WO2009148168A1

WO2009148168A1 - パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及びパワーモジュール用基板の製造方法

Info

Publication number: WO2009148168A1
Application number: PCT/JP2009/060392
Authority: WO
Inventors: 黒光　祥郎; 長友　義幸; 丈嗣北原; 宏史殿村; 和裕秋山
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2009-12-10
Also published as: CN102047413A; US20110074010A1; US20150022977A1; EP2296177A1; US8564118B2; US8921996B2; KR20110033117A; CN102047413B; EP2296177B1; EP2296177A4; US20140015140A1

Abstract

　このパワーモジュール用基板（１０）は、表面を有するセラミックス基板（１１）と、前記セラミックス基板（１１）の前記表面に接合されアルミニウムからなり前記セラミックス基板（１１）との間の接合界面においてＣｕを含有する金属板（２２，２３）と、を含み、前記接合界面におけるＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されている。

Description

パワーモジュール用基板、パワーモジュール、及びパワーモジュール用基板の製造方法

　本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板、このパワーモジュール基板を備えたパワーモジュール、及びこのパワーモジュール用基板の製造方法に関する。
　本願は、２００８年６月６日に出願された特願２００８－１４９９０２号、２００９年３月１７日に出願された特願２００９－０６５０３３号、２００９年３月２６日に出願された特願２００９－０７５３１５号、２００９年３月３１日に出願された特願２００９－０８６２４７号、及び２００９年３月３１日に出願された特願２００９－０８６２４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、半導体素子の中でも電力供給のためにパワーモジュールが用いられている。パワーモジュールの発熱量は、比較的高い。そのため、このパワーモジュールを搭載する基板としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）、又はＡｌ_２Ｏ_３（酸化アルミ）からなるセラミックス基板上に、Ａｌ（アルミニウム）の金属板がＡｌ－Ｓｉ系のろう材を介して接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。
　また、この金属板は回路層として形成され、その金属板の上には、はんだ材を介してパワー素子である半導体チップが搭載される。
　なお、放熱効率を改善するために、Ａｌ等の金属板をセラミックス基板の下面に接合することによって金属層を形成し、この金属層を介して放熱板上にパワーモジュール用基板全体が接合された構造が提案されている。

　従来、例えば下記特許文献１に開示されているように、前記回路層及び前記金属層として機能する金属板とセラミックス基板との間の接合強度を良好に得るために、セラミックス基板の表面粗さを０．５μｍ未満にしている技術が知られている。

特開平３－２３４０４５号公報

　しかしながら、金属板をセラミックス基板に接合する場合、単にセラミックス基板の表面粗さを低減しても十分に高い接合強度が得られず、信頼性の向上が図れないという不都合があった。
　例えば、セラミックス基板の表面に対して、乾式でＡｌ_２Ｏ_３粒子によるホーニング処理を行ない、表面粗さをＲａ＝０．２μｍにしても、剥離試験で界面剥離が生じる場合があった。
　また、研磨法により、表面粗さがＲａ＝０．１μｍ以下となるようにセラミックス基板を研磨しても、やはり同様に界面剥離が生じる場合があった。
　また、熱サイクルがパワーモジュール用基板に負荷された場合において、接合界面の剥離のみでなく、セラミックス基板に割れが発生することも知られている。

　特に、最近では、パワーモジュールの小型化及びパワーモジュールの厚さを薄くすることが要求され、その使用環境も厳しくなってきている。例えば、熱応力が繰り返し生じるような使用環境において、パワーモジュールが使用されている。
　また、近年、電子部品からの発熱量が増加する傾向にあり、前述のように放熱板上にパワーモジュール用基板を配設する必要がある。
　この場合、パワーモジュール用基板が放熱板によって拘束されるために、熱サイクル負荷時に、金属板とセラミックス基板との間の接合界面に大きなせん断力が作用する。そのため、さらなる接合強度の向上及び信頼性の向上が求められている。

　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、金属板とセラミックス基板とが確実に接合され、熱サイクル信頼性の高いパワーモジュール用基板、このパワーモジュール基板を含むパワーモジュール及びこのパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。

　このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の第１態様のパワーモジュール用基板は、表面を有するセラミックス基板と、前記セラミックス基板の前記表面に接合され、アルミニウムからなり、前記セラミックス基板との間の接合界面においてＣｕを含有する金属板と、を含み、前記接合界面におけるＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されている。

　この構成のパワーモジュール用基板においては、金属板にＣｕが拡散しており、接合界面のＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されているので、金属板の接合界面が固溶強化される。
　よって、熱サイクル等を負荷した際に、金属板にクラックが発生・進展することが防止され、接合信頼性を向上させることができる。

　本発明の第１態様のパワーモジュール用基板においては、前記金属板の幅方向の端部に、アルミニウム中にＣｕが含有されているアルミニウム相と、ＡｌとＣｕとの２元共晶組織からなる共晶相と、が形成されていることが好ましい。
　この場合、金属板の幅方向の端部にＡｌとＣｕとの２元共晶組織からなる共晶相が形成されているので、金属板の幅方向の端部をさらに強化することが可能となる。
　これにより、金属板の幅方向の端部からのクラックの発生・進展を防止することができ、接合信頼性を向上させることができる。

　本発明の第１態様のパワーモジュール用基板においては、前記共晶相においてＣｕを含む化合物からなる析出粒子が析出していることが好ましい。
　この場合、金属板の幅方向の端部に形成された共晶相において、Ｃｕを含む化合物からなる析出粒子が析出しているので、金属板の幅方向の端部をさらに析出強化することが可能となる。
　これにより、金属板の幅方向の端部からのクラックの発生・進展を確実に防止することができ、接合信頼性を向上させることができる。

　本発明の第１態様のパワーモジュール用基板においては、前記金属板は、前記金属板と前記セラミックス基板とが積層される方向において、前記接合界面から離間するにしたがい漸次Ｃｕ濃度が低下する濃度傾斜部と、前記濃度傾斜部の前記セラミックス基板とは反対側に形成され、前記接合界面近傍よりも硬度が低い軟質層と、を含むことが好ましい。
　この場合、金属板のうち接合界面近傍は、Ｃｕ濃度が高く設定されていて固溶強化によって硬くなっている。
　一方、軟質層においては、Ｃｕ濃度が低く設定されており、硬度が低く、変形抵抗が小さい。
　よって、この軟質層により、金属板及びセラミックス基板の熱膨張係数の差によって生じる熱ひずみ（熱応力）を吸収することができ、熱サイクル信頼性を大幅に向上させることができる。

　本発明の第２態様のパワーモジュールは、前述の第１態様のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、を備える。
　この構成のパワーモジュールによれば、セラミックス基板と金属板との間の接合強度が高く構成されているので、使用環境が厳しい場合であっても、例えば、熱応力が繰り返し生じるように使用する場合であっても、その信頼性を飛躍的に向上させることができる。

　本発明の第３態様のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板と、アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し（積層工程）、前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融金属層を形成し（溶融工程）、前記溶融金属層を冷却することによって前記溶融金属層を凝固させ（凝固工程）、溶融工程及び凝固工程において、前記金属板における前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面近傍にＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内となるようにＣｕを含有させる。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板及び金属板を、Ｃｕ層を介して積層し、積層された前記セラミックス基板及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱する。これにより、Ｃｕ層のＣｕと金属板のＡｌとが共晶反応することによって接合界面近傍の融点が降下し、比較的低温でもセラミックス基板及び金属板の界面に溶融金属層を形成することが可能となり、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　すなわち、Ａｌ－Ｓｉ合金等からなるろう材を使用することなく、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　このように、ろう材を使用せずに接合するため、ろう材が回路層表面に滲み出してくることがなく、回路層表面にＮｉめっき層を良好に形成することができる。

　ここで、Ｃｕ層の厚さが０．１５μｍ未満であると、セラミックス基板及び金属板の界面に溶融金属層を十分に形成することができないおそれがある。
　また、Ｃｕ層の厚さが３μｍを超えると、ＣｕとＡｌとの反応物が接合界面に過剰に発生し、金属板の接合界面近傍が必要以上に強化され、熱サイクル負荷時にセラミックス基板に割れが発生するおそれがある。
　このため、Ｃｕ層の厚さは０．１５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。
　なお、上述の作用効果を確実に得るために、Ｃｕ層の厚さは０．５μｍ以上２．５μｍ以下であることが好ましい。

　本発明の第３態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることが好ましい。
　この場合、セラミックス基板に対向する金属板の面（接合面）又は金属板に対向するセラミックス基板の面（接合面）にＣｕが固着されているので、セラミックス基板と金属板とを確実にＣｕ層を介して積層することができ、セラミックス基板と金属板とを確実に接合することができる。

　本発明の第３態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることが好ましい。
　この場合、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法によってＣｕ層を確実に形成でき、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。

　本発明の第３態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることが好ましい。
　この場合、Ｃｕ箔を介装することにより、セラミックス基板に対向する金属板の面（接合面）又は金属板に対向するセラミックス基板の面（接合面）にＣｕ層を形成することができる。
　よって、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。

　本発明の第４態様のパワーモジュール用基板は、ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなり、表面を有するセラミックス基板と、前記セラミックス基板の前記表面に接合され、純アルミニウムからなる金属板と、前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部と、を含む。

　この構成のパワーモジュール用基板においては、ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と純アルミニウムからなる金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部が形成されているので、界面近傍に存在するＣｕ原子により、セラミックス基板と金属板との間の接合強度の向上を図ることが可能となる。
　なお、金属板中のＣｕ濃度とは、金属板のうち接合界面から一定距離（例えば、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＣｕ濃度である。

　本発明の第４態様のパワーモジュール用基板においては、前記Ｃｕ高濃度部における酸素濃度は、前記金属板中及び前記セラミックス基板中の酸素濃度よりも高いことが好ましい。
　この場合、接合界面に酸素が介在することにより、ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と純アルミニウムからなる金属板との間の接合強度のさらなる向上を図ることが可能となる。
　また、接合界面に高濃度で存在する酸素は、セラミックス基板の表面に存在する酸素及び金属板の表面に形成された酸化膜から取り込まれた酸素であると考えられる。
　ここで、酸素濃度が接合界面において高濃度に存在することは、これらの酸化膜等が確実に除去されるように十分に加熱されていることを意味する。従って、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。

　本発明の第４態様のパワーモジュール用基板においては、前記セラミックス基板がＡｌＮで構成されており、前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下であることが好ましい。
　本発明の第４態様のパワーモジュール用基板においては、前記セラミックス基板がＳｉ_３Ｎ_４で構成されており、前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝１５～４５ｗｔ％：１５～４５ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下であることが好ましい。

　接合界面に存在するＣｕ原子の質量比が１０ｗｔ％を超えると、ＡｌとＣｕとの反応物が過剰に生成され、この反応物が接合を阻害するおそれがある。
　また、この反応物によって金属板の接合界面近傍が必要以上に強化され、熱サイクル負荷時にセラミックス基板に応力が作用し、セラミックス基板が割れてしまうおそれがある。
　一方、Ｃｕ原子の質量比が１ｗｔ％未満であると、Ｃｕ原子による接合強度の向上を充分に図ることができないおそれがある。
　よって、接合界面におけるＣｕ原子の質量比は、１～１０ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。
　また、前記Ｃｕ高濃度部を含む接合界面に存在する酸素原子の質量比が２０ｗｔ％を超えると、酸素濃度の高い部分の厚さが増加し、熱サイクルを負荷した際にこの高濃度部においてクラックが発生してしまう。従って、接合信頼性が低下するおそれがある。このため、酸素濃度は２～２０ｗｔ％であることが好ましい。

　ここで、エネルギー分散型Ｘ線分析法による分析を行う際のスポット径は極めて小さいため、前記接合界面の複数点（例えば、１０～１００点）が測定され、その平均値が算出される。
　また、測定する際には、金属板の結晶粒界とセラミックス基板との間の接合界面を測定せずに、結晶粒とセラミックス基板との間の接合界面のみを測定する。
　なお、本明細書中におけるエネルギー分散型Ｘ線分析法による分析値は、日本電子製の電子顕微鏡ＪＥＭ－２０１０Ｆに搭載したサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のエネルギー分散型蛍光Ｘ線元素分析装置ＮＯＲＡＮ　Ｓｙｓｔｅｍ７を用いて、加速電圧２００ｋＶの条件の下で、得られている。

