(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側面に沿って段付凹部を有するセラミック基板と、該セラミック基板の底面に形成したメタライズ層と、該メタライズ層の外周よりも内側に端縁が位置するように該メタライズ層にロウ付けされる放熱部材と、を有し、
少なくとも上記段付凹部の裏面に相当し且つ上記放熱部材が位置していない上記メタライズ層の表面にロウ材不濡れ部を形成した、ことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記ロウ材不濡れ部が、セラミック被覆層から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
前記セラミック被覆層が、前記セラミック基板と同種のセラミックからなる、ことを特徴とする請求項２に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外側面に沿って段付凹部を有するセラミック基板とその底面に金属板等の放熱部材を有する配線基板であって、特に上記段付凹部に割れが生じないようにした配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセラミック層とその間に導体層を形成したセラミック基板は、近年技術の高度化や複雑化に応じて、その厚みを最小限に薄肉化することが求められている。また、セラミック基板の内側のキャビティ内に集積回路(ＩＣ)素子等の電子部品を配置して、係るＩＣ素子等とセラミック基板内の回路とを導通すると共に、セラミック基板内の回路を外部の機器と導通して、係る機器を複雑に制御又は稼働することも成されている。
上記セラミック基板内の回路やＩＣ素子の稼働に伴う発生する熱を外部に放出するため、図４(Ａ)及び(Ｂ)に示す配線基板４０が用いられている。この配線基板４０は、全体を矩形枠状としたセラミック基板４２と、そのキャビティ４３内に配置するＩＣ素子５２とを有し、セラミック基板４２とＩＣ素子５２の各底面に接触する放熱用の金属板４８を上記基板４２の底面にロウ付けしている。
【０００３】
配線基板４０のセラミック基板４２は、アルミナ等からなり且つ平面視で矩形枠を呈すると共に、その外側面とキャビティ４３側の内側面とに沿って段付凹部４４,４５,４５ａを形成している。また、セラミック基板４２の出隅側コーナ部には２辺に跨る幅広の段付凹部４４ａが形成されている。更に、金属板４８は、銅又は銅合金等の熱伝導性が高い材質からなり、セラミック基板４２と略相似形の矩形を呈する。且つ、金属板４８を強固に固着するため、図４(Ｂ)に示すように、金属板４８の各端縁はセラミック基板４２の外側面よりも約０.１〜０.５ｍｍ程度内側に引き下がった状態でセラミック基板４２の底面にロウ付けされる。
【０００４】
図４(Ｃ)に示すように、セラミック基板４２の内・外側面の段付凹部４４,４５は内・外側面に沿って対に形成されることが多い。キャビティ４３側の大きめの段付凹部４５(及び４５ａ)の表面には端子５４が形成され、上記ＩＣ素子５２と図示しないワイヤを介して導通される。また、外側の段付凹部４４の表面には端子５６が形成され、ロウ材５９を介してリード５８に接続される。この段付凹部４４はセラミック基板４２を小型・薄肉化するため、リード５８と接続する端子５６の位置を基板４２の外側面における垂直方向の中間に形成したものである。係る外側の段付凹部４４は基板４２の底面との間に薄肉の水平片４６を有する。
【０００５】
更に、セラミック基板４２の底面全体にはメタライズ層４７が被覆され、基板４２内の回路におけるインピーダンス等の電気特性の整合や基板４２からの電波の漏洩を防止している。そして、このメタライズ層４７に金属板４８をロウ付けして、金属板４８とセラミック基板４２とを固着した配線基板４０が得られる。
図４(Ｃ)中の符号５０は上記ロウ付け時に金属板４８の周囲に形成される銀ロウ等のロウ材のメニスカスを示す。尚、キャビティ４３の底面に露出する金属板４８の上面に上記ＩＣ素子５２が固着され、その放熱を図っている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
ところで、セラミック基板４２の底面のメタライズ層４７に加熱溶融された銀ロウを介して金属板４８をロウ付けした際、ロウ材のメニスカス５０が冷却して収縮する。これにより、セラミック基板４２の外側面付近に内向きの張力が働く。更に、熱膨張率の高い金属板４８もロウ付け後に冷却して収縮し上記張力を大きくする。この結果、図４(Ｄ)に示すように、セラミック基板４２の外側面における特に段付凹部４４の薄肉の水平片４６には、上記張力によりその基端付近に割れを生じることがある。
【０００７】
