JP6837365B2 - Metal-ceramic bonding substrate and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、金属溶湯をセラミックス基板に接触させた後、金属溶湯を冷却して固化させることによって製造する金属−セラミックス接合基板、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal-ceramic bonding substrate manufactured by bringing a molten metal into contact with a ceramic substrate and then cooling and solidifying the molten metal, and a method for producing the same.
電気自動車、電車、工作機械等の大電流を制御するために使用されているパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれる金属板又は複合材にセラミックス基板が接合された、金属−セラミックス接合基板が用いられる。この金属−セラミックス接合基板の一方面側の回路用金属板には、電力用半導体素子がはんだ付けされ、他方面側には、金属製の放熱フィンあるいは冷却ジャケットが熱伝導グリースを介してねじ止め等によって取り付けられている。 In a power module used for controlling a large current in an electric vehicle, a train, a machine tool, or the like, a metal-ceramic bonded substrate in which a ceramic substrate is bonded to a metal plate or a composite material called a base plate is used. A power semiconductor element is soldered to the circuit metal plate on one side of the metal-ceramic joint substrate, and a metal heat dissipation fin or cooling jacket is screwed on the other side via heat conductive grease. Etc. are attached.
このような金属−セラミックス接合基板は、金属溶湯をセラミックス基板に接触させた後、金属溶湯を冷却して固化させて製造され、凝固冷却時における金属材とセラミックス材との収縮差が大きいため、大きな反り変形が生じやすい。よって、金属−セラミックス接合基板を金属製の放熱フィンあるいは冷却ジャケットに取り付けた際、反り変形により、放熱フィンあるいは冷却ジャケットと金属−セラミックス接合基板との間に隙間が発生する場合がある。その結果、金属−セラミックス接合基板の放熱性能が低下し、大電流制御基板としての耐熱衝撃等の信頼性が満足できない場合がある。 Such a metal-ceramic bonding substrate is manufactured by bringing the molten metal into contact with the ceramic substrate and then cooling and solidifying the molten metal, and the shrinkage difference between the metal material and the ceramic material during solidification cooling is large. Large warpage deformation is likely to occur. Therefore, when the metal-ceramic bonding substrate is attached to the metal heat-dissipating fin or the cooling jacket, a gap may be generated between the heat-dissipating fin or the cooling jacket and the metal-ceramic bonding substrate due to warpage deformation. As a result, the heat dissipation performance of the metal-ceramics bonded substrate deteriorates, and the reliability of the heat-resistant impact as a large current control substrate may not be satisfied.
このような放熱性能の低下を防止するため、少なくとも１つの強化材をベース板に接合された金属−セラミックス接合基板が存在する。そして当該基板を製造する際には、鋳型で強化材を支持することで、強化材の位置を精密に制御、固定して、反りのバラつきを抑制すること等が提案されている（例えば、特許文献１）。 In order to prevent such deterioration of heat dissipation performance, there is a metal-ceramic bonding substrate in which at least one reinforcing material is bonded to the base plate. Then, when manufacturing the substrate, it has been proposed that the position of the reinforcing material is precisely controlled and fixed by supporting the reinforcing material with a mold to suppress the variation in warpage (for example, a patent). Document 1).
しかしながら、上述の提案では、鋳型に金属溶湯を注入する際の金属溶湯の圧力によって強化材が反ってしまい、結果的に金属−セラミックス接合基板に大きな反りが発生する場合がある。したがって、未だ、耐熱衝撃信頼性には改善の余地がある。 However, in the above proposal, the reinforcing material may be warped due to the pressure of the molten metal when the molten metal is injected into the mold, and as a result, a large warp may occur in the metal-ceramics bonded substrate. Therefore, there is still room for improvement in thermal shock reliability.
