(57)【要約】  ガラスからなる支持基板（１１）と、支持基板（１１）の第１面（１１ａ）に配置されている第１回路部（２０）と、支持基板（１１）の第２面（１１ｂ）に配置されている第２回路部（３０）とを備え、第２回路部（３０）には複数のスリット（３２）からなる抜きパターン（３１、３３〜３５）が形成されているガラス配線基板。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が実装されるガラス配線基板であって、
ガラスからなる支持基板と、
上記支持基板の第１面に配置されている第１回路部と、
上記第１面と対向する上記支持基板の第２面のほぼ全面に配置されている第２回路部とを備え、
上記第１回路部は、上記電子部品と電気的に接続される電極部を有し、
上記第２回路部には、複数のスリットからなる抜きパターンが形成されていることを特徴とするガラス配線基板。
【請求項２】
上記スリットの長手方向が上記第２回路部を流れる電流の方向と同一であることを特徴とする請求項１に記載のガラス配線基板。
【請求項３】
上記複数のスリットが千鳥配列になっていることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス配線基板。
【請求項４】
上記複数のスリットは、上記第２回路部のコーナー部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス配線基板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガラス配線基板に上記電子部品が実装されたパワーモジュールであって、当該パワーモジュールが複数連結していることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを含む電子部品を実装するプリント回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数個のパワーデバイス（ダイオード、トランジスタおよびサイリスタなどの半導体デバイス）を基板に実装させた各種パワーモジュールが考案されている。パワーデバイスは、コンピュータなどに用いられている半導体デバイスに比べて高電圧で大電流を扱うことが可能であり、高電力に起因して高発熱となることがある。パワーデバイスの熱変化は、上記パワーモジュールの動作不良を引き起こす虞があるため、パワーデバイスの熱変化に影響されにくいパワーモジュールについて工夫が行われている。【０００３】
例えば、パワーデバイスが高発熱とならないように、高熱伝導の基板、すなわち熱抵抗の低い基板を用いる工夫がある。また、例えば、上記パワーモジュールにおけるエネルギの損失を低減可能とする工夫、およびスイッチングロス低減のため基板の片面に配置された配線の長さを短くするという設計上の工夫がある。【０００４】
特許文献１には、基板の材料に低熱材料および低抵抗材料を採用した工夫として、セラミックス基板の両面に異なる硬度、強度、種類または厚さの金属部材が接合され、セラミックス基板の一方の面に接合する金属部材は金属回路板として形成され、金属回路板側に凹状に反るように形成された金属‐セラミックス基板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００４−２０７５８７号（２００４年７月２２日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、セラミックス基板の反り量を所定の反り量に制御するということは、微調整が困難であるため、調整に手間がかかり、金属‐セラミックス基板のコスト上昇につながっているという問題がある。本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的は、基板に実装される電子部品の熱変化に対する耐久性が高く、安価なガラス配線基板等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るガラス配線基板は、電子部品が実装されるガラス配線基板であって、ガラスからなる支持基板と、上記支持基板の第１面に配置されている第１回路部と、上記第１面と対向する上記支持基板の第２面のほぼ全面に配置されている第２回路部とを備え、上記第１回路部は、上記電子部品と電気的に接続される電極部を有し、上記第２回路部には、複数のスリットからなる抜きパターンが形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、第２回路部に複数のスリットからなる抜きパターンが形成されている。このため、ガラス配線基板に熱衝撃が繰り返し加えられたとしても、ガラス配線基板は、支持基板と第２回路部との密着を保ったまま、支持基板の熱膨張係数と第２回路部の熱膨張係数との差から生じる熱衝撃による応力を分散することができる。それゆえ、熱衝撃を原因としてガラスからなる支持基板が第２回路部から剥離することを防止できる。その結果、ガラス配線基板について熱衝撃に対する耐久性を高めることが可能となる。また、支持基板の材料であるガラスは、粉末を焼結させることにより生成されるセラミックス基板の材料（アルミナ等）よりも安価である。そして、第２回路部に抜きパターンを形成することは、セラミックス基板の反り量が所定の反り量となるよう制御するという従来技術と比較して容易である。結果として、安価で信頼性の高いガラス配線基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１に係るガラス配線基板を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係るガラス配線基板を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施形態３に係るガラス配線基板を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は上記ガラス配線基板の比較例であるセラミックス配線基板を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は上記セラミックス配線基板に電子部品が実装されたパワーモジュールを示す図である。
