JP2022171255A - 金属－セラミックス接合基板およびその製造方法 - Google Patents

金属－セラミックス接合基板およびその製造方法 Download PDF

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Satoru Ideguchi
英世 小山内
Hideyo Osanai
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Tomoyasu Miyahara
敬一 高橋
Keiichi Takahashi
和人 荒井
Kazuto Arai
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Abstract

Figure 2022171255000001
【課題】変形が抑制された微細な放熱フィンを備え、他の部品を接続（締結）した場合も金属ベース板の変形の少ない金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することを目的とする
【解決手段】本発明の金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０の一方の面に金属回路板１４の一方の面が接合され、セラミックス基板１０の他方の面に金属ベース板１２の一方の面が接合され、金属ベース板１２の他方の面から突出して所定の間隔で起立成形された複数の板状の放熱フィン２４を備え、金属回路板１４の厚さに対し金属ベース板１２の厚さが１．５倍以上であることを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、放熱フィンを備えた金属ベース板がセラミックス基板に接合した金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。
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使用される従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれる金属板または複合材の一方の面に金属－セラミックス絶縁基板（金属－セラミックス接合基板）が半田付けにより固定されるとともに、この金属－セラミックス絶縁基板上に半導体チップが半田付けにより固定され、ベース板の他方の面（裏面）に熱伝導グリースを介してねじ止めなどにより金属製の放熱フィンや冷却ジャケットが取り付けられている。
この金属－セラミックス絶縁基板へのベース板や半導体チップの半田付けは加熱により行われるため、半田付けの際に接合部材間の熱膨張係数の差によりベース板の反りが生じ易い。また、半導体チップから発生した熱は、金属－セラミックス絶縁基板と半田とベース板を介して放熱フィンや冷却ジャケットにより空気や冷却水に逃がされるため、半田付けの際にベース板の反りが生じると、放熱フィンや冷却ジャケットを熱伝導グリースを介してベース板に取り付けたときのクリアランスが大きくなり、放熱性が極端に低下する。また、半田は熱伝導率が低いため接合層として半田層が形成されると放熱性は良好とはいえない。
このような問題を解決するため、放熱フィン等の放熱部材を熱伝導グリースを使用せずにベース板に形成するために、放熱フィンが形成された金属ベース板を金属－セラミックス接合基板に接合した（パワーモジュールなどの）半導体装置の構造が提案されている。
特許文献１には、（セラミックス基板からなる）絶縁層の一方の面に回路層が配設されたパワーモジュール用基板（金属－セラミックス接合基板）と、放熱フィンを有する（アルミニウム合金板からなる）ヒートシンクと、を備えたヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法であって、パワーモジュール用基板の他方の面側の金属層に金属板を（ろう材を介して）接合した後に、前記放熱フィンを前記金属板の表面に機械加工を用いて起立成形することにより、前記放熱フィンを有する前記ヒートシンクを形成することが開示されている。
これにより、ヒートシンク付パワーモジュール用基板において、ヒートシンクを薄肉化した場合であっても、放熱フィンの作製時にヒートシンクに反りやうねり等の変形が発生することを抑制可能なヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法を提供するとしている。
また、さらに放熱性を改善するために、（ベース板を半田付けなどにより金属－セラミックス接合基板のベース板接合用の金属板に接合しないで）セラミックス基板にフィンが形成された金属ベース板が接合している金属－セラミックス基板が提案されている。
特許文献２には、セラミックス部材とフィン付き放熱部材との接合体（金属－セラミックス接合基板）として、薄いアルミニウム板と、厚いアルミニウムとでセラミック基板を、アルミ合金系ロウを介して挟んでロウ付けして、接合体仕掛品とした後、薄いアルミニウム板をエッチングにより所定のパターンの回路用金属層に形成し、その後、厚いアルミニウム板の表面に、切り起こし法によってフィンを形成して、セラミック部材とフィン付き放熱部材との接合体を製造することが開示され、ロウ付け過程では、フィンはないから、それに座屈等の変形を生じさせることなく、薄く、微小ピッチのフィン付きの接合体が得られるとしている。
特開２０１３－２１１２８８号公報 特開２０１１－２３０９５４号公報
しかし、特許文献１の金属－セラミックス接合基板は、ベース板を半田付けにより金属－セラミックス接合基板のベース板接合用の金属板に接合しているので、放熱性が十分でない。
また、特許文献２の金属－セラミックス基板は、薄いアルミニウム板と、厚いアルミニウム板とでセラミック基板を接合して、接合体仕掛品とした後、厚いアルミニウム板（金属ベース板）の表面に、切り起こし法によってフィンを形成する。しかし、セラミックス基板の表裏に異なる厚さのアルミニウム板を接合すると、前記接合体仕掛品に反りが発生し、厚いアルミニウム（金属ベース板）側が凹となる。この反った金属ベース板に切り起こし法によりフィンを形成すると、切り起こし刃の金属ベース板への接触状態（切り起こしの深さ）が安定せず、その結果、形成されるフィンの高さなどが大きくばらつき良好なフィン形状を作製することができない。そのため金属－セラミックス接合基板の放熱性を確保できない恐れがある。特に切り起こし法（起立成形）による放熱フィンの形成において、その形状制御に接合体仕掛品（中間製品）の被加工領域の反りの影響が大きいことがわかってきた。
接合仕掛品の反りを制御するために、金属回路板と金属ベース板の厚さを略同一とすれば、前記中間製品反りは抑制できるが、金属ベース板は剛性の確保のためある程度の厚さが必要であり、薄いと他の部品を接続（水冷ジャケットやチップ等を覆う筐体をボルト締めするなど）すると金属ベース板が変形する不具合が発生する可能性がある。また、起立成形すると被加工部の厚さが小さくなるので、フィン加工の観点からも所定の厚さを確保することが必要である。
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、変形が抑制された微細な放熱フィンを備え、他の部品を接続（締結）した場合も金属ベース板の変形の少ない金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の金属－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金属回路板の一方の面が接合され、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合され、前記金属ベース板の他方の面から突出して所定の間隔で起立成形された複数の板状の放熱フィンを備え、前記金属回路板の厚さに対し前記金属ベース板の厚さが１．５倍以上であることを特徴とする。
前記金属ベース板の厚さが２．０ｍｍ以上であることが好ましく、前記金属ベース板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記金属回路板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差が３．０ｍｍ以下であることが好ましく、前記金属ベース板の平均結晶粒径が２０ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明の前記金属－セラミックス接合基板の製造方法として、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板の一方の面を接合し、セラミックス基板の他方の面にベース板用金属板の一方の面を接合して、中間製品である金属－セラミックス接合体を作製し、前記ベース板用金属板の他方の面において放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とし、前記放熱フィンの被加工領域に起立成形を施し複数の板状の放熱フィンを形成することを特徴とする。
また、前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの０．７～１．３倍の厚さを有する前記ベース板用金属板の一方の面を接合し前記金属－セラミックス接合体を作製することにより、前記放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とすることが好ましく、前記金属－セラミックス接合体の前記回路用金属板の他方の面を切削して所定の厚さの金属回路板を形成することが好ましい。
また、前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの１．５倍以上の厚さを有する前記ベース板用金属板の一方の面を接合して、前記中間製品である前記金属－セラミックス接合体を作製し、前記金属－セラミックス接合体に反り矯正加工を施して、前記前記放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
前記ベース板用金属板の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましく、前記回路用金属板の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましい。また、前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差を３．０ｍｍ以下とすることが好ましく、前記ベース板用金属板の平均結晶粒径を２０ｍｍ以下とすることが好ましい。
本発明は、変形が抑制された微細な放熱フィンを備え、他の部品を接続した場合も金属ベース板の変形の少ない金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することができる。
本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態を示す（セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視した）平面図（上面図）である。 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面図である。 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＢ－Ｂ線断面図である。 図１Ａの金属－セラミックス接合基板の背面図である。 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面図である。 図５Ａ～図５Ｅに示す中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するために使用する鋳型を構成する下側鋳型部材を示す平面図である。 図２Ａの下側鋳型部材のＡ－Ａ線断面図である。 図２Ａの下側鋳型部材のＢ－Ｂ線断面図である。 図２Ａの下側鋳型部材のＣ－Ｃ線断面図である。 図５Ａ～図５Ｅに示す中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するために使用する鋳型を構成する上側鋳型部材を示す平面図である。 図３Ａの上側鋳型部材のＡ－Ａ線断面図である。 図３Ａの上側鋳型部材のＢ－Ｂ線断面図である。 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ～図３Ｃに示す上側鋳型部材をかぶせて図５Ａ～図５Ｅに示す中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するための鋳型を構成したときの、図５Ａに示す金属－セラミックス接合体のＡ－Ａ線断面に相当する鋳型の断面図である。 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ～図３Ｃに示す上側鋳型部材をかぶせて図５Ａ～図５Ｅに示す中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するための鋳型を構成したときの、図５Ａに示す金属－セラミックス接合体のＢ－Ｂ線断面に相当する鋳型の断面図である。 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ～図３Ｃに示す上側鋳型部材をかぶせて図５Ａ～図５Ｅに示す中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するための鋳型を構成したときの、図５Ａに示す金属－セラミックス接合体のＣ－Ｃ線断面に相当する鋳型の断面図である。 図１Ａ～図１Ｅに示す金属－セラミックス接合基板を作製するための中間製品である（起立成形加工前の）金属－セラミックス接合体を示す（セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視した）平面図（上面図）である。 図５Ａの金属－セラミックス接合体のＡ－Ａ線断面図である。 図５Ａの金属－セラミックス接合体のＢ－Ｂ線断面図である。 図５Ａの金属－セラミックス接合体の背面図である。 図５Ａの金属－セラミックス接合体のＣ－Ｃ線断面図である。 本発明による金属－セラミックス接合基板の第２の実施の形態を示す（セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視した）平面図（上面図）である。 図６Ａの金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面図である。 図６Ａの金属－セラミックス接合基板の背面図である。 図６Ａの金属－セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面図である。 図６Ａ～図６Ｄの中間製品である金属－セラミックス接合体を製造するための鋳型を構成したときの、図６Ａに示す金属－セラミックス接合体のＡ－Ａ線断面に相当する鋳型の断面図である。
