JP2014172802A - 銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】銅部材とセラミックス部材とを接合した場合であっても、硬いＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が厚く形成されることがなく、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、かつ、確実に銅部材とセラミックス部材とを接合することができるとともに、ろう染みを低減することができる銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板を提供する。
【解決手段】Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、を含み、前記金属粉末成分の組成は、前記活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされ、前記金属粉末成分の含有量に対する前記セラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とを接合する際に使用される銅部材接合用ペースト、この銅部材接合用ペーストを用いた接合体、及びパワーモジュール用基板に関するものである。

銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とを接合してなる接合体としては、例えば、特許文献１に開示されたパワーモジュール用基板が挙げられる。
このパワーモジュール用基板は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）などからなるセラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面に第一の金属板が接合されて構成された回路層と、セラミックス基板の他方の面に第二の金属板が接合されて構成された金属層と、を備えている。

ここで、特許文献１に記載されたパワーモジュール用基板においては、第一の金属板（回路層）及び第二の金属板（金属層）が銅板とされており、これらの銅板を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストを用いた活性金属法によってセラミックス基板に接合した構成とされている。

上述のように回路層となる銅板とセラミックス基板とを活性金属法によって接合した場合には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストがＣｕとＡｇの反応によって溶融し、これが凝固することによって銅板とセラミックス部材とが接合されるとともに、銅板とセラミックス基板との接合部にＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が形成される。
セラミックス基板上に接合された回路層は、所定のパターンにエッチングされることにより、回路パターンとされる。このとき、回路層を構成する銅板だけではなく、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層もエッチングすることが必要となる。回路層をエッチングする際には、ＦｅＣｌ_３やＣｕＣｌ_２等の銅のエッチング液が用いられるが、このエッチング液ではＡｇ−Ｃｕ共晶組織層をエッチングすることができない。そのため、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層を除去するためには、さらに別のエッチング液を用いて二次エッチングを行う必要があった。

二次エッチングを省略するために、スクリーン印刷法によりＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストをセラミックス基板上にパターン状に塗布し銅板を接合した後、銅板上にフォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成しエッチングを行うことで所定の回路パターンを得ることが考えられる。しかしながら、パターン状にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストを塗布し銅板を接合する場合、ろう材ペーストがＣｕとＡｇの反応によって溶融し、セラミックス基板上に濡れ広がり、いわゆる「ろう染み」が生じる。このろう染みが生じると、予め形成したペーストのパターン間にＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が形成されるため、回路パターンの短絡の原因となるおそれがあった。

そこで、特許文献２には、セラミックス粉末を含むＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストが提案されている。このろう材ペーストにおいては、セラミックス粉末を添加することにより、ろう材ペースト中に含まれる余剰のＴｉを消費し、ろう染みの低減を図っている。

特許第３２１１８５６号公報 特開平４−１０８６７３号公報

ところで、特許文献１、２に記載されたように、銅部材（銅板）とセラミックス部材（（セラミックス基板）とを活性金属法によって接合した場合には、上述したように接合部にＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が形成される。
このＡｇ−Ｃｕ共晶組織層は非常に硬いことから、銅部材とセラミックス部材との接合部に、銅部材とセラミックス部材の熱膨張係数の差に起因するせん断応力が作用したときに、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層及び銅部材の変形が抑制され、セラミックス部材に割れ等が発生するといった問題があった。

また、特許文献２に記載されたＡｇ―Ｃｕ−Ｔｉ系のろう材ペーストを用いて銅部材とセラミックス部材とを接合すると、接合時にＡｇとＣｕの液相が厚く形成され、セラミックス粉末をペースト中に含有させても、ろう染みを十分に低減することが困難であった。
特に近年では、回路層に形成される回路パターン間が微細化し、回路パターン同士が短絡しやすい傾向にあり、さらにろう染みを低減することが求められている。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、銅部材とセラミックス部材とを接合した場合であっても、硬いＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が厚く形成されることがなく、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、かつ、確実に銅部材とセラミックス部材とを接合することができるとともに、ろう染みを低減することができる銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の銅部材接合用ペーストは、銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とを接合する際に使用される銅部材接合用ペーストであって、Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、を含み、前記金属粉末成分の組成は、前記活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされ、前記金属粉末成分の含有量に対する前記セラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされていることを特徴としている。

この構成の銅部材接合用ペーストにおいては、Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分を有しているので、銅部材とセラミックス部材との接合部に塗布して加熱した際に、金属粉末成分中のＡｇが銅部材側に拡散することによって、ＣｕとＡｇの反応による溶融金属領域が形成されることになる。そして、この溶融金属領域が凝固することで、銅部材とセラミックス部材とが接合される。
すなわち、Ａｇの銅部材への拡散によって溶融金属領域が形成されることから、接合部において溶融金属領域が必要以上に形成されなくなり、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さが薄くなるのである。このように、硬いＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さが薄く形成されることから、セラミックス部材における割れの発生を抑制することができる。

また、金属粉末成分の組成は、活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされているので、セラミックス部材の表面に活性金属層を形成することができる。このように、活性金属層を介してセラミックス部材と銅部材とが接合されているので、セラミックス部材と銅部材との接合強度の向上を図ることができる。
ここで、活性金属の含有量が１質量％未満では、活性金属層を確実に形成することができず、セラミックス部材と銅部材との接合強度が低下するおそれがある。また、活性金属層の含有量が３０質量％を超えると、銅部材へ拡散するＡｇ量を確保するために、銅部材接合用ペーストを厚く塗布する必要があり、ろう染みが増加するおそれがある。以上のことから、金属粉末成分において、活性金属の含有量を１質量％以上３０質量％以下の範囲内に設定しているのである。

さらに、上述の銅部材接合用ペーストは、セラミックス粉末を有しているので、活性金属の余剰分を消費し、上述の溶融金属領域が濡れ広がることを抑制でき、ろう染みを低減することができる。また、溶融金属領域が形成された際に、銅部材とセラミックス部材との間隔をセラミックス粉末によって保ち、溶融金属が押し出されることを抑制し、ろう染みをさらに低減することができる。また、Ａｇの銅部材への拡散によって溶融金属領域が形成されることから、接合部において溶融金属領域が必要以上に形成されず、ろう染みを低減することができる。

