JP2021101457A - セラミック回路基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内部回路金属板間の絶縁性および熱伝導性に優れたセラミック回路基板等を提供すること。【解決手段】 第１面１１および反対側の第２面１２を有する第１セラミック基板１１と、第３面２１１および反対側の第４面２２を有する第２セラミック基２板と、前記第１セラミック基板１の前記第１面１１に接合されている複数の回路金属板３と、該回路金属板３と離間した位置で前記第１セラミック基板１の前記第１面１１に接合されている複数の端子金属板４と、前記第１セラミック基板１の第２面１２と前記第２セラミック基板２の第３面２１との間に位置してこれらに接合されており、前記回路金属板３と前記端子金属板４とを電気的に接続する複数の内部回路金属板５と、前記第２セラミック基板２の前記第４面２２に接合されている放熱金属板６と、前記複数の内部回路金属板５間に充填されている絶縁物７と、を備えているセラミック回路基板１００。【選択図】 図１

Description

本開示は、セラミック回路基板および電子装置に関するものである。

従来、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電子部品が搭載されたパ
ワーモジュール、あるいはハイパワーのレーザーダイオード（ＬＤ；Laser Diode）およ
びＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の電子部品が搭載された発光装置等の電子装置に用いられる回路基板として、セラミック基板に回路導体として銅等の金属材料からなる金属板が接合されたセラミック回路基板が用いられている。

セラミック回路基板として、電子部品が搭載される回路金属板と、外部の回路に接続するための端子金属板とが上面に接合されたセラミック基板と、放熱金属板が下面に接合されたセラミック基板と、２つのセラミック基板の間に配置された、回路金属板と端子金属板とを接続するための内部回路金属板を備えた多層のセラミック回路基板がある（例えば、特許文献１を参照。）。内部回路金属板と回路金属板および端子金属板とは、セラミック基板を貫通する貫通導体で接続されている。回路金属板に搭載された電子部品は、回路金属板、内部回路金属板および端子金属板を介して外部の回路に電気的に接続される。また、電子部品で発生した熱は、回路金属板、２つのセラミック基板、内部回路金属板および放熱金属板を介して外部へ放熱される。

特開２０１９−１６９６７５号公報

しかしながら、２つのセラミック基板間の複数の内部回路金属板は、絶縁性を確保するために間隔をあけて配置されている。内部回路金属板間は空洞であり、この空洞には空気等の気体が存在している。金属回路板から放熱金属板への伝熱経路において、この空洞部分は、金属板に比較して熱伝導率が小さい。そのため、よりハイパワーで発熱量の大きい電子部品を搭載した場合には、放熱性が十分でなくなる可能性があった。内部回路金属板を大きくしてその間隔を小さくすると放熱性は高められるが、内部回路金属板間の絶縁性が低下してしまうという問題があった。すなわち、多層のセラミック回路基板において、回路の絶縁性と放熱性とを両立することが困難であった。

本開示の１つの態様のセラミック回路基板は、第１面および反対側の第２面を有する第１セラミック基板と、第３面および反対側の第４面を有する第２セラミック基板と、前記第１セラミック基板の前記第１面に接合されている複数の回路金属板と、該回路金属板と離間した位置で前記第１セラミック基板の前記第１面に接合されている複数の端子金属板と、前記第１セラミック基板の第２面と前記第２セラミック基板の第３面との間に位置してこれらに接合されており、前記回路金属板と前記端子金属板とを電気的に接続する複数の内部回路金属板と、前記第２セラミック基板の前記第４面に接合されている放熱金属板と、前記複数の内部回路金属板間に充填されている絶縁物と、を備えている。

本開示の１つの態様の電子装置は、上記構成のセラミック回路基板と、該セラミック回路基板の前記回路金属板に搭載された電子部品と、を備えている。

本開示の実施形態のセラミック回路基板によれば、内部回路金属板間の絶縁性、および回路金属板から放熱金属板への伝熱性に優れるものとなる。

本開示の実施形態の電子装置によれば、上記構成のセラミック回路基板を備えていることから、回路の絶縁性および電子部品で発生した熱の放熱性に優れたものとなる。

セラミック回路基板の実施形態の一例の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 セラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 （ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 セラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 （ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図ある。 セラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。 （ａ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図ある。 （ａ）は電子装置の実施形態の一例の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 （ａ）は電子装置の実施形態の他の一例の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。

本開示の実施形態のセラミック回路基板および電子装置について図面を参照して説明する。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、実際にセラミック回路基板および電子装置等が使用される際の上下を限定するものではない。

