WO2020067427A1 - 接合基板、金属回路基板及び回路基板 - Google Patents

接合基板、金属回路基板及び回路基板 Download PDF

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circuit board
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優太 津川
西村　浩二
良太 青野
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デンカ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a bonding board, a metal circuit board, and a circuit board.
  • a circuit pattern was formed on a metal plate of a bonding substrate including a ceramic substrate and a metal plate bonded to the substrate via a bonding member such as a brazing material, and an electronic component was mounted on a part of the circuit pattern.
  • Circuit boards are known (see Patent Documents 1 and 2).
  • electronic components are mounted on a circuit pattern formed on a metal plate via, for example, solder. Therefore, the metal plate on which the circuit pattern is formed generates heat when electronic components are mounted.
  • the above-described circuit board is incorporated in, for example, a part of a product (not shown) and operated, the electronic components generate heat.
  • the bonding board and the circuit board are required to satisfy a heat cycle characteristic that is higher than a certain standard.
  • semiconductor elements such as so-called power ICs are used as the electronic components of the circuit board as described above.
  • the power of the power IC has been increasing.
  • a semiconductor element such as a power IC sometimes generates heat at a high temperature (for example, 200 ° C.) when the circuit board operates.
  • the bonding substrate and the circuit board are required to satisfy the heat cycle characteristics which are higher than the above-mentioned certain standard.
  • Patent Literature 1 discloses a ceramic copper circuit board (a copper plate on which a ceramic substrate and a circuit pattern are formed), a brazing material disposed between the ceramic substrate and the copper plate and joining the two, and mounting on the circuit pattern.
  • a semiconductor device including a semiconductor chip described above is disclosed.
  • the protruding length of the brazing material from the edge of the copper plate is set to 10 ( ⁇ m) or more and 150 ( ⁇ m) or less, the peripheral surface of the copper plate is inclined, and the thickness of the copper plate is 0.2 (mm) or more. It is disclosed to be 1.0 (mm) or less.
  • Patent Document 2 discloses a circuit board that includes a ceramic substrate, a metal circuit, and a bonding layer that bonds the metal circuit to the ceramic substrate, and mounts electronic components on the metal circuit.
  • the protruding length of the bonding layer from the edge of the metal circuit is 30 ( ⁇ m) or less
  • the peripheral surface of the metal circuit is an inclined surface
  • the thickness of the metal circuit is 0.3 (mm) or more and 0.5 ( mm) or less.
  • the thickness of the metal plate of the bonding substrate, the metal circuit board, and the circuit board is increased (for example, the thickness is 0.5 (mm) or more) in order to enhance heat dissipation.
  • the thickness of the copper plate is increased while satisfying the above condition regarding the range of C / D
  • the width of the inclined surface portion at the end of the copper plate increases. turn into.
  • the mounting area of the electronic component on the copper plate becomes narrow.
  • Patent Document 2 does not disclose a case where the thickness of the metal plate is increased (for example, a case where the thickness is 0.8 (mm) or more). Therefore, Patent Document 2 does not disclose the optimal design conditions of the circuit board in consideration of the heat cycle characteristics when the thickness of the metal circuit is increased.
  • a bonding substrate is a metal plate forming a laminated state with a substrate and the substrate, wherein a first surface on the substrate side and a second surface on a side opposite to the first surface are provided. And a metal plate, wherein the edge of the first surface is located outside the edge of the second surface when viewed from the stacking direction, and is disposed between the substrate and the metal plate.
  • Length of at least one of the plurality of cut surfaces cut from a portion corresponding to the periphery of the first surface to a portion corresponding to the periphery of the second surface in a direction orthogonal to the stacking direction. Protrudes the peripheral surface length A (mm) and the length of the protruding portion of the joining member in the orthogonal direction.
  • the length B (mm) and the distance from the first surface to the second surface are the thickness C (mm) of the metal plate, the following first and second expressions are satisfied. . (First formula) 0.032 ⁇ B / (A + B) ⁇ 0.400 (Second formula) 0.5 (mm) ⁇ C ⁇ 2.0 (mm)
  • the bonding substrate according to a second aspect of the present invention is the bonding substrate according to the first aspect, wherein the metal plate has a polygon having four or more corners when viewed from the lamination direction, and the at least one cut surface is , And a cut surface cut by a diagonal line of the metal plate viewed from the laminating direction.
  • the bonding substrate according to a third aspect of the present invention is the bonding substrate according to the second aspect, wherein the peripheral surface length A (mm) and the peripheral surface length A at all cut surfaces cut along all the diagonal lines along the stacking direction.
  • the protrusion length B (mm) satisfies the first formula.
  • the bonding substrate according to a fourth aspect of the present invention is the bonding substrate according to any one of the first to third aspects, wherein the entire periphery of the first surface and the entire periphery of the second surface of the metal plate. Is a surface including an inclined surface.
  • the bonding substrate according to a fifth aspect of the present invention is the bonding substrate according to the fourth aspect, and corresponds to the inclined surface in at least one of a plurality of cutting surfaces cut along the laminating direction.
  • the inclination angle ⁇ (°) of the portion to be formed with respect to the orthogonal direction satisfies the following third equation. (3rd formula) ⁇ > 45 (°)
  • the bonding substrate according to a sixth aspect of the present invention is the bonding substrate according to the fifth aspect, wherein the orthogonal portions of the portions corresponding to the inclined surfaces in all the cut surfaces cut along all the diagonal lines along the stacking direction.
  • the inclination angle ⁇ (°) with respect to the direction satisfies the third expression.
  • a bonding substrate according to a seventh aspect of the present invention is the bonding substrate according to any one of the first to sixth aspects, wherein the peripheral surface length A (mm) is 0.15 (mm) or more. Any length of 30 (mm) or less.
  • the bonding substrate according to an eighth aspect of the present invention is the bonding substrate according to any one of the first to seventh aspects, wherein the protruding length B (mm) is 10 ⁇ 10 ⁇ 6 (mm) or more. Any length of ⁇ 10 ⁇ 6 (mm) or less.
  • a circuit pattern is formed on the metal plate of the bonding board according to any one of the first to eighth aspects.
  • a circuit board according to a first aspect of the present invention includes the bonding board according to any one of the first to eighth aspects, and an electronic component mounted on the metal plate on which a circuit pattern is formed. I have.
  • the circuit board according to the second aspect of the present invention is the circuit board according to the first aspect, wherein an operating temperature of the electronic component is in a range of 100 ° C. or more and 250 ° C. or less.
  • substrate of this invention is excellent in a heat cycle characteristic, securing the mounting area of an electronic component even if the thickness of a metal plate is large. Further, the metal circuit board of the present invention has excellent heat cycle characteristics while securing a mounting area for electronic components even when the thickness of the metal plate is large. Further, the circuit board of the present invention has excellent heat cycle characteristics while securing a mounting area for electronic components even when the thickness of the metal plate is large.
  • FIG. 3 is a top view of the bonded substrate according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the bonded substrate of FIG. 1 cut along a cutting line 2A-2A.
  • FIG. 2B is an enlarged sectional view of a part of the sectional view of FIG. 2A.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in which a part of the cross-sectional view of FIG. 2A is enlarged, and is a cross-sectional view in consideration of an example of wettability of a brazing material.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view in which a part of the cross-sectional view of FIG. 2A is enlarged, and is a cross-sectional view in consideration of an example of wettability of a brazing material.
