特許 7537900 ろう材およびその製造方法並びに金属－セラミックス接合基板の製造方法

(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】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】ろう材およびその製造方法並びに金属－セラミックス接合基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 35/22 20060101AFI20240814BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20240814BHJP

   C22C 5/06 20060101ALI20240814BHJP

   B23K 35/40 20060101ALI20240814BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B23K35/22 310A

B23K35/30 310B

C22C5/06 Z

B23K35/40 340F

C04B37/02 B

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020061887

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021159926

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】506365131

【氏名又は名称】ＤＯＷＡメタルテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100161034

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 知洋

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 歩

【審査官】川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０１３６５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１４５０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８８５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２９３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１０５７３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２０８０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／００２４０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０９０１４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ３５／２２

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

Ｃ２２Ｃ ５／０６

Ｂ２３Ｋ ３５／４０

Ｃ０４Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平均粒径（Ｄ５０）が５μｍ以上且つ２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体と、ビヒクルとを含むことを特徴とする、ペースト状のろう材。

【請求項2】

前記粉体における前記チタン粉の量が０．９～１．８質量％であることを特徴とする、請求項１に記載のろう材。

【請求項3】

前記粉体における前記銅粉の量が５～１３質量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載のろう材。

【請求項4】

前記粉体としてさらに１．０質量％以下の酸化チタン粉を含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれかに記載のろう材。

【請求項5】

平均粒径（Ｄ５０）が５μｍ以上且つ２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体を準備し、前記粉体とビヒクルを混練してペースト状にすることを特徴とする、ペースト状のろう材の製造方法。

【請求項6】

前記粉体における前記チタン粉の量が０．９～１．８質量％であることを特徴とする、請求項５に記載のろう材の製造方法。

【請求項7】

前記粉体における前記銅粉の量が５～１３質量％であることを特徴とする、請求項５または６に記載のろう材の製造方法。

【請求項8】

前記粉体としてさらに１．０質量％以下の酸化チタン粉を含むことを特徴とする、請求項５～７のいずれかに記載のろう材の製造方法。

【請求項9】

請求項１～４のいずれかに記載のペースト状のろう材を使用して、金属板とセラミックス基板を接合することを特徴とする、金属－セラミックス接合基板の製造方法。

【請求項10】

前記セラミックス基板の一方の主面に前記ろう材を塗布し、塗布されたろう材に前記金属板を接触配置させ、真空雰囲気で加熱して接合することを特徴とする、請求項９に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。

【請求項11】

さらに前記セラミックス基板の他方の主面に前記ろう材を塗布し、塗布されたろう材に金属板を接触配置させ、真空雰囲気で加熱して接合することを特徴とする、請求項１０に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。

【請求項12】

前記金属板が銅または銅合金であることを特徴とする、請求項９～１１のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。

【請求項13】

前記セラミックス基板がアルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化珪素から選ばれる１つを主成分とすることを特徴とする、請求項９～１２のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ろう材およびその製造方法並びに金属－セラミックス接合基板の製造方法に関し、金属板をセラミックス基板に接合する際に用いられる活性金属を含有するろう材とその製造方法、またこのろう材を使用して金属板をセラミックス基板に接合する金属－セラミックス接合基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車、電車、工作機械などに用いられる大電力を制御するためにパワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュール用の絶縁回路基板として、セラミックス基板の一方の面に接合されたチップ部品や端子の半田付けがなされる金属（回路）板と、セラミックス基板の他方の面に接合された放熱板を半田付けなどの方法で接合・形成するための（放熱板形成用）金属板からなる、金属－セラミックス接合基板が使用されている。

【0003】

金属－セラミックス接合基板では、金属回路板や放熱板形成用金属板の材料として電気伝導率、熱伝導性の高い銅やアルミニウムが用いられることが多く、また、セラミックス基板として絶縁性の高いアルミナ基板や窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板などが用いられる。このような金属板をセラミックス基板に接合する際、活性金属を含有するろう材を介して真空中で加熱して接合する方法、いわゆる活性金属法による接合が広く用いられている。

