JPH11268968A - セラミックス回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属回路板とセラミックス基板との接合強度を
高めセラミックス回路基板全体としての機械的強度を改
善し、金属回路板の剥離や膨れなどの欠陥の発生が少な
く品質の安定したセラミックス回路基板を提供する。 【解決手段】焼結助剤が含有されたセラミックス基板に
金属回路板を直接接合してなるセラミックス回路基板に
おいて、上記セラミックス基板と上記金属回路板との接
合界面の未接合部面積が接合界面面積の７．０％以下で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置等に使用
されるセラミックス回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）焼結体
などのように絶縁性に優れたセラミックス基板の表面
に、導電性を有する金属回路板をろう材や接着剤やメタ
ライズ金属層で一体に接合したセラミックス回路基板が
パワートランジスターモジュール用基板やスイッチング
電源モジュール用基板として広く普及している。

【０００３】しかしながら上記セラミックス回路基板に
おいては、金属回路板とセラミックス基板との間に、ろ
う材や接着剤やメタライズ層のような介在物が存在する
ため、両者間の熱抵抗が大きくなり、金属回路板上に設
けられた半導体素子の発熱を系外に迅速に放熱させるこ
とが困難であるという問題点があった。

【０００４】このような問題点を解消するため、近年、
上記ろう材や接着剤やメタライズ層を使用せずに、所定
形状に打ち抜いた金属回路板をセラミックス基板上に接
触配置させて加熱するだけで直接接合する方法が検討さ
れている。すなわち、直接接合法は、セラミックスと金
属とを、ろう材層や接着剤層やメタライズ層などの接合
層を介在させずに直接的に接合する方法である。この直
接接合法では金属中あるいは金属表面に存在する結合剤
（銅の場合は酸素）と金属との共晶液相が生成されて両
部材が直接的に接合される。

【０００５】図３〜図５はそれぞれ従来のセラミックス
回路基板の例を示す断面図である。セラミックス基板の
材質としては、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ），ジルコニア
（ＺｒＯ₂ ），ムライト等の酸化物系セラミックス焼結
体や窒化アルミニウム （ＡｌＮ）などの窒化物系焼結
体が使用される。図３は結合剤としての酸素を含有しな
い銅回路板４をＡｌ₂ Ｏ₃ 基板２表面に直接接合したセ
ラミックス回路基板１を示す。なお接合時に共晶液相を
生成するために、銅回路板４表面には所定厚さの表面酸
化層（酸化銅層）７が予め形成されている。なお、図３
には説明図として表面酸化層を拡大して示しており、表
面酸化層の実際の厚さ、寸法は実際とは異なる。

【０００６】このセラミックス回路基板１は、例えば図
３に示すようにＡｌ₂ Ｏ₃ 基板２の表面側に金属回路板
としての銅回路板４が直接接合される一方、背面側に裏
銅板としての銅板５も同様に直接接合され、さらに表面
側の銅回路板４の所定位置に図示しない半田層を介して
半導体素子６が一体に接合された構造を有している。

【０００７】また図４に示す従来のセラミックス回路基
板１ａは、結合剤としての酸素を１００〜１０００ｐｐ
ｍ含有する銅回路基板４ａおよび裏銅板５ａをＡｌ₂ Ｏ
₃ 基板２のそれぞれ表面側および裏面側に直接接合して
形成されている。この場合でも、銅（回路）板中に含有
された酸素が加熱時に接合界面において酸化銅を形成
し、直接接合が行われる。

【０００８】なお、上記直接接合法は、Ａｌ₂ Ｏ₃ など
の酸化物系セラミックスについてのみ直接適用可能であ
り、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板や窒化けい素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄ ）基板などの非酸化物系セラミックス基板にそ
のまま適用しても、基板に対する濡れ性が低いため、金
属回路板の充分な接合強度が得られない。

