JP5804838B2 - セラミック接合体 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック板表面と導電性金属板とが接合層を介して接合されたセラミック接合体に関する。
最近、半導体部品の大電力化、モジュール化、高集積化、高信頼性化および低価格化が急速に進んでいる。これらの実現のためにセラミックス基板上に銅回路板を積層し、放熱性を大幅に向上させると共に、銅回路板上に直接半導体を実装することのできる半導体装置用基板が知られている。
セラミックス基板に銅板を直接接合したＤＢＣ基板（Direct Bonding Copper Substrate）は、例えばパワートランジスタモジュール、高周波パワートランジスタ、大容量パワートランジスタあるいはイグナイタ用パワートランジスタ等に実用化されている。
セラミックス基板に銅板を直接接合したＤＢＣ基板（Direct Bonding Copper Substrate）は、例えばパワートランジスタモジュール、高周波パワートランジスタ、大容量パワートランジスタあるいはイグナイタ用パワートランジスタ等に実用化されている。
例えば、特許文献１には、撓み性を高め、基板自身の薄形化と併せて放熱性の改善を目的として、セラミックス基板に銅板を直接接合した半導体装置用基板において、前記セラミックス基板が、アルミナにジルコニアを添加した焼成体よりなる半導体装置用基板が開示されている。
特許文献２には、従来技術として、「セラミック基板にＣｕ板を接合させる際に、Ｃｕ板に大気中、３００℃程度の温度で予備酸化処理を施して、その表面にＣｕ２Ｏ層を形成しておき、セラミック基板とＣｕ板とを合わせて載置し、ＤＢＣ接合炉に通し、１１００℃程度の温度で加熱処理を施し、Ｃｕ板をセラミック基板に接合させる。」ことが記載され、該載置に使用する治具のＭｏメッシュも酸化を受けて接合炉内でＣｕ板と反応して、Ｃｕ板にメッシュ痕が生じる不都合を防止するために、Ｃｕ板の非接合面に接合温度以下の温度で分解する樹脂層を予め形成しておいて、Ｃｕ板にメッシュ痕の発生を防止できることが記載されている。
特許文献２には、従来技術として、「セラミック基板にＣｕ板を接合させる際に、Ｃｕ板に大気中、３００℃程度の温度で予備酸化処理を施して、その表面にＣｕ２Ｏ層を形成しておき、セラミック基板とＣｕ板とを合わせて載置し、ＤＢＣ接合炉に通し、１１００℃程度の温度で加熱処理を施し、Ｃｕ板をセラミック基板に接合させる。」ことが記載され、該載置に使用する治具のＭｏメッシュも酸化を受けて接合炉内でＣｕ板と反応して、Ｃｕ板にメッシュ痕が生じる不都合を防止するために、Ｃｕ板の非接合面に接合温度以下の温度で分解する樹脂層を予め形成しておいて、Ｃｕ板にメッシュ痕の発生を防止できることが記載されている。
特許文献３には、ＤＢＣ基板における銅回路板は、基板表面の酸化物とＣｕＯの共融相を介して接着するものが一般的であったが、この基板は製造時の処理条件のコントロールが難しく、しかも接着強度の点でやや信頼性に欠ける欠点を有していた。この問題点を解決するために、接着面に形成した酸化銅と銅回路板の銅との共晶相を介してセラミック基板に接着することが開示されている。
特許文献４には、窒化アルミニウム基板に銅板を接合して回路基板を形成する際に、熱サイクルによって生じる熱応力に対する耐久性を向上するために、平均粒径が３〜４．５μｍ、粒径１０μｍ以上の粗大粒子が１５〜３０％の窒化アルミニウム基板を使用することが開示されている。
特許文献５には、接合強度が高く、安価で、高基板強度、高放熱特性を有する半導体モジュール用基板を提供することを目的として、絶縁基板を主成分のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）にジルコニア（ＺｒＯ２）を添加し、更にイットリア（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤を添加した焼成体から形成し、該絶縁基板と前記配線金属板が活性金属ろうで接合された半導体モジュール用基板が開示されている。
特許文献４には、窒化アルミニウム基板に銅板を接合して回路基板を形成する際に、熱サイクルによって生じる熱応力に対する耐久性を向上するために、平均粒径が３〜４．５μｍ、粒径１０μｍ以上の粗大粒子が１５〜３０％の窒化アルミニウム基板を使用することが開示されている。
特許文献５には、接合強度が高く、安価で、高基板強度、高放熱特性を有する半導体モジュール用基板を提供することを目的として、絶縁基板を主成分のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）にジルコニア（ＺｒＯ２）を添加し、更にイットリア（Ｙ２Ｏ３）等の焼結助剤を添加した焼成体から形成し、該絶縁基板と前記配線金属板が活性金属ろうで接合された半導体モジュール用基板が開示されている。
しかしながら特許文献１〜３に開示されている接合法では、セラミック板に直接銅板を接着させる際にいずれも１０００℃以上の高温に晒される問題点がある。
また、ろう材を用いて銅板を貼り合わせる方法としては、いずれも７５０〜９００℃程度の高温に晒される問題点がある。
また、ろう材を用いて銅板を貼り合わせる方法としては、いずれも７５０〜９００℃程度の高温に晒される問題点がある。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、被接合体表面にパターン化する際にマスク形成が不要であり、めっきによる接合と比較して接合層における不純物残渣が少なく、熱伝導率を高く保持したまま、熱サイクルによって生じるクラック等の損傷が低減できて接合信頼性が高い、半導体装置用基板用のセラミック接合体を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、銅微粒子と分散媒を含む加熱接合材料からなるパターン化物を、セラミック板と導電性金属板の間に配置後、該加熱接合材料を加熱、焼結して銅微粒子焼結体からなる、多孔質状の接合層を形成することにより、上記課題が解決できることを見出し本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下の（１）〜（５）に記載する発明を要旨とする。
（１）セラミック板と導電性基板（Ｋ）とが銅微粒子（Ｐ）から形成された多孔質状の接合層（Ｌ）を介して接合されたセラミック接合体であって、
前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を含み、接合層（Ｌ）の空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍであり、厚みが０．００５〜０．５００ｍｍであることを特徴とする、セラミック接合体。
（２）前記接合層（Ｌ）が銅微粒子（Ｐ）を焼結させて得られた焼結体であり、前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）５０質量％以上と、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ１）５０質量％以下（質量％の合計は１００質量％でない場合もある）からなることを特徴とする、前記（１）に記載のセラミック接合体。
即ち、本発明は、以下の（１）〜（５）に記載する発明を要旨とする。
（１）セラミック板と導電性基板（Ｋ）とが銅微粒子（Ｐ）から形成された多孔質状の接合層（Ｌ）を介して接合されたセラミック接合体であって、
