JP6777440B2 - 回路基板および電子装置 - Google Patents

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。

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、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に金属板が接合されたものが用いられている。

回路基板の金属板は、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。回路基板に搭載された電子部品が金属板に電気的に接続されて電子装置が作製される。このときに、電子部品は樹脂材料等の被覆材で被覆される。このような電子装置においては、金属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。

また、絶縁基板の下面に他の金属板および他の絶縁基板が順次積層された構造の回路基板も、外部への放熱性の向上等のために用いられるようになってきている（例えば、特許文献１を参照）。

特開2003−86747号公報

上記従来技術の回路基板および電子装置においては、電子部品が電気的に接続される金属板と接地として機能する金属板との絶縁基板を介した絶縁耐圧を高めながら放熱性を向上させることが難しいという問題点があった。すなわち、相対的に熱伝導率の低い絶縁基板の厚みを厚くすることは外部への放熱性を低下させることになるため、上下の金属板間を電気的に絶縁する絶縁基板を厚くできないためである。

本発明の１つの態様の回路基板は、第１金属板が配置された領域を含む上面を有する第１セラミック板と、第２金属板が配置された領域を含む下面を有する第２セラミック板と、凹状の段差部を含んでいるとともに前記第１セラミック板の下面に対向している上面および前記第２セラミック板の上面と対向している下面を有しており、前記第１セラミック板と前記第２セラミック板との間に挟まれて配置された、前記第１金属板および前記第２金属板のいずれよりも厚い第３金属板と、前記第３金属板の上面の段差部に配置されており、平面透視において前記第１金属板と重なる部分を含む誘電体層とを備え、前記第１セラミック板が平面透視で前記段差部から該第１セラミック板の上面にかけて貫通している開口部を有しており、該開口部が第１金属板と部分的に重なっていることを特徴とする。

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、前記第１金属板上に搭載された電子部品と、該電子部品から前記第２セラミック板の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂とを備えることを特徴とする。

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、放熱性の向上および上下の第１金属板と第３金属板との絶縁耐圧の向上が容易である。すなわち、電子部品から発生する熱は、電子部品が搭載される第１金属板およびその直下の第１セラミック板から段差部周辺の第３金属板の上部を通り、段差部よりも下で第３金属板内を横方向にも広がりながら第２セラミック板に伝わる。そのため、放熱性を効果的に向上させることができる。また、電圧のかかる第１金属板と平面透視において重なる部位には、第１セラミック板に加えて第３金属板の段差部に配置された誘電体層を備えている。そのため、段差部および誘電体層の存在によって絶縁耐圧を高くできる。したがって、回路基板としての放熱性および絶縁耐圧の向上が容易である。

本発明の１つの態様の電子装置によれば、放熱性および絶縁耐圧が高く、搭載された電子部品を被覆しているモールド樹脂と回路基板との剥がれ等が抑制された、電子部品の封止の信頼性が高い電子装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｃ）は本発明の実施形態の電子装置を示す断面図である。 （ａ）は図１（ｂ）の要部を拡大して示す拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す拡大断面図である。 （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Ａ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の他の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板のさらに他の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は、図１に示す回路基板の他の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

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。

図１（ａ）は本発明の実施形態の回路基板20に電子部品６を実装した実装体（符号なし）を示す平面図（透視図）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）は図１（ａ）に示す実装体をモールド樹脂８で覆った電子装置30を示す断面図である。図２（ａ）は図１（ｂ）の要部（Ｃ部）を拡大して示す拡大断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の変形例を示す拡大断面図である。

以下に説明する回路基板20は、電子部品６の外部電気回路との電気的な接続用の導電路および放熱用の伝熱路等を構成する複数の金属部分と、複数の金属部分同士を互いに電気的に絶縁させながら保持する絶縁体部分とを有している。

回路基板20は、絶縁体部分として、それぞれ平板状の第１セラミック板１、第２セラミック板２および誘電体層11を有している。第１セラミック板１の上面に第１金属板３が下面を重ねて配置され、第２セラミック板２の下面に第２金属板４が上面を重ねて配置されている。これらの第１セラミック板１の下面と第２セラミック板２の上面との間に挟まれて、上面に凹状の段差部５ａを有する第３金属板５が配置されている。第３金属板５の上面の段差部５ａに誘電体層11が配置されている。第１金属板３、第２金属板４および第３金属板５が上記の金属部分である。

