金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材
【課題】耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板に使用するろう材を提供する。
【解決手段】 ０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練することによって作製したペースト状ろう材をセラミックス基板に塗布した後、ろう材の上に金属板を配置して加熱することによって、ろう材を介して金属板をセラミックス基板に接合して金属−セラミックス接合基板を製造する。
【解決手段】 ０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練することによって作製したペースト状ろう材をセラミックス基板に塗布した後、ろう材の上に金属板を配置して加熱することによって、ろう材を介して金属板をセラミックス基板に接合して金属−セラミックス接合基板を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材に関し、特に、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するためにパワーモジュールが使用されており、パワーモジュールには、セラミックス基板の両面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板が使用されている。このような金属−セラミックス接合基板の一方の面（裏面、放熱面）には、比較的厚い銅板などの放熱板（ベ−ス板）が半田付けにより固定されており、他方の面（上面）には、半導体チップが半田付けにより固定されている。
【０００３】
また、金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板として、軽量且つ高硬度で、電気絶縁性、耐熱性、耐食性などに優れた窒化物系セラミックス材料などからなる基板が使用されている。また、銅板などの金属板と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板などのセラミックス基板との間に、活性金属を含むろう材を介在させて、加熱処理により金属板とセラミックス基板を接合する方法（活性金属法）（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１７７６３４号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境汚染の防止の観点から、従来のＰｂ入り半田（鉛を含む半田）の代わりにＰｂフリ−半田（実質的に鉛を含まない半田）が使用されており、金属−セラミックス接合基板においても半導体チップを固定するためにＰｂフリー半田が使用され始めている。しかし、パワーモジュールなどに使用する金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）に金属ベース板（放熱板）を固定するためにＰｂフリ−半田を使用すると、金属−セラミックス接合基板（特に銅や銅合金からなる金属板をセラミックス基板に接合した銅−セラミックス接合基板）への熱衝撃時の応力が大きくなって、セラミックス基板にクラックが生じるという問題があり、また、金属−セラミックス接合基板に繰り返しヒートサイクルが加えられた後に半田にクラックが生じるという問題もある。これは、Ｐｂフリ−半田が従来の半田に比べて硬いので、半田の塑性変形による応力緩和の効果が小さいためであると考えられる。そのため、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田やセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができる金属−セラミックス接合基板が望まれている。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板に使用するろう材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】
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、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用することにより、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板を製造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。
【０００８】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用す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、粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であるのが好ましく、粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であるのがさらに好ましい。
【０００９】
また、本発明によるろう材は、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体がビヒクルに添加されて混練されたことを特徴とする。このろう材において、粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であるのが好ましく、粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であるのがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板に使用するろう材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態は、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練することによって作製したペースト状ろう材をセラミックス基板に塗布した後、ろう材の上に金属板を配置して加熱することによって、ろう材を介して金属板をセラミックス基板に接合して製造される。
【００１２】
ビヒクルに添加される粉体中のＡｇの量は、６０質量％未満であると、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれて融点が高くなり、エネルギーコストや熱応力が大きくなったり、ろう材中のボイドなどの接合欠陥が増大するおそれがあるので、６０〜９９質量％であるのが好ましく、７０〜９５質量％であるのがさらに好ましく、８０〜９５質量％であるのが最も好ましい。
【００１３】
