(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミック基板および該複数のセラミック基板の間に設けられた金属板を含んでおり、該金属板が回路貫通孔を有しており、前記複数のセラミック基板および前記金属板が互いにろう材によって接合された多層基板と、
該多層基板の上面または下面にろう材によって接合された表層金属回路板と、前記回路貫通孔内に設けられた内層金属回路板と、
前記複数のセラミック基板に形成された貫通孔内に配置されており、前記内層金属回路板にろう材によって接合された第１の端部と前記表層金属回路板にろう材によって接合された第２の端部とを有している金属柱とを備えており、
前記複数のセラミック基板のうち前記金属板上に設けられたセラミック基板が、開口部を有しているとともに、前記内層金属回路板の一部が、平面視で前記開口部において露出しており、
前記内層金属回路板の中央部付近には前記金属柱および前記セラミック基板と接続していない部分が形成されていることを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項２】
複数のセラミック基板および該複数のセラミック基板の間に設けられた金属板を含んでおり、該金属板が回路貫通孔を有しており、前記複数のセラミック基板および前記金属板が互いにろう材によって接合された多層基板と、
該多層基板の上面および下面にろう材によって接合された表層金属回路板と、前記回路貫通孔内に設けられた内層金属回路板と、
前記複数のセラミック基板に形成された貫通孔内に配置されており、前記内層金属回路板にろう材によって接合された第１の端部と前記表層金属回路板にろう材によって接合された第２の端部とを有している金属柱とを備えており、
前記内層金属回路板が前記セラミック基板に接合されていないことを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたセラミック回路基板と、
該セラミック回路基板に搭載された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
請求項１に記載されたセラミック回路基板と、
平面視において前記開口部内に設けられており、前記内層金属回路板の前記開口部から露出する部分に電気的に接続された電子部品とを備えていることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板に金属板からなる回路が形成されたセラミック回路基板およびそれを用いた電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子が搭載され
、大きな電流が流されるパワーモジュールまたはスイッチングモジュール等の電子装置に用いられる回路基板として、セラミック基板の両面に銅やアルミニウム等の金属板からなる金属回路板を接合したセラミック回路基板が用いられている。
【０００３】
このようなセラミック回路基板は、電気自動車の制御装置または熱電変換による発電装置等の用途において需要が高まりつつあり、また、小型化または高密度化が要求されている。セラミック回路基板の回路を高密度化して小型化する方法として、セラミック回路基板の表面だけでなく内部にまで回路導体を形成する方法がある。
【０００４】
その方法の１つとして、いわゆるセラミック多層配線基板の内部回路導体をセラミック層１層分の厚みを有しておりセラミック層と同時焼成されたメタライズで形成して、セラミック多層基板の表面に金属回路板を接合したものがある（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2003−31946号公報
【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、従来のセラミック回路基板において、内部回路導体は複数のセラミック層によって囲まれており、今後さらなる放熱性の向上を図るためには改善が必要なものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様によるセラミック回路基板は、多層基板と、多層基板の上面または下面にろう材によって接合された表層金属回路板と、多層基板の内部に設けられた内層金属回路板および金属柱とを含んでいる。多層基板は、複数のセラミック基板と複数のセラミック基板の間に設けられた金属板とを含んでいる。金属板は、回路貫通孔を有している。複数のセラミック基板および金属板は、互いにろう材によって接合されている。内層金属回路板は、回路貫通孔内に設けられている。金属柱は、複数のセラミック基板に形成された貫通孔内に配置されており、内層金属回路板にろう材によって接合された第１の端部と表層金属回路板にろう材によって接合された第２の端部とを有している。複数のセラミック基板のうち金属板上に設けられたセラミック基板は、開口部を有している。内層金属回路板の一部が、平面視で開口部において露出している。内層金属回路板の中央部付近には金属柱およびセラミック基板と接続していない部分が形成されている。
