(57)【要約】【課題】セラミック回路基板集合体から個片体のセラミック回路基板にするための容易に、歩留まりよく分割できる分割線を有するセラミック回路基板集合体を提供する。【解決手段】セラミック基板１１の一方に回路金属板１２と、他方に放熱金属板１３を接合するセラミック回路基板１４を複数個有し、一方の主面の外周辺部に第１のダミー金属板１６を接合し、他方に第２のダミー金属板１７を接合するダミー部１５を有するセラミック回路基板集合体１０であって、セラミック基板１１の何れか一方に、縦、横方向で直角に交叉すると共に端部に延設して分割線１８を有し、しかも分割線１８を設ける位置になるセラミック基板１１の表、裏面の何れの部位にも、回路金属板１４、第１のダミー金属板１６、放熱金属板１３、及び第２のダミー金属板１７が分割線１８に接続しないようになるように設けられている。【選択図】図１
2007019123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の焼成済のセラミック基板の表、裏面の一方に回路を設けた回路金属板と、他方に板状の放熱金属板を接合するセラミック回路基板を複数個有し、前記回路金属板が接合された側の前記セラミック基板の外周辺部に前記回路金属板と同じ厚さからなる第１のダミー金属板を接合し、前記放熱金属板が接合された側の前記セラミック基板の外周辺部に前記放熱金属板と同じ厚さからなる第２のダミー金属板を接合するダミー部を有するセラミック回路基板集合体であって、
前記セラミック基板の表、裏面の何れか一方に、縦、横方向で直角に交叉すると共に前記セラミック基板の端部に延設して複数個の前記セラミック回路基板に分割するための分割線を有し、しかも該分割線を設ける位置になる前記セラミック基板の表、裏面の何れの部位にも、前記回路金属板と前記第１のダミー金属板、及び前記放熱金属板と前記第２のダミー金属板が前記分割線に接続しないようになるように設けられていることを特徴とするセラミック回路基板集合体。
【請求項２】
請求項１記載のセラミック回路基板集合体において、前記分割線の延設先の前記セラミック基板の外形線と、前記分割線の始点及び／又は終点である基点との間に０．５〜３ｍｍの前記分割線を設けない部分を有することを特徴とするセラミック回路基板集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電力が流れて高熱を発する半導体素子を搭載する半導体モジュール用基板として用いるためのセラミック回路基板に関し、より詳細には、複数個のセラミック回路基板が大型のセラミック基板に配列して形成されたセラミック回路基板集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、民生用機器や、自動車の車載用等に採用されている半導体モジュール用基板として用いるためのセラミック回路基板は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア入りアルミナ等のセラミック基材からなる焼成済のセラミック基板の上表面に、銅板で回路を形成した回路金属板を直接接合法で接合している。この直接接合法とは、予め表面を酸化させた銅板をセラミック基板の表面に当接させ、銅の融点付近まで温度を上げて銅と微量の酸素との反応により生成するＣｕ−Ｏ共晶液相を接合剤として焼成してセラミック基板に直接接合する方法である。なお、セラミック回路基板は、セラミック基板の下表面にも同様に、銅板からなる放熱金属板を直接接合法で直接接合している。この放熱金属板は、セラミック基板と銅板との熱膨張係数の差から発生する半導体モジュール用基板の反りの発生のバランスを保つと同時に、半導体素子からの発熱を半導体モジュール用基板の下面から速やかに放熱させている。
【０００３】
また、従来の他のセラミック回路基板は、ＡｌＮや、Ａｌ２Ｏ３や、ジルコニア入りアルミナや、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミック基材からなる焼成済のセラミック基板の上表面と回路金属板との間に、Ａｇ−ＣｕろうにＴｉやＺｎ等の活性金属を含有させた活性金属ろう材を挟み込んで加熱してろう付け接合している。一方、セラミック基板の下表面にも、銅板からなる放熱金属板を活性金属ろう材でろう付け接合している。この活性金属法は、酸素に対して活性な高融点金属を用いることで、セラミック基材との界面反応を促進させて接合する方法である。
【０００４】
