端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法
【課題】半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板を配置させ、このセラミックス基板の両面に接触するように鋳型２２、２４内に第１の金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、金属回路板形成凹部２４ｃ内に金属回路板を形成してその一方の面をセラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、金属ベース板形成凹部２２ｄ内に金属ベース板を形成してセラミックス基板の他方の面に直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、端子形成凹部２４ｄ内に第２の金属からなる端子を形成して金属回路板の他方の面に直接接合させる。
【解決手段】セラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板を配置させ、このセラミックス基板の両面に接触するように鋳型２２、２４内に第１の金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、金属回路板形成凹部２４ｃ内に金属回路板を形成してその一方の面をセラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、金属ベース板形成凹部２２ｄ内に金属ベース板を形成してセラミックス基板の他方の面に直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、端子形成凹部２４ｄ内に第２の金属からなる端子を形成して金属回路板の他方の面に直接接合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、セラミックス基板に接合した金属回路基板に端子が取り付けられた端子付き金属−セラミックス回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車や工作機械などの大電流を制御する高信頼性パワーモジュール用の絶縁基板として、金属回路板がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス回路基板が使用されている。このような金属−セラミックス回路基板は、例えば、所謂溶湯接合法では、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板に接触するように金属溶湯を鋳型内に注湯し、冷却して溶湯を固化させることにより、セラミックス基板に金属回路板を直接接合することによって製造されている（例えば、特許文献１〜２参照）。このような金属−セラミックス回路基板を使用してパワーモジュールを製造する際には、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、電極として銅などからなる端子が半田付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６５５１号公報（段落番号００１５）
【特許文献２】特開２００５−１０３５６０号公報（段落番号０００８−０００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けすると、端子が半田付けされた金属回路板の下の部分に大きな応力が生じて、セラミックス基板にクラックが生じるおそれがあり、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。特に、金属−セラミックス回路基板の金属回路板がＮｉめっきを施したアルミニウム回路板の場合、このアルミニウム回路板に銅端子を半田付けすると、半田がＮｉめっきに浸食してＮｉめっきが剥がれて、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。また、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けするためには、半田材料や半田付けのコストが必要になり、製造コストが高くなる。
【０００５】
また、近年、環境上の問題から半田のＰｂフリー化が望まれており、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けする場合にも、Ｐｂフリーの半田を使用するのが望ましい。しかし、高温半田を使用して半田付けしなければならない場合には、従来の高温半田と同等以上の特性を有するＰｂフリーの半田の代替材料が開発されていないため、Ｐｂフリー化が困難である。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に、その鋳型内において端子を形成して金属回路板に直接接合することにより、あるいは、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、端子を金属回路板に直接接合することにより、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造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。
【０００８】
すなわち、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。
【００１０】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、第１の金属湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましい。また、第２の金属が、第１の金属より融点が低い金属であるのが好ましく、第１の金属より融点が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を（好ましくは離間して）配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、その金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子を直接接合させることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を（好ましくは離間して）配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させるとともに、その金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子を直接接合させることを特徴とする。
【００１３】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましく、端子が金属溶湯の融点より高い融点の金属からなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が直接接合し、この金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子が直接接合していることを特徴とする。
【００１５】
この端子付き金属−セラミックス回路基板において、金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。また、端子は、半田を使用することなく金属回路板（好ましくはその他方の面）に接合することができ、金属回路板より高い強度の金属からなるのが好ましい。また、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に端子を形成して金属回路板に直接接合する場合には、端子が金属回路板より低い融点の金属からなるのが好ましく、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に端子を金属回路板に直接接合させる場合には、端子が金属回路板より高い融点の金属からなるのが好ましい。
