JP7237647B2 - 回路基板および電子装置 - Google Patents

Description

本開示は、金属板が絶縁基板に接合ざれた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等の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銅等の金属材料からなる金属板が接合された回路基板が用いられている。金属板は回路基板における回路導体として機能するとともに、電子部品の搭載用かつ放熱用として機能する。

また、電子部品で発生した熱の放熱性を高めるために、絶縁基板の下面に、金属板よりも厚みの厚い平板状の放熱部材（放熱板）を接合したもの（例えば、特許文献１を参照。）、絶縁基板よりも大きくフィンを有する放熱部材を絶縁基板の下面に接合したものがある（（例えば、特許文献２を参照。）。

国際公開第２０１６/０９８７２３号 特開２００４－０２２９１４号公報

しかしながら、放熱性を高めるために放熱部材を大型化すると、絶縁基板と放熱部材との間に発生する熱応力も大きくなるので、この熱応力によって絶縁基板にクラックが発生して、絶縁基板と放熱部材との接合信頼性が低下してしまう可能性が高くなるものであった。

本開示の１つの態様の回路基板は、絶縁基板と、該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、前記ろう材は、前記第２面から前記溝の内面にかけて凹曲面状のフィレット部を有する。

本開示の１つの態様の回路基板は、絶縁基板と、該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、前記溝の内面のうち、底面および内側の側面のみが前記ろう材によって接合されている。

本開示の１つの態様の回路基板は、絶縁基板と、該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、前記溝の内面のうち、前記絶縁基板の外縁よりも内側の部分のみが前記ろう材によって接合されている。

本開示の１つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板と、該回路基板の前記金属板上に搭載された電子部品とを備える。

本開示の回路基板によれば、放熱部材は上記のような溝を有しており、絶縁基板の第２面と溝の内面とがろう材によって接合されていることから、熱応力が大きくなる絶縁基板の外縁部と放熱部材との間のろう材の厚みが大きくなるので、厚みの厚いろう材によって応力が緩和されて絶縁基板と放熱部材との間の接合信頼性に優れた回路基板となる。

本開示のパワーモジュールによれば、上記構成の回路基板を備えていることから、信頼性が向上した電子装置となる。

回路基板の一例を示す斜視図であり、（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、（ｂ）は絶縁基板の第２面側（下面側）からの斜視図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面図である。 図２（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。 回路基板の他の一例を示す斜視図であり、（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、（ｂ）は絶縁基板の第２面側（下面側）からの斜視図である。 （ａ）は図４に示す回路基板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面図である。 図５（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。 回路基板の他の一例を示す斜視図であり、（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、（ｂ）は絶縁基板の第２面側（下面側）からの斜視図である。 （ａ）は図７に示す回路基板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は下面図である。 図８（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は回路基板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り、（ｃ）は放熱部材の上面図である。 図１０（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は回路基板の他の一例の上面図であり、（ｂ）は放熱部材の上面図である。 （ａ）は図１２（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、（ｂ）は図１２（ａ）のＣ－Ｃ線における断面図である。 （ａ）は図１３（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は図１３（ｂ）のＢ部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は回路基板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り、（ｃ）は放熱部材の上面図である。 電子装置の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図１６に示す電子装置の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。 電子装置の他の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図１８に示す電子装置の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。 電子装置の他の一例を示す断面図である。

本開示の実施形態の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。各図面には、説明の便宜上、ｘｙｚ直交座標を付しており、以下、ｚ方向の正側を上方として上面等の語を用いて説明する場合がある。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は回路基板の一例を示す斜視図であり、図１（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、図１（ｂ）は絶縁基板の第１面側（下面側）からの斜視図である。図２（ａ）は図１に示す回路基板の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、図２（ｃ）は下面図である。図３は図２（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。図４は回路基板の他の一例を示す斜視図であり、図４（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、図４（ｂ）は絶縁基板の第１面側（下面側）からの斜視図である。図５（ａ）は図４に示す回路基板の上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、図５（ｃ）は下面図である。図６は図５（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。図７は回路基板の他の一例を示す斜視図であり、図７（ａ）は絶縁基板の第１面側（上面側）からの斜視図で、図７（ｂ）は絶縁基板の第１面側（下面側）からの斜視図である。図８（ａ）は図７に示す回路基板の上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、図８（ｃ）は下面図である。図９は図８（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。図１０（ａ）は回路基板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り、図１０（ｃ）は放熱部材の上面図である。図１１は図１０（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図である。図１２（ａ）は回路基板の他の一例の上面図であり、図１２（ｂ）は放熱部材の上面図である。図１３（ａ）は図１２（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、図１３（ｂ）は図１２（ａ）のＣ－Ｃ線における断面図である。図１４（ａ）は図１３（ａ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、図１４（ｂ）は図１３（ｂ）のＢ部を拡大して示す断面図である。図１５（ａ）は回路基板の他の一例の上面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図であり、図１５（ｃ）は放熱部材の上面図である。図１６は電子装置の一例を示す斜視図である。図１７（ａ）は図１６に示す電子装置の上面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。図１８は電子装置の他の一例を示す斜視図である。図１９（ａ）は図１８に示す電子装置の上面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。図２０は電子装置の他の一例を示す断面図である。

