(57)【要約】本発明の複合セラミック多層基板は、配線層を含むガラスセラミック絶縁層と、上記ガラスセラミック絶縁層より熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成された複合セラミック多層基板であって、上記複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、上記ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された発熱素子実装用配線が露出する発熱素子実装部を１箇所以上有することを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層を含むガラスセラミック絶縁層と、
前記ガラスセラミック絶縁層より熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、
前記ガラスセラミック絶縁層が、前記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は前記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成された複合セラミック多層基板であって、
前記複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、前記ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、前記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された発熱素子実装用配線が露出する発熱素子実装部を１箇所以上有することを特徴とする複合セラミック多層基板。
【請求項２】
前記ガラスセラミック絶縁層が、前記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成されている請求項１に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項３】
前記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面から他方の主面を電気的に接続するビア電極が形成されている請求項２に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項４】
前記複合セラミック多層基板の外周部に、前記高熱伝導セラミック絶縁層の主面が露出している請求項１〜３のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項５】
前記複合セラミック多層基板の外周部に露出している前記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、ネジ留め用の貫通穴が形成されている請求項４に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項６】
前記複合セラミック多層基板の外周部に露出している前記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、電源入出力用の導体を溶接するための電極が形成されている請求項４又は５に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項７】
前記高熱伝導セラミック絶縁層は、前記複合セラミック多層基板の主面方向において、少なくとも前記発熱素子実装部の直下を含む一部の領域に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項８】
前記発熱素子実装用配線は、厚みが０．０４ｍｍ以上であるＣｕ板である、請求項１〜７のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項９】
前記ガラスセラミック絶縁層が、前記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は前記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接形成されてなり、前記高熱伝導セラミック絶縁層には、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分が拡散している請求項１〜８のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１０】
前記高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量は、前記発熱素子実装用配線の熱容量より大きい請求項１〜９のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１１】
前記高熱伝導セラミック絶縁層の総体積は、前記発熱素子実装用配線の総体積より大きい請求項１０に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１２】
前記ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、前記発熱素子実装用配線の厚みよりも厚い請求項１〜１１のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１３】
前記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率は、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率の３倍以上である請求項１〜１２のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１４】
前記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が、１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であり、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率が、５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である請求項１３に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１５】
前記ガラスセラミック絶縁層には、その内部に内部配線層が設けられ、前記内部配線層は、前記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、前記発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられる請求項１〜１４のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１６】
前記発熱素子実装用配線上には、第１の発熱素子実装部及び第２の発熱素子実装部を含む複数の発熱素子実装部が設けられ、前記第１の発熱素子実装部と前記第２の発熱素子実装部の間には、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁が設けられている請求項１〜１５のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１７】
前記ガラスセラミック絶縁層の一部が、前記発熱素子実装用配線の周縁部を被覆する部分にも設けられている請求項１〜１６のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１８】
前記高熱伝導セラミック絶縁層と前記ガラスセラミック絶縁層の、３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数差は、３．５ｐｐｍ・Ｋ−１以下である請求項１〜１７のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項１９】
前記発熱素子実装用配線は、銀又は銅を含み、前記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ケイ素を含む請求項１〜１８のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２０】
前記発熱素子実装用配線は、前記銀又は前記銅を９８重量％以上含む請求項１９に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２１】
前記ガラスセラミック絶縁層は、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミック又はＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックを含む請求項１９又は２０に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２２】
発熱素子実装用配線と、
ガラスセラミック絶縁層と、
前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、
前記発熱素子実装用配線は前記高熱伝導セラミック絶縁層上に設けられ、
前記高熱伝導セラミック絶縁層には、前記ガラスセラミック絶縁層が直接設けられたことを特徴とする複合セラミック多層基板。
【請求項２３】
前記高熱伝導セラミック絶縁層には、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分が拡散している請求項２２に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２４】
前記ガラスセラミック絶縁層の厚みは、前記発熱素子実装用配線の厚みよりも厚い請求項２２又は２３に記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２５】
前記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が、１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であり、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率が、５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である請求項２２〜２４のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２６】
前記ガラスセラミック絶縁層の一部が、前記発熱素子実装用配線の周縁部を被覆する部分にも設けられている請求項２２〜２５のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２７】
前記発熱素子実装用配線は、銀又は銅を含み、前記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ケイ素を含む請求項２２〜２６のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２８】
前記ガラスセラミック絶縁層は、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミック又はＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックを含む請求項２２〜２７のいずれかに記載の複合セラミック多層基板。
【請求項２９】
請求項１〜２１のいずれかに記載の複合セラミック多層基板の発熱素子実装部に発熱素子を実装したことを特徴とする発熱素子実装モジュール。
【請求項３０】
前記発熱素子がパワー素子、制御素子、受動部品及び発光素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子である、請求項２９に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３１】
前記パワー素子は、ワイドバンドギャップ半導体からなる素子である請求項３０に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３２】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素又は窒化ガリウムである請求項３１に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３３】
前記発光素子は、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子、ＬＩＤＡＲ素子、ＲＡＤＡＲ素子及びミリ波素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子である請求項３０に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３４】
前記発熱素子実装用配線と前記ガラスセラミック絶縁層が、前記高熱伝導セラミック絶縁層の同一面上に設けられ、前記発熱素子が前記発熱素子実装用配線における前記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、
前記発熱素子の駆動を制御する発熱素子制御用素子が、前記ガラスセラミック絶縁層における前記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、前記ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、前記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における前記発熱素子実装用配線の厚みと前記発熱素子の高さの合計よりも大きい請求項２９〜３３のいずれかに記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３５】
前記発熱素子と前記発熱素子制御用素子との間に、前記ガラスセラミック絶縁層が介在する請求項３４に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３６】
前記発熱素子実装部に封止樹脂が充填され、前記発熱素子が前記封止樹脂により封止されている請求項３４又は３５のいずれかに記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３７】
請求項２２〜２８のいずれかに記載の複合セラミック多層基板の発熱素子実装用配線に発熱素子を実装したことを特徴とする発熱素子実装モジュール。
【請求項３８】
