(57)【要約】  本発明は、セラミック基板と、該セラミック基板の一方の面に形成された第１の銅板材と、該セラミック基板の他方の面に形成された第２の銅板材とが、接合された絶縁基板に関する。各銅板材が、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppm、銅の含有量が99.96mass%％以上である組成を有し、各銅板材の表面のＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ1＝75°〜90°、Φ＝20°〜40°、φ2＝35°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上15.0未満であり、φ1＝20°〜40°、Φ＝55°〜75°、φ2＝20°の範囲における方位密度の平均値が0.1以上15.0未満であり、かつ、各銅板材の平均結晶粒径が50μm〜400μmである。
2019187767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、該セラミック基板の一方の面に形成された第１の銅板材と、該セラミック基板の他方の面に形成された第２の銅板材とが、接合された絶縁基板であって、
前記第１及び第２の銅板材が、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、前記第１及び第２の銅板材の表面のＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満であり、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満である圧延集合組織を有し、かつ、
前記第１及び第２の銅板材の平均結晶粒径が５０μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする絶縁基板。
【請求項２】
前記第１及び第２の銅板材の平均結晶粒径が１００μｍより大きく４００μｍ以下である、請求項１に記載の絶縁基板。
【請求項３】
前記セラミック基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、およびアルミナとジルコニアの化合物の少なくとも１種を主成分とするセラミック材料を用いて形成されている、請求項１または２に記載の絶縁基板。
【請求項４】
前記第１及び第２の銅板材の引張強度が、２１０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の絶縁基板。
【請求項５】
前記第１及び第２の銅板材の伸びが、２５％以上５０％未満である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の絶縁基板。
【請求項６】
前記第１及び第２の銅板材の導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の絶縁基板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の絶縁基板の製造方法であって、
前記第１の銅板材の材料である第１の被圧延材及び前記第２の銅板材の材料である第２の被圧延材に対し、昇温速度が１０℃／秒〜５０℃／秒、到達温度が２５０℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３６００秒、冷却速度が１０℃／秒〜５０℃／秒の条件で焼鈍処理を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程後に、前記第１の被圧延材と、前記第２の被圧延材との総加工率が１０〜６５％の冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程後に、前記セラミック基板の一方の面に前記第１の被圧延材を、前記セラミック基板の他方の面に前記第２の被圧延材を、ろう材を介してそれぞれ接合し、前記第１の銅板材と前記第２の銅板材とがそれぞれ接合された絶縁基板を形成する接合工程と、を含み、
前記接合工程は、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が４００℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３００秒の条件で熱処理を施す第１加熱処理と、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が７５０℃〜８５０℃、保持時間が１００秒〜７２００秒の条件で熱処理を施す第２加熱処理と、で構成される、絶縁基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板、特にパワーデバイス用の絶縁基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パワーデバイスは高電圧・大電流を使用するため、半導体素子が発する熱による材料特性の劣化が課題となっている。そこで、近年、絶縁性及び放熱性に優れたセラミック基板を銅板に接合した絶縁基板を用いることによって、絶縁・放熱対策が行われてきている。【０００３】
