JP2022165046A - 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 - Google Patents
銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022165046A JP2022165046A JP2021070221A JP2021070221A JP2022165046A JP 2022165046 A JP2022165046 A JP 2022165046A JP 2021070221 A JP2021070221 A JP 2021070221A JP 2021070221 A JP2021070221 A JP 2021070221A JP 2022165046 A JP2022165046 A JP 2022165046A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- ceramic
- ceramic substrate
- less
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 211
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 172
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 169
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title description 4
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims abstract description 77
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 55
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 135
- 229910017944 Ag—Cu Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 21
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 25
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 102
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 101
- 239000000463 material Substances 0.000 description 41
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 6
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910017945 Cu—Ti Inorganic materials 0.000 description 1
- NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N N-[2-oxo-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 NIPNSKYNPDTRPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
【課題】厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体を提供する。【解決手段】セラミックス部材１１の一方の面および他方の面にそれぞれ銅部材１２，１３が接合されており、セラミックス部材１１と銅部材１２，１３との接合界面において、活性金属化合物層２１，３１の銅部材１２，１３との界面から銅部材１２，１３側へ１０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、一方の面側に接合された銅部材１２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、他方の面側に接合された銅部材１３におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下である。【選択図】図２
Description
この発明は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体、および、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板に関するものである。
パワーモジュール、ＬＥＤモジュールおよび熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子および熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して形成した放熱用の金属層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して形成した放熱用の金属層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。
例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、銅板を接合することにより回路層および金属層を形成した絶縁回路基板が提案されている。この特許文献１においては、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材を介在させて銅板を配置し、加熱処理を行うことにより銅板が接合されている（いわゆる活性金属ろう付け法）。
また、特許文献２においては、銅又は銅合金からなる銅板と、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
さらに、特許文献３には、銅又は銅合金からなる銅板と、窒化ケイ素からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、活性金属であるＴｉがセラミックス基板と反応することにより、接合材の濡れ性が向上し、銅板とセラミックス基板との接合強度が向上することになる。
さらに、特許文献３には、銅又は銅合金からなる銅板と、窒化ケイ素からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、活性金属であるＴｉがセラミックス基板と反応することにより、接合材の濡れ性が向上し、銅板とセラミックス基板との接合強度が向上することになる。
ところで、最近では、絶縁回路基板に搭載される半導体素子の発熱温度が高くなる傾向にあり、絶縁回路基板には、従来にも増して、厳しい冷熱サイクルに耐えることができる冷熱サイクル信頼性が求められている。
ここで、前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、銅板側に活性金属であるＴｉが拡散し、ＣｕとＴｉを含む金属間化合物が析出することで、接合界面近傍が硬くなり、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に割れが生じ、冷熱サイクル信頼性が低下するおそれがあった。
ここで、前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、銅板側に活性金属であるＴｉが拡散し、ＣｕとＴｉを含む金属間化合物が析出することで、接合界面近傍が硬くなり、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に割れが生じ、冷熱サイクル信頼性が低下するおそれがあった。
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合される銅部材の形状、接合材の塗布状況、接合時の液相発生状況等によって、セラミックス部材の一方の面に接合された銅板との接合界面と、セラミックス部材の他方の面に接合された銅板との接合界面と、で構造が異なることが分かった。
そして、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さが異なる場合には、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に加わる熱応力のバランスが崩れ、セラミックス部材に割れが生じやすくなるとの知見を得た。
そして、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さが異なる場合には、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に加わる熱応力のバランスが崩れ、セラミックス部材に割れが生じやすくなるとの知見を得た。