前記発熱素子実装用配線と前記ガラスセラミック絶縁層が、前記高熱伝導セラミック絶縁層の同一面上に設けられ、前記発熱素子が前記発熱素子実装用配線における前記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、
前記発熱素子の駆動を制御する発熱素子制御用素子が、前記ガラスセラミック絶縁層における前記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、前記ガラスセラミック絶縁層の厚みは、前記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における前記発熱素子実装用配線の厚みと前記発熱素子の高さの合計よりも大きい請求項３７に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項３９】
前記発熱素子の設置空間である発熱素子実装部に封止樹脂が充填され、前記発熱素子が前記封止樹脂により封止されている請求項３７又は３８に記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項４０】
前記発熱素子がパワー素子、制御素子、受動部品及び発光素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子である、請求項３７〜３９のいずれかに記載の発熱素子実装モジュール。
【請求項４１】
ガラスセラミック絶縁層を、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は前記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成する工程と、
前記高熱伝導セラミック絶縁層上に発熱素子実装用配線を設ける工程と、を有する複合セラミック多層基板の製造方法であって、
前記複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、前記ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、前記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された前記発熱素子実装用配線が露出する発熱素子実装部を１箇所以上設けることを特徴とする複合セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４２】
高熱伝導セラミック絶縁層となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの積層体との加圧焼成により、ガラスセラミック絶縁層を高熱伝導セラミック絶縁層上に直接設ける請求項４１に記載の複合セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４３】
前記加圧焼成の加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下である請求項４２に記載の複合セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４４】
ガラスセラミック絶縁層を、前記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層上に直接形成する工程と、
前記高熱伝導セラミック絶縁層上に発熱素子実装用配線を設ける工程と、を有することを特徴とする複合セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４５】
高熱伝導セラミック絶縁層となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの積層体との加圧焼成により、ガラスセラミック絶縁層を高熱伝導セラミック絶縁層上に直接設ける請求項４４に記載の複合セラミック多層基板の製造方法。
【請求項４６】
前記加圧焼成の加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下である請求項４５に記載の複合セラミック多層基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合セラミック多層基板、発熱素子実装モジュール及び複合セラミック多層基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体などの電源部品、並びに、ＩＣ、チップコンデンサ、チップインダクタ及びチップレジスタなどの制御部品をともに搭載する回路基板が知られている。【０００３】
特許文献１には、モーター駆動の電装機器（電動コンプレッサ）における電力変換部の配置構成が開示されている。電力変換器は、電源回路であるインバータと、制御回路となる回路基板からなる。インバータは、ディスクリートのパワー素子で構成される。
回路基板には、パワー素子のスイッチングを制御するためのＩＣ、チップコンデンサ、チップ抵抗などの制御素子が実装されている。また、パワー素子の足長リード端子の端部が回路基板と接合されている。これにより、電源回路と制御回路を電気的に接続している。
そして、熱伝導性部材に、パワー素子を直接取付け、パワー素子で生じる熱を、壁面を介して放熱させる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０９０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には記載されていないが、制御回路となる回路基板には、一般的に、樹脂基板又はガラスセラミック基板が用いられる。
ガラスセラミック基板は、焼成温度が低く、内層、表層配線を低抵抗導体であるＡｇ，Ｃｕで形成できるため、信号伝送損失が小さく好ましい。【０００６】
また、電源回路に用いられる回路基板としては、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板、又は、ＡＭＣ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｅｔａｌ  ｂｒａｚｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ）基板（以後「ＤＣＢ基板」とのみ記載）が用いられる。
これは、アルミナなどの高熱伝導セラミック基板の表面に厚銅配線が形成され、裏面に厚銅放熱板が形成されたものである。
特許文献１の電源回路に、ＤＣＢ基板を用いたとすると、ＤＣＢ基板表面の厚銅配線にベアのパワー素子を実装し、裏面の厚銅放熱板を熱伝導部材に接合する構造となる。【０００７】
このような従来技術における電力変換部の構成は、電源回路と制御回路を分離した「電源／制御分離型」となっている。しかし、この構成だと、電力変換部の大きさが大きくなり、電装機器を小型化できない。そのため、電気・電子機器市場から、電源回路と制御回路を一体化した「電源／制御一体」の電力変換部に対応できる回路基板が要求されている。【０００８】
電源回路と制御回路を一体化しようとした場合、選択肢となる回路基板としては、制御回路として用いられる樹脂基板若しくはガラスセラミック基板、又は、電源回路として用いられるＤＣＢ基板が考えられる。
しかし、樹脂基板は、耐熱性が低いため、高温作動が可能なワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣやＧａＮ）からなるパワー素子に対応できない。また、樹脂基板は熱伝導率が低いため、パワー素子で生じる熱を、効率良く放熱できない。
ガラスセラミック基板は、電源回路に必要な大電流対応の厚銅配線を形成できない。また、ガラスセラミック基板も熱伝導率が低いため、パワー素子で生じる熱を、効率良く放熱できない。さらには、ガラスセラミック基板は破壊靱性値が低いため、パワー素子を実装すると、パワー素子や実装部材との熱膨張係数差、及び、パワー素子の作動・非作動での局所的冷熱で発生する繰返し応力により、パワー素子の周囲に微小亀裂が発生し、実装強度を保つことができない。
一方、ＤＣＢ基板は、表面の厚銅板をエッチングして配線形成するため、微細配線を形成できず、かつ、内層配線を形成できないため、複雑な配線網となる制御回路には不適である。すなわち、「電源／制御一体」の電力変換部に対応できる回路基板の市場要求に対し、従来の回路基板では対応できないという問題があった。【０００９】
上記問題点を解決して「電源／制御一体」の電力変換部に対応できる回路基板の作製が可能になったとしても、電源回路と制御回路が近接することで、電源回路を構成するパワー素子の作動時において生じる熱が、回路基板を介して、制御回路を構成する制御素子に伝達し、該制御素子の温度が、その保証温度範囲を超えるため、電源回路に誤作動が生じるという問題が新たに浮上する。
特に、電源回路を構成するパワー素子として、近年注目されている、２００℃以上の高温作動が可能なワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣやＧａＮ）からなるパワー素子を適用するならば、この問題の解決が大きな課題となる。【００１０】
「電源／制御一体」の電力変換部に対応できる回路基板に使用されるパワー素子のように、発熱量の大きい素子を実装する基板においては、上記のような問題があるが、この問題は、パワー素子に代えて発光素子のような他の種類の発熱素子を使用する場合にも生じうる。【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みて、発熱素子を実装するための発熱素子実装用配線と制御回路として使用可能な配線層を一体化した回路基板である複合セラミック多層基板及びその製造方法、並びに、発熱素子を実装した発熱素子実装モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の複合セラミック多層基板は、配線層を含むガラスセラミック絶縁層と、上記ガラスセラミック絶縁層より熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成された複合セラミック多層基板であって、上記複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、上記ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された発熱素子実装用配線が露出する発熱素子実装部を１箇所以上有することを特徴とする。【００１３】
上記構成の複合セラミック多層基板では、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層が一つの複合セラミック多層基板内に一体化されて設けられているため、複合セラミック多層基板全体が小型化される。
また、上記構成の複合セラミック多層基板は、発熱素子実装部に発熱素子を実装することができる。発熱素子実装部には発熱素子実装用配線が露出しており、発熱素子実装用配線は高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された配線であるので、発熱素子実装部に実装された発熱素子から発せられた熱は発熱素子実装用配線を介して高熱伝導セラミック絶縁層に伝わる。
高熱伝導セラミック絶縁層は熱伝導率が高いセラミック材料から構成されるので、高熱伝導セラミック絶縁層上に設けられた発熱素子実装用配線及び発熱素子からの熱を放熱させることができる。【００１４】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成されていることが好ましい。
高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けることで、両面板として使用することができる。【００１５】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成されており、上記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面から他方の主面を電気的に接続するビア電極が形成されていることが好ましい。
上記ビア電極を設けることにより、高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に設けられたガラスセラミック絶縁層中の配線層を電気的に接続することができる。【００１６】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記複合セラミック多層基板の外周部に、上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面が露出していることが好ましい。
複合セラミック多層基板の外周部に高熱伝導セラミック絶縁層の主面を露出させると、露出させた高熱伝導セラミック絶縁層の主面から放熱を行うことができる。【００１７】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記複合セラミック多層基板の外周部に露出している上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、ネジ留め用の貫通穴が形成されていることが好ましい。
複合セラミック多層基板の外周部に露出した高熱伝導セラミック絶縁層の主面にネジ留め用の貫通穴が形成されていると、高熱伝導セラミック絶縁層を筐体にネジ止めして、高熱伝導セラミック絶縁層から筐体に直接放熱をすることができる。【００１８】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記複合セラミック多層基板の外周部に露出している上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、電源入出力用の導体を溶接するための電極が形成されていることが好ましい。
複合セラミック多層基板の外周部に露出した高熱伝導セラミック絶縁層の主面に電極が形成されていると、電源入出力用の導体を溶接することができる。【００１９】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記高熱伝導セラミック絶縁層は、上記複合セラミック多層基板の主面方向において、少なくとも上記発熱素子実装部の直下を含む一部の領域に配置されていることが好ましい。
発熱素子実装部の直下を含む領域に高熱伝導セラミック絶縁層が配置されていることで、局所的に放熱性を向上させることができる。【００２０】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記発熱素子実装用配線は、厚みが０．０４ｍｍ以上であるＣｕ板であることが好ましい。
厚みが０．０４ｍｍ以上である発熱素子実装用配線は厚い配線であり、樹脂を含む導電ペーストの硬化物では達成が難しい厚みであることを意味している。すなわち、樹脂を含む導電ペーストの硬化物とは明確に区別される。
