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JP6616166B2 - Circuit board and electronic device - Google Patents
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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。   The present invention relates to a circuit board having a metal plate and an electronic device.

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。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a circuit board used in an electronic device on which an electronic component such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is mounted, a circuit board in which a metal plate is bonded to an upper surface of an insulating substrate made of a ceramic sintered body or the like is used. ing.

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。   The metal plate of the circuit board forms a circuit for electrically connecting the electronic component to an external electric circuit. Electronic devices mounted on the circuit board are electrically connected to a metal plate to produce an electronic device. At this time, the electronic component is covered with a covering material such as a resin material. In such an electronic device, an electronic component and an external electric circuit are electrically connected to each other through a metal plate.

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)。   In addition, a circuit board having a structure in which another metal plate and another insulating board are sequentially laminated on the lower surface of the insulating board is also used for improving heat dissipation to the outside (for example, patents). Reference 1).

特開2003−86747号公報JP 2003-86747 A

上記従来技術の回路基板および電子装置においては、樹脂材料による電子部品の封止の信頼性を向上させることが難しいという問題点があった。すなわち、セラミック焼結体等からなる絶縁基板と金属板との間に生じる熱応力によって回路基板全体に反りが生じやすく、この反りによって回路基板と樹脂材料との間に隙間が生じて、封止の信頼性が低下する可能性があった。   The circuit board and the electronic device according to the prior art have a problem that it is difficult to improve the reliability of sealing of the electronic component by the resin material. In other words, the entire circuit board is likely to warp due to thermal stress generated between the insulating substrate made of a ceramic sintered body or the like and the metal plate, and this warp creates a gap between the circuit substrate and the resin material. There was a possibility that the reliability of the would decrease.

本発明の1つの態様の回路基板は、第1金属板が配置された領域を含む上面を有する第1セラミック板と、第2金属板が配置された領域を含む下面を有する第2セラミック板と、前記第1セラミック板の下面と前記第2セラミック板の上面との間に挟まれて配置された、前記第1金属板および第2金属板のいずれよりも厚い第3金属板とを備えており、前記第1セラミック板および前記第2セラミック板のそれぞれの側面が、前記第3金属板の側面よりも外側に位置しており、前記第1金属板が、制御信号用の第1金属板および制御信号よりも大きな電流である大電流用の第1金属板を含んでおり、前記第3金属板の上面が、平面透視においてその側面の上端が前記大電流用の第1金属板3の側面よりも外側に位置している凹部を有していることを特徴とする。
A circuit board according to one aspect of the present invention includes a first ceramic plate having an upper surface including a region in which a first metal plate is disposed, and a second ceramic plate having a lower surface including a region in which the second metal plate is disposed. A third metal plate that is disposed between the lower surface of the first ceramic plate and the upper surface of the second ceramic plate and is thicker than any of the first metal plate and the second metal plate. Each side surface of the first ceramic plate and the second ceramic plate is located outside the side surface of the third metal plate, and the first metal plate is a first metal plate for a control signal. And the first metal plate for large current that is larger than the control signal, and the upper surface of the third metal plate has a top end of the side surface of the first current metal plate 3 for large current in plan view. It has a recess which is located outside the side surface And wherein the door.

本発明の1つの態様の電子装置は、上記構成の回路基板と、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を特徴とする。   An electronic device according to an aspect of the present invention includes a circuit board having the above-described configuration, an electronic component mounted on the first metal plate, and integrally covering from the electronic component to a side surface of the second ceramic plate. And a mold resin.

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1金属板および第2金属板に比べて厚く、剛性が比較的大きい第3金属板が第1セラミック板と第2セラミック板との間に配置されているため、回路基板全体としての剛性の向上について有利である。つまり、回路基板全体の反りの低減に対して有効である。   According to the circuit board of one aspect of the present invention, because of the above configuration, the third metal plate that is thicker than the first metal plate and the second metal plate and has a relatively large rigidity is the first ceramic plate and the second metal plate. Since it is disposed between two ceramic plates, it is advantageous for improving the rigidity of the entire circuit board. That is, it is effective for reducing warpage of the entire circuit board.

また、第1セラミック板および第2セラミック板のそれぞれの側面と第3金属板の側面との位置の相違によって、回路基板の側面が段状になっている。この段状の側面は、樹脂材料に対する接合強度が比較的大きい第1セラミック板および第2セラミック板が外側に突出することによって形成されている。そのため、回路基板の側面の部分、つまり熱応力がより大きく作用する部分で、樹脂材料を含むモールド樹脂と回路基板(特に第1セラミック板および第2セラミック板)との接合面積を従来よりも大きくすることができる。また、その側面におけるモールド樹脂と回路基板との接合面が単純な平面ではなく入り組んだ形状になる。これによってモールド樹脂と回路基板との接合の強度を従来よりも大きくすることができる。したがって、搭載される電子部品を被覆するモールド樹脂との間に隙間が生じるような可能性が低減された回路基板を提供することができる。
Further, the side surface of the circuit board is stepped due to the difference in position between the side surfaces of the first ceramic plate and the second ceramic plate and the side surface of the third metal plate. The step-shaped side surface is formed by projecting the first ceramic plate and the second ceramic plate having a relatively high bonding strength to the resin material to the outside. Therefore, the bonding area between the mold resin containing the resin material and the circuit board (especially the first ceramic plate and the second ceramic plate) is larger than that in the conventional case at the side surface portion of the circuit board, that is, the portion where the thermal stress acts more. can do. Further, the joint surface between the mold resin and the circuit board on the side surface is not a simple plane but an intricate shape. As a result, the bonding strength between the mold resin and the circuit board can be made higher than before. Therefore, it is possible to provide a circuit board in which the possibility that a gap is generated between the molded resin and the electronic component to be mounted is reduced.

また、第3金属板の上面が上記のような凹部を有しているため、凹部の側面上端と第1金属板の側面との間の距離が十分に大きくなり、第1金属板と第3金属板との間の絶縁破壊電圧が効果的に高められている。  In addition, since the upper surface of the third metal plate has the recess as described above, the distance between the upper end of the side surface of the recess and the side surface of the first metal plate is sufficiently large, and the first metal plate and the third metal plate The breakdown voltage between the metal plate is effectively increased.

また、本発明の1つの態様の電子装置によれば、搭載された電子部品を被覆しているモールド樹脂と回路基板との剥がれ等が抑制された、電子部品の封止の信頼性が高い電子装置を提供することができる。   In addition, according to the electronic device of one aspect of the present invention, the electronic component with high reliability of sealing of the electronic component in which peeling between the mold resin covering the mounted electronic component and the circuit board is suppressed. An apparatus can be provided.

(a)は本発明の第1の実施形態の回路基板を示す断面図であり、(b)は本発明の実施形態の電子装置を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the circuit board of the 1st Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing which shows the electronic device of embodiment of this invention. (a)は図1(a)の要部を拡大して示す拡大断面図であり、(b)は(a)の変形例を示す拡大断面図である。(A) is an expanded sectional view which expands and shows the principal part of FIG. 1 (a), (b) is an expanded sectional view which shows the modification of (a). (a)は図1に示す回路基板および電子装置の第1の変形例を示す断面図であり、(b)は第2の変形例を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the 1st modification of the circuit board and electronic device which are shown in FIG. 1, (b) is sectional drawing which shows a 2nd modification. (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) is a top view which shows the circuit board of the 2nd Embodiment of this invention, (b) is sectional drawing in the AA of (a). (a)は図4(b)の要部を拡大して示す拡大断面図であり、(b)および(c)は(a)の変形例を示す拡大断面図である。(A) is an expanded sectional view which expands and shows the principal part of FIG.4 (b), (b) and (c) are expanded sectional views which show the modification of (a). 図4に示す回路基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the circuit board shown in FIG. (a)は図4に示す回路基板の他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) is a top view which shows the other modification of the circuit board shown in FIG. 4, (b) is sectional drawing in the AA of (a). (a)は図4に示す回路基板のさらに他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) is a top view which shows the other modification of the circuit board shown in FIG. 4, (b) is sectional drawing in the AA of (a).

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。   The circuit board and electronic device of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the distinction between the upper and lower sides in the following description is for convenience, and does not limit the upper and lower sides when the circuit board and the electronic device are actually used.

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)は本発明の実施形態の回路基板20に電子部品6を実装した実装体(符号なし)の断面図であり、図1(b)は図1(a)に示す実装体をモールド樹脂8で覆った電子装置30を示す断面図である。図2(a)は図1の要部であるB部分の一例を示す拡大断面図であり、図2(b)は図2(a)の変形例を示す拡大断面図である。   A circuit board 20 and an electronic device 30 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A is a cross-sectional view of a mounting body (without reference numerals) in which an electronic component 6 is mounted on a circuit board 20 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a mounting body shown in FIG. 3 is a cross-sectional view showing an electronic device 30 covered with a mold resin 8. FIG. FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing an example of a B portion which is a main part of FIG. 1, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view showing a modification of FIG. 2A.

回路基板20は、絶縁体部分として、それぞれ平板状の第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、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。
The circuit board 20 has a flat plate-like first ceramic plate 1 and second ceramic plate 2 as insulator portions. The first metal plate 3 is disposed with the lower surface superimposed on the upper surface of the first ceramic plate 1, and the second metal plate 4 is disposed with the upper surface superimposed on the lower surface of the second ceramic plate 2. A third metal plate 5 is disposed between the lower surface and the upper surface of the second ceramic plate 2. That is, the second metal plate 4 and the second ceramic plate 2 which are sequentially laminated from the lower side.
The circuit board 20 of the embodiment is basically constituted by the third metal plate 5, the first ceramic plate 1 and the first metal plate 3.

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。   The first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are made of a ceramic material such as a silicon nitride sintered body, as will be described later. Moreover, the 1st metal plate 3, the 2nd metal plate 4, and the 3rd metal plate 5 consist of metal materials, such as copper, so that it may mention later.

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。   In addition, the electronic component 6 is mounted on the first metal plate 3 of the circuit board 20, and the electronic component 6 and the first metal plate 3 are electrically connected by a bonding wire 7 or the like. The electronic device 30 is manufactured by covering the side surface of the ceramic plate 2 with the mold resin 8. That is, the electronic device 30 according to the embodiment of the present invention includes the circuit board 20 having the above-described configuration, the electronic component 6 mounted on the first metal plate 3, and the electronic component 6 to the first metal plate 3 and the first ceramic plate. 1 and the mold resin 8 that integrally covers the side surface of the second ceramic plate 2 beyond the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the third metal plate 5.