【0004】

パワーモジュールは電車などの車両に用いられ、またパワー半導体チップの特性向上等により、高密度化、スイッチング速度の高速化が進むとともに、さらに高電圧の領域に適用されるようになってきた。金属－セラミックス接合基板に高電圧が負荷されると、接合界面に存在するボイドなどの欠陥から部分放電（コロナ放電）が発生し、それが繰り返し発生すると金属－セラミックス接合基板に絶縁破壊が生じ、パワーモジュールが壊れる恐れがある。また、前記ボイド等の（接合）欠陥は金属－セラミックス接合基板の放熱性を劣化させる恐れもある。

【0005】

特許文献１には、セラミックス基板と、その少なくとも一方の面に接合された金属板とからなり、上記接合層のボイドが直径０．６５ｍｍ以下であることを特徴とする金属－セラミックス接合基板が開示されており、コロナ放電を抑制し耐電圧が４ｋＶ以上となる金属－セラミックス接合基板について記載されている。

【0006】

特許文献２には、セラミックス基板の主面上に接合した金属板上の半導体搭載部分の接合界面におけるボイドを面積率で１．５％以下とするセラミックス－金属複合回路基板が開示されている。また、セラミックス基板のとしてアルミナ基板を用いる旨が開示されている。接合界面のボイドが少なくなることで放熱性が改善されるとの記載がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００１－４８６７１号公報

【文献】特開平９－２８３６７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年、電車などの車両に用いられるパワーモジュールに使用される金属－セラミックス接合基板においては、１つの金属－セラミックス接合基板の金属回路板に搭載するチップの数が増え、比較的大面積で且つ接合欠陥の少ない金属－セラミックス接合基板が求められている。

【0009】

しかしながら本発明者らの調査によると、特許文献１、２の金属－セラミックス接合基板およびその製造方法では、金属－セラミックス接合基板の（接合部の）面積が例えば２０ｃｍ^２を超える大面積のものを接合した場合は、ボイドや未接合などの接合欠陥を十分に抑制することが困難であるという課題があることがわかってきた。また、一般的に接合領域が大面積である金属とセラミックス（特にセラミックスが窒化物系である場合など）においては、小面積のものと比較すると接合欠陥を低減することは困難であることが知られている。

【0010】

本発明は、このような接合領域の面積が大きい大型の金属－セラミックス接合基板においても、接合欠陥を十分に低減することを可能とする、ろう材およびその製造方法並びに金属－セラミックス基板の製造方法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】

【0011】

本発明の第１の態様は、
平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体と、ビヒクルとを含むことを特徴とする、ペースト状のろう材である。

【0012】

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の態様であって、
前記チタン粉の平均粒径（Ｄ５０）が５μｍ以上であることを特徴とする。

【0013】

本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の態様であって、
前記粉体における前記チタン粉の量が０．９～１．８質量％であることを特徴とする。

【0014】

本発明の第４の態様は、第１～第３のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記粉体における前記銅粉の量が５～１３質量％であることを特徴とする。

【0015】

本発明の第５の態様は、第１～第４のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記粉体としてさらに１．０質量％以下の酸化チタン粉を含むことを特徴とする。

【0016】

本発明の第６の態様は、
平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体を準備し、前記粉体とビヒクルを混練してペースト状にすることを特徴とする、ペースト状のろう材の製造方法である。

【0017】

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の態様であって、
前記チタン粉の平均粒径（Ｄ５０）が５μｍ以上であることを特徴とする。

【0018】

本発明の第８の態様は、第６または第７の態様に記載の態様であって、
前記粉体における前記チタン粉の量が０．９～１．８質量％であることを特徴とする。

【0019】

本発明の第９の態様は、第６～第８のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記粉体における前記銅粉の量が５～１３質量％であることを特徴とする。

