(57)【要約】【課題】製造コストを増大させることも熱放散性を低下させることもなく、機械的信頼性と光学的反射特性が高い電子部品実装用基板を提供する。【解決手段】電子部品実装用基板１０において、アルミナ基板１１はジルコニアを含有し、ジルコニアの含有量は０．５〜３０ｗｔ％の範囲内であり、アルミナ基板１１の表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒１４の割合を面積比であらわした場合に両主面でジルコニア結晶粒１４の面積比が異なっており、電子部品１６を実装するための第一の金属層１３がジルコニア結晶粒１４の面積比が大きい方の主面１２に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板とその主面に設けられる金属層とで構成される電子部品実装用基板において、
前記セラミック基板はジルコニアを含有するアルミナ基板であり、
該ジルコニアの含有量は０．５〜３０ｗｔ％の範囲内であり、
前記アルミナ基板の表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒の割合を面積比であらわした（以下、「ジルコニア結晶粒の面積比」と称す）場合に両主面で前記ジルコニア結晶粒の面積比が異なっており、
電子部品を実装するための第一の金属層が前記ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面に設けられることを特徴とする電子部品実装用基板。
【請求項２】
前記アルミナ基板における前記ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面に第二の金属層が設けられることを特徴とする請求項１記載の電子部品実装用基板。
【請求項３】
前記アルミナ基板の両主面における前記ジルコニア結晶粒の面積比の差が９．０％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品実装用基板。
【請求項４】
０．２５〜０．７０ｍｍの厚さに調整した前記アルミナ基板の表面における波長４２０〜７４０ｎｍの領域の光学的反射率が両主面で異なっており、
前記ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面よりも前記ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の方が前記反射率が高く、
該反射率の差が２．００％以下であることを特徴とする請求項３記載の電子部品実装用基板。
【請求項５】
前記第一の金属層及び第二の金属層がＣｕ−Ｏ共晶液相を接合材として銅板とセラミック基板を接合する直接接合法により接合される銅板であり、
前記アルミナ基板における前記ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、前記ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも大きいことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項記載の電子部品実装用基板。
【請求項６】
前記アルミナ基板がドクターブレード法またはダイコート法で成形されるグリーンシートの焼結体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子部品実装用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板と、その表面に設けられる金属層とで構成される電子部品実装用基板に係り、より詳細にはパワートランジスタ素子やパワーＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子等の電子部品を実装するのに使用される電子部品実装用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品実装用基板では、これにパワートランジスタ素子やパワーＬＥＤ素子などの電子部品を実装した後、これを組み込んで用いられる電子機器の高性能化や小型化に伴い、電子部品から発生する熱を速やかに放散させてその機能低下を防止することが重要な課題となっている。
【０００３】
大電力、高効率用インバータ等のようなパワーモジュールにおいては、樹脂基板よりも熱伝導性、機械的信頼性、絶縁耐圧性等の材料特性に優れるセラミック基板上に、熱伝導性と電気伝導性が高い銅板を設けて回路を形成した後、この銅板上にパワートランジスタ素子を実装する構造が採用されている。特に銅と微量の酸素との反応により銅表面に生成するＣｕ−Ｏ共晶液相を接合材として銅板とセラミック基板を直接接合（以下、「ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）」と称す）する方法で製造されるＤＣＢ基板は、接合材の体積が極めて少ないために銅板とセラミック基板の接合界面における熱抵抗がほとんど無く熱放散性に優れており、パワートランジスタ素子の実装用基板として広く使用されている。
【０００４】
このＤＣＢ基板を構成するセラミック材料としては、上記の材料特性に優れ、かつ安価購入ができるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが一般的であるが、アルミナにジルコニア（ＺｒＯ２）を添加することで機械的信頼性を高め、アルミナ基板を薄形化することで、熱放散性をさらに高める技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、室内照明や自動車用ヘッドライトなどの一般照明に使用されるパワーＬＥＤにおいても、熱放散性に優れる上記のＤＣＢ基板にパワーＬＥＤ素子を実装する発明が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合、パワーＬＥＤの発光効率を高めるには、（１）ＤＣＢ基板を使ってパワーＬＥＤ素子が発する熱を速やかに放散させて素子の温度を適正範囲内に保つことのほかに、（２）ＤＣＢ基板表面の光学的反射特性を高めることが有効である。（２）のＤＣＢ基板表面は回路パターンを形成する銅板とパターン間の隙間に露出するセラミック基板とで構成されるが、銅板についてはその表面に銀めっき被膜を設けて光学的反射率を高める方法が提案されている。一方、セラミック基板については、パワーＬＥＤ用途においてもＤＣＢ基板を構成するセラミック材料としてアルミナが一般的に用いられる。白色を呈するアルミナは他のセラミック材料（窒化アルミなど）よりも光学的反射率が比較的高いためである。アルミナの光学的反射率を高めればパワーＬＥＤの発光効率をさらに向上させることができるが、アルミナにジルコニアを添加すると機械的信頼性だけでなく光学的反射率も向上することが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
ところで、銅板とアルミナ基板の接合工程において銅板とアルミナ基板の接合界面に形成されるボイド（空隙）はＤＣＢ基板の熱放散性を低下させるため、ボイドの低減はＤＣＢ基板製造における重要な課題の一つである。ボイドを低減する技術として、シリカ（ＳｉＯ２）を含有するアルミナ基板の表面に低濃度で酸素を含有する銅板を配置した後、不活性ガス雰囲気中で加熱して銅板とアルミナ基板をＤＣＢ法で直接接合する発明が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３８０１４号公報
【特許文献２】特開２００６−１９６５６５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４１１３１号公報
【特許文献４】特開平３−２９０３７８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、前述したような従来の電子部品実装用基板には、次のような問題がある。
