(57)【要約】【課題】簡単な構造で優れた熱放散性を有し、高温と低温との間で温度サイクルが加えられてもセラミック基板が破壊することのない信頼性の高い発熱性のセラミック回路基板及び電気回路モジュールを提供する。【解決手段】金属回路板３１の両面にセラミック基板３３を接合してなり、一方のセラミック基板３３ａに前記金属回路板３１が露出するような凹部３７を形成するとともに、該凹部３７に露出した前記金属回路板３１に電気素子３５が搭載されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属回路板の両面にセラミック基板を接合してなり、一方のセラミック基板に前記金属回路板が露出するような凹部を形成するとともに、該凹部に露出した前記金属回路板に電気素子が搭載されることを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項２】
一方のセラミック基板の厚さが、０．１ｍｍ以上であって、且つ他方のセラミック基板の０．３〜３倍であることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。
【請求項３】
金属回路板の厚さが、０．１ｍｍ以上であって、且つセラミック基板の厚さの５倍以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のセラミック回路基板。
【請求項４】
セラミック基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアから選ばれる少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセラミック回路基板。
【請求項５】
一方のセラミック基板と他方のセラミック基板とが同質であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載のセラミック回路基板。
【請求項６】
金属回路板が、銅、アルミニウム、タングステン、モリブテンおよびそれらの合金の少なくとも１種から成ることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載のセラミック回路基板。
【請求項７】
セラミック基板が直接接合法、活性金属接合法およびアルミニウム系ロウ材接合法のいずれかによって金属回路板に接合されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載のセラミック回路基板。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のセラミック回路基板において、電気素子が搭載される反対側の面にヒートシンクベースを配設したことを特徴とする電気回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、特に高出力のパワーＦＥＴなどを搭載し、放熱性に優れたセラミック回路基板およびそれを用いた電気回路モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、高出力のパワーＦＥＴなどを収容する半導体素子用パッケージのセラミック回路基板は、図２に示すように、作動時に発熱する半導体素子１の放熱性を向上させるため、半導体素子１と、熱伝導率の高い金属回路板３、セラミック基板５などから構成され、セラミック回路基板７の一方側の面には、金属回路板３が接続され、金属回路板３には、半導体素子１が接続されている。
【０００３】
半導体素子１は、たとえばＳｉ単結晶の原子の一部をＶ族またはＩＩＩ族の原子で置き換えた、いわゆる不純物半導体からなり、自由電子と正孔の二つのキャリヤ数により区別されるｎ型、ｐ型半導体の組合せにより構成される。その役割は、ＩＣなどの電子回路のベース電圧信号でパワー回路の電流のスイッチングを行い、電力の制御を行うことにある。
【０００４】
また、金属回路板３は、パワー回路上のエミッタ電極を構成し、大電流を通電するとともに、半導体素子１で発生した熱を外部に伝達し、放出する際、熱を広範囲に伝導し、熱放散性を高める働きをする。
【０００５】
また、セラミック基板５は、絶縁性を有しており、金属回路板３間の電気的絶縁を確保するために設けられるとともに、金属回路板３と同様に熱を外部に伝達する役目を有する。
【０００６】
このようなセラミック回路基板７において、金属回路板３が銅からなる場合、銅の熱伝導率が大きい為、半導体素子１の発熱により発生する熱は、金属回路板３を伝わって良好に外部に放出され、半導体素子の温度上昇を有効に防ぐことが可能となる。
【０００７】