また、粉体中のＣｕの量は、４０質量％を超えると、上述したように、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれて融点が高くなり、エネルギーコストや熱応力が大きくなったり、ろう材中のボイドなどの接合欠陥が増大するおそれがあるので、０〜４０質量％であるのが好ましく、１〜３５質量％であるのがさらに好ましく、５〜３５質量％であるのが最も好ましい。なお、粉体中にＣｕを含まない場合や粉体中に含まれるＣｕの量が少な過ぎる場合にも、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれてろう材の融点が高くなるが、Ａｇの融点である９６０℃以下に抑えることができ、また、セラミックス基板に接合する金属板がＣｕやＡｌなどの成分を含む場合には、セラミックス基板を金属板に接合する際にろう材がその成分と反応して、ろう材の融点より低い温度で溶融する場合が多いので、そのような場合には上記のような問題はない。
【００１４】
また、活性金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの少なくとも一種の金属またはその水素化合物を使用することができる。粉体中の活性金属の量は、０．５質量％未満では金属板とセラミックス基板の間に生成される窒化物層が少なくなって接着強度が非常に弱くなり、一方、４．５質量％を超えると接着強度が高くなるが接合後に半田やセラミックス基板にクラックが生じ易くなるので、０．５〜４．５質量％であるのが好ましく、１〜３質量％であるのがさらに好ましく、１〜２質量％であるのが最も好ましい。
【００１５】
また、酸化チタンの形態は、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２などのいずれの形態でもよい。粉体中の酸化チタンの量は、２質量％を超えると金属板をセラミックス基板に接合させるのが困難になるので、０〜２質量％であるのが好ましい。また、酸化チタンは結晶質でも非晶質でもよい。なお、ろう材中に酸化チタンと酸化ジルコニウムを共存させると、金属−セラミックス接合基板の金属とセラミックスに発生する熱応力を著しく緩和する作用があるので、０．２〜１重量％の酸化チタンを添加するのがさらに好ましく、０．２〜０．９重量％の酸化チタンを添加するのが最も好ましい。
【００１６】
さらに、酸化ジルコニウムの形態は、ＺｒＯやＺｒＯ２などのいずれの形態でもよい。粉体中の酸化ジルコニウムの量は、０．１質量％未満では、耐ヒートサイクル性、抗折強度、たわみ量、通炉耐量、絶縁抵抗、部分放電性などの特性に優れた金属−セラミックス接合基板を製造することができず、一方、５質量％を超えると金属板をセラミックス基板に接合させるのが困難になるので、０．１〜５質量％であるのが好ましく、０．２〜５質量％であるのがさらに好ましく、０．２〜１質量％であるのが最も好ましい。この範囲の量の酸化ジルコニウムを含むろう材を使用することによって上記のような特性が向上する理由は明確ではないが、破壊靱性値が高い酸化ジルコニウムがろう材に含まれることにより、金属−セラミックス接合基板に繰り返しヒートサイクルが加えられた時に銅板などの金属板の伸縮時による応力を緩和して、金属−セラミックス接合基板への影響を低減することができるためであると考えられる。また、酸化ジルコニウムは結晶質でも非晶質でもよく、その結晶系は、立方晶、正方晶、斜方晶系のいずれでもよい。
【００１７】
なお、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により、ろう材の断面の組成分布観察を行ったところ、ろう材中の酸化ジルコニウムは活性金属と結合して均一に分散されていた。また、ろう材に酸化ジルコニウムを添加していない場合には、活性金属がセラミックス基板の表面付近に層になって濃縮していた。この活性金属の層は脆い層であり、ろう材中に酸化ジルコニウムを添加したり、酸化ジルコニウムと酸化チタンを添加することによって、ろう材中の酸化ジルコニウムと活性金属が結合して、活性金属の脆い層がなくなるか、あるいは薄くなって、耐ヒートサイクル性、抗折強度、たわみ量、通炉耐量などの特性を向上させることができると考えられる。なお、理由は明確ではないが、ろう材中に酸化ジルコニウムを添加したり、酸化ジルコニウムと酸化チタンを添加することによって、絶縁抵抗や部分放電性も向上させることができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材の実施例について詳細に説明する。
【００１９】
［実施例１］
固形分として、９２．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体１００重量部に、１２．２重量部のビヒクル（アクリル系のバインダと溶剤を含むビヒクル）を添加して混練することによって、ペースト状のろう材を作製した。このろう材ペーストを４６ｍｍ×４３ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板（セラミックス基板）の両面の全体に塗布した後、このろう材ペーストを介してセラミックス基板の各々の面に厚さ０．３ｍｍの銅板（金属板）を重ねて接合炉に入れ、８３５℃に加熱して金属板をセラミックス基板に接合した。その後、金属板上に所定の回路パターン形状のエッチングレジストを形成し、薬液で不要な金属およびろう材を除去し、エッチングレジストを除去することにより、所定の回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。
【００２０】
本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、通炉処理（還元雰囲気（水素／窒素＝２０／８０）下において４００℃で２分間加熱した後に室温まで冷却する処理）を繰り返し、通炉耐量（通炉回数）により、信頼性を評価した。すなわち、通炉処理後にセラミックス基板にクラックが発生するか否かを拡大鏡で外観検査して、クラックが発生したときの通炉処理の回数の直前の通炉処理の回数を通炉耐量（通炉回数）とし、この通炉耐量によって、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、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルの通炉耐量（通炉回数）は、最小値、最大値およびの平均値がいずれも１５回であった。
【００２１】
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、負荷速度（クロスヘッドスピード）０．５ｍｍ／分、スパン間距離３０ｍｍの測定条件で、初期および通炉３回後（還元雰囲気（水素／窒素＝２０／８０）下において３７０℃で２分間加熱した後に室温まで冷却する処理を３回繰り返した後）の３点曲げ抗折強度を測定した。この通炉後の３点曲げ抗折強度が高い程、金属−セラミックス接合基板の耐ヒートサイクル性が高い。その結果、初期抗折強度は７０１ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は３７１ＭＰａであった。