すなわち、下側から順次積層された、第２金属板４、第２セラミック板２、第３金属板
５と第３金属板５、誘電体層11、第１セラミック板１および第１金属板３によって、実施形態の回路基板20が基本的に構成されている。ただし、誘電体層11は、第３金属板５の上面に段差部５ａが設けられた部分のみにおいて、第３金属板５（段差部５ａの底面）と第１セラミック板１との間に存在している。

第１セラミック板１および第２セラミック板２は、後述するように窒化ケイ素質焼結体等のセラミック材料からなる。また、第１金属板３、第２金属板４および第３金属板５は、後述するように銅等の金属材料からなる。誘電体層11は、後述するように主にシリコーン樹脂等の有機材料から成る。

また、回路基板20の第１金属板３上に電子部品６が搭載されるとともに、電子部品６と第１金属板３とがボンディングワイヤ７等で電気的に接続され、電子部品６から第２セラミック板２の側面にかけてモールド樹脂８で被覆されて電子装置30が製作される。すなわち、本発明の実施形態の電子装置30は、上記構成の回路基板20と、第１金属板３上に搭載された電子部品６と、電子部品６から第１金属板３および第１セラミック板１の上面および第１セラミック板１および第３金属板５の側面を越えて第２セラミック板２の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂８とによって基本的に構成されている。

なお、図１（ｃ）に示す例では、モールド樹脂８は、第２セラミック板２の側面を越えて第２金属板４の側面まで被覆している。言い換えれば、この実施形態の電子装置30においては、第２金属板４の下面のみがモールド樹脂８で被覆されておらず、外部に露出している。

実施形態の回路基板20において、第１金属板３および第２金属板４のいずれよりも第３金属板５の方が厚い。

このような実施形態の回路基板20によれば、上記構成であることから、放熱性の向上および上下の第１金属板３と第３金属板５との絶縁耐圧の向上が容易である。すなわち、電子部品６から発生する熱は電子部品６が搭載される第１金属板３およびその直下の第１セラミック板１から段差部５ａ周辺の第３金属板５の上部を通り、段差部５ａよりも下で第３金属板５内を横方向にも広がりながら第第２セラミック板２に伝わる。そのため、放熱性を効果的に向上させることができる。また、電圧のかかる第１金属板３と平面透視において重なる部位には、第１セラミック板１に加えて第３金属板５の段差部５ａに配置された誘電体層11を備えている。そのため、段差部５ａおよび誘電体層11の存在によって絶縁耐圧を高くできる。したがって、回路基板20としての放熱性および絶縁耐圧の向上が容易である。

また、第１金属板３および第２金属板４に比べて厚く、剛性が比較的大きい第３金属板５が第１セラミック板１と第２セラミック板２との間に配置されているため、回路基板20全体としての剛性の向上と熱膨張係数を高くすることについて有利である。つまり、回路基板20全体の反りの低減に対して有効である。また、比較的厚い第３金属板５の存在によって回路基板20としての全体の（みかけの）熱膨張係数を高くすることもできる。そのため、モールド樹脂８と回路基板20との熱膨張係数の差による熱応力が低減され、モールド樹脂８の剥離の抑制に対して有効である。

したがって、搭載される電子部品６を被覆するモールド樹脂８との間に隙間が生じるような可能性が低減された回路基板20を提供することができる。

また、上記のような実施形態の電子装置30によれば、搭載された電子部品６を被覆しているモールド樹脂８と回路基板20との剥がれ等が抑制された、電子部品６の封止の信頼性
が高い電子装置30を提供することができる。

図１および図２（ａ）に示す例において、第３金属板５は、第１セラミック板１側の主面（上面）の外周部に段差部５ａを有している。段差部５ａは、複数の第１金属板３に対応して（平面透視で第１金属板３と重なる位置に）設けられている。また、段差部５ａには誘電体層11が配置されている。つまり、回路基板20は、第３金属板５の上面の段差部５ａに、平面透視において第１金属板３と重なる部分を含む誘電体層11を有している。

