JP2012074532A

JP2012074532A - 金属−セラミックス接合基板の製造方法

Info

Publication number: JP2012074532A
Application number: JP2010218107A
Authority: JP
Inventors: Hideyo Osanai; 英世小山内
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】簡単且つ安価に金属−セラミックス接合基板を大量生産することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板１０の一方の面を複数の領域に分ける分割溝１０ａを形成し、この分割溝１０ａによって分けられたセラミックス基板１０の一方の面の複数の領域の各々に回路用金属板１２を配置するとともに、これらの回路用金属板１２の各々に対応するようにセラミックス基板１０の他方の面に金属ベース板１４を配置して、セラミックス基板１０の両面に複数の回路用金属板１２と複数の金属ベース板１４を接合した後、分割溝１０ａに沿ってセラミックス基板１０を分割することによって複数の金属−セラミックス接合基板を製造する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、金属−セラミックス接合基板の製造方法に関し、特に、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を製造する方法に関する。

従来、電気自動車、電車、工作機械などの大電力を制御するためにパワーモジュールが使用されており、このようなパワーモジュール用の金属−セラミックス絶縁基板として、セラミックス基板の表面にアルミニウムやアルミニウム合金などの金属からなる金属回路板を接合した金属−セラミックス接合基板が使用されている。

このような金属−セラミックス接合基板を製造する方法として、セラミックス基板と金属板の間にろう材を介在させ、不活性雰囲気中または真空下で加熱処理して、セラミックス基板に金属板を接合させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１の方法によって金属−セラミックス接合基板を大量生産する場合には、１枚の大きなセラミックス基板を複数のセラミックス基板に分割した後に、個々のセラミックス基板に金属板を接合させる必要があり、製造時間が長くなって製造コストが高くなる。

また、金属−セラミックス接合基板を大量生産する方法として、分割線を形成したセラミックス基板上に活性金属ろう材ペーストを所望のパターンに塗布して金属板を接合し、分割線によって区画された金属板上に回路パターンをレジストで印刷し、エッチング処理により金属回路を形成した後、セラミックス基板を分割線に沿って分割する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２３０８５８号公報（段落番号００１０）特開平８−３２２０４号公報（段落番号００１０）

しかし、特許文献２の方法によって金属−セラミックス接合基板を大量生産する場合、金属板が厚いアルミニウム板であると、エッチング処理時間が長くなって製造コストが高くなる。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、簡単且つ安価に金属−セラミックス接合基板を大量生産することができる、金属−セラミックス接合基板の製造方法を提供することを目的とする。

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を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に金属板を配置して、セラミックス基板の一方の面に複数の金属板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって、簡単且つ安価に金属−セラミックス接合基板を大量生産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。

すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に金属板（例えば、アルミニウムとアルミニウム合金のクラッド材からなるアルミニウム板）を配置して、セラミックス基板の一方の面に複数の金属板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって複数の金属−セラミックス接合基板を製造することを特徴とする。

また、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に回路用金属板（例えば、アルミニウムとアルミニウム合金のクラッド材からなる回路用アルミニウム板）を配置するとともに、これらの回路用金属板の各々に対応するようにセラミックス基板の他方の面に金属ベース板（例えば、アルミニウムとアルミニウム合金のクラッド材からなるアルミニウムベース板）を配置して、セラミックス基板の両面に複数の回路用金属板と複数の金属ベース板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって複数の金属−セラミックス接合基板を製造することを特徴とする。

これらの金属−セラミックス接合基板の製造方法において、分割溝が、レーザーによって所定の幅および深さの多数の穴を重ねて略直線状に配置することによって形成されるのが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基板の一方の面を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に金属板を配置して、セラミックス基板の一方の面に複数の金属板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって、簡単且つ安価に金属−セラミックス接合基板を大量生産することができる。

本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板に分割溝（ブレークライン）を形成した状態を示す平面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板上の所定の位置にアルミニウム板を配置した状態を示す平面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板の両面の所定の位置にアルミニウム板を配置した状態を示す側面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板の両面の所定の位置にアルミニウム板を配置してスペーサで挟んだ状態を示す側面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板上の所定の位置にアルミニウム板を接合した状態を示す平面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板の両面の所定の位置にアルミニウム板を接合した状態を示す側面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板上の所定の位置にアルミニウム板を接合した後に個々の金属−セラミックス接合基板に分離した状態を示す平面図である。本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態において、セラミックス基板の両面の所定の位置にアルミニウム板を接合した後に個々の金属−セラミックス接合基板に分離した状態を示す側面図である。

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製造方法の実施の形態について詳細に説明する。

まず、図１に示すように、平面形状が略矩形のセラミックス基板１０を複数の略矩形の領域に分ける略直線状の分割溝（ブレークライン）１０ａをセラミックス基板１０の一方の面に形成する。なお、セラミックス基板は、厚さ０．２〜２．０ｍｍ、抗折強度３０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のＡｌＮ基板などのセラミックス基板であるのが好ましい。また、セラミックス基板の熱伝導率は、１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましく、１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのがさらに好ましい。また、分割溝の幅は３０〜１００μｍ、深さは５０〜２００μｍであるのが好ましい。

