(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の上面に金属層を被着させるとともに、該金属層に金属回路板の下面をロウ付けして成るセラミック回路基板であって、前記金属回路板は下面外周部に前記セラミック基板の上面と当接する枠状の凸部を有しており、かつ該凸部で囲まれた内側の下面が前記金属層にロウ付けされていることを特徴とするセラミック回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板に金属回路板をロウ付けにより接合させたセラミツク回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーモジュール用基板やスイッチングモジュール用基板等の回路基板として、セラミック基板上に銅等から成る金属回路板をロウ付けにより接合させたセラミック回路基板がよく用いられている。
【０００３】
かかるセラミック回路基板は一般に、
（１）酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等からなるセラミック原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、次にこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して四角形状のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、
（２）次に前記セラミックグリーンシートの表面に、タングステンやモリブデン等の高融点金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法等の厚膜形成技術を採用することによって所定パターンに印刷塗布し、
（３）次に前記金属ペーストを印刷塗布したセラミックグリーンシートを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストとを焼結一体化させて上面に金属層を有する酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミック基板を形成し、
（４）最後に、前記セラミック基板上面の金属層上に銅等から成る所定パターンの金属回路板を間に銀ロウ等のロウ材を挟んで載置させるとともにこれを還元雰囲気中、約９００℃の温度に加熱してロウ材を溶融させ、該溶融したロウ材で金属層の表面全面と金属回路板の下面全面とを接合することによって製作されている。
【０００４】
なお、前記セラミック回路基板は、例えば、セラミック基板の両端にネジ止め用の貫通孔を形成しておき、セラミック回路基板を支持部材上に載置させるとともにセラミック回路基板の上面側より貫通孔内にネジ等を挿入し、そのネジの先端を支持部材に設けたネジ溝に螺着させることによって支持部材上に固定されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のセラミック回路基板においては、セラミック基板を形成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数が約７ｐｐｍ／℃、金属回路板を形成する銅の熱膨張係数が約１８ｐｐｍ／℃であり、両者の熱膨張係数が大きく相違することから、セラミック基板の表面に被着させた金属層に金属回路板をロウ付けによって接合させた場合、セラミック基板と金属回路板との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発生し、これがセラミック回路基板に凸状の反りを発生させるとともに一部がロウ材中に内在したものとなっている。
【０００６】
そのためこのセラミック回路基板を支持部材上に、例えば、ネジ等を使用して固定した場合、セラミック回路基板に反りを是正する方向の応力が発生し、これがロウ材中に内在している応力と相埃って大きくなるとともに金属回路板の下面外周部に集中し、金属回路板の下面外周部に位置するセラミック基板にクラックや割れ等を発生させてしまう欠点を有していた。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的はセラミック基板の金属層に金属回路板を接合させる際に発生し、ロウ材に内在している応力と、セラミック回路基板を支持部材上に固定する際に発生する応力とが合成されて大きくなるのを防止し、これによってセラミック基板にクラックや割れ等が発生するのを有効に防止したセラミック回路基板を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミック基板の上面に金属層を被着させるとともに、該金属層に金属回路板の下面をロウ付けして成るセラミック回路基板であって、前記金属回路板は下面外周部に前記セラミック基板の上面と当接する枠状の凸部を有しており、かつ該凸部で囲まれた内側の下面が前記金属層にロウ付けされていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明のセラミック回路基板によれば、金属回路板の下面外周部にセラミック基板の上面に当接する枠状の凸部を設け、該凸部で囲まれた内側の下面をセラミック基板上面の金属層、あるいはセラミック基板上面に直接、ロウ付けするようになしたことから、セラミック回路基板を支持部材上に、例えば、ネジ等を使用して固定する際、セラミック回路基板に反りを是正する方向の応力が発生したとしてもその応力は金属回路板の凸部が当接している部位に集中してセラミック基板の金属層と金属回路板とを接合させるロウ材に作用することはなく、その結果、ロウ材に内在している応力とセラミック回路基板を支持部材上に固定する際に発生する応力とが合成されて大きくなるのを有効に防止し、これによってセラミック基板にクラックや割れ等が発生するのを防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明のセラミック回路基板の−実施例を示し、１はセラミック基板、２は金属層、３は金属回路板である。
