(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024024486
(43)【公開日】2024-02-22
(54)【発明の名称】基板ユニットの製造方法及び位置決め治具
(51)【国際特許分類】
H05K 1/02 20060101AFI20240215BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20240215BHJP
H05K 3/00 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
H05K1/02 D
H01L23/12 D
H05K1/02 J
H05K3/00 X
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022127335
(22)【出願日】2022-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】000003296
【氏名又は名称】デンカ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(74)【代理人】
【識別番号】100185591
【弁理士】
【氏名又は名称】中塚 岳
(74)【代理人】
【識別番号】100133307
【弁理士】
【氏名又は名称】西本 博之
(72)【発明者】
【氏名】原田 朋幸
(72)【発明者】
【氏名】酒井 篤士
(72)【発明者】
【氏名】上島 賢久
(72)【発明者】
【氏名】中山 賢太郎
(72)【発明者】
【氏名】山口 智也
【テーマコード（参考）】
5E338
【Ｆターム（参考）】
5E338AA03
5E338AA18
5E338BB71
5E338CD24
5E338EE33
(57)【要約】
【課題】セラミックス板上の所定位置に金属パターン部材が配置された基板ユニットの製造方法及び金属パターン部材の位置決め治具を提供することを目的とする。
【解決手段】基板ユニットＸａを製造する製造方法において、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰ上に仮止めする仮止め工程Ｓ１１と、接合材１２をセラミックス板ＢＰ上に設置する接合材設置工程Ｓ１２と、金属パターン部材Ｐと接合材１２とが接触するように、カーボン板ＴＰをセラミックス板ＢＰに積層して基板ユニットＸａを形成する積層工程Ｓ１３と、を備え、仮止め工程Ｓ１１では、格子治具３によってカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に金属パターン部材Ｐを配置し、格子治具３には、カーボン板ＴＰ上に重ねた際に、所定位置Ａ１の外縁Ｅｄに沿い、且つ金属パターン部材Ｐに当接可能な位置決め孔部３２が設けられている。
【選択図】図１
【解決手段】基板ユニットＸａを製造する製造方法において、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰ上に仮止めする仮止め工程Ｓ１１と、接合材１２をセラミックス板ＢＰ上に設置する接合材設置工程Ｓ１２と、金属パターン部材Ｐと接合材１２とが接触するように、カーボン板ＴＰをセラミックス板ＢＰに積層して基板ユニットＸａを形成する積層工程Ｓ１３と、を備え、仮止め工程Ｓ１１では、格子治具３によってカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に金属パターン部材Ｐを配置し、格子治具３には、カーボン板ＴＰ上に重ねた際に、所定位置Ａ１の外縁Ｅｄに沿い、且つ金属パターン部材Ｐに当接可能な位置決め孔部３２が設けられている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路基板を形成する金属パターン部材をセラミックス板上に配置して加熱接合前の基板ユニットを製造する製造方法において、
前記金属パターン部材を仮支持板上に仮止めする仮止め工程と、
加熱されることによって前記金属パターン部材と前記セラミックス板とを接合する接合材を前記セラミックス板上に設置する接合材設置工程と、
前記金属パターン部材と前記接合材とが接触するように、前記仮支持板を前記セラミックス板に積層して前記基板ユニットを形成する積層工程と、を備え、
前記仮止め工程では、位置決め治具によって前記仮支持板上の所定位置に前記金属パターン部材を配置し、
前記位置決め治具には、前記仮支持板上に重ねた際に、前記所定位置の外縁に沿い、且つ前記金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部が設けられている基板ユニットの製造方法。
前記金属パターン部材を仮支持板上に仮止めする仮止め工程と、
加熱されることによって前記金属パターン部材と前記セラミックス板とを接合する接合材を前記セラミックス板上に設置する接合材設置工程と、
前記金属パターン部材と前記接合材とが接触するように、前記仮支持板を前記セラミックス板に積層して前記基板ユニットを形成する積層工程と、を備え、
前記仮止め工程では、位置決め治具によって前記仮支持板上の所定位置に前記金属パターン部材を配置し、