【００２２】
また、この３点曲げ抗折強度の際に金属−セラミックス接合基板が破壊された時の金属板のたわみ量を測定したところ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２２ｍｍであった。
【００２３】
［比較例］
酸化ジルコニウムの代わりに酸化チタンを使用した以外、すなわち、９２．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は７回、最大値は１０回、平均値は７．６回であり、初期抗折強度は７０７ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は３０７ＭＰａ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．１９ｍｍであった。
【００２４】
［実施例２］
９１．８質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．２質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は１５回、最大値は３５回、平均値は２５回であり、初期抗折強度は７１２ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４４０ＭＰａ、初期たわみ量は０．４２ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２５ｍｍであった。
【００２５】
［実施例３］
９１．５質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２５回、最大値は４０回、平均値は３４回であり、初期抗折強度は７３５ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５８５ＭＰａ、初期たわみ量は０．４３ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３２ｍｍであった。
【００２６】
［実施例４］
９１．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、１．０質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２５回、最大値は３５回、平均値は３１回であり、初期抗折強度は６７０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５８４ＭＰａ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３４ｍｍであった。
【００２７】
［実施例５］
８７．６質量％のＡｇ粉と、５．７質量％のＣｕ粉と、１．４質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、４．８質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３５回、平均値は２７回であり、初期抗折強度は６６０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５９０ＭＰａ、初期たわみ量は０．４２ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３２ｍｍであった。
【００２８】
［実施例６］
８１．４質量％のＡｇ粉と、１６．１質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３０回、平均値は２５回であり、初期抗折強度は６６４ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４２６ＭＰａ、初期たわみ量は０．３９ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２５ｍｍであった。
【００２９】
［実施例７］
７０．０質量％のＡｇ粉と、２７．０質量％のＣｕ粉と、２．０質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は１５回、最大値は２５回、平均値は２２回であり、初期抗折強度は６５２ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４０３ＭＰａ、初期たわみ量は０．３８ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２２ｍｍであった。
【００３０】
［実施例８］
９１．１質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．９質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３０回、平均値は２６回であり、初期抗折強度は６７０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４３０ＭＰａ、初期たわみ量は０．３９ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２８ｍｍであった。
【００３１】
実施例１〜８および比較例において使用したろう材に添加する粉体の組成および製造した金属−セラミックス接合基板についての試験結果をそれぞれ表１および表２に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２からわかるように、実施例１〜８の金属−セラミックス接合基板では、比較例の金属−セラミックス接合基板と比べて、通炉耐量が２〜５倍以上であり、通炉３回後の抗折強度やたわみ量が極めて高くなっている。また、実施例１のように酸化物として酸化チタンを添加せずに酸化ジルコニウムだけを添加した場合でも、比較例のように酸化ジルコニウムを添加せずに酸化チタンを添加した場合と比べて、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量を向上させることができるが、実施例２〜８のように酸化チタンと酸化ジルコニウムの両方を添加すると、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度と通炉耐量をそれぞれ図１および図２に示す。これらの図に示すように、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量は、微量の酸化ジルコニウムを添加することによって向上し、酸化ジルコニウムの添加量が０．５質量％のときにピークに達し、その後は飽和または微減している。特に、０．５質量％以上の酸化ジルコニウムを添加した場合、比較例の金属−セラミックス接合基板と比較して、通炉耐量が３〜５倍になり、通炉３回後の抗折強度が２倍近くまで高くなっている。
