(57)【要約】高い絶縁耐電圧と放熱性に優れた放熱基板が提供される。この放熱基板は、金属基材と、金属基材上に設けられ、金属基材の硬度より高い硬度を有する金属薄層と、金属薄層上に設けられたセラミック層とを備える。あるいは、この放熱基板は、金属基材と、金属基材の表面層に設けられた金属基材の硬度より高い硬度を有する硬化層と、硬化層上に設けられたセラミック層とを備える。金属薄層又は硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃によりセラミック層内部に発生する圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強金属薄層として、又はセラミック層内部に発生する圧縮応力の開放を防止する圧縮応力開放防止層として機能することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、前記金属基材上に設けられ、前記金属基材の硬度より高い硬度を有する金属薄層と、前記金属薄層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
【請求項２】
金属基材と、前記金属基材の表面層として前記金属基材の硬度より高い硬度を有する硬化層と、前記硬化層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
【請求項３】
前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により前記セラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強金属薄層として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項４】
前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力が開放することを防止するための圧縮応力開放防止層として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項５】
前記金属基材と前記金属薄層との間に密着増強層を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項６】
前記金属薄層と前記セラミック層との間にアンカー層を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項７】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項８】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、１００〜７００のＨｖ硬度を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項９】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項１０】
前記金属基材は、銅、又はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項１１】
前記セラミック層は、５μｍ〜５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイパワーＬＥＤ、パワーＣＰＵ、電力パワーモジュールなどのハイパワーデバイス等に好適に使用することができる放熱基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイパワーＬＥＤ、ハイパワーＣＰＵ、電力パワーモジュール等が搭載されたハイパワーデバイス等の放熱基板としては、セラミックス基板に金属製のヒートシンクを接合したものが使用されている。【０００３】
例えば、金属基板の表面にエアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）によりセラミック層を設け、このセラミック層を適切な温度範囲にてアニール処理を施すことにより、高い耐電圧、及び高い密着性を十分に維持しつつ、高い放熱性を発揮できる放熱基板が形成できることが知られている（特許文献１参照）。【０００４】
また、セラミック基板に銅を主成分とする結合層を介して銅または銅合金を主成分とする基板を接合することにより、高い接合強度を有し、信頼性の高い放熱基板として用いることができる金属セラミック複合体が形成できることが開示されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７９４１５号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように放熱基板は、耐電圧、密着性、放熱性の点で性能向上が図られてきているが、モジュールやデバイスのハイパワー化や高集積化等に伴い、放熱特性がより良好で接着強度が高く、かつ信頼性の高い放熱基板が益々求められるようになっている。本発明は、そのような従来技術を背景としたものであり、必要な絶縁耐電圧や高い密着性を有すると共に、放熱性に優れた放熱基板を提供することを課題とする。また、本発明は、そのような放熱基板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前記課題のもとで各種の試験研究の過程で、次の（ａ）〜（ｃ）のような知見を得た。
