(57)【要約】【課題】回路基板において、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得る。【解決手段】図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、この基板１０の上に、反応金属層１１、酸化防止層１２が順次成膜される（反応金属層成膜工程）。反応金属層１１は、高温下で基板１０を構成する材料、金属板２０を構成する材料（Ｃｕ）と反応層や合金を形成するような金属で構成され、この材料としては例えばチタン（Ｔｉ）が用いられる。その後、基板１０と別体の金属板２０を準備し（図１（ｄ））、これを基板１０における反応金属層１１等が形成された側と密着させ、図１（ｅ）に示されるように、厚さ方向に圧力を印加すると共に加熱するホットプレスを行う（ホットプレス工程）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板の表面に銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、
前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、
前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、
を具備することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記反応金属層はチタン（Ｔｉ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記反応金属層の厚さを０．０１〜１μｍの範囲とすることを特徴とする請求項２に記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記ホットプレス工程を、温度６００℃以上の範囲、圧力１ＭＰａ以上の範囲で行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記酸化防止層は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の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、絶縁性の基板に、銅を主成分とする金属板が接合された回路基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流で動作するパワー半導体素子等は回路基板上に搭載されて用いられ、この回路基板は、絶縁性で高い機械的強度をもつ絶縁性基板の上に、配線パターンとなる金属板が接合されて構成される。金属板は、搭載するパワー半導体素子の動作時における放熱のためにも用いられる。
【０００３】
一般的に、絶縁性基板を構成する材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等の、絶縁性、機械的強度が高いセラミックス材料が用いられる。金属板を構成する材料としては、導電率、熱伝導率が高い銅あるいはその合金が用いられる。パワー半導体素子を搭載したこのような回路基板が用いられた機器においては、パワー半導体素子の動作時にはその発熱により温度が上昇し、停止時には温度が室温に近づくという動作が繰り返されるため、この回路基板には多数回の冷熱サイクルが印加される。前記のような絶縁性基板を構成する材料と金属板を構成する材料の熱膨張係数は大きく異なるため、この冷熱サイクルに際しては、熱膨張の差に起因して回路基板の変形、反りが発生し、このために金属板が絶縁性基板から剥離するおそれがある。このため、回路基板における金属板と絶縁性基板との間の接合強度が高いことが要求される。
【０００４】
一般的には、このような異なる物質同士を高い接合強度で接合するためには、ろう材が用いられている。この場合、バインダ（有機材料）とろう材を構成する金属粒子とが混合されたろう材ペーストが基板上に塗布され、ろう材を溶融させた後で金属板と絶縁性基板の間で固化させることによって、接合が行われる。ろう材（ろう材を構成する金属材料）の種類は、金属板や絶縁性基板よりも融点が十分に低く、かつろう材が溶融した後で固化して形成された接合層によって、金属板と絶縁性基板との間の接合強度が安定して十分に高くなるように選定される。
【０００５】
これに対し、例えば特許文献１には、上記のような金属板と絶縁性基板との間の接合のためにろう材等の接合のための層を特に設けずに、銅で構成された金属板とセラミックス基板とを接合する直接接合法（ダイレクトボンディングカッパー：ＤＢＣ）が記載されている。ＤＢＣにおいては、銅で構成された金属板とセラミックス基板を密着させて所定の高温とすることにより、金属板を構成する銅と、金属板中に僅かに含有される酸素との共晶液相を発生させ、この液相がろう材と同様に接合のために機能する。ただし、上記のように塗布による厚いろう材を用いる場合とは異なり、実質的には接合層の厚さは無視できる程度となり、実質的には絶縁性基板と金属板が直接接合される。この接合法は、セラミックス基板がアルミナ等の酸化物である場合には特に有効である。しかしながら、近年は、放熱特性の向上のために、より高い熱伝導率をもつ窒化物系（窒化アルミニウム、窒化珪素等）のセラミックス材料で構成された絶縁性基板（セラミックス基板）が広く用いられている。このような窒化物系のセラミックス基板においては、表面における共晶液相の濡れ性が低くなるために、ＤＢＣで一様な高い接合強度を得ることが困難であった。