【０００９】そこで、非酸化物系セラミックス基板を使
用する場合には、予めセラミックス基板表面に酸化物層
を形成し、基板に対する濡れ性を高める必要がある。図
５はセラミックス基板としてＡｌＮ基板２ａを使用した
セラミックス回路基板１ｂの構成例を示す断面図であ
る。この場合、金属回路板４ａおよび銅板５ａの接合操
作前に、予めＡｌＮ基板２ａを酸化性雰囲気中で加熱処
理することにより、ＡｌＮ基板２ａの全表面に酸化物層
（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）３が形成される。

【００１０】上記直接接合法により金属回路板をセラミ
ックス基板に接合したセラミックス回路基板によれば、
接合界面部にろう材や接着剤層が介在しないため、両部
材間の熱抵抗が小さく放熱姓に優れた回路基板が得られ
る。また、セラミックスと金属との間にＭｏ板等を介在
させないような単純構造であるため、小型高実装化が可
能であり、さらに作業工程も短縮できる等の長所を有し
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように直接接合法によって形成した従来の各セラミック
ス回路基板においては、たとえ酸素を含有した金属回路
板を使用しても、または、表面酸化層を形成した金属回
路板を使用しても、製造されたほとんど全てのセラミッ
クス回路基板が十分な接合強度を有することは困難であ
り、より十分な接合強度と製品特性の安定化が求められ
ていた。

【００１２】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、特に金属回路板あるいは金属板とセラ
ミックス基板との接合強度を高め回路基板全体としての
機械的強度を改善し、金属回路板の剥離や膨れなどの欠
陥の発生が少ない、品質が安定したセラミックス回路基
板を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するために、従来のセラミックス回路基板における
金属回路板の剥離や膨れの発生原因等について調査研究
を行なった。その結果、まず接合操作後に金属回路板の
ピール強度を測定する際に接合面を観察した結果、未接
合部が大きな面積割合で存在していることを発見した。
そして、このためにピール強度が低下していることを確
認した。また、さらに得られたセラミックス回路基板は
上記未接合部を起点として金属回路板の剥離や膨れが発
生し易いことも同時に確認した。さらに、金属回路板の
剥離や膨れの発生原因としては、金属回路板などの直接
接合時に加熱操作によって生成する共晶液相の生成量が
少ないこと、および共晶液相とセラミックス基板との濡
れ性が悪いことが大きな原因であると推定した。

【００１４】この原因を解消するために、本発明者らは
上記共晶液相の生成量を増大させ、セラミックス基板に
対する共晶液相の濡れ性を改善する方策等を種々検討し
た。その結果、酸素等の結合剤を所定量含有したタフピ
ッチ電解銅等の金属回路板であってもその表面に所定厚
さの酸化物層を形成したり、また、セラミックス基板を
形成する際に添加する焼結助剤の含有量を高める等の製
造条件をコントロールしたときに、セラミックス基板と
金属回路板との接合界面における未接合部の面積割合が
小さくなり、接合強度（ピール強度）が大幅に改善さ
れ、回路基板の耐久性が向上することが判明した。

【００１５】また、セラミックス基板の表面が平滑であ
るよりも、ホーニング処理等を実施して最大高さ（Ｒma
x ）基準での表面粗さが５μｍ以上の範囲となるように
粗面化加工した場合の方が、基板と金属回路板との接合
強度が増加し、耐久性が優れた回路基板が得られること
も判明した。

【００１６】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係るセラミックス回路基板
は、焼結助剤が含有されたセラミックス基板に金属回路
板を直接接合してなるセラミックス回路基板において、
上記セラミックス基板と上記金属回路板との接合界面の
未接合部面積が接合界面面積の７．０％以下であること
を特徴とする。

【００１７】また、セラミックス基板が非酸化物系セラ
ミックスであり、この非酸化物系セラミックスの少なく
とも上記金属回路板との接合界面側の表面に、厚さが
０．１〜３μｍの酸化物層を有するように構成するとよ
い。

【００１８】さらに、セラミックス基板の少なくとも上
記金属回路板との接合界面側の表面粗さ（Ｒmax ）が５
μｍ以上であることが好ましい。

【００１９】また、セラミックス基板が窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）基板または窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）基板
であることを特徴とする。