前記位置決め治具には、前記仮支持板上に重ねた際に、前記所定位置の外縁に沿い、且つ前記金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部が設けられている基板ユニットの製造方法。
【請求項2】
セラミックス板に積層される仮支持板上の所定位置に金属パターン部材を位置決めする位置決め治具であって、
前記仮支持板の外周の少なくとも一部に揃う基準設定部と、
前記仮支持板の前記外周と前記基準設定部とが揃った状態で、前記所定位置の外縁の少なくとも一部に揃い、且つ前記金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部と、を備えている位置決め治具。
前記仮支持板の外周の少なくとも一部に揃う基準設定部と、
前記仮支持板の前記外周と前記基準設定部とが揃った状態で、前記所定位置の外縁の少なくとも一部に揃い、且つ前記金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部と、を備えている位置決め治具。
【請求項3】
前記基準設定部は、前記仮支持板の前記外周に沿って延在し、且つ前記位置合わせ部を囲むように設けられた枠部である、請求項２記載の位置決め治具。
【請求項4】
前記金属パターン部材は、隣接する側面が屈曲して接続された角部を備え、
前記位置合わせ部は、前記金属パターン部材が収まる位置決め孔部であり、
前記位置決め孔部は、前記角部に当接可能な角隅部と、前記角隅部に前記角部が当接した状態で、前記金属パターン部材との間で隙間を形成する隙間形成部と、を備えている、請求項２または３記載の位置決め治具。
前記位置合わせ部は、前記金属パターン部材が収まる位置決め孔部であり、
前記位置決め孔部は、前記角部に当接可能な角隅部と、前記角隅部に前記角部が当接した状態で、前記金属パターン部材との間で隙間を形成する隙間形成部と、を備えている、請求項２または３記載の位置決め治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路基板を形成するための基板ユニットを製造する製造方法及び位置決め治具に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体チップなどの電子部品が実装されるパワーモジュール用の回路基板が知られている。回路基板の上面には回路部が設けられ、下面には放熱部が設けられている。発熱体である半導体チップは、回路部上に搭載され、放熱部にはヒートシンクが配置されている。半導体チップで発生した熱は、下面の放熱部を介してヒートシンク内に放熱される。
【0003】
回路基板を形成する方法として、例えば、セラミックス板と金属板との接合体をエッチングして金属回路や金属放熱板を形成する方法（以下、「エッチング法」と称する）が知られている。また、金属板から打ち抜かれた金属回路等の金属パターン部材をセラミックス板に接合する方法（以下、「パターン搭載法」と称する）が知られている（特許文献１―５参照）。パターン搭載法では、金属パターン部材をセラミックス板上に配置して基板ユニットを製造し、その基板ユニットを加熱して回路基板を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５８６３２３４号公報
【特許文献2】特許第４６１８１３６号公報
【特許文献3】特許第５６６４６７９号公報
【特許文献4】特許第６７９０９１５号公報
【特許文献5】特許第６８０１５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
パターン搭載法において製造される基板ユニットは、その状態のまま加熱炉に送られ、加熱炉内で金属パターン部材とセラミックス板とが接合される。ここで、金属パターン部材がセラミックス板の所定位置からずれていると、接合にばらつきが生じ、接合品質を低下させる可能性がある。
【0006】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、セラミックス板上の所定位置に金属パターン部材が配置された基板ユニットの製造方法及び金属パターン部材の位置決め治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、回路基板を形成する金属パターン部材をセラミックス板上に配置して加熱接合前の基板ユニットを製造する製造方法において、金属パターン部材を仮支持板上に仮止めする仮止め工程と、加熱されることによって金属パターン部材とセラミックス板とを接合する接合材をセラミックス板上に設置する接合材設置工程と、金属パターン部材と接合材とが接触するように、仮支持板をセラミックス板に積層して基板ユニットを形成する積層工程と、を備え、仮止め工程では、位置決め治具によって仮支持板上の所定位置に金属パターン部材を配置し、位置決め治具には、仮支持板上に重ねた際に、所定位置の外縁に沿い、且つ金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部が設けられている。
【0008】
