(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、下面および側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに離れて対向し合うように配置された複数のセラミック基板と、
複数の該セラミック基板のそれぞれの前記上面に設けられた上面金属板と、
複数の前記セラミック基板の前記下面が接合された上面を有する１つの下面金属板とを備えており、
該下面金属板は、前記上面のうち前記セラミック基板の互いに対向し合う前記側面同士の間で露出した部分において、平面視で前記セラミック基板の外周に沿って設けられた溝を有しており、
前記上面金属板は、互いに隣り合う前記セラミック基板同士の間で互いにつながっている連結部を有しており、該連結部が上方向または下方向に湾曲していることを特徴とする回路基板。
【請求項２】
それぞれに前記上面金属板が設けられた前記複数のセラミック基板は、前記上面金属板上に電子部品が搭載される少なくとも一つの搭載用基板と、前記上面金属板に前記電子部品の一つの電極が電気的に接続される複数の端子用基板とを含んで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】
複数の前記端子用基板は、平面視において互いに同じ形状および寸法であ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】
上面、下面および側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに離れて対向し合うように配置された複数のセラミック基板と、
複数の該セラミック基板のそれぞれの前記上面に設けられた上面金属板と、
複数の前記セラミック基板の前記下面が接合された上面を有する１つの下面金属板とを備えており、
該下面金属板は、前記上面のうち前記セラミック基板の互いに対向し合う前記側面同士の間で露出した部分において、平面視で前記セラミック基板の外周に沿って設けられた溝を有しており、
前記上面金属板は、互いに隣り合う前記セラミック基板同士の間で互いにつながっている連結部を有しており、該連結部と対向する部分において、前記下面金属板の前記上面が凹部を有していることを特徴とする回路基板。
【請求項５】
前記凹部と前記上面金属板の前記連結部との間に樹脂材料が配置されていることを特徴と
する請求項４に記載の回路基板。
【請求項６】
上面、下面および側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに離れて対向し合うように配置された複数のセラミック基板と、
複数の該セラミック基板のそれぞれの前記上面に設けられた上面金属板と、
複数の前記セラミック基板の前記下面が接合された上面を有する１つの下面金属板とを備えており、
該下面金属板は、前記上面のうち前記セラミック基板の互いに対向し合う前記側面同士の間で露出した部分において、平面視で前記セラミック基板の外周に沿って設けられた溝を有しており、
前記上面金属板は、互いに隣り合う前記セラミック基板同士の間で互いにつながっている連結部を有しており、該連結部と対向する部分において、前記下面金属板が該下面金属板を厚さ方向に貫通する貫通部を有していることを特徴とする回路基板。
【請求項７】
前記凹部の外周が、前記セラミック基板の下側に位置している部分を含んでいることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回路基板。
【請求項８】
前記貫通部の外周が、前記セラミック基板の下側に位置している部分を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の回路基板。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の回路基板と、
該回路基板に搭載されており、前記上面金属板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、例えばパワーモジュール等の電子装置に用いられる回路基板、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）等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、セラミック基板の上下両面に銅またはアルミニウム等の金属板が接合された回路基板が用いられている（例えば、下記特許文献１を参照。）。このような回路基板は、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る。
【０００３】
このような回路基板は、一般に、セラミック基板と、そのセラミック基板の主面に設けられた金属板とを有している。金属板は、例えばセラミック基板の上面に設けられた上面金属板と、セラミック基板の下面に設けられた下面金属板とを含んでいる。上面金属板および下面金属板は、セラミック基板との対向面においてセラミック基板に接合されている。上面金属板は、例えば半導体素子等の電子部品搭載用の下地金属層または電子部品を外部電気回路に接続する導電路として機能する。また、下面金属板は、例えば外部への放熱用の放熱板として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−183557号公報
【特許文献１】特開2003−86747号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の回路基板は、上面金属板および下面金属板のそれぞれの対向面の全面がセラミック基板に接合されているため、セラミック基板と金属板との線膨張係数の違いに起因する熱応力が発生しやすい。そのため、回路基板が冷却された時に金属板が接合している部分の端部付近のセラミック基板に引っ張り応力が発生する可能性がある。この引っ張り応力によって、セラミック基板にクラック等の機械的な破壊が生じる可能性があった。また、上面金属板および下面金属板の絶縁基板からの剥離が生じる可能性があった。
【０００６】
