JP5380734B2

JP5380734B2 - Aluminum joint member

Info

Publication number: JP5380734B2
Application number: JP2010028406A
Authority: JP
Inventors: 英世小山内
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2010103582A

Description

本発明は、アルミニウム接合部材に関し、特に、冷却剤が流れる管状部材が内部に設けられ、金属−セラミックス回路基板などの電子部品の冷却部材として使用されるアルミニウム接合部材に関する。 The present invention relates to an aluminum bonding member, and more particularly, to an aluminum bonding member that is provided as a cooling member for an electronic component such as a metal-ceramic circuit board, in which a tubular member through which a coolant flows is provided.

従来、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放熱用金属板が接合した金属−セラミックス回路基板に放熱フィンなどの冷却部材を取り付ける方法として、半導体チップが半田付けされた金属回路板が接合した１枚または複数枚のセラミックス基板を金属ベース板（放熱板）または複合材に半田付けし、この金属ベース板などの裏面に放熱グリースを介して放熱フィンを取り付ける方法が知られている。また、セラミックス基板にろう材を介して放熱フィンを接合する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、セラミックスまたは炭素と金属の複合材からなる電子回路用基板と、液体または気体を冷却媒体とする冷却装置とを鋳造により一体化する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。 Conventionally, as a method of attaching a cooling member such as a heat radiating fin to a metal-ceramic circuit board in which a metal circuit board is bonded to one surface of a ceramic substrate and a metal plate for heat dissipation is bonded to the other surface, a semiconductor chip is soldered. There is a method of soldering one or more ceramic substrates to which a metal circuit board is bonded to a metal base plate (heat radiating plate) or a composite material, and attaching radiating fins to the back surface of the metal base plate with heat radiating grease. Are known. In addition, a method of joining heat radiating fins to a ceramic substrate via a brazing material is also known (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, a method has been proposed in which an electronic circuit substrate made of a ceramic or carbon / metal composite material and a cooling device using a liquid or gas as a cooling medium are integrated by casting (for example, see Patent Document 2).

特開平４−３６３０５２号公報（段落番号０００６）Japanese Patent Laid-Open No. 4-36352 (paragraph number 0006) 特開２００１−７２６５号公報（段落番号０００８）JP 2001-7265 A (paragraph number 0008)

しかし、従来のセラミックス基板を金属ベース板に半田付けする方法では、半田により放熱性が低下し、また、金属ベース板などに放熱フィンを取り付けるために使用する放熱グリースの熱伝導性が数Ｗ／ｍＫと極端に小さいために、さらに放熱性が低下するという問題がある。また、半田ボイドにより歩留が低下する場合もある。さらに、Ｐｂを含む半田を使用すると、近年の環境汚染防止のためのＰｂフリー化の傾向にも反する。 However, in the conventional method of soldering the ceramic substrate to the metal base plate, the heat dissipation is reduced by the solder, and the heat conductivity of the heat dissipating grease used for attaching the heat dissipating fins to the metal base plate is several W / Since it is extremely small as mK, there is a problem that heat dissipation further decreases. In addition, the yield may decrease due to solder voids. Furthermore, the use of solder containing Pb is contrary to the recent trend of Pb-free for preventing environmental pollution.

また、特許文献１に開示された方法では、空冷の放熱フィンを使用しているため、一般に水冷の冷却装置と比べて冷却能力が低く、性能を安定させ難いという問題がある。 In addition, the method disclosed in Patent Document 1 uses air-cooling radiating fins, and therefore has a problem that the cooling capacity is generally lower than that of a water-cooled cooling device and it is difficult to stabilize the performance.

特許文献２に開示された方法では、上述した半田や放熱グリースによる放熱性の低下の問題や放熱フィンを使用する場合の問題をほぼ解決しているが、セラミックスなどからなる２枚のプリフォーム基板に溝を掘り、その溝に合わせて予め整形したパイプをプリフォーム基板に挟んで仮止めして金型に入れた後、アルミニウムや銅などの溶湯を金型内に注入して高圧で鋳造する必要があるので、金型や製造装置のコストが比較的高く、また、プリフォーム基板の均質化や加工精度を高めることが困難な場合がある。さらに、プリフォーム基板の気孔率は５％以上５０％未満であり、その中に金属溶湯を充填して、アンカー効果により機械的に接合を実現することが困難な場合もある。 The method disclosed in Patent Document 2 almost solves the above-described problem of deterioration of heat dissipation due to solder and heat radiation grease and the problem of using heat radiation fins, but two preform substrates made of ceramics or the like. After grooving a groove, a pipe shaped in advance according to the groove is sandwiched between a preform substrate and temporarily fixed in a mold, and then a molten metal such as aluminum or copper is poured into the mold and cast at high pressure. Since it is necessary, the cost of the mold and the manufacturing apparatus is relatively high, and it may be difficult to homogenize the preform substrate and increase the processing accuracy. Furthermore, the porosity of the preform substrate is 5% or more and less than 50%, and it may be difficult to mechanically join the metal by filling it with a molten metal.

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、簡単且つ安価に製造することができるとともに、冷却能力が高い冷却部材として使用することができるアルミニウム接合部材を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a conventional problem, the present invention aims to provide an aluminum joining member that can be manufactured easily and inexpensively and that can be used as a cooling member having a high cooling capacity. .

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点付近の温度で溶解しない材料からなる管状部材の両側の開口端部を、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム部材の外部に開口させ、これらの開口端部の間の部分の外周面をアルミニウム部材に接触させるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板が直接接合したセラミックス基板を一方の面に接合させることにより、冷却能力が高い冷却部材として使用可能なアルミニウム接合部材を簡単且つ安価に製造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。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the open ends on both sides of a tubular member made of a material that does not melt at a temperature near the melting point of aluminum or an aluminum alloy are made of aluminum made of aluminum or an aluminum alloy. Opening to the outside of the member, contacting the outer peripheral surface of the portion between these opening ends with the aluminum member, and bonding the ceramic substrate directly bonded with the metal circuit board made of aluminum or aluminum alloy to one surface Thus, it has been found that an aluminum joining member that can be used as a cooling member having a high cooling capacity can be easily and inexpensively produced, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明によるアルミニウム接合部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、このアルミニウム部材の内部に延びるとともに両側の開口端部がアルミニウム部材の外部に開口する管状部材とから構成され、管状部材がアルミニウム部材の材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点付近の温度で溶解しない材料からなり、管状部材のアルミニウム部材の内部に延びる部分の外周面の少なくとも一部がアルミニウム部材に接触しているアルミニウム接合部材であって、このアルミニウム接合部材の一方の面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板が直接接合したセラミックス基板が接合していることを特徴とする。 That is, an aluminum joining member according to the present invention is composed of an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy, and a tubular member that extends inside the aluminum member and has open ends on both sides that open to the outside of the aluminum member. Is made of a material that does not melt at a temperature in the vicinity of the melting point of aluminum or an aluminum alloy that is a material of the aluminum member, and at least a part of the outer peripheral surface of the tubular member that extends into the aluminum member is in contact with the aluminum member A ceramic substrate in which a metal circuit board made of aluminum or an aluminum alloy is directly bonded is bonded to one surface of the aluminum bonding member.