図１はセラミック回路基板の実施形態の一例の外観を示し、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は下面図である。図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図３はセラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は下面図である。図４（ａ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図５はセラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は下面図である。図６（ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図６（ｂ）は図５（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線における断面図ある。図７はセラミック回路基板の実施形態の他の一例の外観を示し、図７（ａ）は上面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は下面図である。図８（ａ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、図８（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図ある。図９（ａ）は電子装置の実施形態の一例の上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図１０（ａ）は電子装置の実施形態の他の一例の上面図であり、図１０
（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図２（ｂ）、図４（ｂ）、図６（ｃ）および図８（ｃ）においては、他の区別を容易にするために内部回路金属板等にはハッチングを施していない。

セラミック回路基板１００は、第１面１１および反対側の第２面１２を有する第１セラミック基板１と、第３面２１および反対側の第４面２２を有する第２セラミック基板２と、第１セラミック基板１の前記第１面１１に接合されている複数の回路金属板３と、回路金属板３と離間した位置で第１セラミック基板１の第１面１１に接合されている複数の端子金属板４と、第１セラミック基板１の第２面１２と第２セラミック基板２の第３面２１との間に位置してこれらに接合されており、回路金属板３と端子金属板４とを電気的に接続する複数の内部回路金属板５と、第２セラミック基板２の第４面２２に接合されている放熱金属板６と、複数の内部回路金属板５間に充填されている絶縁物７と、を備えている。

このようなセラミック回路基板１００によれば、内部回路金属板５間が空隙である場合に比較して絶縁性および熱伝導性に優れる絶縁物７が内部回路金属板５間にあるため、内部回路金属板５間の絶縁性に優れ、回路金属板３から放熱金属板６への伝熱性に優れるものとなる。

図１〜図８に示す例では、第１セラミック基板１の第１面１１（上面）の中央部に複数の回路金属板３が接合され、同じ第１面１１において、回路金属板３が接合された中央部を挟む外周部に複数の端子金属板４が接合されている。回路金属板３および端子金属板４は、例えば活性ろう材（不図示）で第１セラミック基板１に接合されている。回路金属板３の一部は電子部品２００が搭載される搭載用金属板３１であり、それ以外の回路金属板３は電子部品２００とボンディングワイヤ２１０で接続される。端子金属板４は外部回路と接続するための外部端子である。回路金属板３および端子金属板４の形状、数および配置等はセラミック回路基板１００に搭載される電子部品２００の数や種類により適宜設定されるものである。

回路金属板３と端子金属板４とは、第１セラミック基板１の第２面１２に接合された内部回路金属板５で電気的に接続されている。回路金属板３と内部回路金属板５との電気的接続および内部回路金属板５と端子金属板４との電気的接続は、第１セラミック基板１を厚み方向に貫通する導通用貫通孔１４内の貫通導体５１でなされている。図１〜図８に示す例では、貫通導体５１は金属柱であり、回路金属板３、内部回路金属板５および端子金属板４のそれぞれとは、例えばろう材（不図示）で接合されている。

内部回路金属板５は、第１セラミック基板１の第２面１２（下面）と第２セラミック基板２の第３面２１（上面）との間に位置している。内部回路金属板５は、第１セラミック基板１と第２セラミック基板２とに挟まれており、例えば活性ろう材（不図示）で接合されている。

内部回路金属板５は、図１および図２に示す例のように第１セラミック基板１および第２セラミック基板２の両方に接合された１層であってもよいし、図３〜図１０に示す例のように第１セラミック基板１に接合された内部回路金属板５と第２セラミック基板２に接合された内部回路金属板５とがろう材（不図示）で接合された２層であってもよい。

第２セラミック基板２の第４面２２（下面）には、放熱金属板６が接合されている。放熱金属板６は、第２セラミック基板２より一回り小さいものであり、第２セラミック基板２の第４面２２のほぼ全面を覆って接合されている。この接合も他と同様に、活性ろう材で接合することができる。放熱金属板６は、回路金属板３（搭載用金属板３１）に搭載さ
れた電子部品２００で発生した熱を外部へ放熱するためのものである。

複数の内部回路金属板５間には絶縁物７が充填されている。絶縁物７は、電気的絶縁性を有するとともに、内部回路金属板５間に絶縁物７がない場合の空隙内にある空気等の気体よりも熱伝導率が大きいものである。第１セラミック基板１と第２セラミック基板２とに挟まれている複数の内部回路金属板５間に充填しやすいように、少なくともその前駆体が流動性を有するものとすることができる。例えば、前駆体として液状の樹脂を内部回路金属板５間に注入して固化させた絶縁性の樹脂である。樹脂以外では、ガラスを用いることができる。溶融したガラスを内部回路金属板５間に注入して冷却して固化させて絶縁物７とすることができる。樹脂より熱伝導率が高いもの多いという点、あるいは吸湿性が小さいという点ではガラスがよい。しかしながら、内部回路金属板５間への注入の容易性（作業性）の点では樹脂の方がよい。また、絶縁物７にクラック等が生じると絶縁性が低下しやすくなるが、クラックが発生し難いという点でも樹脂の方がよい。

