JP6123410B2

JP6123410B2 - セラミックス回路基板の製造方法

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Publication number: JP6123410B2
Application number: JP2013064840A
Authority: JP
Inventors: 手島　博幸; 博幸手島; 渡辺　純一; 渡辺　　純一; 藤田　卓; 卓藤田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2013227204A

Description

本発明は、セラミックス基板と金属基板とがろう材層を介し接合された構成のセラミックス回路基板、及びその製造方法に関する。

セラミックス回路基板は、基本的に、電気的絶縁性を有する絶縁基板であるセラミックス基板と、このセラミックス基板の両面に接合された金属製の回路基板および放熱板とで構成される。このセラミックス回路基板（以下、回路基板と言う場合がある。）をパワー半導体モジュールとして使用する場合には、半導体チップがはんだ等によって回路基板に接合される。なお、パワー半導体モジュール等に組み込まれる回路基板には、動作時において半導体チップが発する熱を放熱させるため、高い熱伝導性が要求される。そのため、回路基板を構成するセラミックス基板、回路板および放熱板には高い熱伝導率が求められる。また、回路板は、当該回路板に接合される半導体チップの配線パターンでもあるため、通例、平面方向において形成された間隙を介し対向するよう配置された２枚以上の金属板で構成されており、半導体チップの動作を円滑にするため高い導電性が求められる。

上記回路基板を構成するセラミックス基板として、近年、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムや窒化珪素を主成分とした焼結体であるセラミックス基板が使用されており、特に窒化珪素を主成分とする焼結体である窒化珪素基板は、窒化アルミニウムに対し優れた機械的性質（曲げ強度・破壊靱性等）を有しているため使用が拡大している。また、セラミックス基板に接合される回路板および放熱板（以下、両者を総称して金属基板と言う場合がある。）としては、高い熱伝導率及び導電性を有するＡｌやＣｕを主成分とした金属基板が好ましく使用されている。

ここで、上記セラミックス基板と金属基板とを接合する接合方法として、セラミックス基板と金属基板の間に配置されたろう材層を介して両者を接合する、いわゆるろう材接合法が周知である。ろう材接合法を用いてセラミックス基板を金属基板に接合し、回路基板を形成する場合、以下の塗布工程および接合工程を経て回路基板が形成される。すなわち、塗布工程では、金属ろう材粉末、有機バインダーおよび有機溶剤が混合されたろう材ペーストがセラミックス基板の表面に所定のパターンで塗布され、そして乾燥される。なお、上記ろう材ペーストは、分散剤や界面活性剤も含む場合もある。次いで、接合工程では、まず、塗布工程で塗布されたろう材ペーストに接するようセラミックス基板に金属基板が配置され、被接合体が形成される。そして、上記の配置状態を維持しつつ被接合体を前記ろう材ペースト中に含まれる有機バインダー、分散剤、界面活性剤等が分解される脱バインダー温度まで加熱した後、ろう材が溶融する温度で加熱し、その後冷却する。すると、ろう材が固化してなるろう材層を介し、セラミックス基板と金属基板とが接合された接合体が形成される。この接合体は、例えばエッチング工程やろう材除去工程その他各種の工程を経て、回路基板となる。

ろう材接合法に用いるろう材ペーストとしては、従来から様々な観点に基づき各種のろう材ペーストが提案されており、その一例が下記特許文献１および２に開示されている。特許文献１に開示されたろう材ペーストは、Ａｇ粉末とＣｕ粉末を含むＡｇ−Ｃｕ系金属ろう材粉末を含むろう材ペーストであって、更に金属材料としてＩｎ粉末を含んでいる。特許文献１の金属ろう材粉末は、Ｉｎを添加することにより、金属ろう材粉末の溶融温度を低下せしめ、上記接合工程における加熱温度を低下させることができ、接合後に生じる回路基板の反りを抑制することができると記載されている。

特許文献２に開示されたろう材ペーストは、Ａｇ：８５〜５５質量％、Ｉｎ：５〜２５質量％、Ｔｉ：０．２〜２．０質量％、残部Ｃｕ及び不可避不純物からなる平均粒子径１５〜４０μｍの合金粉末に、さらに平均粒子径１〜１５μｍのＡｇ粉末粒子を５〜３０質量％添加したことを特徴とする金属ろう材粉末を含むろう材ペーストである。このろう材ペーストによれば、セラミックス基板に金属基板を配置した際のろう材ペーストの広がりが抑制され、かつろう材ペースト表面の凹凸が抑制されるために、高い接合信頼性を得ることができると記載されている。なお、ろう材ペーストに用いられる有機バインダーとしては、特許文献１では、ポリイソブチルメタクリレート、エチルセルロース、メチルセルロース、アクリル樹脂などの高分子化合物が用いられ、特許文献２では、アクリル系樹脂が用いられている。

特開平４−２８５０７６号公報特開２００４−３１４１６１号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に記載されたろう材ペーストを用いセラミックス基板と金属基板を接合して回路基板を形成した場合には、金属ろう材粉末が溶融してなるろう材層とセラミックス基板の接合界面に炭素成分が残留し、セラミックス基板と金属基板との接合強度を十分に確保できず、加えて回路基板の熱伝導率が低くなるという問題があった。さらに、前記金属基板が、平面方向において形成された間隙を介し対向配置された２枚以上の金属板（回路板）である場合、ろう材ペーストの脱バインダー処理工程において有機バインダーが揮発する際に、当該間隙の中で露出したセラミックス基板の表面に良導体である炭素成分が付着するため、間隙を介し対向する金属板間の電気的絶縁性が低下し、当該金属板に接合される半導体チップに異常電流が流れる虞があった。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ろう材層とセラミックス基板との接合界面に炭素成分が残留し難いセラミックス回路基板の製造方法およびろう材層とセラミックス基板との接合界面に存在する残留炭素成分が少なく、セラミックス基板と金属基板の接合強度および熱伝導率の高いセラミックス回路基板を提供することを、その第１の目的としている。さらに、本発明は、前記金属基板が、平面方向において形成された間隙を介し対向配置された２枚以上の金属板である場合に、当該間隙の中で露出したセラミックス基板の表面に炭素成分が付着し難い回路基板の製造方法および当該間隙において露出したセラミックス基板の表面に存在する炭素成分が少なく、金属板間の電気的な絶縁性の高いセラミックス回路基板を提供することを、その第２の目的としている。

