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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023066874
(43)【公開日】2023-05-16
(54)【発明の名称】銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板
(51)【国際特許分類】
H01L 23/12 20060101AFI20230509BHJP
H01L 23/13 20060101ALI20230509BHJP
C04B 37/02 20060101ALI20230509BHJP
【ＦＩ】
H01L23/12 Q
H01L23/12 C
C04B37/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021177715
(22)【出願日】2021-10-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】西元 修司
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼桑 啓
【テーマコード（参考）】
4G026
【Ｆターム（参考）】
4G026BA17
4G026BB23
4G026BE04
4G026BF16
4G026BF24
4G026BF44
4G026BG02
4G026BH07
(57)【要約】
【課題】厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材の割れや剥離の発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体を提供する。
【解決手段】セラミックス部材１１の少なくとも一方の面に銅部材１２が接合されており、銅部材１２のセラミックス部材１１との接合面とは反対側の面において、銅部材１２の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部１２ａが形成され、この凸Ｒ形状部１２ａの幅ｗが端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、セラミックス部材１１と銅部材１２との接合界面において、銅部材１２側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、銅部材１２の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、銅部材１２の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされている。
【選択図】図２
【解決手段】セラミックス部材１１の少なくとも一方の面に銅部材１２が接合されており、銅部材１２のセラミックス部材１１との接合面とは反対側の面において、銅部材１２の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部１２ａが形成され、この凸Ｒ形状部１２ａの幅ｗが端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、セラミックス部材１１と銅部材１２との接合界面において、銅部材１２側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、銅部材１２の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、銅部材１２の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項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の少なくとも一方の面に前記銅部材が接合されており、
前記銅部材の前記セラミックス部材との接合面とは反対側の面において、前記銅部材の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、
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、
前記銅部材の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅部材の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴とする銅／セラミックス接合体。
前記セラミックス部材の少なくとも一方の面に前記銅部材が接合されており、
前記銅部材の前記セラミックス部材との接合面とは反対側の面において、前記銅部材の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、
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、
前記銅部材の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅部材の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴とする銅／セラミックス接合体。
【請求項2】
前記銅部材の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と、前記銅部材の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５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。
【請求項3】
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の少なくとも一方の面に前記銅板が接合されており、
前記銅板の前記セラミックス基板との接合面とは反対側の面において、前記銅板の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、
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、
前記銅板の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅板の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
前記セラミックス基板の少なくとも一方の面に前記銅板が接合されており、
前記銅板の前記セラミックス基板との接合面とは反対側の面において、前記銅板の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、
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、
前記銅板の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅板の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項4】
前記銅板の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と、前記銅板の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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、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。
【0003】
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て加熱処理を行うことにより、セラミックス基板と銅板が接合されている（いわゆる活性金属ろう付け法）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第３２１１８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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、上述のように、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の接合材を用いてセラミックス基板と銅板とを接合した場合には、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。
ここで、上述のように、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系の接合材を用いてセラミックス基板と銅板とを接合した場合には、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。
【0006】