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実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜金属－セラミックス接合基板＞
[第１の実施の形態]
図１Ａ～図１Ｅは本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態を示し、図２Ａ～図２Ｄ、図３Ａ～図３Ｃおよび図４Ａ～図４Ｃはその金属－セラミックス接合基板を製造するための中間製品である図５Ａ～図５Ｅに示す金属－セラミックス接合体の作製に使用する鋳型部材および鋳型を示している。また、図５Ａ～図５Ｅは前記金属－セラミックス接合基板を作製するための、放熱フィンの起立成形前の中間製品である金属－セラミックス接合体を示している。
図１Ａ～図１Ｅに示すように、本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態は、平面形状が略矩形のセラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面（図示の形態では上面））に１以上（図示した実施の形態では３つ）の金属回路板１４が接合され、セラミックス基板１０の他方の面（図示の形態では下面）の略全面に平面形状が略矩形の金属ベース板１２の一方の面が接合された金属－セラミックス接合基板１００であって、（図１Ａに示される）セラミックス基板１０の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２がセラミックス基板１０よりも大きく、金属ベース板１２はその他方の面から突出して所定の間隔で起立成形された複数の板状の放熱フィン２４を備えている。
本発明による第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００は、前記金属回路板１４の厚さＴ１４に対し前記金属ベース板１２の厚さＴ１２が１．５倍以上であり、好ましくは１．７倍以上である。前記金属回路板１４の厚さＴ１４に対し前記金属ベース板１２の厚さＴ１２の上限は特にないが、厚すぎるとセラミックス基板１０が割れる可能性があるので２０倍以下であるのが好ましく、１５倍以下であるのがより好ましい。
また、前記金属ベース板１２の厚さＴ１２は２．０ｍｍ以上であるのが好ましく、２．５ｍｍ以上であるのがより好ましい。金属ベース板１２が厚すぎるとセラミックス基板１０が割れる可能性があるので、厚さＴ１２が１０ｍｍ以下であるのが好ましく、８ｍｍ以下であるのがより好ましい。
なお、前記金属ベース板１２の厚さＴ１２は、セラミックス基板１０の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２のセラミックス基板１０が接合していない領域の厚さ指し、すなわち金属ベース板１２の周縁部２２の領域の厚さ（通常は最も厚い他の部材を締結する部分）である。
また、前記金属ベース板１２の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記金属回路板１４の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
金属ベース板１２および／または金属回路板１４の材質がアルミニウム合金の場合、例えばＡｌ－Ｓｉ（－Ｂ）系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｔｉ（－Ｂ）系等のアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウムに添加するＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂから選ばれる少なくとも一つの元素は総量で２質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
また、金属ベース板１２のビッカース硬さＨＶが１３～１００であるのが好ましく、５０以下であるのがより好ましい。ビッカース硬さは前記アルミニウム合金の組成や加工方法により異なる。ビッカース硬さが小さいと、金属－セラミックス接合基板１００に熱履歴が負荷されたときに、セラミックス基板に発生する熱応力が小さくなるので好ましい。
また、前記複数の放熱フィン２４の高さＤの最大値と最小値の差が３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．８ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以下であるのが最も好ましい。放熱フィン２４の高さＤの最大値と最小値の差が小さい、すなわち高さのばらつきが小さいと金属－セラミックス接合基板１００の放熱性が安定して確保される。
また、前記放熱フィン２４の高さＤの平均値が５ｍｍ以上であることが好ましく、さらに３０ｍｍ以下であることが好ましい。
なお、セラミックス基板１０の他方の面を基準（高さ０ｍｍ）とし、放熱フィン２４の先端部までの垂直方向の高さを測定して、放熱フィン２４の底部（根元）とセラミックス基板１０の他方の面の間の金属ベース板１２の高さ（厚さ）を除いたものを、放熱フィン２４の高さＤとした。
また、前記放熱フィン２４の厚さＬ１が０．１～１．０ｍｍであり、隣接する前記放熱フィン２４（の底部）の間隔Ｌ２が０．１～１．０ｍｍであることが好ましい。
金属ベース板１２の他方の面の平均結晶粒径が２０ｍｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。
また、図１Ａ～図１Ｃ、図１Ｅに示されるように、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域は、セラミックス基板１０の表面（一方の面）が露出していてもよく（即ちセラミックス基板１０の一方の面は金属回路板１４の接合領域および該接合領域を除くセラミックス基板１０表面が露出した領域からなっていてもよく）、金属ベース板１２がセラミックス基板１０の周囲の表面に形成された凹部１６と、（金属ベース板１２の）周縁部２２を有していてもよい。
セラミックス基板１０は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等を主成分とすることが好ましく、厚さが０．３～２．０ｍｍ程度のものを用いることができる。熱伝導性、強度などの観点から窒化アルミニウムまたは窒化珪素を主成分とすることが好ましい。
また、複数の板状の放熱フィン２４は、金属ベース板１２の他方の面を起立成形されたものである。通常、基端部（金属ベース板１２の他方の面と一体となった放熱フィン２４の根本の部分）から先端に向けて湾曲した板状の形状となっている。ただし、加工方法によりストレート形状の放熱フィン２４であってもよい。
また、金属ベース板１２の他方の面の、複数の放熱フィン２４が形成された領域以外の領域（周縁部）は、他の部材との接続、締結に適した平面形状となっていることが好ましい。
また、本発明の実施の形態としての図１Ａ～図１Ｃ、図１Ｅに示される凹部１６は、セラミックス基板１０の周囲に露出している金属ベース板１２において、金属ベース板１２の周縁部２２（外周部）とセラミックス基板１０の外周（側面）との間に形成され、セラミックス基板１０の外周に沿って金属ベース板１２の表面に形成されていてもよい。金属ベース板１２は、さらにセラミックス基板１０の側面に接合されたセラミックス基板側面接合部２０を備え、セラミックス基板側面接合部２０に隣接して凹部１６が形成されていることが好ましい。なお、凹部１６は、底部より開口部が大きくなるように形成されていることが好ましい。
また、金属ベース板１２の周縁部２２の高さは、セラミックス基板１０の他方の面（金属ベース板１２が接合されている面）の高さ以上であり、さらにはセラミックス基板１０の一方の面（金属回路板１４が接合されている面）の高さ以上が好ましく、金属回路板１４の表面の高さ以下であってもよい。図１に示す金属－セラミックス接合基板１００においては、金属ベース板１２の周縁部２２（の表面の）高さが金属回路板１４の高さと同じである。また、金属ベース板１２の周縁部２２の高さは略同一としてもよい。
セラミックス基板１０の他方の面に接合している（周縁部でない）領域の金属ベース板１２の厚さ（フィンの高さを除く）は、金属回路板１４の厚さ以下としてもよい。例えば０．３～１．５ｍｍであることが好ましい。
金属ベース板１２の周縁部２２には、貫通孔１８が形成されていることが好ましい。半導体装置を製造する際に、金属ベース板１２の貫通孔１８を他の部材とネジやボルトで締結するための締結用の孔として使用できる。例えば、水冷ジャケット（図示しない）や、回路パターン用の金属回路板１４やそれに搭載された半導体など囲む筺体（図示しない）を、貫通孔１８を介してネジやボルト等で取り付けることができる。すなわち、金属ベース板１２の周縁部２２は、他の部材との締結部として使用することができる。
本発明の第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００の金属ベース板１２は、周縁部の厚さＴ１２が大きく（前述の通り例えば２．０ｍｍ以上であり）他の部材との接続・締結に対して十分な剛性を有している。
金属ベース板１２はセラミックス基板１０に直接接合またはろう材を介して接合しているのが好ましく、回路パターン用の金属回路板１４はセラミックス基板１０に直接接合またはろう材を介して接合しているのが好ましい。
また、金属ベース板１２の内部にセラミックスや金属からなる板状の強化部材が、セラミックス基板１０と金属ベース板１２の接合面に平行な（仮想）平面に配置（接合）されていてもよい。
[第２の実施の形態]
本発明の金属－セラミックス接合基板の第２の実施の形態としては、図６Ａ～図６Ｄに示すように、平面形状が略矩形のセラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面（図示の形態では上面））に１以上（図示した実施の形態では３つ）の金属回路板１４が接合され、セラミックス基板１０の他方の面（図示の形態では下面）の略全面に平面形状が略矩形の金属ベース板１２の一方の面が接合された金属－セラミックス接合基板４００であって、（図６Ａに示される）セラミックス基板１０の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２がセラミックス基板１０よりも大きく、金属ベース板１２はその他方の面から突出して所定の間隔で起立成形された複数の板状の放熱フィン２４を備えている。
本発明の第１の実施の形態と同様に、第２の実施の形態の金属－セラミックス接合基板４００は、前記金属回路板１４の厚さＴ１４に対し前記金属ベース板１２の厚さＴ１２が１．５倍以上であり、好ましくは１．７倍以上である。前記金属回路板１４の厚さＴ１４に対し前記金属ベース板１２の厚さＴ１２の上限は特にないが、厚すぎるとセラミックス基板１０が割れる可能性があるので２０倍以下であるのが好ましく、１５倍以下であるのがより好ましい。
また、前記金属ベース板１２の厚さＴ１２は２．０ｍｍ以上であるのが好ましく、２．５ｍｍ以上であるのがより好ましい。金属ベース板１２が厚すぎるとセラミックス基板１０が割れる可能性があるので、厚さＴ１２が１０ｍｍ以下であるのが好ましく、８ｍｍ以下であるのがより好ましい。
なお、前記金属ベース板１２の厚さＴ１２は、セラミックス基板１０の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２のセラミックス基板１０が接合していない領域の厚さ指し、すなわち金属ベース板１２の周縁部２２の領域の厚さ（通常は最も厚い他の部材を締結する部分）である。