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、従来に比べて信頼性の高い金属−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。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a metal-ceramics bonded substrate having higher reliability than the conventional one, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における金属−セラミックス接合基板は、金属材とセラミックス材とを直接に接合した基板であり、表面に部品実装面を有し裏面に放熱面を有する金属−セラミックス接合基板であって、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、上記放熱面用金属板部は、上記放熱面から上記強化セラミックス板材まで延在し上記強化セラミックス板材が露出する凹部を有する、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the metal-ceramics bonded substrate in one aspect of the present invention is a substrate in which a metal material and a ceramics material are directly bonded, and is a metal-ceramics bonded substrate having a component mounting surface on the front surface and a heat dissipation surface on the back surface. In the thickness direction of the metal-ceramics bonded substrate, the metal plate portion for the circuit pattern of the metal material having the component mounting surface and the heat radiating surface are provided between the component mounting surface and the heat radiating surface. The metal plate portion for the heat dissipation surface of the metal material, the metal base portion of the metal material located between the metal plate portion for the circuit pattern and the metal plate portion for the heat dissipation surface, the metal plate portion for the circuit pattern and the metal A circuit insulating ceramic substrate located between the base portion and electrically insulating them, and a reinforced ceramic plate material located between the metal plate portion for the heat radiation surface and the metal base portion are provided for the heat radiation surface. The metal plate portion has a recess extending from the heat radiation surface to the reinforced ceramic plate material and exposing the reinforced ceramic plate material.
It is characterized by that.
本発明の一態様における金属−セラミックス接合基板によれば、金属−セラミックス接合基板の凝固冷却時に発生する反り変形を抑制することができ、金属−セラミックス接合基板と放熱部品との熱伝導性も向上可能である。よって、金属−セラミックス接合基板、ひいてはパワーモジュールの耐熱衝撃信頼性を従来に比べて向上させることが可能となる。 According to the metal-ceramics bonded substrate in one aspect of the present invention, warpage deformation that occurs during solidification and cooling of the metal-ceramics bonded substrate can be suppressed, and the thermal conductivity between the metal-ceramics bonded substrate and the heat radiating component is also improved. It is possible. Therefore, it is possible to improve the heat-resistant impact reliability of the metal-ceramics bonded substrate and, by extension, the power module as compared with the conventional case.
実施形態である金属−セラミックス接合基板、及びその製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。 The metal-ceramics bonded substrate and the manufacturing method thereof, which are the embodiments, will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are designated by the same reference numerals. In addition, in order to avoid unnecessary redundancy of the following explanations and facilitate understanding by those skilled in the art, detailed explanations of already well-known matters and duplicate explanations for substantially the same configuration may be omitted. .. In addition, the following description and the contents of the attached drawings are not intended to limit the subject matter described in the claims.
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における金属−セラミックス接合基板１２１を示す断面図である。図７は、図１に示す金属−セラミックス接合基板１２１の平面図である。この金属−セラミックス接合基板１２１は、金属材と少なくとも２枚のセラミックス材とを、後述する鋳型にて直接に接合して製造した基板であり、厚み方向１３１における両端面として位置し互いに対向する部品実装面１０８ａ及び放熱面１０９ａを有する。このような金属−セラミックス接合基板１２１は、基本的構成部分として、回路パターン用金属板部１０８と、放熱面用金属板部１０９と、金属ベース部１１０と、回路絶縁セラミックス基板１０４と、強化セラミックス板材１０５と、凹部１１１とを備える。回路パターン用金属板部１０８、放熱面用金属板部１０９、及び金属ベース部１１０は、同じ金属材にて形成され、回路絶縁セラミックス基板１０４及び強化セラミックス板材１０５は、セラミックス材である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a metal-
上記金属材としては、熱伝導性の良いアルミニウムを主原料とするアルミニウム合金、又は純アルミニウムを使用する。上記セラミックス材としては、アルミニウム合金又は純アルミニウムの溶湯温度に対して、熱的にかつ化学的に安定である酸化アルミニウムあるいは窒化アルミニウム等のセラミックス材を使用する。 As the metal material, an aluminum alloy containing aluminum having good thermal conductivity as a main raw material or pure aluminum is used. As the ceramic material, a ceramic material such as aluminum oxide or aluminum nitride that is thermally and chemically stable with respect to the molten metal temperature of the aluminum alloy or pure aluminum is used.
