JP7796512B2 - Metal-ceramic bonded substrate and manufacturing method thereof - Google Patents
Metal-ceramic bonded substrate and manufacturing method thereofInfo
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Description
本発明は、半導体チップなどの発熱体を冷却するための放熱フィンを備えた金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a metal-ceramic bonding substrate equipped with heat dissipation fins for cooling heat-generating elements such as semiconductor chips, and a method for manufacturing the same.
パワー半導体チップなど発熱量の大きい電子部品は、放熱フィンへ熱を逃がすことによって冷却される。現状の放熱フィンを備えたベースプレート（ベース板）と回路基板の一体型構造の金属－セラミックス接合基板では、水冷前提のピンフィン形状の放熱フィンが多用されているが、その一方で、空冷構造の放熱フィンもニーズが少なくない。空冷構造の放熱フィンの場合、熱交換効率の関係で、フィンの表面積を大きくする必要がある。具体的には、板状の高い（３０ｍｍ以上の長さの）フィンが必要となる。 Electronic components that generate a lot of heat, such as power semiconductor chips, are cooled by dissipating the heat to heat dissipation fins. Currently, metal-ceramic bonded substrates that integrate a base plate (base board) with heat dissipation fins and a circuit board often use pin-fin-shaped heat dissipation fins that are designed for water cooling, but there is also considerable demand for heat dissipation fins with an air-cooled structure. In the case of heat dissipation fins with an air-cooled structure, the surface area of the fins needs to be large to improve heat exchange efficiency. Specifically, tall, plate-shaped fins (30 mm or longer) are required.
ここで、溶湯接合法で一体型の金属（アルミニウム）－セラミックス接合基板を作る場合、フィン部のアルミニウムの鋳型離型のためには、フィンに一定のテーパー角を設けることが必要となり、フィンの間隔を小さくすることは難しい。また、凝固時の溶湯供給が難しくなるなど、３０ｍｍを超える長さの板状のフィンを形成することが困難である。 When using the molten metal bonding method to create an integrated metal (aluminum)-ceramic bonded substrate, it is necessary to set a certain taper angle on the fins to allow the aluminum in the fin section to be released from the mold, making it difficult to narrow the fin spacing. Furthermore, it becomes difficult to supply molten metal during solidification, making it difficult to form plate-shaped fins longer than 30 mm.
このため、例えば特許文献１には、ベースプレートに対し、複数のフィンをプレス機でカシメて取り付ける技術が開示されている。特許文献２には、溶湯にフィンを挿入し、凝固させてフィンを取り付ける技術が開示されている。特許文献３には、フィンをベースプレートにろう付けし、放熱フィンを作る技術が開示されている。この特許文献３の技術では、ろう材の溶解に誘導加熱を利用している。特許文献４には、凹部にフィンを嵌めてろう付けする技術が開示されている。特許文献５には、Ｌ字状のフィンをベース板にろう付けする技術が開示されている。特許文献６には、Ｕ字状のフィンをベース板にろう付けする技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for attaching multiple fins to a base plate by crimping them with a press. Patent Document 2 discloses a technique for inserting fins into molten metal and solidifying them to attach the fins. Patent Document 3 discloses a technique for brazing fins to a base plate to create heat dissipation fins. The technique in Patent Document 3 uses induction heating to melt the brazing material. Patent Document 4 discloses a technique for fitting fins into recesses and brazing them. Patent Document 5 discloses a technique for brazing L-shaped fins to a base plate. Patent Document 6 discloses a technique for brazing U-shaped fins to a base plate.
しかしながら、特許文献１のようにベースプレートに対し、複数のフィンをカシメて取り付ける技術では、フィンを水平方向に挟み込む形のため、強度を得るために強い加重でベースプレートの一部を変形させる必要がある。そのため例えばセラミックス板を備えた一体型構造の金属－セラミックス接合基板等に適用した場合、セラミックス基板が割れてしまう可能性が高い。また、特許文献２のように溶湯を凝固させてフィンを取り付ける技術では、フィンが溶けないように制御するのが困難である。
また、特許文献３のようにフィンを誘導加熱によりろう付する技術では、誘導加熱のためにベース部材に磁性体を形成したクラッド材などを準備する等で製造コストが高くなり、さらに誘導加熱は部位による温度分布が大きくなりやすいのでフィンの接合状態を均一に制御するのが難しい。また、フィンの端部を接合するため接合面積が小さく、ろう材の広がりが不十分になったり、フィンがとれてしまうなどの不具合が起きやすく接合信頼性の低下が懸念される。
特許文献４または特許文献６のように１枚の金属板を断面ジグザグ状或いはＵ字状に折り曲げてフィン体とする方法は、折り曲げ加工の寸法精度が要求され、フィン間を一定の距離に保つのが難しい。また上部に連接部がある場合は、連接部のない板状のフィンと比べて特に空冷の場合は放熱効率が低下するおそれがある。
特許文献５のようにＬ字状のフィンをベースにろう接する方法は、フィンとフィンの間の距離を精度よく保つのが困難で、またＬ字は底辺部を有するためにある程度の距離が必要でありフィン間を小さくすることが難しい。また、放熱フィン同志をスペーサ突起で接合される構造が示されているが、このような構造のフィンの形成は高コストであるという問題がある。
However, in the technique of attaching multiple fins to a base plate by crimping, as in Patent Document 1, the fins are sandwiched horizontally, so a portion of the base plate needs to be deformed by applying a strong load to obtain strength. Therefore, when applied to, for example, an integrated metal-ceramic bonded substrate with a ceramic plate, there is a high possibility that the ceramic substrate will crack. Furthermore, in the technique of attaching fins by solidifying molten metal, as in Patent Document 2, it is difficult to control the process so that the fins do not melt.
Furthermore, in the technology of brazing the fins by induction heating as in Patent Document 3, manufacturing costs are high because a clad material in which a magnetic body is formed on a base member must be prepared for induction heating, and furthermore, induction heating tends to cause large temperature distribution depending on the part, making it difficult to uniformly control the bonding state of the fins. Also, since the ends of the fins are bonded, the bonding area is small, which makes it prone to problems such as insufficient spreading of the brazing material and fin separation, raising concerns about reduced bonding reliability.
The method of bending a single metal plate into a zigzag or U-shaped cross section to form a fin body, as in Patent Document 4 or Patent Document 6, requires dimensional precision in the bending process and makes it difficult to maintain a constant distance between the fins. Furthermore, if there is a connecting portion at the top, there is a risk that the heat dissipation efficiency will be reduced compared to plate-shaped fins without a connecting portion, especially in the case of air cooling.
In the method of brazing L-shaped fins as in Patent Document 5, it is difficult to maintain a precise distance between the fins, and since the L-shape has a base, a certain distance is required, making it difficult to reduce the distance between the fins. Also, a structure in which the heat dissipation fins are joined together with spacer protrusions is shown, but there is a problem in that forming fins with this structure is expensive.
