JP2018074147A - Circuit board and electronic device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit board having high long term reliability for thermal stress.SOLUTION: A circuit board 20 includes a ceramic plate 1 having a first principal surface and a second principal surface, a metal circuit board 2 composed of a first metal material, and having third and fourth principal surfaces, where the fourth principal surface is arranged oppositely to the first principal surface, and having a cavity which is at least one of a groove 2a and a through hole 2b provided in the third principal surface along the outer boundary thereof, and a filler 3 composed of a material having a thermal expansion coefficient smaller than that of the first metal material, and placed in the cavity of the third principal surface. The inner part than the cavity and the outer part than the cavity of the metal circuit board 2 are connected integrally.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、金属板を有する回路基板および電子装置に関するものである。   The present invention relates to a circuit board having a metal plate and an electronic device.

従来、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電子部品が搭載された電
子装置に用いられる回路基板として、例えば、セラミック板の上面に金属回路板が接合されたものが用いられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a circuit board used in an electronic device on which an electronic component such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is mounted, for example, a circuit board in which a metal circuit board is bonded to the upper surface of a ceramic board is used.

金属回路板は、電子部品を外部電気回路に電気的に接続するための回路を形成している。このような電子装置においては、金属回路板を介して電子部品と外部電気回路とが互いに電気的に接続される。   The metal circuit board forms a circuit for electrically connecting the electronic component to an external electric circuit. In such an electronic device, an electronic component and an external electric circuit are electrically connected to each other through a metal circuit board.

これらの回路基板では、冷熱サイクルの付加による熱応力に起因したセラミック板の破壊等の信頼性低下を防止するために、例えば、金属回路板の外周縁部に溝または貫通孔が形成されたものが用いられる（特許文献１、特許文献２を参照）。   In these circuit boards, in order to prevent a decrease in reliability such as destruction of a ceramic plate due to thermal stress due to the addition of a thermal cycle, for example, a groove or a through hole is formed in the outer peripheral edge of a metal circuit plate Is used (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開平８−250823号公報JP-A-8-250823 特開平８−274423号公報JP-A-8-274423

上記従来技術の回路基板および電子装置においては、金属回路板の外周縁部に設けた溝または貫通孔で、金属回路板の外周縁部への熱応力の集中を低減している。しかし、近年、回路基板およびそれを含む電子装置では、例えば車載用途においては、より一層の信頼性向上が求められている。   In the circuit board and the electronic device of the prior art described above, the concentration of thermal stress on the outer peripheral edge of the metal circuit board is reduced by the grooves or through holes provided in the outer peripheral edge of the metal circuit board. However, in recent years, in a circuit board and an electronic device including the circuit board, for example, in a vehicle-mounted application, further improvement in reliability is required.

本発明の１つの態様の回路基板は、第１主面および該第１主面と反対側の第２主面を有するセラミック板と、第１金属材料からなり、第３主面および該第３主面と反対側の第４主面を有しており、該第４主面が前記第１主面に対向して配置されているとともに、前記第３主面に該第３主面の外周に沿って設けられた溝および貫通孔の少なくとも一方である空隙部を有する金属回路板と、前記第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり前記第３主面の空隙部内に配置された充填物とを備えている。また、前記金属回路板は、前記空隙部より内側部分と外側部分とが一体的につながっている。   A circuit board according to one aspect of the present invention includes a ceramic plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, a first metal material, and a third main surface and the third main surface. A fourth main surface opposite to the main surface, the fourth main surface being disposed opposite to the first main surface, and an outer periphery of the third main surface on the third main surface And a metal circuit board having a gap portion that is at least one of a groove and a through-hole provided along the surface, and a material having a smaller thermal expansion coefficient than the first metal material, and disposed in the gap portion of the third main surface. Filling. In the metal circuit board, an inner portion and an outer portion are integrally connected to the gap portion.

本発明の１つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板と、前記金属回路板上に搭載されており、前記金属回路板電気的接続された端子を有する電子部品とを備える。   An electronic device according to an aspect of the present invention includes a circuit board having the above-described configuration and an electronic component that is mounted on the metal circuit board and has terminals that are electrically connected to the metal circuit board.

本発明の１つの態様の回路基板によれば、上記構成であることから、セラミック板の破壊の抑制およびセラミック板からの金属回路板の剥離等を効果的に抑制することができる。すなわち、この態様の回路基板では、金属回路板の外周に沿って、熱膨張係数が比較的小さい充填物が配置されているため、金属回路板の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が小さくなる。そのため、金属回路板とセラミック板との熱膨張係数の差が従来よりも小さくなり、発生する熱応力自体が効果的に小さくなる。したがって、熱応力に起因したセ
ラミック板からの金属回路板の剥離等の機械的な破壊等を効果的に抑制することができる。 According to the circuit board of one aspect of the present invention, because of the above configuration, it is possible to effectively suppress the destruction of the ceramic plate and the peeling of the metal circuit plate from the ceramic plate. That is, in the circuit board of this aspect, since the filler having a relatively small thermal expansion coefficient is disposed along the outer periphery of the metal circuit board, the apparent thermal expansion coefficient at the outer peripheral edge of the metal circuit board is reduced. . Therefore, the difference in thermal expansion coefficient between the metal circuit board and the ceramic board becomes smaller than before, and the generated thermal stress itself is effectively reduced. Therefore, mechanical destruction such as peeling of the metal circuit board from the ceramic plate due to thermal stress can be effectively suppressed.

本発明の１つの態様の電子装置によれば、上記構成の回路基板を含むことから、金属回路板のセラミック板に対する長期の接続信頼性等の信頼性向上に有効な電子装置を提供することができる。   According to the electronic device of one aspect of the present invention, since the circuit board having the above-described configuration is included, it is possible to provide an electronic device effective for improving reliability such as long-term connection reliability of the metal circuit board to the ceramic board. it can.

（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。(A) is a top view which shows the electronic device containing the circuit board of the 1st Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (c) is from a lower surface. FIG. （ａ）は図１の回路基板の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。(A) is a top view which shows the modification of the circuit board of FIG. 1, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (c) is the top view seen from the lower surface. （ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。(A) is a top view which shows the electronic device containing the circuit board of the 2nd Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (c) is from a lower surface. FIG. （ａ）は図１（ｂ）の要部の拡大図であり、（ｂ）は図２（ｂ）の要部の拡大図であり、（ｃ）は図３（ｂ）の要部の拡大図である。(A) is an enlarged view of the principal part of FIG.1 (b), (b) is an enlarged view of the principal part of FIG.2 (b), (c) is an expansion of the principal part of FIG.3 (b). FIG. 図３（ａ）の要部の拡大図である。It is an enlarged view of the principal part of Fig.3 (a). （ａ）は本発明の第３の実施形態の回路基板の要部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。(A) is a top view which shows the principal part of the circuit board of the 3rd Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (c) is (a). It is sectional drawing in CC line. （ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面から見た平面図である。(A) is a top view which shows the electronic device containing the circuit board of the 4th Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (c) is from a lower surface. FIG. （ａ）は図７（ａ）の要部の拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。(A) is an enlarged view of the principal part of Fig.7 (a), (b) is sectional drawing in the BB line of (a). （ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。(A) is a top view which expands and shows the principal part of the other example of the circuit board of the 4th Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (C) is sectional drawing in the CC line of (a). （ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。(A) is a top view which expands and shows the principal part of the other example of the circuit board of the 4th Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the BB line of (a), (C) is sectional drawing in the CC line of (a).

以下、図面を参照して本発明の回路基板および電子装置について説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に回路基板および電子装置が使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下における熱膨張係数は、特に断りがない限り、線膨張係数である。   The circuit board and electronic device of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the distinction between the upper and lower sides in the following description is for convenience, and does not limit the upper and lower sides when the circuit board and the electronic device are actually used. Moreover, the thermal expansion coefficient in the following is a linear expansion coefficient unless otherwise specified.

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板20を含む電子装置30を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図１（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。図２（ａ）は図１の回路基板の変形例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図２（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。図３（ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板を含む電子装置を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図３（ｃ）は下面から見た平面図（底面図）である。また、図４（ａ）は図１（ｂ）の要部（Ａ部）の拡大図であり、図４（ｂ）は図２（ｂ）の要部（Ｂ部）の拡大図であり、図４（ｃ）は図３（ｂ）の要部（Ｃ部）の拡大図である。また、図５は、図３（ａ）の要部（Ａ部）の拡大図である。   FIG. 1A is a plan view showing an electronic device 30 including a circuit board 20 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 1C is a plan view (bottom view) viewed from the bottom surface. 2A is a plan view showing a modification of the circuit board of FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2A, and FIG. It is the top view (bottom view) seen from. FIG. 3A is a plan view showing an electronic device including a circuit board according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG.3 (c) is the top view (bottom view) seen from the lower surface. 4 (a) is an enlarged view of the main part (A part) of FIG. 1 (b), and FIG. 4 (b) is an enlarged view of the main part (B part) of FIG. 2 (b). FIG.4 (c) is an enlarged view of the principal part (C section) of FIG.3 (b). FIG. 5 is an enlarged view of a main part (A part) of FIG.

