JP4910113B2 - 金属−セラミックス接合基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属−セラミックス接合基板に関し、該金属上に半導体素子が搭載される金属−セラミックス接合基板に関し、さらには、該金属上に熱電部材（ペルチェ素子）を搭載されるための接合基板及び熱電素子に関する。

熱電部材搭載用基板としては、セラミックス基板の一方の面に熱電部材搭載用の金属板が接合されているもの、また場合によってはもう一方の面に放熱用の金属板が接合されている、金属−セラミックス基板が知られている。

前記金属−セラミックス基板は通常一対（２枚）で使用され、略直方体の熱電部材をサンドイッチする形、すなわち熱電部材搭載用の金属板パターンが接合された面を内側にして２枚を対向させ、熱電部材搭載用金属板パターンと前記熱電部材の両端が半田付けにより接合され、熱電素子を構成している。（特許文献１、２）

セラミックス基板の主成分は例えばアルミナや窒化アルミニウム、窒化珪素を主成分とするものであり、その厚さはおよそ０．３〜０．８ｍｍのものが使用されている。

また、金属板を代表するものとして、導電性の良い銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金が使用されることが多い。その厚さはおよそ０．０１〜０．４ｍｍ程度である。金属板はセラミックスに直接接合法、ろう接法、イオンプレーティング法などで接合されており、プレス加工やエッチングにより所定のパターン形状が形成されている。

熱電部材は略直方体であり、例えば１．３ｍｍ、１．３ｍｍ、１．６８ｍｍ程度の比較的小さいものが用いられる。材質はＢｉＴｅ系合金などであり、非常にもろいものである。（特許文献２）

熱電部材搭載用としてはおよそ１０ｍｍ角以下、大きくても４０ｍｍ角以下の金属−セラミックス接合基板が用いられてきた。
従来は熱電素子にヒートサイクルを繰り返すと、セラミックス基板に反りが生じたり、各接合部にクリープが生じる等、熱電素子の強度が劣化し易くヒートサイクルに対する耐久性が劣るといった問題があった。（特許文献２）
特開２００１−２１０８７８号 特開平７−３２１３７８号

上記のように熱電部材は半田付けにより、金属−セラミックス基板に接合され、熱電素子が得られるが、最近では熱電素子の大型化が顕著になり、従来発生しなかった不具合が起こるようになった。

熱電素子の大型化により、金属−セラミックス基板も大きくなり、半田付けする素子の数も増加している。そのためか、従来はなかった熱電部材の半田付け時に熱電素子が割れたり、半田付けに接合不良などの欠陥が発生するようになった。
従来は熱電素子を作製したあとに、ヒートサイクルを繰り返した場合に耐久性に問題があることが指摘されていたが、本願発明の課題では、熱電素子を作製する工程で、既に不具合が発生する場合があることがわかった。

これは特にセラミックス基板が５０ｍｍ角以上のもの、つまり従来ではなかった大型基板において発生することがわかってきた。

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、主面の面積が２５ｃｍ ^２ 以上のセラミックス基板の表裏にラップ研磨を行ってセラミックス基板の反り量を３０μｍ以下にした後、セラミックス基板の表裏に接合する金属板の厚さや体積が所定の関係を満たすようにセラミックス基板の表裏に配置して加熱することにより、反り量が５０μｍ以下の金属−セラミックス基板を製造すれば、上記の課題を解決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の製造方法は、主面の面積が２５ｃｍ^２ 以上のセラミックス基板の表裏にラップ研磨を行ってセラミックス基板の反り量を３０μｍ以下にした後、セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢの和がセラミックス基板の厚さの７０％以下になり且つ｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦５０（％）（（１）式）を満たし、セラミックス基板の表面に接合する金属板の体積の和Ｃと裏面に接合する金属板の体積の和Ｄが｜（Ｄ−Ｃ）／Ｃ｜×１００≦６０（％）（（２）式）を満たすように複数の金属板をセラミックス基板の表裏に配置して加熱することにより、反り量が５０μｍ以下の金属−セラミックス基板を製造することを特徴とする。