回路基板１００は、図１～図１５に示す例のように、絶縁基板１と、絶縁基板１の第１面１１にろう材３で接合されている金属板２と、絶縁基板１の第２面１２にろう材３で接合されている放熱部材４とを備えている。放熱部材４は、絶縁基板１に接合されている接合面の平面視の寸法が絶縁基板１よりも大きく、平面透視で絶縁基板１の外縁部と重なる溝４１を有している。そして、絶縁基板１の第２面１２と、放熱部材４の接合面における溝４１より内側の内側領域４２および溝４１の内面とがろう材３によって接合されている。

本開示の回路基板１００によれば、放熱部材４は平面透視で絶縁基板１の外縁部と重なる溝４１を有しており、絶縁基板１の第２面１２と溝４１の内面とがろう材３によって接合されていることから、熱応力が大きくなる絶縁基板１の外縁部と放熱部材４との間のろう材３の厚みが大きくなる。この厚みの厚いろう材３によって絶縁基板１に加わる熱応力が緩和されて絶縁基板１と放熱部材４との間の接合信頼性に優れた回路基板１００となる。絶縁基板１に加わる熱応力は、絶縁基板１と放熱部材４とをろう材３で接合した際、より具体的には、高温でろう材３を溶融させて接合して降温した際に発生する。また、回路基板１００に電子部品２００を搭載して電子装置３００を作動・停止させた際に、電子部品２００の発熱の繰り返しによる昇温・降温の繰り返し時にも繰り返し発生する。例えば、放熱部材４には熱伝導率が大きく低コストである銅（Ｃｕ）を用いて、ろう材３にはセラミック焼結体からなる絶縁基板１に直接接合することができるように活性金属を含む銀－銅（Ａｇ－Ｃｕ）ろうが用いられる。このときろう材３のヤング率は放熱部材４のヤング率より小さく軟質であるので、厚みの厚いろう材３によって応力を緩和することができる。

ここで、図１～図１５に示す例においては、絶縁基板１の第１面１１上面には大きさの大きい金属板２（２１）と小さい金属板２（２２）が接合されている。例えば、このような回路基板１００を用いた電子装置３００では、図１６および図１７に示す例のように、大きさの大きい金属板２（２１）には電子部品２００が搭載され、電子部品２００の電極（不図示）と小さい金属板２（２２）とがボンディングワイヤ２１０で電気的に接続される。

上述したように、放熱部材４の溝４１は平面透視で絶縁基板１の外縁部と重なっている。これは、溝４１は絶縁基板１の外縁に沿った形状であり、溝４１の内側の側面４１ｂは絶縁基板１の外縁よりも内側に位置するということである。言い換えれば、溝４１の内側の内側領域４２は、平面視の大きさが絶縁基板１より小さく、内側領域４２の外縁は絶縁基板１の外縁よりも内側に位置しているということである。回路基板１００の上面図においては、内側領域４２の外縁を破線で示している。

図１～図１５に示す例においては、内側領域４２の外縁は平面透視で金属板２（２１，２２）と重なる位置にある。内側領域４２の外縁（溝４１の内側の側面４１ｂ）の位置がより内側にあると、絶縁基板１の外縁部における応力緩和の効果を高めることができる。しかしながら、内側領域４２の外縁が、絶縁基板１の第１面１１の中央部に位置する大きい金属板２１の外側に位置する小さい金属板２２よりも内側に位置すると、２つの金属板２１，２２の間に熱応力による曲げ応力が集中して絶縁基板１にクラックが発生する可能性が高まる。また、内側領域４２の外縁をより内側にして溝４１の幅が大きくなりすぎると、放熱部材４の剛性が低下して、熱応力によって反りなどの変形が起こりやすくなる。放熱部材４が変形すると外部の冷却器等との熱的な接続が損なわれて、電子装置３００の放熱性が低下する可能性がある。そのため、内側領域４２の外縁（溝４１の内側の側面４１ｂの上端）の位置は絶縁基板１の外縁に近い位置にある金属板２より内側に位置せず、平面透視で金属板２と重なる位置にあるとよい。