【０００８】
本発明の他の態様によるセラミック回路基板は、多層基板と、多層基板の上面および下面にろう材によって接合された表層金属回路板と、多層基板の内部に設けられた内層金属回路板および金属柱とを含んでいる。多層基板は、複数のセラミック基板と複数のセラミック基板の間に設けられた金属板とを含んでいる。金属板は、回路貫通孔を有している。複数のセラミック基板および金属板は、互いにろう材によって接合されている。内層金属回路板は、回路貫通孔内に設けられている。金属柱は、複数のセラミック基板に形成された貫通孔内に配置されており、内層金属回路板にろう材によって接合された第１の端部と表層金属回路板にろう材によって接合された第２の端部とを有している。内層金属回路板はセラミック基板に接合されていない。
【０００９】
本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、セラミック回路基板に搭載された電子部品とを含んでいる。
【００１０】
本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、平面視において開口部内に設けられており、内層金属回路板の開口部から露出する部分に電気的に接続された電子部品とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一つの態様によるセラミック回路基板において、多層基板は、複数のセラミック基板および複数のセラミック基板の間に設けられた金属板とを含んでおり、金属板は、回路貫通孔を有している。多層基板の内部に設けられた内層金属回路板は、金属板の回路貫通孔内に設けられている。複数のセラミック基板のうち金属板上に設けられたセラミック基板が、開口部を有しており、内層金属回路板の一部が、平面視で開口部において露出している。内層金属回路板はセラミック基板に接合されていない。本発明の一つの態様によるセラミック回路基板は、このような構成を含んでいることによって、セラミック基板に伝導された熱が効率的に外部へ放散され、放熱性に関して向上されている。また、熱応力が緩和されやすくなる。
【００１２】
本発明の他の態様によるセラミック回路基板は、多層基板の上面および下面にろう材によって接合された表層金属回路板と、内層金属回路板にろう材によって接合された第１の端部と表層金属回路板にろう材によって接合された第２の端部とを有する金属柱とを含んでおり、内層金属回路板がセラミック基板に接合されていない。本発明の他の態様によるセラミック回路基板は、このような構成を含んでいることによって、セラミック基板に伝導された熱が金属板を介して効率的に外部へ放散され、放熱性が向上する。また、熱応力が緩和されやすくなる。
【００１３】
本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、セラミック回路基板に搭載された電子部品とを含んでいることによって、例えば電子部品によって発生されてセラミック回路基板のセラミック基板に伝導された熱が金属板を介して外部へ放散され、放熱性に関して向上されている。
【００１４】
本発明の他の態様による電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、平面視において開口部内に設けられており、内層金属回路板の開口部から露出する部分に電気的に接続された電子部品とを備えている。それによって、電子部品を実装した電子装置の厚みを薄くすることができ、より放熱性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は本発明の一つの実施形態における電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示された電子装置のＢ−Ｂ線における横断面図である。
【図２】図１（ｂ）に示された電子装置において符号Ｃによって示された部分の拡大図である。
【図３】本発明の一つの実施形態における電子装置の他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の一つの実施形態における電子装置のさらに他の例の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の一つの実施形態のセラミック回路基板を製造する工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の一つの実施形態のセラミック回路基板を製造する工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の一つの実施形態のセラミック回路基板を製造する工程を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示された電子装置の下面図である。
