KR101522807B1

KR101522807B1 - 세라믹스 회로 기판

Info

Publication number: KR101522807B1
Application number: KR1020137027480A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 호시노; 히데키 사토; 히로시 고모리타; 노리타카 나카야마; 다카유키 나바
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2015-05-26
Also published as: CN103492345B; JPWO2013008919A1; JP5972875B2; KR20130135965A; CN103492345A; WO2013008919A1

Abstract

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 알루미나 기판 위에 금속 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판에 있어서, 상기 알루미나 기판은, 알루미나 Al₂O₃를 94 내지 98질량％ 및 소결 전에 배합된 소결 보조제로부터 생성된 소결 보조제 유래 성분을 2 내지 6질량％ 포함하고, 상기 소결 보조제 유래 성분은, 규소를 함유하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 규소는 산화규소 SiO₂로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.01 내지 1.5질량％ 포함되고, 상기 알루미나 기판은, 보이드의 최대 직경이 15㎛ 이하이고, 보이드 평균 직경이 10㎛ 이하이며, 비커스 경도가 1300 이상이다.

Description

세라믹스 회로 기판{CERAMIC CIRCUIT BOARD}

본 발명은 알루미나 기판을 이용한 세라믹스 회로 기판에 관한 것이다.

최근, 파워 트랜지스터 모듈용 기판이나 스위칭 전원 모듈용 기판 등의 회로 기판으로서, 세라믹스 기판 위에 구리판, 알루미늄판, 각종 클래드판 등의 금속판이 접합된 세라믹스 회로 기판이 널리 이용되고 있다. 또한, 상기 세라믹스 기판으로서는, 저렴하며 범용성이 높은 알루미나(Al₂O₃) 기판, 전기 절연성을 가짐과 함께 열전도성이 우수한 질화알루미늄(AlN) 기판 또는 고강도의 질화규소(Si₃N₄) 기판 등이 일반적으로 이용되고 있다. 이들 세라믹스 기판 중에서 알루미나 기판은 저렴하며 범용성이 높은 점이 이점으로 되고 있다.

여기서, 세라믹스 회로 기판의 구조에 대하여 설명한다. 도 1은, 세라믹스 회로 기판의 패턴면측의 구성의 일례를 나타내는 평면도이다. 도 2는, 도 1에 도시한 세라믹스 회로 기판의 A-A선을 따른 단면도이다. 도 3은, 도 1에 도시한 세라믹스 회로 기판의 이면측의 구성의 일례를 나타내는 저면도이다.

세라믹스 회로 기판(1)은, 예를 들어 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 세라믹스 기판(2)의 한쪽 표면에 구리판 등의 금속 회로판(3)을 접합 또는 형성함과 함께, 세라믹스 기판(2)의 이면인 다른 쪽 표면에 구리판 등의 후면 금속판(4)을 접합함으로써 형성된다.

금속 회로판(3)은, 세라믹스 기판(2)의 표면에 접합된 각종 금속판 또는 세라믹스 기판(2)의 표면에 형성된 금속층을 포함하여 이루어진다.

세라믹스 기판(2)의 표면에 각종 금속판 또는 금속층을 일체로 형성하는 방법으로서는, 예를 들어 하기와 같은 직접 접합법, 고융점 금속 메탈라이즈법, 활성 금속법 등이 이용되고 있다.

직접 접합법은, 예를 들어 세라믹스 기판(2)과 금속 회로판(3)의 계면에 공정 액상을 생성함으로써, 세라믹스 기판(2)과 금속 회로판(3)을 직접 접합하는 방법이다.

직접 접합법에 대하여, 금속 회로판(3)이 구리 회로판인 경우를 예로 들어 구체적으로 설명한다. 처음에, 세라믹스 기판(2) 위에 소정 형상으로 펀칭한 구리 회로판(3)을 접촉 배치하여 가열하고, 접합 계면에 Cu-Cu₂O, Cu-O 등의 공정 액상을 생성시켜서, 이 공정 액상에 의해 세라믹스 기판(2)과 구리 회로판(3)의 습윤성을 높인다. 이어서, 이 공정 액상을 냉각 고화시키면, 세라믹스 기판(2)과 구리 회로판(3)이 직접 접합함으로써 세라믹스 회로 기판(1)이 얻어진다. 이 방법은, 소위 구리 직접 접합법(DBC법: Direct Bonding Copper법)이다.

또한, 고융점 금속 메탈라이즈법은, Mo, W 등의 고융점 금속을 세라믹스 기판(2)의 표면에 베이킹함으로써, 세라믹스 기판(2)과 금속 회로층을 일체화하여 세라믹스 회로 기판(1)을 얻는 방법이다.

또한, 활성 금속법은, 예를 들어 Ti, Zr, Hf 등의 4A족 원소와 같은 활성을 갖는 금속을 포함하는 Ag-Cu 납재층을 개재하여 세라믹스 기판(2) 위에 구리 회로판 등의 금속판(3)을 일체로 접합함으로써 세라믹스 회로 기판(1)을 얻는 방법이다. 이 활성 금속법에 의하면, 납재층의 Cu 및 Ag 성분에 의해 납재층과 구리 회로판(3)의 접합 강도가 높아질 뿐만 아니라, Ti, Zr, Hf 성분에 의해 납재층과 세라믹스 기판(2)의 접합 강도가 높아진다.

또한, 얻어진 세라믹스 회로 기판(1)의 금속 회로판(3)에 회로를 형성하는 방법으로서는, 미리 프레스 가공이나 에칭 가공에 의해 패터닝한 구리판을 이용하는 방법, 접합 후에 에칭 등의 방법에 의해 패터닝하는 방법 등이 알려져 있다.

상기와 같이 직접 접합법이나 활성 금속 납땜법에 의해 얻어지는 세라믹스 회로 기판(1)은, 모두 세라믹스 기판(2)과 금속 회로판(3)의 접합 강도가 높고, 단순한 구조를 갖는다. 이로 인해, 세라믹스 회로 기판(1)은, 소형 고실장화가 가능하며, 또한 제조 공정도 단축할 수 있는 등의 효과가 얻어져서, 대전류형이나 고집적형의 반도체 칩에 대응할 수 있는 등의 이점을 갖고 있다.

그런데, 최근 세라믹스 회로 기판(1)을 이용한 반도체 장치의 고출력화나 반도체 소자의 고집적화가 급속히 진행되고 있기 때문에, 세라믹스 회로 기판(1)에 반복하여 작용하는 열응력이나 열부하가 증가하는 경향이 있다. 이로 인해, 세라믹스 회로 기판(1)에는, 증가한 열응력이 부여되어도 세라믹스 기판(2)과 금속 회로판(3)의 접합 강도가 충분히 높음과 함께, 열 사이클이 많이 부여되어도 세라믹스 기판(2)과 금속 회로판(3)의 접합을 유지할 수 있는 내구성이 요구되고 있다.

증대한 열부하에 대처함과 함께 회로 기판의 내구성을 향상시킨 세라믹스 회로 기판(1)으로서는, 예를 들어 세라믹스 기판(2)의 두께를 0.25 내지 0.38㎜ 정도로 박육화하여 열저항을 저감시킴과 함께, 세라믹스 기판(2)의 휨성을 개량하여 금속 회로판(3)의 박리의 발생을 방지하는 세라믹스 회로 기판(1)이 알려져 있다.

또한, 증대한 열부하에 대처함과 함께 회로 기판의 내구성을 향상시킨 다른 세라믹스 회로 기판(1)으로서는, 세라믹스 기판(2)으로서 순도가 96％ 정도로 비교적 순도가 높은 알루미나 기판을 이용하여, 이 알루미나 기판에, 상기 직접 접합법 또는 활성 금속법에 의해 금속 회로판(3: 회로층)을 일체로 접합한 세라믹스 회로 기판(1)이 알려져 있다.

또한, 일본 특허 제3833410호 공보(특허문헌 1)에서는, 순도 99.5％ 이상의 고순도 알루미나 기판을 이용한 세라믹스 회로 기판이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 알루미나 순도를 99.8％로 함으로써, 강도나 비커스 경도 등의 특성이 우수한 세라믹스 회로 기판이 얻어지고 있다.

일본 특허 제3833410호 공보 일본 특허 공개 제2005-281063호 공보

특허문헌 1에 기재된 세라믹스 회로 기판은, 알루미나 기판을 고순도 알루미나 기판으로 함으로써, 강도나 비커스 경도 등의 특성을 우수한 것으로 할 수 있다. 한편, 다양한 세라믹스 기판 중에서 알루미나 기판을 선택하여 이용하는 장점은, 알루미나 기판이 질화알루미늄 기판이나 질화규소 기판과 비교하여 저렴함에 있다.

