JP2012136378A - Circuit board and electronic device using the same - Google Patents

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裕一 阿部
Kiyotaka Nakamura
清隆 中村
Yohei Taniguchi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-reliability circuit board which has good discharge characteristics and substantially avoids generation of great warpage of a supporting substrate thereof comprising ceramics, and an electronic device using the same.SOLUTION: In the circuit board 10, circuit members 2a, 2b consisting mainly of copper are disposed on the first principal face of a supporting substrate 1 consisting mainly of silicon nitride through first joining layers 3a, 3b comprising a brazing filler metal containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. In the surface of the principal face of the supporting substrate 1, crystal grains of the silicon nitride are coupled together by crystal grains of a silicide containing the active metal.

Description

本発明は、回路基板およびこの回路基板に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。   The present invention relates to a circuit board and an electronic device in which an electronic component is mounted on the circuit board.

近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子，ペルチェ素子等の各種電子部品が回路基板の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。   In recent years, insulated gate bipolar transistor (IGBT) devices, intelligent power module (IPM) devices, metal oxide field effect transistor (MOSFET) devices, light emitting diode (LED) devices, freewheeling diode (FWD) devices Electronic devices in which various electronic components such as semiconductor elements such as giant transistor (GTR) elements, sublimation thermal printer head elements, thermal ink jet printer head elements, and Peltier elements are mounted on circuit members of circuit boards are used. Yes.

電子部品を搭載する回路部材を設けてなる回路基板としては、例えば、特許文献１には、表面に酸化物層を形成した窒化物セラミックス表面に、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＮｂから選択される少なくとも１種の活性金属を含有するろう材層を介して金属回路が一体に接合されているセラミックス回路基板が提案されている。   As a circuit board provided with a circuit member on which an electronic component is mounted, for example, Patent Document 1 discloses at least selected from Ti, Zr, Hf, and Nb on a nitride ceramic surface having an oxide layer formed on the surface. There has been proposed a ceramic circuit board in which metal circuits are integrally bonded through a brazing material layer containing one kind of active metal.

また、特許文献１には、このセラミックス回路基板を得るための製造方法として、酸化物層を形成した窒化物セラミックス基板の両方の表面にろう材層となる接合用組成物ペーストを介在させて、金属回路板および裏金属板を接触配置して、800℃の温度で15分間加
熱して接合してなることが記載されている。 Further, in Patent Document 1, as a manufacturing method for obtaining this ceramic circuit board, a bonding composition paste to be a brazing material layer is interposed on both surfaces of a nitride ceramic substrate on which an oxide layer is formed. It is described that a metal circuit board and a back metal board are placed in contact and joined by heating at a temperature of 800 ° C. for 15 minutes.

また、特許文献２には、希土類元素を酸化物に換算して2.0〜17.5重量％、不純物陽イ
オン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で0.3重量％以下含有し、熱伝導率が60Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導性窒化けい素基板に回
路層を接合した回路基板であり、上記高熱伝導性窒化けい素基板上に回路層を介して複数の半導体素子を搭載した窒化けい素回路基板が提案されている。 Patent Document 2 includes 2.0 to 17.5 wt% of rare earth elements converted to oxides, and Li, Na, K, Fe, Ca, Mg, Sr, Ba, Mn, and B as impurity cation elements in total. Is a circuit board obtained by bonding a circuit layer to a high thermal conductivity silicon nitride substrate having a thermal conductivity of 60 W / m · K or more, and containing the circuit layer on the high thermal conductivity silicon nitride substrate. A silicon nitride circuit board having a plurality of semiconductor elements mounted thereon is proposed.

また、特許文献２には、この窒化けい素回路基板を得るための製造方法として、窒化けい素基板の両方の表面にろう材（30％Ａｇ−65％Ｃｕ−５％Ｔｉ）をスクリーン印刷して乾燥し、活性金属ろう材層を形成し、ここに銅回路板および裏銅板を接触配置した状態で、真空中で850℃の温度で10分間保持して接合してなることが記載されている。   In Patent Document 2, as a manufacturing method for obtaining this silicon nitride circuit board, a brazing material (30% Ag-65% Cu-5% Ti) is screen-printed on both surfaces of the silicon nitride board. It is described that the active metal brazing material layer is formed, and the copper circuit board and the back copper board are placed in contact with each other and held in a vacuum at a temperature of 850 ° C. for 10 minutes for bonding. Yes.

特開2000−272977号公報JP 2000-272977 特開平9−69590号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-69590

しかしながら、今般の回路基板においては、半導体素子等の電子部品を搭載して放熱を繰り返した際の放熱特性の向上、およびこの熱によって支持基板が反ったり、接合部が剥がれたりすることが抑制された信頼性の高い回路基板が求められている。   However, in this circuit board, improvement of heat dissipation characteristics when electronic components such as semiconductor elements are mounted and heat dissipation is repeated, and the support substrate is not warped or the joint is peeled off due to this heat is suppressed. There is a need for a highly reliable circuit board.

本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、半導体素子等の電子部品を搭載して放熱を繰り返しても信頼性が損なわれにくい回路基板およびこれを用いた電子装置を提供するものである。   The present invention has been devised to solve the above-described problems, and provides a circuit board on which electronic components such as semiconductor elements are mounted and reliability is not easily lost even if heat dissipation is repeated, and an electronic device using the circuit board To do.

本発明の回路基板は、窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、前記支持基板の前記第１主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とするものである。   A circuit board according to the present invention is a first junction made of a brazing material containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium on a first main surface of a support substrate mainly composed of silicon nitride. A circuit board provided with a circuit member containing copper as a main component through a layer, wherein the silicon nitride crystal particles include the active metal on the surface of the first main surface of the support substrate. It is characterized by being connected by crystal grains.

また、本発明の電子装置は、上記構成の本発明の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。   The electronic device of the present invention is characterized in that an electronic component is mounted on the circuit member of the circuit board of the present invention having the above-described configuration.

本発明の回路基板によれば、窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、支持基板の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子が活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子同士で進みやすくなるので、放熱特性を高めることができる。また、活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結された窒化珪素の結晶粒子同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板と第１の接合層との線膨張係数差に起因する応力が支持基板に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性が高くすることができる。   According to the circuit board of the present invention, the first main surface of the support substrate mainly composed of silicon nitride is made of the brazing material containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. A circuit board provided with a circuit member mainly composed of copper with a bonding layer of silicon nitride, wherein the silicon nitride crystal grains include an active metal crystal on the surface of the first main surface of the support substrate. Since they are connected by the particles, heat transfer can easily proceed between the silicon nitride crystal particles, so that the heat dissipation characteristics can be improved. In addition, since the silicon nitride crystal particles connected by the silicide crystal particles containing the active metal are constrained, they are caused by a difference in linear expansion coefficient between the support substrate and the first bonding layer even when subjected to heat. Stress is less likely to occur in the support substrate, and the reliability in the heat cycle can be increased.

また、本発明の電子装置によれば、本発明の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載したことから、放熱特性の高い電子装置とすることができる。   Further, according to the electronic device of the present invention, since the electronic component is mounted on the circuit member in the circuit board of the present invention, an electronic device having high heat dissipation characteristics can be obtained.

本実施形態の回路基板の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。An example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a plan view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of (a). 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the B-B 'line | wire of (a). 本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第１主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the photograph which image | photographed the surface of the 1st main surface of the support substrate which comprises the circuit board of this embodiment with the scanning electron microscope, and the connection state of a crystal grain. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in CC 'line of (a), (c) shows the curvature of a support substrate. It is sectional drawing shown typically. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。Another example of the circuit board of the present embodiment is shown, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line D-D 'in (a), and (c) is a bottom view. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown. (A) is a top view, (b) is a sectional view in the E-E 'line of (a), and (c) is a bottom view. 本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第２主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the photograph which image | photographed the surface of the 2nd main surface of the support substrate which comprises the circuit board of this embodiment with the scanning electron microscope, and the connection state of a crystal grain. 本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。The other example of the circuit board of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is sectional drawing in the FF 'line of (a), (c) shows the curvature of a support substrate. It is sectional drawing shown typically. 本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。An example of the electronic device of this embodiment is shown, (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view taken along line G-G 'in (a), and (c) is a bottom view.

以下、本実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an example of this embodiment will be described with reference to the drawings.

図１および図２は、本実施形態の回路基板の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線またはＢ−Ｂ’線における断面図である。   1 and 2 show an example of a circuit board according to the present embodiment. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ or BB ′ in FIG. is there.

図１および図２に示す例の回路基板10は、窒化珪素を主成分とする支持基板１の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層３ａ，３ｂを介して、銅を主成分とする回路部材２（２ａ，２ｂ）が設けられた回路基板10である。   The circuit board 10 of the example shown in FIGS. 1 and 2 includes at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium on the first main surface of the support substrate 1 mainly composed of silicon nitride. The circuit board 10 is provided with a circuit member 2 (2a, 2b) containing copper as a main component via first bonding layers 3a, 3b made of a brazing material.

ここで、図１に示す例における支持基板１は平板状であり、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が20ｍｍ以上200ｍｍ以下であり、幅（図１に示すＹ方向）が10ｍｍ以上120ｍｍ以下である。支持基板１の厚みは用途によって異なるが、耐久性および絶縁耐圧が高く、熱抵抗が抑制されたものにするには、0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下とすることが好適である。また、回路部材２ａは、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が15ｍｍ以上155ｍｍ以下で
あり、幅（図１に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下である。また、回路部材２ｂは
、例えば、長さ（図１に示すＸ方向）が１ｍｍ以上10ｍｍ以下であり、幅（図１に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下である。 Here, the support substrate 1 in the example shown in FIG. 1 has a flat plate shape. For example, the length (X direction shown in FIG. 1) is 20 mm or more and 200 mm or less, and the width (Y direction shown in FIG. 1) is 10 mm or more. 120 mm or less. Although the thickness of the support substrate 1 varies depending on the application, it is preferable that the thickness is 0.2 mm or more and 1.0 mm or less in order to achieve high durability and high withstand voltage and suppressed thermal resistance. The circuit member 2a has, for example, a length (X direction shown in FIG. 1) of 15 mm to 155 mm and a width (Y direction shown in FIG. 1) of 8 mm to 100 mm. The circuit member 2b has, for example, a length (X direction shown in FIG. 1) of 1 mm to 10 mm and a width (Y direction shown in FIG. 1) of 8 mm to 100 mm.

図２に示す例における支持基板１は、図１に示す例の支持基板１と寸法が同じであって、平面視したときに、並べて配置される回路部材２ａと２ｂとは寸法が同等である。また、図２に示す回路部材２ａ，２ｂの寸法は、例えば、長さ（図２に示すＸ方向）が８ｍｍ以上98ｍｍ以下であり、幅（図２に示すＹ方向）が８ｍｍ以上98ｍｍ以下である。図２に示す例のように、支持基板１の第１主面に設けられている回路部材２ａ，２ｂの寸法が同等であるときには、図１に示す例のように回路部材２ａ，２ｂの寸法に差があるときと比べて、回路部材２ａ，２ｂを支持基板１に接合するときに生じる応力の偏りを低減することができるので、支持基板１に生じる反りを抑制することができる。   The support substrate 1 in the example shown in FIG. 2 has the same dimensions as the support substrate 1 in the example shown in FIG. 1, and the circuit members 2a and 2b arranged side by side have the same dimensions when viewed in plan. . The dimensions of the circuit members 2a and 2b shown in FIG. 2 are, for example, a length (X direction shown in FIG. 2) of 8 mm or more and 98 mm or less and a width (Y direction shown in FIG. 2) of 8 mm or more and 98 mm or less. is there. When the circuit members 2a and 2b provided on the first main surface of the support substrate 1 have the same dimensions as in the example shown in FIG. 2, the dimensions of the circuit members 2a and 2b as in the example shown in FIG. Compared to when there is a difference between the two, the stress bias generated when the circuit members 2a and 2b are joined to the support substrate 1 can be reduced, so that the warpage generated in the support substrate 1 can be suppressed.

そして、図１および図２に示す例における回路部材２ａ,２ｂの厚みは、回路部材２ａ,２ｂを流れる電流の大きさや回路部材２ａ,２ｂに搭載される電子部品（図示しない）の
発熱量等によって決められ、例えば、0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。 The thickness of the circuit members 2a and 2b in the example shown in FIGS. 1 and 2 is the magnitude of the current flowing through the circuit members 2a and 2b, the amount of heat generated by electronic components (not shown) mounted on the circuit members 2a and 2b, etc. For example, it is 0.5 mm or more and 5 mm or less.