【図９】（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示された電子装置の下面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示された電子装置の下面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示された電子装置の下面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の他の実施形態における電子装置を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された電子装置のＡ−Ａ線における縦断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示された電子装置の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１（ａ）〜（ｃ）に示されているように、本発明の一つの実施形態における電子装置は、セラミック回路基板と、セラミック回路基板に搭載された電子部品６とを含んでいる。
【００１８】
セラミック回路基板は、多層基板と、多層基板にろう材２によって接合された表層金属回路板３と、多層基板の内部に設けられた内層金属回路板４および金属柱５とを含んでいる。
【００１９】
図１に示された例において、多層基板は、２層のセラミック基板１の間に金属板11が設けられており、互いに積層されてろう材２によって接合されている。多層基板の上面には内層金属回路板４に電気的に接続された６つの表層金属回路板３と、電子部品６を搭載するための１つの表層金属回路板３が接合され、多層基板の下面には、内層金属回路板４および金属柱５を介して上面の表層金属回路板３にそれぞれ電気的に接続される６つの表層金属回路板３と、電子部品６において発生された熱を外部回路基板または冷却体へ伝導するための放熱板８が接合されている。セラミック基板１と金属板11によって形成された多層基板の層数は３層よりも多くてもよく、内層回路導体を１層増やすには、内層金属回路板４が内部に配置される回路貫通孔11ａを有する金属板11と金属柱５が内部に配置される貫通孔１ａを有するセラミック基板１を追加することになる。
【００２０】
セラミック基板１は絶縁性のセラミック材料からなり、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス，ムライト質セラミックス，炭化ケイ素質セラミックス，窒化アルミニウム質セラミックス，窒化ケイ素質セラミックス等のセラミックスからなる。これらの中では熱伝導性（放熱性）の点からは炭化ケイ素質セラミックス，窒化アルミニウム質セラミックス，窒化ケイ素質セラミックスが好ましく、強度の点からは窒化ケイ素質セラミックスや炭化ケイ素質セラミックスが好ましい。また、セラミック基板１が窒化ケイ素質セラミックスのように強度の高いセラミックスであると、より厚みの厚い表層金属回路板３、内層金属回路板４および放熱板８を使用してもセラミック基板１にクラックが入る可能性が低減されているので、小型でもより大電流を流すことができるセラミック回路基板となるので好ましい。厚みは、薄い方が熱伝導性の点ではよいが、セラミック回路基板の大きさや用いる材料の熱伝導率や強度に応じて選択すればよく、0.1ｍｍ〜１ｍｍ程度である。
【００２１】
セラミック基板１は、例えば窒化ケイ素質セラミックスから成る場合であれば、窒化ケイ素，酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー，可塑剤，溶剤を添加混合して泥漿物に従来周知のドクターブレード法またはカレンダーロール法を採用することによって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、次にこの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て所
定形状となすとともに、必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒化雰囲気等の非酸化性雰囲気にて1600〜2000℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２２】
貫通孔１ａは、上記のセラミック基板１の製造工程において、セラミックグリーンシートに金型加工またはレーザー加工によって孔を形成しておくことで形成することができる。あるいは、セラミック基板１を作製した後にレーザー加工やサンドブラスト加工によって形成する。
【００２３】
貫通孔１ａは、表層金属回路板３と内層金属回路板４または表層金属回路板３とを接続する金属柱５を収容するための貫通孔であり、金属柱５の横断面より一回り大きいものである。具体的には、金属柱５の側面と貫通孔１ｂの内壁面との間の距離は、金属柱５の横断面の長さ（金属柱５が円柱の場合であれば直径）の１％程度であれば、比較的熱膨張係数の小さい窒化ケイ素質セラミックス（熱膨張係数：約３×10−６／℃）から成るセラミック基板１と、銅とアルミニウムとで熱膨張係数の大きいアルミニウム（熱膨張係数：約23×10−６／℃）から成る金属柱５を用いた場合であっても、セラミック回路基板に搭載した電子部品の発熱、あるいは大電流による金属柱５自身の発熱に起因して、セラミック基板１と金属柱５との熱膨張差によって貫通孔１ｂの内面に応力が加わることがない。
