JP7243182B2 - 絶縁回路基板の製造方法及びその絶縁回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、大電流、高電圧を制御するパワーモジュール等に用いられる絶縁回路基板の製造方法及びその絶縁回路基板に関する。

従来のパワーモジュール等に用いられる絶縁回路基板は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）などからなる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第一の金属板が接合されて構成された回路層と、セラミックス基板の他方の面に第二の金属板が接合されて構成された金属層と、を備えている。また、これらセラミックス基板と金属板との接合には一般にろう材が用いられる。金属板が銅又は銅合金板である場合、ろう材には活性金属を含むものが用いられる。

特許文献１に記載のパワーモジュール用基板では、第一の金属板（回路層）及び第二の金属板（金属層）が銅板とされており、これらの銅板を、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系のろう材ペーストを用いた活性金属法によってセラミックス基板に接合した構成とされている。
特許文献２では、銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とを接合する際に使用される銅部材接合用ペーストとして、Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、を含む構成のものを提案している。この場合、金属粉末成分の組成は、活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされ、金属粉末成分の含有量に対するセラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされている。また、活性金属としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂが挙げられている。
これら特許文献１及び特許文献２記載のろう材では、セラミックス基板と銅板との接合界面にＡｇ－Ｃｕ共晶層が形成される。

特開平８－１３９４２０号公報 特開２０１４－１７２８０２号公報

ところで、特許文献２に記載されたＡｇ－Ｔｉ系ろう材を用いて銅板をセラミックス基板に接合すると、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材を用いて接合した場合と比較して、Ａｇ－Ｃｕ共晶層を薄くすることができ、接合信頼性が向上することが知られている。一方で、銅板の周縁部まで接合性を確保するためには、銅板より大きくろう材を塗布することにより、銅板の周縁部の未接合領域をなくすことができ、効果的である。
しかしながら、銅板より大きくＡｇ－Ｔｉ系ろう材を塗布すると、接合後に銅層の外側に形成されるろう材固化層がセラミックス基板との反応性が弱く、セラミックス基板から剥離して、異物が発生するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ろう材固化層の剥離を防止して異物の発生を抑制しつつ、接合信頼性の高い絶縁回路基板を提供することを目的とする。

本発明の絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板と銅又は銅合金からなる銅板とを活性金属ろう材を介して接合して、セラミックス基板の表面に銅層を有する絶縁回路基板を製造する方法であって、前記セラミックス基板の表面にＡｇ及び活性金属からなる金属成分を含有する第１のろう材層を形成するとともに、前記第１のろう材層の周囲を囲んだ状態となるようにＡｇ、Ｃｕ及び活性金属からなる金属成分を含有する第２のろう材層を形成した後、前記第２のろう材層を前記銅板の外周縁からはみ出させるようにして前記第１のろう材層の上に前記銅板を積層し、その後、前記第１のろう材層及び前記第２のろう材層を加熱することによりＡｇとＣｕの共晶反応を生じさせながら前記セラミックス基板と前記銅板を接合して、前記セラミックス基板の表面に前記銅層を形成し、前記銅層の周囲に前記第２のろう材層が溶融固化してなるろう材固化層を形成する。

セラミックス基板と銅板との間に介在される第１のろう材層は、加熱により、活性金属がセラミックス基板に優先的に拡散して窒化物又は酸化物の層を形成するとともに、銅板からＣｕが供給されることにより窒化物又は酸化物の層の上にＡｇ－Ｃｕ共晶層を形成する。これにより、銅板がセラミックス基板に接合して、セラミックス基板の表面に銅層を形成する。窒化物又は酸化物の層にはＡｇ粒子が分散している。
このセラミックス基板と銅層との間のＡｇ－Ｃｕ共晶層は、銅板から供給されるＣｕとの共晶反応により形成されるので、薄肉であり、また、銅層の外側にはみ出さずに形成される。