このような段差部５ａがあることで、段差部５ａの高さ（段差部５ａの底面から開口までの距離）の分、第１金属板３と第３金属板５との間の距離が大きくなる。また、絶縁耐圧が比較的高い誘電体層11の介在により絶縁性が向上している。そのため、電子部品６と電気的に接続されて回路導体として機能する第１金属板３と、その下側の第３金属板５との間の絶縁破壊電圧を高めることができる。この場合、平面視（透視）において段差部５ａの誘電体層11が第１金属板３を含む大きさであるため、段差部５ａの側面の上端（段差部５ａの第１セラミック板１との接合縁部分）と第１金属板３の側面との間の距離も十分に大きくなり、絶縁破壊電圧が効果的に高められている。例えば、第２金属板４と第３金属板５は電気的に接続されており、第３金属板は接地導体として機能する。

第１セラミック板１および第２セラミック板２は、電気絶縁材料からなる。電気絶縁材料としては、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が挙げられる。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。

第１セラミック板１および第２セラミック板２が窒化ケイ素質セラミックスのように機械的強度が比較的高いセラミック材料からなる場合には、第１金属板３および第２金属板４等との熱膨張係数差に起因する熱応力による第１セラミック板１および第２セラミック板２におけるクラックの発生等の機械的な破壊の可能性が低減される。

第１セラミック板１および第２セラミック板２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。

第１セラミック板１および第２セラミック板２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、次のような方法で作製することができる。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第１セラミック板１および第２セラミック板２をそれぞれ製作することができる。

第１金属板３は、回路基板20に搭載される電子部品６を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続する導電路の一部として機能する。図１に示す例では、第１セラミック板１の上面に複数の第１金属板３が接合されている。それぞれの第１金属板３は、例えば互いに電気的に独立した回路を形成して、前述したように、電子部品６の異なる電極（図示せず
）がボンディングワイヤ７等によって電気的に接続されている。電子部品６の異なる電極は、例えば大電流用および制御信号用のそれぞれの電極である。

電子部品６の第１金属板３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。あらかじめ第１金属板３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６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６が第１金属板３に接合される。この電子部品６が上記のように第１金属板３に電気的に接続されて、電子部品６の回路基板20に対する搭載が行なわれる。

ボンディングワイヤ７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６に接続され、他方の端部が第１金属板３の所定部位に接続されている。

第１金属板３は、例えば銅またはアルミニウム等の金属材料によって形成されている。また、第１金属板３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。第１金属板３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、第１金属板３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。

第２金属板４は、例えば外部に熱を放散するための放熱材として機能する。例えば、第２金属板４の下面が放熱材（図示せず）に接合されれば、第２金属板４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６の作動に伴って発生するものである。電子部品６で発生した熱が、第１金属板３、第１セラミック板１、第３金属板５および第２セラミック板２を順次伝わって、第２金属板４に伝導される。つまり、この場合には、電子部品６（電子部品６が搭載される第１金属板３）から第２金属板４にかけて、電子部品６で発生する熱を外部に放散する伝熱路が形成される。

また、第２金属板４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、第２金属板４の下面が外部電気回路の所定部位に対向して接合されれば、第２金属板４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、例えば第２金属板４を接地電位とするために行なわれる。

第２金属板４についても、第１金属板３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、第２金属板４は、放熱性または接地電位の安定を考慮すれば、第１金属板３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。

第３金属板５は、第１金属板３および第２金属板４のいずれに対しても、その厚みが大きい。この第３金属板５は、電子部品６（電子部品６が搭載される第１金属板３）から第２金属板４に至る上記伝熱路の一部を形成している。

第１金属板３から第１セラミック板１を通って伝導された熱は、厚みが比較的大きい第３金属板５によって、下方向だけでなく横方向にも効果的に広がりながら伝導される。また、第３金属板５は体積が比較的大きいため熱容量が比較的大きい。また、第３金属板５は、第１金属板３および第２金属板４と同様に銅または銅を主成分とする合金やアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金のように熱伝導率が高い金属材料によって形成されている。したがって、電子部品６で発生した熱が上記伝熱路によって第２金属板４
まで効率よく伝導される。

この場合、第３金属板５が上面に段差部５ａを有し、段差部５ａに誘電体層11が配置されていることによって、第１セラミック１から第３金属板５への熱伝導が妨げられる可能性を考慮する必要がある。そのため、段差部５ａは、例えば、第１金属板３のうち電子部品６が搭載される部分とは平面視で重ならないような位置に設けられる。この構成によれば、電子部品６のすぐ下側で第１金属板３および第１セラミック板１から第３金属板５の上部に効果的に熱が伝導される。