また、厚みが０．０４ｍｍ以上であるＣｕ板は放熱性に特に優れており、発熱素子からの熱を伝える発熱素子実装用配線として特に好適に使用することができる。【００２１】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接形成されてなり、上記高熱伝導セラミック絶縁層には、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分が拡散していることが好ましい。
本明細書において「ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に直接形成されている」とは、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の間に樹脂層が存在せず、樹脂接着剤も用いられておらず、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層が直接接していることを意味している。
高熱伝導セラミック絶縁層となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの積層体を加圧焼成すると、ガラスセラミック成分が高熱伝導セラミック絶縁層の中に拡散し、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面に拡散層が形成されて高い結合強度が実現される。そのため、樹脂接着剤等を用いることなく高熱伝導セラミック絶縁層にガラスセラミック絶縁層を直接設けることができる。【００２２】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量は、上記発熱素子実装用配線の熱容量より大きいことが好ましい。
また、本発明の複合セラミック多層基板では、上記高熱伝導セラミック絶縁層の総体積は、上記発熱素子実装用配線の総体積より大きいことが好ましい。
高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量を、発熱素子実装用配線の熱容量より大きくすることにより、放熱効率が高くなり、発熱素子の冷却が促進される。また、高熱伝導セラミック絶縁層の総体積を発熱素子実装用配線の総体積より大きくすることにより、高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量を、発熱素子実装用配線の熱容量より大きくすることができる。【００２３】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、上記発熱素子実装用配線の厚みよりも厚いことが好ましい。
ガラスセラミック絶縁層の総厚みを、発熱素子実装用配線の厚みよりも厚くすることにより、ガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子への熱伝導を抑制することができる。【００２４】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率は、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率の３倍以上であることが好ましい。
また、本発明の複合セラミック多層基板では、上記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が、１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であり、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率が、５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましい。
上記構成であると、発熱素子からの熱は熱伝導率の高い高熱伝導セラミック絶縁層から効率よく放熱され、発熱素子からの熱は熱伝導率の低いガラスセラミック絶縁層側には伝わりにくいためガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子への熱伝導が抑制される。
本明細書において、高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料及びガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定することができる。【００２５】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記ガラスセラミック絶縁層には、その内部に内部配線層が設けられ、上記内部配線層は、上記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、上記発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられることが好ましい。
内部配線層を構成する材料は、ガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミックよりも熱伝導率が高い。そして、内部配線層が、高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられる。この構成であると、ガラスセラミック絶縁層において発熱素子実装用配線と接していて発熱素子実装用配線からの熱が最も伝導伝熱しやすい部位が、内部配線層が設けられていない、ガラスセラミックからなる領域となる。そのため、ガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子に対する断熱効果を高めることができる。【００２６】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記発熱素子実装用配線上には、第１の発熱素子実装部及び第２の発熱素子実装部を含む複数の発熱素子実装部が設けられ、上記第１の発熱素子実装部と上記第２の発熱素子実装部の間には、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁が設けられていることが好ましい。
上記構成であると、発熱素子同士が、互いの輻射熱によって加熱されることを隔壁によって抑制できる。また、隔壁はガラスセラミック絶縁層と同時に形成することができるので、隔壁を設けることによる工程の増加が生じない。【００２７】
本発明の複合セラミック多層基板では、上記ガラスセラミック絶縁層の一部が、上記発熱素子実装用配線の周縁部を被覆する部分にも設けられていることが好ましい。
発熱素子実装用配線の周縁部をガラスセラミック絶縁層の一部で被覆することによって、発熱素子実装用配線と高熱伝導セラミック絶縁層の密着性を高めることができる。【００２８】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記高熱伝導セラミック絶縁層と上記ガラスセラミック絶縁層の、３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数差は、３．５ｐｐｍ・Ｋ−１以下であることが好ましい。
高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の平均熱膨張係数差を所定範囲以内にすることにより、２００℃以上の高温使用環境であっても、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層との間での熱膨張係数差による破損を抑制することができる。【００２９】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記発熱素子実装用配線は、銀又は銅を含み、上記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ケイ素を含むことが好ましい。
上記した発熱素子実装用配線及び高熱伝導セラミック絶縁層の材料である金属又はセラミックは、いずれも熱伝導率の高い金属又はセラミックであるので、発熱素子からの熱を伝熱させる発熱素子実装用配線及び高熱伝導セラミック絶縁層の材料として適している。【００３０】
また、上記発熱素子実装用配線は、上記銀又は上記銅を９８重量％以上含むことが好ましい。
銀を９８重量％以上又は銅を９８重量％以上含むということは、発熱素子実装用配線がほぼ純粋な金属からなることを意味しており、樹脂を含む導電ペーストの硬化物とは明確に区別される。【００３１】
本発明の複合セラミック多層基板において、上記ガラスセラミック絶縁層は、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミック又はＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックを含むことが好ましい。
これらのガラスセラミックは銅や銀を用いた配線層の焼結温度である比較的低温での焼成が可能なセラミックであるため、銅や銀を用いた配線層との同時焼結が可能であるため好ましい。【００３２】
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板は、発熱素子実装用配線と、ガラスセラミック絶縁層と、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、上記発熱素子実装用配線は上記高熱伝導セラミック絶縁層上に設けられ、上記高熱伝導セラミック絶縁層には、上記ガラスセラミック絶縁層が直接設けられたことを特徴とする。【００３３】
上記構成の複合セラミック多層基板では、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層が一つの複合セラミック多層基板内に一体化されて設けられているため、複合セラミック多層基板全体が小型化される。
また、上記構成の複合セラミック多層基板は、発熱素子実装用配線に発熱素子を実装することができる。
発熱素子実装用配線は高熱伝導セラミック絶縁層上に形成された配線であるので、発熱素子実装用配線に実装された発熱素子から発せられた熱は高熱伝導セラミック絶縁層に伝わる。
高熱伝導セラミック絶縁層は熱伝導率が高いセラミック材料から構成されるので、高熱伝導セラミック絶縁層上に設けられた発熱素子実装用配線及び発熱素子からの熱を放熱させることができる。【００３４】
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板では、上記高熱伝導セラミック絶縁層には、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分が拡散していることが好ましい。
また、上記ガラスセラミック絶縁層の厚みは、上記発熱素子実装用配線の厚みよりも厚いことが好ましい。
また、上記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が、１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であり、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率が、５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましい。
また、上記ガラスセラミック絶縁層の一部が、上記発熱素子実装用配線の周縁部を被覆する部分にも設けられていることが好ましい。
また、上記発熱素子実装用配線は、銀又は銅を含み、上記高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ケイ素を含むことが好ましい。
また、上記ガラスセラミック絶縁層は、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミック又はＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックを含むことが好ましい。【００３５】
本発明の発熱素子実装モジュールは、本発明の複合セラミック多層基板の発熱素子実装部に発熱素子を実装したことを特徴とする。
本発明の複合セラミック多層基板に実装した発熱素子からの熱は発熱素子実装部に設けられた発熱素子実装用配線、高熱伝導セラミック絶縁層を介して放熱させることができる。【００３６】
本発明の発熱素子実装モジュールでは、上記発熱素子がパワー素子、制御素子、受動部品及び発光素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子であることが好ましい。
本発明の複合セラミック多層基板は、これらの発熱素子から発せられる熱を放熱させるのに適しており、本発明の発熱素子実装モジュールは放熱性に優れたモジュールとなる。【００３７】
本発明の発熱素子実装モジュールにおいて、上記パワー素子は、ワイドバンドギャップ半導体からなる素子であることが好ましい。また、上記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素又は窒化ガリウムであることが好ましい。
パワー素子が２００℃以上で動作可能な素子であり、実際に２００℃以上で動作させることを考えた場合、電源回路を構成するパワー素子の作動時において生じる熱が発熱素子制御用素子等の他の素子に伝達してしまうことによる問題があるが、本発明の発熱素子実装モジュールはこのような問題を解決することのできる構成を有しているので、パワー素子として２００℃以上で動作可能なワイドバンドバンドギャップ半導体からなる素子を使用することに特に適している。【００３８】
本発明の発熱素子実装モジュールにおいて、上記発光素子は、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子、ＬＩＤＡＲ素子、ＲＡＤＡＲ素子及びミリ波素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子であることが好ましい。
これらの発光素子も放熱量の高い素子であるため、本発明の複合セラミック多層基板にこれらの素子を実装してなる本発明の発熱素子実装モジュールは、放熱性に優れたモジュールとなる。【００３９】
本発明の発熱素子実装モジュールにおいては、上記発熱素子実装用配線と上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の同一面上に設けられ、上記発熱素子が上記発熱素子実装用配線における上記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、上記発熱素子の駆動を制御する発熱素子制御用素子が、上記ガラスセラミック絶縁層における上記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、上記ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、上記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における上記発熱素子実装用配線の厚みと上記発熱素子の高さの合計よりも大きいことが好ましい。
