JP2016051778A - 金属−セラミックス接合基板 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるセラミックス基板と金属板としての銅板または銅合金板との接合強度に優れるとともに、耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を提供する。【解決手段】窒化アルミニウムからなるセラミックス基板１０の各々の面に（好ましくはろう材１２を介して）金属板（金属回路板１４と放熱用金属板１６）として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板において、セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．４５ｍｍ、金属板の厚さが０．２０〜０．２８ｍｍである。【選択図】図１

Description

本発明は、金属−セラミックス接合基板に関し、特に、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板に金属板として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板に関する。

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するためにパワーモジュールが使用されており、このパワーモジュール用の絶縁基板として、セラミックス基板の表面に金属板が接合された金属−セラミックス接合基板が使用されている。

近年のパワーモジュール用の絶縁基板では、基板上に搭載する半導体チップなどの電子部品の高出力化や高密度実装化により発熱量が増大しており、熱伝導率が高く、放熱性に優れた窒化アルミニウム焼結体からなるセラミックス基板を使用した金属−セラミックス接合基板の使用が増大している。

このような金属−セラミックス接合基板として、厚さ０．２〜０．７ｍｍの窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスの絶縁層の両面又は片面に厚さ０．１〜０．４ｍｍの銅板が接合された絶縁性放熱板などの金属−セラミックス接合基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２４７６９８号公報（段落番号００１７−００２０）

しかし、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板に金属板として銅板が接合された金属−セラミックス接合基板では、金属−セラミックス接合基板に搭載された半導体チップなどの電子部品からの繰り返しの発熱によって、金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板の強度が低下したり、セラミック基板にクラックが生じ易くなって、耐ヒートサイクル特性が低下する場合があった。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるセラミックス基板と金属板としての銅板または銅合金板との接合強度に優れるとともに、耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板の各々の面に金属板として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板において、セラミックス基板の厚さを０．２５〜０．４５ｍｍ、金属板の厚さを０．２０〜０．２８ｍｍにすれば、放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるセラミックス基板と金属板としての銅板または銅合金板との接合強度に優れるとともに、耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を提供することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板の各々の面に金属板として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板において、セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．４５ｍｍ、金属板の厚さが０．２０〜０．２８ｍｍであることを特徴とする。

この金属−セラミックス接合基板において、金属板がろう材を介してセラミックス基板に接合されているのが好ましい。また、金属板の一方が回路用金属板であり、この回路用金属板の厚さが他方の金属板の厚さ以上であるのが好ましい。さらに、セラミックス基板の３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上であるのが好ましい。

また、金属−セラミックス接合基板の３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上であり、最大たわみ量が４５０（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが好ましい。また、金属−セラミックス接合基板に対して室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を３回繰り返した後の金属−セラミックス接合基板の３点曲げ強度が４００ＭＰａ以上であり、最大たわみ量が４００（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが好ましい。さらに、金属−セラミックス接合基板に対して室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を繰り返したときの金属−セラミックス接合基板の通炉耐量が１０回以上であるのが好ましい。

本発明によれば、放熱性に優れた窒化アルミニウムからなるセラミックス基板と金属板としての銅板または銅合金板との接合強度に優れるとともに、耐ヒートサイクル特性に優れた金属−セラミックス接合基板を提供することができる。

本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態を示す断面図である。

図１に示すように、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態では、窒化アルミニウムからなるセラミックス基板１０の各々の面に（好ましくはろう材１２を介して）金属板（金属回路板１４と放熱用金属板１６）として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板において、セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．４５ｍｍ、金属板の厚さが０．２０〜０．２８ｍｍである。

