WO2013024813A1 - パワーモジュール用基板、ヒートシンク付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 - Google Patents

Abstract

本発明のパワーモジュール用基板（１０）は、絶縁基板（１１）と、この絶縁基板（１１）の一方の面に形成された回路層（１２）と、を備えたパワーモジュール用基板（１０）であって、前記回路層（１２）は、前記絶縁基板（１１）の一方の面に第一銅板（２２）が接合されて構成されており、前記第一銅板（２２）は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされている。

Description

パワーモジュール用基板、ヒートシンク付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

　この発明は、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、ヒートシンク付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に関する。
　本願は、２０１１年０８月１２日に日本に出願された特願２０１１－１７６７１２号及び特願２０１１－１７６８８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　半導体素子の中でも電力供給のためのパワーモジュールは、発熱量が比較的高いため、これを搭載する基板としては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）などからなる絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面側に第一の金属板が接合されて構成された回路層と、絶縁基板の他方の面側に第二の金属板が接合されて構成された金属層と、を備えたパワーモジュール用基板が用いられる。
　このようなパワーモジュール基板では、回路層の上に、はんだ材を介してパワー素子等の半導体素子が搭載される。

　例えば、特許文献１には、第一の金属板（回路層）及び第二の金属板（金属層）としてアルミニウム板を用いてなるパワーモジュール用基板が提案されている。
　また、特許文献２、３には、第一の金属板（回路層）及び第二の金属板（金属層）を銅板とし、この銅板をＤＢＣ法によって絶縁基板に直接接合してなるパワーモジュール用基板が提案されている。また、特許文献２の第１図には、上述のパワーモジュール用基板に、有機系耐熱性接着剤用いてアルミニウム製のヒートシンクを接合したヒートシンク付パワーモジュール用基板が開示されている。

特許第３１７１２３４号公報 特開平０４－１６２７５６号公報 特許第３２１１８５６号公報

　ところで、特許文献１に記載されたパワーモジュール用基板においては、回路層を構成する第一の金属板としてアルミニウム板が用いられている。銅とアルミニウムとを比較すると、アルミニウムの熱伝導率が低いことから、回路層としてアルミニウム板を用いた場合には、銅板を用いた場合に比べて回路層上に搭載された電気部品等の発熱体からの熱を拡げて放散することができない。このため、電子部品の小型化や高出力化により、パワー密度が上昇した場合には、熱を十分に放散することができなくなるおそれがあった。

　特許文献２，３においては、回路層を銅板で構成していることから、回路層上に搭載された電気部品等の発熱体からの熱を効率的に放散することが可能となる。
　しかしながら、上述のパワーモジュール用基板においては、その使用環境において冷熱サイクルが負荷されるが、特許文献２，３に記載されているように回路層及び金属層を銅板で構成した場合には、上述の冷熱サイクルによって絶縁基板と銅板との熱膨張係数の差に起因するせん断応力が銅板に作用する。よって、銅板が加工硬化してしまい、絶縁基板に割れ等が発生するといった問題があった。
　また、特許文献２に記載されたヒートシンク付パワーモジュール用基板においては、アルミニウム製のヒートシンクと絶縁基板との間に銅板が配設されている。このことから、ヒートシンクと絶縁基板との熱膨張係数の差に起因する熱歪みを、この銅板にて十分に緩和することができず、冷熱サイクル負荷時に絶縁基板に割れ等が生じやすいといった問題があった。

　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、回路層上に搭載された電子部品等からの熱を効率よく放散できるとともに、冷熱サイクル負荷時における絶縁基板の割れの発生を抑制できるパワーモジュール用基板、ヒートシンク付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を提供することを目的とする。

　本発明の一態様であるパワーモジュール用基板は、絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に形成された回路層と、を備えたパワーモジュール用基板であって、前記回路層は、前記絶縁基板の一方の面に第一銅板が接合されて構成されており、前記第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされている。
　また、前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層をさらに備えたパワーモジュール用基板であって、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板が接合されて構成されていてもよい。

　この構成のパワーモジュール用基板においては、電子部品等が搭載される回路層が第一銅板で構成されているので、電子部品等から発生する熱を十分に拡げることができ、熱の放散を促進することができる。

　また、前記回路層を構成する第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていてもよい。
　このため、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素が、不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。よって、冷熱サイクル時の特に高温域で、回路層において回復・再結晶化が進み、絶縁基板と回路層との熱膨張率の差に起因するせん断応力によって加工硬化された回路層の歪みが減少されることになり、冷熱サイクル時において絶縁基板に負荷される応力が低減される。これにより、冷熱サイクル負荷時における絶縁基板の割れの発生を抑制することが可能となる。

　アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が１ｍｏｌｐｐｍ未満である場合、又は、ボロンの含有量が１００ｍｏｌｐｐｍ未満である場合には、銅中に存在するＳの影響を十分に抑制することができなくなるおそれがある。また、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が１００ｍｏｌｐｐｍ超える場合、又は、ボロンの含有量が１０００ｍｏｌｐｐｍ超える場合には、これらの元素によって回路層（第一銅板）が硬化したり、熱伝導度が低下したりしてしまうおそれがある。
　よって、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下の範囲に設定している。

　前記回路層を構成する第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。
　この場合、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が３ｍｏｌｐｐｍ以上、又は、ボロンの含有量が３００ｍｏｌｐｐｍ以上とされているので、銅中のＳの影響を抑制することができ、再結晶温度が低くなり、加工硬化を確実に抑制することが可能となる。また、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンの含有量が１０００ｍｏｌｐｐｍ以下とされているので、第一銅板の硬化や熱伝導度の低下を抑制することができる。

　また、前記回路層を構成する第一銅板は、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされていることが好ましい。
　この場合、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素が、酸素と反応して酸化物となることが抑制され、確実にＳと反応し、硫化物を生成することができる。よって、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素の含有量が少なくても、Ｓの影響を十分に抑制することが可能となる。

　さらに、前記金属層のうち前記絶縁基板との接合界面には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、前記金属層のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されていることが好ましい。
　この場合、前記金属層に、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ及びＬｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しているので、前記金属層の接合界面側部分が固溶強化される。これにより、金属層部分での破断を防止することができる。

　また、前記金属層のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が０．０１質量％以上とされているので、金属層の接合界面側部分を確実に固溶強化することができる。また、前記金属層のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が５質量％以下とされているので、金属層の接合界面近傍の強度が過剰に高くなることを防止でき、このパワーモジュール用基板に熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを金属層で緩和することが可能となり、絶縁基板の割れの発生を抑制できる。

　さらに、前記金属層のうち前記絶縁基板との接合界面には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素の濃度が、前記金属層中の前記添加元素の濃度の２倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されていることが好ましい。
　この場合、金属層の接合界面に、前記添加元素の濃度が前記金属層中の前記添加元素の濃度の２倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されているので、界面近傍に存在する前記添加元素原子により、金属層の接合強度の向上を図ることが可能となる。金属層中の前記添加元素の濃度とは、金属層のうち接合界面から一定距離（例えば、５ｎｍ以上）離れた部分における前記添加元素の濃度である。

　また、本発明の一態様であるパワーモジュール用基板においては、前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層をさらに備えたパワーモジュール用基板であって、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面に第二銅板が接合されて構成されており、前記第二銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。

　この場合、絶縁基板の他方の面に第二銅板からなる金属層が形成されているので、金属層において熱を拡げることができ、熱の放散をさらに促進することができる。また、絶縁基板の両面にそれぞれ銅板が接合されることから、絶縁基板の反りを抑制することができる。

　さらに、金属層を構成する第二銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていてもよい。
　このため、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素が、不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。よって、冷熱サイクル時の特に高温域で、金属層において回復・再結晶化が進み、絶縁基板と回路層との熱膨張率の差に起因するせん断応力によって加工硬化された回路層の歪みが減少され、冷熱サイクル時において絶縁基板に負荷される応力が低減される。これにより、冷熱サイクル負荷時における絶縁基板の割れの発生を抑制することが可能となる。

　前記第一銅板および前記第二銅板の少なくとも一方は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていることが好ましい。
　この場合、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が３ｍｏｌｐｐｍ以上、又は、ボロンの含有量が３００ｍｏｌｐｐｍ以上とされているので、銅中のＳの影響を抑制することができ、再結晶温度が低くなり、加工硬化を確実に抑制することが可能となる。また、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素の含有量の合計が５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンの含有量が１０００ｍｏｌｐｐｍ以下とされているので、前記第一銅板および／または前記第二銅板の硬化や熱伝導度の低下を抑制することができる。