특허문헌 1에 기재된 세라믹스 회로 기판은, 세라믹스 기판으로서 고순도 알루미나 기판을 이용하고 있기 때문에, 저렴하다는 알루미나 기판의 장점을 충분히 발휘할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 세라믹스 기판으로서 고순도가 아닌 저렴한 알루미나 기판을 이용하여, 접합 강도나 비커스 경도 등의 특성이 우수한 세라믹스 회로 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 발명자 등은, 알루미나 분말과, 적어도 규소 산화물을 포함하는 소결 보조제를 원료로 하여 소결하여 얻어진 알루미나 기판으로서, 소결 보조제로부터 생성된 소결 보조제 유래 성분을 소정량 포함하는 알루미나 기판에 의하면, 소결성이 높고, 비용 절감이 도모되며, 비커스 경도가 높은 알루미나 기판이 얻어진다는 사실을 알아내었다. 또한, 본원 발명자들은, 이 알루미나 기판을 이용하면, 접합 강도가 우수한 세라믹스 회로 기판이 얻어진다는 사실을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 과제를 해결하는 것으로, 알루미나 기판 위에 금속 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판에 있어서, 상기 알루미나 기판은, 알루미나 Al₂O₃를 94 내지 98질량％ 및 소결 전에 배합된 소결 보조제로부터 생성된 소결 보조제 유래 성분을 2 내지 6질량％ 포함하고, 상기 소결 보조제 유래 성분은, 규소를 함유하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 규소는 산화규소 SiO₂로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.01 내지 1.5질량％ 포함되고, 상기 알루미나 기판은, 보이드의 최대 직경이 15㎛ 이하이고, 보이드 평균 직경이 10㎛ 이하이며, 비커스 경도가 1300 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 소결 보조제 유래 성분은 칼슘을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 칼슘은 산화칼슘 CaO으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 1.5질량％ 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 소결 보조제 유래 성분은 마그네슘을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 마그네슘은 산화마그네슘 MgO으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 1.0질량％ 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 소결 보조제 유래 성분은 나트륨을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 나트륨은 산화나트륨 Na₂O으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 0.5질량％ 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 단면 관찰에 의해 단위 면적 200㎛×200㎛의 관찰 범위 내에서 관찰되는 알루미나 결정립의 전체 개수 N_t에 대한, 상기 관찰 범위 내에서 관찰되고, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경을 A㎛라 하였을 때 0.3A 내지 1.7A의 범위 내에 있는 알루미나 결정립의 개수 N_A의 비율 N_A/N_t가 70％ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 5 내지 50개인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 이 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 산출된 보이드의 면적 비율인 보이드 면적률이 20％ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 절연 내압이 15KV/㎜ 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 열전도율이 20W/m·K 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 항절 강도가 300MPa 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 금속 회로판은, 직접 접합법에 의해 상기 알루미나 기판에 접합된 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 금속 회로판은 구리 회로판이며, 이 구리 회로판은 Cu-O 공정 화합물에 의해 상기 알루미나 기판에 접합되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 금속 회로판은 구리 회로판이며, 이 구리 회로판은 탄소를 0.1 내지 1.0질량％ 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판과 상기 금속 회로판의 접합 계면은, 상기 세라믹스 회로 기판의 단면 관찰을 행하였을 때, 상기 금속 회로판의 표면을 따른 곡선이 상기 알루미나 기판의 표면의 요철을 따른 곡선에 접하는 비율이 95％ 이상인 뒤얽힌 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 알루미나 기판은, 두께가 0.25 내지 1.2㎜인 것이 바람직하다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 상기 금속 회로판은, 두께가 0.1 내지 0.5㎜인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 세라믹스 회로 기판에 의하면, 알루미나의 함유량이 적고, 고순도가 아닌 저렴한 알루미나 기판을 이용하기 때문에, 대폭적인 비용 절감이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따른 세라믹스 회로 기판에 의하면, 규소를 함유하는 소결 보조제 유래 성분을 소정량 포함하기 때문에, 접합 강도 등의 특성도 높다.

도 1은 세라믹스 회로 기판의 패턴면측의 구성의 일례를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1에 도시한 세라믹스 회로 기판의 A-A선을 따른 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 세라믹스 회로 기판의 이면측의 구성의 일례를 나타내는 저면도.
도 4는 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경을 구하는 방법을 나타내는 도면.
도 5는 실시예 1에 따른 세라믹스 회로 기판의 접합 계면의 SEM 사진.

본 발명의 세라믹스 회로 기판에 대하여 설명한다.

[세라믹스 회로 기판]

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 알루미나 기판 위에 금속 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판이다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미나 기판(2)의 한쪽 표면 위에 금속 회로판(3)이 접합된 세라믹스 회로 기판(1)으로 되어 있다.

또한, 도 1에는, 알루미나 기판(2)의 다른 쪽 표면 위, 즉 이면측의 표면 위에 구리판 등의 후면 금속판(4)이 접합되어 있는 예를 나타내지만, 본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 알루미나 기판(2)의 한쪽 표면 위 및 다른 쪽 표면 위의 양면에 금속 회로판(3)이 접합되어 있어도 된다.

(알루미나 기판)

알루미나 기판은, 알루미나 Al₂O₃를 94 내지 98질량％ 및 소결 전에 배합된 소결 보조제로부터 생성된 소결 보조제 유래 성분을 2 내지 6질량％ 포함한다.

본 발명에서 이용되는 알루미나 기판은, 대부분의 알루미나 결정립을 포함하여 이루어지는 다결정체이며, 소결 보조제 유래 성분은, 알루미나 결정립의 입계에 존재하는 유리상이다.

알루미나 기판은, 알루미나 Al₂O₃와 소결 보조제 유래 성분의 합계량이 100질량％인 것이 바람직하다.

소결 보조제 유래 성분은, 후술하는 바와 같이, 소결 보조제 성분 이외의 성분인 불가피 불순물 성분을 포함하는 것이 있다. 소결 보조제 성분 및 불가피 불순물 성분에 대해서는, 후에 상세히 설명하지만, 소결 보조제 성분이란, Si, Ca, Mg 및 Na을 소결 보조제와 동일한 산화물로 환산한 물질이다. 소결 보조제 성분으로서는, 예를 들어 SiO₂, CaO, MgO 및 Na₂O을 들 수 있다. 또한, 불가피 불순물 성분이란, 소결 보조제 유래 성분으로부터 소결 보조제 성분을 제외한 잔량부이다.

소결 보조제 유래 성분 중에 포함되는 불가피 불순물 성분은, 알루미나 기판 100질량％ 중에, 0.5질량％ 이하의 양으로 포함되어 있어도 된다.

<소결 보조제 유래 성분>

알루미나 기판에 포함되는 소결 보조제 유래 성분이란, 본 발명의 알루미나 기판의 원료로서, 소결 전에 알루미나 분말과 함께 배합된 소결 보조제가, 소결 시의 열처리에 의해 액상이 된 후, 고화하여 유리상이 된 무기 산화물을 의미한다.

소결 보조제 유래 성분은, 알루미나 기판 중에 2 내지 6질량％ 포함된다.

알루미나 기판 중에 포함되는 소결 보조제 유래 성분이, 2질량％ 미만이면 알루미나 기판의 원료인 알루미나 분말과 소결 보조제를 포함하는 혼합물을 소결시켜서 알루미나 기판을 제조할 때에 소결 보조제의 양이 너무 적기 때문에, 알루미나 기판의 소결이 불충분해지거나, 소결 시간이 길어질 우려가 있다. 또한, 알루미나 기판의 소결이 불충분해질 우려가 있는 경우에는, 원료가 되는 알루미나 분말로서 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2005-281063호 공보)에 개시한 바와 같은 고순도 알루미나 분말을 이용할 필요가 발생하기 때문에, 알루미나 기판의 제조 비용이 높아진다.

한편, 알루미나 기판 중에 포함되는 소결 보조제 유래 성분이, 6질량％를 초과하면, 알루미나 기판을 제조할 때에 소결 보조제의 양이 너무 많기 때문에, 알루미나 기판의 열전도율이나 항절 강도가 저하되기 쉽다.

알루미나 기판에 포함되는 소결 보조제 유래 성분은, 적어도 규소를 함유하는 무기 산화물이다.

소결 보조제 유래 성분 중의 규소는, 산화규소 SiO₂로 환산한 질량으로 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.01 내지 1.5질량％, 바람직하게는 0.5 내지 1.3질량％ 포함된다.

규소를 산화규소 SiO₂로 환산한 질량이, 알루미나 기판 100질량％ 중에서 0.01 내지 1.5 질량％이면, 알루미나 기판을 제조할 때에 규소를 함유하는 소결 보조제의 양이 적절해지기 때문에 소결성이 높아져서, 알루미나 기판의 소결 시간이 단축된다.

한편, 규소를 산화규소 SiO₂로 환산한 질량이, 알루미나 기판 100질량％ 중에서 0.01질량％ 미만이면 규소를 함유하는 소결 보조제의 작용이 불충분해져서, 알루미나 기판의 기계적 강도가 저하되기 쉽다.