また、図１および図２に示す例における第１の接合層３ａ，３ｂの厚みは、例えば、５μｍ以上30μｍ以下である。また、この第１の接合層３ａ，３ｂは、支持基板１の第１主面に塗布したろう材が熱処理されてなるものであり、ろう材としては、例えば、銅および錫，または銀および銅を主成分とし、少なくともチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の活性金属を含んでなる。そして、第１の接合層３ａ，３ｂに含まれる活性金属は、支持基板１を構成する窒化珪素の非金属成分である珪素と反応して珪化物を形成することによって、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとを高い接合強度で接合することができる。この接合強度については、ＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して引きはがし強さを測定することにより確認することができる。   Further, the thickness of the first bonding layers 3a and 3b in the example shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, not less than 5 μm and not more than 30 μm. The first bonding layers 3a and 3b are formed by heat-treating a brazing material applied to the first main surface of the support substrate 1, and examples of the brazing material include copper and tin, or silver and copper. And at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. Then, the active metal contained in the first bonding layers 3a and 3b reacts with silicon, which is a non-metallic component of silicon nitride constituting the support substrate 1, to form a silicide, thereby forming the support substrate 1 and the circuit member. 2a and 2b can be joined with high joining strength. The bonding strength can be confirmed by measuring the peel strength in accordance with JIS C 6481-1996.

図３は、本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第１主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a photograph of the surface of the first main surface of the support substrate constituting the circuit board of the present embodiment taken with a scanning electron microscope, and the connection state of crystal particles.

この写真は、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板の第１主面の
表面の６〜10μｍ×３〜７μｍの範囲を観察したものであり、模式図は、本発明の特徴を明確にすべく示すものである。本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることが重要である。 This photograph is obtained by observing a range of 6 to 10 μm × 3 to 7 μm of the surface of the first main surface of the support substrate using a scanning electron microscope at a magnification of 10000 times. It is shown to clarify the characteristics. It is important that the crystal grains 11 of silicon nitride are connected by the crystal grains 12 of silicide containing an active metal on the surface of the first main surface of the support substrate 1 constituting the circuit board 10 of the present embodiment.

このような構成の本実施形態の回路基板10は、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む
珪化物の結晶粒子12によって連結されていることにより、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができるとともに、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結された窒化珪素の結晶粒子11同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板１と第１の接合層３ａ，３ｂとの線膨張係数差に起因する応力が支持基板１に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性を高くすることができる。なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属は、透過型電子顕微鏡を用いて同定することができる。 The circuit board 10 of the present embodiment having such a configuration is such that the silicon nitride crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, so that heat transfer is performed between the silicon nitride crystal particles 11. The silicon nitride crystal particles 11 connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal are constrained to each other, so that the support substrate 1 can receive heat even when heated. And the first bonding layers 3a and 3b are less likely to generate stress in the support substrate 1 due to a difference in linear expansion coefficient, and the reliability in the heat cycle can be increased. The active metal in the crystal grains 12 of the silicide containing the active metal can be identified using a transmission electron microscope.

また、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第１主面の表面とは、回路部材２ａ，２ｂを研磨により除去し、第１の接合層３ａ，３ｂをエッチングにより除去した支持基板１の第１主面の表面のことをいう。   Further, the surface of the first main surface of the support substrate 1 constituting the circuit board 10 of the present embodiment in which the silicon nitride crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal. The surface of the first main surface of the support substrate 1 from which the circuit members 2a and 2b are removed by polishing and the first bonding layers 3a and 3b are removed by etching.

図４は、本実施形態の回路基板のさらに他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。   4A and 4B show still another example of the circuit board according to the present embodiment. FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. It is sectional drawing which shows the curvature of a support substrate typically.

図４に示す例の回路基板10は、図２に示す例における回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂが配置されており、この第１の金属層４ａ，４ｂの厚みは、例えば、0.1ｍｍ以上0.6ｍｍ以下である。そして、図１および図２に示す例の回路基板10において、第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合するときには、800℃以上の温度を必要とするが、図４に示す例の回
路基板10では、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合するので、第１の金属層４ａ，４ｂと回路部材２ａ，２ｂとの主成分がいずれも銅であることから、銅の拡散作用により300〜500℃の低温での接合が可能となり、接合工程後の冷却時に支持基板１に反りが生じるのを抑制することができる。また、回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、第１の金属層４ａ，４ｂが配置されていることにより、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品の動作時に生じる熱の放熱特性に優れているので、支持基板１に生じる反りを小さくすることができる。 The circuit board 10 in the example shown in FIG. 4 includes first metal layers 4a and 4b mainly composed of copper between the circuit members 2a and 2b and the first bonding layers 3a and 3b in the example shown in FIG. The thickness of the first metal layers 4a and 4b is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 0.6 mm. In the circuit board 10 of the example shown in FIGS. 1 and 2, when the circuit members 2a and 2b are bonded via the first bonding layers 3a and 3b, a temperature of 800 ° C. or higher is required. In the circuit board 10 of the example shown in FIG. 4, since the circuit members 2a and 2b are joined via the first metal layers 4a and 4b mainly composed of copper, the first metal layers 4a and 4b and the circuit members 2a and 2b are joined. Since the main component is copper, it is possible to bond at a low temperature of 300 to 500 ° C. by the diffusion action of copper, and to suppress warping of the support substrate 1 during cooling after the bonding process. it can. In addition, since the first metal layers 4a and 4b are disposed between the circuit members 2a and 2b and the first bonding layers 3a and 3b, the electronic components mounted on the circuit members 2a and 2b Since the heat dissipation characteristic of heat generated during operation is excellent, the warp generated in the support substrate 1 can be reduced.

ここで、回路基板10の反りは、図４（ｃ）に示すように、支持基板１の第１主面の最も高い部分と最も低い部分との差Ｈ１のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。 Here, the warpage of the circuit board 10 is as shown, in that the difference H 1 between the highest portion and the lowest portion of the first main surface of the supporting substrate 1 FIG. 4 (c), the surface roughness meter Or it can measure with a laser displacement meter.

図５および図６は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ’線またはＥ−Ｅ’線における断面図であり、（ｃ）は底面図である。   5 and 6 show another example of the circuit board of the present embodiment, (a) is a plan view, and (b) is a cross section taken along the line DD ′ or EE ′ of (a). It is a figure and (c) is a bottom view.

図５および図６に示す例の回路基板10は、支持基板１および支持基板１の第１主面側の構成は、図６については図１と、図７については図２と同じであり、支持基板１の第１主面に対向する第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第２の接合層３ｃを介して、銅を主成分とする放熱部材５が設けられた回路基板10である。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 5 and FIG. 6 is the same as FIG. 1 for FIG. 6 and FIG. 2 for FIG. Via a second bonding layer 3c made of a brazing material containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, on the second main surface facing the first main surface of the support substrate 1, The circuit board 10 is provided with a heat radiating member 5 mainly composed of copper.

ここで、図５および図６に示す例における放熱部材５は、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品（図示しない）の動作時に生じる熱を逃がすという機能を有し、例えば、長さ（図５および図６に示すＸ方向）が18ｍｍ以上190ｍｍ以下であり、幅（図５および
図６に示すＹ方向）が８ｍｍ以上100ｍｍ以下であり、厚みが0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、第２の接合層３ｃの厚みは、例えば、５μｍ以上30μｍ以下である。 Here, the heat dissipating member 5 in the example shown in FIGS. 5 and 6 has a function of releasing heat generated during operation of electronic components (not shown) mounted on the circuit members 2a and 2b. (X direction shown in FIGS. 5 and 6) is 18 mm or more and 190 mm or less, width (Y direction shown in FIGS. 5 and 6) is 8 mm or more and 100 mm or less, and thickness is 0.5 mm or more and 5 mm or less. The thickness of the second bonding layer 3c is, for example, not less than 5 μm and not more than 30 μm.

そして、この第２の接合層３ｃは、支持基板１の第２主面に塗布したろう材が熱処理されてなるものであり、ろう材としては、例えば、銅および錫，または銀および銅を主成分とし、少なくともチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の活性金属を含有してなる。そして、第２の接合層３ｃに含まれる活性金属は、支持基板１を構成する窒化珪素の非金属成分である珪素と反応して珪化物を形成することによって、支持基板１と放熱部材５とを高い接合強度で接合することができる。この接合強度については、ＪＩＳ Ｃ 6481−1996に準拠して引きはがし強さを測定することにより確認することができる。   The second bonding layer 3c is obtained by heat-treating a brazing material applied to the second main surface of the support substrate 1. As the brazing material, for example, copper and tin, or silver and copper are mainly used. The component contains at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium. Then, the active metal contained in the second bonding layer 3 c reacts with silicon, which is a non-metallic component of silicon nitride constituting the support substrate 1, to form silicide, thereby supporting the support substrate 1, the heat dissipation member 5, and the like. Can be bonded with high bonding strength. The bonding strength can be confirmed by measuring the peel strength in accordance with JIS C 6481-1996.

図７は、本実施形態の回路基板を構成する支持基板の第２主面の表面を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一例および結晶粒子の連結状態を示す模式図である。   FIG. 7 is a schematic view showing an example of a photograph of the surface of the second main surface of the support substrate constituting the circuit board of the present embodiment taken with a scanning electron microscope, and the connection state of crystal grains.

この写真は、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板の第２主面の
表面の６〜10μｍ×３〜７μｍの範囲を観察したものであり、模式図は、本発明の特徴を明確にすべく示すものである。本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることが好適である。 This photograph is obtained by observing a range of 6 to 10 μm × 3 to 7 μm of the surface of the second main surface of the support substrate using a scanning electron microscope at a magnification of 10000 times. It is shown to clarify the characteristics. In the surface of the second main surface of the support substrate 1 constituting the circuit board 10 of the present embodiment, it is preferable that the silicon nitride crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal.

このような構成であるときには、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることにより、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができるとともに、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結された窒化珪素の結晶粒子11同士は拘束されているので、熱を受けても支持基板１と第２の接合層３ｃとの線膨張係数差に起因する応力が支持基板１に生じにくくなり、ヒートサイクルにおける信頼性を高くすることができる。なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属は、透過型電子顕微鏡を用いて同定することができる。   In such a configuration, since the silicon nitride crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, heat transfer easily proceeds between the silicon nitride crystal particles 11 to dissipate heat. Since the silicon nitride crystal particles 11 connected to each other by the silicide crystal particles 12 containing the active metal can be improved, the support substrate 1 and the second bonding layer can be improved even when subjected to heat. Stress due to the difference in linear expansion coefficient from 3c is less likely to occur in the support substrate 1, and the reliability in the heat cycle can be increased. The active metal in the crystal grains 12 of the silicide containing the active metal can be identified using a transmission electron microscope.

なお、窒化珪素の結晶粒子11同士が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１の第２主面の表面とは、放熱部材５を研磨により除去し、第２の接合層３ｃをエッチングにより除去した支持基板１の第２主面の表面のことをいう。   Note that the surface of the second main surface of the support substrate 1 constituting the circuit board 10 of the present embodiment, in which the silicon nitride crystal particles 11 are connected to each other by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, and Means the surface of the second main surface of the support substrate 1 from which the heat dissipating member 5 is removed by polishing and the second bonding layer 3c is removed by etching.

図８は、本実施形態の回路基板の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線における断面図であり、（ｃ）は支持基板の反りを模式的に示す断面図である。   8A and 8B show another example of the circuit board of the present embodiment. FIG. 8A is a plan view, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line FF ′ in FIG. 8A, and FIG. It is sectional drawing which shows the curvature of a board | substrate typically.

図８に示す例の回路基板10は、支持基板１および支持基板１の第１主面側の構成は、図４と同じであり、放熱部材５と第２の接合層３ｃとの間に、銅を主成分とする第２の金属層４ｃが配置されている点で、支持基板１の第２主面側の構成が図５および図６に示す例の回路基板10と異なる。この第２の金属層４ｃの厚みは、例えば、0.1ｍｍ以上0.6ｍｍ以下である。   The circuit board 10 of the example shown in FIG. 8 has the same configuration as that of FIG. 4 on the support substrate 1 and the first main surface side of the support substrate 1, and between the heat dissipation member 5 and the second bonding layer 3 c, The configuration of the second main surface side of the support substrate 1 is different from the circuit substrate 10 of the example shown in FIGS. 5 and 6 in that the second metal layer 4c mainly composed of copper is disposed. The thickness of the second metal layer 4c is, for example, not less than 0.1 mm and not more than 0.6 mm.