  • FIG. 2 is a top view of the circuit board of the present embodiment, which is a partially enlarged view of a mounted semiconductor element and a vicinity thereof.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the circuit board of FIG. 3A taken along a cutting line 3B-3B. It is the table
  • FIG. 1 shows a top view of a bonding substrate 10 of the present embodiment.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the bonding substrate 10 of FIG. 1 taken along a cutting line 2A-2A.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a part of the cross-sectional view of the bonding substrate 10 of FIG. 2A.
  • the bonding substrate 10 of the present embodiment includes a ceramic substrate 20 (an example of a substrate), a metal plate 30, and a brazing material 40 (an example of a bonding member). ing. Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the ceramic substrate 20 and the metal plate 30 form a laminated state with the brazing material 40 interposed therebetween.
  • the “joined substrate” in the present embodiment, examples, and modifications refers to a substrate before the circuit pattern 60 (see FIGS. 3A and 3B) is formed.
  • the “metal circuit board” means a board in which the circuit pattern 60 is formed on the metal plate 30 of the bonding board 10.
  • the “circuit board” means a board in which electronic components such as the semiconductor element 70 are mounted on a part of the circuit pattern 60 after the circuit pattern 60 is formed on the metal plate 30 of the bonding board 10.
  • the ceramic substrate 20 of the present embodiment has a function of supporting the metal plate 30.
  • the ceramic substrate 20 is made of, for example, silicon nitride, and has a rectangular shape when viewed from its thickness direction (T direction (an example of a laminating direction) in the drawing).
  • the thickness of the ceramic substrate 20 is, for example, 0.32 (mm).
  • the material, shape, and the like of the ceramic substrate 20 are merely examples in the present embodiment, and may differ from those in the present embodiment as long as the above-described functions are exhibited.
  • the thickness may be 0.1 mm or more, and may be 0.2 mm or more. Further, the thickness may be 2.5 mm or less, and may be 1.5 mm or less.
  • the length of one side may be 5 mm or more, and may be 10 mm or more. Further, the length of one side may be 250 mm or less, and may be 200 mm or less.
  • the metal plate 30 of the present embodiment is a portion for forming a circuit pattern 60 (see FIGS. 3A and 3B). As described above, the metal plate 30 and the ceramic substrate 20 form a laminated state.
  • the brazing material 40 of the present embodiment is disposed between the ceramic substrate 20 and the metal plate 30 to join the metal plate 30 to the ceramic substrate 20. Further, the brazing material 40 protrudes from the entire periphery of the metal plate 30 when viewed from the T direction (see FIGS. 2A and 2B). In other words, the brazing material 40 protrudes from the entire peripheral edge 32A of the lower surface 32 of the metal plate 30 when viewed from the T direction.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of the bonding substrate 10 taken along the cutting line 2A-2A in FIG. 1. The cutting line 2A-2A shows the metal when the bonding substrate 10 is viewed from its thickness direction.
  • the brazing material 40 starts from the portion corresponding to the periphery of the metal plate 30 (in other words, the periphery 32A of the lower surface 32) in the X direction.
  • B (mm) protrudes.
  • the length B that is, the length B in the X direction (an example of the orthogonal direction) perpendicular to the T direction in the protruding portion of the brazing material 40 is referred to as the protruding length B.
  • the protrusion length B of the present embodiment is, for example, 50 ⁇ 10 ⁇ 6 (mm).
  • the protruding length B is preferably 10 ⁇ 10 ⁇ 6 (mm) or more and 100 ⁇ 10 ⁇ 6 (mm) or less.
  • the metal plate 30 is made of copper, for example, and has a rectangular shape when viewed from its thickness direction (T direction (an example of a lamination direction) in the drawing).
  • the thickness C of the metal plate 30 is, for example, 0.8 (mm). However, in consideration of the evaluation results (see the table of FIG. 4) of the examples described later, the thickness C is 0.5 (mm) or more and 2.0 (mm) or less. More preferably, the thickness C is 0.8 (mm) or more and 1.2 (mm) or less.
  • the shape other than the material and the thickness of the metal plate 30 is an example in the present embodiment, and may be different from that in the present embodiment as long as it becomes the circuit pattern 60.
  • the plane on the ceramic substrate 20 side is a lower surface 32 (an example of a first surface), and the plane on the opposite side to the ceramic substrate 20 side, that is, The opposite plane is referred to as an upper surface 34 (an example of a second surface).
  • a surface connecting the entire peripheral edge 34A of the upper surface 34 of the metal plate 30 and the entire peripheral edge 32A of the lower surface 32 is referred to as a peripheral surface 36.
  • the edge of the lower surface 32 of the metal plate 30 is located outside the edge of the upper surface 34 when viewed from the laminating direction. In other words, when the metal plate 30 is viewed from above in the T direction, the lower surface 32 surrounds the upper surface 34 (see FIGS.
  • the peripheral surface 36 is an inclined surface that extends outward from the entire peripheral edge of the upper surface 34 from the upper surface 34 side to the lower surface 32 side. More specifically, as shown in FIG. 2B, the peripheral surface 36 has a curved surface portion 36A connected to the edge 34A on the outer side in the X direction (the edge 32A of the lower surface 32) than the edge 34A of the upper surface 34, A flat portion 36B from the outer end of the curved portion 36A to the edge 32A of the lower surface 32 is formed.
  • the inclination angle ⁇ of the flat portion 36B with respect to the X direction (the lower surface 32) is steeper than 45 ° (inclination angle ⁇ > 45 °).
  • the peripheral surface 36 of the present embodiment is a surface including the planar portion 36B which is an inclined surface.
  • the tilt angle ⁇ of the present embodiment is, for example, 69 °.
  • the edge 34A of the upper surface 34 which is the starting point of the peripheral surface 36, means the position where the thickness starts to decrease in the cross-sectional observation visual field.
  • the brazing material 40 has a cross-sectional shape as shown in FIGS. 2C and 2D, for example, in consideration of wettability. As shown in FIG.
  • the contact point 40C between the ceramic substrate 20 and the brazing material 40 in the cross section is The distance from 32A to the contact 40C.
  • the outer edge of the brazing material 40 has a convex shape as shown in FIG. 2D
  • the length from the edge 32A of the lower surface 32 to the vertex 40D of the convex shape is the protruding length B.
  • the flat portion 36B is, for example, a region that is a straight line that is equal to or less than the average roughness of the surface and equal to or more than a predetermined distance in the cross section. In other words, it is a region where the inclination angle ⁇ is continuously set.
  • the length A of the portion corresponding to the peripheral surface 36 in the X direction (hereinafter, referred to as the peripheral surface length A) is, for example, 0.25 (mm). Have been. However, in consideration of the evaluation results of the examples described later (see the table of FIG. 4), the peripheral surface length A is preferably, for example, not less than 0.15 (mm) and not more than 0.30 (mm).
  • the relationship between the peripheral surface length A (mm) and the protruding length B (mm) is based on the evaluation results of the examples described later (see the table of FIG. 4). ), The following equation 1 is satisfied.
  • the bonding substrate 10 of the present embodiment satisfies the following expression 2 while satisfying the above expression 1.
