金属−セラミックス接合基板及びその製造方法
【課題】放熱性が高く、反り及び反りのばらつきが小さく、且つ低コストで作成できる金属−セラミックス複合基板を提供する。
【解決手段】金属ベース板１に少なくとも１個以上の強化材３を接合し且つ前記強化材３の一部を前記金属ベース板１から露出せしめる。金属−セラミックス接合基板の製造方法においては、注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板５と、１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板５および前記強化材３に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板５の一方の面に金属板８を接合し、セラミックス基板の他方の面に金属ベース板１を接合せしめる。
【解決手段】金属ベース板１に少なくとも１個以上の強化材３を接合し且つ前記強化材３の一部を前記金属ベース板１から露出せしめる。金属−セラミックス接合基板の製造方法においては、注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板５と、１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板５および前記強化材３に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板５の一方の面に金属板８を接合し、セラミックス基板の他方の面に金属ベース板１を接合せしめる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板及びその製造方法に関し、セラミックス基板の一方の面に電子部品搭載用の金属板（回路板）が形成され、他方の面に放熱用の金属ベース板が形成された金属−セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ている従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれてい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等により固定され、この金属−セラミックス接合基板の金属回路板上に半導体チップが半田付けにより固定されている。また、ベース板の他方の面（裏面）には、ねじ止めなどにより熱伝導グリースを介して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。
【０００３】
この金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属板（回路板とベース板）が接合されるため、接合後に大きな反りが生じやすい。また、金属−セラミックス接合基板への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回路板およびベース板の反りが生じ易い。
さらに、半導体チップから発生した熱は、金属−セラミックス接合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。
また、実質的に反りのない金属−セラミックス接合基板が得られたとしても、熱衝撃が繰り返された場合、反りが大きくなっていくことも知られている。
これらの問題を解決するため、窒化アルミニウム基板の一方の面にＡｌ又はＡｌ合金の回路が、また他方の面には必要に応じて放熱板が形成されてなる回路基板において、上記窒化アルミニウム基板が、Ａｌ板又Ａｌ合金板を介して接合された窒化アルミニウム基板の多層構造体である回路基板が提案されている。これにより、機械的、熱的かつ絶縁的に高信頼性があり、パワーモジュール用として好適な回路基板が提供されるとの開示がある。（例えば、特許文献１参照）。
また、回路板、第１のセラミックス板、熱拡散板、第２のセラミックス板および放熱（ベース）板の積層体により形成したことを特徴とする絶縁回路基板が提案されている。この熱拡散板の効果は回路板上に実装した半導体パワー素子の熱を熱拡散板で横方向に広げることにあり回路基板自体の熱抵抗を低減でき、且つ半導体パワー素子の通電路とするものである。また、前記第２のセラミックス板は熱拡散板と放熱板で完全に覆うようにしても良いとの開示がある。また、セラミックス板と熱拡散板或いは放熱板を、接合材（ろう材など）を使用せず、最初に金型内の所定の位置へ第１のセラミックス板と第２のセラミックス板をセットし、次に回路板、熱拡散板及び放熱板となる溶融Ａｌあるいは溶融Ａｌ合金を金型内に高圧注入した後冷却し固体化して接合し、金型から取り出すことによって、回路基板を得ることが開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−００７４６５号公報
【特許文献２】特開２００３−０８６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属とセラミックス基板を接合材（ろう材）により接合して多層構造にする方法では、セラミックス基板を熱伝導度の高い窒化アルミニウム等（例えば特許文献１によると１７０／ｍＫ）を使用したとしても、金属ベース板として使用されるＣｕやＡｌよりも熱伝導が低く放熱性の妨げになる。また、仮に金属ベース板と同等以上の熱伝導率を有するセラミックス基板を準備すると、そのセラミックス基板は非常に高価であり工業的に量産する部材として使用は困難である。また、ろう材により多層構造体を接合するには従来技術では考えられない高い圧力をかける必要があり、また積層工程が必要となり製造コストが高くなる恐れがある。
また、鋳型内に第１のセラミックス基板と第２のセラミックス基板をセットし、溶融Ａｌまたは溶融Ａｌ合金を金型内に高圧で注入して金属−セラミックス接合基板を作製する方法は、金型内でのセラミックス基板の保持が困難で、適正な位置にセラミックス基板が形成できない恐れがある。よって、第２のセラミックス基板を熱拡散板と放熱板で完全に位置精度良く覆うようにするのは困難であり、よって反りの制御も困難でばらつきが伴い信頼性が低下するおそれがある。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、放熱性が高く、反り及び反りのばらつきが小さく、且つ低コストで作製できる金属−セラミックス接合基板と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を行った結果、セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記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とすることにより、反り及び反りのばらつきを小さく制御することができることを見出し本発明の完成に至った。また、前記強化材の一部を鋳型に支持されるように設置した後、金属溶湯を注入して冷却凝固する方法で金属−セラミックス接合基板を製造するのが好ましい。
【０００８】
本発明はセラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板である。
また、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましく、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
また、前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることが好ましく、前記強化材が板状または棒状であることが好ましく、前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることが好ましい。
さらに、前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記強化材の材質がセラミックスであることが好ましく、前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましい。
さらに、前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることが好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されていることが好ましい。
【０００９】
また、製造方法に係わる本発明は、注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板と１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板および前記強化材に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面を接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面を接合する金属−セラミックス接合基板の製造方法において、前記強化材の一部が鋳型に支持されるように設置する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である。
前記支持が挟持によるものであることが好ましく、前記セラミックス基板に前記金属板と前記金属ベース板を接合した金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、前記強化材の一部を除去することがさらに好ましい。
前記金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、注湯する前記金属溶湯は、酸化皮膜を除去したものであることが好ましく、前記金属溶湯は１〜１００ｋＰａの圧力で注湯されることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、放熱性が高く、反りが小さく、且つ低コストの金属−セラミックス基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２】本発明の金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図３】本発明の金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図４】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図５】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図６】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図７】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図８】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図９】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１０】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１１】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１２】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１３】本発明の実施例８の金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１４】図１３に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１５】図１３に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１６】本発明の実施例１６に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１７】図１６に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１８】図１６に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１９】本発明の実施例１７に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２０】図１９に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図２１】図１９に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図２２】本発明の実施例１８に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２３】図２２に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図２４】図２２に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について図１、図２、図３を用いて説明する。
