JP6837365B2 - 金属−セラミックス接合基板、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、本発明の一態様における金属−セラミックス接合基板は、金属材とセラミックス材とを直接に接合した基板であり、表面に部品実装面を有し裏面に放熱面を有する金属−セラミックス接合基板であって、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、上記放熱面用金属板部は、上記放熱面から上記強化セラミックス板材まで延在し上記強化セラミックス板材が露出する凹部を有する、
ことを特徴とする。
図1は、本実施の形態1における金属−セラミックス接合基板121を示す断面図である。図7は、図1に示す金属−セラミックス接合基板121の平面図である。この金属−セラミックス接合基板121は、金属材と少なくとも2枚のセラミックス材とを、後述する鋳型にて直接に接合して製造した基板であり、厚み方向131における両端面として位置し互いに対向する部品実装面108a及び放熱面109aを有する。このような金属−セラミックス接合基板121は、基本的構成部分として、回路パターン用金属板部108と、放熱面用金属板部109と、金属ベース部110と、回路絶縁セラミックス基板104と、強化セラミックス板材105と、凹部111とを備える。回路パターン用金属板部108、放熱面用金属板部109、及び金属ベース部110は、同じ金属材にて形成され、回路絶縁セラミックス基板104及び強化セラミックス板材105は、セラミックス材である。
図5では、鋳型1の内部に回路絶縁セラミックス基板104と、強化セラミックス板材105とが設置された状態を示している。鋳型1は、上型2と下型3とに分離可能に構成されており、回路絶縁セラミックス基板104は上型2に支持され、強化セラミックス板材105は上型2の一部及び下型3に立設された突出部6にて支持されている。ここで突出部6は、上述した、比較的厚みの薄い放熱面用金属板部109における凹部11を形成するものである。よって突出部6は、金属−セラミックス接合基板121の中心を通る対称軸126に線対称として少なくとも1つ以上設けられており、放熱面用金属板部109に対応して比較的厚みの薄い部分(下記の放熱面用金属板形成部9)にて、強化セラミックス基材105を支持する。
また、回路パターン用金属板形成部8は、回路絶縁セラミックス基板104の一部が鋳型1の上型2に支持されて鋳型1内に収容されることで形成される、鋳型1の上型2と回路絶縁セラミックス基板104との間の空間である。
また、放熱面用金属板形成部9は、強化セラミックス板材105の一部が鋳型1の上型2に支持されて鋳型1内に収容されることで形成される、鋳型1の下型3と強化セラミックス板材105との間の空間である。
金属溶湯と鋳型とが接触することによる金属溶湯と鋳型との接合を防ぐために、まず、塗装、溶射、物理的蒸着法等により、離型コーティングを行う。そして、鋳型の内部に、回路絶縁セラミックス基板104と、強化セラミックス板材105とを収容し、鋳型1を接合炉内に移動させる。
この接合炉内を窒素ガス雰囲気にして、酸素濃度を100ppm以下にし、ヒーターの温度制御によって、注湯温度である600〜800℃まで鋳型1を加熱する。その後、注湯温度まで加熱して得られた、予め計量された金属溶湯を窒素ガスによって加圧し、鋳型1の注湯口を通して鋳型内部へ流し込む。
このようにして金属溶湯を鋳型内部へ流し込んだ後、冷し金を用いて鋳型内の金属溶湯を指向性凝固させる。
以上のようにして、金属材とセラミックス材とが接合した基板を鋳型から離型させ、図1に示す金属−セラミックス接合基板121を製造する。
鋳造時において、金属−セラミックス接合基板121の中心を通る対称軸126に線対称として、鋳型1の下型3に少なくとも1つ以上設け、かつ比較的厚みの薄い放熱面用金属板形成部9側に対応して設けた突出部6によって、強化セラミックス板材105を支持して鋳造する。これにより、窒素ガスで加圧された金属溶湯が鋳型1の内部へ注入される際に生じる、強化セラミックス板材105の撓みを防止することができる。よって、放熱面用金属板部109におけるアルミニウム厚さt1を均等にすることができる。
その結果、凝固収縮時における金属材とセラミックス材との線膨張率の差に起因して発生する熱ひずみによる、金属−セラミックス接合基板121の反りを抑制することができ、かつ、凝固収縮時において、鋳型1の下型3の突出部6によって金属−セラミックス接合基板121を拘束することで、さらに反りを抑制することが可能となる。
即ち、金属−セラミックス接合基板121における回路パターン用金属板部108では、部品実装面108aから回路絶縁セラミックス基板104まで溝が彫り込まれている。
図3は、実施の形態2における金属−セラミックス接合基板122を示している。この金属−セラミックス接合基板122は、基本的に、上述した実施形態1の金属−セラミックス接合基板121と同じ構成を有し、さらに、窪み113を有する点で相違する。
したがって以下では、相違点である窪み113について主に説明を行い、同じ構成部分に関する説明については省略する。