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、セラミックス部材の割れや剥離の発生を抑制でき、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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述の課題を解決するために、本発明の銅／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の少なくとも一方の面に前記銅部材が接合されており、前記銅部材の前記セラミックス部材との接合面とは反対側の面において、前記銅部材の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、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、前記銅部材の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅部材の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【0008】
本発明の銅／セラミックス接合体によれば、前記銅部材の前記セラミックス部材との接合面とは反対側の面において、前記銅部材の端部に、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされているので、冷熱サイクル負荷時に、銅部材の端部に応力が集中することを抑制でき、セラミックス部材の割れを抑制することができる。よって、冷熱サイクル信頼性を向上させることができる。
そして、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、前記銅部材の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅部材の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、銅部材の端部においてＡｇ－Ｃｕ合金層が厚く形成されているので、前記銅部材の端部に凸Ｒ形状部が形成されていても、セラミックス部材と銅部材とを強固に接合することができる。
そして、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、前記銅部材の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅部材の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、銅部材の端部においてＡｇ－Ｃｕ合金層が厚く形成されているので、前記銅部材の端部に凸Ｒ形状部が形成されていても、セラミックス部材と銅部材とを強固に接合することができる。
【0009】
ここで、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記銅部材の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と、前記銅部材の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅部材の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と前記銅部材の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との差が小さく、冷熱サイクル負荷時に、応力が不均一に作用することを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
この場合、前記銅部材の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と前記銅部材の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との差が小さく、冷熱サイクル負荷時に、応力が不均一に作用することを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
【0010】
本発明の絶縁回路基板は、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の少なくとも一方の面に前記銅板が接合されており、前記銅板の前記セラミックス基板との接合面とは反対側の面において、前記銅板の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされており、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、前記銅板の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅板の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされていることを特徴としている。
【0011】
本発明の絶縁回路基板によれば、前記銅板の前記セラミックス基板との接合面とは反対側の面において、前記銅板の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成され、この凸Ｒ形状部の幅が前記端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされているので、冷熱サイクル負荷時に、銅板の端部に応力が集中することを抑制でき、セラミックス基板の割れを抑制することができる。よって、冷熱サイクル信頼性を向上させることができる。
そして、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、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅板の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅板の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、銅板の端部においてＡｇ－Ｃｕ合金層が厚く形成されているので、前記銅板の端部に凸Ｒ形状部が形成されていても、セラミックス基板と銅板とを強固に接合することができる。
そして、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、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅板の端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、前記銅板の中央部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、銅板の端部においてＡｇ－Ｃｕ合金層が厚く形成されているので、前記銅板の端部に凸Ｒ形状部が形成されていても、セラミックス基板と銅板とを強固に接合することができる。
【0012】
ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記銅板の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と、前記銅板の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅板の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と前記銅板の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との差が小さく、冷熱サイクル負荷時に、応力が不均一に作用することを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
この場合、前記銅板の一端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と前記銅板の他端部領域における前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との差が小さく、冷熱サイクル負荷時に、応力が不均一に作用することを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材の割れや剥離の発生を抑制でき、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。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】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。
【図2】本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の説明図である。
【図3】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における端部領域（一端部領域および他端部領域）および中央部領域の説明図である。
【図4】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）が一端部領域、（ｂ）が中央部領域、（ｃ）が他端部領域である。
