(57)【要約】【課題】セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材の濡れ広がりを十分にし、未接合欠陥を防止し、耐熱衝撃性の低下を防止することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材を塗布する塗布領域１２とろう材を塗布しない非塗布領域１４の一方の領域が互いに離間して配置される多数の小領域からなるとともに、他方の領域が一方の領域の多数の小領域の各々の内部にそれぞれ配置される多数の微小領域と一方の領域の多数の小領域間で延びる領域とからなるように、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を塗布する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板が接合された金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材を塗布する塗布領域とろう材を塗布しない非塗布領域の一方の領域が互いに離間して配置される多数の小領域からなるとともに、他方の領域が一方の領域の多数の小領域の各々の内部にそれぞれ配置される多数の微小領域と一方の領域の多数の小領域間で延びる領域とからなるように、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を塗布することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項２】
前記一方の領域の小領域の形状が多角形であり、前記他方の領域の微小領域の形状が前記一方の領域の小領域の多角形と略同一の形状の多角形であり、前記一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する前記他方の領域の微小領域の多角形の各辺に対してそれぞれ略平行に延びるとともに、前記一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する小領域の多角形の一辺に対してそれぞれ略平行に延びることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項３】
前記非塗布領域が前記一方の領域であり、前記一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する前記他方の領域の微小領域の多角形の各辺との間隔がそれぞれ０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項４】
前記非塗布領域が前記他方の領域であり、前記一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する小領域の多角形の一辺との間隔がそれぞれ０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項５】
前記多角形が略正六角形であり、前記多数の微小領域の各々の微小領域の対辺間隔が０．２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項６】
前記多角形が略正六角形であることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項７】
前記塗布領域と前記非塗布領域の合計の面積に対する前記塗布領域の面積が３０〜８０％であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項８】
セラミックス基板の少なくとも一方の面に活性金属含有ろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板において、金属板のセラミックス基板と対向する面に対する、金属板とセラミックス基板の接合領域の面積率が９７％以上であり、この接合領域の略全領域に活性金属含有ろう材中の活性金属が存在するとともに、活性金属含有ろう材中の活性金属が濃縮した領域が存在することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項９】
前記活性金属含有ろう材が、ろう材中の金属成分を１００質量％とすると、５〜４０質量％の銅と、１〜１０質量％の活性金属と、１〜１０質量％の錫と、残部として銀を含むことを特徴とする、請求項８に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１０】
前記セラミックス基板が窒化アルミニウム基板であり、前記活性金属がチタンであり、前記活性金属が濃縮した領域が、金属板と活性金属ろう材の一部を除去したセラミックス基板の表面について、走査型電子顕微鏡により反射電子像を撮影して観察したときに、走査型電子顕微鏡のエネルギー分散型Ｘ線分光法による特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比［Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）］が０．２以上になる領域であることを特徴とする、請求項８または９に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１１】
前記接合領域に対する前記活性金属が濃縮した領域の面積率が２０〜４０％であることを特徴とする、請求項８乃至１０のいずれかに記載の属−セラミックス接合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特に、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するために、パワーモジュールが使用されている。このようなパワーモジュール用の絶縁基板として、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板が使用されている。
【０００３】
このような金属−セラミックス接合基板では、セラミックス基板の反りやうねりが大きいと、セラミックス基板にろう材を塗布して金属板を加熱接合したときに、反りやうねりが大きい部分に対応する金属板にろう材が接触せずに、未接合欠陥になる。このような未接合部があると、金属−セラミックス接合基板の放熱性が低下したり、部分放電が生じ易くなるという問題があり、特に、部分放電は微小ボイドでも生じ易い。
【０００４】
このような問題を解消するため、金属体とセラミック体とを接合するろう材層の厚さを２６〜１００μｍに厚くすることにより、接合処理時にろう材が溶融して生ずる液相の量を増やして接合界面にろう材を十分に広がり易くし、ろう材層中、あるいはろう材層と金属体ないしセラミック体との界面などに空隙や隙間などの欠陥を形成し難くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、セラミック基板と金属板との接合面内に、メッシュ状の接合部分と、非接合部分とを存在させ、接合面に対する非接合部分の面積比率を５〜５０％にすること（例えば、特許文献２参照）、セラミックス基板の金属板との接合面にろう材を点状または線状に塗布すること（例えば、特許文献３参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２２８２４６号公報（段落番号０００８）
