JP6799392B2 - Metal-ceramic bonded substrate and its manufacturing method - Google Patents

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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、金属部材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。 The present invention relates to a metal-ceramic bonded substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to a metal-ceramic bonded substrate in which a metal member is bonded to the ceramic substrate and a method for manufacturing the same.

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。 In conventional power modules used to control large currents in electric vehicles, trains, machine tools, etc., a metal-ceramic insulation substrate is soldered to one side of a metal plate or composite material called the base plate. At the same time, the semiconductor chip is fixed on this metal-ceramics insulating substrate by soldering, and metal heat dissipation fins and cooling jackets are attached to the other surface (back surface) of the base plate by screwing via heat conductive grease. Has been done.

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。 Since the base plate and the semiconductor chip are soldered to the metal-ceramic insulating substrate by heating, the base plate is likely to warp due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the joining members during soldering. In addition, the heat generated from the semiconductor chip is released to the air and cooling water by the heat radiation fins and cooling jacket via the metal-ceramics insulating substrate, solder, and base plate, so that the base plate warps during soldering. , The clearance when the heat dissipation fins and the cooling jacket are attached to the base plate becomes large, and the heat dissipation is extremely lowered.

このような問題を解消して、金属−セラミックス絶縁基板の信頼性を高めるため、降伏応力が非常に低いアルミニウムをベース板に使用した金属−セラミックス回路基板、例えば、耐力が320MPa以下であり且つ厚さが1mm以上の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を溶湯法によってセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス回路基板が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such a problem and improve the reliability of the metal-ceramic insulating substrate, a metal-ceramic circuit board using aluminum having a very low yield stress as the base plate, for example, has a proof stress of 320 MPa or less and a thickness. A metal-ceramics circuit board in which a base plate made of aluminum or an aluminum alloy having a thickness of 1 mm or more is directly bonded to a ceramics substrate by a molten metal method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−76551号公報(段落番号0015−0017)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-76551 (paragraph No. 0015-0017)

しかし、アルミニウムの降伏応力を小さくするためにはアルミニウムの純度を高くする必要があるが、溶湯法ではアルミニウムの結晶粒径を制御し難く、10mm以上の大きな結晶粒径しか得ることができない。このように結晶粒径が大きいと、結晶粒度分布にばらつきが起こり、半導体チップなどを半田付けする際などの加熱によるアルミニウムベース板の反りにばらつきがある。 However, although it is necessary to increase the purity of aluminum in order to reduce the yield stress of aluminum, it is difficult to control the crystal grain size of aluminum by the molten metal method, and only a large crystal grain size of 10 mm or more can be obtained. When the crystal particle size is large as described above, the crystal particle size distribution varies, and the warp of the aluminum base plate due to heating such as when soldering a semiconductor chip or the like varies.

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、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がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス接合基板において、半導体チップなどを半田付けする際などの加熱によるベース板の反りのばらつきを抑制することができる、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。 Therefore, in view of such conventional problems, the present invention is subjected to heating such as when soldering a semiconductor chip or the like in a metal-ceramic bonded substrate in which a base plate made of aluminum or an aluminum alloy is directly bonded to a ceramic substrate. An object of the present invention is to provide a metal-ceramic bonded substrate and a method for manufacturing the same, which can suppress variations in warpage of the base plate.

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、鋳型内にセラミックス基板を配置し、このセラミックス基板の両面の所定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注湯した後に溶湯を冷却して固化させることにより、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をセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の全面に形成してセラミックス基板に直接接合させるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板をベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に形成してセラミックス基板に直接接合させることによって、半導体チップなどを半田付けする際などの加熱によるベース板の反りのばらつきを抑制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 placed a ceramic substrate in a mold and poured a molten aluminum or aluminum alloy so as to contact predetermined portions on both sides of the ceramic substrate. After that, the molten metal is cooled and solidified to form a base plate made of aluminum or an aluminum alloy on the peripheral edge and the side surface of one surface of the ceramic substrate and the entire surface of the other surface, and is directly bonded to the ceramic substrate. A metal plate for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy is formed on one surface of a ceramics substrate separated from the base plate and directly bonded to the ceramics substrate, so that the base is heated when soldering a semiconductor chip or the like. We have found that it is possible to suppress variations in the warp of a plate, and have completed the present invention.

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、鋳型内にセラミックス基板を配置し、このセラミックス基板の両面の所定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注湯した後に溶湯を冷却して固化させることにより、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をセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の全面に形成してセラミックス基板に直接接合させるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板をベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に形成してセラミックス基板に直接接合させることを特徴とする。 That is, in the method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, a ceramic substrate is placed in a mold, and a molten metal of aluminum or an aluminum alloy is poured so as to come into contact with predetermined portions on both sides of the ceramic substrate, and then the molten metal is melted. By cooling and solidifying, a base plate made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the peripheral edge and the side surface of one surface and the entire surface of the other surface of the ceramic substrate and directly bonded to the ceramic substrate, and aluminum or aluminum. It is characterized in that a metal plate for a circuit pattern made of an alloy is formed on one surface of a ceramic substrate separated from a base plate and directly bonded to the ceramic substrate.

この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、鋳型内にセラミックス基板を配置する際に、鋳型内にセラミックス基板と強化部材とを互いに離間して配置し、溶湯を注湯する際に、鋳型内の強化部材の全面に溶湯を接触させ、ベース板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、鋳型内の強化部材がベース板に取り囲まれるように強化部材をベース板に直接接合させてもよい。この場合、強化部材は、ベース板の材料より融点が高い金属またはセラミックス材料からなるのが好ましい。また、鋳型が上側鋳型部材と下側鋳型部材とからなり、強化部材の端部が上側鋳型部材と下側部材に挟持されて強化部材が鋳型に支持され、下側鋳型部材の底面から突出して形成された複数の基板支持部にセラミックス基板の端部の底面および側面が当接して支持され、複数の基板支持部の少なくとも一つのセラミックス基板の端部の側面に当接する部分の上面が、複数の基板支持部に支持されたセラミックス基板の上面より高くなっているのが好ましい。 In this method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate, when the ceramic substrate is arranged in the mold, the ceramic substrate and the reinforcing member are arranged apart from each other in the mold, and when the molten metal is poured, the inside of the mold is formed. When the molten metal is brought into contact with the entire surface of the reinforcing member to form a base plate and directly bonded to the ceramic substrate, the reinforcing member may be directly bonded to the base plate so that the reinforcing member in the mold is surrounded by the base plate. .. In this case, the reinforcing member is preferably made of a metal or ceramic material having a melting point higher than that of the base plate material. Further, the mold is composed of an upper mold member and a lower mold member, an end portion of the reinforcing member is sandwiched between the upper mold member and the lower member, the reinforcing member is supported by the mold, and protrudes from the bottom surface of the lower mold member. The bottom surface and the side surface of the end portion of the ceramic substrate are in contact with the formed plurality of substrate support portions to be supported, and the upper surface of the portion of the plurality of substrate support portions that is in contact with the side surface of the end portion of the ceramic substrate is plurality. It is preferable that the height is higher than the upper surface of the ceramic substrate supported by the substrate support portion of the above.

また、鋳型内にセラミックス基板を配置する際に、鋳型内にセラミックス基板と電子部品とを互いに離間して配置し、溶湯を注湯する際に、電子部品の一方の面に溶湯を接触させ、回路パターン用金属板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、回路パターン用金属板に電子部品を直接接合させてもよい。また、ベース板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、ベース板の回路パターン用金属板と反対側の面に、互いに略平行に且つ一定の間隔で離間して配置された複数の板状フィンをベース板と一体に形成してもよい。あるいは、ベース板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、ベース板の回路パターン用金属板と反対側の面に、互いに離間して突出する多数の柱状突起部をベース板と一体に形成してもよい。また、ベース板および回路パターン用金属板をセラミックス基板に直接接合させた後、回路パターン用金属板の不要部分をエッチングにより除去して所望の回路パターンを形成することができる。 Further, when the ceramic substrate is arranged in the mold, the ceramic substrate and the electronic component are arranged apart from each other in the mold, and when the molten metal is poured, the molten metal is brought into contact with one surface of the electronic component. When the circuit pattern metal plate is formed and directly bonded to the ceramic substrate, the electronic component may be directly bonded to the circuit pattern metal plate. Further, when the base plate is formed and directly bonded to the ceramic substrate, a plurality of plates arranged substantially parallel to each other and separated from each other at regular intervals on the surface of the base plate opposite to the metal plate for the circuit pattern. The shaped fins may be formed integrally with the base plate. Alternatively, when the base plate is formed and directly bonded to the ceramic substrate, a large number of columnar protrusions protruding apart from each other are integrally formed with the base plate on the surface of the base plate opposite to the circuit pattern metal plate. You may. Further, after the base plate and the circuit pattern metal plate are directly bonded to the ceramic substrate, unnecessary portions of the circuit pattern metal plate can be removed by etching to form a desired circuit pattern.

また、本発明による金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の全面に直接接合した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と、このベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板とを備えたことを特徴とする。 Further, the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention includes a ceramic substrate, a base plate made of aluminum or an aluminum alloy directly bonded to the peripheral edge and the side surface of one surface of the ceramic substrate and the entire surface of the other surface, and the base. It is characterized by including a metal plate for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy, which is separated from the plate and directly bonded to one surface of a ceramic substrate.

