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JP4498966B2 - Metal-ceramic bonding substrate - Google Patents

Metal-ceramic bonding substrate Download PDF

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JP4498966B2
JP4498966B2 JP2005104301A JP2005104301A JP4498966B2 JP 4498966 B2 JP4498966 B2 JP 4498966B2 JP 2005104301 A JP2005104301 A JP 2005104301A JP 2005104301 A JP2005104301 A JP 2005104301A JP 4498966 B2 JP4498966 B2 JP 4498966B2
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Description

本発明は、セラミックス基板に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板に関し、特に、半田により放熱板が固定される金属−セラミックス接合基板に関する。   The present invention relates to a metal / ceramic bonding substrate in which a metal plate is bonded to a ceramic substrate, and more particularly to a metal / ceramic bonding substrate in which a heat dissipation plate is fixed by solder.

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するために、パワーモジュールが使用されている。従来のパワーモジュールでは、セラミックス基板の両面に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）が、厚い銅板などの放熱板（ベース板）に半田付けにより固定され、この金属−セラミックス接合基板の上面に半導体チップが半田付けにより固定されている。   Conventionally, a power module is used to control a large current of an electric vehicle, a train, a machine tool, and the like. In the conventional power module, the back surface (heat dissipating surface) of the metal-ceramic bonding substrate in which metal plates are bonded to both surfaces of the ceramic substrate is fixed to a heat dissipating plate (base plate) such as a thick copper plate by soldering. A semiconductor chip is fixed to the upper surface of the bonding substrate by soldering.

近年、環境汚染の防止の観点から、従来のＰｂ入り半田（鉛を含む半田）の代わりにＰｂフリー半田（実質的に鉛を含まない半田）が使用され始めている。しかし、パワーモジュールなどに使用する金属−セラミックス接合基板の裏面（放熱面）に金属ベース板（放熱板）を固定するために使用する半田としてＰｂフリー半田を使用すると、金属−セラミックス接合基板（特に銅や銅合金からなる金属板をセラミックス基板に接合した銅−セラミックス接合基板）への熱衝撃時の応力が大きくなり、セラミックス基板にクラックが生じるという問題があり、また、ヒートサイクル後に半田にクラックが生じるという問題もある。これは、Ｐｂフリー半田が従来の半田に比べて硬いので、半田の塑性変形による応力緩和の効果が小さいためであると考えられる。   In recent years, Pb-free solder (solder that does not substantially contain lead) has begun to be used in place of conventional solder containing Pb (solder containing lead) from the viewpoint of preventing environmental pollution. However, when Pb-free solder is used as the solder used to fix the metal base plate (heat radiating plate) to the back surface (heat radiating surface) of the metal-ceramic bonded substrate used for a power module or the like, the metal-ceramic bonded substrate (especially There is a problem that the stress at the time of thermal shock to a copper-ceramic bonding substrate (a metal plate made of copper or a copper alloy bonded to a ceramic substrate) increases, causing cracks in the ceramic substrate, and cracks in the solder after the heat cycle There is also a problem that occurs. This is presumably because Pb-free solder is harder than conventional solder, and therefore the effect of stress relaxation due to plastic deformation of the solder is small.

一方、セラミックス基板に金属板が接合した金属−セラミックス接合基板において、回路用金属板の一部がセラミックス基板に接合しないようにすることにより、セラミックス基板のクラックを防止することができることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。   On the other hand, in a metal-ceramic bonding substrate in which a metal plate is bonded to a ceramic substrate, it has been proposed that cracking of the ceramic substrate can be prevented by preventing a part of the circuit metal plate from being bonded to the ceramic substrate. (For example, refer to Patent Documents 1 to 3).

特開平７−９４６２３号公報（段落番号００１０−００１２）Japanese Patent Laid-Open No. 7-94623 (paragraph numbers 0010-0012) 特開平９−１５７０５５号公報（段落番号０００７−００１４）Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-157055 (paragraph numbers 0007-0014) 特開２００３−３１８３３０号公報（段落番号００１９−００２４）JP 2003-318330 A (paragraph numbers 0019-0024)

しかし、特許文献１〜３に提案された金属−セラミックス接合基板では、熱衝撃時のセラミックス基板のクラックの発生を防止することができるが、このような金属−セラミックス接合基板をそのまま使用して、その裏面（放熱面）に従来の半田より硬いＰｂフリー半田で金属ベース板（放熱板）を固定した場合に、ヒートサイクル後の半田クラックの発生を防止することができなかった。そのため、金属−セラミックス接合基板の裏面に固定する金属ベース板の厚さや面積を増大することを検討したが、金属ベース板の面積を広くしても変化がなく、金属ベース板を厚くすると、熱衝撃時のセラミックス基板への応力が増加して、セラミックス基板にクラックが発生するという問題が生じた。   However, in the metal-ceramic bonding substrates proposed in Patent Documents 1 to 3, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the ceramic substrate at the time of thermal shock, but using such a metal-ceramic bonding substrate as it is, When a metal base plate (heat radiating plate) was fixed to the back surface (heat radiating surface) with Pb-free solder harder than conventional solder, it was not possible to prevent the occurrence of solder cracks after the heat cycle. Therefore, we considered increasing the thickness and area of the metal base plate fixed to the back surface of the metal-ceramic bonding substrate. However, there was no change even when the area of the metal base plate was increased. The stress to the ceramic substrate at the time of impact increased, causing a problem that the ceramic substrate was cracked.

