JP2013089799A - Manufacturing method of circuit board with heat dissipation fin - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a circuit board provided with thin and high fins of excellent heat dissipation at a fine pitch without lowering the manufacturing efficiency, when manufacture a circuit board with heat dissipation fins having a metal layer for circuit formed on one side and heat dissipation fins formed on the other side.SOLUTION: A metal layer is formed on the front and back surfaces of a ceramic substrate 10, by bonding an aluminum plate 21. Subsequently, a metal site 40 for forming heat dissipation fins is additionally padded by cold spray on the surface of the aluminum plate 21 which is a metal layer different from the metal layer for circuit. Thereafter, fins 41 are formed in the metal site 40 by a cut-and-raise method. Since a component having fins manufactured separately is not soldered later but the fins are formed by cutting and raising the metal site 40 formed integrally, a circuit board having thin fins at a fine pitch is obtained without causing any deformation, e.g., buckling, of fins.

Description

本発明は、半導体モジュールなどのパワーモジュール等に使用されるセラミック回路基板であって、放熱用（冷却用）のフィン（放熱部材）を備えた放熱用フィン付き回路基板（配線基板）の製造方法に関する。   The present invention is a ceramic circuit board used for a power module such as a semiconductor module, and a method for manufacturing a circuit board (wiring board) with a fin for heat radiation (heat radiation member) provided with a fin (heat radiation member) for heat radiation (cooling) About.

パワーモジュール等の半導体装置や電子部品の搭載に用いられるセラミック回路基板に、それらの発熱体を冷却するためのフィン（冷却フィン、凹凸）を有する放熱部材が接合された放熱用フィン付き回路基板の製造方法としては、各種の技術が提案されている。一方、このような放熱部材は、熱伝導性や放熱性、さらには被加工性などから、アルミニウムや銅、或いはこれらいずれかを主成分とする合金から形成されることが多い。そして、このようなフィン（ひれ）又はフィン付き放熱部材についても各種の製造方法（製法）が知られている。   A circuit board with a fin for heat radiation in which a heat radiation member having fins (cooling fins, unevenness) for cooling those heating elements is joined to a ceramic circuit board used for mounting a semiconductor device such as a power module or an electronic component. Various techniques have been proposed as manufacturing methods. On the other hand, such a heat radiating member is often formed from aluminum, copper, or an alloy containing either of them as a main component in view of thermal conductivity, heat radiating property, and workability. Various manufacturing methods (manufacturing methods) are known for such fins (fins) or finned heat dissipating members.

ところで、セラミック基板に接合されるフィン付きの放熱部材についても、小型で高い放熱性のものが要求されてきている。このような要請に応えるためには、フィンの厚さを薄くし、かつ、これをできるだけ小さいピッチで多数形成し、いかに放熱面積を広く確保するかが重要である。これに応えるフィン付きの放熱部材としては、その素材をなす金属部材（金属板）の一方の面において、薄く、小ピッチで多数のフィンを起立状に起こすように形成する加工法、すなわち、刃物（切削工具の切れ刃）を金属部材の面に沿うように斜めに切り込むことで、その表面にフィンを切り起こすように形成する方法（切り起こし法）が知られている（特許文献１）。この方法では、フィンを、小ピッチで、次々と切り込むことで多数の薄いフィンを形成することができる。また、セラミック基板と放熱部材との接合に関しては各種の技術が知られている。このような接合の場合、両者間に高い熱伝導性を保持するためには、活性ロウを用いる技術のほか、セラミック基板（例えばアルミナ基板）と、アルミニウム又はこれを主成分とする合金製（以下、単にアルミニウム製ともいう）の放熱部材とを、基板にメタライズ層を形成することなく、その両者間にアルミ合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）系のロウ材を介在させ、所定温度下で加圧して接合する技術も知られている（特許文献２）。   By the way, the heat dissipation member with fins joined to the ceramic substrate is also required to be small and have high heat dissipation properties. In order to meet such a demand, it is important to reduce the thickness of the fins and to form a large number of them with the smallest possible pitch to ensure a wide heat radiation area. As a heat-dissipating member with fins that responds to this, a processing method that forms a large number of fins upright at a small pitch on one side of the metal member (metal plate) that forms the material, that is, a blade There is known a method (cutting and raising method) in which a (cutting blade) of a cutting tool is cut obliquely along the surface of a metal member so that fins are cut and raised on the surface (Patent Document 1). In this method, many thin fins can be formed by cutting the fins one after another at a small pitch. Various techniques are known for joining the ceramic substrate and the heat dissipation member. In the case of such bonding, in order to maintain high thermal conductivity between the two, in addition to a technique using active brazing, a ceramic substrate (for example, an alumina substrate) and aluminum or an alloy mainly composed thereof (hereinafter referred to as “aluminum substrate”) The heat dissipating member made of aluminum (also simply made of aluminum) is pressed at a predetermined temperature by interposing an aluminum alloy (eg, Al-Si) brazing material between them without forming a metallized layer on the substrate. A technique for joining them is also known (Patent Document 2).

他方、セラミック基板にフィンを形成する技術としては、溶湯法によりその基板にフィンを一体的に形成する技術も知られている（特許文献３）。これは、セラミック基板を、フィン形状を有する所定温度に保持された鋳型内に配置し、不活性ガス雰囲気下（又は真空下）で溶融させたアルミニウム（溶湯）を同雰囲気下で、その鋳型内に加圧状態で流して同基板に接触させ、その後、冷却、固化させることで、フィン付きの放熱部材を同基板に一体形成するというものである。   On the other hand, as a technique for forming fins on a ceramic substrate, a technique for integrally forming fins on the substrate by a molten metal method is also known (Patent Document 3). This is because a ceramic substrate is placed in a mold having a fin shape and maintained at a predetermined temperature, and aluminum (molten metal) melted under an inert gas atmosphere (or under vacuum) is placed in the mold under the same atmosphere. The heat dissipation member with fins is integrally formed on the substrate by allowing the substrate to flow in a pressurized state and contact with the substrate, and then cooling and solidifying.

特開昭６２−１４２９９６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-142996 特開２００４−１５２９７１号公報JP 2004-152971 A 特開２００４−１１５３３７号公報JP 2004-115337 A

