JP2017152478A - 回路基板および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱によって上方向に凸状に変形するようなことが抑制された回路基板等を提供すること。【解決手段】それぞれに上面および下面を有する第１セラミック板１および第２セラミック板２と、第１セラミック板１の上面に配置された第１金属板３と、第２セラミック板２の下面に配置された第２金属板４と、第１セラミック板１の下面と第２セラミック板２の上面との間に挟まれて配置された第３金属板５とを備えており、第３金属板５が凹部５ａを含む下面を有しており、第３金属板５の厚みが第１金属板３の厚みおよび第２金属板４の厚みのいずれよりも大きい回路基板20等である。【選択図】 図１

Description

本発明は、金属板を有する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金属板が接合されたものが用いられている。

回路基板の金属板は、電子部品を外部電気回路に電気的に接続するための回路を形成している。回路基板に搭載された電子部品が金属板に電気的に接続されて電子装置が作製される。このときに、電子部品は樹脂材料等の被覆材で被覆される。このような電子装置においては、金属板を介して電子部品と外部電気回路とが互いに電気的に接続される。

また、絶縁基板の下面に他の金属板および他の絶縁基板が順次積層された構造の回路基板も、外部への放熱性の向上等のために用いられるようになってきている（例えば、特許文献１を参照）。下側の金属板が放熱用の外部基板等に接合、実装されて、外部への放熱が行なわれる。

特開2003−86747号公報

上記従来技術の回路基板および電子装置においては、回路基板全体が上方向に凸状に反りやすい傾向があった。これは、電子部品が搭載される金属板の平面視における面積よりも、放熱用の金属板の平面視における面積の方が大きいことによる。すなわち、互いに接合された絶縁基板と金属板とを有する回路基板において、これらの接合温度から常温まで温度が低下する間に、熱膨張係数の小さい絶縁基板と熱膨張係数の大きい金属板との間に生じる熱応力が、放熱用の金属板側においてより大きい傾向がある。この熱応力の差によって回路基板全体に、上方向に凸状の反りが生じやすくなる。このような反りが生じると、例えば下側の金属板の外部基板等に対する熱的な接続の効率が低下して、回路基板および電子装置としての放熱性が低下する可能性がある。

本発明の１つの態様の回路基板は、それぞれに上面および下面を有する第１セラミック板および第２セラミック板と、前記第１セラミック板の前記上面に配置された第１金属板と、前記第２セラミック板の前記下面に配置された第２金属板と、前記第１セラミック板の前記下面と前記第２セラミック板の前記上面との間に挟まれて配置された第３金属板とを備えており、該第３金属板が凹部を含む下面を有しており、前記第３金属板の厚みが、前記第１金属板の厚みおよび前記第２金属板の厚みのいずれよりも大きい。

本発明の１つの態様の電子装置は、回路基板と、前記第１金属板上または前記搭載部に搭載された電子部品と、該電子部品から前記第２セラミック板の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂とを備える。

本発明の１つの態様の回路基板によれば、上記構成であることから、第３金属板から第２セラミック板に加わる熱応力が凹部で緩和される。そのため、第１金属板と第２金属板との平面視における互いの面積の差による熱応力差を効果的に低減することができる。したがって、第２セラミック板に加わる応力を第１セラミック板に加わる応力以下に低減することができ、上方向への凸状の反りが抑制された回路基板を提供することができる。この回路基板によれば、放熱性の高い電子装置を容易に製作することができる。

また、本発明の１つの態様の電子装置によれば、上記構成の回路基板を含んでいることから、外部基板に対して効果的に熱的接続することが容易であり、放熱性の向上に有効な電子装置を提供することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板を示す平面図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の電子装置を示す断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の第１の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の第２の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の第３の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図１に示す回路基板の第４の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 （ａ）は図６に示す回路基板の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の第２の実施形態の電子装置を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の回路基板および電子装置について説明する。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が使用されるときの上下を限定するものではない。また同様に説明の便宜上、以下の各例における回路基板は電子部品が搭載された状態で示している。

（第１の実施形態）
図１および図２を参照して、本発明の実施形態の回路基板20および電子装置30について説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の回路基板20を示す断面図であり、図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態の電子装置30を示す断面図である。図１（ｂ）に示す電子装置30に含まれる回路基板10の断面図は、例えば図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。