【図６】図５に示すパワーモジュールを連結させた図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は上記ガラス配線基板の他の比較例であるセラミックス配線基板を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は上記ガラス配線基板のさらに他の比較例であるガラス配線基板を示す図である。
【図９】上記ガラス配線基板に電子部品を実装させた状態のパワーモジュールにおける電気回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対配置等はあくまで一実施形態に過ぎず、これらによってこの発明の範囲が限定解釈されるべきではない。また、以下の特定の項目における構成について、それが他の項目で説明されている構成と同じ場合、その説明を省略する場合がある。また、説明の便宜上、各項目に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００１１】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施の形態について図１および図４〜図９に基づいて説明すれば以下のとおりである。図１の（ａ）は、本発明の一実施形態に係るガラス配線基板１を示す上面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示すＡ‐Ａ断面図であり、図１の（ｃ）はガラス配線基板１を示す下面図である。なお、図１の（ａ）〜（ｃ）に示されたガラス配線基板１の縦横比は、以下に説明する寸法および縮尺を正しく表現しているわけではないことを断っておく。
【００１２】
図１に示すように、ガラス配線基板１は、支持基板１１、第１回路部２０および第２回路部３０を備えている。支持基板１１は、ガラス配線基板１の本体部であり、第１回路部２０および第２回路部３０を支持するものである。支持基板１１は、ガラスの中でも耐熱性、耐衝撃性および耐薬品性に優れたガラスからなるものであり、例えば、ホウケイ酸ガラス（英名：ボロシリケイトガラス／borosilicate glass）からなるものである。支持基板１１の寸法は、例えば縦２０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。なお、以下では、図１の（ａ）に示すように縦２０ｍｍ、横５０ｍｍとする支持基板１１の１つの面を第１面１１ａとし、図１の（ｂ）に示すように第１面１１ａと対向する支持基板１１の面を第２面１１ｂとして説明する。
【００１３】
第１回路部２０は、図１の（ａ）に示すように、支持基板１１の第１面１１ａに配置された６つの回路（電極部）からなるものであり、第１リード部２１、第１制御部２２、第１実装部２３、第２制御部２４、第２実装部２５および第２リード部２６で構成されている。なお、第１回路部２０を構成する６つの回路２１〜２６については、図５にて説明する。
【００１４】
例えば第１回路部２０は、電界めっきにより形成された銅の回路部であり、厚み０．０７ｍｍを有する。第１回路部２０（銅の回路部）を形成する際、銅めっきはガラスからなる支持基板１１上に直接成長しないため、第１回路部２０は、主として、スパッタ膜形成およびフォトリソグラフィ法によるパターニングと、エッチング処理とを経て形成されている。すなわち、銅からなる第１回路部２０は、支持基板１１の第１面１１ａがアルゴンプラズマで表面粗化処理された後、第１面１１ａ上に銅の薄膜が無電解めっきにより形成され、レジストの塗布およびパターニング処理が行われ、レジストが塗布されていないパターン開口部に銅の厚膜が電界めっきにより形成され、レジストの除去、および露出している銅の薄膜の部位（レジストが塗布された銅の薄膜の部位）のエッチング処理が順に行われるプロセスにより形成される（不図示）。
【００１５】
第２回路部３０は、図１の（ｃ）に示すように、支持基板１１の第２面１１ｂに配置された１つの回路からなり、大電流を流すためのものである。第２回路部３０は、支持基板１１の第２面１１ｂに配置されており、放熱板としての機能を有している。第２回路部３０には、後述する抜きパターン３１が形成されているので、第２回路部３０は、第２面１１ｂの全面に配置されるものではなく、第２面１１ｂのほぼ全面に配置されるものである。さらに、第２回路部３０は、第２面１１ｂの横方向（電流の流れる方向）における、第２面１１ｂの両端部を除いた部位に配置されてもよい。また、ガラス配線基板１をガラス配線基板１の縦方向（電流の流れる方向に垂直な方向）に複数連結させて用いる場合には、第２回路部３０は、隣接する第２回路部３０と接続するように、第２面１１ｂの縦方向（電流の流れる方向に垂直な方向）における、第２面１１ｂの両端部を含む部位に配置されてもよい。
