JP2023013629A - 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体を提供する。【解決手段】銅又は銅合金からなる銅部材１２，１３と、セラミックス部材１１とが接合されてなる銅／セラミックス接合体１０であって、セラミックス部材１１と銅部材１２との接合界面において、セラミックス部材１１側には活性金属化合物層２１が形成されており、活性金属化合物層２１の銅部材１２との界面から銅部材１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ２以上２００ｍｇｆ／μｍ２以下の範囲内とされ、銅部材１２の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＡと、銅部材１２の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値ＨＢとの差が５０ｍｇｆ／μｍ２以下である。【選択図】図２

Description

この発明は、銅又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銅／セラミックス接合体、および、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接合されてなる絶縁回路基板に関するものである。

パワーモジュール、ＬＥＤモジュールおよび熱電モジュールにおいては、絶縁層の一方の面に導電材料からなる回路層を形成した絶縁回路基板に、パワー半導体素子、ＬＥＤ素子および熱電素子が接合された構造とされている。
例えば、風力発電、電気自動車、ハイブリッド自動車等を制御するために用いられる大電力制御用のパワー半導体素子は、動作時の発熱量が多いことから、これを搭載する基板としては、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導電性の優れた金属板を接合して形成した回路層と、セラミックス基板の他方の面に金属板を接合して形成した放熱用の金属層と、を備えた絶縁回路基板が、従来から広く用いられている。

例えば、特許文献１には、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、銅板を接合することにより回路層および金属層を形成した絶縁回路基板が提案されている。この特許文献１においては、セラミックス基板の一方の面および他方の面に、Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材を介在させて銅板を配置し、加熱処理を行うことにより銅板が接合されている（いわゆる活性金属ろう付け法）。

また、特許文献２においては、銅又は銅合金からなる銅板と、ＡｌＮ又はＡｌ_２Ｏ_３からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
さらに、特許文献３には、銅又は銅合金からなる銅板と、窒化ケイ素からなるセラミックス基板とが、ＡｇおよびＴｉを含む接合材を用いて接合されたパワーモジュール用基板が提案されている。
前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、活性金属であるＴｉがセラミックス基板と反応することにより、接合材の濡れ性が向上し、銅板とセラミックス基板との接合強度が向上することになる。

特許第３２１１８５６号公報 特許第５７５７３５９号公報 特開２０１８－００８８６９号公報

ところで、最近では、絶縁回路基板に搭載される半導体素子の発熱温度が高くなる傾向にあり、絶縁回路基板には、従来にも増して、厳しい冷熱サイクルに耐えることができる冷熱サイクル信頼性が求められている。
ここで、前述のように、Ｔｉを含む接合材を用いて銅板とセラミックス基板とを接合した場合には、銅板側に活性金属であるＴｉが拡散し、ＣｕとＴｉを含む金属間化合物が析出することで、接合界面近傍が硬くなり、冷熱サイクル負荷時にセラミックス部材に割れが生じ、冷熱サイクル信頼性が低下するおそれがあった。

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、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、セラミックス部材と銅部材とを活性金属を含む接合材を用いて接合する際に、接合時に生成した液相が銅部材の中央部から周縁部側に排斥され、銅部材の周縁部に活性金属が相対的に多く存在することになり、セラミックス部材と銅部材との接合界面において、銅部材の周縁部領域が、中央部領域に比べて硬くなる傾向があることが分かった。そして、冷熱サイクル負荷時に、接合界面において硬い銅部材の周縁部領域に応力が集中してセラミックス部材の割れが生じやすくなるとの知見を得た。

本発明は、前述の知見を基になされたものであって、本発明の銅／セラミックス接合体は、銅又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銅／セラミックス接合体であって、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされ、前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であることを特徴としている。

なお、本発明におけるインデンテーション硬度Ｈとは、バーコビッチ圧子と呼ばれる稜間角が１１４．８°以上１１５．１°以下の三角錐ダイヤモンド圧子を用いて試験荷重を５０００ｍｇｆとして負荷をかけた際の荷重―変位の相関を計測し、以下の式より算出される。
ｈｃ＝ｈｔ－０．７５×Ｐ／Ｓ
（ｈｔ：押し込み深さ、Ｐ：荷重、Ｓ：接触剛性（＝dP/ dh|Pmax）、ｈｃ：接触深さ）
接触面積Ａ＝２４．５６×ｈｃ^２
インデンテーション硬さＨ＝Ｐ／Ａ

