セラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
【課題】Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められたセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法を提供する。
【解決手段】Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とする。
【解決手段】Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体チップなどの電子部品が実装されたパワーモジュールは、一般にＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）などからなるセラミックス基板と、該セラミックス基板の上面に配置された金属部材の回路層と、該セラミックス基板の下面に配置された金属部材の金属層とを有するパワーモジュール用基板を備え、該パワーモジュール用基板の回路層上に、発熱体である半導体チップを配設し、金属層の下面には冷却用のヒートシンクを配設している（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、パワーモジュールは、半導体チップで発生した熱を、金属層を介してヒートシンク中の冷却水へ放散させる構成となっている。
ここで、セラミックス基板としてＡｌＮよりも高い曲げ強度を有するなど機械的特性に優れるＳｉ３Ｎ４を用いることにより、セラミックス基板の薄肉化が図れる。
【特許文献１】特開２００２−９２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のパワーモジュール用基板には、以下の課題が残されている。
例えば、Ｓｉを含有するＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板とＡｌ（アルミニウム）からなる金属部材とを用いてこれらを接合させた際に、セラミックス基板と金属部材との間で接合不良が発生することがある。
【０００５】
すなわち、セラミックス基板の接合する表面部分には、セラミックス基板を焼結した際に生じたＳｉＯ２（酸化シリコン）やシリコンの複合酸化物が存在しており、接合時において、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因したＳｉＯガスが発生し、セラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保できなくなる。そして、このような接合不良により、熱サイクル時において、セラミックス基板と金属部材との剥離が生じやすくなる。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められたセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明に係るセラミックス基板は、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とする。
また本発明は、前述のセラミックス基板を製造する方法であって、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えて製造されたセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結した後、該セラミックス母材に表面処理が施されているので、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減されている。従って、このようにして製造されたセラミックス基板と金属部材とを接合した際に、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制され、これらセラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保されるとともに、熱サイクル時におけるこれらセラミックス基板と金属部材との剥離が防止されて、接合信頼性が高められている。
【０００９】
また、本発明に係るセラミックス基板の製造方法において、前記表面処理には、フッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程が含まれることとしてもよい。
本発明によれば、焼結工程後の表面に酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が付着した状態のセラミックス基板に、表面処理としてフッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程を行うこととしているので、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物を精度よく除去することができる。よって、後工程におけるセラミックス基板と金属部材との接合強度が充分に確保される。
【００１０】
また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記金属部材として、アルミニウムを用いることとしてもよい。
本発明によれば、接合時において、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）と共にＳｉＯガスが発生することを抑制するので、セラミックス基板と金属部材とを充分な強度で接合することができる。すなわち、セラミックス基板と金属部材とを接合する際、セラミックス基板の表面に酸化シリコン又はシリコンの複合酸化物が存在すると、金属部材におけるセラミックス基板との界面及びその近傍にアルミニウムの酸化物であるアルミナが形成されると共に一酸化珪素ガスが発生するのだが、セラミックス基板の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が表面処理により良好に除去されているので、接合時における一酸化珪素ガスの発生が抑制されている。
【００１１】
また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることとしてもよい。
本発明では、セラミックス基板と金属部材とをロウ付けにより接合することとしている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明によるセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表、図３は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャート、図４は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態におけるパワーモジュール用基板１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の下面に配置された金属層（金属部材）１２と、セラミックス基板１１の上面に配置された複数の回路層（金属部材）１３とを備えている。すなわち、セラミックス基板１１を上下面から挟むようにして、表面に金属部材が接合された構成とされている。
