(57)【要約】【課題】セラミック基板と金属回路板からなるセラミック回路基板の金属回路板に電気素子を搭載する電気素子モジュールにおいて、電気素子の位置ずれを抑制し、セラミック回路板と電気素子の接続信頼性を向上できる電気素子モジュールを提供する。【解決手段】セラミック基板１と金属回路板３からなるセラミック回路基板であって、少なくともセラミック基板１の一方の主面に金属回路板３が形成され、該金属回路板３のセラミック基板１と当接する側と逆の主面に電気素子５が搭載される凹部３ａが形成されたことを特徴とする。【選択図】図１
2005072456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と金属回路板とを具備するセラミック回路基板における金属回路板上に電気素子が搭載されてなる電気素子モジュールであって、前記金属回路板の前記セラミック基板と当接する側と逆の主面に凹部を形成し、該凹部内に導電性接着剤を介して前記電気素子が搭載されるとともに、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法が前記電気素子の平面方向における寸法よりも大きく、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法と前記電気素子の平面方向における寸法との寸法差Ｓが２００〜１０００μｍであることを特徴とする電気素子モジュール。
【請求項２】
電気素子の側面と金属回路板の凹部の内壁との間に存在する導電性接着剤の表面と、前記電気素子の側面とがなす角度をメニスカス角度θとしたとき、前記メニスカス角度θが９０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の電気素子モジュール。
【請求項３】
メニスカス角度θが３０〜６０°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気素子モジュール。
【請求項４】
金属回路板の凹部底面と、電気素子の金属回路板側の面との距離Ｌが１５０〜５００μｍであ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電気素子モジュール。
【請求項５】
金属回路板の凹部深さＭが、距離Ｌよりも大きく、前記凹部深さＭと前記距離Ｌとの差が５０〜５００μｍ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電気素子モジュール。
【請求項６】
金属回路板がＣｕ、Ａｌを主成分とする金属からな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電気素子モジュール。
【請求項７】
セラミック基板が酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体から選ばれる１種からな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電気素子モジュール。
【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回路板を設けてなるセラミック回路基板に電気素子を搭載した電気素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーモジュール用基板やスイッチングモジュール用基板等の回路基板として、セラミック基板表面に形成したメタライズ層に銀−銅合金等のロウ材を介して銅やアルミニウム等からなる金属回路板を接合させたセラミック回路基板、あるいはセラミック基板に銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウムまたはその水素化物を添加した活性金属ロウ材を介して銅等からなる金属回路板を直接接合させたセラミック回路基板が用いられている。
【０００３】
かかるセラミック回路基板、例えば、セラミック基板表面に形成されたメタライズ層にロウ材を介して銅等からなる金属回路板を接合させたセラミック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体等の電気絶縁性のセラミックス材料からなるセラミック基板の表面にメタライズを形成させておき、該メタライズ層に銅等の金属材料からなる金属回路板を銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって形成されている。
【０００４】
具体的には、例えば、セラミック基板が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム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し、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を用いて、セラミックグリーンシートを作製し、次に、セラミックグリーンシート表面にタングステンやモリブデン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を用いて、所定パターンに印刷塗布し、次に、前記金属ペーストが所定パターンに印刷塗布されたセラミックグリーンシートを必要に応じて積層し、還元雰囲気中、１２００℃以上の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと金属ペーストを焼結一体化させて表面にメタライズ層を有する酸化アルミニウム質焼結体からなるセラミック基板を形成し、最後に、前記セラミック基板表面のメタライズ層上に銅等からなる所定パターンの金属回路板を間に銀ロウ等のロウ材を挟んで載置させ、還元雰囲気中、約９００℃に加熱してロウ材を溶融させ、この溶融したロウ材でメタライズ層と金属回路板とを接合することによって製作される。