この金属−セラミックス接合基板において、ベース板の内部に、板状の強化部材が、セラミックス基板から離間して且つセラミックス基板と略平行に配置して、ベース板に直接接合してもよい。この場合、強化部材は、ベース板の材料より融点が高い金属またはセラミックス材料からなるのが好ましい。また、回路パターン用金属板のセラミックス基板と反対側の面に、電子部品が直接接合してもよい。また、ベース板のセラミックス基板と反対側の面に、複数の板状フィンを、互いに略平行に且つ一定の間隔で離間して配置して、ベース板と一体に形成してもよい。さらに、ベース板のセラミックス基板と反対側の面に、互いに離間して突出する多数の柱状突起部を、ベース板と一体に形成してもよい。また、ベース板のセラミックス基板の側面に隣接した部分に、セラミックス基板の厚さより深い凹部を形成してもよい。 In this metal-ceramics bonded substrate, a plate-shaped reinforcing member may be arranged inside the base plate at a distance from the ceramics substrate and substantially parallel to the ceramics substrate, and directly bonded to the base plate. In this case, the reinforcing member is preferably made of a metal or ceramic material having a melting point higher than that of the base plate material. Further, the electronic component may be directly bonded to the surface of the metal plate for the circuit pattern opposite to the ceramic substrate. Further, a plurality of plate-shaped fins may be arranged substantially parallel to each other and separated from each other at regular intervals on the surface of the base plate opposite to the ceramic substrate to be integrally formed with the base plate. Further, a large number of columnar protrusions protruding apart from each other may be formed integrally with the base plate on the surface of the base plate opposite to the ceramic substrate. Further, a recess deeper than the thickness of the ceramic substrate may be formed in a portion of the base plate adjacent to the side surface of the ceramic substrate.

本発明によれば、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がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス接合基板において、半導体チップなどを半田付けする際などの加熱によるベース板の反りのばらつきを抑制することができる。 According to the present invention, in a metal-ceramic bonded substrate in which a base plate made of aluminum or an aluminum alloy is directly bonded to a ceramic substrate, it is possible to suppress variations in warpage of the base plate due to heating such as when soldering a semiconductor chip or the like. Can be done.

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平面図である。It is a top view which shows the 1st Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図1Aの金属−セラミックス接合基板の側面図である。It is a side view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 1A. 図1Aの金属−セラミックス接合基板のIC−IC線断面図である。It is an IC-IC line sectional view of the metal-ceramics bonding substrate of FIG. 1A. 図1A〜図1Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型内にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which arranged the ceramics substrate in the mold used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate shown in FIGS. 1A to 1C. 図2の鋳型の下側鋳型部材の平面図である。It is a top view of the lower mold member of the mold of FIG. 図3Aの下側鋳型部材のIIIB−IIIB線断面図である。FIG. 3A is a sectional view taken along line IIIB-IIIB of the lower mold member of FIG. 3A. 図3Aの下側鋳型部材のIIIC−IIIC線断面図である。FIG. 3A is a sectional view taken along line IIIC-IIIC of the lower mold member of FIG. 3A. 図3Aの下側鋳型部材のIIID−IIID線断面図である。FIG. 3A is a sectional view taken along line IIID-IIID of the lower mold member of FIG. 3A. 図3Aの下側鋳型部材のIIIE−IIIE線断面図である。FIG. 3A is a sectional view taken along line IIIE-IIIE of the lower mold member of FIG. 3A. 図1A〜図1Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型の変形例にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which arranged the ceramics substrate in the modification of the mold used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate shown in FIGS. 1A to 1C. 図4の鋳型の下側鋳型部材を示す平面図である。It is a top view which shows the lower mold member of the mold of FIG. 図5Aの下側鋳型部材のVB−VB線断面図である。It is a VB-VB line sectional view of the lower mold member of FIG. 5A. 図5Aの下側鋳型部材のVC−VC線断面図である。FIG. 5A is a sectional view taken along line VC-VC of the lower mold member of FIG. 5A. 図5Aの下側鋳型部材のVD−VD線断面図である。It is a VD-VD line sectional view of the lower mold member of FIG. 5A. 図5Aの下側鋳型部材のVE−VE線断面図である。It is a VE-VE line sectional view of the lower mold member of FIG. 5A. 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平面図である。It is a top view which shows the 2nd Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図6Aの金属−セラミックス接合基板の側面図である。It is a side view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 6A. 図6Aの金属−セラミックス接合基板のVIC−VIC線断面図である。It is a VIC-VIC line sectional view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 6A. 図6A〜図6Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型内にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a state in which the ceramic substrate is arranged in a mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate shown in FIGS. 6A to 6C. 図7の鋳型の下側鋳型部材の平面図である。It is a top view of the lower mold member of the mold of FIG. 図8Aの下側鋳型部材のVIIIB−VIIIB線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line VIIIB-VIIIB of the lower mold member of FIG. 8A. 図8Aの下側鋳型部材のVIIIC−VIIIC線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line VIIIC-VIIIC of the lower mold member of FIG. 8A. 図8Aの下側鋳型部材のVIIID−VIIID線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line VIIID-VIIID of the lower mold member of FIG. 8A. 図8Aの下側鋳型部材のVIIIE−VIIIE線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line VIIIE-VIIIE of the lower mold member of FIG. 8A. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第3の実施の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図9Aの金属−セラミックス接合基板の側面図である。It is a side view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 9A. 図9Aの金属−セラミックス接合基板のIXC−IXC線断面図である。9A is a sectional view taken along line IXC-IXC of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 9A. 図9A〜図9Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型内にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。9 is a cross-sectional view showing a state in which a ceramic substrate is arranged in a mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate shown in FIGS. 9A to 9C. 図10の鋳型の下側鋳型部材の平面図である。It is a top view of the lower mold member of the mold of FIG. 図11Aの下側鋳型部材のXIB−XIB線断面図である。11A is a cross-sectional view taken along the line XIB-XIB of the lower mold member of FIG. 11A. 図11Aの下側鋳型部材のXIC−XIC線断面図である。11A is a cross-sectional view taken along the line XIC-XIC of the lower mold member of FIG. 11A. 図11Aの下側鋳型部材のXID−XID線断面図である。11A is a cross-sectional view taken along the line XID-XID of the lower mold member of FIG. 11A. 図11Aの下側鋳型部材のXIE−XIE線断面図である。11A is a cross-sectional view taken along the line XIE-XIE of the lower mold member of FIG. 11A. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第4の実施の形態を示す平面図である。It is a top view which shows the 4th Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図12Aの金属−セラミックス接合基板の側面図である。It is a side view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 12A. 図12Aの金属−セラミックス接合基板のXIIC−XIIC線断面図である。12A is a sectional view taken along line XIIC-XIIC of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 12A. 図12A〜図12Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型内にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。12 is a cross-sectional view showing a state in which a ceramic substrate is arranged in a mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate shown in FIGS. 12A to 12C. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第5の実施の形態を裏面側を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the back side of the 5th Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図14Aの金属−セラミックス接合基板の裏面を示す平面図である。It is a top view which shows the back surface of the metal-ceramics bonding substrate of FIG. 14A. 図14Bの金属−セラミックス接合基板のXIVC−XIVC線断面図である。FIG. 14B is a cross-sectional view taken along the line XIVC-XIVC of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 14B. 本発明による金属−セラミックス接合基板の第5の実施の形態の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the 5th Embodiment of the metal-ceramics bonded substrate by this invention. 図15Aの金属−セラミックス接合基板の側面図である。It is a side view of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 15A. 図15Aの金属−セラミックス接合基板のXVC−XVC線断面図である。FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line XVC-XVC of the metal-ceramics bonded substrate of FIG. 15A. 図15A〜図15Cに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型内にセラミックス基板を配置した状態を示す断面図である。15A is a cross-sectional view showing a state in which a ceramic substrate is arranged in a mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate shown in FIGS. 15A to 15C. 図16の鋳型の下側鋳型部材の平面図である。It is a top view of the lower mold member of the mold of FIG. 図17Aの下側鋳型部材のXVIIB−XVIIB線断面図である。FIG. 17A is a cross-sectional view taken along the line XVIIB-XVIIB of the lower mold member of FIG. 17A. 図17Aの下側鋳型部材のXVIIC−XVIIC線断面図である。FIG. 17A is a cross-sectional view taken along the line XVIIC-XVIIC of the lower mold member of FIG. 17A. 図17Aの下側鋳型部材のXVIID−XVIID線断面図である。It is a cross-sectional view of XVIID-XVIID of the lower mold member of FIG. 17A. 図17Aの下側鋳型部材のXVIIE−XVIIE線断面図である。FIG. 17A is a cross-sectional view taken along the line XVIIE-XVIIE of the lower mold member of FIG. 17A.

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詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[第1の実施の形態]
図1A〜図1C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2および図3A〜図3Eは、その金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を示している。
[First Embodiment]
1A to 1C show the first embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, and FIGS. 2 and 3A to 3E show molds used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate. Shown.

図1A〜図1C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)の周縁部と側面および他方の面(裏面)の全面に直接接合した平面形状が略矩形の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12と、セラミックス基板10の一方の面の周縁部に直接接合したベース板12から離間してセラミックス基板10の一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる1以上(図示した実施の形態では2つ)の回路パターン用金属板14とを備えている。 As shown in FIGS. 1A to 1C, in the first embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention, a ceramic substrate 10 having a substantially rectangular planar shape and one surface (circuit pattern side) of the ceramic substrate 10 Directly joined to the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate 10 and the base plate 12 made of aluminum or an aluminum alloy having a substantially rectangular planar shape directly joined to the peripheral edge and the side surface of the ceramic substrate 10 and the entire surface of the other surface (back surface). It is provided with one or more (two in the illustrated embodiment) metal plate 14 for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy directly bonded to one surface of the ceramic substrate 10 away from the bonded base plate 12. ..

