WO2023188670A1 - 回路基板及びその製造方法 - Google Patents

回路基板及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023188670A1
WO2023188670A1 PCT/JP2023/000025 JP2023000025W WO2023188670A1 WO 2023188670 A1 WO2023188670 A1 WO 2023188670A1 JP 2023000025 W JP2023000025 W JP 2023000025W WO 2023188670 A1 WO2023188670 A1 WO 2023188670A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal plate
bonding layer
ceramic plate
plate
circuit board
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/000025
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
晃正 湯浅
貴裕 中村
善幸 江嶋
厚樹 五十嵐
Original Assignee
デンカ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by デンカ株式会社 filed Critical デンカ株式会社
Priority to JP2023533899A priority Critical patent/JPWO2023188670A1/ja
Publication of WO2023188670A1 publication Critical patent/WO2023188670A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal

Definitions

  • the present disclosure relates to a circuit board and a method for manufacturing the same.
  • a circuit board included in such a power module includes a ceramic substrate and a copper plate, which are joined via a brazing material containing an active metal. Such a circuit board is affected by heat generated from semiconductor elements mounted on a power module.
  • Patent Document 1 in order to improve TCT reliability evaluated by TCT (Temperature Cycle Test), it is proposed to form a protruding part in a part of the bonding layer that bonds the ceramic substrate and the copper circuit board. has been done.
  • a second brazing material layer (Ag-Cu-Ti brazing material layer) is formed on both sides of a ceramic substrate so as to surround a first brazing material layer (Ag-Ti brazing material layer).
  • a technique has been proposed in which a first brazing material layer is disposed between a ceramic substrate and a copper plate, and a second brazing material layer is disposed outside the copper plate. Such techniques are intended to prevent peeling of the solidified brazing material layer and improve the bonding reliability of insulated circuit boards.
  • circuit boards are used in the future. For this reason, it is thought that circuit boards with even higher levels of reliability will be required. Therefore, the present disclosure provides a circuit board with excellent bonding reliability between a ceramic plate and a metal plate, and a method for manufacturing the same.
  • a circuit board includes a ceramic plate, a metal plate, and a bonding layer for bonding the ceramic plate and the metal plate, and the bonding layer is perpendicular to the main surface of the ceramic plate on which the metal plate is provided.
  • the thickness DE of the bonding layer between the edge of the metal plate and the ceramic plate is greater than the thickness of the bonding layer between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • the thickness of the bonding layer between the metal plate and the ceramic plate is greater than the thickness D C , and the bonding layer is formed continuously from between the edge of the metal plate and the ceramic plate to between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • the bonding layer that bonds the edges has more peeling. and defects such as voids are likely to occur. When such defects occur, there is a concern that heat cycle characteristics and electrical characteristics may deteriorate. For example, the following may be considered as a factor why defects are more likely to occur in the bonding layer that bonds the ends of the metal plates.
  • the brazing metal layer When laminating a metal plate and a ceramic plate using, for example, a brazing metal layer, if pressure is applied to the metal plate and ceramic plate along the stacking direction, the brazing metal layer will not be sufficiently pressurized near the center of the metal plate. , densely packed. On the other hand, near the ends of the metal plate, the brazing material moves outward from between the metal plate and the ceramic plate, so that it is not pressurized as much as near the center. Therefore, it is difficult to fill the ends of the metal plate with the brazing material more densely than near the center. Therefore, defects such as peeling of the bonding layer and voids occur near the ends of the metal plate, and the bonding layer tends to be more likely to be separated.
  • the bonding layer of the circuit board of the present disclosure is formed continuously from between the edge of the metal plate and the ceramic plate to between the center of the metal plate and the ceramic plate. This allows the metal plate and the ceramic plate to be firmly joined.
  • the thickness DE of the bonding layer between the edge of the metal plate and the ceramic plate is larger than the thickness D C of the bonding layer between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • Such a circuit board can be manufactured by making the brazing material layer thicker between the edge of the metal plate and the ceramic plate than between the center of the metal plate and the ceramic plate. Therefore, the bonding layer between the end of the metal plate and the ceramic plate is also formed under sufficient pressure.
  • the circuit board of the present disclosure has excellent bonding reliability between the ceramic plate and the metal plate.
  • the circuit board of the present disclosure has excellent bonding reliability between the ceramic plate and the metal plate.
  • by suppressing the occurrence of defects in the bonding layer it is possible to reduce the discharge source where charges are concentrated when a voltage is applied, thereby improving electrical characteristics.
  • the ratio of the thickness D E to the thickness D C may be 5 or more. Thereby, defects such as peeling of the bonding layer and voids near the ends of the metal plate can be sufficiently reduced. Therefore, the reliability of bonding the ceramic plate and the metal plate can be further improved.
  • the maximum area of the gap in the bonding layer between the ceramic plate and the metal plate may be 1000 ⁇ m 2 or less when viewed in the above-mentioned cross section. Such a circuit board has better bonding reliability.
  • the bonding layer When viewed in the above cross section, the bonding layer has a protruding portion formed to protrude outward from the lower end of the side surface of the metal plate, and the ratio of the length L of the protruding portion to the thickness DE of the bonding layer is It may be 0.1 or more.
  • ceramic plates and metal plates have different coefficients of thermal expansion, so thermal stress is generated by heat cycles. Such thermal stress is concentrated in the bonding layer at the end of the metal plate. Since the protruding portion of the bonding layer has a sufficiently long length L, thermal stress can be sufficiently alleviated.
  • Such a circuit board has excellent durability against heat cycles.
  • the bonding layer When viewed in the cross section, the bonding layer may have a gradient portion in which the thickness increases from the center toward the ends.
  • This type of bonding layer is created by the fact that when a ceramic plate and a metal plate are bonded together using a brazing material, the brazing material that forms the bonding layer flows smoothly from the center of the metal plate toward the edges. It is formed by spreading it evenly. This makes it possible to sufficiently reduce defects in the bonding layer not only at the edges but also at the center. Thereby, the bonding reliability of the circuit board can be further improved.
  • the metal plate When viewed in the above cross section, the metal plate has a convex shape, and the convex surface of the metal plate may be bonded to the ceramic plate by a bonding layer.
  • the height of the convex portion on the convex surface may be 10 to 100 ⁇ m. This makes it possible to further improve the bonding at the circuit ends.
  • the appearance of the circuit board can be further improved by sufficiently suppressing the flow of the brazing material onto the main surface of the circuit board.
  • a method for manufacturing a circuit board includes a step of applying a brazing material to the main surface of a ceramic plate to provide a brazing material layer, and laminating a ceramic plate and a metal plate with the brazing material layer sandwiched therebetween.
  • the process includes a step of producing a laminate, and a step of heating the laminate to obtain a bonded body in which a ceramic plate and a metal plate are bonded by a bonding layer.
  • the thickness of the second portion of the brazing material layer that contacts the end portion of the metal plate is made larger than the thickness of the first portion of the brazing material layer that contacts the end portion of the metal plate.
  • the brazing metal When laminating a metal plate and a ceramic plate through a brazing metal layer, if pressure is applied to the metal plate and ceramic plate along the stacking direction, the brazing metal will be sufficiently pressurized near the center of the metal plate, making it dense. is filled with. On the other hand, near the ends of the metal plate, the brazing material moves outward from between the metal plate and the ceramic plate, and is not sufficiently pressurized. Therefore, it is difficult to fill the ends of the metal plate with the brazing material more densely than near the center. Therefore, defects such as peeling and voids in the bonding layer that joins the metal plate and the ceramic plate tend to occur more easily near the ends of the metal plate.
  • the thickness of the metal plate is greater than the thickness of the first portion of the brazing material layer that contacts the center of the metal plate.
  • the thickness of the second portion of the brazing material layer that contacts the end portion is increased. Therefore, when the metal plate and the ceramic plate are stacked with the brazing material layer sandwiched therebetween, the second portion that contacts the end of the metal plate is also sufficiently pressurized.
  • defects such as peeling of the bonding layer and voids at the ends of the metal plate can be suppressed. Therefore, it is possible to manufacture a circuit board with excellent bonding reliability between the ceramic plate and the metal plate. By suppressing the occurrence of defects in the bonding layer, such a circuit board can reduce the discharge source where charges are concentrated when a voltage is applied, and improve the electrical characteristics.
  • the second portion may be formed by applying the brazing material more times than the first portion. Thereby, the second portion, which is thicker than the first portion, can be smoothly formed.
  • the brazing material is applied so that n 2 - n 1 ⁇ 2 is satisfied, where the number of times the brazing material is applied in the first part is n 1 times, and the number of times the brazing material is applied in the second part is n 2 times.
  • a brazing filler metal layer may also be provided.
  • the circuit board obtained by the above manufacturing method has a gap between the edge of the metal plate and the ceramic plate when viewed in a cross section that is perpendicular to the main surface of the ceramic plate and passes through the center of the metal plate, the brazing material layer, and the ceramic plate.
  • the thickness DE of the bonding layer at the center of the metal plate may be larger than the thickness D C of the bonding layer between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • the bonding layer may be formed continuously from between the edge of the metal plate and the ceramic plate to between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • Such a circuit board has excellent bonding reliability between the ceramic plate and the metal plate.
  • the present disclosure can provide a circuit board with excellent bonding reliability between a ceramic plate and a metal plate, and a method for manufacturing the same.
  • FIG. 1 is a plan view of the circuit board.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the circuit board in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a part of the cross section of FIG. 2 in an enlarged manner.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a circuit board.
  • FIG. 5 is a SEM photograph of a cross section of the circuit board of Example 1.
  • FIG. 6 is a SEM photograph of a cross section of the circuit board of Example 1.
  • FIG. 7 is a SEM photograph of a cross section of the circuit board of Example 2.
  • FIG. 8 is an SEM photograph of a cross section of the circuit board of Comparative Example 1.
  • FIG. 9(A) is an optical electron micrograph of the circuit board of Example 1.
  • FIG. 9(B) is an optical electron micrograph of the circuit board of Example 2.
  • FIG. 9(C) is an optical electron micrograph of the circuit board of Comparative Example 1.
  • FIG. 10(A) is an image of ultrasonic testing (SAT) of the circuit board of Example 1.
  • FIG. 10(B) is an image of ultrasonic testing (SAT) of the circuit board of Example 2.
  • FIG. 10C is an image of ultrasonic testing (SAT) of the circuit board of Comparative Example 1.
  • a circuit board includes a ceramic plate, a metal plate, and a bonding layer that bonds the ceramic plate and the metal plate.
  • the material of the ceramic plate is not particularly limited, and may be made of, for example, a nitride sintered body, a carbide sintered body, or an oxide sintered body. Specific examples include silicon nitride sintered bodies, aluminum nitride sintered bodies, aluminum oxide sintered bodies, and silicon carbide sintered bodies. There is no particular restriction as long as it is in the shape of a ceramic plate.
  • the thickness of the ceramic plate may be, for example, 0.2 to 2 mm, or 0.32 to 1.1 mm.
  • the metal plate may be a copper plate, for example.
  • the shape is not particularly limited as long as it is plate-like.
  • the thickness of the metal plate may be, for example, 0.1 to 1.2 mm, or 0.2 to 0.8 mm.
  • the metal plate may have a plating film on its surface.
  • the metal plate may have convex main surfaces on one side and the other side.
  • the metal plate may be warped so that one main surface is convex and the other main surface is concave.
  • at least one main surface of the metal plate may be a tapered surface such that the center portion protrudes more than the end portions.
  • the bonding layer may contain one or more metals selected from the group consisting of silver, copper, tin, and active metals. Two or more metals may be an alloy.
