JP2008205253A - Circuit device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックよりなるセラミック基板上の金属回路層に金属リードを溶接により接続してなる回路装置、および、そのような回路装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a circuit device in which a metal lead is connected by welding to a metal circuit layer on a ceramic substrate made of ceramic, and a method for manufacturing such a circuit device.
従来より、この種の回路装置としては、セラミックよりなるセラミック基板と、セラミック基板の一面上に形成された金属回路層と、金属回路層に電気的に接続された金属リードとを有するものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of circuit device, one having a ceramic substrate made of ceramic, a metal circuit layer formed on one surface of the ceramic substrate, and a metal lead electrically connected to the metal circuit layer has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
ここで、従来では、セラミック基板上の金属回路層と金属リードとを、超音波溶接により直接接続している。金属リードを超音波溶接で接続する場合、部材同士の塑性流動により接続するため熱による影響が少ないことや、回路基板としての電気的損失を小さくできる、といった利点が挙げられる。
しかしながら、金属回路層と金属リードとを超音波溶接する場合、セラミック基板と金属回路層との界面に熱的衝撃は少ないものの、金属回路層と金属リードとの界面の接合強度に比べ、セラミック基板と金属回路層との界面の接合強度が非常に弱い。そのため、信頼性的に、後者の界面の剥がれが発生し、セラミック基板から金属リードが剥離しやすいという問題がある。 However, when ultrasonic welding the metal circuit layer and the metal lead, although there is little thermal shock at the interface between the ceramic substrate and the metal circuit layer, the ceramic substrate is compared with the bonding strength at the interface between the metal circuit layer and the metal lead. The bonding strength at the interface between and the metal circuit layer is very weak. Therefore, there is a problem that the latter interface peels off reliably and the metal leads are easily peeled off from the ceramic substrate.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、セラミック基板上の金属回路層に金属リードを溶接により接続してなる回路装置において、金属リードのセラミック基板への接合強度を確保し、金属リードの剥離を極力防止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a circuit device in which a metal lead is connected to a metal circuit layer on a ceramic substrate by welding, the bonding strength of the metal lead to the ceramic substrate is ensured. The purpose is to prevent lead peeling as much as possible.
上記目的を達成するため、本発明は、セラミック基板(10)の一面には、当該一面に開口する孔部(11)を設け、孔部(11)の上に、一部が孔部(11)内に入り込んだ状態で金属回路層(20)と電気的に接続された導体(30)を設け、導体(30)の上に金属リード(40)を配置し、導体(30)と金属リード(40)とを溶接したことを、第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a hole (11) opened on one surface of the ceramic substrate (10) is provided, and a part of the hole (11) is formed on the hole (11). ) A conductor (30) that is electrically connected to the metal circuit layer (20) is provided in a state in which the metal lead (40) is inserted, and a metal lead (40) is disposed on the conductor (30), and the conductor (30) and the metal lead are arranged. (40) is welded as a first feature.
それによれば、導体(30)の一部が孔部(11)に入り込むことで、それによるアンカー効果により、導体(30)とセラミック基板(10)との接合強度が確保されるとともに、導体(30)と金属リード(40)との接合については、溶接による接合強度が確保される。そのため、本発明によれば、金属リード(40)のセラミック基板(10)への接合強度を確保し、金属リード(10)の剥離を極力防止することができる。 According to this, when a part of the conductor (30) enters the hole (11), the anchoring effect thereby secures the bonding strength between the conductor (30) and the ceramic substrate (10), and the conductor (30 30) and the metal lead (40) are joined by welding. Therefore, according to the present invention, it is possible to secure the bonding strength of the metal lead (40) to the ceramic substrate (10) and to prevent the metal lead (10) from peeling off as much as possible.
ここで、導体(30)と金属リード(40)との溶接は、レーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により行われていることが好ましい。超音波溶接では、フリーな状態の金属リード(40)が共振を起こしてしまい、溶接しにくいが、レーザ溶接や電子ビーム溶接といった非接触的溶接を採用すれば、そのような問題を回避できる。 Here, the welding of the conductor (30) and the metal lead (40) is preferably performed by laser welding or electron beam welding. In ultrasonic welding, the metal lead (40) in a free state resonates and is difficult to weld. However, if non-contact welding such as laser welding or electron beam welding is employed, such a problem can be avoided.
そして、導体(30)と金属リード(40)との溶接をレーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により行えば、導体(30)と金属リード(40)との溶接部において、金属リード(40)と導体(30)とが溶け合ってなる溶融部(50)が、金属リード(40)における導体(30)とは反対側に位置する表面から金属リード(40)の内部を通って導体(30)にまで、連続して形成されたものにできる(後述の図1等参照)。 When the conductor (30) and the metal lead (40) are welded by laser welding or electron beam welding, the metal lead (40) and the conductor ( 30) and the melted part (50) formed by melting the metal lead (40) from the surface of the metal lead (40) opposite to the conductor (30) to the conductor (30) through the inside of the metal lead (40), It can be formed continuously (see FIG. 1 and the like described later).
また、孔部(11)の内面を粗化されたものにすれば、孔部(11)の内面のアンカー効果がより向上する(後述の図6参照)。 If the inner surface of the hole (11) is roughened, the anchor effect of the inner surface of the hole (11) is further improved (see FIG. 6 described later).
また、孔部(11)の内面に、活性金属よりなる活性金属層(13)を設け、この活性金属層(13)と導体(30)における孔部(11)に入り込んだ部分とが密着しているものにすれば、導体(30)とセラミック基板(10)との密着強度が向上する(後述の図7参照)。 Also, an active metal layer (13) made of active metal is provided on the inner surface of the hole (11), and the active metal layer (13) and the portion of the conductor (30) that has entered the hole (11) are in close contact with each other. As a result, the adhesion strength between the conductor (30) and the ceramic substrate (10) is improved (see FIG. 7 described later).