本実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図2に示すような鋳型20内にセラミックス基板10を配置し、セラックス基板10の両面のベース板12と回路パターン用金属板14に対応する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製造することができる。 In the metal-ceramic bonding substrate of the present embodiment, the ceramic substrate 10 is arranged in the mold 20 as shown in FIG. 2, and the portions corresponding to the base plates 12 on both sides of the Cerax substrate 10 and the metal plate 14 for the circuit pattern are located. It can be manufactured by pouring a molten metal of aluminum or an aluminum alloy and cooling it so that it comes into contact with each other.

図2に示すように、鋳型20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下側鋳型部材22と上側鋳型部材24とから構成されている。 As shown in FIG. 2, the mold 20 is made of a breathable material (impermeable to molten metal) such as (porous) carbon or porous metal, and the lower mold member 22 and the upper mold having a substantially rectangular planar shape, respectively. It is composed of a member 24.

図2および図3A〜図3Eに示すように、下側鋳型部材22の上面には、ベース板を形成するための凹部(ベース板形成部)22aが形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3A to 3E, a recess (base plate forming portion) 22a for forming a base plate is formed on the upper surface of the lower mold member 22.

このベース板形成部22a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平面形状が略矩形の隆起部22bが形成されている。この隆起部22bの上面の略中央部には、回路パターン用金属板を形成するための1以上(図示した実施の形態では2つ)の凹部(回路パターン用金属板形成部)22cが形成されている。この回路パターン用金属板形成部22cは、隆起部22bを介してベース板形成部22aから離間しており、ベース板12(の回路パターン側の部分)と回路パターン用金属板14との間の絶縁を確保するようになっている。 At the substantially central portion of the bottom surface of the base plate forming portion 22a, a raised portion 22b having a substantially rectangular planar shape is formed which is raised in a substantially vertical direction from the bottom surface. One or more (two in the illustrated embodiment) recesses (circuit pattern metal plate forming portion) 22c for forming the circuit pattern metal plate are formed in the substantially central portion of the upper surface of the raised portion 22b. ing. The circuit pattern metal plate forming portion 22c is separated from the base plate forming portion 22a via a raised portion 22b, and is between the base plate 12 (the portion on the circuit pattern side) and the circuit pattern metal plate 14. It is designed to ensure insulation.

また、ベース板形成部22aの底面には、セラミックス基板10の長手方向両端部を支持する平面形状が略矩形の複数(図示した実施の形態では2対)の基板支持部(長手方向基板支持部)22dと、セラミックス基板10の幅方向両端部を支持する平面形状が略矩形の複数(図示した実施の形態では2対)の基板支持部(幅方向基板支持部)22eが、その底面から略垂直方向に突出して形成されている。これらの基板支持部22dおよび22eは、セラミックス基板10の一方の面(回路パターン側の面)の周縁部と側面に当接してセラミックス基板10を所定の位置で支持するために、それぞれ略L字型の断面を有するように段差が設けられている。これらの基板支持部22dおよび22e上にセラミックス基板10を配置すると、ベース板形成部22aの底面の略中央部に形成された隆起部22bの上面にセラミックス基板10が当接して載置されるようになっている。このようにセラミックス基板10を隆起部22bの上面に載置すると、セラミックス基板10によって回路パターン用金属板形成部22cの開口部が塞がれるとともに、セラミックス基板10の一方の面(回路パターン側の面)の周縁部と側面および他方の面(裏面)の全面の周囲にベース板形成部22aが確保されるようになっている。 Further, on the bottom surface of the base plate forming portion 22a, a plurality of (two pairs in the illustrated embodiment) substrate supporting portions (longitudinal substrate supporting portions) having a substantially rectangular planar shape supporting both ends in the longitudinal direction of the ceramic substrate 10 are provided. ) 22d and a plurality of (two pairs in the illustrated embodiment) substrate support portions (widthwise substrate support portions) 22e having substantially rectangular planar shapes supporting both ends in the width direction of the ceramic substrate 10 are substantially rectangular from the bottom surface. It is formed so as to project in the vertical direction. These substrate support portions 22d and 22e are substantially L-shaped in order to abut the peripheral edge portion and the side surface of one surface (the surface on the circuit pattern side) of the ceramic substrate 10 to support the ceramic substrate 10 at a predetermined position. A step is provided so as to have a cross section of the mold. When the ceramic substrate 10 is placed on these substrate support portions 22d and 22e, the ceramic substrate 10 is placed in contact with the upper surface of the raised portion 22b formed in the substantially central portion of the bottom surface of the base plate forming portion 22a. It has become. When the ceramic substrate 10 is placed on the upper surface of the raised portion 22b in this way, the opening of the metal plate forming portion 22c for the circuit pattern is closed by the ceramic substrate 10 and one surface of the ceramic substrate 10 (on the circuit pattern side). The base plate forming portion 22a is secured around the peripheral edge portion and the side surface of the surface) and the entire surface of the other surface (back surface).

なお、上側鋳型部材24には、(図示しない)注湯ノズルから下側鋳型部材22のベース板形成部22a内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とともに、下側鋳型部材22には、ベース板形成部22aと回路パターン用金属板形成部22cとの間に延びる(図示しない)溶湯流路が形成されて、セラミックス基板10を隆起部22bの上面に載置したときにもベース板形成部22aと回路パターン用金属板形成部22cとの間が連通するようになっている。 The upper mold member 24 is formed with a pouring port (not shown) for pouring molten metal into the base plate forming portion 22a of the lower mold member 22 from a pouring nozzle (not shown). The lower mold member 22 is formed with a molten metal flow path (not shown) extending between the base plate forming portion 22a and the circuit pattern metal plate forming portion 22c, and the ceramic substrate 10 is placed on the upper surface of the raised portion 22b. Even when it is placed, the base plate forming portion 22a and the circuit pattern metal plate forming portion 22c communicate with each other.

このような鋳型20を使用して図1A〜図1Cに示す実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するためには、まず、下側鋳型部材22の基板支持部22dおよび22e上にセラミックス基板10を配置した後、上側鋳型部材24を下側鋳型部材22に被せる。この状態で鋳型20内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と、セラミックス基板10の一方の面(回路パターン側の面)の周縁部と側面および他方の面(裏面)の全面にベース板12が直接接合するとともに、そのベース板12(の回路パターン側の部分)から離間してセラミックス基板10に回路パターン用金属板14が直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造することができる。なお、ベース板12には、基板支持部22dおよび22eに対応する複数の凹部12b(図1A参照)が形成されるが、これらの凹部12bは小さいため、金属−セラミックス接合基板の信頼性や熱伝導率に殆ど影響しない。 In order to manufacture the metal-ceramic bonded substrate of the embodiment shown in FIGS. 1A to 1C using such a mold 20, first, a ceramic substrate is placed on the substrate support portions 22d and 22e of the lower mold member 22. After arranging 10, the upper mold member 24 is put on the lower mold member 22. In this state, when a molten aluminum or aluminum alloy is poured into the mold 20 and cooled, a base plate is formed on the peripheral edge and the side surface of one surface (the surface on the circuit pattern side) of the ceramic substrate 10 and the entire surface of the other surface (the back surface). It is possible to manufacture a metal-ceramic bonding substrate in which the circuit pattern metal plate 14 is directly bonded to the ceramic substrate 10 while the 12 is directly bonded to the base plate 12 (the portion on the circuit pattern side of the base plate 12). A plurality of recesses 12b (see FIG. 1A) corresponding to the substrate support portions 22d and 22e are formed on the base plate 12, but since these recesses 12b are small, the reliability and heat of the metal-ceramic bonded substrate are formed. It has almost no effect on conductivity.

図4および図5A〜図5Eは、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の第1の実施の形態を製造するために使用する鋳型の変形例を示している。 4 and 5A-5E show modified examples of the mold used to manufacture the first embodiment of the method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to the present invention.

この変形例の鋳型120では、セラミックス基板10の長手方向一端部を支持する複数(図示した実施の形態では2つ)の長手方向基板支持部22dに代えて、鋳型120の幅方向(セラミックス基板10の幅方向)に延びる平面形状が略矩形の細長基板支持部122fが形成されている。この細長基板支持部122fは、セラミックス基板10の一方の面(回路パターン側の面)の周縁部と側面に当接してセラミックス基板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ように段差が設けられている。この細長基板支持部122fは、高い側の高さが長手方向基板支持部22dより高く且つセラミックス基板10の上面より高くなっている。その他の構成は、上述した実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型と略同一であるので、参照符号に100を加えてその説明を省略する。なお、ベース板12には、細長基板支持部122fに対応する(図示しない)凹部が形成されるが、この凹部は小さいため、金属−セラミックス接合基板の信頼性や熱伝導率に殆ど影響しない。 In the mold 120 of this modification, the width direction of the mold 120 (ceramic substrate 10) is replaced with the plurality of (two in the illustrated embodiment) longitudinal substrate support portions 22d that support one end in the longitudinal direction of the ceramic substrate 10. An elongated substrate support portion 122f having a substantially rectangular planar shape extending in the width direction of the substrate is formed. The elongated substrate support portion 122f has a substantially L-shaped cross section in order to abut the peripheral portion and the side surface of one surface (the surface on the circuit pattern side) of the ceramic substrate 10 to support the ceramic substrate 10 at a predetermined position. A step is provided so as to have. The height of the elongated substrate support portion 122f on the high side is higher than that of the longitudinal substrate support portion 22d and higher than that of the upper surface of the ceramic substrate 10. Since the other configurations are substantially the same as the mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate of the above-described embodiment, 100 is added to the reference reference numerals and the description thereof will be omitted. The base plate 12 is formed with a recess (not shown) corresponding to the elongated substrate support portion 122f, but since this recess is small, it has almost no effect on the reliability and thermal conductivity of the metal-ceramic bonded substrate.

