(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板上の少なくとも一方の面に金属電極又は金属回路が形成されてなる回路基板において、前記セラミック基板は、主成分をなす窒化アルミニウム粒子の粒界に窒化チタン粒子が含有された窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化チタンのＸ線回折ピーク強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０〜５０％であり、前記金属電極又は金属回路が閉気孔を有する銅系のメタライズで形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記メタライズが前記セラミック基板と活性金属法で接合されていることを特徴とする請求項１記載の回路基板。
【請求項３】
前記セラミック基板の断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０〜３０個であることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項４】
セラミック基板上の少なくとも一方の面に金属電極又は金属回路が形成されてなる回路基板において、前記セラミック基板は、主成分をなす窒化アルミニウム粒子の粒界に窒化チタン粒子が含有された窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化チタンのＸ線回折ピーク強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０〜５０％であり、前記セラミック基板の断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０〜３０個であることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
前記セラミック基板をなす窒化アルミニウム質焼結体の粒界相が、周期律表第３ａ族元素の少なくとも１種類以上の化合物からなり、粒界相のＸ線回折ピーク強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の１０〜４０％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、ハイブリッド車、電車、などの車両関連や、エレベータ、ロボット、クレーン、圧延装置等の主として大出力モーターを使用する産業機械に搭載されるＩＧＢＴなどのパワーモジュールや半導体パッケージ、半導体その他の電子部品が搭載される混成集積回路装置などに好適な金属回路を有するセラミックス回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ロボットやモーター等の高性能化に伴い、大電力・高性能インバーター等大電力パワーモジュールの変遷が進んでおり、半導体素子に発生する熱も増加の一途をたどっている。この熱を効率よく放散するため、大電力パワーモジュール基板では、良好な熱伝導を有する窒化アルミニウムからなるセラミック基板を利用したものや、更に放熱のために金属放熱板や金属放熱フィンを取り付けたものも採用されようになった。
【０００３】
このようなモジュール基板は、当初、簡単な工作機械等に使用されてきたが、ここ数年、電車の駆動部、電気自動車、ハイブリッドカー等で使用されるようになり、より厳しい環境条件で使用されるようになってきた。このような背景により、そのモジュールの重要な構成部材として使用される窒化アルミニウムからなるセラミック基板に対しても、耐熱性の向上、熱負荷時の熱応力に対する強度の向上が要求されてきた。
【０００４】
従来、窒化アルミニウムからなるセラミック基板は、窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物またはアルカリ土類酸化物との混合粉末の成形体を焼結する常圧焼結法と、上記粉末又は単独の窒化アルミニウム粉末をホットプレス焼結する方法などによりセラミック基板をつくりそれを加工して製造されている。
【０００５】
一方、金属とセラミックスを接合する方法には種々あるが、回路基板という点からは、Ｍｏ−Ｍｎ法、活性金属ろう付け法、硫化銅法、ＤＢＣ法、銅メタライズ法などがあげられる。特に大電力モジュール基板では、従来のアルミナに変わって高熱伝導性を有するの窒化アルミニウムが注目されており、ある程度の繰り返し耐熱衝撃に耐えうる銅板の接合方法として、例えば特開平３−２６１６６９号公報に記載の銅板の外周部全周０．２５ｍｍ以上のろう材フィレットを形成する方法、特開平６−２７５９４８号公報、特開平６−３５０２１５号公報、特開平８−１３９４２０号公報に記載の非酸化性雰囲気下もしくは真空中で熱処理する方法等が提案されている。