また、前記金属ベース板１２の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記金属回路板１４の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
金属ベース板１２および／または金属回路板１４の材質がアルミニウム合金の場合、例えばＡｌ－Ｓｉ（－Ｂ）系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｔｉ（－Ｂ）系等のアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウムに添加するＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂから選ばれる少なくとも一つの元素は総量で２質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
また、金属ベース板１２のビッカース硬さＨＶが１３～１００であるのが好ましく、５０以下であるのがより好ましい。ビッカース硬さは前記アルミニウム合金の組成や加工方法により異なる。ビッカース硬さが小さいと、金属－セラミックス接合基板１００に熱履歴が負荷されたときに、セラミックス基板に発生する熱応力が小さくなるので好ましい。
また、前記複数の放熱フィン２４の高さＤの最大値と最小値の差が３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．８ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以下であるのが最も好ましい。放熱フィン２４の高さＤの最大値と最小値の差が小さい、すなわち高さのばらつきが小さいと金属－セラミックス接合基板の放熱性が安定して確保される。
また、前記放熱フィン２４の高さＤの平均値が５ｍｍ以上であることが好ましく、さらに３０ｍｍ以下であることが好ましい。
なお、セラミックス基板１０の他方の面を基準（高さ０ｍｍ）とし、放熱フィン２４の先端部までの垂直方向の高さを測定して、放熱フィン２４の底部（根元）とセラミックス基板１０の他方の面の間の金属ベース板１２の高さ（厚さ）を除いたものを、放熱フィン２４の高さＤとした。
また、前記放熱フィン２４の厚さＬ１が０．１～１．０ｍｍであり、隣接する前記放熱フィン２４（の底部）の間隔Ｌ２が０．１～１．０ｍｍであることが好ましい。
金属ベース板１２の平均結晶粒径が２０ｍｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。
また、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｄに示されるように、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域は、セラミックス基板１０の表面（一方の面）が露出していてもよい（即ちセラミックス基板１０の一方の面は金属回路板１４の接合領域および該接合領域を除くセラミックス基板１０表面が露出した領域からなっていてもよい）。金属ベース板１２は（図６Ａの平面図に示されるようにセラミックス基板１０が接合されていない）周縁部２２を有していることが好ましい。
セラミックス基板１０は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等を主成分とすることが好ましく、厚さが０．３～２．０ｍｍ程度のものを用いることができる。熱伝導性、強度などの観点から窒化アルミニウムまたは窒化珪素を主成分とすることが好ましい。
また、複数の板状の放熱フィン２４は、金属ベース板１２の他方の面を起立成形されたものである。通常、基端部（金属ベース板１２の他方の面と一体となった放熱フィン２４の根本の部分）から先端に向けて湾曲した板状の形状となっている。ただし、加工方法によりストレート形状の放熱フィン２４であってもよい。
また、金属ベース板１２の他方の面の、複数の放熱フィン２４が形成された領域以外の領域（周縁部）は、他の部材との接続、締結に適した平面形状となっていることが好ましい。
また、金属ベース板１２の周縁部２２の高さは限定されないが、セラミックス基板１０の他方の面（金属ベース板１２が接合されている面）の高さ以上、さらにはセラミックス基板１０の一方の面（金属回路板１４が接合されている面）の高さ以上であってもよく、金属回路板１４の表面の高さ以下であってもよい。図６に示す金属－セラミックス接合基板４００においては、金属ベース板１２の周縁部２２（の表面の）高さはセラミックス基板１０の他方の面の高さと略同一である。
セラミックス基板１０の他方の面に接合している（周縁部でない）領域の金属ベース板１２の厚さ（フィンの高さを除く）は、金属回路板１４の厚さ以下としてもよい。例えば０．３～１．５ｍｍであることが好ましい。
金属ベース板１２の周縁部２２には、貫通孔１８が形成されていることが好ましい。半導体装置を製造する際に、金属ベース板１２の貫通孔１８を他の部材とネジやボルトで締結するための締結用の孔として使用できる。例えば、水冷ジャケット（図示しない）や、回路パターン用の金属回路板１４やそれに搭載された半導体など囲む筺体（図示しない）を、貫通孔１８を介してネジやボルト等で取り付けることができる。すなわち、金属ベース板１２の周縁部２２は、他の部材との締結部として使用することができる。
本発明の第２の実施の形態の金属－セラミックス接合基板４００の金属ベース板１２は、周縁部の厚さＴ１２が大きく（前述の通り例えば２．０ｍｍ以上であり）他の部材との接続・締結に対して十分な剛性を有している。
金属ベース板１２はセラミックス基板１０に直接接合またはろう材を介して接合しているのが好ましく、回路パターン用の金属回路板１４はセラミックス基板１０に直接接合またはろう材を介して接合しているのが好ましい。
また、金属ベース板１２の内部にセラミックスや金属からなる板状の強化部材が、セラミックス基板１０と金属ベース板１２の接合面に平行な（仮想）平面に配置（接合）されていてもよい。
＜金属－セラミックス接合基板の製造方法＞
本発明の金属－セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態は、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板の一方の面を接合し、セラミックス基板の他方の面にベース板用金属板の一方の面を接合して、中間製品である金属－セラミックス接合体を作製し、前記ベース板用金属板の他方の面の他方の面において放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とし、前記放熱フィンの被加工領域に起立成形を施し複数の板状の放熱フィンを備えた金属ベース板を形成することを特徴とする、前述の実施の形態の金属－セラミックス接合基板の製造方法である。
また、前述の第１の実施の形態の金属－セラミックス基板の製造方法として、前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの０．７～１．３倍の厚さを有する前記ベース板用金属板の一方の面を接合し前記金属－セラミックス接合体を作製することにより、前記放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とすることが好ましく、前記金属－セラミックス接合体を作製した後、前記金属－セラミックス接合体の前記回路用金属板の他方の面を切削して所定の厚さの金属回路板を形成することが好ましい。
また、放熱フィンの被加工領域にさらに切削加工を施してその表面を平滑化し、平坦度を小さくしてもよい。
また、前記ベース板用金属板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記回路用金属板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
回路用金属板は加工されて金属回路板となり半導体素子などのチップ部品が搭載されるため、電気伝導性、熱伝導性に優れた金属が好ましく、アルミニウムの場合は９９．７質量％以上、さらに好ましくは９９．９質量％以上のアルミニウムを含むアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。また、ベース板用金属板と同一の金属としてもよい。
ベース用金属板は加工されて金属ベース板となり、例えばＡｌ－Ｓｉ（－Ｂ）系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｔｉ（－Ｂ）系等のアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウムにＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂから選ばれる少なくとも一つの元素を総量で２質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．０質量％以下、さらには０．５質量％以下とすることが好ましい。
また、前記ベース板用金属板の平均結晶粒径を２０ｍｍ以下とすることが好ましく、１０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。下限は特にないが０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。平均結晶粒径は上記アルミニウム合金の組成や熱処理などの製造条件などにより調整することができる。
また、ベース板用金属板３１２の他方の面の放熱フィンの前記被加工領域に（例えば特開２００９－５４７３１号に記載の公知の方法で）起立成形を施す。
すなわち、起立成形とは、ベース板用金属板３１２の他方の面の前記被加工領域（の表面）と、移動方向の先端側に刃部が形成された掘り起こし工具（図示しない）とを、所定の角度を有した状態で相対移動させて、前記掘り起こし工具の刃部により上記ベース板用金属板３１２の他方の面から一方の面方向に掘り下げることにより、基端部（ベース板用金属板３１２の他方の面と一体となった放熱フィン２４の根本の部分）から先端に向けて板状の放熱フィン２４を一体に起立形成することである。また、前記放熱フィン２４の起立成形によって形成された被加工面よりも形成ピッチ分の上流側（被加工面から所定の間隔をあけた手前側）から、前記ベース板用金属板３１２と前記掘り起こし工具とを相対移動させ、前記掘り起こし工具により前記ベース板用金属板３１２を掘り起こすことにより、基端部から先端に向けて次の板状の前記放熱フィン２４を一体に起立形成して、隣接する放熱フィン２４の間隔を形成するとともに、前記放熱部の隣接する前記放熱フィン２４の間に形成される底面の板厚を前記ベース板用金属板３１２の（被加工領域の）板厚よりも小さく形成し、以後前記放熱フィン２４を一体に起立形成する掘り起こし工程を順次繰り返して前記ベース板用金属板３１２の他方の面に複数の前記放熱フィン２４を連続形成して放熱部が形成される。
また、ベース板用金属板３１２の他方の面の、複数の放熱フィン２４が形成された領域以外の領域（周縁部）は、（不要な一部の放熱フィン部も含めて）切削して他の部材との接続に適した平面とすることが好ましい。
なお、後述するようにベース板用金属板３１２の他方の面に設けられた放熱フィンの被加工領域である（ベース板用金属板３１２の一部である）フィン加工用凸部２５を予め形成しておき、前記起立成形を行うことが好ましい。
また、放熱フィン２４は、前記起立成形により基端部から先端に向けて湾曲した板状の形状、さらには（例えば特開２０１８－１１７１０７号に記載の公知の方法で）起立成形時に掘り起こし工具の前進側（移動する側）に設けた押圧部材に当接させて図１に示す真っすぐ（ストレート）な形状にすることも可能である。
以上のようにベース板用金属板３１２を加工して金属ベース板１２を作製する。
また、前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差を３ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．８ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
本発明の金属－セラミックス基板の製造方法においては、金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の放熱フィンの前記被加工領域の平坦度が１．０ｍｍ以下であるので、放熱フィンの高さのばらつきを抑制することができる。平坦度を０．６ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．１ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
また、前記放熱フィンの高さの平均値を５ｍｍ以上とすることが好ましく、さらに３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、前記放熱フィンの厚さを０．１～１．０ｍｍとし、隣接する前記放熱フィンの（底部）の間隔を０．１～１．０ｍｍとすることが好ましい。
