(57)【要約】【課題】  熱応力に対する長期信頼性が高い回路基板等を提供すること。【解決手段】  第１主面および第２主面を有するセラミック板１と、第１金属材料からなり、第３主面および第４主面を有しており、第４主面が第１主面に対向して配置されているとともに、第３主面に第３主面の外周に沿って設けられた溝２ａおよび貫通孔２ｂの少なくとも一方である空隙部を有する金属回路板２と、第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり第３主面の空隙部内に配置された充填物３とを備えており、金属回路板２は、空隙部より内側部分と外側部分とが一体的につながっている回路基板20等である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面および該第１主面と反対側の第２主面を有するセラミック板と、
第１金属材料からなり、第３主面および該第３主面と反対側の第４主面を有しており、該第４主面が前記第１主面に対向して配置されているとともに、前記第３主面に該第３主面の外周に沿って設けられた溝および貫通孔の少なくとも一方である空隙部を有する金属回路板と、
前記第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり前記第３主面の前記空隙部内に配置された充填物とを備えており、
前記金属回路板は、前記空隙部より内側部分と外側部分とが一体的につながっていることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
前記充填物は前記第１金属材料と異なる第２金属材料であり、前記充填物と前記金属回路板とはろう材で接合されてい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】
前記空隙部は、前記金属回路板の前記第３主面の外周縁部に不連続に形成された複数の貫通孔を含んでおり、該貫通孔内に配置された前記充填物が前記セラミック板と直接に接続していることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記第１金属材料は銅であり、前記ろう材は300℃以上の融点を有することを特徴とする
請求項２または請求項３に記載の回路基板。
【請求項５】
前記セラミック板、前記第１金属材料および前記第２金属材料の300℃以下における熱膨
張係数をそれぞれ、αｃ、α１、α２とし、前記第１金属材料および前記第２金属材料のヤング率をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、前記第２金属材料の前記セラミック板との接合面が直径φの円形状であるとし、互いに隣り合う前記貫通孔同士の間で前記充填物間の距離をｄとした場合に、（α１×Ｅ１×φ＋α２×Ｅ２×ｄ）／(Ｅ１×φ＋Ｅ２×ｄ)≦αｃであることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。
【請求項６】
前記充填物は低融点ガラスであり、上面視で円形状の前記空隙部が前記金属回路板の外周縁部に不連続に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
【請求項７】
前記第３主面における、前記空隙部より内側に第２の空隙部を有しており、該第２の空隙部には充填物が配置されていないことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の回路基板。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の回路基板と、
前記金属回路板上に搭載されており、前記金属回路板電気的接続された端子を有する電子部品とを備え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、金属板を有する回路基板および電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電子部品が搭載された電
子装置に用いられる回路基板として、例えば、セラミック板の上面に金属回路板が接合されたものが用いられている。
【０００３】
金属回路板は、電子部品を外部電気回路に電気的に接続するための回路を形成している。このような電子装置においては、金属回路板を介して電子部品と外部電気回路とが互いに電気的に接続される。
【０００４】
これらの回路基板では、冷熱サイクルの付加による熱応力に起因したセラミック板の破壊等の信頼性低下を防止するために、例えば、金属回路板の外周縁部に溝または貫通孔が形成されたものが用いられる（特許文献１、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−250823号公報