さらに、金属粉末成分の含有量に対するセラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされているので、活性金属の余剰分がセラミックス粉末によって確実に消費され、ろう染みを低減することができる。
セラミックス粉末の含有量が１質量％未満の場合では、活性金属の余剰分を十分に消費することができず、ろう染みを低減することが困難となる。また、セラミックス粉末の含有量が１５質量％を超える場合では、活性金属とセラミックス粉末との反応が過剰となり、上述の活性金属層を十分に形成することができず、セラミックス部材と銅部材との接合強度が低下するおそれがある。以上のことから、金属粉末成分の含有量に対するセラミックス粉末の含有量を１質量％以上１５質量％以下の範囲内に設定しているのである。

また、前記セラミックス粉末の粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下とされていることが好ましい。
この場合、上述の活性金属層を十分に形成できるとともに、銅部材とセラミックス部材との間の隙間をセラミックス粉末によって保ち、ろう染みを低減することができる。
セラミックス粉末の粒径が０．５μｍ未満の場合には、セラミックス粉末の表面積が増加することにより活性金属との反応量が多くなり、活性金属を過剰に消費し、活性金属層を十分に形成することができず接合強度が低下するおそれがある。また、セラミックス粉末の粒径が２０μｍを超える場合には、銅部材とセラミックス部材との間隔が大きくなり過ぎるために銅部材中へのＡｇの拡散が生じ難くなり、接合強度が低下するおそれがある。したがって、セラミックス粉末の粒径は、上記の範囲に設定することが好ましい。

さらに、前記セラミックス粉末は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮから選択される１種又は２種以上のセラミックスであることが好ましい。
この場合、銅部材とセラミックス部材を銅部材接合用ペーストで接合する際に、セラミックス粉末と活性金属とを効率的に反応させることができ、活性金属の余剰分を確実に消費し、ろう染みを低減できる。

本発明の接合体は、銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とが接合されてなる接合体であって、前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、上述の銅部材接合用ペーストを介在させた状態で加熱処理を行うことにより前記銅部材と前記セラミックス部材とが接合されていることを特徴としている。

本発明のパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の表面に銅又は銅合金からなる銅板が積層されて接合されたパワーモジュール用基板であって、前記銅板と前記セラミックス基板との間に、上述の銅部材接合用ペーストを介在させた状態で加熱処理を行うことにより前記銅板と前記セラミックス基板とが接合されていることを特徴としている。

本発明の接合体及びパワーモジュール用基板によれば、前述の銅部材接合用ペーストを介在させた状態で加熱処理を行っていることから、銅部材接合用ペーストに含有されたＡｇを銅部材（銅板）側に拡散させることで、溶融金属領域を形成することができ、この溶融金属領域を凝固させることにより銅部材（銅板）とセラミックス部材（セラミックス基板）とを接合できる。よって、硬いＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さが薄く形成されることから、セラミックス部材（セラミックス基板）における割れの発生を抑制することができる。
また、セラミックス部材（セラミックス基板）の表面に活性金属層を形成することができ、銅部材（銅板）とセラミックス部材（セラミックス基板）との接合強度の向上を図ることができる。
さらに、銅部材接合用ペーストに含まれるセラミックス粉末が活性金属の余剰分を消費するとともに、セラミックス粉末によって銅部材（銅板）とセラミックス部材（セラミックス基板）との間隔を保つことができるため、ろう染みを低減できる。

本発明によれば、銅部材とセラミックス部材とを接合した場合であっても、硬いＡｇ−Ｃｕ共晶組織層が厚く形成されることがなく、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、かつ、確実に銅部材とセラミックス部材とを接合することができるとともに、ろう染みを低減することができる銅部材接合用ペースト、接合体、及びパワーモジュール用基板を提供することができる。

本発明の第一の実施形態である銅部材接合用ペーストの製造方法を示すフロー図である。 本発明の第一の実施形態である接合体の製造方法で製造された接合体（パワーモジュール用基板）、及び、パワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 図２における回路層とセラミックス基板の接合界面の拡大説明図である。 本発明の第一の実施形態における接合体（パワーモジュール用基板）、このパワーモジュール用基板を用いたヒートシンク及び緩衝板付パワーモジュール用基板の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第一の実施形態における接合体（パワーモジュール用基板）、このパワーモジュール用基板を用いたヒートシンク及び緩衝板付パワーモジュール用基板の製造方法を示す説明図である。 セラミックス基板と銅板との接合工程を示す拡大説明図である。 本発明の第二の実施形態である接合体の製造方法で製造された接合体（パワーモジュール用基板）の概略説明図である。 図７における回路層及び金属層とセラミックス基板の接合界面の拡大説明図である。 本発明の第二の実施形態における接合体（パワーモジュール用基板）の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第二の実施形態における接合体（パワーモジュール用基板）の製造方法を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態である銅部材接合用ペーストおよびこの銅部材接合用ペーストを用いた接合体の製造方法について添付した図面を参照して説明する。

（第一の実施形態）
まず、第一の実施形態について説明する。
本実施形態である銅部材接合用ペーストは、Ａｇおよび活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、分散剤と、可塑剤と、還元剤と、を含有するものである。
ここで、金属粉末成分の含有量が、銅部材接合用ペースト全体の４０質量％以上９０質量％以下とされている。
また、本実施形態では、銅部材接合用ペーストの粘度が１０Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは５０Ｐａ・ｓ以上３００Ｐａ・ｓ以下に調整されている。

活性金属は、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂから選択される１種又は２種以上の元素であることが好ましく、本実施形態では、活性金属としてＴｉを含有している。
ここで、金属粉末成分の組成は、活性金属（本実施形態ではＴｉ）の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。本実施形態では、Ｔｉを１０質量％含んでおり、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。