以下、さらに詳細に実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００は、図４Ａ～図４Ｃに示すような鋳型２００内にセラミックス基板１０を配置し、後述の中間製品である金属－セラミックス接合体３００のベース板用金属板３１２と回路用金属板３１４に対応するセラミックス基板１０の部分に接触するように、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによってベース板用金属板３１２の他方の面の放熱フィンの被加工領域の平坦度が１．０ｍｍ以下の中間製品である金属－セラミックス接合体３００を製造し、この金属－セラミックス接合体３００の放熱フィンの被加工領域に、放熱フィンの起立成形などの加工を実施することによって製造することができる。
セラミックス基板１０は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等を主成分とすることが好ましく、厚さが０．３～２．０ｍｍ程度のものを用いることができる。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ図５Ａに示す金属－セラミックス接合体３００のＡ－Ａ線断面、Ｂ－Ｂ線断面、Ｃ－Ｃ線断面に相当する鋳型２００の断面図である。
鋳型２００は、（多孔質の）カーボンまたは多孔質金属などの（溶湯不透過の）通気性材料からなり、それぞれ平面形状が略矩形の図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材２０２と図３Ａ～図３Ｃに示す上側鋳型部材２０４とから構成されている。
図２Ａ～図２Ｄに示すように、下側鋳型部材２０２の上面には、ベース板用金属板３１２を形成するための凹部（ベース板用金属板形成部）２０２ａが形成されている。
このベース板用金属板形成部２０２ａの底面の略中央部には、この底面から略垂直方向に隆起したセラミックス基板１０を支持する基板支持部２０２ｂがセラミックス基板１０の周囲（側面、外周）を囲むように形成され、基板支持部２０２ｂはセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面）の周縁部および回路パターン間に対応する部分に当接し、またセラミックス基板１０を所定の位置で支持するために略Ｌ字型の断面を有する段差が設けられており、セラミックス基板１０を収容する空間であるセラミックス基板収容部２０２ｅが形成される。
この基板支持部２０２ｂの上面（セラミックス基板の一方の面が当接する面）の略中央部には、回路用金属板３１４を形成するための１以上（図示した実施の形態では３つ）の凹部（回路用金属板形成部）２０２ｃが形成されている。この回路用金属板形成部２０２ｃは、基板支持部２０２ｂを介してベース板用金属板形成部２０２ａから離間しており、ベース板用金属板３１２と回路用金属板３１４との間の絶縁を確保するようになっている。
なお、図４Ａ～図４Ｃおよび図２Ｂ～図２Ｄには、セラミックス基板収容部２０２ｅにセラミックス基板１０が収容された状態を示している。
また、図３Ａ～図３Ｃに示すように上側鋳型部材２０４の下面にはベース板用金属板３１２を形成するための凹部（ベース板用金属板形成部）２０４ａと放熱フィンの被加工領域となるフィン加工用凸部形成部２０４ｂが形成されている。フィン加工用凸部はベース板用金属板３１２の一部であり、ベース板用金属板形成部２０４ａの空間とフィン加工用凸部形成部２０４ｂの空間は一体となっている。
また、セラミックス基板１０を下側鋳型部材２０２の基板支持部２０２ｂの上面のセラミックス基板収容部２０２ｅに載置し、上側鋳型部材２０４を下側鋳型部材２０２に被せると、セラミックス基板１０によって回路用金属板形成部２０２ｃの開口部が塞がれるとともに、セラミックス基板１０の他方の面（裏面の全面）の周囲にベース板用金属板形成部２０２ａ、２０４ａおよびフィン加工用凸部形成部２０４ｂが確保されるようになっている。
なお、上側鋳型部材２０４には、（図示しない）注湯ノズルから上側鋳型部材２０４および下側鋳型部材２０２のベース板用金属板形成部２０２ａ、２０４ａ内およびフィン加工用凸部形成部２０４ｂに溶湯を注湯するための（図示しない）注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材２０２には、回路用金属板形成部２０２ｃに溶湯を供給するための（図示しない）溶湯流路が形成されており、セラミックス基板１０を基板支持部２０２ｂの上面に載置したときにも回路用金属板形成部２０２ｃに金属の溶湯の給湯が可能となっている。
また、下側鋳型部材２０２のベース板用金属板形成部２０２ａの底面には、基板支持部２０２ｂから離間して円柱状の隆起部（貫通孔形成部）２０２ｄが形成されており、金属－セラミックス接合基板１００を作製したときに、金属ベース板１２の周縁部２２に水冷冷却ジャケットなどをネジやボルトで締結するために使用する貫通孔１８を形成することができる。
このような鋳型２００を使用して図１Ａ～図１Ｅに示す実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００を製造するためには、まず、放熱フィン２４を起立成形する前の中間製品である図５Ａ～図５Ｅに示す金属－セラミックス接合体３００を作製する。すなわち下側鋳型部材２０２の基板支持部２０２ｂ上にセラミックス基板１０を配置した後、上側鋳型部材２０４を下側鋳型部材２０２に被せる。この状態で鋳型２００内に金属の溶湯として例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却すると、セラミックス基板１０の他方の面（裏面）の全面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板用金属板３１２が直接接合するとともに、このベース板用金属板３１２から離間してセラミックス基板１０の一方の面に回路用金属板３１４が直接接合した金属－セラミックス接合体３００を得る。なお、ベース板用金属板３１２にはフィン加工用凸部２５がベース板用金属板３１２の一部として一体となって形成される。
次いで、鋳型２００から前記金属－セラミックス接合体３００を取り出し、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成された（図示しない）不要なアルミニウムの部分を切断し、回路用金属板３１４およびベース板用金属板３１２の表面をアルカリや酸などで表面を洗浄、水洗する。次いで、回路用金属板３１４の表面をマシニングセンタなどにより切削してその高さ（厚さ）の調整や表面の平滑化を図る。例えば回路用金属板３１４の表面を切削することにより、製品の金属回路板１４の厚さとなるようにする。本実施の形態では回路用金属板３１４を切削することで金属回路板１４が形成されるので、エッチングによる回路パターンの形成は不要である。
また、図５Ａ～図５Ｅに示す本発明の実施の形態の金属－セラミックス接合体３００では、セラミックス基板１０の一方の面に接合する回路用金属板３１４の厚さを、製品である金属－セラミックス接合基板１００の金属回路板１４よりも厚く形成している。これによりセラミックス基板１０の他方の面に接合されるベース板用金属板３１２の大きさ（厚さ）のバランスをとり、金属－セラミックス接合体３００のベース板用金属板の被起立成形領域の平坦度（反り量）が１．０ｍｍ以下となるようにしている。金属－セラミックス接合体３００の反りが大きいと放熱フィンの起立成形が困難となる。
このため、本発明の実施の形態として、平坦度を１．０ｍｍ以下とするために、前記回路用金属板の厚さの０．７～１．３倍（好ましくは０．８５～１．１５倍）の厚さを有するベース板用金属板を接合する。なお、ベース板用金属板の厚さは、セラミックス基板の他方の面にベース板用金属板が接合している領域において、最も厚い部分であり、図５Ａ～図５Ｅにおいてはフィン加工用凸部２５の領域の厚さを意味する。
前記平坦度は０．６ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．１ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
次いで、フィン加工用凸部２５の領域に対し、前述の起立成形による加工で放熱フィン２４を形成する。切削、起立成形時には前記貫通孔１８などを用いて装置に固定することが好ましい。
次いで、必要に応じて、放熱フィン２４が形成された周囲のベース板用金属板３１２を、マシニングセンタなどを用いて切削し、ベース板用金属板３１２（金属ベース板１２）の（他方の面の）周縁部３２２の領域が平滑となるように切削してもよい。このとき、周縁部３２２に不要な放熱フィン２４が形成されていれば、同時に切削すればよい。
このようにして金属－セラミックス接合基板１００を製造することができる。
なお、必要に応じて、金属－セラミックス接合基板１００の例えば金属回路板１４のチップ半田付け領域などにＮｉめっき、Ａｇめっき、Ａｕめっきなどのめっきを施してもよい。
また、本発明の第１の実施の形態の製造方法では、金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域はセラミックス基板１０の表面が露出しており、セラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２はセラミックス基板１０よりも大きく、また、セラミックス基板１０の周囲の金属ベース板１２の表面に、セラミックス基板１０を取り囲むように（基板支持部２０２ｂに対応して）凹部１６が形成され、凹部１６の周囲に金属ベース板１２の周縁部２２を形成する。
また、ベース板用金属板３１２および回路用金属板３１４をセラミックス基板１０に接合する際に、ベース板用金属板３１２の周縁部２２（外周領域）に貫通孔形成部２０２ｄにより（貫通孔形成部２０２ｄに対応して）貫通孔１８が形成される。
さらに、セラミックス基板１０の他方の面に接合している領域の（起立成形後の放熱フィンの高さを除く）金属ベース板１２の厚さを金属回路板１４の厚さ以下とすることが好ましく、金属－セラミックス接合基板１００反りを良好に抑制することができる。
また、金属ベース板１２の周縁部２２（外周部の領域）の高さをセラミックス基板１０の他方の面の高さ以上、さらにはセラミックス基板１０の一方の表面（金属回路板１４が接合している面）の高さ以上、金属回路板１４の表面の高さ以下とすることが好ましい。
さらには金属ベース板１２の周縁部の高さを金属回路板１４の高さと略同一とすることが好ましく、金属－セラミックス接合基板１００の金属回路板１４にチップ部品などを半田付けしたり金属ベース板１２にケースを取り付ける際に、使用する治具を簡略化したり高さの設定が容易になる等により、パワーモジュールを組み立てる際の製造に有利となる。
また、金属ベース板１２の周縁部の高さが金属回路板１４の高さと略同一の場合は、前述の鋳型から金属－セラミックス接合体３００を取り出した後に、前述のベース板用金属板３１２と回路用金属板３１４の表面の切削や研削が同時にできるので生産性に優れるメリットがある。
金属ベース板１２および金属回路板１４は、前述の通り、金属の溶湯をセラミックス基板１０に接触させ、冷却して凝固させて接合する溶湯接合法により直接接合していることが好ましい。
また、ろう材を介してベース板用金属板３１２（金属ベース板１２）および回路用金属板３１４（金属回路板１４）を接合してもよい。
溶湯接合法による接合は、金属の溶湯をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましく、電気伝導性、放熱性、信頼性に優れた金属－セラミックス接合基板とすることができる。
溶湯接合法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金とセラミックス基板とを直接接合するには、前記鋳型を加熱炉に挿入し、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で加熱しておき、（図示しない）溶解炉で溶融させたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を鋳型に注湯する際、注湯される金属溶湯は溶湯表面の酸化皮膜が除去された状態のものであることが望ましい。ここで、酸化皮膜の除去処理としては、例えば、金属溶湯を極小ノズルを通過させることにより、溶湯表面の酸化皮膜を除去しながら注湯する手法が有効である。
ベース板用金属板形成部２０２ａ、２０４ａと回路用金属板形成部２０２ｃへの溶湯供給は、鋳型の注湯口や溶湯通路を別々に設けることにより、例えば金属回路板を（純）アルミニウムとし、金属ベース板をアルミニウム合金とするなど、目的に応じて組成や特性を設定することができる。アルミニウム合金の使用する場合は、前述の合金組成であることが好ましい。
また、セラミックス基板１０の基板支持部２０２ｂにセラミックス基板１０を配置する際、セラミックス基板１０の側面と基板支持部２０２ｂとの間には所定の隙間を設け、セラミックス基板１０を容易にセラミックス基板収容部２０２ｅに配置できるようにするとともに、金属－セラミックス接合体３００（さらには金属－セラミックス接合基板１００）のベース板用金属板３１２（金属ベース板１２）の表面のセラミックス基板１０の位置が所定の範囲に収まるように設計するのが好ましい。この隙間は例えば０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１～０．３ｍｍとしてもよい。
