WO2023286856A1 - 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 - Google Patents

銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 Download PDF

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WO2023286856A1
WO2023286856A1 PCT/JP2022/027834 JP2022027834W WO2023286856A1 WO 2023286856 A1 WO2023286856 A1 WO 2023286856A1 JP 2022027834 W JP2022027834 W JP 2022027834W WO 2023286856 A1 WO2023286856 A1 WO 2023286856A1
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layer
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ceramic
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伸幸 寺▲崎▼
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三菱マテリアル株式会社
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
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    • 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 invention provides a copper/ceramic bonded body in which a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member are joined together, and an insulating circuit in which a copper plate made of copper or a copper alloy is joined to the surface of a ceramic substrate. It relates to substrates.
  • a power module, an LED module, and a thermoelectric module have a structure in which a power semiconductor element, an LED element, and a thermoelectric element are joined to an insulating circuit board in which a circuit layer made of a conductive material is formed on one side of an insulating layer.
  • power semiconductor elements for high power control used to control wind power generation, electric vehicles, hybrid vehicles, etc. generate a large amount of heat during operation.
  • Patent Document 1 proposes an insulated circuit board in which a circuit layer and a metal layer are formed by bonding copper plates to one side and the other side of a ceramic substrate.
  • copper plates are arranged on one surface and the other surface of a ceramic substrate with an Ag—Cu—Ti brazing material interposed therebetween, and the copper plates are joined by heat treatment (so-called active metal brazing method).
  • Patent Document 2 proposes a power module substrate in which a copper plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate made of AlN or Al 2 O 3 are bonded using a bonding material containing Ag and Ti. ing. Furthermore, Patent Document 3 proposes a power module substrate in which a copper plate made of copper or a copper alloy and a ceramic substrate made of silicon nitride are bonded using a bonding material containing Ag and Ti. As described above, when a copper plate and a ceramic substrate are bonded using a bonding material containing Ti, Ti, which is an active metal, reacts with the ceramic substrate, thereby improving the wettability of the bonding material and the copper plate. The bonding strength with the ceramic substrate is improved.
  • the heat generation temperature of the semiconductor elements mounted on the insulated circuit board tends to be higher, and the insulated circuit board is required to have higher cooling/heating cycle reliability to withstand severe cooling/heating cycles.
  • Ti which is an active metal
  • an intermetallic compound containing Cu and Ti precipitates.
  • the vicinity of the joint interface becomes hard, cracks may occur in the ceramic member during thermal cycle loading, and there is a risk of deterioration in thermal cycle reliability.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. It is an object of the present invention to provide an insulated circuit board made of this copper/ceramic bonded body.
  • the inventors of the present invention conducted intensive studies and found that when a ceramic member and a copper member are joined using a joining material containing an active metal, the liquid phase generated at the time of joining is a liquid phase in the copper member.
  • the active metal is repelled from the central portion to the peripheral edge portion side, and a relatively large amount of active metal exists in the peripheral edge portion of the copper member. It was found that there is a tendency to be harder than the region. Then, the inventors have found that stress concentrates on the peripheral edge region of the hard copper member at the bonding interface during a thermal cycle load, and cracking of the ceramic member is likely to occur.
  • a copper/ceramic joined body is a copper member obtained by joining a copper member made of copper or a copper alloy and a ceramic member.
  • a ceramic bonded body wherein an active metal compound layer is formed on the ceramic member side at the bonding interface between the ceramic member and the copper member, and the active metal compound layer is formed on the peripheral edge region of the copper member A maximum value of indentation hardness H A in a region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface with the copper member to the copper member side, and the active metal compound layer in the central region of the copper member.
  • the maximum value HB of the indentation hardness in a region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface to the copper member side is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less, and in the peripheral area of the copper member
  • the difference between the maximum indentation hardness H A and the maximum indentation hardness H B in the central region of the copper member is 50 mgf/ ⁇ m 2 or less. It can also be said that the copper/ceramic joined body has the copper member and the ceramic member, and the copper member and the ceramic member are joined together.
  • the indentation hardness H in one aspect of the present invention is obtained by applying a test load of 5000 mgf using a triangular pyramidal diamond indenter called a Berkovich indenter having an inter-ridge angle of 114.8° or more and 115.1° or less. It is calculated by the following formula after measuring the load-displacement correlation at the time.
  • Contact area A 24.56 x hc2
  • Indentation hardness H P/A
  • an active metal compound layer is formed on the ceramic member side at the joint interface between the ceramic member and the copper member, and the peripheral edge portion of the copper member A maximum value H A of indentation hardness in a region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper member to the copper member side in the region, and the active metal in the central region of the copper member
  • the maximum value HB of the indentation hardness in a region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface with the copper member of the compound layer to the copper member side is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less. Therefore, the ceramic member and the copper member are firmly joined by the active metal, and the joint interface is prevented from becoming harder than necessary.
  • the difference between the maximum value H A of the indentation hardness in the peripheral region of the copper member and the maximum value H B of the indentation hardness in the central region of the copper member is 50 mgf/ ⁇ m 2 or less. Therefore, at the joint interface, there is no large difference in the hardness of the joint interface between the peripheral region and the central region of the copper member, and the occurrence of cracks in the ceramic member under thermal cycle load can be suppressed. Excellent thermal cycle reliability.
  • the thickness t1A of the active metal compound layer formed in the peripheral region of the copper member and the thickness t1A formed in the central region of the copper member is in the range of 0.05 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less, and the thickness ratio t1A / t1B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less. is preferred.
  • the thickness t1A of the active metal compound layer formed in the peripheral region of the copper member and the thickness t1B of the active metal compound layer formed in the central region of the copper member are 0.05 ⁇ m.
  • the thickness is within the range of 1.2 ⁇ m or less, the ceramic member and the copper member are reliably and strongly bonded by the active metal, and hardening of the bonding interface is further suppressed. Further, since the thickness ratio t1A / t1B is within the range of 0.7 or more and 1.4 or less, there is a large difference in the hardness of the bonding interface between the peripheral region and the central region of the copper member. Therefore, it is possible to further suppress the occurrence of cracks in the ceramic member under thermal cycle load.
  • an Ag—Cu alloy layer is formed on the copper member side at the bonding interface between the ceramic member and the copper member, and the copper member
  • the thickness t2 A of the Ag--Cu alloy layer formed in the peripheral region of the and the thickness t2 B of the Ag--Cu alloy layer formed in the central region of the copper member are in the range of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. and the thickness ratio t2A / t2B is preferably in the range of 0.7 or more and 1.4 or less.
  • the thickness t2A of the Ag--Cu alloy layer formed in the peripheral region of the copper member and the thickness t2B of the Ag--Cu alloy layer formed in the central region of the copper member are 1 ⁇ m. Since the thickness is within the range of 30 ⁇ m or less, the Ag of the bonding material sufficiently reacts with the copper member, so that the ceramic member and the copper member are reliably and firmly bonded, and the bonding interface is further hardened. Suppressed. Since the thickness ratio t2A / t2B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less, there is a large difference in the hardness of the bonding interface between the peripheral region and the central region of the copper member. is not generated, and the occurrence of cracks in the ceramic member under thermal cycle load can be further suppressed.
  • the surface of the copper member joined to the ceramic member on the opposite side of the ceramic member to the ceramic member side in a region of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less is preferably within the range of 70 mgf/ ⁇ m 2 or more and 90 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the average value of the indentation hardness in the region of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less from the surface of the copper member opposite to the ceramic member is in the range of 70 mgf/ ⁇ m 2 or more and 90 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the entire copper member is not hardened, and when other members are joined to the surface of this copper member, the reliability of joining with these other members can be improved.
