JPH09135057A - 回路基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部分放電開始電圧、絶縁破壊電圧が高く、高
電圧の使用にも適した信頼性の高い回路基板を得る。 【解決手段】 絶縁基板１に設けられるコレクタ電極２
１の端部を緩やかな曲線となるＲ加工し、コレクタ電極
２１における基板２１との接合面の端部２１ａが突出す
ることなく内側に入り込むようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば半導体電子
部品等の電気部品を搭載する回路基板に関するもので、
特に高電圧で使用される回路基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワートランジスタモジュールや
スイッチング電源モジュール用の基板として、アルミナ
板や窒化アルミ板上に銅板等の金属板を接合させた回路
基板がよく用いられる。従来、これら回路基板に関する
構造や製造方法は種々のものがあり、例えば、(１)プリ
ント回路基板便覧、全訂第２版、日本プリント回路工業
界編、昭和６２年(２)特許公報昭和６０−４１５４、
(３)日本金属学会報、第２２巻、第１号、ページ３〜
７、１９８３年などに記載されている。従来の窒化アル
ミ回路基板の平面と断面構造の一例を図１７(ａ)(ｂ)に
示す。同図(ａ)が平面図、同図(ｂ)が同図(ａ)のＢ−Ｂ
線断面図である。図において、１はセラミック基板であ
る窒化アルミ基板、２は窒化アルミ基板１表面に接合さ
れた銅板からなるコレクタ電極、コレクタ電極２と反対
側の面には、全面に銅板からなる接地電極３が接合され
ている。４はコレクタ電極２上に接合された絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタ(Ｉnsulating Ｇate Ｂipo
lar Ｔransistor 以下ＩＧＢＴと略記する）等のパワ
ー半導体素子である。５はコレクタ電極２と隣接して窒
化アルミ基板１に接合されている銅板からなるエミッタ
電極である。最終製品であるパワーモジュールパッケー
ジに入れられた状態では接地電極３は冷却ブロック（図
示せず）などに接合される。半導体素子４が搭載された
回路基板はプラスチックパッケージに入れられ、パッケ
ージ内部にシリコンゲルやエポキシなどの樹脂が充填さ
れ、回路基板の表面は樹脂で覆われる（シリコンゲルは
図示せず）。

【０００３】図１８の説明図に従来の回路基板の製造方
法の一例として、電極パターンをエッチングによって形
成する回路基板の製造方法を工程順に示す。窒化アルミ
基板１を準備し、窒化アルミ基板１と銅板６を接合する
ためのロウ材を窒化アルミ表面に印刷する。銅板は 0.3
mm前後の厚さのものが用いられる。次に銅板６および銅
板７を窒化アルミ基板１上に積層し高温で処理すること
により接合させる。レジスト８を表と裏の両面に印刷
し、所定のパターンに露光する。レジスト現像後、残っ
たレジストをマスクとして不要な銅板(銅電極部)を除去
する。銅電極表面を研磨した後、銅電極表面にＮｉメッ
キを行い回路基板が完成する。

【０００４】また、図１９のブロック図に従来の回路基
板製造方法の他の例を工程順に示す。前述した第１の方
法では電極を窒化アルミ基板全面に接合後、エッチング
加工により所定の電極パターンを形成する。この例で
は、予め所定の形状に加工された銅電極を基板に接合す
ることによりパターンを形成する。電極パターンの加工
には打ち抜き加工やエッチング加工が利用される。パタ
ーンを形成した後、セラミック基板上に電極パターンと
同パターンの接合用のロウ材を印刷する。その後、銅電
極を積層し、高温で処理することにより接合させ、回路
基板を得る。

【０００５】ＩＧＢＴのオン時には 100Ａ程度の大きな
電流が素子を流れ、オフ時には２kV以上の電圧が印加さ
れる。また、回路基板上のコレクタ電極２と接地電極３
との間に高電圧が印加される。そのため、ＩＧＢＴのよ
うなパワー半導体素子が搭載される回路基板には各種の
性能が要求される。1)まず、温度上昇を防ぐためにでき
るだけ放熱特性が良好であること。そのため放熱特性を
よくするために、熱伝導性の高い窒化アルミニウム基板
などが用いられる。2)また、温度サイクル時の銅電極と
セラミックスとの膨張率の差に起因する応力により亀裂
が入らないために、できるだけ薄い銅板や窒化アルミを
使用することが要求される。3)また、半導体素子が動作
しているときに回路基板の電極パターンにおいて放電が
起こらないことが要求される。