金属の溶湯が鋳型２００に給湯されたときには、この隙間に溶湯が入り込むため、セラミックス基板１０の側面に、ベース板用金属板３１２（金属ベース板１２）と一体のセラミックス基板側面接合部２０が接合（形成）されるのが好ましい。このときはセラミックス基板側面接合部２０に隣接して凹部１６が形成される。
なお、隙間を小さくすると（隙間が実質的になくなり）溶湯が入り込まず、セラミックス基板側面接合部２０が形成されない場合もある。
また、凹部１６は、その断面において底部より開口部が大きくなるように形成されていることが好ましく、鋳型２００から金属－セラミックス接合基板１００を取り出すときの離型性を向上させることができる。
前述の第２の実施の形態の金属－セラミックス基板の製造方法として、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板の一方の面を接合し、セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの１．５倍以上の厚さを有するベース板用金属板の一方の面を接合して、中間製品である金属－セラミックス接合体を作製し、前記金属－セラミックス接合体に反り矯正加工を施して、前記ベース板用金属板の他方の面において放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とし、（前記金属－セラミックス接合体の前記ベース板用金属板の他方の面の）前記放熱フィンの被加工領域に起立成形を施し複数の板状の放熱フィンを備えた金属ベース板を形成することを特徴とする前記金属－セラミックス接合基板の製造方法である。
前記ベース板用金属板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記回路用金属板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
回路用金属板は加工されて金属回路板となり半導体素子などのチップ部品が搭載されるため、電気伝導性、熱伝導性に優れた金属が好ましく、アルミニウムの場合は９９．７質量％以上、さらに好ましくは９９．９質量％以上のアルミニウムを含むアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。また、ベース板用金属板と同一の金属としてもよい。
ベース用金属板は加工されて金属ベース板となり、例えばＡｌ－Ｓｉ（－Ｂ）系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｔｉ（－Ｂ）系等のアルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウムにＳｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｂから選ばれる少なくとも一つの元素を総量で２質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．０質量％以下、さらには０．５質量％以下とすることが好ましい。
また、前記ベース板用金属板の平均結晶粒径を２０ｍｍ以下とすることが好ましく、１０ｍｍ以下とすることがより好ましく、３ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。下限は特にないが０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。平均結晶粒径は上記アルミニウム合金の組成や熱処理などの製造条件などにより調整することができる。
また、ベース板用金属板３１２の他方の面の放熱フィンの前記被加工領域に（例えば特開２００９－５４７３１号に記載の公知の方法で）起立成形を施す。
すなわち、起立成形とは、ベース板用金属板３１２の他方の面の前記被加工領域（の表面）と、移動方向の先端側に刃部が形成された掘り起こし工具（図示しない）とを、所定の角度を有した状態で相対移動させて、前記掘り起こし工具の刃部により上記ベース板用金属板の他方の面から一方の面方向に掘り下げることにより、基端部（ベース板用金属板の他方の面と一体となった放熱フィン２４の根本の部分）から先端に向けて板状の放熱フィン２４を一体に起立形成することである。また、前記放熱フィン２４の起立成形によって形成された被加工面よりも形成ピッチ分の上流側（被加工面から所定の間隔をあけた手前側）から、前記ベース板用金属板と前記掘り起こし工具とを相対移動させ、前記掘り起こし工具により前記ベース板用金属板３１２を掘り起こすことにより、基端部から先端に向けて次の板状の前記放熱フィン２４を一体に起立形成して、隣接する放熱フィン２４の間隔を形成するとともに、前記放熱部の隣接する前記放熱フィン２４の間に形成される底面の板厚を前記ベース板用金属板の（被加工領域の）板厚よりも小さく形成し、以後前記放熱フィン２４を一体に起立形成する掘り起こし工程を順次繰り返して前記ベース板用金属板の他方の面に複数の前記放熱フィン２４を連続形成して放熱部が形成される。
また、ベース板用金属板の他方の面の、複数の放熱フィン２４が形成された領域以外の領域（周縁部）は、必要に応じて（不要な一部の放熱フィン部も含めて）切削や研削を施して他の部材との接続に適した平面とすることが好ましい。
また、放熱フィン２４は、前記起立成形により基端部から先端に向けて湾曲した板状の形状、さらには（例えば特開２０１８－１１７１０７号に記載の公知の方法で）起立成形時に掘り起こし工具の前進側（移動する側）に設けた押圧部材に当接させて図１に示す真っすぐ（ストレート）な形状にすることも可能である。
以上のようにベース板用金属板を加工して金属ベース板１２を作製する。
また、前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差を３ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．８ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
本発明の金属－セラミックス基板の製造方法においては、金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の放熱フィンの前記被加工領域の平坦度が１．０ｍｍ以下であるので、放熱フィンの高さのばらつきを抑制することができる。
また、前記放熱フィンの高さの平均値を５ｍｍ以上とすることが好ましく、さらに３０ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、前記放熱フィンの厚さを０．１～１．０ｍｍとし、隣接する前記放熱フィンの（底部）の間隔を０．１～１．０ｍｍとすることが好ましい。
以下、さらに詳細に実施の形態について説明する。
本発明の第２の実施の形態の金属－セラミックス接合基板４００は、第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００と同様に、前述のいわゆる溶湯接合法により中間製品である金属－セラミックス接合体を作製し、この金属－セラミックス接合体に反り矯正加工を施してベース板用金属板の他方の面の放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とした後、前記金属－セラミックス接合体の前記ベース板用金属板の他方の面の放熱フィンの被加工領域に起立成形を施し複数の放熱フィンを備えた金属ベース板を形成することによって製造することができる。
セラミックス基板１０は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等を主成分とすることが好ましく、厚さが０．３～２．０ｍｍ程度のものを用いることができる。
溶湯接合に用いる図７に示す鋳型５００は、第１の実施の形態の金属－セラミックス接合体の製造に用いるものと同様の構成であるが、鋳型５００の内部空間が第２の実施の形態の金属－セラミックス接合体に即して（合わせて）形状が異なる。
すなわち鋳型５００は（多孔質の）カーボンまたは多孔質金属などの（溶湯不透過の）通気性材料からなり、下側鋳型部材５０２の上面の略央部には、セラミックス基板１０を支持する凹部である基板支持部５０２ｂがセラミックス基板１０の周囲（側面、外周）を囲むように形成され、基板支持部５０２ｂはセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面）の周縁部および回路パターン間に対応する部分に当接し、セラミックス基板１０を収容する空間であるセラミックス基板収容部５０２ｅが形成される。
この基板支持部の上面（セラミックス基板の一方の面が当接する面）の略中央部には、回路用金属板３１４を形成するための１以上（図示した実施の形態では３つ）の凹部（回路用金属板形成部５０２ｃ）が形成されている。
なお、図７には、セラミックス基板収容部にセラミックス基板１０が収容された状態を示している。
また、図７に示すように上側鋳型部材５０４の下面にはベース板用金属板を形成するための凹部（ベース板用金属板形成部）５０４ａが形成されている。
また、セラミックス基板１０を下側鋳型部材５０２の基板支持部５０２ｂの上面のセラミックス基板収容部５０２ｅに載置し、上側鋳型部材５０４を下側鋳型部材５０２に被せると、セラミックス基板１０によって回路用金属板形成部５０２ｃの開口部が塞がれるとともに、セラミックス基板１０の他方の面（裏面の全面）にベース板用金属板形成部５０４ａが確保されるようになっている。
なお、上側鋳型部材５０４には、（図示しない）注湯ノズルから上側鋳型部材５０４のベース板用金属板形成部５０４ａに溶湯を注湯するための（図示しない）注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材５０２には、回路用金属板形成部５０２ｃに溶湯を供給するための（図示しない）溶湯流路が形成されており、セラミックス基板１０を基板支持部５０２ｂの上面に載置したときにも回路用金属板形成部５０２ｃに金属の溶湯の給湯が可能となっている。
このような鋳型を使用して図６Ａ～図６Ｄに示す第２の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００を製造するためには、まず、放熱フィン２４を起立成形する前の中間製品である金属－セラミックス接合体を作製する。すなわち下側鋳型部材５０２の基板支持部５０２ｂ上にセラミックス基板１０を配置した後、上側鋳型部材５０４を下側鋳型部材５０２に被せる。この状態で鋳型５００内に金属の溶湯として例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却すると、セラミックス基板１０の他方の面（裏面）の全面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板用金属板が直接接合するとともに、このベース板用金属板から離間してセラミックス基板１０の一方の面に回路用金属板が直接接合した金属－セラミックス接合体を得る。ベース板用金属板は（凹凸のない）板状（略直方体）のものが形成される。
次いで、鋳型５００から前記金属－セラミックス接合体を取り出し、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成された（図示しない）アルミニウムの不要部分を切断し、回路用金属板およびベース板用金属板の表面をアルカリや酸などで表面を洗浄、水洗する。
次いで、必要に応じてマシニングセンタなどによりボルト締結等のための貫通孔を、例えばベース板用金属板の周縁部（４隅）に形成してもよい。本実施の形態では回路用金属板は、回路パターン形状にセラミックス基板１０上に接合されるので、エッチングによる回路パターンの形成をせずに金属回路板として使用することができる。
また、本発明の第２の実施の形態の金属－セラミックス接合体では、セラミックス基板１０の他方の面に接合するベース板用金属板の厚さを回路用金属板の厚さの１．５倍以上（好ましくは５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上、１５倍以下）の厚さを有するベース板用金属板を接合する。なお、このベース板用金属板の厚さとは、セラミックス基板の他方の面にベース板用金属板が接合している領域において、最も厚い部分であるが、図７に関わる第２の実施の形態の金属－セラミックス接合体においてベース板用金属板はどの部分も同じ厚さとなっている。
次いで、金属－セラミックス接合体の上下に平らな板を設置して、プレス機によりプレス加工（押圧）することにより、金属－セラミックス接合体の反りを矯正する。これにより前記ベース板用金属板の他方の面の平坦度を１．０ｍｍ以下とする。平坦度が０．６ｍｍ以下とすることが好ましく、０．３ｍｍ以下とすることがより好ましく、０．１ｍｍ以下とすることがさらに好ましく、０．０５ｍｍ以下とすることが最も好ましい。
次いで、ベース板用金属板の他方の面の所定の被加工領域に対し、前述の起立成形による加工を施し放熱フィン２４を形成する。起立成形時には前記貫通孔１８などを用いて装置に固定することが好ましい。
