JP7446430B2 - 回路基板 - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、回路基板に関する。
従来、パワー半導体素子などの電子部品が搭載される電子装置に用いられる回路基板として、たとえば、セラミック基板の主面に、回路パターンを有する金属板が接合されたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来技術では、電子装置の信頼性を向上させるうえで更なる改善の余地があった。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、電子装置の信頼性を向上させることができる回路基板および回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る回路基板は、平板状のセラミック基板と、前記セラミック基板の一方の主面に接合され、所定の回路パターンを有する金属板と、を備える。また、前記金属板の外周面は、外方に突出する突出部と、前記突出部の両側に設けられる一対の凹面とを有する。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回路基板および回路基板の製造方法の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
従来、パワー半導体素子などの電子部品が搭載される電子装置に用いられる回路基板として、たとえば、セラミック基板の主面に、回路パターンを有する金属板が接合されたものが用いられている。
しかしながら、従来技術では、電子装置の信頼性を向上させるうえで更なる改善の余地があった。たとえば、従来技術では、高電圧が印加された金属板の外周部において電界集中が発生した場合に、セラミック基板が絶縁破壊する恐れがあった。
そこで、上述の問題点を克服し、電子装置の信頼性を向上させることができる技術の実現が期待されている。
＜回路基板の全体構成＞
最初に、実施形態に係る回路基板１の全体構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る回路基板１の全体構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。
最初に、実施形態に係る回路基板１の全体構成について、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る回路基板１の全体構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＡ－Ａ線の矢視断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る回路基板１は、セラミック基板２と、金属板３と、金属板４とを備える。かかる回路基板１は、金属板３、セラミック基板２および金属板４がこの順に積層された構造を有する。
セラミック基板２は、たとえば、平面視で矩形状の平板形状であり、一方の主面であるおもて面２ａと、他方の主面である裏面２ｂとを有する。なお、本開示において、セラミック基板２は平面視で矩形状に限られない。
セラミック基板２を構成するセラミックスとしては、たとえば、アルミナ、シリカ、ムライト、コージエライト、フォルステライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素またはガラスセラミックスなどが適している。そして、セラミック基板２は、熱伝導率が高いという点から、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を主成分として含んでいることが好ましい。
ここで、「窒化珪素を主成分として含んでいる」とは、セラミック基板２が窒化珪素を７０質量％以上含んでいることをいう。セラミック基板２に含まれる窒化珪素が７０質量％以上の場合、セラミック基板２の熱伝導率が高くなることから、回路基板１の放熱性を向上させることができる。
セラミック基板２の厚みは、たとえば、０．１ｍｍ～１ｍｍ程度であり、回路基板１が搭載される電子装置（図示せず）の所定の外形寸法および機械的強度などの条件に応じて適宜設定される。
金属板３は、セラミック基板２のおもて面２ａに接合され、所定の回路パターンを有する。かかる「所定の回路パターン」とは、回路基板１を搭載する電子装置内に構成される電気回路に対応するパターン形状のことである。
図２に示すように、金属板３は、一方の主面である実装面３ａと、他方の主面である接合面３ｂと、外周面３ｃとを有する。実装面３ａは、図示しない電子部品が実装される面であり、接合面３ｂは、セラミック基板２のおもて面２ａにロウ材５を介して接合される面である。
