(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素セラミックス基板と無酸素銅板とを、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＩｎを含み、酸素含有量が０．０００５〜０．１重量％であるろう材層を介して接合したセラミックス−銅接合体であり、
該接合体の接合界面を含む断面において前記無酸素銅板と前記ろう材層との第１界面にＴｉ濃度の第１ピークを有し、前記ろう材層と前記窒化珪素セラミックス基板との第２界面にＴｉ濃度の第２ピークを有することを特徴とするセラミックス−銅接合体。
【請求項２】
前記ろう材層のＴｉ含有量が０．５〜５重量％である請求項１に記載のセラミックス−銅接合体。
【請求項３】
前記第２界面におけるＴｉの相対強度の第２ピーク（ＳＰＴｉ２）は、前記第１界面におけるＴｉの相対強度の第１ピーク（ＳＰＴｉ１）の５倍〜２０倍である請求項１又は２に記載のセラミックス−銅接合体。
【請求項４】
前記第１界面におけるＴｉの相対強度の第１ピーク（ＳＰＴｉ１）はろう材層の中心部のＴｉ相対強度（ＳＴｉＣ）に対して７．２倍〜１８倍のＴｉ相対強度を有し、
前記第２界面におけるＴｉの相対強度の第２ピーク（ＳＰＴｉ２）はろう材層の中心部のＴｉ相対強度（ＳＴｉＣ）に対して１６倍〜３３倍のＴｉ相対強度を有する請求項１又は２に記載のセラミックス−銅接合体。
【請求項５】
前記ろう材層は、厚さが２〜５０μｍであり、冷熱サイクル試験前後のボイド率の差が２％以下である請求項１乃至４のいずれかに記載のセラミックス−銅接合体。
【請求項６】
無酸素銅板の表面を１００〜３００℃の温度で酸化する酸化工程と、
窒化珪素セラミックス基板と表面を酸化した無酸素銅板とを、加熱温度７００〜８５０℃、無酸素銅板を窒化珪素セラミックス基板に押し付ける圧力が１４００〜１５２００Ｐａの条件で、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ及びＩｎを含むろう材を介して接合する接合工程を備えることを特徴とするセラミックス−銅接合体の製造方法。
【請求項７】
前記ろう材のＴｉ含有量が０．５〜５重量％であり、
原料粉末として、Ｓｉ３Ｎ４と、焼結助剤としてＭｇＯ及びＹ２Ｏ３とを用いて、窒化珪素セラミックス基板を製造する焼成工程を備える請求項６に記載のセラミックス−銅接合体の製造方法。
【請求項８】
前記接合工程で前記ろう材よりろう材層を形成して、前記ろう材層は冷熱サイクル試験前後のボイド率の差が２％以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載のセラミックス−銅接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品のパワーモジュール等に使用される窒化珪素−銅接合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＩＧＢＴ（Insulated
Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ等の電力制御素子として知られているパワー半導体スイッチング素子は、これらの複数個を絶縁容器内に密封して構成され、パワーモジュールとして使用される。このようなパワーモジュールに使用される回路基板又は放熱基板などの基板は、アルミナ、窒化アルミなどのセラミックス基板の表面に、銅板などの金属板を接合した構成のものが多用されている。
【０００３】
前記基板におけるセラミックス基板と金属板との接合は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ等の活性金属をＡｇ−Ｃｕろう材等に１〜１０質量％程度添加した活性金属ろう材を両者間に介在させ、加熱処理をして接合する方法（活性金属法）や、金属板として酸素を１００〜１０００ｐｐｍ程度含有するタフピッチ電解銅を用いてセラミックス基板と銅板とを直接加熱接合させる、いわゆるＤＢＣ法（Direct Bonding Copper法）等が知られている。中でも活性金属法は、セラミックスの粒界や結晶層への活性金属の拡散と反応により、セラミックス表面がろう材との良い濡れ性を示し、セラミックス基板と金属板との強固な接合を可能とすることから好適に用いられる。しかし、熱膨張率が大きく異なるセラミックス基板と金属板を接合するため、接合後の冷却過程や加熱・冷却サイクルの熱衝撃付加により、上記熱膨張差に起因する熱応力が発生する。この応力は、接合部付近のセラミックス基板やろう材層側に圧縮と引張りの応力を生じさせ、特に金属板の外周端部と近接するろう材層部分には引張り残留応力が作用する。この熱応力に起因する残留応力は、ろう材層に主応力方向と直行する方向にクラックを生じさせ、金属板の剥離の発生原因になる。
【０００４】
