JP2011171650A - 回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属回路板の接着についての耐久性が高い回路基板を提供すること。
【解決手段】 金属回路板２が金属回路板２よりも熱膨張率が低い絶縁基板３に接着樹脂４によって接着されており、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部において、金属回路板２側に第１の接着樹脂４ａおよび絶縁基板側に第２の接着樹脂４ｂが配置されており、第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は金属回路板２の熱膨張率よりも低く、第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は絶縁基板３よりも高く、かつ第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率よりも高い回路基板１である。それぞれの部材間の接着面に生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力を小さくし、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、熱サイクルが負荷される環境下であっても、金属回路板の接着についての耐久性が高い金属回路板と絶縁基板との接着構造を備えた回路基板に関する。

一般的に、エポキシ樹脂等の樹脂接着剤によって金属回路板が絶縁基板に接着されてなる回路基板は、テレビ，オーディオ機器，車両，船舶または航空機等で幅広く使用される。

そのような回路基板として、例えば、所定の厚さを有するセラミック基板と、セラミック基板の表面に接合されたフィルム状の接着樹脂と、フィルム状の接着樹脂の表面に接合された銅箔とを有し、セラミック基板に接合されたフィルム状の接着樹脂と銅箔とが、所定の回路パターンに形成されているものが提案されている。

このような構成の回路基板によれば、セラミック基板の表面に接合されたフィルム状の接着樹脂により、その表面が平坦化されるので、セラミック基板の表面に微細な銅箔の回路パターンを形成することができるというものである。

特開2004−303867号公報

また、特許文献１に提案された回路基板は、上述したような様々な用途で使用されるが、特に、車両，船舶または航空機等で使用されるものにおいては、例えば−50〜＋125℃
の温度サイクルにさらされることとなる。ここで、例えば、回路基板の金属回路板として銅を使用して、絶縁基板としてアルミナを使用した場合には、金属回路板の熱膨張率は約17×10^−６／℃であり、絶縁基板の熱膨張率は約７×10^−６／℃である。

しかしながら、例えば、特許文献１に提案された回路基板の接着樹脂として、金属回路板の熱膨張率（約17×10^−６／℃）よりも大きいものを使用した場合には、接着樹脂と金属回路板および絶縁基板それぞれとの間の接着面において、熱膨張の差あるいは熱収縮の差が大きくなり、樹脂が剥離しやすくなるという問題点があった。特に、この例の場合においては、接着樹脂と絶縁基板との接着面において剥離が顕著に起こりやすくなる。だからといって、金属回路板と絶縁基板とを、接着樹脂を介さずに直接接合させた場合には、金属回路板と絶縁基板との熱膨張率の差は約10×10^−６／℃なので、金属回路板と絶縁基板との接着面において、熱膨張の差あるいは熱収縮の差により剥離しやすくなってしまう。なお、接着樹脂にかかる前述した応力が最も大きくなるのは、接着樹脂を平面視した際の周縁部であることから、この部分において、より剥離が生じやすかった。

このような問題点を解決するためには、特許文献１に提案された回路基板における接着樹脂として、金属回路板と絶縁基板との熱膨張率の中間程度の熱膨張率を有するものを使用することが提案される。このような接着樹脂を使用した場合には、接着樹脂と金属回路板または絶縁基板のそれぞれとの間の熱膨張率の差は、金属回路板と絶縁基板との間の熱膨張率の差の約半分程度となる。従って、接着樹脂と金属回路板または絶縁基板のそれぞれとの間の接着面において生じる応力を小さく抑えることができる。

しかしながら、例えば、回路基板の金属回路板として銅（熱膨張率は約17×10^−６／℃）を使用し、絶縁基板としてアルミナ（熱膨張率は約７×10^−６／℃）を使用した場合には、接着樹脂の熱膨張率を約11.5×10^−６／℃とすることにより、接着樹脂と金属回路板または絶縁基板のそれぞれとの間の熱膨張率の差を約4.5×10^−６／℃とすることができ
るが、さらにこの熱膨張率の差を小さくして、接着樹脂と金属回路板または絶縁基板のそれぞれとの間の接着面において生じる応力をより小さくすることの要求に応えることは困難であるという問題点があった。

本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、熱サイクルが負荷される環境下であっても、金属回路板と絶縁基板との接着についての耐久性が高い回路基板を提供することにある。

本発明の回路基板は、金属回路板が該金属回路板よりも熱膨張率が低い絶縁基板に接着樹脂によって接着されており、前記金属回路板および前記絶縁基板の間の接着領域の周縁部において、前記金属回路板側に第１の接着樹脂および前記絶縁基板側に第２の接着樹脂が配置されており、前記第１の接着樹脂の熱膨張率は前記金属回路板の熱膨張率よりも低く、前記第２の接着樹脂の熱膨張率は前記絶縁基板よりも高く、かつ前記第１の接着樹脂の熱膨張率は前記第２の接着樹脂の熱膨張率よりも高いことを特徴とするものである。