【特許文献２】特開平８−274423号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術の回路基板および電子装置においては、金属回路板の外周縁部に設けた溝または貫通孔で、金属回路板の外周縁部への熱応力の集中を低減している。しかし、近年、回路基板およびそれを含む電子装置では、例えば車載用途においては、より一層の信頼性向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様の回路基板は、第１主面および該第１主面と反対側の第２主面を有するセラミック板と、第１金属材料からなり、第３主面および該第３主面と反対側の第４主面を有しており、該第４主面が前記第１主面に対向して配置されているとともに、前記第３主面に該第３主面の外周に沿って設けられた溝および貫通孔の少なくとも一方である空隙部を有する金属回路板と、前記第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり前記第３主面の空隙部内に配置された充填物とを備えている。また、前記金属回路板は、前記空隙部より内側部分と外側部分とが一体的につながっている。
【０００８】
本発明の１つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板と、前記金属回路板上に搭載されており、前記金属回路板電気的接続された端子を有する電子部品とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の１つの態様の回路基板によれば、上記構成であることから、セラミック板の破壊の抑制およびセラミック板からの金属回路板の剥離等を効果的に抑制することができる。すなわち、この態様の回路基板では、金属回路板の外周に沿って、熱膨張係数が比較的小さい充填物が配置されているため、金属回路板の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が小さくなる。そのため、金属回路板とセラミック板との熱膨張係数の差が従来よりも小さくなり、発生する熱応力自体が効果的に小さくなる。したがって、熱応力に起因したセ
ラミック板からの金属回路板の剥離等の機械的な破壊等を効果的に抑制することができる。
【００１０】
本発明の１つの態様の電子装置によれば、上記構成の回路基板を含むことから、金属回路板のセラミック板に対する長期の接続信頼性等の信頼性向上に有効な電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。
【図２】（ａ）は図１の回路基板の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。
【図４】（ａ）は図１（ｂ）の要部の拡大図であり、（ｂ）は図２（ｂ）の要部の拡大図であり、（ｃ）は図３（ｂ）の要部の拡大図である。
【図５】図３（ａ）の要部の拡大図である。
【図６】（ａ）は本発明の第３の実施形態の回路基板の要部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。
【図８】（ａ）は図７（ａ）の要部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１０】（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の回路基板および電子装置について説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に回路基板および電子装置が使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下における熱膨張係数は、特に断りがない限り、線膨張係数である。
【００１３】
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板20を含む電子装置30を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。図２（ａ）は図１の回路基板の変形例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図２（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。図３（ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図３（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。また、図４（ａ）は図１（ｂ）の要部（Ａ部）の拡大図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）の要部（Ｂ部）の拡大図であり、図４（ｃ）は図３（ｂ）の要部（Ｃ部）の拡大図である。また、図５は、図３（ａ）の要部（Ａ部）の拡大図である。
【００１４】
以下に説明する回路基板は、電子部品を搭載して電子装置30を作製するものである。電子装置は、各種の電子機器等が備える外部電気回路に電気的に接続されて使用される。回路基板は、電子部品と外部電気回路とを電気的に接続する導電路等を構成する金属部分と、金属回路板を保持する絶縁体部分とを有している。
【００１５】
（第１の実施形態）
