(57)【要約】      （修正有）【課題】熱履歴に対して信頼性が向上する素子搭載用基板を提供する。【解決手段】素子搭載用基板１は、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する基部２ａと、基部２ａの第１面Ｓ１の一部から第１方向Ｕへ突出する第１突出部２ｂと、基部２ａの第２面Ｓ２の一部から第２方向Ｄへ突出する第２突出部２ｃとを備え、第１突出部２ａの端面Ｔ１に、半導体素子４の装着領域Ｅを有するセラミック基板２と、基部２ａの第１面Ｓ１と接合されるとともに、第１突出部２ｂの側面Ｈ１全体を覆うように側面Ｈ１と接合され、セラミック基板２よりも大きい熱膨張係数を有し、かつ半導体素子４に対して正の電圧を印加するための第１金属板３ａと、基部２ａの第２面Ｓ２と接合されるとともに、第２突出部２ｃの側面Ｈ２全体を覆うように側面Ｈ２と接合され、セラミック基板２よりも大きい熱膨張係数を有し、かつ半導体素子４に対して負の電圧を印加するための第２金属板３ｂとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面および前記第１面と対向する第２面を有する基部と、前記基部の第１面の一部から第１方向へ突出する第１突出部と、前記基部の第２面の一部から第１方向とは反対の第２方向へ突出する第２突出部とを備え、前記第１突出部の端面または前記第２突出部の端面に、半導体素子が装着されるための装着領域を有するセラミック基板と、
前記基部の第１面と接合されるとともに、前記第１突出部の側面全体を覆うように当該側面と接合され、前記セラミック基板が有する熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、かつ前記半導体素子に対して正の電圧を印加するための第１金属板と、
前記基部の第２面と接合されるとともに、前記第２突出部の側面全体を覆うように当該側面と接合され、前記セラミック基板が有する熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、かつ前記半導体素子に対して負の電圧を印加するための第２金属板と、を備えた素子搭載用基板。
【請求項２】
前記基部、前記第１突出部、および前記第２突出部の形状は、円柱状であり、
前記第１金属板および前記第２金属板の形状は、円筒状である、請求項１に記載の素子搭載用基板。
【請求項３】
前記第１金属板の厚みと、前記第２金属板の厚みとは、略同じである、請求項１または２に記載の素子搭載用基板。
【請求項４】
前記基部と前記第１金属板とが接合している箇所における、前記基部および前記第１金属板の少なくとも１つには、切欠部が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の素子搭載用基板。
【請求項５】
前記基部と前記第２金属板とが接合している箇所における、前記基部および前記第２金属板の少なくとも１つには、切欠部が形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の素子搭載用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を装着するための素子搭載用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザダイオード、フォトダイオード、パワートランジスタ素子、発光ダイオード、太陽電池素子等の比較的高電力を扱う半導体素子の搭載用基板として、セラミック基板の上下面に銅板等の金属板を接合した素子搭載用基板が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、金属板は、素子搭載用基板に装着された半導体素子に対して電圧を印加する役割を担うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の素子搭載用基板においては、熱履歴に対して信頼性が乏しいという問題があった。具体的に言えば、熱膨張係数が異なるセラミック基板と金属板とを接合すると、接合後の冷熱サイクルの付加によって、熱膨張差に起因する応力が素子搭載用基板に発生する。素子搭載用基板に応力が発生すると、セラミック基板の上下面に接合された金属板が、セラミック基板から剥離する可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱履歴に対して信頼性が向上する素子搭載用基板に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明における素子搭載用基板は、第１面および前記第１面と対向する第２面を有する基部と、前記基部の第１面の一部から第１方向へ突出する第１突出部と、前記基部の第２面の一部から第１方向とは反対の第２方向へ突出する第２突出部とを備え、前記第１突出部の端面または前記第２突出部の端面に、半導体素子が装着されるための装着領域を有するセラミック基板と、前記基部の第１面と接合されるとともに、前記第１突出部の側面全体を覆うように当該側面と接合され、前記セラミック基板が有する熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、かつ前記半導体素子に対して正の電圧を印加するための第１金属板と、前記基部の第２面と接合されるとともに、前記第２突出部の側面全体を覆うように当該側面と接合され、前記セラミック基板が有する熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、かつ前記半導体素子に対して負の電圧を印加するための第２金属板と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の素子搭載用基板は、熱履歴に対して信頼性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る素子搭載用基板の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１中に示した切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面図である。
【図３】図３は、変更例１に係る素子搭載用基板の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、図１中に示した切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した断面図である。
【図５】図５は、変更例２に係る素子搭載用基板の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の一実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明に係る素子搭載用基板は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る素子搭載用基板１の一例を示す斜視図である。図２は、図１中に示した切断線Ａ−Ａ´に沿って切断した断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係る素子搭載用基板１は、セラミック基板２、第１金属板３ａ、および第２金属板３ｂを備えている。なお、図１では、半導体素子４を含めて素子搭載用基板１としているが、本発明に係る素子搭載用基板１は、半導体素子４が含まれていなくともよい。
【００１２】
なお、以下では、第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂを説明する際、特に区別する必要がない場合、あるいは、総称する場合には、単に、金属板３として説明する。なお、後述する第１接続配線５ａおよび第２接続配線５ｂ、および変更例２において後述する切欠部Ｃについてもこれと同様である。
【００１３】
セラミック基板２は、基部２ａ、第１突出部２ｂ、および第２突出部２ｃを備えている（図２参照）。基部２ａは、第１面Ｓ１および第１面Ｓ１と対向する第２面Ｓ２を有している。第１突出部２ｂは、基部２ａの第１面Ｓ１の一部（本実施形態では、中央部）から第１方向（本実施形態では、図２中矢印Ｕ方向）へ突出している。第２突出部２ｃは、基部２ａの第２面Ｓ２の一部（本実施形態では、中央部）から第１方向とは反対の第２方向（本実施形態では、図２中矢印Ｄ方向）へ突出している。また、第１突出部２ｂの端面Ｔ１には、半導体素子４が装着されるための装着領域Ｅを有している。なお、装着領域Ｅは、第１突出部２ｂの端面Ｔ１の代わりに、第２突出部２ｃの端面Ｔ２に有していてもよい。
【００１４】
すなわち、第１突出部２ｂの端面Ｔ１に有する装着領域Ｅ上に、図示しないメタライズ層が形成されており、このメタライズ層の上面に、半導体素子４が装着されている。なお、半導体素子４は、例えば、半導体レーザダイオード、フォトダイオード、パワートランジスタ素子、発光ダイオード、太陽電池素子等であるが、ここでは特に限定されない。また、メタライズ層は、例えば、ペースト状のモリブデン-マンガンあるいはタングステンを焼結して形成した層、またはチタン薄膜上に銅薄膜を成膜して形成した層等である。
【００１５】
ここで、セラミック基板２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミック等からなる。
【００１６】
金属板３は、半導体素子４に対して電圧を印加する役割を担う部材である。本実施形態では、第１金属板３ａは、半導体素子４に対して正の電圧を印加する役割を担う部材であり、第２金属板３ｂは、半導体素子４に対して負の電圧を印加する役割を担う部材である。
【００１７】
ここで、金属板３は、セラミック基板２が有する熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有しており、例えば、銅、銀、アルミニウム等からなる。このため、素子搭載用基板１に対する冷熱サイクルの付加により、金属板３からセラミック基板２に対して応力が加わることになる。
【００１８】
また、第１金属板３ａは、基部２ａの第１面Ｓ１と接合されるとともに、第１突出部２ｂの側面Ｈ１全体を覆うように当該側面Ｈ１と接合されている。また、第２金属板３ｂは、基部２ａの第２面Ｓ２と接合されるとともに、第２突出部２ｃの側面Ｈ２全体を覆うように当該側面Ｈ２と接合されている。このため、素子搭載用基板１に対する冷熱サイクルの付加により、第１金属板３ａからセラミック基板２へ作用する応力は、セラミック基板２の第１突出部２ｂにおける側面Ｈ１全体に加わることになる。また、セラミック基板２の基部２ａにおける第１面Ｓ１にも加わることになる。またこれと同様に、第２金属板３ｂからセラミック基板２へ作用する応力は、セラミック基板２の第２突出部２ｃにおける側面Ｈ２全体に加わることになる。また、セラミック基板２の基部２ａにおける第２面Ｓ２にも加わることになる。
