WO2025013789A1 - セラミックス回路基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

実施形態に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板と金属回路を備える。金属回路は、前記セラミックス基板の第１面に、活性金属ろう材層を介して接合されている。前記金属回路の厚さは、１ｍｍ以上である。前記金属回路は、前記第１面に対して垂直な第１方向に沿って前記金属回路を貫通する貫通孔を有する。前記第１面の一部は、前記第１方向において前記貫通孔と重なる。前記第１面の前記一部に、前記活性金属ろう材層が設けられている。

Description

セラミックス回路基板およびその製造方法

　実施形態は、おおむね、セラミックス回路基板およびその製造方法に関する。

　セラミックス回路基板は、パワー素子などの半導体素子を搭載した半導体装置に用いられている。セラミックス基板と金属回路部は、ろう材などを用いた接合層を介して互いに接合されている。これにより、接合強度およびヒートサイクル特性を向上させている。信頼性の向上に伴い、セラミックス回路基板は、自動車（電気自動車含む）や、電鉄車両、太陽光発電設備、産業機械のインバータ等に使用されている。パワーモジュールなどの半導体装置では、回路部に半導体素子が実装されている。また、半導体素子の電気的な導通のために、回路部に、ワイヤボンディングまたは金属端子が接合されることもある。半導体装置の製造において、半導体素子、ワイヤボンディング、または金属端子などが回路部に接合される。

　ＳｉＣやＧａＮなどのパワー半導体の出現により、従来よりも大容量の電気を金属回路に導通させるケースが増えてきた。細いワイヤボンディングでは、電気容量が不十分である。そのため、金属製のリードフレームにより、金属回路と外部の装置とが電気的に導通される。また、金属回路に大電流が流れると、半導体素子で熱が発生する。放熱性を向上させるために、金属回路は厚く、セラミックス基板は薄くなる傾向にある。さらに、パワーモジュールの小型化、軽量化、および高密度実装化が進むにつれ、セラミックス基板はより薄く、金属回路はより厚くなる傾向がある。

　セラミックス回路基板は、金属リードフレームを備える場合がある。金属リードフレームを備えるセラミック回路基板は、半導体装置の一部として構成されうる。この場合、セラミックス回路基板は、金属リードフレームを介して、外部の装置との間で電気信号を送受信可能である。フラットな板形状の金属リードフレームではなく、ピン形状の金属リードフレームが使用されるケースもある。特許文献１には、金属の部材に穴を形成し、ピン形状のリードフレームを穴の中に接合させる方法が開示されている。特許文献１によれば、サファイア製の検出ダイアフラムに、ビアの空いたバッキングプレートが結合パッドによって接合され、電気リードを形成することができる。

　ピン形状のリードフレームを接合する目的ではないが、金属回路に穴を形成したセラミックス回路基板も開示されている（特許文献２、３）。特許文献２によると、エッチングにより、回路部および放熱部の形成と同時に、貫通孔を形成している。特許文献３によると、打ち抜き加工で貫通孔を形成した銅板を、ＤＢＣ法でセラミックス基板に接合している。

特表２００６－５２９０２７号公報 特開２０１３－１７５５２５号公報 特開昭６３－２３９９６４号公報

　従来の金属回路セラミックス基板では、エッチングによってパターン回路が形成される。例えば、活性金属を含むろう材を、セラミックス基板に印刷する。ろう材の上に金属板を配置する。セラミックス基板および金属板を加熱することにより、金属接合板を作製する。その後、金属接合板の上にレジストを塗布する。レジストをマスクとして用いて金属板をエッチングすることにより、金属板にパターンを形成する。

　金属ピンをセラミックス回路基板に設ける場合、金属回路に孔が形成される。孔に金属ピンを差し込み、金属ピンを固定することで、金属ピンを備えたセラミックス回路基板が製造される。この場合、金属ピンを固定するための孔を、エッチングによって形成する方法が考えられる。ところが、金属回路の厚さが１ｍｍを超える場合、エッチングによって金属回路を貫通する孔を形成することが困難でありうる。このため、従来、金属回路を完全には貫通しない孔を形成し、この孔の内部に金属ピンを接合していた。しかし、孔が浅い場合、金属回路と金属ピンとの接合面積が小さく、金属ピンが十分に固定されない可能性がある。

　実施形態は、このような問題を解決するためのものであり、金属回路と金属ピンとの接合強度の向上を可能とするセラミックス回路基板を提供することを目的とする。

　実施形態に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板と金属回路を備える。金属回路は、前記セラミックス基板の第１面に、活性金属ろう材層を介して接合されている。前記金属回路の厚さは、１ｍｍ以上である。前記金属回路は、前記第１面に対して垂直な第１方向に沿って前記金属回路を貫通する貫通孔を有する。前記第１面の一部は、前記第１方向において前記貫通孔と重なる。前記第１面の前記一部に、前記活性金属ろう材層が設けられている。

実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す側面図 実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す上面図 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 実施形態に係るセラミックス回路基板の別の例を示す断面図 実施形態に係るセラミックス回路基板の別の例を示す平面図 実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法の一例を示すフローチャート 実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法の別の一例を示すフローチャート 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 比較例に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 実施形態に係る金属ピン接合部を拡大した断面図 比較例に係る金属ピン接合部を拡大した断面図

　実施形態に係るセラミックス回路基板は、セラミックス基板と金属回路を備える。金属回路は、前記セラミックス基板の第１面に、活性金属ろう材層を介して接合されている。前記金属回路の厚さは、１ｍｍ以上である。前記金属回路は、前記第１面に対して垂直な第１方向に沿って前記金属回路を貫通する貫通孔を有する。前記第１面の一部は、前記第１方向において前記貫通孔と重なる。前記第１面の前記一部に、前記活性金属ろう材層が設けられている。

　図１は、実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す側面図である。図１において、１はセラミックス回路基板、２はセラミックス基板、３は金属回路、４は活性金属ろう材層、５は金属放熱板である。

　セラミックス基板２は、上面２ａ（おもて面、第１面）および下面２ｂ（裏面、第２面）を有する。上面２ａと下面２ｂは、実質的に平行である。上面２ａには、活性金属ろう材層４を介して、金属回路３が接合されている。下面２ｂには、活性金属ろう材層４を介して、金属放熱板５が接合されている。金属回路３は、点線で示される貫通孔６を有する。貫通孔６は、上面２ａおよび下面２ｂに対して垂直な第１方向ｄ１において、金属回路３を貫通している。なお、ここでは、セラミックス基板２から金属回路３に向かう方向を「上」といい、セラミックス基板２から金属放熱板５に向かう方向を「下」という。これらの方向は、セラミックス基板２、金属回路３、および金属放熱板５の位置関係に基づくものであり、重力の方向とは無関係である。

