JP2022157227A - Metal-ceramic bonded substrate and manufacturing method thereof - Google Patents

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悟 井手口
Satoru Ideguchi
敦史 宮▲崎▼
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Abstract

To provide a metal-ceramic bonded substrate and a manufacturing method thereof, in which warpage is sufficiently suppressed, there is no need to increase the size of a ceramic substrate in order to secure an insulation distance, and the productivity and manufacturing cost are excellent.SOLUTION: In a metal-ceramic bonded substrate 100 in which a metal circuit board 14 is bonded to one surface of a ceramic substrate 10 and a metal base plate 12 is bonded to the entire other surface of the ceramic substrate 10, the surface of the ceramic substrate 10 is exposed in a region other than a bonding region of the metal circuit board 14 on one surface of the ceramic substrate 10, and when viewed in plan from a direction perpendicular to the one surface of the ceramic substrate 10, the metal base plate 12 is larger than the ceramic substrate 10, and a concave portion 16 is formed in the surface of the metal base plate 12 around the ceramic substrate 10.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、金属－セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、金属部材がセラミックス基板に接合した金属－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 bonded substrate and its manufacturing method, and more particularly to a metal-ceramic bonded substrate in which a metal member is bonded to a ceramic substrate and its manufacturing method.

電気自動車、電車、工作機械などの大電流を制御するために使用される従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれる金属板または複合材の一方の面に金属－セラミックス絶縁基板（金属－セラミックス接合基板）が半田付けにより固定されるとともに、この金属－セラミックス絶縁基板上に半導体チップが半田付けにより固定され、ベース板の他方の面（裏面）に熱伝導グリースを介してねじ止めなどにより金属製の放熱フィンや冷却ジャケットが取り付けられている。 Conventional power modules used to control large currents in electric vehicles, trains, machine tools, etc. have a metal plate called a base plate or a composite material on one side of which is a metal-ceramic insulating substrate (metal-ceramic bonding substrate). ) is fixed by soldering, and a semiconductor chip is fixed on this metal-ceramic insulating substrate by soldering. Heat radiation fins and cooling jackets are attached.

この金属－セラミックス絶縁基板へのベース板や半導体チップの半田付けは加熱により行われるため、半田付けの際に接合部材間の熱膨張係数の差によりベース板の反りが生じ易い。また、半導体チップから発生した熱は、金属－セラミックス絶縁基板と半田とベース板を介して放熱フィンや冷却ジャケットにより空気や冷却水に逃がされるため、半田付けの際にベース板の反りが生じると、放熱フィンや冷却ジャケットをベース板に取り付けたときのクリアランスが大きくなり、放熱性が極端に低下する。また、半田は熱伝導率が低いため接合層として半田層が形成されると放熱性は良好とはいえない。 Since the base plate and the semiconductor chip are soldered to the metal-ceramic insulating substrate by heating, the base plate tends to warp due to the difference in thermal expansion coefficient between the joining members during soldering. In addition, the heat generated from the semiconductor chip is released to the air and cooling water by the heat radiation fins and cooling jacket through the metal-ceramic insulating substrate, solder, and base plate, so if the base plate warps during soldering, , the clearance becomes large when the heat radiation fins and the cooling jacket are attached to the base plate, and the heat radiation performance is extremely deteriorated. Moreover, since solder has a low thermal conductivity, it cannot be said that heat dissipation is good if a solder layer is formed as a bonding layer.

このような問題を解消して、金属－セラミックス絶縁基板の信頼性を高めるため、降伏応力が非常に低いアルミニウムをベース板に使用した金属－セラミックス回路基板、例えば、耐力が３２０ＭＰａ以下であり且つ厚さが１ｍｍ以上のアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板を溶湯法によって（半田を介さずに）セラミックス基板に直接接合した金属－セラミックス回路基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In order to solve such problems and increase the reliability of metal-ceramic insulating substrates, metal-ceramic circuit substrates using aluminum with very low yield stress as a base plate, for example, a proof stress of 320 MPa or less and a thickness. A metal-ceramic circuit board has been proposed in which a base plate made of aluminum or an aluminum alloy with a thickness of 1 mm or more is directly bonded to a ceramic substrate (without soldering) by a molten metal method (see, for example, Patent Document 1).

また、鋳型内にセラミックス基板を配置し、このセラミックス基板の両面の所定の部分に接触するようにアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を注湯した後に溶湯を冷却して固化させることにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板をセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の略全面に形成してセラミックス基板に直接接合させるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板をベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に形成してセラミックス基板に直接接合させることにより、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の略全面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるベース板と、このベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に直接接合したアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる回路パターン用金属板とを備えた金属－セラミックス接合基板を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。 Alternatively, a ceramic substrate is placed in a mold, molten aluminum or an aluminum alloy is poured so as to come into contact with predetermined portions on both sides of the ceramic substrate, and then the molten aluminum is cooled and solidified to obtain aluminum or an aluminum alloy. on one surface of the ceramic substrate, the side surface, and substantially the entire surface of the other surface of the ceramic substrate, and directly bonded to the ceramic substrate, and a circuit pattern metal plate made of aluminum or an aluminum alloy is formed from the base plate. Aluminum directly bonded to the ceramic substrate, the peripheral edge portion and side surface of one surface of the ceramic substrate, and substantially the entire surface of the other surface by forming a space on one surface of the ceramic substrate and directly bonding to the ceramic substrate Alternatively, a method of manufacturing a metal-ceramic bonded substrate comprising a base plate made of an aluminum alloy and a circuit pattern metal plate made of aluminum or an aluminum alloy directly bonded to one surface of the ceramic substrate spaced apart from the base plate. has been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

また、セラミックス基板の各辺の中央に幅が数ｍｍの純アルミニウムからなるスペーサが嵌め込まれたセラミックス基板を金型（鋳型）に配置して、純アルミニウム融点のよりも低いアルミニウム合金を注湯し、凝固させることにより、特許文献２、３と同様の形状や、セラミックス基板がベース板に埋め込まれた形状（特許文献４の図７）およびセラミックス基板がベース板の表面に形成されている形状（特許文献４の図８）の金属－セラミックス接合基板を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献４）。 In addition, a ceramic substrate having a spacer made of pure aluminum with a width of several millimeters fitted in the center of each side of the ceramic substrate is placed in a mold (mold), and an aluminum alloy having a melting point lower than that of pure aluminum is poured. , By solidifying, the same shape as in Patent Documents 2 and 3, a shape in which the ceramic substrate is embedded in the base plate (Fig. 7 of Patent Document 4), and a shape in which the ceramic substrate is formed on the surface of the base plate ( A method for manufacturing a metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 8 of Patent Document 4) has been proposed (for example, Patent Document 4).

特開２００２－７６５５１号公報JP-A-2002-76551 特開２０１７－２２８５５１号公報JP 2017-228551 A 特開２０２０－５０５４８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-50548 特開２００９－２６９５７号公報JP 2009-26957 A

しかし、特許文献１～４の金属－セラミックス接合基板の製造方法は生産性、製造コスト、セラミックス基板の位置ずれ等の課題がある。特許文献１はセラミックス基板に金属回路板、ベース板を別々に製造する必要があるため工程が多く生産性に劣り、特許文献２は製造時の鋳型内においてセラミックス基板の回路側（下側）にもアルミニウムの溶湯が注湯されるため、注湯時にセラミックス基板が浮力で浮き上がりセラミックス基板の位置ずれが発生する場合がある。また、特許文献３は、特許文献２のセラミックス基板の位置ずれの発生を解消できるが、鋳型にセラミックス基板の支持部を多く設ける必要があるため鋳型の作製コストが上昇するなど製造コストが大きくなる。特許文献４はセラミックス基板の各辺に純アルミニウムのスペーサをはめ込むためスペーサの作製や配置に手間がかかり製造コストが大きくなる。 However, the methods of manufacturing metal-ceramic bonding substrates of Patent Documents 1 to 4 have problems such as productivity, manufacturing cost, and misalignment of ceramic substrates. In Patent Document 1, the metal circuit board and the base plate need to be separately manufactured on the ceramic substrate, so there are many processes and the productivity is poor. Since the molten aluminum is also poured, the ceramic substrate may be lifted by buoyancy during the pouring, and the position of the ceramic substrate may be displaced. In addition, although Patent Document 3 can eliminate the occurrence of positional deviation of the ceramic substrate in Patent Document 2, it is necessary to provide many support portions for the ceramic substrate in the mold, which increases the manufacturing cost, such as the manufacturing cost of the mold. . In Patent Document 4, since pure aluminum spacers are fitted on each side of the ceramic substrate, it takes time and effort to fabricate and arrange the spacers, increasing the manufacturing cost.

また、特許文献１および特許文献４の図７、図８の金属－セラミックス接合基板の形状においては、所定のベース板の厚さを確保したときに特許文献２の金属－セラミックス接合基板と比べて全体の厚さを厚くする必要があり、金属－セラミックス接合基板の小型化が困難である。 7 and 8 of Patent Document 1 and Patent Document 4, the shape of the metal-ceramic bonding substrate is compared with the metal-ceramic bonding substrate of Patent Document 2 when a predetermined thickness of the base plate is secured. It is difficult to miniaturize the metal-ceramic bonded substrate because the overall thickness must be increased.

また、特許文献２、３、４の金属－セラミックス接合基板においては、セラミックス縁部にベース板が形成されていない金属－セラミックス接合基板（特許文献１など）と比べてベース板と回路パターン用金属板の絶縁距離を確保するためにセラミックス基板を大きくする必要があり、そのため金属―セラミックス接合基板の小型化ができないという課題がある。 In addition, in the metal-ceramic bonding substrates of Patent Documents 2, 3, and 4, the base plate and the circuit pattern metal are compared to the metal-ceramic bonding substrate (Patent Document 1, etc.) in which the base plate is not formed on the edge of the ceramics. It is necessary to increase the size of the ceramics substrate in order to secure the insulation distance between the plates, which poses the problem that it is not possible to reduce the size of the metal-ceramic bonding substrate.

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、生産性、製造コストに優れ、小型化が図れる金属－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。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a metal-ceramic bonded substrate which is excellent in productivity and manufacturing cost and can be miniaturized, and a method of manufacturing the same.

本発明によれば、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合され、前記セラミックス基板の他方の面の全面に金属ベース板が接合された金属－セラミックス接合基板であって、前記セラミックス基板の一方の面において前記金属回路板の接合領域を除く領域は、前記セラミックス基板の表面が露出しており、前記セラミックス基板の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、前記金属ベース板が前記セラミックス基板よりも大きく、前記金属ベース板が前記セラミックス基板の周囲の表面に形成された凹部と周縁部を有することを特徴とする、金属－セラミックス接合基板が提供される。 According to the present invention, there is provided a metal-ceramic bonding substrate in which a metal circuit board is bonded to one surface of a ceramic substrate and a metal base plate is bonded to the entire other surface of the ceramic substrate, The surface of the ceramic substrate is exposed in a region other than the joining region of the metal circuit board on one surface, and when viewed from above in a direction perpendicular to one surface of the ceramic substrate, the metal base plate is A metal-ceramic bonding substrate is provided, characterized in that the metal base plate is larger than the ceramic substrate and has a recess and a peripheral portion formed on the surface surrounding the ceramic substrate.