このようなセラミック基板の機械的な破壊等の可能性を低減する手段としては、例えば上面金属板を複数に分割するという手段が考えられる（例えば特許文献１を参照。）。しかしながら、この場合には、セラミック基板の上面側と下面側とでセラミック基板に対する接合面積が異なるため、セラミック基板の下面側と上面側とで発生する熱応力が互いに異なる。そのため、この熱応力差によってセラミック基板に反りが発生しやすくなる可能性があった。このような反りの発生によって、上面金属板とセラミック基板との接合部分に引っ張り応力が加わり、この接合部分の外周部等においてセラミック基板にクラックが発生する可能性があった。また、金属板がセラミック基板から剥離する可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑み完成されたものであり、その目的は、セラミック基板と、セラミック基板に接合された上面金属板および下面金属板とを有する回路基板において、セラミック基板の機械的な破壊、ならびに上面金属板および下面金属板のセラミック基板からの剥離が効果的に抑制された回路基板を提供することにある。また、そのような効果を有する電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様の回路基板は、上面、下面および側面を有しており、それぞれの前記側面同士が互いに離れて対向し合うように配置された複数のセラミック基板と、複数の該セラミック基板のそれぞれの前記上面に設けられた上面金属板と、複数の前記セラミック基板の前記下面が接合された上面を有する一つの下面金属板とを有しており、該下面金属板は、前記上面のうち前記セラミック基板の互いに対向し合う前記側面同士の間で露出した部分において、平面視で前記セラミック基板の外周に沿って設けられた溝を有しており、前記上面金属板は、互いに隣り合う前記セラミック基板同士の間で互いにつながっている連結部を有しており、該連結部と対向する部分において、該連結部が上方向または下方向に湾曲している、または前記下面金属板の前記上面が凹部を有している、あるいは前記下面金属板が該下面金属板を厚さ方向に貫通する貫通部を有していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板と、回路基板に搭載されており、前記上面金属板に電気的に接続された電子部品とを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様による回路基板は、上記構成であり、下面金属板は、その上面のうちセラミック基板の互いに対向し合う側面同士の間で露出した部分において、平面視でセ
ラミック基板の外周に沿って設けられた溝を有していることから、この溝を挟んだ両側で、溝が閉じたり開いたりする方向に変形しやすい。この変形しやすい方向は、セラミック基板と下面金属板との熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力の作用方向と同様の方向である。そのため、上記熱応力を、下面金属板の溝部分を主とした変形によって効果的に緩和することができる。また、連結部が含まれているので、回路基板および電子装置における配線の自由度が高められ、実用性がさらに向上する。そして、連結部が湾曲している場合には、その長さ方向、つまり横方向に変形しやすい。したがって、セラミック基板の機械的な破壊、ならびに上面金属板および下面金属板のセラミック基板からの剥離が効果的に抑制された回路基板を提供することができる。下面金属板が凹部、あるいは貫通部を有している場合には、下面金属板と連結部との間の電気絶縁性がより高くなって、回路基板および電子装置としての絶縁破壊電圧を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の一つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板に電子部品が搭載されていることから、セラミック基板の機械的な破壊、ならびに上面金属板および下面金属板のセラミック基板からの剥離が効果的に抑制された電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における回路基板および電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】（ａ）おとび（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）のＢ部分の一例を拡大して示す断面図である。
【図３】（ａ）おとび（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）のＢ部分の一例を拡大して示す断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）の変形例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２の実施形態における回路基板および電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第３の実施形態における回路基板および電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図７】（ａ）は図６（ｂ）のＢ部分の一例を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における回路基板および電子装置の要部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態の回路基板および電子装置について、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板および電子装置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る。
【００１５】
回路基板10は、互いに横方向に並んで配列された複数のセラミック基板１と、複数のセラミック基板１のそれぞれの上面に設けられた上面金属板２と、複数のセラミック基板１の下面にまとめて、ろう材４等によって接合された一つの下面金属板３とを有している。この回路基板10に半導体素子等の電子部品５が搭載されて、半導体装置等の電子装置20が形成されている。電子装置20は、例えばパワーモジュール等である。
【００１６】
複数のセラミック基板１のそれぞれは、例えば、電子部品５を搭載するための搭載用基板、ならびに上面金属板２および下面金属板３を接合して保持するための接続用基板等としての機能を有している。上面金属板２および下面金属板３は、例えば、電子部品５の接続用の下地金属材、電子部品５の作動等によって生じる熱の外部への放散のための放熱材、および電子部品５と外部電気回路（図示せず）との間等の電気的な接続のための導電路等として機能する。一例を挙げれば、セラミック基板１上に上面金属板２を介して搭載された電子部品５が、上面金属板２によって外部電気回路と電気的に接続される。外部電気回路との信号の送受等を含む作動によって生じた熱が、上面金属板２、下面金属板３およびセラミック基板１の露出表面等から外部に放散される。