また、本実施形態においては、Ａｇ及び活性金属（Ｔｉ）を含む金属粉末成分として、ＡｇとＴｉとの合金粉末を使用している。この合金粉末は、アトマイズ法によって作製されたものであり、作製された合金粉末を篩い分けすることによって、粒径を４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下に設定している。
なお、この合金粉末の粒径は、例えば、マイクロトラック法を用いることで測定することができる。

セラミックス粉末は、ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮから選択される１種又は２種以上のセラミックスであることが好ましく、本実施形態では、ＡｌＮのセラミックス粉末とされている。
ここで、セラミックス粉末の含有量は、前述の金属粉末成分の含有量に対して１質量％以上１５質量％以下とされている。
セラミックス粉末の粒径は、０．５μｍ以上２０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。

樹脂は、銅部材接合用ペーストの粘度を調整するものであり、例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリメチルメタクリレート、アクリル樹脂、アルキッド樹脂等を適用することができる。
溶剤は、前述の金属粉末成分及びセラミックス粉末の溶媒となるものであり、例えば、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、テルピネオール、トルエン、テキサノ−ル、トリエチルシトレート等を適用できる。

分散剤は、金属粉末成分及びセラミックス粉末を均一に分散させるものであり、例えば、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤等を適用することができる。
可塑剤は、銅部材接合用ペーストの成形性を向上させるものであり、例えば、フタル酸ジブチル、アジピン酸ジブチル等を適用することができる。
還元剤は、金属粉末成分の表面に形成された酸化皮膜等を除去するものであり、例えば、ロジン、アビエチン酸等を適用することができる。なお、本実施形態では、アビエチン酸を用いている。
なお、分散剤、可塑剤、還元剤は、必要に応じて添加すればよく、分散剤、可塑剤、還元剤を添加することなく銅部材接合用ペーストを構成してもよい。

次に、本実施形態である銅部材接合用ペーストの製造方法について、図１に示すフロー図を参照して説明する。
まず、前述のように、Ａｇと活性金属（Ｔｉ）とを含有する合金粉末をアトマイズ法によって作製し、これを篩い分けすることによって粒径４０μｍ以下の合金粉末を得る（合金粉末作製工程Ｓ０１）。
また、溶剤と樹脂とを混合して有機混合物を生成する（有機物混合工程Ｓ０２）。
そして、合金粉末作製工程Ｓ０１で得られた合金粉末と、有機物混合工程Ｓ０２で得られた有機混合物と、セラミックス粉末（ＡｌＮ粉末）、分散剤、可塑剤、還元剤等の副添加剤と、をミキサーによって予備混合する（予備混合工程Ｓ０３）。
次いで、予備混合物を、複数のロールを有するロールミル機を用いて練り込みながら混合する（混錬工程Ｓ０４）。
混錬工程Ｓ０４によって得られた混錬物を、ペーストろ過機によってろ過する（ろ過工程Ｓ０５）。
このようにして、本実施形態である銅部材接合用ペーストが製出されることになる。

次に、本実施形態である接合体の製造方法について説明する。本実施形態における接合体は、銅部材としての銅板と、セラミックス部材としてのセラミックス基板と、が接合されてなるパワーモジュール用基板１０とされている。
図２に、本実施形態である接合体の製造方法によって製造されたパワーモジュール用基板１０、及び、このパワーモジュール用基板１０を用いて構成されたパワーモジュール１を示す。

図２に示すパワーモジュール１は、回路層１２が配設されたパワーモジュール用基板１０と、回路層１２の表面にはんだ層２を介して接合された半導体素子３と、緩衝板４１と、ヒートシンク５１とを備えている。ここで、はんだ層２は、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、若しくはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだ材とされている。なお、本実施形態では、回路層１２とはんだ層２との間にＮｉめっき層（図示なし）が設けられている。

パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、このセラミックス基板１１の一方の面（図２において上面）に配設された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面（図２において下面）に配設された金属層１３と、を備えている。
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌＮ（窒化アルミ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

回路層１２は、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図５において上面）に、銅又は銅合金からなる銅板２２が接合されることにより形成されている。回路層１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３ｍｍに設定されている。また、この回路層１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図１において上面）が、半導体素子３が搭載される搭載面とされている。例えば図２に示すように、回路層１２に溝部１２ａが設けられることにより、回路パターンが形成される。
本実施形態においては、銅板２２（回路層１２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）の圧延板とされている。
そして、セラミックス基板１１と回路層１２との接合に、本実施形態である銅部材接合用ペーストが使用されている。

金属層１３は、図５に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図５において下面）に、アルミニウム板２３が接合されることにより形成されている。金属層１３の厚さは０．６ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
本実施形態においては、アルミニウム板２３（金属層１３）は、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。

緩衝板４１は、冷熱サイクルによって発生する歪みを吸収するものであり、図２に示すように、金属層１３の他方の面（図２において下面）に形成されている。緩衝板４１の厚さは０．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．９ｍｍに設定されている。
本実施形態においては、緩衝板４１は、純度が９９．９９質量％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板とされている。

ヒートシンク５１は、前述のパワーモジュール用基板１０からの熱を放散するためのものである。本実施形態におけるヒートシンク５１は、パワーモジュール用基板１０と緩衝板４１を介して接合されている。
本実施形態においては、ヒートシンク５１は、アルミニウム及びアルミニウム合金で構成されており、具体的にはＡ６０６３合金の圧延板とされている。また、ヒートシンク５１の厚さは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、５ｍｍに設定されている。

図３に、セラミックス基板１１と回路層１２との接合界面の拡大図を示す。なお、図３においては、溝部１２ａ近傍のセラミックス基板１１と回路層１２との接合界面を示している。セラミックス基板１１の表面には、銅部材接合用ペーストに含有された活性金属（本実施形態ではＴｉ）の窒化物（本実施形態ではＴｉＮ）からなる活性金属層３１が形成されている。
そして、この活性金属層３１に積層するようにＡｇ−Ｃｕ共晶組織層３２が形成されている。ここで、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層３２の厚さは１５μｍ以下とされている。
回路層１２に形成される回路パターンは、図３に示すように、回路層１２、活性金属層３１及びＡｇ−Ｃｕ共晶組織層３２に設けられた溝部１２ａによって形成されており、回路パターン間はこの溝部１２ａが設けられることで絶縁されている。