金属パターン部材を仮止めする際、仮支持板上の所定位置から金属パターン部材がずれていると、仮支持板をセラミックス板に積層して基板ユニットを製造した際、金属パターン部材はセラミックス板上の適切な位置からずれてしまう。上記の製造方法によれば、位置決め治具によって仮支持板上の所定位置に金属パターン部材を配置できるので、セラミックス板上の適切な位置に金属パターン部材が配置された基板ユニットを製造できる。
【0009】
また、本発明は、セラミックス板に積層される仮支持板上の所定位置に金属パターン部材を位置決めする位置決め治具であって、仮支持板の外周の少なくとも一部に揃う基準設定部と、仮支持板の外周と基準設定部とが揃った状態で、所定位置の外縁の少なくとも一部に揃い、且つ金属パターン部材に当接可能な位置合わせ部と、を備えていてもよい。基準設定部を仮支持板の外周に揃うように配置することで、位置合わせ部は、仮支持板の所定位置の外縁に揃う。この状態で、金属パターン部材を位置合わせ部に当接させるように設置することで、金属パターン部材を仮支持板上の所定位置に簡単に、且つ適切に配置できるようになる。
【0010】
また、基準設定部は、仮支持板の外周に沿って延在し、且つ位置合わせ部を囲むように設けられた枠部であってもよい。枠部は、仮支持板の外周に沿うように延在するため、枠部を仮支持板の外周に揃えることで、枠部によって囲まれている位置合わせ部を仮支持板上の適切な位置に配置できる。
【0011】
また、金属パターン部材は、隣接する側面が屈曲して接続された角部を備え、位置合わせ部は、金属パターン部材が収まる位置決め孔部であり、位置決め孔部は、角部に当接可能な角隅部と、角隅部に角部が当接した状態で、金属パターン部材との間で隙間を形成する隙間形成部と、を備えていてもよい。金属パターン部材の角部を位置決め孔部の角隅部に当接させることで、金属パターン部材を仮支持板上の所定位置に位置決めできる。また、位置決め孔部は、隙間形成部を備えているので、金属パターン部材を位置決め孔部内に円滑に収め易くなる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、セラミックス板上の所定位置に金属パターン部材が配置された基板ユニットを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0015】
回路基板ＣＢ（図８の（ｂ）図参照）は、回路部Ｃｐが形成されている一方の面（上面）と、放熱部Ｈｓが形成されている他方の面（下面）とを備えている。発熱体である半導体チップは、回路部Ｃｐ上に搭載され、放熱部Ｈｓにはヒートシンクが配置される。半導体チップで発生した熱は、下面の放熱部Ｈｓを介してヒートシンク内に放熱される。
【0016】
回路部Ｃｐや放熱部Ｈｓは、金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰ上の所望の位置に設置し、その状態で加熱接合することで形成される（パターン搭載法）。金属パターン部材Ｐは、銅板やアルミ板などの金属板（導体板）を、回路部Ｃｐや放熱部Ｈｓの形状に倣った所望の形状となるように打ち抜くことで形成される。
【0017】
本実施形態では、一枚のセラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａに複数の金属パターン部材Ｐが縦横に規則的に並んで配置されており、セラミックス板ＢＰの下面Ｓｆｂには、上面Ｓｆａの複数の金属パターン部材Ｐに重なるように複数の金属パターン部材Ｐが並んで配置されている。上面Ｓｆａの複数の金属パターン部材Ｐは、それぞれ独立した複数の回路部Ｃｐを形成し、下面Ｓｆｂの複数の金属パターン部材Ｐは、各回路部Ｃｐに対応して複数の独立した放熱部Ｈｓを形成する。一枚のセラミックス板ＢＰは、複数の回路部Ｃｐを分けるように切断されて、複数の回路基板ＣＢとなる。なお、セラミックス板ＢＰは様々な形状を適用でき、例えば、平面視で短辺／長辺比が１～２程度である四辺形状であってもよい。本実施形態では、長方形状（矩形状）を例示する。また、セラミックス板ＢＰの面積は、例えば、２０００ｍｍ２～３００００ｍｍ２である。
【0018】
セラミックス板ＢＰは、電気絶縁性を有し、例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３で形成されていてもよい。セラミックス板ＢＰの厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上、且つ１．５ｍｍ以下にすることができる。金属パターン部材Ｐは、ＣｕやＡｌを主成分として含む部材等から形成することができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｕ及びＭｏを含む合金、並びにＣｕ及びＷを含む合金からなる群より選ばれる少なくとも１種で形成されていてもよい。金属パターン部材Ｐの厚みは、０．１ｍｍ以上、且つ２．０ｍｍ以下にすることができる。
【0019】
次に、図１等を参照し、回路基板ＣＢの製造方法の一例について説明する。図１は、半導体チップなどの電子部品が実装されるパワーモジュール用の回路基板ＣＢを製造する製造方法を示すフローチャートであり、特に、パターン搭載法を示している。
【0020】