本発明者らは、ろう材層とセラミックス基板との接合界面に残留する炭素成分および回路板の間隙において露出したセラミックス基板の表面に付着する炭素成分の発生原因を鋭意検討し、その由来が、本来、接合工程における加熱処理によりガス化され系外に除去されるべき、ろう材ペースト中に含まれる有機バインダーであることを特定した。

すなわち、接合工程における温度プロファイルは、通常、金属ろう材粉末が溶融する温度で一定時間保持する第２の温度保持域と、第２の温度保持域の前に配置された第１の温度保持域を有し、この第１温度保持域において、ろう材ペーストに含まれる有機バインダーは加熱分解され、ガス化され、ろう材ペーストから系外に除去される。

ここで、図３に、従来から使用されている有機バインダーであるアクリル系樹脂の一例であるポリメタクリル酸イソブチルの熱分解特性を示す。図３は、大気中において１０℃／ｍｉｎの加熱速度で行った、熱重量分析（ＴｈｅｒｍｏＧｒａｖｉｍｅｔｒｉｃＡｎａｌｙｓｉｓ：ＴＧＡ）の結果を示した線図である。このアクリル系樹脂が熱分解し、重量が初期重量の１０％となる点Ｂの温度（以下、点Ｂの温度を分解温度と言う場合がある。）は３９５℃程度であり、このアクリル系樹脂を有機バインダーとして用いた場合、その分解温度と金属ろう材粉末の融点（一般的に７４０〜７８０℃程度）との差は３００〜４００℃程度となる。さらに、このアクリル系樹脂が熱分解し、その重量が初期重量の９０％となる点Ａ（温度：２４０℃）から初期重量の１０％となる点Ｂ（温度：３９５℃）までの重量減少率、すなわち分解速度は約０．５％／℃である。この傾向は、ポリメタクリル酸イソブチル以外の他のアクリル系樹脂でも同様である。なお、本発明における重量減少率は、以下の本発明の実施形態の項の説明も含め、図３において破線Ｓで示すように、有機バインダーを構成する樹脂を熱重量分析した場合に、その重量が初期重量の９０％となる点Ａの温度から初期重量の１０％となる点Ｂの温度の差で、重量減少量８０％を除した値とする。すなわち、破線Ｓの傾きを、有機バインダーの分解速度と定義する。

このように従来から使用されているアクリル系樹脂からなる有機バインダーをろう材ペーストに用いた場合、上記した第１の温度保持域において有機バインダーは充分に分解され除去されず、ろう材中に残存する。分解温度以上に加熱しても有機バインダーがろう材ペースト中に残存する理由は、ろう材層がセラミックス基板と金属基板とに挟まれた非開放系であるためと考えられる。そして、ろう材ペースト中に残存した有機バインダーは、第１の温度保持域よりも高温の第２の温度保持域まで加熱されると、当該高温領域では、もはや残存する有機バインダーは分解せず、炭化して炭素成分となる。その結果、ろう材層とセラミックス基板との接合界面に炭素成分が残留することとなる。さらに、前記したように揮発した有機バインダーの一部は、回路板に形成された間隙において露出したセラミックス基板の表面に炭素成分として付着する。

本願発明者らは、上記従来技術の接合工程における有機バインダーの挙動を鋭意検討した。その結果、金属基板とセラミックス基板との間の狭い空間の中に配置されたろう材ペーストに含まれる有機バインダーを円滑に除去し、ろう材層とセラミックス基板の接合界面に残留する炭素成分を低減するとともに、回路板の間隙の中で露出したセラミックス基板の表面への有機バインダーを由来とする炭素成分の付着を防止するためには、（１）有機バインダーの分解温度を低くすること、（２）加熱時における分解速度の速い有機バインダーを使用すること、が有効であることを知見し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一態様は、セラミックス基板の一面にろう材ペーストを塗布する塗布工程と、前記塗布工程で塗布されたろう材ペースト、当該ろう材ペーストに接触するように配置された金属基板およびセラミックス基板を加熱し、その後冷却し、形成されたろう材層を介してセラミックス基板に金属基板を接合する接合工程とを有し、前記ろう材ペーストは、金属ろう材粉末、有機バインダーおよび有機溶剤を含み、前記有機バインダーは、大気中で加熱速度を１０℃／分とした熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が前記金属ろう材粉末の融点に対し４００〜５００℃低く、９０％から１０％までの重量減少率が０．６〜４．５％／℃である、セラミックス回路基板の製造方法である。

かかるセラミックス回路基板の製造方法によれば、塗布工程において、セラミックス基板の一面にろう材ペーストが塗布され、接合工程において、塗布されたろう材ペースト、当該ろう材ペーストに接触するように配置された金属基板およびセラミックス基板は加熱され、その後冷却され、形成されたろう材層を介してセラミックス基板と金属基板とは接合される。

ここで、上記ろう材ペーストに含まれる有機バインダーは、その一例であるポリプロピレンカーボネートの熱重量分析の結果である図２に示すように、大気中で昇温速度を１０℃／分とした熱重量分析（ＴＧＡ）を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる点Ｂの温度が金属ろう材粉末の融点に対し４００〜５００℃低く、初期重量を１００％としたとき重量が９０％となる点Ａから重量が１０％となる点Ｂまでの重量減少率が０．６〜４．５％／℃となる樹脂を使用する。なお、重量減少率は、上記したように、熱重量分析をした場合に、有機バインダーの重量が初期重量の９０％となる温度から初期重量の１０％となる温度の差で、重量減少量８０％を除した値である。

このように、金属ろう材粉末の融点を基準とした場合に、当該融点より分解温度が４００〜５００℃と低く、さらに重量減少率が０．６〜４．５％と高い樹脂を有機バインダーとして使用することにより、金属基板とセラミックス基板との間の狭い間隙の中に配置されたろう材ペースト中の有機バインダーを円滑に除去し、ろう材層とセラミックス基板の接合界面に残留する炭素成分を抑制するとともに、２枚の金属板の間隙の中で露出したセラミックス基板の表面への炭素成分の付着を抑制することができる。