【特許文献２】特開平６−１７２０５１号公報（段落番号０００７）
【特許文献３】特開平９−１５７０５５号公報（段落番号０００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のように、ろう材を厚くすると、未接合欠陥を防止することはできるが、金属−セラミックス接合基板の場合は、ろう材の厚さは通常１０〜２０μｍであり、ろう材の厚さを４０μｍ程度に厚くすると、金属−セラミックス接合基板の耐熱衝撃性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２〜３のように、ろう材を点状または線状に塗布すると、ろう材の濡れ広がりが不十分で、金属−セラミックス接合基板の金属板とセラミックス基板の接合領域の面積が十分ではないという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材の濡れ広がりを十分にし、未接合欠陥を防止し、耐熱衝撃性の低下を防止することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法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】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材を塗布する塗布領域とろう材を塗布しない非塗布領域の一方の領域が互いに離間して配置される多数の小領域からなるとともに、他方の領域が一方の領域の多数の小領域の各々の内部にそれぞれ配置される多数の微小領域と一方の領域の多数の小領域間で延びる領域とからなるように、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を塗布することにより、ろう材の濡れ広がりを十分にし、未接合欠陥を防止し、耐熱衝撃性の低下を防止することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材を塗布する塗布領域とろう材を塗布しない非塗布領域の一方の領域が互いに離間して配置される多数の小領域からなるとともに、他方の領域が一方の領域の多数の小領域の各々の内部にそれぞれ配置される多数の微小領域と一方の領域の多数の小領域間で延びる領域とからなるように、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を塗布することを特徴とする。
【００１２】
この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、一方の領域の小領域の形状が多角形であり、他方の領域の微小領域の形状が一方の領域の小領域の多角形と略同一の形状の多角形であり、一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する他方の領域の微小領域の多角形の各辺に対してそれぞれ略平行に延びるとともに、一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する小領域の多角形の一辺に対してそれぞれ略平行に延びるのが好ましい。この場合、非塗布領域が一方の領域であり、一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する他方の領域の微小領域の多角形の各辺との間隔がそれぞれ０．２ｍｍ以下であるのが好ましい。あるいは、非塗布領域が他方の領域であり、一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する小領域の多角形の一辺との間隔がそれぞれ０．２ｍｍ以下であるのが好ましい。この場合、多角形が略正六角形であり、多数の微小領域の各々の微小領域の対辺間隔が０．２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００１３】
また、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、多角形が略正六角形であるのが好ましい。また、塗布領域と非塗布領域の合計の面積に対する塗布領域の面積が３０〜８０％であるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の少なくとも一方の面に活性金属含有ろう材を介して金属板が接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板のセラミックス基板と対向する面に対する、金属板とセラミックス基板の接合領域の面積率が９７％以上であり、この接合領域の略全領域に活性金属含有ろう材中の活性金属が存在するとともに、活性金属含有ろう材中の活性金属が濃縮した領域が存在することを特徴とする。
【００１５】
この金属−セラミックス接合基板において、活性金属含有ろう材が、ろう材中の金属成分を１００質量％とすると、５〜４０質量％の銅と、１〜１０質量％の活性金属と、１〜１０質量％の錫と、残部として銀を含むのが好ましい。また、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板であり、活性金属がチタンであり、活性金属が濃縮した領域が、金属板と活性金属ろう材の一部を除去したセラミックス基板の表面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により反射電子像を撮影して観察したときに、走査型電子顕微鏡のエネルギー分散型Ｘ線分光法による特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比［Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）］が０．２以上になる領域であるのが好ましい。また、接合領域に対する活性金属が濃縮した領域の面積率が２０〜４０％であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材の濡れ広がりを十分にし、未接合欠陥を防止し、耐熱衝撃性の低下を防止することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１〜２において使用したスクリーン版のパターンを示す平面図である。
【図２】実施例３〜５において使用したスクリーン版のパターンを示す平面図である。
【図３】実施例１〜４において使用したスクリーン版のパターンの寸法を説明する図である。
【図４】比較例２〜４において使用したスクリーン版のパターンを示す平面図である。
【図５】比較例５〜６において使用したスクリーン版のパターンを示す平面図である。
【図６】実施例３において作製した金属−セラミックス接合基板の接合界面の反射電子像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態では、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を介して金属板を接合する、金属−セラミックス接合基板の製造方法において、ろう材を塗布する塗布領域とろう材を塗布しない非塗布領域の一方の領域が互いに離間して配置される多数の小領域からなるとともに、他方の領域が一方の領域の多数の小領域の各々の内部にそれぞれ配置される多数の微小領域と一方の領域の多数の小領域間で延びる領域とからなるように、セラミックス基板の少なくとも一方の面にろう材を塗布する。