図５および図６に示す例の回路基板10において、第２の接合層３ｃを介して放熱部材５を接合するときには、800℃以上の温度を必要とするが、図８に示す例の回路基板10では
、銅を主成分とする第２の金属層４ｃを介して放熱部材５を接合するので、第２の金属層４ｃと放熱部材５との主成分がいずれも銅であることから、銅の拡散作用により300〜500℃の低温での接合が可能となり、接合工程後の冷却時に支持基板１に反りが生じるのを抑制することができる。また、支持基板１の第２主面側の放熱特性が高まることから、回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品の動作時に生じる熱が支持基板１に留まりにくいので、支持基板１に生じる反りを小さくすることができる。 In the circuit board 10 of the example shown in FIGS. 5 and 6, when the heat dissipation member 5 is joined via the second joining layer 3c, a temperature of 800 ° C. or higher is required, but the circuit board of the example shown in FIG. 10, the heat radiating member 5 is joined via the second metal layer 4c containing copper as a main component. Therefore, since the main components of the second metal layer 4c and the heat radiating member 5 are both copper, Due to this diffusion action, bonding at a low temperature of 300 to 500 ° C. becomes possible, and it is possible to suppress warping of the support substrate 1 during cooling after the bonding process. In addition, since heat dissipation characteristics on the second main surface side of the support substrate 1 are enhanced, heat generated during operation of the electronic components mounted on the circuit members 2a and 2b is unlikely to remain in the support substrate 1, and thus is generated in the support substrate 1. Warpage can be reduced.

ここで、回路基板10の反りは、図８（ｃ）に示すように、支持基板１の第１主面の最も高い部分と最も低い部分との差Ｈ２のことであり、表面粗さ計またはレーザー変位計で測定することができる。 Here, the warp of the circuit board 10 is a difference H 2 between the highest part and the lowest part of the first main surface of the support substrate 1 as shown in FIG. Or it can measure with a laser displacement meter.

また、本実施形態の回路基板10の第１主面の表面および第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11を連結する活性金属を含む珪化物の結晶粒子12は、アスペクト比の平均値が８以上であることが好適である。このように、アスペクト比の平均値が８以上であるときには、窒化珪素の結晶粒子11同士における熱の授受がさらに進みやすくなるので、放熱特性をさらに高くすることができる。   In addition, on the surface of the first main surface and the surface of the second main surface of the circuit board 10 of the present embodiment, the silicide crystal particles 12 containing active metal that connects the silicon nitride crystal particles 11 have an average aspect ratio. The value is preferably 8 or more. Thus, when the average value of the aspect ratio is 8 or more, heat transfer between the silicon nitride crystal particles 11 is further facilitated, so that the heat dissipation characteristics can be further enhanced.

なお、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12のアスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて求めればよい。具体的には、倍率を10000倍として、例えば、６〜10μｍ×３〜７μｍ
の範囲における活性金属を含む珪化物の結晶粒子12を10個抽出して、それぞれの長径および短径を測定し、得られた長径の値を短径の値で除してそれぞれのアスペクト比を求めた後、求められた値から算出した平均値をアスペクト比とする。 The aspect ratio of the silicide crystal particles 12 containing the active metal may be obtained using a scanning electron microscope. Specifically, the magnification is 10,000 times, for example, 6 to 10 μm × 3 to 7 μm.
Ten silica crystal particles 12 containing active metal in the range of 10 are extracted, the major axis and minor axis are measured, and the obtained major axis value is divided by the minor axis value to obtain each aspect ratio. After obtaining, the average value calculated from the obtained value is taken as the aspect ratio.

また、活性金属を含む珪化物は、組成式がＴｉ５Ｓｉ３およびＴｉ５Ｓｉ４として示される成分の少なくともいずれかであることが好適である。活性金属を含む珪化物の組成式がＴｉ５Ｓｉ３およびＴｉ５Ｓｉ４として示される成分の少なくともいずれかであるときには、熱を受けても変化しにくい成分であるので、連結された窒化珪素の結晶粒子11に対する拘束力が変動しにくく、ヒートサイクルにおける信頼性をさらに高くすることができる。 In addition, the silicide containing the active metal is preferably at least one of the components whose composition formulas are shown as Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 4 . When the composition formula of the silicide containing the active metal is at least one of the components shown as Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 4, it is a component that hardly changes even when subjected to heat. The restraining force on the crystal particles 11 is unlikely to fluctuate, and the reliability in the heat cycle can be further increased.

ここで、回路基板10を構成する各部材について説明する。銅を主成分とする、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、それぞれ銅の含有量が90質量％以上である。そして、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、無酸素銅，タフピッチ銅およびりん脱酸銅のいずれかである銅の含有量の多いものからなることが好適であり、特に、無酸素銅のうち、銅の含有量が99.995質量％以上の線形結晶無酸素銅，単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかからなることがより好適である。このように、第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５は、銅の含有量が多くなると、それぞれ電気抵抗が低く、熱伝導率が高くなるため、放熱特性が向上し、さらに回路部材２ａ，２ｂにおいては、回路特性（回路部材２ａ，２ｂ上に搭載される電子部品に生じた熱による電力損失を少なくする特性）も向上する。   Here, each member constituting the circuit board 10 will be described. The first metal layers 4a and 4b, the second metal layer 4c, the circuit members 2a and 2b, and the heat dissipation member 5 containing copper as a main component each have a copper content of 90% by mass or more. The first metal layers 4a and 4b, the second metal layer 4c, the circuit members 2a and 2b, and the heat radiating member 5 have a copper content of any one of oxygen-free copper, tough pitch copper, and phosphorous deoxidized copper. It is preferable to consist of a large amount, and particularly from oxygen-free copper, from any of linear crystalline oxygen-free copper, single-crystal high-purity oxygen-free copper and vacuum-dissolved copper with a copper content of 99.995% by mass or more More preferably. Thus, the first metal layers 4a and 4b, the second metal layer 4c, the circuit members 2a and 2b, and the heat radiating member 5 have low electrical resistance and high thermal conductivity, respectively, as the copper content increases. Therefore, the heat dissipation characteristics are improved, and further, in the circuit members 2a and 2b, circuit characteristics (characteristics for reducing power loss due to heat generated in electronic components mounted on the circuit members 2a and 2b) are also improved.

また、銅の含有量が多くなると、降伏応力が小さく、加熱すると塑性変形しやすくなるため、回路部材２ａ，２ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂ、放熱部材５および第２の金属層４ｃのそれぞれの密着性が上がり、回路基板10の信頼性がより高くなる。   Further, when the copper content is increased, the yield stress is small, and plastic deformation is easily caused by heating. Therefore, the circuit members 2a and 2b and the first metal layers 4a and 4b, the heat radiating member 5 and the second metal layer 4c The adhesiveness of each increases, and the reliability of the circuit board 10 becomes higher.

次に、第１の接合層３ａ，３ｂおよび第２の接合層３ｃとなるろう材における主成分は、銅および錫，または銀および銅からなり、ここで主成分とは、ろう材を構成する全成分100質量％に対して、合算で50質量％を超える成分をいう。なお、第１の接合層３ａ，３
ｂおよび第２の接合層３ｃとなるろう材とは、ＪＩＳ Ｚ 3001−３（ＩＳＯ 857−2005（ＭＯＤ））で定義されるろう付に用いられる、融点が450℃以上のろう（硬ろう）であって、前記規格で定義されるはんだ付に用いられる、融点が450℃未満のはんだ（軟ろう
）を含まない。 Next, the main components in the brazing material to be the first bonding layers 3a and 3b and the second bonding layer 3c are made of copper and tin, or silver and copper, and the main components constitute the brazing material. A component exceeding 50% by mass in total with respect to 100% by mass of all components. The first bonding layers 3a and 3
b and the brazing material to be the second bonding layer 3c are a brazing material having a melting point of 450 ° C. or higher (hard brazing) used for brazing defined in JIS Z 3001-3 (ISO 857-2005 (MOD)). However, it does not include solder (soft solder) having a melting point of less than 450 ° C., which is used for soldering as defined in the standard.

ここで、ろう材が銅および錫を主成分とする場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、５質量％以上18質量
％以下の銀を含有させることが好適である。銀を５質量％以上18質量％以下含有させることにより、銅は活性金属より銀と結合しやすく、得られた銅と銀との化合物は、活性金属と銅との化合物より脆化しにくいため、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５との接合強度が低下しにくくなるとともに、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５との接合部における不要なはみ出しの少ない粘度のろう材とすることができる。 Here, when the brazing material is mainly composed of copper and tin, in addition to at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, 5% by mass to 18% by mass of silver is contained. Is preferable. By containing 5% by mass or more and 18% by mass or less of silver, copper is more easily bonded to silver than the active metal, and the obtained compound of copper and silver is less likely to be brittle than the compound of active metal and copper. The bonding strength between the support substrate 1 and the circuit members 2a and 2b and the heat radiating member 5 is less likely to be lowered, and the viscosity is low with unnecessary protrusion at the joint between the support substrate 1 and the circuit members 2a and 2b and the heat radiating member 5. It can be a material.

また、ろう材が銀および銅を主成分とする場合には、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含むろう材からなることが好適である。   Further, when the brazing material is mainly composed of silver and copper, in addition to at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, at least one selected from indium, zinc and tin It is preferable to consist of a brazing material containing a metal and at least one metal selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten.

インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属は、融点が低く溶融しやすいため、ろう材の流れ性を良好にすることができるので、ろう材からなるそれぞれの第１の接合層３ａ，３ｂと支持基板１，第１の金属層４ａ，４ｂとの間または第２の接合層３ｃと支持基板１，第２の金属層４ｃとの間に生じる空隙（ろう材が追従できずに残る隙間）を減少させることができる。この空隙については、その有無を超音波探傷法により確認することができる。   Since at least one metal selected from indium, zinc, and tin has a low melting point and is easily melted, the flowability of the brazing material can be improved, so that each first bonding layer 3a made of the brazing material can be used. , 3b and the support substrate 1, the first metal layers 4a and 4b or between the second bonding layer 3c and the support substrate 1 and the second metal layer 4c (the brazing material cannot follow). The remaining gap) can be reduced. The presence or absence of this void can be confirmed by ultrasonic flaw detection.

また、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属は、融点が高く溶融しにくいため、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属を含むことによって粘性が高くなり過ぎるのを抑えて、接合部における不要なはみ出しを少なくすることができる。   Further, since at least one metal selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten has a high melting point and is difficult to melt, the viscosity increases by including at least one metal selected from indium, zinc and tin. It is possible to suppress excessive protrusion and reduce unnecessary protrusion at the joint.

また、銀および銅を主成分とするろう材において、銅の含有量は35質量％以上50質量％以下であることが好適である。銅の含有量が上記範囲であることにより、ろう材の流れ性を良好にすることができるとともに、銀および銅をそれぞれ単独で用いる場合よりも低い温度で支持基板２と回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５とを空隙の少ない状態で良好に接合することができる。   In the brazing material containing silver and copper as main components, the copper content is preferably 35% by mass or more and 50% by mass or less. When the copper content is in the above range, the flowability of the brazing material can be improved, and the support substrate 2 and the circuit members 2a, 2b and the lower temperature are lower than when silver and copper are used alone. The heat dissipating member 5 can be satisfactorily joined with a small amount of voids.

また、銀および銅を主成分とし、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属に加え、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含むときには、銅の含有量が35質量％以上50質量％以下であり、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属の含有量が１質量％以上８質量％以下であり、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属の含有量が２質量％以上22質量％以下であり、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属の含有量が１質量％以上８質量％以下であり、残部が銀であることが好適である。   In addition to silver and copper as main components, in addition to at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, at least one metal selected from indium, zinc and tin, molybdenum, osmium, When containing at least one metal selected from rhenium and tungsten, the copper content is 35% by mass or more and 50% by mass or less, and at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium The content of at least one metal selected from indium, zinc and tin is 2% by mass to 22% by mass, molybdenum, osmium, rhenium and The content of at least one metal selected from tungsten is 1% by mass or more and 8% by mass or less. In it, it is preferred that the remainder being silver.