【０００９】
特許文献１、２に開示されるＤＣＢ基板の機械的信頼性を向上させるには、アルミナに添加するジルコニアの量を増やしてアルミナ基板の機械的強度を高める必要がある。その場合、ジルコニアがアルミナよりも高価な原料であるため製造コストが増大する問題がある。さらにジルコニアはアルミナよりも熱伝導率が低いため、ジルコニアの含有量を増やすとアルミナ基板の熱伝導率が下がり、ＤＣＢ基板の熱放散性が低下する問題がある。
【００１０】
特許文献３に開示されるアルミナ基板表面の光学的反射率を向上させるには、アルミナが含有するジルコニアの量を増やす必要がある。そのようにして光学的反射率を高めたアルミナ基板を使ったＤＣＢ基板にパワーＬＥＤ素子を実装することでパワーＬＥＤの発光効率を高めることができる。しかしながら、特許文献１、２に開示される発明と同様に、アルミナに添加するジルコニアの量を増やすことには、製造コストを増大させ、さらにＤＣＢ基板の熱放散性を低下させる問題がある。
【００１１】
特許文献４に開示されるＤＣＢ基板を製造するための銅板とアルミナ基板の接合工程においては、銅板とアルミナ基板の接合界面に生じるボイドを低減するためにアルミナがシリカを含有する必要がある。シリカを含有しないアルミナ基板に対してはボイド低減効果がないため、ＤＣＢ基板の熱放散性が低下する問題がある。またシリカはアルミナ結晶粒の粒界に存在してアルミナ基板の熱伝導率を低下させる作用があるため、アルミナにシリカを添加してボイドを低減できたとしても、それで必ずしもＤＣＢ基板の熱放散性が向上するとは限らない。
【００１２】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、製造コストを増大させることも熱放散性を低下させることもなく、機械的信頼性と光学的反射特性が高い電子部品実装用基板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】
前記目的に沿う本発明に係る、セラミック基板とその主面に設けられる金属層とで構成される電子部品実装用基板において、セラミック基板はジルコニアを含有するアルミナ基板であり、ジルコニアの含有量は０．５〜３０ｗｔ％の範囲内であり、アルミナ基板の表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒の割合を面積比であらわした（以下、「ジルコニア結晶粒の面積比」と称す）場合に両主面でジルコニア結晶粒の面積比が異なっており、電子部品を実装するための第一の金属層がジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面に設けられる。
【００１４】
ここで上記の電子部品実装用基板では、アルミナ基板におけるジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面に第二の金属層が設けられるのがよい。
【００１５】
また上記の電子部品実装用基板では、アルミナ基板の両主面におけるジルコニア結晶粒の面積比の差が９．０％以下であるのがよい。
【００１６】
また上記の電子部品実装用基板では、０．２５〜０．７０ｍｍの厚さに調整したアルミナ基板の表面における波長４２０〜７４０ｎｍの領域の光学的反射率が両主面で異なっており、ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面よりもジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の方が反射率が高く、反射率の差が２．００％以下であるのがよい。
【００１７】
また上記の電子部品実装用基板では、第一の金属層及び第二の金属層がＣｕ−Ｏ共晶液相を接合材として銅板とセラミック基板を接合する直接接合法（ＤＣＢ法）により接合される銅板であり、アルミナ基板におけるジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも、大きいのがよい。なおこの場合の電子部品実装用基板はＤＣＢ基板そのものである。
【００１８】
また上記の電子部品実装用基板では、アルミナ基板がドクターブレード法またはダイコート法で成形されるグリーンシートの焼結体であるのがよい。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１記載の電子部品実装用基板はセラミック基板とその主面に設けられる金属層とで構成され、セラミック基板はジルコニアを含有するアルミナ基板であり、ジルコニアの含有量は０．５〜３０ｗｔ％の範囲内である。アルミナ基板の表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒の割合を面積比であらわした場合に両主面でジルコニア結晶粒の面積比が異なっており、電子部品を実装するための第一の金属層がジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面に設けられる。そのため、まず、アルミナ基板と第一の金属層における線膨張率の差によって生じる熱応力に対し、その耐性を高くすることができる。その結果、電子部品実装用基板の機械的信頼性を高くすることができる。さらに、第一の金属層で構成される回路パターン間に露出するアルミナ基板表面の光学的反射率を高くすることができるため、パワーＬＥＤ素子の発光を効率よく照射方向に反射することができる。その結果、パワーＬＥＤの発光効率を高めることができる。上記の機械的信頼性と発光効率を高める効果はアルミナに添加するジルコニアを増量することなく得られるため、電子部品実装用基板の製造コストを増大させることがなく、電子部品実装用基板の熱放散性を低下させることもない。
【００２０】
とくに、請求項２記載の電子部品実装用基板では、アルミナ基板におけるジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面に第二の金属層が設けられるため、電子部品実装用基板の熱放散性が向上する。さらにアルミナ基板の両主面に金属層を設けるため、アルミナと金属層の線膨張率の差に起因する反りを低減することができる。
【００２１】
また、とくに、請求項３記載の電子部品実装用基板では、アルミナ基板の両主面におけるジルコニア結晶粒の面積比の差が９．０％以下である。このため、アルミナに添加するジルコニアを増量することなく、請求項１又は２記載の電子部品実装用基板と同様の効果を有する。
【００２２】
また、とくに、請求項４記載の電子部品実装用基板では、０．２５〜０．７０ｍｍの厚さに調整したアルミナ基板の表面における波長４２０〜７４０ｎｍの領域の光学的反射率が両主面で異なっており、ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面よりもジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の方が反射率が高く、反射率の差が２．００％以下である。このため、パワーＬＥＤ素子を第一の金属層に実装した際に、第一の金属層で構成される回路パターン間に露出するアルミナ基板表面の光学的反射率を高めることができ、その結果、パワーＬＥＤの発光効率を高めることができる。
【００２３】
また、とくに、請求項５記載の電子部品実装用基板では、第一の金属層及び第二の金属層がＣｕ−Ｏ共晶液相を接合材として銅板とセラミック基板を接合する直接接合法（ＤＣＢ法）により接合される銅板であり、アルミナ基板におけるジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）が、ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の主面の算術平均粗さ（Ｒａ）よりも、大きい。そのため、第一の金属層（銅板）とアルミナ基板の接合界面に発生するボイドと、第二の金属層（銅板）とアルミナ基板の接合界面に発生するボイドを合わせた、ボイドの総面積を低減することができ、その結果、電子部品実装用基板（ＤＣＢ基板）の熱放散性を高めることができる。