セラミック基板と銅板との接合には、主に、銀系ろう材等を介して接合する接合方法、ろう材を介さずに銅の共晶反応を利用して接合する接合方法等が用いられている。セラミック基板には窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等が用いられているが、これらの熱膨張係数は銅板を構成する銅板材の熱膨張係数と異なる。そのため、半導体素子の発熱の際に、熱膨張係数の差によって絶縁基板全体に大きなひずみが生じる傾向がある。また、セラミック基板と銅板材とでは、銅板材の方が高い熱膨張係数を有するため、熱処理を行うと、セラミック基板には引張応力が加わり、銅板には圧縮応力が加わる。これにより、絶縁基板全体に高いひずみが加わり、絶縁基板が熱膨張により変形して寸法変化が生じるだけでなく、セラミック基板と銅板との剥離等が生じやすくなる。そのため、加熱してもできる限り変形しにくい絶縁基板が求められている。【０００４】
また、銅板に用いられる高純度の銅は、接合時の７００℃以上の高温では結晶粒が著しく成長し、組織の均質化が困難になり、加えて、伸びや引張強度も低下する。そのため、ボンディング性が低下し、また、ひずみが生じた際に粒界破壊の起点になるといった問題がある。そこで、絶縁基板を構成する高純度の銅を用いた銅板の引張強度、伸びを向上させるとともに結晶粒を適切に微細化することで、熱膨張による変形に伴う負荷に対する抵抗力を増大し、粒界破壊の防止、さらにはボンディング性の向上が期待されている。【０００５】
例えば、特許文献１には、放熱基板に用いられる純銅板として、純度９９．９０ｍａｓｓ％以上の純銅からなり、Ｘ線回析強度の比率を特定した純銅板が開示されている。純銅板を構成する無酸素銅において、１００μｍ以下の結晶粒径、Ｘ線回折強度の比率を規定することで、純銅板のエッチング性を向上させている。【０００６】
また、特許文献２には、放熱用電子部品及び大電流用電子部品等に好適な銅合金板として、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、所定位置の結晶方位の集積度を制御した銅合金板が開示されている。所定位置の結晶方位の集積度を制御することで、銅合金板の繰返し曲げ加工性等を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８９８１７号公報
【特許文献２】特許第５４７５９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている純銅板は、エッチングによって表面に凹凸が生じにくいため他の部材との密着性が優れているが、高温下での他の部材との接合に関しては全く検討されていない。また、特許文献２に開示されている銅合金板は、耐熱性に関して検討されているが、２００℃で３０分間の熱処理による耐熱性しか考慮されていない。さらに、特許文献２に開示されている銅合金板は、引張強さが３５０ＭＰａ以上であり、絶縁基板に用いる銅板材として適切な１５０〜３３０ＭＰａの範囲に対応していない。また、特許文献１、２のいずれにおいても、銅板を絶縁基板に接合した後の不具合については何ら言及されていない。それ故、半導体素子が発熱した際、銅板材とセラミック基板との熱膨張係数の差によって生じる、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板との剥離の問題、これらを７００℃以上の高温で接合する際に生じる、結晶粒の成長による組織の不均質化、ボンディング性の低下の問題に対しては、依然として解決されていない。【０００９】
上記事情に鑑み、本発明の目的は、耐熱特性に優れ、さらには、結晶粒が良好に微細化された銅板材を備えた絶縁基板及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］セラミック基板と、該セラミック基板の一方の面に形成された第１の銅板材と、該セラミック基板の他方の面に形成された第２の銅板材とが、接合された絶縁基板であって、
前記第１及び第２の銅板材が、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、前記第１及び第２の銅板材の表面のＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満であり、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が１．０以上１５．０未満である圧延集合組織を有し、かつ、
前記第１及び第２の銅板材の平均結晶粒径が５０μｍ以上４００μｍ以下である、絶縁基板。
［２］前記第１及び第２の銅板材の平均結晶粒径が１００μｍより大きく４００μｍ以下である、［１］に記載の絶縁基板。
［３］前記セラミック基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、およびアルミナとジルコニアの化合物からなる群から選択される少なくとも１種を主成分とするセラミック材料を用いて形成されている、［１］または［２］に記載の絶縁基板。
［４］前記第１及び第２の銅板材の引張強度が、２１０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下である、［１］乃至［３］のいずれかに記載の絶縁基板。
［５］前記第１及び第２の銅板材の伸びが２５％以上５０％未満である［１］乃至［４］のいずれかに記載の絶縁基板。
