JP4646417B2

JP4646417B2 - セラミック回路基板

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Publication number: JP4646417B2
Application number: JP2001045060A
Authority: JP
Inventors: 健古桑
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002246717A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック基板の両面に金属回路板を取着したセラミック回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パワーモジュール用基板やスイッチングモジュール用基板等の回路基板として、セラミック基板上に被着させたメタライズ金属層に銀−銅合金等のロウ材を介して銅等から成る金属回路板を接合させたセラミック回路基板、セラミック基板上に銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウムあるいはその水素化物を添加した活性金属ロウ材を介して銅等から成る金属回路板を直接接合させたセラミック回路基板、あるいはセラミック基板上に銅板を載置させた後加熱し直接セラミック基板と銅板とを接合させた所謂、ＤＢＣ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄＣｏｐｐｅｒ）法によって作製されたセラミック回路基板が用いられている。
【０００３】
また、これら各セラミック回路基板は金属回路板の実装密度を高めるためにセラミック基板の上下両面に金属回路板を接合させておき、これら上下両面の金属回路板間をセラミック基板に設けた貫通孔内に充填されているロウ材で電気的に接続することが行われている。
【０００４】
なお、前記セラミック回路基板、例えば、セラミック基板上に被着させたメタライズ金属層にロウ材を介して銅等から成る金属回路板を接合させたセラミック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト質焼結体等の電気絶縁性のセラミックス材料から成り、上下両面に所定パターンのメタライズ金属層を有し、かつ厚み方向に貫通する貫通孔を設けたセラミック基板を準備し、次に前記セラミック基板の貫通孔内に、銀ロウ粉末（銀と銅の合金粉末）に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たロウ材ペーストを充填するとともにメタライズ金属層上に間に銀ロウ等のロウ材を挟んで所定パターンの金属回路板を載置当接させ、しかる後、これを還元雰囲気中、約９００℃の温度に加熱し、ロウ材ペースト及びロウ材を溶融させ、メタライズ金属層と金属回路板及びセラミック基板の上下両面の金属回路板を各々、銀ロウ等のロウ材を介して接合することによって製作される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のセラミック回路基板においては、セラミック基板の上下両面に接合されている金属回路板同士がセラミック基板に設けた貫通孔内に充填されているロウ材を介して電気的に接続されており、該セラミック基板に設けた貫通孔内へのロウ材の充填はセラミック基板の貫通孔内に銀ロウ粉末（銀と銅の合金粉末）に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たロウ材ペーストを充填させた後、約９００℃の温度に加熱することによって行われ、この場合、各銀ロウ粉末間に存在する空気が溶融した銀ロウ材中に多量に抱き込まれて多孔質となり、導通抵抗が比抵抗で７〜１０μΩ・ｃｍと高いものであった。そのため従来のセラミック回路基板では金属回路板及び貫通孔内のロウ材に１０Ａを超える大電流が流れると貫通孔内に充填されたロウ材部分が抵抗発熱し、その熱が金属回路板上に半田等の接着材を介して接着固定される半導体素子等の電子部品に作用し、電子部品を高温として安定に作動させることができないという欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は抵抗発熱による多量の熱の発生を有効に防止し、金属回路板に接続される半導体素子等の電子部品を常に適温として正常、かつ安定に作動させることができるセラミック回路基板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック回路基板は、貫通孔を有するセラミック基板の両面に前記貫通孔を塞ぐように銅もしくはアルミニウムから成る金属回路板を取着させるとともに前記貫通孔内に銅もしくはアルミニウムから成る金属柱を配置させ、該金属柱で前記セラミック基板両面の前記金属回路板を接続したセラミック回路基板であって、前記貫通孔の内壁面と前記金属柱の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、前記セラミック基板の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミック回路基板は、前記金属回路板が前記セラミック基板の両面にロウ材または活性金属ロウ材を介して取着されており、前記金属柱が前記ロウ材を介して前記金属回路板と接合されていることを特徴とするものである。
また、本発明のセラミック回路基板は、前記金属柱が、前記セラミック基板の厚みよりも長いことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の両面に取着されている金属回路板をセラミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとんどなく、比抵抗が３μΩ・ｃｍ以下の銅もしくはアルミニウムから成る金属柱を介して電気的に接続したことから金属回路板及び金属柱に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属柱で抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、その結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【０００９】