【００２０】さらに、金属回路板をアルミニウム回路板
で構成してもよい。この場合、アルミニウム回路板が、
結合剤としてＳｉを含有していることが直接接合法によ
りセラミックス基板と接合するために好ましい。

【００２１】ここで、金属回路板が銅回路板である場
合、直接接合法における結合剤は酸素であるので、この
銅回路板はＣｕ−Ｏ共晶化合物によりセラミックス基板
に接合されることになる。さらに金属回路板がアルミニ
ウム回路板である場合、直接接合法における結合剤はけ
い素（Ｓｉ）が好ましいので、この場合、アルミニウム
回路板はＡｌ−Ｓｉ共晶化合物によりセラミックス基板
と接合されることとなる。このようなアルミニウム回路
板の結合材成分としてのけい素（Ｓｉ）を１００〜３０
００ｐｐｍ含有することが好ましい。

【００２２】本発明に係るセラミックス回路基板に使用
されるセラミックス基板としては、特に限定されるもの
ではなく、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
等の酸化物系セラミックス基板の他に、窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ），窒化けい素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ），窒化チタン
（ＴｉＮ）等の窒化物、炭化けい素（ＳｉＣ），炭化チ
タン（ＴｉＣ）等の炭化物、またはほう化ランタン等の
ほう化物等の非酸化物系セラミックス基板でもよい。こ
れらのセラミックス基板には酸化イットリウムなどの焼
結助剤等が含有されていてもよい。

【００２３】また上記金属回路板を構成する金属として
は、銅，アルミニウム，鉄，ニッケル，クロム，銀，モ
リブデン，コバルトの単体またはその合金など、基板成
分との共晶化合物を生成し、直接接合法を適用できる金
属であれば特に限定されないが、特に導電性および価格
の観点から銅，アルミニウムまたはその合金が好まし
い。

【００２４】金属回路板の厚さは、通電容量等を勘案し
て決定されるが、セラミックス基板の厚さを０．２５〜
１．２mmの範囲とする一方、金属回路板の厚さを０．１
〜０．５mmの範囲に設定して両者を組み合せると熱膨張
差による変形などの影響を受けにくくなる。

【００２５】特に金属回路板として銅回路板を使用する
場合には、酸素を１００〜１０００ｐｐｍ含有するタフ
ピッチ電解銅から成る銅回路板を使用し、さらに後述す
るように銅回路板表面に所定厚さの酸化銅層を予め形成
することにより、直接接合時に、発生するＣｕ−Ｏ共晶
の量を増加させ、基板と銅回路板との接合強度を、より
向上させることができる。

【００２６】上記酸化銅層などの酸化物層は、例えば金
属回路板を大気中において温度１５０〜３６０℃の範囲
にて２０〜１２０秒間加熱する表面酸化処理を実施する
ことによって形成される。ここで、酸化銅層の厚さが
０．５μｍ未満の場合は、Ｃｕ−Ｏ共晶の発生量が少な
くなるため、基板と銅回路板との未接合部分が多く、接
合強度を向上させる効果は少ない。一方、酸化銅層の厚
さが１０μｍを超えるように過大にしても、接合強度の
改善効果が少なく、却って銅回路板の導電特性を阻害す
ることになる。したがって、銅回路板表面に形成する酸
化銅層の厚さは０．５〜１０μｍの範囲が好ましい。そ
して同様の理由により２〜５μｍの範囲がより望まし
い。

【００２７】また、セラミックス基板の表面が平滑であ
る場合よりも、粗面である方が接合強度が高くなる傾向
がある。なお、上記酸化処理において、加熱温度を高め
たり、処理時間を長くすることにより、セラミックス基
板の表面粗さを増加させることができる。上記表面酸化
処理後におけるセラミックス基板の表面粗さは、最大高
さ基準の表面粗さ（Ｒmax ）で５μｍ以上の範囲にする
とよい。さらに必要に応じてセラミックス基板表面をホ
ーニング処理することによって、その表面粗さを調整し
てもよい。