回路基板20は、絶縁体部分として、それぞれ上面および下面を有する平板状の第１セラミック板１および第２セラミック板２を有している。第１セラミック板１の上面に第１金属板３が下面を重ねて配置され、第２セラミック板２の下面に第２金属板４が上面を重ねて配置されている。これらの第１セラミック板１の下面と第２セラミック板２の上面との間に挟まれて第３金属板５が配置されている。すなわち、下側から順次積層された、第２金属板４、第２セラミック板２、第３金属板５、第１セラミック板１および第１金属板３によって、実施形態の回路基板20が基本的に構成されている。

第１セラミック板１および第２セラミック板２は、後述するように窒化ケイ素質焼結体
等のセラミック材料からなる。また、第１金属板３、第２金属板４および第３金属板５は、後述するように銅等の金属材料からなる。

また、回路基板20の第１金属板３上に電子部品６が搭載されるとともに、電子部品６と第１金属板３とがボンディングワイヤ７等で電気的に接続され、電子部品６から第２セラミック板２の側面にかけてエポキシ樹脂等のモールド樹脂８で被覆されて電子装置30が製作される。すなわち、本発明の第１の実施形態の電子装置30は、上記構成の回路基板20と、第１金属板３上に搭載された電子部品６と、電子部品６から第１金属板３および第１セラミック板１の上面および第１セラミック板１および第３金属板５の側面を越えて第２セラミック板２の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂８とによって基本的に構成されている。

モールド樹脂８は、例えば、回路基板20に電子部品６を搭載した後に、これらを未硬化のエポキシ樹脂等のモールド樹脂８用の材料で被覆して、未硬化の樹脂材料を硬化させることで所定位置に形成することができる。

なお、図１（ｂ）に示す例では、モールド樹脂８は、第２セラミック板２の側面を越えて第２金属板４の側面まで被覆している。言い換えれば、この実施形態の電子装置30においては、第２金属板４の下面のみがモールド樹脂８で被覆されておらず、外部に露出している。

第１金属板３は、回路基板20に搭載される電子部品６を外部基板（図示せず）に電気的に接続する導電路の一部として機能する。図１に示す例では、第１セラミック板１の上面に複数の第１金属板３が接合されている。それぞれの第１金属板３は、例えば互いに電気的に独立した回路を形成して、前述したように、電子部品６の異なる電極（図示せず）がボンディングワイヤ７等によって電気的に接続されている。電子部品６の異なる電極は、例えば大電流用および制御信号用のそれぞれの電極である。

電子部品６の第１金属板３に対する接合は、例えばスズ−銀系はんだ、金−シリコン系ろう材等の、いわゆる低融点ろう材（符号なし）によって行なわれる。あらかじめ第１金属板３の上面の所定部位に低融点ろう材のフィルムまたはペースト等を配置しておいて、その部分に電子部品６の下面を位置合わせしてセットし、加熱してろう付けする。以上によって電子部品６が第１金属板３に接合される。この電子部品６が上記のように第１金属板３に電気的に接続されて、電子部品６の回路基板20に対する搭載が行なわれる。

ボンディングワイヤ７は、例えばいわゆる金ワイヤまたはアルミニウムワイヤであり、一方の端部が電子部品６に接続され、他方の端部が第１金属板３の所定部位に接続されている。

第２金属板４は、例えば外部に熱を放散するための放熱材として機能する。例えば、第２金属板４の下面が放熱材（図示せず）に接合されれば、第２金属板４から放熱材に熱が伝導され、放熱材から外部に効果的に熱が放散される。この熱は、回路基板20に搭載される電子部品６の作動に伴って発生するものである。電子部品６で発生した熱が、第１金属板３、第１セラミック板１、第３金属板５および第２セラミック板２を順次伝わって、第２金属板４に伝導される。つまり、この場合には、電子部品６（電子部品６が搭載される第１金属板３）から第２金属板４にかけて、電子部品６で発生する熱を外部に放散する伝熱路が形成される。

また、第２金属板４は、外部基板（外部基板が有する電気回路等）に対する電気的な接続用の端子として機能することもできる。この場合には、第２金属板４の下面が外部電気
回路の所定部位に対向して接合されれば、第２金属板４を介して回路基板20および電子装置30と外部電気回路との電気的な接続が行なわれる。この電気的な接続は、例えば第２金属板４を接地電位とするために行なわれる。