絶縁物７に用いる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂等を用いることができる。熱伝導率を向上させるために、このような樹脂に樹脂よりも高熱伝導率のフィラーを含むものとすることができる。フィラーは、例えばセラミック粒子等の絶縁性粒子を用いることができる。金属等の導電性粒子を用いることもできるが、この場合は絶縁性を確保するために含有量を調整する必要がある。

図１〜図８に示す例においては、第１セラミック基板１の第１面１１には、回路金属板３および端子金属板４以外に、枠状金属板８も接合されている。このように、第１セラミック基板１の第１面１１に接合され、複数の回路金属板３を取り囲む枠状金属板８を有しているセラミック回路基板１００とすることができる。

このような構成であると、後述するセラミック回路基板１００を用いた電子装置６００を作製する際に、枠状金属板８に蓋体４００を接合することで、回路金属板３に搭載された電子部品２００の周りを容易に気密封止することができる。枠状金属板８は、回路金属板３だけを囲んでおり、端子金属板４は枠状金属板８の外に位置している。そのため、（回路金属板３に搭載された）電子部品２００は気密封止しつつ、端子金属板４は外部と接続することが可能となる。

また、セラミック回路基板１００の下面、すなわち第２セラミック基板２の第４面２２には、第２セラミック基板２と同程度の大きさの放熱金属板６が接合されている。セラミック回路基板１００の下面には大きな金属板（放熱金属板６）が接合されているのに対して、セラミック回路基板１００の上面には回路金属板３および端子金属板４が接合されてはいるものの、トータルの金属板の量には差がある。セラミック回路基板１００の上下面で金属板の量に大きな違いがあると、セラミック回路基板１００が反りやすくなる。枠状金属板８を第１セラミック基板１の第１面１１すなわちセラミック回路基板１００の上面に接合することで、下面との金属量のバランスを整えることができ、反りの小さいセラミック回路基板１００とすることができる。図１および図２に示す例では、枠状金属板８は回路金属板３を取り囲む四角枠状であるが、図３〜図８に示す例では、この四角枠状からさらに外側まで延びて、外形はＨ型になっている。これにより、第１セラミック基板１の第１面１１は、第２セラミック基板２の第４面２２と同様に、ほぼ金属板（回路金属板３、端子金属板４、枠状金属板８）で覆われている。よって、セラミック回路基板１００としての反りがより抑えられたものとなる。

図１および図２に示す例においては、第１セラミック基板１と第２セラミック基板２との間にある金属板は、貫通導体５１によって回路金属板３および端子金属板４に接続されている内部回路金属板５だけである。また、絶縁物７は、内部回路金属板５の周囲から第
１セラミック基板１および第２セラミック基板２の外縁まで延在している。これに対して、図３〜図８に示す例においては、複数の内部回路金属板５を取り囲む内部枠状金属板９を有している。そのため、絶縁物７は、内部枠状金属板９の枠内の内部回路金属板５の周囲だけにある。

このように、第１セラミック基板１の第２面１２と第２セラミック基板２の第３面２１との間に位置してこれらに接合されており、複数の内部回路金属板５を取り囲む内部枠状金属板９を有しているセラミック回路基板１００とすることができる。このような内部枠状金属板９を備えていると、絶縁物７となる液状の樹脂等を内部回路金属板５間に注入しやすく、製造が容易になる。また、例えば絶縁物７が吸湿性のある樹脂である場合であっても、樹脂（絶縁物７）が外気に触れる部分が小さくなるので、外気中の水分等を吸湿して絶縁物７の絶縁性が低下する可能性が低減する。

また、内部枠状金属板９は、第１セラミック基板１の第１面１１に接合された枠状金属板８と同様に、複数の内部回路金属板５の周囲から第１セラミック基板１および第２セラミック基板２の外縁部まで延在する形状とすることができる。これにより、第１セラミック基板１の第１面１１、第２セラミック基板２の第４面２２、第１セラミック基板１の第２面１２および第２セラミック基板２の第４面２２のいずれも、ほぼ全面に金属板が接合されたものとなる。そのため、反りがより低減されたセラミック回路基板１００となる。

第１セラミック基板１と第２セラミック基板２との間には、内部回路金属板５および内部枠状金属板９以外の内部金属板５２があってもよい。図６に示す例においては、中央部に貫通導体５１と接続されていない内部金属板５２がある。これによって、第１セラミック基板１の第２面１２および第２セラミック基板２の第４面２２のほぼ全面に金属板が接合されたものとなっている。図８に示す例においては、中央部に貫通導体５１と接続されていない内部金属板５２がある。この内部金属板５２は、平面透視で第１面１１上の搭載用金属板３１と重なっている。搭載用金属板３１上に搭載された電子部品２００で発生した熱は、搭載用金属板３１および第１セラミック基板１を伝熱して第１セラミック基板１の第２面１２に到達した後、内部金属板５２を介して第２セラミック基板２および放熱金属板６へ伝熱される。より熱伝導率の大きい内部金属板５２があることで放熱性に優れるセラミック回路基板１００となる。そのようなことから内部伝熱金属板ということもできる。図８に示す例の内部金属板５２は、貫通導体５１で搭載用金属板３１と接続することができる。この接続は、電気的な接続ではなく熱的な接続であり、これにより、より放熱性の高いセラミック回路基板１００となる。