以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板１０の製造方法、ヒートシンク及び緩衝板付パワーモジュール用基板の製造方法について、図４から図６を参照して説明する。

（銅部材接合用ペースト塗布工程Ｓ１１）
まず、図５に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に、スクリーン印刷によって、前述の本実施形態である銅部材接合用ペーストを塗布して乾燥させることにより、銅部材接合用ペースト層２４を形成する。このとき、回路層１２に形成される回路パターンに対応した溝部２４ａを形成するように銅部材接合用ペーストを塗布する。なお、銅部材接合用ペースト層２４の厚さは、乾燥後で２０μｍ以上３００μｍ以下とされている。

（積層工程Ｓ１２）
次に、銅板２２をセラミックス基板１１の一方の面側に積層する。すなわち、セラミックス基板１１と銅板２２との間に、銅部材接合用ペースト層２４を介在させているのである。

（加熱工程Ｓ１３）
次いで、銅板２２、セラミックス基板１１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する。すると、図６に示すように、銅部材接合用ペースト層２４のＡｇが銅板２２に向けて拡散する。このとき、銅板２２の一部がＣｕとＡｇとの反応によって溶融し、銅板２２とセラミックス基板１１との界面に、溶融金属領域２７が形成されることになる。
ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は７９０℃以上８５０℃以下の範囲内に設定している。

（凝固工程Ｓ１４）
次に、溶融金属領域２７を凝固させることによりＡｇ−Ｃｕ共晶組織層３２を形成し、セラミックス基板１１と銅板２２とを接合する。
なお、凝固工程Ｓ１４が終了した後では、銅部材接合用ペースト層２４のＡｇが十分に拡散されており、セラミックス基板１１と銅板２２との接合界面に銅部材接合用ペースト層２４が残存することはない。

（レジスト層形成工程Ｓ１５）
次いで、回路層１２上に、形成される回路パターンに対応したレジスト層２６を形成する。このレジスト層２６は、例えばフォトリソグラフィー法によって形成される。
（エッチング工程Ｓ１６）
次に、回路層１２が形成されたセラミックス基板１１を、銅のエッチング液であるＦｅＣｌ_３又はＣｕＣｌ_２溶液中に浸漬し、回路層１２のエッチングを行う。このとき、レジスト層２６が形成されていない領域がエッチングされ、溝部１２ａが形成されることにより、所定の回路パターンを得ることができる。
エッチングが終了したら、セラミックス基板１１を溶液中から取り出し、洗浄後、レジスト層２６を剥離する。

（金属層接合工程Ｓ１７）
次に、セラミックス基板１１の他方の面側に金属層１３となるアルミニウム板２３を接合する。本実施形態では、図５に示すように、セラミックス基板１１の他方の面側に、金属層１３となるアルミニウム板２３が厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）のろう材箔２５を介して積層される。なお、本実施形態においては、ろう材箔２５は、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。
次に、セラミックス基板１１、アルミニウム板２３を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で加熱炉内に装入して加熱する。すると、ろう材箔２５とアルミニウム板２３の一部とが溶融し、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との界面に溶融金属領域が形成される。ここで、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。
次に、アルミニウム板２３とセラミックス基板１１との界面に形成された溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板１１とアルミニウム板２３とを接合する。
このようにして、本実施形態であるパワーモジュール用基板１０が製出される。

（ヒートシンク及び緩衝板接合工程Ｓ１８）
次に、図５に示すように、パワーモジュール用基板１０の金属層１３の他方の面側（図５において下側）に、緩衝板４１と、ヒートシンク５１とを、それぞれろう材箔４２，５２を介して積層する。
本実施形態では、ろう材箔４２、５２は、厚さ５〜５０μｍ（本実施形態では１４μｍ）とされ、融点降下元素であるＳｉを含有したＡｌ−Ｓｉ系のろう材とされている。
次に、パワーモジュール用基板１０、緩衝板４１、ヒートシンク５１を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で加熱炉内に装入して加熱する。すると、金属層１３と緩衝板４１との界面及び緩衝板４１とヒートシンク５１との界面に、それぞれ溶融金属領域が形成される。ここで、加熱温度は５５０℃以上６５０℃以下、加熱時間は３０分以上１８０分以下とされている。

次に、金属層１３と緩衝板４１との界面及び緩衝板４１とヒートシンク５１との界面にそれぞれに形成された溶融金属領域を凝固させることにより、パワーモジュール用基板１０と緩衝板４１とヒートシンク５１とを接合する。
これにより、ヒートシンク及び緩衝板付パワーモジュール用基板が製出されることになる。

そして、回路層１２の表面に、はんだ材を介して半導体素子３を載置し、還元炉内においてはんだ接合する。
これにより、はんだ層２を介して半導体素子３が回路層１２上に接合されたパワーモジュール１が製出されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である銅部材接合用ペーストおよび接合体の製造方法によれば、Ａｇをセラミックス基板１１と銅板２２との界面に介在させることができ、このＡｇを銅板２２側へと拡散させることで、ＣｕとＡｇの反応によって溶融金属領域２７を形成することが可能となる。そして、この溶融金属領域２７を凝固させることによって、セラミックス基板１１と銅板２２とを接合することができる。

このように、Ａｇの銅板２２への拡散によって溶融金属領域２７が形成されることから、セラミックス基板１１と銅板２２との接合部において溶融金属領域２７が必要以上に形成されなくなり、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層３２の厚さが薄くなるのである。このように、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層３２の厚さが薄く形成されることから、セラミックス基板１１における割れの発生を抑制することができる。

