(57)【要約】【課題】金属回路板側面におけるろう材の這い上がりを抑制することによって金属回路板のはんだ濡れ性を向上させた回路基板を低コストで得る。【解決手段】セラミックス基板１１の一方の面にパターニングされた金属回路板１２がろう材１３によって接合されている。金属回路板１２の周辺端部は、局所的に図中上側に反った形態であり、その端部に上側に高さｈ１だけ突出した突起部１２１が形成されている。金属回路板１２とセラミックス基板１１との接合時には、高温で溶融したろう材１３がその表面張力によって、金属回路板１２の側面を這い上がるが、この突起部１２１が存在するために、金属回路板１２の上面に達することが抑制される。従って、冷却後において、ろう材１３が金属回路板１２の上面に形成されることを抑制することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の表面にろう付けによって金属回路板が接合された構成の回路基板であって、
前記金属回路板における前記セラミックス基板と接合された面と反対側の面の周辺端部に、前記反対側の面から突出した突起部が形成されていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記金属回路板は銅又は銅合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記ろう付けには銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材が用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記突起部は、前記反対側の面から１μｍ以上の高さに突出していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回路基板。
【請求項５】
前記突起部は、前記金属回路板における前記反対側の面の周囲の全周にわたり形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の回路基板。
【請求項６】
セラミックス基板の表面に、パターニングされた金属回路板をろう付けによって接合する、回路基板の製造方法であって、
金属板に対してプレス打ち抜きを行い、一方の面の周辺端部にバリによって前記一方の面から突出した突起部が形成され、かつパターニングされた金属回路板を得るプレス打ち抜き工程と、
前記金属回路板における他方の面をろう付けによって前記セラミックス基板に接合する接合工程と、
を具備することを特徴とする回路基板の製造方法。
【請求項７】
前記金属回路板は銅又は銅合金で形成されることを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記ろう付けには銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材が用いられることを特徴とする請求項６又は７に記載の回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記ろう付けは７００℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項１０】
前記プレス打ち抜き工程において、打ち抜き後のバリ取り工程を必要としないことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする回路基板。
【請求項１２】
請求項１から請求項５までのいずれか１項、又は請求項１１に記載の回路基板上の前記金属回路板上にはんだ付けが施されて前記回路基板に電子部品が搭載されて構成されたことを特徴とする電子部品モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の電子部品を搭載する回路基板、及びこの回路基板の製造方法に関する。また、この回路基板を用いた電子部品モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動車両用インバータとして高電圧、大電流動作が可能なパワー半導体モジュール（例えばＩＧＢＴモジュール）が用いられている。こうした半導体モジュールには、セラミックス基板上に銅やアルミニウムなどからなる金属回路板等が形成された回路基板に半導体チップが接合され、搭載された形態のものが用いられる。こうした一例として、図５にその上面図（ａ）及びそのＡ−Ａ方向の断面図（ｂ）を示すように、セラミックス基板９１上に銅でできた金属回路板９２が形成された構成の回路基板９０のが用いられる。ここで、金属回路板９２は回路パターンとなる形状にパターニングされており、半導体チップ等の電子部品（図示せず）がこれに接続されて使用される。この際、電子部品ははんだ等を用いて金属回路板９２上に固定され、あるいは電子部品からの配線がはんだ等によって金属回路板９２に接続される。
【０００３】
ここで、金属回路板９２とセラミックス基板９１との間の接合は、ろう付けによって行われ、これらの間にはろう材９３が形成される。ろう材９３としては、例えば銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材を用いることができ、７００℃以上でこれらを接合することができ、強固な接合が得られる。
【０００４】