【００３６】
また、実施例６および７では、Ａｇの量を減らして、Ｃｕの量を増やしているが、比較例と比べて、通炉耐量が３倍以上になり、通炉３回後の抗折強度が１００ＭＰａ以上高くなっている。
【００３７】
［実施例９］
実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルについて部分放電測定試験を行った。この部分放電測定試験では、それぞれのサンプルを絶縁油中に配置して交流電圧を印加し、放電電荷１０Ｐｃを越えた時点の印加電圧を部分放電開始電圧とした。その結果を図３に示す。図３に示すように、実施例３で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧は、比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧の約２倍になっている。
【００３８】
［実施例１０］
実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルをそれぞれ１２５℃に加熱して絶縁抵抗測定試験を行った。その結果を図４に示す。図４に示すように、実施例３で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの絶縁抵抗は、比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの絶縁抵抗の１０倍程度に高くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度を示すグラフである。
【図２】実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する通炉耐量を示すグラフである。
【図３】実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧を示すグラフである。
【図４】実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルを１２５℃に加熱したときの絶縁抵抗を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材に関し、特に、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するためにパワーモジュールが使用されており、パワーモジュールには、セラミックス基板の両面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板が使用されている。このような金属−セラミックス接合基板の一方の面（裏面、放熱面）には、比較的厚い銅板などの放熱板（ベ−ス板）が半田付けにより固定されており、他方の面（上面）には、半導体チップが半田付けにより固定されている。
【０００３】
また、金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板として、軽量且つ高硬度で、電気絶縁性、耐熱性、耐食性などに優れた窒化物系セラミックス材料などからなる基板が使用されている。また、銅板などの金属板と窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板などのセラミックス基板との間に、活性金属を含むろう材を介在させて、加熱処理により金属板とセラミックス基板を接合する方法（活性金属法）（例えば、特許文献１参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−１７７６３４号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境汚染の防止の観点から、従来のＰｂ入り半田（鉛を含む半田）の代わりにＰｂフリ−半田（実質的に鉛を含まない半田）が使用されており、金属−セラミックス接合基板においても半導体チップを固定するためにＰｂフリー半田が使用され始めている。しかし、パワーモジュールなどに使用する金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）に金属ベース板（放熱板）を固定するためにＰｂフリ−半田を使用すると、金属−セラミックス接合基板（特に銅や銅合金からなる金属板をセラミックス基板に接合した銅−セラミックス接合基板）への熱衝撃時の応力が大きくなって、セラミックス基板にクラックが生じるという問題があり、また、金属−セラミックス接合基板に繰り返しヒートサイクルが加えられた後に半田にクラックが生じるという問題もある。これは、Ｐｂフリ−半田が従来の半田に比べて硬いので、半田の塑性変形による応力緩和の効果が小さいためであると考えられる。そのため、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田やセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができる金属−セラミックス接合基板が望まれている。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板に使用するろう材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】
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、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用することにより、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板を製造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。
【０００８】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用す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、粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であるのが好ましく、粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であるのがさらに好ましい。
【０００９】