しかしながら、銅からなる金属回路板３の熱膨張係数が、１７×１０−６／℃であるのに対して、セラミック基板５の熱膨張係数は、一般的に２〜８×１０−６／℃であり、両者の熱膨張係数が大きく異なるため、金属回路板３とセラミック基板５とを接合する際に、熱膨張係数差に起因して発生する熱応力によって、セラミック回路基板７に反りが発生したり、あるいはセラミック基板５に亀裂が入る等の問題が発生していた。また、同様に半導体素子１を金属回路板３に実装する際にも、半導体素子１の熱膨張係数３〜４×１０−６／℃と金属回路板３との熱膨張係数の差により、半導体素子１に亀裂が入る等の問題が発生していた。
【０００８】
このような問題を解決するために、金属回路板３として、熱膨張係数が比較的小さく、セラミック基板５や、半導体素子１の熱膨張係数に近い銅−タングステン合金（６〜９×１０−６／℃）を用いたものや、金属回路板３の素子搭載面を銅―タングステン合金とし、セラミック基板５の他の面に、銅からなる裏金属板を接合した構造のものが報告されている（特許文献１参照）。
【０００９】
しかしながら、金属回路板３として銅―タングステン合金を用いた場合、セラミック基板５や半導体素子１との間の熱膨張係数の差により発生する熱応力は緩和されるものの、銅―タングステン合金の熱伝導率は１８０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、銅の熱伝導率（約３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べ小さく、金属回路板３に銅を用いた場合に比べ放熱性が半減するという問題がある。
【００１０】
以上説明した問題を解決するため、図３に示すように、銅などの高熱伝導性の金属板３ａの両面に、半導体素子に熱膨張係数が近い銅―タングステン合金などからなる金属板３ｂを接合して、高熱伝導性と熱膨張係数の低下とを併せて達成した金属回路板３が報告されている（特許文献２参照）。
【００１１】
また、図４に示すように、セラミック基板５の一方側に金属回路板３を接合し、半導体素子１搭載面とし、セラミック基板５の他方側に裏金属板９を接合しヒートシンクベース１１と密着する構造のセラミック回路基板７が提案されている（特許文献３参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６３−７３６５１号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平２−１４６７４８号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平１５−１７６２７号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２で報告された構造では、セラミック回路基板７の反り、及びセラミック基板５に発生する亀裂の問題は抑制されるものの、銅のみの金属基体に比べて放熱性は低下するうえ、タングステンおよびモリブテンなどの低熱膨張金属やそれらの合金は極めて高価であるとともに、金属回路板３の層数が多くなることによりコスト高を招く原因となる。
【００１６】
また、特許文献３で報告された構造のセラミック回路基板７では、セラミック基板５の両面に金属板３、９が接合されており、セラミック基板５の表裏での発生応力のバランスが良く、接合時の反りが防止できるものの、更に放熱性を向上するため、裏金属板９を厚くすると、中間層であるセラミック基板５に発生する熱応力は過大なものとなり、熱サイクルによりクラックや反りなどが発生しやすくなるという問題があった。
【００１７】
また、金属板３、９とセラミック基板５接合面の熱膨張は拘束されるのに対し、半導体素子１を搭載する金属回路板３表面近傍での熱膨張は完全には拘束されないため、半導体素子１や接合部の半田層に加わる熱応力を低減することはできず、半導体素子１に亀裂が入る等の問題点があった。
【００１８】
以上説明したように、高出力のパワーＦＥＴなどを収容する半導体素子用パッケージのセラミック回路基板においては、放熱性と、信頼性に加え、生産性、コストなどを改善すべく、様々な取り組みが行われているものの、未だ、全てを十分に満足することはできていない。
【００１９】
本発明は、特に半導体素子と金属回路板の接合部や、金属回路板とセラミック基板の接合部、及びセラミック基板に、熱応力や反りによるクラックが発生することを効果的に防止でき、安価で、長期間にわたって優れた耐久性と信頼性が得られるセラミック回路基板を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック回路基板は、金属回路板の両面にセラミック基板を接合してなり、一方のセラミック基板に前記金属回路板が露出するような凹部を形成するとともに、該凹部に露出した前記金属回路板に電気素子が搭載されることを特徴とする。
【００２１】