このアルミニウム接合部材の管状部材のアルミニウム部材の内部に延びる部分の外周面の少なくとも一部がアルミニウム部材に接触して接合しているのが好ましく、その外周面の全面がアルミニウム部材に接触して接合しているのがさらに好ましい。また、このアルミニウム接合部材の管状部材は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、ＣｕおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つの元素を主成分とする金属、あるいはセラミックスまたは炭素材からなるのが好ましい。あるいは、アルミニウム接合部材の管状部材は、ステンレス、ＳＫＤ、Ｍｏ合金、またはＭｏ系焼結材料やＷ系焼結材料などの高融点金属焼結材料からなるのが好ましい。さらに、このアルミニウム接合部材の他方の面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板が直接接合したセラミックス基板を接合させてもよい。このようなアルミニウム接合部材は、冷却部材として使用することができる。 It is preferable that at least a part of the outer peripheral surface of the portion of the tubular member of the aluminum bonding member that extends into the aluminum member is in contact with the aluminum member, and the entire outer peripheral surface is in contact with the aluminum member for bonding. More preferably. The tubular member of the aluminum joining member is preferably made of a metal containing at least one element selected from W, Mo, Ti, Zr, Fe, Cu and Ni as a main component, or a ceramic or carbon material. Alternatively, the tubular member of the aluminum bonding member is preferably made of stainless steel, SKD, Mo alloy, or a high melting point metal sintered material such as a Mo-based sintered material or a W-based sintered material. Furthermore, a ceramic substrate in which a metal circuit board made of aluminum or an aluminum alloy is directly bonded may be bonded to the other surface of the aluminum bonding member. Such an aluminum joining member can be used as a cooling member.

また、本発明によるアルミニウム接合部材の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点付近の温度で溶解しない材料からなる管状部材を、その開口端部が鋳型の外部に開口するように鋳型内に入れ、セラミックス基板に金属回路板が接合した金属−セラミックス回路基板を、鋳型の上面に形成された開口部を塞ぐように鋳型上に載せ、鋳型内にアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を注入した後に、その溶湯を冷却して固化させることにより、管状部材の鋳型内の部分をアルミニウム部材に接触させて接合するとともに、金属−セラミックス回路基板をアルミニウム部材に接触させて接合することを特徴とする。 Further, in the method for producing an aluminum joining member according to the present invention, a tubular member made of a material that does not melt at a temperature near the melting point of aluminum or an aluminum alloy is placed in the mold so that the opening end portion opens to the outside of the mold. A metal-ceramic circuit board, in which a metal circuit board is bonded to a ceramic board, is placed on the mold so as to close the opening formed on the upper surface of the mold, and a molten aluminum or aluminum alloy is injected into the mold. A portion of the tubular member in the mold is brought into contact with and joined to the aluminum member by cooling and solidifying the metal-ceramic circuit board in contact with the aluminum member.

また、本発明によるアルミニウム接合部材の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点付近の温度で溶解しない材料からなる管状部材を、その開口端部が鋳型の外部に開口するように鋳型内に入れ、この鋳型内にセラミックス基板を配置させ、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を注入した後に、その溶湯を冷却して固化させることにより、管状部材の鋳型内の部分をアルミニウム部材に接触させて接合する際に、セラミックス基板の一方の面にアルミニウム部材を接触させて接合するとともに、セラミックス基板の他方の面にアルミニウム回路板を接触させて接合することを特徴とする。このアルミニウム接合部材の製造方法において、セラミックス基板をアルミニウム部材の両面の各々に接触させて接合するのが好ましい。 Further, in the method for producing an aluminum joining member according to the present invention, a tubular member made of a material that does not melt at a temperature near the melting point of aluminum or an aluminum alloy is placed in the mold so that the opening end portion opens to the outside of the mold. When a ceramic substrate is placed in this mold and a molten aluminum or aluminum alloy is injected, and then the molten metal is cooled and solidified, the portion of the tubular member in the mold is brought into contact with the aluminum member and joined. An aluminum member is brought into contact with and joined to one surface of the ceramic substrate, and an aluminum circuit board is brought into contact with and joined to the other surface of the ceramic substrate. In this method of manufacturing an aluminum joining member, it is preferable that the ceramic substrate is brought into contact with both surfaces of the aluminum member and joined.

さらに、本発明によるパワーモジュールは、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、他方の面に上記のアルミニウム接合部材が接合していることを特徴とする。 Furthermore, the power module according to the present invention is characterized in that the metal circuit board is bonded to one surface of the ceramic substrate and the aluminum bonding member is bonded to the other surface.

本発明によれば、冷却能力が高い冷却部材として使用可能なアルミニウム接合部材を簡単且つ安価に製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aluminum joining member which can be used as a cooling member with high cooling capability can be manufactured simply and cheaply.

本発明によるアルミニウム接合部材の第１の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st Embodiment of the aluminum joining member by this invention. 図１のアルミニウム接合部材を製造するために使用する鋳型の斜視図である。It is a perspective view of the casting_mold | template used in order to manufacture the aluminum joining member of FIG. 図２の鋳型を分解して示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles and shows the casting_mold | template of FIG. 本発明によるアルミニウム接合部材の第２の実施の形態として、銅−セラミックス回路基板を直接接合したアルミニウム接合部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the aluminum joining member which joined the copper-ceramics circuit board directly as 2nd Embodiment of the aluminum joining member by this invention. 図４のアルミニウム接合部材を製造するために使用する鋳型の斜視図である。It is a perspective view of the casting_mold | template used in order to manufacture the aluminum joining member of FIG. 図５の鋳型を分解して示す斜視図である。It is a perspective view which decomposes | disassembles and shows the casting_mold | template of FIG. 本発明によるアルミニウム接合部材の第３の実施の形態として、アルミニウム−セラミックス回路基板を直接接合したアルミニウム接合部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the aluminum joining member which joined the aluminum-ceramics circuit board directly as 3rd Embodiment of the aluminum joining member by this invention. 図７のアルミニウム接合部材を製造するために使用する鋳型の斜視図である。It is a perspective view of the casting_mold | template used in order to manufacture the aluminum joining member of FIG. 図８の鋳型を分解して示す斜視図であり、蓋部材の底面に形成されたアルミニウム回路板形成部を点線で示している。It is a perspective view which decomposes | disassembles and shows the casting_mold | template of FIG. 8, and has shown the aluminum circuit board formation part formed in the bottom face of a cover member with the dotted line. 図８の鋳型の断面図であり、鋳型内に管状部材およびセラミックス基板を入れた状態を示し、アルミニウム溶湯を注入するための注入口および流路と、ガスなどを抜くための抜き穴および流路とを点線で示している。FIG. 9 is a cross-sectional view of the mold of FIG. 8, showing a state in which a tubular member and a ceramic substrate are placed in the mold, and an inlet and a channel for injecting molten aluminum, and a hole and a channel for extracting gas and the like Are indicated by dotted lines. 本発明によるアルミニウム接合部材の第３の実施の形態の変形例として、アルミニウム−セラミックス回路基板を両面に直接接合したアルミニウム接合部材の側面図である。As a modification of the third embodiment of the aluminum bonding member according to the present invention, it is a side view of an aluminum bonding member in which an aluminum-ceramic circuit board is directly bonded to both surfaces. 図１１のアルミニウム接合部材を製造するために使用する鋳型の断面図である。It is sectional drawing of the casting_mold | template used in order to manufacture the aluminum joining member of FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明によるアルミニウム接合部材の実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of an aluminum joining member according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

［第１の実施の形態］
図１〜図３を参照して、本発明によるアルミニウム接合部材の第１の実施の形態について説明する。 [First Embodiment]
With reference to FIGS. 1-3, 1st Embodiment of the aluminum joining member by this invention is described.

