JP4821013B2

JP4821013B2 - アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法

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Publication number: JP4821013B2
Application number: JP2003337106A
Authority: JP
Inventors: 英世小山内
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP2005103560A

Description

本発明は、アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム部材が接合したアルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。

近年、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、パワーモジュールが使用されている。従来のパワーモジュールでは、ベース板と呼ばれている金属板または複合材の一方の面に金属−セラミックス絶縁基板が半田付けにより固定され、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ている。また、ベース板の他方の面（以下「裏面」という）には、ねじ止めなどにより熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンや冷却ジャケットが取り付けられている。

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という問題がある。

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）。

特開２０００−７６５５１号公報（段落番号００１５−００１７）

しかし、アルミニウムの降伏応力を小さくするためにはアルミニウムの純度を高くする必要があるが、溶湯法ではアルミニウムの結晶粒径を制御し難く、１０ｍｍ以上の大きな結晶粒径しか得ることができない。このように結晶粒径が大きいと、結晶粒度分布にばらつきが起こり、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じ易くなり、また、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りの挙動にばらつきがある。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、アルミニウムの結晶粒径を小さくして結晶粒度分布のばらつきを小さくし、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができるとともに、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りを制御して、アルミニウムベース板に放熱フィンなどを取り付けたときの放熱性の低下を抑制することができる、アルミニウム−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。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、溶湯法によってアルミニウム部材をセラミックス基板に接合する際に、アルミニウム部材の熱伝導率の低下を純アルミニウムのからなる部材の熱伝導率と比べて２０％以内に抑え且つアルミニウム部材の結晶粒径を１０ｍｍ以下にする添加物をアルミニウム溶湯に加えることによって、アルミニウム部材の結晶粒径を小さくして結晶粒度分布のばらつきを小さくし、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができるとともに、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りを制御して、アルミニウムベース板に放熱フィンなどを取り付けたときの放熱性の低下を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によるアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法は、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板の一方の面に接触するようにアルミニウム溶湯を鋳型内に注湯し、冷却してアルミニウム溶湯を固化させることにより、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム部材を直接接触させて接合するアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法において、アルミニウム部材の熱伝導率の低下を純アルミニウムからなる部材の熱伝導率と比べて２０％以内に抑え且つアルミニウム部材の結晶粒径を１０ｍｍ以下にする添加物をアルミニウム溶湯に加えて、鋳型内に注湯することを特徴とする。

このアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法において、添加物が、アルミニウム部材の熱伝導率の低下を純アルミニウムからなる部材の熱伝導率と比べて１０％以内に抑える添加物であるのが好ましく、アルミニウム部材の結晶粒径を３ｍｍ以下にする添加物であるのが好ましい。

また、添加物としてＴｉＢ系合金を使用するのが好ましい。この場合、ＴｉＢ系合金は、Ｔｉが好ましくは０．０５〜１．０重量％、さらに好ましくは０．１〜０．５重量％になるように加えられる。また、添加物としてＣａ、ＳｒまたはＡｌＮを使用してもよい。この場合、Ｃａ、ＳｒまたはＡｌＮの添加量は、０．３〜０．７重量％であるのが好ましい。さらに、添加物としてＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、ＺｒおよびＴｉから選択される元素を使用してもよい。

また、本発明によるアルミニウム−セラミックス接合基板は、セラミックス基板にアルミニウム部材が接合したアルミニウム−セラミックス接合基板において、アルミニウム部材が添加物を含有し且つ純アルミニウムからなる部材の熱伝導率の８０％以上の熱伝導率を有し、アルミニウム部材の結晶粒径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

このアルミニウム−セラミックス接合基板において、アルミニウム部材の熱伝導率が純アルミニウムからなる部材の熱伝導率の９０％以上であるのが好ましく、アルミニウム部材の結晶粒径が３ｍｍ以下であるのが好ましい。