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができる、金属−セラミックス接合基板を提供することを目的とする。   Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention can prevent the occurrence of solder cracks even when Pb-free solder is used when fixing a heat sink to a metal / ceramic bonding substrate. A further object is to provide a metal / ceramic bonding substrate capable of preventing the ceramic substrate from cracking.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部を設けることにより、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors, in a metal-ceramic bonding substrate in which one surface of a heat sink fixing metal plate is bonded to one surface of a ceramic substrate via a brazing material, Pb-free solder is used to fix the heat sink to the metal / ceramic bonding substrate by providing a non-joined portion with a predetermined width at or near the peripheral edge of one surface of the heat sink fixing metal plate. However, the present inventors have found that solder cracks can be prevented and cracks can be prevented from occurring on the ceramic substrate, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部が設けられていることを特徴とする。   That is, the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention is a metal-ceramic bonding substrate in which one surface of a heat sink fixing metal plate is bonded to one surface of a ceramic substrate via a brazing material. The non-joining part of predetermined width is provided in the peripheral part of one surface of this, or the peripheral part vicinity.

この金属−セラミックス接合基板において、非接合部は、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁の全周に沿って延びているのが好ましい。また、放熱板固定用金属板の他方の面に、この放熱板固定用金属板より大きい平面形状の放熱板を半田によって固定することができる。この半田は、実質的に鉛を含まない半田でもよい。また、半田の露出面が放熱板固定用金属板の周縁から放熱板の周縁部付近に向かって傾斜しているのが好ましく、半田の露出面と放熱板の固定面との間の角度が７０°以下であるのが好ましい。   In this metal / ceramic bonding substrate, it is preferable that the non-bonded portion extends along the entire circumference of the peripheral edge of one surface of the heat sink fixing metal plate. Also, a heat sink having a planar shape larger than the heat sink fixing metal plate can be fixed to the other surface of the heat sink fixing metal plate by soldering. This solder may be a solder that does not substantially contain lead. The exposed surface of the solder is preferably inclined from the periphery of the heat sink fixing metal plate toward the vicinity of the periphery of the heat sink, and the angle between the exposed surface of the solder and the fixing surface of the heat sink is 70. It is preferable that it is below.

上記の金属−セラミックス接合基板において、非接合部が、放熱板固定用金属板の一方の面の周縁から所定の距離だけ離間してもよい。この場合、所定の距離が０．１ｍｍ以上であるのが好ましい。   In the metal-ceramic bonding substrate, the non-bonded portion may be separated from the peripheral edge of one surface of the heat sink fixing metal plate by a predetermined distance. In this case, the predetermined distance is preferably 0.1 mm or more.

上記の金属−セラミックス接合基板において、所定の幅が０．１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．２５〜３．０ｍｍであるのがさらに好ましい。   In the metal-ceramic bonding substrate, the predetermined width is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.25 to 3.0 mm.

上記の金属−セラミックス接合基板において、放熱板固定用金属板および放熱板が銅または銅合金からなるのが好ましい。また、セラミックス基板が窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板であるのが好ましく、セラミックス基板の厚さが０．１〜１．０ｍｍであるのが好ましい。さらに、セラミックス基板の他方の面にろう材を介して回路用金属板が接合されているのが好ましく、このろう材が、回路用金属板の周縁から０．０３ｍｍ以上はみ出ているのが好ましい。   In the metal-ceramic bonding substrate, the metal plate for fixing the heat sink and the heat sink are preferably made of copper or a copper alloy. The ceramic substrate is preferably an aluminum nitride substrate or a silicon nitride substrate, and the thickness of the ceramic substrate is preferably 0.1 to 1.0 mm. Furthermore, it is preferable that a circuit metal plate is bonded to the other surface of the ceramic substrate via a brazing material, and this brazing material preferably protrudes 0.03 mm or more from the periphery of the circuit metal plate.

また、本発明による半導体回路基板またはパワーモジュールは、上記の金属−セラミックス接合基板を用いたことを特徴とする。   A semiconductor circuit board or power module according to the present invention is characterized by using the metal-ceramic bonding substrate.

本発明によれば、金属−セラミックス接合基板に放熱板を固定する場合にＰｂフリー半田を使用しても、半田クラックが発生するのを防止することができるとともに、セラミックス基板にクラックが発生するのを防止することができる。   According to the present invention, even when Pb-free solder is used when fixing a heat sink to a metal / ceramic bonding substrate, it is possible to prevent the occurrence of solder cracks and to generate cracks in the ceramic substrate. Can be prevented.

以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態について説明する。   Embodiments of a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

［第１の実施の形態］
図１を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第１の実施の形態について説明する。 [First Embodiment]
A first embodiment of a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described with reference to FIG.

図１に示すように、略矩形の平面形状のセラミックス基板１０の一方の面（図中上面）には、ろう材１２を介して、セラミックス基板１０よりも小さい略矩形の平面形状の銅または銅合金からなる回路用金属板１４の一方の面の略全面が接合されている。この回路用金属板１４は、エッチングなどにより所定の回路パターンを形成して、半導体チップなどの電子部品搭載用の金属板として使用することができる。   As shown in FIG. 1, copper or copper having a substantially rectangular planar shape smaller than the ceramic substrate 10 is disposed on one surface (upper surface in the drawing) of the substantially rectangular planar ceramic substrate 10 via a brazing material 12. The substantially entire surface of one surface of the circuit metal plate 14 made of an alloy is joined. The circuit metal plate 14 can be used as a metal plate for mounting an electronic component such as a semiconductor chip by forming a predetermined circuit pattern by etching or the like.

