(57)【要約】【課題】メタライズ層が基板に直接かつ接着性良く一体化されている放熱性基板を提供する。【解決手段】  窒化物系セラミックスからなる基板の少なくとも一方の面に、銅を主成分としガラス成分を含む放熱層が直接的に備えられており、ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含有する、放熱性基板とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系セラミックスからなる基板の少なくとも一方の面に、銅を主成分としガラス成分を含む放熱層が直接的に備えられており、
前記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含有する、放熱性基板。
【請求項２】
前記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、ＢａＯとＺｎＯとの少なくとも一方を合計で６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下の割合で含有する、請求項１に記載の放熱性基板。
【請求項３】
前記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、ＳｉＯ２を１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の割合で含有する、請求項１または２に記載の放熱性基板。
【請求項４】
前記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、
Ａｇ２Ｏ：０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、
（ＢａＯ＋ＺｎＯ）：６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下、
ＳｉＯ２：１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、
Ｒ２Ｏ：１ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、および
Ａｌ２Ｏ３：０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、
（ただし、上記Ｒは１Ａ族から選択される１種以上の元素を意味し、上記Ｒ２Ｏは前記１Ａ族元素の酸化物の合計を示す。）である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項５】
前記ガラス成分は、軟化点が４５０℃以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項６】
前記放熱層は、３質量％以上１５質量％以下の割合でガラス成分が含まれている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項７】
前記窒化物系セラミックスは、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項８】
前記放熱層は、前記基板の少なくとも一方の面の７０％以上の領域に備えられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項９】
前記放熱層は、総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項１０】
前記放熱層は、表面粗さＲａが１μｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の放熱性基板。
【請求項１１】
窒化物系セラミックスからなる基板の少なくとも一方の面に放熱層を形成するために用いる銅ペーストであって、
主成分としての銅粉末と、ガラス粉末とが、有機媒体に分散されており、
前記ガラス粉末は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含有する、銅ペースト。
【請求項１２】
前記ガラス粉末は、銅粉末とガラス粉末との合計に占める割合が、３質量％以上１５質量％以下である、請求項１１に記載の銅ペースト。
【請求項１３】
前記ガラス粉末は、酸化物に換算した場合の組成で、
Ａｇ２Ｏ：０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、
（ＢａＯ＋ＺｎＯ）：６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下、
ＳｉＯ２：１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、
Ｒ２Ｏ：１ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、および
Ａｌ２Ｏ３：０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下
（ただし、上記Ｒは１Ａ族から選択される１種以上の元素を意味し、上記Ｒ２Ｏは前記１Ａ族元素の酸化物の合計を示す。）である、請求項１１または１２に記載の銅ペースト。
【請求項１４】
前記ガラス粉末の軟化点は、４５０℃以下である、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の銅ペースト。
【請求項１５】
さらに、アクリル系樹脂からなるバインダを含む、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の銅ペースト。
【請求項１６】
窒化物系セラミックスからなる基板を用意すること、
銅粉末を主成分としガラス粉末を含む銅ペーストを用意すること、
前記基板の少なくとも片面に、前記銅ペーストを直接的に塗布して塗布層を形成すること、
前記塗布層を備える基板を焼成することで、前記基板の少なくとも片面に銅を主体としガラス成分を含む放熱層を形成すること、
を包含し、
前記ガラス粉末は、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含む、放熱性基板の製造方法。
【請求項１７】
前記焼成は、４７５℃以上７００℃以下の温度範囲で行う、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記窒化物系セラミックスが、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスである、請求項１６または１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
さらに、前記塗布層の上に、さらに前記銅ペーストを塗布することを含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記銅ペーストを前記基板の少なくとも一方の面の７０％以上の領域に塗布する、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記放熱層を、総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下となるよう形成する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記基板の表面粗さが１μｍ以下となるように前記銅ペーストの塗布量を調整する、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性および導電性に優れた表面を備える放熱性基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等に用いられる半導体素子においては、近年、小型化、高密度化および高速化等といった高性能化が急速に進行するに伴い、半導体素子から発生する熱の処理が重要な課題となっている。かかる半導体素子の放熱については、絶縁性を有するセラミック基板の表面に対し、高熱伝導性の銅、アルミニウム等の金属箔や薄板をハンダやろう材等を介して貼り合わせる、金属化（メタライズ化）処理することがなされている。このようなセラミック基板のメタライズ化処理に関する従来技術としては、特許文献１〜４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５９３７５号公報