　また、前記第一銅板および前記第二銅板の少なくとも一方は、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされていることが好ましい。
　この場合、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素が、酸素と反応して酸化物となることが抑制され、確実にＳと反応し、硫化物を生成することができる。よって、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素又はボロンのうち少なくとも１種以上の元素の含有量が少なくても、Ｓの影響を十分に抑制することが可能となる。

　本発明の他態様であるパワーモジュール用基板は、前述のパワーモジュール用基板と、前記絶縁基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えている。
　この構成のパワーモジュール用基板によれば、アルミニウム板または第二銅板からなる金属層にヒートシンクが接合されている。よって、このヒートシンクによって、パワーモジュール用基板からの熱を効率良く放散することができる。また、冷熱サイクル負荷時の熱歪みを金属層の変形によって緩和することができ、絶縁基板の割れを抑制することができる。

　本発明の一態様であるヒートシンク付パワーモジュールは、前述のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載された電子部品と、を備えている。
　また、本発明の他態様であるパワーモジュールは、前述のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載された電子部品と、を備えている。
　これらの構成のパワーモジュールによれば、回路層上に搭載された電子部品からの熱を効率的に放散することができ、電子部品のパワー密度（発熱量）が向上した場合であっても、十分に対応することができる。

　本発明の一態様であるパワーモジュール用基板の製造方法は、絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層と、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、前記回路層は、前記絶縁基板の一方の面に第一銅板が接合されて構成され、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板が接合されて構成され、前記第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされており、前記絶縁基板の一方の面に第一銅板を接合して前記回路層を形成する回路層形成工程と、前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板を接合して前記金属層を形成する第一金属層形成工程と、を備え、前記第一金属層形成工程においては、前記アルミニウム板の接合界面にＳｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素を配置し、前記アルミニウム板を接合する。

　この構成のパワーモジュール用基板の製造方法によれば、前述したパワーモジュール用基板を製造することができる。また、前記第一金属層形成工程においては、前記第二の金属板の接合界面にＳｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素を配置し、前記アルミニウム板を接合する構成であるので、前記アルミニウム板と前記絶縁基板とを強固に接合することができる。また、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉといった元素は、アルミニウムの融点を降下させる元素であるため、比較的低温な条件（例えば５７０～６３０℃）においても、前記アルミニウム板の接合界面に溶融金属領域を形成することができる。これらの添加元素は、前記アルミニウム板等の接合面に固着させてもよいし、接合面にこれらの添加元素を含む金属箔（ろう材箔）を配設してもよい。

　本発明によれば、回路層上に搭載された電子部品等からの熱を効率よく放散できるとともに、冷熱サイクル負荷時における絶縁基板の割れの発生を抑制できるパワーモジュール用基板、ヒートシンク付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を提供することができる。

本発明の第１の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の概略説明図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板における金属層の添加元素の濃度分布を測定する領域を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板における金属層の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板の金属層及びヒートシンク（放熱板）の添加元素の濃度分布を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板の金属層とセラミックス基板との接合界面の模式図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 図６におけるセラミックス基板と金属層（アルミニウム板）との接合界面近傍を示す説明図である。 図６におけるヒートシンク（放熱板）と金属層（アルミニウム板）との接合界面近傍を示す説明図である。 本発明の第２の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の概略説明図である。 本発明の第２の実施形態であるパワーモジュール用基板の回路層（銅板）とセラミックス基板との接合界面に拡大説明図である。 本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態であるパワーモジュール用基板の概略説明図である。 本発明の第３の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 本発明の第３の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説明図である。 本発明の第４の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の概略説明図である。 本発明の第５の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の概略説明図である。 本発明の第５の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 本発明の第５の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説明図である。 本発明の第６の実施形態であるパワーモジュール用基板の概略説明図である。 本発明の第６の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法の製造方法のフロー図である。 本発明の第６の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説明図である。 本発明の第７の実施形態であるパワーモジュール用基板の概略説明図である。 本発明の第７の実施形態であるパワーモジュール用基板の製造方法のフロー図である。 本発明の第７の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説明図である。

　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。
　図１に本発明の第１の実施形態であるパワーモジュール用基板１０、ヒートシンク付パワーモジュール用基板４０及びパワーモジュール１を示す。
　このパワーモジュール１は、パワーモジュール用基板１０と、半導体素子３と、ヒートシンク４１とを備えている。パワーモジュール用基板１０は、回路層１２が配設されている。半導体素子３は、回路層１２の搭載面１２Ａにはんだ層２を介して接合されている。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（いわゆる無鉛はんだ材）とされている。本実施形態では、回路層１２の搭載面１２Ａとはんだ層２との間に、Ｎｉめっき膜（図示なし）が設けられていてもよい。

　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、回路層１２と、金属層１３と、を備えている。回路層１２は、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に形成されている。金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に形成されている。

　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ものであって、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１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層１２は、図６に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図６において上面）に、第一銅板２２が接合されることにより形成されている。回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面１２Ａとされている。

　この第一銅板２２（回路層１２）は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされており、さらに好ましくは、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有しており、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている。
　本実施形態では、第一銅板２２（回路層１２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）にＭｇを１５ｍｏｌｐｐｍ添加したＭｇ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　金属層１３は、図６に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図６において下面）に、アルミニウム板２３が接合されることにより形成されている。
　このアルミニウム板２３（金属層１３）は、純度が９９質量％以上で、耐力が３０Ｎ／ｍｍ^２以下のアルミニウム又はアルミニウム合金の圧延板とされている。
　本実施形態においては、アルミニウム板２３（金属層１３）は、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。

　図２Ａおよび図２Ｂに示すように、セラミックス基板１１と金属層１３との接合界面３０においては、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてＣｕが固溶している。
　金属層１３の接合界面３０近傍には、接合界面３０から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が低下する濃度傾斜層３１が形成されている。また、この濃度傾斜層３１の接合界面３０側（金属層１３の接合界面３０近傍）の添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が、０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている。
　金属層１３の接合界面３０近傍の添加元素の濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）によって、接合界面３０から５０μｍの位置で５点測定した平均値である。また、図２Ｂのグラフは、金属層１３の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の５０μｍ位置での濃度を基準として求めた。

　ヒートシンク４１は、前述のパワーモジュール用基板１０を冷却する。本実施形態におけるヒートシンク４１は、図１に示すように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３の他方の面側に接合された放熱板４２を備えている。放熱板４２は、耐力が１００Ｎ／ｍｍ^２以上の金属材料で構成され、その厚さが２ｍｍ以上のものとされており、本実施形態では、Ａ６０６３合金（アルミニウム合金）で構成されている。

　図３に示すように、金属層１３と放熱板４２との接合界面３５においては、金属層１３及び放熱板４２に、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてＣｕが固溶している。
　金属層１３及び放熱板４２の接合界面３５近傍には、接合界面３５から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が低下する濃度傾斜層３６、３７が形成されている。また、この濃度傾斜層３６、３７の接合界面３５側（金属層１３及び放熱板４２の接合界面３５近傍）の添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が、０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている。
　この金属層１３及び放熱板４２の接合界面３５近傍の添加元素の濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）によって、接合界面３５から５０μｍの位置で５点測定した平均値である。また、図３のグラフは、金属層１３及び放熱板４２の中央部分において積層方向にライン分析を行い、前述の５０μｍ位置での濃度を基準として求めた。

　また、セラミックス基板１１と金属層１３との接合界面３０を透過電子顕微鏡において観察した場合には、図４に示すように、接合界面３０に添加元素（Ｃｕ）が濃縮した添加元素高濃度部３２が形成されている。この添加元素高濃度部３２においては、添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）が、金属層１３中の添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）の２倍以上とされている。この添加元素高濃度部３２の厚さＨは４ｎｍ以下とされている。

　ここで観察する接合界面３０は、金属層１３の格子像の界面側端部とセラミックス基板１１の格子像の接合界面３０側端部との間の中央を基準面Ｓとする。また、金属層１３中の添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）は、金属層１３のうち接合界面３０から一定距離（本実施形態では５ｎｍ）離れた部分における添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）である。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板１０及びヒートシンク付パワーモジュール用基板４０の製造方法について、図５から図８を参照して説明する。

　まず、図５及び図６に示すように、回路層１２となる第一銅板２２と、セラミックス基板１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ０１）。セラミックス基板１１がＡｌ_２Ｏ_３で構成されていることから、第一銅板２２とセラミックス基板１１とを、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の共晶域での液相を利用したＤＢＣ法（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｃｏｐｐｅｒ）により接合する。具体的には、第一銅板２２とセラミックス基板１１とを接触させ、酸素が微量添加された窒素ガス雰囲気中において１０７５℃で１０分加熱することで、第一銅板２２とセラミックス基板１１とが接合される。