【００２４】
また、セラミック基板１の厚みは、金属柱５の厚みより厚いのが好ましい。セラミック基板１の厚みが金属柱５の厚みより薄いと、セラミック基板１と金属柱５との熱膨張差によって、金属柱５が表層金属回路板３を貫通孔１ｂ内から押さえる力が作用して、表層金属回路板３とセラミック基板１との接合強度および接続信頼性が低下しやすくなるからである。
【００２５】
表層金属回路板３、内層金属回路板４、金属板11、金属柱５および放熱板８は、銅またはアルミニウム等の金属から成り、例えば銅のインゴット（塊）に圧延加工法または打ち抜き加工法等の機械的加工やエッチング等の化学的加工のような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0.05〜１ｍｍの平板状で、所定パターンに形成される。このとき、表層金属回路板３および内層金属回路板４は、予め所定パターン形状に形成したものを用いてもよいし、後述するように、セラミック基板１と同程度の大きさおよび形状の金属板をセラミック基板１に接合した後にエッチングで所定パターン形状に加工してもよい。
【００２６】
表層金属回路板３、内層金属回路板４、金属板11、金属柱５および放熱板８が銅から成る場合は、無酸素銅で形成するのが好ましい。無酸素銅で形成すると、表層金属回路板３または内層金属回路板４と金属柱５との接合やセラミック基板１と表層金属回路板３または内層金属回路板４との接合を行なう際に、銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく、ろう材２との濡れ性が良好となるので、接合が強固となる。
【００２７】
金属板11の回路貫通孔11ａは内層金属回路板４を収容するための貫通孔であり、図１（ｃ）に示す例のように、内層金属回路板４より一回り大きいものである。具体的には、内層金属回路板４の側面と回路貫通孔１ａの内壁面との間の距離は、それぞれ１ｍｍ程度あれば、絶縁性を保つのに好ましい。
【００２８】
セラミック基板１と金属板11の接合、セラミック基板１と表層金属回路板３または内層金属回路板４あるいは放熱板８との接合、金属柱５と表層金属回路板３または内層金属回路板４との接合は、ろう材２によって行なわれる。ろう材２は、活性金属を含むものであっても、活性金属を含まない通常のものであっても構わない。ろう材２は、上記のすべての接合に活性金属を含むろう材２を用いてもかまわないが、金属柱５と表層金属回路板３
または内層金属回路板４との接合は、活性金属を含まないろう材２を使用すると、ろう材２がセラミック基板１とは接合しないので、流れ出たろう材２が回路貫通孔１ａの内面に内層金属回路板４が固着して、熱応力等によって回路貫通孔１ａからクラックが発生することがないので好ましい。
【００２９】
上記各部材をろう材２で接続するには、各部材の接合面の少なくとも一方にスクリーン印刷等でろう材ペーストを例えば30〜50μｍの厚さで所定パターンに印刷塗布するとともに、所定の構造となるように挟んで載置した後、金属板に５〜10ｋＰａの荷重をかけながら真空中または水素ガス雰囲気または水素・窒素ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気中で780
℃〜900℃、10〜120分間加熱し、ろう材ペーストの有機溶剤および溶媒・分散剤を気体に変えて発散させるとともにろう材２を溶融させることによって行なわれる。
【００３０】
表層金属回路板３、内層金属回路板４、金属板11、金属柱５および放熱板８が銅から成る場合は、活性金属を含まない、通常のろう材ペーストは、銀および銅粉末，銀−銅合金粉末，またはこれらの混合粉末から成る銀ろう材（例えば、銀：72質量％−銅：28質量％）粉末に対して適当なバインダーと有機溶剤・溶媒とを添加混合し、混練することによって製作される。活性金属入りのろう材ペーストは、この通常のろう材ペーストに、チタン，ハフニウム，ジルコニウムまたはその水素化物等の活性金属を銀ろう材に対して２〜５質量％添加混合し、混練することによって製作される。
【００３１】
表層金属回路板３、内層金属回路板４、金属板11、金属柱５および放熱板８がアルミニウムから成る場合は、銀ろう材に換えてアルミニウムろう材（例えば、アルミニウム：88質量％−シリコン：12質量％）を用いればよい。この場合も同様にしてろう材ペーストおよび活性金属入りろう材ペーストを作製して、同様にして接合すればよい。アルミニウムろう材２を使用した場合には、銅より低温の約600℃で接合することができる。
【００３２】