このセラミックス−銅接合体である回路基板のクラック発生や金属板の剥離を防止するための技術は、例えば特許文献１に提案されている。前記公知例は、金属Ｃｕと、金属Ｓｎと、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金とを金属材料として含有する活性金属ろう材において、金属Ｃｕは、金属材料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組成範囲にあり、金属Ｓｎは、金属材料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組成範囲にあり、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉの含有量は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以上１０重量％以下である活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法を開示している。この活性金属ろう材によりセラミックス部材と金属部材に好適なぬれ状態を得ることができるから金属部材とセラミックス部材との接合に際して、接合強度を著しく向上させる効果を奏するとしている。
また、特許文献２には、Ｓｉチップ搭載時の熱処理や実稼働時の熱履歴が課せられた際の接合剥離やセラミックス自身のクラック発生を防止した窒化珪素回路基板が開示されている。この窒化珪素回路基板は、窒化珪素基板の一方の面に金属回路板、もう一方の面に金属放熱板を接合してなり、金属回路板がＣｕを主成分とする金属からなる場合には、接合されている金属回路板及び金属放熱板を除去したときの窒化珪素基板の強度が５５０ＭＰａ以上である回路基板であり、実施例ではろう材としてＡｇＣｕ共晶組成＋８ｗｔ％Ｔｉの活性ペーストが採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２５２０３３４号公報
【特許文献２】特開２００１−９４０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の接合方法に従って窒化珪素基板と金属板とを活性金属法により接合すると、ろう材層とセラミックス部材および金属部材との好適な濡れ状態を得ることができ、窒化珪素と金属板の接合強度が上がる。その一方で活性金属ろう材に含まれるＴｉ成分は、金属成分中に拡散してろう材層を脆化させるので、ろう材層におけるクラックの進展能を増大させる。
また、特許文献２の窒化珪素回路基板によれば、接合条件によっては、接合後強度が異なり、窒化珪素基板と金属回路板または金属放熱板との接合によってできる反応層はろう材に含まれる活性金属であるＴｉと窒化珪素との反応による窒化物・珪化物混合相より形成される。特に珪化物は脆く、当然接合温度が高い場合あるいは接合時間が長い場合にはその生成量が多くなることが開示されている。
このような活性金属を含むろう材接合層により接合した窒化珪素回路基板は、ろう材接合層を脆化させるため、接合後の冷却過程やパワー半導体素子による加熱・冷却サイクルの付加により繰り返し熱応力が発生すると、ろう材接合層においてクラックが生じることもあるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、窒化珪素回路基板にパワー半導体素子を接合して使用した際に発生するろう材接合層のクラック等の不具合を防ぎ、加熱・冷却サイクルに対する耐性である耐ヒートサイクル性を改善することのできるセラミックス−銅接合体およびそ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】
【０００８】
本願第１の発明のセラミックス−銅接合体は、窒化物セラミックスと無酸素銅とをＴｉを含むろう材層を介して接合したセラミックス−銅接合体であり、該接合体の接合界面を含む断面において前記無酸素銅と前記ろう材層との第１界面にＴｉ濃度の第１ピークを有し、前記ろう材層と前記窒化物セラミックスとの第２界面にＴｉ濃度の第２ピークを有することを特徴とする。
【０００９】
本願第２の発明のセラミックス−銅接合体の製造方法は、窒化物セラミックスと無酸素銅の表面を１００〜３００℃の温度で酸化処理して得られた無酸素銅とをＴｉを含むろう材で接合することを特徴とする。
【００１０】
本願第２の発明においては、ろう材を構成する合金のＴｉ含有量を０．５〜９重量％とすることができ、好ましくは０．５〜５重量％、更に好ましくは１〜３重量％とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ろう材接合層のクラック等の不具合を防ぎ耐ヒートサイクル性を改善することのできる窒化珪素−銅接合体およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る窒化珪素−銅接合体を用いた半導体モジュールの断面図である。