  • An insulated circuit board is an insulated circuit board in which a copper plate made of copper or a copper alloy is bonded to a surface of a ceramic substrate, wherein the bonding interface between the ceramic substrate and the copper plate includes: An active metal compound layer is formed on the ceramic substrate side, and indentation hardness in a region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side in the peripheral area of the copper plate.
  • the maximum value H A and the maximum value H B of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate in the central region of the copper plate to the copper plate side are 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf / ⁇ m 2 or less, and the maximum value HA of the indentation hardness in the peripheral region of the copper plate and the maximum value HB of the indentation hardness in the central region of the copper plate is 50 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the insulating circuit board has the ceramic substrate and the copper plate, and the copper plate is joined to the surface of the ceramic substrate.
  • the active metal compound layer is formed on the ceramic substrate side at the bonding interface between the ceramic substrate and the copper plate, and the active metal compound layer is formed on the peripheral edge region of the copper plate.
  • the maximum value HB of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface to the copper plate side is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less. are firmly joined together, and the joining interface is prevented from becoming harder than necessary.
  • the difference between the maximum indentation hardness H A in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness H B in the central region of the copper plate is 50 mgf/ ⁇ m 2 or less. Therefore, at the joint interface, there is no large difference in the hardness of the joint interface between the peripheral area and the central area of the copper plate. Excellent in nature.
  • the thickness t1A of the active metal compound layer formed in the peripheral region of the copper plate and the active metal layer formed in the central region of the copper plate is in the range of 0.05 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less, and the thickness ratio t1A / t1B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less.
  • the thickness t1A of the active metal compound layer formed in the peripheral region of the copper plate and the thickness t1B of the active metal compound layer formed in the central region of the copper plate are 0.05 ⁇ m or more.
  • the thickness is within the range of 0.6 ⁇ m or less, the ceramic substrate and the copper plate are reliably and strongly bonded by the active metal, and hardening of the bonding interface is further suppressed. Further, since the thickness ratio t1A / t1B is within the range of 0.7 or more and 1.4 or less, there is a large difference in the hardness of the bonding interface between the peripheral region and the central region of the copper plate. Moreover, it is possible to further suppress the occurrence of cracks in the ceramic substrate under thermal cycle load.
  • an Ag—Cu alloy layer is formed on the side of the copper plate at the bonding interface between the ceramic substrate and the copper plate, and in the peripheral region of the copper plate.
  • the thickness t2 A of the Ag—Cu alloy layer formed and the thickness t2 B of the Ag—Cu alloy layer formed in the central region of the copper plate are in the range of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and the thickness ratio It is preferable that t2A / t2B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less.
  • the thickness t2A of the Ag--Cu alloy layer formed in the peripheral region of the copper plate and the thickness t2B of the Ag--Cu alloy layer formed in the central region of the copper plate are 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m. Since it is within the following range, the Ag of the bonding material sufficiently reacts with the copper plate, and the ceramic substrate and the copper plate are reliably and strongly bonded, and hardening of the bonding interface is further suppressed. Since the thickness ratio t2A / t2B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less, there is a large difference in the hardness of the bonding interface between the peripheral region and the central region of the copper plate. In addition, it is possible to further suppress the occurrence of cracks in the ceramic substrate under a thermal cycle load.
  • the average value of the indentation hardness in the region of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less from the surface of the copper plate opposite to the ceramic substrate is in the range of 70 mgf/ ⁇ m 2 or more and 90 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the entire copper plate is not hardened, and when other members are joined to the surface of this copper plate, the reliability of joining with these other members can be improved.
  • a copper/ceramic joint that can suppress the occurrence of cracks in a ceramic member even when a severe thermal cycle is applied and has excellent thermal cycle reliability, and the copper/ceramic It is possible to provide an insulated circuit board made of a bonded body.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a power module using an insulated circuit board according to an embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a bonding interface between a circuit layer and a metal layer of an insulated circuit board and a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention
  • (a) is an explanatory diagram of the peripheral region and the central region of the circuit layer and the metal layer
  • (b) is the peripheral region
  • (c) is the central region.
  • 1 is a flowchart of a method for manufacturing an insulated circuit board according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a schematic explanatory drawing of the manufacturing method of the insulation circuit board which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a bonding material disposing step in the method of manufacturing an insulated circuit board according to the embodiment of the present invention;
  • the copper/ceramic bonded body according to the present embodiment includes a ceramic substrate 11 as a ceramic member made of ceramics, and a copper plate 42 (circuit layer 12) and a copper plate 43 (metal layer 13) as copper members made of copper or a copper alloy. is an insulating circuit board 10 formed by bonding the .
  • FIG. 1 shows a power module 1 having an insulated circuit board 10 according to this embodiment.
  • This power module 1 includes an insulating circuit board 10 on which a circuit layer 12 and a metal layer 13 are arranged, and a semiconductor element 3 bonded to one surface (upper surface in FIG. 1) of the circuit layer 12 via a bonding layer 2. and a heat sink 5 arranged on the other side (lower side in FIG. 1) of the metal layer 13 .
  • the semiconductor element 3 is made of a semiconductor material such as Si.
  • the semiconductor element 3 and the circuit layer 12 are bonded via the bonding layer 2 .
  • the bonding layer 2 is made of, for example, a Sn--Ag-based, Sn--In-based, or Sn--Ag--Cu-based solder material.
  • the heat sink 5 is for dissipating heat from the insulating circuit board 10 described above.
  • the heat sink 5 is made of copper or a copper alloy, and is made of phosphorus-deoxidized copper in this embodiment.
  • the heat sink 5 is provided with a channel through which cooling fluid flows.
  • the heat sink 5 and the metal layer 13 are joined by a solder layer 7 made of a solder material.
  • the solder layer 7 is made of, for example, a Sn--Ag-based, Sn--In-based, or Sn--Ag--Cu-based solder material.
  • the insulating circuit board 10 of the present embodiment includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 provided on one surface (upper surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11, and a ceramic substrate. and a metal layer 13 disposed on the other surface (lower surface in FIG. 1) of the substrate 11 .
  • the ceramics substrate 11 is made of ceramics such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), alumina (Al 2 O 3 ), etc., which are excellent in insulation and heat dissipation.
  • the ceramic substrate 11 is made of aluminum nitride (AlN), which has excellent heat dissipation properties.
  • the thickness of the ceramic substrate 11 is set within a range of, for example, 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and is set to 0.635 mm in this embodiment.
  • the circuit layer 12 is formed by bonding a copper plate 42 made of copper or a copper alloy to one surface (upper surface in FIG. 4) of the ceramic substrate 11. As shown in FIG. In this embodiment, the circuit layer 12 is formed by bonding a rolled plate of oxygen-free copper to the ceramic substrate 11 .
  • the thickness of the copper plate 42 that forms the circuit layer 12 is set within a range of 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, and is set to 0.6 mm in this embodiment.
  • the metal layer 13 is formed by bonding a copper plate 43 made of copper or a copper alloy to the other surface of the ceramic substrate 11 (the lower surface in FIG. 4).
  • the metal layer 13 is formed by bonding a rolled plate of oxygen-free copper to the ceramic substrate 11 .
  • the thickness of the copper plate 43 that forms the metal layer 13 is set within a range of 0.1 mm or more and 2.0 mm or less, and is set to 0.6 mm in this embodiment.