回路基板ＣＢの製造方法は、基板ユニットＸａを形成する基板ユニット形成工程Ｓ１（図１参照）と、基板ユニットＸａを積層して中間積層体ＸＡを形成する中間積層体形成工程Ｓ２と、中間積層体ＸＡを加熱して金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰに接合する接合工程Ｓ３と、金属パターン部材Ｐが接合されたセラミックス板ＢＰを分割して複数の回路基板ＣＢを形成する仕上げ工程Ｓ４と、を備えている。
【0021】
（基板ユニット形成工程）
基板ユニット形成工程Ｓ１は、回路基板ＣＢを形成する金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰ上に配置して加熱接合前の基板ユニットＸａを製造する製造方法の一例である。基板ユニット形成工程Ｓ１は、仮止め工程Ｓ１１と、接合材設置工程Ｓ１２と、積層工程Ｓ１３とを備えている。
基板ユニット形成工程Ｓ１は、回路基板ＣＢを形成する金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰ上に配置して加熱接合前の基板ユニットＸａを製造する製造方法の一例である。基板ユニット形成工程Ｓ１は、仮止め工程Ｓ１１と、接合材設置工程Ｓ１２と、積層工程Ｓ１３とを備えている。
【0022】
仮止め工程Ｓ１１（図２参照）は、仮止め材１１によってカーボン板ＴＰ（仮支持板の一例）の所定位置Ａ１に金属パターン部材Ｐを固定する工程である。仮止め材１１は、接合工程Ｓ２での加熱によって消失する。なお、カーボン板ＴＰの所定位置Ａ１とは、セラミックス板ＢＰ上に固定される金属パターン部材Ｐの接合予定位置Ａ２（図５参照）に対応した位置である。具体的には、カーボン板ＴＰをセラミックス板ＢＰ上の適切な位置に重ねた際に、セラミックス板ＢＰ上の接合予定位置Ａ２に金属パターン部材Ｐが配置されるような位置である。
【0023】
図２の（ａ）図に示されるように、一枚のカーボン板ＴＰは、複数の回路基板ＣＢを形成するため、便宜上、複数のエリアに区画されている。図面上の破線は、複数のエリアを区分けするように示しているが、実際のカーボン板ＴＰ上において印字等はされていない。複数のエリアには、それぞれ金属パターン部材Ｐを仮止めするための仮止め材１１が設置される。
【0024】
仮止め材１１としては、シートタイプの接着剤を使用することができる。シートタイプの接着剤とは、常温で金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに接着可能な接着テープである。接着テープは、両面で接着可能であり、且つ有機成分からなる粘着層と、粘着層の両面を覆う剥離フィルムとを備えている。剥離フィルムは粘着層の両面を保護する部材であり、使用時には剥離される。剥離フィルムは、例えば、透明なＰＥＴフィルムである。仮止め工程Ｓ１１では、粘着層の一方の面をカーボン板ＴＰの所定位置Ａ１に接着し、金属パターン部材Ｐを、粘着層の他方の面に接着して所定位置Ａ１に設置する。
【0025】
また、仮止め材１１の他の例として、スプレータイプの接着剤を使用することができる。スプレータイプの接着剤とは、常温で金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに接着可能な液状で、且つ有機成分からなる接着剤である。この接着剤は、噴霧による使用を想定されている。仮止め工程Ｓ１１では、カーボン板ＴＰの所定位置Ａ１に接着剤を噴霧し、その接着剤を介して金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに接着させて固定する。
【0026】
仮止め工程Ｓ１１では、格子治具３が使用される（図３、図４参照）。格子治具３は、カーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に金属パターン部材Ｐを位置決めする位置決め治具の一例である。図３は、カーボン板ＴＰ上に格子治具３を設置し、更に格子治具３を利用して金属パターン部材Ｐを所定位置Ａ１に位置合わせし、その場所で仮止めしている状態を示す平面図であり、図４は、格子治具３の一部分の拡大断面図である。
【0027】
格子治具３は、接合工程Ｓ２の加熱炉８（図８の（ａ）図参照）への導入は想定されていない。したがって、格子治具３において、耐熱性に配慮する必要性は少なく、多様な材質を適宜に利用することができる。例えば、格子治具３は、（高密度）ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、Ａ２０１７(ジュラルミン)、Ａ５０５２(アルミ合金)等を使用することができる。これらの材料であれば、加工性に優れるという利点がある。
【0028】
格子治具３は、枠部３１と、枠部３１内に形成された複数の位置決め孔部３２（位置合わせ部）と、枠部３１から張り出すように設けられた一対の取っ手部３３とを備えている。枠部３１は、カーボン板ＴＰの外周Ｃｆに沿って延在し、且つ複数の位置決め孔部３２を囲むように設けられている。枠部３１は、基準設定部の一例である。
【0029】