前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を含み、接合層（Ｌ）の空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍであり、厚みが０．００５〜０．５００ｍｍであることを特徴とする、セラミック接合体。
（２）前記接合層（Ｌ）が銅微粒子（Ｐ）を焼結させて得られた焼結体であり、前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）５０質量％以上と、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ１）５０質量％以下（質量％の合計は１００質量％でない場合もある）からなることを特徴とする、前記（１）に記載のセラミック接合体。
（３）前記セラミック板（Ｃ）が金属酸化物であることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載のセラミック接合体。
（４）前記セラミック板（Ｃ）がアルミナ、強化アルミナ（ＨＰＳ）、又はジルコニアであることを特徴とする、前記（１）から（３）のいずれかに記載のセラミック接合体。
（５）前記導電性基板（Ｋ）が銅板、銅合金板、アルミ板、またはアルミ合金板であることを特徴とする、前記（１）から（４）のいずれかに記載のセラミック接合体。
（４）前記セラミック板（Ｃ）がアルミナ、強化アルミナ（ＨＰＳ）、又はジルコニアであることを特徴とする、前記（１）から（３）のいずれかに記載のセラミック接合体。
（５）前記導電性基板（Ｋ）が銅板、銅合金板、アルミ板、またはアルミ合金板であることを特徴とする、前記（１）から（４）のいずれかに記載のセラミック接合体。
（イ）本発明の「セラミック接合体」は、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）とが、比較的低温で焼結可能な銅微粒子焼結体からなる接合層（Ｌ）を介して接合されているので、熱伝導率を高く保持したままで、セラミックと銅の線膨張差によって生じる残留応力を小さく抑えることができ、熱サイクルにおいてクラック等の損傷を防ぐことができ、接合信頼性が高い。
また、従来技術におけるように、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）とを貼り合わせる温度が１０００℃以上のような高い温度では金属組織が粗くなるため表面に凹凸が出来てしまい、最終的に使用する際に銅板表面の研磨等の処理が必要となる。本発明方法では、金属組織に大きく影響がない温度領域での貼り付けが可能になるので、予め削られる分の厚い銅板を使用する必要がなく、材料コスト・後処理コストが抑えられる。更に、接合層（Ｌ）における不純物残渣が少なく、接合層（Ｌ）を含んだ導体層（ＬとＫ）をパターン化した場合にマイグレーションによるパターン間の短絡が生じにくくすることが可能である。
また、従来技術におけるように、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）とを貼り合わせる温度が１０００℃以上のような高い温度では金属組織が粗くなるため表面に凹凸が出来てしまい、最終的に使用する際に銅板表面の研磨等の処理が必要となる。本発明方法では、金属組織に大きく影響がない温度領域での貼り付けが可能になるので、予め削られる分の厚い銅板を使用する必要がなく、材料コスト・後処理コストが抑えられる。更に、接合層（Ｌ）における不純物残渣が少なく、接合層（Ｌ）を含んだ導体層（ＬとＫ）をパターン化した場合にマイグレーションによるパターン間の短絡が生じにくくすることが可能である。
本発明の「セラミック接合体（以下、セラミック接合体（Ｊ）と記載することがある）」は、セラミック板（Ｃ）表面に、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）からなるパターン化物を配置し、更に該パターン化物上に導電性金属板（Ｋ）を配置後、該加熱接合材料（Ｆ）を加熱、焼結して銅微粒子（Ｐ）焼結体からなる接合層（Ｌ）を形成することにより、
セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが接合層（Ｌ）を介して接合されたセラミック接合体（Ｊ）であって、
前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を含み、接合層（Ｌ）の空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍであり、厚みが０．００５〜０．５００ｍｍであることを特徴とする。
セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが接合層（Ｌ）を介して接合されたセラミック接合体（Ｊ）であって、
前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を含み、接合層（Ｌ）の空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍであり、厚みが０．００５〜０．５００ｍｍであることを特徴とする。
（１）セラミック板（Ｃ）
本発明のセラミック接合体（Ｊ）に使用できるセラミック板（Ｃ）としては、半導体装置用のＤＢＣ基板等に従来から使用されているものを使用することができる。
耐熱性、耐絶縁性、耐磨耗性、耐気密性等の特性や、電気的特性の点から、セラミック板（Ｃ）としては、アルミナ、強化アルミナ（ＨＰＳ）、又はジルコニアの使用が好ましく、添加剤としてＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含有させることができる。これらの添加剤は粘結剤として望ましいものである。
強化アルミナ（ＨＰＳ）は一般的には、アルミナセラミックスにジルコニアを添加し緻密に焼結させたジルコニア強化アルミナセラミックスである。強化アルミナ（ＨＰＳ）は従来のアルミナセラミックスに比べて機械的強度、破壊靭性が高く、特に耐摩耗部材として使われている。セラミック板（Ｃ）として、単層の他に上記成分からなる多層のセラミック板を使用することも可能である。
本発明のセラミック接合体（Ｊ）に使用できるセラミック板（Ｃ）としては、半導体装置用のＤＢＣ基板等に従来から使用されているものを使用することができる。
耐熱性、耐絶縁性、耐磨耗性、耐気密性等の特性や、電気的特性の点から、セラミック板（Ｃ）としては、アルミナ、強化アルミナ（ＨＰＳ）、又はジルコニアの使用が好ましく、添加剤としてＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣａＯ等を含有させることができる。これらの添加剤は粘結剤として望ましいものである。
強化アルミナ（ＨＰＳ）は一般的には、アルミナセラミックスにジルコニアを添加し緻密に焼結させたジルコニア強化アルミナセラミックスである。強化アルミナ（ＨＰＳ）は従来のアルミナセラミックスに比べて機械的強度、破壊靭性が高く、特に耐摩耗部材として使われている。セラミック板（Ｃ）として、単層の他に上記成分からなる多層のセラミック板を使用することも可能である。
（２）導電性金属板（Ｋ）
導電性金属板（Ｋ）としては、導電性、熱伝導性等の点から銅板、銅合金板、アルミ板、またはアルミ合金板を使用することができる。尚、セラミック板（Ｃ）の導電性基板（Ｋ）と相対する側に放熱用金属板として銅板を接合することもできる。
導電性金属板（Ｋ）としては、導電性、熱伝導性等の点から銅板、銅合金板、アルミ板、またはアルミ合金板を使用することができる。尚、セラミック板（Ｃ）の導電性基板（Ｋ）と相対する側に放熱用金属板として銅板を接合することもできる。