第１の実施形態の電子装置30について、第２金属板４の下面が外部基板等（図示せず）に接合、実装される。これによって、電子装置30の外部基板への実装が行なわれ、第２金属板４を介して電子装置30から外部への放熱が行なわれる。なお、外部基板は、例えば放熱フィンまたは冷却管等の放熱用の機能部分（図示せず）を有しているものでもよい。

第２金属板４の下面と外部基板との接合は、例えば、固定用孔10にねじ等を通し、外部基板にねじ止めしたり、回路基板20の周囲をばね等で上から押さえることによって行なわれる。この接合で電子装置30が外部基板に対して機械的に接続されるとともに、熱的に接続される。この熱的な接続の効果を高めるためには、第２金属板４の下面と外部基板との間に隙間（つまり、熱伝導率が小さい空気）が存在しないことが好ましい。

第３金属板５は、第１セラミック板１と第２セラミック板２との間に介在して、これらの間の熱伝導を効果的に行なわせる伝熱層として機能する。そのため、第１セラミック板１の下面と第３金属板５の上面とが接合され、第２セラミック板２の上面と第３金属板５の下面とが接合されている。

実施形態の回路基板20において、第１金属板３および第２金属板４のいずれよりも第３金属板５の方が厚い。つまり、第１金属板３および第２金属板４に比べて厚く、剛性が比較的大きい第３金属板５が第１セラミック板１と第２セラミック板２との間に配置されている。そのため、回路基板20全体としての剛性が従来よりも高められている。第３金属板５の剛性が比較的高いことは、回路基板20の反りを抑制することに対して有効である。

なお、第２金属板４および第３金属板５の少なくとも一方は、接地用の導体としての機能を有するものでもよい。このような接地用の導体が配置されているときには、制御信号等の信号が伝送される回路板としての第１金属板３と外部との間の電磁的な遮蔽に対して有効である。

第１の実施形態の回路基板20においては、第３金属板５の下面が凹部５ａを有している。そのため、第２セラミック板２に加わる熱応力が凹部５ａで緩和される。これは、凹部５ａがないと仮定したときに比べて、熱膨張率が第２セラミック板２に比べて大きい第３金属板５の収縮時（降温時）に生じる応力が、凹部５ａ部分の変形によって低減できることによる。

そのため、第１金属板３と第２金属板４との平面視における互いの面積の差による熱応力差を効果的に低減することができる。したがって、第２セラミック板２に加わる応力を第１セラミック板１に加わる応力以下に低減することができ、上方向への凸状の反りが抑制された回路基板20を提供することができる。この回路基板20によれば、放熱性の高い電子装置30を容易に製作することができる。

すなわち、仮に回路基板20全体が上方向に凸状に反っていたとすると、例えば固定用孔10を用いて回路基板20の第２金属板４の下面と外部基板とをねじ止め等で接続するときに、電子部品６の直下の最も熱経路の短いその下面の中央部に空気層（隙間）が生じる可能性があるために、外部基板に伝わる熱が空気層で遮断される可能性が比較的大きい。そのため、外部基板への熱伝導が大幅に低下して、放熱性が低下する可能性がある。これに対して、第１の実施形態の回路基板20では、回路基板20全体の上方向への凸状の反りが抑制されているため、第２金属板４の下面と外部基板との間に空気層（隙間）が生じる可能性
が効果的に低減されている。

また、凹部５ａにおいては熱伝導率が小さくなるが、その配置の位置を、第３金属板５の外周部等の伝熱量が比較的小さい位置に設定することもできるため、凹部５ａの存在に起因した伝熱性の低下の可能性は効果的に低減することができる。また、凹部５ａは、その数、平面視での大きさ等を適宜調整することによって、第３金属板５の伝熱層としての機能を良好に確保することもできる。

上記のような伝熱性を考慮した凹部５ａの配置としては、例えば図１に示す例のように、平面視における第３金属板５の周縁部（外周部）に、複数の凹部５ａが互いに間隔をおいて配置された例を挙げることができる。