セラミックス基板１０の厚さは、０．１ｍｍ未満では耐圧と絶縁性が低下し、１．０ｍｍより厚いと熱伝導性が低下するので、好ましくは０．１〜１．０ｍｍであり、さらに好ましくは０．２〜０．８ｍｍである。セラミックス基板１０として、窒化アルミニウム、窒化珪素またはアルミナを主成分とするセラミックス基板を使用することができるが、四窒化三珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などの窒化珪素を主成分とするセラミックス基板を使用するのが強度の点から好ましい。 If the thickness of the ceramic substrate 10 is less than 0.1 mm, the pressure resistance and the insulation will decrease, and if it is thicker than 1.0 mm, the thermal conductivity will decrease, so it is preferably 0.1 to 1.0 mm, more preferably 0.2 to 0.8 mm. As the ceramic substrate 10, a ceramic substrate mainly composed of aluminum nitride, silicon nitride or alumina can be used, but a ceramic substrate mainly composed of silicon nitride such as trisilicon tetranitride (Si 3 N 4 ) is used. It is preferable from the viewpoint of strength.

また、熱衝撃時のセラミックス基板１０への応力を低減するために、ろう材１２が回路用金属板１４の周縁からはみ出して幅０．０３ｍｍ以上のフィレット部を形成するのが好ましい。なお、ろう材１２を使用しないで、回路用金属板１４をセラミックス基板１０に直接接合してもよい。   In order to reduce the stress on the ceramic substrate 10 at the time of thermal shock, it is preferable that the brazing material 12 protrudes from the peripheral edge of the circuit metal plate 14 to form a fillet portion having a width of 0.03 mm or more. The circuit metal plate 14 may be directly joined to the ceramic substrate 10 without using the brazing material 12.

セラミックス基板１０の他方の面（裏面、図中下面）の略全面には、ろう材１６を介して、セラミックス基板１０よりも大きい略矩形の平面形状の銅または銅合金からなる放熱板固定用金属板１８が接合されている。この放熱板固定用金属板１８の厚さは、好ましくは０．０５〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１５〜０．４ｍｍである。この放熱板固定用金属板１８が厚いと、半田付けなどの熱処理時でも変形が小さいため、半田にクラックが発生し難く、また、厚くなるほど放熱に有利であるが、厚過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生し易くなるので、０．８ｍｍ以下にするのが好ましい。一方、放熱板固定用金属板１８が薄過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生し難いが、放熱性に劣るため、０．０５ｍｍ以上にするのが好ましい。   A heat sink fixing metal made of copper or a copper alloy having a substantially rectangular plane shape larger than that of the ceramic substrate 10 is disposed on a substantially entire surface of the other surface (back surface, lower surface in the drawing) of the ceramic substrate 10 via a brazing material 16. The plate 18 is joined. The thickness of the heat sink fixing metal plate 18 is preferably 0.05 to 0.8 mm, and more preferably 0.15 to 0.4 mm. If the metal plate 18 for fixing the heat sink is thick, deformation is small even during heat treatment such as soldering, so that cracks are less likely to occur in the solder, and as the thickness increases, it is advantageous for heat dissipation. Therefore, it is preferable to set the thickness to 0.8 mm or less. On the other hand, if the heat sink fixing metal plate 18 is too thin, cracks are unlikely to occur in the ceramic substrate, but since heat dissipation is inferior, it is preferably 0.05 mm or more.

また、放熱板固定用金属板１８は、セラミックス基板１０の周縁から好ましくは０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上はみ出すように配置されて、放熱板固定用金属板１８の周縁部がセラミックス基板１０に接合しないようにすることによって、放熱板固定用金属板１８の周縁の全周に沿って所定の幅の非接合部が形成されている。このようにセラミックス基板１０に接合しない放熱板固定用金属板１８の非接合部を形成することにより、この非接合部の変形が許容され、その変形により、後述するＰｂフリー半田２０に生じる応力を緩和することができると考えられる。このような効果を得るためには、放熱板固定用金属板１８の非接合部の幅は、好ましくは０．１ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以上、最も好ましくは０．５ｍｍ以上である。但し、放熱板固定用金属板１８の非接合部の幅が３ｍｍを超えると、セラミックス基板１０の上面に接合した回路用金属板１４上に搭載する半導体チップの放熱特性が阻害されるおそれがあるため、３ｍｍ以下であるのが好ましい。   Further, the metal plate 18 for fixing the heat sink is disposed so as to protrude from the periphery of the ceramic substrate 10 by preferably 0.1 mm or more, and more preferably 1.0 mm or more. By not joining the substrate 10, a non-joined portion having a predetermined width is formed along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 18. By forming a non-joined portion of the heat sink fixing metal plate 18 that is not joined to the ceramic substrate 10 in this way, the non-joined portion is allowed to be deformed, and the deformation causes stress generated in the Pb-free solder 20 described later. It can be mitigated. In order to obtain such an effect, the width of the non-joined portion of the heat sink fixing metal plate 18 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.25 mm or more, and most preferably 0.5 mm or more. However, if the width of the non-bonded portion of the heat sink fixing metal plate 18 exceeds 3 mm, the heat dissipation characteristics of the semiconductor chip mounted on the circuit metal plate 14 bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10 may be hindered. Therefore, it is preferably 3 mm or less.

