JP6818768B2 - 金属−セラミックス接合基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックス基板に接触させた金属溶湯を冷却し、固化させることにより製造される金属−セラミックス接合基板及びその製造方法に関する。
電気自動車、電車、工作機械等の大電流を制御するためのパワーモジュールに用いられる金属−セラミックス接合基板は、回路絶縁セラミックス基板の両面に、回路パターン用金属板と金属ベース板がそれぞれ接合されている。回路パターン用金属板には半導体チップが半田付けにより搭載され、金属ベース板の放熱面には熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンまたは冷却ジャケットがねじ止め等により取り付けられる。
上記のような金属−セラミックス接合基板においては、セラミックス基板の両面に厚さの異なる金属板、すなわち回路パターン用金属板と金属ベース板が接合されるため、接合後に大きな反りが生じやすい。反り変形が生じた金属−セラミックス接合基板を放熱フィンや冷却ジャケットに取り付けた場合、クリアランスが生じるため放熱性が低下し、大電流制御基板としての耐熱衝撃等の信頼性を満足できないという課題があった。
このような課題を解決するため、例えば特許文献１では、金属ベース板に少なくとも１個以上の強化材が接合され、且つ強化材の一部が金属ベース板から露出している金属−セラミックス接合基板及びその製造方法が開示されている。この先行例では、金属−セラミックス接合基板の接合時に、強化材の一部を鋳型で支持することにより、金属−セラミックス接合基板の反りを抑制している。
金属−セラミックス接合基板には、強化材としてアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等のセラミックス板材が用いられるが、セラミックスと金属の線膨張係数に差があるため、溶湯状態の金属をセラミックス板材に接触させて冷却、固化させると、凝固収縮によって大きく反り変形する場合がある。この時、金属−セラミックス接合基板の放熱面は、強化セラミックス板材の平面度によって凸形状にも凹形状にも成り得る。
金属−セラミックス接合基板の放熱面が凹形状になった場合、熱伝導グリースとの接触圧が低くなるため放熱性が著しく低下する。このため、放熱性を確保するために放熱面の平面度を改善する切削加工等の二次加工が必要となり、製造コストが上昇するという課題があった。
特許文献１のように金属ベース板から露出している強化セラミックス板材の一部を鋳型で支持する方法では、強化セラミックス板材と金属−セラミックス接合基板の外形寸法、あるいは強化セラミックス板材の保持方法等によって金属ベース板が局所的に薄肉になり、湯流れ過程での湯周り不良あるいは凝固冷却過程での表面割れ等の鋳造欠陥が生じるという課題があった。
また、金属−セラミックス接合基板の周縁部には、金属−セラミックス接合基板を放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締付穴が機械加工またはプレス加工で形成されるが、金属−セラミックス接合基板の外周と締結穴との距離が小さい場合、締結穴を加工する際に金属−セラミックス接合基板の外形が変形し、要求される外形精度を満足しないという課題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、反り変形が抑制され放熱性及び外形精度が高く、さらに湯周り不良のような鋳造欠陥が抑制された金属−セラミックス接合基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る金属−セラミックス接合基板は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部は、回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面を放熱面とし、放熱面の少なくとも強化セラミックス板材と対向する箇所は球面状の凸形状に形成され、放熱面の周縁部は回路パターン用金属板の部品実装面と平行に形成されている。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部は、回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状であり、回路絶縁セラミックス基板の外形よりも外側に、金属ベース部の表面から強化セラミックス板材まで達する穴である突起部跡を有する。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部は、回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状であり、回路絶縁セラミックス基板の外形よりも外側に、金属ベース部の表面から強化セラミックス板材まで達する穴である突起部跡を有する。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部の回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面を放熱面とし、放熱面の少なくとも強化セラミックス板材と対向する箇所は球面状の凸形状に形成され、放熱面の周縁部は回路パターン用金属板の部品実装面と平行に形成される金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、内部に回路絶縁セラミックス基板と強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部を有し、且つ強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出した後、金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡を切断する工程とを含むものである。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部の回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、内部に回路絶縁セラミックス基板と強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、強化セラミックス板材を支持するための突起部と、突起部が設けられた箇所に隣接して設けられ金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部とを有し、且つ強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出した後、金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡を切断する工程とを含むものである。