セラミックス基板の厚さは、０．２５〜０．４５ｍｍであり、０．３０〜０．４２ｍｍであるのが好ましい。このような厚さのセラミックス基板は、従来の厚さ０．６３５ｍｍのセラミックス基板よりも熱抵抗が小さく、放熱性が良好である。このセラミックス基板について、ＪＩＳ Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準拠した３点曲げ（抗折）試験を支点間距離３０ｍｍで行って測定した３点曲げ強度（試験片を一定距離に配置された２支点上に置き、支点間の中央の一点に荷重を加えて折れたときの最大曲げ応力）は、５００ＭＰａ以上であるのが好ましく、５３０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、５５０ＭＰａ以上であるのが最も好ましい。この３点曲げ強度が５００ＭＰａ未満であると、金属−セラミックス接合基板の銅板または銅合金板上に半田付けする際に、良好に半田付けすることができなくなって半田付け性が低下するおそれがある。

金属板の厚さは、０．２０〜０．２８ｍｍであり、０．２２〜０．２ ７ｍｍであるのが好ましい。また、金属板の一方が回路用金属板であり、この回路用金属板の厚さが他方の金属板（放熱側の金属板）の厚さ以上であるのが好ましい。金属板として、純銅板の他、銅合金板を使用してもよい。

金属−セラミックス接合基板の３点曲げ強度は、５００ＭＰａ以上であるが好ましく、５５０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましく、６００ＭＰａ以上であるのが最も好ましい。また、金属−セラミックス接合基板の最大たわみ量（３点曲げ試験における破壊時のたわみ量）は、４５０（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが好ましく、５００（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのがさらに好ましく、５５０（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが最も好ましい。

また、金属−セラミックス接合基板に対して（室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す）通炉処理を３回行った後に測定した（３回通炉後の）３点曲げ強度は、４００ＭＰａ以上であるのが好ましく、４５０ＭＰａ以上であるのがさらに好ましい。また、金属−セラミックス接合基板の３回通炉後の最大たわみ量は、４００（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが好ましく、４５０（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのがさらに好ましく、５００（μｍ／３０ｍｍ）以上であるのが最も好ましい。

また、金属−セラミックス接合基板に対して室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を繰り返したときの金属−セラミックス接合基板の通炉耐量が１０回以上であるのが好ましい。

ろう材としては、活性金属成分として１．５〜６．５質量％のチタンを含む活性金属ろう材（例えば、１．５〜６．５質量％のＴｉと５〜７０質量％のＣｕと残部としてＡｇを含むろう材）を使用することができる。このろう材の厚さは、平均５〜１５μｍであるのが好ましく、６〜１２μｍであるのがさらに好ましく、７〜１０μｍであるのが最も好ましい。また、ろう材を金属板からはみ出させてフィレットを形成してもよく、このフィレットの長さは、３００μｍ以下であるのが好ましく、３０μｍ以下の長さであるのがさらに好ましい。

金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板と金属板の接合強度（ピール強度）は、１５０（Ｎ／ｃｍ）以上であるのが好ましく、２００（Ｎ／ｃｍ）以上であるのがさらに好ましい。

また、金属板の表面に厚さ３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下のＮｉ−Ｐめっき皮膜を形成してもよい。

以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施例について詳細に説明する。

［実施例１］
まず、セラミックス基板として３９ｍｍ×３２ｍｍ×０．３８ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を用意した。なお、この窒化アルミニウム基板（試験片）について、ＪＩＳ Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法）に準拠して、３点曲げ（抗折）試験を支点間距離３０ｍｍで行って、試験片が破壊したときの最大荷重から、３点曲げ強度（試験片を一定距離に配置された２支点上に置き、支点間の中央の一点に荷重を加えて破壊したときの最大曲げ応力）を算出したところ、３点曲げ強度は５３４ＭＰａであり、そのとき（破壊時）のたわみ量（最大たわみ量）は６４７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

次に、この窒化アルミニウム基板の両面に、活性金属成分として２質量％のチタンを含む活性金属ろう材（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝６８：３０：２）をスクリーン印刷した後、その上に（回路側と放熱側の）金属板としてそれぞれ３９ｍｍ×３２ｍｍ×０．２５ｍｍの大きさの銅板を配置し、真空中で８５０℃に加熱して窒化アルミニウム基板の両面に銅板を接合した。

