JPH11330308A

JPH11330308A - セラミックス回路基板およびその製造方法

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Publication number: JPH11330308A
Application number: JP10130196A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Naba; 隆之那波; Tatsuya Imaizumi; 辰弥今泉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JP3949270B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い接合強度および優れた耐熱サイクル特性に
加えて、高い曲げ強度（抗折強度）を有し、大きな曲げ
荷重が作用した場合においても割れや破壊を招くことな
く、大きくたわむことが可能なセラミックス回路基板を
提供する。【解決手段】セラミックス基板２に金属回路板３を接合
したセラミックス回路基板１において、上記セラミック
ス回路基板１が金属回路板３側に凹形状に反っており、
その反り量が１００μｍ以下（ゼロを含まず）であるこ
とを特徴とするセラミックス回路基板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス回路基
板に係り、特に曲げ強度特性を改善し、取付時および使
用時における割れの発生を効果的に防止できるセラミッ
クス回路基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワートランジスタモジュール用
基板やスイッチング電源モジュール用基板等の回路基板
として、セラミックス基板上に銅板等の金属板を接合し
たセラミックス回路基板が広く使用されている。また、
上記セラミックス基板としては、電気絶縁性を有すると
共に、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム基板や窒化け
い素基板等が一般的に使用されている。

【０００３】上述したような銅板で回路を構成したセラ
ミックス回路基板１１は、例えば図２〜図４に示すよう
にセラミックス基板１２の一方の表面に金属回路板１４
としての銅板を接合する一方、他方の表面に裏金属板１
４としての銅板を接合して形成される。上記セラミック
ス基板１２表面に各種金属板を一体に形成する手法とし
ては、下記のような直接接合法，高融点金属メタライズ
法，活性金属法などが使用されている。直接接合法は、
例えばセラミックス基板１２上に銅板を、Ｃｕ−Ｃｕ₂
Ｏ等の共晶液相を利用して直接接合する、いわゆる銅直
接接合法（ＤＢＣ法：Direct Bonding Copper 法）であ
り、高融点金属メタライズ法はＭｏやＷなどの高融点金
属をセラミックス基板表面に焼き付けて形成する方法で
ある。また、活性金属法は、４Ａ族元素や５Ａ族元素の
ような活性金属を含むろう材層を介してセラミックス基
板１２上に金属板を一体に接合する方法である。

【０００４】また、具体的な回路の形成方法としては、
予めプレス加工やエッチング加工によりパターニングし
た銅板を用いたり、接合後にエッチング等の手法により
パターニングする等の方法が知られている。これらＤＢ
Ｃ法や活性金属ろう付け法により得られるセラミックス
回路基板は、いずれも単純構造で熱抵抗が小さく、大電
流型や高集積型の半導体チップに対応できる等の利点を
有している。

【０００５】近年、セラミックス回路基板を使用した半
導体装置の高出力化，半導体素子の高集積化が急速に進
行し、セラミックス回路基板に繰り返して作用する熱応
力や熱負荷も増加する傾向にあり、セラミックス回路基
板に対しても上記熱応力や熱サイクルに対して十分な接
合強度と耐久性が要求されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セラミックス回路基板においては、セラミックス基板の
種類や金属板の接合方法を改良することにより高い接合
強度は得られていたが、耐熱サイクル性および曲げ強度
が十分に得られず、セラミックス回路基板を用いた半導
体装置の信頼性や製品歩留りが低くなるという問題点が
あった。

【０００７】すなわち、セラミックス回路基板に搭載す
る半導体素子の高集積化および高出力化に対応して熱サ
イクル負荷も大幅に上昇し、熱応力によって基板に割れ
が発生して回路基板の機能が喪失されてしまう問題点が
あった。また、セラミックス回路基板の曲げ強度が小さ
くたわみ量も少ないため、組立時にセラミックス回路基
板を実装ボードにねじで締着固定しようとすると、ねじ
の僅かな締着力によってセラミックス基板が破壊してし
まう場合があり、回路基板を使用した半導体装置の製品
歩留りが低下してしまう問題点もあった。さらに、使用
時に発生する熱応力によって割れが発生する場合も多く
半導体装置の信頼性が低下する難点もあった。