【0020】

本発明の第１０の態様は、第６～第９のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記粉体としてさらに１．０質量％以下の酸化チタン粉を含むことを特徴とする。

【0021】

本発明の第１１の態様は、 第１～第５のいずれかの態様に記載のペースト状のろう材を使用して、金属板とセラミックス基板を接合することを特徴とする、金属－セラミックス接合基板の製造方法である。

【0022】

本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の態様であって、
前記セラミックス基板の一方の主面に前記ろう材を塗布し、塗布されたろう材に前記金属板を接触配置させ、真空雰囲気で加熱して接合することを特徴とする。

【0023】

本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の態様であって、
さらに前記セラミックス基板の他方の主面に前記ろう材を塗布し、塗布されたろう材に金属板を接触配置させ、真空雰囲気で加熱して接合することを特徴とする。

【0024】

本発明の第１４の態様は、第１１～第１３のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記金属板が銅または銅合金であることを特徴とする。

【0025】

本発明の第１５の態様は、第１１～第１４のいずれかの態様に記載の態様であって、
前記セラミックス基板がアルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化珪素から選ばれる１つを主成分とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

本発明は、金属－セラミックス接合基板の接合欠陥を十分に低減することを可能とする、ろう材およびその製造方法並びに金属－セラミックス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】

【0027】

【図1】本発明に実施の形態となる金属－セラミックス接合基板の上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明のペースト状のろう材は、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体と、ビヒクルとを含むことを特徴とする。また、本発明のペースト状のろう材の製造方法は、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるチタン粉を０．７～２．０質量％、銅粉を３～１５質量％、残部として銀粉を含む粉体を準備し、前記粉体とビヒクルを混練してペースト状にすることを特徴とする。

【0029】

（チタン粉）
本発明のろう材は、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であるチタン粉を（粉体の総量に対して）０．７～２．０質量％とする。このような微細な粒径のチタン粉を用いることにより、ペースト状のろう材をセラミックス基板に塗布したときに、平均粒径（Ｄ５０）が２０μｍを超えるチタン粉と比べて粒径が小さいために、ろう材の塗布領域において面積当たりの（接合に寄与する）チタン粉の個数密度が高くなり、より均一にチタン粉を分布させることができ、金属板とセラミックス基板が接合される際にムラなく接合して金属－セラミックス接合基板の接合欠陥を低減することができると考えられ、また十分な接合強度を得ることができる。また、取り扱いにおける安全性の問題から、平均粒径（Ｄ５０）の下限として５μｍ以上、さらには１０μｍ以上とすることが好ましい。本発明においてチタン粉とは、チタン粉または水素化チタン粉を意味する。

【0030】

また、チタン粉と銅粉と銀粉等を含む粉体の総量を１００質量％としたときに、チタン粉の量を０．７～２．０質量％とする。チタン粉の量が少なすぎると、金属－セラミックス接合基板を作製したときに、必要な接合強度が得られず、量が多すぎると接合欠陥は低減する傾向であるが、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。粉体に対するチタン粉の量は０．９～１．８質量％であることが好ましい。

【0031】

なお、前記粉体中にチタン粉、銅粉、銀粉以外の、例えば１．０質量％以下のＳｎ粉、Ｉｎ粉等の他の粉体或いは不純物成分を、本発明の効果を奏する範囲で含有してもよい。

【0032】

（銅粉）
本発明のろう材は、銅粉の量が（粉体の総量に対して）３～１５質量％であることを特徴とする。銅粉の量が少なすぎる或いは多すぎると接合欠陥が増加する恐れがある。銅粉の量は５～１３質量％であることがより好ましい。

【0033】

また、銅粉と銀粉によって、銅と銀の融体が形成される。この融体には、ろう材の溶融温度（接合温度）を下げる作用があり、金属－セラミックス接合基板の耐熱衝撃性を向上させる効果があると考えられる。

