(57)【要約】      （修正有）【課題】セラミックス回路基板の繰り返しの耐熱衝撃性を改善すると共に、回路用金属板を構成する複数の金属板間の電流の短絡を防止できる回路用金属板及びこの回路用金属板を用いたセラミックス回路基板を提供する。【解決手段】セラミックス基板に接合される底面と回路面となる上面とを備え、機械的加工手段により形成された厚さＴの回路用金属板であって、この回路用金属板は厚さＴより小さい厚さｔの幅狭な架橋部を介して一体化されていると共に、回路用金属板の側面には、底面から立設する垂直壁面と、この垂直壁面の上端から上面方向に上り傾斜となる傾斜壁面とを備えている回路用金属板、およびこの回路用金属板をセラミックス基板の主面にろう付けした後に、架橋部を除去された構成のセラミックス回路基板である。【選択図】図２
2005116843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板に接合される底面と回路面となる上面とを備え機械的加工手段により形成された厚さＴの回路用金属板であって、前記回路用金属板は、前記厚さＴより小さい厚さｔの幅狭な架橋部を介して一体化されていると共に、
前記回路用金属板の側面には、前記底面から立設する垂直壁面と、前記垂直壁面の上端から前記上面方向に上り傾斜となる傾斜壁面とを備えていることを特徴とする回路用金属板。
【請求項２】
前記垂直壁面と前記傾斜壁面との間に、前記底面に略平行な平坦面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路用金属板。
【請求項３】
前記架橋部の全体積は、回路面を含む回路用金属板の全体積の０．１〜２％になるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路用金属板。
【請求項４】
（前記回路用金属板の厚さＴ）−（前記架橋部の厚さｔ）が０．１ｍｍ以上になるように構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の回路用金属板。
【請求項５】
前記回路用金属板は、セラミックス基板との接合時において前記セラミックス基板と前記回路用金属板との位置合せを行うための位置合せ手段を備えていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の回路用金属板。
【請求項６】
前記位置合せ手段は、前記金属板の側面から前記金属板の外側方向に突出する位置合せ突出部から構成されることを特徴とする請求項５に記載の回路用金属板。
【請求項７】
前記位置合せ手段は、前記架橋部に形成された孔部から構成されることを特徴とする請求項５に記載の回路用金属板。
【請求項８】
前記位置合せ手段は、前記金属板の側面から前記金属板の外側方向に突出する位置合せ突出部と、前記架橋部に形成された孔部とから構成される手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載の回路用金属板。
【請求項９】
前記回路用金属板は、無酸素銅、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金の一種からなることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回路用金属板。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の回路用金属板が、前記セラミックス基板の主面にろう材層を介して接合されたセラミックス回路基板であって、前記セラミックス基板に前記回路用金属板を接合した後に、前記架橋部と位置合せ突出部が除去された構成であることを特徴とするセラミックス回路基板。
【請求項１１】
前記架橋部および位置合せ突出部の除去跡に、前記回路用金属板の傾斜壁面に沿った傾斜壁面あるいは傾斜壁面以外の残存面が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のセラミックス回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス回路基板、特にパワー半導体モジュールに使用される導電性回路板となる回路用金属板、この回路用金属板をろう付けにより接合したセラミックス回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールに使用される基板としては、窒化アルミニウムや窒化珪素からなる絶縁性セラミックス基板の一方の面（主面）に回路となる導電性金属板を接合し、他方の面にも放熱用の金属板を接合したセラミックス回路基板が広く用いられている。この金属板としては、銅板またはアルミニウム板等が使用されている。そして、回路となる導電性金属板の上面には、半導体チップ等が接続される。また、セラミックス基板と金属板との接合はろう材による活性金属法が広く採用されている。
【０００３】
近年、電動車両用インバータとして高電圧、大電流動作が可能なパワー半導体モジュール（ＩＧＢＴ、ＭＯＳ ＦＥＴ等）が用いられている。このような大電力モジュールにおいては、回路となる銅板等の金属板に接続されている半導体チップから発生する熱量も増大する。その結果、セラミックス回路基板に繰り返して発生する熱応力も増大している。この熱応力に耐えられなくなると、セラミックス基板には、反りや割れ等の不具合が発生することになる。窒化アルミニウムまたは窒化珪素製のセラミックス基板は、電気絶縁性および熱伝導性は優れているが、上記のように、セラミックス回路基板に繰り返して負荷される熱衝撃に一層対応できる信頼性の高いセラミックス回路基板の開発が要求されている。
【０００４】
従来から、上記のような繰り返しの熱衝撃に対応できるセラミックス回路基板については、種々の改良技術が提案されている。例えば、下記の特許文献が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７９７０１１号公報（明細書第２頁〜第４頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−３４０５９８号公報（明細書第３頁〜第５頁、図１、図２、図４）