【０００８】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、高い接合強度および優れた耐熱サイク
ル特性に加えて、高い曲げ強度（抗折強度）を有し、大
きな曲げ荷重が作用した場合においても割れや破壊を招
くことなく、大きくたわむことが可能なセラミックス回
路基板を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願発明者らは、特にセラミックス回路基板の取付
時および使用時に発生する割れを防止するための構造を
種々検討した。その結果、特にセラミックス基板に金属
回路板を一体に接合したセラミックス回路基板におい
て、金属回路板の接合面側が凹形状となるように所定の
反り量を有するように形成したときに、セラミックス回
路基板全体の曲げ強度およびたわみ量を大きくすること
ができ、割れの発生が少ないセラミックス回路基板が得
られるという知見を得た。また、ビッカース硬度（Ｈ
ｖ）が５００Ｎ／mm²以下の金属回路板を使用すること
により、回路基板全体の曲げ強度およびたわみ量を、さ
らに向上させることができるという知見を得た。

【００１０】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、セラミックス基板に金属回路板を接合したセラミ
ックス回路基板において、上記セラミックス回路基板が
金属回路板側に凹形状に反っており、その反り量が１０
０μｍ以下（ゼロを含まず）であることを特徴とする。

【００１１】また、反り量が１０μｍ以上８０μｍ以下
であることが好ましい。さらに、金属回路板が、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆから選択される少なくとも１種を含有する活
性金属層を介してセラミックス基板と接合されるように
構成してもよい。また、金属回路板が直接接合法により
セラミックス基板に接合されるように構成してもよい。
さらに、金属回路板のビッカース硬度（Ｈｖ）が５００
Ｎ／mm²以下であることを特徴とする。また、セラミッ
クス回路基板に曲げ応力を付加し破断に至る際の上記セ
ラミックス回路基板の長手方向両縁部を含む平面を基準
とする金属回路板方向へのたわみ量が、セラミックス回
路基板の長辺方向の単位長さ１mm当り０．０１mm以上で
あることを特徴とする。

【００１２】本発明に係るセラミックス回路基板の製造
方法は、金属回路板とセラミックス基板とを接合してセ
ラミックス回路基板を形成した後に、このセラミックス
回路基板に荷重を負荷することによりセラミックス回路
基板を金属回路板側に凹形状に反らせるとともに、その
反り量を１００μｍ以下（ゼロを含まず）以下の範囲と
することを特徴とする。

【００１３】また、他の態様としてのセラミックス回路
基板の製造方法は、セラミックス基板の片面にホーニン
グ加工または研磨加工を施すことにより反り量が５０〜
１５０μｍの範囲となる凹形状面を有するセラミックス
基板を形成し、この凹形状面に金属回路板を接合するこ
とによりセラミックス回路基板を形成し、このセラミッ
クス回路基板の反り量が１００μｍ以下（ゼロを含ま
ず）の範囲となるように金属回路板側に凹形状に反らせ
ることを特徴とする。

【００１４】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：Ａｌ₂Ｏ₃）
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（Ｓｉ₃Ｎ₄），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。

【００１５】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、直接接合法や活性金属法を
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。

【００１６】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。

【００１７】特に金属回路板として銅回路板を使用し直
接接合法によって接合する場合には、酸素を１００〜１
０００ｐｐｍ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。

【００１８】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１
μｍ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１
０μｍ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１〜１０μｍ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。

【００１９】なお、直接接合法はＡｌ₂Ｏ₃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。

【００２０】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０．５μｍ未満
の場合には、上記濡れ性の改善効果が少ない一方、１０
μｍ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０．５〜１０μｍの範囲が必要
であり、より好ましくは１〜５μｍの範囲が望ましい。

【００２１】本発明に係るセラミックス回路基板におい
て、活性金属法によって金属回路板を接合する際に形成
される活性金属層は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選択される
少なくとも１種の活性金属を含有し適切な組成比を有す
るＡｇ−Ｃｕ系ろう材等で構成され、このろう材組成物
を有機溶媒中に分散して調製した接合用組成物ペースト
をセラミックス基板表面にスクリーン印刷する等の方法
で形成される。

