(57)【要約】【課題】多様な形状を有する金属−セラミックス複合部材を、高い生産性で製造できる製造装置、鋳型部材、並びに製造方法を提供する。【解決手段】雰囲気置換・加熱部１１、湯押し部２１、冷却部３１という複数の処理領域と、この複数の処理領域に亘って鋳型部材を通過させるガイド４８を有する金属−セラミックス複合部材の製造装置を作製し、このガイド４８に設けられた鋳型投入口４３へ、セラミックス部材８６を設置した鋳型６０を連続的に投入し、実質的に大気と触れない状態としてガイド４８を通過させ、湯押し部２１にて金属溶湯５３を注湯し、冷却部３１にて金属溶湯を冷却固化して金属とセラミックスとを接合させ、金属−セラミックス複合部材を製造した。【選択図】図１
2004105978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型部材中にセラミックス部材を設置し、前記鋳型部材中に、接合すべき金属溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯して冷却固化させることにより、セラミックスと金属との互いの界面における直接の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する金属−セラミックス複合部材の製造装置であって、
複数の処理領域と、
前記複数の処理領域に亘って設けられ、前記鋳型部材を通過させる通路部材とを有し、
前記鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態として前記通路部材を通過させ、前記接合すべき金属溶湯の注湯処理を施すことを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造装置。
【請求項２】
前記鋳型部材が前記通路部材に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置。
【請求項３】
前記接合すべき金属溶湯の所定量を、前記鋳型部材へ加圧して注湯することを特徴とする請求項１または２に記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置。
【請求項４】
前記接合すべき金属溶湯を前記鋳型部材と接触させながら流動させて、前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯す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−セラミックス複合部材の製造装置。
【請求項５】
前記セラミックス部材の自重を用い、前記セラミックス部材を鋳型部材内の設置部へ横にして設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋳型部材。
【請求項６】
前記金属溶湯が冷却するとき、前記金属の引け巣を発生させる引け巣誘導部を前記鋳型部材内に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋳型部材。
【請求項７】
鋳型部材中にセラミックス部材を設置し、前記鋳型部材中に、接合すべき金属溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯して冷却固化させる処理により、セラミックスと金属との互いの界面での直接の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する金属−セラミックス複合部材の製造方法であって、
前記鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態として、前記複数の処理領域に亘って設けられた通路部材を通過させ、前記接合すべき金属溶湯の注湯処理を施すことを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法。
【請求項８】
前記冷却固化の際、一方向から固化を進行させることを特徴とする請求項７に記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法。
【請求項９】
前記金属が、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金であり、
前記セラミックス部材が、アルミニウムの酸化物、窒化物、炭化物、珪素の酸化物、窒化物、炭化物のいずれかであることを特徴とする請求項７または８に記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれかに記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法によって製造された金属−セラミックス複合部材であって、
前記セラミックス部材の両側に金属部材または金属板が接合され、