　図１の例では、複数の金属回路３が、複数の活性金属ろう材層４を介して、上面２ａにそれぞれ接合されている。１つの金属放熱板５が、１つの活性金属ろう材層４を介して、下面２ｂに接合されている。実施形態に係るセラミックス回路基板１の構造は、図示した例に限定されない。例えば、１つの金属回路３または３つ以上の金属回路３が、上面２ａに接合されても良い。貫通孔６は、各金属回路３に形成されていても良いし、複数の金属回路３の一部にのみ形成されていても良い。１つの金属回路３に、２つ以上の貫通孔６が形成されていても良い。２つ以上の金属放熱板５が、２つ以上の活性金属ろう材層４を介して、下面２ｂにそれぞれ接合されても良い。金属放熱板５は回路形状を有し、金属放熱板５が金属回路として用いられても良い。その場合、金属放熱板５に貫通孔６が形成されていても良い。

　セラミックス基板２は、窒化珪素基板、窒化アルミニウム基板、または酸化アルミニウム基板のいずれか１種であることが好ましい。酸化アルミニウム基板の一種として、アルジル基板が挙げられる。アルジルは、酸化アルミニウム２０～８０ｗｔ％に対して残部が酸化ジルコニウムである焼結体である。窒化アルミニウム基板または酸化アルミニウム基板の三点曲げ強度は、３００～４５０ＭＰａ程度である。アルジル基板の強度も、５５０ＭＰａ前後である。窒化珪素基板の三点曲げ強度は、６００ＭＰａ以上であり、７００ＭＰａ以上に高めることもできる。窒化珪素基板の熱伝導率は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上に高めることもできる。近年は、高強度と高熱伝導の両方を併せ持つ窒化珪素基板が存在する。

　セラミックス基板２の厚さは、０．７ｍｍ以下であることが好ましい。セラミックス基板２を薄くすることで、セラミックス回路基板１の放熱性が向上する。「厚さ」は、第１方向ｄ１における寸法を指す。セラミックス基板２は、単板であっても良いし、立体構造（例えば多層構造）を有していても良い。厚さの下限は特に設定されないが、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。これは、セラミックス基板２の電気絶縁性を確保するためである。

　窒化珪素基板は、高い強度を有する。このため、窒化珪素基板は、必要な強度を維持しつつ、薄くすることができる。その結果、放熱性を高めることができる。このため、セラミックス基板２は、窒化珪素基板であることが好ましい。セラミックス基板２の厚さは、０．６３５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましい。

　図２は、実施形態に係るセラミックス回路基板の一例を示す平面図である。
　図２に示すように、上面２ａの一部は、第１方向ｄ１において、貫通孔６と重なる。セラミックス回路基板１では、上面２ａの当該一部にも、活性金属ろう材層４が設けられている。例えば、セラミックス回路基板１を平面視した場合、貫通孔６の底に活性金属ろう材層４が見える。

　図３は、貫通孔近傍を示す拡大断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図に相当する。図３に示すように、貫通孔６は、金属回路３の上面３ａに位置する第１端部６ａと、活性金属ろう材層４に面する第２端部６ｂと、を含む。第１端部６ａの第２方向ｄ２における寸法Ｄ１に対する、第２端部６ｂの第２方向ｄ２における寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下であることが好ましい。第２方向ｄ２は、第１方向ｄ１に対して垂直である。例えば、貫通孔６の第２方向ｄ２における寸法は、セラミックス基板２から離れるにつれて、徐々に小さくなっている。

　貫通孔６には、金属ピンを挿入できる。挿入された金属ピンは、セラミックス基板２および金属回路３と接合される。寸法Ｄ１が寸法Ｄ２よりも大きい場合、第２端部６ｂにおける貫通孔６の側面と金属ピンとの間隙が、第１端部６ａにおける貫通孔６の側面と金属ピンとの間隙よりも大きい。第２端部６ｂにおける間隙を大きくすることで、貫通孔６の側面と金属ピンとの間隙にろう材が進入しやすくなる。貫通孔６の側面と金属ピンとの間隙に配されるろう材の体積を大きくし、金属ピンの接合強度を大きくすることができる。また、寸法Ｄ２は、寸法Ｄ１の１．１０倍以下であり、寸法Ｄ１に対して大きすぎないことが好ましい。寸法Ｄ２が寸法Ｄ１の１．１０倍以下であることで、貫通孔６の側面と金属ピンとの間隙を小さくし、金属ピンが固定されやすくなる。また、金属ピンが第１方向ｄ１に対して傾くことを抑制できる。

　寸法Ｄ１およびＤ２は、以下の手順で測定される。まず、セラミックス回路基板１を、金属回路３の上面３ａに対して略垂直に切断する。断面を、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影する。得られた写真を拡大する。金属回路３の上面３ａ付近の寸法を、寸法Ｄ１として測定する。金属回路３の下面３ｂ付近の寸法を、寸法Ｄ２として測定する。下面３ｂは、活性金属ろう材層４との接合面でもある。寸法Ｄ１を測定する箇所は、上面３ａから、金属回路３の厚さの５％以内までの範囲内で選択する。寸法Ｄ２を測定する箇所は、下面３ｂから、金属回路３の厚さの５％以内までの範囲内で選択する。このとき、上面３ａと寸法Ｄ１の測定箇所との間の第１方向ｄ１における距離は、下面３ｂと寸法Ｄ２の測定箇所との間の第１方向ｄ１における距離と同じに設定する。

　寸法Ｄ１およびＤ２が測定される方向は、第１方向ｄ１に対して垂直であれば、任意に選択可能である。例えば、平面視において貫通孔６が楕円形状である場合、貫通孔６の中心を通り且つ短径方向に平行に、セラミックス回路基板１が切断される。平面視において貫通孔６が多角形である場合、貫通孔６の中心を通り貫通孔６の寸法が最も短くなる方向に、セラミックス回路基板１が切断される。例えば、平面視において貫通孔６が矩形状である場合、貫通孔６の中心を通り且つ短辺方向に平行に、セラミックス回路基板１が切断される。切断された面において、寸法Ｄ１およびＤ２が測定される。

　金属回路３を形成する方法として、下記の方法がありうる。１つ目の方法では、予め貫通孔６が形成された金属回路３が、セラミックス基板２と接合される。２つ目の方法では、複数の金属回路３がブリッジによって一体化された金属板を用意する。この金属板に貫通孔６を形成し、セラミックス基板２と接合する。接合後にブリッジが除去される。貫通孔の形成には、プレス加工、放電加工、またはドリルなどによる機械加工などを用いることができる。このとき、第２端部６ｂ側を切削加工することにより、寸法Ｄ１に対する寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）を調整することが好ましい。