  • the active metal may include one or more selected from the group consisting of titanium, hafnium, zirconium, and niobium.
  • the bonding layer may contain at least one member selected from the group consisting of silver, copper, and alloys thereof.
  • Silver and copper contained in the bonding layer may be contained in the bonding layer as an alloy such as an Ag--Cu eutectic alloy.
  • the content of silver in the bonding layer may be 60 to 95% by mass in terms of Ag.
  • the content of silver and copper in the bonding layer may be 75 to 100% by mass, 85 to 99% by mass, or 90 to 98% by mass in terms of Ag and Cu, respectively. This makes it possible to sufficiently reduce the residual stress in the bonding layer and improve the denseness of the bonding layer.
  • the content of the active metal in the bonding layer may be 0.5 to 5 parts by mass based on 100 parts by mass of Ag and Cu in total. By setting the content of the active metal to 0.5 parts by mass or more, the bondability between the ceramic plate and the bonding layer can be improved. On the other hand, by setting the content of the active metal to 5 parts by mass or less, formation of a fragile alloy layer at the bonding interface can be suppressed.
  • the metal contained in the bonding layer may be contained as a nitride, oxide, carbide, or hydride.
  • the bonding layer may include titanium nitride and/or titanium hydride ( TiH2 ). This makes it possible to sufficiently increase the bonding strength between the ceramic plate and the metal plate.
  • TiH 2 titanium nitride and/or titanium hydride
  • the content of TiH 2 may be, for example, 1 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of Ag and Cu in total.
  • the titanium nitride phase contained in the bonding layer may be formed into a layer on the contact surface of the bonding layer with the ceramic plate.
  • the titanium nitride phase may be formed in a continuous layer throughout the bonding layer.
  • the bonding strength between the ceramic plate and the metal plate can be further increased.
  • the fact that the titanium nitride phase is continuous in a layered manner can be confirmed by examining the cross section using, for example, an electron beam microanalyzer (EPMA).
  • EPMA electron beam microanalyzer
  • the cross section in the present disclosure is a cross section that is perpendicular to the main surface of the ceramic plate on which the bonding layer is provided and passes through the center of the metal plate, the bonding layer, and the ceramic plate.
  • the thickness DE of the bonding layer between the edge of the metal plate and the ceramic plate is greater than the thickness D C of the bonding layer between the center of the metal plate and the ceramic plate.
  • Such a circuit board has excellent bonding reliability between the ceramic plate and the metal plate. A method for measuring the thickness DE and the thickness DC of the bonding layer in the present disclosure will be described later.
  • FIG. 1 is a plan view showing an example of the circuit board of this embodiment.
  • the circuit board 100 includes a ceramic plate 10 and a metal plate 21 bonded to the main surface 10A of the ceramic plate 10 via a bonding layer 31.
  • two metal plates 21 are provided on the main surface 10A of the ceramic plate 10, but the invention is not limited to this.
  • the number of metal plates may be one, or three or more.
  • the shapes of the plurality of metal plates may be the same or different.
  • the bonding layer 31 has a protruding portion 31A that is formed along the outer edge of the metal plate 21 so as to surround the metal plate 21.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of the circuit board in FIG. 1. That is, FIG. 2 is perpendicular to the main surface 10A (main surface 10B) of the ceramic plate 10 on which the bonding layer 31 is provided, and the center portion 21C (center portion 22C) of the metal plate 21 (metal plate 22), the bonding layer 31 ( A cross section through the bonding layer 32) and the ceramic plate 10 is shown.
  • the bonding layer 31 is formed continuously from between the end portion 21E of the metal plate 21 and the ceramic plate 10 to between the center portion 21C of the metal plate 21 and the ceramic plate 10. That is, the bonding layer 31 is connected from the center portion 31C to the end portion 31E without being separated.
  • a metal plate 22 is also provided on the main surface (main surface 10B) opposite to the main surface 10A of the ceramic board 10. Like the metal plate 21, the metal plate 22 is also bonded to the main surface 10B of the ceramic plate 10 via the bonding layer 32. In this example, the metal plate 22 is also provided on the main surface 10B, but the present invention is not limited thereto. That is, the metal plate may be provided only on one main surface of the ceramic plate.
  • the shape, size, and number of metal plates joined to main surface 10A and main surface 10B may be the same or different.
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the end 21E of the metal plate 21 and the end 31E of the bonding layer 31 in the cross section shown in FIG.
  • the thickness DE may be, for example, 20 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, or 40 ⁇ m or more, from the viewpoint of sufficiently increasing the bonding strength between the metal plate 21 and the ceramic plate 10.
  • the thickness DE may be 100 ⁇ m or less, 80 ⁇ m or less, or 60 ⁇ m or less.
  • An example of the range of the thickness DE is 20 to 100 ⁇ m.
  • the thickness DE may be different for each cross section. In any cross section, the thickness DE may be within the above range.
  • the thickness DC of the bonding layer 31 between the center portion 21C of the metal plate 21 and the ceramic plate 10 is measured as follows. As shown in FIG. 2, a virtual straight line VL2 is drawn from the center of the main surface 21A of the metal plate 21 so as to be perpendicular to the main surface 10A of the ceramic plate 10. The virtual straight line VL2 in FIG. 2 and the virtual straight line VL1 in FIG. 3 may be parallel to each other. The thickness of the bonding layer 31 along the virtual straight line VL2 drawn in this way is "thickness D.sub.C. "
  • the thickness DC may be, for example, 1 ⁇ m or more, 2 ⁇ m or more, or 3 ⁇ m or more, from the viewpoint of sufficiently increasing the bonding strength between the metal plate 21 and the ceramic plate 10.
  • the thickness D C may be 15 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or less, or 8 ⁇ m or less from the viewpoint of shortening the melting time of the brazing material containing powder.
  • An example of the range of the thickness D C is 1 to 15 ⁇ m. When a plurality of cross sections as shown in FIG. 2 (FIG. 3) are viewed, the thickness D C may be different for each cross section. In any cross section, the thickness D C may be within the above range.
  • the thickness DE of the end portion 31E of the bonding layer 31 is larger than the thickness D C of the center portion 31C of the bonding layer 31. That is, the relationship D E > D C holds true.
  • Such a bonding layer 31 is formed in a sufficiently pressurized state even near the end portion 31E. Therefore, it is possible to suppress the metal plate 21 from peeling off at the end portion 31E and the formation of voids in the bonding layer 31.
  • the ratio of the thickness D E to the thickness D C may be 5 or more, or may be 6 or more.
  • the ratio of the thickness D E to the thickness D C may be 20 or less, or may be 15 or less.
  • An example of the range of the ratio of the thickness D E to the thickness D C (D E /D C ) is 5 to 20.
  • the bonding layer 31 may have a gradient portion 35 in which the thickness of the bonding layer 31 increases from the center portion 31C toward the end portions 31E.
  • the bonding layer 31 having such a gradient portion 35 when the ceramic plate 10 and the metal plate 21 are bonded using a brazing material, the brazing material that becomes the bonding layer 31 moves from the center portion 31C to the end portion 31E. It flows and forms sufficiently smoothly.
  • Such a bonding layer 31 is formed by sufficiently evenly spreading the brazing material. Therefore, defects in the bonding layer 31 can be sufficiently reduced not only near the end portion 31E of the bonding layer 31 but also near the center portion 31C.
  • the bonding layer 31 may have a slope portion 35 closer to the end portion 31E than the center portion 31C. Thereby, the occurrence of defects at the end portion 31E can be further suppressed.
  • the bonding layer 31 of the circuit board 100 has a protruding portion 31A that is formed to protrude outward from the lower end 70 of the metal plate 21.
  • the protruding portion 31A may expand like a skirt toward the main surface 10A of the ceramic plate 10.
  • concentration of thermal stress occurring at the end portion of the bonding layer 31 due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic plate 10 and the metal plate 21 can be alleviated.
  • the length L of the protruding portion 31A may be 5 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, 30 ⁇ m or more, or 50 ⁇ m or more.
  • the length L of the protruding portion 31A may be, for example, 500 ⁇ m or less, or 300 ⁇ m or less, in consideration of the size of the ceramic plate 10.
  • An example of the range of the length L of the protruding portion 31A is 5 to 500 ⁇ m.
  • the length L of the protruding portion 31A is measured as follows. As shown in FIG. 3, a virtual straight line VL3 passing through the end point E1 of the protruding portion 31A on the main surface 10A of the ceramic plate 10 and perpendicular to the main surface 10A is drawn. Virtual straight line VL3 is parallel to virtual straight line VL1. The shortest distance between the lower end 70 of the side surface 21S of the metal plate 21 (the boundary between the metal plate 21 and the bonding layer 31) and the virtual straight line VL3 is the "length L.” When looking at a plurality of cross sections as shown in FIG. 2 (FIG. 3), the length L of the protruding portion 31A may be different for each cross section. In any cross section, the length L may be within the above range.
  • the ratio (L/D E ) of the length L of the protruding portion 31A to the thickness D E of the bonding layer 31 may be 0.1 or more, 0.5 or more, or 1 or more. good. Since such a bonding layer 31 has a protruding portion 31A having a sufficiently long length L, thermal stress can be sufficiently alleviated. Such a circuit board 100 has excellent durability against heat cycles.
  • the ratio of the length L to the thickness D E (L/D E ) may be 10 or less, 5 or less, or 3 or less, in consideration of the size of the ceramic plate 10.
  • An example of the range of the ratio of length L to thickness D E (L/D E ) is 0.1 to 10.
  • the voids in the bonding layer 31 be small, and it is preferable that the bonding layer 31 has no voids.
  • the void portion becomes a portion where the ceramic plate 10 and the metal plate 21 are not joined. For this reason, when the gap becomes large, separation between the ceramic plate 10 and the metal plate 21 is likely to occur, resulting in a decrease in bonding reliability.
  • the maximum area of the void portion may be 1000 ⁇ m 2 or less, 500 ⁇ m 2 or less, or 300 ⁇ m 2 or less. As shown in FIGS.
  • the area of the void is measured in a cross section that is perpendicular to the main surface 10A of the ceramic plate 10 and passes through the center 21C of the metal plate 21, the bonding layer 31, and the ceramic plate 10. Specifically, it may be determined by observing this cross section with an SEM (scanning electron microscope) and performing image processing on the region including the void.
  • SEM scanning electron microscope
  • the metal plates 21 and 22 When viewed in cross section in FIG. 2, the metal plates 21 and 22 have a convex shape.
  • One main surface of the metal plates 21 and 22 is a convex surface, and the convex surface is in contact with the bonding layers 31 and 32. That is, the convex surfaces of the metal plates 21 and 22 are bonded to the ceramic plate 10 by the bonding layers 31 and 32.
  • the height of the convex portion on the convex surface may be 10 to 100 ⁇ m. By setting the height of the convex portion to 10 ⁇ m or more, it is possible to prevent the brazing material from becoming excessive when the brazing material is applied multiple times to the portions that contact the ends of the metal plates 21 and 22.
  • the height of the convex portion can be determined as the difference between the thickness D E and the thickness D C (D E ⁇ D C ). That is, the height of the convex portion is measured based on the height at the outer edge of the metal plates 21 and 22.
  • the structures and shapes of the bonding layer 32 and metal plate 22 provided on the main surface 10B side of the ceramic plate 10 are the same as those of the bonding layer 31 and metal plate 21 provided on the main surface 10A side.
  • the metal plate 21 and the metal plate 22 may function as a circuit board having a function of transmitting an electric signal or a heat sink having a function of transmitting heat.
  • the metal plates 21 and 22 may have both the function of transmitting heat and the function of transmitting electric signals.
  • the structures and shapes of the bonding layer and the metal plate provided on each of the pair of main surfaces may be different from each other.
  • a method for manufacturing a circuit board includes a step of applying a brazing material to the main surface of a ceramic plate to provide a brazing material layer, and a step of laminating a ceramic plate and a metal plate with the brazing material layer sandwiched therebetween to form a laminate. and a step of heating the laminate to obtain a bonded body in which a ceramic plate and a metal plate are bonded by a bonding layer.
  • a green sheet is produced by molding a slurry containing an inorganic compound powder, a binder resin, a sintering aid, a plasticizer, a dispersant, a solvent, and the like.
  • inorganic compounds include aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide, and aluminum oxide.
  • Sintering aids include rare earth metals, alkaline earth metals, metal oxides, fluorides, chlorides, nitrates, sulfates, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. By using a sintering aid, sintering of the inorganic compound powder can be promoted.
  • binder resins include methyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and (meth)acrylic resins.
  • plasticizers include purified glycerin, glycerin triolate, diethylene glycol, phthalic acid plasticizers such as di-n-butyl phthalate, and dibasic acid plasticizers such as di-2-ethylhexyl sebacate.