【００１７】
セラミック基板１は、例えば上記の搭載用基板および接続用基板等の機能に応じて、複数のものが配置されている。それぞれのセラミック基板１は、上面、下面および側面を有し、例えば平面視で四角形状等の平板状である。
【００１８】
複数のセラミック基板１は、それぞれの側面同士が互いに離れて対向し合うように配置されている。言い換えれば、複数のセラミック基板１は、互いに横方向に並んで配置されている。第１の実施形態の回路基板10において、複数のセラミック基板１のそれぞれの上面および下面は、それぞれに仮想の平面（図示せず）上に並んでいるとみなすこともできる。
【００１９】
セラミック基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化ケイ素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、または窒化ケイ素質焼結体等のセラミック材料によって形成されている。これらのセラミック材料について、熱伝導性（放熱性）の点においては、窒化ケイ素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体および炭化ケイ素質焼結体が好ましい。また、機械的な強度の点においては、窒化ケイ素質焼結体および炭化ケイ素質焼結体が好ましい。
【００２０】
なお、セラミック基板１が窒化ケイ素質焼結体のように機械的強度が比較的高いセラミック材料からなる場合には、より厚みの厚い上面金属板２および下面金属板３を使用したときにセラミック基板１にクラックが発生する可能性が低減される。そのため、小型であってもより大電流を流すことができる回路基板10を実現する上でより有利である。セラミック基板１の厚みは、より薄い方が熱伝導性の点ではよいが、セラミック基板１の所定の外形寸法（大きさ）等に応じて適宜設定されていればよく、例えば0.1〜１ｍｍ程度に設
定されている。
【００２１】
複数のセラミック基板１のそれぞれは、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、次にようにして製作される。すなわち、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、可塑剤および溶剤等を添加混合してセラミックスラリーを作製する。次に、セラミック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成形して帯状の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。次にこの帯状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を形成する。その後、この成形体を窒化雰囲気等の非酸化性雰囲気において1600〜2000℃の温度で焼成することによってセラミック基板１を製作することができる。
【００２２】
複数の上面金属板２は、ろう材４によってセラミック基板１の上面に接合されている。複数のセラミック基板１に接合された複数の上面金属板２のうち一部のものは、例えば前述したように電子部品５を搭載して接合するための下地金属層として機能する。また、上面金属板２は、例えば、ボンディングワイヤ６を介して電子部品５に電気的に接続される端子も含んでいる。図１の例では、中央部に配置された１つのセラミック基板１上の上面金属板２に電子部品５が搭載され、接合されている。また、その他の複数のセラミック基板１上の上面金属板２にボンディングワイヤ６が接続されている。
【００２３】
下面金属板３は、その上面がろう材４によって複数のセラミック基板１の下面に接合されている。すなわち、第１の実施形態の回路基板10は、複数のセラミック基板１の下面が接合された上面を有する一つの下面金属板３を有している。複数のセラミック基板１がまとめて下面金属板３に接合されていることによって、１つの構造体として独立した回路基板10が形成されている。
【００２４】
下面金属板３は、例えば前述したように電子品から外部への放熱経路の一部（放熱材）となる部分である。また、下面金属板３は、回路基板10および電子装置20を外部電気回路等に接合して実装するときの実装用パッドとして機能することもできる。複数のセラミック基板１が１つの下面金属板３に接合されていることによって、回路基板10としての放熱性が高められている。また、この回路基板10を含む電子装置20の外部電気回路への接続、実装が容易になっている。
【００２５】
上面金属板２および下面金属板３は、例えば銅またはアルミニウム等の金属からなる。上面金属板２および下面金属板３は、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または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0.05〜５ｍｍの平板状で、所定パターンに形成することによって作製することができる。このとき、上面金属板２および下面金属板３は、あらかじめ所定パターン形状に形成したものを用いてもよいし、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】
上面金属板２および下面金属板３が銅からなる場合は、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、セラミック基板１と上面金属板２または下面金属板３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４との濡れ性が良好となるので、接合がより強固となる。
【００２７】
セラミック基板１と上面金属板２または下面金属板３との接合は、例えばろう材４によって行なわれる。ろう材４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４は、上記のすべての接合に活性金属を含むろう材４を用いてもかまわないが、回路基板10としての生産性および経済性等を考慮すれば、活性金属を含まない通常のろう材４をより多く用いる方が好ましい。
【００２８】