また、導体(30)に活性金属であるTiを含有させてもよい。この場合も、導体(30)とセラミック基板(30)との密着強度が向上する。 Moreover, you may make the conductor (30) contain Ti which is an active metal. Also in this case, the adhesion strength between the conductor (30) and the ceramic substrate (30) is improved.
また、孔部(11)は1個でもよいが、複数個とすることにより、上記したアンカー効果のさらなる向上が期待できる。 Further, although the number of the hole portions (11) may be one, the above-described anchor effect can be further improved by using a plurality of holes (11).
また、導体(30)と金属リード(40)との溶接部以外の部位にて、金属リード(40)をセラミック基板(10)に支持するリード支持部(60〜62)を設けてもよい(後述の図8〜図10参照)。それによれば、溶接部以外の部位にて金属リード(40)がセラミック基板(10)に支持されるため、金属リード(40)の接合強度確保の点で好ましい。 Moreover, you may provide the lead support part (60-62) which supports a metal lead (40) to a ceramic substrate (10) in parts other than the welding part of a conductor (30) and a metal lead (40) ( (See FIGS. 8 to 10 described later). According to this, the metal lead (40) is supported by the ceramic substrate (10) at a site other than the welded portion, which is preferable in terms of securing the bonding strength of the metal lead (40).
また、セラミック基板(10)に対する金属リード(40)の位置決めを行うための位置決め部(70、71)を、セラミック基板(10)および金属リード(40)の少なくとも一方に設ければ、金属リード(40)をセラミック基板(10)に取り付ける際の位置決めが容易になる(後述の図11、図12参照)。 Further, if a positioning portion (70, 71) for positioning the metal lead (40) with respect to the ceramic substrate (10) is provided on at least one of the ceramic substrate (10) and the metal lead (40), the metal lead ( 40) is easily positioned when attached to the ceramic substrate (10) (see FIGS. 11 and 12 described later).
また、金属リード(40)に、導体(30)と金属リード(40)との溶接部に加わる応力を緩和する応力緩和部(80)を設ければ、溶接部に加わる応力が緩和され、金属リード(40)の接合強度確保の点で好ましい(後述の図13参照)。 Moreover, if the stress relieving part (80) which relieves the stress added to the welding part of a conductor (30) and a metal lead (40) is provided in a metal lead (40), the stress added to a welding part will be relieved, and metal This is preferable in terms of securing the bonding strength of the lead (40) (see FIG. 13 described later).
また、本発明は、回路装置の製造方法として、セラミック基板(10)の一面上に、金属回路層(20)および当該一面に開口する孔部(11)を設け、次に、孔部(11)の上への導体(30)の配置、および、導体(30)と金属回路層(20)との電気的接続を行った後、導体(30)の上に金属リード(40)を搭載し、導体(30)と金属リード(40)との溶接を行うことを、第2の特徴とする(後述の図4参照)。 Further, according to the present invention, as a method of manufacturing a circuit device, a metal circuit layer (20) and a hole (11) opened in the one surface are provided on one surface of the ceramic substrate (10), and then the hole (11 After the conductor (30) is placed on top of and the electrical connection between the conductor (30) and the metal circuit layer (20), the metal lead (40) is mounted on the conductor (30). The second feature is to perform welding between the conductor (30) and the metal lead (40) (see FIG. 4 described later).
また、本発明は、回路装置の製造方法として、セラミック基板(10)の一面上に、金属回路層(20)および当該一面に開口する孔部(11)を設け、次に、導体(30)を金属リード(40)へ取り付けた後、孔部(11)の上への導体(30)の配置、導体(30)と金属回路層(20)との電気的接続、および、導体(30)と前記金属リード(40)との溶接を行うことを、第3の特徴とする(後述の図5参照)。 Further, according to the present invention, as a method of manufacturing a circuit device, a metal circuit layer (20) and a hole (11) opened on the one surface are provided on one surface of a ceramic substrate (10), and then a conductor (30). Of the conductor (30) over the hole (11), the electrical connection between the conductor (30) and the metal circuit layer (20), and the conductor (30) And the metal lead (40) is a third feature (see FIG. 5 described later).
ここで、第2の特徴を有する製造方法では、セラミック基板(10)側に導体(30)を設けた後、導体(30)に金属リード(40)を取り付けるが、第2の特徴を有する製造方法では、あらかじめ導体(30)を金属リード(40)に取り付けた後、セラミック基板(10)側に導体(30)を取り付ける。 Here, in the manufacturing method having the second feature, after the conductor (30) is provided on the ceramic substrate (10) side, the metal lead (40) is attached to the conductor (30). In the method, the conductor (30) is previously attached to the metal lead (40), and then the conductor (30) is attached to the ceramic substrate (10) side.
このように両製造方法では、セラミック基板(10)、導体(30)および金属リード(40)の取り付け順序が異なるが、これら第2の特徴を有する製造方法および第3の特徴を有する製造方法によれば、上記第1の特徴を有する回路装置を適切に製造することができる。 As described above, in both the manufacturing methods, the mounting order of the ceramic substrate (10), the conductor (30), and the metal lead (40) is different, but the manufacturing method having the second feature and the manufacturing method having the third feature are used. Accordingly, the circuit device having the first feature can be appropriately manufactured.
さらに、本発明は、回路装置の製造方法として、セラミック基板(10)として、一面に開口する孔部(11)を有するものを用意し、セラミック基板(10)の一面において孔部(11)の上に金属リード(40)を配置するとともに、金属リード(40)と金属回路層(20)とを接触させ、続いて、金属リード(40)と金属回路層(20)とを溶接により接合するとともに、この溶接により溶融した金属リード(40)の一部を孔部(11)内に入り込ませることを、第4の特徴とする(後述の図15参照)。 Further, according to the present invention, as a method of manufacturing a circuit device, a ceramic substrate (10) having a hole (11) opened on one surface is prepared, and the hole (11) is formed on one surface of the ceramic substrate (10). The metal lead (40) is disposed on the metal lead (40) and the metal circuit layer (20) in contact with each other, and then the metal lead (40) and the metal circuit layer (20) are joined by welding. At the same time, a fourth feature is that a part of the metal lead (40) melted by the welding is inserted into the hole (11) (see FIG. 15 described later).