  • the peripheral surface 36 of the bonding substrate 10 includes the curved surface portion 36A and the flat surface portion 36B.
  • a straight line for example, a straight line corresponding to the lower surface 32
  • a straight line is drawn so as to satisfy the following condition, and a point where the straight line intersects the upper surface 34 is defined as a point 34B.
  • the area of a cross section corresponding to a right-angled isosceles triangle having a straight line connecting the edge 32A and the point 34B as an oblique side is defined as S1.
  • the area of the cross-section protruding outward from the ceramic substrate 20 from the straight line connecting the edge 32A and the point 34B that is, the cross-sectional area of the portion excluding the above-described right-angled isosceles triangle from the end of the metal plate 30 is shown. S2.
  • the relationship between the area S1 and the area S2 satisfies Equation 3 below.
  • the configuration of the bonding substrate 10 of the present embodiment has been described with reference to the cross-sectional views (FIGS. 2A and 2B) cut along the cutting line along the virtual line L1.
  • the bonding substrate 10 of the present embodiment satisfies the above-described equations 1, 2, and 3.
  • Expressions 1 and 3 among Expressions 1, 2, and 3 are based on parameters defined using the cross-sectional view of the bonding substrate 10. Therefore, the values of Expressions 1 and 3 change depending on the direction of the cutting line.
  • Expressions 1 and 3 are also used. Fulfill. Also, in the case of a cross-sectional view cut along the virtual line L3 parallel to the short direction (Z direction) of the metal plate 30, Expressions 1 and 3 are satisfied. That is, in the case of the present embodiment, not only the cross-sectional view cut along the virtual line L1 along the diagonal line of the metal plate 30 but also all the points passing through the intersection O of the two diagonal lines (see FIG. 1) or the center O viewed from the Z direction. Equations 1 and 3 are satisfied also in the case of a cross-sectional view cut along the imaginary line of FIG. From another viewpoint, in the case of the present embodiment, Expressions 1 and 3 are satisfied in all cut surfaces of the metal plate 30 cut along the Z direction at all diagonal lines.
  • the metal circuit board of the present embodiment is a board in which a circuit pattern 60 is formed on the bonding board of FIGS.
  • the circuit pattern 60 is as described for the circuit board 50 below.
  • FIG. 3A is a top view of the circuit board 50 of the present embodiment, and shows a partially enlarged view of the mounted semiconductor element 70 and the vicinity thereof.
  • FIG. 3B shows a cross-sectional view of the circuit board 50 of FIG. 3A taken along a cutting line 3B-3B.
  • the circuit board 50 of this embodiment is a board in which electronic components such as the semiconductor elements 70 are mounted on a part of the circuit pattern 60 after the circuit pattern 60 is formed on the metal plate 30 of the bonding board 10. It has been.
  • the semiconductor element 70 is, for example, a so-called power IC, and the upper limit of the operating temperature range is set to 250 ° C.
  • the circuit pattern 60 is a pattern formed by removing a part of the metal plate 30 (specifically, by etching as described later).
  • the circuit pattern 60 is formed in consideration of a layout considering a plurality of electronic components to be mounted.
  • the semiconductor element 70 is joined to a predetermined position of the circuit pattern 60 by a solder 80.
  • the manufacturing method of the circuit board and the metal circuit board of this embodiment >> Next, a method of manufacturing the circuit board 50 (see FIGS. 3A and 3B) and the metal circuit board of the present embodiment will be described.
  • a brazing material 40 is applied to one surface of the ceramic substrate 20.
  • the metal plate 30 is attached to one surface of the ceramic substrate 20 to which the brazing material 40 has been applied. That is, the metal plate 30 is joined to the ceramic substrate 20.
  • the metal plate 30 is etched so that the metal plate 30 has a rectangular shape inside the ceramic substrate 20 when viewed from above in the direction T as shown in FIG. 1, for example.
  • a predetermined surface treatment is performed on the upper surface 34 of the metal plate 30.
  • the bonding substrate 10 required for manufacturing the circuit board 50 is manufactured.
  • the brazing material 40 is in a state of protruding from the entire periphery of the metal plate 30. Further, the peripheral surface 36 of the metal plate 30 becomes a surface including an inclined surface as shown in FIGS. 2A and 2B due to the influence of the etching.
  • a photoresist (not shown) is laminated on the upper surface 34 of the metal plate 30 of the bonding substrate 10.
  • a liquid photoresist may be applied.
  • a pattern according to the circuit pattern 60 is exposed.
  • a so-called direct exposure type exposure apparatus is used (without using the above-mentioned film). )
  • the photoresist may be exposed.
  • the exposed photoresist is etched according to the circuit pattern 60.
  • the remaining photoresist is removed.
  • the bonding substrate 10 in which the circuit pattern 60 is formed (that is, the metal circuit substrate) is manufactured.
  • the circuit substrate 50 is completed as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • a bonded substrate to be tested at a normal temperature (for example, 20 ° C.) is moved to an environment of 150 ° C., and is held in the environment of 150 ° C. for 15 minutes (first step).
  • the bonded substrate is moved from the environment of 150 ° C. to the environment of ⁇ 55 ° C., and is kept in the environment of ⁇ 55 ° C. for 15 minutes (second step).
  • the first step and the second step are alternately repeated 2000 times.
  • the presence or absence of peeling of the metal plate 30 is observed by ultrasonic flaw detection measurement.
  • the inventor of the present application has determined that the bonded substrate observed to have peeling does not satisfy the predetermined criterion, and has determined that the bonded substrate observed to have no peeling satisfies the predetermined criterion.
  • “evaluation results” of the table of FIG. 4 “if the determined standard is satisfied” is described as “OK”, and “if not satisfied” is described as NG.
  • Samples 1 to 11 and 13 to 21 in the table of FIG. 4 were named Examples 1 to 20, respectively, based on the above evaluation results.
  • the sample 12 corresponds to the bonding substrate 10 of the present embodiment.
  • Samples 22 to 28 were Comparative Examples 1 to 7, respectively.
  • the bonding substrate 10 and the metal circuit board according to the present embodiment and the present example that satisfy Expression 1, Expression 2, and Expression 3 have a bonding that does not satisfy at least one of Expression 1, Expression 2, and Expression 3. It was found that the heat cycle characteristics were superior to those of the substrate.
  • examples of the bonding substrate that does not satisfy at least one of Expressions 1, 2, and 3 include, for example, the bonding substrates disclosed in the above-described Patent Documents 1 and 2 or modified according to the concept thereof. included. Therefore, when the thickness C of the metal plate 30 is large (for example, 0.5 (mm) or more and 2.0 (mm) or less), the bonding substrate 10 and the metal circuit board of the present embodiment and the present example included in the present embodiment are large.
  • the circuit board 50 of the present embodiment Is excellent in heat cycle characteristics while securing a mounting area for electronic components. Accordingly, even when the thickness C of the metal plate 30 (the portion of the circuit pattern 60) is large, the circuit board 50 of the present embodiment has excellent heat cycle characteristics while securing a mounting area for electronic components. Therefore, the circuit board 50 of the present embodiment is unlikely to break down even when an electronic component (for example, a power IC) whose operating temperature has an upper limit of a high temperature such as 250 ° C. is mounted.