図１に示すように、この実施の形態のアルミニウム接合部材１０は、平面形状が略矩形のアルミニウム部材１２と、略円環状の断面を有し且つ略Ｕ字形に延びる管状部材１４とから構成されている。この管状部材１４の両側の開口端部は、アルミニウム部材１２の外部に突出して開口し、これらの開口端部の間の部分は、アルミニウム部材１２の内部に配置され且つアルミニウム部材１２に直接接触して接合している。管状部材１４として、例えば、直径約１０ｍｍのステンレス製パイプを使用することができるが、後述するアルミニウム溶湯の注入時に溶解し難い材料であれば、モリブデン（Ｍｏ）や銅（Ｃｕ）などの金属や、アルミナやジルコニアなどのセラミックスからなるパイプを使用してもよい。なお、アルミニウム接合部材１０を冷却部材として使用する場合には、管状部材１４に気体や液体の冷却剤を流してアルミニウム接合部材１０を冷却するので、管状部材１４の形状は、必ずしも略Ｕ字形である必要はなく、アルミニウム接合部材１０の内部に広範囲にわたって延びる形状であれば、どのような形状でもよい。 As shown in FIG. 1, the aluminum joining member 10 of this embodiment is composed of an aluminum member 12 having a substantially rectangular plane shape, and a tubular member 14 having a substantially annular cross section and extending in a substantially U shape. ing. The open end portions on both sides of the tubular member 14 project outward from the aluminum member 12, and the portion between the open end portions is disposed inside the aluminum member 12 and directly contacts the aluminum member 12. Are joined. For example, a stainless steel pipe having a diameter of about 10 mm can be used as the tubular member 14, but a metal such as molybdenum (Mo) or copper (Cu) may be used as long as it is a material that is difficult to dissolve when injecting molten aluminum described later. Alternatively, a pipe made of a ceramic such as alumina or zirconia may be used. When the aluminum joining member 10 is used as a cooling member, the aluminum joining member 10 is cooled by flowing a gas or liquid coolant through the tubular member 14, so that the shape of the tubular member 14 is not necessarily U-shaped. There is no need, and any shape may be used as long as the shape extends over a wide range inside the aluminum bonding member 10.

このようなアルミニウム接合部材１０は、例えば、図２および図３に示す鋳型２０を使用して製造することができる。鋳型２０は、容易且つ安価に形成することができるカーボンなどの材料によって形成され、図２および図３に示すように、下側鋳型部材２２と上側鋳型部材２４と蓋部材２６とから構成されている。 Such an aluminum joining member 10 can be manufactured using the casting_mold | template 20 shown in FIG. 2 and FIG. 3, for example. The mold 20 is formed of a material such as carbon that can be formed easily and inexpensively, and includes a lower mold member 22, an upper mold member 24, and a lid member 26 as shown in FIGS. Yes.

下側鋳型部材２２は、平面形状が略矩形の平板状の底面部２２ａと、この底面部２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部２２ｂとからなり、この側壁部２２ｂの上面には、管状部材１４の下側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部２２ｃが形成されている。 The lower mold member 22 includes a flat bottom surface portion 22a having a substantially rectangular planar shape, and a side wall portion 22b extending vertically upward from a peripheral edge portion of the bottom surface portion 22a. On the upper surface of the side wall portion 22b, Two substantially semicircular recesses 22c having a shape corresponding to the lower half of the tubular member 14 are formed.

上側鋳型部材２４は、下側鋳型部材２２の上に配置されたときに下側鋳型部材２２の側壁部２２ｂを垂直方向上方に延長する形状を有する。この上側鋳型部材２４の底面には、管状部材１４の上側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部２４ａが形成され、これらの２つの凹部２４ａは、上側鋳型部材２４が下側鋳型部材２２の上に配置されたときに下側鋳型部材２２の２つの凹部２２ｃに対向して、管状部材１４を貫通させる略円形の管状部材貫通穴２８を形成する。 The upper mold member 24 has a shape that extends the side wall portion 22b of the lower mold member 22 vertically upward when it is disposed on the lower mold member 22. On the bottom surface of the upper mold member 24, two substantially semicircular recesses 24a having a shape corresponding to the upper half of the tubular member 14 are formed. The upper mold member 24 and the lower mold member 24 are formed in these two recesses 24a. A substantially circular tubular member through hole 28 through which the tubular member 14 passes is formed so as to face the two concave portions 22 c of the lower mold member 22 when placed on the upper mold member 22.

蓋部材２６は、上側鋳型部材２４の略矩形の上側開口部を塞ぐための部材であり、平面形状が下側鋳型部材２２および上側鋳型部材２４に対応する略矩形の平板状の部材である。蓋部材２６の１つの角部には、鋳型２０の内部にアルミニウム溶湯を注入するための注入口２６ａが形成され、この注入口２６ａが形成された角部に対向する蓋部材２６の角部には、鋳型２０の内部のガスなどを抜くための抜き穴２６ｂが形成されている。 The lid member 26 is a member for closing the substantially rectangular upper opening of the upper mold member 24, and is a substantially rectangular flat plate member whose planar shape corresponds to the lower mold member 22 and the upper mold member 24. An inlet 26a for injecting molten aluminum into the mold 20 is formed at one corner of the lid member 26, and at the corner of the lid member 26 facing the corner where the inlet 26a is formed. Is formed with a hole 26b for extracting gas or the like inside the mold 20.

下側鋳型部材２２の上に上側鋳型部材２４を載せ、その上に蓋部材２６を載せることにより、鋳型２０の内部にアルミニウム部材１２に対応する形状の空間が形成されるようになっている。なお、蓋部材２６を上側鋳型部材２４と一体に形成してもよい。また、注入口２６ａおよび抜き穴２６ｂは必ずしも蓋部材２６に形成する必要はなく、適宜設計により他の部分に形成してもよい。 By placing the upper mold member 24 on the lower mold member 22 and placing the lid member 26 thereon, a space having a shape corresponding to the aluminum member 12 is formed inside the mold 20. The lid member 26 may be formed integrally with the upper mold member 24. In addition, the inlet 26a and the hole 26b are not necessarily formed in the lid member 26, and may be formed in other portions by appropriate design.

次に、上述した構成の鋳型２０を使用してアルミニウム接合部材１０を製造する方法について説明する。まず、略Ｕ字形の管状部材１４をその開口端部が管状部材貫通穴２８を介して鋳型２０の外部に突出するように下側鋳型部材２２内に入れた後、下側鋳型部材２２の上に上側鋳型部材２４を載せて固定する。 Next, a method for manufacturing the aluminum bonding member 10 using the mold 20 having the above-described configuration will be described. First, after inserting the substantially U-shaped tubular member 14 into the lower mold member 22 so that the opening end of the tubular member 14 protrudes outside the mold 20 through the tubular member through hole 28, The upper mold member 24 is placed on and fixed to the plate.

