JP2012136378A - 回路基板およびこれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱特性が良好であるとともに、セラミックスからなる支持基板に大きな反りが発生することの少ない、信頼性の高い回路基板およびこれを用いた電子装置の提供。
【解決手段】窒化珪素を主成分とする支持基板１の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層３ａ，３ｂを介して、銅を主成分とする回路部材２ａ，２ｂが設けられた回路基板10であって、支持基板１の第１主面の表面に、窒化珪素の結晶粒子が活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されている回路基板10である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板およびこの回路基板に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。

近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子，ペルチェ素子等の各種電子部品が回路基板の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。

電子部品を搭載する回路部材を設けてなる回路基板としては、例えば、特許文献１には、表面に酸化物層を形成した窒化物セラミックス表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介して金属回路が一体に接合されているセラミックス回路基板が提案されている。

また、特許文献１には、このセラミックス回路基板を得るための製造方法として、酸化物層を形成した窒化物セラミックス基板の両方の表面にろう材層となる接合用組成物ペーストを介在させて、金属回路板および裏金属板を接触配置して、800℃の温度で15分間加
熱して接合してなることが記載されている。

また、特許文献２には、希土類元素を酸化物に換算して2.0〜17.5重量％、不純物陽イ
オン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で0.3重量％以下含有し、熱伝導率が60Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性窒化けい素基板に回
路層を接合した回路基板であり、上記高熱伝導性窒化けい素基板上に回路層を介して複数の半導体素子を搭載した窒化けい素回路基板が提案されている。

また、特許文献２には、この窒化けい素回路基板を得るための製造方法として、窒化けい素基板の両方の表面にろう材（30％Ａｇ−65％Ｃｕ−５％Ｔｉ）をスクリーン印刷して乾燥し、活性金属ろう材層を形成し、ここに銅回路板および裏銅板を接触配置した状態で、真空中で850℃の温度で10分間保持して接合してなることが記載されている。

特開2000−272977号公報 特開平9−69590号公報

しかしながら、今般の回路基板においては、半導体素子等の電子部品を搭載して放熱を繰り返した際の放熱特性の向上、およびこの熱によって支持基板が反ったり、接合部が剥がれたりすることが抑制された信頼性の高い回路基板が求められている。

本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、半導体素子等の電子部品を搭載して放熱を繰り返しても信頼性が損なわれにくい回路基板およびこれを用いた電子装置を提供するものである。

本発明の回路基板は、窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、前記支持基板の前記第１主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。

本発明の回路基板によれば、窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、支持基板の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子が活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子同士で進みやすくなるので、放熱特性を高めることができる。また、活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結された窒化珪素の結晶粒子同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板と第１の接合層との線膨張係数差に起因する応力が支持基板に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性が高くすることができる。

また、本発明の電子装置によれば、本発明の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載したことから、放熱特性の高い電子装置とすることができる。

本実施形態の回路基板の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第１主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。 本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第２主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。 本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。

以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。

図１および図２は、本実施形態の回路基板の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線またはＢ−Ｂ’線における断面図である。

図１および図２に示す例の回路基板10は、窒化珪素を主成分とする支持基板１の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層３ａ，３ｂを介して、銅を主成分とする回路部材２（２ａ，２ｂ）が設けられた回路基板10である。

ここで、図１に示す例における支持基板１は平板状であり、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が20ｍｍ以上200ｍｍ以下であり、幅（図１に示すＹ方向）が10ｍｍ以上120ｍｍ以下である。支持基板１の厚みは用途によって異なるが、耐久性および絶縁耐圧が高く、熱抵抗が抑制されたものにするには、0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下とすることが好適である。また、回路部材２ａは、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が15ｍｍ以上155ｍｍ以下で
あり、幅（図１に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下である。また、回路部材２ｂは
、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が１ｍｍ以上10ｍｍ以下であり、幅（図１に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下である。

図２に示す例における支持基板１は、図１に示す例の支持基板１と寸法が同じであって、平面視したときに、並べて配置される回路部材２ａと２ｂとは寸法が同等である。また、図２に示す回路部材２ａ，２ｂの寸法は、例えば、長さ（図２に示すＸ方向）が８ｍｍ以上98ｍｍ以下であり、幅（図２に示すＹ方向）が８ｍｍ以上98ｍｍ以下である。図２に示す例のように、支持基板１の第１主面に設けられている回路部材２ａ，２ｂの寸法が同等であるときには、図１に示す例のように回路部材２ａ，２ｂの寸法に差があるときと比べて、回路部材２ａ，２ｂを支持基板１に接合するときに生じる応力の偏りを低減することができるので、支持基板１に生じる反りを抑制することができる。

そして、図１および図２に示す例における回路部材２ａ,２ｂの厚みは、回路部材２ａ,２ｂを流れる電流の大きさや回路部材２ａ,２ｂに搭載される電子部品（図示しない）の
発熱量等によって決められ、例えば、0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