　次に、セラミックス基板１１の他方の面側に、金属層１３となるアルミニウム板２３を接合する（第一金属層形成工程Ｓ０２）とともに、アルミニウム板２３とヒートシンク４１の放熱板４２とを接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ０３）。本実施形態では、これら第一金属層形成工程Ｓ０２と、ヒートシンク接合工程Ｓ０３と、を同時に実施する。

　アルミニウム板２３の一方の面にスパッタリングによって添加元素（Ｃｕ）を固着して第１固着層５１を形成するとともに、アルミニウム板２３の他方の面にスパッタリングによって添加元素（Ｃｕ）を固着して第２固着層５２を形成する（固着層形成工程Ｓ１１）。第１固着層５１及び第２固着層５２における添加元素量は０．０１ｍｇ／ｃｍ^２以上１０ｍｇ／ｃｍ^２以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてＣｕを用いており、第１固着層５１及び第２固着層５２におけるＣｕ量が０．０８ｍｇ／ｃｍ^２以上２．７ｍｇ／ｃｍ^２以下に設定されている。

　次に、図６に示すように、アルミニウム板２３をセラミックス基板１１の他方の面側に積層する。さらに、アルミニウム板２３の他方の面側に放熱板４２を積層する（積層工程Ｓ１２）。
　このとき、図６に示すように、アルミニウム板２３の第１固着層５１が形成された面がセラミックス基板１１を向くように、かつ、アルミニウム板２３の第２固着層５２が形成された面が放熱板４２を向くようにして、これらを積層する。すなわち、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との間に第１固着層５１（添加元素：Ｃｕ）を介在させ、アルミニウム板２３と放熱板４２との間に第２固着層５２（添加元素：Ｃｕ）を介在させている。

　次に、第一銅板２２及びセラミックス基板１１、アルミニウム板２３、放熱板４２をその積層方向に加圧（圧力１～３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する（加熱工程Ｓ１３）。本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は１０^－３～１０^－６Ｐａの範囲内に設定し、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下の範囲内に設定している。

　この工程により、図７に示すように、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との界面に第１溶融金属領域５５が形成される。この第１溶融金属領域５５は、第１固着層５１の添加元素（Ｃｕ）がアルミニウム板２３側に拡散することによって、アルミニウム板２３の第１固着層５１近傍の添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）が上昇して融点が低くなることにより形成される。
　また、図８に示すように、アルミニウム板２３と放熱板４２との界面に第２溶融金属領域５６が形成される。この第２溶融金属領域５６は、第２固着層５２の添加元素（Ｃｕ）がアルミニウム板２３側及び放熱板４２側に拡散することによって、アルミニウム板２３及び放熱板４２の第２固着層５２近傍の添加元素の濃度（Ｃｕ濃度）が上昇して融点が低くなることにより形成される。

　次に、第１溶融金属領域５５、第２溶融金属領域５６が形成された状態で温度を一定に保持しておく（溶融金属凝固工程Ｓ１４）。
　この工程により、第１溶融金属領域５５中のＣｕが、さらにアルミニウム板２３側へと拡散していく。これにより、第１溶融金属領域５５であった部分のＣｕ濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。これにより、セラミックス基板１１とアルミニウム板２３とが接合される。
　同様に、第２溶融金属領域５６中のＣｕが、さらにアルミニウム板２３側及び放熱板４２側へと拡散し、第２溶融金属領域５６であった部分のＣｕ濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。これにより、アルミニウム板２３と放熱板４２とが接合される。

　つまり、セラミックス基板１１とアルミニウム板２３、及び、アルミニウム板２３と放熱板４２は、いわゆるＴｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇによって接合されているのである。

　このようにして、第一銅板２２と、セラミックス基板１１と、アルミニウム板２３と、ヒートシンク４１の放熱板４２とが接合され、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０及びヒートシンク付パワーモジュール用基板４０が製造される。

　以上のように構成された本実施形態であるパワーモジュール用基板１０によれば、半導体素子３が搭載される搭載面１２Ａを有する回路層１２が、第一銅板２２で構成されている。よって、半導体素子３から発生する熱を十分に拡げることができ、この熱の放散を促進することができる。これによって、パワー密度の高い半導体素子３等の電子部品を搭載することができ、半導体パッケージの小型化、高出力化を図ることが可能となる。

　回路層１２を構成する第一銅板２２が、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされ、さらに好ましくは、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有しており、本実施形態では、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）にＭｇを１５ｍｏｌｐｐｍ添加したＭｇ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。よって、Ｍｇが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板２２（回路層１２）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。よって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生を抑制することが可能となる。
　さらに、第一銅板２２（回路層１２）の酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている。よって、Ｍｇが酸素と反応して消費されることが抑制され、ＭｇとＳとを確実に反応させることができる。

　また、本実施形態では、セラミックス基板１１がＡｌ_２Ｏ_３で構成されている。よって、上述のように、第一銅板２２とセラミックス基板１１とを、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の共晶域での液相を利用したＤＢＣ法（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｃｏｐｐｅｒ）によって接合することができる。これによって、セラミックス基板１１と回路層１２（第一銅板２２）との接合強度を確保することができ、接合信頼性に優れたパワーモジュール用基板１０を構成することができる。

　また、金属層１３とセラミックス基板１１との接合界面３０、及び、金属層１３とヒートシンク４１の放熱板４２との接合界面３５には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてＣｕが固溶されている。よって、金属層１３の接合界面３０、３５側部分が固溶強化することになり、金属層１３部分での破断を防止することができる。

　金属層１３のうち接合界面３０、３５近傍における添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている。よって、金属層１３の接合界面３０、３５近傍の強度が過剰に高くなることを防止でき、このパワーモジュール用基板１０に冷熱サイクルが負荷された際に、熱歪みを金属層１３で緩和することが可能となり、セラミックス基板１１の割れの発生を抑制できる。

　また、金属層１３とセラミックス基板１１との接合界面３０には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素の濃度（本実施形態ではＣｕ濃度）が、金属層１３中の前記添加元素の濃度の２倍以上とされた添加元素高濃度部３２が形成されている。よって、界面近傍に存在する添加元素原子（Ｃｕ原子）により、金属層１３の接合強度の向上を図ることが可能となる。

　また、ヒートシンク４１の放熱板４２を、耐力が１００Ｎ／ｍｍ^２以上の金属材料で構成され、その厚さが２ｍｍ以上のものとしており、本実施形態では、Ａ６０６３合金（アルミニウム合金）で構成されたものとしている。このことから、剛性が高く、取扱いが容易となる。

　さらに、ヒートシンク４１の放熱板４２とセラミックス基板１１との間に、耐力が３０Ｎ／ｍｍ^２以下のアルミニウム（本実施形態では、純度９９．９９％以上の純アルミニウム）からなる金属層１３が配設されている。よって、ヒートシンク４１の放熱板４２の剛性が高くても、ヒートシンク４１の放熱板４２とセラミックス基板１１との熱膨張係数の差に起因する熱歪みを金属層１３で十分に緩和することができ、セラミックス基板１１の割れの発生を抑制することができる。

　本実施形態では、第一金属層形成工程Ｓ０２及びヒートシンク接合工程Ｓ０３において、添加元素（Ｃｕ）がアルミニウム板２３側及び放熱板４２側に向けて拡散することにより、接合界面３０、３５に第１溶融金属領域５５、第２溶融金属領域５６を形成し、この第１溶融金属領域５５、第２溶融金属領域５６を凝固させることによって接合する、いわゆるＴｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇによって接合している。よって、比較的低温条件で強固に接合することができ、接合信頼性に優れたパワーモジュール用基板１０及びヒートシンク付パワーモジュール用基板４０を製造することが可能となる。

　また、アルミニウム板２３の接合面に形成される第１固着層５１及び第２固着層５２における添加元素量は０．０１ｍｇ／ｃｍ^２以上１０ｍｇ／ｃｍ^２以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてＣｕを用いており、第１固着層５１及び第２固着層５２におけるＣｕ量が０．０８ｍｇ／ｃｍ^２以上２．７ｍｇ／ｃｍ^２以下に設定されている。よって、アルミニウム板２３の接合界面３０、３５に、第１溶融金属領域５５、第２溶融金属領域５６を確実に形成することができる。また、添加元素（Ｃｕ）が過剰にアルミニウム板２３側に拡散して接合界面３０、３５近傍の金属層１３（アルミニウム板２３）の強度が過剰に高くなることを防止できる。