それによれば、金属リード(40)の一部が孔部(11)に入り込むことで、それによるアンカー効果により、金属リード(40)とセラミック基板(10)との接合強度が確保されるため、上記のような導体を用いなくても、金属リード(40)のセラミック基板(10)への接合強度を確保し、その剥離を極力防止することができる。 According to this, since a part of the metal lead (40) enters the hole (11), the anchoring effect thereby secures the bonding strength between the metal lead (40) and the ceramic substrate (10). Even without using the conductor as described above, it is possible to secure the bonding strength of the metal lead (40) to the ceramic substrate (10) and to prevent the peeling as much as possible.
この第4の特徴を有する製造方法の場合、導体(30)と金属リード(40)との溶接は、レーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により行うことができる。 In the case of the manufacturing method having the fourth feature, the conductor (30) and the metal lead (40) can be welded by laser welding or electron beam welding.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る回路装置100の概略断面構成を示す図であり、図2は、図1中のセラミック基板10の単体構成図であり、図3は、この回路装置100におけるセラミック基板10の一面上の概略平面構成を示す図である。なお、図3では、金属リード40および導体ボール30は、セラミック基板10との位置関係を示すため、破線にて示してある。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
回路装置100は、大きくは、セラミックよりなるセラミック基板10と、セラミック基板10の一面上に形成された金属回路層20と、金属回路層20に導体30を介して電気的に接続された金属リード40とを備えて構成されている。
The
セラミック基板10は、アルミナや窒化珪素などのセラミックよりなる配線基板である。このセラミック基板10は、単層基板でも、セラミックよりなる層が複数積層された積層基板でもよい。このようなセラミック基板10は、一般的なセラミック基板と同様に、グリーンシートを焼成することにより形成できる。
The
セラミック基板10の一面上には、この金属回路層20が形成されている。この金属回路層20は、配線基板としてのセラミック基板10における配線の一部として構成されている。この金属回路層20は、たとえば、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)などの導体ペーストにより形成された厚膜、または、メッキ膜などにより構成されている。
The
ここで、図1〜図3に示されるように、セラミック基板10の一面には、当該一面に開口する孔部11が設けられている。この孔部11は、1個でもよいが、ここでは複数個設けられている。この孔部11は、セラミック基板10を形成するときのグリーンシートの段階で穴あけ加工等により形成したり、セラミック基板10の焼成後にレーザや切削加工などによる穴あけ加工によって形成することができる。
Here, as shown in FIGS. 1 to 3, a
ここでは、孔部11は丸孔形状であり、セラミック基板10の一面のうち金属回路層20が位置する部位すなわち金属回路層20の内部に配置されるとともに、金属回路層20の外側にも配置されている。たとえば、1個の孔部11の径は0.1mm〜0.3mmであり、深さは0.2mm〜0.6mmであることが好ましい。また、このように複数個配置された孔部11について、その配置密度は、1個/mm2〜2個/mm2であることが好ましい。
Here, the
また、セラミック基板10の一面上において、孔部11の上には導体としての導体ボール30が設けられている。この導体ボール30は、ワイヤボンディング法により配設されたAuやCuなどや、印刷法などにより配設されたはんだなどの導体材料よりなるもので、実際には、全体として球状のものが潰れたような形状をなしている。
A
ここで、導体ボール30は、ワイヤボンディング法による加熱・加圧や、はんだの流動性などを利用して、孔部11の上に配置されることにより、その一部が孔部11内に入り込んだ状態となっている。そして、導体ボール30は、その一部が孔部11に食い込んだ状態で金属回路層20と接触して電気的に接続されている。
Here, the
また、ここで、孔部11は、一般のセラミック基板に設けられるビアホールとして形成してもよいが、このとき、孔部11の内面と金属回路層20と導体ボール30とを、Cu、Auもしくはそのいずれか1つを含む合金などの同一金属からなるものにすることが好ましい。
Here, the
また、金属リード40は、導体ボール30の上に配置されており、導体ボール30と金属リード40とは溶接されて電気的に接続されている。この金属リード40は、Cu、Cu合金、Fe合金などの板材からなる。また、図示しないが、導体ボール30との接合性を考慮すれば、金属リード40の表面には、Sn、Ni、Cu、Au、Pdなどよりなるめっきが施されていることが望ましい。
Further, the
ここで、本実施形態では、導体ボール30と金属リード40との溶接は、レーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により行われている。これらレーザ溶接や電子ビーム溶接は、一般的な溶接方法を採用できる。
Here, in this embodiment, welding of the
そのため、図1に示されるように、導体ボール30と金属リード40との溶接部においては、金属リード40と導体ボール30とが溶け合ってなる溶融部50が、金属リード40における導体ボール30とは反対側に位置する表面から金属リード40の内部を通って導体ボール30にまで、連続して形成されている。
Therefore, as shown in FIG. 1, in the welded portion between the
こうして、金属リード40は、導体ボール30を介して金属回路層20と電気的に接続されており、この金属リード40は、外部の図示しない配線部材に対して電気的に接続されるようになっている。それにより、回路装置100と外部とは金属リード40を介して、電気的に接続されるようになっている。
Thus, the
なお、本実施形態の回路装置100においては、セラミック基板10には、図示しないICチップ、抵抗素子、コンデンサ素子などの実装部品が実装されている。そして、これら実装部品は、金属回路層20とともに回路装置100における回路を構成しており、当該回路装置100は、金属リード40を介して外部との電気的なやりとりが可能になっている。
In the
次に、本実施形態の回路装置100の製造方法について、図4を参照して述べる。図4は、本回路装置100の製造方法を示す工程図であり、各工程におけるワークの断面を示している。
Next, a method for manufacturing the
まず、図4(a)に示されるように、セラミック基板10を用意する第1の工程を行う。このセラミック基板10は、その一面上に、上記した厚膜やめっきなどによって金属回路層20が形成されるとともに、上記した穴あけ加工などにより孔部11が形成されたものである。
First, as shown in FIG. 4A, a first step of preparing the
この第1の工程を行った後、第2の工程を行う。まず、セラミック基板10の一面において孔部11の上に、上記したワイヤボンディングやはんだ印刷などの手法を用いて、導体ボール30を配置する。
After performing this first step, the second step is performed. First, the
このとき、図4(a)に示されるように、これら手法により、導体ボール30の一部が孔部11に入り込んだ状態で、導体ボール30と金属回路層20とが電気的に接続される。こうして、孔部11の上への導体ボール30の配置および導体ボール30と金属回路層20との電気的接続が行われる。