（ａ）金属基材の表面にＡＤ法により電気絶縁層としてのセラミック層を形成する際、金属基材の表面硬度が高ければ高いほど形成されるセラミック層は緻密となり、さらに硬度も高くなり、絶縁耐電界（＝セラミック層（電気絶縁層）の絶縁耐電圧／セラミック層（電気絶縁層））が高くなる。また、セラミック層の内部圧縮応力が高くなり、又はセラミック層の内部圧縮応力の開放が阻止されることで、絶縁耐電界が向上すると同時に硬度も高くなる。すなわち、内部圧縮応力∝ビッカース硬度、内部圧縮応力∝絶縁耐電界の関係となる。
（ｂ）上記（ａ）から、金属基材の表面に金属基材より硬度の高い金属薄層を設ける、又は金属基材の表面を硬化処理することで金属基材より高い硬度を有する硬化層を設けることにより、金属薄層又は硬化層の表面にＡＤ法により形成されるセラミック層は、金属基材の表面に直接形成されたセラミック層よりも絶縁耐電界が高くなると考えられる。それ故、所要の絶縁耐電圧を得るために必要なセラミック層の厚さを薄くすることができ、放熱特性の向上が図れる。
（ｃ）金属基材の表面にＡＤ法により電気絶縁層としてのセラミック層を形成する場合、絶縁耐電圧は、セラミック層の厚さの増加とともに向上するが、絶縁耐電圧の増加の程度は、セラミック層の厚さの増加とともに小さくなる。それ故、放熱基板に必要な絶縁耐電圧と良好な放熱特性を得る上で、金属基材とセラミック層との間に金属基材の硬度より高い硬度を備える金属薄層、又は金属基材の表面層に金属基材の硬度より高い硬化層を設けることは非常に有効であると考えられる。【０００８】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、本発明では次のような発明が提供される。
１．金属基材と、前記金属基材上に設けられ、該金属基材の硬度より高い硬度を有する金属薄層と、前記金属薄層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
２．金属基材と、前記金属基材の表面層として該金属基材の硬度より高い硬度を有する硬化層と、前記硬化層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
３．前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強金属薄層として機能する放熱基板。
４．前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力が開放することを防止するための圧縮応力開放防止層として機能する放熱基板。
５．前記金属基材と、前記金属薄層との間に密着増強層を備える放熱基板。
６．前記金属薄層と前記セラミック層との間にアンカー層を備える放熱基板。
７．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備える放熱基板。
８．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、１００〜７００のＨｖ硬度を備える放熱基板。
９．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、ステンレス鋼で形成される放熱基板。
１０．前記金属基材は、銅、アルミニウム等を含むヒートシクン材である放熱基板。
１１．前記セラミック層は、５μｍ〜５０μｍの厚さを備える放熱基板。【０００９】
金属薄層又は硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃によりセラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強層として作用することが好ましい。また、金属薄層又は硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃によりセラミック層内部の圧縮応力の開放を防止するための圧縮応力開放防止層として作用することが好ましい。【００１０】
金属基材上に金属薄層又は硬化層との密着性を高めるために密着増強層を設けてもよい。密着増強層は、例えば厚さ１０μｍ以下の窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム等の材料で形成され、かつ２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の熱伝導率を備えることが好ましい。なお、密着増強層は、金属基材と金属薄膜との密着強度が高ければ必ずしも設ける必要はない。【００１１】
金属薄層とセラミック層との間にアンカー層を設けてもよい。【００１２】
金属薄層は、金属基板上に設けられ金属基板より高い硬度を有し、１００μｍ以下、あるいは０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る放熱基板は、金属基材の表面に金属薄膜を設ける、又は金属基材の表面層に硬化層を設け、この金属薄膜又は硬化層上にＡＤ法で形成したセラミック層を設けることで形成されるので、所望の絶縁耐電圧を得るために必要なセラミック層の厚さを薄くすることができ、かつ放熱性の良好な放熱基板を得ることができる。【００１４】