　本発明の第５態様のパワーモジュールは、前述の第４態様のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、を備える。
　この構成のパワーモジュールによれば、セラミックス基板と金属板との間の接合強度が高く、使用環境が厳しい場合であっても、例えば、熱応力が繰り返し生じるように使用する場合であっても、その信頼性を飛躍的に向上させることができる。

　本発明の第６態様のパワーモジュール用基板の製造方法は、ＡｌＮからなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し（積層工程）、前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し（溶融工程）、前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ（凝固工程）、溶融工程及び凝固工程において、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板及び金属板を、Ｃｕ層を介して積層し、積層された前記セラミックス基板及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱する。これにより、Ｃｕ層のＣｕと金属板のＡｌとが共晶反応することによって接合界面近傍の融点が降下し、比較的低温でもセラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成することが可能となり、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　すなわち、Ａｌ－Ｓｉ合金等からなるろう材を使用することなく、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　また、Ｃｕ層の厚さが０．１５μｍ未満であると、セラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を十分に形成することができないおそれがある。
　また、Ｃｕ層の厚さが３μｍを超えると、ＣｕとＡｌとの反応物が接合界面に過剰に発生し、金属板の接合界面近傍が必要以上に強化され、熱サイクル負荷時にＡｌＮからなるセラミックス基板に割れが発生するおそれがある。
　このため、ＡｌＮからなるセラミックス基板の場合、Ｃｕ層の厚さは、０．１５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

　本発明の第７態様のパワーモジュール用基板の製造方法は、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し（積層工程）、前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し（溶融工程）、前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ（凝固工程）、溶融工程及び凝固工程において、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板及び金属板を、Ｃｕ層を介して積層し、積層された前記セラミックス基板及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱する。これにより、Ｃｕ層のＣｕと金属板のＡｌとが共晶反応することによって接合界面近傍の融点が降下し、比較的低温でもセラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成することが可能となり、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　すなわち、Ａｌ－Ｓｉ合金等からなるろう材を使用することなく、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　また、Ｃｕ層の厚さが０．１５μｍ未満であると、セラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を十分に形成することができないおそれがある。
　また、Ｃｕ層の厚さが３μｍを超えると、ＣｕとＡｌとの反応物が接合界面に過剰に発生し、接合を阻害するおそれがある。
　このため、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板の場合、Ｃｕ層の厚さは、０．１５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

　本発明の第６態様又は第７態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることが好ましい。
　本発明の第６態様又は第７態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることが好ましい。
　本発明の第６態様又は第７態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることが好ましい。
　これらの方法によれば、セラミックス基板と金属板との間に、所望の厚さのＣｕ層を形成することが可能となり、確実にセラミックス基板と金属板とを接合することができる。

　本発明の第８態様のパワーモジュール用基板は、Ａｌ_２Ｏ_３からなり、表面を有するセラミックス基板と、前記セラミックス基板の前記表面に接合され、純アルミニウムからなる金属板と、前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部と、を含む。

　この構成のパワーモジュール用基板においては、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板と純アルミニウムからなる金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部が形成されているので、界面近傍に存在するＣｕ原子により、セラミックス基板と金属板との間の接合強度の向上を図ることが可能となる。
　なお、金属板中のＣｕ濃度とは、金属板のうち接合界面から一定距離（例えば、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＣｕ濃度である。

　本発明の第８態様のパワーモジュール用基板においては、前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：０～４５ｗｔ％であることが好ましい。
　接合界面に存在するＣｕ原子の質量比が１０ｗｔ％を超えると、ＡｌとＣｕとの反応物が過剰に生成され、この反応物が接合を阻害するおそれがある。
　一方、Ｃｕ原子の質量比が１ｗｔ％未満であると、Ｃｕ原子による接合強度の向上を充分に図ることができないおそれがある。
　よって、接合界面におけるＣｕ原子の質量比は、１～１０ｗｔ％の範囲内であることが好ましい。

　ここで、エネルギー分散型Ｘ線分析法による分析を行う際のスポット径は極めて小さいため、前記接合界面の複数点（例えば、１０～１００点）で測定し、その平均値を算出する。
　また、測定する際には、金属板の結晶粒界とセラミックス基板との間の接合界面を測定せずに、結晶粒とセラミックス基板との間の接合界面のみを測定する。

　本発明の第９態様のパワーモジュールは、前述の第８態様のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、を備える。
　この構成のパワーモジュールによれば、セラミックス基板と金属板との間の接合強度が高く、使用環境が厳しい場合であっても、例えば、熱応力が繰り返し生じるように使用する場合であっても、その信頼性を飛躍的に向上させることができる。

　本発明の第１０態様のパワーモジュール用基板の製造方法は、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し（積層工程）、前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し（溶融工程）、前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ（凝固工程）、溶融工程及び凝固工程において、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法は、セラミックス基板及び金属板を、Ｃｕ層を介して積層し、積層された前記セラミックス基板及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱する。これにより、Ｃｕ層のＣｕと金属板のＡｌとが共晶反応することによって接合界面近傍の融点が降下し、比較的低温でもセラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成することが可能となり、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。
　すなわち、Ａｌ－Ｓｉ合金等からなるろう材を使用することなく、セラミックス基板と金属板とを接合することができる。

　また、Ｃｕ層の厚さが０．１５μｍ未満であると、セラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を十分に形成することができないおそれがある。
　また、Ｃｕ層の厚さが３μｍを超えると、ＣｕとＡｌとの反応物が接合界面に過剰に発生し、金属板の接合界面近傍が必要以上に強化され、熱サイクル負荷時にＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板に割れが発生するおそれがある。
　このため、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板の場合、Ｃｕ層の厚さは、０．１５μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

　本発明の第１０態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることが好ましい。
　本発明の第１０態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることが好ましい。
　本発明の第１０態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることが好ましい。
　これらの方法によれば、セラミックス基板と金属板との間に、所望の厚さのＣｕ層を形成することが可能となり、確実にセラミックス基板と金属板とを接合することができる。

　本発明の第１１態様のパワーモジュール用基板は、表面を有するセラミックス基板と、前記セラミックス基板の前記表面にＳｉを含有するろう材を介して接合され、アルミニウムからなる金属板と、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に添加されたＣｕと、を含み、前記金属板には、Ｓｉ及びＣｕが含まれており、前記金属板の前記接合界面に近い部分におけるＳｉ濃度が０．０５～０．５ｗｔ％の範囲内に設定され、Ｃｕ濃度が０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されている。

　この構成のパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板とアルミニウムからなる金属板とがＳｉを含有するろう材を用いて接合されるとともに、前記金属板と前記セラミックス基板の接合界面にＣｕが添加されている。
　ここで、Ｃｕは、Ａｌに対して反応性の高い元素であるため、接合界面にＣｕが存在することによってアルミニウムからなる金属板の表面が活性化する。
　よって、一般的なＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて、比較的低温、短時間の接合条件で接合しても、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。
　なお、Ｃｕを接合界面に添加する方法としては、セラミックス基板及びろう材の表面にＣｕを蒸着法、スパッタリング法、及びメッキ法等によって固着してもよいし、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材中にＣｕを含有させてもよい。

　また、前記金属板にＣｕが拡散しており、接合界面に近い部分のＣｕ濃度が、０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されているので、金属板の接合界面に近い部分が固溶強化される。
　これにより、金属板部分での破断を防止することができ、接合信頼性を向上させることができる。
　さらに、セラミックス基板とアルミニウムからなる金属板とがＳｉを含有するろう材を用いて接合されており、前記金属板にＳｉが拡散し、接合界面に近い部分のＳｉ濃度が、０．０５～０．５ｗｔ％の範囲内に設定されている。これにより、ろう材が確実に溶融して固溶状態となり、Ｓｉが十分に金属板に拡散しており、セラミックス基板と金属板とが強固に接合される。

　本発明の第１１態様のパワーモジュール用基板においては、前記セラミックス基板の幅は、前記金属板の幅よりも広く、前記金属板の幅方向の端部においては、アルミニウム中にＳｉ，Ｃｕが含有されているアルミニウム相と、Ｓｉの含有率が９８ｗｔ％以上であるＳｉ相と、Ａｌ，Ｃｕ，及びＳｉの３元共晶組織からなる共晶相と、が形成されていることが好ましい。
　この場合、金属板の幅方向の端部に、アルミニウム中にＳｉ，Ｃｕが拡散されたアルミニウム相以外に、Ｓｉの含有率が９８ｗｔ％以上であるＳｉ相と、ＡｌとＣｕとＳｉの３元共晶組織からなる共晶相が形成されているので、金属板の幅方向の端部を強化することが可能となる。

　本発明の第１１態様のパワーモジュール用基板においては、前記共晶相には、Ｃｕを含む化合物からなる析出粒子が析出していることが好ましい。
　この場合、金属板の幅方向の端部に形成された共晶相において、Ｃｕを含む化合物からなる析出粒子が析出しているので、金属板の幅方向の端部を析出強化することが可能となる。
　これにより、金属板の幅方向の端部から発生する破断を防止することができ、接合信頼性を向上させることができる。

　本発明の第１１態様のパワーモジュール用基板においては、前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＳｉ濃度の５倍以上であるＳｉ濃度を有するＳｉ高濃度部を含み、前記セラミックス基板がＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３で構成されていてもよい。
　この場合、前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に、前記金属板中のＳｉ濃度の５倍以上であるＳｉ濃度を有するＳｉ高濃度部が形成されているので、接合界面に存在するＳｉ原子によってＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板とアルミニウムからなる金属板との間の接合強度が向上する。
　なお、ここで、金属板中のＳｉ濃度とは、金属板のうち接合界面から一定距離（例えば、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＳｉ濃度である。

　接合界面に高濃度で存在するＳｉは、主にろう材中に含有されたＳｉであると考えられる。
　接合時に、Ｓｉはアルミニウム（金属板）中に拡散し、接合界面においてその量は減少するが、セラミックスとアルミニウム（金属板）との間の界面部分が不均一核生成のサイトとなってＳｉ原子が界面部分に残存し、前記金属板中のＳｉ濃度の５倍以上であるＳｉ濃度を有するＳｉ高濃度部が形成される。

　本発明の第１１態様のパワーモジュール用基板においては、前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中及び前記セラミックス基板中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有し、厚さが４ｎｍ以下である酸素高濃度部を含み、前記セラミックス基板がＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４で構成されていてもよい。
　この場合、ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板とアルミニウムからなる金属板との間の接合界面に、前記金属板中及び前記セラミックス基板中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する酸素高濃度部が形成されているので、接合界面に存在する酸素によってＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板とアルミニウムからなる金属板との間の接合強度が向上する。
　さらに、この酸素高濃度部の厚さが４ｎｍ以下であるので、熱サイクルを負荷した際の応力によって酸素高濃度部にクラックが発生することが抑制される。
　なお、ここで、金属板中及びセラミックス基板中の酸素濃度とは、金属板及びセラミックス基板のうち接合界面から一定距離（例えば、５０ｎｍ以上）離れた部分における酸素濃度である。

　また、接合界面に高濃度で存在する酸素は、セラミックス基板の表面に存在する酸素及びろう材の表面に形成された酸化膜から取り込まれた酸素であると考えられる。
　ここで、酸素濃度が接合界面において高濃度に存在することは、これらの酸化膜等が確実に除去されるように十分に加熱されていることを意味する。従って、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。

　本発明の第１２態様のパワーモジュールは、前述の第１１態様のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、を備える。
　この構成のパワーモジュールによれば、セラミックス基板と金属板との間の接合強度が高く、使用環境が厳しい場合であっても、例えば、熱応力が繰り返し生じるように使用する場合であっても、その信頼性を飛躍的に向上させることができる。

