JP2010225619A - 回路基板及び回路基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロウ付け治具へのしみ上がったロウ材の付着を抑制することができ、導体パターン部材と回路基材との接合強度を向上することが可能な回路基板及び回路基板の製造方法の提供にある。
【解決手段】絶縁基材としての回路基材１１上に平板状の導体パターン部材１２をロウ付けにより接合された回路基板１０であって、導体パターン部材１２の回路形成面２０の周囲に板厚を全周に渡り導体パターン部材１２の他の部分より薄く形成した薄板部としての段差部１４を設け、導体パターン部材１２を間にロウ材１３を介在させて回路基材１１に接合させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、回路基板及び回路基板の製造方法に関する。

特許文献１で開示された従来技術においては、セラミックス板の表面にあらかじめ打ち抜きにより形成された導体パターン部材をロウ材により接合する方法が開示されている。導体パターン部材の外周縁には全周にわたり凸部が形成されており、この凸部の上面を全周にわたりロウ付け治具である板状押圧体で押圧して凸部よりも内側に位置する部分を閉塞し、加熱手段によりロウ材を加熱溶融させ導体パターン部材をセラミックス板に接合させている。このため、セラミックス板と導体パターン部材の間から溢れ出た溶融ロウ材が、導体パターン部材の側面に付着するロウ材の量は多くなるものの、凸部の表面へしみ上がる量を低減することができるとしている。

特開２００７−２５８４１６号公報（第５〜１０頁、図１〜図２）

しかし、特許文献１で開示された従来技術においては、導体パターン部材の外周縁に形成された凸部を全周にわたり板状押圧体で押圧し、導体パターン部材の表面における凸部よりも内側の部分を閉塞状態にしてからロウ材を加熱溶融させているので、凸部よりも内側にロウ材が流入するのを防ぐことはできるが凸部の表面にしみ上がるロウ材により板状押圧体と導体パターン部材とが固着する恐れがある。このため、板状押圧体にロウ材が付着し、板状押圧体をその都度清掃する必要がある。
また、板状押圧体は凸部の表面を全周にわたって押圧しているので、押圧力が導体パターン部材の外周縁側で強く、回路形成面の直下部で弱くなるために導体パターン部材をセラミックス板に押圧する押圧力が導体パターン部材とセラミックス板との接合面内で不均一となり、接合が不均一となる恐れがある。このため、導体パターン部材とセラミックス板とのロウ付け強度が低下し、振動や高温、多湿下で使用される場合製品の寿命が著しく短くなり、製品の信頼性が低下するという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ロウ付け治具へのしみ上がったロウ材の付着を抑制することができ、導体パターン部材とセラミックス板との接合強度を向上することができる回路基板及び回路基板の製造方法の提供にある。

上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、絶縁基材上に回路形成面を有する平板状の導体パターン部材がロウ付けにより接合された回路基板であって、前記導体パターン部材の前記回路形成面の周囲に板厚を全周に渡り前記導体パターン部材の他の部分より薄く形成した薄板部を設けることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、絶縁基材上に導体パターン部材をロウ付けする時に、溶融したロウ材の導体パターン部材の回路形成面へのしみ上がりが発生するが、導体パターン部材の回路形成面の周囲には板厚を全周に渡り導体パターン部材の他の部分より薄く形成した薄板部が設けられていることにより、ロウ材は薄板部をしみ上がるので、しみ上がったロウ材の導体パターン部材表面の回路形成面までの到達が抑制される。従って、導体パターン部材表面の回路形成面に押圧接触されたロウ付け治具にしみ上がったロウ材が付着することを抑制可能である。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の回路基板において、前記薄板部は、回路形成面に対して平行な面と回路形成面に対して垂直な面とを備えていることを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、薄板部の形成は回路形成面に対して平行な面と垂直な面を形成すればよいので、例えば、プレス加工により簡単に製造可能である。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の回路基板において、前記薄板部は、外周ほど板厚が薄くなる傾斜面を備えていることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、傾斜面なのでエッジ部に面取りを施すことにより容易に製造可能である。