その結果、当該放熱基板に実装される高輝度 ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のパワーデバイスの動作に伴って発生する熱を効率よく外部へ放出し、パワーデバイスの動作温度の上昇を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る代表的な放熱基板の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係る他の放熱基板を示す概略図である。
【図３】セラミック層（電気絶縁層）のビッカース硬度と絶縁耐電圧との関係を示す図である。
【図４】セラミック層（電気絶縁層）の膜厚と絶縁耐電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る放熱基板は、金属基材上に設けられた金属薄層の上、又は金属基材の表面層に設けた硬化層の上にＡＤ法により形成したセラミック層を備える（図１参照）。これにより、放熱基板は、高い絶縁耐電圧備え、かつ高い放熱性を備える。ここで、金属薄膜又は硬化層は、金属基材と比較して硬度が高いことが好ましい。これは金属基材の硬度に比べてより高い硬度の金属薄層を使用することによって、セラミックス微粒子粉末の基材への機械的衝撃力が増加し、基材との密着性が向上するとともにセラミック層内部の圧縮応力が増加し、又はセラミック層内部の圧縮応力の開放が防止されることにより緻密度が高いセラミック層が得られるからである。これにより、後述する結果が示すように、セラミック層の硬度と絶縁耐電圧が向上し、同等の絶縁耐電圧性能の放熱基板を得るためのセラミック層の厚さを低減することができ、それにより金属薄層の熱抵抗が下がり放熱性が向上すると同時に放熱基板の製造コストの低減も可能である。
【００１７】
金属薄層又は金属基材の表面層の硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃によりセラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強層として作用することが好ましい。また、金属薄層又は金属基材の表面層の硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃により生じたセラミック層内部の圧縮応力が開放されるのを防止するための圧縮応力開放防止層として作用することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る放熱基板は、図１で示した放熱基板をもとに、図２のようにセラミック層１３上に電気配線パターン１４を形成することで作製することができる。この放熱基板は、電子デバイスや電子部品に実装して用いられる（図２参照）。この放熱基板は、特にＬＥＤやＩＧＢＴをはじめとするパワーデバイス等の電子デバイスが実装される放熱基板として使用することができる。
【００１９】
金属基材は、主成分（５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上）の金属と、金属以外の材料とから構成することもできる。基板の主成分となる材料には、例えば、ヒートシンクまたはヒートスラグ等で広く利用されている金属を使用することも可能である。金属以外の材料としては、限定するものではないが、セラミック材料を挙げることができる。例えば金属材料にセラミック材料を配合して、熱伝導率、熱膨張係数等の熱特性を調整し、これを金属以外の材料として使用することも可能である。
【００２０】
金属基材の形状や立体構造は、限定するものではないが、平板状であってもよいし、また放熱を促進するフィン状構造等の各種の立体構造であってもよい。
【００２１】
金属基材に熱伝導率の高い銅を使用した場合には、金属薄層には、一般的に銅より硬度が高いステンレス鋼を使用することが好ましい。そして、金属薄層が金属基材より熱伝導率が低い場合には、金属薄層を１００μｍ以下として熱抵抗を下げることでより高い放熱効果が期待される。
【００２２】
すなわち、金属薄層を１００μｍ以下の金属箔板や金属箔シートとし、金属基材に貼り付けることで放熱性能を向上させることができる。金属薄層の材料が金属基材と同程度以上の熱伝導率を有している場合、あるいはコストが金属基材より高いときは、金属薄層の厚さを薄くすることで全体の材料コストを低減できる。
【００２３】
金属薄層の材料としては、５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の高い熱伝導率を示す金属を使用することが好ましい。例えばニッケル、クロム、銅、銀、金、アルミニウム、タングステン、モリブデン、マグネシウムなどの金属やこれらの合金、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）、炭素鋼のようなＦｅを主成分として含有する合金などが挙げられる。
【００２４】
金属薄層は、金属基材に対して金属薄層を貼り付けることにより形成することができるが、めっき法、ＡＤ法を含めた薄膜コーティング手法、及びそれらの組み合わせで形成してもよい。例えば、金属基材として銅を使用し、その銅に対して一般に知られるニッケルめっき、クロムめっき、あるいはニッケルクロムめっきを数μｍ〜数十μｍ程度施すことができる。めっき前の銅金属基材の硬度は、１００Ｈｖ程度以下であるのに対し、上記めっきをすることによって、２００Ｈｖ程度以上の硬度となる金属薄層が形成できる。
【００２５】