従来は、熱膨張係数差の大きい金属回路と電気素子とを接続していたため、電気素子が熱膨張差により破損するなどの問題が起こっていたが、本発明のセラミック回路基板では、熱膨張係数の大きい金属回路板の両面に金属回路板よりも熱膨張係数が小さく、剛性の高いセラミック基板を接合することで、温度変化に伴う金属回路板の熱膨張、熱収縮を両面から完全に拘束することができ、金属回路板と電気素子の温度変化に伴う寸法変化の差を小さくすることができるため、金属回路板と電気素子の接合信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、金属回路板の両面にセラミック基板を接合することで、金属回路板の両面の熱応力が均衡し、セラミック回路基板の反りを防止できるとともに、セラミック基板へのクラックの発生を防止できる。
【００２３】
また、本発明のセラミック回路基板は、一方のセラミック基板の厚さが、０．１ｍｍ以上であって、且つ他方のセラミック基板の０．３〜３倍であることを特徴とする。
【００２４】
このようにセラミック基板の厚さを０．１ｍｍ以上とすることにより、セラミック基板の強度を十分確保することが出来、金属回路板の熱膨張に起因する熱応力が発生してもセラミック基板にクラックや割れを生じることなく金属回路板の熱膨張を十分に拘束することが出来る。
【００２５】
また、一方のセラミック基板の厚さを他方のセラミック基板の厚さの０．３〜３倍とすることにより、金属回路板の両面に配置されたセラミック基板に発生する熱応力のバランスを均一なものとすることが出来、セラミック回路板の反りを抑制できるとともに、セラミック基板へのクラックを発生を抑制できる。
【００２６】
また、本発明のセラミック回路基板は、金属回路板の厚さが、０．１ｍｍ以上であって、且つセラミック基板の厚さの５倍以下であることを特徴とする。
【００２７】
このように金属回路板の厚さを０．１ｍｍ以上とすることで、セラミック回路基板の放熱性を十分に高くでき、また、セラミック基板の厚さの５倍以下とすることにより、金属回路板の熱膨張による過大な応力の発生を防止できる。
【００２８】
また、本発明のセラミック回路基板は、セラミック基板が、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアから選ばれる少なくとも１種を主成分とすることを特徴とする。
【００２９】
このような高強度で低熱膨張のセラミックスを用いることで、金属回路板を十分に拘束することができるとともに、セラミック基板の破壊を防止することができる。
【００３０】
また、本発明のセラミック回路基板は、一方のセラミック基板と他方のセラミック基板とが同質であることを特徴とする。このように、金属回路板を介して設けられた両面のセラミック基板を同質の材質から形成することにより、金属回路板を両面から均一に拘束することが可能となり、セラミック回路基板の信頼性が向上する。
【００３１】
また、本発明のセラミック回路基板は、金属回路板が銅、アルミニウム、タングステン、モリブテンおよびそれらの合金の少なくとも１種から成ることを特徴とする。
【００３２】
このように金属回路板を、低抵抗、高熱伝導性の銅、アルミニウム、タングステン、モリブテンおよびそれらの合金の少なくとも１種から成る金属とすることで、金属回路板の発熱を抑制できるとともに、高い熱放散性を実現できる。
【００３３】
また、本発明のセラミック回路基板は、セラミック基板が直接接合法、活性金属接合法およびアルミニウム系ロウ材接合法のいずれかによって金属回路板に接合されていることを特徴とする。
【００３４】
金属回路板とセラミック基板の接合方法を、上記の比較的高温での接合方法とすることにより、半導体素子の発熱により高温になったとしても、接合部が熱により軟化することがなく、金属回路板とセラミック基板との接合強度は十分に維持されるため、半導体素子の発熱と冷却に伴う温度サイクルに対しても高い接合信頼性を実現できる。また、接合層を極力薄くすることができるため、界面での熱抵抗を低く抑えることが可能となり、放熱性を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明の電気回路モジュールは以上説明したセラミック回路基板を具備するとともに、セラミック回路基板の電気素子を搭載した面の反対側のセラミック基板にヒートシンクベースを配設したことを特徴とする。
【００３６】
本発明の電気回路モジュールは、以上説明したセラミック回路基板を具備することにより、簡単な構造で優れた熱放散性を有し、高温と低温との間で温度サイクルが加えられてもセラミック基板が破壊することのない信頼性の高い発熱性の電気素子用放熱構造体を得ることができるとともに、セラミック回路基板にヒートシンクベースを配設することで、さらに、放熱性を向上させることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック回路基板は、図１に示すように金属回路板３１と、金属回路板３１の両面に接合されたセラミック基板３３、及び電気素子、例えば、半導体素子３５で構成され、金属回路板３１の一方側に設けられたセラミック基板３３ａには、金属回路板３１が露出するように貫通した凹部３７が設けられ、凹部３７に露出した金属回路３１には半導体素子３５が接続されている。