또한, 규소를 산화규소 SiO₂로 환산한 질량이, 알루미나 기판 100질량％ 중에서 1.5질량％를 초과하면, 알루미나 기판의 열전도율이 저하되기 쉽다.

알루미나 기판에 포함되는 소결 보조제 유래 성분은, 규소 외에 칼슘을 더 포함하는 무기 산화물이면 바람직하다.

소결 보조제 유래 성분 중의 칼슘은, 산화칼슘 CaO으로 환산한 질량으로 알루미나 기판 100질량％ 중에 통상 0.001 내지 1.5질량％, 바람직하게는 0.01 내지 1.0질량％ 포함된다.

알루미나 기판에 포함되는 소결 보조제 유래 성분은, 규소 외에, 또는 규소 및 칼슘 외에, 마그네슘을 더 포함하는 무기 산화물이면 바람직하다.

소결 보조제 유래 성분 중의 마그네슘은, 산화마그네슘 MgO으로 환산한 질량으로 알루미나 기판 100질량％ 중에 통상 0.001 내지 1.0질량％, 바람직하게는 0.01 내지 0.5질량％ 포함된다.

알루미나 기판에 포함되는 소결 보조제 유래 성분은, 규소 외에, 또는 칼슘 및 마그네슘으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소와 규소 외에, 나트륨을 더 포함하는 무기 산화물이면 바람직하다.

소결 보조제 유래 성분 중의 나트륨은, 산화나트륨 Na₂O으로 환산한 질량으로 알루미나 기판 100질량％ 중에 통상 0.001 내지 0.5질량％, 바람직하게는 0.01 내지 0.2질량％ 포함된다.

소결 보조제 유래 성분이, 규소(Si) 외에, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 나트륨(Na)으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하는 무기 산화물이면, 소결 보조제 유래 성분이 규소(Si)만을 포함하는 무기 산화물인 경우에 비하여, 소결성이 보다 향상된 알루미나 기판이 된다.

즉, 소결 보조제 유래 성분의 소결 전의 상태인 소결 보조제가, Si 산화물 외에, Ca 산화물, Mg 산화물 및 Na 산화물로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 더 포함하면, 입계상이 되는 유리상을 형성하기 쉬워진다.

소결 보조제 유래 성분이, 규소(Si), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 나트륨(Na)을 모두 포함하는 무기 산화물이면, 소결 보조제 유래 성분이 균질한 유리상을 매우 형성하기 쉬워지기 때문에, 가장 바람직하다.

또한, 소결 보조제 유래 성분 중, Si, Ca, Mg, 및 Na과 이들 원소의 화합물을 소결 보조제와 동일한 산화물로 환산한 물질을, 소결 보조제 성분이라 한다. 예를 들어, 소결 보조제 유래 성분이 Si, Ca, Mg, 및 Na과 이들 원소의 화합물을 포함하는 무기 산화물인 경우, 이들 원소를 소결 보조제와 동일한 산화물로 환산한 물질인 SiO₂, CaO, MgO 및 Na₂O이, 소결 보조제 성분이다.

또한, 소결 보조제 유래 성분 중, 소결 보조제 성분 이외의 성분을 불가피 불순물 성분이라 한다.

<알루미나 결정립>

알루미나 기판의 알루미나 결정립은, 평균 결정립 직경이, 통상 20㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하이다. 본 발명에서 이용되는 알루미나 기판은, 소결성이 높기 때문에, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이 20㎛ 이하와 같이 작아진다.

여기서, 평균 결정립 직경이란, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 관찰된 복수개의 알루미나 결정립으로부터 하기와 같이 하여 산출되는 결정립 직경 D_c의 평균값이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 1개의 알루미나 결정립(22)이 관찰된 경우에 있어서, 처음에, 알루미나 결정립(22)의 직경이 가장 커지도록 선택한 선분의 길이를 긴 직경 L1이라 한다. 이어서, 이 긴 직경 L1을 구성하는 선분에 대하여 수직이면서 긴 직경 L1을 구성하는 선분의 중점을 통과하는 수직선을 긋고, 이 수직선 중 알루미나 결정립의 직경을 나타내는 부분의 길이를 짧은 직경 L2라 한다. 또한, (L1+L2)/2에 의해, 1개의 알루미나 결정립(22)의 결정립 직경 D_c를 산출한다. 그리고, 이 작업을 알루미나 기판의 단면 관찰의 시야 내의 100개의 알루미나 결정립에 대하여 행하고, 100개의 결정립 직경 D_c의 평균값을 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이라 규정한다.

알루미나 기판의 알루미나 결정립은, 결정립 직경 D_c의 변동이 작다. 즉, 알루미나 기판은, 알루미나 결정립의 결정립 직경 D_c의 변동의 작음을 나타내는 지표인 하기의 비율 N_A/N_t가, 통상 70％ 이상, 바람직하게는 70 내지 95％이며, 결정립 직경 D_c의 변동이 작다.

여기서, 비율 N_A/N_t란, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 단위 면적 200㎛×200㎛의 관찰 범위 내에서 관찰되는 알루미나 결정립의 전체 개수 N_t에 대한, 상기 관찰 범위 내에서 관찰되고, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경을 A㎛라 하였을 때 0.3A 내지 1.7A의 범위 내에 있는 알루미나 결정립의 개수 N_A의 비율 N_A/N_t를 의미한다.

본 발명에서 이용되는 알루미나 기판은, 상기한 바와 같이 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이 20㎛ 이하로 작을 뿐만 아니라, 알루미나 결정립의 결정립 직경 D_c의 변동이 작음으로써, 보이드 발생의 원인이 되는 알루미나 결정립 간의 3중점이 작아지고 있으며, 보이드 수가 적고, 보이드의 크기도 작다. 여기서, 알루미나 결정립 간의 3중점이란, 3개의 알루미나 결정립에 둘러싸인 입계 부분을 의미한다.

<알루미나 기판의 보이드>

알루미나 기판의 보이드는, 통상적으로 알루미나 결정립 간의 3중점에 발생하는 공극 또는 오목부이다.

알루미나 기판은, 보이드의 평균 직경이 10㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하이다.

또한, 알루미나 기판은, 보이드의 최대 직경이 15㎛ 이하, 바람직하게는 12㎛ 이하이다. 보이드는, 알루미나 결정 입자끼리의 간극에 형성되는 것이다. 보이드의 최대 직경이 15㎛를 초과하면, 알루미나 기판에 부분적으로 치밀화가 불충분한 영역이 생기기 때문에 알루미나 기판의 기계적 강도나 절연 내압이 저하될 우려가 있다.

여기서, 보이드의 평균 직경이란, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 관찰된 100개의 보이드로부터 하기와 같이 하여 산출되는 보이드의 직경 D_v의 평균값을 의미한다.

즉, 처음에, 알루미나 기판의 단면에 대하여, 단위 면적 200㎛×200㎛ 또는 100㎛×100㎛의 관찰 범위가 얻어지는 확대 사진을 찍고, 이 관찰 범위 내에 존재하는 개개의 보이드에 대하여 직경이 가장 커지도록 측정한 값을 개개의 보이드의 직경 D_v로 한다. 이어서, 이 보이드의 직경 D_v의 측정을 상기 관찰 범위 내에서 랜덤하게 선택한 100개의 보이드에 대하여 행하고, 100개의 보이드의 직경 D_v의 평균값을 보이드의 평균 직경이라 규정한다.

또한, 보이드의 최대 직경이란, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 관찰된 100개의 보이드로부터 상기와 같이 하여 산출된 보이드의 직경 D_v의 최대값을 의미한다.

알루미나 기판의 단면 관찰에 이용되는 확대 사진은 SEM 사진의 2차전자상을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 확대 사진의 배율은 250배 이상, 나아가 500배 이상인 것이 바람직하다.

또한, 알루미나 기판의 단면 관찰을 위해 알루미나 기판의 단면을 잘라낼 때에, 단면으로부터 알루미나 결정이 탈립(脫粒)하는 경우가 있다. 그러나, 탈립은 알루미나 입자가 그대로 빠져버리는 현상이기 때문에, 알루미나 기판의 단면 관찰에 있어서 알루미나 결정 입자의 탈립과 보이드는 구별 가능하다.

알루미나 기판은, 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가, 통상 5 내지 50개, 바람직하게는 10 내지 35개이다.

알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 5 내지 50개이면, 알루미나 기판이 고강도임과 함께, 금속 회로판과의 접합 강도가 높다.