発熱素子実装用配線とガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の同一面上に設けられていると、発熱素子実装モジュールの大きさを小さく、コンパクトにすることができる。
そして、ガラスセラミック絶縁層の総厚みが、高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における発熱素子実装用配線の厚みと発熱素子の高さの合計よりも大きくなっていると、ガラスセラミック絶縁層の上に設けられる発熱素子制御用素子の位置は発熱素子の位置よりも高い位置となるので、発熱素子からの輻射熱が発熱素子制御用素子に伝熱されにくくなる。【００４０】
本発明の発熱素子実装モジュールにおいては、上記発熱素子と上記発熱素子制御用素子との間に、上記ガラスセラミック絶縁層が介在することが好ましい。
発熱素子と発熱素子制御用素子との間に熱伝導率の低いガラスセラミック絶縁層が介在することで、発熱素子の輻射熱により発熱素子制御用素子が伝熱されることをより確実に防止できる。【００４１】
本発明の発熱素子実装モジュールにおいては、上記発熱素子実装部に封止樹脂が充填され、上記発熱素子が上記封止樹脂により封止されていることが好ましい。
ガラスセラミック絶縁層の総厚みが高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における発熱素子実装用配線の厚みと発熱素子の高さの合計よりも大きいということは、発熱素子実装部が、その周囲をガラスセラミック絶縁層で囲まれた空間となることを意味する。発熱素子実装部の周囲のガラスセラミック絶縁層が封止樹脂を充填する際のダムの役割を果たし、必要最小限の樹脂量で発熱素子を封止することが可能となる。【００４２】
本発明の別の態様に係る発熱素子実装モジュールは、本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板の発熱素子実装用配線に発熱素子を実装したことを特徴とする。
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板に実装した発熱素子からの熱は発熱素子実装用配線、高熱伝導セラミック絶縁層を介して放熱させることができる。【００４３】
本発明の別の態様に係る発熱素子実装モジュールでは、上記発熱素子実装用配線と上記ガラスセラミック絶縁層が、上記高熱伝導セラミック絶縁層の同一面上に設けられ、上記発熱素子が上記発熱素子実装用配線における上記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、上記発熱素子の駆動を制御する発熱素子制御用素子が、上記ガラスセラミック絶縁層における上記高熱伝導セラミック絶縁層が設けられた側と反対側に設けられ、上記ガラスセラミック絶縁層の厚みは、上記高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における上記発熱素子実装用配線の厚みと上記発熱素子の高さの合計よりも大きいことが好ましい。
また、上記発熱素子の設置空間である発熱素子実装部に封止樹脂が充填され、上記発熱素子が上記封止樹脂により封止されていることが好ましい。
また、上記発熱素子がパワー素子、制御素子、受動部品及び発光素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子であることが好ましい。【００４４】
本発明の複合セラミック多層基板の製造方法は、ガラスセラミック絶縁層を、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面又は上記高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接及び／又は配線層を介して形成する工程と、上記高熱伝導セラミック絶縁層上に発熱素子実装用配線を設ける工程と、を有する複合セラミック多層基板の製造方法であって、上記複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、上記ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、上記高熱伝導セラミック絶縁層の主面に形成された上記発熱素子実装用配線が露出する発熱素子実装部を１箇所以上設けることを特徴とする。【００４５】
発熱素子実装用配線を高熱伝導セラミック絶縁層上に設け、さらにガラスセラミック絶縁層を、高熱伝導セラミック絶縁層上に設けることによって、本発明の複合セラミック多層基板を製造することができる。【００４６】
本発明の複合セラミック多層基板の製造方法では、高熱伝導セラミック絶縁層となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの積層体との加圧焼成により、ガラスセラミック絶縁層を高熱伝導セラミック絶縁層上に直接設けることが好ましい。
この方法であると、高熱伝導セラミック絶縁層に、ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分を拡散させることができるので、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面に拡散層が形成され、高い結合強度を実現することができる。
また、この方法の際の上記加圧焼成の加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上であると拡散層の形成に適している。また、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下であると高熱伝導セラミック絶縁層またはガラスセラミック絶縁層の破壊を生じることが防止される。【００４７】
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板の製造方法は、ガラスセラミック絶縁層を、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層上に直接形成する工程と、上記高熱伝導セラミック絶縁層上に発熱素子実装用配線を設ける工程と、を有することを特徴とする。【００４８】
ガラスセラミック絶縁層を高熱伝導セラミック絶縁層上に直接形成し、発熱素子実装用配線を高熱伝導セラミック絶縁層上に設けることによって、本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板を製造することができる。【００４９】
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板の製造方法では、高熱伝導セラミック絶縁層となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシートの積層体との加圧焼成により、ガラスセラミック絶縁層を高熱伝導セラミック絶縁層上に直接設けることが好ましい。
また、上記加圧焼成の加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、発熱素子を実装するための発熱素子実装用配線と制御回路として使用可能な配線層を一体化した回路基板である複合セラミック多層基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の複合セラミック多層基板の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で撮影した電子顕微鏡写真である。図２（ｂ）はアルミニウム、図２（ｃ）はシリコン、図２（ｄ）はカルシウムについて、図２（ａ）に示す電子顕微鏡写真について元素分析を行った結果を示す画像である。
【図３】図３は、複合セラミック多層基板の一部を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、図１に示す本発明の複合セラミック多層基板の発熱素子実装部に発熱素子を実装してなる発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、発熱素子実装モジュールの一部を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、図７に示す複合セラミック多層基板を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】図１０は、図９に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）、図１７（ｄ）及び図１７（ｅ）は、本発明の複合セラミック多層基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図１８】図１８（ａ）、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）は、本発明の複合セラミック多層基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図１９】図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）は、本発明の発熱素子実装モジュールの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【図２０】図２０は、曲げ試験における破断部の走査電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の一実施の形態に係る複合セラミック多層基板、発熱素子実装モジュール及び複合セラミック多層基板の製造方法について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の一実施の形態に係る複合セラミック多層基板、発熱素子実装モジュール及び複合セラミック多層基板の製造方法の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
【００５３】
図１は、本発明の複合セラミック多層基板の一例を模式的に示す断面図である。
図１には、複合セラミック多層基板１００を示している。
図１に示す複合セラミック多層基板１００においては、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａに発熱素子実装用配線１１が設けられ、同じく高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａにガラスセラミック絶縁層２が設けられている。すなわち、発熱素子実装用配線１１とガラスセラミック絶縁層２は高熱伝導セラミック絶縁層１の同一面上に設けられている。
ガラスセラミック絶縁層２は、ガラスセラミック絶縁層２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈが積層された多層の絶縁層である。
【００５４】
複合セラミック多層基板１００において、発熱素子は、発熱素子実装用配線１１の、高熱伝導セラミック絶縁層１が設けられた側の面１１ｂの反対側の面１１ａに設けられる。
また、ガラスセラミック絶縁層２における、高熱伝導セラミック絶縁層１が設けられた側の面２ｂの反対側の面２ａには、発熱素子制御用素子等の素子を実装することができる。
【００５５】
高熱伝導セラミック絶縁層１は、焼結済みのセラミック基板であることが好ましく、その材質となるセラミック材料が窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ又は炭化ケイ素等であることが好ましい。
【００５６】
高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率は、ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率より高い。高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率は１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましく、３０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることがより好ましい。また、３００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましい。
高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であると、発熱素子が発熱した際に効率よく放熱することができる。
【００５７】
また、高熱伝導セラミック絶縁層の比熱は５００Ｊ・（ｋｇ・℃）−１以上、９００Ｊ・（ｋｇ・℃）−１以下であることが好ましい。
また、高熱伝導セラミック絶縁層の３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数は２．０ｐｐｍ・Ｋ−１以上、９．０ｐｐｍ・Ｋ−１以下であることが好ましい。
【００５８】
また、高熱伝導セラミック絶縁層の破壊靱性値は、４ＭＰａ・ｍ１／２以上であることが好ましく、７ＭＰａ・ｍ１／２以下であることが好ましい。また、抗折強度（三点曲げ強度）が３００ＭＰａ以上であることが好ましく、５５０ＭＰａ以下であることが好ましい。
このような特性を有すると、振動・衝撃環境下での使用において複合セラミック多層基板の信頼性を高めることができる。なお、ガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミックは、一般的に破壊靱性値が２ＭＰａ・ｍ１／２未満であり、振動や衝撃などに弱いため、回路基板がガラスセラミック絶縁層のみからなるセラミック多層基板を振動・衝撃環境下にある車載電装機器などに組み込むと、信頼性が確保できないという問題が生じることがある。ガラスセラミック絶縁層を、破壊靱性値および抗折強度の高い高熱伝導セラミック絶縁層と一体化することでこの問題を解消できる利点がある。
【００５９】
高熱伝導セラミック絶縁層の具体的な例として、厚さは０．５ｍｍ、熱伝導率は２１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数は７．８ｐｐｍ・Ｋ−１、抗折強度（三点曲げ強度）は３５０ＭＰａ、破壊靱性は５ＭＰａ・ｍ１／２である、焼結済みの９６％アルミナからなる高熱伝導セラミック絶縁層を使用することができる。
【００６０】
発熱素子実装用配線１１は、発熱素子が設けられる配線である。
発熱素子実装用配線は銀又は銅を含む配線であることが好ましく、とくに、銀又は銅を９８重量％以上含むことが好ましい。これは、銀を９８重量％以上含むか、銅を９８重量％以上含むことが好ましいという意味である。すなわち、発熱素子実装用配線がほぼ純粋な金属からなることが好ましく、金属以外の成分を含む導電ペーストの硬化物とは明確に区別される。