At this time, as shown in FIG. 4A, the
さらに、第2の工程では、次に、図4(b)に示されるように、導体ボール30の上に金属リード40を搭載する。このとき、金属リード40は導体ボール30の上に単純に接触させて置くだけでもよいが、両部材30、40を熱圧着させるようにしてもよい。
Further, in the second step, next, as shown in FIG. 4B, the
次に、第2の工程では、導体ボール30と金属リード40とをレーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により溶接する。このとき、レーザもしくは電子ビームは、金属リード40における導体ボール30とは反対側の表面(図4(c)中の金属リード40の上面)に照射される。
Next, in the second step, the
それにより、図4(c)に示されるような導体ボール30と金属リード40とが溶け合った上記溶融部50が形成され、両者30、40が接合される。こうして、第2の工程が終了し、本実施形態において、セラミック基板10と、セラミック基板10の一面上に形成された金属回路層20と、金属回路層20に電気的に接続された金属リード40とを有する回路装置100ができあがる。
As a result, the melting
ところで、本実施形態によれば、セラミック基板10の一面に、当該一面に開口する孔部11を設け、孔部11の上に導体ボール30を設け、この導体ボール30と金属回路層20とを電気的に接続するとともに、導体ボール30の一部を孔部11内に入り込ませた状態とし、さらに、導体ボール30の上に金属リード40を配置し、導体ボール30と金属リード40とを溶接している。
By the way, according to the present embodiment, the
それによれば、導体ボール30の一部が孔部11に入り込んでいる、すなわち、導体ボール30がセラミック基板10に食い込んでいることで、それによるアンカー効果が発揮され、導体ボール30とセラミック基板10との接合強度が確保される。それとともに、導体ボール30と金属リード40との接合については、溶接によって接合強度が確保される。
According to this, a part of the
このように、本実施形態によれば、従来では直接、超音波溶接によって接続していた金属リード40と金属回路層20との接続を、導体ボール30を介して行うことで、金属リード40のセラミック基板10への接合強度を確保し、金属リード10の剥離を極力防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、導体ボール30と金属リード40との溶接を、レーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により行っている。従来のような超音波溶接では、金属リード40の溶接時に、フリーな状態の金属リード40が、溶接の超音波によって共振を起こしてしまい、溶接しにくい。
In this embodiment, the
しかし、本実施形態のように、レーザ溶接や電子ビーム溶接であれば、溶接対象物に溶接治具が接触したり、溶接対象物に振動が加わることはない。つまり、これらレーザ溶接や電子ビーム溶接は非接触的溶接であり、これらの溶接方法を採用すれば、上記した超音波溶接における共振の問題を回避することができ、溶接が行われやすく、接合信頼性の点で好ましい。 However, as in this embodiment, if laser welding or electron beam welding is used, the welding jig does not come into contact with the object to be welded or vibration is not applied to the object to be welded. In other words, these laser welding and electron beam welding are non-contact welding, and if these welding methods are adopted, the above-described resonance problem in ultrasonic welding can be avoided, welding is easily performed, and joint reliability is improved. From the viewpoint of sex.
また、本実施形態では、溶接時に、金属リード40と金属回路層20との間に導体ボール30を介在させることにより、レーザ溶接・電子ビーム溶接の熱的影響を緩和することができるという利点もある。
In addition, the present embodiment has an advantage that the thermal influence of laser welding / electron beam welding can be mitigated by interposing the
また、このような本実施形態の効果を適切に発揮するための溶接部の寸法構成等について、具体的な一例を述べておく。まず、金属リード40の厚さ(図1中の上下方向の厚さ)については、たとえば0.2mm〜0.5mm程度であり、この金属リード40の表面に上記したSn、Niなどのめっきが施されている場合は、当該めっきの厚さは1μm〜3μm程度である。また、導体ボール30の高さは0.5mm〜1mm程度であり、金属回路層20の厚さは0.01mm〜0.03mm程度である。
Moreover, a specific example is described about the dimension structure of the welding part for exhibiting the effect of this embodiment appropriately. First, the thickness of the metal lead 40 (the thickness in the vertical direction in FIG. 1) is, for example, about 0.2 mm to 0.5 mm, and the surface of the
また、上記図3に示される例では、孔部11は、セラミック基板10の一面のうち金属回路層20が位置する部位、および、金属回路層20の外側の部位の両部位に配置されていた。
Further, in the example shown in FIG. 3, the
ここで、上記した孔部11による効果を鑑みれば、孔部11は、セラミック基板10の一面のうち金属回路層20が位置する部位のみに設けられていてもよいし、金属回路層20の外側の部位のみに設けられていてもよい。つまり、導体ボール30が金属回路層20と接して電気的に接続されつつ、孔部11にも一部が入り込むように、孔部11が配置されていればよい。
Here, in view of the effect of the
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態に係る回路装置100の製造方法を示す工程図であり、各工程におけるワークの断面を示している。本実施形態の製造方法は、最終的に上記第1実施形態に示したものと同様の回路装置100を製造するものであるが、第2の工程における手順を変形したものである。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a process diagram showing a method of manufacturing the
上記図4に示される回路装置100の製造方法では、第1の工程でセラミック基板10を用意し、続く第2の工程では、セラミック基板10側に導体ボール30を設けた後、導体ボール30に金属リード40を搭載していた。
In the method for manufacturing the
それに対して、本実施形態の製造方法では、第1の工程によって、一面上に金属回路層20および孔部11を有するセラミック基板10を用意し、続く第2の工程では、図5(a)に示されるように、導体ボール30を孔部11および金属回路層20の上に配置する前に、あらかじめ導体ボール30を金属リード40へ取り付けておく。
On the other hand, in the manufacturing method of this embodiment, the
この導体ボール30の金属リード40への取り付けは、上記したワイヤボンディングやはんだ印刷などの手法を用いて行うことができる。第2の工程では、その後、図5(b)に示されるように、金属リード40に取り付けられた状態の導体ボール30を、孔部11および金属回路層20の上へ搭載する。