【００１６】
また、第２回路部３０には、抜きパターン３１が形成されている。抜きパターン３１は、第２回路部３０の厚み方向に貫通する複数のスリット３２からなり、複数のスリット３２は、一定の間隔ごとに配列（以下、千鳥配列）をなしている。
【００１７】
例えば、第２回路部３０の寸法は、第１回路部２０の寸法と同様に、縦２０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。抜きパターン３１を構成する１つのスリット３２は、第２回路部３０の横方向（電流の流れる方向）の長さが５ｍｍ、第２回路部３０の縦方向（電流の流れる方向に垂直な方向）の幅が１ｍｍの略長方形の隙間である。なお、当該隙間の角（長方形の頂点部）は丸みを帯びた曲線であってもよく、上記幅における隙間の形状は半径０．５ｍｍの半円であってもよい。また複数のスリット３２は、第２回路部３０の横方向に５ｍｍ間隔で形成され、第２回路部３０の縦方向にも５ｍｍ間隔で形成されている。すなわち、第２回路部３０の横方向に５ｍｍ間隔で形成された複数のスリットからなる横配列とすると、当該横配列を形成する複数のスリット３２は、当該横配列から第２回路部３０の縦方向に５ｍｍ離れた横配列を形成しているスリット３２と、第２回路部３０の横方向において交互に配列されている（千鳥配列）。なお、第２回路部３０は、第１回路部２０と同様のプロセスにより形成される。
【００１８】
図１の（ｂ）に示すように、支持基板１１の横方向における両端部には、第１面１１ａから第２面１１ｂに向かう方向（支持基板１１の厚み方向）に貫通した、複数のスルーホール２８が形成されている。スルーホール２８の内部には金属体が埋め込まれているため、第１リード部２１と第２リード部２６とは、第２回路部３０を介して電気的に接続された状態となることが可能である。
【００１９】
なお、第１回路部２０および第２回路部３０の表面には、当該表面にある金属（銅）が酸化することを防止するため、および半導体デバイスやコンデンサなどの電子部品を半田で実装しやすくするためのニッケルが形成されている。さらにそのニッケル上には、金が形成されている。すなわち、ガラスからなる支持基板１１には、銅の電界メッキに続き、順にニッケル、金の電界メッキが施されている。
【００２０】
（比較例１）
ところで、半導体デバイスを実装する基板は、柔軟性のないリジッドタイプと柔軟性のあるフレキシブルタイプとに大別される。前者として、基板の本体部が、エポキシ樹脂で構成されたエポキシ基板（例えば、ガラス繊維製のクロスを重ねたものにエポキシ樹脂を含有させて生成されたガラスエポキシ基板）および酸化アルミニウム等を焼結させて生成されたセラミックス基板などがある。後者として、基板の本体部がポリイミド、カプトン（登録商標）、またはユーピレックス（登録商標）などで構成された有機高分子フイルムの基板などが広く使われている。
【００２１】
図４の（ａ）は、図１に示したガラス配線基板１の比較例であるセラミックス配線基板１００を示す上面図であり、図４の（ｂ）は、図４の（ａ）に示すＢ‐Ｂ断面図であり、図４の（ｃ）は、セラミックス配線基板１００を示す下面図である。図４に示すセラミックス配線基板１００は、セラミックス配線基板１００の本体部である支持基板１１１がセラミックス基板である点、および支持基板１１１の面に配置された第２回路部１３０にスリットが形成されていない点で、図１に示すガラス配線基板１と異なる。
【００２２】
図４の（ａ）に示すように、支持基板１１１の第１面１１１ａには、第１回路部１２０が形成されている。第１回路部１２０は、図１に示す第１回路部２０と同様に６つの回路からなり、第１リード部１２１、第１制御部１２２、第１実装部１２３、第２制御部１２４、第２実装部１２５および第２リード部１２６で構成されている。なお、第１回路部１２０を構成する６つの回路１２１〜１２６については、図５にて説明する。
【００２３】
また、図４の（ｃ）に示すように、支持基板１１１の第２面１１１ｂには、第２回路部１３０が配置されている。第２回路部１３０は、図１の（ｃ）に示す第２回路部３０と同様に１つ回路からなり、大電流を流すためのものである。また、第２回路部１３０は、支持基板１１１の第２面１１１ｂのほぼ全面に配置されており、放熱板としての機能を有している。
【００２４】
また、図４の（ｂ）に示すように、支持基板１１の横方向における両端部には、図１の（ｂ）と同様に、第１面１１１ａから第２面１１１ｂに向かう方向（支持基板１１１の厚み方向）に貫通した、複数のスルーホール１２８が形成されている。スルーホール１２８の内部には金属体が埋め込まれているため、第１リード部１２１と第２リード部１２６とは、第２回路部３０を介して電気的に接続された状態となることが可能である。
【００２５】
図５の（ａ）は、図４の（ａ）に示すセラミックス配線基板１００の上面に電子部品が実装された状態のパワーモジュール１０１を示す上面図である。図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示すＣ‐Ｃ断面図である。なお、セラミックス配線基板１００の上面とは、支持基板１１１の第１面１１１ａを含むセラミックス配線基板１００の面である。セラミックス配線基板１００の上面に実装される電子部品は、例えば、図５の（ａ）に示すように、第１半導体デバイス４１、第２半導体デバイス４２およびコンデンサ４５である。