本発明の銅／セラミックス接合体によれば、前記セラミックス部材と銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。

そして、前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、前記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ^２以下とされているので、接合界面において、銅部材の周縁部領域と中央部領域とで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。

ここで、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅部材の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。

また、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされているので、接合材のＡｇが銅部材と十分に反応してセラミックス部材と銅部材とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅部材の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生をさらに抑制することができる。

さらに、本発明の銅／セラミックス接合体においては、前記セラミックス部材に接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から前記セラミックス部材側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされているので、銅部材全体が硬くなっておらず、この銅部材の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。

本発明の絶縁回路基板は、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接合されてなる絶縁回路基板であって、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされ、前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であることを特徴としている。

本発明の絶縁回路基板によれば、前記セラミックス基板と銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。

そして、前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ^２以下とされているので、接合界面において、銅板の周縁部領域と中央部領域とで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス部材の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。

ここで、本発明の絶縁回路基板においては、前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされているので、前記銅板の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することが可能となる。

また、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされているので、接合材のＡｇが銅板と十分に反応してセラミックス基板と銅板とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。
そして、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされているので前記銅板の周縁部領域と中央部領域とで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。

さらに、本発明の絶縁回路基板においては、前記セラミックス基板に接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から前記セラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされていることが好ましい。
この場合、前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされているので、銅板全体が硬くなっておらず、この銅板の表面に他の部材を接合した際に、これらの他の部材との接合信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた銅／セラミックス接合体、および、この銅／セラミックス接合体からなる絶縁回路基板を提供することができる。

本発明の実施形態に係る絶縁回路基板を用いたパワーモジュールの概略説明図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の回路層および金属層とセラミックス基板との接合界面の拡大説明図である。（ａ）が回路層および金属層の周縁部領域と中央部領域の説明図、（ｂ）が周縁部領域、（ｃ）が中央部領域である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法のフロー図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法の概略説明図である。 本発明の実施形態に係る絶縁回路基板の製造方法における接合材配設工程の説明図である。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態に係る銅／セラミックス接合体は、セラミックスからなるセラミックス部材としてのセラミックス基板１１と、銅又は銅合金からなる銅部材としての銅板４２（回路層１２）および銅板４３（金属層１３）とが接合されてなる絶縁回路基板１０である。図１に、本実施形態である絶縁回路基板１０を備えたパワーモジュール１を示す。

このパワーモジュール１は、回路層１２および金属層１３が配設された絶縁回路基板１０と、回路層１２の一方の面（図１において上面）に接合層２を介して接合された半導体素子３と、金属層１３の他方側（図１において下側）に配置されたヒートシンク５と、を備えている。

半導体素子３は、Ｓｉ等の半導体材料で構成されている。この半導体素子３と回路層１２は、接合層２を介して接合されている。
接合層２は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。

ヒートシンク５は、前述の絶縁回路基板１０からの熱を放散するためのものである。このヒートシンク５は、銅又は銅合金で構成されており、本実施形態ではりん脱酸銅で構成されている。このヒートシンク５には、冷却用の流体が流れるための流路が設けられている。
なお、本実施形態においては、ヒートシンク５と金属層１３とが、はんだ材からなるはんだ層７によって接合されている。このはんだ層７は、例えばＳｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｉｎ系、若しくはＳｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材で構成されている。

そして、本実施形態である絶縁回路基板１０は、図１に示すように、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１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１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、絶縁性および放熱性に優れた窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスで構成されている。本実施形態では、セラミックス基板１１は、特に放熱性の優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されている。また、セラミックス基板１１の厚さは、例えば、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下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４に示すように、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、銅又は銅合金からなる銅板４２が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、回路層１２は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、回路層１２となる銅板４２の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ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。

金属層１３は、図４に示すように、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、銅又は銅合金からなる銅板４３が接合されることにより形成されている。
本実施形態においては、金属層１３は、無酸素銅の圧延板がセラミックス基板１１に接合されることで形成されている。
なお、金属層１３となる銅板４３の厚さは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ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。