알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 강도는, 알루미나 기판의 표면의 요철과 금속 회로판의 표면이 뒤얽힌 형상, 즉 알루미나 기판의 표면의 요철에 금속 회로판의 표면이 추종하여 변형된 형상을 취함으로써, 앵커 효과가 발생하여 높아진다고 생각된다. 이 알루미나 기판의 표면의 요철은, 알루미나 결정립의 표면 형상, 소결 보조제 유래 성분의 표면 형상, 보이드의 형상에 의해 형성되지만, 알루미나 기판의 표면의 요철 크기는, 통상적으로 보이드의 형상에 의한 요철이 가장 커진다. 이로 인해, 알루미나 기판의 표면에, 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 5개 이상이면 알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 강도가 높아지기 쉽다.

여기서, 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수란, 하기와 같이 하여 산출되는 보이드의 개수 N_v를 의미한다.

즉, 처음에, 알루미나 기판의 단면에 대하여, 단위 면적 200㎛×200㎛ 또는 100㎛×100㎛의 관찰 범위가 얻어지는 확대 사진을 찍고, 이 관찰 범위 내에 존재하는 보이드의 총 수 N_vT를 카운트한다. 이어서, 이 보이드의 총 수 N_vT를 100㎛×100㎛당 개수로 환산하여 100㎛×100㎛당 보이드의 개수 N_v100을 산출한다. 그리고, 이 100㎛×100㎛당 보이드의 개수 N_v100의 산출을, 알루미나 기판 단면의 4개소에서 행하고, 이 4개의 보이드의 개수 N_v100의 평균값을 보이드의 개수 N_v라 규정한다.

또한, 알루미나 기판의 단면 관찰이 단위 면적 200㎛×200㎛의 부분에서 행해지는 경우에는, 이 단위 면적 200㎛×200㎛의 부분이, 단위 면적 100㎛×100㎛의 부분을 4개 포함한다고 할 수 있다. 이로 인해, 단위 면적 200㎛×200㎛의 1개소의 보이드의 총 수 N_vT를 100㎛×100㎛당 개수로 환산한 보이드의 개수 N_v100을, 그대로 보이드의 개수 N_v라 하여도 된다.

또한, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 5개 미만이면, 금속 회로판과의 접합 강도가 낮아질 우려가 있다.

또한, 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 50개를 초과하면, 알루미나 기판의 표면 결함으로 되어, 알루미나 기판의 기계적 강도, 절연 내압이나 열전도율이 저하되기 쉽다.

알루미나 기판은, 이 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 산출된 보이드의 면적의 비율인 보이드 면적률이, 통상 20％ 이하인, 바람직하게는 13％ 이하, 더 바람직하게는 6％ 이하이다.

보이드 면적률이 20％를 초과하면, 알루미나 기판의 기계적 강도가 낮아질 우려가 있다.

여기서, 보이드 면적률이란, 하기와 같이 하여 산출되는 보이드의 면적률 RS_v를 의미한다.

즉, 처음에, 알루미나 기판의 단면에 대하여, 단위 면적 200㎛×200㎛ 또는 100㎛×100㎛의 관찰 범위가 얻어지는 확대 사진을 찍고, 이 관찰 범위 내에 존재하는 보이드의 면적을 합계하여 보이드의 총 면적 S_vT를 산출한다. 이어서, 이 보이드의 총 면적 S_vT를 단위 면적으로 나눈 1㎛²당 값을 보이드 면적률 RS_v(％)라 규정한다.

<알루미나 기판의 특성>

알루미나 기판은, 비커스 경도가 1300 이상이다. 여기서, 비커스 경도란, JIS-R-1610으로 규정되는 비커스 경도를 의미한다.

알루미나 기판은, 절연 내압이, 통상 15KV/㎜ 이상이다. 여기서, 절연 내압이란, 이하의 방법에 의해 산출되는 값이다. 즉, 각 세라믹스 회로 기판을 절연유(상품명 플루오리너트) 중에 침지하고, 세라믹스 기판의 양면에 접합한 금속 회로판에 각각 전극을 배치하고, 이 전극 간에 매분 10kV의 전압 상승 속도로 교류 전압을 인가한다. 그리고, 10pC(피코쿨롬)의 전하량을 방전할 때의 인가 전압을 부분 방전 개시 전압이라 하고, 기판의 단위 두께당 부분 방전 개시 전압을 절연 내압이라 한다.

알루미나 기판은, 열전도율이, 통상 20W/m·K 이상이다. 여기서, 열전도율이란, JIS-R-1611에 준하는 레이저 플래시법으로 측정되는 열전도율을 의미한다.

알루미나 기판은, 항절 강도(3점 굽힘 강도)가 통상 300MPa 이상이다. 여기서, 항절 강도(3점 굽힘 강도)란, JIS-R-1601로 규정되는 항절 강도를 의미한다.

알루미나 기판은, 두께가, 통상 0.25 내지 1.2㎜이다.

<알루미나 기판의 제조 방법>

다음으로, 알루미나 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

알루미나 기판은, 예를 들어 알루미나 분말과 소결 보조제를 준비한 후, 슬러리 조정 공정 또는 입자 조성 공정을 행하고, 성형 공정을 행하고, 탈지 공정을 행하고, 소결 공정을 행함으로써 제조할 수 있다.

[알루미나 분말]

알루미나 분말은, 알루미나의 순도가, 통상 98질량％ 이상, 바람직하게는 99.9질량％ 이상이다.

알루미나의 순도가 98질량％ 이상이면 얻어지는 알루미나 기판의 특성이 양호해지기 쉽다.

또한, 알루미나의 순도가 99.9질량％ 이상이면 알루미나 분말 중에 포함되고, 소결 시에 소결 보조제로서 기능하는 불순물의 계산이 용이해지기 때문에, 알루미나 분말과 함께 혼합하는 소결 보조제의 양을 조정하기 쉽기 때문에 바람직하다. 여기서, 소결 시에 소결 보조제로서 기능하는 불순물이란, 하기의 소결 보조제 성분 불순물을 의미한다.

알루미나 분말에는 알루미나 이외의 성분으로서, 통상 Si, Ca, Mg, Na 또는 이들 이외의 원소를 함유하는 물질 등이 포함된다.

본 발명에 있어서, 알루미나 분말에 함유되는 물질 중, Si, Ca, Mg, 및 Na과 이들 원소의 화합물은, 소결 보조제와 동일한 원소를 포함하여 이루어지는 물질이기 때문에, 소결 보조제 성분 불순물이라 한다.

또한, 알루미나 분말에 포함되는 물질 중, 알루미나 및 소결 보조제 성분 불순물 이외의 물질을, 불가피 불순물이라 한다.

소결 보조제 성분 불순물은, 소결 보조제와 동일한 원소를 포함하여 이루어지는 물질이기 때문에, 소결 공정에 있어서 소결 보조제로서 기능한다. 이로 인해, 알루미나 분말에 포함되는 소결 보조제 성분 불순물은, 소결 보조제의 일부로서 취급하는 것이 바람직하다.

소결 보조제 성분 불순물을 소결 보조제의 일부로서 취급하는 방법으로서는, 소결 보조제 성분 불순물의 질량을, 소결 보조제로 환산한 질량이라 하고, 이 환산한 질량을 소결 보조제의 질량의 일부로 하는 방법이 이용된다. 구체적으로는, 소결 보조제 성분 불순물이, Si, Ca, Mg, 및 Na과 이들 원소의 화합물인 경우에는, 이들을 각각 소결 보조제인 SiO₂, CaO, MgO 및 Na₂O으로 환산한 후, 이들 산화물의 질량을 소결 보조제의 질량으로서 취급한다. 예를 들어, 알루미나 분말에 포함되는 소결 보조제 성분 불순물 중 Si 성분으로부터 환산한 SiO₂가 Ag이며, 이 알루미나 분말에 소결 보조제로서 첨가한 SiO₂가 Bg인 경우에는, 소결 보조제인 SiO₂의 합계의 질량은 A+Bg로 된다.

알루미나 분말은, 평균 입경이 통상 1 내지 4㎛이다.

또한, 알루미나 분말은, 0.8㎛ 이하인 입경의 알루미나 분말을 2 내지 30질량％ 포함하는 것이면, 얻어지는 알루미나 기판의 보이드 사이즈를 작게 하거나, 보이드의 개수를 저감킬 수 있기 때문에, 바람직하다. 이 이유는 이하와 같다. 보이드는 알루미나 결정립끼리의 간극에 발생한다. 0.8㎛ 이하인 입경의 알루미나 분말을 2 내지 30질량％ 포함하는 알루미나 분말은, 큰 분말과 작은 분말이 적절하게 분포한 것으로 되기 때문에, 소결 전의 알루미나 분말을, 큰 알루미나 분말끼리의 간극에 작은 알루미나 분말이 인입하는 구조로 할 수 있다. 이로 인해, 이러한 구조의 알루미나 분말로부터 얻어지는 알루미나 기판은, 보이드 사이즈가 작아지거나, 보이드의 개수가 적어지기도 한다.

[소결 보조제]

알루미나 기판의 원료로서는, 알루미나 분말 외에 소결 보조제가 이용된다.