図１～図３に示す例の回路基板１００においては、放熱部材４の絶縁基板１に接合されている接合面（上面）とは反対の放熱面（下面）は平坦であり、放熱部材４は全体として平板状である。また、絶縁基板１の第２面１２と放熱部材４とは、内側領域４２および溝４１の内面の全面（底面４１ａ，内側の側面４１ｂ，外側の側面４１ｃ）とがろう材３によって接合されている。溝４１を有さない場合に比較して、絶縁基板１の外縁部の下および絶縁基板１よりも外側において、溝４１の深さの分だけろう材３の厚みが大きくなっている。

これに対して、図４～図６に示す例の回路基板１００においては、絶縁基板１の第２面１２と放熱部材４とは、内側領域４２および溝４１の内面のうちの底面４１ａおよび内側の側面４１ｂとがろう材３によって接合されている。このように、溝４１の内面のうち、底面４１ａおよび内側の側面４１ｂのみがろう材３によって接合されている回路基板１００とすることができる。このようにすると、ろう材３は絶縁基板１から溝４１の底面４１ａにかけてメニスカス形状のフィレット部を有するものとなる。ろう材３のフィレット部、すなわち、ろう材３の側面が凹曲面状であるので、熱応力を分散することができる。図１～図３に示す例の回路基板１００においてもわずかではあるが傾斜したフィレット部が形成されるが、絶縁基板１の第２面１２（下面）と放熱部材４の上面との間の間隔が小さいため、ろう材３のフィレット部（側面）は平坦に近いものとなる。これに対して、絶縁基板１から溝４１の底面４１ａにかけて形成されたフィレット部はある程度の曲率を有する凹曲面となるので、より応力を緩和することができる。図５（ｂ）および図６に示す例のように、ろう材３が溝４１の内側の側面４１ｂおよび底面４１ａの全面に接合されていると、フィレット部が大きくなるので、応力緩和の効果が大きいものとなる。

また、図４～図６に示す例の回路基板１００においては、放熱部材４は、絶縁基板１に接合されている接合面（上面）とは反対の放熱面（下面）にフィン４３が設けられている。円柱状のフィン４３が放熱部材４の下面に配列されている。フィン４３が配列されている領域は、絶縁基板１と重なる部分から絶縁基板１の外縁よりも外側、溝４１よりもさらに少し外側までの領域である。これは、金属板２２上に搭載された電子部品２００で発生した熱が、金属板２２、ろう材３、絶縁基板１、ろう材３、放熱部材４の上面および溝４１の底面４１ａを通って放熱部材４の下面へと厚み方向（ｚ方向）に伝導するとともに、平面方向（ｘｙ方向）にも伝導するためである。放熱部材４にＣｕを用いてろう材３にＡｇ－Ｃｕろうを用いた場合には、溝４１内に熱伝導率の高いろう材３が厚く配置されているので、絶縁基板１より外側の溝４１内まで熱が拡散しながら放熱部材４の下面へ伝導しやすい。溝４１の底面４１ａから放熱部材４の下面への熱伝導の際にさらに外側にも熱が拡散するので、平面透視で溝４１の外側の領域までフィン４３を配置すると放熱効率が向上する。なお、回路基板１００の下面図において溝４１の底面４１ａを破線で示している。

絶縁基板１の第２面１２と放熱部材４とは、内側領域４２および溝４１の内面のうちの絶縁基板１の外縁よりも内側の部分とがろう材３によって接合されている。このように、溝４１の内面のうち、絶縁基板１の外縁よりも内側の部分のみがろう材３によって接合されている回路基板１００とすることができる。さらには、図７～図９に示す例の回路基板１００のように、溝４１の内面のうち内側の側面４１ｂのみがろう材３によって接合されている回路基板１００とすることができる。