図２に示す例の内部回路金属板５と図４および図６に示す例の内部回路金属板５とを比較すると、図４に示す例の内部回路金属板５は、平面透視で搭載用金属板３１の全面と重なるものを含んでいる。平面透視で搭載用金属板３１の全面と重なる内部回路金属板５は、内部伝熱金属板としても機能し、より放熱性の高いセラミック回路基板１００となる。

内部枠状金属板９および内部金属板５２を備えている場合には、内部回路金属板５と内部枠状金属板９との間、内部回路金属板５と内部金属板５２との間にも絶縁物７がある。

内部枠状金属板９を備えている場合は、内部回路金属板５間等に絶縁物７を充填させることが困難になるので、注入口を設ける必要がある。

図５〜図８に示す例のように、平面透視において枠状金属板８の内側で回路金属板３および内部回路金属板５と重ならない位置に、第１セラミック基板１の第１面１１から第２面１２にかけて貫通する貫通孔１３を有しているセラミック回路基板１００とすることができる。このような貫通孔１３を絶縁物７の注入口として用いることができるため、内部
枠状金属板９を備えている場合であっても、内部回路金属板５間に絶縁物７を充填することが容易にできる。

また、絶縁物７は、第１セラミック基板１、第２セラミック基板２および内部枠状金属板９で囲まれた空間内に充填され、この空間以外では枠状金属板８の内側にある貫通孔１３内に存在することになる。そのため、絶縁物７が例えば吸湿性のある樹脂である場合であっても、樹脂は、枠状金属板８の内側の封止される空間に露出するだけである。そのため、樹脂（絶縁物７）が外気等に触れることで吸湿して絶縁性が低下する可能性が小さいものとなる。

図５および図６に示す例において貫通孔１３は２つ設けられており、図７および図８に示す例において貫通孔１３は４つ設けられている。貫通孔１３は複数であると、内部回路金属板５間の空気等を抜きながら絶縁物７を注入しやすくなる。貫通孔１３の形状、大きさ、数および配置は絶縁物７の注入性に応じて適宜設定することができる。

絶縁物７の注入口を内部枠状金属板９の側面に設けることもできる。図３および図４に示す例のように、内部枠状金属板９が、内側から外側にかけて切欠き９１を有するセラミック回路基板１００とすることができる。切欠き９１によって内部枠状金属板９の内側と外側を結ぶ通路が形成されている。この切欠き９１による通路を通して、内部枠状金属板９の内側にある内部回路金属板５間に、容易に絶縁物７を充填することができる。絶縁物７は、切欠き９１の外側の開口部だけで外部へ露出するため、その面積は小さいものとすることができる。また、内部枠状金属板９の側面に絶縁物７の注入口があるため、枠状金属板８に蓋体４００を接合した後に絶縁物７を注入することができる。そのため、絶縁物７として比較的耐熱性の低いものも使用でき、絶縁物７の選択の自由度が高まる。

図３および図４に示す例において、切欠き９１は２つ設けられている。上記したように、絶縁物７の注入口（切欠き９１）が複数であると、内部回路金属板５間の空気等を抜きながら絶縁物７を注入しやすくなる。切欠き９１の形状、大きさ、数および配置は絶縁物７の注入性に応じて適宜設定することができる。

このような構成のセラミック回路基板１００に電子部品２００を搭載することで電子装置６００となる。すなわち、電子装置６００は、上記構成のセラミック回路基板１００と、セラミック回路基板１００の回路金属板３に搭載された電子部品２００と、を備えている。上記構成のセラミック回路基板１００を備えていることから、回路の絶縁性および電子部品２００で発生した熱の放熱性に優れたものとなる。

図９に示す例の電子装置６００では、２つの電子部品２００が搭載され、１つの電子部品２００につき４つの回路金属板３がボンディングワイヤ２１０で接続されている。枠状金属板８の上に接合された金属枠体３００の開口を塞ぐように平板状の蓋体４００が接合されている。

図１０に示す例の電子装置６００では、３つの電子部品２００が搭載され、１つの電子部品２００につき２つの回路金属板３がボンディングワイヤ２１０で接続されている。枠状金属板８の上に接合された金属枠体３００の開口を塞ぐように蓋体４００が接合されている。この例の蓋体４００は、フレーム４１０とフレーム４１０の開口を塞いでいる板状の透光性部材４２０とで構成されている。電子部品２００がＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子である場合には、発光素子からの光を、透光性部材４２０を透過して外部へ放射することができる。