【特許文献２】特開平１１−７９８７２号公報
【特許文献３】特開２００６−８９２９０号公報
【特許文献４】特開２０１１−１４９２４号公報
【特許文献５】特開２００７−２０１３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハンダやろう材等を用いての金属箔または薄板の接着は、８００℃〜１０００℃程度の高温での熱処理を要するため、基板と金属材料との熱膨張係数の差によりうねりや反りを生じるという問題があった。また、金属箔または薄板を任意の形態に形成するには、ハンダやろう材等で一旦基材に接合してからエッチングする等の煩雑な工程を行わざるを得なかった。
【０００５】
これに対し、例えば、特許文献５には、セラミック基板に高熱伝導性の金属を直接印刷し焼成することで、メタライズ層を形成する技術が開示されている。しかしながら、この特許文献５の技術によると、例えば、窒化物系セラミックスからなる基板を用いた場合に、窒化物系セラミックスと高熱伝導性金属との間の熱膨張係数の違いから、基板とメタライズ層との接着性が十分に得られ難いという問題があった。例えば、窒化物系セラミックスの熱膨張係数（２５℃〜５００℃）は、２．６×１０−６／Ｋ（Ｓｉ３Ｎ４）〜４．６×１０−６／Ｋ（ＡｌＮ）程度であるのに対し、代表的なメタライズ層用金属である銅（Ｃｕ）の熱膨張係数（２５℃〜５００℃）は１６×１０−６／Ｋと、３〜５倍以上もの違いがある。したがって、特に温度変化の激しい環境においては、メタライズ層の表面の平坦性が損なわれたり、基板からメタライズ層が剥離しやすくなったりするという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、メタライズ層が基板に直接かつ接着性良く一体化されている放熱性基板を提供することを課題としている。また、本発明は、かかるメタライズ層を印刷により形成するための銅ペースト、および、かかる放熱性基板を製造するための方法を提供することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するべく、本発明は、放熱性基板を提供する。かかる放熱性基板は、窒化物系セラミックスからなる基板の少なくとも一方の面に、銅を主成分としガラス成分を含む放熱層が直接的に備えられている。そして、上記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含有することを特徴としている。
かかる構成においては、窒化物系セラミックスからなる基板に対して接着性に優れた放熱層が備えられ、温度変化の激しい環境においても、基板からメタライズ層が剥離するのを抑制することができる。すなわち、放熱性に優れるとともに、温度変化に対する信頼性の高い放熱性基板が提供される。なお、本明細書において、「主成分」とは、５０質量％以上、好ましくは７０質量％以上、例えば８０質量％以上の割合で当該物質を含んでいることを意味する。
【０００８】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、ＢａＯとＺｎＯとの少なくとも一方を合計で６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下の割合で含有することを特徴としている。
かかる構成とすることで、ガラス成分が低融点組成となるためより低い温度での接合が可能とされ、接合の際に基板と放熱層との間に生じる熱応力を低減され得る。これにより、より表面平坦性の高い放熱層を備える放熱性基板が実現される。
【０００９】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、ＳｉＯ２を１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の割合で含有することを特徴としている。
かかる構成とすることで、バインダとして機能しているガラス成分の軟化点が低く抑えられ、低温で放熱層が形成され得るとともに、適度な硬度および耐環境性等を併せ持つものとなり得るために好ましい。
【００１０】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏ：０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、（ＢａＯ＋ＺｎＯ）：６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下、ＳｉＯ２：１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、Ｒ２Ｏ：１ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、およびＡｌ２Ｏ３：０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下であることを特徴としている。なお、ここで、上記Ｒは元素周期律表における１Ａ族から選択される１種以上の元素を意味し、上記Ｒ２Ｏはかかる１Ａ族元素の酸化物の合計を示している。
かかる構成によると、窒化物系セラミックスからなる基板に対してより相性の良いバインダとしてのガラス成分の組成が提示され、上記の特徴をより一層好適に実現し得るために好ましい。
【００１１】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記ガラス成分は、軟化点が４５０℃以下であることを特徴としている。
かかる構成によると、放熱性基板においてバインダとして機能しているガラス成分がより低い温度で接着能を示し得るため、この放熱性基板はより低い温度で形成され得る。これにより、放熱層の平坦性をより確実に確保しうる放熱性基板を実現することができる。
なお、本明細書において、ガラスの軟化点は、近似的にこれより低い温度では当該ガラスのほとんどの成形操作が不可能となる温度を意味し、約１０７．６ｄＰａ・Ｓの粘度に相当する温度としている。かかるガラスの軟化点は、ＪＩＳ Ｒ ３１０３−１：２００１に準拠して、寸法がおおよそ直径０．６５ｍｍ、長さ２３５ｍｍの円形断面のガラス繊維を、上部の長さ１００ｍｍを規定の炉中で（５±１）℃／ｍｉｎの速度で昇温したとき、当該ガラス繊維が自重で１ｍｍ／ｍｉｎの速度で伸びるような温度を、軟化点とするようにしている。
【００１２】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記放熱層は、３質量％以上１５質量％以下の割合でガラス成分が含まれていることを特徴としている。
かかる放熱性基板は、バインダとしてのガラス成分の含有量を低く抑えることが可能とされる。これにより、密着性に優れながらも、より放熱性および電気伝導性に優れた放熱層を備える放熱性基板が提供される。
【００１３】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記窒化物系セラミックスは、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴としている。
かかる構成によると、優れた機械的特性を備えるとともに、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ等の半導体と近い熱膨張係数を有し、熱伝導性（すなわち放熱性）に優れ、高絶縁耐圧を備える窒化ケイ素または窒化アルミニウムを基板とする放熱性基板が提供される。かかる放熱性基板によると、高い放熱性を有しながらも毒性のある材料を含むＢｅＯ基板との代替が可能となる点でも好ましい。
【００１４】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記放熱層は、上記基板の少なくとも一方の面の７０％以上の領域に備えられていることを特徴としている。
かかる放熱層は、例えば印刷技術を利用して形成され得るため、窒化物系セラミックスからなる基板の表面の任意の領域に任意の形態（パターン）で形成され得る。たとえば、基板の少なくとも一方の面の８０％以上、さらには９５％以上（すなわち、ほぼ１００％）の領域に備えられ得る。これにより、例えば、より放熱性の高い放熱性基板が提供される。
【００１５】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記放熱層は、総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下であることを特徴としている。
かかる放熱層は、例えば、印刷技術により形成され得る。したがって、複数回の印刷により、上記の範囲の所望の厚みに好適に制御し得る。これにより、所望の厚みの放熱層を備える、換言すると、所望の放熱性能を備える放熱性基板が提供される。
【００１６】
ここに開示される放熱性基板の好ましい一態様において、上記放熱層は、表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴としている。
ここに開示される放熱性基板は、基板と放熱層との熱膨張差が抑制され得ることから、表面平坦性の高い放熱層が基板上に備えられ得る。かかる構成によると、所望の形態で表面精度の高い放熱層を備える放熱性基板が提供される。このような表面平坦性の高い放熱性基板によると、例えば、半導体素子を複数実装した場合に、当該複数の素子間をワイヤボンディングにより配線する（電気的に接続する）ことに限定されず、例えば、板状電極を載置することでもコンタクトを実現することができる。
なお、本明細書において、表面粗さＲａは、粗さ曲線から算出するパラメータであって、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠して算出される算術平均粗さを意味している。
【００１７】
本発明は、他の側面において、窒化物系セラミックスからなる基板の少なくとも一方の面に放熱層を形成するために用いる銅ペーストを提供する。かかる銅ペーストは、主成分としての銅粉末と、ガラス粉末とが、有機媒体に分散されている。そして、上記ガラス粉末は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含有することを特徴としている。
かかる構成によると、窒化物系セラミックスからなる基板に対して、銅を主成分とする放熱層を、基板と放熱層との熱膨張差を緩和しながら形成し得る銅ペーストが提供される。すなわち、放熱性に優れる銅を主成分とする放熱層を、表面の平坦性を維持しつつ、密着性の良いものとして形成することができる。かかる銅ペーストは、印刷に供することができ、例えば、スクリーン印刷、メタルマスク印刷等の印刷技術により所望の形態の放熱層を形成することができる。
【００１８】
ここに開示される銅ペーストの好ましい一態様において、上記ガラス粉末は、銅粉末とガラス粉末との合計に占める割合が、３質量％以上１５質量％以下であることを特徴としている。
かかる構成によると、放熱層に含まれるバインダとしてのガラス成分の含有量を低く抑えることができる。これにより、密着性に優れながらも、より放熱性および電気伝導性に優れた放熱層を形成することができる。
【００１９】
ここに開示される銅ペーストの好ましい一態様において、上記ガラス粉末は、酸化物に換算した場合の組成で、Ａｇ２Ｏ：０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、（ＢａＯ＋ＺｎＯ）：６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下、ＳｉＯ２：１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、Ｒ２Ｏ：１ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、および、Ａｌ２Ｏ３：０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下で示されることを特徴としている。ただし、上記Ｒは、元素周期律表の１Ａ族から選択される１種以上の元素を意味し、上記Ｒ２Ｏは上記１Ａ族元素の酸化物の合計を示している。
かかる構成によると、窒化物系セラミックスからなる基板に対してより相性の良いバインダとしてのガラス成分の組成が提示され、上記の特徴をより一層好適に実現し得るために好ましい。
【００２０】
ここに開示される銅ペーストの好ましい一態様において、上記ガラス粉末の軟化点は、４５０℃以下であることを特徴としている。
かかる構成によると、より低い温度で基板に放熱層を形成することができ、基板と放熱層との熱膨張差が発生し難い。これにより、より表面が平坦で密着性の良い放熱層を形成し得る銅ペーストを実現することができる。
【００２１】
ここに開示される銅ペーストの好ましい一態様においては、さらに、アクリル系樹脂からなるバインダを含むことを特徴としている。
かかる構成によると、銅粉末やガラス粉末の分散性、基板への付着性および塗布性等をより適切に調整し得る銅ペーストが提供される。
【００２２】
また、他の側面において、本発明は、放熱性基板の製造方法を提供する。かかる製造方法は、窒化物系セラミックスからなる基板を用意すること、銅粉末を主成分としガラス粉末を含む銅ペーストを用意すること、上記基板の少なくとも片面に、上記銅ペーストを直接的に塗布して塗布層を形成すること、および、上記塗布層を備える基板を焼成することで、上記基板の少なくとも片面に銅を主体としガラス成分を含む放熱層を形成すること、を包含することを特徴としている。ここで、前記ガラス粉末は、Ａｇ２Ｏを０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含むことを特徴としている。
かかる構成によると、放熱層を基板に直接形成することができる。好適には、印刷等の手法により、任意の形態に形成することができる。また、密着層を形成するための銅ペーストにはＡｇ２Ｏが含まれているため、放熱層の主成分である銅と、窒化物系セラミックスからなる基板との熱応力を好適に緩和して、より平坦性および密着性に優れた放熱層を形成することができる。
【００２３】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記焼成は、４７５℃以上７００℃以下の温度範囲で行うことを特徴としている。
ハンダやろう材を用いて金属箔または薄板を接合するには、一般的に、８００℃〜１０００℃程度の高温での焼成が必要となる。これに対し、かかる構成によると、ハンダやろう材を用いて金属箔または薄板を接合するのよりも低温で放熱層の形成、すなわちメタライズ処理を行うことができる。したがって、銅からなる放熱層と基板との熱膨張差に基づく熱応力を低く抑えることができ、平坦性および密着性に優れる放熱層を備える放熱基板を製造することができる。