【００２４】
また、とくに、請求項６記載の電子部品実装用基板は、アルミナ基板がドクターブレード法またはダイコート法で成形されるグリーンシートの焼結体であるため、アルミナ基板の両主面でジルコニア結晶粒の面積比が異なっている状態を実現でき、さらに、アルミナ基板の両主面で算術平均粗さ（Ｒａ）が異なっている状態を実現できる。このため、アルミナに添加するジルコニアを増量することなく、請求項１〜５記載の電子部品実装用基板と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電子部品実装用基板の説明図である。
【図２】同電子部品実装用基板における変形例の説明図である。
【図３】同電子部品実装用基板におけるもう一つの変形例の説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は同電子部品実装用基板を作製するためにＰＥＴフィルム上に形成されるグリーンシートの説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は同電子部品実装用基板の実施例５におけるアルミナ焼結体表面の走査型電子顕微鏡写真であり、（ａ）はＰＥＴフィルム側における同表面の走査型電子顕微鏡写真、（ｂ）は雰囲気側における同表面の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】同電子部品実装用基板の実施例１〜５におけるアルミナ基板の、ＰＥＴフィルム側の焼結体表面におけるジルコニア結晶粒の面積比から、雰囲気側の焼結体表面における同面積比を引いた値を示すグラフである。
【図７】同電子部品実装用基板の実施例３、５のアルミナ基板における、ジルコニア含有量の変化に対する抗折強度及び熱伝導率の変化を示すグラフである。
【図８】同電子部品実装用基板を用いたパワーモジュール用基板の説明図である。
【図９】同電子部品実装用基板を用いたパワーＬＥＤ用基板の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化して実施するための形態について説明し、本発明の理解に供する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品実装用基板１０は、ジルコニアを含有するアルミナ基板１１とその一方の主面１２に設けられる第一の金属層１３とで構成される。アルミナは熱伝導性、機械的信頼性、絶縁耐圧性、光学的反射特性等の材料特性に優れ、安価で購入できるため、電子部品実装用のセラミック材料として広く利用されている。またアルミナにジルコニアを含有させることでアルミナ基板１１の機械的信頼性を高めることができ、同時にアルミナ基板１１の表面の光学的反射率も高めることができる。ところがジルコニアは高価で熱伝導率が低い材料であるため、ジルコニアの含有量が多すぎるとアルミナ基板１１における製造コストの増大や熱伝導率の低下が問題となる。本発明ではアルミナ基板１１におけるジルコニアの含有量を０．５〜３０ｗｔ％の範囲内とすることにより、アルミナ基板１１における製造コストの増大や熱伝導率の低下を必要最小限に抑えながら、前記の機械的信頼性と光学的反射率を同時に向上させることができる。
【００２８】
電子部品実装用基板１０では、アルミナ基板１１の表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒１４の割合を面積比であらわした場合、一方の主面１２と他方の主面１５とでは前記の面積比が異なっている（図１ではジルコニア以外の結晶粒の図示を省略している）。電子部品実装用基板１０では、一方の主面１２と他方の主面１５におけるそれぞれの前記面積比を同一にせず、その違いを積極的に利用することにより、ジルコニアの含有量を増大させてアルミナ基板１１の製造コストを増大させることも熱伝導率を低下させることもなく、電子部品実装用基板１０の機械的信頼性や光学的反射特性を高めることができる。
【００２９】
電子部品実装用基板１０において、パワートランジスタ素子やパワーＬＥＤ素子などの電子部品１６を実装するための第一の金属層１３は、電子部品１６の実装形態に合わせた回路パターンで構成される。第一の金属層１３をアルミナ基板１１の一方の主面１２に設ける際の加熱・冷却工程では、第一の金属層１３とアルミナ基板１１の線膨張率の差に起因する熱応力が発生する。この熱応力は、厚み方向においては第一の金属層１３と一方の主面１２の接合界面付近で大きくなり、面内方向においては個々の回路パターンのコーナー部で最大となる。このような熱応力は第一の金属層１３とアルミナ基板１１の接合界面における機械的信頼性を低下させる。
【００３０】
たとえば第一の金属層１３が銅である場合、銅の線膨張率はアルミナの線膨張率よりも大きいため、銅の熱収縮による引っ張りモードの熱応力がアルミナ基板１１の内部に発生する。この引っ張りモードの熱応力はアルミナ基板１１にクラックを発生させる。
【００３１】
ところで、アルミナ基板１１におけるジルコニア結晶粒１４の面積比は、他方の主面１５よりも一方の主面１２の方が大きい。このためアルミナ基板１１の表面における機械的強度は他方の主面１５よりも一方の主面１２の方が高い。したがって、第一の金属層１３を一方の主面１２に設けることにより、第一の金属層１３とアルミナ基板１１における線膨張率の差に起因する熱応力に対する耐性が高められる。この結果、前記の引っ張りモードの熱応力によってアルミナ基板１１にクラックが発生して第一の金属層１３が剥がれたり、アルミナ基板１１の絶縁耐圧性が低下したりする不具合を防止することができる。
【００３２】
さらに、ジルコニア結晶粒１４の面積比が他方の主面１５よりも一方の主面１２の方が大きいことにより、アルミナ基板１１の表面における光学的反射率についても他方の主面１５よりも一方の主面１２の方が高くなる。したがって、第一の金属層１３を一方の主面１２に設けることにより、パワーＬＥＤ素子を第一の金属層１３に実装して用いる際に、回路パターン間の隙間に露出するアルミナ基板１１の表面における光学的反射率を高め、パワーＬＥＤ素子の発光を効率よく照射方向に反射することができる。その結果、パワーＬＥＤの発光効率を高めることができる。
【００３３】
アルミナ基板１１の板厚については、熱放散性を高めるためには板厚を薄くする方が良いが、機械的信頼性と絶縁耐圧性と光学的反射特性を高めるためには板厚は厚い方が良い。これらのバランスを取るため、アルミナ基板１１の厚さは０．２〜１．２ｍｍに設定されることが好ましい。
【００３４】
一方、第一の金属層１３を構成するための材料としては金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、マンガン、チタンやそれらの合金を用いることができる。
【００３５】
板状の材料を第一の金属層１３として一方の主面１２に接合する場合、たとえば銅板を一方の主面１２に接合する方法としては、ＤＣＢ法やチタンを添加した銀ろうを接合材として用いる活性金属接合法などを適用することができる。またアルミニウム板を一方の主面１２に接合して第一の金属層１３を設けるための方法としては、アルミニウムろうを接合材として用いる方法を適用することができる。
【００３６】
つぎに金属膜を第一の金属層１３として一方の主面１２に形成するための方法としては、アルミニウム融液にアルミナ基板を浸漬する方法、金属粉末とフリットを含む厚膜導体ペーストをアルミナ基板の表面に塗布したのちに焼成する方法（厚膜法）、モリブデン粉末とマンガン粉末を含むペーストをアルミナ基板表面に塗布したのちに加湿水素雰囲気中で焼成する方法（Ｍｏ−Ｍｎ法）、レジネート（有機金属化合物）を含むペーストをアルミナ基板の表面に塗布したのちに焼成する方法、真空蒸着やスパッタリングなどの気相中で金属膜を成膜する方法、無電解めっき法、などを適用することができる。このほか、焼成前のグリーンシート表面にタングステン粉末やモリブデン粉末を含む厚膜導体ペーストを塗布したのち、グリーンシートと厚膜導体ペーストを同時に焼成する方法（コファイア法）を適用することもできる。