この場合、複数の凹部５ａは、平面透視で第１金属板３が形成されていない部分に形成するようにしてもよい。これによって、例えば回路基板20全体の上下で応力（熱応力）が偏ることが抑制される。そのため、例えば応力の偏りに起因した回路基板20の局部的な反り等の変形も効果的に抑制できる。

第１セラミック板１および第２セラミック板２は、電気絶縁材料からなる。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、ムライト質セラミックス、炭化ケイ素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスおよび窒化ケイ素質セラミックス等のセラミック材料が挙げられる。これらセラミック材料の中では、放熱性に影響する熱伝導性に関しては、炭化ケイ素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスおよび窒化ケイ素質セラミックスがより高い。また、機械的強度の点に関しては、窒化ケイ素質セラミックスおよび炭化ケイ素質セラミックスがより高い。

第１セラミック板１および第２セラミック板２が窒化ケイ素質セラミックスのように機械的強度が比較的高いセラミック材料からなる場合には、第１金属板３および第２金属板４等との熱膨張係数差に起因する熱応力による第１セラミック板１および第２セラミック板２におけるクラックの発生等の機械的な破壊の可能性が低減される。

第１セラミック板１および第２セラミック板２の厚みは、例えば約0.1ｍｍ〜１ｍｍで
あり、回路基板20および電子装置30の所定の外形寸法および機械的強度等の条件に応じて適宜設定すればよい。

第１セラミック板１および第２セラミック板２は、例えば窒化ケイ素質セラミックスからなる場合であれば、次のような方法で作製することができる。まず、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムおよび酸化イットリウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤および溶剤を添加混合して泥漿物（スラリー）にする。次に、このスラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等の成形方法でシート状に加工してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を作製する。次に、このセラミックグリーンシートに適当な打抜き加工等を施して所定形状に成形するとともに、必要に応じて複数枚を積層して積層体を作製する。その後、この積層体（セラミックグリーンシート）を窒素雰囲気等の非酸化性雰囲気において約1600〜2000℃の温度で焼成する。以上の工程によって第１セラミック板１および第２セラミック板２をそれぞれ製作することができる。

第１金属板３は、例えば銅またはアルミニウム等の金属材料によって形成されている。また、第１金属板３は、銅またはアルミニウム等を主成分とする合金の金属材料によって形成されていてもよい。第１金属板３は、例えば銅からなる場合であれば、銅の板材に対して切断、圧延またはエッチング等の金属加工を施して、第１金属板３としての所定の形状および寸法に加工することによって製作することができる。

第２金属板４についても、第１金属板３と同様の材料を用い、同様の方法で作製することができる。なお、第２金属板４は、放熱性または接地電位の安定を考慮すれば、第１金属板３のように複数に分かれている形態よりも、平面視における面積が比較的大きいものが１つ配置されている方が望ましい。

第３金属板５も、例えば第１金属板３および第２金属板４と同様に銅または銅を主成分とする合金やアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金のように熱伝導率が高い金属材料によって形成されている。したがって、電子部品６で発生した熱が上記伝熱路によって第３金属板５まで効率よく伝導される。

上記のように第１セラミック板１および第１金属板３と第２セラミック板２および第２金属板４との間の熱伝導率が効果的に高められている。これによって、放熱性に優れた電子装置30を製作することが可能な回路基板20とすることができ、この回路基板20を備えることによって放熱性に優れた電子装置30とすることができる。

第３金属板５の厚みは、例えば銅からなる場合であれば、第１金属板３および第２金属板４の厚みのいずれよりも厚い約0.5〜10ｍｍ程度に設定すればよい。なお、第３金属板
５は、第１金属板３および第２金属板４の厚みを合わせた厚みよりも厚いものでもよい。この場合には、実施形態の回路基板20の見かけの熱膨張係数が、仮に窒化ケイ素質焼結体の単板を絶縁基板として使用した場合の回路基板（図示せず）の見かけの熱膨張係数よりも大きくなり、モールド樹脂８の熱膨張係数に近付く。つまり、両者の熱膨張係数の差に起因する応力がより小さくなる。