発熱素子実装用配線がほぼ純粋な金属からなると、発熱素子実装用配線の熱伝導率が高くなるため、発熱素子からの熱を高熱伝導セラミック絶縁層に熱伝導させることに適している。
発熱素子実装用配線の熱伝導率は３００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましく、５００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましい。
【００６１】
発熱素子実装用配線の厚みは、０．０４ｍｍ以上であることが好ましい。また、発熱素子実装用配線の厚みが０．０４ｍｍ以上であるＣｕ板であることが好ましい。
厚みが０．０４ｍｍ以上である発熱素子実装用配線は厚い配線であり、樹脂を含む導電ペーストの硬化物では達成が難しい厚さであることを意味している。すなわち、樹脂を含む導電ペーストの硬化物とは明確に区別される。
発熱素子実装用配線の厚みが厚いと抵抗が小さくなるので電流容量の大きい電力変換部の電源回路に対応できる配線として適している。
また、厚みが０．０４ｍｍ以上であるＣｕ板は放熱性に特に優れており、発熱素子からの熱を伝える発熱素子実装用配線として特に好適に使用することができる。
【００６２】
発熱素子実装用配線の比熱は３００Ｊ・（ｋｇ・℃）−１以上、５００Ｊ・（ｋｇ・℃）−１以下であることが好ましい。
そして、高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量は、発熱素子実装用配線の熱容量より大きいことが好ましい。また、高熱伝導セラミック絶縁層の総体積は、発熱素子実装用配線の総体積より大きいことが好ましい。
高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量を、発熱素子実装用配線の熱容量より大きくすることにより、放熱効率が高くなり、発熱素子の冷却が促進される。また、高熱伝導セラミック絶縁層の総体積を発熱素子実装用配線の総体積より大きくすることにより、高熱伝導セラミック絶縁層の熱容量を、発熱素子実装用配線の熱容量より大きくすることができる。
【００６３】
ガラスセラミック絶縁層２は、配線層を含む層であり、複数層のガラスセラミック絶縁層が積層されてなる。ガラスセラミック絶縁層の材質としては、低温焼結セラミック材料を使用することができる。
低温焼結セラミック材料とは、セラミック材料のうち、１０００℃以下の焼成温度で焼結可能であり、内部導体層を構成する金属材料として好ましく使用される銀や銅との同時焼成が可能である材料を意味する。
低温焼結セラミック材料としては、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミック又はＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックを含むことが好ましい。
【００６４】
ガラスセラミック絶縁層は、高熱伝導セラミック絶縁層に直接設けられていることが好ましい。図１でいうと、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａと、ガラスセラミック絶縁層２の面２ｂ（最下層のガラスセラミック層２Ａの下面）とが、樹脂層や樹脂接着剤を介さずに直接接していることに対応している。
【００６５】
ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分は、高熱伝導セラミック絶縁層に拡散していることが好ましい。高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面に拡散層が形成されることにより、高い結合強度が実現される。そのため、樹脂接着剤等を用いることなく高熱伝導セラミック絶縁層にガラスセラミック絶縁層を直接設けることができる。
【００６６】
図２（ａ）は、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で撮影した電子顕微鏡写真である。図２（ｂ）はアルミニウム、図２（ｃ）はシリコン、図２（ｄ）はカルシウムについて、図２（ａ）に示す電子顕微鏡写真について元素分析を行った結果を示す画像である。
この撮影に使用した高熱伝導セラミック絶縁層は９６％アルミナの焼結体からなり、ガラスセラミック絶縁層はＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末とアルミナ粉末の混合粉末を焼結させたものである。
図２（ａ）には高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａとガラスセラミック絶縁層２の面２ｂの界面が示されている。図２（ｂ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）からアルミニウム、シリコン、カルシウムがそれぞれ界面の位置から、高熱伝導セラミック絶縁層側に所定の幅を持って分布していることがわかる。
この撮影に使用した高熱伝導セラミック絶縁層はシリコン及びカルシウムは含まないので、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すシリコン及びカルシウムの分布は、ガラスセラミック成分が高熱伝導セラミック絶縁層に拡散しており、界面に拡散層が形成されていることを示している。
【００６７】
ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率は、高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率より低い。ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率は５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることが好ましく、３．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であることがより好ましい。また、１．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上であることが好ましい。
ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率が５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下であると、熱伝達がされにくく、発熱素子が発熱した際に、ガラスセラミック絶縁層の上に実装された素子の温度上昇が抑制される。
【００６８】
また、高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率との関係として、高熱伝導セラミック絶縁層を構成するセラミック材料の熱伝導率が、ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックの熱伝導率の３倍以上であることが好ましい。
上記構成であると、発熱素子からの熱は熱伝導率の高い高熱伝導セラミック絶縁層から効率よく放熱され、発熱素子からの熱は熱伝導率の低いガラスセラミック絶縁層側には伝わりにくいためガラスセラミック絶縁層の上に実装された素子への熱伝導が抑制される。
【００６９】
ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、発熱素子実装用配線の厚みよりも厚いことが好ましい。
なお、ガラスセラミック絶縁層の総厚みとは、複数層あるガラスセラミック絶縁層の厚みの合計厚みを意味する。
ガラスセラミック絶縁層の総厚みを、発熱素子実装用配線の厚みよりも厚くすることにより、ガラスセラミック絶縁層の上に実装された素子への熱伝導を抑制することができる。
【００７０】
また、ガラスセラミック絶縁層の３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数は３．５ｐｐｍ・Ｋ−１以上、１０．５ｐｐｍ・Ｋ−１以下であることが好ましい。
ガラスセラミック絶縁層の熱膨張係数は、ガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミック層の材質であるガラスセラミックの熱膨張係数として定める。
【００７１】
また、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数差は、３．５ｐｐｍ・Ｋ−１以下であることが好ましい。これにより、実装不良の生じ難い複合セラミック多層基板になるとともに、冷熱環境下での使用において信頼性の高い複合セラミック多層基板となる。平均熱膨張係数差が３．５ｐｐｍ・Ｋ−１より大きいと、複合セラミック多層基板に熱膨張係数差による破損が生じ、発熱素子やその他の素子の実装不良が生じる場合がある。また、平均熱膨張係数差が３．５ｐｐｍ・Ｋ−１より大きいと、発熱素子やその他の素子が実装された複合セラミック多層基板が冷熱環境下に曝されると、熱膨張係数差による応力が繰返して発生し、発熱素子やその他の素子が破壊されたり、それらの実装接合部が破断する場合がある。
高熱伝導セラミック絶縁層と、ガラスセラミック絶縁層の３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数差が、３．５ｐｐｍ・Ｋ−１以下となる組合せとして、高熱伝導セラミック絶縁層がアルミナ、ガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミックがＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックからなる組合せ、高熱伝導セラミック絶縁層が窒化アルミニウム又は窒化ケイ素、ガラスセラミック絶縁層を構成するガラスセラミックがＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスセラミックの組合せなどが挙げられる。
【００７２】
ガラスセラミック絶縁層は配線層を含んでいる。
配線層は、ガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子に電気的に接続される内部配線層を含むことが好ましい。
図１に示す複合セラミック多層基板１００では、内部配線層１３は、各ガラスセラミック絶縁層に設けられ、全体として多層配線を形成している。
また、内部配線層１３は、内部配線層１３を層間で電気的に接続するビア導体１４を介して、最表面層の配線である表層配線１５に電気的に接続されている。表層配線１５には素子を実装することができるので、表層配線１５に実装した素子は内部配線層１３と電気的に接続される。この内部配線層１３、ビア導体１４及び表層配線１５でガラスセラミック絶縁層に含まれる配線層が形成される。
また、ガラスセラミック絶縁層２には、電源配線１２が設けられていてもよい。電源配線１２は、発熱素子実装用配線１１を介して発熱素子と電気的に接続される。
【００７３】
内部配線層、ビア導体及び表層配線は、銀または銅を主成分とする電気伝導度の高い金属からなることが好ましい。電気伝導度の低い金属を使用すると、電気抵抗が大きくなることにより伝送損失が大きくなるため、誤動作が発生し易くなる場合がある。
また、内部配線層の厚みは０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、ガラスセラミック絶縁層の最表面に凹凸が発生することが防止されるので、ガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子の実装不良が生じ難くなる。
【００７４】
内部配線層は、高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられることが好ましい。図１を参照してこのことを説明する。
図１に示す複合セラミック多層基板１００では、発熱素子実装用配線１１と同じ高さのガラスセラミック絶縁層２Ａ及びガラスセラミック絶縁層２Ｂには内部配線層１３が設けられていない。発熱素子実装用配線１１の高さよりも上方のガラスセラミック絶縁層２Ｃに設けられた内部配線層１３ａが、最も低い内部配線層１３であるので、このような場合に内部配線層が高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられているといえる。
この構成であると、ガラスセラミック絶縁層２において発熱素子実装用配線１１と接していて発熱素子実装用配線からの熱が最も伝導伝熱しやすい部位が、内部配線層１３が設けられていないガラスセラミック絶縁層２Ａ及びガラスセラミック絶縁層２Ｂである。そのため、ガラスセラミック絶縁層の上に実装する素子に対する断熱効果を高めることができる。
【００７５】
図１には、複合セラミック多層基板１００に設けられた、発熱素子実装部３を示している。
発熱素子実装部３は、その底面に発熱素子実装用配線１１が存在しており、その周囲がガラスセラミック絶縁層２となっている。また、その周囲の一部はガラスセラミック絶縁層２に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁４１となっている。
発熱素子実装部３は、発熱素子の設置空間であり、複合セラミック多層基板をその主面の垂直方向から観た場合に、ガラスセラミック絶縁層２に囲まれており、底面に発熱素子実装用配線１１が露出して存在する、キャビティとなっている空間であるともいえる。
なお、発熱素子実装部の周囲の一部が、ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁であっても、発熱素子実装部はガラスセラミック絶縁層に囲まれているとみなしてよい。
このような発熱素子実装部に発熱素子を実装すると、発熱素子で生じる熱を、ガラスセラミック絶縁層を介することなく、発熱素子実装用配線及び高熱伝導セラミック絶縁層のみを介して効率良く発熱素子実装用配線の裏面に伝達できるため、放熱性を高くすることができる。
【００７６】
図１に示す複合セラミック多層基板１００では、発熱素子実装用配線１１上に、第１の発熱素子実装部３ａと第２の発熱素子実装部３ｂが設けられており、第１の発熱素子実装部３ａと第２の発熱素子実装部３ｂの間には、ガラスセラミック絶縁層２に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁４１が設けられている。
発熱素子が複数個設けられる場合に発熱素子の間に隔壁が設けられていると、発熱素子同士が、互いの輻射熱によって加熱されることを隔壁によって抑制できる。
また、隔壁はガラスセラミック絶縁層と同時に形成することができるので、隔壁を設けることによる工程の増加が生じない。
【００７７】
図３は、複合セラミック多層基板の一部を模式的に示す断面図である。
図３は、複合セラミック多層基板において、ガラスセラミック絶縁層の一部が、発熱素子実装用配線の周縁部を被覆する部分にも設けられていることを説明するための図面である。
