(57)【要約】      （修正有）【課題】接合材への亀裂が抑制され、電極の剥離が抑制された基板を提供する。【解決手段】少なくとも一方主面が無機絶縁体からなる基体１と、基体１の一方主面上に載置された電極２とを含み、電極２の側面が基体１を形成する無機絶縁体と同じ材料からなる接合材３で基体１と接合された基板である。これにより、劣悪な環境下での使用であっても、接合材に亀裂が入って電極が剥離するのを抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方主面が無機絶縁体からなる基体と、該基体の一方主面上に載置された電極とを含み、該電極の側面が前記基体を形成する無機絶縁体と同じ材料からなる接合材で前記基体と接合されたことを特徴とする基板。
【請求項２】
前記接合材が常温で接合されたことを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記電極の外周の側面と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板。
【請求項４】
前記電極の主面間を貫通する孔を有し、該孔の側面と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の基板。
【請求項５】
前記側面全域と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基体上に電極が載置されてなる基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板として、絶縁基体の一方主面上に接合層を介して電極が設けられた基板が知られている。ここで、絶縁基体上にフィルム状の樹脂にて電極を接着したものが安価な基板として挙げられる（例えば特許文献１を参照）。そして、例えばこの基板には電極の上に半導体素子などの電子部品が実装されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０３８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、湿度が高いあるいは熱や振動が加わるなど劣悪な環境下での使用にあっては、樹脂系接着剤からなる接合材が劣化し亀裂が入って電極が剥離するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、接合材の劣化等が抑制され、電極の剥離が低減された基板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】
【０００６】
本発明は、少なくとも一方主面が無機絶縁体からなる基体と、該基体の一方主面上に載置された電極とを含み、該電極の側面が前記基体を形成する無機絶縁体と同じ材料からなる接合材で前記基体と接合されたことを特徴とする基板である。
【０００７】
また本発明は、上記の構成において、前記接合材が常温で接合されたことを特徴とする基板である。
【０００８】
また本発明は、上記の構成において、前記電極の外周の側面と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする基板である。
【０００９】
また本発明は、上記の構成において、前記電極の主面間を貫通する孔を有し、該孔の側面と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする基板である。
【００１０】
また本発明は、上記の構成において、前記側面全域と前記基体とが前記接合材で接合されたことを特徴とする基板である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基板によれば、電極の側面が基体を形成する無機絶縁体と同じ材料からなる接合材で基体と接合されたことで、無機絶縁体が耐湿性、耐熱性および耐振動性に優れ劣化しにくいことから、劣悪な環境下での使用であっても、接合材に亀裂が入って電極が剥離するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の基板の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の基板の実施の形態の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の基板の実施の形態の例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の基板の実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は本発明の基板の実施の形態の一例を示す断面図である。図１および図２に示す基板は、少なくとも一方主面が無機絶縁体からなる基体１と、基体１の一方主面上に載置された電極２とを含み、電極２の側面が基体１を形成する無機絶縁体と同じ材料からなる接合材３で基体１と接合されたことを特徴とする基板である。