金属板３を構成する金属としては、たとえば、銅、銀、アルミニウムなどを主成分とするものが適している。そして、金属板３は、電気伝導率および熱伝導率が高いという点から、銅を主成分として含んでいることが好ましい。
ここで、「銅を主成分として含んでいる」とは、金属板３が銅を７０質量％以上含んでいることをいう。金属板３に含まれる銅が７０質量％以上の場合、回路基板１に搭載される電子部品に流すことができる許容電流を大きくすることができる。
金属板４は、セラミック基板２の裏面２ｂにロウ材５を介して接合される。金属板４は、たとえば、平面視でセラミック基板２よりも若干小さい矩形状である。金属板４には、金属板３と同様の金属を用いることができる。なお、金属板３および金属板４の形状は、図１および図２の例に限られない。
金属板３および金属板４の厚みは、たとえば、０．３ｍｍ～１ｍｍ程度であり、回路基板１が搭載される電子装置の所定の外形寸法および機械的強度などの条件に応じて適宜設定される。
ロウ材５は、たとえば、銀－銅系もしくは銅系のロウ材で構成される。また、ロウ材５は、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種の活性金属を含んでいるとよい。これにより、セラミック基板２に対する濡れ性が向上することから、金属板３、４をセラミック基板２に強固に接合することができる。
また、ロウ材５は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびオスミウムのうち少なくとも１種の高融点金属を含んでいるとよい。これにより、ロウ材５の形状保持性が向上し、セラミック基板２表面へのロウ材の５の広がりを防止し、絶縁性を向上させることができる。
また、ロウ材５は、インジウムおよびスズのうち少なくとも１種の金属材料を含んでいてもよい。これにより、銀－銅系ロウ材の融点を下げることができることから、回路基板１を製造する際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。ロウ材５の厚みは、たとえば、５μｍ～１００μｍ程度である。
＜実施形態＞
つづいて、実施形態に係る回路基板１の詳細な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図であり、金属板３の外周面３ｃおよびその周辺を拡大した断面図である。
つづいて、実施形態に係る回路基板１の詳細な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、実施形態に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図であり、金属板３の外周面３ｃおよびその周辺を拡大した断面図である。
図３に示すように、金属板３の外周面３ｃは、突出部１１と、一対の凹面１２とを有する。突出部１１は、金属板３の厚み方向における中央部に配置され、外方に突出している。突出部１１の高さは、たとえば、５０μｍ～３００μｍである。
凹面１２は、面の中央部が、面の周辺部の少なくとも一部よりも凹んでいるような形状を有する。一対の凹面１２は、突出部１１よりもセラミック基板２に近い側の凹面１２（以下、凹面１２Ａとも呼称する。）と、突出部１１よりもセラミック基板２から遠い側の凹面１２（以下、凹面１２Ｂとも呼称する。）とで構成される。
凹面１２Ａは、突出部１１を起点としてセラミック基板２に近づく向きに裾が広がるように構成される。凹面１２Ｂは、突出部１１を起点としてセラミック基板２から離れる向きに裾が広がるように構成される。
実施形態では、厚み方向における外周面３ｃの中央部に突出部１１を設けることにより、電子装置の動作時に高電圧が印加された金属板３において、セラミック基板２から離間した突出部１１で電界集中を生じさせることができる。
また、実施形態では、突出部１１の両側に一対の凹面１２を設けることにより、沿面距離を長くすることができる。
すなわち、実施形態では、電子装置の動作時に高電圧が印加された場合でも、セラミック基板２に電界が集中することを抑制できることから、セラミック基板２の絶縁破壊を抑制することができる。したがって、実施形態によれば、回路基板１が搭載された電子装置の信頼性を向上させることができる。
また、実施形態では、電界集中に起因して突出部１１でイオンマイグレーション現象が発生したとしても、下側の凹面１２Ａの分だけ、隣接する金属板３の外周面３ｃまでの沿面距離を延ばすことができる。したがって、実施形態によれば、イオンマイグレーション現象による金属板３同士の短絡を抑制することができる。
また、実施形態では、下側の凹面１２Ａが凹形状を有していることにより、金属板３をロウ材５で接合する際に、かかるロウ材５が実装面３ａまで這い上がることを抑制することができる。
したがって、実施形態によれば、実装面３ａまで這い上がったロウ材５が電子部品と干渉することを抑制できることから、回路基板１に電子部品を容易に実装することができる。