まず、図１および図４（ａ）を参照して、本発明の第１の実施形態の回路基板およびこれを含む電子装置を説明する。
【００１６】
回路基板20は、絶縁体部分として平板状のセラミック板１を有している。また金属部分として金属回路板２を有している。セラミック板１は第１主面（図１の例では上面）および第１主面と反対側の第２主面（図１の例では下面）を有している。金属回路板２は、第１金属材料（詳細は後述）からなり、第３主面（図１の例では上面）および第３主面と反対側の第４主面（図１の例では下面）を有している。なお、以下において、便宜上、第１〜第４主面を上面または下面という場合がある。
【００１７】
金属回路板２は、その第４主面がセラミック板１の第１主面に対向して配置されている。また、金属回路板２の第３主面には、その第３主面の外周に沿って、溝２ａおよび貫通孔２ｂの少なくとも一方である空隙部（空隙部としては符号なし）が設けられている。図１の例では、空隙部として溝２ａが設けられている。
【００１８】
この空隙部内には、第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる充填物３が配置されている。言い換えれば、金属回路板２は、その上面の外周部に、金属回路板２本体よりも熱膨張係数が小さい充填物３が配置された孔部分または溝部分を有している。そのため、金属回路板２の外周部分は、この充填物３が含まれている外周部分において、その他の部分よりもみかけの熱膨張係数が小さくなっている。充填物３は、例えば第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい金属材料（第２金属材料）、セラミック材料等の、第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい無機材料の粒子を含有する金属材料またはガラス材料等である。第２金属材料および充填物３の詳細については後述する。
【００１９】
金属回路板２は、セラミック板１の第１主面に複数個が配置されている。複数個の金属回路板２のうち第１主面の中央部に配置されたものが電子部品４の搭載用である。また、これを挟んで第１主面の外周部分に配列された６個の金属回路板２が、電子部品４と電気的に接続されて導電路を形成するものである。
【００２０】
第１主面の中央部に配置された金属回路板２の第３主面に電子部品４が搭載され、他の金属回路板２と電子部品４とがボンディングワイヤ５を介して互いに電気的に接続されて、実施形態の電子装置30が基本的に構成されている。
【００２１】
電子部品４の金属回路板２に対する接合は、例えばスズ−銀系はんだ、金−シリコン系ろう材等の、いわゆる低融点ろう材（符号なし）によって行なわれる。あらかじめ金属回路板２の上面の所定部位に低融点ろう材のフィルムまたはペースト等を配置しておいて、その部分に電子部品４の下面を位置合わせしてセットし、加熱してろう付けする。以上によって電子部品４が金属回路板２に接合される。
【００２２】
ボンディングワイヤ５は、例えばいわゆる金ワイヤまたはアルミニウムワイヤであり、一方の端部が電子部品４に接続され、他方の端部が金属回路板２の所定部位に接続される。
【００２３】
なお、図１および図４（ａ）に示す例において、セラミック板１の第２主面に金属板６が配置されている。金属板６は、例えば電子部品４で発生する熱を外部に伝導または放射する放熱の機能を有している。
【００２４】
また、図１および図４（ａ）に示す例において、金属板６の外周部にも、金属板６の外周に沿って下部の空隙部が設けられている。図１の例では、空隙部として溝６ａが設けられている。溝６ａ内には、下部の充填物（符号なし）が配置されている。下部の充填物は、金属板６よりも熱膨張係数が小さいものであってもよい。この場合には、金属板６の外周部分も、金属回路板２の外周部分と同様に、充填物が含まれている外周部分において、その他の部分よりもみかけの熱膨張係数を小さくすることができる。
【００２５】
金属板６が放熱材として機能する場合には、例えば、金属板６の下面が放熱材（図示せず）に接合される。金属板６から放熱材に熱が伝導され、放熱材から外部に効果的に熱が放散される。この熱は、回路基板20に搭載される電子部品４の作動に伴って発生するものである。電子部品４で発生した熱が、金属回路板２、セラミック板１および金属板６、さらに放熱材を通って外部に効果的に放散される。
【００２６】
また、金属板６は、外部電気回路に対する電気的な接続用の端子として機能することもできる。この場合には、金属板６の下面が外部電気回路の所定部位に対向して接合され、金属板６を介して回路基板20および電子装置30と外部電気回路との電気的な接続が行なわれる。この電気的な接続は、例えば金属板６を接地電位とするために行なわれる。
【００２７】
上記のように、第１の実施形態の回路基板20は、下側から順次積層された、金属板６、セラミック板１および金属回路板２によって基本的に構成されている。また、この回路基板20に電子部品４が搭載されて実施形態の電子装置30が基本的に構成されている。
【００２８】