絶縁基板１、ろう材３および放熱部材４それぞれの熱膨張係数の差異により発生する熱応力は、接合長さが長いほど大きくなる。従来の溝を有していない放熱部材においては、ろう材が絶縁基板の外側まで広がってもその広がりの大きさは大きくないので、絶縁基板と放熱部材との接合長さは絶縁基板の長さと同程度である。最大の接合長さは、絶縁基板が方形状である場合には対角長さと同程度である。これに対して、溝４１の内面のうち、絶縁基板１の外縁よりも内側の部分のみがろう材３によって接合されている回路基板１００においては、接合長さが絶縁基板１の長さよりも短くなるので熱応力が小さくなる。そのため、絶縁基板１の外縁部にある厚みの厚いろう材３による応力緩和だけでなく、接合長さが短いことによる熱応力そのものの大きさが小さくなることで、熱応力によって絶縁基板１にクラックが発生する可能性がより低減される。よって、絶縁基板１と放熱部材４との間の接合信頼性がより優れた回路基板１００となる。このとき、溝４１の内面のうちの内側の側面４１ｂのみがろう材３によって接合されていると、絶縁基板１から溝４１の内面（内側の側面４１ｂ）にかけて形成されるろう材３のフィレット部がより大きい凹曲面となり、フィレット部による応力緩和の効果がより高いものとなる。そのため、絶縁基板１と放熱部材４との間の接合信頼性がさらに優れた回路基板１００となる。

さらには、図７～図９に示す例の回路基板１００における溝４１の外側の側面４１ｃの位置は、図１～図６に示す例の回路基板１００における溝４１の外側の側面４１ｃの位置よりも内側にある。溝４１の内側の側面４１ｂの位置は同じであるので、溝４１の幅が小さくなっている。そのため、上述した溝４１による放熱部材４の剛性低下が抑えられる。また、溝４１の外側の側面４１ｃの位置は、絶縁基板１の外縁より少し外側に位置している。溝４１の外側の側面４１ｃの位置を絶縁基板１の外縁より内側にして、溝４１の幅をより小さくすることもできる。溝４１の外側の側面４１ｃの位置が絶縁基板１の外縁より少し外側であると、ろう材ペーストを用いて絶縁基板１と放熱部材４とを接合する場合に、ろう材ペースト中の有機成分が抜けやすくなる。

図４～図６に示す例の回路基板１００における放熱部材４のフィン４３の形状が円柱であるのに対して、図７～図９に示す例の回路基板１００における放熱部材４のフィン４３の形状は角柱である。最外周は三角柱のフィン４３が配列され、内側には四角柱のフィン４３が配列されている。フィン４３が配列されている領域は、図４～図６に示す例と同様に、溝４１の少し外側までの領域である。溝４１の外側の側面４１ｃの位置が図４～図６に示す例のそれよりも内側であるので、図４～図６に示す例よりもフィン４３が配列されている領域は小さくなっている。これにより回路基板１００全体の大きさがより小型になっている。

図１０および図１１に示す例の回路基板１００においても、絶縁基板１の第２面１２と放熱部材４とは、内側領域４２および溝４１内面のうち内側の側面４１ｂのみがろう材３によって接合されている。図７～図９に示す例の溝４１においては、内側の側面４１ｂおよび外側の側面４１ｃと放熱部材４の上面（接合面）および溝４１の底面４１ａとは直交している。これに対して、図１０および図１１に示す例の溝４１においては、外側の側面４１ｃと放熱部材４の上面（接合面）および底面４１ａとは直交しているが、内側の側面４１ｂと放熱部材４の上面および溝４１の底面４１ａとの間は鈍角になっている。すなわち、内側の側面４１ｂが内側に傾斜している回路基板１００とすることができる。

このような構成の回路基板１００によれば、絶縁基板１の第２面１２の外縁部と放熱部材４の上面との間に位置するろう材３が増えるので、熱応力をより低減することができる。また、放熱部材４のろう材３に接合されている部分の体積が小さくなるので、絶縁基板１に加わる熱応力も低減される。内側の側面４１ｂと内側領域４２の上面とが直交した状態で内側の側面４１ｂを内側にする（内側領域４２を小さくする）ことでも同様の効果は得られるが、内側の側面４１ｂを内側に傾斜させることで以下のような効果も奏するものとなる。すなわち、溝４１と内側領域４２との境界においてろう材３の厚みが急激に変化しないので、熱応力も急激に変化せず、絶縁基板１に応力が集中し難くなる。また、溝４１の幅は大きくなるが、溝４１の開口幅だけが大きくなり底面４１ａの幅は同じであるので、溝４１による放熱部材４の剛性低下が抑えられる。なお、放熱部材４の上面図において絶縁基板１の外縁の位置を破線で示している。このような効果は、図１０および図１１に示す例のように、ろう材３が溝４１の内面のうちの内側の側面４１ｂのみと接合されている場合に限られるものではない。このような効果は、ろう材３が内側の側面４１ｂおよび底面４１ａと接合されている場合、溝４１の内面の全て（底面４１ａ、内側の側面４１ｂおよび外側の側面４１ｃ）と接合されている場合も同様に奏するものである。