放熱板固定用金属板１８の放熱面（裏面、図中下面）の略全面には、Ｐｂフリー半田２０により、放熱板固定用金属板１８より大きい略矩形の平面形状の放熱板（放熱用金属ベース板）２２が固定されている。Ｐｂフリー半田２０の露出面は、放熱板固定用金属板１８の周縁から放熱板２２の周縁部付近に向かって傾斜しており、この露出面と放熱板２２の接合面との間の角度θが７０°以下になるのが好ましく、３０〜７０°になるのがさらに好ましい。この角度を７０°以下にすることにより、応力を緩和して半田にクラックが発生するのを防止することができる。しかし、この角度が小さ過ぎると、放熱板２２の面積が大きくなり過ぎるので、３０〜７０°にするのが好ましい。なお、図示した実施の形態では、Ｐｂフリー半田２０が放熱板固定用金属板１８の裏面のみに配置されているが、Ｐｂフリー半田２０が放熱板固定用金属板１８の側面も覆うようにしてもよい。   A substantially rectangular planar heat dissipation plate (heat dissipating metal) larger than the heat dissipating plate fixing metal plate 18 is formed on substantially the entire heat dissipating surface (back surface, lower surface in the figure) of the heat dissipating plate fixing metal plate 18 by Pb-free solder 20. Base plate) 22 is fixed. The exposed surface of the Pb-free solder 20 is inclined from the periphery of the heat sink fixing metal plate 18 toward the periphery of the heat sink 22, and the angle θ between the exposed surface and the joint surface of the heat sink 22. Is preferably 70 ° or less, and more preferably 30 to 70 °. By making this angle 70 ° or less, it is possible to relieve stress and prevent the solder from cracking. However, if this angle is too small, the area of the heat radiating plate 22 becomes too large. In the illustrated embodiment, the Pb-free solder 20 is disposed only on the back surface of the heat sink fixing metal plate 18. However, the Pb free solder 20 covers the side surface of the heat sink fixing metal plate 18. Also good.

このように、放熱板固定用金属板１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部を設けてセラミックス基板１０に拘束されない部分を形成することにより、さらに、Ｐｂフリー半田２０の露出面を放熱板固定用金属板１８の周縁から放熱板２２の周縁部付近に向かって傾斜させることにより、図中矢印ＡおよびＢで示すようにヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板１８の非接合部で応力を緩和することができ、また、Ｐｂフリー半田２０の周縁部全体（図中点線で示す領域２４）に応力を分散させることができる。その結果、Ｐｂフリー半田２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。   In this manner, by providing a non-joined portion having a predetermined width extending along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 18 to form a portion that is not restrained by the ceramic substrate 10, the Pb-free solder 20 By inclining the exposed surface from the periphery of the heat sink fixing metal plate 18 toward the vicinity of the periphery of the heat sink 22, stress due to thermal contraction during cooling of the heat cycle is applied as indicated by arrows A and B in the figure. Even in such a case, the stress can be relieved at the non-joined portion of the heat sink fixing metal plate 18, and the stress can be distributed over the entire peripheral portion of the Pb-free solder 20 (region 24 indicated by a dotted line in the figure). it can. As a result, it is possible to prevent the Pb-free solder 20 from being cracked and to prevent the ceramic substrate 10 from being cracked.

なお、放熱板固定用金属板１８の素材である銅または銅合金のビッカース硬さは４０〜６０であるのが好ましい。通常の銅板よりも硬めの方が、熱処理時に変形し難く、半田にクラックが発生するのを抑制する効果がある。しかし、硬過ぎるとセラミックス基板にクラックが発生するおそれがあるので、ビッカース硬さが４０〜６０であるのが好ましい。   In addition, it is preferable that the Vickers hardness of the copper or copper alloy which is a raw material of the metal plate 18 for heat sink fixing is 40-60. Harder than normal copper plate is less likely to be deformed during heat treatment and has the effect of suppressing cracks in the solder. However, if it is too hard, cracks may occur in the ceramic substrate, so the Vickers hardness is preferably 40-60.

［第２の実施の形態］
図２を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。 [Second Embodiment]
With reference to FIG. 2, a second embodiment of the metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図２に示すように、本実施形態では、セラミックス基板１０の裏面（図中下面）にろう材１１６を介して接合される略矩形の平面形状の放熱板固定用金属板１１８が、セラミックス基板１０より小さくなっている。その他の構成は、上述した第１の実施の形態と略同一である。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a substantially rectangular planar heat sink fixing metal plate 118 joined to the back surface (lower surface in the drawing) of the ceramic substrate 10 via a brazing material 116 is provided on the ceramic substrate 10. It is getting smaller. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment described above.