上記構成にしておけば、第１金属板３の電子部品６が搭載される部分を平面透視して含むように第３金属板５の上部が存在していることで、電子部品６で発生した熱が上記伝熱路によって第２金属板４まで効率よく伝導される。また、この放熱性の向上と同時に、段差部５ａに誘電体層11を備えることで、回路基板20としての高い絶縁耐圧を実現できる。

上記のように第１セラミック板１および第１金属板３と第２セラミック板２および第２金属板４との間の熱伝導率が効果的に高められているとともに、段差部５ａの誘電体層11によって高い絶縁耐圧を実現している。これによって、放熱性と絶縁性に優れた電子装置30を製作することが可能な回路基板20とすることができる。また、この回路基板20を備えることによって放熱性に優れた電子装置30とすることができる。

また、第３金属板５は、前述したように、厚みが比較的大きく、それ自体の剛性が比較的大きいため、回路基板20および電子装置30としての剛性を高めて回路基板20を反りにくくする機能を有している。

第３金属板５の厚みは、例えば銅からなる場合であれば、第１金属板３および第２金属板４の厚みのいずれよりも厚い約0.5〜10ｍｍ程度に設定すればよい。なお、第３金属板
５は、第１金属板３および第２金属板４の厚みを合わせた厚みよりも厚いものでもよい。この場合には、実施形態の回路基板20の見かけの熱膨張係数が、仮に窒化ケイ素質焼結体の単板を絶縁基板として使用した場合の回路基板（図示せず）の見かけの熱膨張係数よりも大きくなり、モールド樹脂８の熱膨張係数に近付く。つまり、両者の熱膨張係数の差に起因する応力がより小さくなる。

第３金属板５の上面の段差部５ａについて、その平面視における面積（以下、単に面積ともいう）は、放熱性および剛性の確保を考慮すれば小さい方がよく、絶縁耐圧の向上に対しては大きい方がよい。段差部５ａの面積は、これらの条件および所定の電圧用を考慮して適宜設定すればよい。例えば、回路基板20としての所定の絶縁破壊電圧を得ることができる範囲で、誘電体層11を配置する段差部５ａの面積を小さくするようにしてもよい。

第３金属板５についても、第１金属板３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。また、段差部５ａは、上記のような金属加工で第３金属板５を作製する際に、段差部５ａに相当する切欠き（いわゆるザグリ部等）を設けることで、第３金属板５の上面に設けることができる。具体的な一例として、エッチングまたは研削等の加工で段差部５ａを形成することができる。

複数の第１金属板３および第２金属板４は、第１セラミック板１の上面または第２セラミック板２の下面に、例えばＡｇ−Ｃｕ系のろう材10を介して接合されている。このろう材10は、第１セラミック板１および第２セラミック板２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10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。なお、このろう材10の厚
みは、例えば約５〜100μｍ程度であればよい。

第３金属板５についても、例えば上記と同様のろう材10によって、第１セラミック板１および第２セラミック板２に接合されている。すなわち、第３金属板５の上面と第１セラミック板１の下面とがろう材10を介して接合されているとともに、第３金属板５の下面と第２セラミック板２の上面とがろう材10を介して接合されている。ろう材10による第１セラミック板１および第２セラミック板２と、第１金属板３、第２金属板４および第３金属板５との接合は、例えばこれらの部材を所定の位置関係に合わせるとともにジグ等で仮固定しておき、炉内で所定の温度に加熱することによって行なうことができる。それぞれの部材の接合は、一括して行なうようにしてもよく、いくつかに分けて逐次行なうようにしてもよい。

このような回路基板20およびそれを含む電子装置30は、電車用の電子装置等のより高い絶縁破壊電圧が要求される用途にも、より高い信頼性で使用することができる。段差部５ａは、例えば、第３金属板５の一方に主面（上面になる面）にあらかじめ形成しておいて、この第３金属板５を第１セラミック板１に接合することによって所定の位置に配置することができる。段差部５ａは、例えば、第３金属板５の上面に、エッチング加工、研削ドリル等による機械加工、放電加工等の加工を単独または組み合わて行なうことで形成することができる。この場合に、エッチング加工時のマスク形性等もあわせて行なうようにしてもよい。その後は、前述と同様の方法で回路基板20を製作することができる。また、電子装置30を製作することもできる。