図９および図１０に示す例では、金属枠体３００に板状の蓋体４００が接合されている
が、これらが一体となった、箱型、ハット型のものでもよい。また、金属製のフレーム４１０とガラス製の透光性部材４２０との間にセラミック製の枠体を介在させることもできる。

第１セラミック基板１および第２セラミック基板２は、セラミック焼結体からなり、回路金属板３等を固定して支持するための基体部分である。また、第１セラミック基板１および第２セラミック基板２は、第１セラミック基板１の第１面１１上に接合された複数の回路金属板３の間、第１セラミック基板１と第２セラミック基板２との間に位置する複数の内部回路金属板５の間を互いに電気的に絶縁させるための絶縁部材としても機能する。また、セラミック回路基板１００の上下面間で熱を伝導する伝熱部材としても機能する。第１セラミック基板１および第２セラミック基板２の大きさは、電子装置６００の用途等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、厚みが０．２５ｍｍ〜１．０ｍｍで、平面視の大きさは１辺の長さが１０ｍｍ〜２００ｍｍの矩形状とすることができる。

第１セラミック基板１および第２セラミック基板２のセラミックス焼結体としては、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体および窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）焼結体などを用いることができる。第１セラミック基板１および第２セラミック基板２は、公知の製造方法によって製造することができ、例えば、アルミナなどの原料粉末に焼結助剤を添加し、基板状に成形したのち、焼成することで製造することができる。導通用貫通孔１４は、第１セラミック基板１となる、例えば焼成前のセラミックグリーンシートを打ち抜き加工して導通用貫通孔１４となる貫通孔を設けておいて焼成することで形成することができる。あるいは、第１セラミック基板１を作製した後にレーザー加工等で導通用貫通孔１４を設けることができる。これは、絶縁物７の注入口となる貫通孔１３についても同様である。

回路金属板３、端子金属板４、内部回路金属板５、内部金属板５２、放熱金属板６、枠状金属板８および内部枠状金属板９（以下、まとめて金属板ともいう。）は、例えば銅または銅合金、あるいはアルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料によって形成されている。電気伝導および熱伝導の点では９９％以上の純銅を用いるとよく、さらに、回路金属板３における酸素の含有量が少ない方が、ボンディングワイヤ２１０と回路金属板３との接合強度の向上に関して有利である。これら金属板の大きさおよび形状もまた、電子装置６００の用途等に応じて適宜設定されるものであるが、例えば、厚みは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。

上述したように、回路金属板３と内部回路金属板５との電気的接続および内部回路金属板５と端子金属板４との電気的接続は、第１セラミック基板１を厚み方向に貫通する導通用貫通孔１４内の貫通導体５１でなされている。図１〜図８に示す例では、貫通導体５１は金属柱であり、回路金属板３、内部回路金属板５および端子金属板４のそれぞれとは、例えばろう材（不図示）で接合されている。貫通導体５１は、導通用貫通孔１４内に充填されたメタライズ導体とすることもできる。貫通導体５１がメタライズ導体である場合には、例えば焼成前のセラミックグリーンシートに設けた貫通孔にタングステン等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを充填してセラミックグリーンシートと同時焼成することで設けることができる。あるいは、第１セラミック基板１の導通用貫通孔１４を金属ペーストで充填して焼成して焼き付けることで設けることができる。

金属板と第１セラミック基板１および第２セラミック基板２（以下まとめてセラミック基板ともいう。）とは、例えば上述したように活性ろう材を介して接合されている。活性ろう材は、金属板が銅または銅合金からなる場合であれば、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む、銀−銅（Ａｇ−Ｃｕ）系の活性ろう材を用いることができる。Ａｇ−Ｃｕ系ろう材としては、例えばＢ−Ａｇ８（
ＪＩＳ Ｚ ３２６１−１９８５）を用いることができる。金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合であれば、アルミニウムろうを用いることができる。

あらかじめ打ち抜き加工やエッチング加工によって所定形状に加工した金属板をセラミック基板に接合してもよいし、セラミック基板と同等の大きさの金属板を接合した後にエッチング等で所定形状の金属板としてもよい。以下、銅からなる回路金属板３および端子金属板４を第１セラミック基板１の第１面１１上にエッチングで形成する方法の一例について説明する。