また、本発明によるろう材は、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体がビヒクルに添加されて混練されたことを特徴とする。このろう材において、粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であるのが好ましく、粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であるのがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐ヒートサイクル性に優れた金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板に使用するろう材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態は、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練することによって作製したペースト状ろう材をセラミックス基板に塗布した後、ろう材の上に金属板を配置して加熱することによって、ろう材を介して金属板をセラミックス基板に接合して製造される。
【００１２】
ビヒクルに添加される粉体中のＡｇの量は、６０質量％未満であると、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれて融点が高くなり、エネルギーコストや熱応力が大きくなったり、ろう材中のボイドなどの接合欠陥が増大するおそれがあるので、６０〜９９質量％であるのが好ましく、７０〜９５質量％であるのがさらに好ましく、８０〜９５質量％であるのが最も好ましい。
【００１３】
また、粉体中のＣｕの量は、４０質量％を超えると、上述したように、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれて融点が高くなり、エネルギーコストや熱応力が大きくなったり、ろう材中のボイドなどの接合欠陥が増大するおそれがあるので、０〜４０質量％であるのが好ましく、１〜３５質量％であるのがさらに好ましく、５〜３５質量％であるのが最も好ましい。なお、粉体中にＣｕを含まない場合や粉体中に含まれるＣｕの量が少な過ぎる場合にも、ＡｇとＣｕとの共晶点から大きくはずれてろう材の融点が高くなるが、Ａｇの融点である９６０℃以下に抑えることができ、また、セラミックス基板に接合する金属板がＣｕやＡｌなどの成分を含む場合には、セラミックス基板を金属板に接合する際にろう材がその成分と反応して、ろう材の融点より低い温度で溶融する場合が多いので、そのような場合には上記のような問題はない。
【００１４】
また、活性金属としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの少なくとも一種の金属またはその水素化合物を使用することができる。粉体中の活性金属の量は、０．５質量％未満では金属板とセラミックス基板の間に生成される窒化物層が少なくなって接着強度が非常に弱くなり、一方、４．５質量％を超えると接着強度が高くなるが接合後に半田やセラミックス基板にクラックが生じ易くなるので、０．５〜４．５質量％であるのが好ましく、１〜３質量％であるのがさらに好ましく、１〜２質量％であるのが最も好ましい。
【００１５】
また、酸化チタンの形態は、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２などのいずれの形態でもよい。粉体中の酸化チタンの量は、２質量％を超えると金属板をセラミックス基板に接合させるのが困難になるので、０〜２質量％であるのが好ましい。また、酸化チタンは結晶質でも非晶質でもよい。なお、ろう材中に酸化チタンと酸化ジルコニウムを共存させると、金属−セラミックス接合基板の金属とセラミックスに発生する熱応力を著しく緩和する作用があるので、０．２〜１重量％の酸化チタンを添加するのがさらに好ましく、０．２〜０．９重量％の酸化チタンを添加するのが最も好ましい。
【００１６】
さらに、酸化ジルコニウムの形態は、ＺｒＯやＺｒＯ２などのいずれの形態でもよい。粉体中の酸化ジルコニウムの量は、０．１質量％未満では、耐ヒートサイクル性、抗折強度、たわみ量、通炉耐量、絶縁抵抗、部分放電性などの特性に優れた金属−セラミックス接合基板を製造することができず、一方、５質量％を超えると金属板をセラミックス基板に接合させるのが困難になるので、０．１〜５質量％であるのが好ましく、０．２〜５質量％であるのがさらに好ましく、０．２〜１質量％であるのが最も好ましい。この範囲の量の酸化ジルコニウムを含むろう材を使用することによって上記のような特性が向上する理由は明確ではないが、破壊靱性値が高い酸化ジルコニウムがろう材に含まれることにより、金属−セラミックス接合基板に繰り返しヒートサイクルが加えられた時に銅板などの金属板の伸縮時による応力を緩和して、金属−セラミックス接合基板への影響を低減することができるためであると考えられる。また、酸化ジルコニウムは結晶質でも非晶質でもよく、その結晶系は、立方晶、正方晶、斜方晶系のいずれでもよい。
【００１７】
なお、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により、ろう材の断面の組成分布観察を行ったところ、ろう材中の酸化ジルコニウムは活性金属と結合して均一に分散されていた。また、ろう材に酸化ジルコニウムを添加していない場合には、活性金属がセラミックス基板の表面付近に層になって濃縮していた。この活性金属の層は脆い層であり、ろう材中に酸化ジルコニウムを添加したり、酸化ジルコニウムと酸化チタンを添加することによって、ろう材中の酸化ジルコニウムと活性金属が結合して、活性金属の脆い層がなくなるか、あるいは薄くなって、耐ヒートサイクル性、抗折強度、たわみ量、通炉耐量などの特性を向上させることができると考えられる。なお、理由は明確ではないが、ろう材中に酸化ジルコニウムを添加したり、酸化ジルコニウムと酸化チタンを添加することによって、絶縁抵抗や部分放電性も向上させることができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板およびそれに用いるろう材の実施例について詳細に説明する。
【００１９】
［実施例１］
固形分として、９２．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体１００重量部に、１２．２重量部のビヒクル（アクリル系のバインダと溶剤を含むビヒクル）を添加して混練することによって、ペースト状のろう材を作製した。このろう材ペーストを４６ｍｍ×４３ｍｍ×０．６ｍｍのＡｌＮ基板（セラミックス基板）の両面の全体に塗布した後、このろう材ペーストを介してセラミックス基板の各々の面に厚さ０．３ｍｍの銅板（金属板）を重ねて接合炉に入れ、８３５℃に加熱して金属板をセラミックス基板に接合した。その後、金属板上に所定の回路パターン形状のエッチングレジストを形成し、薬液で不要な金属およびろう材を除去し、エッチングレジストを除去することにより、所定の回路パターンが形成された金属−セラミックス接合基板を得た。
【００２０】