第３金属板５についても、第１金属板３と同様の材料を用い、同様の方法で作製することができる。第３金属板５についても、放熱性および剛性の確保を考慮すれば、第１金属板３のように複数に分かれている形態よりも、平面視における面積が比較的大きいものが１つ配置されている方が望ましい。この場合、凹部５ａの所定の形状、寸法および配置位置において第３金属板５の下面に研削加工またはエッチング加工等の加工を施して、凹部５ａを形成することができる。

複数の第１金属板３および第２金属板４は、第１セラミック板１の上面または第２セラミック板２の下面に、例えばＡｇ−Ｃｕ系のろう材（図示せず）を介して接合されている。このろう材は、第１セラミック板１および第２セラミック板２に対して濡れることによって強固に接合されるために、例えば、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種の活性金属材料を含有していてもよい。また、このろう材は、例えばインジウムおよびスズのうち少なくとも１種の金属材料を有していてもよい。なお、このろう材の厚みは、例えば約５〜100μｍ程度であればよい。

第３金属板５についても、例えば上記と同様のろう材によって、第１セラミック板１および第２セラミック板２に接合されている。すなわち、第３金属板５の上面と第１セラミック板１の下面とがろう材を介して接合されているとともに、第３金属板５の下面と第２セラミック板２の上面とがろう材を介して接合されている。ろう材による第１セラミック板１および第２セラミック板２と、第１金属板３、第２金属板４および第３金属板５との接合は、例えばこれらの部材を所定の位置関係に合わせるとともにジグ等で仮固定しておき、炉内で所定の温度に加熱することによって行なうことができる。それぞれの部材の接合は、一括して行なうようにしてもよく、いくつかに分けて逐次行なうようにしてもよい。

なお、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面には、ニッケルおよび金
等のめっき層が被着されていてもよい。めっき層は、例えば、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面から順に被着されたニッケルめっき層および金めっき層によって構成され、第１金属板３および第２金属板４のそれぞれの露出表面を全面的に被覆するものである。このめっき層の被着によって、上記のような電子部品６の搭載および外部電気回路に対する接続等をより容易で強固なものとすることができる。

（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態の回路基板20および電子装置30の種々の変形例について、以下に説明する。以下の説明において、実施形態の回路基板20および電子装置30と同様の点については説明を省略する。

図２（ａ）は図１に示す回路基板20の第１の変形例を示す平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図２に示す例においては、第１セラミック板１の厚みが第２セラミック板２の厚みよりも大きい。

このように第１セラミック板１の厚みが比較的大きい場合には、第１セラミック板１上の第１金属板３と、第１セラミック板１よりも下側の第２金属板４および第３金属板５のそれぞれとの間の距離をより大きくすることができる。また、この間に介在する絶縁材（セラミック材料）の長さもより大きくすることができる。

そのため、この場合には、第１金属板３と、第２金属板４および第３金属板５のそれぞれとの間の絶縁破壊電圧を高めることができる。言い換えれば、上記放熱性の向上に加えて、信号が伝送される金属回路（第１金属板３）と、接地側の金属板（第２金属板４および第３金属板５）の間の絶縁破壊電圧の向上にも有効な回路基板20とすることができる。

図３（ａ）は図１に示す回路基板20の第２の変形例を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図３において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図３に示す例においては、第３金属板５の凹部５ａ内に、第３金属板５よりも熱膨張率が小さい板体９が配置されている。この板体９は、第３金属板５と接合している。

第３金属板５の下面の凹部５ａ内に、熱膨張係数が比較的小さい（低熱膨張性の）板体９が配置されて第３金属板５と接合している場合には、第２セラミック板２に加わる応力が減少する。つまり、熱膨張係数が比較的小さい板体９の配置によって、第３金属板５のみかけの熱膨張係数が小さくなる。そのため、第２セラミック板２と第３金属板５等との熱膨張率の差に起因した熱応力自体が低減する。

また、板体９は、第３金属板５だけでなく第２セラミック板２にも接合されていてもよく、第２セラミック板２のみに接合されていてもよい。板体９が第２セラミック板２に接合されていれば、第２セラミック板２の剛性が高まり、回路基板20全体が凸状に反る可能性が効果的に低減される。これによって、回路基板20の第２金属板４側を平坦に近付けることができる。また、前述したように第３金属板５の外周部に凹部５ａが設けられていれば、平面透視において凹部５ａよりも内側では第２金属板４の熱による膨張および収縮が比較的大きいため、回路基板20が下方向に凸状になりやすくなる。そのため、外部基板に対する熱的な接続が、特に電子部品６の直下で効果的なものになる。したがって、放熱性の向上が容易な回路基板20とすることができる。