また、本発明の回路基板は、上記構成において、前記第１の接着樹脂と前記第２の接着樹脂との間に、中間の値の熱膨張率を有する中間接着樹脂が介在していることを特徴とするものである。

また、本発明の回路基板は、上記構成において、前記金属回路板および前記絶縁基板の間の接着領域の中央部に、前記第１の接着樹脂および前記第２の接着樹脂よりもフィラーを多く含む第３の接続樹脂が配置されていることを特徴とするものである。

本発明の回路基板によれば、金属回路板が金属回路板より熱膨張率が低い絶縁基板に接着樹脂によって接着されており、金属回路板および絶縁基板の間の接着領域の周縁部において、金属回路板側に第１の接着樹脂および絶縁基板側に第２の接着樹脂が配置されており、第１の接着樹脂の熱膨張率は金属回路板の熱膨張率よりも低く、第２の接着樹脂の熱膨張率は絶縁基板よりも高く、かつ第１の接着樹脂の熱膨張率は第２の接着樹脂の熱膨張率よりも高いことから、金属回路板と絶縁基板との間の接着領域に両者の熱膨張率の間の熱膨張率を有する接着樹脂が２つ配置されており、金属回路板側の接着樹脂の方が絶縁基板側の接着樹脂よりも熱膨張率が高いこととなるので、金属回路板と絶縁基板との間の中間程度の熱膨張率を有する接着樹脂が１つだけ配置されている場合と比較して、それぞれの接着樹脂と絶縁基板または金属回路板のそれぞれとの間の熱膨張率の差を小さくすることができる。また、第１の接着樹脂と第２の接着樹脂との間の熱膨張率の差も小さくすることができる。従って、絶縁基板と第２の接着樹脂との間の熱膨張率の差，第１の接着樹脂と第２の接着樹脂との間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂と金属回路板との間の熱膨張率の差をそれぞれ小さくすることができる。よって、例えば本発明の回路基板が−50〜＋125℃の温度サイクルにさらされた場合には、金属回路板および絶縁基板の間の接着
領域の周縁部においては互いの部材の熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因して接着領域の中央部に比べて大きい応力がかかることとなるが、絶縁基板と第２の接着樹脂との間の接着面，第１の接着樹脂と第２の接着樹脂との間の接着面および第１の接着樹脂と金属回路板との間の接着面のそれぞれに生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができ
る。

また、本発明の回路基板によれば、第１の接着樹脂と第２の接着樹脂との間に、これら第１の接着樹脂の熱膨張率の値と第２の接着樹脂の熱膨張率の値との中間の値の熱膨張率を有する中間接着樹脂が介在しているときには、金属回路板と絶縁基板との間の接着領域に両者の熱膨張率の間の熱膨張率を有する接着樹脂が３つ配置されていることとなるので、絶縁基板と第２の接着樹脂との間の熱膨張率の差，第２の接着樹脂と中間接着樹脂との間の熱膨張率の差，中間接着樹脂と第１の接着樹脂との間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂と金属回路板との間の熱膨張率の差のそれぞれを小さくすることができる。従って、絶縁基板と第２の接着樹脂との間の接着面，第２の接着樹脂と中間接着樹脂との間の接着面，中間接着樹脂と第１の接着樹脂との間の接着面および第１の接着樹脂と金属回路板との間の接着面のそれぞれに生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができる。

また、本発明の回路基板によれば、金属回路板および絶縁基板の間の接着領域の中央部に、第１の接着樹脂および第２の接着樹脂よりもフィラーを多く含む第３の接着樹脂が配置されているときには、接着領域の中央部において接着領域の周縁部と比較して第３の接着樹脂中のフィラーを介して、金属回路板で生じた熱を絶縁基板側に放熱することができる。また、金属回路板においては、接着領域の中央部の方が接着領域の周縁部と比較して熱が発生しやすい。従って、金属回路板において発生した熱の大部分を、第３の接着樹脂を介して放熱することができる。

また、本発明の回路基板によれば、前述したように、金属回路板および絶縁基板の間の接着領域の周縁部において互いの部材の熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力は接着領域の中央部に比べて大きくなり、第１の接着樹脂自体および第２の接着樹脂自体にも大きい応力がかかるが、第１の接着樹脂および第２の接着樹脂は第３の接着樹脂よりもフィラーの量が少ないので、フィラーを起点とした樹脂内部の亀裂の発生を抑制することができる。

従って、放熱性が高く安定して動作することができ、亀裂の発生を抑制できる信頼性の高い回路基板を提供することができる。

本発明の回路基板の実施の形態の一例を示す斜視図である。 図１に示す回路基板のＸ−Ｘ線における断面図である。 図１に示す回路基板について、金属回路板を接着する前の一例を示す斜視図である。 図１に示す回路基板の実施の形態の他の例のＸ−Ｘ線における断面図である。 図１に示す回路基板の実施の形態の他の例を示す斜視図である。 図５に示す回路基板のＹ−Ｙ線における断面図である。