なお、図３に示すような外周面３ｃの断面形状は、金属板３をセラミック基板２に接合する前に、金属板３における両方の主面からウェットエッチングなどの等方性エッチングを略均等に施すことにより形成することができる。
すなわち、実施形態に係る回路基板１は、等方性エッチングで所定の回路パターンに形成された金属板３を、セラミック基板２のおもて面２ａにロウ材５で接合して形成するとよい。
また、実施形態では、ロウ材５の外周面５ａが、凹面１２Ａの裾部１２Ａａと平面視で同じ位置に配置されるとよい。これにより、金属板３の端部が自由端となることを抑制することができる。
したがって、実施形態によれば、ロウ材５の外周面５ａに応力が集中することを抑制できることから、回路基板１の機械的信頼性を向上させることができる。
なお、ロウ材５の外周面３ｃと凹面１２Ａの裾部１２Ａａとを平面視で同じ位置に配置するためには、セラミック基板２のおもて面２ａに金属板３の回路パターンと同じパターンをロウ材５で印刷し、印刷されたロウ材５の上にパターン形成された金属板３を位置合わせすればよい。
また、実施形態では、金属板３とセラミック基板２との間に配置されるロウ材５において、外周部の炭素量および窒素量は、中央部の炭素量および窒素量よりも多くてもよい。ここで、ロウ材５の外周部とは、たとえば、ロウ材５の外周面５ａから１（ｍｍ）以下の領域のことであり、ロウ材５の中央部とは、ロウ材５の外周部よりも中央に位置する領域のことである。
このように、ロウ材５における外周部の炭素量および窒素量を多くすることにより、金属板３をロウ材５で接合する際に、外周部に位置するロウ材５の流動性を低下させることができる。
したがって、実施形態によれば、ロウ材５が凹面１２にはみ出すことを抑制することができることから、ロウ材５が実装面３ａまで這い上がることを抑制することができる。
また、ロウ材５における中央部の炭素量および窒素量を少なくすることにより、ロウ材５を均一に分散させることができる。したがって、実施形態によれば、ロウ材５の熱抵抗を小さくすることができるため、回路基板１の放熱性を高めることができる。また、ロウ材５を均一に分散させることによって、ロウ材５と金属板３およびセラミック基板２との密着強度を高くすることができるため、回路基板１の信頼性を高くすることができる。
なお、本開示において、ロウ材５の炭素量および窒素量は、たとえば、ロウ材５の切断面をＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザ）で分析することにより求めることができる。
＜変形例１＞
つづいて、実施形態の各種変形例について、図４～図１２を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
つづいて、実施形態の各種変形例について、図４～図１２を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
図４は、実施形態の変形例１に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図４に示すように、変形例１では、ロウ材５の外周面５ａが、金属板３の外周面３ｃ（具体的には、凹面１２Ａの裾部１２Ａａ）よりも内側に配置される。
これにより、電界集中が発生する突出部１１とロウ材５との距離を離すことができることから、ロウ材５に起因するイオンマイグレーション現象が突出部１１で発生することを抑制することができる。したがって、変形例１によれば、回路基板１の電気的信頼性を向上させることができる。
なお、ロウ材５の外周面５ａと金属板３の外周面３ｃとの距離は、たとえば、２００μｍ以下であるとよい。これにより、回路基板１の電気的信頼性と機械的信頼性とを両立させることができる。
＜変形例２＞
図５は、実施形態の変形例２に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図４に示すように、変形例２では、ロウ材５の外周面５ａが、金属板３の外周面３ｃにおける凹面１２Ａの裾部１２Ａａよりも外側に配置される。そして、変形例２では、ロウ材５が下側の凹面１２Ａにはみ出して配置される。
図５は、実施形態の変形例２に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図４に示すように、変形例２では、ロウ材５の外周面５ａが、金属板３の外周面３ｃにおける凹面１２Ａの裾部１２Ａａよりも外側に配置される。そして、変形例２では、ロウ材５が下側の凹面１２Ａにはみ出して配置される。
これにより、金属板３において、接合面３ｂだけでなく凹面１２Ａもロウ材５に接触することから、セラミック基板２に対する金属板３の密着力が増加する。したがって、変形例２によれば、回路基板１の機械的信頼性を向上させることができる。