　本発明の第１３態様のパワーモジュール用基板の製造方法は、接合面を有するセラミックス基板と、アルミニウムからなる金属板と、Ｓｉを含有するろう材とを準備し、前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材を介装させて積層し（積層工程）、前記積層された前記セラミックス基板、前記ろう材、及び前記金属板を加圧した状態で加熱し、前記ろう材を溶融させてセラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し（溶融工程）、前記溶融アルミニウム層を凝固させ（凝固工程）、前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材を介装させて積層する前に、前記セラミックス基板の前記接合面及び前記ろう材のセラミックス基板に対向する面のうち少なくとも一方にＣｕを固着させる（固着工程）。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法は、前記セラミックス基板と前記金属板との間にＳｉを含有するろう材を介装させて積層させる積層工程の前に、前記セラミックス基板の接合面及び前記ろう材のセラミックス基板に対向する面のうち少なくとも一方にＣｕを固着させるＣｕ固着工程を有している。これにより、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面にＣｕが確実に添加され、このＣｕによって金属板の表面が活性化され、一般的なＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて比較的低温、短時間の接合条件で接合しても、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。

　本発明の第１３態様のパワーモジュール用基板の製造方法においては、前記Ｃｕを固着する際には、蒸着法又はスパッタリング法によって前記セラミックス基板の前記接合面及び前記ろう材のセラミックス基板に対向する面のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることが好ましい。
　この場合、蒸着法又はスパッタリング法によって、Ｃｕが前記セラミックス基板の接合面及び前記ろう材の表面の少なくとも一方に確実に固着され、セラミックス基板と金属板との間の接合界面にＣｕを確実に存在させることが可能となる。
　これにより、Ｃｕによって金属板の表面が活性化され、セラミックス基板と金属板とを強固に接合することが可能となる。

　本発明によれば、金属板とセラミックス基板とが確実に接合され、熱サイクル信頼性の高いパワーモジュール用基板、このパワーモジュール基板を備えたパワーモジュール及びこのパワーモジュール用基板の製造方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第１実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層のＣｕ濃度分布を示す説明図である。本発明の第１実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）の幅方向の端部を示す説明図である。本発明の第１実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す断面図である。図４における金属板とセラミックス基板との間の接合界面近傍を示す断面図である。実施例１における接合信頼性の評価結果を示す図である。実施例１における接合信頼性の評価結果を示す図である。本発明の第２実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第２実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の模式断面図である。本発明の第２実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す断面図である。図１０における金属板とセラミックス基板との間の接合界面近傍を示す断面図である。本発明の第３実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第３実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の模式断面図である。本発明の第３実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す断面図である。図１４における金属板とセラミックス基板との間の接合界面近傍を示す断面図である。実施例２におけるセラミックス基板の割れの評価結果を示す図である。実施例２における接合信頼性の評価結果を示す図である。実施例３におけるセラミックス基板の割れの評価結果を示す図である。実施例３における接合信頼性の評価結果を示す図である。本発明の第４実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第４実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の模式断面図である。本発明の第４実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す断面図である。図２２における金属板とセラミックス基板との間の接合界面近傍を示す断面図である。実施例４におけるセラミックス基板の割れの評価結果を示す図である。実施例４における接合信頼性の評価結果を示す図である。本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層のＳｉ濃度分布及びＣｕ濃度分布を示す説明図である。本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の幅方向の端部を示す説明図である。本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の模式断面図である。本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法を示す断面図である。図２９における金属板とセラミックス基板との間の接合界面近傍を示す断面図である。本発明の第６実施形態であるパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略断面図である。本発明の第６実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層及び金属層（金属板）とセラミックス基板との間の接合界面の模式断面図である。比較実験に用いたパワーモジュール用基板を示す断面図である。

　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。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを示す。
　このパワーモジュール１は、回路層１２が配設されたパワーモジュール用基板１０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、ヒートシンク４とを含む。
　ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材である。
　なお、第１実施形態では、回路層１２とはんだ層２との間にＮｉめっき層（図示なし）が設けられている。

　パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の第１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の第２面（図１において下面）に配設された金属層１３とを含む。
　セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止する基板であって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。
　また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、第１実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
　なお、第１実施形態では、図１に示すように、セラミックス基板１１の幅は、回路層１２及び金属層１３の幅より広く設定されている。

　回路層１２は、セラミックス基板１１の第１面に導電性を有する金属板２２が接合されることにより形成されている。
　第１実施形態においては、回路層１２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２２がセラミックス基板１１に接合されることにより形成されている。

　金属層１３は、セラミックス基板１１の第２面に金属板２３が接合されることにより形成されている。
　第１実施形態においては、金属層１３は、回路層１２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２３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。

　ヒートシンク４は、前述のパワーモジュール用基板１０を冷却するための部材であり、パワーモジュール用基板１０に接合される天板部５と、冷却媒体（例えば冷却水）を流通するための流路６と、を備えている。
　ヒートシンク４（天板部５）は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、第１実施形態においては、Ａ６０６３（アルミニウム合金）で構成されている。
　また、第１実施形態においては、ヒートシンク４の天板部５と金属層１３との間には、アルミニウム又はアルミニウム合金若しくはアルミニウムを含む複合材（例えばＡｌＳｉＣ等）からなる緩衝層１５が設けられている。

　そして、図１及び図２に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２（金属板２２）との間の接合界面３０の幅方向の中央部、及びセラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との間の接合界面３０の幅方向の中央部（図１のＡ部）においては、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）にＣｕが拡散しており、接合界面３０から積層方向に離間するにしたがい漸次Ｃｕの濃度が低下する濃度傾斜層３３（濃度傾斜部）が形成されている。
　なお、本明細書において、「積層方向」とは、セラミックス，基板１１，回路層１２，及び金属層１３が積層される方向を意味する。
　ここで、濃度傾斜層３３の接合界面３０に近い部分のＣｕ濃度は、０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されている。
　なお、濃度傾斜層３３の接合界面３０に近い部分のＣｕ濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）で、接合界面３０から５０μｍまでの範囲内を５点測定した平均値である。
　また、濃度傾斜層３３のセラミックス基板１１とは反対側（図２において下側）には、接合界面３０近傍よりもＣｕ濃度が低く、かつ、硬度が低い軟質層３４が形成されている。

　また、セラミックス基板１１と回路層１２（金属板２２）との間の接合界面３０の幅方向の端部、及びセラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との間の接合界面３０の幅方向の端部（図１のＢ部）においては、図３に示すように、アルミニウム中にＣｕが固溶状態となるように拡散したアルミニウム相４１と、ＡｌとＣｕの２元共晶組織からなる共晶相４２と、が形成されている。
　また、共晶相４２内においては、Ｃｕを含む化合物（例えばＣｕＡｌ_２）からなる析出物粒子が析出している。

　このようなパワーモジュール用基板１０は、以下のようにして製造される。
　まず、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１と、回路層１２となる金属板２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、金属層１３となる金属板２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）とを準備する。
　その後、セラミックス基板１１の両面に、スパッタリングによってＣｕが固着され、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下の膜厚を有するＣｕ層２４、２５が形成される（Ｃｕ固着工程）。これによって、セラミックス基板１１、金属板２２，２３、及びＣｕ層２４、２５が準備される。
　次に、図４（ｂ）に示すように、セラミックス基板１１の第１面に、金属板２２が積層され、セラミックス基板１１の第２面に金属板２３が積層される（積層工程）。これによって積層体２０が形成される。

　次に、このようにして形成された積層体２０をその積層方向に加圧（圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空炉内に装入して加熱する。
　ここで真空炉内の真空度は、１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａであり、加熱温度は６１０℃～６５０℃である。
　この加圧・加熱工程によって、図５（ｂ）に示すように、回路層１２及び金属層１３となる金属板２２、２３の表層とＣｕ層２４、２５とが溶融し、セラミックス基板１１の表面に溶融金属層２６、２７が形成される（溶融工程）。

　次に、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、積層体２０を冷却することによって溶融金属層２６、２７を凝固させる（凝固工程）。
　この溶融工程と凝固工程によって、回路層１２となる金属板２２とセラミックス基板１１との間の接合界面近傍、又は金属層１３となる金属板２３とセラミックス基板１１との間の接合界面近傍において、Ｃｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内となるようにＣｕを拡散させる。
　このようして、回路層１２及び金属層１３となる金属板２２、２３とセラミックス基板１１とが接合され、第１実施形態であるパワーモジュール用基板１０が製造される。

　以上の構成を有する第１実施形態であるパワーモジュール用基板１０及びパワーモジュール１においては、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）にＣｕが固溶状態に拡散している。また、回路層１２とセラミックス基板１１との接合界面３０、又は金属層１３とセラミックス基板１１との接合界面３０におけるＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されているので、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の接合界面３０が固溶強化される。従って、熱サイクル等を負荷した際に、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）部分にクラックが進展することが防止され、このパワーモジュール用基板１０及びパワーモジュール１の信頼性を大幅に向上させることができる。

　また、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の幅方向の端部においては、アルミニウム中にＣｕが拡散されたアルミニウム相４１と、ＡｌとＣｕとの２元共晶組織からなる共晶相４２と、が形成されているので、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の幅方向の端部をさらに強化することが可能となる。
　これにより、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の幅方向の端部から発生する破断を防止することができ、このパワーモジュール用基板１０の接合信頼性を向上させることができる。

　しかも、第１実施形態においては、共晶相４２に、Ｃｕを含む化合物（例えばＣｕＡｌ_２）からなる析出物粒子が析出しているので、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の幅方向の端部を析出強化することが可能となり、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）の幅方向の端部からのクラックの進展を確実に防止することができる。

　また、セラミックス基板１１と回路層１２（金属板２２）との間の接合界面３０の幅方向の中央部、及びセラミックス基板１１と金属層１３（金属板２３）との間の接合界面３０の幅方向の中央部（図１のＡ部）においては、回路層１２（金属板２２）及び金属層１３（金属板２３）にＣｕが固溶状態に拡散しており、接合界面３０から積層方向に離間するにしたがい漸次Ｃｕの濃度が低下する濃度傾斜層３３が形成されており、さらに、この濃度傾斜層３３のセラミックス基板１１とは反対側（図２において下側）に、接合界面３０近傍よりもＣｕ濃度が低く、かつ、硬度が低く変形抵抗の小さい軟質層３４が形成されている。この構成においては、軟質層３４により、回路層１２（金属板２２）とセラミックス基板１１との熱膨張係数の差、及び金属層１３（金属板２３）とセラミックス基板１１の熱膨張係数の差によって生じる熱ひずみ（熱応力）を吸収することができ、このパワーモジュール用基板１０の熱サイクル信頼性を大幅に向上させることができる。

　第１実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法によれば、セラミックス基板１１，回路層１２となる金属板２２，及び金属層１３となる金属板２３をＣｕ層２４、２５を介して積層し、積層されたセラミックス基板１１及び金属板２２、２３を積層方向に加圧するとともに加熱するので、Ｃｕ層２４、２５のＣｕと金属板２２、２３のＡｌとが共晶反応することによって接合界面３０近傍の融点が降下し、比較的低温でもセラミックス基板１１及び金属板２２、２３の界面に溶融金属層２６、２７を形成することが可能となり、セラミックス基板１１と金属板２２、２３とを接合することができる。

　このように、Ａｌ－Ｓｉ合金等からなるろう材を使用することなく、セラミックス基板１１と金属板２２、２３とを接合することができるので、ろう材が回路層１２の表面に染み出すおそれがなく、回路層１２表面に形成したＮｉめっきの剥がれ等を防止することができる。
　これにより、回路層１２の上にＮｉめっきを介してはんだ層２を良好に形成することができる。

　また、Ｃｕ層２４、２５の厚さが０．１５μｍ以上３μｍ以下に設定されているので、セラミックス基板１１及び金属板２２、２３の界面に溶融金属層２６、２７を確実に形成してセラミックス基板１１と金属板２２、２３とを接合することができる。また、接合界面３０近傍にＣｕとＡｌとの反応物が過剰に発生することを防止でき、熱サイクル負荷時にセラミックス基板１１に割れが発生することを防止できる。