以下に、本発明の回路基板の実施の形態の一例について図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の回路基板の実施の形態の一例を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す回路基板のＸ−Ｘ線における断面図である。また、図３は、図１に示す例の回路基板について、金属回路板を接着する前の一例を示す斜視図である。

図２に示す例の回路基板１は、金属回路板２が金属回路板２より熱膨張率が低い絶縁基板３に接着樹脂４によって接着されており、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部において、金属回路板２側に第１の接着樹脂４ａおよび絶縁基板３側に第２の接着樹脂４ｂが配置されており、第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は金属回路板２の熱膨張率よりも低く、第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は絶縁基板３よりも高く、かつ第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率よりも高い。

このような構成により、金属回路板２と絶縁基板３との間の接着領域に両者の熱膨張率の間の熱膨張率を有する第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂの２つが配置されており、金属回路板２側の第１の接着樹脂４ａの方が絶縁基板３側の第２の接着樹脂４ｂよりも熱膨張率が高い構成となるので、金属回路板２と絶縁基板３との間の中間程度の熱膨張率を有する接着樹脂が１つだけ配置されている場合と比較して、第２の接着樹脂４ｂと絶縁基板３との間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。また、第１の接着樹脂４ａと第２の接着樹脂４ｂとの間の熱膨張率の差も小さくすることができる。従って、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂとの間の熱膨張率の差，第２の接着樹脂４ｂと第１の接着樹脂４ａとの間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差をそれぞれ小さくすることができる。よって、本発明の回路基板１が例えば−50〜＋125℃の温度サイクルにさらされ
た場合には、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部において互いの部材の熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因して、接着領域の中央部に比べて大きい応力がかかることとなるが、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂとの間の接着面，第２の接着樹脂４ｂと第１の接着樹脂４ａとの間の接着面および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の接着面のそれぞれに生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができる。

図１に示すように、例えば回路基板１は、１つの絶縁基板３上に、３つの部分に分かれて金属回路板２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）が配置され，それぞれの金属回路板２に対して第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂが形成されている。１つ目の金属回路板２Ａは、面積の大きい部分と、この部分から絶縁基板３の対向する２つの辺にそれぞれ延在する延在部とを有して絶縁基板の中央部に配置され、第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂによって絶縁基板３上に接着されている。２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂ，２Ｃは、面積の小さい金属回路板２として絶縁基板３の一方の辺側に並べて、それぞれ第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂによって絶縁基板３上に接着されている。

なお、図１に示す例においては、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂを分かりやすくするために、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂそれぞれの厚みを実際の厚みより厚く誇張して図示しているが、実際の厚みは金属回路板２および絶縁基板３の厚みと比較して薄いものである。

このような回路基板１には、例えば、金属回路板２Ａの上に、入力端子としてのリード端子を２つ有しているとともに下面に出力端子としての電極を有している電子部品（図示せず）が実装される。具体的には、この電子部品は、下面の電極が金属回路板２Ａの面積の大きい部分の上に実装されて、電子部品の２つのリード端子がワイヤボンディングによって金属回路板２Ｂ，２Ｃにそれぞれ接続される。

金属回路板２は第１の接着樹脂４ａと第２の接着樹脂４ｂとを含む接着樹脂４によって絶縁基板３に接着されている。

図１に示す例において、金属回路板２Ａの面積の大きい部分の寸法は、図２における回路基板１の奥行き方向を縦とし、左右方向を横とし、上下方向を高さとした場合に、例え
ば縦が８〜23ｍｍ程度であり、横が13〜48ｍｍ程度であり、厚みが0.1〜1.5ｍｍ程度である。また、金属回路板２Ａのうち２つの延在部のそれぞれの寸法は、例えば縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、厚みが0.1〜1.5ｍｍ程度である。

また、図１に示す例において、金属回路板２Ｂおよび２Ｃの寸法は、例えば縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、厚みが0.1〜1.5ｍｍ程度である。

金属回路板２の材料としては、銅，銀または金等の電気抵抗の低い材料が使用されるのが好ましい。中でも、電気抵抗が低いことに加えて廉価であることから、電気特性に優れた回路基板１の低コスト化に有利になる点で、銅を使用するのが好ましい。

絶縁基板３は、金属回路板２よりも熱膨張率が低く、金属回路板２が接着樹脂４によって接着されている。

絶縁基板３の寸法は、図２における回路基板１の奥行き方向を縦とし、左右方向を横とし、上下方向を高さとした場合に、例えば縦が10〜25ｍｍ程度であり、横が15〜50ｍｍ程度であり、厚みが0.3〜1.5ｍｍ程度である。