本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、通炉処理（還元雰囲気（水素／窒素＝２０／８０）下において４００℃で２分間加熱した後に室温まで冷却する処理）を繰り返し、通炉耐量（通炉回数）により、信頼性を評価した。すなわち、通炉処理後にセラミックス基板にクラックが発生するか否かを拡大鏡で外観検査して、クラックが発生したときの通炉処理の回数の直前の通炉処理の回数を通炉耐量（通炉回数）とし、この通炉耐量によって、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、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルの通炉耐量（通炉回数）は、最小値、最大値およびの平均値がいずれも１５回であった。
【００２１】
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、負荷速度（クロスヘッドスピード）０．５ｍｍ／分、スパン間距離３０ｍｍの測定条件で、初期および通炉３回後（還元雰囲気（水素／窒素＝２０／８０）下において３７０℃で２分間加熱した後に室温まで冷却する処理を３回繰り返した後）の３点曲げ抗折強度を測定した。この通炉後の３点曲げ抗折強度が高い程、金属−セラミックス接合基板の耐ヒートサイクル性が高い。その結果、初期抗折強度は７０１ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は３７１ＭＰａであった。
【００２２】
また、この３点曲げ抗折強度の際に金属−セラミックス接合基板が破壊された時の金属板のたわみ量を測定したところ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２２ｍｍであった。
【００２３】
［比較例］
酸化ジルコニウムの代わりに酸化チタンを使用した以外、すなわち、９２．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本比較例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は７回、最大値は１０回、平均値は７．６回であり、初期抗折強度は７０７ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は３０７ＭＰａ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．１９ｍｍであった。
【００２４】
［実施例２］
９１．８質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．２質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は１５回、最大値は３５回、平均値は２５回であり、初期抗折強度は７１２ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４４０ＭＰａ、初期たわみ量は０．４２ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２５ｍｍであった。
【００２５】
［実施例３］
９１．５質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２５回、最大値は４０回、平均値は３４回であり、初期抗折強度は７３５ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５８５ＭＰａ、初期たわみ量は０．４３ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３２ｍｍであった。
【００２６】
［実施例４］
９１．０質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、１．０質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２５回、最大値は３５回、平均値は３１回であり、初期抗折強度は６７０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５８４ＭＰａ、初期たわみ量は０．４０ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３４ｍｍであった。
【００２７】
［実施例５］
８７．６質量％のＡｇ粉と、５．７質量％のＣｕ粉と、１．４質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、４．８質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３５回、平均値は２７回であり、初期抗折強度は６６０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は５９０ＭＰａ、初期たわみ量は０．４２ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．３２ｍｍであった。
【００２８】
［実施例６］
８１．４質量％のＡｇ粉と、１６．１質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３０回、平均値は２５回であり、初期抗折強度は６６４ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４２６ＭＰａ、初期たわみ量は０．３９ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２５ｍｍであった。
【００２９】
［実施例７］
７０．０質量％のＡｇ粉と、２７．０質量％のＣｕ粉と、２．０質量％のＴｉ粉と、０．５質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は１５回、最大値は２５回、平均値は２２回であり、初期抗折強度は６５２ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４０３ＭＰａ、初期たわみ量は０．３８ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２２ｍｍであった。
【００３０】
［実施例８］
９１．１質量％のＡｇ粉と、６．０質量％のＣｕ粉と、１．５質量％のＴｉ粉と、０．９質量％のＴｉＯ２粉と、０．５質量％のＺｒＯ２粉とからなる粉体を使用した以外は、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得た。また、本実施例で得られた金属−セラミックス接合基板の５つのサンプルについて、実施例１と同様の方法により、通炉耐量（通炉回数）、初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度、初期および通炉３回後のたわみ量を測定したところ、通炉耐量（通炉回数）の最小値は２０回、最大値は３０回、平均値は２６回であり、初期抗折強度は６７０ＭＰａ、通炉３回後の抗折強度は４３０ＭＰａ、初期たわみ量は０．３９ｍｍ、通炉３回後のたわみ量は０．２８ｍｍであった。
【００３１】