次に、窒化アルミニウム基板の両面の銅板上に所定の回路パターンのレジストを塗布した後、塩酸銅を含むエッチング液により不要な銅板をエッチングして除去し、ＥＤＴＡを含むエッチング液により不要なろう材をエッチングして除去し、水酸化ナトリウム水溶液によりレジストを除去して銅回路を形成した。

このようにして作製した金属−セラミックス接合基板を切断してろう材の厚さを測定したところ、１５μｍであった。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板と金属板との間の接合強度（ピール強度）を測定したところ、２００（Ｎ／ｃｍ）以上であり、パワーモジュールなどに使用するのに十分な強い接合強度であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の銅回路側の銅板の互いに離間する銅回路間をＡｌ線のワイヤーボンディングによって接続し、窒化アルミニウム基板の両面の銅板の各々に電極を設置し、絶縁油（３Ｍ社製のフロリナート（登録商標））中において、試験電圧０．５ｋＶで３０秒間保持し、絶縁破壊しない場合に試験電圧をさらに０．５ｋＶ上げて３０秒間保持し、同様に試験電圧をさらに上げていき、絶縁破壊したときの電圧を絶縁破壊電圧として測定したところ、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であった。

さらに、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の銅板上に、放熱用金属ベース板としての７９ｍｍ×４２ｍｍ×３ｍｍの大きさの銅板の一方の面の中央部を（その銅板がセラミックス基板の長手方向両端部からそれぞれ２０ｍｍ突出し、幅方向両端部からそれぞれ５ｍｍ突出するように）半田付けしたところ、良好に半田付けすることができ、半田付け性は良好であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板（試験片）の３点曲げ強度を（銅回路と反対側の面に荷重を加えて）上記と同様の方法により求めたところ、３点曲げ強度（初期の３点曲げ強度）は８０６ＭＰａであり、最大たわみ量は４９７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、（室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す）通炉処理を３回行った後に３点曲げ強度を上記と同様の方法により求めたところ、窒化アルミニウム基板の３点曲げ強度（３回通炉後の３点曲げ強度）は７３３ＭＰａであり、最大たわみ量は４３５（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、上記の通炉処理を繰り返した後に、銅板の剥離やセラミックス基板のクラックの発生などの異常が生じるか否かを拡大鏡で外観検査して、金属−セラミックス接合基板の信頼性を評価した。その結果、通炉処理を繰り返しても異常が生じない通炉回数（通炉耐量）は１０回以上であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、−４０℃×３０分→１５０℃×３０分を１サイクルとするヒートサイクルを２００回行った後、銅板とろう材を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、ヒートサイクルに対する信頼性（耐ヒートサイクル性（ＨＣ））は良好であった。

［実施例２］
セラミックス基板として３６ｍｍ×３０ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板（ＴＤパワーマテリアル株式会社製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本実施例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を測求めたところ、それぞれ５３４ＭＰａ、６４７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板（試験片）について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ６６４ＭＰａ、５８２（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ５９４ＭＰａ、４５６（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は１０回以上であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［実施例３］
セラミックス基板として３６ｍｍ×３０ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本実施例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５４２ＭＰａ、６１５（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ６１１ＭＰａ、４９９（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ５９３ＭＰａ、４２７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は１０回以上であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［実施例４］
セラミックス基板として３６ｍｍ×３０ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板（ＴＤパワーマテリアル株式会社製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本実施例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５３４ＭＰａ、６４７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８５７ＭＰａ、５９３（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８１７ＭＰａ、５５３（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は１０回以上であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［実施例５］
セラミックス基板として３６ｍｍ×３０ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本実施例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５４２ＭＰａ、６１５（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８３７ＭＰａ、５７３（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ９２０ＭＰａ、５６３（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は１０回以上であった。