金属−セラミックス接合基板１２１では、部品実装面１０８ａを有する回路パターン用金属板部１０８と、放熱面１０９ａを有する放熱面用金属板部１０９とが平行又は略平行に対向して位置する。部品実装面１０８ａには、例えば電力用半導体素子等の部品が実装される。放熱面１０９ａには、放熱フィンあるいは冷却ジャケット等の放熱部品が締結される。
In the metal-
このような回路パターン用金属板部１０８と放熱面用金属板部１０９との間には、互いに平行又は略平行に対向して、回路絶縁セラミックス基板１０４及び強化セラミックス板材１０５が位置する。回路絶縁セラミックス基板１０４は、回路パターン用金属板部１０８と金属ベース部１１０との間に位置しこれらを電気的に絶縁する。強化セラミックス板材１０５は、放熱面用金属板部１０９と金属ベース部１１０との間に位置する。尚、本実施の形態では、回路絶縁セラミックス基板１０４と強化セラミックス板材１０５との材質は同じである。
The circuit insulating
ここで、金属−セラミックス接合基板１２１の平面視において、強化セラミックス板材１０５は、回路絶縁セラミックス基板１０４よりも大きい面積を有する。さらに、厚み方向１３１において、放熱面用金属板部１０９の厚みｔ１は、回路絶縁セラミックス基板１０４と強化セラミックス板材１０５との間に位置する金属ベース部１１０の厚みｔ２よりも薄い。
Here, in the plan view of the metal-
さらにまた、放熱面用金属板部１０９は、金属−セラミックス接合基板１２１の中心を通る対称軸１２６（図７）に線対称として位置する少なくとも一つの凹部１１１を有する。この凹部１１１は、放熱面用金属板部１０９における放熱面１０９ａから強化セラミックス板材１０５まで延在し、強化セラミックス板材１０５を露出させる。
Furthermore, the
以上のように構成される金属−セラミックス接合基板１２１は、例えば図５に示すような鋳型１を用いて、以下のように製造される。
図５では、鋳型１の内部に回路絶縁セラミックス基板１０４と、強化セラミックス板材１０５とが設置された状態を示している。鋳型１は、上型２と下型３とに分離可能に構成されており、回路絶縁セラミックス基板１０４は上型２に支持され、強化セラミックス板材１０５は上型２の一部及び下型３に立設された突出部６にて支持されている。ここで突出部６は、上述した、比較的厚みの薄い放熱面用金属板部１０９における凹部１１を形成するものである。よって突出部６は、金属−セラミックス接合基板１２１の中心を通る対称軸１２６に線対称として少なくとも１つ以上設けられており、放熱面用金属板部１０９に対応して比較的厚みの薄い部分（下記の放熱面用金属板形成部９）にて、強化セラミックス基材１０５を支持する。
The metal-
FIG. 5 shows a state in which the circuit insulating
図５において、鋳型１の内部における空洞部７は、金属−セラミックス接合基板１２１における金属ベース部１１０を、回路パターン用金属板形成部８は、回路パターン用金属板部１０８を、放熱面用金属板形成部９は、放熱面用金属板部１０９を、それぞれ形成するための空洞部である。また、空洞部７は、回路パターン用金属板形成部８及び放熱面用金属板形成部９と連通している。
また、回路パターン用金属板形成部８は、回路絶縁セラミックス基板１０４の一部が鋳型１の上型２に支持されて鋳型１内に収容されることで形成される、鋳型１の上型２と回路絶縁セラミックス基板１０４との間の空間である。
また、放熱面用金属板形成部９は、強化セラミックス板材１０５の一部が鋳型１の上型２に支持されて鋳型１内に収容されることで形成される、鋳型１の下型３と強化セラミックス板材１０５との間の空間である。
In FIG. 5, the
Further, the circuit pattern metal
Further, the metal
尚、強化セラミックス板材１０５の支持は、図５に示すように強化セラミックス板材１０５の一部が上型２から支持される形態に限定されず、図６に示すように、鋳型１の下型３で支持されてもよい。
The support of the reinforced
鋳型１には、金属ベース部１１０を形成するための空洞部７に金属溶湯を注湯するための注湯口（不図示）が形成され、また、空洞部７と回路パターン用金属板形成部８との間に延在する溶湯流路（不図示）、及び、空洞部７と放熱面用金属板形成部９との間に延在する溶湯流路（不図示）がそれぞれ形成されている。また鋳型１は、内部に回路絶縁セラミックス基板１０４を収容したときには、空洞部７と回路パターン用金属板形成部８との間が連通し、強化セラミックス板材１０５を収容したときにも空洞部７と放熱面用金属板形成部９との間が連通するように構成されている。