板体９を形成する材料としては、例えばムライト質セラミックス、炭化ケイ素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスおよび窒化ケイ素質セラミックス等の低熱膨張
係数のセラミック材料、タングステン、モリブデン等の低熱膨張係数の金属材料および300℃以下で低熱膨張係数を示す種々の合金材料等が挙げられる。この合金材料としては、
例えば４２アロイおよびインバー等の鉄−ニッケル系合金であって300℃以下で低熱膨張
係数を示す合金が挙げられる。このような材料にレーザー切断、打ち抜きおよび切削等から選択した加工を施すことによって、板体９を作製することができる。

また、板体９は、例えば第１セラミック板１、第２セラミック板２と第１金属板３、第２金属板４、第３金属板５とを接合しているろう材と同じ組成の銀ろう等のろう材（図示せず）によって第３金属板５または第２セラミック板２に接合することができる。ろう材は、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種の活性金属材料を含有するものでもよい。

なお、凹部５ａの深さを板体９の厚みよりもろう材の厚み分深く形成しておき、板体９の上下両主面を第３金属板５と第２セラミック板２とにろう材で接合した場合には、凹部５ａの範囲は板体９を介して熱伝導されるようになる。この場合に、板体９を窒化アルミニウム質セラミックスもしくは炭化ケイ素質セラミックス等の高熱伝導性のセラミックスまたはタングステンもしくはモリブデン等の高熱伝導性の金属からなるものしとてもよい。このようにした場合には、凹部５ａの範囲においても熱伝導率が比較的高い。これによって、より高い熱伝導性（放熱性）を持った回路基板20とすることができる。

図４（ａ）は図１に示す回路基板20の第３の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図４において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図４に示す例では、第１セラミック板１が薄肉部１ａを有している。また、第１セラミック板１の厚みが、第２セラミック板２の厚みよりも大きい。

薄肉部１ａは、第１セラミック板１の厚みが部分的に他よりも薄くなっている部分であり、例えば、第１セラミック板１の上面にくぼみまたは溝等が設けられた部分である。このような薄肉部１ａが第１セラミック板１にあるときには、薄肉部１ａの剛性は厚みが薄い分低いために、第１セラミック板１の剛性は低下する。そのため、仮に互いに同じ基板厚みであれば、第１セラミック板１の剛性は第２セラミック板２の剛性よりも小さくなる。言い換えれば、平面視における面積がより小さい第１金属板３との間で生じる熱応力が比較的小さい第１セラミック板１の剛性が第２セラミック板２に比べ比較的小さくなる。これによって、第１金属板３と第２金属板４との平面視における互いの面積の差に伴う熱応力差による変形量の差も小さくなる。したがって、回路基板20全体の凸状の変形を効果的に抑制することができる。

また、第１セラミック板１が薄肉部１ａを有している場合には、上記のように第１セラミック板１の厚みを比較的大きくしたとしても、その厚みの増加によって生じる第１セラミック板１と第２セラミック板２の熱応力差による変形量の差の増加を抑制することができる。つまり、第２金属板４が上方向に凸状に反りやすくなる可能性が効果的に低減される。したがって、第１金属板３と、第２金属板４および第３金属板５のそれぞれとの間の絶縁破壊電圧を高めることができるとともに、放熱性を高めることも可能な回路基板20とすることができる。

薄肉部１ａは、例えば第１セラミック板１を２層のセラミックグリーンシートの積層で作成する場合には、第１セラミック板１となる上側のセラミックグリーンシートの所定部位に機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等で薄肉部１ａとなる孔を形成し、下側となるセラミックグリーンシートと密着させ、焼成一体化することで形成することができる。

図５（ａ）は図１に示す回路基板20の第４の変形例を示す平面図であり、図５（ｂ）は
図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図５に示す例では、第１セラミック板１が、第１セラミック板１を厚み方向に貫通する貫通孔１ｂを有している。