また、添加物としてＴｉＢ系合金を使用するのが好ましい。この場合、アルミニウム部材のＴｉの含有量は、好ましくは０．０５〜１．０重量％であり、さらに好ましくは０．１〜０．５重量％である。また、添加物としてＣａ、ＳｒまたはＡｌＮを使用してもよい。この場合、Ｃａ、ＳｒまたはＡｌＮの添加量は、０．３〜０．７重量％であるのが好ましい。さらに、添加物としてＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、ＺｒおよびＴｉから選択される元素を使用してもよい。

なお、アルミニウム−セラミックス接合基板が、セラミックス基板にアルミニウム溶湯を接触させて冷却することによりセラミックス基板にアルミニウム部材が直接接触して接合したアルミニウム−セラミックス接合基板であるのが好ましい。

本発明によれば、溶湯法によってアルミニウム部材をセラミックス基板に接合してアルミニウム−セラミックス接合基板を製造する際に、アルミニウム部材の熱伝導率の低下を純アルミニウムからなる部材の熱伝導率と比べて２０％以内に抑え且つアルミニウム部材の結晶粒径を１０ｍｍ以下にする添加物をアルミニウム溶湯に加えることによって、アルミニウム部材の結晶粒径を小さくして結晶粒度分布のばらつきを小さくし、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができるとともに、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りを制御して、アルミニウムベース板に放熱フィンなどを取り付けたときの放熱性の低下を抑制することができる。

本発明によるアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法の実施の形態では、鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板の一方の面に接触するようにアルミニウム溶湯を鋳型内に注湯し、冷却してアルミニウム溶湯を固化させることにより、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム部材を直接接触させて接合するアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法において、アルミニウム部材の熱伝導率の低下を純アルミニウムからなる部材の熱伝導率と比べて２０％以内に抑え且つアルミニウム部材の結晶粒径を１０ｍｍ以下にする添加物をアルミニウム溶湯に加えて鋳型内に注湯する。このような添加物をアルミニウム溶湯に加えることにより、アルミニウム部材の結晶粒径を小さくして結晶粒度分布のばらつきを小さくし、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができるとともに、半導体チップなどを半田付けする際の加熱によるアルミニウムベース板の反りを制御して、アルミニウムベース板に放熱フィンなどを取り付けたときの放熱性の低下を抑制することができる。

アルミニウム部材の結晶粒径を小さくすることによってヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが生じるのを防止することができる理由は、次のように考えられる。ヒートサイクルによってアルミニウム−セラミックス接合基板のセラミックスとアルミニウムの熱膨張差に起因して熱応力が発生するが、アルミニウムは柔らかい金属であるため、セラミックス基板に接合したアルミニウムベース板と回路側アルミニウム板が塑性変形して応力を緩和する。このときの歪は、変形しやすいアルミニウムの結晶粒界に集まり、アルミニウムの結晶粒界に段差が生じる。この段差は、アルミニウムの結晶粒径が小さい場合には分散されて小さくなるが、結晶粒径が大きいと、結晶粒界が短いために大きな段差になる。この大きな段差には応力が集中し易いので、この部分に大きな力が加わって、セラミックス基板の対応する部分にクラックが発生し易くなると考えられる。この段差は、ヒートサイクルを３０００回行った後に１００μｍ以下であるのが好ましく、５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。この段差が３００μｍ以上の場合には、クラックが発生する可能性が高くなり、セラミックス基板が薄い場合にはクラックの発生が顕著になる。

アルミニウムの結晶粒径は、添加物を加えたり、鋳造時の凝固速度を速くすることにより小さくなることが知られている。しかし、凝固速度を速くすると、セラミックス基板に大きな熱衝撃が加わり、セラミックス基板が割れ易くなる。そこで、本発明者は、添加物を加えることによりアルミニウムの結晶粒径を小さくすることについて鋭意研究した結果、アルミニウム−セラミックス接合基板をパワーモジュール用回路基板などの大電流を流す基板として使用する場合には、アルミニウムの結晶粒径を小さくするために添加物を加えたときの熱伝導率の低下が純アルミニウムの熱伝導率と比べて２０％以下でなければ、パワーモジュールとしての放熱性が不十分であり、また、電気伝導のロスも大きく、好ましくないことがわかった。添加物を加えたときの熱伝導率の低下は、１０％以下であるのがさらに好ましい。