  • the technical advantage of the bonding substrate 10 and the metal circuit board of the present embodiment and the present example that satisfy the effects of the present embodiment, in other words, the expressions 1, 2, and 3, is determined by the inventor of the present application.
  • a bonding board or a metal circuit board (not shown) that does not satisfy any one of the formulas 1, 2, and 3 in a part of the entire periphery but satisfies the rest in the rest of the comparative example. It can be said that the heat cycle characteristics are excellent while securing a mounting area for electronic components as compared with the bonded substrate. That is, the technical scope of the present invention also includes a bonding substrate and a metal circuit substrate that do not satisfy any one of the formulas 1, 2, and 3 in a part of the entire periphery, but satisfy the rest in the rest.
  • Equation 2 is the thickness C of the metal plate 30 and usually has a constant value. Therefore, Equation 2 is not satisfied or not satisfied depending on the cross section.
  • the average of the maximum value and the minimum value of the thickness C is referred to as the thickness C). Therefore, when all of Formulas 1 to 3 are not satisfied by the cross section, usually, some cross sections do not satisfy Formula 1 or some cross sections do not satisfy Formula 3, or both of Formulas 1 and 3 are satisfied. This is the case where there is no cross section (Equation 3 is not essential, so that when the cross section does not satisfy all of Equations 1 and 2, usually, the cross section does not satisfy Equation 1). In the description of the present embodiment, an example that satisfies Equation 1, Equation 2 and Equation 3 has been described. However, in the present invention, it is important to satisfy Equation 1 when the metal plate 30 is thick (in the case of Equation 2). Therefore, Equation 3 need not be satisfied.
  • the shape of the metal plate 30 viewed from the T direction is described as being rectangular (see FIG. 1).
  • the shape of the metal plate 30 as viewed from the T direction need not be a rectangular shape.
  • the shape of the metal plate 30 viewed from the T direction is an ellipse having no corners, a triangular shape, a polygonal shape having four or more corners (for example, the bonding substrate 10A of the modified example in FIG. 5), and a combination of an ellipse and a rectangle. It may be a complex shape or another two-dimensional shape.
  • the peripheral surface 36 of the metal plate 30 includes the curved surface portion 36A and the flat surface portion 36B.
  • the peripheral surface 36 may not be configured by the curved surface portion 36A and the flat surface portion 36B.
  • the portion of the peripheral surface 36 in the cross-sectional view may be a straight line segment (the side surface is flat) as in a bonding substrate 10B of a modified example shown in FIG.
  • the peripheral surface 36 in the sectional view may be a curved line (not shown).
  • the inclination angle ⁇ means an angle formed by a tangent to the peripheral surface 36 at the edge 32A and the lower surface 32 in the cross-sectional view.

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Abstract

接合基板（１０）は、基板（２０）と、基板（２０）とで積層状態を構成している金属板（３０）であって、基板（２０）側の第１面（３２）と、第１面（３２）と反対側の第２面（３４）とを有し、積層方向から見て第１面（３２）の縁が第２面（３４）の縁よりも外側に位置している金属板（３０）と、基板（２０）と金属板（３０）との間に配置され金属板（３０）を基板（２０）に接合させ、積層方向から見て金属板（３０）の全周に亘って縁からはみ出している接合部材（４０）と、を備え、積層方向に沿って切断した切断面における、第１面（３２）の周縁に相当する部分から第２面（３４）の周縁に相当する部分までの周面長（Ａ）、接合部材（４０）のはみ出し長（Ｂ）、及び、金属板（３０）の厚み（Ｃ）は、下記の第１式及び第２式を満たす。　（第１式）０．０３２≦Ｂ／（Ａ＋Ｂ）≦０．４００　（第２式）０．５（ｍｍ）≦Ｃ≦２．０（ｍｍ）

Description

接合基板、金属回路基板及び回路基板
　本発明は、接合基板、金属回路基板及び回路基板に関する。