【００１５】
基体１としては、例えばアルミナ質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックスなどのセラミックスからなるもの、一方主面側にセラミックスからなる無機絶縁層が設けられ他方主面側に純銅系、銅合金系、ニッケルなどの導体からなる導体層が設けられたものが挙げられる。また、基体１が矩形状の場合の寸法としては、例えば縦２０〜１００ｍｍ、横２０〜１００ｍｍ、厚さ０．５〜２ｍｍのものが挙げられる。
【００１６】
基体１の一方主面上に載置された電極２は、例えば銅、銅合金系、ニッケルなどの金属からなり、例えば０．０１〜０．２ｍｍの厚みとされたものである。この電極２の上には、図１に示すように、例えば半導体チップ４が搭載される。
【００１７】
そして、電極２の側面が基体１と接合材３で接合されている。接合材３としては、基体１を形成する無機絶縁体と同じ材料であり、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素などのセラミック粒子からなる膜から構成される。なお、電極２の側面が基体１と接合されているとは、電極２の基体１側の主面では接合されていない（電極２と基体１との間に接合材３を積極的に介在させていない）ことを意味し、電極２の上面には電子部品を搭載する関係で基本的には接合材３はないが、電極２の上面の縁部に多少はかかっていてもよい。
【００１８】
基体１と電極２を接合する際、いわゆるアルミナセメントのような絶縁体粒子同士を接着したような構成とすると、絶縁体粒子間に基体１の無機絶縁体と異なる材料を用いたことで、長期間の使用により無機絶縁体と異なる材料の箇所から接合材が劣化するおそれがある。特に、湿度が高いあるいは熱や振動が加わるなど劣悪な環境下においては、接合材に亀裂が入って電極が剥離するおそれがある。接合材３と基体１との間に全く異物が無い状態を形成することによってこのような問題が解消されることから、本発明においては、基体１の無機絶縁体と同じ材料で電極２の側面と基体１とを接合材３で接合したことを特徴としている。
【００１９】
また、電極２の側面と基体１とが上記のような接合材３で接合されていることにより、接合材３と基体１との間に熱膨張係数差のほとんどない一体化した部材のように構成することができる。したがって、半田リフロー時の熱（例えば２４０〜２８０℃）および加熱から冷却への温度変化によって熱応力が加わったとしても、接合材３が電極２をかしめたような構成となって電極２の剥離を抑えるように作用させることができる。
【００２０】
さらに、接合材３が電極２の側面にある構成によれば、基体１の一方主面と電極２の主面との間に接合材層が介在しておらず空気の層しかないので、接合材３によって接合されていない非接合部が自由に変形することで応力を緩和することができる。
【００２１】
特に、異なる電位の電極が微小な間隔で配置された場合には、接合材３を緻密な薄膜とすることで湿度等の影響もほとんど受けない極めて絶縁性の高い接合材となる。
【００２２】
接合材３の作製方法としては、スパッタ法等の方法で接合材３を形成する方法や、窒素やヘリウム等の高圧ガス（５ＭＰａ程度）を常温から６００℃の温度に加熱し、３００〜１２００ｍ／ｓの速度にてノズルから粉末を噴射して接合させる方法もあるが、精度良く基体１から電極２の側面にかけて接合材３を設けるには、特にエアロゾルデポジション法が好ましい。また、常温で接合材３を形成するのが、接合時の残留応力が少なく、リフローやある程度の熱サイクル等に対する耐久性を向上させる点で好ましい。
【００２３】
接合材３を構成するセラミック粒子の平均粒径は例えば３μｍ以下であり、これらはレーザー回析散乱式粒度分布測定装置（ベックマンコールター社製）を用いて、レーザー光を当てたときに散乱される光の強度と散乱角度から求めることができる。また、接合材３の厚みは、例えば０．０１〜０．２ｍｍとされている。この接合材３を用いて、電極２の側面と基体１とがエアロゾルデポジション法を用いて常温で接合されることにより、熱膨張係数の差による応力が発生しなくなる。また、樹脂成分を含まないため、劣化等を抑制することができる。
【００２４】
ここで、電極２の側面と基体１とが接合材３で接合された例として、図１および図２に示すように、電極２の外周の側面と基体１とが接合材３で接合された構成が挙げられる。この構成によれば、応力が集中して剥離の起点となる外周部が接合されるため、電極２の剥離の発生を抑制することができる。このとき、電極の傾斜角度αは、１５度から７５度にすることで、かしめの効果が生じるので好ましい。
【００２５】