上記各部材をろう材４で接合するには、まず、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。次に、これらの部材を所定の構造となるようにろう材ペーストを挟んで位置合わせする。その後、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、溶媒および分散剤を気体に変えて発散させるとともにろう材４を溶融させることによって上記各部材をろう材４で接合することができる。
【００２９】
上面金属板２および下面金属板３が銅からなる場合には、活性金属を含まない通常のろう材ペーストは、例えば、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なる銀ろう材（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作製する。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、ハフニウムもしくは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作製する。
【００３０】
上面金属板２および下面金属板３がアルミニウムからなる場合、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。
【００３１】
活性金属を含まない通常のろう材ペーストで上面金属板２または下面金属板３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（図示せず）を形成しておき、メタライズ層と上面金属板２または下面金属板３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ことによって形成することができる。または、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、例えば、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なる金属粉末と、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作製する。
【００３２】
また、上面金属板２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めっき層等の導電性が高く、耐食性およびろう材４との濡れ性が良好な金属（図示せず）をめっき法により被着させておいてもよい。この場合には、上面金属板２に半導体素子等の電子部品５を半田を介してより強固に接着させることができる。また、上面金属板２と外部電気回路との電気的接続をより良好なものとすることができる。
【００３３】
この場合、ニッケルめっき層は、その厚さが1.5μｍ以上の場合には、上面金属板２お
よび下面金属板３の露出表面（表面のうちセラミック基板１に接合されていない部分等）を完全に被覆しやすくなり、上面金属板２の酸化腐食をより効果的に低減させることができる。また、10μｍ以下であれば、その内部の残留応力が比較的小さいため、例えばセラミック基板１の厚さが300μｍ未満の薄いものになったとしても、めっき層の内部の応力
によってセラミック基板１に反りまたは割れ等の機械的な破壊が生じる可能性をより低く抑えることができる。
【００３４】
上面金属板２および下面金属板３をあらかじめ所定パターンに形成した後にセラミック基板１に接合する場合は、以下のようにすればよい。まず、複数のセラミック基板１を準備する。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、上面金属板２および下面金属板３の所定パターン形状に加工する。次にセラミック基板１と上面金属板２および下面金属板３とがそれぞれに互いに対向し合う接合部の少なくとも一方に、接合後にろう材４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。上面金属板２の下面、および下面金属板３の上面には、ろう材４を予め形成しておく。こ
のろう材４は、スクリーン印刷で所定位置に設けられたものでもよいし、ろう材４をクラッドした所定の厚みの金属板を上面金属板２および下面金属板３の形状および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４が溶融する温度まで昇温し各部材を接合する。以上によって、セラミック基板１に上面金属板２および下面金属板３がそれぞれに接合され、回路基板10が製作される。
【００３５】
電子部品５は、上面金属板２上に搭載されており、半田またはＡｕ−Ｓｉ合金等の接合材によって１つの上面金属板２に接合されている。この電子部品５は、ボンディングワイヤ６によって複数の上面金属板２に電気的に接続されている。電子部品５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）またはＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor）等の半導体素子が挙げられる。
【００３６】
第１の実施形態の回路基板10において、下面金属板３は、その上面のうちセラミック基板１の互いに対向し合う側面同士の間で露出した部分において、平面視でセラミック基板１の外周に沿って設けられた溝３ａを有している。そのため、下面金属板３は、この溝３ａを挟んだ両側で、溝３ａを閉じたり開いたりする方向に変形しやすい。この変形しやすい方向は、セラミック基板１と下面金属板３との熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力の作用方向と同じ方向である。この熱応力の作用方向は、下面金属板３の表面のうち面積が大きく熱膨張および収縮の絶対量が大きい上下面に沿った方向（横方向）である。そのため、上記熱応力を、下面金属板３の溝３ａ部分を主とした変形によって効果的に緩和することができる。つまり、セラミック基板１と下面金属板３との間に生じる熱応力が効果的に低減される。したがって、この熱応力に起因した、セラミック基板１の機械的な破壊が効果的に抑制される。また、上面金属板２および下面金属板３のそれぞれについて、セラミック基板１からの剥離が効果的に抑制される。
【００３７】
溝３ａは、例えば研削加工等の機械的な加工、またはエッチング加工等の金属加工法によって下面金属板３に設けることができる。
【００３８】