前記セラミックス部材の、一方の側には前記金属部材または金属板をパターン化したものを配線材として電子デバイスが設けられ、他方の側には前記金属部材または金属板が放熱板または放熱フィンとして設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと金属とが互いの界面における直接の接合力により強固に接合された、金属−セラミックス複合部材の製造装置、鋳型部材、並びに製造方法さらには製造された金属−セラミックス複合部材へ電子デバイスを搭載した電子部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスの化学安定性、高融点、絶縁性、高硬度、比較的に高い熱伝導性等の特性と、金属の高強度、高靭性、易加工性、導電性等の特性とを生かした金属−セラミックス複合部材は、自動車、電子装置等に広く用いられ、その代表的な例として、自動車ターボチャージャー用のローター、大電力電子素子実装用の金属−セラミックス複合基板、およびパッケージが挙げられる。
【０００３】
前記金属−セラミックス複合部材の主な製造方法としては、接着、メッキ、メタライズ、溶射、鋳ぐるみ、ロウ接法、ＤＢＣ法が公知であるが、金属−セラミックス複合部材の内でも、金属−セラミックス複合基板に関しては、近年コスト上の問題から、大部分がアルミナ基板を用いるＤＢＣ法や窒化アルミニウム基板を用いる金属活性ロウ接合法により製造されている。
【０００４】
本出願人は、セラミックス部材に金属部材としてのアルミニウムを直接接合する方法、装置並びに鋳型を提案してきた。（例えば、特許文献１〜３参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−２７６０３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２６７１７号公報
【特許文献３】
特開２００２−７６５５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、金属−セラミックス複合部材の市場の拡大と伴に、多様な形状を有する金属−セラミックス複合部材を低コストで供給して欲しいという要請が強まってきた。ところが、そのような要請に対して、前記提案では必ずしも十分に対応できない場合が現れてきた。
【０００７】
例えば、図４（ｃ）、図７、図９に示す、接合金属上に複数のセラミック基板が接合される金属−セラミックス複合部材を、従来の技術に係る鋳型内にてセラミック基板を縦置きに設置する縦型の鋳型で製造しようとすると、注入される金属溶湯より相当の浮力を受け不安定な状態となる。このため、溶湯の注湯や鋳型の移動に伴う僅かな衝撃でも、鋳型内におけるセラミック基板の位置や姿勢がずれてしまい、所望の金属−セラミックス複合部材を製造することができなかった。この対策として、前記縦型の鋳型内に治具を設けセラミック基板の浮き上がりによる位置や姿勢のずれを抑止することも考えられたが、鋳型の内部構造の複雑化、治具を構成する材料が新たな汚染源となる可能性等から、この対策は断念せざるを得なかった。
【０００８】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、多様な形状を有する金属−セラミックス複合部材を高い生産性で製造できる製造装置、鋳型部材、並びに製造方法さらには製造された金属−セラミックス複合部材へ電子デバイスを搭載した電子部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための第１の手段は、鋳型部材中にセラミックス部材を設置し、前記鋳型部材中に、接合すべき金属溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯して冷却固化させることにより、セラミックスと金属との互いの界面における直接の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する金属−セラミックス複合部材の製造装置であって、
複数の処理領域と、
前記複数の処理領域に亘って設けられ、前記鋳型部材を通過させる通路部材とを有し、
前記鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態として前記通路部材を通過させ、前記接合すべき金属溶湯の注湯処理を施すことを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造装置である。
【００１０】
上記の構成を採ることにより、セラミックス部材が設置された鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態で通路部材を通過させながら、加熱処理、金属溶湯の注湯処理、冷却処理をおこなうことができ、複数の鋳型部材が隣接した状態で通路部材を通過することもでき、且つ鋳型部材は接合すべき金属溶湯を注湯されるので、金属溶解のための時間が不要となると伴に、鋳型部材自体も小型化できた結果、加熱、冷却時間も短縮され、金属−セラミックス複合部材の生産性が大きく向上した。