また、図１および図２に示す例における第１の接合層３ａ，３ｂの厚みは、例えば、５μｍ以上30μｍ以下である。また、この第１の接合層３ａ，３ｂは、支持基板１の第１主面に塗布したろう材が熱処理されてなるものであり、ろう材としては、例えば、銅および錫，または銀および銅を主成分とし、少なくともチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の活性金属を含んでなる。そして、第１の接合層３ａ，３ｂに含まれる活性金属は、支持基板１を構成する窒化珪素の非金属成分である珪素と反応して珪化物を形成することによって、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとを高い接合強度で接合することができる。この接合強度については、ＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して引きはがし強さを測定することにより確認することができる。

図３は、本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第１主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。

この写真は、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板の第１主面の
表面の６〜10μｍ×３〜７μｍの範囲を観察したものであり、模式図は、本発明の特徴を明確にすべく示すものである。本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることが重要である。

このような構成の本実施形態の回路基板10は、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む
珪化物の結晶粒子12によって連結されていることにより、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができるとともに、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結された窒化珪素の結晶粒子11同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板１と第１の接合層３ａ，３ｂとの線膨張係数差に起因する応力が支持基板１に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性を高くすることができる。なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属は、透過型電子顕微鏡を用いて同定することができる。

また、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第１主面の表面とは、回路部材２ａ，２ｂを研磨により除去し、第１の接合層３ａ，３ｂをエッチングにより除去した支持基板１の第１主面の表面のことをいう。

図４は、本実施形態の回路基板のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。

図４に示す例の回路基板10は、図２に示す例における回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂが配置されており、この第１の金属層４ａ，４ｂの厚みは、例えば、0.1ｍｍ以上0.6ｍｍ以下である。そして、図１および図２に示す例の回路基板10において、第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合するときには、800℃以上の温度を必要とするが、図４に示す例の回
路基板10では、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合するので、第１の金属層４ａ，４ｂと回路部材２ａ，２ｂとの主成分がいずれも銅であることから、銅の拡散作用により300〜500℃の低温での接合が可能となり、接合工程後の冷却時に支持基板１に反りが生じるのを抑制することができる。また、回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、第１の金属層４ａ，４ｂが配置されていることにより、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品の動作時に生じる熱の放熱特性に優れているので、支持基板１に生じる反りを小さくすることができる。

ここで、回路基板10の反りは、図４（ｃ）に示すように、支持基板１の第１主面の最も高い部分と最も低い部分との差Ｈ_１のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。

図５および図６は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線またはＥ−Ｅ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。

図５および図６に示す例の回路基板10は、支持基板１および支持基板１の第１主面側の構成は、図６については図１と、図７については図２と同じであり、支持基板１の第１主面に対向する第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第２の接合層３ｃを介して、銅を主成分とする放熱部材５が設けられた回路基板10である。

ここで、図５および図６に示す例における放熱部材５は、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品（図示しない）の動作時に生じる熱を逃がすという機能を有し、例えば、長さ（図５および図６に示すＸ方向）が18ｍｍ以上190ｍｍ以下であり、幅（図５および
図６に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下であり、厚みが0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、第２の接合層３ｃの厚みは、例えば、５μｍ以上30μｍ以下である。

そして、この第２の接合層３ｃは、支持基板１の第２主面に塗布したろう材が熱処理されてなるものであり、ろう材としては、例えば、銅および錫，または銀および銅を主成分とし、少なくともチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の活性金属を含有してなる。そして、第２の接合層３ｃに含まれる活性金属は、支持基板１を構成する窒化珪素の非金属成分である珪素と反応して珪化物を形成することによって、支持基板１と放熱部材５とを高い接合強度で接合することができる。この接合強度については、ＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して引きはがし強さを測定することにより確認することができる。

図７は、本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第２主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。

この写真は、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板の第２主面の
表面の６〜10μｍ×３〜７μｍの範囲を観察したものであり、模式図は、本発明の特徴を明確にすべく示すものである。本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることが好適である。

このような構成であるときには、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることにより、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができるとともに、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結された窒化珪素の結晶粒子11同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板１と第２の接合層３ｃとの線膨張係数差に起因する応力が支持基板１に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性を高くすることができる。なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属は、透過型電子顕微鏡を用いて同定することができる。

なお、窒化珪素の結晶粒子11同士が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第２主面の表面とは、放熱部材５を研磨により除去し、第２の接合層３ｃをエッチングにより除去した支持基板１の第２主面の表面のことをいう。

図８は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。

図８に示す例の回路基板10は、支持基板１および支持基板１の第１主面側の構成は、図４と同じであり、放熱部材５と第２の接合層３ｃとの間に、銅を主成分とする第２の金属層４ｃが配置されている点で、支持基板１の第２主面側の構成が図５および図６に示す例の回路基板10と異なる。この第２の金属層４ｃの厚みは、例えば、0.1ｍｍ以上0.6ｍｍ以下である。