上記の製法のうち、フィンを有するアルミニウム製の放熱部材を、セラミック基板にアルミ合金系のロウ材によりロウ付けするためには、両者の接合面間に一定の面圧（例えば、０．２ＭＰａ）をかける必要がある。このため、このようなロウ付け法ではフィンの先端に対して大きな荷重（外力）が作用する。一方、切り起こし法によって形成されるフィンは、放熱部材（素材）に刃物で切り込むことで、その面を所定の厚さで切り起こして塑性変形させることで形成されるものである。したがって、このようなフィンは、面に垂直に起立する形とはならず、通常、若干傾斜し、或いは若干カールした状態で立ち上がる状態で形成される。したがって、このような切り起こし法で薄く形成されたフィンを有する放熱部材をロウ付けする場合には、特に、フィンの高さが高く薄いほど、座屈等の変形を生じがちとなる。すなわち、切り起こし法によって、一方の面にフィンを形成してなる放熱部材をそのフィンの根元側のベース部（基部）の表面（他方の面）を、セラミック基板に接触させるようにし、その接合面間に面圧がかかるようにしてロウ付けする場合には、フィンの厚さの微小化や、その高さの高寸法化には自ずと限界がある。したがって、薄く高いフィンの付いた放熱部材をロウ付けしてなる放熱用フィン付き回路基板の製造には限界がある。   Among the above manufacturing methods, in order to braze an aluminum heat dissipation member having fins to a ceramic substrate with an aluminum alloy brazing material, a constant surface pressure (for example, 0.2 MPa) is provided between the joint surfaces of the two. It is necessary to apply. For this reason, in such a brazing method, a large load (external force) acts on the tip of the fin. On the other hand, the fin formed by the cutting and raising method is formed by cutting and raising the surface with a predetermined thickness into a heat radiating member (material) with a blade to cause plastic deformation. Therefore, such a fin does not have a shape that stands perpendicularly to the surface, and is usually formed in a state of being slightly inclined or slightly curled. Therefore, when brazing a heat dissipating member having fins that are thinly formed by such a cutting and raising method, in particular, as the fin height is higher and thinner, deformation such as buckling tends to occur. That is, the heat radiation member formed with fins on one side is brought into contact with the ceramic substrate by contacting the surface (the other side) of the base part (base part) on the base side of the fins by the cutting and raising method. In the case of brazing so that a surface pressure is applied between the surfaces, there is a limit to miniaturization of the fin thickness and an increase in the height of the fin. Therefore, there is a limit to manufacturing a circuit board with a fin for heat radiation formed by brazing a heat radiation member with a thin and high fin.

また、このようにしてフィンを形成した放熱部材をセラミック基板にロウ付けする場合には、そのフィンがある分、放熱部材自体のかさ（体積）が大きいものとなる。したがって、接合炉（ロウ付け炉）は、その内部空間の大きいものが必要となるため、そのロウ付けにおける生産性ないし製造効率が悪くなり、コストアップを招いてしまうという問題もある。   Further, when brazing the heat dissipating member formed with fins to the ceramic substrate, the heat dissipating member itself has a large bulk (volume) due to the presence of the fin. Therefore, since the joining furnace (brazing furnace) requires a large internal space, there is a problem that the productivity or manufacturing efficiency in the brazing deteriorates and the cost increases.

さらに、溶湯法により、セラミック基板に溶融したアルミニウムを接触させて、その冷却、固化後にフィン付きの放熱部材を同時に一体形成する技術では、薄くかつ面積の広いフィンや、高さ寸法の大きいフィンを微小ピッチで形成することは困難である。というのは、湯回り性（溶融金属の流動性）の問題や、形成したフィンを鋳型から抜くために付与すべき型抜き勾配等、鋳造法に起因する制約があるためである。   Furthermore, with the molten metal method, the molten aluminum is brought into contact with the ceramic substrate, and after cooling and solidifying, the finned heat dissipating member is integrally formed at the same time. Thin and wide fins or fins with a large height are used. It is difficult to form with a fine pitch. This is because there are restrictions caused by the casting method, such as a problem of hot water flowability (fluidity of molten metal) and a mold drawing gradient to be applied to remove the formed fin from the mold.

しかも、溶湯法によってセラミック基板にフィン付き放熱部材を形成する場合、フィンが形成された面と反対側の面に、同時に回路用金属層部位を形成し、この金属層部位を、後でエッチングにより所定パターンの回路に形成するということは事実上困難である。そのエッチングのためには、鋳造されたフィンにもエッチングレジストを塗布する必要があるが、多数の凹凸であるフィンにレジストを塗布し、その後、除去することは極めて非効率的である。一方、回路用金属層部位の表面のみにエッチングレジストを塗布してパターン形成し、その面のみをエッチング溶液に晒すことも困難である。これらがその理由である。   Moreover, when forming a heat radiating member with fins on the ceramic substrate by the molten metal method, a metal layer portion for a circuit is simultaneously formed on the surface opposite to the surface on which the fins are formed, and this metal layer portion is later etched. It is practically difficult to form a circuit with a predetermined pattern. For the etching, it is necessary to apply an etching resist to the cast fins. However, it is extremely inefficient to apply the resist to the fins having a large number of irregularities and then remove the resist. On the other hand, it is also difficult to apply an etching resist only to the surface of the circuit metal layer portion to form a pattern, and to expose only the surface to the etching solution. These are the reasons.

本発明は、放熱用フィン付き回路基板の製造方法における上記したような問題点に鑑みてなされたもので、ロウ付け時の圧力によるフィンの座屈等による変形や、製造効率の低下を招くことなく、薄く、高く、しかも、微小ピッチで放熱性に優れたフィンを有する、放熱用フィン付きセラミック回路基板を効率的に製造することのできる方法を提供することをその目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems in the method of manufacturing a circuit board with a heat-dissipating fin, and causes deformation due to buckling of the fin due to pressure during brazing, or a decrease in manufacturing efficiency. It is an object of the present invention to provide a method capable of efficiently producing a ceramic circuit board with fins for heat dissipation, which has fins that are thin, high, and have a fine pitch and excellent heat dissipation.

上記の課題を解決するために請求項１に記載の発明は、セラミック基板のうちの一方の面に回路用の金属層が形成され、他方の面に放熱用フィンが形成されてなる放熱用フィン付き回路基板の製造方法であって、
セラミック基板の表裏両面に金属層を形成し、
その後、回路用の金属層ではない方の金属層の表面に、放熱用フィン形成用の金属部位を、金属材料の吹き付けによる形成法によって所定の厚みに肉盛加工し、
その後、該金属部位に、切り起こし法によってフィンを形成するフィン形成工程を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is directed to a heat radiation fin in which a metal layer for a circuit is formed on one surface of a ceramic substrate and a heat radiation fin is formed on the other surface. A circuit board manufacturing method comprising:
Form metal layers on both sides of the ceramic substrate,
Then, on the surface of the metal layer that is not the metal layer for the circuit, the metal part for forming the heat radiation fin is overlaid to a predetermined thickness by a forming method by spraying a metal material,
Then, the fin formation process which forms a fin in this metal part by a cutting and raising method is characterized by the above-mentioned.

請求項２に記載の発明は、前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法がコールドスプレーであることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法が溶射であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
請求項４に記載の発明は、前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。 Invention of Claim 2 is a manufacturing method of the circuit board with the fin for heat radiation of Claim 1 characterized by the formation method of the metal part by spraying of the said metal material being cold spray.
The invention according to claim 3 is the method of manufacturing a circuit board with fins for heat dissipation according to claim 1, wherein the method of forming the metal part by spraying the metal material is thermal spraying.
The invention according to claim 4 is characterized in that the metal part and the metal layer are made of the same metal, and the method for manufacturing a circuit board with fins for heat radiation according to any one of claims 1 to 3 It is.

請求項５に記載の発明は、前記放熱用フィン形成用の金属部位の形成後、前記フィン形成工程に入る前に、回路用の金属層を、湿式エッチングにより所定の回路パターンに形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。   The invention according to claim 5 includes a step of forming a metal layer for a circuit in a predetermined circuit pattern by wet etching after the formation of the metal portion for forming the heat dissipating fin and before entering the fin forming step. It is a manufacturing method of the circuit board with a fin for heat radiation of any one of Claims 1-4 characterized by including.