【００１６】
セラミックス基板１１は、Ｓｉ（珪素）を含有してなるＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）からなり、板状に形成されている。
また、セラミックス基板１１の上下面それぞれにおける酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いた表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下となっている。
【００１７】
ここで、ＥＰＭＡを用いた表面測定方法について、図２を参照しながら説明する。
なお、図２に示す定量分析結果は、表面測定方法を説明するために使用する一例である。
本実施形態では、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８６００を用いており、動作圧力を１．３×１０−３Ｐａ、加速電圧を１５．０ｋＶ、プローブに供給する電流を５．０×１０−８Ａとしている。また、セラミックス基板１１の表面には、膜厚が１００ｎｍ未満であるＡｕ膜が蒸着により形成されている。
【００１８】
まず、上記条件でセラミックス基板１１の表面を定量分析する（図２（ａ）に示すＡ）。そして、定量分析により検出された元素のうちＣ（炭素）とＡｕ（金）の検出量を０とする（図２（ａ）に示すＢ）。さらに、ＣとＡｕとを除く他の元素の検出量の和が１００Ａｔｏｍ％となるように換算する（図２（ａ）に示すＣ）。
次に、Ｓｉ（シリコン）以外の金属元素が最も一般的な酸化物とフッ化物（例えばＡｌ（アルミニウム）の場合Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）とＡｌＦ３（フッ化アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）の場合Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）とＹＦ３（フッ化イットリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）の場合ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、Ｅｒ（エルビウム）の場合Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）とＥｒＦ３（フッ化エルビウム）など）として存在していると仮定する。さらに、その金属元素Ｍの酸化物の化学式がＭＯｘ、フッ化物の化学式がＭＦｙと書かれるとき、酸化物とフッ化物の存在比はＡｔｏｍ％単位での（換算したＯの原子量／ｘ）：（換算したＦの原子量／ｙ）に等しいと仮定する。このときのＳｉ以外の金属元素に結合しているＯ（酸素）の量を「（換算した金属元素の原子量）×ｘ×（換算したＯの原子量）／{（換算したＯの原子量）＋（換算したＦの原子量）}」の式で算出する（図２（ｂ））。
このように定義した理由は、ＳｉＯ２以外の焼結助剤に含まれる酸化物もフッ酸と反応してフッ化物を形成することを考慮したためである。
【００１９】
続いて、換算したＯの原子量とＳｉ以外の金属元素に結合しているＯの原子量との差を算出する。そして、算出したＯの全量がＳｉと結合してＳｉＯ２を構成しているものとし、算出したＯの原子量に１．５を乗じて得た値をセラミックス基板１１の表面におけるＳｉＯ２濃度とする。例えば、図２に示す定量分析結果例では、ＳｉＯ２濃度が０．１９８Ａｔｏｍ％となる。
なお、ＥＰＭＡを用いた表面測定は、セラミックス基板１１の表面における任意の５箇所において測定している。ここで、表面測定は、５点測定に限らず、１０点測定や他の複数個所であってもよい。
【００２０】
金属層１２は、例えばＡｌ（アルミニウム）などの高熱伝導率を有する金属により形成されており、ロウ材層１４によりセラミックス基板１１に接合されている。
回路層１３は、金属層１２と同様に例えばＡｌなどの高熱伝導率を有する金属により形成されており、間隔を適宜あけて配置されることで回路を構成する。そして、回路層１３は、ロウ材層１５によりセラミックス基板１１に接合されている。
また、回路層１３の上面には、電子部品１６がハンダ層１７により固着されている。電子部品１６としては、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワーデバイスが挙げられる。
【００２１】
次に、以上のような構成のパワーモジュール用基板１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。
まず、セラミックス基板１１の基材であり、該セラミックス基板１１と略同形状のＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス母材を用意し、このセラミックス母材を、Ｓ１０に示すように焼成（焼結）する（焼結工程）。焼結後のセラミックス母材の表面には、焼結時に生じたＳｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。
【００２２】
次いで、表面処理工程として、Ｓ２０に示すように、このセラミックス母材を、フッ化物イオンを含む酸性溶液（以下「フッ酸溶液」と省略する）からなるエッチング液に浸漬し、湿式エッチングする（エッチング工程）。このエッチング工程によって、セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去される。
また図示しないが、エッチング工程後は、このセラミックス母材は蒸留水洗浄工程において洗浄され、乾燥工程においてエアブロー乾燥され、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄される。
【００２３】
次いで、表面測定工程として、Ｓ３０に示すように、エッチング工程後のセラミックス母材の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度をＥＰＭＡにより表面測定し、２．７Ａｔｏｍ％以下であるか確認する。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材の表面における任意の５箇所において測定している。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％以下であれば、セラミックス基板１１の製造が終了し、次工程へと移行する。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超える場合には、セラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程が施される。
【００２４】
次に、パワーモジュール用基板１の製造のための金属部材接合工程として、Ｓ４０に示すように、セラミックス基板１１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれの金属部材をロウ付けにより一体に接合する。
【００２５】