　また、本実施形態では、第一金属層形成工程Ｓ０２とヒートシンク接合工程Ｓ０３とを同時に行う構成としている。よって、アルミニウム板２３の両面の接合工程を１回で行うことができ、このヒートシンク付パワーモジュール用基板４０の製造コストを大幅に削減することができる。さらに、セラミックス基板１１に不要な熱負荷が作用することがなく、反り等の発生を抑制することができる。
　また、スパッタリングにより、アルミニウム板２３の接合面に添加元素（Ｃｕ）を固着させることで、第１固着層５１及び第２固着層５２を形成している。よって、アルミニウム板２３の接合界面３０、３５に確実に添加元素（Ｃｕ）を配置することができる。

　次に、本発明の第２の実施形態について、図９から図１２を参照して説明する。
図９に示すパワーモジュール１０１は、パワーモジュール用基板１１０と、半導体素子３と、ヒートシンク１４１とを備えている。パワーモジュール用基板１１０は、回路層１１２が配設されている。半導体素子３は、回路層１１２の搭載面１１２Ａにはんだ層２を介して接合されている。

　パワーモジュール用基板１１０は、セラミックス基板１１１と、回路層１１２と、金属層１１３と、を備えている。回路層１１２は、このセラミックス基板１１１の一方の面（図９において上面）に接合されている。金属層１１３は、セラミックス基板１１１の他方の面（図９において下面）に接合されている。

　セラミックス基板１１１は、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１１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層１１２は、図１２に示すように、セラミックス基板１１１の一方の面に第一銅板１２２が接合されることにより形成されている。回路層１１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。
　この第一銅板１２２（回路層１１２）は、接合される前において、第１の実施形態に記載の第一銅板２２と同様の構成（組成）を有している。本実施形態では、第一銅板１２２（回路層１１２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）に、第１の実施形態に記載のＭｇの代わりにＺｒを１０ｍｏｌｐｐｍ添加したＺｒ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　金属層１１３は、図１２に示すように、セラミックス基板１１１の他方の面にアルミニウム板１２３が接合されることにより形成されている。
　このアルミニウム板１２３（金属層１１３）は、純度が９９質量％以上で、耐力が３０Ｎ／ｍｍ^２以下のアルミニウム又はアルミニウム合金の圧延板とされている。本実施形態においては、アルミニウム板１２３（金属層１１３）は、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。

　ヒートシンク１４１は、天板部１４２と、流路１４４と、を備えている。天板部１４２は、ヒートシンクの天板の部分であり、パワーモジュール用基板１１０と接合されている。流路１４４には、冷却媒体（例えば冷却水）が流通する。
　ヒートシンク１４１（天板部１４２）は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、かつ、構造材としての剛性を確保する必要がある。そこで、本実施形態においては、ヒートシンク１４１の天板部１４２は、Ａ６０６３（アルミニウム合金）で構成されている。

　セラミックス基板１１１と金属層１１３との接合界面においては、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてＡｇが固溶している。
　金属層１１３の接合界面近傍には、接合界面から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度（本実施形態ではＡｇ濃度）が低下する濃度傾斜層が形成されている。また、この濃度傾斜層の接合界面側（金属層１１３の接合界面近傍）の添加元素の濃度（本実施形態ではＡｇ濃度）が、０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている。
　金属層１１３の接合界面近傍の添加元素の濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）によって、接合界面から５０μｍの位置で５点測定した平均値である。

　また、金属層１１３と天板部１４２との接合界面においては、金属層１１３及び天板部１４２に、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、本実施形態では、添加元素としてＡｇが固溶している。
　金属層１１３及び天板部１４２の接合界面近傍には、接合界面から積層方向に離間するにしたがい漸次添加元素の濃度（本実施形態ではＡｇ濃度）が低下する濃度傾斜層が形成されている。また、この濃度傾斜層の接合界面側（金属層１１３及び天板部１４２の接合界面近傍）の添加元素の濃度（本実施形態ではＡｇ濃度）が、０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている。この金属層１１３及び天板部１４２の接合界面近傍の添加元素の濃度は、ＥＰＭＡ分析（スポット径３０μｍ）によって、接合界面から５０μｍの位置で５点測定した平均値である。

　また、セラミックス基板１１１と金属層１１３との接合界面を透過電子顕微鏡において観察した場合には、接合界面に添加元素（Ａｇ）が濃縮した添加元素高濃度部が形成されている。この添加元素高濃度部においては、添加元素の濃度（Ａｇ濃度）が、金属層１１３中の添加元素の濃度（Ａｇ濃度）の２倍以上とされている。この添加元素高濃度部の厚さＨは４ｎｍ以下とされている。
　ここで観察する接合界面は、金属層１１３の格子像の界面側端部とセラミックス基板１１１の格子像の接合界面側端部との間の中央を基準面とする。また、金属層１１３中の添加元素の濃度（Ａｇ濃度）は、金属層１１３のうち接合界面から一定距離（本実施形態では５ｎｍ）離れた部分における添加元素の濃度（Ａｇ濃度）である。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板１１０の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板１４０の製造方法について説明する。

　まず、図１１及び図１２に示すように、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１１の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３層１２５を形成する（第一アルミナ層形成工程Ｓ１００）。この第一アルミナ層形成工程Ｓ１００においては、ＡｌＮの酸化処理を１２００℃以上でＡｒ－Ｏ_２混合ガス雰囲気にて行った。酸素分圧Ｐ_Ｏ２を１０ｋＰａとし、水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏを０．０５ｋＰａに調整した。このように、高酸素分圧／低水蒸気分圧雰囲気にてＡｌＮの酸化処理を行うことにより、ＡｌＮとの密着性に優れた緻密なＡｌ_２Ｏ_３層１２５が形成される。Ａｌ_２Ｏ_３層１２５の厚さは１μｍ以上とされている。
　高純度のＡｒガスを脱酸処理した後に酸素ガスを混合することによって酸素分圧を調整した。また、この雰囲気ガスをシリカゲルと五酸化二リンを充填した乾燥系に通すことで脱水処理を行った後に所定温度に調整された水中を通過させることによって水蒸気分圧を調整した。

　次に、回路層１１２となる第一銅板１２２と、セラミックス基板１１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ１０１）。ＡｌＮからなるセラミックス基板１１１の一方の面にＡｌ_２Ｏ_３層１２５が形成されていることから、第一銅板１２２とＡｌ_２Ｏ_３層１２５とが、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の共晶域での液相を利用したＤＢＣ法（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｃｏｐｐｅｒ）により接合される。具体的には、第一銅板１２２とＡｌ_２Ｏ_３層１２５とを接触させ、窒素ガス雰囲気中で１０７５℃にて１０分加熱することで、第一銅板１２２とＡｌ_２Ｏ_３層１２５とを接合するのである。

　次に、セラミックス基板１１１の他方の面側に、金属層１１３となるアルミニウム板１２３を接合する（第一金属層形成工程Ｓ１０２）とともに、アルミニウム板１２３とヒートシンク１４１（天板部１４２）とを接合する（ヒートシンク接合工程Ｓ１０３）。本実施形態では、第一金属層形成工程Ｓ１０２と、ヒートシンク接合工程Ｓ１０３と、を同時に実施する。

　アルミニウム板１２３の一方の面にスパッタリングによって添加元素を固着して第１固着層１５１を形成するとともに、アルミニウム板１２３の他方の面にスパッタリングによって添加元素を固着して第２固着層１５２を形成する（固着層形成工程Ｓ１１１）。第１固着層１５１及び第２固着層１５２における添加元素量は０．０１ｍｇ／ｃｍ^２以上１０ｍｇ／ｃｍ^２以下の範囲内とされており、本実施形態では、添加元素としてＡｇを用いており、第１固着層１５１及び第２固着層１５２におけるＡｇ量が０．０１ｍｇ／ｃｍ^２以上１０ｍｇ／ｃｍ^２以下に設定されている。

　次に、図１２に示すように、アルミニウム板１２３をセラミックス基板１１１の他方の面側に積層する。さらに、アルミニウム板１２３の他方の面側に天板部１４２を積層する（積層工程Ｓ１１２）。
　このとき、図１２に示すように、アルミニウム板１２３の第１固着層１５１が形成された面がセラミックス基板１１１を向くように、かつ、アルミニウム板１２３の第２固着層１５２が形成された面が天板部１４２を向くようにして、これらを積層する。すなわち、アルミニウム板１２３とセラミックス基板１１１との間に第１固着層１５１（添加元素：Ａｇ）を介在させ、アルミニウム板１２３と天板部１４２との間に第２固着層１５２（添加元素：Ａｇ）を介在させているのである。