図３は本発明の金属−セラミックス基板を製造するための鋳型４であり上型、下型に分離できるようになっている。また、図３は鋳型４内にセラミックス基板５と強化材３であるセラミックス板材が設置された状態を示している。鋳型４の内部に金属ベース板１を形成するための金属ベース板１形成用の空洞部２が形成され、この空洞部２の側面の高さ方向（金属ベース板１の厚さ方向）の略中央部に強化材３である７個のセラミックス板材が空洞部２を横断してそれぞれの強化材３の一部（両端）が鋳型４の支持部９で挟持されるように形成され、さらに前記空洞部２の底面にセラミックス基板５を収容するための凹部６（ただし、図３はセラミックス基板５がすでに収容されている）が形成され、凹部６の底面に回路パターンである金属板８を形成するための凹部７（回路パターン用金属板形成用空洞部）が形成されたカーボン製の鋳型４を用意した。
なお、前記強化材３を挟持する支持部９は、金属ベース板１を形成するための空洞部２の側面（金属ベース板１の厚さ方向）の中央部に強化材３が挟持される構造、具体的には強化材３の断面の形状に略対応する穴がこの空洞部２の側面に形成されてたものであり、強化材３の数に応じて穴状の支持部９が形成されている。図３の場合は、金属ベース板１の幅方向及び厚さ方向の中央に１個の強化材３が鋳型４内に設置されるための挟持部９と、その両側に等間隔で支持部９が３個ずつ略平行に並んだものとなっている。
また、この強化材３を挟持する支持部９は鋳型４の上型鋳型と下型鋳型により形成されるようになっており、これにより、強化材３を下型の支持部９に設置した（置いた）後、上型を下型にのせることにより、強化材３が前記空洞部２を横断した状態に、所定の位置に精度良く設置（固定）することができる。なお、支持部９は上型、下型のいずれに設けてもかまわず、両方に設けてもかまわないし、適当な支持部材で形成しても良い。
また、この鋳型には、溶湯を鋳型４内に注湯するための注湯口（図示しない）が形成されているとともに、空洞部２（金属ベース板形成部）と凹部７（回路パターン用金属板形成部）との間に延びる溶湯流路（図示しない）が形成され、凹部６にセラミックス基板５を収容したときにも空洞部２（金属ベース板形成部）と凹部７（回路パターン用金属板形成部）との間が連通するようになっている。
【００１３】
この鋳型４の凹部６（セラミックス基板５収容部）内にセラミックス基板５を収容し、前記強化材３の支持部９に７本の強化材３を設置した後、前記鋳型４を接合炉（図示しない）内に移動させ、この炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下まで低下させ、ヒーターの温度制御によって鋳型４を注湯温度である例えば６００〜８００℃まで加熱した。
また、例えばアルミニウムである金属溶湯を、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、狭隘部を有するノズル（図示しない）を通して酸化皮膜を取り除きながら、窒素ガスによって１０ｋＰａの圧力で加圧して、上記注湯口より加熱した鋳型内に流し込んだ。酸化皮膜を除去しながら注湯する、いわゆる溶湯接合以外の方法では、金属とセラミックスとの間で大きな接合欠陥が発生するおそれがある。
このようにして金属溶湯を流し込んだ後、ガス加圧ノズル（図示しない）から注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型４内のアルミニウム合金溶湯を１０ｋＰａの圧力で加圧したまま冷却して凝固させることが好ましい。
なお、ガスの注湯時や加圧時の圧力は１〜１００ｋPaであるのが好ましく、３〜８０ｋPaがさらに好ましく、５〜３０ｋPaであることが最も好ましい。圧力が低すぎると金属溶湯が鋳型内に入りづらくなり、高すぎると強化材の位置がずれるおそれがあり、また鋳型が破壊される恐れがある。特に１ＭＰａ以上の高圧な場合は、カーボン製の鋳型４が破壊したり、強化材３やセラミックス基板５が、鋳型４内の所定位置からずれる恐れがある。
【００１４】
このようにして、セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合体を製造した。また、この金属ベース板の内部には７個の強化材３が貫通した状態となっている。なお、強化材３は１個でも良いし、複数の適当な個数でもよく、それは鋳型４の支持部９などを変更するなどによって対応できる。
この金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、金属ベース板１から飛び出した部分の強化材３（セラミックス板材）を除去した。強化材３の一部（端部）の除去は、既知の切断、ブレークなどで行えば良い。このようにして、本発明の金属−セラミックス接合基板を作製した。鋳型で強化材を支持することにより，金属ベース板１内の強化材３の位置（面方向の位置，厚さ方向の位置）を精密に制御、固定できるようになり，反りばらつきを抑制する制御ができるようになった。
図１は本発明の金属−セラミックス接合基板の中央部の断面図、図２は上面図である。なおセラミックス基板５は複数であっても良い。図４は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図、図５は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図、図６は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【００１５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について、図７、図８、図９を用いて説明する。
第１の実施の形態とほぼ同じで、強化材３も同様のセラミックス板材であるが、セラミックス板材が立てた状態（厚さ方向である側面が底面となる）である点のみが異なる。
セラミックス板材のサイズにもよるが、一般に厚さは幅に比べて小さいため、第１の実施の形態と同体積のセラミックス板材であれば、より厚さ方向の放熱に対し特に優れ、反りの抑制にもより優れる。すなわち金属−セラミックス接合基板の構造からも明らかなとおり、第１の実施の形態と比較して、厚さ方向に放熱をさえぎる強化材３の面積がより小さいことからあきらかで、また金属ベース板１の反りに対し強化材３が曲がりにくいことは厚さ方向の強化材３の寸法が大きいことからあきらかである。さらに強化材３の使用量を減らせるので、コストにも優れる。
【００１６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について、図１０、図１１、図１２を用いて説明する。
内部に金属ベース板１を形成するための空洞部２（金属ベース板形成部）が形成され、強化材３であるセラミックス板材を６本挟持する支持部９を有し、且つ図１２に示すように該セラミックス板材３本が間隔をあけて配置され、残りの３本が前記３本の強化材３について、垂直（直角）な方向に間隔をあけて配置され挟持される支持部９を有するカーボン製の鋳型を用意した以外は第１の実施の形態と同じものである。
図１０と図１１に示す第３の実施の形態の金属−セラミックス接合基板の構造の通り、金属ベース板１の長さ方向に平行な方向（金属ベース板１の一辺に平行な方向、図１１の左右方向）および幅方向（金属ベース板１の前記一辺に垂直な方向、図１１の上下方向）に平行な方向のいずれにも方向にもセラミックス板材の強化材３が平行方向に接合されている。よって、金属ベース板の長さ方向に平行な方向と幅方向に平行な方向の両方向について反りを抑制する効果がある。
【００１７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について、図１３、図１４、図１５を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板の他方の面（底面）に接合していること、強化材３が１個であること以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１３、図１４に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図１５に示すものとなる。
【００１８】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態について、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１を形成する空洞２に、図１８に示されるように第１の実施の形態と同様に強化材３が７個平行に設置されているのに加え、前記強化材３の長手方向と直角方向で且つ金属ベース板１の底面に近い方に１個の強化材３が鋳型４に設置されている以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１６、図１７に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図１８に示すものとなる。
【００１９】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態について、図１９、図２０．図２１を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１の周囲に、図２１に示されるようにセラミックス板材を立てた状態で金属ベース板１の周囲に設置した以外は、第２の実施の形態と同様の方法で、図１９、図２０に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図２１に示すものとなる。なお支持部９は図示していない。
【００２０】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態について、図２２、図２３、図２４を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１の内部に、図２４に示されるように１個のセラミックス板材を鋳型４で支持して配置する以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図２２、図２３に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図２４に示すものとなる。
【００２１】
ここで、本発明の金属−セラミックス基板は、セラミックス基板５の一方の面に金属板８の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板５の他方の面に金属ベース板１の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記金属ベース板１に少なくとも１個以上の強化材３が接合され、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板１から露出している金属−セラミックス接合基板である。
前述の通り、本発明の鋳型で強化材３を支持することにより，作製された金属−セラミックス接合基板の金属ベース板１の一部に強化材３が露出した状態となる。また、金属ベース板３内の強化材３の位置（面方向の位置，厚さ方向の位置）を精密に制御できるようになり，反り制御ができるようになった。強化材３の接合や位置のよって放熱性が妨げられるが，本発明は強化材の配置、位置を精密に制御することによって反りの制御と放熱性確保の両立が得られた。
【００２２】
また、前記強化材の一部を鋳型に支持されるように設置した後、金属溶湯を注入して冷却凝固する方法、いわゆる溶湯接合法で金属−セラミックス接合基板を製造するのがよい。溶湯接合法によると、比較的低圧で注湯でき金属溶湯と強化材（例えばセラミックス板材や棒材）とがほとんど接合欠陥なしに接合することができ、金属溶湯は低圧なので前記強化材の初期の配置がずれる恐れがない。
【００２３】
また、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましく、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
【００２４】
回路用金属板上にはパワー素子などが搭載され、その素子の発熱による熱が下方の絶縁性のセラミックス基板（アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板など）、金属ベース板に伝導させ、放熱する。
金属−セラミックス接合基板においては、金属とセラミックスとの熱膨張係数の違いにより接合時、あるいは金属−セラミックス接合基板にパワー素子などを搭載する熱処理時、実使用時などにおいて熱応力が発生し、金属−セラミックス基板が大きく反る。この反りを抑制するために、強化材として、例えばセラミックス基板に熱膨張係数が近いセラミックスや低熱膨張金属（Moなど）を金属ベース板中に接合する。
しかしながら、強化材は金属ベース板より熱伝導率が小さいことがほとんどで、また熱伝導率が同等以上の強化材（例えば高純度窒化アルミニウム基板）などは非常に高価でありパワーモジュールなどに使用するにはコストが全く適合しない。
本発明は前記金属ベースの一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さくし、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さくするように強化材を配置し接合することにより、すなわち特に板材や棒材の金属ベース板への接合する位置や大きさを正確、精密にすることで、強化材が熱伝導に劣るものでも、熱伝導率をほぼ低下させることなく且つ反りが充分に少ない金属−セラミックス接合基板を提供できる。
【００２５】