このセラミック回路基板は、セラミック基板に接合された回路金属板上の所定の位置に半導体素子が接合され、半導体素子と回路金属板の他の所定の位置との間をボンディングワイヤや、リボン等でボンディングして電気的に接続状態とし、実装を行っている。しかしながら、セラミック回路基板は、それぞれが単独に作製されているので、実装するための取り扱いや、実装時の位置決め等をそれぞれに行う必要があり、実装を行うための手間がかかり作業効率の低下となっている。そこで、最近では、大型のセラミック基板に複数個のセラミック回路基板を配列させて形成したセラミック回路基板集合体が開発されている。
【０００５】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、セラミック回路基板集合体５０の一例には、大型のセラミック基板５１の一方の表面に回路を設けた回路金属板５２、他方の表面に放熱金属板５３を接合して形成した複数個のセラミック回路基板５４を有し、それぞれのセラミック回路基板５４が回路金属板５２及び／又は放熱金属板５３の上面からセラミック基板５１の少なくとも一方の表面にまで達するように設けられた分割線５５で分割することで得られるようになっているものがある（例えば、特許文献１参照）。また、セラミック回路基板集合体５０の他の一例には、セラミック基板５１の外周辺部にダミー部５６を有し、セラミック基板５１の反りをコントロールするために回路金属板５２が接合された側のダミー部５６に長尺の第１のダミー金属板５７、放熱金属板５３が接合された側のダミー部５６に長尺の第２のダミー金属板５８を有し、セラミック基板５１の両面に分割線５５を有しているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３１４２２０号公報
【特許文献２】ＥＰ０６２７７６０Ｂ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したような従来のセラミック回路基板集合体は、次のような問題がある。
（１）焼成済のセラミック基板に分割線を形成するには、通常、レーザー等で形成する必要があるが、銅板からなる回路金属板及び／又は放熱金属板を通してセラミック基板にレーザー光を照射する場合には、レーザー光が銅板表面で反射してセラミック基板に正常な分割線を形成することが難しく、歩留まりの低下となっている。
（２）セラミック回路基板集合体から個片体のセラミック回路基板に分割するための両面に形成した分割線の形態は、分割の順序を設定し、その順序に沿って分割を行わなければ分割できない部分があり、分割の順序を間違った場合には、セラミック回路基板集合体を破壊することとなり、歩留まりの低下となっている。また、セラミック基板の両面に形成した分割線は、セラミック基板の厚さが薄い場合には、セラミック回路基板集合体への半導体素子等の実装途中に分割線からの破壊が発生する場合があり、歩留まりの低下となっている。
（３）セラミック回路基板集合体にレーザー等で形成する場合の分割線の形態は、縦、横方向の中のそれぞれの長さに異なるところが発生するので、それぞれの位置でレーザー光を照射する時にレーザー光の出発位置と、終点位置を正確に位置決めして設定する必要があり、作業能率の低下となり、セラミック回路基板集合体のコストアップとなっている。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック回路基板集合体から個片体のセラミック回路基板にするための容易に、歩留まりよく分割できる分割線を有するセラミック回路基板集合体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】
【０００９】
前記目的に沿う本発明に係るセラミック回路基板集合体は、矩形状の焼成済のセラミック基板の表、裏面の一方に回路を設けた回路金属板と、他方に板状の放熱金属板を接合するセラミック回路基板を複数個有し、回路金属板が接合された側のセラミック基板の外周辺部に回路金属板と同じ厚さからなる第１のダミー金属板を接合し、放熱金属板が接合された側のセラミック基板の外周辺部に放熱金属板と同じ厚さからなる第２のダミー金属板を接合するダミー部を有するセラミック回路基板集合体であって、セラミック基板の表、裏面の何れか一方に、縦、横方向で直角に交叉すると共にセラミック基板の端部に延設して複数個のセラミック回路基板に分割するための分割線を有し、しかも分割線を設ける位置になるセラミック基板の表、裏面の何れの部位にも、回路金属板と第１のダミー金属板、及び放熱金属板と第２のダミー金属板が分割線に接続しないようになるように設けられている。
【００１０】