溝３ａの幅（平面視において溝３ａが延びる方向に直交する方向における溝３ａの寸法）は、例えば、セラミック基板１の平面視における寸法、および下面金属板３の厚さ、および電子部品５における発熱量等の条件に応じて適宜設定すればよい。例えば一例を挙げれば、電子部品５がＩＧＢＴ用の半導体素子であり、上面金属板２および下面金属板３が無酸素銅からなるものであり、セラミック基板１の外形寸法が20×20ｍｍで、下面金属板３の外形寸法が、50×100×0.5ｍｍの四角板状のものである場合には、溝３ａの幅は、常温（例えば20〜25℃）において0.1〜0.4ｍｍ程度となるように設定すればよい。
【００３９】
また、平面視におけるセラミック基板１と溝３ａとの間の距離は、熱応力の緩和の上では小さいほど好ましいが、溝３ａの形成の際の作業性等も考慮して、適宜設定することができる。例えば上記の一例の条件においては、約0.1〜0.5ｍｍ程度に設定すればよい。
【００４０】
また、溝３ａの深さについても、熱応力の緩和の上では大きいほど好ましいが、溝３ａの形成の際の作業性等も考慮して、適宜設定することができる。例えば上記の一例の条件においては、約0.1〜0.4ｍｍ程度に設定すればよい。
【００４１】
溝３ａは、例えば平面視（回路基板10を上からみたとき）において、複数のセラミック基板１の外周の全周に沿って設けられている。このように溝３ａがセラミック基板１の外周の全周に沿って設けられていれば、下面金属板３の変形がより容易であるため、熱応力の緩和に対して特に有効である。
【００４２】
ただし、溝３ａは、上記のような熱応力の緩和の効果に関しでは、少なくとも互いに隣り合うセラミック基板１同士の間に設けられていれば、一定の効果を得ることができる。また、溝３ａは、例えば互いに隣り合うセラミック基板１同士の間隔が狭いようなときには、隣り合うセラミック基板１同士の間に１つのみが設けられていてもよい。また、溝３ａは、互いに隣り合うセラミック基板１同士の間で、平面視においてそれぞれのセラミック基板１に沿った１つずつ（合わせて２つ）に限らず、例えば生産性および経済性の許容範囲等において、３つ以上が設けられていてもよい。
【００４３】
また、溝３ａの縦断面（溝３ａの長さ方向に直交する方向における断面）形状は、溝３ａの形成方法等に応じて適宜設定されていてもよい。例えば、溝３ａについて、その底面と内側面とが互いに直角に接していて（例えば縦断面において長方形状等であって）もよい。また、溝３ａは、その底面と内側面との間が曲面状、いわゆるＲ面状に、なだらかにつながっていてもよい。この方が、繰り返して熱応力が発生したときに疲労破壊が起きにくいので、その破壊の抑制の点では好ましい。
【００４４】
また、前述したように、上記構成の回路基板10に電子部品５が搭載されて第１の実施形態の電子装置20が製作されている。この電子装置20は、上記構成の回路基板10を含んでいることから、セラミック基板１の機械的な破壊、ならびに上面金属板２および下面金属板３のセラミック基板１からの剥離の効果的な抑制が可能になっている。
【００４５】
図２（ａ）および（ｂ）、ならびに図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）のＢ部分の一例を拡大して示す断面図である。図２および図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。なお、図２および図３の各例において、ろう材４は例えば活性金属を含むものが用いられている。
【００４６】
図２（ａ）の例では、セラミック基板１の上下のろう材４の外周がセラミック基板１の外周よりもほぼ同じ寸法で内側（セラミック基板１の中央側）に位置している。この例の回路基板10および電子装置20においては、上から見たときにろう材４は見えない。この場合には、セラミック基板１の機械的な破壊がより効果的に抑制される。これは、次のような理由による。
【００４７】
一般的に、平板状のセラミック基板の主面（上下面）に平板状の金属板が接合された構造体（図示せず）において、引っ張り応力でセラミック基板が破壊する現象は、金属板とセラミック基板との線膨張率の差に応じた熱膨張差による引っ張りの熱応力がセラミック基板の主面に平行に働くことだけが原因ではない。すなわち、セラミック基板の上下に接合された金属板の面積および厚さの差によってセラミック基板の上下面に加わる引っ張り応力に差が発生したとき、セラミック基板が反る。それにより、セラミック基板が凹状等に反った側の金属板(およびその金属板とセラミック基板とを接合しているろう材)とセラミック基板との接合部分よりも外側の部分において、セラミック基板内に、セラミック基板が平坦に戻ろうとする応力が生じる。この応力は、セラミック基板の主面に垂直な方向であって金属板と反対側方向の成分を含んでいる。このような応力も上記の引っ張りの熱応力とあわせて加わるため、金属板が剥離する。また、セラミック基板が破壊する。
【００４８】
これに対して、図２（ａ）の例においては、低温側において、セラミック基板１の上下の同じ部位にほぼ同じ大きさの応力が加わるようになっている。このように熱応力が発生してもセラミック基板１の反りは抑制される。そのため、反ったセラミック基板１が平坦になろうとする応力がより低減されされる。したがって、上面金属板２および下面金属板３がセラミック基板１から剥離しにくくなる。また、セラミック基板１が破壊される可能性がより効果的に低減されている。
【００４９】
なお、この場合には、平面視において、ろう材４の寸法がセラミック基板１と上面金属板２および溝３ａよりも小さいので、製造時（ろう材４を介したセラミック基板１と上面金属板２との接合時）の位置合わせが容易である。そのため、回路基板10および電子装置20としての生産性の点でもより有利である。
【００５０】
図２（ｂ）の例では、セラミック基板１の外周の位置とろう材４の外周の位置とが平面視（上から見たとき）においてほぼ同じ位置になっている。このような場合には、セラミック基板１の上下におけるセラミック基板１と上面金属板２および下面金属板３との熱膨張係数差によって発生する応力差が、セラミック基板１の外周部までより効果的に低減されている。また、セラミック基板１が破壊されやすい低温側への温度変化によって引っ張り応力を受ける、セラミック基板１のろう材４よりも外側の部分が存在しない。したがって、上面金属板２等のセラミック基板１からの剥がれ、および上面金属板２との接合部分等におけるセラミック基板１の機械的な破壊がより効果的に抑制される。
【００５１】