　次に、第一銅板１２２及びセラミックス基板１１１、アルミニウム板１２３、天板部１４２をその積層方向に加圧した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する（加熱工程Ｓ１１３）。本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は１０^－３～１０^－６Ｐａの範囲内に、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下の範囲内に設定している。

　この工程により、アルミニウム板１２３とセラミックス基板１１１との界面に第１溶融金属領域が形成される。この第１溶融金属領域は、第１固着層１５１の添加元素（Ａｇ）がアルミニウム板１２３側に拡散することによって、アルミニウム板１２３の第１固着層１５１近傍の添加元素の濃度（Ａｇ濃度）が上昇して融点が低くなることにより形成される。
　また、アルミニウム板１２３と天板部１４２との界面に第２溶融金属領域が形成される。この第２溶融金属領域は、第２固着層１５２の添加元素（Ａｇ）がアルミニウム板１２３側及び天板部１４２側に拡散することによって、アルミニウム板１２３及び天板部１４２の第２固着層１５２近傍の添加元素の濃度（Ａｇ濃度）が上昇して融点が低くなることにより形成される。

　次に、第１溶融金属領域、第２溶融金属領域が形成された状態で温度を一定に保持しておく（溶融金属凝固工程Ｓ１１４）。
　この工程により、第１溶融金属領域中のＡｇが、さらにアルミニウム板１２３側へと拡散していく。これにより、第１溶融金属領域であった部分のＡｇ濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。これにより、セラミックス基板１１１とアルミニウム板１２３とが接合される。
　同様に、第２溶融金属領域中のＡｇが、さらにアルミニウム板１２３側及び天板部１４２側へと拡散し、第２溶融金属領域であった部分のＡｇ濃度が徐々に低下していき融点が上昇することになり、温度を一定に保持した状態で凝固が進行していく。これにより、アルミニウム板１２３と天板部１４２とが接合される。

　つまり、セラミックス基板１１１とアルミニウム板１２３、及び、アルミニウム板１２３と天板部１４２とは、いわゆるＴｒａｎｓｉｅｎｔ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　Ｂｏｎｄｉｎｇによって接合されているのである。このようにして凝固が進行した後に、常温にまで冷却を行う。

　このようにして、第一銅板１２２と、セラミックス基板１１１と、アルミニウム板１２３と、ヒートシンク１４１（天板部１４２）とが接合され、本実施形態であるパワーモジュール用基板１１０及びヒートシンク付パワーモジュール用基板１４０が製造される。

　以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板１１０によれば、回路層１１２が第一銅板１２２で構成されている。よって、回路層１１２の搭載面１１２Ａ上に搭載される半導体素子３等の発熱体からの熱を効率良く促進することができる。
　また、回路層１１２が、Ｚｒを１０ｍｏｌｐｐｍ含有する第一銅板１２２で構成されている。よって、Ｚｒが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板１２２（回路層１１２）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。よって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１１の割れの発生を抑制することが可能となる。

　また、本実施形態では、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１１の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３層１２５を形成し、このＡｌ_２Ｏ_３層１２５を利用して第一銅板１２２とセラミックス基板１１１とをＤＢＣ法によって接合していることから、第一銅板１２２とセラミックス基板１１１とを強固に接合することができる。このように、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１１であっても、ＤＢＣ法を利用して第一銅板１２２を接合することが可能となる。

　さらに、第一アルミナ層形成工程Ｓ１００において、形成するＡｌ_２Ｏ_３層１２５の厚さを１μｍ以上としている。よって、第一銅板１２２とセラミックス基板１１１とを確実に接合することが可能となる。
　また、本実施形態では、高酸素分圧／低水蒸気分圧雰囲気にてＡｌＮの酸化処理を行うことにより、ＡｌＮとの密着性に優れた緻密なＡｌ_２Ｏ_３層１２５を形成している。よって、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１１とＡｌ_２Ｏ_３層１２５との間での剥離の発生を防止することが可能となる。

　次に、本発明の第３の実施形態について、図１３から図１５を参照して説明する。
　図１３に示すパワーモジュール用基板２１０は、セラミックス基板２１１と、回路層２１２と、金属層２１３と、を備えている。回路層２１２は、このセラミックス基板２１１の一方の面（図１３において上面）に形成されている。金属層２１３は、セラミックス基板２１１の他方の面（図１３において下面）に形成されている。

　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ものであって、絶縁性の高いＡｌＮ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、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層２１２は、図１５に示すように、セラミックス基板２１１の一方の面（図１５において上面）に、第一銅板２２２が接合されることにより形成されている。回路層２１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層２１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図１３において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面２１２Ａとされている。

　この第一銅板２２２（回路層２１２）は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされ、さらに好ましくは、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有しており、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている。
　本実施形態では、第一銅板２２２（回路層２１２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）にＬａを７ｍｏｌｐｐｍ添加したＬａ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　金属層２１３は、図１５に示すように、セラミックス基板２１１の他方の面（図１５において下面）に、アルミニウム板２２３が接合されることにより形成されている。
　このアルミニウム板２２３（金属層２１３）は、純度が９９質量％以上で、耐力が３０Ｎ／ｍｍ^２以下のアルミニウム又はアルミニウム合金の圧延板とされている。
　本実施形態においては、アルミニウム板２２３（金属層２１３）は、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板２１０の製造方法について説明する。
　まず、図１４及び図１５に示すように、回路層２１２となる第一銅板２２２とセラミックス基板２１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ２０１）。セラミックス基板２１１と第一銅板２２２とは、いわゆる活性金属法によって接合されている。この活性金属法は、図１５に示すように、セラミックス基板２１１と第一銅板２２２との間に、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉからなるろう材２２５を配設して、セラミックス基板２１１と第一銅板２２２とを接合する方法である。
　本実施形態では、Ａｇ－２７．４質量％Ｃｕ－２．０質量％Ｔｉからなるろう材２２５を用いて、１０^－３Ｐａの真空中にて、積層方向に加圧した状態で８５０℃にて１０分加熱することによって、セラミックス基板２１１と第一銅板２２２とを接合している。

　次に、セラミックス基板２１１の他方の面側に金属層２１３となるアルミニウム板２２３を接合する（第一金属層形成工程Ｓ２０２）。セラミックス基板２１１とアルミニウム板２２３とは、Ａｌ－Ｓｉ系のろう材を用いて接合されている。
　本実施形態では、図１５に示すように、セラミックス基板２１１とアルミニウム板２２３との間に、１５～３０μｍ（本実施形態では２０μｍ）のろう材箔２２６を配設し、積層方向に加圧した状態でＮ_２ガス雰囲気の加熱炉内に装入して５５０℃以上６５０℃以下の範囲内に加熱することによって、アルミニウム板２２３とセラミックス基板２１１とを接合している。

　このようにして、第一銅板２２２と、セラミックス基板２１１と、アルミニウム板２２３とが接合され、本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。

　以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板２１０によれば、回路層２１２が第一銅板２２２で構成されている。よって、回路層２１２の搭載面２１２Ａ上に搭載される半導体素子等の発熱体からの熱を効率良く促進することができる。
　また、回路層２１２が、Ｌａを７ｍｏｌｐｐｍ含有する第一銅板２２２で構成されている。よって、Ｌａが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板２２２（回路層２１２）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。よって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板２１１の割れの発生を抑制することが可能となる。

　また、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉのろう材２２５を用いた活性金属法によって、第一銅板２２２とセラミックス基板２１１とを接合している。よって、第一銅板２２２及びセラミックス基板２１１の界面に酸素を介在させることなく、パワーモジュール用基板２１０を構成することができる。

　次に、本発明の第４の実施形態について、図１６を参照して説明する。
　図１６に示すように、金属層３１３を、複数のアルミニウム板３１３Ａ、３１３Ｂを積層した構造としてもよい。図１６では、２枚のアルミニウム板３１３Ａ、３１３Ｂを積層させたものとしているが、積層する枚数に制限はない。また、図１６に示すように、積層するアルミニウム板同士の大きさ、形状が異なっていても良いし、同じ大きさ、形状に調整されたものであってもよい。さらに、これらの金属板の組成が異なっていても良い。

　図１７に、本発明の第５の実施形態であるパワーモジュール用基板４１０、ヒートシンク付パワーモジュール用基板４４０及びパワーモジュール４０１を示す。
　このパワーモジュール４０１は、パワーモジュール用基板４１０と、半導体素子３と、ヒートシンク４４１とを備えている。パワーモジュール用基板４１０は、回路層４１２が配設されている。半導体素子３は、回路層４１２の搭載面４１２Ａにはんだ層２を介して接合されている。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（いわゆる無鉛はんだ材）とされている。本実施形態では、回路層４１２の搭載面４１２Ａとはんだ層２との間に、Ｎｉめっき膜（図示なし）が設けられていてもよい。

