％の粒子の直径がｄ_９５よりも小さいことである。
粒子サイズ分布の算術平均は、個々の粒子の粒子サイズの合計を交差した粒子の数で除することにより得られる。

（セラミック基板の酸化アルミニウムの粒子サイズ分布）
セラミック基板の表面の走査顕微鏡写真（ＳＥＭ像）を撮影する。研磨切片の形態の特別な試料調製は不要である。ＳＥＭ像は、セラミック基板の銅で覆われていた箇所をエッチングにより露出させて撮影する。

粒子サイズは、直線交差法により求める。直線交差法は、当業者に公知であり、例えばＡＳＴＭ１１２−１３に記載されている。

ラインパターンが少なくとも５０個のＡｌ_２Ｏ_３粒子と交差するような倍率を選択する。セラミック基板が化学組成の異なる粒子、例えばＺｒＯ_２粒子を含む場合は、これらはＳＥＭ像では二次電子コントラストによりＡｌ_２Ｏ_３粒子と簡単に見分けることができるので、その後の算出には含めない。

直線交差法によるさらなる評価に関しては、上記の銅被膜についての記載を参照しうる。

このように、銅又は銅合金の粒子サイズ及びＡｌ_２Ｏ_３の粒子サイズは、どちらも被覆された基板表面と平行な面又は前者と同一面において求められる。

（個々の粒子の形状係数、平均粒子形状係数）
（銅、銅合金）
粒子サイズ分布の測定に用いた光学顕微鏡写真を用いる。

個々の粒子の形状係数を求めるため、以下の手順を用いる：
最も長い寸法ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}を求める。続いて、ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}の長さを半分にする箇所においてｄ_{Ｋ，ｍａｘ}に直交する粒子径ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}を求める。個々の粒子Ｒ_Ｋの形状係数は、ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}に対するｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}の比、すなわちＲ_Ｋ＝ｄ_{Ｋ，ｏｒｔｈｏ}／ｄ_{Ｋ，ｍａｘ}として得られる。
図４に、楕円形の粒子構造を持つ粒子についてこれを模式的に示す。粒子の形状の２次元投影が円形に近づくにつれ、粒子の形状係数の値は１．０に近づく。したがって、形状係数は、粒子の真円度（Ｋｒｅｉｓｆｏｅｒｍｉｇｋｅｉｔ）／円形度（ｒｕｎｄｈｅｉｔ）の尺度でもある。

光学顕微鏡写真中の少なくとも５０個の粒子について、形状係数を求める。通常、直線交差法の際にラインと交差した粒子を評価する。

そして、銅又は銅合金の平均粒子形状係数は、個々の粒子の形状係数の算術平均（すなわち、個々の形状係数の合計を試験した粒子数で除したもの。）として得られる。

（酸化アルミニウム）
粒子サイズ分布の測定に用いたＳＥＭ像を用いる。

Ａｌ_２Ｏ_３の個々の粒子の形状係数及び平均粒子形状係数の測定に関しては、上記の銅についての記載を参照することができる。

銅又は銅合金の粒子形状係数及びＡｌ_２Ｏ_３の粒子形状係数は、どちらも被覆された基板表面と平行な面又は前者と同一面において求める。

本発明の銅−セラミック基板の製造に好ましく用いられるボンディング法を以下に記載する：

本発明において、銅被膜をセラミック基板に貼り付けるために好ましく用いられる典型的な方法は、例えば文書ＵＳ３７４４１２０、ＵＳ３９９４４３０、ＥＰ００８５９１４Ａ又はＤＥ２３１９８５４Ａにより公知であり、これらの対応する開示は、本発明に参照により援用される。

これらに開示される製造方法、例えばダイレクト銅ボンディング法（ＤＣＢ法）では、本質的に均一な酸化銅層が得られるように、最初に銅箔を酸化するのが一般的である。次いで、得られた銅箔をセラミック基板上に配置し、セラミック基板と銅箔の複合材料を約１０２５℃から１０８３℃の範囲の処理温度、すなわちボンディング温度に加熱すると、その結果として金属化セラミック基板が得られる。ボンディング後、銅箔は被膜となる。その後、得られる金属化セラミック基板を冷却する。

セラミック基板と銅箔の接合は、加熱炉、通常はボンディング炉で行う。しばしばトンネル窯とも呼ばれるこのボンディング炉は、特に、長いトンネル状の炉内空間（マッフルとも呼ばれる。）と、加熱装置により加熱された炉内空間で処理される材料を輸送するための輸送装置とを有し、当該輸送装置は、例えば柔軟で耐熱性のあるコンベアベルトである輸送部を備える。セラミック基板は、銅箔と共にコンベアベルトの支持体上に配置され、次いでコンベアベルトによってボンディング炉の加熱領域に通されて、所望のボンディング温度に達する。ボンディング法の最後に、得られた本発明に係るセラミック基板と銅箔の複合材料を再び冷却する。