【０００６】
このような従来技術により作られたパワーモジュール構造の例を図３に示す。図３（ａ）は従来のパワーモジュール構造の断面図、図３（ｂ）はその平面図を示したものである。図３（ａ）において、セラミック基板４の片面に電極３、もう一方の面に接合用の金属板１２が接合されており、半導体素子１を電極３側にはんだ２で実装し、更に金属板１２側で放熱板１４とはんだ１３もしくは熱伝導性樹脂により接合されている。さらに放熱板１４は組み付け金具７及びネジ８により金属放熱器６に熱伝導性グリス５を介して組み付けられている。また、図３（ｂ）に示すように、半導体素子１は、バスバー９および信号電極１０とワイヤーボンドにより接続される構造となっている。そして、セラミック基板４は、概ね２〜３個の半導体素子１の実装が可能な小型サイズに分割された構造となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のセラミック基板に対して、前記の接合方法を用いても、セラミック基板自体の破壊靭性及び強度が十分ではないため、比較的小型サイズのセラミック基板においてさえ、数百サイクル程度の繰り返し耐熱衝撃で、電極接合部のセラミック基板側にクラックが発生していた。これは基本的にセラミック基板と電極材料の熱膨張差に起因するものであるため、セラミック基板および電極のサイズを更に大きくするとより短いサイクルでクラックが発生していた。そのため、例えば１００Ａ以上の大電流を扱う必要がある場合等は、半導体素子を多数搭載する必要があるが、従来の方法では、ひとつのセラミック基板上に２〜３個の半導体素子をはんだで実装することがせいぜいであり、それらを銅やモリブテン等の金属板やアルミニウムと炭化珪素などのコンポジット材で作られた放熱板上にはんだ等で複数搭載するといった方法しか出来ず、はんだ実装工数が多く複雑となりコストが高くなる、サイズが小さくできない、放熱板が必要なため重量が重い、熱抵抗が高くなるといった問題があった。
【０００８】
従って、より過酷な環境下で使用される、例えば環境汚染防止の視点から最近注目され開発が進んできた電気自動車やハイブリッドカーなどに使用されるインバーター用のパワーモジュール等の場合、１０００サイクル以上の繰り返し熱衝撃に耐える必要がある上、搭載スペースや車両重量の点でモジュール自体の小型化、軽量化が必要である事などから、従来の方法は十分に満足できるものでは無かった。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、高強度高靭性の窒化アルミニウムからなるセラミック基板を用いることで、より大きな基板サイズで１０００サイクル以上の繰り返し耐熱衝撃に耐え、半導体素子の搭載密度を高めかつモジュールの小型化を図り、かつ冷却器への直接取り付けにより重い放熱板を廃止し軽量化を図る事が可能となる、電気自動車やハイブリッドカーなどのパワーモジュールに好適な窒化アルミニウム製回路基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックス基板上の少なくとも一方の面に金属電極や金属回路が形成されてなる回路基板において、該セラミック基板は窒化アルミニウム質焼結体からなり、窒化アルミニウム粒子の粒界に窒化チタン粒子が含有され、そのＸ線回折ピーク強度が、窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０％〜５０％であり、前記金属電極又は金属回路が閉気孔を有する銅系のメタライズで形成されていることを特徴とするものである。また、前記メタライズが前記セラミック基板と活性金属法で接合されているのが好ましい。特に、前記セラミック基板の断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０〜３０個であるのがより好ましい。
【００１１】
また、前記セラミック基板を構成する窒化アルミニウム焼結体の破壊靭性値Ｋ1Cが３．０ＭＰａ√ｍ以上であり、かつ抗折強度が４００ＭＰａ以上であり、かつ熱伝導率が８０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであるものとするとさらに好ましい。
【００１２】