　セラミックス製の基板と、ろう材等の接合部材を介して基板に接合された金属板とを備えた接合基板の金属板に回路パターンが形成され、回路パターンの一部に電子部品が実装された回路基板が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
　上記のような回路基板を製造する場合、電子部品は金属板に形成された回路パターンに例えば半田を介して実装される。そのため、回路パターンが形成された金属板は電子部品の実装時に発熱する。また、上記のような回路基板を例えば製品（図示省略）の一部に組み込んで動作させる場合、電子部品は発熱する。これらの理由により、接合基板及び回路基板には、一定の基準以上のヒートサイクル特性を満たすことが要求される。
　また、上記のような回路基板の電子部品としていわゆるパワーＩＣ等の半導体素子が用いられるが、近年パワーＩＣのハイパワー化が進んでいる。パワーＩＣ等の半導体素子は、回路基板の動作時に高温（例えば２００℃等）に発熱する場合もある。以上の理由により、接合基板及び回路基板には、上記の一定の基準よりもさらに高い基準以上のヒートサイクル特性を満たすことが要求されつつある。
　ここで、特許文献１には、セラミック銅回路基板（セラミックス基板及び回路パターンが形成された銅板）と、セラミックス基板と銅板との間に配置され、両者を接合するろう材と、回路パターンに実装されている半導体チップとを備えた半導体装置が開示されている。具体的には、ろう材の銅板の縁からのはみ出し長さを１０（μｍ）以上１５０（μｍ）以下とし、銅板の周面を傾斜面状とし、銅板の厚みを０．２（ｍｍ）以上１．０（ｍｍ）以下とすることが開示されている。この場合、銅板の断面の端部に相当する部分の直角二等辺三角形の面積を面積Ｄとし、端部から当該直角二等辺三角形を除いた部分の面積を面積Ｃと定義すると、Ｃ／Ｄは０．２以上０．６以下とすることが開示されている（特許文献１の図３参照）。
　また、特許文献２には、セラミックス基板と、金属回路と、セラミックス基板に金属回路を接合する接合層とを備え、金属回路に電子部品を実装するための回路基板が開示されている。具体的には、接合層の金属回路の縁からのはみ出し長が３０（μｍ）以下とし、金属回路の周面を傾斜面とし、金属回路の厚みを０．３（ｍｍ）以上０．５（ｍｍ）以下とすることが開示されている。
特開２０１６－１７４１６５号公報 特開平１０－３２６９４９号公報
　ところで、接合基板、金属回路基板及び回路基板は、放熱性を高めるために、金属板の厚みを大きくすること（例えば、０．５（ｍｍ）以上の厚みにすること）が要望されている。
　特許文献１に開示されているセラミック銅回路基板の場合、上記のＣ／Ｄの範囲に関する条件を満たしたうえで銅板の厚みを大きくすると、銅板の端部の傾斜面状の部分の幅が大きくなってしまう。これに伴い、銅板における電子部品の実装領域が狭くなってしまう。
　また、前述のとおり、特許文献２には、金属板の厚みを大きくした場合（例えば、０．８（ｍｍ）以上の厚みにした場合）について開示されていない。そのため、特許文献２には、金属回路の厚みを大きくした場合のヒートサイクル特性を考慮した回路基板の最適な設計条件が開示されていない。
　本発明は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れた接合基板の提供を目的とする。また、本発明は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れた金属回路基板の提供を目的とする。また、本発明は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れた回路基板の提供を目的とする。
　本発明の第１態様の接合基板は、基板と、前記基板とで積層状態を構成している金属板であって、前記基板側の第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有しており、積層方向から見て前記第１面の縁が前記第２面の縁よりも外側に位置している金属板と、前記基板と前記金属板との間に配置され前記金属板を前記基板に接合させている接合部材であって、前記積層方向から見て前記金属板の全周に亘って縁からはみ出している接合部材と、を備え、前記積層方向に沿って切断した複数の切断面のうちの少なくとも１つの切断面における、前記第１面の周縁に相当する部分から前記第２面の周縁に相当する部分までの前記積層方向と直交する直交方向の長さを周面長Ａ（ｍｍ）、前記接合部材のはみ出し部分の前記直交方向の長さをはみ出し長Ｂ（ｍｍ）、及び、記第１面から前記第２面までの距離を前記金属板の厚みＣ（ｍｍ）とした場合、下記の第１式及び下記の第２式を満している。
　　（第１式）０．０３２≦Ｂ／（Ａ＋Ｂ）≦０．４００
　　（第２式）０．５（ｍｍ）≦Ｃ≦２．０（ｍｍ）
　本発明の第２態様の接合基板は、第１態様の接合基板であって、前記金属板は、前記積層方向から見て角が４つ以上の多角形とされ、前記少なくとも１つの切断面は、前記積層方向から見た前記金属板の対角線で切断した切断面とされている。
　本発明の第３態様の接合基板は、第２態様の接合基板であって、すべての前記対角線で前記積層方向に沿って切断したすべての切断面における、前記周面長Ａ（ｍｍ）及び前記はみ出し長Ｂ（ｍｍ）は、前記第１式を満たしている。
　本発明の第４態様の接合基板は、第１～第３態様のいずれか一態様に記載の接合基板であって、前記金属板における前記第１面の全周縁と前記第２面の全周縁とを繋ぐ周面は、傾斜面を含む面とされている。
　本発明の第５態様に記載の接合基板は、第４態様の接合基板であって、前記積層方向に沿って切断した複数の切断面のうちの少なくとも１つの切断面における、前記傾斜面に相当する部分の前記直交方向に対する傾斜角θ（°）は、下記の第３式を満たしている。
　　（第３式）θ＞４５（°）
　本発明の第６態様の接合基板は、第５態様の接合基板であって、すべての前記対角線で前記積層方向に沿って切断したすべての切断面における、前記傾斜面に相当する部分の前記直交方向に対する傾斜角θ（°）は、前記第３式を満たしている。
　本発明の第７態様の接合基板は、第１～第６態様のいずれか一態様に記載の接合基板であって、前記周面長Ａ（ｍｍ）は、０．１５（ｍｍ）以上０．３０（ｍｍ）以下のいずれかの長さとされている。
　本発明の第８態様の接合基板は、第１～第７態様のいずれか一態様に記載の接合基板であって、前記はみ出し長Ｂ（ｍｍ）は、１０×１０－６（ｍｍ）以上１００×１０－６（ｍｍ）以下のいずれかの長さとされている。
　本発明の第１態様の金属回路基板は、第１～第８態様のいずれか一態様に記載の接合基板の金属板に回路パターンが形成されている。
　本発明の第１態様の回路基板は、第１～第８態様のいずれか一態様に記載の接合基板と、回路パターンが形成された前記金属板に実装されている電子部品と、を備えている。
　本発明の第２態様の回路基板は、第１態様の回路基板であって、前記電子部品の動作温度は、１００℃以上２５０℃以下の範囲とされている。
　本発明の接合基板は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れる。
　また、本発明の金属回路基板は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れる。
　また、本発明の回路基板は、金属板の厚みが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れる。
　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本実施形態の接合基板の上面図である。 図１の接合基板を２Ａ－２Ａ切断線で切断した断面図である。 図２Ａの断面図の一部を拡大した断面図である。 図２Ａの断面図の一部を拡大した断面図であって、ろう材のぬれ性の一例を考慮した断面図である。 図２Ａの断面図の一部を拡大した断面図であって、ろう材のぬれ性の一例を考慮した断面図である。 本実施形態の回路基板の上面図であって、実装された半導体素子及びその近傍の部分拡大図である。 図３Ａの回路基板を３Ｂ－３Ｂ切断線で切断した断面図である。 複数の実施例及び複数の比較例に対する設定条件及びヒートサイクル試験の結果をまとめた表である。 変形例の接合基板の上面図である。 他の変形例の接合基板の部分断面図である。
＜概要＞