本発明は、前述の知見を基になされたものであって、本発明の銅／セラミックス接合体は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体であって、前記セラミックス部材の一方の面および他方の面にそれぞれ前記銅部材が接合されており、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、前記一方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴としている。
なお、本発明におけるインデンテーション硬度Ｈとは、バーコビッチ圧子と呼ばれる稜間角が１１４．８°以上１１５．１°以下の三角錐ダイヤモンド圧子を用いて試験荷重を５０００ｍｇｆとして負荷をかけた際の荷重―変位の相関を計測し、以下の式より算出される。
ｈｃ＝ｈｔ－０．７５×Ｐ／Ｓ
（ｈｔ：押し込み深さ、Ｐ：荷重、Ｓ：接触剛性（＝dP/ dh|Pmax）、ｈｃ：接触深さ）
接触面積Ａ＝２４．５６×ｈｃ２
インデンテーション硬さＨ＝Ｐ／Ａ
ｈｃ＝ｈｔ－０．７５×Ｐ／Ｓ
（ｈｔ：押し込み深さ、Ｐ：荷重、Ｓ：接触剛性（＝dP/ dh|Pmax）、ｈｃ：接触深さ）
接触面積Ａ＝２４．５６×ｈｃ２
インデンテーション硬さＨ＝Ｐ／Ａ
本発明の銅／セラミックス接合体によれば、前記セラミックス部材の一方の面および他方の面に接合された銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。
そして、前前記一方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
そして、前前記一方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
ここで、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
この場合、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
また、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
この場合、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス部材の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅部材との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
さらに、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材の一方の面および他方の面にそれぞれ接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅部材全体が硬くなっておらず、この銅部材の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
この場合、前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅部材全体が硬くなっておらず、この銅部材の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
本発明の絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、前記セラミックス基板の一方の面および他方の面にそれぞれ前記銅板が接合されており、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、前記一方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴としている。
本発明の絶縁回路基板によれば、前記セラミックス基板の一方の面および他方の面に接合された銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることが抑制される。
そして、前記一方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
そして、前記一方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
この場合、前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
また、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
この場合、前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、セラミックス基板の一方の面と他方の面にそれぞれ接合された銅板との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
さらに、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板の一方の面および他方の面にそれぞれ接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅板全体が硬くなっておらず、この銅板の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
この場合、前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅板全体が硬くなっておらず、この銅板の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
本発明によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することができる。
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係る銅／セラミックス接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材としてのセラミックス基板１１と、銅又は銅合金からなる銅部材としての銅板４２（回路層１２）および銅板４３（金属層１３）とが接合されてなる絶縁回路基板１０である。図１に、本実施形態である絶縁回路基板１０を備えたパワーモジュール１を示す。
本実施形態に係る銅／セラミックス接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材としてのセラミックス基板１１と、銅又は銅合金からなる銅部材としての銅板４２（回路層１２）および銅板４３（金属層１３）とが接合されてなる絶縁回路基板１０である。図１に、本実施形態である絶縁回路基板１０を備えたパワーモジュール１を示す。
このパワーモジュール１は、回路層１２および金属層１３が配設された絶縁回路基板１０と、回路層１２の一方の面（図１において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３と、金属層１３の他方側（図１において下側）に配置されたヒートシンク５と、を備えている。
半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。この半導体素子３と回路層１２は、接合層２を介して接合されている。
接合層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
接合層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
ヒートシンク５は、前述の絶縁回路基板１０からの熱を放散するためのものである。このヒートシンク５は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態ではりん脱酸銅で構成されている。このヒートシンク５には、冷却用の流体が流れるための流路が設けられている。
なお、本実施形態においては、ヒートシンク５と金属層１３とが、はんだ材からなるはんだ層７によって接合されている。このはんだ層７は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
なお、本実施形態においては、ヒートシンク５と金属層１３とが、はんだ材からなるはんだ層７によって接合されている。このはんだ層７は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
そして、本実施形態である絶縁回路基板１０は、図１に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に配設された金属層１３と、を備えている。