段差部５ａの高さは、第１セラミック板１の厚みに加え、第１金属板３と第３金属板５との間に入る誘電体層11の厚みを厚くして絶縁破壊電圧を高くする上では、高いほどよい。ただし、段差部５ａが高くなると、段差部５ａよりも下側の第３金属板５の厚みが薄くなるため、第３金属板５の熱伝導性の低下、およびこれによる回路基板20および電子装置30の放熱性の低下等の可能性がある。そのため、段差部５ａの高さは、電子装置30の用途（要求される電気特性および放熱性等）、第３金属板５の厚み、第１金属板３を伝送される電流の大きさ、段差部５ａを形成する作業の作業性および経済性等に応じて設定される。

なお、段差部５ａは、上記の実施形態のように第３金属板５の上面の外周に開放された形態（第３金属板５の上面の外周部を段状にする形態）に限定されるものではない。段差部５ａは、例えば図３に示すように、第３金属板５の上面の凹部（くぼみ）によって形成されたものでもよい。図３（ａ）は図１の回路基板20の変形例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る。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

凹状の段差部５ａとした場合には、図１に示したような段差を形成した場合に比べ第３金属板５の剛性が低下しにくい。そのために、反りにくい回路基板20とすることができる。

凹状の段差部５ａの場合は図３（ａ）に示すように、第１セラミック板１の凹状の段差部５ａと重なる位置から第１セラミック板１の上面等の外表面にかけて貫通孔１ａを形成し、貫通孔１ａから段差部５ａ内に誘電体11を入れるようにしてもよい。すなわち、第１セラミック板１が、段差部５ａから第１セラミック板１の外表面にかけて貫通している貫通部（貫通部としては符号なし）として貫通孔１ａを有している回路基板20および電子装置30であってもよい。

また、第１金属板３は、前述したように、電子部品６の互いに異なる電極と接続される
ものを含み、例えば大電流用および制御信号用のそれぞれの電極と電気的に接続されるものを含んでいる。すなわち、複数の第１金属板３は、電子部品６が搭載されるものに加えて、制御信号用のものと、制御信号よりも大きな電流である大電流用のものとを含んでいる。この場合に、段差部５ａおよび誘電体層11は、大電流用の第１金属板３に対応した位置にあるものであってもよい。また、複数の第１金属板３のうち大電流用の第１金属板３については、その全面と平面透視で重なるように段差部５ａが設けられていてもよい。また、大電流用の第１金属板３のみに対応した位置にあるものであってもよい。

大電流用の第１金属板３のみに対応した位置に段差部５ａおよび誘電体層11があるときには、段差部５ａを極力少なくしながら、つまり第３金属板５の伝熱性をより高く確保しながら、第１金属板３と第３金属板５との絶縁破壊電圧を効果的に向上させることができる。

上記の効果に関して、より詳しくは次の通りである。段差部５ａおよび誘電体層11が、出力信号伝送用の配線および電源配線として機能する第１金属板３に対応していれば（これらの第１金属板３を平面透視含む大きさであれば）、段差部５ａおよび誘電体層11によって絶縁破壊電圧を高めることができる。また、電子部品６が搭載されるダイボンド面（複数の第１金属板３のうち電子部品６が搭載されているものの上面等）が接地電位とされているため、電子部品６が接合されている第１金属板３の下側には段差部５ａはなくても構わない。制御用の信号が伝送される第１金属板３についても同様である。したがって、第３金属板５における段差部５ａの個数（平面視において段差部５ａが第３金属板５の上面に占める面積の割合）がより小さく抑えられ、電子部品６から発生した熱は良好に第３金属板５に伝わる。これによって、回路基板20およびそれを含む電子装置30の良好な放熱性を保つことができる。

なお、放熱性の低下をより小さく抑えるためには、図２（ｂ）に示すように、段差部５ａの段差側面を下端から上端に向かって外側に傾けることで、第１金属板３と第３金属板５との間の距離をより大きくすることができる。段差部５ａの側面の傾きの角度（側面が垂直であるときからの傾きの角度）は、例えば45度程度である。