ここで、セラミック回路基板集合体は、分割線の延設先のセラミック基板の外形線と、分割線の始点及び／又は終点である基点との間に０．５〜３ｍｍの分割線を設けない部分を有するのがよい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１又はこれに従属する請求項２記載のセラミック回路基板集合体は、矩形状の焼成済のセラミック基板の表、裏面の一方に回路を設けた回路金属板と、他方に板状の放熱金属板を接合するセラミック回路基板を複数個有し、回路金属板が接合された側のセラミック基板の外周辺部に回路金属板と同じ厚さからなる第１のダミー金属板を接合し、放熱金属板が接合された側のセラミック基板の外周辺部に放熱金属板と同じ厚さからなる第２のダミー金属板を接合するダミー部を有するセラミック回路基板集合体であって、セラミック基板の表、裏面の何れか一方に、縦、横方向で直角に交叉すると共にセラミック基板の端部に延設して複数個のセラミック回路基板に分割するための分割線を有し、しかも分割線を設ける位置になるセラミック基板の表、裏面の何れの部位にも、回路金属板と第１のダミー金属板、及び放熱金属板と第２のダミー金属板が分割線に接続しないようになるように設けられているので、分割線が延設する部分には回路金属板、放熱金属板、第１のダミー金属板、及び第２のダミー金属板が存在せず、レーザーで分割線を設ける場合であってもセラミック基板の端部まで正確な分割線を設けることができ、何処の分割線からもセラミック回路基板集合体を自由に分割して破壊を発生させることなく歩留まりよく個片のセラミック回路基板に分割することができる。また、分割線の長さは、縦、横方向のそれぞれで同じにすることができるので、効率よく分割線を形成でき、セラミック回路基板集合体のコストアップを防止することができる。
【００１２】
特に、請求項２記載のセラミック回路基板集合体は、分割線の延設先のセラミック基板の外形線と、分割線の始点及び／又は終点である基点との間に０．５〜３ｍｍの分割線を設けない部分を有するので、セラミック回路基板集合体としての作業工程途中に多少の外力が働いたとしても容易に割れない抵抗を持たせることができ、割る必要がある時までの分割線からの破壊を防止することができる。また、この分割線を分割した時に、例え分割線を設けない部分にバリ等が発生したとしても、除去して廃棄するダミー部での発生であり、しかもセラミック回路基板から離れた部分での発生でセラミック回路基板に影響を及ぼすようなことは発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板集合体の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、図２は同セラミック回路基板集合体の変形例の平面図である。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板集合体１０は、大型の矩形状で焼成済のセラミック基板１１の表、裏面の一方の主面に、上面に半導体素子を搭載したりするための、例えば、Ｃｕ板からなる回路を設けた複数の回路金属板１２を有している。この回路金属板１２は、所定の場所の配線回路部の上面に半導体素子が搭載され、半導体素子のパッド電極と他の配線回路部とをボンディングワイヤや、リボンワイヤ等で接続するようになっている。また、このセラミック回路基板集合体１０は、セラミック基板１１の表、裏面の他方の主面に、半導体素子から発生する熱を放熱させるための、例えば、Ｃｕ板からなる個々の回路金属板１２の外周と略同じ面積からなるベタ状の複数の放熱金属板１３を有している。この放熱金属板１３は、半導体素子から発生する熱を放熱させると同時に、熱膨張係数が回路金属板１２と同等又は近似する金属で形成して、セラミック基板１１との熱膨張係数差から接合時に発生する反りや曲がりを、セラミック基板１１の両面で熱膨張係数が同等又は近似する金属からなる回路金属板１２と放熱金属板１３をそれぞれ貼り合わせてバランスをとることで、発生を防止している。
【００１５】
このセラミック回路基板集合体１０は、１個の回路金属板１２と１個の放熱金属板１３とでセラミック回路基板１４を構成し、このセラミック回路基板１４が複数個有するように形成されている。また、このセラミック回路基板集合体１０は、セラミック基板１１の外周辺部にダミー部１５を有し、このダミー部１５の回路金属板１２が接合された側に、回路金属板１２と同じ厚さの、例えば、Ｃｕ板からなる第１のダミー金属板１６が接合されている。更に、このセラミック回路基板集合体１０の放熱金属板１３が接合された側のダミー部１５には、放熱金属板１３と同じ厚さの、例えば、Ｃｕ板からなる第２のダミー金属板１７が接合されている。この第１、第２のダミー金属板１６、１７は、それぞれ回路金属板１２、放熱金属板１３の厚さと同じ厚さにしてセラミック基板１１との熱膨張係数差から接合時に発生する反りや曲がりを、セラミック基板１１の両面で熱膨張係数が同等又は近似するようにしてダミー部１５部分のバランスをとることで、セラミック回路基板集合体１０の反りや曲がりの発生を防止している。