次に、上側鋳型部材２４の上側開口部を蓋部材２６で塞いで固定した後、鋳型２０を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気の炉に入れて７５０℃まで加熱し、鋳型２０と同じ温度まで加熱溶解した純度９９．９９％のアルミニウム溶湯を、カーボン製シリンダを用いて注入口２６ａから鋳型２０内に注入する。蓋部材２６には抜き穴２６ｂが形成されているので、高圧を加えることなくアルミニウム溶湯を注入することができ、最終的に抜き穴２６ｂからアルミニウム溶湯が溢れるまで注入して鋳型２０内にアルミニウム溶湯を充填する。 Next, after the upper opening of the upper mold member 24 is closed and fixed with the lid member 26, the mold 20 is put into a furnace having a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 100 ppm or less, heated to 750 ° C., and heated to the same temperature as the mold 20. The molten aluminum having a purity of 99.99% is injected into the mold 20 from the injection port 26a using a carbon cylinder. Since the lid member 26 is formed with the punch hole 26b, the molten aluminum can be poured without applying high pressure, and finally, the molten aluminum melt is poured into the mold 20 until the molten aluminum overflows from the punch hole 26b. Fill.

次に、鋳型２０を冷却してアルミニウムを凝固させ、管状部材１４に接合した後、室温まで冷却し、得られたアルミニウム接合部材１０を鋳型２０から取り出す。その後、注入口２６ａや抜き穴２６ｂの痕などを切削加工によって取り除いてアルミニウム接合部材１０の表面を平らにする。 Next, the mold 20 is cooled to solidify the aluminum and bonded to the tubular member 14. Then, the mold 20 is cooled to room temperature, and the obtained aluminum bonded member 10 is taken out from the mold 20. Thereafter, the surface of the aluminum joining member 10 is flattened by removing the traces of the inlet 26a and the punched hole 26b by cutting.

このようにして得られたアルミニウム接合部材１０に金属−セラミックス回路基板を放熱グリースを介して密着させ、管状部材１４に冷却剤を流せば、金属−セラミックス回路基板の冷却部材として使用することができる。また、アルミニウム接合部材１０の所定の部分にＮｉ−Ｐ合金めっきを施し、そのめっきした部分に金属−セラミックス回路基板を半田付けすれば、空冷フィンより優れた安定した冷却性能を得ることができる。 If the metal-ceramic circuit board is brought into close contact with the aluminum joining member 10 obtained in this way via heat-dissipating grease and a coolant is poured into the tubular member 14, it can be used as a cooling member for the metal-ceramic circuit board. . Further, if Ni—P alloy plating is applied to a predetermined portion of the aluminum bonding member 10 and a metal-ceramic circuit board is soldered to the plated portion, stable cooling performance superior to that of the air cooling fin can be obtained.

［第２の実施の形態］
図４〜図６を参照して、本発明によるアルミニウム接合部材の第２の実施の形態として、第１の実施の形態のアルミニウム接合部材１０と同様のアルミニウム接合部材を銅−セラミックス回路基板に直接接合した実施の形態について説明する。 [Second Embodiment]
4 to 6, as a second embodiment of the aluminum bonding member according to the present invention, an aluminum bonding member similar to the aluminum bonding member 10 of the first embodiment is directly applied to a copper-ceramic circuit board. A bonded embodiment will be described.

図４に示すように、この実施の形態のアルミニウム接合部材１００は、第１の実施の形態と同様に、平面形状が略矩形のアルミニウム部材１０２と、略円環状の断面を有し且つ略Ｕ字形に延びる管状部材１０４とから構成されている。この管状部材１０４の両側の開口端部は、アルミニウム部材１０２の外部に突出して開口し、これらの開口端部の間の部分は、アルミニウム部材１０２の内部に配置され且つアルミニウム部材１０２に直接接触して接合している。 As shown in FIG. 4, the aluminum joining member 100 of this embodiment has a substantially rectangular aluminum member 102 having a substantially annular cross section and a substantially U-shaped cross section, as in the first embodiment. And a tubular member 104 extending in a letter shape. The open ends on both sides of the tubular member 104 project outward from the aluminum member 102, and the portion between the open ends is disposed inside the aluminum member 102 and directly contacts the aluminum member 102. Are joined.

このアルミニウム接合部材１００は、セラミックス基板１１２の一方の面に銅回路板１１４が接合した銅−セラミックス回路基板１１０の他方の面に直接接触して接合し、銅−セラミックス回路基板１１０の冷却部材として使用される。なお、銅−セラミックス回路基板１１０のセラミックス基板１１２と銅回路板１１４との接合は、アルミニウム溶湯による接合によってセラミックス基板１１２と銅回路板１１４の間の接合部が溶けなければ、直接接合法やろう接法などのどのような方法によって行ってもよい。 The aluminum bonding member 100 is in direct contact with and bonded to the other surface of the copper-ceramic circuit substrate 110 in which the copper circuit board 114 is bonded to one surface of the ceramic substrate 112, and serves as a cooling member for the copper-ceramic circuit substrate 110. used. The bonding of the ceramic substrate 112 and the copper circuit board 114 of the copper-ceramic circuit board 110 may be performed by a direct bonding method if the bonding portion between the ceramic substrate 112 and the copper circuit board 114 is not melted by bonding with molten aluminum. Any method such as a contact method may be used.

このような銅−セラミックス回路基板１１０に直接接触して接合したアルミニウム接合部材１００は、例えば、図５および図６に示す鋳型１２０を使用して製造することができる。鋳型１２０は、容易且つ安価に形成することができるカーボンなどの材料によって形成され、図５および図６に示すように、下側鋳型部材１２２と上側鋳型部材１２４と蓋部材１２６とから構成されている。 The aluminum joining member 100 joined in direct contact with such a copper-ceramic circuit board 110 can be manufactured using, for example, the mold 120 shown in FIGS. The mold 120 is formed of a material such as carbon that can be formed easily and inexpensively, and includes a lower mold member 122, an upper mold member 124, and a lid member 126, as shown in FIGS. Yes.

下側鋳型部材１２２は、平面形状が略矩形の平板状の底面部１２２ａと、この底面部１２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部１２２ｂとからなり、この側壁部１２２ｂの上面には、管状部材１０４の下側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部１２２ｃが形成されている。 The lower mold member 122 includes a flat bottom surface portion 122a having a substantially rectangular planar shape and a side wall portion 122b extending vertically upward from a peripheral edge portion of the bottom surface portion 122a. Two substantially semicircular recesses 122c having a shape corresponding to the lower half of the tubular member 104 are formed.

上側鋳型部材１２４は、下側鋳型部材１２２の上に配置されたときに下側鋳型部材１２２の側壁部１２２ｂを垂直方向上方に延長する形状を有する。この上側鋳型部材１２４の底面には、管状部材１０４の上側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部１２４ａが形成され、これらの２つの凹部１２４ａは、上側鋳型部材１２４が下側鋳型部材１２２の上に配置されたときに下側鋳型部材１２２の２つの凹部１２２ｃに対向して、管状部材１０４を貫通させる略円形の２つの管状部材貫通穴１２８を形成する。 The upper mold member 124 has a shape that extends the side wall portion 122b of the lower mold member 122 vertically upward when it is disposed on the lower mold member 122. Two substantially semicircular recesses 124a having a shape corresponding to the upper half of the tubular member 104 are formed on the bottom surface of the upper mold member 124. The upper mold member 124 is formed by the lower mold member 124 in these two recesses 124a. Two substantially circular tubular member through holes 128 that penetrate the tubular member 104 are formed so as to face the two concave portions 122 c of the lower mold member 122 when arranged on the upper portion 122.