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。   In the example shown in FIG. 1B, the mold resin 8 covers the side surface of the second metal plate 4 beyond the side surface of the second ceramic plate 2. In other words, in the electronic device 30 of this embodiment, only the lower surface of the second metal plate 4 is not covered with the mold resin 8 and is exposed to the outside.

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。また、平面視において、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面が、前記第3金属板5の側面よりも外側に位置している。   In the circuit board 20 of the embodiment, the third metal plate 5 is thicker than both the first metal plate 3 and the second metal plate 4. Further, the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are located outside the side surfaces of the third metal plate 5 in plan view.

このような実施形態の回路基板20によれば、上記構成であることから、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ので、回路基板20の反りを小さくしやすい。   According to the circuit board 20 of such an embodiment, because of the above configuration, the third metal plate 5 which is thicker than the first metal plate 3 and the second metal plate 4 and has relatively high rigidity is the first ceramic. Arranged between the plate 1 and the second ceramic plate 2. For this reason, since the rigidity of the circuit board 20 as a whole is higher than the conventional one, the warp of the circuit board 20 can be easily reduced.

また、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との位置の相違によって、回路基板20の側面が段状になっている。また、この段状の側面は、樹脂材料に対する接合強度が比較的大きい第1セラミック板1および第2セラミック板2が外側に突出することによって形成されている。そのため、回路基板20の側面の部分、つまり熱応力がより大きく作用する部分で、モールド樹脂8が有する樹脂材料と回路基板20(特に第1セラミック板1および第2セラミック板2)との接合面積が従来よりも大きくなっている。また、その側面におけるモールド樹脂8と回路基板20との接合面が単純な平面ではなく、入り組んだ形状になっている。このような接合面の形態によって、モールド樹脂8と回路基板20との接合の強度が従来よりも大きくなっている。それによって、回路基板20の反りを小さくしやすいこととあいまって、回路基板20の反りに起因した、モールド樹脂8と回路基板20との剥離が発生しにくい回路基板20となっている。   Further, the side surface of the circuit board 20 is stepped due to the difference in position between the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5. Further, the stepped side surface is formed by the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 having a relatively high bonding strength to the resin material projecting outward. Therefore, the bonding area between the resin material of the mold resin 8 and the circuit board 20 (particularly, the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2) is the side part of the circuit board 20, that is, the part where thermal stress acts more. Is larger than before. Further, the joint surface between the mold resin 8 and the circuit board 20 on the side surface is not a simple flat surface but an intricate shape. Due to such a form of the bonding surface, the bonding strength between the mold resin 8 and the circuit board 20 is higher than the conventional one. Accordingly, the circuit board 20 is less likely to be peeled off from the mold resin 8 and the circuit board 20 due to the warp of the circuit board 20, coupled with the fact that the warpage of the circuit board 20 can be easily reduced.

さらに、比較的厚い第3金属板5を有する回路基板20の後述する見かけの熱膨張係数は、仮に第1金属板3および第2金属板4と同じ程度の厚みの第3金属板(図示せず)であるとしたときの見かけの熱膨張係数よりも大きくなる。これは、回路基板20において比較的厚い第3金属板5の熱膨張および収縮の影響が従来よりも大きいことによる。回路基板20について、その見かけの熱膨張係数が大きく、モールド樹脂8(後述するエポキシ樹脂等)の熱膨張係数に近付くので、回路基板20とモールド樹脂8との熱膨張係数の差自体(熱応力自体)もより小さくすることができる。   Further, an apparent thermal expansion coefficient, which will be described later, of the circuit board 20 having the relatively thick third metal plate 5 is assumed to be a third metal plate (not shown) having the same thickness as the first metal plate 3 and the second metal plate 4. It is larger than the apparent thermal expansion coefficient. This is because the influence of the thermal expansion and contraction of the relatively thick third metal plate 5 on the circuit board 20 is larger than that of the prior art. Since the apparent thermal expansion coefficient of the circuit board 20 is large and approaches the thermal expansion coefficient of the mold resin 8 (such as epoxy resin described later), the difference in thermal expansion coefficient between the circuit board 20 and the mold resin 8 itself (thermal stress) Itself) can also be made smaller.

したがって、搭載される電子部品6を被覆するモールド樹脂8との間に隙間が生じるよ
うな可能性が低減された回路基板20を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide the circuit board 20 in which the possibility that a gap is generated between the molded resin 8 that covers the electronic component 6 to be mounted is reduced.

また、上記のような実施形態の電子装置30によれば、搭載された電子部品6を被覆しているモールド樹脂8と回路基板20との剥がれ等が抑制された、電子部品6の封止の信頼性が高い電子装置30を提供することができる。   Further, according to the electronic device 30 of the embodiment as described above, the sealing of the electronic component 6 in which peeling between the mold resin 8 covering the mounted electronic component 6 and the circuit board 20 is suppressed. The highly reliable electronic device 30 can be provided.

第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との間の距離A1、A2、すなわち第1セラミック板1の下面に沿った方向における第1セラミック板1の側面と第3金属板5の側面との距離A1および第2セラミック板2の上面に沿った方向における第2セラミック板2の側面と第3金属板5の側面との距離A2は、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との熱膨張係数の差(つまり、絶縁体部分と銅等の金属材料との熱膨張係数の差)およびモールド樹脂8の材料等の条件に応じて、適宜設定される。   The distances A1 and A2 between the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surfaces of the third metal plate 5, that is, the first ceramic plate 1 in the direction along the lower surface of the first ceramic plate 1 The distance A1 between the side surface of the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 and the distance A2 between the side surface of the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 in the direction along the upper surface of the second ceramic plate 2 are Difference in thermal expansion coefficient between the ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the first metal plate 3, the second metal plate 4 and the third metal plate 5 (that is, thermal expansion between the insulator portion and a metal material such as copper) The difference is set as appropriate according to the conditions such as the difference in the coefficient and the material of the mold resin 8.

例えば、第1セラミック板1および第2セラミック板2が窒化ケイ素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ約0.32mm程度であり、絶縁体部分と銅等の金属材料との熱膨張係数の差が約8〜14×10−6程度であり、モールド樹脂8がエポキシ樹脂からなる場合であれば、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との間の距離は0.05〜0.48mmに設定すればよい。   For example, the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are made of a silicon nitride sintered body, each having a thickness of about 0.32 mm, and there is a difference in thermal expansion coefficient between the insulator portion and a metal material such as copper. If the mold resin 8 is made of an epoxy resin, the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surfaces of the third metal plate 5 are about 8 to 14 × 10 −6. The distance between them may be set to 0.05 to 0.48 mm.

第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との間の距離A1、A2は、例えば0.05〜0.48mm程度に設定されていればよい。なお、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との間の距離A1、A2とは、図2に示す例のように、第1セラミック板1および第2セラミック板2の側面からそれぞれ第3金属板5の方向に延長した仮想の平面と、第3金属板5の第1セラミック板1または第2セラミック板2に接合されている部分のうち最も外側に位置する部分(第3金属板5の側面に相当する位置にある部分)との間の距離を意味する。なお、上記仮想の平面の位置は、図2においては見やすくするために実線で示している。   The distances A1 and A2 between the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 may be set to about 0.05 to 0.48 mm, for example. The distances A1 and A2 between the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surfaces of the third metal plate 5 are the same as in the example shown in FIG. And a virtual plane extending from the side surface of the second ceramic plate 2 in the direction of the third metal plate 5 and a portion of the third metal plate 5 joined to the first ceramic plate 1 or the second ceramic plate 2. It means the distance between the outermost part (the part at the position corresponding to the side surface of the third metal plate 5). Note that the position of the virtual plane is shown by a solid line in FIG. 2 for easy viewing.

第1セラミック板1の側面と第3金属板5との間の距離A1および第2セラミック板2の側面と第3金属板5の側面との間の距離A2が0.05mm以上であれば、第1セラミック板1の下面および第2セラミック板2の上面から第3金属板5の側面にかけて、ろう材10のフィレットを形成するためのスペースが効果的に確保される。そのため、ろう材10において応力を効果的に分散することができる。つまり、第3金属板5の側面の外周位置において第1セラミック板1および第2セラミック板2に加わる応力が低減される。これによって、第1セラミック板1および第2セラミック板2自体の、応力集中に起因した機械的な破壊も効果的に抑制される。また、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの側面と第3金属板5の側面との間の距離が0.48mm以下である場合には、回路基板20および電子装置30の小型化に対して有利である。   If the distance A1 between the side surface of the first ceramic plate 1 and the third metal plate 5 and the distance A2 between the side surface of the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 are 0.05 mm or more, A space for forming the fillet of the brazing material 10 is effectively ensured from the lower surface of the first ceramic plate 1 and the upper surface of the second ceramic plate 2 to the side surface of the third metal plate 5. Therefore, stress can be effectively dispersed in the brazing material 10. That is, the stress applied to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 at the outer peripheral position of the side surface of the third metal plate 5 is reduced. As a result, mechanical breakage due to stress concentration of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 itself is also effectively suppressed. Further, when the distance between the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 is 0.48 mm or less, the circuit board 20 and the electronic device 30 can be downsized. Is advantageous.

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。   The first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are made of an electrically insulating material. Examples of the electrical insulating material include ceramic materials such as aluminum oxide ceramics, mullite ceramics, silicon carbide ceramics, aluminum nitride ceramics, and silicon nitride ceramics. Among these ceramic materials, silicon carbide ceramics, aluminum nitride ceramics, and silicon nitride ceramics are higher in terms of thermal conductivity that affects heat dissipation. In terms of mechanical strength, silicon nitride ceramics and silicon carbide ceramics are higher.

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。
When the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are made of a ceramic material having a relatively high mechanical strength such as silicon nitride ceramics, thermal expansion with the first metal plate 3 and the second metal plate 4 is performed. The possibility of mechanical destruction such as generation of cracks in the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 due to thermal stress caused by the coefficient difference is reduced.