【００２２】上記接合用組成物ペーストの具体例として
は、下記のようなものがある。すなわち重量％でＣｕを
１５〜３５％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆから選択される少くと
も１種の活性金属を１〜１０％、残部が実質的にＡｇか
ら成る組成物を有機溶媒中に分散して調製した接合用組
成物ペーストを使用するとよい。

【００２３】上記活性金属はセラミックス基板に対する
ろう材の濡れ性を改善するための成分であり、特に窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）基板に対して有効である。上記
の活性金属の配合量は、接合用組成物全体に対して１〜
１０重量％が適量である。

【００２４】また本発明に係るセラミックス回路基板は
金属回路側に凹形状に反っており、その反り量が１００
μｍ以下に調整されている。この反り量が１００μｍ以
下であれば、反りの凹面側端部を２点支持して凸面側中
央に荷重を付加して測定した３点曲げ強度を大きく向上
させることができ、たわみ量を大きく増加させることが
できる。しかし、反り量が１００μｍを超える場合に
は、反対方向にたわむ際に基板が割れ易くなり、割れを
発生することなく変形できる範囲が狭くなるため、反り
量は１００μｍ以下とされるが、特に１０μｍ以上８０
μｍ以下の範囲が好ましい。

【００２５】また、ビッカース硬度（Ｈｖ）が５００Ｎ
／mm²以下の金属回路板を使用することにより、セラミ
ックス回路基板の曲げによるたわみ量を、さらに改善す
ることができる。セラミックス回路基板の曲げによるた
わみ量は、セラミックス基板自体の曲げ強度，ヤング
率，厚さに加えて、金属回路板の硬度にも大きく依存す
る。本発明では、特に金属回路板のビッカース硬度（Ｈ
ｖ）とセラミックス回路基板の曲げ強度特性との関係か
ら、上記金属回路板のビッカース硬度（Ｈｖ）が５００
Ｎ／mm²以下であれば、セラミックス回路基板全体のた
わみ量を大きく増加させることができる。

【００２６】なお、上記セラミックス回路基板の取付時
および使用時における割れや破壊を防止できるたわみ量
は回路基板の寸法の大小によって変化するが、下記の基
準を満足することが望ましい。すなわち、セラミックス
回路基板に曲げ応力を付加し破断に至る際のセラミック
ス回路基板の長手方向両縁部を含む平面を基準とする金
属回路板方向へのたわみ量が、セラミックス回路基板の
長辺方向の単位長さ１mm当り０．０１mm以上であること
が望ましい。この単位長さ１mm当りのたわみ量が０．０
１mm未満では、割れの発生を防止する効果が不十分であ
るためである。

【００２７】また、セラミックス回路基板全体に所定の
反り量を付与する方法としては、前記製造方法において
示すように、まず、金属回路板とセラミックス基板とを
接合してセラミックス回路基板を予め形成した後に、こ
のセラミックス回路基板に強制的に荷重を負荷すること
によりセラミックス回路基板を金属回路板側に凹形状に
反らせる方法、またはセラミックス基板の片面にホーニ
ング加工または研磨加工を施すことにより反り量が５０
〜１５０μｍの範囲となる凹形状面を有するセラミック
ス基板を予め形成し、この凹形状面に金属回路板を接合
することによりセラミックス回路基板を形成し、このセ
ラミックス回路基板の反り量が１００μｍ以下（ゼロを
含まず）の範囲となるように金属回路板側に凹形状に反
らせる方法になどを使用することができる。

【００２８】上記構成に係るセラミックス回路基板によ
れば、所定の反り量の範囲内において金属回路板側に反
った凹形状に形成されているため、曲げ強度が大きく、
かつ十分なたわみ特性を有するセラミックス回路基板が
得られる。また、ビッカース硬度（Ｈｖ）が５００Ｎ／
mm²以下の金属回路板を使用することにより、上記たわ
み特性を、さらに改善することができる。そして、この
セラミックス回路基板を使用することにより、割れの発
生が少なく耐久性および信頼性に優れた半導体装置を高
い製造歩留りで量産することが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態について添
付図面を参照して以下の実施例に基づいて、より具体的
に説明する。