  • dispersants include poly(meth)acrylates and (meth)acrylic acid-maleate copolymers.
  • solvent include organic solvents such as ethanol and toluene.
  • Examples of methods for forming the slurry include the doctor blade method and the extrusion method.
  • the green sheet obtained by molding is degreased and sintered.
  • Degreasing may be performed, for example, by heating at 400 to 800°C for 0.5 to 20 hours. Thereby, the amount of residual organic matter (carbon) can be reduced while suppressing oxidation and deterioration of inorganic compounds.
  • Sintering may be performed by heating to 1700 to 1900° C. in a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen, argon, ammonia or hydrogen. In this way, for example, a ceramic plate 10 can be obtained. If necessary, the ceramic plate may be laser-processed to cut the ends or provide a scribe line on the main surface of the ceramic plate.
  • the above degreasing and sintering may be performed with a plurality of stacked green sheets.
  • a release layer made of a release agent may be provided between the green sheets in order to facilitate separation of the base materials after firing.
  • the mold release agent for example, boron nitride (BN) can be used.
  • the release layer may be formed, for example, by applying a slurry of boron nitride powder by spraying, brushing, roll coating, screen printing, or the like.
  • the number of green sheets to be laminated may be, for example, 8 to 100, or 30 to 70, from the viewpoint of efficient mass production of ceramic plates and sufficient degreasing.
  • a brazing filler metal is applied to the main surface of the ceramic plate thus obtained.
  • the brazing filler metal contains, for example, Ag, Cu, Sn, an active metal, a metal compound containing these as constituent elements, an organic solvent, a binder, and the like.
  • the viscosity (20° C.) of the brazing filler metal may be, for example, 5 to 20 Pa ⁇ s.
  • the content of the organic solvent in the brazing filler metal may be, for example, 5 to 25% by mass, and the content of the binder may be, for example, 2 to 15% by mass.
  • a brazing material layer is provided on the main surface of the ceramic plate by applying a brazing material using a method such as a roll coater method, screen printing method, or transfer method.
  • a brazing material layer When providing the brazing material layer, the thickness of the second portion of the brazing material layer that contacts the end portion of the metal plate is made larger than the thickness of the first portion of the brazing material layer that contacts the center portion of the metal plate.
  • the thickness of the brazing material layer may be changed by changing the coating conditions to provide a first portion and a second portion having mutually different thicknesses.
  • the first portion and the second portion may have different thicknesses by changing the number of times the brazing material is applied. That is, the second portion may be formed by applying the brazing material more times than the first portion. Thereby, the first portion and the second portion having mutually different thicknesses can be easily provided on the main surface of the ceramic plate.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a circuit board.
  • the first portion 81 and the second portion 82 are formed by applying a brazing material to the main surfaces 10A and 10B of the ceramic plate 10.
  • the first brazing material layer 41 is formed by applying the brazing material only once.
  • the brazing material is applied three times, and the second brazing material layer 42 and the third brazing material layer 43 are provided in this order on the first brazing material layer 41.
  • the number of laminated brazing material layers in the first portion 81 and the second portion 82 is not particularly limited.
  • the first portion 81 may have a two-layer structure
  • the second portion 82 may have a four-layer structure.
  • a metal plate 21 and a metal plate 22 are bonded and laminated to the main surface 10A and the main surface 10B of the ceramic plate 10 provided with the brazing material layer in this way, respectively.
  • the main surfaces 21B and 22B of the metal plates 21 and 22 are tapered surfaces (convex surfaces) that are respectively convex with respect to the main surfaces 10A and 10B of the ceramic plate 10. Therefore, in the metal plates 21 and 22, the thickness of the end portions 21E and 22E is smaller than the thickness of the center portions 21C and 22C, respectively.
  • the use of such metal plates 21 and 22 is not limited, and for example, a metal plate whose main surfaces 21B and 22B facing the ceramic plate 10 are curved so as to have a convex shape may be used.
  • a laminate is obtained by pressing the metal plates 21 and 22 in the direction toward the ceramic plate 10 (in the direction of the arrow in FIG. 4). With the pressing, the brazing material layer spreads smoothly, and a laminate in which the ceramic plate and the metal plates 21 and 22 are well bonded by the brazing material layer is obtained.
  • the obtained laminate is heated in a heating furnace to join the ceramic plate 10 and the metal plates 21 and 22 to obtain a joined body.
  • the heating temperature may be, for example, 700 to 900°C.
  • the atmosphere in the furnace may be an inert gas such as nitrogen, and the reaction may be performed under reduced pressure below atmospheric pressure or under vacuum.
  • the heating furnace may be of a continuous type that continuously manufactures a plurality of joined bodies, or may be one that manufactures one or more joined bodies in a batch manner. Heating may be performed while pressing the joined body in the stacking direction of the laminate.
  • each brazing filler metal layer flows and reacts with the metal plate, forming a bonding layer.
  • the thickness D E at the end is greater than the thickness D C at the center.
  • a large bonding layer is also formed.
  • surface treatment such as forming a plating film on the metal plate may be performed.
  • cutting or the like may be performed to adjust the shape of the bonding layer. In this way, for example, the circuit board 100 can be manufactured.
  • the number of applications of the brazing material in the first part is n 1 times
  • the number of applications of the brazing material in the second part is n 2 times, so that n 2 - n 1 ⁇ 2 is satisfied.
  • a brazing material layer may be provided by applying a material.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments.
  • the thickness D at the end portion is greater than the thickness at the center portion. It is sufficient if the thickness is larger than the thickness DC .
  • Numerical ranges that are arbitrary combinations of the upper and lower limits specifically described in each of the above embodiments are also included in the present disclosure.
  • the present disclosure also includes numerical ranges in which the upper limit and/or lower limit are replaced with values of Examples described below.
  • the present disclosure includes the following contents [1] to [11].
  • [1] Comprising a ceramic plate, a metal plate, and a bonding layer for bonding the ceramic plate and the metal plate, When viewed in a cross section that is perpendicular to the main surface of the ceramic plate on which the bonding layer is provided and passes through the center of the metal plate, the bonding layer, and the ceramic plate, the edge of the metal plate and the ceramic plate are The thickness DE of the bonding layer between the metal plate and the ceramic plate is larger than the thickness D C of the bonding layer between the center portion of the metal plate and the ceramic plate, In the circuit board, the bonding layer is formed continuously from between the end portion of the metal plate and the ceramic plate to between the center portion of the metal plate and the ceramic plate.
  • the bonding layer has a protruding portion formed to protrude outward from the lower end of the side surface of the metal plate, and the protrusion is larger than the thickness DE of the bonding layer.
  • the thickness DE of the bonding layer is larger than the thickness D C of the bonding layer between the center portion of the metal plate and the ceramic plate, [8] to [10], wherein the bonding layer is formed continuously from between the end portion of the metal plate and the ceramic plate to between the center portion of the metal plate and the ceramic plate.
  • the metal plate was obtained by punching and was warped so that one principal surface was convex and the other principal surface was concave.
  • the braze metal contained Ag, Cu, Sn, and TiH2 .
  • the mass ratio of Ag and Cu was 9:1.
  • the brazing filler metal contained 3 parts by mass of Sn and 3.5 parts by mass of TiH 2 based on 100 parts by mass of Ag and Cu in total.
  • a brazing filler metal was applied to predetermined locations on both main surfaces of the ceramic plate by screen printing. At this time, as shown in FIG. 4, the brazing material was applied three times to the portion where the end of the metal plate comes into contact, forming a second portion with a three-layer structure. On the other hand, the portion where the center of the metal plate came into contact formed a first portion having a one-layer structure. After forming the brazing material layer, a metal plate was bonded to the main surface of the ceramic plate via the brazing material layer. At this time, the convex main surface of the metal plate and the main surface of the ceramic plate were bonded together so that they faced each other.
  • a laminate was obtained by pressing the metal plate on the main surface of the ceramic plate toward the ceramic plate at 0.015 MPa. A total of 24 metal plates were bonded to the main surface of the ceramic plate. Thereafter, the laminate was heated at 790° C. for 1 hour in vacuum. In this way, a bonded body was obtained in which the metal plate was bonded to the main surface of the ceramic plate via the bonding layer. Thereafter, electroless plating was performed using a Ni--P plating solution (phosphorous concentration: 8 to 12% by mass) to form a circuit board having a plating film on the metal plate.
  • Ni--P plating solution phosphorous concentration: 8 to 12% by mass
  • FIG. 5 and 6 are SEM photographs taken at different positions.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional image at a higher magnification than FIG. 5.
  • the thickness DE of the bonding layer 31 between the end of the metal plate 21 and the ceramic plate 10 is the thickness of the bonding layer 31 between the center of the metal plate 21 and the ceramic plate 10. It was bigger than DC .
  • the specific measurement procedure was as follows.
  • a virtual straight line VL0 was drawn passing through the lower end of the side surface of the metal plate 21 and perpendicular to the main surface of the ceramic plate 10. Then, a virtual straight line VL1 was drawn so as to be parallel to the virtual straight line VL0 and to have an interval of 100 ⁇ m between the virtual straight line VL0 and the virtual straight line VL0. The thickness DE of the bonding layer 31 was measured on this virtual straight line VL1.
  • the protruding portion of the bonding layer 31 had a shape that expanded into a skirt shape toward the main surface of the ceramic plate 10.
  • the length L of this protruding portion was determined as the distance between a virtual straight line VL3 passing through the end point E1 of the protruding portion 31A on the main surface of the ceramic plate 10 and perpendicular to the main surface 10A, and a virtual straight line VL0 parallel to this.
  • the height of the convex portion on the convex surface (contact surface with the bonding layer) of the metal plate 21 was calculated using the formula (D E ⁇ D C ).
  • Example 2 A circuit was constructed in the same manner as in Example 1, except that when applying the brazing material to the ceramic plate, the second part of the two-layer structure was formed by applying the brazing material twice to the part where the end of the metal plate contacts. A substrate was formed and evaluated. The results were as shown in Table 1.
  • FIG. 7 is a SEM photograph of a cross section of the circuit board of Example 2.
  • the thickness DE of the bonding layer 31 between the end of the metal plate 21 and the ceramic plate 10 is the thickness of the bonding layer 31 between the center of the metal plate 21 and the ceramic plate 10. It was bigger than DC .
  • the cross section shown in FIG. 7 had no voids, but the other cross sections had voids.
  • the area S of the void portion having the largest area was as shown in Table 1. The area S of the void portion was determined by image processing the SEM image.
  • FIG. 8 is an SEM photograph of a cross section of the circuit board of Comparative Example 1. Bonding layer 131 was not formed between the end of metal plate 121 and ceramic plate 110. The bonding layer 131 did not continue from between the end of the metal plate 121 and the ceramic plate 110 to between the center of the metal plate 121 and the ceramic plate 110, and was separated.
  • FIG. 9 is an optical electron micrograph taken from the side of the circuit boards of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.
  • the photograph (A) in FIG. 9 shows the circuit board of Example 1.
  • the photograph (B) in FIG. 9 shows the circuit board of Example 2.
  • the photograph (C) in FIG. 9 shows the circuit board of Comparative Example 1.
  • Photographs (A), (B), and (C) all show a part of the metal plate on the upper side, a part of the ceramic plate on the lower side, and a bonding layer between them.
  • FIG. 10 is an image of ultrasonic testing (SAT) of the circuit boards of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1.
  • Image (A) in FIG. 10 is the circuit board of Example 1.
  • Image (B) in FIG. 10 is the circuit board of Example 2.
  • Image (C) in FIG. 10 is the circuit board of Comparative Example 1.
  • the edges of some of the metal plates were white (indicated by circles in the figure). This white portion indicates that there are voids in the bonding layer.
  • the image (B) of FIG. 10 it was also confirmed that there were voids in the bonding layer that bonded several metal plates. In contrast, no voids were observed in the image (A) of FIG. 10.
  • a circuit board with excellent bonding reliability and a method for manufacturing the same are provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