以下に説明する回路基板は、電子部品を搭載して電子装置30を作製するものである。電子装置は、各種の電子機器等が備える外部電気回路に電気的に接続されて使用される。回路基板は、電子部品と外部電気回路とを電気的に接続する導電路等を構成する金属部分と、金属回路板を保持する絶縁体部分とを有している。   The circuit board described below is for manufacturing the electronic device 30 by mounting electronic components. The electronic device is used by being electrically connected to an external electric circuit included in various electronic devices. The circuit board has a metal portion that constitutes a conductive path or the like that electrically connects the electronic component and the external electric circuit, and an insulator portion that holds the metal circuit board.

（第１の実施形態）
まず、図１および図４（ａ）を参照して、本発明の第１の実施形態の回路基板およびこれを含む電子装置を説明する。 (First embodiment)
First, a circuit board according to a first embodiment of the present invention and an electronic device including the circuit board will be described with reference to FIGS. 1 and 4A.

回路基板20は、絶縁体部分として平板状のセラミック板１を有している。また金属部分として金属回路板２を有している。セラミック板１は第１主面（図１の例では上面）および第１主面と反対側の第２主面（図１の例では下面）を有している。金属回路板２は、第１金属材料（詳細は後述）からなり、第３主面（図１の例では上面）および第３主面と反対側の第４主面（図１の例では下面）を有している。なお、以下において、便宜上、第１〜第４主面を上面または下面という場合がある。   The circuit board 20 has a flat ceramic plate 1 as an insulator portion. Moreover, it has the metal circuit board 2 as a metal part. The ceramic plate 1 has a first main surface (upper surface in the example of FIG. 1) and a second main surface opposite to the first main surface (lower surface in the example of FIG. 1). The metal circuit board 2 is made of a first metal material (details will be described later), and has a third main surface (upper surface in the example of FIG. 1) and a fourth main surface opposite to the third main surface (lower surface in the example of FIG. 1). )have. In the following, for convenience, the first to fourth main surfaces may be referred to as an upper surface or a lower surface.

金属回路板２は、その第４主面がセラミック板１の第１主面に対向して配置されている。また、金属回路板２の第３主面には、その第３主面の外周に沿って、溝２ａおよび貫通孔２ｂの少なくとも一方である空隙部（空隙部としては符号なし）が設けられている。図１の例では、空隙部として溝２ａが設けられている。   The metal circuit board 2 is arranged such that the fourth main surface thereof faces the first main surface of the ceramic plate 1. In addition, the third main surface of the metal circuit board 2 is provided with a gap (not indicated as a gap) which is at least one of the groove 2a and the through hole 2b along the outer periphery of the third main surface. Yes. In the example of FIG. 1, a groove 2a is provided as a gap.

この空隙部内には、第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなる充填物３が配置されている。言い換えれば、金属回路板２は、その上面の外周部に、金属回路板２本体よりも熱膨張係数が小さい充填物３が配置された孔部分または溝部分を有している。そのため、金属回路板２の外周部分は、この充填物３が含まれている外周部分において、その他の部分よりもみかけの熱膨張係数が小さくなっている。充填物３は、例えば第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい金属材料（第２金属材料）、セラミック材料等の、第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい無機材料の粒子を含有する金属材料またはガラス材料等である。第２金属材料および充填物３の詳細については後述する。   A filler 3 made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the first metal material is disposed in the gap. In other words, the metal circuit board 2 has a hole part or a groove part in which the filler 3 having a smaller coefficient of thermal expansion than the main body of the metal circuit board 2 is arranged on the outer periphery of the upper surface thereof. Therefore, the outer peripheral portion of the metal circuit board 2 has a smaller apparent thermal expansion coefficient in the outer peripheral portion including the filler 3 than in other portions. The filler 3 is a metal containing particles of an inorganic material having a smaller thermal expansion coefficient than that of the first metal material, such as a metal material (second metal material) having a smaller thermal expansion coefficient than that of the first metal material or a ceramic material. Material or glass material. Details of the second metal material and the filler 3 will be described later.

金属回路板２は、セラミック板１の第１主面に複数個が配置されている。複数個の金属回路板２のうち第１主面の中央部に配置されたものが電子部品４の搭載用である。また、これを挟んで第１主面の外周部分に配列された６個の金属回路板２が、電子部品４と電気的に接続されて導電路を形成するものである。   A plurality of metal circuit boards 2 are arranged on the first main surface of the ceramic board 1. Among the plurality of metal circuit boards 2, the one arranged at the center of the first main surface is for mounting the electronic component 4. In addition, the six metal circuit boards 2 arranged on the outer peripheral portion of the first main surface with this interposed therebetween are electrically connected to the electronic component 4 to form a conductive path.

第１主面の中央部に配置された金属回路板２の第３主面に電子部品４が搭載され、他の金属回路板２と電子部品４とがボンディングワイヤ５を介して互いに電気的に接続されて、実施形態の電子装置30が基本的に構成されている。   The electronic component 4 is mounted on the third main surface of the metal circuit board 2 disposed in the center of the first main surface, and the other metal circuit board 2 and the electronic component 4 are electrically connected to each other via the bonding wires 5. The electronic device 30 of the embodiment is basically configured by being connected.

電子部品４の金属回路板２に対する接合は、例えばスズ−銀系はんだ、金−シリコン系ろう材等の、いわゆる低融点ろう材（符号なし）によって行なわれる。あらかじめ金属回路板２の上面の所定部位に低融点ろう材のフィルムまたはペースト等を配置しておいて、その部分に電子部品４の下面を位置合わせしてセットし、加熱してろう付けする。以上によって電子部品４が金属回路板２に接合される。   The electronic component 4 is joined to the metal circuit board 2 by a so-called low melting point brazing material (no symbol) such as a tin-silver solder or a gold-silicon brazing material. A film or paste of a low melting point brazing material is disposed in advance on a predetermined portion of the upper surface of the metal circuit board 2, and the lower surface of the electronic component 4 is aligned and set in that portion, and is brazed by heating. Thus, the electronic component 4 is joined to the metal circuit board 2.

ボンディングワイヤ５は、例えばいわゆる金ワイヤまたはアルミニウムワイヤであり、一方の端部が電子部品４に接続され、他方の端部が金属回路板２の所定部位に接続される。   The bonding wire 5 is, for example, a so-called gold wire or aluminum wire, and one end is connected to the electronic component 4 and the other end is connected to a predetermined portion of the metal circuit board 2.

なお、図１および図４（ａ）に示す例において、セラミック板１の第２主面に金属板６が配置されている。金属板６は、例えば電子部品４で発生する熱を外部に伝導または放射する放熱の機能を有している。   In the example shown in FIG. 1 and FIG. 4A, the metal plate 6 is disposed on the second main surface of the ceramic plate 1. The metal plate 6 has a heat radiation function of conducting or radiating heat generated in the electronic component 4 to the outside, for example.

また、図１および図４（ａ）に示す例において、金属板６の外周部にも、金属板６の外周に沿って下部の空隙部が設けられている。図１の例では、空隙部として溝６ａが設けられている。溝６ａ内には、下部の充填物（符号なし）が配置されている。下部の充填物は、金属板６よりも熱膨張係数が小さいものであってもよい。この場合には、金属板６の外周部分も、金属回路板２の外周部分と同様に、充填物が含まれている外周部分において、その他の部分よりもみかけの熱膨張係数を小さくすることができる。   Further, in the example shown in FIG. 1 and FIG. 4A, a lower gap is provided along the outer periphery of the metal plate 6 also on the outer periphery of the metal plate 6. In the example of FIG. 1, a groove 6a is provided as a gap. In the groove 6a, a lower filling (no symbol) is arranged. The lower filling may have a smaller coefficient of thermal expansion than the metal plate 6. In this case, like the outer peripheral portion of the metal circuit board 2, the outer peripheral portion of the metal plate 6 can also have a smaller apparent thermal expansion coefficient than the other portions in the outer peripheral portion including the filler. it can.