この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、金属−セラミックス接合基板の反りを３０μｍ以下にするのが好ましく、１５μｍ以下にするのがさらに好ましい。また、セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢの和がセラミックス基板の厚さの４５％以下になるように複数の金属板をセラミックス基板の表裏に配置するのが好ましく、セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢが｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦１５（％）（（１）’式）を満たすように複数の金属板をセラミックス基板の表裏に配置するのが好ましい。また、セラミックス基板の主面の面積が３６ｃｍ^２以上であるのが好ましい。また、セラミックス基板の表面に接合する金属板の体積の和Ｃと裏面に接合する金属板の体積の和Ｄが｜（Ｄ−Ｃ）／Ｃ｜×１００≦５０（％）（（２）’式）を満たすように複数の金属板をセラミックス基板の表裏に配置するのが好ましい。さらに、セラミックス基板の表面に接合する金属板の各々の面積が５０ｍｍ ^２ 以下になるように複数の金属板をセラミックス基板の表面に配置するのが好ましく、セラミックス基板の裏面にする金属板の各々の面積が１０００ｍｍ ^２ 以下になるように複数の金属板をセラミックス基板の表面に配置するのが好ましい。また、セラミックス基板の表裏に接合した金属板に熱電部材を搭載するのが好ましく、セラミックス基板の表裏に接合した金属板に熱電部材を半田付けしてもよい。

上記手段により、以下の効果が得られた。
熱電部材を金属セラミックス基板に半田付けしたときに、熱電部材の割れや接合不良が発生しない。
熱電素子として使用時に、すなわち熱電素子に所定のヒートサイクルが負荷された場合でも、熱電部材やセラミックス基板が割れない。

上記金属−セラミックス接合基板は以下の記載のように作製される。
セラミックス基板の材質はアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれか１つを主成分とするものが好ましいがこれらに限定される物ではない。これらは市販されている接合用（例えば電子材料用基板）のものであれば使用することが可能であるが、一般にアルミナ基板は安価であること、窒化アルミニウム基板は熱伝導率が優れていること、窒化珪素基板は強度や靭性が優れていることが特徴であり、熱電素子に使用する場合はこれらの特徴を考えて用いればよい。曲げ強度が３０ｋｇ／ｍｍ²以上、好ましくは３５ｋｇ／ｍｍ²以上のものを使用するとセラミックス基板が破壊されることが少なく、これより曲げ強度低い基板であると、熱電部材アセンブリ時取り扱いが粗雑であるとセラミックス基板が破壊する場合ことがあるので、好ましくは上記の範囲の強度の高い基板が好ましい。

セラミックス基板主面の面積は、２５ｃｍ²以上、好ましくは３６ｃｍ²以上、厚さは０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２〜０．８ｍｍのサイズのものを用いる。通常はセラミックスの主面は長方形であり、一辺の長さが３０ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上のときに本発明の効果が大きい。セラミックス基板主面の面積が２５ｃｍ2より小さい場合には、通常では本発明で解決しようとする問題が発生しない。本発明は面積が大きいほどその効果が顕著にあらわれる。一辺の長さが長い基板ほど本発明の効果が大きく、３０ｍｍ以上で本発明の効果が顕著になり、一辺の長さが１００ｍｍを超えるものもにおいてはとくに優れた効果を発揮する。

セラミックス基板の表裏に接合される金属板の材質は導電性の高い銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金が用いられる。
銅は導電率、熱伝導率に優れており、熱電素子の基板に用いる場合は、電気的ロスが少なく放熱性に優れた特性を有する。アルミニウムは耐力が小さいために、セラミックスに接合した場合にセラミックスに発生する応力が比較的小さい。すなわちヒートサイクル等の熱履歴に対しても、優れた信頼性を維持する。したがって、使用する環境や、目標とする特性、すなわち目的によって使い分ければ良い。同様に銅合金、アルミニウム合金についても目的により使い分ければ良い。

表裏の金属板の厚さの和は０．０２〜０．８ｍｍ、さらには０．１〜０．４ｍｍが好ましい。ただし、表裏の金属板の厚さは、セラミックス基板の厚さとの関係及び表裏の金属板の厚さの比を次のように設定する必要がある。
まず、表裏の金属板の厚さの和がセラミックス基板の厚さの７０％以下、好ましくは４５％以下であることが必要である。

そして、表裏の金属板の厚さの差が５０％以下であることを必要とする。すなわち、表の金属板の厚さをＡ、裏の金属板の厚さをＢとしたときに、以下の式を満たすことを必要とする。
｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦５０（％）
さらに好ましくは以下を満たすのが良い。
｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦１５（％）