したがって、本発明はセラミックス板を破損させずに複数のフィンをベースプレートに円滑に取り付けることができる金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a metal-ceramic bonding substrate that allows multiple fins to be smoothly attached to a base plate without damaging the ceramic plate, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、セラミックス板の一方の面に、放熱フィンを備えたベースプレートが接合された金属－セラミックス接合基板であって、前記放熱フィンは、前記ベースプレートに取り付けられた複数のフィン部材からなり、前記フィン部材の基端部には、前記フィン部材の側面から両外側に突出した台形の断面形状を有する幅広部が形成され、前記ベースプレートには、前記幅広部の断面形状に対応した台形の断面形状を有する複数の受容部が形成され、前記幅広部の表面側が前記ベースプレートの前記受容部にろう付けされ、前記フィン部材が前記ベースプレートに取り付けられている、金属－セラミックス接合基板が提供される。
In order to achieve the above object, there is provided a metal-ceramic bonding substrate in which a base plate with heat dissipation fins is bonded to one side of a ceramic plate, the heat dissipation fins being made of a plurality of fin members attached to the base plate, the base ends of the fin members being formed with wide portions having trapezoidal cross-sectional shapes that protrude outward on both sides from the side faces of the fin members , the base plate being formed with a plurality of receiving portions having trapezoidal cross-sectional shapes corresponding to the cross-sectional shapes of the wide portions , the surface sides of the wide portions being brazed to the receiving portions of the base plate, and the fin members being attached to the base plate.
前記フィン部材の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても良い。また、前記ベースプレートの材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても良い。また、前記セラミックス板の他方の面に、金属回路板が形成されていても良い。また、前記金属回路板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても良い。また、前記ベースプレートの内部に強化部材が形成されていても良い。
The fin member may be made of aluminum or an aluminum alloy. The base plate may be made of aluminum or an aluminum alloy. A metal circuit plate may be formed on the other surface of the ceramic plate. The metal circuit plate may be made of aluminum or an aluminum alloy. A reinforcing member may be formed inside the base plate.
また本発明によれば、セラミックス板の一方の面に、放熱フィンを備えたベースプレートが接合された金属－セラミックス接合基板を製造する方法であって、前記放熱フィンは、前記ベースプレートに取り付けられる複数のフィン部材からなり、前記フィン部材の基端部には、前記フィン部材の側面から両外側に突出した台形の断面形状を有する幅広部が形成され、前記ベースプレートには、前記幅広部の断面形状に対応した台形の断面形状を有する複数の受容部が形成され、
前記幅広部の表面側を前記受容部に当接させた状態でろう付けする、金属－セラミックス接合基板の製造方法が提供される。
According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a metal-ceramic bonding substrate in which a base plate having heat dissipation fins is bonded to one surface of a ceramic plate, the heat dissipation fins being made of a plurality of fin members attached to the base plate, the base ends of the fin members being formed with wide portions having trapezoidal cross sections that protrude outward on both sides from the side surfaces of the fin members, and the base plate being formed with a plurality of receiving portions having trapezoidal cross sections corresponding to the cross sections of the wide portions ,
The method for producing a metal/ceramic bonding substrate includes brazing the surface side of the wide portion in a state where the surface side of the wide portion is in contact with the receiving portion.
前記複数のフィン部材を治具で並列に配置した状態で、前記複数のフィン部材の幅広部の表面側を前記受容部にそれぞれ当接させてろう付けしても良い。また、前記フィン部材の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなっても良い。また、前記フィン部材が押し出し成型材であっても良い。また、前記ベースプレートの材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなっても良い。また、前記セラミックス板の他方の面に金属回路板を備えていても良い。また、前記金属回路板の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金であっても良い。また、前記ベースプレートの内部に強化部材が形成されていても良い。また、前記セラミックス板と前記ベースプレートを溶湯接合法により接合しても良い。また、前記セラミックス板と前記金属回路板を溶湯接合法により接合しても良い。 The multiple fin members may be arranged in parallel using a jig, and the surface sides of the wide portions of the multiple fin members may be abutted against the receiving portions and brazed. The fin members may be made of aluminum or an aluminum alloy. The fin members may be extruded material. The base plate may be made of aluminum or an aluminum alloy. A metal circuit plate may be provided on the other surface of the ceramic plate. The metal circuit plate may be made of aluminum or an aluminum alloy. A reinforcing member may be formed inside the base plate. The ceramic plate and the base plate may be joined by a molten metal joining method. The ceramic plate and the metal circuit plate may be joined by a molten metal joining method.
本発明によれば、セラミックス板を破損させずに複数のフィンをベースプレートに円滑に取り付けることができる金属－セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することができる。 The present invention provides a metal-ceramic bonding substrate and a method for manufacturing the same that enable multiple fins to be smoothly attached to a base plate without damaging the ceramic plate.
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面を参照にして説明する。なお、本明細書において、実質的に同様の構成要素については、同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, throughout this specification, substantially similar components will be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
＜金属－セラミックス接合基板＞
図１に示すように、本発明の実施の形態にかかる金属－セラミックス接合基板１は、（例えば略矩形の）セラミックス板１５の一方の面（図１では、セラミックス板１５の下の面）には、ベースプレート２０を介して放熱フィン１３を備えている。また、セラミックス板１５の他方の面（図１では、セラミックス板１５の上の面）に１または２以上の金属回路板１２が接合された構造を有している。図示の形態では、セラミックス板１５の上面に（例えば略矩形の）２つの金属回路板１２が接合されている。
<Metal-ceramic bonded substrate>
As shown in Fig. 1, a metal-ceramic bonding substrate 1 according to an embodiment of the present invention has heat dissipation fins 13 on one surface (the lower surface of the ceramic plate 15 in Fig. 1) of a (for example, substantially rectangular) ceramic plate 15, with a base plate 20 interposed therebetween. The metal-ceramic bonding substrate 1 has one or more metal circuit plates 12 bonded to the other surface (the upper surface of the ceramic plate 15 in Fig. 1). In the illustrated embodiment, two (for example, substantially rectangular) metal circuit plates 12 are bonded to the upper surface of the ceramic plate 15.
金属回路板１２には、パワー半導体チップなど発熱量の大きい電子部品が搭載されるため、金属回路板１２は、電気伝導性、熱伝導性に優れた金属が好ましく、例えば、銅、アルミニウムなどの単一金属、銅合金、アルミニウム合金などの合金からなるのが好ましい。金属回路板１２に搭載される電子部品は発熱体であり、その熱をセラミックス板１５の反対側に備えている放熱フィン１３へ、ベースプレート２０を介して逃がすことによって電子部品が冷却される。 Because the metal circuit plate 12 is mounted with electronic components that generate a large amount of heat, such as power semiconductor chips, the metal circuit plate 12 is preferably made of a metal with excellent electrical and thermal conductivity, such as a single metal such as copper or aluminum, or an alloy such as a copper alloy or aluminum alloy. The electronic components mounted on the metal circuit plate 12 are heat-generating elements, and the electronic components are cooled by dissipating their heat through the base plate 20 to the heat dissipation fins 13 on the opposite side of the ceramic plate 15.
セラミックス板１５は、アルミナやシリカなどを主成分とする酸化物、または窒化アルミニウムや窒化ケイ素や炭化ケイ素などを主成分とする非酸化物からなることが好ましい。 The ceramic plate 15 is preferably made of an oxide whose main component is alumina or silica, or a non-oxide whose main component is aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, or the like.