また、銅部材接合用ペーストにおける金属粉末成分の組成は、活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされているので、セラミックス基板１１の表面に活性金属層３１を形成することができる。このように、活性金属層３１を介してセラミックス基板１１と銅板２２からなる回路層１２が接合されているので、セラミックス基板１１と回路層１２との接合強度の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、金属粉末成分を構成する粉末、すなわち、Ａｇと活性金属（Ｔｉ）とを含有する合金粉末の粒径が４０μｍ以下とされているので、この銅部材接合用ペーストを薄く塗布することが可能となる。よって、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層３２の厚さをさらに薄くすることが可能となる。

また、金属粉末成分の含有量が、４０質量％以上９０質量％以下とされているので、Ａｇを銅板２２へと拡散させて確実に溶融金属領域２７を形成し、銅板２２とセラミックス基板１１とを接合することができる。また、溶剤の含有量が確保されることになり、銅板２２とセラミックス基板１１との接合部に銅部材接合用ペーストを確実に塗布することができる。

また、本実施形態では、活性金属としてＴｉを含有しているので、ＡｌＮからなるセラミックス基板１１とＴｉが反応して活性金属層３１が形成されることになり、セラミックス基板１１と銅板２２とを確実に接合することができる。

さらに、銅部材接合用ペーストは、セラミックス粉末を有しているので、銅部材接合用ペースト中に含まれる活性金属の余剰分をセラミックス粉末によって消費することにより、上述の溶融金属領域２７が濡れ広がることを抑制し、ろう染みを低減することができる。また、溶融金属領域２７が形成された際に、銅板２２とセラミックス基板１１との間隔をセラミックス粉末によって保ち、溶融金属が押し出されることを抑制し、ろう染みをさらに低減することができる。すなわち、溝部２４ａに溶融金属が染み出すことを抑制することができる。また、上述したようにセラミックス基板１１と銅板２２との接合部において溶融金属領域２７が必要以上に形成されないので、パターン間へのろう染みを低減することができる。
そして、このように形成されたＡｇ−Ｃｕ共晶組織層上に回路層１２が接合され、所定のパターンのレジスト層２６を形成した後にエッチングを行うことによって、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層３２と回路層１２に溝部１２ａを設け、回路層１２に形成された回路パターン間を溝部１２ａで絶縁できる。

また、金属粉末成分の含有量に対するセラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされているので、活性金属の余剰分がセラミックス粉末によって確実に消費され、ろう染みを低減することができる。
セラミックス粉末の含有量が１質量％未満の場合では、活性金属の余剰分を十分に消費することができず、ろう染みを低減することが困難となる。また、セラミックス粉末の含有量が１５質量％を超える場合では、活性金属とセラミックス粉末との反応が過剰となり、活性金属層３１を十分に形成することができず、セラミックス基板１１と銅板２２との接合強度が低下するおそれがある。以上のことから、金属粉末成分の含有量に対するセラミックス粉末の含有量を１質量％以上１５質量％以下の範囲内に設定しているのである。

また、本実施形態では、セラミックス粉末の粒径が、０．５μｍ以上２０μｍ以下とされているので、活性金属層３１を十分に形成できるとともに、銅板２２とセラミックス基板１１との間の隙間をセラミックス粉末によって保ち、ろう染みを低減することができる。
セラミックス粉末の粒径が０．５μｍ未満の場合には、セラミックス粉末の表面積が増加することにより活性金属との反応量が多くなり、活性金属を過剰に消費し、活性金属層３１を十分に形成することができず接合強度が低下するおそれがある。また、セラミックス粉末の粒径が２０μｍを超える場合には、銅板２２とセラミックス基板１１との間の隙間が大きくなり過ぎるために銅板２２中へのＡｇの拡散が生じ難くなり、接合強度が低下するおそれがある。したがって、セラミックス粉末の粒径は、上記の範囲に設定されているのである。

さらに、本実施形態では、セラミックス粉末は、ＡｌＮとされているので、銅板２２とセラミックス基板１１を銅部材接合用ペーストで接合する際に、セラミックス粉末と活性金属とを効率的に反応させることができ、活性金属の余剰分を確実に消費し、ろう染みを低減できる。

また、本実施形態では、必要に応じて分散剤を含有しているので、金属粉末成分を分散させることができ、Ａｇの拡散を均一に行うことができる。また、活性金属層３１を均一に形成することができる。
さらに、本実施形態では、必要に応じて可塑剤を含有しているので、銅部材接合用ペーストの形状を比較的自由に成形することができ、銅板２２とセラミックス基板１１の接合部に確実に塗布することができる。
また、本実施形態では、必要に応じて還元剤を含有しているので、還元剤の作用により、金属粉末成分の表面に形成された酸化皮膜等を除去でき、Ａｇの拡散及び活性金属層３１の形成を確実に行うことができる。

（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態について説明する。
本実施形態である銅部材接合用ペーストは、Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、分散剤と、可塑剤と、還元剤と、を含有するものである。

ここで、金属粉末成分の含有量が、銅部材接合用ペースト全体の４０質量％以上９０質量％以下とされている。
また、本実施形態では、銅部材接合用ペーストの粘度が１０Ｐａ・ｓ以上５００Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは５０Ｐａ・ｓ以上３００Ｐａ・ｓ以下に調整されている。

活性金属は、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂから選択される１種又は２種以上の元素であることが好ましく、本実施形態では、活性金属としてＺｒを含有している。なお、活性金属は、水素化物として含有されても良く、本実施形態では、Ｚｒ及びＺｒＨ_２を活性金属として用いている。
ここで、金属粉末成分の組成は、活性金属（本実施形態ではＺｒ及びＺｒＨ_２）の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。本実施形態では、Ｚｒ；２５質量％を含んでおり、残部がＡｇ及び不可避不純物とされている。