また、前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることが好ましく、前記強化材が板状または棒状であることが好ましく、前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが電気伝導性、熱伝導率、セラミックス基板との接合の信頼性の観点で好ましく、前記強化材の材質がセラミックスであることが好ましく、前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記金属板が電気伝導性、熱伝導率、セラミックス基板との接合の信頼性の観点でアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
【００２７】
さらに、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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることが設置のしやすさのため好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されているのが好ましい。
【００２８】
なお、本発明は前記実施の形態のみにとらわれるものではない。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３０】
［実施例１］
（図１〜３参照）
まず、内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、この空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材７本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成され、さらに前記空洞部の底面に５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさのセラミックス基板を収容するための凹部（セラミックス基板収容部）が形成され、これらの凹部の底面に４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの回路パターン用金属板を形成するための凹部（回路パターン用金属板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した。なお、前記セラミックス板材の狭持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の中心に１本狭持される構造、すなわち略５ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この中心の１本から隙間５ｍｍを空けて等間隔に略並行に、且つ同一平面状に挟持する同様の穴が形成されている。また、このセラミックス板材を挟持する穴は、鋳型が上型と下型に分離できるようになっており、上型と下型を組み合わせることで形成される。セラミックス板材をこの穴に入れて前記空間を横断した状態とすることができる。
また、この鋳型には、溶湯を鋳型内に注湯するための注湯口が形成されているとともに、金属ベース板形成部と回路パターン用金属板形成部との間に延びる溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部内にセラミックス基板を収容したときにもベース板形成部と回路パターン用金属板形成部との間が連通するようになっている。
【００３１】
この鋳型のセラミックス基板収容部内に５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を収容し、前記セラミックス板材の収容部（穴）に８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍの窒化アルミニウム板材７本を炉内に入れ、この炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を４ｐｐｍまで低下させ、ヒーターの温度制御によって鋳型を７３０℃まで加熱した。
【００３２】
また、アルミニウムを７４０℃まで加熱して得られた予め計量されたアルミニウム合金溶湯を、狭隘部を有するノズルを通して酸化皮膜を取り除きながら、窒素ガスによって１０ｋＰａの圧力で加圧して、上記注湯口より加熱した鋳型内に流し込んだ。
【００３３】
このようにしてアルミニウム溶湯を流し込んだ後、ガス加圧ノズルから注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型内のアルミニウム合金溶湯を１０ｋＰａの圧力で加圧したまま冷却して凝固させた。
【００３４】
このようにして、７０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体を製造した。また、この金属ベース板の内部には８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材７本が貫通した状態となっている。
【００３５】
この金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、金属ベース板から飛び出した部分のセラミックス板材を切断除去した。このようにして、アルミニウムベース板上にセラミックス基板が接合し、その上にアルミニウム回路板が接合した金属−セラミックス接合基板を作製した。
【００３６】
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、金属板の中央部をセラミックス板材の長手と平行方向、直角方向についてスパン４５ｍｍとしてレーザー変位計で測定し、下側に反ったもの（凹状）を正（＋）とし、上側に反ったもの（凸状）を負（−）とした。
セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍ、直角方向のときの反り量は−１９８μｍであった。
【００３７】
さらに４１０℃×１０分を１回とする通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−２６４μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−５７μｍ、直角方向のときの反り量は−３０９μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−６９μｍ、直角方向のときの反り量は−３４２μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−９０μｍ、直角方向のときの反り量は−３９０μｍであった。
【００３８】
また、通炉試験後もセラミックス基板の割れなどの不具合はなく、絶縁性などの電気性能も良好であった。金属板とセラミックス基板、金属ベース板とセラミックス基板、金属ベース板とセラミックス板材のそれぞれの接合も特に欠陥はなく良好であった。
【００３９】
［実施例２］
前記金属ベース板用の空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）と幅方向の中央部に８０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材１本が、空洞部を横断してセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意し、すなわち略５０ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定したところ、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍ、直角方向のときの反り量は−４５μｍであった。
さらに実施例１と同様の通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４２μｍ、直角方向のときの反り量は−４２μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−１８μｍ、直角方向のときの反り量は−１８μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−２７μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−６３μｍ、直角方向のときの反り量は−６３μｍであった。
【００４０】
［比較例１］
（図４〜６参照）
前記金属ベース板用の空洞部に強化材であるセラミックス板材を挟持される穴を前記鋳型に設けておらず、セラミックス板材の強化材を接合しなかった以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定したところ、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２３１μｍ、直角方向のときの反り量は−２０１μｍであった。
さらに実施例１と同様の通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２７３μｍ、直角方向のときの反り量は−２５２μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３２１μｍ、直角方向のときの反り量は−２９４μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３５１μｍ、直角方向のときの反り量は−３３３μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３９９μｍ、直角方向のときの反り量は−３９３μｍであった。
【００４１】
［実施例３］
実施例１と同様の条件で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４５μｍ、直角方向のときの反り量は−２０１μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても測定した。金属ベース板の中央部をセラミックス板材の長手と平行方向、直角方向についてスパン６０ｍｍとしてレーザー変位計で測定し、上側に反ったもの（凸状）を正（＋）とし、下側に反ったもの（凹状）を負（−）とした。その結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−８４μｍ、直角方向のときの反り量は−３３６μｍであった。
【００４２】
［実施例４］
金属ベース板を形成するための空洞部の側面に強化材であるセラミックス板材６本が空洞部を横断し、前記セラミックス板材の挟持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の端から２．５ｍｍの距離のところに１本挟持され、すなわち略５ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この１本から５ｍｍ間隔で５本のセラミックス板材に対応する穴が略並行に形成され、且つ同一平面状に狭持する同様の穴が形成され、セラミックス板材を６本鋳型に設置し、金属ベース板に接合した以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−５１μｍ、直角方向のときの反り量は−２１９μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−８４μｍ、直角方向のときの反り量は−３８１μｍであった。
【００４３】
［実施例５］
実施例３と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２７μｍ、直角方向のときの反り量は−４５μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−７８μｍであった。
【００４４】
［実施例６］
セラミックス板材が金属ベース板のセラミックス基板接合側と反対の表面に露出し、その表面と略同一平面に接合されるように、鋳型の挟持する穴を設けた以外は、実施例３と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−２６４μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３９μｍ、直角方向のときの反り量は−４４７μｍであった。
【００４５】
［実施例７］
前記金属ベース板用の空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）と幅方向の中央部に８０ｍｍ×６０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材１本が、空洞部を横断してセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で挟持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意し、すなわち略６０ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２１μｍ、直角方向のときの反り量は−２１μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−３９μｍであった。
【００４６】
［実施例８］
（図１３〜１５参照）
セラミックス板材が金属ベース板のセラミックス基板接合側と反対の表面に露出し、その表面と略同一平面に接合されるように、鋳型の狭持する穴を設けた以外は、実施例７と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４５μｍ、直角方向のときの反り量は−１５μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−７２μｍ、直角方向のときの反り量は−４２μｍであった。