回路基板は、セラミック板と、金属板と、セラミック板と金属板とを接合する接合層と、を備える。回路基板を、接合層が設けられるセラミック板の主面に直交し、金属板の中心部、接合層及びセラミック板を通る断面でみたときに、金属板の端部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＥの方が、金属板の中心部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＣよりも大きくなっている。接合層は、金属板の端部とセラミック板との間から、金属板の中心部とセラミック板との間まで連なって形成されている。

Description

回路基板及びその製造方法
　本開示は、回路基板及びその製造方法に関する。
　ロボット及びモーター等の産業機器の高性能化に伴い、大電流及び高電圧を制御するパワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュールに備えられる回路基板は、セラミック基板と銅板と備えており、これらは活性金属を含有するろう材を介して接合される。このような回路基板は、パワーモジュールに搭載される半導体素子から発生する熱の影響を受ける。
　そこで、特許文献１では、ＴＣＴ（Temperature cycle Test）により評価されるＴＣＴ信頼性を向上するため、セラミック基板と銅回路板とを接合する接合層の一部で、はみ出し部を形成することが提案されている。特許文献２では、セラミック基板の両面上において、第１ろう材層（Ａｇ－Ｔｉろう材の層）の周囲を囲むように第２ろう材層（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉろう材の層）を形成し、セラミック基板と銅板との間に第１ろう材層が配置され、銅板の外側に第２ろう材層が配置されるように積層する技術が提案されている。このような技術によってろう材固化層の剥離を防止し、絶縁回路基板の接合信頼性を向上することが図られている。
国際公開第２０１５／０１９６０２号 特開２０２０－１０７６７１号公報
　回路基板の使用環境は、今後益々過酷になっていくことが予想される。このため、一層高水準の信頼性を有する回路基板が求められるようになると考えられる。そこで、本開示は、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる回路基板及びその製造方法を提供する。
　本開示の一側面に係る回路基板は、セラミック板と、金属板と、セラミック板と金属板とを接合する接合層と、を備え、接合層が設けられるセラミック板の主面に直交し、金属板の中心部、接合層及びセラミック板を通る断面でみたときに、金属板の端部と前記セラミック板との間における接合層の厚みＤＥの方が、金属板の中心部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＣよりも大きくなっており、接合層は、金属板の端部とセラミック板との間から、金属板の中心部とセラミック板との間まで連なって形成されている回路基板を提供する。
　セラミック板と金属板とを接合する接合層のうち、金属板の中心部を接合する部分と、金属板の端部を接合する部分とを比べると、端部を接合する接合層の方が剥離及び空隙等の欠陥が生じやすい。このような欠陥が生じると、ヒートサイクル特性及び電気特性が低下することが懸念される。金属板の端部を接合する接合層の方が欠陥が生じやすい要因としては、例えば次のようなことが考えられる。
　金属板とセラミック板とを例えばろう材層を用いて積層する際、金属板とセラミック板を積層方向に沿って加圧すると、ろう材層は、金属板の中心部付近では十分に加圧され、密に充填される。一方、金属板の端部付近では、ろう材は金属板とセラミック板との間から外部にはみ出すように移動するため、中心部付近よりも十分に加圧されない。このため、金属板の端部では、中心部付近よりもろう材が密に充填され難い。したがって、金属板の端部付近の方が接合層の剥離及び空隙等の欠陥が発生し、接合層が分断され易い傾向にある。
　本開示の回路基板の接合層は、金属板の端部とセラミック板との間から、金属板の中心部とセラミック板との間まで連なって形成されている。これによって、金属板とセラミック板とを強固に接合することができる。そして、金属板の端部とセラミック板の間における接合層の厚みＤＥの方が、金属板の中心部とセラミック板の間における接合層の厚みＤＣよりも大きくなっている。このような回路基板は、金属板の中心部とセラミック板との間よりも、金属板の端部とセラミック板との間におけるろう材層の厚みを大きくして製造することができる。このため、金属板の端部とセラミック板との間における接合層も十分に加圧された状態で形成されることとなる。これによって、金属板の端部付近における接合層の剥離及び空隙等の欠陥を抑制できる。したがって、本開示の回路基板は、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる。また、接合層における欠陥の発生を抑制することによって、電圧を印加したときに電荷が集中する放電源を低減して電気特性を向上することができる。
　上記厚みＤＣに対する上記厚みＤＥの比は５以上であってよい。これによって、金属板の端部付近における接合層の剥離及び空隙等の欠陥を十分に低減することができる。したがって、セラミック板と金属板との接合信頼性を一層向上することができる。
　本開示の回路基板は、上記断面でみたときに、セラミック板と金属板との間における接合層の空隙部の面積の最大値が１０００μｍ２以下であってよい。このような回路基板は、一層優れた接合信頼性を有する。
　上記断面でみたときに、接合層は、金属板の側面における下端よりも外側にはみ出すように形成されるはみ出し部を有し、接合層の厚みＤＥに対する、はみ出し部の長さＬの比が０．１以上であってよい。通常、セラミック板と金属板の熱膨張係数は異なるため、ヒートサイクルによって熱応力が発生する。このような熱応力は、金属板の端部における接合層に集中して発生する。上記接合層のはみ出し部は、十分に長い長さＬを有するため、熱応力を十分に緩和することができる。このような回路基板はヒートサイクルに対する耐久性に優れる。
　上記断面でみたときに、上記接合層は、その中心部から端部に向かうにつれて厚みが大きくなる勾配部を有してよい。このような接合層は、セラミック板と金属板とをろう材を用いて接合する際に、金属板の中心部から端部に向かって接合層となるろう材が円滑に流動し、ろう材が万遍なく塗り拡げられて形成される。これによって、端部のみならず、中心部においても接合層の欠陥を十分に低減することができる。これによって、回路基板の接合信頼性を一層向上することができる。
　上記断面でみたときに、金属板は凸形状を有しており、金属板の凸面が接合層によってセラミック板と接合されてよい。これによって、回路端部における接合を十分良好にしつつ、回路基板の主面にろう材が流れ出すことを抑制して回路基板の外観を向上することができる。凸面における凸部の高さは１０～１００μｍであってよい。これによって、回路端部における接合を一層良好にすることができる。また、回路基板の主面にろう材が流れ出すことを十分に抑制して回路基板の外観を一層向上することができる。
　本開示の一側面に係る回路基板の製造方法は、セラミック板の主面にろう材を塗布してろう材層を設ける工程と、ろう材層を挟むようにしてセラミック板と金属板とを積層して積層体を作製する工程と、積層体を加熱してセラミック板と金属板とが接合層で接合された接合体を得る工程と、を有し、ろう材層を設ける際に、金属板の中心部に接触するろう材層の第１部分の厚みよりも、金属板の端部に接触するろう材層の第２部分の厚みを大きくする。
　金属板とセラミック板とをろう材層を介して積層する際、金属板とセラミック板を積層方向に沿って加圧すると、ろう材は、金属板の中心部付近では十分に加圧され、密に充填される。一方、金属板の端部付近では、ろう材は金属板とセラミック板との間から外部にはみ出すように移動するため十分に加圧されない。このため、金属板の端部では、中心部付近よりもろう材が密に充填され難い。したがって、金属板の端部付近の方が金属板とセラミック板を接合する接合層の剥離及び空隙等の欠陥が発生し易い傾向にある。
　そこで、上記製造方法では、セラミック板の主面にろう材を塗布してろう材層を設ける際に、金属板の中心部に接触するろう材層の第１部分の厚みよりも、金属板の端部に接触するろう材層の第２部分の厚みを大きくしている。このため、ろう材層を挟むようにして金属板とセラミック板とを積層する際、金属板の端部に接触する第２部分も十分に加圧される。これによって、回路基板を形成したときに、金属板の端部における接合層の剥離及び空隙等の欠陥を抑制できる。したがって、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる回路基板を製造することができる。このような回路基板は、接合層における欠陥の発生を抑制することによって、電圧を印加したときに電荷が集中する放電源を低減して電気特性を向上することができる。
　上記第２部分は、上記第１部分よりもろう材の塗布回数を多くすることによって形成してもよい。これによって、第１部分よりも厚みの大きい第２部分を円滑に形成することができる。
　上記第１部分におけるろう材の塗布回数をｎ１回、上記第２部分におけるろう材の塗布回数をｎ２回としたときに、ｎ２－ｎ１≧２を満たすようにしてろう材を塗布してろう材層を設けてもよい。このような製造方法であれば、第２部分の厚み及び第１部分と第２部分の厚みの差を十分に大きくすることができる。したがって、金属板の端部付近における接合層の剥離及び空隙等の欠陥を一層低減し、接合信頼性に一層優れる回路基板を製造することができる。
　上記製造方法で得られる回路基板は、セラミック板の主面に直交し、金属板の中心部、ろう材層及びセラミック板を通る断面でみたときに、金属板の端部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＥの方が、金属板の中心部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＣよりも大きくてよい。接合層は、金属板の端部とセラミック板との間から、金属板の中心部とセラミック板との間まで連なって形成されていてよい。このような回路基板は、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる。
　本開示は、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる回路基板及びその製造方法を提供することができる。