また、本実施形態においては、金属粉末成分として、要素粉末（Ａｇ粉末、Ｚｒ粉末、ＺｒＨ_２粉末）を用いている。これらのＡｇ粉末、Ｚｒ粉末、ＺｒＨ_２粉末は、金属粉末成分全体が上述の組成となるように、配合されているのである。
これらのＡｇ粉末、Ｚｒ粉末、ＺｒＨ_２粉末は、それぞれ粒径を４０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下に設定している。
なお、これらのＡｇ粉末、Ｚｒ粉末、ＺｒＨ_２粉末の粒径は、例えば、マイクロトラック法を用いることで測定することができる。

ここで、セラミックス粉末は、第一の実施形態と同様のものが適用されている。また、樹脂、溶剤は、第一の実施形態と同様のものが適用されている。また、本実施形態においても、必要に応じて分散剤、可塑剤、還元剤が添加されている。
また、本実施形態である銅部材接合用ペーストは、第一の実施形態で示した製造方法に準じて製造されている。すなわち、合金粉末の代わりに、Ａｇ粉末、Ｚｒ粉末、ＺｒＨ_２粉末を用いた以外は、第一の実施形態と同様の手順で製造されているのである。

次に、本実施形態である接合体の製造方法について説明する。本実施形態における接合体は、銅部材としての銅板１２２、１２３と、セラミックス部材としてのセラミックス基板１１１と、が接合されてなるパワーモジュール用基板１１０とされている。

図７に、本実施形態である接合体の製造方法によって製造されたパワーモジュール用基板１１０を示す。

図７に示すパワーモジュール用基板１１０は、セラミックス基板１１１と、このセラミックス基板１１１の一方の面（図７において上面）に配設された回路層１１２と、セラミックス基板１１１の他方の面（図７において下面）に配設された金属層１１３と、を備えている。
セラミックス基板１１１は、回路層１１２と金属層１１３との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）で構成されている。また、セラミックス基板１１１の厚さは、０．２〜１．５ｍｍの範囲内に設定されており、本実施形態では、０．３２ｍｍに設定されている。

回路層１１２は、図１０に示すように、セラミックス基板１１１の一方の面（図１０において上面）に、銅板１２２が接合されることにより形成されている。回路層１１２の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。また、この回路層１１２には、回路パターンが形成されており、その一方の面（図７において上面）が、半導体素子が搭載される搭載面とされている。回路パターンは、図７に示すように、回路層１１２に溝部１１２ａが設けられることによって形成されている。
本実施形態においては、銅板１２２（回路層１１２）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）の圧延板とされている。

金属層１１３は、図１０に示すように、セラミックス基板１１１の他方の面（図１０において下面）に、銅板１２３が接合されることにより形成されている。金属層１１３の厚さは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、０．６ｍｍに設定されている。
本実施形態においては、銅板１２３（金属層１１３）は、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）の圧延板とされている。

そして、セラミックス基板１１１と回路層１１２及び金属層１１３との接合に、本実施形態である銅部材接合用ペーストが使用されている。

図８に、セラミックス基板１１１と回路層１１２との接合界面の拡大図を示す。なお、図８は、溝部１１２ａ近傍におけるセラミックス基板１１１と回路層１１２との接合界面の拡大図を示している。セラミックス基板１１１の表面には、銅部材接合用ペーストに含有された活性金属（本実施形態ではＺｒ及びＺｒＨ_２）の酸化物（本実施形態ではＺｒ_２Ｏ_３）からなる活性金属層１３１が形成されている。
そして、この活性金属層１３１に積層するようにＡｇ−Ｃｕ共晶組織層１３２が形成されている。ここで、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層１３２の厚さは１５μｍ以下とされている。
回路層１１２に形成される回路パターンは、図８に示すように、回路層１１２、活性金属層１３１及びＡｇ−Ｃｕ共晶組織層１３２に設けられた溝部１１２ａによって形成されており、回路パターン間はこの溝部１１２ａが設けられることで絶縁されている。
また、本実施形態においては、セラミックス基板１１１と金属層１１３との接合界面にも、セラミックス基板１１１と回路層１１２との接合界面と同様に活性金属層１３１が形成されている。

以下に、前述の構成のパワーモジュール用基板１１０の製造方法について、図９、図１０を参照して説明する。

（銅部材接合用ペースト塗布工程Ｓ１１１）
まず、図１０に示すように、セラミックス基板１１１の一方の面及び他方の面に、スクリーン印刷によって、前述の本実施形態である銅部材接合用ペーストを塗布し、銅部材接合用ペースト層１２４，１２５を形成する。なお、セラミックス基板１１１の一方の面（上面）には、回路層１１２に形成される回路パターンに応じた溝部１２４ａが形成されるように、銅部材接合用ペーストを塗布する。また、銅部材接合用ペースト層１２４，１２５の厚さは、乾燥後で２０μｍ以上３００μｍ以下とされている。

（積層工程Ｓ１１２）
次に、銅板１２２をセラミックス基板１１１の一方の面側に積層する。また、銅板１２３をセラミックス基板１１１の他方の面側に積層する。すなわち、セラミックス基板１１１と銅板１２２、セラミックス基板１１１と銅板１２３との間に、銅部材接合用ペースト層１２４，１２５を介在させているのである。

（加熱工程Ｓ１１３）
次いで、銅板１２２、セラミックス基板１１１、銅板１２３を積層方向に加圧（圧力１〜３５ｋｇｆ／ｃｍ^２）した状態で真空加熱炉内に装入して加熱する。すると、銅部材接合用ペースト層１２４のＡｇが銅板１２２に向けて拡散するとともに、銅部材接合用ペースト層１２５のＡｇが銅板１２３に向けて拡散する。

このとき、銅板１２２のＣｕとＡｇとが反応によって溶融し、銅板１２２とセラミックス基板１１１との界面に、溶融金属領域が形成される。また、銅板１２３のＣｕとＡｇとが反応によって溶融し、銅板１２３とセラミックス基板１１１との界面に、溶融金属領域が形成される。
ここで、本実施形態では、真空加熱炉内の圧力は１０^−６Ｐａ以上１０^−３Ｐａ以下の範囲内に、加熱温度は７９０℃以上８５０℃以下の範囲内に設定している。