【００４７】
［比較例２］
比較例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２１３μｍ、直角方向のときの反り量は−１７７μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３８７μｍ、直角方向のときの反り量は−３４５μｍであった。
【００４８】
［実施例９］
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、この空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材３本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍであった。
【００４９】
［実施例１０］
金属ベース板を形成するための空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材３本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で挟持されるように形成され、前記セラミックス板材の挟持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の中心に１本挟持される構造、すなわち略０．６ｍｍ幅で高さ略３ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この中心の１本から２０ｍｍ間隔に略並行に、且つ同一平面状に挟持する同様の穴が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２５μｍであった。
【００５０】
［実施例１１］
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例９と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３５μｍであった。
【００５１】
［実施例１２］
（図７〜９参照）
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１０と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５２】
［実施例１３］
（図１０〜１２参照）
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材を６本狭持する穴を有し、且つ該セラミックス板材３本が２０ｍｍの間隔をあけて配置され、残りの３本が前記３本のセラミックス板材３本に垂直な方向に２０ｍｍの間隔を開けて配置され狭持される穴を有するカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１２と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）セラミックス基板の下部に形成され、且つ前記３本に垂直な方向でベース板表面に近い側にセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍであり、直角方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５３】
［実施例１４］
金属ベース板の表面に高さ１０ｍｍ、ピッチ７ｍｍのフィンを形成する空洞部を設けた鋳型を用意した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この結果セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−８０μｍであった。
【００５４】
［実施例１５］
強化材の５０ｍｍ×８０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（窒化アルミニウム板材）が金属ベース板の他方の面（底面）に接合していること、強化材が１個であること以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１３、図１４に示す金属−セラミックス接合基板を作成した。
この結果セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２５μｍ、直角方向のときの反り量は−３５μｍであった。
【００５５】
［実施例１６］
（図１６〜１８参照）
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板を形成する空洞２に、図１８に示されるように第１の実施の形態と同様に７個平行に設置されているのに加え、前記強化材３の長手方向と直角方向で且つ金属−ベース板の底面に近い方に５０ｍｍ×８０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（窒化アルミニウム板材）が設置されている以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１６、図１７に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、細いセラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３２μｍ、直角方向のときの反り量は−２２μｍであった。
【００５６】
［実施例１７］
（図１９〜２１参照）
強化材３の８０ｍｍ×４ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（アルミナ基板）が金属ベース板の周囲に、図２１に示されるようにセラミックス板材を立てた状態で金属ベース板の周囲に設置した以外は、第２の実施の形態と同様の方法で、図１９、図２０に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、一個のセラミックス板材と平行方向のときの反り量は−４３μｍ、直角方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５７】
［実施例１８］
（図２２〜２４参照）
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板の内部に、図２４に示されるように１個のセラミックス板材を鋳型４で支持して配置する以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図２２、図２３に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、一個のセラミックス板材と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−３６μｍであった。
【００５８】
なお、実施例１、実施例１３の金属−セラミックス接合基板の厚さ方向の放熱性を調査したところ、比較例１と比べて、の裏面に放熱される放熱性を１００％とすると、実施例はその低下率が３％以下であった。すなわち金属ベース板またはセラミックス基板を前述の通り上から垂直に透過してみたときの強化材の面積が小さければ、放熱性を劣化させることなく、反りも抑制することができる。
なお、強化材を接合する位置によって、実施例のように一方向のみの反りを抑制することも、全方向の反りを抑制することも可能であり、製品の要望にあわせて強化材の配置などを決定すれば良い。また、本発明の金属セラミックス接合基板はパワーモジュールに用いられるのが好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 金属ベース板
２ 空洞部（金属ベース板形成用）
３ 強化材
４ 鋳型
５ セラミックス基板
６ 凹部（セラミックス基板収容部）
７ 凹部（金属板形成用空洞部）
８ 金属板（回路パターン用）
９ 支持部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板及びその製造方法に関し、セラミックス基板の一方の面に電子部品搭載用の金属板（回路板）が形成され、他方の面に放熱用の金属ベース板が形成された金属−セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ている従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれてい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等により固定され、この金属−セラミックス接合基板の金属回路板上に半導体チップが半田付けにより固定されている。また、ベース板の他方の面（裏面）には、ねじ止めなどにより熱伝導グリースを介して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。
【０００３】
この金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の両面に異なる厚さの金属板（回路板とベース板）が接合されるため、接合後に大きな反りが生じやすい。また、金属−セラミックス接合基板への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回路板およびベース板の反りが生じ易い。
さらに、半導体チップから発生した熱は、金属−セラミックス接合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。
また、実質的に反りのない金属−セラミックス接合基板が得られたとしても、熱衝撃が繰り返された場合、反りが大きくなっていくことも知られている。
これらの問題を解決するため、窒化アルミニウム基板の一方の面にＡｌ又はＡｌ合金の回路が、また他方の面には必要に応じて放熱板が形成されてなる回路基板において、上記窒化アルミニウム基板が、Ａｌ板又Ａｌ合金板を介して接合された窒化アルミニウム基板の多層構造体である回路基板が提案されている。これにより、機械的、熱的かつ絶縁的に高信頼性があり、パワーモジュール用として好適な回路基板が提供されるとの開示がある。（例えば、特許文献１参照）。
また、回路板、第１のセラミックス板、熱拡散板、第２のセラミックス板および放熱（ベース）板の積層体により形成したことを特徴とする絶縁回路基板が提案されている。この熱拡散板の効果は回路板上に実装した半導体パワー素子の熱を熱拡散板で横方向に広げることにあり回路基板自体の熱抵抗を低減でき、且つ半導体パワー素子の通電路とするものである。また、前記第２のセラミックス板は熱拡散板と放熱板で完全に覆うようにしても良いとの開示がある。また、セラミックス板と熱拡散板或いは放熱板を、接合材（ろう材など）を使用せず、最初に金型内の所定の位置へ第１のセラミックス板と第２のセラミックス板をセットし、次に回路板、熱拡散板及び放熱板となる溶融Ａｌあるいは溶融Ａｌ合金を金型内に高圧注入した後冷却し固体化して接合し、金型から取り出すことによって、回路基板を得ることが開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−００７４６５号公報
【特許文献２】特開２００３−０８６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属とセラミックス基板を接合材（ろう材）により接合して多層構造にする方法では、セラミックス基板を熱伝導度の高い窒化アルミニウム等（例えば特許文献１によると１７０／ｍＫ）を使用したとしても、金属ベース板として使用されるＣｕやＡｌよりも熱伝導が低く放熱性の妨げになる。また、仮に金属ベース板と同等以上の熱伝導率を有するセラミックス基板を準備すると、そのセラミックス基板は非常に高価であり工業的に量産する部材として使用は困難である。また、ろう材により多層構造体を接合するには従来技術では考えられない高い圧力をかける必要があり、また積層工程が必要となり製造コストが高くなる恐れがある。
また、鋳型内に第１のセラミックス基板と第２のセラミックス基板をセットし、溶融Ａｌまたは溶融Ａｌ合金を金型内に高圧で注入して金属−セラミックス接合基板を作製する方法は、金型内でのセラミックス基板の保持が困難で、適正な位置にセラミックス基板が形成できない恐れがある。よって、第２のセラミックス基板を熱拡散板と放熱板で完全に位置精度良く覆うようにするのは困難であり、よって反りの制御も困難でばらつきが伴い信頼性が低下するおそれがある。
【０００６】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、放熱性が高く、反り及び反りのばらつきが小さく、且つ低コストで作製できる金属−セラミックス接合基板と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を行った結果、セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記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とすることにより、反り及び反りのばらつきを小さく制御することができることを見出し本発明の完成に至った。また、前記強化材の一部を鋳型に支持されるように設置した後、金属溶湯を注入して冷却凝固する方法で金属−セラミックス接合基板を製造するのが好ましい。
【０００８】
本発明はセラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板である。