In the
ここで、一般的な金属−セラミックス接合基板の鋳造方法について説明する。尚、この鋳造方法は、金属−セラミックス接合基板１２１の製造にも適用可能である。
金属溶湯と鋳型とが接触することによる金属溶湯と鋳型との接合を防ぐために、まず、塗装、溶射、物理的蒸着法等により、離型コーティングを行う。そして、鋳型の内部に、回路絶縁セラミックス基板１０４と、強化セラミックス板材１０５とを収容し、鋳型１を接合炉内に移動させる。
この接合炉内を窒素ガス雰囲気にして、酸素濃度を１００ｐｐｍ以下にし、ヒーターの温度制御によって、注湯温度である６００〜８００℃まで鋳型１を加熱する。その後、注湯温度まで加熱して得られた、予め計量された金属溶湯を窒素ガスによって加圧し、鋳型１の注湯口を通して鋳型内部へ流し込む。
このようにして金属溶湯を鋳型内部へ流し込んだ後、冷し金を用いて鋳型内の金属溶湯を指向性凝固させる。
以上のようにして、金属材とセラミックス材とが接合した基板を鋳型から離型させ、図１に示す金属−セラミックス接合基板１２１を製造する。
Here, a general method for casting a metal-ceramic bonded substrate will be described. This casting method can also be applied to the production of the metal-
In order to prevent the molten metal from joining the mold due to contact between the molten metal and the mold, first, a mold release coating is performed by painting, thermal spraying, physical vapor deposition, or the like. Then, the circuit insulating
The inside of this joining furnace is made into a nitrogen gas atmosphere, the oxygen concentration is set to 100 ppm or less, and the
After the molten metal is poured into the mold in this way, the molten metal in the mold is directionally solidified using a chiller.
As described above, the substrate in which the metal material and the ceramic material are bonded is released from the mold to manufacture the metal-ceramic bonded
以上説明した金属−セラミックス接合基板１２１、及び、この金属−セラミックス接合基板１２１を製造するための鋳型１によれば、以下の効果を得ることができる。
鋳造時において、金属−セラミックス接合基板１２１の中心を通る対称軸１２６に線対称として、鋳型１の下型３に少なくとも１つ以上設け、かつ比較的厚みの薄い放熱面用金属板形成部９側に対応して設けた突出部６によって、強化セラミックス板材１０５を支持して鋳造する。これにより、窒素ガスで加圧された金属溶湯が鋳型１の内部へ注入される際に生じる、強化セラミックス板材１０５の撓みを防止することができる。よって、放熱面用金属板部１０９におけるアルミニウム厚さｔ１を均等にすることができる。
その結果、凝固収縮時における金属材とセラミックス材との線膨張率の差に起因して発生する熱ひずみによる、金属−セラミックス接合基板１２１の反りを抑制することができ、かつ、凝固収縮時において、鋳型１の下型３の突出部６によって金属−セラミックス接合基板１２１を拘束することで、さらに反りを抑制することが可能となる。
According to the metal-
At the time of casting, at least one or more is provided on the
As a result, it is possible to suppress the warp of the metal-ceramic
また、金属溶湯を鋳型１に注入してから金属溶湯の凝固に至るまで、湯回り不良あるいはガス巻き込み等の欠陥が発生しないように留意する必要がある。下型３の突出部６によって強化セラミックス板材１０５の撓み防止が可能になることから、湯回り不良を防止でき、かつ凝固時にガスを抜くことができる。よって、ガス巻き込み等の欠陥を発生させることなく、金属−セラミックス接合基板１２１の品質を向上させることが可能となる。