（凝固工程Ｓ１１４）
次に、溶融金属領域を凝固させることにより、セラミックス基板１１１と銅板１２２、１２３とを接合する。なお、凝固工程Ｓ１１４が終了した後では、銅部材接合用ペースト層１２４、１２５のＡｇが十分に拡散されており、セラミックス基板１１１と銅板１２２、１２３との接合界面に銅部材接合用ペースト層１２４、１２５が残存することはない。

（レジスト層形成工程Ｓ１１５）
次いで、回路層１１２上に、形成される回路パターンに対応したレジスト層１２６を形成する。また、金属層１１３の下面には、全面にレジスト層１２６を形成する。このレジスト層１２６は、例えばフォトリソグラフィー法によって形成される。
（エッチング工程Ｓ１１６）
次に、回路層１１２及び金属層１１３が形成されたセラミックス基板１１１を、銅のエッチング液であるＦｅＣｌ_３又はＣｕＣｌ_２溶液中に浸漬し、回路層１１２のエッチングを行う。このとき、レジスト層１２６が形成されていない領域がエッチングされ、溝部１１２ａが形成されることにより、所定の回路パターンを得ることができる。
エッチングが終了したら、セラミックス基板１１１を溶液中から取り出し、洗浄後、レジスト層１２６を剥離する。

このようにして、本実施形態であるパワーモジュール用基板１１０が製出される。
このパワーモジュール用基板１１０には、回路層１１２の上に半導体素子が搭載されるとともに、金属層１１３の他方側にヒートシンクが配設されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である銅部材接合用ペーストおよび接合体の製造方法によれば、Ａｇをセラミックス基板１１１と銅板１２２、銅板１２３との界面に介在させることができ、このＡｇを銅板１２２，１２３側へと拡散させることで、ＣｕとＡｇの反応によって溶融金属領域を形成することが可能となる。そして、この溶融金属領域を凝固させることによって、セラミックス基板１１１と銅板１２２，１２３とを接合することができる。

このように、Ａｇの銅板１２２，１２３への拡散によって溶融金属領域が形成されることから、セラミックス基板１１１と銅板１２２、１２３との接合部において溶融金属領域が必要以上に形成されなくなり、接合後（凝固後）に形成されるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層１３２の厚さが薄くなるのである。よって、セラミックス基板１１１における割れの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、活性金属としてＺｒ及びＺｒＨ_２を含有しているので、Ａｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板１１１とＺｒ及びＺｒＨ_２が反応して活性金属層１３１が形成されることになり、セラミックス基板１１１と銅板１２２，１２３とを確実に接合することができる。さらに、ＺｒＨ_２の水素が還元剤として作用するので、銅板１２２，１２３の表面に形成された酸化膜等を除去でき、Ａｇの拡散及び活性金属層１３１の形成を確実に行うことができる。

さらに、銅部材接合用ペーストは、セラミックス粉末を含んでいるので、第一実施形態と同様に、活性金属の余剰分をセラミックス粉末が消費することによって上述の溶融金属領域が厚く形成されることを抑制するとともに、銅板とセラミックス基板との隙間を保ち、ろう染みを低減することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態の銅部材接合用ペーストは、セラミックス基板と銅板とを接合する際に使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、セラミックス部材と銅部材とを接合する際に、本発明の銅部材接合用ペーストを用いてもよい。

活性金属としてＴｉ、Ｚｒを用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｈｆ，Ｎｂ等の他の活性金属であってもよい。
また、銅部材接合用ペーストに含まれる金属粉末成分がＴｉＨ_２等の活性金属の水素化物を含んでいてもよい。

また、上記実施の形態では、セラミックス基板がＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３で構成される場合について説明したが、セラミックス基板はＳｉ_３Ｎ_４等の他の窒化物系又は酸化物系のセラミックス基板で構成されても良い。

上記実施の形態では、金属粉末成分を構成する粉末の粒径を４０μｍ以下としたもので説明したが、これに限定されることはなく、粒径に限定はない。
また、セラミックス粉末の粒径を０．５μｍ以上２０μｍ以下としたもので説明したが、これに限定されることはなく、粒径に限定はない。
また、分散剤、可塑剤、還元剤を含むものとして説明したが、これに限定されることはなく、これらを含んでいなくてもよい。これら分散剤、可塑剤、還元剤は、必要に応じて添加すればよい。

また、上記実施形態では、金属粉末成分がＡｇ及び活性金属から構成されるとしたが、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上の元素を添加することもできる。この場合、溶融金属領域をさらに低い温度で形成することができ、形成されるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さをさらに薄くすることができる。Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｍｎ及びＺｎから選択される１種又は２種以上の元素を添加する場合、Ａｇの含有量が少なくとも２５質量％以上であることが望ましい。

さらに、アルミニウム板とセラミックス基板、あるいは、アルミニウム板同士をろう付けにて接合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、鋳造法、金属ペースト法等を適用してもよい。また、アルミニウム板とセラミックス基板、アルミニウム板と天板、あるいは、その他のアルミニウム材間に、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ａｇ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｇａ，Ｌｉを配し、過渡液相接合法（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ）を用いて接合してもよい。

また、図５、図６及び図１０に示す製造方法で製造されたパワーモジュール用基板、ヒートシンク及び緩衝板付パワーモジュール用基板に限定されることはなく、他の製造方法で製造されたパワーモジュール用基板等であってもよい。

例えば、セラミックス基板の一方の面に、上記実施形態で説明したように、銅部材接合用ペーストを用いて回路パターンが形成された回路層を形成し、セラミックス基板の他方の面にろう材箔を介してアルミニウム板を接合するとともに、アルミニウム板の他方の面にろう材箔を介してヒートシンクを接合してもよい。このようにして、パワーモジュール用基板とヒートシンクとを備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板が製造されることになる。