  • an active metal compound layer 21 and an Ag—Cu alloy layer 22 are formed in order from the ceramic substrate 11 side at the bonding interface between the ceramic substrate 11, the circuit layer 12 and the metal layer 13. ing. It can also be said that the active metal compound layer 21 is part of the ceramic substrate 11 . It can also be said that the Ag—Cu alloy layer 22 is part of the circuit layer 12 and the metal layer 13 . Therefore, the bonding interface between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 and metal layer 13 (copper plates 42 and 43) is the interface between the active metal compound layer 21 and the Ag--Cu alloy layer 22.
  • FIG. Without the Ag—Cu alloy layer 22, the bonding interface between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 and the metal layer 13 (copper plates 42 and 43) is the active metal compound layer 21, the circuit layer 12 and the metal layer 13 (copper plate 42 , 43).
  • the interface structure between the peripheral region A and the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is defined as follows.
  • the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is a cross section along the lamination direction of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the ceramic substrate 11. 2, the region extends from the widthwise end of the circuit layer 12 and the metal layer 13 to 200 ⁇ m further inward in the width direction from a position 20 ⁇ m inward from the widthwise end.
  • the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is the circuit layer 12 in the cross section along the lamination direction of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the ceramic substrate 11. and a region of 200 ⁇ m in the width direction including the center of the metal layer 13 in the width direction.
  • the circuit layer 12 (metal layer 13) of the active metal compound layer 21 The maximum value HA of the indentation hardness in the area EA from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface with the circuit layer 12 (metal layer 13) side is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less. . Further, as shown in FIG.
  • the circuit layer 12 (metal layer 13) of the active metal compound layer 31 and the maximum value HB of the indentation hardness in the region EB from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface toward the circuit layer 12 (metal layer 13) is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the maximum value HA of the indentation hardness in the peripheral region A of the bonding interface between the ceramic substrate 11, the circuit layer 12, and the metal layer 13, the ceramic substrate 11, the circuit layer 12, and the metal is 50 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the thickness t1 A of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the bonding interface between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 and the metal layer 13, and the thickness t1 A of the ceramic substrate 11 and the circuit layer 13 is in the range of 0.05 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less, and the thickness ratio It is preferable that t1A / t1B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less.
  • the active metal compound layers 21A and 21B are layers made of compounds of active metals (at least one selected from Ti, Zr, Nb, and Hf) used in the bonding material 45 . More specifically, when the ceramic substrate is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) or aluminum nitride (AlN), the layer becomes a nitride of these active metals, and the ceramic substrate is made of alumina (Al 2 O 3 ), the layer consists of oxides of these active metals.
  • the active metal compound layers 21 (21A, 21B) are formed by aggregating active metal compound particles. The average particle size of these particles is 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the active metal compound layers 21 (21A, 21B) are made of titanium nitride (TiN). Configured. That is, the active metal compound layers 21 (21A, 21B) are formed by aggregation of particles of titanium nitride (TiN) having an average particle diameter of 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the ratio t2A / t2B to the thickness t2B of the Ag—Cu alloy layer 22B formed in the central region B of the bonding interface between the layer 12 and the metal layer 13 is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less. preferably within.
  • the thickness of the Ag--Cu alloy layers 22 (22A, 22B) is preferably 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the circuit layer 12 formed on one surface of the ceramics substrate 11 and the metal layer 13 formed on the other surface of the ceramics substrate 11 are separated from the surface of the ceramics substrate 11 opposite to the surface of the ceramics substrate 11 . It is preferable that the average value of the indentation hardness in the region E S of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less toward the 11 side is in the range of 70 mgf/ ⁇ m 2 or more and 90 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • FIG. 1 A method for manufacturing the insulated circuit board 10 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 1 A method for manufacturing the insulated circuit board 10 according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • a copper plate 42 to be the circuit layer 12 and a copper plate 43 to be the metal layer 13 are prepared. Then, a bonding material 45 is applied to the bonding surfaces of the copper plate 42 to be the circuit layer 12 and the copper plate 43 to be the metal layer 13 and dried.
  • the coating thickness of the paste-like bonding material 45 is preferably within the range of 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less after drying. In this embodiment, the paste bonding material 45 is applied by screen printing.
  • the bonding material 45 contains Ag and active metals (Ti, Zr, Nb, Hf).
  • an Ag--Ti based brazing material (Ag--Cu--Ti based brazing material) is used as the bonding material 45.
  • the Ag--Ti-based brazing material (Ag--Cu--Ti-based brazing material) contains, for example, 0% by mass or more and 45% by mass or less of Cu, and 0.5% by mass or more and 20% by mass of Ti, which is an active metal. It is preferable to use a composition having a content in the range of mass % or less, with the balance being Ag and unavoidable impurities.
  • the specific surface area of Ag powder contained in the bonding material 45 is preferably 0.15 m 2 /g or more, more preferably 0.25 m 2 /g or more, and more preferably 0.40 m 2 /g or more. is more preferred.
  • the specific surface area of the Ag powder contained in the bonding material 45 is preferably 1.40 m 2 /g or less, more preferably 1.00 m 2 /g or less, and 0.75 m 2 /g or less. is more preferable.
  • the particle size of the Ag powder contained in the paste-like bonding material 45 preferably has a D10 of 0.7 ⁇ m or more and 3.5 ⁇ m or less and a D100 of 4.5 ⁇ m or more and 23 ⁇ m or less. D10 is the particle size at which the cumulative frequency is 10% on a volume basis in the particle size distribution measured by a laser diffraction scattering particle size distribution measurement method, and D100 is the particle size at which the cumulative frequency is 100% on a volume basis. .
  • the bonding material 45 is applied so as to be thinner than the coating thickness of the bonding material 45B in the central portion of the copper plate 43 that becomes the metal layer 13 .
  • the difference between the coating thickness of the bonding material 45A in the peripheral edge portion of the copper plate 42 serving as the circuit layer 12 and the copper plate 43 serving as the metal layer 13 and the coating thickness of the bonding material 45B in the central portion is in the range of 5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. It is preferable to The peripheral portion to which the bonding material 45A is applied is a portion of the peripheral portion that includes the peripheral portion area and has an area of 1.5% to 10% of the surface area of the copper plates 42 and 43, and the maximum line width of the peripheral portion is 1 mm. is.
  • the central portion to which the bonding material 45B is applied is a central portion that includes the central region and has an area of 90% to 98.5% of the surface areas of the copper plates 42 and 43 .
  • a copper plate 42 to be the circuit layer 12 is laminated on one surface (upper surface in FIG. 4) of the ceramic substrate 11 with a bonding material 45 interposed therebetween, and on the other surface (lower surface in FIG. 4) of the ceramic substrate 11 , a copper plate 43 to be the metal layer 13 is laminated with a bonding material 45 interposed therebetween.
  • the heating temperature in the pressurizing and heating step S03 is preferably in the range of 800° C. or higher and 850° C. or lower. It is preferable that the total temperature integral value in the heating process from 780° C. to the heating temperature and the holding process at the heating temperature be within the range of 7° C. ⁇ h or more and 120° C. ⁇ h or less.
  • the pressure load in the pressurization and heating step S03 is preferably within the range of 0.029 MPa or more and 2.94 MPa or less.
  • the degree of vacuum in the pressurizing and heating step S03 is preferably in the range of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa or more and 5 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa or less.
  • the cooling rate in this cooling step S04 is preferably within the range of 2° C./min or more and 20° C./min or less.
  • the cooling rate here is the cooling rate from the heating temperature to 780° C., which is the Ag—Cu eutectic temperature.
  • the insulated circuit board 10 of the present embodiment is manufactured through the bonding material disposing step S01, the laminating step S02, the pressurizing and heating step S03, and the cooling step S04.