活性金属を含まない、通常のろう材ペーストで表層金属回路板３または内層金属回路板４、金属板11、あるいは放熱板８をセラミック基板１に接合するには、セラミック基板１上にメタライズ層を形成しておき、メタライズ層と表層金属回路板３または内層金属回路板４、金属板11、あるいは放熱板８との間にろう材ペーストを配置すればよい。セラミック基板１上のメタライズ層は、セラミック基板１を作製する際に、セラミックグリーンシート上にメタライズペーストを所定パターン形状に印刷塗布しておき、焼成することによって形成しておくか、セラミック基板１を作製した後に、セラミック基板１上にメタライズペーストを所定パターン形状に印刷塗布して焼き付けることによって形成すればよい。メタライズペーストは、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）またはこれらの混合粉末から成る金属粉末と、適当なバインダーと有機溶剤・溶媒とを添加混合し、混練することによって製作される。
【００３３】
また、表層金属回路板３は、セラミック基板１に接合した後に、その表面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性およびろう材との濡れ性が良好な金属をめっき法により被着させておくと、表層金属回路板３に半導体素子等の電子部品５を半田を介して強固に接着させることができるとともに、表層金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好なものとすることができる。この場合は、内部に燐を８〜15質量％含有させてニッケル−燐のアモルファス合金としておくと、ニッケルから成るめっき層の表面酸化を良好に防止してろう材との濡れ性等を長く維持することができるので好ましい。ニッケルに対する燐の含有量が８質量％未満となると、あるいは15質量％を超えると、ニッケル−燐のアモルファス合金を形成するのが困難となってめっき層に半田を強固に接着させることが困難となりやすい。このニッケルから成るめっき層は、その厚みが1.5μｍ未満の場合には、
表層金属回路板３の表面を完全に被覆することができず、表層金属回路板３の酸化腐蝕を有効に防止することができなくなる傾向がある。また、10μｍを超えると、特にセラミッ
ク基板の厚さが300μｍ未満の薄いものになった場合には、めっき層の内部に内在する内
在応力が大きくなってセラミック基板に反りまたは割れ等が発生しやすくなってしまう。また、放熱板８にも同様のニッケル金属層を形成しておくと、外部回路基板または冷却体への接合が良好になるのでよい。
【００３４】
２層のセラミック基板１の間に１層の金属板11を接合させた回路基板を用いて表層金属回路板３、内層金属回路板４および放熱板８をあらかじめ所定パターンに形成して接合する場合は、以下のようにすればよい。まず、所定の位置に貫通孔１ｂを有するセラミック基板１を２枚と回路貫通孔１ａを有する金属板11を１枚準備する。また、金属板をプレス加工またはエッチング加工等を用い、表層金属回路板３、内層金属回路板４、金属柱５および放熱板８の所定パターン形状に加工する。次にセラミック基板１と金属板11が相対する接合部の少なくとも一方に、接合後にろう材２となる活性金属入りのろう材ペーストを所定形状にスクリーン印刷等で塗布する。金属柱５の上下面には、ろう材２を予め形成しておく。このろう材２は、金属柱５の表裏にスクリーン印刷で同様にろう材ペーストを形成しても良いし、表裏にろう材２をクラッドした所定の厚みの金属板を金属柱５の寸法に打ち抜くことで形成してもよい。各部材を所定の位置に配置し、位置がずれないように治具等を用いて荷重をかけながら真空中でろう材２が溶融する温度まで昇温し各部材を接合することで、セラミック回路基板となる。
【００３５】
内層金属回路板４と金属柱５とによる内部回路を形成した多層基板の上面および下面に、セラミック基板１と同程度の大きさおよび形状の金属板をセラミック基板１に接合した後に、金属板をエッチングで表層金属回路板３および放熱板８の所定パターン形状に加工する場合は、例えば以下のようにする。セラミック基板１の上に接合された金属板の表面にエッチングレジストインクをスクリーン印刷法等の技術を採用して所定パターン形状に印刷塗布してレジスト膜を形成した後、例えば金属板が銅板である場合であれば、塩化第２鉄，塩化第２銅溶液等のエッチング液に浸漬したり、エッチング液を吹き付けたりして表層金属回路板３および放熱板８の所定パターン以外の部分を除去し、レジスト膜を除去すればよい。
【００３６】
また、セラミック回路基板が、図１〜図３に示す例のような、内層金属回路板４がセラミック基板１に接合されている場合であれば、図５〜図７に示すような工程で内層金属回路板４と金属板11もエッチングによって所定パターン形状に加工することができる。まず、図５（ａ）に示す例のように、貫通孔１ａを有する上層用のセラミック基板１の上面および下面に、セラミック基板１と同程度の大きさの、表層金属回路板３となる金属板３’および内層金属回路板４と金属板11となる金属板４’がそれぞれ接合され、これらが貫通孔１ａ内の金属柱５で接続されたものを、上記と同様の方法で形成する。次に、図５（ｂ）に示す例のように、金属板３’および金属板４’の表面に、それぞれ表層金属回路板３、内層金属回路板４および金属板11の所定パターン形状のレジスト膜10を形成する。