【図5】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。
【図6】本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法の金属片形成工程の概略説明図である。
【図7】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。
【図8】実施例における絶縁回路基板の回路層および金属層の端部の断面観察写真である。（ａ）が本発明例１－９および比較例１－４に形成された凸Ｒ形状部、（ｂ）が比較例５に形成された凹Ｒ形状部である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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金属片４２（回路層１２）および金属片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。
【0016】
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。
【0017】
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。
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。
【0018】
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。
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。
【0019】
そして、本実施形態である絶縁回路基板１０は、図１および図２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および図２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および図２において下面）に配設された金属層１３と、を備えている。
【0020】
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、特に信頼性の優れた窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）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、０．３２ｍｍに設定されている。
【0021】
回路層１２は、図７に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図７において上面）に、銅又は銅合金からなる金属片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、無酸素銅の圧延板を打ち抜いた金属片４２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となる金属片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。
本実施形態においては、回路層１２は、無酸素銅の圧延板を打ち抜いた金属片４２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となる金属片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。
【0022】
金属層１３は、図７に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図７において下面）に、銅又は銅合金からなる金属片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、無酸素銅の圧延板を打ち抜いた金属片４３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となる金属片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。
本実施形態においては、金属層１３は、無酸素銅の圧延板を打ち抜いた金属片４３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となる金属片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。
【0023】
ここで、図２に示すように、本実施形態である絶縁回路基板１０においては、回路層１２および金属層１３のセラミックス基板１１との接合面とは反対側の面において、回路層１２および金属層１３の端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部１２ａ，１３ａが形成されている。
そして、この凸Ｒ形状部１２ａ，１３ａの幅Ｗは、端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされている。
そして、この凸Ｒ形状部１２ａ，１３ａの幅Ｗは、端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされている。
【0024】
また、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４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。
ここで、活性金属化合物層２１は、後述する接合材４５で用いる活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）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１１が窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物からなる場合には、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１１がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物からなる場合には、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、後述する接合材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は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。すなわち、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。
ここで、活性金属化合物層２１は、後述する接合材４５で用いる活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）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１１が窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物からなる場合には、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１１がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の酸化物からなる場合には、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、後述する接合材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は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。すなわち、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。
【0025】
そして、本実施形態である絶縁回路基板１０においては、図４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との接合界面の構造について、以下のように規定されている。
ここで、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の端部領域Ａ（一端部領域Ａ１、他端部領域Ａ２）は、図３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５０μｍ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３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５０μｍの領域である。