【０００５】
なお、前記メタライズ層及び金属回路板の露出表面には酸化腐蝕を有効に防止するとともに金属回路板に電気素子を半田等の接着材を介して強固に接続させるために、ニッケル等の耐蝕性に優れ、かつ半田等の接着材に対し濡れ性が良い金属がメッキ法等の技術を用いることによって所定厚みに形成されている。
【０００６】
また前記金属回路板への電気素子の接合は、まず金属回路板上に半田粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して形成した半田ペーストを従来周知のスクリーン印刷法等の印刷技術を用いることによって所定パターンに印刷塗布し、次にこの印刷塗布した半田ペースト上に仮搭載用の固定冶具を用いて電気素子を載置し、しかる後、これを所定温度（約１８０℃）に加熱し、半田ペーストの有機溶剤、溶媒等を輝散させるとともに半田を溶融させ、該溶融した半田により金属回路板と電気素子とを接合させることによって行われている。
【０００７】
さらに、電気素子と金属回路板との接合性、電気素子からの熱放散性を向上させる為に、金属回路板上の電気素子載置部に凸形状の突起を設けて、接合性、放熱性の両者を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−５７４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されたセラミック基板の場合、この従来のセラミック回路基板においては、半田等の接着材を介して金属回路板上面に電気素子を接合させる際、半田が金属回路板の表面に大きく溶け広がって、金属回路板に電気素子を強固に形成させるのが困難で、金属回路板と電子素子に熱が作用した場合、金属回路板と電気素子との間に両者の熱膨張係数の相違（例えば、銅：１８ｐｐｍ／℃、シリコン：４ｐｐｍ／℃）に起因する大きな熱応力が発生し、該熱応力によって電気素子が金属回路板より剥離してしまうという欠点を有していた。また、電気素子を載置する領域に微細な複数形状の凸部を形成させる為に複雑な工程を必要とし、簡便で安価な金属回路の形成が困難となる。さらに、電気素子の実装に関しては従来と同様に仮載置時に固定冶具を用いる必要があるため、電気素子の位置ずれによる歩留り低下も発生していた。
【０００９】
また、電気素子と金属回路板を強固に接合させる為に半田の厚みを予め厚くしておき、金属回路板と電気素子との間に介在する半田の量を適量として金属回路板に対する電気素子の接合強度を強いものとすることが考えられる。
【００１０】
さらに、接着材としての半田の厚みを厚くしておくと半田を溶融させて電気素子を金属回路板に接合する際、熔けた半田が金属回路板上からセラミック基板上に流れ出て隣接する金属回路板間を短絡させたり、電気素子と金属回路板との間に熱伝導率の低い接着材としての半田が厚く介在し、電気素子の作動時に発生する熱を金属回路板及びセラミック基板に効率良く伝達させることができず、電気素子を高温とし電気素子に熱破壊や特性に熱劣化を招来させてしまうという欠点を有していた。
【００１１】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的はセラミック回路基板に電気素子を容易に強固に接合させるとともに、電気素子とセラミック回路基板との接合信頼性を向上させることができるセラミック回路基板並びに電気素子モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の電気素子モジュールは、セラミック基板と金属回路板とを具備するセラミック回路基板における金属回路板上に電気素子が搭載されてなる電気素子モジュールであって、前記金属回路板の前記セラミック基板と当接する側と逆の主面に凹部を形成し、該凹部内に導電性接着剤を介して前記電気素子が搭載されるとともに、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法が前記電気素子の平面方向における寸法よりも大きく、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法と前記電気素子の平面方向における寸法との寸法差Ｓが２００〜１０００μｍであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の電気素子モジュールは、電気素子の側面と金属回路板の凹部の内壁との間に存在する導電性接着剤の表面と、前記電気素子の側面とがなす角度をメニスカス角度θとしたとき、前記メニスカス角度θが９０°未満であることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の電気素子モジュールは、メニスカス角度θが３０〜６０°であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の電気素子モジュールは、金属回路板の凹部底面と、前記電気素子の金属回路板側の面との距離Ｌが１５０〜５００μｍであることが望ましい。
