特許 7208439 セラミックス回路基板、電子デバイス、金属部材、及びセラミックス回路基板の製造方法

(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】2023-01-10

(45)【発行日】2023-01-18

(54)【発明の名称】セラミックス回路基板、電子デバイス、金属部材、及びセラミックス回路基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20230111BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20230111BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20230111BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20230111BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20230111BHJP

   B23K 1/19 20060101ALI20230111BHJP

   B23K 35/30 20060101ALN20230111BHJP

   C22C 5/06 20060101ALN20230111BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 D

H01L23/12 C

H01L25/04 C

B23K1/00 330E

B23K1/19 B

B23K35/30 310B

C22C5/06 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022512196

(86)(22)【出願日】2021-03-29

(86)【国際出願番号】 JP2021013238

(87)【国際公開番号】W WO2021200801

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-04-14

(31)【優先権主張番号】P 2020060607

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(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】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】青野 良太

(72)【発明者】

【氏名】牛島 穣

(72)【発明者】

【氏名】田中 淳一

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 辰雄

【審査官】平林 雅行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－３１１５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６９３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１３６２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １／００－３／０８

Ｂ２３Ｋ ３１／０２

Ｂ２３Ｋ ３３／００

Ｂ２３Ｋ ３５／１４

Ｂ２３Ｋ ３５／２２

Ｂ２３Ｋ ３５／２４

Ｂ２３Ｋ ３５／２６

Ｂ２３Ｋ ３５／２８

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｂ２３Ｋ ３５／３２

Ｂ２３Ｋ ３５／３４

Ｂ２３Ｋ ３５／３６３

Ｂ２３Ｋ ３５／４０

Ｃ０４Ｂ ３７／００－３７／０４

Ｃ２２Ｃ ５／００－２５／００

Ｃ２２Ｃ ２７／００－２８／００

Ｃ２２Ｃ ３０／００－３０／０６

Ｃ２２Ｃ ３５／００－４５／１０

Ｈ０１Ｌ ２３／１２－２３／１５

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３－２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７－２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／００－２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１０－２５／１１

Ｈ０１Ｌ ２５／１６－２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス基板の少なくとも一面にろう材を介して板状の金属部材を接合してなるセラミックス回路基板において、
前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有し、
前記金属部材は矩形であって、
前記粗化部において、前記第一の面の中央部よりも表面粗さＲａが大きく、表面粗さＲａが、０．５μｍ以上２μｍ以下である、セラミックス回路基板。

【請求項2】

前記金属部材がＣｕ板である、請求項１に記載のセラミックス回路基板。

【請求項3】

前記ろう材が、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、アルミニウム、及び、錫から選択される少なくとも１つの金属を含む、請求項１または２に記載のセラミックス回路基板。

【請求項4】

前記セラミックス基板が窒化ケイ素及び窒化アルミニウムから選択される少なくとも１つである、請求項１～３のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項5】

前記セラミックス基板の両面にろう材を介し板状の前記金属部材を接合した、請求項１～４のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項6】

前記粗化部は、前記外縁部において周回するように設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項7】

前記粗化部は、前記第一の面の端面から１ｍｍ以内の領域に設けられている、請求項１～６のいずれか一項に記載のセラミックス回路基板。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板を備える電子デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載の電子デバイスであって、パワーデバイスである電子デバイス。

【請求項10】

セラミックス基板の一面にろう材で接合される板状の金属部材であって、
前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有し、
前記金属部材は矩形であって、
前記粗化部において、前記第一の面の中央部よりも表面粗さＲａが大きく、表面粗さＲａが、０．５μｍ以上２μｍ以下である、金属部材。