次いで、図５（ｃ）および図５（ｄ）に示す例のように、金属板３’、金属板４’のレジスト膜10に覆われていない不要部分をエッチング液によって溶解し、レジスト膜10を剥離することで、セラミック回路基板の上側だけ（上側回路基板）を作製する。次に、図６（ａ）に示す例のように、所定の貫通孔１ａを有する下層用のセラミック基板１の下面には、セラミック回路基板の下面の表面金属回路板３および放熱板８となる、セラミック基板１と同程度の大きさの金属板３’が接合されたものを作製する。次に、図６（ｂ）に示す例のように、金属板３’の表面に、表層金属回路板３および放熱板８の所定パターン形状のレジスト膜10を形成する。次いで、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示す例のように、金属板３’のレジスト膜10に覆われていない不要部分をエッチング液によって溶解し、レジスト膜10を剥離することで、セラミック回路基板の下側だけ（下側回路基板）を作製する。このとき、回路貫通穴１ａおよび貫通孔１ｂにエッチング液が入って、金属柱５または金属板３’の貫通孔１ｂ内に露出する部分がエッチングされることがないように、中間層用の
セラミック基板１の上面の回路貫通孔１ａの開口を治具またはフィルム上のレジスト等で塞いでおくとよい。そして、図７（ａ）に示す例のように、下側回路基板の貫通孔１ａ内にろう材２を上下面に被着させた金属柱５を配置して、上側回路基板と下側回路基板とを内層金属回路板４と下側回路基板の貫通孔１ａ内の金属柱５が接続するように重ねて、図７（ｂ）に示す例のように、金属板11と下層用のセラミック基板１および内層金属回路板４と下層用のセラミック基板の金属柱５との間をろう材２で接合することによって、図１に示す例のような、複数のセラミック基板１および複数のセラミック基板１の間に設けられた金属板11が積層された構造の本実施形態のセラミック回路基板を作製することができる。この方法では、表層金属回路板３および内層金属回路板４は、共にセラミック基板１に大きさの大きい金属板３’および金属板４’を接合させてからエッチングで所定パターン形状に加工することができるので、金属板３’および金属板４’が取り扱いによって曲がってしまう可能性が減少するために、柔らかい銅板を使用する場合または薄い金属板を用いる場合には好ましい。また、１つのセラミック基板１上には１枚の金属板３’または金属板４’を配置すればよいので、接合前のセラミック基板１と金属板３’および金属板４’とを重ねて配置するのが容易であり、位置合わせも容易である。
【００３７】
内層金属回路板４は、図１および図２に示す例、ならびに製造工程を示す図５〜図７の例では、その上面は上層のセラミック基板１に、下面は下層のセラミック基板１にろう材２で接合されているが、図３に示す例のように内層金属回路板４の上下面のうちの片面だけをセラミック基板１に接合してもよいし、図４に示す例のようにセラミック基板１に接合しなくてもよい。
【００３８】
図４に示す例のように、上下のセラミック基板１と内層金属回路板４とが直接接合しない場合は、セラミック基板１と（セラミック基板１に金属柱５および表層金属回路板３を介して接合された）内層金属回路板４との間に発生する熱応力は、セラミック基板１に直接接続されていない内層金属回路板４が変形して緩和されやすくなる。これによって、金属柱５を介して表層金属回路板３に加わる応力も小さいものとなる。また、構造的な理由以外にも、内層金属回路板４が接合時のろう材２からの金属拡散によって硬度が高くなる部分が少ないという理由でも、金属柱５を介して表層金属回路板３に加わる応力が小さくなるので好ましい。
【００３９】
また、内層金属回路板４の上下面のうちの片面だけをセラミック基板１に接合する場合、または内層金属回路板４の上下面ともセラミック基板１に接合する場合であっても、図３および図４に示す例のように、内層金属回路板４の上下面の全面でセラミック基板１に接合しないようにすると、内層金属回路板４が変形しやすく、またろう材２からの金属拡散によって硬度が高くなる部分が少なくなるので、応力をより緩和することができる。
【００４０】
このように応力を緩和することができると、窒化アルミニウム質セラミックスのように熱伝導率は高いが機械的強度が小さいという材料から成るセラミック基板１を表層のセラミック基板１としても用いることができるようになり、全層窒化アルミニウム質セラミックスで形成することができるので、熱放散性と温度サイクル信頼性の両方の特性を両立させたセラミック回路基板とすることができる。この場合は、特に熱放散性の高いセラミック回路基板とすることができる。
【００４１】
本実施形態の回路基板において、セラミック基板１に加わる熱応力は、金属板11によって圧縮応力が加えられるが、セラミック基板１は圧縮応力に対しては、引っ張り応力の10倍程度の破壊強度を持つため、セラミック基板１が金属板11によって加えられる応力によって破壊する可能性は小さいため、表層金属回路板３、内層金属回路板４および放熱板８とセラミック基板１との熱膨張係数の差によって発生する引っ張り応力がセラミック基板１を破壊する主な原因となるが、この応力は接合しているこれら金属の硬さと、回路基板