（３）加熱接合材料（Ｆ）
加熱接合材料（Ｆ）は、以下に記載する銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む。
（３−１）銅微粒子（Ｐ）
銅微粒子（Ｐ）は、焼結性を有する、平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）のみであってもよく、更に該銅微粒子（Ｐ１）に、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を併用することができる。加熱接合材料（Ｆ）に使用する銅微粒子（Ｐ）は、はんだペーストの場合と異なり、少なくとも１種以上の高純度銅微粒子をそのまま使用することができるので、接合強度と導電性に優れる接合体を得ることが可能になる。一般にはんだペーストの場合、実装対象である基板の銅パッド部分の酸化を取り除くためにフラックス（有機成分）を含有しており、更に金属材料に含まれる不純物として少量ではあるがＡｌ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｓ等の金属が含まれることが多い。
加熱接合材料（Ｆ）は、以下に記載する銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む。
（３−１）銅微粒子（Ｐ）
銅微粒子（Ｐ）は、焼結性を有する、平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）のみであってもよく、更に該銅微粒子（Ｐ１）に、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を併用することができる。加熱接合材料（Ｆ）に使用する銅微粒子（Ｐ）は、はんだペーストの場合と異なり、少なくとも１種以上の高純度銅微粒子をそのまま使用することができるので、接合強度と導電性に優れる接合体を得ることが可能になる。一般にはんだペーストの場合、実装対象である基板の銅パッド部分の酸化を取り除くためにフラックス（有機成分）を含有しており、更に金属材料に含まれる不純物として少量ではあるがＡｌ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｓ等の金属が含まれることが多い。
（イ）銅微粒子（Ｐ１）
銅微粒子（Ｐ１）は、一次粒子の平均粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子であれば特に制限されるものではない。銅微粒子（Ｐ１）の一次粒子の平均粒子径が２ｎｍ未満のものは製造上の困難性を伴い、一方、一次粒子の平均粒子径が５００ｎｍ以下で精密な導電パターンを形成することができ、焼成も容易になる。
銅微粒子（Ｐ１）は、一次粒子の平均粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子であれば特に制限されるものではない。銅微粒子（Ｐ１）の一次粒子の平均粒子径が２ｎｍ未満のものは製造上の困難性を伴い、一方、一次粒子の平均粒子径が５００ｎｍ以下で精密な導電パターンを形成することができ、焼成も容易になる。
（ロ）銅微粒子（Ｐ２）
加熱接合材料（Ｆ）に、一次粒子の平均粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）に加えて、一次粒子の平均粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を分散させて使用することもできる。
銅微粒子（Ｐ）として、平均一次粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）に、更に平均一次粒子径が０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を使用すると、銅微粒子（Ｐ２）間に銅微粒子（Ｐ１）が分散して、加熱処理する際に銅微粒子（Ｐ１）の自由な移動を効果的に抑制することができ、前述の銅微粒子（Ｐ１）の分散性と安定性を向上するのでその結果、加熱焼成でより均質な粒子径と空孔を有する多孔質体を形成することが可能になる。銅微粒子（Ｐ２）の平均一次粒子径は、０．５〜５０μｍが好ましい。銅微粒子（Ｐ２）の平均一次粒子径が０．５μｍ未満では銅微粒子（Ｐ２）の添加効果が発現せず、５０μｍを超えると焼成が困難になるおそれがある。
加熱接合材料（Ｆ）に、一次粒子の平均粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）に加えて、一次粒子の平均粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を分散させて使用することもできる。
銅微粒子（Ｐ）として、平均一次粒子径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）に、更に平均一次粒子径が０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を使用すると、銅微粒子（Ｐ２）間に銅微粒子（Ｐ１）が分散して、加熱処理する際に銅微粒子（Ｐ１）の自由な移動を効果的に抑制することができ、前述の銅微粒子（Ｐ１）の分散性と安定性を向上するのでその結果、加熱焼成でより均質な粒子径と空孔を有する多孔質体を形成することが可能になる。銅微粒子（Ｐ２）の平均一次粒子径は、０．５〜５０μｍが好ましい。銅微粒子（Ｐ２）の平均一次粒子径が０．５μｍ未満では銅微粒子（Ｐ２）の添加効果が発現せず、５０μｍを超えると焼成が困難になるおそれがある。
ここで、一次粒子の平均粒子径とは、二次粒子を構成する個々の銅微粒子の一次粒子の直径の意味である。該一次粒子径は、電子顕微鏡を用いて測定することができる。また、平均粒子径とは、一次粒子の数平均粒子径を意味する。
銅微粒子（Ｐ）として、銅微粒子（Ｐ１）と銅微粒子（Ｐ２）を併用する場合、その好ましい割合は、銅微粒子（Ｐ）中で銅微粒子（Ｐ１）が５０質量％以上、銅微粒子（Ｐ２）が５０質量％以下である。このような割合とすると、空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍを形成し易くなる。
銅微粒子（Ｐ）として、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を配合しない場合には、加熱加圧で焼結により一体化するときの条件が低加圧に限定されるが、銅微粒子（Ｐ１）と銅微粒子（Ｐ２）を併用することにより、焼結の際の製造条件が広く（低加圧〜高加圧）できるメリットが得られる。
銅微粒子（Ｐ）として、銅微粒子（Ｐ１）と銅微粒子（Ｐ２）を併用する場合、その好ましい割合は、銅微粒子（Ｐ）中で銅微粒子（Ｐ１）が５０質量％以上、銅微粒子（Ｐ２）が５０質量％以下である。このような割合とすると、空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍを形成し易くなる。
銅微粒子（Ｐ）として、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を配合しない場合には、加熱加圧で焼結により一体化するときの条件が低加圧に限定されるが、銅微粒子（Ｐ１）と銅微粒子（Ｐ２）を併用することにより、焼結の際の製造条件が広く（低加圧〜高加圧）できるメリットが得られる。
（３−２）分散媒（Ａ）