【０００６】さらに、近年、半導体デバイスの製造技術
の進歩により、３kV以上の高い電圧で動作する半導体素
子が回路基板上に搭載されるようになってきた。半導体
素子の動作電圧が高くなるにともない、従来の回路基板
では問題とはならなかった絶縁耐圧不良や部分放電が新
たな問題として回路基板の信頼性を著しく阻害するよう
になってきた。部分放電とは、回路基板の電界の高い部
分において発生する局所的な放電である。部分放電が発
生すると、放電に起因するノイズにより回路基板上の半
導体素子が誤動作したり、また、継続的に部分放電が生
ずると、絶縁材料が経時的に劣化し最終的には絶縁破壊
を引き起こす。回路基板が絶縁破壊を引き起こすと、回
路基板を含んだ装置は正常な動作をしなくなる。而して
半導体素子動作電圧の高電圧化にともない、絶縁破壊電
圧が高く、かつ部分放電開始電圧が高い回路基板が要求
されるようになってきた。

【０００７】従来の回路基板では、搭載される半導体素
子の動作電圧がさほど高くなかったために部分放電現象
は大きな問題ではなかった。そのため、従来は部分放電
現象について検討されていなかったが、発明者らは昨今
の現状に鑑み部分放電現象について検討を加えた。ま
ず、従来の回路基板製造方法のエッチングによりパター
ン形成した回路基板での部分放電開始電圧を測定した。
その結果、例えば、1.0mm の窒化アルミニウム基板にお
いて、約５kVの低い電圧で部分放電が開始することが実
験的に明らかになった。この原因を明らかにするため
に、電極パターン端部の断面形状を観察したところ、図
２０の断面図に示したように、電極パターン２端部のセ
ラミック基板１に接する角部２ａが極めて鋭角的な形状
をしていた。窒化アルミニウム基板が1.0mmで、電極パ
ターンの銅板の厚さが0.3mmの場合は、鋭角部２ａの曲
率半径は0.01mmと極めて小さかった。電極２に厚みがあ
るために、鋭角的な部分は基板１に接する角部２ａとは
反対側の２ｂ部にも生じている。通常、エッチング加工
では非等方的にエッチングが進むために、横方向にも銅
パターンが浸食され、断面、特にセラミック基板１に接
する面は極めて鋭角的となることはよく知られている事
実である。例えば、プリント回路技術便覧 全訂第２
版、日本プリント回路工業界編、昭和６２年に示されて
いる。しかし、このような鋭角部分における電界の大き
さや、放電の影響については殆ど知られていなかった。
そこで、発明者らは基板１に接する鋭角部２ａでの電界
を数値計算により解析したところ、極めて高い電界とな
っていることが判明した。例えば、電極２に５kVの電圧
が印加されているとき、角部２ａ近傍での最大電界は８
０kV／mmにも達していることがわかった。そして、この
鋭角部２ａでの電界強度が部分放電開始電圧を低くして
いることが明らかとなった。すなわち、従来の回路基板
では電極パターンのパターン端部での電界集中により、
部分放電開始電圧が低くなっていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の回路基板では、
電極パターンと絶縁基板が接する端部に鋭角的な部分が
存在していた。接地電極と対向する電極端部に鋭角的な
領域が存在すると、電気力線がその端部に集中し電界が
高くなるという問題があった。また、放電は電極パター
ン端部近傍のガス空間部で生じる。従って、高電界部の
ガス空間部をなくすようにすれば、放電開始電圧の高い
回路基板が得られる。このガス空間部をなくすために、
回路基板はケースに入れられ、シリコンゲルが充填され
ている。この場合、ゲル中に微小なボイドが発生するこ
とがある。図２１はゲル中に設置された回路基板でボイ
ドが発生している状態を示す断面模式図であり、図にお
いて、９はシリコンゲル、１０はボイドである。通常、
誘電体に囲まれたボイド中での電界は周囲の誘電体中の
電界よりも高くなる。従って、高電界となるパターン電
極２周辺部にこのようなボイド１０が存在すると、さら
に放電が発生しやすくなり、信頼性が低下する。従来の
回路基板ではゲル９が充填されたときにボイド１０が高
電圧部近傍に形成されるという問題があった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、部分放電開始電圧が高く、かつ
絶縁破壊電圧が高い回路基板を得ることを目的としてお
り、さらにその回路基板の製造方法を提供することを目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る回路基板
の第１の構成は、絶縁基板に設けられる電気回路パター
ンの導体層端部を緩やかな曲線となるＲ加工、Ｃ面加
工、あるいは段差加工し、電気回路パターンの導体層に
おける基板との接合面の端部がその回路パターンの導体
層の最外周端部より内側に入り込む断面構造にしたもの
である。