【００１６】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板において、セラミックス基板の他方の面に、金属回路板と同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材が直接接合しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の実施の形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図１Ｃ】図１ＢのＩＣ−ＩＣ線断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図１Ｅ】図１Ｄの鋳型の平面図である。
【図１Ｆ】図１ＥのＩＦ−ＩＦ線断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図２Ａ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図２Ｅ】図２Ｄの鋳型の平面図である。
【図２Ｆ】図２ＥのＩＩＦ−ＩＩＦ線断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図３Ａ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図３Ｃ】図３ＢのＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの鋳型の平面図である。
【図３Ｆ】図３ＥのＩＩＩＦ−ＩＩＩＦ線断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図４Ａ】本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の実施の形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図４Ｃ】図４ＢのＩＶＣ−ＩＶＣ線断面図である。
【図４Ｄ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの鋳型の平面図である。
【図４Ｆ】図４ＥのＩＶＦ−ＩＶＦ線断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図５Ａ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図５Ｃ】図５ＢのＶＣ−ＶＣ線断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図５Ｅ】図５Ｄの鋳型の平面図である。
【図５Ｆ】図５ＥのＶＦ−ＶＦ線断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図６Ａ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図６Ｃ】図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【図６Ｄ】図６Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図６Ｅ】図６Ｄの鋳型の平面図である。
【図６Ｆ】図６ＥのＶＩＦ−ＶＩＦ線断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の実施の形態を示し、図１Ｄ〜図１Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面に直接接合した放熱用金属ベース板１２と、セラミックス基板１０の他方の面に直接接合した金属回路板１４と、この金属回路板１４に直接接合した端子１６とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子１６は、金属回路板１４より高い強度の金属からなり、金属回路板１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
【００２２】
セラミックス基板１０と放熱用金属ベース板１２との間、セラミックス基板１０と金属回路板１４との間、金属回路板１４と端子１６との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図１Ｄ〜図１Ｇに示すような下側鋳型部材２２と上側鋳型部材２４とからなる鋳型２０に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。
【００２３】
下側鋳型部材２２は、平面形状が略矩形の底面部２２ａと、この底面部２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部２２ｂとからなる。この下側鋳型部材２２の底面部２２ａの上面には、セラミックス基板１０と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部２２ｃが形成され、このセラミックス基板収容凹部２２ｃの底面には、放熱用金属ベース板１２と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部２２ｄが形成されている。
【００２４】
上側鋳型部材２４は、平面形状が略矩形の上面部２４ａと、この上面部２４ａの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部２４ｂとからなる。この上側鋳型部材２４の上面部２４ａの底面には、金属回路板１４と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部２４ｃが形成されている。この金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向一端部には、端子１６と略等しい形状および大きさの端子形成凹部２４ｄが形成されている。
【００２５】
また、上側鋳型部材２４の上面部２４ａには、金属溶湯を鋳型２０内に注湯するための注湯口２４ｅと、鋳型２０内のガスを抜くためのガス抜き穴２４ｆが形成されている。注湯口２４ｅは、端子形成凹部２４ｄを介して金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴２４ｆは、金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向他端部と連通している。
【００２６】
また、上側鋳型部材２４および下側鋳型部材２２には、セラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板１０を収容した後に上側鋳型部材２４を下側鋳型部材２２上に配置させたときに、金属回路板形成凹部２４ｃと金属ベース板形成凹部２２ｄとの間を連通させて、上側鋳型部材２４の金属回路板形成凹部２４ｃから下側鋳型部材２２の金属ベース板形成凹部２２ｄまで溶湯を注入するための（図示しない）溶湯流路が形成されている。
【００２７】
この鋳型２０の下側鋳型部材２２のセラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板１０を収容して炉内に入れ、この炉内を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気にして酸素濃度を（例えば１０ｐｐｍ以下まで）低下させ、注湯口２４ｅから金属回路板形成凹部２４ｃ内に第１の金属の溶湯（例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯）を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、（図示しない）溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部２２ｄまで第１の金属の溶湯を充填し、その後、冷却して第１の金属の溶湯を固化させることにより、セラミックス基板１０、放熱用金属ベース板１２および金属回路板１４が一体に接合した金属−セラミックス回路基板を製造し、次いで、注湯口２４ｅから第１の金属より融点が低い第２の金属の溶湯（例えば、第１の金属と異なる組成のアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯）を注湯して端子形成凹部２４ｄに充填し、その後、冷却して第２の金属の溶湯を固化させることにより、金属回路板１４に端子１６を直接接合させて端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００２８】