分散媒（Ａ）として、分子中に１又は２以上の水酸基を有するアルコール類（Ａ１）が好ましく、更にアルコール類（Ａ１）に他の溶媒を併用することができる。他の溶媒としては、アミド基を有する化合物（Ａ２）、アミン化合物（Ａ３）等を上げることができる。
（イ）アルコール類（Ａ１）
アルコール類（Ａ１）としては、分子中に１の水酸基を有する脂肪族アルコール、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、１，２−プロパンジオ−ル、１，３−プロパンジオ−ル、１，２−ブタンジオ−ル、１，３−ブタンジオ−ル、１，４−ブタンジオ−ル、２−ブテン−１，４−ジオール、２，３−ブタンジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、オクタンジオ−ル、グリセロール、１，１，１−トリスヒドロキシメチルエタン、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、１−プロパノール、２−プロパノール、２−ブタノール、２−メチル２−プロパノール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、グリセリンアルデヒド、ジオキシアセトン、トレオース、エリトルロース、エリトロース、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコ−ス、フルクト−ス、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクト−ス、イソマルト−ス、グルコヘプト−ス、ヘプト−ス、マルトトリオース、ラクツロース、及びトレハロースの中から選択される１種又は２種以上を上げることができる。
これらは還元性を有するので銅微粒子（Ｐ）表面が還元され、更に加熱処理を行うことでアルコール類（Ａ１）が連続的に蒸発して、その液体および蒸気が存在する雰囲気で還元・焼成されると銅微粒子（Ｐ）の焼結が促進される
尚、加熱接合材料（Ｆ）の焼結性を考慮すると、アルコール類（Ａ１）が加熱接合材料（Ｆ）中に、銅微粒子（Ｐ）１００質量部に対して１０質量部以上含有されていることが好ましい。
分散媒（Ａ）として、分子中に１又は２以上の水酸基を有するアルコール類（Ａ１）が好ましく、更にアルコール類（Ａ１）に他の溶媒を併用することができる。他の溶媒としては、アミド基を有する化合物（Ａ２）、アミン化合物（Ａ３）等を上げることができる。
（イ）アルコール類（Ａ１）
アルコール類（Ａ１）としては、分子中に１の水酸基を有する脂肪族アルコール、エチレングリコ−ル、ジエチレングリコ−ル、１，２−プロパンジオ−ル、１，３−プロパンジオ−ル、１，２−ブタンジオ−ル、１，３−ブタンジオ−ル、１，４−ブタンジオ−ル、２−ブテン−１，４−ジオール、２，３−ブタンジオ−ル、ペンタンジオ−ル、ヘキサンジオ−ル、オクタンジオ−ル、グリセロール、１，１，１−トリスヒドロキシメチルエタン、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、トレイトール、エリトリト−ル、ペンタエリスリト−ル、ペンチト−ル、１−プロパノール、２−プロパノール、２−ブタノール、２−メチル２−プロパノール、キシリトール、リビトール、アラビトール、ヘキシト−ル、マンニトール、ソルビトール、ズルシトール、グリセリンアルデヒド、ジオキシアセトン、トレオース、エリトルロース、エリトロース、アラビノース、リボース、リブロース、キシロース、キシルロース、リキソース、グルコ−ス、フルクト−ス、マンノース、イドース、ソルボース、グロース、タロース、タガトース、ガラクトース、アロース、アルトロース、ラクト−ス、イソマルト−ス、グルコヘプト−ス、ヘプト−ス、マルトトリオース、ラクツロース、及びトレハロースの中から選択される１種又は２種以上を上げることができる。
これらは還元性を有するので銅微粒子（Ｐ）表面が還元され、更に加熱処理を行うことでアルコール類（Ａ１）が連続的に蒸発して、その液体および蒸気が存在する雰囲気で還元・焼成されると銅微粒子（Ｐ）の焼結が促進される
尚、加熱接合材料（Ｆ）の焼結性を考慮すると、アルコール類（Ａ１）が加熱接合材料（Ｆ）中に、銅微粒子（Ｐ）１００質量部に対して１０質量部以上含有されていることが好ましい。
（ロ）アミド基を有する化合物（Ａ２）
アミド基を有する化合物（Ａ２）としては、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−メチルプロパンアミド、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−メチル−２−ピロリドン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、２−ピロリジノン、ε−カプロラクタム、及びアセトアミドの中から選択される１種又は２種以上を例示することができる。
アミド基を有する化合物（Ａ２）は溶媒（Ａ）中で１０〜８０体積％となるように配合することができる。
アミド基を有する化合物（Ａ２）としては、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ−メチルプロパンアミド、ホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、１−メチル−２−ピロリドン、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、２−ピロリジノン、ε−カプロラクタム、及びアセトアミドの中から選択される１種又は２種以上を例示することができる。
アミド基を有する化合物（Ａ２）は溶媒（Ａ）中で１０〜８０体積％となるように配合することができる。
（ハ）アミン化合物（Ａ３）
アミン化合物（Ａ３）としては、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、及びアルカノールアミンの中から選択される１種又は２種以上のアミン化合物が挙げられ、その具体例としてはメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ｔ−プロピルアミン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、モノ−ｎ−オクチルアミン、モノ−２エチルヘキシルアミン、ジ−ｎ−オクチルアミン、ジ−２エチルヘキシルアミン、トリ−ｎ−オクチルアミン、トリ−２エチルヘキシルアミン、トリイソブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリイソオクチルアミン、トリイソノニルアミン、トリフェニルアミン、ジメチルココナットアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ジメチルパルミチルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチルベヘニルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、メタノールアミン、ジメタノールアミン、トリメタノールアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、及び２−（２−アミノエトキシ）エタノールの中から選択される１種又は２種以上を挙げることができる。アミン化合物（Ａ３）は分散媒（Ａ）中で０．３〜３０体積％となるように配合することができる。