【００１１】また、この発明に係る回路基板の第２の構
成は、上記に加え、電気回路パターンの導体層端部の厚
さを中央部より厚くしたものである。

【００１２】また、この発明に係る回路基板の第３の構
成は、電気回路パターンの導体層の周囲の、この導体層
との沿面距離が絶縁基板の厚さ以下の位置に、上記回路
パターンと電気的に接続して設けられ、上記基板との接
合面外周端部が最外周端部より内側に入り込んだ断面構
造をなすガード電極を設けたものである。

【００１３】また、この発明に係る回路基板の第４の構
成は、電気回路パターンの導体層端部に電気的に接続さ
れ、この端部から上記基板に形成された上記電気回路パ
ターンの導体層を取り巻く凹部の底面部にわたって設け
られた導電膜を設けたものである。

【００１４】また、この発明に係る回路基板の第５の構
成は、電気回路パターンの導体層の少なくとも一部を絶
縁基板に埋設したものである。

【００１５】さらに、この発明に係る回路基板の製造方
法は、電気回路パターンの導体層における上記基板との
接合面の端部がその導体層の最外周端部より内側に入り
込んでいる断面構造をなす回路基板を製造する方法にお
いて、上記電気回路パターンの導体層の周囲を電解研磨
し、上記接合面の端部を除去するようにしたものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１(a)(b)(c)はこの発明の実施の形態
１の回路基板を示すもので、同図(ａ)は平面図、同図
(ｂ)は同図(ａ)のＢ−Ｂ線断面、電極パターン端部を示
す断面図、同図(ｃ)は同図(ｂ)の部分拡大断面図であ
る。図において、１は絶縁基板、例えばこの場合は板厚
が１mmの窒化アルミニウム基板、２１は絶縁基板１の一
面に設けられた導体層の電気回路パターンで、この場合
は機器動作中に高電圧となるコレクタ電極、３は絶縁基
板１の他面に設けられた導体層の接地電極、４は半導体
素子、５は絶縁基板１の一面に設けられた導体層の電気
回路パターンで、この場合はエミッタ電極である。接地
電極３は放熱ブロック（図示せず）に接合されている。
各電極パターン２１，３を構成する導体層は銅板で、そ
の厚さは 0.3mmである。コレクタ電極２１の端部はＲ加
工され、基板１との接合面端部２１ａはコレクタ電極２
１の最外周端より内側に入り込むように形成されてい
る。

【００１７】まず、この構成の回路基板の製造方法の一
例を図２のブロック図により説明する。本製造方法で
は、電極パターンの形成後、基板に電極パターンを接合
する前に予め電極パターン端部を加工、断面の鋭角部を
なくす工程を施している。本実施の形態ではコレクタ電
極パターン２１の端部２１ａを接合前にＲ加工してい
る。このようなＲ形状は、切削により接合前にパターン
端面を削ることによって形成できる。また、電界研磨に
よっても達成できる。そして、これら電極パターンは、
例えば特公昭６０−４１５４号公報に開示されている従
来法により、即ち高温でセラミックスと反応させること
によって接合される。この製造方法のように、予め電極
パターンをセラミックス、窒化アルミニウム基板へ積層
する前に加工することにより、セラミック基板を傷つけ
ることなく回路基板を形成することができる。また、電
界研磨においては、電界が集中する２１ａ部のような鋭
角部では研磨される速度が速くなるので、鋭角部を除去
するＲ形状に加工するのには適する加工方法である。銅
パターンの電界研磨は、例えば、100mm×10mm×１mm の
銅パターンの端部を加工する場合、リン酸(Ｈ₃ＰＯ₄)水
溶液(８５％)中にて銅パターンを陽極として２０アンペ
アの電流を約１分間流すことにより、電極エッジ２１ａ
に 0.1mmの曲率を持つＲ形状を形成することができる。