絶縁基板３の材料は、例えば窒化珪素，窒化アルミニウムまたはアルミナ等を主成分とするセラミック基板が用いられる。

なお、絶縁基板３としては、金属回路板２よりも熱膨張率が低いものを用いる。例えば、金属回路板２として銅を使用した場合には、銅の熱膨張率が17×10^−６／℃であることを考慮して、絶縁基板３としては、熱膨張率が２〜７×10^−６／℃である窒化珪素，窒化アルミニウムまたはアルミナ等を主成分とするセラミック基板を用いる。なお、特に、絶縁基板３として窒化アルミニウムから成るセラミック基板を用いたときには、他の材料のセラミック基板に比べて絶縁基板３の熱伝導率が高いものとなるので、電流が金属回路板２を通ることによる温度上昇を抑えることができるようになることから好ましい。

接着樹脂４は、金属回路板２の下面と絶縁基板３の上面との間に介在している。また、この接着樹脂４は、少なくとも２種類の接着樹脂（４ａ，４ｂ）で構成されており、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部において、金属回路板２側に第１の接着樹脂４ａおよび絶縁基板３側に第２の接着樹脂４ｂが配置されている。

第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は金属回路板２の熱膨張率よりも低く、第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は絶縁基板３よりも高く、かつ第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率よりも高い。この場合には、金属回路板２と絶縁基板３との間の接着領域に両者の熱膨張率の間の熱膨張率を有する第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂの２つが配置されており、金属回路板２側の第１の接着樹脂４ａの方が絶縁基板３側の第２の接着樹脂４ｂよりも熱膨張率が高い構成となるので、金属回路板２と絶縁基板３との間の中間程度の熱膨張率を有する接着樹脂が１つだけ配置されている場合と比較して、それぞれの第２の接着樹脂４ｂと絶縁基板３との間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差を小さくすることができる。また、第１の接着樹脂４ａと第２の接着樹脂４ｂとの間の熱膨張率の差も小さくすることができる。従って、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂとの間の熱膨張率の差，第２の接着樹脂４ｂと第１の接着樹脂４ａとの間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差をそれぞれ小さくすることができる。よって、例えば本発明の回路基板１が−50〜＋125℃の温度サイクルにさらされた場合には、金属回路板２および絶縁基板３の間の接
着領域の周縁部において互いの部材の熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する、接着領域の中央部に比べて大きい応力がかかることとなるが、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂ
との間の接着面，第２の接着樹脂４ｂと第１の接着樹脂４ａとの間の接着面および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の接着面のそれぞれに生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができる。

第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は、例えば、金属回路板２として銅（熱膨張率：17×10^−６／℃）を使用し、絶縁基板３として窒化珪素を主成分とするセラミック基板（熱膨張率：2.6×10^−６／℃）を使用した場合には、第１の接着樹脂
４ａおよび第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は、それぞれ13×10^−６／℃および９×10^−６／℃であることが好ましい。

また、このような第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂの材料としては、エポキシ系樹脂またはフェノール系樹脂等が用いられる。なお、これらの第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂの熱膨張率の設定は、第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂ中のアルミナやシリカ等の熱膨張率の低い材料からなる無機フィラーの含有量によって調整できる。この無機フィラーを多く含有する第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂは熱膨張率が低くなり、無機フィラーを少量しか含まない第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂは熱膨張率が高くなる。

図１および図３に示す例において、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分を絶縁基板２に接着している第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、図２における回路基板１の奥行き方向を縦とし、左右方向を横とし、上下方向を厚みとした場合に、外周は、縦が８〜23ｍｍ程度であり、横が13〜48ｍｍ程度であり、内周は、縦が4〜19ｍｍ程度であり、横が９〜44ｍｍ程度である。なお、厚みは0.03〜0.1ｍｍ程度である。また、１つ目の金属回路板２Ａのうち２つの延在部それぞれを絶縁基板２に接着している第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、例えば縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、厚みが0.03〜0.1ｍｍ程度である。

また、図１および図３に示す例において、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃを絶縁基板２に接着している第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、例えば、外周は、縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、内周は、縦が0.5〜５ｍｍ程度であり、横が２〜８ｍｍ程度である。なお、厚みは0.03〜0.1ｍｍ程度である。

また、図２および図３に示す例においては、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の中央部には、エポキシ系樹脂またはフェノール系樹脂等から成る第３の接着樹脂６が配置されている。この第３の接着樹脂６の熱膨張率もまた、金属回路板２と絶縁基板３との間の熱膨張率を有していることが好ましい。この場合には、接着領域の中央部に配置された第３の接着樹脂６と金属回路板２および絶縁基板３のそれぞれとの間の熱膨張率の差が小さくなるので、それぞれの部材の間の接着面に生じる応力が小さくなり、第３の接着樹脂６が金属回路板２および絶縁基板３のそれぞれから剥離することを防ぐことができる。

次に、図４を参照して、本発明の回路基板の実施の形態の他の例を説明する。図４は、図１に示す回路基板１の実施の形態の他の例のＸ−Ｘ線における断面図であり、図１および図２と同様の部位には同じ符号を付している。