図１２～図１４に示す例の回路基板１００における放熱部材４の溝４１は、図７～図９に示す例と同様に、内側の側面４１ｂおよび外側の側面４１ｃと放熱部材４の上面（接合面）および溝４１の底面４１ａとは直交している。しかしながら、図７～図９に示す例の放熱部材４の内側領域４２の平面視の形状よりも角の丸みが大きい。これにより平面視で枠形状の溝４１の幅は、角部において大きくなっている。そして、平面透視において絶縁基板１の外縁から放熱部材４の内側領域４２の外縁までの距離は、絶縁基板１および内側領域４２の角部における距離は絶縁基板１および内側領域４２の辺部における距離よりも大きい。このように、絶縁基板１の外縁と内側領域４２の外縁との距離が絶縁基板１の角部において他の部分よりも大きい回路基板１００とすることができる。

図１２（ａ）におけるＢ－Ｂ線は絶縁基板１および内側領域４２の辺部を通っており、図１２（ａ）におけるＣ－Ｃ線は絶縁基板１および内側領域４２の角部を通っている。Ｂ―Ｂ線における断面図である図１３（ａ）およびその部分拡大図である図１４（ａ）と、Ｃ―Ｃ線における断面図である図１３（ｂ）およびその部分拡大図である図１４（ｂ）とを比較すると、角部における内側の側面４１ｂおよび内側領域４２の外縁は、辺部におけるこれらより内側に位置している。これにより、辺部よりも角部の方が、ろう材３の絶縁基板１の外縁から内側の側面４１ｂまでの間に位置する部分の長さが長く、体積が大きくなっている。このような構成の回路基板１００によれば、絶縁基板１の第２面１２の外縁部のうち加わる熱応力が特に大きくなる角部と放熱部材４の上面との間に位置するろう材３が増えるので、熱応力によって絶縁基板１にクラックが発生する可能性がより低減される。よって、絶縁基板１と放熱部材４との接合信頼性がより優れた回路基板１００となる。このような効果は、ろう材３が内側の側面４１ｂおよび底面４１ａと接合されている場合、溝４１の内面の全て（底面４１ａ、内側の側面４１ｂおよび外側の側面４１ｃ）と接合されている場合も同様に奏するものである。

図１５に示す例の回路基板１００における放熱部材４の溝４１は、上記の図１０および図１１に示す例における溝４１の形状と図１２～図１４に示す例の溝４１の形状とを組み合わせた形状を有している。溝４１の内側の側面４１ｂが内側に傾斜しており、かつ絶縁基板１の外縁と放熱部材４の内側領域４２の外縁との距離が絶縁基板１の角部において他の部分よりも大きい回路基板１００である。溝４１の内側の側面４１ｂが内側に傾斜していることによる上記のような効果と、角部における絶縁基板１の外縁と内側領域４２の外縁との距離が大きいことによる上記のような効果の両方を奏するものとなる。そのため、熱応力によって絶縁基板１にクラックが発生する可能性がより一層低減され、絶縁基板１と放熱部材４との接合信頼性がより一層優れた回路基板１００となる。

電子装置３００は、図１６および図１７に示す例のように、上述したような回路基板１００と、回路基板１００の金属板２（２１）上に搭載された電子部品２００とを備える。このような電子装置３００によれば、上記構成の回路基板１００を備えていることから、金属板２と絶縁基板１との接合信頼性が向上したものとなる。

図１６および図１７に示す例の電子装置３００における回路基板１００は、図７および図８に示す例の回路基板１００と同じであり、絶縁基板１の上面（第１面１１）に１つの大きい金属板２（２１）と、これを挟むように配置された２つの小さい金属板２（２２）とを備えている。大きい金属板２（２１）に１つの電子部品２００が搭載されており、電子部品２００と小さい金属板２（２２）とは、ボンディングワイヤ２１０等の接続材によって電気的に接続されている。このような例においては、例えば、金属板２１は、電子部品２００の搭載用かつ放熱用として機能し、金属板２２は、電子部品２００を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続するための接続する端子として機能する。電子部品２００で発生した熱は、金属板２（２２）および絶縁基板１を介して絶縁基板１の下面（第２面１２）に接合された放熱部材４に伝導し、放熱部材４から外部へ放熱される。つまり、放熱部材４は、電子部品２００で発生した熱を電子装置３００外に放出する機能を有する。これによって、電子装置３００としての放熱性が向上し、電子部品２００の長期の作動信頼性が向上する。