【００１８】本実施の形態１の効果を示すために断面形
状に依存して電極パターン端部である２１ａ部での最大
電界がどのようになるかを計算し、その結果を図３の特
性図に、エッジ２１ａ部の最大電界の曲率半径依存性と
して示した。なお、破線は図２０に示した従来構造の鋭
角部２ａ（曲率半径ｒを0.01mmとして演算した場合）に
おける電界を示している。図３に示したように曲率半径
ｒが大きくなるに従って、最大電界が小さくなってお
り、Ｒ加工を施すことにより電界抑制効果が顕著である
ことがわかる。

【００１９】本実施の形態では、電極周辺部の断面形状
をＲ形状としたので、電気力線の集中を抑制でき、電界
集中が抑制され、部分放電開始電圧を高く、かつ絶縁破
壊電圧を高くできる効果がある。半導体素子の誤動作を
防止でき、回路基板の信頼性が向上する。なお、電極パ
ターン端部の加工は、銅張基板を所定パターンにエッチ
ング後、数値制御加工により鋭角部を削りとる、あるい
は電解研磨等によって行っても同様の効果を奏する。

【００２０】実施の形態２．図４(ａ)(ｂ)はこの発明の
実施の形態２の回路基板を示すもので、同図(ａ)は電極
パターン端部を示す断面図、同図(ｂ)は同図(ａ)の部分
拡大断面図である。２２は基板１の一面に形成され、周
辺部をＣ面加工したコレクタ電極で、接合面端部が内側
に入り込んでいる。本実施の形態２は図１９に示した従
来構造におけるパターン端２ａ近傍がＣ面となるように
加工し、接合面端部が内側に入り込むようにしたもので
あり、Ｃ面加工したことによって、新たにコーナー部が
２カ所形成される。窒化アルミニウム基板１に接するコ
ーナー部、接合面端部を２２ａ、もうひとつを２２ｂと
表す。本実施の形態では、従来構造の電界が最も強くな
る箇所２ａ近傍に対応する部分では、コレクタ電極２２
と接地電極３との距離が外側に向かって徐々に離れてい
くので電界集中が抑制される。また、本実施の形態２で
は、電極パターン端部を外周に沿ってＣ面加工するため
に、実施の形態１に示した曲線加工よりも加工が容易
で、かつ、電界が抑制できる効果がある。

【００２１】本実施の形態２の効果を示すために、Ｃ面
の角度に依存して２２ａ部での電界がどのようになるか
を図５の特性図に示した。図４(ｂ)に示すように電極厚
さ0.3mm、Ｃ面加工部分の厚さ0.15mm、両コーナー部２
２ａ,２２ｂ部の曲率半径ｒは0.03mmとして計算した。
なお、破線は従来構造の鋭角部２ａ（曲率半径ｒを0.01
mmとして演算した場合）における電界を示している。Ｃ
面が窒化アルミニウム基板１面となす角度θが小さくな
るに従って、２２ａ部の最大電界が小さくなっており、
Ｃ面加工を施すことにより電界が抑制されることがわか
る。

【００２２】実施の形態３．図６(ａ)(ｂ)(ｃ)はこの発
明の実施の形態３の回路基板、電極の周辺部を折り曲げ
加工した例を示すもので、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)
は同図(ａ)のＢ−Ｂ線断面の電極パターン端部を示す断
面図、同図(ｃ)は同図(ｂ)の部分拡大断面図である。２
３は周辺部を窒化アルミニウム基板１の反対側に折り曲
げ加工したコレクタ電極である。鋭角的な電極２３のパ
ターン端２３ａは接地電極３より離れるため、パターン
端２３ａでの電界は低くなる。折り曲げることによっ
て、電極２３が窒化アルミニウム基板１と接する折曲部
２３ｂが生じ、この部分の電界が高くなる。しかし、例
えばプレス加工を使用することにより、折り曲げられた
２３ｂ部の曲率半径を大きく加工できるので、パターン
端２３ａが窒化アルミニウム基板１に接している従来構
造の電極パターンより電界を低くできる特長がある。