  • Heat-sink bonding step S05 Next, the heat sink 5 is bonded to the other side of the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 .
  • the insulating circuit board 10 and the heat sink 5 are laminated with a solder material interposed therebetween and placed in a heating furnace.
  • semiconductor element bonding step S06 Next, the semiconductor element 3 is soldered to one surface of the circuit layer 12 of the insulating circuit board 10 .
  • the power module 1 shown in FIG. 1 is produced by the above-described steps.
  • the insulated circuit board 10 (copper/ceramic bonded body) of the present embodiment configured as described above, in the peripheral region A of the bonding interface between the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 and the metal layer 13, active
  • the maximum value of indentation hardness H A in a region EA from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the metal compound layer 21 with the circuit layer 12 toward the circuit layer 12 is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • a region E extending from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer 31 with the metal layer 13 to the metal layer 13 side Since the maximum value HB of the indentation hardness at B is in the range of 120 mgf / ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m 2 or less, the ceramic substrate 11 and the circuit layer 12 and the metal layer 13 are firmly bonded by the active metal. In addition, the bonding interface is suppressed from being hardened more than necessary.
  • the maximum values H A and H B of the indentation hardness at the bonding interface can be set to 125 mgf/ ⁇ m 2 or more. Preferably, it is more preferably 130 mgf/ ⁇ m 2 or more. Further, in order to further suppress the bonding interface from becoming unnecessarily hard, the maximum values H A and H B of the indentation hardness of the bonding interface are preferably 180 mgf/ ⁇ m 2 or less, more preferably 150 mgf/ ⁇ m. 2 or less is more preferable.
  • the maximum value H A of the indentation hardness in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the maximum value H B of the indentation hardness in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is set to 50 mgf/ ⁇ m 2 or less, there is a large difference in the hardness of the bonding interface between the peripheral region A and the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 at the bonding interface. In addition, cracking of the ceramic substrate 11 can be suppressed under a thermal cycle load, and thermal cycle reliability is excellent.
  • the maximum value HA of the indentation hardness in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the central region of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is preferably 40 mgf/ ⁇ m 2 or less, more preferably 30 mgf/ ⁇ m 2 or less.
  • the thickness t1 A of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the thickness t1A formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 When the thickness t1B of the applied active metal compound layer 21B is in the range of 0.05 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less, the ceramic substrate 11, the circuit layer 12 and the metal layer 13 are reliably bonded by the active metal. In addition, hardening of the bonding interface is further suppressed.
  • the thickness t1 of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 , and the thickness t1B of the active metal compound layer 21B formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is preferably 0.08 ⁇ m or more, more preferably 0.15 ⁇ m or more. preferable.
  • the thickness t1 A of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the thickness t1 A of the circuit layer 12 and the thickness t1B of the active metal compound layer 21B formed in the central region B of the metal layer 13 is preferably 1.0 ⁇ m or less, more preferably 0.6 ⁇ m or less.
  • the thickness t1 A of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the thickness t1 A formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 When the ratio t1A / t1B of the thickness t1B of the active metal compound layer 21B is in the range of 0.7 or more and 1.4 or less, the peripheral edge portions of the circuit layer 12 and the metal layer 13 There is no large difference in the hardness of the bonding interface between the region A and the central region B, and cracking of the ceramic substrate 11 under thermal cycle load can be further suppressed.
  • the thickness t1 A of the active metal compound layer 21A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13, and , the ratio t1A / t1B of the thickness t1B of the active metal compound layer 21B formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is in the range of 0.8 or more and 1.2 or less. is more preferable, and more preferably within the range of 0.9 or more and 1.1 or less.
  • the thickness t2 A of the Ag—Cu alloy layer 22A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13, and the thickness t2 A of the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 When the thickness t2B of the formed Ag—Cu alloy layer 22B is in the range of 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, the Ag of the bonding material 45, which will be described later, and the circuit layer 12 and the metal layer 13 are sufficiently As a result, the ceramic substrate 11, the circuit layer 12 and the metal layer 13 are reliably and strongly bonded together, and hardening of the bonding interface is further suppressed.
  • the thickness t2 A and the thickness t2B of the Ag—Cu alloy layer 22B formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 are preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more. Further, in order to further suppress the joining interface from becoming harder than necessary, the thickness t2 A of the Ag—Cu alloy layer 22A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the circuit The thickness t2B of the Ag—Cu alloy layer 22B formed in the central region B of the layer 12 and the metal layer 13 is preferably 25 ⁇ m or less, more preferably 15 ⁇ m or less.
  • the thickness t2A of the Ag—Cu alloy layer 22A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 and the thickness t2A formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 When the ratio t2A / t2B to the thickness t2B of the Ag--Cu alloy layer 22B is within the range of 0.7 or more and 1.4 or less, the circuit layer 12 and the metal layer 13 There is no large difference in the hardness of the joint interface between the peripheral edge region A and the central region B, and cracking of the ceramic substrate under thermal cycle load can be further suppressed.
  • the Ag—Cu alloy layer 22A formed in the peripheral region A of the circuit layer 12 and the metal layer 13 has a thickness t2 A and , the ratio t2A / t2B of the thickness t2B of the Ag—Cu alloy layer 22B formed in the central region B of the circuit layer 12 and the metal layer 13 is within the range of 0.8 or more and 1.2 or less. It is more preferable to make it within the range of 0.9 or more and 1.1 or less.
  • the circuit layer 12 formed on one surface of the ceramics substrate 11 and the metal layer 13 formed on the other surface of the ceramics substrate 11 are separated from the surface opposite to the ceramics substrate 11 .
  • the average value of the indentation hardness in the region E S of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less to the side is within the range of 70 mgf/ ⁇ m 2 or more and 90 mgf/ ⁇ m 2 or less, the entire circuit layer 12 and the entire metal layer 13 are It is not hardened, and the reliability of bonding between the semiconductor element 3 bonded to the surface of the circuit layer 12 and the heat sink 5 bonded to the surface of the metal layer 13 can be improved.
  • a power module is configured by mounting a semiconductor element on an insulated circuit board, but the present invention is not limited to this.
  • an LED module may be configured by mounting an LED element on the circuit layer of the insulating circuit board, or a thermoelectric module may be configured by mounting a thermoelectric element on the circuit layer of the insulating circuit board.
  • the ceramic substrate is made of aluminum nitride ( AlN).
  • other ceramic substrates such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) may be used.
  • Ti was used as an example of the active metal contained in the bonding material. It suffices if it contains the above active metals. These active metals may be contained as hydrides.
  • the maximum value H A of the indentation hardness in the peripheral edge region of the circuit layer and the metal layer and the circuit Although described as controlling the maximum value HB of the indentation hardness in the central region of the layer and the metal layer, it is not limited to this, and the bonding material to be applied at the peripheral edge and central portion of the copper plate are different, the maximum value HA of the indentation hardness in the peripheral region of the circuit layer and the metal layer and the maximum value HB of the indentation hardness in the central region of the circuit layer and the metal layer are controlled.
  • the maximum values HA and HB of the indentation hardness can be controlled. That is, when the specific surface area of the Ag powder is small, the sinterability of the paste-like bonding material 45 is increased, and a liquid phase is likely to occur in the heating step S03 described later, promoting diffusion of the active metal, and increasing the The maximum value of indentation hardness increases. On the other hand, when the specific surface area of the Ag powder is large, the sinterability of the paste-like bonding material 45 becomes low, making it difficult for the liquid phase to occur in the heating step S03 described later, suppressing the diffusion of the active metal, and suppressing the diffusion of the active metal. The maximum value of indentation hardness is reduced.