ここで、金属回路板９２は前記の通りにパターニングされているが、この構成の回路基板９０を製造する方法には２種類ある。一つは、パターニングされていない金属板（銅板）をろう付けによってセラミックス基板９１にろう付けした後でこの金属板に対してリソグラフィ、ウェットエッチング等を施してパターニングし、金属回路板９２とする方法である。他方は、板金加工（プレス打ち抜き法）等によって予めパターニングされた銅板を金属回路板９２としてセラミックス基板９１にろう付けして接合する方法である。このうち、プレス打ち抜き法を用いた方が製造コストが安くなるために、後者の方法が特に好ましく用いられる。
【０００５】
この場合、実際に金属回路板９２がろう付けされた直後には、実際にはその断面の形状は図５の形状とはならず、金属回路板９２の端部付近の断面形状は図６に示す形態となる。すなわち、金属回路板９２側面の濡れやすさや７００℃以上で溶融したろう材９３の表面張力によって、ろう材９３はこの側面を這い上がり、金属回路板９２の上面にまで達する。ウェットエッチングによって金属回路板９２をパターニングする方法においては、ろう材９３が金属回路板９２の表面にまで達した箇所があっても、この箇所（端部付近）をウェットエッチングで除去することが容易にできるため、完成した回路基板９０における金属回路板９２の端部付近の形状は実際には図６のようにはならない。これに対し、プレス打ち抜き法を用いる場合には、図５に示す回路基板９０を製造した後にはその断面形状は図６に示す通りの形状となっている。すなわち、ろう材９３が金属回路板９２の側面から上面に達する構造となっている。金属回路板９２の上面には前記の通りはんだ付けを行うため、はんだ濡れ性が高いことが要求されるが、ろう材９３が形成された箇所においては、特にそのＡｇ成分の存在によってはんだ濡れ性が悪くなる。従って、図６のような形態となった場合、金属回路板９２上のはんだ付けを良好に行うことが困難となり、この回路基板９０に電子部品をはんだ付けを用いて搭載した場合には、その信頼性が低くなる。
【０００６】
このため、金属回路板９２の側面におけるろう材９３の這い上がりを抑制し、ろう材９３が金属回路板９２の上部に達することを抑制する構造が提案されている。
【０００７】
特許文献１には、金属回路板端部にろう溜め部として、側面の下側に凹部を設けたり、側面をテーパー形状とすることによって這い上がりを抑制する技術が記載されている。すなわち、端部の形状を工夫することによって、ろう材の這い上がりを抑制し、金属回路板９２上におけるはんだ濡れ性の劣化を抑制している。これにより、プレス打ち抜き法を用いた金属回路板を用いた場合でも、金属回路板上のはんだ濡れ性の劣化を抑制することができた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１１５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の技術を実現する場合、金属回路板端部にろう溜め部を形成することが必要となり、この工程が新たに必要となる。従って、製造コストの安いプレス打ち抜き法を用いてはいるものの、このために製造コストが上昇する。ろう材の這い上がりを抑制する他の技術においても同様であり、金属回路板端部に対して特別な処理、加工を施すことによって這い上がりを抑制していたため、製造工程が増え、製造コストが高くなった。
【００１０】
従って、金属回路板側面におけるろう材の這い上がりを抑制することによって金属回路板のはんだ濡れ性を向上させた回路基板を低コストで得ることは困難であった。
【００１１】
本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、セラミックス基板の表面にろう付けによって金属回路板が接合された構成の回路基板であって、前記金属回路板における前記セラミックス基板と接合された面と反対側の面の周辺端部に、前記反対側の面から突出した突起部が形成されていることを特徴とする回路基板に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記金属回路板は銅又は銅合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路基板に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記ろう付けには銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材が用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路基板に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記突起部は、前記反対側の面から１μｍ以上の高さに突出していることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回路基板に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記突起部は、前記金属回路板における前記反対側の面の周囲の全周にわたり形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の回路基板に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、セラミックス基板の表面に、パターニングされた金属回路板をろう付けによって接合する、回路基板の製造方法であって、金属板に対してプレス打ち抜きを行い、一