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。
The thicknesses of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are, for example, about 0.1 mm to 1 mm, and can be appropriately set according to conditions such as predetermined external dimensions and mechanical strength of the circuit board 20 and the electronic device 30. Good.

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。   If the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are made of, for example, silicon nitride ceramics, they can be produced by the following method. First, a suitable organic binder, plasticizer and solvent are added to and mixed with raw material powders such as silicon nitride, aluminum oxide, magnesium oxide and yttrium oxide to form a slurry. Next, the slurry is processed into a sheet shape by a molding method such as a doctor blade method or a calender roll method to produce a ceramic green sheet (ceramic green sheet). Next, the ceramic green sheet is subjected to an appropriate punching process or the like and formed into a predetermined shape, and a plurality of sheets are laminated as necessary to produce a laminate. Thereafter, this laminate (ceramic green sheet) is fired at a temperature of about 1600 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere. Through the above steps, the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 can be manufactured.

第1金属板3は、回路基板20に搭載される電子部品6を外部電気回路(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。   The first metal plate 3 functions as a part of a conductive path that electrically connects the electronic component 6 mounted on the circuit board 20 to an external electric circuit (not shown). In the example shown in FIG. 1, a plurality of first metal plates 3 are joined to the upper surface of the first ceramic plate 1. Each first metal plate 3 forms, for example, an electrically independent circuit, and as described above, different electrodes (not shown) of the electronic component 6 are electrically connected by the bonding wires 7 or the like. Yes. Different electrodes of the electronic component 6 are, for example, electrodes for a large current and a control signal.

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。   The electronic component 6 is joined to the first metal plate 3 by a so-called low melting point brazing material (no symbol) such as a tin-silver solder or a gold-silicon brazing material. A low melting point brazing film or paste or the like is placed in advance on a predetermined portion of the upper surface of the first metal plate 3, and the lower surface of the electronic component 6 is aligned and set in that portion and brazed by heating. . Thus, the electronic component 6 is joined to the first metal plate 3. The electronic component 6 is electrically connected to the first metal plate 3 as described above, and the electronic component 6 is mounted on the circuit board 20.

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。   The bonding wire 7 is, for example, a so-called gold wire or aluminum wire, and one end portion is connected to the electronic component 6 and the other end portion is connected to a predetermined portion of the first metal plate 3.

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。   The first metal plate 3 is formed of a metal material such as copper or aluminum, for example. Moreover, the 1st metal plate 3 may be formed with the metal material of the alloy which has copper or aluminum as a main component. If the first metal plate 3 is made of, for example, copper, the copper plate material is subjected to metal processing such as cutting, rolling, or etching to be processed into a predetermined shape and dimensions as the first metal plate 3. Can be produced.

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。
The second metal plate 4 functions as, for example, a heat dissipation material for radiating heat to the outside. For example, if the lower surface of the second metal plate 4 is joined to a heat dissipation material (not shown), heat is conducted from the second metal plate 4 to the heat dissipation material, and heat is effectively dissipated from the heat dissipation material to the outside. . This heat is generated with the operation of the electronic component 6 mounted on the circuit board 20. Heat generated in the electronic component 6 is sequentially transmitted through the first metal plate 3, the first ceramic plate 1, the third metal plate 5, and the second ceramic plate 2 to be conducted to the second metal plate 4. That is, in this case, a heat transfer path is formed from the electronic component 6 (the first metal plate 3 on which the electronic component 6 is mounted) to the second metal plate 4 to dissipate the heat generated in the electronic component 6 to the outside. The

また、第2金属板4は、外部電気回路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。   The second metal plate 4 can also function as a terminal for electrical connection to an external electric circuit. In this case, if the lower surface of the second metal plate 4 is joined so as to face a predetermined portion of the external electric circuit, the circuit board 20 and the electronic device 30 are electrically connected to the external electric circuit via the second metal plate 4. Connection is made. This electrical connection is made, for example, to set the second metal plate 4 to the ground potential.

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。   The second metal plate 4 can also be manufactured in the same manner using the same material as the first metal plate 3. The second metal plate 4 has a relatively large area in plan view as compared with the first metal plate 3 in a plurality of divided forms in consideration of heat dissipation or ground potential stability. It is desirable to arrange.

第3金属板5は、第1金属板3および第2金属板4のいずれに対しても、その厚みが大きい。この第3金属板5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に至る上記伝熱路の一部を形成している。第1金属板3から第1セラミック板1を通って伝導された熱は、厚みが比較的大きい第3金属板5によって、下方向だけでなく横方向にも効果的に広がりながら伝導される。また、第3金属板5は体積が比較的大きいため熱容量が比較的大きい。また、第3金属板5は、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。   The third metal plate 5 is thicker than both the first metal plate 3 and the second metal plate 4. The third metal plate 5 forms part of the heat transfer path from the electronic component 6 (the first metal plate 3 on which the electronic component 6 is mounted) to the second metal plate 4. The heat conducted from the first metal plate 3 through the first ceramic plate 1 is conducted by the third metal plate 5 having a relatively large thickness while being effectively spread not only in the downward direction but also in the lateral direction. Further, since the third metal plate 5 has a relatively large volume, the heat capacity is relatively large. The third metal plate 5 has a high thermal conductivity like the first metal plate 3 and the second metal plate 4, like copper or an alloy containing copper as a main component, or aluminum or an alloy containing aluminum as a main component. It is made of a metal material. Therefore, the heat generated in the electronic component 6 is efficiently conducted to the third metal plate 5 through the heat transfer path.

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。   As described above, the thermal conductivity between the first ceramic plate 1 and the first metal plate 3 and the second ceramic plate 2 and the second metal plate 4 is effectively increased. Thus, the circuit board 20 capable of manufacturing the electronic device 30 having excellent heat dissipation can be obtained, and by providing the circuit board 20, the electronic device 30 having excellent heat dissipation can be provided.

また、第3金属板5は、前述したように、厚みが比較的大きく、それ自体の剛性が比較的大きいため、回路基板20および電子装置30としての剛性を高めて回路基板20を反り難くする機能を有している。   Further, as described above, since the third metal plate 5 has a relatively large thickness and a relatively large rigidity, the third metal plate 5 increases the rigidity as the circuit board 20 and the electronic device 30 and makes it difficult to warp the circuit board 20. It has a function.

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。
If the thickness of the 3rd metal plate 5 is a case where it consists of copper, for example, what is necessary is just to set to about 0.5-10 mm thicker than any of the thickness of the 1st metal plate 3 and the 2nd metal plate 4. FIG. The third metal plate 5 may be thicker than the combined thickness of the first metal plate 3 and the second metal plate 4. In this case, the apparent thermal expansion coefficient of the circuit board 20 of the embodiment is an apparent thermal expansion coefficient of a circuit board (not shown) when a single plate of a silicon nitride sintered body is used as an insulating substrate. Larger than the thermal expansion coefficient of the mold resin 8. That is, the stress resulting from the difference between the thermal expansion coefficients of the two becomes smaller.

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。   The third metal plate 5 can also be manufactured in the same manner using the same material as the first metal plate 3. As for the third metal plate 5, in consideration of ensuring heat dissipation and rigidity, one plate having a relatively large area in plan view is arranged as compared with the first metal plate 3 divided into a plurality of forms. It is desirable to have.

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10を介して接合されている。このろう材10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10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10の厚みは、例えば約5〜100μm程度であればよい。
The plurality of first metal plates 3 and second metal plates 4 are joined to the upper surface of the first ceramic plate 1 or the lower surface of the second ceramic plate 2 via, for example, an Ag—Cu brazing material 10. This brazing material 10 contains at least one active metal material of, for example, titanium, hafnium and zirconium in order to be firmly bonded to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 by being wetted. It may be. The brazing material 10 may include at least one metal material of indium and tin, for example. In addition, the thickness of this brazing material 10 should just be about 5-100 micrometers, for example.

第3金属板5についても、例えば上記と同様のろう材10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10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10を介して接合されている。ろう材10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。   The third metal plate 5 is also joined to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 by, for example, the same brazing material 10 as described above. That is, the upper surface of the third metal plate 5 and the lower surface of the first ceramic plate 1 are joined via the brazing material 10, and the lower surface of the third metal plate 5 and the upper surface of the second ceramic plate 2 are joined. 10 is joined through. For joining the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 to the first metal plate 3, the second metal plate 4 and the third metal plate 5 with the brazing material 10, for example, these members are matched to a predetermined positional relationship. At the same time, it may be temporarily fixed with a jig or the like and heated to a predetermined temperature in a furnace. The joining of each member may be performed in a lump, or may be performed sequentially in several steps.

ここで、回路基板20のうち第3金属板5の上下面を第1セラミック板1および第2セラミック板2で挟んだ部分(以下、接合体という)の見かけの熱膨張係数は、以下の式で表すことができる。   Here, an apparent thermal expansion coefficient of a portion (hereinafter referred to as a joined body) of the circuit board 20 sandwiching the upper and lower surfaces of the third metal plate 5 between the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 is expressed by the following equation. Can be expressed as

接合体の見かけの熱膨張係数(α)=(α1×E1×t1+α2×E2×t2+α3×E3×t3)/(E1×t1+E2×t2+E3×t3)
ただし、α:熱膨張係数、E:ヤング率、t:厚みである。それぞれの記号に続く数字(1〜3)が、第1セラミック板1(1)、第2セラミック板2(2)および第3金属板5(3)にそれぞれ対応する。
Apparent thermal expansion coefficient (α) = (α1 × E1 × t1 + α2 × E2 × t2 + α3 × E3 × t3) / (E1 × t1 + E2 × t2 + E3 × t3)
Where α is the thermal expansion coefficient, E is the Young's modulus, and t is the thickness. The numbers (1 to 3) following each symbol correspond to the first ceramic plate 1 (1), the second ceramic plate 2 (2), and the third metal plate 5 (3), respectively.