図１８および図１９に示す例の電子装置３０１は、図１６および図１７に示す例の電子装置３００が、電子部品２００および絶縁基板１の上から放熱部材４の溝４１内にかけて封止樹脂２２０で覆われて、電子部品２００が封止されているものである。端子として機能する金属板２（２２）は、その一部が絶縁基板１からはみ出す形状となっており、封止樹脂２２０からもはみ出している。これによって、端子として機能する金属板２（２２）と外部の電気回路との電気的に接続が容易に可能となっている。また、この例における回路基板１００においては、絶縁基板１と放熱部材４とは、溝４１の内面のうち内側の側面４１ｂのみがろう材３によって接合されている。そして封止樹脂２２０は、溝４１内に入り込み、絶縁基板１の外縁部およびその下のろう材３の下に入り込んでいる。そのため、封止樹脂２２０が回路基板１００から剥がれ難く、封止信頼性の高い電子装置３０１となる。

図２０に示す例の電子装置３０２は、封止樹脂２２０によって電子部品２００が封止されている点では図１８および図１９に示す例の電子装置３０１と同じであるが、封止樹脂２２０の適用形態が異なっている。この例では、放熱部材４の上面に、絶縁基板１、金属板２および電子部品２００等を取り囲む枠体２３０が取り付けられている。この枠体２３０の内部と放熱部材４とで囲まれた内側空間に封止樹脂２２０が充填されて電子部品２００等が封止されている。枠体２３０は内側空間から外部へ導出されたリード端子２３１を備えている。そして、リード端子２３１の内側空間内の端部と回路基板１００の金属板２（２２）とがボンディングワイヤ２１０で接続されている。これにより、電子部品２００と外部の電気回路とが電気的に接続可能となっている。冷却器２４０は内部に流路２４１を有しており、放熱部材４のフィン４３は流路２４１内に位置し、流路２４１内の冷媒流体によって冷却される。冷媒流体は、例えば空気等の気体あるいは水などの液体を用いることができる。また、放熱部材４は冷却器２４０に接続固定されている。放熱部材４は貫通孔４４内に挿入されたねじ（ボルト）２４２で冷却器２４０に固定されている。放熱部材４と冷却器２４０との間には冷媒流体が漏れないようにパッキンを設けることができる。

図１８～図２０に示す例のように、電子部品２００、金属板２および絶縁基板１を覆う封止樹脂２２０を備える電子装置３０１，３０２とすることができる。封止樹脂２２０によって電子部品２００の耐環境性が向上し、また隣接する金属板２１，２２間の絶縁性が向上したものとなる。

絶縁基板１は、回路基板１００において、金属板２を固定して支持するための基体部分である。また、絶縁基板１は、絶縁基板１の上面における金属板２１と金属板２２あるいは絶縁基板１の第１面１１（上面）の金属板２（２１，２２）と絶縁基板１の第２面１２（下面）の放熱部材４とを互いに電気的に絶縁させるための絶縁部材として機能する。

絶縁基板１は、セラミック焼結体からなり、高い機械的強度および高い伝熱特性（冷却特性）などの特性を有するものがよい。セラミック焼結体としては、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体および炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体などを用いることができる。本開示の回路基板１００のように大型の放熱部材４が接合される場合には、絶縁基板１として強度の高い窒化珪素を用いるとより信頼性の高いものとなる。絶縁基板１は、例えば、縦が１０～５００ｍｍ、横が１０～５００ｍｍの方形状で、厚さが０．２～３．０ｍｍの板状のものを用いることができる。ここでいう方形状とは、厳密な方形だけでなく、例えば図１および図２に示す例のように角部を面取りしたものあるいは丸めたものを含むことを意味している。このような絶縁基板１は、公知の製造方法によって製造することができ、例えば、窒化ケイ素粉末に焼結助剤等を添加した原料粉末に有機バインダー等を加えて混練して、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。

金属板２は、上述したように、電子装置３００，３０１，３０２において、電子部品２００が搭載され、電子部品２００を外部電気回路に電気的に接続するための回路導体として、あるいは電子部品２００に発生する熱を放熱する機能する。そのため、その大きさや形状は特に定まったものはなく、電子装置３００，３０１，３０２における配線設計に応じて設定されるものである。金属板２の厚みは、電気抵抗や強度、放熱性を考慮して、例えば、０．２ｍｍ～２．０ｍｍに設定することができる。また、金属板２の数および配置もまた図１および図２に示す例に限られるものではない。

金属板２は、例えば銅（Ｃｕ）または銅合金等の金属材料によって形成されている。いわゆる９９％以上の純銅であると電気抵抗が小さく、熱伝導性にも優れている。また金属板２の成分として酸素が含有される場合には、金属板２における含有量が少ない方が、ボンディングワイヤ２１０と金属板２との接合強度の向上に関して有利である。