なお、鋳型２０内に第１の金属の溶湯を注湯する前に、鋳型２０と第１の金属の溶湯の温度差を小さくするために、鋳型２０を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口２４ｅから第２の金属の溶湯を注湯する際には、注湯口２４ｅの一部をガス抜き穴をして利用することができる。
【００２９】
（第１の変形例）
図２Ａ〜図２Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例を示し、図２Ｄ〜図２Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００３０】
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子１１６は、金属回路板１１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第１の鉛直部と、この第１の鉛直部の先端から金属回路板１１４に略平行に延びる略四角柱状の水平部とから構成されている。
【００３１】
（第２の変形例）
図３Ａ〜図３Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例を示し、図３Ｄ〜図３Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子１６の代わりに高さの低い略円筒形の端子（電極）としてバンプ２１６を設けた以外は、図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に２００を加えて、その説明を省略する。
【００３２】
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、鋳型の端子形成凹部の形状を変更することにより、半田を使用しないで（且つ端子接続部にＮｉなどのめっきを不要として）様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度（硬度）の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度ＨＶ２５〜４０のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度ＨＶ５０以上のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の実施の形態を示し、図４Ｄ〜図４Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板３１０と、このセラミックス基板３１０の一方の面に直接接合した放熱用金属ベース板３１２と、セラミックス基板３１０の他方の面に直接接合した金属回路板３１４と、この金属回路板３１４に直接接合した端子３１６とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子３１６は、金属回路板３１４より高い融点の銅や銅合金などの金属からなり、金属回路板３１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
【００３６】
セラミックス基板３１０と放熱用金属ベース板３１２との間、セラミックス基板３１０と金属回路板３１４との間、金属回路板３１４と端子３１６との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図４Ｄ〜図４Ｇに示すような下側鋳型部材３２２と上側鋳型部材３２４とからなる鋳型３２０に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。なお、図４Ｄ〜図４Ｆは、鋳型３２０に端子３１６を配置させた状態を示している。
【００３７】
下側鋳型部材３２２は、平面形状が略矩形の底面部３２２ａと、この底面部３２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部３２２ｂとからなる。この下側鋳型部材３２２の底面部３２２ａの上面には、セラミックス基板３１０と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部３２２ｃが形成され、このセラミックス基板収容凹部３２２ｃの底面には、放熱用金属ベース板３１２と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部３２２ｄが形成されている。
【００３８】
上側鋳型部材３２４は、平面形状が略矩形の上面部３２４ａと、この上面部３２４ａの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部３２４ｂとからなる。この上側鋳型部材３２４の上面部３２４ａの底面には、金属回路板３１４と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部３２４ｃが形成されている。
【００３９】
また、上側鋳型部材３２４の上面部３２４ａには、金属溶湯を鋳型３２０内に注湯するための注湯口３２４ｅと、鋳型３２０内のガスを抜くためのガス抜き穴３２４ｆが形成されている。注湯口３２４ｅは、金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴３２４ｆは、金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向他端部と連通している。なお、注湯口３２４ｅの一部は、端子３１６が金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向一端部から注湯口３２４ｅに沿って延びるように、端子３１６の一部を収容する端子収容部としての役割も有する。
【００４０】
また、上側鋳型部材３２４および下側鋳型部材３２２には、セラミックス基板収容凹部３２２ｃ内にセラミックス基板３１０を収容した後に上側鋳型部材３２４を下側鋳型部材３２２上に配置させたときに、金属回路板形成凹部３２４ｃと金属ベース板形成凹部３２２ｄとの間を連通させて、上側鋳型部材３２４の金属回路板形成凹部３２４ｃから下側鋳型部材３２２の金属ベース板形成凹部３２２ｄまで溶湯を注入するための（図示しない）溶湯流路が形成されている。
【００４１】
この鋳型３２０の下側鋳型部材３２２のセラミックス基板収容凹部３２２ｃ内にセラミックス基板３１０を収容し、注湯口３２４ｅの一部の端子収容部に端子３１６を配置させて炉内に入れ、この炉内を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気にして酸素濃度を（例えば１０ｐｐｍ以下まで）低下させ、注湯口３２４ｅから金属回路板形成凹部３２４ｃ内に金属溶湯（例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯）を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、（図示しない）溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部３２２ｄまで金属溶湯を充填し、その後、冷却して金属溶湯を固化させることにより、セラミックス基板１０、放熱用金属ベース板１２、金属回路板１４および端子１６が一体に接合した端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００４２】
なお、鋳型３２０内に金属溶湯を注湯する前に、鋳型２０と金属溶湯の温度差を小さくするために、鋳型２０を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口２４ｅから金属溶湯を注湯する際には、注湯口２４ｅの一部もガス抜き穴をして利用することができる。