放熱フィン１３は、ベースプレート２０に取り付けられた複数のフィン部材２１からなる。放熱フィン１３（複数のフィン部材２１）は、熱伝導性に優れ、また押し出し加工しやすいアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。ベースプレート２０は、後述の溶湯接合法によりセラミックス板１５に接合でき、熱伝導が高いアルミニウムまたはアルミニウム合金（例えばＡ６０６３合金等）が好ましい。
図１に示すベースプレート２０は、金属層１７と強化部材１６からなり、金属層１７の内部にベースプレート２０の反りを抑制するための強化部材１６が形成（接合）されている例である。強化部材１６の主面（板面）はセラミックス板１５の主面（板面）と略平行の位置関係を有している。強化部材１６の材質は、例えば窒化アルミニウムや窒化珪素を主成分とするセラミックス基板、炭素鋼等からなる板材などが好ましい。
金属層１７は、金属回路板１２に搭載される電子部品（発熱体）に発生する熱をフィン部材２１へ円滑に伝導できるように、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。
The heat dissipation fins 13 are made of a plurality of fin members 21 attached to a base plate 20. The heat dissipation fins 13 (the plurality of fin members 21) are preferably made of aluminum or an aluminum alloy, which has excellent thermal conductivity and is easy to extrude. The base plate 20 can be joined to the ceramic plate 15 by a molten metal joining method described below, and is preferably made of aluminum or an aluminum alloy (such as A6063 alloy) with high thermal conductivity.
1 is an example in which the base plate 20 is made of a metal layer 17 and a reinforcing member 16, and the reinforcing member 16 for suppressing warpage of the base plate 20 is formed (bonded) inside the metal layer 17. The main surface (plate surface) of the reinforcing member 16 is positioned approximately parallel to the main surface (plate surface) of the ceramic plate 15. The material of the reinforcing member 16 is preferably a ceramic substrate mainly composed of aluminum nitride or silicon nitride, a plate material made of carbon steel, or the like.
The metal layer 17 is preferably made of, for example, aluminum or an aluminum alloy so that heat generated in electronic components (heat generating elements) mounted on the metal circuit board 12 can be smoothly conducted to the fin members 21 .
複数のフィン部材２１は、ベースプレート２０の外面（ベースプレート２０のセラミックス板１５に接合される面と反対側の面（図１では金属層１７の下面））において、互いに所定の間隔を空けて平行に並べて配置されており、複数のフィン部材２１の表面全体で熱を逃がせるようになっている。後述するように、フィン部材２１の基端部には、フィン部材２１の側面から両外側に突出した幅広部４６が形成されており、その幅広部４６の表面側がベースプレート２０（の受容部４０）に当接した状態で、幅広部４６の表面側をろう付けされ、フィン部材２１がベースプレート２０に取り付けられている、 The multiple fin members 21 are arranged parallel to one another at a predetermined interval on the outer surface of the base plate 20 (the surface of the base plate 20 opposite the surface bonded to the ceramic plate 15 (the underside of the metal layer 17 in Figure 1)), allowing heat to be dissipated across the entire surface of the multiple fin members 21. As described below, the base end of the fin member 21 is formed with wide portions 46 that protrude outward on both sides from the side surfaces of the fin member 21. The surface side of the wide portions 46 is brazed to the base plate 20 (receiving portion 40) with the surface side of the wide portions 46 in contact with the base plate 20, thereby attaching the fin member 21 to the base plate 20.
＜金属－セラミックス基板の製造方法＞
次に、本発明の実施の形態にかかる金属－セラミックス接合基板１の製造方法の一例を説明する。なお一例として、図１に示したように、金属回路板１２と、セラミックス板１５と、内部に強化部材１６が形成された金属層１７からなる積層構造を有するベースプレート２０と、を用いた製造方法を説明する。
<Method for manufacturing metal-ceramic substrate>
Next, an example of a manufacturing method for a metal-ceramic bonding substrate 1 according to an embodiment of the present invention will be described. As an example, a manufacturing method will be described using a base plate 20 having a laminated structure made up of a metal circuit plate 12, a ceramic plate 15, and a metal layer 17 having a reinforcing member 16 formed therein, as shown in FIG.
図２に示すように、まず、上型３０と下型３１からなるカーボン製の鋳型３２の空隙部３３に、セラミックス板１５と、例えば材質がセラミックスであり板状の強化部材１６（図２ではセラミックス板）を予め所定の隙間を空けてそれぞれの板面が略平行になるようにセットする。この鋳型３２では、図１において上に示したセラミックス板１５を鋳型３２の空隙部３３において下側に配置し、図１において下に示した強化部材１６を上側に配置している。なお、図示はしないが、強化部材１６は、図２における前後方向（紙面と直交する方向）において、上型３０と下型３１の間でその端部を挟み込んで保持している。また、セラミックス板１５は下型３１の突起（図示せず）に載せることで所定の位置に配置させている。 As shown in Figure 2, first, a ceramic plate 15 and a plate-shaped reinforcing member 16 (ceramic plate in Figure 2), made of, for example, ceramic material, are placed in the cavity 33 of a carbon mold 32 consisting of an upper mold 30 and a lower mold 31, with a predetermined gap between them, so that their plate surfaces are approximately parallel. In this mold 32, the ceramic plate 15 shown at the top in Figure 1 is placed on the bottom side of the cavity 33 of the mold 32, and the reinforcing member 16 shown at the bottom in Figure 1 is placed on the top side. Although not shown, the reinforcing member 16 is held by sandwiching its end between the upper mold 30 and the lower mold 31 in the front-to-back direction in Figure 2 (the direction perpendicular to the paper surface). The ceramic plate 15 is placed in the predetermined position by being placed on a protrusion (not shown) on the lower mold 31.
こうして鋳型３２の空隙部３３に、セラミックス板１５、強化部材１６（セラミックス板）を予め所定の隙間を空けてセットした後、タンク部３５に所定のアルミ原料を投入する。そして、タンク部３５に蓋３６を載せ、鋳型３２を（図示しない）加熱炉に搬入した後、窒素雰囲気中でアルミの融点以上の温度まで加熱する。アルミが融解したら、１００ｋＰａ程度の圧力のＮ２ガスでタンク部３５を加圧し、タンク部３５のアルミを湯道３４より空隙部３３に移送して、強化部材１６の外側（図２では、強化部材１６の上側）、セラミックス板１５と強化部材１６の間、セラミックス板１５の外側（図２では、セラミックス板１５の下側）等にアルミを充填させる。なお、アルミを移送する際、湯道３４の一部に設けられた（図示しない）狭隘部を通過させてアルミの表面の酸化物を除去しながら、空隙部３３に移送する。 After the ceramic plate 15 and the strengthening member 16 (ceramic plate) are set in the cavity 33 of the mold 32 with a predetermined gap between them, the predetermined aluminum raw material is poured into the tank 35. The lid 36 is then placed on the tank 35, and the mold 32 is transported to a heating furnace (not shown) and heated in a nitrogen atmosphere to a temperature above the melting point of aluminum. Once the aluminum is melted, the tank 35 is pressurized with N2 gas at a pressure of approximately 100 kPa, and the aluminum from the tank 35 is transferred through the runner 34 to the cavity 33, filling the outside of the strengthening member 16 (above the strengthening member 16 in FIG. 2 ), the gap between the ceramic plate 15 and the strengthening member 16, the outside of the ceramic plate 15 (below the ceramic plate 15 in FIG. 2 ), etc. During transfer, the aluminum passes through a narrow section (not shown) provided in the runner 34 to remove oxides from the aluminum surface before being transferred to the cavity 33.
こうして空隙部３３の全体にアルミを充填した状態で、タンク部３５から離れた位置において鋳型３２の側方（図２では、鋳型３２の左側方）に水冷の銅ブロック（図示せず）を接触させ、鋳型３２の側方から抜熱することで、空隙部３３に充填されたアルミを指向性凝固させる。この時、タンク部３５から１００ｋＰａ程度でＮ２ガス加圧をし、アルミの凝固収縮による引け巣を防ぐ目的でアルミを補給する。 With the entire cavity 33 filled with aluminum in this way, a water-cooled copper block (not shown) is brought into contact with the side of the mold 32 (on the left side of the mold 32 in FIG. 2) at a position away from the tank portion 35, and heat is removed from the side of the mold 32, thereby directionally solidifying the aluminum filled in the cavity 33. At this time, N2 gas is pressurized from the tank portion 35 at about 100 kPa, and aluminum is replenished to prevent shrinkage cavities due to solidification shrinkage of the aluminum.