【００２３】本実施の形態３の効果を示すために、折り
曲げた角度に対して、折曲部（接合部）２３ｂ部での電
界がどのように変化するかを調べた。基板厚さ１mm、電
極厚さ 0.3mm、パターン端２３ａの曲率半径ｒを0.03m
m、折曲部２３ｂの曲率半径ｒを0.15mmとして計算し
た。その結果を図７の特性図に示す。従来構造の鋭角部
２ａ（曲率半径ｒを0.01mmとして演算した場合：破線で
示す）では最大電界は８０kV／mmである。それに比較し
て、折り曲げた場合、パターン端２３ａ部での電界（Ａ
で示す）と折曲部２３ｂ部での電界（実線で示す）は低
く、電極のパターン端部を本実施の形態の構造とするこ
とにより、電界抑制効果が得られることが明らかであ
る。

【００２４】実施の形態４．図８(ａ)(ｂ)はこの発明の
実施の形態４の回路基板を示すもので、同図(ａ)は平面
図、同図(ｂ)は同図(ａ)のＢ−Ｂ線で切断した電極パタ
ーン端部の断面を示す斜視図である。１１はコレクタ電
極２周辺に沿って配置されたコレクタ電極２よりも厚
い、この場合は厚さ１mmのシールド電極であり、シール
ド電極１１の窒化アルミニウム基板１と対向する面(端
部)１１ａはＲ加工してある。部品が搭載されるコレク
タ電極２としては 0.3mm程度の非常に薄い電極が使用さ
れることが多い。そのため、コレクタ電極のパターン端
部２ａをＲあるいはＣ面加工するにしても、電極厚さに
より自ずから限界が生じる。この限界をなくすために、
電極パターン全体を厚くすることが考えられるが、熱応
力に起因する歪みが大きくなるために望ましくない。本
実施の形態４では、部品が搭載される部分の電極、コレ
クタ電極２の厚さよりも厚いシールド電極１１を、コレ
クタ電極２のパターンの外周部だけに配置するので、応
力による歪みの問題は発生しない。そして、電極端部、
即ちシールド電極１１の厚さを厚くできるので、端部１
１ａでの曲率半径ｒを、コレクタ電極２の膜厚で制限さ
れる曲率半径よりもさらに大きくできる。そして、電極
２の端部２ａに集中していた電気力線が電極１１の端部
１１ａへ分散されるので２ａ部での電界が抑制される。
図９はシールド電極１１の効果を示す特性図で、図中、
Ｂは電極２の周囲の外方向に突出する接合面鋭角部を除
去したのみの端部２ａ（曲率半径ｒは0.03mm）における
電界、Ｃはこれにシールド電極を設けた場合の端部２ａ
における電界、破線は図２０の従来構造の鋭角部２ａ
（曲率半径ｒを0.01mmとして演算した場合）における電
界を示している。シールド電極１１を設けることにより
電界が抑制されていることがわかる。

【００２５】実施の形態５．図１０(ａ)(ｂ)はこの発明
の実施の形態５の回路基板を示すもので、同図(ａ）は
平面図、同図（ｂ)は同図(ａ)のＢ−Ｂ線で切断した電
極パターン端部の断面を示す斜視図である。この実施の
形態５では部品を搭載するコレクタ電極２とは独立し、
かつ、コレクタ電極２よりも厚さが厚いガード電極１２
をコレクタ電極２の周囲に沿ってこれと離隔して配置し
ている。そして、ガード電極１２の外側端面、基板１と
の対向面端部１２ａはＲ形状に加工されている。ガード
電極１２の電位は、コレクタ電極２と接続することによ
って同電位としてある。本実施の形態の効果は実施の形
態４と同じであり、コレクタ電極２の端部２ａに集中し
ている電気力線をガード電極１２端部１２ａに配分され
るような構造として、電界を抑制している。実施の形態
４ではコレクタ電極２の上にシールド電極１１を重ねて
接合しているのでコレクタ電極２とシールド電極１１と
を接合する工程が必要である。ところが、本実施の形態
では、ガード電極１２とコレクタ電極２を同時にセラミ
ック基板の窒化アルミニウム基板１に接合するので工程
が少なくてすみ、かつ、同様の電界抑制効果が期待でき
る。なお、コレクタ電極２とガード電極１２との沿面距
離ｄはセラミック基板１の厚さｔと同程度以下であるこ
とが望ましい。図１１にガード電極とコレクタ電極間の
沿面距離ｄとコレクタ電極上の最大電界の関係を示し
た。なお、コレクタ電極２は周囲の外方向に突出するた
接合面鋭角部を除去した端部２ａの曲率半径ｒが0.03m
m、ガード電極１２の基板対向面側端部の曲率半径ｒが
0.5mmの場合の結果である。破線は従来構造の鋭角部２
ａ（曲率半径ｒを0.01mmとした場合）における電界を示
している。図１１に示したように沿面距離ｄがセラミッ
ク基板の厚さｔ以上では最大電界が大きいが、基板厚さ
ｔを境にｄが小さくなると急激に最大電界は小さくな
り、電界抑制の効果が大きいことがわかる。