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部の回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、内部に回路絶縁セラミックス基板と強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部を有し、且つ強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出す工程と、鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板の金属ベース部の周縁部に、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴をプレス加工で形成した後、金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡をプレス加工で切断する工程とを含むものである。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部の回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、内部に回路絶縁セラミックス基板と強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、強化セラミックス板材を支持するための突起部と、突起部が設けられた箇所に隣接して設けられ金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部とを有し、且つ強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出した後、金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡を切断する工程とを含むものである。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法は、一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、金属ベース部の内部に回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、金属ベース部の回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、内部に回路絶縁セラミックス基板と強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部を有し、且つ強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出す工程と、鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板の金属ベース部の周縁部に、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴をプレス加工で形成した後、金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡をプレス加工で切断する工程とを含むものである。
本発明に係る金属−セラミックス接合基板によれば、金属ベース部の放熱面が球面状の凸形状であるため、放熱面に熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンまたは冷却ジャケットを取り付ける際に、熱伝導グリースとの接触圧が高く接触が良好であることから、高い放熱性を確保することが可能である。
また、本発明に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法によれば、強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用いることにより、金属ベース部の放熱面が球面状の凸形状に転写形成され、放熱性の高い金属−セラミックス接合基板を容易に製造することができる。また、金属溶湯を凝固冷却させる際に、オーバーフロー部に形成されたオーバーフロー部跡が鋳型に拘束されるため、金属材料とセラミックス材料との線膨張係数の差により生じる反り変形を抑制することができる。また、鋳型の内部の金属溶湯の流路幅が狭くなっている箇所に隣接してオーバーフロー部を設けることにより、湯流れ過程での湯周り不良及び凝固冷却過程での表面割れのような鋳造欠陥を抑制することができる。さらに、鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板がオーバーフロー部跡を有することにより、その後のプレス加工による金属−セラミックス接合基板の外形の変形を抑制することができる。これらのことから、本発明によれば、反り変形が抑制され放熱性及び外形精度が高く、さらに湯周り不良のような鋳造欠陥が抑制された金属−セラミックス接合基板が得られる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板を示す平面図及び断面図、図３は、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板の製造に用いられる鋳型を示す断面図である。なお、全ての図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
以下に、本発明の実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板及びその製造方法について、図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板を示す平面図及び断面図、図３は、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板の製造に用いられる鋳型を示す断面図である。なお、全ての図において、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。