図１は、回路基板の平面図である。 図２は、図１の回路基板のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は、図２の断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図４は、回路基板の製造方法を説明するための模式断面図である。 図５は、実施例１の回路基板の断面のＳＥＭ写真である。 図６は、実施例１の回路基板の断面のＳＥＭ写真である。 図７は、実施例２の回路基板の断面のＳＥＭ写真である。 図８は、比較例１の回路基板の断面のＳＥＭ写真である。 図９（Ａ）は、実施例１の回路基板の光学電子顕微鏡写真である。図９（Ｂ）は、実施例２の回路基板の光学電子顕微鏡写真である。図９（Ｃ）は、比較例１の回路基板の光学電子顕微鏡写真である。 図１０（Ａ）は、実施例１の回路基板の超音波探傷検査（ＳＡＴ）の画像である。図１０（Ｂ）は、実施例２の回路基板の超音波探傷検査（ＳＡＴ）の画像である。図１０（Ｃ）は、比較例１の回路基板の超音波探傷検査（ＳＡＴ）の画像である。
　以下、場合により図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。複数の成分が例示されている場合、特に断らない限り、複数の成分の少なくとも一つを含んでいてもよいし、任意に組み合わされる複数の成分を含んでいてもよい。「～」の記号で示される数値範囲は、下限値及び上限値を含む。すなわち、「Ａ～Ｂ」で示される数値範囲は、Ａ以上且つＢ以下を意味する。
　一実施形態に係る回路基板は、セラミック板と、金属板と、セラミック板と金属板とを接合する接合層と、を備える。セラミック板の材質は特に制限されず、例えば、窒化物焼結体、炭化物焼結体、又は酸化物焼結体で構成されていてよい。具体的には、窒化ケイ素焼結体、窒化アルミニウム焼結体、酸化アルミニウム焼結体、及び炭化ケイ素焼結体等が挙げられる。セラミック板の板状であれば特に制限されない。セラミック板の厚みは、例えば０．２～２ｍｍであってよく、０．３２～１．１ｍｍであってもよい。
　金属板は、例えば銅板であってよい。形状は板状であれば特に制限されない。金属板の厚みは、例えば０．１～１．２ｍｍであってよく、０．２～０．８ｍｍであってもよい。金属板は表面にめっき膜を有していてもよい。金属板は、一方及び他方の主面が凸状になっていてもよい。金属板は、一方の主面が凸状、他方の主面が凹状になるように反りを有していてもよい。また、金属板の少なくとも一方の主面は、中心部の方が端部よりも突出するようなテーパー面となっていてもよい。
　接合層は、銀、銅、錫、及び活性金属からなる群より選ばれる一種又は二種以上の金属を含有してよい。二種以上の金属は合金となっていてもよい。活性金属は、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、及びニオブからなる群より選ばれる一種又は二種以上を含んでいてよい。
　接合層は、銀、銅及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。接合層に含まれる銀及び銅は、例えばＡｇ－Ｃｕ共晶合金等の合金として接合層に含まれていてもよい。接合層における銀の含有量は、Ａｇ換算で６０～９５質量％であってよい。接合層における銀及び銅の含有量は、それぞれＡｇ及びＣｕに換算して７５～１００質量％であってよく、８５～９９質量％であってよく、９０～９８質量％であってもよい。これによって、接合層における残留応力を十分に低減しつつ、接合層の緻密性を向上することができる。
　接合層における活性金属の含有量は、Ａｇ及びＣｕの合計１００質量部に対して、０．５～５質量部であってよい。活性金属の含有量を０．５質量部以上とすることで、セラミック板と接合層との接合性を向上することができる。一方、活性金属の含有量を５質量部以下とすることで、接合界面に脆弱な合金層が形成されることを抑制できる。
　接合層に含有される上記金属は、窒化物、酸化物、炭化物又は水素化物として含まれていてもよい。一例として、接合層は、窒化チタン及び／又は水素化チタン（ＴｉＨ２）を含んでいてよい。これによって、セラミック板と金属板との接合強度を十分に高くすることができる。ＡｇとＣｕの合計１００質量部に対するＴｉＨ２の含有量は例えば１～８質量部であってよい。
　接合層に含まれる窒化チタン相は、接合層のセラミック板との接触面において層状に形成されていてもよい。接合層の全体にわたって、窒化チタン相が層状に連なって形成されていてもよい。窒化チタン相が層状に連なって形成されることによって、セラミック板と金属板との接合強度を一層高くすることができる。窒化チタン相が層状に連なっていることは、断面を例えば電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によって確認することができる。ここで、本開示における断面とは、接合層が設けられるセラミック板の主面に直交し、金属板の中心部、接合層及びセラミック板を通る断面である。
　上記断面でみたときに、金属板の端部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＥの方が、金属板の中心部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＣよりも大きい。このような回路基板は、セラミック板と金属板との接合信頼性に優れる。本開示における接合層の厚みＤＥ及び厚みＤＣの測定方法は後述する。
　図１は、本実施形態の回路基板の一例を示す平面図である。回路基板１００は、セラミック板１０と、セラミック板１０の主面１０Ａに接合層３１を介して接合された金属板２１を有する。この例では、セラミック板１０の主面１０Ａに２つの金属板２１が設けられているが、これに限定されない。例えば、金属板は一つであってよく、３つ以上であってもよい。また複数の金属板の形状は、互いに同じであってよく、異なっていてもよい。図１に示すような平面視において、接合層３１は、金属板２１の外縁に沿って、金属板２１を取り囲むように形成されるはみ出し部３１Ａを有する。
　図２は、図１の回路基板のＩＩ－ＩＩ線断面図である。すなわち、図２は、接合層３１が設けられるセラミック板１０の主面１０Ａ（主面１０Ｂ）に直交し、金属板２１（金属板２２）の中心部２１Ｃ（中心部２２Ｃ）、接合層３１（接合層３２）及びセラミック板１０を通る断面を示している。接合層３１は、金属板２１の端部２１Ｅとセラミック板１０との間から、金属板２１の中心部２１Ｃとセラミック板１０との間まで連なって形成されている。すなわち、接合層３１は、その中心部３１Ｃから端部３１Ｅまで分断されることなく繋がっている。
　回路基板１００は、セラミック板１０の主面１０Ａとは反対側の主面（主面１０Ｂ）にも、金属板２２が設けられている。金属板２２も、金属板２１と同様に接合層３２を介してセラミック板１０の主面１０Ｂに接合されている。この例では、主面１０Ｂにも金属板２２が設けられているが、これに限定されない。すなわち、セラミック板の一方の主面のみに金属板が設けられていてもよい。主面１０Ａ及び主面１０Ｂに接合される金属板の形状、サイズ及び個数は、互いに同じであってよく異なっていてもよい。
　図３は、図２に示す断面のうち、金属板２１の端部２１Ｅ、及び接合層３１の端部３１Ｅ付近を拡大して示す拡大断面図である。金属板２１の端部２１Ｅとセラミック板１０の間における接合層３１の厚みＤＥは、次のようにして測定される。金属板２１の側面２１Ｓの下端７０（金属板２１と接合層３１の境界）を基準とし、下端７０からの距離がＷ（Ｗ＝１００μｍ）となるように主面１０Ａと直交する仮想直線ＶＬ１を描く。このとき、距離Ｗは、主面１０Ａに沿って計測される。このようにして描いた仮想直線ＶＬ１に沿う接合層３１の厚みが「厚みＤＥ」となる。
　厚みＤＥは、金属板２１とセラミック板１０との接合強度を十分に高くする観点から、例えば、２０μｍ以上であってよく、３０μｍ以上であってよく、４０μｍ以上であってよい。一方、厚みＤＥは、高価な銀を節約する観点から、１００μｍ以下であってよく、８０μｍ以下であってよく、６０μｍ以下であってよい。厚みＤＥの範囲の一例は、２０～１００μｍである。図２（図３）に示すような断面を複数みたときに、厚みＤＥは、断面毎に異なっていてもよい。いずれの断面においても、厚みＤＥは、上述の範囲であってよい。
　金属板２１の中心部２１Ｃとセラミック板１０との間における接合層３１の厚みＤＣは、次のようにして測定される。図２に示すように、金属板２１の主面２１Ａの中心から、セラミック板１０の主面１０Ａに直交するように仮想直線ＶＬ２を描く。図２の仮想直線ＶＬ２と図３の仮想直線ＶＬ１は互いに平行であってよい。このようにして描いた仮想直線ＶＬ２に沿う接合層３１の厚みが「厚みＤＣ」となる。
　厚みＤＣは、金属板２１とセラミック板１０との接合強度を十分に高くする観点から、例えば、１μｍ以上であってよく、２μｍ以上であってよく、３μｍ以上であってよい。一方、厚みＤＣは、粉末を含むろう材の融解時間を短縮する観点から、１５μｍ以下であってよく、１０μｍ以下であってよく、８μｍ以下であってよい。厚みＤＣの範囲の一例は、１～１５μｍである。図２（図３）に示すような断面を複数みたときに、厚みＤＣは、断面毎に異なっていてもよい。いずれの断面においても、厚みＤＣは、上述の範囲であってよい。
　接合層３１の端部３１Ｅの厚みＤＥの方が接合層３１の中心部３１Ｃの厚みＤＣよりも大きい。すなわち、ＤＥ＞ＤＣの関係が成立する。このような接合層３１は、端部３１Ｅ付近においても、十分に加圧された状態で形成される。このため、端部３１Ｅにおいて金属板２１が剥離したり、接合層３１に空隙が発生したりすることを抑制できる。剥離及び空隙の発生を十分に抑制する観点から、厚みＤＣに対する厚みＤＥの比（ＤＥ／ＤＣ）は、５以上であってよく、６以上であってもよい。一方、接合層３１の中心部３１Ｃにおける接合強度を維持する観点から、厚みＤＣに対する厚みＤＥの比（ＤＥ／ＤＣ）は２０以下であってよく、１５以下であってもよい。厚みＤＣに対する厚みＤＥの比（ＤＥ／ＤＣ）の範囲の一例は、５～２０である。
　図２及び図３に示すように、接合層３１は、接合層３１の厚みが中心部３１Ｃから端部３１Ｅに向かうにつれて厚みが大きくなる勾配部３５を有していてよい。このような勾配部３５を有する接合層３１は、セラミック板１０と金属板２１とをろう材を用いて接合する際に、中心部３１Ｃから端部３１Ｅに向かって接合層３１となるろう材が十分円滑に流動して形成される。このような接合層３１は、ろう材が十分に万遍なく拡がって形成される。したがって、接合層３１の端部３１Ｅ付近のみならず、中心部３１Ｃ付近においても接合層３１の欠陥を十分に低減することができる。図２に示すように、接合層３１は、中心部３１Ｃよりも端部３１Ｅ寄りに勾配部３５を有していてよい。これによって、端部３１Ｅにおける欠陥の発生を一層抑制することができる。
　回路基板１００の接合層３１は、図２及び図３に示すように、金属板２１の下端７０よりも外側にはみ出すように形成されるはみ出し部３１Ａを有する。はみ出し部３１Ａは、セラミック板１０の主面１０Ａに向かってスカート状に拡がっていてよい。このようなはみ出し部３１Ａを有することによって、セラミック板１０と金属板２１の熱膨張係数の違いに起因して接合層３１の端部に生じる熱応力の集中を緩和することができる。熱応力の集中を十分に緩和する観点から、はみ出し部３１Ａの長さＬは、５μｍ以上であってよく、１０μｍ以上であってよく、３０μｍ以上であってよく、５０μｍ以上であってもよい。はみ出し部３１Ａの長さＬは、例えば、セラミック板１０のサイズとの兼ね合いから、５００μｍ以下であってよく、３００μｍ以下であってもよい。はみ出し部３１Ａの長さＬの範囲の一例は、５～５００μｍである。