【００１９】
この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、一方の領域の小領域とその小領域の内部に配置される他方の領域の微小領域との（最大）間隔は、好ましくは０．２ｍｍ以下（さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍ）であり、一方の領域の小領域とその小領域に隣接する小領域との（最大）間隔は、好ましくは０．２ｍｍ以下（さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍ）である。
【００２０】
また、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、一方の領域の小領域の形状が多角形であり、他方の領域の微小領域の形状が一方の領域の小領域の多角形と略同一の形状の多角形であり、一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する他方の領域の微小領域の多角形の各辺に対してそれぞれ略平行に延びるとともに、一方の領域の小領域の多角形の各辺がそれらの辺に対向する（隣接する）小領域の多角形の一辺に対してそれぞれ略平行に延びるのが好ましい。この場合、一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する他方の領域の微小領域の多角形の各辺との（最大）間隔は、それぞれ好ましくは０．２ｍｍ以下（さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍ）であり、一方の領域の小領域の多角形の各辺とそれらの辺に対向する小領域の多角形の一辺との（最大）間隔は、それぞれ好ましくは０．２ｍｍ以下（さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍ）である。また、多角形は、略三角形、略四角形、略五角形、略六角形などのいずれでもよいが、略正六角形であるのが好ましい。
【００２１】
また、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、塗布領域と非塗布領域の合計の面積に対する塗布領域の面積は、好ましくは３０〜８０％（さらに好ましくは４０〜７０％）である。
【００２２】
なお、上記の金属−セラミックス接合基板の製造方法において、セラミックス基板として、長さ１０〜１５０ｍｍ（好ましくは５０ｍｍ以上）、幅１０〜１５０ｍｍ（好ましくは５０ｍｍ以上）、厚さ０．２〜２．０ｍｍ程度の窒化アルミニウム、アルミナ、窒化珪素などを主成分とするセラミックス基板を使用することができる。このセラミックス基板の主面の長さ２インチ当たり反り量は、４５μｍ以上であるのが好ましく、６９μｍ以上であるのがさらに好ましい。金属板は、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。ろう材は、活性金属を含むペーストからなるろう材であるのが好ましく、Ａｇ−Ｃｕ系ろう材や、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を使用するのが好ましい。このろう材は、スクリーン印刷などにより塗布するのが好ましく、ろう材の塗布量は、０．００８〜０．０１３ｍｇ／ｃｍ２であるのが好ましい。
【００２３】
このような金属−セラミックス接合基板の製造方法により、接合予定領域（塗布領域と非塗布領域の合計の面積）に対する接合領域の面積率が９７％の金属−セラミックス接合基板を製造することができる。
【００２４】
このようにして製造した金属−セラミックス接合基板の金属板上に回路パターン形状などのレジストマスクを形成した後、薬液により金属板とろう材の不要な部分をエッチングして除去することにより、金属回路板などを形成し、必要に応じて、金属回路板などをめっきして、金属−セラミックス接合回路基板を製造することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００２６】
［実施例１］
図１に示すパターン１０（図３に示す塗布領域１２の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．３４ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１９ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．５８９ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．６８ｍｍ、非塗布領域１４の略六角形の微小領域の対辺間隔ｅ＝０．１９ｍｍ、塗布領域１２の小領域の一辺とこの辺に対向する非塗布領域１４の微小領域の一辺との間の間隔ｆ＝０．１９９ｍｍ）のスクリーン版（２００メッシュ）を使用して、７１ｍｍ×６０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板の両面に、８５質量％の銀と７質量％の銅と５質量％の錫と（活性金属成分としての）３質量％のチタンを含有するペースト状の活性金属含有ろう材を厚さ４０μｍになるようにスクリーン印刷し、それぞれの面のろう材上に７２ｍｍ×６１ｍｍ×０．２５ｍｍの銅板を配置し、真空中で８５０℃に加熱して窒化アルミニウム基板の両面に銅板を接合することにより、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域１４の面積に対する塗布領域１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５８．３％であった。
【００２７】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、いずれも９７％以上であり、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は０個であり、ろう材の濡れ広がりが十分であった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００２８】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、各々の金属−セラミックス接合基板に対して室温から１０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、上記の通炉処理を１０回繰り返しても、いずれもクラックの発生はなく、通炉処理を繰り返しても（クラックの発生などの）異常が生じない通炉回数（通炉耐量）は１０回以上であった。
【００２９】
［実施例２］