The
この導体ボール30の搭載は熱圧着により行うことで、導体ボール30の一部が孔部11に入り込んだ状態で、導体ボール30と金属回路層20とが電気的に接続される。こうして、孔部11の上への導体ボール30の配置および導体ボール30と金属回路層20との電気的接続が行われる。
The
さらに、本製造方法の第2の工程においても、図5(c)に示されるように、導体ボール30と金属リード40とをレーザ溶接もしくは電子ビーム溶接により溶接する。こうして、第2の工程が終了し、本実施形態によっても上記同様の回路装置100ができあがる。そして、本実施形態の回路装置100によっても、上記第1実施形態と同様の効果が発揮される。
Furthermore, also in the second step of this manufacturing method, as shown in FIG. 5C, the
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態に係る回路装置101の概略断面構成を示す図である。本実施形態の回路装置101は、上記第1実施形態の回路装置と比べて、「孔部11の内面を粗化した」ところが相違する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
図6に示されるように、孔部11の内面は、粗化された面としての粗化部12として構成されている。この粗化部12は、たとえば、粗化されたNiめっきにより構成したり、Cuなどのめっき膜を形成しておき、これを粗化エッチングするという一般的な手法により形成することが可能である。
As shown in FIG. 6, the inner surface of the
本実施形態によれば、上記第1実施形態に述べた効果に加えて、孔部11の内面のアンカー効果がより向上し、導体ボール30とセラミック基板10との接合強度のさらなる向上が見込まれる。そのため、結果的に、金属リード40のセラミック基板10への接合強度を、より強固に確保できると期待される。
According to the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the anchor effect of the inner surface of the
(第4実施形態)
図7は、本発明の第4実施形態に係る回路装置102の概略断面構成を示す図である。本実施形態の回路装置102は、上記第1実施形態の回路装置と比べて、孔部11の内面に活性金属よりなる「活性金属層13を設けた」ところが相違する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
この活性金属層13は、Ti、Zr、Hfなどの活性金属より選択された金属を、一般的な真空蒸着などにより、孔部11の内面に蒸着したものである。このような活性金属は、ロウ付けなどにおいて界面活性剤として機能するものである。
The
この蒸着は、上記した穴あけ加工による孔部11の形成後に行うことで、孔部11の内面に活性金属層13が形成される。その後は、この孔部11および金属回路層20に対して上記同様に、導体ボール30を配置してやればよい。そして、この活性金属層13と導体ボール30における孔部11に入り込んだ部分とが密着している。
This vapor deposition is performed after the
本実施形態によれば、上記第1実施形態に述べた効果に加えて、これら活性金属層13は、ロウ付けにおける界面活性剤の作用を発揮するため、導体ボール30とセラミック基板10との密着強度のさらなる向上が期待できる。
According to the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, these
(第5実施形態)
上記第4実施形態では、セラミック基板10の孔部11側に活性金属を設けたが、導体ボール30側に活性金属であるTiを設けてもよい。すなわち、「導体ボール30にTiを含有させた」ものであってもよい。
(Fifth embodiment)
In the fourth embodiment, the active metal is provided on the
具体的には、導体ボール30を構成するCuとTiとの合金を作製する。たとえばTiを1wt%〜3wt%添加したCu合金を作製し、この合金をワイヤとして加工し、これをワイヤボンディング法によって導体ボール30として、セラミック基板10の一面に配置すればよい。
Specifically, an alloy of Cu and Ti constituting the
この場合も、活性金属であるTiが、ロウ付けにおける界面活性剤の作用を発揮するため、導体ボール30とセラミック基板10との密着強度が向上する。なお、本実施形態は、導体ボール30にTiを含有させる構成であるため、上記した各実施形態に適用可能である。つまり、本実施形態は、活性金属層13を有する上記第4実施形態の構成と併用してもよい。
Also in this case, Ti, which is an active metal, exerts the action of a surfactant in brazing, so that the adhesion strength between the
(第6実施形態)
図8は、本発明の第6実施形態に係る回路装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態の回路装置は、上記第1実施形態の回路装置において、「リード支持部60」を付加した構成を有するところが相違する。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a circuit device according to the sixth embodiment of the present invention. The circuit device according to this embodiment is different from the circuit device according to the first embodiment in that the “lead
図8に示されるように、リード支持部60は、導体ボール30と金属リード40との溶接部以外の部位にて、金属リード40をセラミック基板10に支持している。ここでは、リード支持部60は、金属リード40側に設けられており、金属リード40と一体成形されセラミック基板10の一面側に延びる突起部60として構成されている。
As shown in FIG. 8, the
そして、このリード支持部としての突起部60が、金属リード40とセラミック基板10との間に介在して金属リード40を支持するため、金属リード40は溶接部以外の部位においても、セラミック基板10に支持された状態となる。そのため、金属リード40のセラミック基板10への接合強度がより強固なものとなる。
And since the
このように、本実施形態によれば、上記第1実施形態に述べた効果に加えて、リード支持部60による金属リード40の接合強度の補強効果が発揮される。そのため、金属リード40の接合信頼性に優れた回路装置を構成する上で好ましい。また、本実施形態は上記した各実施形態に適用可能である。
Thus, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the effect of reinforcing the bonding strength of the
(第7実施形態)
図9は、本発明の第7実施形態に係る回路装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態の回路装置も、上記第1実施形態の回路装置において、「リード支持部61」を付加した構成を有するところが相違する。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a circuit device according to the seventh embodiment of the present invention. The circuit device according to this embodiment is different from the circuit device according to the first embodiment in that the “lead
ここでは、図9に示されるように、リード支持部61は、金属リード40のうち溶接部以外の部位であってセラミック基板10の一面に対向する部位を、セラミック基板10と接するように折り曲げた折り曲げ部61として、構成されている。
Here, as shown in FIG. 9, the