特に、セラミック基板４２の外側面のコーナ部の２辺に跨って形成される段付凹部４４ａでは割れを生じ易い。そのため、図４(Ｄ)に示すように、水平片４６上面の端子５６が変形し、且つこの端子５６とリード５８とのロウ付けが不十分になったり、困難になる場合があった。
本発明は、以上に説明した従来の技術の問題点を解決し、セラミック基板の底面に金属板等の放熱部材をロウ付けしてもセラミック基板の外側面の段付凹部に割れが生じない配線基板を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、金属等よりなるヒートシンクやヒートスプレッダ等の放熱部材のロウ付け時に、放熱部材の周囲に形成されるロウ材のメニスカスが、セラミック基板の段付凹部の裏面に流れ出ないようにすることに着想して成されたものである。
即ち、本発明の配線基板は、外側面に沿って段付凹部を有するセラミック基板と、該セラミック基板の底面に形成したメタライズ層と、該メタライズ層の外周よりも内側に端縁が位置するように該メタライズ層にロウ付けされる放熱部材と、を有し、少なくとも上記段付凹部の裏面に相当し且つ上記放熱部材が位置していない上記メタライズ層の表面にロウ材不濡れ部を形成した、ことを特徴とする。
【０００９】
これによれば、段付凹部の裏面にロウ材のメニスカスが形成されないか小さく形成されるため、放熱部材のロウ付け後において段付凹部の付近に前記張力が生じにくくなり、段付凹部における割れの発生を防止することができる。
また、前記ロウ材不濡れ部が、セラミック被覆層から形成されている、配線基板も含まれる。これによれば、ロウ材が段付凹部の裏面に流れ出すことを確実に防ぐことが可能になる。
【００１０】
更に、前記セラミック被覆層が、前記セラミック基板と同種のセラミックからなる、配線基板も含まれる。これによれば、ロウ材の濡れ防止と共に、セラミック被覆層自体がセラミック基板と同じか同様の熱膨張率となり、段付凹部の付近における前記張力の発生を一層確実に防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下において本発明の実施に好適な形態を図面と共に説明する。
図１(Ａ)及び(Ｂ)は、本発明の１つの形態の配線基板１を示す。この配線基板１は、平面視で全体を矩形枠状としたセラミック基板２と、そのキャビティ３内にＩＣ素子１２を配置すると共に、セラミック基板２の底面に金属板からなる放熱部材８を固着している。キャビティ３の底面に露出する放熱部材８の上面には、ＩＣ素子１２が接触した状態で固着される。
【００１２】
上記セラミック基板２は、厚さ約０．８ｍｍで複数のアルミナ製グリーンシートとその間の図示しない導体層とを積層して焼成したもので、その外側面とキャビティ３側の内側面とに沿って段付凹部４,４ａ,５,５ａを形成している。
また、放熱部材８は、厚さ約０．７ｍｍで銅又は銅合金等の熱伝導性が高い材質の金属板からなる。且つ、放熱部材８は、セラミック基板２と略相似形の矩形を呈し、各辺の端縁はセラミック基板２の外側面よりも約０.１〜０.５ｍｍ程度内側に引き下がってセラミック基板２の底面にロウ付けされている。
【００１３】
図１(Ｃ)に示すように、セラミック基板２は、その内・外側面に沿って対の段付凹部４，５を有する。キャビティ３側における大きめの段付凹部５の表面には、タングステンやモリブデンからなる端子１４が形成され、前記ＩＣ素子１２と図示しないワイヤを介して接続される。また、セラミック基板２の外側面の段付凹部４は、厚さ約０．３ｍｍの薄い水平片６を有し、その上面に基板２内部の導体層と導通する端子１６が形成される。この端子１６もタングステン等からなり、基板２内の導体層を介して前記端子１４や、ロウ材１９を介してリード１８と接続され、セラミック基板２内の導体層が形成する回路と外部の機器とを導通する。尚、段付凹部５ａの表面に形成される図示しない端子も、端子１４と同様ワイヤによってＩＣ素子１２と接続され、且つコーナの段付凹部４ａの表面に形成される図示しない端子に導出される。
【００１４】
また、図１(Ｃ)に示すように、セラミック基板２の底面には、その略全面に渉ってタングステン又はモリブデン等の高融点金属又はそれらをベースとする合金の粉末を焼結した薄いメタライズ層７が形成される。これにより、セラミック基板２内の回路の特性インピーダンスの整合や基板２からの電波漏洩を防止する。
更に、図１(Ｃ)に示すように、外側面の段付凹部４における水平片６の裏面において、そのメタライズ層７の表面にアルミナペーストをスクリーン印刷にて所要幅に印刷し、焼成したセラミック被覆層(ロウ材不濡れ部)１０が形成される。
【００１５】
