特許 7198178 セラミックス基板、回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-20

(45)【発行日】2022-12-28

(54)【発明の名称】セラミックス基板、回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/587 20060101AFI20221221BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20221221BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20221221BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20221221BHJP

   C04B 41/91 20060101ALI20221221BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20221221BHJP

   H05K 3/38 20060101ALI20221221BHJP

【ＦＩ】

C04B35/587

H01L23/12 C

H01L23/14 C

C04B37/02 Z

C04B41/91 B

H05K1/03 610D

H05K3/38 D

H05K3/38 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019149319

(22)【出願日】2019-08-16

(65)【公開番号】P2021031310

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100185591

【弁理士】

【氏名又は名称】中塚 岳

(72)【発明者】

【氏名】山縣 利貴

(72)【発明者】

【氏名】森 和久

(72)【発明者】

【氏名】小宮 勝博

【審査官】田中 永一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１７２１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３９０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３７８４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０５２０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８７５１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ３５／５８７

Ｃ０４Ｂ ３７／００ － ３７／０４

Ｃ０４Ｂ ４１／９１

Ｈ０１Ｌ ２３／１３

Ｈ０１Ｌ ２３／１５

Ｈ０５Ｋ １／０３

Ｈ０５Ｋ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス成分と、当該セラミックス成分とは異なる、構成元素としてＹ及びＭｇを有する金属酸化物とを含有し、
少なくとも一つの主面において、表面粗さが互いに異なる第１領域と第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域における、前記セラミックス成分に対する前記金属酸化物の割合は互いに異なる、セラミックス基板。

【請求項2】

前記第１領域における表面粗さＲａ_１に対する、前記第２領域における表面粗さＲａ_２の比が、１．５以上である、請求項１に記載のセラミックス基板。

【請求項3】

前記第２領域は、第１領域よりも大きい表面粗さＲａ_２を有しており、
前記第２領域の少なくとも一部は樹脂と接着する、請求項１又は２に記載のセラミックス基板。

【請求項4】

前記第１領域は、第２領域よりも小さい表面粗さＲａ_１を有しており、
前記第１領域の少なくとも一部には導体部が接合される、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス基板。

【請求項5】

前記セラミックス成分は窒化ケイ素を含有し、
前記金属酸化物におけるＭｇに対するＹの質量比が、それぞれＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３に換算したときに０．３～３である、請求項１～４のいずれか一項に記載のセラミックス基板。

【請求項6】

前記主面における前記第１領域の面積比率が３０～９０％であり、前記主面における前記第２領域の面積比率が１０～７０％である、請求項１～５のいずれか一項に記載のセラミックス基板。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のセラミックス基板と、
前記第１領域の少なくとも一部に接合される導体部と、を備え、
前記第１領域は、前記第２領域よりも小さい表面粗さＲａ_１を有する、回路基板。

【請求項8】

前記第２領域の少なくとも一部と樹脂とが接着しており、
前記第２領域は、第１領域よりも大きい表面粗さＲａ_２を有する、請求項７に記載の回路基板。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の回路基板と、
前記回路基板を封止する樹脂と、を備え、
前記第２領域の少なくとも一部と前記樹脂とが接着している、パワーモジュール。

【請求項10】

前記回路基板の前記導体部と、前記導体部と電気的に接続される半導体素子と、を備え、
前記半導体素子は前記回路基板とともに前記樹脂によって封止されている、請求項９に記載のパワーモジュール。

【請求項11】

セラミックス成分と、当該セラミックス成分とは異なる、構成元素としてＹ及びＭｇを有する金属酸化物とを含有するとともに、表面粗さＲａ_１を有するセラミックス基板の主面に金属基板を接合して複合基板を得る工程と、
前記複合基板における前記金属基板の一部をエッチングによって除去して、導体部を形成する工程と、を有し、
前記エッチングによって、前記セラミックス基板の前記主面に、前記表面粗さＲａ_１ を有する第１領域と、前記表面粗さＲａ _１ よりも大きい表面粗さＲａ_２を有する第２領域と、を形成し、前記第１領域と前記第２領域における、前記セラミックス成分に対する前記金属酸化物の割合は互いに異なる、回路基板の製造方法。