　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本実施形態の接合基板１０（図１、図２Ａ及び図２Ｂ参照）、金属回路基板及び回路基板５０の構成について説明する。次いで、本実施形態の回路基板５０の製造方法について説明する。次いで、複数の実施例及び複数の比較例について行ったヒートサイクル試験について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。最後に、変形例について説明する。なお、以下の説明において参照するすべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。
≪本実施形態の接合基板、金属回路基板及び回路基板の構成≫
　図１は、本実施形態の接合基板１０の上面図を示している。図２Ａは、図１の接合基板１０を２Ａ－２Ａ切断線で切断した断面図を示している。図２Ｂは、図２Ａの接合基板１０の断面図の一部を拡大した断面図を示している。
＜接合基板＞
　本実施形態の接合基板１０は、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、セラミックス基板２０（基板の一例）と、金属板３０と、ろう材４０（接合部材の一例）とを備えている。また、セラミックス基板２０と金属板３０とは、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、ろう材４０を挟んで積層状態を構成している。
　なお、本実施形態、実施例及び変形例における「接合基板」とは、回路パターン６０（図３Ａ及び図３Ｂ参照）が形成される前の基板を意味する。また、「金属回路基板」とは、接合基板１０の金属板３０に回路パターン６０が形成された状態の基板を意味する。また、「回路基板」とは、接合基板１０の金属板３０に回路パターン６０が形成された後に回路パターン６０の一部に半導体素子７０等の電子部品が実装された状態の基板を意味する。
（セラミックス基板）
　本実施形態のセラミックス基板２０は、金属板３０を支持する機能を有する。ここで、セラミックス基板２０は、一例として、窒化珪素製とされ、その厚み方向（図中のＴ方向（積層方向の一例）のことをいう。）から見て矩形とされている。また、セラミックス基板２０の厚みは、一例として０．３２（ｍｍ）とされている。なお、セラミックス基板２０の材料、形状等は、本実施形態における一例であり、前述の機能を発揮すれば本実施形態の場合と異なっていれもよい。例えば、厚みは０．１ｍｍ以上であってよく、０．２ｍｍ以上であってよい。また、厚みは２．５ｍｍ以下であってよく、１．５ｍｍ以下であってよい。また、形状が矩形の場合（長方形状や正方形状の場合）に、一辺の長さは５ｍｍ以上であってよく、１０ｍｍ以上であってよい。また、一辺の長さは２５０ｍｍ以下であってよく、２００ｍｍ以下であってよい。
（金属板及びろう材）
　本実施形態の金属板３０は、回路パターン６０（図３Ａ及び図３Ｂ参照）が形成されるための部分とされている。金属板３０は、前述のとおり、セラミックス基板２０とで積層状態を構成している。
　本実施形態のろう材４０は、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、セラミックス基板２０と金属板３０との間に配置されて金属板３０をセラミックス基板２０に接合させている。また、ろう材４０は、Ｔ方向から見て、金属板３０の全周縁からはみ出している（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。別言すると、ろう材４０は、Ｔ方向から見て、金属板３０の下面３２の全周縁３２Ａからはみ出している。前述のとおり、図２Ａ及び図２Ｂは図１の２Ａ－２Ａ切断線で切断した接合基板１０の断面図であるが、２Ａ－２Ａ切断線は接合基板１０をその厚み方向から見た場合の金属板３０の対角線を含む仮想線Ｌ１と重なっている。仮想線Ｌ１が沿う方向をＸ方向とすると、ろう材４０は、図２Ａに示されるように、Ｘ方向において、金属板３０の周縁（別言すると、下面３２の周縁３２Ａ）に相当する部分からＢ（ｍｍ）はみ出している。以下、本明細書では、長さＢ、すなわち、ろう材４０のはみ出し部分におけるＴ方向に直交するＸ方向（直交方向の一例）の長さＢをはみ出し長Ｂという。本実施形態のはみ出し長Ｂは、一例として５０×１０－６（ｍｍ）とされている。ただし、後述する実施例の評価結果（図４の表を参照）を考慮すると、はみ出し長Ｂは、１０×１０－６（ｍｍ）以上１００×１０－６（ｍｍ）以下であることが好ましい。
　金属板３０は、一例として、銅製とされ、その厚み方向（図中のＴ方向（積層方向の一例）のことをいう。）から見て矩形とされている。金属板３０の厚みＣは、一例として０．８（ｍｍ）とされている。ただし、後述する実施例の評価結果（図４の表を参照）を考慮すると、厚みＣは、０．５（ｍｍ）以上２．０（ｍｍ）以下である。さらに好ましい厚みＣは、０．８（ｍｍ）以上１．２（ｍｍ）以下である。また、金属板３０の材料及び厚み以外の形状は、本実施形態における一例であり、回路パターン６０になるものであれば本実施形態の場合と異なっていれもよい。
　本実施形態では、金属板３０の厚み方向における２つの面のうち、セラミックス基板２０側の平面を下面３２（第１面の一例）、セラミックス基板２０側と反対側の平面、すなわち、下面３２と反対側の平面を上面３４（第２面の一例）とする。また、金属板３０の上面３４の全周縁３４Ａと下面３２の全周縁３２Ａとを繋ぐ面を周面３６とする。ここで、金属板３０は、積層方向から見て下面３２の縁が上面３４の縁よりも外側に位置している。別言すると、金属板３０をＴ方向の上側から見ると、下面３２は、上面３４を囲んでいる（図２Ａ及び図２Ｂ参照）。すなわち、周面３６は、上面３４側から下面３２側に亘って、上面３４の全周縁から外側に広がる傾斜状の面とされている。より具体的には、周面３６は、図２Ｂに示されるように、上面３４の縁３４ＡよりもＸ方向の外側（下面３２の縁３２Ａ側）で縁３４Ａに繋がっている曲面部分３６Ａと、曲面部分３６Ａの外側端部から下面３２の縁３２Ａまでの平面部分３６Ｂとで構成されている。平面部分３６ＢのＸ方向（下面３２）に対する傾斜角θは、４５°よりも急勾配（傾斜角θ＞４５°）とされている。すなわち、本実施形態の周面３６は、傾斜面とされる平面部分３６Ｂを含む面とされている。なお、本実施形態の傾斜角θは、一例として傾斜角θが６９°とされている。
　なお、周面３６の始点となる上面３４の縁３４Ａは、図２に示すように、断面の観察視野において、厚みの減少が始まった位置を意味する。図２の観察視野から明らかな通り、ここでの厚みの減少において、表面の微細な凹凸（表面粗さ）は考慮しない。
　また、ろう材４０は、例えば、ぬれ性を考慮すると、図２Ｃや図２Ｄのような断面形状を呈する。図２Ｃのようにろう材４０の厚さが外縁向かうに従って小さくなりろう材４０とセラミックス基板２０とが接する場合には、断面におけるセラミックス基板２０とろう材４０との接点４０Ｃが、下面３２の縁３２Ａから接点４０Ｃまでの距離がはみ出し長Ｂとなる。また、図２Ｄのように、ろう材４０の外縁が凸形状となる場合には、下面３２の縁３２Ａから凸形状の頂点４０Ｄまでがはみ出し長Ｂとなる。
　また、平面部分３６Ｂは、例えば、断面において面の平均粗さ以下で所定距離以上直線となっている領域である。言い換えると、連続して上記傾斜角θとなっている領域である。
　また、本実施形態では、図２Ａに示されるように、Ｘ方向における周面３６に相当する部分の長さＡ（以下、周面長Ａという。）は、一例として０．２５（ｍｍ）とされている。ただし、後述する実施例の評価結果（図４の表を参照）を考慮すると、周面長Ａは、一例として０．１５（ｍｍ）以上０．３０（ｍｍ）以下であることが好ましい。
　以上のとおりであるから、本実施形態の接合基板１０では、周面長Ａ（ｍｍ）と、はみ出し長Ｂ（ｍｍ）との関係は、後述する実施例の評価結果（図４の表を参照）を考慮すると、下記の式１を満たしている。

　　（式１）０．０３２≦Ｂ／（Ａ＋Ｂ）≦０．４００
　さらに、金属板３０の厚みＣ（ｍｍ）についても考慮すると、本実施形態の接合基板１０は、上記の式１を満たしつつ、下記の式２を満たすといえる。

　　（式２）０．５（ｍｍ）≦Ｃ≦２．０（ｍｍ）