【０００６】
一方、例えば特許文献２には、活性金属であるＴｉを含有した活性金属ろう材を用いて金属板とセラミックス基板とを接合する技術が記載されている。この技術においては、Ｔｉから形成されるＴｉＮが接合に寄与する。また、活性金属ろう材にはＡｇ、Ｃｕが含まれ、溶融、固化後の接合層は主に主にＡｇ−Ｃｕ合金で構成される。ＤＢＣの場合には実質的には接合層は存在しないのに対し、この場合には、このような接合層が金属板とセラミックス基板の間に形成される。窒化物で構成されたセラミックス基板との接合の際には、まずＴｉが優先的にセラミックス基板側に拡散してＴｉＮが形成された上で上記の接合層が形成されることによって、一様な接合が得られる。このため、ＤＢＣとは異なり、このような活性金属ろう材を用いた場合には、窒化物系のセラミックス基板に対しても強固な接合を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２４３７２５号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７４０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように形成される接合層（合金層）の熱伝導率は、一般的には金属板等と比べて低い。このため、回路基板としての十分な放熱特性を得るためには、この接合層を十分に薄くすることが必要であった。これに対し、上記のような活性金属ろう材（ろう材）を用いた場合には、接合層を十分に薄くすることは困難であるため、放熱効率を高くすることが困難であった。
【０００９】
また、この接合層自身の機械的強度は必ずしも十分ではない場合もあり、接合層自身が冷熱サイクルに際して破壊することがあった。このため、活性金属ろう材を用いた回路基板の冷熱サイクルに対する耐久性は十分ではなかった。
【００１０】
また、回路基板の放熱効率を高めるためには、金属板を十分に厚くする場合もある。ＤＢＣを用いた場合において、例えば０．３ｍｍ以上の厚さの金属板を強固に接合することは実際には困難であった。このため、ＤＢＣを用いた場合においても、厚い金属板を用いた場合には冷熱サイクルに対する耐久性は必ずしも十分ではなかった。
【００１１】
このため、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得ることのできる技術が望まれた。
【００１２】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁性の基板の表面に銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層はチタン（Ｔｉ）を含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層の厚さを０．０１〜１μｍの範囲とすることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程を、温度６００℃以上の範囲、圧力１ＭＰａ以上の範囲で行うことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記酸化防止層は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以上のように構成されているので、回路基板において、金属板と基板との間に形成される接合層を薄くしつつ、金属板と基板との間の高い接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る回路基板の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】活性ろう材を接合に用いた場合（ａ）と、実施例の製造方法により接合を行った場合（ｂ）の、回路基板の断面ＳＥＭ写真である。
【図３】実施例の製造方法によりＢｅＯ基板に対して接合を行った後で金属板を剥離した後の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る回路基板の製造方法について説明する。図１は、この製造方法の概要を示す工程断面図である。ここで製造される回路基板は、絶縁性の基板１０の表面（図１における上面）に金属板２０が接合されて構成される。図１（ａ）に示された基板１０は、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物系セラミックスや、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３）、ベリリア（酸化ベリリウム：ＢｅＯ）等の酸化物系セラミックスを主成分とする絶縁性のセラミックス材料で構成される。これらの材料は、いずれも、高い絶縁性、機械的強度を有するため、この上に例えば大電力で動作するパワー半導体素子（パワーＭＯＳＦＥＴ等）を搭載して好ましく用いることができる。特に、窒化珪素等の窒化物系セラミックスは、酸化物系セラミックスと比べて高い熱伝導率をもつため、これを用いた回路基板の放熱効率を高くすることができる。
【００１７】