絶縁破壊電圧を高めるために段差部５ａに配置される誘電体層11としては、エポキシ樹脂(絶縁破壊電圧：20ｋＶ／ｍｍ程度)、ポリエチレン樹脂(絶縁破壊電圧：30ｋＶ／ｍｍ
程度)、ポリ塩化ビニル樹脂(絶縁破壊電圧：30ｋＶ／ｍｍ程度)、ポリイミド樹脂(絶縁破壊電圧：20ｋＶ／ｍｍ程度)、シリコーン樹脂(絶縁破壊電圧：25ｋＶ／ｍｍ程度)等を用
いることができる。すなわち、段差部５ａに樹脂材料（誘電体層11）が配置されている。

誘電体層11は、その少なくとも一部が、平面透視において第１金属板３よりも外側に位置している。これによって、平面透視で第１金属板３の側面と、その側面よりも外側に位置している段差部５ａの側面との間に誘電体層11が介在して両者間の絶縁破壊電圧が効果的に向上し、上記の効果が十分に得られる。

このような樹脂製の誘電体層11を用いることで、空気(絶縁破壊電圧：３ｋＶ／ｍｍ程
度)に対して、数倍から10倍程度、絶縁破壊電圧を高めることができるようになる。その
ため、例えば同じ絶縁破壊電圧が要求された場合、段差部５ａの高さを小さく（低く）できるので、放熱性の低下をより小さく抑えることができるようになる。また、同じ放熱性が求められるときには回路基板20等の薄型化にも有効である。なお、樹脂製の誘電体層11は、例えば未硬化で流動性を有する状態のものを回路基板20の側面から段差部５ａに注入し、その後に硬化させることで、段差部５ａ内に充填することができる。

シリコーン樹脂を誘電体層11として使用した場合は、シリコーン樹脂の耐熱性が比較的
高く、ヤング率が小さいため、第３金属板５に大きな応力が加わりにくいので、回路基板20の長期信頼性の向上に対しては有利である。

なお、誘電体層11は、図１〜図３に示す各例では段差部５ａ全体に充填しているが、この充填の範囲、言い換えれば誘電体層11の高さは、所望の絶縁破壊電圧または樹脂材料の充填作業の作業性等の条件に応じて適宜決めればよい。誘電体層11は、段差部５ａの全てに充填されていてもよいが、途中まで充填されて段差部５ａ内に空間を残すものであってもよい。このような空間があると、温度変化による応力が、空間で緩和されやすくなる。

なお、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面には、ニッケルおよび金等のめっき層が被着されていてもよい。めっき層は、例えば、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面から順に被着されたニッケルめっき層および金めっき層によって構成され、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面を全面的に被覆するものである。このめっき層の被着によって、上記のような電子部品６の搭載および外部電気回路に対する接続等をより容易で強固なものとすることができる。

図１〜図３に示す各例において、第３金属板５の側面が、第１金属板３の側面および第２金属板４の側面のいずれに対しても外側に位置している。この場合には、回路基板20としての機械的な破壊に対する信頼性の向上に対してより有利な回路基板20を提供することができる。

すなわち、第１セラミック板１と第１金属板３との接合部分、および第２セラミック板２と第２金属板４との接合部分に加わる応力は、それぞれの材料の熱膨張係数の違いによって回路基板20の中心側よりも外側になるほど大きくなる傾向がある。これに対して、より厚い第３金属板５の側面の方が、より薄い第１金属板３および第２金属板４の側面のいずれよりも外側に位置している。つまり、第１セラミック板１および第２セラミック板２ともに、第１金属板３および第２金属板４がそれぞれに形成されている領域の全域で、第３金属板５の熱膨張および収縮の影響を受け、見かけの熱膨張係数が大きくなる。そのため、第１金属板３および第２金属板４がそれぞれ接合している第１セラミック板１および第２セラミック板２の見かけの熱膨張係数が、第３金属板５の熱膨張係数により近くなる。

したがって、第１セラミック板１および第２セラミック板２について、外周側でも第１金属板３および第２金属板４との接合部分に加わる応力が効果的に低減される。したがって、この応力による第１セラミック板１および第２セラミック板２、ならびにこれらと第１金属板３または第２金属板４との接合部分における機械的な破壊が効果的に抑制される。これによって、例えば回路基板20の温度サイクル信頼性がより高くなる。