金属板６が放熱材として機能する場合には、例えば、金属板６の下面が放熱材（図示せず）に接合される。金属板６から放熱材に熱が伝導され、放熱材から外部に効果的に熱が放散される。この熱は、回路基板20に搭載される電子部品４の作動に伴って発生するものである。電子部品４で発生した熱が、金属回路板２、セラミック板１および金属板６、さらに放熱材を通って外部に効果的に放散される。   When the metal plate 6 functions as a heat dissipation material, for example, the lower surface of the metal plate 6 is joined to a heat dissipation material (not shown). Heat is conducted from the metal plate 6 to the heat dissipation material, and heat is effectively dissipated from the heat dissipation material to the outside. This heat is generated with the operation of the electronic component 4 mounted on the circuit board 20. Heat generated in the electronic component 4 is effectively dissipated to the outside through the metal circuit board 2, the ceramic board 1 and the metal board 6, and the heat dissipating material.

また、金属板６は、外部電気回路に対する電気的な接続用の端子として機能することもできる。この場合には、金属板６の下面が外部電気回路の所定部位に対向して接合され、金属板６を介して回路基板20および電子装置30と外部電気回路との電気的な接続が行なわれる。この電気的な接続は、例えば金属板６を接地電位とするために行なわれる。   The metal plate 6 can also function as a terminal for electrical connection to an external electric circuit. In this case, the lower surface of the metal plate 6 is joined to face a predetermined portion of the external electric circuit, and the circuit board 20 and the electronic device 30 are electrically connected to the external electric circuit via the metal plate 6. . This electrical connection is made, for example, to set the metal plate 6 to the ground potential.

上記のように、第１の実施形態の回路基板20は、下側から順次積層された、金属板６、セラミック板１および金属回路板２によって基本的に構成されている。また、この回路基板20に電子部品４が搭載されて実施形態の電子装置30が基本的に構成されている。   As described above, the circuit board 20 of the first embodiment is basically configured by the metal plate 6, the ceramic plate 1, and the metal circuit plate 2 that are sequentially stacked from the lower side. In addition, the electronic device 4 of the embodiment is basically configured by mounting the electronic component 4 on the circuit board 20.

セラミック板１は、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、ムライト質セラミックス、炭化ケイ素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスおよび窒化ケイ素質セラミックス等のセラミック材料によって形成されている。これらセラミック材料の中では、放熱性に影響する熱伝導性に関しては、炭化ケイ素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスおよび窒化ケイ素質セラミックスがより高い。また、機械的強度の点に関しては、窒化ケイ素質セラミックスおよび炭化ケイ素質セラミックスがより高い。   The ceramic plate 1 is made of a ceramic material such as aluminum oxide ceramics, mullite ceramics, silicon carbide ceramics, aluminum nitride ceramics, and silicon nitride ceramics. Among these ceramic materials, silicon carbide ceramics, aluminum nitride ceramics, and silicon nitride ceramics are higher in terms of thermal conductivity that affects heat dissipation. In terms of mechanical strength, silicon nitride ceramics and silicon carbide ceramics are higher.

セラミック板１の厚みは、例えば約0.1ｍｍ〜１ｍｍであり、回路基板20および電子装
置30の所定の外形寸法および機械的強度等の条件に応じて適宜設定すればよい。 The thickness of the ceramic plate 1 is, for example, about 0.1 mm to 1 mm, and may be appropriately set according to conditions such as predetermined external dimensions and mechanical strength of the circuit board 20 and the electronic device 30.

セラミック板１は、例えば窒化ケイ素質セラミックスからなる場合であれば、次のような方法で製作することができる。まず、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤および溶剤を添加混合して泥漿物（スラリー）にする。次に、このスラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等の成形方法でシート状に加工してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を作製する。次に、このセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工等を施して所定形状に成形するとともに、必要に応じて複数枚を積層して積層体を作製する。その後、この積層体（セラミックグリーンシート）を窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において約1600〜2000℃の温度で焼成する。以上の工程によってセラミック板１を製作することができる。   If the ceramic plate 1 is made of, for example, silicon nitride ceramics, it can be manufactured by the following method. First, a suitable organic binder, plasticizer and solvent are added to and mixed with raw material powders such as silicon nitride, aluminum oxide, magnesium oxide and yttrium oxide to form a slurry. Next, the slurry is processed into a sheet shape by a molding method such as a doctor blade method or a calender roll method to produce a ceramic green sheet (ceramic green sheet). Next, the ceramic green sheet is subjected to an appropriate punching process or the like and formed into a predetermined shape, and a plurality of sheets are laminated as necessary to produce a laminate. Thereafter, this laminate (ceramic green sheet) is fired at a temperature of about 1600 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere. The ceramic plate 1 can be manufactured by the above process.

金属回路板２は、例えば銅またはアルミニウム等の金属材料（第１金属材料）によって形成されている。また、金属回路板２は、銅またはアルミニウム等を主成分とする合金の金属材料によって形成されていてもよい。金属回路板２は、例えば銅からなる場合であれ
ば、銅の板材に対して切断、圧延またはエッチング等の金属加工を施して、金属回路板２としての所定の形状および寸法に加工することによって製作することができる。 The metal circuit board 2 is formed of a metal material (first metal material) such as copper or aluminum. Moreover, the metal circuit board 2 may be formed of a metal material of an alloy whose main component is copper or aluminum. If the metal circuit board 2 is made of, for example, copper, by subjecting the copper plate material to metal processing such as cutting, rolling or etching, the metal circuit board 2 is processed into a predetermined shape and dimensions as the metal circuit board 2. Can be produced.

金属板６についても、金属回路板２と同様の材料を用い、同様の方法で作製することができる。なお、金属板６は、放熱性または接地電位の安定を考慮すれば、金属回路板２のように複数に分かれている形態よりも、平面視における面積が比較的大きいものが１つ配置されている方が望ましい。   The metal plate 6 can also be manufactured by the same method using the same material as the metal circuit board 2. In consideration of heat dissipation or stability of the ground potential, one metal plate 6 having a relatively large area in plan view is arranged as compared with the metal circuit plate 2 divided into a plurality of forms. It is desirable to be.

複数の金属回路板２および金属板６は、セラミック板１の第１主面または第２主面に、例えば銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系のろう材７を介して接合されている。このろう材７は、セラミック板１に対して濡れることによって強固に接合されるために、例えば、チタン、ハフニウムおよびジルコニウムのうち少なくとも１種の活性金属材料を含有していてもよい。また、このろう材７は、例えばインジウムおよびスズのうち少なくとも１種の金属材料を有していてもよい。銀−銅ろう材に対して融点を下げることができるので、回路基板20の作製時に発生する熱応力による残留応力を低減することができる。このろう材７の厚みは、例えば約５〜100μｍ程度である。   The plurality of metal circuit boards 2 and the metal boards 6 are joined to the first main surface or the second main surface of the ceramic plate 1 via, for example, a silver (Ag) -copper (Cu) -based brazing material 7. The brazing material 7 may contain at least one active metal material of titanium, hafnium, and zirconium, for example, in order to be firmly bonded to the ceramic plate 1 by being wetted. Further, the brazing material 7 may have at least one metal material of indium and tin, for example. Since the melting point can be lowered with respect to the silver-copper brazing material, it is possible to reduce the residual stress due to the thermal stress generated when the circuit board 20 is manufactured. The brazing material 7 has a thickness of about 5 to 100 μm, for example.

上記形態の回路基板20によれば、セラミック板１の破壊の抑制、およびセラミック板１からの金属回路板２の剥離等を効果的に抑制することができる。すなわち、このような回路基板20では、前述したように、金属回路板２の外周に沿って、熱膨張係数が比較的小さい充填物３が配置されているため、金属回路板２の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が、平面視における中央部等の他の部分よりも小さくなっている。そのため、金属回路板２とセラミック板１との熱膨張係数の差を効果的に低減することができる。これによって、セラミック板１と金属回路板２との間に発生する熱応力自体が効果的に小さくなる。したがって、熱応力に起因したセラミック板１からの金属回路板２の剥離等の機械的な破壊を効果的に抑制することができる。   According to the circuit board 20 of the said form, destruction of the ceramic board 1 and peeling of the metal circuit board 2 from the ceramic board 1 etc. can be suppressed effectively. That is, in such a circuit board 20, since the filler 3 having a relatively small thermal expansion coefficient is disposed along the outer periphery of the metal circuit board 2 as described above, the outer peripheral edge portion of the metal circuit board 2 is disposed. The apparent thermal expansion coefficient is smaller than other parts such as the central part in plan view. Therefore, the difference in thermal expansion coefficient between the metal circuit board 2 and the ceramic board 1 can be effectively reduced. Thereby, the thermal stress itself generated between the ceramic plate 1 and the metal circuit board 2 is effectively reduced. Therefore, mechanical destruction such as peeling of the metal circuit board 2 from the ceramic board 1 due to thermal stress can be effectively suppressed.