【請求項11】

セラミックス基板の少なくとも一面にろう材を介して板状の金属部材を接合する接合工程を有するセラミックス回路基板の製造方法であって、
前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有し、
前記金属部材は矩形であって、
前記粗化部において、前記第一の面の中央部よりも表面粗さＲａが大きく、表面粗さＲａが、０．５μｍ以上２μｍ以下である、セラミックス回路基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックス回路基板、電子デバイス、金属部材、及びセラミックス回路基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックス基板に金属部材を接合したセラミックス回路基板は、電子部品や機械部品等に広く用いられている。例えば、電鉄、車両、産業機械向けといった高電圧、大電流動作を必要とするパワーデバイスにおいて、セラミックス回路基板上に半導体素子を搭載した電子デバイスが用いられている。
セラミックス基板と金属部材を接合する方法の一つとして、セラミックス基板と金属部材とをろう材を用いて接合する方法がある。この場合、一般的には、銀・銅と活性金属を含むろう材をセラミックス基板に塗布し、ろう材上に金属部材を配置し、適当な温度で加熱処理することでセラミックス基板と金属部材とを接合する。

【0003】

例えば、特許文献１には、プレス加工により打ち抜き成形された金属板をセラミックス基板の一方の面に積層してろう付けにより接合するパワーモジュール用基板の製造方法であって、プレス加工により打ち抜き成形された前記金属板のバリの高さを０．０２１ｍｍ以下とするとともに、破断面の厚さを０．０６８ｍｍ以上とし、前記バリが生じている側の表面を前記セラミックス基板の一方の面に重ねるように積層してろう付けすることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－０３９１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

発明者らが検討したところ、特許文献１に開示された方法では、セラミックス基板に金属部材を接合する工程において、ろう材が金属部材表面にはい上がり、はい上がったろう材によってハンダ濡れ性が低下する場合があることが明らかになった。これは、プレス加工により金属板に発生するバリによってろう材のはい上がりを抑制しようとする場合、バリの高さを金属板の全周にわたって精密に制御することは困難であり、例えば、バリのうち相対的に低いところからろう材が染み出てしまうためと考えられる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、セラミックス基板の少なくとも一面にろう材を介して板状の金属部材を接合してなるセラミックス回路基板において、
前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有する、セラミックス回路基板が提供される。

【0007】

また、本発明によれば、前記セラミックス回路基板を備える電子デバイスが提供される。

【0008】

また、本発明によれば、セラミックス基板の一面にろう材で接合される板状の金属部材であって、
前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有する、金属部材が提供される。

【0009】

また、本発明によれば、セラミックス基板の少なくとも一面にろう材を介して板状の金属部材を接合する接合工程を有し、前記金属部材はセラミックス基板に対向する第一の面と、当該第一の面とは逆の第二の面とを有し、
前記第一の面は、その外縁部に、前記第一の面の中央部よりも表面粗さが粗い粗化部を有する、セラミックス回路基板の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、セラミックス基板にろう材を介して板状の金属部材を接合する際に、ろう材が金属部材表面にはい上がることを抑制したセラミックス回路基板、該セラミックス回路基板を備える電子デバイス、セラミックス基板に接合される金属部材、また、セラミックス回路基板の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係るセラミックス回路基板の構成を模式的に示す断面図である。

【図2】本実施形態に係るセラミックス回路基板の構成を模式的に示す上面図である。

【図3】本実施形態に係るセラミックス回路基板の金属部材の構成を模式的に示す断面図である。

【図4】本実施形態に係るセラミックス回路基板の金属部材の構成を模式的に示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。

【0013】

＜セラミックス回路基板＞
はじめに、図１及び図２を用いて本実施形態に係るセラミックス回路基板の概要について説明する。
図１は、本実施形態に係るセラミックス回路基板１００の全体の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係るセラミックス回路基板１００は、セラミックス基板１０、ろう材２０、板状の金属部材３０を備えるものである。セラミックス基板１０の少なくとも一面にろう材２０を介して板状の金属部材３０が接合されており、接合によりセラミックス基板１０、ろう材２０、板状の金属部材３０が互いに固定されている。

