(57)【要約】【課題】回路基板の破損を防止し、回路基板に搭載される電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させること。【解決手段】回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部１ａが複数形成された四角形状の金属製の基体１と、この基体１の上面にロウ付けされた、平面視形状が基体１と略同じセラミックス製の絶縁基板２とを具備する回路基板において、絶縁基板２は、側面の張出部１ａの直上に位置する部位に、張出部１ａの根元の幅よりも大きい幅の金属層２ｃが形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の上面にロウ付けされた、平面視形状が前記基体と略同じセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、前記絶縁基板は、側面の前記張出部の直上に位置する部位に、前記張出部の根元の幅よりも大きい幅の金属層が形成されていることを特徴とする回路基板。
【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、抵抗器、コンデンサ等の電子部品が載置されるセラミックス製の回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子、抵抗器、コンデンサ等の電子部品が載置される回路基板は、図５に平面図で示すように、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）等のセラミックス製の絶縁基板２２の上側主面に電子部品を載置するための載置部２２ｂや配線導体２２ａとして、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属からなるメタライズ層上にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等からなる金属めっき層を被着したものが形成され、下側主面に外部電気回路基板等への取付用の張出部２１ａを有する例えば鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属製の基体２１がロウ付けされて設けられている。
【０００３】
基体２１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，銅（Ｃｕ）−Ｗ等の金属から成り、側面に外側に延出して設けられた外部取付用の張出部２１ａを有している。例えば、この基体２１は、張出部２１ａにネジを挿入するための貫通孔が設けられ、外部電気回路基板にネジ止め固定される。
【０００４】
基体２１の上側主面の張出部を除くほぼ全面に、絶縁基板２２が接合されている。この絶縁基板２２は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスから成り、上側主面に半導体素子、抵抗器、コンデンサ等の電子部品２３を載置するための載置部２２ｂが形成され、載置部２２ｂの周囲に電子部品２３に電気信号を入出力するための配線導体２２ａが形成されている。
【０００５】
配線導体２２ａ，載置部２２ｂは、Ｗ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層に、厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層をめっき法等により被着させておくことによって形成される。
【０００６】
また、絶縁基板２２の下側主面にはほぼ全面にわたって、配線導体２２ａおよび載置部２２ｂと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層に厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層をめっき法等により被着させることにより形成された下部金属層が設けられている。そして、この下部金属層に銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して基体２１にロウ付けされる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
このような回路基板は、載置部２２ｂに電子部品２３を載置固定し、配線導体２２ａと電子部品２３の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続した後、基体２１の張出部２１ａをネジ止め等の手段により外部電気回路基板等に固定することによって各種装置内に組み込まれる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１２４５５９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回路基板を外部電気回路基板等に張出部２１ａをネジ止め等の手段により固定すると、張出部２１ａに曲げ応力が発生し、この曲げ応力が張出部２１ａの根元と絶縁基板２２とのロウ付け部に加わり易くなっていた。曲げ応力がこのロウ付け部に加わると、金属製の基体２１は塑性変形して応力を吸収することができるが、セラミックス製の絶縁基板２２は塑性変形しないために大きな応力となって張出部２１ａの根元付近の絶縁基板２２にクラック等の破損が発生するという問題点を有していた。
【００１０】
絶縁基板２２にクラック等の破損が生じると、配線導体２２ａが断線し、電子部品２３に電気信号を入出力できなくなり、電子部品２３が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１１】
また、絶縁基板２２に生じた破損が小さなものであっても、電子部品２３から発生する熱や外部の温度変化によって、基体２１と絶縁基板２２が収縮を繰り返し、時間を経るにしたがって破損が大きくなって載置部２２ｂに広がり、電子部品２３を絶縁基板２２に強固に固定できなくなったり、絶縁基板２２の一部が欠け落ちて外部電気回路基板等にも損傷を与える等の不具合が生じ、電子部品２３の作動性をさらに劣化させてしまうという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、回路基板の破損を防止し、回路基板に搭載される電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、該基体の上面にロウ付けされた、平面視形状が前記基体と略同じセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、前記絶縁基板は、側面の前記張出部の直上に位置する部位に、前記張出部の根元の幅よりも大きい幅の金属層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の回路基板は、絶縁基板の側面の張出部の直上に位置する部位に、張出部の根元の幅よりも大きい幅の金属層が形成されていることにより、基体と絶縁基板とをロウ付けするためのロウ材のフィレットを絶縁基板の側面の金属層にも広げることができ、外部電気回路基板等に張出部をネジ止め等の手段により固定した際に張出部に曲げ応力が発生しても、金属層に広がったロウ材のフィレットで曲げ応力を有効に吸収するとともに分散させ、絶縁基板の張出部の根元とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体の張出部を外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００１５】