セラミックス基板１１は、絶縁性および放熱性に優れた窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、セラミックス基板１１は、特に放熱性の優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
回路層１２は、図４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、銅又は銅合金からなる銅板４２が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、回路層１２は、無酸素銅の圧延板を打ち抜いたものが回路パターン状に配置された状態でセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、回路層１２となる銅板４２の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
本実施形態においては、回路層１２は、無酸素銅の圧延板を打ち抜いたものが回路パターン状に配置された状態でセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、回路層１２となる銅板４２の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
金属層１３は、図４に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、銅又は銅合金からなる銅板４３が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、金属層１３は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、金属層１３となる銅板４３の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
本実施形態においては、金属層１３は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、金属層１３となる銅板４３の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
セラミックス基板１１と回路層１２との接合界面においては、図２に示すように、セラミックス基板１１側から順に、活性金属化合物層２１、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２が形成されている。
また、回路層１２においては、活性金属化合物層２１の回路層１２との界面から回路層１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
また、回路層１２においては、活性金属化合物層２１の回路層１２との界面から回路層１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
セラミックス基板１１と金属層１３との接合界面においては、図３に示すように、セラミックス基板１１側から順に、活性金属化合物層３１、Ａｇ－Ｃｕ合金層３２が形成されている。
また、金属層１３においては、活性金属化合物層３１の金属層１３との界面から金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ２が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
また、金属層１３においては、活性金属化合物層３１の金属層１３との界面から金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ２が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
そして、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされている。
また、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面側に形成された活性金属化合物層２１の厚さｔａ１、および、セラミックス基板１１の他方の面側に形成された活性金属化合物層３１の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、これらの厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
なお、本実施形態では、接合材４５が活性金属としてＴｉを含有し、セラミックス基板１１が窒化アルミニウムで構成されているため、活性金属化合物層２１，３１は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。
なお、本実施形態では、接合材４５が活性金属としてＴｉを含有し、セラミックス基板１１が窒化アルミニウムで構成されているため、活性金属化合物層２１，３１は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。
さらに、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面側に形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｂ１と、セラミックス基板１１の他方の面側に形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層３２の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。また、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２（Ａｇ－Ｃｕ合金層３２）の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。
また、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域Ｅ３，Ｅ４におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
以下に、本実施形態に係る絶縁回路基板１０の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。
（接合材配設工程Ｓ０１）
回路層１２となる銅板４２と、金属層１３となる銅板４３とを準備する。ここで、回路層１２となる銅板４２は、回路パターン状に配設されたプレス片とされている。
そして、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の接合面に、接合材４５を塗布し、乾燥させる。ペースト状の接合材４５の塗布厚さは、乾燥後で１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態では、スクリーン印刷によってペースト状の接合材４５を塗布する。
回路層１２となる銅板４２と、金属層１３となる銅板４３とを準備する。ここで、回路層１２となる銅板４２は、回路パターン状に配設されたプレス片とされている。
そして、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の接合面に、接合材４５を塗布し、乾燥させる。ペースト状の接合材４５の塗布厚さは、乾燥後で１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態では、スクリーン印刷によってペースト状の接合材４５を塗布する。
接合材４５は、Ａｇと活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）を含有するものとされている。本実施形態では、接合材４５として、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）を用いている。なお、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）としては、例えば、Ｃｕを０ｍａｓｓ％以上３２ｍａｓｓ％以下の範囲内、活性金属であるＴｉを０．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％以下の範囲で含み、残部がＡｇ及び不可避不純物とされた組成のものを用いることが好ましい。
ここで、ペースト状の接合材４５に含まれるＡｇ粉の比表面積（ＢＥＴ値）を調整することにより、活性金属化合物層２１，３１の回路層１２および金属層１３との界面から回路層１２および金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１，Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２を制御する。