また、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましく、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
また、前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることが好ましく、前記強化材が板状または棒状であることが好ましく、前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることが好ましい。
さらに、前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、前記強化材の材質がセラミックスであることが好ましく、前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましい。
さらに、前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることが好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されていることが好ましい。
【０００９】
また、製造方法に係わる本発明は、注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板と１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板および前記強化材に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面を接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面を接合する金属−セラミックス接合基板の製造方法において、前記強化材の一部が鋳型に支持されるように設置する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である。
前記支持が挟持によるものであることが好ましく、前記セラミックス基板に前記金属板と前記金属ベース板を接合した金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、前記強化材の一部を除去することがさらに好ましい。
前記金属溶湯がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましく、注湯する前記金属溶湯は、酸化皮膜を除去したものであることが好ましく、前記金属溶湯は１〜１００ｋＰａの圧力で注湯されることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、放熱性が高く、反りが小さく、且つ低コストの金属−セラミックス基板とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２】本発明の金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図３】本発明の金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図４】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図５】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図６】本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図７】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図８】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図９】本発明の実施例１２に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１０】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１１】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１２】本発明の実施例１３に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１３】本発明の実施例８の金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１４】図１３に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１５】図１３に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１６】本発明の実施例１６に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図１７】図１６に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図１８】図１６に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図１９】本発明の実施例１７に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２０】図１９に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図２１】図１９に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【図２２】本発明の実施例１８に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図である。
【図２３】図２２に示す金属−セラミックス接合基板の模式平面図である。
【図２４】図２２に示す金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について図１、図２、図３を用いて説明する。
図３は本発明の金属−セラミックス基板を製造するための鋳型４であり上型、下型に分離できるようになっている。また、図３は鋳型４内にセラミックス基板５と強化材３であるセラミックス板材が設置された状態を示している。鋳型４の内部に金属ベース板１を形成するための金属ベース板１形成用の空洞部２が形成され、この空洞部２の側面の高さ方向（金属ベース板１の厚さ方向）の略中央部に強化材３である７個のセラミックス板材が空洞部２を横断してそれぞれの強化材３の一部（両端）が鋳型４の支持部９で挟持されるように形成され、さらに前記空洞部２の底面にセラミックス基板５を収容するための凹部６（ただし、図３はセラミックス基板５がすでに収容されている）が形成され、凹部６の底面に回路パターンである金属板８を形成するための凹部７（回路パターン用金属板形成用空洞部）が形成されたカーボン製の鋳型４を用意した。
なお、前記強化材３を挟持する支持部９は、金属ベース板１を形成するための空洞部２の側面（金属ベース板１の厚さ方向）の中央部に強化材３が挟持される構造、具体的には強化材３の断面の形状に略対応する穴がこの空洞部２の側面に形成されてたものであり、強化材３の数に応じて穴状の支持部９が形成されている。図３の場合は、金属ベース板１の幅方向及び厚さ方向の中央に１個の強化材３が鋳型４内に設置されるための挟持部９と、その両側に等間隔で支持部９が３個ずつ略平行に並んだものとなっている。
また、この強化材３を挟持する支持部９は鋳型４の上型鋳型と下型鋳型により形成されるようになっており、これにより、強化材３を下型の支持部９に設置した（置いた）後、上型を下型にのせることにより、強化材３が前記空洞部２を横断した状態に、所定の位置に精度良く設置（固定）することができる。なお、支持部９は上型、下型のいずれに設けてもかまわず、両方に設けてもかまわないし、適当な支持部材で形成しても良い。
また、この鋳型には、溶湯を鋳型４内に注湯するための注湯口（図示しない）が形成されているとともに、空洞部２（金属ベース板形成部）と凹部７（回路パターン用金属板形成部）との間に延びる溶湯流路（図示しない）が形成され、凹部６にセラミックス基板５を収容したときにも空洞部２（金属ベース板形成部）と凹部７（回路パターン用金属板形成部）との間が連通するようになっている。
【００１３】
この鋳型４の凹部６（セラミックス基板５収容部）内にセラミックス基板５を収容し、前記強化材３の支持部９に７本の強化材３を設置した後、前記鋳型４を接合炉（図示しない）内に移動させ、この炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を１００ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｍ以下まで低下させ、ヒーターの温度制御によって鋳型４を注湯温度である例えば６００〜８００℃まで加熱した。
また、例えばアルミニウムである金属溶湯を、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、狭隘部を有するノズル（図示しない）を通して酸化皮膜を取り除きながら、窒素ガスによって１０ｋＰａの圧力で加圧して、上記注湯口より加熱した鋳型内に流し込んだ。酸化皮膜を除去しながら注湯する、いわゆる溶湯接合以外の方法では、金属とセラミックスとの間で大きな接合欠陥が発生するおそれがある。
このようにして金属溶湯を流し込んだ後、ガス加圧ノズル（図示しない）から注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型４内のアルミニウム合金溶湯を１０ｋＰａの圧力で加圧したまま冷却して凝固させることが好ましい。
なお、ガスの注湯時や加圧時の圧力は１〜１００ｋPaであるのが好ましく、３〜８０ｋPaがさらに好ましく、５〜３０ｋPaであることが最も好ましい。圧力が低すぎると金属溶湯が鋳型内に入りづらくなり、高すぎると強化材の位置がずれるおそれがあり、また鋳型が破壊される恐れがある。特に１ＭＰａ以上の高圧な場合は、カーボン製の鋳型４が破壊したり、強化材３やセラミックス基板５が、鋳型４内の所定位置からずれる恐れがある。
【００１４】
このようにして、セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合体を製造した。また、この金属ベース板の内部には７個の強化材３が貫通した状態となっている。なお、強化材３は１個でも良いし、複数の適当な個数でもよく、それは鋳型４の支持部９などを変更するなどによって対応できる。
この金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、金属ベース板１から飛び出した部分の強化材３（セラミックス板材）を除去した。強化材３の一部（端部）の除去は、既知の切断、ブレークなどで行えば良い。このようにして、本発明の金属−セラミックス接合基板を作製した。鋳型で強化材を支持することにより，金属ベース板１内の強化材３の位置（面方向の位置，厚さ方向の位置）を精密に制御、固定できるようになり，反りばらつきを抑制する制御ができるようになった。
図１は本発明の金属−セラミックス接合基板の中央部の断面図、図２は上面図である。なおセラミックス基板５は複数であっても良い。図４は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式断面図、図５は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板の模式平面図、図６は本発明の比較例１に対応する金属−セラミックス接合基板のための鋳型の模式断面図である。
【００１５】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について、図７、図８、図９を用いて説明する。
第１の実施の形態とほぼ同じで、強化材３も同様のセラミックス板材であるが、セラミックス板材が立てた状態（厚さ方向である側面が底面となる）である点のみが異なる。
セラミックス板材のサイズにもよるが、一般に厚さは幅に比べて小さいため、第１の実施の形態と同体積のセラミックス板材であれば、より厚さ方向の放熱に対し特に優れ、反りの抑制にもより優れる。すなわち金属−セラミックス接合基板の構造からも明らかなとおり、第１の実施の形態と比較して、厚さ方向に放熱をさえぎる強化材３の面積がより小さいことからあきらかで、また金属ベース板１の反りに対し強化材３が曲がりにくいことは厚さ方向の強化材３の寸法が大きいことからあきらかである。さらに強化材３の使用量を減らせるので、コストにも優れる。
【００１６】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について、図１０、図１１、図１２を用いて説明する。
内部に金属ベース板１を形成するための空洞部２（金属ベース板形成部）が形成され、強化材３であるセラミックス板材を６本挟持する支持部９を有し、且つ図１２に示すように該セラミックス板材３本が間隔をあけて配置され、残りの３本が前記３本の強化材３について、垂直（直角）な方向に間隔をあけて配置され挟持される支持部９を有するカーボン製の鋳型を用意した以外は第１の実施の形態と同じものである。
図１０と図１１に示す第３の実施の形態の金属−セラミックス接合基板の構造の通り、金属ベース板１の長さ方向に平行な方向（金属ベース板１の一辺に平行な方向、図１１の左右方向）および幅方向（金属ベース板１の前記一辺に垂直な方向、図１１の上下方向）に平行な方向のいずれにも方向にもセラミックス板材の強化材３が平行方向に接合されている。よって、金属ベース板の長さ方向に平行な方向と幅方向に平行な方向の両方向について反りを抑制する効果がある。