そして、空隙部３３内のアルミを常温まで冷却し、鋳型３２を解体して、アルミとセラミックス板１５、強化部材１６を一体型に溶湯接合法により接合させた接合体を取り出す。こうして得られた接合体において、湯道部等の余剰のアルミを切断するなどの後処理を行い、金属層１７の内部に強化部材１６が接合した積層構造のベースプレート２０の表面に、他方の面に回路用金属板を備えたセラミックス板１５を形成する。なお、筐体などの取付穴として、機械加工で例えば直径６ｍｍ程度の貫通穴をベースプレート２０の四隅付近の４か所に設けてもよい。なお、セラミックス板１５と強化部材１６（本例ではセラミックス板）の板面は互いに平行に位置している。 The aluminum in the void 33 is then cooled to room temperature, the mold 32 is dismantled, and a bonded assembly is removed in which the aluminum, ceramic plate 15, and reinforcing member 16 are bonded together using the molten metal bonding method. The resulting bonded assembly is then subjected to post-processing, such as cutting off excess aluminum from the runners, to form a ceramic plate 15 on one surface of the base plate 20, which has a laminated structure in which the reinforcing member 16 is bonded to the inside of the metal layer 17, and the other surface is bonded to the ceramic plate 15, which has a metal circuit plate on the other surface. Furthermore, through-holes with a diameter of, for example, approximately 6 mm may be machined in four locations near the four corners of the base plate 20 to serve as mounting holes for a housing or the like. The plate surfaces of the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16 (ceramic plate in this example) are positioned parallel to each other.
また、強化部材１６の外側に接合されたアルミ（の金属層１７）は、鋳型３２で接合体を製造する際に、複数の受容部４０が形成されたベースプレート２０になっている。また、図３、図４のように、隣接する各受容部４０の上端４１の間に凹部が形成されたベースプレート２０の表面形状になっている。
すなわち図２における鋳型３２の上型３０の空隙部３３に対応する表面には、（図示しない）前記複数の受容部４０と、（図示しない）隣接する各受容部４０の上端４１の間の凹部に対応する、凸状形状および凹状形状等が形成されている。
Furthermore, the aluminum (metal layer 17) bonded to the outside of the reinforcing member 16 becomes the base plate 20 on which a plurality of receiving portions 40 are formed when the bonded body is manufactured using the mold 32. Furthermore, as shown in Figures 3 and 4, the surface shape of the base plate 20 has recesses formed between the upper ends 41 of the adjacent receiving portions 40.
That is, on the surface corresponding to the gap 33 of the upper mold 30 of the mold 32 in Figure 2, convex shapes and concave shapes, etc., are formed that correspond to the multiple receiving portions 40 (not shown) and the recesses between the upper ends 41 of each adjacent receiving portion 40 (not shown).
そして、セラミックス板１５の外側に接合された回路用金属板であるアルミの表面には所定の回路形状のマスキング(フォトレジストの形成)をし、エッチング液として塩化鉄を含む水溶液をスプレーし、セラミックス板の端部や回路パターン間のアルミなどの不要部分を溶解（エッチング）するなどして、金属回路板１２を形成する。なお、エッチング後、不要となったマスキング部材(フォトレジスト)は薬液で剥離する。このようにして基板半製品２を作製する。
また、金属回路板１２の表面に電子部品をはんだ付け等により搭載（接合）するために電気Ｎｉメッキ或いは無電解Ｎｉ－Ｐメッキ等のＮｉめっきを施しても良い。また、電子部品を銀シンターにより搭載（接合）する際には、Ｎｉめっきの表面にさらに電気Ａｕめっき或いは無電解Ａｕメッキを施しても良い。
Then, a mask (photoresist) of the desired circuit pattern is applied to the surface of the aluminum circuit metal plate bonded to the outside of the ceramic plate 15, and an aqueous solution containing iron chloride is sprayed as an etching solution to dissolve (etch) unnecessary portions such as the aluminum at the edges of the ceramic plate and between the circuit patterns, thereby forming the metal circuit plate 12. After etching, the unnecessary masking material (photoresist) is removed with a chemical solution. In this manner, the semi-finished substrate 2 is produced.
Furthermore, Ni plating such as electric Ni plating or electroless Ni-P plating may be applied to mount (bond) electronic components on the surface of the metal circuit board 12 by soldering, etc. Furthermore, when mounting (bonding) electronic components by silver sintering, electric Au plating or electroless Au plating may be further applied to the Ni-plated surface.
基板半製品２の製造条件の組み合わせ例１～４を表１に示す。表１中、アルミ材は、セラミックス板１５、強化部材１６の接合および回路用金属板と金属層１７の形成に用いたアルミの組成であり数値は質量％を示す。すなわち例１、２はＡｌを９９．９質量％以上含有する純アルミであり、例３、４は０．０４質量％のＭｇと０．０４質量％のＳｉを含み残部がＡｌであるアルミ合金である。
また、各層厚は、セラミックス板１５の外側に接合されたアルミの回路用金属板、セラミックス板１５、セラミックス板１５と強化部材１６の間のアルミの金属層１７、強化部材１６、強化部材１６の外側に接合された（強化部材１６と、受容部４０および隣接する各受容部の上端の間の凹部が形成されている領域を除くベースプレート２０外周部の表面との間の）アルミの金属層１７、の各層の厚さ（ｍｍ）である。さらにセラミックス板１５の材質、強化部材１６（本例ではセラミックス板）の材質についても併記している。すなわち例１、３のセラミックス板１５および強化部材１６の材質は窒化アルミニウム、例２、４のセラミックス板１５および強化部材１６の材質は窒化珪素、のセラミックス板である。
また、各層外形サイズは、セラミックス板１５の外側に接合されたアルミの回路用金属板、セラミックス板１５、セラミックス板１５と強化部材１６の間のアルミの金属層１７、強化部材１６、強化部材１６の外側に接合されたアルミの金属層１７の各層の外形サイズ（いずれも長方形であり、短辺（ｍｍ）×長辺（ｍｍ））をそれぞれ示す。なお、接合方法は何れも公知の前述のアルミ溶湯接合法である。金属層１７は強化部材１７を取り囲んでおり、強化部材１７と接合している。
Table 1 shows examples 1 to 4 of combinations of manufacturing conditions for the semi-finished substrate 2. In Table 1, the aluminum material is the composition of the aluminum used to bond the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16 and to form the circuit metal plate and the metal layer 17, and the numerical values indicate mass %. That is, examples 1 and 2 are pure aluminum containing 99.9 mass % or more of Al, and examples 3 and 4 are aluminum alloys containing 0.04 mass % of Mg and 0.04 mass % of Si, with the remainder being Al.
The thickness of each layer is the thickness (mm) of the aluminum circuit metal plate bonded to the outside of the ceramic plate 15, the ceramic plate 15, the aluminum metal layer 17 between the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16, the reinforcing member 16, and the aluminum metal layer 17 bonded to the outside of the reinforcing member 16 (between the reinforcing member 16 and the surface of the outer periphery of the base plate 20 excluding the areas where the receiving portion 40 and the recesses between the upper ends of adjacent receiving portions are formed). The material of the ceramic plate 15 and the material of the reinforcing member 16 (ceramic plate in this example) are also listed. That is, the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16 in Examples 1 and 3 are made of aluminum nitride, while the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16 in Examples 2 and 4 are made of silicon nitride.