アミン化合物（Ａ３）としては、脂肪族第一アミン、脂肪族第二アミン、脂肪族第三アミン、脂肪族不飽和アミン、脂環式アミン、芳香族アミン、及びアルカノールアミンの中から選択される１種又は２種以上のアミン化合物が挙げられ、その具体例としてはメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリ−ｎ−プロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、ｔ−プロピルアミン、ｔ−ブチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、テトラメチルプロピレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、モノ−ｎ−オクチルアミン、モノ−２エチルヘキシルアミン、ジ−ｎ−オクチルアミン、ジ−２エチルヘキシルアミン、トリ−ｎ−オクチルアミン、トリ−２エチルヘキシルアミン、トリイソブチルアミン、トリヘキシルアミン、トリイソオクチルアミン、トリイソノニルアミン、トリフェニルアミン、ジメチルココナットアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルデシルアミン、ジメチルラウリルアミン、ジメチルミリスチルアミン、ジメチルパルミチルアミン、ジメチルステアリルアミン、ジメチルベヘニルアミン、ジラウリルモノメチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、メタノールアミン、ジメタノールアミン、トリメタノールアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ブタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、Ｎ−エチルエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、及び２−（２−アミノエトキシ）エタノールの中から選択される１種又は２種以上を挙げることができる。アミン化合物（Ａ３）は分散媒（Ａ）中で０．３〜３０体積％となるように配合することができる。
（３−３）加熱接合材料（Ｆ）
本発明の加熱接合材料（Ｆ）は、銅微粒子（Ｐ）が分散媒（Ａ）中に分散している、常温で液状、高粘度体、固体であってもよい。加熱接合材料（Ｆ）は、被接合面（例えば、セラミック板（Ｃ）表面）に、加熱接合材料（Ｆ）からなるパターン化物を配置し、更に該パターン化物上に導電性金属板（Ｋ）を配置して、銅微粒子（Ｐ）が焼結する温度の範囲で加熱するとアルコール類（Ａ１）が銅微粒子（Ｐ）表面を還元して活性化し、銅微粒子（Ｐ）同士の焼結を促進する。その結果、ナノサイズの銅微粒子を含むペーストを用いた場合と同様に、電極と基板を電気的、機械的に接合することが可能になる。尚、加熱接合材料（Ｆ）を加熱焼結する際に分散媒（Ａ）は分解、蒸発等により除去される。
加熱接合材料（Ｆ）における、分散媒（Ａ）／銅微粒子（Ｐ）の割合（質量比）は，パターニングと焼結性を考慮し、安定した接合力を得るためには１０／９０〜７０／３０が望ましい。加熱接合材料（Ｆ）は、公知の混合機、捏和機等を使用して、銅微粒子（Ｐ）を分散媒（Ａ）に分散させることにより得ることができる。加熱接合材料（Ｆ）は、はんだペーストに含まれるような不純物を含まない、高純度の銅微粒子（Ｐ）を使用することが可能であるので、接合強度と導電率を向上することが可能になる。
本発明の加熱接合材料（Ｆ）は、銅微粒子（Ｐ）が分散媒（Ａ）中に分散している、常温で液状、高粘度体、固体であってもよい。加熱接合材料（Ｆ）は、被接合面（例えば、セラミック板（Ｃ）表面）に、加熱接合材料（Ｆ）からなるパターン化物を配置し、更に該パターン化物上に導電性金属板（Ｋ）を配置して、銅微粒子（Ｐ）が焼結する温度の範囲で加熱するとアルコール類（Ａ１）が銅微粒子（Ｐ）表面を還元して活性化し、銅微粒子（Ｐ）同士の焼結を促進する。その結果、ナノサイズの銅微粒子を含むペーストを用いた場合と同様に、電極と基板を電気的、機械的に接合することが可能になる。尚、加熱接合材料（Ｆ）を加熱焼結する際に分散媒（Ａ）は分解、蒸発等により除去される。
加熱接合材料（Ｆ）における、分散媒（Ａ）／銅微粒子（Ｐ）の割合（質量比）は，パターニングと焼結性を考慮し、安定した接合力を得るためには１０／９０〜７０／３０が望ましい。加熱接合材料（Ｆ）は、公知の混合機、捏和機等を使用して、銅微粒子（Ｐ）を分散媒（Ａ）に分散させることにより得ることができる。加熱接合材料（Ｆ）は、はんだペーストに含まれるような不純物を含まない、高純度の銅微粒子（Ｐ）を使用することが可能であるので、接合強度と導電率を向上することが可能になる。
（４）セラミック接合体（Ｊ）
セラミック接合体（Ｊ）は、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を焼結して形成された接合層（Ｌ）を介して接合された、半導体装置用基板である。
セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とは、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を加熱・焼結して金属微粒子焼結体からなる接合層（Ｌ）で接合されるが、該接合は３００℃程度以下の加熱・焼結によりおこなうことが可能であるので、従来のセラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とを１０００℃以上の温度で直接接合したり、ろう材を用いて７５０〜９００℃程度の温度で貼り合わせる方法と対比して、加熱温度を大幅に低くできるので、セラミックと銅の線膨張差によって生じる残留応力を小さく抑えることができ、接合層（Ｌ）は、平均空孔径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を主成分とする粒子の焼結体からなる、多孔質状物で形成されているのでクラックの発生を抑制できる。
セラミック接合体（Ｊ）は、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を焼結して形成された接合層（Ｌ）を介して接合された、半導体装置用基板である。
セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とは、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を加熱・焼結して金属微粒子焼結体からなる接合層（Ｌ）で接合されるが、該接合は３００℃程度以下の加熱・焼結によりおこなうことが可能であるので、従来のセラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とを１０００℃以上の温度で直接接合したり、ろう材を用いて７５０〜９００℃程度の温度で貼り合わせる方法と対比して、加熱温度を大幅に低くできるので、セラミックと銅の線膨張差によって生じる残留応力を小さく抑えることができ、接合層（Ｌ）は、平均空孔径が２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を主成分とする粒子の焼結体からなる、多孔質状物で形成されているのでクラックの発生を抑制できる。
接合層（Ｌ）の平均空孔径は５〜５００ｎｍである。該平均空孔径が５ｎｍ未満では熱伝導性が向上するが、接続信頼性が低下する。一方、５００ｎｍを超えると剥がれの発生が抑制されて接続信頼性は向上するが、熱伝導率が低下するという不都合を生ずる。かかる観点から該平均空孔径は５０〜４００ｎｍが好ましい。