枠部３１は、取っ手部３３を除いて実質的にカーボン板ＴＰの外周Ｃｆに揃うような矩形状であり、枠部３１をカーボン板ＴＰの外周Ｃｆに揃うように設置することで、カーボン板ＴＰに対し、格子治具３を適切な位置に設置できる。なお、本実施形態では、取っ手部３３を設けているが、取っ手部３３が存在せず、枠部３１の外周３ａが全周に亘ってカーボン板ＴＰの外周Ｃｆに揃うような形態であってもよい。
【0030】
また、枠部３１の外周３ａの一部分のみが、カーボン板ＴＰの外周Ｃｆに揃うような形態であってもよい。例えば、平面視で矩形状のカーボン板ＴＰに対し、枠部３１は、カーボン板ＴＰの一または複数の角部に揃う角部分を有し、角部分以外は、カーボン板ＴＰの外周Ｃｆから外れるような形状であってもよい。また、枠部３１の一部分のみが、カーボン板ＴＰの外周Ｃｆに揃う場合、枠部３１とカーボン板ＴＰとが揃う位置（基準出し位置）と、金属パターン部材Ｐを仮止めするための所定位置Ａ１とは設計上、対応させておく必要がある。つまり、枠部３１とカーボン板ＴＰとが、基準出し位置で揃っている状態において、金属パターン部材Ｐを所定位置Ａ１に位置合わせできるようにする必要がある。なお、上述の例で示されるように、カーボン板ＴＰの角部と枠部３１の角部分とが基準出し位置の場合、目視にて感覚的に基準出し位置を把握できるので便利である。なお、基準出し位置を目視等で感覚的に把握し難い形態の場合、枠部３１に基準出し位置を示す目印などを設けてもよい。
【0031】
枠部３１で囲まれた内側には、互いに直交する複数の縦壁部３１ａと、複数の横壁部３１ｂとが設けられている。複数の位置決め孔部３２は、縦壁部３１ａと横壁部３１ｂとの交差によって形成されている。例えば、枠部３１の内側の領域は、複数の縦壁部３１ａと複数の横壁部３１ｂとの交差によって均等に分割されており、その分割された各小領域は位置決め孔部３２となる。位置決め孔部３２は、平面視で矩形状であり、枠部３１、縦壁部３１ａ及び横壁部３１ｂによって区画され、あるいは縦壁部３１ａと横壁部３１ｂとに区画されている。
【0032】
格子治具３をカーボン板ＴＰの適切な位置に設置すると、複数の位置決め孔部３２は、それぞれカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１の外縁Ｅｄに揃うように配置される。位置決め孔部３２は、金属パターン部材Ｐよりも大きく、且つ金属パターン部材Ｐを収容可能な矩形状である。なお、本実施形態では、矩形状の位置決め孔部３２を例示するが、金属パターン部材Ｐを所定位置Ａ１に位置合わせできれば、他の形状であってもよく、実質的に金属パターン部材Ｐとは異なる形状であっても良い。なお、位置決め孔部３２が所定位置Ａ１の外縁Ｅｄに揃うという意味は、位置決め孔部３２の少なくとも一部が外縁Ｅｄに揃うことを意味する。
【0033】
金属パターン部材Ｐの形状と位置決め孔部３２との関係について補足する。金属パターン部材Ｐは、略矩形状であり、隣接する側面Ｐｂが屈曲して接続された四か所の角部Ｐａを備えている。これは、所定位置Ａ１も略矩形状であり、所定位置Ａ１の外縁Ｅｄは、金属パターン部材Ｐの角部Ｐａに揃う角部分（屈曲した縁部分）を有することを意味する。位置決め孔部３２は、金属パターン部材Ｐが収まるような矩形状の孔部であり、四か所（複数）の角隅部３２ａを備えている。金属パターン部材Ｐは、位置決め孔部３２の複数の角隅部３２ａのうち、基準の角隅部３２ｘに角部Ｐａが当接することで所定位置Ａ１に位置決めされる。本実施形態では、位置決め孔部３２は四か所の角隅部３２ａのうち、右下の角隅部３２ａが基準の角隅部３２ｘとして設定されている（図３参照）。つまり、基準の角隅部３２ｘは、所定位置Ａ１の外縁Ｅｄの全周のうち、少なくとも角部分に揃うように設定されていることを意味する。
【0034】
また、位置決め孔部３２は、隙間形成部３２ｂを備えている。隙間形成部３２ｂは、基準の角隅部３２ｘに金属パターン部材Ｐの角部Ｐａが当接した状態において、金属パターン部材Ｐとの間に隙間Ｓｐを形成する部分である。例えば、基準の角隅部３２ａに金属パターン部材Ｐの角部Ｐａを当接させると、金属パターン部材Ｐの左側には、位置決め孔部３２との間に隙間Ｓｐが形成される。位置決め孔部３２において、この隙間Ｓｐに面する部分は隙間形成部３２ｂである。
【0035】
仮止め工程Ｓ１１では、例えば、カーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に仮止め材１１を設置した後、カーボン板ＴＰ上の適切な位置に格子治具３を設置する。または、カーボン板ＴＰ上の適切な位置に格子治具３を設置した後で、格子治具３の位置決め孔部３２内に仮止め材１１を設置するようにしてもよい。カーボン板ＴＰ上の適切な位置に格子治具３を設置した後、金属パターン部材Ｐを位置決め孔部３２内に挿入し、格子治具３を利用して金属パターン部材Ｐを所定位置Ａ１に位置合わせする。その際、金属パターン部材Ｐは、仮止め材１１を介してカーボン板ＴＰに固定される。
【0036】