この金属－セラミックス接合基板において、前記セラミックス基板の他方の面に接合している領域の前記金属ベース板の厚さが、前記金属回路板の厚さ以下であっても良い。また、前記金属ベース板の周縁部の高さが前記セラミックス基板の一方の面の高さ以上、前記金属回路板の表面の高さ以下であっても良い。また、前記金属ベース板の周縁部に貫通孔が形成されていても良い。また、前記金属ベース板および前記金属回路板が前記セラミックス基板に直接接合していても良い。また、前記金属ベース板および前記金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなっても良い。また、前記金属ベース板は、さらに前記セラミックス基板の側面に接合されたセラミックス基板側面接合部を備え、前記セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部が形成されていても良い。また、前記凹部は、底部より開口部が大きくなるように形成されていても良い。また、前記金属ベース板の内部に強化部材が配置されていても良い。また、前記金属ベース板の前記凹部が、前記セラミックス基板の周囲の全周にわたり形成されていても良い。また、前記セラミックス基板が矩形であり、前記金属ベース板の前記凹部が前記セラミックス基板の辺の中央部の周囲に部分的に形成されていても良い。 In this metal-ceramic bonded substrate, the thickness of the metal base plate in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate may be equal to or less than the thickness of the metal circuit board. Moreover, the height of the peripheral portion of the metal base plate may be equal to or higher than the height of one surface of the ceramic substrate and equal to or lower than the height of the surface of the metal circuit board. Moreover, a through hole may be formed in the peripheral portion of the metal base plate. Also, the metal base plate and the metal circuit board may be directly bonded to the ceramic substrate. Moreover, the metal base plate and the metal circuit board may be made of aluminum or an aluminum alloy. Further, the metal base plate may further include a ceramic substrate side joint portion joined to the side surface of the ceramic substrate, and the concave portion may be formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion. Further, the recess may be formed so that the opening is larger than the bottom. Further, a reinforcing member may be arranged inside the metal base plate. Further, the concave portion of the metal base plate may be formed over the entire circumference of the ceramic substrate. Further, the ceramic substrate may be rectangular, and the concave portion of the metal base plate may be partially formed around the central portion of each side of the ceramic substrate.

また、本発明によれば、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属－セラミックス接合基板の製造方法であって、前記セラミックス基板を鋳型内に配置し、前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面に接触するように金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、前記金属回路板を形成して前記セラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、前記金属ベース板を形成して前記セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合させ、前記セラミックス基板の一方の面において前記金属回路板の接合領域を除く領域の前記セラミックス基板の表面を露出させ、前記セラミックス基板の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、前記金属ベース板を前記セラミックス基板よりも大きくし、前記金属ベース板の前記セラミックス基板の周囲の表面に凹部を形成するとともに、周縁部を形成することを特徴とする、金属－セラミックス接合基板の製造方法が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate in which a metal circuit board is bonded to one surface of a ceramic substrate and a metal base plate is bonded to the other surface, wherein the ceramic substrate is bonded to a mold. The metal circuit board is formed by pouring a molten metal so as to contact both sides of the ceramic substrate in the mold and then cooling and solidifying it to form the metal circuit board and form one surface of the ceramic substrate. , the metal base plate is formed and directly bonded to the entire surface of the other surface of the ceramic substrate, and the ceramic substrate in the area on one surface of the ceramic substrate excluding the bonding area of the metal circuit board is exposed, the metal base plate is made larger than the ceramic substrate when viewed from above in a direction perpendicular to one surface of the ceramic substrate, and the surface of the metal base plate surrounding the ceramic substrate is A method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate is provided, characterized by forming a recess and forming a peripheral portion.

この製造方法において、前記セラミックス基板の他方の面に接合している領域の前記金属ベース板の厚さを、前記金属回路板の厚さ以下としても良い。また、前記金属ベース板の周縁部の高さを前記セラミックス基板の一方の面の高さ以上、前記金属回路板の高さ以下としても良い。また、前記金属ベース板の周縁部に貫通孔を形成しても良い。また、前記金属の溶湯をアルミニウムまたはアルミニウム合金としても良い。また、前記セラミックス基板の側面に、前記金属ベース板のセラミックス基板側面接合部を接合し、前記セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部を形成しても良い。また、底部より開口部が大きくなるように前記凹部を形成しても良い。また、前記鋳型に前記セラミックス基板と離間して強化部材を配置し、前記金属ベース板の内部に前記強化部材を配置しても良い。また、前記金属ベース板の前記凹部を、前記セラミックス基板の周囲の全周にわたり形成しても良い。また、前記セラミックス基板は矩形であり、前記金属ベース板の前記凹部を前記セラミックス基板の辺の中央部の周囲に部分的に形成しても良い。 In this manufacturing method, the thickness of the metal base plate in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate may be less than or equal to the thickness of the metal circuit board. Further, the height of the peripheral portion of the metal base plate may be set to be equal to or higher than the height of one surface of the ceramic substrate and equal to or lower than the height of the metal circuit board. Also, a through hole may be formed in the peripheral portion of the metal base plate. Also, the molten metal may be aluminum or an aluminum alloy. Further, the ceramic substrate side joint portion of the metal base plate may be joined to the side surface of the ceramic substrate, and the concave portion may be formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion. Also, the recess may be formed so that the opening is larger than the bottom. Further, a reinforcing member may be arranged in the mold at a distance from the ceramic substrate, and the reinforcing member may be arranged inside the metal base plate. Further, the concave portion of the metal base plate may be formed along the entire circumference of the ceramic substrate. Further, the ceramic substrate may be rectangular, and the concave portion of the metal base plate may be partially formed around the central portion of each side of the ceramic substrate.

本発明は、生産性、製造コストに優れ、小型化が図れる金属－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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a metal-ceramic bonded substrate that is excellent in productivity and manufacturing cost and can be miniaturized, and a manufacturing method thereof.

本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態を示す（セラミックス接合基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視した）平面図（上面図）である。1 is a plan view (top view) showing a first embodiment of a metal-ceramic bonding substrate according to the present invention (planar view from a direction perpendicular to one surface (principal surface) of the ceramic bonding substrate); FIG. 図１Ａの金属－セラミックス接合基板の側面図である。1B is a side view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 1A; FIG. 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 1A taken along the line AA. 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＢ－Ｂ線断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 1A taken along the line BB. 図１Ａの金属－セラミックス接合基板の背面図である。1B is a rear view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 1A; FIG. 図１Ａの金属－セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 1A taken along line CC. 図１Ａ～図１Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を構成する下側鋳型部材を示す平面図である。1A-1F are plan views showing the lower mold member that constitutes the mold used to manufacture the metal-ceramic bonded substrates shown in FIGS. 1A-1F. FIG. 図２Ａの下側鋳型部材のＡ－Ａ線断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view along line AA of the lower mold member of FIG. 2A; 図２Ａの下側鋳型部材のＢ－Ｂ線断面図である。Figure 2B is a cross-sectional view along line BB of the lower mold member of Figure 2A; 図２Ａの下側鋳型部材のＣ－Ｃ線断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view along line CC of the lower mold member of FIG. 2A; 図１Ａ～図１Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を構成する上側鋳型部材を示す平面図である。FIG. 1B is a plan view showing an upper mold member that constitutes a mold used to manufacture the metal-ceramic bonded substrates shown in FIGS. 1A-1F; 図３Ａの上側鋳型部材のＡ－Ａ線断面図である。3B is a cross-sectional view of the upper mold member of FIG. 3A along line AA; FIG. 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図１Ａ～図１Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図１Ａに示す金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面に相当する鋳型の断面図である。2A to 2D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 1A to 1F, FIG. 1B is a cross-sectional view of a mold corresponding to the AA line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 1A. 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図１Ａ～図１Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図１Ａに示す金属－セラミックス接合基板のＢ－Ｂ線断面に相当する鋳型の断面図である。2A to 2D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 1A to 1F, FIG. 1B is a cross-sectional view of the mold corresponding to the BB line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 1A. 図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図１Ａ～図１Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図１Ａに示す金属―セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面に相当する鋳型の断面図である。2A to 2D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 1A to 1F, FIG. 1B is a cross-sectional view of the mold corresponding to the CC line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 1A. 本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態において、凹部の側面に勾配が形成された状態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a slope is formed on the side surface of the recess in the first embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention; 本発明による金属－セラミックス接合基板の第２の実施の形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention; 本発明による金属－セラミックス接合基板の第３の実施の形態を示す（セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視した）平面図である。FIG. 10 is a plan view (viewed from a direction perpendicular to one surface (principal surface) of the ceramic substrate) showing a third embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention. 図７Ａの金属－セラミックス接合基板の側面図である。FIG. 7B is a side view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 7A; 図７Ａの金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 7A taken along the line AA. 図７Ａの金属－セラミックス接合基板のＢ－Ｂ線断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 7A taken along the line BB. 図７Ａの金属－セラミックス接合基板の背面図である。7B is a rear view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 7A. FIG. 図７Ａの金属－セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view of the metal-ceramic bonding substrate of FIG. 7A taken along line CC. 図７Ａ～図７Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型を構成する下側鋳型部材を示す平面図である。FIG. 7F is a plan view showing the lower mold member that constitutes the mold used to manufacture the metal-ceramic bonded substrates shown in FIGS. 7A-7F; 図８Ａの下側鋳型部材のＡ－Ａ線断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view along line AA of the lower mold member of FIG. 8A; 図８Ａの下側鋳型部材のＢ－Ｂ線断面図である。8B is a cross-sectional view along line BB of the lower mold member of FIG. 8A. FIG. 図８Ａの下側鋳型部材のＣ－Ｃ線断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view along line CC of the lower mold member of FIG. 8A; 図８Ａ～図８Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図７Ａ～図７Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図７Ａに示す金属－セラミックス接合基板のＡ－Ａ線断面に相当する鋳型の断面図である。8A to 8D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 7A to 7F, FIG. 7B is a cross-sectional view of the mold corresponding to the AA line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 7A. 図８Ａ～図８Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図７Ａ～図７Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図７Ａに示す金属－セラミックス接合基板のＢ－Ｂ線断面に相当する鋳型の断面図である。8A to 8D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 7A to 7F, 7B is a cross-sectional view of the mold corresponding to the BB line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 7A. FIG. 図８Ａ～図８Ｄに示す下側鋳型部材に、図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材をかぶせて図７Ａ～図７Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を製造するための鋳型を構成したときの、図７Ａに示す金属―セラミックス接合基板のＣ－Ｃ線断面に相当する鋳型の断面図である。8A to 8D is covered with the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B to form a mold for manufacturing the metal-ceramic bonding substrate shown in FIGS. 7A to 7F, FIG. 7B is a cross-sectional view of the mold corresponding to the CC line cross-section of the metal-ceramic bonding substrate shown in FIG. 7A. 従来の金属－セラミックス接合基板を示す断面図である。1 is a sectional view showing a conventional metal-ceramic bonding substrate; FIG. 従来の金属－セラミックス接合基板を示す断面図である。1 is a sectional view showing a conventional metal-ceramic bonding substrate; FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明による金属－セラミックス接合基板の実施の形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a metal-ceramic bonding substrate according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

[第１の実施の形態]
図１Ａ～図１Ｆは本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態を示し、図２Ａ～図２Ｄ、図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ａ～図４Ｃはその金属－セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型部材および鋳型を示している。 [First Embodiment]
1A to 1F show the first embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention, and FIGS. 2A to 2D, 3A, 3B and 4A to 4C show the manufacturing of the metal-ceramic bonding substrate. 1 shows the mold member and the mold used to

図１Ａ～図１Ｆに示すように、本発明による金属－セラミックス接合基板の第１の実施の形態は、平面形状が略矩形のセラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面（図示の形態では上面））に１以上（図示した実施の形態では３つ）の金属回路板１４が接合され、セラミックス基板１０の他方の面（図示の形態では下面）の略全面に平面形状が略矩形の金属ベース板１２が接合された金属－セラミックス接合基板１００であって、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域は、セラミックス基板１０の表面（一方の面）が露出しており（即ちセラミックス基板１０の一方の面は金属回路板１４の接合領域および該接合領域を除くセラミックス基板１０表面が露出した領域からなり）、（図１Ａに示される）セラミックス基板１０の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２がセラミックス基板１０よりも大きく、金属ベース板１２がセラミックス基板１０の周囲の表面に形成された凹部１６と、周縁部２２を有することを特徴とする。 As shown in FIGS. 1A to 1F, the first embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention includes a ceramic substrate 10 having a substantially rectangular planar shape and one surface (circuit pattern side) of the ceramic substrate 10. One or more (three in the illustrated embodiment) metal circuit boards 14 are bonded to the surface of (the upper surface in the illustrated embodiment), and substantially the entire surface of the other surface (the lower surface in the illustrated embodiment) of the ceramic substrate 10. A metal-ceramic bonding substrate 100 to which a metal base plate 12 having a substantially rectangular planar shape is bonded, and a region on one surface of the ceramics substrate 10 excluding the bonding region of the metal circuit board 14 is the surface of the ceramics substrate 10 ( one surface) is exposed (that is, one surface of the ceramic substrate 10 consists of a bonding region of the metal circuit board 14 and a region where the surface of the ceramic substrate 10 excluding the bonding region is exposed), (shown in FIG. 1A ) The metal base plate 12 is larger than the ceramic substrate 10 when viewed from the direction perpendicular to one surface (principal surface) of the ceramic substrate 10, and the metal base plate 12 is formed on the peripheral surface of the ceramic substrate 10. It is characterized by having a concave portion 16 and a peripheral edge portion 22 .