図５および図６に示す例の回路基板10において、第２の接合層３ｃを介して放熱部材５を接合するときには、800℃以上の温度を必要とするが、図８に示す例の回路基板10では
、銅を主成分とする第２の金属層４ｃを介して放熱部材５を接合するので、第２の金属層４ｃと放熱部材５との主成分がいずれも銅であることから、銅の拡散作用により300〜500℃の低温での接合が可能となり、接合工程後の冷却時に支持基板１に反りが生じるのを抑制することができる。また、支持基板１の第２主面側の放熱特性が高まることから、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品の動作時に生じる熱が支持基板１に留まりにくいので、支持基板１に生じる反りを小さくすることができる。

ここで、回路基板10の反りは、図８（ｃ）に示すように、支持基板１の第１主面の最も高い部分と最も低い部分との差Ｈ_２のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。

また、本実施形態の回路基板10の第１主面の表面および第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11を連結する活性金属を含む珪化物の結晶粒子12は、アスペクト比の平均値が８以上であることが好適である。このように、アスペクト比の平均値が８以上であるときには、窒化珪素の結晶粒子11同士における熱の授受がさらに進みやすくなるので、放熱特性をさらに高くすることができる。

なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて求めればよい。具体的には、倍率を10000倍として、例えば、６〜10μｍ×３〜７μｍ
の範囲における活性金属を含む珪化物の結晶粒子12を10個抽出して、それぞれの長径および短径を測定し、得られた長径の値を短径の値で除してそれぞれのアスペクト比を求めた後、求められた値から算出した平均値をアスペクト比とする。

また、活性金属を含む珪化物は、組成式がＴｉ_５Ｓｉ_３およびＴｉ_５Ｓｉ_４として示される成分の少なくともいずれかであることが好適である。活性金属を含む珪化物の組成式がＴｉ_５Ｓｉ_３およびＴｉ_５Ｓｉ_４として示される成分の少なくともいずれかであるときには、熱を受けても変化しにくい成分であるので、連結された窒化珪素の結晶粒子11に対する拘束力が変動しにくく、ヒートサイクルにおける信頼性をさらに高くすることができる。

ここで、回路基板10を構成する各部材について説明する。銅を主成分とする、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、それぞれ銅の含有量が90質量％以上である。そして、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、無酸素銅，タフピッチ銅およびりん脱酸銅のいずれかである銅の含有量の多いものからなることが好適であり、特に、無酸素銅のうち、銅の含有量が99.995質量％以上の線形結晶無酸素銅，単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかからなることがより好適である。このように、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、銅の含有量が多くなると、それぞれ電気抵抗が低く、熱伝導率が高くなるため、放熱特性が向上し、さらに回路部材２ａ，２ｂにおいては、回路特性（回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品に生じた熱による電力損失を少なくする特性）も向上する。

また、銅の含有量が多くなると、降伏応力が小さく、加熱すると塑性変形しやすくなるため、回路部材２ａ，２ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂ、放熱部材５および第２の金属層４ｃのそれぞれの密着性が上がり、回路基板10の信頼性がより高くなる。

次に、第１の接合層３ａ，３ｂおよび第２の接合層３ｃとなるろう材における主成分は、銅および錫，または銀および銅からなり、ここで主成分とは、ろう材を構成する全成分100質量％に対して、合算で50質量％を超える成分をいう。なお、第１の接合層３ａ，３
ｂおよび第２の接合層３ｃとなるろう材とは、ＪＩＳ Ｚ 3001−３（ＩＳＯ 857−2005（ＭＯＤ））で定義されるろう付に用いられる、融点が450℃以上のろう（硬ろう）であって、前記規格で定義されるはんだ付に用いられる、融点が450℃未満のはんだ（軟ろう
）を含まない。

ここで、ろう材が銅および錫を主成分とする場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、５質量％以上18質量
％以下の銀を含有させることが好適である。銀を５質量％以上18質量％以下含有させることにより、銅は活性金属より銀と結合しやすく、得られた銅と銀との化合物は、活性金属と銅との化合物より脆化しにくいため、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５との接合強度が低下しにくくなるとともに、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５との接合部における不要なはみ出しの少ない粘度のろう材とすることができる。

また、ろう材が銀および銅を主成分とする場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含むろう材からなることが好適である。

インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属は、融点が低く溶融しやすいため、ろう材の流れ性を良好にすることができるので、ろう材からなるそれぞれの第１の接合層３ａ，３ｂと支持基板１，第１の金属層４ａ，４ｂとの間または第２の接合層３ｃと支持基板１，第２の金属層４ｃとの間に生じる空隙（ろう材が追従できずに残る隙間）を減少させることができる。この空隙については、その有無を超音波探傷法により確認することができる。