The outer dimensions of each layer indicate the outer dimensions (all rectangular, short side (mm) x long side (mm)) of the aluminum circuit metal plate bonded to the outside of the ceramic plate 15, the ceramic plate 15, the aluminum metal layer 17 between the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16, the reinforcing member 16, and the aluminum metal layer 17 bonded to the outside of the reinforcing member 16. The bonding methods are all the well-known molten aluminum bonding method described above. The metal layer 17 surrounds the reinforcing member 17 and is bonded to it.
図３、４に示すように、基板半製品２において強化部材１６の外側に接合されたベースプレート２０（金属層１７）には、基板半製品２の短辺方向に延びる溝状の受容部４０が複数並列に設けられている。各受容部４０は外側（図３、４において上側）に向かって広がるように台形の断面形状を有しており、図示の形態では、底部の幅Ｌ１は１ｍｍ、上部の幅（一つの受容部４０における上端部４１同士の間隔）Ｌ２は３ｍｍ、深さＨ２は２ｍｍに設定されている。なお、溝状の受容部４０は、後述のフィン部材２１の基端部の幅広部４６が収容できる形状であればよく、例えば長方形や正方形等の断面形状としてもよい。断面を台形とするとフィン部材２１の幅広部４６の収容が容易になるので好ましい。また、後述するフィン部材２１と受容部４０のろう接を行う際、受容部４０にフィン部材２１を配置したときの接触を良好にするため、受容部４０の断面形状はフィン部材２１の断面形状に対応した形状とすることが好ましい。上記底部の幅Ｌ１は１～１０ｍｍ、上部の幅Ｌ２は１～２０ｍｍ、深さは０．５～３ｍｍの範囲とするのが実用上好ましい。
また、基板半製品２の短辺方向における各受容部４０の長さＬ３は７０ｍｍに設定されている。各受容部４０の長さＬ３はフィン部材２１の大きさに準ずるが、例えば３０～１５０ｍｍの範囲とするのが好ましい。
As shown in Figures 3 and 4, the base plate 20 (metal layer 17) bonded to the outer side of the reinforcing member 16 in the semi-finished substrate 2 has multiple parallel groove-shaped receiving portions 40 extending in the short-side direction of the semi-finished substrate 2. Each receiving portion 40 has a trapezoidal cross-sectional shape that widens outward (upward in Figures 3 and 4). In the illustrated embodiment, the bottom width L1 is 1 mm, the top width (the distance between the upper ends 41 of one receiving portion 40) L2 is 3 mm, and the depth H2 is 2 mm. Note that the groove-shaped receiving portions 40 may have any shape that can accommodate the widened portions 46 of the base ends of the fin members 21 (described below), and may have a cross-sectional shape such as a rectangle or square. A trapezoidal cross-section is preferable because it facilitates accommodating the widened portions 46 of the fin members 21. Furthermore, when brazing the fin member 21 to the receiving portion 40 (described later), in order to ensure good contact when the fin member 21 is placed in the receiving portion 40, it is preferable that the cross-sectional shape of the receiving portion 40 corresponds to the cross-sectional shape of the fin member 21. It is practically preferable that the width L1 of the bottom portion be in the range of 1 to 10 mm, the width L2 of the top portion be in the range of 1 to 20 mm, and the depth be in the range of 0.5 to 3 mm.
The length L3 of each receiving portion 40 in the short side direction of the semi-finished substrate 2 is set to 70 mm. The length L3 of each receiving portion 40 depends on the size of the fin member 21, but is preferably in the range of 30 to 150 mm, for example.
また、互いに隣接する受容部４０の間においては、受容部４０の上端部４１同士の間隔Ｌ４は２ｍｍに設定されている。受容部４０の上端４１と上端４１の間隔は０～１０ｍｍの範囲とするのが好ましい。
また、図４においてベースプレート２０（金属層１７）の隣接する受容部４０の上端４１の間は逆三角形状の凹部が形成されている。しかしながら前記上端４１間は凹部が形成されていなくてもよく、上端４１間の形状は特に指定されない。後述の受容部４０とフィン部材２１のろう接が可能であればよい。
また、受容部４０の上端４１と上端４１の間の距離を０ｍｍまたは十分に小さくすることで、隣接するフィン部材２１同士の間隔を小さくすることができる。
Furthermore, between adjacent receiving portions 40, the distance L4 between the upper ends 41 of the receiving portions 40 is set to 2 mm. The distance between the upper ends 41 of the receiving portions 40 is preferably in the range of 0 to 10 mm.
4, an inverted triangular recess is formed between the upper ends 41 of adjacent receiving portions 40 of the base plate 20 (metal layer 17). However, the recess does not have to be formed between the upper ends 41, and the shape between the upper ends 41 is not particularly specified. It is sufficient that the receiving portion 40 and the fin member 21, which will be described later, can be brazed.
Furthermore, by making the distance between the upper ends 41 of the receiving portions 40 0 mm or sufficiently small, the gap between adjacent fin members 21 can be made small.
図５、６に示すように、ベースプレート２０に取り付けられる略板状のフィン部材２１は、直方体をなすフィン本体部４５を有しており、フィン部材２１（フィン本体部４５）の基端部には、フィン部材２１（フィン本体部４５）の側面から両外側に突出した幅広部４６が形成されている。フィン部材２１の側面から両外側に突出した幅広部４６とは、前記直方体をなすフィン本体部４５の基端部に形成された、図６に示すようにフィン本体部４５の厚さＴよりも厚さが大きくなっている部分である。この幅広部４６はフィン部材２１の長さ方向に垂直な断面において同じ形状をなしていることが好ましい。
図示の形態では、フィン部材２１（フィン本体部４５）の幅Ｌ１０は７０ｍｍ、高さＨ１０は３０ｍｍ、厚さＴは１ｍｍに設定されている。フィン本体部４５の長さＬ１０は、例えば３０～１５０ｍｍ、高さＨ１０は２０～５０ｍｍの範囲とするのが好ましい。
5 and 6, the substantially plate-shaped fin member 21 attached to the base plate 20 has a rectangular parallelepiped fin main body 45, and wide portions 46 are formed at the base end of the fin member 21 (fin main body 45) and protrude outward on both sides from the side surfaces of the fin member 21 (fin main body 45). The wide portions 46 protruding outward on both sides from the side surfaces of the fin member 21 are portions formed at the base end of the rectangular parallelepiped fin main body 45 and have a thickness greater than the thickness T of the fin main body 45 as shown in FIG. 6. It is preferable that the wide portions 46 have the same shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fin member 21.
In the illustrated embodiment, the fin member 21 (fin main body 45) has a width L10 of 70 mm, a height H10 of 30 mm, and a thickness T of 1 mm. The length L10 of the fin main body 45 is preferably set within a range of, for example, 30 to 150 mm, and the height H10 is set within a range of 20 to 50 mm.