　さらに、Ｃｕ層２４、２５が、セラミックス基板１１の第１面及び第２面（接合面、金属板２２，２３に対向する面）にスパッタリングよってＣｕを固着させるＣｕ固着工程によって形成されているので、セラミックス基板１１と金属板２２、２３とを確実にＣｕ層２４、２５を介して積層することができ、セラミックス基板１１と金属板２２、２３とを確実に接合して、第１実施形態であるパワーモジュール用基板１０を製造することができる。

　以上、本発明の第１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。
　本発明の第１実施形態においては、セラミックス基板の表面にＣｕを固着させるＣｕ固着工程を有する製造方法を説明したが、これに限定されることはなく、金属板のセラミックス基板１１に対向する面（接合面）にＣｕを固着させてもよい。
　さらに、積層工程において、セラミックス基板と金属板との間に銅箔を介装させることによってＣｕ層を形成してもよい。
　また、スパッタ法によってＣｕ層を形成する方法を説明したが、これに限定されることはなく、蒸着法、めっき法、ペーストの塗布法等によってＣｕを固着させてもよい。

（第２実施形態）
　図８は、本発明の第２実施形態であるパワーモジュール用基板６０及びパワーモジュール５１を示す。
　第２実施形態においては、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化している。
　このパワーモジュール５１は、回路層６２が配設されたパワーモジュール用基板６０と、回路層６２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、ヒートシンク４とを含む。

　パワーモジュール用基板６０は、セラミックス基板６１と、このセラミックス基板６１の第１面（図８において上面）に配設された回路層６２と、セラミックス基板６１の第２面（図８において下面）に配設された金属層６３とを含む。
　セラミックス基板６１は、回路層６２と金属層６３との間の電気的接続を防止する基板であって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。
　また、セラミックス基板６１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、第２実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層６２は、セラミックス基板６１の第１面に導電性を有する金属板７２が接合されることにより形成されている。
　第２実施形態においては、回路層６２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板７２がセラミックス基板６１に接合されることにより形成されている。

　金属層６３は、セラミックス基板６１の第２面に金属板７３が接合されることにより形成されている。
　第２実施形態においては、金属層６３は、回路層６２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板７３がセラミックス基板６１に接合されることで形成されている。

　そして、セラミックス基板６１と回路層６２（金属板７２）との間の接合界面８０、及びセラミックス基板６１と金属層６３（金属板７３）との間の接合界面８０を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図９に示すように、接合界面８０に、Ｃｕが濃縮したＣｕ高濃度部８２が形成されている。
　このＣｕ高濃度部８２におけるＣｕ濃度は、回路層６２（金属板７２）及び金属層６３（金属板７３）中のＣｕ濃度よりも高い。具体的には、接合界面８０におけるＣｕ濃度は、回路層６２及び金属層６３中のＣｕ濃度の２倍以上である。ここで、第２実施形態では、Ｃｕ高濃度部８２の厚さＨは４ｎｍ以下である。
　さらに、このＣｕ高濃度部８２においては、酸素濃度が、回路層６２及び金属層６３中の酸素濃度よりも高く設定されている。

　ここで、透過電子顕微鏡によって観察される接合界面８０において、図９に示すように、回路層６２（金属板７２）及び金属層６３（金属板７３）の格子像の界面側端部とセラミックス基板６１の格子像の界面側端部との間の中央を基準面Ｓと定義する。
　また、回路層６２（金属板７２）及び金属層６３（金属板７３）中のＣｕ濃度及び酸素濃度とは、回路層６２（金属板７２）及び金属層６３（金属板７３）のうち接合界面８０から一定距離（第２実施形態では、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＣｕ濃度及び酸素濃度である。

　また、この接合界面８０をエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）で分析した際のＡｌ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下の範囲内に設定されている。
　なお、ＥＤＳによる分析を行う際のスポット径は１～４ｎｍであり、接合界面８０における複数点（例えば、第２実施形態では１００点）が測定され、その平均値が算出される。
　また、回路層６２及び金属層６３を構成する金属板７２、７３の結晶粒界とセラミックス基板６１との間の接合界面８０を測定せず、回路層６２及び金属層６３を構成する金属板７２、７３の結晶粒とセラミックス基板６１との間の接合界面８０のみを測定する。

　このようなパワーモジュール用基板６０は、以下のようにして製造される。
　図１０（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、ＡｌＮからなるセラミックス基板６１と、回路層６２となる金属板７２（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔７４と、金属層６３となる金属板７３（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔７５とを準備する。
　次に、図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）に示すように、セラミックス基板６１の第１面に金属板７２が銅箔７４を介して積層され、セラミックス基板６１の第２面に金属板７３が銅箔７５を介して積層される。これによって積層体７０が形成される。

　次に、この積層体７０をその積層方向に加圧（圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空炉内に装入して加熱する（加圧・加熱工程）。
　ここで真空炉内の真空度は、１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａであり、加熱温度は６１０℃～６５０℃である。
　この加圧・加熱工程によって、図１１（ｂ）に示すように、回路層６２及び金属層６３となる金属板７２、７３の表層と銅箔７４、７５とが溶融し、セラミックス基板６１の表面（第１面及び第２面）に溶融アルミニウム層７６、７７が形成される。

　次に、図１０（ｃ）及び図１１（ｃ）に示すように、積層体７０を冷却することによって溶融アルミニウム層７６、７７を凝固させる（凝固工程）。
　この加圧・加熱工程と凝固工程によって、接合界面８０には、回路層６２及び金属層６３を構成する金属板７２、７３中のＣｕ濃度及び酸素濃度よりも高いＣｕ濃度及び酸素濃度を有するＣｕ高濃度部８２が生成される。
　このようにして第２実施形態であるパワーモジュール用基板６０が製造される。

　以上の構成を有する第２実施形態であるパワーモジュール用基板６０及び付パワーモジュール５１においては、回路層６２及び金属層６３とセラミックス基板６１との間の接合界面８０に、回路層６２及び金属層６３中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部８２が形成されており、さらにＣｕ高濃度部８２における酸素濃度は、回路層６２及び金属層６３中の酸素濃度よりも高い。これにより、接合界面８０に酸素原子とＣｕ原子が介在し、ＡｌＮからなるセラミックス基板６１と回路層６２との間の接合強度、及びこのセラミックス基板６１と金属層６３との間の接合強度を向上させることができる。

　さらに、第２実施形態では、接合界面８０をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下である。この結果、接合界面８０に、ＡｌとＣｕとの反応物が過剰に生成して接合を阻害することを防止できるとともに、Ｃｕ原子による接合強度の向上効果を充分に得ることができる。
　また、接合界面８０において、酸素濃度の高い部分の厚さが増加することが防止され、熱サイクルを負荷した際のクラックの発生を抑制することができる。

　また、ＡｌＮからなるセラミックス基板６１の第１面に回路層６２となる金属板７２、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔７４を介して積層するとともに、セラミックス基板６１の第２面に金属層６３となる金属板７３（４Ｎアルミニウムの圧延板）が厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔７５を介して積層し、この積層体を加圧・加熱している。この結果、銅箔７４、７５のＣｕと金属板７２、７３のＡｌとが共晶反応し、銅箔７４、７５と金属板７２、７３の表層部分の融点が低下する。従って、比較的低温（６１０℃～６５０℃）でもセラミックス基板６１及び金属板７２、７３の界面に溶融アルミニウム層７６、７７を形成することが可能となり、セラミックス基板６１と金属板７２、７３とを接合することができる。

（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。
　図１２に本発明の第３実施形態であるパワーモジュール用基板１１０及びパワーモジュール１０１を示す。
　第３実施形態においては、上記の第１及び第２実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化している。

　パワーモジュール用基板１１０は、セラミックス基板１１１と、このセラミックス基板１１１の第１面（図１２において上面）に配設された回路層１１２と、セラミックス基板１１１の第２面（図１２において下面）に配設された金属層１１３とを含む。
　セラミックス基板１１１は、回路層１１２と金属層１１３との間の電気的接続を防止する基板であって、絶縁性の高いＳｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）で構成されている。
　また、セラミックス基板１１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、第３実施形態では、０．３２ｍｍに設定されている。

　回路層１１２は、セラミックス基板１１１の第１面に導電性を有する金属板１２２が接合されることにより形成されている。
　第３実施形態においては、回路層１１２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２２がセラミックス基板１１１に接合されることにより形成されている。

　金属層１１３は、セラミックス基板１１１の第２面に金属板１２３が接合されることにより形成されている。
　第３実施形態においては、金属層１１３は、回路層１１２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板１２３がセラミックス基板１１１に接合されることで形成されている。

　そして、セラミックス基板１１１と回路層１１２（金属板１２２）との間の接合界面１３０、及びセラミックス基板１１１と金属層１１３（金属板１２３）との間の接合界面１３０を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図１３に示すように、接合界面１３０に、Ｃｕが濃縮したＣｕ高濃度部１３２が形成されている。
　このＣｕ高濃度部１３２におけるＣｕ濃度は、回路層１１２（金属板１２２）及び金属層１１３（金属板１２３）中のＣｕ濃度よりも高い。具体的には、接合界面１３０におけるＣｕ濃度は、回路層１１２及び金属層１１３中のＣｕ濃度の２倍以上である。
　ここで、第３実施形態では、Ｃｕ高濃度部１３２の厚さＨは４ｎｍ以下である。
　さらに、このＣｕ高濃度部１３２においては、酸素濃度が、回路層１１２及び金属層１１３中の酸素濃度よりも高く設定されている。

　ここで、透過電子顕微鏡によって観察される観察される接合界面１３０において、図１３に示すように、回路層１１２（金属板１２２）及び金属層１１３（金属板１２３）の格子像の界面側端部とセラミックス基板１１１の格子像の界面側端部との間の中央を基準面Ｓと定義する。
　また、回路層１１２及び金属層１１３中のＣｕ濃度及び酸素濃度とは、回路層１１２及び金属層１３のうち接合界面１３０から一定距離（第３実施形態では、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＣｕ濃度及び酸素濃度である。

　また、この接合界面１３０をエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）で分析した際のＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝１５～４５ｗｔ％：１５～４５ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下の範囲内に設定されている。
　なお、ＥＤＳによる分析を行う際のスポット径は１～４ｎｍであり、接合界面１３０における複数点（例えば、第３実施形態では１００点）が測定され、その平均値が算出される。
　また、回路層１１２及び金属層１１３を構成する金属板１２２、１２３の結晶粒界とセラミックス基板１１１との間の接合界面１３０を測定せず、回路層１１２及び金属層１１３を構成する金属板１２２、１２３の結晶粒とセラミックス基板１１１との間の接合界面１３０のみを測定する。

　このようなパワーモジュール用基板１１０は、以下のようにして製造される。
　まず、図１４（ａ）に示すように、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板１１１の両面に、真空蒸着法によってＣｕを固着し、厚さ０．１５μｍ～３μｍのＣｕ固着層１２４、１２５を形成する（Ｃｕ固着工程）。
　次に、図１４（ｂ），（ｃ）及び図１５（ａ），（ｂ）に示すように、Ｃｕ固着層１２４、１２５が形成されたセラミックス基板１１１の第１面に回路層１１２となる金属板１２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）が積層され、セラミックス基板１１１の第２面に金属層１１３となる金属板１２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）が積層される（積層工程）。

　このようにして形成された積層体１２０をその積層方向に加圧（圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空炉内に装入して加熱する（加圧・加熱工程）。
　ここで真空炉内の真空度は、１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａであり、加熱温度は６１０℃～６５０℃である。
　この加圧・加熱工程によって、図１５に示すように、回路層１１２及び金属層１１３となる金属板１２２、１２３の表層及びＣｕ固着層１２４、１２５が溶融し、セラミックス基板１１１の表面に溶融アルミニウム層１２６、１２７が形成される。