一方、第１のろう材層の外側に設けられていた第２のろう材層は、加熱により、活性金属がセラミックス基板に拡散して窒化物又は酸化物の層を形成し、自身のＣｕがＡｇと共晶反応してＡｇ－Ｃｕ共晶を形成した状態に固化する。この場合の窒化物又は酸化物の層にもＡｇ粒子が分散している。このため、窒化物又は酸化物の層の上にＡｇ－Ｃｕ共晶を有するろう材固化層が形成される。このろう材固化層は、窒化物又は酸化物の層にＡｇ粒子が分散し、その上にＡｇ－Ｃｕ共晶を含む層であるので、セラミックス基板とも接合性がよく、剥がれ等による異物の発生を防止することができる。
そして、銅層は、第１のろう材層の外側が第２のろう材層により囲まれた状態で加熱接合されているので、外周縁まで確実にセラミックス基板に接合される。

この場合、前記第２のろう材層は、接合後の前記ろう材固化層が前記銅層の外周縁から５０μｍ以内の範囲内で前記銅層と前記セラミックス基板との接合界面に入り込むように設けられるとよい。
このように第２のろう材層を配置しておくことにより、第１のろう材層が接合後の銅層の外側にはみ出すことがなく、したがって、銅層からはみ出して固化したろう材層の剥離の発生を確実に防止することができる。銅層の外周縁からの距離が５０μｍを超えると、銅層外周部の接合が不十分になるおそれがある。

また、前記第２のろう材層は、接合後の前記銅層の外周縁から前記ろう材固化層がはみ出す量が２００μｍ以下となるように設けられるとよい。
第２のろう材層により形成されるＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層はセラミックス基板からの剥離の発生が抑制されるが、銅層の外周縁から２００μｍを超えてはみ出していると、剥離するおそれがある。

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層が接合されており、前記セラミックス基板と前記銅層との接合界面にＡｇ－Ｃｕ共晶層が形成され、前記銅層の周囲にはみ出して前記Ａｇ－Ｃｕ共晶層より厚いＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層が形成され、さらにＣｕの濃度が、前記Ａｇ－Ｃｕ共晶層で１０質量％未満であり、前記ろう材固化層で１０質量％以上である。
この場合、前記Ａｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層は、前記銅層の外周縁から５０μｍ以内の範囲内で前記銅層と前記セラミックス基板との接合界面に入り込んでいるとよい。
また、前記銅層の外周縁から前記ろう材固化層がはみ出す量は２００μｍ以下であるとよい。

本発明によれば、第１のろう材層を接合後の銅層の外側にはみ出させずにセラミックス基板と銅板とを強固に接合するとともに、銅層の外周縁部も第２のろう材層により確実に接合することができ、接合信頼性を高めることができる。しかも、銅層の外側にはみ出す部分もＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層により構成されるので、剥離による異物の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態のパワーモジュール用基板の縦断面図である。 図１のパワーモジュール用基板の要部の拡大断面図である。 図１のパワーモジュール用基板の製造方法を示す工程図である。 セラミックス基板に銅板を接合する前の状態を示す斜視図である。

以下、本発明の絶縁回路基板及びその製造方法の実施形態について説明する。
本実施形態の絶縁回路基板は電源回路に用いられるパワーモジュール用基板である。このパワーモジュール用基板１０は、図１に示すように、セラミックス基板１１と、そのセラミックス基板１１の一方の面に積層された回路層１２Ａと、セラミックス基板１１の他方の面に積層された放熱層１２Ｂと、を有している。

セラミックス基板１１は、回路層１２Ａと放熱層１２Ｂとの間の電気的接続を防止するものであって、窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４），酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等を用いることができるが、そのうち、窒化ケイ素が高強度であるため、好適である。このセラミックス基板１１の厚みは０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲内に設定される。

回路層１２Ａは、電気特性に優れる銅又は銅合金から構成される。また、放熱層１２Ｂも銅又は銅合金から構成される。これら回路層１２Ａ及び放熱層１２Ｂとしては、例えば、純度９９．９６質量％以上の無酸素銅の銅板がセラミックス基板１１に例えば活性金属ろう材にてろう付け接合されることにより形成される。この回路層１２Ａ及び放熱層１２Ｂの厚みは０．１ｍｍ～１．０ｍｍの範囲内に設定される。

これら回路層１２Ａ及び放熱層１２Ｂ（以下、回路層と放熱層とを区別しないときは銅層１２と称す）とセラミックス基板１１との接合界面には、図２に示すように、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２が形成されている。また、このＡｇ－Ｃｕ共晶層２２の周囲を囲むように、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２より厚いＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３が形成されている。また、これらＡｇ－Ｃｕ共晶層２２及びＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３は、セラミックス基板１１の上に窒化物又は酸化物の層２１を介して形成されている。

Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２は、厚みが０．１μｍ以上１５μｍ未満である。一方、銅層１２の外側にはみ出しているＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３は、厚みが１５μｍ以上２００μｍ以下である。
また、このＡｇ－Ｃｕ共晶層２２とＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３との境界は、銅層１２の外周縁から内側に入り込んでおり、銅層１２の外周縁からの距離Ｌは、５０μｍ以下であることが好ましい。したがって、ろう材固化層２３において、銅層１２とセラミックス基板１１との間に入り込んでいる部分は、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２とほぼ同じ厚さに形成される。また、銅層１２の外周縁からはみ出すＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３のはみ出し量Ｈは１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

このように構成されるパワーモジュール用基板１０の製造方法について図３及び図４を参照しながら工程順に説明する。
（ろう材塗布工程：Ｓ１）
まず、図４に示すように、セラミックス基板１１の両面にＡｇ及び活性金属からなる金属成分を含有する第１のろう材を塗布して乾燥することにより、第１のろう材層３１を形成し、この第１のろう材層３１の周囲を囲んだ状態にＡｇ、Ｃｕ及び活性金属からなる金属成分を含有する第２のろう材を塗布して乾燥することにより、第２のろう材層３２を形成する。活性金属としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ等から選択される１種又は２種以上が用いられる。その中でもＴｉが好適であり、以下では活性金属としてＴｉを用いたものとして説明する。つまり、第１のろう材層３１はＡｇ－Ｔｉろう材の層であり、第２のろう材層３２はＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材の層である。いずれの層も、ろう材のペーストを塗布して乾燥させることにより形成される。

第１のろう材層３１を形成するためのペーストは、Ａｇ及びＴｉからなる金属粉末成分と、樹脂と、溶剤と、分散剤と、可塑剤と、還元剤とを含有し、Ｔｉが０．４質量％以上７５質量％以下で、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。このＡｇ－Ｔｉろう材のペーストをセラミックス基板１１にスクリーン印刷法等によって塗布して乾燥させることにより、第１のろう材層３１を形成する。

また、第２のろう材層３２を形成するためのペーストは、Ａｇ、Ｃｕ及びＴｉからなる金属粉末成分と、樹脂と、溶剤と、分散剤と、可塑剤と、還元剤とを含有するペーストであり、Ｔｉが０．４質量％以上７５質量％以下で、Ｃｕが０．４質量％以上５０質量％以下、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。このＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材のペーストをスクリーン印刷法等によって第１のろう材層３１の周囲に塗布して乾燥させることにより、第１のろう材層３１を囲む枠状に第２のろう材層３２を形成する。

この第２のろう材層３２において、ペーストの塗布領域は、後述したように接合した後のＡｇ－Ｃｕ共晶層２２が銅層１２と同じ大きさとなるように設定してもよいが、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２の外周縁が、接合した後の銅層１２の外周縁から５０μｍ以内の範囲となるように設定するとよい。また、加熱固化して接合した後に、ろう材固化層２３が銅層１２の外周縁から外側に１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲ではみ出すように形成される。
これら第１のろう材層３１及び第２のろう材層３２の厚さは、乾燥後で２０μｍ以上３００μｍ以下とされる。

（積層工程：Ｓ２）
次いで、第１のろう材層３１の上に銅板１２´を重ねて積層状態とする。この銅板１２´は、銅又は銅合金からなる平板のプレス成形により銅層１２の外形に打抜き形成されたものである。
セラミックス基板１１の両面の第１のろう材層３１の上に銅板１２´をそれぞれ積層した後、これらを積層方向に加圧した状態とする。この加圧状態においては、セラミックス基板１１と銅板１２´との間に第１のろう材層３１が配置されるとともに、銅板１２´の外側を第２のろう材層３２が囲むように配置される。第１のろう材層３１と第２のろう材層３２との境界は、銅板１２´のほぼ外周縁の位置か、銅板１２´の外周縁よりも若干内側に配置される。