[第2の実施の形態]
図6A〜図6Cは、本発明による金属−セラミックス接合基板の第2の実施の形態を示し、図7および図8A〜図8Eは、その金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を示している。
[Second Embodiment]
6A to 6C show a second embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, and FIGS. 7 and 8A to 8E show molds used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate. Shown.

図6A〜図6C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2の実施の形態では、ベース板212の内部に、平面形状が略矩形の1以上(図示した実施の形態では1つ)の板状の強化部材216がセラミックス基板210から離間して且つセラミックス基板210と略平行に配置されている。この強化部材216は、ベース板212の内部を(セラミックス基板210の幅方向に)貫通して延びており、端部が外部に露出し、ベース板212の内部を貫通して延びている部分の全面(端部以外の全面)がベース板212に直接接合している。この強化部材216は、ベース板212の材料(アルミニウムまたはアルミニウム合金)より融点が高い材料からなり、ニッケル、コバルト、銅およびマンガンからなる群から選ばれる1種以上と鉄を含有する金属、あるいはアルミナ、ジルコニア、アルミナとジルコニアの複合材、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素からなる群から選ばれる1種以上のセラミックスなどの材料からなるのが好ましい。このような強化部材216をベース板212の内部に配置させることにより、セラミックス基板210に生じる応力を小さくすることができるとともに、金属−セラミックス接合基板の反りを小さくすることができるため、ベース板212を厚くすることができるので、ベース板212の熱容量を大きくして放熱性を向上させることができる。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板と略同一であるので、参照符号に200を加えてその説明を省略する。 As shown in FIGS. 6A to 6C, in the second embodiment of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention, the planar shape is one or more substantially rectangular inside the base plate 212 (1 in the illustrated embodiment). The plate-shaped reinforcing member 216 is arranged at a distance from the ceramic substrate 210 and substantially parallel to the ceramic substrate 210. The reinforcing member 216 extends through the inside of the base plate 212 (in the width direction of the ceramic substrate 210), and the end portion of the reinforcing member 216 is exposed to the outside and extends through the inside of the base plate 212. The entire surface (the entire surface other than the end portion) is directly joined to the base plate 212. The reinforcing member 216 is made of a material having a melting point higher than that of the material (aluminum or aluminum alloy) of the base plate 212, and is a metal or alumina containing one or more selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper and manganese and iron. , Zirconia, a composite material of alumina and zirconia, and preferably made of a material such as one or more ceramics selected from the group consisting of aluminum nitride, silicon nitride and silicon carbide. By arranging such a reinforcing member 216 inside the base plate 212, the stress generated in the ceramic substrate 210 can be reduced and the warp of the metal-ceramic joint substrate can be reduced, so that the base plate 212 can be reduced. Since the thickness can be increased, the heat capacity of the base plate 212 can be increased to improve heat dissipation. Since the other configurations are substantially the same as those of the metal-ceramics bonded substrate of the first embodiment described above, 200 is added to the reference numerals and the description thereof will be omitted.

本実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図7に示すような鋳型220内にセラミックス基板210と強化部材216とを互いに離間して配置し、強化部材216の略全面と、セラックス基板210の両面のベース板212と回路パターン用金属板214に対応する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製造することができる。 In the metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment, the ceramics substrate 210 and the reinforcing member 216 are arranged apart from each other in the mold 220 as shown in FIG. 7, and the substantially entire surface of the reinforcing member 216 and the ceramics substrate 210 It can be manufactured by pouring and cooling a molten aluminum or aluminum alloy so as to come into contact with the portions corresponding to the base plate 212 on both sides and the metal plate 214 for the circuit pattern.

図8A〜図8Eに示すように、本実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型220では、下側鋳型部材222の上面には、(ベース板212の回路パターン側の部分を形成するための凹部である)ベース板形成部222aの幅方向の両側面に、強化部材216の長手方向の両端部と略同一の形状および大きさでその両端部(の回路パターン側の部分)を収容するための1対以上(図示した実施の形態では1対)の凹部(強化部材支持部)222gが形成されている。一方、図7に示すように、上側鋳型部材224の下面には、ベース板212を形成するための凹部(ベース板形成部)224aが形成されるとともに、このベース板形成部224aの幅方向の両側面に、強化部材216の長手方向の両端部と略同一の形状および大きさでその両端部(の回路パターン側と反対側の部分)を収容するための1対以上(図示した実施の形態では1対)の凹部(強化部材支持部)が形成されている。なお、下側鋳型部材222のベース板形成部222aと上側鋳型部材224のベース形成部224aによって画定された空間内にベース板212が形成されるようになっている。また、下側鋳型部材222の強化部材支持部222gに強化部材216を収容した後に上側鋳型部材224を下側鋳型部材222に被せると、強化部材216が下側鋳型部材222の強化部材支持部222gと上側鋳型部材224の強化部材支持部によって挟持されるようになっている。このように強化部材216を挟持することにより、強化部材216を所定の位置(ベース板212の主面に沿った方向および厚さ方向の所定の位置)に精度良く固定することができる。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型と略同一であるので、参照符号に200を加えてその説明を省略する。 As shown in FIGS. 8A to 8E, in the mold 220 used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment, the upper surface of the lower mold member 222 is (on the circuit pattern side of the base plate 212). On both side surfaces in the width direction of the base plate forming portion 222a (which is a recess for forming a portion), both ends thereof (on the circuit pattern side) have substantially the same shape and size as both ends in the longitudinal direction of the reinforcing member 216. 222 g of recesses (reinforcing member support portions) of one or more pairs (one pair in the illustrated embodiment) for accommodating the portions) are formed. On the other hand, as shown in FIG. 7, a recess (base plate forming portion) 224a for forming the base plate 212 is formed on the lower surface of the upper mold member 224, and the base plate forming portion 224a is formed in the width direction. One or more pairs (the illustrated embodiment) for accommodating both ends (the portion opposite to the circuit pattern side) of the reinforcing member 216 having substantially the same shape and size as both ends in the longitudinal direction on both side surfaces. Then, a pair of recesses (reinforcing member support portions) are formed. The base plate 212 is formed in the space defined by the base plate forming portion 222a of the lower mold member 222 and the base forming portion 224a of the upper mold member 224. Further, when the upper mold member 224 is put on the lower mold member 222 after the reinforcing member 216 is housed in the reinforcing member support portion 222g of the lower mold member 222, the reinforcing member 216 becomes the reinforcing member support portion 222g of the lower mold member 222. And the upper mold member 224 are sandwiched by the reinforcing member support portion. By sandwiching the reinforcing member 216 in this way, the reinforcing member 216 can be accurately fixed at a predetermined position (a predetermined position in the direction along the main surface of the base plate 212 and in the thickness direction). Since the other configurations are substantially the same as the mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate of the first embodiment described above, 200 is added to the reference numerals and the description thereof will be omitted.

[第3の実施の形態]
図9A〜図9Cは、本発明による金属−セラミックス接合基板の第3の実施の形態を示し、図10および図11A〜図11Eは、その金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を示している。
[Third Embodiment]
9A-9C show a third embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, and FIGS. 10 and 11A-11E show molds used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate. Shown.

図9A〜図9C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3の実施の形態では、回路パターン用金属板314の上面に電子部品318が直接接合している。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板と略同一であるので、参照符号に300を加えてその説明を省略する。 As shown in FIGS. 9A to 9C, in the third embodiment of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention, the electronic component 318 is directly bonded to the upper surface of the metal plate 314 for the circuit pattern. Since the other configurations are substantially the same as those of the metal-ceramics bonded substrate of the first embodiment described above, 300 is added to the reference numerals and the description thereof will be omitted.

本実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図10に示すような鋳型320内に電子部品318とセラミックス基板310とを互いに離間して配置し、電子部品318の一方の面と、セラックス基板310の両面のベース板312と回路パターン用金属板314に対応する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製造することができる。 In the metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment, the electronic component 318 and the ceramics substrate 310 are arranged apart from each other in the mold 320 as shown in FIG. 10, and one surface of the electronic component 318 and the ceramics substrate 310 are arranged. It can be manufactured by pouring a molten metal of aluminum or an aluminum alloy and cooling it so as to come into contact with the portion corresponding to the base plate 312 on both sides of the circuit pattern and the metal plate 314 for the circuit pattern.

図11A〜図11Eに示すように、本実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型320では、回路パターン用金属板形成部322cのそれぞれの底面に、電子部品318と略等しい形状および大きさの1つまたは複数(図示した実施の形態ではそれぞれ1つ)の凹部(電子部品収容部)322hが形成されている。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型と略同一であるので、参照符号に300を加えてその説明を省略する。 As shown in FIGS. 11A to 11E, in the mold 320 used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment, electronic components 318 are abbreviated on the bottom surfaces of the metal plate forming portions 322c for circuit patterns. One or more recesses (electronic component accommodating portions) 322h having the same shape and size (one in each of the illustrated embodiments) are formed. Since the other configurations are substantially the same as the mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate of the first embodiment described above, 300 is added to the reference reference numerals and the description thereof will be omitted.