仮に、第1セラミック板1および第2セラミック板2を共に厚みが0.32mmの窒化ケイ素質焼結体(熱膨張係数:2.7×10−6/℃、ヤング率:300GPa)とし、第3金属板5を厚みが3mmの銅(熱膨張係数:16.8×10−6/℃、ヤング率:120GPa)としてみ
ると、接合体の見かけの熱膨張係数は11.9×10−6/℃となる。これは、窒化ケイ素質焼結体の単板に比べて4倍以上の値になる。そのため、接合体の熱膨張係数とモールド樹脂8の熱膨張係数との差が小さくなり、熱応力が低減される。
Assuming that the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are both silicon nitride sintered bodies having a thickness of 0.32 mm (thermal expansion coefficient: 2.7 × 10 −6 / ° C., Young's modulus: 300 GPa), the third metal plate Assuming that 5 is copper having a thickness of 3 mm (thermal expansion coefficient: 16.8 × 10 −6 / ° C., Young's modulus: 120 GPa), the apparent thermal expansion coefficient of the joined body is 11.9 × 10 −6 / ° C. This is a value four times or more that of a single plate of a silicon nitride-based sintered body. Therefore, the difference between the thermal expansion coefficient of the joined body and the thermal expansion coefficient of the mold resin 8 is reduced, and the thermal stress is reduced.

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。   Note that a plating layer of nickel, gold, or the like may be applied to the exposed surfaces of the first metal plate 3 and the second metal plate 4. The plating layer is constituted by, for example, a nickel plating layer and a gold plating layer that are sequentially deposited from the exposed surfaces of the first metal plate 3 and the second metal plate 4, and the first metal plate 3 and the second metal plate 4. Each of the exposed surfaces is entirely covered. By applying this plating layer, the mounting of the electronic component 6 and the connection to an external electric circuit as described above can be made easier and stronger.

なお、図2(b)に示す例のように、第3金属板5は、その側面が凹曲面状に凹んでいてもよい。この場合には、第3金属板5の側面の位置において第1セラミック板1および第2セラミック板2に加わる応力がそれぞれに分散されるようになる。それによって、第1セラミック板1および第2セラミック板2の機械的な破壊も効果的に抑制され、回路基板20の信頼性がさらに向上する。   Note that, as in the example illustrated in FIG. 2B, the side surface of the third metal plate 5 may be recessed in a concave curved surface shape. In this case, the stress applied to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 at the side surface position of the third metal plate 5 is dispersed. Thereby, mechanical destruction of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 is also effectively suppressed, and the reliability of the circuit board 20 is further improved.

また、前述したように、第3金属板5を第1セラミック板1および第2セラミック板2に接合しているろう材10に第3金属板5の側面から第1セラミック板1および第2セラミック板2にかけてフィレットが形成されていると、第1セラミック板1および第2セラミック板2に加わる応力がフィレットによって効果的に分散されるようになる。それによって、回路基板20および電子装置30の信頼性がより向上する。   Further, as described above, the first ceramic plate 1 and the second ceramic are connected to the brazing material 10 joining the third metal plate 5 to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 from the side of the third metal plate 5. When the fillet is formed over the plate 2, the stress applied to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 is effectively dispersed by the fillet. Thereby, the reliability of the circuit board 20 and the electronic device 30 is further improved.

さらに、上記ろう材10のフィレットが第1セラミック板1および第2セラミック板2の
外縁部まで形成されていると、第1セラミック板1および第2セラミック板2に加わる応力が、それぞれの外縁部分まで分散される。つまり、より広い範囲に応力が分散される。そのため、回路基板20および電子装置30の信頼性がさらに向上する。
Further, when the fillet of the brazing material 10 is formed up to the outer edge portions of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2, the stress applied to the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 is changed to the respective outer edge portions. Will be distributed. That is, the stress is distributed over a wider range. Therefore, the reliability of the circuit board 20 and the electronic device 30 is further improved.

また、実施形態の回路基板20について、例えば図1および図2に示す例のように、第3金属板5の側面は、前記第1金属板3の側面および前記第2金属板4の側面の両方よりも外側にあってもよい。   Further, for the circuit board 20 of the embodiment, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, the side surface of the third metal plate 5 is the side surface of the first metal plate 3 and the side surface of the second metal plate 4. It may be outside of both.

第3金属板5の側面が、第1金属板3の側面および第2金属板4の側面のいずれに対しても外側に位置している場合には、回路基板20としての機械的な破壊に対する信頼性の向上に対してより有利な回路基板20を提供することができる。   When the side surface of the third metal plate 5 is located on the outer side with respect to both the side surface of the first metal plate 3 and the side surface of the second metal plate 4, the mechanical destruction as the circuit board 20 is prevented. The circuit board 20 that is more advantageous for improving the reliability can be provided.

すなわち、第1セラミック板1と第1金属板3との接合部分、および第2セラミック板2と第2金属板4との接合部分に加わる応力は、それぞれの材料の熱膨張係数の違いによって回路基板20の中心側よりも外側になるほど大きくなる傾向がある。これに対して、より厚い第3金属板5の側面の方が、より薄い第1金属板3および第2金属板4の側面のいずれよりも外側に位置している。つまり、第1セラミック板1および第2セラミック板2ともに、第1金属板3および第2金属板4がそれぞれに形成されている領域の全域で、第3金属板5の熱膨張および収縮の影響を受け、見かけの熱膨張係数が大きくなる。そのため、第1金属板3および第2金属板4がそれぞれ接合している第1セラミック板1および第2セラミック板2の見かけの熱膨張係数が、第3金属板5の熱膨張係数により近くなる。したがって、第1セラミック板1および第2セラミック板2について、外周側でも第1金属板3および第2金属板4との接合部分に加わる応力が効果的に低減される。したがって、この応力による第1セラミック板1および第2セラミック板2、ならびにこれらと第1金属板3または第2金属板4との接合部分における機械的な破壊が効果的に抑制される。これによって、例えば回路基板20の温度サイクル信頼性がより高くなる。   That is, the stress applied to the joint portion between the first ceramic plate 1 and the first metal plate 3 and the joint portion between the second ceramic plate 2 and the second metal plate 4 depends on the difference in thermal expansion coefficient of each material. There is a tendency that it becomes larger toward the outside of the center side of the substrate 20. On the other hand, the thicker side surface of the third metal plate 5 is located on the outer side than both the thinner side surfaces of the first metal plate 3 and the second metal plate 4. That is, both the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are affected by the thermal expansion and contraction of the third metal plate 5 in the entire region where the first metal plate 3 and the second metal plate 4 are formed. As a result, the apparent thermal expansion coefficient increases. Therefore, the apparent thermal expansion coefficient of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 to which the first metal plate 3 and the second metal plate 4 are joined is closer to the thermal expansion coefficient of the third metal plate 5. . Therefore, about the 1st ceramic plate 1 and the 2nd ceramic plate 2, the stress added to the junction part with the 1st metal plate 3 and the 2nd metal plate 4 also on the outer peripheral side is reduced effectively. Therefore, mechanical breakage in the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 due to this stress, and the joint portion between them and the first metal plate 3 or the second metal plate 4 is effectively suppressed. Thereby, for example, the temperature cycle reliability of the circuit board 20 becomes higher.

また、図1および図2に示す例の回路基板20および電子装置30は、断面視における第3金属板5の側面と第1セラミック板1の側面および第2セラミック板2の側面それぞれとの間の距離A1、A2が、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの厚みD1、D2よりも小さい。   Further, the circuit board 20 and the electronic device 30 in the example shown in FIGS. 1 and 2 are provided between the side surface of the third metal plate 5 and the side surface of the first ceramic plate 1 and the side surface of the second ceramic plate 2 in a cross-sectional view. Distances A1 and A2 are smaller than the thicknesses D1 and D2 of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2, respectively.

言い換えれば、回路基板20および電子装置30の上下方向の断面(縦断面)を見たときに、第3金属板5の側面と第1セラミック板1の側面との間の距離A1、第3金属板5の側面と第2セラミック板2の側面との間の距離A2、第1セラミック板1の厚みD1および第2セラミック板2の厚みD2が、A1>D1、A1>D2、A2>D1およびA2>D2の各関係を満たしている。   In other words, the distance A1 between the side surface of the third metal plate 5 and the side surface of the first ceramic plate 1 and the third metal when the vertical cross section (vertical cross section) of the circuit board 20 and the electronic device 30 is viewed. The distance A2 between the side surface of the plate 5 and the side surface of the second ceramic plate 2, the thickness D1 of the first ceramic plate 1 and the thickness D2 of the second ceramic plate 2 are A1> D1, A1> D2, A2> D1 and Each relationship of A2> D2 is satisfied.

なお、この場合の第3金属板5の側面と第1セラミック板1の側面および第2セラミック板2の側面それぞれとの間の距離A1、A2は、前述したのと同様に、第3金属板5の側面を第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれの方向に延長した仮想の平面と、第1セラミック板1の側面および第2セラミック板2の側面それぞれとの間の距離である。   In this case, the distances A1 and A2 between the side surface of the third metal plate 5 and the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 are the same as described above. 5 is a distance between a virtual plane obtained by extending the side surfaces of 5 in the respective directions of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and each of the side surfaces of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2. .

上記構成は、第1セラミック板1および第2セラミック板2について、それぞれの第3金属板5の側面よりも外側の部分の寸法(第3基板5の側面から離れる横方向の長さ)が、それぞれの厚みよりも小さい構成である。この場合にも、第1セラミック板1および第2セラミック板2、ならびにこれらと第1金属板3または第2金属板4との接合部分における機械的な破壊が効果的に抑制される。   In the above configuration, the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 have a dimension of a portion outside the side surface of each third metal plate 5 (a lateral length away from the side surface of the third substrate 5). It is the structure smaller than each thickness. Also in this case, mechanical breakage at the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 and the joint portion between them and the first metal plate 3 or the second metal plate 4 is effectively suppressed.