本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板１は、回路パターン用金属板２、金属ベース部３、回路絶縁セラミックス基板５及び強化セラミックス板材６を備えている。
回路絶縁セラミックス基板５は、図２に示すように、一方の面に回路パターン用金属板２が接合され、他方の面に回路パターン用金属板２よりも外形寸法及び厚さ寸法が大きい金属ベース部３が接合されている。回路パターン用金属板２は金属−セラミックス接合基板１の部品実装面であり、半導体チップ等が実装される。
回路絶縁セラミックス基板５は、図２に示すように、一方の面に回路パターン用金属板２が接合され、他方の面に回路パターン用金属板２よりも外形寸法及び厚さ寸法が大きい金属ベース部３が接合されている。回路パターン用金属板２は金属−セラミックス接合基板１の部品実装面であり、半導体チップ等が実装される。
金属ベース部３の内部には、強化セラミックス板材６が回路絶縁セラミックス基板５と向かい合って配置されている。金属ベース部３は、回路絶縁セラミックス基板５との接合面と反対側の面である放熱面４ａが球面状の凸形状である。なお、金属ベース部３の強化セラミックス板材６よりも放熱面４ａ側を放熱面用金属板４と称す。放熱面用金属板４の放熱面４ａには、熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンまたは冷却ジャケット等の部品がねじ止め等により取り付けられる。
図１に示すように、強化セラミックス板材６の外形寸法は、回路絶縁セラミックス基板５の外形寸法よりも大きい。また、図２に示すように、回路パターン用金属板２の厚さ寸法Ｙ１及び放熱面用金属板４の最も厚い部分の厚さ寸法Ｙ３は、いずれも金属ベース部３の回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６との間の金属の厚さ寸法Ｙ２よりも小さい（Ｙ１＜Ｙ２、Ｙ３＜Ｙ２）。
また、図１に示すように、金属ベース部３は、金属−セラミックス接合基板１を製造するための鋳型２０の内部において強化セラミックス板材６を支持する突起部２５による突起部跡７を有している。さらに、金属ベース部３は、その周縁部３ａに、金属−セラミックス接合基板１を筺体部品に取り付けるためのねじ用の締結穴（図示省略）と、金属−セラミックス接合基板１を放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴８を有している。
本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板１の製造方法について説明する。図４及び図５は、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板の製造方法を示す図であり、図４は鋳型から取り出した直後の金属−セラミックス接合基板を示す平面図及び断面図、図５は、プレス加工工程を示す断面図である。
まず、準備段階として、図３に示すように、内部に回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６が向かい合って設置されると共に、金属ベース部３を形成するための空間である金属ベース部形成部２３より水平方向に外側、すなわち金属−セラミックス接合基板１の外形より外側に、該空間と連通するオーバーフロー部２６を有し、且つ強化セラミックス板材６と対向する形成面２４ａが球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型２０を用意する。
鋳型２０は、上型２０Ａと下型２０Ｂから構成されている。鋳型２０の金属ベース部形成部２３は、回路パターン用金属板２を形成するための回路パターン用金属板形成部２２、放熱面用金属板４を形成するための放熱面用金属板形成部２４、及びオーバーフロー部２６と連通している。
回路パターン用金属板形成部２２は、上型２０Ａと回路絶縁セラミックス基板５との間の空間であり、回路絶縁セラミックス基板５の一部が上型２０Ａに支持され収容されることで形成される。また、放熱面用金属板形成部２４は、下型２０Ｂと強化セラミックス板材６との間の空間であり、強化セラミックス板材６の一部が上型２０Ａの突起部２５に支持され収容されることで形成される。さらに、下型２０Ｂの放熱面用金属板形成部２４の形成面２４ａは、球面状の凹形状に彫り込まれている。
鋳型２０は、金属溶湯を金属ベース部形成部２３に注湯するための注湯口（図示省略）と、金属ベース部形成部２３と回路パターン用金属板形成部２２との間、及び金属ベース部形成部２３と放熱面用金属板形成部２４との間に延びる湯道２１を有している。この湯道２１により、鋳型２０の内部に回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６を収容した場合も、金属ベース部形成部２３は回路パターン用金属板形成部２２及び放熱面用金属板形成部２４と連通している。
鋳型２０の内部には、金属溶湯との接合を防ぐ目的で、塗装、溶射、物理蒸着法等で離型コーティングが施される。離型コーティング材としては、アルミニウムとの反応性が小さい窒化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム等の酸化物セラミックスが用いられる。
続いて、内部に回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６が設置された鋳型２０を、接合炉内に移動させる。接合炉内は窒素雰囲気であり、酸素濃度１００ｐｐｍ以下とし、ヒータの温度制御によって鋳型２０を注湯温度である６００℃〜８００℃まで加熱する。その後、予め計量され注湯温度まで加熱された金属溶湯を窒素ガスによって加圧し、鋳型２０の注湯口から鋳型２０の内部へ流し込む。
回路パターン用金属板２、金属ベース部３、及び放熱面用金属板４を構成する金属部材である金属溶湯には、熱伝導性の高いアルミニウムを主原料とするアルミニウム合金または純アルミニウム等が用いられる。また、回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６を構成するセラミックス材料には、アルミニウム合金または純アルミニウム系材料の融点である７００℃程度の温度下にあっても熱的または化学的に安定な酸化アルミニウムや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。