【００１１】
第２の手段は、前記鋳型部材が前記通路部材に挟持されていることを特徴とする第１の手段に記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置である。
【００１２】
上記の構成を採ることで、前記金属−セラミックス複合部材の製造装置内における鋳型部材の位置を制御できると共に、前記金属溶湯が冷却固化する際に発生する反りに対しても、前記鋳型部材と前記通路部材とが協同して抗力を発生するので鋳型部材を小型化することができる。
【００１３】
第３の手段は、前記接合すべき金属溶湯の所定量を、前記鋳型部材へ加圧して注湯することを特徴とする第１または第２の手段に記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置である。
【００１４】
上記の構成を採り、前記接合すべき金属溶湯の所定量を前記鋳型部材へ加圧して注湯することで、注湯時間を短縮すると伴に、鋳型部材中へ隈無く溶湯を注湯することができるので、金属−セラミックス複合部材の生産性と成形性とが向上した。
【００１５】
第４の手段は、前記接合すべき金属溶湯を前記鋳型部材と接触させながら流動させて、前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯することを特徴とする第１〜第３の手段のいずれかに記載の金属−セラミックス複合部材の製造装置である。
【００１６】
上記の構成を採り、前記接合すべき金属溶湯を鋳型部材と接触させながら流動させることで、接合すべき金属溶湯の表面の金属酸化物が、鋳型部材に付着または金属溶湯内部に巻き込まれ、金属溶湯の表面から除去された状態となり、この表面に金属酸化物を有しない金属溶湯をセラミックス部材の表面に接触させることで、金属−セラミックスの界面に金属酸化物を介在させず、金属−セラミックスの接合力の低下を回避することができる。
【００１７】
第５の手段は、前記セラミックス部材の自重を用い、前記セラミックス部材を鋳型部材内の設置部へ横にして設置することを特徴とする第１〜第４の手段のいずれかに記載の鋳型部材である。
【００１８】
上記の構成を採ることにより、セラミックス部材は、鋳型部材内の設置部に横になり、自重をもって安定的に鋳型部材へ設置されるので、そのセラミックス部材の表面積より大きな面積をもって注湯される金属溶湯から浮力を受けても、その位置、姿勢を変えることがないので、所望の金属−セラミックス複合部材を製造することができた。
【００１９】
第６の手段は、前記金属溶湯が冷却するとき、前記金属の引け巣を発生させる引け巣誘導部を前記鋳型部材内に設けたことを特徴とする第１〜第５の手段のいずれかに記載の鋳型部材である。
【００２０】
上記の構成を採ることにより、注湯された金属溶湯が冷却する際に発生する引け巣を引け巣誘導部に誘導して発生させることで、製品部に引け巣のない金属−セラミックス複合部材を製造することができた。
【００２１】
第７の手段は、鋳型部材中にセラミックス部材を設置し、前記鋳型部材中に、接合すべき金属溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯して冷却固化させる処理により、セラミックスと金属との互いの界面での直接の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する金属−セラミックス複合部材の製造方法であって、
前記鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態にして、前記複数の処理領域に亘って設けられた通路部材を通過させ、前記接合すべき金属溶湯の注湯処理を施すことを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造方法である。
【００２２】
上記の構成を採ることにより、セラミックス部材が設置された鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態で通路部材を通過させながら、加熱処理、金属溶湯の注湯処理、冷却処理をおこなうので、複数の鋳型部材が隣接した状態で通路部材を通過することができ、且つ鋳型部材は接合すべき金属溶湯を注湯されるので、金属溶解のための時間が不要となると伴に、鋳型部材自体も小型化したので加熱、冷却時間も短縮され、金属−セラミックス複合部材の生産性が大きく向上した。
【００２３】
第８の手段は、前記冷却固化の際、一方向から固化を進行させることを特徴とする第７の手段に記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法である。