소결 보조제로서는, 적어도 산화규소(SiO₂)를 이용한다. 소결 보조제는, 산화규소(SiO₂) 외에, 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화나트륨(Na₂O)으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 포함하고 있어도 된다.

소결 보조제는, 산화규소(SiO₂), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및 산화나트륨(Na₂O)의 모두를 포함하면 바람직하다.

소결 보조제로서는, 분말 상태의 것을 이용한다.

소결 보조제는, 후의 슬러리 조정 공정 또는 입자 조성 공정에 있어서, 알루미나 분말과 혼합된다. 알루미나 분말과 소결 보조제를 포함하여 이루어지는 혼합 분말은, 알루미나 분말에 포함되는 소결 보조제 성분 불순물을 소결 보조제로 환산한 질량 M_A와, 소결 보조제의 질량 M_S의 합계량 M_A+M_S를, 2 내지 6질량％ 포함하도록 한다.

또한, 후의 슬러리 조정 공정에서 알루미나 볼 밀을 이용하여 볼 밀 처리를 하는 경우에는, 알루미나 볼 밀로부터 유입되는 소결 보조제 성분 불순물의 양 M_B를 감안하여, 소결 보조제의 배합량을 정한다. 즉, 알루미나 분말과 소결 보조제를 포함하여 이루어지는 혼합 분말 중에, M_A+M_S+M_B가 2 내지 6질량％ 포함되도록 한다. 여기서, 알루미나 볼 밀로부터 유입되는 소결 보조제 성분 불순물이란, 알루미나 분말에 포함되는 소결 보조제 성분 불순물과 마찬가지의 물질이다.

[슬러리 조정 공정]

슬러리 조정 공정은, 알루미나 분말과 소결 보조제 분말을 혼합하여 슬러리를 제조하는 공정이다. 슬러리는, 예를 들어 순수 또는 유기 용매 중에 알루미나 분말과 소결 보조제 분말을 첨가하고, 필요에 따라 PVA(폴리비닐알코올), PVB(폴리비닐부티랄) 등의 바인더를 더 첨가한 후, 습식 볼 밀로 알루미나 분말 및 소결 보조제 분말을 분쇄함으로써 제조할 수 있다.

볼 밀로 이용되는 볼은, 알루미나제인 것이 바람직하다. 단, 알루미나제의 알루미나 볼은, 통상적으로 알루미나 순도가 96％ 정도이며, Na, Si, Ca 등의 불순물을 비교적 많이 포함한다. 이로 인해, 알루미나 볼을 이용한 볼 밀 처리에서는, 알루미나 볼로부터 슬러리에 혼입되는 Na, Si, Ca 등의 불순물을 고려한 양의 소결 보조제 분말을 알루미나 분말에 배합하는 것이 바람직하다.

알루미나 기판의 제조 방법에서는, 상기한 슬러리 조정 공정 또는 하기의 입자 조성 공정을 선택하여 행한다.

[입자 조성 공정]

입자 조성 공정은, 알루미나 분말과 소결 보조제 분말을 혼합하여 입자 조성하는 공정이다.

입자 조성에 의해 얻어지는 입자 조성분은, 예를 들어 순수 또는 유기 용매 중에 알루미나 분말과 소결 보조제 분말을 첨가하고, 필요에 따라 PVA(폴리비닐알코올), PVB(폴리비닐부티랄) 등의 바인더를 더 첨가한 후, 습식 볼 밀로, 알루미나 분말 및 소결 보조제 분말을 분쇄하고, 나아가 습식 입자 조성기로 입자 조성함으로써 제작할 수 있다.

[성형 공정]

슬러리 조정 공정 또는 입자 조성 공정을 행한 후에는 성형 공정을 행한다.

성형 공정은, 슬러리 조정 공정에서 얻어진 슬러리, 또는 입자 조성 공정에서 얻어진 입자 조성분을 이용하여, 성형체를 제작하는 공정이다.

슬러리를 이용하는 경우, 성형 공정은, 예를 들어 닥터 블레이드법을 이용하여 판상의 성형체를 제작한다. 입자 조성분을 이용하는 경우, 성형 공정은, 예를 들어 금형 성형법을 이용하여 판상의 성형체를 제작한다.

판상의 성형체의 두께가 1㎜ 이하인 경우에는, 닥터 블레이드법을 이용하는 것이 바람직하다.

[탈지 공정]

탈지 공정은, 얻어진 판상의 성형체를 탈지하는 공정이다.

탈지 공정은, 통상 400 내지 900℃에서 열처리하여 판상의 성형체를 탈지시킨다.

[소결 공정]

소결 공정은, 탈지된 판상의 성형체를 소결시키는 공정이다.

소결 공정은, 상압에서 소결시키는 경우에는, 통상 1200℃에서 2 내지 8시간, 바람직하게는 1200 내지 1650℃에서 4 내지 8시간 열처리하여, 소결시킨다.

또한, 0.5MPa 이상의 가압하에서 소결시키는 경우에는, 통상 1200 내지 1700℃에서 2 내지 5시간, 바람직하게는 1200 내지 1650℃에서 2 내지 5시간 열처리하여, 소결시킬 수도 있다.

또한, 소결 공정은, 열처리의 온도 범위를 바꾼 2단계의 열처리를 행하도록 하여도 된다.

예를 들어, 온도 범위 1450 내지 1650℃에서 3 내지 4시간 열처리한 후, 1450℃ 미만에서 2 내지 3시간 열처리하도록 하여도 된다.

이와 같이, 소결 공정을, 고온에서 장시간 계속하여 소결하는 것이 아니라, 일정 시간 소결한 후, 저온에서 조금 소결시킴으로써, 알루미나 결정립의 입성장을 억제할 수 있기 때문에, 보이드의 크기나 개수의 제어를 행하기 쉬워진다.

이와 같이, 본 소결 공정은, 소결 시간을 8시간 이하로 할 수 있기 때문에, 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 20시간이라고 하는 장시간의 열처리의 소결 공정을 행할 필요가 없다.

본 발명에 있어서 소결 공정의 소결 시간이 짧은 이유는, 주로 탈지된 판상의 성형체 중의, 소결 보조제 분말 및 소결 보조제 성분 불순물의 합계량이 적절하기 때문이라고 생각된다.

즉, 슬러리 또는 입자 조성분으로 제작되고, 탈지된 판상의 성형체는, 알루미나 분말과 소결 보조제 분말의 합계량 100질량％ 중에, 알루미나 분말에 포함되는 소결 보조제 성분 불순물을 소결 보조제로 환산한 질량 M_A와, 소결 보조제의 질량 M_S의 합계량 M_A+M_S를, 2 내지 6질량％ 포함한다.

또한, 슬러리 조정 공정에서 알루미나 볼 밀을 이용하여 볼 밀 처리한 경우에는, 슬러리 또는 입자 조성분으로 제작되고, 탈지된 판상의 성형체는, 알루미나 볼 밀로부터 유입되는 소결 보조제 성분 불순물의 양 M_B를 포함한 M_A+M_S+M_B를 2 내지 6질량％ 포함하도록 되어 있다.

이로 인해, 본 발명의 알루미나 Al₂O₃를 94 내지 98질량％ 포함하는 고순도가 아닌 알루미나 기판의 소결 공정은, M_A+M_S 또는 M_A+M_S+M_B가 2질량％ 미만인 고순도 알루미나 기판을 소결하는 경우와 비교하여 소결 온도를 20 내지 50℃ 정도 낮게 할 수 있으면서, 소결 시간도 8시간 이하로 짧게 할 수 있다.

이와 같이, 소결 공정에 있어서, 소결 온도를 낮게 하거나, 소결 시간을 짧게 하거나 할 수 있는 점에서, 소결에 의한 알루미나 결정립의 성장을 억제할 수 있다. 이로 인해, 얻어지는 알루미나 기판은, 알루미나 결정립이 작아지고, 알루미나 결정립의 결정립 직경 D_c의 변동이 작아지고, 보이드의 발생을 억제할 수 있으며, 발생한 보이드의 크기를 작게 할 수 있다.

구체적으로는, 얻어지는 알루미나 기판은, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이, 통상 20㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하가 되고, 결정립 직경 D_c의 변동을 나타내는 비율 N_A/N_t가, 통상 70％ 이상, 바람직하게는 70 내지 95％가 된다.

또한, 얻어지는 알루미나 기판은, 보이드의 평균 직경이 10㎛ 이하, 바람직하게는 5㎛ 이하이고, 보이드 면적률이, 통상 20％ 이하로 된다.

이상의 각 공정을 거쳐서 얻어진 알루미나 기판은, 금속 회로판과 접합된다. 알루미나 기판과 접합된 금속 회로판은, 적절히 에칭 등을 이용하여 회로가 형성된다. 본 발명에서는, 회로가 형성되어 있지 않은 금속 회로판 및 회로가 형성된 금속 회로판의 양쪽을 포함하여, 간단히 금속 회로판이라 칭한다.