【００１７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について、図１３、図１４、図１５を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板の他方の面（底面）に接合していること、強化材３が１個であること以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１３、図１４に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図１５に示すものとなる。
【００１８】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態について、図１６、図１７、図１８を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１を形成する空洞２に、図１８に示されるように第１の実施の形態と同様に強化材３が７個平行に設置されているのに加え、前記強化材３の長手方向と直角方向で且つ金属ベース板１の底面に近い方に１個の強化材３が鋳型４に設置されている以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１６、図１７に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図１８に示すものとなる。
【００１９】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態について、図１９、図２０．図２１を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１の周囲に、図２１に示されるようにセラミックス板材を立てた状態で金属ベース板１の周囲に設置した以外は、第２の実施の形態と同様の方法で、図１９、図２０に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図２１に示すものとなる。なお支持部９は図示していない。
【００２０】
（第７の実施の形態）
第７の実施の形態について、図２２、図２３、図２４を用いて説明する。
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板１の内部に、図２４に示されるように１個のセラミックス板材を鋳型４で支持して配置する以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図２２、図２３に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。鋳型４もそれに対応した図２４に示すものとなる。
【００２１】
ここで、本発明の金属−セラミックス基板は、セラミックス基板５の一方の面に金属板８の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板５の他方の面に金属ベース板１の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記金属ベース板１に少なくとも１個以上の強化材３が接合され、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板１から露出している金属−セラミックス接合基板である。
前述の通り、本発明の鋳型で強化材３を支持することにより，作製された金属−セラミックス接合基板の金属ベース板１の一部に強化材３が露出した状態となる。また、金属ベース板３内の強化材３の位置（面方向の位置，厚さ方向の位置）を精密に制御できるようになり，反り制御ができるようになった。強化材３の接合や位置のよって放熱性が妨げられるが，本発明は強化材の配置、位置を精密に制御することによって反りの制御と放熱性確保の両立が得られた。
【００２２】
また、前記強化材の一部を鋳型に支持されるように設置した後、金属溶湯を注入して冷却凝固する方法、いわゆる溶湯接合法で金属−セラミックス接合基板を製造するのがよい。溶湯接合法によると、比較的低圧で注湯でき金属溶湯と強化材（例えばセラミックス板材や棒材）とがほとんど接合欠陥なしに接合することができ、金属溶湯は低圧なので前記強化材の初期の配置がずれる恐れがない。
【００２３】
また、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましく、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことが好ましい。
【００２４】
回路用金属板上にはパワー素子などが搭載され、その素子の発熱による熱が下方の絶縁性のセラミックス基板（アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板など）、金属ベース板に伝導させ、放熱する。
金属−セラミックス接合基板においては、金属とセラミックスとの熱膨張係数の違いにより接合時、あるいは金属−セラミックス接合基板にパワー素子などを搭載する熱処理時、実使用時などにおいて熱応力が発生し、金属−セラミックス基板が大きく反る。この反りを抑制するために、強化材として、例えばセラミックス基板に熱膨張係数が近いセラミックスや低熱膨張金属（Moなど）を金属ベース板中に接合する。
しかしながら、強化材は金属ベース板より熱伝導率が小さいことがほとんどで、また熱伝導率が同等以上の強化材（例えば高純度窒化アルミニウム基板）などは非常に高価でありパワーモジュールなどに使用するにはコストが全く適合しない。
本発明は前記金属ベースの一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さくし、前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さくするように強化材を配置し接合することにより、すなわち特に板材や棒材の金属ベース板への接合する位置や大きさを正確、精密にすることで、強化材が熱伝導に劣るものでも、熱伝導率をほぼ低下させることなく且つ反りが充分に少ない金属−セラミックス接合基板を提供できる。
【００２５】
また、前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることが好ましく、前記強化材が板状または棒状であることが好ましく、前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが電気伝導性、熱伝導率、セラミックス基板との接合の信頼性の観点で好ましく、前記強化材の材質がセラミックスであることが好ましく、前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記金属板が電気伝導性、熱伝導率、セラミックス基板との接合の信頼性の観点でアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。
【００２７】
さらに、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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることが好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることが設置のしやすさのため好ましく、前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されているのが好ましい。
【００２８】
なお、本発明は前記実施の形態のみにとらわれるものではない。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３０】
［実施例１］
（図１〜３参照）
まず、内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、この空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材７本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成され、さらに前記空洞部の底面に５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさのセラミックス基板を収容するための凹部（セラミックス基板収容部）が形成され、これらの凹部の底面に４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの回路パターン用金属板を形成するための凹部（回路パターン用金属板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した。なお、前記セラミックス板材の狭持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の中心に１本狭持される構造、すなわち略５ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この中心の１本から隙間５ｍｍを空けて等間隔に略並行に、且つ同一平面状に挟持する同様の穴が形成されている。また、このセラミックス板材を挟持する穴は、鋳型が上型と下型に分離できるようになっており、上型と下型を組み合わせることで形成される。セラミックス板材をこの穴に入れて前記空間を横断した状態とすることができる。
また、この鋳型には、溶湯を鋳型内に注湯するための注湯口が形成されているとともに、金属ベース板形成部と回路パターン用金属板形成部との間に延びる溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部内にセラミックス基板を収容したときにもベース板形成部と回路パターン用金属板形成部との間が連通するようになっている。
【００３１】
この鋳型のセラミックス基板収容部内に５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板を収容し、前記セラミックス板材の収容部（穴）に８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍの窒化アルミニウム板材７本を炉内に入れ、この炉内を窒素雰囲気にして酸素濃度を４ｐｐｍまで低下させ、ヒーターの温度制御によって鋳型を７３０℃まで加熱した。
【００３２】
また、アルミニウムを７４０℃まで加熱して得られた予め計量されたアルミニウム合金溶湯を、狭隘部を有するノズルを通して酸化皮膜を取り除きながら、窒素ガスによって１０ｋＰａの圧力で加圧して、上記注湯口より加熱した鋳型内に流し込んだ。
【００３３】
このようにしてアルミニウム溶湯を流し込んだ後、ガス加圧ノズルから注湯口に窒素ガスを吹き込むことによって、鋳型内のアルミニウム合金溶湯を１０ｋＰａの圧力で加圧したまま冷却して凝固させた。
【００３４】
このようにして、７０ｍｍ×７０ｍｍ×５ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体を製造した。また、この金属ベース板の内部には８０ｍｍ×５ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材７本が貫通した状態となっている。
【００３５】
この金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、金属ベース板から飛び出した部分のセラミックス板材を切断除去した。このようにして、アルミニウムベース板上にセラミックス基板が接合し、その上にアルミニウム回路板が接合した金属−セラミックス接合基板を作製した。
【００３６】
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、金属板の中央部をセラミックス板材の長手と平行方向、直角方向についてスパン４５ｍｍとしてレーザー変位計で測定し、下側に反ったもの（凹状）を正（＋）とし、上側に反ったもの（凸状）を負（−）とした。
セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍ、直角方向のときの反り量は−１９８μｍであった。
【００３７】
さらに４１０℃×１０分を１回とする通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−２６４μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−５７μｍ、直角方向のときの反り量は−３０９μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−６９μｍ、直角方向のときの反り量は−３４２μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−９０μｍ、直角方向のときの反り量は−３９０μｍであった。
【００３８】
また、通炉試験後もセラミックス基板の割れなどの不具合はなく、絶縁性などの電気性能も良好であった。金属板とセラミックス基板、金属ベース板とセラミックス基板、金属ベース板とセラミックス板材のそれぞれの接合も特に欠陥はなく良好であった。
【００３９】
［実施例２］