幅広部４６の表面側（ベースプレート２０の受容部４０に当接する側であり、図５、６では、幅広部４６の下側）は、外側（図５、６において上側）に向かって広がるように台形の断面形状を有しており、図示の形態では、底部の幅Ｌ１１は１ｍｍ、最大幅広部となる端部４７同士の間隔（最大幅）Ｌ１２は３ｍｍ（上部の各張出長さＬ１３は１ｍｍ）、最大幅広部（端部４７）から底部までの高さＨ１１は２ｍｍに設定されている。すなわち、幅広部４６の表面側と受容部４０は同様の台形の断面形状となっている。
なお、フィン部材２１の幅広部４６は、例えば長方形や正方形等の断面形状としてもよい。断面を台形とするとベースプレート２０の受容部４０への収容が容易になるので好ましい。
上記底部の幅Ｌ１１は１～１０ｍｍ、上部の幅Ｌ１２は１～２０ｍｍ（上部の各張出長さＬ１３は１～８ｍｍ）、高さＨ１１は０．５～３ｍｍの範囲とするのが実用上好ましい。
The surface side of the wide portion 46 (the side that abuts against the receiving portion 40 of the base plate 20, and the lower side of the wide portion 46 in Figures 5 and 6) has a trapezoidal cross-sectional shape that widens outward (upward in Figures 5 and 6), and in the illustrated form, the width L11 of the bottom is 1 mm, the distance (maximum width) L12 between the ends 47 that form the widest portions is 3 mm (each protruding length L13 at the top is 1 mm), and the height H11 from the widest portions (ends 47) to the bottom is 2 mm. In other words, the surface side of the wide portion 46 and the receiving portion 40 have the same trapezoidal cross-sectional shape.
The wide portion 46 of the fin member 21 may have a cross-sectional shape such as a rectangle or a square, etc. A trapezoidal cross-section is preferable because it makes it easier to accommodate the base plate 20 in the receiving portion 40.
It is practically preferable that the width L11 of the bottom is 1 to 10 mm, the width L12 of the top is 1 to 20 mm (each overhang length L13 of the top is 1 to 8 mm), and the height H11 is 0.5 to 3 mm.
図７に示すように、フィン部材２１は治具５０で保持することができる。治具５０は、一対の支持部５１、５１を有しており、これら支持部５１、５１は、バー部材５２によって、フィン部材２１（フィン本体部４５）の幅Ｌ１０（７０ｍｍ）よりも狭い所定の間隔をあけて平行に配置して固定されている。支持部５１、５１の高さは、フィン部材２１の高さＨ１０（３０ｍｍ）と同程度に設定されている。 As shown in Figure 7, the fin member 21 can be held by a jig 50. The jig 50 has a pair of support portions 51, 51, which are fixed in parallel with each other by a bar member 52 at a predetermined distance that is narrower than the width L10 (70 mm) of the fin member 21 (fin main body portion 45). The height of the support portions 51, 51 is set to be approximately the same as the height H10 (30 mm) of the fin member 21.
支持部５１、５１同士の向かい合う内面には、複数のスロット部５３が一定の等間隔で対向して設けられている。スロット部５３は、フィン本体部４５を通すが、幅広部４６は通さない幅に設定されている。このため、図７に示すように、フィン部材２１の幅広部４６を上にした姿勢で、フィン本体部４５の両側方を支持部５１、５１同士の内面に設けられた対をなすスロット部５３、５３に上から差し込むことにより、治具５０でフィン部材２１を支持することができる。なお、スロット部５３は、フィン本体部４５を通すが、幅広部４６は通さない幅を有するため、このようにフィン本体部４５の両側方をスロット部５３、５３に上から差し込むことにより、幅広部４６がスロット部５３の一端（図７に示す状態では、スロット部５３の上端）に引っかかって支持されることとなる。なお、各スロット部５３の一端には、幅広部４６の裏面側（幅広部４６の表面側と反対側、すなわち、ベースプレート２０の受容部４０に当接しない側であり、図５、６では、幅広部４６の（端部４７より）上側）を受容する凹部５４が設けられている。こうして、支持部５１、５１の内面に一定の等間隔で対向して設けられた複数のスロット部５３のそれぞれにフィン部材２１を支持することにより、複数のフィン部材２１を治具５０で並列に配置した状態で保持することが可能となる。 A plurality of slots 53 are provided on the opposing inner surfaces of the support portions 51, 51, at regular intervals. The slots 53 are sized to allow the fin main body 45 to pass through but not the wide portion 46. Therefore, as shown in FIG. 7, the fin member 21 can be supported by the jig 50 by placing the fin member 21 with the wide portion 46 facing upward and inserting both sides of the fin main body 45 into the paired slots 53, 53 on the inner surfaces of the support portions 51, 51 from above. Because the slots 53 are sized to allow the fin main body 45 to pass through but not the wide portion 46, inserting both sides of the fin main body 45 into the slots 53, 53 from above causes the wide portion 46 to be caught and supported by one end of the slot 53 (the upper end of the slot 53 in the state shown in FIG. 7). One end of each slot 53 has a recess 54 that receives the back side of the wide portion 46 (the side opposite the front side of the wide portion 46, i.e., the side that does not abut against the receiving portion 40 of the base plate 20; in Figures 5 and 6, this is the upper side (above the end 47) of the wide portion 46). In this way, by supporting the fin members 21 in each of the multiple slots 53 provided opposite each other at regular intervals on the inner surface of the support portions 51, 51, it is possible to hold the multiple fin members 21 in a parallel arrangement by the jig 50.
本発明の実施の形態にかかる金属－セラミックス接合基板１の製造方法にあっては、図８に示すように、基板半製品２において、受容部４０に予めろう材５５を塗布しておく。
ろう材は、例えば、ベースプレートおよびフィン部材がアルミまたはアルミニウム合金の場合は、Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材など市販されているものが使用できる。例えば、１０質量％のＳｉと残部Ａlからなる組成のＡｌ－Ｓｉ系ろう材（接合条件；少量のフラックス（ＳＯＬＶＡＹ社製のＮＯＣＯＬＯＣ）使用、雰囲気Ｎ２、接合温度５９０℃）、７．５質量％のＳｉと１．０質量％のＭｇと残部Ａｌからなる組成のＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材（接合条件；フラックスレス、雰囲気Ｎ２または真空(Ｎ２の場合は酸素濃度１００ｐｐｍ以下)、接合温度５９０℃）などが好適である。
本願の例１～４において、ろう材は上記の７．５質量％のＳｉと１．０質量％のＭｇと残部Ａｌからなる組成のＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材ペーストを、（フラックスは使用せず）ディスペンサーを用いて受容部４０に塗布してベースプレート２０の受容部４０にろう材５５を形成した。
In the method for manufacturing a metal/ceramic bonding substrate 1 according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, a brazing material 55 is applied in advance to the receiving portion 40 of the semi-finished substrate 2 .
For example, when the base plate and fin members are made of aluminum or an aluminum alloy, commercially available brazing filler metals such as Al-Si and Al-Si-Mg brazing filler metals can be used. Suitable examples include an Al-Si brazing filler metal with a composition of 10% by mass Si and the balance Al (joining conditions: use of a small amount of flux (NOCOLOC manufactured by SOLVAY), N 2 atmosphere, and 590°C joining temperature), and an Al-Si-Mg brazing filler metal with a composition of 7.5% by mass Si, 1.0% by mass Mg, and the balance Al (joining conditions: fluxless, N 2 atmosphere or vacuum (oxygen concentration of 100 ppm or less in N 2 ), and 590°C joining temperature).
In Examples 1 to 4 of the present application, the brazing filler material was an Al-Si-Mg brazing filler paste having a composition of 7.5 mass % Si, 1.0 mass % Mg, and the remainder Al, as described above, which was applied to the receiving portion 40 using a dispenser (without using flux) to form the brazing filler material 55 on the receiving portion 40 of the base plate 20.