【００３７】
また第一の金属層１３の表面に金、銀、ニッケルなどのめっき皮膜を設けても良い。金やニッケルのめっき被膜は第一の金属層１３における表面の酸化を防止する効果がある。第一の金属層１３の表面が酸化されると半田濡れ性やワイヤボンディング性などが低下し、電子部品１６の実装工程における不良率が高まる。また銀めっき皮膜は第一の金属層１３の光学的反射率を高める効果がある。
【００３８】
とくに電子部品１６としてパワートランジスタ素子を第一の金属層１３に実装する場合、電子部品実装用基板１０には、高電圧が掛かっても絶縁性を保持できること、パワートランジスタ素子が発する熱を効率よく放散すること、大電流を流しても導通回路（第一の金属層）が損傷を受け断線しないこと、が要求される。段落番号００３３に記載したとおり、絶縁性や放熱性などの観点よりアルミナ基板１１の板厚については０．２〜１．２ｍｍに設定することが好ましい。つぎに第一の金属層１３については厚さ０．１〜１．０ｍｍの銅またはアルミニウムからなることが好ましい。銅やアルミニウムの厚みをそのように設定することにより、電子部品実装用基板１０の熱放散性が高まり、さらに大電流を第一の金属層１３に流しても導通回路に損傷が生じないようにすることができる。
【００３９】
アルミニウムは銅よりも柔らかいため、第一の金属層１３とアルミナ基板１１における線膨張率の差に起因する熱応力が小さくなり、第一の金属層１３として銅を適用するよりもアルミニウムを適用する方が電子部品実装用基板１０の機械的信頼性が高くなる。しかしながら第一の金属層１３としてアルミニウムを適用する場合、大気中ではアルミニウム表面に酸化膜（アルミナ）が形成され、アルミニウムの表面にニッケルなどのめっき皮膜を設けないとパワートランジスタ素子（電子部品１６）を実装するための良好な半田濡れ性を確保できない。このため銅を適用する場合に比べて余分なコストがかかる。したがって、車載用等の高い信頼性が要求される場合を除き、パワートランジスタ素子を実装するための第一の金属層１３としては一般的に銅が適用される。また、銅の厚さを０．１〜１．０ｍｍとするには金属膜を形成するよりも板状の材料（銅板）を接合する方が容易で低コストである。
【００４０】
第一の金属層１３としての銅板とアルミナ基板１１との接合にはＤＣＢ法や活性金属接合法を適用することができる。これらのうち、アルミナ基板１１に対する銅板の接合強度がそれほど問題にならない場合には、より低コストで、より熱放散性の高いＤＣＢ法を適用する方が好ましい。
【００４１】
またとくに電子部品１６としてＬＥＤなどの発光素子を第一の金属層１３に実装する場合、第一の金属層１３の表面に銀めっき被膜を設けることでその光学的反射率が高まり、ＬＥＤなどの発光効率も高まる。パワートランジスタ素子に比べるとＬＥＤなどの発光素子を駆動するための電流値は小さいため、第一の金属層１３として、厚膜法やコファイア法で形成される１〜１００μｍ程度の膜厚の金属膜や、レジネートを印刷して焼成する方法、真空蒸着、スパッタリング、無電解めっき法、などで形成される０．１〜１０．０μｍ程度の膜厚の金属膜などを適宜用いることができる。しかしながら電子部品１６が比較的大きな駆動電流で作動するパワーＬＥＤ素子である場合は、前記のパワートランジスタ素子と同様の理由から、第一の金属層１３をＤＣＢ法または活性金属接合法でアルミナ基板１１に接合される厚さ０．１〜１．０ｍｍの銅板としても良い。
【００４２】
図２に示すように、本発明の変形例である電子部品実装用基板１０ａでは、アルミナ基板１１における、ジルコニア結晶粒１４の面積比が小さい方の他方の主面１５ａに第二の金属層１７が設けられている。この電子部品実装用基板１０ａでは第二の金属層１７が設けられることにより、図１に示す電子部品実装用基板１０よりも熱放散性が高い。
【００４３】
図１に示す電子部品実装用基板１０では、電子部品１６から発せられる熱は、まず、第一の金属層１３の内部で面内方向と厚さ方向に拡散されたのちにアルミナ基板１１の一方の主面１２に達し、次に、アルミナ基板１１の内部で面内方向と厚さ方向に拡散されたのちに他方の主面１５に達し、さらに、電子部品実装用基板１０が取り付けられる外部基板（図示しない）に向けて放散される。電子部品実装用基板１０はその外部基板に取り付けられた状態でパワーモジュールやパワーＬＥＤなどの電子機器に組み込まれる。
【００４４】
図２の電子部品実装用基板１０ａでも熱拡散の状況はそれと同様であるが、他方の主面１５ａに達した熱はさらに第二の金属層１７の内部で面内方向と厚さ方向にさらに拡散させられ、その後に外部基板（図示せず）に向けて放散されるため、図２に示す電子部品実装用基板１０ａは図１に示す電子部品実装用基板１０よりも熱放散性が高い。
【００４５】
また電子部品実装用基板１０ａでは、第一の金属層１３とアルミナ基板１１の線膨張率の差に起因する反りを、第二の金属層１７を設けて電子部品実装用基板１０ａの表裏の反りバランスを取ることで低減することができる。そのため電子部品実装用基板１０ａを外部基板に取り付けやすくなる。
【００４６】
電子部品実装用基板１０ａにおいて、第一の金属層１３は電子部品１６の実装形態に合わせた回路パターンで構成される。第一の金属層１３はパターン間に隙間が無いベタパターンであることもあるが、ほとんどの場合はパターン間に隙間を有する回路パターンの形態を取る。一方、第二の金属層１７は面内方向の熱の拡散効果を高めるためにパターン間の隙間が無いベタパターンの形態を取る。また、前記の反りの低減効果を高めるためには、第一の金属層１３と第二の金属層１７のそれぞれの厚さを同一かそれに近いものとし、回路パターン間の隙間も含む第一の金属層１３の外形面積と、第二の金属層１７の外形面積（＝ベタパターンの面積）も同一かそれに近いものとするのがよい。
【００４７】
また、電子部品実装用基板１０ａをパワーモジュールやパワーＬＥＤなどの電子機器に組み込む際、電子部品実装用基板１０ａを組み込むための外部基板（図示せず）と第二の金属層１７とを、半田などの金属接合材を使った機械的信頼性や熱放散性が高い方法で取り付けることができる。
【００４８】
第一の金属層１３はジルコニア結晶粒１４の面積比が大きい方の一方の主面１２ａ、第二の金属層１７は同面積比が小さい方の他方の主面１５ａに、それぞれ設けられる。第一の金属層１３はほとんどの場合に回路パターンで構成される。そのため第一の金属層１３は、金属とアルミナの線膨張率の差に起因する熱応力が最大となる、個々の回路パターンのコーナー部を第二の金属層１７よりも多く保持する。熱応力による第一の金属層１３とアルミナ基板１１の接合界面における機械的信頼性を向上させるため、第一の金属層１３は、ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の他方の主面１５ａではなく、同面積比が大きい方の一方の主面１２ａに設けられる。
【００４９】
第二の金属層１７は第一の金属層１３と同様の材料や方法を用いて形成することができるが、第二の金属層１７と第一の金属層１３には同一の材料と同一の形成方法を適用する方が好ましい。そうすることで工程を共用することができ、製造コストや不良発生率を抑えることができる。
【００５０】
図３に示すように、本発明のもう一つの変形例である電子部品実装用基板１０ｂでは、第一の金属層１８及び第二の金属層１９がＤＣＢ法で直接接合される銅板であり、アルミナ基板１１の両主面における算術平均粗さ（Ｒａ）が異なる。ジルコニア結晶粒１４の面積比が小さい方の他方の主面１５ｂにおける第二の算術平均粗さ（Ｒａ）２０が、同面積比が大きい方の一方の主面１２ｂにおける第一の算術平均粗さ２１よりも、大きい。