【００２４】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記窒化物系セラミックスが、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスであることを特徴としている。
かかる構成によると、窒化ケイ素または窒化アルミニウムを主成分とする基板の優れた放熱性をより一層高めることができる。なお、かかる放熱層は、導電性を備えるとともに、温度変化の激しい環境においても基板からの剥離が抑制されたものであり得る。これにより、優れた機械的特性、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ等の半導体と近い熱膨張係数を有し、熱伝導性（すなわち放熱性）に優れ、高絶縁耐圧を備える窒化ケイ素または窒化アルミニウムを基板とする放熱性基板の製造が可能とされる。
【００２５】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、さらに、上記塗布層の上に、さらに上記銅ペーストを塗布することを含むことを特徴としている。
かかる構成によると、所望の厚みの放熱層を形成することができる。また、塗布層の任意の部位にのみ銅ペーストを塗布することもでき、例えば、放熱層の平坦性をより一層高めるべく放熱層の厚みを調整することができる。
【００２６】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記銅ペーストを上記基板の少なくとも一方の面の７０％以上の領域に塗布することを特徴としている。
かかる放熱層は例えば印刷技術により形成することができるため、窒化物系セラミックからなる基板の表面の任意の領域に任意の形態（パターン）で形成することができる。たとえば、基板の少なくとも一方の面の８０％以上、さらには９５％以上（すなわち、ほぼ１００％）の領域に備えられ得る。これにより、例えば、より放熱性の高い放熱性基板を製造することができる。
【００２７】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記放熱層を、総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下となるよう形成することを特徴としている。
かかる構成によると、例えば、銅ペーストの塗布（印刷であり得る）を複数回行うなどして、上記の範囲の所望の厚みの放熱層を好適に形成することができる。これにより、所望の厚みの放熱層を備える、換言すると、所望の放熱性能を備える放熱性基板を製造することができる。
【００２８】
ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記基板の表面粗さが１μｍ以下となるように上記銅ペーストの塗布量を調整することを特徴としている。
かかる構成によると、放熱層の厚みを調整する等してより平坦性の高い放熱性基板を製造することができる。このような表面平坦性の高い放熱性基板については、例えば、半導体素子を実装した場合等において、複数の半導体素子の表面高さを任意に調整することができる。これにより、例えば、複数の半導体素子間にワイヤボンディングにより電極を形成することに代えて、複数の半導体素子上に電極板を載置することで、素子間の導通を確保することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係る放熱性基板の使用例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面において、同様の作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。図面に記載の実施形態は、本発明を明瞭に説明するために必要に応じて模式化されており、実際の放熱性基板の寸法関係（長さ、幅、厚さ等）を必ずしも正確に反映したものではない。
【００３１】
ここに開示される放熱性基板１は、基板１０の少なくとも一方の面に、銅を主成分とする放熱層２０が直接的に備えられている、いわゆるＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板である。すなわち、放熱層２０は、ろう材やハンダ等の接合材を介することなく、基板１０に直接設けられている。この放熱層２０は、基板１０の片面のみに備えられていても良いし、この図１の例のように両面に備えられていても良い。また、放熱層２０は、基板１０のほぼ全面にわたって備えられていても良いし、基板１０の一部に備えられていても良い。以下、かかる放熱性基板１の製造方法を説明しながら、放熱性基板１および、放熱層２０を形成するための銅ペーストについて詳細な説明を行う。
【００３２】
［基板］
基板１０としては、窒化物系セラミックスからなるものを考慮することができる。かかる窒化物系セラミックスとしては、主として窒化物からなるセラミックスであれば、詳細な組成や形状、寸法等は特に制限されない。このような窒化物系セラミックスとしては、例えば、具体的には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サイアロン（Sialon、Ｓｉ３Ｎ４−ＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３固溶体）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化炭素（ＣＮｘ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等が挙げられる。これらの窒化物系セラミックスは、所望の特性を得る目的で、各種の元素が添加されたものであってよい。
このような窒化物系セラミックスは共有結合性が強く、酸化物系のセラミックスに比べて熱的特性、機械的特性ならびに化学的安定性に優れる。また、熱膨張係数については、例えば、室温（２５℃）から５００℃の熱膨張係数が、窒化ケイ素で２．６×１０−６／Ｋ、窒化アルミニウムで４．６×１０−６／Ｋ、窒化ホウ素で１．４×１０−６／Ｋ程度と比較的低い。その反面、酸化物系のセラミックスに比べると、焼結性等の接合性に乏しい。ここに開示される技術においては、かかる窒化物系セラミックスからなる基板１０に対して密着性の良い放熱層２０を備えるようにしている。
なお、ここでいう「熱膨張係数」とは、特に言及しない限り、熱機械分析装置（Thermomechanical Analysis：ＴＭＡ）を用いて、室温（２５℃）から５００℃までの温度領域において測定した平均線膨張係数を意味し、かかる温度領域における試料の長さの変化量を温度差で割った値をいう。この熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ ３１０２：１９９５に準拠して測定することができる。
【００３３】
［放熱層］
放熱層２０は、銅を主成分としており、バインダ成分としてガラス成分を含んでいる。放熱層２０の機能を高める目的で、銅（Ｃｕ）およびガラス成分以外の成分が含まれていても良い。また、放熱層２０の主成分たる銅は、本発明の目的を損なわない限り、銅単体からなるものに限定されず、例えば、銅にその他の元素が含まれていても良い。
放熱層２０において、ガラス成分は、例えば粒状にある銅成分同士を結合したり、かかる銅成分と基板とを結合したりする機能を有する。なお、このガラス成分としては、通常の非晶質ガラスの他、結晶化ガラスであってもよい。好ましくは非晶質ガラスである。
【００３４】