図１に示すパターン１０（図３に示す塗布領域１２の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２８ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１４ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４８５ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５６ｍｍ、非塗布領域１４の略六角形の微小領域の対辺間隔ｅ＝０．１４ｍｍ、塗布領域１２の小領域の一辺とこの辺に対向する非塗布領域１４の微小領域の一辺との間の間隔ｆ＝０．１７３ｍｍ）のスクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域１４の面積に対する塗布領域１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５９．０％であった。
【００３０】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、いずれも９７％以上であり、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は０個であり、ろう材の濡れ広がりが十分であった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００３１】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返しても、いずれもクラックの発生はなく、通炉耐量は１０回以上であった。
【００３２】
［実施例３］
図２に示すパターン１１０（図３に示す非塗布領域１１４の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．３４ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１９ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．５８９ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．６８ｍｍ、塗布領域１１２の略六角形の微小領域の対辺間隔ｅ＝０．１９ｍｍ、非塗布領域１１４の小領域の一辺とこの辺に対向する塗布領域１１２の微小領域の一辺との間の間隔ｆ＝０．１９９ｍｍ）のスクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域１１４の面積に対する塗布領域１１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５４．１％であった。
【００３３】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、いずれも９７％以上であり、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は０個であり、ろう材の濡れ広がりが十分であった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００３４】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合や１５回繰り返した場合も、いずれもクラックの発生はなく、２０回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が３個あったが、通炉耐量は１５回以上であった。
【００３５】
なお、得られた金属−セラミックス接合基板について、その主面に略垂直な断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１０００倍の反射電子像を撮影して観察したところ、銅板がろう材を介して窒化アルミニウム基板に接合されており、塗布領域と非塗布領域のいずれもボイドが認められず、未接合欠陥が認められなかった。
【００３６】
また、得られた金属−セラミックス接合基板を６５質量％の濃硝酸に１０分程度浸漬して銅板とろう材の一部を溶解除去した後、銅板とろう材の一部が除去された窒化アルミニウム基板の表面をＳＥＭにより加速電圧２０ｋＶとして１００倍の反射電子像を撮影して観察したところ、図６に示すように、スクリーン版の非塗布領域に略対応する部分に、活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された（白い）領域（ＳＥＭのエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）による特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）が０．３６の領域）があり、その領域を取り囲む領域とその領域の内部に、活性金属含有ろう材中のチタンが検出されるがチタンが濃縮して検出された領域と比べて極めて小さく検出されるピーク強度の（灰色の）領域（ＳＥＭのＥＤＳ特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）が０．００８の領域）があり、金属−セラミックス接合基板の接合界面において接合領域により活性金属含有ろう材中のチタンの分布が異なることがわかった。なお、図６の反射電子像を画像処理により２値化して、活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された領域の全接合領域に対する面積比を求めたところ、２８．０％であった。
【００３７】
また、ＳＥＭにより活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された（白い）領域の断面をＳＥＭのＥＤＳにより特性Ｘ線像を撮影して観察したところ、窒化アルミニウム基板と活性金属含有ろう材との界面において、チタンが濃縮して検出された領域のチタン濃縮層の厚さは約１μｍであり、それ以外の領域（チタンが濃縮せずに拡散して均一に分布して検出された領域）のチタン拡散層の厚さは約２０μｍであった。
【００３８】
［実施例４］
図２に示すパターン１１０（図３に示す非塗布領域１１４の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２８ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１４ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４８５ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５６ｍｍ、塗布領域１１２の略六角形の微小領域の対辺間隔ｅ＝０．１４ｍｍ、非塗布領域１１４の小領域の一辺とこの辺に対向する塗布領域１１２の微小領域の一辺との間の間隔ｆ＝０．１７３ｍｍ）のスクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域１１４の面積に対する塗布領域１１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５３．４％であった。