また、変形例２では、金属板３の凹面１２Ａにはみ出して配置されるロウ材５の炭素量および窒素量は、金属板３とセラミック基板２との間に配置されるロウ材５の炭素量および窒素量よりも多くてもよい。
このように、凹面１２Ａにはみ出して配置されるロウ材５の炭素量および窒素量を多くすることにより、金属板３をロウ材５で接合する際に、凹面１２Ａにはみ出したロウ材５の流動性を低下させることができる。
したがって、変形例２によれば、ロウ材５が凹面１２Ｂにはみ出すことを抑制することができることから、ロウ材５が実装面３ａまで這い上がることを抑制することができる。
また、金属板３とセラミック基板２との間に配置されるロウ材５の炭素量および窒素量を少なくすることにより、ロウ材５を均一に分散させることができる。したがって、変形例２によれば、ロウ材５の熱抵抗を小さくすることができるため、回路基板１の放熱性を高めることができる。また、ロウ材５を均一に分散させることによって、ロウ材５と金属板３およびセラミック基板２との密着強度を高くすることができるため、回路基板１の信頼性を高くすることができる。
＜変形例３＞
図６は、実施形態の変形例３に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図６に示すように、変形例３では、凹面１２Ａにはみ出して配置されるロウ材５が、セラミック基板２側よりも突出部１１側のほうが外側に配置される。
図６は、実施形態の変形例３に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図６に示すように、変形例３では、凹面１２Ａにはみ出して配置されるロウ材５が、セラミック基板２側よりも突出部１１側のほうが外側に配置される。
これにより、電子装置の動作時に電界を突出部１１に集中させながら、セラミック基板２に対する金属板３の密着力を増加させることができる。したがって、変形例３によれば、回路基板１の電気的信頼性と機械的信頼性とを両立させることができる。
＜変形例４＞
図７は、実施形態の変形例４に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図７に示すように、変形例４では、ロウ材５が、下側の凹面１２Ａと上側の凹面１２Ｂとの両方にはみ出して配置される。
図７は、実施形態の変形例４に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図７に示すように、変形例４では、ロウ材５が、下側の凹面１２Ａと上側の凹面１２Ｂとの両方にはみ出して配置される。
これにより、金属板３において、接合面３ｂだけでなく凹面１２Ａおよび凹面１２Ｂもロウ材５に接触することから、セラミック基板２に対する金属板３の密着力がさらに増加する。したがって、変形例４によれば、回路基板１の機械的信頼性をさらに向上させることができる。
また、変形例４では、図７に示すように、突出部１１の先端部にはロウ材５が付着しないようにロウ材５を配置するとよい。これにより、先端部に付着したロウ材５で隣接する金属板３との距離が短くなることを抑制することができる。
また、突出部１１の先端部にロウ材５を付着させないことにより、かかるロウ材５に起因するイオンマイグレーション現象が突出部１１で発生することを抑制できる。したがって、変形例４によれば、回路基板１の電気的信頼性を向上させることができる。
＜変形例５＞
図８は、実施形態の変形例５に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図８に示すように、変形例５では、突出部１１が、金属板３の厚み方向における中央部よりもセラミック基板２側（接合面３ｂ側）に配置される。また、変形例５では、上側の凹面１２Ｂの曲率半径が、下側の凹面１２Ａの曲率半径よりも大きい。
図８は、実施形態の変形例５に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図８に示すように、変形例５では、突出部１１が、金属板３の厚み方向における中央部よりもセラミック基板２側（接合面３ｂ側）に配置される。また、変形例５では、上側の凹面１２Ｂの曲率半径が、下側の凹面１２Ａの曲率半径よりも大きい。
これにより、ロウ付け処理後の降温時に金属板３の端部で生じる残留応力を低減することができる。なぜなら、金属板３の端部を図８の構成にすることにより、金属板３の端部に位置する金属の体積自体を少なくすることができるとともに、鉛直上向きに生じる残留応力を斜めに配置される凹面１２Ａで分散させることができるからである。
したがって、変形例５によれば、回路基板１の機械的信頼性を向上させることができる。なお、図８に示すような外周面３ｃの断面形状は、金属板３における両方の主面から等方性エッチングを施す際に、接合面３ｂ側よりも実装面３ａ側をより深くエッチングすることで形成することができる。