【００２６】
第１半導体デバイス４１が実装される第１回路部１２０の面には、４つの突起電極４０（通称、バンプ）が設けられている。より具体的には、第１リード部１２１の面に１つの突起電極４０が設けられ、第１制御部１２２の面に１つの突起電極４０が設けられ、第１実装部１２３の面に２つの突起電極４０が設けられている。これにより、第１半導体デバイス４１は、第１リード部１２１および第１制御部１２２と第１実装部１２３とを電気的に接続可能としている。
【００２７】
同様に、第２半導体デバイス４２が実装される第１回路部１２０の面には、４つの突起電極４０が設けられている。すなわち、第２リード部１２６の面に１つの突起電極４０が設けられ、第２制御部１２４の面に１つの突起電極４０が設けられ、第２実装部１２５の面に２つの突起電極４０が設けられている。これにより、第２半導体デバイス４２は、第１実装部１２３および第２制御部１２４と第２実装部１２５とを電気的に接続可能としている。なお、第１半導体デバイス４１および第２半導体デバイス４２は、フリップチップ接続により第１回路部１２０に接続している。
【００２８】
コンデンサ４５は、第２実装部１２５と第２リード部１２６とを電気的に接続するものであり、半田４５ａで第２回路部１２０に固定して接続している。なお、図５の（ｃ）は、図４の（ａ）に示すセラミックス配線基板１００の上面に電子部品が実装された状態を示す下面図であるが、図４の（ｃ）に示す下面図と同様の図である。
【００２９】
図５に示した状態のセラミックス配線基板１００は、複数合体させてパワーモジュールとして利用される。図６は、図５に示したパワーモジュール１０１を３つ合体させたパワーモジュール１０２を示す上面図である。３つのセラミックス配線基板１００は、セラミックス配線基板１００の横方向の両端に形成されたスルーホール１２８が一列に連続して配列されるように、隣接して合体している。
【００３０】
パワーモジュール１０２に内蔵される第１半導体デバイス４１および第２半導体デバイス４２は、パワーデバイスであり、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）を利用したＧａＮ系デバイスである。ＧａＮ系デバイスは、他の半導体デバイスと比較して、バンドギャップが大きく、ヘテロ接合による高い電子濃度を実現し得るものであるため、パワーモジュールに内蔵するものとして注目されている。
【００３１】
図５および図６に示す第１半導体デバイス４１をＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）とし、第２半導体デバイス４２をＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）とすれば、図６に示すパワーモジュール１０２は、３相インバータのモジュールとなる。なお、図１に示すガラス配線基板１は、図５に示すパワーモジュール１０１と同様に、電子部品を実装させたパワージュールとして利用できる。また、図１に示すガラス配線基板１は、図６に示すパワーモジュール１０２と同様に、複数のガラス配線基板１を合体させて形成されるパワーモジュールとして利用できる。
【００３２】
（比較例２）
また、セラミックス配線基板に実装される半導体デバイスは、セラミックス配線基板が備えている回路部にワイヤを介して接続していてもよい。図７の（ａ）は、図１に示したガラス配線基板１の他の比較例であるセラミックス配線基板２００を示す上面図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）に示すＤ‐Ｄ断面図断面図であり、図４の（ｃ）は、セラミックス配線基板２００を示す下面図である。図７の（ａ）に示すセラミックス配線基板２００では、セラミックス配線基板２００の本体部である支持基板２１１の第１面２１１ａに形成された第１回路部２２０の形状が、図５の（ａ）に示す第１回路部１２０の形状と異なる。なお、第１回路部２２０は、図１にて説明した第１回路部２０と同様のプロセスにより形成される。
【００３３】
図７の（ａ）に示すように、第１回路部２２０は、６つの回路からなり、第１リード部２２１、第１制御部２２２、第１実装部２２３、第２制御部２２４、第２実装部２２５および第２リード部２２６で構成されている。第１実装部２２３には第１半導体デバイス４３が実装され、第１リード部２２１および第１制御部２２２は、金属製のワイヤ２４２を介して第１半導体デバイス４３に備えられている電極パッド（不図示）と接続している。同様に、第２実装部２２５には第２半導体デバイス４４が実装され、第１実装部２２３および第２制御部２２４は、ワイヤ２４１を介して第２半導体デバイス４４に備えられている電極パッド（不図示）と接続している。
【００３４】
また、図７の（ｂ）に示すように、支持基板２１１に形成されたスルーホール２２８は、図５の（ｂ）に示すスルーホール１２８と同様にスルーホール２２８の内部に金属体が埋め込まれており、第１リード部２２１と第２リード部２２６とは、第２回路部２３０を介して電気的に接続された状態となることが可能である。なお、図７の（ｃ）は、図５の（ｃ）に示す下面図と同様の図である。また、図７に示すセラミックス配線基板２００は、図６に示すパワーモジュール１０２と同様に、複数のセラミックス配線基板２００を合体させて形成されるパワーモジュールに利用される。
【００３５】
（比較例１および２との対比）