얻어진 알루미나 기판은, 금속 회로판과 접합되기 전의 처리로서, 적절하게 호닝 가공에 의해 표면의 쓰레기를 제거하는 처리나, 표면을 연마 가공하는 처리가 행해진다. 또한, 알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 방법으로서 직접 접합법을 이용하는 경우에는, 호닝 가공에 의해 표면의 쓰레기를 제거하는 것만으로 하는 것이 바람직하다.

(금속 회로판)

금속 회로판은, 알루미나 기판 위에 접합된다. 여기서, 금속 회로판이란, 에칭 등을 이용하여 회로가 형성된 금속 회로판 및 회로가 형성되어 있지 않은 금속 회로판의 양쪽을 포함하는 개념이다.

알루미나 기판과 금속 회로판은, 예를 들어 직접 접합법(DBC법), 활성 금속법 등의 방법에 의해 접합된다.

여기서, 직접 접합법(DBC법)이란, 예를 들어 금속 회로판의 구리와 산소가 공정 화합물(Cu-O 공정)을 형성하는 반응을 이용하여 알루미나 기판과 금속 회로판을 접합하는 방법이다.

또한, 활성 금속법이란, 활성 금속 접합 납재 페이스트를 이용하여 알루미나 기판과 금속 회로판을 접합하는 방법이다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판에서는, 금속 회로판이 직접 접합법, 활성 금속법 등의 방법에 의해 알루미나 기판에 접합된 것으로 되어 있다.

<금속 회로판이 직접 접합법에 의해 알루미나 기판에 접합된 경우>

금속 회로판이 직접 접합법에 의해 알루미나 기판에 접합되는 경우, 금속 회로판으로서는, 통상적으로 구리를 포함하여 이루어지는 구리 회로판이 이용된다.

알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 방법이 직접 접합법이기 때문에, 구리 회로판은, Cu-O 공정 화합물에 의해 알루미나 기판에 접합된다.

구리 회로판은, 두께가 통상적으로 0.1 내지 0.5㎜이다.

구리 회로판으로서는, 산소를 100 내지 1000 질량ppm 함유하는 터프 피치 전해 구리를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구리 회로판을 이용함으로써, 알루미나 기판과의 접합 강도가 높아진다.

구리 회로판은, 탄소를 0.1 내지 1.0질량％ 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구리 회로판을 구성하는 구리재로서는, 예를 들어 터프 피치 구리, 무산소동 등을 들 수 있다.

탄소는 탈산제로서 기능하기 위해서, 구리 회로판 중의 산소를 구리 회로판의 표면으로 이동시킨다. 또한, 구리 회로판의 표면으로 이동한 산소는, 직접 접합법을 행할 때의 Cu-O 공정 화합물을 형성하기 위해 이용된다.

또한, 구리 회로판의 탄소 함유량이 0.1질량％ 미만이면 탄소 함유의 효과가 없고, 탄소 함유량이 1.0질량％를 초과하면 탄소 함유량이 너무 증가하여 구리 회로판의 도전성을 저하시킨다.

또한, 구리 회로판으로서, 산소 함유량이 100 질량ppm 미만의 구리 회로판을 이용하는 경우에는, 구리 회로판의 알루미나 기판과의 접합면측에 산화구리막을 형성함으로써, 알루미나 기판과의 접합 강도를 높게 할 수 있다.

구리 회로판의 표면에 산화구리막을 형성하는 방법으로서는, 구리 회로판을 열처리하여 직접 산화하는 방법이나 산화구리 분말의 페이스트를 도포하는 방법 등을 들 수 있다.

[직접 산화하는 방법]

직접 산화하는 방법으로서는, 예를 들어, 구리 회로판을, 대기 중에 있어서 온도 150 내지 360℃의 범위에서 20 내지 120초간 가열하는 표면 산화 처리를 행함으로써, 구리 회로판의 표면에 산화구리막을 형성하는 방법이 이용된다.

직접 산화하는 방법을 이용하는 경우, 산화구리막은, 두께가 통상 1 내지 10㎛, 바람직하게는 2 내지 5㎛이다.

산화구리막의 두께가 1㎛ 미만이면 Cu-O 공정 화합물의 발생량이 적어지는 점에서, 알루미나 기판과 구리 회로판의 미접합 부분이 많아지기 때문에, 접합 강도를 향상시키는 효과가 작아진다.

한편, 산화구리막의 두께가 10㎛를 초과하면, 접합 강도의 개선 효과가 적어, 오히려 구리 회로판의 도전 특성을 저해하게 된다.

[산화구리 분말의 페이스트를 도포하는 방법]

산화구리 분말의 페이스트를 도포하는 방법으로서는, 예를 들어, 평균 입경 1 내지 5㎛의 산화구리 분말을 포함하는 페이스트를 이용하여, 구리 회로판 위에 페이스트를 도포하여 두께 1 내지 10㎛의 산화구리 페이스트층을 형성한 후, 건조 또는 열처리함으로써, 구리 회로판의 표면에 산화구리막을 형성하는 방법이 이용된다.

<금속 회로판이 활성 금속법에 의해 알루미나 기판에 접합된 경우>

금속 회로판이 활성 금속법에 의해 알루미나 기판에 접합되는 경우, 금속 회로판으로서는, 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 크롬, 은, 몰리브덴, 코발트의 단체, 이들 합금 및 이들 클래드재 등이 이용된다. 이들 중, 구리판이나 알루미늄판은, 접합성이 좋기 때문에 바람직하다.

금속 회로판의 두께는, 통전 용량이나 알루미나 기판의 두께 등을 감안하여 결정된다. 구체적으로는, 알루미나 기판의 두께가 0.25 내지 1.2㎜인 경우에는, 금속 회로판의 두께를 0.1 내지 0.5㎜로 하는 것이 바람직하다. 또한, 알루미나 기판의 두께를 0.25 내지 0.38㎜로 하면, 열저항이 저감되어, 세라믹스 회로 기판의 방열성을 개선할 수 있다.

활성 금속법에 이용되는 활성 금속 접합 납재 페이스트로서는, 예를 들어 Cu를 15 내지 35질량％, 및 Ti, Zr, Hf으로부터 선택되는 적어도 1종의 활성 금속을 1 내지 10질량％ 포함함과 함께, 잔량부가 실질적으로 Ag을 포함하여 이루어지는 접합용 조성물을 유기 용매 중에 분산하여 제조한 활성 금속 접합 납재 페이스트가 이용된다.

활성 금속 접합 납재 페이스트에 배합되는 활성 금속은, 알루미나 기판에 대한 활성 금속 접합 납재의 습윤성 및 반응성을 개선한다. 활성 금속 접합 납재 페이스트 중의 활성 금속의 배합량은, 활성 금속 접합 납재 페이스트에 포함되는 접합용 조성물 100질량％에 대하여 1 내지 10질량％로 한다.

활성 금속법은, 예를 들어 Ti, Zr 및 Hf으로부터 선택되는 적어도 1종의 활성 금속을 함유하고 적절한 조성비를 갖는 Ag-Cu계 납재를 이용하여, 이 Ag-Cu계 납재를 유기 용매 중에 분산시켜 접합용 조성물 페이스트를 제조하고, 이 접합용 조성물 페이스트를 알루미나 기판의 표면에 스크린 인쇄하고, 알루미나 기판의 표면에 금속 회로판으로서의 구리판을 중첩하고, 가열함으로써, 알루미나 기판과 금속 회로판을 접합할 수 있다.

(알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 계면)

알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 계면은, 금속 회로판의 표면이 알루미나 기판의 표면의 요철 형상을 따라서 변형된 뒤얽힌 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 계면은, 세라믹스 회로 기판의 단면 관찰을 행하였을 때, 금속 회로판의 표면을 따른 곡선이, 알루미나 기판의 표면의 요철을 따른 곡선에 접하는 비율( 이하, 「접합 계면 접촉 비율」이라 함)이 통상 95％ 이상, 바람직하게는 99％ 이상, 더 바람직하게는 100％인 뒤얽힌 구조로 되어 있다.

접합 계면 접촉 비율은, 알루미나 기판의 표면의 요철에의 금속 회로판의 추종성을 나타내는 지표이다.

예를 들어, 알루미나 기판과 금속 회로판이 전혀 간극이 없이 접합하고 있는 경우, 접합 계면 접촉 비율은 100％이다. 또한, 알루미나 기판과 금속 회로판이 완전히 박리하고 있는 경우, 접합 계면 접촉 비율은 0％이다.

접합 계면 접촉 비율의 산출 방법은, 이하와 같다.

즉, 처음에, 세라믹스 회로 기판의 단면 관찰을 행했을 때, 접합 단면의 확대 사진을 촬영한다. 접합 단면의 확대 사진은, 1000배 이상인 것이 바람직하다.