【００２８】なお、直接接合法はＡｌ₂ Ｏ₃ などの酸化
物系セラミックス基板のみについては直ちに適用可能で
あり、窒化アルミニウムや窒化けい素などの非酸化物系
セラミックス基板にそのまま適用しても基板に対する濡
れ性が低いため、金属回路板の充分な接合強度が得られ
ない。

【００２９】そこでセラミックス基板として非酸化物系
セラミックスを使用する場合には、その非酸化物系セラ
ミックス基板の表面に予め酸化物層を形成し、基板に対
する濡れ性を高める必要がある。この酸化物層は上記非
酸化物系セラミックス基板を、空気中などの酸化雰囲気
中で温度１０００〜１４００℃程度で２〜１５時間加熱
して形成される。この酸化物層の厚さが０．１μｍ未満
の場合には、上記濡れ性の改善効果が少ない一方、３μ
ｍを超えるように厚く形成しても改善効果が飽和するた
め、酸化物層の厚さは０．１〜３μｍの範囲が望まし
い。

【００３０】本発明で使用するセラミックス基板は、基
板原料となるセラミックス原料粉末に対して焼結助剤と
して添加するＹ₂ Ｏ₃ およびＡｌ₂ Ｏ₃ の添加量，焼結
温度や焼結時間を適正に制御することにより製造でき
る。例えば、セラミックス基板としてＡｌＮ基板の場合
は、ＡｌＮ原料粉末に対して１〜１０重量％のＹ₂ Ｏ₃
と０．１〜５重量％のＡｌ₂ Ｏ₃ とを添加し、得られた
原料混合体の成形体表面に窒化ほう素（ＢＮ）などから
成る敷粉を配置した状態で、非酸化性雰囲気中で温度１
７５０〜１９５０℃で２〜１０時間焼結して得られる。

【００３１】特にＡｌＮ成形体表面にＢＮなどの敷粉を
配置することにより、生成したＹＡＧ，ＹＡＬ，ＹＡＭ
などの液相成分が成形体表面部から揮散することが防止
でき、ＡｌＮ基板表面部に液相成分となる化合物が所定
量だけ分布したＡｌＮ基板が得られる。上記液相成分は
金属回路板との接合強度を高める効果があり、これらの
液相成分の揮散を防止することにより、耐久性に優れた
回路基板が形成できる。上記化合物の分布割合は、Ａｌ
Ｎ基板の接合表面部の断面領域をＸ線マイクロアナライ
ザ（ＥＰＭＡ）による面分析し、特にイットリウム
（Ｙ）の集合部の面積割合を定量することにより容易に
測定できる。

【００３２】本発明に係るセラミックス回路基板は、上
記のように製造したセラミックス基板の表面に、前記金
属回路板を直接接合して製造される。

【００３３】ここで上記金属回路板は、ろう材などの接
合剤を使用せずにセラミックス基板表面に直接的に一体
に接合される。すなわち、金属回路板の成分と基板成分
との共晶化合物（共晶融体）を加熱により発生せしめ、
この共晶化合物を介して両部材を接合する、いわゆる直
接接合法を使用して接合される。

【００３４】そして、セラミックス基板が非酸化物系セ
ラミックスから成り、また金属回路板が銅回路板である
場合には、典型的には以下のように接合操作が実施され
る。すなわち酸化物層を形成したセラミックス基板の表
面の所定位置に、表面酸化層としての酸化銅層を形成し
たタフピッチ電解銅製の銅回路板を接触配置して基板方
向に押圧した状態で、銅の融点（１０８３℃）未満で銅
−酸化銅の共晶温度（１０６５℃）以上に加熱し、生成
したＣｕ−Ｏ共晶化合物液相（共晶融体）を介して銅回
路板がセラミックス基板表面に直接的に接合される。こ
の直接接合法は、いわゆる銅直接接合法（Direct Bondi
ng Copper 法）である。