In addition, care must be taken not to cause defects such as poor hot water circulation or gas entrainment from the injection of the molten metal into the
また、下型３の突出部６による金属−セラミックス接合基板１２１の拘束は、以下の場合にも有効となる。
即ち、金属−セラミックス接合基板１２１における回路パターン用金属板部１０８では、部品実装面１０８ａから回路絶縁セラミックス基板１０４まで溝が彫り込まれている。
Further, the restraint of the metal-
That is, in the circuit pattern
これらにより、金属−セラミックス接合基板１２１における回路パターン用金属板部１０８の厚みと放熱面用金属板部１０９の厚みｔ１との関係が各位置により異なるため、凝固冷却時に反りが発生する。このような場合に対しても、凝固収縮時において、鋳型１における下型３の突出部６によって金属−セラミックス接合基板１２１を拘束することにより、反り変形を抑制することができる。
As a result, the relationship between the thickness of the
また、下型３に設けた突出部６によって、放熱面用金属板部１０９には、上述のように凹部１１１が形成される。一方、放熱面用金属板部１０９には、放熱フィンあるいは冷却ジャケット等の放熱部品が締結され、その際、放熱面用金属板部１０９の放熱面１０９ａと放熱部品との接触面には、熱伝導グリースを設ける。よって、この熱伝導グリースは、凹部１１１内に進入することから、放熱面用金属板部１０９との接触面積を増加させることができる。よって、金属−セラミックス接合基板１２１の放熱性能を従来に比べて向上させることが可能である。
Further, the
以上説明したように、金属−セラミックス接合基板１２１の凝固冷却時に発生する反り変形を抑制することができ、金属−セラミックス接合基板１２１と放熱部品との熱伝導性も向上可能なことから、金属−セラミックス接合基板１２１、ひいてはパワーモジュールの耐熱衝撃信頼性を従来に比べて向上させることが可能となる。
As described above, the warp deformation that occurs during solidification and cooling of the metal-
本実施の形態１では、回路絶縁セラミックス基板１０４及び強化セラミックス板材１０５は、それぞれ１枚ずつを設けるが、これに限定されない。例えば図２に示す金属−セラミックス接合基板１２１Ａのように、回路絶縁セラミックス基板１０４と強化セラミックス板材１０５との間に、さらに一又は複数の強化セラミックス板材を設けても良い。
In the first embodiment, the circuit insulating
また、図８は本実施の形態１における金属−セラミックス接合基板の変形例における平面図である。この変形例では、金属−セラミックス接合基板１２１の中心を通る対称軸１２６に線対称として、断面矩形の凹部１１１が６つと、断面円形の凹部１１１が２つが形成されており、それぞれ強化セラミックス板材１０５を露出させている。鋳造時において、強化セラミックス板材１０５の四隅を、四隅の断面矩形の凹部１１１に対応する突出部に位置するように配置して鋳造する。この際、四隅の断面矩形の凹部１１１に対応する突出部が、強化セラミックス板材１０５の位置決めの役割を果たすため、強化セラミックス板材１０５を精度よく配置することができる。
Further, FIG. 8 is a plan view of a modified example of the metal-ceramics bonded substrate according to the first embodiment. In this modification, six
実施の形態２．
図３は、実施の形態２における金属−セラミックス接合基板１２２を示している。この金属−セラミックス接合基板１２２は、基本的に、上述した実施形態１の金属−セラミックス接合基板１２１と同じ構成を有し、さらに、窪み１１３を有する点で相違する。
したがって以下では、相違点である窪み１１３について主に説明を行い、同じ構成部分に関する説明については省略する。
FIG. 3 shows the metal-ceramics bonded
Therefore, in the following, the