即ち、鋳造時において、金属ベース部110に対して突起部が存在することで、凝固収縮時の金属材とセラミックス材との線膨張率の差に起因して発生する熱ひずみによる、金属−セラミックス接合基板122の反りを、実施形態1に比べてさらに抑制することができる。
また、実施形態1で説明した熱伝導グリースが、窪み113にも進入可能であることから、実施形態1に比べてさらに放熱性能を向上させることも可能である。
本実施の形態3における金属−セラミックス接合基板は、上述の実施の形態2における金属−セラミックス接合基板122と同じ構成を有し、窪み113の配置を、図3に示すように放熱面用金属板部109側の放熱面109aにおける少なくとも2箇所に設けた場合に限定し、放熱部品の締結用穴としたものである。尚、本実施の形態3における金属−セラミックス接合基板に対して「122A」を符番する。
図4は、実施の形態4における金属−セラミックス接合基板124を示している。この金属−セラミックス接合基板124は、上述の実施の形態2における金属−セラミックス接合基板122と同じ構成を有し、窪み113について、金属−セラミックス接合基板の回路パターン用金属板部108側における金属ベース部110の外周辺の全周囲に渡って段差状の窪み113を配置した形態を有する。尚、本実施の形態4では、窪み113に対して「113B」を符番する。また、この窪み113Bは、「位置決め部」と称することもできる。
即ち、金属ベース部110に窪み113Bを有することから、金属−セラミックス接合基板124に対して筺体部品を接着剤等で一体に固定する際の位置決めとして窪み113Bを使用することができる。
したがって鋳造後に、金属−セラミックス接合基板124を筐体部品と接着剤等で固定する際の位置決めが容易となる。よって、位置決め用の治具を使用する必要がなくなり、さらに、金属−セラミックス接合基板124と筐体部品とを固定するタクトを短縮することが可能となる。
8 回路パターン用金属板形成部、9 放熱面用金属板形成部、
104 回路絶縁セラミックス基板、105 強化セラミックス板材、
108 回路パターン用金属板部、108a 部品実装面、
109 放熱面用金属板部、109a 放熱面、110 金属ベース部、
111 凹部、113,113B 窪み、
121,121A、122,122A、124 金属−セラミックス接合基板、
126 対称軸。
Claims (6)
- 金属材とセラミックス材とを直接に接合した基板であり、表面に部品実装面を有し裏面に放熱面を有する金属−セラミックス接合基板であって、
当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、
上記放熱面用金属板部は、上記放熱面から上記強化セラミックス板材まで延在し上記強化セラミックス板材が露出する凹部を有し、
当該金属−セラミックス接合基板の中心を通る対称軸に線対称として上記凹部とは異なって位置する少なくとも2つの窪みで、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において上記放熱面から上記金属ベース部へ延在する窪みをさらに有し、
上記窪みは、上記放熱面に締結する放熱部品における締結用穴と同心上に位置し、かつ締結用ボルトの頭部径よりも大きい直径と上記締結用ボルトの頭部高さよりも深い形状を有する、
ことを特徴とする金属−セラミックス接合基板。 - 上記放熱面用金属板部は、上記金属ベース部の厚みよりも薄い厚みを有する、請求項1に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 上記強化セラミックス板材は、上記金属−セラミックス接合基板の平面視において、上記回路絶縁セラミックス基板よりも大きい面積を有する、請求項2に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 上記凹部は複数設けられており、上記金属−セラミックス接合基板の中心を通る対称軸に線対称に配置された、請求項1から3のいずれか1項に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 上記窪みは、回路パターン用金属板部側において当該金属−セラミックス接合基板の全周囲に位置する位置決め部である、請求項1から4のいずれか1項に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 金属材とセラミックス材とを直接に接合した基板であり、表面に部品実装面を有し裏面に放熱面を有する金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、
上記金属−セラミックス接合基板は、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、
当該製造方法は、
上記金属−セラミックス接合基板の鋳造時に、上記強化セラミックス板材を、鋳型に設けられた突出部によって上記放熱面側から支持し、
上記突出部が複数設けられており、上記金属−セラミックス接合基板の中心を通る対称軸に線対称に配置された、
ことを特徴とする金属−セラミックス接合基板の製造方法。
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