ここで、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面においては、図２に示すように、セラミックス基板１１側から順に、活性金属化合物層２１、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２が形成されている。

そして、本実施形態である絶縁回路基板１０においては、図２に示すように、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂにおける界面構造について、以下のように規定されている。
なお、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａは、図２（ａ）に示すように、回路層１２および金属層１３とセラミックス基板１１との積層方向に沿った断面において、回路層１２および金属層１３の幅方向端部から２０μｍ内方位置を起点としてさらに幅方向内方に２００μｍまでの領域である。
また、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂは、図２（ａ）に示すように、回路層１２および金属層１３とセラミックス基板１１との積層方向に沿った断面において、回路層１２および金属層１３の幅方向中心を含む幅方向２００μｍの領域である。

ここで、図２（ｂ）に示すように、回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおいては、活性金属化合物層２１の回路層１２との界面から回路層１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ_Ａにおけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａが１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされている。
また、図２（ｃ）に示すように、回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおいては、活性金属化合物層３１の金属層１３との界面から金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ_Ｂにおけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされている。

そして、本実施形態においては、回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下とされている。

また、本実施形態においては、回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂが、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、これらの厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。

ここで、活性金属化合物層２１Ａ，２１Ｂは接合材４５で用いる活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）の化合物からなる層である。より具体的には、セラミックス基板が窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる場合には、これらの活性金属の窒化物からなる層となり、セラミックス基板がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）である場合には、これらの活性金属の酸化物からなる層となる。活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、活性金属化合物の粒子が集合して形成されている。この粒子の平均粒径は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
なお、本実施形態では、接合材４５が活性金属としてＴｉを含有し、セラミックス基板１１が窒化アルミニウムで構成されているため、活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、窒化チタン（ＴｉＮ）で構成される。すなわち、活性金属化合物層２１（２１Ａ，２１Ｂ）は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の窒化チタン（ＴｉＮ）の粒子が集合して形成されている。

さらに、本実施形態においては、回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａと、回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂとの比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされていることが好ましい。
また、Ａｇ－Ｃｕ合金層２２（２２Ａ、２２Ｂ）の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。

また、本実施形態においては、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面からセラミックス基板１１側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域Ｅ_Ｓにおけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされていることが好ましい。

以下に、本実施形態に係る絶縁回路基板１０の製造方法について、図３および図４を参照して説明する。

（接合材配設工程Ｓ０１）
回路層１２となる銅板４２と、金属層１３となる銅板４３とを準備する。
そして、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の接合面に、接合材４５を塗布し、乾燥させる。ペースト状の接合材４５の塗布厚さは、乾燥後で１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態では、スクリーン印刷によってペースト状の接合材４５を塗布する。

接合材４５は、Ａｇと活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ）を含有するものとされている。本実施形態では、接合材４５として、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）を用いている。なお、Ａｇ－Ｔｉ系ろう材（Ａｇ－Ｃｕ－Ｔｉ系ろう材）としては、例えば、Ｃｕを０質量％以上４５質量％以下の範囲内、活性金属であるＴｉを０．５質量％以上２０質量％以下の範囲で含み、残部がＡｇおよび不可避不純物とされた組成のものを用いることが好ましい。

接合材４５に含まれるＡｇ粉の比表面積は、０．１５ｍ^２／ｇ以上とすることが好ましく、０．２５ｍ^２／ｇ以上とすることがさらに好ましく、０．４０ｍ^２／ｇ以上とすることがより好ましい。一方、接合材４５に含まれるＡｇ粉の比表面積は、１．４０ｍ^２／ｇ以下とすることが好ましく、１．００ｍ^２／ｇ以下とすることがさらに好ましく、０．７５ｍ^２／ｇ以下とすることがより好ましい。
なお、ペースト状の接合材４５に含まれるＡｇ粉の粒径は、Ｄ１０が０．７μｍ以上３．５μｍ以下、かつ、Ｄ１００が４．５μｍ以上２３μｍ以下の範囲内であることが好ましい。