　これに対して、金属板のエッチングによって貫通孔６を形成する場合、金属板の溶解が、金属板の結晶粒界に沿って進む。エッチングによる溶解は、厚さ方向（第１方向ｄ１）だけでなく、厚さ方向に平行な面方向にも進む。厚い金属回路３をエッチングする場合、面方向へのエッチングが進行し、サイドエッチングが発生する。サイドエッチングにより、貫通孔６の側面が、第１方向ｄ１に対して傾斜する。すなわち、寸法Ｄ２に対して寸法Ｄ１が過度に大きくなる。このため、比（Ｄ２／Ｄ１）の制御の観点からは、エッチングを用いた貫通孔６の形成は好ましくない。

　セラミックス回路基板１をパワーモジュール等の用途に用いる場合、金属回路３には、半導体素子などが接合される。熱抵抗の低減とインダクタンスの低減のために、金属回路３の厚さは、１．０ｍｍ以上が好ましい。金属回路３の厚さは、２．０ｍｍ以上がより好ましく、３．０ｍｍ以上が最も好ましい。

　金属放熱板５は、放熱部材として用いられたり、他の部品に接合されたりする。熱抵抗の低減のために、金属放熱板５の厚さは、１．０ｍｍ以上が好ましい。金属放熱板５の厚さは、２．０ｍｍ以上がより好ましく、３．０ｍｍ以上が最も好ましい。金属回路３の厚さの上限および金属放熱板５の厚さの上限は、特に限定されないが、いずれも１０ｍｍ以下が好ましい。金属回路３または金属放熱板５の厚さが１０ｍｍを超えると、接合界面に応力が集中し、セラミックス基板２にクラックが発生する可能性がある。これにより、セラミックス基板２を薄くすることが難しくなる可能性がある。

　図４は、実施形態に係るセラミックス回路基板の別の例を示す断面図である。図５は、実施形態に係るセラミックス回路基板の別の例を示す平面図である。図４は、図５のＢ－Ｂ断面図に相当する。図４において、７はセラミックス回路基板であり、８は金属ピンである。図４および図５に示すセラミックス回路基板７では、金属ピン８が、金属回路３の貫通孔６に挿入されている。金属ピン８は、活性金属ろう材層４を介してセラミックス基板２に接合されている。

　金属回路３、金属放熱板５、および金属ピン８は、銅または銅合金を含むことが好ましい。銅および銅合金は、高い電気伝導性を有し、電気回路の材料として優れている。また、銅および銅合金は、高い熱伝導性を有し、搭載された半導体素子の放熱性を向上させることができる。

　金属ピン８の形状は、例えば、円柱または角柱である。金属ピン８が円柱である場合、金属ピン８の第１方向ｄ１に対して垂直な断面の形状は、円または楕円である。金属ピン８が角柱である場合、金属ピン８の第１方向ｄ１に対して垂直な断面の形状は、多角形である。平面視における貫通孔６の形状は、上述した通り、円形、楕円形、または多角形である。平面視における貫通孔６の形状と金属ピン８の形状は、異なっていても良い。ただし、金属ピン８の貫通孔６への挿入を容易にするためには、金属ピン８の外周において、貫通孔６と金属ピン８との間のクリアランスが均一であることが好ましい。クリアランスの均一性を高めるために、金属ピン８の挿入部分の形状は、貫通孔６の形状と実質的に同じであることが好ましい。例えば、平面視において貫通孔６が円形であれば、金属ピン８の挿入部分の断面形状は円形であることが好ましい。

　金属ピン８のサイズは、金属ピン８を貫通孔６に挿入できれば、適宜設計可能である。貫通孔６のサイズに対する金属ピン８のサイズの比率が大きいほど、貫通孔６の側面と金属ピン８との間の間隙が小さくなる。その結果、金属ピン８の接合強度を向上させることができる。一方、間隙が小さいと、金属ピン８の挿入が困難となりうる。例えば、金属ピン８の挿入部分の第２方向ｄ２における寸法は、寸法Ｄ１の０．７倍以上０．９８倍以下に設計される。挿入部分の当該寸法は、寸法Ｄ１の０．７５倍以上０．９７倍以下であることが好ましく、寸法Ｄ１の０．８倍以上０．９６倍以下であることがより好ましく、寸法Ｄ１の０．８５倍以上０．９５倍以下であることが最も好ましい。

　金属回路３および金属放熱板５は、活性金属ろう材層４を介してセラミックス基板２と接合されていることが好ましい。活性金属ろう材層４は、活性金属であるチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）からなる群より選択された少なくとも１つと、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）からなる群より選択された少なくとも１つを含むことが好ましい。

　金属回路３および金属放熱板５が銅または銅合金を含む場合、セラミックス基板２と金属回路３との間、およびセラミックス基板２と金属放熱板５との間に、銅およびチタンを含む活性金属ろう材層４をそれぞれ設けることが好ましい。銅およびチタンを含む活性金属ろう材層４は、銅およびチタンを含む活性金属ろう材を接合に用いることで、形成される。活性金属ろう材として、チタン、銅、および銀の混合物が用いられても良い。例えば、チタンの含有量は０．１～１０ｗｔ％であり、銅の含有量は１０～６０ｗｔ％であり、残部は銀である。必要に応じ、インジウム、錫、アルミニウム、珪素、炭素、およびマグネシウムからなる群より選択される１種以上が、１～１５ｗｔ％添加されても良い。

　活性金属ろう材を用いた活性金属接合法では、まず、セラミックス基板２の上面２ａおよび下面２ｂに活性金属ろう材ペーストを塗布する。活性金属ろう材ペーストの上に、金属回路３および金属放熱板５をそれぞれ配置する。セラミックス基板２、金属回路３、および金属放熱板５を６００～９００℃で加熱することで、金属回路３および金属放熱板５をセラミックス基板２に接合する。活性金属接合法によれば、セラミックス基板２と金属回路３との間の接合強度およびセラミックス基板２と金属放熱板５との間の接合強度を、５０ＭＰａ以上にできる。

　金属回路３の表面に、ニッケル（Ｎｉ）、銀、および金（Ａｕ）からなる群より選択される１種を主成分とする金属薄膜が設けられても良い。「主成分」は、５０％以上含有される成分を指す。金属薄膜は、めっきまたはスパッタリングなどによって形成される。金属薄膜を設けることにより、耐食性、はんだ濡れ性などを向上させることができる。

　近年、半導体素子の小型化が進む一方で、半導体素子からの発熱量は増加している。そのため、半導体素子が搭載されるセラミックス回路基板１においては、放熱性の向上が重要になっている。また、半導体装置（半導体モジュール）の高性能化のために、１つのセラミックス回路基板１の上に、複数の半導体素子が実装されうる。半導体素子の温度が上昇し、素子の真性温度を超えると、抵抗の温度径数が負となる。その結果、熱暴走が起こり、半導体素子に電流が集中的に流れる。熱暴走が起こると、半導体装置が瞬時に破壊される。複数の半導体素子が実装される場合、いずれの半導体素子においても、熱暴走の発生を防止する必要がある。このため、半導体素子と金属回路の接合の信頼性を向上させることは非常に有効である。