【００２４】
上記の構成を採ることにより、溶湯金属が冷却固化した金属の結晶構造が均一なものとなり、電気的特性およびエッチング特性に優れたものとなると同時に、前記セラミックス部材中の金属−セラミックスの接合力も均一で強固なものとなる。
【００２５】
第９の手段は、前記金属が、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金であり、
前記セラミックス部材が、アルミニウムの酸化物、窒化物、炭化物、珪素の酸化物、窒化物、炭化物のいずれかであることを特徴とする第７または第８の手段に記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法である。
【００２６】
上記の構成を採ることにより、金属−セラミックスの界面において十分な接合力を得ることができ、さらに、高い電導性と伝熱性とを有する金属と、高い電気絶縁性と伝熱性を有するセラミックスとを構成部材とする、適用範囲の広い金属−セラミックス複合部材を製造することができた。
【００２７】
第１０の手段は、第７〜第９手段のいずれかに記載の金属−セラミックス複合部材の製造方法によって製造された金属−セラミックス複合部材であって、
前記セラミックス部材の両側に金属部材または金属板が接合され、
前記セラミックス部材の、一方の側には前記金属部材または金属板をパターン化したものを配線材として電子デバイスが設けられ、他方の側には前記金属部材または金属板が放熱板または放熱フィンとして設けられていることを特徴とする金属−セラミックス複合部材である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を用いて説明する。
ここで、図１は本発明に係る金属−セラミックス複合部材の製造装置例を示す縦断面図であり、図２（ａ）は、本発明に係る鋳型部材例の斜視図であり、（ｂ）は、本発明に係る鋳型部材例のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）（ｄ）は、鋳型部材が製造装置内に設けられた通路部材内を通過する際のＢ−Ｂ断面図であり、図３（ａ）〜（ｅ）は、セラミックス部材の製造工程および製造されたセラミックス部材を、図２（ａ）に示した鋳型部材に設置する迄の工程を示した縦断面図であり、図４（ａ）（ｂ）は、図１に示した金属−セラミックス複合部材の製造装置を用いて、セラミック部材の設置された鋳型部材へ接合すべき金属溶湯を注湯し、金属−セラミックス複合部材を製造する工程を示すため、図１の主要部に鋳型部材を記載した縦断面図であり、（ｃ）はこの工程で製造された金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【００２９】
まず図１を用いて、本発明に係る金属−セラミックス複合部材の製造装置である接合炉について説明する。
図１において、接合炉１は、セラミック部材が設置された鋳型部材（図示していない）へ金属溶湯を注湯した後、冷却して、セラミック部材へ金属部材を接合させる炉である。この接合炉１は、鋳型部材内の大気を不活性ガス雰囲気に置換した後、鋳型部材を加熱する処理領域である雰囲気置換・加熱部１１と、雰囲気置換・加熱部１１で加熱された鋳型部材の温度を注湯温度に維持し、その状態で鋳型部材に接合すべき金属溶湯（以下、金属溶湯と記載する）５３を注湯する処理領域である湯押し部２１と、湯押し部２１で注湯された鋳型内の温度を冷却して、セラミックス部材に金属を接合させる処理領域である冷却部３１とから構成されている。
【００３０】
これら雰囲気置換・加熱部１１、湯押し部２１、冷却部３１は、水平方向に直列に並んでおり、外界と雰囲気置換・加熱部１１との間には第１の隔壁１３、雰囲気置換・加熱部１１と湯押し部２１との間には第２の隔壁２３、湯押し部２１と冷却部３１との間には第３の隔壁２４、冷却部３１と外界との間には第４の隔壁３３が設けられている。また、雰囲気置換・加熱部１１、湯押し部２１、冷却部３１の側壁には、加熱手段及び温度制御手段としての雰囲気置換・加熱部ヒーター１２、湯押し部ヒーター２２、冷却部ヒーター３２が設けられ、室内に収容した鋳型部材の温度を適切に制御できるようになっている。冷却部３１には、鋳型部材の冷却手段として冷却ジャケット４５が配されている。
【００３１】
さらに湯押し部２１には、鋳型部材に金属溶湯を加圧して注湯する注湯装置５１が設けられている。注湯装置５１は、ピストン動作装置５５によりシリンダ５６内を上下運動するピストン５４を用いて、金属溶湯溜め５２内の金属溶湯５３の所定量を加圧して鋳型部材へ供給する注湯手段である。そして、金属溶湯溜め５２へは金属溶湯通路５９を介して、接合炉１の隔壁外の不活性雰囲気下に設けられた金属溶湯溶解炉５８より適宜量の金属溶湯５３が供給される。
【００３２】