この場合、このリード支持部としての折り曲げ部61が、金属リード40におけるセラミック基板10への接触部分となり、金属リード40は折り曲げ部61を介してセラミック基板10に支持される。
In this case, the
そのため、本実施形態においても、上記第6実施形態と同様に、金属リード40は溶接部以外の部位においてもセラミック基板10に支持され、金属リード40のセラミック基板10への接合強度がより強固なものとなる。
Therefore, also in the present embodiment, as in the sixth embodiment, the
(第8実施形態)
図10は、本発明の第8実施形態に係る回路装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態の回路装置も、上記第1実施形態の回路装置において、「リード支持部62」を付加した構成を有するところが相違する。
(Eighth embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a circuit device according to the eighth embodiment of the present invention. The circuit device according to this embodiment is different from the circuit device according to the first embodiment in that the “lead
ここでは、図10に示されるように、リード支持部62は、ワイヤボンディング法により形成されたAuなどよりなる金属部材62である。この金属部材62は、金属リード40に設けられた貫通孔41を介してセラミック基板10の一面に設けられているパッド21に接続されている。
Here, as shown in FIG. 10, the
つまり、金属部材62は、いわゆる貫通孔41を介して金属リード40を押さえつけるリベットの如き機能を発揮し、リード支持部としての役割を果たすものである。この場合、リード金属40と導体ボール30との溶接固定を行った後、金属リード40の貫通孔41を介して、セラミック基板10のパッド21にワイヤボンディングを打つことにより、金属部材62が形成される。
That is, the
そして、本実施形態においては、金属部材62によって、金属リード40はセラミック基板10のパッド21に固定されて支持されているため、上記第6実施形態と同様の効果が期待される。
In this embodiment, since the
なお、リード支持部は、溶接部以外の部位にて金属リード40をセラミック基板10に支持するものであればよく、金属リード40およびセラミック基板10の両方、またはいずれか一方にのみ設けられたもの、あるいは、当該両部材10、40とは別体のものであってもよい。
In addition, the lead support part should just support the
上記第6実施形態、上記第7実施形態では、リード支持部はそれぞれ金属リード40に設けられ、本第8実施形態では、金属リード40およびセラミック基板10とは別体のものであったが、たとえば、リード支持部としては、セラミック基板10に一体に設けられ金属リード40を支持する突起などであってもよい。
In the sixth embodiment and the seventh embodiment, the lead support portions are provided on the metal leads 40, respectively. In the eighth embodiment, the metal leads 40 and the
(第9実施形態)
図11は、本発明の第9実施形態に係る回路装置の概略構成を示す図であり、(a)は断面図、(b)は(a)中の上面図である。本実施形態の回路装置は、上記第1実施形態の回路装置において、「位置決め部70」を付加した構成を有するところが相違する。
(Ninth embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a circuit device according to a ninth embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view and (b) is a top view in (a). The circuit device according to the present embodiment is different from the circuit device according to the first embodiment in that the “positioning
図11に示されるように、本実施形態の位置決め部70は、セラミック基板10の一面のうち金属リード40と正対する部位に設けられた凹部70である。この凹部70は、図11(b)に示されるように、金属リード40の幅よりもやや大きな幅を有しており、当該凹部70の両端が金属リード40からはみ出している。
As shown in FIG. 11, the positioning
そのため、金属リード40をセラミック基板10上に搭載するときには、この凹部70に金属リード40を重ね合わせるようにすれば、セラミック基板10に対する金属リード40の位置決めを行うことが容易になる。
Therefore, when the
このように、本実施形態によれば、上記第1実施形態に述べた効果に加えて、位置決め部70による金属リード40の位置決めの容易化という効果を発揮することが可能となる。また、本実施形態は、上記した各実施形態に適用可能である。なお、この位置決め部を上記リード支持部と併用する場合、上記リード支持部を避けた位置に、位置決め部を設ければよい。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, it is possible to exert the effect of facilitating the positioning of the
(第10実施形態)
図12は、本発明の第10実施形態に係る回路装置の概略平面構成を示す図である。本実施形態の回路装置も、上記第1実施形態の回路装置において、「位置決め部71」を付加した構成を有するところが相違する。
(10th Embodiment)
FIG. 12 is a diagram showing a schematic plan configuration of a circuit device according to the tenth embodiment of the present invention. The circuit device according to the present embodiment is also different from the circuit device according to the first embodiment in that the “positioning
図12に示されるように、本実施形態の位置決め部71は、セラミック基板10から延びる突起71aと、金属リード40に設けられ当該突起71aが挿入される貫通孔71bとにより構成されている。
As shown in FIG. 12, the positioning
この構成の場合、金属リード40をセラミック基板10上に搭載するときには、この突起71aを貫通孔71bに挿入するようにすれば、セラミック基板10に対する金属リード40の位置決めを行うことが容易になる。このように、本実施形態によっても、上記第9実施形態と同様の効果が発揮される。
In the case of this configuration, when the
また、本実施形態の場合、セラミック基板10側の突起71aを、金属リード40側の貫通孔71bに圧入するようにすれば、突起71aによって金属リード40が固定されて支持された状態となる。つまり、この場合、金属リード40の接合強度が補強されるという効果を発揮することが可能となる。
In this embodiment, if the
また、上記したように、位置決め部70、71は、セラミック基板10側に設けられた凹部70や、突起71aおよび貫通孔71bとしてセラミック基板10および金属リード40の両方に設けられたものとして構成されていたが、たとえば、金属リード40のみに設けられた突起などを位置決め部としてもよい。
Further, as described above, the
(第11実施形態)
図13は、本発明の第11実施形態に係る回路装置の概略構成を示す図であり、(a)は第1の例を示す断面図、(b)は第2の例を示す断面図、(c)は第3の例を示す平面図である。本実施形態の回路装置は、上記第1実施形態の回路装置において、「応力緩和部80」を付加した構成を有するところが相違する。