その後、冷し金を用いて鋳型２０内の金属溶湯を指向性凝固させた後、鋳型２０から金属とセラミックスが接合した基板を離型させることで、図４に示す金属−セラミックス接合基板が得られる。鋳型２０から取り出された直後の金属−セラミックス接合基板は、図１に示す金属−セラミックス接合基板１の外形より外側に、湯道跡９とオーバーフロー部跡１０を有すると共に、鋳型２０の突起部２５の跡である突起部跡７を有している。湯道跡９とオーバーフロー部跡１０は不要な部分であるため、図５に示すプレス加工工程で切断される。
プレス加工工程では、まず、図５（ａ）に示すように、鋳型２０から取り出された金属−セラミックス接合基板の金属ベース部３の周縁部に、金属−セラミックス接合基板１を筺体部品に取り付けるためのねじ用の締結穴と、金属−セラミックス接合基板１を放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴８を、締結穴プレス３１で加工形成する。続いて図５（ｂ）に示すように、湯道跡９とオーバーフロー部跡１０をオーバーフロー部跡プレス３２により切断する。
これにより、図１に示す金属−セラミックス接合基板１の外形が形成される。以上の工程により完成した金属−セラミックス接合基板１は、球面状の凹形状に彫り込まれた下型２０Ｂの形成面２４ａが転写されることにより、放熱面４ａが球面状の凸形状となっている。
なお、図４に示す例では、オーバーフロー部跡１０は金属−セラミックス接合基板１の対向する二辺に対称に設けられているが、鋳型２０内のオーバーフロー部２６の位置はこれに限定されるものではない。ただし、オーバーフロー部跡１０が金属−セラミックス接合基板１の中心に対して線対称となるように設けることが好ましい。
また、図１及び図２に示す金属−セラミックス接合基板１では、回路絶縁セラミックス基板５よりも外形寸法が大きい強化セラミックス板材６を用いているが、回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６の構成については、これに限定されるものではない。例えば図６に示す金属−セラミックス接合基板１Ａのように、複数に分割された強化セラミックス板材６ａ、６ｂ、６ｃを用いることもできる。また、回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６との間に、さらに複数の強化セラミックス板材を設けてもよい。
以上のように、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板１の製造方法によれば、下型２０Ｂの形成面２４ａが球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型２０を用いることにより、放熱面用金属板４の放熱面４ａが球面状の凸形状に転写形成された金属−セラミックス接合基板１を容易に製造することができる。
また、鋳型２０の内部の金属ベース部形成部２３より水平方向の外側、すなわち金属−セラミックス接合基板１の外形より外側に、金属ベース部形成部２３と連通するオーバーフロー部２６を設けることにより、金属溶湯を凝固冷却させる際にオーバーフロー部２６に形成されたオーバーフロー部跡１０が鋳型２０に拘束されるため、金属材料とセラミックス材料との線膨張係数の差により生じる熱歪みによる反り変形を抑制することができる。なお、オーバーフロー部跡１０は、締結穴８を形成するためのプレス加工工程において切断することができるため、オーバーフロー部跡１０を切断するための工程を増やすことなく、容易に金属−セラミックス接合基板１の外形を形成することができる。
また、鋳型２０の内部の金属溶湯の流路幅が狭くなっている箇所に隣接してオーバーフロー部２６を設けることにより、湯流れ過程での湯周り不良及び凝固冷却過程での表面割れのような鋳造欠陥を抑制することができる。さらに、鋳型２０から取り出された金属−セラミックス接合基板がオーバーフロー部跡１０を有することにより、その後のプレス加工工程で締結穴８を形成する際の金属−セラミックス接合基板１の外形の変形を抑制することができる。
また、本実施の形態１に係る金属−セラミックス接合基板１によれば、放熱面４ａが球面状の凸形状であるため、放熱面４ａに熱伝導グリースを介して放熱フィンまたは冷却ジャケットを取り付ける際に、熱伝導グリースとの接触圧が高く接触が良好であることから、高い放熱性を確保することが可能である。さらに、回路パターン用金属板２の厚さ寸法Ｙ１と放熱面用金属板４の金属の最も厚い部分の厚さ寸法Ｙ３を、それぞれ金属ベース部３の回路絶縁セラミックス基板５と強化セラミックス板材６との間の金属の厚さ寸法Ｙ２よりも小さく設定することにより、回路パターン用金属板２と放熱面用金属板４の熱歪みが金属ベース部３へ及ぼす影響が小さく、金属−セラミックス接合基板１の反り変形を抑制することができる。これらのことから、本実施の形態１によれば、反り変形が抑制され放熱性及び外形精度が高く、さらに湯周り不良のような鋳造欠陥が抑制された金属−セラミックス接合基板１が得られる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、金属−セラミックス接合基板におけるオーバーフロー部跡１０の配置、すなわち鋳型２０におけるオーバーフロー部２６の配置の変形例について、図７から図１０を用いて説明する。なお、それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
本発明の実施の形態２では、金属−セラミックス接合基板におけるオーバーフロー部跡１０の配置、すなわち鋳型２０におけるオーバーフロー部２６の配置の変形例について、図７から図１０を用いて説明する。なお、それ以外の構成については上記実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図７に示す例では、オーバーフロー部跡１０は、金属ベース部３の周縁部３ａの締結穴が形成される箇所８ａに隣接するように配置されている。このように、オーバーフロー部跡１０を締結穴が形成される箇所８ａの近傍に配置することにより、鋳型２０から取り出された金属−セラミックス接合基板に、プレス加工で締結穴を形成する際に生じる金属−セラミックス接合基板１の外形のせん断変形を抑制することができる。なお、オーバーフロー部跡１０に隣接して形成される締結穴は、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴のいずれであってもよい。