例えば、セラミックス基板１０として９８ｍｍ×８８ｍｍ×０．６４ｍｍの大きさの平面形状が略矩形のＡｌＮ基板（抗折強度３５ｋｇｆ／ｍｍ^２、熱伝導率１７０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用意し、セラミックス基板１０を３０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６４ｍｍの大きさの６つに分割することができるように、セラミックス基板１０の一方の面を３０ｍｍ×４０ｍｍの大きさの６つの略矩形の領域に分ける分割溝１０ａをセラミックス基板１０の一方の面に形成する。なお、分割溝１０ａは、ＣＯ_２レーザーなどを用いたレーザー加工によって所定の幅および深さ（例えば、幅７０μｍ、深さ１００μｍ）の多数の穴（加工ドット）を（例えば２／３だけ）重ねて略直線状に配置することによって形成することができる。なお、図１に示すように、セラミックス基板１０の周縁部に６つの略矩形の領域を取り囲む余白部（例えば、幅４ｍｍの余白部）を設けている（この余白部は後工程において分割されて除去される）が、このような余白部を設けなくてもよい。

次に、図２Ａに示すように、分割溝１０ａによって囲まれたセラミックス基板１０の各々の領域よりも小さい平面形状が略矩形のアルミニウム板などの回路用金属板１２をセラミックス基板１０の各々の領域に配置させるとともに、図２Ｂに示すように、セラミックス基板１０の各々の領域よりも小さい平面形状が略矩形のアルミニウム板などの金属ベース板１４を各々の回路用金属板１２に対向するようにセラミックス基板１０の他方の面に配置させる。

例えば、回路用金属板１２として、厚さ約０．５５ｍｍの純度９９．５％以上の純アルミニウム（例えばＡ１０５０）板と厚さ約０．０５ｍｍのＡｌ−Ｓｉ系合金（例えばＡ４０４５）ろう材とのクラッド材（８％クラッド）からなる厚さ０．６ｍｍのアルミニウム圧延板の金型打ち抜きによって、２５ｍｍ×３５ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの平面形状が略矩形の６つのアルミニウム板を用意し、金属ベース板１４として、厚さ約１．５５ｍｍの純度９９．５％以上の純アルミニウム（例えばＡ１０５０）板と厚さ約０．０５ｍｍのＡｌ−Ｓｉ系合金（例えばＡ４０４５）ろう材とのクラッド材（３％クラッド）からなる厚さ１．６ｍｍのアルミニウム圧延板の金型打ち抜きによって、２５ｍｍ×３５ｍｍ×１．６ｍｍの大きさの平面形状が略矩形の６つのアルミニウム板を用意した後、図２Ａおよび２Ｂに示すように、分割溝１０ａによって囲まれたセラミックス基板１０の各々の領域の略中央に各々の回路用金属板１２のろう材側を接触させるとともに、各々の回路用金属板１２に対向するように各々の金属ベース板１４のろう材側をセラミックス基板１０に接触させる。

次に、図３に示すように、セラミックス基板１０の両面に配置した回路用金属板１２および金属ベース板１４を一対のスペーサ１６で挟持し、スペーサ１６の両側から０．２〜０．６ＭＰの圧力を加えながら加熱（例えば、炉内圧力１０Ｐａ以下の減圧雰囲気において６００〜６５０℃で０．５〜３時間加熱）することにより、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、回路用金属板１２および金属ベース板１４をセラミックス基板１０に接合させる。

最後に、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、分割溝１０ａに沿ってセラミックス基板１０を分割して、複数の金属−セラミックス接合基板を得る。

１０セラミックス基板
１０ａ分割溝
１２回路用金属板
１４金属ベース板
１６スペーサ

Claims

セラミックス基板の一方の面を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に金属板を配置して、セラミックス基板の一方の面に複数の金属板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって複数の金属−セラミックス接合基板を製造することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記金属板がアルミニウムとアルミニウム合金のクラッド材からなるアルミニウム板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の製造方法。
セラミックス基板の一方の面を複数の領域に分ける分割溝を形成し、この分割溝によって分けられたセラミックス基板の一方の面の複数の領域の各々に回路用金属板を配置するとともに、これらの回路用金属板の各々に対応するようにセラミックス基板の他方の面に金属ベース板を配置して、セラミックス基板の両面に複数の回路用金属板と複数の金属ベース板を接合した後、分割溝に沿ってセラミックス基板を分割することによって複数の金属−セラミックス接合基板を製造することを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
前記回路用金属板および前記金属ベース板が、それぞれアルミニウムとアルミニウム合金のクラッド材からなる回路用アルミニウム板およびアルミニウムベース板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の製造方法。
前記分割溝が、レーザーによって所定の幅および深さの多数の穴を重ねて略直線状に配置することによって形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。