すなわち、Ａｇ粉の比表面積が小さいとペースト状の接合材４５の焼結性が高くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し易くなり、活性金属の拡散が促進され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。一方、Ａｇ粉の比表面積が大きいとペースト状の接合材４５の焼結性が低くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し難くなり、活性金属の拡散が抑制され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。
Ａｇ粉の比表面積の下限は、０．１５ｍ２／ｇ以上とすることが好ましく、０．２５ｍ２／ｇ以上とすることがさらに好ましく、０．４０ｍ２／ｇ以上とすることがより好ましい。また、Ａｇ粉の比表面積の上限は、１．４０ｍ２／ｇ以下とすることが好ましく、１．００ｍ２／ｇ以下とすることがさらに好ましく、０．７５ｍ２／ｇ以下とすることがより好ましい。
なお、ペースト状の接合材４５に含まれるＡｇ粉の粒径は、Ｄ１０が０．７μｍ以上３．５μｍ以下、かつ、Ｄ１００が４．５μｍ以上２３μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
すなわち、Ａｇ粉の比表面積が小さいとペースト状の接合材４５の焼結性が高くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し易くなり、活性金属の拡散が促進され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。一方、Ａｇ粉の比表面積が大きいとペースト状の接合材４５の焼結性が低くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し難くなり、活性金属の拡散が抑制され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。
Ａｇ粉の比表面積の下限は、０．１５ｍ２／ｇ以上とすることが好ましく、０．２５ｍ２／ｇ以上とすることがさらに好ましく、０．４０ｍ２／ｇ以上とすることがより好ましい。また、Ａｇ粉の比表面積の上限は、１．４０ｍ２／ｇ以下とすることが好ましく、１．００ｍ２／ｇ以下とすることがさらに好ましく、０．７５ｍ２／ｇ以下とすることがより好ましい。
なお、ペースト状の接合材４５に含まれるＡｇ粉の粒径は、Ｄ１０が０．７μｍ以上３．５μｍ以下、かつ、Ｄ１００が４．５μｍ以上２３μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
（積層工程Ｓ０２）
次に、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる銅板４２を積層するとともに、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる銅板４３を積層する。
次に、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる銅板４２を積層するとともに、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる銅板４３を積層する。
（加熱工程Ｓ０３）
次に、銅板４２とセラミックス基板１１と銅板４３とを加圧した状態で、真空雰囲気の加熱炉内で加熱し、接合材４５を溶融する。
ここで、加熱工程Ｓ０３における加熱温度は、８００℃以上８５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。また、７８０℃から加熱温度までの昇温工程および加熱温度での保持工程における温度積分値の合計は、７℃・ｈ以上１２０℃・ｈ以下の範囲内とすることが好ましい。
また、加熱工程Ｓ０３における加圧荷重は、０．０２９ＭＰａ以上２．９４ＭＰａ以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、加熱工程Ｓ０３における真空度は、１×１０－６Ｐａ以上５×１０－２Ｐａ以下の範囲内とすることが好ましい。
次に、銅板４２とセラミックス基板１１と銅板４３とを加圧した状態で、真空雰囲気の加熱炉内で加熱し、接合材４５を溶融する。
ここで、加熱工程Ｓ０３における加熱温度は、８００℃以上８５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。また、７８０℃から加熱温度までの昇温工程および加熱温度での保持工程における温度積分値の合計は、７℃・ｈ以上１２０℃・ｈ以下の範囲内とすることが好ましい。
また、加熱工程Ｓ０３における加圧荷重は、０．０２９ＭＰａ以上２．９４ＭＰａ以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、加熱工程Ｓ０３における真空度は、１×１０－６Ｐａ以上５×１０－２Ｐａ以下の範囲内とすることが好ましい。
（冷却工程Ｓ０４）
そして、加熱工程Ｓ０３の後、冷却を行うことにより、溶融した接合材４５を凝固させて、回路層１２となる銅板４２とセラミックス基板１１、セラミックス基板１１と金属層１３となる銅板４３とを接合する。
なお、この冷却工程Ｓ０４における冷却速度は、２℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。なお、ここでの冷却速度は加熱温度からＡｇ－Ｃｕ共晶温度である７８０℃までの冷却速度である。
そして、加熱工程Ｓ０３の後、冷却を行うことにより、溶融した接合材４５を凝固させて、回路層１２となる銅板４２とセラミックス基板１１、セラミックス基板１１と金属層１３となる銅板４３とを接合する。
なお、この冷却工程Ｓ０４における冷却速度は、２℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。なお、ここでの冷却速度は加熱温度からＡｇ－Ｃｕ共晶温度である７８０℃までの冷却速度である。
ここで、回路層１２（銅板４２）側と金属層１３（銅板４３）側とで、冷却速度を調整することにより、活性金属化合物層２１，３１の回路層１２および金属層１３との界面から回路層１２および金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１，Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２を制御する。
すなわち、冷却速度が速い場合には、活性金属の拡散が早期に停止し、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。一方、冷却速度が遅い場合には、活性金属の拡散が長期に継続し、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。
すなわち、冷却速度が速い場合には、活性金属の拡散が早期に停止し、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。一方、冷却速度が遅い場合には、活性金属の拡散が長期に継続し、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。
なお、冷却工程Ｓ０４において、回路層１２（銅板４２）側と金属層１３（銅板４３）側のいずれか一方に、不活性ガスを流すことにより、回路層１２（銅板４２）側と金属層１３（銅板４３）側とで冷却速度を調整することが可能となる。
また、加熱工程Ｓ０３および冷却工程Ｓ０４において、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法を適用した場合には、回路層１２（銅板４２）側の電極と、金属層１３（銅板４３）側の電極とで、冷却水の流量を調整することにより、回路層１２（銅板４２）側と金属層１３（銅板４３）側とで冷却速度を調整することが可能となる。
また、加熱工程Ｓ０３および冷却工程Ｓ０４において、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法を適用した場合には、回路層１２（銅板４２）側の電極と、金属層１３（銅板４３）側の電極とで、冷却水の流量を調整することにより、回路層１２（銅板４２）側と金属層１３（銅板４３）側とで冷却速度を調整することが可能となる。
以上のように、接合材配設工程Ｓ０１、積層工程Ｓ０２、加熱工程Ｓ０３、冷却工程Ｓ０４によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造されることになる。
（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、絶縁回路基板１０の金属層１３の他方の面側にヒートシンク５を接合する。
絶縁回路基板１０とヒートシンク５とを、はんだ材を介して積層して加熱炉に装入し、はんだ層７を介して絶縁回路基板１０とヒートシンク５とをはんだ接合する。
次に、絶縁回路基板１０の金属層１３の他方の面側にヒートシンク５を接合する。