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部、すなわち、ろう材１１６によってセラミックス基板１０に接合されない部分を設けることにより、さらに、Ｐｂフリー半田１２０の露出面と放熱板固定用金属板１１８の接合面との角度θが７０°以下、好ましくは３０〜７０°になるように、露出面を放熱板固定用金属板１１８の周縁から放熱板２２の周縁付近に向かって傾斜させることにより、図中矢印ＡおよびＢで示すようにヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板１１８の非接合部全体（図中点線で示す領域１２４）で応力を緩和することができる。その結果、Ｐｂフリー半田１２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。   In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the ceramic substrate 10 is bonded to the ceramic substrate 10 by a non-joint portion having a predetermined width extending along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 118, that is, the brazing material 116. By providing a portion that is not joined, the exposed surface is further adjusted so that the angle θ between the exposed surface of the Pb-free solder 120 and the joined surface of the heat sink fixing metal plate 118 is 70 ° or less, preferably 30 to 70 °. Is inclined from the periphery of the heat sink fixing metal plate 118 toward the vicinity of the periphery of the heat sink 22 even if stress due to thermal contraction during cooling of the heat cycle is applied, as indicated by arrows A and B in the figure. The stress can be relieved in the entire non-joined portion (region 124 indicated by a dotted line in the figure) of the heat sink fixing metal plate 118. As a result, it is possible to prevent the Pb-free solder 120 from being cracked and to prevent the ceramic substrate 10 from being cracked.

なお、本実施の形態では、放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部が設けられているが、この非接合部は、必ずしも放熱板固定用金属板１１８の周縁の全周に沿って延びている必要はなく、上記の効果が得られる限り、放熱板固定用金属板１１８の周縁の一部に延びるように設けてもよい。   In this embodiment, a non-joining portion having a predetermined width extending along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 118 is provided, but this non-joining portion is not necessarily a heat sink fixing metal. It is not necessary to extend along the entire circumference of the peripheral edge of the plate 118, and may be provided so as to extend to a part of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 118 as long as the above effect is obtained.

［第３の実施の形態］
図３および図４を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同一の部分については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。 [Third Embodiment]
A third embodiment of the metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図３および図４に示すように、本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と異なり、セラミックス基板１０の裏面（図３において下面）の周縁の全周に沿って所定の幅のろう材２１６を塗布するとともに、この周縁から所定の距離（ろう材２１６の幅）だけ離間して周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部を除いた部分にろう材２１７を塗布することにより、セラミックス基板１０の裏面に接合する略矩形の平面形状の放熱板固定用金属板２１８の所定の幅の非接合部が、放熱板固定用金属板２１８の周縁から所定の距離だけ離間して放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びている。その他の構成は、上述した第１および第２の実施の形態と略同一である。   As shown in FIGS. 3 and 4, in the present embodiment, unlike the first and second embodiments, a predetermined width along the entire circumference of the periphery of the back surface (lower surface in FIG. 3) of the ceramic substrate 10. The brazing material 216 is applied, and the brazing material 217 is applied to a portion excluding a non-joint portion having a predetermined width that extends along the entire circumference of the peripheral edge by being separated from the peripheral edge by a predetermined distance (the width of the brazing material 216). By applying, the non-joined portion of the predetermined width of the substantially rectangular planar heat sink fixing metal plate 218 bonded to the back surface of the ceramic substrate 10 is a predetermined distance from the periphery of the heat sink fixing metal plate 218. It is spaced apart and extends along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 218. Other configurations are substantially the same as those of the first and second embodiments described above.

本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と同様に、ヒートサイクルの冷却時の熱収縮による応力が加えられても、放熱板固定用金属板２１８の周縁部付近の非接合部で応力を緩和することができる。その結果、Ｐｂフリー半田２２０にクラックが生じるのを防止することができるとともに、セラミックス基板１０にクラックが生じるのを防止することができる。   In the present embodiment, as in the first and second embodiments, the non-joint portion in the vicinity of the peripheral portion of the heat sink fixing metal plate 218 even if stress due to thermal contraction during cooling of the heat cycle is applied. The stress can be relaxed. As a result, it is possible to prevent the Pb-free solder 220 from being cracked and to prevent the ceramic substrate 10 from being cracked.

また、本実施の形態では、第１および第２の実施の形態と異なり、放熱板固定用金属板２１８の所定の幅の非接合部が、放熱板固定用金属板２１８の周縁から所定の距離だけ離間して放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びているため、放熱板固定用金属板２１８の端面に応力が集中するのを防止することができ、非接合部に応力を分散させることができると考えられる。この非接合部のまわりの接合部、すなわち、周囲の接合部の幅は０．１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．１〜１．０ｍｍであるのがさらに好ましい。０．１ｍｍ未満では、放熱板固定用金属板２１８をエッチングする際に非接合部にエッチング液が入るのを防ぐ効果が小さくなり、１．０ｍｍを超えると、非接合部が放熱板固定用金属板２１８の端部から離れ過ぎて応力緩和の効果が低下するからである。なお、この周囲の接合部の幅が小さいために、ヒートサイクルが加わった際に、その周囲の接合部の一部で放熱板固定用金属板２１８がセラミックス基板１０から剥離することもあり得るが、そのような場合でも、第１および第２の実施の形態と同様に応力を緩和することができる。   Also, in the present embodiment, unlike the first and second embodiments, the non-joined portion of the predetermined width of the heat sink fixing metal plate 218 is a predetermined distance from the periphery of the heat sink fixing metal plate 218. Since it extends along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 218, it is possible to prevent stress from concentrating on the end surface of the heat sink fixing metal plate 218, and to the non-joined portion. It is thought that the stress can be dispersed. The width of the joined portion around the non-joined portion, that is, the width of the surrounding joined portion is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.1 to 1.0 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, the effect of preventing the etchant from entering the non-joined portion when etching the heat sink fixing metal plate 218 is reduced. If the thickness exceeds 1.0 mm, the non-joined portion becomes the heat sink fixing metal. This is because the effect of stress relaxation is reduced too far from the end of the plate 218. In addition, since the width of the peripheral joint portion is small, the heat sink fixing metal plate 218 may be separated from the ceramic substrate 10 at a part of the peripheral joint portion when a heat cycle is applied. Even in such a case, the stress can be relaxed as in the first and second embodiments.