【００３０】セラミックス基板として、図２〜図３に示
す寸法を有し、３点曲げ強度が６００ＭＰａ，たわみ量
が１．６０mmである窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）基板と、
３点曲げ強度が３００ＭＰａ，たわみ量が０．５０mmで
ある窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板とを多数用意し
た。

【００３１】一方、金属板として図３に示す形状および
厚さを有し、Ｃｕ（無酸素銅），Ｎｉ，Ａｌ，コバール
合金（２８％Ｎｉ−１８Ｃｏ−Ｆｅ）の各金属材から成
る金属板路板（厚さ０．３mm）および裏金属板（厚さ
０．２５mm）をそれぞれ調製した。なお上記金属材は窒
素ガス（Ｎ₂）雰囲気中において温度４００℃でアニー
ル処理を実施して、そのビッカース硬度を表１に示す値
に調製されたものを使用した。

【００３２】一方、重量比でＴｉ粉末を３％、Ａｇ粉末
を２７％、Ｃｕ粉末を７０％含有する粉末混合体１００
重量部に対して、溶媒としてのテレピネオールにバイン
ダーとしてのエチルセルロースを溶解したバインダー溶
液を２０重量部添加して、擂回機で混合後、三段ロール
で混練してペースト状の接合用組成物を調製した。

【００３３】実施例１〜６および比較例１〜３表１に示すように窒化けい素（Ｓｉ₃Ｎ₄）基板（実施
例１〜５および比較例１〜２）および窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）基板（実施例６および比較例３）の両面に前
記ペースト状接合用組成物を介在させて、それぞれ金属
回路板および裏金属板を接触配置して３層構造の積層体
とし、この各積層体を加熱炉内に配置し、炉内を１．３
×１０^-8ＭＰａの真空度に調整した後に温度８５０℃に
て１５分間加熱して図２〜図４に示すように、各セラミ
ックス基板１２に金属回路板１３および裏金属板１４を
一体に接合して、多数の接合体を得た。そして各接合体
についてエッチング処理を実施して所定の回路パターン
を有するセラミックス回路基板とした。

【００３４】実施例７および比較例４窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を空気雰囲気の加熱炉
中で温度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（Ａｌ₂Ｏ₃皮
膜）を形成した。

【００３５】次に酸化物層を形成した各ＡｌＮ基板の表
面側に表１に示す厚さ０．３mmのタフピッチ電解銅から
成る金属回路板としての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裏金属
板としての銅板を接触配置して積層体とし、この積層体
を窒素ガス雰囲気に調整し、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
基板の両面に金属回路板（Ｃｕ板）または裏銅板を直接
接合法（ＤＢＣ法）によって接合した接合体をそれぞれ
調製した。さらに各接合体をエッチング処理することに
より、所定の回路パターンを有するセラミックス回路基
板とした。

【００３６】こうして調製した実施例１〜７および比較
例１〜４のセラミックス回路基板のエッチング処理後に
おける反り量を測定したところ、全て金属回路板１３側
に凸になるような形状であった。そこで比較例１を除く
各実施例１〜７および比較例２〜４に係るセラミックス
回路基板について、反り方向が反対になるように強制荷
重を付加し、図１に示すように表側（金属回路板側）が
凹形状になるように変形させ、かつ反り量が表１に示す
値となるように調整した。なお、上記反り量は金属回路
板側が凹面となる場合は正（＋）の値である一方、凸面
となる場合は負（−）の値となる。

【００３７】こうして反り量を調整したセラミックス回
路基板１は、図１に模式的に示すように湾曲したセラミ
ックス基板２の凹面側に金属回路板３が一体に接合され
る一方、背面側（凸面側）に裏金属板４が一体に接合し
た構造を有する。そして、セラミックス基板２の両縁部
を含む平面からセラミックス基板２の中央部までの間隙
Ｄが反り量に相当する。

【００３８】上記のように反り量（Ｄ）を調整した各実
施例および比較例に係るセラミックス回路基板につい
て、凹面側の両端部を２点で支持する一方、背面側（凸
側）の中央部の１点に荷重を付加して３点曲げ強度を測
定するとともにセラミックス基板の両縁部を含む平面に
対する最大たわみ量を測定して下記表１に示す結果を得
た。