ここで、後述する加圧および加熱工程Ｓ０３において、積層方向に加圧することにより、発生した液相が銅板４２，４３の中央部から周縁部側へ排斥され、銅板４２，４３の周縁部に活性金属成分が比較的多く存在することになる。
よって、本実施形態では、図５に示すように、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の周縁部における接合材４５Ａの塗布厚さが、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の中央部における接合材４５Ｂの塗布厚さよりも薄くなるように、接合材４５を塗布している。
なお、回路層１２となる銅板４２および金属層１３となる銅板４３の周縁部における接合材４５Ａの塗布厚さと、中央部における接合材４５Ｂの塗布厚さの差は、５μｍ以上１５μｍ以下の範囲内とすることが好ましい。

（積層工程Ｓ０２）
次に、セラミックス基板１１の一方の面（図４において上面）に、接合材４５を介して回路層１２となる銅板４２を積層するとともに、セラミックス基板１１の他方の面（図４において下面）に、接合材４５を介して金属層１３となる銅板４３を積層する。

（加圧および加熱工程Ｓ０３）
次に、銅板４２とセラミックス基板１１と銅板４３とを加圧した状態で、真空雰囲気の加熱炉内で加熱し、接合材４５を溶融する。
ここで、加圧および加熱工程Ｓ０３における加熱温度は、８００℃以上８５０℃以下の範囲内とすることが好ましい。７８０℃から加熱温度までの昇温工程および加熱温度での保持工程における温度積分値の合計が７℃・ｈ以上１２０℃・ｈ以下の範囲内とすることが好ましい。
また、加圧および加熱工程Ｓ０３における加圧荷重は、０．０２９ＭＰａ以上２．９４ＭＰａ以下の範囲内とすることが好ましい。
さらに、加圧および加熱工程Ｓ０３における真空度は、１×１０^－６Ｐａ以上５×１０^－２Ｐａ以下の範囲内とすることが好ましい。

（冷却工程Ｓ０４）
そして、加圧および加熱工程Ｓ０３の後、冷却を行うことにより、溶融した接合材４５を凝固させて、回路層１２となる銅板４２とセラミックス基板１１、セラミックス基板１１と金属層１３となる銅板４３とを接合する。
なお、この冷却工程Ｓ０４における冷却速度は、２℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。なお、ここでの冷却速度は加熱温度からＡｇ－Ｃｕ共晶温度である７８０℃までの冷却速度である。

以上のように、接合材配設工程Ｓ０１、積層工程Ｓ０２、加圧および加熱工程Ｓ０３、冷却工程Ｓ０４によって、本実施形態である絶縁回路基板１０が製造されることになる。

（ヒートシンク接合工程Ｓ０５）
次に、絶縁回路基板１０の金属層１３の他方の面側にヒートシンク５を接合する。
絶縁回路基板１０とヒートシンク５とを、はんだ材を介して積層して加熱炉に装入し、はんだ層７を介して絶縁回路基板１０とヒートシンク５とをはんだ接合する。

（半導体素子接合工程Ｓ０６）
次に、絶縁回路基板１０の回路層１２の一方の面に、半導体素子３をはんだ付けにより接合する。
前述の工程により、図１に示すパワーモジュール１が製出される。

以上のような構成とされた本実施形態の絶縁回路基板１０（銅／セラミックス接合体）によれば、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３との接合界面の周縁部領域Ａにおいて、活性金属化合物層２１の回路層１２との界面から回路層１２側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ_Ａにおけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａが１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされ、回路層１２および金属層１３との接合界面の中央部領域Ｂにおいては、活性金属化合物層３１の金属層１３との界面から金属層１３側へ２０μｍから５０μｍまでの領域Ｅ_Ｂにおけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされているので、活性金属によってセラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが強固に接合されているとともに、接合界面が必要以上に硬くなることが抑制される。

なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ，Ｈ_Ｂを１２５ｍｇｆ／μｍ^２以上とすることが好ましく、１３０ｍｇｆ／μｍ^２以上とすることがさらに好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、接合界面の前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ，Ｈ_Ｂを１８０ｍｇｆ／μｍ^２以下とすることが好ましく、１５０ｍｇｆ／μｍ^２以下とすることがより好ましい。

そして、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が、５０ｍｇｆ／μｍ^２以下とされているので、接合界面において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで、接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れている。

なお、冷熱サイクル信頼性をさらに向上させるためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂにおける前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差を、４０ｍｇｆ／μｍ^２以下とすることが好ましく、３０ｍｇｆ／μｍ^２以下とすることがより好ましい。