凹部１６は、セラミックス基板１０の周囲に露出している金属ベース板１２において、金属ベース板１２の周縁部２２（外周部）とセラミックス基板１０の外周（側面）との間に形成され、セラミックス基板１０の外周に沿って金属ベース板１２の表面に形成されている。金属ベース板１２は、さらにセラミックス基板１０の側面に接合されたセラミックス基板側面接合部２０を備え、セラミックス基板側面接合部２０に隣接して凹部１６が形成されていることが好ましい。なお、凹部１６は、底部より開口部が大きくなるように形成されていることが好ましい（図６の凹部形状参照）。
凹部１６の幅が大きすぎると、パワーモジュール等の半導体装置に金属－セラミックス接合基板を組付けする際に、金属ベース板１２の強度が弱くなり変形する恐れがある。そのため凹部１６の底部の（セラミックス基板１０の外周（辺）に垂直な方向の）幅が５ｍｍ以下であることが好ましく、２ｍｍ以下であることがより好ましい。
また、金属ベース板１２の周縁部２２の高さは、セラミックス基板１０の一方の面（金属回路板１４が形成されている面）の高さ以上であり、金属回路板１４の表面の高さ以下であることが好ましい。図１に示す金属－セラミックス接合基板１００においては、金属ベース板１２の周縁部２２（の表面の）高さが金属回路板１４の高さと同じである。また、金属ベース板１２の周縁部２２の高さは略同一であるのが好ましい。（金属ベース板１２の高さが部位により異なる場合は、前記周縁部２２の高さは最も高い部位を指す。） The concave portion 16 is formed between the peripheral edge portion 22 (peripheral portion) of the metal base plate 12 and the outer periphery (side surface) of the ceramic substrate 10 in the metal base plate 12 exposed around the ceramic substrate 10. It is formed on the surface of the metal base plate 12 along the outer circumference of 10 . Preferably, the metal base plate 12 further includes a ceramic substrate side joint portion 20 joined to the side surface of the ceramic substrate 10 , and a concave portion 16 is formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion 20 . The recess 16 is preferably formed so that the opening is larger than the bottom (see the shape of the recess in FIG. 6).
If the width of the concave portion 16 is too large, the strength of the metal base plate 12 may be weakened and deformed when the metal-ceramic bonding substrate is assembled to a semiconductor device such as a power module. Therefore, the width of the bottom of the recess 16 (in the direction perpendicular to the outer periphery (side) of the ceramic substrate 10) is preferably 5 mm or less, more preferably 2 mm or less.
In addition, the height of the peripheral portion 22 of the metal base plate 12 is equal to or higher than the height of one surface of the ceramics substrate 10 (the surface on which the metal circuit board 14 is formed), and the height of the surface of the metal circuit board 14. The following are preferable. In the metal-ceramic bonding substrate 100 shown in FIG. 1, the height of (the surface of) the peripheral portion 22 of the metal base plate 12 is the same as the height of the metal circuit board 14 . Moreover, it is preferable that the height of the peripheral portion 22 of the metal base plate 12 is substantially the same. (When the height of the metal base plate 12 differs depending on the part, the height of the peripheral part 22 indicates the highest part.)

セラミックス基板１０の他方の面に接合している領域の金属ベース板１２の厚さは、金属回路板１４の厚さ以下であることが好ましい。 The thickness of the metal base plate 12 in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate 10 is preferably equal to or less than the thickness of the metal circuit board 14 .

金属ベース板１２の周縁部２２には、貫通孔１８が形成されていることが好ましい。半導体装置を製造する際に、金属ベース板１２の貫通孔１８を他の部材とネジやボルトで締結するための締結用の孔として使用できる。例えば、放熱フィンや水冷ジャケットなどの放熱部材（図示しない）や、回路パターン用の金属回路板１４やそれに搭載された半導体など囲む筺体（図示しない）を、貫通孔１８を介してネジやボルト等で取り付けることができる。すなわち、金属ベース板１２の周縁部２２は、他の部材との締結部として使用することができる。 A through-hole 18 is preferably formed in the peripheral portion 22 of the metal base plate 12 . When manufacturing a semiconductor device, the through holes 18 of the metal base plate 12 can be used as fastening holes for fastening other members with screws or bolts. For example, heat dissipation members (not shown) such as heat dissipation fins and water cooling jackets, metal circuit boards 14 for circuit patterns, and housings (not shown) surrounding semiconductors mounted thereon may be screwed, bolted, or the like through through holes 18. can be installed with That is, the peripheral edge portion 22 of the metal base plate 12 can be used as a fastening portion with other members.

金属ベース板１２はセラミックス基板１０に直接接合しているのが好ましく、回路パターン用の金属回路板１４はセラミックス基板１０に直接接合しているのが好ましい。また、金属ベース板１２はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、回路パターン用の金属回路板１４はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。 The metal base plate 12 is preferably directly bonded to the ceramics substrate 10 , and the metal circuit board 14 for circuit patterns is preferably directly bonded to the ceramics substrate 10 . The metal base plate 12 is preferably made of aluminum or an aluminum alloy, and the metal circuit board 14 for circuit patterns is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.

また、図６に示すように、金属ベース板１２の内部に板状の強化部材２４が、セラミックス基板１０と金属ベース板１２の接合面に平行な（仮想）平面に配置（接合）されていてもよい。 Further, as shown in FIG. 6, a plate-like reinforcing member 24 is arranged (bonded) inside the metal base plate 12 on a (virtual) plane parallel to the bonding surface of the ceramic substrate 10 and the metal base plate 12. good too.

金属ベース板１２の凹部１６が、セラミックス基板１０の周囲（外周）の全周にわたり形成されているのが好ましい（図１Ａ～図１Ｆ参照）。また、セラミックス基板１０が矩形であり、金属ベース板１２の凹部１６がセラミックス基板１０の辺の中央部の周囲（外周）に部分的に形成されているのが好ましい（図７Ａ～図７Ｆ参照） It is preferable that the concave portion 16 of the metal base plate 12 is formed along the entire periphery (outer periphery) of the ceramics substrate 10 (see FIGS. 1A to 1F). Moreover, it is preferable that the ceramic substrate 10 is rectangular, and that the concave portion 16 of the metal base plate 12 is partially formed around the central portion (periphery) of the side of the ceramic substrate 10 (see FIGS. 7A to 7F).

（製造方法）
本発明の第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００は、図４Ａ～図４Ｃに示すような鋳型２００内にセラミックス基板１０を配置し、金属－セラミックス接合基板１００の金属ベース板１２と金属回路板１４に対応するセラミックス基板１０の部分に接触するように、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却することによって製造することができる。 (Production method)
The metal-ceramic bonding substrate 100 according to the first embodiment of the present invention is obtained by placing the ceramic substrate 10 in a mold 200 as shown in FIGS. It can be manufactured by pouring a molten aluminum or aluminum alloy into contact with the portion of the ceramic substrate 10 corresponding to the metal circuit board 14 and cooling it.

セラミックス基板１０は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ等を主成分とすることが好ましく、厚さが０．３～２．０ｍｍ程度のものを用いることができる。 The ceramic substrate 10 is preferably made mainly of aluminum nitride, silicon nitride, alumina, or the like, and can have a thickness of about 0.3 to 2.0 mm.

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、それぞれ図１Ａに示す金属－セラミックス接合基板１００のＡ－Ａ線断面、Ｂ－Ｂ線断面、Ｃ－Ｃ線断面に相当する鋳型２００の断面図である。
鋳型２００は、（多孔質の）カーボンまたは多孔質金属などの（溶湯不透過の）通気性材料からなり、それぞれ平面形状が略矩形の図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材２０２と図３Ａ、図３Ｂに示す上側鋳型部材２０４とから構成されている。 4A, 4B, and 4C are cross-sectional views of the mold 200 corresponding to the AA line cross section, BB line cross section, and CC line cross section of the metal-ceramic bonding substrate 100 shown in FIG. 1A, respectively.
The mold 200 is made of a (porous) gas-permeable (impermeable to molten metal) breathable material such as carbon (porous) or porous metal, and has a substantially rectangular planar shape, the lower mold member 202 shown in FIGS. 2A-2D and FIG. 3A, respectively. , and an upper mold member 204 shown in FIG. 3B.

図２Ａ～図２Ｄに示すように、下側鋳型部材２０２の上面には、金属ベース板１２を形成するための凹部（金属ベース板形成部）２０２ａが形成されている。 As shown in FIGS. 2A to 2D, a concave portion (metal base plate forming portion) 202a for forming the metal base plate 12 is formed on the upper surface of the lower mold member 202. As shown in FIGS.

この金属ベース板形成部２０２ａの底面の略中央部には、この底面から略垂直方向に***したセラミックス基板１０を支持する基板支持部２０２ｂがセラミックス基板１０の周囲（側面、外周）を囲むように形成され、基板支持部２０２ｂはセラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の面）の周縁部および回路パターン間に対応する部分に当接し、またセラミックス基板１０を所定の位置で支持するために略Ｌ字型の断面を有する段差が設けられており、セラミックス基板１０を収容する空間であるセラミックス基板収容部２０２ｅが形成される。
この基板支持部２０２ｂの上面（セラミックス基板の一方の面が当接する面）の略中央部には、金属回路板１４を形成するための１以上（図示した実施の形態では３つ）の凹部（金属回路板形成部）２０２ｃが形成されている。この金属回路板形成部２０２ｃは、基板支持部２０２ｂを介して金属ベース板形成部２０２ａから離間しており、金属ベース板１２と金属回路板１４との間の絶縁を確保するようになっている。
なお、図４Ａ～図４Ｃおよび図２Ｂ～図２Ｄには、セラミックス基板収容部２０２ｅにセラミックス基板１０が収容された状態を示している。 A substrate supporting portion 202b for supporting the ceramic substrate 10 protrudes substantially vertically from the bottom surface of the metal base plate forming portion 202a so as to surround the periphery (side surface, outer periphery) of the ceramic substrate 10. The substrate supporting portion 202b abuts on the peripheral portion of one surface (the surface on the side of the circuit pattern) of the ceramic substrate 10 and the portion corresponding to the space between the circuit patterns, and supports the ceramic substrate 10 at a predetermined position. A step having a substantially L-shaped cross section is provided to form a ceramic substrate accommodating portion 202e, which is a space for accommodating the ceramic substrate 10. As shown in FIG.
One or more (three in the illustrated embodiment) recesses (three in the illustrated embodiment) for forming the metal circuit board 14 are provided approximately in the center of the upper surface of the substrate supporting portion 202b (the surface with which one surface of the ceramic substrate abuts). A metal circuit board forming portion) 202c is formed. The metal circuit board forming portion 202c is spaced apart from the metal base plate forming portion 202a via the board support portion 202b so as to ensure insulation between the metal base plate 12 and the metal circuit board 14. .
4A to 4C and FIGS. 2B to 2D show a state in which the ceramic substrate 10 is housed in the ceramic substrate housing portion 202e.

また、図３Ａ、図３Ｂに示すように上側鋳型部材２０４の下面には金属ベース板１２を形成するための凹部（金属ベース板形成部）２０４ａが形成されている。 Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, a concave portion (metal base plate forming portion) 204a for forming the metal base plate 12 is formed in the lower surface of the upper mold member 204. As shown in FIG.