【００３９】

【表１】

【００４０】上記表１に示す結果から明らかなように、
金属回路板側に所定の反り量をもって凹形状に形成する
とともに、ビッカース硬度（Ｈｖ）が５００Ｎ／mm²以
下の金属回路板を使用した各実施例に係るセラミックス
回路基板においては、セラミックス基板の母材強度とほ
ぼ同等か、若干低下した程度の高い曲げ強度を有してお
り、特に最大たわみ量が、従来構造のものと比較して大
幅に増加しており、割れの発生量が極めて低くなる効果
が得られている。

【００４１】一方、本願発明で規定する方向とは逆の方
向に反った比較例１に係るセラミックス回路基板や高硬
度の金属回路板を使用した比較例２〜４に係るセラミッ
クス回路基板では、曲げ強度およびたわみ量がいずれも
セラミックス基板の母材よりもかなり劣化することが再
確認できた。

【００４２】次に予め湾曲させて所定量の反りを付与し
たセラミックス基板に金属回路板を一体に接合した場合
について、以下の実施例を参照して説明する。

【００４３】実施例８〜１１および比較例５〜７前記実施例１〜７において用意したＳｉ₃Ｎ₄基板およ
びＡｌＮ基板で反り直し処理を実施して平坦化した各セ
ラミックス基板について、表１に示すように、セラミッ
クス基板の片面のみをホーニング加工（実施例８，１
０）または研磨加工（実施例９，１１）する一方、両面
とも研磨加工（比較例７）して、所定の反りを形成し
た、それぞれのセラミックス基板を形成した。一方、反
り直し処理を実施せず、また両面ともに加工処理を実施
しないセラミックス基板も比較例５，６として用意し
た。各セラミックス基板の反り量を測定して表２に示す
結果を得た。

【００４４】こうして調製した各セラミックス基板両面
に、前記活性金属法により金属回路板（Ｃｕ板）および
裏金属板（Ｃｕ板）を一体に接合した。すなわち、各セ
ラミックス基板の両面に実施例１〜６で使用した、活性
金属を含有するペースト状接合用組成物（Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ系ろう材）を塗布した後に、各セラミックス基板の
凹面側表面に金属回路板としてのＣｕ板（厚さ０．３m
m）を接触配置する一方、凸面側表面に裏金属板として
のＣｕ板（厚さ０．２５mm）を接触配置した状態で実施
例１と同一の加熱条件で接合処理を実施することによ
り、セラミックス基板に金属回路板と裏金属板とを一体
に接合した接合体を製造した。さらに、各接合体をエッ
チング処理することにより、所定の回路パターンを有す
る実施例８〜１１および比較例５〜７に係るセラミック
ス回路基板をそれぞれ調製した。

【００４５】上記エッチング処理後における各セラミッ
クス回路基板の反り量を測定して表２に示す結果を得
た。表２に示す加工後（エッチング処理前）の反り量と
エッチング処理後の反り量との比較から明らかなよう
に、エッチング処理前においては実施例および比較例の
接合体の反り量が全て金属回路板側が凹形状となるよう
に形成されているが、この段階で反り量が５０μｍ未満
である各比較例の接合体は、エッチング処理すると、本
願発明で規定する方向とは逆の方向に反りを生じてしま
うことが判明する。

【００４６】次に、上記のようにエッチング処理して形
成した各セラミックス回路基板について、実施例１と同
様にして３点曲げ強度および最大たわみ量を測定して下
記表２に示す結果を得た。

【００４７】

【表２】

【００４８】上記表２示す結果から明らかなように、金
属回路板側に所定の反り量をもって凹形状に形成された
各実施例に係るセラミックス回路基板においては、逆方
向に反った形状を有する各比較例に係るセラミックス回
路基板と比較して、曲げ強度が大きく、破壊に至るまで
の最大たわみ量が大きく、割れに対して優れた耐性が発
揮されることが判明した。