接合層（Ｌ）の空孔率は３〜３０体積％である。該空孔率が３体積％未満では、熱伝導性が向上するが、剥がれが発生し易くなり接続信頼性が低下する。一方、３０体積％を超えると剥がれの発生が抑制されて接続信頼性は向上するが、熱伝導率が低下するという不都合を生ずる。かかる観点から該空孔率は５〜２５体積％が好ましい。
また、接合層（Ｌ）の厚みは、０．００５〜０．５００ｍｍである。該厚みが０．００５ｍｍ未満では導電性金属板（Ｋ）上に大きな熱を発する部品（パワーデバイス）を実装した場合、部品から発生した熱を下の金属板に伝える際の熱抵抗は小さくなるが接続信頼性が低下する。一方、０．５００ｍｍを越えると熱抵抗が大きくなるという不都合を生ずる。
尚、上記接合層の厚み、空孔率、及び平均空孔径の測定は、セラミック接合体（Ｊ）をエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、走査型電子顕微鏡により観察することにより行った。
接合層（Ｌ）の空孔率は３〜３０体積％である。該空孔率が３体積％未満では、熱伝導性が向上するが、剥がれが発生し易くなり接続信頼性が低下する。一方、３０体積％を超えると剥がれの発生が抑制されて接続信頼性は向上するが、熱伝導率が低下するという不都合を生ずる。かかる観点から該空孔率は５〜２５体積％が好ましい。
また、接合層（Ｌ）の厚みは、０．００５〜０．５００ｍｍである。該厚みが０．００５ｍｍ未満では導電性金属板（Ｋ）上に大きな熱を発する部品（パワーデバイス）を実装した場合、部品から発生した熱を下の金属板に伝える際の熱抵抗は小さくなるが接続信頼性が低下する。一方、０．５００ｍｍを越えると熱抵抗が大きくなるという不都合を生ずる。
尚、上記接合層の厚み、空孔率、及び平均空孔径の測定は、セラミック接合体（Ｊ）をエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、走査型電子顕微鏡により観察することにより行った。
（６）セラミック接合体（Ｊ）の製造方法
セラミック接合体（Ｊ）は、セラミック板（Ｃ）表面に、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料からなるパターン化物を配置し、更に該パターン化物上に導電性金属板（Ｋ）を配置して、加圧下に加熱接合材料を加熱、焼結して銅微粒子（Ｐ）焼結体からなる接合層（Ｌ）を形成することにより製造することができる。
セラミック接合体（Ｊ）は、セラミック板（Ｃ）表面に、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料からなるパターン化物を配置し、更に該パターン化物上に導電性金属板（Ｋ）を配置して、加圧下に加熱接合材料を加熱、焼結して銅微粒子（Ｐ）焼結体からなる接合層（Ｌ）を形成することにより製造することができる。
（イ）加熱接合材料
加熱接合材料は、パターニングと焼結性を考慮し、安定した接合力を得るためには銅微粒子（Ｐ）９０〜３０質量％と、分散媒（Ａ）１０〜７０質量％（質量％の合計は１００質量％）とからなることが好ましい。
銅微粒子（Ｐ）は前記の通り、焼結性を有する、平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）からなるものであってもよく、更に該銅微粒子（Ｐ１）に、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を併用することができる。
分散媒（Ａ）として、分子中に１又は２以上の水酸基を有するアルコール類（Ａ１）が好ましい。アルコール類（Ａ１）の具体例は前記の通りである。分散媒（Ａ）には、アルコール類（Ａ１）に他の溶媒を併用することができる。他の溶媒としては、アミド基を有する化合物（Ａ２）、アミン化合物（Ａ３）等を上げることができる。
尚、アルコール類（Ａ１）は、加熱接合材料（Ｆ）中に、銅微粒子（Ｐ）１００質量部に対して１０質量部以上含有されていることが好ましい。
加熱接合材料（Ｆ）は、公知の混合機、捏和機等を使用して、銅微粒子（Ｐ）を分散媒（Ａ）に分散させることにより得ることができる。加熱接合材料（Ｆ）は、はんだペーストに含まれるような不純物を含まない、高純度の銅微粒子（Ｐ）を使用することが可能であるので、接合強度と導電率を向上することが可能になる。
加熱接合材料は、パターニングと焼結性を考慮し、安定した接合力を得るためには銅微粒子（Ｐ）９０〜３０質量％と、分散媒（Ａ）１０〜７０質量％（質量％の合計は１００質量％）とからなることが好ましい。
銅微粒子（Ｐ）は前記の通り、焼結性を有する、平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）からなるものであってもよく、更に該銅微粒子（Ｐ１）に、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）を併用することができる。
分散媒（Ａ）として、分子中に１又は２以上の水酸基を有するアルコール類（Ａ１）が好ましい。アルコール類（Ａ１）の具体例は前記の通りである。分散媒（Ａ）には、アルコール類（Ａ１）に他の溶媒を併用することができる。他の溶媒としては、アミド基を有する化合物（Ａ２）、アミン化合物（Ａ３）等を上げることができる。
尚、アルコール類（Ａ１）は、加熱接合材料（Ｆ）中に、銅微粒子（Ｐ）１００質量部に対して１０質量部以上含有されていることが好ましい。
加熱接合材料（Ｆ）は、公知の混合機、捏和機等を使用して、銅微粒子（Ｐ）を分散媒（Ａ）に分散させることにより得ることができる。加熱接合材料（Ｆ）は、はんだペーストに含まれるような不純物を含まない、高純度の銅微粒子（Ｐ）を使用することが可能であるので、接合強度と導電率を向上することが可能になる。
（ロ）加熱接合材料（Ｆ）からなるパターン化物の配置
加熱接合材料（Ｆ）をシリコンチップ等の被接合体面に塗布又はパターニング、又はパターニング後乾燥することにより、パターン化物を得ることができる。
前記塗布又はパターニング法としては、特に制限されず、グルーガン、ディッピング、スクリーンなどの印刷手段を用いることができる。
加熱接合材料（Ｆ）をシリコンチップ等の被接合体面に塗布又はパターニング、又はパターニング後乾燥することにより、パターン化物を得ることができる。
前記塗布又はパターニング法としては、特に制限されず、グルーガン、ディッピング、スクリーンなどの印刷手段を用いることができる。
（ハ）加熱・焼結
前記パターン化した後、その後セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが前記パターン化物を介して接触した状態で、加熱・焼結を行うことにより、加熱接合材料（Ｆ）中の銅微粒子（Ｐ）が焼結されて、多孔質状の接合層（Ｌ）が形成されるにより、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが接合されたセラミック接合体（Ｊ）が製造される。
加熱・終結条件は、使用する銅微粒子（Ｐ）の粒子径、分散媒（Ａ）成分、パターニングの厚みにもよるが例えば焼結温度１９０〜３００℃程度に達したら、１０〜４０分間程度保持することが好ましい。
前記パターン化した後、その後セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが前記パターン化物を介して接触した状態で、加熱・焼結を行うことにより、加熱接合材料（Ｆ）中の銅微粒子（Ｐ）が焼結されて、多孔質状の接合層（Ｌ）が形成されるにより、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）とが接合されたセラミック接合体（Ｊ）が製造される。