表裏の金属板の厚さの和がセラミックス基板の厚さの少なくとも７０％以下である必要があるのは、金属−セラミックス接合基板を製造する工程や、該金属−セラミックス接合基板に熱電部材をアセンブリする工程、さらには熱電素子となったときの信頼性にかかわるためである。すなわち、表裏の金属板の和がセラミックス基板の厚さの７０％を超える場合は、上記工程などで発生する熱応力によりセラミックスにクラックが入り、絶縁性低下や強度などの機能が果たせなくなるためである。セラミックス基板と表裏金属板の厚さの和の関係を規定したのは、前記熱応力の絶対値を小さくするためである。さらに好ましくは４５％以下である。

さらに表裏の金属板の厚さの差を少なくとも５０％以下としたのは、金属−セラミックス接合基板を製造する工程や、該金属−セラミックス接合基板に熱電部材をアセンブリする工程、さらには熱電素子となったときの信頼性を確保するためである。すなわち、表裏の金属板の厚さの差が５０％を超えると上記工程で発生する熱応力により、セラミックス基板にクラックが入る恐れがあること、熱電部材が破壊される恐れがあるからである。表裏の金属板の厚さの差が上記より大きいと、上記工程などで金属−セラミックス接合基板に反りが発生し、特に熱電部材が搭載されている場合、もしくは搭載する工程において、熱電部材が破壊されることがある。さらに好ましくは１５％以下である。

表面に接合された金属板の体積の和（Ｃ）と、裏面に接合された金属板の体積の和（Ｄ）の比が、｜（Ｃ−Ｄ）／Ｃ｜×１００≦６０（％） であること、好ましくは５０％以下であることも必要である。これは熱電部材の半田付け時や、熱電素子に所定のヒートサイクルが負荷された場合、金属−セラミックス接合基板が反り、熱電部材が破壊される恐れがあるからである。

また、金属−セラミックス接合基板の表（おもて）面とは熱電部材搭載面を指し、裏（うら）面とは反対の面（放熱面という）を指す。
表面の金属板の全ての金属板パターンの面積は少なくとも５０ｍｍ²以下であることを必要とし、好ましくは２５ｍｍ²以下、さらに好ましくは１０ｍｍ²以下である。金属板パターンが大きいと熱電部材の半田付け時や、熱電素子に所定のヒートサイクルが負荷された場合、金属−セラミックス接合基板が反ることで、熱電部材が破壊される恐れがあるからである。

裏面の金属板の全ての金属板パターンの面積は少なくとも１０００ｍｍ²以下であることを必要とし、好ましくは５００ｍｍ²以下、さらに好ましくは１５０ｍｍ²以下である。金属板パターンが大きいと、表面と同様に金属−セラミックス接合基板の反りが大きくなり、熱電部材が破壊される恐れがあるからである。
表面、裏面ともに、金属−セラミックス接合基板の反りを抑えるには、それぞれのパターンの面積が小さい方が良い。

本発明における熱電素子用の金属−セラミックス接合基板として、例えば表面の金属板パターンのサイズとして、２．０ｍｍ×１．０ｍｍ、１．０ｍｍ×０．５ｍｍがあり、放熱板側として例えば ７．０ｍｍ×５．０ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍなどがある。これらのパターンが数１０〜数１００個、セラミックス基板の表裏面に形成されている。

熱電部材はペルチェ素子とも呼ばれる半導体を指す。Ｂｉ−Ｔｅ系の組成のものが主として使用されているが、その他にＳｉＣ、Ｆｅ−Ｓｉ系の組成のものも開発されてきている。熱電部材は一般に脆いためアセンブリや熱電素子として使用時に破壊される虞がある。
大きさは例えば１×１×１．５ｍｍ程度のものであり、２枚の該金属−接合基板の間に交互に配列されて、金属板の電極（パターン）によって電気的に直列に接続される。

金属−セラミックス接合基板と熱電部材とは半田で接合される。半田はＰｂ入り（Ｐｂ−Ｓｎ系）、Ｐｂレス（Ｓｎ−Ａｇ系など）のどちらでもよいが、Ｐｂレスの半田はＰｂ入りの場合と比べて硬く接合時に熱電部材が破壊される虞があるので、Ｐｂ半田を使用するのが好ましい。
半田の厚さは５０〜３００μｍ 好ましくは１００〜２００μｍが良い。前記より薄すぎると応力緩和効果が小さく、厚すぎると放熱性の問題が発生するので前記範囲が好ましい。
この熱電部材が金属−セラミックス基板に接合したものを熱電素子とする。