ここで、パワーモジュール用基板１のセラミックス基板１１の上下両面においては、Ｓ２０の表面処理工程で酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去されているため、接合時においてこれら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制されている。これにより、回路層１３及びセラミックス基板１１との接合面積と金属層１２及びセラミックス基板１１との接合面積とのそれぞれが充分に確保されている。以上のようにして、パワーモジュール用基板１を製造する。
【００２６】
尚、Ｓ３０の表面測定工程は、その測定結果が安定して２．７Ａｔｏｍ％以下に得られる場合には、省略してもよい。
また、Ｓ２０の表面処理工程は、Ｓ４０の金属部材接合工程の接合直前に行われることがより好ましい。
また、Ｓ３０の表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超えた場合に、前述のようにセラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程を施さずに、廃棄することとしてもよく、種々の要望・用途に対応して選択可能である。
【００２７】
以上のような構成のパワーモジュール用基板１は、セラミックス基板１１と金属部材との接合面積が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板１１から剥離することが抑制される。
【００２８】
このようにして製造されたパワーモジュール用基板１は、例えば図４に示すようなパワーモジュール３０に用いられる。このパワーモジュール３０は、上述のパワーモジュール用基板１と、電子部品１６と、冷却器３１と、放熱板３２とを備えている。
冷却器３１は、水冷式のヒートシンクであって、内部に冷媒である冷却水が流通する流路が形成されている。
放熱板３２は、平面視でほぼ矩形状の平板形状を有しており、例えばＡｌやＣｕ（銅）、ＡｌＳｉＣ（アルミシリコンカーバイド）、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）などで形成されている。
【００２９】
そして、放熱板３２は、熱伝導グリースなどを介して冷却器３１に対してネジ３３により固定されている。また、放熱板３２とパワーモジュール用基板１の金属層１２とは、ハンダ層３４により接合されている。なお、放熱板３２と金属層１２とは、ロウ付けにより接合されてもよい。このとき、パワーモジュール用基板１の製造時において、金属層１２、セラミックス基板１１及び回路層１３の積層体に放熱板３２をさらに積層した状態で各部材を一括してロウ付けしてもよい。また、パワーモジュール３０は、放熱板３２を設けずに冷却器３１の上面にパワーモジュール用基板１を設ける構成としてもよい。
【００３０】
このようなセラミックス基板１１、セラミックス基板１１の製造方法及びパワーモジュール用基板１の製造方法によれば、焼結後のセラミックス母材に対し表面処理工程を行うことで、セラミックス基板１１の上下両面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減される。これにより、金属層１２及び回路層１３それぞれとセラミックス基板１１とが、充分な強度で接合されるようになっている。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法について、図５を参照しながら説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。
尚、前述の第１の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
まず、Ｓｉ３Ｎ４からなり、焼成（焼結）された後のセラミックス母材２０を用意する。セラミックス母材２０の表面には、焼結時に生じたＳｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。このセラミックス母材２０の一面に、図５（ａ）に示すように、複数のスクライブライン２１を形成する。
【００３３】
ここでは、セラミックス母材２０の一面にレーザ光（エネルギー光）Ｌを照射することで、直線状のスクライブライン２１を形成する。このとき、レーザ光Ｌの照射によりセラミックス母材２０から飛散するヒューム２２が、スクライブライン２１の形成領域及びその近傍に付着する。このヒューム２２も、セラミックス母材２０がＳｉ３Ｎ４からなるため、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物で形成されている。
【００３４】
次いで、第１の表面処理として、セラミックス母材２０の上下両面にＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）粉末を噴き付けるブラスト処理を施す（図５（ｂ））。これにより、セラミックス母材２０の上下両面の平坦化を行うと共に、セラミックス母材２０の一面に付着しているヒューム２２を除去する。
【００３５】
次いで、第２の表面処理として、ヒューム２２を除去したセラミックス母材２０を、図５（ｃ）に示すように、フッ酸溶液からなるエッチング液Ｆに浸漬し、湿式エッチングする（エッチング工程）。このエッチング工程によって、セラミックス母材２０の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去される。
また図示しないが、エッチング工程後は、このセラミックス母材２０は蒸留水洗浄工程において洗浄され、乾燥工程においてエアブロー乾燥され、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄された後、乾燥雰囲気において保管される。
【００３６】
エッチング工程後のセラミックス母材２０の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡによる表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減されている。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材２０においてスクライブライン２１で区画される複数の領域それぞれで任意の５箇所において測定している。
【００３７】
次に、セラミックス母材２０をスクライブライン２１に沿って分割する（図５（ｄ））。このようにして、セラミックス基板４１が製造される。そして、製造したセラミックス基板４１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれをロウ付けにより接合する（図５（ｅ））。
【００３８】
ここで、表面処理によりセラミックス基板４１の上下両面において酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が除去されているため、接合時においてこれら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制される。これにより、回路層１３及びセラミックス基板４１との接合面積と金属層１２及びセラミックス基板４１との接合面積とのそれぞれが充分に確保される。以上のようにして、パワーモジュール用基板５１を製造する。
【００３９】