蓋部材１２６は、上側鋳型部材１２４の略矩形の上側開口部の周縁部付近を塞ぐための部材であり、平面形状が下側鋳型部材１２２および上側鋳型部材１２４に対応する略矩形の平板状の部材である。蓋部材１２６の１つの角部には、鋳型１２０の内部にアルミニウム溶湯を注入するための注入口１２６ａが形成され、この注入口１２６ａが形成された角部に対向する蓋部材１２６の角部には、鋳型１２０の内部のガスなどを抜くための抜き穴１２６ｂが形成されている。また、蓋部材１２６の略中央部には、セラミックス基板１１２よりも僅かに小さい略矩形の開口部１２６ｃが形成されている。このように開口部１２６ｃがセラミックス基板１１２より小さいため、銅−セラミックス回路基板１１０が接合した後のアルミニウム接合部材１００を鋳型１２０から容易に取り出すことができるように、蓋部材１２６は、互いに分離可能な２つの部材を組み合わせて形成されている。 The lid member 126 is a member for closing the vicinity of the peripheral portion of the substantially rectangular upper opening of the upper mold member 124, and the planar shape is a substantially rectangular flat plate shape corresponding to the lower mold member 122 and the upper mold member 124. It is a member. An inlet 126a for injecting molten aluminum into the mold 120 is formed at one corner of the lid member 126, and at the corner of the lid member 126 opposite to the corner where the inlet 126a is formed. Is formed with a hole 126b for extracting gas or the like inside the mold 120. In addition, a substantially rectangular opening 126 c slightly smaller than the ceramic substrate 112 is formed in a substantially central portion of the lid member 126. Thus, since the opening 126c is smaller than the ceramic substrate 112, the lid members 126 can be separated from each other so that the aluminum bonding member 100 after the copper-ceramic circuit substrate 110 is bonded can be easily taken out from the mold 120. These two members are formed in combination.

下側鋳型部材１２２の上に上側鋳型部材１２４を載せ、その上に蓋部材１２６を載せることにより、鋳型１２０の内部にアルミニウム部材１０２に対応する形状の空間が形成されるようになっている。なお、注入口１２６ａおよび抜き穴１２６ｂは必ずしも蓋部材１２６に形成する必要はなく、適宜設計により他の部分に形成してもよい。 By placing the upper mold member 124 on the lower mold member 122 and placing the lid member 126 thereon, a space having a shape corresponding to the aluminum member 102 is formed inside the mold 120. Note that the inlet 126a and the extraction hole 126b are not necessarily formed in the lid member 126, and may be formed in other portions by appropriate design.

次に、上述した構成の鋳型１２０を使用してアルミニウム接合部材１００を製造する方法について説明する。まず、略Ｕ字形の管状部材１０４をその開口端部が管状部材貫通穴１２８を介して鋳型１２０の外部に突出するように下側鋳型部材１２２内に入れた後、下側鋳型部材１２２の上に上側鋳型部材１２４を載せて固定する。 Next, a method for manufacturing the aluminum bonding member 100 using the mold 120 having the above-described configuration will be described. First, the substantially U-shaped tubular member 104 is placed in the lower mold member 122 so that the open end of the tubular member 104 protrudes outside the mold 120 through the tubular member through hole 128, and then the upper mold member 122 is The upper mold member 124 is placed on and fixed to the plate.

次に、蓋部材１２６を上側鋳型部材１２４の上に載せて上側鋳型部材１２４の上側開口部の周縁部付近を塞いだ後、蓋部材１２６の開口部１２６ｃを塞ぐように銅−セラミックス回路基板１１０を蓋部材１２６の上に載せて固定する。 Next, after the lid member 126 is placed on the upper mold member 124 to close the periphery of the upper opening of the upper mold member 124, the copper-ceramic circuit board 110 is closed so as to close the opening 126 c of the lid member 126. Is fixed on the lid member 126.

次に、鋳型１２０を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気の炉に入れて７５０℃まで加熱し、鋳型１２０と同じ温度まで加熱溶解した純度９９．９９％のアルミニウム溶湯を、カーボン製シリンダを用いて注入口１２６ａから鋳型１２０内に注入する。蓋部材１２６には抜き穴１２６ｂが形成されているので、高圧を加えることなくアルミニウム溶湯を注入することができ、最終的に抜き穴１２６ｂからアルミニウム溶湯が溢れるまで注入して鋳型１２０内にアルミニウム溶湯を充填する。 Next, the mold 120 is put into a furnace having a nitrogen atmosphere of oxygen concentration of 100 ppm or less, heated to 750 ° C., and molten aluminum having a purity of 99.99% which is heated and melted to the same temperature as the mold 120 is poured using a carbon cylinder. Injection into the mold 120 from the inlet 126a. Since the hole 126b is formed in the lid member 126, the molten aluminum can be injected without applying a high pressure, and finally, the molten aluminum is poured into the mold 120 by pouring until the molten aluminum overflows from the through hole 126b. Fill.

次に、鋳型１２０を冷却してアルミニウムを凝固させ、管状部材１０４および銅−セラミックス回路基板１１０に接合した後、室温まで冷却し、得られたアルミニウム接合部材１００を鋳型１２０から取り出す。なお、蓋部材１２６が分離可能な２つの部材からなるので、アルミニウム接合部材１００を鋳型１２０から容易に取り出すことができる。その後、注入口１２６ａや抜き穴１２６ｂの痕などを切削加工によって取り除いてアルミニウム接合部材１００の表面を平らにする。 Next, the mold 120 is cooled to solidify aluminum and bonded to the tubular member 104 and the copper-ceramic circuit board 110, and then cooled to room temperature, and the resulting aluminum bonded member 100 is taken out from the mold 120. Since the lid member 126 is composed of two separable members, the aluminum joining member 100 can be easily taken out from the mold 120. Thereafter, the surface of the aluminum joining member 100 is flattened by removing the traces of the inlet 126a and the punched hole 126b by cutting.

この実施の形態では、半田や放熱グリースを使用することなく簡単にアルミニウム接合部材と銅−セラミックス回路基板とを一体化することができ、良好な特性を有する安価な冷却装置付き銅−セラミックス回路基板を作製することができる。 In this embodiment, an aluminum bonding member and a copper-ceramic circuit board can be easily integrated without using solder or heat radiation grease, and an inexpensive copper-ceramic circuit board with a cooling device having good characteristics. Can be produced.

また、この実施の形態では、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中でアルミニウム溶湯を鋳型に接触させ、アルミニウム溶湯の表面の酸化皮膜を取り除きながら、アルミニウム部材１０２と管状部材１０４との接合が化学的に行われ、さらにアルミニウム部材１０２とセラミックス基板１１２との接合も化学的に行われるため、接合のために表面に凹凸を形成してアンカー効果を利用することなく、市販の材料を用いて接合を行うことができる。 Further, in this embodiment, the aluminum member 102 and the tubular member 104 are chemically bonded while the molten aluminum is brought into contact with the mold in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas to remove the oxide film on the surface of the molten aluminum. In addition, since the joining of the aluminum member 102 and the ceramic substrate 112 is also chemically performed, the joining is performed using a commercially available material without forming an unevenness on the surface for joining and using the anchor effect. It can be carried out.