【0014】

セラミックス基板１０は第一の面１１と第二の面１２とを有する。セラミックス基板１０は、第二の面１２の上面上に、ろう材２０を介し、板状の金属部材３０が接合されている。本実施形態に係るセラミックス回路基板の構造は、上記構造に限定されず、例えばセラミックス回路基板１００は、図１の（ａ）に示すように、第一の面１１又は第二の面１２のいずれかに板状の金属部材３０が接合されていてもよいし、図１の（ｂ）に示すように、第一の面１１及び第二の面１２の両面に金属部材３０が接合されていてもよいが、セラミックス基板１０の両面にろう材２０を介し板状の金属部材３０を接合したセラミックス回路基板１００であることが好ましい。また、図２に、本実施形態に係るセラミックス回路基板１００を模式的に示す上面図を示す。セラミックス回路基板１００は第一の面１１及び第二の面１２に、それぞれ一つの金属部材３０が接合されていてもよいし、第一の面１１に一つの金属部材３０が接合され、第二の面１２に２以上の金属部材３０が接合されていてもよいし、第一の面１１に２以上の金属部材３０が接合され、第二の面１２に一つの金属部材３０が接合されていてもよいし、第一の面１１及び第二の面１２に、それぞれ２以上の金属部材３０が接合されていてもよい。金属部材３０は平面視において多角形であることが好ましく、矩形とすることもできるし、例えば、矩形の金属部材３０を後述のエッチング工程によってパターニングした、矩形の一部が除去された形状とすることもできる。

【0015】

以下、本実施形態に係るセラミックス回路基板の各構成について詳述する。

【0016】

＜金属部材＞
図３及び図４を参照し、本実施形態のセラミックス回路基板１００にかかる金属部材３０の構成について詳述する。図３は本実施形態のセラミックス回路基板１００にかかる金属部材３０の構成を模式的に示す断面図である。また、図４は本実施形態のセラミックス回路基板１００にかかる金属部材３０の構成を模式的に示す上面図である。

【0017】

本実施形態において、金属部材３０はセラミックス基板に対向する第一の面３１と、第一の面３１とは逆の第二の面３２と、その両面の外周端の相互間に存在する端面３３とを有する。第一の面３１は、その外縁部５０に、前記第一の面３１の中央部５１よりも表面粗さが粗い粗化部５２を有する。

【0018】

外縁部５０とは、第一の面３１に存在する外周部の領域を意味し、具体的には以下の（１）、（２）のいずれかの領域をいう。
（１）第一の面３１に存在する領域であって、第一の面３１と端面３３との境界３４からの距離が、１ｍｍ以内の領域。
（２）第一の面３１に存在する領域であって、第一の面３１と端面３３との境界３４からの距離が、金属部材３０を上面視したときの最長対角線の長さの１０％以内の領域。

【0019】

また、本発明において、中央部５１とは、第一の面３１に存在する内部の領域を意味し、具体的には以下の領域のいずれかの領域をいう。
第一の面３１に存在する領域であって、金属部材３０を上面視したときの最長対角線の中点からの距離が、金属部材３０を上面視したときの最長対角線の長さの４０％以内の領域。
ここで、金属部材３０を上面視したときの最長対角線とは、例えば図４（ａ）における４ａ、図４（ｂ）における４ｂをいう。

【0020】

本実施形態において、金属部材３０の第一の面３１が、その外縁部５０に、前記第一の面３１の中央部５１よりも表面粗さが粗い粗化部５２を有することにより、ろう材２０のはい上がりをより抑制することができるセラミックス回路基板１００となる。すなわち、従来、セラミックス基板１０と金属部材３０とを、ろう材２０を介して接合するろう付け工程では、接合端部において、ろう材２０が金属部材３０の端面３３を伝って金属部材３０の上面（第二の面３２）にはい上がる場合があり、後工程において、金属部材３０の上面（第二の面３２）に半導体チップ等を搭載する際に、はい上がったろう材２０によってハンダ濡れ性が低下してハンダ付け不良が発生したり、外観不良が発生したりし、歩留り低下の一因となっていた。本願発明によれば、金属部材の外縁部５０に粗化部５２を設けることにより、表面積が増大した粗化部５２の表面や、わずかな隙間が余剰のろう材２０をトラップし、ろう材２０が金属部材３０の下面から端面３３にはい上がる現象を抑制することができる。その結果、ハンダ濡れ性の低下や、外観不良の発生を防ぐことができる。