請求項４記載の発明は、絶縁基材上に回路形成面を有する平板状の導体パターン部材をロウ付けにより接合させる回路基板の製造方法であって、前記導体パターン部材の前記回路形成面の周囲に板厚を全周に渡り前記導体パターン部材の他の部分より薄く形成した薄板部を設け、前記導体パターン部材を間にロウ材を介在させて絶縁基材上に配置し、前記導体パターン部材の前記薄板部以外の平面を治具により押圧させつつ、加熱手段により前記ロウ材を加熱溶融することを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、請求項１と同等の効果を得ることが可能であると共に、導体パターン部材の薄板部以外の平面を治具により押圧させつつ加熱手段によりロウ材を加熱溶融されるので、導体パターン部材と絶縁基材との接合強度を向上することが可能となる。

本発明によれば、導体パターン部材の回路形成面の周囲に薄板部を全周に渡り形成することにより、ロウ付け治具へのしみ上がったロウ材の付着を抑制することができ、導体パターン部材と絶縁基材との接合強度を向上することが可能となる。

第１の実施形態に係る回路基板の全体構成を示す模式断面図である。 第１の実施形態に係る回路基板の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る回路基板の作用説明用の模式断面図である。（ａ）ロウ材のしみ上がり経路を示す、（ｂ）比較例におけるロウ材のしみ上がり経路を示す。 第２の実施形態に係る回路基板の全体構成を示す模式断面図である。 第２の実施形態に係る回路基板の作用説明用の模式断面図である。 その他の実施形態に係る回路基板の全体構成を示す模式断面図である。 その他の実施形態に係る回路基板の全体構成を示す模式断面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る回路基板について、図１〜図３に基づいて説明する。なお、図１は、回路基板の構成を模式的に示したものであり、一部の寸法を誇張して分かり易く図示しており、実際の寸法とは異なっている。
図１に示すように、回路基板１０は、絶縁基材としてのセラミック製で平板状の回路基材１１を備え、回路基材１１の表面側には導電性の導体パターン部材１２がＡｌ−Ｓｉ系のロウ材１３により接合されている。一方、回路基材１１の裏面側には導電性の金属層１５がＡｌ−Ｓｉ系のロウ材１６を介して接合される。

導体パターン部材１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金により形成された母材から打ち抜きにより形成されている。この際、導体パターン部材１２は凸状に形成される。
導体パターン部材１２の表面側には、図示しない半導体チップなどが接合される平面状の回路形成面２０が形成されている。一方、導体パターン部材１２の裏面側には、回路基材１１の表面側に接合される接合面が形成されている。
また、導体パターン部材１２には回路形成面２０を備える回路形成部２５と、回路形成部２５の周囲に設けられ、板厚を全周に渡り導体パターン部材１２の他の部分よりも薄く形成された段差部１４が設けられている。回路形成部２５の表面側は回路形成面２０に相当する。段差部１４は薄板部に相当し、水平面１４ａと垂直面１４ｂとを備えている。水平面１４ａは回路形成面２０に対して平行な面に相当し、垂直面１４ｂは回路形成面２０に対して垂直な面に相当する。

図１に示すように、回路形成部２５の厚さをｔ０とし、段差部１４の水平面１４ａの幅をｓ１とし垂直面１４ｂの厚さをｔ１とすれば、ｓ１は１．０ｍｍ以上、好ましくは１．０ｍｍ＜ｓ１＜１．５ｍｍに設定され、ｔ１はｔ１≒ｔ０／２に設定されている。なお、ｓ１とｔ１とはロウ材のしみ上がり距離をもとに決められている。ここでロウ材のしみ上がり距離とは、溶融ロウ材の余剰分が段差部１４から回路形成部２５の側面へとしみ上がる時の溶融ロウ材の余剰分の移動距離を指している。段差部１４は例えばプレス加工等により形成することができる。
金属層１５の表面側には、回路基材１１の裏面側に接合される接合面が形成されている。金属層１５の裏面側には図示しないヒートシンクに半田などにより接合される接合面が形成されている。

