JP2001094223A - セラミック回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属回路板を接続するロウ材より抵抗発熱によ
る多量の熱が発生し、該熱によって金属回路板に接続さ
れる電子部品に誤動作が生じる。 【解決手段】貫通孔４を有するセラミック基板１の両面
に前記貫通孔１を塞ぐように金属回路板３を取着させる
とともに貫通孔４内に銅の含有量が２０重量％乃至３５
重量％である銅−タングステンから成る金属柱５を配置
させ、該金属柱５でセラミック基板１両面の金属回路板
３を接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板の
両面に金属回路板を取着したセラミック回路基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パワーモジュール用基板やスイッ
チングモジュール用基板等の回路基板として、セラミッ
ク基板上に被着させたメタライズ金属層に銀−銅合金等
のロウ材を介して銅等から成る金属回路板を接合させた
セラミック回路基板、セラミック基板上に銀−銅共晶合
金にチタン、ジルコニウム、ハフニウムあるいはその水
素化物を添加した活性金属ロウ材を介して銅等から成る
金属回路板を直接接合させたセラミック回路基板、ある
いはセラミック基板上に銅板を載置させた後加熱し直接
セラミック基板と銅板とを接合させた所謂、ＤＢＣ（Ｄ
ｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄ Ｃｏｐｐｅｒ）法によって作製
されたセラミック回路基板が用いられている。

【０００３】また、これら各セラミック回路基板は金属
回路板の実装密度を高めるためにセラミック基板の上下
両面に金属回路板を接合させておき、これら上下両面の
金属回路板間をセラミック基板に設けた貫通孔内に充填
されているロウ材で電気的に接続することが行われてい
る。

【０００４】なお、前記セラミック回路基板、例えば、
セラミック基板上に被着させたメタライズ金属層にロウ
材を介して銅等から成る金属回路板を接合させたセラミ
ック回路基板は、一般に酸化アルミニウム質焼結体、窒
化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、ムライト
質焼結体等の電気絶縁性のセラミックス材料から成り、
上下両面に所定パターンのメタライズ金属層を有し、か
つ厚み方向に貫通する貫通孔を設けたセラミック基板を
準備し、次に前記セラミック基板の貫通孔内に、銀ロウ
粉末（銀と銅の合金粉末）に有機溶剤、溶媒を添加混合
して得たロウ材ペーストを充填するとともにメタライズ
金属層上に間に銀ロウ等のロウ材を挟んで所定パターン
の金属回路板を載置当接させ、しかる後、これを還元雰
囲気中、約９００℃の温度に加熱し、ロウ材ペースト及
びロウ材を溶融させ、メタライズ金属層と金属回路板及
びセラミック基板の上下両面の金属回路板おのおのの銀
ロウ等のロウ材を介して接合することによって製作され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック回路基板においては、セラミック基板の
上下両面に接合されている金属回路板同士がセラミック
基板に設けた貫通孔内に充填されているロウ材を介して
電気的に接続されており、該セラミック基板に設けた貫
通孔内へのロウ材の充填はセラミック基板の貫通孔内に
銀ロウ粉末（銀と銅の合金粉末）に有機溶剤、溶媒を添
加混合して得たロウ材ペーストを充填させた後、約９０
０℃の温度に加熱することによって行われ、この場合、
各銀ロウ粉末間に存在する空気が溶融した銀ロウ材中に
多量に抱き込まれて多孔質となり、導通抵抗が比抵抗で
７〜１０μΩｃｍと高いものであった。そのため従来の
セラミック回路基板では金属回路板及び貫通孔内のロウ
材に１０Ａを超える大電流が流れると貫通孔内に充填さ
れたロウ材部分が抵抗発熱し、その熱が金属回路板上に
半田等の接着材を介して接着固定される半導体素子等の
電子部品に作用し、電子部品を高温として安定に作動さ
せることができないという欠点を有していた。

【０００６】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は抵抗発熱による多量の熱の発生を有効に
防止し、金属回路板に接続される半導体素子等の電子部
品を常に適温として正常、かつ安定に作動させることが
できるセラミック回路基板を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック回路
基板は、貫通孔を有するセラミック基板の両面に前記貫
通孔を塞ぐように金属回路板を取着させるとともに貫通
孔内に銅の含有量が２０重量％乃至３５重量％である銅
−タングステンから成る金属柱を配置させ、該金属柱で
セラミック基板両面の金属回路板を接続したことを特徴
とするものである。