溝２ａ（空隙部）を有し、その空隙部内に充填物３が配置された金属回路板２は、例えば次のような工程によって製作することができる。例えば、まず、酸化アルミニウム質セラミックス等からなるセラミック板１の上面に、回路形状に共晶銀ロウに活性金属を１〜３％程度添加した活性ろう材ペーストを印刷する。また、第１金属材料として銅を用い、銅の平板を活性ろう材ペースト上に載置して加熱することでセラミック板１の第１主面のほぼ全面等の広い範囲に接合する。その後、エッチングで上記銅の平板の一部を除去して金属回路板２を形成する時に同時に、マスキングパターンを適宜調整してエッチング加工することで溝２ａを形成することができる。   The metal circuit board 2 having the groove 2a (gap) and the filler 3 disposed in the gap can be manufactured, for example, by the following process. For example, first, an active brazing paste in which about 1 to 3% of an active metal is added to eutectic silver solder in a circuit shape is printed on the upper surface of a ceramic plate 1 made of aluminum oxide ceramics or the like. Also, copper is used as the first metal material, and a copper flat plate is placed on the active brazing paste and heated to bond to a wide range such as substantially the entire first main surface of the ceramic plate 1. Thereafter, when the metal circuit board 2 is formed by removing a part of the copper flat plate by etching, the groove 2a can be formed by adjusting the masking pattern as appropriate and performing etching.

その後、溝２ａに活性ろう材より低温の第２のろう材を配置して、銅またはアルミニウム等を含む第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい第２金属材料からなる充填物３を配置することができる。このように、充填物３が第１金属材料と異なる第２金属材料である場合には、充填物３と金属回路板２とはろう材で接合することで、容易にかつ強固に固定することができる。充填物３が第１金属材料と異なる第２金属材料であり、充填物３と金属回路板２とがろう材で接合されている回路基板20は、充填物３が強固に固定されている。そのため、繰り返しの熱応力が加わっても、充填物３が金属回路板２から外れ難く、金属回路板２のセラミック回路板１からの剥離が抑制された、信頼性の高い回路基板20となる。この場合の第２金属材料は、例えば鉄−ニッケル合金（いわゆる４２アロイ等）であり、その熱膨張係数が約4.2×10−６／℃(30−300℃)で、比較的小さい。この第２金属材料は、ヤング率が例えば約135ＧＰａであり、その細線を充填物３として埋め込み、加熱し
て接合すること上記構成の回路基板20を作製することができる。 Thereafter, a second brazing material having a lower temperature than the active brazing material is disposed in the groove 2a, and the filler 3 made of the second metal material having a smaller thermal expansion coefficient than the first metal material containing copper or aluminum is disposed. be able to. Thus, when the filler 3 is a second metal material different from the first metal material, the filler 3 and the metal circuit board 2 can be easily and firmly fixed by joining with a brazing material. Can do. The filler 3 is firmly fixed to the circuit board 20 in which the filler 3 is a second metal material different from the first metal material and the filler 3 and the metal circuit board 2 are joined by the brazing material. Therefore, even if repeated thermal stress is applied, the filling 3 is difficult to be detached from the metal circuit board 2, and the circuit board 20 with high reliability is obtained in which peeling of the metal circuit board 2 from the ceramic circuit board 1 is suppressed. The second metal material in this case is, for example, an iron-nickel alloy (so-called 42 alloy or the like), and its thermal expansion coefficient is about 4.2 × 10 −6 / ° C. (30 to 300 ° C.), which is relatively small. This second metal material has a Young's modulus of, for example, about 135 GPa, and the circuit board 20 having the above-described configuration can be manufactured by embedding the thin wire as the filler 3 and heating and bonding.

また、上記の金属回路板２の形成工程において、次のようにしてもよい。すなわち、金
属回路板２の所定形状に金属板をエッチング加工で除去する加工を施しながら、同時に溝２ａは金属板の厚み方向の途中までの深さでエッチングする必要がある。このときに、２回に分けてエッチングすればよい。この場合、金属回路板２の第３主面となる金属板の表面（おもて面）から２回に分けてエッチングしてもよい。 Moreover, in the formation process of said metal circuit board 2, you may be as follows. That is, it is necessary to etch the groove 2a at a depth halfway in the thickness direction of the metal plate while simultaneously removing the metal plate into a predetermined shape of the metal circuit plate 2 by etching. At this time, etching may be performed in two steps. In this case, the etching may be performed in two portions from the surface (front surface) of the metal plate which is the third main surface of the metal circuit board 2.

また、先にセラミック板１の第１主面と接合する面（うら面）に、除去する予定の部分にハーフエッチングしておき、その後、金属板をセラミック板１の第１主面に接合する。その接合後に、金属板の上記主面から溝２ａを形成する所定部位等にエッチングする。このようにすると、溝２ａを、ハーフエッチングの深さまでエッチングして形成する時に、あらかじめうら面にハーフエッチングした部分では金属板を厚み方向の全域で除去して、各々の金属回路板２に分割できる．したがって、金属回路板２間の隙間を狭く形成できるようになり、複数の金属回路板２で構成される回路をより高密度に形成できるようになる。また、通常おもて面からだけエッチングした場合には金属回路板の上面寸法はセラミックと接合している面の寸法より小さくなってしまうが、このようにおもて面およびうら面からエッチング加工する方法で溝２ａを形成した場合には、金属回路板２の上面の寸法とセラミックと接合している面の寸法とが互いにほぼ近い寸法となるので、同じ電流を流すために必要な断面積の配線をより狭い配線幅(セラミック板と接合している面の幅)で確保できるようになる。   In addition, a part to be removed is half-etched on the surface (back surface) to be bonded to the first main surface of the ceramic plate 1 first, and then the metal plate is bonded to the first main surface of the ceramic plate 1. . After the joining, etching is performed from the main surface of the metal plate to a predetermined portion or the like that forms the groove 2a. In this way, when the groove 2a is formed by etching to the half-etching depth, the metal plate is removed in the entire thickness direction in the portion that has been half-etched on the back surface in advance, and divided into each metal circuit board 2 it can. Accordingly, the gap between the metal circuit boards 2 can be formed narrow, and a circuit composed of the plurality of metal circuit boards 2 can be formed with higher density. In addition, when etching is usually performed only from the front surface, the upper surface dimension of the metal circuit board is smaller than the dimension of the surface joined to the ceramic, but etching is performed from the front surface and the back surface in this way. When the groove 2a is formed by this method, the dimension of the upper surface of the metal circuit board 2 and the dimension of the surface joined to the ceramic are substantially close to each other. This wiring can be secured with a narrower wiring width (width of the surface joined to the ceramic plate).

図２および図４（ｂ）に示す例（図１の変形例）において、金属回路板３の第３主面に設けられた溝２ａは不連続になっている。つまり、図１に示す例のような連続した溝２ａの代わりに不連続な溝２ａ（２ａａ）が形成されている。この形態は、第３主面の外周に沿って複数の窪みが互いに間をあけて配置されている形態とみなすこともできる。複数の窪みのそれぞれは、例えば図２に示すように平面視で円形状等でもよく、線状（線分状）つまり長方形状等であってもよい。以下、単に溝２ａａとも表記する。   In the example shown in FIGS. 2 and 4B (modified example of FIG. 1), the groove 2a provided on the third main surface of the metal circuit board 3 is discontinuous. That is, discontinuous grooves 2a (2aa) are formed instead of the continuous grooves 2a as in the example shown in FIG. This form can also be regarded as a form in which a plurality of depressions are arranged at intervals along the outer periphery of the third main surface. Each of the plurality of depressions may have a circular shape or the like in a plan view as shown in FIG. 2, for example, and may have a linear shape (line segment shape), that is, a rectangular shape. Hereinafter, it is also simply referred to as the groove 2aa.

この例においても、複数の窪みである溝２ａａのそれぞれに充填物３が配置されている。これらの充填物３は、例えば次のようにして溝２ａａ内に配置することができる。まず、上記のような第２のろう材を、例えばペーストまたはプレフォームの形態で溝２ａａ内に配置する。次に、第２金属材料を用いて作製したボールまたは金属柱を溝２ａａ内にそれぞれ埋め込む。その後、第２のろう材を加熱してボールまたは金属柱等を窪み２ａａの内面に接合して配置する。以上の工程で、この形態の回路基板20を作製することができる。   Also in this example, the filler 3 is disposed in each of the grooves 2aa which are a plurality of depressions. These fillers 3 can be disposed in the groove 2aa as follows, for example. First, the second brazing material as described above is placed in the groove 2aa in the form of a paste or a preform, for example. Next, balls or metal pillars made using the second metal material are embedded in the grooves 2aa. Thereafter, the second brazing material is heated, and a ball or a metal column is joined to the inner surface of the recess 2aa. Through this process, the circuit board 20 of this form can be manufactured.