また、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属は、融点が高く溶融しにくいため、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属を含むことによって粘性が高くなり過ぎるのを抑えて、接合部における不要なはみ出しを少なくすることができる。

また、銀および銅を主成分とするろう材において、銅の含有量は35質量％以上50質量％以下であることが好適である。銅の含有量が上記範囲であることにより、ろう材の流れ性を良好にすることができるとともに、銀および銅をそれぞれ単独で用いる場合よりも低い温度で支持基板２と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５とを空隙の少ない状態で良好に接合することができる。

また、銀および銅を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含むときには、銅の含有量が35質量％以上50質量％以下であり、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属の含有量が１質量％以上８質量％以下であり、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属の含有量が２質量％以上22質量％以下であり、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属の含有量が１質量％以上８質量％以下であり、残部が銀であることが好適である。

さらに、第１の接合層３ａ，３ｂにおけるモリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属は、平均結晶粒径が３μｍ以上10μｍ以下であることが好適で、平均結晶粒径が３μｍ以上10μｍ以下であると、接合部における不要なはみ出しが抑制されるので、隣り合う回路部材２ａ，２ｂ間の短絡のおそれは減少する。また、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとの間に生じる空隙が十分抑制されるので、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとの接合強度を高くすることができる。

なお、第１の接合層３ａ，３ｂ，第２の接合層３ｃ，第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５のそれぞれの成分の含有量については、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法により求
めることができる。

ここで、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１は、窒化珪素を主成分とし、窒化珪素の含有量が80質量％以上、特に、90質量％以上含有していることが好適である。なお、窒化珪素の含有量は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法によって珪素（Ｓｉ）の含有量を求め、この含有量を窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）に換算することで求めることができる。

また、窒化珪素を主成分とする支持基板１の一例としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および希土類酸化物（例えば、Ｓｃ_２Ｏ_３，Ｙ_２Ｏ_３，Ｌａ_２Ｏ_３，Ｃｅ_２Ｏ_３，Ｐｒ_６Ｏ_１１，Ｎｄ_２Ｏ_３，Ｐｍ_２Ｏ_３，Ｓｍ_２Ｏ_３，Ｅｕ_２Ｏ_３，Ｇｄ_２Ｏ_３，Ｔｂ_２Ｏ_３，Ｄｙ_２Ｏ_３，Ｈｏ_２Ｏ_３，Ｅｒ_２Ｏ_３，Ｔｍ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３およびＬｕ_２Ｏ_３の少なくともいずれか１種）を含み、粒界相に、組成式がＲＥＭｇＳｉ_２Ｏ_５Ｎ（ＲＥは希土類金属）で表される成分を含むことが好適である。

窒化珪素，希土類酸化物および酸化マグネシウムを構成する元素が結合したＲＥＭｇＳｉ_２Ｏ_５Ｎで表される成分を粒界相に含んでいるときには、変形しやすい粒界相の非晶質相が相対的に少なくなるので、粒界相の変形が抑制され、剛性を高くすることができる。また、非晶質相は高温時に特に変形しやすくなるので、そのような非晶質相が相対的に少なくなることから、高温時に変形をより抑制することができる。

なお、粒界相に含まれる成分組成については、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。また、粒界相に含まれる各成分の含有量については、エネルギー分散型Ｘ線分光法によって求めることができる。

ここで、具体的な酸化マグネシウムおよび希土類酸化物の含有量としては、支持基板１を形成する窒化珪素質焼結体100質量％のうち、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が1.3質量％以上５質量％以下であり、希土類酸化物の含有量が10質量％以上17質量％以下であることが好適である。

酸化マグネシウムの含有量が1.3質量％以上５質量％以下であれば、放熱特性に優れな
い粒界相の存在比率が制限されているので、放熱特性が損なうことなく、酸化マグネシウムの有する焼結促進作用によって、比較的低い温度で焼結させて高い機械的特性を得ることができる。

また、希土類酸化物の含有量が10質量％以上17質量％以下であれば、窒化珪素の粉末に吸着している放熱特性に影響を与える酸素を、酸素との親和性が高い希土類酸化物が液層中に取り込み、窒化珪素の粒成長を促進して緻密化させることができるので、機械的特性および放熱特性を向上させることができる。

また、窒化珪素を主成分とする支持基板１の他の例としては、粒界相に、組成式がＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２およびＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎで表される成分の少なくともいずれかを含むことが好適である。組成式がＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２およびＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎで表される成分の少なくともいずれかを粒界相に含んでいるときには、変形しやすい非晶質相が相対的に少なくなるので、粒界相の変形を抑制され、剛性を高くすることができる。なお、組成式がＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２およびＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎで表される成分は、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。