窪み１１３は、金属ベース部１１０に存在し、金属−セラミックス接合基板１２２において、回路パターン用金属板部１０８側及び放熱面用金属板部１０９側の少なくとも一方側の面に位置する。このような窪み１１３は、金属−セラミックス接合基板１２２の中心を通る対称軸１２６に線対称として少なくとも２箇所に位置する。尚、図３では、窪み１１３は、金属−セラミックス接合基板１２２において、放熱面用金属板部１０９側の放熱面１０９ａにおける少なくとも２箇所に設けられた場合を示している。
The
このような窪み１１３は、金属ベース部１１０を形成する鋳型１の空洞部７に対して、上型２及び下型３の少なくとも一方に突設した突起部によって形成される。この突起部は、窪み１１３の配置に対応して、金属−セラミックス接合基板１２２の中心を通る対称軸１２６に線対称として少なくとも２箇所に位置する。
Such a
このような窪み１１３を有する本実施形態２の金属−セラミックス接合基板１２２は、実施形態１の金属−セラミックス接合基板１２１と基本的に構成部分が同じであることから、金属−セラミックス接合基板１２１が奏する上述した効果を奏することができる。本実施形態２の金属−セラミックス接合基板１２２は窪み１１３を有することで、また窪み１１３に対応して鋳型１が突起部を有することで、さらに以下の効果を有する。
即ち、鋳造時において、金属ベース部１１０に対して突起部が存在することで、凝固収縮時の金属材とセラミックス材との線膨張率の差に起因して発生する熱ひずみによる、金属−セラミックス接合基板１２２の反りを、実施形態１に比べてさらに抑制することができる。
また、実施形態１で説明した熱伝導グリースが、窪み１１３にも進入可能であることから、実施形態１に比べてさらに放熱性能を向上させることも可能である。
Since the metal-
That is, during casting, the presence of protrusions on the
Further, since the heat conductive grease described in the first embodiment can enter the
実施の形態３．
本実施の形態３における金属−セラミックス接合基板は、上述の実施の形態２における金属−セラミックス接合基板１２２と同じ構成を有し、窪み１１３の配置を、図３に示すように放熱面用金属板部１０９側の放熱面１０９ａにおける少なくとも２箇所に設けた場合に限定し、放熱部品の締結用穴としたものである。尚、本実施の形態３における金属−セラミックス接合基板に対して「１２２Ａ」を符番する。
The metal-ceramics bonding substrate in the third embodiment has the same configuration as the metal-
上述したように、放熱面用金属板部１０９の放熱面１０９ａには、放熱フィンあるいは冷却ジャケット等の放熱部品が締結されるが、その際にボルト等の締結部材が係合する穴として窪み１１３を用いる。よって、実施の形態３における金属−セラミックス接合基板１２２Ａでは、窪み１１３は、上記放熱部品に設けられている締結用穴と同心上に配置され、かつ窪み１１３の最大直径を締結用ボルトの頭部径よりも大きい直径とし、かつボルト頭部高さよりも深く形成する。
As described above, heat-dissipating parts such as heat-dissipating fins or cooling jackets are fastened to the heat-dissipating
このように構成される実施の形態３における金属−セラミックス接合基板１２２Ａは、実施形態２における金属−セラミックス接合基板１２２と同じ効果を有すると共に、さらに、放熱部品締結用穴を形成するための切削加工、レーザー加工、又はプレス加工の加工負荷を軽減することができる。よって、加工タクトを短縮し、かつ加工時におけるバリあるいはダレ等が締結用穴に発生するのを抑制でき、金属−セラミックス接合基板１２２Ａの品質を改善することが可能となる。
The metal-
実施の形態４．
図４は、実施の形態４における金属−セラミックス接合基板１２４を示している。この金属−セラミックス接合基板１２４は、上述の実施の形態２における金属−セラミックス接合基板１２２と同じ構成を有し、窪み１１３について、金属−セラミックス接合基板の回路パターン用金属板部１０８側における金属ベース部１１０の外周辺の全周囲に渡って段差状の窪み１１３を配置した形態を有する。尚、本実施の形態４では、窪み１１３に対して「１１３Ｂ」を符番する。また、この窪み１１３Ｂは、「位置決め部」と称することもできる。
Embodiment 4.