なお、本実施の形態では、放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びる所定の幅の非接合部が設けられているが、この非接合部は、必ずしも放熱板固定用金属板２１８の周縁の全周に沿って延びている必要はなく、上記の効果が得られる限り、放熱板固定用金属板２１８の周縁の一部に延びるように設けてもよい。   In the present embodiment, a non-joining portion having a predetermined width extending along the entire circumference of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 218 is provided, but this non-joining portion is not necessarily a heat sink fixing metal. It does not need to extend along the entire periphery of the peripheral edge of the plate 218, and may be provided so as to extend to a part of the peripheral edge of the heat sink fixing metal plate 218 as long as the above effect is obtained.

以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施例について詳細に説明する。   Hereinafter, examples of the metal / ceramic bonding substrate according to the present invention will be described in detail.

［実施例１〜４］
図１において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および１６の厚さを０．０２ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．２５ｍｍ（実施例１）、０．５ｍｍ（実施例２）、１．０ｍｍ（実施例３）、３．０ｍｍ（実施例４）として、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、２０℃→−４０℃×３０分→２０℃×１０分→１２５℃×３０分→２０℃×１０分を１サイクルとする繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、Ｐｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかった。また、金属板１４、１８とろう材１２、１６を除去して窒化アルミニウム基板の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生もなかった。 [Examples 1 to 4]
In FIG. 1, an aluminum nitride substrate having a size of 40 mm × 40 mm × 0.635 mm is used as the ceramic substrate 10, and a copper plate having a thickness of 0.3 mm is used as the circuit metal plate 14 bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10. , A copper plate having a thickness of 0.25 mm is used as the heat sink fixing metal plate 18 bonded to the back surface of the ceramic substrate 10, and a copper plate having a size of 69 mm × 69 mm × 4 mm is used as the heat sink 22. The thickness of 16 is 0.02 mm, and the width of the non-joined portion is 0.25 mm (Example 1), 0.5 mm (Example 2), 1.0 mm (Example 3), and 3.0 mm (Example). As 4), the same metal-ceramic bonding substrate as in the first embodiment was produced. After these metal-ceramic bonding substrates were subjected to 300 times of repeated heat cycles of 20 ° C. → −40 ° C. × 30 minutes → 20 ° C. × 10 minutes → 125 ° C. × 30 minutes → 20 ° C. × 10 minutes as one cycle When the surface of the Pb-free solder 20 was observed with an optical microscope, no solder cracks were generated. Further, when the metal plates 14 and 18 and the brazing materials 12 and 16 were removed and the surface of the aluminum nitride substrate was observed with an optical microscope, no cracks were generated in the aluminum nitride substrate.