なお、大気中で加熱速度を１０℃／分とした熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が前記金属ろう材粉末の融点との差が４００℃未満の場合には、ろう材層とセラミックス基板との接合界面に残留する炭素成分および２枚の金属板の間隙において露出したセラミックス基板の表面に付着する炭素成分が増加する。一方で、その差が５００℃を超える場合には、有機バインダーが低温で分解するため、例えば塗布工程と接合工程の間に配置される、セラミックス基板に塗布されたろう材ペースト中の有機溶剤を除去する乾燥工程などの加熱処理工程において、有機バインダーも分解され除去されてしまうため、その後のハンドリング時に金属ろう材粉末の脱落が生じやすくなる。さらに、初期重量を１００％としたとき重量が９０％から１０％に至るまでの重量減少率が０．６％／℃未満の場合には、上記効果を奏することができず、ろう材層とセラミックス基板の接合界面に残留する炭素成分を抑制するとともに、金属板の間隙の中で露出したセラミックス基板の表面への炭素成分の付着を抑制することができない。一方で、４．５％／℃を超える場合には、加熱された有機バインダーが突沸して気泡が生じ、ろう材ペーストの一部が揮発し、所望の領域以外に金属ろう材粉末が付着するため、回路基板の電気的絶縁性を低下させる虞がある。

上記セラミックス回路基板の製造方法において、前記ろう材ペーストは、前記有機バインダーとして、２．７〜２６．２重量部のポリプロピレンカーボネート、又は２．６〜２６重量部のポリエチレンカーボネートを好適に含むことができる。

さらに、前記接合工程における温度プロファイルは、前記有機バインダーの熱分解温度で温度を一定期間保持する第１の温度保持域と、当該第１の温度保持域の後に前記金属ろう材粉末が溶融する温度で一定期間保持する第２の温度保持域を有する。そして、前記第１の温度保持域に至るまでの加熱速度を３０℃／分以下とすることが好ましい。ろう材ペースト中に含まれる有機バインダーを除去する第１の温度保持域までの加熱速度を３０℃／分以下として、ろう材ペースト、当該ろう材ペーストに接触するように配置された金属基板およびセラミックス基板からなる被接合体を充分に予熱し、第１の温度保持域に至る間に当該被接合体の温度を均一化することにより、より効果的にろう材ペースト中の有機バインダーを除去することができる。

さらに加えて、前記接合工程が真空雰囲気下で行われる場合、分解してガス化した有機バインダーを十分に系外へ除去せしめるためには、真空排気における真空ポンプの排気速度を、前記有機バインダー１００ｇ当たり９０００リットル／分以上とすることが望ましい。

かかるセラミックス回路基板の製造方法によれば、金属基板とセラミックス基板との接合強度の低下を抑制してピール強度２０ｋＮ／ｍ以上を維持することができ、例えば半導体チップの動作範囲である低温側−５５℃、高温側１６０℃の冷熱サイクルが負荷された場合でも、セラミックス基板から金属基板が剥離し難いセラミックス回路基板が構成される。

本発明の別の態様は、好ましくは上記セラミックス回路基板の製造方法で形成されたセラミックス回路基板であり、セラミックス基板の一面にろう材層を介して金属基板が接合されたセラミックス回路基板であって、前記金属基板は、平面方向において形成された間隙を介し対向配置された２枚以上の金属板であり、前記間隙において露出した前記セラミックス基板の表面に存在する炭素（Ｃ）を主体とした炭素偏析部を有し、前記炭素偏析部と面積が等価な円の直径の平均値（以下、円相当径ということがある）は１．０ｍｍ以下であり、前記炭素偏析部の個数は、１ｃｍ^２当たり２個以下であり、前記炭素偏析部の個々の重心間の距離の変動係数（標準偏差／平均値）が０．６以上であるセラミックス回路基板である。ここで、実体顕微鏡２〜５倍で認識できる島状黒色部を炭素偏析部と定義する。

さらに加えて、２枚の金属基板間の間隙において露出したセラミックス基板の表面における大きさ、相互間距離および密度が限定された炭素偏析部を有するセラミックス回路基板の前記金属板間の絶縁耐圧は、周波数５０Ｈｚおよび６０ＨｚいずれにおいてもＡＣ５ｋＶ／ｍｍ以上となる。

上記説明したように、本発明は、その課題を解決することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態となるセラミックス回路基板の製造方法における接合工程の温度プロファイルを示す図である。有機バインダーとして用いられるポリプロピレンカーボネートのＴＧＡ測定結果である。従来のセラミックス回路基板の製造方法において用いられるろう材ペーストのバインダーのＴＧＡ測定結果である。セラミックス回路基板の製造方法を示す工程断面図である。セラミックス回路基板における２枚以上の金属基板間の間隙におけるセラミックス基板表面に存在する黒色部（炭素偏析部）を調べた結果である。セラミックス回路基板に対するピール強度試験の際に用いられた試料の構造を示す図である。金属板間の間隙におけるセラミックス基板上の炭素偏析部の状況を模式的に示す図である。炭素偏析部の画像を２値化処理する際に用いる閾値の求め方を説明するための図である。

以下、本発明について、その具体的な実施形態に基づき説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。

本実施形態に係る回路基板の正断面図を図４（ｄ）に示す。回路基板１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の上面（一面）に形成された二のろう材層１５・１５と、平面方向において二のろう材層１５・１５の間に介在するよう形成された間隙Ｄと、間隙Ｄを挟むようにセラミックス基板１１の一面側に二のろう材層１５・１５を介し各々接合された２枚の金属板１３・１３とを有している。この平面方向において対向配置された２枚の金属板１３・１３は、一組として、半導体チップ等が搭載される一組の回路板１３として機能する。そして、セラミックス基板１１の下面（他面）には、不図示の放熱フィン等に接合され、半導体チップ等で生じる熱を当該放熱フィンに伝導する放熱板１４が、ろう材層１５を介し接合されている。なお、回路板１３および放熱板１４の表面には、例えばＮｉ、Ａｕ等のメッキ層が必要に応じ形成される。

上記回路基板１を構成するセラミックス基板１１の材質は特に限定されず、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等、基本的に電気的絶縁性を有する焼結体で構成すればよい。しかしながら、回路基板１に実装される半導体素子は、近年、発熱量が増大しかつその動作速度も高速化している。このため、高い熱伝導率を有する窒化物セラミックス、具体的には窒化アルミニウムを主体とした粒子からなる主相と前記粒子の間に存在する焼結助剤を主体とした粒界相とを含む窒化アルミニウム焼結体、窒化珪素を主体とした粒子からなる主相と前記粒子の間に存在する焼結助剤を主体とした粒界相とを含む窒化珪素質焼結体でセラミックス基板１１を構成することが望ましい。更に、強度および破壊靭性など機械的強度の面で優れた窒化珪素質焼結体でセラミックス基板１１を構成することがより望ましい。