  • bonding materials containing different types and amounts of active metals may be used to separately paint the peripheral edge portion and the central portion of the copper plate.
  • the circuit layer was described as being formed by bonding a rolled plate of oxygen-free copper to a ceramic substrate, but the present invention is not limited to this, and a copper piece punched out of a copper plate is used.
  • a circuit layer may be formed by bonding to a ceramic substrate while being arranged in a circuit pattern. In this case, each copper piece should have the interface structure with the ceramic substrate as described above.
  • the bonding material is provided on the bonding surface of the copper plate, but the present invention is not limited to this, and the bonding material may be provided between the ceramic substrate and the copper plate. Alternatively, a bonding material may be provided on the bonding surface of the ceramic substrate.
  • a ceramic substrate (40 mm ⁇ 40 mm) shown in Table 1 was prepared.
  • the thickness of AlN and Al 2 O 3 was 0.635 mm, and the thickness of Si 3 N 4 was 0.32 mm.
  • a copper plate made of oxygen-free copper and having a thickness of 37 mm ⁇ 37 mm and having a thickness shown in Table 1 was prepared as a copper plate serving as a circuit layer and a metal layer.
  • a bonding material containing Ag powder having a BET value shown in Table 1 was applied to the peripheral portion of the copper plate serving as the circuit layer and the metal layer so that the target thickness after drying would be the value shown in Table 1.
  • a bonding material containing Ag powder having a BET value shown in Table 1 was applied to the central portion of the copper plate serving as the circuit layer and the metal layer so that the target thickness after drying would be the value shown in Table 1.
  • a paste material was used as the bonding material, and the amounts of Ag, Cu, and active metal were as shown in Table 1.
  • the BET value (specific surface area) of the Ag powder was measured by using AUTOSORB-1 manufactured by QUANTACHRROME, vacuum deaeration by heating at 150 ° C. for 30 minutes as pretreatment, N 2 adsorption, liquid nitrogen 77 K, BET multipoint method. It was measured.
  • a copper plate which will be the circuit layer, is laminated on one side of the ceramic substrate.
  • a copper plate serving as a metal layer was laminated on the other surface of the ceramic substrate.
  • This laminate was heated while being pressed in the lamination direction to generate an Ag—Cu liquid phase.
  • the pressure load was set to 0.294 MPa, and the temperature integral value was set as shown in Table 2. Then, by cooling the heated laminate, the copper plate serving as the circuit layer, the ceramic substrate, and the metal plate serving as the metal layer were bonded to obtain an insulated circuit substrate (copper/ceramic bonded body).
  • the indentation hardness, active metal compound layer, Ag-Cu alloy layer, and thermal cycle reliability of the resulting insulated circuit board (copper/ceramic bonded body) were evaluated as follows.
  • indentation hardness The resulting insulated circuit board (copper/ceramic bonded body) was cut in the lamination direction, and the active metal compound layer was bonded to the circuit layer and metal layer at the bonding interface between the ceramic board and the circuit layer and metal layer by the method described above.
  • the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface to the circuit layer side and the metal layer side was measured and calculated at 5 points, total 10 points, and the maximum value was obtained.
  • the indentation hardness in the area of 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less from the surface of the circuit layer and the metal layer on the opposite side of the ceramic substrate to the ceramic substrate side was measured and calculated at 5 points, a total of 10 points, and the average value was calculated. Calculated.
  • Comparative Example 1 the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side is 245 mgf/ ⁇ m 2 , and the number of cracks generated in the thermal cycle test. was 50 times.
  • Comparative Example 2 the difference between the maximum indentation hardness H A in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness H B in the central region of the copper plate was 59 mgf/ ⁇ m 2 . In the thermal cycle test, cracks occurred 50 times.
  • the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side was 120 mgf/ ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m. 2 or less, and the difference between the maximum indentation hardness HA in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness HB in the central region of the copper plate is 50 mgf / ⁇ m 2 or less, and the number of cracks generated was 350 to 500 times in the thermal cycle test, indicating excellent thermal cycle reliability.
  • inventive examples 4 to 6 using Si 3 N 4 as the ceramic substrate and comparative examples 3 and 4 are compared.
  • the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side is 237 mgf/ ⁇ m 2 , and the number of cracks generated in the thermal cycle test. was 1200 times.
  • the difference between the maximum indentation hardness H A in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness H B in the central region of the copper plate was 61 mgf/ ⁇ m 2 . In the thermal cycle test, cracks occurred 1400 times.
  • the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side was 120 mgf/ ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m. 2 or less, and the difference between the maximum indentation hardness HA in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness HB in the central region of the copper plate is 50 mgf / ⁇ m 2 or less, and the number of times cracks occurred exceeded 1,800 to 2,000 times in the cooling/heating cycle test, indicating excellent cooling/heating cycle reliability.
  • inventive examples 7 and 8 using Al 2 O 3 as the ceramic substrate and comparative example 5 are compared.
  • Comparative Example 5 the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side in the peripheral region of the copper plate was 98 mgf/ ⁇ m 2 . In the cycle test, cracks occurred 50 times.
  • the maximum value of the indentation hardness in the region from 20 ⁇ m to 50 ⁇ m from the interface of the active metal compound layer with the copper plate to the copper plate side was 120 mgf/ ⁇ m 2 or more and 200 mgf/ ⁇ m. 2 or less, and the difference between the maximum indentation hardness HA in the peripheral region of the copper plate and the maximum indentation hardness HB in the central region of the copper plate is 50 mgf / ⁇ m 2 or less, and the number of cracks generated exceeded 350 to 400 times in the thermal cycle test, indicating excellent thermal cycle reliability.
  • the copper/ceramic bonded body and insulating circuit board of this embodiment are suitably applied to power modules, LED modules and thermoelectric modules.