以上のような構成のパワーモジュール用基板５１は、セラミックス基板４１と金属部材との接合面積が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板４１から剥離することが抑制される。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、第２の実施形態のセラミックス基板の製造方法では、焼結後のセラミックス母材２０にスクライブライン２１を設け、スクライブライン２１の形成時に生じるヒューム２２を、ブラスト処理で除去することとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、スクライブライン２１の代わりにカッター等を用いてセラミックス母材２０を切断して複数のセラミックス基板４１とし、前述のブラスト処理を省略しても構わない。
【００４１】
また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の上下両面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下とすることとして説明したが、これに限らず、少なくとも金属部材が接合される表面部分における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が２．７Ａｔｏｍ％以下であればよい。すなわち、例えば、エッチング工程として湿式エッチングを用いずに、乾式エッチングを用いて金属部材の接合される表面部分のみ、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下としても構わない。
【００４２】
また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の一面を上面として回路層１３を接合しているが、一面を下面として金属層１２を接合する構成としてもよい。
また、セラミックス基板１１，４１と回路層１３または金属層１２とは、ロウ付け接合されていることとして説明したが、それ以外の方法により接合されていても構わない。
【００４３】
また第２の実施形態では、セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成した後に金属層１２及び回路層１３それぞれを接合しているが、スクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０に金属層１２及び回路層１３の少なくとも一方を接合した後に該セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成してもよい。
また、スクライブライン２１は、レーザ光Ｌを照射することで形成されているが、それ以外の他のエネルギー光の照射により形成されてもよい。
【００４４】
また、スクライブライン２１を形成した場合の第１の表面処理としては、粉末の噴き付けによるブラスト処理のほか、ホーニング処理などそれ以外の処理を用いても構わない。
また、金属層１２及び回路層１３それぞれは、アルミニウムで形成されていることとして説明したが、それ以外の金属材料で形成されていてもよい。
【００４５】
また、パワーモジュール用基板１，５１は、セラミックス基板１１，４１の下面に金属層１２を接合しているが、金属層１２を設けずにセラミックス基板１１，４１の下面に放熱板３２や冷却器３１を直接接合する構成としても構わない。
また、冷却器３１は、本実施形態の水冷式に限らずに、空冷式や他の液冷式であっても構わない。
【００４６】
また、セラミックス基板１１，４１は、Ｓｉを含有するＳｉ３Ｎ４からなるとして説明したが、これに限定されるものではなく、Ｓｉを含有するそれ以外の材料であっても構わない。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
[実施例]
実施例として、Ｓｉ３Ｎ４からなり製造元の異なるセラミックス基板１１を２枚用意し、これらセラミックス基板１１を、ＨＦ（フッ化水素）を４ｍｏｌ／Ｌ含有しフッ化物イオンＦ−を含む化合物「ＮＨ４Ｆ・ＨＦ」により調整された薬液からなるエッチング液に１時間浸漬してフッ酸処理を施した。フッ酸処理の後は、これらセラミックス基板１１を蒸留水洗浄し、エアブロー乾燥し、エタノールを用いて超音波洗浄を施した。そして各セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量を、ＥＰＭＡを用いた表面測定により夫々測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
[比較例]
比較例として、前記フッ酸処理を施さなかった以外は、実施例と同様にして測定を行った。結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１からわかるように、実施例においては、セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量（濃度）が０．４２Ａｔｏｍ％及び１．０５Ａｔｏｍ％となり、いずれも２．７Ａｔｏｍ％以下に抑えられていて、良好な値が得られた。
一方、比較例においては、セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量（濃度）が１．０２Ａｔｏｍ％及び４．３３Ａｔｏｍ％となり、２．７Ａｔｏｍ％を超える値が測定された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，５１ パワーモジュール用基板
１１，４１ セラミックス基板
１２ 金属層（金属部材）
１３ 回路層（金属部材）
１４，１５ ロウ材層
２０ セラミックス母材
Ｆ エッチング液
Ｓ１０ 焼結工程
Ｓ２０ 表面処理工程（エッチング工程）
Ｓ３０ 表面測定工程
Ｓ４０ 金属部材接合工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体チップなどの電子部品が実装されたパワーモジュールは、一般にＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化珪素）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）などからなるセラミックス基板と、該セラミックス基板の上面に配置された金属部材の回路層と、該セラミックス基板の下面に配置された金属部材の金属層とを有するパワーモジュール用基板を備え、該パワーモジュール用基板の回路層上に、発熱体である半導体チップを配設し、金属層の下面には冷却用のヒートシンクを配設している（特許文献１参照）。
【０００３】
そして、パワーモジュールは、半導体チップで発生した熱を、金属層を介してヒートシンク中の冷却水へ放散させる構成となっている。
ここで、セラミックス基板としてＡｌＮよりも高い曲げ強度を有するなど機械的特性に優れるＳｉ３Ｎ４を用いることにより、セラミックス基板の薄肉化が図れる。
【特許文献１】特開２００２−９２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のパワーモジュール用基板には、以下の課題が残されている。
例えば、Ｓｉを含有するＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス基板とＡｌ（アルミニウム）からなる金属部材とを用いてこれらを接合させた際に、セラミックス基板と金属部材との間で接合不良が発生することがある。