ここで、希土類酸化物としては、Ｅｒ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｌｕ_２Ｏ_３の少なくとも１
種であることが好適である。その理由は、エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）は、周期表第３族元素の中でイオン半径が小さい元素であることから、上記組成式を構成する他の原子であるＳｉ，Ｏ，Ｎとの結合が強いためにフォノンの伝達がよく、熱伝導率を高くすることができるからである。

また、エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）は、Ｓｉ，Ｏ，Ｎとの結合が強いために熱エネルギーによる格子振動が小さく、温度変化による体積膨張が小さいので、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃特性を高くすることができるからである。具体的には、希土類金属の酸化物が、Ｅｒ_２Ｏ_３，Ｙｂ_２Ｏ_３，Ｌｕ_２Ｏ_３の少なくとも１種であることにより、例えば、室温における熱膨張係数を1.35×10^−６／Ｋ以下とすることができ、熱伝導率を55Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることができる。

さらに、希土類金属の酸化物が、Ｅｒ_２Ｏ_３であるときには、Ｙｂ_２Ｏ_３およびＬｕ_２Ｏ_３よりも比較的安価であり、Ｙｂ_２Ｏ_３およびＬｕ_２Ｏ_３を添加したときよりも低い温度で焼結させることができる。

なお、粒界相には、上述した希土類酸化物，酸化マグネシウムおよび組成式がＲＥＭｇＳｉ_２Ｏ_５Ｎ，ＲＥ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４，ＲＥ_４Ｓｉ_２Ｏ_７Ｎ_２ならびにＲＥ_５Ｓｉ_３Ｏ_１２Ｎ（ＲＥは希土類金属）で表される成分以外に、例えば、酸化珪素，酸化鉄または酸化カルシウム等を含んでいてもよい。

また、支持基板１となる窒化珪素質焼結体の機械的特性は、３点曲げ強度が750ＭＰａ
以上であり、動的弾性率が300ＧＰａ以上であり、ビッカース硬度（Ｈｖ）が13ＧＰａ以
上であり、破壊靱性（Ｋ_１Ｃ）が５ＭＰａｍ^１／２以上であることが好ましい。これら機械的特性が上記範囲であることにより、回路基板10は、特に、耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができるので、高い信頼性が得られるとともに長期間にわたって使用することができる。

なお、３点曲げ強度については、ＪＩＳ Ｒ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（Ｍ
ＯＤ））に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを３ｍｍとすることができない場合には、窒化珪素質焼結体の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。

また、窒化珪素質焼結体の剛性を評価するには、動的弾性率を用いて評価すればよく、この動的弾性率については、ＪＩＳ Ｒ 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを10ｍｍとすることができない場合には、片持ち梁共振法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。

ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに窒化珪素質焼結体の厚みが薄いときには、試験片寸法や得られた測定値から計算式により３点曲げ強度および動的弾性率を求めればよい。

ビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ_１Ｃ）については、それぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ））およびＪＩＳ Ｒ 1607−1995に規定さ
れる圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して測定すればよい。なお、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みをそれぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ））およびＪＩＳ Ｒ 1607−1995の圧子圧入法（ＩＦ
法）で規定する0.5ｍｍおよび３ｍｍとすることができないときには、窒化珪素質焼結体
の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価して、その結果が上記数値を満足することが好ましい。ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに窒化珪素質焼結体の厚みが薄いとき、例えば0.2ｍｍ以上0.5ｍｍ未満のときには、窒化珪素質焼結体に加える試験力および押込荷重をいずれも0.245Ｎとし、試験力および押込荷重
を保持する時間をいずれも15秒としてビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ_１Ｃ）を測定すればよい。

また、上述したような窒化珪素質焼結体の電気的特性は、体積抵抗率が、常温で10^１４Ω・ｃｍ以上であって、300℃で10^１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。この体積抵
抗率は、ＪＩＳ Ｃ 2141−1992に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体が小さく、窒化珪素質焼結体からＪＩＳ Ｃ 2141−1992で規定する大きさとすることができない場合には、２端子法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。

なお、回路基板10を構成する窒化珪素質焼結体からなる支持基板１の３点曲げ強度，動的弾性率，ビッカース硬度（Ｈ_ｖ），破壊靱性（Ｋ_１Ｃ）および体積抵抗率については、回路基板10から、回路部材２ａ，２ｂや放熱部材５を研磨により除去し、第１の接合層３ａ，３ｂ，第２の接合層３ｃ，第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃをエッチングによって除去した後、上述した方法によって求めればよい。

次に、図９は、本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。

図９に示す例の電子装置Ｓは、本実施形態の回路基板10の回路部材２上に複数の半導体素子等の電子部品６，７が搭載されたものであり、これらの電子部品６，７同士は導体（図示しない）によって互いに電気的に接続されている。