また、アルミニウムの結晶粒径は、ヒートサイクル後にセラミックス基板にクラックが発生するのを抑制するためには、好ましくは１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３ｍｍ以下である。

また、アルミニウム合金への添加物として、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉなどの元素が知られているが、上記の条件を満たす添加物であれば、どのような添加物を使用してもよい。

さらに、アルミニウムとセラミックス基板の接合方法が溶湯接合法の場合には、比較的アルミニウムに固溶し難いと考えられ、降伏強度が小さい合金を得ることができるＴｉＢ、ＡｌＮ、Ｃａ、Ｓｒなどの添加物を使用するのが好ましい。この場合、Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃａなどの母合金の形で添加するのが好ましい。

なお、アルミニウム溶湯を冷却して固化させる際の冷却速度は、セラミックス基板への熱衝撃を抑えてセラミックス基板の割れを防止し且つ結晶粒径を粗大化させ難い冷却速度、例えば、１０℃／分〜１００℃／分の範囲の冷却速度が好ましく、２０℃／分〜５０℃／分の範囲の冷却速度がさらに好ましい。

また、アルミニウムとセラミックス基板の接合方法は、ろう接法や直接接合法でもよい。

以下、添付図面を参照して、本発明によるアルミニウム−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］
まず、鋳型として、図１および図２に示すように、平面形状が略矩形の下側鋳型部材１０の底面部１０ａの上面に１０ｍｍの間隔で離間した２つの階段状の側壁を有する凹部１０ｂが形成され、これらの凹部１０ｂのそれぞれが、３９ｍｍ×３９ｍｍ×０．４ｍｍのアルミニウム板を形成し得る形状および大きさのアルミニウム板形成部１０ｃと、このアルミニウム板形成部１０ｃの上部に隣接して形成され、アルミニウム板形成部１０ｃの上部に４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍのセラミックス基板と略等しい形状および大きさで且つそのセラミックス基板を収容し得る形状および大きさのセラミックス基板収容部１０ｄとからなり、下側鋳型部材１０の上部に平面形状が略矩形の（図示しない）上側鋳型部材を被せたときにセラミックス基板の上部に隣接して１１０ｍｍ×６０ｍｍ×６ｍｍのアルミニウムベース板を形成し得る形状および大きさのアルミニウムベース板形成部１０ｅが形成されるカーボン製鋳型を用意した。なお、この鋳型の上側鋳型部材には、アルミニウム溶湯を鋳型内に注湯するための（図示しない）注湯口が形成されている。また、下側鋳型部材１０には、アルミニウムベース板形成部１０ｅとアルミニウム板形成部１０ｃとの間に延びる（図示しない）溶湯流路が形成され、セラミックス基板収容部１０ｄ内にセラミックス基板を収容したときにもアルミニウムベース板形成部１０ｅとアルミニウム板形成部１０ｃとの間が連通するようになっている。

この鋳型の下側鋳型部材１０のセラミックス基板収容部１０ｄ内に４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６３５ｍｍの２枚の窒化アルミニウム基板を収容し、下側鋳型部材１０に上側鋳型部材を被せて炉内に入れ、炉内を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気にした。この状態で７５０℃まで加熱し、純度４Ｎの溶融状態のアルミニウムにＡｌ−Ｔｉ−Ｂ合金（Ｔｉ：４．９％、Ｂ：１％、Ａｌ：９４．１％）をＴｉが０．５重量％になるように添加したものを、（図示しない）カーボン製シリンダで圧力をかけることにより酸化被膜を取り除きながら、鋳型内に流し込んだ。その後、鋳型を冷却して溶湯を凝固させ、さらに室温まで冷却した。このようにして、図３に示すように、１１０ｍｍ×６０ｍｍ×６ｍｍのアルミニウムベース板１６に２枚のセラミックス基板１４のそれぞれの一方の面が直接接触して接合し、それぞれのセラミックス基板１４の他方の面に３９ｍｍ×３９ｍｍ×０．４ｍｍのアルミニウム板１２の一方の面が直接接触して接合した接合体を製造し、この接合体を鋳型から取り出した。