請求項６に記載の発明は、前記金属層が、アルニウム若しくは銅、又はこれらいずれかを主成分とする合金からなる金属板であり、前記セラミック基板の表裏両面にロウ付けされて形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, the metal layer is a metal plate made of aluminum or copper, or an alloy containing either of them as a main component, and is formed by brazing the front and back surfaces of the ceramic substrate. It is a manufacturing method of the circuit board with the fin for heat radiation of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.

本発明においては、セラミック基板に一体的に、コールドスプレー等の吹き付け法により形成された金属部位（皮膜）に、切り起こし法によりフィンを形成するものである。したがって、切り起こし可能な範囲で、薄く、高さのある多数のフィン（フィン群）を、微小ピッチで形成できるため、高い放熱性を確保できる。しかも、前記金属部位は、セラミック基板に形成されている金属層に、接合（接着）材を介することなく、吹き付け法により追加的に肉盛加工（金属皮膜が形成）されたものである。したがって、このような金属部位を切起こして形成したフィンは、それが形成されていた金属層との間で熱伝導性も高く保持される。これにより、本発明では熱伝導性及び放熱性に優れた放熱用フィン付き回路基板を効率的に得ることができる。   In the present invention, fins are formed integrally with a ceramic substrate by a cutting and raising method on a metal part (film) formed by a spraying method such as cold spray. Therefore, since a large number of thin fins (fin groups) can be formed with a minute pitch within a range that can be cut and raised, high heat dissipation can be ensured. In addition, the metal part is additionally built-up (metal film formed) by a spraying method on a metal layer formed on the ceramic substrate without using a bonding (adhesive) material. Therefore, the fin formed by cutting and raising such a metal part is also kept high in thermal conductivity with the metal layer on which the fin is formed. Thereby, in this invention, the circuit board with the fin for heat radiation excellent in thermal conductivity and heat dissipation can be obtained efficiently.

すなわち、本発明によれば、従来のように事前に、別途、形成（製造）された、放熱用フィン付き部材（多数のフィンが形成された放熱部材）を、後で、ロウ付け等によりセラミック基板に接合するものでない。このため、ロウ付けにおける面圧をフィンで受けることによる座屈等の変形を考慮する必要がないから、薄く背の高い放熱性に優れたフィンを有する放熱用フィン付き回路基板を効率的に得ることができる。しかも、前記金属部位の厚みは、金属材料の吹き付けによるため任意の厚みに形成できる。そして、これに切起こし法を加えることで、フィンを形成するものであるため、溶湯法におけるような制約もなく、所望とする微小ピッチ、薄さ、高さ寸法のフィンを得ることができる。   That is, according to the present invention, a member with fins for heat dissipation (a heat dissipating member on which a large number of fins are formed) separately formed (manufactured) in advance as in the prior art is later transferred to a ceramic by brazing or the like. It is not intended to be bonded to the substrate. For this reason, since it is not necessary to consider deformation such as buckling caused by receiving the surface pressure in brazing with fins, a thin and high heat dissipation fin circuit board having fins with excellent heat dissipation is obtained efficiently. be able to. In addition, the thickness of the metal portion can be formed to an arbitrary thickness because it is sprayed with a metal material. Then, by adding a cutting and raising method to this, fins are formed, so that fins having a desired fine pitch, thickness, and height can be obtained without restrictions as in the molten metal method.

本発明において、金属材料の吹き付けによる金属部位（皮膜）の形成法は、コールドスプレー（法）、又は溶射が好ましいものとして挙げられる。このうち、コールドスプレーは、温度が室温以上、金属材料粉末の融点以下又は軟化温度以下である超音速の作動ガスにより、材料粉末の粒子を固相状態のまま基材に高速で衝突させて被膜を形成する被膜形成手段である。本発明では、この皮膜を所定厚さの金属部位となるまで、前記金属層の上に追加的に肉盛（積層）するものである。また、溶射は、周知のように、材料をなす金属粉末等の金属材料を瞬時に溶融して吹き付け、皮膜を形成する被膜形成法であり、本発明では、この皮膜形成法においても、所定厚さの金属部位となるまで、前記金属層の上に追加的に肉盛（積層）するものである。ここに、溶射（溶射による皮膜の形成法）には、フレーム溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、電気式溶射（アーク溶射やプラズマ溶射（減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ））大気プラズマ溶射）のいずれでもよい。   In the present invention, a method for forming a metal part (film) by spraying a metal material is preferably a cold spray (method) or thermal spraying. Among these, the cold spray is a film in which the particles of the material powder collide with the base material at a high speed in a solid state by a supersonic working gas whose temperature is above room temperature, below the melting point of the metal material powder or below the softening temperature. It is the film formation means which forms. In the present invention, this coating is additionally built up (laminated) on the metal layer until it becomes a metal part having a predetermined thickness. Further, as is well known, thermal spraying is a film forming method in which a metal material such as a metal powder forming the material is instantaneously melted and sprayed to form a film. In the present invention, a predetermined thickness is also used in this film forming method. The metal part is additionally built up (laminated) on the metal layer until the metal part is formed. Here, any one of flame spraying, high-speed flame spraying (HVOF), and electric spraying (arc spraying or plasma spraying (low pressure plasma spraying (LPPS)) atmospheric plasma spraying) may be used for spraying (a method of forming a film by spraying). .

なお、このコールドスプレーは、前記したように、作動ガスを超音速流（例示的には、４００〜１０００ｍ／ｓ）とし、この作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末（粒子径が０．５〜１００μｍの原料粉末）を投入してノズル先端より噴出させ、固相状態のまま基材に衝突させて皮膜を形成するものである。すなわち、コールドスプレー法は、微小な粒径の金属粉体（粉末）を超音速流で、熱溶融することなく（固相状態のまま）、吹き付け対象物であるセラミック基板上の前記金属層に吹き付けることで、皮膜を密着させ、金属部位を肉盛加工（形成）するものである。したがって、酸化や熱的影響を最小限に抑えることができる。また、緻密な金属部位（皮膜）の形成ができる。したがって、その後、フィンを切起こし形成する際においても、被削性における問題もなく、所望とする精度のフィンを容易に形成できるという効果が得られる。なお、前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなるものとした場合には、前記金属部位が形成されている側では、金属層とであたかも１つの金属部位をなすようになる。   In the cold spray, as described above, the working gas is a supersonic flow (for example, 400 to 1000 m / s), and the raw material powder (having a particle diameter of 0) conveyed by the carrier gas in the working gas. 0.5 to 100 μm raw material powder) is injected and ejected from the tip of the nozzle, and is allowed to collide with the base material in the solid state to form a film. That is, in the cold spray method, a metal powder (powder) having a small particle diameter is supersonic flow and is not thermally melted (in a solid state), and is applied to the metal layer on the ceramic substrate as a spray target. By spraying, the coating is brought into close contact, and the metal part is built up (formed). Therefore, oxidation and thermal effects can be minimized. In addition, a dense metal part (film) can be formed. Therefore, when the fins are cut and formed thereafter, there is no problem in machinability, and the effect that the fins with a desired accuracy can be easily formed is obtained. In the case where the metal part and the metal layer are made of the same metal, the metal layer and the metal layer form one metal part on the side where the metal part is formed.