方の面の周辺端部にバリによって前記一方の面から突出した突起部が形成され、かつパターニングされた金属回路板を得るプレス打ち抜き工程と、前記金属回路板における他方の面をろう付けによって前記セラミックス基板に接合する接合工程と、を具備することを特徴とする回路基板の製造方法に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、前記金属回路板は銅又は銅合金で形成されることを特徴とする請求項６に記載の回路基板の製造方法に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、前記ろう付けには銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材が用いられることを特徴とする請求項６又は７に記載の回路基板の製造方法に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記ろう付けは７００℃以上の温度で行われることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記プレス打ち抜き工程において、打ち抜き後のバリ取り工程を必要としないことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、請求項６から請求項１０までのいずれか１項に記載の回路基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする回路基板に存する。
請求項１２記載の発明の要旨は、請求項１から請求項５までのいずれか１項、又は請求項１１に記載の回路基板上の前記金属回路板上にはんだ付けが施されて前記回路基板に電子部品が搭載されて構成されたことを特徴とする電子部品モジュールに存する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は以上のように構成されているので、金属回路板側面におけるろう材の這い上がりを抑制することによって金属回路板のはんだ濡れ性を向上させた回路基板を低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
本発明の回路基板を製造するに際し、金属回路板はプレス打ち抜き工程においてプレス打ち抜き加工によってパターニングされる。その後に、接合工程において、ろう付けによってセラミックス基板に接合される。特に、プレス打ち抜き工程において金属回路板の周辺にバリの出る条件を用い、接合工程において、バリのある状態でこの金属回路板をセラミックス基板にろう付けによって接合する。
【００１６】
図１は、ここで製造される回路基板１０の上面図（ａ）及びそのＩ−Ｉ方向の断面図（ｂ）である。また、ここで、セラミックス基板１１の一方の面にパターニングされた金属回路板１２がろう材１３によって接合されている。なお、セラミックス基板１１における金属回路板１２が形成された面と反対側の面には、放熱性を高めるために金属放熱板が金属回路板１２と同様にろう付けによって接合されることもある。また、この回路基板１０が製造された後に、金属回路板１２上にははんだ付けによって電子部品が搭載される。また、金属放熱板を放熱性の高い銅のブロック（ヒートシンク）にはんだ付けによって接合することにより、この回路基板は電子部品モジュールとして使用される。
【００１７】
セラミックス基板１１は機械的強度が高く、かつ電気絶縁性および熱伝導率が高いセラミックス材料、例えば窒化珪素で構成される。その厚さは例えば０．３２ｍｍとすることができ、その形状は任意であるが、例えば矩形形状の板状である。
【００１８】
金属回路板１２は電気伝導度及び熱伝導率が高い金属で形成され、この回路基板に搭載される半導体チップの配線となり、かつ半導体チップからセラミックス基板１１への放熱も行う。従って、図１においては、その上面図（ａ）に示される形態とされ、このパターニングはプレス打ち抜き法によってなされる。その厚さは例えば０．１〜３．０ｍｍ程度である。ただし、電気抵抗を小さくする観点からは厚い方が好ましい。なお、この金属としては、電気伝導度及び熱伝導率が高く、かつプレス打ち抜き法が適用できる材料として、銅又は銅合金が特に好ましく用いられる。
【００１９】
ここで、金属回路板１２とセラミックス基板１１との間の接合は、ろう付けによって行われ、これらの間にはろう材１３が形成される。ろう材１３としては、例えば銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材を用いることができ、７００℃以上でろう材１３を溶融させた後でこれを固化させることによってこれらを接合することができ、強固な接合が得られる。
【００２０】
接合後の金属回路板１２の端部付近の構造の断面の拡大図が図２である。金属回路板１２の周辺端部は、局所的に図中上側に反った形態であり、その端部に上側に高さｈ１だけ突出した突起部１２１が形成されている。
【００２１】
金属回路板１２とセラミックス基板１１との接合時には、高温で溶融したろう材１３がその表面張力によって、金属回路板１２の側面を這い上がるが、この突起部１２１が存在するために、金属回路板１２の上面に達することが抑制される。従って、冷却後において、ろう材１３が金属回路板１２の上面に形成されることを抑制することができる。
【００２２】