【0021】

また、金属部材３０の第一の面３１上に金属部材３０の打ち抜きで発生するバリ等による凸形状の突起を設け、当該突起によってろう材２０のはい上がりを抑制しようとした場合、金属板（金属部材３０）の一部に突起の高さが高いところがあれば、突起の高さが低いところからろう材２０が染み出てしまい、ろう材２０のはい上がりが大きくなるリスクがあり、金属部材３０の表面に突起を設けることは、金属部材３０とセラミックス基板１０の接合の信頼性を損なう恐れもあった。
本願発明によれば、これらのリスクなく、ろう材２０のはい上がりを抑制することができ、ろう材染み出だしの発生が抑制され、金属部材３０上に搭載される半導体チップ等とのハンダ接合性を向上させることができる。

【0022】

粗化部５２は、外縁部５０の全部又は一部に存在し、外縁部５０の面積のうち、５０％以上を占めることが好ましく、８０％以上を占めることがより好ましい。
粗化部５２は、外縁部５０に１つ存在することも可能であるし、複数存在することも可能であるが、粗化部５２は、第一の面３１の全周にわたって連続的に存在することが好ましい。

【0023】

粗化部５２は、第一の面３１の中央部５１よりも表面粗さが大きいことが好ましい。表面粗さとしては、ＪＩＳ Ｂ０６０１－１９９４に規定される算術平均粗さＲａ（以下、「表面粗さＲａ」という）を用いることができる。表面粗さＲａは以下のように測定することができる。

【0024】

表面粗さＲａは接触式表面粗さ計を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１－１９９４に基づいて測定することができる。

【0025】

粗化部５２の表面粗さＲａは、０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａの下限は、０．８μｍ以上であることがより好ましく、１．２μｍ以上であることが特に好ましい。表面粗さＲａの上限は、２μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以下であることが特に好ましい。
粗化部５２の表面粗さＲａが上記数値範囲内であることにより、より確実にろう材のはい上がりを抑制することができる。

【0026】

本実施形態においては、金属部材３０のいずれかの対角線に沿った厚み方向の切断面における粗化部５２の長さが上述した外縁部５０の範囲にあり、一定の面積の粗化部５２を有することで、ろう材２０のはい上がりをより確実に抑制することができる。ここで、金属部材３０の対角線に沿った厚み方向の切断面とは、例えば図２の破線ａ～ｄで切断したときの断面をいう。
また、図３（ｂ）に示すように、外縁部５０において、粗化部５２は、例えば、外縁部５０の最外周（粗化部５２Ａ）、外縁部５０の中央部（粗化部５２Ｂ）、外縁部５０の最内周（粗化部５２Ｃ）に位置することができる。

【0027】

粗化部５２の表面粗さＲａをｘ、中央部５１の表面粗さをｙとした場合に、ｘ／ｙが２以上１０以下であることが好ましい。下限は、２．５以上がより好ましく、２．７５以上がさらにより好ましい。上限は、８．０以下がより好ましく、７以下がさらにより好ましい。ｘ／ｙがこのような値の範囲にあることで、ろう材２０のはい上がりを抑制し、かつ金属部材３０とセラミックス基板１０との接合性を良好に保つことができる。

【0028】

なお、ろう材２０のはい上がり性には、金属部材３０の形状に加え、ろう材２０の塗布量も影響する。ろう材２０の塗布量は、接合工程前におけるろう材ペーストの乾燥膜厚で、例えば２μｍ以上４０μｍ以下とすることができる。

【0029】

以上の、本実施形態に係る粗化部５２を有する金属部材３０の作製方法としては、金属部材３０の第一の面３１の外縁部５０に、中央部５１よりも表面粗さが粗い粗化部５２を設けることができる方法であれば特に限定されないが、機械的な方法により粗化する方法が挙げられ、具体的には研磨やサンドブラストなどが利用できる。

【0030】

本実施形態に係る金属部材３０に使用する金属は、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銀、モリブテン、コバルトの単体またはその合金等が挙げられる。後述のように、金属部材３０を、活性金属を含有する銀－銅系ろう材でセラミックス基板１０に接合する観点や、導電性、放熱性の観点から銅板が好ましい。