このように、半田を使用しないで電子部品318をアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板314に直接接合することにより、熱伝導率を向上させて放熱性を向上させることができる。また、半田を使用した場合に生じ易いボイドが生じ難くなり、アルミニウムまたはアルミニウム合金は半田より熱伝導率が高いため、放熱性および信頼性を向上させることができる。また、鉛フリー化が難しい高温半田を使用する必要がないので、鉛フリー化を図ることができる。さらに、半田濡れ性を向上させるために回路パターン用金属板314にめっきを施す必要もない。なお、電子部品318は、金属溶湯を反応して合金または化合物を生成しない物質からなるものであれば、半導体チップ、抵抗体チップおよびコンデンサチップなどのいずれの電子部品でもよい。 In this way, by directly joining the electronic component 318 to the metal plate 314 for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy without using solder, the thermal conductivity can be improved and the heat dissipation can be improved. In addition, voids that are likely to occur when solder is used are less likely to occur, and aluminum or an aluminum alloy has a higher thermal conductivity than solder, so that heat dissipation and reliability can be improved. Moreover, since it is not necessary to use high-temperature solder, which is difficult to make lead-free, lead-free soldering can be achieved. Further, it is not necessary to plate the circuit pattern metal plate 314 in order to improve the solder wettability. The electronic component 318 may be any electronic component such as a semiconductor chip, a resistor chip, or a capacitor chip as long as it is made of a substance that does not react with a molten metal to form an alloy or compound.

[第4の実施の形態]
図12A〜図12Cは、本発明による金属−セラミックス接合基板の第4の実施の形態を示し、図13は、その金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を示している。
[Fourth Embodiment]
12A to 12C show a fourth embodiment of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention, and FIG. 13 shows a mold used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate.

図12A〜図12C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4の実施の形態では、平面形状が略矩形の複数の板状フィン412aが、互いに略平行に且つ一定の間隔で離間して、ベース板412の底面に対して略垂直方向に延びるようにその底面に一体に形成されている。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板と略同一であるので、参照符号に400を加えてその説明を省略する。 As shown in FIGS. 12A to 12C, in the fourth embodiment of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention, a plurality of plate-shaped fins 412a having a substantially rectangular planar shape are substantially parallel to each other and at regular intervals. Separately, they are integrally formed on the bottom surface of the base plate 412 so as to extend in a direction substantially perpendicular to the bottom surface. Since the other configurations are substantially the same as those of the metal-ceramics bonded substrate of the first embodiment described above, 400 is added to the reference numerals and the description thereof will be omitted.

本実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図13に示すような鋳型420内にセラミックス基板410を配置し、セラックス基板410の両面のベース板412と回路パターン用金属板414に対応する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製造することができる。 In the metal-ceramic bonding substrate of the present embodiment, the ceramic substrate 410 is arranged in the mold 420 as shown in FIG. 13, and the portion corresponding to the base plates 412 on both sides of the Cerax substrate 410 and the metal plate 414 for the circuit pattern. It can be manufactured by pouring and cooling a molten aluminum or aluminum alloy so that they come into contact with each other.

図13に示すように、本実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型420では、上側鋳型部材424の下面に、複数の板状フィン412aを形成するための凹部(放熱フィン形成部)424aが形成されている。なお、下側鋳型部材422のベース板形成部422aと上側鋳型部材424の放熱フィン形成部424aによって画定された空間内に、ベース板412が板状フィン412aと一体に形成されるようになっている。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型と略同一であるので、参照符号に400を加えてその説明を省略する。 As shown in FIG. 13, in the mold 420 used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment, recesses (heat dissipation) for forming a plurality of plate-shaped fins 412a on the lower surface of the upper mold member 424. Fin forming portion) 424a is formed. The base plate 412 is integrally formed with the plate-shaped fins 412a in the space defined by the base plate forming portion 422a of the lower mold member 422 and the heat radiation fin forming portion 424a of the upper mold member 424. There is. Since the other configurations are substantially the same as the mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate of the first embodiment described above, 400 is added to the reference reference numerals and the description thereof will be omitted.

[第5の実施の形態]
図14A〜図14Cは、本発明による金属−セラミックス接合基板の第5の実施の形態を示している。
[Fifth Embodiment]
14A-14C show a fifth embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention.

図14A〜図14C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5の実施の形態では、(放熱フィンとしての)多数の柱状突起部512aが、ベース板512の底面から突出するようにベース板512と一体に形成されている。 As shown in FIGS. 14A to 14C, in the fifth embodiment of the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention, a large number of columnar protrusions 512a (as heat radiation fins) protrude from the bottom surface of the base plate 512. Is integrally formed with the base plate 512.

各々の柱状突起部512aは、略円柱形状または略円錐台形状(略円錐の上端を底面と略平行に切断した形状)を有し、ベース板512の底面に対して略垂直方向に延びている。また、柱状突起部512aは、それぞれ所定の間隔で離間して一列に配置された柱状突起部512aの複数列が互いに平行に且つ隣接する柱状突起部512aの列と互いに半ピッチ(隣接する柱状突起部512aの中心線(柱状突起部512aが延びる軸線)間の距離の半分)ずれるように配置され、隣接する柱状突起部512aの間隔を確保しながらより多くの柱状突起部512aが配置されるようにしているが、隣接する柱状突起部512aの間隔を確保しながら多数の柱状突起部512aを配置することができれば、他の配置でもよい。その他の構成は、上述した第1の実施の形態の金属−セラミックス接合基板と略同一であるので、参照符号に500を加えてその説明を省略する。 Each columnar protrusion 512a has a substantially cylindrical shape or a substantially truncated cone shape (a shape in which the upper end of the substantially cone is cut substantially parallel to the bottom surface) and extends in a direction substantially perpendicular to the bottom surface of the base plate 512. .. Further, in the columnar protrusions 512a, a plurality of rows of columnar protrusions 512a arranged in a row at predetermined intervals are parallel to each other and half pitches with the rows of adjacent columnar protrusions 512a (adjacent columnar protrusions). It is arranged so as to be offset by half the distance between the center lines of the portions 512a (the axis on which the columnar protrusions 512a extend), so that more columnar protrusions 512a are arranged while ensuring a space between adjacent columnar protrusions 512a. However, as long as a large number of columnar protrusions 512a can be arranged while ensuring a space between adjacent columnar protrusions 512a, other arrangements may be used. Since the other configurations are substantially the same as those of the metal-ceramics bonded substrate of the first embodiment described above, 500 is added to the reference numerals and the description thereof will be omitted.

本実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図13に示す鋳型420の複数の板状フィン412aを形成するための凹部(放熱フィン形成部)424aに代えて、多数の柱状突起部512aを形成するための凹部(柱状突起形成部)を上側鋳型部材224の下面に形成した以外は、図13に示す鋳型420と同様の鋳型内にセラミックス基板を配置し、セラックス基板の両面のベース板512と回路パターン用金属板に対応する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製造することができる。 The metal-ceramics bonded substrate of the present embodiment forms a large number of columnar protrusions 512a in place of the recesses (radiating fin forming portions) 424a for forming the plurality of plate-shaped fins 412a of the mold 420 shown in FIG. The ceramic substrate was placed in the same mold as the mold 420 shown in FIG. 13, except that the concave portion (columnar protrusion forming portion) was formed on the lower surface of the upper mold member 224, and the base plates 512 on both sides of the Cerax substrate were formed. It can be manufactured by pouring a molten metal of aluminum or an aluminum alloy and cooling it so as to come into contact with the portion corresponding to the metal plate for the circuit pattern.

なお、上述した第1〜第5の実施の形態を組み合わせてもよい。例えば、第1の実施の形態の変形例の細長基板支持部122fを第2〜第5の実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型に適用してもよい。また、第2の実施の形態の強化部材216を第3〜第5の実施の形態の金属−セラミックス接合基板に適用してもよい。また、第3の実施の形態の電子部品収容部322hを第2、第4および第5の実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型に適用してもよい。 In addition, the above-mentioned first to fifth embodiments may be combined. For example, the elongated substrate support portion 122f of the modified example of the first embodiment may be applied to a mold used for manufacturing the metal-ceramics bonded substrate of the second to fifth embodiments. Further, the reinforcing member 216 of the second embodiment may be applied to the metal-ceramics bonded substrate of the third to fifth embodiments. Further, the electronic component accommodating portion 322h of the third embodiment may be applied to a mold used for manufacturing the metal-ceramic bonded substrate of the second, fourth and fifth embodiments.

例えば、本発明による金属−セラミックス接合基板の第5の実施の形態の変形例として、図15A〜図15C、図16および図17A〜図17Eに示すように、第1の実施の形態およびその変形例と、第2の実施の形態と、第5の実施の形態とを組み合わせてもよい。この変形例の構成は、上述した第1の実施の形態およびその変形例と、第2の実施の形態と、第5の実施の形態の金属−セラミックス接合基板およびその金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型の構成と略同一であるので、第1の実施の形態に対応する部分には参照符号に600を加え、第1の実施の形態の変形例に対応する部分には参照符号に500を加え、第2の実施の形態に対応する部分には参照符号に400を加え、第5の実施の形態に対応する部分には参照符号に100を加えてその説明を省略する。また、参照符号612cは、細長基板支持部622fに対応してベース板612に形成された凹部を示し、参照符号624bは、凹部(放熱ピン形成部)を示している。なお、細長基板支持部622fは、高い側の高さが長手方向基板支持部622dより高く且つセラミックス基板610の上面より高くなっており、鋳型620内に溶湯を注湯した際に、セラミックス基板610と強化部材616との間に残留し易いガスを外部に放出してボイド(空隙)が発生するのを防止するためのガス抜き部としても作用することができる。 For example, as a modification of the fifth embodiment of the metal-ceramic bonded substrate according to the present invention, as shown in FIGS. 15A to 15C, 16 and 17A to 17E, the first embodiment and its modification. The example, the second embodiment, and the fifth embodiment may be combined. The configuration of this modification is to manufacture the metal-ceramic bonding substrate and the metal-ceramic bonding substrate of the first embodiment and the modification thereof, the second embodiment, and the fifth embodiment described above. Since it is substantially the same as the configuration of the mold used for the above, 600 is added to the reference code for the part corresponding to the first embodiment, and the part corresponding to the modification of the first embodiment is referred to. The description will be omitted by adding 500 to the reference numerals, adding 400 to the reference code to the portion corresponding to the second embodiment, and adding 100 to the reference reference numeral to the portion corresponding to the fifth embodiment. Further, reference numeral 612c indicates a recess formed in the base plate 612 corresponding to the elongated substrate support portion 622f, and reference numeral 624b indicates a recess (heat dissipation pin forming portion). The height of the elongated substrate support portion 622f is higher than that of the longitudinal substrate support portion 622d and higher than that of the upper surface of the ceramic substrate 610, and when the molten metal is poured into the mold 620, the ceramic substrate 610 It can also act as a degassing portion for releasing gas that tends to remain between the reinforcing member 616 and the reinforcing member 616 to the outside to prevent the generation of voids (voids).