図３（ａ）の例では、ろう材４の外周がセラミック基板１の外周よりも外側（セラミック基板１よりも外側）に位置している。このような場合には、上面金属板２のセラミック基板１に応力が加わる部位の面積と下面金属板３の溝３ａの内側部分の面積がより近くなるので、セラミック基板１の上下における応力差がさらに効果的に低減されている。そのため、この応力差に起因したセラミック基板１の反り等をさらに効果的に抑制できる。したがって、この場合には、セラミック基板１の機械的な破壊がより効果的に抑制される。
【００５２】
図３（ｂ）の例では、ろう材４の外周がセラミック基板１の外周よりも外側（セラミック基板１よりも外側）に位置している。また、ろう材４の一部がセラミック基板１の側面まで延びて接合している。言い換えれば、セラミック基板１の側面は少なくとも一部がろう材４によって被覆されている。このような場合には、図３（ａ）の例における効果に加えて、次のような効果を得ることもできる。すなわち、仮にセラミック基板１の外周部に微細なクラックが生じたとしても、その微細なクラックの進行をろう材４によって妨げることができる。そのため、微細のクラックの進行によってセラミック基板１の外周（側面の一部等）に生じる微細なクラックが進行して、セラミック基板１の機械的な破壊が発生する可能性がより効果的に低減されている。
【００５３】
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図１（ｂ）の変形例を示す断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図４の例においては、上面金属板２が、互いに隣り合うセラミック基板１同士の間で互いにつながっている連結部２ａを有している。また、この連結部が上方向に湾曲している。
【００５４】
連結部２ａによって、互いに隣り合うセラミック基板１の上面金属板２同士が直接に接続され、互いに電気的に接続されている。このような連結部２ａが含まれている場合には、回路基板10および電子装置20における配線の自由度が高められ、実用性がさらに向上する。
【００５５】
また、この連結部２ａが上方向に湾曲していることによって、連結部２ａは、その長さ方向、つまり横方向に変形しやくなっている。言い換えれば、連結部２ａは、その長さ方向における変形が容易である。そのため、連結部２ａに対して長さ方向に熱応力等の応力が加わったときに、その応力を連結部２ａの湾曲した部分等における変形によって効果的に吸収して、緩和することができる。また、熱応力のセラミック基板１に対する作用がより低減される。
【００５６】
したがって、この場合には、熱応力による上面金属板２の剥離、およびセラミック基板
１の機械的な破壊等がより効果的に抑制される。なお、この連結部２ａの湾曲方向は、下方向（図示せず）であってもよい。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。ただし、連結部２ａが誤ってセラミック基板１等に接触する可能性を低減する上では、連結部２ａは上方向に湾曲していることが好ましい。また、回路基板10および電子装置20の低背化の上では、連結部２ａは下方向に湾曲していることが好ましい。
【００５７】
また、図４（ｂ）の例では、下面金属板３の下面にも溝３ａが設けられている。この場合には、互いに隣り合うセラミック基板１同士の間で下面金属板３の変形がより一層容易になる。そのため、熱応力がより効果的に緩和され、セラミック基板１の機械的な破壊がより効果的に抑制される。また、上面金属板２および下面金属板３のセラミック基板１からの剥離がより効果的に抑制される。
【００５８】
（第２の実施形態）
図５（ａ）は本発明の第２の実施形態における回路基板10および電子装置20を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の変形例を示す平面図である。第２の実施形態においては上面金属板２が後述する連結部２ａを有している点が上記の第１の実施形態と異なり、その他の点は同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００５９】
図５（ａ）の例において、それぞれに上面金属板２が設けられた複数のセラミック基板１は、上面金属板２上に電子部品５が搭載される１つの搭載用基板１（１Ａ）と、上面金属板２に電子部品５の一つの電極（図示せず）が電気的に接続される複数の端子用基板１（１Ｂ）とを含んでいる。搭載用基板１（１Ａ）は、図５（ａ）におけるセラミック基板１の配列中央に配置されたセラミック基板１であり、他のセラミック基板１が端子用基板１（１Ｂ）である。
【００６０】
すなわち、この例は、電子部品５の複数の電極と接続される上面金属板２が個々の電極に対応するように分割された例とみなすこともできる。また、電子部品５が搭載される上面金属板２の平面視における面積を極力小さく抑えるようにした例とみなすこともできる。言い換えれば、この例では、複数の上面金属板２およびこれらが接合された複数のセラミック基板１のそれぞれの下面金属板３に対する接合面積を極力小さく抑えるようにしている。
【００６１】
そのため、個々のセラミック基板１（搭載用基板１Ａおよび端子用基板１Ｂ）と下面金属板３との間に生じる熱応力をそれぞれにより小さく抑えることができる。したがって、この場合にはセラミック基板１（搭載用基板１Ａおよび端子用基板１Ｂ）と下面金属板３との間に生じる熱応力に起因したセラミック基板１（搭載用基板１Ａおよび端子用基板１Ｂ）の機械的な破壊、および下面金属板３の剥離等がより効果的に抑制されている。また、上面金属板２とセラミック基板１（搭載用基板１Ａおよび端子用基板１Ｂ）との間に生じる熱応力もより低減されるため、この熱応力に起因したセラミック基板１（搭載用基板１Ａおよび端子用基板１Ｂ）の機械的な破壊の抑制に関してもより有利である。
【００６２】
図５（ｂ）の例では、複数の端子用基板１Ｂ（セラミック基板１）は、平面視において互いに同じ形状および寸法である。この場合には、複数の端子用基板１Ｂ（セラミック基板１）において下面金属板３との間に生じる熱応力が一部に偏ることが抑制される。そのため、一部の端子用基板１Ｂ（セラミック基板１）への熱応力の集中に起因した端子用基板１Ｂ（セラミック基板１）の機械的な破壊がより効果的に抑制される。
【００６３】
また、それぞれに上面金属板２が接合される複数の端子用基板１Ｂ（セラミック基板１）を同じ形状および寸法でまとめて製作することができるため、回路基板10および電子装置20としての生産性および経済性等の点でも有利である。
【００６４】
（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10および電子装置20を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図６において図１と同様の部位には同様の符号を付している。