さらに、第１の接合層３ａ，３ｂにおけるモリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属は、平均結晶粒径が３μｍ以上10μｍ以下であることが好適で、平均結晶粒径が３μｍ以上10μｍ以下であると、接合部における不要なはみ出しが抑制されるので、隣り合う回路部材２ａ，２ｂ間の短絡のおそれは減少する。また、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとの間に生じる空隙が十分抑制されるので、支持基板１と回路部材２ａ，２ｂとの接合強度を高くすることができる。   Further, it is preferable that at least one metal selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten in the first bonding layers 3a and 3b has an average crystal grain size of 3 μm or more and 10 μm or less. If it is 3 μm or more and 10 μm or less, unnecessary protrusion at the joint is suppressed, so that the possibility of short circuit between adjacent circuit members 2a and 2b is reduced. Moreover, since the space | gap which arises between the support substrate 1 and circuit member 2a, 2b is fully suppressed, the joint strength of the support substrate 1 and circuit member 2a, 2b can be made high.

なお、第１の接合層３ａ，３ｂ，第２の接合層３ｃ，第１の金属層４ａ，４ｂ，第２の金属層４ｃ，回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５のそれぞれの成分の含有量については、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析法により求
めることができる。 In addition, content of each component of 1st joining layer 3a, 3b, 2nd joining layer 3c, 1st metal layer 4a, 4b, 2nd metal layer 4c, circuit member 2a, 2b, and the heat radiating member 5 Can be determined by fluorescent X-ray analysis or ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy.

ここで、本実施形態の回路基板10を構成する支持基板１は、窒化珪素を主成分とし、窒化珪素の含有量が80質量％以上、特に、90質量％以上含有していることが好適である。なお、窒化珪素の含有量は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分析法によって珪素（Ｓｉ）の含有量を求め、この含有量を窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）に換算することで求めることができる。 Here, it is preferable that the support substrate 1 constituting the circuit board 10 of the present embodiment contains silicon nitride as a main component and the silicon nitride content is 80 mass% or more, particularly 90 mass% or more. is there. The silicon nitride content is determined by obtaining the silicon (Si) content by fluorescent X-ray analysis or ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis, and converting this content to silicon nitride (Si 3 N 4 ). Can be obtained.

また、窒化珪素を主成分とする支持基板１の一例としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および希土類酸化物（例えば、Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３，Ｌａ２Ｏ３，Ｃｅ２Ｏ３，Ｐｒ６Ｏ１１，Ｎｄ２Ｏ３，Ｐｍ２Ｏ３，Ｓｍ２Ｏ３，Ｅｕ２Ｏ３，Ｇｄ２Ｏ３，Ｔｂ２Ｏ３，Ｄｙ２Ｏ３，Ｈｏ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３，Ｔｍ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３およびＬｕ２Ｏ３の少なくともいずれか１種）を含み、粒界相に、組成式がＲＥＭｇＳｉ２Ｏ５Ｎ（ＲＥは希土類金属）で表される成分を含むことが好適である。 Examples of the support substrate 1 mainly composed of silicon nitride include magnesium oxide (MgO) and rare earth oxides (for example, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Pr). 6 O 11 , Nd 2 O 3 , Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 ), and the grain boundary phase contains a component whose composition formula is represented by REMgSi 2 O 5 N (RE is a rare earth metal) Is preferred.

窒化珪素，希土類酸化物および酸化マグネシウムを構成する元素が結合したＲＥＭｇＳｉ２Ｏ５Ｎで表される成分を粒界相に含んでいるときには、変形しやすい粒界相の非晶質相が相対的に少なくなるので、粒界相の変形が抑制され、剛性を高くすることができる。また、非晶質相は高温時に特に変形しやすくなるので、そのような非晶質相が相対的に少なくなることから、高温時に変形をより抑制することができる。 When the grain boundary phase contains a component represented by REMgSi 2 O 5 N in which elements constituting silicon nitride, rare earth oxide, and magnesium oxide are bonded, the amorphous phase of the grain boundary phase that is easily deformed is relatively Therefore, the deformation of the grain boundary phase is suppressed and the rigidity can be increased. In addition, since the amorphous phase is particularly easily deformed at a high temperature, the number of such amorphous phases is relatively small, so that the deformation can be further suppressed at a high temperature.

なお、粒界相に含まれる成分組成については、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。また、粒界相に含まれる各成分の含有量については、エネルギー分散型Ｘ線分光法によって求めることができる。   In addition, about the component composition contained in a grain-boundary phase, it can identify using a X ray diffraction method. The content of each component contained in the grain boundary phase can be determined by energy dispersive X-ray spectroscopy.

ここで、具体的な酸化マグネシウムおよび希土類酸化物の含有量としては、支持基板１を形成する窒化珪素質焼結体100質量％のうち、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量が1.3質量％以上５質量％以下であり、希土類酸化物の含有量が10質量％以上17質量％以下であることが好適である。   Here, as specific contents of magnesium oxide and rare earth oxide, the content of magnesium oxide (MgO) is 1.3 mass% or more out of 100 mass% of the silicon nitride sintered body forming the support substrate 1. It is preferable that the content of the rare earth oxide is 10% by mass or more and 17% by mass or less.

酸化マグネシウムの含有量が1.3質量％以上５質量％以下であれば、放熱特性に優れな
い粒界相の存在比率が制限されているので、放熱特性が損なうことなく、酸化マグネシウムの有する焼結促進作用によって、比較的低い温度で焼結させて高い機械的特性を得ることができる。 If the content of magnesium oxide is 1.3% by mass or more and 5% by mass or less, the existence ratio of the grain boundary phase that is not excellent in heat dissipation characteristics is limited. Due to the action, high mechanical properties can be obtained by sintering at a relatively low temperature.

また、希土類酸化物の含有量が10質量％以上17質量％以下であれば、窒化珪素の粉末に吸着している放熱特性に影響を与える酸素を、酸素との親和性が高い希土類酸化物が液層中に取り込み、窒化珪素の粒成長を促進して緻密化させることができるので、機械的特性および放熱特性を向上させることができる。   In addition, if the content of the rare earth oxide is 10% by mass or more and 17% by mass or less, the rare earth oxide having a high affinity with oxygen is used as the oxygen that affects the heat dissipation characteristics adsorbed on the silicon nitride powder. Since it can be taken into the liquid layer and can be densified by promoting the grain growth of silicon nitride, the mechanical characteristics and heat dissipation characteristics can be improved.

また、窒化珪素を主成分とする支持基板１の他の例としては、粒界相に、組成式がＲＥ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４，ＲＥ４Ｓｉ２Ｏ７Ｎ２およびＲＥ５Ｓｉ３Ｏ１２Ｎで表される成分の少なくともいずれかを含むことが好適である。組成式がＲＥ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４，ＲＥ４Ｓｉ２Ｏ７Ｎ２およびＲＥ５Ｓｉ３Ｏ１２Ｎで表される成分の少なくともいずれかを粒界相に含んでいるときには、変形しやすい非晶質相が相対的に少なくなるので、粒界相の変形を抑制され、剛性を高くすることができる。なお、組成式がＲＥ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４，ＲＥ４Ｓｉ２Ｏ７Ｎ２およびＲＥ５Ｓｉ３Ｏ１２Ｎで表される成分は、Ｘ線回折法を用いて同定することができる。 Further, as another example of the support substrate 1 containing silicon nitride as a main component, the composition formula is represented by RE 2 Si 3 O 3 N 4 , RE 4 Si 2 O 7 N 2 and RE 5 Si 3 O in the grain boundary phase. It is preferable that at least one of the components represented by 12 N is included. When the composition formula includes at least one of the components represented by RE 2 Si 3 O 3 N 4 , RE 4 Si 2 O 7 N 2 and RE 5 Si 3 O 12 N in the grain boundary phase, it is easily deformed. Since the amorphous phase is relatively reduced, deformation of the grain boundary phase can be suppressed and rigidity can be increased. Note that components whose composition formulas are represented by RE 2 Si 3 O 3 N 4 , RE 4 Si 2 O 7 N 2 and RE 5 Si 3 O 12 N can be identified by using an X-ray diffraction method.

ここで、希土類酸化物としては、Ｅｒ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３の少なくとも１
種であることが好適である。その理由は、エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）は、周期表第３族元素の中でイオン半径が小さい元素であることから、上記組成式を構成する他の原子であるＳｉ，Ｏ，Ｎとの結合が強いためにフォノンの伝達がよく、熱伝導率を高くすることができるからである。 Here, as the rare earth oxide, at least one of Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Lu 2 O 3 is used.
Preferably it is a seed. The reason is that erbium (Er), ytterbium (Yb) and lutetium (Lu) are other atoms constituting the above composition formula because they are elements having a small ionic radius among the Group 3 elements of the periodic table. This is because the strong coupling with Si, O, and N facilitates phonon transmission and increases the thermal conductivity.

また、エルビウム（Ｅｒ），イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）は、Ｓｉ，Ｏ，Ｎとの結合が強いために熱エネルギーによる格子振動が小さく、温度変化による体積膨張が小さいので、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃特性を高くすることができるからである。具体的には、希土類金属の酸化物が、Ｅｒ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｌｕ２Ｏ３の少なくとも１種であることにより、例えば、室温における熱膨張係数を1.35×10−６／Ｋ以下とすることができ、熱伝導率を55Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることができる。 In addition, erbium (Er), ytterbium (Yb), and lutetium (Lu) have a strong bond with Si, O, and N, so that lattice vibration due to thermal energy is small and volume expansion due to temperature change is small. This is because the thermal shock resistance can be improved. Specifically, when the rare earth metal oxide is at least one of Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Lu 2 O 3 , for example, the thermal expansion coefficient at room temperature is 1.35 × 10 −6 / K. The thermal conductivity can be 55 W / (m · K) or more.

さらに、希土類金属の酸化物が、Ｅｒ２Ｏ３であるときには、Ｙｂ２Ｏ３およびＬｕ２Ｏ３よりも比較的安価であり、Ｙｂ２Ｏ３およびＬｕ２Ｏ３を添加したときよりも低い温度で焼結させることができる。 Moreover, oxides of rare earth metal, when a Er 2 O 3 is relatively less expensive than Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3, less than upon addition of Yb 2 O 3 and Lu 2 O 3 It can be sintered at temperature.

なお、粒界相には、上述した希土類酸化物，酸化マグネシウムおよび組成式がＲＥＭｇＳｉ２Ｏ５Ｎ，ＲＥ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４，ＲＥ４Ｓｉ２Ｏ７Ｎ２ならびにＲＥ５Ｓｉ３Ｏ１２Ｎ（ＲＥは希土類金属）で表される成分以外に、例えば、酸化珪素，酸化鉄または酸化カルシウム等を含んでいてもよい。 In the grain boundary phase, the rare earth oxide, magnesium oxide, and the composition formula are REMgSi 2 O 5 N, RE 2 Si 3 O 3 N 4 , RE 4 Si 2 O 7 N 2, and RE 5 Si 3 O 12. In addition to the component represented by N (RE is a rare earth metal), for example, silicon oxide, iron oxide, calcium oxide, or the like may be included.

また、支持基板１となる窒化珪素質焼結体の機械的特性は、３点曲げ強度が750ＭＰａ
以上であり、動的弾性率が300ＧＰａ以上であり、ビッカース硬度（Ｈｖ）が13ＧＰａ以
上であり、破壊靱性（Ｋ１Ｃ）が５ＭＰａｍ１／２以上であることが好ましい。これら機械的特性が上記範囲であることにより、回路基板10は、特に、耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができるので、高い信頼性が得られるとともに長期間にわたって使用することができる。 In addition, the mechanical properties of the silicon nitride sintered body that becomes the support substrate 1 have a three-point bending strength of 750 MPa.
It is preferable that the dynamic elastic modulus is 300 GPa or more, the Vickers hardness (Hv) is 13 GPa or more, and the fracture toughness (K 1C ) is 5 MPam 1/2 or more. Since these mechanical characteristics are in the above range, the circuit board 10 can improve the creep resistance and durability against heat cycle, so that high reliability can be obtained and it can be used for a long time. it can.