図４〜図７では、支持基板がセラミックス基板である場合の比較例を示したが、支持基板がセラミックス基板である場合のパワーモジュールは、支持基板がガラス基板である場合のパワーモジュールと比較して、コストが高い傾向にある。そこで、パワーモジュールのコストを抑制するために、支持基板をガラス基板とすることが考えられる。
【００３６】
（比較例３）
図８の（ａ）〜（ｃ）に示すガラス配線基板３００は、図４に示すセラミックス配線基板１００の本体部であるセラミックス基板の支持基板１１１を、ガラスからなる支持基板１１に変更したものである。図８の（ａ）〜（ｃ）は、図１に示したガラス配線基板１の他の比較例であるガラス配線基板３００を示す下面図であり、熱衝撃をガラス配線基板３００に繰り返し加えた後の図である。なお、第２回路部１３０は、支持基板１１の第２面１１ｂのほぼ全面に配置され、第２回路部１３０にはスリットは形成されていない。
【００３７】
ガラス配線基板３００に熱衝撃が繰り返し加えられると、支持基板１１の第２面１１ｂと第２回路部１３０との間に剥離１５１〜１５３が生じる。図８の（ａ）〜（ｃ）に示す剥離１５１〜１５３は、セ氏−５５℃からセ氏１５０℃への温度変化、およびセ氏１５０℃からセ氏−５５℃への温度変化を繰り返し行う温度サイクル実験を、ガラス配線基板３００に対して行って得られたものである。
【００３８】
剥離１５１〜１５３は、支持基板１１の第２面１１ｂの中でも当該第２面１１ｂのコーナー部分に多く生じている。また、剥離１５１〜１５３の数は、温度変化サイクルの数が増えるにつれて、支持基板１１の第２面１１ｂの中心部に向かって（年輪のように層をなすように）増加する傾向にある。
【００３９】
剥離１５１〜１５３は、第２回路部１３０の熱膨張係数と支持基板１１の熱膨張係数との差に起因する。例えば、ホウケイ酸ガラスからなる支持基板１１の熱膨張係数は、約３×１０−６であり、アルミナからなるセラミックス基板の熱膨張係数の約７×１０−６／℃と比較して、金属からなる第２回路部１３０の膨張係数（銅の膨張係数：約１６．６×１０−６／℃）との差が大きい。また、支持基板１１の第２面１１ｂには、第２回路部１３０を形成させるために表面粗化処理がなされているため、支持基板１１の第２面１１ｂと第２回路部１３０との密着は強固である。これらにより、ガラス配線基板３００に熱衝撃が繰り返し加えられると、ガラス配線基板３００の中心部分から離れるにつれて、ガラス配線基板３００に発生する熱衝撃による応力が大きくなり、当該応力が支持基板１１の表層に累積してしまう。そして、累積した応力が集中した箇所（支持基板１１の第２面１１ｂのコーナー部分）に皺のような剥離１５１〜１５３が生じてしまう。
【００４０】
なお、支持基板１１の素材を、ホウケイ酸ガラスではなく、ソーダガラスとすることも考えられる。ソーダガラスからなる支持基板の熱膨張係数は約９×１０−６／℃であり、セラミック基板（アルミナ）よりも若干熱膨張係数は大きく、むしろ第２回路部１３０（銅）の熱膨張係数に近づくため、温度変化による応力を受けにくい。しかしながら、ソーダガラスはナトリウムを含んでいるため、ソーダガラスを電子材料（特にパワーデバイス）に用いることは困難である。
【００４１】
（比較例３との対比、および効果）
図１の（ｃ）に示すガラス配線基板１では、第２回路部３０に複数のスリット３２からなる抜きパターン３１が形成されている。このため、ガラス配線基板１に熱衝撃が繰り返し加えられたとしても、ガラス配線基板１は、支持基板１１と第２回路部３０との密着を保ったまま、支持基板１の熱膨張係数と第２回路部３０の熱膨張係数との差に起因するガラス配線基板１に発生する応力を分散することができる。すなわち、特定の部位（例えば支持基板１１の第２面１１ｂのコーナー部分）に当該応力が累積しない。それゆえ、抜きパターン３１が形成された第２回路部３０を備えているガラス配線基板１には、熱衝撃がガラス配線基板１に繰り返し加えられたとしても、支持基板１１の第２面１１ｂと第２回路部３０との剥離は生じにくい。その結果、ガラス配線基板１の動作不良を防止することができる。特に、複数のスリット３２を均一の密度で第２回路部３０に形成する場合、図１の（ａ）に示すように、千鳥配列の抜きパターン３１が、熱衝撃による応力を分散することに効果的である。また、支持基板１の熱膨張係数と第２回路部３０の熱膨張係数との差に起因するガラス配線基板１に発生する応力によって、ガラスからなる支持基板１１が破損してしまうことを防止できる。
【００４２】
また、熱衝撃による応力は、多角形の頂点に集中する傾向にある。しかしながら、図１の（ｃ）に示すように、スリット３２と第２回路部３０との境界線は、滑らかな曲線であるため、ガラス配線基板１に発生する熱衝撃による応力を分散することができる。
【００４３】
また、第２回路部３０に形成されたスリット３２の長手方向は、第２回路部３０に流れる電流の方向と同一である。このため、第２回路部３０に抜きパターン３１が形成されたことに起因する第２回路部３０の電気抵抗の増加を、抑制することができる。なお、支持基板１１の第１面１１ａに流れる電流の方向と、支持基板１１の第２面１１ｂに流れる電流の方向とを反対の向きにして電流を還流させることにより、支持基板１１に生じる電界による影響を打ち消し合うことも可能である。
【００４４】