【００１９】
そのため、第１金属板３ａとセラミック基板２、および第２金属板３ｂとセラミック基板２とは、上記従来の素子搭載用基板と比較して、より強固に接合することができる。すなわち、上記従来の素子搭載用基板は、セラミック基板の上下面に単に金属板を接合したものだからである。この結果、本実施形態に係る素子搭載用基板１は、上記従来の素子搭載用基板と比較して、セラミック基板２から金属板３が剥離する可能性を低減することができる。
【００２０】
なお、第１金属板３ａは、第１突出部２ｂの側面Ｈ１全体を覆うように当該側面Ｈ１と接合されていれば、必ずしも、全ての側面Ｈ１と接合されていなくともよい。また、第２金属板３ｂも、第２突出部２ｃの側面Ｈ２全体を覆うように当該側面Ｈ２と接合されていれば、必ずしも、全ての側面Ｈ２と接合されていなくともよい。
【００２１】
また、図２に示すように、半導体素子４と第１金属板３ａとは、セラミック基板２に埋設された第１接続配線５ａを介して電気的に接続されている。また、半導体素子４と第２金属板３ｂとは、セラミック基板２に埋設された第２接続配線５ｂを介して電気的に接続されている。ここで、接続配線５は、例えば、金、銀、銅、スズ、タングステン、モリブデン、またはマンガン等を主成分とする金属材料からなる。
【００２２】
なお、上記では、半導体素子４と金属板３とは、セラミック基板２に埋設された接続配線５を介して電気的に接続されている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、半導体素子４と金属板３とは、ボンディングワイヤによって電気的に接続されていてもよい。この場合、セラミック基板２には接続配線５が埋設されている必要はない。
【００２３】
また、第２金属板３ｂにはネジ孔が形成された基板が設けられていてもよい。この場合、このネジ孔に差し込まれたネジを介して、図示しない外部基板に素子搭載用基板１を装着することができる。すなわち、外部基板に素子搭載用基板１を装着した場合、半導体素子４から発せられる熱を、第１金属板３ａ、セラミック基板２、および第２金属板３ｂを介して、外部基板へ逃がすことが可能となる。この場合、第１金属板３ａ、セラミック基板２、および第２金属板３ｂは、放熱板としての役割を有することになる。
【００２４】
なお、図２に示すように、第１金属板３ａの厚みＦ１と、第２金属板３ｂの厚みＦ２とは、略同じであることが好ましい。ここで、第１金属板３ａの厚みＦ１および第２金属板３ｂの厚みＦ２とは、図２に示す矢印Ｕ方向またはＤ方向に対する、第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの長さのことを意味する。このようにすると、第１金属板３ａから基部２ａの第１面Ｓ１へ作用する応力と、第２金属板３ｂから基部２ａの第２面Ｓ２へ作用する応力とは、略同じになる。すなわち、セラミック基板２に対して、第１金属板３ａと第２金属板３ｂとがバランスよく接合されることになる。そのため、第１金属板３ａとセラミック基板２、および第２金属板３ｂとセラミック基板２とは、より強固に接合することができる。なお、本明細書において「略」とは、「実質的に」と同様である。
【００２５】
以上のように、本実施形態に係る素子搭載用基板１によれば、熱履歴に対して信頼性が向上する素子搭載用基板を実現することができる。
【００２６】
なお、図１および図２では、Ｇ１部における第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの幅Ｌと、Ｇ２部における第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの幅Ｌとが、略同じである場合について図示したが、これに限定されない。すなわち、Ｇ１部における第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの幅Ｌと、Ｇ２部における第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの幅Ｌとは、異なっていてもよい。
【００２７】
なお、上述した実施形態は、本発明の実施形態の一具体例を示すものであり、種々の変更が可能である。以下、いくつかの主な変更例を示す。
【００２８】
（変更例１）
図３は、変更例１に係る素子搭載用基板１ａの一例を示す斜視図である。図４は、図３中に示した切断線Ｂ−Ｂ´に沿って切断した断面図である。図３および図４に示すように、変更例１に係る素子搭載用基板１ａは、図１に示すセラミック基板２の代わりに、セラミック基板２１を備えている。また、変更例１に係る素子搭載用基板１ａは、図１に示す第１金属板３ａおよび第２金属板３ｂの代わりに、第１金属板３１ａおよび第２金属板３１ｂを備えている。なお、図３および図４において、図１および図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