空隙部として設けられた溝部２ａおよび不連続な溝２ａａは金属回路板２を厚み方向に貫通していないため、空隙部より内側部分と外側部分とは、互いに別体になることなく一体的につながっている。そのため、回路としての導電性は良好に確保されている。   Since the groove 2a and the discontinuous groove 2aa provided as the gap do not penetrate the metal circuit board 2 in the thickness direction, the inner part and the outer part of the gap are integrated without being separated from each other. linked. Therefore, good electrical conductivity as a circuit is ensured.

この形態の回路基板20においても、金属回路板２の外周縁部（第３主面の外周に沿った部分）に、金属回路板２を形成している第１金属材料よりも熱膨張係数の小さい充填物３が埋め込まれている。これによって、金属回路板２の外周縁部におけるみかけの熱膨張係数が小さくなる。そのため、金属回路板２とセラミック板１との熱膨張係数の差を従来よりも小さくするこができ、発生する熱応力自体を効果的に低減することができる。したがって、熱応力に起因したセラミック板１からの金属回路板２の剥離等の機械的な破壊等を効果的に抑制することができる。   Also in the circuit board 20 of this form, the coefficient of thermal expansion is higher than that of the first metal material forming the metal circuit board 2 at the outer peripheral edge (the part along the outer periphery of the third main surface) of the metal circuit board 2. A small filling 3 is embedded. As a result, the apparent thermal expansion coefficient at the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 is reduced. Therefore, the difference in thermal expansion coefficient between the metal circuit board 2 and the ceramic board 1 can be made smaller than before, and the generated thermal stress itself can be effectively reduced. Therefore, mechanical destruction such as peeling of the metal circuit board 2 from the ceramic board 1 due to thermal stress can be effectively suppressed.

この場合、金属回路板２の外縁部には、温度が低下するほど、熱膨張係数が相対的に小さい充填物３との熱膨張係数の差により圧縮応力が加わる。その結果として、平面透視において金属回路板２の外周縁部と重なる部分においてセラミック板１に加わる引っ張り応力が低減されるようになる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回
路板２がセラミック板１から剥離しにくくなるい。すなわち、高信頼性の回路基板20となる。なお、前述したように、セラミック板１を形成するセラミック材料は、酸化アルミニウム質セラミックスには限定されず、上記各種の材料、すなわち窒化珪素質セラミックス（熱膨張係数が約2.8×10−６／℃）、窒化アルミニウム質セラミックス（熱膨張係数4.6×10−６／℃）でもよい。 In this case, compressive stress is applied to the outer edge portion of the metal circuit board 2 due to the difference in thermal expansion coefficient with the filler 3 having a relatively small thermal expansion coefficient as the temperature decreases. As a result, the tensile stress applied to the ceramic plate 1 at a portion overlapping the outer peripheral edge portion of the metal circuit board 2 in a plan view is reduced. Therefore, it is difficult for the metal circuit board 2 to be peeled off from the ceramic board 1 even when temperature cycle stress is applied. That is, the highly reliable circuit board 20 is obtained. As described above, the ceramic material forming the ceramic plate 1 is not limited to the aluminum oxide ceramics, and the above various materials, that is, silicon nitride ceramics (having a thermal expansion coefficient of about 2.8 × 10 −6 / ° C. ), Aluminum nitride ceramics (thermal expansion coefficient 4.6 × 10 −6 / ° C.).

また、第１金属材料として銅（いわゆる純銅であって熱膨張係数が約16.7×10−６/℃
であるもの）の代わりに銅合金を用いてもよい。ただし、純銅を使用した場合は、300℃
以上では塑性変形することで残留応力は300℃以下の範囲となるので残留応力が小さくな
る。金属回路板２（および金属板６）をろう材の融点以上に加熱して接合した後、常温まで冷却することにより発生する熱応力が、回路基板20に残留応力として存在している。この残留応力は、主に金属回路板２（および金属板６）が弾性変形する際に生じるものである。ここで、純銅は300℃以上では塑性変形するものであり、残留応力となる弾性変形は300℃未満で発生する。これに対して、銅合金では、一般的に塑性変形を開始する温度が純銅より高く（300℃より高く）なる。つまり、銅合金は純銅に比較して弾性変形する温度
域が大きくなるので、残留応力が大きくなってしまう。すなわち、残留応力の低減の観点では純銅が適している。この残留応力にさらに冷熱サイクル（の特に冷却時）による熱応力が付加されることで回路基板が破壊しやすくなるが、残留応力が低減されることで熱応力の付加によって回路基板が破壊する可能性が低減される。よって、第１金属材料が銅であり、ろう材７が300℃以上の融点を有する回路基板20は信頼性に優れたものとなる。 In addition, copper (so-called pure copper having a thermal expansion coefficient of about 16.7 × 10 −6 / ° C. as the first metal material.
Instead of this, a copper alloy may be used. However, when pure copper is used, 300 ° C
In the above, since the residual stress falls within the range of 300 ° C. or less due to plastic deformation, the residual stress is reduced. Thermal stress generated by heating the metal circuit board 2 (and the metal board 6) to a temperature equal to or higher than the melting point of the brazing material and then cooling the metal circuit board 2 to the room temperature is present as residual stress in the circuit board 20. This residual stress is mainly generated when the metal circuit board 2 (and the metal plate 6) is elastically deformed. Here, pure copper undergoes plastic deformation at 300 ° C. or higher, and elastic deformation as residual stress occurs at less than 300 ° C. On the other hand, in a copper alloy, the temperature at which plastic deformation starts is generally higher than pure copper (higher than 300 ° C.). That is, the temperature range in which the copper alloy is elastically deformed is larger than that of pure copper, so that the residual stress is increased. That is, pure copper is suitable from the viewpoint of reducing residual stress. The thermal stress due to the thermal cycle (especially during cooling) is further added to this residual stress, making it easier to break the circuit board. However, the residual stress can be reduced to break the circuit board by adding thermal stress. Is reduced. Therefore, the circuit board 20 in which the first metal material is copper and the brazing material 7 has a melting point of 300 ° C. or higher is excellent in reliability.

第２金属材料として、４２アロイ（熱膨張係数が約4.2×10−６/℃(30−300℃)、ヤン
グ率が約135ＧＰａ）の代わりに、Ｆｅ−Ｎｉ36％（鉄−ニッケル36％合金）（熱膨張係
数が約4.4×10−６／℃(30−300℃) 、ヤング率が約145ＧＰａ）、タングステン（熱膨張係数が約4.5×10−６／℃(30-300℃) 、ヤング率が約375ＧＰａ）、モリブデン（熱膨張
係数が約5.3×10−６／℃(30−300℃)、ヤング率が約300ＧＰａ）、鉄−ニッケル−コバ
ルト合金（熱膨張係数が5.1×10−６／℃(30−300℃) 、ヤング率が約160ＧＰａ）等を用いてもよい。 As the second metal material, instead of 42 alloy (thermal expansion coefficient is about 4.2 × 10 −6 / ° C (30-300 ° C), Young's modulus is about 135 GPa), Fe-Ni 36% (iron-nickel 36% alloy) (Thermal expansion coefficient is about 4.4 × 10 −6 / ° C. (30-300 ° C.), Young's modulus is about 145 GPa), Tungsten (thermal expansion coefficient is about 4.5 × 10 −6 / ° C. (30-300 ° C.), Young's modulus Is about 375 GPa), molybdenum (coefficient of thermal expansion is about 5.3 × 10 −6 / ° C. (30 to 300 ° C.), Young's modulus is about 300 GPa), iron-nickel-cobalt alloy (coefficient of thermal expansion is 5.1 × 10 −6 / ° C (30-300 ° C), Young's modulus is about 160 GPa, or the like may be used.