【００４３】
（第１の変形例）
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例を示し、図５Ｄ〜図５Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００４４】
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子４１６は、金属回路板４１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第１の鉛直部と、この第１の鉛直部の先端から金属回路板４１４に略平行に延びる略四角柱状の水平部と、この水平部の先端から第１の鉛直部に略平行に延びる略四角柱状の第２の鉛直部とから構成されている。
【００４５】
（第２の変形例）
図６Ａ〜図６Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例を示し、図６Ｄ〜図６Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子３１６の代わりに高さの低い略円筒形の端子（電極）としてバンプ５１６を設けた以外は、図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に２００を加えて、その説明を省略する。
【００４６】
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、注湯口の一部の端子収容部に配置させる端子の形状（および必要に応じて端子収容部の形状）を変更することにより、半田を使用しないで（且つ端子接続部にＮｉなどのめっきを不要として）様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度（硬度）の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度ＨＶ２５〜４０のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度ＨＶ５０以上の金属からなるのが好ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ セラミックス基板
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 放熱用金属ベース板
１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４ 金属回路板
１６、１１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 端子
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 鋳型
２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ 下側鋳型部材
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４ 上側鋳型部材
２２ａ、１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ、４２２ａ、５２２ａ 底面部
２２ｂ、１２２ｂ、２２２ｂ、３２２ｂ、４２２ｂ、５２２ｂ 側壁部
２２ｃ、１２２ｃ、２２２ｃ、３２２ｃ、４２２ｃ、５２２ｃ セラミックス基板収容凹部
２２ｄ、１２２ｄ、２２２ｄ、３２２ｄ、４２２ｄ、５２２ｄ 金属ベース板形成凹部
２４ａ、１２４ａ、２２４ａ、３２４ａ、４２４ａ、５２４ａ 上面部
２４ｂ、１２４ｂ、２２４ｂ、３２４ｂ、４２４ｂ、５２４ｂ 側壁部
２４ｃ、１２４ｃ、２２４ｃ、３２４ｃ、４２４ｃ、５２４ｃ 金属回路板形成凹部
２４ｄ、１２４ｄ、２２４ｄ 端子形成凹部
２４ｅ、１２４ｅ、２２４ｅ、３２４ｅ、４２４ｅ、５２４ｅ 注湯口
２４ｆ、１２４ｆ、２２４ｆ、３２４ｆ、４２４ｆ、５２４ｆ ガス抜き穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法に関し、特に、セラミックス基板に接合した金属回路基板に端子が取り付けられた端子付き金属−セラミックス回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車や工作機械などの大電流を制御する高信頼性パワーモジュール用の絶縁基板として、金属回路板がセラミックス基板に直接接合した金属−セラミックス回路基板が使用されている。このような金属−セラミックス回路基板は、例えば、所謂溶湯接合法では、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板に接触するように金属溶湯を鋳型内に注湯し、冷却して溶湯を固化させることにより、セラミックス基板に金属回路板を直接接合することによって製造されている（例えば、特許文献１〜２参照）。このような金属−セラミックス回路基板を使用してパワーモジュールを製造する際には、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に、電極として銅などからなる端子が半田付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６５５１号公報（段落番号００１５）
【特許文献２】特開２００５−１０３５６０号公報（段落番号０００８−０００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けすると、端子が半田付けされた金属回路板の下の部分に大きな応力が生じて、セラミックス基板にクラックが生じるおそれがあり、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。特に、金属−セラミックス回路基板の金属回路板がＮｉめっきを施したアルミニウム回路板の場合、このアルミニウム回路板に銅端子を半田付けすると、半田がＮｉめっきに浸食してＮｉめっきが剥がれて、金属−セラミックス回路基板の信頼性が低下するという問題がある。また、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けするためには、半田材料や半田付けのコストが必要になり、製造コストが高くなる。
【０００５】
また、近年、環境上の問題から半田のＰｂフリー化が望まれており、金属−セラミックス回路基板の金属回路板上に端子を半田付けする場合にも、Ｐｂフリーの半田を使用するのが望ましい。しかし、高温半田を使用して半田付けしなければならない場合には、従来の高温半田と同等以上の特性を有するＰｂフリーの半田の代替材料が開発されていないため、Ｐｂフリー化が困難である。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に、その鋳型内において端子を形成して金属回路板に直接接合することにより、あるいは、鋳型内において金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に、端子を金属回路板に直接接合することにより、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造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。
【０００８】
すなわち、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする。
【００１０】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、第１の金属湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましい。また、第２の金属が、第１の金属より融点が低い金属であるのが好ましく、第１の金属より融点が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であるのが好ましい。