絶縁回路基板１０とヒートシンク５とを、はんだ材を介して積層して加熱炉に装入し、はんだ層７を介して絶縁回路基板１０とヒートシンク５とをはんだ接合する。
（半導体素子接合工程Ｓ０６）
次に、絶縁回路基板１０の回路層１２の一方の面に、半導体素子３をはんだ付けにより接合する。
前述の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製出される。
次に、絶縁回路基板１０の回路層１２の一方の面に、半導体素子３をはんだ付けにより接合する。
前述の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製出される。
以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板１０（銅／セラミックス接合体）によれば、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２および他方の面に形成された金属層１３との接合界面において、セラミックス基板１１側には活性金属化合物層２１，３１が形成されており、活性金属化合物層２１，３１の回路層１２および金属層１３との界面から回路層１２および金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１，Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上とされているので、接合材４５の活性金属が十分に反応しており、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが強固に接合されている。
一方、活性金属化合物層２１，３１の回路層１２および金属層１３との界面から回路層１２および金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１，Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２が２００ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、接合界面が必要以上に硬くなることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることができる。
一方、活性金属化合物層２１，３１の回路層１２および金属層１３との界面から回路層１２および金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ１，Ｅ２におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２が２００ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、接合界面が必要以上に硬くなることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性を向上させることができる。
なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２を１２５ｍｇｆ／μｍ２以上とすることが好ましく、１３０ｍｇｆ／μｍ２以上とすることがさらに好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２を１８０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることが好ましく、１５０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることがより好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１，Ｈ２を１８０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることが好ましく、１５０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることがより好ましい。
そして、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２とセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３との接合界面の硬さに大きな差が生じておらず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
なお、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させるためには、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差を４０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることが好ましく、３０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることがより好ましい。
また、本実施形態において、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２側に形成された活性金属化合物層２１の厚さｔａ１、および、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３側に形成された活性金属化合物層３１の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上とされている場合には、接合材４５の活性金属がセラミックス基板１１と十分に反応しており、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とがさらに強固に接合されている。
一方、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２が１．２μｍ以下とされている場合には、接合界面が必要以上に硬くなることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
一方、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２が１．２μｍ以下とされている場合には、接合界面が必要以上に硬くなることを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２を０．０８μｍ以上とすることが好ましく、０．１５μｍ以上とすることがさらに好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２を１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．６μｍ以下とすることがより好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２を１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．６μｍ以下とすることがより好ましい。
さらに、本実施形態において、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２の厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２とセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制することができる。
なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２の厚さ比ｔａ１／ｔａ２を０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、活性金属化合物層２１の厚さｔａ１および活性金属化合物層３１の厚さｔａ２の厚さ比ｔａ１／ｔａ２を０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
また、本実施形態において、セラミックス基板１１の一方の面側に形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｂ１と、セラミックス基板１１の他方の面側に形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層３２の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２とセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３との接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制することができる。
なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｂ１とＡｇ－Ｃｕ合金層３２の厚さｔｂ２との厚さ比ｔｂ１／ｔｂ２を０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｂ１とＡｇ－Ｃｕ合金層３２の厚さｔｂ２との厚さ比ｔｂ１／ｔｂ２を０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
さらに、本実施形態において、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域Ｅ３，Ｅ４におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている場合には、回路層１２全体および金属層１３全体が硬くなっておらず、回路層１２の表面に接合した半導体素子３、および、金属層１３の表面に接合したヒートシンク５との接合信頼性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
例えば、本実施形態では、絶縁回路基板に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
また、本実施形態の絶縁回路基板では、セラミックス基板として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されたものを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の他のセラミックス基板を用いたものであってもよい。
さらに、本実施形態では、接合材に含まれる活性金属としてＴｉを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される１種又は２種以上の活性金属を含んでいればよい。なお、これらの活性金属は、水素化物として含まれていてもよい。
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
まず、表１記載のセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ）を準備した。なお、厚さは、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３は０．６３５ｍｍ、Ｓｉ３Ｎ４は０．３２ｍｍとした。
また、回路層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×１８ｍｍの銅片を２つ準備した。さらに、金属層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×３７ｍｍの銅板を準備した。
また、回路層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×１８ｍｍの銅片を２つ準備した。さらに、金属層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×３７ｍｍの銅板を準備した。
回路層となる銅板に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが３０μｍとなるよう塗布した。
金属層となる銅板に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが３０μｍとなるよう塗布した。
なお、接合材はペースト材を用い、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の量は表１の通りとした。また、Ａｇ粉のＢＥＴ値（比表面積）はＱＵＡＮＴＡＣＨＲＲＯＭＥ社製ＡＵＴＯＳＯＲＢ－１を用い、前処理として１５０℃で３０分加熱の真空脱気を行い、Ｎ２吸着、液体窒素７７Ｋ、ＢＥＴ多点法で測定した。
金属層となる銅板に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが３０μｍとなるよう塗布した。
なお、接合材はペースト材を用い、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の量は表１の通りとした。また、Ａｇ粉のＢＥＴ値（比表面積）はＱＵＡＮＴＡＣＨＲＲＯＭＥ社製ＡＵＴＯＳＯＲＢ－１を用い、前処理として１５０℃で３０分加熱の真空脱気を行い、Ｎ２吸着、液体窒素７７Ｋ、ＢＥＴ多点法で測定した。
セラミックス基板の一方の面に、回路層となる銅板を積層した。このとき、２つの銅片を、間隔１ｍｍを開けて配置した。
また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる銅板を積層した。
また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる銅板を積層した。
この積層体を、積層方向に加圧した状態で加熱し、接合材を溶融した。このとき、加圧荷重を０．１９６ＭＰａとし，温度積分値は表２の通りとした。
そして、加熱した積層体を冷却することにより、回路層となる銅板とセラミックス基板と金属層となる金属板を接合し、絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を得た。
なお、実施例では、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法により接合を行い、回路層側の電極と、金属層側の電極とで、冷却水の流量を調整することにより、表２に示す冷却速度となるよう調整した。
そして、加熱した積層体を冷却することにより、回路層となる銅板とセラミックス基板と金属層となる金属板を接合し、絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を得た。
なお、実施例では、ＳＰＳ（放電プラズマ焼結）法により接合を行い、回路層側の電極と、金属層側の電極とで、冷却水の流量を調整することにより、表２に示す冷却速度となるよう調整した。
得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）について、インデンテーション硬さ、活性金属化合物層、Ａｇ－Ｃｕ合金層、冷熱サイクル信頼性を、以下のようにして評価した。
（インデンテーション硬さ）
得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を積層方向に切断し、セラミックス基板と回路層および金属層の接合界面において、上述した方法にて活性金属化合物層の回路層および金属層との界面から回路層および金属層側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所で測定及び算出し、その最大値を求めた。
また、回路層および金属層のセラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所で測定及び算出し、その平均値を算出した。
得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を積層方向に切断し、セラミックス基板と回路層および金属層の接合界面において、上述した方法にて活性金属化合物層の回路層および金属層との界面から回路層および金属層側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所で測定及び算出し、その最大値を求めた。
また、回路層および金属層のセラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所で測定及び算出し、その平均値を算出した。
（活性金属化合物層）
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５、加速電圧１．８ｋＶ）を用いて倍率３００００倍で測定し、エネルギー分散型Ｘ線分析法により、Ｎ、Ｏ及び活性金属元素の元素マッピングを取得した。活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する場合に活性金属化合物層が有ると判断した。
それぞれ５視野で観察を行い、活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する範囲の面積を測定した幅で割ったものの平均値を「活性金属化合物層の厚さ」とした。
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５、加速電圧１．８ｋＶ）を用いて倍率３００００倍で測定し、エネルギー分散型Ｘ線分析法により、Ｎ、Ｏ及び活性金属元素の元素マッピングを取得した。活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する場合に活性金属化合物層が有ると判断した。