(Eleventh embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a circuit device according to an eleventh embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view showing a first example, (b) is a cross-sectional view showing a second example, (C) is a top view which shows the 3rd example. The circuit device according to the present embodiment is different from the circuit device according to the first embodiment in that the “
図13に示されるように、応力緩和部80は金属リード40に設けられている。この応力緩和部80は、導体ボール30と金属リード40との溶接部に加わる応力を緩和するものであり、ここでは、金属リード40の一部を部分的に細くした構成としている。
As shown in FIG. 13, the
このように金属リード40の一部を細くすることは、図13(a)、(b)に示されるように、金属リード40の厚さを薄くするものであってもよいし、図13(c)に示されるように、金属リード40の幅を狭くするものであってもよい。このようにすることで、この細くなった応力緩和部80が変形しやすくなり、上記溶接部に加わる応力を緩和することが可能となる。
Thinning part of the
また、図13(b)では、応力緩和部80の部分だけでなく、溶接部までも応力緩和部80と同程度に厚さを薄くしているが、この場合、金属リード40の導体ボール30への溶接が容易になるという効果もある。
In FIG. 13B, not only the
また、本実施形態は上記した各実施形態に適用可能であり、その場合、上記した各実施形態の効果に加えて、溶接部の接合信頼性の向上が期待される。また、応力緩和部80の具体的な形状は、上記図13に示されるような金属リード40の一部を部分的に細くした構成に限定するものではない。
Moreover, this embodiment is applicable to each above-mentioned embodiment, In that case, in addition to the effect of each above-mentioned embodiment, the improvement of the joining reliability of a welding part is anticipated. Further, the specific shape of the
(第12実施形態)
図14は、本発明の第12実施形態に係る孔部11の種々の形状を示す図であり、(a)〜(c)は孔部11の断面形状、(d)〜(f)は孔部11の平面形状すなわち開口部形状を示す。本実施形態は、上記各実施形態において適用可能な孔部11の種々の形状を示すものである。
(Twelfth embodiment)
FIG. 14 is a view showing various shapes of the
上記した各実施形態では、孔部11の断面は長方形状であったが、図14に示されるように、孔部11の断面形状は、(a)順テーパ状、(b)逆テーパ状、(c)階段状などであってもよい。また、孔部11の開口部は、図14に示されるように、(d)三角形、(e)四角形、(f)円形などでもよい。要するに、孔部11の形状については、特に限定されるものではなく種々の形状が採用できる。
In each of the embodiments described above, the cross section of the
(第13実施形態)
図15は、本発明の第13実施形態に係る回路装置を示す概略断面図である。上記の各実施形態では導体ボール30を介在させた溶接構成を実現していたが、本実施形態では、「導体ボール30を介在させない回路装置の製造方法」を提供する。
(13th Embodiment)
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a circuit device according to a thirteenth embodiment of the present invention. In each of the above embodiments, the welding configuration with the
図15に示される回路装置は、上記第1実施形態に示される回路装置100(上記図1〜図3参照)において、導体ボール30を省略し、金属リード40と金属回路層20とを直接、溶接している。ここで、本実施形態では、溶接により溶融した金属リード40の一部が孔部11内に入り込んだ状態となっている。ここで、孔部11の位置は上記第1実施形態と同様のものにできる。
The circuit device shown in FIG. 15 is the same as the
本実施形態の製造方法では、まず、セラミック基板10として、セラミック基板10の一面に、当該一面に開口する孔部11を有するものを用意する。次に、セラミック基板10の一面において孔部11および金属回路層20の上に金属リード40を配置するとともに、金属リード40と金属回路層20とを接触させる。
In the manufacturing method of the present embodiment, first, as the
続いて、金属リード40と金属回路層20とを溶接により接合するとともに、この溶接により溶融した金属リード40の一部を孔部11内に入り込ませる。この溶接としては、レーザ溶接もしくは電子ビーム溶接などにより行えば、金属リード40の一部を溶融させて孔部11に入り込ませることが容易である。
Subsequently, the
本実施形態によれば、金属リード40の一部が孔部11に入り込むことで、それによるアンカー効果により、金属リード40とセラミック基板10との接合強度が確保される。そのため、上記した導体ボールを用いることなく、金属リード40のセラミック基板10への接合強度を確保し、その剥離を極力防止することができる。
According to the present embodiment, when a part of the
(他の実施形態)
なお、上記第1〜第12の各実施形態において、金属リード40としてその表面が粗化されたものを採用してもよい。この場合、たとえば、金属リード40の表面を粗化されたNiめっきにより構成したり、Cuなどのめっき膜を粗化エッチングするという一般的な手法により実現可能である。
(Other embodiments)
In each of the first to twelfth embodiments, the
そして、この場合、金属リード40を粗化したことによるアンカー効果により、導体ボール30と金属リード40との接続強度が向上する。また、レーザ溶接を行う場合、金属リード40の粗化された表面によって、レーザが吸収されやすくなるので、溶接が容易となる。
In this case, the connection strength between the
また、上記した第1〜第12の各実施形態では、導体ボール30と金属リード40の溶接をレーザ溶接または電子ビーム溶接により行ったが、これらの溶接は超音波溶接で行ってもよい。この場合、上記したような金属リード40の全体から導体ボール30まで貫通する溶融部50は形成されない。また、上記のすべての実施形態において、溶融部50は1個ではなく、複数個あってもよい。
In each of the first to twelfth embodiments described above, the
10…セラミック基板、11…孔部、13…活性金属層、
20…金属回路層、30…導体としての導体ボール、40…金属リード、
50…溶融部、60〜62…リード支持部、70、71…位置決め部、
80…応力緩和部。
10 ... Ceramic substrate, 11 ... Hole, 13 ... Active metal layer,
20 ... Metal circuit layer, 30 ... Conductor ball as conductor, 40 ... Metal lead,
50 ... Melting part, 60-62 ... Lead support part, 70, 71 ... Positioning part,
80: Stress relaxation part.