また、図１〜図３に示す各例において、第１セラミック板１と第２セラミック板２とが互いに同じ程度の厚みである。このときには、回路基板20の反りがより小さくなるためにモールド樹脂８と回路基板20との熱膨張率の差による剥離がより発生し難くなるとともに反りが小さくなる。そのため、回路基板20（電子装置30）を放熱板（図示せず）にねじ止め等した場合に、例えば第２金属板４等と放熱板とが互いに対向し合う接続部に隙間が発生しにくくなるために、放熱板への伝熱性、つまり外部への熱放散性もより向上する。

なお、第１金属板３の厚みを第２金属板４の厚みよりも大きくしてもよい。このようにすることで、複数の第１金属板３と第２金属板４とによる回路基板20の反りが比較的小さくなる。これらの複数の第１金属板３の厚みは、それぞれの電気伝導性、熱伝導性および回路基板20としての反りの抑制等の条件に応じて、適宜設定されていて構わない。

図４（ａ）は図１に示す回路基板20の変形例を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例では、第１セラミック板１が、第１セラミック板１を厚み方向に貫通する貫通孔１ａを有している。

この貫通孔１ａは、熱膨張に関して第１セラミック板１の実質的な厚みを薄くする薄肉部としての機能を有している。すなわち、例えば第１セラミック板１の厚みが第２セラミック板２よりも大きい場合でも、貫通孔１ａによって第１セラミック板１と第２セラミック板２の熱応力差による変形量の差の増加を抑制して、回路基板20全体の変形（上方向に凸状になること）を抑制できる。

貫通孔１ａは、例えば第１セラミック板１または第１セラミック板１となるセラミックグリーンシートの所定部位に機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等を施すことで形成することができる。

図５（ａ）は図１に示す回路基板20の他の変形例を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例では、第１セラミック板１が薄肉部１ｂを有している。薄肉部１ｂは、図４に示す例における貫通孔１ａが非貫通になった変形例とみなすこともできる。

薄肉部１ｂは、第１セラミック板１の厚みが部分的に他よりも薄くなっている部分であり、例えば、第１セラミック板１の上面にくぼみまたは溝等が設けられた部分である。このような薄肉部１ｂが第１セラミック板１にあるときには、薄肉部１ｂの剛性は厚みが薄い分低いために、第１セラミック板１の剛性は低下する。そのため、仮に互いに同じ基板厚みであれば、第１セラミック板１の剛性は第２セラミック板２の剛性よりも小さくなる。言い換えれば、平面視における面積がより小さい第１金属板３との間で生じる熱応力が比較的小さい第１セラミック板１の剛性が、第２セラミック板２の剛性に比べ小さくなる。これによって、第１金属板３と第２金属板４との平面視における互いの面積の差に伴う熱応力差による変形量の差も小さくなる。したがって、回路基板20全体の、上方向に凸状になる変形を効果的に抑制することができる。

また、第１セラミック板１が薄肉部１ｂを有している場合には、第１セラミック板１の厚みを比較的大きくしたとしても、その厚みの増加によって生じる第１セラミック板１と第２セラミック板２の熱応力差による変形量の差の増加を抑制することができる。つまり、第２金属板４が上方向に凸状に反りやすくなる可能性が効果的に低減される。したがって、第１金属板３と、第２金属板４および第３金属板５のそれぞれとの間の絶縁破壊電圧をより高めることができるとともに、放熱性を効果的に高める上でも有利な回路基板20とすることができる。

薄肉部１ｂは、例えば第１セラミック板１を２層のセラミックグリーンシートの積層で作成する場合には、第１セラミック板１となる上側のセラミックグリーンシートの所定部位に機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等で薄肉部１ｂとなる孔を形成し、下側となるセラミックグリーンシートと密着させ、焼成一体化することで形成することができる。

なお、平面透視で第１金属板３と重ならない位置に第１セラミック板１の薄肉部１ｂおよび貫通孔１ａの少なくとも一方を有するのが望ましい。それによって樹脂モールド後にモールド樹脂８が薄肉部１ｂおよび貫通孔１ａといった被充填部分に充填されやすくなり、モールド樹脂８と回路基板20の密着性が向上し剥離し難くなると共に絶縁性が低下し難くなる。