さらに請求項５に記載の製造方法では、金属部位にエッチングレジストを塗布、形成する上での問題もない。このため、所定のパターンの回路用の金属層を湿式エッチングにより問題なく形成できる。すなわち、本製法によれば、半導体装置等の発熱体をセラミック基板の回路用の金属層に搭載する構成のパワーモジュール用の放熱モジュールを問題なく、効率的に製造できる。なお、この場合には、そのエッチングの後で、フィン形成側の金属部位におけるレジストを除去してから、その金属部位の面に、切り起こし法にてフィンを形成すればよい。すなわち、本発明によれば、半導体搭載用の放熱用フィン付き回路基板を問題なく効率よく製造できる。   Further, in the manufacturing method according to claim 5, there is no problem in applying and forming an etching resist on the metal part. For this reason, a metal layer for a circuit having a predetermined pattern can be formed without any problem by wet etching. That is, according to this manufacturing method, the heat radiating module for the power module configured to mount the heating element such as a semiconductor device on the circuit metal layer of the ceramic substrate can be efficiently manufactured without any problem. In this case, after the etching, the resist in the metal part on the fin forming side is removed, and then a fin is formed on the surface of the metal part by a cutting and raising method. That is, according to the present invention, it is possible to efficiently manufacture a circuit board with fins for heat dissipation for semiconductor mounting without any problem.

なお、セラミック基板は、絶縁性と熱伝導性に優れたものが好ましいといえ、したがって、その材質は、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が例示される。そして、前記金属層は、導電性、熱伝導性において、また、前記金属部位をなす金属は熱伝導性、放熱性、さらには被加工性（被切削性）において、それぞれ優れた材質のものを選択すればよい。これらを考慮すると、前記金属層及び前記金属部位は、アルミニウム、銅、又はこれらを主成分とする合金が好ましい材質といえる。また、本発明において、セラミック基板に形成する金属層は、金属板（又は金属箔）を接合することで形成するものに限定されるものではない。これら以外にもＤＢＣや溶湯接合法など、公知のいずれの方法を用いて形成してもよい。ただし、金属板を接合するものでは、セラミック基板にメタライズを形成することなく、ロウ付けすることによるものが熱伝導性の点から好ましいといえる。 In addition, it can be said that the ceramic substrate is preferably excellent in insulation and thermal conductivity. Therefore, the material is aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or alumina (Al 2 O 3 ). Illustrated. The metal layer is made of a material excellent in conductivity and heat conductivity, and the metal constituting the metal part is made of a material excellent in heat conductivity, heat dissipation, and workability (machinability). Just choose. Considering these, it can be said that the metal layer and the metal part are preferably made of aluminum, copper, or an alloy containing these as a main component. Moreover, in this invention, the metal layer formed in a ceramic substrate is not limited to what is formed by joining a metal plate (or metal foil). In addition to these, any known method such as DBC or molten metal bonding may be used. However, in the case of joining metal plates, it is preferable from the viewpoint of thermal conductivity that brazing is performed without forming metallization on the ceramic substrate.

本発明を具体化した製法（実施例１）で製造した放熱用フィン付き回路基板の説明用正面図（フィンの切り起こし状態の図）。The front view for description of the circuit board with a fin for heat dissipation manufactured with the manufacturing method (Example 1) which materialized this invention (figure cut-up state figure). 実施例１の放熱用フィン付き回路基板を製造する工程の説明図。Explanatory drawing of the process of manufacturing the circuit board with the fin for thermal radiation of Example 1. FIG. 図１のフィンの切り起こし状態を拡大して示した説明図。Explanatory drawing which expanded and showed the cutting and raising state of the fin of FIG. 図１の放熱用フィン付き回路基板をフィン側から見た図。The figure which looked at the circuit board with the fin for heat radiation of FIG. 1 from the fin side.

以下、本発明の製法を具体化した実施の形態例（実施例１）について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。ただし、本例では、図１に示したような、多数の放熱用フィン４１付きセラミック回路基板１０１を製造する場合で、そのフィン４１の形成前の金属部位の吹き付けによる形成がコールドスプレーによる場合で説明する。本例では、図２−Ａに示したように、セラミック基板１０の表裏（図示上下）各面に、同一のアルミニウム板（４Ｎのアルミニウム製の平板）２１，２１を、例えば、ロウ付けにより接合する。これにより図２−Ｂに示したように、表裏両面にアルミニウム板２１からなる金属層が形成されたセラミック基板（セラミック回路基板仕掛品）１００ｂを得る。   Hereinafter, an embodiment (Example 1) embodying the production method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. However, in this example, when a large number of ceramic circuit boards 101 with heat radiation fins 41 as shown in FIG. 1 are manufactured, the formation by spraying metal parts before the formation of the fins 41 is by cold spraying. explain. In this example, as shown in FIG. 2A, the same aluminum plates (4N aluminum flat plates) 21 and 21 are bonded to the front and back surfaces (upper and lower sides) of the ceramic substrate 10 by, for example, brazing. To do. As a result, as shown in FIG. 2B, a ceramic substrate (ceramic circuit board work product) 100b having a metal layer made of an aluminum plate 21 on both the front and back surfaces is obtained.

次に、一方（図示上）のアルミニウム板２１の表面（図示上面）に、図２−Ｃに破線矢印で示したように、コールドスプレー法により、金属材料（例えばアルミニウム粉末）を常温にて超音速で、所定時間吹きつけ、その吹き付けられて潰された粉末を積層させる。これによって、図２−Ｄに示したように、アルミニウムからなる一定厚さ（層状）の金属部位（皮膜）４０を、金属層であるアルミニウム板２１の上に、追加的に肉盛、形成してなる回路基板仕掛品１００ｄを得る。本例では、その後、図示下の回路用の金属層（導電性金属層）形成用のアルミニウム板２１に、回路パターンを湿式エッチングにより形成する。その後、図２−Ｆに示したように、コールドスプレーによって形成したこの金属部位（アルミニウム）４０の表面に、切り起こし法でフィン４１を形成する。こうすることで、図１に示した放熱用フィン付き回路基板１０１を得る。次に、本例におけるこれらの工程の詳細についてより具体的に説明する。   Next, as shown by a broken arrow in FIG. 2C, a metal material (for example, aluminum powder) is applied to the surface (upper surface) of one (upper surface) of the aluminum plate 21 at room temperature by a cold spray method. The powder is sprayed at a speed of sound for a predetermined time, and the sprayed and crushed powder is laminated. As a result, as shown in FIG. 2-D, a metal part (film) 40 of a certain thickness (layered) made of aluminum is additionally built up and formed on the aluminum plate 21 which is a metal layer. A circuit board work-in-process 100d is obtained. In this example, after that, a circuit pattern is formed by wet etching on an aluminum plate 21 for forming a metal layer (conductive metal layer) for a circuit below. Thereafter, as shown in FIG. 2F, fins 41 are formed on the surface of the metal portion (aluminum) 40 formed by cold spraying by a cutting and raising method. Thus, the circuit board 101 with fins for heat dissipation shown in FIG. 1 is obtained. Next, the details of these steps in this example will be described more specifically.