セラミック板１は、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および窒化ケイ素質セラミックス等のセラミック材料によって形成されている。これらセラミック材料の中では、放熱性に影響する熱伝導性に関しては、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および窒化ケイ素質セラミックスがより高い。また、機械的強度の点に関しては、窒化ケイ素質セラミックスおよび炭化ケイ素質セラミックスがより高い。
【００２９】
セラミック板１の厚みは、例えば約0.1ｍｍ〜１ｍｍであり、回路基板20および電子装
置30の所定の外形寸法および機械的強度等の条件に応じて適宜設定すればよい。
【００３０】
セラミック板１は、例えば窒化ケイ素質セラミックスからなる場合であれば、次のような方法で製作することができる。まず、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび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、可塑剤および溶剤を添加混合して泥漿物（スラリー）にする。次に、このスラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等の成形方法でシート状に加工してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を作製する。次に、このセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工等を施して所定形状に成形するとともに、必要に応じて複数枚を積層して積層体を作製する。その後、この積層体（セラミックグリーンシート）を窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において約1600〜2000℃の温度で焼成する。以上の工程によってセラミック板１を製作することができる。
【００３１】
金属回路板２は、例えば銅またはアルミニウム等の金属材料（第１金属材料）によって形成されている。また、金属回路板２は、銅またはアルミニウム等を主成分とする合金の金属材料によって形成されていてもよい。金属回路板２は、例えば銅からなる場合であれ
ば、銅の板材に対して切断、圧延またはエッチング等の金属加工を施して、金属回路板２としての所定の形状および寸法に加工することによって製作することができる。
【００３２】
金属板６についても、金属回路板２と同様の材料を用い、同様の方法で作製することができる。なお、金属板６は、放熱性または接地電位の安定を考慮すれば、金属回路板２のように複数に分かれている形態よりも、平面視における面積が比較的大きいものが１つ配置されている方が望ましい。
【００３３】
複数の金属回路板２および金属板６は、セラミック板１の第１主面または第２主面に、例えば銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系のろう材７を介して接合されている。このろう材７は、セラミック板１に対して濡れることによって強固に接合されるために、例えば、チタン、ハフニウムおよびジルコニウムのうち少なくとも１種の活性金属材料を含有していてもよい。また、このろう材７は、例えばインジウムおよびスズのうち少なくとも１種の金属材料を有していてもよい。銀−銅ろう材に対して融点を下げることができるので、回路基板20の作製時に発生する熱応力による残留応力を低減することができる。このろう材７の厚みは、例えば約５〜100μｍ程度である。
【００３４】
上記形態の回路基板20によれば、セラミック板１の破壊の抑制、およびセラミック板１からの金属回路板２の剥離等を効果的に抑制することができる。すなわち、このような回路基板20では、前述したように、金属回路板２の外周に沿って、熱膨張係数が比較的小さい充填物３が配置されているため、金属回路板２の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が、平面視における中央部等の他の部分よりも小さくなっている。そのため、金属回路板２とセラミック板１との熱膨張係数の差を効果的に低減することができる。これによって、セラミック板１と金属回路板２との間に発生する熱応力自体が効果的に小さくなる。したがって、熱応力に起因したセラミック板１からの金属回路板２の剥離等の機械的な破壊を効果的に抑制することができる。
【００３５】
溝２ａ（空隙部）を有し、その空隙部内に充填物３が配置された金属回路板２は、例えば次のような工程によって製作することができる。例えば、まず、酸化アルミニウム質セラミックス等からなるセラミック板１の上面に、回路形状に共晶銀ロウに活性金属を１〜３％程度添加した活性ろう材ペーストを印刷する。また、第１金属材料として銅を用い、銅の平板を活性ろう材ペースト上に載置して加熱することでセラミック板１の第１主面のほぼ全面等の広い範囲に接合する。その後、エッチングで上記銅の平板の一部を除去して金属回路板２を形成する時に同時に、マスキングパターンを適宜調整してエッチング加工することで溝２ａを形成することができる。