この基板１０の上に、パワー半導体素子の配線や放熱板として用いられる金属板２０が接合される。金属板２０は銅（Ｃｕ）や銅合金で構成される。図１においては、この金属板２０が基板１０に接合されるまでの工程が示されている。基板１０の厚さは例えば数１００μｍ以上、大きさ（縦横）は１００ｍｍ程度であり、上記の材料で構成されたセラミックス基板を基板１０として用いることができる。
【００１８】
次に、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、この基板１０の上に、反応金属層１１、酸化防止層１２が順次成膜される（反応金属層成膜工程）。反応金属層１１は、高温下で基板１０を構成する材料、金属板２０を構成する材料（Ｃｕ）と反応層や合金を形成するような金属で構成され、この材料としては例えばチタン（Ｔｉ）が用いられる。Ｔｉは、基板２０におけるＣｕと合金を形成すると共に、基板１０が窒化物系の材料である場合には化合物としてＴｉＮを、酸化物系の材料である場合には化合物としてＴｉＯを形成するため、特に好ましく用いることができる。
【００１９】
反応金属層１１の成膜は、例えばスパッタリング法によって行われ、その厚さは基板１０や金属板２０や、塗布されて使用されるろう材（活性金属ろう材）よりも大幅に薄く形成され、その厚さは例えば０．０１μｍ〜１０μｍの範囲とされる。反応金属層１１は、後述するように、これが基板１０や金属板２０と反応して接合層を形成するためのみに用いられ、接合層を薄くするためには、薄いことが好ましい。
【００２０】
Ｔｉは大気中では容易に酸化するが、上記のスパッタリング法は真空中（減圧雰囲気中）で行われ、反応金属層成膜工程の間に反応金属層１１が酸化することは抑制される。反応金属層成膜工程においては、スパッタリング法と同様に反応金属層１１を酸化させずに薄く成膜することのできる他の方法として、真空蒸着法を用いてもよい。
【００２１】
また、後述するホットプレス工程が行われる前において、反応金属層１１が形成された後で大気中に取り出された際に酸化することを防止するために、図１（ｃ）に示されるように、反応金属層１１の上に酸化防止層１２が連続して成膜される。酸化防止層１２は、反応金属層１１よりも大気中で酸化しにくく、かつ高温下では酸化防止層１２を通して基板２０を構成する銅と反応金属層１１とが反応することが可能な金属で構成され、具体的には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれかを用いることができる。酸化防止層１２は反応金属層１１の大気中での酸化を抑制するために設けられ、接合は主に反応金属層１１によって形成されるため、酸化防止層１２は、反応金属層１１と金属板２０側との反応（合金反応）が可能となる程度に薄いことが好ましい。
【００２２】
酸化防止層１２は、反応金属層１１と同様にスパッタリング法で成膜することができるため、反応金属層１１が表面に成膜された状態（図１（ｂ））の基板１０を大気中に取り出すことなく、反応金属層１１の成膜（図１（ｂ））に引き続いて真空中（減圧雰囲気中）で酸化防止層１２をスパッタリング法で成膜することができる。
【００２３】
その後、基板１０と別体の金属板２０を準備し（図１（ｄ））、これを基板１０における反応金属層１１等が形成された側と密着させ、図１（ｅ）に示されるように、厚さ方向に圧力を印加すると共に加熱するホットプレスを行う（ホットプレス工程）。ここで、基板１０、金属板２０は、下側でホットプレス基台１００、上側でスペーサ１１０によって挟持されて所定の圧力で加圧される。この際の雰囲気は非酸化雰囲気（例えば真空中、アルゴン中）とし、温度は６００℃〜１０８０℃の範囲、圧力は１ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。温度、圧力が低すぎる場合には接合が困難であり、温度、圧力が高すぎる場合には塑性変形により金属板２０の形状や厚さが大きく変動する。温度が１０８０℃を超える場合には、Ｃｕの溶融が発生する。
【００２４】
これにより、図１（ｆ）に示されるように、反応金属層１１が周囲の材料と反応して形成された接合層１５が形成され、これによって金属板２０が基板１０と接合される。なお、図１では接合層１５は強調して示されているが、後述するように、実際にはこの接合層１５の厚さはろう材を用いた場合に形成される接合層の厚さと比べて無視できる程度となる。
【００２５】
金属板２０を配線として用いる場合には、図１（ｆ）に示されるように金属板２０が基板１０に接合された後で、金属板２０は適宜エッチングされてパターニングされる。この工程は、ＤＢＣや活性金属ろう材を用いた場合と同様に行うことができる。その後に、パワー半導体素子等を搭載する工程についても同様である。
【００２６】
また、図１の例では基板１０の上面側に金属板２０が接合されたが、下面側にも同様に他の金属板２０を接合することもできる。この場合には、図１（ｂ）（ｃ）の反応金属層１１、酸化防止層１２を下面側にも同様に形成し（反応金属層形成工程）、下面側にも金属板２０を設けた状態でホットプレスを行えばよい（ホットプレス工程）。この場合、上記のパターニングは、ＤＢＣや活性金属ろう材を用いた場合と同様に、上面側と下面側で個別に行うことができる。
【００２７】