　実施形態に係るセラミックス回路基板７を使用した半導体装置は、ＰＣＵ、ＩＧＢＴ、ＩＰＭモジュールに用いることができる。ＰＣＵ、ＩＧＢＴ、およびＩＰＭモジュールは、インバータに用いられる。インバータは、自動車（電気自動車含む）、電鉄車両、産業機械、およびエアコン等に使用される。自動車については、電気自動車の普及が進んでいる。半導体装置の信頼性が向上するほど、自動車の安全性を高めることができる。電鉄車両、産業機器などについても同様である。

　実施形態によれば、金属回路３が貫通孔６を有し、セラミックス基板２の上面２ａにおいて、貫通孔６と重なる部分にも活性金属ろう材層４が設けられている。貫通孔６に挿入される金属ピン８を、活性金属ろう材によって、セラミックス基板２と接合できる。このため、金属ピン８をセラミックス基板２に強固に接合できる。

　例えば、参考例として、ろう材を用いない直接接合法（ＤＢＣ法）で、金属ピン８とセラミックス基板２を接合することが考えられる。しかし、ＤＢＣ法を用いる場合、金属ピン８の端面のみがセラミックス基板２と接合されるため、十分な強度が得られない。金属ピン８の接合位置によっては、金属ピン８が貫通孔の側面と接触せず、金属ピン８が金属回路３と電気的に導通しない場合もありうる。

　実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法を説明する。セラミックス回路基板は、前述の構成を有していれば、その製造方法は特に限定されない。ここでは、歩留まり良くセラミックス回路基板７を得るための方法の一例を挙げる。

　図６は、実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、実施形態に係る製造方法Ｍ１は、主に、活性金属ろう材の印刷および乾燥（ステップＳ１１）、金属回路の配置（ステップＳ１２）、金属放熱板の配置（ステップＳ１３）、金属回路および金属放熱板の接合（ステップＳ１４）、金属ピンの挿入（ステップＳ１５）、および金属ピンの接合（ステップＳ１６）を備える。

　まず、セラミックス基板と金属板を用意する。セラミックス基板は、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、および窒化珪素基板から選ばれる１種が好ましい。特に、回路基板全体の放熱性を考慮すると、セラミックス基板は、熱伝導率５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ三点曲げ強度６００ＭＰａ以上の窒化珪素基板であることが好ましい。セラミックス基板の上面に設けられた金属板と、下面に設けられた金属板と、を貫通孔により導通させる場合には、貫通孔を有するセラミックス基板を用意する。セラミックス基板に貫通孔を設ける場合には、成形体の段階で予め貫通孔を設けても良い。または、セラミックス基板（セラミックス焼結体）に貫通孔を形成しても良い。貫通孔は、レーザ加工、切削加工などにより形成される。切削加工は、例えば、ドリルなどによる孔あけ加工である。

　金属板の材料は、銅および銅合金から選ばれる１種が好ましい。金属板の厚さは、１ｍｍ以上である。エッチングを使用しない場合、金属回路の形状に加工した金属板が用いられることが好ましい。エッチングを使用して金属回路を形成する場合には、形成される金属回路と同じ厚さの金属板を用いることが好ましい。金属回路（金属板）の貫通孔は、レーザ加工、切削加工などにより形成される。切削加工は、例えば、ドリルなどによる孔あけ加工である。

　銅板または銅合金板は、活性金属接合法により、セラミックス基板と接合されることが好ましい。活性金属接合法では、活性金属と銅を混合した活性金属ろう材を用いる。活性金属は、チタンであることが好ましい。活性金属ろう材は、チタンおよび銅の混合物であっても良いし、チタン、銀、および銅の混合物であって良い。例えば、活性金属ろう材において、チタンの含有量は０．１～１０ｗｔ％であり、銅の含有量は１０～６０ｗｔ％であり、残部は銀である。必要に応じ、インジウム、錫、アルミニウム、珪素、炭素、およびマグネシウムからなる群より選択される１種以上を１～１５ｗｔ％添加しても良い。活性金属ろう材成分と有機物を混合してペースト化する。ペーストにおいて、活性金属ろう材成分は、均一に混合されることが好ましい。活性金属ろう材成分が不均一に分布すると、ろう付けが安定せず、接合不良の原因となるためである。

　ステップＳ１１では、用意したセラミックス基板に、活性金属ろう材ペーストを印刷し、乾燥させる。これにより、活性金属ろう材ペーストが印刷された印刷体が作製される。活性金属ろう材ペーストは、図１および図２に示すように、金属回路よりも広い範囲に印刷することが好ましい。このとき、上面２ａにおいて、第１方向ｄ１で貫通孔と重なる予定の部分にも、活性金属ろう材ペーストが印刷される。

　ステップＳ１２では、セラミックス基板の上面に、活性金属ろう材ペーストを介して金属回路を配置する。ステップＳ１３では、セラミックス基板の下面に、活性金属ろう材ペーストを介して金属放熱板を配置する。金属回路および金属放熱板を配置することで、積層体が作製される。下面にも金属回路が配置される場合、金属放熱板ではなく、金属回路が配置される。

　ステップＳ１４では、積層体を加熱し、金属回路および金属放熱板をセラミックス基板に接合する。これにより、接合体が作製される。金属回路および金属放熱板が銅または銅合金を含む場合、積層体は７００～９００℃で加熱される。加熱工程は、必要に応じ、真空中または非酸化性雰囲気中で行われる。真空中で行う場合、圧力は１×１０^－２Ｐａ以下であることが好ましい。非酸化性雰囲気は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気などである。真空中または非酸化性雰囲気中で積層体を加熱することにより、接合層が酸化されることを抑制できる。これにより、接合強度を向上できる。

　エッチング加工により回路を形成する場合には、ステップＳ１２で、金属板が配置される。ステップＳ１４の後に、接合された金属板にエッチング加工を施し、金属板を回路形状に加工する。

　これまでの工程により、金属ピンを備えていないセラミックス回路基板が製造される。このセラミックス回路基板において、金属回路は、第１方向ｄ１に沿って金属回路を貫通する貫通孔を有する。セラミックス基板の上面の一部は、第１方向ｄ１において貫通孔と重なる。上面の当該一部には、活性金属ろう材層が設けられている。