【００５１】
また図３に示す電子部品実装用基板１０ｂにおいても、図２に示す電子部品実装用基板１０ａと同様、第一の金属層１８は（ほとんどの場合）パターン間の隙間が有る回路パターンであり、第二の金属層１９はパターン間の隙間の無いベタパターンである。段落番号００４６に述べたように反りを抑制するために、第一の金属層１８のパターン間の隙間を含む外形面積と第二の金属層の外形面積を同一かそれに近いものとする場合、ＤＣＢ法による銅板の接合面積については第一の金属層１８よりも第二の金属層１９の方が大きくなる。
【００５２】
ところで、ＤＣＢ法におけるＣｕ−Ｏ共晶液相のように、固体表面に対する液体の濡れ性は固体表面の粗さに敏感であり、以下に示すＷｅｎｚｅｌの式で表される。
【００５３】
ｃｏｓθｗ  ＝  ｒ  ×  ｃｏｓθ
θｗ  ：  粗い面上での液体の接触角
θ    ：  同じ材質で平坦な面での液体の接触角
ｒ    ：  平坦な面に対する粗い面の面積比をあらわす表面粗さ係数（ｒ≧１）
【００５４】
Ｗｅｎｚｅｌの式はθ＜９０度である親水性の固体表面ではθｗ＜θとなることを示している。接触角が小さい方が液体の濡れ性は高いため、平坦な面よりも粗い面の方が濡れ性が高いことになる。さらにＷｅｎｚｅｌの式はθ＜９０度である親水性の固体表面では表面粗さ係数ｒが増加するにつれてθｗが小さくなり、濡れ性が増すことも示している。
【００５５】
よって、他方の主面１５ｂにおける第二の算術平均粗さ２０は、一方の主面１２ｂにおける第一の算術平均粗さ２１よりも大きいため、ＤＣＢ法におけるＣｕ−Ｏ共晶液相の濡れ性は一方の主面１２ｂよりも他方の主面１５ｂの方が高い。このため、単位面積当たりのボイド発生率は一方の主面１２ｂよりも他方の主面１５ｂの方が低くなる。
【００５６】
したがって、ボイド発生率が高い一方の主面１２ｂに接合面積の小さい第一の金属層１８を設け、一方、ボイド発生率が低い他方の主面１５ｂに接合面積の大きい第二の金属層１９を設ける構成にすることで、銅板とアルミナ基板１１の接合界面に発生するボイドの総面積を低減することができる。その結果、電子部品実装用基板１０ｂ（ＤＣＢ基板）の熱放散性を高めることができる。この効果はアルミナ基板１１の物理的な表面形状に依るものであり、アルミナ基板１１がシリカを含むかどうかには依らない。
【００５７】
表１に電子部品実装用基板１０ｂに関する諸因子の相互関係をまとめた。
【００５８】
【表１】
2015138830.tif 000003
【実施例】
【００５９】
以下に、図４〜７を参照しながら本発明の電子部品実装用基板に係る実施例１〜５及び５（Ｂ）について説明する。
【００６０】
表２は主原料のアルミナと副原料のジルコニアにおける平均粒径と比重をそれぞれ示したものである。アルミナ原料は平均粒径が０．８〜１．５μｍ程度であることが好ましい。平均粒径が０．８μｍ以下になると、グリーンシートを成形する際、溶剤が蒸発する乾燥プロセスでグリーンシートにクラックが発生しやすくなる。また一般に原料粒径が小さくなると購入価格も高くなる。平均粒径が１．５μｍよりも大きくなるとアルミナの焼結性が低下する。
【００６１】
一方、ジルコニア原料の平均粒径は１．０μｍ以下であることが好ましい。ジルコニアの原料粒径を小さくすることで低温で焼結することが可能になり焼成工程におけるエネルギーコストを低く抑えることができる。またジルコニア原料の平均粒径をアルミナ原料の平均粒径よりも小さくすることにより、アルミナとジルコニアを混合粉砕したあとの混合分散状態を高めることができる。また焼結中に粒成長してできるジルコニア結晶粒のサイズを１μｍ程度に近づけるとアルミナ基板表面の光学的反射率が高くなるため（特許文献３参照）、ジルコニア原料の平均粒径はそれよりも小さくする方が良い。
【００６２】
本実施例で使用したジルコニア原料には３種類あり、それぞれ平均粒径が異なる。ジルコニア（Ａ）の平均粒径が最も大きく、ジルコニア（Ｃ）の平均粒径が最も小さい。ただしジルコニア（Ｃ）を単独で溶質中に分散させた際は、粒子の凝集により平均粒径１．００μｍの２次粒子となる。ジルコニア（Ｂ）はイットリア（Ｙ２Ｏ３）を３ｍｏｌ％含有する部分安定化ジルコニアである。また、材料固有の特性としてアルミナよりもジルコニアの方が比重が高い。
【００６３】
【表２】
2015138830.tif 000004
【００６４】
表３は本発明に係る実施例１〜５における、セラミック原料の配合比率を示したものである。実施例１〜５では主原料アルミナに配合する副原料ジルコニアの種類や比率がそれぞれ異なっている。このほか、ジルコニア以外の副原料としてイットリアやマグネシア（ＭｇＯ）が配合されている。なお、アルミナ基板の熱伝導率を高めるには副原料をできるだけ減らしてアルミナの純度を高めることが有効であるため、ＤＣＢ法においてボイド低減効果があるとされるシリカ（特許文献４参照）は配合していない。よって焼結後のアルミナ基板に含まれるシリカの量は不純物レベルでしかなく、実施例１〜５におけるアルミナ基板は実質的にシリカを含まない。
【００６５】
イットリアは焼成時にジルコニアに固溶することで、ジルコニアの安定化剤として作用する。イットリアは、ジルコニアに固溶して焼結体中のジルコニア結晶粒の結晶構造を安定化させ、単斜晶よりも正方晶の割合を多くする作用がある。正方晶の割合が多いとアルミナ基板の機械的強度が高まる。さらに、ジルコニアとイットリアを別々にアルミナに添加するよりも、あらかじめイットリアを１．５〜３．５ｍｏｌ％の範囲で固溶させて部分安定化したジルコニア（表２におけるジルコニア（Ｂ）に相当）をアルミナに添加する方がジルコニア結晶粒における正方晶の割合が多くなる。このため、ジルコニアとイットリアを別々にアルミナに添加するよりも部分安定化したジルコニアをアルミナに添加する方がアルミナ基板の機械的強度が高まる（特許文献３参照）。また、マグネシアは焼結温度を低下させる作用がある。
【００６６】
【表３】
2015138830.tif 000005
【００６７】
実施例１ではアルミナにジルコニア（Ｃ）が４．００ｗｔ％添加され、さらにイットリアが０．１９ｗｔ％、マグネシアが０．３０ｗｔ％添加されている。
【００６８】
実施例２ではアルミナにジルコニア（Ａ）が４．００ｗｔ％添加され、さらにイットリアが０．２５ｗｔ％添加されている。
【００６９】
実施例３ではアルミナにジルコニア（Ｂ）が１１．００ｗｔ％添加され、さらにマグネシアが０．３０ｗｔ％添加されている。ジルコニア（Ｂ）はイットリアが３ｍｏｌ％固溶された部分安定化ジルコニアである。
【００７０】
実施例４では、実施例２と同じく、アルミナにジルコニア（Ａ）が添加され、その添加量は実施例２よりも多い２３．００ｗｔ％である。アルミナにはさらにイットリアが０．７５ｗｔ％添加されている。
【００７１】
実施例５では、実施例３と同じく、アルミナにジルコニア（Ｂ）が添加され、その添加量は実施例３よりも多い２３．００ｗｔ％である。アルミナにはさらにマグネシアが０．３０ｗｔ％添加されている。
【００７２】
実施例１〜５のスラリー製造においては、まず、表３に示される配合比率の混合原料と、トルエンやブタノールなどの有機溶剤と、ポリカルボン酸系の分散剤とをそれぞれ配合し、ボールミルで粉砕混合を行った。つぎにポリビニルブチラールなどの有機質バインダーや、フタル酸系の可塑剤を追加混合した。この後、真空脱泡装置を使って有機溶剤をスラリーから蒸発除去し、スラリー中の泡抜きと粘度調整を同時に行った。その結果、均質で成形に適正な粘度を持つスラリーを得た。なお、溶剤として水を用いて、分散剤、有機質バインダー、可塑剤もそれぞれ水系に対応するものを用いてもよい。
【００７３】
スラリーを乾燥して溶剤を蒸発除去させてグリーンシートを成形する方法としては、ドクターブレード法、ダイコート法、ロールコンパクション法、押し出し成形法、などがある。
【００７４】