　なお、前述のとおり、本実施形態の接合基板１０の周面３６は、曲面部分３６Ａと平面部分３６Ｂとで構成されている。ここで、図２Ｂに示されるように、金属板３０の断面図において、縁３２Ａから金属板３０の上面３４の内側に向けてＸ方向に沿う直線（例えば下面３２に相当する直線）と４５°となるように直線を引き、この直線と上面３４とが交わる点を点３４Ｂとする。縁３２Ａと点３４Ｂとを結ぶ直線を斜辺とする直角二等辺三角形に相当する断面の面積をＳ１とする。また、縁３２Ａと点３４Ｂとを結ぶ直線よりセラミックス基板２０の外側方向に向けてはみ出す断面の面積、すなわち、金属板３０の端部から前述の直角二等辺三角形を除いた部分の断面の面積をＳ２とする。この場合、本実施形態では、面積Ｓ１と、面積Ｓ２との関係は、下記の式３を満たしている。

　　（式３）０．６≦Ｓ２／Ｓ１
　以上のとおり、本実施形態の接合基板１０の構成について、仮想線Ｌ１に沿った切断線で切断した断面図（図２Ａ及び図２Ｂ）を参照しながら説明した。そして、本実施形態の接合基板１０は、前述の式１、式２及び式３を満たすとして説明した。ここで、式１、式２及び式３のうち式１及び式３は、接合基板１０の断面図を用いて定義したパラメータによる。そのため、式１及び式３の値は、切断線の向きにより値が変化する。
　しかしながら、本実施形態の場合、図１に示されるように、金属板３０の長手方向（Ｙ方向）に平行な仮想線Ｌ２に沿って切断した断面図の場合にも、式１及び式３を満たす。また、金属板３０の短手方向（Ｚ方向）に平行な仮想線Ｌ３に沿って切断した断面図の場合にも、式１及び式３を満たす。すなわち、本実施形態の場合、金属板３０の対角線に沿った仮想線Ｌ１で切断した断面図だけではなく、２つの対角線の交点Ｏ（図１参照）又はＺ方向から見た中心Ｏを通るすべての仮想線に沿って切断した断面図の場合でも、式１及び式３を満たす。別の見方をすると、本実施形態の場合、金属板３０におけるすべての対角線でＺ方向に沿って切断したすべての切断面において、式１及び式３を満たす。
　以上が、本実施形態の接合基板１０の構成についての説明である。
　＜金属回路基板＞
　本実施形態の金属回路基板は、図１及び図２の接合基板に回路パターン６０が形成された状態の基板である。回路パターン６０については下記回路基板５０の説明の通りである。
＜回路基板＞
　次に、本実施形態の回路基板５０について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａは、本実施形態の回路基板５０の上面図であって、実装された半導体素子７０及びその近傍の部分拡大図を示している。図３Ｂは、図３Ａの回路基板５０を３Ｂ－３Ｂ切断線で切断した断面図を示している。
　本実施形態の回路基板５０は、前述のとおり、接合基板１０の金属板３０に回路パターン６０が形成された後に回路パターン６０の一部に半導体素子７０等の電子部品が実装された状態の基板とされている。ここで、半導体素子７０は、一例として、いわゆるパワーＩＣとされ、その動作温度の範囲の上限が２５０℃とされている。回路パターン６０は、図３Ａに示されるように、金属板３０の一部を削除して（具体的には、後述のとおり、エッチングして）形成したパターンとされている。回路パターン６０は、実装する複数の電子部品を考慮したレイアウトを考慮して形成されている。図３Ａ及び図３Ｂの例では、半導体素子７０が回路パターン６０の定められた位置にはんだ８０により接合されている。
　以上が、本実施形態の回路基板５０の構成についての説明である。
≪本実施形態の回路基板及び金属回路基板の製造方法≫
　次に、本実施形態の回路基板５０（図３Ａ及び図３Ｂ参照）及び金属回路基板の製造方法について説明する。
　まず、セラミックス基板２０の一方の面にろう材４０を塗布する。
　次いで、ろう材４０が塗布されたセラミックス基板２０の一方の面に金属板３０を張り付ける。すなわち、セラミックス基板２０に金属板３０を接合する。
　次いで、金属板３０が例えば、図１のようにＴ方向の上側から見てセラミックス基板２０の内側で矩形となるように、金属板３０をエッチングする。
　次いで、金属板３０の上面３４に所定の表面処理を施す。
　以上により、回路基板５０を製造するために必要とされる、接合基板１０が製造される。なお、金属板３０のエッチングが終了した時点では、ろう材４０は、金属板３０の全周縁よりもはみ出した状態とされている。また、金属板３０の周面３６は、エッチングによる影響により、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、傾斜面を含む面となる。
　次いで、接合基板１０の金属板３０の上面３４にフォトレジスト（図示省略）をラミネートする。この場合、液状のフォトレジストを塗布してもよい。
　次いで、フォトレジストに回路パターン６０を形成するため、回路パターン６０に準じたパターンの露光をする。この場合、回路パターン６０のネガ画像が形成されているフィルムをフォトレジストに密着させていわゆる一括露光によりフォトレジストを感光させても、いわゆる直描型露光装置を用いて（上記フィルムを用いずに）フォトレジストを感光させてもよい。
　次いで、回路パターン６０に準じて感光したフォトレジストをエッチングする。
　次いで、残ったフォトレジストを除去する。
　以上により、回路パターン６０が形成された状態の接合基板１０（すなわち金属回路基板）が製造される。
　次いで、回路パターン６０が形成された状態の接合基板１０（すなわち金属回路基板）に半導体素子７０等の電子部品を実装すると、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、回路基板５０が完成する。
　以上が、本実施形態の回路基板５０の製造方法についての説明である。
≪実施例及び比較例のヒートサイクル試験≫
　次に、周面長Ａ（ｍｍ）、はみ出し長Ｂ（ｍｍ）、金属板３０の厚みＣ（ｍｍ）、傾斜角θ（°）及びＳ２／Ｓ１をパラメータとして、複数の接合基板（試料１～２７）を準備して、後述するヒートサイクル試験を行った。この場合、上記のパラメータ以外は、前述の実施形態の接合基板１０と同じ設定条件とした（図１、図２Ａ及び図３Ｂ参照）。
　そして、後述する定められた基準を満たす場合と満たさない場合とを調べた。その結果、図４の表に示されるように、前述の式１、式２及び式３を満たす場合が定められた基準を満たす場合となった。
　以下、ヒートサイクル試験の内容について説明する。
　まず、常温（一例として２０℃）の試験対象の接合基板を１５０℃の環境内に移動し、１５０℃の環境内で１５分間保持する（第１工程）。
　次いで、接合基板を１５０℃の環境内から－５５℃の環境内に移動し、－５５℃の環境内で１５分間保持する（第２工程）。
　そして、第１工程と第２工程とを交互に２０００回繰り返す。
　次いで、超音波探傷測定により、金属板３０の剥離の有無を観察する。
　その結果、本願の発明者は、剥離が有ると観察された接合基板は定められた基準を満たさないと判断し、剥離が無いと観察された接合基板は定められた基準を満たすと判断した。図４の表の「評価結果」では、「定められた基準を満たす場合」をＯＫと表記し、「満たさない場合」をＮＧと表記した。
　なお、図４の表における、試料１～１１、１３～２１は、上記の評価結果から、それぞれ実施例１～２０とした。試料１２は、本実施形態の接合基板１０に相当する。また、試料２２～２８は、それぞれ比較例１～７とした。
　以上より、ヒートサイクル試験の結果、図４の表のようになった。そして、本願の発明者は、式１、式２及び式３を満たす接合基板（試料１～２１）は、満たしてない接合基板（試料２２～２８）に比べて、ヒートサイクル特性の点で優れていることを見出した。
　以上が、複数の実施例及び複数の比較例についてのヒートサイクル試験についての説明である。
≪本実施形態の効果≫
　以上のとおり、式１、式２及び式３を満たす、本実施形態及び本実施例の接合基板１０及び金属回路基板は、式１、式２及び式３の少なくともいずれか１つを満たさない接合基板に比べて、ヒートサイクル特性の点において優れていることが見出された。ここで、式１、式２及び式３の少なくともいずれか１つを満たさない接合基板には、例えば、前述の特許文献１及び特許文献２に開示されている又はその思想で変形した接合基板が含まれる。
　したがって、本実施形態及び本実施形態に含まれる本実施例の接合基板１０及び金属回路基板は、金属板３０の厚みＣが大きい場合（例えば０．５（ｍｍ）以上２．０（ｍｍ）以下）であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れる。これに伴い、本実施形態の回路基板５０は、金属板３０（回路パターン６０の部分）の厚みＣが大きい場合であっても、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れる。そのため、本実施形態の回路基板５０は、動作温度の範囲の上限が例えば２５０℃等の高温となる電子部品（例えば、パワーＩＣ）を実装している場合であっても、故障し難い。