　実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法は、図６に示すように、金属ピンを接合する工程を備えても良い。ステップＳ１５では、金属回路の貫通孔に、金属ピンを挿入する。挿入された金属ピンの先端は、活性金属ろう材と接触する。金属ピンの径は、金属回路に形成した貫通孔の形状に合わせて決定される。金属ピンは、例えば細長い柱形状である。金属ピンと貫通孔との間のクリアランスが小さいと、組み立てが難しい。しかし、金属ピンと貫通孔の間にろう材層が形成されやすく、接合強度が大きくなる。金属ピンと貫通孔の間のクリアランスが大きいと、組み立ては易しい。しかし、金属ピンと貫通孔の間にろう材層が形成されにくく、接合強度は小さくなる。

　ステップＳ１６では、接合体および金属ピンを加熱し、挿入された金属ピンをセラミックス基板に接合する。金属ピンが銅または銅合金を含む場合、接合体および金属ピンは、７００～９００℃で加熱される。金属ピンがセラミックス基板に接合され、図４および図５に示すセラミックス回路基板が製造される。

　図７は、実施形態に係るセラミックス回路基板の製造方法の別の一例を示すフローチャートである。図６に示す方法に代えて、図７に示す製造方法Ｍ２が実行されても良い。図７に示す製造方法Ｍ２は、主に、活性金属ろう材の印刷および乾燥（ステップＳ２１）、金属回路および金属ピンの配置（ステップＳ２２）、金属放熱板の配置（ステップＳ２３）、および接合（ステップＳ２４）を備える。

　まず、製造方法Ｍ１と同様に、セラミックス基板および金属板が用意される。ステップＳ２１では、セラミックス基板に活性金属ろう材ペーストを印刷し、乾燥させる。

　ステップＳ２２では、セラミックス基板の上面に、活性金属ろう材ペーストを介して金属回路および金属ピンを配置する。製造方法Ｍ１では、金属ピンは、金属回路の接合後に配置される。これに対して、製造方法Ｍ２では、金属ピンが、金属回路の接合前に配置される。金属回路と金属ピンは、同じタイミングで配置されても良い。金属回路を配置した後に、金属ピンが金属回路の貫通孔に挿入され、配置されても良い。ステップＳ２３では、セラミックス基板の下面に、活性金属ろう材ペーストを介して金属放熱板を配置する。ステップＳ２２およびＳ２３により、金属ピンを含む積層体が作製される。

　ステップＳ２４では、積層体を加熱し、金属回路、金属ピン、および金属放熱板をセラミックス基板に接合する。これにより、図４および図５に示すセラミックス回路基板が製造される。

　金属板をエッチングして金属回路を形成する場合、製造方法Ｍ２に比べて、製造方法Ｍ１が好ましい。エッチング時に金属ピンが存在すると、金属板のエッチングが困難となるためである。また、製造方法Ｍ１では、金属回路と金属ピンを、個別に位置合わせてして配置できる。このため、製造方法Ｍ１によれば、製造方法Ｍ２に比べて、金属回路に対する金属ピンの位置精度が向上する。一方、製造方法Ｍ２は、製造方法Ｍ１に比べて、より少ない工程数を備える。例えば、製造方法Ｍ２では、接合のための加熱工程が、１回のみ実施される。このため、製造方法Ｍ２によれば、製造方法Ｍ１に比べて、コストを低減できる。

　製造方法Ｍ１が実施される場合、ステップＳ１４において、活性金属ろう材ペーストが、加熱によって溶融する。その後、活性金属ろう材ペーストが冷却によって凝固し、活性金属ろう材層が形成される。金属ピンは、活性金属ろう材層の上に配置される。溶融および凝固された活性金属ろう材層は、溶融前の活性金属ろう材ペーストに比べて、溶けにくい。このため、セラミックス基板と金属ピンとの間の接合強度が低下する可能性がある。接合強度を上げるためには、接合温度を高くする方法、金属ピンの接合箇所にろう材（例えば銀ろう）を追加する方法がある。製造方法Ｍ１において、セラミックス基板と金属ピンとの間の接合強度を向上させるために、ステップＳ１６における接合温度を、ステップＳ１４における接合温度よりも高くしても良い。例えば、ステップＳ１６における接合温度は、ステップＳ１４における接合温度に比べて、１０℃以上３０℃以下高く設定される。

　金属ピンの接合温度を高くする方法では、より多くの活性金属ろう材層が溶け、セラミックス基板と金属ピンとの接合に寄与する。銀ろうを追加する方法では、例えば、ＪＩＳ　Ｚ　３２６１で規定されるＢＡｇ－８（銀７２％－銅２８％）の箔を用いることができる。箔は、金属回路とセラミックス基板の接合後に、貫通孔の底に配置される。金属ピンは、活性金属ろう材層および箔を介して、セラミックス基板の上に配置される。この状態で加熱することで、活性金属ろう材層に加えて、箔が溶融する。金属ピンは、活性金属ろう材および箔によってセラミックス基板に接合される。以降では、活性金属ろう材層に対して追加されたろう材を、「補填ろう材」とも呼ぶ。

　図８は、図４の部分Ｃの一例を示す拡大断面図である。図８において、９は、ろう材層である。図８に示す例では、ろう材層９は、活性金属ろう材層４の一部である。金属ピン８の接合時に、活性金属ろう材が溶融する。活性金属ろう材の一部は、貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙に入り込む。その結果、第１方向ｄ１に対して垂直な方向において、貫通孔６の側面と金属ピン８との間に、ろう材層９が形成される。ろう材層９によって、金属ピン８は金属回路３と接合される。これにより、金属ピン８の接合強度を向上させることができる。

　図９は、図４の部分Ｃの別の例を示す拡大断面図である。図９に示す例では、ろう材層９が、補填ろう材によって形成されている。補填ろう材が用いられることで、図８に示す例に比べて、金属回路３と金属ピン８との間の接合面積が大きくなる。このため、金属回路３と金属ピン８との間の接合強度を、より高めることができる。例えば、補填ろう材としてＢＡｇ－８箔が使用される場合、ろう材層９における銀の質量割合は、活性金属ろう材層４における銀の質量割合よりも大きい。ろう材層９における活性金属の質量割合は、活性金属ろう材層４における活性金属の質量割合よりも小さい。

　図１０は、図８の部分Ｄの一例を示す拡大断面図である。図１０において、８ａは、金属ピン８の先端である。先端８ａの第１方向ｄ１における位置は、金属回路３の下面３ｂの第１方向ｄ１における位置と、略同じであることが好ましい。接合時、活性金属ろう材または補填ろう材は、貫通孔６の側面と金属ピン８との間に濡れ広がる。これにより、金属回路３と金属ピン８が接合される。

　活性金属ろう材または補填ろう材には、毛管現象が生じる。その結果、図１０に示すように、ろう材層９の一部が低くなる。具体的な一例として、ろう材層９の一方の側部は、金属回路３に接する。ろう材層９の他方の側部は、金属ピン８に接する。ろう材層９の中央部は、ろう材層９のそれらの側部の間に位置する。ろう材層９の中央部の上端は、ろう材層９の各側部の上端よりも下方に位置する。