本例では、図２−Ａに示したように、□３０ｍｍ角（正方形）で、厚み、０．６３５ｍｍのセラミック（窒化アルミ）基板１０を、２枚のアルミニウム板（□３０ｍｍ角（正方形）で、厚さ、０．６ｍｍ）２１，２１で挟んで、１枚の□３０ｍｍ角の３層構造の積層板となるように重ねる。ただし、セラミック基板１０と、各アルミニウム板２１，２１の間には、アルミニウム系のロウ材（Ａｌ−Ｓｉ系のロウ材箔。図示せず）を介在させる。そして、これら３者の厚み方向に所定の面圧（０．２ＭＰａ）がかかるように治具（ジグ）等により加圧し、炉中でロウ付け温度（６３０℃）に所定時間加熱して各面間をロウ付けする。これにより、図２−Ｂに示したように、セラミック基板１０の各面に、０．６ｍｍ厚のアルミニウム板２１からなる金属層が形成されたセラミック金属接合体（３層構造の回路基板仕掛品１００ｂ）が得られる。ここで、金属層は、表裏で同じ厚さのため、反りの発生が防止される。また、回路用の金属層の厚みが薄いと、搭載する半導体の発熱抵抗が大きくなるし、厚すぎるとエッチングの処理時間（費用）の問題がある。本例ではこれらを考慮してその厚みを０．６ｍｍに設定している。とくに、後の湿式エッチングによる回路パターンの形成を考慮すると、金属層は、０．２〜０．８ｍｍの厚みとするのが好ましい。   In this example, as shown in FIG. 2-A, a ceramic (aluminum nitride) substrate 10 having a square of 30 mm (square) and a thickness of 0.635 mm is formed by two aluminum plates (square of 30 mm (square). (Thickness, 0.6 mm) are sandwiched between 21 and 21, and are stacked so as to form a laminated sheet having a three-layer structure of □ 30 mm square. However, an aluminum brazing material (Al-Si brazing foil (not shown)) is interposed between the ceramic substrate 10 and the aluminum plates 21 and 21. Then, each surface is heated by a jig (jig) or the like so that a predetermined surface pressure (0.2 MPa) is applied in the thickness direction of these three members and heated to a brazing temperature (630 ° C.) for a predetermined time in a furnace. Braze between. As a result, as shown in FIG. 2B, a ceramic metal joined body in which a metal layer made of an aluminum plate 21 having a thickness of 0.6 mm is formed on each surface of the ceramic substrate 10 (a circuit board work product having a three-layer structure). 100b) is obtained. Here, since the metal layers have the same thickness on the front and back, the occurrence of warpage is prevented. Moreover, if the thickness of the metal layer for the circuit is thin, the heating resistance of the semiconductor to be mounted becomes large, and if it is too thick, there is a problem of etching processing time (cost). In this example, the thickness is set to 0.6 mm in consideration of these. In particular, considering the formation of a circuit pattern by subsequent wet etching, the metal layer preferably has a thickness of 0.2 to 0.8 mm.

次に、必要な前処理を行った後、図２−Ｃに示したように、図示上のアルミニウム板２１の表面に、コールドスプレーを所定時間施す。これにより、図２−Ｄに示したように、フィン形成用の金属部位（アルミニウム皮膜）４０を所定厚さ（例えば、２．０ｍｍ厚）となるよう積層し、肉盛加工する。この結果、この仕掛品１００ｄは、厚さが略３．８３５ｍｍ厚の４層構造のものとなる。ただし、本例では、アルミニウムをアルミニウム板２１に吹きつけにより肉盛加工することで金属部位４０を形成するものであるから、この金属部位４０はアルミニウム板２１とで、実質的には、２．６ｍｍ厚の１つのアルミニウム層となる。なお、本例では、図示上のアルミニウム板２１の表面の全体に金属部位（アルミニウム皮膜）４０を形成しているが、例えば、外周縁より一回り内側において金属部位を形成する場合には、それに応じたマスクを用いるなどして、不要箇所に金属部位が形成されないようにすればよい。なお、前処理としては、脱脂、表面（皮膜形成面）のブラスト処理、粗面化（荒面化）等である。また、形成された金属部位４０の表面状態によっては、要すれば、その表面を機械加工（仕上げ）等により、所望とする表面粗度（平坦度）に仕上げておくと、後のよいフィンの切起こし加工が精度よくできる。   Next, after performing the necessary pretreatment, as shown in FIG. 2C, cold spray is applied to the surface of the aluminum plate 21 in the drawing for a predetermined time. Thereby, as shown to FIG. 2-D, the metal part (aluminum membrane | film | coat) 40 for fin formation is laminated | stacked so that it may become predetermined thickness (for example, 2.0 mm thickness), and it overlays. As a result, this work-in-process 100d has a four-layer structure with a thickness of approximately 3.835 mm. However, in this example, the metal part 40 is formed by depositing aluminum on the aluminum plate 21 to form the metal part 40, so the metal part 40 is substantially the same as the aluminum plate 21. One aluminum layer with a thickness of 6 mm is formed. In this example, the metal part (aluminum film) 40 is formed on the entire surface of the illustrated aluminum plate 21. For example, when the metal part is formed on the inner side of the outer peripheral edge, What is necessary is just to prevent a metal site | part from being formed in an unnecessary location by using a suitable mask. The pretreatment includes degreasing, blasting the surface (film forming surface), roughening (roughening), and the like. Further, depending on the surface state of the formed metal part 40, if necessary, if the surface is finished to a desired surface roughness (flatness) by machining (finishing) or the like, a good fin later Cutting and raising can be performed with high accuracy.

次に、このようにして形成された仕掛品１００ｄに対し、本例では、回路用の金属層形成用のアルミニウム板２１側における、その各辺（４辺）の外縁端に沿って、所定幅（例えば２ｍｍ）で、アルミニウム板２１の外周面が露出するようにエッチングレジストを塗布し、湿式エッチング処理をした（図２−Ｅ参照）。これにより、図２−Ｅに示したように、図示下のアルミニウム板２１の各辺に沿って、幅２ｍｍのセラミック部位（絶縁部位）１２を露出させた。結果、そのアルミニウム板２１が□２６ｍｍ角の回路用の金属層（回路用のパターン）となるようにした。これにより、その後、レジストを除去して回路用金属層を有する仕掛品１００ｅを得た。   Next, with respect to the work-in-process 100d formed in this way, in this example, a predetermined width is provided along the outer edge of each side (four sides) on the side of the aluminum plate 21 for forming the metal layer for the circuit. The etching resist was applied so that the outer peripheral surface of the aluminum plate 21 was exposed (for example, 2 mm), and wet etching treatment was performed (see FIG. 2-E). As a result, as shown in FIG. 2E, the ceramic portion (insulating portion) 12 having a width of 2 mm was exposed along each side of the aluminum plate 21 shown below. As a result, the aluminum plate 21 was made to be a □ 26 mm square circuit metal layer (circuit pattern). Thereby, after that, the resist was removed to obtain a work-in-process 100e having a circuit metal layer.