すなわち、変更例１に係るセラミック基板２１における、基部２１ａ、第１突出部２１ｂ、および第２突出部２１ｃの形状は、円柱状である。また、変更例１に係る第１金属板３１ａおよび第２金属板３１ｂの形状は、円筒状である。このため、第１金属板３１ａからセラミック基板２１へ作用する応力は、第１突出部２１ｂにおいて略均一にすることができる。また、第２金属板３１ｂからセラミック基板２１へ作用する応力も、第２突出部２１ｃにおいて略均一にすることができる。すなわち、第１金属板３１ａおよび第２金属板３１ｂの幅Ｌが、第１金属板３１ａおよび第２金属板３１ｂの全周にわたって略同じだからである。
【００３０】
金属板３１からセラミック基板２１へ作用する応力が、セラミック基板２１において略均一にすることができるので、セラミック基板２１においてクラックが生じることを抑制できる。
【００３１】
以上のように、変更例１に係る素子搭載用基板１ａによれば、第１金属板３１ａとセラミック基板２１、および第２金属板３１ｂとセラミック基板２１とは、上記従来の素子搭載用基板と比較して、より強固に接合することができるとともに、セラミック基板２１に対してクラックが生じることを抑制できる。
【００３２】
なお、変更例１に係る素子搭載用基板１ａにおいても、第１金属板３１ａの厚みＦ１と、第２金属板３１ｂの厚みＦ２とが、略同じであることが好ましい。
【００３３】
（変更例２）
図５は、変更例２に係る素子搭載用基板１ｂの一例を示す断面図である。図５に示すように、変更例２に係る素子搭載用基板１ｂは、図１に示すセラミック基板２の代わりに、セラミック基板２２を備えている。なお、図５において、図２と同様の機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
すなわち、変更例２に係るセラミック基板２２には、切欠部Ｃが形成されている。具体的には、基部２２ａの第１面Ｓ１と第１金属板３ａとが接合している箇所における基部２２ａの第１面Ｓ１に、切欠部Ｃ１が形成されている。また、第１突出部２２ｂの側面Ｈ１と第１金属板３ａとが接合している箇所における第１突出部２２ｂの側面Ｈ１に、切欠部Ｃ２が形成されている。また、基部２２ａの第２面Ｓ２と第２金属板３ｂとが接合している箇所における基部２２ａの第２面Ｓ２に、切欠部Ｃ３が形成されている。さらに、第２突出部２２ｃの側面Ｈ２と第２金属板３ｂとが接合している箇所における第２突出部２２ｃの側面Ｈ２に、切欠部Ｃ４が形成されている。なお、これら切欠部Ｃの形状、深さ等については、特に限定されない。
【００３５】
セラミック基板２２に切欠部Ｃが形成されているので、変更例２に係るセラミック基板２２と金属板３との接合面積は、上述の実施形態に係るセラミック基板２と金属板３との接合面積より小さくなる。すなわち、セラミック基板２２に切欠部Ｃが形成されているので、金属板３からセラミック基板２２に対して加わる応力を、切欠部Ｃにおいて吸収あるいは緩和することができる。このため、セラミック基板２２においてクラックが生じることを抑制できる。
【００３６】
以上のように、変更例２に係る素子搭載用基板１ｂによれば、第１金属板３ａとセラミック基板２２、および第２金属板３ｂとセラミック基板２２とは、上記従来の素子搭載用基板と比較して、より強固に接合することができるとともに、セラミック基板２２に対してクラックが生じることを抑制できる。
【００３７】
なお、切欠部Ｃは、基部２２ａの第１面Ｓ１と第１金属板３ａとが接合している箇所における第１金属板３ａに形成されていてもよい。また、切欠部Ｃは、第１突出部２２ｂの側面Ｈ１と第１金属板３ａとが接合している箇所における第１金属板３ａに形成されていてもよい。また、切欠部Ｃは、基部２２ａの第２面Ｓ２と第２金属板３ｂとが接合している箇所における第２金属板３ｂに形成されていてもよい。さらに、切欠部Ｃは、第２突出部２２ｃの側面Ｈ２と第２金属板３ｂとが接合している箇所における第２金属板３ｂに形成されていてもよい。
また、変更例２に係る素子搭載用基板１ｂにおいても、第１金属板３ａの厚みＦ１と、第２金属板３ｂの厚みＦ２とが、略同じであることが好ましい。
【００３８】
（変更例３）
なお、基部、第１突出部、および第２突出部の形状は、矩形状や円柱状に限らず、例えば、三角形状や多角形状等であってもよい。またこれと同様に、第１金属板および第２金属板の形状も、三角形状や多角形状等であってもよい。すなわち、基部、第１突出部、第２突出部、第１金属板、および第２金属板の形状については、特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明は、熱履歴に対して信頼性が向上する素子搭載用基板として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１ａ，１ｂ  素子搭載用基板
２，２１，２２  セラミック基板
２ａ，２１ａ，２２ａ  基部
２ｂ，２１ｂ，２２ｂ  第１突出部
２ｃ，２１ｃ，２２ｃ  第２突出部
３ａ，３１ａ  第１金属板
３ｂ，３１ｂ  第２金属板
４  半導体素子
Ｓ１  基部の第１面
Ｓ２  基部の第２面
Ｈ１  第１突出部の側面
Ｈ２  第２突出部の側面
Ｔ１  第１突出部の端面
Ｔ２  第２突出部の端面
Ｆ１  第１金属板の厚み
Ｆ２  第２金属板の厚み
Ｅ  装着領域
Ｃ１〜Ｃ４  切欠部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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