【００１１】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を（好ましくは離間して）配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、その金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子を直接接合させることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板と端子を（好ましくは離間して）配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させるとともに、その金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子を直接接合させることを特徴とする。
【００１３】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法において、金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であるのが好ましく、端子が金属溶湯の融点より高い融点の金属からなるのが好ましい。
【００１４】
また、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が直接接合し、この金属回路板（好ましくはその他方の面）に端子が直接接合していることを特徴とする。
【００１５】
この端子付き金属−セラミックス回路基板において、金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。また、端子は、半田を使用することなく金属回路板（好ましくはその他方の面）に接合することができ、金属回路板より高い強度の金属からなるのが好ましい。また、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させた後に端子を形成して金属回路板に直接接合する場合には、端子が金属回路板より低い融点の金属からなるのが好ましく、金属回路板を形成してセラミックス基板に直接接合させる際に端子を金属回路板に直接接合させる場合には、端子が金属回路板より高い融点の金属からなるのが好ましい。
【００１６】
上記の端子付き金属−セラミックス回路基板において、セラミックス基板の他方の面に、金属回路板と同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材が直接接合しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半田を使用しないで金属−セラミックス回路基板に端子が取り付けられた安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の実施の形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図１Ｃ】図１ＢのＩＣ−ＩＣ線断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図１Ｅ】図１Ｄの鋳型の平面図である。
【図１Ｆ】図１ＥのＩＦ−ＩＦ線断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図２Ａ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図２Ｃ】図２ＢのＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。
【図２Ｄ】図２Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図２Ｅ】図２Ｄの鋳型の平面図である。
【図２Ｆ】図２ＥのＩＩＦ−ＩＩＦ線断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図３Ａ】図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図３Ｃ】図３ＢのＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図３Ｅ】図３Ｄの鋳型の平面図である。
【図３Ｆ】図３ＥのＩＩＩＦ−ＩＩＩＦ線断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図４Ａ】本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の実施の形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図４Ｃ】図４ＢのＩＶＣ−ＩＶＣ線断面図である。
【図４Ｄ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの鋳型の平面図である。
【図４Ｆ】図４ＥのＩＶＦ−ＩＶＦ線断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図５Ａ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図５Ｃ】図５ＢのＶＣ−ＶＣ線断面図である。
【図５Ｄ】図５Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図５Ｅ】図５Ｄの鋳型の平面図である。
【図５Ｆ】図５ＥのＶＦ−ＶＦ線断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【図６Ａ】図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例の斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の平面図である。
【図６Ｃ】図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【図６Ｄ】図６Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板の製造に使用する鋳型の斜視図である。
【図６Ｅ】図６Ｄの鋳型の平面図である。
【図６Ｆ】図６ＥのＶＩＦ−ＶＩＦ線断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｄの鋳型の下側鋳型部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の実施の形態を示し、図１Ｄ〜図１Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面に直接接合した放熱用金属ベース板１２と、セラミックス基板１０の他方の面に直接接合した金属回路板１４と、この金属回路板１４に直接接合した端子１６とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子１６は、金属回路板１４より高い強度の金属からなり、金属回路板１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
【００２２】
セラミックス基板１０と放熱用金属ベース板１２との間、セラミックス基板１０と金属回路板１４との間、金属回路板１４と端子１６との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図１Ｄ〜図１Ｇに示すような下側鋳型部材２２と上側鋳型部材２４とからなる鋳型２０に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。
【００２３】
下側鋳型部材２２は、平面形状が略矩形の底面部２２ａと、この底面部２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部２２ｂとからなる。この下側鋳型部材２２の底面部２２ａの上面には、セラミックス基板１０と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部２２ｃが形成され、このセラミックス基板収容凹部２２ｃの底面には、放熱用金属ベース板１２と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部２２ｄが形成されている。