また、本発明の他の回路基板は、セラミック基板上の少なくとも一方の面に金属電極又は金属回路が形成されてなる回路基板において、前記セラミック基板は、主成分をなす窒化アルミニウム粒子の粒界に窒化チタン粒子が含有された窒化アルミニウム質焼結体からなり、前記窒化チタンのＸ線回折ピーク強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０〜５０％であり、前記セラミック基板の断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０〜３０個であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明においては、前記セラミック基板を構成する窒化アルミニウム質焼結体の粒界相が、周期律表第３ａ族元素の少なくとも１種類以上の化合物からなり、粒界相のＸ線回折ピーク強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の１０〜４０％であることがより望ましい。
【００１４】
【作用】
本発明のセラミック基板によれば、窒化アルミニウム粒子の粒界に窒化チタン粒子が存在し、そのＸ線回折強度が窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０〜５０％の範囲で含有される。窒化チタン粒子は窒化アルミニウム粒子より熱膨張率が大きい為、焼成温度からの冷却過程で窒化アルミニウム粒子及び粒界相と窒化チタンの熱膨張差により材料内部に残留応力が発生し、この残留応力が繰り返し熱衝撃で発生する応力を吸収するいわゆる粒子分散効果として破壊靭性値が３．０ＭＰａ√ｍ以上となり、１０００サイクル以上の繰り返し熱衝撃に耐える事が可能となった。また抗折強度も４００ＭＰａ以上となり、冷却器へ直接ネジ止めによる組付けが可能となった。
【００１５】
更に、本発明によれば、セラミック基板断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０〜３０ヶになるように制御すること、セラミック基板の粒界相が、周期律表３ａ族元素の少なくとも１種類以上の化合物からなり、粒界相のＸ線回折ピーク強度が、窒化アルミニウムのメインピーク強度の１０〜４０％になるように制御することにより、更に高い破壊靭性値となり、２０００サイクル以上の繰り返し熱衝撃に耐えることが可能となった。
【００１６】
これにより、電気自動車、ハイブリッドカー等のパワーモジュールに対して、小型・軽量化に優れたセラミック製の回路基板を提供することが可能となった。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、図１を用いて、本発明の回路基板を用いたパワーモジュールを説明する。比較のため、従来構造のパワーモジュールを図３に示す。
【００１８】
図１において、セラミック基板４に電極３が接合され、その上に半導体素子１がはんだ２により実装されている。セラミック基板４は組み付け治具７及びネジ８により、熱伝導性グリス５を介して冷却器６に組み付けられている。
【００１９】
図３に示した従来構造においては、セラミック基板３及び電極４の接合部の繰り返し熱衝撃に対する信頼性が不十分であるため、セラミック基板３を大型化できず、小さなサイズで作製し、複数のセラミック基板を放熱板１４にはんだ１３で実装していた。この為全体のサイズを小さくできない、はんだ実装が２回でコストが高い、熱抵抗が高い等の問題があった。
【００２０】
これに対して、図１に示した本発明の回路基板を用いた構造においては、熱伝導率の高いセラミック基板４の高靭性・高強度化を図り電極３との接合部の信頼性が向上した事により、セラミック基板４を大型化し、電極３の大型一体化、金属放熱器６への直接組み付けが可能となり、放熱板１４を排除することができた。この為、従来構造に比較して大幅な小型化・軽量化が可能となった。
【００２１】
本発明のセラミック基板４は、窒化チタン粒子を窒化アルミニウム粒子の粒界に均一に分散させることによって、高靭性・高強度を達成しかつ十分な耐電圧・絶縁性能を維持したものである。窒化アルミニウムに対して熱膨張のおおきい窒化チタン粒子を粒界に分散させることにより破壊靭性・強度が向上する理由は、焼成温度からの冷却過程で窒化アルミニウム粒子及び粒界相と窒化チタンの熱膨張差により材料内部に残留応力が発生しこの残留応力が繰り返し熱衝撃で発生する応力を吸収するいわゆる粒子分散効果である。
【００２２】
本発明において、焼結後に窒化チタンとして存在することが重要であり、チタンが他の化合物として存在した場合、破壊靭性、強度に対して十分な効果を発揮しないばかりか、熱伝導率を低下させる場合があり好ましくないためＸ線回折強度により特定した。
【００２３】