仮止め工程Ｓ１１の後に、接合材設置工程Ｓ１２が行われる（図１及び図５参照）。接合材設置工程Ｓ１２では、セラミックス板ＢＰの接合予定位置Ａ２に、ロウ材等の接合材１２を設置する。例えば、セラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａには、回路部Ｃｐを形成する金属パターン部材Ｐが接合され、下面Ｓｆｂには、放熱部Ｈｓを形成する金属パターン部材Ｐが接合される。セラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａ及び下面Ｓｆｂには、それぞれ金属パターン部材Ｐが適切に接合されるための接合予定位置Ａ２が設定されている。接合材１２は、接合予定位置Ａ２を含む領域に印刷等されて設置される。
【0037】
接合材設置工程Ｓ１２の後に、基板ユニットＸａを形成するための積層工程Ｓ１３が行われる。積層工程Ｓ１３では、セラミックス板ＢＰとの間で金属パターン部材Ｐを挟むようにカーボン板ＴＰをセラミックス板ＢＰ上に積層し、金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰ上の接合予定位置Ａ２に設置して基板ユニットＸａを形成する。基板ユニットＸａの形成について更に詳しく説明する。
【0038】
セラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａには第１のカーボン板ＴＰ（ＴＰａ）が積層され、下面Ｓｆｂには第２のカーボン板Ｔｐ（ＴＰｂ）が積層される。第１のカーボン板ＴＰａには回路部Ｃｐを形成する複数の金属パターン部材Ｐが仮止めされている。第２のカーボン板ＴＰｂには放熱部Ｈｓを形成する複数の金属パターン部材Ｐが仮止めされている。セラミックス板ＢＰ、第１のカーボン板ＴＰａ及び第２のカーボン板ＴＰｂは共通する外形、寸法を備えており、積層すると互いに揃うように形成されている。なお、「セラミックス板ＢＰ上に積層」とは、セラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａのみならず、下面Ｓｆｂに積層される態様も含まれる。
【0039】
セラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａには、金属パターン部材Ｐの接合予定位置Ａ２に接合材１２が設置されている。この接合予定位置Ａ２は、第１のカーボン板ＴＰａの所定位置Ａ１に対応している。第１のカーボン板ＴＰａは、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰの上面Ｓｆａに対面し、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰに接触するようにセラミックス板ＢＰに積層され、その結果、金属パターン部材Ｐは、セラミックス板ＢＰの接合予定位置Ａ２に合うように設置される。
【0040】
セラミックス板ＢＰの下面Ｓｆｂには、金属パターン部材Ｐの接合予定位置Ａ２に接合材１２が設置されている。この接合予定位置Ａ２は、第２のカーボン板ＴＰｂの所定位置Ａ１に対応している。第２のカーボン板ＴＰｂは、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰの下面Ｓｆｂに対面し、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰに接触するようにセラミックス板ＢＰに積層され、その結果、金属パターン部材Ｐは、セラミックス板ＢＰの接合予定位置Ａ２に合うように設置される。以上により、基板ユニットＸａが形成され、基板ユニット形成工程Ｓ１は終了する。
【0041】
基板ユニット形成工程Ｓ１が終了すると、中間積層体形成工程Ｓ２が行われる。中間積層体形成工程Ｓ２では、複数の基板ユニットＸａを積層して中間積層体ＸＡを形成する（図１及び図６参照）。中間積層体形成工程Ｓ２は、加圧装置７の土台７１上に中間積層体ＸＡを載置する位置合わせ工程と、位置合わせされた中間積層体ＸＡに対し、土台７１との間で挟持するように加圧して中間積層体ＸＡを保持する加圧工程と、加圧されている状態で、囲い治具５を分割して中間積層体ＸＡから取り外す治具離脱工程と、を備えている。
【0042】
位置合わせ工程では、分割可能な囲い治具５を複数の基板ユニットＸａ（中間積層体ＸＡ）の周囲に配置して中間積層体ＸＡを位置合わせしている。例えば、複数の基板ユニットＸａは、土台７１上に積層されるように載置される。複数の基板ユニットＸａの積層によって中間積層体ＸＡが形成される。囲い治具５は、複数の基板ユニットＸａを積層しながら、あるいは、全ての基板ユニットＸａを積層した後で、中間積層体ＸＡの周囲に配置され、中間積層体ＸＡを位置合わせする。囲い治具５は、分割可能な複数の分割壁部５１，５２を備えており、複数の分割壁部５１，５２を組み付けることで、中間積層体ＸＡの周囲を囲んで保持可能な治具が形成される。
【0043】
図７に示されるように、位置合わせ工程が終了すると、土台７１との間で挟持するように中間積層体ＸＡを加圧し、中間積層体ＸＡを所定の状態に保持する加圧工程が行われる。ここで、中間積層体ＸＡを加圧する加圧装置７について説明する。加圧装置７は、中間積層体ＸＡを支える土台７１と、土台７１から立設された複数の柱部７２と、中間積層体ＸＡの上面に当接するカバープレート７３と、カバープレート７３上に配置された複数の弾性体７４と、弾性体７４上に設置され、弾性体７４を押圧する加圧プレート７５と、加圧プレート７５を所定位置に保持するナット７６（保持部）とを備えている。