【図２】実施例１で、ろう材接合後のろう材層におけるＥＰＭＡによるライン分析をしたときのＴｉ成分のピークを示す。
【図３】実施例２で、ろう材接合後のろう材層におけるＥＰＭＡによるライン分析をしたときのＴｉ成分のピークを示す。
【図４】比較例１で、ろう材接合後のろう材層におけるＥＰＭＡによるライン分析をしたときのＴｉ成分のピークを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に適宜変更、改良が加えられたものも本発明の範囲内に含まれる。
【００１４】
本発明のセラミックス−銅接合体は、セラミックスと無酸素銅とをＴｉを含むろう材層を介して接合したセラミックス−銅接合体であり、該接合体の接合界面を含む断面において前記無酸素銅と前記ろう材層との第１界面にＴｉ濃度の第１ピークを有し、前記ろう材層と前記窒化物セラミックスとの第２界面にＴｉ濃度の第２ピークを有する。理由は明確になっていないが、本発明のセラミックス−銅接合体は、無酸素銅とろう材層との界面およびろう材層とセラミックスとの界面にＴｉ濃度のピークを形成することで、ヒートサイクルの付加による繰り返し熱応力に対して、ろう材層中においてクラックを生じ難いという利点を有している。本発明のセラミックスー銅接合体に用いられるセラミックスは、回路基板または放熱基板として用いられるため、熱伝導率が高く、強度が高い窒化珪素または窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックスからなることが好ましい。また使用する無酸素銅の含有酸素量は５０ppm以下とすることが好ましく、更に好ましくは２〜５０ppmである。
【００１５】
図１に示す回路基板８は、例えば、以下の通りにして製造できる。
［窒化物セラミックスの作製］
まず、本発明に好適に用いることのできる窒化物セラミックス４の製造方法について説明する。窒化物セラミックスの構成原料である窒化物原料粉末および焼結助剤に溶媒および分散剤を添加しボールミルで混合、粉砕する。ここで、混合、粉砕した原料に、バインダー、可塑剤を添加、混練し、粘度が所定の値になるように調整しスラリーとする。スラリーをドクターブレード法、押出し法等のシート成形手段により所定板厚でシート成形する。このシート成形体を所定形状に切断後、脱脂し、焼結炉内で1800〜2000℃の窒素雰囲気で焼結して窒化物セラミックス（以下、セラミックス基板とも記す）４を得る。本発明のセラミックスー銅接合体に用いられるセラミックスは、回路基板または放熱基板として使用されることから、強度、放熱性を考慮して、その厚さは、０．１〜１ｍｍの板状形状であることが好ましい。セラミックスの厚さが０．１ｍｍ未満の場合は、回路基板または放熱基板とした場合に破損することもあるからであり、１ｍｍを超えると放熱性が低下することもあるからである。同様の理由から、より好ましい厚さは０．２〜０．７ｍｍであり、更に好ましくは、０．３〜０．５ｍｍである。
【００１６】
［無酸素銅板の酸化］
セラミックス基板４とほぼ同じ長方形状の二枚の無酸素銅板を用意する。一方は回路側金属板３となる無酸素銅板であり、他方は放熱側金属板５となる無酸素銅板である。無酸素銅板の回路基板または放熱基板として使用されることから、厚さは、０．１ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。無酸素銅板の厚さが０．１ｍｍ未満の場合は、セラミックスー銅接合体が変形することもあるからであり、３ｍｍを超えると、セラミックスとの接合界面の応力が高くなって、セラミックスが破損することもあるからである。より好ましい無酸素銅板の厚さは０．２〜２ｍｍであり、更に好ましくは０．２〜０．６ｍｍである。
これらの無酸素銅板の表面を高温の空気中で酸化処理する。酸化処理する際の空気の温度は１００〜３００℃であり、好ましくは１００〜２００℃である。１００℃未満では酸化の効果が不十分であり、３００℃を超えると酸化処理後に、表面の酸化膜が不均一に剥離し易くなり好ましくない。
【００１７】
［回路基板の作製］
セラミックス基板４の両面に活性金属であるＴｉが添加された合金からなる活性金属ろう材層10,11を印刷形成する。ろう材層を印刷する厚さは、接合後のろう材層の厚さが２〜５０μｍとなる厚さとすることが好ましい。接合後のろう材層の厚さが２μｍ未満であると、セラミックス基板または無酸素銅板の表面にうねりや反りにより接合できないこともあるからであり、接合後のろう材層の厚さが５０μｍを超えると、接合体として十分な強度が得られないこともあるからである。より好ましい接合後のろう材層の厚さは、５〜４０μｍであり、更に好ましくは１０〜２０μｍである。