【００１６】
また、本発明の電気素子モジュールは、金属回路板の凹部深さＭが、距離Ｌよりも大きく、前記凹部深さＭと前記距離Ｌとの差が５０〜５００μｍであることが望ましい。
【００１７】
また、本発明の電気素子モジュールは、前記金属回路板がＣｕ、Ａｌを主成分とする金属からなることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の電気素子モジュールは、セラミック基板が酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体から選ばれる１種からなることが望ましい。
【００１９】
このような電気素子モジュールでは、製造歩留まりを向上させることができるとともに、導電性接着剤の選択肢を増加させることができる。また、電気素子と金属回路板との接続信頼性を格段に向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電気素子モジュールは、セラミック基板と金属回路板とを具備するセラミック回路基板における金属回路板上に電気素子が搭載されてなる電気素子モジュールであって、前記金属回路板の前記セラミック基板と当接する側と逆の主面に凹部を形成し、該凹部内に導電性接着剤を介して前記電気素子が搭載されるとともに、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法が前記電気素子の平面方向における寸法よりも大きく、前記金属回路板の凹部の平面方向における寸法と前記電気素子の平面方向における寸法との寸法差Ｓが２００〜１０００μｍであることを特徴とする。
【００２１】
このような電気素子モジュールでは、金属回路板に凹部を設け、導電性接着剤を凹部に設けることで、導電性接着剤の厚みを精度よく制御できる、また、寸法差Ｓを２００μｍ以上とすることで、仮に金属回路板あるいは電気素子モジュールの寸法が製造誤差の範囲で変化したとしても、両者の間に十分なクリアランスをもうけることができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
また、寸法差Ｓを１０００μｍ以下とすることで、電気素子の位置ずれを十分に防止でき、特に、導電性接着剤の材質や形態が変化したとしても、その影響を無視できる程度に抑制することができる。
【００２３】
また、本発明の電気素子モジュールは、電気素子の側面と金属回路板の凹部の内壁との間に存在する導電性接着剤の表面と、前記電気素子の側面とがなす角度をメニスカス角度θとしたとき、前記メニスカス角度θが９０°未満であることが望ましい。
【００２４】
このように、メニスカス角度θを９０°未満とすることで、電気素子及び金属回路板の凹部内壁への応力集中を回避でき、電気素子の破損を防止できるとともに、電気素子と金属回路板との高い接続信頼性を確保できる。
【００２５】
また、本発明の電気素子モジュールは、メニスカス角度θが３０〜６０°であることが望ましい。
【００２６】
このメニスカス角度θを３０°以上とすることで、特に、電気素子側に発生する応力を低減することができる。また、メニスカス角度θを６０°以下とすることで、特に、金属回路板の凹部の内壁に発生する応力を低減することができる。
【００２７】
また、本発明の電気素子モジュールは、金属回路板の凹部底面と、前記電気素子の金属回路板側の面との距離Ｌが１５０〜５００μｍであることが望ましい。
【００２８】
このように距離Ｌを１５０μｍ以上とすることで、金属回路板と、電気素子との熱膨張差に起因して発生する応力を小さくすることができる。また、距離Lを５００μｍ以下とすることで、電気素子から発生する熱を金属回路板に伝達するための距離を小さくすることができ、電気素子モジュールの放熱特性を確保することができる。
【００２９】
また、本発明の電気素子モジュールは、金属回路板の凹部深さＭが、距離Ｌよりも大きく、前記凹部深さＭと前記距離Ｌとの差が５０〜５００μｍであることが望ましい。
【００３０】
凹部深さＭと距離Ｌとの差を５０μｍ以上とすることで、凹部内への確実な搭載が可能となり実装の歩留りが向上する。また、５００μｍ以下とすることで電気素子の沈み込みによる傾きを防止でき、凹部側面への導電性接着剤の均一なメニスカスを形成することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の電気素子モジュールは、前記金属回路板がＣｕ、Ａｌを主成分とする金属からなることが望ましい。
【００３２】
金属回路板として、特に、低抵抗のＣｕ、Ａｌを用いることにより金属回路板の電気抵抗を小さくなることから許容電流値を大きくすることができ、高出力系の基板として適用できる。また、このような金属回路板では熱伝導率を高くすることができ、電気素子モジュールの放熱性を向上させることができる。また、さらに、Ｃｕ、Ａｌを用いることで金属回路の弾性率を大きくできることから高い接続信頼性を確保できる。
【００３３】
また、本発明の電気素子モジュールは、セラミック基板が酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体から選ばれる１種からなることが望ましい。
【００３４】