【特許文献３】特開平１１−３２２４５５号公報（明細書第２頁〜第４頁、図３）
【特許文献４】特開平３−２１０９５号公報（明細書第２頁〜第３頁、図１、図５）
【特許文献５】特開平４−９６２５８号公報（明細書第３頁〜第６頁、第１図〜第６図）
【特許文献６】特開平１１−４０６１公報（明細書第２頁〜第４頁、図１、図３）
【特許文献７】特開２００２−３５９４５３公報（明細書第１２頁〜第１３頁、図１２、図１４）
【０００６】
上記特許文献１には、アルミナまたは窒化アルミニウムのセラミックス部材と銅または銅合金の金属部材との接合体から構成される電子部品搭載用絶縁基板において、熱衝撃による割れを抑えるために、セラミックス部材面上に少なくとも０．２５ｍｍ以上の幅で金属部材の周囲を包囲するフィレット（ろう材の露出部材）が、焼成ペーストによって形成された接合体が記載されている。
【０００７】
上記特許文献２には、割れや破壊を招くことがなく、大きくたわむことが可能なセラミックス回路基板の提供を目的として、セラミックス基板の少なくとも主面にろう材層を介して金属板を接合し、金属板をエッチング処理することにより所定の金属回路パターンを形成したセラミックス回路基板において、ろう材層が金属回路パターンの側面よりも外方に張り出すように形成されているセラミックス回路基板が記載されている。さらに特許文献２には、金属回路パターンの側面は、エッチング処理によって滑らかな曲面状の傾斜面を形成することにより、接合端部に作用する集中応力を緩和させることが記載されている。
【０００８】
上記特許文献３には、耐熱衝撃性に優れたセラミックス／金属接合体の提供を目的として、金属板の端部において、端面が金属板の辺縁へ行くにしたがってセラミックス基板側へ近づくように傾斜させ、かつ金属板に垂直な平面で切断した端面の形状がセラミックス基板側に凸であるセラミックス／金属接合体が記載されている。
【０００９】
上記特許文献４には、製造の容易性、回路基板表面の凹凸の改善を目的として、打抜加工により隣り合う回路導体が細いブリッジで連結された打抜回路パターンを形成し、この打抜回路パターンとプリプレグシートを積層し、これをホットプレス加圧して、絶縁基板面に打抜回路パターンを埋め込んだ後、上記ブリッジを切断する大電流回路基板の製造方法が記載されている。
【００１０】
上記特許文献５には、高い寸法精度でかつ低コストで製造することができる半導体装置用絶縁基板の製造方法の提供を目的として、回路パターンの各部に相当する平面形状を有し、比較的厚く形成された複数の本体部分と、この複数の本体部分を相互に接続し、かつ比較的薄く形成された接続部分とが一体化された金属パターン板を絶縁膜上にこの金属パターン板を固定した後、上記薄く形成された接続部分を除去する絶縁基板の製造方法が記載されている。また、この接続部分の除去は、エッチングまたは機械的な切断により除去することが記載されている。
【００１１】
上記特許文献６には、機械的な加工により回路パターンを形成することにより小規模な加工設備での製造を可能とすると共に、回路変更や少量製造への対応を容易にした回路基板の製造方法の提供を目的として、導体板を溝状に穿つ分割帯により所望の回路を形成する複数の配線路に離隔することによって回路パターンを形成し、この導体板をベース材に接合する回路基板の製造方法が記載されている。さらに同特許文献６には、分割帯は穿孔による開口部の連結によって形成され、この分割帯の形成を任意位置で中断して、離隔する配線路の間を部分的につなぐ橋絡部を形成し、導体板をベース板に接合した後に橋絡部を除去することが記載されている。
【００１２】
上記特許文献７には、絶縁基板上に残るエッチング残渣を簡単に除去することができ、金属製の冷却フィン等を強固に固定することができるように接合体全体の反りを制御することができる回路基板の提供を目的として、金属板にプレス加工を行って回路パターンを形成するときに、回路間を連結するブリッジも形成し、絶縁基板上にこの金属板を接合した後に、このブリッジをパンチまたはニッパー等を用いて切断することが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献１、および特許文献２に記載の発明は、セラミックス基板に回路用金属板をろう材を介して接続したときに、この回路用金属板の側面（端面）から所定の長さほどろう材のはみ出し部を設けることにより、セラミックス基板と回路用金属板の端面との接合面における熱応力の集中を緩和させ、さらに、特許文献２に記載の発明においては、回路用金属板の端面を滑らかな曲面状に傾斜させることにより、熱応力の集中をより緩和させようとするものである。
【００１４】
しかし、パワー半導体モジュールに使用されるセラミックス回路基板においては、熱伝導性および熱衝撃に対する強度の改善の他に、製造工程を単純化して製造コストを低減することが強く要求されている。このためには、セラミックス基板に接合する回路用金属板のパターン作成において、手間のかかるエッチング工程を極力無くすることができる回路用金属板の形状、およびその製造方法が重要になる。特許文献１および特許文献２には、このような製造工程を単純化した回路用金属板の製造方法、形状については記載されていない。
【００１５】
特許文献２、および特許文献３には、回路用金属板の側面にエッチング処理により傾斜面を形成し、この傾斜面により、セラミックス基板と回路用金属板の端面における応力集中を防止させることが記載されている。しかし、エッチング処理により回路用金属板の側面に傾斜面を形成すると、セラミックス基板との接合境界線となるこの傾斜面下端部においては、直線性は低下し、微細な凹凸が生じる。近年のセラミックス回路基板においては、集積密度の向上も要求され、複数の回路用金属板間の間隔は、１．５ｍｍ以下に設定することが要求されている。このような微小な間隔、および上記の傾斜面をエッチング処理により形成すると、上記のような凹凸の発生により直線性が低下し、使用時に電流の短絡が発生する危険性も生じる。さらに、高価なフォトレジスト装置も必要になり、製造工程の複雑化と高コスト化を招くことになる。
【００１６】