また、電極２の側面とは電極２の外周の側面に加えて電極２が主面間を貫通する孔２１を有する場合の孔２１の側面（内壁面）も含むことを意味していて、電極２が主面間を貫通する孔２１を有する場合においても、上述したように電極２の外周の側面と基体１とが接合材３で接合されているのがよい。さらに、図３に示すように、孔２１の側面と基体１とが接合材３で接合された構成としてもよい。この構成によれば、孔２１の側面に接合された接合材３を介して放熱されることによって熱の分散性が良くなり、熱応力による電極２の剥離の発生をより抑制することができる。
【００２６】
特に、側面全域を覆うように接合材３を接合することで、基体１の一方主面と電極２の主面との間へのいかなるほこりやごみの侵入を防ぎ、また基体１の一方主面と電極２の主面との間に接合材３の破片が侵入することもないので、基板の動作不良を防止できる。
【００２７】
次に、本実施の形態の基板の製造方法について説明する。ここでは、先に述べた方法のうち、基体と電極とをエアロゾルデポジション法を用いて接合する例について説明する。
【００２８】
まず、アルミナ質セラミックスなどの絶縁基体あるいは一方主面に絶縁層を有する金属板からなる基体１を所望の形状に作製する。例えば、絶縁基体は、セラミック粉末に焼結助剤成分を含有させプレス成型にて成型体を作製し焼成して得られる。また、一方主面に絶縁層を有する金属板は、エアロゾルデポジション法を用いて金属板表面にセラミック粉末を噴射することで絶縁層を有する金属板を形成することができる。
【００２９】
次に、所望の回路パターン状の電極２を作製する。電極２は、例えば打ち抜きによって所望の回路パターンに形成することもできるが、エッチングのほうが電極側面に傾斜を容易に形成できる点で好ましい。また、電極の側面を傾斜させるには、いわゆるサイドエッチング現象を利用して、電極の片面側からのみのエッチングを行うことによって傾斜を形成することができる。
【００３０】
そして、基体１上に銅等の導体からなる電極２を載せ、動かない様に保持し、真空チャンバー中の所定の位置に固定する。
【００３１】
次に、アルミナ粉末、金属粉末等をエアロゾル発生容器内に充填し、窒素ガスを流入させてエアロゾルを発生させる。
【００３２】
次に、発生したエアロゾルを窒素ガスの流量５〜１０リットル／分にて真空チャンバー中に取り付けられたノズルに送り、ノズル先端から所定の位置に固定された基体１と電極２との接合部に流速約３００ｍ／秒で噴射して接合材３を形成する。
【００３３】
通常エアロゾルデポジション法は平面上に薄膜を形成する工法であるが、電極２の側面から基体１の上面にかけて局部的に噴射させることによって接合材３を形成する。これらは常温にて行われるため、異なる熱膨張係数を有する基体１と電極２との接合であっても熱応力を発生させることなく、接合後の残留応力を抑制することができる。
【００３４】
なお、エアロゾルデポジション法の他に、コールドスプレー法を用いることもできる。具体的には、窒素やヘリウム等の高圧ガス（５ＭＰａ程度）を常温から６００℃の温度に加熱し、３００〜１２００ｍ／ｓの速度にてノズルから粉末を噴射して接合させる方法であり、この方法によっても電極の剥離を抑制された基板が得られる。
【実施例】
【００３５】
本発明の実施例の基板を以下のようにして作製した。
【００３６】
まず、大きさ３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．８ｍｍのアルミナ含有率９６％、残部二酸化ケイ素、酸化マグネシウム等のセラミックスからなる基体を作成した。
【００３７】
次に、厚み０．１ｍｍで９９．９９％の純度の銅板をエッチングによって回路パターン状に形成した電極を作成した。電極の傾斜角度αは６５度で下面側が幅広の形状となった。
【００３８】
次に、基体上に電極を所定の位置に載せ、真空チャンバー中の基体保持ステージに固定し、真空ポンプにて真空度２００Ｐａまで減圧した。このときに、基体と電極の位置が動かない様に固定した。
【００３９】
次に、純度９９．５％、平均粒径２μｍ以下のアルミナ粉末をエアロゾル発生容器内に充填し、窒素ガスを流入させてエアロゾルを発生させ、窒素ガスの流量１０リットル／分で真空チャンバー中の基体と電極側面との接合部にノズルを通してエアロゾル化したアルミナ粉末を噴射し、接合材を形成して、本発明実施例の基板を作成した。なお、接合材は電極の外周側面全域に５０μｍの厚さで形成した。
【００４０】
この基板を、２６０℃に設定した半田リフロー炉にいれた。その結果、接合材３が基体１から剥離せず、金属顕微鏡で観察した結果、その境目には亀裂が無いことも確認できた。
【符号の説明】
【００４１】
１：基体
２：電極
２１：孔
３：接合材
４：半導体チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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