このうち、ドクターブレード法とダイコート法は、どちらもＰＥＴフィルムなどのキャリアシート上に所定の厚みにスラリーを塗布し、熱風や遠赤外線などで加熱乾燥して溶剤を雰囲気（大気、窒素など）中に蒸発させ、グリーンシートを作製する方法である。ドクターブレード法はキャリアシート上に設けたスラリータンクよりキャリアシートにスラリーを流し、その塗布厚みをキャリアシートと刃物形状部材（ドクターブレード）との隙間で制御する。ダイコート法はダイヘッドのスリットからスラリーを吐出すると共に、キャリアシートを塗布方向に動かして塗膜を形成する方法であり、塗布厚みの制御はスラリーの吐出量やキャリアシートの移動速度を調整することで行われる。これらの方法では成形時のスラリーに含まれる溶剤量が多く粘度が低い状態で乾燥を開始する。さらに塗膜からの溶剤蒸発はキャリアシート側に向けては進行せず、雰囲気側に向けてのみ進行するので、塗膜の厚み方向に対し、乾燥の進行状態の連続的なタイムラグが必然的に生じる。このため、乾燥後のグリーンシート中における各原料粒子の配置状態に対し、溶剤中での原料粒子の重力沈降過程や乾燥の進行速度などが影響しやすい。その結果、グリーンシートの表裏で原料粒子同士の配置が異なる状態が生じやすい。
【００７５】
本発明に係る実施例１〜５ではドクターブレード法を適用した。ダイコート法は積層セラミックスコンデンサなどに用いられる厚さ１０μｍ以下の極薄シートの成形に適用される方法である。焼結後の板厚が０．２〜１．２ｍｍ程度になるようなグリーンシートの成形についてはダイコート法を適用することも可能であるが、比較的簡素な塗工機構を持つドクターブレード法の方が取り扱いやすい。
【００７６】
一方、ロールコンパクション法は、スラリーを噴霧乾燥して作製した造粒粉末を、回転する一対のロール間に供給してロール間の圧縮力でシートを成形する方法である。また押し出し成形法は可塑性を有する程度に溶剤や有機質バインダーをセラミック粉末と練り込んだ状態のもの（坏土と呼ばれる）を口金から押し出してシートを成形する方法である。どちらの方法においても、溶剤中での原料粒子の重力沈降過程や乾燥の進行速度などは乾燥後のグリーンシート中における各原料粒子の配置状態にまったく影響しない。そのためグリーンシートの表裏で原料粒子同士の配置は同一になる。
【００７７】
つぎに、ドクターブレード法またはダイコート法で成形されたグリーンシートの表裏におけるジルコニア原料粒子の配置状態について考える。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スラリーをＰＥＴフィルム４０の上に薄く塗布し、それを熱風や遠赤外線で乾燥して溶剤を蒸発除去すると、グリーンシート４１ａ、４１ｂ、４１ｃがそれぞれＰＥＴフィルム４０の上に設けられる。
【００７８】
図４（ａ）に示すグリーンシート４１ａでは、大気や窒素などの雰囲気に接する側（これ以降、雰囲気側と表現する）のグリーンシート表面４２ａよりもＰＥＴフィルム４０に接する側（これ以降、ＰＥＴフィルム側と表現する）のグリーンシート表面４３ａの方がジルコニアの原料粒子４４の存在割合が大きい。
【００７９】
図４（ｂ）に示すグリーンシート４１ｂでは、ＰＥＴフィルム側のグリーンシート表面４３ｂよりも雰囲気側のグリーンシート表面４２ｂの方がジルコニアの原料粒子４４の存在割合が大きい。
【００８０】
図４（ｃ）に示すグリーンシート４１ｃでは、雰囲気側のグリーンシート表面４２ｃとＰＥＴフィルム側のグリーンシート表面４３ｃとでジルコニアの原料粒子４４の存在割合は同一である。表３に示す実施例１〜５の原料配合に対し、ロールコンパクション法や押し出し成形法を適用してグリーンシートを作製した場合はこのグリーンシート４１ｃのようになる。
【００８１】
溶剤含有量が大きく低粘度のスラリーをＰＥＴフィルム状に塗布し、熱風や遠赤外線で乾燥することでグリーンシートを成形するドクターブレード法またはダイコート法では、溶剤の液物性（液温、粘度、比重）、セラミック原料の粒子物性（粒子径、比重、粒子表面の電荷）、熱風や遠赤外線による乾燥条件（最高温度、乾燥室内の温度分布、乾燥時間、熱風の風速）、同種または異種のセラミック原料粒子同士の相互作用、分散剤やバインダーなどの有機高分子とセラミック原料粒子との相互作用など、非常に多くの要因が乾燥後のグリーンシートの状態に影響する。このため、グリーンシート表面に存在するジルコニアの原料粒子４４の状態が、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、のどれに相当するかを事前に予測することは極めて困難である。
【００８２】
したがって、表２に示す主原料と副原料を表３に従って配合して均質なスラリーを製造後、ドクターブレード法またはダイコート法でグリーンシートを成形する場合においても、混合粉砕後のスラリー中における原料の粒子径、使用する溶剤種、熱風や遠赤外線による乾燥条件などを調整すればグリーンシート表面に存在するジルコニア原料粒子４４の状態は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のどの状態にもなり得ると考えられる。ただし、段落番号００７４に記載した理由により、図４（ｃ）の状態に調整することは極めて難しい。
【００８３】
ところで、図４（ａ）又は図４（ｂ）に示されるグリーンシート４１ａ又は４１ｂを焼成することで、図１〜３に示されるアルミナ基板１１に相当する焼結体が得られる。ジルコニアを含有するアルミナ基板は広く一般に製造されているが、その両主面におけるジルコニア結晶粒の面積比の差については、前述したようにグリーンシートの表面におけるジルコニアの原料粒子４４の状態を成形前に予測することが困難であることもあり、これまで特に注目されておらず、それを積極的に活用する例もない。
【００８４】
つぎに実施例５に係るグリーンシート表面におけるジルコニアの組成比を表４に示す。表４に示される値は、グリーンシートを大気中で６００℃に加熱して有機成分を加熱分解除去したサンプルを５個用意し、ＰＥＴフィルム側の表面と雰囲気側の表面における成分組成を電子プローブマイクロアナライザーを使ってそれぞれ測定した結果である。その際、電子プローブマイクロアナライザーではジルコニウム（Ｚｒ）とイットリウム（Ｙ）を分離して測定することが困難であったため、測定データを解析する際はイットリアは存在しないと仮定した上で、アルミナ、ジルコニア、マグネシアの組成比をそれぞれ算出した。その結果、雰囲気側よりもＰＥＴフィルム側の表面の方がジルコニアの組成比が高いことが分かった。このことから実施例５に係るグリーンシートは図４（ａ）に該当する状態であると結論された。
【００８５】
【表４】
2015138830.tif 000006
【００８６】
図５（ａ）、（ｂ）は実施例５に係るグリーンシートを１５５０〜１６５０℃の温度範囲に保持して焼成したアルミナ基板の両主面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真である。なお、このグリーンシートは表４のデータを取得するのに用いたものと同一である。白い粒子５０はジルコニア結晶粒であり、図１〜３におけるジルコニア結晶粒１４に相当する。それ以外の濃い灰色の粒子５１はほとんどがアルミナの結晶粒であるが、一部はスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の結晶粒である。
【００８７】
図５（ａ）は、図４（ａ）におけるグリーンシート４１ａのＰＥＴフィルム側の表面４３ａに対応するアルミナ基板の焼結体表面である。また図５（ｂ）は、図４（ａ）におけるグリーンシート４１ａの雰囲気側の表面４２ａに対応するアルミナ基板の焼結体表面である。アルミナ基板表面に露出する全結晶粒に対するジルコニア結晶粒５０の割合を面積比で表すため、画像解析ソフトを使って図５（ａ）、（ｂ）の前記面積比をそれぞれ求めた。その結果、図５（ａ）における前記面積比は２４．１９％、図５（ｂ）における前記面積比は１９．９５％であり、前者の方が４．２４％大きい。この結果は表４に対応しており、アルミナ基板の両主面における前記面積比の違いは、焼成前のグリーンシートの状態を反映したものである。