　なお、本実施形態の効果、別言すると、式１、式２及び式３を満たす、本実施形態及び本実施例の接合基板１０及び金属回路基板の技術的優位性は、本願の発明者が前述のヒートサイクル試験を行った結果に基づいて見出されたものである。そして、上記技術的優位性とは熱に対する特性であることから、定性的なものである。そのため、本願の発明者は、本ヒートサイクル試験における、第１及び第２工程での保持温度及び保持時間、並びに、繰り返し回数（２０００回）の一部又は全部と異なる条件のヒートサイクル試験によっても、本ヒートサイクル試験の場合と同様の結果が見出されたと推認する。すなわち、式１、式２及び式３を満たす接合基板１０及び金属回路基板の技術的優位性は、本ヒートサイクル試験と異なる条件（例えば、繰り返し回数が２０００回未満なる条件）のヒートサイクル試験からも導くことができるといえる。
≪変形例≫
　以上のとおり、本発明について前述の実施形態及び実施例を例として説明したが、本発明は前述の実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、例えば、下記のような形態（変形例）も含まれる。
　例えば、本実施形態の説明では、金属板３０の全周縁での断面図において、式１、式２及び式３を満たすとした。しかしながら、前述したヒートサイクル試験の結果を考慮すると、以下のことがいえる。すなわち、積層方向に沿って切断した複数の切断面のうちの少なくとも１つの切断面において（好ましくは任意の１０個の断面において５個以上）、金属板３０の周縁の構造が、式１、式２、式３を満たせばよい（後述する通り、式３は必須ではないため、少なくとも１つの切断面（好ましくは任意の１０個の断面において５個以上）で式１及び式２を満たせばよい）。別の観点では、全周縁の一部において式１、式２及び式３の何れか１つを満たさないものの残りにおいてすべてを満たす接合基板や金属回路基板（図示省略）は、前述の比較例の接合基板に比べて、電子部品の実装領域を確保しつつ、ヒートサイクル特性に優れるといえる。すなわち、本発明の技術的範囲には、全周縁の一部において式１、式２及び式３の何れか１つを満たさないものの残りにおいてすべてを満たす接合基板及び金属回路基板も含まれる。ここで、式２は金属板３０の厚みＣであり、通常は一定の値となるので、断面によって式２を満たしたり満たさなかったりすることはない（厚みＣが一定でない場合には断面図において厚みＣの最大値と最小値の平均を厚みＣとする）。したがって、断面によって式１～式３の全てを満たさない場合は、通常、断面によって式１を満たさない断面があったり、式３を満たさない断面があったり、式１及び式３の両方を満たさない断面がある場合である（式３は必須ではないため、断面によって式１及び式２の全てを満たさない場合は、通常、断面によって式１を満たさない場合である）。
　また、本実施形態の説明では式１、式２及び式３を満たす例について説明したが、本発明は金属板３０が厚い場合（式２の場合）において、式１を満たすことが重要であるから、式３は満たさなくてもよい。
　また、本実施形態では、Ｔ方向から見た金属板３０の形状は矩形状であるとして説明した（図１参照）。しかしながら、式１、式２及び式３を満たす接合基板であれば、Ｔ方向から見た金属板３０の形状は矩形状でなくてもよい。Ｔ方向から見た金属板３０の形状は、角のない楕円状、三角状、角が４つ以上の多角形状（例えば、図５の変形例の接合基板１０Ａ）、楕円と矩形とが組み合わされた複合形状その他の２次元形状であってもよい。
　また、本実施形態では、金属板３０の周面３６は、曲面部分３６Ａと平面部分３６Ｂとで構成されているとして説明した。しかしながら、式１、式２及び式３を満たす接合基板であれば、周面３６が曲面部分３６Ａと平面部分３６Ｂとで構成されていなくてもよい。例えば、図６に示される変形例の接合基板１０Ｂのように断面図における周面３６の部分が直線状の線分（側面が平面）となっていてもよい。また、断面図における周面３６が湾曲線であってもよい（図示省略）。周面３６が平面ではなく湾曲等している場合、傾斜角θは、上記断面図において、縁３２Aにおける周面３６の接線と、下面３２とが成す角を意味する。
　この出願は、２０１８年９月２７日に出願された日本出願特願２０１８－１８１３８３号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (11)

  1. 　基板と、
    　前記基板とで積層状態を構成している金属板であって、前記基板側の第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有しており、積層方向から見て前記第１面の縁が前記第２面の縁よりも外側に位置している金属板と、
    　前記基板と前記金属板との間に配置され前記金属板を前記基板に接合させている接合部材であって、前記積層方向から見て前記金属板の全周に亘って縁からはみ出している接合部材と、
    　を備え、
    　前記積層方向に沿って切断した複数の切断面のうちの少なくとも１つの切断面における、前記第１面の周縁に相当する部分から前記第２面の周縁に相当する部分までの前記積層方向と直交する直交方向の長さを周面長Ａ（ｍｍ）、前記接合部材のはみ出し部分の前記直交方向の長さをはみ出し長Ｂ（ｍｍ）、及び、記第１面から前記第２面までの距離を前記金属板の厚みＣ（ｍｍ）とした場合、下記の第１式及び下記の第２式を満たす、
    　接合基板。
    　　（第１式）０．０３２≦Ｂ／（Ａ＋Ｂ）≦０．４００
    　　（第２式）０．５（ｍｍ）≦Ｃ≦２．０（ｍｍ）
  2. 　前記金属板は、前記積層方向から見て角が４つ以上の多角形とされ、
    　前記少なくとも１つの切断面は、前記積層方向から見た前記金属板の対角線で切断した切断面とされている、
    　請求項１に記載の接合基板。
  3. 　すべての前記対角線で前記積層方向に沿って切断したすべての切断面における、前記周面長Ａ（ｍｍ）及び前記はみ出し長Ｂ（ｍｍ）は、前記第１式を満たす、
    　請求項２に記載の接合基板。
  4. 　前記金属板における前記第１面の全周縁と前記第２面の全周縁とを繋ぐ周面は、傾斜面を含む面とされている、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の接合基板。
  5. 　前記積層方向に沿って切断した複数の切断面のうちの少なくとも１つの切断面における、前記傾斜面に相当する部分の前記直交方向に対する傾斜角θ（°）は、下記の第３式を満たす、
    　請求項４に記載の接合基板。
    　　（第３式）θ＞４５（°）
  6. 　すべての前記対角線で前記積層方向に沿って切断したすべての切断面における、前記傾斜面に相当する部分の前記直交方向に対する傾斜角θ（°）は、前記第３式を満たす、
    　請求項５に記載の接合基板。
  7. 　前記周面長Ａ（ｍｍ）は、０．１５（ｍｍ）以上０．３０（ｍｍ）以下のいずれかの長さとされている、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の接合基板。
  8. 　前記はみ出し長Ｂ（ｍｍ）は、１０×１０－６（ｍｍ）以上１００×１０－６（ｍｍ）以下のいずれかの長さとされている、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の接合基板。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の接合基板の前記金属板に回路パターンが形成された金属回路基板。
  10. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の接合基板と、
    　回路パターンが形成された前記金属板に実装されている電子部品と、
    　を備えている回路基板。
  11. 　前記電子部品の動作温度は、１００℃以上２５０℃以下の範囲とされている、
    　請求項１０に記載の回路基板。
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