【０００５】
すなわち、セラミックス基板の接合する表面部分には、セラミックス基板を焼結した際に生じたＳｉＯ２（酸化シリコン）やシリコンの複合酸化物が存在しており、接合時において、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因したＳｉＯガスが発生し、セラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保できなくなる。そして、このような接合不良により、熱サイクル時において、セラミックス基板と金属部材との剥離が生じやすくなる。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められたセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち本発明に係るセラミックス基板は、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とする。
また本発明は、前述のセラミックス基板を製造する方法であって、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明のパワーモジュール用基板の製造方法は、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えて製造されたセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結した後、該セラミックス母材に表面処理が施されているので、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減されている。従って、このようにして製造されたセラミックス基板と金属部材とを接合した際に、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制され、これらセラミックス基板と金属部材との接合面積が充分に確保されるとともに、熱サイクル時におけるこれらセラミックス基板と金属部材との剥離が防止されて、接合信頼性が高められている。
【０００９】
また、本発明に係るセラミックス基板の製造方法において、前記表面処理には、フッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程が含まれることとしてもよい。
本発明によれば、焼結工程後の表面に酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が付着した状態のセラミックス基板に、表面処理としてフッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程を行うこととしているので、これら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物を精度よく除去することができる。よって、後工程におけるセラミックス基板と金属部材との接合強度が充分に確保される。
【００１０】
また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記金属部材として、アルミニウムを用いることとしてもよい。
本発明によれば、接合時において、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）と共にＳｉＯガスが発生することを抑制するので、セラミックス基板と金属部材とを充分な強度で接合することができる。すなわち、セラミックス基板と金属部材とを接合する際、セラミックス基板の表面に酸化シリコン又はシリコンの複合酸化物が存在すると、金属部材におけるセラミックス基板との界面及びその近傍にアルミニウムの酸化物であるアルミナが形成されると共に一酸化珪素ガスが発生するのだが、セラミックス基板の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が表面処理により良好に除去されているので、接合時における一酸化珪素ガスの発生が抑制されている。
【００１１】
また、本発明に係るパワーモジュール用基板の製造方法において、前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることとしてもよい。
本発明では、セラミックス基板と金属部材とをロウ付けにより接合することとしている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法によれば、Ｓｉを含有してなるセラミックス基板と金属部材とを接合させた際に充分な接合強度が得られ、熱サイクル時における接合信頼性が高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明によるセラミックス基板、セラミックス基板の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表、図３は本発明の第１の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャート、図４は本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態におけるパワーモジュール用基板１は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の下面に配置された金属層（金属部材）１２と、セラミックス基板１１の上面に配置された複数の回路層（金属部材）１３とを備えている。すなわち、セラミックス基板１１を上下面から挟むようにして、表面に金属部材が接合された構成とされている。
【００１６】
セラミックス基板１１は、Ｓｉ（珪素）を含有してなるＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）からなり、板状に形成されている。
また、セラミックス基板１１の上下面それぞれにおける酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）を用いた表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下となっている。
【００１７】
ここで、ＥＰＭＡを用いた表面測定方法について、図２を参照しながら説明する。
なお、図２に示す定量分析結果は、表面測定方法を説明するために使用する一例である。
本実施形態では、ＪＥＯＬ社製のＪＸＡ−８６００を用いており、動作圧力を１．３×１０−３Ｐａ、加速電圧を１５．０ｋＶ、プローブに供給する電流を５．０×１０−８Ａとしている。また、セラミックス基板１１の表面には、膜厚が１００ｎｍ未満であるＡｕ膜が蒸着により形成されている。
【００１８】
まず、上記条件でセラミックス基板１１の表面を定量分析する（図２（ａ）に示すＡ）。そして、定量分析により検出された元素のうちＣ（炭素）とＡｕ（金）の検出量を０とする（図２（ａ）に示すＢ）。さらに、ＣとＡｕとを除く他の元素の検出量の和が１００Ａｔｏｍ％となるように換算する（図２（ａ）に示すＣ）。