特許文献４〜特許文献７に記載の発明は、架橋部で接続された複数の回路用金属板を打ち抜き加工で製作して、この回路用金属板をセラミックス等の基板に接合した後、架橋部をエッチング処理あるいはニッパー等の工具を用いて切断するものである。しかし、これらの特許文献においては、回路用金属板の端面部に傾斜面を形成して熱応力を緩和することについては記載されていない。
また、特許文献７ではサンドブラストを使用し、ろう材層を効率よく除去する方法が示されているが、この場合ろう材のはみ出し部を形成することが出来ない。
【００１７】
本発明の目的は、従来のセラミックス回路基板の耐熱応力性を改善すると共に、回路用金属板を構成する複数の金属板間において、電流の短絡を防止でき、さらに、製造工程を単純化して製造コストを一層低減することができる、回路用金属板、およびこの回路用金属板を用いたセラミックス回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、セラミックス基板に接合される底面と回路面となる上面とを備え機械的加工手段により形成された厚さＴの回路用金属板であって、この回路用金属板は、厚さＴより小さい厚さｔの幅狭な架橋部を介して一体化されていると共に、回路用金属板の側面には、底面から立設する垂直壁面と、この垂直壁面の上端から上面方向に上り傾斜となる傾斜壁面を備えている回路用金属板である。
さらに、本発明の回路用金属板は、これら垂直壁面と傾斜壁面との間に、底面に平行な平坦面を備えている金属板である。また、本発明の回路用金属板は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金の一種の材質からなり、特に、銅を用いる場合には、銅純度が高い無酸素銅を使用することが望ましい。
【００１９】
さらに、本発明の回路用金属板は、この回路用金属板に形成した架橋部の全体積は、回路面を含む全回路用金属板の全体積の０．１〜２％になるように構成されている回路用金属板であり、さらに、（回路用金属板の厚さＴ）−（架橋部の厚さｔ）が０．１ｍｍ以上になるように構成されている回路用金属板である。
【００２０】
また、本発明の回路用金属板は、セラミックス基板と接合するときに、これらセラミックス基板と回路用金属板との位置合せを行うための位置合せ手段を備えている回路用金属板であり、この位置合せ手段としては、回路用金属板の側面からにこの回路用金属板の外側方向に突出する位置合せ突出部から構成される手段、あるいは架橋部に形成された孔部から構成される手段、あるいは、これら位置合せ突出部から構成される手段と、架橋部に形成された孔部とから構成される手段の双方を備えている回路用金属板である。
【００２１】
さらに、本発明は、上記構成の回路用金属板が、セラミックス基板にろう材層を介して接合されたセラミックス回路基板であって、セラミックス基板にこの回路用金属板を接合した後に、架橋部と位置合せ突出部が除去された構成であるセラミックス回路基板である。また、本発明のセラミックス回路基板においては、これら架橋部と位置合せ突出部の除去跡に回路用金属板の傾斜壁面に沿った傾斜壁面あるいは傾斜壁面以外の残存面が形成されているセラミックス回路基板である。
【００２２】
なお、本発明のセラミックス回路基板を構成するセラミックス基板は、窒化珪素、窒化アルミニウム等、高熱伝導特性を有するセラミックス材を使用する。
【００２３】
本発明の回路用金属板は、その側面に垂直壁面と傾斜壁面を形成した構造、あるいは垂直壁面と傾斜壁面との間に平坦面を形成した構造とした。このような構造とすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を分散させることができる。例えば、図４（ｄ）に示す垂直壁面と平坦面と傾斜壁面を備えた例について、端部近傍のセラミックス基板に生じる応力をシミュレーションした。即ち、平坦部の長さｒを0.3mm、垂直部の厚みｔを変化させ、垂直壁面と傾斜壁面もない単なる矩形の端部を100としたときの応力低減についてみた。その結果、ｔを0.3mmとしたとき９８．６％、ｔを0.1mmとしたとき８８．５％の熱応力であった。以上により応力低減効果を確認することが出来た。
【００２４】
次に、本発明の回路用金属板において、（金属板の厚さT）−（架橋部の厚さｔ）を０．１ｍｍ以上に限定する理由は次の通りである。（Ｔ−ｔ）は言わば架橋部の下に形成された隙間である。セラミックス基板と金属板をろう付けにより接合する時、セラミックス基板と金属板の間からろう材がしみ出る。このしみ出たろう材が架橋部の下面に接触した場合、そのまま下面をつたわって広がり架橋部の下面にはしみ出たろう材の溜まり部が形成される。このようなろう材の溜まり部は０．１ｍｍ以上になることがある。そうすると隙間が０．１ｍｍ以下の場合、ろう材の溜まりはセラミックス基板上に接触してしまい、結果的に隣りの金属板に接触して短絡が発生する原因となる。このため、０．１ｍｍ以上の隙間を確保しておくことにより架橋部下面にろう材が伝わったとしてもろう材の溜まりはセラミックス基板に接触することがなく短絡を未然に防止することが出来る。
【００２５】
さらに、複数の架橋部の全体積は、回路となる複数の金属板の全体積の０．１〜２％に限定した理由は下記の通りである。すなわち、本発明に使用する回路用金属板の厚さは、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの銅または銅合金製の薄板を使用する。このため、架橋部の全体積が回路となる金属板の全体積の０．１％未満では、架橋部の剛性が低下する。その為、セラミックス基板にこの金属板を接合するときの熱処理の際に架橋部に歪が発生し、架橋部で接続された複数の金属板の配線間隔を維持することができず、短絡あるいは寸法不良が発生する危険性が生じるからである。この短絡あるいは寸法不良の発生を防止しようとすると、接合時にこの金属板の位置決め手段を設ける必要が生じる。
また、２％より大きくなると、上記の（金属板の厚さT）−（架橋部の厚さｔ）を０．１ｍｍ以上確保することができず、しみ出たろう材が架橋部の下面に接触して広がり、金属板間の短絡発生の原因になると共に、厚い分架橋部を除去するための作業工数が増大するからである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、次の効果を有している。