電子部品６，７は、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子またはペルチェ素子等である。

図９に示す例における支持基板１の形状，外辺寸法および厚みは、図１，２，４〜６，８に示す例の回路基板10を構成する支持基板１と同じである。そして、回路部材２および放熱部材５の配置としては、図９に示す例のように、平面視でそれぞれ複数行および複数列に配置されていることが好適である。このように、回路部材２および放熱部材５が平面視で複数行および複数列に配置されることで、回路部材２および放熱部材５を支持基板１に接合した際に、支持基板１に生じる応力が分散されやすくなるので、支持基板１の反りを抑制することができる。特に、回路部材２および放熱部材５は、図９に示す例のように、平面視でそれぞれ複数行および複数列に等間隔で配置されていることが好適である。

この電子装置Ｓは、放熱特性が高く、しかも、第１の接合層３ａ，３ｂに応力が生じにくい本実施形態の回路基板10における回路部材２上に電子部品６，７を搭載しているので、放熱特性の高い電子装置とすることができる。

次に、本発明の回路基板の製造方法の一例について説明する。

まず、図１，２，４に示す例の回路基板10の製造方法について説明する。回路基板10を
構成する支持基板１として、長さ（図中のＸ方向）が20ｍｍ以上200ｍｍ以下であり、幅
（図中のＹ方向）が10ｍｍ以上120ｍｍ以下であり、厚みが0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下であ
り、主成分が窒化珪素からなる窒化珪素質焼結体を準備する。そして、この支持基板１を800℃以上900℃以下で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素を除去する。

次いで、この支持基板１の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含む、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材を用いて、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで所定の位置に塗布する。

次に、図１，２に示す例の回路基板10を得るには、回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真
空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。

また、図４に示す例の回路基板10を得るには、第１の金属層４ａ，４ｂとなる薄状の銅材をろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中
において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面に、ろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合する。

そして、第１の金属層４ａ，４ｂの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材をそれぞれ配置し、水素，窒素，ネオンまたはアルゴンのいずれかから選ばれる雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、300℃以上500℃以下で加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している回路基板10を得ることができる。

次に、図５，６，８に示す例の回路基板10を得るには、まず、上述した図１，２，４に示す例の回路基板10の製造方法で用いた支持基板１を準備し、この支持基板１を800℃以
上900℃以下で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素
を除去する。次いで、この支持基板１の第１主面および第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含む、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材を用いて、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで所定の位置に塗布する。

次に、図５，６に示す例の回路基板10を得るには、回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５となる平板状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２
時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、第２主面にろう材からなる接合層３ｃを介して放熱部材５が接合され、支持基板１の第１主面の表面および第２主面の表面において、
窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。

また、図８に示す例の回路基板10を得るには、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃとなる薄状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ
以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを、第２主面にろう材からなる接合層３ｃを介して第２の金属層４ｃを接合する。

そして、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材を、第２の金属層４ｃ上に放熱部材５となる平板状の銅材を配置し、水素，窒素，ネオンまたはアルゴンのいずれかから選ばれる雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、300℃以上500℃以下で加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、第２主面に第２の接合層３ｃを介して放熱部材５が接合され、支持基板１の第１主面の表面および第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。

なお、図１，２，４，５，６，８の作製に用いたろう材としては、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金である場合には、銀を例えば５質量％以上18質量％以下含有させてもよく、銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金である場合には、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含有させてもよい。

また、活性金属を含む珪化物の結晶粒子11のアスペクト比の平均値を８以上とするには、熱処理の条件を、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み
方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、850℃以上900℃以下で１時間30分以上２時間以下保持すればよい。

また、活性金属を含む珪化物の組成式がＴｉ_５Ｓｉ_３およびＴｉ_５Ｓｉ_４として示される成分の少なくともいずれかにするには、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材に活性金属としてチタンを含み、チタンの含有量を３質量％以上にするとともに、熱処理の条件を、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ
以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以
上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、880℃以上900℃以下で１時間30分以上２時
間以下保持すればよい。

また、第１の接合層３ａ，３ｂにおけるモリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属の平均結晶粒径を３μｍ以上10μｍ以下とするには、平均粒径が３μｍ以上10μｍ以下のそれぞれの金属粉末を用いればよい。

そして、本実施形態の回路基板10における回路部材２上に電子部品を搭載することにより、本実施形態の電子装置とすることができる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

図２，４に示す形状の回路基板10を作製し、支持基板１の結晶粒子の観察、回路基板10の放熱特性および支持基板１に生じる反り量について評価した。

まず、Ｘ方向の長さが60ｍｍであり、Ｙ方向の長さが30ｍｍであり、厚みが0.32ｍｍである、窒化珪素を主成分とする支持基板１を準備し、支持基板１を850℃で熱処理するこ
とによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素を除去した。次いで、この支持基板１の第１主面に、銀，銅，表１に示す活性金属，錫およびモリブデンで構成され、各含有量がそれぞれ51.9質量％，40質量％，2.5質量％，2.6質量％，３質量％となるように調整されたペースト状のろう材を用いてスクリーン印刷法により塗布した。