と表層金属回路板３（内層金属回路板４）の接合長さに比例して接合している表層金属回路板３（内層金属回路板４）とその外側にあるセラミック基板１との境界部分に加わる。そのため、上述したように、内層金属回路板４は、図４に示す例のようにセラミック基板１に接合しないのが好ましく、接合する場合であっても、図２および図３に示す例のように、内層金属回路板４の上下面の全面でセラミック基板１に接合しないようにすると、ろう材２の拡散によって内層金属回路板４が硬くなることが抑えられるので好ましい。
【００４２】
本実施形態のセラミック回路基板において、多層基板は、複数のセラミック基板１と複数のセラミック基板１の間に設けられた金属板11とを含んでおり、金属板11は、回路貫通孔11ａを有している。多層基板の内部に設けられた内層金属回路板４は、金属板11の回路貫通孔11ａ内に設けられている。本実施形態のセラミック回路基板は、このような構成を含んでいることによって、セラミック基板１に伝導された熱が金属板11を介して外部へ放散され、放熱性に関して向上されている。
【００４３】
本実施形態の電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、セラミック回路基板に搭載された電子部品６とを含んでいることによって、例えば電子部品６によって発生されてセラミック回路基板のセラミック基板１に伝導された熱が金属板11を介して外部へ放散され、放熱性に関して向上されている。
【００４４】
また、図８に示す本発明の他の実施形態では、セラミック回路基板の下面の中央部に比較的大きい放熱板８が接合されているが、図１に示す例のように、放熱板８のパターンを複数の小さいものにして放熱板８とセラミック基板１との接合長さを短くすることによって熱応力を小さくするのが好ましい。具体的には、セラミック基板１と表層金属回路板３等の金属板との接合長さが10ｍｍを超えないようにするとよい。
【００４５】
図８に示す例では、最上層のセラミック基板１の上面に電子部品６の搭載部および表層金属回路板３を取り囲むような枠体９を設けている。この例では、枠体９は、セラミック基板１の上に、順に金属枠体９ｂ、絶縁枠体９ａ、金属枠体９ｂがろう材２を介して接合されて形成されている。上側の金属枠体９ｂは、蓋を接合するためのものである。この枠体９の上に金属等からなる蓋をろう接、シーム溶接またはＹＡＧレーザー溶接等の溶接によって気密に接合することで、電子部品６を気密封止した電子装置とすることができる。このようにすることによって、電子部品６を気密に封着するとともに、多層セラミック基板の下面の表層金属回路板３を外部端子として外部回路に電気的に接続することができるようになっている。下側の金属枠体９ｂは、表層金属回路板３と同様の方法で、表層金属回路板３と同時に形成すればよい。下側の金属枠体９ｂの上には、セラミック基板１と同様のセラミックスから成る絶縁枠体９ａとが活性金属で接合され、さらに絶縁枠体９ａの上に活性金属で上側の金属枠体９ｂが接合される。図８に示す例では、このように金属枠体９ｂと絶縁枠体９ａとを積層して接合することによって枠体９を形成することで、セラミック回路基板に搭載される電子部品６より高さの高い枠体９を形成している。枠体９は、図８に示す例に限られるものではなく、例えば、下側の金属枠体９ｂだけで枠体９を形成して、電子部品６を覆うような箱型の蓋を接合してもよい。
【００４６】
図９に示されているように、本発明の他の実施形態の電子装置において、内層金属回路板４は、金属柱５を介して、多層基板の上面のうち枠体９の外側の領域に設けられた表面金属回路板３に電気的に接続されている。すなわち、本発明の他の実施形態の電子装置において、多層基板の上面のうち枠体９の内側に設けられた表面金属回路板３と枠体９の外側に設けられた表面金属回路板３とが、内層金属回路板４および金属柱５を介して電気的に接続されている。図９に示された実施形態の変形例として、金属板11が例えば金属柱のような金属部材によって放熱板８に熱的に結合されていると、例えば電子部品６によって発生された熱の伝導または放散が向上される。
【００４７】
上記のような実施形態の回路基板に電子部品６を搭載し、電気的に接続することで本実施形態の電子装置となる。本実施形態の電子装置によれば、上記各構成の本実施形態のセラミック回路基板に電子部品６が搭載されていることから、大電流を流すことができ、信頼性が高く、小型で薄型化の電子装置となる。
【００４８】
電子部品６としては、トランジスタ，ＣＰＵ（Central Processing Unit）用のＬＳＩ
（Large Scale Integrated circuit），ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor
）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor）等の半
導体素子が挙げられる。
【００４９】