［６］前記第１及び第２の銅板材の導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である、［１］乃至［５］のいずれかに記載の絶縁基板。
［７］［１］乃至［６］のいずれかに記載の絶縁基板の製造方法であって、
前記第１の銅板材の材料である第１の被圧延材及び前記第２の銅板材の材料である第２の被圧延材に対し、昇温速度が１０℃／秒〜５０℃／秒、到達温度が２５０℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３６００秒、冷却速度が１０℃／秒〜５０℃／秒の条件で焼鈍処理を施す焼鈍工程と、
前記焼鈍工程後に、前記第１の被圧延材と、前記第２の被圧延材との総加工率が１０〜６５％の冷間圧延を行う冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程後に、前記セラミック基板の一方の面に前記第１の被圧延材を、前記セラミック基板の他方の面に前記第２の被圧延材を、ろう材を介してそれぞれ接合し、前記第１の銅板材と前記第２の銅板材とがそれぞれ接合された絶縁基板を形成する接合工程と、を含み、
前記接合工程は、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が４００℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３００秒の条件で熱処理を施す第１加熱処理と、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が７５０℃〜８５０℃、保持時間が１００秒〜７２００秒の条件で熱処理を施す第２加熱処理と、で構成される、絶縁基板の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、セラミック基板と、該セラミック基板の一方の面に形成された第１の銅板材と、該セラミック基板の他方の面に形成された第２の銅板材とが、接合された絶縁基板において、前記第１及び第２の銅板材が、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有し、かつ、前記第１及び第２の銅板材の表面のＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満であり、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が１．０以上１５．０未満である圧延集合組織を有し、かつ、前記第１及び第２の銅板材の平均結晶粒径が５０μｍ以上４００μｍ以下であることにより、耐熱特性に優れた絶縁基板を得ることができる。【００１２】
また、本発明によれば、第１及び第２の銅板材が優れた耐熱特性を示すため、絶縁基板全体の負荷応力が低減し、熱膨張による負荷に対する抵抗力が増大する。これにより、第１及び第２の銅板材とセラミック基板との熱膨張係数の差によって生じる、絶縁基板の変形、さらにはセラミック基板と第１及び第２の銅板材との剥離、すなわちボンディング性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の絶縁基板に用いられる銅板材の表面の圧延集合組織をＥＢＳＤにより測定し、ＯＤＦで解析した結果の一例を示す結晶方位分布図である。図１（Ａ）はφ２＝２０°の結晶方位分布図であり、図１（Ｂ）は、φ２＝３５°の結晶方位分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の絶縁基板の詳細及び実施形態例について説明する。なお、以下において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１５】
＜絶縁基板＞
本発明の絶縁基板は、セラミック基板と、該セラミック基板の一方の面に形成された第１の銅板材と、該セラミック基板の他方の面に形成された第２の銅板材とが、接合されている。すなわち、絶縁基板は、第１の銅板材と第２の銅板材との間にセラミック基板が配置され、第１の銅板材と、セラミック基板と、第２の銅板材と、がこの順でそれぞれ圧延接合された積層構造を有している。第１の銅板材とセラミック基板、セラミック基板と第２の銅板材は、相互に接合された層構造であればよい。第１の銅板材とセラミック基板、セラミック基板と第２の銅板材は、例えば、ろう材、接着剤、はんだ等で接合されていてもよく、特にろう材を介して接合されていることが好ましい。また、絶縁基板の厚みは、使用状況に応じて適宜選択可能であり、例えば、０．３ｍｍ〜１０．０ｍｍであることが好ましく、０．８ｍｍ〜５．０ｍｍであることがより好ましい。なお、特に言及されない限り、便宜上、第１及の銅板材及び第２の銅板材を、以下において単に「銅板材」とも呼ぶことがある。
【００１６】
［セラミック基板］
本発明の絶縁基板に用いられるセラミック基板は、高い絶縁性を備えるセラミック材料から形成されていれば、特に限定されるものではない。このようなセラミック基板は、例えば、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナおよびアルミナとジルコニアの化合物の少なくとも１種を主成分とするセラミック材料を用いて形成されていることが好ましい。セラミック基板の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであることがより好ましい。