FIG. 4 shows the metal-
ここで、金属−セラミックス接合基板の回路パターン用金属板部１０８側における金属ベース部１１０の外周辺の全周囲に渡って段差状の窪み１１３を配置した形態に限らず、金属ベース部１１０の外周辺に、金属−セラミックス接合基板１２２の中心を通る対称軸１２６に線対称として少なくとも２箇所に、窪み１１３Ｂを配置しても良い。また回路絶縁セラミックス基板１０４と金属ベース部１１０の外周辺との間に、金属ベース部１１０の外周辺に至らない窪み１１３Ｂを配置しても良い。
Here, the outside of the
このような窪み１１３Ｂは、金属ベース部１１０を形成する鋳型１の空洞部７に対して、上型２に突設した突起部によって形成される。尚、突起部について、実施の形態２では、金属−セラミックス接合基板１２２の中心を通る対称軸１２６に線対称として少なくとも２箇所に位置している。本実施形態４においてもこの考え方を採るが、実施の形態４における窪み１１３Ｂは、個別に点在するのではなく連続して延在する。しかしながら、線対称との観点からすれば、窪み１１３Ｂは２箇所に位置しており、各窪み１１３Ｂが連結した形態と言える。
Such a
このように構成される実施の形態４における金属−セラミックス接合基板１２４は、実施形態２における金属−セラミックス接合基板１２２と同じ効果を有すると共に、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、金属ベース部１１０に窪み１１３Ｂを有することから、金属−セラミックス接合基板１２４に対して筺体部品を接着剤等で一体に固定する際の位置決めとして窪み１１３Ｂを使用することができる。
したがって鋳造後に、金属−セラミックス接合基板１２４を筐体部品と接着剤等で固定する際の位置決めが容易となる。よって、位置決め用の治具を使用する必要がなくなり、さらに、金属−セラミックス接合基板１２４と筐体部品とを固定するタクトを短縮することが可能となる。
The metal-
That is, since the
Therefore, after casting, the metal-ceramics bonded
また、上述した各実施の形態を組み合わせた構成を採ることも可能であり、また、異なる実施の形態に示される構成部分同士を組み合わせることも可能である。 Further, it is also possible to adopt a configuration in which the above-described embodiments are combined, and it is also possible to combine the components shown in the different embodiments.
１ 鋳型、２ 上型、３ 下型、６ 突出部、７ 空洞部、
８ 回路パターン用金属板形成部、９ 放熱面用金属板形成部、
１０４ 回路絶縁セラミックス基板、１０５ 強化セラミックス板材、
１０８ 回路パターン用金属板部、１０８ａ 部品実装面、
１０９ 放熱面用金属板部、１０９ａ 放熱面、１１０ 金属ベース部、
１１１ 凹部、１１３，１１３Ｂ 窪み、
１２１，１２１Ａ、１２２，１２２Ａ、１２４ 金属−セラミックス接合基板、
１２６ 対称軸。
1 mold, 2 upper mold, 3 lower mold, 6 protrusions, 7 cavities,
8 Metal plate forming part for circuit pattern, 9 Metal plate forming part for heat dissipation surface,
104 Circuit Insulated Ceramic Substrate, 105 Reinforced Ceramic Plate,
108 Circuit pattern metal plate, 108a component mounting surface,
109 metal plate for heat dissipation surface, 109a heat dissipation surface, 110 metal base,
111 recess, 113, 113B recess,
121,121A, 122,122A, 124 Metal-ceramic bonding substrate,
126 axis of symmetry.