電子部品６は、半田またはＡｕ−Ｓｉ合金等の金属接合材あるいは導電性樹脂で固定されて回路基板に搭載され、ボンディングワイヤ７により電気的に接続される。図１〜図７に示す例では、上から１層目のセラミック基板１の上面に電子部品６を搭載するための表層金属回路板３を形成しているが、セラミック基板１の上面に直接、または第１のセラミック基板１の上面に形成したメタライズ層の上、もしくは、第１のセラミック基板１の中央部を切り抜き、金属板11上に搭載してもよい。
【００５０】
図10（ａ）〜（ｃ）、図11（ａ）〜（ｃ）、図12（ａ）〜（ｃ）に示す例では、複数のセラミック基板１のうち金属板11上に設けられたセラミック基板１が、開口部１ｂを有しており、内層金属回路板４の一部が、平面視で開口部１ｂにおいて露出している。このような構成を含んでいることによって、図８の構造に比べて電子部品６と放熱板８の間のセラミック基板１を２枚から１枚にできるため、電子部品６を載置した電子装置の厚さをより薄くすることができる。また、図８の構造に比べて電子部品６と放熱板８の間のセラミック基板１を２枚から１枚にできるため、電子部品６から発生した熱が金属板11を介して、より効率的に外部へ放散され、放熱性がより向上する。
【００５１】
上側のセラミック基板１に開口部１ｂを形成するには、焼成した矩形のセラミック基板に開口部１ｂが形成されるようにレーザー加工で中央部を切り抜いたり、生シートに金型等で開口部１ｂを打ち抜いてから焼成する等で形成することができる。開口部１ｂを形成したセラミック基板１の上面に金属板を活性金属入りのろう材２で接合しエッチングで枠体９を形成することで上側回路基板を作成する。その後、下側のセラミック基板１の上下面に金属板を活性金属入りのろう材２で接合しエッチングすることで下側回路基板を作成する。上側回路基板と下側回路基板で使用した活性金属入りのろう材２より融点の低い活性金属入りのろう材２で上側回路基板と下側回路基板を接合することで図10（ａ）〜（ｃ）に示す例のように、より放熱性の優れたセラミック回路基板となる。
【００５２】
図10（ｂ）を用いて説明すると、内層金属回路板４の片方の端部は金属柱５とろう材２を介して接続されており、他方の端部はセラミック基板１と活性金属入りのろう材２で接続されており、内層金属回路板４の中央部付近には金属柱５およびセラミック基板１と接続していない部分が形成されている。また、内層金属回路板４は上側のセラミック基板１とは接続されていないので、下側のセラミック基板１と内層金属回路板４との間に発生する熱応力は、セラミック基板１に直接接続されていない部分の内層金属回路板４が変形して緩和されやすくなる。
【００５３】
また、内層金属回路板４は図11（ｂ）に示す例のように、部分的に２層となっていると、より組み立て易くなるので好ましい。その理由は、前述した上側回路基板と下側回路基板を作製する際、両方のセラミック基板１の上下面に表層金属回路板３と内層金属回路板４が活性金属入りのろう材２で接合していることで、セラミック基板１の片面だけに金属を接合した場合に比べて反りを小さくできるため、ろう材２で上側回路基板と下側回路基
板を接合する場合に位置合わせが容易になるからである。
【００５４】
また、図10（ａ）〜（ｃ）および図11（ａ）〜（ｃ）に対して図12（ａ）〜（ｃ）に示す例は、下側のセラミック基板１に貫通孔を形成し、電子部品６が接合される内層金属回路板４と放熱板８とが接合されている。この場合は、下側のセラミック基板１を介することなく、内層金属回路板４と放熱板８とが接合されているので、より熱放散性の高いセラミック回路基板とすることができる。さらに、上記したような電子部品６が接合される内層金属回路板４と放熱板８とを接合することに替えて、図１２（ｂ）に示す例のように、内層金属回路板４に相当する凸部を有する放熱板８を電子部品６に接合することが好ましい。この場合は、表面金属回路板３とは異なる材質で、セラミック基板１より熱伝導率が高く、電子部品６の熱膨張係数に近い放熱板８を電子部品６に接合することで、より熱放散性の高いセラミック回路基板とすることができる。
【００５５】
なお、放熱板８は、上側回路基板と下側回路基板を接合する時に同時に接合しても良い。同時に接合することで、工程を短縮することができるとともに、融点が２種類のろう材２でセラミック回路基板を作製できるようになる。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・・・セラミック基板
１ａ・・・・貫通孔
１ｂ・・・・開口部
２・・・・・ろう材
３・・・・・表層金属回路板
４・・・・・内層金属回路板
５・・・・・金属柱
６・・・・・電子部品
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・放熱板
９・・・・・枠体
９ａ・・・・絶縁枠体
９ｂ・・・・金属枠体
11・・・・・金属板
11ａ・・・・回路貫通孔
【図１】
0005960522.tif 000002
【図２】
0005960522.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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