次に、Ｓｉ（シリコン）以外の金属元素が最も一般的な酸化物とフッ化物（例えばＡｌ（アルミニウム）の場合Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）とＡｌＦ３（フッ化アルミニウム）、Ｙ（イットリウム）の場合Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）とＹＦ３（フッ化イットリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）の場合ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、Ｅｒ（エルビウム）の場合Ｅｒ２Ｏ３（酸化エルビウム）とＥｒＦ３（フッ化エルビウム）など）として存在していると仮定する。さらに、その金属元素Ｍの酸化物の化学式がＭＯｘ、フッ化物の化学式がＭＦｙと書かれるとき、酸化物とフッ化物の存在比はＡｔｏｍ％単位での（換算したＯの原子量／ｘ）：（換算したＦの原子量／ｙ）に等しいと仮定する。このときのＳｉ以外の金属元素に結合しているＯ（酸素）の量を「（換算した金属元素の原子量）×ｘ×（換算したＯの原子量）／{（換算したＯの原子量）＋（換算したＦの原子量）}」の式で算出する（図２（ｂ））。
このように定義した理由は、ＳｉＯ２以外の焼結助剤に含まれる酸化物もフッ酸と反応してフッ化物を形成することを考慮したためである。
【００１９】
続いて、換算したＯの原子量とＳｉ以外の金属元素に結合しているＯの原子量との差を算出する。そして、算出したＯの全量がＳｉと結合してＳｉＯ２を構成しているものとし、算出したＯの原子量に１．５を乗じて得た値をセラミックス基板１１の表面におけるＳｉＯ２濃度とする。例えば、図２に示す定量分析結果例では、ＳｉＯ２濃度が０．１９８Ａｔｏｍ％となる。
なお、ＥＰＭＡを用いた表面測定は、セラミックス基板１１の表面における任意の５箇所において測定している。ここで、表面測定は、５点測定に限らず、１０点測定や他の複数個所であってもよい。
【００２０】
金属層１２は、例えばＡｌ（アルミニウム）などの高熱伝導率を有する金属により形成されており、ロウ材層１４によりセラミックス基板１１に接合されている。
回路層１３は、金属層１２と同様に例えばＡｌなどの高熱伝導率を有する金属により形成されており、間隔を適宜あけて配置されることで回路を構成する。そして、回路層１３は、ロウ材層１５によりセラミックス基板１１に接合されている。
また、回路層１３の上面には、電子部品１６がハンダ層１７により固着されている。電子部品１６としては、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワーデバイスが挙げられる。
【００２１】
次に、以上のような構成のパワーモジュール用基板１の製造方法について、図３を参照しながら説明する。
まず、セラミックス基板１１の基材であり、該セラミックス基板１１と略同形状のＳｉ３Ｎ４からなるセラミックス母材を用意し、このセラミックス母材を、Ｓ１０に示すように焼成（焼結）する（焼結工程）。焼結後のセラミックス母材の表面には、焼結時に生じたＳｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。
【００２２】
次いで、表面処理工程として、Ｓ２０に示すように、このセラミックス母材を、フッ化物イオンを含む酸性溶液（以下「フッ酸溶液」と省略する）からなるエッチング液に浸漬し、湿式エッチングする（エッチング工程）。このエッチング工程によって、セラミックス母材の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去される。
また図示しないが、エッチング工程後は、このセラミックス母材は蒸留水洗浄工程において洗浄され、乾燥工程においてエアブロー乾燥され、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄される。
【００２３】
次いで、表面測定工程として、Ｓ３０に示すように、エッチング工程後のセラミックス母材の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度をＥＰＭＡにより表面測定し、２．７Ａｔｏｍ％以下であるか確認する。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材の表面における任意の５箇所において測定している。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％以下であれば、セラミックス基板１１の製造が終了し、次工程へと移行する。
表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超える場合には、セラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程が施される。
【００２４】
次に、パワーモジュール用基板１の製造のための金属部材接合工程として、Ｓ４０に示すように、セラミックス基板１１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれの金属部材をロウ付けにより一体に接合する。
【００２５】
ここで、パワーモジュール用基板１のセラミックス基板１１の上下両面においては、Ｓ２０の表面処理工程で酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去されているため、接合時においてこれら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制されている。これにより、回路層１３及びセラミックス基板１１との接合面積と金属層１２及びセラミックス基板１１との接合面積とのそれぞれが充分に確保されている。以上のようにして、パワーモジュール用基板１を製造する。
【００２６】
尚、Ｓ３０の表面測定工程は、その測定結果が安定して２．７Ａｔｏｍ％以下に得られる場合には、省略してもよい。
また、Ｓ２０の表面処理工程は、Ｓ４０の金属部材接合工程の接合直前に行われることがより好ましい。
また、Ｓ３０の表面測定工程の結果が２．７Ａｔｏｍ％を超えた場合に、前述のようにセラミックス母材に再度Ｓ２０の表面処理工程を施さずに、廃棄することとしてもよく、種々の要望・用途に対応して選択可能である。
【００２７】
以上のような構成のパワーモジュール用基板１は、セラミックス基板１１と金属部材との接合面積が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板１１から剥離することが抑制される。
【００２８】
このようにして製造されたパワーモジュール用基板１は、例えば図４に示すようなパワーモジュール３０に用いられる。このパワーモジュール３０は、上述のパワーモジュール用基板１と、電子部品１６と、冷却器３１と、放熱板３２とを備えている。
冷却器３１は、水冷式のヒートシンクであって、内部に冷媒である冷却水が流通する流路が形成されている。
放熱板３２は、平面視でほぼ矩形状の平板形状を有しており、例えばＡｌやＣｕ（銅）、ＡｌＳｉＣ（アルミシリコンカーバイド）、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）などで形成されている。
【００２９】