  • Insulated circuit board (copper/ceramic joint) 11 Ceramic substrate (ceramic member) 12 circuit layer (copper member) 13 metal layer (copper member) 21 (21A, 21B) active metal compound layer 22 (22A, 22B) Ag—Cu alloy layer

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Abstract

この銅／セラミックス接合体（１０）は、銅又は銅合金からなる銅部材（１２，１３）と、セラミックス部材（１１）とを有し、銅部材（１２，１３）とセラミックス部材（１１）とが接合され、セラミックス部材（１１）と銅部材（１２）との接合界面において、セラミックス部材（１１）側には活性金属化合物層（２１）が形成されており、活性金属化合物層（２１）の銅部材（１２）との界面から銅部材（１２）側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、銅部材（１２）の周縁部領域（Ａ）におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡと、銅部材（１２）の中央部領域（Ｂ）におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下である。

Description

銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板
　この発明は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体、および、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板に関するものである。
　本願は、２０２１年７月１６日に、日本に出願された特願２０２１－１１７９５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　パワーモジュール、ＬＥＤモジュールおよび熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子および熱電素子が接合された構造とされている。
　例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して形成した放熱用の金属層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。
　例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、銅板を接合することにより回路層および金属層を形成した絶縁回路基板が提案されている。この特許文献１においては、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材を介在させて銅板を配置し、加熱処理を行うことにより銅板が接合されている（いわゆる活性金属ろう付け法）。
　また、特許文献２においては、銅又は銅合金からなる銅板と、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
　さらに、特許文献３には、銅又は銅合金からなる銅板と、窒化ケイ素からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
　前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、活性金属であるＴｉがセラミックス基板と反応することにより、接合材の濡れ性が向上し、銅板とセラミックス基板との接合強度が向上することになる。
　ところで、最近では、絶縁回路基板に搭載される半導体素子の発熱温度が高くなる傾向にあり、絶縁回路基板には、従来にも増して、厳しい冷熱サイクルに耐えることができる冷熱サイクル信頼性が求められている。
　ここで、前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、銅板側に活性金属であるＴｉが拡散し、ＣｕとＴｉを含む金属間化合物が析出することで、接合界面近傍が硬くなり、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に割れが生じ、冷熱サイクル信頼性が低下するおそれがあった。
特許第３２１１８５６号公報 特許第５７５７３５９号公報 特開２０１８－００８８６９号公報
　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、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することを目的とする。
　前述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス部材と銅部材とを活性金属を含む接合材を用いて接合する際に、接合時に生成した液相が銅部材の中央部から周縁部側に排斥され、銅部材の周縁部に活性金属が相対的に多く存在することになり、セラミックス部材と銅部材との接合界面において、銅部材の周縁部領域が、中央部領域に比べて硬くなる傾向があることが分かった。そして、冷熱サイクル負荷時に、接合界面において硬い銅部材の周縁部領域に応力が集中してセラミックス部材の割れが生じやすくなるとの知見を得た。
　本発明は、前述の知見を基になされたものであって、本発明の一態様に係る銅／セラミックス接合体は、銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体であって、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴としている。
　銅／セラミックス接合体は、前記銅部材と、前記セラミックス部材とを有し、前記銅部材と前記セラミックス部材とが接合されていると言うこともできる。
　なお、本発明の一態様におけるインデンテーション硬度Ｈとは、バーコビッチ圧子と呼ばれる稜間角が１１４．８°以上１１５．１°以下の三角錐ダイヤモンド圧子を用いて試験荷重を５０００ｍｇｆとして負荷をかけた際の荷重―変位の相関を計測し、以下の式より算出される。
　　ｈｃ＝ｈｔ－０．７５×Ｐ／Ｓ
（ｈｔ：押し込み深さ、Ｐ：荷重、Ｓ：接触剛性（＝dP/ dh|Pmax）、ｈｃ：接触深さ）
　接触面積Ａ＝２４．５６×ｈｃ２
　インデンテーション硬さＨ＝Ｐ／Ａ
　本発明の一態様に係る銅／セラミックス接合体によれば、前記セラミックス部材と銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。
　そして、前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、前記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、接合界面において、銅部材の周縁部領域と中央部領域とで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
　ここで、本発明の一態様に係る銅／セラミックス接合体においては、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　そして、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅部材の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
　また、本発明の一態様に係る銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされているので、接合材のＡｇが銅部材と十分に反応してセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　そして、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅部材の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。
　さらに、本発明の一態様に係る銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材に接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から前記セラミックス部材側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅部材全体が硬くなっておらず、この銅部材の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
　本発明の一態様に係る絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴としている。
　絶縁回路基板は、前記セラミックス基板と、前記銅板とを有し、前記セラミックス基板の表面に前記銅板が接合されていると言うこともできる。
　本発明の一態様に係る絶縁回路基板によれば、前記セラミックス基板と銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。
　そして、前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、接合界面において、銅板の周縁部領域と中央部領域とで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
　ここで、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　そして、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅板の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することが可能となる。
　また、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされているので、接合材のＡｇが銅板と十分に反応してセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　そして、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので前記銅板の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
　さらに、本発明の一態様に係る絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板に接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から前記セラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、銅板全体が硬くなっておらず、この銅板の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。
　本発明の一態様によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することができる。
本発明の実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の回路層および金属層とセラミックス基板との接合界面の拡大説明図である。（ａ）が回路層および金属層の周縁部領域と中央部領域の説明図、（ｂ）が周縁部領域、（ｃ）が中央部領域である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法のフロー図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法の概略説明図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法における接合材配設工程の説明図である。
　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。
　本実施形態に係る銅／セラミックス接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材としてのセラミックス基板１１と、銅又は銅合金からなる銅部材としての銅板４２（回路層１２）および銅板４３（金属層１３）とが接合されてなる絶縁回路基板１０である。図１に、本実施形態である絶縁回路基板１０を備えたパワーモジュール１を示す。
　このパワーモジュール１は、回路層１２および金属層１３が配設された絶縁回路基板１０と、回路層１２の一方の面（図１において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３と、金属層１３の他方側（図１において下側）に配置されたヒートシンク５と、を備えている。
　半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。この半導体素子３と回路層１２は、接合層２を介して接合されている。
　接合層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
　ヒートシンク５は、前述の絶縁回路基板１０からの熱を放散するためのものである。このヒートシンク５は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態ではりん脱酸銅で構成されている。このヒートシンク５には、冷却用の流体が流れるための流路が設けられている。
　なお、本実施形態においては、ヒートシンク５と金属層１３とが、はんだ材からなるはんだ層７によって接合されている。このはんだ層７は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。
　そして、本実施形態である絶縁回路基板１０は、図１に示すように、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図１において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図１において下面）に配設された金属層１３と、を備えている。
　セラミックス基板１１は、絶縁性および放熱性に優れた窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、セラミックス基板１１は、特に放熱性の優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下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４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、銅又は銅合金からなる銅板４２が接合されることにより形成されている。
　本実施形態においては、回路層１２は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
　なお、回路層１２となる銅板４２の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
　金属層１３は、図４に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、銅又は銅合金からなる銅板４３が接合されることにより形成されている。
　本実施形態においては、金属層１３は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
　なお、金属層１３となる銅板４３の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
　ここで、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面においては、図２に示すように、セラミックス基板１１側から順に、活性金属化合物層２１、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２が形成されている。
　活性金属化合物層２１は、セラミックス基板１１の一部であると言うこともできる。Ａｇ－Ｃｕ合金層２２は、回路層１２および金属層１３の一部であると言うこともできる。このため、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３（銅板４２，４３）との接合界面は、活性金属化合物層２１とＡｇ－Ｃｕ合金層２２との界面である。Ａｇ－Ｃｕ合金層２２を有しない場合、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３（銅板４２，４３）との接合界面は、活性金属化合物層２１と回路層１２および金属層１３（銅板４２，４３）との界面である。