【００１７】
［銅板材］
一般に、銅材料とは、（加工前であって所定の組成を有する）銅素材が所定の形状（例えば、板、条、箔、棒、線など）に加工された材料を意味する。その中で、「板材」とは、特定の厚みを有し、形状的に安定しており、かつ面方向に広がりを有する材料を指し、広義には条材を含む意味である。本発明における「銅板材」は、所定の組成を有する銅から形成された当該「板材」を意味する。
【００１８】
［銅板材の成分組成］
本発明の絶縁基板に用いられる銅板材は、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上であり、好ましくは９９．９９ｍａｓｓ％以上である。銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％未満であると、熱伝導率が低下し、所望する放熱性が得られない。また、上記銅板材は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が０．１ｐｐｍ〜２．０ｐｐｍである。これらの金属成分の合計含有量の下限値は、特に限定されないが、不可避的不純物を考慮し、０．１ｐｐｍとしている。一方、これらの金属成分の合計含有量が２．０ｐｐｍを超えると、所望の方位密度が得られない。そのため、絶縁基板にかかる熱膨張による負荷に対する抵抗力の増大効果が得られず、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じてしまう場合がある。また、上記銅板材には、銅、並びに、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分以外に、残部として不可避的不純物が含まれていてもよい。不可避的不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。第１の銅板材の成分組成と第２の銅板材の成分組成は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、製造効率の観点から、これらは同じであることが好ましい。
【００１９】
銅板材の上記金属成分の定量分析には、ＧＤＭＳ法を用いることができる。ＧＤＭＳ法とは、Ｇｌｏｗ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙの略であり、固体試料を陰極としグロー放電を用いて試料表面をスパッタし、放出された中性粒子をプラズマ内のＡｒや電子と衝突させることによってイオン化させ、質量分析器でイオン数を計測することで、金属に含まれる極微量元素の割合を解析する技術である。
【００２０】
［圧延集合組織］
本発明の絶縁基板に用いられる銅板材は、該銅板材の表面のＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数（ＯＤＦ:crystal orientation distribution function）をオイラー角（φ１、Φ、φ２）で表したとき、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満であり、かつ、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満である圧延集合組織を有する。オイラー角（φ１、Φ、φ２）は、圧延方向をＲＤ方向、ＲＤ方向に対して直交する方向（板幅方向）をＴＤ方向、圧延面（ＲＤ面）に対して垂直な方向をＮＤ方向としたとき、ＲＤ方向を軸とした方位回転がΦ、ＮＤ方向を軸とした方位回転がφ１、ＴＤ方向を軸とした方位回転がφ２として表される。方位密度は、集合組織における結晶方位の存在比率及び分散状態を定量的に解析する際に用いられるパラメータであり、ＥＢＳＤ及びＸ線回折を行い、（１００）、（１１０）、（１１２）等の３種類以上の正極点図の測定データに基づいて、級数展開法による結晶方位分布解析法により算出される。ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られるφ２を所定の角度で固定した結晶方位分布図において、ＲＤ面内での方位密度の分布が示される。第１の銅板材が有する圧延集合組織と第２の銅板材が有する圧延集合組織は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、製造効率の観点から、これらは同じであることが好ましい。
【００２１】
ＥＢＳＤ法とは、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ＢａｃｋＳｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎの略であり、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子を利用した結晶方位解析技術である。ＥＢＳＤによる解析の際、測定面積およびスキャンステップは、試料の結晶粒の大きさに応じて決定すればよい。測定後の結晶粒の解析には、例えば、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いることができる。ＥＢＳＤによる結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が試料に侵入する数１０ｎｍの深さまでの情報を含んでいる。厚さ方向の測定箇所は、試料表面から板厚の１／８倍〜１／２倍の位置付近とすることが好ましい。