そして、ここに開示される発明において、かかるガラス成分は銀（Ａｇ）を含んでいる。かかるＡｇは、酸化物に換算した場合のガラス組成において、Ａｇ２Ｏとして０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下の割合で含まれることを特徴としている。詳細な機構について明らかではないが、ガラス成分に銀を含むことで、放熱層２０と、上記の窒化物系セラミックスからなる基板１０との密着性を高めることができる。また、かかるガラス成分は、例えば、放熱層２０と基板１０との間に生じる熱応力を緩和する機能をも発現し得る。ここで、Ａｇ２Ｏは少量でも含まれることで密着性改善の効果が得られるものの、少なすぎるとかかる効果が明瞭に得られないために好ましくない。Ａｇ２Ｏは、０．８ｍｏｌ％以上の割合で含まれるのが好ましく、１ｍｏｌ％以上であるのがより好ましい。Ａｇ２Ｏの割合は、多すぎると必要以上に熱膨張係数が大きくなったり、価格が高くなったりするために好ましくない。Ａｇ２Ｏは、４ｍｏｌ％以下の割合で含まれるのが好ましく、３ｍｏｌ％以下であるのがより好ましい。なお、基板１０と放熱層２０との間の熱応力が低減されることにより、放熱層２０の表面でのしわやクラックの発生が抑制され、より平坦性の高い放熱層２０が形成されるために好ましい。
【００３５】
ガラス成分についてより詳細に説明すると、放熱層２０の形成のための熱処理温度を低下させることができる。これによると、放熱層２０の形成時に基板１０と放熱層２０との間に発生する熱応力を低減させることができ、密着性の良い放熱層２０、延いては表面平坦性の高い密着層２０が得られるために好ましい。そのため、例えば、ガラス成分は、軟化点を低下させる効果のあるガラス構成元素を含む組成であることが好ましい。かかる軟化点を低下させ得るガラス構成成分としては、例えば、酸化物として表した場合、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ等のアルカリ土類金属の酸化物を挙げることができる。なかでも、ＢａＯ、ＺｎＯであることが好ましく、より好適には、これらの少なくとも一方を合計で６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下の割合で含むことが好ましい。すなわち、ＢａＯとＺｎＯとは、いずれか一方が含まれていても良いし、両方が含まれていても良い。ＢａＯとＺｎＯとの合計量が少ないと、ガラス成分の軟化点を十分に低下させることができないために好ましくない。ＢａＯとＺｎＯとの合計は、６５ｍｏｌ％以上であるのが好ましく、さらには７０ｍｏｌ％以上であるのがより好ましい。しかしながら、ＢａＯとＺｎＯとの合計量が多すぎると、ガラス成分の熱膨張係数の調製が困難であったり、ガラス成分中に結晶が析出してガラス化し難くなったりし、バインダとしての機能が低下するおそれがあるために好ましくない。したがって、ＢａＯとＺｎＯとの合計は、９０ｍｏｌ％以下であるのが好ましく、さらには８５ｍｏｌ％以下であるのがより好ましい。
【００３６】
また、ガラス成分は、ＳｉＯ２を１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の割合で含有しているのが好ましい。ＳｉＯ２はガラスの骨格を形成する成分であるとともに、熱膨張係数を低下させる効果があり、放熱層２０に適度な硬度および耐環境性等の機能を付与することができるために好ましい。したがって、ＳｉＯ２は、３ｍｏｌ％以上であるのが好ましく、さらには５ｍｏｌ％以上であるのがより好ましい。しかしながら、ＳｉＯ２が多すぎるとガラス軟化点を低く維持することができなくなるために好ましくない。ＳｉＯ２は、１８ｍｏｌ％以下であるのが好ましく、さらには１５ｍｏｌ％以下であるのがより好ましい。
【００３７】
以上のガラス成分としては、例えば、以下に示すガラス組成を好ましい例として挙げることができる。すなわち、ここに開示される技術において、ガラス成分は、酸化物に換算した場合の組成で、例えば、具体的には、以下のものが好ましい例として挙げられる。
Ａｇ２Ｏ：０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下、
（ＢａＯ＋ＺｎＯ）：６０ｍｏｌ％以上９５ｍｏｌ％以下、
ＳｉＯ２：１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下、
Ｒ２Ｏ：１ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下、および
Ａｌ２Ｏ３：０ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下
【００３８】
なお、上記Ｒは元素周期律表における１Ａ族から選択される１種以上の元素を意味している。具体的には、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）であり得る。そしてＲ２Ｏは、これら１Ａ族元素の酸化物の合計を意味している。具体的には、例えば、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、酸化フランシウム（Ｆｒ２Ｏ）等の総和であり得る。例えば、ガラス成分を上記のような組成とすることで、軟化点を４５０℃以下程度にまで低減することができる。ガラス成分の軟化点が低い程、放熱層２０を形成する際の加熱温度を低減できるために好ましい。延いては、基板１０と放熱層２０との間に生じる熱応力を低減し、放熱層２０の表面に熱応力によりひずみやクラックが生じるのを抑制できる点でも好ましい。かかるガラス成分の軟化点は、例えば、４２０℃以下であるのが好ましく、さらには４００℃以下、例えば３８０℃以下であるのがより好ましい。
【００３９】
以上の放熱層２０において、主成分である銅とガラス成分との割合については厳密に制限されない。しかしながら、放熱層２０の放熱性（熱伝導特性）および電気伝導性と、かかる放熱層２０の基板１０への密着性とのバランス等を考慮すると、例えば、銅とガラス成分との合計を１００質量％としたとき、３質量％以上１５質量％以下の割合でガラス成分が含まれているのが好ましい。ガラス成分の割合が少なくなると、放熱層２０の基板への良好な密着性が実現され難いために好ましくない。ガラス成分の割合は、５質量％以上であるのが好ましく、さらには８質量％以上であるのがより好ましい。また、ガラス成分の割合が多すぎると主成分である銅により実現され得る放熱性および電気伝導性が必要以上に損なわれるために好ましくない。ガラス成分の割合は、１３質量％以下であるのが好ましく、さらには１０質量％以下であるのがより好ましい。
【００４０】
また、上述のとおり、放熱層２０の形態は特に制限されず、例えば、基板１０の表面に任意の形状で備えることができる。具体的には、例えば、絶縁性の基板１０の表面には複数の半導体素子３０ａ，３０ｂが接続（実装）される。例えば、基板１の放熱性を高めるためには、放熱層２０はできる限り広い領域に設けることが好ましい。しかしながら、銅を主成分とする放熱層２０は、配線として機能するため、実装する半導体３０の面積や寸法、高さ、間隔（配置）等を考慮して、所望の配線パターンを実現するよう構成することができる。例えば、隣り合う半導体素子３０ａ，３０ｂは、熱抵抗を下げるために放熱経路を確保して配置され得る。そして、隣り合う半導体素子３０ａ，３０ｂ間を電気的に接合しない場合は、例えば、半導体素子３０ａを接続する放熱層２０と、半導体素子３０ｂを接続する放熱層２０とを、連続させることなく、別個に独立した放熱層２０として、分けて（例えば、いずれかを島状に）形成することができる。また、基板１０には、サーマルビア（図示せず）等が設けられ得るため、放熱層２０はかかるサーマルビアを避けて形成することができる。また、半導体素子３０ｂは、例えば、ボンディングワイヤ４２により電気的に接続することもできるが、例えば、放熱層２０の厚みを半導体素子３０ａの高さに一致するよう調整して設けることで、平板状電極４０を用いて接続することが可能となる。かかる放熱層２０の厚みは制限されず、例えば、厚みの異なる放熱層２２ａ，２２ｂを形成したり、放熱層２０，２２ａ，２２ｂを複数積層した積層構造としたりすることで、任意の厚みを実現することができる。