【0034】

本発明のろう材の製造方法に用いる銅粉の平均粒径（Ｄ５０）は４０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。銅粉はチタン粉と異なり、金属板とセラミックス基板の接合界面に（チタンがセラミックス基板の成分と反応生成物を形成するように）反応生成物を形成しないと考えられるため、すなわち直接的には接合に寄与しないためチタン粉と比べて粒径の影響は小さいと考えられる。ただし、ろう材をスクリーン印刷などで塗布する際に、粒径が大きいと目詰まりする恐れがあるので上記粒径のものを使用するのが好ましい。銅粉の平均粒径（Ｄ５０）は、さらに好ましくは０．１～１０μｍである。

【0035】

（銀粉）
本発明のろう材は、（粉体の総量に対して）チタン粉と銅粉を除いた残部として銀粉を含むことを特徴とする。前述の通り、銅粉と銀粉によって、銅と銀の融体が形成される。この融体には、ろう材の溶融温度（接合温度）を下げる作用があり、金属－セラミックス接合基板の耐熱衝撃性を向上させる効果があると考えられる。

【0036】

本発明のろう材の製造方法に用いる銀粉の平均粒径（Ｄ５０）は４０μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、０．１～１０μｍであることがさらに好ましい。銀粉はチタン粉と異なり、金属板とセラミックス基板の接合界面に（チタンがセラミックス基板の成分と反応生成物を形成するように）反応生成物を形成しないと考えられるため、すなわち直接的には接合に寄与しないためチタン粉と比べて粒径の影響は小さいと考えられる。

【0037】

（ビヒクル）
本発明のろう材は前記粉体とビヒクルとからなり、ビヒクルと前記粉体を混錬してペースト状のろう材を作製する。ビヒクルはバインダーと溶剤からなり、一般に用いられている有機系のバインダーとそれを溶解する溶剤を使用すればよい。

【0038】

例えば、主にアクリル系バインダーやセルロース系バインダー等の有機バインダーと、α－テルピネオールやジブチルフタレート等の有機溶剤とを含むヒヒクルが挙げられ、ろう材ペースト中の金属粉末を粘結してペースト状となす作用をなす。

【0039】

アクリル系バインダーとしては、例えばポリメチルメタアクリレートやポリイソブチルメタアクリレート・ポリノルマルブチルメタアクリレート等が、セルロース系バインダーとしては、エチルセルロースやメチルセルロース・ニトロセルロース等が例示できる。

【0040】

このようなビヒクルの含有量等は、ペースト状のろう材に適当なチキソ性および粘度を付与するように適宜調整すればよい。例えば前記粉末の総量を１００重量部としたときビヒクルを７～１５重量部添加したものを、一般的な混錬手法である乳鉢や３本ロールミル、プラネタリーミキサー等を用いて混錬し、ペースト状のろう材を作製することができる。

【0041】

なお、ビヒクル中のバインダーは４０～６０質量％、残部が溶剤であるのが好ましい。

【0042】

（酸化チタン粉）
前記粉体を１００質量％としたときに、前記粉体中に１．０質量％以下の酸化チタン粉を含んでもよい。酸化チタン粉を添加することにより、耐熱衝撃性の改善が見込まれるが、添加量が多いと接合欠陥が増大するので前記範囲内とするのが好ましい。酸化チタン粉の添加は粉体に対して０．１～０．６質量％としてもよい。

【0043】

酸化チタン粉の平均粒径（Ｄ５０）は、ろう材をスクリーン印刷などで塗布する際に、粒径が大きいと目詰まりする恐れがあることを考慮し、平均粒径（Ｄ５０）が５０μｍ以下であることが好ましい。

【0044】

（金属－セラミックス接合基板の製造方法）
本発明の金属－セラミックス接合基板の製造方法は、前述のペースト状のろう材を使用して、金属板とセラミックス基板を接合することを特徴とする。