次いで、必要に応じて放熱フィン２４が形成された金属ベース板の外周部を、マシニングセンタなどを用いて切削し、金属ベース板の（他方の面の）周縁部３２２の領域が平滑となるように研削してもよい。このとき、周縁部に不要な放熱フィン２４が形成されていれば、同時に切削すればよい。なお製造コスト低減などを考慮して切削、研削を省略してもよい。
このようにして金属－セラミックス接合基板４００を製造することができる。
なお、必要に応じて、金属－セラミックス接合基板４００の例えば金属回路板１４のチップ半田付け領域などにＮｉめっき、Ａｇめっき、Ａｕめっきなどのめっきを施してもよい。
また、本発明の実施の形態の製造方法では、金属－セラミックス接合基板４００は、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域はセラミックス基板１０の表面が露出しており、セラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２はセラミックス基板１０よりも大きく、セラミックス基板１０の周囲に金属ベース板１２の周縁部２２を形成してもよい。
セラミックス基板１０の他方の面に接合している領域の（起立成形後の放熱フィンを除く）金属ベース板１２の厚さを金属回路板１４の厚さ以下とすることが好ましく、金属－セラミックス接合基板４００の反りを良好に抑制することができる。
また、（金属回路板１４側の表面の）金属ベース板１２の周縁部２２（外周部の領域）の高さをセラミックス基板１０の他方の面の高さ以上、金属回路板１４の表面の高さ以下とすることが好ましい。
金属ベース板１２および金属回路板１４は、前述の通り、金属の溶湯をセラミックス基板１０に接触させ、冷却して凝固させて接合する溶湯接合法により直接接合していることが好ましい。
また、ろう材を介してベース板用金属板（金属ベース板１２）および回路用金属板（金属回路板１４）を接合してもよい。
溶湯接合法またはろう接法よる接合は、金属をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましく、電気伝導性、放熱性、信頼性に優れた金属－セラミックス接合基板とすることができる。
溶湯接合法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金とセラミックス基板とを直接接合するには、前記鋳型を加熱炉に挿入し、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で加熱しておき、（図示しない）溶解炉で溶融させたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を鋳型に注湯する際、注湯される金属溶湯は溶湯表面の酸化皮膜が除去された状態のものであることが望ましい。ここで、酸化皮膜の除去処理としては、例えば、金属溶湯を極小ノズルを通過させることにより、溶湯表面の酸化皮膜を除去しながら注湯する手法が有効である。
ベース板用金属板形成部５０４ａと回路用金属板形成部５０２ｃへの溶湯供給は、鋳型の注湯口や溶湯通路を別々に設けることにより、例えば金属回路板を（純）アルミニウムとし、金属ベース板をアルミニウム合金とするなど、目的に応じて組成や特性を設定することができる。アルミニウム合金の使用する場合は、前述の合金組成であることが好ましい。
また、セラミックス基板１０の基板支持部５０２ｂにセラミックス基板１０を配置する際、セラミックス基板１０の側面と基板支持部５０２ｂとの間には所定の隙間を設け、セラミックス基板１０を容易にセラミックス基板収容部５０２ｅに配置できるようにするとともに、金属－セラミックス接合体（さらには金属－セラミックス接合基板４００）のベース用金属板（金属ベース板１２）の表面のセラミックス基板１０の位置が所定の範囲に収まるように設計するのが好ましい。この隙間は例えば０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１～０．３ｍｍとしてもよい。
以下、本発明による金属－セラミックス接合基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
セラミックス基板として、長さ６９ｍｍ×幅６７ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍの矩形の窒化ケイ素基板（ＳｉＮ基板）からなるセラミックス基板を用意した。
次いで、図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材と同様の下側鋳型部材の基板支持部上のセラミックス基板収容部に前記セラミックス基板を配置した後、図３Ａ～図３Ｃに示される上側鋳型部材を下側鋳型部材に被せ、図４Ａ～図４Ｃに示される鋳型を構成した。
鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、０．０４質量％のＴｉ（チタン）と０．００８質量％のＢ（ボロン）と残部Ａｌ（アルミニウム）からなるアルミニウム合金を７２０℃に加熱して金属溶湯を得、その表面の酸化膜を取り除きながら（図示しない）注湯口、溶湯通路から鋳型内に注湯（給湯）し、その後、注湯口から窒素ガスにより１６ｋＰａの圧力で溶湯を加圧しながら、鋳型を冷却して溶湯を凝固させる溶湯接合法により、セラミックス基板の一方の面に回路用金属板を接合し、他方の面にベース板用金属板の一方の面を接合して金属－セラミックス接合体を得た。なお、金属ベース板の他方の面にはフィン加工用凸部が形成されている。
次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出し、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの不要部分を切断した。次いで、回路用金属板およびベース板用金属板の表面を３％の水酸化ナトリウム水溶液でスプレー洗浄し、硫酸で酸洗後、水洗した。
得られた中間製品である図５Ａ～図５Ｅと同様の形状の金属－セラミックス接合体のベース板用金属板のサイズは長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が９．６ｍｍ（セラミックス基板の一方の面に回路用金属板が形成され、他方の面にフィン加工用凸部のベース板用金属板が形成されている最も厚い部分）である。回路用金属板の厚さは４．８８ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板のフィン加工用凸部を含めた厚さは４．４ｍｍ（フィン加工用凸部のみの厚さは３．３ｍｍ）、それ以外のベース板用金属板の厚さは１．１ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分のベース板用金属板の周縁部の厚さは３．２ｍｍ（ただし図５Ａ～図５Ｅに示すように一部はフィン加工用凸部が形成されており、その部分の厚さは６．５ｍｍ）であり、貫通孔の直径は６ｍｍである。なお、フィン加工用凸部は、セラミックス基板の一方の面に形成されている回路用金属板の領域の、セラミックス基板を挟んで他方の面（反対側の面）の領域に形成されている（実施例１において図５に示されるようにフィン加工用凸部の領域は回路用金属板の領域よりも大きい）。
この金属－セラミックス接合体は、セラミックス基板の一方の面に（４つの）回路用金属板が直接接合され、セラミックス基板の一方の面において回路用金属板の接合領域を除く領域は、セラミックス基板の表面が露出している（アルミニウムが接合していない）状態であり、セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、セラミックス基板より大きいベース板用金属板が、セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合されている。なお、セラミックス基板はベース板用金属板の中央部に形成されている。
セラミックス基板の周囲（外周部）のベース板用金属板の表面には、底部より開口部が大きい形状の、セラミックス基板の一方の表面より深さ０．３ｍｍであり、幅２ｍｍの凹部（溝部）がセラミックス基板の周囲（全周）にわたって形成されている。
なお、セラミックス基板の側面には、金属ベース板と一体のセラミックス幅が０．２ｍｍの基板側面接合部が直接接合され、セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部が金属ベース板の表面の周縁部との間に形成されている。
この金属－セラミックス接合体の前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を測定したところ、０．４７ｍｍであった。
平坦度の測定は、３Ｄ形状測定機（３Ｄワンショット３Ｄ形状測定機 ＶＲ－５０００、株式会社キーエンス社製）を用いて（白色干渉法で）前記フィン加工用凸部の領域（放熱フィンの被加工領域）の高さを測定し、その領域の最大高さと最小高さの差を平坦度とした。
次いで、前記貫通孔を用いて金属－セラミックス接合体をマシニングセンタ（自動工具交換装置を有するＮＣ工作機械）に固定し、回路用金属板の表面およびベース板用金属板の表面（上面、フィン形成用凸部が形成されている面とは反対側の面）を同時に切削した。
切削後のベース板用金属板のサイズは、長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が６．３ｍｍである。回路用金属板の厚さは１．５８ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板のフィン加工用凸部を含めた厚さは４．４ｍｍ、それ以外のベース板用金属板の厚さは１．１ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分のベース板用金属板の厚さは３．０ｍｍ（ただしフィン加工用凸部が形成されている部分の厚さは６．３ｍｍ）であり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
すなわち、回路用金属板の表面を３．３ｍｍ研削すると同時に、ベース板用金属板の表面を０．２ｍｍ研削し、回路用金属板の表面とベース板用金属板の表面を同じ高さにした。
ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部およびそれ以外の部分の表面のビッカース硬さＨＶは１５であり、平均結晶粒径は０．５ｍｍであった。なお、ビッカース硬さはＪＩＳ Ｚ２２４４にしたがって測定し、平均結晶粒径はＪＩＳ Ｈ５０１の切断法により測定した。
次いで、フィン加工用凸部の表面を、マシニングセンタを用いて切削した。切削後のフィン加工用凸部の表面の平坦度を上記の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
そして、起立成形機（プレス機）により、フィン加工用凸部に前述の起立成形加工を実施して多数の放熱フィンを形成した。
放熱フィンの起立成形後のベース板用金属板のサイズは、長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が１１ｍｍ（放熱フィンの高さも含む）である。回路用金属板の厚さは１．５８ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板から起立した放熱フィンの高さは７．９ｍｍ、フィン台（ベース板用金属板の放熱フィンの下部の放熱フィンが形成されていない部分であって周囲のベース板に対して凸となっている部分の高さ（図１Ｂ、図１Ｅにおいて「フィン台２６」として示す。））の高さは０．１ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．３ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外のベース板用金属板の厚さは１．１ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分のベース板用金属板の厚さは３．０ｍｍであり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
次いで、マシニングセンタによりベース板用金属板の他方の面の放熱フィン形成部の周囲の不要部を切削により除去して（不要な一部の放熱フィンも切削）、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の金属ベース板のサイズは長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が１１ｍｍである。金属回路板の厚さは１．５８ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成された金属ベース板の放熱フィンの高さは７．９ｍｍ、フィン台の高さは０．２ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．３ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは１．０ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の厚さは２．９ｍｍであり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