【００１６】
回路金属板１２と第１のダミー金属板１６は、通常、セラミック基板１１の両方の主面を覆うように大型のＣｕ板を直接接合法や、活性金属ろう材接合法で接合した後、セラミック基板１１の他方の主面の全体をマスクで保護した上で、一方の主面側の大型のＣｕ板を覆うようにセラミック基板１１の一方の主面側のＣｕ板上に回路金属板１２と第１のダミー金属板１６のパターン以外の部分が開口部から露出するマスクを当接させて開口部をエッチングすることで形成している。また、放熱金属板１３と第２のダミー金属板１７は、一方の主面側の全体をマスクで保護した上で、上記と同様にしてエッチングすることで形成している。なお、このエッチングの形成は、先に回路金属板１２側を行ったが、順番を逆にして放熱金属板１３側を先に行ってもよいし、両主面を同時に行うこともできる。回路金属板１２と第１のダミー金属板１６や、放熱金属板１３と第２のダミー金属板１７は、上記のエッチング方式以外に、予めＣｕ板をエッチングや、打ち抜きプレス加工等によってパターン形成したものを直接接合法や、活性金属ろう材接合法で接合して形成することもできる。
【００１７】
ここで、セラミック基板１１にＣｕ板を接合する方法として、直接接合法と、活性金属ろう材接合法について説明する。直接接合法とは、予めＣｕ板の表面に酸化膜を施したり、Ｃｕ板中の酸素濃度を管理したりして、酸素濃度を０．００８〜０．３９％に制御したＣｕ板をセラミック基板１１に当接して、１０６３℃以上でＣｕの融点温度である１０８３℃以下の温度、例えば、１０７０℃程度の温度で加熱し、Ｃｕと微量の酸素との反応により生成するＣｕ−Ｏ共晶液相を結合材としてセラミック基板１１にＣｕ板を接合する方法である。また、活性金属ろう材接合法とは、Ｃｕ板をチタンや、ジルコニウムや、ベリリウム等のような極めて反応性の大きい、所謂活性な金属をＡｇ−Ｃｕ系ろう等に加えた活性金属ろう材を介してセラミック基板１１に当接して、活性金属ろう材の溶融温度、例えば、７５０〜８５０℃程度で加熱してチタン等の酸素との親和力の強さを利用して、直接接合する方法である。
【００１８】
セラミック基板１１の表、裏面の何れか一方（図１（Ａ）、（Ｂ）では回路金属板１２が接合されている表面側で示している）には、セラミック基板１１の矩形状に沿って縦、横方向で直角に交叉するように形成される共に、セラミック基板１１の端部に延設して設けられる複数個のセラミック回路基板１４に分割することができるための分割線１８を有している。しかも、この分割線１８は、分割線１８が設けられる位置になるセラミック基板１１の表、裏面の何れの部位にも、回路金属板１２と第１のダミー金属板１６、及び放熱金属板１３と第２のダミー金属板１７が分割線１８に接続しないような位置になるように設けられている。この分割線１８は、焼成前のセラミック基板１１のセラミックグリーンシートに鋭利な刃先を押圧して形成するＶ字状の連続した溝からなるものであってもよく、焼成後のセラミック基板１１にレーザー光を照射して形成する点状の連続した穴からなるものであってもよい。
【００１９】
ここで用いられるセラミック基板１１は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、ジルコニア入りアルミナや、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックから作製されたものを用いることができる。セラミック基板１１の一例であるアルミナからなるセラミック基板１１は、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤が加えられ、十分に混練した後、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製し、このスラリーをドクターブレード法等によって、例えば、厚み０．６４ｍｍのロール状のシートに形成され、適当なサイズにカットしてセラミックグリーンシートを作製し、大気中約１６００℃で焼成して形成している。
【００２０】
また、セラミック基板１１の一例であるジルコニア入りアルミナからなるセラミック基板１１は、主成分のアルミナを７０〜９７ｗｔ％の範囲にして、これにジルコニア（ＺｒＯ２）を２〜２９．９ｗｔ％の範囲で添加し、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）、セリア（ＣｅＯ２）のいずれか１種以上の焼結助剤を０．１〜２ｗｔ％の範囲で添加し、可塑剤、バインダー、及び溶剤を加えて、例えば、厚み０．２５ｍｍのシート状のセラミックグリーンシートを形成し、これを適当な大きさに切断してアルミナからなるセラミック基板１１の場合と同様に大気中約１６００℃で焼成して形成している。