　パワーモジュール用基板４１０は、図１７に示すように、セラミックス基板４１１と、回路層４１２と、金属層４１３と、を備えている。回路層４１２は、このセラミックス基板４１１の一方の面（図１７において上面）に形成されている。金属層４１３は、セラミックス基板４１１の他方の面（図１７において下面）に形成されている。

　セラミックス基板４１１は、回路層４１２と金属層４１３との間の電気的接続を防止するものであって、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４１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層４１２は、図１９に示すように、セラミックス基板４１１の一方の面（図１９において上面）に、第一銅板４２２が接合されることにより形成されている。回路層４１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層４１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図１７において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面４１２Ａとされている。

　金属層４１３は、図１９に示すように、セラミックス基板４１１の他方の面（図１９において下面）に、第二銅板４２３が接合されることにより形成されている。金属層４１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。

　この第一銅板４２２（回路層４１２）及び第二銅板４２３（金属層４１３）は、接合される前において、いずれも第１の実施形態に記載の第一銅板２２と同様の構成（組成）を有している。本実施形態では、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）にＭｇを１５ｍｏｌｐｐｍ添加したＭｇ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　ヒートシンク４４１は、前述のパワーモジュール用基板４１０を冷却する。本実施形態におけるヒートシンク４４１は、図１７に示すように、パワーモジュール用基板４１０の金属層４１３の他方の面側に接合された放熱板４４２を備えている。本実施形態では、放熱板４４２は、Ａ６０６３合金（アルミニウム合金）で構成されている。

　パワーモジュール用基板４１０の金属層４１３とヒートシンク４４１の放熱板４４２の天板の部分とは、はんだ層４０５を介して接合されている。はんだ層４０５は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材（いわゆる無鉛はんだ材）とされている。本実施形態では、金属層４１３の他方の面に放熱板４４２の天板の部分を接合したが、これに特に限られることはなく、セラミックス基板４１１の他方の面（図１９において下面）に、直接、放熱板４４２をろう付けすることもできる。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板４１０及びヒートシンク付パワーモジュール用基板４４０の製造方法について、図１８及び図１９を参照して説明する。

　図１８及び図１９に示すように、回路層４１２となる第一銅板４２２とセラミックス基板４１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ４０１）とともに、金属層４１３となる第二銅板４２３とセラミックス基板４１１とを接合する（第二金属層形成工程Ｓ４０２）。本実施形態では、これら回路層形成工程Ｓ４０１と、第二金属層形成工程Ｓ４０２と、を同時に実施する。

　まず、セラミックス基板４１１の一方の面側に第一銅板４２２を積層する。また、セラミックス基板４１１の他方の面側に第二銅板４２３を積層する（積層工程Ｓ４１１）。

　次に、第一銅板４２２、セラミックス基板４１１、第二銅板４２３をその積層方向に加圧した状態で、酸素含有雰囲気で加熱する（加熱工程Ｓ４１２）。本実施形態では、加熱温度は１０６５℃以上１０８３℃以下の範囲内に設定している。
　この工程により、図１９に示すように、第一銅板４２２とセラミックス基板４１１との界面に第１溶融金属領域４５５が形成され、セラミックス基板４１１と第二銅板４２３との界面に第２溶融金属領域４５６が形成される。これら第１溶融金属領域４５５及び第２溶融金属領域４５６は、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）との共晶反応によって融点が降下することにより形成される。

　次に、温度を低下させることにより、第１溶融金属領域４５５及び第２溶融金属領域４５６を凝固させる（凝固工程Ｓ４１３）。
　このようして、第一銅板４２２、セラミックス基板４１１、第二銅板４２３が接合され、本実施形態であるパワーモジュール用基板４１０が製造される。

　以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板４１０によれば、半導体素子３が搭載される搭載面４１２Ａを有する回路層４１２が、第一銅板４２２で構成されている。よって、半導体素子３から発生する熱を十分に拡げることができ、この熱の放散を促進することができる。これによって、パワー密度の高い半導体素子３等の電子部品を搭載することができ、半導体パッケージの小型化、高出力化を図ることが可能となる。

　回路層４１２を構成する第一銅板４２２及び金属層４１３を構成する第二銅板４２３が、接合される前において、いずれも第１の実施形態に記載の第一銅板２２と同様の構成（組成）を有している。本実施形態では、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）にＭｇを１５ｍｏｌｐｐｍ添加したＭｇ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。よって、Ｍｇが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板４２２（回路層４１２）及び第二銅板４２３（金属層４１３）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。よって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板４１１の割れの発生を抑制することが可能となる。
　さらに、第一銅板４２２（回路層４１２）及び第二銅板４２３（金属層４１３）の酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている。よって、Ｍｇが酸素と反応して消費されることが抑制され、ＭｇとＳとを確実に反応させることができる。

　また、本実施形態では、セラミックス基板４１１がＡｌ_２Ｏ_３で構成されている。よって、上述のように、第一および第二銅板４２２，４２３とセラミックス基板４１１とを、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）の共晶域での液相を利用したＤＢＣ法（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎｄｉｎｇ　Ｃｏｐｐｅｒ）によって接合することができる。これによって、セラミックス基板４１１と回路層４１２（第一銅板４２２）及びセラミックス基板４１１と金属層４１３（第二銅板４２３）との接合強度を確保することができ、接合信頼性に優れたパワーモジュール用基板４１０を構成することができる。

　また、本実施形態では、回路層形成工程Ｓ４０１と第二金属層形成工程Ｓ４０２とを同時に行う構成としている。よって、接合時におけるセラミックス基板４１１の反りの発生を抑制することができる。また、セラミックス基板４１１に不要な熱負荷が作用することがなく、反り等の発生を抑制することができる。さらに、このパワーモジュール用基板４１０の製造コストを大幅に削減することができる。

　次に、本発明の第６の実施形態について、図２０から図２２を参照して説明する。
　図２０に示すパワーモジュール基板５１０は、セラミックス基板５１１と、回路層５１２と、金属層５１３と、を備えている。回路層５１２は、このセラミックス基板５１１の一方の面（図２０において上面）に接合されている。金属層５１３は、セラミックス基板５１１の他方の面（図２０において下面）に接合されている。

　セラミックス基板５１１は、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５１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。
　また、このセラミックス基板５１１の一方の面及び他方の面には、Ａｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６が形成されている。

　回路層５１２は、図２２に示すように、セラミックス基板５１１の一方の面（図２２において上面）に第一銅板５２２が接合されることにより形成されている。回路層５１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層５１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図２０において上面）が、半導体素子等の電子部品が搭載される搭載面５１２Ａとされている。

　金属層５１３は、図２２に示すように、セラミックス基板５１１の他方の面（図２２において下面）に、第二銅板５２３が接合されることにより形成されている。金属層５１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。

　第一銅板５２２（回路層５１２）及び第二銅板５２３（金属層５１３）は、接合される前において、いずれも第１の実施形態に記載の第一銅板２２と同様の構成（組成）を有している。本実施形態では、第一銅板５２２（回路層５１２）及び第二銅板５２３（金属層５１３）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）に、第１の実施形態に記載のＭｇの代わりにＺｒを１０ｍｏｌｐｐｍ添加したＺｒ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板５１０の製造方法について、図２１及び図２２を参照して説明する。

　本実施形態では、図２１及び図２２に示すように、回路層５１２となる第一銅板５２２とセラミックス基板５１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ５０１）とともに、金属層５１３となる第二銅板５２３とセラミックス基板５１１とを接合する（第二金属層形成工程Ｓ５０２）。本実施形態では、これら回路層形成工程Ｓ５０１と、第二金属層形成工程Ｓ５０２と、を同時に実施する。

　まず、図２１及び図２２に示すように、ＡｌＮからなるセラミックス基板５１１の一方の面及び他方の面に、Ａｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６を形成する（第二アルミナ層形成工程Ｓ５１０）。この第二アルミナ層形成工程Ｓ５１０においては、ＡｌＮの酸化処理を１２００℃以上でＡｒ－Ｏ_２混合ガス雰囲気にて行った。酸素分圧Ｐ_Ｏ２を１０ｋＰａとし、水蒸気分圧Ｐ_Ｈ２Ｏを０．０５ｋＰａに調整した。このように、高酸素分圧／低水蒸気分圧雰囲気にてＡｌＮの酸化処理を行うことにより、ＡｌＮとの密着性に優れた緻密なＡｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６が形成される。Ａｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６の厚さは１μｍ以上とされている。
　高純度のＡｒガスを脱酸処理した後に酸素ガスを混合することによって酸素分圧を調整した。また、この雰囲気ガスをシリカゲルと五酸化二リンを充填した乾燥系に通すことで脱水処理を行った後に所定温度に調整された水中を通過させることによって水蒸気分圧を調整した。