【００２２】
図１は、本発明の絶縁基板に用いられる銅板材の表面の圧延集合組織をＥＢＳＤにより測定し、ＯＤＦで解析した結果の一例を示す結晶方位分布図である。図１（Ａ）はφ２＝２０°の結晶方位分布図であり、図１（Ｂ）は、φ２＝３５°の結晶方位分布図である。結晶方位分布図では、結晶方位分布がランダムな状態を方位密度が１であるとし、それに対して何倍の集積となっているかが等高線で表されている。図１において、白い部分は方位密度が高く、黒い部分は方位密度が低いことを示し、それ以外の部分は白に近いほど方位密度が高いことを示す。本発明では、図１（Ａ）において、点線で囲われた領域（φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°）の方位密度の平均値が１５未満であり、図１（Ｂ）において、点線で囲われた領域（φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°）の方位密度の平均値が１５未満である圧延集合組織を有している。図１（Ａ）では、前者の方位密度の平均値が８であり、図１（Ｂ）では、後者の方位密度の平均値が４である結晶方位分布図を示している。
【００２３】
本発明では、絶縁基板に用いられる銅板材は、ＥＢＳＤによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数において、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満であり、かつ、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が０．１以上１５．０未満である圧延集合組織を有する。このように、方位密度を適切に制御することにより、上記銅板材は、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理において結晶粒の成長が抑制され、耐熱特性に優れる効果を発揮する。φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が１５．０以上では、結晶方位制御が十分ではないため、高温（例えば、７００℃以上）での熱処理における結晶粒の成長が抑制できず、耐熱特性に劣ってしまう。そのため、絶縁基板にかかる熱膨張による負荷に対する抵抗力が増大し、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じてしまう場合がある。また、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が１５．０以上の場合も同様、結晶方位制御が十分ではないため、耐熱特性に劣ってしまう。そのため、絶縁基板にかかる熱膨張による負荷に対する抵抗力が増大し、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じてしまう場合がある。尚、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値のそれぞれの下限値である０．１は、ＥＢＳＤによる集合組織解析において解析できる方位密度の最小値として規定している。
【００２４】
［平均結晶粒径］
本発明の絶縁基板に用いられる銅板材の平均結晶粒径は５０μｍ以上４００μｍ以下であり、１００μｍより大きく４００μｍ以下であることが好ましい。平均結晶粒径が５０μｍ未満であると、十分な結晶方位制御ができず、耐熱特性に劣ってしまう。一方、平均結晶粒径が４００μｍを超えると、十分な引張強度と伸びが得られず、絶縁基板にかかる熱膨張による負荷に対する抵抗力が増大し、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じてしまう場合がある。また、銅板材とセラミック基板との界面において、銅板材の結晶粒界が界面と接する箇所には欠陥（ボイド）が生じやすい。平均結晶粒径が１００μｍ以下である場合、セラミック基板と接触する銅板材の結晶粒界が著しく増加し、接合強度が低下するおそれがある。そのため、平均結晶粒径は１００ｎｍより大きいことが好ましい。なお、平均結晶粒径は、銅板材のＲＤ面におけるＥＢＳＤ解析により測定することができ、例えば、測定範囲における全結晶粒の粒径の平均を平均結晶粒径として定義することができる。また、第１の銅板材が有する平均結晶粒径と第２の銅板材が有する平均結晶粒径は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、製造効率の観点から、これらは同じであることが好ましい。
【００２５】
［板厚］
第１の銅板材と第２の銅板材の厚さ（板厚）は、特に限定されるものでないが、０．０５ｍｍ〜７．０ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜４．０ｍｍであることがより好ましい。第１の銅板材の厚さと第２の銅板材の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよいが、接合熱処理、ヒートサイクル試験において、それぞれの銅板材の体積が大きく異なると、熱膨張量の違いによる板反りが起きることがある。そのため、絶縁基板の回路設計に応じて、板厚はそれぞれ適切に組み合わせることが望ましい。