この貫通孔１ｂは、第３の変形例における薄肉部１ａと同様の機能を有している。すなわち、例えば第１セラミック板１の厚みが第２セラミック板２よりも大きい場合でも、貫通孔１ｂによって第１セラミック板１と第２セラミック板２の熱応力差による変形量の差の増加を抑制して、回路基板20全体の変形（上方向に凸状になること）を抑制できる。

貫通孔１ｂは、例えば第１セラミック板１または第１セラミック板１となるセラミックグリーンシートの所定部位に機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等を施すことで形成することができる。

なお、薄肉部１ａおよび貫通孔１ｂの位置は、第１金属板３と第３金属板５との間の電気絶縁性、電子部品６から第２金属板４に至る伝熱経路の有効な確保を考慮して適宜調整することが望ましい。例えば、薄肉部１ａは電位差が大きく加わる第１金属板３から薄肉部１ａの凹み深さ以上、貫通孔１ｂは第１セラミック板１の厚み以上離して形成すると、樹脂モールド後にモールド樹脂８が薄肉部１ａや貫通孔１ｂに充填されなかった場合でも第１セラミック板１上のモールド樹脂８によって絶縁性が確保できる。

（第２の実施形態）
図６（ａ）は本発明の第２の実施形態の回路基板20を示す断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

第２の実施形態の回路基板20においては、第１セラミック板１が、第１セラミック板１を厚み方向に貫通する開口部１ｃを有している。また、この開口部１ｃ内において第３金属板５が上方向に突出した凸部５ｃを有している。第２の実施形態の回路基板20は、これらの点が第１の実施形態の回路基板20と異なり、他の点については第１の実施形態と同様である。これらの同様の点については説明を省略する。

本実施形態の回路基板20では、この凸部５ｃの上面に電子部品６が搭載される。搭載される電子部品６は、第１の実施形態の場合と同様に第１金属板３、つまり信号の伝送路等にボンディングワイヤ７等を介して電気的に接続される。

本実施形態の回路基板20は、第３金属板５の凸部５ｃ上に電子部品６が搭載されるので、電子部品６から第３金属板５に熱が伝わりやすい。そのため、電子部品６から第３金属板５を通って第２金属板４に至る伝熱経路全体の熱伝導率を高めることができる。

また、本実施形態においても、第３金属板５が下面に凹部５ａを有している。そのため、回路基板20全体が凸状になるようなことは効果的に抑制されている。したがって、上記の電子部品６から第３金属板５への伝熱性の向上とあわせて、外部への放熱性に優れた回路基板20を提供することができる。

第１の実施形態では第１セラミック板１の電子部品６が搭載される部分に、本実施形態では開口部１ｃが形成されているため、平面視で開口部１ｃに重なる部分においては、第１セラミック板１は存在していない。この部分において、第２セラミック板２の下面に第２金属板４が接合しており、上面には第２金属板４より厚い第３金属板５が接合している。そのため、第２セラミック板２は上面に大きな収縮の熱応力が加わることになるので、回路基板20は電子部品６の搭載部の直下部分では下に凸の形状となりやすい。そのために
、本実施形態の回路基板20が下方向に凸状（図示せず）になれば、発熱する電子部品６から外部基板への最も熱経路の短いその直下（第２金属板４の下面の中央部）に、外部基板との間で空気層（隙間）が生じる可能性を小さくすることができるようになる。そのために、例えば、固定用孔10にねじ等を通し、外部基板にねじ止めしたり、回路基板20の周囲をばね等で上から押さえることによって、電子装置30を外部基板に対して機械的、熱的に接続した場合には、より効率的に外部に熱を逃がすことができる。

第１セラミック板１の開口部１ｃは、平面視において、上面に電子部品６が搭載される第３金属板５の凸部５ｃが収まることができる程度の大きさで設けられている。言い換えれば、回路基板20における電子部品６の搭載領域を含む程度の大きさを有する開口部１ｃが第１セラミック板１に形成されている。なお、平面視において開口部１ｃが大きくなり過ぎると、第１セラミック板１の機械的な強度の低下等を生じる可能性がある。そのため、開口部１ｃのコーナーは鋭角とせずＲを取ることにより応力が集中しない形状とする。