次に、回路基板１０の製造手順について図２のフローチャートに基づき説明する。
先ずＳ１０１にて導体パターン部材１２を打ち抜きにより作成する。導体パターン部材１２の打ち抜きは切削工具を使用し、母材を所定のパターンに打ち抜くことにより形成される。
次にＳ１０２にて回路形成部２５の周囲に全周に渡りプレス加工により段差部１４を形成する。

次にＳ１０３にて回路形成面２０を上に向け、導体パターン部材１２の裏面と回路基材１１の表面との間に導体パターン部材１２の接合面と同一面積に打ち抜かれたシート状のロウ材１３を介在させて配置する。
一方、回路基材１１の裏面にも同様にロウ材１６を介して金属層１５を配置する。ロウ材１６は金属層１５の接合面と同一面積に打ち抜かれたシート状に形成されている。
このように、回路基材１１の表面にロウ材１３を介して導体パターン部材１２が配置され、回路基材１１の裏面にロウ材１６を介して金属層１５が配置された積層体をベース部材上に配置する。

次にＳ１０４にて回路形成面２０にロウ付け治具としての板状押圧体を当接させ、スプリングなどの付勢部材により板状押圧体を積層体の積層方向に押圧させる。
このとき、板状押圧体の回路形成面２０と当接する面の面積は回路形成面２０とほぼ同等か、或いは板状押圧体の方が若干大きく形成されていることにより、板状押圧体は回路形成面２０の全面と当接状態にある。

次にＳ１０５にて押圧状態にある積層体を加熱手段に相当する高温真空槽に入れて所定温度で加熱することによりロウ材１３、１６を溶融させる。
次にＳ１０６にて積層体を高温真空槽から取り出して自然冷却させる。
次にＳ１０７にて板状押圧体の押圧を解除すると、Ｓ１０８にて回路基材１１の表面に導体パターン部材１２が接合され、回路基材１１の裏面に金属層１５が接合された回路基板１０を得ることができる。

次に、上記構成を有する回路基板１０について図３に基づき作用説明を行う。
図３（ａ）は、回路基板１０の接合前の積層体をベース部材１８上に配置して板状押圧体１７で押圧させながら加熱したときの状態を示している。
図３（ａ）において矢印で示すように、導体パターン部材１２と回路基材１１との間に介在されるロウ材１３は、加熱により溶融されるが、溶融ロウ材の余剰分が段差部１４と回路形成部２５の側面とを伝わって、回路形成面２０の方に移動するいわゆるしみ上がりが発生する。
ところで、回路形成部２５の周囲には全周に渡り段差部１４が形成され、回路形成部２５の厚さをｔ０、水平面１４ａの幅をｓ１、垂直面１４ｂの厚さをｔ１とされているので、導体パターン部材１２の裏面側のエッジ部２２から回路形成面２０までの長さ距離Ｌ１は、図３（ａ）に示すように、Ｌ１＝ｔ１＋ｓ１＋（ｔ０−ｔ１）＝ｓ１＋ｔ０と表すことができる。なお、長さ距離Ｌ１はロウ材のしみ上がり距離に相当する。

一方、図３（ｂ）で示す比較例では、導体パターン部材１９に段差部が形成されていない構成を示しており、導体パターン部材１９の表面から裏面までの厚さは均一な厚みｔ０を有している。図３（ｂ）において矢印で示すように、導体パターン部材１９と回路基材１１との間に介在されるロウ材１３は、加熱により溶融されるが、溶融ロウ材の余剰分が導体パターン部材１９の側面を伝わって、回路形成面２１の方に移動するいわゆるしみ上がりが発生する。この場合、導体パターン部材１９の裏面側のエッジ部２３から回路形成面２１までの長さ距離Ｌ２は、図３（ｂ）に示すように、Ｌ２＝ｓ２＋ｔ０と表すことができる。なお、長さ距離Ｌ２はロウ材のしみ上がり距離に相当し、ｓ２はしみ上がりの水平方向の距離を指している。