そして、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表１に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．１〜８を得た。

また、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、第１の金属層４ａ，４ｂとなる薄状の銅材を配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表１に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合した。そして、第１の金属層４ａ，４ｂの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、水素雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、380℃で加
熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．９〜16を得た。なお、回路部材２ａ，２ｂの形状は試料Ｎｏ．１〜８と同じである。

そして、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている状態については、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板１の
第１主面の表面における８μｍ×５μｍの範囲を観察した。この観察により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察し、連結状態の欄に有無を記載した。

なお、上述した観察においては、回路基板10から、回路部材２ａ，２ｂを研磨により除去し、試料Ｎｏ．１〜８については第１の接合層３ａ，３ｂを、試料Ｎｏ．９〜16については第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂをエッチングにより除去した支持基板１の第１主面の表面を観察した。

また、窒化珪素の結晶粒子11同士が珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している状態が確認された試料については、透過型電子顕微鏡を用いて活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属を同定し、同定された活性金属を表１に示した。

また、それぞれの試料の放熱特性を評価するため、回路部材２ａ，２ｂ上にそれぞれ半導体素子を搭載した後、30Ａの電流を流した。電流を流してから５分後にそれぞれの半導体素子の表面における温度をサーモグラフィーで測定し、その温度の平均値を表１に示した。

また、各試料を窒素ガス雰囲気において、260℃の温度で５分間保持した後に、ＪＩＳ
Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287−1997)に準拠して触針式の表面粗さ計を用い、支持基板
１の第１主面のＸ方向の最大高さＲ_Ｚを測定し、この測定値を反りＨ_１とした。なお、測定長さ，カットオフ値，触針の先端半径および触針の走査速度はそれぞれ55ｍｍ，Ｒ＋Ｗ，２μｍ，１ｍｍ／秒とし、測定した反りＨ_１の値を表１に示した。

表１に示す通り、試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．２〜８、試料Ｎｏ．９と試料Ｎｏ．10〜16を比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、表面温度の値の小さい試料については、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができていることが確認された。

また、試料Ｎｏ．10〜16は、回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂが配置されていることから、試料Ｎｏ．２〜８よりも放熱特性に優れているので支持基板１に生じる反りを小さくすることができており、熱に対する信頼性が高いことが確認された。

図６，８に示す形状の回路基板10を作製し、支持基板１の結晶粒子の観察、回路基板10の放熱特性および支持基板１に生じる反り量について評価した。

まず、実施例１で用いたのと同様の窒化珪素を主成分とする支持基板１を準備し、支持基板１を850℃で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭
素を除去した。次いで、この支持基板１の第１主面および第２主面に、銀，銅，表２に示す活性金属，錫およびモリブデンの各含有量がそれぞれ51.9質量％，40質量％，2.5質量
％，2.6質量％，３質量％となるように調整されたペースト状のろう材を用いてスクリー
ン印刷法により塗布した。

そして、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、第２主面のろう材上に、放熱部材５となるＸ方向の長さが56ｍｍであり、Ｙ方向の長さが26ｍｍである長方形の平板状の銅材を配置した。その後、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表２に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合し、また、第２主面に第２の接合層３ｃを介して放熱部材５を接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．17〜24を得た。

また、支持基板１の第１主面および第２主面に塗布されたろう材上に、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃとなる薄状の銅材を配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後
、850℃で表２に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合
層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合し、第２主面に第２の接合層３ｃを介して第２の金属層４ｃを接合した。そして、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材を、第２の金属層４ｃ上に放熱部材５となる平板状の銅材をそれぞれ配置した。

そして、水素雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、380℃で
加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを接合し、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５を接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．25〜32を得た。なお、回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５の形状は試料Ｎｏ．17〜24と同じである。

そして、観察の対象を支持基板１の第２主面の表面としたこと以外は、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察し、連結状態の欄に有無を記載した。また、窒化珪素の結晶粒子11同士が珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している状態が確認された試料についても、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属を同定し、同定された活性金属を表２に示した。また、それぞれの試料について、放熱特性の評価および反り量の測定を行なった際の試験を実施し、実施例１と同様の方法で表面温度と反り量を測定した。それぞれの結果を表２に示した。

表２に示す通り、試料Ｎｏ．17と試料Ｎｏ．18〜24、試料Ｎｏ．25と試料Ｎｏ．26〜32を比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、表面温度の値の小さい試料については、支持基板１の第２主面の表面に、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性が高めることができていることが確認された。

また、試料Ｎｏ．26〜32は、放熱部材５と第２の接合層３ｃとの間に、銅を主成分とする第２の金属層４ｃが配置されていることから、試料Ｎｏ．18〜24よりも放熱特性に優れているので支持基板１に生じる反りを小さくすることができており、熱に対する信頼性が
高いことがわかった。