【００３８】
また、金属回路板３１の他方側に設けられたセラミック基板３３ｂには、ヒートシンクベース４１が配設されている。
【００３９】
このような構造のセラミック回路基板３９において、半導体素子３５は、例えば、発熱性素子やＩＧＢＴ、パワー系素子などのように電流を制御する機能を有しており、半導体素子３５には電流を制御するための信号を半導体素子３５に伝達するための配線（図示せず）が接続されている。
【００４０】
また、半導体素子３５には電流を流すための配線（図示せず）が接続され、半導体素子３５を介して、前記電流を流すための配線から金属回路板３５に電流が流れる。電流の流れが逆になる場合があるのは言うまでもない。
【００４１】
このようなセラミック回路基板３９において、セラミック基板３３の厚みは、０．１ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上であることが好ましい。このセラミック基板３３の厚さを０．１ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上とすることで、セラミック基板３３に十分な強度と剛性を付与できるため、金属回路板３１の熱サイクルに伴う膨張と収縮を十分に拘束することが可能となり、セラミック回路基板３９の反りやセラミック基板３３の割れを防止することができる。
【００４２】
また、金属回路板３１の両面に配置されたセラミック基板３３に発生する熱応力のバランスを考慮して、一方のセラミック基板３３ａの厚みが、他方のセラミック基板３３ｂの０．３〜３倍であることが好ましく、さらに、０．５〜１．５倍の範囲がより好ましい。
【００４３】
また、本発明のセラミック回路基板３９において、金属回路板３１の厚さを０．１ｍｍ以上とし、セラミック基板３３の厚さの５倍以下とすることが好ましい。
【００４４】
例えば、セラミック基板３３の厚みが０．５ｍｍの場合、金属回路板３１の厚みを０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にすることが好ましい。この金属回路板３１の厚みを０．１ｍｍ以上とすることで、セラミック回路基板３９の放熱性を高くすることができるとともに、金属回路板３１の電気的抵抗を下げることができるため、電流を流した際の金属回路板３１の発熱も抑制することができる。また、金属回路板３１の厚みをセラミック基板３３の５倍以下とすることで、金属回路板３１とセラミック基板３３との熱膨張係数の差によるセラミック回路基板３９の反りを抑制できるとともに、セラミック基板３３の割れを抑制できる。
【００４５】
また、セラミック基板３３は、特に限定されるものではないが、高強度で、低熱膨張係数を有する窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ、ジルコニアのいずれかを主成分とするものが好ましく、特に、高強度で、且つ熱伝導率が比較的高い窒化珪素焼結体で形成したセラミック基板３３が好ましい。
【００４６】
また、金属回路板３１の両面に配置されるセラミック基板３３の種類は、均一に金属回路板３１を拘束するという点から同一であることが望ましいが、必ずしも同一のものでなくとも良い。かかる応力制御ないし、反り防止の効果の点からは、表裏のセラミック基板３３ａ、３３ｂの熱膨張係数の差は２．０×１０−６ｍｍ／℃以内とすることが望ましく、さらに、１．０×１０−６ｍｍ／℃以内とすることが望ましい。
【００４７】
また、金属回路板３１は、銅、アルミニウム、タングステン、モリブテンおよびそれらの合金の少なくとも１種を主成分とすることが望ましい。特に熱伝導性、原料コスト、および導電性の点から、銅、アルミニウムを主成分とすることが望ましい。
【００４８】
さらに、セラミック基板３３と金属回路板３１は、直接接合法、活性金属接合法およびアルミニウム系ロウ材接合法のいずれかによって接合されることが好ましい。直接接合法を用いる場合で、金属回路板３１が銅製である場合は、酸素を含むＣｕ−Ｏとの共晶化合物によりセラミック基板３３に接合される（銅直接接合法：ＤＢＣ法）。さらに、金属回路板３１がアルミニウム回路板である場合は、けい素を含むＡｌ−Ｓｉ共晶化合物によりセラミック基板３３に接合される（アルミニウム直接接合法：ＤＢＡ法）。
【００４９】
また、活性金属法は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの活性金属を含有するロウ材を介して金属回路板３１をセラミック基板３３に接合する方法であり、Ａｌロウ材接合法は、Ａｌを含有するロウ材を介して金属回路板３１をセラミック基板３３に接合する方法である。
【００５０】
本発明に係る半導体モジュールは、上記のように調整したセラミック回路基板３９の半導体素子３５が搭載される面の反対側の面にヒートシンクベース４１を配設して構成される。