ここで、長さ距離Ｌ１と長さ距離Ｌ２とは等しくなるように設定されるので、ｓ１＝ｓ２となる。
よって、段差部１４の寸法は比較例における溶融ロウ材の余剰分のしみ上がり距離をもとに決められているため、図３（ａ）において矢印で示すように、溶融ロウ材の余剰分が段差部１４の垂直面１４ｂ（厚さｔ１）を伝わって上昇し、水平面１４ａ（幅ｓ１）上を水平方向に移動し、回路形成部２５の側面（厚さｔ０―ｔ１）を伝わって移動するが回路形成面２０まで到達しない。
従って、図３（ａ）で示す本実施形態においては、回路形成部２５の周囲に全周に渡り段差部１４を形成することにより、回路形成面２０に当接している板状押圧体１７にしみ上がったロウ材が付着することを抑制することが可能である。また、板状押圧体１７の回路形成面２０と当接する面の面積は回路形成面２０とほぼ同等か或いは板状押圧体１７の方が若干大きく形成されており、板状押圧体１７は段差部１４以外を押圧しているため押圧力が段差部１４以外に均一に加わり、導体パターン部材１２と回路基材１１との接合強度を向上することが可能となる。

この第１の実施形態に係る回路基板１０によれば以下の効果を奏する。
（１）回路形成面２０の周囲に全周に渡り段差部１４を形成することにより、回路形成面２０に当接している板状押圧体１７にしみ上がったロウ材が付着することを抑制できるため、ロウ材の付着による板状押圧体１７の清掃をなくすことが可能である。
（２）板状押圧体１７の回路形成面２０と当接する面の面積は回路形成面２０とほぼ同等か或いは板状押圧体１７の方が若干大きく形成されており、板状押圧体１７は段差部１４以外を押圧しているため押圧力が段差部１４以外に均一に加わり、導体パターン部材１２と回路基材１１との接合強度を向上することが可能となる。
（３）段差部１４の形成は、例えば、プレス加工や切削工具により簡単に製造可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る回路基板３０を図４及び図５に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における段差部１４の形状を変更したものであり、その他の構成は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。

図４に示すように、回路形成部３５の表面側には回路形成面３３が形成され、回路形成部３５の厚さはｔ０に設定されている。回路形成部３５の周囲には、全周に渡り外周ほど板厚が薄くなる傾斜部３６が設けられている。傾斜部３６は薄板部に相当し、回路形成面３３に対して傾斜した傾斜面３２と回路形成面３３に対して垂直な傾斜面３７とを備えている。傾斜面３２の長さ距離をｒ１とし傾斜面３７の長さ距離をｔ２とすれば、ｔ２≒ｔ０／２に設定され、ｒ１＋ｔ２の長さ距離は、第１の実施形態におけるＬ１（＝ｓ１＋ｔ０）以上に設定されている。傾斜面３２は例えばプレス加工や切削工具にてエッジ部に面取りを施すことにより形成することができる。
その他の構成は、第１の実施形態と同様であり説明を省略する。

回路基板３０の製造手順は第１の実施形態と同様に、回路基材１１の表面にロウ材１３を介して導体パターン部材３１を配置し、回路基材１１の裏面にロウ材１６を介して金属層１５を配置した積層体をベース部材上に配置し、回路形成面３３にロウ付け治具としての板状押圧体を当接させ、積層体を押圧状態で高温真空槽に入れてロウ材１３、１６を加熱溶融させる。
その結果、回路基材１１の表面に導体パターン部材３１が接合され、回路基材１１の裏面に金属層１５が接合された回路基板３０を得ることができる。

次に、上記構成を有する回路基板３０について図５に基づき作用説明を行う。
図５は、回路基板３０の接合前の積層体を板状押圧体１７で押圧させながら加熱したときの状態を示している。
図５において矢印で示すように、導体パターン部材３１と回路基材１１との間に介在されるロウ材１３は、加熱により溶融されるが、溶融ロウ材の余剰分が傾斜部３６を伝わって、回路形成面３３の方に移動するいわゆるしみ上がりが発生する。
ところで、回路形成部３５の周囲には全周に渡り傾斜部３６が形成され、傾斜部３６の寸法は、傾斜面３２の長さ距離はｒ１で傾斜面３７の長さ距離はｔ２とされているので、導体パターン部材３１の裏面側のエッジ部３４から回路形成面３３までの長さ距離Ｌ３は、図５に示すように、Ｌ３＝ｔ２＋ｒ１と表すことができる。