本例の回路基板１においては、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部から接着領域の中央部にかけて、第２の接着樹脂４ｂが一様に配置されている。この場合には、接着領域の中央部に別体の接着樹脂を配置することなく、第１の接着樹脂４ａおよ
び第２の接着樹脂４ｂの２種類のみで金属回路板２および絶縁基板３を接着させることができるので、製造コストを低減させることができ、好ましい。

次に、図５および図６を参照して、中間接着樹脂５を含む、本発明の回路基板の実施の形態の他の例を説明する。図５は、図１に示す例の回路基板１に対する実施の形態の他の例を示す斜視図であり、図１および図２と同様の部位には同じ符号を付している。なお、図５に示す例においても、第１の接着樹脂４ａ，中間接着樹脂５および第２の接着樹脂４ｂを分かりやすくするために、第１の接着樹脂４ａ，中間接着樹脂５および第２の接着樹脂４ｂそれぞれの厚みを実際の厚みより厚く誇張して図示しているが、実際の厚みは金属回路板２および絶縁基板３の厚みと比較して薄いものである。また、図６は、図５に示す回路基板のＹ−Ｙ線における断面図であり、図１および図２と同様の部位には同じ符号を付している。

本例の回路基板１においては、第１の接着樹脂４ａと第２の接着樹脂４ｂとの間に、中間の値の熱膨張率を有する中間接着樹脂５が介在している。このときには、金属回路板２と絶縁基板３との間の接着領域に両者の熱膨張率の間の熱膨張率を有する第１および第２の接着樹脂４ａ，４ｂならびに中間接着樹脂５の３つが配置されており、金属回路板２側の第１の接着樹脂４ａの方が絶縁基板３側の第２の接着樹脂４ｂよりも熱膨張率が高いこととなるので、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂとの間の熱膨張率の差，第２の接着樹脂４ｂと中間接着樹脂５との間の熱膨張率の差，中間接着樹脂５と第１の接着樹脂４ａとの間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差のそれぞれを小さくすることができる。従って、絶縁基板３と第２の接着樹脂４ｂとの間の接着面，第２の接着樹脂４ｂと中間接着樹脂５との間の接着面，中間接着樹脂５と第１の接着樹脂４ａとの間の接着面および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の接着面のそれぞれに生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができる。

また、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれと中間接着樹脂５との間に境界面が存在するようにして中間接着樹脂５が配置されていてもよく、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれと中間接着樹脂５との間に境界面が存在せず、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂ同士が中間接着樹脂５を介して連続的に一体的に形成されて配置されていてもよい。第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂのそれぞれと中間接着樹脂５との間に境界面が存在しない場合には、第１の接着樹脂４ａの熱膨張率および第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率同士が中間接着樹脂５を介して連続的に変化することとなるので、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂの間で熱膨張率の差が生じないので、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂの間の接着面において剥離が生じることを抑制することができる。

第１の接着樹脂４ａ，中間接着樹脂５および第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は、例えば、金属回路板２として銅（熱膨張率：17×10^−６／℃）を使用し、絶縁基板３として窒化珪素を主成分とするセラミック基板（熱膨張率：2.6×10^−６／℃）を使用した場合には
、第１の接着樹脂４ａ，中間接着樹脂５および第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は、それぞれ13×10^−６／℃，11×10^−６／℃および９×10^−６／℃であることが好ましい。

また、中間接着樹脂５の材料としては、エポキシ系樹脂またはフェノール系樹脂等が用いられる。

図５および図６に示す例において、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板３との間に介在する中間接着樹脂５の寸法は、例えば、外周は、縦が８〜23ｍｍ程度であり、横が13〜48ｍｍ程度であり、内周は、縦が4〜19ｍｍ程度であり、横が９〜44ｍ
ｍ程度である。なお、厚みは0.03〜0.1ｍｍ程度である。また、１つ目の金属回路板２Ａ
のうち２つの延在部のそれぞれと絶縁基板２との間に介在する中間接着樹脂５の寸法は、例えば縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、厚みが0.03〜0.1ｍｍ程
度である。

また、図５および図６に示す例において、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する中間接着樹脂５の寸法は、例えば、外周は、縦が１〜７ｍｍ程度であり、横が３〜10ｍｍ程度であり、内周は、縦が0.5〜５ｍｍ程度であり、
横が２〜８ｍｍ程度である。なお、厚みは0.03〜0.1ｍｍ程度である。

次に、再び図２を参照して、第３の接着樹脂６を含む回路基板１の例を説明する。

本例の回路基板１によれば、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の中央部に、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂよりもフィラーを多く含む第３の接着樹脂６が配置されている。このような構成としたときには、接着領域の中央部において接着領域の周縁部と比較して第３の接着樹脂６中のフィラーを介して、金属回路板２で生じた熱を絶縁基板３側に放熱することができる。また、金属回路板２においては、接着領域の中央部の方が接着領域の周縁部と比較して熱が発生しやすい。従って、金属回路板２において発生した熱の大部分を、第３の接着樹脂６を介して放熱することができる。