本発明の有効性を確認するために行った比較実験について説明する。
ＡｌＮのセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍｔ）の一方の面に、パターン間隔を２ｍｍに設定した所定のパターン状に銅部材接合用ペーストをスクリーン印刷で塗布し、乾燥させた。また、セラミックス基板の他方の面には、３７ｍｍ×３７ｍｍの面積になるように銅部材接合用ペーストをスクリーン印刷で塗布し、乾燥させた。なお、金属粉末成分に含まれる各元素の比率、銅部材接合用ペーストに対する要素粉末の成分割合、及び金属粉末成分に対するセラミックス粉末の比率は、表１に記載の条件とした。なお、表１には、活性金属の水素化物の要素粉混合比の他に、活性金属含有量も併せて記載した。また、銅部材接合用ペーストには、分散剤としてアニオン性界面活性剤を、可塑剤としてアジピン酸ジブチルを、還元剤としてアビエチン酸を用いた。樹脂、溶剤、分散剤、可塑剤、還元剤の混合比率は、質量比で、樹脂：溶剤：分散剤：可塑剤：還元剤＝７：７０：３：５：１５とした。なお、実施例１〜３及び比較例１、２については粉末成分として合金粉末を使用し、実施例４〜７及び比較例３、４については、粉末成分として各元素の粉末（要素粉末）を使用した。

そして、セラミックス基板の一方の面及び他方の面に、純度９９．９９質量％以上の無酸素銅（ＯＦＣ）からなる銅板（３７ｍｍ×３７ｍｍ×０．３ｍｍｔ）を積層し、パターン面積に対して６ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力となるように荷重を付加し、真空雰囲気下、加熱温度８２０℃で３０分間保持し、セラミックス基板と銅板とを接合し、本発明例１〜７、及び比較例１〜４のパワーモジュール用基板を得た。

次に、セラミックス基板の一方の面に接合された銅板の表面に、前述の銅部材接合用ペーストを形成した時と同様のパターン状にフォトリソグラフィー法によりレジスト層を形成した。また、セラミックス基板の他方の面に接合された銅板の表面には、全面にレジスト層を形成した。次いで、上述のように銅板が接合されたセラミックス基板を３９質量％の塩化鉄（ＩＩＩ）水溶液に浸漬し、銅板をエッチングして所定の回路パターンを得た。

上述のようにして得られた銅の回路パターン間を上面側からデジタルマイクロスコープ（キーエンス製 ＶＨＸ−６００）を用いて観察し、銅板とセラミックス基板とを接合した際に生じたろうの染み出し量を測定した。具体的には、銅部材接合用ペーストをスクリーン印刷した際のパターンの端部から染み出した最大の長さを測定し、２０個の接合体の平均値をろうの染み出し量とした。なお、パターン間が短絡していた場合は、染み出し量を１０００μｍとして計算を行った。

また、セラミックス基板の一方の面に形成された回路パターン（銅部材）とセラミックス基板との接合界面を超音波探傷装置（ＨＩＴＡＣＨＩ ＦｉｎｅＳＡＴ ＦＳ２００）により観察し、回路パターンの全面積に対する接合率を算出した。

さらに、回路パターンとセラミックス基板との接合界面におけるＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚みを測定した。Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さは、回路パターン（銅板）／セラミックス基板界面のＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）による反射電子像から、倍率２０００倍の視野（縦４５μｍ；横６０μｍ）において接合界面に連続的に形成されたＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の面積を測定し、測定視野の幅の寸法で除して求め、５視野の平均をＡｇ−Ｃｕ共晶組織層の厚さとした。なお、銅板とセラミックス基板との接合部に形成されたＡｇ−Ｃｕ共晶組織層のうち、接合界面から厚さ方向に連続的に形成されていない領域を含めずに、Ａｇ−Ｃｕ共晶組織層の面積を測定した。
上記の評価の結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明例１〜７は、パターン間のろうの染み出し量が小さいことが確認された。また、回路パターンとセラミックス基板との接合率も良好であった。
一方、比較例１は活性金属が少ないため、接合率が低下した。また、比較例２は、銅部材接合用ペースト中に含まれるセラミックス粉末が多すぎるために、活性金属が過剰に消費され、接合率が低下した。
比較例３は、銅部材接合用ペースト中の活性金属の量が多く、接合に必要なＡｇ量を確保するため、ペーストの塗布量が多くなり、さらにセラミックス粉末が含有されていないので、ろうの染み出し量が大きくなった。比較例４は、銅部材接合用ペースト中に含まれるセラミックス粉末が少なすぎるために、ろうの染み出し量が大きくなった。

１０、１１０ パワーモジュール用基板
１１、１１１ セラミックス基板（セラミックス部材）
２２、１２２、１２３ 銅板（銅部材）
２３、２２３ アルミニウム板

Claims (5)

1. 銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とを接合する際に使用される銅部材接合用ペーストであって、
   Ａｇ及び活性金属を含む金属粉末成分と、セラミックス粉末と、樹脂と、溶剤と、を含み、
   前記金属粉末成分の組成は、前記活性金属の含有量が１質量％以上３０質量％以下とされ、残部がＡｇ及び不可避不純物とされ、
   前記金属粉末成分の含有量に対する前記セラミックス粉末の含有量が１質量％以上１５質量％以下とされていることを特徴とする銅部材接合用ペースト。
2. 前記セラミックス粉末の粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の銅部材接合用ペースト。
3. 前記セラミックス粉末は、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮから選択される１種又は２種以上のセラミックスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅部材接合用ペースト。
4. 銅または銅合金からなる銅部材とセラミックス部材とが接合されてなる接合体であって、
   前記銅部材と前記セラミックス部材との間に、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の銅部材接合用ペーストを介在させた状態で加熱処理を行うことにより前記銅部材と前記セラミックス部材とが接合されていることを特徴とする接合体。
5. セラミックス基板の表面に銅又は銅合金からなる銅板が積層されて接合されたパワーモジュール用基板であって、
   前記銅板と前記セラミックス基板との間に、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の銅部材接合用ペーストを介在させた状態で加熱処理を行うことにより前記銅板と前記セラミックス基板とが接合されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。

Images