また本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の貫通孔の内壁面と金属柱の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることから、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板と金属柱との間に両者の熱膨張係数の差によって金属柱の外壁面が膨張し広がったとしてもその膨張は前記空間に吸収されて金属柱の外壁面が貫通孔の内壁面を押し広げてセラミック基板にクラックや割れを発生させることは無く、その結果、セラミック回路基板を長期間にわたって正常、かつ安定に使用することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明のセラミック回路基板の一実施例を示し、１はセラミック基板、２はメタライズ金属層、３は金属回路板である。
【００１１】
前記セラミック基板１は四角形状をなし、一部に厚み方向に貫通する貫通孔４が形成されており、該貫通孔４内には金属柱５が挿着されている。
【００１２】
また前記セラミック基板１はその上下両面にメタライズ金属層２が被着されており、該メタライズ金属層２には金属回路板３がロウ付けされている。
【００１３】
前記セラミック基板１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質燒結体等の電気絶縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、貫通孔４となる孔を有する所定形状に形成するとともに高温（約１６００℃）で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形機によって貫通孔４となる孔を有した所定形状に形成し、しかる後、前記形成体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１４】
前記セラミック基板１は金属回路板３を支持する支持部材として作用し、その上下両面にメタライズ金属層２が所定パターンに被着形成されており、該セラミック基板１の上下両面に被着されているメタライズ金属層２には所定パターンの金属回路板３がロウ付けされている。
【００１５】
前記メタライズ金属層２は金属回路板３をセラミック基板１にロウ付けする際の下地金属層として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属材料より成り、例えば、タングステン粉末に適当な有機バインダー、可塑材、溶剤を添加混合して得た金属ペーストを焼成によってセラミック基板１となるセラミックグリーンシート（セラミック生シート）の上下両面に予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによってセラミック基板１の上下両面に所定パターン、所定厚みに被着される。
【００１６】
なお、前記メタライズ金属層２はその表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと、メタライズ金属層２の酸化腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ金属層２と金属回路板３とのロウ付けを極めて強固となすことができる。従って、前記メタライズ金属層２の酸化腐蝕を有効に防止し、メタライズ金属層２と金属回路板３とのロウ付けを強固となすにはメタライズ金属層２の表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１７】
前記セラミック基板１の上下両面に被着されているメタライズ金属層２には金属回路板３がセラミック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐようにしてロウ材を介して取着されている。
【００１８】
前記金属回路板３は銅もしくはアルミニウムから成り、セラミック基板１の上下両面に被着形成されているメタライズ金属層２上に銀ロウもしくはアルミニウムロウ等のロウ材を介して取着される。
【００１９】
なお、前記銅もしくはアルミニウムから成る金属回路板３は、銅もしくはアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが５００μｍで、所定パターン形状に形成される。
【００２０】
また、前記金属回路板３は銅から成る場合はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、メタライズ金属層２へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属回路板３は銅から成る場合はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００２１】
更に前記金属回路板３はその表面にニッケル等から成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、金属回路板３に酸化腐蝕が発生するのを有効に防止することができるとともに金属回路板３と外部電気回路との電気的接続及び金属回路板３への半導体素子等の電子部品の接続を強固となすことができる。従って、前記金属回路板３はその表面にニッケル等から成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００２２】
また更に前記金属回路板３の表面にニッケルから成るメッキ層を被着させる場合、内部に燐を８乃至１５重量％含有させてニッケル−燐のアモルファス合金としておくとニッケルから成るメッキ層の表面酸化を良好に防止して半田との濡れ性等を長く維持することができる。従って、前記金属回路板３の表面にニッケルから成るメッキ層を被着させる場合、内部に燐を８乃至１５重量％含有させてニッケル−燐のアモルファス合金としておくことが好ましい。
【００２３】
更にまた、前記金属回路板３の表面にニッケル−燐のアモルファス合金からなるメッキ層を被着させる場合、ニッケルに対する燐の含有量が８重量％未満、あるいは１５重量％を超えるとニッケル−燐のアモルファス合金を形成するのが困難となってメッキ層に半田を強固に接着させることができなくなる危険性がある。従って、前記金属回路板３の表面にニッケル−燐のアモルファス合金からなるメッキ層を被着させる場合にはニッケルに対する燐の含有量を８乃至１５重量％の範囲としておくことが好ましく、好適には１０乃至１５重量％の範囲がよい。
【００２４】