また、大電力を扱うことが可能なパワーモジュールを必要な場合、図６に示すパワーモジュール１０２と同様に、当該パワーモジュールは、図１に示すガラス配線基板１を複数連結して合体することにより構成されてもよい。複数のガラス配線基板１を連結することにより、互いに隣接するガラス配線基板１の第２回路部３０が連結され、パワーモジュールは大電力を扱うことが可能となる。なお、複数のガラス配線基板１を連結することにより、互いに隣接するガラス配線基板１の第１リード部２１および第２リード部も連結される。また、複数のガラス配線基板１は連結しているため、熱衝撃が繰り返し加えられることによりパワーモジュールに生じる応力は、複数のガラス配線基板１のそれぞれに分散され得る。その結果、パワーモジュールの動作不良を防止することができる。
【００４５】
また、一般的に、ガラスはセラミックスと比較して熱伝導率が低い。例えば、ホウケイ酸ガラスの熱伝導率は、約１Ｗ／ｍ・Ｋであり、セラミックスの熱伝導率は、約２００Ｗ／ｍ・Ｋである。このため、ガラスからなる支持基板１１は、消費電力が高く高発熱となるパワーデバイスを実装する配線基板の支持基板として有効である。また、ガラスは、一定の剛性を有し、支持基板１１の材料として長期安定性を保つことができる。
【００４６】
また、一般的に、ガラスの表面は、セラミックスの表面と比較して、平坦性が良い。このため、ガラス配線基板１に半導体デバイスを上述したフリップチップ接続により実装した際、当該半導体デバイスが支持基板１１の表面に対して傾いて不安定に固定されることを回避できる。それゆえ、品質の高いガラス配線基板１を提供することが可能となる。
【００４７】
また、アルミナ材のセラミックスのヤング率は、約３６０ＧＰａであることに対し、ホウケイ酸ガラスのヤング率は、約７３ＧＰａである。このため、ガラスからなる支持基板は、当該支持基板と同一の厚みを有するセラミックス基板と比較して、曲がりやすく、曲げ応力が加えられると反りによって曲げ応力を緩和しようとする働きが大きい。それゆえ、ガラスからなる支持基板がガラス配線基板に備えられることにより、ガラス配線基板に何らかの力が加えられたとしても、ガラス配線基板が破損することを防止できる。
【００４８】
（電気回路の概要）
次に、ガラス配線基板１に電子部品を実装させた状態のパワーモジュールにおける電気回路５０（以下、回路とする）について、図９を用いて説明する。回路５０は、３相インバータ、フルブリッジ（単相インバータ）などの基本となるハーフブリッジ回路である。なお、図９に示す回路図は、図５および図７に示すセラミックス配線基板にも適用される。
【００４９】
Input５１につながるスイッチング素子Ｑ１で電源（正側）とOUTPUTとの間をスイッチングする。同様に、Input５２につながるスイッチング素子Ｑ２でグランド（負側）とOUTPUTとの間をスイッチングする。回路５０の動作上スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とが同時に導通することがないように、Input５１およびInput５２のタイミングが調整されている。
【００５０】
バイパスコンデンサＣは、スイッチング素子Ｑ１またはＱ２がスイッチング動作した際に、スイッチングに伴うノイズが発生するノイズを吸収し、回路５０の動作を安定させるものである。バイパスコンデンサＣが上記ノイズを吸収する際、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２に向かう経路と、接続点Ｐ２からバイパスコンデンサＣの電極（Ｃ‐Ｌ、Ｃ‐Ｈ）を経由して接続点Ｐ１に向かう経路とは、互いに逆向きになる。さらに、当該２つの経路の重なり部分が大きくなるように、図１に示す第１回路部２０および第２回路部３０を支持基板１１に配置することで、当該２つの経路の双方で発生する磁界が互いに打ち消しあうことになる。この打ち消し効果により寄生インダクタンスが見かけ上小さくなり、バイパスコンデンサＣで効果的に上記ノイズを吸収できるようになる。
【００５１】
上記ノイズを吸収する効果を導くための配線として、絶縁基板の表面に第１回路部が形成され、上記表面と対向する絶縁基板の裏面に第２回路部が形成される。第１回路部は、バイパスコンデンサＣの電極Ｃ‐Ｈから、接続点Ｐ１、スイッチング素子Ｑ１のドレインＱ１Ｄ、スイッチング素子Ｑ１のソースＱ１Ｓ、接続点Ｐ３、スイッチング素子Ｑ２のドレインＱ２Ｄおよびスイッチング素子Ｑ２のソースＱ２Ｓを経由し、接続点Ｐ２につながるパターンである。第２回路部は、接続点Ｐ２からバイパスコンデンサＣの電極Ｃ‐Ｌにつながるパターンである。
【００５２】
例えば、図１に示す第２実装部２５が、図９に示すバイパスコンデンサＣの電極Ｃ‐Ｈ、接続点Ｐ１およびスイッチング素子Ｑ１のドレインＱ１Ｄに対応する。図１に示す第１実装部２３は、図９に示すスイッチング素子Ｑ１のソースＱ１Ｓ、接続点Ｐ３およびスイッチング素子Ｑ２のドレインＱ２Ｄに対応する。図１に示す第１リード部２１は、図９に示すスイッチング素子Ｑ２のソースＱ２Ｓおよび接続点Ｐ２に対応する。図１に示す第１リード部２１に形成されたスルーホール２８、第２回路部３０および第２リード部２６に形成されたスルーホール２８は、図９に示す接続点Ｐ２からバイパスコンデンサＣの電極Ｃ‐Ｌにつながるパターンに対応する。
【００５３】
〔実施形態２〕
次に、実施形態１で説明したガラス配線基板１の他の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、実施形態２に係るガラス配線基板１ａの下面図である。本実施形態に係るガラス配線基板１ａでは、第２回路部３０ａに形成される抜きパターン３３が、実施形態１に係るガラス配線基板１の抜きパターン３１（図１の（ｃ）参照）と異なる。なお、ガラス配線基板１ａのその他の構成については、実施形態１のガラス配線基板１の構成と同様であるため、本実施形態での説明を省略する。