さらに、実施例１および実施例２の結果から、放熱部材５を設けた方が、放熱特性に優れ、支持基板１に生じる反りを小さくできることが確認された。

実施例２の試料Ｎｏ．26と同様の図７に示す形状の回路基板10を、熱処理の条件のみを異ならせて作製し、支持基板１の第１主面の表面の活性金属を含む結晶粒子のアスペクト比の算出および回路基板10の放熱特性を評価した。

実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と異なるのは、850℃での保持時間であり、その他
の作製方法については、実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と同様の方法で作製し、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５をそれぞれ接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．33〜36を得た。

そして、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察したところ、試料Ｎｏ．33〜36ともに活性金属を含む珪化物の結晶粒子12が窒化珪素の結晶粒子11同士を連結して存在していることが確認でき、実施例１と同様の方法によって同定したところ、活性金属として含有させたＴｉであることが確認された。

そして、このＴｉを含む珪化物の結晶粒子12のアスペクト比を算出した。走査型電子顕微鏡を用いて、倍率を10000倍として、支持基板１の第１主面の表面の８μｍ×５μｍの
範囲におけるＴｉの珪化物の結晶粒子12を10個抽出して、それぞれの長径および短径を測定し、得られた長径の値を短径の値で除してそれぞれのアスペクト比を求めた後、求められた値から算出した平均値を表３に示した。

また、実施例１と同様の方法で放熱特性の評価を行なった際の試験を実施し、実施例１と同様の方法で表面温度を測定し、結果を表３に示した。

表３に示す通り、試料Ｎｏ．33と試料Ｎｏ．34〜36とを比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、Ｔｉの珪化物の結晶粒子12のアスペクト比の平均値が８以上であることから、熱の授受がさらに進みやすくなって放熱特性をさらに高めることができていることが確認された。

実施例２の試料Ｎｏ．26と同様の図７に示す形状の回路基板10を、ろう材の構成と熱処理の条件とを異ならせて作製し、活性金属を含む珪化物の結晶粒子の組成式の確認およびヒートサイクル試験を行ない、熱に対する信頼性を評価した。

実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と異なるのは、用いるろう材が表４に示す構成であり、熱処理条件が表４に示す温度で、保持時間が1.5時間であることであり、その他の作
製方法については、実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と同様の方法で作製し、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５をそれぞれ接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．37〜40を得た。

なお、ＩＣＰ発光分光分析法により接合層の成分の含有量を確認し、ろう材の構成が表４に示す構成となっていることを確認した。

そして、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察したところ、試料Ｎｏ．33〜36ともに活性金属を含む珪化物の結晶粒子12が窒化珪素の結晶粒子11同士を連結して存在していることが確認できた。そして、この活性金属の珪化物の結晶粒子12の組成式について、Ｘ線解析装置を用いて確認して表４に示した。

そして、各試料を用いて、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125
℃で15分保持した後、室温まで降温するというサイクルを１サイクルとする、ヒートサイクル試験を行ない、3000サイクル時点での支持基板１に生じているクラックの有無について光学顕微鏡を用いて500倍の倍率で確認した。また、3000サイクル以降については、100サイクル経過する毎に、上述した同様の方法で支持基板１に生じているクラックの有無を確認し、クラックが確認されたサイクル数を表４に示した。

表４に示す通り、試料Ｎｏ．37と試料Ｎｏ．38〜40とを比較すると、ヒートサイクル試験の結果を示すサイクル数に差が生じており、珪化物の組成式がＴｉ_５Ｓｉ_３およびＴｉ_５Ｓｉ_４として示される成分の少なくともいずれかであることから、熱に対する信頼性をさらに高められることがわかった。

また、このように優れた本実施形態の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載したところ、放熱特性の高い電子装置とすることができることが確認できた。

１：支持基板
２，２ａ，２ｂ：回路部材
３ａ，３ｂ：第１の接合層
３ｃ：第２の接合層
４ａ，４ｂ：第１の金属層
４ｃ：第２の金属層
５：放熱部材
６，７：電子部品
10：回路基板
11：窒化珪素の結晶粒子
12：活性金属を含む珪化物の結晶粒子
Ｓ：電子装置

Claims (7)

1. 窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、前記支持基板の前記第１主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とする回路基板。
2. 前記回路部材と前記第１の接合層との間に、銅を主成分とする第１の金属層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記支持基板の前記第１主面に対向する第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第２の接合層を介して、銅を主成分とする放熱部材が設けられており、前記支持基板の前記第２主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
4. 前記放熱部材と前記第２の接合層との間に、銅を主成分とする第２の金属層が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
5. 前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子は、アスペクト比の平均値が８以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回路基板。
6. 前記活性金属を含む珪化物は、組成式がＴｉ_５Ｓｉ_３およびＴｉ_５Ｓｉ_４として示される成分の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載してなることを特徴とする電子装置。