すなわち、金属ベース板の放熱フィン形成部の周囲の不要部を、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の厚さを基準として０．１ｍｍ切削した。
このようにして、放熱フィンが金属ベース板と一体となっている金属－セラミックス接合基板を得た。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
さらに、金属－セラミックス接合基板の金属回路板のチップ半田つけする領域に部分的に厚さ５μｍの電気Ｎｉめっきを施し評価用サンプルとした。
（実施例２）
０．１質量％のＴｉと０．０２質量％のＢと残部Ａｌからなるアルミニウム合金の溶湯を使用した以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．５１ｍｍであった。
また、マシニングセンタを用いて切削後（放熱フィンの起立成形前）のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
また、実施例１と同様に金属－セラミックス接合体のビッカース硬さおよび平均結晶粒径を測定したところ、金属ベース板のビッカース硬さＨＶは１６、平均結晶粒径は０．１ｍｍであった。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
（実施例３）
セラミックス基板として、長さ６９ｍｍ×幅６７ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの矩形の窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）からなるセラミックス基板を用意した以外は、実施例１と同様の方法により、金属－セラミックス接合体を得た。
得られた中間製品である図５Ａ～図５Ｅと同様の形状の金属－セラミックス接合体の金属ベース板のサイズは長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が９．６ｍｍである。金属回路板の厚さは４．５ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成された金属ベース板のフィン加工用凸部を含めた厚さは４．１ｍｍ（フィン加工用凸部のみの厚さは３．３ｍｍ）、それ以外の金属ベース板の厚さは０．８ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の周縁部の厚さは３．２ｍｍ（ただし図５Ａ～図５Ｅに示すように一部はフィン加工用凸部が形成されており、その部分の厚さは６．５ｍｍ）であり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．３７ｍｍであった。
次いで、実施例１と同様の方法で金属回路板および金属ベース板の表面を同時に切削した。
切削後の金属ベース板のサイズは、長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が６．３ｍｍである。金属回路板の厚さは１．２ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成された金属ベース板のフィン加工用凸部を含めた厚さは４．１ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは０．８ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の厚さは３．０ｍｍ（ただしフィン加工用凸部が形成されている部分の厚さは６．３ｍｍ）であり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
すなわち、金属回路板の表面を３．３ｍｍ研削すると同時に、金属ベース板の表面を０．２ｍｍ研削し、金属回路板の表面と金属ベース板の表面を同じ高さにした。
実施例１と同様の方法でビッカース硬さと平均結晶粒径を測定した結果、金属ベース板の他方の面の（フィン形成用凸部およびそれ以外の部分）のビッカース硬さＨＶは１５であり、平均結晶粒径は０．５ｍｍであった。
次いで、フィン加工用凸部の表面を、実施例１と同様の方法でマシニングセンタを用いて切削した。切削後のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
次いで、実施例１と同様の方法で放熱フィンの起立成形加工を実施した。
放熱フィンの起立成形後の金属ベース板のサイズは、長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が１１ｍｍ（放熱フィンの高さも含む）である。金属回路板の厚さは１．２ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成された金属ベース板から起立した放熱フィンの高さは７．９ｍｍ、フィン台の高さは０．１ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．３ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは０．８ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の周縁部の厚さは３．０ｍｍであり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
次いで、実施例１と同様にマシニングセンタにより金属ベース板の他方の面の放熱フィン形成部の周囲の不要部を切削により除去した（不要な一部の放熱フィンも切削）。
切削後の金属ベース板のサイズは長さ１００ｍｍ×幅９０ｍｍであり、全厚が１１ｍｍである。金属回路板の厚さは１．２ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成された金属ベース板の放熱フィンの高さは７．９ｍｍ、フィン台の高さは０．２ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．３ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは０．７ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の周縁部の厚さは２．９ｍｍであり、貫通孔の直径は６ｍｍである。
すなわち、金属ベース板の放熱フィン形成部の周囲の不要部を、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベー板の厚さを基準として０．１ｍｍ切削した。
このようにして、放熱フィンが金属ベース板と一体となっている金属－セラミックス接合基板を得た。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
さらに、実施例１と同様に電気Ｎｉめっきを施し評価用サンプルとした。
（実施例４）
０．１質量％のＴｉと０．０２質量％のＢと残部Ａｌからなるアルミニウム合金の溶湯を使用した以外は実施例３と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．４１ｍｍであった。
また、マシニングセンタを用いて切削後（放熱フィンの起立成形前）のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
また、実施例１と同様に金属－セラミックス接合体のビッカース硬さおよび平均結晶粒径を測定したところ、金属ベース板のビッカース硬さＨＶは１６、平均結晶粒径は０．１ｍｍであった。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
（実施例５）
９９．９質量％以上のＡｌを含む純アルミニウムの溶湯を使用し、前記鋳型の内部に結晶粒微細化剤としてＴｉＡｌ３の粉末を塗布した以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．５ｍｍであった。
また、マシニングセンタを用いて切削後（放熱フィンの起立成形前）のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
また、実施例１と同様に金属－セラミックス接合体のビッカース硬さおよび平均結晶粒径を測定したところ、金属ベース板のビッカース硬さＨＶは１５、平均結晶粒径は５ｍｍであった。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
（実施例６）
９９．９質量％以上のＡｌを含む純アルミニウムの溶湯を使用し、前記鋳型の内部に結晶粒微細化剤としてＴｉＡｌ３の粉末を塗布した以外は実施例３と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．５ｍｍであった。
また、マシニングセンタを用いて切削後（放熱フィンの起立成形前）のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
また、実施例１と同様に金属－セラミックス接合体のビッカース硬さおよび平均結晶粒径を測定したところ、金属ベース板のビッカース硬さＨＶは１５、平均結晶粒径は５ｍｍであった。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
（実施例７）
９９．９質量％以上のＡｌを含む純アルミニウムの溶湯を使用した以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
硫酸で酸洗後、水洗した後の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面のフィン加工用凸部の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、０．８ｍｍであった。
また、マシニングセンタを用いて切削後（放熱フィンの起立成形前）のフィン加工用凸部の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．０２ｍｍであった。
また、実施例１と同様に金属－セラミックス接合体のビッカース硬さおよび平均結晶粒径を測定したところ、金属ベース板のビッカース硬さＨＶは１５、平均結晶粒径は１５ｍｍであった。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
（実施例８）
セラミックス基板として、長さ１２０ｍｍ×幅９２ｍｍ×厚さ０．３２ｍｍの矩形の窒化ケイ素基板（ＳｉＮ基板）からなるセラミックス基板を用意した。
次いで、図７に示す下側鋳型部材と同様の下側鋳型部材の基板支持部上のセラミックス基板収容部に前記セラミックス基板を配置した後、上側鋳型部材を下側鋳型部材に被せ、図７に示される鋳型を構成した以外は、実施例５と同様の製造方法により中間製品である金属－セラミックス接合体を得た。
次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出し、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの不要部分を切断した。次いで、回路用金属板およびベース板用金属板の表面を３％の水酸化ナトリウム水溶液でスプレー洗浄し、硫酸で酸洗後、水洗した。
この中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面の放熱フィンの被加工領域の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、１．４ｍｍであった。
得られた中間製品である金属－セラミックス接合体の金属ベース板のサイズは長さ１４０ｍｍ×幅１００ｍｍであり、全厚が５．０４ｍｍ（セラミックス基板の一方の面に回路用金属板が形成され、他方の面にベース板用金属板が形成されている最も厚い部分）である。回路用金属板の厚さは０．４ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板の厚さは４．０ｍｍ（それ以外の金属ベース板の厚さも４．０ｍｍ）であり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の周縁部の厚さは４．０ｍｍである。
この金属－セラミックス接合体は、セラミックス基板の一方の面に（４つの）回路用金属板が直接接合され、セラミックス基板の一方の面において回路用金属板の接合領域を除く領域は、セラミックス基板の表面が露出している（アルミニウムが接合していない）状態であり、セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、セラミックス基板より大きいベース板用金属板が、セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合されている。なお、セラミックス基板はベース板用金属板の中央部に形成されている。