【００３９】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、いずれも９７％以上であり、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は０個であり、ろう材の濡れ広がりが十分であった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００４０】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合や１５回繰り返した場合も、いずれもクラックの発生はなく、２０回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が１個あったが、通炉耐量は１５回以上であった。
【００４１】
［実施例５］
図２に示すパターン１１０（図３に示す非塗布領域１１４の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．７７ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．４０ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝１．３３５ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝１．５４ｍｍ、塗布領域１１２の略六角形の微小領域の対辺間隔ｅ＝０．９４ｍｍ、非塗布領域１１４の小領域の一辺とこの辺に対向する塗布領域１１２の微小領域の一辺との間の間隔ｆ＝０．２０ｍｍ）のスクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域１１４の面積に対する塗布領域１１２の面積の割合（面積率）を計算すると、７０％であった。
【００４２】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、いずれも９７％以上であり、ろう材の濡れ広がりが十分であった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００４３】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合や１５回繰り返した場合も、いずれもクラックの発生はなく、２０回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が１個あったが、通炉耐量は１５回以上であった。
【００４４】
また、得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例３と同様の方法により、その主面に略垂直な断面をＳＥＭにより反射電子像を撮影して観察したところ、塗布領域と非塗布領域のいずれもボイドが認められず、未接合欠陥が認められなかった。
【００４５】
また、得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例３と同様の方法により、銅板とろう材の一部が除去された窒化アルミニウム基板の表面をＳＥＭにより反射電子像を撮影して観察したところ、図６と同様に、スクリーン版の非塗布領域に略対応する部分に、活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された（白い）領域（ＳＥＭのＥＤＳによる特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）が０．３の領域）があり、その領域を取り囲む領域とその領域の内部に、活性金属含有ろう材中のチタンが検出されるがチタンが濃縮して検出された領域と比べて極めて小さく検出されるピーク強度の（灰色の）領域（ＳＥＭのＥＤＳによる特性Ｘ線のＡｌ（Ｋα）に対するＴｉ（Ｋα）のピーク面積比Ｔｉ（Ｋα）／Ａｌ（Ｋα）が０．０２４の領域）があり、金属−セラミックス接合基板の接合界面において接合領域により活性金属含有ろう材中のチタンの分布が異なることがわかった。なお、上記の反射電子像を画像処理により２値化して、活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された領域の全接合領域に対する面積比を求めたところ、３１．０％であった。
【００４６】
また、ＳＥＭにより活性金属含有ろう材中のチタンが濃縮して検出された（白い）領域の断面をＳＥＭのＥＤＳにより特性Ｘ線像を撮影して観察したところ、窒化アルミニウム基板と活性金属含有ろう材との界面において、チタンが濃縮して検出された領域のチタン濃縮層の厚さは約１μｍであり、それ以外の領域（チタンが濃縮せずに拡散して均一に分布して検出された領域）のチタン拡散層の厚さは約２０μｍであった。
【００４７】
［比較例１］
窒化アルミニウム基板の両面の全面にろう材を厚さ１８μｍになるように塗布（塗布重量は実施例１の±１０％以内）した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域の面積に対する塗布領域の面積の割合（面積率）は１００％である。
【００４８】
このようにして得られた１７０個の金属−セラミックス接合基板について、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、６０個の金属−セラミックス接合基板に未接合部があった。
【００４９】
また、得られた５個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合に、クラックが発生した金属−セラミックス接合基板が２個、１５回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が４個、１５回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が５個であり、通炉耐量は５回以上であった。
【００５０】
［比較例２］
図４に示すパターン２１０（塗布領域２１２の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．７５ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．４３ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝１．２９９ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝１．５ｍｍ）の（ａ〜ｄが大きく微小領域を有しない）スクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域２１４の面積に対する塗布領域２１２の面積の割合（面積率）を計算すると、６２．４％であった。
【００５１】
このようにして得られた２４個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は５個であり、ろう材の濡れ広がりが十分でなかった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００５２】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合も、いずれもクラックの発生はなく、１５回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が１個あったが、通炉耐量は１０回以上であった。