【００２６】実施の形態６．図１２(ａ)(ｂ)はこの発明
の実施の形態６の回路基板、埋め込み電極構造の一例を
示すもので、同図(ａ)は平面図、同図(ｂ)は同図(ａ)の
Ｂ−Ｂ線断面の電極パターン端部を示す断面図である。
コレクタ電極２４と同形状の溝をセラミック基板１に形
成し、そこにコレクタ電極２４を厚みの半分ほど埋め込
んだ構造としている。一般に、部分放電が生じるのは電
極パターン端部のガス空間部である。ところが図１２の
ような埋め込み構造とすると、高電界となる電極２４の
パターン端部２４ａ部の周囲にはガス空間がなくなるの
で、放電が発生しにくくなる。図１３の断面図に本実施
の形態６の回路基板がシリコンゲル９内に置かれたとき
に、シリコンゲル９内にボイド１０が発生したときの様
子を示す。本構造ではコレクタ電極２４上の電界の一番
高い部分２４ａがセラミックスで覆われた構造となって
いるため、ゲル９を充填したときにボイド１０が発生し
たとしても高電界部である２４ａから離れているので、
部分放電開始電圧が低下することはない。この発明で
は、放電の原因となるボイドが高電界部に形成されにく
いという効果がある。なお、コレクタ電極２４をすっか
り基板１に埋め込み、コレクタ電極２４と基板１とを面
一にしコレクタ電極２４が突出しないように形成しても
良い。

【００２７】実施の形態７．図１４(ａ)(ｂ)はこの発明
の実施の形態７の回路基板を示すもので、同図(ａ)は電
極パターン端部を示す断面図、同図(ｂ)は同図(ａ)の拡
大断面図である。電極に段差をつけた構造からなる実施
の形態を示している。２５は周辺部の窒化アルミニウム
基板１への接合面の一部を削り取った段差を有する構造
のコレクタ電極である。基板との接合面端部２５ａはそ
の上方の突出部２５ｂ部分に覆われ、内側に入り込んだ
構造となるので、電気力線は接合面端部２５ａと上方突
出部の基板との対向面端部２５ｂに分散し接合面端部２
５ａでの電界集中を抑制できる。このような構造とする
ことによる電界抑制の効果を図１５の特性図に示す。電
極厚さが 0.3mmで、厚みを２分するように段差が形成さ
れ、接合面端部２５ａの曲率半径ｒが0.03mmとして計算
した。接合面端部２５ａの上方突出部端部２５ｂと接合
面端部２５ａとの距離ｄが大きくなり、接合面端部２５
ａが内部に形成されるほど電界が低くなることがわか
る。なお、破線は図２０に示した従来構造の鋭角部２ａ
（曲率半径ｒを0.01mmとした場合）における電界を示
す。このような段差は電極を形成するための打ち抜き加
工用の型に段差をつけたり、あるいは、電極打ち抜き
後、電極端部を切削加工することにより実現できる。本
実施の形態７は、実施の形態４に示した周辺部を厚く形
成した電極、シールド電極に適用しても電界抑制の効果
が期待できる。