そして、図９に示すように、複数のフィン部材２１を治具５０で並列に配置した状態で、各フィン部材２１の幅広部４６の表面側（図５、６において幅広部４６の下側、底面４８および／または側面４９）を、基板半製品２のベースプレート２０に設けられた複数の受容部４０の底面および／または側面にそれぞれ当接させる。この場合、図７に示すように、幅広部４６を上にした姿勢として、フィン部材２１を治具５０に保持し、各スロット部５３で複数のフィン部材２１を並列に配置した後、基板半製品２のベースプレート２０で、治具５０で並列配置された複数のフィン部材２１の幅広部４６を上から押さえた状態で、治具５０と基板半製品２を一緒に上下反転させる。これにより、図９、１０に示すように、基板半製品２のベースプレート２０の上に、治具５０で保持された複数のフィン部材２１を並列配置することができる。このように、基板半製品２のベースプレート２０の上に複数のフィン部材２１を並列配置することにより、フィン部材２１の幅広部４６が下に向いた姿勢となり、各幅広部４６の表面側（図５、６において幅広部４６の下側、底面４８および／または側面４９）が、基板半製品２のベースプレート２０に設けられた複数の受容部４０にそれぞれ受容されて当接した状態となる。このとき幅広部４６の表面側の底面４８および側面４９の両方が受容部４０に当接した状態とするのが好ましい。なお、各幅広部４６の表面側がベースプレート２０の受容部４０にそれぞれ受容されて当接した状態を図１０に示す。このように、幅広部４６の表面側をベースプレート２０の受容部４０に受容させて当接させることにより、幅広部４６の表面側とベースプレート２０の受容部４０との間にろう材５５が介在した状態となる。 9, with the multiple fin members 21 arranged in parallel on the jig 50, the front side of the wide portion 46 of each fin member 21 (the underside, bottom surface 48, and/or side surface 49 of the wide portion 46 in FIGS. 5 and 6) is brought into contact with the bottom surface and/or side surface of multiple receiving portions 40 provided on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2. In this case, as shown in FIG. 7, the fin members 21 are held in the jig 50 with the wide portion 46 facing up, and the multiple fin members 21 are arranged in parallel in each slot portion 53. Then, with the base plate 20 of the semi-finished substrate 2 pressing down on the wide portions 46 of the multiple fin members 21 arranged in parallel on the jig 50, the jig 50 and the semi-finished substrate 2 are inverted together. This allows the multiple fin members 21 held by the jig 50 to be arranged in parallel on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2, as shown in FIGS. 9 and 10. In this manner, by arranging multiple fin members 21 in parallel on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2, the wide portions 46 of the fin members 21 are oriented downward, and the surface side of each wide portion 46 (the underside, bottom surface 48, and/or side surface 49 of the wide portion 46 in Figures 5 and 6) is received and abuts against the multiple receiving portions 40 provided on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2. In this case, it is preferable that both the bottom surface 48 and the side surface 49 on the surface side of the wide portion 46 are abutting against the receiving portions 40. Note that Figure 10 shows the state in which the surface side of each wide portion 46 is received and abuts against the receiving portions 40 of the base plate 20. By receiving and abutting the surface side of the wide portion 46 against the receiving portions 40 of the base plate 20 in this manner, a brazing material 55 is interposed between the surface side of the wide portion 46 and the receiving portions 40 of the base plate 20.
次に、基板半製品２のベースプレート２０の上に治具５０で保持された複数のフィン部材２１を並列配置した状態のまま（治具５０で複数のフィン部材２１を保持したまま）、真空または非酸化性雰囲気中において加熱し、幅広部４６の表面側とベースプレート２０の受容部４０との間に介在しているろう材５５を溶融させる。その後、冷却してろう材５５を凝固させることにより、図１１に示すように、幅広部４６の表面側をベースプレート２０の受容部４０にろう付けする。
本願の例１～４においては、前記ろう材が形成されたベースプレート２０の受容部４０に、フィン部材２１の幅広部の底面および側面をろう材を介して当接させて配置した後、Ｎ２ガス雰囲気中(酸素濃度１００ｐｐｍ以下)で５９０℃に加熱してろう材を溶融させ、冷却してフィン部材２１と受容部４０をろう材を介して接合した。
こうして、ベースプレート２０に複数のフィン部材２１がろう付けによって一体的に固定された放熱フィン１３を形成し、治具５０を除去することで、本発明の実施の形態にかかる金属－セラミックス接合基板１を得ることができる。
Next, while the plurality of fin members 21 held by the jig 50 are arranged in parallel on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2 (while the plurality of fin members 21 are held by the jig 50), heating is performed in a vacuum or non-oxidizing atmosphere to melt the brazing material 55 interposed between the surface side of the wide portion 46 and the receiving portion 40 of the base plate 20. Thereafter, cooling is performed to solidify the brazing material 55, thereby brazing the surface side of the wide portion 46 to the receiving portion 40 of the base plate 20, as shown in FIG.
In Examples 1 to 4 of the present application, the bottom and side surfaces of the wide portion of the fin member 21 were placed in contact with the receiving portion 40 of the base plate 20 on which the brazing material was formed, via the brazing material, and then the fin member 21 was heated to 590°C in an N2 gas atmosphere (oxygen concentration 100 ppm or less) to melt the brazing material, and then cooled to join the fin member 21 and the receiving portion 40 via the brazing material.
In this way, a heat dissipation fin 13 is formed in which a plurality of fin members 21 are integrally fixed to the base plate 20 by brazing, and the jig 50 is removed, thereby obtaining a metal-ceramic bonding substrate 1 according to an embodiment of the present invention.
こうして製造された本発明の実施の形態にかかる金属－セラミックス接合基板１にあっては、ベースプレート２０に対して複数のフィン部材２１がろう付けによって取り付けられるため、ベースプレート２０に水平方向（板の長手方向または幅方向）に押圧されることがなく、セラミックス板１５、強化部材１６に過度の負荷がかからなくなる。その結果、セラミックス板１５や強化部材１６の割れを回避できる。また、フィン本体部４５を溶融させることなく金属－セラミックス接合基板１を得ることができる。また、治具５０を用いることでフィン部材２１を整列させた後、ろう付けによりベースプレート２０に円滑且つ容易に取り付けることができ、フィン部材２１の取り付けの製造コストも抑制することができる。また、フィン部材２１の端部に幅広部４６を形成し、当該幅広部４６の表面側とベースプレート２０の受容部４０を接合するため、ろう材による接合面積が大きく、ろう材の広がりが良好であり接合信頼性が高い。 In the metal-ceramic bonding substrate 1 according to the embodiment of the present invention, the multiple fin members 21 are attached to the base plate 20 by brazing. This prevents the base plate 20 from being pressed horizontally (in the longitudinal or width direction of the plate), preventing excessive loads from being applied to the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16. As a result, cracking of the ceramic plate 15 and the reinforcing member 16 can be avoided. Furthermore, the metal-ceramic bonding substrate 1 can be obtained without melting the fin main body 45. Furthermore, by using the jig 50, the fin members 21 can be aligned and then smoothly and easily attached to the base plate 20 by brazing, reducing the manufacturing cost of attaching the fin members 21. Furthermore, by forming wide portions 46 at the ends of the fin members 21 and joining the front surfaces of the wide portions 46 to the receiving portion 40 of the base plate 20, the bonding area of the brazing material is large, the brazing material spreads well, and bonding reliability is high.