【００８８】
図６は、図５と同様に実施例１〜５に係るアルミナ基板表面におけるジルコニア結晶粒の面積比を画像解析により算出した結果を示している。その際、各実施例においてそれぞれ３〜９個のサンプルの表裏を走査型電子顕微鏡で観察したのち画像解析を行った。評価に用いた各アルミナ基板の厚さは段落番号００３３に記載したように０．２〜１．２ｍｍの範囲内になるように調整され、、実施例１では０．２５〜０．３２ｍｍ、実施例２では０．２２〜０．２８ｍｍ、実施例３〜５では０．２９〜０．３５ｍｍ、であった。図６の縦軸はＰＥＴフィルム側の焼結体表面におけるジルコニア結晶粒の面積比から、雰囲気側の同面積比を引いた値である。その差はすべて正の値になっており、ＰＥＴフィルム側の焼結体表面におけるジルコニア結晶粒の面積比の方が、雰囲気側における同面積比よりも大きいことを示している。このことから実施例５だけでなく実施例１〜４のグリーンシートもすべて図４（ａ）の状態になっていたと考えられる。なお実施例１〜４（および後述する５（Ｂ））においてもグリーンシートの焼成は、１５５０〜１６５０℃の温度範囲に保持して行った。
【００８９】
図６に示すように、実施例１におけるジルコニア結晶粒の面積比の差は０．３１〜０．７１％、実施例２における同面積比の差は０．５９〜１．８８％、実施例３における同面積比の差は０．６８〜６．４０％、実施例４における同面積比の差は０．２４〜４．３０％、実施例５における同面積比の差は２．３０〜８．７０％、の範囲内であった。また、ジルコニア含有量が増えるにつれて面積比のばらつきが大きくなる傾向があった。このようにジルコニア結晶粒の面積比の差は９．０％以下であることが望ましい。これ以上にジルコニア結晶粒の面積比の差を大きくするには焼成前のグリーンシートにおける表裏のジルコニア粒子の存在比率の差を大きくする必要がある。その場合、グリーンシートの表裏における焼結収縮の差が顕著になり、焼結後にアルミナ基板の反りが大きくなる。
【００９０】
電子部品を実装するための第一の金属層を実施例１〜５のアルミナ基板におけるＰＥＴフィルム側の焼結体表面に設けることで、図１に示す本発明の一実施の形態に掛かる電子部品実装用基板１０を実現することができる。さらには雰囲気側の焼結体表面に第二の金属層を追加で設けることで図２に示す同電子部品実装用基板１０ａを実現することができる。
【００９１】
従来、ジルコニアを含有するアルミナ基板では図５と６に示されるような表裏の非対称性は注目されていなかった。本発明ではその非対称性を積極的に活用することにより、電子部品実装用基板の機械的信頼性と光学的反射特性を向上させることができる。
【００９２】
つぎに、図７に示すように、実施例３及び５に係るアルミナ基板中におけるジルコニア（Ｂ）の含有量を増大させると、抗折強度が増大する一方で、熱伝導率が低下する傾向がある。図７では部分安定化ジルコニア原料であるジルコニア（Ｂ）の含有量を変化させ、０、０．５、２、５、１０、２０、３０ｗｔ％の７条件に対する抗折強度と熱伝導率の測定値をそれぞれプロットしている。黒印は抗折強度、白印は熱伝導率をあらわしている。
【００９３】
抗折強度の測定は板厚０．３ｍｍのアルミナ基板を用いて３点曲げ法で実施した。その際ＰＥＴフィルム側の焼結体表面（図５（ａ）に相当）が破壊開始面になるように強度測定機にアルミナ基板を設置した。ジルコニアを含有しない場合（含有量０ｗｔ％）に比べ、ジルコニア含有量を０．５ｗｔ％以上含有することで抗折強度が高くなっている。０．５〜５ｗｔ％の範囲内では強度の変化はほぼ一定で、５〜３０ｗｔ％の範囲内ではその含有量が増えると抗折強度が増大する傾向がある。
【００９４】
一方、熱伝導率はレーザーフラッシュ法で測定した。ジルコニアを含有しない場合（含有量０ｗｔ％）に比べ、ジルコニア含有量が２ｗｔ％まではその含有量が増えると熱伝導率が高くなる傾向が見られた。ジルコニア含有量が２ｗｔ％のときの熱伝導率のピーク値は３０．３Ｗ／ｍＫであった。一方、２〜３０ｗｔ％の範囲ではジルコニア含有量が多くなると熱伝導率が低下する傾向があった。ジルコニア含有量が３０ｗｔ％のときの熱伝導率は１９．２Ｗ／ｍＫであった。
【００９５】
このようにジルコニア含有量を増大させると抗折強度は高くなる傾向があるが、同時に熱伝導率は低下する傾向がある。ジルコニア含有量が３０ｗｔ％を超えると、ジルコニアを含有しない一般的なアルミナ基板よりも熱伝導率が低くなり、電子部品実装用基板に実装された電子部品が発する熱を効率よく放散することが困難になる。したがって抗折強度と熱伝導率を電子部品実装用基板として好適な値にするにはジルコニアの含有量は３０ｗｔ％以下であるのが良い。また、ジルコニア含有量が０．５ｗｔ％未満になるとジルコニアを含有することによる強度向上効果を十分に得ることができないため、ジルコニア含有量は０．５ｗｔ％以上であるのが良い。
【００９６】
表５は実施例１、３、５、５（Ｂ）に係るアルミナ基板表面の光学的反射率（以下、反射率と呼ぶ）を示したものである。板厚は段落番号００３３に記載したように０．２〜１．２ｍｍの範囲内になるように調整され、より具体的には、実施例１では０．２５〜０．３２ｍｍ、実施例３と５では０．２９〜０．３５ｍｍになるように調整した。また実施例５（Ｂ）は実施例５と同じ原料配合であるが、実施例５よりも板厚が大きい、０．６３〜０．７０ｍｍになるように調整した。反射率測定はコニカミノルタ製分光測色計ＣＭ−３７００ｄで行われ、可視光領域の波長４２０〜７４０ｎｍにピークを持つ光に対するアルミナ基板表面の反射率を波長１０ｎｍ毎にそれぞれ示してある。ジルコニアの含有量が多いほど、また板厚が大きいほど反射率が高くなっているが、これはアルミナ基板の内部における光線の散乱がジルコニア結晶粒により促進されてアルミナ基板表面における光線の拡散反射率が向上するためである（特許文献３を参照）。また、実施例１、３、５、５（Ｂ）に係るアルミナ基板において、不純物であるＦｅおよびＴｉの含有量を、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に、ＴｉをＴｉＯ２にそれぞれ換算して示した場合、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２のそれぞれの含有量は、アルミナ基板の全重量に対して０．０５ｗｔ％以下であった。これらの不純物は光を吸収し、アルミナ基板表面の光学的反射率を低下させる作用があるため、できるだけ少なくする必要がある。
【００９７】
表５における各実施例のいずれにおいても、ＰＥＴフィルム側の焼結体表面（＝ジルコニア結晶粒の面積比が大きい）の方が雰囲気側の焼結体表面（＝ジルコニア結晶粒の面積比が小さい）よりも、すべての波長において反射率が高いため、前者から後者の値を引いた値（差）はすべて正値になっている。実施例１では差は０．０７〜０．２４％、実施例３では差は０．０６〜１．４９％、実施例５では差は０．１１〜０．２３％、実施例５（Ｂ）では差は０．０３〜０．１１％、であった。このようにＰＥＴフィルム側の焼結体表面と雰囲気側の焼結体表面における反射率の差は２．００％以下であることが好ましい。これ以上に反射率の差を大きくするには、アルミナ基板の表裏におけるジルコニア結晶粒の面積比の差を大きくすることが必要となる。同面積比の差を大きくするには焼成前のグリーンシートの表裏におけるジルコニア粒子の存在比率の差を大きくする必要がある。その場合、グリーンシートの表裏における焼結収縮の差が顕著になり、その結果、焼結後にアルミナ基板の反りが大きくなる。
【００９８】
【表５】
2015138830.tif 000007
2015138830.tif 000008
2015138830.tif 000009
【００９９】