【0044】
柱部７２には、ネジ溝が形成されている。柱部７２は、カバープレート７３及び加圧プレート７５を貫通している。ナット７６は、柱部７２の上端に螺合し、加圧プレート７５の上面に当接している。カバープレート７３と加圧プレート７５との間には、弾性体７４が配置されている。ナット７６を締め付けると加圧プレート７５が押し下げられ、弾性体７４を圧縮する。その結果、カバープレート７３を介して中間積層体ＸＡが加圧される。加圧装置７によって中間積層体ＸＡを加圧している状態では中間積層体ＸＡのずれは生じない。
【0045】
加圧工程が終了すると治具離脱工程が行われる。治具離脱工程では、中間積層体ＸＡが加圧されている状態を保持したまま、囲い治具５を分割して中間積層体ＸＡから取り外す。加圧された状態の中間積層体ＸＡは安定しており、囲い治具５を取り外しても複数の基板ユニットＸａのズレは生じない。囲い治具５を取り外して中間積層体形成工程Ｓ２を終了する。
【0046】
（接合工程）
基板ユニット形成工程Ｓ１が終了すると、接合工程Ｓ２が行われる（図１及び図８の（ａ）図参照）。接合工程Ｓ２において、中間積層体ＸＡは、加圧装置７によって加圧保持された状態のまま、加熱炉８に導入される。加熱炉８は、ヒータ８ａを備えている。ヒータ８ａは、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰに接合可能となる雰囲気温度（接合温度）となるように加熱し、加熱炉８内は、その雰囲気温度が所定時間維持される。例えば、金属パターン部材Ｐが銅材の場合には、６００℃～９００℃の温度雰囲気が維持され、アルミ材の場合には、５５０℃～６５０℃の雰囲気温度が維持される。ロウ材等の接合材１２は、この雰囲気温度下で溶融等し、加熱後の冷却固化により、金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰに接合する。なお、加圧装置７は、耐熱温度が接合温度よりも高くなるように製造されている。加熱炉８内で所定の雰囲気温度が維持された結果、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに仮止めしていた仮止め材１１は、揮発等して消失する。
基板ユニット形成工程Ｓ１が終了すると、接合工程Ｓ２が行われる（図１及び図８の（ａ）図参照）。接合工程Ｓ２において、中間積層体ＸＡは、加圧装置７によって加圧保持された状態のまま、加熱炉８に導入される。加熱炉８は、ヒータ８ａを備えている。ヒータ８ａは、金属パターン部材Ｐがセラミックス板ＢＰに接合可能となる雰囲気温度（接合温度）となるように加熱し、加熱炉８内は、その雰囲気温度が所定時間維持される。例えば、金属パターン部材Ｐが銅材の場合には、６００℃～９００℃の温度雰囲気が維持され、アルミ材の場合には、５５０℃～６５０℃の雰囲気温度が維持される。ロウ材等の接合材１２は、この雰囲気温度下で溶融等し、加熱後の冷却固化により、金属パターン部材Ｐをセラミックス板ＢＰに接合する。なお、加圧装置７は、耐熱温度が接合温度よりも高くなるように製造されている。加熱炉８内で所定の雰囲気温度が維持された結果、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに仮止めしていた仮止め材１１は、揮発等して消失する。
【0047】
（仕上げ工程）
接合工程Ｓ２が終了すると、仕上げ工程が行われる（図１及び図８の（ｂ）図参照）。仕上げ工程では、中間積層体ＸＡを形成していた複数の基板ユニットＸａは加熱炉８から取り出される。加熱炉８から取り出された基板ユニットＸａのセラミックス板ＢＰには、複数の金属パターン部材Ｐが接合されて複数の回路基板ＣＢが形成されている。ここで、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに固定していた仮止め材１１は、加熱炉８内で消失している。したがって、複数の回路基板ＣＢを形成するセラミックス板ＢＰから、カーボン板ＴＰを容易に取り外すことができる。カーボン板ＴＰを取り外した後、セラミックス板ＢＰに形成された複数の回路基板ＣＢは、それぞれ分割され、適宜に仕上げ処理が施されて複数の独立した回路基板ＣＢとなる。
接合工程Ｓ２が終了すると、仕上げ工程が行われる（図１及び図８の（ｂ）図参照）。仕上げ工程では、中間積層体ＸＡを形成していた複数の基板ユニットＸａは加熱炉８から取り出される。加熱炉８から取り出された基板ユニットＸａのセラミックス板ＢＰには、複数の金属パターン部材Ｐが接合されて複数の回路基板ＣＢが形成されている。ここで、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰに固定していた仮止め材１１は、加熱炉８内で消失している。したがって、複数の回路基板ＣＢを形成するセラミックス板ＢＰから、カーボン板ＴＰを容易に取り外すことができる。カーボン板ＴＰを取り外した後、セラミックス板ＢＰに形成された複数の回路基板ＣＢは、それぞれ分割され、適宜に仕上げ処理が施されて複数の独立した回路基板ＣＢとなる。
【0048】