また、第１の隔壁１３より雰囲気置換・加熱部１１、湯押し部２１、冷却部３１の複数の処理領域を亘り第４の隔壁３３を貫通して、通路部材であるガイド４８が設けられている。このガイド４８の鋳型投入側の端は鋳型投入口４３となり、鋳型取り出し側の端は鋳型取り出し口４６となっている。そしてガイド４８の両端の、鋳型投入口４３および鋳型取り出し口４６より概ね鋳型部材の１〜　２個分に相当する部分は、中空の筒状部４９となり、その他の中央部分は、例えば、断面形状がコの字状を有する上側鋳型ガイドレール４１と下側鋳型ガイドレール４２とを、その開放端を向かい合わせたものである。
【００３３】
そしてガイド４８には、雰囲気置換・加熱部１１において鋳型内雰囲気置換用開口部４４が設けられ、湯押し部２１においては前記注湯装置５１の注湯口である狭隘部５７がガイド４８の壁に開口しており、また、前記狭隘部５７より適宜離れた位置のガイド４８の壁に雰囲気逃がし口４７が開口しており、冷却部３１においてはガイド４８の壁に前記冷却ジャケット４５が設けられている。
【００３４】
上述した接合炉１において、ガイド４８の端に設けられた鋳型投入口４３よりセラミックス部材が設置された鋳型部材が連続的に投入されると、まず雰囲気置換・加熱部１１において、雰囲気置換・加熱部ヒーター１２にて加熱されながら鋳型部材は筒状部４９、ガイド４８内を進行し、鋳型内雰囲気置換開口部４４に到達すると、鋳型部材内の大気が不活性ガス雰囲気に置換される。この不活性ガス雰囲気は酸素濃度が所定値以下、好ましくは１％以下の窒素ガス、アルゴンガス等である。尚、詳細は後述するが、鋳型部材は筒状部４９の内壁に実質的に密着する寸法としてあるので、鋳型部材を鋳型投入口４３より連続的に投入しても大気はガイド４８内に侵入することを阻止されている。鋳型部材が筒状部４９を通過した後は、上側鋳型ガイドレール４１と下側鋳型ガイドレール４２とに挟持されて処理領域を進行する。
【００３５】
次に鋳型部材が湯押し部２１に進行し注湯装置５１下に到達すると、湯押し部ヒーター２２により注湯に適した温度に加熱されながら、狭隘部５７を介して金属溶湯５３が注湯される。このとき、注湯装置５１に設けられた金属溶湯溜め５２、ピストン５４、ピストン動作装置５５、シリンダ５６は協同して所定量の金属溶湯５３を所定圧で鋳型部材へ注湯する。この注湯により減少した金属溶湯溜め５２内の金属溶湯５３は、適宜、金属溶湯溶解炉５８より補充される。尚、鋳型部材への注湯に際し鋳型部材内の雰囲気は雰囲気逃がし口４７より抜けていく。
【００３６】
金属溶湯５３が注湯された鋳型部材は冷却部３１へ進行し、冷却部ヒーター３２と冷却ジャケット４５の協同により所定の降温速度にて降温し、金属溶湯５３は冷却固化する。このとき鋳型部材は上下側鋳型ガイドレール４１、４２に挟持されながら、下側鋳型ガイドレール４２に設けられた冷却ジャケット４５へ到達することから、金属溶湯５３の冷却固化を、鋳型部材の鋳型取り出し口４６側の下部より開始させ、続いて鋳型の進行と共に、鋳型の投入口４３側および鋳型の上部へ一方向に進行させていくことが可能となり好ましいが、詳細は後述する。
【００３７】
鋳型部材は、冷却ジャケット４５を通過した後、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の挟持から、再び筒状部４９を通過して鋳型取り出し口４６より取りだされる。この鋳型取り出し口４６側の筒状部４９の内壁も鋳型部材と実質的に密着するので、鋳型部材が鋳型取り出し口４６より連続的に取りだされても、大気がガイド４８内に侵入することは阻止されている。
【００３８】
次に、図２（ａ）（ｂ）を用いて、本発明に係る鋳型部材の一例について説明し、さらに図２（ｃ）（ｄ）を用い鋳型部材の通路部材通過について説明する。図２（ａ）（ｂ）に示すように、鋳型部材である鋳型６０の外形は、鋳型上面６４および鋳型下面６５を有する直方体である。鋳型上面には、金属溶湯が充填される第１の鋳型凹部６２、後述するセラミック基板が配設される第２の鋳型凹部６３（図２には３箇所の例を示した）が彫り込まれている。尚、後述するセラミック基板が、セラミック基板上に予め金属板が接合されているものの場合は、この第２の鋳型凹部６３も、配設されるセラミック基板のサイズに合わせた部分９１と、配設される金属板のサイズに合わせた部分９２との段階に分けて彫り込むことが好ましい。さらに、この鋳型６０が冷却部において冷却される際、第１の鋳型凹部６２に充填された金属溶湯が最後に固化する部分と隣接する鋳型上面６４上には引け巣誘導部６１である凹部が設けられている。
【００３９】
図２（ｃ）は、鋳型６０が、本発明に係る接合炉内に設けられた通路部材であるガイドの両端部にある筒状部４９内を通過しているときの断面図であり、（ｄ）は、鋳型６０が通路部材であるガイドの中央部にある上下側鋳型ガイドレール４１、４２内を通過しているときの断面図である。
【００４０】