ここで、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の端部領域Ａ（一端部領域Ａ１、他端部領域Ａ２）は、図３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５０μｍ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３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５０μｍの領域である。
【0026】
本実施形態においては、図４に示すように、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ（図４（ａ），（ｃ）参照）と、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃ（図４（ｂ）参照）との比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされている。
すなわち、本実施形態では、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅが、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃよりも厚く形成されている。
すなわち、本実施形態では、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅが、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃよりも厚く形成されている。
【0027】
さらに、本実施形態においては、図４に示すように、回路層１２および金属層１３の一端部領域Ａ１におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１（図４（ａ）参照）と、回路層１２および金属層１３の他端部領域Ａ２におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ２（図４（ｃ）参照）との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５以下の範囲内とされていることが好ましい。
すなわち、本実施形態では、回路層１２および金属層１３の一端部領域Ａ１と他端部領域Ａ２とＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１，ｔｅ２の差が、小さく抑えられていることが好ましい。
すなわち、本実施形態では、回路層１２および金属層１３の一端部領域Ａ１と他端部領域Ａ２とＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１，ｔｅ２の差が、小さく抑えられていることが好ましい。
【0028】
【0029】
（金属片形成工程Ｓ０１）
まず、回路層１２となる金属片４２および金属層１３となる金属片４３を形成する。
金属板４０（本実施形態では無酸素銅の圧延板）を打ち抜き加工して、金属片４２，４３を形成する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、打ち抜き加工機５０の凸型５１および凹型５２によって金属板４０を挟持して剪断する。これにより、金属片４２，４３を金属板４０から打ち抜く。
まず、回路層１２となる金属片４２および金属層１３となる金属片４３を形成する。
金属板４０（本実施形態では無酸素銅の圧延板）を打ち抜き加工して、金属片４２，４３を形成する。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、打ち抜き加工機５０の凸型５１および凹型５２によって金属板４０を挟持して剪断する。これにより、金属片４２，４３を金属板４０から打ち抜く。
【0030】
このとき、金属片４２，４３の外縁部においては、図６（ｂ）に示すように、厚さ方向の一方には、外方に向けて凸となるダレ部４２ａ，４３ａが形成される。また、厚さ方向の他方には、幅中央部側に後退したくびれ部４２ｂ，４３ｂが形成されることがある。
なお、ダレ部４２ａ，４３ａおよびくびれ部４２ｂ，４３ｂの形状は、打ち抜き加工時の加工条件（板厚、クリアランス、打ち抜き荷重、打ち抜き速度等）によって調整することができる。
なお、ダレ部４２ａ，４３ａおよびくびれ部４２ｂ，４３ｂの形状は、打ち抜き加工時の加工条件（板厚、クリアランス、打ち抜き荷重、打ち抜き速度等）によって調整することができる。
【0031】
（接合材配設工程Ｓ０２）
次に、図７に示すように、回路層１２となる金属片４２および金属層１３となる金属片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。なお、 接合材４５をセラミックス基板１１表面に塗布しても構わない。
次に、図７に示すように、回路層１２となる金属片４２および金属層１３となる金属片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。なお、 接合材４５をセラミックス基板１１表面に塗布しても構わない。
【0032】
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０ｍａｓｓ％以上４５ｍａｓｓ％以下の範囲内、活性金属であるＴｉを０．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％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。
【0033】
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。
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。
【0034】
（積層工程Ｓ０３）
次に、セラミックス基板１１の一方の面（図７において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる金属片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７において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる金属片４３を積層する。
このとき、ダレ部４２ａ，４３ａがセラミックス基板１１とは反対側を向くように（くびれ部４２ｂ，４３ｂがセラミックス基板１１側を向くように）、金属片４２，４３を積層する。
次に、セラミックス基板１１の一方の面（図７において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる金属片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７において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる金属片４３を積層する。
このとき、ダレ部４２ａ，４３ａがセラミックス基板１１とは反対側を向くように（くびれ部４２ｂ，４３ｂがセラミックス基板１１側を向くように）、金属片４２，４３を積層する。
【0035】
（接合工程Ｓ０４）
次に、金属片４２とセラミックス基板１１と金属片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を溶融させて液相を生成させる。その後、冷却を行うことにより、生成した液相を凝固させて、回路層１２となる金属片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となる金属片４３とを接合する。
ここで、接合工程Ｓ０４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。
また、接合工程Ｓ０４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、接合工程Ｓ０４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。
また、冷却時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。
次に、金属片４２とセラミックス基板１１と金属片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を溶融させて液相を生成させる。その後、冷却を行うことにより、生成した液相を凝固させて、回路層１２となる金属片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となる金属片４３とを接合する。
ここで、接合工程Ｓ０４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。
また、接合工程Ｓ０４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、接合工程Ｓ０４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。
また、冷却時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。
【0036】