【００５４】
図２に示す抜きパターン３３は、熱衝撃による応力がかかりやすい支持基板１１の周辺部（第２回路部３０ａのコーナー部分）に重点的に複数のスリットを形成したものである。すなわち、抜きパターン３３では、第２回路部３０ａの端部に集中して複数のスリットが施されている。特に、図２に示す抜きパターン３３は、図８の（ａ）に示す剥離１５１を防止することに有効なものとなっている。
【００５５】
例えば、第２回路部３０ａのコーナー部分に、第２回路部３０ａの中心部を中心とする円弧のスリットが形成されている。また、第２回路部３０ａの中心部を通る、電流が流れる方向（第２回路部３０ａの長手方向、紙面における横方向）に平行なＡ’‐Ａ’線上には、当該方向に平行なスリットが形成されている。
【００５６】
抜きパターン３３が第２回路部３０ａに形成されているため、熱衝撃が繰り返し加えられることによりガラス配線基板１に発生する応力が分散され、支持基板１１の特定の部位（支持基板１１のコーナー部分）に当該応力が累積しない。それゆえ、熱衝撃がガラス配線基板１ａに繰り返し加えられたとしても、支持基板１１の第２面１１ｂと第２回路部３０ａとの剥離は生じにくい。その結果、ガラス配線基板１ａの動作不良を防止することができる。
【００５７】
また、抜きパターン３４を形成するスリットと第２回路部３０ａとの境界線を、滑らかな曲線とすることにより、ガラス配線基板１ａに発生する熱衝撃による応力をより確実に分散することができる。
【００５８】
〔実施形態３〕
次に、ガラス配線基板１のさらに他の実施形態について図３の（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。図３の（ａ）は、実施形態３に係るガラス配線基板１ｂの下面図である。本実施形態に係るガラス配線基板１ｂでは、第２回路部３０ｂに形成される抜きパターン３４が、実施形態１に係るガラス配線基板１の抜きパターン３１（図１の（ｃ）参照）と異なる。なお、ガラス配線基板１ｂのその他の構成については、実施形態１のガラス配線基板１の構成と同様であるため、本実施形態での説明を省略する。
【００５９】
図３の（ａ）に示す抜きパターン３４は複数のスリットにより形成され、当該スリットは、正三角形の中心と当該正三角形の頂点とを結ぶ３本の線を描く隙間であり、複数のスリットは、正六角形を描くように等間隔で第２回路部３０ｂに形成されている。抜きパターン３４により、第２回路部３０ｂは、ハニカム構造（正六角形を複数並べた構造）となっている。例えば、当該正六角形の対向する辺の距離は、５ｍｍである。なお、抜きパターン３４を形成する複数のスリットは、互いに離れて形成されている。
【００６０】
第２回路部３０ｂをハニカム構造とすることにより、熱衝撃が繰り返し加えられることによりガラス配線基板１ｂに発生する応力を分散することができる。また、第２回路部３０ｂはハニカム構造であるため、第２回路部３０ｂに抜きパターン３４が形成されたとしても、第２回路部３０ｂの強度は損なわれにくい。その結果、第２回路部３０ｂを備えているガラス配線基板１ｂは、当該ガラス配線基板１ｂに実装される電子部品が安定して動作できる環境を提供することが可能となる。
【００６１】
また、抜きパターン３５を形成するスリットと第２回路部３０ｂとの境界線を、滑らかな曲線とすることにより、ガラス配線基板１ｂに発生する熱衝撃による応力をさらに分散することができる。
【００６２】
（変形例）
図３の（ａ）に示す抜きパターン３４を形成するスリットは、任意の大きさである。図３の（ａ）に示すガラス配線基板１ｂの変形例であるガラス配線基板１ｃを示す下面図である。例えば、図３の（ｂ）に示す抜きパターン３５を形成するスリットは、図３の（ａ）に示す抜きパターン３４を形成するスリットと比較して、短い線３５ａ〜線３５ｃを描く。これにより、抜きパターン３５により分断される第２回路部３０ｃの部位が減り、正六角形の３頂点に相当する第２回路部３０ｃの領域３６を広げることが可能となる。それゆえ、第２回路部３０ｃに電流が流れやすくすることができる。
【００６３】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るガラス配線基板（１、１ａ〜１ｃ）は、電子部品（第１半導体デバイス４１および４３、第２半導体デバイス４２および４４、コンデンサ４５）が実装されるガラス配線基板であって、ガラスからなる支持基板（１１）と、上記支持基板の第１面（１１ａ）に配置されている第１回路部（２０）と、上記第１面と対向する上記支持基板の第２面（１１ｂ）のほぼ全面に配置されている第２回路部（３０）とを備え、上記第１回路部は、上記電子部品と電気的に接続される電極部（第１制御部２２、第１実装部２３、第２制御部２４、第２実装部２５、第２リード部２６）を有し、上記第２回路部には、複数のスリット（３２）からなる抜きパターン（３１、３３〜３５）が形成されている。
【００６４】