これらの強度と熱伝導性に優れるセラミックス基板を用いることで、信頼性と放熱性に優れた電気素子モジュールを提供できる。また、特に放熱性を向上させるために窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体を用いることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の電気素子モジュールの一実施例を示し、１はセラミック基板、２はメタライズ層、３は金属回路板、４は導電性接着剤、５は電気素子である。
【００３６】
前記セラミック基板１は板状で、その主面に金属回路板３をセラミック基板１にロウ付けする際の下地金属層として作用するメタライズ層２が形成されており、このメタライズ層２には金属回路板３がロウ付けされている。
【００３７】
この金属回路板３にはセラミック基板１に当接される側とは逆の面に電気素子５が搭載される凹部３ａが形成されている。この凹部３ａには導電性接着剤４を介して電気素子５が搭載されている。
【００３８】
本発明の電気素子モジュールでは、凹部３ａの平面方向の寸法３Ｌが、電気素子５の平面方向の寸法５Ｌより大きく、その寸法差Ｓが２００〜１０００μｍの範囲にあることが重要である。
【００３９】
電気素子５の位置ずれを抑制するためには寸法差Ｓは、小さい方がよいが、電気素子５あるいは金属回路板３の製造持の寸法誤差を考えると、その寸法差Ｓを２００μｍ以上とすることが重要である。また、両者には熱膨張差があるために、両者の寸法にも影響されるものの、あまりに寸法差Ｓが小さすぎると温度サイクルによる応力が大きくなりすぎるために、その寸法差Ｓは４００μｍ以上とすることが望ましい。
【００４０】
また、寸法差Ｓを２００μｍ以上とすることで、良好なメニスカスが形成され、電気素子５並びに金属回路板３の凹部の内壁への応力集中を回避できる。
【００４１】
以上の理由で、寸法差Ｓは２００μｍ以上が望ましく、さらに、４００μｍ以上とすることが望ましい。
【００４２】
また、寸法差Ｓを１０００μｍ以下とすることで、電気素子５の位置ずれを、実用上問題のない程度にすることができる。また、たとえば、半田ペーストなどのように位置ずれを起こしやすい導電性接着剤４を用いたとしても、位置ずれを防止する効果は十分に発揮されるため、導電性接着剤４の選択肢が広がり、例えば、安価な半田ペーストや、濡れ広がり性に優れる低粘度の導電性接着剤４を用いることが可能となり、コスト、生産性ともに向上する。
【００４３】
以上の理由で、寸法差Ｓは１０００μｍ以下が望ましく、さらに、８００μｍ以下とすることが望ましい。
【００４４】
また、電気素子５の側面と金属回路板３の凹部３ａの内壁との間に存在する導電性接着剤４の表面と、前記電気素子５の側面とがなす角度をメニスカス角度θとしたとき、メニスカス角度θが９０°未満であることが望ましい。
【００４５】
このように、導電性接着剤４の電気素子５が搭載された部分が沈み込んだ形態とすることで、特に電気素子５に発生する応力を小さくすることができる。
【００４６】
さらに、電気素子５と、金属回路板３の凹部３ａの内壁への応力集中を回避するためには、メニスカス角度θは、３０〜６０°の範囲であることが望ましい。
【００４７】
中でも、このメニスカス角度θを３０°以上とすることで、特に、電気素子側に発生する応力を低減することができる。また、メニスカス角度θを６０°以下とすることで、特に、金属回路板の凹部の内壁に発生する応力を低減することができる。
【００４８】
さらに、両者を調和させるためにメニスカス角度θは４０°以上とすることが望ましく、また、５０°以下とすることが望ましい。
【００４９】
また、金属回路板３の凹部底面３ｂと、電気素子５の金属回路板側の面５ｂとの距離Ｌは１５０〜５００μｍであることが望ましい。距離Ｌが１５０〜５００μｍの場合には、言い換えると金属回路板３の凹部底面３ｂと、電気素子５の金属回路板側の面５ｂの間に介在する導電性接着剤４の厚みが１５０〜５００μｍになるため、充分な接続信頼性と電気素子５から発生する熱の放散性を確保できる。
【００５０】
距離Ｌは、電気素子５と金属回路板３との接続信頼性を確保するために、１５０μｍ以上であることが望ましく、特に、２００μｍ以上、さらに３００μｍ以上とすることが望ましい。
【００５１】
また、電気素子モジュールの放熱性を向上させるためには、熱の発生源である電気素子５と他の部材との距離を小さくし、熱の伝達経路を短くすることが望ましい。そのため、距離Ｌ、すなわち導電性接着剤４の厚みは５００μｍ以下とすることが望ましく、さらに、４００μｍ以下とすることが望ましい。
【００５２】
また、凹部深さＭと距離Ｌとの差、言い換えると電気素子５が凹部３ａに挿入された深さが、５０〜５００μｍ、さらに、１００〜４００μｍであることが望ましい。
【００５３】
このような電気素子モジュールにおいて、セラミック基板１は、金属回路板３を支持する支持部材として機能し、酸化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ムライト質焼結体等の電気絶縁材料で形成されている。
【００５４】