また、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂが、０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされている場合には、活性金属によってセラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。

なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂを、０．０８μｍ以上とすることが好ましく、０．１５μｍ以上とすることがより好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂを、１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．６μｍ以下とすることがより好ましい。

さらに、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂの比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制することが可能となる。

なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成された活性金属化合物層２１Ａの厚さｔ１_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成された活性金属化合物層２１Ｂの厚さｔ１_Ｂの比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂを、０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂが、１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされている場合には、後述する接合材４５のＡｇと回路層１２および金属層１３とが十分に反応し、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とが確実に強固に接合されているとともに、接合界面が硬くなることがさらに抑制される。

なお、セラミックス基板１１と回路層１２および金属層１３とをさらに強固に接合するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂを、３μｍ以上とすることが好ましく、５μｍ以上とすることがより好ましい。
また、接合界面が必要以上に硬くなることをさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａ、および、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂを、２５μｍ以下とすることが好ましく、１５μｍ以下とすることがより好ましい。

さらに、本実施形態において、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂとの比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが、０．７以上１．４以下の範囲内とされている場合には、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａと中央部領域Ｂとで接合界面の硬さに大きな差が生じず、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板の割れの発生をさらに抑制することができる。

なお、冷熱サイクル負荷時におけるセラミックス基板１１の割れの発生をさらに抑制するためには、回路層１２および金属層１３の周縁部領域Ａに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ａの厚さｔ２_Ａと、回路層１２および金属層１３の中央部領域Ｂに形成されたＡｇ－Ｃｕ合金層２２Ｂの厚さｔ２_Ｂとの比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂを、０．８以上１．２以下の範囲内とすることがさらに好ましく、０．９以上１．１以下の範囲内とすることがより好ましい。

また、本実施形態において、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２およびセラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の表面からセラミックス基板１１側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域Ｅ_Ｓにおけるインデンテーション硬さの平均値が７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされている場合には、回路層１２全体および金属層１３全体が硬くなっておらず、回路層１２の表面に接合した半導体素子３、および、金属層１３の表面に接合したヒートシンク５との接合信頼性を向上させることができる。

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、本実施形態では、絶縁回路基板に半導体素子を搭載してパワーモジュールを構成するものとして説明したが、これに限定されることはない。例えば、絶縁回路基板の回路層にＬＥＤ素子を搭載してＬＥＤモジュールを構成してもよいし、絶縁回路基板の回路層に熱電素子を搭載して熱電モジュールを構成してもよい。

また、本実施形態の絶縁回路基板では、セラミックス基板として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成されたものを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の他のセラミックス基板を用いたものであってもよい。

さらに、本実施形態では、接合材に含まれる活性金属としてＴｉを例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂから選択される１種又は２種以上の活性金属を含んでいればよい。なお、これらの活性金属は、水素化物として含まれていてもよい。

また、本実施形態では、銅板の周縁部および中央部における接合材の塗布厚さを調整することで、回路層および金属層の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、回路層および金属層の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂを制御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、銅板の周縁部および中央部で、塗布する接合材を異なるものとして、回路層および金属層の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、回路層および金属層の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂを制御してもよい。

例えば、接合材に含まれるＡｇ粉の比表面積（ＢＥＴ値）を調整することにより、前述のインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ，Ｈ_Ｂを制御することができる。すなわち、Ａｇ粉の比表面積が小さいとペースト状の接合材４５の焼結性が高くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し易くなり、活性金属の拡散が促進され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が大きくなる。一方、Ａｇ粉の比表面積が大きいとペースト状の接合材４５の焼結性が低くなり、後述する加熱工程Ｓ０３において液相が発生し難くなり、活性金属の拡散が抑制され、接合界面における前記インデンテーション硬さの最大値が小さくなる。
また、含まれる活性金属の種類や量の異なる接合材を用いて、銅板の周縁部と中央部とで塗り分けてもよい。

さらに、本実施形態においては、回路層を、無酸素銅の圧延板をセラミックス基板に接合することにより形成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、銅板を打ち抜いた銅片を回路パターン状に配置された状態でセラミックス基板に接合されることによって回路層を形成してもよい。この場合、それぞれの銅片において、上述のようなセラミックス基板との界面構造を有していればよい。
また、本実施形態では、銅板の接合面に接合材を配設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、セラミックス基板と銅板の間に接合材が配設されていればよく、セラミックス基板の接合面に接合材を配設してもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。