　金属回路３の下面３ｂからろう材層９の中央部の上端までの間の、第１方向ｄ１における距離を、高さＨとする。高さＨは、０ｍｍよりも大きく、貫通孔６の第１方向ｄ１における寸法以下であることが好ましい。すなわち、ろう材層９の上端は、貫通孔６の下端と上端との間に位置することが好ましい。貫通孔６の第１方向ｄ１における寸法は、換言すると、金属回路３の第１方向ｄ１における厚さである。接合時の加熱温度が低い場合、貫通孔６の中で活性金属ろう材が十分に濡れ広がらない。接合時の加熱温度が低く、且つ補填ろう材が用いられない場合、貫通孔６の側面と金属ピン８との間にろう材層９が形成されず、十分な接合強度が得られない。高さＨが０ｍｍよりも大きく、貫通孔６の側面と金属ピン８との間にろう材層９が形成されることで、金属回路３と金属ピン８との間の接合強度を向上させることができる。高さＨは、金属回路３の厚さの６％以上であることが好ましい。高さＨは、当該厚さの１０％以上であることがより好ましく、２０％以上であることが最も好ましい。高さＨが大きいほど、接合強度を向上させることができる。接合強度の観点からは、高さＨは１００％であることが好ましい。一方、高さＨが貫通孔６の寸法を超える場合、活性金属ろう材または補填ろう材が、金属回路３の上面３ａを濡れ広がる。後工程において、半導体素子の接合を阻害する要因となる。高さＨのばらつきを考慮すると、高さＨは、金属回路３の厚さの９５％以下であってよく、当該厚さの９０％以下であってよく、当該厚さの８５％以下であっても良い。

　図１１は、図８の部分Ｄの別の例を示す拡大断面図である。寸法Ｄ１に対する寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は、高さＨに影響する。図１１には、寸法Ｄ１が寸法Ｄ２よりも小さい例が示されている。すなわち、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、１．００よりも大きい。

　接合時、活性金属ろう材または補填ろう材は、貫通孔６の側面および金属ピン８の側面を濡れ広がっていく。比（Ｄ２／Ｄ１）が１．００よりも大きい場合、上方に向かうにつれて、貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙が狭くなる。すなわち、上方に向かうにつれて、間隙が、活性金属ろう材または補填ろう材によって埋め込まれやすくなる。高さＨが大きくなりやすく、金属回路３と金属ピン８を、より強固に接合することができる。

　図１２は、参考例に係るセラミックス回路基板の一部を示す拡大断面図である。図１２では、寸法Ｄ１が寸法Ｄ２よりも大きい例が示されている。すなわち、Ｄ１に対するＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００未満である。図１２に示す例では、上方に向かうにつれて、貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙が広くなる。貫通孔６の側面と金属ピン８の間にろう材が濡れ広がる際、間隙が、ろう材によって埋め込まれにくくなる。例えば図１２に示すように、ろう材が、貫通孔６の側面と金属ピン８の側面に濡れ広がるが、間隙が埋め込まれないケースが生じうる。貫通孔６の側面と金属ピン８の側面に濡れ広がった部分は、金属回路３と金属ピン８との間の接合強度にあまり寄与しない。すなわち、高さＨが、接合強度により大きく影響する。図１２に示す例では、ろう材が濡れ広がっているものの、高さＨが小さい。したがって、比（Ｄ２／Ｄ１）が１．００未満である場合、金属回路３と金属ピン８との間の接合強度が低下しやすい。

　このため、寸法Ｄ１に対する寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きいことが好ましい。Ｄ２／Ｄ１が１．００よりも大きければ、図１１に示すように、接合に寄与する高さＨを大きくできる。

　一方、Ｄ２／Ｄ１が１．１０よりも大きい場合、第２端部６ｂにおいて、貫通孔６の側面と金属ピン８との間の間隙が大きくなる。間隙を埋め込むために必要なろう材の量が多くなる。その結果、高さＨが低下しやすくなる。したがって、比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下であることが好ましい。比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．０１以上１．０９以下であることがより好ましく、１．０２以上１．０８以下であることがさらに好ましい。

　図１３は、実施形態に係るセラミックス回路基板の別の例を示す拡大断面図である。貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙は、図１１に示すように比（Ｄ２／Ｄ１）によって調整されても良い。または、図１３に示すように、貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙は、金属ピン８の形状によって調整されても良い。図１３では、金属ピン８の第２方向ｄ２における寸法が、下方に向かうほど小さい。例えば、第２端部６ｂでの金属ピン８の第２方向ｄ２における寸法は、第１端部６ａでの金属ピン８の第２方向ｄ２における寸法よりも小さい。このため、第１端部６ａでの貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙が、第２端部６ｂでの貫通孔６の側面と金属ピン８との間隙よりも小さい。

　図７に示す製造方法Ｍ２では、上述した通り、金属回路３と金属ピン８が同時に接合される。貫通孔６と金属ピン８との間のクリアランスが適切であれば、接合時に、貫通孔６の側面と金属ピン８との間にろう材が濡れ広がりやすい。このため、補填ろう材が用いられない場合でも、金属ピン８の接合強度を高めることができる。

　実施形態に係るセラミックス回路基板７は、パワーモジュール等に用いることができる。セラミックス回路基板７の金属ピン８には、半導体素子などが接合される。半導体素子が接合される場合、金属回路３の上面において、接合箇所に接合層を設ける。接合層は、はんだ、ろう材、または導電性の接着剤などを含むことが好ましい。接合層の上に、必要な数の半導体素子が設けられる。半導体素子の周囲に、絶縁性の樹脂が設けられても良い。

（実施例１～７、比較例１～７、参考例１）
　実施例１～７、比較例１～７、参考例１のそれぞれにおいて、セラミックス基板として、窒化珪素基板を用意した。窒化珪素基板の厚さは、表１に示す通りである。窒化珪素基板の熱伝導率は、９０Ｗ／ｍ・Ｋであり、三点曲げ強度は、６５０ＭＰである。セラミックス基板のサイズは、縦３０ｍｍ×横５５ｍｍである。

　金属板として、表１に示す厚さの銅板を用意した。比較例４以外の例では、金属回路として、１７ｍｍ×１７ｍｍの銅板を用意した。金属放熱板として、縦１７ｍｍ×横４４ｍｍの銅板を用意した。１つの窒化珪素基板に対して、２枚の金属回路と１枚の金属放熱板を用意した。比較例４では、金属回路および金属放熱板として、縦３０ｍｍ×横５５ｍｍの銅板をそれぞれ用意した。１つの窒化珪素基板に対して、１枚の金属回路と１枚の金属放熱板を用意した。比較例４以外の例では、用意した各金属回路に、機械加工によって貫通孔を１つ形成した。貫通孔の直径は、約１ｍｍである。比較例４では、いずれの銅板にも貫通孔を形成しなかった。金属ピンとして、直径１ｍｍ（公差±１０％）の円柱状の銅部材を用意した。