　次に、図１４（ｄ）及び図１５（ｃ）に示すように、積層体１２０を冷却することによって溶融アルミニウム層１２６、１２７を凝固させる（凝固工程）。
　この加圧・加熱工程と凝固工程によって、接合界面１３０に、回路層１１２及び金属層１１３を構成する金属板１２２、１２３中のＣｕ濃度及び酸素濃度よりも高いＣｕ濃度及び酸素濃度を有するＣｕ高濃度部１３２が生成される。
　このようにして第３実施形態であるパワーモジュール用基板１１０が製造される。

　以上の構成を有する第３実施形態であるパワーモジュール用基板１１０においては、回路層１１２及び金属層１１３とセラミックス基板１１１との間の接合界面１３０に、回路層１１２及び金属層１１３中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部１３２が形成されている。更に、Ｃｕ高濃度部１３２における酸素濃度が、回路層１１２及び金属層１１３中の酸素濃度よりも高く設定されている。これにより、接合界面１３０に酸素原子とＣｕ原子が介在し、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板１１１と回路層１１２、金属層１１３との間の接合強度の向上を図ることが可能となる。

　さらに、第３実施形態では、接合界面１３０をエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）で分析した際のＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比が、Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝１５～４５ｗｔ％：１５～４５ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下の範囲内に設定されているので、接合界面１３０に、ＡｌとＣｕとの反応物が過剰に生成して接合を阻害することを防止できるとともに、Ｃｕ原子による接合強度の向上効果を充分に得ることができる。
　また、接合界面１３０において、酸素濃度の高い部分の厚さが増加することが防止され、熱サイクルを負荷した際のクラックの発生を抑制することができる。

　また、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板１１１の両面に、真空蒸着法によってＣｕを固着し、Ｃｕ固着層１２４、１２５が形成されたセラミックス基板１１１の第１面に回路層１１２となる金属板１２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）を積層し、セラミックス基板１１１の第２面に金属層１１３となる金属板１２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）を積層し、この積層体を加圧・加熱している。この結果、Ｃｕ固着層１２４、１２５のＣｕと金属板１２２、１２３のＡｌとが共晶反応することによって金属板１２２、１２３の表層部分の融点が低下し、比較的低温（６１０℃～６５０℃）でもセラミックス基板１１１及び金属板１２２、１２３の界面に溶融アルミニウム層１２６、１２７を形成することが可能となり、セラミックス基板１１１と金属板１２２、１２３とを接合することができる。

　以上、本発明の第２実施形態及び第３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。
　第３実施形態においては、セラミックス基板の両面にＣｕを固着する方法を説明したが、これに限定されることはなく、金属板のセラミックス基板１１に対向する面（接合面）にＣｕを固着してもよいし、金属板及びセラミックス基板と両方にＣｕを固着させてもよい。
　さらに、真空蒸着法によってＣｕを固着する方法を説明したが、これに限定されることはなく、スパッタリング法、めっき法、銅ペーストの塗布法等の方法によって、Ｃｕを固着させてもよい。

（第４実施形態）
　図２０は、本発明の第４実施形態であるパワーモジュール用基板１６０及びパワーモジュール１５１を示す。
　第４実施形態においては、第１～第３実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化している。
　このパワーモジュール１５１は、回路層１６２が配設されたパワーモジュール用基板１６０と、回路層１６２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、ヒートシンク４とを含む。

　パワーモジュール用基板１６０は、セラミックス基板１６１と、このセラミックス基板１６１の第１面（図２０において上面）に配設された回路層１６２と、セラミックス基板１６１の第２面（図２０において下面）に配設された金属層１６３とを含む。
　セラミックス基板１６１は、回路層１６２と金属層１６３との間の電気的接続を防止する基板であって、絶縁性の高いＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で構成されている。
　また、セラミックス基板１６１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、第４実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層１６２は、セラミックス基板１６１の第１面に導電性を有する金属板１７２が接合されることにより形成されている。
　第４実施形態においては、回路層１６２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板１７２がセラミックス基板１６１に接合されることにより形成されている。

　金属層１６３は、セラミックス基板１６１の第２面に金属板１７３が接合されることにより形成されている。
　第４実施形態においては、金属層１６３は、回路層１６２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板１７３がセラミックス基板１６１に接合されることで形成されている。

　そして、セラミックス基板１６１と回路層１６２（金属板１７２）との間の接合界面１８０、及びセラミックス基板１６１と金属層１６３（金属板１７３）との間の接合界面１８０を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図２１に示すように、接合界面１８０に、Ｃｕが濃縮したＣｕ高濃度部１８２が形成されている。
　このＣｕ高濃度部１８２におけるＣｕ濃度は、回路層１６２（金属板１７２）及び金属層１６３（金属板１７３）中のＣｕ濃度よりも高い。具体的には、接合界面１８０におけるＣｕ濃度は、回路層１６２及び金属層１６３中のＣｕ濃度の２倍以上である。ここで、第４実施形態では、Ｃｕ高濃度部１８２の厚さＨは４ｎｍ以下である。

　ここで、透過電子顕微鏡によって観察される観察する接合界面１８０において、図２１に示すように、回路層１６２（金属板１７２）及び金属層１６３（金属板１７３）の格子像の界面側端部とセラミックス基板１６１の格子像の界面側端部との間の中央を基準面Ｓと定義する。
　また、回路層１６２（金属板１７２）及び金属層１６３（金属板１７３）中のＣｕ濃度とは、回路層１６２（金属板１７２）及び金属層１６３（金属板１７３）のうち接合界面１８０から一定距離（第４実施形態では、５０ｎｍ以上）離れた部分におけるＣｕ濃度である。

　また、この接合界面１８０をエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）で分析した際のＡｌ、Ｃｕ、Ｏの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：０～４５ｗｔ％の範囲内に設定されている。
　なお、ＥＤＳによる分析を行う際のスポット径は１～４ｎｍであり、接合界面１８０における複数点（例えば、第４実施形態では１００点）が測定され、その平均値が算出される。
　また、回路層１６２及び金属層１６３を構成する金属板１７２、１７３の結晶粒界とセラミックス基板１６１との間の接合界面１８０は測定せず、回路層１６２及び金属層１６３を構成する金属板１７２、１７３の結晶粒とセラミックス基板１６１との間の接合界面１８０のみを測定する。

　このようなパワーモジュール用基板１６０は、以下のようにして製造される。
　図２２（ａ）及び図２３（ａ）に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板１６１と、回路層１６２となる金属板１７２（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔１７４と、金属層１６３となる金属板１７３（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第２実施形態では３μｍ）の銅箔１７５とを準備する。
　次に、図２２（ｂ）及び図２３（ｂ）に示すように、セラミックス基板１６１の第１面に金属板１７２が銅箔１７４を介して積層され、セラミックス基板１６１の第２面に金属板１７３が銅箔１７５を介して積層される。これによって積層体１７０が形成される。

　次に、この積層体１７０をその積層方向に加圧（圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空炉内に装入して加熱する（加圧・加熱工程）。
　ここで真空炉内の真空度は、１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａであり、加熱温度は６１０℃～６５０℃である。
　この加圧・加熱工程によって、図２３に示すように、回路層１６２及び金属層１６３となる金属板１７２、１７３の表層と銅箔１７４、１７５とが溶融し、セラミックス基板１６１の表面に溶融アルミニウム層１７６、１７７が形成される。

　次に、図２２（ｃ）及び図２３（ｃ）に示すように、積層体１７０を冷却することによって溶融アルミニウム層１７６、１７７を凝固させる（凝固工程）。
　この加圧・加熱工程と凝固工程によって、接合界面１８０には、回路層１６２及び金属層１６３を構成する金属板１７２、１７３中のＣｕ濃度よりも高いＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部１８２が生成される。
　このようにして第４実施形態であるパワーモジュール用基板１６０が製造される。

　以上の構成を有する第４実施形態であるパワーモジュール用基板１６０及び付パワーモジュール１５１においては、回路層１６２及び金属層１６３とセラミックス基板１６１との間の接合界面１８０に、回路層１６２及び金属層１６３中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部１８２が形成されている。これにより、接合界面１８０にＣｕ原子が介在し、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板１６１と回路層１６２との間の接合強度、及びこのセラミックス基板１６１と金属層１６３との間の接合強度を向上させることができる。

　さらに、第４実施形態では、接合界面１８０をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：０～４５ｗｔ％である。この結果、接合界面１８０に、ＡｌとＣｕとの反応物が過剰に生成して接合を阻害することを防止できるとともに、Ｃｕ原子による接合強度の向上効果を充分に得ることができる。

　また、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板１６１の第１面に回路層１６２となる金属板１７２、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第４実施形態では３μｍ）の銅箔１７４を介して積層するとともに、セラミックス基板１６１の第２面に金属層１６３となる金属板１７３（４Ｎアルミニウムの圧延板）が厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下（第４実施形態では３μｍ）の銅箔１７５を介して積層し、この積層体を加圧・加熱している。この結果、銅箔１７４、１７５のＣｕと金属板１７２、１７３のＡｌとが共晶反応し、銅箔１７４、１７５と金属板１７２、１７３の表層部分の融点が低下する。従って、比較的低温（６１０℃～６５０℃）でもセラミックス基板１６１及び金属板１７２、１７３の界面に溶融アルミニウム層１７６、１７７を形成することが可能となり、セラミックス基板１６１と金属板１７２、１７３とを接合することができる。

　以上、本発明の第４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。
　本発明の第４実施形態においては、積層工程において、銅箔をセラミックス基板と金属板との間に介装する方法を説明したが、これに限定されることはなく、前記積層工程の前に、セラミックス基板に対向する金属板の面（接合面）及び金属板に対向するセラミックス基板の面（接合面）のうち少なくとも一方にＣｕを固着させるＣｕ固着工程によって、Ｃｕ層を形成してもよい。
　なお、Ｃｕを固着する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、めっき法、銅ペーストの塗布法等が挙げられる。

（第５実施形態）
　図２６は、本発明の第５実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを示す。
　第５実施形態においては、第１～第４実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化している。
　このパワーモジュール２０１は、回路層２１２が配設されたパワーモジュール用基板２１０と、回路層２１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体チップ３と、ヒートシンク４とを含む。

　パワーモジュール用基板２１０は、セラミックス基板２１１と、このセラミックス基板２１１の第１面（図２６において上面）に配設された回路層２１２と、セラミックス基板２１１の第２面（図２６において下面）に配設された金属層２１３とを含む。
　セラミックス基板２１１は、回路層２１２と金属層２１３との間の電気的接続を防止する基板であって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。
　また、セラミックス基板２１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、第５実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
　なお、第５実施形態では、図２６に示すように、セラミックス基板２１１の幅は、回路層２１２及び金属層２１３の幅より広く設定されている。

　回路層２１２は、セラミックス基板２１１の第１面に導電性を有する金属板２２２が接合されることにより形成されている。
　第５実施形態においては、回路層２１２は、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２２２がセラミックス基板２１１に接合されることにより形成されている。
　ここで、セラミックス基板２１１と金属板２２２の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いている。

　金属層２１３は、セラミックス基板２１１の第２面に金属板２２３が接合されることにより形成されている。
　第５実施形態においては、金属層２１３は、回路層２１２と同様に、純度が９９．９９％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなる金属板２２３がセラミックス基板２１１に接合されることで形成されている。
　ここで、セラミックス基板２１１と金属板２２３の接合には、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ－Ｓｉ系のろう材を用いている。

　そして、図２７に示すように、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）との間の接合界面２３０の幅方向の中央部、及びセラミックス基板２１１と金属層２１３（金属板２２３）との間の接合界面２３０の幅方向の中央部（図２６のＡ部）においては、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）にＳｉ，Ｃｕが拡散しており、接合界面２３０から積層方向に離間するにしたがい漸次Ｓｉ，Ｃｕの濃度が低下する濃度傾斜層２３３が形成されている。
　ここで、この濃度傾斜層２３３の接合界面２３０に近い部分において、Ｓｉ濃度は、０．０５～０．５ｗｔ％の範囲内に設定され、Ｃｕ濃度が０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されている。
　なお、濃度傾斜層２３３の接合界面２３０に近い部分のＳｉ濃度及びＣｕ濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）で、接合界面２３０から５０μｍまでの範囲内を５点測定した平均値である。