金属薄層は、金属材料と異なる材料により金属基材上に形成すると、所望の硬度のものが容易に得られる点で好ましいが、金属基材と同じ金属材料から形成することもできる。例えば、上記金属基材の表面に硬化処理を施し、金属基材よりも硬度の高い表面層としての硬化層を設けることもできる。金属基板の表面の硬度を高くするための硬化処理としては、限定するものではないが、ショットピーニング、窒化処理、浸炭処理など、公知の技術を採用することができる。なお、ショットピーニング、窒化処理、浸炭処理により形成される、金属基材の硬度より高い硬度を有する表面層は、通常、厚さ（表面からの深さ）が３０μｍ未満であるが、基材の硬度より１０％以上高い表面層の厚さは２０μｍより小さい。
【００２６】
金属薄層の硬度が金属基材より高ければ、その上にＡＤ法により形成されるセラミック層の絶縁耐電圧は、金属基材の表面に直接同じ材料で同じ厚さで形成されるセラミック層よりも高くなる。それ故に、金属薄層と金属基材とのビッカース硬度の差は大きければ大きい方が好ましいが、実用的には、金属基材に対する金属薄層とのビッカース硬度の差を１０％以上に設定することが好ましい。
【００２７】
セラミック層は、ＡＤ法により形成することが好ましい。ＡＤ法は噴射加工技術の一種であり、セラミックス粉末などの微粒子を所定の速度に加速して、基材に衝突させ、この衝突の際に生ずる機械的衝撃力を利用して微粒子を粉砕、塑性変形させて基材との界面にアンカー層を形成して接合させるとともに破砕した断片粒子同士を接合させることにより、基材との密着性を高くし、機械的な強度の高い成膜体を形成する方法である。これによって熱衝撃、温度サイクル等に高い信頼性を示す接合が得られる。
【００２８】
セラミック層の厚さは、モジュールやデバイスに必要な絶縁耐電圧が得られる範囲内とする。セラミック層は、通常金属基材より熱伝導率が低いので、必要な絶縁耐電圧が得られる範囲のうち、厚さをできるだけ小さな値とすることが放熱性の点で望ましい。それ故に、セラミック層の厚さは、必要な絶縁耐電圧や放熱性を考慮して決定されるが、５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００２９】
セラミック層は、金属基材上の金属薄層の表面の全域又は少なくとも一部の領域上に形成することができる。
【００３０】
セラミック層は、電気絶縁層として回路基板を構成する誘電体材料として、当該技術分野において広く利用されている。セラミック材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、あるいは酸化ベリリウム等の電気絶縁性のセラミック材料やそれらを混合した材料を使用することが可能である。
【実施例】
【００３１】
以下に発明に至る一連の評価結果と本発明への適用に係る根拠を説明する。【００３２】
金属基材として平らな金属基板を使用し、この金属基材上にＡＤ法により電気絶縁層となるセラミック層を形成して評価試料を作製した。セラミック層の形成は、エアロゾルチャンバと成膜チャンバを備えるエアロゾルデポジション成膜装置を用い、セラミック層を１０μｍの厚さに成膜した。原料には酸化アルニミウム粉末を用い、成膜前粉末に熱処理温度等を可変した処理条件の粉末を準備しで成膜した。【００３３】
金属基材には、２種類の材質が異なる金属(つまり硬度が異なる金属)であるアルミニウムとステンレス鋼を使用した、これらの金属基材上に酸化アルミニウムのセラミック層を成膜した。電気絶縁セラミック層の表面に電極を形成し、金属基材との間に直流の電圧を印加して絶縁耐電圧を測定した。その結果を表１に示す。【００３４】
【表１】
2017146132.tif 000003
【００３５】
表１に示すように、金属基材がアルミニウムの場合、セラミック層の厚さ１０μｍに対する絶縁耐電圧は、１．４ｋＶ程度（絶縁耐電界１４０Ｖ／μｍ相当）であり、成膜前粉末処理条件によっては、最大で１．８ｋＶ程度（絶縁耐電界１８０Ｖ／μｍ相当）の絶縁耐電圧が得られた。金属基材がステンレス鋼の場合では、絶縁耐電圧は２．９ｋＶ程度（絶縁耐電界２９０Ｖ／μｍ相当）であった。金属基材をステンレス鋼にすることで、絶縁耐電圧が１ｋＶ程度高くなる。また、超微小硬度計にて電気絶縁層となるセラミック層のビッカース硬度を測定した結果、金属基材がアルミニウムの場合では８００〜１０００Ｈｖの硬度が得られ、ステンレス鋼の場合では、１６００Ｈｖに近い硬度が得られた。評価に使用した試料を構成する金属基材のアルミニウムが、おおよそ１００Ｈｖ以下の硬度に対して、ステンレス鋼は２００Ｈｖ以上であった。ステンレス鋼にセラミック層を形成した場合、このような結果から、金属基材の硬度の増大に伴ってセラミック層の絶縁耐電圧と硬度が向上したと考えられる。また、アルミニウム基材同様に、硬度が１００Ｈｖ以下の銅基材においてもアルミニウム基材と同様な結果が得られている。【００３６】
図３は、セラミック層の厚さが１０μｍに相当する絶縁耐電圧と硬度の関係を示す。絶縁耐電圧と硬度がほぼ線形の関係にあることがわかる。セラミック層の下地としての金属基材の硬度がより高いと、電気絶縁層を形成するセラミックス微粒子粉末の基材への機械的衝撃力が増加し電気絶縁層内部の圧縮応力が増大し、又は内部圧縮応力の開放が防止されることで、より電気絶縁層の緻密度が高くなり、セラミック層のビッカース硬度と、絶縁耐電圧が向上すると解される。【００３７】