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。 Hereinafter, examples of the metal-ceramics bonded substrate and the method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

[実施例1]
長さ77mm×幅56mm×厚さ0.6mmのセラミックス基板としてのAlN板を、図2に示す鋳型20と同様の鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、アルミニウム溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面の周縁部(の幅1.5mmの部分)と側面および他方の面の全面に(長さ79mm、幅58mm、厚さ1.7mmの)ベース板が一体に形成されるとともに、このベース板(のセラミックスの一方の面の周縁部に形成された部分)から(2mm)離間してセラミックス基板の一方の面に長さ70mm×幅49mm×厚さ0.6mmの回路パターン用アルミニウム板が形成されたベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、セラミックス基板の側面に形成されたベース板の幅(セラミックス基板の側面からベース板の側面までの距離)は1mm、他方の面に形成されたベース板の厚さは0.5mm、一方の面の周縁部に形成されたベース板の厚さは0.6mmであった。
[Example 1]
An AlN plate as a ceramic substrate having a length of 77 mm, a width of 56 mm, and a thickness of 0.6 mm is housed in a mold similar to the mold 20 shown in FIG. 2, and then heated in a state where the inside of the mold is in a nitrogen atmosphere to make aluminum. The molten metal is poured into the mold while removing the oxide film on the surface, and then the mold is cooled to solidify the molten metal, thereby forming a peripheral portion (1.5 mm wide portion) of one surface of the ceramic substrate. A base plate (length 79 mm, width 58 mm, thickness 1.7 mm) was integrally formed on the entire surface of the side surface and the other surface, and was formed on the peripheral edge of one surface of the ceramics. A base-integrated metal-ceramics bonded substrate was produced in which an aluminum plate for a circuit pattern having a length of 70 mm, a width of 49 mm, and a thickness of 0.6 mm was formed on one surface of the ceramic substrate (2 mm) away from the portion). .. The width of the base plate formed on the side surface of the ceramic substrate (distance from the side surface of the ceramic substrate to the side surface of the base plate) is 1 mm, and the thickness of the base plate formed on the other surface is 0.5 mm. The thickness of the base plate formed on the peripheral edge of the surface was 0.6 mm.

この金属−セラミックス接合基板について、レーザー顕微鏡による3次元の高低差マップの最大値を反りとみなして、セラミックス基板の一方の面側(回路パターン用アルミニウム板側)の反りを測定したところ、セラミックス基板の他方の面側(ベース板側)が凸状に反っているときを+(プラス)として、約+130μmであった。 Regarding this metal-ceramics bonded substrate, the maximum value of the three-dimensional height difference map by a laser microscope was regarded as the warp, and the warp of one surface side (aluminum plate side for circuit pattern) of the ceramics substrate was measured. When the other surface side (base plate side) was warped in a convex shape, it was + (plus), and it was about +130 μm.

[比較例1]
セラミックス基板の一方の面の周縁部にベース板を形成しないで、セラミックス基板の一方の面側のベース板と回路パターン用アルミニウム板の間隔を3.5mmとした以外は、実施例1と同様の方法により、ベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製し、その反りを測定したところ、約+180μmであった。
[Comparative Example 1]
The same as in Example 1 except that the base plate is not formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate and the distance between the base plate on one surface side of the ceramic substrate and the aluminum plate for the circuit pattern is 3.5 mm. A metal-ceramics bonded substrate with an integrated base was produced by the method, and the warpage was measured and found to be about +180 μm.

[実施例2]
長さ71mm×幅72mm×厚さ0.6mmのセラミックス基板としてのAlN板と、長さ71mm×幅79mm×厚さ0.6mmの強化部材としてのAlN板を、図16に示す鋳型620と同様の鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、アルミニウム溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面の周縁部(の幅1mmの部分)と側面および他方の面の全面に(長さ98mm、幅78mm、厚さ4mmの)ベース板が一体に形成され、このベース板(のセラミックス基板の一方の面の周縁部に形成された部分)から(2mm)離間してセラミックス基板の一方の面に長さ65mm×幅66mm×厚さ0.4mmの回路パターン用アルミニウム板が形成されるとともに、ベース板の内部に強化部材がセラミックス基板から1.9mm離間して且つセラミックス基板と略平行に配置されたベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、セラミックス基板の側面に形成されたベース板の幅(セラミックス基板の側面からベース板の側面までの距離)は長さ方向両端の側面では13.5mm、幅方向両端の側面では3mmであり、他方の面に形成された(内部に強化部材を含む)ベース板の厚さは3mm、一方の面の周縁部に形成されたベース板の厚さは0.4mmであった。また、ベース板の回路パターン用アルミニウム板と反対側の面に形成された柱状突起部(放熱ピン)の高さは8mm、直径は2mm、間隔は3mm、本数は525本であった。
[Example 2]
The AlN plate as a ceramic substrate having a length of 71 mm × width 72 mm × thickness 0.6 mm and the AlN plate as a reinforcing member having a length 71 mm × width 79 mm × thickness 0.6 mm are the same as the mold 620 shown in FIG. After being housed in the mold, the inside of the mold is heated in a nitrogen atmosphere, and the molten aluminum is poured into the mold while removing the oxide film on the surface, and then the mold is cooled to solidify the molten metal. A base plate (length 98 mm, width 78 mm, thickness 4 mm) is integrally formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate (the portion having a width of 1 mm) and the entire surface of the side surface and the other surface. Aluminum plate for circuit pattern with a length of 65 mm x width of 66 mm x thickness of 0.4 mm on one surface of the ceramic substrate at a distance (2 mm) from the plate (the portion formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate). Was formed, and a base-integrated metal-ceramic bonded substrate was produced in which the reinforcing member was arranged inside the base plate at a distance of 1.9 mm from the ceramic substrate and substantially parallel to the ceramic substrate. The width of the base plate formed on the side surface of the ceramic substrate (distance from the side surface of the ceramic substrate to the side surface of the base plate) is 13.5 mm on both side surfaces in the length direction and 3 mm on both side surfaces in the width direction. The thickness of the base plate formed on the other surface (including the reinforcing member inside) was 3 mm, and the thickness of the base plate formed on the peripheral edge of one surface was 0.4 mm. Further, the height of the columnar protrusions (radiating pins) formed on the surface of the base plate opposite to the aluminum plate for the circuit pattern was 8 mm, the diameter was 2 mm, the interval was 3 mm, and the number was 525.

また、ベース板および回路パターン用アルミニウム板をセラミックス基板に直接接合させた後、回路パターン用アルミニウム板の不要部分をエッチングにより除去して(2つのアイランドからなる)回路パターンを形成した。このようにしてベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製し、その反りを実施例1と同様の方法により測定したところ、約+100μmであった。 Further, after the base plate and the aluminum plate for the circuit pattern were directly bonded to the ceramic substrate, unnecessary portions of the aluminum plate for the circuit pattern were removed by etching to form a circuit pattern (consisting of two islands). A metal-ceramic bonded substrate with an integrated base was produced in this way, and the warpage was measured by the same method as in Example 1 and found to be about +100 μm.

また、このベース一体型の金属−セラミックス接合基板のベース板の4つの角部の各々において長さ方向および幅方向のそれぞれの端部から6mm離間した位置を中心とする直径6mmのねじ穴を機械加工によりベース板を厚さ方向に延びるように形成し、柱状突起部(放熱ピン)を覆うように水冷ジャケットをねじ止めし、金属−セラミックス接合基板と水冷ジャケットによって画定された空間に水を流したところ、水漏れの問題はなかった。 In addition, a screw hole with a diameter of 6 mm centered at a position 6 mm away from each end in the length direction and the width direction at each of the four corners of the base plate of this base-integrated metal-ceramic joint substrate is machined. The base plate is formed by processing so as to extend in the thickness direction, the water-cooled jacket is screwed so as to cover the columnar protrusion (radiation pin), and water flows into the space defined by the metal-ceramic joint substrate and the water-cooled jacket. As a result, there was no problem of water leakage.

[比較例2]
セラミックス基板の一方の面の周縁部にベース板を形成しないで、セラミックス基板の一方の面側のベース板と回路パターン用アルミニウム板の間隔を3mmとした以外は、実施例2と同様の方法により、ベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製し、その反りを測定したところ、±100μmであり、反りの方向が安定しなかった。また、実施例2と同様の方法により、水冷ジャケットをねじ止めして水を流したところ、水漏れが発生した。
[Comparative Example 2]
By the same method as in Example 2 except that the base plate is not formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate and the distance between the base plate on one surface side of the ceramic substrate and the aluminum plate for the circuit pattern is set to 3 mm. , A metal-ceramics bonded substrate with an integrated base was prepared, and the warpage was measured. As a result, it was ± 100 μm, and the warp direction was not stable. Further, when the water-cooled jacket was screwed and water was allowed to flow by the same method as in Example 2, water leakage occurred.