【請求項12】

前記セラミックス成分は窒化ケイ素を含有し、
前記金属酸化物におけるＭｇに対するＹの質量比が、それぞれＭｇＯ及びＹ _２ Ｏ _３ に換算したときに０．３～３である、請求項１１に記載の回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、セラミックス基板、回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車、電鉄、産業用機器、及び発電関係等の分野には、大電流を制御するパワーモジュールが用いられている。パワーモジュールに搭載される絶縁基板には、セラミックス基板が利用されている。このような用途においては、セラミックス基板は、絶縁性に加えて良好な放熱特性を有することが求められる。例えば、特許文献１では、セラミックス基板として、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素又は炭化ケイ素を主成分とする材質のものが提案されている。

【0003】

また、特許文献２では、半導体モジュールに用いられるセラミックス基板の表面粗さＲａを０．１～５μｍとして、樹脂層がセラミックス基板の表面の微視的な凹凸に入り込ませて樹脂層の密着性を向上する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２１２３３１６号公報

【文献】特開２０１６－１８１７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

パワーモジュールは、各種装置を制御する重要な製品であることから、安定的に機能することが求められる。このようなパワーモジュール及び他の種々の用途に部品として用いられるセラミックス基板は、高い信頼性を有することが求められる。一方で、パワーモジュール等の各種製品は、各種分野で用いられていることから、これに伴って、各部品についても更なる信頼性の向上が求められている。

【0006】

そこで、本開示では、部品として優れた信頼性を有するセラミックス基板を提供する。また、部品として優れた信頼性を有する回路基板及びその製造方法を提供する。また、本開示では、このような回路基板を備えることによって信頼性に優れるパワーモジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一側面に係るセラミックス基板は、少なくとも一つの主面において、表面粗さが互いに異なる第１領域と第２領域とを有する。このような、セラミックス基板は、主面に接触する部材の種類に応じて部材との密着性又は接合性を調整することができる。このようなセラミックス基板は、部品として優れた信頼性を有する。

【0008】

上記第１領域における表面粗さＲａ_１に対する、上記第２領域における表面粗さＲａ_２の比が、１．５以上であってよい。このように、表面粗さが大きく異なる主面を有することによって、主面に接触する部材の種類に応じて部材との密着性又は接合性を十分に調整することができる。このようなセラミックス基板は、部品として一層優れた信頼性を有する。

【0009】

上記第２領域は、上記第１領域よりも大きい表面粗さＲａ_２を有しており、上記第２領域の少なくとも一部は樹脂と接着してもよい。第２領域は、第１領域の表面粗さＲａ_１よりも大きい表面粗さＲａ_２を有するため、アンカー効果によって樹脂との密着性を向上することができる。

【0010】

上記第１領域は、上記第２領域よりも小さい表面粗さＲａ_１を有しており、第１領域の少なくとも一部には導体部が接合されてもよい。第１領域は、表面粗さＲａ_２よりも小さい表面粗さＲａ_１を有するため、例えばろう材等を用いることによって導体部と十分強固に接合することができる。

【0011】

上記セラミックス基板は、セラミックス成分と、当該セラミックス成分とは異なる、構成元素としてＹ及びＭｇを有する金属酸化物とを含有し、金属酸化物におけるＭｇに対するＹの質量比が、それぞれＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３に換算したときに０．３～３であってよい。このようなセラミックス基板であれば、エッチングによって主面の表面粗さを高い自由度で調整することができる。このため、例えば、セラミックス基板と金属基板の複合基板において、エッチングによって金属基板を除去して導体部を形成する際に、併せて主面の表面粗さを調整することができる。

【0012】

上記セラミックス基板の主面における第１領域の面積比率が３０～９０％であり、当該主面における第２領域の面積比率が１０～７０％であってよい。このようなセラミックス基板であれば、種々の用途において信頼性を向上することができる。

【0013】

上記セラミックス基板は、窒化ケイ素と、構成元素としてＹ及びＭｇを有する金属酸化物とを含有し、第１領域と第２領域における、窒化ケイ素に対する金属酸化物の割合は互いに異なっていてもよい。このようなセラミックス基板は、第１領域と第２領域における表面粗さを十分に異ならせることができる。