金属板２は、ろう材３によって絶縁基板１に接合（ろう付け）されている。ろう材３としては、例えば、銀―銅（Ａｇ－Ｃｕ）合金ろうに、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の活性金属を含む活性金属ろうを用いることができる。

金属板２は、打ち抜き加工等であらかじめ所定形状に加工したものをろう付けしてもよいし、絶縁基板１と同程度の大きさの金属素板を絶縁基板１にろう付けした後にエッチング等で所定形状の金属板２に加工してもよい。絶縁基板１に上記ろう材を含むろう材ペーストを塗布し、その上に金属板２（金属素板）を載置して加圧した状態で加熱することによってろう付けされる。このときのろう材ペーストはスクリーン印刷等で塗布することができるが、絶縁基板１の全面にろう材ペーストを塗布してもよいし、所定形状に塗布してもよい。絶縁基板１の全面に塗布する場合は、金属板２（金属素板）をろう付けした後に、エッチング等によって金属板２間の不要な部分を除去すればよい。

放熱部材４は、金属板２と同様に熱伝導性に優れている金属材料で形成されている。金属板２がＣｕからなる場合であれば、放熱部材４もＣｕからなるものとすることができる。金属板２と放熱部材４とが同じ材料であると、ろう材３の種類や加熱温度等の接合条件を同じにすることができるので、金属板２と放熱部材４とを同時に絶縁基板１に接合することができる。また、例えば、放熱部材４がＣｕからなり、ろう材３がＪＩＳ規格の銀ろう材であるＢＡｇ－８に活性金属を含ませたものである場合には、ろう材３は放熱部材４のＣｕよりヤング率の小さいＡｇが主成分であるので、放熱部材４よりもろう材３の方が軟質になり、上記のような効果を奏するものとなる。

放熱部材４は、図１および図２に示す例のような平板状である場合は、平面視形状が上記絶縁基板１よりも大きい板状のものであり、その寸法は絶縁基板１の寸法および放熱部材４を接続する冷却器２４０等の外部装置等に応じて設定することができる。

放熱部材４が図４～図１５に示す例のようにフィン４３を有している場合は、この平板状のものの下面にフィン４３が立設された形状となる。フィン４３の形状は、図４および図５に示す例のような円柱状、図７および図８に示す例のような角柱状等の柱状以外に、板状のものであってもよい。フィン４３の形状、寸法および配置は必要とされる冷却性能等に応じて設定される。

図１～図１５に示す例の放熱部材４は四隅に貫通孔４４を有しているが、貫通孔４４は必ずしも必要ではない。また、貫通孔４４内にねじ切りをしておき、外部の冷却器２４０等をねじ２４２で放熱部材４に固定することもできる。

金属板２（２１，２２）および放熱部材４の表面には、その表面の保護のため、あるいはろう材３またはボンディングワイヤ２１０等の接合性の向上のためにめっき層をもうけてもよい。めっき層は、パラジウム、ニッケル、銀等の金属めっき層とすることができる。

なお、回路基板１００は、放熱部材４を除いた部分をあらかじめ作製して、放熱部材４を後から接合して作製することもできる。また、この場合の放熱部材４を除いた部分は、いわゆる多数個取りの形態で作製してこれを分割することで作製することもできる。

上記のような回路基板１００に電子部品２００を搭載することで、図１６～図２０に示す例のような電子装置３００，３０１，３０２となる。電子装置３００等は、例えば、自動車などに用いられ、ＥＣＵ（engine control unit）およびパワーアシストハンドル、モータドライブなどの各種制御ユニットに使用される。電子装置３００等は、このような車載の制御ユニットに限られるものではなく、例えば、その他の各種インバータ制御回路、電力制御回路、パワーコンディショナー等に用いられる。電子部品２００の数、大きさおよび搭載位置等については、図１６～図２０に示す例に限られるものではない。

電子部品２００は、例えばパワー半導体であり、上記のような各種制御ユニットにおいて、電力制御のために用いられる。例えばＳｉを用いたＭＯＳ－ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor－Field Effect Transistor）やＩＧＢＴといったトランジスタ、あるいはＳｉＣやＧａＮを用いたパワー素子があげられる。

電子部品２００は、不図示の接合材によって回路基板１００の金属板２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を用いることができる。

ボンディングワイヤ２１０は、電子部品２００の端子電極（不図示）と金属板２とを電気的に接続する、接続部材である。ボンディングワイヤ２１０としては、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。