窒化物セラミックスと無酸素銅とを接合する活性金属ろう材の組成はＡｇおよびＣｕを主成分とすることが好ましく、特にＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ系合金粉末からなるろう材が好ましく、活性金属であるチタンの含有量は従来と同等の０．５〜９重量％とすることができ、好ましくは０．５〜５重量％、更に好ましくは１〜３重量％とすることができる。少なすぎると十分な接合強度が得られず、多量に添加すると、ろう材そのものが脆化する。特に好ましいチタンの量は１〜３重量％である。ろう材の酸素含有量は金属回路／ろう材相／窒化珪素基板間の安定した接合強度が得やすいことから５〜１０００ppmとすることが好ましい。活性金属ろう材層に接して、表面を酸化処理した無酸素銅板を載置し加圧・加熱してセラミックス基板と接合する。接合条件は、加熱温度７００〜８５０℃、無酸素銅板とセラミックス基板の押付け圧力１４００〜１５２００Paとすることが好ましい。冷却後、両方の面の無酸素銅板上にレジストパターンを形成後に、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理して回路側金属板３と放熱側金属板５を形成する。ろう材層のうち露出した部分は過酸化水素とフッ化アンモニウムとの混合溶液によりエッチング除去する。さらに回路側金属板及び放熱側金属板にＮｉ−Ｐメッキを施し回路基板８を作製する。
【００１８】
［冷熱サイクル試験］
作製した回路基板について、低温側−４０℃、高温側＋１１０℃、各温度での保持時間を１５分間としたヒートサイクル試験を２０００サイクルまで行い、２０００サイクル後の回路側ろう材層10に発生したボイドを超音波探査映像装置（日立建機ファインテック(株)製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ．ｅｘｌａ）で観察し、ボイド率（ボイド率（％）＝100×（ボイドおよびクラックの面積／回路側ろう材層10の面積））を算出する。さらに、冷熱サイクル試験前後のボイド率の差（ボイド率の差（％）＝冷熱サイクル試験後のボイド率（％）−冷熱サイクル試験前のボイド率（％））を求め、前記ろう材層におけるクラックの有無を判定した。ここではボイド率の差が２％以上でクラックが生じたと判定した。ろう材層は冷熱サイクル試験によりセラミックス基板４と回路側金属板３および放熱側金属板５との熱膨張率の差から発生する歪を繰り返し受ける。そのため回路側ろう材層10と放熱側ろう材層11にはクラックが発生、成長してボイドとなる。ボイドがろう材層に発生するとセラミックス基板４と回路側金属板３および放熱側金属板５との接合強度を低下させる。
【００１９】
［Ｔｉ濃度分析］
窒化物セラミックスとろう材層との界面のＴｉ濃度、ろう材層と無酸素銅との界面のＴｉ濃度およびろう材層の中心部のＴｉ濃度は次のようにして測定することができる。即ち、冷熱サイクル試験の後、回路基板８を切断し、切断面において回路側金属板３と回路側ろう材層10との界面および回路側ろう材層10とセラミックス基板４との界面を含む長さを評価長さとし、加速電圧:15kV、ビーム径：0.1μｍの条件でＡｇ,Ｃｕ,Ｔｉ,Ｓｉ,Ｏ,Ｎ成分についてＥＰＭＡ（Electron Probe MicroAnalyser）によるライン分析を行い各成分の相対強度を求める。この分析を前記切断面の任意の１０箇所において行い、回路側ろう材層10とセラミックス基板４との界面にＴｉ濃度の第１ピークを有し、且つ回路側金属板３と回路側ろう材層10との界面にＴｉ濃度の第２ピークを有する箇所が１箇所でも確認されれば、それは本発明のセラミックス−銅接合体とする。ここで、Ｔｉ濃度のピークとは、接合体の切断面のＥＰＭＡによるライン分析で得られたＴｉの相対強度（％）−相対距離（μｍ）の関係を表す曲線において、ろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して５倍以上のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が５μｍ以下のピークを意味するものとする。ろう材層の中心部とは、無酸素銅とろう材層との界面から前記ろう材層と窒化物セラミックスとの界面までの距離をろう材層の厚さとしたとき、ろう材層の厚さを二等分する位置である。
【００２０】
第１ピーク（金属板側）／第２ピーク（基板側）（両ピークの高さの比）の好ましい範囲は、５倍〜２０倍である。５倍未満では、ろう材と基板側の接合に寄与するＴｉＮの生成量（総量）が十分でなく所望の接合強度が得られず、このため冷熱サイクル試験後のボイド生成量が増加する不具合が生じる。一方、２０倍超では、金属板とろう材との界面にＴｉ成分を拡散させてＴｉ濃度の高い領域を形成し、ろう材層中で生成するＴｉ成分相を抑制することができなくなり、ろう材層中に脆性相であるＴｉ成分相の影響が発現し、この場合においても耐ヒートサイクル性を改善することができなくなる。したがって、第１ピーク（金属板側）／第２ピーク（基板側）の好ましい範囲は、５倍〜２０倍の範囲が好ましい。