この方法は、原則として、片面が金属化されたセラミック基板の製造に用いられ、両面が金属化された基板の製造にも用いられる。両面が金属化された基板の製造は、通常、２段階ボンディング法、すなわち２段階の単層法（ＳＬＢ法）により行われる。本発明においては、２段階ボンディング法を用いるのが好ましい。

本発明に係る両面が金属化されたセラミック基板を製造するための２段階ボンディング法では、炉に２回通すことで、セラミック基板の両面の銅箔にセラミックスが接合される。
このために、最初にセラミック基板を支持体に載置し、次いで上面、すなわち支持体とは反対側を銅箔で覆う。熱の作用によりセラミック基板のこの面に金属層が接合され、次いで得られたものを冷却する。
続いて、基板を裏返し、第２のボンディング工程により同様にして他の面に金属層、すなわち銅箔を設ける。

単基板（Ｅｉｎｚｅｌ−Ｔｅｉｌ−Ｋａｒｔｅｎ）又は複数の単基板に割ることができる大型基板（Ｇｒｏｓｓｋａｒｔｅｎ）を製造することが可能である。

以下の実施例では、銅被膜の粒子サイズ分布が、どのように銅−セラミックス複合材料の温度変化耐性及びワイヤーボンディング挙動に影響するのかを示す。

粒子サイズ分布が異なる３種の銅−セラミックス試料をＤＣＢ法により作製した。
銅−セラミックス複合材料１、以下「Ｋ−Ｋ−Ｖ１」と称する（本発明）
銅−セラミックス複合材料２、以下「Ｋ−Ｋ−Ｖ２」と称する（比較試料）
銅−セラミックス複合材料３、以下「Ｋ−Ｋ−Ｖ３」と称する（比較試料）

これら３種の銅−セラミックス複合材料のそれぞれについて、セラミック基板の上面及び下面の両方に銅被膜を設けた。まず、ＳＬＢ法により銅被膜をセラミック基板の片面に貼り付けた。次いで、ＳＬＢ法によりさらなる銅被膜をセラミック基板の反対側の面に設けて、セラミックスの両面に銅箔を貼り付けた銅−セラミック基板を形成した。次いで、各試料について、２面の銅被膜の１面をエッチング法により構造化（全試料で同一の構造化）した。

３種の銅−セラミックス複合材料において、銅被膜の厚さは０．３ｍｍであり、銅被膜の長さｘ幅は１８１ｘ１３２ｍｍ^２であった。実施例において、銅は純銅である。

さらに、３種の試料はすべて、Ａｌ_２Ｏ_３セラミック基板（Ａｌ_２Ｏ_３含有量：９６重量％）を含み、当該セラミック基板の厚さ：０．３８ｍｍ；セラミック基板の長さｘ幅：１９０ｘ１４０ｍｍ^２であった。

銅被膜は、本発明の効果、すなわち２段階ＳＬＢボンディング後（本発明に係る銅−セラミック基板）に優れた耐熱衝撃性が実現されるように、また、２段階ＳＬＢボンディング後（本発明に係る銅−セラミック基板）にワイヤーの金属被膜への優れたボンディングが実現されるように選択した。

Ｋ−Ｋ−Ｖ１の銅被膜は、粒子サイズが３２μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の下限）から１９２μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の上限）の範囲内であった。粒子サイズ分布のｄ_５は４９μｍ、ｄ_９５は１７７μｍであった。粒子サイズ分布のｄ_５０は９８μｍであった。

図５に、Ｋ−Ｋ−Ｖ１の銅被膜表面の光学顕微鏡写真を示す。これを用いて、実施例Ｋ−Ｋ−Ｖ１の銅粒子サイズを測定した。

Ｋ−Ｋ−Ｖ２の銅被膜は、粒子サイズが４μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の下限）から１７５μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の上限）の範囲内であった。粒子サイズ分布のｄ_５は１３μｍ、ｄ_９５は１５４μｍであった。粒子サイズ分布のｄ_５０は４２μｍであった。

Ｋ−Ｋ−Ｖ３の銅被膜は、粒子サイズが４３μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の下限）から４７０μｍ（すなわち、粒子サイズ分布の上限）の範囲内であった。粒子サイズ分布のｄ_５は７２μｍ、ｄ_９５は２９３μｍであった。粒子サイズ分布のｄ_５０は１５６μｍであった。