【0014】

本開示の一側面に係る回路基板は、上述のいずれかのセラミックス基板と、上記第１領域の少なくとも一部に接合される導体部と、を備え、第１領域は、第２領域よりも小さい表面粗さＲａ_１を有する。第１領域は、第２領域の表面粗さＲａ_２よりも小さい表面粗さＲａ_１を有するため、例えばろう材等を用いることによって導体部と十分強固に接合することができる。したがって、この回路基板は、部品として優れた信頼性を有する。

【0015】

上記回路基板における第２領域の少なくとも一部と樹脂とが接着しており、第２領域は、第１領域よりも大きい表面粗さＲａ_２を有していてよい。第２領域は、第１領域の表面粗さＲａ_１よりも大きい表面粗さＲａ_２を有するため、アンカー効果によって樹脂との密着性を向上することができる。

【0016】

本開示の一側面に係るパワーモジュールは、上述のいずれかの回路基板と、回路基板を封止する樹脂と、を備え、第２領域の少なくとも一部と樹脂とが接着している。このようなパワーモジュールは、樹脂とセラミックス基板との密着性に優れるため、信頼性に優れる。

【0017】

上記パワーモジュールは、回路基板の導体部と、導体部と電気的に接続される半導体素子と、を備え、半導体素子は回路基板とともに樹脂によって封止されていてよい。このようなパワーモジュールは、例えば半導体素子が発熱しても、樹脂とセラミックス基板との密着性を維持することができる。したがって、高い信頼性を維持することができる。

【0018】

本開示の一側面に係る回路基板の製造方法は、表面粗さＲａ_１を有するセラミックス基板の主面に金属基板を接合して複合基板を得る工程と、複合基板における金属基板の一部をエッチングによって除去して、導体部を形成する工程と、を有し、エッチングによって、セラミックス基板の主面に、表面粗さＲａ_１よりも大きい表面粗さＲａ_２を有する領域を形成する。この製造方法によれば、金属基板のエッチングを行いつつ、セラミックス基板の主面に表面粗さＲａ_２を有する領域を形成することができる。したがって、工程数を増やすことなく部品として優れた信頼性を有する回路基板を製造することができる。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、部品として優れた信頼性を有するセラミックス基板を提供することができる。また、部品として優れた信頼性を有する回路基板及びその製造方法を提供することができる。また、このような回路基板を備えることによって信頼性に優れるパワーモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、一実施形態に係るセラミックス基板の斜視図である。

【図2】図２は、一実施形態に係る回路基板の断面図である。

【図3】図３は、一実施形態に係るパワーモジュールの断面図である。

【図4】図４は、実施例１のセラミックス基板の主面の光学顕微鏡写真である。

【図5】図５は、実施例１のセラミックス基板の断面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図6】図６は、実施例２のセラミックス基板の主面の光学顕微鏡写真である。

【図7】図７は、実施例２のセラミックス基板の断面の走査型電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、場合により図面を参照して、本開示の一実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用い、場合により重複する説明は省略する。各要素の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

【0022】

図１は、一実施形態に係るセラミックス基板の斜視図である。図１のセラミックス基板１００は、平板形状を有する。セラミックス基板１００は、一方の主面１００Ａは、互いに異なる表面粗さを有する第１領域１０と第２領域２０に区画されている。第１領域１０は、第２領域２０によって取り囲まれている。第１領域１０と第２領域２０とを区画する区画線ＶＬは、両者の境界を示す境界線であり、仮想線であってよい。一つの第１領域１０及び第２領域２０は、それぞれ、１００ｍｍ^２以上の面積を有する。

【0023】

第２領域２０における表面粗さＲａ_２は、第１領域１０における表面粗さＲａ_１よりも大きくてよい。第１領域１０における表面粗さＲａ_１に対する、第２領域２０における表面粗さＲａ_２の比は、１．５以上であってよく、１．８以上であってよく、２．０以上であってもよい。当該比を大きくすることによって、主面１００Ａに接触する部材の種類に応じて部材との密着性又は接合性を十分に調整することができる。このようなセラミックス基板１００は、部品として一層優れた信頼性を有する。同様の観点から、第２領域２０における表面粗さＲａ_２と第１領域１０における表面粗さＲａ_１の差は、０．１μｍ以上であってよく、０．２μｍ以上であってもよい。