　また、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）との間の接合界面２３０の幅方向の端部２３５、及びセラミックス基板２１１と金属層２１３（金属板２２３）との間の接合界面２３０の幅方向の端部２３５（図２６のＢ部）においては、図２８に示すように、アルミニウム中にＳｉ，Ｃｕが固溶状態に拡散したアルミニウム相２４１と、Ｓｉの含有率が９８ｗｔ％以上であるＳｉ相２４２と、ＡｌとＣｕとＳｉの３元共晶組織からなる共晶相２４３と、が形成されている。
　また、共晶相２４３内においては、Ｃｕを含む化合物（例えばＣｕＡｌ_２）からなる析出物粒子が析出している。

　また、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）との間の接合界面２３０、セラミックス基板２１１及び金属層２１３（金属板２２３）との間の接合界面２３０を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図２９に示すように、接合界面２３０にＳｉが濃縮したＳｉ高濃度部２３２が形成されている。
　このＳｉ高濃度部２３２におけるＳｉ濃度は、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）中のＳｉ濃度よりも５倍以上高い。なお、このＳｉ高濃度部２３２の厚さＨは４ｎｍ以下である。
　ここで、透過電子顕微鏡によって観察される観察される接合界面２３０において、図２９に示すように、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の格子像の界面側端部とセラミックス基板２１１の格子像の界面側端部との間の中央を基準面Ｓと定義する。

　このようなパワーモジュール用基板２１０は、以下のようにして製造される。
　まず、ＡｌＮからなるセラミックス基板２１１の両面に、スパッタリング法によってＣｕが固着される（Ｃｕ固着工程）。
　次に、図３０（ａ）及び図３１（ａ）に示すように、Ｃｕが固着されたＡｌＮからなるセラミックス基板２１１と、回路層２１２となる金属板２２２（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ１０～３０μｍ（第５実施形態では２０μｍ）のろう材箔２２４と、金属層２１３となる金属板２２３（４Ｎアルミニウムの圧延板）と、厚さ１０～３０μｍ（第５実施形態では２０μｍ）のろう材箔２２５とを準備する。
　次に、図３０（ｂ）及び図３１（ｂ）に示すように、セラミックス基板２１１の第１面に金属板２２２がろう材箔２２４を介して積層され、セラミックス基板２１１の第２面に金属板２２３がろう材箔２２５を介して積層される（積層工程）。これによって積層体２２０が形成される。

　次に、この積層体２２０をその積層方向に加圧（圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空炉内に装入して加熱し、ろう材箔２２４、２２５を溶融する（溶融工程）。
　ここで真空炉内の真空度は、１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａである。この溶融工程によって、図３１（ｂ）に示すように、回路層２１２及び金属層２１３となる金属板２２２、２２３の一部とろう材箔２２４、２２５とが溶融し、セラミックス基板２１１の表面に溶融アルミニウム層２２６、２２７が形成される。
　次に、図３０（ｃ）及び図３１（ｃ）に示すように、積層体２２０を冷却することによって溶融アルミニウム層２２６、２２７を凝固させる（凝固工程）。
　このようにして、回路層２１２及び金属層２１３となる金属板２２２、２２３とセラミックス基板２１１とが接合され、第５実施形態であるパワーモジュール用基板２１０が製造される。

　以上の構成を有する第５実施形態であるパワーモジュール用基板２１０及びパワーモジュール２０１においては、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）とが、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合されるとともに、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）とセラミックス基板２１１の接合界面２３０にＣｕが添加されている。これにより、接合界面２３０に存在するＣｕとＡｌとが溶融反応し、比較的低温、短時間の接合条件で接合しても、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）とを強固に接合でき、接合信頼性を大幅に向上させることができる。

　また、セラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）との間の接合界面２３０の幅方向の中央部、及びセラミックス基板２１１と金属層２１３（金属板２２３）との間の接合界面２３０の幅方向の中央部（図２６のＡ部）においては、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）にＳｉ，Ｃｕが拡散しており、接合界面２３０から積層方向に離間するにしたがい漸次Ｓｉ，Ｃｕの濃度が低下する濃度傾斜層２３３が形成されている。また、この濃度傾斜層２３３の接合界面２３０に近い部分のＣｕ濃度が０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されているので、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の接合界面２３０に近い部分が固溶強化され、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）における破断の発生を防止することができる。
　また、この濃度傾斜層２３３の接合界面２３０に近い部分のＳｉ濃度が０．０５～０．５ｗｔ％の範囲内に設定されているので、Ｓｉが十分に回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）中に拡散している。これにより、ろう材が確実に溶融して凝固されることでセラミックス基板２１１と回路層２１２（金属板２２２）とを、及びセラミックス基板２１１と金属層２１３（金属板２２３）とを強固に接合することができる。

　さらに、セラミックス基板２１１の幅が回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の幅よりも広く設定され、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の幅方向の端部２３５に、アルミニウム中にＳｉ，Ｃｕが拡散したアルミニウム相２４１と、Ｓｉの含有率が９８ｗｔ％以上とされたＳｉ相２４２と、ＡｌとＣｕとＳｉの３元共晶組織からなる共晶相２４３と、が形成されている。これにより、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の幅方向の端部２３５の強度が向上する。
　さらに、共晶相２４３内においては、Ｃｕを含む化合物（例えばＣｕＡｌ_２）からなる析出物粒子が析出しているので、幅方向の端部２３５を析出強化することができる。
　これにより、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）の幅方向の端部２３５から発生する破断を防止することができる。

　また、第５実施形態では、セラミックス基板２１１がＡｌＮで構成されており、金属板２２２、２２３とセラミックス基板２１１との間の接合界面２３０に、回路層２１２（金属板２２２）及び金属層２１３（金属板２２３）中のＳｉ濃度の５倍以上のＳｉ濃度を有するＳｉ高濃度部２３２が形成されている。これにより、接合界面２３０に存在するＳｉによってセラミックス基板２１１と金属板２２２、２２３との間の接合強度の向上を図ることができる。

（第６実施形態）
　次に、本発明の第６実施形態について図３２及び図３３を参照して説明する。
　第６実施形態においては、第１～第５実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化している。
　この第６実施形態であるパワーモジュール用基板２６０においては、セラミックス基板２６１がＳｉ_３Ｎ_４で構成されている点が第５実施形態と異なっている。

　ここで、セラミックス基板２６１と回路層２６２（金属板２７２）との間の接合界面２８０、及びセラミックス基板２６１と金属層２６３（金属板２７３）との間の接合界面２８０を透過電子顕微鏡によって観察した場合には、図３３に示すように、接合界面２８０に酸素が濃縮した酸素高濃度部２８２が形成されていることが観察される。
　この酸素高濃度部２８２においては、回路層２６２（金属板２７２）及び金属層２６３（金属板２７３）中の酸素濃度よりも酸素濃度が高い。
　なお、この酸素高濃度部２８２の厚さＨは４ｎｍ以下である。
　ここで、透過電子顕微鏡によって観察される接合界面２８０において、図３３に示すように、回路層２６２（金属板２７２）及び金属層２６３（金属板２７３）の格子像の界面側端部とセラミックス基板２６１の格子像の接合界面側端部との間の中央を基準面Ｓと定義する。

　以上の構成を有する第６実施形態であるパワーモジュール用基板２６０においては、回路層２６２及び金属層２６３となる金属板２７２、２７３とセラミックス基板２６１との間の接合界面２８０に、酸素濃度が回路層２６２及び金属層２６３を構成する金属板２７２、２７３中の酸素濃度よりも高くされた酸素高濃度部２８２が生成されているので、この酸素によってセラミックス基板２６１と金属板２７２、２７３との間の接合強度の向上を図ることができる。
　また、この酸素高濃度部２８２の厚さが４ｎｍ以下であるので、熱サイクルを負荷した際の応力によって酸素高濃度部２８２にクラックが発生することが抑制される。

　以上、本発明の第１～第６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、回路層及び金属層を構成する金属板を純度９９．９９％の純アルミニウムの圧延板を採用した場合を説明したが、これに限定されることはなく、純度９９％のアルミニウム（２Ｎアルミニウム）を用いてもよい。

　また、ヒートシンクの天板部と金属層との間に、アルミニウム又はアルミニウム合金若しくはアルミニウムを含む複合材（例えばＡｌＳｉＣ等）からなる緩衝層を設けた場合を説明したが、この緩衝層は設けなくてもよい。
　さらに、ヒートシンクをアルミニウムで形成された構造を説明したが、アルミニウム合金、アルミニウムを含む複合材、銅、銅合金等でヒートシンクが形成された構造を採用してもよい。
　さらに、ヒートシンクとして冷却媒体の流路を有する構造を説明したが、ヒートシンクの構造に特に限定はない。

　また、第５実施形態において、ＡｌＮで構成されたセラミックス基板を用いる場合について説明したが、これに限定されることはなく、Ａｌ_２Ｏ_３等の他のセラミックスを用いてもよい。

　また、セラミックス基板の表面にＣｕを固着させるＣｕ固着工程を有する製造方法を説明したが、これに限定されることはなく、ろう材箔の表面にＣｕを固着させてもよい。
　また、スパッタ法でなく蒸着法やメッキ法等によってＣｕを固着させてもよい。
　さらには、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材中にＣｕを添加してもよい。

　次に、上記の第１～第６実施形態のパワーモジュール用基板（パワーモジュール）の有効性を確認するために行った確認実験の結果について説明する。
（実施例１）
　以下に説明する実施例１においては、図６及び図７を参照し、第１実施形態のパワーモジュール用基板の有効性を確認するために行なった確認実験の結果を述べる。
　まず、実験に用いるパワーモジュール用基板として、次の製造方法によりパワーモジュール用基板を製造した。
　具体的に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、セラミックス基板の両面に、真空蒸着によってＣｕを固着させ、このセラミックス基板の両面に、金属板をそれぞれ積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。

　同様に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、各々の金属板の片面に真空蒸着によってＣｕを固着させ、この金属板をセラミックス基板の両面に、金属板の蒸着面がセラミックス基板に向くように積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　以上のように、実施例１では、２種類のパワーモジュール用基板を用いた。

　ここで、真空蒸着によるＣｕの固着量（Ｃｕ厚さ）を、０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍである５つのパラメータ（５水準）により異ならせた。また、加熱温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。これにより、計３０種類のパワーモジュール用基板を準備した。

　このようにして形成されたパワーモジュール用基板の金属層に、ＡｌＳｉＣからなり、厚さ０．９ｍｍの緩衝層を介して、ヒートシンクの天板に相当する５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６３）を接合した。これにより、計３０種類の試験片を準備した。
　次に、この計３０種類の試験片に対して熱サイクル試験を施す前に、セラミックス基板と金属板との間の接合界面における接合面積比率（接合比率）を求めた。具体的に、超音波映像装置（探触子の周波数１５ＭＨｚ）を用いてセラミックス基板と金属板との間の接合界面を撮像し、撮像によって得られたデータを２値化し、接合界面全体に占める接合部分の面積を得ることによって接合比率を算出した。なお、熱サイクル試験を施す前において、セラミックス基板と金属板との接合比率は１００％であった。
　続いて、この計３０種類の試験片に対し、－４０℃～１０５℃の熱サイクルを３０００回行なうことによって負荷を与えた。その後、超音波映像装置を用いた上記と同様の方法により、セラミックス基板と金属板との接合比率、即ち、３０００回の熱サイクルが施された後の接合比率を求めた。これによってパワーモジュール用基板の評価結果を得た。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図６に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図７に示す。
　なお、図６及び図７においては、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が８５％以上であるパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％以上８５％未満であるパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％未満であるパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　図６及び図７に示すように、加熱温度が高いほど接合信頼性が向上する傾向が認められた。
　また、Ｃｕ層厚さが１．０μｍ～２．０μｍ程度の場合には、加熱温度が低温でも接合信頼性が向上していることが確認された。
　さらに、図６及び図７は、同様の傾向を示しており、セラミックス基板にＣｕを蒸着した場合と、金属板にＣｕを蒸着した場合とで差は認められなかった。