【００４１】
このように、上記放熱層２０は、例えば、総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下程度、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下程度、例えば、１００μｍ以上４００μｍ以下の範囲で任意の厚みのものとして好適に実現され得る。なお、上記放熱層２０は、ガラス成分が基板１０と放熱層２０との間に発生する熱応力を緩和し得るため、放熱層２０の表面でのしわやクラックの発生が抑制され、より平坦性の高い放熱層２０が実現され得る。したがって、放熱層２０，２２ａ，２２ｂは、例えば、表面粗さＲａが１０μｍ以下、典型的には１μｍ以下のものとして実現され得る。かかる表面粗さＲａは、例えば、０．７μｍ以下とすることができ、より好ましくは０．５μｍ以下であり得る。かかる放熱層２０，２２ａ，２２ｂの平坦性は、厚みの薄い放熱層２２ａや厚みの厚い放熱層２２ｂを形成した場合においても、好適に実現され得る。
なお、この図１の例において、放熱性基板１は、半導体素子が実装されていない側（例えば、裏面）の放熱層２０の表面に、さらに放熱フィン５０を設けている。これにより、サーマルビア（図示せず）等を通じて放熱性基板１の裏面からも効果的に放熱を行うことができる。また、図１に示されるように、かかる放熱性基板１において、基板１０と、放熱層２０，２２ａ，２２ｂおよび、半導体素子３０ａ，３０ｂ、板状電極４０，ボンディングワイヤ４２等との接続を、封止部材４４により保護するようにしてもよい。
【００４２】
以下、かかる放熱層２０を形成するための銅ペーストと、放熱性基板１の製造方法について説明する。
［銅ペーストの用意］
ここに開示される放熱層２０を形成するための銅ペーストは、放熱層２０の主成分としての銅粉末と、バインダとしてのガラス粉末とが、有機媒体に分散された形態であり得る。
銅粉末は、銅ペーストを焼成することで形成される放熱層２０の高い電気伝導性と放熱性とを担う物質である。かかる銅粉末の種類等については特に制限はなく、目的の銅ペーストに従来用いられている組成、純度、形状等を備える銅粉末を適宜選択して用いることができる。例えば、銅粉末としては、タフピッチ銅、無酸素銅、銅化合物（例えば、銀入り銅、ジルコニウム銅などの合金、金属酸化物等）からなる粉末であっても良い。また、本発明の目的を損ねない限り、かかる銅には各種の元素等が添加されていても良い。
かかる銅粉末の形状や粒径に厳密な制限はなく、例えば、代表的には、平均粒径が数ｎｍ〜数１０μｍ程度、例えば、１０ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲のものから用途等に応じて選択される平均粒径を有する粒子を用いることができる。なお、本明細書における「平均粒径」とは、平均粒径がおおよそ０．５μｍ以上となる範囲では、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置により測定された粒度分布における積算値５０％での粒径（５０％体積平均粒子径；以下、Ｄ５０と略記する場合もある。）として求めることができ、平均粒径がおおよそ０．５μｍ程度以下の範囲では、電子顕微鏡等の観察手段により観察される観察像内の複数の粒子の円相当径に基づき作成された粒度分布における積算値５０％での粒径として求めることができる。なお、これらの平均粒径の算出手法を適用する粒径範囲に厳密な臨界はなく、採用する装置の精度等に応じて算出方法を適宜選択することができる。
【００４３】
ガラス粉末は、銅ペーストを基板１０に供給して焼成することで形成される放熱層２０の接着強度を向上させることができる。かかるガラス粉末を構成するガラス構成成分（ガラス組成）や軟化点等の特性については、上記放熱層２０におけるガラス成分と同等とすることができるために詳細な説明は省略する。なお、かかるガラス粉末の平均粒径は、典型的には、銅粉末と同等かそれ以下の大きさに調整されているのが好ましい。したがって、かかるガラス粉末としては、例えば、レーザ散乱回折法に基づく平均粒径が３μｍ以下、好適には２μｍ以下、典型的には平均粒径が０．１μｍ〜２μｍ程度のガラス粉末を用いることができる。
【００４４】
また、銅ペーストにおける銅粉末とガラス粉末との割合についても、上記の放熱層２０の構成と同様に考慮することができる。すなわち、銅粉末とガラス粉末との割合は厳密に制限されないものの、放熱層２０の放熱性（熱伝導特性）および電気伝導性と、かかる放熱層２０の基板１０への密着性とのバランス等を考慮すると、例えば、銅粉末とガラス粉末との合計を１００質量％としたとき、３質量％以上１５質量％以下の割合でガラス粉末が含まれているのが好ましい。ガラス粉末の割合が少なくなると、放熱層２０の基板への良好な密着性が実現され難いために好ましくない。ガラス粉末の割合は、５質量％以上であるのが好ましく、さらには８質量％以上であるのがより好ましい。また、ガラス粉末の割合が多すぎると主成分である銅により実現され得る放熱性および電気伝導性が必要以上に損なわれるために好ましくない。ガラス粉末の割合は、１３質量％以下であるのが好ましく、さらには１０質量％以下であるのがより好ましい。
【００４５】
有機媒体としては、上記銅粉末とガラス粉末とを分散させておくビヒクルとも呼ばれる媒質を好ましい例として挙げられる。かかる媒質は、典型的には、バインダと有機溶媒とから構成されている。かかるビヒクルは、銅粉末およびガラス粉末を適切に分散させ得るものであればよく、従来の銅ペースト等に用いられているものを特に制限なく使用することができる。
かかるバインダとしては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アルキド系樹脂、セルロース系高分子、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等をベースとするものが挙げられる。ここに開示される技術においては、融点が２５０℃程度のアクリル系樹脂からなるバインダを用いることが好ましい。かかるアクリル系樹脂としては、例えば、（メタ）アクリル系のモノマー、または、かかるモノマーを主モノマーとする共重合体等が挙げられる。（メタ）アクリル系のモノマーとしては、具体的には、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｓ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、イソペンチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ヘプチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、イソノニル（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、ウンデシル（メタ）アクリレート、ドデシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、テトラデシル（メタ）アクリレート、ペンタデシル（メタ）アクリレート、ヘキサデシル（メタ）アクリレート、ヘプタデシル（メタ）アクリレート、オクタデシル（メタ）アクリレート、ノナデシル（メタ）アクリレート、エイコシル（メタ）アクリレート等が挙げられる。なお、本明細書において、（メタ）アクリルとは、アクリルおよびメタクリルを意味する用語である。また、主モノマーとは、全モノマー成分１００質量％に対して当該モノマーが５０質量％以上を占めることを意味し、好ましくは８０質量％以上、例えば９０質量％以上であり得る。