そして、放熱板３２は、熱伝導グリースなどを介して冷却器３１に対してネジ３３により固定されている。また、放熱板３２とパワーモジュール用基板１の金属層１２とは、ハンダ層３４により接合されている。なお、放熱板３２と金属層１２とは、ロウ付けにより接合されてもよい。このとき、パワーモジュール用基板１の製造時において、金属層１２、セラミックス基板１１及び回路層１３の積層体に放熱板３２をさらに積層した状態で各部材を一括してロウ付けしてもよい。また、パワーモジュール３０は、放熱板３２を設けずに冷却器３１の上面にパワーモジュール用基板１を設ける構成としてもよい。
【００３０】
このようなセラミックス基板１１、セラミックス基板１１の製造方法及びパワーモジュール用基板１の製造方法によれば、焼結後のセラミックス母材に対し表面処理工程を行うことで、セラミックス基板１１の上下両面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減される。これにより、金属層１２及び回路層１３それぞれとセラミックス基板１１とが、充分な強度で接合されるようになっている。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法について、図５を参照しながら説明する。
図５は本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。
尚、前述の第１の実施形態と同一部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
まず、Ｓｉ３Ｎ４からなり、焼成（焼結）された後のセラミックス母材２０を用意する。セラミックス母材２０の表面には、焼結時に生じたＳｉからなる酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が存在している。このセラミックス母材２０の一面に、図５（ａ）に示すように、複数のスクライブライン２１を形成する。
【００３３】
ここでは、セラミックス母材２０の一面にレーザ光（エネルギー光）Ｌを照射することで、直線状のスクライブライン２１を形成する。このとき、レーザ光Ｌの照射によりセラミックス母材２０から飛散するヒューム２２が、スクライブライン２１の形成領域及びその近傍に付着する。このヒューム２２も、セラミックス母材２０がＳｉ３Ｎ４からなるため、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物で形成されている。
【００３４】
次いで、第１の表面処理として、セラミックス母材２０の上下両面にＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）粉末を噴き付けるブラスト処理を施す（図５（ｂ））。これにより、セラミックス母材２０の上下両面の平坦化を行うと共に、セラミックス母材２０の一面に付着しているヒューム２２を除去する。
【００３５】
次いで、第２の表面処理として、ヒューム２２を除去したセラミックス母材２０を、図５（ｃ）に示すように、フッ酸溶液からなるエッチング液Ｆに浸漬し、湿式エッチングする（エッチング工程）。このエッチング工程によって、セラミックス母材２０の表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が精度よく除去される。
また図示しないが、エッチング工程後は、このセラミックス母材２０は蒸留水洗浄工程において洗浄され、乾燥工程においてエアブロー乾燥され、さらにエタノールを用いた超音波洗浄工程において洗浄された後、乾燥雰囲気において保管される。
【００３６】
エッチング工程後のセラミックス母材２０の表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度は、ＥＰＭＡによる表面測定において２．７Ａｔｏｍ％以下にまで低減されている。なお、ＥＰＭＡによる表面測定方法は、上述と同様である。また、ＥＰＭＡによる表面測定は、セラミックス母材２０においてスクライブライン２１で区画される複数の領域それぞれで任意の５箇所において測定している。
【００３７】
次に、セラミックス母材２０をスクライブライン２１に沿って分割する（図５（ｄ））。このようにして、セラミックス基板４１が製造される。そして、製造したセラミックス基板４１の上下両面に、金属層１２及び回路層１３それぞれをロウ付けにより接合する（図５（ｅ））。
【００３８】
ここで、表面処理によりセラミックス基板４１の上下両面において酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物が除去されているため、接合時においてこれら酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物に起因するＳｉＯ（一酸化珪素）ガスの発生が抑制される。これにより、回路層１３及びセラミックス基板４１との接合面積と金属層１２及びセラミックス基板４１との接合面積とのそれぞれが充分に確保される。以上のようにして、パワーモジュール用基板５１を製造する。
【００３９】
以上のような構成のパワーモジュール用基板５１は、セラミックス基板４１と金属部材との接合面積が充分に確保されているため、温度サイクル試験における例えば１０００サイクル程度までの間に、回路層１３や金属層１２がセラミックス基板４１から剥離することが抑制される。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、第２の実施形態のセラミックス基板の製造方法では、焼結後のセラミックス母材２０にスクライブライン２１を設け、スクライブライン２１の形成時に生じるヒューム２２を、ブラスト処理で除去することとして説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、スクライブライン２１の代わりにカッター等を用いてセラミックス母材２０を切断して複数のセラミックス基板４１とし、前述のブラスト処理を省略しても構わない。
【００４１】
また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の上下両面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下とすることとして説明したが、これに限らず、少なくとも金属部材が接合される表面部分における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が２．７Ａｔｏｍ％以下であればよい。すなわち、例えば、エッチング工程として湿式エッチングを用いずに、乾式エッチングを用いて金属部材の接合される表面部分のみ、酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を２．７Ａｔｏｍ％以下としても構わない。
【００４２】
また第１、第２の実施形態では、セラミックス基板１１，４１の一面を上面として回路層１３を接合しているが、一面を下面として金属層１２を接合する構成としてもよい。
また、セラミックス基板１１，４１と回路層１３または金属層１２とは、ロウ付け接合されていることとして説明したが、それ以外の方法により接合されていても構わない。
【００４３】
また第２の実施形態では、セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成した後に金属層１２及び回路層１３それぞれを接合しているが、スクライブライン２１が形成されたセラミックス母材２０に金属層１２及び回路層１３の少なくとも一方を接合した後に該セラミックス母材２０を分割してセラミックス基板４１を形成してもよい。