セラミックス基板１０を下側鋳型部材２０２の基板支持部２０２ｂの上面のセラミックス基板収容部２０２ｅに載置し、上側鋳型部材２０４を下側鋳型部材２０２に被せると、セラミックス基板１０によって金属回路板形成部２０２ｃの開口部が塞がれるとともに、セラミックス基板１０の他方の面（裏面の全面）の周囲に金属ベース板形成部２０２ａ、２０４ａが確保されるようになっている。 When the ceramic substrate 10 is placed on the ceramic substrate accommodating portion 202e on the upper surface of the substrate supporting portion 202b of the lower mold member 202, and the upper mold member 204 is placed over the lower mold member 202, the ceramic substrate 10 forms a metal circuit board forming portion. The opening 202c is closed, and the metal base plate forming portions 202a and 204a are secured around the other surface (the entire back surface) of the ceramic substrate 10. As shown in FIG.

なお、上側鋳型部材２０４には、（図示しない）注湯ノズルから上側鋳型部材２０４および下側鋳型部材２０２の金属ベース板形成部２０２ａ、２０４ａ内に溶湯を注湯するための（図示しない）注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材２０２には、金属回路板形成部２０２ｃに溶湯を供給するための溶湯流路が形成されており、セラミックス基板１０を基板支持部２０２ｂの上面に載置したときにも金属回路板形成部２０２ｃに金属の溶湯の給湯が可能となっている。 The upper mold member 204 is provided with a pouring nozzle (not shown) for pouring molten metal into the metal base plate forming portions 202a and 204a of the upper mold member 204 and the lower mold member 202 from a pouring nozzle (not shown). A spout is formed. Further, the lower mold member 202 is formed with a molten metal flow path for supplying molten metal to the metal circuit board forming portion 202c. Molten metal can be supplied to the circuit board forming portion 202c.

また、下側鋳型部材２０２の金属ベース板形成部２０２ａの底面には、基板支持部２０２ｂから離間して円柱状の***部（貫通孔形成部）２０２ｄが形成されており、金属－セラミックス接合基板１００を作製したときに、金属ベース板１２の周縁部２２に冷却フィン部材や水冷冷却ジャケットなどをネジやボルトの締結するために使用する貫通孔１８を形成することができる。 In addition, on the bottom surface of the metal base plate forming portion 202a of the lower mold member 202, a columnar raised portion (through hole forming portion) 202d is formed apart from the substrate supporting portion 202b, forming a metal-ceramic bonding substrate. When 100 is manufactured, through holes 18 can be formed in the peripheral edge portion 22 of the metal base plate 12 to fasten a cooling fin member, a water-cooled cooling jacket, or the like with screws or bolts.

このような鋳型２００を使用して図１Ａ～図１Ｆに示す第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００を製造するためには、まず、下側鋳型部材２０２の基板支持部２０２ｂ上にセラミックス基板１０を配置した後、上側鋳型部材２０４を下側鋳型部材２０２に被せる。この状態で鋳型２００内にアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで冷却すると、セラミックス基板１０の他方の面（裏面）の全面にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属ベース板１２が直接接合するとともに、この金属ベース板１２から離間してセラミックス基板１０に金属回路板１４が直接接合した金属－セラミックス接合体を得る。次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出した後、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの部分を切断し、金属回路板１４および金属ベース板１２の表面を研磨して金属－セラミックス接合基板を製造することができる。 In order to use such a mold 200 to manufacture the metal-ceramic bonding substrate 100 of the first embodiment shown in FIGS. After placing the ceramic substrate 10 , the upper mold member 204 is placed over the lower mold member 202 . When molten aluminum or aluminum alloy is poured into the mold 200 in this state and cooled, the metal base plate 12 made of aluminum or aluminum alloy is directly bonded to the entire surface of the other surface (rear surface) of the ceramic substrate 10, and this metal A metal-ceramic bonded body is obtained in which the metal circuit board 14 is directly bonded to the ceramic substrate 10 at a distance from the base plate 12 . Next, after removing the metal-ceramic bonded body from the mold, the aluminum portion formed corresponding to the pouring port and the molten metal passage (runner) is cut, and the surfaces of the metal circuit board 14 and the metal base plate 12 are cut. It can be polished to produce a metal-ceramic bonded substrate.

この金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０の一方の面において金属回路板１４の接合領域を除く領域はセラミックス基板１０の表面が露出しており、セラミックス基板１０の一方の面（回路パターン側の主面）に垂直な方向から平面視したときに、金属ベース板１２はセラミックス基板１０よりも大きく、また、セラミックス基板１０の周囲の金属ベース板１２の表面に、セラミックス基板１０を取り囲むように（基板支持部２０２ｂに対応して）凹部１６が形成され、凹部１６の周囲に金属ベース板１２の周縁部２２が形成される。
また、金属ベース板１２および金属回路板１４をセラミックス基板１０に接合する際に、金属ベース板１２の周縁部２２（外周領域）に貫通孔形成部２０２ｄにより（貫通孔形成部２０２ｄに対応して）貫通孔１８が形成される。 In this metal-ceramic bonding substrate 100, the surface of the ceramics substrate 10 is exposed on one surface of the ceramics substrate 10 except for the bonding area of the metal circuit board 14, and one surface (circuit pattern side) of the ceramics substrate 10 is exposed. The metal base plate 12 is larger than the ceramic substrate 10 when viewed in plan from a direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate 10, and the surface of the metal base plate 12 surrounding the ceramic substrate 10 is formed so as to surround the ceramic substrate 10. A concave portion 16 is formed (corresponding to the substrate support portion 202b), and a peripheral portion 22 of the metal base plate 12 is formed around the concave portion 16. As shown in FIG.
Further, when the metal base plate 12 and the metal circuit board 14 are joined to the ceramic substrate 10, the peripheral edge portion 22 (peripheral region) of the metal base plate 12 is formed by the through hole forming portion 202d (corresponding to the through hole forming portion 202d). ) through holes 18 are formed.

上記金属－セラミックス接合基板１００の製造においては、鋳型構造が簡単であり、セラミックス基板１０を基板支持部に配置して金属の溶湯を給湯すればよいので、従来技術と比べて生産性、製造コストに優れた金属－セラミックス接合基板の製造方法を提供することができる。 In manufacturing the metal-ceramic bonded substrate 100, the mold structure is simple, and the ceramic substrate 10 is placed on the substrate supporting portion and the molten metal is supplied. It is possible to provide a method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate excellent in

このようにして作製した金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０の他方の面に接合された金属ベース板１２の領域と、前記他方の面に接合された金属ベース板１２の領域よりも厚さが大きい金属ベース板１２の周縁部２２の領域を有しており、熱応力による金属－セラミックス接合基板１００の反りを抑制することができる。
また、金属ベース板１２の周縁部２２が厚く十分な強度を有するので、他の部材との締結部として変形を抑制して使用することができる。 The metal-ceramic bonded substrate 100 manufactured in this manner has a region of the metal base plate 12 bonded to the other surface of the ceramic substrate 10 and a region of the metal base plate 12 bonded to the other surface. The metal base plate 12 has a region of the peripheral edge portion 22 with a large thickness, and warping of the metal-ceramic bonding substrate 100 due to thermal stress can be suppressed.
In addition, since the peripheral edge portion 22 of the metal base plate 12 is thick and has sufficient strength, it can be used as a fastening portion with other members while suppressing deformation.

また、セラミックス基板１０の一方の面の周縁部に金属ベース板１２が形成されていないため、セラミックス基板１０および金属－セラミックス接合基板１００の（長さ方向および幅方向の）小型化することが可能である。 In addition, since the metal base plate 12 is not formed on the peripheral portion of one surface of the ceramic substrate 10, the ceramic substrate 10 and the metal-ceramic bonding substrate 100 can be miniaturized (in the length direction and the width direction). is.

さらに、セラミックス基板１０の他方の面に接合している領域の金属ベース板１２の厚さを金属回路板１４の厚さ以下とすることが好ましく、金属－セラミックス接合基板１００反りを良好に抑制することができる。 Furthermore, it is preferable that the thickness of the metal base plate 12 in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate 10 is equal to or less than the thickness of the metal circuit plate 14, so that warping of the metal-ceramic bonding substrate 100 can be suppressed satisfactorily. be able to.

また、金属ベース板１２の周縁部２２（外周部の領域）の高さをセラミックス基板１０の一方の表面（金属回路板１４が接合している面）の高さ以上、金属回路板１４の表面の高さ以下とすることが好ましい。
さらには金属ベース板１２の周縁部の高さを金属回路板１４の高さと略同一とすることが好ましく、金属－セラミックス接合基板１００の金属回路板１４にチップ部品などを半田付けしたり金属ベース板１２にケースを取り付ける際に、使用する治具を簡略化したり高さの設定が容易になる等により、パワーモジュールを組み立てる際の製造に有利となる。
また、金属ベース板１２の周縁部の高さが金属回路板１４の高さと略同一の場合は、前述の鋳型から金属－セラミックス接合体を取り出した後に、金属ベース板１２と金属回路板の表面の研磨が同時にできるので生産性に優れるメリットがある。 In addition, the height of the peripheral edge portion 22 (region of the outer peripheral portion) of the metal base plate 12 is equal to or higher than the height of one surface of the ceramics substrate 10 (the surface to which the metal circuit plate 14 is bonded), and the surface of the metal circuit plate 14 is preferably equal to or less than the height of
Furthermore, it is preferable that the height of the peripheral portion of the metal base plate 12 is substantially the same as the height of the metal circuit board 14, so that chip components and the like are soldered to the metal circuit board 14 of the metal-ceramic bonding board 100, or the metal base plate 12 is mounted on the metal circuit board 14. When the case is attached to the plate 12, the jig used can be simplified and the height can be easily set, which is advantageous for manufacturing when assembling the power module.
Further, when the height of the peripheral portion of the metal base plate 12 is substantially the same as the height of the metal circuit board 14, the surfaces of the metal base plate 12 and the metal circuit board are removed after the metal-ceramic bonded body is removed from the mold. can be polished at the same time, so there is an advantage of excellent productivity.

金属ベース板１２および金属回路板１４は、前述の通り、金属の溶湯をセラミックス基板１０に接触させ、冷却して凝固させて接合する溶湯接合法により直接接合していることが好ましく、ろう接などの接合法と比べヒートサイクル特性などの信頼性に優れる。溶湯接合法による接合は、金属の溶湯をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましく、電気伝導性、放熱性、信頼性に優れた金属－セラミックス接合基板とすることができる。
溶湯接合法によりアルミニウムまたはアルミニウム合金とセラミックス基板とを直接接合するには、前記鋳型を加熱炉に挿入し、窒素ガスなどの非酸化性ガス雰囲気中で加熱しておき、（図示しない）溶解炉で溶融させたアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を鋳型に注湯する際、注湯される金属溶湯は溶湯表面の酸化皮膜が除去された状態のものであることが望ましい。ここで、酸化皮膜の除去処理としては、例えば、金属溶湯を極小ノズルを通過させることにより、溶湯表面の酸化皮膜を除去しながら注湯する手法が有効である。 As described above, the metal base plate 12 and the metal circuit board 14 are preferably directly joined by a molten metal joining method in which molten metal is brought into contact with the ceramics substrate 10, cooled and solidified, and joined by brazing or the like. Compared to the bonding method of , it is superior in reliability such as heat cycle characteristics. In the bonding by the molten metal bonding method, the molten metal is preferably aluminum or an aluminum alloy, and a metal-ceramic bonding substrate having excellent electrical conductivity, heat dissipation, and reliability can be obtained.
In order to directly bond aluminum or an aluminum alloy and a ceramic substrate by a molten metal bonding method, the mold is inserted into a heating furnace, heated in a non-oxidizing gas atmosphere such as nitrogen gas, and then placed in a melting furnace (not shown). When pouring the molten aluminum or aluminum alloy into the mold, it is desirable that the molten metal to be poured is in a state where the oxide film on the surface of the molten metal has been removed. Here, as the treatment for removing the oxide film, for example, a method of pouring the molten metal while removing the oxide film on the surface of the molten metal by passing the molten metal through a very small nozzle is effective.