それぞれ５視野で観察を行い、活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する範囲の面積を測定した幅で割ったものの平均値を「活性金属化合物層の厚さ」とした。
（Ａｇ－Ｃｕ合金層）
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、ＥＰＭＡ装置を用いて、５視野でライン分析を行った。
そして、Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属＝１００質量％としたとき、Ａｇ濃度が１５質量％以上である領域をＡｇ－Ｃｕ合金層とし、その厚さを測定した。それぞれ５視野での測定値の平均をＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さとして表に記載した。
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、ＥＰＭＡ装置を用いて、５視野でライン分析を行った。
そして、Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属＝１００質量％としたとき、Ａｇ濃度が１５質量％以上である領域をＡｇ－Ｃｕ合金層とし、その厚さを測定した。それぞれ５視野での測定値の平均をＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さとして表に記載した。
（冷熱サイクル信頼性）
上述の絶縁回路基板を、セラミックス基板の材質に応じて、下記の冷熱サイクルを負荷し、ＳＡＴ検査によりセラミックス割れの有無を判定した。評価結果を表２に示す。
ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを５００サイクルまで５０サイクル毎にＳＡＴ検査。
Ｓｉ３Ｎ４の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを２０００サイクルまで２００サイクル毎にＳＡＴ検査。
上述の絶縁回路基板を、セラミックス基板の材質に応じて、下記の冷熱サイクルを負荷し、ＳＡＴ検査によりセラミックス割れの有無を判定した。評価結果を表２に示す。
ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを５００サイクルまで５０サイクル毎にＳＡＴ検査。
Ｓｉ３Ｎ４の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを２０００サイクルまで２００サイクル毎にＳＡＴ検査。
セラミックス基板としてＡｌＮを用いた本発明例１－３および比較例１，２を比較すると、回路層側のインデンテーション硬さＨ１および金属層側のインデンテーション硬さＨ２の最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされた本発明例１－３は、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が６１ｍｇｆ／μｍ２とされた比較例１、および、金属層側のインデンテーション硬さＨ２の最大値が２１７ｍｇｆ／μｍ２とされた比較例２に比べて、冷熱サイクル信頼性に優れていることが確認される。
セラミックス基板としてＳｉ３Ｎ４を用いた本発明例４－６および比較例３，４を比較すると、回路層側のインデンテーション硬さＨ１および金属層側のインデンテーション硬さＨ２の最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされた本発明例４－６は、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が６２ｍｇｆ／μｍ２とされた比較例３、および、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が５５ｍｇｆ／μｍ２とされた比較例４に比べて、冷熱サイクル信頼性に優れていることが確認される。
セラミックス基板としてＡｌ２Ｏ３を用いた本発明例７，８および比較例５を比較すると、回路層側のインデンテーション硬さＨ１および金属層側のインデンテーション硬さＨ２の最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、回路層側のインデンテーション硬さＨ１と金属層側のインデンテーション硬さＨ２の差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされた本発明例７，８は、金属層側のインデンテーション硬さＨ２の最大値が９４ｍｇｆ／μｍ２とされた比較例５に比べて、冷熱サイクル信頼性に優れていることが確認される。
以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス基板（セラミックス部材）における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を提供可能であることが確認された。
１０ 絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）
１１ セラミックス基板（セラミックス部材）
１２ 回路層（銅部材）
１３ 金属層（銅部材）
２１，３１ 活性金属化合物層
２２，３２ Ａｇ－Ｃｕ合金層
１１ セラミックス基板（セラミックス部材）
１２ 回路層（銅部材）
１３ 金属層（銅部材）
２１，３１ 活性金属化合物層
２２，３２ Ａｇ－Ｃｕ合金層
Claims (8)
- 銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体であって、
前記セラミックス部材の一方の面および他方の面にそれぞれ前記銅部材が接合されており、
前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、
前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、
前記一方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅部材における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴とする銅／セラミックス接合体。 - 前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の銅／セラミックス接合体。
- 前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
前記セラミックス部材の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス部材の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅／セラミックス接合体。 - 前記セラミックス部材の一方の面および他方の面にそれぞれ接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の銅／セラミックス接合体。
- セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、
前記セラミックス基板の一方の面および他方の面にそれぞれ前記銅板が接合されており、
前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、
前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、
前記一方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ１と、前記他方の面側に接合された前記銅板における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ２との差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴とする絶縁回路基板。 - 前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された活性金属化合物層の厚さｔａ１、および、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された活性金属化合物層の厚さｔａ２が、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔａ１／ｔａ２が０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁回路基板。
- 前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