これは次のような理由によると考えられる。第1セラミック板1および第2セラミック板2について、第3金属板5が接合された部分と、それよりも外側の部分(第3金属板5が接合されていない部分)とは、見かけの熱膨張係数が互いに異なる。そのため、両者の境界部分(以下、単に境界部分という)である第3金属板5の側面に相当する位置に応力が集中しやすい傾向がある。これに対して、上記構成の場合には、歪みが発生しやすい第3金属板5の側面よりも外側における第1セラミック板1および第2セラミック板2の寸法が、それぞれの厚みよりも小さい。そのため、第1セラミック板1および第2セラミック板2のそれぞれにおいて、第3金属板5の側面よりも外側部分において生じる応力がそれぞれの開放端である側面で緩和されやすくなる。したがって、応力が境界部分に集中しにくくなり、この境界部分における第1セラミック板1および第2セラミック板2の機械的な破壊が効果的に抑制される。これによって、例えば回路基板20の温度サイクル信頼性がより高くなる。   This is considered to be due to the following reasons. About the 1st ceramic plate 1 and the 2nd ceramic plate 2, the part to which the 3rd metal plate 5 was joined, and the part (the part to which the 3rd metal plate 5 is not joined) outside it are apparent heat. The expansion coefficients are different from each other. Therefore, stress tends to concentrate at a position corresponding to the side surface of the third metal plate 5 that is a boundary portion between them (hereinafter simply referred to as a boundary portion). On the other hand, in the case of the said structure, the dimension of the 1st ceramic plate 1 and the 2nd ceramic plate 2 outside the side surface of the 3rd metal plate 5 which is easy to generate | occur | produce distortion is smaller than each thickness. Therefore, in each of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2, the stress generated in the outer portion than the side surface of the third metal plate 5 is easily relaxed on the side surface that is the open end. Therefore, the stress is less likely to be concentrated on the boundary portion, and mechanical breakage of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 at the boundary portion is effectively suppressed. Thereby, for example, the temperature cycle reliability of the circuit board 20 becomes higher.

なお、前述したように第1セラミック板1の側面と第3金属板5の側面との間の距離A1および第2セラミック板2の側面と第3金属板5の側面との間の距離A2が0.05mm〜0.48mmの範囲に設定されるときには、その距離に応じて第1セラミック板1および第2セラミック板2の厚みD1、D2が設定されてもよい。すなわち、このようなときには、第1セラミック板1および第2セラミック板2の厚みD1、D2は、それぞれ0.5mm程
度以上に設定されていてもよい。
As described above, the distance A1 between the side surface of the first ceramic plate 1 and the side surface of the third metal plate 5 and the distance A2 between the side surface of the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 are as follows. When set in the range of 0.05 mm to 0.48 mm, the thicknesses D1 and D2 of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 may be set according to the distance. That is, in such a case, the thicknesses D1 and D2 of the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 may be set to about 0.5 mm or more, respectively.

図3(a)は図1に示す回路基板20および電子装置30の第1の変形例を示す断面図であり、図3(b)は図1(b)に示す回路基板20および電子装置30の第2の変形例を示す断面図である。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。また、図3ではモールド樹脂8の図示を省略している。   3A is a cross-sectional view showing a first modification of the circuit board 20 and the electronic device 30 shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a circuit board 20 and the electronic device 30 shown in FIG. It is sectional drawing which shows the 2nd modification of this. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. In FIG. 3, the illustration of the mold resin 8 is omitted.

図3(a)に示す例においては、第2セラミック板2が、第2セラミック板2を厚み方向に貫通する貫通孔(符号なし)を有している。また、その貫通孔内に金属柱9が配置されている。金属柱9は、第3金属板5に接続された上端および第2金属板4に接続された下端を有している。   In the example shown in FIG. 3A, the second ceramic plate 2 has a through-hole (no symbol) penetrating the second ceramic plate 2 in the thickness direction. A metal column 9 is disposed in the through hole. The metal column 9 has an upper end connected to the third metal plate 5 and a lower end connected to the second metal plate 4.

第1の変形例における回路基板20および電子装置30は、上記の金属柱9を有すること以外の事項は前述した実施形態の回路基板20および電子装置30と同様である。以下の説明において、これらの同様の事項については説明を省略する。   The circuit board 20 and the electronic device 30 in the first modification are the same as the circuit board 20 and the electronic device 30 of the above-described embodiment except that the metal pillar 9 is included. In the following description, description of these similar matters is omitted.

回路基板20および電子装置30について、上記のような金属柱9を有している場合には、第3金属板5と第2金属板4とが電気的に接続される。また、第2金属板4を介して第3金属板5と外部電気回路との電気的な接続も可能になる。そのため、例えば第3金属板5の電位(接地電位等)を有効に安定化させることができる。   When the circuit board 20 and the electronic device 30 have the metal pillar 9 as described above, the third metal plate 5 and the second metal plate 4 are electrically connected. Further, the third metal plate 5 can be electrically connected to the external electric circuit via the second metal plate 4. Therefore, for example, the potential (ground potential or the like) of the third metal plate 5 can be effectively stabilized.

また、第3金属板5と第2金属板4との間の熱伝導性を向上させることもできる。そのため、電子部品6から第3金属板5等を通って第2金属板4から外部に放散される熱量をより大きくすることもできる。そのため、外部への放熱性をさらに向上させることもできる。   In addition, the thermal conductivity between the third metal plate 5 and the second metal plate 4 can be improved. Therefore, the amount of heat dissipated from the second metal plate 4 through the third metal plate 5 or the like from the electronic component 6 can be further increased. Therefore, the heat dissipation to the outside can be further improved.

金属柱9は、例えば第2セラミック板2の厚みと同じ程度の長さを有する円柱状の部材である。金属柱9は、例えば第1金属板3および第2金属板4と同様の金属材料からなる。このような金属柱9は、第1金属板3および第2金属板4と同様の金属加工によって製作することができる。また、金属柱9の上端の第3金属板5への接合および下端の第2金属板4への接合は、例えば銀−銅ろう等のろう材(図示せず)によって行なうことができる。   The metal column 9 is a cylindrical member having a length that is approximately the same as the thickness of the second ceramic plate 2, for example. The metal pillar 9 is made of the same metal material as the first metal plate 3 and the second metal plate 4, for example. Such metal pillar 9 can be manufactured by the same metal processing as the first metal plate 3 and the second metal plate 4. Further, the joining of the upper end of the metal column 9 to the third metal plate 5 and the joining of the lower end to the second metal plate 4 can be performed by a brazing material (not shown) such as silver-copper brazing.

実施形態の回路基板20および電子装置30について、金属柱9を有するものであるときには、図3(a)に示す第1の変形例のように、金属柱9の側面と貫通孔の内側面とが互いに離れている形態であってもよい。この場合には、金属柱9と第2セラミック板2とのそれぞれの熱膨張係数の差に起因した熱応力の発生が抑制される。そのため、その熱応力による第2セラミック板2の機械的な破壊が効果的に抑制される。この場合に、金属柱9の側面と貫通孔の内側面との間の距離は約100μm程度あればよい。金属柱9の側面と貫通
孔の内側面との間の距離が大きくなり過ぎると、回路基板20および電子装置30の小型化の妨げになる可能性があり、また、金属柱9を介した第3金属板5と第2金属板4との間の熱伝導性向上の効果が低くなる可能性がある。
When the circuit board 20 and the electronic device 30 of the embodiment have the metal column 9, the side surface of the metal column 9 and the inner surface of the through-hole, as in the first modification shown in FIG. May be separated from each other. In this case, the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal column 9 and the second ceramic plate 2 is suppressed. Therefore, mechanical destruction of the second ceramic plate 2 due to the thermal stress is effectively suppressed. In this case, the distance between the side surface of the metal column 9 and the inner surface of the through hole may be about 100 μm. If the distance between the side surface of the metal column 9 and the inner surface of the through hole becomes too large, there is a possibility that miniaturization of the circuit board 20 and the electronic device 30 may be hindered. The effect of improving the thermal conductivity between the third metal plate 5 and the second metal plate 4 may be reduced.

図3(b)に示す第2の変形例においては、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。また、第1金属板3の厚みが第2金属板4の厚みよりも大きい。   In the second modification shown in FIG. 3B, the thickness of the first ceramic plate 1 is larger than the thickness of the second ceramic plate 2. Further, the thickness of the first metal plate 3 is larger than the thickness of the second metal plate 4.

第2の変形例における回路基板20および電子装置30は、上記のような厚みの要素以外の事項については前述した実施形態の回路基板20および電子装置30と同様である。以下の説明において、これらの同様の事項については説明を省略する。   The circuit board 20 and the electronic device 30 in the second modified example are the same as the circuit board 20 and the electronic device 30 of the above-described embodiment except for the above-described thickness elements. In the following description, description of these similar matters is omitted.

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ときには、第1セラミック板1の上下面間の電気的絶縁性が向上して、第1セラミック板1の絶縁破壊電圧が向上する。そのため、より大きな電流を第1金属板3に通電することができる。そのため、電子部品6と外部との間でより大きな電流の送受ができるようになり、IGBT用等において実用性の高い回路基板20および電子装置30を提供することができる。   When the thickness of the first ceramic plate 1 is larger than the thickness of the second ceramic plate 2, the electrical insulation between the upper and lower surfaces of the first ceramic plate 1 is improved, and the dielectric breakdown voltage of the first ceramic plate 1 is improved. To do. Therefore, a larger current can be passed through the first metal plate 3. Therefore, it becomes possible to send and receive a larger current between the electronic component 6 and the outside, and it is possible to provide the circuit board 20 and the electronic device 30 that are highly practical for IGBTs and the like.

また、第2セラミック板2の厚みが比較的小さいため、回路基板20および電子装置30としての低背化に対しても有効である。また、比較的に熱伝導率の小さい第2セラミック板2の厚みが薄いことは、回路基板20および電子装置30の熱放散性の向上について有利である。   Further, since the thickness of the second ceramic plate 2 is relatively small, it is effective for reducing the height of the circuit board 20 and the electronic device 30. In addition, the thickness of the second ceramic plate 2 having a relatively low thermal conductivity is advantageous for improving the heat dissipation of the circuit board 20 and the electronic device 30.

また、第1金属板3の厚みが第2金属板4の厚みよりも大きいときには、第1金属板3の電気抵抗が第2金属板4よりも小さく抑えられる。そのため、第1金属板3により大きな電流を通電することができる。したがって、例えば前述した第1セラミック板1の厚みが比較的大きいことによる効果と合わせて、電子部品6と外部との間でより大きな電流の送受ができるようになり、IGBT用等において実用性の高い回路基板20および電子装置30を提供することができる。   Further, when the thickness of the first metal plate 3 is larger than the thickness of the second metal plate 4, the electrical resistance of the first metal plate 3 is suppressed to be smaller than that of the second metal plate 4. Therefore, a large current can be passed through the first metal plate 3. Therefore, for example, in addition to the effect of the relatively large thickness of the first ceramic plate 1 described above, a larger current can be transmitted and received between the electronic component 6 and the outside, which is practical for IGBTs and the like. A high circuit board 20 and electronic device 30 can be provided.