回路パターン用の金属回路板１４は半導体素子などのチップ部品が搭載されるため、電気伝導性、熱伝導性に優れた金属が好ましく、アルミニウムの場合は９９．７質量％以上、さらに好ましくは９９．９質量％以上のアルミニウムを含むアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。 Since chip parts such as semiconductor elements are mounted on the metal circuit board 14 for the circuit pattern, a metal with excellent electrical conductivity and thermal conductivity is preferable. Aluminum or an aluminum alloy containing 9% by mass or more of aluminum is preferred.

金属ベース板１２は熱伝導性とともに構成部材としてある程度の硬さを有することが望ましいので、金属回路板１４より硬さが大きいことが好ましい。例えばＡｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｆｅ系、Ａｌ－Ｎｉ系、Ａｌ－Ｔｉ系等のアルミニウム合金であることが好ましい。 It is desirable that the metal base plate 12 has a certain degree of hardness as a structural member as well as thermal conductivity. For example, aluminum alloys such as Al--Si, Al--Mg, Al--Fe, Al--Ni and Al--Ti are preferred.

金属ベース板形成部２０２ａ、２０４ａと金属回路板形成部２０２ｃへの溶湯供給は、鋳型の注湯口や溶湯通路を別々に設けることにより、例えば金属回路板を（純）アルミニウムとし、金属ベース板をアルミニウム合金とするなど、目的に応じて組成や特性を設定することができる。 The molten metal is supplied to the metal base plate forming portions 202a and 204a and the metal circuit plate forming portion 202c by separately providing pouring ports and molten metal passages in the mold, for example, using (pure) aluminum for the metal circuit plate and the metal base plate. The composition and characteristics can be set according to the purpose, such as an aluminum alloy.

また、セラミックス基板１０の基板支持部２０２ｂにセラミックス基板１０を配置する際、セラミックス基板１０の側面と基板支持部２０２ｂとの間には所定の隙間を設け、セラミックス基板１０を容易にセラミックス基板収容部２０２ｅに配置できるようにするとともに、金属－セラミックス接合基板１００の金属ベース板１２の表面のセラミックス基板１０の位置が所定の範囲に収まるように設計するのが好ましい。この隙間は例えば０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１～０．３ｍｍとしてもよい。
金属の溶湯が鋳型２００に給湯されたときには、この隙間に溶湯が入り込むため、セラミックス基板１０の側面に、金属ベース板１２と一体のセラミックス基板側面接合部２０が接合（形成）されるのが好ましい。このときはセラミックス基板側面接合部２０に隣接して凹部１６が形成される。
なお、隙間を小さくすると（隙間が実質的になくなり）溶湯が入り込まず、セラミックス基板側面接合部２０が形成されない場合もある。
その場合は、セラミックス基板１０と金属ベース板１２の接合部端部（セラミックス基板１０の角部）に熱履歴などが付加されたときに応力が集中してクラックが発生する恐れがある。よって、金属ベース板１２と一体となったセラミックス基板側面接合部２０を備えることが好ましい。 Further, when the ceramic substrate 10 is arranged on the substrate supporting portion 202b of the ceramic substrate 10, a predetermined gap is provided between the side surface of the ceramic substrate 10 and the substrate supporting portion 202b so that the ceramic substrate 10 can be easily moved into the ceramic substrate accommodating portion. 202e and the position of the ceramic substrate 10 on the surface of the metal base plate 12 of the metal-ceramic bonding substrate 100 is preferably designed to fall within a predetermined range. This gap is, for example, preferably 0.5 mm or less, and may be 0.1 to 0.3 mm.
When the molten metal is supplied to the mold 200, the molten metal enters the gap, so it is preferable to bond (form) the ceramic substrate side joint portion 20 integrally with the metal base plate 12 to the side surface of the ceramic substrate 10. . At this time, the concave portion 16 is formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion 20 .
Note that if the gap is made small (the gap is substantially eliminated), the molten metal may not enter, and the ceramic substrate side joint portion 20 may not be formed.
In this case, when thermal history or the like is applied to the joint end portion (corner portion of the ceramic substrate 10) of the ceramic substrate 10 and the metal base plate 12, stress may concentrate and cracks may occur. Therefore, it is preferable to provide the ceramic substrate side joint portion 20 integrated with the metal base plate 12 .

また、凹部１６は、図５に示すように（その断面において）底部より開口部が大きくなるように形成されていることが好ましく、鋳型２００から金属－セラミックス接合基板１００を取り出すときの離型性を向上させることができる。 In addition, as shown in FIG. 5, the recess 16 is preferably formed so that the opening (in the cross section thereof) is larger than the bottom. can be improved.

［第２の実施の形態］
また、本発明の第２の実施の形態は、図６に示すように金属ベース板１２の内部に（セラミックス基板１０と略平行に配置された板状の）強化部材２４が配置された以外は第１の実施の形態と同様の金属－セラミックス接合基板１００である。
強化部材２４は、金属ベース板１２より強度が大きく、例えば材質としてセラミックス基板や金属板からなることが好ましい。金属板の場合は引張強度が１５０ＭＰａ以上、セラミックス基板の場合は３点曲げ強度が３００ＭＰａ以上の材料であることが好ましい。例えば金属板の場合は炭素鋼など、セラミックス基板の場合は窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナを主成分とするものが好ましい。 [Second embodiment]
Further, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. It is a metal-ceramic bonding substrate 100 similar to that of the first embodiment.
The reinforcing member 24 is stronger than the metal base plate 12, and is preferably made of, for example, a ceramic substrate or a metal plate. It is preferable that the metal plate has a tensile strength of 150 MPa or more, and the ceramic substrate has a three-point bending strength of 300 MPa or more. For example, in the case of a metal plate, carbon steel or the like is preferred, and in the case of a ceramics substrate, aluminum nitride, silicon nitride, or alumina is preferred as the main component.

このように金属ベース板１２の内部に溶湯接合法で強化部材２４を配置するために、例えば上側鋳型部材２０４および下側鋳型部材２０２（またはいずれか一方の鋳型部材）に板状の強化部材２４を挟持するための溝を設けておき強化部材２４を溝部に配置して鋳型内に挟持した状態で、金属の溶湯を給湯する以外は第１の実施の形態と同様の製造方法で、金属ベース板１２の内部に強化部材２２が配置された金属－セラミックス接合基板１００を製造することができる。 In order to dispose the reinforcing member 24 inside the metal base plate 12 by the molten metal joining method, for example, the plate-like reinforcing member 24 is attached to the upper mold member 204 and the lower mold member 202 (or one of the mold members). A metal base is manufactured by the same manufacturing method as in the first embodiment except that molten metal is supplied while a reinforcing member 24 is provided in the groove and sandwiched in the mold. A metal-ceramic bonded substrate 100 can be manufactured with a reinforcing member 22 disposed inside the plate 12 .

［第３の実施の形態］
図７Ａ～図７Ｆは本発明による金属－セラミックス接合基板の第３の実施の形態を示し、図８Ａ～図８Ｄ、図３Ａ、図３Ｂおよび図９Ａ～図９Ｃはその金属－セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型部材および鋳型を示している。 [Third Embodiment]
7A to 7F show a third embodiment of the metal-ceramic bonding substrate according to the present invention, and FIGS. 8A to 8D, 3A, 3B and 9A to 9C show the manufacturing of the metal-ceramic bonding substrate. 1 shows the mold member and the mold used to

第１の実施の形態の金属－セラミックス接合基板１００との違いは、セラミックス基板１０の周囲の金属ベース板１２の表面に形成されている凹部１６が、セラミックス基板１０の全周または全周近傍には形成されておらず、図７Ａ～図７Ｆに示すように矩形のセラミックス基板の４つの辺の中央部の４か所に凹部１６が分かれて形成されており、４か所のコーナ（角部）およびその周辺には凹部が形成されていない点である。それに伴い下型鋳型部材の形状も異なる。 The difference from the metal-ceramic bonding substrate 100 of the first embodiment is that the concave portion 16 formed on the surface of the metal base plate 12 around the ceramic substrate 10 is formed on or near the entire circumference of the ceramic substrate 10. are not formed, and as shown in FIGS. 7A to 7F, concave portions 16 are formed at four locations in the center of four sides of a rectangular ceramic substrate, and four corners (corners) are formed. ) and its periphery are not formed with recesses. Accordingly, the shape of the lower mold member is also different.

凹部１６を形成する箇所および大きさを変更することにより、反りの量を適当に制御することが可能となり、また、凹部１６を少なくすることにより金属ベース板１２の強度を高くすることができ好ましい。
そのため、セラミックス基板の各辺の長さに対して凹部１６の（セラミックス基板の外周方向の）長さを９０％以下とすることが好ましく、２０～８０％とすることがより好ましく、コーナー部には凹部１６を形成しないことが好ましい。その場合、コーナー部の金属ベース板１２は、金属ベース板１２を断面観察したときに、セラミックス基板１０の側面の全面に接合され、セラミックス基板１０の一方の面に垂直な形状を示し、周縁部２２と同じ高さであるのが好ましい（図７Ｄ、図７Ｆ参照）。 By changing the locations and sizes of the recesses 16, it is possible to appropriately control the amount of warping. .
Therefore, the length of the concave portion 16 (in the outer peripheral direction of the ceramic substrate) is preferably 90% or less, more preferably 20 to 80%, of the length of each side of the ceramic substrate. preferably does not form the recess 16 . In that case, the metal base plate 12 at the corner portion is bonded to the entire side surface of the ceramic substrate 10 when the metal base plate 12 is observed in cross section, and exhibits a shape perpendicular to one surface of the ceramic substrate 10, and the peripheral edge portion 22 (see FIGS. 7D, 7F).

また、上述の第１～第３の実施の形態における金属回路板１４、金属ベース板１２の形状やサイズ等の変更は、鋳型（内部）の形状を金属－セラミックス接合基板の形状に適合させることで作製することができる。 Further, the shape and size of the metal circuit board 14 and the metal base plate 12 in the first to third embodiments described above are changed by adapting the shape of the mold (inside) to the shape of the metal-ceramic bonding substrate. can be made with

以上、本発明の実施の形態の例を説明したが、これに限らず本発明の主旨に沿うものは本発明に含まれる。例えば、金属ベース板１２の裏面（セラミックス基板１０が接合していない面）に、放熱用のピンやフィンが当該金属ベース板と一体に形成されていてもよい。金属ベース板１２と一体に形成された放熱用のピンやフィンは、内部に当該ピンやフィンの形状と略同一の空間を設けた鋳型を準備した後、鋳型にアルミニウム合金を注湯することにより作製することができる。 Although the examples of the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and the present invention includes the gist of the present invention. For example, on the rear surface of the metal base plate 12 (the surface to which the ceramic substrate 10 is not bonded), heat radiation pins or fins may be formed integrally with the metal base plate. The pins and fins for heat radiation integrally formed with the metal base plate 12 are prepared by preparing a mold having a space inside which has substantially the same shape as the pins and fins, and then pouring an aluminum alloy into the mold. can be made.