また、上記の例では、基板１０の上に反応金属層１１、酸化防止層１２が順次形成された上で、金属板２０が接合されたが、逆に、金属板２０における基板１０と相対する側の面（図１においては下側の面）に反応金属層１１、酸化防止層１２を順次形成してもよい。この場合においても、上記と同様のホットプレス工程を行うことにより、金属板２０と基板１０を接合することができる。あるいは、基板１０、金属板２０の両者にそれぞれ反応金属層１１、酸化防止層１２を形成してもよい。ただし、製造工程を簡略化し、かつ形成される接合層を薄くするためには、反応金属層１１、酸化防止層１２は、基板１０、金属板２０のうちの一方にのみ形成することが好ましい。
【００２８】
また、前記の通り、ホットプレス工程においては、金属板２０が塑性変形することがある。このような塑性変形は、回路基板の製造後、あるいはその後の熱サイクルが印加された際の回路基板の変形、反りの状態に影響を及ぼす。ホットプレス工程後の室温までの冷却時に塑性変形が生じた場合には、室温時における金属板２０や接合層１５の応力が低減され、この回路基板の室温時における反りを小さくすることができる。このため、ホットプレス工程の温度、圧力は、接合の状況だけでなく、このような回路基板の反りの状況に応じても設定することができる。すなわち、ホットプレス工程からの冷却時において金属板２０に塑性変形を発生させることにより、回路基板の室温時における反り（変形）を小さくすることができる。
【００２９】
また、室温時において反応金属層１１（Ｔｉ）の最表面に薄い酸化層が形成された場合でも、ホットプレス工程によって前記のように接合層１５が形成されるように、ホットプレス工程の圧力、温度を設定することもできる。この場合においては、上記の酸化防止層１２は不要である。また、ホットプレス工程の前に酸化層が各種の処理により除去可能な場合においても同様である。ただし、前記のように、スパッタリング法によれば酸化防止層１２と反応金属層１１を連続的に形成することは容易であり、これによってホットプレス工程の前における反応金属層１１の酸化を確実に抑制することができるため、スパッタリング法によって反応金属層１１、酸化防止層１２を順次形成することが特に好ましい。例えば反応金属層１１をＴｉとした場合には、Ｔｉは空気中で酸化するために、酸化防止層１２を形成することが好ましい。ただし、この酸化は徐々に進行するため、この状況は反応金属層成膜工程からホットプレス工程までの時間間隔にも依存する。例えば、この時間間隔が数日以上である場合には、酸化防止層１２は特に有効であるが、この時間間隔が無視できる程度に短い場合には、酸化防止層１２を形成しなくともよい。
【００３０】
例えば、ＤＢＣにおいては、金属板を構成するＣｕと酸素（Ｏ）の共晶液相が接合に寄与し、このＯとしては、金属板中に含まれるものと、基板に含まれるものがあり、金属板中において、Ｏは不純物レベルで微量にのみ含まれる。このため、ＤＢＣによる接合強度は、金属板や基板の組成に影響を受け、前記のように、例えば基板が窒化物セラミックスで構成される場合には、高い接合強度を得ることが困難であった。
【００３１】
これに対して、ここで反応金属層１１として用いられるＴｉは、金属板２０を構成する主成分であるＣｕや、基板１０を構成するセラミックス材料中のＮ（窒化物の場合）やＯ（酸化物の場合）等と反応して合金層（接合層１５）を形成する。このため、基板１０を構成する材料が窒化物系、酸化物系のどちらであっても、安定して接合層１５が形成される。
【００３２】
活性金属ろう材を用いた場合でも、同様に界面にＴｉが存在する。しかしながら、Ｔｉの含有量は１％程度と少ないため、状況は全く異なり、上記のような薄く強固な接合層１５のみによる接合は得られない。
【００３３】
なお、上記の例では、反応金属層１１がＴｉ（純Ｔｉ）で構成されるものとしたが、上記と同様に接合層１５が形成される限りにおいて、反応金属層１１がＴｉ以外の材料を含有していてもよい。また、同様に基板１０側のＯ、Ｎ等や金属板２０側のＣｕと反応をすることができ、かつ上記の通りに基板１０側又は金属板２０側に薄く成膜が可能である限りにおいて、他の金属を反応金属層１１の主成分としてもよい。
【００３４】
図２（ａ）は、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されたセラミックス基板上にＡｇ、ＣｕにＴｉが添加された活性金属ろう材を用いて銅（無酸素銅）で構成された金属板を接合して形成された回路基板の断面ＳＥＭ写真である。これに対して、図２（ｂ）は、本発明の実施例となる製造方法によって上記のセラミックス基板（基板１０）に上記の金属板（金属板１０）を接合して形成された回路基板の断面ＳＥＭ写真である。ここでは、反応金属層１１としては厚さ０．０５μｍのＴｉ、酸化防止層１２としては厚さ０．１μｍのＡｇが用いられた。
【００３５】
活性金属ろう材を用いた図２（ａ）の場合には、厚さが１０μｍ程度の接合層が基板と金属板の境界で明確に確認できるが、実施例となる図２（ｂ）の場合には、接合層が確認できない。また、図２（ｂ）における金属板／基板界面の凹凸は、基板表面の凹凸をそのまま反映している。すなわち、図１（ｆ）における接合層１５は実際には非常に薄くなり、１μｍよりも大幅に薄くなる。あるいは、少なくともＳＥＭで明確に確認できる程度の厚さの接合層が形成されていることはない。このため、接合層の熱伝導率によらず、回路基板の放熱効率を高くすることができる。
【００３６】