実施例１〜８および比較例において使用したろう材に添加する粉体の組成および製造した金属−セラミックス接合基板についての試験結果をそれぞれ表１および表２に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２からわかるように、実施例１〜８の金属−セラミックス接合基板では、比較例の金属−セラミックス接合基板と比べて、通炉耐量が２〜５倍以上であり、通炉３回後の抗折強度やたわみ量が極めて高くなっている。また、実施例１のように酸化物として酸化チタンを添加せずに酸化ジルコニウムだけを添加した場合でも、比較例のように酸化ジルコニウムを添加せずに酸化チタンを添加した場合と比べて、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量を向上させることができるが、実施例２〜８のように酸化チタンと酸化ジルコニウムの両方を添加すると、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度と通炉耐量をそれぞれ図１および図２に示す。これらの図に示すように、通炉耐量や通炉３回後の抗折強度とたわみ量は、微量の酸化ジルコニウムを添加することによって向上し、酸化ジルコニウムの添加量が０．５質量％のときにピークに達し、その後は飽和または微減している。特に、０．５質量％以上の酸化ジルコニウムを添加した場合、比較例の金属−セラミックス接合基板と比較して、通炉耐量が３〜５倍になり、通炉３回後の抗折強度が２倍近くまで高くなっている。
【００３６】
また、実施例６および７では、Ａｇの量を減らして、Ｃｕの量を増やしているが、比較例と比べて、通炉耐量が３倍以上になり、通炉３回後の抗折強度が１００ＭＰａ以上高くなっている。
【００３７】
［実施例９］
実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルについて部分放電測定試験を行った。この部分放電測定試験では、それぞれのサンプルを絶縁油中に配置して交流電圧を印加し、放電電荷１０Ｐｃを越えた時点の印加電圧を部分放電開始電圧とした。その結果を図３に示す。図３に示すように、実施例３で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧は、比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧の約２倍になっている。
【００３８】
［実施例１０］
実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルをそれぞれ１２５℃に加熱して絶縁抵抗測定試験を行った。その結果を図４に示す。図４に示すように、実施例３で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの絶縁抵抗は、比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの絶縁抵抗の１０倍程度に高くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する初期および通炉３回後の３点曲げ抗折強度を示すグラフである。
【図２】実施例２〜５と比較例の酸化ジルコニウムの添加量に対する通炉耐量を示すグラフである。
【図３】実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルの部分放電開始電圧を示すグラフである。
【図４】実施例３と比較例で得られた金属−セラミックス接合基板のサンプルと同じサンプルを１２５℃に加熱したときの絶縁抵抗を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であ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。
【請求項３】
前記粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であ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。
【請求項４】
０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体がビヒクルに添加されて混練されたことを特徴とする、ろう材。
【請求項５】
前記粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であることを特徴とする、請求項４に記載のろう材。
【請求項６】
前記粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であることを特徴とする、請求項４に記載のろう材。
【請求項１】
ろう材を介して金属板がセラミックス基板に接合された金属−セラミックス接合基板において、金属板をセラミックス基板に接合するためのろう材として、０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体をビヒクルに添加して混練したろう材を使用することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であ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。
【請求項３】
前記粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であ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。
【請求項４】
０〜４０質量％のＣｕと、０．５〜４．５質量％の活性金属と、０〜２質量％の酸化チタンと、０．１〜５質量％の酸化ジルコニウムと、残部としてＡｇを含む粉体がビヒクルに添加されて混練されたことを特徴とする、ろう材。
【請求項５】
前記粉体中のＣｕの量が１〜３５質量％、活性金属の量が１〜３質量％、酸化チタンの量が０．２〜１質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜５質量％であることを特徴とする、請求項４に記載のろう材。
【請求項６】
前記粉体中のＣｕの量が５〜３０質量％、活性金属の量が１〜２質量％、酸化チタンの量が０．２〜０．９質量％、酸化ジルコニウムの量が０．２〜１質量％であることを特徴とする、請求項４に記載のろう材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２０８０１３（Ｐ２００８−２０８０１３Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４８７９３（Ｐ２００７−４８７９３）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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