【0045】

金属板は電子回路や放熱目的で使用されるため、導電率や熱伝導率に優れた銅または銅合金であることが好ましい。また、セラミックス基板は金属－セラミックス接合基板として回路用に用いることから絶縁性に優れたアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素から選ばれる１種を主成分とすることが好ましい。金属板、セラミックス基板ともに市販されているものを使用することができる。

【0046】

以下、図１を参照し金属－セラミックス接合基板の製造方法を説明する。

【0047】

セラミックス基板１０の一方の主面および他方の主面のほぼ全面或いは金属板２０を接合する部分に対応するセラミックス基板１０の表面に、前述のペースト状のろう材３０をスクリーン印刷法等の方法で塗布する。

【0048】

ろう材の組成にもよるが、ろう材の単位面積当たりの塗布重量は概ね０．０８～０．５０ｍｇ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましく、また塗布するろう材の厚さは概ね５～３５μｍとすることが好ましい。これよりも単位面積当たりのろう材の塗布重量が軽い、あるいはろう材が薄いと金属板とセラミックス基板の接合強度が小さくなり、単位面積当たりのろう材の塗布重量が重い、あるいはろう材が厚いとヒートサイクル特性などの耐熱衝撃性が悪くなる恐れがある。さらに好ましいろう材の単位面積当たりの塗布重量は０．１２～０．４０ｍｇ／ｃｍ^２、ろう材の厚さは１０～３０μｍである。

【0049】

セラミックス基板１０に塗布したろう材３０を、例えば５０～１５０℃で乾燥させた後、金属板２０をセラミックス基板の両面に形成されたろう材３０の表面に配置する。このように配置することにより、セラミックス基板１０にろう材３０を介して金属板２０が接触しているサンドイッチ状の積層体が得られ、この状態で真空炉に挿入する。

【0050】

真空炉に挿入した前記積層体の上に必要に応じて重りを載せ、真空雰囲気で加熱してろう材３０を介して金属板２０とセラミックス基板１０を接合する。加熱（接合）温度は７７０～９００℃に設定することが好ましく、７９０～８６０℃に設定してもよい。接合温度での保持時間は１０～１２０分程度であり、工業的には１５～６０分とすることが生産性と接合の安定性（接合欠陥小、接合強度大）を考慮すると好ましい。また、接合温度まで昇温する途中に例えば５００～７００℃で３０～６０分保持して、ろう材３０中の有機物を除去する脱バインダーを行ってもよい。

【0051】

このようにして接合した後、真空炉から積層体を取り出し、金属板２０とセラミックス基板１０がろう材３０を介して接合された、金属－セラミックス接合基板を得ることができる。

【0052】

なお、本発明の効果を有効に利用するためには、接合面積を大きくなるとボイドや未接合などの接合欠陥が発生しやすくなるので、接合面積が２５ｃｍ^２以上であるのが好ましく、さらには３６ｃｍ^２以上であるものに適用するのが好ましい。

【0053】

その後、回路が形成された金属－セラミックス接合基板を得るために、従来の方法により回路を形成してもよく、必要に応じて金属板の表面にＮｉめっきや防錆処理等の表面処理をしてもよい。

【0054】

例えば、前述のようにセラミックス基板１０の全面にろう材３０を塗布した上に金属板２０を接合したときに、金属板２０の上に所定の回路形状などのエッチングレジストパターンを形成し、塩化銅と過酸化水素水を含む薬液等によるエッチング処理を行うことで、銅板などの金属板２０を除去し、さらにフッ化水素やキレート剤などを含むろう材３０除去用の薬液を用いてろう材３０を除去して、金属板２０を回路形状等としてもよい。

【0055】

また、例えば表面処理において、無電解Ｎｉ－Ｐめっき或いは電気Ｎｉめっきなどで金属板２０の表面にＮｉめっきを形成してもよいし、防錆処理剤を用いて金属板２０を防錆処理してもよい。