【００４６】
また有機溶媒としては、例えば、エチルセルロース等のセルロース系高分子、エチレングリコールおよびジエチレングリコール誘導体、トルエン、キシレン、ミネラルスピリット、ブチルカルビトール、ターピネオール等の高沸点有機溶媒またはこれらの二種以上の組み合わせを構成成分として含む有機ビヒクルを用いることができる。
その他、ここに開示される銅ペーストには、かかるペーストを構成するに適した粘性および塗膜（基材に対する付着層）形成能等の所望の特性を付与し得る各種の添加剤が、必要に応じて含まれていても良い。かかる添加剤の一例をあげると、界面活性剤、消泡剤、可塑剤、増粘剤、酸化防止剤、分散剤、種々の光重合性化合物および光重合開始剤、重合禁止剤や、基材との密着性向上を目的としたシリコン系、チタネート系およびアルミニウム系等の各種カップリング剤等が挙げられる。
そして、以上の銅粉末およびガラス粉末を、三本ロールミルを用いて有機媒体に混合し、よく混練することで、ここに開示される銅ペーストを得ることができる。
【００４７】
以上の銅ペーストは、非ビンガム流動を示す粘塑性流体であって、例えば、各種の印刷に好適に供されるよう粘度を調整され得る。かかる粘度は、例えば、採用する印刷手法、印刷機、製版等に因るため一義的に示すことはできないが、一般的には３Ｐａ・ｓ以上のものを考慮することができ、例えば１０Ｐａ・ｓ以上とすることができる。ここに開示される銅ペーストにおいて、粘度は、１０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓ程度のものを考慮することができる。なお、導電性ペーストの粘度は、粘塑性流体の粘度計測が可能な粘度計あるいはレオメータにより計測することが可能である。本明細書における粘度は、ＨＢＴタイプのブルックフィールド型粘度計を用い、２５℃において１０ｒｐｍの条件で計測される値を示している。
【００４８】
以上の銅ペーストは、例えば、銅粉末およびガラス粉末の平均粒径や、固形分濃度、粘性等を調整することで、優れた離型性あるいはすり抜け性ともいえる性質を備えることができる。したがって、かかる銅ペーストは、例えば、スクリーン印刷、メタルマスク印刷、グラビア印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷等に適用する印刷用ペースト（スラリーあるいはインク等という場合もある。）として好適に用いることができる。したがって、本発明においては、放熱層２０は、所定の配線パターンを実現し得るように、印刷により形成することができる。
【００４９】
そこで、例えば、基板１０の表面に放熱性導体回路としての放熱層２０を備える放熱性基板１を製造する場合を例にして、ここに開示される放熱性基板１０の好ましい態様について説明する。
［基板の用意］
基板１０については、上述の窒化物系セラミックスからなる基板を用いることができる。かかる基板の形状、寸法（半径、厚み）等については特に制限はなく、目的の用途に応じて適宜選択して用いることができる。例えば、窒化アルミニウムからなる基板１０を用いることができる。
【００５０】
かかる基板１０の少なくとも片面に、上記で用意した銅ペーストを直接的に塗布して塗布層を形成する。銅ペーストの塗布の手法については特に制限されない。かかる銅ペーストは、例えば、スクリーン印刷法、メタルマスク印刷法、グラビア印刷法、キャスト法、ディップコーティング法、スピンコート法、電気泳動法、スプレー法、インクジェット法などの各種の手法を利用して基板に塗布することができる。なかでも、ここに開示される銅ペーストは、印刷技術に好適に適用できることから、特に、スクリーン印刷法、メタルマスク印刷法、グラビア印刷法等の印刷技術により塗布するのが好ましい。かかる印刷技術を利用することで、基板１０に、任意の形態の塗布層を精度よく形成することができる。例えば、複雑な形状の配線パターンに対応した塗布層を簡便かつ精度良く形成することができる。また、かかる印刷技術を利用すると、例えば、基板１０の少なくとも一方の面の７０％以上もの広い領域に、任意の形態で銅ペーストを少ない工程で簡便に塗布することができる。所望の配線パターンにもよるが、例えば、銅ペーストは、基板の８０％以上、さらには９０％以上の領域（例えば、ほぼ１００％全面）に塗布することもできる。また、印刷技術を利用することで、比較的厚みのある塗布層を精密に形成することができる点においても好ましい。
【００５１】
さらに、かかる銅ペーストの塗布は、基板上に形成された塗布層の上に、さらに重ねて行うこともできる。塗布層の上にさらに銅ペーストを塗布する際には、連続的に（すなわち、先に形成した塗布層が乾燥しないうちに）行っても良いが、予め形成した塗布層を乾燥させてから２回目の塗布を行うようにしても良い。これにより、塗布層の厚みが厚くなっても塗布層がだれることなく、例えば、断面形状を略方形に好適に維持することができる。
かかる塗布層は、後述の焼成後に得られる放熱層が所望の厚みとなるよう、厚みを調整することができる。したがって、例えば、基板上に形成された塗布層の上面の一部にのみ、さらに銅ペーストを塗布するようにしても良い。また、例えば、塗布層が所望の厚みとなるまで複数回繰り返し銅ペーストを塗布するようにしても良い。塗布層の厚みは特に制限されないものの、例えば、焼成後に得られる放熱層２０の総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下を実現し得るよう厚みを調整することができる。
【００５２】
次いで、このように形成された塗布層を、例えば、乾燥させた後、焼成することで、銅を主体としガラス成分を含む放熱層を形成することができる。ここに開示される技術によると、バインダとしてのガラス粉末の軟化点が低く抑えられているため、かかる焼成温度も当該軟化点以上の比較的低い温度に設定することができる。例えば、焼成は、４７５℃以上７００℃以下の温度範囲で行うことができる。焼成の雰囲気は、焼成温度等に応じて選択でき、空気雰囲気、酸化性雰囲気、不活性ガス雰囲気（窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等）、還元性雰囲気あるいはこれらの混合雰囲気等から、適宜選択することができる。
なお、所望の厚みの放熱層２０を得るに際し、基板の表面に銅ペーストを１回ないしは２回以上塗布した後に一旦焼成を行って薄目の放熱層を形成し、かかる薄目の放熱層の上に再び銅ペーストを１回ないしは２回以上塗布して焼成するようにしてもよい。すなわち、所望の厚みの放熱層を得るに際し、複数回の焼成を行うようにしてもよい。
【００５３】
これにより、窒化物系セラミックスからなる基板１０に、銅を主体としガラス成分を含む放熱層２０を精度よく形成することができる。なお、放熱層２０の形成には、ここで開示される銅ペーストを使用しているため、放熱層２０の形成に際して、基板１０と放熱層２０との間に発生する熱応力が緩和され得る。したがって、放熱層２０の表面は、熱応力の集中に起因するたわみやクラックの発生が抑制され得る。また、基板１０と放熱層２０との間の密着性が高く維持され得る。これにより、表面の平坦性に優れた放熱層２０が基板１０に密着性良く形成された放熱性基板１を製造することができる。換言すると、窒化物系セラミックスからなる基板に対し、高品質な銅メタライズ処理を行うことができる。
【００５４】