なお、第２金属材料として、Ｆｅ−Ｎｉ36％のように、キュリー点以下で熱膨張係数が小さくなる金属を用いた場合には、30−300℃の熱膨張係数が同様な値である４２アロイ
よりも、低温側での熱膨張係数が小さい。そのため、よりセラミック板に加わる引っ張り応力が大きくなる低温側で、より応力緩和の効果が高くなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離しにくくなる。 When a metal having a low thermal expansion coefficient below the Curie point, such as Fe-Ni 36%, is used as the second metal material, a 42 alloy having a similar thermal expansion coefficient at 30-300 ° C. The coefficient of thermal expansion on the low temperature side is smaller than that. Therefore, the effect of stress relaxation becomes higher on the low temperature side where the tensile stress applied to the ceramic plate becomes larger. Therefore, even when the stress of the temperature cycle is applied, the metal circuit board 2 becomes difficult to peel from the ceramic board 1.

充填物３が上記のような第２金属材料であるときには、次のような点で有利である。すなわち、この場合には、回路基板20およびこれを含む電子装置30（以下、製品ともいう）の使用される用途、環境または経済性等の条件に応じた多様な形態の空隙部内に充填物３を配置することが容易である。具体的には、この場合には、充填物３としての第２金属材料に弾性がある。そのため、たとえ空隙部としての溝２ａまたは後述する図３における貫通孔２ｂの断面形状が多様な形状をしていたとしても、その形状に起因する応力を第２金属材料の変形によって効果的に吸収することができる。つまり、応力で充填物３に機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。したがって、回路基板20および電子装置30としての設計等の自由度を効果的に高めることができる。   When the filler 3 is the second metal material as described above, it is advantageous in the following points. That is, in this case, the filler 3 is filled in the gaps in various forms according to the usage, environment, economy, and other conditions of the circuit board 20 and the electronic device 30 including the circuit board 20 (hereinafter also referred to as a product). Is easy to arrange. Specifically, in this case, the second metal material as the filler 3 is elastic. Therefore, even if the cross-sectional shape of the groove 2a as the gap or the through hole 2b in FIG. 3 described later has various shapes, the stress due to the shape is effectively absorbed by the deformation of the second metal material. can do. That is, it is possible to reduce the possibility that mechanical damage occurs in the filler 3 due to stress. Therefore, the degree of freedom in designing the circuit board 20 and the electronic device 30 can be effectively increased.

（第２の実施形態）
例えば図３および図４（ｃ）に示すような、本発明の第２の実施形態の回路基板20およびこれを含む電子装置30は、空隙部として、金属回路板２を厚み方向に貫通し、第３主面および第４主面に開口部を有する貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは複数個が設けられていて、それらの第３主面側の開口は、第３主面の外周に沿って配列されている。
すなわち、空隙部は、金属回路板の第３主面の外周縁部に、不連続に形成された複数の貫通孔２ｂを含んでいてもよい。 (Second Embodiment)
For example, as shown in FIG. 3 and FIG. 4C, the circuit board 20 and the electronic device 30 including the circuit board 20 according to the second embodiment of the present invention penetrate the metal circuit board 2 in the thickness direction as gaps, A through hole 2b having an opening in the third main surface and the fourth main surface is provided. A plurality of through holes 2b are provided, and the openings on the third main surface side thereof are arranged along the outer periphery of the third main surface.
That is, the gap portion may include a plurality of through holes 2b formed discontinuously on the outer peripheral edge portion of the third main surface of the metal circuit board.

また、これらの貫通孔内２ｂ内にも、充填物３がそれぞれに配置されている。また、この例における充填物３は、金属回路板２の第４主面側の開口部においてセラミック板１と直接に接合されている。このような場合には、セラミック板１に直接に接合された第２金属材料等の充填物３が、金属回路板２内に入り込んだ、いわゆるくさびの役割も果たす。これによってセラミック板１と金属回路板２との間に生じる応力を緩和する効果が加わる。そのため、金属回路板２の外周縁部に加わる応力がより小さくなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。   Further, the fillers 3 are also arranged in the through holes 2b. Further, the filler 3 in this example is directly bonded to the ceramic plate 1 at the opening on the fourth main surface side of the metal circuit board 2. In such a case, the filler 3 such as the second metal material directly joined to the ceramic plate 1 also functions as a so-called wedge that has entered the metal circuit plate 2. This adds an effect of relieving stress generated between the ceramic plate 1 and the metal circuit board 2. Therefore, the stress applied to the outer peripheral edge portion of the metal circuit board 2 becomes smaller. Therefore, even when a temperature cycle stress is applied, it is possible to effectively reduce the possibility of mechanical destruction such that the metal circuit board 2 is peeled off from the ceramic board 1.

空隙部として複数の貫通孔２ｂが設けられている構成においても、これらの貫通孔２ｂは不連続であるため、空隙部より内側部分と外側部分とは、互いに別体になることなく一体的につながっている。そのため、回路としての導電性は良好に確保されている。   Even in the configuration in which a plurality of through-holes 2b are provided as the gaps, these through-holes 2b are discontinuous, and therefore, the inner part and the outer part from the gaps are integrated without being separated from each other. linked. Therefore, good electrical conductivity as a circuit is ensured.

また、前述したように、第１金属材料が銅（純銅等）である場合は、次のような点で有利である。すなわち、第２のろう材として低融点のＳｎ−Ａｇ半田を使用してもよいが、Ａｇ−Ｃｕろう材にインジウム（Ｉｎ）を添加し融点を600℃程度まで低下させたたろう
材を用いたとする。このときに、貫通孔２ｂと同寸法の径（直径）を持つ円柱状等の充填物３を用いることで、あらかじめ金属回路板２の外周縁部に圧縮応力を生じさせることができるようになる。このようにあらかじめ圧縮応力を含んだ状態で第２のろう材の融点まで第２のろう材等を加熱すれば、応力が互いに打ち消され、金属回路板２の外周縁部に加わる応力を効果的に低下させることができる。 Further, as described above, when the first metal material is copper (pure copper or the like), it is advantageous in the following points. In other words, Sn-Ag solder having a low melting point may be used as the second brazing material, but when a brazing material having a melting point lowered to about 600 ° C. by adding indium (In) to the Ag—Cu brazing material is used. To do. At this time, a compressive stress can be generated in advance on the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 by using a cylindrical filling 3 having the same diameter (diameter) as the through hole 2b. . Thus, if the second brazing filler metal is heated to the melting point of the second brazing filler metal in the state including the compressive stress in advance, the stresses cancel each other, and the stress applied to the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 is effective. Can be lowered.

第２金属材料は、例えば約300℃以上の融点を持つろう材で前記金属回路板２（第１金
属材料）と接続している。そのため、熱伝導率の高い銅を金属回路板２に使用した場合に300℃以下の銅の塑性変形しない温度領域の全域で第２金属材料の小さい熱膨張係数によ
る応力緩和の効果を発揮できる。そのため、応力緩和の効果が高くなり、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような可能性を効果的に低減することができる。 The second metal material is connected to the metal circuit board 2 (first metal material) with a brazing material having a melting point of about 300 ° C. or more, for example. Therefore, when copper having high thermal conductivity is used for the metal circuit board 2, the effect of stress relaxation due to the small coefficient of thermal expansion of the second metal material can be exhibited in the entire temperature region where copper is not plastically deformed at 300 ° C. or lower. Therefore, the effect of stress relaxation becomes high, and the possibility that the metal circuit board 2 is peeled off from the ceramic board 1 can be effectively reduced even when a temperature cycle stress is applied.

上記実施の形態の回路基板20および電子装置30は、図５のように、第２金属材料の前記セラミック板１との接合面が直径φの円形状であるとし、互いに隣り合う前記貫通孔２ｂ同士の間で前記充填物３同士の間の距離（隣接間隔）をｄとし、セラミック板１、第１金属材料および第２金属材料の300℃以下における熱膨張係数をそれぞれ、αｃ、α１、α
２とし、第１金属材料および第２金属材料のヤング率をそれぞれＥ１、Ｅ２とした場合に、（α１×Ｅ１×φ＋α２×Ｅ２×ｄ）／(Ｅ１×φ＋Ｅ２×ｄ)≦αｃの関係式を満たすものであってよい。 As shown in FIG. 5, the circuit board 20 and the electronic device 30 according to the above-described embodiment are assumed to have a circular joining surface with the ceramic plate 1 made of a second metal material, and the through holes 2b adjacent to each other. The distance (adjacent spacing) between the fillers 3 between them is d, and the thermal expansion coefficients of the ceramic plate 1, the first metal material, and the second metal material at 300 ° C. or less are αc, α1, α, respectively.
2 and when the Young's moduli of the first metal material and the second metal material are E1 and E2, respectively, the relational expression of (α1 × E1 × φ + α2 × E2 × d) / (E1 × φ + E2 × d) ≦ αc It may satisfy.