まず、表１記載のセラミックス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ）を準備した。なお、厚さは、ＡｌＮおよびＡｌ_２Ｏ_３は０．６３５ｍｍ、Ｓｉ_３Ｎ_４は０．３２ｍｍとした。
また、回路層および金属層となる銅板として、無酸素銅からなり、表１に示す厚さの３７ｍｍ×３７ｍｍの銅板を準備した。

回路層および金属層となる銅板の周縁部に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが表１に示す値となるよう塗布した。
また、回路層および金属層となる銅板の中央部に、表１に示すＢＥＴ値のＡｇ粉を含む接合材を、乾燥後の目標厚さが表１に示す値となるよう塗布した。
なお、接合材はペースト材を用い、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の量は表１の通りとした。
また、Ａｇ粉のＢＥＴ値（比表面積）はＱＵＡＮＴＡＣＨＲＲＯＭＥ社製ＡＵＴＯＳＯＲＢ－１を用い、前処理として１５０℃で３０分加熱の真空脱気を行い、Ｎ_２吸着、液体窒素７７Ｋ、ＢＥＴ多点法で測定した。

セラミックス基板の一方の面に、回路層となる銅板を積層した。また、セラミックス基板の他方の面に、金属層となる銅板を積層した。

この積層体を、積層方向に加圧した状態で加熱し、Ａｇ－Ｃｕ液相を発生させた。このとき、加圧荷重を０．２９４ＭＰａとし，温度積分値は表２の通りとした。
そして、加熱した積層体を冷却することにより、回路層となる銅板とセラミックス基板と金属層となる金属板を接合し、絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を得た。

得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）について、インデンテーション硬さ、活性金属化合物層、Ａｇ－Ｃｕ合金層、冷熱サイクル信頼性を、以下のようにして評価した。

（インデンテーション硬さ）
得られた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を積層方向に切断し、セラミックス基板と回路層および金属層の接合界面において、上述した方法にて活性金属化合物層の回路層および金属層との界面から回路層および金属層側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所、計１０箇所で測定および算出し、その最大値を求めた。
また、回路層および金属層のセラミックス基板とは反対側の表面からセラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さをそれぞれ５箇所、計１０箇所で測定および算出し、その平均値を算出した。

（活性金属化合物層）
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、走査型電子顕微鏡（カールツァイスＮＴＳ社製ＵＬＴＲＡ５５、加速電圧１．８ｋＶ）を用いて倍率３００００倍で測定し、エネルギー分散型Ｘ線分析法により、Ｎ、Ｏ及び活性金属元素の元素マッピングをそれぞれ５視野取得した。活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する場合に活性金属化合物層が有ると判断した。
それぞれ５視野、計１０視野で観察を行い、活性金属元素とＮまたはＯが同一領域に存在する範囲の面積を測定した幅で割ったものの平均値を「活性金属化合物層の厚さ」とし表２に記載した。

（Ａｇ－Ｃｕ合金層）
回路層とセラミックス基板との接合界面、および、セラミックス基板と金属層との接合界面の断面を、ＥＰＭＡ装置を用いて、Ａｇ，Ｃｕ，活性金属の各元素マッピングを取得した。それぞれ５視野で各元素マッピングを取得した。
そして、Ａｇ＋Ｃｕ＋活性金属＝１００質量％としたとき、Ａｇ濃度が１５質量％以上である領域をＡｇ－Ｃｕ合金層とし、その面積を求めて、測定領域の幅で割った値（面積／測定領域の幅）を求めた。その値の平均をＡｇ－Ｃｕ合金層の厚さとして表２に記載した。

（冷熱サイクル信頼性）
上述の絶縁回路基板を、セラミックス基板の材質に応じて、下記の冷熱サイクルを負荷し、ＳＡＴ検査によりセラミックス割れの有無を判定した。評価結果を表２に示す。
ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを５００サイクルまで５０サイクル毎にＳＡＴ検査。
Ｓｉ_３Ｎ_４の場合：－４０℃×５ｍｉｎ←→１５０℃×５ｍｉｎを２０００サイクルまで２００サイクル毎にＳＡＴ検査。