また、本例の回路基板１によれば、前述したように、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の周縁部において互いの部材の熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が接着領域の中央部に比べて大きくなり、第１の接着樹脂４ａ自体および第２の接着樹脂４ｂ自体にも大きい応力がかかるが、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂは第３の接着樹脂６よりもフィラーの量が少ないので、フィラーを起点とした樹脂内部の亀裂の発生を抑制することができる。

第３の接着樹脂６の材料としては、エポキシ系樹脂またはフェノール系樹脂等が用いられる。なお、フィラーの材料としては、アルミナやシリカ等が用いられる。フィラーの形状は、球形状またはフレーク状等のいずれであってもよい。また、フィラーが球形状である場合には、球の直径が約10〜30μｍ程度である。

図２および図３に示す例において、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板３との間に介在する第３の接着樹脂６の寸法は、例えば、図２における回路基板１の奥行き方向を縦とし、左右方向を横とし、上下方向を厚みとした場合であって、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂの内周が、縦が４〜19ｍｍ程度であり、横が９〜44ｍｍ程度である場合に、第３の接着樹脂６の縦が４〜19ｍｍ程度であり、横が９〜44ｍｍ程度であり、厚みが0.06〜0.2ｍｍ程度である。

また、図２および図３に示す例において、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する３の接着樹脂６の寸法は、例えば、縦が0.5〜５ｍｍ
程度であり、横が２〜８ｍｍ程度である。なお、厚みは0.06〜0.2ｍｍ程度である。

また、本例の回路基板１において、金属回路板２において発生した熱を第３の接着樹脂６を介して絶縁基板３側に放熱する際の放熱性を向上させるためには、絶縁基板３の熱伝導率が高いことが好ましい。このような絶縁基板３としては、窒化アルミニウムから成るセラミック基板が好適に用いられる。

なお、本例の回路基板１において、放熱性を向上させるためには、第３の接着樹脂６および絶縁基板３の間の接着面に、一端が回路基板１の外部に露出している金属等からなる
放熱板を配置してもよい。この場合には、金属回路板２において発生した熱が第３の接着樹脂６を介して放熱板に伝わり、外部に露出している回路基板１の一端から回路基板１の外部に放熱される。従って、回路基板１全体において、外部に効率良く放熱を行なうことができるため、好ましい。

なお、本例の回路基板１において、放熱性を向上させるためには、一端が第３の接着樹脂６および絶縁基板３の間の接着面に露出しており、他端が絶縁基板３の下面に露出している貫通導体が、絶縁基板３の内部に形成されていてもよい。この場合には、金属回路板２において発生した熱が第３の接着樹脂６を介して貫通導体の一端に伝わり、絶縁基板３の下面に露出している貫通導体の他端から回路基板１の外部に放熱される。従って、回路基板１全体において、外部に効率良く放熱を行なうことができるため、好ましい。なお、この貫通導体は複数形成されていてもよい。

次に、図２に示す例のような、回路基板１の製造方法の例を以下に示す。

まず、銅から成る金属回路板２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を準備し、また、縦が25ｍｍであり、横が25ｍｍであり、厚みが0.8ｍｍである、アルミナを主成分とするセラミック基板
である絶縁基板３を準備する。ここで、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分の寸法は、縦が20ｍｍであり、横が15ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。また、１つ目の金属回路板２Ａのうち２つの延在部のそれぞれの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が５ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。また、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が３ｍｍであり、厚みが１ｍｍである。

なお、絶縁基板３は、アルミナが96％の無機粉末にバインダ，可塑剤および有機溶剤を加えて十分に混合してセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により一定の厚みに形成した後に有機溶剤を乾燥させてセラミックグリーンシートを作製し、得られたセラミックグリーンシートを所定の寸法に切断し積層した後、焼成してバインダおよび可塑剤を分解するとともに無機粉末を焼結させることによって得た。

次に、絶縁基板３上に第２の接着樹脂４ｂを印刷塗布する。１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂの寸法は、外周は、縦が20ｍｍであり、横が15ｍｍであり、内周は、縦が15ｍｍであり、横が10ｍｍである。また、厚みが0.05ｍｍである。なお、第２の接着樹脂４ｂはエポキシ樹脂から成る。また、１つ目の金属回路板２Ａのうち２つの延在部それぞれと絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が５ｍｍである。また、厚みが0.05ｍｍである。また、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、外周は、縦が１ｍｍであり、横が３ｍｍであり、内周は、縦が0.5ｍｍであり、横が２ｍｍである。なお、厚みは0.05ｍｍである。

次に、絶縁基板３上に第３の接着樹脂６を印刷塗布する。１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板３との間に介在する第３の接着樹脂６は四角形状であり、その寸法は、縦が15ｍｍであり、横が10ｍｍであり、厚みが0.1ｍｍである。なお、第３の接
着樹脂６はエポキシ樹脂から成る。２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する部分の第３の接着樹脂６の寸法は、縦が0.5ｍｍであり、横が
２ｍｍである。なお、厚みは0.1ｍｍである。