窒化珪素質焼結体でセラミックス基板１１を構成する場合には、例えば窒化珪素９０〜９７質量％、ＭｇまたはＹその他希土類元素を含む焼結助剤３〜１０質量％を含む原料粉末を用いることができる。これに、適量の有機バインダー、可塑剤、分散剤および有機溶剤を添加し、ボールミル等で混合し、スラリーを形成し、当該スラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法で成形し、薄板状の成形体であるセラミックスグリーンシートをすることができる。しかる後に、セラミックスグリーンシートを所望の形状となるよう打ち抜きまたは裁断をし、このシートをＢＮ粉末を介して１７００〜１９００℃の温度で焼成後、分離することにより、セラミックス基板１１を得ることができる。なお、以下の実施例では、セラミックス基板１１として、Ｓｉ_３Ｎ_４を９５質量％、Ｍｇを酸化物換算で３質量％、Ｙを酸化物換算で２質量％含む、図４に示す紙面において縦横の大きさが其々３０ｍｍおよび４０ｍｍ、厚みが０．３２ｍｍの窒化珪素基板を使用した場合を例として説明する。

また、上記回路基板１を構成する金属基板である回路板１３および放熱板１４についても、その材質は特に限定されず、金属ろう材粉末で接合でき且つ融点が金属ろう材粉末よりも高ければ特に制約はない。例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、ニッケルメッキを施したモリブデン、ニッケルメッキを施したタングステン、ニッケルメッキを施した鉄合金等を用いることが可能である。この中でも銅または銅を含む合金を金属基板として用いることが、電気的抵抗及び延伸性、高熱伝導性（低熱抵抗性）、マイグレーションが少ない等の点から最も好ましい。また、アルミニウムまたはアルミニウムを含む合金を金属基板として用いる場合、電気的抵抗、高熱伝導性（低熱抵抗性）は、銅に劣るものの、その塑性変形性のために、冷熱サイクルに対する高い信頼性が得られる。以下の実施例では、金属基板である回路板１３および放熱板１４として、いずれも厚みが０．５ｍｍである無酸素銅基板Ｃ１０２０Ｈ材（ＪＩＳ規格Ｈ３１００）を使用した。

さらに、回路基板１においてセラミックス基板１１と金属基板１３・１４とを接合するろう材層１５についても、その材質は特段限定されないが、例えばＣｕを主成分とする金属基板をセラミックス基板に接合する場合には、代表的には、共晶組成であるＡｇとＣｕを主体としＴｉ・Ｚｒ・Ｈｆ等の活性金属を添加したＡｇ−Ｃｕ系活性金属ろう材粉末用いてろう材層１５を形成することができる。さらにセラミックス基板１１と金属基板１３・１４の接合強度の観点から好ましくはこれにＩｎが添加された三元系のＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系活性金属ろう材粉末で形成されたろう材層１５用いてろう材層１５を形成することができる。以下の実施例では、Ａｇ：７０．６質量％、Ｉｎ：２．９質量％、Ｔｉ：１．９質量％、残部Ｃｕおよび不純物の構成となるよう調整された融点が７６０℃の金属ろう材粉末に、下記で詳細に説明する有機バインダーおよび有機溶媒を混合して形成したろう材ペーストにより、ろう材層１５を形成した場合を例として説明する。

以下、図４（ｄ）に示す回路基板１の製造方法について、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。なお、以下述べる回路基板の製造工程において、回路板１３と放熱板１４に係る各工程の内容は基本的に同一であるので、回路板１３についてのみ詳述し、放熱板１４に係る作業内容の説明は省略する。

［塗布工程］
図４（ａ）に示すように、平面方向において間隙ｄを介し離隔する二のパターンを有するように、セラミックス基板１１の上面にろう材ペースト１２を塗布する。ろう材ペーストの塗布方法は特に限定されないが、工業生産上、回路基板を効率的に製造するためにはスクリーン印刷法で塗布することが望ましい。なお、以下の実施例では、紙面左側に形成したパターンの大きさは紙面に平行な横方向が１１．６ｍｍ、紙面に垂直な縦方向が２７．６ｍｍ、右側に形成したパターンの大きさは横および縦方向が各々２３．６ｍｍおよび２７．６ｍｍとし、塗布されたろう材ペーストの厚みは４０μｍとした。さらに、二のパターン間の間隙ｄの大きさは２．４ｍｍとし、縦方向において一定の幅とした。

ここで、塗布工程でセラミックス基板１１に塗布されるろう材ペーストに含まれる金属ろう材粉末は、上記組成の金属ろう材粉末を使用した。また、ろう材ペーストに含まれる有機バインダーとしては、ポリプロピレンカーボネートおよびポリエチレンカーボネートを使用し、下記の実施例の項で説明するように上記金属ろう材粉末に対し適宜な質量比で有機溶媒とともに攪拌し、混合してろう材ペーストを作成した。ここで、ポリプロピレンカーボネートの熱分解特性の一例として、その熱重量分析結果を図２に示す。大気中で加熱速度を１０℃／分とした熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が２６０℃であり、上記金属ろう材粉末の融点に対し５００℃低く、熱分解温度と金属ろう材粉末の融点との温度差が従来の有機バインダーを用いた場合（図３）より大きい。さらに９０％から１０％までの重量減少率は４．０％／℃で従来の有機バインダーを用いた場合より大きい。また、ポリエチレンカーボネートの熱分解特性の一例においては、同条件で熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が２８０℃であり、上記金属ろう材粉末の融点に対し４８０℃低く、熱分解温度と金属ろう材粉末の融点との温度差が従来の有機バインダーを用いた場合より大きい。さらに９０％から１０％までの重量減少率は２．６％／℃で従来の有機バインダーを用いた場合より大きい。なお、上記熱重量分析はセイコー電子工業社製の示差熱熱重量同時測定装置であるＴＧ／ＤＴＡ３２０型を用い、当該装置の炉内への大気の供給量は２００ｍｌ／分とした。

ろう材ペーストに含まれる有機バインダーの組成は、金属ろう材粉末１００質量部に対して、３．２〜２５．７質量部の範囲で調整することが望ましい。有機バインダーの組成が３．２質量部未満の場合には、ろう材ペーストの粘度が２００Ｐａ・ｓを超えるためスクリーン印刷時の印刷性が低下し、印刷されたろう材ペーストのパターンにかすれ等の印刷不良が生じやすくなる。そのため、形成されたろう材層にボイドが発生しやすくなり、その結果、得られる回路基板の熱伝導率が低下するとともに金属基板とセラミックス基板との接合強度が低下する。一方で、２５．７質量部を超える場合には、有機バインダーがろう材ペーストから完全に除去され難くなり、残留する炭素成分の影響のため回路基板の熱伝導率が低下するとともに金属基板とセラミックス基板との接合強度が低下する。