本発明の金属−セラミックス接合基板は、上記部材を接合して作製され、反りが５０μｍ以下という非常に小さな反り量に制御することを特徴とする。
反り量は上述の金属板の厚さや体積、またセラミックス基板の面積などの要因により変化するが、その他にも接合する前のセラミックス基板の反り量や材質、接合する金属板の材質、接合方法などでも変わる。したがって、これらを全て考慮した上で反り量を制御することが必要である。

金属−セラミックス接合基板の作製には、上述の金属板とセラミックス基板を準備し、セラミックス基板の両面に金属板を配置し、加熱接合する。

接合の方法は様々であり、例えば、酸化物系のセラミックス基板の代表的なものとしてアルミナ基板があるが、金属板として銅板を選択し、アルミナ基板の両面に銅板を配置し、不活性雰囲気中で加熱接合する直接接合法がある。この方法はろう材などの中間材を不要とするため、単純な製造工程となるが、接合欠陥が発生しやすい。特に本発明のように小さいパターンが多い場合は、小さい接合欠陥でもパターンがはがれる等の不良が発生する恐れがある。本発明の場合、この方法で接合するには、アルミナ基板の表面のうねりや窪みの少ないものを準備する、例えばアルミナ表面ラップ研磨するなどして、接合欠陥対策をとることが好ましい。

非酸化物系セラミックス基板として、窒化アルミニウム基板や窒化珪素基板が代表例として上げられる。これらと金属板との接合には、表面を酸化して上記直接接合を行うこともできるが、ろう材を使用した接合が広く実施されている。接合する金属板の選択枝も広く、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられ、銅、銅合金の場合は活性金属を含有した銀−銅系のろう材、アルミニウム、アルミニウム合金の場合はＡｌ−Ｓｉ系ろう材がよく用いられている。接合欠陥は一般に直接接合に比べ少ないとされており、接合の信頼性は高い。

セラミックスの種類を問わず金属板を形成、接合できるのは、例えば溶湯接合がある。これは主としてアルミニウムやアルミニウム合金とセラミックス基板の接合に用いられており、接合欠陥も少なく、接合強度も高いものである。

さらに、比較的薄い数１０μｍ程度の金属板を作製する方法として、めっき、ＰＶＤなどの方法があげられる。数１００μｍといった厚い金属板を接合するのは経済的ではないが、薄い膜を精度良く形成することに向いている方法といえる。

本発明の金属−セラミックス接合基板は、反り量が非常に小さいことを特徴とし、且つ前述の金属板の厚さや体積、パターン面積を満たさなければならない。そのためには、接合する前のセラミックス基板の反りをコントロールすることが好ましい。反り量は３０μｍ以下が好ましく、さらには１０μｍ以下が良い。また、局所的なうねり（くぼみともいう）が１５μｍ／２０ｍｍ以下であることが好ましい。

このようなスペックの形状を持つセラミックス基板はセラミックスの焼成工程や、反りなおし焼成工程でその反りの形状を制御されるが、困難な面がある。そのような場合は、焼成後の基板をラップ研磨するなどして得ることができる。

接合後、所定の形状に金属板をパターンニングする必要があるが、主に２つの方法がある。ひとつはエッチング法で、全面に金属板を接合した後、フォトレジストなどで所定パターン形状をマスキングした後に、エッチング液で不要な金属板やろう材などを除去する。その後マスキング材を除去して、パターンが完成する。

もうひとつは搭載法で、予め金型によるプレスやエッチングなどにより、所定のパターン（またはパターン形状に近いものを作製）しておき、セラミックスに搭載、接合する。パターン間にブリッジなどあればそれを除去してパターンを完成させる。
これらのパターンニング方法は主に直接接合や、ろう接の場合が多い。

その他に、溶湯接合の場合、予めモールドに所定のパターン形状を形成しておき、そこに溶湯を注入して凝固させることでパターンを形成する方法、めっき、スパッタなどの場合、予めマスキングした後に所定の場所だけにパターンを形成するなどがある。

その後に、必要に応じて、ニッケルや金めっきあるいは防錆処理を金属パターン上に施す。これは後工程で実施される熱電素子とのはんだ接合の信頼性確保のためであり、金属パターンの経時変化を抑制する効果がある。また、金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、直接はんだが濡れないため、めっきを施す必要がある。
以上のとおり、本発明の金属−セラミックス接合基板は製造することができる。