次に、この回路用金属層を有する仕掛品１００ｅにおける、フィン形成用の金属部位（アルミニウム）４０に、図２−Ｆに示したようにフィン４１を形成する。すなわち、この仕掛品１００ｅを、フィンの切り起こし用の加工工程に回す。そこで、加工機（切削機械）により、コールドスプレーで形成したフィン形成用の２．０ｍｍ厚の金属部位（アルミニウム）４０におけるその表面に、１辺に沿う形で、図３に示したように、刃物（切削工具の切れ刃）８００を斜めに切り込ませ、切り起こし法により、順次、肉厚の薄いフィン４１を微小ピッチで多数形成して、図１に示したような放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１を得た。   Next, the fin 41 is formed in the metal part (aluminum) 40 for fin formation in the work-in-process 100e having this circuit metal layer as shown in FIG. That is, this work-in-process 100e is sent to the fin cutting process. Therefore, with a processing machine (cutting machine), as shown in FIG. 3, in a shape along one side on the surface of the metal part (aluminum) 40 mm thick for fin formation formed by cold spray, A blade (cutting blade of a cutting tool) 800 is obliquely cut, and a large number of thin fins 41 are sequentially formed at a fine pitch by a cutting and raising method, and a ceramic with a heat radiation fin as shown in FIG. A circuit board 101 was obtained.

なお、このような切り起こし後のフィン４１は、図３に示したようにカール形状を呈しており、例示すると、その肉厚Ｔ１は略０．２ｍｍで、ピッチＰ１が０．６ｍｍ、そして高さＨ１が６ｍｍである。そして、フィン４１の根元（セラミック基板１０側）から、セラミック基板までのアルミニウムの厚み（平均厚さ）Ｔ２が０．８ｍｍ確保されるように加工した。すなわち、本例では、コールドスプレーによって形成された金属部位（アルミニウム皮膜層）４０のうち、それが０．２ｍｍ厚残存するようにし、その０．２ｍｍ厚分、その基板面に沿う方向への熱伝達性を、元のアルミニウム板２１の厚み（０．６ｍｍ）における場合より高めている。なお、フィン４１は、２．０ｍｍ厚のフィン形成用の金属部位（アルミニウム）４０の表面の全域に形成してもよいが、本例では、図４に示したように、アルミニウム板２１における各辺（４辺）とも、外縁端に沿って所定幅（幅２ｍｍ）で、四角枠状の四角枠部３５として残存させ、その枠の内側において、幅２６ｍｍのフィン４１を多数形成した。   In addition, the fin 41 after such a cut-and-raised shape has a curl shape as illustrated in FIG. 3. For example, the thickness T1 is approximately 0.2 mm, the pitch P1 is 0.6 mm, and the height is high. The height H1 is 6 mm. And it processed so that 0.8 mm of aluminum thickness (average thickness) T2 from the base (the ceramic substrate 10 side) of the fin 41 to a ceramic substrate might be ensured. That is, in this example, among the metal parts (aluminum film layer) 40 formed by cold spraying, the metal part (aluminum film layer) 40 remains 0.2 mm thick, and heat in the direction along the substrate surface is 0.2 mm thick. The transmissibility is higher than in the case of the thickness (0.6 mm) of the original aluminum plate 21. The fin 41 may be formed over the entire surface of the fin-forming metal portion (aluminum) 40 having a thickness of 2.0 mm, but in this example, as shown in FIG. Both sides (four sides) were left as a square frame portion 35 having a predetermined width (2 mm width) along the outer edge, and a large number of fins 41 having a width of 26 mm were formed inside the frame.

このようにして製造された放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１は、微小な肉厚Ｔ１（０．２ｍｍ）、微小なピッチＰ１（０．６ｍｍ）、しかも高さ寸法Ｈ１が６ｍｍと、背の高い多数のフィン４１を有する放熱効果に優れたものをなしている。なお、フィン４１は、肉厚Ｔ１が、０．５ｍｍ以下、ピッチＰ１は、１．５ｍｍ以下で、高さ寸法Ｈ１が、３ｍｍ以上となるように切り起こすのが、放熱効果も高く好ましい。図１では、フィン４１を直線状で斜めに立ち上がっている状態に簡略化して示している。   The ceramic circuit board 101 with fins for heat dissipation manufactured in this way has a small thickness T1 (0.2 mm), a small pitch P1 (0.6 mm), and a height dimension H1 of 6 mm. The thing which was excellent in the thermal radiation effect which has many fins 41 is comprised. The fin 41 is preferably cut and raised so that the thickness T1 is 0.5 mm or less, the pitch P1 is 1.5 mm or less, and the height dimension H1 is 3 mm or more because the heat radiation effect is high. In FIG. 1, the fins 41 are shown in a simplified manner in a straight and oblique state.

上記したように本例では、フィン４１を形成すべき部位をなす金属部位４０を、セラミック基板１０の片面に形成されたアルミニウム板２１である金属層の上に、コールドスプレーで、追加的に積層、形成した後で、フィン４１の切り起こし形成を行うものである。このため、従来のように、別途に、フィン付き放熱部材として形成、製造した放熱部材（別部品）を、セラミック基板にロウ付けするような場合のように、そのロウ付けにおける加圧過程で発生する、フィンの座屈の問題は全くない。したがって、薄く、背の高い放熱効果に優れたフィンを有する放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１を問題なく得ることができる。また、フィン４１を形成すべき部位をなす金属部位４０は、セラミック基板１０の両面に形成した金属層（アルミニウム板２１）のうちの一方に、その金属層の形成後にコールドスプレーで形成している。また、セラミック基板１０の両面に形成すべき金属層（アルミニウム板）の厚みは、ロウ付けによる場合、その接合後の熱応力によるセラミック基板１０のそりの発生を抑制するため、両面と同じ厚みとすることが好ましい。一方、本発明では、セラミック基板１０の両面の金属層の上に、後で、吹き付け法により金属部位を形成するものであるから、両面の金属層の形成段階においては、その両面の金属層の厚みを同一のものとして形成することに全く問題はない。このため、各面にアルミニウム板２１をロウ付けで接合するとしても、各面における熱応力のアンバランスを招くことを防止できるため、基板に反りやクラックを発生させることも防止できる。   As described above, in this example, the metal portion 40 that forms the portion where the fin 41 is to be formed is additionally laminated on the metal layer that is the aluminum plate 21 formed on one side of the ceramic substrate 10 by cold spraying. After the formation, the fins 41 are cut and raised. For this reason, it is generated in the pressurizing process in brazing, as in the case of brazing a heat radiating member (separate part) separately formed and manufactured as a finned heat radiating member, as in the past. There is no problem of fin buckling. Therefore, it is possible to obtain the ceramic circuit board 101 with the fins for heat dissipation having a thin and tall fin with excellent heat dissipation effect without any problem. Further, the metal part 40 that forms the part where the fins 41 are to be formed is formed on one of the metal layers (aluminum plate 21) formed on both surfaces of the ceramic substrate 10 by cold spraying after the metal layer is formed. . Further, the thickness of the metal layer (aluminum plate) to be formed on both surfaces of the ceramic substrate 10 is the same as that on both surfaces in order to suppress the warpage of the ceramic substrate 10 due to thermal stress after the bonding when brazing. It is preferable to do. On the other hand, in the present invention, metal parts are formed later on the metal layers on both sides of the ceramic substrate 10 by a spraying method. Therefore, in the step of forming the metal layers on both sides, the metal layers on both sides are formed. There is no problem in forming the same thickness. For this reason, even if the aluminum plate 21 is joined to each surface by brazing, it is possible to prevent the thermal stress from being unbalanced on each surface, and thus it is possible to prevent the substrate from warping or cracking.