【０００８】本発明のセラミック回路基板によれば、セ
ラミック基板の両面に取着されている金属回路板をセラ
ミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとんど
なく、比抵抗が４μΩｃｍ以下である銅の含有量が２０
重量％乃至３５重量％の銅−タングステンから成る金属
柱を介して電気的に接続したことから金属回路板及び金
属柱に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属柱で
抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、そ
の結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着固
定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、長
期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能
となる。

【０００９】また、本発明のセラミック回路基板によれ
ば、セラミック基板の貫通孔内に配置されている金属柱
は銅の含有量が２０重量％乃至３５重量％の銅−タング
ステンから成り、熱膨張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃で、
セラミック基板の熱膨張係数に近似することからセラミ
ック基板と金属柱の両者に熱が作用しても両者間に熱膨
張係数の相違に起因する応力が発生することはなく該応
力によってセラミック基板にクラックや割れ等を生じる
こともない。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は、本発明のセラミック回路基板
の一実施例を示し、１はセラミック基板、２はメタライ
ズ金属層、３は金属回路板である。

【００１１】前記セラミック基板１は四角形状をなし、
一部に厚み方向に貫通する貫通孔４が形成されており、
該貫通孔４内には金属柱５が挿着されている。

【００１２】また前記セラミック基板１はその上下両面
にメタライズ金属層２が被着されており、該メタライズ
金属層２には金属回路板３がロウ付けされている。

【００１３】前記セラミック基板１は酸化アルミニウム
質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化
アルミニウム質焼結体、窒化珪素質燒結体等の電気絶縁
材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から
成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグ
ネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バ
インダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状となすと
ともに該泥漿物を従来周知のドクターブレード法やカレ
ンダーロール法を採用することによってセラミックグリ
ーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる
後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加
工を施し、貫通孔４となる孔を有する所定形状に形成す
るとともに高温（約１６００℃）で焼成することによっ
て、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するととも
に該原料粉末をプレス成形機によって貫通孔４となる孔
を有した所定形状に形成し、しかる後、前記形成体を約
１６００℃の温度で焼成することによって製作される。

【００１４】前記セラミック基板１は金属回路板３を支
持する支持部材として作用し、その上下両面及び貫通孔
４内壁面にメタライズ金属層２が所定パターンに被着形
成されており、該セラミック基板１の上下両面に被着さ
れているメタライズ金属層２には所定パターンの金属回
路板３がロウ付けされている。

【００１５】前記メタライズ金属層２は金属回路板３を
セラミック基板１にロウ付けする際の下地金属層として
作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融
点金属材料より成り、例えば、タングステン粉末に適当
な有機バインダー、可塑材、溶剤を添加混合して得た金
属ペーストを焼成によってセラミック基板１となるセラ
ミックグリーンシート（セラミック生シート）の表面に
予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに
印刷塗布しておくことによってセラミック基板１の上面
に所定パターン、所定厚み（１０〜５０μｍ）に被着さ
れる。

【００１６】なお、前記メタライズ金属層２はその表面
にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との
濡れ性が良好な金属をメッキ法により１μｍ〜２０μｍ
の厚みに被着させておくと、メタライズ金属層２の酸化
腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ
金属層２と金属回路板３とのロウ付けを極めて強固にな
すことができる。従って、前記メタライズ金属層２の酸
化腐食を有効に防止し、メタライズ金属層２と金属回路
板３とのロウ付けを強固となすにはメタライズ金属層２
の表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ
材との濡れ性が良好な金属を１μｍ〜２０μｍの厚みに
被着させておくことが好ましい。

【００１７】前記セラミック基板１の上下両面に被着さ
れているメタライズ金属層２には金属回路板３がセラミ
ック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐようにしてロウ材を
介して取着されている。

【００１８】前記金属回路板３は銅やアルミニウム等の
金属材料から成り、セラミック基板１の上下両面に被着
形成されているメタライズ金属層２上に銀ロウ等のロウ
材を介して取着される。