まず、セラミックス基板としてＡｌＮを用いた本発明例１－３と比較例１，２とを比較する。
比較例１においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が２４５ｍｇｆ／μｍ^２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。
比較例２においては、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５９ｍｇｆ／μｍ^２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。

これに対して、本発明例１－３においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が３５０～５００回となり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。

次に、セラミックス基板としてＳｉ_３Ｎ_４を用いた本発明例４－６と比較例３，４とを比較する。
比較例３においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が２３７ｍｇｆ／μｍ^２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１２００回となった。
比較例４においては、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が６１ｍｇｆ／μｍ^２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１４００回となった。

これに対して、本発明例４－６においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が１８００～２０００回超えとなり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。

次に、セラミックス基板としてＡｌ_２Ｏ_３を用いた本発明例７，８と比較例５とを比較する。
比較例５においては、銅板の周縁部領域において活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が９８ｍｇｆ／μｍ^２とされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が５０回となった。

これに対して、本発明例７，８においては、活性金属化合物層の銅板との界面から銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値が１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされるとともに、銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であるとされており、冷熱サイクル試験において割れ発生回数が３５０～４００回超えとなり、冷熱サイクル信頼性に優れていた。

以上の確認実験の結果から、本発明例によれば、厳しい冷熱サイクルを負荷した場合であっても、セラミックス部材における割れの発生を抑制でき、冷熱サイクル信頼性に優れた絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）を提供可能であることが確認された。

１０ 絶縁回路基板（銅／セラミックス接合体）
１１ セラミックス基板（セラミックス部材）
１２ 回路層（銅部材）
１３ 金属層（銅部材）
２１（２１Ａ，２１Ｂ） 活性金属化合物層
２２（２２Ａ，２２Ｂ） Ａｇ－Ｃｕ合金層

Claims (8)

1. 銅又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銅／セラミックス接合体であって、
   前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記セラミックス部材側には活性金属化合物層が形成されており、
   前記銅部材の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅部材の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅部材との界面から前記銅部材側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされ、
   前記銅部材の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、記銅部材の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であることを特徴とする銅／セラミックス接合体。
2. 前記銅部材の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載の銅／セラミックス接合体。
3. 前記セラミックス部材と前記銅部材との接合界面において、前記銅部材側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
   前記銅部材の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅部材の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の銅／セラミックス接合体。
4. 前記セラミックス部材に接合された前記銅部材の前記セラミックス部材とは反対側の表面から前記セラミックス部材側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の銅／セラミックス接合体。
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接合されてなる絶縁回路基板であって、
   前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記セラミックス基板側には活性金属化合物層が形成されており、
   前記銅板の周縁部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａ、および、前記銅板の中央部領域において前記活性金属化合物層の前記銅板との界面から前記銅板側へ２０μｍから５０μｍまでの領域におけるインデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂが、１２０ｍｇｆ／μｍ^２以上２００ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされ、
   前記銅板の周縁部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ａと、前記銅板の中央部領域における前記インデンテーション硬さの最大値Ｈ_Ｂとの差が５０ｍｇｆ／μｍ^２以下であることを特徴とする絶縁回路基板。
6. 前記銅板の周縁部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ａおよび、前記銅板の中央部領域に形成された前記活性金属化合物層の厚さｔ１_Ｂが０．０５μｍ以上１．２μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ１_Ａ／ｔ１_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁回路基板。
7. 前記セラミックス基板と前記銅板との接合界面において、前記銅板側にはＡｇ－Ｃｕ合金層が形成されており、
   前記銅板の周縁部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ａおよび前記銅板の中央部領域に形成された前記Ａｇ－Ｃｕ合金層の厚さｔ２_Ｂが１μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とされ、厚さ比ｔ２_Ａ／ｔ２_Ｂが０．７以上１．４以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の絶縁回路基板。
8. 前記セラミックス基板に接合された前記銅板の前記セラミックス基板とは反対側の表面から前記セラミックス基板側へ１０μｍ以上３０μｍ以下の領域におけるインデンテーション硬さの平均値が、７０ｍｇｆ／μｍ^２以上９０ｍｇｆ／μｍ^２以下の範囲内とされていることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の絶縁回路基板。

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