Claims (14)
前記セラミック基板(10)の一面には、当該一面に開口する孔部(11)が設けられており、
前記孔部(11)の上には、一部が前記孔部(11)内に入り込んだ状態で前記金属回路層(20)と電気的に接続された導体(30)が設けられており、
前記導体(30)の上に前記金属リード(40)が配置され、前記導体(30)と前記金属リード(40)とが溶接されていることを特徴とする回路装置。 A ceramic substrate (10) made of ceramic, a metal circuit layer (20) formed on one surface of the ceramic substrate (10), and a metal lead (40) electrically connected to the metal circuit layer (20) In a circuit device having
One surface of the ceramic substrate (10) is provided with a hole (11) that opens to the one surface.
On the hole (11), there is provided a conductor (30) electrically connected to the metal circuit layer (20) in a state where a part thereof enters the hole (11).
The circuit device, wherein the metal lead (40) is disposed on the conductor (30), and the conductor (30) and the metal lead (40) are welded.
前記金属リード(40)と前記導体(30)とが溶け合ってなる溶融部(50)が、前記金属リード(40)における前記導体(30)とは反対側に位置する表面から前記金属リード(40)の内部を通って前記導体(30)にまで、連続して形成されていることを特徴とする請求項2に記載の回路装置。 In the welded portion between the conductor (30) and the metal lead (40),
The molten portion (50) formed by melting the metal lead (40) and the conductor (30) is located on the metal lead (40) from the surface opposite to the conductor (30). The circuit device according to claim 2, wherein the circuit device is continuously formed to the conductor (30).
次に、前記セラミック基板(10)の一面において前記孔部(11)の上に導体(30)を配置し、前記導体(30)の一部を前記孔部(11)内に入り込ませた状態で前記導体(30)と前記金属回路層(20)とを電気的に接続するとともに、前記導体(30)と前記金属リード(40)とを溶接する第2の工程とを備える回路装置の製造方法であって、
前記第2の工程では、前記孔部(11)の上への前記導体(30)の配置、および、前記導体(30)と前記金属回路層(20)との電気的接続を行った後、前記導体(30)の上に前記金属リード(40)を搭載し、前記導体(30)と前記金属リード(40)との溶接を行うことを特徴とする回路装置の製造方法。 A first step of forming a metal circuit layer (20) on one surface of a ceramic substrate (10) made of ceramic and providing a hole (11) opening on the one surface of the ceramic substrate (10);
Next, the conductor (30) is disposed on the hole (11) on one surface of the ceramic substrate (10), and a part of the conductor (30) is allowed to enter the hole (11). And a second step of electrically connecting the conductor (30) and the metal circuit layer (20) and welding the conductor (30) and the metal lead (40). A method,
In the second step, after the placement of the conductor (30) on the hole (11) and the electrical connection between the conductor (30) and the metal circuit layer (20), A method of manufacturing a circuit device, wherein the metal lead (40) is mounted on the conductor (30), and the conductor (30) and the metal lead (40) are welded.
次に、前記セラミック基板(10)の一面において前記孔部(11)の上に導体(30)を配置し、前記導体(30)の一部を前記孔部(11)内に入り込ませた状態で前記導体(30)と前記金属回路層(20)とを電気的に接続するとともに、前記導体(30)と前記金属リード(40)とを溶接する第2の工程とを備える回路装置の製造方法であって、
前記第2の工程では、前記導体(30)を前記金属リード(40)へ取り付けた後、前記孔部(11)の上への前記導体(30)の配置、前記導体(30)と前記金属回路層(20)との電気的接続、および、前記導体(30)と前記金属リード(40)との溶接を行うことを特徴とする回路装置の製造方法。 A first step of forming a metal circuit layer (20) on one surface of a ceramic substrate (10) made of ceramic and providing a hole (11) opening on the one surface of the ceramic substrate (10);
Next, the conductor (30) is disposed on the hole (11) on one surface of the ceramic substrate (10), and a part of the conductor (30) is allowed to enter the hole (11). And a second step of electrically connecting the conductor (30) and the metal circuit layer (20) and welding the conductor (30) and the metal lead (40). A method,
In the second step, after the conductor (30) is attached to the metal lead (40), the conductor (30) is disposed on the hole (11), the conductor (30) and the metal A method of manufacturing a circuit device, wherein electrical connection with a circuit layer (20) and welding of the conductor (30) and the metal lead (40) are performed.
前記セラミック基板(10)として、前記一面に開口する孔部(11)を有するものを用意し、
前記セラミック基板(10)の一面において前記孔部(11)の上に前記金属リード(40)を配置するとともに、前記金属リード(40)と前記金属回路層(20)とを接触させ、
続いて、前記金属リード(40)と前記金属回路層(20)とを溶接により接合するとともに、この溶接により溶融した前記金属リード(40)の一部を前記孔部(11)内に入り込ませることを特徴とする回路装置の製造方法。 A ceramic substrate (10) made of ceramic, a metal circuit layer (20) formed on one surface of the ceramic substrate (10), and a metal lead (40) electrically connected to the metal circuit layer (20) In a method of manufacturing a circuit device having:
As the ceramic substrate (10), one having a hole (11) opening in the one surface is prepared,
The metal lead (40) is disposed on the hole (11) on one surface of the ceramic substrate (10), and the metal lead (40) and the metal circuit layer (20) are brought into contact with each other.
Subsequently, the metal lead (40) and the metal circuit layer (20) are joined by welding, and a part of the metal lead (40) melted by the welding is allowed to enter the hole (11). A method for manufacturing a circuit device.
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