（実施例２）
　以下に説明する実施例２においては、図１６（ａ），（ｂ）及び図１７（ａ），（ｂ）を参照し、第２実施形態のパワーモジュール用基板の有効性を確認するために行なった確認実験の結果を述べる。
　まず、実験に用いるパワーモジュール用基板として、次の製造方法によりパワーモジュール用基板を製造した。
　具体的に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、セラミックス基板の両面に、真空蒸着によってＣｕを固着させ、このセラミックス基板の両面に、金属板をそれぞれ積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　同様に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、各々の金属板の片面に真空蒸着によってＣｕを固着させ、この金属板をセラミックス基板の両面に、金属板の蒸着面がセラミックス基板に向くように積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　以上のように、実施例２では、２種類のパワーモジュール用基板を用いた。
　ここで、真空蒸着によるＣｕの固着量（Ｃｕ厚さ）を、０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍである５つのパラメータ（５水準）により異ならせた。また、加熱温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。これにより、計３０種類のパワーモジュール用基板を形成した。

　このようにして形成されたパワーモジュール用基板の金属層に、４Ｎアルミニウムからなり、厚さ０．９ｍｍの緩衝層を介して、ヒートシンクの天板に相当する５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６３）を接合した。
　これにより、計３０種類の試験片を準備した。
　次に、この計３０種類の試験片に対して熱サイクル試験を施す前に、セラミックス基板と金属板との間の接合界面における接合面積比率（接合比率）を求めた。接合比率の算出方法としては、上記の実施例１において述べたように超音波映像装置（探触子の周波数１５ＭＨｚ）を用いて接合比率を算出する方法を採用している。なお、熱サイクル試験を施す前において、セラミックス基板と金属板との接合比率は１００％であった。
　続いて、この計３０種類の試験片に対し、－４０℃～１０５℃の熱サイクルを３０００回行なうことによって負荷を与え、セラミックス基板の割れの有無を確認した。
　なお、この実験においては、３０種類の試験片の各々を２個用意して、セラミックス基板の割れの有無を確認した。この結果を図１６（ａ），（ｂ）に示す。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１６（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１６（ｂ）に示す。
　また、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生しなかったパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、２個の試験片のうち一つにおいてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　また、前述の熱サイクルを３０００回行なった後、計３０種類の試験片について接合比率を求めた。
　具体的には、超音波映像装置を用いた上記と同様の方法により、セラミックス基板と金属板との接合比率、即ち、３０００回の熱サイクルが施された後の接合比率を求めた。これによってパワーモジュール用基板の評価結果を得た。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１７（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１７（ｂ）に示す。
　なお、図１７（ａ）、（ｂ）においては、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が８５％以上であるパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％以上８５％未満であるパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％未満であるパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　図１６（ａ），（ｂ）に示すように、Ｃｕ固着工程において形成されるＣｕ厚さが厚くなると、ＡｌＮからなるセラミックス基板の割れが発生しやすい傾向が確認された。
　また、Ｃｕ厚さが２μｍの試験片においては、加熱温度が高いほどセラミックスの割れが抑制される傾向が確認された。
　また、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、加熱温度が高いほど接合信頼性が向上する傾向が認められた。
　また、Ｃｕ厚さが２μｍ程度の場合には、加熱温度が低温でも接合信頼性が向上していることが確認された。
　これらの試験結果から、ＡｌＮからなるセラミックス基板においては、接合時に金属板とセラミックス基板との間の界面に存在するＣｕ厚さを２．５μｍ以下に設定することが好ましいことが確認された。

（実施例３）
　以下に説明する実施例３においては、図１８（ａ），（ｂ）及び図１９（ａ），（ｂ）を参照し、第３実施形態のパワーモジュール用基板の有効性を確認するために行なった確認実験の結果を述べる。
　まず、実験に用いるパワーモジュール用基板として、次の製造方法によりパワーモジュール用基板を製造した。
　具体的に、４０ｍｍ角で厚さ０．３２ｍｍのＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、セラミックス基板の両面に、真空蒸着によってＣｕを固着させ、このセラミックス基板の両面に、金属板をそれぞれ積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　同様に、４０ｍｍ角で厚さ０．３２ｍｍのＳｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、各々の金属板の片面に真空蒸着によってＣｕを固着させ、この金属板をセラミックス基板の両面に、金属板の蒸着面がセラミックス基板に向くように積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　以上のように、実施例３では、２種類のパワーモジュール用基板を用いた。
　ここで、真空蒸着によるＣｕの固着量（Ｃｕ厚さ）を、０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍである５つのパラメータ（５水準）により異ならせた。また、加熱温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。これにより、計３０種類のパワーモジュール用基板を形成した。

　このようにして形成されたパワーモジュール用基板の金属層に、４Ｎアルミニウムからなり、厚さ０．９ｍｍの緩衝層を介して、ヒートシンクの天板に相当する５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６３）を接合した。
　これにより、計３０種類の試験片を準備した。
　次に、この計３０種類の試験片に対して熱サイクル試験を施す前に、セラミックス基板と金属板との間の接合界面における接合面積比率（接合比率）を求めた。接合比率の算出方法としては、上記の実施例１において述べたように超音波映像装置（探触子の周波数１５ＭＨｚ）を用いて接合比率を算出する方法を採用している。なお、熱サイクル試験を施す前において、セラミックス基板と金属板との接合比率は１００％であった。
　続いて、この計３０種類の試験片に対し、－４０℃～１０５℃の熱サイクルを３０００回行なうことによって負荷を与え、セラミックス基板の割れの有無を確認した。
　なお、この実験においては、３０種類の試験片の各々を２個用意して、セラミックス基板の割れの有無を確認した。この結果を図１８（ａ），（ｂ）に示す。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１８（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１８（ｂ）に示す。
　また、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生しなかったパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、２個の試験片のうち一つにおいてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　また、前述の熱サイクルを３０００回行なった後、計３０種類の試験片について接合比率を求めた。
　具体的には、超音波映像装置を用いた上記と同様の方法により、セラミックス基板と金属板との接合比率、即ち、３０００回の熱サイクルが施された後の接合比率を求めた。これによってパワーモジュール用基板の評価結果を得た。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１９（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図１９（ｂ）に示す。
　なお、図１９（ａ）、（ｂ）においては、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が８５％以上であるパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％以上８５％未満であるパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％未満であるパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板においては、本実験条件下では、セラミックス基板の割れは確認されなかった。
　また、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱温度が高いほど接合信頼性が向上する傾向が認められた。
　また、Ｃｕ厚さが２μｍ程度の場合には、加熱温度が低温でも接合信頼性が向上していることが確認された。
　これらの試験結果から、Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板においては、接合時に金属板とセラミックス基板との間の界面に存在するＣｕ厚さを０．１５μｍ以上３μｍ以下に設定することが好ましいことが確認された。

（実施例４）
　以下に説明する実施例４においては、図２４（ａ），（ｂ）及び図２５（ａ），（ｂ）を参照し、第４実施形態のパワーモジュール用基板の有効性を確認するために行なった確認実験の結果を述べる。
　まず、実験に用いるパワーモジュール用基板として、次の製造方法によりパワーモジュール用基板を製造した。
　具体的に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、セラミックス基板の両面に、真空蒸着によってＣｕを固着させ、このセラミックス基板の両面に、金属板をそれぞれ積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　同様に、４０ｍｍ角で厚さ０．６３５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる２枚の金属板とを準備した。その後、各々の金属板の片面に真空蒸着によってＣｕを固着させ、この金属板をセラミックス基板の両面に、金属板の蒸着面がセラミックス基板に向くように積層して積層体を形成した。積層方向に圧力１～５ｋｇｆ／ｃｍ^２で加圧した状態で、この積層体を真空炉（真空度１０^－３Ｐａ～１０^－５Ｐａ）で加熱し、セラミックス基板と回路層及び金属層とを備えたパワーモジュール用基板を製造した。
　以上のように、実施例４では、２種類のパワーモジュール用基板を用いた。
　ここで、真空蒸着によるＣｕの固着量（Ｃｕ厚さ）を、０．１μｍ、０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍである５つのパラメータ（５水準）により異ならせた。加熱温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。これにより、計３０種類のパワーモジュール用基板を形成した。

　このようにして形成されたパワーモジュール用基板の金属層に、４Ｎアルミニウムからなり、厚さ０．９ｍｍの緩衝層を介して、ヒートシンクの天板に相当する５０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム板（Ａ６０６３）を接合した。
　これにより、計３０種類の試験片を準備した。
　次に、この計３０種類の試験片に対して熱サイクル試験を施す前に、セラミックス基板と金属板との間の接合界面における接合面積比率（接合比率）を求めた。接合比率の算出方法としては、上記の実施例１において述べたように超音波映像装置（探触子の周波数１５ＭＨｚ）を用いて接合比率を算出する方法を採用している。なお、熱サイクル試験を施す前において、セラミックス基板と金属板との接合比率は１００％であった。
　続いて、この計３０種類の試験片に対し、－４０℃～１０５℃の熱サイクルを３０００回行なうことによって負荷を与え、セラミックス基板の割れの有無を確認した。
　なお、この実験においては、３０種類の試験片の各々を２個用意して、セラミックス基板の割れの有無を確認した。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図２４（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図２４（ｂ）に示す。
　また、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生しなかったパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、２個の試験片のうち一つにおいてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、２個の試験片の両方においてセラミックス基板の割れが発生したパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　また、前述の熱サイクルを３０００回行なった後、計３０種類の試験片について接合比率を求めた。
　具体的には、超音波映像装置を用いた上記と同様の方法により、セラミックス基板と金属板との接合比率、即ち、３０００回の熱サイクルが施された後の接合比率を求めた。これによってパワーモジュール用基板の評価結果を得た。
　セラミックス基板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図２５（ａ）に示す。
　また、金属板にＣｕを蒸着することによって得られたパワーモジュール用基板の評価結果を図２５（ｂ）に示す。
　なお、図２５（ａ）、（ｂ）においては、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が８５％以上であるパワーモジュール用基板は記号「○」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％以上８５％未満であるパワーモジュール用基板は記号「△」で示されており、負荷として熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率が７０％未満であるパワーモジュール用基板は記号「×」で示されている。

　図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｃｕ固着工程において形成されるＣｕ厚さが厚くなると、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板の割れが発生しやすい傾向が確認された。
　また、Ｃｕ厚さが２μｍの試験片においては、加熱温度が高いほどセラミックスの割れが抑制される傾向が確認された。
　また、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、加熱温度が高いほど接合信頼性が向上する傾向が認められた。
　また、Ｃｕ厚さが１μｍ程度の場合には、加熱温度が低温でも接合信頼性が向上していることが確認された。
　これらの試験結果から、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板においては、接合時に金属板とセラミックス基板との間の界面に存在するＣｕ厚さを２．５μｍ以下に設定することが好ましいことが確認された。

（実施例５）
　以下に説明する実施例５，６においては、図３４及び表１を参照し、第５及び第６実施形態のパワーモジュール用基板の有効性を確認するために行なった確認実験の結果を述べる。
　図３４に示すように、比較例及び実施例５においては、共通のパワーモジュール用基板として、厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板２１１と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる回路層２１２と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる金属層２１３と、厚さ５ｍｍのアルミニウム合金（Ａ６０６３）からなる天板部５と、厚さ１．０ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる緩衝層１５とを有するパワーモジュール用基板を用いて確認実験を行なった。

