【手続補正書】
【提出日】平成30年2月8日(2018.2.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス板の片面又は両面に銅板が接合されており、かつ前記銅板の少なくとも一部が銅回路を備えている銅張セラミックス回路基板において、
前記銅回路を備えている前記銅板は、結晶軸＜１００＞を主方位とし、かつ銅の結晶軸＜１００＞が前記銅板の法線方向に方位差１５°以内でありかつ前記銅板の面内特定方向に１５°以内である＜１００＞優先配向領域の面積率が８０％以上１００％以下の配向銅板であることを特徴とする銅張セラミックス回路基板。
【請求項２】
前記銅回路の少なくとも１のコーナー部において、前記コーナー部を形成する２つの辺の二等分線方向に対して、前記配向銅板の面内の特定方向が、５°以上４５°以下であることを特徴とする請求項１記載の銅張セラミックス回路基板。
【請求項３】
前記配向銅板を板面法線方向から面積０.３２ｍｍ２の視野で、かつ重複しない１６視野以上観察した時、前記＜１００＞優先配向領域に囲まれた、面積平均径が前記配向銅板の板厚以下の島状結晶粒の結晶粒界と、双相境界を除く、方位差１５°以上の傾角を有する結晶粒界が存在する視野が０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅張セラミックス回路基板。
【請求項４】
前記銅張セラミックス回路基板の接合界面は、前記配向銅板の（１００）が、直接又は厚さ１μｍ以下のＣｕ２Ｏ相を介して、前記セラミックス板を構成する酸化物に接合されている部分を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の銅張セラミックス回路基板。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の銅張セラミックス回路基板を搭載してなる電子機器。
【請求項６】
結晶軸＜１００＞を主方位とし、かつ銅の結晶軸＜１００＞が銅板の法線方向に方位差１５°以内でありかつ前記銅板の面内特定方向に１５°以内である＜１００＞優先配向領域の面積率が８０％以上１００％以下である配向銅板を、セラミックス板の片面又は両面に接合した後に、前記配向銅板にエッチング処理により銅回路を形成することを特徴とする銅張セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
酸素を含有しているガス中において、かつセラミックス板の片面又は両面に銅板の銅板面を対向させて接触させた状態で、かつ１０６５℃から１０８３℃の範囲内にまで温度を上昇させることで、前記銅板を配向銅板に変換するとともに、前記銅板と前記セラミックス板との界面にＣｕ−Ｃｕ２Ｏ共晶体を生成させる熱処理工程と、
熱処理済の前記セラミックス板と前記配向銅板とを冷却してこれらを接合させる接合工程と、
前記配向銅板にエッチング処理により銅回路を形成する銅回路形成工程と、を備え、
前記セラミックス板は、ケイ素、マグネシウム、希土類元素から選択される少なくとも１の成分を５質量％以下含有している窒化ケイ素又は窒化アルミニウムからなる窒化物セラミックス、又は、酸化物セラミックスであり、
前記配向銅板は、結晶軸＜１００＞を主方位とし、かつ銅の結晶軸＜１００＞が前記銅板の法線方向に方位差１５°以内でありかつ前記銅板の面内特定方向に１５°以内である＜１００＞優先配向領域の面積率が８０％以上１００％以下であることを特徴とする銅張セラミックス回路基板の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
更に、直接接合法で作製した銅張セラミックス回路基板の場合、ろう付で接合した回路基板のようにＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ層のような金属ろう接合層が存在しない。これらの層は 熱応力の緩衝層としての働きが期待できる。また、ポリイミドと銅箔を張り合わせた可撓性銅張積層回路基板では銅の上に電気めっき等によって銅の凹凸を設ける粗化処理がおこなわれ、界面での機械的、熱的性質の急峻な変化を緩和し、アンカー効果による接合強度の向上が図られている。これに対して直接接合法で接合された銅張セラミックス回路基板では、銅板とセラミックス板が直接、あるいはごく薄い銅酸化物層を介して接合される。したがって、セラミックスと銅との界面での熱伝導、すなわち放熱性では優れているが、接合界面での応力の緩和をするためには、使用するセラミックス板、あるいは銅板で何らかの措置を講じる必要があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、本発明の銅張セラミックス回路基板上の銅板は、銅板面内で力学的な異方性を有するので、銅張セラミックス回路基板界面において最も大きな応力が発生する方向と銅板の面内方向で軟質にふるまう方向を合わせることで、更に信頼性の高い銅張セラミックス回路基板が得られる。一般的に接合面における最大応力は銅回路の角部の対角線方向になることから、この方向と銅板の面内方向で軟質にふるまう方向を合わせることで高い効果が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、結晶学的な方位関係で、降伏応力が高い方位が少なくなるので、銅板１２板面内あらゆる方向に軟質にふるまう。以下、具体的に説明する。