　そして、本実施形態である絶縁回路基板１０においては、図２に示すように、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂにおける界面構造について、以下のように規定されている。
　なお、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａは、図２（ａ）に示すように、回路層１２および金属層１３とセラミックス基板１１との積層方向に沿った断面において、回路層１２および金属層１３の幅方向端部から２０μｍ内方位置を起点としてさらに幅方向内方に２００μｍまでの領域である。
　また、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂは、図２（ａ）に示すように、回路層１２および金属層１３とセラミックス基板１１との積層方向に沿った断面において、回路層１２および金属層１３の幅方向中心を含む幅方向２００μｍの領域である。
　ここで、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおいては、活性金属化合物層２１の回路層１２（金属層１３）との界面から回路層１２（金属層１３）側へ２０μｍから５０μｍまでの領域ＥＡにおけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡが１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
　また、図２（ｃ）に示すように、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおいては、活性金属化合物層３１の回路層１２（金属層１３）との界面から回路層１２（金属層１３）側へ２０μｍから５０μｍまでの領域ＥＢにおけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている。
　そして、本実施形態においては、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされている。
　また、本実施形態においては、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂが、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、これらの厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　ここで、活性金属化合物層２１Ａ，２１Ｂは接合材４５で用いる活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆから選択される１種以上）の化合物からなる層である。より具体的には、セラミックス基板が窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる場合には、これらの活性金属の窒化物からなる層となり、セラミックス基板がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）である場合には、これらの活性金属の酸化物からなる層となる。活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、活性金属化合物の粒子が集合して形成されている。この粒子の平均粒径は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
　なお、本実施形態では、接合材４５が活性金属としてＴｉを含有し、セラミックス基板１１が窒化アルミニウムで構成されているため、活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。すなわち、活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の窒化チタン（ＴｉＮ）の粒子が集合して形成されている。
　さらに、本実施形態においては、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａと、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂとの比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
　また、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２（２２Ａ、２２Ｂ）の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。
　また、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面からセラミックス基板１１側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域ＥＳにおけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることが好ましい。
　以下に、本実施形態に係る絶縁回路基板１０の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。
（接合材配設工程Ｓ０１）
　回路層１２となる銅板４２と、金属層１３となる銅板４３とを準備する。
　そして、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の接合面に、接合材４５を塗布し、乾燥させる。ペースト状の接合材４５の塗布厚さは、乾燥後で１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
　本実施形態では、スクリーン印刷によってペースト状の接合材４５を塗布する。
　接合材４５は、Ａｇと活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）を含有するものとされている。本実施形態では、接合材４５として、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）を用いている。なお、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）としては、例えば、Ｃｕを０質量％以上４５質量％以下の範囲内、活性金属であるＴｉを０．５質量％以上２０質量％以下の範囲で含み、残部がＡｇおよび不可避不純物とされた組成のものを用いることが好ましい。
　接合材４５に含まれるＡｇ粉の比表面積は、０．１５ｍ２／ｇ以上とすることが好ましく、０．２５ｍ２／ｇ以上とすることがさらに好ましく、０．４０ｍ２／ｇ以上とすることがより好ましい。一方、接合材４５に含まれるＡｇ粉の比表面積は、１．４０ｍ２／ｇ以下とすることが好ましく、１．００ｍ２／ｇ以下とすることがさらに好ましく、０．７５ｍ２／ｇ以下とすることがより好ましい。
　なお、ペースト状の接合材４５に含まれるＡｇ粉の粒径は、Ｄ１０が０．７μｍ以上３．５μｍ以下、かつ、Ｄ１００が４．５μｍ以上２３μｍ以下の範囲内であることが好ましい。Ｄ１０は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定された粒度分布において、体積基準で累積頻度が１０％になる粒径であり、Ｄ１００は体積基準で累積頻度が１００％になる粒径である。
　ここで、後述する加圧および加熱工程Ｓ０３において、積層方向に加圧することにより、発生した液相が銅板４２，４３の中央部から周縁部側へ排斥され、銅板４２，４３の周縁部に活性金属成分が比較的多く存在することになる。
　よって、本実施形態では、図５に示すように、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の周縁部における接合材４５Ａの塗布厚さが、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の中央部における接合材４５Ｂの塗布厚さよりも薄くなるように、接合材４５を塗布している。
　なお、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の周縁部における接合材４５Ａの塗布厚さと、中央部における接合材４５Ｂの塗布厚さの差は、５μｍ以上１５μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
　接合材４５Ａを塗布する周縁部は、周縁部領域を含み、かつ銅板４２，４３の表面積の１．５％～１０％の面積を有する周縁の部位であり、周縁部の線幅は最大で１ｍｍである。接合材４５Ｂを塗布する中央部は、中央部領域を含み、かつ銅板４２，４３の表面積の９０％～９８．５％の面積を有する中央の部位である。
（積層工程Ｓ０２）
　次に、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる銅板４２を積層するとともに、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる銅板４３を積層する。
（加圧および加熱工程Ｓ０３）
　次に、銅板４２とセラミックス基板１１と銅板４３とを加圧した状態で、真空雰囲気の加熱炉内で加熱し、接合材４５を溶融する。
　ここで、加圧および加熱工程Ｓ０３における加熱温度は、８００℃以上８５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。７８０℃から加熱温度までの昇温工程および加熱温度での保持工程における温度積分値の合計が７℃・ｈ以上１２０℃・ｈ以下の範囲内とすることが好ましい。
　また、加圧および加熱工程Ｓ０３における加圧荷重は、０．０２９ＭＰａ以上２．９４ＭＰａ以下の範囲内とすることが好ましい。
　さらに、加圧および加熱工程Ｓ０３における真空度は、１×１０－６Ｐａ以上５×１０－２Ｐａ以下の範囲内とすることが好ましい。
（冷却工程Ｓ０４）
　そして、加圧および加熱工程Ｓ０３の後、冷却を行うことにより、溶融した接合材４５を凝固させて、回路層１２となる銅板４２とセラミックス基板１１、セラミックス基板１１と金属層１３となる銅板４３とを接合する。
　なお、この冷却工程Ｓ０４における冷却速度は、２℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。なお、ここでの冷却速度は加熱温度からＡｇ－Ｃｕ共晶温度である７８０℃までの冷却速度である。
　以上のように、接合材配設工程Ｓ０１、積層工程Ｓ０２、加圧および加熱工程Ｓ０３、冷却工程Ｓ０４によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造されることになる。
（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
　次に、絶縁回路基板１０の金属層１３の他方の面側にヒートシンク５を接合する。
　絶縁回路基板１０とヒートシンク５とを、はんだ材を介して積層して加熱炉に装入し、はんだ層７を介して絶縁回路基板１０とヒートシンク５とをはんだ接合する。
（半導体素子接合工程Ｓ０６）
　次に、絶縁回路基板１０の回路層１２の一方の面に、半導体素子３をはんだ付けにより接合する。
　前述の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製出される。
　以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板１０（銅／セラミックス接合体）によれば、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおいて、活性金属化合物層２１の回路層１２との界面から回路層１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域ＥＡにおけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡが１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおいては、活性金属化合物層３１の金属層１３との界面から金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域ＥＢにおけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。
　なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡ，ＨＢを１２５ｍｇｆ／μｍ２以上とすることが好ましく、１３０ｍｇｆ／μｍ２以上とすることがさらに好ましい。
　また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡ，ＨＢを１８０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることが好ましく、１５０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることがより好ましい。
　そして、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ２以下とされているので、接合界面において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、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でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。
　なお、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させるためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差を、４０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることが好ましく、３０ｍｇｆ／μｍ２以下とすることがより好ましい。
　また、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂが、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされている場合には、活性金属によってセラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂを、０．０８μｍ以上とすることが好ましく、０．１５μｍ以上とすることがより好ましい。
　また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂを、１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．６μｍ以下とすることがより好ましい。
　さらに、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂの比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制することが可能となる。
　なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１Ｂの比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂを、０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
　また、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂが、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされている場合には、後述する接合材４５のＡｇと回路層１２および金属層１３とが十分に反応し、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
　なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂを、３μｍ以上とすることが好ましく、５μｍ以上とすることがより好ましい。
　また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂを、２５μｍ以下とすることが好ましく、１５μｍ以下とすることがより好ましい。
　さらに、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂとの比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。
　なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２Ｂとの比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂを、０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。