上記有機バインダーを溶解するため、ろう材ペーストに含まれる有機溶剤としては、ターピネオールの一種であるα−テルピネオールを用いることも可能であるが、以下の溶剤を用いると、本実施形態に係る有機バインダーの溶解性の点から有効である。このような溶剤としては、例えば塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルム、１，２―ジクロロエタン、トリクロロエチレン、メチルアセテート（酢酸メチル）、ビニルアセテート（酢酸ビニル）、エチルアセテート（酢酸エチル）、酢酸ｎ−プロピル、プロピレンカーボネート（炭酸プロピレン）、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ブチロラクトン（γ−ブチロラクトン：ＧＢＬ）、カプロラクトン、プロピレンオキシド（酸化プロピレン）、テトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、セロソルブアセテート（酢酸セロソルブ）、ＰＭアセテート、ＤＥアセテート、モノグライム、ジグリム（ジグライム）、トリグライム、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、プロピオニトリル、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、１−ニトロプロパン、２−ニトロプロパン、ベンゼン、スチレン、ジメチルスルホキシド、トルエン、ｍ−キシレン（メタキシレン）、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、ブチルアセテート（酢酸ブチル）、メタノール、エタノール、プロピレングリコール、1-フェノキシ-２-プロパノール（ドワノールＰＰＨ）、ジエチレングリコールフェニルエーテル（ドワノールＥＰＨ）、ジエチレングリコールモノメチルエーテル（ドワノールＤＭ）、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル（ドワノール６２Ｂ）、ＤＢＥ−４ｄｉｂａｓｉｃｅｓｔｅｒ（ＤＢＥ４）、ジメチルカーボネート（炭酸ジメチル）から選ばれる一種以上の溶剤を用いることができる。

ここで、スクリーン印刷を用いてろう材ペーストをパターン形成する場合には、スクリーン版上のペースト粘度が極力変化しないように、沸点が高く、蒸気圧が低い有機溶剤を選択することが望ましい。以下の実施例では、このポリプロピレンカーボネートを主成分とした有機バインダーの場合には、グリコールエーテル系のドワノールＰＰＨを使用し、ポリエチレンカーボネートを主成分とする有機バインダーの場合には、γ−ブチロラクトンをそれぞれ有機溶剤として使用した。なお、有機溶剤の組成は、金属ろう材粉末１００質量部に対して、２．１〜３４．３質量部の範囲で調整することが望ましい。有機溶剤が２．１質量部未満の場合には、ろう材ペーストの粘度が２００Ｐａ・ｓを超えるためスクリーン印刷時の印刷性が低下し、印刷されたろう材ペーストのパターンにかすれ等の印刷不良が生じやすくなる。そのため、形成されたろう材層にボイドが発生しやすくなり、その結果、得られる回路基板の熱伝導率が低下するとともに金属基板とセラミックス基板との接合強度が低下する。一方で、３４．３質量部を超える場合には、有機物である有機溶媒に由来する炭素成分が残留しやすくなり、残留する炭素成分の影響のため回路基板の熱伝導率が低下するとともに金属基板とセラミックス基板との接合強度が低下する。

［接合工程］
図４（ｂ）に示すように、上記塗布工程で塗布されたろう材ペースト１２の二のパターンに接触するよう回路板１３となる２枚の金属板１３をセラミックス基板１１の上面に配置する。そして、図４（ｃ）に示すように、塗布されたろう材ペースト１２、当該ろう材ペースト１２に接触するように配置された金属板１３およびセラミックス基板１１を一組とした被接合体１ａを加熱炉に挿入し、好ましくは非酸化雰囲気である真空雰囲気下または窒素雰囲気下で加熱し、形成されたろう材１５層を介しセラミックス基板１１と金属板１３とを接合して接合体１ｂを形成する。なお、下記の実施例では、図４（ｂ）に示す金属板１３の縦×横×厚さは、紙面において左側に配置された金属板１３で２８ｍｍ×１２ｍｍ×０．５ｍｍ、右側に配置された金属板１３で２８ｍｍ×２４ｍｍ×０．５ｍｍとし、両者の間に形成される間隙Ｄの大きさは、２枚の金属板１３の間隙Ｄが２ｍｍとなるように調整した。放熱板１４の縦×横×厚さは、２８ｍｍ×３８ｍｍ×０．５ｍｍとした。

ここで、本実施形態の回路基板の製造方法では、図４（ｂ）に示すように、予め形状および寸法が調整された２枚の金属板１３を間隙Ｄが形成されるようにセラミックス基板１１に配置して回路基板を形成しているが、二のろう材ペーストのパターンに跨るように一枚の金属板をセラミックス基板１１に配置し、両者を接合した後に、この金属板の表面に所望のパターンでレジスト膜を形成し、金属板をエッチングすることにより間隙Ｄを形成し、回路板１３となる２枚の金属板１３を形成してもよい。

図１は、上記接合工程における温度プロファイルを示す線図である。本実施形態に係る温度プロファイルＰは、ろう材ペーストに含まれる金属ろう材粉末が溶融する温度Ｔ_２で一定時間保持する第２の温度保持域Ｐ２と、第２の温度保持域Ｐ２の前に配置された第１の温度保持域Ｐ１を有する。そして、ろう材ペーストに含まれる有機バインダーは、第１の温度保持域Ｐ１において温度Ｔ_１で一定時間加熱分解され、ガス化され、ろう材ペーストから除去される。なおＴ_１の温度域の幅は２００℃程度である。ここで、金属ろう材粉末を溶融させる第２の温度保持域Ｐ２の温度Ｔ_２は、ろう材ペーストに含まれる金属ろう材粉末の融点により異なるが、Ｔ_２の温度域は、ろう材の融点よりも５０〜１５０℃高めに設定される。例えばＣｕを主成分とする金属基板をセラミックス基板に接合する場合に多用されるＡｇ−Ｃｕ系金属ろう材粉末の融点は、融点は概ね７００〜７６０℃程度であり、Ｔ２は７２０〜８７０℃である。また、Ａｌを主成分とする金属基板を接合する場合に多用されるＡｌ−Ｓｉ系金属ろう材粉末の融点は、概ね５５０〜６１５℃程度である。第２の温度保持域の温度Ｔ_２は、通常、金属ろう材粉末の融点より１０〜１００℃程度高めに設定することができる。なお、第２の温度保持域Ｐ２の保持時間ｔ_２は、金属ろう材粉末の材質、組成および量により適宜設定されるが、概ね１〜３時間の範囲から選択するとよい。また、第２の温度保持域Ｐ２の後には、図示するように室温まで冷却する冷却域を設けてもよく、別の温度パターンを設けてもよい。