　次に、セラミックス基板と金属板をろう付け接合するためのろう材ペーストを作製した。接合には、活性金属ろう材を使用した。活性金属ろう材におけるチタンの含有量は２ｗｔ％、錫の含有量は１０ｗｔ％、銅の含有量は３０ｗｔ％、残部は銀である。これらの原料の粉末に有機成分を混合することにより、ろう材ペーストを作製した。セラミックス基板の両面にろう材ペーストを印刷および乾燥させた。比較例１～３では、組み立て後に貫通孔と対向する箇所には、ろう材ペーストを印刷しなかった、それ以外の例では、組み立て後に貫通孔と対向する箇所にも、ろう材ペーストを印刷した。表１では、これらの条件が、「貫通孔部印刷」のカラムに記載されている。

　乾燥させたろう材ペーストの上に、金属板を配置し、積層体を作製した。一部の例では、金属板と同時に金属ピンを配置した。真空中（１×１０^－２Ｐａ以下）、８３０℃以上の接合温度で、積層体を１０分間加熱して、接合を行った。一部の例では、接合時に、補填ろう材を使用した。表１では、これらの条件が、「ピン接合方法」のカラムに記載されている。表１において、金属板の接合後に、金属ピンを配置および接合した例には、「後接合」と記載した。金属板と金属ピンをセラミックス基板に同時に接合した例には、「同時接合」と記載した。「後接合」の条件において、さらに、銀ろう（ＢＡｇ―８）箔０．０１ｇを補填ろう材として使用した例には、「ろう材接合」と記載した。補填ろう材は、金属ピンの配置前に、貫通孔の底部に配置した。比較例４では、セラミックス基板に金属板を接合した後に、エッチングで貫通孔を形成した。形成された貫通孔に金属ピンを挿入し、金属ピンを接合した。

　また、表１では、金属板を接合したときの温度が「接合温度」のカラムに記載され、金属ピンを接合したときの温度が「ピン接合温度」のカラムに記載されている。「同時接合」の条件では、金属板と金属ピンが同時に接合されるため、金属板の接合温度と金属ピンの接合温度は、同じ値である。参考例１では、ピン接合温度を７８０℃として金属ピンを接合した。

 

　金属ピンを接合したあとに、貫通孔の中央部を通るように、セラミックス回路基板を切断した。断面を観察し、寸法Ｄ１と寸法Ｄ２を測定した。比（Ｄ２／Ｄ１）を計算した。また、貫通孔内において、ろう材の中央部の高さＨを測定した。それらの結果を表２に記載した。

　また、金属ピンの接合強度として、プル強度を測定した。プル強度の測定では、セラミックス回路基板を治具に固定し、金属ピンの先端を、セラミックス基板表面に対して垂直方向に、５０ｍｍ／分の速度で引っ張った。金属ピンがセラミックス回路基板から剥がれたときの強度を測定した。接合強度の測定結果も、表２に記載した。なお、参考例１では、金属ピンが接合されず、接合強度の測定ができなかった。これは、金属ピンを接合する際の温度が、活性金属ろう材の溶融温度よりも低かったためである。

 

　実施例１～７に係るセラミックス回路基板の断面では、高さＨがいずれも０ｍｍを超えていた。実施例１～７では、貫通孔と対向する箇所にもろう材ペーストが印刷されている。このため、金属ピンの接合時に、当該ろう材ペーストが溶融し、溶融したろう材ペーストが貫通孔の側面と金属ピンとの間隙を上昇したと考えられる。特に、補填ろう材を使用した実施例５では、高さＨが、銅板の厚さの９２％に達した。一方、比較例１～３では、貫通孔と対向する箇所には、ろう材ペーストが印刷されていない。比較例１および２に係るセラミックス回路基板の断面では、活性金属ろう材が、貫通孔の内部を上昇しておらず、金属ピンの先端の一部のみがセラミックス基板と接合していることが観察された。比較例３に係るセラミックス回路基板の断面では、図１４に示したように、ろう材層が貫通孔の内部を上昇してはいたが、金属ピンの先端とセラミックス基板の表面との接合箇所の大部分には、活性金属ろう材が観察されなかった。

　また、実施例１～７に係るセラミックス回路基板では、寸法Ｄ１に対する寸法Ｄ２の比（Ｄ２／Ｄ１）が、好ましい範囲内であった。また、実施例１～７において、高さＨは、好ましい範囲内であった。実施例１～７では、３０Ｎ以上の高い接合強度が得られた。これは、金属ピンの先端が、活性金属ろう材を介してセラミックス基板と良好に接合されたためである。また、比（Ｄ２／Ｄ１）が好ましい範囲内であったため、金属ピンが金属板と良好に接合されたためである。特に、実施例３では、接合強度が４０Ｎを超えており、実施例５では、接合強度が９０Ｎを超えた。

　一方、比較例１～７では、接合強度が２０Ｎを下回った。比較例１、２、４～７において、高さＨは、金属板の厚さの５％以下であった。比較例４～７では、比（Ｄ２／Ｄ１）が好ましい範囲外である。その結果、十分な高さＨが得られず、金属板と金属ピンとの接合強度が低下した。比較例１～３では、金属ピンの先端の一部でしか、活性金属ろう材を介し手セラミックス基板と接合されておらず、接合強度が低下した。特に、比較例１および２では、接合強度が５Ｎを下回った。これは、貫通孔と対向する箇所には、ろう材ペーストが印刷されておらず、かつ補填ろう材も使用されていないためである。