セラミック基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合は、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシ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状となすとともに該泥漿物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、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１２００℃以上の温度で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形技術によって所定形状に成形し、しかる後、前記成形体を１２００℃以上の温度で焼成することによって製作される。
【００５５】
セラミック基板１に形成されたメタライズ層２は、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属材料より成り、例えば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、可塑材、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを焼成によってセラミック基板１となるセラミックグリーンシート（セラミックグリーンシート）の表面に予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによってセラミック基板１の上面に所定パターン、所定厚みに形成される。
【００５６】
なお、前記メタライズ層２はその表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により形成させておくと、メタライズ層２の酸化腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ層２と金属回路板３とのロウ付けを極めて強固になすことができる。従って、前記メタライズ層２の酸化腐蝕を有効に防止し、メタライズ層２と金属回路板３とのロウ付けを強固となすにはメタライズ層２の表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属を１乃至２０μｍの厚みに形成させておくことが好ましい。
【００５７】
セラミック基板１の表面に形成されたメタライズ層２上に金属回路板３を、例えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等からなるロウ材を挟んで載置させ、しかる後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約６００℃）で加熱処理し、ロウ材４を溶融せしめるとともにメタライズ層２の上面と金属回路板３の下面とに接合させることによってセラミック基板１の表面に取着されることとなる。
【００５８】
このような金属回路板３はＣｕやＡｌ等を主成分とし、Ｗ又は／及びＭｏを含んでも良い。ＣｕやＡｌ等を主成分とする金属回路板３は、ＣｕやＡｌ等のインゴット（塊）に圧延加工方や打ち抜き加工法等、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１．５ｍｍで、メタライズ層２のパターン形状に対応する所定パターン形状に製作される。
【００５９】
また金属回路板３が銅からなる場合、金属回路板３を無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの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ロウ材４との濡れ性が良好となり、メタライズ層２へのロウ材４を介しての接合が強固となる。従って、前記金属回路板３はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００６０】
金属回路板３に形成される凹部３ａは銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施して金属回路板３を形成する際に同時に形成される、あるいは金属回路板３にプレス加工法やエッチング加工法等を施すことによって金属回路板３上面の所定位置に所定形状に形成される。
【００６１】
また、凹部３ａを有する金属回路板３は、その表面にニッケルからなる良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により形成させておくと、金属回路板３と外部電気回路とを電気的に接続する際、その電気的接続が良好となるととともに金属回路板３に電気素子５を半田４を介して接合させる際、その接合を強固とすることができる。従って、凹部３ａを有する金属回路板３はその表面にニッケルからなる良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により形成させておくことが好ましい。
【００６２】
なお、本発明は以上説明した形態のみならず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【実施例】
【００６３】
セラミック基板１として、表面にＷ又はＭｏメタライズを具備した酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体に、厚さ１ｍｍのＣｕ板、またはＡｌ板を金属回路板３としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕロウ材にて接合したセラミック回路基板を作製した。なお、金属回路板３には、表１に示す凹部３ａを具備するものを用いた。また、比較例として凹部３ａのない板状の金属回路板３を用いた試料も同様に作製した。