次に、第２の接着樹脂４ｂの上に、第２の接着樹脂４ｂと同じ寸法および形状で第１の接着樹脂４ａを印刷塗布する。第１の接着樹脂４ａの厚みは0.05ｍｍであり、エポキシ樹
脂から成る。

しかる後に、金属回路板２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を第３の接着樹脂６および第１の接着樹脂４ａの上に配置して、金属回路板２を接着樹脂４（４ａ，４ｂ）および第３の接着樹脂６を介して絶縁基板３に接着することによって回路基板１を得る。

図１および図２に示す例のような、本発明の回路基板１の実施例を以下に説明する。

金属回路板２としては無酸素銅を準備した。金属回路板２の熱伝導率は391Ｗ／ｍ・Ｋ
であり、熱膨張率は17×10^−６／℃であるものとした。また、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分の寸法は、縦が20ｍｍであり、横が15ｍｍであり、厚みが0.5ｍｍであ
るものとした。また、１つ目の金属回路板２Ａのうち２つの延在部のそれぞれの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が５ｍｍであり、厚みが0.5ｍｍであるものとした。また、２つ目
および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が３ｍｍであり、厚みが0.5ｍｍであるものとした。なお、無酸素銅の酸化による接着性の劣化を防止
するために、接着面の粗化処理を行ない、酸化膜を取り除いた。

絶縁基板３はＡｌ_２Ｏ_３が96％の無機粉末にバインダ，可塑剤および有機溶剤を加えて十分に混合してセラミックスラリーを作製し、このセラミックスラリーを用いてドクターブレード法により一定の厚みに形成した後に有機溶剤を乾燥させてセラミックグリーンシートを作製し、得られたセラミックグリーンシートを所定の寸法に切断し積層した後、焼成することによってバインダおよび可塑剤を分解するとともに無機粉末を焼結させたセラミック基板を準備した。絶縁基板３の熱伝導率は18Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱膨張率は７×10^−６／℃であり、寸法は、縦が25ｍｍであり、横が25ｍｍであり、厚みが0.635ｍｍであ
るものとのした。

次に、絶縁基板３上に第２の接着樹脂４ｂをスクリーン印刷によって印刷塗布した後に、80℃の乾燥炉中で乾燥を行なった。なお、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂの寸法は、外周は、縦が20ｍｍであり、横が15ｍｍであり、内周は、縦が15ｍｍであり、横が10ｍｍである。また、厚みが0.05ｍｍであるものとした。また、１つ目の金属回路板２Ａのうち２つの延在部それぞれと絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、縦が１ｍｍであり、横が５ｍｍであるものとした。また、厚みが0.05ｍｍであるものとした。また、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する第２の接着樹脂４ｂのそれぞれの寸法は、外周は、縦が１ｍｍであり、横が３ｍｍであり、内周は、縦が0.5ｍｍであり、横が２ｍｍであり、厚みは0.05ｍｍであるものとした。なお、第２の接着
樹脂４ｂは絶縁基板３の熱膨張率に近い熱膨張率を有するエポキシ樹脂から成り、熱膨張率が11×10^−６／℃であり、アルミナからなる無機フィラーの含有量が70質量％であり、熱伝導率が0.35Ｗ／ｍ・Ｋであるものとした。

次に、絶縁基板３上であってその中央部に第３の接着樹脂６をスクリーン印刷によって印刷塗布した後に、80℃の乾燥炉中で乾燥を行なった。なお、１つ目の金属回路板２Ａの面積の大きい部分と絶縁基板３との間に介在する第３の接着樹脂６は四角形状であり、その寸法は、縦が15ｍｍであり、横が10ｍｍであり、厚みが0.1ｍｍであるものとした。ま
た、２つ目および３つ目の金属回路板２Ｂおよび２Ｃと絶縁基板２との間に介在する第３の接着樹脂６の寸法は、縦が0.5ｍｍであり、横が２ｍｍであり、厚みは0.1ｍｍであるものとした。なお、第３の接着樹脂６は第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂよりもフィラーを多く含むエポキシ樹脂から成り、熱膨張率が９×10^−６／℃であり、アルミナからなる無機フィラーの含有量が89質量％であり、熱伝導率が４Ｗ／ｍ・Ｋであるもの
とした。

次に、第２の接着樹脂４ｂの上に、第２の接着樹脂４ｂと同じ寸法および形状で第１の接着樹脂４ａを印刷塗布した。なお、第１の接着樹脂４ａは金属回路板２の熱膨張率に近い熱膨張率を有するエポキシ樹脂から成り、熱膨張率が15×10^−６／℃であり、アルミナからなる無機フィラーの含有量が60質量％であり、熱伝導率が0.3Ｗ／ｍ・Ｋであるもの
とした。

しかる後に、金属回路板２を第３の接着樹脂６および第１の接着樹脂４ａの上に配置して、0.3Ｍｐａの圧力を加えながら加熱し、各接着樹脂４ａ，４ｂ，６を硬化させること
によって、金属回路板２を絶縁基板３に接着して回路基板１を得た。