Claims (6)
当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、
上記放熱面用金属板部は、上記放熱面から上記強化セラミックス板材まで延在し上記強化セラミックス板材が露出する凹部を有し、
当該金属−セラミックス接合基板の中心を通る対称軸に線対称として上記凹部とは異なって位置する少なくとも２つの窪みで、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において上記放熱面から上記金属ベース部へ延在する窪みをさらに有し、
上記窪みは、上記放熱面に締結する放熱部品における締結用穴と同心上に位置し、かつ締結用ボルトの頭部径よりも大きい直径と上記締結用ボルトの頭部高さよりも深い形状を有する、
ことを特徴とする金属−セラミックス接合基板。 A substrate in which a metal material and a ceramic material are directly bonded, and a metal-ceramic bonding substrate having a component mounting surface on the front surface and a heat dissipation surface on the back surface.
In the thickness direction of the metal-ceramics bonded substrate, between the component mounting surface and the heat radiating surface, a metal plate portion for a circuit pattern of the metal material having the component mounting surface and the metal material having the heat radiating surface. Metal plate portion for heat dissipation surface, metal base portion of the metal material located between the metal plate portion for the circuit pattern and the metal plate portion for the heat dissipation surface, the metal plate portion for the circuit pattern and the metal base portion. It is provided with a circuit insulating ceramic substrate located between the two, and a reinforced ceramic plate material located between the metal plate portion for the heat dissipation surface and the metal base portion.
The heat dissipation surface metal plate unit may have a recess extending Mashimashi the reinforced ceramic plate from the heat radiation surface to the reinforcing ceramic plate is exposed,
At least two recesses located differently from the recesses in line symmetry along the axis of symmetry passing through the center of the metal-ceramics bonded substrate, extending from the heat dissipation surface to the metal base portion in the thickness direction of the metal-ceramics bonded substrate. Has more existing depressions,
The recess is located concentrically with the fastening hole in the heat radiating component to be fastened to the heat radiating surface, and has a diameter larger than the head diameter of the fastening bolt and a shape deeper than the head height of the fastening bolt. ,
A metal-ceramic bonding substrate characterized by this.
上記金属−セラミックス接合基板は、当該金属−セラミックス接合基板の厚み方向において、上記部品実装面と上記放熱面との間には、上記部品実装面を有する上記金属材の回路パターン用金属板部、上記放熱面を有する上記金属材の放熱面用金属板部、上記回路パターン用金属板部と上記放熱面用金属板部との間に位置する上記金属材の金属ベース部、上記回路パターン用金属板部と上記金属ベース部との間に位置しこれらを電気的に絶縁する回路絶縁セラミックス基板、及び、上記放熱面用金属板部と上記金属ベース部との間に位置する強化セラミックス板材を備え、
当該製造方法は、
上記金属−セラミックス接合基板の鋳造時に、上記強化セラミックス板材を、鋳型に設けられた突出部によって上記放熱面側から支持し、
上記突出部が複数設けられており、上記金属−セラミックス接合基板の中心を通る対称軸に線対称に配置された、
ことを特徴とする金属−セラミックス接合基板の製造方法。 It is a substrate in which a metal material and a ceramic material are directly bonded, and is a method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate having a component mounting surface on the front surface and a heat dissipation surface on the back surface.
The metal-ceramics bonded substrate is a metal plate portion for a circuit pattern of the metal material having the component mounting surface between the component mounting surface and the heat radiation surface in the thickness direction of the metal-ceramics bonded substrate. The metal plate portion for the heat dissipation surface of the metal material having the heat dissipation surface, the metal base portion of the metal material located between the metal plate portion for the circuit pattern and the metal plate portion for the heat dissipation surface, the metal for the circuit pattern. It is provided with a circuit insulating ceramics substrate located between the plate portion and the metal base portion to electrically insulate them, and a reinforced ceramic plate material located between the metal plate portion for heat dissipation surface and the metal base portion. ,
The manufacturing method is
At the time of casting the metal-ceramic bonding substrate, the reinforced ceramic plate material is supported from the heat radiating surface side by a protrusion provided on the mold .
A plurality of the above-mentioned protrusions are provided, and are arranged line-symmetrically on the axis of symmetry passing through the center of the above-mentioned metal-ceramics bonded substrate.
A method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate.
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