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構成における第1セラミック板1と第2セラミック板2との厚みの差は、例えば0.1〜0.9mm程度であればよい。この厚みの差が上記の範囲内であれば、低背化および放熱性向上に対して有効であるとともに、絶縁破壊電圧等の特性の向上にも有効な回路基板20および電子装置30をより容易に提供することができる。   The difference in thickness between the first ceramic plate 1 and the second ceramic plate 2 in the configuration in which the thickness of the first ceramic plate 1 is larger than the thickness of the second ceramic plate 2 may be about 0.1 to 0.9 mm, for example. If the difference in thickness is within the above range, the circuit board 20 and the electronic device 30 that are effective for reducing the height and improving the heat dissipation and also effective for improving the characteristics such as the breakdown voltage are easier. Can be provided.

なお、第1金属板3の厚みを第2金属板4の厚みよりも大きくすることで、複数の第1金属板3と第2金属板4とによる回路基板20の反りが比較的小さくなる。これらの複数の第1金属板3の厚みは、それぞれの電気伝導性、熱伝導性および回路基板20としての反りの抑制等の条件に応じて、適宜設定されていて構わない。   In addition, by making the thickness of the first metal plate 3 larger than the thickness of the second metal plate 4, the warp of the circuit board 20 due to the plurality of first metal plates 3 and the second metal plate 4 becomes relatively small. The thickness of the plurality of first metal plates 3 may be appropriately set according to conditions such as electrical conductivity, thermal conductivity, and suppression of warpage as the circuit board 20.

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、金属柱9を有する構成において、金属柱9は第2
セラミック板2の外周部分に位置していてもよく、複数の金属柱(図示せず)が配置されていてもよい。また、複数の金属柱は、互いに直径が異なるものであってもよく、長さが互いに異なるものであってもよい。
In addition, this invention is not limited to the above embodiment, A various change is possible if it is in the range of the summary of this invention. For example, in the configuration having the metal pillar 9, the metal pillar 9 is the second
You may be located in the outer peripheral part of the ceramic board 2, and the some metal pillar (not shown) may be arrange | positioned. The plurality of metal pillars may have different diameters or may have different lengths.

また、金属柱9は第1金属板3の接地電位部分に接続するように第1セラミック板1を貫通させて形成してもよい。例えば、金属柱9が電子部品6の搭載部に接続されていることで、放熱性を向上させることもできる。   The metal pillar 9 may be formed through the first ceramic plate 1 so as to be connected to the ground potential portion of the first metal plate 3. For example, since the metal pillar 9 is connected to the mounting part of the electronic component 6, heat dissipation can be improved.

(第2の実施形態)
図4(a)は本発明の第2の実施形態の回路基板20を示す平面図であり、図4(b)は図4(a)のA−A線における断面図である。図5(a)は図4(b)の要部を拡大して示す拡大断面図であり、図5(b)および図5(c)はそれぞれ図5(a)の変形例を示す拡大断面図である。図4および図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。
(Second Embodiment)
FIG. 4A is a plan view showing a circuit board 20 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 (a) is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG. 4 (b) in an enlarged manner, and FIGS. 5 (b) and 5 (c) are enlarged cross-sectional views showing modifications of FIG. 5 (a), respectively. FIG. 4 and 5, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 1.

図4および図5(a)に示す例において、第3金属板5は、第1セラミック板1側の主面(上面)に凹部5aを有している。凹部5aは、複数の第1金属板3のそれぞれに対応して複数個設けられている。また、それぞれの凹部5aは、その側面の上端が第1金属板3の側面よりも外側に位置している。つまり、第3金属板5の上面が、平面透視において第1金属板3と重なる部分を含む大きさの凹部5aを有している。   4 and 5A, the third metal plate 5 has a recess 5a on the main surface (upper surface) on the first ceramic plate 1 side. A plurality of recesses 5 a are provided corresponding to each of the plurality of first metal plates 3. In addition, each of the recesses 5 a has an upper end of the side surface located outside the side surface of the first metal plate 3. That is, the upper surface of the third metal plate 5 has a recess 5a having a size including a portion overlapping the first metal plate 3 in a plan view.

このような凹部5aがあることで、凹部5aの深さの分、第1金属板3と第3金属板5との間の距離が大きくなる。そのため、回路導体として機能する第1金属板3と第3金属板5との間の絶縁破壊電圧を高めることができる。この場合、平面視(透視)において凹部5aが第1金属板3を含む大きさであるため、凹部5aの側面上端(凹部5aの開口縁部分)と第1金属板3の側面との間の距離も十分に大きくなり、絶縁破壊電圧が効果的に高められている。   The presence of such a recess 5a increases the distance between the first metal plate 3 and the third metal plate 5 by the depth of the recess 5a. Therefore, the dielectric breakdown voltage between the 1st metal plate 3 and the 3rd metal plate 5 which function as a circuit conductor can be raised. In this case, since the recess 5a has a size including the first metal plate 3 in a plan view (see-through), the gap between the upper end of the side surface of the recess 5a (the opening edge portion of the recess 5a) and the side surface of the first metal plate 3 is large. The distance is also sufficiently large, and the breakdown voltage is effectively increased.

このような回路基板20およびそれを含む電子装置30は、電車用の電子装置等のより高い絶縁破壊電圧が要求される用途にも、より高い信頼性で使用することができる。凹部5aは、例えば、第3金属板5の一方に主面(上面になる面)にあらかじめ形成しておいて、この第3金属板5を第1セラミック板1に接合することによって所定の位置に配置することができる。凹部5aは、例えば、第3金属板5の上面に、エッチング加工、研削ドリル等による機械加工、放電加工等の加工を単独または組み合わて行なうことで形成することができる。この場合に、エッチング加工時のマスク形性等もあわせて行なうようにしてもよい。その後は、前述と同様の方法で回路基板20を製作することができる。また、電子装置30を製作することもできる。   Such a circuit board 20 and an electronic device 30 including the circuit board 20 can be used with higher reliability in applications that require a higher breakdown voltage, such as an electronic device for trains. For example, the recess 5a is formed in advance on one of the third metal plates 5 on the main surface (the surface that becomes the upper surface), and the third metal plate 5 is joined to the first ceramic plate 1 at a predetermined position. Can be arranged. The recess 5a can be formed, for example, on the upper surface of the third metal plate 5 by performing etching processing, machining by a grinding drill, etc., processing such as electric discharge machining alone or in combination. In this case, the mask shape at the time of etching may be also performed. Thereafter, the circuit board 20 can be manufactured by the same method as described above. Also, the electronic device 30 can be manufactured.

凹部5aの深さは、第1金属板3と第3金属板5との間の距離を大きくして絶縁破壊電圧を高くする上では、深いほどよい。ただし、凹部5aが深くなると、凹部5a部分で第3金属板5が薄くなるため、第3金属板5の熱伝導性の低下、およびこれによる回路基板20および電子装置30の放熱性の低下等の可能性がある。そのため、凹部5aの深さは、電子装置30の用途(要求される電気特性および放熱性等)、第3金属板5の厚み、第1金属板3を伝送される電流の大きさ、凹部5aを形成する作業の作業性および経済性等に応じて設定される。   The depth of the recess 5a is better as the distance between the first metal plate 3 and the third metal plate 5 is increased to increase the dielectric breakdown voltage. However, since the third metal plate 5 becomes thinner at the concave portion 5a when the concave portion 5a is deepened, the thermal conductivity of the third metal plate 5 is reduced, and the heat dissipation of the circuit board 20 and the electronic device 30 is thereby reduced. There is a possibility. Therefore, the depth of the recess 5a depends on the application of the electronic device 30 (required electrical characteristics, heat dissipation, etc.), the thickness of the third metal plate 5, the magnitude of the current transmitted through the first metal plate 3, and the recess 5a. It is set according to the workability and economics of the work for forming the.

なお、凹部5a内が真空に近い減圧状態の場合には、絶縁破壊電圧の向上が小さくなる。そのため、例えば真空炉内で第3金属板5と第1セラミック板1との接合を行う場合には、図4(a)に示すように、第1セラミック板1の凹部5aと重なる位置から第1セラミック板1の上面等の外表面にかけて貫通孔1aを形成し、凹部5a内に空気を入れるよ
うにしてもよい。すなわち、第1セラミック板1が、凹部5aから第1セラミック板1の外表面にかけて貫通している貫通部(貫通部としては符号なし)として貫通孔1aを有している回路基板20および電子装置30であってもよい。
In addition, when the inside of the recess 5a is in a reduced pressure state close to a vacuum, the improvement of the dielectric breakdown voltage is reduced. Therefore, for example, when the third metal plate 5 and the first ceramic plate 1 are joined in a vacuum furnace, as shown in FIG. The through-hole 1a may be formed over the outer surface such as the upper surface of one ceramic plate 1, and air may be introduced into the recess 5a. That is, the circuit board 20 and the electronic device having the through hole 1a as a through part (the reference number is not indicated as a through part) through which the first ceramic plate 1 penetrates from the recess 5a to the outer surface of the first ceramic plate 1 It may be 30.

また、第1金属板3は、前述したように、電子部品6の互いに異なる電極と接続されるものを含み、例えば大電流用および制御信号用のそれぞれの電極と電気的に接続されるものを含んでいる。すなわち、第1金属板3は、制御信号用のものと、制御信号よりも大きな電流である大電流用のものとを含んでいる。この場合に、凹部5aは、大電流用の第1金属板3に対応した位置にあるものであってもよい。また、大電流用の第1金属板3のみに対応した位置にあるものであってもよい。   Further, as described above, the first metal plate 3 includes those that are connected to different electrodes of the electronic component 6, for example, those that are electrically connected to the respective electrodes for large current and control signals. Contains. That is, the first metal plate 3 includes one for a control signal and one for a large current that is a larger current than the control signal. In this case, the recess 5a may be located at a position corresponding to the first metal plate 3 for large current. Moreover, it may exist in the position corresponding only to the 1st metal plate 3 for large currents.