【００２１】
半導体モジュール９は、前記の回路基板８を用いて形成され、特に大電力で動作する半導体素子１をこれに搭載する。この半導体モジュールの断面図が図１である。この半導体モジュール９は、前記の回路基板８における回路側金属板３上に半導体素子１が第一のはんだ層２を介して接合して搭載されている。また、放熱ベース板７が第二のはんだ層６を介して放熱側金属板５に接合されている。
【００２２】
半導体素子１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体デバイスが形成されたシリコンチップである。特にこの半導体デバイスは、大電力で動作するものとすることができる。これによる発熱がこの回路基板８によって放熱される。また、半導体素子１と配線となる回路側金属板３との電気的接続は、ボンディングワイヤ（図示せず）を用いてもよいし、フリップチップ接続を用いることにより、はんだ等のバンプにより行ってもよい。
【００２３】
放熱ベース板７は、機器側でこの回路基板８を搭載する部分である。放熱ベース板７は半導体素子１から放熱側金属板５に伝わった熱を放熱するため、熱伝導率が高く、熱容量が大きい。これは例えば銅、アルミニウムからなる。放熱ベース板７の熱膨張係数は、例えば、銅が１７×１０−６／Ｋ、アルミニウムが２２×１０−６／Ｋ程度と大きい。
【００２４】
この半導体モジュール９においては、例えばセラミックス基板４の熱膨張係数は1.5〜2.5×10-6/Ｋ、無酸素銅からなる回路側金属板３および放熱側金属板５は17〜22×10-6/Ｋと熱膨張率が大きく異なるセラミック基板と金属板とを接合するため、接合後の冷却過程やヒートサイクルの付加により、この熱膨張差に起因する熱応力がろう材層に発生する。
【００２５】
本発明の窒化珪素−銅接合体は、窒化物セラミックスとろう材層との界面およびろう材層と無酸素銅との界面にＴｉ成分を拡散させてＴｉ濃度の高い領域を形成し、ろう材層中で生成するＴｉ成分相を抑制することで脆性相であるＴｉ成分相の影響を少なくし耐ヒートサイクル性を改善することができる。ろう材層と無酸素銅との界面にＴｉ成分を拡散させてＴｉ濃度の高い領域を形成することは、予め無酸素銅表面を酸化すること等によって達成することができる。これは非常に安定な酸化物を形成しやすいＴｉが酸素との結び付きが強いことと関係していると考えられる。
【００２６】
以下、本発明の実施例に基づいて詳細に説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１〜３）
原料粉末はＳｉ３Ｎ４：９４重量％、焼結助剤としてＭｇＯ：３重量％およびＹ２Ｏ３：３重量％、焼成温度１８００℃の条件で前述の製造手順にしたがって寸法５０×４０×０．３２ｍｍのセラミックス基板を作製した。セラミックス基板に接合する寸法５０×４０×０．５ｍｍの回路側金属板および寸法５０×４０×０．４ｍｍ放熱側金属板は何れも酸素濃度２ｐｐｍの無酸素銅板を用い、この無酸素銅板を予め１００℃×５ｈｒ，２００℃×４ｈｒ，３００℃×４ｈｒの大気中で表面を酸化処理したものを用いた。表１に酸化処理後の無酸素銅板の表面をＥＰＭＡ分析した結果を示す。使用機器に島津製EPMA1610を使用して定量分析を行った。分析条件は加速電圧１５ＫＶ、ビーム電流１００ｎＡ、ビーム径１００μｍ、時間０．０８５４sec/pointとした。
【００２８】
【表１】
0006319643.tif 000002
【００２９】
接合に用いたろう材の組成、酸素含有量を表２に示す。接合条件は加熱温度７５０℃、圧力１４００Ｐａとした。作製した回路基板のボイド率を測定し、次いで２０００サイクルの冷熱サイクル試験を実施し、再び回路基板のボイド率を測定した。その後、ろう材接合後のろう材層における切断面において回路側金属板３と回路側ろう材層10との界面および回路側ろう材層10とセラミックス基板４との界面を含む長さを評価長さとし、加速電圧:15kV、ビーム径：0.1μｍの条件でＡｇ,Ｃｕ,Ｔｉ,Ｓｉ,Ｏ,Ｎ成分についてＥＰＭＡによるライン分析を行った結果を実施例１，２についてのみそれぞれ図２，図３に示す。横軸が回路基板の厚さ方向の相対距離、縦軸が各元素の相対強度である。横軸０の位置から相対距離を増加させたとき回路側金属板を構成するＣｕの相対強度が急に低下し且つろう材の主成分であるＡｇの相対強度が急に立ち上る位置が無酸素銅板とろう材層との第１界面である。この界面と同じ位置にＴｉの相対強度の第１ピークがある。また、更に相対距離を増加させたときろう材の主成分であるＡｇの相対強度が急に低下し且つセラミックス基板の主成分であるＳｉの相対強度が急に立ち上る位置がろう材層と窒化物セラミックスとの第２界面である。この界面と同じ位置にＴｉの相対強度の第２ピークがある。