まず、第１セラミック基板１の第１面１１上にろう材ペーストを、回路金属板３および端子金属板４（の接合される部分）の形状に塗布する。ろう材ペーストは、活性ろう材となる粉末に溶剤やバインダー等を加えて混錬することで作製することができる。次に、ろう材ペーストの上に第１セラミック基板１と同等の大きさの銅からなる大型金属板を載置して、例えば、真空状態で８３０℃程度の加熱処理をすることによって大型金属板を第１セラミック基板１に接合する。次に、大型金属板の上にエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、フィルム状のレジスト材を大型金属板の上面に貼り付ける、あるいは液状のレジスト材を大型金属板の上面に塗布するなどして、フォトリソ法によって回路金属板３および端子金属板４に対応する部分以外を除去して形成することができる。液状の樹脂を回路金属板３および端子金属板４の形状に印刷してエッチングマスクを形成することもできる。次に、大型金属板のエッチングマスクで覆われていない部分をエッチングによって除去し、所定形状の回路金属板３および端子金属板４を形成する。そして、エッチングマスクを除去することで第１面１１上に回路金属板３および端子金属板４が接合された第１セラミック基板１となる。ろう材ペーストを第１セラミック基板１のほぼ全面に塗布して大型金属板を接合し、大型金属板をエッチングして回路金属板３等の形状に加工した後に回路金属板３間等の不要なろう材をエッチング等で除去することもできる。枠状金属板８を有する場合は、ろう材ペーストの塗布形状およびエッチングマスクの形状に枠状金属板８の形状を加えて同時に形成することができる。

第１セラミック基板１の第２面１２上の内部回路金属板５および内部枠状金属板９の形成も同様の方法で、同時に行なうことができる。また、第１セラミック基板１に設けた導通用貫通孔１４内に貫通導体５１となる両端部にろう材を備える金属柱を配置しておくことで、金属柱は回路金属板３等に接合される。このろう材は、活性金属を含まないものでもよいし、含むものでもよい。

第２セラミック基板２の第４面２２上の放熱金属板６もまた、回路金属板３と同様の方法で形成することができる。図１および図２に示す例のように、内部回路金属板５および内部枠状金属板９が１層である場合は、放熱金属板６が接合された第２セラミック基板２と、第１セラミック基板１の第２面１２に接合された内部回路金属板５および内部枠状金属板９とを活性ろう材で接合することができる。打ち抜き加工等で予め所定形状に加工した内部回路金属板５および内部枠状金属板９を用いる場合は、金属板とセラミック基板との接合を同時に行なうことができる。図３〜図８に示す例のように、内部回路金属板５および内部枠状金属板９が２層である場合には、第１セラミック基板１に回路金属板３や内部回路金属板５等が接合されたものと、第２セラミック基板２に内部回路金属板５や放熱金属板６等が接合されたものとをろう材で接合することでセラミック回路基板１００となる。この場合のろう材は活性金属を含まないものである。内部回路金属板５等同士を接合するろう材として、活性金属を含むろう材を用いることもできる。いずれの場合であっても、ろう材は、セラミック基板と金属板とを接合する活性ろう材よりも低融点のろう材、はんだ等を用いることができる。

絶縁物７は、例えば、上述したような樹脂の前駆体である液状の樹脂を第１セラミック
基板１の第１面１１に開口する貫通孔１３あるいは内部枠状金属板９の切欠き９１から注入することで内部回路金属板５間等に充填することができる。例えば、貫通孔１３あるいは切欠き９１の開口部にディスペンサーのノズル等を当てて注入（圧入）してもよいし、液状の樹脂の中に未注入のセラミック回路基板１００を浸漬して貫通孔１３あるいは切欠き９１から樹脂を注入してもよい。液状の樹脂に浸漬する方法の場合は、例えば真空脱泡等の方法で、内部回路金属板５間の空気等を抜きながら行うことで効率よくまた、未充填個所を発生させることなく注入することができる。

電子部品２００は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ等のパワー半導体デバイスである。あ
るいは、ＣＣＤ（Charged-Coupled Device）およびＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の撮像素子、光スイッチおよびミラーデバイス等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子、レーザーダイオード（ＬＤ；Laser Diode）お
よびＬＥＤ等の発光素子のような光学素子である。電子部品２００が、パワー半導体デバイスである場合には、例えば、鉄道、電気自動車その他のインバータ等の電力制御装置となる。電子部品２００が、ＬＤやＬＥＤ発光素子である場合には、プロジェクターや自動車のヘッドライト等の光源装置となる。図１０に示す例では、３つの電子部品２００が搭載されている。例えば、発光色がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のように異なるものとすることができる。上記のようなセラミック回路基板１００は放熱性に優れているので、ハイパワーで発熱量の大きい電子部品２００を搭載するのに有利である。

電子部品２００は、接合材（不図示）によってセラミック回路基板１００の回路金属板３（の搭載用金属板３１）に接合されて固定される。接合材は、例えば、はんだまたは銀ナノペースト等を用いることができる。

電子部品２００は、電子部品２００の電極（不図示）と回路金属板３（の搭載用金属板３１）とは接続部材で電気的に接続される。接続部材としては、図９および図１０に示す例のような、ボンディングワイヤ２１０が用いられ、例えば、銅もしくはアルミニウム製のものを用いることができる。