大電流用の第1金属板3のみに対応した位置に凹部5aがあるときには、凹部5aを極力少なくしながら、つまり第3金属板5の伝熱性をより高く確保しながら、第1金属板3と第3金属板5との絶縁破壊電圧を効果的に向上させることができる。   When there is a concave portion 5a at a position corresponding only to the first metal plate 3 for large current, the first metal plate 3 while keeping the concave portion 5a as small as possible, that is, while ensuring higher heat conductivity of the third metal plate 5. And the breakdown voltage between the third metal plate 5 can be effectively improved.

上記の効果に関して、より詳しくは次の通りである。凹部5aが、出力信号伝送用の配線および電源配線として機能する第1金属板3に対応していれば(これらの第1金属板3を平面透視含む大きさであれば)、凹部5aによって絶縁破壊電圧を高めることができる。また、電子部品6が搭載されるダイボンド面が接地電位とされているため、電子部品6が接合されている第1金属板3の下側には凹部5aはなくても構わない。制御用の信号が伝送される第1金属板3についても同様である。したがって、第3金属板5における凹部5aの個数(平面視において凹部5aが第3金属板5の上面に占める面積の割合)がより小さく抑えられ、電子部品6から発生した熱は良好に第3金属板5に伝わる。これによって、回路基板20およびそれを含む電子装置30の良好な放熱性を保つことができる。   The details of the above effect are as follows. If the recess 5a corresponds to the first metal plate 3 functioning as the output signal transmission wiring and the power supply wiring (if the size includes the first metal plate 3 in a plan view), the recess 5a is insulated. The breakdown voltage can be increased. Moreover, since the die-bonding surface on which the electronic component 6 is mounted is set to the ground potential, the concave portion 5a may not be provided below the first metal plate 3 to which the electronic component 6 is bonded. The same applies to the first metal plate 3 to which a control signal is transmitted. Therefore, the number of recesses 5a in the third metal plate 5 (ratio of the area occupied by the recesses 5a in the top surface of the third metal plate 5 in a plan view) can be further reduced, and the heat generated from the electronic component 6 can be improved to a third level. It is transmitted to the metal plate 5. As a result, good heat dissipation of the circuit board 20 and the electronic device 30 including the circuit board 20 can be maintained.

なお、放熱性の低下をより小さく抑えるためには、図5(b)に示すように、凹部5aの側面を下端から上端に向かって外側に傾けることで、第1金属板3と第3金属板5との間の距離をより大きくすることができる。凹部5aの側面の傾きの角度(側面が垂直であるときからの傾きの角度)は、例えば45度程度である。   In addition, in order to suppress the fall of heat dissipation smaller, as shown in FIG.5 (b), the 1st metal plate 3 and the 3rd metal are inclined by inclining the side surface of the recessed part 5a toward an upper end from a lower end. The distance between the plate 5 can be further increased. The angle of inclination of the side surface of the recess 5a (the angle of inclination when the side surface is vertical) is, for example, about 45 degrees.

なお、図5(c)は、絶縁破壊電圧を高めるために凹部5aに充填材11を充填した例である。充填材11は空気よりも絶縁破壊電圧が大きいため、第1金属板3と第3金属板5との絶縁破壊電圧を向上させることができる。充填材11としては、エポキシ樹脂(絶縁破壊
電圧:20kV/mm程度)、ポリエチレン樹脂(絶縁破壊電圧:30kV/mm程度)、ポリ
塩化ビニル樹脂(絶縁破壊電圧:30kV/mm程度)、ポリイミド樹脂(絶縁破壊電圧:20
kV/mm程度)、シリコーン樹脂(絶縁破壊電圧:25kV/mm程度)等を用いることが
できる。すなわち、凹部5aに樹脂材料(充填材11)が配置されている。
FIG. 5C shows an example in which the recess 11 is filled with the filler 11 in order to increase the dielectric breakdown voltage. Since the filler 11 has a higher breakdown voltage than air, the breakdown voltage between the first metal plate 3 and the third metal plate 5 can be improved. As the filler 11, epoxy resin (dielectric breakdown voltage: about 20 kV / mm), polyethylene resin (dielectric breakdown voltage: about 30 kV / mm), polyvinyl chloride resin (dielectric breakdown voltage: about 30 kV / mm), polyimide resin ( Dielectric breakdown voltage: 20
kV / mm), silicone resin (dielectric breakdown voltage: about 25 kV / mm), or the like can be used. That is, the resin material (filler 11) is disposed in the recess 5a.

充填材11は、その少なくとも一部が、平面透視において第1金属板3よりも外側に位置している。これによって、平面透視で第1金属板3の側面と、その側面よりも外側に位置している凹部5aの側面との間に充填材11が介在して両者間の絶縁破壊電圧が効果的に向上し、上記の効果が十分に得られる。   At least a part of the filler 11 is located outside the first metal plate 3 in a plan view. As a result, the filler 11 is interposed between the side surface of the first metal plate 3 and the side surface of the recess 5a located outside the side surface in a plan view, so that the dielectric breakdown voltage between the two is effectively reduced. And the above effects can be sufficiently obtained.

このような樹脂製の充填材11を用いることで、空気(絶縁破壊電圧:3kV/mm程度)に対して、数倍から10倍程度、絶縁破壊電圧を高めることができるようになる。そのため、例えば同じ絶縁破壊電圧が要求された場合、凹部5aの深さを浅くできるので、放熱性の低下をより小さく抑えることができるようになる。なお、樹脂製の充填材11は、例えば貫通孔1aから凹部5aに注入してやることで、凹部5a内に充填することができる。   By using such a resin filler 11, the dielectric breakdown voltage can be increased several times to 10 times that of air (dielectric breakdown voltage: about 3 kV / mm). For this reason, for example, when the same breakdown voltage is required, the depth of the recess 5a can be reduced, so that a reduction in heat dissipation can be further suppressed. The resin filler 11 can be filled into the recess 5a, for example, by being injected into the recess 5a from the through hole 1a.

図6は、図4に示す回路基板20の変形例を示す平面図である。図6において図4と同様
の部位には同様の符号を付している。図6に示すように、複数の凹部5aは、互いに隣り合うもの同士が貫通部の一部を介して連結し合うように形成されていてもよい。この場合には、一度に複数個の凹部5aに樹脂製の充填材11を充填することができる。
FIG. 6 is a plan view showing a modification of the circuit board 20 shown in FIG. In FIG. 6, the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 6, the plurality of recesses 5 a may be formed such that those adjacent to each other are connected to each other through a part of the penetrating portion. In this case, the resin filler 11 can be filled into the plurality of recesses 5a at a time.

また、充填材11を充填しない場合には次のような効果も得られる。貫通孔1aが第1金属板3の近くにあると、第1金属板3と第3金属板5の沿面距離と距離の差が小さいために絶縁破壊電圧を向上させる効果が低下しやすくなる可能性がある。これに対して、図6に示す例の場合には、第1セラミック板1における貫通孔1aを第1金属板3から離して形成することが容易である。そのため貫通孔1aによる上記効果(空気または充填材11の凹部5a内への入り込み等)を得ることができるとともに、貫通孔1aの位置に起因した絶縁破壊電圧の低下も効果的に抑制することができる。   Further, when the filler 11 is not filled, the following effects can be obtained. If the through-hole 1a is close to the first metal plate 3, the creepage distance between the first metal plate 3 and the third metal plate 5 and the difference in distance are small, so that the effect of improving the breakdown voltage can be easily reduced. There is sex. On the other hand, in the example shown in FIG. 6, it is easy to form the through hole 1 a in the first ceramic plate 1 away from the first metal plate 3. For this reason, the above-described effects (such as the entry of air or filler 11 into the recess 5a) can be obtained, and the decrease in dielectric breakdown voltage due to the position of the through-hole 1a can be effectively suppressed. it can.

シリコーン樹脂を充填材11として使用した場合は、シリコーン樹脂の耐熱性が比較的高く、ヤング率が小さいため、第3金属板5に大きな応力が加わりにくいので、回路基板20の長期信頼性の向上に対しては有利である。   When silicone resin is used as the filler 11, since the heat resistance of the silicone resin is relatively high and the Young's modulus is small, it is difficult for large stress to be applied to the third metal plate 5, so that the long-term reliability of the circuit board 20 is improved. Is advantageous.

なお、充填材11は図5(c)に示す例では凹部5a全体に充填しているが、この充填の範囲、言い換えれば充填材11の高さは、所望の絶縁破壊電圧または樹脂材料の充填作業の作業性等の条件に応じて適宜決めればよい。充填材11は、凹部5aの全てに充填されていてもよいが、途中まで充填されて凹部5a内に空間を残すものであってもよい。このような空間があると、温度変化による応力が、空間で緩和されやすくなる。   In the example shown in FIG. 5 (c), the filling material 11 is filled in the entire recess 5a. However, the filling range, in other words, the height of the filling material 11 depends on the desired dielectric breakdown voltage or the filling of the resin material. What is necessary is just to determine suitably according to conditions, such as workability | operativity of work. The filler 11 may be filled in all of the recesses 5a, but may be filled up partway to leave a space in the recesses 5a. When such a space exists, stress due to temperature change is easily relaxed in the space.

図7(a)は、図4に示す回路基板20の他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7において図4と同様の部位には同様の符号を付している。図7に示す例は、第1セラミック板1に、凹部5aから第1セラミック板1の上面にかけて貫通する開口1bが形成されている例である。開口1bは、凹部5aから第1セラミック板1を厚み方向に貫通している。この例も、第1セラミック板1が、凹部5aから第1セラミック板1の外表面にかけて貫通している貫通部を有している例である。この例における貫通部は、上記の開口1bである。   FIG. 7A is a plan view showing another modified example of the circuit board 20 shown in FIG. 4, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7, parts similar to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. The example shown in FIG. 7 is an example in which an opening 1 b penetrating from the recess 5 a to the upper surface of the first ceramic plate 1 is formed in the first ceramic plate 1. The opening 1b penetrates the first ceramic plate 1 in the thickness direction from the recess 5a. This example is also an example in which the first ceramic plate 1 has a penetrating portion penetrating from the concave portion 5 a to the outer surface of the first ceramic plate 1. The penetrating portion in this example is the opening 1b.