【００１１】
前記セラミック基板１は四角形状をなし、その上面の中央領域に金属層２が被着されており、該金属層２には金属回路板３がロウ付けされている。
【００１２】
前記セラミック基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等から成り、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形してセラミツクグリーンシート（セラミック生シート）を得、次に、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状と成すとともにこれを高温（約１６００℃）で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形機によってに所定形状に形成し、しかる後、前記形成体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１３】
また前記セラミック基板１はその上面に金属層２が被着されており、該金属層２は金属回路板３をセラミック基板１にロウ付けする際の下地金属層として作用する。
【００１４】
前記金属層２はタングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末により形成されており、タングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤、可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを焼成によってセラミックス基板１となるセラミックグリーンシートの上面に予め従来周知のスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布しておくことによってセラミックス基板１の上面に所定パターン、所定厚み（１０〜５０μｍ）に被着される。
【００１５】
なお、前記金属層２はその表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと、金属層２の酸化腐食を有効に防止することができるとともに金属層２と金属回路板３とのロウ付けを極めて強固となすことができる。従って、前記金属層２の酸化腐食を有効に防止し、金属層２と金属回路板３とのロウ付けを強固となすには金属層２の表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１６】
また前記金属層２の上面には金属回路板３がロウ材４を介して取着されており、該金属回路板３はその下面外周部に、セラミック基板１の上面と当接する枠状の凸部３ａが形成されており、金属回路板３の凸部３ａで囲まれた内側の下面を金属層２にロウ材４でロウ付けすることによって金属回路板３はセラミック基板１上に取着されることとなる。
【００１７】
前記金属回路板３は銅やアルミニウム等の金属材料から成り、セラミック基板１の上面に形成した金属層２上に金属回路板３を、該金属回路板３の凸部３ａで囲まれた内側の下面と金属層２との間に、例えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等から成るロウ材４を挟んで載置させ、しかる後、これを真空中もしくは中性、還元性雰囲気中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約６００℃）で加熱処理し、ロウ材４を溶融せしめるとともに金属層２の上面と金属回路板３の下面とに接合させることによってセラミック基板１上に取着されるこことなる。
【００１８】
前記金属回路板３は半導体素子等の電子部品を外部電気回路に接続する作用をなし、その上面に半導体素子等の電子部品を固着させるとともに該半導体素子等の電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して接続させ、しかる後、金属回路板３を外部電気回路に接続すれば、半導体素子等の電子部品は金属回路板３を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００１９】
前記金属回路板３はまたその下面外周部にセラミック基板１の上面と当接する断面が四角形状をなす枠状の凸部３ａが形成されており、該凸部３ａはセラミック基板１に外力印加によって発生する応力がセラミック基板１と金属回路板３とを接合するロウ材４に印加されるのを防止する作用をなし、後述するセラミック基板１の両端に設けた貫通孔５内にネジ等を挿入してセラミック回路基板を支持部材上に固定する際、セラミック回路基板に反りを是正する方向の応力が発生したとしてもその応力は金属回路板３の凸部３ａが当接している部位に集中して金属層２と金属回路板３とを接合させているロウ材４に作用することはなく、その結果、ロウ材４に内在している応力（セラミック基板１と金属回路板３との熱膨張係数の相違に起因して発生した応力）とセラミック回路基板を支持部材上に固定する際に発生する応力とは合成されて大きくなることが有効に防止され、セラミック基板１にクラックや割れ等が発生することはなくなる。