窒化チタン粒子のＸ線回折強度が、窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０％未満であれば十分な粒子分散効果が得られず、靭性・強度共に向上しない。逆に５０％を超えると絶縁基板として必要なレベルの絶縁・耐圧性能が維持でず、また熱伝導率も低くなりすぎる為好ましくない。これに対して、窒化アルミニウムの優れた特徴である高熱伝導率を維持しつつ、耐電圧性能も確保し、返し熱衝撃１０００サイクル以上に耐えうる破壊靭性及び強度を確保するためには、その強度比が２０〜５０％であることが好ましい。
【００２４】
また、窒化チタン粒子は必ずしも窒化チタンとして添加することを限定するものではなく、焼結後に窒化チタンとして存在すれば、チタンの窒化物、炭化物、珪化物、ホウ化物等の化合物やチタン酸塩として添加しても何ら問題はない。また、窒化チタン粒子の大きさは、小さすぎると十分な効果が得られず、大きすぎると粗大粒として強度低下を招くため、平均粒径は１〜３０μｍが望ましい。
【００２５】
また、焼結後に窒化チタンとして存在することが重要であり、チタンが他の化合物として存在した場合、破壊靭性、強度に対して十分な効果を発揮しないばかりか、熱伝導率を低下させる場合があり好ましくない。
【００２６】
また、窒化アルミニウムの断面において、任意に引いた５０μｍの直線上に存在する窒化アルミニウム粒子が、１０ヶ未満であれば、粒成長が進みすぎるているため抗折強度が低下し、逆に３０ヶを超えると粒成長不足で十分な破壊靭性が得られない。従って、１０〜３０ヶであることが望ましい。
【００２７】
また、粒界相は、周期律表第３ａ族元素の少なくとの１種類以上の化合物からなり、そのＸ線回折ピーク強度が、窒化アルミニウムのメインピーク強度の１０％未満であれば、これらの化合物の焼結助剤としての役割を果たせず焼結性が低下し、十分な強度や熱伝導率が得られない。また、４０％を超えると粒界成分が多く存在することにより熱伝導率が低下する。また添加量が十分であっても粒径の結晶化が不十分であれば、熱伝導率及び強度は向上しない。従って、１０〜４０％であることが望ましい。
【００２８】
また、電極３とセラミック基板４の接合方法としては、高融点金属同時焼結メタライズ法、Ｍｏ−Ｍｎ法、ＤＢＣ法、活性金属法等があるが、より大きなサイズの回路基板をつくる上で、平坦度が重要であり焼成後の加工が必要となることから、高融点金属同時焼結メタライズ法は不適であり、Ｍｏ−Ｍｎ法は焼き付けが回数が増え、ろう付け下地めっきが必要となりコストが高くなるため不適であり、ＤＢＣ法は十分な接合強度が得られない。従って十分な接合強度が得られ、接合も１回で行える活性金属法が望ましい。
【００２９】
電極３の材料としては、一般的にアルミニウムや銅系の金属が使用されているが本発明のセラミック基板４においてはいずれも適用可能であるが、熱伝導率及び導電性に優れた銅系の金属がより望ましく、中でも活性金属を用いた接合を行う事から無酸素銅等の薄板や閉気孔を有する銅系のメタライズで形成されたものが望ましい。銅メタライズは、銅粉にバインダーや溶媒を添加したものをプレス成形やテープ成形により形状に加工し、不活性雰囲気や還元雰囲気、真空雰囲気などで焼成して得られた閉気孔を含む成型体であり、閉気孔の存在によりヤング率が低下し接合の応力が緩和される為、より厚い電極を形成するのに有効な手法である。
【００３０】
また金属回路表面には、はんだ層２により半導体素子１が実装されるが、はんだ層２の濡れが悪かったり、はんだ層２にボイドがあると熱伝導を阻害するため、良好なはんだ実装を行うために、電極３の表面にはニッケル等のめっきが施されていることが望ましい。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。
【００３２】
セラミック基板４は、窒化アルミニウムを主成分として、主焼結助剤に酸化エルビウム、添加剤に窒化チタンの粉体を、適当な有機系バインダーを加えてスラリー状に調整し、前記スラリーをドクターブレード法によりシート状に成形し、前記シートを適宜寸法に加工したものを必要な厚さに積層し、脱脂工程を経て、１６５０〜１９５０℃の範囲で１時間以上焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。その後、更に研磨などの機械加工により必要な寸法、面粗さに仕上げた。
【００３３】
ここで、窒化チタンのＸ線回折強度は主として添加量及び焼成条件などで調整し、破壊靭性・抗折強度・熱伝導率は、窒化チタンの添加量、焼結助剤の添加量、焼成温度、焼成時間、焼成雰囲気などを種々変えて所定の特性に調整した。
【００３４】