【００２１】
更に、セラミック基板１１の一例である窒化アルミニウムからなるセラミック基板１１は、窒化アルミニウム粉末に焼結助剤を添加し、可塑剤、バインダー、及び溶剤を加えてシート状のセラミックグリーンシートとし、これを適当な大きさに切断して、窒素雰囲気中約１７００℃の高温で焼成して形成している。窒化アルミニウムからなるセラミック基板１１にＣｕ板を接合する場合には、窒化アルミニウムからなるセラミック基板１１の表面に酸化膜を形成、すなわちＡｌＮの表面をＡｌ２Ｏ３とする必要がある。
【００２２】
なお、アルミナからなるセラミック基板１１は、機械的強度、特に曲げ強度（抗折強度）がジルコニア入りアルミナや、窒化アルミニウムに比べて劣るので、セラミック基板１１の厚さを薄くすることに限界がある。ジルコニア入りアルミナからなるセラミック基板１１は、アルミナ単体のセラミック基板１１と比べて熱伝導率を同等程度に保ちながら機械的強度、特に曲げ強度（抗折強度）を大幅に高めることができる（アルミナ基板では、３２０Ｎ／ｍｍ２、ジルコニア入りアルミナ基板では、５８０Ｎ／ｍｍ２）。また、イットリア、カルシア、マグネシア、セリアのいずれか１種以上を添加することで、セラミック基板１１の焼成温度をアルミナ単体のセラミック基板１１と同等程度に抑えつつ、ジルコニア結晶粒の靱性を改善することができる。これらによって、ジルコニア入りアルミナからなるセラミック基板１１は、厚みを薄くすることで放熱特性に優れたセラミック基板１１とすることができる。窒化アルミニウムからなるセラミック基板１１は、熱伝導率（１９０Ｗ／ｍＫ）が高いので、放熱特性に優れたセラミック基板１１とすることができるが、窒化アルミニウムが高価でありコストダウンに限界がある。
【００２３】
図２に示すように、本発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板集合体１０の変形例のセラミック回路基板集合体１０ａは、セラミック基板１１に設けられた分割線１８ａがこの分割線１８ａの延設先であるセラミック基板１１の外形線と、分割線１８ａの始点及び／又は終点である基点１９との間に、０．５〜３ｍｍの分割線１８ａを設けない部分を有している。この分割線１８ａを設けない部分によって、分割線１８ａは、分割線１８ａの折り曲げ方向に抵抗ができるので、半導体素子の実装工程段階等の作業工程途中にセラミック回路基板集合体１０ａに多少の外力が働いたとしても、分割線１８ａからの破壊を防止することができる。分割線１８ａを設けない部分が０．５〜３ｍｍである場合には、実際に分割線１８ａに沿って分割する時に何ら影響なく分割が可能であり、例え、基点１９部分で分割線１８ａを逸れて分割されバリ等の発生があったとしても、ダミー部１５での不具合でおさまり、分割後のセラミック回路基板１４に影響を及ぼすことはない。なお、分割線１８ａを設けない部分は、その大きさが０．５ｍｍを下まわると、分割を抑制するための部分が小さくなりすぎて外力に対して弱くなり、分割線１８ａからの破壊を防止する効果が少なくなる。また、分割線１８ａを設けない部分は、その大きさが３ｍｍを超えると、実際に分割線１８ａに沿って分割する時の抵抗が大きくなりすぎて正常な分割が困難となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のセラミック回路基板集合体は、大量に熱を発生する半導体素子を実装し、分割線から分割してパワーモジュール用等として組立た後、高電圧が流れる所に用いる電子部品として自動車部品用等として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るセラミック回路基板集合体の平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。
【図２】同セラミック回路基板集合体の変形例の平面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来のセラミック回路基板集合体の平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０、１０ａ：セラミック回路基板集合体、１１：セラミック基板、１２：回路金属板、１３：放熱金属板、１４：セラミック回路基板、１５：ダミー部、１６：第１のダミー金属板、１７：第２のダミー金属板、１８、１８ａ：分割線、１９：基点
【図１】
2007019123.tif 000003
【図２】
2007019123.tif 000004
【図３】
2007019123.tif 000005