このように、セラミック層を形成する金属基材の硬度が高いほど、絶縁耐電圧の高いセラミック層の形成が可能となる。このため、金属基材上に金属基材の硬度より硬度の高い金属薄層を下地として設けて、金属薄層上にセラミック層を形成した放熱基板は、絶縁耐電圧の高い放熱基板として有効である。【００３８】
セラミック層の膜厚と絶縁耐電圧の実測値を図４に示す。図４は、金属基板にＡＤ法によりセラミック層を堆積した場合の、セラミック層の厚さと絶縁耐電圧との関係を示す。その結果から、絶縁耐電圧がセラミック層の厚さと非線形な関係にあることがわかる。例えば、アルミニウム基板や銅基板を使用し、所望の絶縁耐電圧を２倍にするためには、セラミック層の厚さを２倍以上にする必要があり、放熱の点でも不利になる。このため硬度の高いステンレス鋼などの金属基板を使用することで絶縁耐電圧が向上し、所望とする絶縁耐電圧まで電気絶縁層の厚さを低減でき、厚さの低減分放熱特性を改善することが可能である。硬度の高い金属基板の熱伝導率が銅基板程度に高いとは限らないため、前述したように金属薄層として極力その厚さを薄くして、高い絶縁耐電圧と高い放熱性を発揮させることが好ましい。【００３９】
したがって、このようにＡＤ法で金属基材上に電気絶縁層となるセラミック層を形成する際に、あらかじめ下地となる高硬度の金属薄層を設けることで、セラミック層の内部圧縮応力を増大させ、又は内部圧縮応力の開放を防止することで、セラミック層の厚さあたりの絶縁耐電圧を大幅に向上できる。その結果、回路基板を従来と同等の耐電圧を有するように設計する場合、電気絶縁層となるセラミック層の厚さを従来より大幅に低減できるので、セラミック層の熱抵抗を大幅に低減でき、基板の放熱性を大幅に向上すると同時に製造コストの低減も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の放熱基板は、ハイパワーＬＥＤ、ハイパワーＣＰＵ、電力パワーモジュール等が搭載されるハイパワーデバイスにおいて好適に使用される。
【符号の説明】
【００４１】
１  金属基材
２  金属薄層
３  セラミック層（電気絶縁層）
１１  金属基材
１２  金属薄層
１３  セラミック層（電気絶縁層）
１４  電気配線パターン
１５  パワーデバイス
１６  デバイス電極
【図１】
2017146132.tif 000004
【図２】
2017146132.tif 000005
【図３】
2017146132.tif 000006
【図４】
2017146132.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【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】
金属基材と、前記金属基材上に設けられ、前記金属基材の硬度より高い硬度を有する金属薄層と、前記金属薄層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
【請求項２】
金属基材と、前記金属基材の表面層として前記金属基材の硬度より高い硬度を有する硬化層と、前記硬化層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
【請求項３】
前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により前記セラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強金属薄層として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項４】
前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力が開放されることを防止するための圧縮応力開放防止層として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項５】
前記金属基材と前記金属薄層との間に密着増強層を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項６】
前記金属薄層と前記セラミック層との間にアンカー層を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱基板。
【請求項７】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項８】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、１００Ｈｖ〜７００Ｈｖの硬度を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項９】
前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、ステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載の放熱基板。
【請求項１０】
前記金属基材は、銅、又はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【請求項１１】
前記セラミック層は、５μｍ〜５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の放熱基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明者は、前記課題のもとで各種の試験研究の過程で、次の（ａ）〜（ｃ）のような知見を得た。