封止樹脂２２０には、熱伝導性、絶縁性、耐環境性および封止性の点から、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。

枠体２３０は、樹脂材料、金属材料またはこれらの混合材料からなり、放熱部材４により一方の開口が塞がれて絶縁基板１、金属板２および電子部品２００等を収納する内側空間を形成している。枠体２３０に用いられる材料としては、放熱性、耐熱性、耐環境性および軽量性の点から、銅、アルミニウムなどの金属材料またはポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）などの樹脂材料を使用することができる。樹脂材料の場合には、ガラス繊維等を添加して繊維強化樹脂として機械的強度を向上させたものを用いることができる。

リード端子２３１は、内側空間から枠体２３０を貫通して外部へ導出するように取り付けられている、導電性の端子である。このリード端子２３１の内側空間側の端部は回路基板１００の金属板２と電気的に接続され、外部側の端部は外部の電気回路（図示せず）または電源装置（図示せず）などと電気的に接続される。このリード端子２３１は、導電性端子に用いられる各種の金属材料は、例えばＣｕおよびＣｕ合金、ＡｌおよびＡｌ合金、ＦｅおよびＦｅ合金、ステンレススチール（ＳＵＳ）等を用いることができる。

枠体２３０が金属材料である場合には、リード端子２３１間の絶縁性を確保するために、リード端子２３１と枠体２３０との間は絶縁体を介在させる。この絶縁体は、例えば、ガラスあるいは樹脂からなり、リード端子２３１と枠体２３０との接合材を兼ねることができる。枠体２３０が上記のような絶縁性の樹脂材料からなる場合には、枠体２３０を成型する際にリード端子２３１と一体的に成型することができる。

冷却器２４０は金属等のブロック体に水等の冷媒流体を通過させる流路を設けたものである。例えば、冷却器２４０は冷媒流体の流入口および流出口を備え、外部の循環装置等に接続され、放熱部材４から冷媒流体に伝導した熱は冷却器２４０の外部へ放出される。このような冷却器２４０は、図１６～図１９に示す例の電子装置３００，３０１にも適用することができる。また、図１および図２に示す例のような平板状の放熱部材４を有する回路基板１００を備える電子装置にも適用することもできる。

なお、回路基板１００および電子装置３００等は、上記実施形態に記載された例に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々の変更は可能である。

１・・・絶縁基板
１１・・・第１面
１２・・・第２面
２（２１，２２，２３）・・・金属板
３・・・ろう材
４・・・放熱部材
４１・・・溝
４１ａ・・・底面
４１ｂ・・・内側の側面
４１ｃ・・・外側の側面
４２・・・内側領域
４３・・・フィン
４４・・・貫通孔
１００・・・回路基板
２００・・・電子部品
２１０・・・ボンディングワイヤ
２２０・・・封止樹脂
２３０・・・枠体
２３１・・・リード端子
２４０・・・冷却器
２４１・・・流路
２４２・・・ねじ（ボルト）
３００，３０１，３０２・・・電子装置

Claims (8)

1. 絶縁基板と、
   該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、
   前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、
   前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、
   前記ろう材は、前記第２面から前記溝の内面にかけて凹曲面状のフィレット部を有する回路基板。
2. 絶縁基板と、
   該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、
   前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、
   前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、
   前記溝の内面のうち、底面および内側の側面のみが前記ろう材によって接合されている回路基板。
3. 絶縁基板と、
   該絶縁基板の第１面にろう材で接合されている金属板と、
   前記絶縁基板の第２面にろう材で接合されており、前記絶縁基板に接合されている接合面の平面視の寸法が前記絶縁基板よりも大きく、平面透視で前記絶縁基板の外縁部と重なる溝を有している放熱部材と、を備えており、
   前記絶縁基板の前記第２面と、前記放熱部材の前記接合面における前記溝より内側の内側領域および前記溝の内面とが前記ろう材によって接合されており、
   前記溝の内面のうち、前記絶縁基板の外縁よりも内側の部分のみが前記ろう材によって接合されている回路基板。
4. 前記溝の内面のうち、内側の側面のみが前記ろう材によって接合されている請求項１または３に記載の回路基板。
5. 前記内側の側面は、内側に傾斜している請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回路基板。
6. 前記絶縁基板の外縁と前記内側領域の外縁との距離は前記絶縁基板の角部において他の部分よりも大きい請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回路基板と、
   該回路基板の前記金属板上に搭載された電子部品と、を備える電子装置。
8. 前記電子部品、前記金属板および前記絶縁基板を覆う封止樹脂を備える請求項７に記載の電子装置。

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