加熱・終結条件は、使用する銅微粒子（Ｐ）の粒子径、分散媒（Ａ）成分、パターニングの厚みにもよるが例えば焼結温度１９０〜３００℃程度に達したら、１０〜４０分間程度保持することが好ましい。
（ニ）その他
前記セラミック接合体（Ｊ）の製造方法によると、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）の貼り合わせを、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料を用いて３００℃以下の低温で行うことが可能であるので、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）の線膨張差によって生じる残留応力を小さくする。主にＤＢＣ基板に好適に使用でき、従来の「直接貼り合わせ」や「ろう材による貼り合わせ」と比較して、低温で銅板を貼り合わせることが可能となるため、残留応力を低減できることで熱サイクルによって生じるクラック等の損傷が低減できる。
また、加熱接合材料（Ｆ）は、比較的低温での加熱、焼成が可能であり、銅微粒子（Ｐ）が焼結して形成される接合層（Ｌ）には微細なボイドが存在しているため、剛性率が低く、熱膨張率の異なる材料間での接合を行っても応力を緩和することができる。また、金属微粒子として、銅微粒子（Ｐ）を使用するので、高熱伝導であり、電子部品の放熱性が向上する。
前記セラミック接合体（Ｊ）の製造方法によると、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）の貼り合わせを、銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料を用いて３００℃以下の低温で行うことが可能であるので、セラミック板（Ｃ）と導電性基板（Ｋ）の線膨張差によって生じる残留応力を小さくする。主にＤＢＣ基板に好適に使用でき、従来の「直接貼り合わせ」や「ろう材による貼り合わせ」と比較して、低温で銅板を貼り合わせることが可能となるため、残留応力を低減できることで熱サイクルによって生じるクラック等の損傷が低減できる。
また、加熱接合材料（Ｆ）は、比較的低温での加熱、焼成が可能であり、銅微粒子（Ｐ）が焼結して形成される接合層（Ｌ）には微細なボイドが存在しているため、剛性率が低く、熱膨張率の異なる材料間での接合を行っても応力を緩和することができる。また、金属微粒子として、銅微粒子（Ｐ）を使用するので、高熱伝導であり、電子部品の放熱性が向上する。
次に、実施例により本発明をより具体的に説明する。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
本実施例、比較例における評価方法を以下に記載する。
（１）接合層の厚み、空孔率、平均空孔径
作製したセラミック接合体サンプルをエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、走査型電子顕微鏡により観察を行った。
（２）クラック発生の有無、剥がれの場所、剥がれ面積
作製したサンプルを温度サイクル試験（−６０℃で３０分間保持後、＋２００℃で３０分間保持を３，０００サイクル行う試験）後の外観観察によりセラミック基板に発生したクラックの有無を判定し、超音波探傷による観察で剥がれの状態を判定した。
（３）熱伝導率
作製したセラミック接合体サンプルをエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、サーモリフレクタンス法により熱伝導率の測定を行った。
本実施例、比較例における評価方法を以下に記載する。
（１）接合層の厚み、空孔率、平均空孔径
作製したセラミック接合体サンプルをエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、走査型電子顕微鏡により観察を行った。
（２）クラック発生の有無、剥がれの場所、剥がれ面積
作製したサンプルを温度サイクル試験（−６０℃で３０分間保持後、＋２００℃で３０分間保持を３，０００サイクル行う試験）後の外観観察によりセラミック基板に発生したクラックの有無を判定し、超音波探傷による観察で剥がれの状態を判定した。
（３）熱伝導率
作製したセラミック接合体サンプルをエポキシ樹脂に埋め込んで、その断面を研磨して露出させ、サーモリフレクタンス法により熱伝導率の測定を行った。
［実施例１］
下記の３成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子５０質量部
（２）エチレングリコール１５質量部
（３）エタノール３５質量部
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸で１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。
得られた焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
下記の３成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子５０質量部
（２）エチレングリコール１５質量部
（３）エタノール３５質量部
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸で１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。
得られた焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
［実施例２］
下記の４成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子４５質量部
（２）平均一次粒子径１０μｍの銅微粒子５質量部
（３）エチレングリコール１５質量部
（４）エタノール３５質量部
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、１０ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０８ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
下記の４成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子４５質量部
（２）平均一次粒子径１０μｍの銅微粒子５質量部
（３）エチレングリコール１５質量部
（４）エタノール３５質量部
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、１０ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０８ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
［実施例３］
下記の３成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子４５質量％
（２）グリセリン２０質量％
（３）マンニトール３５質量％
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．８ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０８ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