【００３６】
その後、溝２ａに活性ろう材より低温の第２のろう材を配置して、銅またはアルミニウム等を含む第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい第２金属材料からなる充填物３を配置することができる。このように、充填物３が第１金属材料と異なる第２金属材料である場合には、充填物３と金属回路板２とはろう材で接合することで、容易にかつ強固に固定することができる。充填物３が第１金属材料と異なる第２金属材料であり、充填物３と金属回路板２とがろう材で接合されている回路基板20は、充填物３が強固に固定されている。そのため、繰り返しの熱応力が加わっても、充填物３が金属回路板２から外れ難く、金属回路板２のセラミック回路板１からの剥離が抑制された、信頼性の高い回路基板20となる。この場合の第２金属材料は、例えば鉄−ニッケル合金（いわゆる４２アロイ等）であり、その熱膨張係数が約4.2×10−６／℃(30−300℃)で、比較的小さい。この第２金属材料は、ヤング率が例えば約135ＧＰａであり、その細線を充填物３として埋め込み、加熱し
て接合すること上記構成の回路基板20を作製することができる。
【００３７】
また、上記の金属回路板２の形成工程において、次のようにしてもよい。すなわち、金
属回路板２の所定形状に金属板をエッチング加工で除去する加工を施しながら、同時に溝２ａは金属板の厚み方向の途中までの深さでエッチングする必要がある。このときに、２回に分けてエッチングすればよい。この場合、金属回路板２の第３主面となる金属板の表面（おもて面）から２回に分けてエッチングしてもよい。
【００３８】
また、先にセラミック板１の第１主面と接合する面（うら面）に、除去する予定の部分にハーフエッチングしておき、その後、金属板をセラミック板１の第１主面に接合する。その接合後に、金属板の上記主面から溝２ａを形成する所定部位等にエッチングする。このようにすると、溝２ａを、ハーフエッチングの深さまでエッチングして形成する時に、あらかじめうら面にハーフエッチングした部分では金属板を厚み方向の全域で除去して、各々の金属回路板２に分割できる．したがって、金属回路板２間の隙間を狭く形成できるようになり、複数の金属回路板２で構成される回路をより高密度に形成できるようになる。また、通常おもて面からだけエッチングした場合には金属回路板の上面寸法はセラミックと接合している面の寸法より小さくなってしまうが、このようにおもて面およびうら面からエッチング加工する方法で溝２ａを形成した場合には、金属回路板２の上面の寸法とセラミックと接合している面の寸法とが互いにほぼ近い寸法となるので、同じ電流を流すために必要な断面積の配線をより狭い配線幅(セラミック板と接合している面の幅)で確保できるようになる。
【００３９】
図２および図４（ｂ）に示す例（図１の変形例）において、金属回路板３の第３主面に設けられた溝２ａは不連続になっている。つまり、図１に示す例のような連続した溝２ａの代わりに不連続な溝２ａ（２ａａ）が形成されている。この形態は、第３主面の外周に沿って複数の窪みが互いに間をあけて配置されている形態とみなすこともできる。複数の窪みのそれぞれは、例えば図２に示すように平面視で円形状等でもよく、線状（線分状）つまり長方形状等であってもよい。以下、単に溝２ａａとも表記する。
【００４０】
この例においても、複数の窪みである溝２ａａのそれぞれに充填物３が配置されている。これらの充填物３は、例えば次のようにして溝２ａａ内に配置することができる。まず、上記のような第２のろう材を、例えばペーストまたはプレフォームの形態で溝２ａａ内に配置する。次に、第２金属材料を用いて作製したボールまたは金属柱を溝２ａａ内にそれぞれ埋め込む。その後、第２のろう材を加熱してボールまたは金属柱等を窪み２ａａの内面に接合して配置する。以上の工程で、この形態の回路基板20を作製することができる。
【００４１】
空隙部として設けられた溝部２ａおよび不連続な溝２ａａは金属回路板２を厚み方向に貫通していないため、空隙部より内側部分と外側部分とは、互いに別体になることなく一体的につながっている。そのため、回路としての導電性は良好に確保されている。
【００４２】
この形態の回路基板20においても、金属回路板２の外周縁部（第３主面の外周に沿った部分）に、金属回路板２を形成している第１金属材料よりも熱膨張係数の小さい充填物３が埋め込まれている。これによって、金属回路板２の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が小さくなる。そのため、金属回路板２とセラミック板１との熱膨張係数の差を従来よりも小さくするこができ、発生する熱応力自体を効果的に低減することができる。したがって、熱応力に起因したセラミック板１からの金属回路板２の剥離等の機械的な破壊等を効果的に抑制することができる。
【００４３】