[実施例3]
長さ70mm×幅71mm×厚さ0.6mmのセラミックス基板としてのAlN板と、長さ70mm×幅84mm×厚さ0.6mmの強化部材としてのAlN板を、図16に示す鋳型620と同様の鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、アルミニウム溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面の周縁(の幅0.4mmの部分)部と側面および他方の面の全面に(長さ98mm、幅81mm、厚さ3.9mmの)ベース板が一体に形成され、このベース板(のセラミックス基板の一方の面の周縁部に形成された部分)から(2mm)離間してセラミックス基板の一方の面に長さ65mm×幅66mm×厚さ0.6mmの回路パターン用アルミニウム板が形成されるとともに、ベース板の内部に強化部材がセラミックス基板から1.5mm離間して且つセラミックス基板と略平行に配置されたベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、セラミックス基板の側面に形成されたベース板の幅(セラミックス基板の側面からベース板の側面までの距離)は長さ方向両端の側面では14mm、幅方向両端の側面では5mmであり、他方の面に形成された(内部に強化部材を含む)ベース板の厚さは2.7mm、一方の面の周縁部に形成されたベース板の厚さは0.6mmであった。また、ベース板の回路パターン用アルミニウム板と反対側の面に形成された柱状突起部(放熱ピン)の高さは8mm、直径は2mm、間隔は3mm、本数は525本であった。
[Example 3]
The AlN plate as a ceramic substrate having a length of 70 mm × width 71 mm × thickness 0.6 mm and the AlN plate as a reinforcing member having a length 70 mm × width 84 mm × thickness 0.6 mm are the same as the mold 620 shown in FIG. After being housed in the mold, the inside of the mold is heated in a nitrogen atmosphere, and the molten aluminum is poured into the mold while removing the oxide film on the surface, and then the mold is cooled to solidify the molten metal. A base plate (length 98 mm, width 81 mm, thickness 3.9 mm) is integrally formed on the peripheral edge (a portion having a width of 0.4 mm) of one surface of the ceramic substrate and the entire surface of the side surface and the other surface. A circuit having a length of 65 mm, a width of 66 mm, and a thickness of 0.6 mm is separated from the base plate (a portion formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate) by (2 mm) and is provided on one surface of the ceramic substrate. An aluminum plate for patterning was formed, and a base-integrated metal-ceramic joint substrate was produced in which a reinforcing member was arranged inside the base plate at a distance of 1.5 mm from the ceramic substrate and substantially parallel to the ceramic substrate. The width of the base plate formed on the side surface of the ceramic substrate (distance from the side surface of the ceramic substrate to the side surface of the base plate) is 14 mm on both side surfaces in the length direction, 5 mm on both side surfaces in the width direction, and the other. The thickness of the base plate formed on the surface (including the reinforcing member inside) was 2.7 mm, and the thickness of the base plate formed on the peripheral edge of one surface was 0.6 mm. Further, the height of the columnar protrusions (radiating pins) formed on the surface of the base plate opposite to the aluminum plate for the circuit pattern was 8 mm, the diameter was 2 mm, the interval was 3 mm, and the number was 525.

このようにして作製した30個のベース一体型の金属−セラミックス接合基板の各々の反りを実施例1と同様の方法により測定したところ、平均約+150μmであった。また、作製したベース一体型の金属−セラミックス接合基板の断面をX線検査装置で観察したところ、ボイドは確認されなかった。 When the warp of each of the 30 base-integrated metal-ceramic bonded substrates produced in this manner was measured by the same method as in Example 1, the average was about +150 μm. Moreover, when the cross section of the produced metal-ceramics bonded substrate integrated with the base was observed with an X-ray inspection apparatus, no void was confirmed.

また、このベース一体型の金属−セラミックス接合基板のベース板の4つの角部の各々において長さ方向および幅方向のそれぞれの端部から6mm離間した位置を中心とする直径6mmのねじ穴を機械加工によりベース板を厚さ方向に延びるように形成し、柱状突起部(放熱ピン)を覆うように水冷ジャケットをねじ止めし、金属−セラミックス接合基板と水冷ジャケットによって画定された空間に水を流したところ、水漏れの問題はなかった。 In addition, a screw hole with a diameter of 6 mm centered at a position 6 mm away from each end in the length direction and the width direction at each of the four corners of the base plate of this base-integrated metal-ceramic joint substrate is machined. The base plate is formed by processing so as to extend in the thickness direction, the water-cooled jacket is screwed so as to cover the columnar protrusion (radiation pin), and water flows into the space defined by the metal-ceramic joint substrate and the water-cooled jacket. As a result, there was no problem of water leakage.

なお、細長基板支持部622fの高い側の高さを長手方向基板支持部622dと同じ高さでセラミックス基板610の上面より低くした以外は、図16に示す鋳型620と同様の鋳型を使用して、実施例3と同様の方法により、30個のベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製して、反りとボイドの発生を確認したところ、反りは平均約+150μmであったが、いずれもセラミックス基板と強化部材の間にボイドが確認された。 A mold similar to the mold 620 shown in FIG. 16 was used except that the height of the elongated substrate support portion 622f on the high side was the same height as the longitudinal substrate support portion 622d and lower than the upper surface of the ceramic substrate 610. When 30 base-integrated metal-ceramic bonded substrates were produced by the same method as in Example 3 and the occurrence of warpage and voids was confirmed, the warp was about +150 μm on average, but all of them were ceramics. Voids were confirmed between the substrate and the reinforcing member.

[実施例4]
長さ70mm×幅71mm×厚さ0.6mmのセラミックス基板としてのAlN板と、長さ70mm×幅84mm×厚さ0.6mmの強化部材としてのAlN板を、図7に示す鋳型220と同様の鋳型内に収容した後、鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、アルミニウム溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら鋳型内に注湯し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させることによって、セラミックス基板の一方の面の周縁部(の幅0.4mmの部分)と側面および他方の面の全面に(長さ98mm、幅81mm、厚さ3.9mmの)ベース板が一体に形成され、このベース板(のセラミックス基板の一方の面の周縁部に形成された部分)から(2mm)離間してセラミックス基板の一方の面に長さ65mm×幅66mm×厚さ0.6mmの回路パターン用アルミニウム板が形成されるとともに、ベース板の内部に強化部材がセラミックス基板から1.5mm離間して且つセラミックス基板と略平行に配置されたベース一体型の金属−セラミックス接合基板を作製した。なお、セラミックス基板の側面に形成されたベース板の幅(セラミックス基板の側面からベース板の側面までの距離)は長さ方向両端の側面では14mm、幅方向両端の側面では5mmであり、他方の面に形成された(内部に強化部材を含む)ベース板の厚さは2.7mm、一方の面の周縁部に形成されたベース板の厚さは0.6mmであった。
[Example 4]
The AlN plate as a ceramic substrate having a length of 70 mm × width 71 mm × thickness 0.6 mm and the AlN plate as a reinforcing member having a length 70 mm × width 84 mm × thickness 0.6 mm are the same as the mold 220 shown in FIG. After being housed in the mold, the inside of the mold is heated in a nitrogen atmosphere, and the molten aluminum is poured into the mold while removing the oxide film on the surface, and then the mold is cooled to solidify the molten metal. A base plate (length 98 mm, width 81 mm, thickness 3.9 mm) is integrally formed on the peripheral edge of one surface (a portion having a width of 0.4 mm) and the entire surface of the side surface and the other surface. A circuit having a length of 65 mm, a width of 66 mm, and a thickness of 0.6 mm is separated from the base plate (a portion formed on the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate) by (2 mm) and is provided on one surface of the ceramic substrate. An aluminum plate for patterning was formed, and a base-integrated metal-ceramic joint substrate was produced in which a reinforcing member was arranged inside the base plate at a distance of 1.5 mm from the ceramic substrate and substantially parallel to the ceramic substrate. The width of the base plate formed on the side surface of the ceramic substrate (distance from the side surface of the ceramic substrate to the side surface of the base plate) is 14 mm on both side surfaces in the length direction, 5 mm on both side surfaces in the width direction, and the other. The thickness of the base plate formed on the surface (including the reinforcing member inside) was 2.7 mm, and the thickness of the base plate formed on the peripheral edge of one surface was 0.6 mm.

このようにして作製したベース一体型の金属−セラミックス接合基板の反りを実施例1と同様の方法により測定したところ、約+150μmであった。 When the warp of the base-integrated metal-ceramic bonded substrate thus produced was measured by the same method as in Example 1, it was about +150 μm.

また、このベース一体型の金属−セラミックス接合基板のベース板の4つの角部の各々において長さ方向および幅方向のそれぞれの端部から6mm離間した位置を中心とする直径6mmのねじ穴を機械加工によりベース板を厚さ方向に延びるように形成し、柱状突起部(放熱ピン)を覆うように水冷ジャケットをねじ止めし、金属−セラミックス接合基板と水冷ジャケットによって画定された空間に水を流したところ、水漏れの問題はなかった。 In addition, a screw hole with a diameter of 6 mm centered at a position 6 mm away from each end in the length direction and the width direction at each of the four corners of the base plate of this base-integrated metal-ceramic joint substrate is machined. The base plate is formed by processing so as to extend in the thickness direction, the water-cooled jacket is screwed so as to cover the columnar protrusion (radiation pin), and water flows into the space defined by the metal-ceramic joint substrate and the water-cooled jacket. As a result, there was no problem of water leakage.