また、スクライブライン２１は、レーザ光Ｌを照射することで形成されているが、それ以外の他のエネルギー光の照射により形成されてもよい。
【００４４】
また、スクライブライン２１を形成した場合の第１の表面処理としては、粉末の噴き付けによるブラスト処理のほか、ホーニング処理などそれ以外の処理を用いても構わない。
また、金属層１２及び回路層１３それぞれは、アルミニウムで形成されていることとして説明したが、それ以外の金属材料で形成されていてもよい。
【００４５】
また、パワーモジュール用基板１，５１は、セラミックス基板１１，４１の下面に金属層１２を接合しているが、金属層１２を設けずにセラミックス基板１１，４１の下面に放熱板３２や冷却器３１を直接接合する構成としても構わない。
また、冷却器３１は、本実施形態の水冷式に限らずに、空冷式や他の液冷式であっても構わない。
【００４６】
また、セラミックス基板１１，４１は、Ｓｉを含有するＳｉ３Ｎ４からなるとして説明したが、これに限定されるものではなく、Ｓｉを含有するそれ以外の材料であっても構わない。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４８】
[実施例]
実施例として、Ｓｉ３Ｎ４からなり製造元の異なるセラミックス基板１１を２枚用意し、これらセラミックス基板１１を、ＨＦ（フッ化水素）を４ｍｏｌ／Ｌ含有しフッ化物イオンＦ−を含む化合物「ＮＨ４Ｆ・ＨＦ」により調整された薬液からなるエッチング液に１時間浸漬してフッ酸処理を施した。フッ酸処理の後は、これらセラミックス基板１１を蒸留水洗浄し、エアブロー乾燥し、エタノールを用いて超音波洗浄を施した。そして各セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量を、ＥＰＭＡを用いた表面測定により夫々測定した。結果を表１に示す。
【００４９】
[比較例]
比較例として、前記フッ酸処理を施さなかった以外は、実施例と同様にして測定を行った。結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１からわかるように、実施例においては、セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量（濃度）が０．４２Ａｔｏｍ％及び１．０５Ａｔｏｍ％となり、いずれも２．７Ａｔｏｍ％以下に抑えられていて、良好な値が得られた。
一方、比較例においては、セラミックス基板１１の表面における平均ＳｉＯ２量（濃度）が１．０２Ａｔｏｍ％及び４．３３Ａｔｏｍ％となり、２．７Ａｔｏｍ％を超える値が測定された。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板に用いるセラミックス基板を電子プローブマイクロアナライザにより定量分析した結果を示す表である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパワーモジュール用基板を備えるパワーモジュールの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパワーモジュール用基板の製造方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，５１ パワーモジュール用基板
１１，４１ セラミックス基板
１２ 金属層（金属部材）
１３ 回路層（金属部材）
１４，１５ ロウ材層
２０ セラミックス母材
Ｆ エッチング液
Ｓ１０ 焼結工程
Ｓ２０ 表面処理工程（エッチング工程）
Ｓ３０ 表面測定工程
Ｓ４０ 金属部材接合工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、
基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とするセラミックス基板。
【請求項２】
Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、
前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミックス基板の製造方法であって、
前記表面処理には、フッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程が含まれることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
【請求項４】
Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えて製造されたセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属部材として、アルミニウムを用いることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項１】
Ｓｉを含有してなるセラミックス基板であって、
基板表面における酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度が、電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下に設定されていることを特徴とするセラミックス基板。
【請求項２】
Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、
前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミックス基板の製造方法であって、
前記表面処理には、フッ化物イオンを含む酸性溶液を用いたエッチング工程が含まれることを特徴とするセラミックス基板の製造方法。
【請求項４】
Ｓｉを含有するセラミックス母材を焼結する工程と、前記セラミックス母材に表面処理を施して、表面の酸化シリコン及びシリコンの複合酸化物の濃度を電子プローブマイクロアナライザを用いた表面測定で２．７Ａｔｏｍ％以下とする工程と、を備えて製造されたセラミックス基板に、金属部材を接合することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記金属部材として、アルミニウムを用いることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載のパワーモジュール用基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板と前記金属部材との接合が、ロウ付けで行われることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２３１３８８（Ｐ２００９−２３１３８８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７２５０９（Ｐ２００８−７２５０９）
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１９日（２００８．３．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]