この場合、金属回路板２の外縁部には、温度が低下するほど、熱膨張係数が相対的に小さい充填物３との熱膨張係数の差により圧縮応力が加わる。その結果として、平面透視において金属回路板２の外周縁部と重なる部分においてセラミック板１に加わる引っ張り応力が低減されるようになる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回
路板２がセラミック板１から剥離しにくくなるい。すなわち、高信頼性の回路基板20となる。なお、前述したように、セラミック板１を形成するセラミック材料は、酸化アルミニウム質セラミックスには限定されず、上記各種の材料、すなわち窒化珪素質セラミックス（熱膨張係数が約2.8×10−６／℃）、窒化アルミニウム質セラミックス（熱膨張係数4.6×10−６／℃）でもよい。
【００４４】
また、第１金属材料として銅（いわゆる純銅であって熱膨張係数が約16.7×10−６/℃
であるもの）の代わりに銅合金を用いてもよい。ただし、純銅を使用した場合は、300℃
以上では塑性変形することで残留応力は300℃以下の範囲となるので残留応力が小さくな
る。金属回路板２（および金属板６）をろう材の融点以上に加熱して接合した後、常温まで冷却することにより発生する熱応力が、回路基板20に残留応力として存在している。この残留応力は、主に金属回路板２（および金属板６）が弾性変形する際に生じるものである。ここで、純銅は300℃以上では塑性変形するものであり、残留応力となる弾性変形は300℃未満で発生する。これに対して、銅合金では、一般的に塑性変形を開始する温度が純銅より高く（300℃より高く）なる。つまり、銅合金は純銅に比較して弾性変形する温度
域が大きくなるので、残留応力が大きくなってしまう。すなわち、残留応力の低減の観点では純銅が適している。この残留応力にさらに冷熱サイクル（の特に冷却時）による熱応力が付加されることで回路基板が破壊しやすくなるが、残留応力が低減されることで熱応力の付加によって回路基板が破壊する可能性が低減される。よって、第１金属材料が銅であり、ろう材７が300℃以上の融点を有する回路基板20は信頼性に優れたものとなる。
【００４５】
第２金属材料として、４２アロイ（熱膨張係数が約4.2×10−６/℃(30−300℃)、ヤン
グ率が約135ＧＰａ）の代わりに、Ｆｅ−Ｎｉ36％（鉄−ニッケル36％合金）（熱膨張係
数が約4.4×10−６／℃(30−300℃) 、ヤング率が約145ＧＰａ）、タングステン（熱膨張係数が約4.5×10−６／℃(30-300℃) 、ヤング率が約375ＧＰａ）、モリブデン（熱膨張
係数が約5.3×10−６／℃(30−300℃)、ヤング率が約300ＧＰａ）、鉄−ニッケル−コバ
ルト合金（熱膨張係数が5.1×10−６／℃(30−300℃) 、ヤング率が約160ＧＰａ）等を用いてもよい。
【００４６】
なお、第２金属材料として、Ｆｅ−Ｎｉ36％のように、キュリー点以下で熱膨張係数が小さくなる金属を用いた場合には、30−300℃の熱膨張係数が同様な値である４２アロイ
よりも、低温側での熱膨張係数が小さい。そのため、よりセラミック板に加わる引っ張り応力が大きくなる低温側で、より応力緩和の効果が高くなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離しにくくなる。
【００４７】
充填物３が上記のような第２金属材料であるときには、次のような点で有利である。すなわち、この場合には、回路基板20およびこれを含む電子装置30（以下、製品ともいう）の使用される用途、環境または経済性等の条件に応じた多様な形態の空隙部内に充填物３を配置することが容易である。具体的には、この場合には、充填物３としての第２金属材料に弾性がある。そのため、たとえ空隙部としての溝２ａまたは後述する図３における貫通孔２ｂの断面形状が多様な形状をしていたとしても、その形状に起因する応力を第２金属材料の変形によって効果的に吸収することができる。つまり、応力で充填物３に機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。したがって、回路基板20および電子装置30としての設計等の自由度を効果的に高めることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
例えば図３および図４（ｃ）に示すような、本発明の第２の実施形態の回路基板20およびこれを含む電子装置30は、空隙部として、金属回路板２を厚み方向に貫通し、第３主面および第４主面に開口部を有する貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは複数個が設けられていて、それらの第３主面側の開口は、第３主面の外周に沿って配列されている。
すなわち、空隙部は、金属回路板の第３主面の外周縁部に、不連続に形成された複数の貫通孔２ｂを含んでいてもよい。
【００４９】
また、これらの貫通孔内２ｂ内にも、充填物３がそれぞれに配置されている。また、この例における充填物３は、金属回路板２の第４主面側の開口部においてセラミック板１と直接に接合されている。このような場合には、セラミック板１に直接に接合された第２金属材料等の充填物３が、金属回路板２内に入り込んだ、いわゆるくさびの役割も果たす。これによってセラミック板１と金属回路板２との間に生じる応力を緩和する効果が加わる。そのため、金属回路板２の外周縁部に加わる応力がより小さくなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。