【００３５】一方、金属回路板がアルミニウム回路板で
ある場合には、結合剤としてはＳｉが選択され、Ｓｉ成
分を含有したＡｌ回路板をセラミックス基板表面に押圧
した状態でアルミニウム−けい素の共晶温度以上に加熱
し、生成したＡｌ−Ｓｉ共晶化合物液相（共晶融体）を
介してＡｌ回路板がセラミックス基板表面に直接的に接
合され、本発明のセラミックス回路基板が製造される。

【００３６】このように直接接合法を使用して金属回路
板をセラミックス基板表面に直接接合して形成した本発
明に係るセラミックス回路基板によれば、金属回路板と
セラミックス基板との間に、接着剤やろう材のような介
在物が存在しないため、両者間の熱抵抗が小さく、金属
回路板上に設けられた半導体素子の発熱を系外に迅速に
放散させることが可能である。

【００３７】本発明に係るセラミックス回路基板によれ
ば、金属回路板に所定量の酸素が含有されており、また
金属回路板表面に表面酸化層が形成されているため、直
接接合時に必要な共晶融体の生成量を大幅に増加させる
ことができ、またセラミックス基板に対する共晶融体の
濡れ性を大幅に高めることができる。このようにして製
造されたセラミックス回路基板は、セラミックス基板と
金属回路板との未接合部の面積率が７．０％以下であ
り、両部材の接合強度を大幅に高めることができる。ま
た未接合部に起因する金属回路板の剥離や膨れが効果的
に防止でき、この回路基板を用いた半導体装置を高い製
造歩留りで量産することが可能になる。

【００３８】このような本発明のセラミックス回路基板
は、金属回路板の接合強度が高いため、熱サイクルによ
って回路層が剥離したり、基板に割れが発生することが
少なく、耐熱サイクル特性が著しく向上し、耐久性およ
び信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について以
下に示す実施例を参照して具体的に説明する。

【００４０】実施例１〜５ セラミックス基板として、表面粗さ（Ｒmax ）が５μｍ
であり、また熱伝導率が７８Ｗ／ｍ・Ｋであり、縦５５
mm×横３７mm×厚さ０．８mmの窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）基板を多数用意し、各ＡｌＮ基板を空気雰囲気の加
熱炉中で１３００℃で１２時間加熱することにより、基
板全表面を酸化し厚さ２μｍの酸化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮
膜）を形成した。

【００４１】一方、酸素を４０５〜７４４ｐｐｍ含有
し、厚さ０．３mmおよび０．２５mmのタフピッチ電解銅
から成る銅回路板および銅板を多数用意し、各銅回路板
および銅板を大気に接するホットプレート上に載置した
状態でそれぞれ加熱して表面酸化処理を行ない、表１お
よび図１に示すような厚さを有する表面酸化層（酸化銅
層）７を一体に形成した。

【００４２】次に酸化物層を形成した各ＡｌＮ基板表面
側に、厚さ０．３mmのタフピッチ電解銅から成る銅回路
板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５mmのタフ
ピッチ銅から成る銅板を裏当て材として接触配置させて
積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整した温
度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱す
ることにより、各ＡｌＮ基板に銅回路板および銅板を直
接接合した実施例１〜５に係るセラミックス回路基板を
それぞれ製造した。

【００４３】各セラミックス回路基板１ｃは、図１に示
すようにＡｌＮ基板２ａの全表面に酸化物層３が形成さ
れており、ＡｌＮ基板２ａの表面側に金属回路板として
の銅回路板４ａが直接接合される一方、背面側に裏銅板
としての銅板５ａが同様に直接接合され、さらに表面側
の銅回路板４ａの所定位置に図示しない半田層を介して
半導体素子６が一体に接合された構造を有する。金属回
路板４ａおよび銅板５ａの少なくともＡｌＮ基板２ａと
の接合面側には所定厚さの表面酸化層（酸化銅層）７が
形成されている。なおＡｌＮ基板２ａに銅回路板４ａお
よび銅板５ａを接合した場合、裏銅板としての銅板５ａ
は放熱促進および反り防止に寄与する。