ろう材ペーストに含まれる有機バインダーを分解して除去する第１の温度保持域Ｐ１の温度Ｔ_１は、使用する有機バインダーの分解温度、すなわち当該有機バインダーを大気中で１０℃／分の加熱速度で熱重量分析をした場合に、その重量が初期重量の１０％となる温度を基準として決定することができる。ろう材ペーストに残存する有機バインダーを充分に除去する一方で、高温の加熱による有機バインダーの炭化を防止するためには、第１の温度域Ｐ１の温度Ｔ_１は、熱重量分析において有機バインダーが初期重量の１０％となる温度よりも１０〜１００℃高い範囲に設定することが望ましい。さらに、第１の温度保持域Ｐ１の保持時間ｔ_１は、特に有機バインダーの量や熱分解特性を考慮し設定されるが、概ね１〜１０時間の範囲から選択するとよい。

ここで、本実施形態の接合工程における温度プロファイルＰは、図１に示すように、上記第１の温度保持域Ｐ１に至る昇温域Ｐ０が設けられており、その加熱速度は３０℃／分以下に設定されている。このように第１の温度保持域Ｐ１に至るまでの加熱速度を３０℃／分以下に設定することにより、ろう材ペースト、当該ろう材ペーストに接触するように配置された金属基板およびセラミックス基板からなる被接合体１ａ（図４（ｃ）参照）を充分に予熱し、第１の温度保持域Ｐ１に至る間に被接合体１ａの温度を均一化することができる。これにより、より効果的にろう材ペースト中の有機バインダーを除去することができる。なお、接合工程を真空雰囲気下で行う場合には、被接合体の加熱は専ら加熱炉からの輻射熱で行われ、雰囲気に存在する気体の対流による被接合体１ａの温度の均一化の効果が期待できないため、予熱効果を得るためには加熱温度を１０℃／分以下と抑制することが好ましい。また、予熱の効果を発揮するためには、昇温域Ｐ０は、少なくとも有機バインダーが分解を開始する温度、すなわち熱重量分析において有機バインダーの重量が減少を開始する温度以上において設定されていることが好ましい。

なお、上記の第１の温度保持域、第２の温度保持域においては、厳密に温度（Ｔ_１、Ｔ_２）が一定である必要はない。同様の効果を奏する限りにおいて、これらの温度が変動していてもよい。例えば、これらの温度がある設定温度±２０℃程度の範囲であっても充分に効果を奏するように、この設定温度を定めることができる。

上記したように接合工程では、金属ろう材粉末の酸化を防止して接合性を確保するため非酸化雰囲気、特に窒素雰囲気または真空雰囲気（減圧雰囲気）下でセラミックス基板と金属板との接合が行われるが、特に真空雰囲気下で接合を行う場合には、有機バインダー１００ｇ当たり排気速度を９０００リットル／分以上とし、分解されガス化された有機バインダーを系外へ除去することが残留する炭素成分を抑制する点から望ましい。

上記のように塗布工程および接合工程を経て形成された図４（ｃ）に示す接合体１ｂは、金属板１３・１３の外縁からはみ出した不要なろう材層１５・１５を、過酸化水素および酸性フッ化アンモニウム等を含むろう材除去液で除去するろう材除去工程、金属板１３・１３の表面を化学研磨する化学研磨工程、金属板１３・１３の各々の表面にＮｉ等のメッキ層を形成するメッキ工程その他必要な工程を経ることにより、図４（ｄ）に示す回路基板１が形成される。

以上においては、縦横の大きさがそれぞれ３０ｍｍ、４０ｍｍ、厚みが０．３２ｍｍの窒化珪素基板１１に、大きさが２８ｍｍ×１２ｍｍ、２８ｍｍ×２４ｍｍの金属板１３、及び大きさ２８ｍｍ×３８ｍｍの放熱板１４を接合し、図４（ｄ）に示すセラミックス回路基板を製造する製造方法の一例を示した。縦横の大きさが例えば２００ｍｍ×２００ｍｍの大型の窒化珪素基板を用いて複数の金属板１３、及び放熱板１４を接合して複数の回路パターンを形成し、その後に分割して複数のセラミックス回路基板を得る方法が通常用いられる。

セラミックス基板１１と金属板１３との接合強度を確認するため、ピール強度試験を行った。ピール強度試験片は、回路基板製作時に大型の窒化珪素基板の外周に位置する余肉部を用いて、回路基板１と同時に作製した。ピール強度試験片は、図６に示すように、上記回路基板１を構成する窒化珪素基板１１と同一組成の窒化珪素基板Ｍ１の側面に対し一端部が５ｍｍ突出するよう、回路基板１を構成する金属板１３と同一組成の金属板ＷＡをＭ１の片面に配し、そして回路基板１を構成する放熱金属板１４と同一組成の金属板ＷＢをＭ１のもう一方の面に配置した試験片Ｔで構成される。この試験方法においては、ＷＡの突出した部分を９０度上方に引っ張り上げながら、ＷＡとＭ１を強制的に剥離させて、剥離に要する単位長さ（剥離方向の対して直角方向の試験片の幅）当りの力を評価し、ピール強度である単位長さ当りの力が、セラミックス基板と金属板との接合強度を示す。そして、上記試験片Ｔについて、ピール強度試験を実施したところ、本実施形態に係る回路基板１と同一構成の試験片Ｔのピール強度は、いずれも２０ｋＮ／ｍ以上であった。

図４（ｄ）に示す回路基板１の間隙Ｄに露出するセラミックス基板１１の表面における炭素偏析部の発生状態は、次のようにして確認した。すなわち、図７に示す間隙Ｄに存在するセラミックス基板１１の露出した表面を光学顕微鏡で撮像し、その黒色部の画像を２値化処理して炭素偏析部Ｋの像を分離した。２値化処理の閾値の設定は、モード法を用い、各回路基板の画像で求めた明暗の濃度分布の平均値をさらに平均した値を閾値とした。以下に閾値の求め方の詳細を図８（ａ）〜（ｃ）を使って説明する。回路基板の間隙Ｄに存在する炭素偏析部Ｋの光学顕微鏡画像から炭素偏析部Ｋをその周囲とともに切り出す（図８（ａ））。その画像をモノクロ像とするために縦軸を度数、横軸を白と黒の範囲を２５６階調に分けた濃度とする濃度分布像（図８（ｂ））を求める。濃度分布像から度数が最大値となる濃度を濃度分布の平均濃度とする。更に最大度数の１／２に相当する濃度の値をこの回路基板の閾値とする。そして、上記のようにして得られた２値化後の炭素偏析部Ｋの画像に基づき、下記の炭素偏析部Ｋの円相当径、面密度および相互間距離の変動係数を求めた。なお、図７に示す黒色部が炭素偏析部であることは、当該黒色部を、上記と同一条件のエネルギー分散形Ｘ線分光測定することにより確認した。