以下、本発明による金属－セラミックス接合基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
（実施例１）
セラミックス基板として、長さ７０ｍｍ×幅７２ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの矩形の窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）からなるセラミックス基板を用意した。
次いで、図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材と同様の下側鋳型部材の基板支持部上のセラミックス基板収容部に前記セラミックス基板を配置した後、図３Ａ、図３Ｂに示される上側鋳型部材を下側鋳型部材に被せ、図４Ａ～図４Ｃに示される鋳型を構成した。
鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、純アルミニウム（９９．９質量％以上のＡｌを含有）の溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら図示しない注湯口、溶湯通路から鋳型内に注湯（給湯）し、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させる溶湯接合法により、金属－セラミックス接合体を得た。
次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出した後、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの部分を切断し、金属回路板および金属ベース板の表面を研磨して金属－セラミックス接合基板を作製した。 Examples of the metal-ceramic bonding substrate and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail below.
(Example 1)
As a ceramic substrate, a rectangular aluminum nitride substrate (AlN substrate) of length 70 mm×width 72 mm×thickness 0.635 mm was prepared.
Next, after placing the ceramic substrate in the ceramic substrate accommodating portion on the substrate supporting portion of the lower mold member similar to the lower mold member shown in FIGS. 2A to 2D, the upper mold member shown in FIGS. 3A and 3B was placed over the lower mold member to construct the mold shown in FIGS. 4A-4C.
The inside of the mold is heated in a nitrogen atmosphere, and the molten metal of pure aluminum (containing 99.9% by mass or more of Al) is poured into the mold through a pouring port and a molten metal passage (not shown) while removing the oxide film on the surface. (supply of hot water), and thereafter, a metal-ceramic joined body was obtained by a molten metal joining method in which the mold was cooled to solidify the molten metal.
Next, after removing the metal-ceramic bonded body from the mold, the aluminum portion formed corresponding to the pouring port and the molten metal passage (runner) is cut, and the surfaces of the metal circuit board and the metal base plate are polished. A metal-ceramic bonding substrate was produced by

この金属－セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面に厚さが１．２ｍｍの（４つの）金属回路板が直接接合され、セラミックス基板の一方の面において金属回路板の接合領域を除く領域は、セラミックス基板の表面が露出している（アルミニウムが接合していない）状態であり、セラミックス基板の一方の面（主面）に垂直な方向から平面視したときに、セラミックス基板より大きい長さ９８ｍｍ×幅８３ｍｍの金属ベース板が、セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合されている。なお、セラミックス基板は金属ベース板の中央部に形成されている。
また、金属ベース板の周縁部（外周部）の厚さは３．０３５ｍｍであり、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の金属ベース板の接合部）における金属ベース板の厚さは１．２ｍｍであり、セラミックス基板の周囲（外周部）の金属ベース板の表面には、底部より開口部が大きい形状の、セラミックス基板の一方の表面より深さ０．３ｍｍであり、幅２ｍｍの凹部（溝部）がセラミックス基板の周囲（全周）にわたって形成されている。また、前記金属ベース板の表面の周縁部の高さは、前記金属回路板の高さと同一であり、金属ベース板の裏面（セラミックス基板が接合していない面）は平面である。
なお、セラミックス基板の側面には、金属ベース板と一体のセラミックス幅が０．２ｍｍの基板側面接合部が直接接合され、セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部が金属ベース板の表面の周縁部との間に形成されている。また、金属ベース板の外周領域には直径５ｍｍの貫通孔がベース板の表面に対して略垂直に形成されている。 In this metal-ceramic bonding substrate, (four) metal circuit plates having a thickness of 1.2 mm are directly bonded to one surface of the ceramic substrate, and the area on one surface of the ceramic substrate excluding the bonding area of the metal circuit plate is a state in which the surface of the ceramic substrate is exposed (aluminum is not bonded), and is longer than the ceramic substrate when viewed from the direction perpendicular to one surface (principal surface) of the ceramic substrate. A metal base plate of 98 mm×83 mm in width is directly bonded to the entire surface of the other side of the ceramic substrate. Note that the ceramic substrate is formed in the central portion of the metal base plate.
In addition, the thickness of the peripheral portion (peripheral portion) of the metal base plate is 3.035 mm, and the thickness of the metal base plate in the area of the other surface of the ceramic substrate (joint portion of the metal base plate on the back surface of the ceramic substrate) is 1.2 mm, and the surface of the metal base plate around the ceramic substrate (periphery) has a shape with an opening larger than the bottom, and has a depth of 0.3 mm and a width of 2 mm from one surface of the ceramic substrate. A concave portion (groove portion) is formed around the ceramic substrate (entire circumference). The height of the peripheral portion of the front surface of the metal base plate is the same as the height of the metal circuit board, and the rear surface of the metal base plate (the surface to which the ceramic substrate is not bonded) is flat.
In addition, a board side joint part with a ceramic width of 0.2 mm, which is integrated with the metal base plate, is directly joined to the side face of the ceramic substrate, and the recess is adjacent to the ceramic board side joint part and is formed on the peripheral edge of the surface of the metal base plate. It is formed between the A through-hole having a diameter of 5 mm is formed in the outer peripheral region of the metal base plate substantially perpendicularly to the surface of the base plate.

（実施例２）
金属回路板の厚さを１．３５ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周部）の厚さを３ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．０１５ｍｍとし、凹部（溝部）の深さを０．６３５ｍｍ（セラミックス基板の厚さと同じ）とした以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 2)
A metal circuit board having a thickness of 1.35 mm, a metal base plate having a peripheral portion (peripheral portion) having a thickness of 3 mm, and directly bonded to the area of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate). A metal-ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the base plate was 1.015 mm and the depth of the recess (groove) was 0.635 mm (same as the thickness of the ceramic substrate). .
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例３）
凹部（溝部）の深さを０．８ｍｍとした以外は実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 3)
A metal-ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 2, except that the depth of the recess (groove) was 0.8 mm.
The size change of the metal base plate was realized by changing the size inside the mold.

（実施例４）
金属回路板の厚さを１．５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを０．８６５ｍｍとし、凹部（溝部）の深さを０．６３５ｍｍ（セラミックス基板の厚さと同じ）とした以外は実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 4)
The thickness of the metal circuit board is set to 1.5 mm, the thickness of the metal base plate directly bonded to the area of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate) is set to 0.865 mm, and the depth of the recess (groove) is set to A metal-ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 2 except that the thickness was 0.635 mm (the same as the thickness of the ceramic substrate).
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例５）
金属回路板の厚さを１．０６５ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを２．５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを０．８ｍｍとした以外は実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 5)
The thickness of the metal circuit board is set to 1.065 mm, the thickness of the peripheral portion (outer peripheral area) of the metal base plate is set to 2.5 mm, and the area of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate) is directly bonded. A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the metal base plate was 0.8 mm.
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例６）
金属回路板の厚さを１．１８ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを２．５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを０．６８５ｍｍとした以外は実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 6)
The thickness of the metal circuit board is set to 1.18 mm, the thickness of the peripheral portion (outer peripheral area) of the metal base plate is set to 2.5 mm, and the area of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate) is directly bonded. A metal-ceramic bonding substrate was produced in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the metal base plate was 0.685 mm.
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例７）
セラミックス基板の厚さを０．８ｍｍとし、金属回路板の厚さを１．２５５ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを３．０ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを０．９４５ｍｍとした以外は実施例２と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 7)
The thickness of the ceramic substrate is set to 0.8 mm, the thickness of the metal circuit board is set to 1.255 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral area) of the metal base plate is set to 3.0 mm, and the area of the other surface of the ceramic substrate A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the metal base plate directly bonded to (the back surface portion of the ceramic substrate) was 0.945 mm.
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例８）
セラミックス基板の厚さを１．０ｍｍとし、金属回路板の厚さを１．７１ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを４．０ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．２９ｍｍとし、凹部（溝部）の深さを１．０ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 8)
The thickness of the ceramic substrate is 1.0 mm, the thickness of the metal circuit board is 1.71 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral region) of the metal base plate is 4.0 mm, and the area of the other surface of the ceramic substrate. The metal-ceramic substrate was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the metal base plate directly bonded to (the back surface portion of the ceramic substrate) was 1.29 mm, and the depth of the recess (groove) was 1.0 mm. A bonded substrate was produced.
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（実施例９）
絶縁基板としてのセラミックス基板１０として、長さ７０ｍｍ×幅７２ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの略矩形の窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）からなるセラミックス基板と、強化部材としてのセラミックス基板として、長さ７０ｍｍ×幅８５ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの略矩形の窒化アルミニウム基板（ＡｌＮ基板）からなるセラミックス基板とを用意した。
次いで、強化部材の幅方向の両端部を支持する溝部が形成されている以外は図２Ａ～図２Ｄに示す下側鋳型部材と同様の下側鋳型部材を準備した。そこで、基板支持部上のセラミックス基板収容部に絶縁基板としてのセラミックス基板を配置し、強化部材を支持するための溝部に強化部材としてのセラミックス基板を配置した後、図３Ａ、図３Ｂに示される上側鋳型部材と同様の上側鋳型部材を下側鋳型部材に被せ鋳型を構成した。
次いで鋳型内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、純アルミニウム（９９．９質量％以上のＡｌを含有）の溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら図示しない注湯口、溶湯通路から鋳型内に注湯（給湯）し、絶縁基板としてのセラミックス基板および強化部材としてのセラミックス基板の表面に前記溶湯を接触させ、その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させる溶湯接合法により、金属－セラミックス接合体を得た。
次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出した後、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの部分を切断し、金属回路板および金属ベース板の表面を研磨して（図６と同様の）金属－セラミックス接合基板を作製した。 (Example 9)
As a ceramic substrate 10 as an insulating substrate, a ceramic substrate made of a substantially rectangular aluminum nitride substrate (AlN substrate) having a length of 70 mm, a width of 72 mm, and a thickness of 0.635 mm, and a ceramic substrate as a reinforcing member, a length of 70 mm x A ceramic substrate made of an aluminum nitride substrate (AlN substrate) having a substantially rectangular shape with a width of 85 mm and a thickness of 0.635 mm was prepared.
Next, a lower mold member similar to the lower mold member shown in FIGS. 2A-2D was prepared, except that grooves were formed to support both ends of the reinforcing member in the width direction. Therefore, after placing a ceramic substrate as an insulating substrate in the ceramic substrate accommodating portion on the substrate supporting portion and placing the ceramic substrate as a reinforcing member in the groove portion for supporting the reinforcing member, the ceramic substrate is shown in FIGS. 3A and 3B. An upper mold member similar to the upper mold member was placed over the lower mold member to form a mold.
Next, the inside of the mold is heated in a nitrogen atmosphere, and molten pure aluminum (containing 99.9% by mass or more of Al) is poured into the mold through a pouring port and a molten metal passage (not shown) while removing the oxide film on the surface. A metal-ceramic bonded body is formed by a molten metal bonding method in which hot water (hot water supply) is supplied, the molten metal is brought into contact with the surfaces of the ceramic substrate as an insulating substrate and the ceramic substrate as a reinforcing member, and then the mold is cooled to solidify the molten metal. Obtained.
Next, after removing the metal-ceramic bonded body from the mold, the aluminum portion formed corresponding to the pouring port and the molten metal passage (runner) is cut, and the surfaces of the metal circuit board and the metal base plate are polished. A metal-ceramic bonded substrate (similar to FIG. 6) was prepared by