【００４４】比較例１ 一方、各銅回路板および銅板について表面酸化処理を実
施せず、表面酸化層（酸化銅層）を形成しない銅回路板
および銅板を使用した点以外は実施例１と同一条件で直
接接合処理することにより、比較例１に係るセラミック
ス回路基板を調製した。

【００４５】実施例６〜１０ セラミックス基板として、表面粗さ（Ｒmax ）が７μｍ
であり、また熱伝導率が１７７Ｗ／ｍ・Ｋであり、縦５
０mm×横２５mm×厚さ０．６３５mmの窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）基板を多数用意し、各ＡｌＮ基板を空気雰囲
気の加熱炉中で１３００℃で１２時間加熱することによ
り、基板全表面を酸化し厚さ２μｍの酸化物層（Ａｌ₂
Ｏ₃ 皮膜）を形成した。

【００４６】一方、酸素を４０５〜７４４ｐｐｍ含有
し、厚さ０．３mmおよび０．２５mmのタフピッチ電解銅
から成る銅回路板および銅板を多数用意し、各銅回路板
および銅板を大気に接するホットプレート上に載置した
状態でそれぞれ加熱して表面酸化処理を行ない、表１に
示すような厚さを有する表面酸化層（酸化銅層）を一体
に形成した。

【００４７】次に酸化物層を形成した各ＡｌＮ基板表面
側に、厚さ０．３mmのタフピッチ電解銅から成る銅回路
板を接触配置する一方、背面側に厚さ０．２５mmのタフ
ピッチ銅から成る銅板を裏当て材として接触配置させて
積層体とし、この積層体を窒素ガス雰囲気に調整した温
度１０７５℃に設定した加熱炉に挿入して１分間加熱す
ることにより、各ＡｌＮ基板に銅回路板および銅板を直
接接合して、図１に示すような実施例６〜１０に係るセ
ラミックス回路基板をそれぞれ製造した。

【００４８】比較例２ 一方、各銅回路板および銅板について表面酸化処理を実
施せず、表面酸化層（酸化銅層）を形成しない銅回路板
および銅板を使用した点以外は実施例６と同一条件で直
接接合処理することにより、比較例２に係るセラミック
ス回路基板を調製した。

【００４９】実施例１１ 実施例１において使用した、表面酸化層を形成した銅回
路板に代えて、Ｓｉ成分を含有したＳｉ含有アルミニウ
ム回路板を使用した点以外は実施例１と同一条件で処理
することにより、実施例１１に係るセラミックス回路基
板を調製した。

【００５０】実施例１２ 実施例６において使用した、表面酸化層を形成した銅回
路板に代えて、Ｓｉ成分を含有したＳｉ含有アルミニウ
ム回路板を使用した点以外は実施例６と同一条件で処理
することにより、実施例１２に係るセラミックス回路基
板を調製した。

【００５１】上記のように調製した各実施例および比較
例に係る各回路基板について、表面酸化処理後における
銅回路板の酸素含有量を測定して、表１に示す結果を得
た。また各回路基板の強度特性を評価するために、各銅
回路板およびアルミニウム回路板のピール強度を測定す
るとともに、このピール強度測定後における銅回路板お
よびアルミニウム回路板の剥離面を写真撮影し、写真上
に白色部として残る未接合部の面積率を画像解析により
測定した。各測定結果を下記表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】上記表１に示す結果から明らかなように、
結合剤として所定量の酸素を含有する銅回路板であり、
かつ、その接合面に表面酸化層（酸化銅層）を一体に形
成した銅回路板をセラミックス基板表面に直接接合して
成る各実施例１〜１０に係るセラミックス回路基板によ
れば、上記酸化銅層を形成していない比較例１，２の回
路基板と比較して、銅回路板とセラミックス基板との未
接合部の面積率が７．０％以下と小さく、またピール強
度は１０〜２７％上昇することが確認できた。また、所
定量のＳｉを含有するアルミニウム回路板をＡｌＮ基板
表面に直接接合して成る実施例１１〜１２に係るセラミ
ックス回路基板においても、未接合部の面積率が小さ
く、ピール強度も大幅に増加することが判明した。