10、210、310、410、510、610 セラミックス基板
12、212、312、412、512、612 ベース板
12b、212b、312b、412b、612b、612b 凹部
14、214、314、414、514、614 回路パターン用金属板
20、120、220、320、420、620 鋳型
22、122、222、322、422、622 下側鋳型部材
22a、122a、222a、322a、422a、622a ベース板形成部
22b、122b、222b、322b、422b、622b 隆起部
22c、122c、222c、322c、422c、622c 凹部(回路パターン用金属板形成部)
22d、122d、222d、322d、422d、622d 長手方向基板支持部
22e、122e、222e、322e、622e、622e 幅方向基板支持部
24、124、224、324、424、624 上側鋳型部材
122f、622f 細長基板支持部
222g、622g 凹部(強化部材支持部)
224a、624a 凹部(ベース板形成部)
216、616 強化部材
318 電子部品
322h 凹部(電子部品収容部)
412a 板状フィン
424a 凹部(放熱フィン形成部)
512a、612a 柱状突起部
612c 凹部
624b 凹部(放熱ピン形成部)

10, 210, 310, 410, 510, 610 Ceramic substrates 12, 212, 312, 412, 512, 612 Base plates 12b, 212b, 312b, 412b, 612b, 612b Recesses 14, 214, 314, 414, 514, 614 Circuits Metal plate for pattern 20, 120, 220, 320, 420, 620 Mold 22, 122, 222, 322, 422, 622 Lower mold members 22a, 122a, 222a, 322a, 422a, 622a Base plate forming portions 22b, 122b, 222b, 222b, 422b, 622b Raised parts 22c, 122c, 222c, 222c, 422c, 622c Recessed parts (metal plate forming part for circuit pattern)
22d, 122d, 222d, 322d, 422d, 622d Longitudinal substrate support 22e, 122e, 222e, 222e, 622e, 622e Width substrate support 24, 124, 224, 324, 424, 624 Upper mold member 122f, 622f elongated Board support part 222g, 622g Recessed part (reinforcing member support part)
224a, 624a recesses (base plate forming part)
216, 616 Reinforcement member 318 Electronic component 322h Recess (electronic component accommodating part)
412a Plate-shaped fin 424a Recess (radiation fin forming part)
512a, 612a Columnar protrusion 612c Recess 624b Recess (heat dissipation pin forming part)

Claims (11)

上側鋳型部材と下側鋳型部材とからなる鋳型内にセラミックス基板と強化部材とを互いに離間して配置し、このセラミックス基板の両面の所定の部分と強化部材の全面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注湯した後に溶湯を冷却して固化させることにより、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を前記セラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の全面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させ、鋳型内の強化部材がベース板に取り囲まれるように強化部材をベース板に直接接合させるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板を前記ベース板から離間して前記セラミックス基板の前記一方の面に形成して前記セラミックス基板に直接接合させる、金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、強化部材の端部が上側鋳型部材と下側鋳型部材に挟持されて強化部材が鋳型に支持され、下側鋳型部材の底面から突出して形成された複数の基板支持部に前記セラミックス基板の端部の底面および側面が当接して支持され、複数の基板支持部の少なくとも一つの前記セラミックス基板の端部の側面に当接する部分の上面が、複数の基板支持部に支持された前記セラミックス基板の上面より高くなってことを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。 The ceramic substrate and the reinforcing member are arranged apart from each other in the mold composed of the upper mold member and the lower mold member, and aluminum or aluminum is contacted with a predetermined portion on both sides of the ceramic substrate and the entire surface of the reinforcing member. By pouring the molten metal of the alloy and then cooling and solidifying the molten metal, a base plate made of aluminum or an aluminum alloy is formed on the peripheral edge and the side surface of one surface of the ceramic substrate and the entire surface of the other surface. ceramic substrate is bonded directly to, spaced Rutotomoni is bonded directly to the base plate reinforcement member as reinforcing member in the mold is surrounded on the base plate, a metal plate for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy from the base plate This is a method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate, which is formed on one surface of the ceramic substrate and directly bonded to the ceramic substrate. The end portion of the reinforcing member is sandwiched between the upper mold member and the lower mold member. The reinforcing member is supported by the mold, and the bottom surface and the side surface of the end portion of the ceramic substrate are in contact with and supported by the plurality of substrate support portions formed so as to project from the bottom surface of the lower mold member. Manufacture of a metal-ceramic bonded substrate, characterized in that the upper surface of at least one portion of the ceramic substrate that abuts on the side surface of the end portion is higher than the upper surface of the ceramic substrate supported by a plurality of substrate supporting portions. Method. 前記強化部材が、前記ベース板の材料より融点が高い金属またはセラミックス材料からなることを特徴とする、請求項に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。 The method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to claim 1 , wherein the reinforcing member is made of a metal or ceramic material having a melting point higher than that of the base plate material. 前記鋳型内に前記セラミックス基板を配置する際に、前記鋳型内に前記セラミックス基板と電子部品とを互いに離間して配置し、前記溶湯を注湯する際に、電子部品の一方の面に前記溶湯を接触させ、前記回路パターン用金属板を形成して前記セラミックス基板に直接接合させる際に、前記回路パターン用金属板に電子部品を直接接合させ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の製造方法。 When the ceramic substrate is arranged in the mold, the ceramic substrate and the electronic component are arranged apart from each other in the mold, and when the molten metal is poured, the molten metal is placed on one surface of the electronic component. The invention according to claim 1 or 2 , wherein when the metal plate for the circuit pattern is formed and directly bonded to the ceramic substrate, the electronic component is directly bonded to the metal plate for the circuit pattern. Method of manufacturing metal-ceramics bonded substrate. 前記ベース板を形成して前記セラミックス基板に直接接合させる際に、前記ベース板の前記回路パターン用金属板と反対側の面に、互いに平行に且つ一定の間隔で離間して配置された複数の板状フィンを前記ベース板と一体に形成することを特徴とする、請求項1乃至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。 When the base plate is formed and directly bonded to the ceramic substrate, a plurality of base plates are arranged parallel to each other and separated from each other at regular intervals on the surface of the base plate opposite to the metal plate for circuit pattern. The method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the plate-shaped fins are integrally formed with the base plate. 前記ベース板を形成して前記セラミックス基板に直接接合させる際に、前記ベース板の前記回路パターン用金属板と反対側の面に、互いに離間して突出する多数の柱状突起部を前記ベース板と一体に形成することを特徴とする、請求項1乃至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。 When the base plate is formed and directly bonded to the ceramic substrate, a large number of columnar protrusions projecting apart from each other on the surface of the base plate opposite to the metal plate for the circuit pattern are formed with the base plate. The method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate according to any one of claims 1 to 4 , wherein the metal-ceramic bonded substrate is integrally formed. 前記ベース板および前記回路パターン用金属板を前記セラミックス基板に直接接合させた後、前記回路パターン用金属板の不要部分をエッチングにより除去して所望の回路パターンを形成することを特徴とする、請求項1乃至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。 The present invention is characterized in that after the base plate and the metal plate for a circuit pattern are directly bonded to the ceramics substrate, unnecessary portions of the metal plate for the circuit pattern are removed by etching to form a desired circuit pattern. Item 8. The method for manufacturing a metal-ceramics bonded substrate according to any one of Items 1 to 5 . セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の全面に直接接合した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と、このベース板から離間して前記セラミックス基板の前記一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板とを備え、前記ベース板の内部に、板状の強化部材が、前記セラミックス基板から離間して且つセラミックス基板と平行に配置して、前記ベース板に直接接合し、前記ベース板の前記セラミックス基板の側面に隣接した部分に、前記セラミックス基板の厚さより深い凹部が形成されていることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。 A ceramic substrate, a base plate made of aluminum or an aluminum alloy directly bonded to the peripheral edge and the side surface of one surface of the ceramic substrate and the entire surface of the other surface, and one of the ceramic substrates separated from the base plate. A metal plate for a circuit pattern made of aluminum or an aluminum alloy directly bonded to a surface is provided, and a plate-shaped reinforcing member is arranged inside the base plate at a distance from the ceramic substrate and in parallel with the ceramic substrate. A metal-ceramics bonded substrate, which is directly bonded to the base plate and has a recess formed in a portion of the base plate adjacent to a side surface of the ceramics substrate, which is deeper than the thickness of the ceramics substrate. 前記強化部材が、前記ベース板の材料より融点が高い金属またはセラミックス材料からなることを特徴とする、請求項に記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonded substrate according to claim 7 , wherein the reinforcing member is made of a metal or ceramic material having a melting point higher than that of the base plate material. 前記回路パターン用金属板の前記セラミックス基板と反対側の面に、電子部品が直接接合していることを特徴とする、請求項またはに記載の金属−セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonding substrate according to claim 7 or 8 , wherein an electronic component is directly bonded to a surface of the metal plate for a circuit pattern opposite to the ceramic substrate. 前記ベース板の前記セラミックス基板と反対側の面に、複数の板状フィンが、互いに平行に且つ一定の間隔で離間して配置して、前記ベース板と一体に形成されていることを特徴とする、請求項乃至のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 A feature is that a plurality of plate-shaped fins are arranged parallel to each other and separated from each other at regular intervals on the surface of the base plate opposite to the ceramic substrate, and are integrally formed with the base plate. The metal-ceramic bonded substrate according to any one of claims 7 to 9 . 前記ベース板の前記セラミックス基板と反対側の面に、互いに離間して突出する多数の柱状突起部が、前記ベース板と一体に形成されていることを特徴とする、請求項乃至10のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。 Any of claims 7 to 10 , wherein a large number of columnar protrusions protruding apart from each other are integrally formed with the base plate on the surface of the base plate opposite to the ceramic substrate. The metal-ceramic bonding substrate described in C.
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