【0031】

銅板を使用する場合、その純度は、９０％以上であることが好ましい。純度を９０％以上とすることにより、十分な導電性、放熱性を有するセラミックス回路基板１００となり、またセラミックス基板１０と銅板とを接合する際、銅板とろう材２０との反応が十分進行し、信頼性の高いセラミックス回路基板１００を得ることができる。

【0032】

本実施形態に係る金属部材３０の厚みは特に限定されないが、０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下のものが一般的である。金属部材３０の厚みは、特に、放熱性の観点から０．２ｍｍ以上が好ましく、耐熱サイクル特性の観点から０．５ｍｍ以下が好ましい。

【0033】

＜セラミックス基板＞
本実施形態に係るセラミックス回路基板１００に使用されるセラミックス基板１０としては、特に限定されるものではなく、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物系セラミックス、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物系セラミックス、炭化ケイ素等の炭化物系セラミックス、ほう化ランタン等のほう化物系セラミックス等が挙げられる。後述のように、金属部材３０を、活性金属を含有する銀－銅系ろう材でセラミックス基板１０に接合する観点からは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の非酸化物系セラミックスが好適であり、更に、優れた熱伝導性の観点からは窒化アルミニウム基板が好ましい。

【0034】

本実施形態に係るセラミックス基板１０の厚みは特に限定されないが、０．２ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下が好ましい。上記数値範囲内とすることにより、十分に強度・耐久性を維持することができ、かつ、熱抵抗を抑制することができる。

【0035】

＜ろう材＞
本実施形態に係るセラミックス回路基板１００において、ろう材２０は、ろう材２０中にチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウム、アルミニウム、錫から選択される少なくとも一種の活性金属を含有することが好ましい。ろう材２０の配合におけるＡｇ／Ｃｕ比は、ＡｇとＣｕの共晶組成である７２質量％：２８質量％よりＡｇ粉末の配合比を高めることで、Ｃｕリッチ相の粗大化を防止し、Ａｇリッチ相が連続したろう材層組織を形成することができる。
また、Ａｇ粉末の配合量が多くＣｕ粉末の配合量が少ないと、接合時にＡｇ粉末が溶解しきれずに接合ボイドとして残る場合がある。よって、Ａｇ粉末と、Ｃｕ粉末、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末の配合比は、Ａｇ粉末：８５．０質量部以上９５．０質量部以下、Ｃｕ粉末：５．０質量部以上１３．０質量部以下、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末：０．４質量部以上３．５質量部以下からなるものが好ましく挙げられる。上記数値範囲内とすることで、ろう材２０の融解温度が過度に上昇することを防ぎ、適度な温度での接合が可能となり、接合時の熱膨張率差に由来する熱ストレスを低下させることができ、耐熱サイクル性を向上する。

【0036】

チタン等の活性金属の添加量は、Ａｇ粉末と、Ｃｕ粉末と、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末の合計１００質量部に対して、１．５質量部以上５．０質量部以下が好ましい。活性金属の添加量を適切に調整することで、セラミックス板に対する濡れ性を一層高めることができ、接合不良の発生を一層抑えることができる。また、未反応の活性金属の残存が抑えられ、Ａｇリッチ相の不連続化なども抑えることができる。

【0037】

本実施形態に係るセラミックス回路基板１００において、ろう材２０の厚みは、セラミックス基板１０と金属部材３０を接合可能である限り特に限定されない。典型的には３μｍ以上４０μｍ以下、好ましくは４μｍ以上２５μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１５μｍ以下である。上記数値範囲内とすることにより、放熱性に優れ、かつ、信頼性にすぐれたセラミックス回路基板１００とすることができる。