前記セラミックス基板の前記一方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ１と、前記セラミックス基板の前記他方の面側に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｂ２との比ｔｂ１／ｔｂ２が、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の絶縁回路基板。 - 前記セラミックス基板の一方の面および他方の面にそれぞれ接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の絶縁回路基板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021070221A JP2022165046A (ja) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 |
| PCT/JP2022/018135 WO2022224949A1 (ja) | 2021-04-19 | 2022-04-19 | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021070221A JP2022165046A (ja) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022165046A true JP2022165046A (ja) | 2022-10-31 |
Family
ID=83723330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021070221A Pending JP2022165046A (ja) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022165046A (ja) |
| WO (1) | WO2022224949A1 (ja) |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207587A (ja) * | 2002-12-26 | 2004-07-22 | Dowa Mining Co Ltd | 金属−セラミックス接合基板およびその製造方法 |
| JP6100501B2 (ja) * | 2012-10-31 | 2017-03-22 | デンカ株式会社 | セラミック回路基板および製造方法 |
| CN110690187B (zh) * | 2015-09-28 | 2023-12-12 | 株式会社东芝 | 电路基板及半导体装置 |
| JP6904088B2 (ja) * | 2016-06-30 | 2021-07-14 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板 |
| EP3492441A4 (en) * | 2016-07-28 | 2020-03-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | CONNECTION BODY, PRINTED CIRCUIT BOARD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE |
| JP7369508B2 (ja) * | 2017-08-04 | 2023-10-26 | デンカ株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JP7196799B2 (ja) * | 2019-08-21 | 2022-12-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 |
| WO2021124923A1 (ja) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板 |
-
2021
- 2021-04-19 JP JP2021070221A patent/JP2022165046A/ja active Pending
-
2022
- 2022-04-19 WO PCT/JP2022/018135 patent/WO2022224949A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022224949A1 (ja) | 2022-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105189109B (zh) | 接合体、功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板 | |
| EP3632879B1 (en) | Ceramic circuit board and method of production | |
| KR102422607B1 (ko) | 접합체, 히트 싱크가 부착된 파워 모듈용 기판, 히트 싱크, 및 접합체의 제조 방법, 히트 싱크가 부착된 파워 모듈용 기판의 제조 방법, 히트 싱크의 제조 방법 | |
| KR102272865B1 (ko) | 접합체, 히트 싱크가 부착된 파워 모듈용 기판, 히트 싱크, 접합체의 제조 방법, 히트 싱크가 부착된 파워 모듈용 기판의 제조 방법, 및 히트 싱크의 제조 방법 | |
| WO2011049067A1 (ja) | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| JP5698947B2 (ja) | 電子機器用放熱板およびその製造方法 | |
| JP5991103B2 (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール、及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| JP6870767B2 (ja) | 銅／セラミックス接合体、及び、絶縁回路基板 | |
| JP5741793B2 (ja) | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| JP2023086688A (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2022224949A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2022224958A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2022224946A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2016167217A1 (ja) | 接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク、及び、接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンクの製造方法 | |
| WO2023286856A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023286862A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023286860A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023008565A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023286858A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、および、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 | |
| WO2023106226A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023286857A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| JP2023044869A (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| WO2023008562A1 (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| JP2023044872A (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 | |
| JP2022108546A (ja) | 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231201 |