図２は、銅を始めとする面心立方金属の方位を表す単位ステレオ三角形上にシュミット因子を等高線で表示したものである（非特許文献１参照）。
本発明の銅張セラミックス回路基板１０上の銅板１２は、単位格子を構成する[１００]、[０１０]、[００１]（総称して＜１００＞と表記される）の３軸が揃った単結晶に近い材料であり、一つの＜１００＞主方位が銅板１２の法線方向を向いていることから、銅板１２の面内の方位は、図２で示されるステレオ三角形の１００と１１０を結ぶ線上で示される方位のいずれかになる。一般的な圧延で作製した銅の場合、圧延方向、すなわち板面内で通常長手方向に＜１１１＞が配向し易いが、＜１１１＞方向に変形を加えたときのシュミット因子は約０．２７２であり、その値が小さく、降伏に高い応力が必要な方位である。一方、本発明の銅張セラミックス回路基板１０上の銅板１２における面内方向における一次すべり系のシュミット因子の最小値は約０．４０８であり、面内方向の降伏応力は＜１１１＞方向に変形を加えたときに比較して小さくなる。なお、一次すべり系とは、複数のすべり系のうち最も容易にすべり変形がおきる系、すなわちシュミット因子が最大になる系をいう。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
セラミックス板１１と銅板１２の接合方法としては、ＴｉやＺｒの活性化金属を含む銅より融点の低い例えばＡｇ−Ｃｕ合金のような金属ろう材をセラミックス板１１と銅板１２の間に挟んで液相接合する活性金属法や、セラミックス板１１と銅板１２の面同士を対向、接触させて、１０５０℃以上の温度で界面にＣｕ−Ｃｕ２Ｏ共晶体を生成せしめ、その後冷却することによって接合する直接接合法がある。いずれの場合でも、銅張セラミックス回路基板１０の製造工程では、銅とセラミックスの接合工程で非常に高い温度が必要であるから、銅板１２の最終再結晶熱処理は接合工程で同時に行うことができる。本発明の銅張セラミックス回路基板１０の作製で想定している比較的純度の高い銅板１２では４００℃以下、無酸素銅板であれば２００℃以下で再結晶するため、最終再結晶熱処理前の銅板１２をセラミックス板１１に対向、接触させておくことで、高温で接合が形成される時には、銅板１２も所定の組織が形成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
本発明の銅張セラミックス回路基板上の銅板は、銅板面内で力学的な異方性を有するので、セラミックス回路基板界面において最も大きな応力が発生する方向と銅板の面内方向で軟質にふるまう方向を合わせることで、更に信頼性の高い銅張セラミックス回路基板が得られる。一般的に接合面における最大応力は銅回路の角部の対角線方向になることから、この方向と銅板の面内方向で軟質にふるまう方向を合わせることで高い効果が得られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図６に示す寸法の銅張セラミックス回路基板を作製して、本発明の更なる効果を調べた。図中の寸法数値の単位はｍｍである。セラミックス板はサイズが４０ｍｍ×１０ｍｍ×０．２５ｍｍ厚の市販の純度９６％のアルミナ板を使用した。
実施例における銅板Ａの切り出し方向を変えてその効果を調べた。銅板回路コーナー部を形成する互いに９０°の角度をなす２辺と４５°を成す直線に対する圧延方向の角度（α）を様々に変えて銅張セラミックス回路基板を作製し、その角度の効果を調べた。比較のために銅板Ｂを接合した銅張セラミックス回路基板も作製した。
冷間加工後の板厚０．２ｍｍの銅板Ａを圧延方向に対して様々な角度をつけて４０ｍｍ×１０ｍｍに切断した後、２００℃で１時間熱処理して表面を酸化させた後、同じ種類の２枚の銅板でアルミナ板を挟んで、接合熱処理を行った。また、銅板Ｂは、圧延方向と１０ｍｍの長さの辺の角度を４５°、０°にした２種類の銅板を切り出し、接合用銅板とした。
接合熱処理は、窒素ガスと乾燥空気の流量を制御できる電気炉で行った。始め酸素分圧を２００ｐｐｍに調整した窒素ガスを通気させながら１０７０℃まで昇温し、１時間保定した後、０．５℃／分で１０２０℃まで降温し、その後炉冷却した。途中、１０５０℃で乾燥空気を遮断し、１００％窒素中で熱処理した。作製した接合体は、酸によるエッチング処理によって図６に示すような銅張セラミックス回路基板試料とした。
銅板Ａ、銅板Ｂについて、同じ切断角度条件の銅張セラミックス回路基板試料をそれぞれ３０枚づつ作製し、銅板組織、接合信頼性の評価を行った。