本発明は、熱電部材搭載用の金属−セラミックス接合基板および熱電素子として利用できる。

（実施例１）
セラミックス基板として８０ｍｍ×６０ｍｍ（主面の面積；４８ｃｍ²）の大きさで、厚さ０．６３５ｍｍ、反り量３８μｍのアルミナ基板を用意した。
このアルミナ基板の表裏にラップ研磨を行い、反り量を８μｍとした。アルミナ基板の表面（パターン面）側と裏面にそれぞれ厚さ０．２０ｍｍのタフピッチ銅を配置し、窒素雰囲気中約１０６０℃で加熱して接合を行った。（セラミックス基板に対する厚さ比；約６３％、（１）式の値；０％）
接合した銅板表面の研磨を行い、レジスト印刷・エッチング・レジスト除去を実施して所定のパターンとした。この時の、表裏の銅板パターンの体積の和は、表面側体積０．７５ｃｍ³、裏面側は０．８１ｃｍ³であった。（（２）式の値；８％、表面パターン面積は全て１７ｍｍ²以下、裏面パターン面積は全て１５０ｍｍ²以下）また、このときの反り量は＋１２μｍであった。
その後に、無電解ニッケルメッキ３μｍ、無電解金メッキ０．１μｍを施した後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、＋１０μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレの発生はなかった。

（比較例１）
アルミナ基板表裏のラップ研磨を実施しなかった以外は全て実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板の作製を行った。
ニッケルメッキ、金メッキの前後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、メッキの前が＋４５μｍ、メッキ後が＋４０μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子を観察したところ、熱電部材の接合不良（未接合）が発生していた。

（実施例２）
反り量＋４０μｍのアルミナ基板であること、表面側の銅板パターンの総体積を０．７５ｃｍ³とし、裏面側は０．４０ｃｍ³となるようにパターンを設計し形成した以外は、実施例１と同様の方法で金属−セラミックス基板を作製した。（（２）式の値 ４７％、表面パターン面積は全て１７ｍｍ²以下、裏面パターン面積は全て１５０ｍｍ²以下）
ニッケルメッキ、金メッキの前後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、メッキの前が＋２７μｍ、メッキ後が＋２５μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレの発生はなかった。

（比較例２）
反り量＋４３μｍのアルミナ基板であること、アルミナ基板の表裏にラップ研磨を行わないこと、表面側の銅板パターンの総体積を０．７５ｃｍ³とし、裏面側は０．２５ｃｍ³となるようにパターンを設計し形成した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス基板を作製した。（表裏金属板の体積比；約６６．７％）
ニッケルメッキ、金メッキの前後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、メッキの前が６８μｍ、メッキ後は＋６２μｍとなった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個を直列に配置し半田付けを行った。以上により製造した熱電部材を観察したところ、熱電部材の接合不良とワレが発生していた

（比較例３）
セラミックス基板の厚さ０．３ｍｍ、表裏の金属板の厚さがそれぞれ０．５ｍｍであること以外は、全て実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板の作製を行った。（セラミックス基板に対する厚さ比；約３３％）
ニッケルメッキ、金メッキの前後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、メッキの前が＋１０μｍ、メッキ後が＋８μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個直列に配置し半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレが発生していた。

（実施例３）
セラミックス基板として９０ｍｍ×６５ｍｍ（主面の面積；５８．５ｃｍ²）の大きさで、厚さ０．６３５ｍｍ、反り量４０μｍの窒化アルミニウム基板を用意した。
この窒化アルミニウム基板の表裏にラップ研磨を行い、反り量を１５μｍとした。窒化アルミニウム基板の表面（パターン面）側と裏面にそれぞれ厚さ０．０２ｍｍの活性金属ろう材ペースト（銀７１ｗｔ％：銅２７ｗｔ％：チタン２ｗｔ％）をスクリーン印刷で塗布し熱風で乾燥した後、表裏の該ろう材上に厚さ０．１５ｍｍの銅板を配置し、真空雰囲気で８５０℃に加熱し、銅−窒化アルミニウム接合体を得た。（セラミックス基板に対する厚さ比；約４７％、（１）式の値；０％）
接合した銅板表面の研磨を行い、レジスト印刷・エッチング・レジスト除去を実施して所定のパターンとした。この時の、表裏の銅板パターンの体積の和は、表面側体積０．７５ｃｍ³、裏面側は０．８１ｃｍ³であった。（（２）式の値；８％、表面パターン面積は全て２１ｍｍ²以下、裏面パターン面積は全て３００ｍｍ²以下）また、このときの反り量は＋１０μｍであった。
その後に、無電解ニッケルメッキ３μｍ、無電解金メッキ０．１μｍを施した後に金属−セラミック基板の反りを測定したところ、＋７μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２５２個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレの発生はなかった。