その後、それぞれのアルミニウム板１２の表面に所定の形状のエッチングレジストを印刷し、塩化第二鉄溶液によってエッチング処理を行って回路パターンを形成した後、レジストを剥離した。また、アルミニウムベース板１６の裏面をフライス加工によって１ｍｍ研削し、凸凹を５０μｍ以下にした。

このようにして得られた接合体のアルミニウムベース板１６の裏面のアルミニウムの結晶粒径を観察したところ、１〜３ｍｍ程度であった。

また、得られた接合体について、アルミニウム回路板１２とセラミックス基板１４との間の接合界面およびセラミックス基板１４とアルミニウムベース板１６との間の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板１４にクラックが認められなかった。

また、得られた接合体のアルミニウムベース板１６の裏面の反りをレーザーによる反り測定装置によって測定するとともに、接合体を３８０℃まで加熱して１０分保持した後に室温に冷却して、再びアルミニウムベース板１６の裏面の反りをレーザーによる反り測定装置によって測定し、アルミニウムベース板１６の裏面の反りが変化していないかを確認した。その結果、加熱前後の反りの変化は−１０〜２０μｍであり、ばらつきが極めて小さかった。

さらに、得られた接合体に対して、−４０℃で３０分間保持、２５℃で１０分間保持、１２５℃で３０分間保持、２５℃で１０分間保持を１サイクルとするヒートサイクルを３０００回行った後、上述した各々の接合界面を超音波探傷装置によって調べたところ、接合欠陥が認められず、セラミックス基板１４にクラックが認められなかった。

また、得られた接合体から所定の大きさのサンプルを切り出して、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定したところ、２１４Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約１０％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響が小さかった。

［実施例２］
実施例１と同様のＡｌ−Ｔｉ−Ｂ合金をＴｉが０．１重量％になるように添加した以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は３〜５ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−２０〜３０μｍであり、ばらつきが小さかった。さらに、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、得られた接合体から切り出したサンプルの熱伝導率を測定したところ、２１４Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約１０％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響は小さかった。

［実施例３］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金の代わりにＣａを添加した以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は５〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−５０〜５０μｍであり、ばらつきがそれ程大きくなかった。さらに、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、得られた接合体から切り出したサンプルの熱伝導率を測定したところ、２１４Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約１０％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響が小さかった。

［実施例４］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金の代わりにＳｒを添加した以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は５〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−５０〜５０μｍであり、ばらつきがそれ程大きくなかった。さらに、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、得られた接合体から切り出したサンプルの熱伝導率を測定したところ、２１４Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約１０％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響が小さかった。

［実施例５］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金の代わりにＳｉを添加した以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は５〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−５０〜５０μｍであり、ばらつきがそれ程大きくなかった。さらに、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、得られた接合体から切り出したサンプルの熱伝導率を測定したところ、２０２Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約１５％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響が小さかった。

［実施例６］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金の代わりにＣｕを添加した以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は５〜１０ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−５０〜５０μｍであり、ばらつきがそれ程大きくなかった。さらに、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、得られた接合体から切り出したサンプルの熱伝導率を測定したところ、２２１Ｗ／ｍＫであり、熱伝導率の低下は純アルミニウムの熱伝導率２３８Ｗ／ｍＫと比べて約７％の低下に留まり、放熱性に及ぼす影響が小さかった。

［実施例７］
セラミックス基板として９６％アルミナ基板を使用し、その大きさを４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．２５ｍｍとした以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は１〜３ｍｍ程度であり、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックの発生が認められなかった。このとき、アルミニウムの結晶粒界の段差は、大きいところでも１００μｍ以下であった。

［比較例１］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金を添加しなかった以外は実施例１と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウムの結晶粒径は５〜５０ｍｍ程度と大きかった。また、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、加熱前後の反りの変化は−１００〜５０μｍであり、ばらつきが大きかった。なお、ヒートサイクルを３０００回行った後にも接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。