【００２６】
［特性］
（引張強度）
銅板材の引張強度は、２１０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下であることが好ましい。引張強度が２１０ＭＰａ未満であると、近年要求される強度としては十分ではない。一方、引張強度が２５０ＭＰａを超えると、伸び、加工性が低下する傾向にある。
【００２７】
（伸び）
銅板材の伸びは、２５％以上５０％未満であることが好ましい。伸びが２５％未満であると、絶縁基板にかかる熱膨張による負荷応力に対して、絶縁基板の変形、セラミック基板と銅板材との剥離等が生じてしまうおそれがある。一方、伸びが５０％を超えると、強度が不十分となる傾向にある。
【００２８】
銅板材の導電率は、９５％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。導電率が９５％未満であると、熱伝導率が低下し、その結果、優れた放熱特性が得られない傾向にある。
【００２９】
次に、本発明の絶縁基板の製造方法の一例を説明する。
【００３０】
［絶縁基板の製造方法］
本発明の絶縁基板の製造方法では、焼鈍工程［工程Ａ］、冷間圧延工程［工程Ｂ］、接合工程［工程Ｃ］を含む。これらの工程における処理が、この順序にて行われることで、第１の銅板材とセラミック基板と第２の銅板材とが接合された本発明の絶縁基板を得ることができる。
【００３１】
まず、焼鈍工程［工程Ａ］では、上記の成分組成を有する銅素材から製造した被圧延材、すなわち、第１の銅板材の材料である第１の被圧延材及び第２の銅板材の材料である第２の被圧延材に対し、昇温速度が１０℃／秒〜５０℃／秒、到達温度が２５０℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３６００秒、冷却速度が１０℃／秒〜５０℃／秒の条件で焼鈍処理を施す。焼鈍工程［工程Ａ］において、焼鈍条件が上記規定の範囲外では、得られる銅板材の平均結晶粒径の粗大化、結晶方位の不十分な制御を招き、その結果、絶縁基板の耐熱特性が劣る傾向にある。例えば、到達温度が高すぎる、または昇温速度が遅すぎる場合、結晶方位を十分に制御できず、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が著しく高くなる傾向にある。また、到達温度が低すぎる場合、焼鈍工程において歪みが緩和されないため、その後の冷間圧延と合わせて接合熱処理前の歪みも大きくなる。そのため、圧延集合組織は規定の範囲内であっても再結晶が促され、結晶粒が粗大化するおそれがある。
【００３２】
冷間圧延工程［工程Ｂ］では、焼鈍工程（［工程Ａ］）後に、第１の銅板材の材料である第１の被圧延材と、第２の銅板材の材料である第２の被圧延材との総加工率が１０〜６５％の冷間圧延を行う。冷間圧延工程［工程Ｂ］において、冷間圧延条件が上記規定の範囲外では、得られる銅板材の平均結晶粒径の粗大化、結晶方位の不十分な制御を招き、絶縁基板の耐熱特性が劣る傾向にある。例えば、総加工率が著しく高い場合、結晶方位を十分に制御できず、φ１＝２０°〜４０°、Φ＝５５°〜７５°、φ２＝２０°の範囲における方位密度の平均値が著しく高くなる傾向にある。一方、総加工率が低すぎる場合、結晶粒成長を抑制しきれず結晶粒が粗大化するおそれがある。
【００３３】
接合工程［工程Ｃ］では、冷間圧延工程（［工程Ｂ］）後に、セラミック基板の一方の面に第１の銅板材の材料である第１の被圧延材を、セラミック基板の他方の面に第２の銅板材の材料である第２の被圧延材を、例えばＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系等のろう材を介してそれぞれ接合し、第１の銅板材と第２の銅板材とがそれぞれ接合された絶縁基板を形成する。接合工程［工程Ｃ］は、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が４００℃〜６００℃、保持時間が１０秒〜３００秒の条件で熱処理を施す第１加熱処理と、昇温速度が１０℃／秒〜１００℃／秒、到達温度が７５０℃〜８５０℃、保持時間が１００秒〜７２００秒の条件で熱処理を施す第２加熱処理と、で構成されている。接合工程［工程Ｃ］において、接合条件が上記規定の範囲外では、得られる銅板材の平均結晶粒径の粗大化または過剰な微細化、結晶方位の不十分な制御を招き、その結果、絶縁基板の耐熱特性が劣る傾向にある。例えば、第１加熱処理および第２加熱処理の昇温速度が速すぎる場合、結晶方位を十分に制御できず、φ１＝７５°〜９０°、Φ＝２０°〜４０°、φ２＝３５°の範囲における方位密度の平均値が著しく高くなる傾向にある。一方、第１加熱処理の到達温度が低すぎる場合、圧延集合組織は規定の範囲内であっても、冷間圧延による歪みが緩和されない。そのため、第２加熱処理において再結晶が歪みによって促進され、結晶粒が粗大化するおそれがある。また、第２加熱処理の到達温度が高すぎる場合、結晶粒成長を抑制しきれず結晶粒が粗大化するおそれがある。一方、第２加熱処理の到達温度が低すぎる場合、銅板材とセラミック基板との界面が活性せず、これらを良好に接合することが困難となる。