　本発明の実施形態は、以下の特徴を含む。
（特徴１）
　セラミックス基板と、
　前記セラミックス基板の第１面に活性金属ろう材層を介して接合された金属回路と、を備え、
　前記金属回路の厚さは１ｍｍ以上であり、
　前記金属回路は、前記第１面に対して垂直な第１方向に沿って前記金属回路を貫通する貫通孔を有し、
　前記第１面の一部は、前記第１方向において前記貫通孔と重なり、
　前記第１面の前記一部に、前記活性金属ろう材層が設けられた、セラミックス回路基板。
（特徴２）
　前記貫通孔は、
　　前記金属回路の上面に位置する第１端部と、
　　前記活性金属ろう材層に面する第２端部と、
　を含み、
　前記第１面に平行な第２方向における前記第１端部の寸法（Ｄ１）に対する、前記第２方向における前記第２端部の寸法（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下である、特徴１に記載のセラミックス回路基板。
（特徴３）
　前記活性金属ろう材層を介して前記第１面の前記一部に接合された金属ピンをさらに備えた、特徴１または２のいずれか１つに記載のセラミックス回路基板。
（特徴４）
　前記貫通孔の側面と前記金属ピンとの間に設けられたろう材層をさらに備え、
　前記ろう材層の上端は、前記貫通孔の下端と上端との間に位置する、特徴３に記載のセラミックス回路基板。
（特徴５）
　前記セラミックス基板は、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、または窒化珪素基板のいずれか１種である、特徴１ないし４のいずれか１つに記載のセラミックス回路基板。
（特徴６）
　前記セラミックス基板の厚さは０．７ｍｍ以下である、特徴５に記載のセラミックス回路基板。
（特徴７）
　前記金属回路は、銅または銅合金のいずれか１種からなる、特徴５または６に記載のセラミックス回路基板。
（特徴８）
　前記活性金属ろう材層は、
　　チタン、ジルコニウム、ハフニウム、およびニオブからなる群より選択された少なくとも１つと、
　　銀、銅、錫、インジウム、亜鉛、アルミニウム、珪素、炭素、およびマグネシウムからなる群より選択された少なくとも１つと、
　を含む、特徴５ないし７のいずれか１つに記載のセラミックス回路基板。
（特徴９）
　セラミックス基板の第１面および第２面のそれぞれに、活性金属ろう材を印刷して乾燥させ、
　前記第１面に前記活性金属ろう材を介して貫通孔を有する金属回路を配置し、
　前記第２面に前記活性金属ろう材を介して金属放熱板を配置し、
　前記金属回路および前記金属放熱板を前記セラミックス基板に接合させ、
　接合された前記金属回路の前記貫通孔に金属ピンを挿入し、
　前記金属ピンを前記セラミックス基板に接合させる、セラミックス回路基板の製造方法。
（特徴１０）
　セラミックス基板の第１面および第２面のそれぞれに、活性金属ろう材を印刷して乾燥させ、
　前記第１面に、前記活性金属ろう材を介して、貫通孔を有する金属回路と、前記貫通孔に挿入された金属ピンと、を配置し、
　前記第２面に前記活性金属ろう材を介して金属放熱板を配置し、
　前記金属回路、前記金属ピン、および前記金属放熱板を前記セラミックス基板に接合させる、セラミックス回路基板の製造方法。
（特徴１１）
　前記貫通孔は、
　　前記金属回路の表面に位置する第１端部と、
　　活性金属ろう材層に面する第２端部と、
　を含み、
　前記第１面に平行な第２方向における前記第１端部の寸法（Ｄ１）に対する、前記第２方向における前記第２端部の寸法（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下である、特徴９または１０に記載のセラミックス回路基板の製造方法。

　以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１…セラミックス回路基板
２…セラミックス基板、２ａ…セラミックス基板の上面、２ｂ…セラミックス基板の下面
３…金属回路、３ａ…金属回路の上面、３ｂ…金属回路の下面
４…活性金属ろう材層
５…金属放熱板
６…貫通孔
６ａ…第１端部、６ｂ…第２端部
７…金属ピンが接合されたセラミックス回路基板
８…金属ピン、８ａ…金属ピンの先端
９…ろう材層

 

Claims (11)

1. 　セラミックス基板と、
   　前記セラミックス基板の第１面に活性金属ろう材層を介して接合された金属回路と、を備え、
   　前記金属回路の厚さは１ｍｍ以上であり、
   　前記金属回路は、前記第１面に対して垂直な第１方向に沿って前記金属回路を貫通する貫通孔を有し、
   　前記第１面の一部は、前記第１方向において前記貫通孔と重なり、
   　前記第１面の前記一部に、前記活性金属ろう材層が設けられた、セラミックス回路基板。
2. 　前記貫通孔は、
   　　前記金属回路の上面に位置する第１端部と、
   　　前記活性金属ろう材層に面する第２端部と、
   　を含み、
   　前記第１面に平行な第２方向における前記第１端部の寸法（Ｄ１）に対する、前記第２方向における前記第２端部の寸法（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下である、請求項１に記載のセラミックス回路基板。
3. 　前記活性金属ろう材層を介して前記第１面の前記一部に接合された金属ピンをさらに備えた、請求項１または２のいずれか１項に記載のセラミックス回路基板。
4. 　前記貫通孔の側面と前記金属ピンとの間に設けられたろう材層をさらに備え、
   　前記ろう材層の上端は、前記貫通孔の下端と上端との間に位置する、請求項３に記載のセラミックス回路基板。
5. 　前記セラミックス基板は、酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、または窒化珪素基板のいずれか１種である、請求項１または２に記載のセラミックス回路基板。
6. 　前記セラミックス基板の厚さは０．７ｍｍ以下である、請求項５に記載のセラミックス回路基板。
7. 　前記金属回路は、銅または銅合金のいずれか１種からなる、請求項５に記載のセラミックス回路基板。
8. 　前記活性金属ろう材層は、
   　　チタン、ジルコニウム、ハフニウム、およびニオブからなる群より選択された少なくとも１つと、
   　　銀、銅、錫、インジウム、亜鉛、アルミニウム、珪素、炭素、およびマグネシウムからなる群より選択された少なくとも１つと、
   　を含む、請求項５に記載のセラミックス回路基板。
9. 　セラミックス基板の第１面および第２面のそれぞれに、活性金属ろう材を印刷して乾燥させ、
   　前記第１面に前記活性金属ろう材を介して貫通孔を有する金属回路を配置し、
   　前記第２面に前記活性金属ろう材を介して金属放熱板を配置し、
   　前記金属回路および前記金属放熱板を前記セラミックス基板に接合させ、
   　接合された前記金属回路の前記貫通孔に金属ピンを挿入し、
   　前記金属ピンを前記セラミックス基板に接合させる、セラミックス回路基板の製造方法。
10. 　セラミックス基板の第１面および第２面のそれぞれに、活性金属ろう材を印刷して乾燥させ、
    　前記第１面に、前記活性金属ろう材を介して、貫通孔を有する金属回路と、前記貫通孔に挿入された金属ピンと、を配置し、
    　前記第２面に前記活性金属ろう材を介して金属放熱板を配置し、
    　前記金属回路、前記金属ピン、および前記金属放熱板を前記セラミックス基板に接合させる、セラミックス回路基板の製造方法。
11. 　前記貫通孔は、
    　　前記金属回路の表面に位置する第１端部と、
    　　活性金属ろう材層に面する第２端部と、
    　を含み、
    　前記第１面に平行な第２方向における前記第１端部の寸法（Ｄ１）に対する、前記第２方向における前記第２端部の寸法（Ｄ２）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．００よりも大きく１．１０以下である、請求項９または１０に記載のセラミックス回路基板の製造方法。
    
     

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