また、この実施の形態では、アルミニウム溶湯の注入時に回路板が溶けないように回路板を冷却するなどの特別な措置を取れば、銅−セラミックス回路基板１１０の代わりにアルミニウム−セラミックス回路基板を使用してもよい。また、セラミックス基板１１２は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素などを主成分とするのが好ましい。 Further, in this embodiment, if special measures are taken such as cooling the circuit board so that the circuit board does not melt when molten aluminum is injected, the aluminum-ceramic circuit board is used instead of the copper-ceramic circuit board 110. May be. The ceramic substrate 112 preferably contains alumina, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, or the like as a main component.

［第３の実施の形態］
図７〜図１０を参照して、本発明によるアルミニウム接合部材の第３の実施の形態として、第１の実施の形態のアルミニウム接合部材１０と同様のアルミニウム接合部材をアルミニウム−セラミックス回路基板に直接接合した実施の形態について説明する。 [Third Embodiment]
7 to 10, as an aluminum bonding member according to a third embodiment of the present invention, an aluminum bonding member similar to the aluminum bonding member 10 of the first embodiment is directly applied to an aluminum-ceramic circuit board. A bonded embodiment will be described.

図７に示すように、この実施の形態のアルミニウム接合部材２００は、第１の実施の形態と同様に、平面形状が略矩形のアルミニウム部材２０２と、略円環状の断面を有し且つ略Ｕ字形に延びる管状部材２０４とから構成されている。この管状部材２０４の両側の開口端部は、アルミニウム部材２０２の外部に突出して開口し、これらの開口端部の間の部分は、アルミニウム部材２０２の内部に配置され且つアルミニウム部材２０２に直接接触して接合している。 As shown in FIG. 7, the aluminum joining member 200 of this embodiment has a substantially rectangular aluminum member 202, a substantially annular cross section, and a substantially U shape, as in the first embodiment. And a tubular member 204 extending in a letter shape. The open ends on both sides of the tubular member 204 project outward from the aluminum member 202, and the portion between the open ends is disposed inside the aluminum member 202 and directly contacts the aluminum member 202. Are joined.

このアルミニウム接合部材２００は、セラミックス基板２１２の一方の面にアルミニウム回路板２１４が接合したアルミニウム−セラミックス回路基板２１０の他方の面に直接接触して接合し、アルミニウム−セラミックス回路基板２１０の冷却部材として使用される。 The aluminum bonding member 200 is directly contacted and bonded to the other surface of the aluminum-ceramic circuit substrate 210 in which the aluminum circuit board 214 is bonded to one surface of the ceramic substrate 212, and serves as a cooling member for the aluminum-ceramic circuit substrate 210. used.

このようなアルミニウム−セラミックス回路基板２１０に直接接触して接合したアルミニウム接合部材１００は、例えば、図８〜図１０に示す鋳型２２０を使用して製造することができる。この実施の形態では、予めセラミックス基板１１２に銅回路板１１４を接合した銅−セラミックス回路基板１１０をアルミニウム接合部材１００に接合する第２の実施の形態と異なり、回路板の材質がアルミニウムであるため、第２の実施の形態と同様の方法によって予めセラミックス基板２１２にアルミニウム回路板２１４を接合したアルミニウム−セラミックス回路基板２１０をアルミニウム接合部材２１０に接合すると、アルミニウム回路板２１４を冷却するなどの特別な措置を取らない限りアルミニウム溶湯の注入時にアルミニウム回路板２１４が溶けてしまうので、セラミックス基板２１２へのアルミニウム回路板２１４の接合をアルミニウム接合部材２１０の接合と同時に行っている。 The aluminum joining member 100 joined in direct contact with such an aluminum-ceramic circuit board 210 can be manufactured using, for example, the mold 220 shown in FIGS. In this embodiment, unlike the second embodiment in which the copper-ceramic circuit board 110 in which the copper circuit board 114 is bonded to the ceramic board 112 in advance is bonded to the aluminum bonding member 100, the circuit board is made of aluminum. When the aluminum-ceramic circuit board 210, in which the aluminum circuit board 214 is bonded to the ceramic substrate 212 in advance by the same method as in the second embodiment, is bonded to the aluminum bonding member 210, the aluminum circuit board 214 is cooled. As long as no measures are taken, the aluminum circuit board 214 is melted when the molten aluminum is poured. Therefore, the aluminum circuit board 214 is joined to the ceramic substrate 212 simultaneously with the joining of the aluminum joining member 210.

鋳型２２０は、容易且つ安価に形成することができるカーボンなどの材料によって形成され、図８〜図１０に示すように、下側鋳型部材２２２と上側鋳型部材２２４と蓋部材２２６とから構成されている。 The mold 220 is formed of a material such as carbon that can be formed easily and inexpensively, and includes a lower mold member 222, an upper mold member 224, and a lid member 226, as shown in FIGS. Yes.

下側鋳型部材２２２は、平面形状が略矩形の平板状の底面部２２２ａと、この底面部２２２ａの周縁部から垂直方向上方に延びる側壁部２２２ｂとからなり、この側壁部２２２ｂの上面には、管状部材２０４の下側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部２２２ｃが形成されている。 The lower mold member 222 includes a flat bottom surface portion 222a having a substantially rectangular planar shape, and a side wall portion 222b extending vertically upward from a peripheral edge portion of the bottom surface portion 222a. On the upper surface of the side wall portion 222b, Two substantially semicircular recesses 222c having a shape corresponding to the lower half of the tubular member 204 are formed.

上側鋳型部材２２４は、平面形状が下側鋳型部材２２２と同じ形状および大きさの略矩形の平板状の上面部２２４ａと、この上面部２２４ａの周縁部から垂直方向下方に延びて、下側鋳型部材２２２の側壁部２２２ｂに上に配置されたときにその側壁部２２２ｂを延長する形状の側壁部２２４ｂとからなる。上側鋳型部材２２４の側壁部２２４ｂの底面には、管状部材２０４の上側半分に対応する形状の略半円形の２つの凹部２２４ｃが形成され、これらの２つの凹部２２４ｃは、上側鋳型部材２２４が下側鋳型部材２２２の上に配置されたときに下側鋳型部材２２２の２つの凹部２２２ｃに対向して、管状部材２０４を貫通させる略円形の２つの管状部材貫通穴２２８を形成する。また、上側鋳型部材２２４の上面部２２４ａの１つの角部には、下側鋳型部材２２２と上側鋳型部材２２４によって画定された空間内にアルミニウム溶湯を注入するための流路２２４ｄが形成され、この流路２２４ｄが形成された角部に対向する上側鋳型部材２２４の上面部２２４ａの角部には、下側鋳型部材２２２と上側鋳型部材２２４によって画定された空間内のガスなどを抜くための流路２２４ｅが形成されている。さらに、上側鋳型部材２２４の上面部２２４ａの略中央部には、セラミックス基板２１２よりも僅かに小さい略矩形の開口部２２４ｆが形成されている。このように開口部２２４ｆがセラミックス基板２１２より小さいため、アルミニウム−セラミックス回路基板２１０が接合した後のアルミニウム接合部材２００を鋳型２２０から容易に取り出すことができるように、上側鋳型部材２２４は、互いに分離可能な２つの部材を組み合わせて形成されている。 The upper mold member 224 has a substantially rectangular flat plate-like upper surface part 224a having the same shape and size as the lower mold member 222, and extends vertically downward from the peripheral edge of the upper surface part 224a. When the member 222 is disposed on the side wall 222b of the member 222, the side wall 222b is formed to extend the side wall 222b. Two substantially semicircular concave portions 224c having a shape corresponding to the upper half of the tubular member 204 are formed on the bottom surface of the side wall portion 224b of the upper mold member 224, and the upper mold member 224 is located below the two concave portions 224c. Two substantially circular tubular member through holes 228 that penetrate the tubular member 204 are formed so as to face the two concave portions 222 c of the lower mold member 222 when disposed on the side mold member 222. A flow path 224d for injecting molten aluminum into a space defined by the lower mold member 222 and the upper mold member 224 is formed at one corner of the upper surface portion 224a of the upper mold member 224. A flow for extracting gas or the like in a space defined by the lower mold member 222 and the upper mold member 224 is formed at the corner of the upper surface portion 224a of the upper mold member 224 facing the corner where the flow path 224d is formed. A path 224e is formed. Furthermore, a substantially rectangular opening 224f that is slightly smaller than the ceramic substrate 212 is formed at a substantially central portion of the upper surface portion 224a of the upper mold member 224. Since the opening 224f is smaller than the ceramic substrate 212 in this way, the upper mold member 224 is separated from each other so that the aluminum bonding member 200 after the aluminum-ceramic circuit substrate 210 is bonded can be easily taken out from the mold 220. It is formed by combining two possible members.