（加熱工程：Ｓ３）
セラミックス基板１１と銅板１２´との積層体を加圧状態で加熱炉内に設置し、真空雰囲気下で接合温度に加熱した後冷却して、セラミックス基板１１に銅板１２´をろう付け接合する。この場合の接合条件としては、例えば０．１ＭＰａ以上３．５ＭＰａ以下の加圧力で積層体を加圧し、１０^－６Ｐａ以上１０^－３Ｐａ以下の真空雰囲気下で、Ａｇ－Ｃｕ共晶温度以上Ａｇの融点以下（例えば７９０℃以上８５０℃以下）の接合温度で、１分～６０分の加熱とする。

このろう付けは、活性金属ろう付け法であり、第１のろう材層３１及び第２のろう材層３２中における活性金属であるＴｉは、セラミックス基板１１に優先して拡散し、セラミックス基板１１が窒化物系セラミックスである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）からなる場合、セラミックス基板１１との間で窒化チタン（ＴｉＮ）を形成し、セラミックス基板１１が酸化物系セラミックスである酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなる場合、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を形成する。また、両ろう材層３１，３２中のＡｇはＣｕとの間で共晶反応を生じる。

具体的には、第１のろう材層３１中のＴｉがセラミックス基板１１に拡散して窒化チタン（ＴｉＮ）の層を形成するとともに、第１のろう材層３１中に銅板１２´内のＣｕが拡散してＡｇとＣｕとの共晶反応により融点を低下させ、第１のろう材層３１の溶融が促進される。加熱温度はＡｇ－Ｃｕ共晶温度以上とされていることから、Ａｇ－Ｃｕ共晶液相を形成し、このＡｇ－Ｃｕ共晶液相と窒化チタンとが反応して、窒化チタン層２１内にＡｇ粒子が分散する。

一方、第１のろう材層３１の外側に設けられていた第２のろう材層３２は、Ｔｉがセラミックス基板１１に拡散して窒化チタン（ＴｉＮ）の層を形成するとともに、ろう材自身にＣｕを含有しているので、ＡｇとＣｕとの共晶反応によりＡｇ－Ｃｕ共晶が形成される。この場合、この共晶反応に用いられるＣｕは第１のろう材層３１の場合とは異なり、第２のろう材層３２自身が含有していたものであり、共晶反応しなかったＣｕも残存する場合がある。

（冷却工程：Ｓ４）
セラミックス基板１１と銅板１２´との間に形成されたＡｇ－Ｃｕ共晶液相は冷却により固化してＡｇ－Ｃｕ共晶層２２を形成する。このＡｇ－Ｃｕ共晶層２２と窒化チタン層２１とを介してセラミックス基板１１と銅板１２´とが接合され、セラミックス基板１１の両面に銅層１２が形成される。
一方、第２のろう材層３２が加熱溶融して固化されたものがろう材固化層２３であり、銅層１２の周囲のセラミックス基板１１上に窒化チタン層２１とＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３が形成され、セラミックス基板１１と銅層１２との間の窒化チタン層２１及びＡｇ－Ｃｕ共晶層２２とそれぞれ連続して形成される。
なお、前述のろう材塗布工程において、第２のろう材層３２は、その内周縁が第１のろう材層３１の外周縁と隙間なく設けられるのが好ましいが、両ろう材層３１，３２は加熱工程で溶融した際に押し広げられるので、この冷却工程後に形成されるＡｇ－Ｃｕ共晶層２２とろう材固化層２３との間に隙間がなくなっていればよく、ろう材塗布工程においては必ずしも第１のろう材層３１と第２のろう材層３２との間に隙間がないことに限定されない。

前述したように、セラミックス基板１１と銅層１２との間のＡｇ－Ｃｕ共晶層２２は、加熱工程において、Ｔｉとともに第１のろう材層２１を構成するＡｇが銅板１２´から供給されるＣｕとの間でＡｇ－Ｃｕ共晶反応して形成されるのに対して、銅層１２の周囲のＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３は、第２のろう材層２２自身が有していたＣｕとＡｇとの間でＡｇ－Ｃｕ共晶反応して形成される。したがって、セラミックス基板１１と銅層１２との間のＡｇ－Ｃｕ共晶層２２は、第１のろう材層３１が接していた部分から共晶反応に必要な最小限のＣｕのみ供給されて形成された層であるため、比較的薄肉に形成され、一方、銅層１２の周囲に形成されるＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３は、第２のろう材層３２が含有していたＣｕの一部が共晶反応せずに残存している場合があるため、セラミックス基板１１と銅層１２との間のＡｇ－Ｃｕ共晶層２２より厚肉に形成される。