【００６４】
なお、セラミック基板の寸法は、５０×５０×０．８ｍｍであり、金属回路板３の寸法は、２０×２０×１．５ｍｍのものを用いた。
【００６５】
次に、金属回路板３の凹部３ａに電気素子５搭載後に、金属回路板３の凹部底面３ｂと、電気素子５の金属回路板側の面５ｂとの距離Ｌが表１に示す値となるように、導電性接着剤として半田ペーストを印刷塗布し、その上に電気素子５（ヒーターチップ５）を載置して、３６０℃の条件で、電気素子５（ヒーターチップ５）をセラミック回路基板に接合し、評価用試料を作製した。なお、それぞれの条件について、それぞれ５０個の試料を作製している。
【００６６】
そして、これらの試料のうち、電気素子５の位置ずれがなかった試料を１０個用いて−２５℃〜１５０℃の温度サイクル評価を行い、１０００サイクル後に電気素子５と半田４および金属回路板３と半田４との接合界面の剥離状態を観察した。１０試料中の良品数を表１に示した。また、金属回路板３の凹部３ａに半田４にて接合した電気素子５（ヒーターチップ５）に通電した場合の電気素子５の温度が１５０℃以下となった場合を放熱性：ＯＫと判定した。
【表１】
2005072456.tif 000003
【００６７】
本発明の範囲外の金属回路板に凹部を設けず、金属回路板から電気素子までの距離を３０〜７００μｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．３１〜３５では、電気素子の位置ずれが大きく、さらに金属回路板から電気素子までの距離が大きくなるにつれ、電気素子の位置ずれが大きくなる傾向にあり、その歩留まりは著しく低いものであり、電気素子と金属回路板との接続信頼性も不十分であった。
【００６８】
金属回路板３に凹部３ａを設け、寸法差Ｓを１００〜２０００μｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．１〜７のうち、本発明の範囲外である寸法差が１００μｍの試料Ｎｏ．１では、製造誤差により電気素子５を実装できなかった。また、本発明の範囲外である寸法差が２０００μｍの試料Ｎｏ．７は、他の試料に比べ、電気素子５の位置ずれが大きく、実装不良が８／５０個発生した。また、温度サイクル後には、熱応力による歪が導電性接着剤と電気素子端部に集中することにより２／１０個の不良が発生した。
【００６９】
一方、本発明の寸法差Ｓが２００〜１０００μｍである試料Ｎｏ．２〜６では、電気素子５実装時の搭載不良が全くなく、実装温度による導電性接着剤４の軟化によるセルフアライメント効果により良好な実装状態が得られた。
【００７０】
また、金属回路上に形成した導電性接着剤のメニスカス角度を、凹部寸法を調整することにより変化させた本発明の試料Ｎｏ．８〜１２では、メニスカス角度θが３０〜６０°の範囲で、接続信頼性、半田実装のいずれについても良好な結果が得られたが、メニスカス角度θが、３０°未満で、２０°の試料Ｎｏ．１２では接続信頼性において劣化が見られた。
【００７１】
また、導電性接着剤量を制御し、Ｍ≦Ｌの状態とした本発明の範囲外であるＮｏ１３、１４では、接続信頼性は１０個中、６、７個の不良が発生し、半田実装時の電子素子５の位置ずれも著しく悪化した。
【００７２】
さらに、凹部底面と電気素子下面間距離を７００〜３０の範囲で変化させた本発明の試料Ｎｏ．Ｎｏ．１５〜２０では、距離Lが７００μｍの場合には接続信頼性、実装性共に良好な結果であるが、熱伝達の悪い導電性接着剤厚みが大きくなる為、放熱性が劣化した。また、距離Ｌが５０μｍ未満で、３０μｍである試料Ｎｏ．２０の場合には、接着剤層４の厚みが薄く、充分な接続信頼性を確保できなかった。
【００７３】
一方、距離Ｌが５０〜５００μｍの範囲である試料Ｎｏ．１６〜１９においては、いずれも良好な結果となった。
【００７４】
また、金属回路板３の材質をＡｌに変更した試料Ｎｏ．２１でも、Ｃｕを用いたものと遜色のない結果となった。
【００７５】
また、セラミック基板１の材質を変更した試料Ｎｏ．２２〜２４において良好な結果が得られた。
【００７６】
また、電気素子５の挿入深さを３０〜６００μｍの範囲で変化させた試料Ｎｏ．２５〜３０においては、挿入深さが３０μｍと浅い試料Ｎｏ．２５で、振動などの影響により、若干の位置ずれが発生した。また、挿入深さが５００μｍを超えて、６００μｍである試料Ｎｏ．３０では、メニスカス角度θが不均一となり、実装信頼性が若干、劣化した。一方、電子素子５の挿入深さを５０〜５００μｍとした試料Ｎｏ．２６〜２９では、良好な結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の電気素子モジュールを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・・セラミック基板
２・・・・メタライズ層
３・・・・金属回路板
３ａ・・・凹部
３ｂ・・・金属回路板の凹部底面
３Ｌ・・・凹部の平面方向の寸法
４・・・・導電性接着剤
５・・・・電気素子
５ｂ・・・電気素子の金属回路板側の面
５Ｌ・・・電気素子の平面方向の寸法
【図１】
2005072456.tif 000004