【００５０】
空隙部として複数の貫通孔２ｂが設けられている構成においても、これらの貫通孔２ｂは不連続であるため、空隙部より内側部分と外側部分とは、互いに別体になることなく一体的につながっている。そのため、回路としての導電性は良好に確保されている。
【００５１】
また、前述したように、第１金属材料が銅（純銅等）である場合は、次のような点で有利である。すなわち、第２のろう材として低融点のＳｎ−Ａｇ半田を使用してもよいが、Ａｇ−Ｃｕろう材にインジウム（Ｉｎ）を添加し融点を600℃程度まで低下させたたろう
材を用いたとする。このときに、貫通孔２ｂと同寸法の径（直径）を持つ円柱状等の充填物３を用いることで、あらかじめ金属回路板２の外周縁部に圧縮応力を生じさせることができるようになる。このようにあらかじめ圧縮応力を含んだ状態で第２のろう材の融点まで第２のろう材等を加熱すれば、応力が互いに打ち消され、金属回路板２の外周縁部に加わる応力を効果的に低下させることができる。
【００５２】
第２金属材料は、例えば約300℃以上の融点を持つろう材で前記金属回路板２（第１金
属材料）と接続している。そのため、熱伝導率の高い銅を金属回路板２に使用した場合に300℃以下の銅の塑性変形しない温度領域の全域で第２金属材料の小さい熱膨張係数によ
る応力緩和の効果を発揮できる。そのため、応力緩和の効果が高くなり、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような可能性を効果的に低減することができる。
【００５３】
上記実施の形態の回路基板20および電子装置30は、図５のように、第２金属材料の前記セラミック板１との接合面が直径φの円形状であるとし、互いに隣り合う前記貫通孔２ｂ同士の間で前記充填物３同士の間の距離（隣接間隔）をｄとし、セラミック板１、第１金属材料および第２金属材料の300℃以下における熱膨張係数をそれぞれ、αｃ、α１、α
２とし、第１金属材料および第２金属材料のヤング率をそれぞれＥ１、Ｅ２とした場合に、（α１×Ｅ１×φ＋α２×Ｅ２×ｄ）／(Ｅ１×φ＋Ｅ２×ｄ)≦αｃの関係式を満たすものであってよい。
【００５４】
上記式を満足した場合には、第２金属材料からなる充填物３（貫通孔２ｂ）の中心部を結んだ領域では、セラミック板１よりも、金属回路板２と第２金属材料とを合成した見かけの熱膨張係数が小さくなる。このときには、第２金属材料、すなわち充填物３のセラミック板１との接合縁部ではセラミック板１に圧縮応力が加わるようになる。そのため、回路基板20が冷却された場合に、第２金属材料による応力の低減効果だけでなく、回路基板20が冷却された場合の応力を小さくする効果が含まれるようになる。したがって、金属回路板２の外周縁部に加わる応力がより緩和されるようになり、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような可能性を効果的に低減することができる。
【００５５】
図２、６（ｂ）および、図３、図４（ｃ）のように、空隙部として、不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂを形成した構成において、充填物３として低融点ガラスを空隙部内に充填するようにしてもよい。この場合には、例えば、金属回路板２に不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂを形成した後に、ビスマスガラス（例えば、組成としてＢｉ２Ｏ３を55〜80質量％、Ｂ２Ｏ３５〜25質量％、ＺｎＯを５〜25質量％であるもの）に低熱膨張性フィラーとしてリン酸ジルコニウム（熱膨張係数1.7×10−６／℃(30−300℃)）を20質量％添加しペースト状としたものを不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂに充填する。その後ペースト状のものを加熱して溶融させることで、熱膨張係数が約4.8×10−６／℃(30−300℃) 
のガラスからなる充填物３を形成する。以上のようにして、回路基板20を作製できる。なお、ビスマスガラスの代わりに、よりガラス自体の熱膨張係数の小さいバナジウムガラスに低熱膨張性フィラーを添加してもよい。
【００５６】