次に、比較例として、１層の接着樹脂を介して金属回路板が絶縁基板に接着されている回路基板を作製した。１層の接着樹脂はエポキシ樹脂から成り、熱膨張率が15×10^−６／℃であり、アルミナからなる無機フィラーの含有量が70質量％であり、熱伝導率が0.3Ｗ
／ｍ・Ｋであるものとした。この比較例の回路基板のその他の構成は、実施例の回路基板１と同様とした。

得られた実施例および比較例の回路基板を用いて、−40℃および＋125℃の各温度に制
御した恒温槽に15分ずつ保持することを１サイクルとして1000サイクル繰り返す熱サイクル加速試験を行なった。そして、熱サイクル加速試験が終わった実施例の回路基板１を切断して断面形状の外観検査を行ない、第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との接着面および第２の接着樹脂４ｂと絶縁基板３との接着面において剥離が発生しているかどうかを確認した。また、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂ中に亀裂が発生しているかどうかを確認した。ここで、試験した回路基板の個数はそれぞれ10個とした。また、比較例の回路基板においても同様に、回路基板を切断して断面形状の外観検査を行ない、１層の接着樹脂と金属回路板および絶縁基板のそれぞれとの接着面において剥離が発生しているかどうかを確認した。

その結果、実施例の回路基板１では、第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との接着面および第２の接着樹脂４ｂと絶縁基板３との接着面において剥離が発生しておらず、第１の接着樹脂４ａ中および第２の接着樹脂４ｂ中に亀裂も入っていなかった。しかしながら、比較例の回路基板では、接着樹脂および絶縁基板の間の接続領域において剥離が生じており、金属回路板の絶縁基板への接着の耐久性が低下していた。

この結果から、第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は金属回路板２の熱膨張率よりも低く、第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率は絶縁基板３よりも高く、かつ第１の接着樹脂４ａの熱膨張率は第２の接着樹脂４ｂの熱膨張率よりも高いことから、第２の接着樹脂４ｂと絶縁基板３との間の熱膨張率の差および第１の接着樹脂４ａと金属回路板２との間の熱膨張率の差を小さくすることができるので、それぞれの部材同士の接着面に生じる、互いの熱膨張の差あるいは熱収縮の差に起因する応力が小さくなることから、それぞれの部材間での剥離を起こりにくくすることができることが分かった。

また、それぞれの回路基板において、入力端子としてのリード端子を２つ有しているとともに下面に出力端子としての電極を有している電子部品（図示せず）を実装した。具体的には、この電子部品は、下面の電極が１つ目の金属回路板の面積の大きい部分の上に実装されており、電子部品の２つのリード端子が２つ目および３つ目の金属回路板にワイヤボンディングによってそれぞれ接続されているものとした。そして、２つ目および３つ目の金属回路板を入力側とし、１つ目の金属回路板を出力側として、10Ａの電流を通電させて、金属回路板の温度を測定した。

その結果、実施例の回路基板１では、金属回路板２の通電時の温度が50℃であったのに対し、比較例の回路基板では、通電時の金属回路板の温度が100℃であった。なお、各回
路基板の金属回路板の温度の測定に当たっては、赤外線放射温度計を使用した。

この結果から、金属回路板２および絶縁基板３の間の接着領域の中央部に、第１の接着樹脂４ａおよび第２の接着樹脂４ｂよりもフィラーを多く含む第３の接着樹脂６が配置されているときには、接着領域の中央部において接着領域の周縁部と比較して第３の接着樹脂６中のフィラーを介して、金属回路板２で生じた熱を絶縁基板３側に放熱することができるので、金属回路板２において発生した熱の大部分を、第３の接着樹脂６を介して放熱することができることが分かった。

１：回路基板
２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）：金属回路板
３：絶縁基板
４：接着樹脂
４ａ：第１の接着樹脂
４ｂ：第２の接着樹脂
５：中間接着樹脂
６：第３の接着樹脂

Claims (3)

1. 金属回路板が該金属回路板よりも熱膨張率が低い絶縁基板に接着樹脂によって接着されており、前記金属回路板および前記絶縁基板の間の接着領域の周縁部において、前記金属回路板側に第１の接着樹脂および前記絶縁基板側に第２の接着樹脂が配置されており、前記第１の接着樹脂の熱膨張率は前記金属回路板の熱膨張率よりも低く、前記第２の接着樹脂の熱膨張率は前記絶縁基板よりも高く、かつ前記第１の接着樹脂の熱膨張率は前記第２の接着樹脂の熱膨張率よりも高いことを特徴とする回路基板。
2. 前記第１の接着樹脂と前記第２の接着樹脂との間に、中間の値の熱膨張率を有する中間接着樹脂が介在していることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記金属回路板および前記絶縁基板の間の接着領域の中央部に、前記第１の接着樹脂および前記第２の接着樹脂よりもフィラーを多く含む第３の接着樹脂が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。

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