＜変形例６＞
図９は、実施形態の変形例６に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図９に示すように、変形例６では、突出部１１が、金属板３の厚み方向における中央部よりも実装面３ａ側に配置される。また、変形例５では、下側の凹面１２Ａの曲率半径が、上側の凹面１２Ｂの曲率半径よりも大きい。
図９は、実施形態の変形例６に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図９に示すように、変形例６では、突出部１１が、金属板３の厚み方向における中央部よりも実装面３ａ側に配置される。また、変形例５では、下側の凹面１２Ａの曲率半径が、上側の凹面１２Ｂの曲率半径よりも大きい。
これにより、電子装置の動作時に高電圧が印加された金属板３において、セラミック基板２からさらに離間した突出部１１で電界集中を生じさせることができるから、セラミック基板２の絶縁破壊をさらに抑制することができる。
また、変形例６では、ロウ材５が突出部１１の先端部まで這い上がることを抑制することができることから、ロウ材５に起因するイオンマイグレーション現象が突出部１１で発生することを抑制することができる。
したがって、変形例６によれば、回路基板１の電気的信頼性をさらに向上させることができる。
＜変形例７＞
図１０は、実施形態の変形例７に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図１０に示すように、変形例７では、金属板３の外周面３ｃが、突出部１１よりもセラミック基板２に近い側と、突出部１１よりもセラミック基板２から遠い側とにそれぞれ別の突出部１３、１４を有する。
図１０は、実施形態の変形例７に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図１０に示すように、変形例７では、金属板３の外周面３ｃが、突出部１１よりもセラミック基板２に近い側と、突出部１１よりもセラミック基板２から遠い側とにそれぞれ別の突出部１３、１４を有する。
かかる別の突出部１３は、凹面１２Ａの裾部１２Ａａに設けられ、別の突出部１４は、凹面１２Ｂの裾部１２Ｂａに設けられる。
これにより、金属板３において接合面３ｂだけでなく凹面１２Ａもロウ材５に接触する際に、凹面１２Ａとロウ材５との接触面積をさらに増加させることができる。したがって、変形例７によれば、セラミック基板２に対する金属板３の密着力がさらに増加することから、回路基板１の機械的信頼性をさらに向上させることができる。
また、変形例７では、凹面１２Ａが曲率の大きい凹形状を有することにより、金属板３をロウ材５で接合する際に、かかるロウ材５が突出部１１の先端部まで這い上がることをさらに抑制することができる。
したがって、変形例７によれば、ロウ材５に起因するイオンマイグレーション現象が突出部１１で発生することをさらに抑制することができる。
＜変形例８＞
図１１は、実施形態の変形例８に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図１１に示すように、変形例８では、金属板３に金属ピン６が立設されていることが実施形態と異なる。具体的には、金属板３の所定の位置に貫通孔３ｄが形成され、かかる貫通孔３ｄに金属ピン６が挿通されることにより、金属板３に金属ピン６が立設される。
図１１は、実施形態の変形例８に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。図１１に示すように、変形例８では、金属板３に金属ピン６が立設されていることが実施形態と異なる。具体的には、金属板３の所定の位置に貫通孔３ｄが形成され、かかる貫通孔３ｄに金属ピン６が挿通されることにより、金属板３に金属ピン６が立設される。
金属ピン６を構成する金属としては、たとえば、銅、銀、アルミニウム及びそれら金属の合金などを主成分とするものが適している。そして、金属ピン６は、線膨張係数を同じにする観点から、金属板と同じ材質である銅を主成分として含んでいることが好ましい。
ここで、変形例８では、ロウ材５を用いて金属ピン６が金属板３に固定されるとよい。これにより、ロウ材５を介して金属ピン６と金属板３とを電気的に接続することができる。
そして、変形例８では、金属ピン６を金属板３に嵌合させることで金属板３と金属ピン６とを電気的に接続する場合と比べて、金属ピン６と金属板３との間の電気抵抗を低減することができる。
したがって、変形例８によれば、電子部品に大電流を流した際に金属ピン６周辺が破損することを抑制できることから、回路基板１に搭載される電子部品に流すことができる許容電流を大きくすることができる。
また、ロウ材５ではなく、はんだ材を用いて金属ピン６を固定する場合と比べて、変形例８では、電子装置を高温環境下で用いた場合に、金属ピン６の接合部が溶融して破損することを抑制できる。なぜなら、ロウ材５は、はんだ材よりも融点が高いからである。