蓋部材２２６は、平面形状が上側鋳型部材２２４と同じ形状および大きさの略矩形の部材からなる。図１０に示すように、この蓋部材２２６の底面の略中央部には、セラミックス基板収容部として、セラミックス基板２１２と略同一の形状でセラミックス基板２１２より僅かに大きい凹部が形成されている。このセラミックス基板収容部の底面（図１０において上側の面）には、セラミックス基板２１２の上面にアルミニウム回路板２１４を形成するためのアルミニウム回路板形成部として、アルミニウム回路板２１４と略同一の形状および大きさの２つの凹部が形成されている。また、図８〜図１０に示すように、蓋部材２２６の上面の１つの角部には、上側鋳型部材２２４の流路２２４ｄに連通して、下側鋳型部材２２２と上側鋳型部材２２４によって画定された空間内にアルミニウム溶湯を注入するための注入口２２６ａが形成され、この注入口２２６ａが形成された角部に対向する蓋部材２２６の角部には、上側鋳型部材２２４の流路２２４ｅに連通して、下側鋳型部材２２２と上側鋳型部材２２４によって画定された空間内のガスなどを抜くための抜き穴２２６ｂが形成されている。さらに、蓋部材２２６には、各々のアルミニウム回路板形成部内にアルミニウム溶湯を注入するための注入口２２６ｃと、各々のアルミニウム回路板形成部内のガスなどを抜くための抜き穴２２６ｄが形成されている。 The lid member 226 is a substantially rectangular member having a planar shape that is the same shape and size as the upper mold member 224. As shown in FIG. 10, a concave portion slightly larger than the ceramic substrate 212 having a shape substantially the same as that of the ceramic substrate 212 is formed as a ceramic substrate housing portion at a substantially central portion of the bottom surface of the lid member 226. On the bottom surface (upper surface in FIG. 10) of the ceramic substrate housing portion, an aluminum circuit board forming portion for forming the aluminum circuit board 214 on the upper surface of the ceramic substrate 212 has substantially the same shape and shape as the aluminum circuit board 214. Two concave portions having a size are formed. As shown in FIGS. 8 to 10, one corner of the upper surface of the lid member 226 communicates with the flow path 224 d of the upper mold member 224 and is defined by the lower mold member 222 and the upper mold member 224. An inlet 226a for injecting molten aluminum is formed in the formed space, and a corner of the lid member 226 opposite to the corner where the inlet 226a is formed is connected to the flow path 224e of the upper mold member 224. A vent hole 226b is formed to communicate with the gas and remove the gas in the space defined by the lower mold member 222 and the upper mold member 224. Further, the lid member 226 is formed with an inlet 226c for injecting molten aluminum into each aluminum circuit board forming portion, and a hole 226d for extracting gas and the like in each aluminum circuit plate forming portion. .

次に、上述した構成の鋳型２２０を使用してアルミニウム接合部材２００を製造する方法について説明する。まず、略Ｕ字形の管状部材２０４をその開口端部が管状部材貫通穴２２８を介して鋳型２２０の外部に突出するように下側鋳型部材２２２内に入れた後、下側鋳型部材２２２の上に上側鋳型部材２２４を載せて固定する。 Next, a method for manufacturing the aluminum bonding member 200 using the mold 220 having the above-described configuration will be described. First, after inserting the substantially U-shaped tubular member 204 into the lower mold member 222 so that the opening end of the tubular member 204 protrudes outside the mold 220 through the tubular member through hole 228, The upper mold member 224 is placed on and fixed to the plate.

次に、上側鋳型部材２２４の開口部２２４ｆを塞ぐようにセラミックス基板２１２を上側鋳型部材２２４の上に載せた後、蓋部材２２６を上側鋳型部材２２４の上に載せて固定する。 Next, after the ceramic substrate 212 is placed on the upper mold member 224 so as to close the opening 224f of the upper mold member 224, the lid member 226 is placed on the upper mold member 224 and fixed.

次に、鋳型２２０を酸素濃度１００ｐｐｍ以下の窒素雰囲気の炉に入れて７５０℃まで加熱し、鋳型２２０と同じ温度まで加熱溶解した純度９９．９９％のアルミニウム溶湯を、カーボン製シリンダを用いて注入口２２６ａおよび２２６ｃから鋳型２２０内に注入する。蓋部材２２６には抜き穴２２６ｂおよび２２６ｄが形成されているので、高圧を加えることなくアルミニウム溶湯を注入することができ、最終的に抜き穴２２６ｂおよび２２６ｄからアルミニウム溶湯が溢れるまで注入して鋳型２２０内にアルミニウム溶湯を充填する。 Next, the mold 220 was put in a furnace having a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 100 ppm or less, heated to 750 ° C., and molten aluminum having a purity of 99.99%, which was heated and melted to the same temperature as the mold 220, was poured using a carbon cylinder. Injection into the mold 220 from the inlets 226a and 226c. Since the hole 226b and 226d are formed in the lid member 226, the molten aluminum can be injected without applying a high pressure, and finally the mold 220 is injected until the molten aluminum overflows from the through holes 226b and 226d. Fill the inside with molten aluminum.

次に、鋳型２２０を冷却してアルミニウムを凝固させ、管状部材２０４およびセラミックス基板２１２に接合した後、室温まで冷却し、得られたアルミニウム接合部材２００を鋳型２２０から取り出す。なお、上側鋳型部材２２４が分離可能な２つの部材からなるので、アルミニウム接合部材２００を鋳型２２０から容易に取り出すことができる。その後、注入口２２６ａおよび２２６ｃや抜き穴２２６ｂおよび２２６ｄの痕などを切削加工によって取り除いてアルミニウム接合部材２００の表面を平らにする。 Next, the mold 220 is cooled to solidify aluminum and bonded to the tubular member 204 and the ceramic substrate 212, and then cooled to room temperature, and the resulting aluminum bonded member 200 is taken out from the mold 220. Since the upper mold member 224 is composed of two separable members, the aluminum bonding member 200 can be easily taken out from the mold 220. Thereafter, the marks of the inlets 226a and 226c and the punched holes 226b and 226d are removed by cutting to flatten the surface of the aluminum joining member 200.