このようにして製造されたパワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と銅層１２との間にセラミックス基板１１の表面に薄い窒化チタン層２１が形成されるとともに、その上にＡｇ－Ｃｕ共晶層２２が形成され、このＡｇ－Ｃｕ共晶層２２の周囲を囲むようにろう材固化層２３が形成されているので、銅層１２の外周縁まで確実にセラミックス基板１１に接合される。一方、銅層１２の外側にはみ出しているろう材固化層２３は、窒化チタン層２１の上にＡｇ－Ｃｕ共晶を含んでいるので、セラミックス基板１１との接合性もよく、剥がれ等による異物の発生を防止することができる。
この場合、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２とＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３との境界は、銅層１２の外周縁から内側に５０μｍ以下の範囲内であり、５０μｍを超えると、銅層１２の外周部の接合が不十分になるおそれがある。また、銅層１２の外周縁からはみ出すＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層２３のはみ出し量Ｈは１０μｍ以上２００μｍ以下であり、２００μｍを超えてはみ出していると、剥離するおそれがある。ろう材固化層２３が銅層１２の外周縁から入り込んでいれば、はみ出し量Ｈは小さくてもよいが、１０μｍ未満とするのは困難である。

なお、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２とろう材固化層２３との境界は、加熱工程においてセラミックス基板１１と銅板１２´が膨張するので、その膨張分も考慮して、両ろう材層３１，３２の位置を設定する必要がある。この場合、Ａｇ－Ｃｕ共晶層２２とろう材固化層２３との境界が銅層１２の外周縁と一致するように（Ｌ＝０μｍ）設定してもよいが、その距離Ｌが安定して０μｍとなるように設定することは難しいので、現実的には１０μｍ以上５０μｍ以下となるように設定するとよい。

本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、活性金属としてＴｉを用いたが、Ｔｉ以外のＨｆ、Ｚｒ、Ｎｂ等を用いてもよい。

Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３２ｍｍｔ）の一方の面に、スクリーン印刷によって、Ａｇ－Ｔｉろう材ペーストを塗布して乾燥させ、その外側にＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材ペーストを塗布して乾燥させることにより、第１のろう材層及び第２のろう材層を形成する。
また、第１のろう材層は、その外周縁と接合後に形成されるＡｇ－Ｃｕ共晶層の銅層の外周縁との距離が表１に示す寸法となるように大きさを設定した。第２のろう材層は、第１のろう材層の外側に１００μｍの幅で枠状に形成した。両ろう材層の厚さは１０μｍとした。
比較例として、セラミックス基板と銅板との間及びその外側ともに、Ａｇ－Ｔｉろう材ペーストを塗布したもの（比較例１）、両方ともにＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材を塗布したもの（比較例２）も作製した。

そして、第１のろう材層の上に純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）からなる銅板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．３ｍｍｔ）を積層して、０．６ＭＰａの加圧力で加圧状態に保持し、真空雰囲気下、加熱温度８２０℃で３０分間保持し、セラミックス基板と銅板とを接合した。

得られた接合体（絶縁回路基板）からセラミックス基板と銅層との間のＡｇ－Ｃｕ共晶層の外周縁と、銅層の外周縁との距離を測定するとともに、接合信頼性及び脱落性を評価した。
Ａｇ－Ｃｕ共晶層の外周縁と銅層の外周縁との距離は、接合後の接合体（絶縁回路基板）において、ろう材部（Ａｇ－Ｃｕ共晶層及びろう材固化層）の断面を、ＥＰＭＡによる元素マッピングし、Ｃｕの濃度が１０質量％未満の領域をＡｇ－Ｃｕ共晶層、１０質量％以上の領域をろう材固化層として特定することにより、これらの境界を検出し、その境界と銅層の外周縁との距離を求めた。
接合信頼性は、冷熱サイクル試験装置を使用し、接合体に対して、－４０℃の液槽に５分浸漬した後、１５０℃の液槽に５分浸漬する操作を１０００サイクル繰り返し、超音波探傷検査にて接合率を求めた。接合率は、接合すべき面積に対して実際に接合されていた面積の比率であり、９５％以上をＡ、９５％未満９０％以上をＢ、９０％未満をＣとし、９０％以上を合格とした。