一方、金属板からなる放熱部材８は、配線基板１を小型化するため、予め各辺ともセラミック基板２よりも約０．２〜１ｍｍ程小さく形成される。そして、セラミック基板２底面のメタライズ層７と放熱部材８との重複面に溶融した銀ロウを塗布して、セラミック基板２と放熱部材８とをロウ付けする。
係るロウ付けの際、上記ロウ材の余剰分は放熱部材８の周囲に流出し、図１(Ｃ)に示すように、メニスカス９が形成される。しかし、このメニスカス９は段付凹部４における水平片６の裏面に形成した上記セラミック被覆層１０により、その流れ出しを阻止された状態で固化する。尚、被覆層１０の厚みは、ロウ材をせき止められる程度の厚みにおいて適宜選定される。
【００１６】
従って、段付凹部４の裏面において幅が狭くなったメニスカス９は、その冷却時の収縮によっても段付凹部４の水平片６に対し、従来のような張力を与えなくなる。また、放熱部材８の冷却収縮による張力も水平片６に伝達しにくくなる。
これらの結果、図１(Ｃ)に示すように、ロウ付け後において外側面の段付凹部４における水平片６には、従来のような割れが生じなくなる。これにより、信頼性の高いセラミック基板２を有する配線基板１が得られ、段付凹部４の端子１６とリード１８とのロウ付けも容易且つ確実に行うことができる。尚、メニスカス９はセラミック基板２のキャビティ３側にも形成されるが、内側面の段付凹部５は放熱部材８に裏打ちされているため、割れを生じることはない。
【００１７】
図２(Ａ)は、セラミック基板２の外側面における前記段付凹部４の斜視図を示す。この段付凹部４の水平片６の上面に端子１６が形成され、矩形のロウ材１９を介してリード１８と接続される。また、水平片６の底面、即ち段付凹部４の裏面に相当する前記メタライズ層７(図示せず)の表面には所定長さのセラミック被覆層１０が形成されている。
図２(Ｂ)は、図２(Ａ)のセラミック基板２をその底面側から見た状態を示し、上記セラミック被覆層１０は、段付凹部４の幅よりも長く且つ段付凹部４の奥行き寸法の約半分の幅寸法を有する。従って、セラミック被覆層１０は、放熱部材８との間に同程度の寸法の隙間を形成し、この隙間内に前記ロウ材のメニスカス９を留めることができる。これにより、少なくとも、段付凹部４の裏面に相当する部分では、幅の狭いメニスカス９しか形成されないため、段付凹部４の水平片６が割れる事態を防止することができる。
【００１８】
図２(Ｃ)は異なるセラミック被覆層１０′を示し、セラミック基板２の底面、即ちメタライズ層７の表面における一辺に沿ってその全長に渉り一定幅に、アルミナペーストをスクリーン印刷し、且つ焼成したものである。このセラミック被覆層１０′により、放熱部材８の全周囲に形成されるメニスカス９の流れ出しを阻止できる。従って、段付凹部４の裏面付近は基より、セラミック基板２の外側面寄り全体をロウ付け後の張力から解放し、割れや微細なクラックが生じること防止することができ、信頼性の高い配線基板１を一層確実に得ることができる。尚、コーナ部の段付凹部４ａの裏面にもセラミック被覆層１０，１０′が形成される。
【００１９】
以上のように、配線基板１によれば、そのセラミック基板２の外側面における少なくとも段付凹部４，４ａの裏面に相当するメタライズ層７の表面にセラミック被覆層１０(１０′)を形成したので、放熱部材８とのロウ付けによっても段付凹部４，４ａに割れが生じず、信頼性の高いセラミック基板２を有し、段付凹部４，４ａの端子１６とリード１８とのロウ付けも容易に行うことができる。
【００２０】
ここで、配線基板１と前記従来の配線基板４０とについて行った割れのテスト結果を示す。同じアルミナからなり同じ形状及び寸法を有し、且つ同じ位置に幅０.５ｍｍで奥行き０.５ｍｍの段付凹部４,４４を有するセラミック基板２,４２と、同じ銅合金で同じ形状と寸法の放熱部材(金属板)８，４８とを同じ銀ロウを用い、同じ条件でロウ付けした５０個ずつの配線基板１，４０を得た。配線基板１のセラミック基板２の外側面における各段付凹部４の裏面には、図１(Ｃ)及び図２(Ｂ)に示したセラミック被覆層１０を長さ１ｍｍ、幅０.２ｍｍで形成した。
【００２１】
各配線基板１，４０について、ロウ付け後における割れを含む数を調べた結果、配線基板１では５０個全てについて割れは発見されなかった。これに対し、従来の配線基板４０では全体の約３０％に当る１４個に割れが生じていた。
次いで、５０個の配線基板１と残った３６個の配線基板４０に対して、温度サイクルテスト(ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｅ １０１０ Ｃｏｎｄ Ｂ １０サイクル)を行った。
【００２２】