【００６５】
図６（ａ）および（ｂ）に示す回路基板10および電子装置20おいて、上面金属板２は、互いに隣り合うセラミック基板１同士の間で互いにつながっている連結部２ａを有している。下面金属板３の上面は、この連結部２ａと対向する部分において凹部３ｂを有している。図６に示す例における凹部３ｂは、平面視において連結部２ａよりも若干外側にはみ出る程度の形状および寸法を有している。凹部３ｂは、平面視において連結部２ａとちょうど重なるような形状および寸法を有するものであっても構わない。言い換えれば、凹部３ｂは、例えば下面金属板３の上面のうち少なくとも連結部２ａ（連結部２ａ）の下面と対向する部分の全域にわたるように形成されている。
【００６６】
第３の実施形態の回路基板10および電子装置20は上記凹部３ｂを有している点のみが前述した各形態と異なり、他の点は同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００６７】
図７（ａ）は図６（ｂ）のＢ部分を拡大して示す断面図である。図７（ａ）において図６と同様の部位には同様の符号を付している。第３の実施形態の回路基板10および電子装置20において、図６および図７（ａ）に示す通り、凹部３ｂの深さｄの分、上面金属板２の連結部２ａの下面と下面金属板３の上面（凹部３ｂの底面）との間の距離が大きくなっている。この距離の増加に応じて、連結部２ａと下面金属板３との間の電気絶縁性が向上している。
【００６８】
すなわち、凹部３ｂは、上面金属板２の連結部２ａと下面金属板３との間の絶縁破壊電圧を高めるために設けられている。このような凹部３ｂの深さｄは、例えば、仮に凹部３ｂがないと仮定したときの下面金属板３の上面の位置と連結部２ａの下面との間の距離（連結部２ａの高さ位置）、連結部２ａを流れる電流の大きさ、および下面金属板３の厚さ（機械的強度）等の条件に応じて、適宜設定すればよい。
【００６９】
例えば、電子部品５がＩＧＢＴの場合には、連結部２ａと下面金属板３との間の絶縁破壊電圧は10ＫＶ程度以上であることが望ましい。これに対して、空気の絶縁破壊電圧がほぼ３ＫＶ／ｍｍであることから、上面金属板２の連結部２ａと凹部３ｂの底面（つまり連結部２ａの下面と対向する下面金属板３の一部）との間の距離は3.4〜3.8ｍｍ程度に設定することが望ましい。そのため、例えばセラミック基板１の厚さが0.3ｍｍ程度であれば
、凹部３ｂの深さｄは3.1〜3.5ｍｍ程度であればよい。また、そのような深さｄの凹部３ｂを有する下面金属板３の厚さは４〜５ｍｍ程度でよい。
【００７０】
図６および図７（ａ）に示す例において、凹部３ｂの外周のうちセラミック基板１側の端部分が、セラミック基板１の下側に位置している。すなわち、凹部３ｂの外周が、セラミック基板１の下側に位置している部分を含んでいる。このような構成の場合には、下面金属板３と連結部２ａとの間の電気絶縁性がより高くなる。これによって、回路基板10および電子装置20としての絶縁破壊電圧を向上させることができる。
【００７１】
これは、次のような理由による。すなわち、上面金属板２の連結部２ａと下面金属板３との間で、互いの距離が最も近くなりやすいのは、凹部３ｂの側面上端である。特に、上から見たときに（平面透視において）連結部２ａと凹部３ｂの側面上端とが交わる部分である、凹部３ｂの外周のうちセラミック基板１側の端部分である。これに対して、上記構
成であれば、凹部３ｂの側面上端はセラミック基板１の下側に位置して（つまりは隠れて）上側からは見えなくなる。言い換えれば、下面金属板３の側面上端と連結部２ａとが互いに対向し合わない。そのため、凹部３ｂの側面上端をセラミック基板１の側面より内側とすることは、絶縁破壊電圧の向上に対して有効である。
【００７２】
なお、凹部３ｂの深さｄに対して、上から見たときのセラミック基板１の側面と凹部３ｂの側面との間の距離も同じ（ｄ）程度であればよい。
【００７３】
また、このような凹部３ｂが設けられているときに、凹部３ｂの側面上端からろう材４がセラミック基板１の側面側にはみ出していると、ろう材４と連結部２ａの間で絶縁破壊が発生しやすくなる可能性がある。このような可能性を低減するためにそのため、ろう材４はセラミック基板１の側面側にはみ出さないようにする。
【００７４】
なお、凹部３ｂの側面上端のうち平面視においてセラミック基板１で覆うことができない部分、つまり凹部３ｂのうちセラミック基板１から離れた部分については、図６（ａ）に示す例のように、連結部２ａの側面から離した位置に形成する。
【００７５】
なお、セラミック基板１の厚さをｔとした場合に、平面視における連結部２ａの外周位置と凹部３ｂの外周位置との間の距離が全ての部分でｔ＋ｄ以上になるようにするのがよい。
【００７６】
また凹部３ｂの側面上端のうち平面視でセラミック基板１で覆われていない部分は、凹部３ｂの側面上端から上面にかけてなだらかにつながっている形状であってもよい。また、連結部２ａについてもその側面と下面との間の角部分がなだらかにつながっていてもよい。つまり、凹部３ｂの側面と下面金属板３の上面との間の角部が丸く成形されていて、連結部２ａも側面と下面との間の角部も丸く成形されていてもよい。このような形状であれば、凹部３ｂの側面上端と連結部２ａとの間で電荷が集中しやすい角部がなくなるので、放電が発生しにくくなる。そのため、回路基板10および電子装置20として絶縁破壊電圧の向上に有利である。なお、このように凹部３ｂの側面上端部および連結部２ａの角部を丸く成形するには、例えば回路基板10に上記のニッケルめっき層等のめっき層を被着させる前に、回路基板10をエッチング液に適宜浸漬すればよい。エッチング液中で金属板の角部分が優先的にエッチングされ、丸く成形される。
【００７７】
また、図６に示す例において、回路基板10には四角板状の下面金属板３の４つの角にそれぞれ穴３ｃが設けられている。穴３ｃは、回路基板10を放熱部材（図示せず）に固定するために設けられている。さらにこれらの４つの角の固定用の穴３ｃより電子部品５に近い部位にも穴３ｄが設けられている。これらの穴３ｄは、例えば熱伝導性向上用に設けられている。熱伝導性向上用の穴３ｄは、ねじ等（図示せず）で回路基板10を放熱部材に固定するために用いてもよい。これによって、電子部品５で発生する熱は穴３ｃだけでなく熱伝導向上用の穴３ｄ（およびねじ等）を介して、回路基板10および電子装置20から放熱部材により効率よく熱が伝導される。
【００７８】