（１）本発明の回路用金属板は、プレス加工等による機械的加工手段により製造するので、従来のエッチングを用いた方法と比較して、製作コストおよび製造工数を著しく低減することができる。さらに、回路基板の側面に形成する垂直壁面は、プレスによる塑性圧縮あるいはプレス切断により成形するので、側面の直線性が極めて向上する。これにより、回路用金属板間の配線間隔が確保できるので、回路間で短絡が発生しないセラミックス回路基板を提供することができる。
【００２７】
（２）回路用金属板の側面に形成された垂直壁面と傾斜壁面は、セラミックス基板に生じる熱応力を分散させる作用を行うので、本発明のセラミックス回路基板をパワー半導体モジュールとして使用しても、繰り返しの熱応力によるわれの発生を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基いて説明する。図１〜図３は、本発明の回路用金属板について第１の実施形態を示す図であり、それぞれ平面図、Ａ−Ａ線縦断面図、Ｂ−Ｂ線縦断面を示す。
【００２９】
図１〜図３において、本発明の回路用金属板１は、厚さＴが０．２〜１．０ｍｍの導電性金属、例えば、無酸素銅（Ｃ１０２０）からなる薄板２（図４（ａ）に示す）からプレス加工等の機械的加工手段により形成され、３個の金属板３、４、５が複数個の幅狭な架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを介して接続された構成からなっている。すなわち、３個の金属板３、４、５間は、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを除いた部分は打ち抜かれて直線状の隙間７が形成されている。この隙間７は間隔Ｋを有し、回路面となる各金属板３、４、５間の配線間隔（以下、配線間隔Ｋという）になる。配線間隔Ｋは、製品仕様により異なるが、各金属板３、４、５を高密度で配置する必要がある場合には、１．２〜１．５ｍｍにする必要がある。回路用金属板１の材質としては、上記無酸素銅の他に、銅合金、あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができるが、上記の無酸素銅を用いることが好ましい。この理由は、セラミックス基板に回路用金属板１をろう材により接合するとき、回路用金属板１に含まれる酸素によりろう材が酸化されることがないので、セラミックス基板９（図５に示す）に回路用金属板１を強固にろう付けすることができるからである。
【００３０】
図２に示すように、架橋部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の厚さｔは、金属板３、４、５から構成される回路用金属板１の厚さＴの１／４〜１／２程度、その長さＬは、各金属板３、４、５の間の配線間隔Ｋと同一であり、例えば１．２〜１．５ｍｍにする必要がある。架橋部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の幅Ｗ（長さＬと直交する方向の長さ）は、板厚Ｔを考慮して適度な強度を保持させるために１．５〜３ｍｍにするとよい。また、隣接する金属板３、４、５間を接続する架橋部の個数は、回路用金属板１の厚さＴ、およびこれら３個の金属板３、４、５の形状を考慮して１個または複数個設けるようにする。なお、上記金属板３、４、５等の個数および形状は、セラミックス回路基板の設計仕様に基づいて決定されるものである。ただし、各架橋部の配置については各金属板のコーナー部は避けることが望ましい。これはコーナー部が最大応力発生の部位であるからである。
【００３１】
３分割状に形成された金属板３、４、５の上面３ａ、４ａ、５ａは、回路面となって半導体チップ等が接続され、底面３ｂ、４ｂ、５ｂはセラミックス基板９（図５に示す）とのろう付けの接合面になる。各金属板３、４、５の側面には、底面３ｂ、４ｂ、５ｂから立設する垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃが形成され、さらに、この垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃの上端から上面３ａ、４ａ、５ａ方向に向かって上り傾斜となる傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄが形成されている。垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃは、各底面３ｂ、４ｂ、５ｂから垂直または略垂直方向に立ち上がるように形成されている。一方、傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄは、各底面３ｂ、４ｂ、５ｂの垂直方向となす傾斜角度αが５°〜４５°になるように設定されている。なお、上記の上り傾斜とは、上面３ａ、４ａ、５ａの各面積が、底面３ｂ、４ｂ、５ｂの各面積より小さくなるように傾斜していることを意味する。なお、垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃおよび傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄは、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとの接続部を除いた金属板３、４、５の全側面に形成されている。垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃの高さＴ１は、回路用金属板１の厚さをＴとしたとき、０．１Ｔ〜０．３Ｔにするとよい。本発明においては、回路用金属板１がセラミックス基板９にろう付けされた後に、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは除去される。
【００３２】