【0038】

＜セラミックス回路基板の製造方法＞
以下に本実施形態に係るセラミックス回路基板１００の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法は、セラミックス基板１０の少なくとも一面にろう材２０を介して板状の金属部材３０を接合する接合工程を有し、前記金属部材３０はセラミックス基板１０に対向する第一の面３１と、当該第一の面３１とは逆の第二の面３２とを有し、
前記第一の面３１は、その外縁部５０に、前記第一の面３１の中央部５１よりも表面粗さが粗い粗化部５２を有する、セラミックス回路基板１００の製造方法。
まず、セラミックス基板１０、及び、金属部材３０を準備する。セラミックス基板１０、及び、金属部材３０の態様については前述のとおりである。
次にろう材ペーストを調製する。ろう材ペースト（ろう材２０）の金属成分の配合は上述の通りであり、Ａｇ粉末：８５．０質量部以上９５．０質量部以下、Ｃｕ粉末：５．０質量部以上１３．０質量部以下、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末：０．４質量部以上３．５質量部以下からなるものが好ましく挙げられる。チタン等の活性金属の添加量は、Ａｇ粉末と、Ｃｕ粉末と、Ｓｎ粉末またはＩｎ粉末の合計１００質量部に対して、１．５質量部以上５．０質量部以下が好ましい。
これらの金属粉末と、樹脂、溶剤、必要に応じて分散剤等を公知の手法で混合することにより、ろう材ペーストを得ることができる。
続いて、セラミックス基板１０の片面又は両面に、ろう材ペーストを塗布する。塗布方法は特に限定されず、例えばスクリーン印刷により塗布を行うことができる。塗布されたろう材ペーストの乾燥膜厚は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。

【0039】

次に、セラミックス基板１０に塗布されたろう材ペーストに接するように金属部材３０を重ね、加熱炉内で加熱し、セラミックス基板１０と金属部材３０とを接合する。
本実施形態において、セラミックス基板１０と金属部材３０とを接合する接合温度は、７８０℃以上８５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは８００℃未満である。また、接合時の真空度は、１×１０^－３Ｐａ以下とすることが好ましい。また、上記接合温度での保持時間は１０分以上６０分以下であることが望ましい。
接合温度・真空度・接合時間を上記範囲内とすることにより、活性金属を含む化合物が十分に生成され、セラミックス基板１０と金属部材３０とを全面にわたって接合することができる。また、接合温度が高温であったり、保持時間が長すぎたりする場合には、接合後のろう材層（ろう材２０）の厚みムラが大きくなる場合があるが、接合温度・真空度・接合時間を上記範囲内とすることにより、接合後のろう材２０の厚みムラを低減することができる。

【0040】

本実施形態に係るセラミックス回路基板１００は、必要に応じてエッチングにより、金属部材３０の少なくとも一部を除去したセラミックス回路基板１００とすることもできる。すなわち、本実施形態に係るセラミックス回路基板１００は、エッチングによる回路パターン形成工程を経ることもできる。本実施形態に係るセラミックス回路基板１００に回路パターンを形成する場合、金属部材３０にエッチングレジストを塗布してエッチングすることができる。エッチングレジストに関して特に制限はなく、公知の紫外線硬化型や熱硬化型のものが使用できる。また、エッチングレジストの塗布方法に関しては特に制限はなく、例えばスクリーン印刷法等の公知の塗布方法を採用することができる。
エッチング液に関しても特に制限はなく、公知のエッチング液を用いることができ、金属部材３０が銅板である場合、塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液、硫酸、過酸化水素水等を使用することができ、塩化第二鉄溶液や塩化第二銅溶液が好ましい。

【0041】

エッチングによって不要な金属部分を除去したセラミックス回路基板１００には、ろう材２０、その合金層、窒化物層等が残っている場合があり、その場合、ハロゲン化アンモニウム水溶液、硫酸、硝酸等の無機酸、過酸化水素水を含む溶液を用いて、それらを除去するのが一般的である。回路形成後、公知の方法でエッチングレジストの剥離を行うことができる。剥離方法は特に限定されず、例えば、アルカリ水溶液に浸漬させる方法などを挙げることができる。

【0042】

以上のようにして、セラミックス基板１０と金属部材３０とがろう材２０を介して接合されたセラミックス回路基板１００を得ることができる。

【0043】

本実施形態に係るセラミックス回路基板１００は、例えば、金属部材３０の第二の面３２に半導体チップ等を搭載し、電子デバイスとすることができる。
本実施形態に係るセラミックス回路基板１００は、例えば、電鉄、車両、産業機械向けといった高電圧、大電流動作を必要とするパワーデバイスに特に好適に適用することができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、粗化部５２は、外縁部５０に設けられ第一の面３１の中央部５１よりも表面粗さが粗くなっている構成に限らず、外縁部５０に中央部側で隣接する領域よりも表面粗さが粗くなっている構成であってもよい。すなわち、中央部５１の表面の粗さにかかわらず、外縁部５０の粗化部５２と表面中央側で隣接する領域が、粗化部５２より表面粗さが粗くない領域となっていればよい。