なお、上記回路基板１における間隙Ｄ（セラミックス基板の表面）に存在する黒色部が炭素偏析部であることは、以下のようにして確認した。黒色部が存在するセラミックス基板表面を、加速電圧２００ｋＶで透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察または電界放射型透過電子顕微鏡（ＦＥ−ＴＥＭ）観察した。前記観察箇所内で元素分析したい箇所を、ＴＥＭ装置に付随するエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）を用いてスポット径（ビーム径）１ｎｍで、光学顕微鏡観察時に黒色部として観察される炭素偏析部の発生状態を確認した。ＴＥＭ観察試料の作製に際しては、まず炭素偏析部を含む試料を数ミリ角に切断加工したのち、試料表面への導電性付与を目的に、極力ダメージを与えない軽元素であるカーボン（炭素）を使用し、試料表面に２０〜５０ｎｍの厚さでカーボン蒸着層を形成させた。その後試料を収束イオンビーム装置（通称ＦＩＢ装置という）内のホルダーに固定した。そしてビーム照射域を制御し、試料作製するためのメッシュには銅製メッシュを用いた。次に観察したい領域を照射損傷から守るための試料表面保護を目的とする第二、第三のカーボンデポジット膜をＦＩＢ装置内で徐々に製膜速度を上げながら最大膜厚１μｍまで形成した。これらカーボンデポジット膜はチャージアップ防止の効果も兼ねている。そして収束Ｇａ+ イオンビームを最大４０ｋＶで走査させ、スパッタリング効果によって試料を極薄に削り、観察したい個所をピンポイントで残すようにイオンビームを走査することにより、局部的に厚さ１０ｎｍ前後の観察可能な試料を得た。最後にＧａイオンによる照射損傷領域をできるだけ試料に残さないために、弱ビーム照射によって仕上げ研磨を行い、ＴＥＭ観察試料を作製した。観察の結果、分析対象となる炭素偏析部の炭素と、上記ＴＥＭ観察試料作製時のカーボン膜の炭素とは結晶構造が異なるため、明確に分離できることがわかっている。またＥＤＳ分析結果では、上記Ｇａイオン、銅メッシュの影響も含まれるため、Ｇａ、Ｃｕ元素は評価では除外した。

分析結果の一例を図５及び表１に示す。ここで、表１では、示された各元素の組成（ｗｔ％）が示されており、表１における１〜４に対応する測定箇所（第１〜４の分析点）が図５中に示されている。図５の第１および第２の分析点が示す層はＴＥＭ試料作製時に形成したカーボン膜であり、第３の分析点が示す厚さ約１０ｎｍの層が黒色部に相当する。また第４の分析点は窒化珪素基板を構成する窒化珪素粒子に相当する。表１の結果によれば、黒色部の炭素濃度は５５．５９ｗｔ％であり、炭素偏析部であることが確認された。

上記した確認の結果、本実施形態における回路基板１の間隙Ｄに露出するセラミックス基板１１の表面に付着した炭素偏析部の形状は不定形であるが、これと面積が等しい円形とした場合における円の直径（円相当径）は１．０ｍｍ以下であり、前記炭素偏析部の個数は、１ｃｍ^２当たり２個以下であった。

さらに、上記画像に基づいて炭素偏析部の相互間距離の変動係数を確認したところ、好ましくは０．６以上であった。

上記回路基板について、図４（ｄ）に示すように、２枚の金属板１３と１３の各々に設けた接点ＥよびＦ間に交流で最大１０ＫＶまで徐々に電圧を上昇させながら印圧し、絶縁耐圧を求めた。ここで、絶縁耐圧は、２枚の金属板１３・１３間で絶縁破壊したときの電圧を、間隙Ｄの幅で除した値とした。そして、本実施形態における回路基板の絶縁耐圧は、いずれもＡＣ５ｋＶ／ｍｍ以上の高い値を示した。

（実施例）
実際に、上記の製造方法を用いて、上記した窒化珪素を含むセラミックス基板と無酸素銅板を接合した回路基板（実施例）を製造し、比較例と共に、その特性を調べた。ここで、特性としては、上記したように炭素偏析部における炭素濃度をＥＤＳ測定によって確認した。また、ろう材層とセラミックス基板との接合界面における炭素偏析部の大きさの指標として円相当径、その面密度および炭素偏析部の相互間距離の変動係数を確認した。

また、図４（ｄ）に示すように、回路基板の上面に形成された、幅が２ｍｍの間隙Ｄを介し電気的に分離された回路板１３の間の絶縁特性についても、上記したように確認した。さらに、上記間隙に露出したセラミックス基板の表面に付着した炭素偏析部についても、上記と同様に、その面密度、円相当径、相互間距離の変動係数を確認した。

また、セラミックス回路基板の熱伝導率、セラミックス基板と金属基板との接合強度であるピール強度、ろう材層に形成されたボイド面積率についても確認した。なお、回路板１３の全面積に占めるボイドの面積占有率を表すボイド面積率については、各実施例および比較例で得られたセラミックス回路基板を溶媒中に浸漬し、超音波で測定する超音波探傷装置である日立建機製Ｍｉ−ｓｃｏｐｅで確認した。セラミックス回路基板の熱伝導率は、金属基板を含むようにセラミッククス回路基板を５ｍｍ角に加工し、カーボンスプレーで表裏面を黒化処理後、ＪＩＳＲ１６１１に準拠したレーザーフラッシュ法により求めた。

実施例１〜９においては、有機バインダーとして、分解温度が金属ろう材粉末の融点に対し５００℃低く、重量減少率が４％／℃のポリプロピレンカーボネートを使用し、その組成比を２．７〜２６．２重量部の範囲で変えている。なお、有機溶剤の組成比は３重量部とした。接合工程における第１の温度保持域の温度Ｔ_１は２００℃とし、加熱速度は５℃／ｍｉｎとした。また、接合の雰囲気は真空とし、その排気速度は９１００Ｌ／ｍｉｎとした。また、Ｐ１域の保持時間ｔ_１は５時間、Ｐ２域の保持時間ｔ_２は１時間で、特に記載の無い場合は以下の実施例においても同一条件とした。そしてＰ２域終了後は加熱ヒーターＯＦＦによる自然冷却とした。