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限られない。例えば、図１、２等では、金属層１７の内部に強化部材１６を介在させた積層構造のベースプレート２０を示したが、金属層１７のみで構成されるベースプレート２０を用いても良い。
図１２は、回路用金属板と、セラミックス板１５と、（内部に強化部材１６を有していない）金属層１７のみで構成されるベースプレート２０（金属板）を有する基板半製品２を溶湯接合法によって製造する例を示す。
また、その場合の、基板半製品２の製造条件の組み合わせ例５～８を表２に示す。すなわち鋳型内に強化部材１６（セラミックス）を配置しなかった以外は、例１～４と同様に基板半製品２を作製した。その後、例１～４と同様のフィン部材２１と治具５０を用い、同様の製造方法で基板半製品２のベースプレート２０にフィン部材２１を形成（ろう接）することができ、金属－セラミックス接合基板１を完成させた。
While one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, while Figures 1 and 2 show a base plate 20 having a laminated structure in which a reinforcing member 16 is interposed within a metal layer 17, a base plate 20 consisting of only a metal layer 17 may also be used.
FIG. 12 shows an example of manufacturing a semi-finished substrate 2 having a base plate 20 (metal plate) composed only of a metal plate for circuits, a ceramic plate 15, and a metal layer 17 (without a reinforcing member 16 inside) by the molten metal joining method.
Table 2 also shows examples 5 to 8 of combinations of manufacturing conditions for the semi-finished substrate 2 in this case. That is, the semi-finished substrate 2 was produced in the same manner as in examples 1 to 4, except that the reinforcing member 16 (ceramic) was not placed in the mold. Thereafter, using the same fin member 21 and jig 50 as in examples 1 to 4, the fin member 21 could be formed (brazed) on the base plate 20 of the semi-finished substrate 2 by the same manufacturing method, and the metal-ceramic bonding substrate 1 was completed.
１ 金属－セラミックス接合基板
２ 基板半製品
１２ 金属回路板
１３ 放熱フィン
１５ セラミックス板
１６ 強化部材
１７ 金属層
２０ ベースプレート
２１ フィン部材
３０ 上型
３１ 下型
３２ 鋳型
３３ 空隙部
３４ 湯道
３５ タンク部
３６ 蓋
４０ 受容部
４１ （受容部の）上端
４５ フィン本体部
４６ 幅広部
４７ （幅広部の）端部
４８ （幅広部の）底面
４９ （幅広部の）側面
５０ 治具
５１ 支持部
５２ バー部材
５３ スロット部
５４ 凹部
５５ ろう材
1 Metal-ceramic bonding substrate 2 Semi-finished substrate 12 Metal circuit plate 13 Heat dissipation fin 15 Ceramic plate 16 Reinforcement member 17 Metal layer 20 Base plate 21 Fin member 30 Upper mold 31 Lower mold 32 Mold 33 Cavity portion 34 Runner 35 Tank portion 36 Lid 40 Receiving portion 41 (Receiving portion) Upper end 45 Fin body portion 46 Wide portion 47 (Wide portion) End portion 48 (Wide portion) Bottom surface 49 (Wide portion) Side surface 50 Jig 51 Support portion 52 Bar member 53 Slot portion 54 Recessed portion 55 Brazing material
Claims (16)
前記放熱フィンは、前記ベースプレートに取り付けられた複数のフィン部材からなり、
前記フィン部材の基端部には、前記フィン部材の側面から両外側に突出した台形の断面形状を有する幅広部が形成され、
前記ベースプレートには、前記幅広部の断面形状に対応した台形の断面形状を有する複数の受容部が形成され、
前記幅広部の表面側が前記ベースプレートの前記受容部にろう付けされ、前記フィン部材が前記ベースプレートに取り付けられている、金属－セラミックス接合基板。 A metal-ceramic bonding substrate in which a base plate having heat dissipation fins is bonded to one surface of a ceramic plate,
the heat dissipation fins are made up of a plurality of fin members attached to the base plate,
The base end of the fin member is formed with a wide portion having a trapezoidal cross section that protrudes outward from the side surface of the fin member on both sides,
The base plate is formed with a plurality of receiving portions each having a trapezoidal cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional shape of the wide portion,
The metal-ceramic bonding substrate, wherein the surface side of the wide portion is brazed to the receiving portion of the base plate, and the fin member is attached to the base plate.
前記放熱フィンは、前記ベースプレートに取り付けられる複数のフィン部材からなり、
前記フィン部材の基端部には、前記フィン部材の側面から両外側に突出した台形の断面形状を有する幅広部が形成され、
前記ベースプレートには、前記幅広部の断面形状に対応した台形の断面形状を有する複数の受容部が形成され、
前記幅広部の表面側を前記受容部に当接させた状態でろう付けする、金属－セラミックス接合基板の製造方法。 A method for producing a metal-ceramic bonding substrate in which a base plate having heat dissipation fins is bonded to one surface of a ceramic plate, comprising:
the heat dissipation fins are made up of a plurality of fin members attached to the base plate,
The base end of the fin member is formed with a wide portion having a trapezoidal cross section that protrudes outward from the side surface of the fin member on both sides,
The base plate is formed with a plurality of receiving portions each having a trapezoidal cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional shape of the wide portion ,
The method for producing a metal-ceramic bonding substrate includes brazing the surface side of the wide portion in a state where the surface side of the wide portion is in contact with the receiving portion.
14. The method for producing a metal/ceramic bonding substrate according to claim 12 , wherein the ceramic plate and the metal circuit plate are bonded by a molten metal bonding method.
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Citations (8)
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|---|---|---|---|---|
| US20020018338A1 (en) | 2000-01-11 | 2002-02-14 | Mccullough Kevin A. | Insert molded heat sink assembly |
| JP2006114688A (en) | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Okano Electric Wire Co Ltd | heatsink |
| JP2008226893A (en) | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Heat dissipation component and heat dissipation structure |
| US20100000761A1 (en) | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Lead pin for package boards |
| JP2010140986A (en) | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Wiring board having lead pin, and lead pin |
| JP2012146801A (en) | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | Heat sink, substrate for power module with heat sink, power module, and manufacturing method of heat sink |
| JP2016187009A (en) | 2015-03-27 | 2016-10-27 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method of the same |
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|---|---|---|---|---|
| JPH07118340B2 (en) * | 1986-10-28 | 1995-12-18 | インタ−ナショナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−ション | Connector assembly |
| JPH09186275A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Toyo Kogyo Kk | Manufacturing method for heat sink |
| JP2020092239A (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | Ｊｘ金属株式会社 | Heat sink, semiconductor module, and manufacturing method of heat sink |
-
2021
- 2021-11-18 JP JP2021187805A patent/JP7796512B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020018338A1 (en) | 2000-01-11 | 2002-02-14 | Mccullough Kevin A. | Insert molded heat sink assembly |
| JP2006114688A (en) | 2004-10-14 | 2006-04-27 | Okano Electric Wire Co Ltd | heatsink |
| JP2008226893A (en) | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Heat dissipation component and heat dissipation structure |
| US20100000761A1 (en) | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Lead pin for package boards |
| JP2010140986A (en) | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Shinko Electric Ind Co Ltd | Wiring board having lead pin, and lead pin |
| JP2012146801A (en) | 2011-01-12 | 2012-08-02 | Mitsubishi Materials Corp | Heat sink, substrate for power module with heat sink, power module, and manufacturing method of heat sink |
| JP2016187009A (en) | 2015-03-27 | 2016-10-27 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | Metal-ceramic joined substrate and manufacturing method of the same |
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