また、反応金属層１１を構成するＴｉの熱伝導率は金属板２０を構成するＣｕと比べて大幅に低い。このため、接合層１５中においてＴｉが反応金属層１１のまま厚く残存していると、接合層１５の実質的な熱伝導率が低下する。一方、接合に寄与するのは反応金属層１１におけるＴｉと金属板２０のＣｕ、基板１０中の金属元素等が反応して合金化した部分だけであるため、このように合金化した部分が形成される限りにおいて、反応金属層１１は薄いことが好ましく、ホットプレス工程後において反応金属層１１中のＴｉがそのままの状態で残存した部分が少ないことが好ましい。このため、図１（ｃ）における反応金属層１１の厚さは、１μｍ以下とすることが好ましい。この厚さが１μｍを超える場合には、回路基板の熱伝導率が低くなる。また、製造の際のスループットを向上させるためにも、スパッタリング法によって成膜される反応金属層１１、酸化防止層１２は薄いことが好ましい。一方、反応金属層１１の厚さをスパッタリング法による成膜で制御可能な厚さの下限（例えば０．０１μｍ程度）と設定した場合においても、強固な接合を得ることができる。また、反応金属層１１の厚さが０．０１μｍ未満である場合には、膜厚の制御が困難であるために、有効な膜厚が均一に得られないために十分な接合強度を得ることが困難となる場合がある。ただし、ろう材を塗布によって形成する場合と比べて、上記のように反応金属層１１等をスパッタリング法によって成膜する場合には、これらを十分に薄くすることができる。このため、反応金属層１１の厚さは０．０１〜１μｍの範囲とすることが好ましい。
【００３７】
また、ホットプレス工程を行う際には、Ｃｕで構成された金属板２０とセラミックス材料で構成された基板１０の熱膨張差が大きくなるため、金属板２０と基板１０の間には大きな剪断歪みが発生する。この剪断歪を接合界面（接合層１５）のみが受け持つことは、接合層１５が薄い場合には困難であり、接合層１５による高い接合強度を得ることが困難である。ホットプレス工程における圧力や温度を調整することにより、金属板２０の収縮、膨張を拘束することができるため、この剪断歪を低減することができる。すなわち、上記の製造方法においては、ホットプレス工程における圧力、温度の設定が特に重要である。この際、図１（ｅ）で用いられるスペーサ１１０の熱膨張係数を、基板１０の熱膨張係数と近づけることで、特にこの剪断歪を低減することができる。このようなスペーサ１１０の材料としてＣＩＰ（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）材カーボン板、耐熱板、基板１０と同様のセラミック板を用いることが特に好ましい。
【００３８】
以下に、上記の製造方法によって実際に回路基板を製造し、金属板の接合強度を測定した結果について説明する。ここで、基板１０の大きさは１９０ｍｍ×１３８ｍｍ×０．３２ｍｍとされ、金属板２０の大きさは１９０ｍｍ×１３８ｍｍとされた。
【００３９】
初めに、反応金属層１１としてＴｉを用い、その膜厚を変えてホットプレス条件は一定として接合強度を測定した。Ｔｉの成膜はＤＣスパッタリングにより行い、そのパワーは４００Ｗとし、成膜時間のみを変えて複数種類の膜厚を設定した。酸化防止層１２は膜厚０．１μｍのＡｇとされ、反応金属層１１、酸化防止層１２は図１のとおり、基板１０側に形成された。ホットプレス条件は８００℃、１０ＭＰａとされた。金属板２０は０．３ｍｍの銅（無酸素銅）板、基板１０はＳｉＮとされ、スペーサ１１０はＣＩＰ材カーボン板とされた。Ｔｉの膜厚は、成膜前後の重量から算出された。接合強度は、接合後の構造（回路基板）における金属板２０を２ｍｍ角のサイズにエッチング加工し、その表面に銅のワイヤをハンダ付けし、銅ワイヤを鉛直方向に引っ張って剥離する荷重を測定し、面積（４ｍｍ２)で割ることで、算出した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2020145335.tif 000003
【００４１】
この結果より、反応金属層１１がない（膜厚０μｍ）場合と比べて、反応金属層１１を形成することにより、一様に２０Ｎ／ｍｍ２以上の高い接合強度が得られることが確認できる。
【００４２】
次に、ホットプレスの条件（温度、圧力）を変えて、接合強度を測定した。ここで、反応金属層（Ｔｉ）の膜厚は０．０５μｍ、酸化防止層１２は膜厚０．１μｍのＡｇとされ、反応金属層１１、酸化防止層１２は図１のとおり、基板１０側に形成された。金属板２０は０．３ｍｍ厚の銅板、基板１０はＳｉＮとされ、スペーサ１１０はＣＩＰ材カーボン板とされた。結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2020145335.tif 000004
【００４４】
この結果より、ホットプレス工程を温度６００℃以上、圧力１ＭＰａ〜１００ＭＰａで行うことにより、一様に２０Ｎ／ｍｍ２以上の高い接合強度が得られることが確認できる。
【００４５】
また、基板１０として、ベリリア（ＢｅＯ）を用いて同様に回路基板を形成した。反応金属層１１として０．０５μｍのＴｉ、酸化防止層１２として０．０５μｍのＡｇを用い、ホットプレスを８５０℃、１０ＭＰａで行った。基板１０の材料が異なるために、上記と同様の接合強度の測定は困難であったが、上記のような剥離後の界面の写真を図３に示す。ここでは、基板１０を構成するＢｅＯ自身が破壊されているため、少なくとも接合強度が基板１０の破壊強度を超えていることが確認できる。このため、上記の製造方法は、ＢｅＯ基板を用いた場合においても有効である。