　次に、セラミックス基板５１１の一方の面側に第一銅板５２２を積層する。また、セラミックス基板５１１の他方の面側に第二銅板５２３を積層する（積層工程Ｓ５１１）。すなわち、セラミックス基板５１１と第一銅板５２２との間にＡｌ_２Ｏ_３層５２５を介在させ、セラミックス基板５１１と第二銅板５２３との間にＡｌ_２Ｏ_３層５２６を介在させているのである。

　次に、第一銅板５２２、セラミックス基板５１１、第二銅板５２３をその積層方向に加圧した状態で、酸素含有雰囲気で加熱する（加熱工程Ｓ５１２）。本実施形態では、加熱温度は１０６５℃以上１０８３℃以下の範囲内に設定している。
　この工程により、図２２に示すように、第一銅板５２２とセラミックス基板５１１との界面に第１溶融金属領域５５５が形成され、セラミックス基板５１１と第二銅板５２３との界面に第２溶融金属領域５５６が形成される。これら第１溶融金属領域５５５及び第２溶融金属領域５５６は、銅（Ｃｕ）と亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）との共晶反応によって融点が降下することにより形成される。

　次に、温度を低下させることにより、第１溶融金属領域５５５及び第２溶融金属領域５５６を凝固させる（凝固工程Ｓ５１３）。
　このようして、第一銅板５２２、セラミックス基板５１１、第二銅板５２３が接合され、本実施形態であるパワーモジュール用基板５１０が製造される。

　以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板５１０によれば、回路層５１２が第一銅板５２２で構成されている。よって、回路層５１２の搭載面５１２Ａ上に搭載される半導体素子等の発熱体からの熱を効率良く促進することができる。
　また、回路層５１２及び金属層５１３が、Ｚｒを１０ｍｏｌｐｐｍ含有する第一および第二銅板５２２，５２３で構成されている。よって、Ｚｒが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板５２２（回路層５１２）及び第二銅板５２３（金属層５１３）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。よって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板５１１の割れの発生を抑制することが可能となる。

　また、本実施形態では、ＡｌＮからなるセラミックス基板５１１の一方の面にＡｌ_２Ｏ_３層５２５を形成し、かつ、他方の面にＡｌ_２Ｏ_３層５２６を形成し、これらＡｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６を利用して第一および第二銅板５２２，５２３とセラミックス基板５１１とをＤＢＣ法によって接合していることから、第一および第二銅板５２２，５２３とセラミックス基板５１１とを強固に接合することができる。このように、ＡｌＮからなるセラミックス基板５１１であっても、ＤＢＣ法を利用して第一および第二銅板５２２，５２３を接合することが可能となる。

　さらに、第二アルミナ層形成工程Ｓ５１０において、形成するＡｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６の厚さを１μｍ以上としている。よって、第一および第二銅板５２２，５２３とセラミックス基板５１１とを確実に接合することが可能となる。
　また、本実施形態では、高酸素分圧／低水蒸気分圧雰囲気にてＡｌＮの酸化処理を行うことにより、ＡｌＮとの密着性に優れた緻密なＡｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６を形成している。よって、ＡｌＮからなるセラミックス基板５１１とＡｌ_２Ｏ_３層５２５，５２６との間での剥離の発生を防止することが可能となる。

　次に、本発明の第７の実施形態について、図２３から図２５を参照して説明する。
　図２３に示すパワーモジュール用基板６１０は、セラミックス基板６１１と、回路層６１２と、金属層６１３と、を備えている。回路層６１２は、このセラミックス基板６１１の一方の面（図２３において上面）に形成されている。金属層６１３は、セラミックス基板６１１の他方の面（図２３において下面）に形成されている。

　セラミックス基板６１１は、回路層６１２と金属層６１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮで構成されている。また、セラミックス基板６１１の厚さは、０．２～１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

　回路層６１２は、図２５に示すように、セラミックス基板６１１の一方の面（図２５において上面）に、第一銅板６２２が接合されることにより形成されている。回路層６１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層６１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図２３において上面）が、半導体素子等の電子部品が搭載される搭載面６１２Ａとされている。

　金属層６１３は、図２５に示すように、セラミックス基板６１１の他方の面（図２５において下面）に、第二銅板６２３が接合されることにより形成されている。金属層６１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。

　第一銅板６２２（回路層６１２）及び第二銅板６２３（金属層６１３）は、接合される前において、いずれも第１の実施形態に記載の第一銅板２２と同様の構成（組成）を有している。本実施形態では、第一銅板６２２（回路層６１２）及び第二銅板６２３（金属層６１３）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）に、第１の実施形態に記載のＭｇの代わりにＬａを７ｍｏｌｐｐｍ添加したＬａ－Ｄｏｐｅｄ銅を用いた。

　以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板６１０の製造方法について、図２４及び図２５を参照して説明する。

　本実施形態では、図２４及び図２５に示すように、回路層６１２となる第一銅板６２２とセラミックス基板６１１とを接合する（回路層形成工程Ｓ６０１）とともに、金属層６１３となる第二銅板６２３とセラミックス基板６１１とを接合する（第二金属層形成工程Ｓ６０２）。本実施形態では、これら回路層形成工程Ｓ６０１と、第二金属層形成工程Ｓ６０２と、を同時に実施する。

　第一および第二銅板６２２，６２３とセラミックス基板６１１とは、いわゆる活性金属法によって接合されている。
　まず、セラミックス基板６１１の一方の面側に第一銅板６２２を積層する。また、セラミックス基板６１１の他方の面側に第二銅板６２３を積層する（積層工程Ｓ６１１）。このとき、図２５に示すように、第一銅板６２２とセラミックス基板６１１との間にＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉからなるろう材６２５を配設し、セラミックス基板６１１と第二銅板６２３との間にＡｇ－Ｃｕ－Ｔｉからなるろう材６２６を配設する。
　本実施形態では、ろう材６２５，６２６は、Ａｇ－２７．４質量％Ｃｕ－２．０質量％Ｔｉの組成のものを用いた。

　次に、第一銅板６２２、セラミックス基板６１１、第二銅板６２３をその積層方向に加圧した状態で、真空雰囲気で加熱する（加熱工程Ｓ６１２）。本実施形態では、１０^－３Ｐａの真空雰囲気で、８５０℃、１０分の条件で加熱した。
　この工程により、図２５に示すように、第一銅板６２２とセラミックス基板６１１との界面に第１溶融金属領域６５５が形成され、セラミックス基板６１１と第二銅板６２３との界面に第２溶融金属領域６５６が形成される。

　次に、温度を低下させることにより、第１溶融金属領域６５５及び第２溶融金属領域６５６を凝固させる（凝固工程Ｓ６１３）。
　このようして、第一銅板６２２、セラミックス基板６１１、第二銅板６２３が接合され、本実施形態であるパワーモジュール用基板６１０が製造される。

　以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板６１０によれば、回路層６１２が第一銅板６２２で構成されている。よって、回路層６１２の搭載面６１２Ａ上に搭載される半導体素子等の発熱体からの熱を効率良く促進することができる。
　また、回路層６１２及び金属層６１３が、Ｌａを７ｍｏｌｐｐｍ含有する第一および第二銅板６２２，６２３で構成されている。よって、Ｌａが不可避不純物のひとつとして銅中に存在するＳ（硫黄）と反応して硫化物を生成し、Ｓの影響を抑制することが可能となる。これにより、第一銅板６２２（回路層６１２）及び第二銅板６２３（金属層６１３）の再結晶温度が低くなり、加工硬化が抑制される。これによって、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板６１１の割れの発生を抑制することが可能となる。

　また、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉのろう材６２５，６２６を用いた活性金属法によって、第一および第二銅板６２２，６２３とセラミックス基板６１１とを接合している。よって、第一および第二銅板６２２，６２３とセラミックス基板６１１との界面に酸素を介在させることなく、パワーモジュール用基板６１０を構成することができる。

　以上、本発明の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、セラミックス基板を、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮで構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、Ｓｉ_３Ｎ_４等で構成されたものであってもよい。
　また、第１、第２及び第３の実施形態では、金属層を構成するアルミニウム板を、純度９９．９９％以上の純アルミニウムの圧延板としたものとして説明したが、これに限定されることはない。