また、ロウ材５ではなく、はんだ材を用いて金属ピン６を固定する場合には、金属ピン６をはんだ付けする工程が別途必要になる。一方で、変形例８では、ロウ材５で金属板３と金属ピン６とを一括で固定することができることから、回路基板１の製造工程を簡素化することができる。
したがって、変形例８によれば、回路基板１の耐熱性を向上させることができるとともに、回路基板１の製造コストを低減することができる。
また、変形例８では、図１１に示すように、金属ピン６が金属板３から下方に突出する部位のみならず、金属板３の貫通孔３ｄ内でもロウ材５に接触するとよい。すなわち、変形例８では、ロウ材５が、貫通孔３ｄ内において、金属板３と金属ピン６との隙間を這い上がる這い上がり部５ｂを有するとよい。
これにより、金属ピン６とロウ材５との接触面積を増加させることができることから、金属ピン６と金属板３との間の電気抵抗をさらに低減することができる。したがって、変形例８によれば、回路基板１に搭載される電子部品に流すことができる許容電流をさらに大きくすることができる。
なお、かかる這い上がり部５ｂは、セラミック基板２に印刷されたロウ材５の上に金属板３を配置した後、貫通孔３ｄに金属ピン６を挿通する際に、ロウ材５を上から押しつけるように金属ピン６を挿通させることで形成することができる。
また、変形例８において、金属板３の貫通孔３ｄは、金属板３を所定の回路パターンに形成する際に、金属板３における両方の主面から等方性エッチングを略均等に施すことにより形成することができる。
＜変形例９＞
図１２は、実施形態の変形例９に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。ここまで説明した実施形態および各種変形例では、ロウ材５を用いて金属板３をセラミック基板２に接合する例について示したが、図１２に示すように、金属板３をセラミック基板２に直接接合してもよい。
図１２は、実施形態の変形例９に係る回路基板１の構成を示す拡大断面図である。ここまで説明した実施形態および各種変形例では、ロウ材５を用いて金属板３をセラミック基板２に接合する例について示したが、図１２に示すように、金属板３をセラミック基板２に直接接合してもよい。
この変形例９では、たとえば、セラミック基板２のおもて面２ａに、銅を主成分とする金属板３がＣｕ－Ｃｕ２Ｏなどの共晶相を用いて直接接合される。また、窒化珪素を主成分とするセラミック基板２のおもて面２ａに、アルミニウムを主成分とする金属板３がＡｌ－Ｓｉ共晶相を用いて直接接合されてもよい。
この変形例９においても、実施形態と同様に、厚み方向における外周面３ｃの中央部に突出部１１を設けることにより、電子装置の動作時に高電圧が印加された金属板３において、セラミック基板２から離間した突出部１１で電界集中を生じさせることができる。
また、変形例９では、突出部１１の両側に一対の凹面１２を設けることにより、沿面距離を長くすることができる。
すなわち、変形例９では、電子装置の動作時に高電圧が印加された場合でも、セラミック基板２に電界が集中することを抑制できることから、セラミック基板２の絶縁破壊を抑制することができる。したがって、変形例９によれば、回路基板１が搭載された電子装置の信頼性を向上させることができる。
＜回路基板の製造工程＞
つづいて、実施形態および変形例８に係る回路基板１の製造工程について、図１３および図１４を参照しながら説明する。図１３は、実施形態に係る回路基板１の製造工程の手順を示すフローチャートである。
つづいて、実施形態および変形例８に係る回路基板１の製造工程について、図１３および図１４を参照しながら説明する。図１３は、実施形態に係る回路基板１の製造工程の手順を示すフローチャートである。
図１３に示すように、本製造工程では、まず、平板形状のセラミック基板２が準備される（ステップＳ１０１）。なお、かかるステップＳ１０１では、必要に応じて、セラミック基板２の空焼き工程などが実施される。
次に、準備されたセラミック基板２のおもて面２ａに、活性金属を含むロウ材５で所定の回路パターンが印刷される（ステップＳ１０２）。そして、セラミック基板２の裏面２ｂに、活性金属を含むロウ材５が略矩形状に印刷される（ステップＳ１０３）。
なお、かかるステップＳ１０３の処理は、ステップＳ１０２の処理よりも前に実施されてもよいし、ステップＳ１０２の処理と並行して実施されてもよい。
また、上述のステップＳ１０１～Ｓ１０３の処理と並行して、本製造工程では、原材料となる金属板を両面からの等方性エッチングで所定の回路パターンに成形することで金属板３が形成されるとともに、原材料となる金属板を矩形状に成形することで金属板４が形成される（ステップＳ１０４）。
なお、実施形態では、かかるステップＳ１０４の処理において、金属板３の外周面３ｃに突出部１１と一対の凹面１２とが形成される。