上記式を満足した場合には、第２金属材料からなる充填物３（貫通孔２ｂ）の中心部を結んだ領域では、セラミック板１よりも、金属回路板２と第２金属材料とを合成した見かけの熱膨張係数が小さくなる。このときには、第２金属材料、すなわち充填物３のセラミック板１との接合縁部ではセラミック板１に圧縮応力が加わるようになる。そのため、回路基板20が冷却された場合に、第２金属材料による応力の低減効果だけでなく、回路基板20が冷却された場合の応力を小さくする効果が含まれるようになる。したがって、金属回路板２の外周縁部に加わる応力がより緩和されるようになり、温度サイクルの応力が加わった場合でも、金属回路板２がセラミック板１から剥離するような可能性を効果的に低減することができる。   When the above formula is satisfied, the metal circuit board 2 and the second metal material are synthesized rather than the ceramic board 1 in the region connecting the central portions of the filler 3 (through hole 2b) made of the second metal material. The apparent thermal expansion coefficient is reduced. At this time, a compressive stress is applied to the ceramic plate 1 at the joining edge portion of the second metal material, that is, the filler 3 with the ceramic plate 1. Therefore, when the circuit board 20 is cooled, not only the stress reduction effect by the second metal material but also the effect of reducing the stress when the circuit board 20 is cooled is included. Therefore, the stress applied to the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 is further relaxed, and the possibility that the metal circuit board 2 is peeled off from the ceramic board 1 even when the stress of the temperature cycle is applied is effective. Can be reduced.

図２、６（ｂ）および、図３、図４（ｃ）のように、空隙部として、不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂを形成した構成において、充填物３として低融点ガラスを空隙部内に充填するようにしてもよい。この場合には、例えば、金属回路板２に不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂを形成した後に、ビスマスガラス（例えば、組成としてＢｉ２Ｏ３を55〜80質量％、Ｂ２Ｏ３５〜25質量％、ＺｎＯを５〜25質量％であるもの）に低熱膨張性フィラーとしてリン酸ジルコニウム（熱膨張係数1.7×10−６／℃(30−300℃)）を20質量％添加しペースト状としたものを不連続な溝２ａａまたは貫通孔２ｂに充填する。その後ペースト状のものを加熱して溶融させることで、熱膨張係数が約4.8×10−６／℃(30−300℃)
のガラスからなる充填物３を形成する。以上のようにして、回路基板20を作製できる。なお、ビスマスガラスの代わりに、よりガラス自体の熱膨張係数の小さいバナジウムガラスに低熱膨張性フィラーを添加してもよい。 As shown in FIGS. 2, 6 (b), 3, and 4 (c), in the configuration in which the discontinuous grooves 2 aa or the through holes 2 b are formed as the voids, the low melting glass is filled in the voids as the filler 3. You may make it fill with. In this case, for example, after discontinuous grooves 2aa or through-holes 2b are formed in the metal circuit board 2, bismuth glass (for example, Bi 2 O 3 as composition is 55 to 80% by mass, B 2 O 3 5 to 5% 25% by mass, ZnO 5-25% by mass) and 20% by mass of zirconium phosphate (thermal expansion coefficient 1.7 × 10 −6 / ° C. (30-300 ° C.)) as a low thermal expansion filler The discontinuous grooves 2aa or through holes 2b are filled. After that, the paste-like material is heated and melted so that the thermal expansion coefficient is about 4.8 × 10 −6 / ° C. (30 to 300 ° C.).
The filler 3 made of glass is formed. The circuit board 20 can be manufactured as described above. Instead of bismuth glass, a low thermal expansion filler may be added to vanadium glass having a smaller thermal expansion coefficient of the glass itself.

充填物３は低融点ガラスであり、上面視で円形の溝２ａａまたは貫通孔２ｂが金属回路板２の第３主面の外周縁部に不連続に形成されていることから、低融点ガラスの固化温度以下では常に周囲の金属回路板に圧縮応力が加わるようになる。そのため、結果として金属回路板２の外周縁部のセラミック板１に加わる引っ張り応力が低減されるようになる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回路板２がセラミック板１から剥離する可能性を効果的に低減することができる。   The filler 3 is a low-melting glass, and since the circular groove 2aa or the through hole 2b is formed discontinuously on the outer peripheral edge of the third main surface of the metal circuit board 2 in a top view, Below the solidification temperature, compressive stress is always applied to the surrounding metal circuit board. Therefore, as a result, the tensile stress applied to the ceramic plate 1 at the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 is reduced. Therefore, even when a stress of a temperature cycle is applied, the possibility that the metal circuit board 2 is peeled off from the ceramic board 1 can be effectively reduced.

（第３の実施形態）
図６（ａ）は本発明の第３の実施形態の回路基板の要部を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。図６に示す例のように、空隙部は、溝２ａと貫通孔２ｂとで構成されているものとすることができる。この例では、金属回路板２の第３主面に、第３主面の外周に沿って溝２ａが設けられ、この溝２ａの底面から金属回路板２の第４主面にかけて貫通する貫通孔２ｂが設けられている。貫通孔２ｂは、溝２ａの長さ方向に互いに間をあけて複数個配置されており、言い換えれば貫通孔２ｂは第３主面の外周に沿って配列されている。このときの充填物３は、溝２ａ内には配置されているが、貫通孔２ｂ内には配置されておらず、貫通孔２ｂは空隙のままとした構造とすることができる。このような構造であると、金属回路板２の第３主面の外周縁部では、充填物３によってみかけの熱膨張係数が小さくなるとともに、貫通孔２ｂが空隙であることによって金属回路板２の内側から外縁部に加わる熱応力が緩和される。そのため、金属回路板２の外周端とセラミック板１との接合部に発生する熱応力が効果的に小さくなる。したがって、温度サイクルの応力が加わった場合でも金属回路板２がセラミック板１から剥離する可能性をより効果的に低減することができる。 (Third embodiment)
FIG. 6A is a plan view showing an essential part of a circuit board according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6 (c) is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6 (a). As in the example illustrated in FIG. 6, the gap portion may be configured by the groove 2 a and the through hole 2 b. In this example, a groove 2 a is provided in the third main surface of the metal circuit board 2 along the outer periphery of the third main surface, and a through hole that penetrates from the bottom surface of the groove 2 a to the fourth main surface of the metal circuit board 2. 2b is provided. A plurality of through holes 2b are arranged in the length direction of the groove 2a with a space between each other. In other words, the through holes 2b are arranged along the outer periphery of the third main surface. The filler 3 at this time is disposed in the groove 2a, but is not disposed in the through-hole 2b, and the through-hole 2b can be left as a gap. With such a structure, the apparent thermal expansion coefficient is reduced by the filler 3 in the outer peripheral edge portion of the third main surface of the metal circuit board 2 and the through-hole 2b is a gap, so that the metal circuit board 2 The thermal stress applied to the outer edge portion from the inside is relaxed. Therefore, the thermal stress generated at the joint between the outer peripheral edge of the metal circuit board 2 and the ceramic board 1 is effectively reduced. Therefore, even when a stress of a temperature cycle is applied, the possibility that the metal circuit board 2 is peeled from the ceramic board 1 can be more effectively reduced.

（第４の実施形態）
図８（ａ）は図７（ａ）の要部（Ａ部）を拡大図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図９（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を示す平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。図１０（ａ）は本発明の第４の実施形態の回路基板の他の例の要部を示す平面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。 (Fourth embodiment)
8A is an enlarged view of the main part (A part) of FIG. 7A, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 8A. FIG. 9A is a plan view showing the main part of another example of the circuit board according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view taken along line BB in FIG. 9A. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 9A. FIG. 10A is a plan view showing the main part of another example of the circuit board according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 10A. FIG.10 (c) is sectional drawing in the CC line | wire of Fig.10 (a).