【実施例】

【0044】

以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。表１に表面粗さＲａの測定結果（外縁部、中央部）および評価（ろう材のはい上がり、接合性）を示す。

【0045】

窒化ケイ素基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み０．３２ｍｍ）、及び、銅板（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚み０．８ｍｍ）を準備した。

【0046】

（粗化処理）
銅板は、その外縁部５０を以下の方法で粗面化した。
実施例１～４、比較例１は４００番のサンドペーパーを用い、こする強さにより表面粗さを調整した。
比較例２、３は１０００番のサンドペーパーを用い、こする強さにより表面粗さを調整した。
比較例１については中央部５１もサンドペーパーで粗化した。
なお、第一の面３１に存在する領域であって、第一の面３１と端面３３との境界３４からの距離が、金属部材３０を上面視したときの最長対角線の長さの１０％以内の領域を外縁部５０とし、粗化の割合は銅板の外側から粗化していき表に示す面積割合を粗化した。
比較例１以外の中央部５１の粗さも１０００番のサンドペーパーを用い表面粗さを調整した。
なお、表面粗さＲａの測定方法は後述の通りである。

【0047】

ろう材ペースト（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）を調製した。
上記のろう材ペーストをスクリーン印刷で、窒化ケイ素基板に印刷し、乾燥した。なお、ろう材ペーストは、乾燥後の厚さが２０μｍとなるよう塗布した。
その後、ろう材の上に、銅板１を重ね、真空雰囲気下で銅板と窒化ケイ素基板の接合し、セラミックス回路基板１００を製造した。

【0048】

＜表面粗さ測定方法＞
表面粗さＲａは接触式表面粗さ計を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１－１９９４に基づいて測定した。
測定範囲については、外縁部５０（粗化部５２）は、第一の面３１と端面３３との境界３４からの距離が１ｍｍ以内の領域であり、中央部５１は、対角線の中央１ｍｍの範囲である。

【0049】

＜ろう材はい上がり性＞
得られたセラミックス回路基板１００について、外観観察を行った。表１のろう材のはい上がり評価において、「◎」は「ろう材はい上がり無し」、「○」は「ろう材はい上がりが微量に有り」、「△」は「ろう材はい上がりが確認できた」、「×」は「ろう材はい上がりが明確に確認された」を示す。
実施例１、２では、ろう材２０が、銅板の第二の面３２（上面）にはい上がる、ろう材２０のはい上がりの発生は確認されなかった。実施例３、４では、ろう材はい上がりが僅かに有ったが、非常に微量であった。比較例１は、外縁部５０及び中央部５１の表面粗さＲａが２であったが、接合性が不適合で評価できなかった。比較例２ではろう材はい上がりが確認でき、また比較例３ではろう材はい上がりが明確に確認できた。
＜接合性＞
セラミックス基板と銅板とが接合できたかを目視観察により評価した。表１において、接合できたものを「〇」、接合できなかったものを「×」、接合できたものの不十分なものを「△」と評価した。実施例１から４では、目視観察で接合が確認できた。比較例１では接合性が不適切となった。比較例２では接合が不十分であり、比較例３は接合が適切であった。

【表1】

【0050】

この出願は、２０２０年３月３０日に出願された日本出願特願２０２０－０６０６０７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【符号の説明】

【0051】

１０ セラミックス基板
１１ 第一の面
１２ 第二の面
２０ ろう材
３０ 金属部材
３１ 第一の面
３２ 第二の面
３３ 端面
３４ 境界
５０ 外縁部
５１ 中央部
５２ 粗化部
５２Ａ 粗化部
５２Ｂ 粗化部
５２Ｃ 粗化部
１００ セラミックス回路基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】