また、図８に示す例では、金属ベース部３は４個の突起部跡７を有しており、オーバーフロー部跡１０は、これらの突起部跡７に隣接するように配置されている。鋳型２０の内部において、突起部２５が設けられた箇所は金属溶湯の流路幅が狭くなっており、金属溶湯を鋳型２０に注入する湯流れ過程での湯周り不良や凝固冷却過程での表面割れ等の鋳造欠陥が発生し易い。このため、鋳型２０の突起部２５が設けられた箇所に隣接してオーバーフロー部２６を設けることにより、金属溶湯の流路幅を広げることが可能となり、湯周り不良や表面割れ等の鋳造欠陥を抑制することができる。
また、図９に示す例では、オーバーフロー部跡１０は、金属ベース部３の周縁部３ａ全域に隣接するように配置されている。金属ベース部３の周縁部３ａは、湯流れ過程での湯周り不良や、金属溶湯の流れが分岐し合流することで生じる湯境い湯じわ等の不良、または凝固冷却過程での表面割れ等の鋳造欠陥が発生し易い。このため、鋳型２０の金属ベース部形成部２３の外周全域に隣接してオーバーフロー部２６を設けることにより、金属溶湯の流れの分岐及び合流を抑制することが可能となり、湯周り不良や湯境い湯じわ、表面割れ等の鋳造欠陥を抑制することができる。
また、プレス加工工程の後、金属−セラミックス接合基板１は、回路パターン用金属板２側の外周面に接着剤が塗布され、筺体部品が固定される。この時、回路パターン用金属板２側の外周面にプレス加工によるダレが発生していると、接着剤が金属−セラミックス接合基板１の側面へ流れ込み、不良の原因となる。このため、プレス加工工程において、回路パターン用金属板２側の外周面にダレが発生しないように留意する必要がある。
そこで、図１０に示すように、オーバーフロー部跡１０の厚さ寸法Ｙ４を、金属ベース部３の厚さ寸法より小さく、且つ、オーバーフロー部跡１０の一方の面と金属ベース部３の放熱面用金属板４の放熱面４ａを同一面にすることにより、プレス加工工程においてオーバーフロー部跡１０を切断する際に、回路パターン用金属板２側の外周面にダレが発生しない。
なお、図７から図１０に示すオーバーフロー部跡１０の配置例においても、上記実施の形態１と同様に、鋳型２０の内部にオーバーフロー部２６を設けることにより、金属溶湯を凝固冷却させる際にオーバーフロー部２６に形成されたオーバーフロー部跡１０が鋳型２０に拘束されるため、金属材料とセラミックス材料との線膨張係数の差により生じる熱歪みによる反り変形を抑制することができる。
本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果に加え、鋳型２０のオーバーフロー部２６の配置によってプレス加工による金属−セラミックス接合基板１の外形のせん断変形を抑制したり、湯周り不良、湯境い湯じわ、及び表面割れ等の鋳造欠陥をさらに抑制したりすることが可能となり、金属−セラミックス接合基板１の品質が向上する。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１、１Ａ 金属−セラミックス接合基板、２ 回路パターン用金属板、３ 金属ベース部、３ａ 周縁部、４ 放熱面用金属板、４ａ 放熱面、５ 回路絶縁セラミックス基板、６、６ａ、６ｂ、６ｃ 強化セラミックス板材、７ 突起部跡、８ 締結穴、８ａ 締結穴が形成される箇所、９ 湯道跡、１０ オーバーフロー部跡、２０ 鋳型、２０Ａ 上型、２０Ｂ 下型、２１ 湯道、２２ 回路パターン用金属板形成部、２３ 金属ベース部形成部、２４ 放熱面用金属板形成部、２５ 突起部、２６ オーバーフロー部、３１ 締結穴プレス、３２ オーバーフロー部跡プレス
Claims (14)
- 一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、前記金属ベース部の内部に前記回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、
前記金属ベース部は、前記回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面を放熱面とし、前記放熱面の少なくとも前記強化セラミックス板材と対向する箇所は球面状の凸形状に形成され、前記放熱面の周縁部は前記回路パターン用金属板の部品実装面と平行に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。 - 一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、前記金属ベース部の内部に前記回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、
前記金属ベース部は、前記回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状であり、前記回路絶縁セラミックス基板の外形よりも外側に、前記金属ベース部の表面から前記強化セラミックス板材まで達する穴である突起部跡を有することを特徴とする金属−セラミックス接合基板。 - 前記強化セラミックス板材は、前記回路絶縁セラミックス基板よりも外形寸法が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 前記金属ベース部において、前記強化セラミックス板材と前記放熱面との間の金属の最も厚い部分の厚さ寸法は、前記回路絶縁セラミックス基板と前記強化セラミックス板材との間の金属の厚さ寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 前記回路パターン用金属板の厚さ寸法は、前記金属ベース部の前記回路絶縁セラミックス基板と前記強化セラミックス板材との間の金属の厚さ寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属−セラミックス接合基板。
- 一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、前記金属ベース部の内部に前記回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、前記金属ベース部の前記回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面を放熱面とし、前記放熱面の少なくとも前記強化セラミックス板材と対向する箇所は球面状の凸形状に形成され、前記放熱面の周縁部は前記回路パターン用金属板の部品実装面と平行に形成される金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、