図３には、発熱素子実装用配線１１の周縁部４が示されており、ガラスセラミック絶縁層２が発熱素子実装用配線１１の周縁部４を被覆していることが併せて示されている。
ガラスセラミック絶縁層２が、発熱素子実装用配線１１の周縁部４を被覆するように設けられていると、複合セラミック多層基板をその上方から垂直方向に観た場合に、ガラスセラミック絶縁層が発熱素子実装用配線の周縁を枠状に覆うようになる。このような位置関係であるとガラスセラミック絶縁層が発熱素子実装用配線の周縁部を固定するフレーミング部として機能するため、発熱素子実装用配線が高熱伝導セラミック絶縁層から剥がれ難くなる。そのため、複合セラミック多層基板が振動や衝撃により強い構造となる。
【００７８】
続いて、本発明の発熱素子実装モジュールについて説明する。
図４は、図１に示す本発明の複合セラミック多層基板の発熱素子実装部に発熱素子を実装してなる発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図４に示す発熱素子実装モジュール２００では、発熱素子２１は、発熱素子実装用配線１１の、高熱伝導セラミック絶縁層１が設けられた側の面１１ｂの反対側の面１１ａに設けられている。発熱素子２１は発熱素子実装用配線１１とはんだ又は銀ナノ焼結材等の接合材３１により接合されている。
発熱素子実装モジュール２００には発熱素子２１が２つ（発熱素子２１ａ及び発熱素子２１ｂ）設けられており、発熱素子２１ａと発熱素子２１ｂの間には、ガラスセラミック絶縁層２に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁４１が設けられている。
高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂには、筐体５０が設けられている。
発熱素子２１からの熱は発熱素子実装用配線１１、高熱伝導セラミック絶縁層１を経て筐体５０に伝わるようになっている。
なお、本発明の発熱素子実装モジュールにおいて筐体は必須の構成要素ではなく、必要に応じて高熱伝導セラミック絶縁層１からの熱が伝わる位置に設けることが好ましい。
筐体の材質としてはアルミニウム、銅といった高熱伝導性の金属材料が挙げられる。
【００７９】
発熱素子実装モジュール２００には、発熱素子２１の他に、ガラスセラミック絶縁層２の上に発熱素子２１の駆動を制御する発熱素子制御用素子２２が設けられている。
発熱素子制御用素子２２は、ガラスセラミック絶縁層２における、高熱伝導セラミック絶縁層１が設けられた側の面２ｂの反対側の面２ａに設けられている。発熱素子制御用素子２２は、ガラスセラミック絶縁層２の内部に設けられた内部配線層１３を含む制御回路とはんだ等の接合材３２により電気的に接合されている。
また、発熱素子２１は、ワイヤボンディング２４によりガラスセラミック絶縁層２に設けられた配線（表層配線１５）と電気的に接合されており、発熱素子制御用素子２２とも電気的に接合されている。
【００８０】
発熱素子２１は、発熱素子実装用配線１１の上に設けられている。発熱素子２１は発熱素子実装用配線１１とはんだ又は銀ナノ焼結材等の接合材３１により接合されている。
発熱素子としては、パワー素子、制御素子、受動部品及び発光素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子であることが好ましい。
発熱素子がパワー素子である場合、電源回路を構成することができる。
パワー素子はワイドバンドギャップ半導体からなる素子であることが好ましい。
ワイドバンドギャップ半導体としては、２．２ｅＶ以上のバンドギャップを有し、２００℃以上で動作可能である半導体が挙げられる。具体的には炭化ケイ素又は窒化ガリウムであることが好ましい。炭化ケイ素からなる半導体の例として、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ等が挙げられる。パワー素子は一つの発熱素子実装モジュール内に複数個設けられていてもよい。
【００８１】
発熱素子が制御素子である場合、ＦＥＴ、制御ＩＣ等が挙げられる。
発熱素子が受動部品である場合、抵抗、コイル、コンデンサ等が挙げられる。
発熱素子が発光素子である場合、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ素子、ＬＩＤＡＲ素子、ＲＡＤＡＲ素子及びミリ波素子からなる群から選択される少なくとも１種の素子が挙げられる。
これらの制御素子、受動部品、発光素子も放熱量の高い素子であるため、本発明の複合セラミック多層基板にこれらの素子を実装してなる本発明の発熱素子実装モジュールは、放熱性に優れたモジュールとなる。
【００８２】
発熱素子制御用素子２２は、発熱素子２１を制御するための素子であり、制御回路の表層配線１５とはんだ等の接合材３２により接合されている。
制御素子はＩＣ、チップコンデンサ、チップインダクタ、チップレジスタといった素子であることが好ましく、ＩＣとしてはＭＯＳＦＥＴゲート駆動用ＩＣ等が挙げられる。
発熱素子制御用素子は一つの発熱素子実装モジュールに複数個設けられていてもよいし、一つの発熱素子実装モジュールに異なる種類の発熱素子制御用素子が設けられていてもよい。
【００８３】
ここまで、発熱素子実装モジュールを構成する各要素の構成について説明したが、以下には各要素の位置関係等についてさらに説明する。
【００８４】
図４に示す発熱素子実装モジュール２００では、発熱素子実装用配線１１に、第１の発熱素子２１ａと第２の発熱素子２１ｂが設けられており、第１の発熱素子２１ａと第２の発熱素子２１ｂとの間には、ガラスセラミック絶縁層２に含まれるガラスセラミックと同一の材料を含む隔壁４１が設けられている。
発熱素子が複数個設けられている場合に発熱素子の間に隔壁が設けられていると、発熱素子同士が、互いの輻射熱によって加熱されることを隔壁によって抑制できる。
また、隔壁はガラスセラミック絶縁層と同時に形成することができるので、隔壁を設けることによる工程の増加が生じない。
【００８５】
発熱素子実装モジュールにおいて、発熱素子と発熱素子制御用素子との間に、ガラスセラミック絶縁層が介在することが好ましい。このことを図面を用いて説明する。
図４に示す発熱素子実装モジュール２００において、発熱素子に最も近い発熱素子制御用素子２２ａと、発熱素子制御用素子に最も近い発熱素子２１ａの位置関係を考える。発熱素子制御用素子２２ａの上面の発熱素子側の点αと、発熱素子２１ａの上面の発熱素子制御用素子側の点α´を結ぶ線を引いた場合に、ガラスセラミック絶縁層２の一部を横切るので、このような場合には発熱素子と発熱素子制御用素子との間に、ガラスセラミック絶縁層が介在すると定める。
【００８６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、発熱素子実装モジュールの一部を模式的に示す断面図である。
図５（ａ）に示す発熱素子実装モジュールの一部では、発熱素子に最も近い発熱素子制御用素子２２ａと、発熱素子制御用素子に最も近い発熱素子２１ａの位置関係を示している。
図４に示す発熱素子実装モジュール２００において対応する位置と比較して、発熱素子に最も近い発熱素子制御用素子２２ａが発熱素子に近い位置に配置されており、発熱素子制御用素子に最も近い発熱素子２１ａの高さが高くなっている。
発熱素子に最も近い発熱素子制御用素子２２ａと、発熱素子制御用素子に最も近い発熱素子２１ａの位置関係がこのようになっていると、発熱素子制御用素子２２ａの上面の発熱素子側の点βと、発熱素子２１ａの上面の発熱素子制御用素子側の点β´を結ぶ線を引いた場合に、この線がガラスセラミック絶縁層を横切らない。すなわち、発熱素子と発熱素子制御用素子との間に、ガラスセラミック絶縁層が介在していないこととなる。
【００８７】
図５（ｂ）は、発熱素子に最も近い発熱素子制御用素子２２ａと、発熱素子制御用素子に最も近い発熱素子２１ａの位置関係が図５（ａ）に示すようになっている場合に、ガラスセラミック絶縁層４２を、発熱素子２１ａと発熱素子制御用素子２２ａとの間に介在するように配置した例である。
このガラスセラミック絶縁層４２は、発熱素子制御用素子２２ａと発熱素子２１ａの間で壁になるような位置に配置されていて、発熱素子の輻射熱により発熱素子制御用素子が伝熱されることをより確実に防止する作用を発揮する。
発熱素子制御用素子２２ａの上面の発熱素子側の点γと、発熱素子２１ａの上面の発熱素子制御用素子側の点γ´を結ぶ線を引いた場合に、この線がガラスセラミック絶縁層４２を横切るようになっている。
ガラスセラミック絶縁層４２は、高熱伝導セラミック絶縁層に直接及び／又は配線層を介して形成されているガラスセラミック絶縁層２の一部であることが好ましく、発熱素子実装モジュールの製造工程においてはガラスセラミック絶縁層２と同時に形成することができるので、この構成を設けることによる工程の増加が生じない。
【００８８】
発熱素子が発熱素子実装部に設置されて、発熱素子実装部には封止樹脂が充填され、発熱素子が封止樹脂により封止されていることが好ましい。
発熱素子が封止樹脂により封止されている態様は、後述する図１９（ｃ）に示している。
このような態様では、発熱素子実装部の周囲のガラスセラミック絶縁層が封止樹脂を充填する際のダムの役割を果たすので、必要最小限の樹脂量で発熱素子を封止することが可能となる。
【００８９】
また、ガラスセラミック絶縁層の総厚みは発熱素子実装用配線の厚みと発熱素子の高さの合計よりも大きいことが好ましい。
図４には、ガラスセラミック絶縁層２の総厚み（両矢印ＴＡで示す）が発熱素子実装用配線１１の厚み（両矢印ＴＢで示す）と発熱素子２１の高さＴＣ（両矢印ＴＣで示す）の合計よりも大きい例を示しており、ＴＡ＞ＴＢ＋ＴＣとなっている。
ガラスセラミック絶縁層の総厚みは、高熱伝導セラミック絶縁層にガラスセラミック絶縁層が直接設けられた部分で定める。
ガラスセラミック絶縁層の総厚みが、高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向における発熱素子実装用配線の厚みと発熱素子の高さの合計よりも大きくなっていると、発熱素子制御用素子の位置は発熱素子の位置よりも高い位置となる。図４には、発熱素子制御用素子２２が発熱素子２１よりも高い位置になっていることを示している。
このように発熱素子制御用素子と発熱素子が配置されると、発熱素子からの輻射熱が発熱素子制御用素子に伝熱されにくくなる。
【００９０】
続いて、本発明の複合セラミック多層基板及び本発明の発熱素子実装モジュールの他の実施形態について説明する。
【００９１】
本発明の複合セラミック多層基板では、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に配線層を介して形成されていてもよい。
図６は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を模式的に示す断面図である。
図６に示す複合セラミック多層基板１５１では、高熱伝導セラミック絶縁層１の表面１ａに内部配線層１３ｂが設けられている。そして、内部配線層１３ｂを介してガラスセラミック絶縁層２Ａが設けられている。
このような場合は、内部配線層を介して設けられるガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分は高熱伝導セラミック絶縁層には拡散しない。
また、内部配線層の高さは発熱素子実装用配線の高さよりも上方にはならない。
これらの点で、図６に示す複合セラミック多層基板１５１は図１に示す複合セラミック多層基板１００とは異なる。
このような形態の複合セラミック多層基板であっても、発熱素子を実装するための発熱素子実装用配線と制御回路として使用可能な配線層を一体化した回路基板として使用することは可能である。
【００９２】
本発明の複合セラミック多層基板では、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に形成されていてもよい。
図７は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を模式的に示す断面図である。
図７に示す複合セラミック多層基板１５２では、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａにガラスセラミック絶縁層２が形成され、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂにガラスセラミック絶縁層２´が形成されている。
ガラスセラミック絶縁層２´の構成はガラスセラミック絶縁層２と同様とすることができる。
高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けることで、両面板として使用することができる。
また、図７にはガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に直接形成された態様を示しているが、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に配線層を介して形成されていてもよい。
【００９３】
ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の両主面に形成されている場合には、高熱伝導セラミック絶縁層の一方の主面から他方の主面を電気的に接続するビア電極が形成されていることが好ましい。
図７には、高熱伝導セラミック絶縁層１に設けられたビア電極１６を示している。ビア電極１６はガラスセラミック絶縁層２に設けられた配線層の一部であるビア導体１４と、ガラスセラミック絶縁層２´に設けられた配線層の一部であるビア導体１４´を電気的に接続している。
【００９４】
図８は、図７に示す複合セラミック多層基板を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図８に示す発熱素子実装モジュール２５２では、図７に示す複合セラミック多層基板１５２の発熱素子実装部に発熱素子２１を実装している。
また、ガラスセラミック絶縁層２の上に発熱素子の駆動を制御する発熱素子制御用素子２２を実装しているとともに、ガラスセラミック絶縁層２´の上にも発熱素子制御用素子２２を実装している。
なお、ガラスセラミック絶縁層２´の上とは、図面上の上下を意味するものではなく、ガラスセラミック絶縁層２´の表面（図８における下向きの面）を意味している。
また、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂ側において、筐体５０が設けられている。筐体５０はガラスセラミック絶縁層２´を覆っている。また、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂに接する発熱素子実装用配線１１´と接している。
このため、発熱素子２１からの熱は発熱素子実装用配線１１、高熱伝導セラミック絶縁層１及び発熱素子実装用配線１１´を経て筐体５０に伝わるようになっている。
【００９５】