【００２４】
上側鋳型部材２４は、平面形状が略矩形の上面部２４ａと、この上面部２４ａの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部２４ｂとからなる。この上側鋳型部材２４の上面部２４ａの底面には、金属回路板１４と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部２４ｃが形成されている。この金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向一端部には、端子１６と略等しい形状および大きさの端子形成凹部２４ｄが形成されている。
【００２５】
また、上側鋳型部材２４の上面部２４ａには、金属溶湯を鋳型２０内に注湯するための注湯口２４ｅと、鋳型２０内のガスを抜くためのガス抜き穴２４ｆが形成されている。注湯口２４ｅは、端子形成凹部２４ｄを介して金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴２４ｆは、金属回路板形成凹部２４ｃの底面の長手方向他端部と連通している。
【００２６】
また、上側鋳型部材２４および下側鋳型部材２２には、セラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板１０を収容した後に上側鋳型部材２４を下側鋳型部材２２上に配置させたときに、金属回路板形成凹部２４ｃと金属ベース板形成凹部２２ｄとの間を連通させて、上側鋳型部材２４の金属回路板形成凹部２４ｃから下側鋳型部材２２の金属ベース板形成凹部２２ｄまで溶湯を注入するための（図示しない）溶湯流路が形成されている。
【００２７】
この鋳型２０の下側鋳型部材２２のセラミックス基板収容凹部２２ｃ内にセラミックス基板１０を収容して炉内に入れ、この炉内を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気にして酸素濃度を（例えば１０ｐｐｍ以下まで）低下させ、注湯口２４ｅから金属回路板形成凹部２４ｃ内に第１の金属の溶湯（例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯）を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、（図示しない）溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部２２ｄまで第１の金属の溶湯を充填し、その後、冷却して第１の金属の溶湯を固化させることにより、セラミックス基板１０、放熱用金属ベース板１２および金属回路板１４が一体に接合した金属−セラミックス回路基板を製造し、次いで、注湯口２４ｅから第１の金属より融点が低い第２の金属の溶湯（例えば、第１の金属と異なる組成のアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯）を注湯して端子形成凹部２４ｄに充填し、その後、冷却して第２の金属の溶湯を固化させることにより、金属回路板１４に端子１６を直接接合させて端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００２８】
なお、鋳型２０内に第１の金属の溶湯を注湯する前に、鋳型２０と第１の金属の溶湯の温度差を小さくするために、鋳型２０を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口２４ｅから第２の金属の溶湯を注湯する際には、注湯口２４ｅの一部をガス抜き穴をして利用することができる。
【００２９】
（第１の変形例）
図２Ａ〜図２Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例を示し、図２Ｄ〜図２Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００３０】
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子１１６は、金属回路板１１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第１の鉛直部と、この第１の鉛直部の先端から金属回路板１１４に略平行に延びる略四角柱状の水平部とから構成されている。
【００３１】
（第２の変形例）
図３Ａ〜図３Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例を示し、図３Ｄ〜図３Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子１６の代わりに高さの低い略円筒形の端子（電極）としてバンプ２１６を設けた以外は、図１Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に２００を加えて、その説明を省略する。
【００３２】
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、鋳型の端子形成凹部の形状を変更することにより、半田を使用しないで（且つ端子接続部にＮｉなどのめっきを不要として）様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度（硬度）の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度ＨＶ２５〜４０のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度ＨＶ５０以上のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明による端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の実施の形態を示し、図４Ｄ〜図４Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板は、セラミックス基板３１０と、このセラミックス基板３１０の一方の面に直接接合した放熱用金属ベース板３１２と、セラミックス基板３１０の他方の面に直接接合した金属回路板３１４と、この金属回路板３１４に直接接合した端子３１６とから構成されている。本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子３１６は、金属回路板３１４より高い融点の銅や銅合金などの金属からなり、金属回路板３１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱の形状を有する。
【００３６】
セラミックス基板３１０と放熱用金属ベース板３１２との間、セラミックス基板３１０と金属回路板３１４との間、金属回路板３１４と端子３１６との間の直接接合は、所謂溶湯接合法によって行うことができ、例えば、図４Ｄ〜図４Ｇに示すような下側鋳型部材３２２と上側鋳型部材３２４とからなる鋳型３２０に金属溶湯を流し込んで冷却することによって行われる。なお、図４Ｄ〜図４Ｆは、鋳型３２０に端子３１６を配置させた状態を示している。
【００３７】
下側鋳型部材３２２は、平面形状が略矩形の底面部３２２ａと、この底面部３２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部３２２ｂとからなる。この下側鋳型部材３２２の底面部３２２ａの上面には、セラミックス基板３１０と略等しい形状および大きさのセラミックス基板収容凹部３２２ｃが形成され、このセラミックス基板収容凹部３２２ｃの底面には、放熱用金属ベース板３１２と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成凹部３２２ｄが形成されている。
【００３８】
上側鋳型部材３２４は、平面形状が略矩形の上面部３２４ａと、この上面部３２４ａの周縁部から垂直方向下方に延びる側壁部３２４ｂとからなる。この上側鋳型部材３２４の上面部３２４ａの底面には、金属回路板３１４と略等しい形状および大きさの金属回路板形成凹部３２４ｃが形成されている。