次に、セラミック基板２のおもて面２ａおよび裏面２ｂに印刷されたロウ材５の表面に、金属板３および金属板４がそれぞれ配置される（ステップＳ１０５）。かかるステップＳ１０５の処理では、ロウ材５の印刷形状と金属板３および金属板４の形状とが重なるように位置合わせしながら、金属板３および金属板４がロウ材５の表面に配置される。
次に、ロウ材５を溶融温度以上に加熱して溶融させることにより、ロウ材５の表面に配置された金属板３および金属板４が、かかるロウ材５でセラミック基板２のおもて面２ａおよび裏面２ｂに接合される（ステップＳ１０６）。
なお、本開示の製造方法では、ロウ材のエッチング処理を別途行う必要が無いので、工程を簡略化することができるとともに、エッチングされたロウ材の残渣による電気的信頼性の低下を抑制することができる。
また、実施形態では、ステップＳ１０６の処理において、真空、または窒素もしくはアルゴン等の不活性雰囲気でロウ材５を加熱してもよい。これにより、外周部に位置する（または凹面１２Ａにはみ出した）ロウ材５を、中央部に位置する（または金属板３とセラミック基板２との間に配置される）ロウ材５よりも雰囲気中の炭素および窒素により多く晒すことができる。
したがって、実施形態によれば、外周部に位置する（または凹面１２Ａにはみ出した）ロウ材５の炭素量および窒素量を、中央部に位置する（または金属板３とセラミック基板２との間に配置される）ロウ材５の炭素量および窒素量よりも多くすることができる。
そして、金属板３および金属板４が接合されたセラミック基板２に対して、必要に応じてレーザ加工処理や化学研磨処理、防錆処理などが行われ、実施形態に係る回路基板１の製造工程が完了する。
図１４は、実施形態の変形例８に係る回路基板１の製造工程の手順を示すフローチャートである。図１４に示すように、本製造工程では、まず、平板形状のセラミック基板２が準備される（ステップＳ２０１）。
次に、準備されたセラミック基板２のおもて面２ａに、活性金属を含むロウ材５で所定の回路パターンが印刷される（ステップＳ２０２）。そして、セラミック基板２の裏面２ｂに、活性金属を含むロウ材５が略矩形状に印刷される（ステップＳ２０３）。
また、上述のステップＳ２０１～Ｓ２０３の処理と並行して、本製造工程では、原材料となる金属板を両面からの等方性エッチングで所定の回路パターンに成形することで金属板３が形成されるとともに、原材料となる金属板を矩形状に成形することで金属板４が形成される（ステップＳ２０４）。
なお、変形例８では、かかるステップＳ１０４の処理において、金属板３の外周面３ｃに突出部１１と一対の凹面１２とが形成されるとともに、金属ピン６を挿通する貫通孔３ｄが形成される。
次に、セラミック基板２のおもて面２ａおよび裏面２ｂに印刷されたロウ材５の表面に、金属板３および金属板４がそれぞれ配置される（ステップＳ２０５）。かかるステップＳ２０５の処理では、ロウ材５の印刷形状と金属板３および金属板４の形状とが重なるように位置合わせしながら、金属板３および金属板４がロウ材５の表面に配置される。
次に、金属ピン６が、金属板３に形成された貫通孔３ｄに挿通される（ステップＳ２０６）。かかるステップＳ２０６の処理では、ロウ材５を上から押しつけるように金属ピン６を挿通させることにより、ロウ材５に這い上がり部５ｂを形成するとよい。
次に、ロウ材５を溶融温度以上に加熱して溶融させることにより、ロウ材５の表面に配置された金属板３、金属板４および金属ピン６が、かかるロウ材５でセラミック基板２のおもて面２ａおよび裏面２ｂに接合される（ステップＳ２０７）。
そして、金属板３、金属板４および金属ピン６が接合されたセラミック基板２に対して、必要に応じてレーザ加工処理や化学研磨処理、防錆処理などが行われ、変形例８に係る回路基板１の製造工程が完了する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、セラミック基板２と金属板３、４が積層されて回路基板１が形成された例について示したが、裏面側の金属板４は省略されてもよい。
さらなる効果や他の態様は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 回路基板
２ セラミック基板
２ａ おもて面（一方の主面の一例）
３ 金属板
３ｃ 外周面
３ｄ 貫通孔
５ ロウ材
５ａ 外周面
６ 金属ピン
１１ 突出部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 凹面
１３、１４ 別の突出部
２ セラミック基板
２ａ おもて面（一方の主面の一例）
３ 金属板
３ｃ 外周面
３ｄ 貫通孔
５ ロウ材
５ａ 外周面
６ 金属ピン
１１ 突出部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 凹面