【００３４】
［被圧延材の製造方法］
本発明の絶縁基板の製造方法において、焼鈍工程［工程Ａ］で使用する第１の被圧延材及び第２の被圧延材は、上記の成分組成を有する銅素材から製造した被圧延材であれば、特に限定されるものではない。このような被圧延材は、例えば、以下の工程を経て製造することができる。以下に、本発明の絶縁基板の焼鈍工程［工程Ａ］で使用できる被圧延材の製造方法の一例を説明する。
【００３５】
本発明の絶縁基板を構成するセラミック基板に接合される前の銅板材、すなわち、第１の銅板材となる第１の被圧延材及び第２の銅板材となる第２の被圧延材（以下、第１の被圧延材と第２の被圧延材を、単に「被圧延材」とも呼ぶ。）の製造方法としては、例えば、溶解・鋳造工程［工程１］、均質化熱処理工程［工程２］、熱間圧延工程［工程３］、冷却工程［工程４］、面削工程［工程５］、第１冷間圧延工程［工程６］、第１焼鈍工程［工程７］、第２冷間圧延工程［工程８］、第２焼鈍工程［工程９］、仕上げ圧延工程［工程１０］、最終焼鈍工程［工程１１］、表面酸化膜除去工程［工程１２］から構成される処理が順次行われる。
【００３６】
まず、溶解・鋳造工程［工程１］では、銅素材を溶解し、鋳造することによって鋳塊を得る。銅素材は、Ａｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒから選択される金属成分の合計含有量が０．１〜２．０ｐｐｍ、銅の含有量が９９．９６ｍａｓｓ％以上である組成を有する。均質化熱処理工程［工程２］では、得られた鋳塊に対して、保持温度７００〜１０００℃、保持時間１０分〜２０時間の均質化熱処理を行う。熱間圧延工程［工程３］では、総加工率が１０〜９０％となるように熱間圧延を行う。冷却工程［工程４］では、１０℃／秒以上の冷却速度で急冷を行う。面削工程［工程５］では、冷却された材料の両面をそれぞれ約１．０ｍｍずつ面削する。これにより、得られた板材表面の酸化膜が除去される。
【００３７】
第１冷間圧延工程［工程６］では、総加工率が７５％以上となるよう冷間圧延を複数回行う。
【００３８】
第１焼鈍工程［工程７］では、昇温速度が１〜１００℃／秒、到達温度が１００〜５００℃、保持時間が１〜９００秒、かつ、冷却速度が１〜５０℃／秒である条件で熱処理を施す。
【００３９】
第２冷間圧延工程［工程８］では、総加工率が６０〜９５％となるように冷間圧延を行う。
【００４０】
第２焼鈍工程［工程９］では、昇温速度が１０〜１００℃／秒、到達温度が２００〜５５０℃、保持時間が１０〜３６００秒、かつ、冷却速度が１０〜１００℃／秒である条件で熱処理を施す。
【００４１】
仕上げ圧延工程［工程１０］では、総加工率が１０〜６０％となるように冷間圧延を行う。最終焼鈍工程［工程１１］では、到達温度が１２５〜４００℃である条件で熱処理を施す。表面酸化膜除去工程［工程１２］では、得られた板材表面の酸化膜除去と表面洗浄を目的として、酸洗及び研磨を行う。なお、上記圧延工程における加工率Ｒ（％）は下記式で定義される。こうして、銅板材の原料となる被圧延材を製造することができる。
【００４２】
Ｒ＝（ｔ０−ｔ）／ｔ０×１００
式中、ｔ０は圧延前の板厚であり、ｔは圧延後の板厚である。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００４４】
（実施例１〜１１及び比較例１〜１７）
先ず、表１に示されるような所定の成分組成を有する、厚さ１．０ｍｍの被圧延材（供試材）を２つ作製し、それぞれを第１の被圧延材及び第２の被圧延材とした。また、セラミック材料として窒化珪素を用いて形成された厚さ０．５ｍｍのセラミック基板を使用した。【００４５】
次いで、銅板材となる上記で作製した各被圧延材に対し、表２に示す条件で焼鈍処理を施した［工程Ａ］。焼鈍処理後、得られた各被圧延材に対し、表２に示す総加工率（すなわち、第１の被圧延材及び第２の被圧延材全体としての加工率）にて冷間圧延を行った［工程Ｂ］。冷間圧延後、得られた各被圧延材について、セラミック基板の一方の面に第１の銅板材に相当する第１の被圧延材を、セラミック基板の他方の面に第２の銅板材に相当する第２の被圧延材を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材を介してそれぞれ接合し、第１の銅板材と第２の銅板材とがそれぞれ接合された絶縁基板を作製した［工程Ｃ］。［工程Ｃ］では、表２に示す第１加熱処理及び第２の加熱処理の条件で加熱処理を施した。以上の工程を経て、サンプルとなる絶縁基板を作製した。【００４６】
＜測定方法及び評価方法＞
［銅板材の定量分析］
作製した各銅板材の定量分析には、ＧＤＭＳ法を用いた。各実施例および各比較例ではＶ.Ｇ.Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製  ＶＧ-９０００を用いて解析を行った。各銅板材に含まれるＡｌ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓｎ及びＣｒの含有量（ｐｐｍ）並びにＣｕの含有量（ｍａｓｓ％）を表１に示す。なお、各銅板材には、不可避的不純物が含まれている場合がある。表１における空欄部は、該当する金属成分が０ｐｐｍであったことを意味する。また、ＧＤＭＳ法による測定値が０．１ｐｐｍ未満であった場合、金属成分の含有量は０ｐｐｍとした。【００４７】