【0024】

第１領域１０における表面粗さＲａ_１に対する、第２領域２０における表面粗さＲａ_２の比は、５．０以下であってよく、４．０以下であってよく、３．０以下であってもよい。当該比を小さくすることによって、表面粗さＲａ_２が過大となることが抑制され、セラミックス基板１００の強度を十分に高く維持することができる。同様の観点から、第２領域２０における表面粗さＲａ_２と第１領域１０における表面粗さＲａ_１の差は、１．５μｍ以下であってよく、０．５μｍ以下であってもよい。

【0025】

第１領域１０の少なくとも一部には、例えば、ろう材を介して導体部が接合される。第１領域１０は、表面粗さＲａ_２よりも小さい表面粗さＲａ_１を有するため、ろう材によって導体部と十分強固に接合することができる。第２領域２０の少なくとも一部は、例えば樹脂と接着する。第２領域２０は、表面粗さＲａ_１よりも大きい表面粗さＲａ_２を有するため、アンカー効果によって樹脂との密着性を向上することができる。

【0026】

第１領域１０における表面粗さＲａ_１は、簡便に製造することを可能にしつつ導体との接合性を良好にする観点から、例えば、０．０５～１．０μｍであってよく、０．１～０．８μｍであってよく、０．１５～０．４μｍであってよい。第２領域２０における表面粗さＲａ_２は、セラミックス基板１００の強度を維持しつつ樹脂との密着性を高くする観点から、例えば、０．２～３．０μｍであってよく、０．３～２．０μｍであってよく、０．４５～１．０μｍであってよい。表面粗さＲａ_１及び表面粗さＲａ_２は、中心線平均粗さであり、ＪＩＳ Ｂ ０６０１－２００１に準拠して測定される値である。

【0027】

第１領域１０内の各位置における表面粗さは、多少ばらついていてもよいが、そのばらつきは０．１μｍ以下である。すなわち、最大値と最小値の差異が０．１μｍ以下であれば、第１領域１０であるとみなすことができる。第２領域２０内の各位置における表面粗さも、多少ばらついていてもよいが、そのばらつきは０．１μｍ以下である。すなわち、最大値と最小値の差異が０．１μｍ以下であれば、第２領域２０であるとみなすことができる。

【0028】

本実施形態のように、複数の第１領域１０を有する場合、各第１領域１０の表面粗さＲａ_１は、３つの第１領域１０の表面粗さＲａ_１の平均値±０．０５μｍの範囲内にある。複数の第２領域２０を有する場合も、各第２領域２０の表面粗さＲａ_２は、複数の第２領域２０の表面粗さＲａ_２の平均値±０．０５μｍの範囲内にある。

【0029】

セラミックス基板１００の主面１００Ａは、第１領域１０と第２領域２０で構成される。第１領域の面積比率は３０～９０％であってよく、４０～８０％であってもよい。主面１００Ａにおける第２領域２０の面積比率は１０～７０％であってよく、２０～６０％であってよい。本実施形態では、主面１００Ａにおいて第１領域１０と第２領域２０とが互いに隣接している。変形例では、主面１００Ａが、第１領域１０と第２領域２０がそれぞれ一つずつであってよく、第１領域１０と第２領域２０が交互に並ぶように設けられていてもよい。また、セラミックス基板１００の主面１００Ａは、第１領域１０及び第２領域２０とは表面粗さが異なる別の領域を有していてもよい。

【0030】

セラミックス基板１００の主成分であるセラミックス成分の種類に特に制限はなく、例えば、炭化物、酸化物及び窒化物等が挙げられる。具体的には、炭化ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素等が挙げられる。セラミックス基板１００は、セラミックスの他に、セラミックス成分とは異なる金属酸化物を含有してよい。