３種の試料について、それぞれ耐熱衝撃性及びワイヤーボンディング特性の両方を測定した。

耐熱衝撃性は、以下のようにして測定した。
銅−セラミック基板の耐熱衝撃性を測定には、単基板を好ましくは大型基板から分割する。単基板を、当業者に公知の装置にて以下の温度変化サイクルに供した：
− １５０℃（好ましくは温度変化キャビネットの第１室）で１５分保管
− −４０℃（マイナス４０℃）（好ましくは温度変化キャビネットの第２室）で１５分保管
− ある室から他の室への移動における移動時間は１５秒とした。

５サイクル（１５０℃から−４０℃で保管して元に戻るまでが１サイクルに相当）にわたって、各例の接合部分の銅とセラミックスの接触面における剥離を超音波顕微鏡を用いて検査した。

本発明に係る試料Ｋ−Ｋ−Ｖ１では、試料Ｋ−Ｋ−Ｖ２及びＫ−Ｋ−Ｖ３と比べて、剥離の有意な減少が見られた。

ワイヤーボンディング特性は、以下のようにして測定した：
銅−セラミック基板のワイヤーボンディング特性の測定には、単基板を好ましくは大型基板から分割する。ワイヤー（実施例では銅線、例えば当業者に公知な方法による。）を、当業者に公知の装置にて、単基板の銅−セラミック基板の銅表面に貼り付けた。本発明において、本発明に従って製品パラメータとそれに続くＤＣＢ法を選択すると、試料Ｋ−Ｋ−Ｖ１では、試料Ｋ−Ｋ−Ｖ２及びＫ−Ｋ−Ｖ３と比べてワイヤーボンディング特性が有意に改善されることを実証することができた。

結果を以下の表に要約する。

実施例が示すように、耐熱衝撃性とワイヤーボンディングの改善が同時に実現するのは、粒子サイズ分布が本発明に従っている場合のみ、特にｄ_５及びｄ_９５値が本発明に適合する場合のみである。

Claims (13)

1. 銅−セラミックス複合材料であって、
   − セラミック基板と、
   − 前記セラミック基板上に存在し、銅又は銅合金からなる被膜とを有し、
   前記銅又は銅合金は、粒子サイズが１０μｍから３００μｍの範囲内である、上記銅−セラミックス複合材料。
2. 前記銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布において、５％以下の粒子の粒子サイズが１５μｍ未満、好ましくは２０μｍ未満、より好ましくは２５μｍ未満であり；及び／又は、少なくとも９５％の粒子の粒子サイズが２５０μｍ未満、好ましくは２３０μｍ未満、より好ましくは２００μｍ未満である、請求項１に記載の銅−セラミックス複合材料。
3. 前記銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布における中央値ｄ_５０が５５μｍから１１５μｍの範囲内である、請求項１又は請求項２に記載の銅−セラミックス複合材料。
4. 前記銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布におけるｄ_９５が≦２５０μｍ、より好ましくは１４０μｍから２５０μｍの範囲内、さらに好ましくは１４０μｍから２３０μｍの範囲内、さらに好ましくは１５０μｍから２００μｍの範囲内である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
5. 前記銅又は銅合金は、粒子サイズの数分布におけるｄ_５が≧１５μｍ、より好ましくは１５μｍから８０μｍの範囲内、さらに好ましくは２０μｍから７５μｍの範囲内、さらに好ましくは２５μｍから７０μｍの範囲内である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
6. 前記銅又は銅合金の粒子サイズが、１５μｍから２５０μｍの範囲内、より好ましくは２０μｍから２１０μｍの範囲内である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
7. 銅又は銅合金からなる前記被膜は、厚さがＤ_Ｃｕであり、粒子サイズ数分布の中央値ｄ_５０に対するＤ_Ｃｕの比が０．０５から０．４０の範囲内である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
8. 銅又は銅合金からなる前記被膜が、ＤＣＢ法によって前記セラミック基板に貼り付けられる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
9. 銅又は銅合金からなる前記被膜が、少なくとも部分的に電気接触部を形成する構造化部を有する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
10. 前記セラミック基板が、酸化物、窒化物、炭化物、又はこれら材料の少なくとも２種の混合物若しくは複合材料を含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
11. 前記セラミック基板が、Ａｌ_２Ｏ_３を少なくとも６５重量％含む、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
12. 銅又は銅合金からなる前記被膜は、その面積の少なくとも７０％に渡って厚さが０．２ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であり；及び／又は、前記セラミック基板は、その面積の少なくとも７０％に渡って厚さが０．２ｍｍから１．２ｍｍの範囲内である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の銅−セラミックス複合材料を少なくとも１種と、１又は２以上のボンドワイヤーとを含むモジュール。

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