また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例１］
セラミックス基板として５５ｍｍ×３９ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板（ＴＤパワーマテリアル株式会社製）を使用し、金属板として５５ｍｍ×３９ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの銅板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本比較例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５３４ＭＰａ、６４７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であったが、半田付けしたときにセラミックス基板が割れ、半田付け性は良好でなかった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ７４２ＭＰａ、４６４（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ６２３ＭＰａ、３１８（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は７回であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例２］
セラミックス基板として５５ｍｍ×３９ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、金属板として５５ｍｍ×３９ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの銅板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本比較例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５４２ＭＰａ、６１５（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であったが、半田付けしたときにセラミックス基板が割れ、半田付け性は良好でなかった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ７２２ＭＰａ、４４９（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ６３３ＭＰａ、３０８（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は７回であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例３］
セラミックス基板として５３ｍｍ×３９ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板（ＴＤパワーマテリアル株式会社製）を使用し、金属板として５３ｍｍ×３９ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの銅板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本比較例で使用した窒化アルミニウム基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５３４ＭＰａ、６４７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ９３３ＭＰａ、５３６（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ９７５ＭＰａ、５０７（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は８回であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例４］
セラミックス基板として５３ｍｍ×３９ｍｍ×０．３７ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、金属板として５３ｍｍ×３９ｍｍ×０．３ｍｍの大きさの銅板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本比較例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５４２ＭＰａ、６１５（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８６６ＭＰａ、５１１（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８３５ＭＰａ、４４４（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は７回であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例５］
窒化アルミニウム基板の両面に銅板を接合した後に、銅板の表面にＮｉ−Ｐめっきを施した以外は、比較例４と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であり、半田付け性は良好であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量と、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量を求めたところ、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８６６ＭＰａ、５１１（μｍ／３０ｍｍ）であり、３回通炉後の３点曲げ強度および最大たわみ量は、それぞれ８３５ＭＰａ、４４４（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は７回であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

［比較例６］
セラミックス基板として５２ｍｍ×２８ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用した以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、本比較例で使用した窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、３点曲げ強度と最大たわみ量を求めたところ、それぞれ５５０ＭＰａ、４３０（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、接合強度（ピール強度）と絶縁破壊電圧を測定し、半田付け性を評価したところ、接合強度（ピール強度）は２００（Ｎ／ｃｍ）以上、絶縁破壊電圧は９ｋＶ以上であったが、半田付けしたときにセラミックス基板が割れ、半田付け性は良好でなかった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の窒化アルミニウム基板について、実施例１と同様の方法により、初期の３点曲げ強度および最大たわみ量とを求めたところ、それぞれ４９０ＭＰａ、３００（μｍ／３０ｍｍ）であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、金属− セラミックス接合基板の信頼性を評価したところ、通炉耐量は１０回以上であった。

また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、耐ヒートサイクル性を評価したところ、耐ヒートサイクル性は良好であった。

これらの実施例および比較例の金属−セラミックス接合基板の製造条件および特性を表１〜表３に示す。なお、表２において、半田付け性が良好であった場合を「○」、良好でなかった場合を「×」で示し、表３において、耐ヒートサイクル性（ＨＣ）が良好であった場合を「○」で示している。

１０ セラミックス基板
１２ ろう材
１４ 金属回路板
１６ 放熱用金属板

Claims (7)

1. 窒化アルミニウムからなるセラミックス基板の各々の面に金属板として銅板または銅合金板が接合された金属−セラミックス接合基板において、セラミックス基板の厚さが０．２５〜０．４５ｍｍ、金属板の厚さが０．２０〜０．２８ｍｍであることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
2. 前記金属板がろう材を介して前記セラミックス基板に接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。
3. 前記金属板の一方が回路用金属板であり、この回路用金属板の厚さが他方の金属板の厚さ以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。
4. 前記セラミックス基板の３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
5. 前記金属−セラミックス接合基板の３点曲げ強度が５００ＭＰａ以上であり、最大たわみ量が４５０（μｍ／３０ｍｍ）以上であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
6. 前記金属−セラミックス接合基板に対して室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を３回繰り返した後の前記金属−セラミックス接合基板の３点曲げ強度が４００ＭＰａ以上であり、最大たわみ量が４００（μｍ／３０ｍｍ）以上であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
7. 前記金属−セラミックス接合基板に対して室温から２０分間で３８０℃まで昇温させて１０分間保持した後に５分間で室温に戻す通炉処理を繰り返したときの前記金属−セラミックス接合基板の通炉耐量が１０回以上であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。

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