（ａ）金属基材の表面にＡＤ法により電気絶縁層としてのセラミック層を形成する際、金属基材の表面硬度が高ければ高いほど形成されるセラミック層は緻密となり、さらに硬度も高くなり、絶縁耐電界（＝セラミック層（電気絶縁層）の絶縁耐電圧／セラミック層（電気絶縁層）の厚さ）が高くなる。また、セラミック層の内部圧縮応力が高くなり、又はセラミック層の内部圧縮応力の開放が阻止されることで、絶縁耐電界が向上すると同時に硬度も高くなる。すなわち、内部圧縮応力∝ビッカース硬度、内部圧縮応力∝絶縁耐電界の関係となる。
（ｂ）上記（ａ）から、金属基材の表面に金属基材より硬度の高い金属薄層を設ける、又は金属基材の表面を硬化処理することで金属基材より高い硬度を有する硬化層を設けることにより、金属薄層又は硬化層の表面にＡＤ法により形成されるセラミック層は、金属基材の表面に直接形成されたセラミック層よりも絶縁耐電界が高くなると考えられる。それ故、所要の絶縁耐電圧を得るために必要なセラミック層の厚さを薄くすることができ、放熱特性の向上が図れる。
（ｃ）金属基材の表面にＡＤ法により電気絶縁層としてのセラミック層を形成する場合、絶縁耐電圧は、セラミック層の厚さの増加とともに向上するが、絶縁耐電圧の増加の程度は、セラミック層の厚さの増加とともに小さくなる。それ故、放熱基板に必要な絶縁耐電圧と良好な放熱特性を得る上で、金属基材とセラミック層との間に金属基材の硬度より高い硬度を備える金属薄層、又は金属基材の表面層として金属基材の硬度より高い硬化層を設けることは非常に有効であると考えられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたもので、本発明では次のような発明が提供される。
１．金属基材と、前記金属基材上に設けられ、該金属基材の硬度より高い硬度を有する金属薄層と、前記金属薄層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
２．金属基材と、前記金属基材の表面層として該金属基材の硬度より高い硬度を有する硬化層と、前記硬化層上に設けられたセラミック層とを備える放熱基板。
３．前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強金属薄層として機能する放熱基板。
４．前記金属薄層又は前記硬化層は、前記セラミック層に加えられる機械的な衝撃により該セラミック層内部の圧縮応力を開放することを防止するための圧縮応力開放防止層として機能する放熱基板。
５．前記金属基材と、前記金属薄層との間に密着増強層を備える放熱基板。
６．前記金属薄層と前記セラミック層との間にアンカー層を備える放熱基板。
７．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備える放熱基板。
８．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、１００Ｈｖ〜７００Ｈｖの硬度を備える放熱基板。
９．前記圧縮応力増強金属薄層又は前記圧縮応力開放防止層は、ステンレス鋼で形成される放熱基板。
１０．前記金属基材は、銅、アルミニウム等を含むヒートシンク材である放熱基板。
１１．前記セラミック層は、５μｍ〜５０μｍの厚さを備える放熱基板。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
金属基材上に金属薄層又は硬化層との密着性を高めるために密着増強層を設けてもよい。密着増強層は、例えば厚さ１０μｍ以下の窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム等の材料で形成され、かつ２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の熱伝導率を備えることが好ましい。なお、密着増強層は、金属基材と金属薄層との密着強度が高ければ必ずしも設ける必要はない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
金属薄層は金属基材上に設けられ、金属基材より高い硬度を有し、１００μｍ以下、あるいは０．３μｍ〜７０μｍの厚さを備えることが好ましい。
【手続補正６】
【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】
本発明に係る放熱基板は、金属基材の表面に金属薄層を設ける、又は金属基材の表面層として硬化層を設け、この金属薄層又は硬化層上にＡＤ法で形成したセラミック層を設けることで形成されるので、所望の絶縁耐電圧を得るために必要なセラミック層の厚さを小さくすることができ、かつ放熱性の良好な放熱基板を得ることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明に係る放熱基板は、金属基材上に設けられた金属薄層の上、又は金属基材の表面層として設けた硬化層の上にＡＤ法により形成したセラミック層を備える（図１参照）。これにより、放熱基板は、高い絶縁耐電圧備え、かつ高い放熱性を備える。ここで、金属薄層又は硬化層は、金属基材と比較して硬度が高いことが好ましい。これは金属基材の硬度に比べてより高い硬度の金属薄層を使用することによって、セラミックス微粒子の金属基材への機械的衝撃力が増加し、金属基材との密着性が向上するとともにセラミック層内部の圧縮応力が増加し、又はセラミック層内部の圧縮応力の開放が防止されることにより緻密度が高いセラミック層が得られるからである。これにより、後述する結果が示すように、セラミック層の硬度と絶縁耐電圧が向上し、同等の絶縁耐電圧性能の放熱基板を得るためのセラミック層の厚さを低減することができ、それにより金属薄層の熱抵抗が下がり放熱性が向上すると同時に放熱基板の製造コストの低減も可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