　はみ出し部３１Ａの長さＬは、次のようにして測定される。図３に示すように、セラミック板１０の主面１０Ａにおけるはみ出し部３１Ａの端点Ｅ１を通り、主面１０Ａに直交する仮想直線ＶＬ３を描く。仮想直線ＶＬ３は、仮想直線ＶＬ１と平行である。金属板２１の側面２１Ｓの下端７０（金属板２１と接合層３１の境界）と仮想直線ＶＬ３との最短距離が「長さＬ」となる。図２（図３）に示すような複数の断面をみたときに、はみ出し部３１Ａの長さＬは、断面毎に異なっていてもよい。いずれの断面においても、長さＬは上述の範囲であってよい。
　接合層３１の厚みＤＥに対する、はみ出し部３１Ａの長さＬの比（Ｌ／ＤＥ）は、０．１以上であってよく、０．５以上であってよく、１以上であってもよい。このような接合層３１は、十分に長い長さＬのはみ出し部３１Ａを有するため、熱応力を十分に緩和することができる。このような回路基板１００はヒートサイクルに対する耐久性に優れる。厚みＤＥに対する長さＬの比（Ｌ／ＤＥ）は、セラミック板１０のサイズとの兼ね合いから、１０以下であってよく、５以下であってよく、３以下であってもよい。厚みＤＥに対する長さＬの比（Ｌ／ＤＥ）の範囲の一例は、０．１～１０である。
　接合層３１における空隙部は小さいほうが好ましく、接合層３１は空隙部を有しないことが好ましい。空隙部は、セラミック板１０と金属板２１との未接合部となる。このため、空隙部が大きくなるとセラミック板１０と金属板２１との剥離が発生し易くなり、接合信頼性が低下する。回路基板１００の接合信頼性向上の観点から、空隙部の面積の最大値は１０００μｍ２以下であってよく、５００μｍ２以下であってよく、３００μｍ２以下であってもよい。空隙部の面積は図２及び図３に示すように、セラミック板１０の主面１０Ａに直交し、金属板２１の中心部２１Ｃ、接合層３１及びセラミック板１０を通る断面において測定される。具体的には、この断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を観察し、空隙部を含む領域を画像処理することによって求めてもよい。
　図２の断面でみたときに、金属板２１，２２は凸形状を有している。金属板２１，２２の一方の主面が凸面となっており、当該凸面が接合層３１，３２と接している。すなわち、金属板２１，２２の凸面が接合層３１，３２によってセラミック板１０と接合されている。凸面における凸部の高さは１０～１００μｍであってよい。凸部の高さを１０μｍ以上にすることによって、金属板２１，２２の端部に接する部分にろう材を複数回塗布した場合にろう材が過剰となることを抑制できる。これによって、主面１０Ａ，１０Ｂに流れ出すことを十分に抑制し、回路基板１００の外観を十分に向上することができる。凸部の高さを、１００μｍ以下にすることによって、金属板２１，２２の端部に接する部分のろう材が不足することを回避し、金属板２１，２２の端部（回路端部）の接合性を十分に向上することができる。凸部の高さは、厚みＤＥと厚みＤＣの差（ＤＥ－ＤＣ）として求めることができる。すなわち、凸部の高さは、金属板２１，２２の外縁における高さを基準として測定される。
　セラミック板１０の主面１０Ｂ側に設けられる接合層３２及び金属板２２の構造及び形状は、主面１０Ａ側に設けられる接合層３１及び金属板２１と同じである。回路基板１００がパワーモジュールに搭載されたときに、金属板２１及び金属板２２は、電気信号を伝達する機能を有する回路板、又は熱を伝達する機能を有する放熱板として機能してよい。また、金属板２１，２２は、熱を伝達する機能と、電気信号を伝達する機能を兼ね備えていてもよい。変形例では、一対の主面のそれぞれに設けられる接合層及び金属板の構造及び形状は、互いに異なっていてもよい。
　一実施形態に係る回路基板の製造方法は、セラミック板の主面にろう材を塗布してろう材層を設ける工程と、ろう材層を挟むようにしてセラミック板と金属板とを積層して積層体を作製する工程と、積層体を加熱してセラミック板と金属板とが接合層で接合された接合体を得る工程と、を有する。
　各工程の詳細について説明する。まず、無機化合物の粉末、バインダ樹脂、焼結助剤、可塑剤、分散剤、及び溶媒等を含むスラリーを成形してグリーンシートを作製する。無機化合物の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素、及び酸化アルミニウム等が挙げられる。焼結助剤としては、希土類金属、アルカリ土類金属、金属酸化物、フッ化物、塩化物、硝酸塩、及び硫酸塩等が挙げられる。これらは一種のみ用いてもよいし二種以上を併用してもよい。焼結助剤を用いることにより、無機化合物粉末の焼結を促進させることができる。バインダ樹脂の例としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、及び（メタ）アクリル系樹脂等が挙げられる。
　可塑剤の例としては、精製グリセリン、グリセリントリオレート、ジエチレングリコール、ジ－ｎ－ブチルフタレート等のフタル酸系可塑剤、及びセバシン酸ジ－２－エチルヘキシル等の二塩基酸系可塑剤等が挙げられる。分散剤の例としては、ポリ（メタ）アクリル酸塩、及び（メタ）アクリル酸－マレイン酸塩コポリマーが挙げられる。溶媒としては、エタノール及びトルエン等の有機溶媒が挙げられる。
　スラリーの成形方法の例としては、ドクターブレード法及び押出成形法が挙げられる。次に、成形して得られたグリーンシートを脱脂して焼結する。脱脂は、例えば、４００～８００℃で、０．５～２０時間加熱して行ってよい。これによって、無機化合物の酸化及び劣化を抑制しつつ、有機物（炭素）の残留量を低減することができる。焼結は、窒素、アルゴン、アンモニア又は水素等の非酸化性ガス雰囲気下、１７００～１９００℃に加熱して行ってよい。これによって、例えばセラミック板１０を得ることができる。必要に応じてセラミック板のレーザー加工を行い、端部を切断したり、セラミック板の主面にスクライブラインを設けたりしてもよい。
　上述の脱脂及び焼結は、グリーンシートを複数積層した状態で行ってもよい。積層して脱脂及び焼結を行う場合、焼成後の基材の分離を円滑にするため、グリーンシート間に離型剤による離型層を設けてよい。離型剤としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）を用いることができる。離型層は、例えば、窒化ホウ素の粉末のスラリーを、スプレー、ブラシ、ロールコート、又はスクリーン印刷等の方法により塗布して形成してよい。積層するグリーンシートの枚数は、セラミック板の量産を効率的に行いつつ、脱脂を十分に進行させる観点から、例えば８～１００枚であってよく、３０～７０枚であってもよい。
　このようにして得られたセラミック板の主面に、ろう材を塗布する。ろう材は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、活性金属、及びこれらを構成元素とする金属化合物、有機溶媒、並びにバインダ等を含有する。ろう材の粘度（２０℃）は、例えば５～２０Ｐａ・ｓであってよい。ろう材における有機溶媒の含有量は、例えば、５～２５質量％、バインダの含有量は、例えば、２～１５質量％であってよい。
　セラミック板の主面に、ロールコーター法、スクリーン印刷法、又は転写法等の方法によってろう材を塗布してろう材層を設ける。ろう材層を設ける際に、金属板の中心部に接触するろう材層の第１部分の厚みよりも、金属板の端部に接触するろう材層の第２部分の厚みを大きくする。塗布条件を変えてろう材層の厚みを変更し、互いに厚みの異なる第１部分と第２部分を設けてもよい。ろう材の塗布回数を変えて、互いに厚みの異なる第１部分と第２部分を設けてもよい。すなわち、第２部分は、第１部分よりもろう材の塗布回数を多くすることによって形成してもよい。これによって、セラミック板の主面上に、簡便に互いに厚みの異なる第１部分と第２部分を設けることができる。
　図４は、回路基板の製造方法の一例を説明するための模式断面図である。この例では、セラミック板１０の主面１０Ａ，１０Ｂにろう材を塗布して第１部分８１と第２部分８２を形成している。第１部分８１では、ろう材の塗布を１回のみ行って第１ろう材層４１が形成されている。一方、第２部分８２では、ろう材の塗布を３回行って、第１ろう材層４１の上に、第２ろう材層４２及び第３ろう材層４３がこの順に設けられている。第１部分８１及び第２部分８２のろう材層の積層数は特に限定されない。例えば、第１部分８１を２層構造とし、第２部分８２を４層構造としてもよい。
　このようにろう材層が設けられたセラミック板１０の主面１０Ａ及び主面１０Ｂに、金属板２１及び金属板２２をそれぞれ貼り合わせて積層する。金属板２１，２２の主面２１Ｂ，２２Ｂは、セラミック板１０の主面１０Ａ，１０Ｂに対して、それぞれ凸状となるようなテーパー面（凸面）になっている。このため、金属板２１，２２は、それぞれ、端部２１Ｅ，２２Ｅの厚みの方が、中心部２１Ｃ，２２Ｃの厚みより小さくなっている。なお、このような金属板２１，２２を用いることに限定されず、例えば、セラミック板１０に対向する主面２１Ｂ，２２Ｂが凸形状となるように反っている金属板を用いてもよい。
　金属板２１，２２をセラミック板１０に向かう方向（図４の矢印方向）に押圧して積層体を得る。押圧に伴って、ろう材層が円滑に拡がって、ろう材層でセラミック板と金属板２１，２２とが良好に接着された積層体が得られる。得られた積層体を、加熱炉で加熱してセラミック板１０と金属板２１，２２とを接合し接合体を得る。加熱温度は例えば７００～９００℃であってよい。炉内の雰囲気は窒素等の不活性ガスであってよく、大気圧未満の減圧下で行ってもよいし、真空下で行ってもよい。加熱炉は、複数の接合体を連続的に製造する連続式のものであってもよいし、一つ又は複数の接合体をバッチ式で製造するものであってもよい。加熱は、接合体を上記積層体の積層方向に押圧しながら行ってもよい。
　積層体を加熱すると、各ろう材層は流動しつつ金属板と反応し、接合層が形成される。このようにして、セラミック板の主面に直交し、金属板の中心部、接合層及びセラミック板を通る断面でみたときに、端部における厚みＤＥの方が、中心部における厚みＤＣよりも大きい接合層が形成される。その後、金属板にめっき膜を形成する等の表面処理を行ってよい。このとき、接合層の形状を整える切削加工等を行ってもよい。このようにして、例えば、回路基板１００を製造することができる。
　上記製造方法において、第１部分におけるろう材の塗布回数をｎ１回、第２部分におけるろう材の塗布回数をｎ２回としたときに、ｎ２－ｎ１≧２を満たすようにしてろう材を塗布してろう材層を設けてもよい。これによって、金属板の端部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＥを、金属板の中心部とセラミック板との間における接合層の厚みＤＣよりも十分に大きくすることができる。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、セラミック板に複数の接合層及び金属板が設けられる場合、全ての接合層が上述の構造である必要はなく、少なくとも一つの接合層において、端部の厚みＤＥの方が中心部の厚みＤＣよりも大きければよい。上記各実施形態で具体的に記載された上限値及び下限値を任意に組み合わせた数値範囲も、本開示に含まれる。また、上限値及び／又は下限値を、以下に説明する実施例の値で置換した数値範囲も本開示に含まれる。