この金属－セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面に厚さが１．０ｍｍの（４つの）金属回路板が直接接合され、セラミックス基板の一方の面において金属回路板の接合領域を除く領域は、セラミックス基板の表面が露出しており、セラミックス基板の主面に垂直な方向から平面視したときに、セラミックス基板の他方の面の略全面に１００ｍｍ×８５ｍｍのセラミックス基板より大きい金属ベース板が直接接合されている。
また、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さは４．０ｍｍであり、絶縁基板としてのセラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の金属ベース板の接合部）の強化部材を内部に有する金属ベース板の全体の厚さは２．３６５ｍｍであり、金属ベース板の裏面（金属回路板の反対側の面）の表面から厚さ方向で１ｍｍ離間したベース板の内部に前記強化部材としてのセラミックス基板の（金属ベース板側の）主面が金属ベース板の裏面に略平行（且つ絶縁基板としてのセラミックス基板とも略平行）に接合されている。
また、セラミックス基板の周囲の金属ベース板の表面には、底部より開口部が大きい形状の凹部（セラミックス基板の一方の表面より深さ０．６３５ｍｍであり、幅２ｍｍの溝部）がセラミックス基板の周囲（全周）にわたって形成されている。また、前記金属ベース板の周縁部（外周領域）の高さは、前記金属回路板の高さと同一である。
なお、セラミックス基板の側面には、金属ベース板と一体のセラミックス基板側面接合部が直接接合され、セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部が金属ベース板の外周領域との間に形成されている。また、金属ベース板の外周領域には直径５ｍｍの貫通孔がベース板の表面に対して略垂直に形成されている。
上記金属回路板および金属ベース板の形状や寸法変更、強化部材を支持する溝部については、図６と同様の金属－セラミックス接合基板を作製できるように、鋳型の形状や寸法を変更することで実現した。 In this metal-ceramic bonding substrate, (four) metal circuit boards having a thickness of 1.0 mm are directly bonded to one surface of the ceramic substrate, and the one surface of the ceramic substrate has an area excluding the bonding area of the metal circuit board. , the surface of the ceramic substrate is exposed, and a metal base plate larger than the ceramic substrate measuring 100 mm x 85 mm is provided on substantially the entire surface of the other surface of the ceramic substrate when viewed from above in a direction perpendicular to the main surface of the ceramic substrate. directly joined.
In addition, the thickness of the peripheral edge portion (peripheral region) of the metal base plate is 4.0 mm, and the reinforcing member for the region on the other side of the ceramic substrate as the insulating substrate (joint portion of the metal base plate on the back surface of the ceramic substrate). The total thickness of the metal base plate having the inside is 2.365 mm, and the above-mentioned The main surface (on the side of the metal base plate) of the ceramic substrate as the reinforcing member is joined substantially parallel to the rear surface of the metal base plate (and substantially parallel to the ceramic substrate as the insulating substrate).
In addition, on the surface of the metal base plate around the ceramic substrate, a recess (a groove with a depth of 0.635 mm and a width of 2 mm from one surface of the ceramic substrate) having a shape larger than the bottom is formed around the ceramic substrate. It is formed over (perimeter). Moreover, the height of the peripheral portion (peripheral region) of the metal base plate is the same as the height of the metal circuit board.
A ceramic substrate side joint portion integral with the metal base plate is directly joined to the side surface of the ceramic substrate, and the recess is formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion and between the outer peripheral region of the metal base plate. there is A through-hole having a diameter of 5 mm is formed in the outer peripheral region of the metal base plate substantially perpendicularly to the surface of the base plate.
Changes in the shape and dimensions of the metal circuit board and metal base plate, and the grooves that support the reinforcing members are realized by changing the shape and dimensions of the mold so that a metal-ceramic bonded substrate similar to that shown in FIG. 6 can be produced. did.

（実施例１０）
図８Ａ～図８Ｄと同様の下側鋳型部材を使用し、セラミックス基板の厚さを０．８ｍｍとし、金属回路板の厚さを１．４５ｍｍとし、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを３．０ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを０．７５ｍｍとし、凹部（溝部）の深さを０．８ｍｍ、幅を２ｍｍとしてセラミックス各辺の中央部（計４か所）に長さ４０ｍｍの溝部を形成した以外は実施例１と同様の方法で図７Ａ～図７Ｆに示す金属－セラミックス接合基板を作製した。
上記金属回路板および金属ベース板の寸法変更は、鋳型の内部の寸法を変更することで実現した。 (Example 10)
Using the same lower mold member as in FIGS. 8A to 8D, the thickness of the ceramic substrate is 0.8 mm, the thickness of the metal circuit board is 1.45 mm, and the peripheral edge (peripheral region) of the metal base plate is The thickness of the metal base plate is 3.0 mm, the thickness of the metal base plate directly bonded to the other surface area of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate) is 0.75 mm, and the depth of the concave portion (groove) is 0.75 mm. A metal-ceramic bonded substrate shown in FIGS. 7A to 7F was fabricated in the same manner as in Example 1, except that grooves of 8 mm in width and 2 mm in width and 40 mm in length were formed in the center of each side of the ceramics (four locations in total). made.
The dimensions of the metal circuit board and the metal base plate were changed by changing the dimensions inside the mold.

（比較例１）
鋳型内に長さ７０ｍｍ×幅７２ｍｍ×厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムのセラミックス基板を配置し、このセラミックス基板の両面の所定の部分に接触するように純アルミニウム（９９．９質量％以上のＡｌを含有）の溶湯を注湯した後に溶湯を冷却して固化させることにより、アルミニウムからなる金属ベース板をセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の略全面に形成してセラミックス基板に直接接合させるとともに、アルミニウムからなる（４つの）金属回路板を金属ベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に形成してセラミックス基板に直接接合させることにより、セラミックス基板と、このセラミックス基板の一方の面の周縁部と側面および他方の面の略全面に直接接合したアルミニウムからなる金属ベース板と、この金属ベース板から離間してセラミックス基板の一方の面に直接接合したアルミニウムからなる金属回路板とを備えた金属－セラミックス接合体を得た。
次いで、鋳型から前記金属－セラミックス接合体を取り出した後、注湯口や溶湯通路（湯道）に対応して形成されたアルミニウムの部分を切断し、金属回路板および金属ベース板の表面を研磨して（図１０と同様の）金属－セラミックス接合基板を作製した。
セラミックス基板の厚さは０．６３５ｍｍであり、金属回路板の厚さを１．２ｍｍ、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さは３．０３５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．２ｍとした。また、セラミックス基板の一方の面の周縁部の全周には幅２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの金属ベース板が接合されている。寸法は、鋳型の内部の寸法を調整することで実現した。 (Comparative example 1)
A ceramic substrate of aluminum nitride having a length of 70 mm, a width of 72 mm, and a thickness of 0.635 mm is placed in a mold, and pure aluminum (99.9% by mass or more Al ) is poured and then cooled and solidified to form a metal base plate made of aluminum on the peripheral edge portion and the side surface of one surface of the ceramic substrate and substantially the entire surface of the other surface to form the ceramics In addition to directly bonding to the substrate, (four) metal circuit plates made of aluminum are formed on one surface of the ceramics substrate apart from the metal base plate and directly bonded to the ceramics substrate, whereby the ceramics substrate and the ceramics A metal base plate made of aluminum that is directly bonded to the peripheral edge and side surfaces of one surface of the substrate and substantially the entire surface of the other surface, and aluminum that is spaced apart from the metal base plate and directly bonded to one surface of the ceramic substrate. A metal-ceramic bonded body having a metal circuit board was obtained.
Next, after removing the metal-ceramic bonded body from the mold, the aluminum portion formed corresponding to the pouring port and the molten metal passage (runner) is cut, and the surfaces of the metal circuit board and the metal base plate are polished. A metal-ceramic bonding substrate (similar to FIG. 10) was produced by
The thickness of the ceramic substrate is 0.635 mm, the thickness of the metal circuit board is 1.2 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral area) of the metal base plate is 3.035 mm, and the area of the other surface of the ceramic substrate is The thickness of the metal base plate directly bonded to (the back surface portion of the ceramic substrate) was set to 1.2 m. A metal base plate having a width of 2 mm and a thickness of 1.2 mm is bonded to the entire periphery of one surface of the ceramic substrate. Dimensions were achieved by adjusting the internal dimensions of the mold.

（比較例２）
金属回路板の厚さを１．７ｍｍ、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さを４．０３５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．７ｍとした以外は比較例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。また、セラミックス基板の一方の面の周縁部の全周には幅２ｍｍ、厚さ１．７ｍｍの金属ベース板が接合されている。
寸法変更は、鋳型の内部の寸法を調整することで実現した。 (Comparative example 2)
The thickness of the metal circuit board was set to 1.7 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral region) of the metal base plate was set to 4.035 mm, and it was directly bonded to the region of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate). A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the metal base plate was 1.7 m. A metal base plate having a width of 2 mm and a thickness of 1.7 mm is bonded to the entire periphery of one surface of the ceramic substrate.
Dimensional changes were realized by adjusting the internal dimensions of the mold.

（比較例３）
金属回路板の厚さを１．７ｍｍ、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さは３．５３５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．２ｍとした以外は比較例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。また、セラミックス基板の一方の面の周縁部の全周には幅２ｍｍ、厚さ１．７ｍｍの金属ベース板が接合されている。
寸法は、鋳型の内部の寸法を調整することで実現した。 (Comparative Example 3)
The thickness of the metal circuit board was set to 1.7 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral region) of the metal base plate was set to 3.535 mm, and it was directly bonded to the region of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate). A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the metal base plate was 1.2 m. A metal base plate having a width of 2 mm and a thickness of 1.7 mm is bonded to the entire periphery of one surface of the ceramic substrate.
Dimensions were achieved by adjusting the internal dimensions of the mold.

（比較例４）
金属回路板の厚さを１．２ｍｍ、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さは３．５３５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．７ｍとした以外は比較例１と同様の方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。また、セラミックス基板の一方の面の周縁部の全周には幅２ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの金属ベース板が接合されている。
寸法は、鋳型の内部の寸法を調整することで実現した。 (Comparative Example 4)
The thickness of the metal circuit board was set to 1.2 mm, the thickness of the peripheral portion (peripheral region) of the metal base plate was set to 3.535 mm, and it was directly bonded to the region of the other surface of the ceramic substrate (the back surface portion of the ceramic substrate). A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the metal base plate was 1.7 m. A metal base plate having a width of 2 mm and a thickness of 1.2 mm is bonded to the entire periphery of one surface of the ceramic substrate.
Dimensions were achieved by adjusting the internal dimensions of the mold.

（比較例５）
金属回路板の厚さを１．２ｍｍ、金属ベース板の周縁部（外周領域）の厚さは３．０３５ｍｍとし、セラミックス基板の他方の面の領域（セラミックス基板の裏面の部分）に直接接合した金属ベース板の厚さを１．２ｍとし、鋳型内部の形状を変更して図１１に示す形状の金属－セラミックス接合基板とした以外は、比較例１と同様の製造方法で金属－セラミックス接合基板を作製した。 (Comparative Example 5)
The metal circuit board had a thickness of 1.2 mm, and the metal base plate had a peripheral portion (peripheral region) with a thickness of 3.035 mm. A metal-ceramic bonded substrate was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness of the metal base plate was set to 1.2 m, and the shape inside the mold was changed to obtain a metal-ceramic bonded substrate having the shape shown in FIG. was made.

＜評価および結果＞
実施例および比較例について、反り量、絶縁距離確保のためのセラミックス基板の大きさ、生産性、製造コストについて評価した。 <Evaluation and results>
The examples and comparative examples were evaluated with respect to the amount of warpage, the size of the ceramic substrate for securing the insulating distance, the productivity, and the manufacturing cost.

（反り）
金属－セラミックス接合基板の、セラミックス基板の中央部の回路パターン用の金属板の高さと、金属ベース板の表面の周縁部（設計上は回路パターン用の金属板と同じ高さ）の高さの差の最大値を製品の反り量とし、反り量が０．３ｍｍ以下のものを良品とした。また、３００℃に加熱後の反りを加熱前の反りと比べたときの反りの変化量が０．８ｍｍ以下のものを良品とし、０．４ｍｍ以下のものを優良品とし、０．８ｍｍを超えるものを不良品とした。 (warp)
The height of the metal plate for the circuit pattern in the center of the ceramic substrate of the metal-ceramic bonded substrate and the height of the peripheral edge of the surface of the metal base plate (designed to be the same height as the metal plate for the circuit pattern). The maximum value of the difference was taken as the warpage amount of the product, and the product with a warpage amount of 0.3 mm or less was regarded as a non-defective product. In addition, when the warp after heating to 300 ° C. is compared with the warp before heating, a product with a change of 0.8 mm or less is considered a good product, and a product with a change of 0.4 mm or less is considered a good product, and exceeds 0.8 mm. made the item defective.

（セラミックス基板の大きさ）
セラミックス基板の一方の表面の周縁部にベース板が接合しているものは、その分絶縁距離を確保するためにセラミックス基板を大きくする必要があるのでＮＧとした。 (Size of ceramic substrate)
In the case where the base plate was bonded to the peripheral edge of one surface of the ceramic substrate, the ceramic substrate had to be made larger in order to secure the insulating distance, so it was judged as NG.

（生産性・製造コスト）
金属－セラミックス接合基板を１０個製造したとき、のセラミックス基板が、金属ベース板表面の中央部の所定の位置に接合されているか否か、すなわちセラミックス基板の位置ずれの有無について評価した。位置ずれが１個以上認められたものを歩留まりが悪く生産性が悪く、製造コストも上昇するためＮＧと判断した。 (Productivity/manufacturing cost)
When 10 metal-ceramic bonded substrates were manufactured, it was evaluated whether or not the ceramic substrate was bonded at a predetermined position in the central portion of the surface of the metal base plate, that is, whether or not the ceramic substrate was misaligned. If one or more misalignments were observed, the yield was poor, the productivity was poor, and the manufacturing cost was increased, so it was judged as NG.