なお本例では、上記もしたように、この周囲の各辺の外縁に沿って幅２ｍｍのアルミニウム板部位からなる四角枠部３５が残存している。これは、この四角枠部３５を、冷媒流路に対する取り付け部として有効に利用することができるようにしたものである。例えば、このようなフィン４１を水冷とする場合には、その水の流路における取り付け部位に対し、この四角枠部３５を取り付け面とし、ここにリング状パッキンを介在させるなどして取り付けることで、高いシール性を保持することもできる。さらに、本例では、放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１において、セラミック基板１０の各面側におけるアルミニウムの実質的な厚みを上記したように、０．６ｍｍと、０．８ｍｍと略均一化している。このため、半導体を搭載した後の発熱に基づくヒートサイクルによるセラミック基板１０の反りやクラックの発生防止も略図られている。したがって、パワーモジュールに好適な放熱モジュールとなすことができる。   In this example, as described above, the rectangular frame portion 35 made of the aluminum plate portion having a width of 2 mm remains along the outer edge of each peripheral side. In this configuration, the square frame portion 35 can be effectively used as an attachment portion for the refrigerant flow path. For example, when such a fin 41 is water-cooled, it is attached to the attachment part in the flow path of the water by using the square frame portion 35 as an attachment surface and interposing a ring-shaped packing therewith. High sealing performance can also be maintained. Furthermore, in this example, in the ceramic circuit board 101 with fins for heat dissipation, the substantial thickness of aluminum on each side of the ceramic substrate 10 is substantially uniformed to 0.6 mm and 0.8 mm as described above. . For this reason, the generation of warpage and cracks in the ceramic substrate 10 due to a heat cycle based on heat generation after mounting the semiconductor is also schematically illustrated. Therefore, a heat dissipation module suitable for the power module can be obtained.

上記例では、アルミニウムで金属部位４０を形成する場合を説明したが、吹き付け金属材料はアルミニウムに代えて銅を用いてもよい。この場合、基材をなす金属層は上記例におけるのと同様、アルミニウム（板）でもよいが、銅であってもよい。また、吹き付け金属材料は、アルミニウムや銅（これらの合金を含む）以外にも、ニッケル、鉄、タングステン、モリブデンなど、放熱用のフィンとしての熱伝達性、放熱性、さらにはその切起こし被加工性の観点から、適宜の材質のもので具体化できる。したがって、２種以上の金属、例えば銅＋モリブデン、銅＋タングステン等の金属複合材料（２層構造等の複数構造の金属部位）としてもよい。さらに、上記例ではセラミック基板１０は、窒化アルミ（ＡｌＮ）製としたが、これは、窒化珪素、アルミナ等のセラミックを用いてもよいことなど、その材質に限定されないことは上記した通りである。   Although the case where the metal part 40 is formed of aluminum has been described in the above example, the spray metal material may be copper instead of aluminum. In this case, the metal layer constituting the substrate may be aluminum (plate) as in the above example, but may be copper. In addition to aluminum and copper (including these alloys), spray metal materials include nickel, iron, tungsten, molybdenum, etc., heat transfer and heat dissipation as heat-dissipating fins, and their cut and raised workpieces From the viewpoint of safety, it can be embodied with an appropriate material. Therefore, two or more kinds of metals, for example, a metal composite material such as copper + molybdenum and copper + tungsten (a metal portion having a plurality of structures such as a two-layer structure) may be used. Further, in the above example, the ceramic substrate 10 is made of aluminum nitride (AlN). However, this is not limited to the material such as the use of ceramics such as silicon nitride and alumina as described above. .

なお、上記例では、コールドスプレー法によって皮膜である金属部位を、金属層の上に追加的に肉盛、形成し、その後、この金属部位においてフィンを切起こし法で形成する場合を説明したが、本発明では、この金属部位は、金属材料の吹き付けにより形成法であればよい。したがって、その形成は、コールドスプレーに代えて、溶射としてもよいし、その他の吹き付け形成法でもよく、例えば、エアロゾルデポジッションを用いることもできる。なお、溶射の場合には、金属材料（溶射材）が溶融した溶射粒子が、基板表面の金属層に衝突して凝固し密着することで皮膜が形成される。溶射法ではコールドスプレー法とは異なり溶融金属の吹きつけとなるが、溶射粒子が運ぶ熱量は小さいため、基板表面の金属層への入熱は小さい。したがって、溶湯法や溶接により、その金属層の上に金属部位を肉盛加工する場合に比べれば、熱的影響も比較的少ないし、その形成自体も容易である。   In the above example, the case where the metal part that is a film is additionally built on the metal layer by the cold spray method, and then the fin is cut and formed in this metal part is described. In the present invention, the metal part may be formed by spraying a metal material. Therefore, the formation may be thermal spraying instead of cold spray, or other spray forming methods, for example, aerosol deposition can be used. In the case of thermal spraying, a thermal spray particle in which a metal material (a thermal spray material) is melted collides with a metal layer on the substrate surface to solidify and adhere to form a coating. Unlike the cold spray method, the spraying method sprays molten metal. However, since the amount of heat carried by the spray particles is small, the heat input to the metal layer on the substrate surface is small. Therefore, compared with the case where a metal part is overlaid on the metal layer by a molten metal method or welding, the thermal influence is relatively small and the formation itself is easy.

ここで、コールドスプレー法について、その内容、特徴についてさらに説明する。コールドスプレー法は、溶射技術の１つとしても考えられるが、上記もしたように、吹き付け金属材料の融点または軟化温度よりも低い温度のガスを、超音速流にして、その流れの中に金属材料粒子（微粉末）を投入して、固相状態のまま基材に高速で衝突させて皮膜を積層、形成する技術である。すなわち、その特徴は、従来のプラズマ溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法などに比べて、金属材料（粒子）を加熱、加速する作動ガスの温度は著しく低い。プラズマ溶射などは、１００００℃に近い高温の作動ガスが必要であるが、コールドスプレーの場合、常温〜６００℃程度の作動ガスでよい。このようにコールドスプレーでは、吹き付ける金属材料を溶射におけるような高温ではなく固相状態のまま基材へ高速で衝突させ、その衝突エネルギにより金属材料粒子を塑性変形させ、これを積層、堆積させて皮膜を形成するものである。そのため、他の溶射方法と違い、溶射材料の熱による酸化や変質を最小限にすることができる。   Here, the contents and characteristics of the cold spray method will be further described. The cold spray method is also considered as one of the thermal spraying techniques, but as described above, a gas having a temperature lower than the melting point or softening temperature of the sprayed metal material is converted into a supersonic flow, and the metal is put into the flow. This is a technique in which material particles (fine powder) are charged and a film is laminated and formed by colliding with a substrate at a high speed in a solid state. That is, the feature is that the temperature of the working gas for heating and accelerating the metal material (particles) is significantly lower than that of the conventional plasma spraying method, flame spraying method, high-speed flame spraying method and the like. For plasma spraying or the like, a working gas having a high temperature close to 10,000 ° C. is required, but in the case of cold spraying, a working gas at a room temperature to about 600 ° C. may be used. In this way, in cold spray, the metal material to be sprayed is collided with the substrate at a high speed in a solid state rather than at a high temperature as in spraying, and the metal material particles are plastically deformed by the collision energy, and this is laminated and deposited. A film is formed. Therefore, unlike other thermal spraying methods, the thermal oxidation and alteration of the thermal spray material can be minimized.