　本開示は、以下の［１］～［１１］の内容を含む。
［１］セラミック板と、金属板と、前記セラミック板と前記金属板とを接合する接合層と、を備え、
　前記接合層が設けられる前記セラミック板の主面に直交し、前記金属板の中心部、前記接合層及び前記セラミック板を通る断面でみたときに、前記金属板の端部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＥの方が、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＣよりも大きくなっており、
　前記接合層は、前記金属板の前記端部と前記セラミック板との間から、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間まで連なって形成されている、回路基板。
［２］前記厚みＤＣに対する前記厚みＤＥの比が５以上である、［１］に記載の回路基板。
［３］前記断面でみたときに、前記セラミック板と前記金属板との間における前記接合層の空隙部の面積の最大値が１０００μｍ２以下である、［１］又は［２］に記載の回路基板。
［４］前記断面でみたときに、前記接合層は、前記金属板の側面における下端よりも外側にはみ出すように形成されるはみ出し部を有し、前記接合層の前記厚みＤＥに対する、前記はみ出し部の長さＬの比が０．１以上である、［１］～［３］のいずれか一つに記載の回路基板。
［５］前記断面でみたときに、前記接合層は、その中心部から端部に向かうにつれて厚みが大きくなる勾配部を有する、［１］～［４］のいずれか一つに記載の回路基板。
［６］前記断面でみたときに、前記金属板は凸形状を有しており、前記金属板の凸面が前記接合層によって前記セラミック板と接合されている、［１］～［５］のいずれか一つに記載の回路基板。
［７］前記凸面における凸部の高さが１０～１００μｍである、［６］に記載の回路基板。
［８］セラミック板の主面にろう材を塗布してろう材層を設ける工程と、
　前記ろう材層を挟むようにして前記セラミック板と金属板とを積層して積層体を作製する工程と、
　前記積層体を加熱して前記セラミック板と前記金属板とが接合層で接合された接合体を得る工程と、を有し、
　前記ろう材層を設ける際に、前記金属板の中心部に接触する前記ろう材層の第１部分の厚みよりも、前記金属板の端部に接触する前記ろう材層の第２部分の厚みを大きくする、回路基板の製造方法。
［９］前記第２部分は、前記第１部分よりも前記ろう材の塗布回数を多くすることによって形成する、［８］に記載の回路基板の製造方法。
［１０］前記第１部分における前記ろう材の塗布回数をｎ１回、前記第２部分における前記ろう材の塗布回数をｎ２回としたときに、ｎ２－ｎ１≧２を満たすようにして前記ろう材を塗布して前記ろう材層を設ける、［８］又は［９］に記載の回路基板の製造方法。
［１１］前記セラミック板の主面に直交し、前記金属板の中心部、前記接合層及び前記セラミック板を通る断面でみたときに、前記金属板の端部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＥの方が、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＣよりも大きくなっており、
　前記接合層は、前記金属板の前記端部と前記セラミック板との間から、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間まで連なって形成されている、［８］～［１０］のいずれか一つに記載の回路基板の製造方法。
　実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
［回路基板の作製］
　厚さ０．３２ｍｍの窒化ケイ素製のセラミック板、複数の銅製の金属板（縦×横×厚さ＝３５ｍｍ×３５ｍｍ×０．８ｍｍ）及びろう材を準備した。金属板は、打ち抜き加工によって得られたものであり、一方の主面が凸形状、他方の主面が凹形状となるように反っているものを準備した。ろう材は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、及びＴｉＨ２を含んでいた。ＡｇとＣｕの質量比は９：１であった。ろう材は、ＡｇとＣｕの合計１００質量に対し、Ｓｎを３質量部、及びＴｉＨ２を３．５質量部含んでいた。
　セラミック板の両主面の所定箇所に、スクリーン印刷でろう材を塗布した。このとき、図４に示すように、金属板の端部が接触する部分にはろう材を三度塗りして、３層構造の第２部分を形成した。一方、金属板の中心部が接触する部分は、１層構造の第１部分を形成した。ろう材層を形成した後、ろう材層を介してセラミック板の主面に金属板を貼り合わせた。このとき、金属板の凸形状の主面とセラミック板の主面とが対向するように貼り合わせた。
　セラミック板の主面上の金属板をセラミック板に向けて０．０１５ＭＰａでプレスして積層体を得た。セラミック板の主面に合計２４枚の金属板を貼り合わせた。その後、積層体を、真空中、７９０℃で１時間加熱した。このようにしてセラミック板の主面に接合層を介して金属板が接合された接合体を得た。その後、Ｎｉ－Ｐめっき液（リン濃度：８～１２質量％）を用いて無電解メッキ処理を行い、金属板上にめっき膜を有する回路基板を形成した。
［回路基板の評価］
　セラミック板の主面に直交する方向に沿って、金属板の中心部、接合層及びセラミック板を通るように回路基板を切断した。切断して得られた断面をＳＥＭで観察した。図５及び図６は、実施例１の回路基板の断面を撮影したＳＥＭ写真である。このような断面画像から、接合層の端部の厚みＤＥ、接合層の中心部の厚みＤＣ、及び、はみ出し部の長さＬを測定した。また、接合層における空隙部（ボイド）の有無を調べた。結果は表１に示すとおりであった。
　図５と図６は互いに異なる位置を撮影したＳＥＭ写真である。図６の方が図５よりも高倍率の断面画像を示している。実施例１の回路基板において、金属板２１の端部とセラミック板１０との間における接合層３１の厚みＤＥは、金属板２１の中心部とセラミック板１０との間における接合層３１の厚みＤＣよりも大きかった。厚みＤＥは、金属板の側面の下端（銅回路板と接合層との境界）から、内部に距離Ｗ（＝１００μｍ）移動した位置において測定した。具体的な測定手順は以下のとおりとした。
　金属板２１の側面に凹凸があったため、まず、金属板２１の側面の下端をとおり、セラミック板１０の主面に直交する仮想直線ＶＬ０を描いた。そして、仮想直線ＶＬ０と互いに平行で仮想直線ＶＬ０との間隔が１００μｍとなるように仮想直線ＶＬ１を描いた。この仮想直線ＶＬ１上において、接合層３１の厚みＤＥを測定した。
　実施例１の回路基板の接合層３１には空隙部はなかった。接合層３１のはみ出し部は、セラミック板１０の主面に向かってスカート状に拡がる形状を有していた。このはみ出し部の長さＬは、セラミック板１０の主面におけるはみ出し部３１Ａの端点Ｅ１を通り、主面１０Ａに直交する仮想直線ＶＬ３と、これに平行な仮想直線ＶＬ０との距離として求めた。金属板２１の凸面（接合層との接触面）における凸部の高さを、計算式（ＤＥ－ＤＣ）によって算出した。
（実施例２）
　セラミック板にろう材を塗布する際、金属板の端部が接触する部分にろう材を二度塗りして２層構造の第２部分を形成したこと以外は、実施例１と同様にして回路基板を形成し、評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
　図７は、実施例２の回路基板の断面を撮影したＳＥＭ写真である。実施例２の回路基板において、金属板２１の端部とセラミック板１０との間における接合層３１の厚みＤＥは、金属板２１の中心部とセラミック板１０との間における接合層３１の厚みＤＣよりも大きかった。図７に示す断面には空隙部がなかったが、別の断面では空隙部があった。最も大きい面積を有する空隙部の面積Ｓは表１に示すとおりであった。空隙部の面積Ｓは、ＳＥＭ画像を画像処理して求めた。
（比較例１）
　セラミック板にろう材を塗布する際、金属板の端部が接触する部分にろう材の重ね塗りを行わず、ろう材層を全て１層構造としたこと以外は、実施例１と同様にして回路基板を形成し、評価を行った。結果は表１に示すとおりであった。
　図８は、比較例１の回路基板の断面を撮影したＳＥＭ写真である。金属板１２１の端部とセラミック板１１０の間には、接合層１３１が形成されていなかった。接合層１３１は、金属板１２１の端部とセラミック板１１０との間から、金属板１２１の中心部とセラミック板１１０との間まで連なっておらず、分断されていた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［光学顕微鏡観察の結果］
　図９は、実施例１、実施例２及び比較例１の回路基板を側方から撮影した光学電子顕微鏡写真である。図９の写真（Ａ）は実施例１の回路基板である。図９の写真（Ｂ）は実施例２の回路基板である。図９の写真（Ｃ）は比較例１の回路基板である。写真（Ａ）、写真（Ｂ）及び写真（Ｃ）では、いずれも上側に金属板の一部、下側にセラミック板の一部、及び、その間に接合層が示されている。
　図９の写真（Ｃ）では、接合層の端部に空隙部が露出していることが確認できた（四角枠の内部）。図９の写真（Ａ）及び（Ｂ）では、空隙部は露出していなかった。図９の写真（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を対比すると、実施例１の接合層の厚みが最も大きく、比較例１の接合層の厚みが最も小さかった。
［超音波探傷検査の結果］
　図１０は、実施例１、実施例２及び比較例１の回路基板の超音波探傷検査（ＳＡＴ）の画像である。図１０の画像（Ａ）は実施例１の回路基板である。図１０の画像（Ｂ）は実施例２の回路基板である。図１０の画像（Ｃ）は比較例１の回路基板である。図１０の画像（Ｃ）では幾つかの金属板の端部が白くなっていた（図中、丸印で示している）。この白色部分は、接合層に空隙部があることを示している。図１０の画像（Ｂ）でも、幾つかの金属板を接合する接合層に空隙部があることが確認された。これに対し、図１０の画像（Ａ）では空隙部は一切確認されたなかった。
　本開示によれば、接合信頼性に優れる回路基板、及びその製造方法が提供される。
　１０，１１０…セラミック板、１０Ａ，１０Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ｂ…主面、３１，３２，１３１…接合層、２１，２２，１２１…金属板、２１Ｃ，２２Ｃ，３１Ｃ…中心部、２１Ｅ，２２Ｅ，３１Ｅ…端部、２１Ｓ…側面、４１…第１ろう材層、４２…第２ろう材層、４３…第３ろう材層、３１Ａ…はみ出し部、３５…勾配部、７０…下端、８１…第１部分、８２…第２部分、１００…回路基板。