なお、３点曲げ強度については、ＪＩＳ Ｒ 1601−2008（ＩＳＯ 17565：2003（Ｍ
ＯＤ））に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを３ｍｍとすることができない場合には、窒化珪素質焼結体の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。 For the three-point bending strength, JIS R 1601-2008 (ISO 17565: 2003 (M
OD)). However, when the thickness of the silicon nitride sintered body is thin and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body cannot be 3 mm, the thickness of the silicon nitride sintered body is not changed. The thickness is evaluated, and it is preferable that the result satisfies the above numerical value.

また、窒化珪素質焼結体の剛性を評価するには、動的弾性率を用いて評価すればよく、この動的弾性率については、ＪＩＳ Ｒ 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みを10ｍｍとすることができない場合には、片持ち梁共振法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。   Further, in order to evaluate the rigidity of the silicon nitride-based sintered body, it is sufficient to evaluate using the dynamic elastic modulus. The dynamic elastic modulus is determined by an ultrasonic pulse method defined in JIS R 1602-1995. What is necessary is just to measure in conformity. However, if the thickness of the silicon nitride sintered body is thin and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body cannot be 10 mm, the cantilever resonance method is used for evaluation. It is preferable that the result satisfies the above numerical value.

ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに窒化珪素質焼結体の厚みが薄いときには、試験片寸法や得られた測定値から計算式により３点曲げ強度および動的弾性率を求めればよい。   However, when the thickness of the silicon nitride sintered body is so thin that the above-mentioned numerical values cannot be satisfied by evaluating the thickness as it is, the three-point bending strength and dynamics are calculated from the test piece dimensions and the measured values obtained by the calculation formula. What is necessary is just to obtain an elastic modulus.

ビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）については、それぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ））およびＪＩＳ Ｒ 1607−1995に規定さ
れる圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して測定すればよい。なお、窒化珪素質焼結体の厚みが薄く、窒化珪素質焼結体から切り出した試験片の厚みをそれぞれＪＩＳ Ｒ 1610−2003（ＩＳＯ 14705：2000（ＭＯＤ））およびＪＩＳ Ｒ 1607−1995の圧子圧入法（ＩＦ
法）で規定する0.5ｍｍおよび３ｍｍとすることができないときには、窒化珪素質焼結体
の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価して、その結果が上記数値を満足することが好ましい。ただし、そのままの厚みで評価して上記数値を満足することができないほどに窒化珪素質焼結体の厚みが薄いとき、例えば0.2ｍｍ以上0.5ｍｍ未満のときには、窒化珪素質焼結体に加える試験力および押込荷重をいずれも0.245Ｎとし、試験力および押込荷重
を保持する時間をいずれも15秒としてビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）を測定すればよい。 Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K 1C ) are in accordance with the indenter press-in method (IF method) defined in JIS R 1610-2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)) and JIS R 1607-1995, respectively. To measure. In addition, the thickness of the silicon nitride sintered body is thin, and the thickness of the test piece cut out from the silicon nitride sintered body is the indenter of JIS R 1610-2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)) and JIS R 1607-1995, respectively. Press-in method (IF
When the thickness cannot be set to 0.5 mm and 3 mm specified in the method), it is preferable that the thickness of the silicon nitride sintered body is evaluated as it is as the thickness of the test piece and the result satisfies the above numerical value. However, when the thickness of the silicon nitride sintered body is so thin that it is not possible to satisfy the above numerical value by evaluating the thickness as it is, for example, when the thickness is 0.2 mm or more and less than 0.5 mm, the test applied to the silicon nitride sintered body The Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K 1C ) may be measured by setting both the force and the indentation load to 0.245 N, and maintaining the test force and the indentation load for 15 seconds.

また、上述したような窒化珪素質焼結体の電気的特性は、体積抵抗率が、常温で10１４Ω・ｃｍ以上であって、300℃で10１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。この体積抵
抗率は、ＪＩＳ Ｃ 2141−1992に準拠して測定すればよい。ただし、窒化珪素質焼結体が小さく、窒化珪素質焼結体からＪＩＳ Ｃ 2141−1992で規定する大きさとすることができない場合には、２端子法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好ましい。 The electrical properties of the silicon nitride sintered body as described above, the volume resistivity, a is at normal temperature 10 14 Ω · cm or more and 300 ° C. at 10 12 Ω · cm or more. This volume resistivity may be measured according to JIS C 2141-1992. However, if the silicon nitride sintered body is small and the silicon nitride sintered body cannot be sized in accordance with JIS C 2141-1992, the two-terminal method shall be used for evaluation. It is preferable to satisfy the above numerical values.

なお、回路基板10を構成する窒化珪素質焼結体からなる支持基板１の３点曲げ強度，動的弾性率，ビッカース硬度（Ｈｖ），破壊靱性（Ｋ１Ｃ）および体積抵抗率については、回路基板10から、回路部材２ａ，２ｂや放熱部材５を研磨により除去し、第１の接合層３ａ，３ｂ，第２の接合層３ｃ，第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃをエッチングによって除去した後、上述した方法によって求めればよい。 The three-point bending strength, dynamic elastic modulus, Vickers hardness (H v ), fracture toughness (K 1C ) and volume resistivity of the support substrate 1 made of a silicon nitride sintered body constituting the circuit board 10 are as follows: The circuit members 2a and 2b and the heat dissipation member 5 are removed from the circuit board 10 by polishing, and the first bonding layers 3a and 3b, the second bonding layer 3c, the first metal layers 4a and 4b, and the second metal layer What is necessary is just to obtain | require by the method mentioned above, after removing 4c by an etching.

次に、図９は、本実施形態の電子装置の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ’線での断面図であり、（ｃ）は底面図である。   Next, FIG. 9 shows an example of the electronic device of this embodiment, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line GG ′ in (a), and (c). Is a bottom view.

図９に示す例の電子装置Ｓは、本実施形態の回路基板10の回路部材２上に複数の半導体素子等の電子部品６，７が搭載されたものであり、これらの電子部品６，７同士は導体（図示しない）によって互いに電気的に接続されている。   The electronic device S of the example shown in FIG. 9 is obtained by mounting a plurality of electronic components 6 and 7 such as semiconductor elements on the circuit member 2 of the circuit board 10 of the present embodiment. The two are electrically connected to each other by a conductor (not shown).

電子部品６，７は、例えば、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，インテリジェント・パワー・モジュール（ＩＰＭ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子またはペルチェ素子等である。   Electronic components 6 and 7 are, for example, insulated gate bipolar transistor (IGBT) elements, intelligent power module (IPM) elements, metal oxide field effect transistor (MOSFET) elements, light emitting diode (LED) elements, free A semiconductor element such as a wheeling diode (FWD) element or a giant transistor (GTR) element, a sublimation thermal printer head element, a thermal ink jet printer head element, or a Peltier element.

図９に示す例における支持基板１の形状，外辺寸法および厚みは、図１，２，４〜６，８に示す例の回路基板10を構成する支持基板１と同じである。そして、回路部材２および放熱部材５の配置としては、図９に示す例のように、平面視でそれぞれ複数行および複数列に配置されていることが好適である。このように、回路部材２および放熱部材５が平面視で複数行および複数列に配置されることで、回路部材２および放熱部材５を支持基板１に接合した際に、支持基板１に生じる応力が分散されやすくなるので、支持基板１の反りを抑制することができる。特に、回路部材２および放熱部材５は、図９に示す例のように、平面視でそれぞれ複数行および複数列に等間隔で配置されていることが好適である。   The shape, outer side dimensions, and thickness of the support substrate 1 in the example shown in FIG. 9 are the same as those of the support substrate 1 constituting the circuit board 10 in the examples shown in FIGS. And as an arrangement | positioning of the circuit member 2 and the heat radiating member 5, it is suitable to arrange | position at several rows and several columns, respectively by planar view like the example shown in FIG. As described above, the circuit member 2 and the heat radiating member 5 are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns in plan view, so that the stress generated in the support substrate 1 when the circuit member 2 and the heat radiating member 5 are joined to the support substrate 1. Since it becomes easy to disperse | distribute, the curvature of the support substrate 1 can be suppressed. In particular, the circuit member 2 and the heat radiating member 5 are preferably arranged at equal intervals in a plurality of rows and a plurality of columns, respectively, in plan view, as in the example shown in FIG.

この電子装置Ｓは、放熱特性が高く、しかも、第１の接合層３ａ，３ｂに応力が生じにくい本実施形態の回路基板10における回路部材２上に電子部品６，７を搭載しているので、放熱特性の高い電子装置とすることができる。   Since the electronic device S has high heat dissipation characteristics, and the electronic components 6 and 7 are mounted on the circuit member 2 in the circuit board 10 of the present embodiment in which stress is not easily generated in the first bonding layers 3a and 3b. An electronic device with high heat dissipation characteristics can be obtained.

次に、本発明の回路基板の製造方法の一例について説明する。   Next, an example of a method for manufacturing a circuit board according to the present invention will be described.

まず、図１，２，４に示す例の回路基板10の製造方法について説明する。回路基板10を
構成する支持基板１として、長さ（図中のＸ方向）が20ｍｍ以上200ｍｍ以下であり、幅
（図中のＹ方向）が10ｍｍ以上120ｍｍ以下であり、厚みが0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下であ
り、主成分が窒化珪素からなる窒化珪素質焼結体を準備する。そして、この支持基板１を800℃以上900℃以下で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素を除去する。 First, a method for manufacturing the circuit board 10 of the example shown in FIGS. The supporting substrate 1 constituting the circuit board 10 has a length (X direction in the figure) of 20 mm to 200 mm, a width (Y direction in the figure) of 10 mm to 120 mm, and a thickness of 0.2 mm to 1.0 mm. A silicon nitride-based sintered body that is not more than mm and whose main component is silicon nitride is prepared. Then, the support substrate 1 is heat-treated at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, thereby removing organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 1.

次いで、この支持基板１の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含む、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材を用いて、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで所定の位置に塗布する。   Next, a copper (Cu) -tin (Sn) -based alloy or silver (Ag) -copper (Cu) containing one or more selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium on the first main surface of the support substrate 1 Using a brazing material in the form of a paste of an alloy, it is applied to a predetermined position by any one of a screen printing method, a roll coater method and a brush coating method.

次に、図１，２に示す例の回路基板10を得るには、回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真
空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。 Next, in order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIGS. 1 and 2, flat copper materials to be the circuit members 2a and 2b are respectively disposed on the brazing material. After that, in a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 0.014 Pa or more and 0.16 Pa or less, while maintaining a pressure of 3 kPa or more from the thickness direction and holding at 550 ° C. or more and 650 ° C. or less for 30 minutes or more and 90 minutes or less, 800 ° C. or more and 900 ° C. By holding for 1 hour or more and 2 hours or less below, the circuit members 2a and 2b are bonded to the first main surface of the support substrate 1 via the first bonding layers 3a and 3b made of the brazing material, and the support substrate 1 On the surface of the first main surface, it is possible to obtain a circuit board 10 in which silicon nitride crystal particles 11 are connected by silicide crystal particles 12 containing an active metal.

また、図４に示す例の回路基板10を得るには、第１の金属層４ａ，４ｂとなる薄状の銅材をろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中
において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面に、ろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合する。 Further, in order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIG. 4, a thin copper material to be the first metal layers 4a and 4b is disposed on the brazing material. After that, in a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 0.014 Pa or more and 0.16 Pa or less, while maintaining a pressure of 3 kPa or more from the thickness direction and holding at 550 ° C. or more and 650 ° C. or less for 30 minutes or more and 90 minutes or less, then 800 ° C. or more and 900 ° C. By holding for 1 hour or more and 2 hours or less below, the first metal layers 4a and 4b are bonded to the first main surface of the support substrate 1 via the bonding layers 3a and 3b made of the brazing material.

そして、第１の金属層４ａ，４ｂの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材をそれぞれ配置し、水素，窒素，ネオンまたはアルゴンのいずれかから選ばれる雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、300℃以上500℃以下で加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している回路基板10を得ることができる。   And after grind | polishing the surface of 1st metal layer 4a, 4b, the flat copper material used as circuit member 2a, 2b is arrange | positioned on 1st metal layer 4a, 4b, respectively, hydrogen, nitrogen, neon or The first bonding layers 3a and 3b are formed on the first main surface of the support substrate 1 by heating at 300 ° C. or more and 500 ° C. or less while applying a pressure of 30 MPa from the thickness direction in an atmosphere selected from any of argon. The circuit members 2a and 2b are joined sequentially through the first metal layers 4a and 4b, and silicon nitride crystal particles 11 on the surface of the first main surface of the support substrate 1 are silicide crystal particles containing an active metal. The circuit board 10 existing by being connected by 12 can be obtained.