【００４９】また各実施例および比較例に係るセラミッ
クス回路基板の耐久性および信頼性を評価するために、
各回路基板を−４０℃で３０分間保持し、次に室温（Ｒ
Ｔ：２５℃）で１０分間保持し、さらに１２５℃で３０
分間保持し、さらに室温で１０分間保持するという加熱
−冷却する操作を１サイクルとするヒートサイクル試験
（熱衝撃試験）を繰り返して実施した。その結果を表
１，２に健全率η（％）として併記した。ここで健全率
ηとは、ファインクラックが発生し得る基板上の金属回
路板の周辺長の合計をＬｏ，ヒートサイクル試験により
実際に発生したファインクラックの長さの合計をＬとし
た際に、

【数１】で表わされる。すなわち、健全率ηが１００％ではファ
インクラックは全く発生しておらず、ηが１００％より
小さくなるに従ってファインクラックが増加することを
示す指数である。

【００５０】表１，２に示す結果から、同一材料のセラ
ミックス回路基板同士を比較すると、明らかに実施例は
比較例よりファインクラックの発生量が少ないことを示
している。

【００５１】このように、回路基板の反り量が１００μ
ｍ以下であり、かつ金属回路板側に凹形状に形成した各
実施例に係るセラミックス回路基板においては、セラミ
ックス基板と金属回路板等との接合端の角部における集
中残留応力が小さくなり、耐熱サイクル特性が大幅に向
上することが判明した。

【００５２】

【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、所定の反り量の範囲内において
金属回路板側に反った凹形状に形成されているため、曲
げ強度が大きく、かつ十分なたわみ特性を有するセラミ
ックス回路基板が得られる。また、ビッカース硬度（Ｈ
ｖ）が５００Ｎ／mm²以下の金属回路板を使用すること
により、上記たわみ特性を、さらに改善することができ
る。そして、このセラミックス回路基板を使用すること
により、割れの発生が少なく耐久性および信頼性に優れ
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。

【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一実施例
を模式的に示す断面図。

【図２】セラミックス回路基板の平面図。

【図３】図２に示すセラミックス回路基板の断面図。

【図４】図２に示すセラミックス回路基板の底面図。

【符号の説明】

１，１１セラミックス回路基板２，１２セラミックス基板３，１３金属回路板（銅回路板）４，１４裏金属板（裏銅板）Ｄ反り量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基板に金属回路板を接合し
たセラミックス回路基板において、上記セラミックス回
路基板が金属回路板側に凹形状に反っており、その反り
量が１００μｍ以下（ゼロを含まず）であることを特徴
とするセラミックス回路基板。
【請求項２】反り量が１０μｍ以上８０μｍ以下であ
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。
【請求項３】金属回路板が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆから選
択される少なくとも１種を含有する活性金属層を介して
セラミックス基板と接合されてい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。
【請求項４】金属回路板が直接接合法によりセラミッ
クス基板に接合されてい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。
【請求項５】金属回路板のビッカース硬度（Ｈｖ）が
５００Ｎ／mm²以下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。
【請求項６】セラミックス回路基板に曲げ応力を付加
し破断に至る際の上記セラミックス回路基板の長手方向
両縁部を含む平面を基準とする金属回路板方向へのたわ
み量が、セラミックス回路基板の長辺方向の単位長さ１
mm当り０．０１mm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。
【請求項７】金属回路板とセラミックス基板とを接合
してセラミックス回路基板を形成した後に、このセラミ
ックス回路基板に荷重を負荷することによりセラミック
ス回路基板を金属回路板側に凹形状に反らせるととも
に、その反り量を１００μｍ以下（ゼロを含まず）以下
の範囲とすることを特徴とするセラミックス回路基板の
製造方法。
【請求項８】セラミックス基板の片面にホーニング加
工または研磨加工を施すことにより反り量が５０〜１５
０μｍの範囲となる凹形状面を有するセラミックス基板
を形成し、この凹形状面に金属回路板を接合することに
よりセラミックス回路基板を形成し、このセラミックス
回路基板の反り量が１００μｍ以下（ゼロを含まず）の
範囲となるように金属回路板側に凹形状に反らせること
を特徴とするセラミックス回路基板の製造方法。