 

Claims (11)

  1. 　セラミック板と、金属板と、前記セラミック板と前記金属板とを接合する接合層と、を備え、
    　前記接合層が設けられる前記セラミック板の主面に直交し、前記金属板の中心部、前記接合層及び前記セラミック板を通る断面でみたときに、前記金属板の端部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＥの方が、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＣよりも大きくなっており、
    　前記接合層は、前記金属板の前記端部と前記セラミック板との間から、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間まで連なって形成されている、回路基板。
  2. 　前記厚みＤＣに対する前記厚みＤＥの比が５以上である、請求項１に記載の回路基板。
  3. 　前記断面でみたときに、前記セラミック板と前記金属板との間における前記接合層の空隙部の面積の最大値が１０００μｍ２以下である、請求項１又は２に記載の回路基板。
  4. 　前記断面でみたときに、前記接合層は、前記金属板の側面における下端よりも外側にはみ出すように形成されるはみ出し部を有し、前記接合層の前記厚みＤＥに対する、前記はみ出し部の長さＬの比が０．１以上である、請求項１又は２に記載の回路基板。
  5. 　前記断面でみたときに、前記接合層は、その中心部から端部に向かうにつれて厚みが大きくなる勾配部を有する、請求項１又は２に記載の回路基板。
  6. 　前記断面でみたときに、前記金属板は凸形状を有しており、前記金属板の凸面が前記接合層によって前記セラミック板と接合されている、請求項１又は２に記載の回路基板。
  7. 　前記凸面における凸部の高さが１０～１００μｍである、請求項６に記載の回路基板。
  8. 　セラミック板の主面にろう材を塗布してろう材層を設ける工程と、
    　前記ろう材層を挟むようにして前記セラミック板と金属板とを積層して積層体を作製する工程と、
    　前記積層体を加熱して前記セラミック板と前記金属板とが接合層で接合された接合体を得る工程と、を有し、
    　前記ろう材層を設ける際に、前記金属板の中心部に接触する前記ろう材層の第１部分の厚みよりも、前記金属板の端部に接触する前記ろう材層の第２部分の厚みを大きくする、回路基板の製造方法。
  9. 　前記第２部分は、前記第１部分よりも前記ろう材の塗布回数を多くすることによって形成する、請求項８に記載の回路基板の製造方法。
  10. 　前記第１部分における前記ろう材の塗布回数をｎ１回、前記第２部分における前記ろう材の塗布回数をｎ２回としたときに、ｎ２－ｎ１≧２を満たすようにして前記ろう材を塗布して前記ろう材層を設ける、請求項８又は９に記載の回路基板の製造方法。
  11. 　前記セラミック板の主面に直交し、前記金属板の中心部、前記接合層及び前記セラミック板を通る断面でみたときに、前記金属板の端部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＥの方が、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間における前記接合層の厚みＤＣよりも大きくなっており、
    　前記接合層は、前記金属板の前記端部と前記セラミック板との間から、前記金属板の前記中心部と前記セラミック板との間まで連なって形成されている、請求項８又は９に記載の回路基板の製造方法。

     
PCT/JP2023/000025 2022-03-31 2023-01-04 回路基板及びその製造方法 WO2023188670A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023533899A JPWO2023188670A1 (ja) 2022-03-31 2023-01-04

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022059773 2022-03-31
JP2022-059773 2022-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023188670A1 true WO2023188670A1 (ja) 2023-10-05

Family

ID=88200160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/000025 WO2023188670A1 (ja) 2022-03-31 2023-01-04 回路基板及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2023188670A1 (ja)
WO (1) WO2023188670A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10190176A (ja) * 1996-12-26 1998-07-21 Denki Kagaku Kogyo Kk 回路基板
JP2007095955A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Kyocera Corp 回路基板およびその製造方法
JP2007311527A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板およびパワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール
JP2008311294A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板の製造方法
JP2022000871A (ja) * 2018-07-31 2022-01-04 京セラ株式会社 電気回路基板及びパワーモジュール

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10190176A (ja) * 1996-12-26 1998-07-21 Denki Kagaku Kogyo Kk 回路基板
JP2007095955A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Kyocera Corp 回路基板およびその製造方法
JP2007311527A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板およびパワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール
JP2008311294A (ja) * 2007-06-12 2008-12-25 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板の製造方法
JP2022000871A (ja) * 2018-07-31 2022-01-04 京セラ株式会社 電気回路基板及びパワーモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2023188670A1 (ja) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105189109B (zh) 接合体、功率模块用基板及自带散热器的功率模块用基板
US6261703B1 (en) Copper circuit junction substrate and method of producing the same
JP2017501883A (ja) 金属セラミック基板を製造する方法
WO2011030754A1 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール
JP5641451B2 (ja) 金属セラミック基板
WO2011065457A1 (ja) 積層材およびその製造方法
JP4104253B2 (ja) 基板一体型構造体
JP7461506B2 (ja) キャリア基板およびキャリア基板の製造方法
JP2010093001A (ja) 金属−セラミック基板または銅−セラミック基板の製造方法および該方法で使用するための支持体
WO2023188670A1 (ja) 回路基板及びその製造方法
JPH06329481A (ja) セラミックス−金属複合体およびその製造方法
JP2018135251A (ja) パワーモジュール用基板の製造方法
JP6432373B2 (ja) 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、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
WO2021200866A1 (ja) 回路基板、接合体、及びこれらの製造方法
WO2023190253A1 (ja) 回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JP5828391B2 (ja) 接合冶具およびそれを用いた接合冶具ユニット
JP7441234B2 (ja) 回路基板及びこれを備えるモジュール
JP6614256B2 (ja) 絶縁回路基板
WO2023190246A1 (ja) 回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール
WO2023190244A1 (ja) 回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JP6769169B2 (ja) セラミックス基板とアルミニウム含浸炭化珪素多孔質体との接合体の製造方法
WO2023190255A1 (ja) 回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JPH0624880A (ja) 金属−セラミックス複合体及びその製造方法
JP3454331B2 (ja) 回路基板及びその製造方法
JP7431388B1 (ja) セラミック複合基板、及びセラミック複合基板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023533899

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23778710

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1