【００２０】
なお、前記銅やアルミニウム等から成る金属回路板３は、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが５００μｍで、金属層２のパターン形状に対応する所定パターン形状に形成される。
【００２１】
また前記金属回路板３の下面外周部に設ける枠状の凸部３ａは金属回路板３に、プレス加エや絞り加工等の機械的加工やエッチング加工等の化学的加工によって金属回路板３下面の外周部に、例えば、高さ１００μｍ乃至２００μｍ、幅０．１ｍｍ乃至２ｍｍ程度に形成される。
【００２２】
更に前記枠状の凸部３ａは金属回路板３の下面外周部全域にわたって設ける必要はなく、外周各辺に任意長さに設けておいて枠状としてもよい。
【００２３】
また更に前記枠状の凸部３ａはその断面が四角形状のものに限定されるものではなく、三角形状や半円形状等であってもよい。
【００２４】
前記金属回路板３はまたその表面に、ニッケル、金等の良導電性で、且つ耐蝕性及びロウ材４との濡れ性が良好な金属をメッキ法により１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと、金属回路板３の酸化腐蝕を有効に防止し、かつ金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好となすとともに金属回路板３に半導体素子等の電子部品を強固に固着させることができる。従って、前記金属回路板３はその表面にニッケル、金等を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２５】
また一方、前記四角形状をなすセラミックス基板１はその両端に上下に貫通する孔経が、例えば、３ｍｍ〜４ｍｍの貫通孔５が形成されている。
【００２６】
前記貫通孔５はセラミックス回路基板を支持部材（不図示）上にネジ等を用いて固定する際、ネジの挿通孔として作用し、セラミック回路基板を支持部材上に載置させるとともにセラミック基板１の上面側より貫通孔５内にネジ等を挿入し、そのネジの先端を支持部材に設けたネジ溝に螺着させることによってセラミック回路基板は支持部材上に固定されるようになっている。なお、この場合、セラミック回路基板に上面に凸状の反りが発生しており、ネジの螺着によってセラミック回路基板に反りを是正する方向の応力が発生したとしてもその応力は金属回路板３の凸部３ａが当接している部位に集中して金属層２と金属回路板３とを接合させているロウ材４に作用することはなく、その結果、ロウ材４に内在している応力（セラミック基板１と金属回路板３との熱膨張係数の相違に起因して発生した応力）とセラミック回路基板を支持部材上に固定する際に発生する応力とは合成されて大きくなることは有効に防止され、セラミック基板１にクラックや割れ等が発生することはなくなる。
【００２７】
前記貫通孔５はセラミックス基板１にドリル孔あけ加工を施すことによってセラミック基板１の両端の所定位置に所定形状に形成される。
【００２８】
かくして、上述のセラミック回路基板によれば、セラミック基板１の上面に取着させた金属回路板３に半導体素子等の電子部品を固着させ、半導体素子等の電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して金属回路板３に電気的に接続させれば半導体素子等の電子部品はセラミック回路基板に実装され、金属回路板３を外部電気回路に電気的に接続することによって半導体素子等の電子部品は外部電気回路と接続される。
【００２９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、セラミック回路基板として熱放散性が要求される場合には、セラミック基板を酸化アルミニウム質焼結体に変えて熱伝導率の優れた窒化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体等で形成すればよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のセラミック回路基板によれば、金属回路板の下面外周部にセラミック基板の上面に当接する枠状の凸部を設け、該凸部で囲まれた内側の下面をセラミック基板上面の金属層にロウ付けするようになしたことから、セラミック回路基板を支持部材上に、例えば、ネジ等を使用して固定する際、セラミック回路基板に反りを是正する方向の応力が発生したとしてもその応力は金属回路板の凸部が当接している部位に集中してセラミック基板の金属層と金属回路板とを接合させるロウ材に作用することはなく、その結果、ロウ材に内在している応力とセラミック回路基板を支持部材上に固定する際に発生する応力とが合成されて大きくなるのを有効に防止し、これによってセラミック基板にクラックや割れ等が発生するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配線基板の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・セラミック基板
２・・・金属層
３・・・金属回路板
３ａ・・凸部
４・・・ロウ材
５・・・貫通孔
【図１】
0003688884.tif 000002