【００５４】実施例１３ 実施例１において使用したセラミックス基板であり、酸
化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜）を形成したＡｌＮ基板２ａに
代えて、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）基板２を使用した点以
外は、実施例１と同様にして銅回路板をＡｌ₂ Ｏ₃ 基板
２表面に直接接合することにより、図２に示すような実
施例１３に係るセラミックス回路基板１ｄを調製した。
なお、銅回路板としては実施例１〜５用に調製した各銅
回路板４ａおよび銅板５ａを使用した。各銅回路板４ａ
および銅板５ａの表面には所定厚さの酸化銅層７が形成
されている。

【００５５】一方、比較例として上記酸化銅層を形成し
ていない銅回路板をＡｌ₂ Ｏ₃ 基板に直接接合して比較
例のセラミックス回路基板を調製した。

【００５６】上記酸化銅層７を形成した銅回路板４ａ，
５ａを使用した実施例１３に係るセラミックス回路基板
１ｄのピール強度は、酸化銅層を形成しない比較例のセ
ラミックス回路基板と比較して２２〜３１％増加してお
り、優れた接合強度を有していることが確認できた。

【００５７】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るセラミッ
クス回路基板によれば、直接接合時に必要な共晶融体の
生成量を増加させることができ、またセラミックス基板
に対する共晶融体の濡れ性を高めることができる。した
がって、セラミックス基板と金属回路板との未接合部が
減少し、両部材の接合強度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るセラミックス回路基板の構成例を
示す断面図。

【図２】本発明に係るセラミックス回路基板の他の構成
例を示す断面図。

【図３】従来のセラミックス回路基板の構成例を示す断
面図。

【図４】従来のセラミックス回路基板の他の構成例を示
す断面図。

【図５】従来のセラミックス回路基板のその他の構成例
を示す断面図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ セラミックス回路基板
（Ａｌ₂ Ｏ₃ 回路基板，ＡｌＮ回路基板） ２，２ａ，２ｂ セラミックス基板（Ａｌ₂ Ｏ₃ 基板，
ＡｌＮ基板） ３ 酸化物層（Ａｌ₂ Ｏ₃ 皮膜） ４，４ａ 金属回路板（Ｃｕ回路板） ５，５ａ 金属板（裏銅板） ６ 半導体素子（チップ） ７ 表面酸化層（酸化銅層）

フロントページの続き (72)発明者 水野谷 信幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結助剤が含有されたセラミックス基板
   に金属回路板を直接接合してなるセラミックス回路基板
   において、上記セラミックス基板と上記金属回路板との
   接合界面の未接合部面積が接合界面面積の７．０％以下
   であることを特徴とするセラミックス回路基板。
2. 【請求項２】 セラミックス基板が非酸化物系セラミッ
   クスであり、この非酸化物系セラミックスの少なくとも
   上記金属回路板との接合界面側の表面に、厚さが０．１
   〜３μｍの酸化物層を有することを特徴とする請求項１
   記載のセラミックス回路基板。
3. 【請求項３】 セラミックス基板の少なくとも上記金属
   回路板との接合界面側の表面粗さ（Ｒmax ）が５μｍ以
   上であることを特徴とする請求項１記載のセラミックス
   回路基板。
4. 【請求項４】 セラミックス基板が窒化アルミニウム
   （ＡｌＮ）基板であることを特徴とする請求項２記載の
   セラミックス回路基板。
5. 【請求項５】 セラミックス基板が窒化けい素（Ｓｉ₃
   Ｎ₄ ）基板であることを特徴とする請求項２記載のセラ
   ミックス回路基板。
6. 【請求項６】 金属回路板が銅回路板であることを特徴
   とする請求項１記載のセラミックス回路基板。
7. 【請求項７】 金属回路板がアルミニウム回路板である
   ことを特徴とする請求項１記載のセラミックス回路基
   板。
8. 【請求項８】 アルミニウム回路板が、Ｓｉを含有して
   いることを特徴とする請求項７記載のセラミックス回路
   基板。