【実施例】

【0056】

以下、本発明によるろう材およびろう材の製造方法並びに金属－セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。

【0057】

［実施例１］
セラミックス基板として縦６８ｍｍ、横６８ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板（株式会社トクヤマ製）を準備した。

【0058】

また、１．７質量％の市販のチタン粉（純度９９．９質量％以上）と、１０質量％の市販の銅粉（電解銅粉）と、０．５質量％の市販の酸化チタン粉（酸化チタン（IV）ルチル型）と、８７．８質量％（残部）の市販の銀粉からなる粉末１００ｇに、アクリル系のバインダーと溶剤からなるビヒクルを１３．８ｇ添加して、乳鉢および三本ロールミルを用いて混練し、ペースト状の（活性金属含有）ろう材を作製した。

【0059】

なお、チタン粉は平均粒径（メジアン径Ｄ５０）が２６．９０２μｍである市販のチタン粉末を粉砕して粒径を細かくしたのち篩い分け（分級）したものを用い、その平均粒径Ｄ５０は１２．１３０μｍであった。

【0060】

銅粉の平均粒径（Ｄ５０）は７．３μｍ、酸化チタン粉の平均粒径（Ｄ５０）は４５μｍのものを用いた。

【0061】

銀粉は、平均粒径（Ｄ５０）が０．５μｍのものを用いた。

【0062】

なお、上記平均粒径（Ｄ５０）は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器（株式会社セイシン企業製、レーザーマイクロンサイザーＬＭＳ－３０００）を用いて、分散媒は純水として、体積基準により測定したものである。

【0063】

このペースト状の活性金属含有ろう材を、乳剤厚１０μｍのスクリーン印刷版を使用して、前記窒化アルミニウム基板の表と裏の面のそれぞれ全面に、スクリーン印刷機によりスクリーン印刷することにより塗布した。なお、ろう材中の活性金属であるチタンの単位面積あたりの塗布量は０．２７１ｍｇ／ｃｍ^２であった。

【0064】

次いで、窒化アルミニウム基板の表裏のそれぞれの面に塗布されたろう材を乾燥させた後、縦７０ｍｍ、横７０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの銅板をそれぞれ窒化アルミニウム基板の表裏の主面の全部が覆われるように接触配置させた積層体を作製して真空炉に挿入し、この積層体に２００ｇの重りを載せて真空中（真空度１．０×１０^－４torr以下）において８３５℃で４０分加熱・保持することで接合し、窒化アルミニウム基板の両面にろう材を介して銅板が接合された金属－セラミックス接合基板を５８個作製した。

【0065】

（接合欠陥率）
このようにして得られた金属－セラミックス接合基板５８個について、超音波探傷機（株式会社日立パワーソリューションズ製 超音波映像装置ＦＳ１００II）により、プローブ周波数を５０ＭＨｚとして接合領域（活性金属ろう材を塗布した領域）に対する接合欠陥領域（ボイド部、未接合部）を面積率（接合欠陥率という）としてそれぞれ算出した。その結果、接合欠陥率の平均は０．３２１面積％で接合欠陥が非常に少なく良好であった。

【0066】

金属－セラミックス接合基板の、一方の銅板の表面に回路形状のエッチングレジストインクを塗布し、他方の銅板の表面に長方形の放熱板接合用金属板を形成するためにセラミックス基板の外周端部から１ｍｍの部分を除いた領域にエッチングレジストインクをスクリーン印刷により塗布した。その後、紫外線を照射して塗布したエッチングレジストインクを硬化し、薬液によりエッチングレジストが形成されていない領域の不要な銅板とろう材を除去し、エッチングレジストを除去して、金属－セラミックス接合回路基板を得た。