また、金属層の幅は張出部の幅よりも大きいことによって、ロウ材による接合部の面積を大きくすることができ、絶縁基板の張出部の根元とのロウ付け部に加わる応力を分散する効果をより向上させることができる。その結果、回路基板に載置する電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の回路基板について以下に詳細に説明する。図１は本発明の回路基板について実施の形態の一例を示す平面図である。同図において、１は金属製の基体、２はセラミックス製の絶縁基板である。
【００１７】
本発明の回路基板は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体等のセラミックス製の絶縁基板２の上側主面に電子部品を載置するための載置部２ｂや配線導体２ａが形成されており、下側主面には、側面に外側に延出した、外部電気回路基板等への取付用の張出部１ａを有する基体１がロウ付けされている。また、絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位に、張出部１ａの根元の幅よりも大きい幅の金属層２ｃが形成されている。
【００１８】
基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属からなる四角形状の平板であり、基体１の側面には外側に延出された、外部電気回路基板等への取付用の張出部１ａが設けられている。この金属製の基体１は、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。例えば、この基体１は、張出部１ａにネジを挿入するための貫通孔が設けられることにより、外部電気回路基板にネジ止め固定され得る。
【００１９】
絶縁基板２は、Ａｌ２Ｏ３質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等のセラミックスから成り、平面視形状が基体１と略同じである。
【００２０】
ここで、略同じとは絶縁基板２の外周と基体１の外周とがほぼ一致することをいう。従って、絶縁基板２の外周は基体１の外周と同じであってもよく、基体１の厚みや材質、および張出部１ａの幅等によって異なるが、３ｍｍ以内の範囲で外側あるいは内側に位置していてもよい。好ましくは、絶縁基板２の外周は基体１の外周の外側にあるのがよい。これにより、絶縁基板２の下面に形成した下部金属層と基体１の側面との間に全周にわたって良好なロウ材のフィレットを形成させることができ、絶縁基板２と基体１との接合強度を向上させるとことができる。
【００２１】
このような絶縁基板２は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体から成る場合、先ずＡｌ２Ｏ３、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。
【００２２】
次に、このセラミックグリーンシートに、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、配線導体２ａ、載置部２ｂ、金属層２ｃを所定パターンに形成する。また、絶縁基板２の下面主面のほぼ全面に下部金属層を形成する。その後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００２３】
配線導体２ａおよび載置部２ｂは、絶縁基板２の上側主面に塗布されたＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層から成り、その表面には、酸化腐食の防止やロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。
【００２４】
また、絶縁基板２の下側主面にはその全面に基体１と接合するための下部金属層が形成されている。この下部金属層は、配線導体２ａおよび載置部２ｂと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層からなり、その表面には、ロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。そして、この下部金属層がＡｇロウ等のロウ材を介して基体１にロウ付けされる。
【００２５】
絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位には、張出部１ａの根元の幅よりも大きい幅の金属層２ｃが形成されている。この金属層２ｃは、配線導体２ａ，載置部２ｂと同様のＷ，Ｍｏ等の導体ペーストを焼成することにより形成されたメタライズ層から成り、その表面には、酸化腐食の防止やロウ材との接合強度を向上させるために厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層から成る金属被覆層がめっき法等により被着されているのがよい。
【００２６】
金属層２ｃは、図２に側面図を示すように絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位に形成されているとともに、図１に示すように張出部１ａの根元の幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２とされている。
【００２７】
これにより、基体１と絶縁基板２とをロウ付けするためのロウ材のフィレットを絶縁基板２の側面の金属層２ｃにも広げることができ、外部電気回路基板等に張出部１ａをネジ止め等の手段により固定した際に張出部１ａに曲げ応力が発生しても、金属層２ｃに広がったロウ材のフィレットで曲げ応力を有効に吸収するとともに分散させ、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体１の張出部１ａを外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板２にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００２８】
また、金属層２ｃの幅Ｗ２は張出部１ａの幅Ｗ１よりも大きいことによってロウ材がぬれ広がる面積を大きくすることができ、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に加わる応力を分散する効果をより向上させることができる。その結果、回路基板に載置する電子部品３を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２９】
好ましくは、金属層２ｃの幅Ｗ２は張出部１ａの幅Ｗ１に対し、Ｗ１＋０．１ｍｍ≦Ｗ２≦１．５×Ｗ１であるのがよい。Ｗ２＜Ｗ１＋０．１ｍｍであると、ロウ材がぬれ広がる面積が小さくなり、張出部１ａの直上の金属層２ｃに加わる曲げ応力を緩和する効果が小さくなり易い。また、Ｗ２＞１．５×Ｗ１であると、張出部１ａの幅よりも金属層２ｃの幅が大きくなりすぎ、金属層２ｃがぬれ広がりすぎて金属層２ｃに大きなロウ材のフィレットを形成するのが困難となり、ロウ材のフィレットで曲げ応力を吸収する効果が小さくなり易い。
【００３０】