内部に前記回路絶縁セラミックス基板と前記強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、前記金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部を有し、且つ前記強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、
前記鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、前記鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、前記鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出した後、前記金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡を切断する工程とを含むことを特徴とする金属−セラミックス接合基板の製造方法。 - 前記鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板の前記金属ベース部の周縁部に、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴をプレス加工で形成した後、前記オーバーフロー部跡をプレス加工で切断することを特徴とする請求項６記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
- 一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、前記金属ベース部の内部に前記回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、前記金属ベース部の前記回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、
内部に前記回路絶縁セラミックス基板と前記強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、前記強化セラミックス板材を支持するための突起部と、前記突起部が設けられた箇所に隣接して設けられ前記金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部とを有し、且つ前記強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、
前記鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、前記鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、前記鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出した後、前記金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡を切断する工程とを含むことを特徴とする金属−セラミックス接合基板の製造方法。 - 前記鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板の前記金属ベース部の周縁部に、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴をプレス加工で形成した後、前記オーバーフロー部跡をプレス加工で切断することを特徴とする請求項８記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
- 一方の面に回路パターン用金属板が接合され他方の面に金属ベース部が接合された回路絶縁セラミックス基板と、前記金属ベース部の内部に前記回路絶縁セラミックス基板と向かい合って配置された強化セラミックス板材とを備え、前記金属ベース部の前記回路絶縁セラミックス基板との接合面と反対側の面である放熱面が球面状の凸形状である金属−セラミックス接合基板の製造方法であって、
内部に前記回路絶縁セラミックス基板と前記強化セラミックス板材が向かい合って設置されると共に、前記金属ベース部を形成するための空間より水平方向の外側に該空間と連通するオーバーフロー部を有し、且つ前記強化セラミックス板材と対向する面が球面状の凹形状に彫り込まれた鋳型を用意する工程と、
前記鋳型の内部に所定温度まで加熱された金属溶湯を流し込み、前記鋳型を冷却して金属溶湯を固化させ、前記鋳型から金属−セラミックス接合基板を取り出す工程と、
前記鋳型から取り出された金属−セラミックス接合基板の前記金属ベース部の周縁部に、金属−セラミックス接合基板を筺体部品または放熱フィンまたは冷却ジャケットに取り付けるためのねじ用の締結穴をプレス加工で形成した後、前記金属ベース部と一体に形成されたオーバーフロー部跡をプレス加工で切断する工程とを含むことを特徴とする金属−セラミックス接合基板の製造方法。 - 前記オーバーフロー部跡は、前記金属ベース部の前記周縁部の前記締結穴が形成される箇所に隣接するように形成されることを特徴とする請求項７または請求項１０に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記鋳型は、内部に前記強化セラミックス板材を支持するための突起部を有し、前記オーバーフロー部跡は、前記金属ベース部の前記突起部の跡に隣接するように形成されることを特徴とする請求項７または請求項１０に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記オーバーフロー部跡は、前記金属ベース部の前記周縁部の全域に隣接するように形成されることを特徴とする請求項７または請求項１０に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記オーバーフロー部跡の厚さ寸法は前記金属ベース部の厚さ寸法よりも小さく、且つ、前記オーバーフロー部跡の一方の面と前記金属ベース部の前記放熱面が同一面であることを特徴とする請求項６から請求項１３のいずれか一項に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
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