확대 사진은, 접합 계면을 길이 100㎛에 걸쳐 촬영한다. 또한, 1 시야로 길이 100㎛를 촬영할 수 없을 때에는, 20 내지 50㎛씩 촬영하고, 합계로 100㎛ 촬영하도록 하여도 된다.

다음으로, 확대 사진으로부터, 접합 계면에 있어서의 알루미나 기판의 표면의 요철을 따른 곡선의 길이 L_A와, 접합 계면에 있어서의 금속 회로판의 표면을 따른 곡선의 길이 L_M을 측정한다.

그리고, L_M을 L_A로 나눈 L_M/L_A를 접합 계면 접촉 비율로서 산출한다.

접합 계면 접촉 비율은, 알루미나 기판의 표면에 깊은 보이드가 노출되어 있는 경우에 저하되기 쉽다. 알루미나 기판의 표면에 깊은 보이드가 노출되어 있으면, 알루미나 기판과 금속 회로판을 접합하였을 때, 금속 회로판이 알루미나 기판의 표면에 추종하기 어려워지기 때문에, 접합 계면 접촉 비율이 저하되기 쉽다.

본 발명의 세라믹스 회로 기판에서는, 알루미나 기판의 표면에 깊은 보이드가 노출되는 일이 실질적으로 없을 뿐만 아니라, 알루미나 기판과 금속 회로판을 특정한 조건으로 접합시키고 있기 때문에, 알루미나 기판의 표면의 보이드에 금속 회로판이 추종하여 인입한다. 이로 인해, 본 발명의 세라믹스 회로 기판은, 접합 계면 접촉 비율이 통상 95％ 이상으로 높고, 알루미나 기판의 표면과 금속 회로판이 뒤얽힌 구조로 되어 있으며, 앵커 효과가 발생하여 접합 강도가 높다.

(세라믹스 회로 기판의 제조 방법)

세라믹스 회로 기판은, 알루미나 기판과 금속 회로판을 접합함으로써 제조된다. 알루미나 기판과 금속 회로판의 접합 방법은, 상기한 바와 같이, 예를 들어 직접 접합법(DBC법), 활성 금속법 등의 방법이 이용된다.

<직접 접합법>

직접 접합법에서는, 처음에, 알루미나 기판 위에, 금속 회로판으로서의 구리 회로판을 배치한다. 구리판에 산화막(산화구리막)을 형성한 경우에는, 산화막이 알루미나 기판측이 되도록 배치한다. 이어서, 불활성 가스 분위기 중에서, 예를 들어 1065 내지 1085℃로 가열하면, 알루미나 기판 위에 구리 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판이 얻어진다.

<활성 금속법>

활성 금속법에서는, 처음에, 알루미나 기판 위에 스크린 인쇄 등의 방법으로 활성 금속 접합 납재 페이스트를 도포한다. 이어서, 알루미나 기판의 활성 금속 접합 납재 페이스트가 도포된 면에, 금속 회로판을 배치하고, 가열하면, 알루미나 기판 위에 구리 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판이 얻어진다.

상기 구성의 세라믹스 회로 기판에 의하면, 소결 보조제 유래 성분을 2 내지 6질량％ 포함하는 알루미나 기판을 이용함으로써, 소결성 및 기계적 강도가 높고, 기판으로서의 특성이 높다.

또한, 알루미나 기판이 치밀하며, 보이드에 유래되는 표면 결함도 적기 때문에, 기판 두께를 얇게 한 경우에 있어서도, 내전압 특성의 저하가 적어, 절연 파괴(내압 누설)의 발생이 억제된다. 또한, 보이드에 유래되는 표면 결함(표면 요철)을 소정 범위 내의 것으로 함으로써, 금속 회로판의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

[실시예]

이하에 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이들에 한정되어 해석되는 것은 아니다.

(실시예 1)

평균 입경 2.5㎛(0.8㎛ 이하가 13질량％)의 α-알루미나 결정을 포함하여 이루어지고, 순도가 99.2질량％의 알루미나 분말(불순물 Si량 0.4질량％, Ca량 0.2질량％, Mg량 0.1질량％, Na량 0.01질량％, 불가피 불순물 0.29질량％)을 준비하였다.

소결 보조제로서 SiO₂를 0.3질량％, CaO을 0.5질량％, MgO을 0.4질량％, Na₂O을 0.1질량％ 첨가하고, 유기 결합제를 더 첨가하여 원료 혼합체를 각각 제조하였다. 각 원료 혼합체를 닥터 블레이드법에 의해 시트 성형하여 판상의 성형체를 제조하고, 이 성형체를 진공 중에서 800℃에서 4시간 가열하여 완전히 탈지하였다. 이 탈지체를 온도 1580℃에서 7시간 소결함으로써, 세로 29㎜×가로 63㎜×두께 0.32㎜의 알루미나 기판을 제조하였다.

(실시예 2)

평균 입경 1.5㎛(0.8㎛ 이하가 25질량％)의 α-알루미나 결정을 포함하여 이루어지고, 순도가 99.99질량％의 고순도 알루미나 분말(불순물 Si량 0.002질량％, Ca량 0.002질량％, Mg량 0.001질량％, Na량 0.001질량％, 불가피 불순물 0.005질량％)을 준비하였다.

소결 보조제로서 SiO₂를 1.0질량％, CaO을 1.0질량％, MgO을 1.0질량％, Na₂O을 0.1질량％ 첨가하고, 유기 결합제를 더 첨가하여 원료 혼합체를 각각 제조하였다. 각 원료 혼합체를 닥터 블레이드법에 의해 시트 성형하여 판상의 성형체를 제조하고, 이 성형체를 진공 중에서 800℃에서 4시간 가열하여 완전히 탈지하였다. 이 탈지체를 온도 1560℃에서 6시간 소결함으로써, 세로 29㎜×가로 63㎜×두께 0.32㎜의 알루미나 기판을 제조하였다.

또한, 실시예 1 및 실시예 2 모두 원료 혼합체의 조정은 순도 96％의 알루미나 볼을 이용한 볼 밀 공정에 의해 행하였다.

(비교예 1)

평균 입경 1.5㎛(0.8㎛ 이하가 35질량％)의 α-알루미나 결정을 포함하여 이루어지고, 순도가 99.99질량％의 고순도 알루미나 분말(불순물 Si량 0.002질량％, Ca량 0.002질량％, Mg량 0.001질량％, Na량 0.001질량％, 불가피 불순물 0.005질량％)을 준비하였다.

소결 보조제로서 SiO₂를 첨가하지 않은 점 이외에는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 알루미나 기판을 제조하였다.

(비교예 2)

평균 입경 2.5㎛(0.8㎛ 이하가 1질량％)의 α-알루미나 결정을 포함하여 이루어지고, 순도가 99.2질량％의 알루미나 분말(불순물 Si량 0.4질량％, Ca량 0.2질량％, Mg량 0.1질량％, Na량 0.01질량％, 불가피 불순물 0.29질량％)을 준비하였다.

소결 보조제로서 SiO₂를 3.0질량％ 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 알루미나 기판을 제조하였다.

[실시예 1 및 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 알루미나 기판의 평가]

각 알루미나 기판의 Al₂O₃ 순도, 평균 결정립 직경, 결정립 직경의 변동, 보이드의 면적률, 보이드 평균 직경, 보이드의 최대 직경, 보이드의 개수, 절연 내압, 항절 강도, 파괴 인성값, 열전도율 및 비커스 경도를 각각 측정하여 표 1에 나타내는 결과를 얻었다.

보이드율, 보이드 평균 직경, 평균 결정립 직경 및 결정립 직경의 변동은 알루미나 기판의 단면 관찰에 의해 측정하였다.

즉, 단위 면적 200㎛×200㎛의 확대 사진을 찍고, 이 확대 사진에 찍히는 개개의 보이드의 면적을 측정하고, 합계 면적을 200㎛×200㎛로 나눈 숫자를 보이드의 면적률이라 하였다.

또한, 개개의 보이드에 대하여 직경이 가장 커지도록 측정한 값을 최대 직경으로 하고, 보이드 100개분의 평균값을 보이드 평균 직경으로 하였다. 또한, 보이드의 개수는 단위 면적 100㎛×100㎛당 개수를 4개소분 측정하고, 그 최소 개수와 최대 개수를 나타내었다.

또한, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경은, 개개의 알루미나 결정립에 있어서 직경이 가장 커지도록 선택한 선분의 길이를 긴 직경 L1이라 하고, 그 중심으로부터 수직선을 그었을 때를 짧은 직경 L2라 하고, (L1+L2)/2를 입경이라 하였다(도 4 참조). 이 작업을 100알 행하고, 그 평균값을 평균 입경이라 하였다.

알루미나 결정립의 또한, 결정립 직경의 변동은, 평균 결정립 직경 A㎛에 대하여 A×(0.3 내지 1.7)의 범위에 들어가는 결정립의 비율을 구하였다.