前記金属ベース板用の空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）と幅方向の中央部に８０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材１本が、空洞部を横断してセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意し、すなわち略５０ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定したところ、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍ、直角方向のときの反り量は−４５μｍであった。
さらに実施例１と同様の通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４２μｍ、直角方向のときの反り量は−４２μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−１８μｍ、直角方向のときの反り量は−１８μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−２７μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−６３μｍ、直角方向のときの反り量は−６３μｍであった。
【００４０】
［比較例１］
（図４〜６参照）
前記金属ベース板用の空洞部に強化材であるセラミックス板材を挟持される穴を前記鋳型に設けておらず、セラミックス板材の強化材を接合しなかった以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定したところ、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２３１μｍ、直角方向のときの反り量は−２０１μｍであった。
さらに実施例１と同様の通炉試験を１回、３回、５回、１０回としたときの反り量を測定した。
通炉が１回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２７３μｍ、直角方向のときの反り量は−２５２μｍであった。
通炉が３回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３２１μｍ、直角方向のときの反り量は−２９４μｍであった。
通炉が５回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３５１μｍ、直角方向のときの反り量は−３３３μｍであった。
通炉が１０回終わったとき、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３９９μｍ、直角方向のときの反り量は−３９３μｍであった。
【００４１】
［実施例３］
実施例１と同様の条件で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４５μｍ、直角方向のときの反り量は−２０１μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても測定した。金属ベース板の中央部をセラミックス板材の長手と平行方向、直角方向についてスパン６０ｍｍとしてレーザー変位計で測定し、上側に反ったもの（凸状）を正（＋）とし、下側に反ったもの（凹状）を負（−）とした。その結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−８４μｍ、直角方向のときの反り量は−３３６μｍであった。
【００４２】
［実施例４］
金属ベース板を形成するための空洞部の側面に強化材であるセラミックス板材６本が空洞部を横断し、前記セラミックス板材の挟持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の端から２．５ｍｍの距離のところに１本挟持され、すなわち略５ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この１本から５ｍｍ間隔で５本のセラミックス板材に対応する穴が略並行に形成され、且つ同一平面状に狭持する同様の穴が形成され、セラミックス板材を６本鋳型に設置し、金属ベース板に接合した以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−５１μｍ、直角方向のときの反り量は−２１９μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−８４μｍ、直角方向のときの反り量は−３８１μｍであった。
【００４３】
［実施例５］
実施例３と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２７μｍ、直角方向のときの反り量は−４５μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−７８μｍであった。
【００４４】
［実施例６］
セラミックス板材が金属ベース板のセラミックス基板接合側と反対の表面に露出し、その表面と略同一平面に接合されるように、鋳型の挟持する穴を設けた以外は、実施例３と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３３μｍ、直角方向のときの反り量は−２６４μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３９μｍ、直角方向のときの反り量は−４４７μｍであった。
【００４５】
［実施例７］
前記金属ベース板用の空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）と幅方向の中央部に８０ｍｍ×６０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材１本が、空洞部を横断してセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で挟持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意し、すなわち略６０ｍｍ幅で高さ略０．６ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作成した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２１μｍ、直角方向のときの反り量は−２１μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−３９μｍであった。
【００４６】
［実施例８］
（図１３〜１５参照）
セラミックス板材が金属ベース板のセラミックス基板接合側と反対の表面に露出し、その表面と略同一平面に接合されるように、鋳型の狭持する穴を設けた以外は、実施例７と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−４５μｍ、直角方向のときの反り量は−１５μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−７２μｍ、直角方向のときの反り量は−４２μｍであった。
【００４７】
［比較例２］
比較例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
この金属−セラミックス接合基板の回路用金属板の表面の反り量を、実施例１と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２１３μｍ、直角方向のときの反り量は−１７７μｍであった。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３８７μｍ、直角方向のときの反り量は−３４５μｍであった。
【００４８】
［実施例９］
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、この空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材３本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で狭持されるように形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍであった。
【００４９】
［実施例１０］
金属ベース板を形成するための空洞部の側面の高さ方向（金属ベース板の厚さ方向）の中央部に８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍの強化材であるセラミックス板材３本が空洞部を横断してそれぞれのセラミックス板材の両端５ｍｍが鋳型で挟持されるように形成され、前記セラミックス板材の挟持部は、ベース板を形成するための空間の横方向（ベース板の幅方向）の中心に１本挟持される構造、すなわち略０．６ｍｍ幅で高さ略３ｍｍ、深さ略５ｍｍの穴がこの空間部の側面に形成されており、この中心の１本から２０ｍｍ間隔に略並行に、且つ同一平面状に挟持する同様の穴が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×４ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２５μｍであった。
【００５０】
［実施例１１］
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例９と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×１０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３５μｍであった。
【００５１】
［実施例１２］
（図７〜９参照）
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成されたカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１０と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５２】
［実施例１３］
（図１０〜１２参照）
内部に７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのベース板を形成するための空洞部（金属ベース板形成部）が形成され、強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材を６本狭持する穴を有し、且つ該セラミックス板材３本が２０ｍｍの間隔をあけて配置され、残りの３本が前記３本のセラミックス板材３本に垂直な方向に２０ｍｍの間隔を開けて配置され狭持される穴を有するカーボン製の鋳型を用意した以外は実施例１２と同様に金属−セラミックス接合基板を作製した。
これにより７０ｍｍ×７０ｍｍ×８ｍｍの大きさのアルミニウムからなる金属ベース板上に、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの窒化アルミニウム基板が接合し、これらの窒化アルミニウム基板上にそれぞれ４８ｍｍ×４８ｍｍ×０．４ｍｍの大きさの回路パターン用アルミニウム金属板が接合した金属−セラミックス接合体が得られた。また、この金属ベース板の内部には強化材である８０ｍｍ×３ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材３本が、８０ｍｍ×０．６ｍｍの面を上にした状態で（セラミックス基板を立てた状態）セラミックス基板の下部に形成され、且つ前記３本に垂直な方向でベース板表面に近い側にセラミックス板材３本が形成されている。
また、金属−セラミックス基板の金属ベース板の表面の反り量についても実施例３と同様に測定した結果、セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３６μｍであり、直角方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５３】
［実施例１４］
金属ベース板の表面に高さ１０ｍｍ、ピッチ７ｍｍのフィンを形成する空洞部を設けた鋳型を用意した以外は実施例１と同様の方法で金属−セラミックス接合基板を作製した。
この結果セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−８０μｍであった。
【００５４】
［実施例１５］
強化材の５０ｍｍ×８０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（窒化アルミニウム板材）が金属ベース板の他方の面（底面）に接合していること、強化材が１個であること以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１３、図１４に示す金属−セラミックス接合基板を作成した。
この結果セラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−２５μｍ、直角方向のときの反り量は−３５μｍであった。
【００５５】
［実施例１６］
（図１６〜１８参照）
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板を形成する空洞２に、図１８に示されるように第１の実施の形態と同様に７個平行に設置されているのに加え、前記強化材３の長手方向と直角方向で且つ金属−ベース板の底面に近い方に５０ｍｍ×８０ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（窒化アルミニウム板材）が設置されている以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図１６、図１７に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、細いセラミックス板材の長手と平行方向のときの反り量は−３２μｍ、直角方向のときの反り量は−２２μｍであった。