表６に、実施例２〜５に係るアルミナ基板表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）としてＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：’９４に準じて測定した値を示す。板厚は段落番号００３３に記載したように０．２〜１．２ｍｍの範囲内になるように調整され、実施例２の板厚は０．２２〜０．２８ｍｍ、実施例３〜５の板厚は０．２９〜０．３５ｍｍになるように調整されている。表６に示すように、実施例２〜５のいずれにおいても、ＰＥＴフィルム側の焼結体表面（＝ジルコニア結晶粒の面積比が大きい）よりも、雰囲気側の焼結体表面（＝ジルコニア結晶粒の面積比が小さい）の方が、算術平均粗さ（Ｒａ）が大きくなっている。これは図４に示すように、ＰＥＴフィルムにスラリーを塗布して乾燥してグリーンシートを製造する際、ＰＥＴフィルムに接する側のグリーンシート表面（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ）はＰＥＴフィルムに倣って平坦になるが、雰囲気側のグリーンシート表面（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）は自由に乾燥収縮するため表面が相対的に粗くなるためである。
【０１００】
【表６】
2015138830.tif 000010
【０１０１】
したがって、第一の金属層としての銅板をＤＣＢ法によりＰＥＴフィルム側の焼結体表面に、第二の金属層としての銅板をＤＣＢ法により雰囲気側の焼結体表面に、それぞれ接合することで、図３に示す電子部品実装用基板１０ｂを実現することができる。表６に示すように、雰囲気側の焼結体表面における算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１０〜１．５０μｍの範囲内であるのがよい。０．１０μｍよりも小さいとＣｕ−Ｏ共晶液相の濡れ性が低下しＤＣＢ法で銅板を接合する際にボイドの発生率が高くなり、１．５０μｍよりも大きいと機械的強度が低下する。
【０１０２】
ここで、実施例１〜５及び５（Ｂ）のアルミナ基板を適用して図３に示す電子部品実装用基板１０ｂを実現する際の、関係する諸因子の相互関係を表７にまとめた。
【０１０３】
【表７】
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【０１０４】
図８に示すパワーモジュール用基板６０では、図３に示される電子部品実装用基板１０ｂ（ＤＣＢ基板）と、銅板からなるヒートシンク６１と、第一の金属層１８に実装されるパワートランジスタ素子６２により構成される。パワートランジスタ素子６２は第一の金属層１８に半田などの金属製接合材（図示せず）で接合されている。第一の金属層１８と第二の金属層１９は、どちらもＤＣＢ法で接合される銅板で構成され、第一の金属層１８はパワートランジスタ素子６２の実装形態に合わせた回路パターンになっており、第二の金属層１９はパターン間の隙間の無いベタパターンになっている。第二の金属層１９とヒートシンク６１は半田などの機械的信頼性と放熱性が高い金属製接合材（図示せず）で接合されている。パワートランジスタ素子６２はボンディングワイヤ６３により第一の金属層１８と電気的に接続されている。パワーモジュールは、パワーモジュール用基板６０にさらに樹脂筐体（図示せず）を取り付け、外部導通端子（図示せず）と第一の金属層１８とを電気的に接続するなどの工程を経て組み立てられる。
【０１０５】
このように図３に示す電子部品実装用基板１０ｂを適用することで、アルミナ基板１１にクラックが発生して、第一の金属層１８が剥がれたり、アルミナ基板１１の絶縁耐圧が低下したりする不具合を抑制することができる。その結果、アルミナ基板１１におけるジルコニア含有量を増量することで製造コストを増大させたり熱放散性を低下させたりすることなく、パワーモジュールの機械的信頼性を向上させることができる。
【０１０６】
図９に示すパワーＬＥＤ用基板７０は、本発明に係る電子部品実装用基板７１と、リフレクター７２と、パワーＬＥＤ素子７４とで構成される。さらに電子部品実装用基板７１はアルミナ基板１１と第一の金属層７３とで構成される。第一の金属層７３は厚膜法で形成され、銅粒子とフリットを含むペーストを印刷した後に乾燥し、さらに９００℃程度で焼成することによりアルミナ基板１１に焼き付けられて形成される。印刷パターンはパワーＬＥＤ素子７４の実装形態に合わせた回路パターンになっている。銅からなる第一の金属層７３に銀めっき被膜を設けてパワーＬＥＤ素子７４から発せられる光を効率よく反射できる機能を持たせてもよい。パワーＬＥＤ素子７４は半田などの金属製接合材（図示せず）で第一の金属層７３に接合されている。パワーＬＥＤ素子７４と第一の金属層７３とはボンディングワイヤ７５で電気的に接続されている。リフレクター７２はセラミックや金属などで構成され、樹脂や金属からなる接合材（図示せず）によりアルミナ基板１１に取り付けられている。
【０１０７】
このように図１に示す電子部品実装用基板１０を図９における電子部品実装用基板７１のように適用することで、他方の主面１５よりも機械的強度が高く光学的反射率が高い、一方の主面１２に第一の金属層７３を設けることができる。このためパワーＬＥＤ素子７４からの発光を、パターン間に露出するアルミナ基板１１の表面（一方の主面１２）において、照射方向７６に効率よく反射させることができる。さらにアルミナ基板１１にクラックが発生して第一の金属層７３が剥がれる不具合も抑制できる。なお前記の照射方向７６への集光には第一の金属層７３やリフレクター７２のそれぞれの表面における反射も寄与する。この結果、ジルコニア含有量を増量することで製造コストを増大させたり熱放散性を低下させたりすることなく、パワーＬＥＤの発光効率や機械的信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の電子部品実装用基板は、汎用インバーター、工作機械、ロボット、風力発電、太陽光発電、電気自動車、鉄道、船舶、ＬＥＤ照明、等の電子機器の分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０：電子部品実装用基板、
１０ａ：電子部品実装用基板、
１０ｂ：電子部品実装用基板（ＤＣＢ基板）、
１１：アルミナ基板、
１２、１２ａ、１２ｂ：ジルコニア結晶粒の面積比が大きい方の一方の主面、
１３：第一の金属層、
１４：ジルコニア結晶粒、
１５、１５ａ、１５ｂ：ジルコニア結晶粒の面積比が小さい方の他方の主面、
１６：電子部品、
１７：第二の金属層、
１８：ＤＣＢ法によって設けられる第一の金属層、
１９：ＤＣＢ法によって設けられる第二の金属層、
２０：第二の算術平均粗さ（Ｒａ）、
２１：第一の算術平均粗さ（Ｒａ）、
４０：ＰＥＴフィルム、
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ：グリーンシート、
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ：雰囲気側のグリーンシート表面、
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ：ＰＥＴフィルム側のグリーンシート表面、
４４：ジルコニアの原料粒子、
５０：ジルコニア結晶粒、
５１：アルミナ結晶粒もしくはスピネル結晶粒、
６０：パワーモジュール用基板、
６１：ヒートシンク、
６２：パワートランジスタ素子、
６３：ボンディングワイヤ、
７０：パワーＬＥＤ用基板、
７１：電子部品実装用基板
７２：リフレクター、
７３：厚膜法で形成される第一の金属層、
７４：パワーＬＥＤ素子、
７５：ボンディングワイヤ
７６：照射方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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