［比較例２］
Ａｌ−Ｔｉ−Ｂ合金を添加しなかった以外は実施例６と同様の方法により得られた接合体について、実施例１と同様の評価を行ったところ、アルミニウムベース板の裏面のアルミニウム結晶粒経は５〜５０ｍｍ程度と大きかった。また、アルミニウム回路板とセラミックス基板との間の接合界面およびセラミックス基板とアルミニウムベース板との間の接合界面に接合欠陥が認められず、セラミックス基板にクラックが認められなかった。また、ヒートサイクルを３０００回行った後に接合欠陥が認められなかったが、セラミックス基板にクラックが発生していた。このとき、アルミニウムの結晶粒界の段差は、大きいところで３００μｍ程度であり、セラミックス基板にクラックが発生した部分はアルミニウムの結晶粒界の段差が大きい部分にほぼ対応していた。

本発明によるアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法の実施例に使用する鋳型の下側鋳型部材の平面図である。図１の下側鋳型部材のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１の鋳型によって製造されるアルミニウム−セラミックス接合基板の断面図である。

符号の説明

１０下側鋳型部材
１０ａ底面部
１０ｂ凹部
１０ｃアルミニウム板形成部
１０ｄセラミックス基板収容部
１０ｅアルミニウムベース板形成部
１２アルミニウム板
１４セラミックス基板
１６アルミニウムベース板

Claims

鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板の一方の面に接触するようにアルミニウム溶湯を鋳型内に注湯し、冷却してアルミニウム溶湯を固化させることにより、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムベース板を直接接触させて接合するアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法において、ＴｉＢ系合金をＴｉが０．０５〜１．０重量％になるようにアルミニウム溶湯に加えて、鋳型内に注湯することを特徴とする、アルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法。
前記ＴｉＢ系合金をＴｉが０．１〜０．５重量％になるように加えることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法。
鋳型内にセラミックス基板を設置した後、このセラミックス基板の一方の面に接触するようにアルミニウム溶湯を鋳型内に注湯し、冷却してアルミニウム溶湯を固化させることにより、セラミックス基板の一方の面にアルミニウムベース板を直接接触させて接合するアルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法において、０．３〜０．７重量％のＣａ、ＳｒまたはＡｌＮをアルミニウム溶湯に加えて、鋳型内に注湯することを特徴とする、アルミニウム−セラミックス接合基板の製造方法。
セラミックス基板にアルミニウムベース板が接合したアルミニウム−セラミックス接合基板において、アルミニウムベース板が、０．０５〜１．０重量％のＴｉを含有するようにＴｉＢ系合金が添加されたアルミニウム合金からなり、且つ純アルミニウムからなる部材の熱伝導率の８０％以上の熱伝導率を有し、アルミニウムベース板の結晶粒径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、アルミニウム−セラミックス接合基板。
前記アルミニウムベース板が０．１〜０．５重量％のＴｉを含有することを特徴とする、請求項４に記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
セラミックス基板にアルミニウムベース板が接合したアルミニウム−セラミックス接合基板において、アルミニウムベース板が、０．３〜０．７重量％のＣａ、ＳｒまたはＡｌＮが添加されたアルミニウム合金からなり、且つ純アルミニウムからなる部材の熱伝導率の８０％以上の熱伝導率を有し、アルミニウムベース板の結晶粒径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、アルミニウム−セラミックス接合基板。
前記アルミニウムベース板の熱伝導率が純アルミニウムからなる部材の熱伝導率の９０％以上であることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれかに記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
前記アルミニウムベース板の結晶粒径が３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４乃至７のいずれかに記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。
前記アルミニウム−セラミックス接合基板が、セラミックス基板にアルミニウム溶湯を接触させて冷却することによりセラミックス基板にアルミニウムベース板が直接接触して接合したアルミニウム−セラミックス接合基板であることを特徴とする、請求項４乃至８のいずれかに記載のアルミニウム−セラミックス接合基板。