前記したように、コールドスプレー法によって皮膜である前記金属部位を形成する場合には、溶射におけるような材料特性を変化させる問題もない上、緻密、高密度で、皮膜である前記金属部位を形成できるため、熱伝導率も高められる。しかも、積層、肉盛加工（肉盛形成）された後の金属部位は、靭性や剛性も高いものとなる。したがって、その形成後にフィンを切起こし形成する際にも、被削性（加工性）がよく、むしられなども発生させにくいことから、微細ピッチで、薄く背の高いフィンが高精度に形成できるという大きなメリットが得られる。なお、材料の酸化の影響をなくすため、作動ガスはアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを使用することが望ましい。   As described above, when the metal part that is a film is formed by a cold spray method, there is no problem of changing material properties as in thermal spraying, and the metal part that is a film is formed densely and at a high density. This can increase the thermal conductivity. In addition, the metal portion after being laminated and overlayed (built-up) has high toughness and rigidity. Therefore, even when the fins are cut and raised after the formation, the machinability (workability) is good and it is difficult to cause peeling, so that thin and tall fins can be formed with high precision with a fine pitch. A big merit is obtained. In order to eliminate the influence of material oxidation, it is desirable to use an inert gas such as argon, helium or nitrogen as the working gas.

本発明においてセラミック基板に金属層を形成する手段として、金属板をロウ付けする場合は、セラミック基板の表面にメタライズ層を形成してロウ付けしてもよいし、活性ロウによりロウ付けすることとしてもよい。セラミック基板がアルミナで、金属層をなす金属板がアルミニウム又はこれを主成分とする合金である場合には、アルミ系合金（Ａｌ−Ｓｉ合金）ロウを用いて加圧下で直接ロウ付けしてもよい。また、セラミック基板が窒化珪素で、金属板が銅又はこれを主成分とする合金である場合には、活性ロウ（例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金）を用いればよい。さらに、セラミックが窒化珪素又はアルミナで、金属が銅であれば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｔｉなどの活性ロウを用いることもできる。   In the present invention, as a means for forming a metal layer on a ceramic substrate, when a metal plate is brazed, a metallized layer may be formed on the surface of the ceramic substrate and brazed, or by brazing with active brazing. Also good. When the ceramic substrate is alumina and the metal plate forming the metal layer is aluminum or an alloy mainly composed of aluminum, it can be brazed directly under pressure using an aluminum-based alloy (Al-Si alloy) braze. Good. Further, when the ceramic substrate is silicon nitride and the metal plate is copper or an alloy mainly composed of copper, an active solder (for example, an Ag—Cu—Ti alloy) may be used. Further, when the ceramic is silicon nitride or alumina and the metal is copper, an active solder such as Ag-Cu-In-Ti, Ag-Cu-Ti, or Cu-Sn-Ti can be used.

また、セラミック基板がアルミナ製で、その表面に、金属層として、モリブデン、マンガン等のメタライズ層が同時焼成で形成されているものでは、銅製の金属板を銀ロウを用いて接合して、金属層を複数の層として形成してもよい。さらに、セラミック基板が窒化珪素製のものでは、金属層として、活性金属層をＣＶＤやスパッタリングで形成しておいてもよい。すなわち、セラミック基板に形成する金属層が、金属板をロウ付けにより接合するものである場合には、セラミック基板と、その金属板との材質に応じ、ロウ付けに適するロウを用い、要すればメタライズ層をセラミック基板の表面に形成しておけばよい。   In addition, when the ceramic substrate is made of alumina, and a metallized layer such as molybdenum or manganese is formed on the surface by simultaneous firing, a metal plate made of copper is joined using silver brazing, The layer may be formed as a plurality of layers. Further, when the ceramic substrate is made of silicon nitride, an active metal layer may be formed by CVD or sputtering as the metal layer. In other words, when the metal layer formed on the ceramic substrate is a member that joins a metal plate by brazing, a brazing suitable for brazing is used according to the material of the ceramic substrate and the metal plate, if necessary. A metallized layer may be formed on the surface of the ceramic substrate.

１０ セラミック基板
２１ アルミニウム板（金属層）
４０ 金属部位
４１ フィン
１０１ 放熱用フィン付き回路基板 10 Ceramic substrate 21 Aluminum plate (metal layer)
40 metal part 41 fin 101 circuit board with fin for heat dissipation

Claims (6)

セラミック基板のうちの一方の面に回路用の金属層が形成され、他方の面に放熱用フィンが形成されてなる放熱用フィン付き回路基板の製造方法であって、
セラミック基板の表裏両面に金属層を形成し、
その後、回路用の金属層ではない方の金属層の表面に、放熱用フィン形成用の金属部位を、金属材料の吹き付けによる形成法によって所定の厚みに肉盛加工し、
その後、該金属部位に、切り起こし法によってフィンを形成するフィン形成工程を含むことを特徴とする、放熱用フィン付き回路基板の製造方法。 A method of manufacturing a circuit board with a fin for heat dissipation, wherein a metal layer for a circuit is formed on one surface of a ceramic substrate and a fin for heat dissipation is formed on the other surface,
Form metal layers on both sides of the ceramic substrate,
Then, on the surface of the metal layer that is not the metal layer for the circuit, the metal part for forming the heat radiation fin is overlaid to a predetermined thickness by a forming method by spraying a metal material,
Then, the manufacturing method of the circuit board with a fin for heat radiation characterized by including the fin formation process which forms a fin in this metal part by a cutting and raising method. 前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法がコールドスプレーであることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。   The method for manufacturing a circuit board with fins for heat radiation according to claim 1, wherein the metal part is formed by spraying the metal material by cold spraying. 前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法が溶射であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。   The method for manufacturing a circuit board with fins for heat radiation according to claim 1, wherein the metal part is formed by spraying the metal material by spraying. 前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。   The method for manufacturing a circuit board with fins for heat radiation according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal part and the metal layer are made of the same metal. 前記放熱用フィン形成用の金属部位の形成後、前記フィン形成工程に入る前に、回路用の金属層を、湿式エッチングにより所定の回路パターンに形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。   The method includes forming a metal layer for a circuit in a predetermined circuit pattern by wet etching after the formation of the metal portion for forming the heat dissipating fin and before entering the fin forming step. The manufacturing method of the circuit board with a fin for heat radiation of any one of 1-4. 前記金属層が、アルニウム若しくは銅、又はこれらいずれかを主成分とする合金からなる金属板であり、前記セラミック基板の表裏両面にロウ付けされて形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。   The metal layer is a metal plate made of aluminum or copper, or an alloy containing either of them as a main component, and is formed by brazing on both front and back surfaces of the ceramic substrate. The manufacturing method of the circuit board with a fin for heat radiation of any one of -5.
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