＜銅板材の方位密度＞
サンプルである各絶縁基板から剥離させた各銅板材の圧延集合組織の方位密度解析には、ＥＢＳＤ法を用いた。各実施例および各比較例のＥＢＳＤ測定では、結晶粒を２００個以上含む測定試料面を測定した。測定試料面の測定面積およびスキャンステップは、供試材の結晶粒の大きさに応じて決定した。測定後の結晶粒の解析には、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いた。ＥＢＳＤ法による結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が供試材に侵入する数１０ｎｍの深さまでの情報を含んでいる。また、板厚方向の測定箇所は、供試材表面から板厚ｔの１／８倍〜１／２倍の位置付近とした。【００４８】
［銅板材の平均結晶粒径］
サンプルである各絶縁基板から剥離させた各銅板材の平均結晶粒径は、圧延面におけるＥＢＳＤ測定にて、結晶粒を２００個以上含む測定試料面を測定した。測定結果の解析において、測定範囲中の全結晶粒から、平均結晶粒径を算出した。結晶粒径の解析には、ＴＳＬ社製の解析ソフトＯＩＭ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（商品名）を用いた。ＥＢＳＤによる結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が供試材に侵入する数１０ｎｍの深さまでの情報を含んでいる。また、板厚方向の測定箇所は、供試材表面から板厚ｔの１／８倍〜１／２倍の位置付近とした。平均結晶粒径が５０μｍ以上４００μｍ以下の範囲にある場合、結晶粒が良好に微細化されていると評価した。【００４９】
［銅板材の導電率（ＥＣ）］
サンプルである各絶縁基板から剥離させた各銅板材の導電率は、シグマテスタ（渦電流を利用したＩＡＣＳ％測定）を用いて測定した。各銅板板材の導電率が９５％ＩＡＣＳ以上である場合を「良好」、９５％ＩＡＣＳ未満の場合を「不良」と評価した。【００５０】
［銅板材の引張強度］
サンプルである各絶縁基板から銅板材を剥離させ、切り出した試験片をＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定し、その平均値を示した。銅板材の引張強度が２１０ＭＰａ以上である場合を「良好」、２１０ＭＰａ未満の場合を「不良」と評価した。【００５１】
［銅板材の伸び］
引張強度を測定する際にＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じて測定し、その平均値を示した。銅板材の伸びが２５％以上である場合を「良好」、２５％未満の場合を「不良」と評価した。【００５２】
［絶縁基板の耐熱特性］
各絶縁基板のサンプルを、−４０℃〜２５０℃（１サイクル  −４０℃：３０分保持／２５０℃：３０分保持）の条件で１２００サイクル処理するヒートサイクル試験を実施した。ヒートサイクル試験後、セラミック基板にクラックが発生したか否かを目視で観察した。クラックが発生していない場合を「○」、クラックが発生している場合を「×」と評価した。【００５３】
表３に、銅板材の方位密度、平均結晶粒径、導電率、引張強度、伸び及び絶縁基板の耐熱特性の結果を示す。【００５４】
【表１】
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【００５５】
【表２】
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【００５６】
【表３】
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【００５７】
表１〜表３に示すように、実施例１〜１１では、絶縁基板の製造条件、絶縁基板を構成する銅板材の成分組成、方位密度および平均結晶粒径が、いずれも適正範囲内であるため、耐熱特性に優れた絶縁基板が得られた。特に、実施例１〜５、７〜１１では、絶縁基板が備える銅板材の導電率、引張強度及び伸びが、いずれも良好であった。尚、表２中には示していないが、実施例５では、平均結晶粒径が１００μｍよりも小さいため、他の実施例よりも接合強度が低下する傾向が観察された。【００５８】
一方で、比較例１〜１７では、絶縁基板の製造条件、絶縁基板を構成する銅板材の成分組成の一方または両方が適正範囲外であるため、方位密度、平均結晶粒径の両方または一方が適正範囲外となり、さらには、絶縁基板のヒートサイクル試験で、いずれもクラックの発生が観察された。【００５９】
このように、成分組成、方位密度および平均結晶粒径が厳密に制御された銅板材を用いて形成された本発明の絶縁基板は、優れた耐熱特性を示すため、絶縁基板全体の負荷応力が低減し、熱膨張による負荷に対する抵抗力が増大する。これにより、銅板材とセラミック基板との熱膨張係数の差によって生じる絶縁基板の変形が抑制され、さらにはセラミック基板と銅板材との剥離、すなわちボンディング性の低下を抑制することができる。
【図１】
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【国際調査報告】
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