【００３９】
また、上側鋳型部材３２４の上面部３２４ａには、金属溶湯を鋳型３２０内に注湯するための注湯口３２４ｅと、鋳型３２０内のガスを抜くためのガス抜き穴３２４ｆが形成されている。注湯口３２４ｅは、金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向一端部と連通し、ガス抜き穴３２４ｆは、金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向他端部と連通している。なお、注湯口３２４ｅの一部は、端子３１６が金属回路板形成凹部３２４ｃの底面の長手方向一端部から注湯口３２４ｅに沿って延びるように、端子３１６の一部を収容する端子収容部としての役割も有する。
【００４０】
また、上側鋳型部材３２４および下側鋳型部材３２２には、セラミックス基板収容凹部３２２ｃ内にセラミックス基板３１０を収容した後に上側鋳型部材３２４を下側鋳型部材３２２上に配置させたときに、金属回路板形成凹部３２４ｃと金属ベース板形成凹部３２２ｄとの間を連通させて、上側鋳型部材３２４の金属回路板形成凹部３２４ｃから下側鋳型部材３２２の金属ベース板形成凹部３２２ｄまで溶湯を注入するための（図示しない）溶湯流路が形成されている。
【００４１】
この鋳型３２０の下側鋳型部材３２２のセラミックス基板収容凹部３２２ｃ内にセラミックス基板３１０を収容し、注湯口３２４ｅの一部の端子収容部に端子３１６を配置させて炉内に入れ、この炉内を不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気にして酸素濃度を（例えば１０ｐｐｍ以下まで）低下させ、注湯口３２４ｅから金属回路板形成凹部３２４ｃ内に金属溶湯（例えば、アルミニウム溶湯またはアルミニウム合金溶湯）を酸化皮膜を取り除きながら注湯し、（図示しない）溶湯流路を介して金属ベース板形成凹部３２２ｄまで金属溶湯を充填し、その後、冷却して金属溶湯を固化させることにより、セラミックス基板１０、放熱用金属ベース板１２、金属回路板１４および端子１６が一体に接合した端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００４２】
なお、鋳型３２０内に金属溶湯を注湯する前に、鋳型２０と金属溶湯の温度差を小さくするために、鋳型２０を予め加熱して注湯時の熱衝撃を小さくするのが好ましい。また、注湯口２４ｅから金属溶湯を注湯する際には、注湯口２４ｅの一部もガス抜き穴をして利用することができる。
【００４３】
（第１の変形例）
図５Ａ〜図５Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第１の変形例を示し、図５Ｄ〜図５Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子の形状が異なる以外は、図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００４４】
本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板の端子４１６は、金属回路板４１４の上面の長手方向一端部から垂直方向上方に延びる略四角柱状の第１の鉛直部と、この第１の鉛直部の先端から金属回路板４１４に略平行に延びる略四角柱状の水平部と、この水平部の先端から第１の鉛直部に略平行に延びる略四角柱状の第２の鉛直部とから構成されている。
【００４５】
（第２の変形例）
図６Ａ〜図６Ｃは、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の第２の変形例を示し、図６Ｄ〜図６Ｇは、その端子付き金属−セラミックス回路基板を製造するための鋳型を示している。本変形例の端子付き金属−セラミックス回路基板は、端子３１６の代わりに高さの低い略円筒形の端子（電極）としてバンプ５１６を設けた以外は、図４Ａの端子付き金属−セラミックス回路基板と略同一の構成を有するので、同一の部分の参照符号に２００を加えて、その説明を省略する。
【００４６】
このように、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法では、注湯口の一部の端子収容部に配置させる端子の形状（および必要に応じて端子収容部の形状）を変更することにより、半田を使用しないで（且つ端子接続部にＮｉなどのめっきを不要として）様々な形状の端子を金属−セラミックス回路基板に取り付けて、安価且つ高信頼性の端子付き金属−セラミックス回路基板を製造することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態の端子付き金属−セラミックス回路基板において、端子を十分な強度（硬度）の材質にするとともに、金属回路板を軟らかい材質にすることにより、セラミックス基板に生じる熱応力を低減するために、金属回路板がビッカース硬度ＨＶ２５〜４０のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、端子がビッカース硬度ＨＶ５０以上の金属からなるのが好ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ セラミックス基板
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２ 放熱用金属ベース板
１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４ 金属回路板
１６、１１６、２１６、３１６、４１６、５１６ 端子
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 鋳型
２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２ 下側鋳型部材
２４、１２４、２２４、３２４、４２４、５２４ 上側鋳型部材
２２ａ、１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ、４２２ａ、５２２ａ 底面部
２２ｂ、１２２ｂ、２２２ｂ、３２２ｂ、４２２ｂ、５２２ｂ 側壁部
２２ｃ、１２２ｃ、２２２ｃ、３２２ｃ、４２２ｃ、５２２ｃ セラミックス基板収容凹部
２２ｄ、１２２ｄ、２２２ｄ、３２２ｄ、４２２ｄ、５２２ｄ 金属ベース板形成凹部
２４ａ、１２４ａ、２２４ａ、３２４ａ、４２４ａ、５２４ａ 上面部
２４ｂ、１２４ｂ、２２４ｂ、３２４ｂ、４２４ｂ、５２４ｂ 側壁部
２４ｃ、１２４ｃ、２２４ｃ、３２４ｃ、４２４ｃ、５２４ｃ 金属回路板形成凹部
２４ｄ、１２４ｄ、２２４ｄ 端子形成凹部
２４ｅ、１２４ｅ、２２４ｅ、３２４ｅ、４２４ｅ、５２４ｅ 注湯口
２４ｆ、１２４ｆ、２２４ｆ、３２４ｆ、４２４ｆ、５２４ｆ ガス抜き穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１または２に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の金属が、前記第１の金属より融点が低い金属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端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２の金属が、前記第１の金属より融点が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項６】
鋳型内にセラミックス基板と端子を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、その金属回路板に端子を直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