なお、上記放熱層２０は、印刷技術を応用することにより、例えば、表面粗さＲａが１μｍ以下の表面平坦性を実現し得る。これは、放熱層２０の総厚みが５０μｍ以上７００μｍ以下程度の厚膜である場合にも、実現し得ることが確認されている。すなわち、このような表面平坦性の高い放熱性基板１によると、例えば、半導体素子３０ａ，３０ｂを複数実装した場合に、当該複数の素子３０ａ，３０ｂ間をボンディングワイヤ４２により配線する（電気的に接続する）ことに限定されず、例えば、板状電極４０を載置することでもコンタクトを実現することができる。
【００５５】
かかる構成によると、優れた放熱性と電気伝導性を備える放熱層が、窒化物系セラミックスからなる基板に密着性良く備えられた放熱性基板が提供される。窒化物系セラミックスからなる基板は、優れた機械的特性を備えるとともに、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＡｓ等の半導体と近い熱膨張係数を有し、熱伝導性（すなわち放熱性）に優れ、高絶縁耐圧を備えている。したがって、かかる放熱性基板によると、例えば、大型のＳｉチップを回路上に直接接合することが可能とされる。また、従来の放熱性基板と比較して構造や製造工程をより単純化することができ、実装コストや熱抵抗の低減を図ることができる。なお、かかる窒化物系セラミックスからなる基板を主体とする放熱性基板によると、高い放熱性を有しながらも毒性のある材料を含むＢｅＯ基板との代替が可能となる点でも好ましい。
【００５６】
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。
平均粒径が１μｍの銅（Ｃｕ）粉末と、下記の表１に示す５とおりの組成のガラス粉末とを、質量比で銅粉末：ガラス粉末が９：１となる割合でそれぞれ混合し、バインダとしてのアクリル系樹脂、溶剤としてのブチルジグリコールアセテート（ＢＤＧＡＣ）と共に三本ローラーで混練して、メタライズ層形成用の銅ペースト１〜５を調製した。なお、本実施形態において、銅ペーストの粘度は、メタルマスク印刷に好適な１０００ｃｐｓ（２５℃、１ａｔｍ）となるよう、バインダおよび溶剤量を調整した。
市販の窒化ケイ素基板（三菱マテリアル製）に上記で用意した銅ペーストを、メタルマスク版を用いて印刷した。印刷パターンは、１０ｍｍ×１０ｍｍの方形で、塗膜の厚みを１００μｍ〜３００μｍとした。このように印刷された印刷パターンに対し、大気雰囲気下、２００℃〜４００℃で保持する脱脂処理を施し、次いで、窒素雰囲気下、４７５℃〜７００℃で１時間の焼成を行った。これにより、放熱性基板１〜５を用意した。
比較のために、市販の銅メタライズ基板（日立金属アドメット株式会社製品）を用意した。ろう材を用い、窒化ケイ素基板に厚さ３００μｍの銅板を貼り合わせ、窒素雰囲気中、所定温度で焼成することで銅板を基板に接合した、放熱性基板６を用意した。
【００５７】
これらの放熱性基板１〜６について、焼成処理後のメタライズ層の表面粗さを測定した。表面粗さの測定は、表面粗さ測定器（株式会社東京精密、ｓｕｒｆｃｏｍ１２０Ａ）を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に準拠して、算術平均粗さ（Ｒａ）と、最大高さ（Ｒｚ）とを測定した。その結果を表１に示した。
また、これらの放熱性基板１〜６について、室温（２５℃）から−２０℃に冷却した後、２５０℃にまで加熱するヒートサイクルを１０サイクル施した後に、メタライズ層に対して剥離試験を施し、ヒートサイクル耐性を評価した。なお、剥離試験は、放熱性基板のメタライズ層の表面に、セロハンテープ（ニチバン株式会社製、ＣＴ−１８）を指でよく押さえて貼り付けた後、基板の表面から９０°の方向に引きはがした際の、メタライズ層の剥離の有無を目視で観察した。その結果を表１に示した。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
焼成後の表面粗さＲａおよびＲｚは、放熱性基板１〜３については０．３μｍ以下と印刷後の平坦性を保っていたのに対し、放熱性基板４〜６については１μｍ超過と平坦性が損なわれる結果であった。これは、放熱性基板１〜３については、バインダとしてのガラス粉末により、メタライズ層と基板との熱応力が上手く緩和され、メタライズ層に熱応力による変形やクラックが発生しなかったためであると考えられる。これに対し、放熱性基板４〜６では、かかる熱応力の緩和が上手くなされず、メタライズ層の平坦性が損なわれる結果になったと考えられる。なお、放熱性基板６は、ろう材を介して銅板が窒化ケイ素基板に貼付けされたものである。ここに開示される発明により提供される放熱性基板１〜３は、かかるろう材により放熱層が接合された放熱性基板よりも平坦性の高い表面を実現し得ることが確認された。
【００６０】
また、ヒートサイクル後の剥離試験においても、放熱性基板１〜３については剥離が生じなかったのに対して、放熱性基板４〜６ではメタライズ層が剥離するという結果であった。これについても、放熱性基板１〜３については、バインダとしてのガラス粉末により、ヒートサイクルにより発生するメタライズ層と基板との間の熱応力が上手く緩和され、メタライズ層と基板との密着性が良好であることに因ると考えられる。一方の放熱性基板４〜６については、−２０℃〜２５０℃のヒートサイクルによる熱応力が蓄積し、メタライズ層と基板との密着性の低下に結び付いたものと考えられる。このことから、ここに開示される発明により提供される放熱性基板１〜３は、ヒートサイクル耐性にも優れていることが確認できた。
【００６１】
より詳細に検討すると、例えば、放熱性基板１、２と４との比較等から、バインダとして用いたガラス粉末の組成にＡｇ２Ｏが含まれるか否かが、かかるメタライズ層の平坦性および接着性に大きな影響を与えていることが示された。
【００６２】
なお、放熱性基板５については、用いたガラス粉末の軟化点が比較的高かったため、接合に際して４７５℃〜７００℃との焼成温度がガラス粉末に対して低いことが予想された。そのため、新たに焼成温度を９００℃とした放熱性基板５’を用意したところ、表１に示すように、焼成後の表面粗さはＲａ、Ｒｚともに改善された。しかしながら、ヒートサイクル後の剥離試験では界面での残留応力が増大したためか、メタライズ層に剥離が生じる結果となった。
このことから、単に表面平坦性の高いメタライズ層を得るには、接合の際の焼成温度を高くするなどしてガラス粉末を十分に軟化させればよいようにも予想できる。しかしながら、放熱性基板５、５’にみられるように、単に表面平坦性の高いメタライズ層を形成しても、かかるメタライズ層と窒化物系セラミック基板との接合性は十分ではないことがわかった。このように、上記のメタライズ層の平坦性およびメタライズ層と基板との密着性は、バインダとして用いたガラス粉末の軟化点のみに依存して発現されるものではなく、ガラス粉末の具体的な組成もが寄与していることが確認できた。
【００６３】
以上のことから、本発明によると、表面が平坦性で、さらに、ヒートサイクル耐性に優れた密着性の良いメタライズ層を備える窒化物系セラミックからなる放熱性基板と、その製造方法、ならびに、かかるメタライズ層を形成するための銅ペーストが提供される。かかる放熱性基板によると、例えば、複数の半導体素子を実装した場合に、かかる半導体素子間にワイヤボンディングにより電極を形成することに代えて、それらの半導体素子上に電極板を載置することで、当該素子間の導通を確保することが可能とされる。すなわち、ここに開示される放熱性基板は、新たな半導体素子構造の実現を可能とするものとなり得る。以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１  放熱性基板
１０  基板
２０、２２ａ、２２ｂ  放熱層
３０ａ、３０ｂ  半導体素子
４０  板状電極
４２  ボンディングワイヤ
４４  封止部材
５０  放熱フィン
【図１】
2015109299.tif 000004