【0031】

金属酸化物としては、構成元素としてＹ及びＭｇを有する金属酸化物が挙げられる。金属酸化物におけるＭｇに対するＹの質量比は、それぞれＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３に換算したときに０．３～３であってよく、０．５～２であってもよい。このようなセラミックス基板であれば、エッチングによって主面１００Ａの表面粗さを高い自由度で調整することができる。このため、例えば、セラミックス基板１００と金属基板の複合基板において、エッチングによって金属基板を除去して導体部を形成する際に、併せて主面１００Ａの表面粗さを調整することができる。したがって、主面１００Ａに第１領域１０と第２領域２０を円滑に形成することができる。なお、同じエッチング条件で比較すると、Ｍｇに対するＹの質量比が１に近づくにつれて表面粗さが大きくなる傾向にある。一方、Ｍｇに対するＹの質量比が１から遠ざかるにつれて、表面粗さが小さくなる傾向にある。これは、金属酸化物又はこれに由来する成分がエッチングによってセラミックス基板１００の主面１００Ａから除去されるためと考えられる。

【0032】

第１領域１０と第２領域２０における、窒化ケイ素に対する金属酸化物の割合は互いに異なっていてもよい。例えば、第１領域１０の方が第２領域２０よりも当該割合が高くてよい。このようなセラミックス基板１００は、第２領域２０における表面粗さＲａ_２を、第１領域１０における表面粗さＲａ_１よりも十分に大きくすることができる。

【0033】

図２は、一実施形態に係る回路基板２００の斜視図である。回路基板２００は、セラミックス基板１００と、主面１００Ａに配置された導体部１１と、主面１００Ｂに配置された導体部１２と、を備える。導体部１１は、主面１００Ａの第１領域１０に接合されている。導体部１１は、図示しないろう材を介して主面１００Ａに接合されていてよい。一方、主面１００Ａの第２領域２０は、導体部１１で覆われておらず露出している。このため、回路基板２００を樹脂で封止したときに、樹脂が第２領域２０に接着することができる。なお、第１領域１０の一部は導体部１１で覆われずに露出していてもよい。

【0034】

例えば、第１領域１０全体のうち、導体部１１に覆われる領域の面積比率は、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、又は９０％以上であってよい。第２領域２０の一部は、導体部１１で覆われていてもよい。例えば、第２領域２０全体のうち、導体部１１で覆われずに露出している領域の面積比率は、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、又は９０％以上であってよい。

【0035】

セラミックス基板１００の主面１００Ｂには、導体部１１とは形状が異なる導体部１２が接合されている。導体部１２は、導体部１１と同様に、主面１００Ｂにおける第１領域１０に接合されている。導体部１２も、図示しないろう材を介して主面１００Ｂに接合されていてよい。一方、主面１００Ｂにおける第２領域２０は、導体部１２で覆われておらず露出している。

【0036】

変形例では、回路基板２００は第２領域２０に接着される樹脂を有していてもよい。また、主面１００Ａと主面１００Ｂにおける導体部の形状は同一であってもよいし、主面１００Ａと主面１００Ｂの一方は、導体部を有していなくてもよい。

【0037】

回路基板２００のセラミックス基板１００における第１領域１０は、表面粗さＲａ_２よりも小さい表面粗さＲａ_１を有するため、ろう材によって導体部１１，１２と十分強固に接合することができる。また、第２領域２０は、アンカー効果によって樹脂との密着性が良好である。したがって、回路基板２００は、部品として優れた信頼性を有する。

【0038】

図３は、一実施形態に係るパワーモジュール３００の模式断面図である。パワーモジュール３００は、ベース板７０と、ハンダ３２を介してベース板７０の一方面と接合される回路基板２００とを備える。回路基板２００の導体部１２がハンダ３２と接合している。

【0039】

回路基板２００の導体部１１には、ハンダ３１を介して半導体素子６０が取り付けられている。半導体素子６０は、アルミワイヤ（アルミ線）等の金属ワイヤ３４で導体部１１の所定箇所に接続されている。筐体３６の外部と導体部１１とを電気的に接続するため、導体部１１の所定部分は、ハンダ３５を介して筐体３６を貫通して設けられる電極３３に接続されている。

【0040】

ベース板７０の一方面には、回路基板２００を収容するように筐体３６が配置されている。ベース板７０の一方面と筐体３６とで形成される収容空間にはシリコーンゲル等の樹脂３０が充填されている。樹脂３０は、セラミックス基板１００の主面１００Ａ，１００Ｂにおける第２領域２０に接着している。第２領域２０は、大きい表面粗さＲａ_１を有することから、樹脂３０との密着性に優れる。このため、パワーモジュール３００は信頼性に優れる。