第４の実施形態の回路基板20およびこれを含む電子装置30は、図８に示す例のように、第３主面における、空隙部より内側に第２の空隙部を有しており、第２の空隙部には充填物３が配置されていないものである。図８に示す例では、空隙部は溝２ａであり、溝２ａ内には金属回路板２より低熱膨張係数の充填物３が配置されている。また、この空隙部（溝２ａ）より内側に、全周にわたって溝２ａに沿っている、第２の空隙部である第２の溝
２ｃを有している。そして、第２の空隙部（第２の溝２ｃ）には充填物が配置されていない構造である。このような回路基板20であると、金属回路板２の内側から外縁部に加わる熱応力が第２の溝２ｃで緩和されるため、セラミック板１と金属回路板２との間の熱応力がより減少するようになるので、より温度サイクル信頼性に優れた回路基板となる。 The circuit board 20 of the fourth embodiment and the electronic device 30 including the same have a second gap portion on the inner side of the gap portion on the third main surface, as in the example shown in FIG. The filler 3 is not disposed in the gap 2. In the example shown in FIG. 8, the gap is a groove 2 a, and a filler 3 having a lower thermal expansion coefficient than the metal circuit board 2 is disposed in the groove 2 a. Moreover, it has the 2nd groove | channel 2c which is a 2nd space | gap part along the groove | channel 2a over the perimeter inside this space | gap part (groove 2a). And it is the structure where the filler is not arrange | positioned in the 2nd space | gap part (2nd groove | channel 2c). In the case of such a circuit board 20, the thermal stress applied to the outer edge portion from the inside of the metal circuit board 2 is relaxed by the second groove 2 c, so that the thermal stress between the ceramic board 1 and the metal circuit board 2 is reduced. Since it decreases more, it becomes a circuit board with more excellent temperature cycle reliability.

第４の実施形態構成において、空隙部は溝部に限られるものではない。図９に示す例のように、空隙部は第２実施形態で説明した貫通孔２ｂであってもよい。あるいは、第１実施形態において説明したような、不連続な溝２ａａであってもよい。なお、図９に示す例おいては、金属回路板２の溝２ａの幅より金属板６の溝６ａ幅の方が大きい。このように金属回路板２の溝２ａと金属板６の溝６ａとでは幅が異なっていてもよい。金属板６に設ける溝６ａを大きくすることで、大きさの大きい金属板６においても熱応力低減の効果がより顕著なものとなる。金属回路板２の第２の溝２ｃの幅と金属板６の第２の溝６ｃの幅との関係についても同様である。また、金属回路板２の貫通孔２ｂの径と金属板６の貫通孔６ｂの径との関係についても同様のことがいえる。   In the configuration of the fourth embodiment, the gap is not limited to the groove. As in the example illustrated in FIG. 9, the gap portion may be the through hole 2 b described in the second embodiment. Alternatively, it may be a discontinuous groove 2aa as described in the first embodiment. In the example shown in FIG. 9, the width of the groove 6 a of the metal plate 6 is larger than the width of the groove 2 a of the metal circuit board 2. As described above, the groove 2 a of the metal circuit board 2 and the groove 6 a of the metal plate 6 may have different widths. By enlarging the groove 6 a provided in the metal plate 6, the effect of reducing thermal stress becomes more remarkable even in the large metal plate 6. The same applies to the relationship between the width of the second groove 2 c of the metal circuit board 2 and the width of the second groove 6 c of the metal plate 6. The same applies to the relationship between the diameter of the through hole 2b of the metal circuit board 2 and the diameter of the through hole 6b of the metal plate 6.

また、第２の溝２ｃは、図１０に示す例のように金属回路板２の特に応力の大きくなりやすいコーナー部付近だけに設けることができる。このような場合には、例えばボンディングワイヤ５を複数接続するような場合でもボンディングワイヤの接続領域が確保しやすくなる。なお、第２の溝２ｃは連続した溝に限るものではなく、不連続な溝２ａや貫通孔２ｂと同様な形状である不連続な第２の溝２ｃや第２の貫通孔とした場合でも同様な応力緩和効果が得られる。   Further, the second groove 2c can be provided only in the vicinity of the corner portion of the metal circuit board 2 where stress is likely to be increased as in the example shown in FIG. In such a case, for example, even when a plurality of bonding wires 5 are connected, it is easy to secure a bonding wire connection region. The second groove 2c is not limited to a continuous groove, and even when the second groove 2c is a discontinuous second groove 2c or a second through hole having the same shape as the discontinuous groove 2a or the through hole 2b. Similar stress relaxation effects can be obtained.

１・・・セラミック板
２・・・金属回路板
２ａ・・・溝
２ｂ・・・貫通孔
２ｃ・・・第２の溝
３・・・充填物
４・・・電子部品
５・・・ボンディングワイヤ
６・・・金属板
６ａ・・・溝
６ｂ・・・貫通孔
６ｃ・・・第２の溝
７・・・ろう材
20・・・回路基板
30・・・電子装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic plate 2 ... Metal circuit board 2a ... Groove 2b ... Through-hole 2c ... Second groove 3 ... Filler 4 ... Electronic component 5 ... Bonding wire 6 ... Metal plate 6a ... Groove 6b ... Through hole 6c ... Second groove 7 ... Brazing material
20 ... Circuit board
30 ・ ・ ・ Electronic device

Claims (8)

第１主面および該第１主面と反対側の第２主面を有するセラミック板と、
第１金属材料からなり、第３主面および該第３主面と反対側の第４主面を有しており、該第４主面が前記第１主面に対向して配置されているとともに、前記第３主面に該第３主面の外周に沿って設けられた溝および貫通孔の少なくとも一方である空隙部を有する金属回路板と、
前記第１金属材料よりも熱膨張係数が小さい材料からなり前記第３主面の前記空隙部内に配置された充填物とを備えており、
前記金属回路板は、前記空隙部より内側部分と外側部分とが一体的につながっていることを特徴とする回路基板。 A ceramic plate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
It consists of a 1st metal material, has a 3rd main surface and the 4th main surface on the opposite side to this 3rd main surface, and this 4th main surface is arrange | positioned facing the said 1st main surface. And a metal circuit board having a void portion that is at least one of a groove and a through hole provided along the outer periphery of the third main surface on the third main surface;
A filler made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the first metal material and disposed in the gap portion of the third main surface,
The circuit board according to claim 1, wherein an inner part and an outer part of the metal circuit board are integrally connected to the gap. 前記充填物は前記第１金属材料と異なる第２金属材料であり、前記充填物と前記金属回路板とはろう材で接合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。 2. The circuit board according to claim 1, wherein the filler is a second metal material different from the first metal material, and the filler and the metal circuit board are joined by a brazing material. 前記空隙部は、前記金属回路板の前記第３主面の外周縁部に不連続に形成された複数の貫通孔を含んでおり、該貫通孔内に配置された前記充填物が前記セラミック板と直接に接続していることを特徴とする請求項２に記載の回路基板。 The void portion includes a plurality of through holes formed discontinuously on the outer peripheral edge portion of the third main surface of the metal circuit board, and the filler disposed in the through hole serves as the ceramic plate. The circuit board according to claim 2, wherein the circuit board is directly connected to the circuit board. 前記第１金属材料は銅であり、前記ろう材は300℃以上の融点を有することを特徴とする
請求項２または請求項３に記載の回路基板。 The circuit board according to claim 2, wherein the first metal material is copper, and the brazing material has a melting point of 300 ° C. or higher. 前記セラミック板、前記第１金属材料および前記第２金属材料の300℃以下における熱膨
張係数をそれぞれ、αｃ、α１、α２とし、前記第１金属材料および前記第２金属材料のヤング率をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、前記第２金属材料の前記セラミック板との接合面が直径φの円形状であるとし、互いに隣り合う前記貫通孔同士の間で前記充填物間の距離をｄとした場合に、（α１×Ｅ１×φ＋α２×Ｅ２×ｄ）／(Ｅ１×φ＋Ｅ２×ｄ)≦αｃであることを特徴とする請求項３に記載の回路基板。 The thermal expansion coefficients of the ceramic plate, the first metal material, and the second metal material at 300 ° C. or lower are αc, α1, and α2, respectively, and the Young's moduli of the first metal material and the second metal material are E1. , E2, and the joint surface of the second metal material with the ceramic plate is circular with a diameter φ, and the distance between the fillers between the through holes adjacent to each other is d, 4. The circuit board according to claim 3, wherein (α1 × E1 × φ + α2 × E2 × d) / (E1 × φ + E2 × d) ≦ αc. 前記充填物は低融点ガラスであり、上面視で円形状の前記空隙部が前記金属回路板の外周縁部に不連続に形成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。 2. The circuit board according to claim 1, wherein the filler is low-melting glass, and the circular voids are discontinuously formed on the outer peripheral edge of the metal circuit board in a top view. 3. 前記第３主面における、前記空隙部より内側に第２の空隙部を有しており、該第２の空隙部には充填物が配置されていないことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の回路基板。 The first main surface has a second gap inside the gap, and no filler is disposed in the second gap. 7. The circuit board according to any one of 6. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の回路基板と、
前記金属回路板上に搭載されており、前記金属回路板電気的接続された端子を有する電子部品とを備えることを特徴とする電子装置。
A circuit board according to any one of claims 1 to 7,
An electronic device comprising: an electronic component mounted on the metal circuit board and having a terminal electrically connected to the metal circuit board.
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