【００１９】なお、前記銅やアルミニウム等から成る金
属回路板３は、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）
に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工
法を施すことによって、例えば、厚さが５００μｍで、
金属層４のパターン形状に対応する所定パターン形状に
形成される。

【００２０】また、前記金属回路板３はこれを無酸素銅
で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表
面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ
材との濡れ性が良好となり、メタライズ金属層２へのロ
ウ材を介しての接合が強固となる。従って、前記金属回
路板３はこれを無酸素銅で形成しておくことが好まし
い。

【００２１】更に前記金属回路板３はその表面にニッケ
ルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡
れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、
金属回路板３に酸化腐食が発生するのを有効に防止する
ことができるとともに金属回路板３と外部電気回路との
電気的接続及び金属回路板３への半導体素子等の電子部
品の接続を強固となすことができる。従って、前記金属
回路板３はその表面にニッケル等から成る、良導電性
で、かつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメ
ッキ法により被着させておくことが好ましい。

【００２２】また更に、前記セラミック基板１に被着さ
れたメタライズ金属層２への金属回路板３のロウ付け
は、メタライズ金属層２上に金属回路板３を、間に、例
えば、銀ロウ材（銀：７２重量％、銅：２８重量％）や
アルミニウムロウ材（アルミニウム：８８重量％、シリ
コン：１２重量％）等から成るロウ材を挟んで載置さ
せ、しかる後、金属回路板３に３０〜１００ｇ／ｃｍ²
の荷重を加えた状態で真空中もしくは中性、還元雰囲気
中、所定温度（銀ロウ材の場合は約９００℃、アルミニ
ウムロウ材の場合は約６００℃）に加熱処理し、ロウ材
を溶融せしめ、該溶融したロウ材でメタライズ金属層２
と金属回路板３とを接合させることによって行われる。

【００２３】前記金属回路板３がロウ付けされたセラミ
ック基板１はまた貫通孔４の内部に銅−タングステンか
ら成る金属柱５が配置されており、該銅−タングステン
から成る金属柱５はセラミック基板１の上下両面のロウ
付けされている金属回路板３間を電気的に接続する作用
をなす。

【００２４】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
銅の含有量を２０重量％〜３５重量％の範囲とした銅−
タングステンにより形成されており、該金属柱５の比抵
抗が４μΩｃｍ以下と小さい、即ち、金属柱５の導通抵
抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａ
を超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属
柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無
く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用い
て接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温と
なり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させるこ
とが可能となる。

【００２５】また、前記銅の含有量を２０重量％〜３５
重量％の範囲とした銅−タングステンから成る金属柱５
は熱膨張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃であり、セラミック
基板１の熱膨張係数に近似することからセラミック基板
１と金属柱５の両者に熱が作用したとしても両者間には
熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発生すること
はなく、該応力によってセラミック基板１にクラックや
割れが発生することはない。

【００２６】なお、前記銅−タングステンから成る金属
柱５は銅の含有量が２０重量％未満となると比抵抗が４
μΩｃｍを超えて導通抵抗が極めて大きなものとなって
しまい、１０Ａを超える大電流が流れた場合、大量の熱
を発生してしまう。また銅の含有量が３５重量％を超え
ると金属柱５の熱膨張係数が１０ｐｐｍ／℃を超えてセ
ラミック基板１の熱膨張係数に対し大きく相違したもの
となってしまい、セラミック基板１と金属柱５の両者に
熱が作用した時、両者間に熱膨張係数の相違に起因する
応力によってセラミック基板１にクラックや割れ等が発
生してしまう。

【００２７】従って、前記銅−タングステンから成る金
属柱５は銅の含有量が２０重量％〜３５重量％の範囲に
特定される。

【００２８】前記銅−タングステンから成る金属柱５
は、例えば、タングステン粉体を所定温度にて焼結させ
たタングステン焼結体に溶融銅を含浸させることによっ
て製作され、セラミック基板１に設けられた貫通孔４内
に、両端をセラミック基板１の上下両面に取着されてい
る金属回路板３に接触するように配置させるとともに貫
通孔４内壁に被着されているメタライズ金属層２に銀ロ
ウ等のロウ材を介しロウ付けすることによってセラミッ
ク基板１の貫通孔４内に両端がセラミック基板１の上下
両面に取着されている金属回路板３に接触した状態で配
置される。