まず、図２（ｃ）に示すように、鋳型６０が筒状部４９内を通過するとき、鋳型６０は筒状部４９の内壁に実質的に密着するよう、鋳型６０の外形と筒状部４９の内壁の寸法を合わせておく。このように鋳型６０の外形と筒状部４９の内壁の寸法を合わせておき、且つ筒状部４９の長さを概ね、鋳型６０の１〜２個分の長さとすることで、大気が、鋳型６０と筒状部４９の隙間を通過してガイド内に侵入することを実質的に阻止することができる。
【００４１】
次に、図２（ｄ）に示すように、筒状部４９を通過した鋳型６０は、ガイドの中央部である上側鋳型ガイドレール４１と、下側鋳型ガイドレール４２とに挟持される。そして鋳型６０は、上下側鋳型ガイドレール４１、４２挟持されてガイドを通過する。このガイド４８の中央部においては、大気の侵入を阻止する必要がないこと、および、鋳型６０として高さの異なる鋳型を用いる際、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の間隔を拡縮することで、容易に対応することができることより、上下側鋳型ガイドレール４１、４２とに分割した構造とすることが好ましい構成である。本実施の形態においては、上述したように断面形状がコの字状を有する上下側鋳型ガイドレール４１、４２を、その開放端を向かい合わせたものを例示しているが、この形状以外であっても、鋳型部材を挟持しその進行方向を規制できるものであれば良い。
一方、ガイドの両端部にある筒状部４９は、上述したように筒状構造であるので、外形の高さの異なる鋳型を投入する際は、その高さに合わせた寸法を有する筒状部４９に抜き替えれば良い。上述したように、この筒状部４９の長さは概ね、鋳型部材１〜２個分の長さであるので抜き替えは容易である。
【００４２】
このように、ガイドの両端部を筒状部４９とし、中央部を上下側鋳型ガイドレール４１、４２とすることで、複数の鋳型６０を隣接した状態でガイド４８へ連続的に投入すれば、図１にて説明した鋳型投入口４３および鋳型取り出し口４６が大気中に開口していても、大気がガイド４８内に侵入するのを実質的に阻止できると伴に、鋳型６０として外形の高さの異なる鋳型を用いることにも、容易に対応ができる。尚、上下側鋳型ガイドレール４１、４２、筒状部４９の材質としてはカーボン材や金属を用いることが好ましい。
【００４３】
次に、図３（ａ）〜（ｅ）を用いて、本発明の一例として使用するセラミックス部材の製造工程と、製造されたセラミックス部材の鋳型部材への設置について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、セラミック基板８２上へＴｉ、Ｚｒ等の活性金属を含むロウ材８３を印刷する。印刷の膜厚はセラミック部材、金属部材およびロウ材の材質により、適宜定めればよいが、例えばセラミック部材として窒化アルミ、後述する回路用金属板としてＣｕを用いるなら２０μｍ程度が好ましい。
【００４４】
そして、図３（ｂ）に示すように、ロウ材８３上に回路用金属板８４を設け真空雰囲気で８５０℃を程度に加熱して、セラミック基板８２上に回路用金属板８４を接合するが回路用金属板８４としては銅、アルミニウム等が好ましく用いられる。
【００４５】
さらに、図３（ｃ）に示すように、このセラミック基板８２上に接合された回路用金属板８４上へエッチングレジスト８５を所望のパターンにて印刷した後、エッチングを行い、パターン外の回路用金属板８４、およびロウ材８３を除去する。
【００４６】
こうして、図３（ｄ）に示す、セラミック基板８２上にパターンがエッチングされた回路用金属板８４とロウ材８３とを有するセラミックス部材８６を得る。
【００４７】
ここで、図３（ｅ）に示すように、得られたセラミックス部材８６を鋳型６０の設置部である第２の鋳型凹部６３へ、横にして設置する。このときセラミックス部材８６のセラミック基板８２およびパターン化された回路用金属板８４、ロウ材８３は、第２の鋳型凹部６３中の、配設されるセラミック基板のサイズに合わせた部分９１、配設される金属板のサイズに合わせた部分９２へ自重により安定的に収まり、セラミック基板８２の上面と第１の鋳型凹部６２とが面一となる。
【００４８】
他方、セラミック基板８２へ回路用金属板８４を接合する方法としてロウ材８３を用いることなく、セラミック基板８２へ回路用金属板８４を直接接合することとしても良い。この場合は、セラミック基板８２上へ回路用金属板８４を直接載せ、例えば窒素雰囲気中にて加熱して、セラミック基板８２上に回路用金属板８４を直接接合することができる。
【００４９】
次に、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明に係る接合炉により、鋳型６０に配設されたセラミックス部材８６へ金属を接合し金属−セラミックス複合部材を製造する工程と、製造された金属−セラミックス複合部材とについて説明する。まず、図４（ａ）に示すように、接合炉１の第１の隔壁１３に設けられた鋳型投入口４３より、セラミックス部材８６が設置された複数の鋳型６０を、隣接させながらガイド４８内へ投入する。すると、セラミックス部材８６と鋳型６０とは、雰囲気置換・加熱部１１を雰囲気置換・加熱部ヒーター１２により加熱されながら進行し、第１の鋳型凹部６２が鋳型内雰囲気置換用開口部４４に到達すると鋳型凹部内の大気が、雰囲気置換・加熱部１１の不活性雰囲気に置換される。このとき雰囲気置換・加熱部１１の不活性雰囲気の温度は、５００〜７５０℃程度が好ましい