次いで、金属－セラミックス接合体をマシニングセンタに固定し、ベース板用金属板の４隅にそれぞれ１個の直径４ｍｍの貫通孔を形成した。
ベース板用金属板の他方の面の表面のビッカース硬さＨＶは１５であり、平均結晶粒径は５ｍｍであった。
次いで、金属－セラミックス接合体の上下に平らな板を設置して、プレス機によりプレス加工（押圧）することにより、金属－セラミックス接合体の反りを矯正した。
反り矯正後（放熱フィンの起立成形前）の放熱フィンの被加工領域の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．２ｍｍであった。
次いで起立成形機（プレス機）により、放熱フィン形成用凸部に起立成形加工を実施して多数の放熱フィンを形成した。
放熱フィンの起立成形後の金属ベース板のサイズは、長さ１４０ｍｍ×幅１００ｍｍであり、全厚が１３ｍｍ（放熱フィンの高さも含む）である。回路用金属板の厚さは０．４ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板から起立した放熱フィンの高さは１１ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．５ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは４．０ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の厚さは４．０ｍｍであり、貫通孔の直径は４ｍｍである。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
さらに、金属－セラミックス接合基板の金属回路板のチップ半田つけする領域に部分的に厚さ５μｍの電気Ｎｉめっきを施し評価用サンプルとした。
（実施例９）
セラミックス基板として、長さ１２０ｍｍ×幅９２ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの矩形の窒化アルミニウム（ＡｌＮ基板）からなるセラミックス基板を用意した以外は実施例８と同様の製造方法により中間製品である金属－セラミックス接合体を得た。
次いで、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの不要部分を切断した。次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出し、回路用金属板およびベース板用金属板の表面を３％の水酸化ナトリウム水溶液でスプレー洗浄し、硫酸で酸洗後、水洗した。
この中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面の放熱フィンの被加工領域の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、１．１ｍｍであった。
得られた中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板のサイズは長さ１４０ｍｍ×幅１００ｍｍであり、全厚が５．０４ｍｍ（セラミックス基板の一方の面に回路用金属板が形成され、他方の面にベース板用金属板が形成されている最も厚い部分）である。回路用金属板の厚さは０．４ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板の厚さは４．０ｍｍ（それ以外のベース板用金属板の厚さも４．０ｍｍ）であり、セラミックス基板に接合されていない部分のベース板用金属板の厚さは４．０ｍｍである。
この金属－セラミックス接合体は、セラミックス基板の一方の面に（４つの）回路用金属板が直接接合され、セラミックス基板の一方の面において回路用金属板の接合領域を除く領域は、セラミックス基板の表面が露出している（アルミニウムが接合していない）状態であり、セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、セラミックス基板より大きいベース板用金属板が、セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合されている。なお、セラミックス基板はベース板用金属板の中央部に形成されている。
次いで、金属－セラミックス接合体をマシニングセンタに固定し、ベース板用金属板の４隅にそれぞれ１個の直径４ｍｍの貫通孔を形成した。
ベース板用金属板のビッカース硬さＨＶは１５であり、平均結晶粒径は５ｍｍであった。
次いで、金属－セラミックス接合体の上下に平らな板を設置して、プレス機によりプレス加工（押圧）することにより、金属－セラミックス接合体の反りを矯正した。
反り矯正後（放熱フィンの起立成形前）の放熱フィンの被加工領域の表面の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ０．２ｍｍであった。
次いで起立成形機（プレス機）により、放熱フィン形成用凸部に起立成形加工を実施して多数の放熱フィンを形成した。
放熱フィンの起立成形後の金属ベース板のサイズは、長さ１４０ｍｍ×幅１００ｍｍであり、全厚が１３ｍｍ（放熱フィンの高さも含む）である。回路用金属板の厚さは０．４ｍｍ、セラミック基板の他方の面に形成されたベース板用金属板から起立した放熱フィンの高さは１１ｍｍ、放熱フィンの幅が７０ｍｍ、放熱フィンの（底部の）厚さが０．５ｍｍ、隣接する放熱フィンの底部の間隔が０．５ｍｍ、それ以外の金属ベース板の厚さは４．０ｍｍであり、セラミックス基板に接合されていない部分の金属ベース板の厚さは４．０ｍｍであり、貫通孔の直径は４ｍｍである。
なお、放熱フィン起立成形加工前の中間製品である金属－セラミックス接合体のベース板用金属板の他方の面の前記ビッカース硬さおよび前記平均結晶粒径と、金属－セラミックス接合基板の金属ベース板の他方の面の周縁部のビッカース硬さおよび平均結晶粒径は変化がなく同じである。
さらに、金属－セラミックス接合基板の金属回路板のチップ半田つけする領域に部分的に実施例８と同様に電気Ｎｉめっきを施し評価用サンプルとした。
（比較例１）
前記プレス機による金属－セラミックス接合体の反りを矯正を行わなかった以外は、実施例８と同様の方法で、金属－セラミックス接合基板を作製した。
放熱フィンの起立成形前の中間製品である金属－セラミックス接合体の、前記ベース板用金属板の他方の面の放熱フィンの被加工領域の平坦度を実施例１と同様の方法で測定したところ、１．４ｍｍであった。
＜評価および結果＞
実施例および比較例の金属－セラミックス接合基板の放熱フィンの形状（変形量）について評価した。
（放熱フィンの高さの最大値と最小値の差）
複数の放熱フィンにおいて、最も高い放熱フィンの高さと最も低い放熱フィンの高さの差を算出した。
その結果、実施例１、３は０．６ｍｍで高さの差が小さく優れており、実施例２、４は０．２ｍｍで特に小さく優れていることがわかった。また、実施例５、６はが２．５ｍｍであり、実施例７～９は３．０ｍｍであり良好であった。
また、比較例１は最も高い放熱フィンの高さと最も低い放熱フィンの高さの差が５ｍｍ以上であり高さの差が非常に大きく金属－セラミックス接合基板として使用できないレベルである。
本発明は金属－セラミックス接合基板に適用できる。
１０： セラミックス基板
１２： 金属ベース板
１４： 金属回路板
１６： 凹部
１８： 貫通孔
２０： セラミックス基板側面接合部
２２： 周縁部
２４： 放熱フィン
２５： フィン加工用凸部
２６： フィン台
１００、４００ 金属－セラミックス接合基板
２００、５００ 鋳型
２０２、５０２ 下側鋳型部材
２０４、５０４ 上側鋳型部材
２０２ａ ベース板用金属板形成部
２０２ｂ、５０２ｂ 基板支持部
２０２ｃ、５０２ｃ 回路用金属板形成部
２０２ｄ 貫通孔形成部
２０２ｅ、５０２ｅ セラミックス基板収容部
２０４ａ、５０４ａ ベース板用金属板形成部
２０４ｂ フィン加工用凸部形成部
３００ 金属－セラミックス接合体（中間製品）
３１２ ベース板用金属板
３１４ 回路用金属板
３２２ 周縁部（起立加工前）

Claims (14)

  1. セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が接合され、
    前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合され、
    前記金属ベース板の他方の面から突出して所定の間隔で起立成形された複数の板状の放熱フィンを備え、
    前記金属回路板の厚さに対し前記金属ベース板の厚さが１．５倍以上であることを特徴とする、
    金属－セラミックス接合基板。
  2. 前記金属ベース板の厚さが２．０ｍｍ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。
  3. 前記金属ベース板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であ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。
  4. 前記金属回路板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、
    請求項１～３のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。
  5. 前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差が３．０ｍｍ以下であることを特徴とする、
    請求項１～４のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。
  6. 前記金属ベース板の平均結晶粒径が２０ｍｍ以下であることを特徴とする、
    請求項１～５のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。
  7. セラミックス基板の一方の面に回路用金属板の一方の面を接合し、
    セラミックス基板の他方の面にベース板用金属板の一方の面を接合して、
    中間製品である金属－セラミックス接合体を作製し、
    前記ベース板用金属板の他方の面において放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とし、
    前記放熱フィンの被加工領域に起立成形を施し複数の板状の放熱フィンを形成することを特徴とする、
    請求項１～６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。
  8. 前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの０．７～１．３倍の厚さを有する前記ベース板用金属板の一方の面を接合し前記金属－セラミックス接合体を作製することにより、
    前記放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とすることを特徴とする、
    請求項７に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。
  9. 前記金属－セラミックス接合体の前記回路用金属板の他方の面を切削して所定の厚さの金属回路板を形成することを特徴とする、
    請求項８に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。
  10. 前記セラミックス基板の他方の面に前記回路用金属板の厚さの１．５倍以上の厚さを有する前記ベース板用金属板の一方の面を接合して、
    前記中間製品である前記金属－セラミックス接合体を作製し、
    前記金属－セラミックス接合体に反り矯正加工を施して、
    前記放熱フィンの被加工領域の平坦度を１．０ｍｍ以下とすることを特徴とする、
    請求項７に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。
  11. 前記ベース板用金属板の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることを特徴とする、
    請求項７～１０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。
  12. 前記回路用金属板の材質をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることを特徴とする、
    請求項７～１１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。
  13. 前記複数の放熱フィンの高さの最大値と最小値の差を３．０ｍｍ以下とすることを特徴とする、
    請求項７～１２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。
  14. 前記ベース板用金属板の平均結晶粒径を２０ｍｍ以下とすることを特徴とする、
    請求項７～１３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。

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