実際に金属回路板１２の端部を図２のような形状にする方法について説明する。図３は、金属回路板１２を銅板２０からプレス打ち抜き法によって製造するプレス打ち抜き工程を示す図である。プレス打ち抜き法においては、開口３０が設けられたダイ３１上に金属板（銅板）２０が設置され、開口３０と略同一パターンをもったパンチ３２がダイ３１と反対側からプレスされる（図３（ａ））。ここで、開口３０及びパンチ３２のパターンが金属回路板１２のパターンとなるべく設計されている。これによって、金属板２０が打ち抜かれてパターニングされた金属回路板１２となる（図３（ｂ））。この際、打ち抜き後の金属回路板１２の破線で囲んだ部分（端部）の断面形状を、図３（ｃ）に示す形態とすることができる。すなわち、一般に、プレス打ち抜き後には、金属回路板１２の端部にはバリが発生し、端部の断面が図３（ｃ）のような形状となる。このバリが突起部１２１となる。また、この際に突起部１２１とは反対側の面の端部は逆に引き込んだ形状となり、その引き込み量はｈ２となる。
【００２３】
一般に、プレス打ち抜き法等の金属加工において、バリが発生することは周知であるが、バリが発生した場合には、その後の工程において障害となることが多い。従って、バリをその後の機械的あるいは化学的方法で除去することが一般的である。これに対し、この回路基板１０においては、バリを除去せず、積極的に利用することが特徴である。従って、金属回路板１２をセラミックス基板１１に接合する際には、突起部１２１（バリ）がある側と反対側の面をセラミックス基板１１側として接合する。
【００２４】
従って、本検討にてプレス打ち抜き法を行う際には、バリが発生した場合には打ち抜き後のバリ取り工程を必要としないことが好ましい。溶融したろう材１３の這い上がりを抑制するためには、突起部１２１の高さｈ１を高くすることが好ましく、ｈ１を１μｍ以上とすることが好ましい。
【００２５】
一般に、金属回路板１２の平坦な中央部におけるろう材の厚さは１〜２μｍ程度とされるが、ｈ１を１μｍ以上とすれば、この場合においても金属回路板１２の上面へのろう材１３の這い上がりを抑制することができる。
【００２６】
実際にこの条件でパターニングされた金属回路板（銅板）１２の側面から見た形状写真を図４に示す。高さ（ｈ１）が３５μｍ程度の突起部が端部に形成されており、図３（ｃ）に示す形状が実現されていることが確認できる。
【００２７】
以上により、この金属回路板１２を用いて、図１に示す形状の回路基板１０を製造することができる。この金属回路板１０においては、金属回路板１２上のはんだ濡れ性が良好であるため、良好にはんだ付けが行われる。従って、この金属回路板１２上にはんだ付けを施すことによって電子部品を搭載して電子部品モジュールを構成することができ、この電子部品モジュールの信頼性を高めることができる。
【００２８】
この際、特許文献１に記載の方法とは異なり、金属回路板１２の端部の形状を最適にするための特別な工程を要しない。従って、この構造の回路基板１０を低コストで得ることができる。
【００２９】
なお、上記の形態において、プレス打ち抜き法以外でも、図２に示す金属回路板の断面形状を実現できる方法であれば、プレス打ち抜き法以外の方法を用いることができる。この場合、この断面形状が実現できる材料であれば、銅又は銅合金の代わりにこれを用いることができる。
【００３０】
また、前記の効果を奏するためには、突起部は金属回路板の全周にわたり形成されていることが好ましいが、はんだ付けが行われない箇所においては、これを設ける必要はない。この場合、プレス打ち抜きの際のパンチ、ダイの形状を工夫して、バリが部分的に発生するようにして金属回路板をパターニングしてもよい。また、ウェットエッチング等の方法によりバリを部分的に除去してから接合工程を行ってもよい。
【００３１】
また、例えばセラミックス基板の一方の面に金属回路板、他方の面に金属放熱板を接合する場合、金属放熱板も同様の構成とすれば、金属放熱板とヒートシンクとをはんだによって接合することが特に容易に行われる。
【００３２】
その他、金属回路板のパターン、セラミックス基板、ろう材の種類についても、上記の効果を奏する範囲内で任意である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る回路基板の上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態に係る回路基板における金属回路板の端面付近の断面の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る回路基板の製造方法におけるプレス打ち抜き工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る回路基板の製造方法におけるプレス打ち抜き工程によって実際に得られた金属回路板の一例の側面写真である
【図５】従来の回路基板の一例の上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図６】従来の回路基板の一例における金属回路板の端面付近の断面の拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０、９０  回路基板
１１、９１  セラミックス基板
１２、９２  金属回路板
１３、９３  ろう材
１２１  突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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