【００３０】
図２において第１界面ではＴｉの相対強度の第１ピーク（ＳＰＴｉ１）はろう材層の中心部のＴｉ相対強度（ＳＴｉＣ）に対して７．２倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が３μｍ、第２界面ではＴｉの相対強度の第２ピーク（ＳＰＴｉ２）はろう材層の中心部のＴｉ相対強度（ＳＴｉＣ）に対して２０倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が２μｍであることが認められた。
【００３１】
図３において第１界面ではＴｉの相対強度の第１ピークはろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して１８倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が２μｍ、第２界面ではＴｉの相対強度の第２ピークはろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して３３倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が２μｍであることが認められた。冷熱サイクル試験前後のボイド率の差は小さく、ろう材層にクラックは生じていなかった。
【００３２】
実施例３についても実施例１，２と同様の結果であった。実施例１〜３の結果を表３に示す。何れも初期のボイド率は３％以下、冷熱サイクル試験前後のボイド率の差は２％以下の好ましい結果が得られた。
【００３３】
（実施例４，５）
Ｔｉ含有量が異なるろう材を用いたことを除いて実施例１と同様にして回路基板を作製した。作製した回路基板のボイド率を測定し、次いで２０００サイクルの冷熱サイクル試験を実施し、再び回路基板のボイド率を測定した。その後、ろう材接合後のろう材層におけるＥＰＭＡによるライン分析を行った。第１界面ではＴｉの相対強度の第１ピークはろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して１７倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が４μｍ、第２界面ではＴｉの相対強度の第２ピークはろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して３２倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が２μｍであることが認められた。冷熱サイクル試験前後のボイド率の差は小さく、ろう材層にクラックは生じていなかった。実施例７，８の結果を表３に示す。何れも初期のボイド率は３％以下、冷熱サイクル試験前後のボイド率の差は２％以下の好ましい結果が得られた。
【００３４】
（比較例１）
無酸素銅板の表面の酸化処理をしなかったことを除いて実施例１と同様にして回路基板を作製した。作製した回路基板のボイド率を測定し、次いで２０００サイクルの冷熱サイクル試験を実施し、再び回路基板のボイド率を測定した。その後、ろう材接合後のろう材層におけるＥＰＭＡによるライン分析を行った。結果を図４に示す。第２界面ではＴｉの相対強度の第２ピークはろう材層の中心部のＴｉ相対強度に対して４０倍のＴｉ相対強度を有し且つ半価幅が３μｍであったが、第１界面ではＴｉの相対強度の第１ピークは形成されないことが認められた。比較例１の結果を表３に示す。初期のボイド率は３％以下であったが、冷熱サイクル試験前後のボイド率の差は大きく、ろう材層にクラックが生じた。
【００３５】
【表２】
0006319643.tif 000003
【００３６】
【表３】
0006319643.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のセラミックス−銅接合体およびその製造方法は、電子部品のパワーモジュール等において、セラミックス回路基板にパワー半導体素子を接合して使用した際に発生するろう材接合層のクラック等の不具合を防ぎ耐ヒートサイクル性を改善することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１：半導体素子
２：第一のはんだ層
３：回路側金属板（銅）
４：窒化物セラミックス（セラミックス基板）
５：放熱側金属板（銅）
６：第二のはんだ層
７：放熱ベース板
８：回路基板（窒化珪素−銅接合体）
９：半導体モジュール
10：回路側ろう材層（活性金属ろう材層）
11：放熱側ろう材層（活性金属ろう材層）
【図１】
0006319643.tif 000005
【図２】
0006319643.tif 000006
【図３】
0006319643.tif 000007
【図４】
0006319643.tif 000008