また、前記金属回路板３の表面に被着されるニッケルから成るメッキ層は、その厚みが１．５μｍ未満の場合、金属回路板３の表面をニッケルから成るメッキ層で完全に被覆することができず、金属回路板３の酸化腐蝕を有効に防止することができなくなる危険性があり、また３μｍを超えるとニッケルから成るメッキ層の内部に内在する内在応力が大きくなってセラミック基板１に反りや割れ等が発生してしまう。特にセラミック基板１の厚さが７００μｍ以下の薄いものになった場合にはこのセラミック基板１の反りや割れ等が顕著となってしまう。従って、前記金属回路板３の表面に被着されるニッケルから成るメッキ層はその厚みを１．５μｍ乃至３μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
また更に、前記セラミック基板１に被着されたメタライズ金属層２への金属回路板３のロウ付けは、メタライズ金属層２上に金属回路板３を、間に、例えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリコン：１２重量％）等から成るロウ材を挟んで載置させ、しかる後、金属回路板３に３０乃至１００ｇ／ｃｍ²の荷重を加えた状態で真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約６００℃）に加熱処理し、ロウ材を溶融せしめ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層２と金属回路板３とを接合させることによって行われる。
【００２６】
前記金属回路板３がロウ付けされたセラミック基板１はまた貫通孔４の内部に金属柱５が配置されており、該金属柱５はセラミック基板1の上下両面のロウ付けされている金属回路板３間を電気的に接続する作用をなす。
【００２７】
前記金属柱５は比抵抗が３μΩ・ｃｍ以下と非常に小さい良導電性の銅（１．７２μΩ・ｃｍ）もしくはアルミニウム（２．６５μΩ・ｃｍ）により形成されており、金属柱５の比抵抗が小さい、即ち、金属柱５の導通抵抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２８】
前記金属柱５は、例えば、銅もしくはアルミニウムのインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法、引き抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって円柱状に形成し、その後金属柱の上下両端面に、例えば、銅の場合には銀ロウ材もしくはアルミニウムの場合にはアルミニウムロウ材等のロウ材を被着させて製作され、セラミック基板１に設けられた貫通孔４内に、両端面をセラミック基板１の上下両面に取着されている金属回路板３に前記ロウ材を介して接合された状態で配置される。
【００２９】
なお、前記金属柱５は銅から成る場合にはこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、金属回路板３へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属柱５は銅から成る場合にはこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００３０】
また前記金属柱５はその径が２００μｍ未満となると金属柱５の導通抵抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた場合抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従って、前記金属柱５はその径を２００μm以上、好適には３５０μm以上としておくこことがよい。特に金属柱５の径を３５０μm以上としておくと金属柱５に２０Ａを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発生することはなく、これによって金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００３１】
更に本発明においてはセラミック基板１の貫通孔４の内壁面と金属柱５の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板１の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることが重要である。
【００３２】
前記セラミック基板１の貫通孔４内壁面と金属柱５の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板１の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることから、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板１と金属柱５との間に両者の熱膨張係数の差によって金属柱５の外壁面が膨張し広がったとしてもその膨張は前記空間に吸収されて金属柱５の外壁面が貫通孔４の内壁面を押し広げてセラミック基板１にクラックや割れを発生させることは無く、その結果、セラミック回路基板を長期間にわたって正常、かつ安定に使用することが可能となる。
【００３３】
なお、前記セラミック基板１の貫通孔４内壁面と金属柱５外壁面との間の長さは３０μｍ未満の場合、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板１と金属柱５との熱膨張係数の差によって膨張した金属柱５の外壁面がセラミック基板１の貫通孔４内壁面を押し広げてセラミック基板１にクラックや割れが発生してしまい、また２００μｍを超えた場合は、セラミック基板１の貫通孔４に金属柱５を挿着する際、金属柱５が傾いたり倒れたりすることによって金属回路板３と確実、強固な接合が困難となり、金属回路板属３と金属柱５との間の導通抵抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた時に抵抗発熱により多量の熱が発生し金属回路板３上に接着固定される半導体素子等の電子部品に誤動作を招来させてしまう。従って、前記セラミック基板１の貫通孔４の内壁面と金属柱５の外壁面との間の空間はその長さが３０μｍ乃至２００μｍの範囲に特定される。
【００３４】
かくして、上述のセラミック回路基板によれば、セラミック基板１の上下両面に取着された金属回路板３に半田等の接着材を介して半導体素子等の電子部品を接着固定させるとともに半導体素子等の電子部品の各電極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して金属回路板３に電気的に接続させれば半導体素子等の電子部品はセラミック回路基板に実装され、同時に金属回路板３を外部電気回路に電気的に接続させれば半導体素子等の電子部品は外部電気回路に接続されることとなる。
【００３５】
次に本発明の他の実施例を図２に基づいて説明する。