上述したように、この実施の形態では、セラミックス基板２１２を鋳型２２０内に設置してアルミニウム溶湯を注入するだけで、冷却部材付きアルミニウム−セラミックス回路基板を簡単に作製することができる。また、複雑な形状の回路板を形成する場合には、アルミニウム回路板を接合した後にエッチングなどの方法によって精密なパターンを作製することもできる。 As described above, in this embodiment, an aluminum-ceramic circuit board with a cooling member can be easily produced simply by placing the ceramic substrate 212 in the mold 220 and pouring molten aluminum. When a circuit board having a complicated shape is formed, a precise pattern can also be produced by a method such as etching after joining the aluminum circuit board.

なお、鋳型に充填する金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であるのが好ましく、ビッカース硬度が４０以下であるのがさらに好ましい。これは、セラミックスと金属の熱膨張差による応力を低減するためであり、ビッカース硬度が４０を超えると、接合時やヒートサイクル時などにセラミックス基板にクラックが発生する場合があるからである。 The metal filled in the mold is preferably aluminum or an aluminum alloy, and more preferably has a Vickers hardness of 40 or less. This is to reduce the stress due to the difference in thermal expansion between the ceramic and the metal. If the Vickers hardness exceeds 40, cracks may occur in the ceramic substrate during bonding or heat cycle.

なお、本実施の形態では、図１１に示すように、アルミニウム接合部材２００の両面にそれぞれアルミニウム−セラミックス回路基板２１０を直接接触させて接合してもよい。このようにアルミニウム−セラミックス回路基板２１０が両面に直接接触して接合したアルミニウム部材２００は、図１２に示すように、図１０の下側鋳型部材２２２の代わりに下側鋳型部材２３０および底部鋳型部材２３２を使用することにより製造することができる。この場合、鋳型内に注入されたアルミニウム溶湯は、底部鋳型部材２３２とその中に配置されたセラミックス基板２１２と間の（図示しない）間隙を通ってセラミックス基板２１２の反対側の面にアルミニウム回路板２１４を直接接触させて接合することができるようになっている。このようにアルミニウム−セラミックス回路基板２１０をアルミニウム部材２００の両面に接合することによりパワーモジュールをコンパクトにすることができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the aluminum-ceramic circuit board 210 may be directly contacted and bonded to both surfaces of the aluminum bonding member 200. As shown in FIG. 12, the aluminum member 200 in which the aluminum-ceramic circuit board 210 is joined in direct contact with both surfaces is joined to the lower mold member 230 and the bottom mold member in place of the lower mold member 222 in FIG. It can be manufactured by using 232. In this case, the molten aluminum injected into the mold passes through a gap (not shown) between the bottom mold member 232 and the ceramic substrate 212 disposed therein and is placed on the opposite surface of the ceramic substrate 212 on the aluminum circuit board. 214 can be joined by direct contact. Thus, the power module can be made compact by bonding the aluminum-ceramic circuit board 210 to both surfaces of the aluminum member 200.

１０、１００、２００アルミニウム接合部材
１２、１０２、２０２アルミニウム部材
１４、１０４、２０４管状部材
２０、１２０、２２０鋳型
２２、１２２、２２２、２３０下側鋳型部材
２４、１２４、２２４上側鋳型部材
２６、１２６、２２６蓋部材
２６ａ、１２６ａ、２２６ａ注入口
２６ｂ、１２６ｂ、２２６ｂ抜き穴
２８、１２８、２２８管状部材貫通穴
１１０銅−セラミックス回路基板
１１２セラミックス基板
１１４銅回路板
２１０アルミニウム−セラミックス回路基板
２１２セラミックス基板
２１４アルミニウム回路板
２３２底部鋳型部材 10, 100, 200 Aluminum bonding member 12, 102, 202 Aluminum member 14, 104, 204 Tubular member 20, 120, 220 Mold 22, 122, 222, 230 Lower mold member 24, 124, 224 Upper mold member 26, 126 226 Lid member 26a, 126a, 226a Inlet 26b, 126b, 226b Hole 28, 128, 228 Tubular member through hole 110 Copper-ceramic circuit board 112 Ceramic board 114 Copper circuit board 210 Aluminum-ceramic circuit board 212 Ceramic board 214 Aluminum circuit board 232 Bottom mold member

Claims

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム部材と、このアルミニウム部材の内部に延びるとともに両側の開口端部がアルミニウム部材の外部に開口する管状部材とから構成され、前記管状部材が前記アルミニウム部材の材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点付近の温度で溶解しない材料からなり、前記管状部材のアルミニウム部材の内部に延びる部分の外周面の少なくとも一部が前記アルミニウム部材に接触しているアルミニウム接合部材であって、このアルミニウム接合部材の一方の面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板が一方の面に直接接合したセラミックス基板の他方の面が直接接合していることを特徴とする、アルミニウム接合部材。 Aluminum comprising an aluminum member made of aluminum or an aluminum alloy, and a tubular member extending inside the aluminum member and having both ends open to the outside of the aluminum member, and the tubular member is a material of the aluminum member Or an aluminum joining member made of a material that does not melt at a temperature near the melting point of the aluminum alloy, and at least a part of the outer peripheral surface of the tubular member extending to the inside of the aluminum member is in contact with the aluminum member, on one surface of the aluminum bonding member, wherein the other surface of the ceramic substrate metal circuit plate made of aluminum or an aluminum alloy are bonded directly to one surface is bonded directly, aluminum bonding member.

前記管状部材のアルミニウム部材の内部に延びる部分の外周面の少なくとも一部が前記アルミニウム部材に接触して接合していることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム接合部材。 The aluminum joining member according to claim 1, wherein at least a part of an outer peripheral surface of a portion of the tubular member extending inside the aluminum member is in contact with and joined to the aluminum member.

前記管状部材のアルミニウム部材の内部に延びる部分の外周面の全面が前記アルミニウム部材に接触して接合していることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム接合部材。 2. The aluminum joining member according to claim 1, wherein an entire outer peripheral surface of a portion extending inside the aluminum member of the tubular member is in contact with and joined to the aluminum member.

前記管状部材が、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、ＣｕおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つの元素を主成分とする金属からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 The said tubular member consists of a metal which has as a main component at least 1 element chosen from W, Mo, Ti, Zr, Fe, Cu, and Ni, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Aluminum joint member.

前記管状部材が、セラミックスまたは炭素材からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 The aluminum joining member according to any one of claims 1 to 3, wherein the tubular member is made of ceramics or carbon material.

前記管状部材が、ステンレス、ＳＫＤまたはＭｏ合金からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 The aluminum joining member according to any one of claims 1 to 3, wherein the tubular member is made of stainless steel, SKD, or Mo alloy.

前記管状部材が、Ｍｏ系焼結材料またはＷ系焼結材料からなることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 The aluminum joining member according to any one of claims 1 to 3, wherein the tubular member is made of a Mo-based sintered material or a W-based sintered material.

前記アルミニウム接合部材の他方の面に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属回路板が一方の面に直接接合したセラミックス基板の他方の面が直接接合していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 And said the other surface of the aluminum bonding member, the other surface of the ceramic substrate metal circuit plate made of aluminum or an aluminum alloy are bonded directly to one surface is bonded directly, claims 1 to 7 The aluminum joining member in any one of.

前記アルミニウム接合部材が冷却部材として使用されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のアルミニウム接合部材。 The aluminum joining member according to any one of claims 1 to 8, wherein the aluminum joining member is used as a cooling member.