上述の通り、本実施形態に係る回路基板ＣＢの製造方法は、基板ユニット形成工程Ｓ１を備えており、基板ユニット形成工程Ｓ１は、基板ユニットＸａを製造する製造方法の一例である。以下、基板ユニット形成工程Ｓ１及び基板ユニット形成工程Ｓ１で使用される格子治具３の作用、効果について説明する。
【0049】
基板ユニット形成工程Ｓ１は、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰ上に仮止めする仮止め工程Ｓ１１を備えている。仮止め工程Ｓ１１において、仮止めされた金属パターン部材Ｐがカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１からずれていると、カーボン板ＴＰをセラミックス板ＢＰに積層して基板ユニットＸａを製造した際、金属パターン部材Ｐはセラミックス板ＢＰ上の適切な位置からずれてしまう。これに対し、本実施形態では、格子治具３を使用することで、カーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に正確に金属パターン部材Ｐを配置できる。その結果、セラミックス板ＢＰ上の適切な位置に金属パターン部材Ｐが配置された基板ユニットＸａを製造できる。
【0050】
また、パターン搭載法における金属パターン部材Ｐの位置合わせは、例えば、エッチング法における金属板の位置合わせに比べ、非常に繊細で重要である。例えば、単体の回路基板ＣＢの上面には回路部Ｃｐとなる金属パターン部材Ｐが接合され、下面には放熱部Ｈｓとなる金属パターン部材Ｐが接合されている。金属パターン部材Ｐの縁から回路基板ＣＢの縁までの距離は、例えば、１．５ｍｍ程度であり、その場合、許容される誤差は、例えば、０．３ｍｍ以下である。また、セラミックス板ＢＰの回路部Ｃｐ側の金属パターン部材Ｐの位置と放熱部Ｈｓ側の金属パターン部材Ｐの位置とは、互に正確に対応している必要があり、許容される誤差は、例えば、０．２５ｍｍ以下である。なお、上述の許容される誤差とは、カーボン板ＴＢ上の所定位置Ａ１からのズレ量として許容される誤差として説明することもできる。
【0051】
このようにパターン搭載法では、非常に繊細で、精度の高い位置合わせが必要となる。これに対し、本実施形態では、仮止め工程Ｓ１１において、格子治具３を使用して金属パターン部材Ｐの位置合わせを行っている。格子治具３は、基準設定部として機能する枠部３１を備え、枠部３１がカーボン板ＴＢの外周Ｃｆの少なくとも一部に揃った状態で、所定位置Ａ１の外縁Ｅｄの少なくとも一部に揃い、且つ金属パターン部材Ｐに当接可能な位置決め孔部３２を備えている。そして、位置決め孔部３２内に収めた金属パターン部材Ｐを位置決め孔部３２に当接させるように設置すると、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＢ上の所定位置Ａ１に、簡単に、且つ適切に配置できるようになる。その結果、例えば、上述の誤差範囲に収まるように、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に配置することが容易になる。
【0052】
また、格子治具３の枠部３１は、カーボン板ＴＢの外周Ｃｆに沿って延在し、且つ複数の位置決め孔部３２を囲むように設けられている。したがって、枠部３１をカーボン板ＴＢの外周Ｃｆに揃えることで、枠部３１によって囲まれている位置決め孔部３２をカーボン板ＴＢ上の適切な位置に配置できる。特に、枠部３１は、取っ手部３３を除き、実質的にカーボン板ＴＢの外周Ｃｆの全周に沿って延在するため、枠部３１の外周３ａの全体をカーボン板ＴＢの外周Ｃｆに揃えることで、簡単に、且つ確実な位置合わせが可能になる。
【0053】
また、位置決め孔部３２は、金属パターン部材Ｐの角部Ｐａに当接可能な角隅部３２ａと、角隅部３２ａに角部Ｐａが当接した状態で、金属パターン部材Ｐとの間で隙間Ｓｐを形成する隙間形成部３２ｂと、を備えている。金属パターン部材Ｐの角部Ｐａを位置決め孔部３２の角隅部３２ａに当接させることで、金属パターン部材Ｐをカーボン板ＴＰ上の所定位置Ａ１に位置決めできる。また、位置決め孔部３２は、隙間形成部３２ｂを備えているので、金属パターン部材Ｐを位置決め孔部３２内に円滑に収め易くなる。
【0054】
以上、実施形態に基づいて、基板ユニットの製造方法及び位置決め治具を説明したが、本発明は、これらの形態のみには限定されない。例えば、上述の実施形態では、セラミックス板の上面及び下面の両方に、仮支持板を積層して基板ユニットを形成する製造方法を例示したが、セラミックス板の片面のみに仮支持板を積層することで基板ユニットを形成する製造方法であってもよい。また、基準設定部は位置決め孔部に限定されず、仮支持板の外周に沿うように延在する壁部分であってもよい。
【符号の説明】
【0055】
３…格子治具（位置決め治具）、３ａ…枠部の外周、１２…接合材、３１…枠部、３２…位置決め孔部、３２ａ，３２ｘ…位置決め孔部の角隅部、３２ｂ…隙間形成部、Ａ１…所定位置、Ｅｄ…所定位置の外縁、ＢＰ…セラミックス板、ＣＢ…回路基板、ＴＰ，ＴＰａ，ＴＰｂ…カーボン板、Ｃｆ…カーボン板の外周、Ｐ…金属パターン部材、Ｐａ…金属パターン部材の角部、Ｘａ…基板ユニット。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】