【００５１】
上記構成に係るセラミック回路基板３９およびそれを用いた半導体モジュールとヒートシンクベース４１の接合方法としては、高分子を主成分とした接着剤、グリースのみならず、半田、ロウ材等を使用してもよい。また、本発明のヒートシンクベース４１は、いわゆるヒートシンク（放熱板）のみを示すものではなく、実装ボードなどのセラミック回路基板３９が接合または実装されるものは全て含むものとする。
【００５２】
次に、本発明のセラミック回路基板およびそれを用いた半導体モジュールについて実施例を用いて具体的に説明する。
【００５３】
【実施例】
１２ｍｍ角の貫通した凹部３７を具備する表１に示す材質、厚みのセラミック基板３３ａ、３３ｂの片面に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉからなる活性ろうのペーストを塗布した。なお、セラミック基板３３ａ、３３ｂともに外形寸法は３３ｍｍ角とした。
【００５４】
次に、表１に示す材質からなる３３ｍｍ角の金属回路板３１の厚みを表１に示す範囲で変化させ、この金属回路板３１の一方側の面に、セラミック基板３３ａの活性ろうを塗布した面を当接させ、金属回路板３１の他方側の面に、セラミック基板３３ｂの活性ろうを塗布した面を当接させ、この積層体を真空中、８００℃、１０分の条件で接合した。
【００５５】
次に、セラミック基板３３ａの凹部３７から露出した金属回路板３１にＳｎ−Ｐｂ共晶半田ペーストを塗布し、半導体素子３５を当接させた。
【００５６】
次に、３００℃、３０分の条件でリフローし、半導体素子３５を前記積層体のセラミック基板３３ａの凹部３７から露出した金属回路板３１に接合した。
【００５７】
以上のような工程で作製したセラミック回路基板３９の半導体素子３５に電流制御用配線を接続させ、電流用配線を半導体素子３５と金属回路板３１に接続させた。
【００５８】
これらの作製工程のうち、金属回路板３１とセラミック基板３３の接合後にセラミック基板３３の割れの有無、半導体素子３５の搭載後にセラミック基板３３と半導体素子３５の割れの有無を確認し、それぞれの工程での不良率を表１に示した。
【００５９】
また、半導体素子３５の搭載後に、セラミック回路基板３９の反りと熱抵抗を測定し、表１に示した。
【００６０】
なお、セラミック回路基板３９の反りは、セラミック回路基板３９の半導体素子３５を搭載しない側のセラミック基板３３ｂの二つの対角を結ぶ線上を表面粗さ計を用いてＲｍａｘ値を測定し、その平均値を反りの値とした。表１で、反り測定値が０より小さいものはセラミック回路基板３９の半導体素子３５を搭載しない側のセラミック基板３３ｂの中央部がへこんでいることを示し、反り測定値が０より大きいものはセラミック回路基板３９の半導体素子３５を搭載しない側のセラミック基板３３ｂの中央部が盛り上がっていることを示している。
【００６１】
なお、熱抵抗の測定は、半導体素子３５に電流を流し、発熱させ、半導体素子３５の温度に敏感なパラメータの温度依存データから、動作時の半導体素子３５の温度を算出して熱抵抗を計算するＴＳＰ法（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いて行った。その結果を表１に示した。
【００６２】
比較のために、金属回路板３１の片面のみにセラミック基板３３ａを接合した回路基板（試料Ｎｏ．２１）、金属回路板３１の片面のみにセラミック基板３３ｂを接合した回路基板（試料Ｎｏ．２２）を作製し、それぞれ上記と同様に、回路基板組み立て時および半導体素子搭載時の不良品個数、反り、熱抵抗を求め、その結果も併せて表１に示した。
【００６３】
【表１】
2004327732.tif 000003
【００６４】
表１の結果から分かるように、本発明の範囲外である金属回路板３１と半導体素子３５搭載側のみにセラミック基板３３ａを設けた試料Ｎｏ．２１のセラミック回路基板は、熱応力が大きいため反りが非常に大きくなり、回路基板組み立て時の不良率、半導体素子３５搭載時の不良率が非常に高くなった。
【００６５】
また、本発明の範囲外である金属回路板３１と、半導体素子３５搭載側と反対側のみにセラミック基板３３ｂを設けた試料Ｎｏ．２２のセラミック回路基板は、熱応力が大きいため反りが非常に大きくなり、回路基板組み立て時の不良が多く、特に半導体素子３５搭載側のセラミック基板３３ａが無いため、金属回路板３１の熱膨張が拘束されずに、半導体素子３５搭載時の不良率が極端に高くなった。
【００６６】
なお、試料Ｎｏ．２１、２２では良品が得られず、熱抵抗は測定できなかった。
【００６７】
これに対して、金属回路板３１の両面にセラミック基板３３を設け、半導体素子３５搭載面側のセラミック基板３３ａに金属回路板３１が露出するような凹部３７を形成して、半導体素子３５の搭載を可能にするとともに、金属回路板３１の熱膨張及び熱収縮を両面から拘束する構造とした本発明のセラミック回路基板３９（試料Ｎｏ．１〜２０）は、熱応力による反り、及び熱抵抗が共に小さく、反りが５０μｍ以下で且つ熱抵抗が０．５℃／Ｗ以下という優れた特性を有している。このため、セラミック回路基板３９組み立て時および半導体素子３５搭載時の不良品が殆ど発生せず、放熱性にも優れていることがわかる。