金属薄層又は金属基材の表面層としての硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃によりセラミック層内部の圧縮応力を増強させるための圧縮応力増強層として作用することが好ましい。また、金属薄層又は金属基材の表面層としての硬化層は、セラミック層に加えられる機械的な衝撃により生じたセラミック層内部の圧縮応力が開放されるのを防止するための圧縮応力開放防止層として作用することが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
金属基材は、主成分（５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上）の金属と、金属以外の材料とから構成することもできる。金属基板の主成分となる材料には、例えば、ヒートシンクまたはヒートスラグ等で広く利用されている金属を使用することも可能である。金属以外の材料としては、限定するものではないが、セラミック材料を挙げることができる。例えば金属材料にセラミック材料を配合して、熱伝導率、熱膨張係数等の熱特性を調整し、これを金属以外の材料として使用することも可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
金属薄層は、金属基材材料と異なる材料により金属基材上に形成すると、所望の硬度のものが容易に得られる点で好ましいが、金属基材と同じ金属材料から形成することもできる。例えば、上記金属基材の表面に硬化処理を施し、金属基材よりも硬度の高い表面層としての硬化層を設けることもできる。金属基材の表面の硬度を高くするための硬化処理としては、限定するものではないが、ショットピーニング、窒化処理、浸炭処理など、公知の技術を採用することができる。なお、ショットピーニング、窒化処理、浸炭処理により形成される、金属基材の硬度より高い硬度を有する表面層は、通常、厚さ（表面からの深さ）が３０μｍ未満であるが、金属基材の硬度より１０％以上高い表面層の厚さは２０μｍより小さい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
セラミック層は、回路基板を構成する誘電体材料として、当該技術分野において広く利用されている。セラミック層として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素、あるいは酸化ベリリウム等の電気絶縁性のセラミック材料やそれらを混合した材料を使用することが可能である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
金属基材として平らな金属基板を使用し、この金属基材上にＡＤ法により電気絶縁層となるセラミック層を形成して評価試料を作製した。セラミック層の形成は、エアロゾルチャンバと成膜チャンバを備えるエアロゾルデポジション成膜装置を用い、セラミック層を１０μｍの厚さに成膜した。原料には酸化アルニミウム粉末を用い、成膜前に熱処理温度等を可変した条件で処理した粉末を用いて成膜した。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図３は、セラミック層の厚さが１０μｍに相当する絶縁耐電圧と硬度の関係を示す。絶縁耐電圧と硬度がほぼ線形の関係にあることがわかる。セラミック層の下地としての金属基材の硬度がより高いと、電気絶縁層を形成するセラミックス微粒子の基材への機械的衝撃力が増加し電気絶縁層内部の圧縮応力が増大し、又は内部圧縮応力の開放が防止されることで、より電気絶縁層の緻密度が高くなり、セラミック層のビッカース硬度と、絶縁耐電圧が向上すると解される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
セラミック層の膜厚と絶縁耐電圧の実測値を図４に示す。図４は、金属基材にＡＤ法によりセラミック層を堆積した場合の、セラミック層の厚さと絶縁耐電圧との関係を示す。その結果から、絶縁耐電圧がセラミック層の厚さと非線形な関係にあることがわかる。例えば、アルミニウム基材や銅基材を使用し、所望の絶縁耐電圧を２倍にするためには、セラミック層の厚さを２倍以上にする必要があり、放熱の点でも不利になる。このため硬度の高いステンレス鋼などの金属基材を使用することで絶縁耐電圧が向上し、所望とする絶縁耐電圧まで電気絶縁層の厚さを低減でき、厚さの低減分放熱特性を改善することが可能である。硬度の高い金属基材の熱伝導率が銅基材程度に高いとは限らないため、前述したように金属薄層として極力その厚さを薄くして、高い絶縁耐電圧と高い放熱性を発揮させることが好ましい。
【国際調査報告】
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