脱落性評価は、銅層からはみ出しているろう材固化層に粘着テープを密着させた後、粘着テープを剥離して、粘着テープを密着させる前のろう材固化層に対して、粘着テープに剥離して付着したろう材固化層の面積の比率を求めた。５％以下をＡ、５％を超えた場合をＢとし、５％以下を合格とした。

表１に示されるように、実施例のものは、いずれも銅層の接合性及び銅層の周囲のろう材固化層の脱落性ともに合格の評価であった。特に、ろ う材固化層が銅層外周縁から接合界面に入り込んだ距離が５０μｍ以内の範囲に設定された実施例１及び実施例２は接合信頼性、脱落性とも良好な結果であった。なお、 実施例１～３においては、銅層の外周縁からろう材固化層がはみ出す量は２００μｍであった。

一方、セラミックス基板と銅板との間及びその外側ともにＡｇ－Ｔｉろう材ペーストを塗布した比較例１は、銅層の接合信頼性は良好であったが、銅層の外側のろう材固化層に脱落が認められた。また、セラミックス基板と銅板との間及びその外側ともにＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材を塗布した比較例２は、銅層の外側のろう材固化層に脱落は認められなかったが、銅層の接合信頼性が劣っていた。比較例３は、セラミックス基板と銅板との間をＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材とし、その外側をＡｇ－Ｔｉろう材としたものであるが、接合信頼性、脱落性ともに劣っていた。

１０ パワーモジュール用基板
１１ セラミックス基板
１２ 銅層
１２Ａ 回路層
１２Ｂ 放熱層
１２´ 銅板
２１ 窒化チタン層
２２ Ａｇ－Ｃｕ共晶層
２３ ろう材固化層
３１ 第１のろう材層
３２ 第２のろう材層

Claims (6)

1. セラミックス基板と銅又は銅合金からなる銅板とを活性金属ろう材を介して接合して、セラミックス基板の表面に銅層を有する絶縁回路基板を製造する方法であって、前記セラミックス基板の表面にＡｇ及び活性金属からなる金属成分を含有する第１のろう材層を形成するとともに、前記第１のろう材層の周囲を囲んだ状態となるようにＡｇ、Ｃｕ及び活性金属からなる金属成分を含有する第２のろう材層を形成した後、前記第２のろう材層を前記銅板の外周縁からはみ出させるようにして前記第１のろう材層の上に前記銅板を積層し、その後、前記第１のろう材層及び前記第２のろう材層を加熱することによりＡｇとＣｕの共晶反応を生じさせながら前記セラミックス基板と前記銅板を接合して、前記セラミックス基板の表面に前記銅層を形成し、前記銅層の周囲に前記第２のろう材層が溶融固化してなるろう材固化層を形成することを特徴とする絶縁回路基板の製造方法。
2. 前記第２のろう材層は、接合後の前記ろう材固化層が前記銅層の外周縁から５０μｍ以内の範囲内で前記銅層と前記セラミックス基板との接合界面に入り込むように設けられることを特徴とする請求項１記載の絶縁回路基板の製造方法。
3. 前記第２のろう材層は、接合後の前記銅層の外周縁から前記ろう材固化層がはみ出す量が２００μｍ以下となるように設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の絶縁回路基板の製造方法。
4. セラミックス基板の表面に銅又は銅合金からなる銅層が接合されており、前記セラミックス基板と前記銅層との接合界面にＡｇ－Ｃｕ共晶層が形成され、前記銅層の周囲にはみ出して前記Ａｇ－Ｃｕ共晶層より厚いＡｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層が形成され、
   さらにＣｕの濃度が、前記Ａｇ－Ｃｕ共晶層で１０質量％未満であり、前記ろう材固化層で１０質量％以上であることを特徴とする絶縁回路基板。
5. 前記Ａｇ－Ｃｕ共晶を含むろう材固化層は、前記銅層の外周縁から５０μｍ以内の範囲内で前記銅層と前記セラミックス基板との接合界面に入り込んでいることを特徴とする請求項４記載の絶縁回路基板。
6. 前記銅層の外周縁から前記ろう材固化層がはみ出す量は２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の絶縁回路基板。

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