JP7383582B2 - アルミニウム-セラミックス接合基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
まず、カーボン製の鋳型内に、120mm×92mm×1mmの大きさのAlNからなるセラミックス基板と126mm×94mm×1mmの大きさのAlNからなる強化部材とを2.6mm離間して配置させ、この鋳型を炉内に入れ、炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を4ppm以下まで低下させた。この状態でヒーターの温度制御によって鋳型を720℃まで加熱した後、720℃まで加熱した(0.025質量%のマグネシウムと0.04質量%の珪素と0.02質量%のチタンを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄と0.02質量%未満のホウ素)からなる)アルミニウム合金の溶湯を、鋳型の注湯口に取り付けられた注湯ノズルから、窒素ガスによって加圧して、溶湯の表面の酸化皮膜を取り除きながら、鋳型内に流し込んで充填した後、注湯ノズルから注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型内の溶湯を加圧したまま約20℃/分の冷却速度で冷却して溶湯を凝固させ、その後、約50℃/分の冷却速度で冷却した。このようにして、所謂溶湯接合法により、126mm×94mm×1mmの大きさの強化部材が内部に配置されて直接接合した140mm×100mm×4mmの大きさのアルミニウムベース板が120mm×92mm×1mmの大きさのセラミックス基板の一方の面に直接接合するとともに、セラミックス基板の他方の面に114mm×86mm×0.4mmの大きさの回路パターン用のアルミニウム板が直接接合した金属-セラミックス接合基板を製造した。
アルミニウム合金中のマグネシウムの含有量を0.05質量%にした以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、1mm以下であった。また、このアルミニウム-セラミックス接合基板のアルミニウムベース板の熱伝導率を、実施例1と同様の方法により求めたところ、204W/m・Kであった。
アルミニウム合金として、0.025質量%のマグネシウムと0.04質量%の珪素を含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、2~5mmであった。
アルミニウム合金として、0.05質量%のマグネシウムと0.04質量%の珪素を含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、2~5mmであった。また、このアルミニウム-セラミックス接合基板のアルミニウムベース板の熱伝導率を、実施例1と同様の方法により求めたところ、204W/m・Kであった。
アルミニウム合金として、純度99.9質量%(3N)のアルミニウムに、0.20~0.60質量%の珪素と0.45~0.90質量%のマグネシウムを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.35質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金を添加して得られた合金(0.04質量%の珪素と0.025質量%のマグネシウムを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金)を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、2~5mmであった。
アルミニウム合金として、純度99.9質量%(3N)のアルミニウムに、0.20~0.60質量%の珪素と0.45~0.90質量%のマグネシウムを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.35質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金を添加して得られた合金(0.04質量%の珪素と0.05質量%のマグネシウムを含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金)を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、2~5mmであった。また、このアルミニウム-セラミックス接合基板のアルミニウムベース板の熱伝導率を、実施例1と同様の方法により求めたところ、195W/m・Kであった。
アルミニウム合金に代えて、純度99.9質量%(3N)のアルミニウムを使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、10mm以上であった。また、このアルミニウム-セラミックス接合基板のアルミニウムベース板の熱伝導率を、実施例1と同様の方法により求めたところ、210W/m・Kであった。
アルミニウム合金として、0.35~0.40質量%の珪素と0.035~0.045質量%のホウ素と0.004~0.015質量%の鉄を含有し、残部がアルミニウムからなるアルミニウム合金を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、約1.5mmであった。また、このアルミニウム-セラミックス接合基板のアルミニウムベース板の熱伝導率を、実施例1と同様の方法により求めたところ、190W/m・Kであった。
アルミニウム合金として、0.30質量%のマグネシウムと0.20質量%の珪素を含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物(0.04質量%未満の鉄)からなるアルミニウム合金を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、金属-セラミックス接合基板を製造し、回路パターン用のアルミニウム板の表面の平均結晶粒径を求めたところ、約2mmであった。
12 セラミックス基板
14 アルミニウム板
16 強化部材
Claims (13)
- セラミックス基板の一方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウム板が直接接合するとともに、他方の面にアルミニウム合金からなるアルミニウムベース板が直接接合したアルミニウム-セラミックス接合基板において、アルミニウムベース板より強度が高い板状の強化部材がアルミニウムベース板の内部に配置されてアルミニウムベース板に直接接合するとともに、アルミニウム合金が、0.01~0.2質量%のマグネシウムと0.01~0.1質量%の珪素を含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金であることを特徴とする、アルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記アルミニウム合金が0.01~0.1質量%のチタンを含有することを特徴とする、請求項1に記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記アルミニウム板の表面の平均結晶粒径が7mm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記アルミニウム板のビッカース硬さHVが23以下であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記アルミニウム-セラミックス接合基板に-40℃×30分→25℃×10分→150℃×30分→25℃×10分のヒートサイクルを繰り返し1000回加えた後の前記アルミニウム板のビッカース硬さHVが25以下であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記アルミニウムベース板の熱伝導率が180W/m・K以上であることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記強化部材が、前記アルミニウムベース板の前記セラミックス基板との接合面と平行に延びていることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記強化部材が、前記アルミニウム合金より融点が高い金属またはセラミックスからなることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 前記セラミックス基板が、アルミナ、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種以上からなることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板。
- 鋳型内にセラミックス基板と強化部材とを離間して配置させ、鋳型内のセラミックス基板の両面と強化部材の表面に接触するように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、アルミニウム合金からなるアルミニウム板を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、アルミニウム合金からなるアルミニウムベース板をセラミックス基板の他方の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、強化部材をアルミニウムベース板に取り囲まれるように配置してアルミニウムベース板に直接接合させて、アルミニウム-セラミックス接合基板を製造する方法において、アルミニウム合金が、0.01~0.2質量%のマグネシウムと0.01~0.1質量%の珪素を含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金であることを特徴とする、アルミニウム-セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記アルミニウム合金が0.01~0.1質量%のチタンを含有することを特徴とする、請求項10に記載のアルミニウム-セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記強化部材が、前記アルミニウム合金より融点が高い金属またはセラミックスからなることを特徴とする、請求項10または11に記載のアルミニウム-セラミックス接合基板の製造方法。
- 前記セラミックス基板が、アルミナ、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種以上からなることを特徴とする、請求項10乃至12のいずれかに記載のアルミニウム-セラミックス接合基板の製造方法。
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