回路金属板３上に搭載された電子部品２００は気密封止されて保護される。電子部品２００は、例えば、ボンディングワイヤ２１０および回路金属板３とともに絶縁樹脂で覆うことで気密封止することができる。より高い気密封止性が求められる場合には、図９および図１０に示す例のように、蓋体４００を枠状金属板８に接合することで気密封止することができる。

蓋体４００は、上述した箱型、ハット型のものでもよいが、図９および図１０に示す例のように、枠状金属板８の上に接合された金属枠体３００の開口を塞ぐように平板状の蓋体４００（透光性部材４２０を備える場合も含む）を接合したものとすることができる。このような場合は、電子部品２００を搭載した後に、シーム溶接やレーザー接合等の局所加熱による接合で蓋体４００を金属枠体３００に接合して気密封止することが容易にできる。そのため、蓋体４００を接合する際の加熱によって電子部品２００が損傷する可能性、セラミック回路基板１００が変形する可能性が低減される。

金属枠体３００は、枠状金属板８の開口部に沿った形状で、電子部品２００およびボンディングワイヤ２１０が収容される高さの枠状である。金属枠体３００は、例えば、図９および図１０に示す例のように、蓋体４００が接合される平板枠状の部分と、枠状金属板８に接合される平板枠状の部分とこれらの間の筒状の部分とが一体となった形状である。金属枠体３００の大きさおよび形状は電子装置６００の用途等に応じて適宜設定されるものである。

金属枠体３００は、セラミック回路基板１００の金属板と同様の金属で形成してもよいし、他の金属であってもよい。金属枠体３００は回路金属板３等と比較して大きいため、セラミック回路基板１００全体の熱膨張のバランスを考慮して、第１セラミック基板１との熱膨張係数の差がより小さい、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の比較的低熱膨張の金属を用いることができる。蓋体４００がガラス等の透光性部材４２０を備える場合には、透光性部材４２０との熱膨張差も小さくなり、透光性部材４２０の接合信頼性、気密封止信頼性もより高められる。

金属枠体３００は、例えば、金属板を打ち抜き加工して作製した金属枠を切削加工して、あるいは金属板をプレス加工して作製することができる。あるいは、平板枠状部分を打ち抜き加工等で作製して、これらを筒状部分に溶接、ろう接等で接続して作製することができる。

金属枠体３００は枠状金属板８にろう材で接合されている。あらかじめ枠状金属板８等の形状に加工した金属板を第１セラミック基板１に接合する場合であれば、枠状金属板８等の活性ろう材による接合時に、活性ろう材と同程度の融点のろう材で枠状金属板８に接合することができる。あるいは、枠状金属板８を第１セラミック基板１上に形成した後（活性ろう材で接合した後）に、活性ろう材よりも低融点のろう材で接合することができる。第１セラミック基板１の第２面１２に接合された内部回路金属板５等と第２セラミック基板２の第３面２１に接合された内部回路金属板５等とをろう材で接合する際に、金属枠体３００も枠状金属板８にろう材で接合することもできる。

金属板、金属枠体３００、および活性ろう材やろう材の露出面には、金属皮膜（図示せず）を設けることができる。この金属皮膜は、回路金属板３等の腐食防止、電子部品２００の接合材（不図示）による回路金属板３への接合性、ボンディングワイヤ２１０の接合性あるいは金属枠体３００への蓋体４００の接合性を高めるための皮膜である。金属皮膜は、例えばめっき法によってニッケルなどのめっき皮膜層として形成することができる。

蓋体４００が平板状である場合は、蓋体４００は、例えば、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍで外寸が金属枠体３００の平板枠状部の外寸と同程度の大きさである。蓋体４００がフレーム４１０と透光性部材４２０とを備える場合は、フレーム４１０は、例えば、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍで外寸が金属枠体３００の平板枠状部の外寸と同程度、内寸が金属枠体３００の上面の内寸以下であり、金属枠体３００に接合した状態で平面視したときに、搭載される電子部品２００の少なくとも一部が見える大きさである。電子部品２００の特性および電子装置６００に求められる特性に応じて設定される。

平板状の蓋体４００およびフレーム４１０は、金属枠体３００と同様の金属、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属からなるものであり、このような金属の板材を打ち抜き加工あるいはエッチング加工することで作製することができる。金属枠体３００と同程度の熱膨張係数を有するものであれば、接合後の熱応力を小さくすることができる。平板状の蓋体４００およびフレーム４１０の表面には、腐食防止、金属枠体３００との接合性のためにめっき被膜を設けることができる。従来周知の、電解めっき法あるいは無電解めっき法などによりめっき皮膜を形成することができる。

蓋体４００の透光性部材４２０は、透光性材料すなわち光を透過する材料からなる板状体である。ここでいう光は、電子部品２００で発光するあるいは受光する光、例えば可視光である。例えばソーダガラスまたはホウケイ酸ガラス等の透明なガラス、またはサファイア等の板状の部材である。フレーム４１０の窓部を塞いで接合することのできる寸法であり、フレーム４１０の内寸より大きく、金属枠体３００の上面の内寸より小さい。また
、上述したように、金属製のフレーム４１０とガラス製の透光性部材４２０との間にセラミック製の枠体を備えている場合であれば、透光性部材４２０は枠体の窓部を塞いで接合することのできる寸法であり、枠体の内寸より大きく、枠体の透光性部材４２０が接合される面の外寸より小さい。