さらに、本発明の回路用金属板１は、図１に示すように、ほぼ長方形状である回路用金属板１の外側面に、位置合せ用突出部８ａ、８ｂが形成されている。この位置合せ用突出部８ａ、８ｂは、セラミックス基板９に回路用金属板１をろう付けするときその位置合せの作用を行うものであり、回路用金属板１の側面から外側方向に距離Ｄ１あるいはＤ２の突出長さが設けられている。これら位置合せ用突出部を形成する位置は、図１に示す例では、略長方形状の回路用金属板１の隣り合う外側面にそれぞれ１個形成した例を示しているが、セラミックス基板９に回路用金属板１をろう付けするための装置（冶具）の仕様等に基づいて、回路用金属板１の任意の外側面に１個または複数個の位置合せ用突出部を形成するとよい。なお、セラミックス基板９に回路用金属板１をろう付けした後は、これら位置合せ用突出部８ａ、８ｂは除去される。
【００３３】
本発明において、機械的加工手段とは、プレス装置による打ち抜き加工、塑性圧縮加工等を示す。これらの加工手段を用いて、図４（ａ）に示す無酸素銅からなる金属薄板２から回路用金属板１の製作は、次の手順により製造することができる。
【００３４】
図２に示す回路用金属板１の上面部、底面部および側面部の形状を備えた金型を数種準備し、プレス装置を利用して、例えば、次のような処理手順により製造する。
（手順1）
図４（ａ）に示す長方形状の金属薄板２から、図４（ｂ）に示すように、打ち抜きによりその外側面に突出部８ｃ、８ｄを形成すると共に、配線間隔Ｋをプレス切断により成形し、３個の金属板３、４、５が架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより接続された回路用金属板１の原形を製作する。続いて、突出部８ｃ、８ｄと、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを塑性圧縮加工により厚さがｔになるように圧縮した後、突出部８ｃ、８ｄが所定の突出長さになるように、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの幅Ｗが所定の値になるように加工する。
【００３５】
（手順２）
金属板３、４、５の側面に塑性圧縮加工を施して、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、金属板３、４、５の側面部に傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄを形成する。これと同時に、塑性変形を利用して金属板３、４、５の底面３ｂ、４ｂ、５ｂの端部には平坦部３ｅ、４ｅ、５ｅと、垂直壁面３ｆ、４ｆ、５ｆを備えた突出部３ｇ、４ｇ、５ｇを形成する。平坦部３ｅ、４ｅ、５ｅの長さ（突出部３ｇ、４ｇ、５ｇの突出長さ）ｒは、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度でよい。なお、平坦部３ｅ、４ｅ、５ｅは、各底面３ｂ、４ｂ、５ｂと平行あるいはほぼ平行になるように形成する。
【００３６】
（手順３）
突出部３ｇ、４ｇ、５ｇをプレス切断し、図４（ｅ）に示すように、垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃを形成する。このようにプレス切断により垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃを形成することにより、各金属板３、４、５の側面は極めて精度が高い直線状になるので、寸法精度が高い配線間隔Ｋを確保することが可能になる。
【００３７】
（手順４）
位置合せ用突出部８ｃ、８ｄの突出長さがＤ１、Ｄ２になるように切断する。これにより、図２に示すように、金属板３、４、５の半導体チップとの接合面３ａ、４ａ、５ａが同一平面状となると共に、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを除いて、各金属板３、４、５の側面に垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃと、傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄが形成された図１に示す回路用金属板１を得ることができる。
【００３８】
なお、本発明のセラミックス回路基板においては、図５に示すように、セラミックス基板９の放熱側面（裏面）にも無酸素銅からなる金属板１３等をろう付けする。この金属板１３は、回路用金属板１のように複数の金属板３、４、５を形成する必要はないが、上記の手順により、金属板１３の側面に垂直壁面１３ｃ、傾斜壁面１３ｄ、位置合せ用突出部８ａ、８ｂ（図示せず）を形成する。
【００３９】
続いて、本発明のセラミックス回路基板の構成例を図５に基づいて説明する。図５において、９は厚さ０．２〜１．０ｍｍ、熱伝導率７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の窒化珪素からなるセラミックス基板である。セラミックス基板９の一方の面（主面）には、本発明の回路用金属板１を構成する金属板３、４、５がろう材層１０、１１、１２を介して接合されている。このとき、セラミックス基板９と金属板３、４、５との接合は、上記した各金属板３、４、５の接合面３ｂ、４ｂ、５ｂがセラミックス基板９の主面に接合される。すなわち、金属板３、４、５は、接合面積が大きくなるような面である接合面（底面）３ｂ、４ｂ、５ｂが、セラミックス基板９と接合される。なお、ろう材層１０、１１、１２の厚さＳは５〜５０μｍにするとよい。
【００４０】
一方、セラミックス基板９の他一の面（放熱側となる下面）には、平板状の金属板（銅板）１３がろう材層１４を介して接合される。銅板１３は、その側面の全周にも垂直壁面１３ｃ、傾斜壁面１３ｄが形成され、銅板１３の表面積が大になる面１３ｂがセラミックス基板９の下面に接合される。垂直壁面１３ｃ、傾斜壁面１３ｄは、前記した機械的加工手段、例えば、プレス装置により形成され、傾斜壁面１３ｄの傾斜角度は傾斜壁面３ａ、４ａ、５ａの傾斜角度αと同様に５°〜４５°（CAE）に設定するとよい。また、ろう材層１４の厚さは、５〜５０μｍにするとよい。
【００４１】