【0041】

ベース板７０の他方面には、グリース７４を介して放熱部材をなす冷却フィン７２が接合されている。ベース板７０の端部には冷却フィン７２をベース板７０に固定するネジ７３が取り付けられている。ベース板７０及び冷却フィン７２はアルミニウムで構成されていてもよい。ベース板７０及び冷却フィン７２は、高い熱伝導率を有することによって放熱部として良好に機能する。

【0042】

セラミックス基板１００によって、導体部１１と導体部１２は電気的に絶縁される。導体部１１は電気回路を形成していてもよいし、していなくてもよい。導体部１１及び導体部１２の材質は同一であっても異なっていてもよい。導体部１１及び導体部１２は、銅で構成されていてよい。ただし、その材質は銅に限定されるものではない。

【0043】

パワーモジュール３００は、回路基板２００の導体部１１，１２と、導体部１１と電気的に接続される半導体素子６０とを備える。半導体素子６０は回路基板２００とともに樹脂３０によって封止されている。このようなパワーモジュール３００は、半導体素子６０が発熱しても、樹脂３０とセラミックス基板１００との密着性を維持することができる。

【0044】

セラミックス基板１００の第２領域２０に接着する樹脂は、封止樹脂に限定されない。例えば、セラミックス基板が圧接構造用のセラミックスヒートシンク材に用いられる場合、第２領域２０に接着する樹脂は、熱硬化型樹脂であってもよく、光硬化型樹脂であってもよい。

【0045】

次に、セラミックス基板の製造方法の一例を説明する。まず、セラミックス成分で構成されるセラミックス粉末と焼結助剤として機能する酸化物系焼結助剤を準備する。酸化物系焼結助剤としてはＹ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３等を含むものが挙げられる。原料粉末における酸化物系焼結助剤の含有量は、高い熱伝導率と優れた絶縁性を高水準で両立できるセラミックス基板（焼結体）を得る観点から、例えば４．０～８．０質量％であってよく、４．０～５．０質量％であってもよい。

【0046】

上述の原料粉末を例えば３．０～１０．０ＭＰａの成形圧力で加圧して成形体を得る。成形体は一軸加圧して作製してもよいし、ＣＩＰによって作製してもよい。また、ホットプレスによって成形しながら焼成してもよい。成形体の焼成は、窒素ガス又はアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行ってよい。焼成時の圧力は、０．７～０．９ＭＰａであってよい。セラミックス成分が窒化ケイ素の場合、焼成温度は例えば１６００～２１００℃であってよく、１８００～２０００℃であってもよい。当該焼成温度における焼成時間は６～２０時間であってよく、８～１６時間であってよい。

【0047】

このようにして得られる焼結体を必要に応じて加工してセラミックス基板を得る。このときの両方の主面は、表面粗さＲａ_１を有する。このようにして得られたセラミックス基板の主面の一部をテープ等でマスキングした後、サンドブラスト等による物理的な研磨、又は、エッチング等による化学的な処理を行う。これによって、セラミックス基板の主面の一部は、表面粗さＲａ_２を有する第２の領域となり、残部は、表面粗さＲａ_１を有する第１の領域となる。このようにして得られたセラミックス基板の主面において第１領域に導体テープ等を貼り付けて、導体部としてもよい。第１領域の表面粗さＲａ_１は、表面粗さＲａ_２よりも小さいことから、導体テープと導体部の第１領域は高い接着力で結合される。

【0048】

第２領域の形成方法は、上述の方法に限定されず、例えばホーニングによって行ってもよいし、レーザー光等を用いて主面を荒らすことによって行ってもよい。また、エッチングによって形成してもよい。エッチングは２回以上繰り返して行ってもよい。

【0049】

回路基板の製造方法の一例を説明する。表面粗さＲａ_１を有するセラミックス基板を準備する。このセラミックス基板の主面に金属基板をろう材を介して重ね合わせ、加熱炉で加熱して複合基板を得る。ろう材は、セラミックス基板の主面に、ロールコーター法、スクリーン印刷法、又は転写法等の方法によって塗布する。ろう材は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ及びＴｉ等の金属及び金属化合物成分、有機溶媒、及びバインダ等を含有してよい。ろう材の粘度は、例えば５～２０Ｐａ・ｓであってよい。ろう材における有機溶媒の含有量は、例えば、５～２５質量％、バインダの含有量は、例えば、２～１５質量％であってよい。