［実施例５〜８］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１〜４と同様の方法により、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 5 to 8]
The same metal as in the first embodiment, except that a 0.15 mm thick copper plate was used as the heat sink fixing metal plate 18 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10- A ceramic bonded substrate was produced. These metal-ceramic bonding substrates were subjected to 300 repeated heat cycles in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surface of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 20 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［実施例９〜１２］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１〜４と同様の方法により、第１の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 9 to 12]
The same metal-ceramic bonding as in the first embodiment, except that a 0.25 mm thick copper plate is used as the circuit metal plate 14 to be bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10. A substrate was produced. These metal-ceramic bonding substrates were subjected to 300 repeated heat cycles in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surface of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 20 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［実施例１３、１４］
図２において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および１１６の厚さを０．０２ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．５ｍｍ（実施例１３）、１．０ｍｍ（実施例１４）として、第２の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 13 and 14]
In FIG. 2, an aluminum nitride substrate having a size of 40 mm × 40 mm × 0.635 mm is used as the ceramic substrate 10, and a copper plate having a thickness of 0.3 mm is used as the circuit metal plate 14 bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10. A 0.15 mm thick copper plate is used as the heat sink fixing metal plate 118 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10, and a 69 mm × 69 mm × 4 mm copper plate is used as the heat sink 22. The thickness of 116 is set to 0.02 mm, and the width of the non-bonding portion is set to 0.5 mm (Example 13) and 1.0 mm (Example 14), respectively. The same metal-ceramic bonding substrate as in the second embodiment Was made. These metal-ceramic bonding substrates were subjected to 300 repeated heat cycles in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surfaces of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 120 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［実施例１５、１６］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１３および１４と同様の方法により、第２の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 15 and 16]
Implemented except that a 0.25 mm thick copper plate was used as the circuit metal plate 14 to be bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10 and a 0.25 mm thick copper plate was used as the heat sink fixing metal plate 118 to be bonded to the back surface. A metal / ceramic bonding substrate similar to that of the second embodiment was produced by the same method as in Examples 13 and 14. These metal-ceramic bonding substrates were subjected to 300 repeated heat cycles in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surfaces of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 120 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［実施例１７、１８］
図３において、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板２１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２、２１６および２１７の厚さを０．０２ｍｍとし、放熱板固定用金属板２１８の周縁部の接合部（周縁部に塗布されたろう材２１６）の幅を０．５ｍｍとし、非接合部の幅をそれぞれ０．５ｍｍ（実施例１７）、１．０ｍｍ（実施例１８）として、第３の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 17 and 18]
In FIG. 3, an aluminum nitride substrate having a size of 40 mm × 40 mm × 0.635 mm is used as the ceramic substrate 10, and a copper plate having a thickness of 0.3 mm is used as the circuit metal plate 14 bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10. , A copper plate having a thickness of 0.15 mm is used as the heat sink fixing metal plate 218 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10, and a copper plate having a size of 69 mm × 69 mm × 4 mm is used as the heat sink 22. The thicknesses of 216 and 217 are set to 0.02 mm, the width of the peripheral portion of the heat sink fixing metal plate 218 (the brazing material 216 applied to the peripheral portion) is set to 0.5 mm, and the width of the non-joined portion is set respectively. A metal-ceramic bonding substrate similar to that of the third embodiment was manufactured as 0.5 mm (Example 17) and 1.0 mm (Example 18). These metal-ceramic bonding substrates were subjected to repeated heat cycles 300 times in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surfaces of the aluminum nitride substrate and the Pb-free solder 220 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［実施例１９、２０］
セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用し、裏面に接合する放熱板固定用金属板２１８として厚さ０．２５ｍｍの銅板を使用した以外は実施例１７および１８と同様の方法により、第３の実施の形態と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田２２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなく、半田クラックの発生もなかった。 [Examples 19 and 20]
Implemented except that a 0.25 mm thick copper plate was used as the circuit metal plate 14 to be bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10 and a 0.25 mm thick copper plate was used as the heat sink fixing metal plate 218 to be bonded to the back surface. A metal / ceramic bonding substrate similar to that of the third embodiment was produced by the same method as in Examples 17 and 18. These metal-ceramic bonding substrates were subjected to repeated heat cycles 300 times in the same manner as in Examples 1 to 4, and then the surfaces of the aluminum nitride substrate and the Pb-free solder 220 were observed with an optical microscope. There were no cracks and no solder cracks.

［比較例１］
図５に示すように、セラミックス基板１０として４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を使用し、セラミックス基板１０の上面に接合する回路用金属板１４として厚さ０．３ｍｍの銅板を使用し、セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．１５ｍｍの銅板を使用し、放熱板２２として６９ｍｍ×６９ｍｍ×４ｍｍの大きさの銅板を使用し、ろう材１２および３１６の厚さを０．０２ｍｍとして、非接合部を設けなかった以外は第２の実施の形態とほぼ同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。この金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、窒化アルミニウム基板にクラックの発生はなかったが、半田クラックの発生が認められた。 [Comparative Example 1]
As shown in FIG. 5, an aluminum nitride substrate having a size of 40 mm × 40 mm × 0.635 mm is used as the ceramic substrate 10, and a copper plate having a thickness of 0.3 mm is used as the circuit metal plate 14 bonded to the upper surface of the ceramic substrate 10. , A copper plate with a thickness of 0.15 mm is used as the heat sink fixing metal plate 118 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10, and a copper plate with a size of 69 mm × 69 mm × 4 mm is used as the heat sink 22. A metal-ceramic bonding substrate substantially similar to that of the second embodiment was manufactured except that the thicknesses of the materials 12 and 316 were 0.02 mm and no non-bonding portion was provided. About this metal-ceramic bonding substrate, after repeating 300 times the heat cycle similarly to Examples 1-4, the surface of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 120 were observed with an optical microscope. Although no cracks occurred, solder cracks were observed.

［比較例２］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．４ｍｍの銅板を使用した以外は比較例１と同様の方法により、比較例１と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかったが、窒化アルミニウム基板にクラックの発生が認められた。 [Comparative Example 2]
A metal / ceramic bonding substrate similar to that in Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that a 0.4 mm thick copper plate was used as the heat sink fixing metal plate 118 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10. did. About these metal-ceramic bonding substrates, after repeating the heat cycle 300 times as in Examples 1 to 4, the surface of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 120 were observed with an optical microscope. Although there was no occurrence, cracks were observed in the aluminum nitride substrate.

［比較例３］
セラミックス基板１０の裏面に接合する放熱板固定用金属板１１８として厚さ０．６ｍｍの銅板を使用した以外は比較例１と同様の方法により、比較例１と同様の金属−セラミックス接合基板を作製した。これらの金属−セラミックス接合基板について、実施例１〜４と同様に繰り返しヒートサイクルを３００回行った後に、窒化アルミニウム基板の表面とＰｂフリー半田１２０の表面を光学顕微鏡で観察したところ、半田クラックの発生はなかったが、窒化アルミニウム基板にクラックの発生が認められた。 [Comparative Example 3]
A metal / ceramic bonding substrate similar to that in Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that a 0.6 mm thick copper plate was used as the heat sink fixing metal plate 118 to be bonded to the back surface of the ceramic substrate 10. did. About these metal-ceramic bonding substrates, after repeating the heat cycle 300 times as in Examples 1 to 4, the surface of the aluminum nitride substrate and the surface of the Pb-free solder 120 were observed with an optical microscope. Although there was no occurrence, cracks were observed in the aluminum nitride substrate.

本発明による金属−セラミックス接合基板の第１の実施の形態の概略側面図である。1 is a schematic side view of a first embodiment of a metal / ceramic bonding substrate according to the present invention. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第２の実施の形態の概略側面図である。It is a schematic side view of 2nd Embodiment of the metal-ceramics junction board | substrate by this invention. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態の概略側面図である。It is a schematic side view of 3rd Embodiment of the metal-ceramics bonding board | substrate by this invention. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第３の実施の形態のセラミックス基板の裏面に塗布したろう材を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the brazing material apply | coated to the back surface of the ceramic substrate of 3rd Embodiment of the metal-ceramic bonding board | substrate by this invention. 比較例１〜３において製造した金属−セラミックス接合基板の概略側面図である。It is a schematic side view of the metal-ceramic bonding substrate manufactured in Comparative Examples 1-3.

符号の説明Explanation of symbols

１０ セラミックス基板
１２、１６、１１６、２１６、３１６、３１７ ろう材
１４ 回路用金属板
１８、１１８、２１８ 放熱板固定用金属板
２０、１２０、２２０ Ｐｂフリー半田
２２ 放熱板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ceramic substrate 12, 16, 116, 216, 316, 317 Brazing material 14 Circuit metal plate 18, 118, 218 Metal plate for fixing heat sink 20, 120, 220 Pb-free solder 22 Heat sink

Claims (14)

セラミックス基板の一方の面にろう材を介して放熱板固定用金属板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁部または周縁部付近に所定の幅の非接合部が設けられ、この非接合部が前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁から所定の距離だけ離間していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。 In the metal-ceramic bonding substrate in which one surface of the heat sink fixing metal plate is bonded to one surface of the ceramic substrate via a brazing material, the peripheral portion of the one surface of the heat sink fixing plate or the vicinity of the peripheral portion A non-joining portion having a predetermined width is provided, and the non-joining portion is separated from the peripheral edge of one surface of the heat sink fixing metal plate by a predetermined distance. . 前記非接合部が、前記放熱板固定用金属板の一方の面の周縁の全周に沿って延びていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。 2. The metal / ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein the non-joining portion extends along the entire circumference of the peripheral edge of one surface of the heat sink fixing metal plate. 前記放熱板固定用金属板の他方の面に、この放熱板固定用金属板より大きい平面形状の放熱板が半田によって固定されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。 3. The metal according to claim 1, wherein a heat sink having a planar shape larger than the heat sink fixing metal plate is fixed to the other surface of the heat sink fixing metal plate by solder. Ceramic bonding substrate. 前記半田が実質的に鉛を含まない半田であることを特徴とする、請求項３に記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal / ceramic bonding substrate according to claim 3, wherein the solder is a solder containing substantially no lead. 前記半田の露出面が前記放熱板固定用金属板の周縁から前記放熱板の周縁部付近に向かって傾斜していることを特徴とする、請求項３または４に記載の金属−セラミックス接合基板。 5. The metal / ceramic bonding substrate according to claim 3, wherein an exposed surface of the solder is inclined from the periphery of the heat sink fixing metal plate toward the vicinity of the periphery of the heat sink. 6. 前記所定の距離が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal / ceramic bonding substrate according to claim 1 , wherein the predetermined distance is 0.1 mm or more. 前記所定の幅が０．１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 6 , wherein the predetermined width is 0.1 mm or more. 前記所定の幅が０．２５〜３．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 6 , wherein the predetermined width is 0.25 to 3.0 mm. 前記放熱板固定用金属板および前記放熱板が銅または銅合金からなることを特徴とする、請求項３乃至８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 The heat radiating plate fixing metal plate and the heat sink, characterized in that it consists of copper or a copper alloy, a metal according to any one of claims 3 to 8 - ceramic bonding substrate. 前記セラミックス基板が窒化アルミニウム基板または窒化珪素基板であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 Wherein the ceramic substrate is characterized in that an aluminum substrate or a silicon nitride substrate nitride, a metal according to any one of claims 1 to 9 - ceramic bonding substrate. 前記セラミックス基板の厚さが０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 The thickness of the ceramic substrate is characterized in that it is a 0.1 to 1.0 mm, metal according to any one of claims 1 to 10 - ceramic bonding substrate. 前記セラミックス基板の他方の面にろう材を介して回路用金属板が接合されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 11 , wherein a circuit metal plate is bonded to the other surface of the ceramic substrate via a brazing material. 前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板を接合するためのろう材が、前記回路用金属板の周縁から０．０３ｍｍ以上はみ出ていることを特徴とする、請求項１２に記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal according to claim 12 , wherein a brazing material for joining the circuit metal plate to the other surface of the ceramic substrate protrudes 0.03 mm or more from a peripheral edge of the circuit metal plate. -Ceramic bonded substrate. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板を用いた半導体回路基板またはパワーモジュール。
The semiconductor circuit board or a power module using a ceramic bonding substrates - metal according to any one of claims 1 to 13.
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