次に、図５，６，８に示す例の回路基板10を得るには、まず、上述した図１，２，４に示す例の回路基板10の製造方法で用いた支持基板１を準備し、この支持基板１を800℃以
上900℃以下で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素
を除去する。次いで、この支持基板１の第１主面および第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上を含む、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材を用いて、スクリーン印刷法，ロールコーター法および刷毛塗り法等のいずれかで所定の位置に塗布する。 Next, in order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIGS. 5, 6, and 8, first, the support substrate 1 used in the method for manufacturing the circuit board 10 of the example shown in FIGS. The support substrate 1 is heat-treated at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less to remove organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 1. Next, a copper (Cu) -tin (Sn) alloy or silver (Ag) containing at least one selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium on the first main surface and the second main surface of the support substrate 1 -Using a copper (Cu) -based alloy paste-like brazing material, it is applied to a predetermined position by any one of a screen printing method, a roll coater method and a brush coating method.

次に、図５，６に示す例の回路基板10を得るには、回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５となる平板状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２
時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、第２主面にろう材からなる接合層３ｃを介して放熱部材５が接合され、支持基板１の第１主面の表面および第２主面の表面において、
窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。 Next, in order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIGS. 5 and 6, flat copper materials to be the circuit members 2 a and 2 b and the heat radiating member 5 are respectively disposed on the brazing material. After that, in a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 0.014 Pa or more and 0.16 Pa or less, while maintaining a pressure of 3 kPa or more from the thickness direction and holding at 550 ° C. or more and 650 ° C. or less for 30 minutes or more and 90 minutes or less, then 800 ° C. or more and 900 ° C. 1 hour or more below 2
By holding for a period of time or less, the circuit members 2a and 2b are joined to the first main surface of the support substrate 1 via the joining layers 3a and 3b made of the brazing material, and the joining layer 3c made of the brazing material is joined to the second main surface. The heat radiating member 5 is joined via the first main surface and the second main surface of the support substrate 1,
A circuit substrate 10 in which silicon nitride crystal particles 11 are connected by silicide crystal particles 12 containing an active metal can be obtained.

また、図８に示す例の回路基板10を得るには、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃとなる薄状の銅材をそれぞれろう材上に配置する。その後、真空度が0.014Ｐａ
以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、800℃以上900℃以下で１時間以上２時間以下保持することによって、支持基板１の第１主面にろう材からなる接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを、第２主面にろう材からなる接合層３ｃを介して第２の金属層４ｃを接合する。 Further, in order to obtain the circuit board 10 of the example shown in FIG. 8, thin copper materials to be the first metal layers 4a and 4b and the second metal layer 4c are respectively disposed on the brazing material. After that, the degree of vacuum is 0.014 Pa
In a vacuum atmosphere of 0.16 Pa or less, while maintaining a pressure of 3 kPa or more from the thickness direction, hold at 550 ° C. or more and 650 ° C. or less for 30 minutes or more and 90 minutes or less, then at 800 ° C. or more and 900 ° C. or less for 1 hour or more and 2 hours By holding the first metal layer 4a, 4b on the first main surface of the support substrate 1 via the bonding layers 3a, 3b made of the brazing material and the bonding layer 3c made of the brazing material on the second main surface. The 2nd metal layer 4c is joined via this.

そして、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材を、第２の金属層４ｃ上に放熱部材５となる平板状の銅材を配置し、水素，窒素，ネオンまたはアルゴンのいずれかから選ばれる雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、300℃以上500℃以下で加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂが接合され、第２主面に第２の接合層３ｃを介して放熱部材５が接合され、支持基板１の第１主面の表面および第２主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている回路基板10を得ることができる。   And after grind | polishing the surface of the 1st metal layers 4a and 4b and the 2nd metal layer 4c, the flat copper material used as the circuit members 2a and 2b on the 1st metal layers 4a and 4b is 2nd. A flat copper material serving as the heat dissipating member 5 is disposed on the metal layer 4c, and in an atmosphere selected from hydrogen, nitrogen, neon, or argon, a pressure of 30 MPa is applied from the thickness direction at 300 ° C. or higher. By heating at 500 ° C. or lower, the circuit members 2a and 2b are bonded to the first main surface of the support substrate 1 through the first bonding layers 3a and 3b and the first metal layers 4a and 4b in this order. The heat dissipation member 5 is bonded to the main surface via the second bonding layer 3c, and the silicon nitride crystal particles 11 are silicified containing active metal on the surface of the first main surface and the surface of the second main surface of the support substrate 1. To obtain a circuit board 10 connected by crystal grains 12 of the object Kill.

なお、図１，２，４，５，６，８の作製に用いたろう材としては、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金である場合には、銀を例えば５質量％以上18質量％以下含有させてもよく、銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金である場合には、インジウム，亜鉛および錫から選択される少なくとも１種の金属と、モリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属とを含有させてもよい。   In addition, as a brazing material used for production of FIGS. 1, 2, 4, 5, 6, and 8, when it is a copper (Cu) -tin (Sn) alloy, silver is, for example, 5 mass% or more and 18 mass%. In the case of a silver (Ag) -copper (Cu) based alloy, it is selected from at least one metal selected from indium, zinc and tin, and from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten. And at least one kind of metal.

また、活性金属を含む珪化物の結晶粒子11のアスペクト比の平均値を８以上とするには、熱処理の条件を、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ以下の真空雰囲気中において、厚み
方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、850℃以上900℃以下で１時間30分以上２時間以下保持すればよい。 Further, in order to set the average aspect ratio of the silicide crystal particles 11 containing active metal to 8 or more, the heat treatment conditions are 3 kPa from the thickness direction in a vacuum atmosphere having a degree of vacuum of 0.014 Pa or more and 0.16 Pa or less. The pressure may be maintained at 550 ° C. or higher and 650 ° C. or lower for 30 minutes or longer and 90 minutes or shorter, and then held at 850 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 1 hour 30 minutes or longer and 2 hours or shorter.

また、活性金属を含む珪化物の組成式がＴｉ５Ｓｉ３およびＴｉ５Ｓｉ４として示される成分の少なくともいずれかにするには、銅（Ｃｕ）−錫（Ｓｎ）系合金または銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系合金のペースト状のろう材に活性金属としてチタンを含み、チタンの含有量を３質量％以上にするとともに、熱処理の条件を、真空度が0.014Ｐａ以上0.16Ｐａ
以下の真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａ以上の圧力を加えながら、550℃以
上650℃以下で30分以上90分以下保持した後、880℃以上900℃以下で１時間30分以上２時
間以下保持すればよい。 Further, in order to make at least one of the components whose composition formula of the silicide containing the active metal is shown as Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 4 , a copper (Cu) -tin (Sn) alloy or silver (Ag) -Copper (Cu) alloy paste-like brazing material contains titanium as an active metal, the content of titanium is set to 3% by mass or more, and the heat treatment condition is such that the degree of vacuum is 0.014 Pa or more and 0.16 Pa.
In the following vacuum atmosphere, applying pressure of 3 kPa or more from the thickness direction, holding at 550 ° C or higher and 650 ° C or lower for 30 minutes or longer and 90 minutes or shorter, then 880 ° C or higher and 900 ° C or lower for 1 hour 30 minutes or longer and 2 hours or shorter Just hold it.

また、第１の接合層３ａ，３ｂにおけるモリブデン，オスミウム，レニウムおよびタングステンから選択される少なくとも１種の金属の平均結晶粒径を３μｍ以上10μｍ以下とするには、平均粒径が３μｍ以上10μｍ以下のそれぞれの金属粉末を用いればよい。   In order to set the average crystal grain size of at least one metal selected from molybdenum, osmium, rhenium and tungsten in the first bonding layers 3a and 3b to 3 μm or more and 10 μm or less, the average grain size is 3 μm or more and 10 μm or less. These metal powders may be used.

そして、本実施形態の回路基板10における回路部材２上に電子部品を搭載することにより、本実施形態の電子装置とすることができる。   And it can be set as the electronic device of this embodiment by mounting an electronic component on the circuit member 2 in the circuit board 10 of this embodiment.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

図２，４に示す形状の回路基板10を作製し、支持基板１の結晶粒子の観察、回路基板10の放熱特性および支持基板１に生じる反り量について評価した。   A circuit board 10 having the shape shown in FIGS. 2 and 4 was prepared, and the crystal particles of the support substrate 1 were observed, the heat dissipation characteristics of the circuit board 10 and the amount of warpage generated in the support substrate 1 were evaluated.

まず、Ｘ方向の長さが60ｍｍであり、Ｙ方向の長さが30ｍｍであり、厚みが0.32ｍｍである、窒化珪素を主成分とする支持基板１を準備し、支持基板１を850℃で熱処理するこ
とによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭素を除去した。次いで、この支持基板１の第１主面に、銀，銅，表１に示す活性金属，錫およびモリブデンで構成され、各含有量がそれぞれ51.9質量％，40質量％，2.5質量％，2.6質量％，３質量％となるように調整されたペースト状のろう材を用いてスクリーン印刷法により塗布した。 First, a support substrate 1 mainly composed of silicon nitride having a length in the X direction of 60 mm, a length in the Y direction of 30 mm, and a thickness of 0.32 mm is prepared. By performing heat treatment, organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 1 were removed. Next, the first main surface of the support substrate 1 is composed of silver, copper, active metal shown in Table 1, tin and molybdenum, and the contents are 51.9% by mass, 40% by mass, 2.5% by mass and 2.6% by mass, respectively. % And 3% by mass were applied by screen printing using a paste-like brazing material adjusted to be 3% by mass.

そして、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表１に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．１〜８を得た。   Then, on the brazing material applied to the first main surface of the support substrate 1, a square flat copper material having a side of 24 mm serving as the circuit members 2a and 2b is disposed, and a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 0.08 Pa is provided. The first bonding layer is formed on the first main surface of the support substrate 1 by holding at 600 ° C. for 1 hour while applying a pressure of 3 kPa from the thickness direction, and holding at 850 ° C. for the time shown in Table 1. Sample No. 1 which is a circuit board 10 formed by joining circuit members 2a and 2b via 3a and 3b. 1-8 were obtained.

また、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、第１の金属層４ａ，４ｂとなる薄状の銅材を配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表１に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合した。そして、第１の金属層４ａ，４ｂの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、水素雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、380℃で加
熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂ，第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．９〜16を得た。なお、回路部材２ａ，２ｂの形状は試料Ｎｏ．１〜８と同じである。 Further, a thin copper material to be the first metal layers 4a and 4b is disposed on the brazing material applied to the first main surface of the support substrate 1, and the thickness direction is set in a vacuum atmosphere having a degree of vacuum of 0.08 Pa. The pressure is maintained at 600 ° C. for 1 hour while applying a pressure of 3 kPa, and then held at 850 ° C. for the time shown in Table 1 so that the first bonding layer 3a, 3b is interposed on the first main surface of the support substrate 1. Then, the first metal layers 4a and 4b were joined. Then, after polishing the surfaces of the first metal layers 4a and 4b, a square flat copper material with a side of 24 mm to be the circuit members 2a and 2b is disposed on the first metal layers 4a and 4b, respectively. In the hydrogen atmosphere, the first bonding layers 3a and 3b, the first metal layers 4a and 4b are formed on the first main surface of the support substrate 1 by heating at 380 ° C. while applying a pressure of 30 MPa from the thickness direction. Sample No., which is a circuit board 10 formed by joining the circuit members 2a and 2b sequentially. 9-16 were obtained. The shape of the circuit members 2a and 2b is the same as that of the sample No. It is the same as 1-8.

そして、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されている状態については、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を10000倍として、支持基板１の
第１主面の表面における８μｍ×５μｍの範囲を観察した。この観察により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察し、連結状態の欄に有無を記載した。 And about the state in which the silicon nitride crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, the magnification of the first main surface of the support substrate 1 is set to 10,000 using a scanning electron microscope. A range of 8 μm × 5 μm on the surface was observed. By this observation, the presence or absence of connection between the silicon nitride crystal particles 11 by the silicide crystal particles 12 containing the active metal was observed, and the presence or absence was described in the column of the connection state.