下記の３成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子４５質量％
（２）グリセリン２０質量％
（３）マンニトール３５質量％
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．８ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０８ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
［実施例４］
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．４ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、１０ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．４ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、１０ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表１に示す。
［比較例１］
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．０３ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．００３ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．０３ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．００３ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
［比較例２］
下記の４成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子２５質量％
（２）平均一次粒子径３０μｍの銅微粒子２５質量％
（３）エチレングリコール１２．５質量％
（４）エタノール３７．５質量％
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸で１０分間洗浄したもの）を重ねて、２ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
下記の４成分からなる材料を配合し、自転・公転ミキサー（（株）シンキー製、商品名：あわとり練太郎ＡＲ−１００）を使用して、２０００ｒｐｍで５分間混合して加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子２５質量％
（２）平均一次粒子径３０μｍの銅微粒子２５質量％
（３）エチレングリコール１２．５質量％
（４）エタノール３７．５質量％
次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、８０℃で６０分間乾燥後の厚みが０．３ｍｍとなるように塗布後、該条件で乾燥した。次に、乾燥した加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸で１０分間洗浄したもの）を重ねて、２ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．１ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
［比較例３］
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．４ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、２５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０５ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
下記の２成分からなる材料を配合し、乳鉢で混合し加熱接合材料を調製した。
（１）平均一次粒子径５０ｎｍの銅微粒子７５質量％
（２）エチレングリコール２５質量％
次に、次に、京セラ（株）製アルミナ板（サイズ：厚さ１ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ）上に加熱接合材料を、０．４ｍｍとなるように塗布後、加熱接合材料上に日本製箔（株）製の圧延銅（サイズ：厚さ０．５ｍｍ、１０ｃｍ×１０ｃｍ、１０ｗｔ％硫酸１０分間洗浄したもの）を重ねて、２５ＭＰａの加圧下に３００℃で１０分間の加熱により加熱接合材料を焼結させて、セラミック板と金属板とが接合層で接合されたセラミック接合体を得た。このとき焼結後の接合層の厚みは０．０５ｍｍであった。評価結果を表２に示す。
［評価結果］
銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を用いて、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）を接合することで得られるセラミック接合体（Ｊ）は、従来のＤＢＣ基板の製造方法と比較して低温でセラミック板と導電性金属板を接合することが可能となるので、残留応力を低減することができる。従来のＤＢＣ基板でクラックや割れが発生するような温度サイクル試験においてそのような不具合は発生しないことが確認された。
銅微粒子（Ｐ）と分散媒（Ａ）を含む加熱接合材料（Ｆ）を用いて、セラミック板（Ｃ）と導電性金属板（Ｋ）を接合することで得られるセラミック接合体（Ｊ）は、従来のＤＢＣ基板の製造方法と比較して低温でセラミック板と導電性金属板を接合することが可能となるので、残留応力を低減することができる。従来のＤＢＣ基板でクラックや割れが発生するような温度サイクル試験においてそのような不具合は発生しないことが確認された。
Claims (5)
- セラミック板と導電性金属板とが銅微粒子（Ｐ）から形成された多孔質状の接合層（Ｌ）を介して接合されたセラミック接合体であって、
前記銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）を含み、接合層（Ｌ）の空孔率が３〜３０体積％で平均空孔径が５〜５００ｎｍであり、厚みが０．００５〜０．５００ｍｍであることを特徴とする、セラミック接合体。 - 前記接合層（Ｌ）が銅微粒子（Ｐ）を焼結させて得られた焼結体であり、
銅微粒子（Ｐ）が平均一次粒子径２〜５００ｎｍの銅微粒子（Ｐ１）５０質量％以上と、平均一次粒子径０．５〜５０μｍの銅微粒子（Ｐ２）５０質量％以下からなることを特徴とする、請求項１に記載のセラミック接合体。 - 前記セラミック板が金属酸化物であることを特徴とする、請求項１または２に記載のセラミック接合体。
- 前記セラミック板がアルミナ、強化アルミナ（ＨＰＳ）、又はジルコニアであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のセラミック接合体。
- 前記導電性金属板が銅板、銅合金板、アルミ板、またはアルミ合金板であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のセラミック接合体。
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