【0067】

（耐熱衝撃性）
Ｎ_２ガス：Ｈ_２ガス＝４：１（体積比）の還元雰囲気のバッチ炉に前記金属－セラミックス接合回路基板を投入し、金属－セラミックス接合回路基板の投入から最高温度に到達するまでの時間を６分、最高温度３８０℃、最高温度での保持時間１０分、最高温度から炉内温度が５０℃になるまでの降温時間を５分とするヒートサイクルを１回とする通炉を行い、１０回通炉した後にセラミックス基板の表面のクラックの発生の有無を実体顕微鏡で観察した。その結果、クラックの発生はなく耐熱衝撃性は良好であった。この耐熱衝撃性のことを通炉耐量ともいう。

【0068】

（接合強度）
また、金属－セラミックス接合回路基板の銅板を窒化アルミニウム基板から引き剥がしたときの接合強度を９０°ピール試験により測定した結果、１６０Ｎ／ｃｍであり良好であった。

【0069】

［実施例２］
ろう材の前記粉末の総量に対するチタン粉が１．０質量％、銅粉が６．０質量％、酸化チタン粉が０．５質量％、銀粉が９２．５質量％であり、チタン粉は篩い分け（分級）により細かい粒子を選択してＤ５０粒径が１７．６４４μｍのものを用い、チタンの単位面積あたりの塗布量が０．１６３ｍｇ／ｃｍ^２である以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。

【0070】

得られた金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合回路基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は０．３３９面積％で非常に小さく、１０回通炉後のセラミックス基板へのクラックの発生はなく耐熱衝撃性は良好で、接合強度は１９６Ｎ／ｃｍで良好あった。

【0071】

［実施例３］
ろう材の前記粉末の総量に対するチタン粉が１．７質量％、銅粉が６．０質量％、酸化チタン粉が０．５質量％、銀粉が９１．８質量％であり、チタンの単位面積あたりの塗布量が０．２７７ｍｇ／ｃｍ^２である以外は、実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合回路基板を作製した。

【0072】

得られた金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合回路基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は０．３３７面積％で非常に小さく、１０回通炉後のセラミックス基板へのクラックの発生はなく耐熱衝撃性は良好で、接合強度は２４７Ｎ／ｃｍで良好あった。

【0073】

［比較例１］
チタン粉として粒径（メジアン径Ｄ５０）が２６．９０２μｍである市販のチタン粉末を（粉砕することなく）用い、チタンの単位面積あたりの塗布量が０．２７０ｍｇ／ｃｍ^２である以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。

【0074】

得られた金属－セラミックス接合基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は１．６５９面積％であり欠陥面積が大きく良好でなかった。

【0075】

［比較例２］
チタン粉として粒径（メジアン径Ｄ５０）が２６．９０２μｍである市販のチタン粉末を（粉砕することなく）用いた以外は、実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。

【0076】

得られた金属－セラミックス接合基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は６３面積％であり欠陥面積が非常に大きく（接合していない領域が大きく）金属－セラミックス接合基板の製品としては使用できないレベルであった。

【0077】

［比較例３］
チタン粉として粒径（メジアン径Ｄ５０）が２６．９０２μｍである市販のチタン粉末を（粉砕することなく）用い、チタンの単位面積あたりの塗布量が０．２８２ｍｇ／ｃｍ^２である以外は、実施例３と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。

【0078】

得られた金属－セラミックス接合基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は０．８５５面積％であり欠陥面積が大きく良好ではなかった。

【0079】

［比較例４］
ろう材の前記粉末の総量に対するチタン粉が１．７質量％、銅粉が１６．０質量％、酸化チタン粉が０．５質量％、銀粉が８１．８質量％である以外は、実施例３と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。

【0080】

得られた金属－セラミックス接合基板を実施例１と同様の方法で評価したところ、接合欠陥率は０．８６９面積％であり欠陥面積が大きく良好ではなかった。

【0081】

以上のろう材および金属－セラミックス接合基板の評価結果を表１に示す。

【0082】

【表1】

【符号の説明】

【0083】

１０ セラミックス基板
２０ 金属板
３０ ろう材

【図1】