なお、図中、図１と同一箇所については同一符号が付してある。
【００３６】
図２のセラミック回路基板は、セラミック基板１の上下両面に所定パターンの金属回路板３が活性金属ロウ材６を介して取着されており、同時にセラミック基板１に設けた厚み方向に貫通する貫通孔４内に金属柱５がその両端面をロウ材を介して金属回路板３に取着することによって配置されている。
【００３７】
前記セラミック基板１に設けた貫通孔４内に配置されている金属柱５はその両端が金属回路板３にロウ材を介して取着されており、これによってセラミック基板１の上下両面に取着されている金属回路板３は金属柱５を介して電気的に接続されることとなる。
【００３８】
前記貫通孔４を有するセラミック基板１は、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気絶縁材料で形成されおり、例えば、窒化珪素質焼結体から成る場合、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、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、溶剤を添加混合して泥漿状となすとともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、次に前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに必要に応じて複数枚を積層して成形体となし、しかる後、これを窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気中、１６００乃至２０００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００３９】
また前記セラミック基板１はその上下両面でセラミック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐように金属回路板３が活性金属ロウ材６を介して取着されており、該金属回路板３は銅もしくはアルミニウムから成り、銅もしくはアルミニウムのインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって、例えば、５００μｍの厚みで、所定パターンに形成される。
【００４０】
なお、前記金属回路板３は銅から成る場合はこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅は活性金属ロウ材６を介して取着する際、銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなく活性金属ロウ材６との濡れ性が良好となり、金属回路板３のセラミック基板１への活性金属ロウ材６を介しての取着接合が強固となる。従って、前記金属回路板３は銅から成る場合はこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００４１】
また前記セラミック基板１は貫通孔４内部に金属柱５が配置されており、該金属柱５はセラミック基板1の上下両面のロウ付けされている金属回路板３間を電気的に接続する作用をなす。
【００４２】
前記金属柱５は比抵抗が３μΩ・ｃｍ以下と非常に小さい良導電性の銅（１．７２μΩ・ｃｍ）もしくはアルミニウム（２．６５μΩ・ｃｍ）により形成されており、金属柱５の比抵抗が小さい、即ち、金属柱５の導通抵抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００４３】
前記金属柱５は、例えば、銅もしくはアルミニウムのインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法、引き抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって円柱状に形成し、その後金属柱の上下両端面に、例えば、銅の場合には銀ロウ材もしくはアルミニウムの場合にはアルミニウムロウ材等のロウ材を被着させて製作され、セラミック基板１に設けられた貫通孔４内に、両端面をセラミック基板１の上下両面に取着されている金属回路板３に前記ロウ材を介して接合された状態で配置される。
【００４４】
なお、前記金属柱５は銅から成る場合にはこれを無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、金属回路板３へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属柱５は銅から成る場合にはこれを無酸素銅で形成しておくことが好ましい。
【００４５】
また前記金属柱５はその径が２００μｍ未満となると金属柱５の導通抵抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた場合抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従って、前記金属柱５はその径を２００μm以上、好適には３５０μm以上としておくこことがよい。特に金属柱５の径を３５０μm以上としておくと金属柱５に２０Ａを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発生することはなく、これによって金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００４６】
更に前記金属回路板３は活性金属ロウ材６を使用することによってメタライズ金属層を不要としてセラミック基板１の上下両面にロウ付け取着されており、該活性金属ロウ材６としては金属回路板３が銅で形成されている場合は銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２乃至５重量％添加させたものが、また金属回路板３がアルミニウムで形成されている場合はアルミニウム−シリコン共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２乃至５重量％添加させたものが好適に使用される。
【００４７】