【００２９】また前記銅−タングステンから成る金属柱
５はその径が２００μｍ未満となると金属柱５の導通抵
抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた場合、
抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性があ
る。従って、前記金属柱５はその径を２００μｍ以上、
好適には３５０μｍ以上としておくことがよい。特に金
属柱５の径を３５０μｍ以上としておくと金属柱５に２
０Ａを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱
を発生することはなく、これによって金属回路板３上に
半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の
電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期
間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能と
なる。

【００３０】かくして、上述のセラミック回路基板によ
れば、セラミック基板１の上面に取着された金属回路板
３に半田等の接着材を介して半導体素子等の電子部品を
接着固定させるとともに半導体素子等の電子部品の各電
極をボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介して金
属回路板３に電気的に接続させれば半導体素子等の電子
部品はセラミック回路基板に実装され、同時に金属回路
板３を外部電気回路に電気的に接続させれば半導体素子
等の電子部品は外部電気回路に接続されることとなる。

【００３１】次に本発明の他の実施例を図２及び図３に
基づいて説明する。なお、図中、図１と同一箇所につい
ては同一符号が付してある。図２のセラミック回路基板
は、セラミック基板１の上下両面に所定パターンの金属
回路板３が活性金属ロウ材６を介して取着されており、
同時にセラミック基板１に設けた厚み方向に貫通する貫
通孔４内に銅−タングステンから成る金属柱５がその外
表面を活性金属ロウ材６を介して貫通孔４内壁に取着す
ることによって配置されている。

【００３２】前記セラミック基板１に設けた貫通孔４内
に配置されている銅−タングステンから成る金属柱５は
その両端が金属回路板３に接触しており、これによって
セラミック基板１の上下両面に取着されている金属回路
板３は金属柱５を介して電気的に接続されることとな
る。

【００３３】前記貫通孔４を有するセラミック基板１は
上述の実施例と同様の材料からなり、同様の方法によっ
て所定形状に作成されている。

【００３４】また前記セラミック基板１はその上下両面
でセラミック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐように金属
回路板３が活性金属ロウ材６を介して取着されており、
該金属回路板３は銅やアルミニウム等の金属材料から成
り、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工
法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すこ
とによって、例えば、５００μｍの厚みで、所定パター
ンに形成される。

【００３５】なお、前記金属回路板３はこれを無酸素銅
で形成しておくと、該無酸素銅は活性金属ロウ材６を介
して取着する際、銅の表面が銅中に存在する酸素により
酸化されることなく活性金属ロウ材６との濡れ性が良好
となり、金属回路板３のセラミック基板１への活性金属
ロウ材６を介しての取着接合が強固となる。従って、前
記金属回路板３はこれを無酸素銅で形成しておくことが
好ましい。

【００３６】また前記セラミック基板１は貫通孔４内部
に銅−タングステンから成る金属柱５が配置されてお
り、該金属柱５はセラミック基板１の上下両面のロウ付
けされている金属回路板３間を電気的に接続する作用を
なす。

【００３７】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
銅の含有量を２０重量％〜３５重量％の範囲とした銅−
タングステンにより形成されており、該金属柱５の比抵
抗が４μΩｃｍ以下と小さい、即ち、金属柱５の導通抵
抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａ
を超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属
柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無
く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用い
て接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温と
なり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させるこ
とが可能となる。

【００３８】また、前記銅の含有量を２０重量％〜３５
重量％の範囲とした銅−タングステンから成る金属柱５
は熱膨張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃であり、セラミック
基板１の熱膨張係数に近似することからセラミック基板
１と金属柱５の両者に熱が作用したとしても両者間には
熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発生すること
はなく、該応力によってセラミック基板１にクラックや
割れが発生することはない。