電極３は、無酸素銅板を、Ａｇ／Ｃｕ／Ｔｉ系の活性金属ロー材を用いて、真空雰囲気で８５０℃で接合することにより形成したものと、あらかじめセラミック基板４に上記活性金属ペーストを同様の条件で焼き付け処理したメタライズ上に、粒径１〜５０μｍのＣｕ粉末を粒度配合し適当なバインダーを加えてペースト状に調整したものをプリント法により、メタライズ上に電極パターンを形成し、脱脂工程を経て６００〜９００℃で焼き付けを行うことにより内部に閉気孔を導入したＣｕメタライズを作製した。いずれも電極３の厚みは、０．２５ｍｍ及び０．５ｍｍに調整した。また活性金属ロー材の厚みは３０μｍとした。
【００３５】
上記の方法で作製したセラミック基板４について下記の評価及び試験を実施した。
【００３６】
物性評価については、破壊靭性はＪＩＳ−Ｒ１６０７に基づき前記セラミック基板４から試験片を切り出してＳＥＰＢ法により各水準５個測定し平均値を算出した。抗折強度の関しては、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に基づき前記セラミック基板４から試験片を切り出して３点曲げにて各水準１０個測定し平均値を算出した。熱伝導率に関しては、ＪＩＳ−Ｒ１６１１に基づき前記セラミック基板４から直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を切り出してレーザーフラッシュ法にて各水準３個測定し平均値を算出した。耐電圧に関してはＪＩＳ−Ｃ２１１０に基づき前記セラミック基板４から直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片を切り出して各水準３個測定し平均値を算出した。窒化チタン及び粒界相のＸ線回折強度に関しては、前記セラミック基板４を粉砕した後、Ｘ線回折測定装置にて測定し、窒化チタン強度比＝窒化チタンメインピーク（２００）強度／窒化アルミニウムのメインピーク（１００）強度、粒界相強度比＝粒界相メインピーク強度合計／窒化アルミニウムのメインピーク強度として％で表した。
【００３７】
窒化アルミニウム粒子数に関しては、前記セラミック基板４の断面を鏡面研磨した後フッ酸を用いてエッチング処理した面について、２０００倍のＳＥＭ写真を撮影し該ＳＥＭ写真上に任意に５０μｍの直線を描き、その線上に含まれる窒化アルミニウムの粒子数を各水準３箇所測定しその平均値を算出した。
【００３８】
繰り返し熱衝撃試験に関しては、図２（ａ）の断面図に示したように、セラミック基板４上に活性金属メタライズ１５を形成し、さらにその上に電極３を形成したものを用いて試験を実施した。電極３の形状は、図２の平面図に示したようなものとした。大気中−４０℃×３０分保持後１５０℃×３０分保持を１サイクルとして２０００サイクルまで行い２００サイクル毎に電極３の剥離、セラミック基板４のクラックを観察した。
【００３９】
表１、表２、表３に評価結果を示した。
【００４０】
【表１】
0003854015.tif 000002
【００４１】
表１は、請求項１および２に記載した窒化チタンのＸ線回折強度、破壊靱性値Ｋ１ｃ、抗折強度、熱伝導率に対する耐電圧および繰り返し熱衝撃試験の結果を示したものである。
【００４２】
表１より、窒化アルミニウムのメインピークのＸ線回折強度に対する窒化チタンのＸ線回折強度比が１６％であるＮｏ．１、２は、耐電圧は１０ｋＶ／ｍｍ以上と良好であるが、Ｃｕ板０．２５ｍｍを接合したサンプルの繰り返し熱衝撃試験結果が２０００サイクル未満でクラックや電極の剥がれが発生した。また、前記Ｘ線回折強度比が５４％、６０％であるＮｏ．９、１０は、繰り返し熱衝撃試験結果は良好であるが、耐電圧が３ｋＶ／ｍｍ以下となった。これに対し、窒化チタンのＸ線回折強度比が本発明の請求項１の範囲内であるＮｏ．４〜７は、破壊靭性値が３以上かつ強度が４００ＭＰａ以上となりセラミック基板４と電極３の接合部の熱膨張差による応力に対して十分な耐力が得られ、Ｃｕ板電極・Ｃｕメタライズ電極のいずれにおいても繰り返し熱衝撃回数１０００回以上となり、セラミック基板４のクラックや電極３の剥がれが生じることがなく良好な結果を示した。
【００４３】
これは窒化チタン粒子が粒界に分散されることによりセラミック基板４の破壊靭性・強度が改善されたいわゆる粒子分散強化の効果である。Ｘ線回折強度比が２０％未満では強度は４００ＭＰａ以上あるものの破壊靭性値が３．０未満となり特に電極３が厚い場合に耐久性が低くなった、これは窒化チタン粒子が不十分で効果が得られなかったものと考えられる。またＸ線回折強度比が５０％を越えると強度、靭性は高いが耐電圧が低くなりセラミック基板４としての絶縁性が不十分となり、更に窒化アルミニウムの利点である熱伝導率も８０Ｗ／ｍ・Ｋ未満となり好ましくない。
【００４４】