上記の評価・比較の結果、実施例１～１０は、反り量および反りの変化量が十分に抑制されおり優良品と判定された。また、セラミックス基板を絶縁距離確保するために大きくする必要がなく、生産性に優れ、製造コストを低減できることがわかった。 As a result of the above evaluation and comparison, Examples 1 to 10 were judged to be excellent products because the amount of warpage and the amount of change in warpage were sufficiently suppressed. In addition, it was found that there is no need to increase the size of the ceramics substrate in order to secure the insulation distance, so that the productivity is excellent and the manufacturing cost can be reduced.

比較例１～３は、反り量および反りの変化量は優良品の範囲であったが、セラミックス基板の位置ずれが発生し生産性、製造コストに劣った。また、セラミックス基板の一方の表面の周縁部にベース板が接合されており、絶縁距離確保するために実施例よりもセラミックス基板を大きくする必要が生じた。 In Comparative Examples 1 to 3, the amount of warpage and the amount of change in warpage were in the range of excellent products, but the ceramic substrate was misaligned, and the productivity and manufacturing cost were inferior. In addition, the base plate is bonded to the peripheral portion of one surface of the ceramic substrate, and it has become necessary to make the ceramic substrate larger than in the example in order to secure the insulation distance.

比較例４は、裏面の金属ベース板の厚さが回路側よりも厚く、反り量および反りの変化量が大きく不良品と判断された。また、セラミックス基板の位置ずれは発生せず生産性、製造コストに優れていたが、セラミックス基板の一方の表面の周縁部にベース板が接合されており、絶縁距離確保するために実施例よりもセラミックス基板を大きくする必要が生じた。 In Comparative Example 4, the thickness of the metal base plate on the back side was thicker than that on the circuit side, and the amount of warpage and the amount of change in warpage were large, and it was judged to be a defective product. In addition, the ceramic substrate was not misaligned, and the productivity and manufacturing cost were excellent. It became necessary to enlarge the ceramic substrate.

比較例５は、反り量および反りの変化量は優良品の範囲であったが、セラミックス基板の位置ずれは発生し、生産性、製造コストに劣った。絶縁距離確保するために実施例よりもセラミックス基板を大きくする必要はなく、実施例と同じであった。 In Comparative Example 5, the amount of warpage and the amount of change in warpage were in the range of excellent products, but the positional displacement of the ceramic substrate occurred, and the productivity and manufacturing cost were inferior. It was not necessary to make the ceramic substrate larger than that of the example in order to secure the insulation distance, and it was the same as the example.

１０ セラミックス基板
１４ 金属回路板
１２ 金属ベース板
１００ 金属－セラミックス接合基板
１６ 凹部
２０ セラミックス基板側面接合部
１８ 貫通孔
２００ 鋳型
２０２ 下側鋳型部材
２０４ 上側鋳型部材
２０２ａ 金属ベース板形成部
２０２ｂ 基板支持部
２０２ｃ 金属回路板形成部
２０２ｄ 貫通孔形成部
２０２ｅ セラミックス基板収容部
２０４ａ 金属ベース板形成部
２２ 周縁部
２４ 強化部材
10 Ceramic substrate 14 Metal circuit board 12 Metal base plate 100 Metal-ceramic bonding substrate 16 Recess 20 Ceramic substrate side bonding portion 18 Through hole 200 Mold 202 Lower mold member 204 Upper mold member 202a Metal base plate forming portion 202b Substrate support portion 202c Metal circuit board forming portion 202d Through hole forming portion 202e Ceramic substrate accommodating portion 204a Metal base plate forming portion 22 Peripheral edge portion 24 Reinforcing member

Claims (21)

セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合され、
前記セラミックス基板の他方の面の全面に金属ベース板が接合された金属－セラミックス接合基板であって、
前記セラミックス基板の一方の面において前記金属回路板の接合領域を除く領域は、前記セラミックス基板の表面が露出しており、
前記セラミックス基板の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、
前記金属ベース板は、
前記セラミックス基板よりも大きく、
前記金属ベース板が、
前記セラミックス基板の周囲の表面に形成された凹部と、
周縁部を有することを特徴とする、
金属－セラミックス接合基板。 A metal circuit board is bonded to one side of the ceramic substrate,
A metal-ceramic bonded substrate in which a metal base plate is bonded to the entire other surface of the ceramic substrate,
The surface of the ceramic substrate is exposed in a region on one surface of the ceramic substrate excluding the bonding region of the metal circuit board,
When viewed from above in a direction perpendicular to one surface of the ceramic substrate,
The metal base plate is
larger than the ceramic substrate,
The metal base plate is
a concave portion formed on the surface surrounding the ceramic substrate;
characterized by having a peripheral edge,
Metal-ceramic bonded substrate. 前記セラミックス基板の他方の面に接合している領域の前記金属ベース板の厚さが、前記金属回路板の厚さ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の金属－セラミックス接合基板。 2. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein the thickness of the metal base plate in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate is equal to or less than the thickness of the metal circuit plate. . 前記金属ベース板の周縁部の高さが前記セラミックス基板の一方の面の高さ以上、前記金属回路板の表面の高さ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属－セラミックス接合基板。 3. The metal according to claim 1, wherein the height of the peripheral portion of the metal base plate is equal to or higher than the height of one surface of the ceramic substrate and equal to or lower than the height of the surface of the metal circuit board. - Ceramic bonded substrates. 前記金属ベース板の周縁部に貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 4. The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein through-holes are formed in the periphery of said metal base plate. 前記金属ベース板および前記金属回路板が前記セラミックス基板に直接接合していることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 5. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein said metal base plate and said metal circuit board are directly bonded to said ceramic substrate. 前記金属ベース板および前記金属回路板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 6. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein said metal base plate and said metal circuit plate are made of aluminum or an aluminum alloy. 前記金属ベース板は、さらに前記セラミックス基板の側面に接合されたセラミックス基板側面接合部を備え、
前記セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 The metal base plate further comprises a ceramic substrate side joint portion joined to the side surface of the ceramic substrate,
7. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein said recess is formed adjacent to said ceramic substrate side bonding portion. 前記凹部は、底部より開口部が大きくなるように形成されていることを特徴とする、請求項１～７のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 The metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 1 to 7, wherein the recess is formed so that the opening is larger than the bottom. 前記金属ベース板の内部に強化部材が配置されていることを特徴とする、請求項１～８のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 9. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein a reinforcing member is arranged inside said metal base plate. 前記金属ベース板の前記凹部が、前記セラミックス基板の周囲の全周にわたり形成されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 10. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 1, wherein said concave portion of said metal base plate is formed along the entire periphery of said ceramic substrate. 前記セラミックス基板が矩形であり、前記金属ベース板の前記凹部が前記セラミックス基板の辺の中央部の周囲に部分的に形成されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板。 10. The ceramic substrate according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said ceramic substrate is rectangular, and said concave portion of said metal base plate is partially formed around central portions of sides of said ceramic substrate. metal-ceramic bonding substrate. セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属－セラミックス接合基板の製造方法であって、
前記セラミックス基板を鋳型内に配置し、
前記鋳型内の前記セラミックス基板の両面に接触するように金属の溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、
前記金属回路板を形成して前記セラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、
前記金属ベース板を形成して前記セラミックス基板の他方の面の全面に直接接合させ、
前記セラミックス基板の一方の面において前記金属回路板の接合領域を除く領域の前記セラミックス基板の表面を露出させ、
前記セラミックス基板の一方の面に垂直な方向から平面視したときに、
前記金属ベース板を前記セラミックス基板よりも大きくし、
前記金属ベース板の前記セラミックス基板の周囲の表面に凹部を形成するとともに、
周縁部を形成することを特徴とする、
金属－セラミックス接合基板の製造方法。 A method for manufacturing a metal-ceramic bonded substrate in which a metal circuit board is bonded to one surface of a ceramic substrate and a metal base plate is bonded to the other surface,
placing the ceramic substrate in a mold,
By pouring a molten metal so as to contact both sides of the ceramic substrate in the mold and then cooling and solidifying it,
The metal circuit board is formed and directly bonded to one surface of the ceramic substrate,
forming the metal base plate and directly bonding it to the entire other surface of the ceramic substrate;
exposing the surface of the ceramic substrate on one surface of the ceramic substrate except for the bonding area of the metal circuit board;
When viewed from above in a direction perpendicular to one surface of the ceramic substrate,
making the metal base plate larger than the ceramic substrate;
forming a recess on the surface of the metal base plate surrounding the ceramic substrate;
characterized by forming a peripheral edge,
A method for manufacturing a metal-ceramic bonding substrate. 前記セラミックス基板の他方の面に接合している領域の前記金属ベース板の厚さを、前記金属回路板の厚さ以下とすることを特徴とする、請求項１２に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 13. The metal-ceramic bonding substrate according to claim 12, wherein the thickness of the metal base plate in the region bonded to the other surface of the ceramic substrate is equal to or less than the thickness of the metal circuit plate. manufacturing method. 前記金属ベース板の周縁部の高さを前記セラミックス基板の一方の面の高さ以上、前記金属回路板の表面の高さ以下とすることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 14. The metal according to claim 12 or 13, wherein the height of the peripheral portion of the metal base plate is equal to or higher than the height of one surface of the ceramic substrate and equal to or lower than the height of the surface of the metal circuit board. - A method for manufacturing ceramic bonded substrates. 前記金属ベース板の周縁部に貫通孔を形成することを特徴とする請求項１２～１４のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 15. The method for producing a metal-ceramic bonding substrate according to any one of claims 12 to 14, wherein through-holes are formed in the peripheral portion of the metal base plate. 前記金属の溶湯をアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることを特徴とする、請求項１２～１５のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 16. The method for producing a metal/ceramic bonding substrate according to any one of claims 12 to 15, wherein the molten metal is aluminum or an aluminum alloy. 前記セラミックス基板の側面に、前記金属ベース板のセラミックス基板側面接合部を接合し、前記セラミックス基板側面接合部に隣接して前記凹部を形成することを特徴とする、請求項１２～１６のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 17. The recess according to any one of claims 12 to 16, wherein the ceramic substrate side joint portion of the metal base plate is joined to the side surface of the ceramic substrate, and the concave portion is formed adjacent to the ceramic substrate side joint portion. 2. A method for producing a metal-ceramic bonding substrate according to 1. 底部より開口部が大きくなるように前記凹部を形成することを特徴とする、請求項１２～１７のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 18. The method for producing a metal-ceramic bonding substrate according to claim 12, wherein the recess is formed so that the opening is larger than the bottom. 前記鋳型に前記セラミックス基板と離間して強化部材を配置し、前記金属ベース板の内部に前記強化部材を配置することを特徴とする、請求項１２～１８のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 The metal-ceramic bonding according to any one of claims 12 to 18, characterized in that a reinforcing member is arranged in said mold at a distance from said ceramic substrate, and said reinforcing member is arranged inside said metal base plate. Substrate manufacturing method. 前記金属ベース板の前記凹部を、前記セラミックス基板の周囲の全周にわたり形成することを特徴とする、請求項１２～１９のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。 20. The method for producing a metal-ceramic bonding substrate according to claim 12, wherein said recess in said metal base plate is formed along the entire periphery of said ceramic substrate. 前記セラミックス基板は矩形であり、前記金属ベース板の前記凹部を前記セラミックス基板の辺の中央部の周囲に部分的に形成することを特徴とする、請求項１２～１９のいずれかに記載の金属－セラミックス接合基板の製造方法。
20. The metal according to any one of claims 12 to 19, wherein said ceramic substrate is rectangular, and said concave portion of said metal base plate is partially formed around central portions of sides of said ceramic substrate. - A method for manufacturing ceramic bonded substrates.
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