【0050】

加熱炉における加熱温度は例えば７００～９００℃であってよい。炉内の雰囲気は窒素等の不活性ガスであってよく、大気圧未満の減圧下で行ってもよいし、真空下で行ってもよい。加熱炉は、複数の接合体を連続的に製造する連続式のものであってもよいし、一つ又は複数の接合体をバッチ式で製造するものであってもよい。加熱は、セラミックス基板と金属基板の接合体を積層方向に押圧しながら行ってもよい。

【0051】

続いて、複合基板における金属基板の一部をエッチングによって除去して、導体部を形成する。金属基板の一部が除去された後、当該一部が除去されることによって露出したセラミックス基板の主面の一部もエッチングする。これによって、当該主面の一部も粗面化され、表面粗さＲａ_１を有する第１領域と、表面粗さＲａ_１よりも大きい表面粗さＲａ_２を有する第２領域が形成される。

【0052】

このように、本例の製造方法によれば、複合基板から回路基板を得るとともに、表面粗さが互いに異なる複数の領域を有する主面を備えるセラミックス基板を得ることができる。したがって、工程数を増やすことなく部品として優れた信頼性を有するセラミックス基板の及び回路基板を製造することができる。

【0053】

このようにして得られた回路基板を用いて、パワーモジュールを製造することができる。パワーモジュールは、回路基板に、ハンダとワイヤボンディング等を用いて半導体素子を搭載し、回路基板及び半導体素子を筐体の収容空間内に収容したうえで樹脂封止を行って製造することができる。

【0054】

以上、幾つかの実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、回路基板は、導体部と電気的に接続される半導体素子を備えていてもよい。また、両方の主面に第１領域及び第２領域を有する必要はなく、どちらか一方の主面に第１領域及び第２領域を有していればよい。

【実施例】

【0055】

実施例及び参考例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の具体例に限定されるものではない。

【0056】

（実施例１）
＜窒化ケイ素焼結体の作製＞
窒化ケイ素粉末と、焼結助剤として、酸化マグネシウム粉末、及び酸化イットリウム粉末を準備した。これらを、Ｓｉ_３Ｎ_４：Ｙ_２Ｏ_３：ＭｇＯ＝９４．０：３．０：３．０（質量比）で配合して原料粉末を得た。この原料粉末を、一軸加圧成形し、成形体を作製した。この成形体を、カーボンヒータを備える電気炉中に配置し、窒素ガスの雰囲気下、１８００℃で１２時間焼成して、平板形状の窒化ケイ素焼結体を得た。

【0057】

＜エッチング＞
窒化ケイ素焼結体の一部を、テープでマスキングした後、市販のエッチング液（塩化第二銅水溶液）に６０分間浸漬した。エッチング液から窒化ケイ素焼結体を取り出した後、再度同じエッチング液に窒化ケイ素焼結体を６０分間浸漬した。このように２回エッチング処理を行ってセラミックス基板を得た。テープを取り外して、得られたセラミックス基板の外観を光学顕微鏡で観察した。

【0058】

＜外観評価＞
図４は、セラミックス基板の光学顕微鏡写真である。図４に示すように、セラミックス基板の主面には、濃淡が互いに異なる第１領域１０と第２領域２０が形成されていた。それぞれの領域における表面粗さを、小型表面粗さ測定機（株式会社ミツトヨ製、商品名：サーフテスト ＳＪ－３１０）を用いて測定した。その結果、第１領域１０の表面粗さＲａ_１は０．２５μｍであり、第２領域２０の表面粗さＲａ_２は０．５０μｍであった。

【0059】

＜断面評価＞
セラミックス基板を厚さ方向に切断し、主面近傍の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＮ）を用いて観察した。図５は、実施例１のセラミックス基板の第２領域における主面近傍の断面を示すＳＥＭ写真である。図５に示すように、第２領域では表面が粗面化されていることが確認された。