本発明のセラミックス回路基板においては、セラミックス基板９に金属板３、４、５、および銅板１３をろう材層により接合したときに、これらろう材層１０、１１、１２、および１４は、各金属回板３、４、５、銅板１３の側面から所定の距離Ｈほどはみ出させるようにするとよい。このはみ出し長さＨは、少なくとも０．２ｍｍ以上、好ましくは０．２５〜０．５ｍｍにすると、本発明のセラミックス回路基板を使用しているときに、セラミックス基板９と金属板３、４、５、および銅板１３の側面に集中する熱応力を緩和させることができる。さらに、本発明においては、各金属板３、４、５、１３の側面に、垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃ、１３ｃと、傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄ、１３ｄを形成しているので、セラミックス基板９と金属板３、４、５、および銅板１３の側面に集中する熱応力を緩和させることができる。
【００４２】
なお、セラミックス基板９上へのろう材１０、１１、１２、１４の塗布は、スクリーン印刷により塗布することができるが、金属板３、４、５、１３のセラミックス基板側の面に直接塗布して形成しても良い。
【００４３】
上記した本発明の回路用金属板１においては、図８（ａ）に示すように、回路用金属板１の厚さをT、各架橋部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の厚さをｔとしたとき、隙間ｔ１＝（Ｔ−ｔ）を０．１ｍｍ以上に設定することが重要である。この理由は、次の通りである。本発明に使用する回路用金属板１は、その厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの無酸素銅等からなる薄板を使用する。このため、隙間ｔ１を０．１ｍｍより小さくすると、セラミックス基板９とこの回路用金属板１をろう付けにより加熱接合する時、例えば図８（ｂ）に示すようにセラミックス基板９と金属板３（４、５）の間のろう材層１０（１１、１２）からしみ出したろう材１５が架橋部６ａ（６ｂ、６ｃ、６ｄ）の下面６０ａにつたわりながら延びて、ろう材が溜まる現象が発生することがある。そして、ついにはセラミックス基板９上の隙間ｔ１に沿って流れることになり、これが進行すると隣りの金属板４に接触して短絡が発生する原因になるからである。
【００４４】
さらに、本発明の回路用金属板１においては、複数個設けた架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの全体積は、回路部を含む全回路用金属板３、４、５の体積の０．１〜２％にすることが重要である。この理由は次の通りである。
本発明のセラミックス回路基板に用いる回路用金属板１は、上記のように厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍであり剛性が低い銅製薄板等を使用する。このため、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの全体積が回路となる金属板３、４、５の全体積の０．１％未満では、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの剛性が著しく低下して変形するので、セラミックス基板９にこの金属板３、４、５をろう付けするときに、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄで接続された複数の金属板３、４、５間の配線間隔Ｋを維持することができず、短絡あるいは配線間隔Ｋの寸法不良が発生する危険性が生じるからである。この配線間隔Ｋの寸法不良の発生を防止しようとすると、接合時にこの各金属板の位置決め手段を設ける必要があるが、この位置決めを自動化するためには、高価な設備を必要とする。
【００４５】
また、架橋部の全体積が２％より大きくなると、上記隙間ｔ１を０．１ｍｍ以上確保することが困難になり、しみ出したろう材１５が架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄとセラミックス基板８のすき間に沿って流れるため、金属板３、４、５間の短絡発生の原因になると共に、ろう材が付着した架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを除去するための作業工数が増大し、かつ、ろう材を間隔Ｈほどしみ出させた部分に溜まったろう材１５を除去する工程が必要となるからである。
【００４６】
さらに、本発明のセラミックス回路基板においては、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、隣り合う金属板３、４、５間の配線間隔Ｋは１．３ｍｍ以上とすることが好ましく、配線間隔Ｋ内にはみ出しているろう材層の端部どうしの間隔Ｐは、０．８ｍｍ以上に設定することが好ましい。この理由は、セラミックス基板９に塗布するろう材層１０、１１、１２の厚さＳを５〜５０μｍにすれば、しみ出したろう材１５が流れ出して隣のろう材層と接触することを防止できるようになるからである。
【００４７】
続いて、本発明のセラミックス回路基板の製造方法について説明する。まず、図１に示すような略長方形状をした回路用金属板１の縦横寸法よりも若干大きい寸法を備えたセラミックス基板９を準備する。なお、セラミックス基板９は、次の方法により製造することができる。まず、公知のドクターブレード法等により窒化珪素を主成分とする薄板状のグリーンシートを製作する。続いて、このグリーンシートを脱脂、焼結した後、所望の寸法、例えば、縦横８０ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断することにより、厚さ０．２〜１．０ｍｍのセラミックス基板９を得ることができる。
【００４８】
次に、図６に示すように、セラミックス基板９の主面にスクリーン印刷により厚さが５〜５０μｍのろう材層１０、１１、１２を塗布する。このとき、セラミックス基板９の主面にろう材を塗布する範囲は、金属板３、４、５を接合する範囲より間隔Ｈ、すなわち０．２〜１．２ｍｍほど外側にはみ出すように塗布する。セラミックス基板９の放熱側面（裏面）にも同様にろう材層１４を塗布する。
【００４９】