前記活性金属ロウ材６を使用しての金属回路板３の貫通孔４を有するセラミック基板１への取着はまず、例えば、金属回路板３が銅から成る場合は銀−銅共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２乃至５重量％添加させたもの、またアルミニウムから成る場合はにアルミニウム−シリコン共晶合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２乃至５重量％添加させたものに有機溶剤、溶媒を混合して活性金属ロウ材ペーストを作成し、次にセラミック基板１の上下両面に前記活性金属ロウ材ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって所定パターンに印刷塗布し、次に前記セラミック基板１の貫通孔４内に金属柱５を挿入配置させるとともにセラミック基板１の上下両面に印刷塗布されている活性金属ロウ材ペースト上に金属回路板３を載置させ、しかる後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中、所定温度（銅の場合は約９００℃、アルミニウムの場合は約６００℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材６及び金属柱５の両端面に被着されたロウ材を溶融せしめ、該溶融した活性金属ロウ材６及びロウ材でセラミック基板１と金属回路板３及び金属回路板３と金属柱５とを接合させることによって行われる。
【００４８】
かかるセラミック回路基板は上述の実施例と同様、金属柱５の比抵抗が３μΩ・ｃｍ以下と小さい、即ち、金属柱５の導通抵抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００４９】
また本発明においてはセラミック基板１の貫通孔４の内壁面と金属柱５の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板１の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることが重要である。
【００５０】
前記セラミック基板１の貫通孔４内壁面と金属柱５の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板１の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることから、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板１と金属柱５との間に両者の熱膨張係数の差によって金属柱５の外壁面が膨張し広がったとしてもその膨張は前記空間に吸収されて金属柱５の外壁面が貫通孔４の内壁面を押し広げてセラミック基板１にクラックや割れを発生させることは無く、その結果、セラミック回路基板を長期間にわたって正常、かつ安定に使用することが可能となる。
【００５１】
なお、前記セラミック基板１の貫通孔４内壁面と金属柱５外壁面との間の長さは３０μｍ未満の場合、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板１と金属柱５との熱膨張係数の差によって膨張した金属柱５の外壁面がセラミック基板１の貫通孔４内壁面を押し広げてセラミック基板１にクラックや割れが発生してしまい、また２００μｍを超えた場合は、セラミック基板１の貫通孔４に金属柱５を挿着する際、金属柱５が傾いたり倒れたりすることによって金属回路板３と確実、強固な接合が困難となり、金属回路板属３と金属柱５との間の導通抵抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた時に抵抗発熱により多量の熱が発生し金属回路板３上に接着固定される半導体素子等の電子部品に誤動作を招来させてしまう。従って、前記セラミック基板１の貫通孔４の内壁面と金属柱５の外壁面との間の空間はその長さが３０μｍ乃至２００μｍの範囲に特定される。
【００５２】
なお本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の両面に取着されている金属回路板をセラミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとんどなく、比抵抗が３μΩ・ｃｍ以下の銅もしくはアルミニウムから成る金属柱を介して電気的に接続したことから金属回路板及び金属柱に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属柱で抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、その結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５４】
また本発明のセラミック回路基板によれば、セラミック基板の貫通孔の内壁面と金属柱の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、セラミック基板１の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることから、セラミック回路基板に熱が加わった際、セラミック基板と金属柱との間に両者の熱膨張係数の差によって金属柱の外壁面が膨張し広がったとしてもその膨張は前記空間に吸収されて金属柱の外壁面が貫通孔の内壁面を押し広げてセラミック基板にクラックや割れを発生させることは無く、その結果、セラミック回路基板を長期間にわたって正常、かつ安定に使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック回路基板の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明のセラミック回路基板の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・セラミック基板
２・・・・メタライズ金属層
３・・・・金属回路板
４・・・・貫通孔
５・・・・金属柱
６・・・・活性金属ロウ材

Claims

貫通孔を有するセラミック基板の両面に前記貫通孔を塞ぐように銅もしくはアルミニウムから成る金属回路板を取着させるとともに前記貫通孔内に銅もしくはアルミニウムから成る金属柱を配置させ、該金属柱で前記セラミック基板両面の前記金属回路板を接続したセラミック回路基板であって、前記貫通孔の内壁面と前記金属柱の外壁面との間に長さが３０μｍ乃至２００μｍの空間を設け、該空間の上端は、前記セラミック基板の上面よりも上方の高さ位置まで延びていることを特徴とするセラミック回路基板。
前記金属回路板は前記セラミック基板の両面にロウ材または活性金属ロウ材を介して取着されており、前記金属柱は前記ロウ材を介して前記金属回路板と接合されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。
前記金属柱は、前記セラミック基板の厚みよりも長いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセラミック回路基板。