実施例１０〜１７においては、有機バインダーの組成比を３．８重量部とし、有機溶剤の組成を１．９〜３５．８重量部の範囲で変えている。接合工程に関する条件は実施例１〜９と同様（ただし実施例１０でのみ加熱速度が６℃／ｍｉｎ）とし、有機バインダーの組成比を３．８重量部とした。また、実施例１８〜２２においては、有機バインダーの組成比、有機溶剤の組成比を表１に示すように、共に変えており、接合工程に関する条件は実施例１〜９と同様である。

実施例２３〜３３においては、有機バインダーの組成比と接合工程における第１の温度保持域の温度を共に変えており、それ以外のパラメータは実施例１〜９と同様とした。実施例３４〜４２においては、有機バインダーの組成比と接合工程における加熱域の加熱速度を共に変えており、それ以外のパラメータは実施例１〜９と同様とした。

実施例４３〜５６においても、実施例３４〜４２と同様に有機バインダーの組成比と接合工程における加熱域の加熱速度を共に変えているが、ここでは、接合を真空雰囲気中ではなく、窒素雰囲気中とした。ただし、実施例４３〜５６に関しては、窒素雰囲気における脱バインダー処理におけるバインダーの分解除去性を考慮してｔ_１を１０時間、ｔ_２を１時間とした。

実施例５７〜６３においても有機バインダーの組成比を変えたが、接合は真空雰囲気で行い、その排気速度を変えている。

実施例６４〜７１においては、有機バインダーとして、分解温度が金属ろう材粉末の融点に対し４６０℃低く、重量減少率が３％／℃のポリエチレンカーボネートを用い、その組成比を２．６〜２６重量部の範囲で変えている。これに応じて接合工程における第１の温度保持域の温度を２３０℃と高くしたが、これ以外の条件は実施例１〜９と同様である。

比較例においては、有機バインダーとして、分解温度が金属ろう材粉末の融点に対し３７０℃低く、重量減少率が０．５％／℃のポリメタクリル酸イソブチルを使用した。このため、接合工程における第１の温度保持域の温度は４００℃と高い値が必要となった。比較例１〜３においては、有機バインダーの組成比が３〜２７重量部の範囲で変えられている。

実施例１〜７１における上記の製造条件に関するパラメータを表２〜４に示す。また、比較例１〜３における上記の製造条件に関するパラメータを表５に示す。表２〜４に対応した実施例において得られた回路基板の特性（回路板間の炭素偏析部の特性）を表６〜８に示す。比較例において得られた同様の特性を表９に示す。

以上の結果より、ろう材における有機バインダーとして、大気中で加熱速度を１０℃／分とした熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が前記金属ろう材粉末の融点に対し４００〜５００℃低く、９０％から１０％までの重量減少率が０．６〜４．５％／℃である有機バインダーの一例である、ポリプロピレンカーボネートを用いた実施例１〜６３、およびポリエチレンカーボネートを用いた実施例６４〜７１において、高い絶縁耐圧（５ｋＶ／ｍｍ以上）、高いピール強度（２０ｋＮ／ｍ以上）が得られた。これは、実施例４３〜５６の結果とその他の実施例より、接合を真空雰囲気で行った場合、窒素雰囲気で行った場合のどちらにおいても同様である。なお、上記のように熱重量分析で定められる特性を有する他の有機バインダー材料を用いた場合でも、上記実施例と同様の結果が得られることは明らかである。

これに対して、従来から用いられており、ＴＧＡ測定の結果が上記の範囲外となるポリメタクリル酸イソブチルを有機バインダーとして用いた比較例においては、ピール強度がいずれも２０ｋＮ／ｍ以上を下回り、絶縁耐圧も低かった。

また、実施例、比較例のいずれにおいても、分離した２枚の金属板間のセラミックス基板上において炭素偏析部が確認された。しかしながら、表６〜８の結果より、実施例においては確認された炭素偏析部の円相当径は１ｍｍ以下であり、かつその存在密度は１個／ｃｍ^２を下回っていたのに対し、比較例ではこれを上回っていた。また、炭素偏析部の重心間距離の変動係数についても、実施例が比較例を上回っていた。これは、上記の絶縁耐圧の結果に対応すると考えられる。

以上の結果より、実施例においては、上記特性の有機バインダーを用いることにより、接合工程後に存在する炭素偏析部を、接合強度や絶縁耐圧に与える悪影響が小さくなるような状態とすることができることが確認された。

１回路基板（セラミックス回路基板）
１ａ被接合体
１ｂ接合体
１１セラミックス基板
１２ろう材ペースト
１３金属回路板（金属基板）
１４放熱板（金属基板）
１５接合層（ろう材層）
２０炭素偏析部

Claims

セラミックス基板の一面にろう材ペーストを塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で塗布されたろう材ペースト、当該ろう材ペーストに接触するように配置された金属基板およびセラミックス基板を加熱し、その後冷却し、形成されたろう材層を介してセラミックス基板に金属基板を接合する接合工程と、を有し、
前記ろう材ペーストは、金属ろう材粉末、有機バインダーおよび有機溶剤を含み、前記有機バインダーは、大気中で加熱速度を１０℃／分とした熱重量分析を行った場合に、初期重量を１００％としたとき重量が１０％となる温度が前記金属ろう材粉末の融点に対し４００〜５００℃低く、９０％から１０％までの重量減少率が０．６〜４．５％／℃であるセラミックス回路基板の製造方法。
前記ろう材ペーストは、前記有機バインダーとして、２．７〜２６．２重量部のポリプロピレンカーボネートを含む請求項１に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
前記ろう材ペーストは、前記有機バインダーとして、２．６〜２６重量部のポリエチレンカーボネートを含む請求項１に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
前記接合工程における温度プロファイルは、前記有機バインダーの熱分解温度で温度を一定期間保持する第１の温度保持域と、当該第１の温度保持域の後に前記金属ろう材粉末が溶融する温度で一定期間保持する第２の温度保持域を有し、前記第１の温度保持域に至るまでの加熱速度が３０℃／分以下である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
前記接合工程は真空雰囲気下で行われ、真空排気における真空ポンプの排気速度が、前記有機バインダー１００ｇ当たり９０００リットル／分以上である請求項４に記載のセラミックス回路基板の製造方法。