図６（ａ）は、図１に示す回路基板20の他の変形例を示す平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図６において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図６に示す例は、第１セラミック板１に、凹状の段差部５ａから第１セラミック板１の上面にかけて貫通する開口部１ｃが形成され、開口部１ｃが第１金属板３と部分的に重なっている例である。開口部１ｃは、段差部５ａから第１セラミック板１を厚み方向に貫通している。この例も、第１セラミック板１が、段差部５ａから第１セラミック板１の外表面にかけて貫通している貫通部を有している例である。この例における貫通部は、上記の開口部１ｃである。

このような構造であると、第１金属板３は誘電率の比較的高いセラミックではなく、誘電率の比較的低い誘電体層11と主に接するようになり、誘電率の高いセラミックが第１金属板３と接する面積が低下する。したがって、第１金属板３を伝送される信号の速度が高まり、損失が低下するので第１金属板３を含む回路としての、また電子装置30等としての高周波特性が向上する。

このような開口部１ｃが形成されている場合にも、段差部５ａ内への樹脂材料（誘電体層11となるもの）の充填が容易となる。なお、回路基板20に電子部品６を実装し、電気的に接続した後、シリコーン樹脂等のモールド樹脂８で覆うと同時に段差部５ａに樹脂を充填するようにすると、段差部５ａ内に誘電体層11（絶縁材料）を有する電子装置30製作の工程を短縮することができる。

開口部１ｃは、上記の貫通孔１ａ等と同様の方法で形成することができる。この場合、セラミックグリーンシートの打ち抜く範囲を貫通孔１ａよりも大きくしたり、打ち抜きに用いる金型のパターンまたはレーザの走査範囲を変えたりする。これによって、開口部１ｃに対応した所定の形状および寸法の穴開け加工をセラミックグリーンシートに施せばよい。

誘電体層11は上記の樹脂材料に無機物粒子等のフィラーおよび可塑剤等の添加材が適宜選択されて添加されたものでもよい。これらの添加材によって、例えば誘電体層11の熱膨張係数やヤング率を調整するようにしてもよい。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、第１セラミック板１の薄肉部１ｂや開口部１ｃを電子部品６の搭載部の直下に形成することで熱放散性を向上させることもできる。

また、段差部５ａの高さ方向の全部に誘電体層11が充填されているときに、誘電体層11の内部に空隙（互いに独立した複数の微小な空間等）（図示せず）が含まれていてもよい。この場合には、段差部５ａの高さ方向の途中まで誘電体層11が充填されたときと同様に、温度変化による誘電体層11の変形（膨張）が空隙で吸収され、応力の低減に対しては有効である。

１・・・第１セラミック板
１ａ・・・貫通孔
１ｂ・・・薄肉部
１ｃ・・・開口部
２・・・第２セラミック板
３・・・第１金属板
４・・・第２金属板
５・・・第３金属板
５ａ・・・段差部
６・・・電子部品
７・・・ボンディングワイヤ
８・・・モールド樹脂
10・・・ろう材
11・・・誘電体層
20・・・回路基板
30・・・電子装置

Claims (5)

1. 第１金属板が配置された領域を含む上面を有する第１セラミック板と、
   第２金属板が配置された領域を含む下面を有する第２セラミック板と、
   凹状の段差部を含んでいるとともに前記第１セラミック板の下面に対向している上面および前記第２セラミック板の上面と対向している下面を有しており、前記第１セラミック板と前記第２セラミック板との間に挟まれて配置された、前記第１金属板および前記第２金属板のいずれよりも厚い第３金属板と、
   前記第３金属板の上面の段差部に配置されており、平面透視において前記第１金属板と重なる部分を含む誘電体層とを備え、
   前記第１セラミック板が平面透視で前記段差部から該第１セラミック板の上面にかけて貫通している開口部を有しており、該開口部が第１金属板と部分的に重なっていることを特徴とする回路基板。
2. 前記第１金属板が、制御信号用の第１金属板および制御信号よりも大きな電流である大電流用の第１金属板を含んでおり、
   前記誘電体層は、前記大電流用の第１金属板に対応した位置にあることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第１セラミック板は、平面透視で前記第１金属板と重ならない位置に貫通孔および薄肉部の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
4. 前記誘電体層が、前記段差部から前記開口部内の前記第１セラミック板の上面の高さまで配置されており、前記誘電体層の誘電率が前記第１セラミック板の誘電率よりも低いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回路基板。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の回路基板と、
   前記第１金属板上に搭載された電子部品と、
   該電子部品から前記第２セラミック板の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂とを備えること特徴とする電子装置。

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