（比較例４）
窒化アルミニウム基板の表裏にラップ研磨を行わなかった以外は、実施例３と同様の方法で銅−窒化アルミニウム接合基板を作製した。
銅−窒化アルミニウム接合基板の反りはメッキ前で＋５８μｍ、メッキ後で＋５５μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２２４個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレの発生はなかった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２５２個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子を観察したところ、熱電部材の接合不良（未接合）が発生していた。

（実施例４）
反り量２０μｍの窒化アルミニウム基板を用意したこと以外は実施例３と同様の方法で銅−窒化アルミニウム接合基板を作製した。
銅−窒化アルミニウム接合基板の反りはメッキ前で＋３０μｍ、メッキ後で＋２５μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２５２個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレの発生はなかった。

（比較例５）
裏面パターン面積が１２００ｍｍ²以上のものを含む以外は実施例３と同様の方法で銅−窒化アルミニウム接合基板を作製した。
銅−窒化アルミニウム接合基板の反りはメッキ前で＋４５μｍ、メッキ後で＋４０μｍであった。
この金属−セラミック基板２枚を使用し、熱電部材を２５２個直列に配置し共晶半田で半田付けを行った。以上により製造した熱電素子には熱電部材の接合不良、ワレ等の不具合はなかった。
その後に熱電素子をヒートサイクル試験機に入れ、−４０℃〜＋１２５℃の冷却／加熱を１サイクルとし、３００サイクルの試験を行った。試験機から取り出した熱電素子の熱電部材にワレが発生していた。

なお、セラミックス基板の反り量は、セラミックス基板を定盤の上に置き、中央部の高さをダイヤルゲージで測定し、その後にセラミックス基板の反対側の面を上にして中央部の高さをダイヤルゲージで測定した。その高さの差を反り量とした。
金属−セラミックス接合基板の反り量も同様に測定したが、表面が凹になっているときを＋反りとした。

Claims (10)

1. 主面の面積が２５ｃｍ^２以上のセラミックス基板の表裏にラップ研磨を行ってセラミックス基板の反り量を３０μｍ以下にした後、セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢの和がセラミックス基板の厚さの７０％以下になり且つ｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦５０（％）（（１）式）を満たし、セラミックス基板の表面に接合する金属板の体積の和Ｃと裏面に接合する金属板の体積の和Ｄが｜（Ｄ−Ｃ）／Ｃ｜×１００≦６０（％）（（２）式）を満たすように複数の金属板をセラミックス基板の表裏に配置して加熱することにより、反り量が５０μｍ以下の金属−セラミックス基板を製造することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
2. 前記金属−セラミックス接合基板の反りを３０μｍ以下にす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の製造方法。
3. 前記セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢの和が前記セラミックス基板の厚さの４５％以下になるように前記複数の金属板を前記セラミックス基板の表裏に配置す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の製造方法。
4. 前記セラミックス基板の表面に接合する金属板の厚さＡと裏面に接合する金属板の厚さＢが｜（Ａ−Ｂ）／Ａ｜×１００≦１５（％）（（１）’式）を満たすように前記複数の金属板を前記セラミックス基板の表裏に配置することを特徴とする、請求項１〜３に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
5. 前記セラミックス基板の主面の面積が３６ｃｍ^２以上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金属−セラミックス接合基板の製造方法。
6. 前記セラミックス基板の表面に接合する金属板の体積の和Ｃと裏面に接合する金属板の体積の和Ｄが｜（Ｄ−Ｃ）／Ｃ｜×１００≦５０（％）（（２）’式）を満たすように前記複数の金属板を前記セラミックス基板の表裏に配置することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
7. 前記セラミックス基板の表面に接合する金属板の各々の面積が５０ｍｍ^２以下になるように前記複数の金属板を前記セラミックス基板の表面に配置することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
8. 前記セラミックス基板の裏面にする金属板の各々の面積が１０００ｍｍ^２以下になるように前記複数の金属板を前記セラミックス基板の表面に配置することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
9. 前記セラミックス基板の表裏に接合した金属板に熱電部材を搭載することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
10. 前記セラミックス基板の表裏に接合した金属板に熱電部材を半田付けすることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。