【００５６】
［実施例１７］
（図１９〜２１参照）
強化材３の８０ｍｍ×４ｍｍ×０．６ｍｍのセラミックス板材（アルミナ基板）が金属ベース板の周囲に、図２１に示されるようにセラミックス板材を立てた状態で金属ベース板の周囲に設置した以外は、第２の実施の形態と同様の方法で、図１９、図２０に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、一個のセラミックス板材と平行方向のときの反り量は−４３μｍ、直角方向のときの反り量は−３８μｍであった。
【００５７】
［実施例１８］
（図２２〜２４参照）
強化材３のセラミックス板材が金属ベース板の内部に、図２４に示されるように１個のセラミックス板材を鋳型４で支持して配置する以外は、第１の実施の形態と同様の方法で、図２２、図２３に示す金属−セラミックス接合基板を作成することができる。
この結果、一個のセラミックス板材と平行方向のときの反り量は−３０μｍ、直角方向のときの反り量は−３６μｍであった。
【００５８】
なお、実施例１、実施例１３の金属−セラミックス接合基板の厚さ方向の放熱性を調査したところ、比較例１と比べて、の裏面に放熱される放熱性を１００％とすると、実施例はその低下率が３％以下であった。すなわち金属ベース板またはセラミックス基板を前述の通り上から垂直に透過してみたときの強化材の面積が小さければ、放熱性を劣化させることなく、反りも抑制することができる。
なお、強化材を接合する位置によって、実施例のように一方向のみの反りを抑制することも、全方向の反りを抑制することも可能であり、製品の要望にあわせて強化材の配置などを決定すれば良い。また、本発明の金属セラミックス接合基板はパワーモジュールに用いられるのが好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 金属ベース板
２ 空洞部（金属ベース板形成用）
３ 強化材
４ 鋳型
５ セラミックス基板
６ 凹部（セラミックス基板収容部）
７ 凹部（金属板形成用空洞部）
８ 金属板（回路パターン用）
９ 支持部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項３】
前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項４】
前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、請求項１〜３にいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項５】
前記強化材が板状または棒状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項６】
前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項７】
前記金属ベース板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１〜６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項８】
前記強化材の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項９】
前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることを特徴とする、請求項８に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１０】
前記金属板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１〜９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１１】
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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１２】
前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１３】
前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１４】
注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板と１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板および前記強化材に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面を接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面を接合する金属−セラミックス接合基板の製造方法において、前記強化材の一部が鋳型に支持されるように設置する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。
【請求項１５】
前記支持が挟持によるものであることを特徴とする、請求項１４に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミックス基板に前記金属板と前記金属ベース板を接合した前記金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、前記強化材の一部を除去することを特徴とする、請求項１４または１５に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１７】
前記金属溶湯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１４〜１６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。
【請求項１８】
注湯する前記金属溶湯は、酸化皮膜を除去したものであることを特徴とする、請求項１４〜１７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。
【請求項１９】
前記金属溶湯は１〜１００ｋＰａの圧力で注湯されることを特徴とする、請求項１４〜１８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。
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面が接合するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面が接合した金属−セラミックス接合基板において、前記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、且つ前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記金属ベース板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記金属ベース板の一方の面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項３】
前記セラミックス基板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過してみたときの前記セラミックス基板の一方の面の面積における前記強化材の占める部分の面積が、前記セラミックス基板の一方の面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項４】
前記強化材が複数個あり、それぞれの前記強化材の一部が前記金属ベース板から露出していることを特徴とする、請求項１〜３にいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項５】
前記強化材が板状または棒状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項６】
前記強化材が複数個あり、前記金属ベース板の一方の面から厚さ方向に垂直に透過して見たとき、前記強化材が格子状をなしていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項７】
前記金属ベース板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１〜６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項８】
前記強化材の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項９】
前記強化材の材質がアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることを特徴とする、請求項８に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１０】
前記金属板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１〜９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１１】
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、炭化珪素から選ばれる少なくとも１つの原料からなるセラミックスであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１２】
前記強化材が複数個あり、それらが略同一平面上に接合されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１３】
前記強化材が複数個あり、それらが略平行に接合されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１４】
注湯口を備えた鋳型内にセラミックス基板と１個以上の強化材を設置した後、前記セラミックス基板および前記強化材に接触するように金属溶湯を注湯口から鋳型内に注湯し、鋳型を冷却して溶湯を固化させることにより、前記セラミックス基板の一方の面に金属板の一方の面を接合し、前記セラミックス基板の他方の面に金属ベース板の一方の面を接合する金属−セラミックス接合基板の製造方法において、前記強化材の一部が鋳型に支持されるように設置する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。
【請求項１５】
前記支持が挟持によるものであることを特徴とする、請求項１４に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１６】
前記セラミックス基板に前記金属板と前記金属ベース板を接合した前記金属−セラミックス接合基板を鋳型から取り出し、前記強化材の一部を除去することを特徴とする、請求項１４または１５に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１７】
前記金属溶湯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１４〜１６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。
【請求項１８】
注湯する前記金属溶湯は、酸化皮膜を除去したものであることを特徴とする、請求項１４〜１７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。
【請求項１９】
前記金属溶湯は１〜１００ｋＰａの圧力で注湯されることを特徴とする、請求項１４〜１８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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
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【図５】
【図６】
【図７】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−７７３８９（Ｐ２０１１−７７３８９Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２８６５５（Ｐ２００９−２２８６５５）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【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４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【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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