このような開口1bが形成されている場合にも、凹部5a内への樹脂材料(充填材11となるもの)の充填が容易となる。なお、回路基板20に電子部品6を実装し、電気的に接続した後、シリコーン樹脂等のモールド樹脂8で覆うと同時に凹部5aに樹脂を充填するようにすると、凹部5a内に充填材11(絶縁材料)を有する電子装置30製作の工程を短縮することができる。   Even in the case where such an opening 1b is formed, it becomes easy to fill the recess 5a with the resin material (which becomes the filler 11). When the electronic component 6 is mounted on the circuit board 20 and electrically connected, and then covered with the mold resin 8 such as silicone resin, the recess 5a is filled with the resin, and the filler 11 ( The manufacturing process of the electronic device 30 having the insulating material can be shortened.

充填材11は上記の樹脂材料に無機物粒子等のフィラーおよび可塑剤等の添加材が適宜選択されて添加されたものでもよい。これらの添加材によって、例えば充填材11の熱膨張係数やヤング率を調整するようにしてもよい。   The filler 11 may be one in which fillers such as inorganic particles and additives such as a plasticizer are appropriately selected and added to the above resin material. With these additives, for example, the thermal expansion coefficient and Young's modulus of the filler 11 may be adjusted.

図8(a)は、図4に示す回路基板20のさらに他の変形例を示す平面図であり、図8(b)は図8(a)のA−A線における断面図である。図8において図4と同様の部位には同様の符号を付している。図8に示すように、凹部5a内に第1金属板3に対応して、第1金属板3の側面よりも外側に側面を持つ絶縁体12が配置されていてもよい。絶縁体12は、樹脂製等の充填材11以外の絶縁材料からなるブロック状等の部位であり、例えばあらかじめ第1セラミック板1の下面に配置されているものである。   FIG. 8A is a plan view showing still another modification of the circuit board 20 shown in FIG. 4, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8A. In FIG. 8, the same parts as those in FIG. As shown in FIG. 8, an insulator 12 having a side surface outside the side surface of the first metal plate 3 may be disposed in the recess 5 a corresponding to the first metal plate 3. The insulator 12 is a block-like portion made of an insulating material other than the filler 11 made of resin or the like, and is disposed on the lower surface of the first ceramic plate 1 in advance, for example.

この場合には、第1セラミック板1に貫通孔1aを形成することなしに、回路導体として機能する第1金属板3と第3金属板5と間の絶縁破壊電圧を絶縁材料としての絶縁体12によって高めることができる。そのため、外気の湿度の影響を受けることなしにより安定
した絶縁破壊電圧を得ることができる高信頼性の回路基板20とすることができる。したがって、例えば電車等のより高い絶縁破壊電圧が要求される用途により有効に使用することができる電子装置30の製作が容易な回路基板20とすることができる。
In this case, without forming the through-hole 1a in the first ceramic plate 1, the dielectric breakdown voltage between the first metal plate 3 and the third metal plate 5 functioning as a circuit conductor is used as an insulating material. Can be increased by 12. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable circuit board 20 that can obtain a stable breakdown voltage without being affected by the humidity of the outside air. Therefore, for example, the circuit board 20 in which the electronic device 30 that can be effectively used for an application requiring a higher breakdown voltage such as a train can be easily manufactured can be obtained.

なお、絶縁体12としては、アルミナ(絶縁破壊電圧:15kV/mm程度)、窒化ケイ素(
絶縁破壊電圧:12kV/mm程度)のセラミック以外に、ろう付け温度で溶融しないサフ
ァイア(絶縁破壊電圧:48kV/mm程度)または石英ガラス(絶縁破壊電圧:30kV/m
m程度)等を使用することができる。これらの絶縁体12は、例えば凹部5aと同じ形状お
よび寸法、またはわずかに小さい寸法で形成されて、凹部5a内に配置される。
The insulator 12 may be alumina (dielectric breakdown voltage: about 15 kV / mm), silicon nitride (
In addition to ceramics with a dielectric breakdown voltage of about 12 kV / mm, sapphire that does not melt at the brazing temperature (dielectric breakdown voltage: about 48 kV / mm) or quartz glass (dielectric breakdown voltage: 30 kV / m)
m) or the like. These insulators 12 are formed, for example, in the same shape and size as the recess 5a or slightly smaller, and are disposed in the recess 5a.

絶縁体12は、例えば第1セラミック板1と同様の材料を用い、同様の方法(セラミックグリーンシートの焼成等)で作製することができる。この場合に、絶縁体12となるセラミックグリーンシートを第1セラミック板1となるセラミックグリーンシートに積層するとともに同時焼成することで、絶縁体12を有する第1セラミック板1を作製することもできる。   The insulator 12 can be produced by using the same material as that of the first ceramic plate 1 and the same method (ceramic green sheet firing or the like), for example. In this case, the first ceramic plate 1 having the insulator 12 can be manufactured by laminating the ceramic green sheet to be the insulator 12 on the ceramic green sheet to be the first ceramic plate 1 and simultaneously firing the ceramic green sheet.

なお、図8(a)に示すように、凹部5aおよび絶縁体12は複数の第1金属板3に対応するように形成してもよい。また、第1セラミック板1に凹部5aに収まる凸部を予め切削や積層により形成して絶縁体12としてもよい。   As shown in FIG. 8A, the recess 5 a and the insulator 12 may be formed so as to correspond to the plurality of first metal plates 3. In addition, the insulator 12 may be formed by previously forming a convex portion that fits in the concave portion 5a on the first ceramic plate 1 by cutting or stacking.

1・・・第1セラミック板
1a・・・貫通孔
1b・・・開口
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
6・・・電子部品
7・・・ボンディングワイヤ
8・・・モールド樹脂
9・・・金属柱
10・・・ろう材
11・・・充填材
12・・・絶縁体
20・・・回路基板
30・・・電子装置
A1・・・第1セラミック板1の側面と第3金属板5の側面との間の距離
A2・・・第2セラミック板2の側面と第3金属板5の側面との間の距離
D1・・・第1セラミック板1の厚み
D2・・・第2セラミック板2の厚み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st ceramic plate 1a ... Through-hole 1b ... Opening 2 ... 2nd ceramic plate 3 ... 1st metal plate 4 ... 2nd metal plate 5 ... 3rd metal Plate 5a ... Recess 6 ... Electronic component 7 ... Bonding wire 8 ... Mold resin 9 ... Metal pillar
10 ... brazing material
11 ... filler
12 ... Insulator
20 ... Circuit board
30: Electronic device A1: Distance A2 between the side surface of the first ceramic plate 1 and the side surface of the third metal plate 5: The side surface of the second ceramic plate 2 and the side surface of the third metal plate 5 Distance D1 between the first ceramic plate 1 thickness D2 ... second ceramic plate 2 thickness

Claims (8)

第1金属板が配置された領域を含む上面を有する第1セラミック板と、
第2金属板が配置された領域を含む下面を有する第2セラミック板と、
前記第1セラミック板の下面と前記第2セラミック板の上面との間に挟まれて配置された、前記第1金属板および第2金属板のいずれよりも厚い第3金属板とを備えており、
前記第1セラミック板および前記第2セラミック板のそれぞれの側面が、前記第3金属板の側面よりも外側に位置しており、
前記第1金属板が、制御信号用の第1金属板および制御信号よりも大きな電流である大電流用の第1金属板を含んでおり、
前記第3金属板の上面が、平面透視においてその側面の上端が前記大電流用の第1金属板3の側面よりも外側に位置している凹部を有していることを特徴とする回路基板。
A first ceramic plate having an upper surface including a region where the first metal plate is disposed;
A second ceramic plate having a lower surface including a region where the second metal plate is disposed;
A third metal plate thicker than any of the first metal plate and the second metal plate, which is disposed between the lower surface of the first ceramic plate and the upper surface of the second ceramic plate. ,
Each side surface of the first ceramic plate and the second ceramic plate is located outside the side surface of the third metal plate ,
The first metal plate includes a first metal plate for a control signal and a first metal plate for a large current that is a larger current than the control signal,
The circuit board characterized in that the upper surface of the third metal plate has a recess whose upper end of the side surface is located outside the side surface of the first metal plate 3 for large current in a plan view. .
前記第3金属板の側面が、前記第1金属板および前記第2金属板のそれぞれの側面よりも外側に位置していることを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 2. The circuit board according to claim 1, wherein a side surface of the third metal plate is located outside a side surface of each of the first metal plate and the second metal plate. 前記第1セラミック板の下面または前記第2セラミック板の上面に沿った方向における前記第1セラミック板および前記第2セラミック板のそれぞれの側面と前記第3金属板の側面との間の距離が、前記第1セラミック板および前記第2セラミック板のそれぞれの厚みよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 The distance between the side surface of each of the first ceramic plate and the second ceramic plate and the side surface of the third metal plate in the direction along the lower surface of the first ceramic plate or the upper surface of the second ceramic plate, The circuit board according to claim 1, wherein the circuit board is smaller than each thickness of the first ceramic plate and the second ceramic plate. 前記第2セラミック板が該第2セラミック板を厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、該貫通孔内に配置されているとともに、前記第3金属板に接続された上端および前記第2金属板に接続された下端を有する金属柱をさらに備え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。 The second ceramic plate has a through-hole penetrating the second ceramic plate in the thickness direction, and is disposed in the through-hole, and has an upper end connected to the third metal plate and the second The circuit board according to claim 1, further comprising a metal column having a lower end connected to the metal plate. 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〜請求項4のいずれかに記載の回路基板。 The circuit board according to claim 1, wherein a thickness of the first ceramic plate is larger than a thickness of the second ceramic plate. 前記第1セラミック板が、前記凹部から前記第1セラミック板の外表面にかけて貫通している貫通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。 6. The circuit board according to claim 1, wherein the first ceramic plate has a penetrating portion penetrating from the concave portion to an outer surface of the first ceramic plate. . 前記凹部内に絶縁材料が配置されており、該絶縁材料の少なくとも一部が、平面透視において前記第1金属板よりも外側に位置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。
6. The insulating material is disposed in the recess, and at least a part of the insulating material is located outside the first metal plate in a plan view . No
A circuit board according to any of the above.
請求項1〜請求項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。
A circuit board according to any one of claims 1 to 7 ,
An electronic component mounted on the first metal plate;
An electronic apparatus comprising: a mold resin integrally covering the electronic component and a side surface of the second ceramic plate.
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