【0060】

（実施例２）
＜窒化ケイ素焼結体の作製＞
窒化ケイ素粉末と、焼結助剤として、酸化マグネシウム粉末、酸化イットリウム粉末及び二酸化珪素粉末を準備した。これらを、Ｓｉ_３Ｎ_４：Ｙ_２Ｏ_３：ＭｇＯ：ＳｉＯ_２＝９１．３５：６．０：１．５８：１．０７（質量比）で配合して原料粉末を得た。この原料粉末を用いたこと以外は実施例１と同じ手順で、平板形状の窒化ケイ素焼結体を得た。そして実施例１と同じ手順でエッチングを行ってセラミックス基板を得た。テープを取り外して、得られたセラミックス基板の外観を光学顕微鏡で観察した。

【0061】

＜外観評価＞
図６は、セラミックス基板の光学顕微鏡写真である。図６に示すように、セラミックス基板の主面には、濃淡が互いに異なる第１領域１０と第２領域が形成されていた。ただし、実施例１に比べると、濃淡の差が小さかった。第１領域１０の表面粗さＲａ_１は０．３０μｍであり、第２領域２０の表面粗さＲａ_２は０．３１μｍであった。

【0062】

＜断面評価＞
実施例１と同様に、主面近傍の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＮ）を用いて観察した。図７は、実施例２のセラミックス基板の第２領域における主面近傍の断面を示すＳＥＭ写真である。図７に示すように、第２領域では表面が粗面化されていることが確認された。ただし、図５に示されるほど粗面化されていなかった。

【0063】

実施例１，２のセラミックス基板の抗折強度を測定した。抗折強度は、３点曲げ抗折強度であり、ＪＩＳ Ｒ １６０１：２００８に準拠して市販の抗折強度計（島津製作所製、装置名：ＡＧ－２０００）を用いて測定した。その結果、実施例１のセラミックス基板の抗折強度は、８０２ＭＰａであった。また、実施例２のセラミックス基板の抗折強度は７６９ＭＰａであった

【0064】

（参考例１）
焼結助剤として、Ｍｇに対するＹの質量比が、それぞれＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３に換算したときに０．１である金属酸化物粉末を準備した。これと窒化ケイ素粉末と配合して原料粉末を得た。この原料粉末を用いたこと以外は、実施例１と同じ手順で、平板形状の窒化ケイ素焼結体を得た。実施例１と同様にエッチング処理を行ったが、主面の粗化が十分に進行せず、主面の表面粗さを調整することができなかった。ただし、エッチング以外の方法（例えば、サンドブラスト）を用いれば、主面の一部を粗化して、実施例１，２と同様の第１領域及び第２領域を形成することは可能である。

【0065】

（参考例２）
焼結助剤として、Ｍｇに対するＹの質量比が、それぞれＭｇＯ及びＹ_２Ｏ_３に換算したときに５．０である金属酸化物粉末を準備した。これと窒化ケイ素粉末と配合して原料粉末を得た。この原料粉末を用いたこと以外は、実施例１と同じ手順で、平板形状の窒化ケイ素焼結体を得た。実施例１と同様にエッチング処理を行ったが、主面の粗化が十分に進行せず、主面の表面粗さを調整することができなかった。ただし、参考例１と同様に、エッチング以外の方法（例えば、サンドブラスト）を用いれば、主面の一部を粗化して、実施例１，２と同様の第１領域及び第２領域を形成することは可能である。

【産業上の利用可能性】

【0066】

本開示によれば、部品として優れた信頼性を有するセラミックス基板を提供することができる。また、部品として優れた信頼性を有する回路基板及びその製造方法を提供することができる。また、このような回路基板を備えることによって信頼性に優れるパワーモジュールを提供することができる。

【符号の説明】

【0067】

１０…第１領域，１１，１２…導体部，２０…第２領域，３０…樹脂，３１，３２，３５…ハンダ，３３…電極，３４…金属ワイヤ，３６…筐体，６０…半導体素子，７０…ベース板，７２…冷却フィン，７３…ネジ，７４…グリース，１００…セラミックス基板，１００Ａ，１００Ｂ…主面，２００…回路基板，３００…パワーモジュール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】