【００２８】実施の形態８．図１６(ａ)(ｂ)はこの発明
の実施の形態８の回路基板を示すもので、同図(ａ)は平
面図、同図(ｂ)は同図(ａ)のＢ−Ｂ線断面、電極パター
ン端部を示す断面図である。１４は窒化アルミニウム基
板１に凹状に形成された溝、１５は窒化アルミニウム基
板１の溝１４表面に形成された導体膜である。導体膜１
５はコレクタ電極２の端部２ａ及び溝１４部の底面を覆
うようにして形成してある。導体膜１５は金属の蒸着や
導電性ペーストを塗布することにより形成できる。従来
構造で高電界となっていた２ａ部は新たに形成された導
体膜１５に覆われて平坦になるため高電界が抑制され
る。また、溝１４部も接地電極２に向かってゆるやかな
Ｒ形状となっているので電界の集中を抑制することがで
きる。

【００２９】なお、上記実施の形態では、絶縁基板とし
てセラミック基板の窒化アルミニウム基板について説明
したが、この発明の効果は他のセラミック基板、セラミ
ックス以外の種々の絶縁基板に対して適用でき、電界集
中を抑制でき、部分放電開始電圧の高い回路基板が得ら
れるることはいうまでもない。

【００３０】また、絶縁基板に設けられる導体層の一方
が電気回路パターン、他方が接地電極の場合について説
明したが、両方が電気回路パターンの場合に適用しても
同様の効果を奏する。また、電気回路パターンもコレク
タ電極とエミッタ電極に限らず、種々のものに適用して
も、同様の効果を奏する。さらに、上記実施例では、エ
ミッタ電極には高電圧が印加されないので、電極パター
ンの高電圧が印加されるコレクタ電極だけに、その電極
パターン端部の断面をＲあるいはＣ面加工するなどして
電界を抑制する処理を施したが、エミッタ電極に同様の
処理を施してもよい。さらに、例えば電気回路パターン
の導体層がリング状の場合は、その内周端部において、
基板との接合面端部が突出することなく導体層の中(内
側)の方に入るように形成する。このような場合、厳密
に言うとその導体層最内周端部よりとなるが、この明細
書における導体層最外周端部より内側に入り込む断面構
造は、上記のような場合も含むものとする。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る回路基板
の第１の構成においては、絶縁基板に設けられる電気回
路パターンの導体層端部を緩やかな曲線となるＲ加工、
Ｃ面加工、あるいは段差加工し、電気回路パターンの導
体層における基板との接合面の端部がその導体層最外周
端部より内側に入り込む断面構造にしたので、回路基板
内の高電界部分の電界集中を抑制でき、絶縁破壊電圧、
部分放電開始電圧を高くでき、回路基板の信頼性を向上
できる。

【００３２】また、この発明に係る回路基板の第２の構
成は、上記に加え、電気回路パターンの導体層端部の厚
さを中央部より厚くしたので、さらに電界集中を抑制で
き、絶縁破壊電圧、部分放電開始電圧を高くでき、回路
基板の信頼性を向上できる。

【００３３】また、この発明に係る回路基板の第３の構
成は、 電気回路パターンの導体層の周囲の、この導体
層との沿面距離が絶縁基板の厚さ以下の位置に、上記回
路パターンと電気的に接続して設けられ、上記基板との
接合面外周端部が最外周端部より内側に入り込んだ断面
構造をなすガード電極を設けたので、上記と同様、さら
に電界集中を抑制でき、絶縁破壊電圧、部分放電開始電
圧を高くでき、回路基板の信頼性を向上できる。

【００３４】また、この発明に係る回路基板の第４の構
成は、電気回路パターンの導体層端部に電気的に接続さ
れ、この端部から上記基板に形成された上記電気回路パ
ターンの導体層を取り巻く凹部の底面部にわたって導電
膜を設けたので、電界集中を抑制でき、絶縁破壊電圧、
部分放電開始電圧を高くでき、回路基板の信頼性を向上
できる。

【００３５】また、この発明に係る回路基板の第５の構
成は、電気回路パターンの導体層の少なくとも一部を絶
縁基板に埋設したので、ボイドが電気回路パターンの高
電界部に生じることがないので、部分放電の発生を抑制
でき、回路基板の信頼性を向上できる。