一方、導体パターン部材３１に傾斜部３６が形成されていない構成は、図３（ｂ）で示す比較例に相当するので、導体パターン部材１９の裏面側のエッジ部２３から回路形成面２１までの長さ距離Ｌ２は、図３（ｂ）に示すように、Ｌ２＝ｓ２＋ｔ０と表すことができる。
ここで、Ｌ３≧Ｌ２（＝Ｌ１）となるように設定されているので、図５において矢印で示すように、溶融ロウ材の余剰分が傾斜面３７（長さ距離ｔ２）を伝わって上昇した後、傾斜面３２に至り傾斜面３２（長さ距離ｒ１）上を斜め上方に移動するが、回路形成面３３まで到達しない。

このように、回路形成部３５の周囲に全周に渡り傾斜部３６を形成することにより、回路形成面３３に当接している板状押圧体１７にしみ上がったロウ材が付着することを抑制することが可能である。
また、板状押圧体１７の回路形成面３３と当接する面の面積は回路形成面３３とほぼ同等か或いは板状押圧体１７の方が若干大きく形成されており、板状押圧体１７は傾斜部３６以外を押圧しているため押圧力が傾斜部３６以外に均一に加わり、導体パターン部材３１と回路基材１１との接合強度を向上することが可能となる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１の実施形態では、回路形成部２５の周囲に段差部１４を設けるとして説明したが、図６に示すように、導体パターン部材４０の段差部４１に凹部４２を設けても良い。この場合には、しみ上がったロウ材に対して凹部４２の表面移動距離分長くとることができ、又は凹部４２内に滞留させることができるので、回路形成面４３への溶融ロウ材のしみ上がりを一層抑制することが可能である。また、第１の実施形態に比べると回路形成面４３の面積を拡大することができる。また、凹部は第２の実施形態における傾斜部３６に設けても良い。
○ 第１の実施形態では、回路形成部２５の周囲に段差部１４を設けるとして説明したが、図７に示すように、導体パターン部材５０の回路形成面５２とは反対側の裏面の外周縁部に段差部５１を下向きに設けても良い。この場合には、第１の実施形態に比べると回路形成面５２の面積を拡大することができる。さらに、段差部５１以外を押圧しているため押圧力が段差部５１以外に均一に加わり、導体パターン部材５０と回路基材１１との接合強度を向上することが可能となる。
○ 第１及び第２の実施形態では、導体パターン部材１２、３１は母材から打ち抜きにより形成されているとして説明したが、鋳造により形成されていてもよく、また切削により形成されていても良い。
○ 第１及び第２の実施形態では、加熱手段として高温真空槽を使用するとして説明したが、高周波加熱などその他の加熱手段を使用してもよい。
○ 第１及び第２の実施形態では、ロウ材１３、１６をシート状として説明したが、ペースト状のものでも良い。

１０ 回路基板
１１ 回路基材
１２ 導体パターン部材
１３ ロウ材
１４ 段差部
１７ 板状押圧体
２０ 回路形成面

Claims (4)

1. 絶縁基材上に回路形成面を有する平板状の導体パターン部材がロウ付けにより接合された回路基板であって、
   前記導体パターン部材の前記回路形成面の周囲に板厚を全周に渡り前記導体パターン部材の他の部分より薄く形成した薄板部を設けることを特徴とする回路基板。
2. 前記薄板部は、回路形成面に対して平行な面と回路形成面に対して垂直な面とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記薄板部は、外周ほど板厚が薄くなる傾斜面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
4. 絶縁基材上に回路形成面を有する平板状の導体パターン部材をロウ付けにより接合させる回路基板の製造方法であって、
   前記導体パターン部材の前記回路形成面の周囲に板厚を全周に渡り前記導体パターン部材の他の部分より薄く形成した薄板部を設け、
   前記導体パターン部材を間にロウ材を介在させて絶縁基材上に配置し、
   前記導体パターン部材の前記薄板部以外の平面を治具により押圧させつつ、加熱手段により前記ロウ材を加熱溶融することを特徴とする回路基板の製造方法。