以上のように、金属片形成工程Ｓ０１，接合材配設工程Ｓ０２、積層工程Ｓ０３、接合工程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。
ここで、積層工程Ｓ０２において、金属片４２，４３を、ダレ部４２ａ，４３ａがセラミックス基板１１とは反対側を向くようにセラミックス基板１１に積層するとともに、接合工程Ｓ０４において、上述の加圧荷重で積層方向に加圧することにより、回路層１２および金属層１３の凸Ｒ形状部１２ａ，１３ａの幅（形状）が制御される。
ここで、積層工程Ｓ０２において、金属片４２，４３を、ダレ部４２ａ，４３ａがセラミックス基板１１とは反対側を向くようにセラミックス基板１１に積層するとともに、接合工程Ｓ０４において、上述の加圧荷重で積層方向に加圧することにより、回路層１２および金属層１３の凸Ｒ形状部１２ａ，１３ａの幅（形状）が制御される。
【0037】
（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。
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。
【0038】
【0039】
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、回路層１２および金属層１３のセラミックス基板１１との接合面とは反対側の面において、回路層１２および金属層１３の端部に、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部１２ａ，１２ｂが形成されており、この凸Ｒ形状部１２ａ，１２ｂの幅Ｗが、端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされているので、冷熱サイクル負荷時に、回路層１２および金属層１３の端部に応力が集中することを抑制でき、セラミックス基板１１の割れを抑制することができる。よって、冷熱サイクル信頼性を向上させることができる。
【0040】
そして、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、回路層１２および金属層１３側にはＡｇ－Ｃｕ合金層２２が形成されており、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅと、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、回路層１２および金属層１３の端部においてＡｇ－Ｃｕ合金層２２が厚く形成されているので、回路層１２および金属層１３の端部に凸Ｒ形状部１２ａ，１２ｂが形成されていても、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とを強固に接合することができる。
【0041】
なお、凸Ｒ形状部１２ａ，１２ｂの幅Ｗの下限は、端部から７５μｍ以上であることが好ましく、端部から１００μｍ以上であることがより好ましい。一方、凸Ｒ形状部１２ａ，１２ｂの幅Ｗの上限は、端部から５５０μｍ以下であることが好ましく、端部から５００μｍ以下であることがより好ましい。
また、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅと、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃの下限は、１．４以上であることが好ましい。一方、比ｔｅ／ｔｃの上限は、２．９以下であることが好ましく、２．８以下であることがより好ましい。
また、回路層１２および金属層１３の端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅと、回路層１２および金属層１３の中央部領域ＢにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃの下限は、１．４以上であることが好ましい。一方、比ｔｅ／ｔｃの上限は、２．９以下であることが好ましく、２．８以下であることがより好ましい。
【0042】
本実施形態である絶縁回路基板において、回路層１２および金属層１３の一端部領域Ａ１におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１と、回路層１２および金属層１３の他端部領域Ａ２におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２が０．５以上１．５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の一端部領域ＡにおけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１と回路層１２および金属層１３の他端部領域Ａ２におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ２との差が小さく、冷熱サイクル負荷時に、応力が不均一に作用することを抑制でき、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させることができる。
【0043】
なお、回路層１２および金属層１３の一端部領域Ａ１におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ１と、回路層１２および金属層１３の他端部領域Ａ２におけるＡｇ－Ｃｕ合金層２２の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２の下限は、０．５５以上であることがより好ましく、０．６以上であることがさらに好ましい。また、比ｔｅ１／ｔｅ２の上限は、１．４５以下であることがより好ましく、１．４以下であることがさらに好ましい。
【0044】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、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。
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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、上述のような構造を有していればよい。
【実施例0048】
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。
【0049】
まず、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）からなるセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３２ｍｍｔ）を準備した。
また、表１に示す厚さの無酸素銅の圧延板を、表１に示す条件で打ち抜きすることにより、回路層および金属層となる金属片（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を得た。なお、金属片に形成されたダレ部の幅を表１に示した。
また、比較例５に用いる金属片は同様に無酸素銅とした。
また、表１に示す厚さの無酸素銅の圧延板を、表１に示す条件で打ち抜きすることにより、回路層および金属層となる金属片（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．６ｍｍｔ）を得た。なお、金属片に形成されたダレ部の幅を表１に示した。
また、比較例５に用いる金属片は同様に無酸素銅とした。
【0050】
回路層および金属層となる金属片に、Ａｇ－２８ｍａｓｓ％Ｃｕ－２ｍａｓｓ％Ｔｉからなる接合材を塗布した。塗布厚さは８μｍとした。
そして、セラミックス基板の一方の面に、回路層となる金属片を積層した。また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる金属片を積層した。
そして、セラミックス基板の一方の面に、回路層となる金属片を積層した。また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる金属片を積層した。
【0051】
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。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。このとき、接合工程の接合荷重、接合温度、保持時間を、表１の通りとした。
なお、比較例５では、接合工程後に回路層および金属層に対してエッチング処理を行った。エッチング処理は塩化第二鉄を用い、温度４５℃で実施した。
なお、比較例５では、接合工程後に回路層および金属層に対してエッチング処理を行った。エッチング処理は塩化第二鉄を用い、温度４５℃で実施した。
【0052】
ここで、本発明例１－９および比較例１－４においては、図８（ａ）に示すように、回路層および金属層の幅端部には、外方に向けて凸となる凸Ｒ形状部が形成された。
一方、回路層および金属層に対してエッチング処理を実施した比較例５においては、図８（ｂ）に示すように、路層および金属層の幅端部には、内方に向けて凹となる凹Ｒ形状部が形成された。