절연 내압, 항절 강도(3점 굽힘 강도), 열전도율, 파괴 인성값 및 비커스 경도는, JIS-R-1601(항절 강도), JIS-R-1607(파괴 인성값), JIS-R-1610(비커스 경도), JIS-R-1611(열전도율) 등에 기재된 방법으로 구하였다. 또한, 절연 내압은, 전술한 바와 같이, 절연유(상품명 플루오리너트)를 이용한 부분 방전 개시 전압을 이용한 방법으로 행하였다.

이들 결과를 표 1 내지 3에 나타내었다.

도 5는, 실시예 1에 따른 세라믹스 회로 기판의 접합 계면의 SEM 사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 세라믹스 회로 기판(1)의 알루미나 기판(2)과 금속 회로판(3: 구리 회로판)의 계면에 있어서, 금속 회로판(3: 구리 회로판)은 알루미나 기판(2)의 표면에 밀착하고 있다.

알루미나 소결체로서 불가피 불순물이 약간 증가한 이유는 제조 공정 중에 Fe 등의 불순물이 혼입되었기 때문이다. 마찬가지로 SiO₂량이 약간 증가한 이유도 제조 공정 중의 알루미나 볼을 이용한 볼 밀 공정에서 혼입되었기 때문이다.

본 실시예에 따른 알루미나 기판은 소결성이 좋고, 우수한 특성을 나타낸다고 하는 사실을 알 수 있었다. 한편, 비교예 1의 알루미나 기판은 Si량이 부족하기 때문에, 이 소결 조건에서는 충분한 소결이 어려워 큰 보이드가 발생하고 있었다. 또한, 비교예 2의 알루미나 기판은 Si량이 너무 많아서 소결성이 저하하였다.

(실시예 3 내지 5)

소결 보조제량 및 소결 조건을 바꾼 것을 준비하고, 실시예 1과 마찬가지의 측정을 행하였다. 그 결과를 표 1, 표 2 내지 3에 나타내었다. 또한, 원료 분말은 실시예 1에서 이용한 것과 동일한 것을 이용하였다.

본 실시예에 따른 알루미나 기판은 소결 시간을 8시간 이하로 하였다고 해도 우수한 특성을 나타내었다.

(실시예 1B 내지 6B, 비교예 1B 내지 2B)

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2의 알루미나 기판과 구리판을 이용하여, 세라믹스 회로 기판을 제조하였다. 구리판은 열처리하여 접합면측에 두께 5㎛의 산화구리막을 형성한 것을 준비하였다. 알루미나 기판의 양면에 구리판(한쪽이 금속 회로 기판용 구리판, 다른 한쪽이 후면 구리판)을 배치하고, 질소 분위기 중 1075℃×1분간 가열하여 직접 접합법에 의해 접합하였다. 또한, 금속 회로판용 구리판은 두께 0.3㎜, 후면 구리판은 두께 0.4㎜로 통일하였다. 또한, 실시예 1B 내지 5B는 구리판 중의 탄소 함유량은 0.2 내지 0.8질량％의 범위 내의 것, 6B는 탄소가 함유되어 있지 않은 범위(검출 한계 이하)의 것을 준비하였다.

다음으로 얻어진 세라믹스 회로 기판의 금속 회로판을 에칭하여, 도 1에 도시한 회로 패턴을 형성하였다.

상기와 같이 제조한 각 세라믹스 회로 기판에 대하여, 표면측의 회로 패턴면의 양단부를 30㎜의 지지 스판으로 지지하는 한편, 배면측의 후면 구리판의 중앙부의 1점에 하중을 부가하여 3점 굽힘 강도를 측정함과 함께, 알루미나 기판의 양쪽 테두리부를 포함하는 평면에 대한 최대 휨량을 측정하였다. 또한, 각 세라믹스 회로 기판의 항절 강도값은 알루미나 기판 파단 시의 하중값을 알루미나 기판 단체에 대한 응력값으로서 나타내고 있다. 또한, 최대 휨량은, 알루미나 기판이 파단한 시점에서의 휨량으로서 측정하였다. 각 측정 결과를 표 4에 나타내었다.

본 실시예에 따른 세라믹스 회로 기판은, 최대 휨량이 1.0㎜ 이상으로 우수한 특성을 나타낸다고 하는 사실을 알 수 있었다.

다음으로 실시예 1B 내지 6B, 비교예 1B 내지 2B의 세라믹스 회로 기판의 구리 회로판의 접합 강도 및 접합 계면의 상태에 대하여 조사하였다. 접합 강도는 박리 시험에 의해 구하였다.

또한, 접합 계면은, 알루미나 기판과 구리 회로판의 접합 계면의 확대 사진(2000배)을 촬영한다. 이 작업을 접합 계면 100㎛분 촬영하였다. 접합 계면에 있어서, 알루미나 기판의 표면 요철을 얼마만큼 덮도록 구리 회로판이 접합되어 있는지 조사하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.

표로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 세라믹스 회로 기판은 접합 강도가 우수하였다. 또한, 실시예 1B와 실시예 6B를 비교하면 실시예 1B 쪽이 접합 강도가 우수하였다. 이것은 구리판 중에 소정량의 탄소를 함유시킴으로써, 구리판 중의 산소가 구리판 표면으로 이동하고, Cu-O 공정 반응에 기여하였기 때문이라 생각된다. 그로 인해, 접합 계면에 있어서의 알루미나 기판의 표면 요철을 구리 회로판이 덮는 비율이 증대하였기 때문이라 생각된다.

또한, 본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것으로, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1: 세라믹스 회로 기판
2: 알루미나 기판
3: 금속 회로판(구리 회로판)
4: 후면 금속판(후면 구리판)
22: 알루미나 결정립

Claims

알루미나 기판 위에 금속 회로판이 접합된 세라믹스 회로 기판에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 알루미나 Al₂O₃를 94 내지 98질량％ 및 소결 전에 배합된 소결 보조제로부터 생성된 소결 보조제 유래 성분을 2 내지 6질량％ 포함하고,
상기 소결 보조제 유래 성분은, 규소를 함유하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 규소는 산화규소 SiO₂로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.01 내지 1.5질량％ 포함되고,
상기 알루미나 기판은, 보이드의 최대 직경이 15㎛ 이하이고, 보이드의 평균 직경이 10㎛ 이하이며, 비커스 경도가 1300 이상이고, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경이 20㎛ 이하이며, 단면 관찰로 단위 면적 200㎛×200㎛의 관찰 범위 내에서 관찰되는 알루미나 결정립의 전체 개수 N_t에 대한, 상기 관찰 범위 내에서 관찰되고, 알루미나 결정립의 평균 결정립 직경을 A㎛라 하였을 때 0.3A 내지 1.7A의 범위 내에 있는 알루미나 결정립의 개수 N_A의 비율 N_A/N_t가 70％ 이상이고, 단면 관찰로 산출되는 단위 면적 100㎛×100㎛당 보이드의 개수가 5 내지 50개이며,
상기 금속 회로판은, 직접 접합법에 의해 상기 알루미나 기판에 접합되어 있고,
상기 알루미나 기판과 상기 금속 회로판의 접합 계면은, 상기 세라믹스 회로 기판의 단면 관찰을 행하였을 때, 상기 금속 회로판의 표면을 따른 곡선이 상기 알루미나 기판의 표면의 요철을 따른 곡선에 접하는 비율이 95％ 이상인 뒤얽힌 구조로 되어 있고,
상기 세라믹스 회로 기판의 최대 휨량이 1.0㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항에 있어서,
상기 소결 보조제 유래 성분은 칼슘을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 칼슘은 산화칼슘 CaO으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 1.5질량％ 포함되는 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소결 보조제 유래 성분은 마그네슘을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 마그네슘은 산화마그네슘 MgO으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 1.0질량％ 포함되는 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소결 보조제 유래 성분은 나트륨을 더 포함하는 무기 산화물이며, 상기 소결 보조제 유래 성분 중의 나트륨은 산화나트륨 Na₂O으로 환산한 질량으로 상기 알루미나 기판 100질량％ 중에 0.001 내지 0.5질량％ 포함되는 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 이 알루미나 기판의 단면 관찰로 산출된 보이드의 면적의 비율인 보이드 면적률이 20％ 이하인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 절연 내압이 15KV/㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 열전도율이 20W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 항절 강도가 300MPa 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 회로판은 구리 회로판이며, 이 구리 회로판은 Cu-O 공정(共晶) 화합물에 의해 상기 알루미나 기판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 회로판은 구리 회로판이며, 이 구리 회로판은 탄소를 0.1 내지 1.0질량％ 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미나 기판은, 두께가 0.25 내지 1.2㎜인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 회로판은, 두께가 0.1 내지 0.5㎜인 것을 특징으로 하는 세라믹스 회로 기판.
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