続いて、図７に示すように、ろう材を塗布したセラミックス基板９の主面に、図１に示す回路用金属板１を、セラミックス基板９の放熱側面には銅板１３を、正確に位置合わせして、加圧状態で保持する。このとき、各金属板３、４、５、および銅板１３の側面部全周からろう材層１０、１１、１２、１４が間隔Ｈほどはみ出るように、セラミックス基板９の表裏面にそれぞれ回路用金属板１と銅板１３を正確に位置決めする必要がある。さらに、セラミックス基板９に回路用金属板１を位置合わせしたときに、各金属板３、４、５の側面部とセラミックス基板７の側面部とには、所定の間隔Ｄ１、Ｄ２が確保されるように位置合わせする必要がある。本発明においては、このセラミックス基板９と回路用金属板１、および銅板１３の位置合せは、位置合せ用突出部８ａ、８ｂ等の位置合せ手段を利用して行う。
【００５０】
次に、セラミックス基板９に回路用金属板１と銅板１３をろう付けするときの位置合せ手段について説明する。この位置合せは下記の手順１〜５に従って実施することができる。
【００５１】
（位置合せ手順１）
まず、図９（ａ）に示すように、セラミックス基板９の隣り合う側面に沿って、垂直方向に延びる垂直壁１６、１７を設けた位置合せ冶具１８を準備する。そして、放熱側にろう付けする金属板１３に形成されている位置決め用突出部８ａ、８ｂの先端部がこの冶具１８の内壁面１６ａ、１７ａに当接した状態にして、図９（ｂ）に示すように、位置合せ治具１８の底１８ａに置く。
【００５２】
（位置合せ手順２）
続いて、ろう材層１０、１１、１２、１４を塗布したセラミックス基板９の隣り合う側面をこの位置合せ冶具１８の内壁面１６ａ、１７ａと接触させた状態で、銅板１３の上に置く。これにより、金属板１３とセラミックス基板９とは正確に位置合せを行った状態で重ね合せることができる。
【００５３】
（位置合せ手順３）
続いて、回路用金属板１の側面に設けられている位置合せ用突出部８ａ、８ｂの先端部を、冶具１８の内壁面１６ａ、１７ａに接触させた状態でセラミックス基板９上に重ねる。これにより、図７に示す間隔Ｄ１、Ｄ２と、ろう材のはみ出し間隔Ｈを確保した状態で、セラミックス基板９の主面に回路用金属板１を精度良く重ね合わせることができる。
【００５４】
（位置合せ手順４）
位置合せした回路用金属板１の上にスペーサ板１９を載置する。スペーサ板１９は耐熱性があり熱膨張率が低いカーボン製の薄板を使用するとよい。
【００５５】
（位置合せ手順５）
次に、上記位置合せ手順１〜４を数回繰り返して、主面（上面）に回路用金属板１を、下面に金属板１３を重ね合わせたセラミックス基板９を、スペーサ板１９を介して位置合せ冶具１８内に数段積み重ねて、クランプ装置等を利用してこの積み重ね物の上下方向に押圧力が作用するように保持する。そして、これら積み重ねた数枚のセラミックス基板９を加圧した状態で、約８００℃の温度で所定時間加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板９の主面に回路用金属板１を、放熱側面に金属板１３をろう材層を介して接合することができる。
【００５６】
続いて、回路用金属板１に設けられている架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、および回路用金属板１と金属板１３の位置合せ用突出部８ａ、８ｂを、数値制御の工作機械を使用し、極細のエンドミル工具により除去すると、図５に示すようなセラミックス回路基板を得ることができる。なお、上記エンドミル工具により架橋部６ａ等を除去するときに、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび位置合せ用突出部８ａ、８ｂと金属板３、４、５との接続部、すなわち、架橋部６ａ等および位置合せ用突出部８ａ、８ｂの除去跡にも、予め形成されている金属板の傾斜壁面３ｄ、４ｄ、５ｄと、垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃに連なる傾斜壁面と垂直壁面を形成するとよい。放熱側にろう付けした金属板１３に形成されている位置合せ用突出部８ａ、８ｂの除去も、上記と同様にエンドミル工具により除去することができる。
【００５７】
なお、本発明においては、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄおよび位置合せ用突出部７ａ、７ｂの厚さ、長さ、幅は極めて微小な寸法にしているので、従来と同様に、短時間のエッチングにより架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、位置合せ用突出部８ａ、８ｂを除去することも可能である。また、これら架橋部、位置合せ用突出部の除去は、ニッパー等の切断工具を用いて手作業により除去してもよい。
【００５８】
また、本発明においては、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、および位置合せ用突出部８ａ、８ｂを、エンドミル等を用いた切削工具により除去するときに、その除去跡は他の側面部と同様な垂直壁面と傾斜壁面を形成することが望ましいが、架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの幅Ｗ、および位置合せ用突出部８ａ、８ｂの幅は微小であるので、これら架橋部や位置合せ用突出部の除去後、適宜の残存面のままでも本発明の効果を発揮させることができる。なお、通常、最大応力発生部位は回路面のコーナー部になるので、架橋部は回路コーナー部を避けることが望ましい。さらに最適な架橋部の配置位置を決定する際、コンピュータシミュレーション等による応力解析を活用することが有効である。
【００５９】
続いて、本発明を実施するための回路用金属板の第２の形態を図１０に基づいて説明する。この第２の形態である回路用金属板１ａは、図１に示す第１の形態に、さらに、架橋部６ａ、６ｂ等に位置合せ用孔部２０を形成したものである。この孔部２０は、全ての架橋部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに形成する必要はなく、１〜３個の架橋部に形成するようにする。また、１個の架橋部に孔部２０を複数個形成してもよい。孔部２０の直径は、架橋部の幅Ｗを３ｍｍ程度に設定したときには、１〜２ｍｍ程度に設定するとよい。なお、孔部２０は、上記した回路用金属板を機械的加工手段により製造するときに、プレスによる打ち抜き加工により形成することができる。