なお、上述した観察においては、回路基板10から、回路部材２ａ，２ｂを研磨により除去し、試料Ｎｏ．１〜８については第１の接合層３ａ，３ｂを、試料Ｎｏ．９〜16については第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂをエッチングにより除去した支持基板１の第１主面の表面を観察した。   In the above-described observation, the circuit members 2a and 2b are removed from the circuit board 10 by polishing. For the first to eighth samples, the first bonding layers 3a and 3b are designated as sample No. For 9 to 16, the surface of the first main surface of the support substrate 1 from which the first bonding layers 3a and 3b and the first metal layers 4a and 4b were removed by etching was observed.

また、窒化珪素の結晶粒子11同士が珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している状態が確認された試料については、透過型電子顕微鏡を用いて活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属を同定し、同定された活性金属を表１に示した。   Further, for a sample in which the silicon nitride crystal particles 11 are confirmed to be connected to each other by the silicide crystal particles 12, the silicide crystal particles 12 containing the active metal using a transmission electron microscope are used. The active metals in were identified, and the identified active metals are shown in Table 1.

また、それぞれの試料の放熱特性を評価するため、回路部材２ａ，２ｂ上にそれぞれ半導体素子を搭載した後、30Ａの電流を流した。電流を流してから５分後にそれぞれの半導体素子の表面における温度をサーモグラフィーで測定し、その温度の平均値を表１に示した。   Further, in order to evaluate the heat dissipation characteristics of each sample, a current of 30 A was passed after mounting the semiconductor elements on the circuit members 2a and 2b. Five minutes after the current flow, the temperature at the surface of each semiconductor element was measured by thermography, and the average value of the temperatures is shown in Table 1.

また、各試料を窒素ガス雰囲気において、260℃の温度で５分間保持した後に、ＪＩＳ
Ｂ 0601−2001（ＩＳＯ 4287−1997)に準拠して触針式の表面粗さ計を用い、支持基板
１の第１主面のＸ方向の最大高さＲＺを測定し、この測定値を反りＨ１とした。なお、測定長さ，カットオフ値，触針の先端半径および触針の走査速度はそれぞれ55ｍｍ，Ｒ＋Ｗ，２μｍ，１ｍｍ／秒とし、測定した反りＨ１の値を表１に示した。 In addition, after holding each sample at a temperature of 260 ° C. for 5 minutes in a nitrogen gas atmosphere,
Using a stylus type surface roughness meter in conformity with B 0601-2001 (ISO 4287-1997), to measure the maximum height R Z of the X direction of the first main surface of the supporting substrate 1, the measured value It was a warp H 1. The measured length, cut-off value, stylus tip radius, and stylus scanning speed were 55 mm, R + W, 2 μm, and 1 mm / second, respectively, and the measured warp H 1 values are shown in Table 1.

表１に示す通り、試料Ｎｏ．１と試料Ｎｏ．２〜８、試料Ｎｏ．９と試料Ｎｏ．10〜16を比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、表面温度の値の小さい試料については、支持基板１の第１主面の表面において、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性を高めることができていることが確認された。   As shown in Table 1, Sample No. 1 and sample no. 2-8, Sample No. 9 and sample no. When comparing 10 to 16, there is a difference in the value of the surface temperature measured to evaluate the heat dissipation characteristics. For the sample having a small surface temperature value, silicon nitride is formed on the surface of the first main surface of the support substrate 1. Since the crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, heat transfer can easily proceed between the silicon nitride crystal particles 11 to improve heat dissipation characteristics. confirmed.

また、試料Ｎｏ．10〜16は、回路部材２ａ，２ｂと第１の接合層３ａ，３ｂとの間に、銅を主成分とする第１の金属層４ａ，４ｂが配置されていることから、試料Ｎｏ．２〜８よりも放熱特性に優れているので支持基板１に生じる反りを小さくすることができており、熱に対する信頼性が高いことが確認された。   Sample No. In Nos. 10 to 16, since the first metal layers 4a and 4b mainly composed of copper are disposed between the circuit members 2a and 2b and the first bonding layers 3a and 3b, the sample Nos. Since the heat dissipation characteristics are superior to those of 2 to 8, the warpage generated in the support substrate 1 can be reduced, and it has been confirmed that the reliability against heat is high.

図６，８に示す形状の回路基板10を作製し、支持基板１の結晶粒子の観察、回路基板10の放熱特性および支持基板１に生じる反り量について評価した。   A circuit board 10 having the shape shown in FIGS. 6 and 8 was produced, and the crystal particles of the support substrate 1 were observed, the heat dissipation characteristics of the circuit board 10 and the amount of warpage generated in the support substrate 1 were evaluated.

まず、実施例１で用いたのと同様の窒化珪素を主成分とする支持基板１を準備し、支持基板１を850℃で熱処理することによって、支持基板１の表面に付着した有機物や残留炭
素を除去した。次いで、この支持基板１の第１主面および第２主面に、銀，銅，表２に示す活性金属，錫およびモリブデンの各含有量がそれぞれ51.9質量％，40質量％，2.5質量
％，2.6質量％，３質量％となるように調整されたペースト状のろう材を用いてスクリー
ン印刷法により塗布した。 First, a support substrate 1 mainly composed of silicon nitride similar to that used in Example 1 is prepared, and the support substrate 1 is heat-treated at 850 ° C., so that organic substances and residual carbon adhering to the surface of the support substrate 1 are obtained. Was removed. Next, on the first main surface and the second main surface of the support substrate 1, the contents of silver, copper, active metal shown in Table 2, tin and molybdenum are 51.9% by mass, 40% by mass, 2.5% by mass, It applied by the screen printing method using the brazing paste material adjusted so that it might become 2.6 mass% and 3 mass%.

そして、支持基板１の第１主面に塗布されたろう材上に、回路部材２ａ，２ｂとなる１辺が24ｍｍの正方形の平板状の銅材をそれぞれ配置し、第２主面のろう材上に、放熱部材５となるＸ方向の長さが56ｍｍであり、Ｙ方向の長さが26ｍｍである長方形の平板状の銅材を配置した。その後、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後、850℃で表２に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂを介して回路部材２ａ，２ｂを接合し、また、第２主面に第２の接合層３ｃを介して放熱部材５を接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．17〜24を得た。   Then, on the brazing material applied to the first main surface of the support substrate 1, a square flat copper material having a side of 24 mm to be the circuit members 2a and 2b is arranged, respectively, and the second main surface on the brazing material In addition, a rectangular flat copper material having a length of 56 mm in the X direction and a length of 26 mm in the Y direction serving as the heat radiating member 5 was disposed. Thereafter, in a vacuum atmosphere with a degree of vacuum of 0.08 Pa, while holding a pressure of 3 kPa from the thickness direction and holding at 600 ° C. for 1 hour, holding at 850 ° C. for the time shown in Table 2 gives A circuit formed by bonding circuit members 2a and 2b to the first main surface via first bonding layers 3a and 3b, and bonding a heat dissipation member 5 to the second main surface via second bonding layer 3c. Sample No. which is the substrate 10. 17-24 were obtained.

また、支持基板１の第１主面および第２主面に塗布されたろう材上に、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃとなる薄状の銅材を配置し、真空度が0.08Ｐａの真空雰囲気中において、厚み方向から３ｋＰａの圧力を加えながら、600℃で１時間保持した後
、850℃で表２に示す時間で保持することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合
層３ａ，３ｂを介して第１の金属層４ａ，４ｂを接合し、第２主面に第２の接合層３ｃを介して第２の金属層４ｃを接合した。そして、第１の金属層４ａ，４ｂおよび第２の金属層４ｃの表面を研磨した後、第１の金属層４ａ，４ｂ上に回路部材２ａ，２ｂとなる平板状の銅材を、第２の金属層４ｃ上に放熱部材５となる平板状の銅材をそれぞれ配置した。 Further, a thin copper material to be used as the first metal layers 4a and 4b and the second metal layer 4c is disposed on the brazing material applied to the first main surface and the second main surface of the support substrate 1, and a vacuum is formed. In a vacuum atmosphere having a degree of 0.08 Pa, the pressure is maintained at 600 ° C. for 1 hour while applying a pressure of 3 kPa from the thickness direction, and then held at 850 ° C. for the time shown in Table 2. The first metal layers 4a and 4b were bonded to the surface via the first bonding layers 3a and 3b, and the second metal layer 4c was bonded to the second main surface via the second bonding layer 3c. And after grind | polishing the surface of the 1st metal layers 4a and 4b and the 2nd metal layer 4c, the flat copper material used as the circuit members 2a and 2b on the 1st metal layers 4a and 4b is 2nd. A flat copper material serving as the heat dissipating member 5 was disposed on each metal layer 4c.

そして、水素雰囲気中において、厚み方向から30ＭＰａの圧力を加えながら、380℃で
加熱することによって、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを接合し、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５を接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．25〜32を得た。なお、回路部材２ａ，２ｂおよび放熱部材５の形状は試料Ｎｏ．17〜24と同じである。 Then, in the hydrogen atmosphere, heating at 380 ° C. while applying a pressure of 30 MPa from the thickness direction, the first bonding layers 3a and 3b and the first metal layer 4a, A circuit board 10 in which circuit members 2a and 2b are joined sequentially through 4b, and a heat radiating member 5 is joined to the second main surface sequentially through a second joining layer 3c and a second metal layer 4c. No. 25-32 were obtained. The shapes of the circuit members 2a and 2b and the heat radiating member 5 are the same as those of the sample No. Same as 17-24.

そして、観察の対象を支持基板１の第２主面の表面としたこと以外は、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察し、連結状態の欄に有無を記載した。また、窒化珪素の結晶粒子11同士が珪化物の結晶粒子12によって連結されて存在している状態が確認された試料についても、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12における活性金属を同定し、同定された活性金属を表２に示した。また、それぞれの試料について、放熱特性の評価および反り量の測定を行なった際の試験を実施し、実施例１と同様の方法で表面温度と反り量を測定した。それぞれの結果を表２に示した。   Then, except that the object of observation is the surface of the second main surface of the support substrate 1, the silicon nitride crystal particles 11 formed by the silicide crystal particles 12 containing the active metal are formed in the same manner as in Example 1. The presence or absence of connection was observed, and the presence or absence was described in the column of a connection state. In addition, for the sample in which the silicon nitride crystal particles 11 are connected to each other by the silicide crystal particles 12 and confirmed, the same method as in Example 1 is applied to the silicide crystal containing the active metal. The active metals in the particles 12 were identified, and the identified active metals are shown in Table 2. In addition, for each sample, a test at the time of evaluating the heat radiation characteristics and measuring the amount of warpage was performed, and the surface temperature and the amount of warpage were measured in the same manner as in Example 1. The respective results are shown in Table 2.

表２に示す通り、試料Ｎｏ．17と試料Ｎｏ．18〜24、試料Ｎｏ．25と試料Ｎｏ．26〜32を比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、表面温度の値の小さい試料については、支持基板１の第２主面の表面に、窒化珪素の結晶粒子11が活性金属を含む珪化物の結晶粒子12によって連結されていることから、熱の授受が窒化珪素の結晶粒子11同士で進みやすくなって放熱特性が高めることができていることが確認された。   As shown in Table 2, Sample No. 17 and sample no. 18-24, Sample No. 25 and sample no. When comparing 26 to 32, there is a difference in the value of the surface temperature measured to evaluate the heat dissipation characteristics. For the sample having a small surface temperature value, silicon nitride is formed on the surface of the second main surface of the support substrate 1. Since the crystal particles 11 are connected by the silicide crystal particles 12 containing the active metal, heat transfer can easily proceed between the silicon nitride crystal particles 11 and heat dissipation characteristics can be improved. confirmed.

また、試料Ｎｏ．26〜32は、放熱部材５と第２の接合層３ｃとの間に、銅を主成分とする第２の金属層４ｃが配置されていることから、試料Ｎｏ．18〜24よりも放熱特性に優れているので支持基板１に生じる反りを小さくすることができており、熱に対する信頼性が
高いことがわかった。 Sample No. In Nos. 26 to 32, the second metal layer 4c containing copper as a main component is disposed between the heat dissipation member 5 and the second bonding layer 3c. Since the heat dissipation characteristics are superior to those of 18 to 24, the warp generated in the support substrate 1 can be reduced, and it has been found that the reliability against heat is high.