【００５３】
［比較例３］
図４に示パターン２１０（塗布領域２１２の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２５ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１６ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４３３ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５ｍｍ）の（微小領域を有しないため塗布領域の幅が０．２ｍｍを超える）スクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域２１４の面積に対する塗布領域２１２の面積の割合（面積率）を計算すると、６０．３％であった。
【００５４】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は５個であり、ろう材の濡れ広がりが十分でなかった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００５５】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返した場合も、いずれもクラックの発生はなく、１５回繰り返した場合にクラックが発生した金属−セラミックス接合基板が１個あったが、通炉耐量は１０回以上であった。
【００５６】
［比較例４］
図４に示すパターン２１０（塗布領域２１２の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２６ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．２１ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４５０ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５２ｍｍ）の（微小領域を有しないため塗布領域の幅が０．２ｍｍを超えるとともに非塗布領域の幅も０．２ｍｍを超える）スクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域２１４の面積に対する塗布領域２１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５３．０％であった。
【００５７】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は７個であり、ろう材の濡れ広がりが十分でなかった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００５８】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返しても、いずれもクラックの発生はなく、通炉耐量は１０回以上であった。
【００５９】
［比較例５］
図５に示すパターン３１０（非塗布領域３１４の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２５ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．１６ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４３３ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５ｍｍ）の（微小領域を有しないため非塗布領域の幅が０．２ｍｍを超える）スクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域３１４の面積に対する塗布領域３１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５２．１％であった。
【００６０】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は１５個であり、ろう材の濡れ広がりが十分でなかった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００６１】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返しても、いずれもクラックの発生はなく、通炉耐量は１０回以上であった。
【００６２】
［比較例６］
図５に示すパターン３１０（非塗布領域３１４の略六角形の小領域の一辺の長さａ＝０．２６ｍｍ、隣接する小領域間の間隔ｂ＝０．２１ｍｍ、小領域の対辺間隔ｃ＝０．４５０ｍｍ、小領域の対角長ｄ＝０．５２ｍｍ）の（微小領域を有しないため非塗布領域の幅が０．２ｍｍを超えるとともに塗布領域の幅も０．２ｍｍを超える）スクリーン版を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を製造した。なお、スクリーン版による非塗布領域３１４の面積に対する塗布領域３１２の面積の割合（面積率）を計算すると、５９．４％であった。
【００６３】
このようにして得られた４５個の金属−セラミックス接合基板について、超音波探傷機により接合領域の面積が９７％以上か否かを調べたところ、９７％未満の金属−セラミックス接合基板の数は１６個であり、ろう材の濡れ広がりが十分でなかった。また、銅板が窒化アルミニウム基板のそれぞれの面の周縁部から剥がれている部分（未接合部）があるか否かを目視により観察したところ、いずれも未接合部はなかった。
【００６４】
また、得られた１０個の金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の通炉処理を５回繰り返したときに、窒化アルミニウム基板にクラックが発生するか否かを目視により観察したところ、いずれもクラックの発生はなかった。また、実施例１と同様の通炉処理を１０回繰り返しても、いずれもクラックの発生はなく、通炉耐量は１０回以上であった。
【００６５】
これらの実施例および比較例の金属−セラミックス接合基板の製造条件および特性を表１〜表２に示す。
【００６６】
【表１】
2019064865.tif 000003
【００６７】
【表２】
2019064865.tif 000004
【符号の説明】
【００６８】
１０、１１０．２１０、３１０  スクリーン版のパターン
１２、１１２、２１２、３１２  塗布領域
１４、１１４、２１４、３１４  非塗布領域
【図１】
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【図２】
2019064865.tif 000006
【図３】
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【図４】
2019064865.tif 000008
【図５】
2019064865.tif 000009
【図６】
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