金属層２ｃは、図２に側面図を示すように絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位に絶縁基板２の上下主面間にかけて形成されていてもよいが、図３に側面図を示すように絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位に絶縁基板２の側面の下側だけに形成されていてもよく、その場合、金属層２ｃの高さｈはｈ≧０．２ｍｍであるのがよい。この構成により、金属層２ｃに良好なロウ材のフィレットを形成することができ、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力をロウ材のフィレット全体に分散させることができる。ｈ＜０．２ｍｍであると、金属層２ｃの高さが小さすぎて、ロウ材のフィレットが小さくなり易く、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力を分散させる効果が小さくなり易い。
【００３１】
また、金属層２ｃは、基体１の四隅部に位置する場合、絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上から隣接する側面にかけて形成されていてもよい。これにより、強度の弱い絶縁基板２の角部を覆うようにロウ材のフィレットが形成されるので、基体１の角部に加わる応力を有効に分散して、角部にクラックが生じるのを有効に抑制することができる。
【００３２】
また、図４に平面図を示すように、絶縁基板２に形成された切欠き部２ｄが張出部１ａの根元に沿って形成され、その内面に金属層２ｃが形成されていてもよい。この構成により、金属層２ｃの表面積を大きくしてロウ材のぬれ広がる面積を大きくすることができるとともに、切欠き部２ｄの内部にロウ材を溜めることでロウ材のフィレットの体積を大きくすることができ、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に加わる応力をロウ材のフィレットで有効に分散させることができる。また、切欠き部２ｄと張出部１ａとの間に位置する基体１においても基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力を吸収させることができ、応力緩和効果がより向上する。
【００３３】
このような切欠き部２ｄは以下のようにして作製される。先ず、絶縁基板２の作製時に、絶縁基板２となるセラミックグリーンシートに切欠き部２ｄとなる貫通孔を設けた後、貫通孔の開口を導体ペーストで覆う。そして、セラミックグリーンシートの裏面から吸引することにより、貫通孔の開口を覆った導体ペーストを貫通孔内面に付着させ、これを焼成する。しかる後、このセラミックグリーンシートを貫通孔を分割するように切断することにより、内面に金属層２ｃを有する切欠き部２ｄを形成することができる。このような方法で金属層２ｃを形成することにより、スクリーン印刷法や筆塗り法等で切欠き部２ｄの内面に直接金属層２ｃを形成するのに比べ、作業性を大幅に向上させることができる。
【００３４】
この場合、切欠き部２ｄの深さｄは０．１ｍｍ≦ｄ≦３ｍｍであるのがよい。これにより、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力をロウ材のフィレットで有効に分散させるとともに、切欠き部２ｄの下側に位置する基体１において、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力を十分に吸収させることができる。ｄ＜０．１ｍｍであると、金属層２ｃの面積を大きくすることが困難となり、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力をロウ材のフィレットで有効に分散させることが困難となる場合や、切欠き部２ｄの下側の基体１において、基体１の張出部１ａに加わる曲げ応力を十分に吸収させることが困難となる場合がある。ｄ＞３ｍｍであると、絶縁基板２を大きく切り欠かなければならず、基体１が変形し易くなるとともに配線導体２ａの配置が大幅に制約され易くなる。
【００３５】
このような回路基板は、載置部２ｂに電子部品３を載置固定し、配線導体２ａと電子部品３の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して電気的に接続した後、基体１の張出部１ａをネジ止め等の手段により外部電気回路基板等に固定することによって各種装置内に組み込まれる。
【００３６】
このような本発明の回路基板によれば、絶縁基板２の側面の張出部１ａの直上に位置する部位に金属層２ｃが形成されていることにより、絶縁基板２の張出部１ａの根元とのロウ付け部に大きなロウ材のフィレットを形成することができることから、基体１の張出部１ａを外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板２にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。その結果、回路基板に載置する電子部品３を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００３７】
なお、本発明は以上の実施形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の回路基板は、側面に外側に延出した外部取付用の張出部が複数形成された四角形状の金属製の基体と、この基体の上面にロウ付けされた、平面視形状が基体と略同じセラミックス製の絶縁基板とを具備する回路基板において、絶縁基板は、側面の張出部の直上に位置する部位に、張出部の根元の幅よりも大きい幅の金属層が形成されていることにより、基体と絶縁基板とをロウ付けするためのロウ材のフィレットを絶縁基板の側面の金属層にも広げることができ、外部電気回路基板等に張出部をネジ止め等の手段により固定した際に張出部に曲げ応力が発生しても、金属層に広がったロウ材のフィレットで曲げ応力を有効に吸収するとともに分散させ、絶縁基板の張出部の根元とのロウ付け部に局所的に大きな応力が加わるのを有効に抑制することができる。従って、基体の張出部を外部電気回路基板等にネジ止め等の手段により固定しても、絶縁基板にクラック等の破損が発生するのを有効に抑制することができる。
【００３９】
また、金属層の幅は張出部の幅よりも大きいことによって、ロウ材による接合部の面積を大きくすることができ、絶縁基板の張出部の根元とのロウ付け部に加わる応力を分散する効果をより向上させることができる。その結果、回路基板に載置する電子部品を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板について実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】図１の回路基板の側面図である。
【図３】本発明の回路基板について実施の形態の他の例を示す要部拡大側面図である。
【図４】本発明の回路基板について実施の形態の他の例を示す要部拡大平面図である。
【図５】従来の回路基板の平面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：張出部
２：絶縁基板
２ａ：配線導体
２ｂ：載置部
２ｃ：金属層
３：電子部品
【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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