充填物３は低融点ガラスであり、上面視で円形の溝２ａａまたは貫通孔２ｂが金属回路板２の第３主面の外周縁部に不連続に形成されていることから、低融点ガラスの固化温度以下では常に周囲の金属回路板に圧縮応力が加わるようになる。そのため、結果として金属回路板２の外周縁部のセラミック板１に加わる引っ張り応力が低減されるようになる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回路板２がセラミック板１から剥離する可能性を効果的に低減することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図６（ａ）は本発明の第３の実施形態の回路基板の要部を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。図６に示す例のように、空隙部は、溝２ａと貫通孔２ｂとで構成されているものとすることができる。この例では、金属回路板２の第３主面に、第３主面の外周に沿って溝２ａが設けられ、この溝２ａの底面から金属回路板２の第４主面にかけて貫通する貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは、溝２ａの長さ方向に互いに間をあけて複数個配置されており、言い換えれば貫通孔２ｂは第３主面の外周に沿って配列されている。このときの充填物３は、溝２ａ内には配置されているが、貫通孔２ｂ内には配置されておらず、貫通孔２ｂは空隙のままとした構造とすることができる。このような構造であると、金属回路板２の第３主面の外周縁部では、充填物３によってみかけの熱膨張係数が小さくなるとともに、貫通孔２ｂが空隙であることによって金属回路板２の内側から外縁部に加わる熱応力が緩和される。そのため、金属回路板２の外周端とセラミック板１との接合部に発生する熱応力が効果的に小さくなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回路板２がセラミック板１から剥離する可能性をより効果的に低減することができる。
【００５８】
（第４の実施形態）
図８（ａ）は図７（ａ）の要部（Ａ部）を拡大図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図９（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を示す平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。図１０（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００５９】
第４の実施形態の回路基板20およびこれを含む電子装置30は、図８に示す例のように、第３主面における、空隙部より内側に第２の空隙部を有しており、第２の空隙部には充填物３が配置されていないものである。図８に示す例では、空隙部は溝２ａであり、溝２ａ内には金属回路板２より低熱膨張係数の充填物３が配置されている。また、この空隙部（溝２ａ）より内側に、全周にわたって溝２ａに沿っている、第２の空隙部である第２の溝
２ｃを有している。そして、第２の空隙部（第２の溝２ｃ）には充填物が配置されていない構造である。このような回路基板20であると、金属回路板２の内側から外縁部に加わる熱応力が第２の溝２ｃで緩和されるため、セラミック板１と金属回路板２との間の熱応力がより減少するようになるので、より温度サイクル信頼性に優れた回路基板となる。
【００６０】
第４の実施形態構成において、空隙部は溝部に限られるものではない。図９に示す例のように、空隙部は第２実施形態で説明した貫通孔２ｂであってもよい。あるいは、第１実施形態において説明したような、不連続な溝２ａａであってもよい。なお、図９に示す例おいては、金属回路板２の溝２ａの幅より金属板６の溝６ａ幅の方が大きい。このように金属回路板２の溝２ａと金属板６の溝６ａとでは幅が異なっていてもよい。金属板６に設ける溝６ａを大きくすることで、大きさの大きい金属板６においても熱応力低減の効果がより顕著なものとなる。金属回路板２の第２の溝２ｃの幅と金属板６の第２の溝６ｃの幅との関係についても同様である。また、金属回路板２の貫通孔２ｂの径と金属板６の貫通孔６ｂの径との関係についても同様のことがいえる。
【００６１】
また、第２の溝２ｃは、図１０に示す例のように金属回路板２の特に応力の大きくなりやすいコーナー部付近だけに設けることができる。このような場合には、例えばボンディングワイヤ５を複数接続するような場合でもボンディングワイヤの接続領域が確保しやすくなる。なお、第２の溝２ｃは連続した溝に限るものではなく、不連続な溝２ａや貫通孔２ｂと同様な形状である不連続な第２の溝２ｃや第２の貫通孔とした場合でも同様な応力緩和効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・セラミック板
２・・・金属回路板
２ａ・・・溝
２ｂ・・・貫通孔
２ｃ・・・第２の溝
３・・・充填物
４・・・電子部品
５・・・ボンディングワイヤ
６・・・金属板
６ａ・・・溝
６ｂ・・・貫通孔
６ｃ・・・第２の溝
７・・・ろう材
20・・・回路基板
30・・・電子装置
【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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【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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