さらに表１から、破壊靱性Ｋ１ｃが３以下であるＮｏ．３は、０．５ｍｍのＣｕ板を接合したセラミック基板４の繰り返し耐熱衝撃試験において、２０００サイクル以下でクラックが発生したが、本発明の請求項２の範囲内である破壊靱性Ｋ1Cが３．０ＭＰａ√ｍ以上であり、かつ抗折強度が４００ＭＰａ以上であり、かつ熱伝導率が８０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであるようにすると、０．５ｍｍのＣｕ板を接合したセラミック基板４の繰り返し耐熱衝撃性試験においても、２０００サイクル以上の耐久性を達成できるようになる。
【００４５】
また表２には、セラミック基板４の鏡面研磨面の任意の５０μｍ長さにおける窒化アルミニウム粒子数を５〜３８の間で変量したサンプルの破壊靱性と強度を示した。
【００４６】
【表２】
0003854015.tif 000003
【００４７】
表２に示したように、鏡面研磨面の任意の直線５０μｍ長さにおける窒化アルミニウム粒子の線密度を５個としたＮｏ．２１は、窒化アルミニウムが粒成長しすぎることにより磁器強度が低下傾向になる。また、前記線密度が４８個となるＮｏ．２４は、焼結不足で磁器強度が低下傾向になる。これに対し、本発明の請求項３に示したように前記線密度を１０〜３０個にすると破壊靭性が３．５以上、強度が４５０ＭＰａ以上となり良好なセラミック基板４とすることが可能となる。熱伝導率についても、同様な傾向が見られる。
【００４８】
また、表３は、セラミック基板４の粒界相の結晶のメインピークのＸ線回折強度の窒化アルミニウムのメインピークに対する比を５〜４８％とした場合のＴｉＮ強度比、破壊靱性Ｋ１ｃ、強度、熱伝導率、ＡｌＮ線密度、耐電圧を評価した結果を示したものである。
【００４９】
【表３】
0003854015.tif 000004
【００５０】
表３より、セラミック基板４の粒界相が周期律表３ａ族元素の少なくとも１種類以上の化合物からなり、窒化アルミニウムのＸ線回折のメインピークに対する粒界相のＸ線回折ピーク強度比が１０％未満になると焼結助剤としての効果が低くなり焼結性が低下し十分な強度や熱伝導が得られず好ましくない。また、粒界相の前記Ｘ線回折強度比が粒界強度比が４０％を越えると粒界成分が多く存在することにより熱伝導率が低下し好ましくない。
【００５１】
これに対し、前記Ｘ線回折強度比が１０〜４０％であると破壊靭性値が３．５以上、強度が４５０ＭＰａ以上、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋとより向上させることが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックス基板上の少なくとも一方の面に金属電極や金属回路が形成されてなる回路基板において、当該セラミック基板に窒化チタン粒子が窒化アルミニウム粒子の粒界に含有され、Ｘ線回折ピーク強度が、窒化アルミニウムのメインピーク強度の２０％〜５０％である回路基板とすることにより、繰り返し熱衝撃の環境下における電極接合部の剥離や基板にクラックなどが生じることがない信頼性の高い回路基板を提供できる。
【００５３】
また、破壊靭性Ｋ1Cが３．０ＭＰａ√ｍ以上であり、かつ抗折強度が４００ＭＰａ以上であり、かつ熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋとすることにより、さらに性能を改善できる。
【００５４】
また回路基板を大型化が可能となるためパワーモジュールとしてもはんだ実装工数の削減や放熱板の削除による、小型軽量化及び低コスト化に貢献することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板を用いたパワーモジュール構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】評価に用いた回路基板の構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】従来の回路基板を用いたパワーモジュール構造を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１：  半導体素子
２：  はんだ層
３：  電極
４：  セラミック基板
５：  導電性グリース
６：  金属放熱器
７：  組み付け金具
８：  ねじ
９：  バスバー
１０：  信号電極
１１：  ボンディングワイヤー
１２：  金属板
１３：  はんだ
１４：  放熱板
１５：  活性金属メタライズ
【図１】
0003854015.tif 000005
【図２】
0003854015.tif 000006
【図３】
0003854015.tif 000007