【００４６】
上記の製造方法における基板１０としては、ＳｉＮ，ＢｅＯの他に、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等を用いることができる。これらの材料は、いずれも高い絶縁性をもち、回路基板の材料として好ましく用いられる。また、構成元素として、反応金属層１１と反応をするＯ、Ｎが含まれる。
【００４７】
これに対応して、反応金属層１１を構成する材料としては、上記のＴｉの他に、Ｚｒを用いることもできる。Ｚｒも、Ｔｉと同様にスパッタリング法によって上記の範囲の膜厚で容易に製膜することができる。
【００４８】
また、金属板２０として、上記の例では純銅（無酸素銅）製のものが用いられたが、少なくとも銅を主成分とするものであれば上記の製造方法が同様に有効であることは明らかである。このため、銅合金を上記の金属板２０として用いることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  基板
１１  反応金属層
１２  酸化防止層
１５  接合層
２０  金属板
１００  ホットプレス基台
１１０  スペーサ
【図１】
2020145335.tif 000005
【図２】
2020145335.tif 000006
【図３】
2020145335.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月10日(2020.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板の表面に銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、
前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、
前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、
を具備することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記反応金属層はチタン（Ｔｉ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記反応金属層の厚さを０．０１〜０．１３μｍの範囲とすることを特徴とする請求項２に記載の回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記ホットプレス工程を、温度６００℃以上の範囲、圧力１ＭＰａ以上の範囲で行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記酸化防止層は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の回路基板の製造方法は、絶縁性の基板の表面に銅（Ｃｕ）又は銅合金で構成された金属板が接合された構成を具備する回路基板の製造方法であって、前記基板、前記金属板のうちの少なくともいずれかの表面に、前記基板及び前記金属板と反応をする金属を含む反応金属層を成膜する反応金属層成膜工程と、前記反応金属層が前記基板と前記金属板との間にある形態で前記基板と前記金属板とを積層し、非酸化雰囲気中で、前記反応金属層と前記金属板及び前記基板との間で反応が生じる温度で前記基板と前記金属板の間に圧力を印加するホットプレス工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層はチタン（Ｔｉ）を含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層の厚さを０．０１〜０．１３μｍの範囲とすることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記基板はアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ベリリアのうちのいずれかを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程を、温度６００℃以上の範囲、圧力１ＭＰａ以上の範囲で行うことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記反応金属層成膜工程において、前記反応金属層の上に、前記反応金属層とは異なる材料で構成された酸化防止層を形成することを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記酸化防止層は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれかを含むことを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法において、前記反応金属層成膜工程はスパッタリング法により行われることを特徴とする。
本発明の回路基板の製造方法は、前記ホットプレス工程において、前記金属板はスペーサを介して加圧され、前記スペーサはカーボン板、耐熱ガラス板、セラミックス板のいずれかで構成されたことを特徴とする。