【００３９】なお、前記銅−タングステンから成る金属
柱５は銅の含有量が２０重量％未満となると比抵抗が４
μΩｃｍを超えて導通抵抗が極めて大きなものとなって
しまい、１０Ａを超える大電流が流れた場合、大量の熱
を発生してしまう。また銅の含有量が３５重量％を超え
ると金属柱５の熱膨張係数が１０ｐｐｍ／℃を超えてセ
ラミック基板１の熱膨張係数に対し大きく相違したもの
となってしまい、セラミック基板１と金属柱５の両者に
熱が作用した時、両者間に熱膨張係数の相違に起因する
応力によってセラミック基板１にクラックや割れ等が発
生してしまう。

【００４０】従って、前記銅−タングステンから成る金
属柱５は銅の含有量が２０重量％〜３５重量％の範囲に
特定される。

【００４１】前記銅−タングステンから成る金属柱５
は、例えば、タングステン粉体を所定温度にて焼結させ
たタングステン焼結体に溶融銅を含浸させることによっ
て製作され、セラミック基板１に設けられた貫通孔４内
に、両端をセラミック基板１の上下両面に取着されてい
る金属回路板３に接触するように配置させるとともに貫
通孔４内壁に被着されているメタライズ金属層２に銀ロ
ウ等のロウ材を介しロウ付けすることによってセラミッ
ク基板１の貫通孔４内に両端がセラミック基板１の上下
両面に取着されている金属回路板３に接触した状態で配
置される。

【００４２】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
またその径が２００μｍ未満となると金属柱５の導通抵
抗が大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた場合、
抵抗発熱により多量の熱が発生してしまう危険性があ
る。従って、前記金属柱５はその径を２００μｍ以上、
好適には３５０μｍ以上としておくことがよい。特に金
属柱５の径を３５０μｍ以上としておくと金属柱５に２
０Ａを超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱
を発生することはなく、これによって金属回路板３上に
半田等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の
電子部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期
間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可能と
なる。

【００４３】更に前記金属回路板３及び金属柱５は活性
金属ロウ材を使用することによってメタライズ金属層を
不要としてセラミック基板１の上下両面及び貫通孔４内
にロウ付け取着されており、該活性金属ロウ材６として
は金属回路板３が銅で形成されている場合は銀−銅共晶
合金にチタン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もし
くはその水素化物を２〜５重量％添加させたものが、ま
た金属回路板３がアルミニウムで形成されている場合は
アルミニウム−シリコン共晶合金にチタン、ジルコニウ
ム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２〜５
重量％添加させたものが好適に使用される。

【００４４】なお、前記金属回路板３がアルミニウムの
場合、予めセラミック基板１の貫通孔に銅−タングステ
ンから成る金属柱５を銀−銅共晶合金にチタン、ジルコ
ニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化物を２
〜５重量％添加させた活性金属ロウ材にて取着した後、
金属回路板３をアルミニウム−シリコン共晶合金にチタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水
素化物を２〜５重量％添加させた活性金属ロウ材にてロ
ウ付けされる。

【００４５】前記活性金属ロウ材６を使用しての金属回
路板３及び金属柱５の貫通孔４を有するセラミック基板
１への取着はまず、例えば、銀−銅共晶合金にチタン、
ジルコニウム、ハフニウム等の金属もしくはその水素化
物を２〜５重量％添加させたものに有機溶剤、溶媒を混
合して活性金属ロウ材ペーストを作成し、次にセラミッ
ク基板１の上下両面及び貫通孔４内壁に前記活性金属ロ
ウ材ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を採用する
ことによって所定パターンに印刷塗布し、次に前記セラ
ミック基板１の貫通孔４内に金属柱５を挿入配置させる
とともにセラミック基板１の上下両面に印刷塗布されて
いる活性金属ロウ材ペースト上に金属回路板３を載置さ
せ、しかる後、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気
中、所定温度（銅の場合は約９００℃、アルミニウムの
場合は約６００℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材６を
溶融せしめ、該溶融した活性金属ロウ材６でセラミック
基板１と金属回路板３及び金属柱５とを接合させること
によって行われる。

【００４６】かかるセラミック回路基板は上述の実施例
と同様、銅−タングステンから成る金属柱５の比抵抗が
４μΩｃｍ以下と小さい、即ち、金属柱５の導通抵抗が
小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａを超
える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属柱５
より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無く、そ
の結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用いて接着
固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、
長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可
能となる。また、かかるセラミック回路基板は上述の実
施例と同様、銅−タングステンから成る金属柱５の熱膨
張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃となり、セラミック基板１
の熱膨張係数に近似することからセラミック基板１と金
属柱５との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大き
な応力が発生することはなく、該応力によってセラミッ
ク基板１にクラックや割れが発生することもない。