透光性部材４２０は、例えば、上記のような透光性材料からなる大型の板材を切断して所定の大きさの矩形状の板材（以下、矩形板体とも呼ぶ。）に加工することで作製される。例えば、大型の板材の主面に、レーザーやダイシング等で溝を形成し、溝に機械応力や熱応力を加えることで切断することができる。この切断により得た矩形板体の側面は、ほぼ平面で形成されたものとなる。このまま透光性部材４２０として使用してもよいが、矩形板体の両主面と側面のなす直角の角部、側面同士のなす直角に対して４５°の角度で角部を研磨によってＣ面を形成した場合には、角部に欠けが発生し難くなり、透光性部材４２０に応力が加わった場合にも割れ難くなる。

枠体は、例えば、セラミック基板と同様のセラミック材料からなるものである。枠体の外寸はフレーム４１０の内寸より大きく外寸より小さいものである。

枠体が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、以下のようにして作製することができる。まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）またはシリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒等を添加混合して泥漿状とし、これを周知のスプレードライ法等を用いて顆粒を作製する。次に、この顆粒を周知の乾式プレス法を用いて、所定形状の成形体を得る。その後、この成形体を、例えば、約１６００（℃）の温度で焼成することにより枠体が製作される。

蓋体４００が枠体を備えていない場合には、フレーム４１０と透光性部材４２０とは例えばガラスで接合することができる。蓋体４００が枠体を備えている場合には、例えば、フレーム４１０と枠体とは活性ろう材で接合し、枠体と透光性部材４２０とはガラスで接合することができる。

透光性部材４２０は、上記のような材料の板材の表面に、反射防止膜、光学フィルター膜等の光学膜を備えるものとすることできる。このような光学膜は、例えば誘電体の薄膜で形成することができ、誘電体の種類や組み合わせ、層数を設定することで所定光学特性を有するものとなる。また、例えば光の入射あるいは出射角度を制限するための遮光膜を設けることもできる。フレーム４１０または枠体の内寸を調節することで遮光膜として機能させることもできる。

１・・・第１セラミック基板
１１・・・第１面
１２・・・第２面
１３・・・貫通孔
１４・・・導通用貫通孔
２・・・第２セラミック基板
２１・・・第３面
２２・・・第４面
３・・・回路金属板
３１・・・搭載用金属板
４・・・端子金属板
５・・・内部回路金属板
５１・・・貫通導体
５２・・・内部金属板（内部伝熱金属板）
６・・・放熱金属板
７・・・絶縁物
８・・・枠状金属板
９・・・内部枠状金属板
９１・・・切欠き
１００・・・セラミック回路基板
２００・・・電子部品
２１０・・・ボンディングワイヤ
３００・・・金属枠体
４００・・・蓋体
４１０・・・フレーム
４２０・・・透光性部材
６００・・・電子装置

Claims (6)

1. 第１面および反対側の第２面を有する第１セラミック基板と、
   第３面および反対側の第４面を有する第２セラミック基板と、
   前記第１セラミック基板の前記第１面に接合されている複数の回路金属板と、
   該回路金属板と離間した位置で前記第１セラミック基板の前記第１面に接合されている複数の端子金属板と、
   前記第１セラミック基板の第２面と前記第２セラミック基板の第３面との間に位置してこれらに接合されており、前記回路金属板と前記端子金属板とを電気的に接続する複数の内部回路金属板と、
   前記第２セラミック基板の前記第４面に接合されている放熱金属板と、
   前記複数の内部回路金属板間に充填されている絶縁物と、
   を備えているセラミック回路基板。
2. 前記第１セラミック基板の前記第１面に接合され、前記複数の回路金属板を取り囲む枠状金属板を有している請求項１に記載のセラミック回路基板。
3. 前記第１セラミック基板の第２面と前記第２セラミック基板の第３面との間に位置してこれらに接合されており、前記複数の内部回路金属板を取り囲む内部枠状金属板を有している請求項１または請求項２に記載のセラミック回路基板。
4. 平面透視において前記枠状金属板の内側で前記回路金属板および前記内部回路金属板と重ならない位置に、前記第１セラミック基板の前記第１面から前記第２面にかけて貫通する貫通孔を有している請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセラミック回路基板。
5. 前記内部枠状金属板は、内側から外側にかけて切欠きを有する請求項３に記載のセラミック回路基板。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のセラミック回路基板と、
   該セラミック回路基板の前記回路金属板に搭載された電子部品と、
   を備えている電子装置。
   

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