一方、回路層および金属層に対してエッチング処理を実施した比較例５においては、図８（ｂ）に示すように、路層および金属層の幅端部には、内方に向けて凹となる凹Ｒ形状部が形成された。
【0053】
そして、得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）について、凸Ｒ形状部の幅、Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さ、冷熱サイクル信頼性を、以下のようにして評価した。
【0054】
（凸Ｒ形状部の幅）
絶縁回路基板の回路層および金属層の中心部を通る積層方向に沿った断面をキーエンス社製レーザー顕微鏡(ＶＫ－Ｘ２００)で観察し、回路層および金属層の端部に形成された凸Ｒ形状部の幅を測定した。
絶縁回路基板の回路層および金属層の中心部を通る積層方向に沿った断面をキーエンス社製レーザー顕微鏡(ＶＫ－Ｘ２００)で観察し、回路層および金属層の端部に形成された凸Ｒ形状部の幅を測定した。
【0055】
（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（ＪＥＯＬ社製ＪＸＡ－８８００ＲＬ）を用いて、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属（Ｔｉ）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。
Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属（Ｔｉ）＝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合金層の厚さとした。
そして、回路層および金属層の端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと中央部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃ、回路層および金属層の一端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と回路層および金属層の他端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２を算出し、表１に記載した。
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（ＪＥＯＬ社製ＪＸＡ－８８００ＲＬ）を用いて、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属（Ｔｉ）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。
Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属（Ｔｉ）＝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合金層の厚さとした。
そして、回路層および金属層の端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと中央部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃ、回路層および金属層の一端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ１と回路層および金属層の他端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅ２との比ｔｅ１／ｔｅ２を算出し、表１に記載した。
【0056】
（冷熱サイクル信頼性）
上述の絶縁回路基板に対して、－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎの冷熱サイクルを３０００サイクル負荷した。負荷後の絶縁回路基板を厚さ方向に切断し、樹脂包埋、鏡面研磨を行い、各１０視野でセラミックス割れの有無をＳＥＭ観察（ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ－３４００Ｎ）実施により判定した。１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが1mm超の場合を「×」、１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが0.1mmを超え1mm以下であった場合を「△」、１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが0.1mm以下、もしくは、セラミックス割れが全く確認されなかったものを「〇」と評価した。評価結果を表１に示す。
上述の絶縁回路基板に対して、－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎの冷熱サイクルを３０００サイクル負荷した。負荷後の絶縁回路基板を厚さ方向に切断し、樹脂包埋、鏡面研磨を行い、各１０視野でセラミックス割れの有無をＳＥＭ観察（ＨＩＴＡＣＨＩ Ｓ－３４００Ｎ）実施により判定した。１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが1mm超の場合を「×」、１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが0.1mmを超え1mm以下であった場合を「△」、１０視野におけるセラミックス割れの平均長さが0.1mm以下、もしくは、セラミックス割れが全く確認されなかったものを「〇」と評価した。評価結果を表１に示す。
【0057】
【表1】
【0058】
比較例１においては、凸Ｒ形状部の幅が４０μｍとされており、冷熱サイクル信頼性が「×」となった。凸Ｒ形状部の幅が狭く、十分な応力緩和効果を得ることができず、セラミックス基板に割れが生じたと推測される。
【0059】
比較例２においては、凸Ｒ形状部の幅が７００μｍとされており、冷熱サイクル信頼性が「×」となった。凸Ｒ形状部の幅が広すぎて、接合時に十分な荷重をかけることができなかったため、セラミックス基板が剥離したと推測される。
【0060】
比較例３においては、回路層および金属層の端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、回路層および金属層の中央部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．２とされており、冷熱サイクル信頼性が「×」となった。比ｔｅ／ｔｃが小さいために、凸Ｒ形状部が形成された部分で十分な接合強度が得られず、セラミックス基板が剥離したと推測される。
【0061】
比較例４においては、回路層および金属層の端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、回路層および金属層の中央部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが３．３とされており、冷熱サイクル信頼性が「×」となった。比ｔｅ／ｔｃが大きいために、接合材が外部まではみ出して端部が硬くなりすぎ、セラミックス基板に割れが生じたと推測される。
【0062】
比較例５においては、凸Ｒ形状部が形成されておらず、図８（ｂ）に示すような凹Ｒ形状部となっており、冷熱サイクル信頼性が「×」となった。凸Ｒ形状部が形成されていないため、応力緩和効果を得ることができず、セラミックス基板に割れが生じたと推測される。
【0063】
これに対して、本発明例１－９においては、凸Ｒ形状部の幅が端部から５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲内とされ、回路層および金属層の端部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｅと、回路層および金属層の中央部領域におけるＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔｃとの比ｔｅ／ｔｃが１．３以上３．０以下の範囲内とされており、冷熱サイクル信頼性が「〇」となった。
【0064】
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、セラミックス部材の割れや剥離の発生を抑制でき、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可能であることが確認された。
【符号の説明】
【0065】
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）
１２ａ，１３ｂ 凸Ｒ形状部
２２ Ａｇ－Ｃｕ合金層
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）
１２ａ，１３ｂ 凸Ｒ形状部
２２ Ａｇ－Ｃｕ合金層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