　実施例５においては、セラミックス基板２１１の表面にＣｕをスパッタリングによって固着させた後に、回路層２１２及び金属層２１３となる金属板をＡｌ－Ｓｉ系ろう材を用いてセラミックス基板２１１に接合した。
　一方、比較例においては、セラミックス基板２１１と金属板との間の接合界面にＣｕを添加することなく、回路層２１２及び金属層２１３となる金属板をＡｌ－Ｓｉ系ろう材を用いてセラミックス基板２１１に接合した。
　これにより、実施例５の試験片と、比較例の試験片とを用意した。
　次に、これらの試験片に対して熱サイクル試験を施す前に、セラミックス基板と金属板との間の接合界面における接合面積比率（接合比率）を求めた。接合比率の算出方法としては、上記の実施例１において述べたように超音波映像装置（探触子の周波数１５ＭＨｚ）を用いて接合比率を算出する方法を採用している。なお、熱サイクル試験を施す前において、実施例５の試験片におけるセラミックス基板と金属板との接合比率は１００％であり、比較例の試験片におけるセラミックス基板と金属板との接合比率は９９．８％であった。
　続いて、これらの試験片を用いて接合信頼性の評価を行った。
　接合信頼性の評価として、熱サイクル（－４５℃～１２５℃）を繰り返した後の接合比率に関して、比較例と実施例５とを比較した。
　具体的には、超音波映像装置を用いた上記と同様の方法により、比較例と実施例５におけるセラミックス基板と金属板との接合比率を求めた。さらに、１０００回，２０００回，及び３０００回の熱サイクルが施された後の各々の接合比率を求めた。これによってパワーモジュール用基板の評価結果を得た。評価結果を表１に示す。

　接合界面にＣｕが添加されておらず、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合された比較例においては、熱サイクルを１０００回行なった時点では接合比率が１００％近く（９９．８％）であった。しかしながら、熱サイクルを２０００回行なった時点では接合比率の低下が認められ（９４．２％）、熱サイクルを３０００回行なった時点では９１．５％まで低下した。
　一方、接合界面にＣｕが添加された実施例５においては、熱サイクルを２０００回行なった時点であっても接合比率は低下しなかった。熱サイクルを３０００回行なった後の接合比率は９９．２％であった。
　この確認実験により、接合界面にＣｕを添加することによって、熱サイクル信頼性が向上することが確認された。

（実施例６）
　次に、第５及び第６実施形態のパワーモジュール用基板における金属層の成分分析結果を示す。
　厚さ０．６３５ｍｍのＡｌＮからなるセラミックス基板２１１に、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる回路層２１２と、厚さ０．６ｍｍの４Ｎアルミニウムからなる金属層２１３とを接合し、パワーモジュール用基板を作製した。
　ここで、実施例６Ａ～６Ｃにおいては、Ａｌ―７．５ｗｔ％Ｓｉろう材の表面に１．５μｍ厚さのＣｕ層を形成し、このＡｌ―７．５ｗｔ％Ｓｉろう材を用いて、セラミックス基板２１１に回路層２１２と金属層２１３とが接合されている。
　なお、接合温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。
　実施例６Ｄ～６Ｆにおいては、セラミックス基板２１１の表面に１．５μｍ厚さのＣｕ層を形成し、Ａｌ―７．５ｗｔ％Ｓｉろう材を用いて、セラミックス基板２１１に回路層２１２と金属層２１３とが接合されている。
　なお、接合温度を６１０℃、６３０℃、６５０℃である３つのパラメータ（３水準）により異ならせた。

　これら実施例６Ａ～６Ｆについて、金属層とセラミックス基板との間の界面の幅方向の中央部、前記界面の幅方向の端部におけるＣｕ濃度及びＳｉ濃度をＥＰＭＡを用いて定量分析した。結果を表２に示す。

　この定量分析の結果、Ｃｕ層を形成するとともにＡｌ－Ｓｉ系ろう材を用いて、セラミックス基板と金属板とを接合した場合、幅方向の中央部においては、接合界面に近い部分におけるＳｉ濃度が０．０５～０．５ｗｔ％，Ｃｕ濃度が０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されることが確認された。
　また、幅方向の端部においては、Ｓｉ及びＣｕが高濃度に存在していることが確認された。

１，５１，１０１，１５１，２０１，２５１　パワーモジュール
２　半導体チップ（電子部品）
１０，６０，１１０，１６０，２１０，２６０　パワーモジュール用基板
１１，６１，１１１，１６１，２１１，２６１　セラミックス基板
１２，６２，１１２，１６２，２１２，２６２　回路層
１３，６３，１１３，１６３，２１３，２６３　金属層
２２，２３，７２，７３，１２２，１２３，１７２，１７３，２２２，２２３，２７２，２７３　金属板
２４、２５　Ｃｕ層
２６、２７　溶融金属層
３０，８０，１３０，１８０，２３０，２８０　接合界面
３３，２３３　濃度傾斜層（濃度傾斜部）
３４　軟質層
４１，２４１　アルミニウム相
４２，２４３　共晶相
７４、７５、１７４、１７５　銅箔（Ｃｕ層）
７６、７７、１２６、１２７、１７６、１７７、２２６、２２７　溶融アルミニウム層
８２、１３２、１８２　Ｃｕ高濃度部
１２４、１２５　Ｃｕ固着層（Ｃｕ層）
２２４、２２５　ろう材箔（ろう材）
２３２　Ｓｉ高濃度部
２８２　酸素高濃度部

Claims

　パワーモジュール用基板であって、
　表面を有するセラミックス基板と、
　前記セラミックス基板の前記表面に接合され、アルミニウムからなり、前記セラミックス基板との間の接合界面においてＣｕを含有する金属板と、
　を含み、
　前記接合界面におけるＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内に設定されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項１に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記金属板の幅方向の端部においては、アルミニウム中にＣｕが含有されているアルミニウム相と、ＡｌとＣｕとの２元共晶組織からなる共晶相と、が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項２に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記共晶相においては、Ｃｕを含む化合物からなる析出粒子が析出していることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項１に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記金属板は、
　前記金属板と前記セラミックス基板とが積層される方向において、前記接合界面から離間するにしたがい漸次Ｃｕ濃度が低下する濃度傾斜部と、
　前記濃度傾斜部の前記セラミックス基板とは反対側に形成され、前記接合界面近傍よりも硬度が低い軟質層と、
　を含むことを特徴とするパワーモジュール用基板。
　パワーモジュールであって、
　請求項１に記載のパワーモジュール用基板と、
　前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、
　を備えることを特徴とするパワーモジュール。
　パワーモジュール用基板の製造方法であって、　
　セラミックス基板と、アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し、
　前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、
　前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融金属層を形成し、
　前記溶融金属層を冷却することによって前記溶融金属層を凝固させ、
　前記金属板における、前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面近傍にＣｕ濃度が０．０５～５ｗｔ％の範囲内となるようにＣｕを含有させる、
　ことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項６に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項７に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項６に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　パワーモジュール用基板であって、
　ＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４からなり、表面を有するセラミックス基板と、
　前記セラミックス基板の前記表面に接合され、純アルミニウムからなる金属板と、
　前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部と、
　を含むことを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項１０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記Ｃｕ高濃度部における酸素濃度は、前記金属板中及び前記セラミックス基板中の酸素濃度よりも高いことを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項１０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記セラミックス基板がＡｌＮで構成されており、
　前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項１０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記セラミックス基板がＳｉ_３Ｎ_４で構成されており、
　前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｏ、Ｎの質量比は、Ａｌ：Ｓｉ：Ｃｕ：Ｏ：Ｎ＝１５～４５ｗｔ％：１５～４５ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：２～２０ｗｔ％：２５ｗｔ％以下であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　パワーモジュールであって、
　請求項１０に記載のパワーモジュール用基板と、
　前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、
　を備えることを特徴とするパワーモジュール。
　パワーモジュール用基板の製造方法であって、
　ＡｌＮからなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し、
　前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、
　前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し、
　前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ、
　前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する、
　ことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項１５に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項１５に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項１７に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　パワーモジュール用基板の製造方法であって、
　Ｓｉ_３Ｎ_４からなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し、
　前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、
　前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し、
　前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ、
　前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する、
　ことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項１９に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項１９に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項２１に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　パワーモジュール用基板であって、
　Ａｌ_２Ｏ_３からなり、表面を有するセラミックス基板と、
　前記セラミックス基板の前記表面に接合され、純アルミニウムからなる金属板と、
　前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部と、
　を含むことを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項２３に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記Ｃｕ高濃度部を含む前記接合界面をエネルギー分散型Ｘ線分析法により分析した際、Ａｌ、Ｃｕ、Ｏの質量比は、Ａｌ：Ｃｕ：Ｏ＝５０～９０ｗｔ％：１～１０ｗｔ％：０～４５ｗｔ％であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　パワーモジュールであって、
　請求項２３に記載のパワーモジュール用基板と、
　前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、
　を備えることを特徴とするパワーモジュール。
　パワーモジュール用基板の製造方法であって、
　Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板と、純アルミニウムからなる金属板と、厚さ０．１５μｍ以上３μｍ以下のＣｕ層とを準備し、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを、前記Ｃｕ層を介して積層し、
　前記積層された前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層方向に加圧するとともに加熱し、
　前記セラミックス基板及び前記金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し、
　前記溶融アルミニウム層を冷却することによって前記溶融アルミニウム層を凝固させ、
　前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に、前記金属板中のＣｕ濃度の２倍以上であるＣｕ濃度を有するＣｕ高濃度部を形成する、
　ことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項２６に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記Ｃｕ層を介して積層する際に、前記セラミックス基板及び前記金属板の間に銅箔を介装することによって、前記Ｃｕ層が配置されていることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項２６に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記セラミックス基板、前記Ｃｕ層、及び前記金属板を積層する前に、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に、Ｃｕ層を固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項２８に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記Ｃｕを前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方に固着させる際には、蒸着法、スパッタリング法、めっき法、又はＣｕペーストの塗布法のいずれかから選択される方法により、前記セラミックス基板及び前記金属板のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　パワーモジュール用基板であって、
　表面を有するセラミックス基板と、
　前記セラミックス基板の前記表面にＳｉを含有するろう材を介して接合され、アルミニウムからなる金属板と、
　前記セラミックス基板と前記金属板との間の接合界面に添加されたＣｕと、
　を含み、
　前記金属板には、Ｓｉ及びＣｕが含まれており、前記金属板の前記接合界面に近い部分におけるＳｉ濃度が０．０５～０．５ｗｔ％の範囲内に設定され、Ｃｕ濃度が０．０５～１．０ｗｔ％の範囲内に設定されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項３０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記セラミックス基板の幅は、前記金属板の幅よりも広く、
　前記金属板の幅方向の端部においては、アルミニウム中にＳｉ，Ｃｕが含有されているアルミニウム相と、Ｓｉの含有率が９８ｗｔ％以上であるＳｉ相と、Ａｌ，Ｃｕ，及びＳｉの３元共晶組織からなる共晶相と、が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項３１に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記共晶相においては、Ｃｕを含む化合物からなる析出粒子が析出していることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項３０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中のＳｉ濃度の５倍以上であるＳｉ濃度を有するＳｉ高濃度部を含み、
　前記セラミックス基板がＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３で構成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　請求項３０に記載のパワーモジュール用基板であって、
　前記金属板と前記セラミックス基板との間の接合界面に形成され、前記金属板中及び前記セラミックス基板中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有し、厚さが４ｎｍ以下である酸素高濃度部を含み、
　前記セラミックス基板がＡｌＮ又はＳｉ_３Ｎ_４で構成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
　パワーモジュールであって、
　請求項３０に記載のパワーモジュール用基板と、
　前記パワーモジュール用基板上に搭載される電子部品と、
　を備えることを特徴とするパワーモジュール。
　パワーモジュール用基板の製造方法であって、
　接合面を有するセラミックス基板と、アルミニウムからなる金属板と、Ｓｉを含有するろう材とを準備し、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材を介装させて積層し、
　前記積層された前記セラミックス基板、前記ろう材、及び前記金属板を加圧した状態で加熱し、
　前記ろう材を溶融させてセラミックス基板及び金属板の界面に溶融アルミニウム層を形成し、
　前記溶融アルミニウム層を凝固させ、
　前記セラミックス基板と前記金属板とを前記ろう材を介装させて積層する前に、前記セラミックス基板の前記接合面及び前記ろう材のセラミックス基板に対向する面のうち少なくとも一方にＣｕを固着させる、
　ことを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
　請求項３６に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
　前記Ｃｕを固着する際には、
　蒸着法又はスパッタリング法によって前記セラミックス基板の前記接合面及び前記ろう材のセラミックス基板に対向する面のうち少なくとも一方にＣｕを固着させることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。