【００６０】
位置合せ用孔部２０は、回路用金属板１ａをセラミックス基板９に接合するときの位置合せ手段として作用すると共に、位置合せした後、特にセラミックス基板９を加熱してろう材を溶融させる工程において、回路用金属板１ａとセラミックス基板９との位置ずれを防止する作用も発揮させることができる。
【００６１】
回路用金属板１ａをセラミックス基板７にろう付けするとき、回路用金属板１ａをセラミックス基板７に位置合せする手順は、前記した位置合せ手順１〜５とほぼ同様である。前記位置合せ手順と異なる点は、図１１に示すように、スペーサ板１９に突起１９ａを設け、この突起１９ａを回路用金属板１ａの架橋部に穿設した位置合せ用孔部２０に嵌合させるようにしたことにある。この突起１９ａと位置合せ用孔部２０との嵌合により、セラミックス基板９上の所定の位置に、回路用金属板１ａを正確に位置合せできると共に、加熱時においても、回路用金属板１ａとスペーサ板１９の突起１９ａとが嵌合しているので、セラミックス基板９と回路用金属板１ａとの位置ずれを防止することができる。
【００６２】
なお、上記した本発明の第２の実施の形態において、回路用金属板１ａの位置合せ用突出部８ａ、８ｂを省略することも可能である。この場合、回路用金属板１ａをセラミックス基板９上に位置合せする作業は、次のようにして行うことができる。まず、回路用金属板１ａに形成した孔部２０にスペーサ１９の突起１９ａを嵌合させる。続いて、位置合せ治具１８に載置したセラミックス基板９上に、スペーサ１９を、その側面が位置合せ治具１８の内壁面１６ａ、１７ａに当接した状態で載置することにより正確な位置決めを行うことができる。なお、この実施の形態においては、セラミックス基板９の放熱側にろう付けする金属板１３には、位置合わせ用の突出部８ａ、８ｂを形成することが望ましい。
【００６３】
なお、上記した本発明の回路用金属板の実施の形態において、突出部３ｇ、４ｇ、５ｇをプレス切断して、垂直壁面３ｃ、４ｃ、５ｃを形成する例について説明したが、本発明は、図１２に示すように、これら突出部３ｇ、４ｇ、５ｇを残存させた回路用金属板としてもよい。このような回路用金属板としては、配線間隔Ｋを大きくすることができるセラミックス回路基板に適用するとよい。これにより、突出部３ｇ、４ｇ、５ｇをプレス切断する工程が不要になりコスト低減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の回路用金属板について、第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線の縦断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線の縦断面図である。
【図４】図１に示す回路用金属板の製造手順を説明するための図であり、（ａ）は加工前の形状を示す平面図、（ｂ）配線間隔をプレス成形したときの形状を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）に示す回路用金属板に垂直壁面と傾斜壁面を形成したときのＡ−Ａ線の縦断面図、（ｄ）は（ｃ）のＯ部の拡大図、（ｅ）は、（ｄ）において突出部３ｇを切断したときの形状を示す図である。
【図５】本発明のセラミックス回路基板の構成を示す縦断面図である。
【図６】図５に示すセラミックス回路基板を製造するときに、セラミックス基板にろう材層を塗布したときの状態を示す平面図である。
【図７】図５に示すセラミックス基板に図１に示す回路用金属板をろう付けするときに、セラミックス基板と回路用金属板とを重ね合わせた状態を示す平面図である。
【図８】本発明のセラミックス回路基板を製造するろう付け工程の状態を説明するための要部断面図であり、（ａ）は架橋部の厚さが適切な場合、（ｂ）はは架橋部の厚さが大き過ぎる場合に、しみ出したろう材の挙動を示す図である。
【図９】本発明のセラミックス回路基板を製造するときに、セラミックス基板に回路用金属板を位置決めする手順を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部縦断面図である。
【図１０】本発明の回路用金属板について、第２の実施の形態を示す平面図である。
【図１１】図１０に示す回路用金属板を用いて本発明のセラミックス回路基板を製造するときに、セラミックス基板に回路用金属板を位置決めする手順を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部縦断面図である。
【図１２】本発明のセラミックス回路基板について、他の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１：回路用金属板
２、３，４：金属板
３ｃ、４ｃ、５ｃ：垂直壁面
３ｄ、４ｄ、５ｄ：傾斜壁面
３ｅ、４ｅ、５ｅ：平坦面
３ｆ、４ｆ、５ｆ：垂直壁面
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：架橋部
８ａ、８ｂ：位置決め用突出部
９：セラミックス基板
１０、１１、１２：ろう材層
１８：位置合せ冶具
１９：スペーサ板
２０：孔部
Ｔ：回路用金属板の厚さ
ｔ：架橋部の厚さ
【図１】
2005116843.tif 000003
【図２】
2005116843.tif 000004
【図３】
2005116843.tif 000005
【図４】
2005116843.tif 000006
【図５】
2005116843.tif 000007
【図６】
2005116843.tif 000008
【図７】
2005116843.tif 000009
【図８】
2005116843.tif 000010
【図９】
2005116843.tif 000011
【図１０】
2005116843.tif 000012
【図１１】
2005116843.tif 000013
【図１２】
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