本発明の複合セラミック多層基板では、複合セラミック多層基板の外周部に高熱伝導セラミック絶縁層の主面が露出していてもよい。
図９は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図９には、複合セラミック多層基板１５３に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５３を示している。
図９に示す複合セラミック多層基板１５３では、複合セラミック多層基板１５３の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出した部分を参照符号１ａ´で高熱伝導セラミック絶縁層１の両端に示している。
高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂ側において筐体５０が設けられている。
複合セラミック多層基板の外周部に高熱伝導セラミック絶縁層の主面を露出させると、露出させた高熱伝導セラミック絶縁層の主面から放熱を行うことができる。
【００９６】
図１０は、図９に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１０には、複合セラミック多層基板１５４に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５４を示している。
図１０に示す複合セラミック多層基板１５４は、図９に示す複合セラミック多層基板１５３と同様に複合セラミック多層基板１５４の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。
そして、図７に示す複合セラミック多層基板１５２と同様に高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けた両面板となっている。
なお、図９及び図１０にはガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に直接形成された態様を示しているが、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に配線層を介して形成されていてもよい。
【００９７】
本発明の複合セラミック多層基板では、複合セラミック多層基板の外周部に露出している高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、ネジ留め用の貫通穴が形成されていてもよい。
図１１は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１１には、複合セラミック多層基板１５５に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５５を示している。
図１１に示す複合セラミック多層基板１５５では、複合セラミック多層基板１５５の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。そして、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出した部分１ａ´にネジ留め用の貫通穴１７が形成され、貫通穴１７にはネジ２６が挿入されて筐体５０とネジ留めされている。
複合セラミック多層基板の外周部に露出した高熱伝導セラミック絶縁層の主面にネジ留め用の貫通穴が形成されていると、高熱伝導セラミック絶縁層を筐体にネジ止めして、高熱伝導セラミック絶縁層から筐体に直接放熱をすることができる。
【００９８】
図１２は、図１１に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１２には、複合セラミック多層基板１５６に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５６を示している。
図１２に示す複合セラミック多層基板１５６は、図１１に示す複合セラミック多層基板１５５と同様に複合セラミック多層基板１５６の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。そして、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出した部分１ａ´にネジ留め用の貫通穴１７が形成され、貫通穴１７にはネジ２６が挿入されて筐体５０とネジ留めされている。
図１２に示す複合セラミック多層基板１５６は、図７に示す複合セラミック多層基板１５２と同様に高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けた両面板となっている。
なお、図１１及び図１２にはガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に直接形成された態様を示しているが、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に配線層を介して形成されていてもよい。
【００９９】
本発明の複合セラミック多層基板では、複合セラミック多層基板の外周部に露出している高熱伝導セラミック絶縁層の主面に、電源入出力用の導体を溶接するための電極が形成されていてもよい。
図１３は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１３には、複合セラミック多層基板１５７に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５７を示している。
図１３に示す複合セラミック多層基板１５７では、図１３の右側に示すように、複合セラミック多層基板１５７の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。そして、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出した部分１ａ´に電極２７が形成されている。電極２７は電源入出力用の導体である金属ピン２８を半田等の接合材２９により溶接するための電極である。
また、図１３の左側に示すように、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂの一部が露出した部分１ｂ´に電極２７´が形成されていてもよい。そして、電極２７´に電源入出力用の金属ピン２８が半田等の接合材２９´により溶接されていてもよい。
図１３には電極に電源入出力用の金属ピンを溶接した態様を示しているが、電源入出力用の金属板を電極に溶接してもよい。
複合セラミック多層基板の外周部に露出した高熱伝導セラミック絶縁層の主面に電極が形成されていると、電源入出力用の導体を溶接することができる。
【０１００】
図１４は、図１３に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１４には、複合セラミック多層基板１５８に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５８を示している。
図１４に示す複合セラミック多層基板１５８は、図１３に示す複合セラミック多層基板１５７と同様に複合セラミック多層基板１５８の外周部において高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出している。そして、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ａの一部が露出した部分１ａ´に電極２７が形成されていて、金属ピン２８が電極２７に半田等の接合材２９により溶接されている。
また、図１４の左側に示すように、高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂの一部が露出した部分１ｂ´に電極２７´が形成されていてもよい。そして、電極２７´に電源入出力用の金属ピン２８が半田等の接合材２９´により溶接されていてもよい。
図１４に示す複合セラミック多層基板１５８は、図７に示す複合セラミック多層基板１５２と同様に高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けた両面板となっている。
なお、図１３及び図１４にはガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に直接形成された態様を示しているが、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に配線層を介して形成されていてもよい。
【０１０１】
本発明の複合セラミック多層基板では、高熱伝導セラミック絶縁層が、複合セラミック多層基板の主面方向において、少なくとも発熱素子実装部の直下を含む一部の領域に配置されていてもよい。
図１５は、本発明の複合セラミック多層基板の別の一例を用いた発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１５には、複合セラミック多層基板１５９に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２５９を示している。
図１５に示す複合セラミック多層基板１５９では、高熱伝導セラミック絶縁層１が発熱素子実装部３の直下にのみ配置されている。
高熱伝導セラミック絶縁層１は、発熱素子実装部３が２つに分かれていることに合わせて２つに分割されているが、一体化していてもよい。
発熱素子実装部の直下を含む領域に高熱伝導セラミック絶縁層が配置されていることで、局所的に放熱性を向上させることができる。
【０１０２】
図１６は、図１５に示した複合セラミック多層基板を両面板とした発熱素子実装モジュールの一例を模式的に示す断面図である。
図１６には、複合セラミック多層基板１６０に発熱素子２１を実装した発熱素子実装モジュール２６０を示している。
図１６に示す複合セラミック多層基板１６０は、図１５に示す複合セラミック多層基板１５９と同様に高熱伝導セラミック絶縁層１が発熱素子実装部３の直下にのみ配置されている。
また、高熱伝導セラミック絶縁層１は高熱伝導セラミック絶縁層１の主面１ｂ側において、筐体５０と接している。
図１６に示す複合セラミック多層基板１６０は、図７に示す複合セラミック多層基板１５２と同様に高熱伝導セラミック絶縁層の両主面にガラスセラミック絶縁層を設けた両面板となっている。
なお、図１５及び図１６にはガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に直接形成された態様を示しているが、ガラスセラミック絶縁層が高熱伝導セラミック絶縁層の主面に配線層を介して形成されていてもよい。
【０１０３】
続いて、本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板及び発熱素子実装モジュールの例について説明する。
本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板は、発熱素子実装用配線と、ガラスセラミック絶縁層と、上記ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミックより熱伝導率が高いセラミック材料から構成される高熱伝導セラミック絶縁層とを備え、上記発熱素子実装用配線は上記高熱伝導セラミック絶縁層上に設けられ、上記高熱伝導セラミック絶縁層には、上記ガラスセラミック絶縁層が直接設けられたことを特徴とする。
上記態様に係る複合セラミック基板は、発熱素子実装用配線、ガラスセラミック絶縁層及び高熱伝導セラミック絶縁層を備える点で先に説明した本発明の複合セラミック多層基板と共通する。
上記態様に係る複合セラミック基板では、高熱伝導セラミック絶縁層には、ガラスセラミック絶縁層が直接設けられている。
また、複合セラミック多層基板の主面の垂直方向から観た場合に、ガラスセラミック絶縁層に囲まれ、かつガラスセラミック絶縁層が存在していない発熱素子実装部は必ずしも設けられていなくてもよい。
【０１０４】
発熱素子実装用配線、ガラスセラミック絶縁層及び高熱伝導セラミック絶縁層の好ましい態様は、先に説明した本発明の複合セラミック多層基板と同様にすることができる。
【０１０５】
また、本発明の別の態様に係る発熱素子実装モジュールは、本発明の別の態様に係る複合セラミック多層基板の発熱素子実装用配線に発熱素子を実装したことを特徴とする。
発熱素子実装モジュールにおいて発熱素子及び他の素子を複合セラミック多層基板に実装する態様は、先に説明した本発明の発熱素子実装モジュールと同様にすることができる。
なお、発熱素子として先に説明した本発明の発熱素子実装モジュールに実装される発熱素子と同様の素子を使用することができる。
【０１０６】
続いて、本発明の複合セラミック多層基板及び発熱素子実装モジュールの製造方法の一例について説明する。
以下には、代表例として図１に示す複合セラミック多層基板１００の製造方法の一例と、図４に示す発熱素子実装モジュール２００の製造方法の一例について説明する。
上記に示した他の形態に係る複合セラミック多層基板及び発熱素子実装モジュールも同様の方法で製造することができる。
図１７（ａ）、図１７（ｂ）、図１７（ｃ）、図１７（ｄ）及び図１７（ｅ）は、本発明の複合セラミック多層基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
図１８（ａ）、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）は、本発明の複合セラミック多層基板の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図１９（ｃ）は、本発明の発熱素子実装モジュールの製造工程の一部を模式的に示す断面図である。
【０１０７】
まず、図１７（ａ）に示すように、高熱伝導セラミック絶縁層１となる、焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体を用意する。高熱伝導セラミック焼結体の具体例としては、材質が９６％アルミナであり、厚さは０．５ｍｍ、熱伝導率は２１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数は７．８ｐｐｍ・Ｋ−１、抗折強度（三点曲げ強度）が３５０ＭＰａ、破壊靱性が５ＭＰａ・ｍ１／２であるものを使用することができる。
【０１０８】
続いて、図１７（ｂ）に示すように、ガラスセラミック絶縁層となるガラスセラミックグリーンシート２０２を、高熱伝導セラミック絶縁層１の上に積層する。積層後、熱プレスして圧着する。
ガラスセラミックグリーンシートは高熱伝導セラミック絶縁層の上に直接積層してもよく、高熱伝導セラミック絶縁層の上に配線層を介して積層してもよい。
図１７（ｂ）では、ガラスセラミックグリーンシート２０２を２枚（ガラスセラミックグリーンシート２０２Ａ、２０２Ｂ）積層して圧着している。