このような複数の穴３ｃ、３ｄを有する回路基板10および電子装置20は、セラミック基板１が下面金属板３の上面の全面にはない場合でも放熱性の向上について有利である。これは次のような理由による。弾性率が比較的大きいセラミック基板１が下面金属板３の上面の全面にはない場合には、回路基板10および電子装置20において弾性率が比較的小さくなる。つまり、回路基板10の弾性変形のため回路基板10と放熱部材との密着性が低下しやすい。これに対して、上記のように複数の穴３ｃ、３ｄおよびねじ等によって回路基板10が放熱部材に固定されていれば、回路基板10と放熱部材との密着性が高められる。したがって、回路基板10および電子装置20において、電子部品５で発生した熱を放熱部材に効率
よく伝えることができるようになる。
【００７９】
図７（ｂ）は凹部３ｂに充填材７を充填した例である。充填材７としては、エポキシ樹脂(絶縁破壊電圧：20ｋＶ／ｍｍ程度)、ポリエチレン樹脂(絶縁破壊電圧：30ｋＶ／ｍｍ
程度)、ポリ塩化ビニル樹脂(絶縁破壊電圧：30ｋＶ／ｍｍ程度)、ポリイミド樹脂(絶縁破壊電圧：20ｋＶ／ｍｍ程度)、シリコーン樹脂(絶縁破壊電圧：25ｋＶ／ｍｍ程度)等を用
いることができる。すなわち、凹部３ｂと上面金属板２の連結部２ａとの間に樹脂材料（充填材７）が配置されている。このような充填材７（樹脂材料）を用いることで、空気(
絶縁破壊電圧：３ｋＶ／ｍｍ程度)に対して、数倍から10倍程度、絶縁破壊電圧を高める
ことができる様になる。
【００８０】
なお、充填材７は図６（ｂ）に示す例ではセラミック基板１の側面の途中まで充填しているが、この充填の範囲、言い換えれば充填材７の高さは、所望の絶縁破壊電圧または樹脂材料の充填作業の作業性等の条件に応じて適宜決めればよい。充填材７は、凹部３ｂ内から連結部２ａまでの全てに充填されていてもよいし、連結部２ａの上面まで覆っていてもよい。
【００８１】
シリコーン樹脂を充填材７として使用した場合は、シリコーン樹脂の耐熱性が比較的高く、ヤング率が小さいため、充填しても下面金属板３に大きな応力が加わりにくいので、電子装置20の長期信頼性がよい。なお、電子装置20を放熱板に、穴３ｃ、３ｄを用いてねじ等で固定した後に、シリコーン樹脂等の充填材７を電子装置20全体を覆う様に充填するようにしてもよい。このようにすれば、連結部２ａと下面金属板３との間の絶縁破壊電圧を高めるだけでなく、電子装置20を外部環境からより効果的に保護できるようになる。
【００８２】
充填材７は上記の樹脂材料に無機物粒子等のフィラーおよび可塑剤等の添加材が適宜選択されて添加されたものでもよい。これらの添加材によって、例えば充填材７の熱膨張係数やヤング率を調整するようにしてもよい。
【００８３】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態における回路基板10および電子装置20の要部を拡大して示す断面図である。この要部は、図１のＢ部分に相当する部分である。図８に示す例は、上面金属板２が連結部２ａを有しており、その連結部２ａと対向する部分において、下面金属板３が、その下面金属板３を厚さ方向に貫通する貫通部３ｅを有している例である。すなわち、連結部２ａの下側において、下面金属板３には上記の凹部３ｂではなく貫通部３ｅが設けられている場合である。
【００８４】
なお、第４の実施形態の回路基板10および電子装置20は、第３の実施形態等の回路基板10および電子装置20に対して貫通部３ｅを有している点のみが異なり、他の点は同様である。これらの同様の点については説明を省略する。
【００８５】
図８に示す例の場合も、図６および図７に示す例（第３の実施形態）と同様に、連結部２ａと下面金属板３との間の距離が貫通部３ｅによって大きくなっている。そのため、連結部２ａと下面金属板３との間の絶縁破壊電圧が効果的に高められている。
【００８６】
すなわち、図８に示す例は、図６および図７に示す例における凹部３ｂが下面金属板３の下面まで抜けた形態とみなすことができる。そのため、上記のように、図６および図７に示す例と同様の効果を得ることができるし、さらにその効果を高めることもできる。
【００８７】
貫通部３ｅについても、凹部３ｂと同様に、例えば平面視において連結部２ａよりも若干外側にはみ出る程度の形状および寸法を有するものであればよい。
【００８８】
第４の実施形態の回路基板10および電子装置20についても、その外周のうちセラミック基板１側の端部分が、セラミック基板１の下側に位置しているものであってもよい。つまり、貫通部３ｅの外周が、セラミック基板１の下側に位置している部分を含んでいるものであってもよい。これによって、回路基板10および電子装置20としての絶縁破壊電圧を向上させることができる。
【００８９】
すなわち、貫通部３ｅについても、その側面上端で絶縁破壊が発生しやすい。これに対して、貫通部３ｅとセラミック基板１とを、図７（ａ）で記した凹部３ｂの側面上端とセラミック基板１との位置関係と同様の位置関係とすれば、上記のように絶縁破壊電圧の向上の効果が高められる。
【００９０】
また、図７（ｂ）で示した例と同様に、充填材（図示せず）を貫通部３ｅに配置してもよい。セラミック基板１の側面を少なくとも一部覆う所まで充填材を充填すると絶縁破壊電圧を高めることができる。
【００９１】
なお、本発明は上記の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、電子部品５はセラミック基板１の上面に接合するのではなく、下面金属板３の上面に接合するようにしてもよい。この場合には、熱放散性の点では好ましい。
【００９２】
また、例えば、連結部２ａが上方向に湾曲している形態（図４に示す例等）と、凹部３ｂまたは貫通部３ｅを有する形態（図６〜図８に示す例等）とを合わせて有する回路基板10等でもよい。これによって、連結部２ａと下面金属板３との絶縁破壊電圧の向上がさらに向上する。
【符号の説明】
【００９３】
１・・・・セラミック基板
１Ａ・・・・搭載用基板
１Ｂ・・・・端子用基板
２・・・・上面金属板
２ａ・・・・連結部
３・・・・下面金属板
３ａ・・・・溝
３ｂ・・・・凹部
３ｃ、３ｄ・・・・穴
３ｅ・・・・貫通部
４・・・・ろう材
５・・・・電子部品
６・・・・ボンディングワイヤ
７・・・・充填材
10・・・・回路基板
20・・・・電子装置
ｄ・・・・（凹部の）深さ
ｔ・・・・（セラミック基板の）厚さ
【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】
0006603098.tif 000009