　また、本実施形態において、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面からセラミックス基板１１側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域ＥＳにおけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされている場合には、回路層１２全体および金属層１３全体が硬くなっておらず、回路層１２の表面に接合した半導体素子３、および、金属層１３の表面に接合したヒートシンク５との接合信頼性を向上させることができる。
　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、その発明の技術的要件を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、絶縁回路基板に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構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い。例えば、絶縁回路基板の回路層にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。
　また、本実施形態の絶縁回路基板では、セラミックス基板として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されたものを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の他のセラミックス基板を用いたものであってもよい。
　さらに、本実施形態では、接合材に含まれる活性金属としてＴｉを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される１種又は２種以上の活性金属を含んでいればよい。なお、これらの活性金属は、水素化物として含まれていてもよい。
　また、本実施形態では、銅板の周縁部および中央部における接合材の塗布厚さを調整することで、回路層および金属層の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、回路層および金属層の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢを制御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、銅板の周縁部および中央部で、塗布する接合材を異なるものとして、回路層および金属層の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、回路層および金属層の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢを制御してもよい。
　例えば、接合材に含まれるＡｇ粉の比表面積（ＢＥＴ値）を調整することにより、前述のインデンテーション硬さの最大値ＨＡ，ＨＢを制御することができる。すなわち、Ａｇ粉の比表面積が小さいとペースト状の接合材４５の焼結性が高くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し易くなり、活性金属の拡散が促進され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。一方、Ａｇ粉の比表面積が大きいとペースト状の接合材４５の焼結性が低くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し難くなり、活性金属の拡散が抑制され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。
　また、含まれる活性金属の種類や量の異なる接合材を用いて、銅板の周縁部と中央部とで塗り分けてもよい。
　さらに、本実施形態においては、回路層を、無酸素銅の圧延板をセラミックス基板に接合することにより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、銅板を打ち抜いた銅片を回路パターン状に配置された状態でセラミックス基板に接合されることによって回路層を形成してもよい。この場合、それぞれの銅片において、上述のようなセラミックス基板との界面構造を有していればよい。
　また、本実施形態では、銅板の接合面に接合材を配設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、セラミックス基板と銅板の間に接合材が配設されていればよく、セラミックス基板の接合面に接合材を配設してもよい。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　まず、表１記載のセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ）を準備した。なお、厚さは、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３は０．６３５ｍｍ、Ｓｉ３Ｎ４は０．３２ｍｍとした。
　また、回路層および金属層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×３７ｍｍの銅板を準備した。
　回路層および金属層となる銅板の周縁部に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが表１に示す値となるよう塗布した。
　また、回路層および金属層となる銅板の中央部に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが表１に示す値となるよう塗布した。
　なお、接合材はペースト材を用い、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の量は表１の通りとした。
　また、Ａｇ粉のＢＥＴ値（比表面積）はＱＵＡＮＴＡＣＨＲＲＯＭＥ社製ＡＵＴＯＳＯＲＢ－１を用い、前処理として１５０℃で３０分加熱の真空脱気を行い、Ｎ２吸着、液体窒素７７Ｋ、ＢＥＴ多点法で測定した。
　セラミックス基板の一方の面に、回路層となる銅板を積層した。また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる銅板を積層した。
　この積層体を、積層方向に加圧した状態で加熱し、Ａｇ－Ｃｕ液相を発生させた。このとき、加圧荷重を０．２９４ＭＰａとし，温度積分値は表２の通りとした。
　そして、加熱した積層体を冷却することにより、回路層となる銅板とセラミックス基板と金属層となる金属板を接合し、絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を得た。
　得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）について、インデンテーション硬さ、活性金属化合物層、Ａｇ－Ｃｕ合金層、冷熱サイクル信頼性を、以下のようにして評価した。
（インデンテーション硬さ）
　得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を積層方向に切断し、セラミックス基板と回路層および金属層の接合界面において、上述した方法にて活性金属化合物層の回路層および金属層との界面から回路層および金属層側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所、計１０箇所で測定および算出し、その最大値を求めた。
　また、回路層および金属層のセラミックス基板とは反対側の表面からセラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所、計１０箇所で測定および算出し、その平均値を算出した。
（活性金属化合物層）
　回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５、加速電圧１．８ｋＶ）を用いて倍率３００００倍で測定し、エネルギー分散型Ｘ線分析法により、Ｎ、Ｏ及び活性金属元素の元素マッピングをそれぞれ５視野取得した。活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する場合に活性金属化合物層が有ると判断した。
　それぞれ５視野、計１０視野で観察を行い、活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する範囲の面積を、測定した幅で割ったものの平均値を「活性金属化合物層の厚さ」とし表２に記載した。
（Ａｇ－Ｃｕ合金層）
　回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、ＥＰＭＡ装置を用いて、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の各元素マッピングを取得した。それぞれ５視野で各元素マッピングを取得した。
　そして、Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属＝１００質量％としたとき、Ａｇ濃度が１５質量％以上である領域をＡｇ－Ｃｕ合金層とし、その面積を求めて、測定領域の幅で割った値（面積／測定領域の幅）を求めた。その値の平均をＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さとして表２に記載した。
（冷熱サイクル信頼性）
　上述の絶縁回路基板を、セラミックス基板の材質に応じて、下記の冷熱サイクルを負荷し、ＳＡＴ検査（超音波探傷検査）によりセラミックス割れの有無を判定した。評価結果を表２に示す。
　ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを５００サイクルまで５０サイクル毎にＳＡＴ検査。
　Ｓｉ３Ｎ４の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを２０００サイクルまで２００サイクル毎にＳＡＴ検査。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　まず、セラミックス基板としてＡｌＮを用いた本発明例１～３と比較例１，２とを比較する。
　比較例１においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が２４５ｍｇｆ／μｍ２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。
　比較例２においては、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５９ｍｇｆ／μｍ２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。
　これに対して、本発明例１～３においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が３５０～５００回となり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。
　次に、セラミックス基板としてＳｉ３Ｎ４を用いた本発明例４～６と比較例３，４とを比較する。
　比較例３においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が２３７ｍｇｆ／μｍ２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１２００回となった。
　比較例４においては、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が６１ｍｇｆ／μｍ２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１４００回となった。
　これに対して、本発明例４～６においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１８００～２０００回超えとなり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。
　次に、セラミックス基板としてＡｌ２Ｏ３を用いた本発明例７，８と比較例５とを比較する。
　比較例５においては、銅板の周縁部領域において活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が９８ｍｇｆ／μｍ２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。
　これに対して、本発明例７，８においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が３５０～４００回超えとなり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。
　以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を提供可能であることが確認された。
　本実施形態の銅／セラミックス接合体及び絶縁回路基板は、パワーモジュール、ＬＥＤモジュールおよび熱電モジュールに好適に適用される。
１０　絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）
１１　セラミックス基板（セラミックス部材）
１２　回路層（銅部材）
１３　金属層（銅部材）
２１（２１Ａ，２１Ｂ）　活性金属化合物層
２２（２２Ａ，２２Ｂ）　Ａｇ－Ｃｕ合金層

Claims (8)

  1. 　銅又は銅合金からなる銅部材と、セラミックス部材とが接合されてなる銅／セラミックス接合体であって、
    　前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、
    　前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、
    　前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴とする銅／セラミックス接合体。
  2. 　前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の銅／セラミックス接合体。
  3. 　前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
    　前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅／セラミックス接合体。
  4. 　前記セラミックス部材に接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から前記セラミックス部材側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅／セラミックス接合体。
  5. 　セラミックス基板の表面に、銅又は銅合金からなる銅板が接合されてなる絶縁回路基板であって、
    　前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、
    　前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＡ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値ＨＢが、１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、
    　前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下であることを特徴とする絶縁回路基板。
  6. 　前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ａおよび、前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１Ａ／ｔ１Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁回路基板。
  7. 　前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
    　前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２Ａ／ｔ２Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の絶縁回路基板。
  8. 　前記セラミックス基板に接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から前記セラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ２以上９０ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の絶縁回路基板。
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