鋳型内にセラミックス基板と端子を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させるとともに、その金属回路板に端子を直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であることを特徴とする、請求項６または７に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記端子が前記金属溶湯の融点より高い融点の金属からなることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項１０】
セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が直接接合し、この金属回路板に端子が直接接合していることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１１】
前記金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１０に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１２】
前記端子が、半田を使用することなく前記金属回路板に接合していることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１３】
前記端子が、前記金属回路板より高い強度の金属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端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１４】
前記端子が、前記金属回路板より低い融点の金属からなることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１５】
前記端子が、前記金属回路板より高い融点の金属からなることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１６】
前記セラミックス基板の他方の面に、前記金属回路板と同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材が直接接合していることを特徴とする、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１】
鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項２】
鋳型内にセラミックス基板を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するように第１の金属の溶湯を注湯した後にその第１の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させ、その後、鋳型内の金属回路板の他方の面に接触するように第２の金属の溶湯を注湯した後にその第２の金属の溶湯を冷却して固化させることにより、金属回路板の他方の面に第２の金属からなる端子を形成して直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の金属が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１または２に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の金属が、前記第１の金属より融点が低い金属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端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２の金属が、前記第１の金属より融点が低いアルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項６】
鋳型内にセラミックス基板と端子を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の一方の面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させるとともに、その金属回路板に端子を直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項７】
鋳型内にセラミックス基板と端子を配置させ、この鋳型内のセラミックス基板の両面と端子に接触するように金属溶湯を注湯した後にその金属溶湯を冷却して固化させることにより、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を形成してその金属回路板の一方の面を直接接合させ、セラミックス基板の他方の面に金属部材を形成してその金属部材を直接接合させるとともに、その金属回路板に端子を直接接合させることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項８】
前記金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯であることを特徴とする、請求項６または７に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項９】
前記端子が前記金属溶湯の融点より高い融点の金属からなることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板の製造方法。
【請求項１０】
セラミックス基板の一方の面に金属回路板の一方の面が直接接合し、この金属回路板に端子が直接接合していることを特徴とする、端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１１】
前記金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１０に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１２】
前記端子が、半田を使用することなく前記金属回路板に接合していることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１３】
前記端子が、前記金属回路板より高い強度の金属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端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１４】
前記端子が、前記金属回路板より低い融点の金属からなることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１５】
前記端子が、前記金属回路板より高い融点の金属からなることを特徴とする、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【請求項１６】
前記セラミックス基板の他方の面に、前記金属回路板と同一のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属部材が直接接合していることを特徴とする、請求項１０乃至１５のいずれかに記載の端子付き金属−セラミックス回路基板。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図２Ｆ】
【図２Ｇ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図５Ｇ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【公開番号】特開２０１１−１４６７１（Ｐ２０１１−１４６７１Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６６８４（Ｐ２００９−１５６６８４）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（５０６３６５１３１）ＤＯＷＡメタルテック株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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