ガラスセラミックグリーンシートの無機固形分としては、ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラス粉末とアルミナ粉末の混合粉末を使用することができる。
ガラスセラミックグリーンシートの例としては、上記混合粉末に、樹脂、分散剤、可塑剤及び溶剤を添加し、混合したスラリーを、ドクターブレード法により厚み０．１ｍｍでシート化したものが挙げられる。
また、ガラスセラミックグリーンシートの例としては、焼結後の３０℃〜３００℃における平均熱膨張係数が５．５ｐｐｍ・Ｋ−１、焼結後の熱伝導率が３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１となるものを使用することができる。図１７（ｂ）には、積層したガラスセラミックグリーンシート２０２が、発熱素子実装用配線を配置するための開口部２０３を有することを示している。
この開口部の寸法は、形成予定の発熱素子実装用配線の寸法に合わせて設計することが好ましい。
また、発熱素子実装用配線を配置するための開口部２０３を形成するためのガラスセラミックグリーンシート２０２（２０２Ａ、２０２Ｂ）には、内部配線層やビア導体となるための導電性ペースト部が設けられていないことが好ましい。そのようにすると、内部配線層が、高熱伝導セラミック絶縁層の厚み方向において、発熱素子実装用配線の高さよりも上方に設けられた構成の発熱素子実装モジュールとすることができる。
【０１０９】
続いて、図１７（ｃ）に示すように、ガラスセラミックグリーンシート２０２に設けられた開口部２０３に、発熱素子実装用配線となる導電性ペースト２１１を充填する。
導電性ペースト２１１としては、銀又は銅を含むペーストを使用することが好ましい。
【０１１０】
続いて、図１７（ｄ）に示すように、ガラスセラミックグリーンシート２０２をさらに積層する。
発熱素子実装用配線よりも上方に設けられるガラスセラミックグリーンシートには、内部配線層、表層配線又はビア導体となるための導電性ペースト部を設けることが好ましい。
例えば、ガラスセラミックグリーンシート２０２にレーザーパンチャー又はメカパンチャー等で形成したビアに金属ペーストを印刷充填してビア導体用の導電性ペースト部２１４とする。また、ガラスセラミックグリーンシート２０２の表面に、内部配線層となるパターンで導電性ペーストを印刷して、内部配線層用の導電性ペースト部２１３とする。
また、最表面のガラスセラミックグリーンシート２０２（２０２Ｈ）の表面には、表層配線となるパターンで導電性ペーストを印刷して、表層配線用の導電性ペースト部２１５とする。
導電性ペースト部を設けるための導電性ペーストとしては、銀又は銅を含むペーストを使用することが好ましい。
図１７（ｄ）には、ガラスセラミックグリーンシート２０２をさらに６枚（ガラスセラミックグリーンシート２０２Ｃ、２０２Ｄ、２０２Ｅ、２０２Ｆ、２０２Ｇ、２０２Ｈ）積層し、熱プレスして圧着した状態を示している。なお、ガラスセラミックグリーンシート２０２のうち、最表面からの２枚（２０２Ｇ、２０２Ｈ）は、電源配線用の開口部２０４を有する。
【０１１１】
続いて、図１７（ｅ）に示すように、ガラスセラミックグリーンシート２０２のうち最表面からの２枚（２０２Ｇ、２０２Ｈ）に設けた、電源配線用の開口部２０４に、電源配線となる導電性ペースト２１２を充填する。
導電性ペースト２１２としては、銀又は銅を含むペーストを使用することが好ましい。
ここまでの工程により、その底面に発熱素子実装用配線となる導電性ペースト２１１が存在しており、その周囲がガラスセラミックグリーンシート２０２となっている、発熱素子実装部となるキャビティ２２３を設けておくようにする。
【０１１２】
続いて、図１８（ａ）に示すように、最表面のガラスセラミックグリーンシート２０２の最表面層（２０２Ｈ）の上及びキャビティ２２３の内部に、拘束層２３１を設ける。
拘束層は、後の加圧焼成工程で焼結しない材料であるセラミック粉末に、樹脂、分散剤、可塑剤及び溶剤を添加及び混合したスラリーを、ドクターブレード法によりシート化したものである。拘束層に用いるセラミック粉末としてはアルミナ粉末が好ましい。また、シート化の厚みとしては例えば０．２ｍｍとすることが好ましい。
拘束層を設けることにより、後の加圧焼成工程におけるガラスセラミックグリーンシートの収縮量を制御することができ、ガラスセラミック絶縁層の寸法精度を高めることができる。
ここまでの工程で得られたものが、高熱伝導セラミック絶縁層１となる焼結済みの高熱伝導セラミック焼結体と、焼成によりガラスセラミック絶縁層２となるガラスセラミックグリーンシート２０２の積層体１０１である。
続いて、この積層体１０１を加圧焼成する。
【０１１３】
図１８（ｂ）は、加圧焼成後の積層体１０２を模式的に示している。
加圧焼成における焼成温度は、８５０℃以上、９９０℃以下とすることが好ましい。
加圧焼成の時間(焼成温度での保持時間）は１０分以上、３０分以下とすることが好ましい。
加圧焼成の加圧力が０．１ｋｇｆ／ｃｍ２以上、３０．０ｋｇｆ／ｃｍ２以下となるようにすることが好ましい。
また、加圧焼成時の雰囲気は大気雰囲気とすることが好ましい。
【０１１４】
加圧焼成により、積層されたガラスセラミックグリーンシート２０２を構成する低温焼結セラミック材料が焼結してガラスセラミック絶縁層２となる。
ガラスセラミック絶縁層２には、ガラスセラミック絶縁層が８層（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ）含まれる。
加圧焼成により、発熱素子実装用配線となる導電性ペースト２１１は発熱素子実装用配線１１となり、電源配線となる導電性ペースト２１２は電源配線１２となる。
また、加圧焼成により、ビア導体用の導電性ペースト部２１４はビア導体１４となり、内部配線層用の導電性ペースト部２１３は内部配線層１３となり、表層配線用の導電性ペースト部２１５は表層配線１５となる。
【０１１５】
加圧焼成前の積層体１０１において、ガラスセラミックグリーンシート２０２は高熱伝導セラミック絶縁層１の上に直接設けられている。
加圧焼成により、ガラスセラミック絶縁層２が高熱伝導セラミック絶縁層１上に直接設けられた積層体が得られる。そして、この加圧焼成により、ガラスセラミック成分が高熱伝導セラミック絶縁層の中に拡散し、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面に拡散層が形成されて高い結合強度が実現される。
また、加圧焼成前の積層体１０１において、発熱素子実装用配線となる導電性ペースト２１１は高熱伝導セラミック絶縁層１の上に直接設けられている。
加圧焼成により、発熱素子実装用配線１１を高熱伝導セラミック絶縁層１上に直接設けることができる。
【０１１６】
続いて、図１８（ｃ）に示すように、拘束層２３１を積層体１０２から除去する。
拘束層の除去は超音波洗浄により行うことができる。
拘束層が除去されることで、焼成前にキャビティ２２３であった部分が、発熱素子実装部３となる。
さらに、必要に応じて、表面に露出した発熱素子実装用配線１１、表層配線１５、電源配線１２の表面にニッケルメッキ及び金メッキ被膜を形成することが好ましい。
このようにして、発熱素子が実装されていない複合セラミック多層基板１００が得られる。
【０１１７】
ここまでの工程により得られた複合セラミック多層基板の具体例は以下の通りである。
高熱伝導セラミック絶縁層が、材質が９６％アルミナであり、厚さは０．５ｍｍ、熱伝導率は２１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、３０℃〜３００℃における熱膨張係数は７．８ｐｐｍ・Ｋ−１、抗折強度（三点曲げ強度）が３５０ＭＰａ、破壊靱性が５ＭＰａ・ｍ１／２である。
ガラスセラミック絶縁層は、ガラスセラミック絶縁層を８層有しており、ガラスセラミック絶縁層１層の厚みが０．０５ｍｍ、ガラスセラミック絶縁層の総厚みが０．４ｍｍであり、ガラスセラミック絶縁層の必要な箇所に厚さ０．００５ｍｍの内部配線層を有する。
高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層が接する界面では、ガラスセラミック絶縁層に含まれるガラスセラミック成分が、高熱伝導セラミック絶縁層に拡散して拡散層を形成して、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層が接合されている。
発熱素子実装部が設けられており、発熱素子実装部の深さは０．３ｍｍである。
発熱素子実装部の底面、かつ高熱伝導セラミック絶縁層の表面に、厚さ０．１ｍｍの発熱素子実装用配線が形成されている。
また、ガラスセラミック絶縁層の表面、すなわち実装前の複合セラミック多層基板の表面に、電源配線を有する。
【０１１８】
複合セラミック多層基板１００に、発熱素子２１を実装し、その他必要な工程を行うことにより本発明の発熱素子実装モジュールが得られる。
図１９（ａ）では、発熱素子実装部３に発熱素子２１を実装している。
発熱素子実装用配線１１の上に接合材３１をディスペンサで塗布したのち、発熱素子２１を搭載し、加熱処理して、発熱素子２１を実装する。
発熱素子を実装するための接合材３１としては、銀ナノ焼結材が好ましい。
また、加熱処理条件は、例えば、窒素雰囲気、３００℃／１０分とすることが好ましい。
発熱素子２１としては、厚さ０．１５ｍｍのＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ等の素子を使用することができる。
【０１１９】
続いて、図１９（ｂ）に示すように、発熱素子制御用素子２２を実装する。
表層配線１５の上に接合材３２をスクリーン印刷で塗布したのち、発熱素子制御用素子２２を実装する。発熱素子制御用素子２２を接合材３２に載せて、リフロー処理することにより、発熱素子制御用素子２２を実装することができる。
発熱素子制御用素子を実装するための接合材３２としては、Ｓｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕハンダ等を用いることができ、リフロー条件は、窒素雰囲気、最高温度２５０℃での５０秒の保持を行う条件であることが好ましい。
上記工程により、本発明の発熱素子実装モジュール２００が製造される。
【０１２０】
必要に応じて、図１９（ｃ）に示すように、発熱素子２１をワイヤボンディング２４によりガラスセラミック絶縁層２に設けられた配線（表層配線１５）と電気的に接合する。
また、発熱素子２１が実装された発熱素子実装部３に封止樹脂２５を充填して発熱素子２１を封止する。
【０１２１】
上記工程により得られた発熱素子実装モジュールの具体例としては、発熱素子を接合するための接合材の厚さが０．０５ｍｍ、発熱素子としてのＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの厚さが０．１５ｍｍのものが挙げられる。この場合、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの表面が、実装前の発熱素子実装モジュールにおける発熱素子実装部の底面から高さ０．２ｍｍに位置する。発熱素子実装部の深さは０．３ｍｍなので、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの表面は、発熱素子実装モジュールの表面から０．１ｍｍ低くなっている。
このような位置関係であると、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴの作動時に生じる輻射熱による、発熱素子制御用素子の直接加熱を防止することができる。
【０１２２】
なお、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の接合強度を確認するために、厚みが０．５ｍｍの９６％アルミナ基板の上に、無機固形分としてＳｉＯ２−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系ガラスとアルミナを含む厚さ０．５ｍｍのガラスセラミックグリーンシートを積層した積層体を、加圧力５．０ｋｇｆ／ｃｍ２、最高温度８７０℃で１０分間保持する加圧焼成条件により焼成して接合させた。
これを長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍに切り出して曲げ試験用サンプルとした。
この曲げ試験用サンプルを、アルミナ基板側から圧子荷重を掛けて三点曲げ（スパン３０ｍｍ、圧子送り速度２ｍｍ・ｍｉｎ−１）し、破断部を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
図２０には、曲げ試験における破断部の走査電子顕微鏡写真を示した。
高熱伝導セラミック絶縁層（アルミナ基板）とガラスセラミック絶縁層の接合界面での亀裂は認められなかったことから、高熱伝導セラミック絶縁層とガラスセラミック絶縁層の界面が強固に接合していることが分かった。
【符号の説明】
【０１２３】
１  高熱伝導セラミック絶縁層
１ａ、１ｂ  高熱伝導セラミック絶縁層の主面
１ａ´１ｂ´  高熱伝導セラミック絶縁層の主面の一部が露出した部分
２、２´、２Ａ〜２Ｈ、４２  ガラスセラミック絶縁層
２ａ、２ｂ  ガラスセラミック絶縁層の面
３  発熱素子実装部
３ａ  第１の発熱素子実装部
３ｂ  第２の発熱素子実装部
４  発熱素子実装用配線の周縁部
１１  発熱素子実装用配線
１１ａ、１１ｂ  発熱素子実装用配線の面
１２  電源配線
１３  内部配線層
１３ａ  最も低い内部配線層
１３ｂ  高熱伝導セラミック絶縁層の表面に設けられた内部配線層
１４、１４´  ビア導体
１５  表層配線
１６  ビア電極
１７  ネジ留め用の貫通穴
２１、２１ａ、２１ｂ  発熱素子
２２、２２ａ  発熱素子制御用素子
２４  ワイヤボンディング
２５  封止樹脂
２６  ネジ
２７、２７´  電極
２８  金属ピン
２９、２９´、３１、３２  接合材
４１  隔壁
５０  筐体
１００、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１５７、１５８、１５９、１６０  複合セラミック多層基板
１０１  加圧焼成前の積層体
１０２  加圧焼成後の積層体
２００、２５２、２５３、２５４、２５５、２５６、２５７、２５８、２５９、２６０  発熱素子実装モジュール
２０２、２０２Ａ〜２０２Ｈ  ガラスセラミックグリーンシート
２０３、２０４  開口部
２１１  発熱素子実装用配線となる導電性ペースト
２１２  電源配線となる導電性ペースト
２１３  内部配線層用の導電性ペースト部
２１４  ビア導体用の導電性ペースト部
２１５  表層配線用の導電性ペースト部
２２３  発熱素子実装部となるキャビティ
２３１  拘束層
【図１】
2018181523.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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