【００４７】更に図３のセラミック回路基板は、セラミ
ック基板１の上下両面に銅から成る所定パターンの金属
回路板３がＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄ Ｃｏｐｐ
ｅｒ）法によって取着されており、同時にセラミック基
板１に設けた厚み方向に貫通する貫通孔４内に銅−タン
グステンから成る金属柱５がその両端を金属回路板３に
接触した状態で配置されている。

【００４８】前記貫通孔４を有するセラミック基板１は
前述の実施例と同様の材料からなり、同様の方法によっ
て所定形状に作成されている。

【００４９】前記セラミック基板１はその上下両面でセ
ラミック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐように銅からな
る金属回路板３がＤＢＣ法によって取着されており、該
銅からなる金属回路板３は銅のインゴット（塊）に圧延
加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施
すことによって、例えば、５００μｍの厚みで、所定の
パターンに形成される。

【００５０】前記金属回路板３のセラミック基板１の上
下両面への取着は、セラミック基板１の上下両面に金属
回路板３をセラミック基板１に設けた貫通孔４を塞ぐよ
うに載置当接させ、次にこれを真空中もしくは中性、還
元雰囲気中、所定温度（１０６５〜１０８３℃）で加熱
処理し、セラミック基板１の上面と金属回路板３の下面
との間に銅−酸化銅共晶を形成することによってセラミ
ック基板１の表面に取着される。

【００５１】なお、前記銅からなる金属回路板３はその
表面に予め０．０２〜０．５μｍの酸化膜を形成してお
く、あるいは酸素含有量を１００〜２０００ｐｐｍとし
ておくとセラミック基板１と金属回路板３とを接合する
際、銅−酸化銅の共晶形成が容易となってセラミック基
板１に金属回路板３を極めて強固に取着接合させること
ができる。従って、前記銅から成る金属回路板３はその
表面に予め０．０２〜０．５μｍの酸化膜を形成してお
く、あるいは酸素含有量を１００〜２０００ｐｐｍとし
ておくことが好ましい。

【００５２】また前記銅から成る金属回路板３はその表
面にニッケルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロ
ウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させ
ておくと、金属回路板３と半導体素子等の電子部品及び
外部電気回路との電気的接続を良好と成すことができ
る。従って、前記銅から成る金属回路板３はその表面に
ニッケルから成る、良導電性で、かつ耐蝕性及びロウ材
との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させてお
くことが好ましい。

【００５３】更に前記セラミック基板１は貫通孔４の内
部に銅−タングステンから成る金属柱５が配置されてお
り、該金属柱５はセラミック基板１の上下両面に取着さ
れている金属回路板３間を電気的に接続する作用をな
す。

【００５４】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
銅の含有量を２０重量％〜３５重量％の範囲とした銅−
タングステンにより形成されており、該金属柱５の比抵
抗が４μΩｃｍ以下と小さい、即ち、金属柱５の導通抵
抗が小さいことから金属回路板３及び金属柱５に１０Ａ
を超える大電流が流れたとしても金属回路板３及び金属
柱５より抵抗発熱により大量の熱が発生することは無
く、その結果、金属回路板３上に半田等の接着材を用い
て接着固定される半導体素子等の電子部品は常に適温と
なり、長期間にわたって正常、かつ安定に作動させるこ
とが可能となる。

【００５５】前記銅の含有量を２０重量％〜３５重量％
の範囲とした銅−タングステンから成る金属柱５はまた
その熱膨張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃であり、セラミッ
ク基板１の熱膨張係数に近似することからセラミック基
板１と金属柱５の両者に熱が作用したとしても両者間に
は熱膨張係数の相違に起因する大きな応力が発生するこ
とはなく、該応力によってセラミック基板１にクラック
や割れが発生することはない。