１３、１４ 別の突出部
Claims (12)
- 平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の一方の主面に接合され、所定の回路パターンを有する金属板と、
を備え、
前記金属板の外周面は、外方に突出する突出部と、前記突出部の両側に設けられる一対の凹面とを有し、
前記セラミック基板と前記金属板との間が、活性金属を含むロウ材で接合され、
前記セラミック基板と前記金属板との間に配置される前記ロウ材において、外周部の炭素量および窒素量は、中央部の炭素量および窒素量よりも多い
回路基板。 - 前記突出部は、前記セラミック基板の一方の主面から離間して配置される
請求項１に記載の回路基板。 - 前記ロウ材の外周面は、前記金属板の前記外周面よりも内側に配置される
請求項１または２に記載の回路基板。 - 前記ロウ材は、前記セラミック基板に近い側の前記凹面にはみ出して配置される
請求項１または２に記載の回路基板。 - 前記凹面にはみ出して配置される前記ロウ材は、前記セラミック基板側よりも前記突出部側のほうが外側に配置される
請求項４に記載の回路基板。 - 前記ロウ材は、前記セラミック基板に近い側の前記凹面と、前記セラミック基板から遠い側の前記凹面とにはみ出して配置される
請求項１または２に記載の回路基板。 - 前記凹面にはみ出して配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量は、前記セラミック基板と前記金属板との間に配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量よりも多い
請求項４～６のいずれか一つに記載の回路基板。 - 平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の一方の主面に接合され、所定の回路パターンを有する金属板と、
を備え、
前記金属板の外周面は、外方に突出する突出部と、前記突出部の両側に設けられる一対の凹面とを有し、
前記セラミック基板と前記金属板との間が、活性金属を含むロウ材で接合され、
前記ロウ材は、前記セラミック基板に近い側の前記凹面にはみ出して配置され、
前記凹面にはみ出して配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量は、前記セラミック基板と前記金属板との間に配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量よりも多い
回路基板。 - 前記凹面にはみ出して配置される前記ロウ材は、前記セラミック基板側よりも前記突出部側のほうが外側に配置される
請求項８に記載の回路基板。 - 平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の一方の主面に接合され、所定の回路パターンを有する金属板と、
を備え、
前記金属板の外周面は、外方に突出する突出部と、前記突出部の両側に設けられる一対の凹面とを有し、
前記セラミック基板と前記金属板との間が、活性金属を含むロウ材で接合され、
前記ロウ材は、前記セラミック基板に近い側の前記凹面と、前記セラミック基板から遠い側の前記凹面とにはみ出して配置され、
前記凹面にはみ出して配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量は、前記セラミック基板と前記金属板との間に配置される前記ロウ材の炭素量および窒素量よりも多い
回路基板。 - 前記金属板に形成される貫通孔に挿通される金属ピンをさらに備え、
前記金属ピンは、前記ロウ材で固定される
請求項１～１０のいずれか一つに記載の回路基板。 - 平板状のセラミック基板と、
前記セラミック基板の一方の主面に接合され、所定の回路パターンを有する金属板と、
前記金属板に形成される貫通孔に挿通される金属ピンと、
を備え、
前記金属板の外周面は、外方に突出する突出部と、前記突出部の両側に設けられる一対の凹面とを有し、
前記セラミック基板と前記金属板との間が、活性金属を含むロウ材で接合され、
前記金属ピンは、前記ロウ材で固定される
回路基板。
Applications Claiming Priority (3)
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Family Applications (1)
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| JP2022537983A Active JP7446430B2 (ja) | 2020-07-22 | 2021-07-16 | 回路基板 |
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