【００３６】さらに、この発明に係る回路基板の製造方
法は、電気回路パターンの導体層における上記基板との
接合面の端部がその導体層の最外周端部より内側に入り
込んでいる断面構造をなす回路基板を製造する方法にお
いて、上記電気回路パターンの導体層の周囲を電解研磨
し、上記接合面の端部を除去するようにしたので、容易
に鋭角部を除去でき、電気回路パターン断面を緩やかな
曲線、Ｒ形状に加工できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る回路基板の電
極パターン端部を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る回路基板の製
造方法の一例を示すブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る回路基板の電
界緩和効果を示す特性図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る回路基板の電
極パターン端部を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態２に係る回路基板の電
界緩和効果を示す特性図である。

【図６】 この発明の実施の形態３に係る回路基板の電
極パターン端部を示す断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態３に係る回路基板の電
界緩和効果を示す特性図である。

【図８】 この発明の実施の形態４に係る回路基板の電
極パターン端部を示す断面斜視図である。

【図９】 この発明の実施の形態４に係る回路基板の電
界緩和効果を示す特性図である。

【図１０】 この発明の実施の形態５に係る回路基板の
電極パターン端部を示す断面斜視図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５に係る回路基板の
電界緩和効果を示す特性図である。

【図１２】 この発明の実施の形態６に係る回路基板の
電極パターン端部を示す断面図である。

【図１３】 この発明の実施の形態６に係る回路基板の
電極パターン端部においてボイドが発生した様子を示す
断面図である。

【図１４】 この発明の実施の形態７に係る回路基板の
電極パターン端部を示す断面図である。

【図１５】 この発明の実施の形態７に係る回路基板の
電界緩和効果を示す特性図である。

【図１６】 この発明の実施の形態８に係る回路基板の
電極パターン端部を示す断面図である。

【図１７】 従来例の回路基板の電極パターン端部を示
す断面図である。

【図１８】 従来の回路基板の製造方法の一例を示す説
明図である。

【図１９】 従来の回路基板の製造方法他の例を示すブ
ロック図である。

【図２０】 従来例の回路基板の電極パターン端部の拡
大断面図である。

【図２１】 従来のシリコンゲル中にボイドが発生した
場合の回路基板の電極パターン端部の拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１ セラミック基板、２ コレクタ電極、３ 接地電
極、４ 半導体素子、５ エミッタ電極、９ シリコン
ゲル、１０ ボイド、１１ シールド電極、１２ ガー
ド電極、１５ 導体膜、２１〜２５ コレクタ電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 和晴 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板と、この基板両面に設けられ少
   なくとも一方が電気回路パターンである導体層とを備
   え、上記電気回路パターンの導体層における上記基板と
   の接合面の端部がその導体層最外周端部より内側に入り
   込んでいる断面構造をなすことを特徴とする回路基板。
2. 【請求項２】 電気回路パターンの導体層端部の厚さが
   中央部より厚いことを特徴とする請求項１記載の回路基
   板。
3. 【請求項３】 絶縁基板、この基板両面に設けられ少な
   くとも一方が電気回路パターンである導体層、及び上記
   電気回路パターンの導体層の周囲の、この導体層との沿
   面距離が上記絶縁基板の厚さ以下の位置に、上記回路パ
   ターンと電気的に接続して設けられ、上記基板との接合
   面外周端部が最外周端部より内側に入り込んだ断面構造
   をなすガード電極を備えたことを特徴とする回路基板。
4. 【請求項４】 絶縁基板、この基板両面に設けられ少な
   くとも一方が電気回路パターンである導体層、及び上記
   電気回路パターンの導体層端部に電気的に接続され、こ
   の端部から上記基板に形成された上記電気回路パターン
   の導体層を取り巻く凹部の底面部にわたって設けられた
   導電膜を備えたことを特徴とする回路基板。
5. 【請求項５】 絶縁基板と、この基板両面に設けられ少
   なくとも一方が電気回路パターンである導体層とを備
   え、上記電気回路パターンの導体層の少なくとも一部が
   上記基板に埋設されていることを特徴とする回路基板。
6. 【請求項６】 絶縁基板と、この基板両面に設けられ少
   なくとも一方が電気回路パターンである導体層とを備
   え、上記電気回路パターンの導体層における上記基板と
   の接合面の端部がその導体層の最外周端部より内側に入
   り込んでいる断面構造をなす回路基板を製造する方法に
   おいて、上記電気回路パターンの導体層の周囲を電解研
   磨し、上記接合面の端部を除去するようにしたことを特
   徴とする回路基板の製造方法。