【００５６】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
銅の含有量が２０重量％未満となると比抵抗が４μΩｃ
ｍを超えて導通抵抗が極めて大きなものとなってしま
い、１０Ａを超える大電流が流れた場合、大量の熱を発
生してしまう。また銅の含有量が３５重量％を超えると
金属柱５の熱膨張係数が１０ｐｐｍ／℃を超えてセラミ
ック基板１の熱膨張係数に対し大きく相違したものとな
ってしまい、セラミック基板１と金属柱５の両者に熱が
作用した時、両者間に熱膨張係数の相違に起因する応力
によってセラミック基板１にクラックや割れ等が発生し
てしまう。従って、前記銅−タングステンから成る金属
柱５は銅の含有量が２０重量％〜３５重量％の範囲に特
定される。

【００５７】更に前記銅−タングステンから成る金属柱
５は、例えば、タングステン粉体を所定温度にて焼結さ
せたタングステン焼結体に溶融銅を含浸させることによ
って製作され、セラミック基板１に設けられた貫通孔４
内に、両端をセラミック基板１の上下両面に取着されて
いる金属回路板３に接触するように配置させるとともに
貫通孔４内壁に被着されているメタライズ金属層２に銀
ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによってセラミ
ック基板１の貫通孔４内に両端がセラミック基板１の上
下両面に取着されている金属回路板３に接触した状態で
配置される。

【００５８】前記銅−タングステンから成る金属柱５は
その径が２００μｍ未満となると金属柱５の導通抵抗が
大きくなって１０Ａを超える大電流が流れた場合い抵抗
発熱により多量の熱が発生してしまう危険性がある。従
って、前記金属柱５はその径を２００μｍ以上、好適に
は３５０μｍ以上としておくこことがよい。特に金属柱
５の径を３５０μｍ以上としておくと金属柱５に２０Ａ
を超える大電流が流れても抵抗発熱による多量の熱を発
生することはなく、これによって金属回路板３上に半田
等の接着材を用いて接着固定される半導体素子等の電子
部品を常に適温となすことができ、電子部品を長期間い
わたって正常、かつ安定に作動させることが可能とな
る。

【００５９】なお本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明のセラミック回路基板によれば、
セラミック基板の両面に取着されている金属回路板をセ
ラミック基板の貫通孔内に配置されている気孔がほとん
どなく、比抵抗が４μΩｃｍ以下である銅の含有量が２
０重量％乃至３５重量％の銅−タングステンから成る金
属柱を介して電気的に接続したことから金属回路板及び
金属柱に１０Ａを超える大電流が流れたとしても金属柱
で抵抗発熱が起こり、多量の熱を発生することは無く、
その結果、金属回路板上に半田等の接着材を用いて接着
固定される半導体素子等の電子部品は常に適温となり、
長期間にわたって正常、かつ安定に作動させることが可
能となる。

【００６１】また、本発明のセラミック回路基板によれ
ば、セラミック基板の貫通孔内に配置されている金属柱
は銅の含有量が２０重量％乃至３５重量％の銅−タング
ステンから成り、熱膨張係数が７〜１０ｐｐｍ／℃で、
セラミック基板の熱膨張係数に近似することからセラミ
ック基板と金属柱の両者に熱が作用しても両者間に熱膨
張係数の相違に起因する応力が発生することはなく該応
力によってセラミック基板にクラックや割れ等を生じる
こともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック回路基板の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・セラミック基板 ２・・・・メタライズ金属層 ３・・・・金属回路板 ４・・・・貫通孔 ５・・・・金属柱 ６・・・・活性金属ロウ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB31 BB33 BB35 BB38 BB49 CC12 CC17 DD04 DD05 DD06 DD10 DD17 DD19 DD21 DD52 EE02 GG03 GG04 GG06 5E317 AA24 BB04 BB11 BB12 BB16 BB18 CC08 CC31 CC52 CD21 CD25 CD27 CD32 GG03 GG05 5E344 AA01 BB06 CC09 CD12 DD01 EE01 EE17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貫通孔を有するセラミック基板の両面に前
   記貫通孔を塞ぐように金属回路板を取着させるとともに
   貫通孔内に銅の含有量が２０重量％乃至３５重量％であ
   る銅−タングステンから成る金属柱を配置させ、該金属
   柱でセラミック基板両面の金属回路板を接続したことを
   特徴とするセラミック回路基板。