【００６８】
また、金属回路板３１の厚みを０．５ｍｍとし、半導体素子３５搭載側のセラミック基板３３ａと反対側のセラミック基板３３ｂの厚みを同じにして、０．０５〜２ｍｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．１〜５では、セラミック基板３３の厚みが０．１ｍｍ以上の試料で組み立て時、半導体素子３５搭載時の不良率が０％ととなり、高い歩留まりを達成できた。また、反りも４０μｍ以下となった。
【００６９】
また、金属回路板３１の厚みを１ｍｍとし、半導体素子３５搭載側のセラミック基板３３ａと、反対側のセラミック基板３３ｂの厚みを変化させた試料Ｎｏ．６〜９では、片側のセラミック基板の厚みと他方のセラミック基板の厚みの比が０．３〜３倍の範囲を超える試料Ｎｏ．７、９では若干の不良が発生したのに対して、片側のセラミック基板の厚みと他方のセラミック基板の厚みの比が０．３〜３倍の範囲内の試料Ｎｏ．６、８では、組み立て時、半導体素子３５搭載時の不良率が０％になり、高い歩留まりを達成できた。
【００７０】
また、半導体素子３５搭載側のセラミック基板３３ａと反対側のセラミック基板３３ｂの厚みを０．５ｍｍとし、金属回路板３１の厚みを０．０８〜３ｍｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．１０〜１３においては、金属回路板３１の厚みが０．１ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１０は、不良は発生していないものの、他の試料に比べ、熱抵抗が０．４９℃／Ｗと若干高くなっている。また、金属回路板３１とセラミック基板３３との厚みの比が５を超える試料Ｎｏ．１３では、熱応力が大きくなるために、若干ではあるが組み立て時、半導体素子３５搭載時に不良が発生している。
【００７１】
なお、以上説明した試料Ｎｏ．１〜１３は、Ｓｉ３Ｎ４製のセラミック基板３３とＣｕ製の金属回路板３１を組み合わせた例である。
【００７２】
セラミック基板３３として、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２を用い、金属回路板３１として、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏを用いた試料Ｎｏ．１７〜２０においても、低い不良率が達成された。
【００７３】
また、両面のセラミック基板３３を異なる材質とした試料Ｎｏ．１７では、同じ材質を用いた場合に比べ、若干、不良率が増加する傾向にあるが、それぞれの厚さを適宜、調整することで、不良率は減少させられるものと推測される。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のセラミック回路基板は、金属回路板の両面をセラミック基板とし、素子搭載面側のセラミック基板に金属回路板が露出するような凹部を形成して、半導体素子の搭載を可能にするとともに、金属回路板の熱膨張を両面から拘束することから、セラミック基板と金属回路板を接合する際に、金属回路板の表裏での熱応力の発生を抑制しながらバランスを保ち、反りの発生を抑える。従って、組み立て時に反りを生じることなく、さらにセラミック基板の亀裂の発生を防ぐことが出来る。
【００７５】
また、セラミック回路基板に電気素子を半田などで実装する際にも、中央の銅層が両面のセラミック層によって拘束されているので、反りの発生や、繰返しの熱サイクルによる電気素子や接合部に亀裂が入ることなく使用することが出来る。
【００７６】
更に、電気素子が搭載される金属回路板に銅やアルミなどの高熱伝導の金属を用いていることから、電気素子で発生する熱を効率よく外部に放出することができ、しかも簡単な構造であることからセラミック回路基板を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック回路基板を示す断面図である。
【図２】従来のセラミック回路基板を示す断面図である。
【図３】従来のセラミック回路基板の他の形態を示す断面図である。
【図４】従来のセラミック回路基板とヒートシンクベースとを接続した形態を示す断面図である。
【符号の説明】
３１・・・金属回路板
３３・・・セラミック基板
３５・・・電気素子
３７・・・凹部
３９・・・セラミック回路基板
４１・・・ヒートシンクベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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