さらに、実施例１および実施例２の結果から、放熱部材５を設けた方が、放熱特性に優れ、支持基板１に生じる反りを小さくできることが確認された。   Furthermore, from the results of Example 1 and Example 2, it was confirmed that the heat dissipating member 5 was superior in heat dissipating characteristics and the warpage generated in the support substrate 1 could be reduced.

実施例２の試料Ｎｏ．26と同様の図７に示す形状の回路基板10を、熱処理の条件のみを異ならせて作製し、支持基板１の第１主面の表面の活性金属を含む結晶粒子のアスペクト比の算出および回路基板10の放熱特性を評価した。   Sample No. 2 of Example 2 7 having the same shape as that shown in FIG. 7 except that the heat treatment conditions are different, and calculating the aspect ratio of the crystal grains containing the active metal on the surface of the first main surface of the support substrate 1 and the circuit The heat dissipation characteristics of the substrate 10 were evaluated.

実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と異なるのは、850℃での保持時間であり、その他
の作製方法については、実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と同様の方法で作製し、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５をそれぞれ接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．33〜36を得た。 Sample No. 2 of Example 2 What is different from the manufacturing method of No. 26 is the holding time at 850 ° C. For other manufacturing methods, the sample No. 26. The circuit members 2a and 2b are manufactured on the first main surface of the support substrate 1 through the first bonding layers 3a and 3b and the first metal layers 4a and 4b in this order. Sample No. 2 which is a circuit board 10 in which the heat radiating member 5 is joined to the two main surfaces sequentially through the second joining layer 3c and the second metal layer 4c. 33-36 were obtained.

そして、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察したところ、試料Ｎｏ．33〜36ともに活性金属を含む珪化物の結晶粒子12が窒化珪素の結晶粒子11同士を連結して存在していることが確認でき、実施例１と同様の方法によって同定したところ、活性金属として含有させたＴｉであることが確認された。   Then, by the same method as in Example 1, the presence or absence of connection between the silicon nitride crystal particles 11 by the silicide crystal particles 12 containing the active metal was observed. It can be confirmed that the silicic acid crystal particles 12 including the active metal 33 to 36 are present by connecting the silicon nitride crystal particles 11 to each other. It was confirmed to be Ti contained.

そして、このＴｉを含む珪化物の結晶粒子12のアスペクト比を算出した。走査型電子顕微鏡を用いて、倍率を10000倍として、支持基板１の第１主面の表面の８μｍ×５μｍの
範囲におけるＴｉの珪化物の結晶粒子12を10個抽出して、それぞれの長径および短径を測定し、得られた長径の値を短径の値で除してそれぞれのアスペクト比を求めた後、求められた値から算出した平均値を表３に示した。 Then, the aspect ratio of the crystal grains 12 of silicide containing Ti was calculated. Using a scanning electron microscope, the magnification is set to 10000, and 10 Ti silicide crystal particles 12 in the range of 8 μm × 5 μm on the surface of the first main surface of the support substrate 1 are extracted, After measuring the minor axis and dividing the obtained major axis value by the minor axis value to determine the respective aspect ratios, the average values calculated from the obtained values are shown in Table 3.

また、実施例１と同様の方法で放熱特性の評価を行なった際の試験を実施し、実施例１と同様の方法で表面温度を測定し、結果を表３に示した。   Moreover, the test at the time of evaluating a thermal radiation characteristic by the method similar to Example 1 was implemented, the surface temperature was measured by the method similar to Example 1, and the result was shown in Table 3.

表３に示す通り、試料Ｎｏ．33と試料Ｎｏ．34〜36とを比較すると、放熱特性を評価すべく測定した表面温度の値に差が生じており、Ｔｉの珪化物の結晶粒子12のアスペクト比の平均値が８以上であることから、熱の授受がさらに進みやすくなって放熱特性をさらに高めることができていることが確認された。   As shown in Table 3, Sample No. 33 and Sample No. Compared with 34 to 36, there is a difference in the value of the surface temperature measured to evaluate the heat dissipation characteristics, and the average aspect ratio of the Ti silicide crystal particles 12 is 8 or more. It has been confirmed that the heat transfer characteristics can be further improved and the heat dissipation characteristics can be further improved.

実施例２の試料Ｎｏ．26と同様の図７に示す形状の回路基板10を、ろう材の構成と熱処理の条件とを異ならせて作製し、活性金属を含む珪化物の結晶粒子の組成式の確認およびヒートサイクル試験を行ない、熱に対する信頼性を評価した。   Sample No. 2 of Example 2 A circuit board 10 having the shape shown in FIG. 7 similar to that of FIG. 26 is manufactured by changing the composition of the brazing material and the heat treatment conditions, and confirming the composition formula of the crystal grains of the silicide containing the active metal and the heat cycle test. And evaluated the reliability against heat.

実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と異なるのは、用いるろう材が表４に示す構成であり、熱処理条件が表４に示す温度で、保持時間が1.5時間であることであり、その他の作
製方法については、実施例２の試料Ｎｏ．26の作製方法と同様の方法で作製し、支持基板１の第１主面に第１の接合層３ａ，３ｂおよび第１の金属層４ａ，４ｂを順次介して回路部材２ａ，２ｂを、第２主面に第２の接合層３ｃおよび第２の金属層４ｃを順次介して放熱部材５をそれぞれ接合してなる回路基板10である試料Ｎｏ．37〜40を得た。 Sample No. 2 of Example 2 The difference from the manufacturing method of 26 is that the brazing material to be used has the structure shown in Table 4, the heat treatment conditions are the temperatures shown in Table 4, and the holding time is 1.5 hours. Sample No. 2 of Example 2 26. The circuit members 2a and 2b are manufactured on the first main surface of the support substrate 1 through the first bonding layers 3a and 3b and the first metal layers 4a and 4b in this order. Sample No. 2 which is a circuit board 10 in which the heat radiating member 5 is joined to the two main surfaces sequentially through the second joining layer 3c and the second metal layer 4c. 37-40 were obtained.

なお、ＩＣＰ発光分光分析法により接合層の成分の含有量を確認し、ろう材の構成が表４に示す構成となっていることを確認した。   In addition, the content of the component of the bonding layer was confirmed by ICP emission spectroscopic analysis, and it was confirmed that the structure of the brazing material had the structure shown in Table 4.

そして、実施例１と同様の方法により、活性金属を含む珪化物の結晶粒子12による窒化珪素の結晶粒子11同士の連結の有無を観察したところ、試料Ｎｏ．33〜36ともに活性金属を含む珪化物の結晶粒子12が窒化珪素の結晶粒子11同士を連結して存在していることが確認できた。そして、この活性金属の珪化物の結晶粒子12の組成式について、Ｘ線解析装置を用いて確認して表４に示した。   Then, by the same method as in Example 1, the presence or absence of connection between the silicon nitride crystal particles 11 by the silicide crystal particles 12 containing the active metal was observed. It was confirmed that the silicic acid crystal particles 12 containing active metal 33 to 36 were present by connecting the silicon nitride crystal particles 11 to each other. The composition formula of the active metal silicide crystal particles 12 was confirmed using an X-ray analyzer and shown in Table 4.

そして、各試料を用いて、室温から−45℃に降温して15分保持してから、昇温して125
℃で15分保持した後、室温まで降温するというサイクルを１サイクルとする、ヒートサイクル試験を行ない、3000サイクル時点での支持基板１に生じているクラックの有無について光学顕微鏡を用いて500倍の倍率で確認した。また、3000サイクル以降については、100サイクル経過する毎に、上述した同様の方法で支持基板１に生じているクラックの有無を確認し、クラックが確認されたサイクル数を表４に示した。 Then, using each sample, the temperature was lowered from room temperature to −45 ° C. and held for 15 minutes, and then the temperature was raised to 125 ° C.
A heat cycle test is performed in which the cycle of holding at 15 ° C. for 15 minutes and then lowering to room temperature is one cycle, and the presence or absence of cracks occurring in the support substrate 1 at the time of 3000 cycles is increased 500 times using an optical microscope. Confirmed by magnification. In addition, after 3000 cycles, the presence or absence of cracks occurring in the supporting substrate 1 was confirmed by the same method described above every 100 cycles, and the number of cycles in which cracks were confirmed is shown in Table 4.

表４に示す通り、試料Ｎｏ．37と試料Ｎｏ．38〜40とを比較すると、ヒートサイクル試験の結果を示すサイクル数に差が生じており、珪化物の組成式がＴｉ５Ｓｉ３およびＴｉ５Ｓｉ４として示される成分の少なくともいずれかであることから、熱に対する信頼性をさらに高められることがわかった。 As shown in Table 4, Sample No. 37 and sample no. When comparing with 38 to 40, there is a difference in the number of cycles indicating the result of the heat cycle test, and the composition formula of silicide is at least one of the components shown as Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 4 Therefore, it was found that the reliability against heat can be further improved.

また、このように優れた本実施形態の回路基板における回路部材上に電子部品を搭載したところ、放熱特性の高い電子装置とすることができることが確認できた。   Moreover, it was confirmed that when an electronic component was mounted on the circuit member of the circuit board according to the present embodiment that was excellent in this way, an electronic device with high heat dissipation characteristics could be obtained.

１：支持基板
２，２ａ，２ｂ：回路部材
３ａ，３ｂ：第１の接合層
３ｃ：第２の接合層
４ａ，４ｂ：第１の金属層
４ｃ：第２の金属層
５：放熱部材
６，７：電子部品
10：回路基板
11：窒化珪素の結晶粒子
12：活性金属を含む珪化物の結晶粒子
Ｓ：電子装置 1: support substrate 2, 2a, 2b: circuit member 3a, 3b: first bonding layer 3c: second bonding layer 4a, 4b: first metal layer 4c: second metal layer 5: heat dissipation member 6, 7: Electronic components
10: Circuit board
11: Crystal grains of silicon nitride
12: Silicide crystal particles containing active metal S: Electronic device

Claims (7)

窒化珪素を主成分とする支持基板の第１主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第１の接合層を介して、銅を主成分とする回路部材が設けられた回路基板であって、前記支持基板の前記第１主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とする回路基板。 Copper is passed through a first bonding layer made of a brazing material containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium on the first main surface of the support substrate mainly composed of silicon nitride. A circuit board provided with a circuit member as a main component, wherein the silicon nitride crystal particles are connected by the silicide crystal particles containing the active metal on the surface of the first main surface of the support substrate. A circuit board characterized by comprising: 前記回路部材と前記第１の接合層との間に、銅を主成分とする第１の金属層が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 1, wherein a first metal layer mainly composed of copper is disposed between the circuit member and the first bonding layer. 前記支持基板の前記第１主面に対向する第２主面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される少なくとも１種の活性金属を含むろう材からなる第２の接合層を介して、銅を主成分とする放熱部材が設けられており、前記支持基板の前記第２主面の表面において、前記窒化珪素の結晶粒子が前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子によって連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。 Via a second bonding layer made of a brazing material containing at least one active metal selected from titanium, zirconium, hafnium and niobium, on the second main surface facing the first main surface of the support substrate, A heat dissipation member comprising copper as a main component is provided, and the silicon nitride crystal particles are connected by the silicide crystal particles containing the active metal on the surface of the second main surface of the support substrate. The circuit board according to claim 1, wherein: 前記放熱部材と前記第２の接合層との間に、銅を主成分とする第２の金属層が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 3, wherein a second metal layer mainly composed of copper is disposed between the heat dissipation member and the second bonding layer. 前記活性金属を含む珪化物の結晶粒子は、アスペクト比の平均値が８以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回路基板。 5. The circuit board according to claim 1, wherein the silicide crystal grains containing the active metal have an average aspect ratio of 8 or more. 前記活性金属を含む珪化物は、組成式がＴｉ５Ｓｉ３およびＴｉ５Ｓｉ４として示される成分の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。 6. The circuit according to claim 1, wherein the silicide containing the active metal is at least one of components whose composition formulas are represented as Ti 5 Si 3 and Ti 5 Si 4. substrate. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回路基板における前記回路部材上に電子部品を搭載してなることを特徴とする電子装置。 An electronic device comprising an electronic component mounted on the circuit member in the circuit board according to claim 1.
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