【００５０】
雰囲気置換と加熱が完了したセラミックス部材８６と鋳型６０とは、湯押し部２１へ入り、今度は湯押し部ヒーター２２で６５０〜８５０℃程度に加熱されながら進行し、注湯装置５１に到達する。
【００５１】
セラミックス部材８６が設置された鋳型６０が注湯装置５１に到達すると、図４（ｂ）に示すように、ピストン５４がピストン動作装置５５により押し下げられ金属溜め５２内の金属溶湯５３がシリンダ５６より狭隘部５７を通過して、第１の鋳型凹部６２内に加圧注湯される。このとき金属溶湯５３の注湯速度は５〜１００ｇ／ｓｅｃ、ピストン５４を数１００ｇ〜数ｋｇの荷重で押圧するのが好ましい。また狭隘部５７の径は０．２〜１ｍｍ、長さは５〜３０ｍｍが好ましい。
【００５２】
このとき、上述したように鋳型６０は周囲をガイド４８に、前後を他の鋳型に挟持されて移動しているので、狭隘部５７と第１の鋳型凹部６２との位置あわせを正確に行うことができる。
【００５３】
湯押し部２１内の雰囲気は、不活性なものとなっているので金属溶湯５３が酸化し難いが、酸化被膜が生成したとしても狭隘部５７を通過することで酸化被膜が破れ、第１の鋳型凹部６２内には、金属酸化物を殆ど含まない新鮮な金属溶湯５３が加圧注湯される。ここで、上述したように第１の鋳型上面と上側鋳型ガイドレール４１とは密着しているので、金属溶湯５３が充填されている間、第１の鋳型凹部６２内の雰囲気は、前記雰囲気逃がし口４７より抜けていく。
【００５４】
ここで鋳型６０が、図２（ａ）で説明した引け巣誘導部６１を有している場合、上述した、狭隘部５７を通過し、表面に金属酸化物を殆ど含まない金属溶湯５３を直接セラミックス部材８６上へ注湯するのではなく引け巣誘導部６１上へ注湯し、ここから鋳型部材上を流動させた後、セラミックス部材８６上へ到達させることが好ましい。これは狭隘部５７を通過しても、金属溶湯表面において除去され残った金属酸化物を、鋳型部材に付着させ、または金属溶湯５３内に巻き込むことにより、セラミックス部材８６上に到達する金属溶湯５３の表面をさらに新鮮なものとすることができるからである。セラミックス部材８６上に到達する金属溶湯５３の表面が新鮮な程、金属−セラミックスの界面に金属酸化物を介在させず、金属−セラミックスの接合力の低下を回避することができる
【００５５】
一方、第１の鋳型凹部６２内へ金属溶湯５３が加圧注湯されても、第２の鋳型凹部６３へ横になって自重で安定的に設置されているセラミックス部材８６は、その位置も姿勢も変えることがない。このようにして、加圧注湯された金属溶湯５３は、第１の鋳型凹部６２、引け巣誘導部６１に充填される。
【００５６】
ここで再び図４（ａ）において、金属溶湯５３が充填された鋳型６０は、冷却部３１へ入り、今度は冷却部ヒーター３２で２００〜７００℃程度に温度制御されながら進行して、冷却ジャケット４５に到達する。ここで冷却ジャケット４５は、下側鋳型ガイドレール４２に面一で設けられ、３０℃程度に水冷されているので、鋳型６０に充填された金属溶湯５３は鋳型取り出し口４６側の下方から冷却され固化を開始し、上方および鋳型６０の進行に伴って鋳型投入口４３側へ向かって、一方向に冷却固化が進行する。この結果、溶湯金属５３が冷却固化した接合金属の結晶構造は均一なものとなり、電気的特性およびエッチング特性の均一性に優れたものとなると同時に、セラミックス部材８６中の金属−セラミックスの接合力も均一で強固なものとなる。
【００５７】
さらに好ましいことに、図２（ａ）にて説明した引け巣誘導部を、この一方向に進行する冷却固化の終点に設けることで、充填された金属溶湯が固化する際の体積縮小に起因する引け巣を、容易且つ確実に誘導し発生させることができる。この結果、製品である金属−セラミックス複合部材に引け巣が発生するのを回避することができる。
【００５８】
この冷却固化の進行に伴い、金属溶湯とセラミックス部材８６の熱膨張率の差により、金属溶湯の固化部に反りが発生するが、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の内壁と鋳型６０との抗力により、変形することを矯正されるので、第１の鋳型凹部６２に充填された形状のまま固化する。
【００５９】
充填された溶湯が固化した鋳型６０は、第４の隔壁３３に設けられた鋳型取り出し口４６より取り出され、所望の金属−セラミックス複合部材を得ることができた。生産速度は金属−セラミックス複合部材の大きさや形状により異なるが、概ね、１〜５鋳型／分を達成できた。