これは、−５５℃(＋０℃−１０℃)に１０分間保持した後、加熱して１分以内に＋１２５℃(＋０℃−１０℃)に１０分間保持し、更に、１分以内に−５５℃に冷却して保持することを１０回繰り返す熱衝撃試験である。その結果、配線基板１では５０個全てにおいて割れが発見されなかったのに対し、配線基板４０では更に１３個に割れが生じていた。従って、従来の配線基板４０では、ロウ付け後と上記熱衝撃試験とによって、全体の５０％以上に割れが生じた。この試験結果から、本発明の配線基板１の作用が理解され、且つその効果が裏付けられた。
【００２３】
図３は、本発明における異なる形態の配線基板２０を示す。
この配線基板２０は、平面視で矩形を呈するセラミック基板２１と、その底面にロウ付けした金属板からなる放熱部材２８とを含む。セラミック基板２１は、その内側に矩形に凹んだキャビティ２２とその周囲に段付凹部２３を有し、且つその表面に端子３４を形成し、キャビティ２２内に固着したＩＣ素子３２とワイヤ３３を介して接続される。また、セラミック基板２１は、その外側面に段付凹部２４を有し、その表面に形成した端子３６をリード３８とロウ付けする。尚、キャビティ２２内のＩＣ素子３２は金属製の蓋板３５で封着される。
【００２４】
上記セラミック基板２１の底面にも、図示しないメタライズ層が形成され、その表面で且つ少なくとも上記段付凹部２４の裏面に相当する位置にセラミック被覆層３０が形成される。セラミック基板２１の底面にロウ材を介してこれと略相似形の放熱部材２８をロウ付けする。その際に、放熱部材２８の周囲にロウ材のメニスカス２９が形成される。しかし、セラミック被覆層３０が形成された段付凹部２４の水平片２６の底面ではメニスカス２９の幅が狭くなるため、それによる張力も激減し、水平片２６に割れが生じるのを阻止することができる。この配線基板２０は、セラミック基板２１のキャビティ２２の底面部分を薄肉して、ＩＣ素子３２やセラミック基板２１内の導体層の発熱を放熱部材２８に放熱する。
【００２５】
本発明は以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記セラミック被覆層１０等は放熱部材８(メニスカス９)等寄りの位置に沿ってメタライズ層７の表面に細長く形成したり、或いは、段付凹部の裏面付近を幅広くしそれ以外の部分の幅を狭くしても良い。
また、セラミックス被覆層の材質も窒化アルミニウムやムライト等の前記形態以外のセラミックを用いることもできる。但し、セラミック基板と同じか同種のセラミックを適用することが望ましい。
【００２６】
更に、放熱部材の材質も、前記銅や銅合金の他に、アルミニウム又はアルミニウム合金を適用することもできる。且つ、その形状も板形状だけでなく、ヒートスプレッダのように表面に凹凸を有する形状としても良い。例えばアルミニウム合金からなる押出型材を矩形に切断して用いる場合には、セラミック基板とロウ付けしない底面に細かな凹凸条を多数連続して付設でき、一層放熱効果を高めることが可能となる。
尚、段付凹部には、その表面に複数の端子を併設した幅広の形態も含まれる。
【００２７】
【発明の効果】
以上において説明した本発明の配線基板によれば、セラミック基板の外側面における段付凹部の裏面にロウ材のメニスカスが形成されないか小さく形成されるため、金属板等の放熱部材のロウ付け後において上記段付凹部の付近に張力が生じにくくなり、段付凹部における割れの発生を防止することができる。従って、段付凹部に形成される端子にリードが容易且つ確実にロウ付けでき、これらを介してセラミック基板内の回路と外部の機器とを確実に導通できる信頼性の高い配線基板とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (Ａ)は本発明の１形態の配線基板を示す平面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ断面図、(Ｃ)は(Ｂ)中の一点鎖線部分Ｃの拡大図。
【図２】  (Ａ)は図１の配線基板における段付凹部付近を示す斜視図、(Ｂ)は(Ａ)中の矢印Ｂ方向から見た部分底面図、(Ｃ)は異なる形態のセラミック被覆層を示す(Ｂ)と同様な部分底面図。
【図３】本発明の異なる形態の配線基板を示す断面図。
【図４】  (Ａ)は従来の配線基板を示す平面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ断面図、(Ｃ)は(Ｂ)中の一点鎖線部分Ｃの拡大図、(Ｄ)は上記基板の一部が割れた状態を示す(Ｃ)と同様の拡大断面図。
【符号の説明】
１，２０……………配線基板
２，２１……………セラミック基板
４,４ａ,２４………段付凹部
８，２８……………金属板(放熱部材)
９，２９……………メニスカス(ロウ材)
１０,１０′,３０…セラミック被覆層(ロウ材不濡れ部)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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