　また、第２及び第６の実施形態において、ＡｌＮを酸化処理することによってＡｌ_２Ｏ_３層を形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の手段によってセラミックス基板の表面にＡｌ_２Ｏ_３層を形成してもよい。
　さらに、第１及び第２の実施形態における固着層形成工程において、スパッタによって添加元素を固着するものとして説明したが、これに限定されることはなく、蒸着、ＣＶＤ、めっき又はペーストの塗布によって添加元素を固着させてもよい。

　また、第１、第２、第３及び第５の実施形態では、ヒートシンクをＡ６０６３合金で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ａ１１００合金、Ａ３００３合金、Ａ５０５２合金、Ａ７Ｎ０１合金等の他の金属材料で構成されたものであってもよい。
　さらに、ヒートシンクの構造は、本実施形態に限定されることはなく、他の構造のヒートシンクを採用してもよい。
　また、ヒートシンクの上に一つのパワーモジュール用基板が接合された構成として説明したが、これに限定されることはなく、一つのヒートシンクの上に複数のパワーモジュール用基板が接合されていてもよい。

　また、第５、第６及び第７の実施形態では、回路層を構成する銅板と金属層を構成する銅板とを、同一の組成のものとして説明したが、これに限定されることはなく、回路層を構成する銅板と金属層を構成する銅板とを互いに組成の異なるものとしてもよい。

　本発明の有効性を確認するために行った比較実験について説明する。
　ＡｌＮからなる厚さ０．６３５ｍｍのセラミックス基板と、表１に示す組成の無酸素銅に任意の元素を添加したＤｏｐｅｄ銅、無酸素銅（ＯＦＣ）、タプピッチ銅（ＴＰＣ）からなる厚さ０．３ｍｍの銅板と、純度９９．９９質量％のアルミニウム（４ＮＡｌ）からなる厚さ１．６ｍｍのアルミニウム板と、を準備した。
　これらのセラミックス基板、銅板、アルミニウム板を、第３の実施形態に記載された方法により接合した。回路層形成工程Ｓ２０１における加圧圧力を０．５ｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度を８５０℃とした。また、第一金属層形成工程Ｓ２０２における加圧圧力を５ｋｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度を６４０℃とした。

　これらのパワーモジュール用基板に、冷熱サイクル（－４０℃から１１０℃および１１０℃から－４０℃）を所定回数だけ負荷し、セラミックス基板の割れの有無について確認した。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　タフピッチ銅を用いた従来例Ａ１及び無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた従来例Ａ２においては、冷熱サイクルを１０００回から２０００回負荷するまでに、セラミックス基板にクラックが認められた。

　これに対して、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有する本発明例Ａ１～Ａ１４においては、冷熱サイクルを２０００回負荷した時点でセラミックス基板に割れは認められなかった。特に、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有する本発明例Ａ１～Ａ３、Ａ７～Ａ１３では、冷熱サイクルを３０００回負荷した時点でもセラミックス基板に割れは認められなかった。
　さらに、酸素含有量が異なる本発明例Ａ５と本発明例Ａ６とを比較すると、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされた本発明例Ａ５の方がセラミックス基板の割れ防止効果が高いことが確認された。

　本発明の有効性を確認するために行った比較実験について説明する。
　Ａｌ_２Ｏ_３からなる厚さ０．６３５ｍｍのセラミックス基板と、表２に示す組成の銅又は銅合金からなる厚さ０．３ｍｍの銅板と、を準備した。
　これらの銅板、セラミックス基板、銅板を、第７の実施形態に記載された方法により接合した。回路層形成工程Ｓ６０１及び第二金属層形成工程Ｓ６０２における加圧圧力を０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、加熱温度を８５０℃とした。

　これらのパワーモジュール用基板に、冷熱サイクル（－４０℃から１１０℃および１１０℃から－４０℃）を所定回数だけ負荷し、セラミックス基板の割れの有無について確認した。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　タフピッチ銅を用いた従来例Ｂ１及び無酸素銅（ＯＦＣ）を用いた従来例Ｂ２においては、冷熱サイクルを１０００回から２０００回負荷するまでに、セラミックス基板にクラックが認められた。

　これに対して、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有する本発明例Ｂ１～Ｂ１４においては、冷熱サイクルを２０００回負荷した時点でセラミックス基板に割れは認められなかった。特に、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有する本発明例Ｂ１～Ｂ３、Ｂ７～Ｂ１３では、冷熱サイクルを３０００回負荷した時点でもセラミックス基板に割れは認められなかった。
　さらに、酸素含有量が異なる本発明例Ｂ５と本発明例Ｂ６とを比較すると、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされた本発明例Ｂ５の方がセラミックス基板の割れ防止効果が高いことが確認された。

　本発明によれば、回路層上に搭載された電子部品等からの熱を効率よく放散できるとともに、冷熱サイクル負荷時における絶縁基板の割れの発生を抑制できるパワーモジュール用基板、ヒートシンク付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を提供することができる。

　１、１０１、３０１、４０１　　パワーモジュール
　３　半導体素子（電子部品）
　１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０　　パワーモジュール用基板
　１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１　　セラミックス基板（絶縁基板）
　１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２　　回路層
　１３、１１３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３　　金属層
　２２、１２２、２２２、４２２、５２２、６２２　　第一銅板
　４２３、５２３、６２３　　第二銅板
　２３、１２３、２２３　　アルミニウム板
　３０　　接合界面（セラミックス基板／金属層）
　３２　　添加元素高濃度部
　３５　　接合界面（金属層／ヒートシンク）
　４０、１４０、３４０、４４０　　ヒートシンク付パワーモジュール用基板
　４１、１４１、３４１、４４１　　ヒートシンク
　１２５、５２５，５２６　　Ａｌ_２Ｏ_３層　

Claims (13)

1. 　絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に形成された回路層と、を備えたパワーモジュール用基板であって、
   　前記回路層は、前記絶縁基板の一方の面に第一銅板が接合されて構成されており、
   　前記第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
2. 　前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層をさらに備えたパワーモジュール用基板であって、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板が接合されて構成されている請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
3. 　前記回路層を構成する第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされている請求項１または２に記載のパワーモジュール用基板。
4. 　前記回路層を構成する第一銅板は、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている請求項１から３のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
5. 　前記金属層のうち前記絶縁基板との接合界面には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素が固溶しており、前記金属層のうち接合界面近傍における前記添加元素の濃度の合計が０．０１質量％以上５質量％以下の範囲内に設定されている請求項２から４のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
6. 　前記金属層のうち前記絶縁基板との接合界面には、Ｓｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素の濃度が、前記金属層中の前記添加元素の濃度の２倍以上とされた添加元素高濃度部が形成されている請求項２から５のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
7. 　前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層をさらに備えたパワーモジュール用基板であって、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面に第二銅板が接合されて構成されており、
   　前記第二銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされている請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
8. 　前記第一銅板および前記第二銅板の少なくとも一方は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で３ｍｏｌｐｐｍ以上５０ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを３００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされている請求項１または請求項７に記載のパワーモジュール用基板。
9. 　前記第一銅板および前記第二銅板の少なくとも一方は、酸素含有量が１質量ｐｐｍ以下とされている請求項１、請求項７および８のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。
10. 　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記絶縁基板の他方の面側に配設されたヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板。
11. 　請求項１０に記載のヒートシンク付パワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載された電子部品と、を備えたヒートシンク付パワーモジュール。
12. 　請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記回路層上に搭載された電子部品と、を備えたパワーモジュール。
13. 　絶縁基板と、この絶縁基板の一方の面に形成された回路層と、前記絶縁基板の他方の面に形成された金属層と、を備えたパワーモジュール用基板の製造方法であって、
    　前記回路層は、前記絶縁基板の一方の面に第一銅板が接合されて構成され、前記金属層は、前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板が接合されて構成され、前記第一銅板は、接合される前において、少なくとも、アルカリ土類元素、遷移金属元素、希土類元素のうちの１種以上を合計で１ｍｏｌｐｐｍ以上１００ｍｏｌｐｐｍ以下、又は、ボロンを１００ｍｏｌｐｐｍ以上１０００ｍｏｌｐｐｍ以下のいずれか一方を含有し、残部が銅及び不可避不純物とされた組成とされており、
    　前記絶縁基板の一方の面に第一銅板を接合して前記回路層を形成する回路層形成工程と、
    　前記絶縁基板の他方の面にアルミニウム板を接合して前記金属層を形成する第一金属層形成工程と、を備え、
    　前記第一金属層形成工程においては、前記アルミニウム板の接合界面にＳｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｇｅ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉのうちのいずれか１種又は２種以上の添加元素を配置し、前記アルミニウム板を接合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。

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