なお、凸部５ｃは第３金属板５を加工して形成するだけでなく、平板の第３金属板５の電子部品６搭載部に熱伝導率の良い銅やモリブデン等の金属をろう材で接合して形成してもよい。なお、低熱膨張のモリブデン板を凸部５ｃとする場合には、平面視において開口部１ｃの面積の50％未満であれば、電子部品６の搭載部の直下部分では下に凸の形状なのでよい。

図７（ａ）は図６に示す回路基板20の変形例を示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図５において図１と同様の部位には同様の符号を付している。

図７に示す例においては、第１セラミック板１の開口１ｃを囲む部位において第３金属板５が上面側の凹部５ｂを有している。言い換えれば、第３金属板５は、凸部５ｃの周囲において段状であって他の部分よりも上面の高さが低くなり、その分、厚みが小さくなっている。この場合には回路基板20は電子部品６の搭載部の直下部分では下に凸の形状となることにおいては図６と同様である。そして、第３金属板５の上面に上面側の凹部５ｂを形成しているために、第１セラミック板１に第３金属板５から加わる熱応力が緩和されるために、開口部１ｃの寸法によって第１セラミック板１の機械的な強度の低下等を生じる可能性が小さくなるので、開口部１ｃの設計の自由度が高くなる。また、開口部１ｃ部分に上面側の凹部５ｂが形成されているために開口部１ｃ部分のボンディングワイヤ７と第３金属板５表面との距離を上面側の凹部５ｂの深さ分広げることができるため、より絶縁性が高く確保できる。

図８は、本発明の第２の実施形態の電子装置30を示す断面図である。図８において図1
と同様の部位には同様の符号を付している。第２の実施形態の電子装置30は、第２の実施形態の回路基板20に電子部品６が搭載されて製作されている。これ以外の点は、第１の実施形態の電子装置30と同様である。

本実施形態の電子装置30によれば、前述したように第３金属板５（凸部５ｃ）上に電子部品が直接に搭載されるので、外部への放熱性の向上に関して有利な電子装置30の提供が可能である。

なお、第１および第２の実施形態およびそれぞれの変形例において、電子部品６の第１セラミック板１上または第３金属板５の凸部５ｃ上への接合は、例えば、はんだおよび金−スズ合金等の種々の接合材で行なうことができる。

１・・・第１セラミック板
１ａ・・・薄肉部
１ｂ・・・貫通孔
１ｃ・・・開口部
２・・・第２セラミック板
３・・・第１金属板
４・・・第２金属板
５・・・第３金属板
５ａ・・・凹部
５ｂ・・・上面側の凹部
５ｃ・・・凸部
６・・・電子部品
７・・・ボンディングワイヤ
８・・・モールド樹脂
９・・・板体
10・・・固定用孔
20・・・回路基板
30・・・電子装置

Claims (8)

1. それぞれに上面および下面を有する第１セラミック板および第２セラミック板と、
   前記第１セラミック板の前記上面に配置された第１金属板と、
   前記第２セラミック板の前記下面に配置された第２金属板と、
   前記第１セラミック板の前記下面と前記第２セラミック板の前記上面との間に挟まれて配置された第３金属板とを備えており、
   該第３金属板が凹部を含む下面を有しており、前記第３金属板の厚みが前記第１金属板の厚みおよび前記第２金属板の厚みのいずれよりも大きいことを特徴とする回路基板。
2. 前記第１セラミック板の厚みが前記第２セラミック板の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記凹部内に、前記第３金属板よりも熱膨張率が小さい板体が配置されており、該板体が前記第３金属板および前記第２セラミック板の少なくとも一方と接合していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
4. 前記第１セラミック板が薄肉部を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回路基板。
5. 前記第１セラミック板が、該第１セラミック板を厚み方向に貫通する貫通孔を有していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の回路基板。
6. 前記第１セラミック板が、該第１セラミック板を厚み方向に貫通する開口部を有しており、該開口部内において前記第３金属板が上方向に突出した凸部を有していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の回路基板。
7. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の回路基板と、
   前記第１金属板上に搭載された電子部品と、
   該電子部品から前記第２セラミック板の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂とを備えること特徴とする電子装置。
8. 請求項６に記載の回路基板と、
   前記凸部の上面に搭載された電子部品と、
   該電子部品から前記第２セラミック板の側面にかけて一体的に被覆しているモールド樹脂とを備えること特徴とする電子装置。
   

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