上記の構成によれば、第２回路部に複数のスリットからなる抜きパターンが形成されている。このため、ガラス配線基板に熱衝撃が繰り返し加えられたとしても、ガラス配線基板は、支持基板と第２回路部との密着を保ったまま、支持基板の熱膨張係数と第２回路部の熱膨張係数との差から生じる熱衝撃による応力を分散することができる。それゆえ、熱衝撃を原因としてガラスからなる支持基板が第２回路部から剥離することを防止できる。その結果、ガラス配線基板について熱衝撃に対する耐久性を高めることが可能となる。また、支持基板の材料であるガラスは、粉末を焼結させることにより生成されるセラミックス基板の材料（アルミナ等）よりも安価である。そして、第２回路部に抜きパターンを形成することは、セラミックス基板の反り量が所定の反り量となるよう制御するという従来技術と比較して容易である。結果として、安価で信頼性の高いガラス配線基板を提供することができる。
【００６５】
本発明の態様２に係るガラス配線基板は、上記態様１において、上記スリットの長手方向が上記第２回路部を流れる電流の方向と同一であってもよい。上記の構成によれば、第２回路部に抜きパターンが形成されたことに起因する第２回路部の電気抵抗の増加を抑制することができる。このため、第２回路部に流れる電流の量が減ることを防止できる。その結果、電子部品を実装させたガラス配線基板をパワーモジュールとして利用することができる。
【００６６】
本発明の態様３に係るガラス配線基板は、上記態様１または２において、上記複数のスリットが千鳥配列になっていてもよい。上記の構成によれば、ガラス配線基板は、熱衝撃による応力を効果的に分散することができる。このため、熱衝撃を原因としてガラスからなる支持基板が第２回路部から剥離することをより確実に防止できる。
【００６７】
本発明の態様４に係るガラス配線基板は、上記態様１において、上記複数のスリットは、上記第２回路部のコーナー部分に形成されていてもよい。上記構成によれば、熱衝撃が繰り返し加えられることによりガラス配線基板に発生する応力が分散され、支持基板の特定の部位（スリットが形成された第２回路部のコーナー部分に対応する支持基板の部位）に当該応力が累積しない。それゆえ、熱衝撃がガラス配線基板に繰り返し加えられたとしても、支持基板と第２回路部との剥離は生じにくい。その結果、ガラス配線基板の動作不良を防止することができる。
【００６８】
本発明の態様５に係るガラス配線基板は、上記態様１において、上記第２回路部は、上記抜きパターンによって正六角形を複数並べたハニカム構造となっていてもよい。上記の構成によれば、熱衝撃が繰り返し加えられることによりガラス配線基板に発生する応力を分散することができる。また、第２回路部はハニカム構造であるため、第２回路部に抜きパターンが形成されたとしても、第２回路部の強度は損なわれにくい。その結果、第２回路部を備えているガラス配線基板は、ガラス配線基板に実装される電子部品が安定して動作できる環境を提供することが可能となる。
【００６９】
本発明の態様６に係るガラス配線基板は、上記態様１から５のいずれか一態様において、上記スリットの形状は、多角形の頂点部が曲線となっていてもよい。上記の構成によれば、スリットの形状は、多角形の頂点部が曲線となっている。一般に、熱衝撃による応力は、多角形の頂点に集中する傾向にある。このため、スリットの形状を滑らかな曲線とすることにより、ガラス配線基板に発生する熱衝撃による応力をより確実に分散することができる。
【００７０】
本発明の態様７に係るガラス配線基板は、上記態様１から６のいずれか一態様において、上記支持基板は、ホウケイ酸ガラスからなっていてもよい。上記の構成によれば、支持基板はホウケイ酸ガラスからなるため、支持基板を絶縁体とすることができる。このため、ガラス配線基板に電子部品を実装させて利用することが可能となる。
【００７１】
本発明の態様８に係るパワーモジュール（１０１）は、上記態様１から７のいずれか一態様に記載のガラス配線基板に上記電子部品が実装されていてもよい。上記の構成によれば、上記態様１から７と同様の効果を奏する。
【００７２】
本発明の態様９に係るパワーモジュール（１０２）は、上記態様８において、上記電子部品が実装された上記ガラス配線基板が、複数連結していてもよい。上記の構成によれば、複数のガラス配線基板を連結することにより、互いに隣接するガラス配線基板の第２回路が連結され、パワーモジュールは大電力を扱うことが可能となる。また、複数のガラス配線基板が連結しているため、熱衝撃が繰り返し加えられることによりパワーモジュールに生じる応力は、複数のガラス配線基板のそれぞれに分散され得る。それゆえ、パワーモジュールを構成する各ガラス配線基板において、支持基板が第２回路部から剥離することを防止できる。その結果、パワーモジュールの動作不良を防止することができる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、主に民生機器、産業機器に使用されるパワー系スイッチングモジュールとして利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１、１ａ〜１ｃ、３００  ガラス配線基板
１１  支持基板
１１ａ  第１面
１１ｂ  第２面
２０  第１回路部
３０  第２回路部
３１、３３〜３５  抜きパターン
３２  スリット
４１、４３  第１半導体デバイス（電子部品）
４２、４４  第２半導体デバイス（電子部品）
４５  コンデンサ（電子部品）
１０１、１０２  パワーモジュール
１５１〜１５３  剥離
【図１】
2017068917.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2017068917.tif 000014
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