【００６０】
図４（ｃ）は上述の工程で製造された金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。この金属−セラミックス複合部材は、セラミック基板８２上にロウ材８３を介して回路用金属板８４が接合されたか、またはセラミック基板８２上に回路用金属板８４が直接接合された複数の部材のセラミック基板が、金属部材である接合金属８７に接合されたものである。
【００６１】
ここで、セラミック基板８２として、高い電気絶縁性と伝熱性を有するアルミニウムの酸化物、窒化物、炭化物、珪素の酸化物、窒化物、炭化物を好ましく用いることができる。また接合金属８７として、金属−セラミックスの界面において十分な接合力を得ることができ、さらに、高い電導性と伝熱性とを有するアルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金を好ましく用いることができる。そして、この構成を採ると、適用範囲の広い金属−セラミックス複合部材を得ることができ好ましい。
【００６２】
以上、詳細に説明した本発明の実施の形態は、多様な形状の金属−セラミックス複合部材を製造することができる。そこで、その中でも代表的な形状を有する金属−セラミックス複合部材の製造に関する実施の形態例についてさらに説明する。
【００６３】
（冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材）
図５、図６を用いて冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材について説明する。
ここで、図５は、冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図であり、図６（ａ）は、冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型６６（以下、フィン鋳型と記載する）の断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
まず、図５において、冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材は、上述した金属−セラミックス複合部材と同様に、セラミック基板８２の片面上にロウ材８３を介して回路用金属板８４が接合され、他方の片面上に櫛状の冷却フィンを有する接合金属８７が接合されている。
【００６４】
次に、図６（ａ）（ｂ）を用いて、冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材例を製造する際に用いる冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型について説明する。
図６（ａ）（ｂ）において、フィン鋳型６６は、下部鋳型６７と蓋部鋳型６８を有し、下部鋳型６７には第１の鋳型凹部６２と第２の鋳型凹部６３とが設けられ、この第２の鋳型凹部６３には、配設されるセラミック基板のサイズに合わせた部分９１と、配設される金属板のサイズに合わせた部分９２とが彫り込まれ、上述したセラミック基板８２、ロウ材８３、回路用金属板８４を有する金属−セラミックス複合部材が設置されている。一方、この金属−セラミックス複合部材に対向する面に櫛状の凹凸である櫛状部７０が設けられた蓋部鋳型６８は、下部鋳型６７上へ、第１の鋳型凹部６２を残しながら蓋をするように設置される。そして蓋部鋳型６８の適宜な場所には開口部６９と、蓋部雰囲気逃がし口７１とが設けられている。尚、フィン鋳型６６においては、開口部６９が引け巣誘導部を兼ねている。
【００６５】
この金属−セラミックス複合部材が設置されたフィン鋳型６６へ、図１にて説明した接合炉により金属溶湯を注湯することにより、図５に示す冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材を製造することができる。この製造について、再び図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００６６】
金属−セラミックス複合部材が設置されたフィン鋳型６６は、図４にて説明した鋳型６０より高さが高いので、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の間隔を拡げ、且つガイド４８の両端部の筒状部４９を、フィン鋳型６６と密着するものへ抜き替える。その後、複数のフィン鋳型６６を前後に隣接させながら、鋳型投入口４３より投入する。フィン鋳型６６は雰囲気置換・加熱部を進行し、加熱を受けながら蓋部開口部６９または蓋部雰囲気逃がし口７１が鋳型内雰囲気置換用開口部４４に到達したとき、フィン鋳型６６内の大気が、酸素濃度を所定の値以下に制御された雰囲気に置換される。
【００６７】
次に、フィン鋳型６６の開口部６９が狭隘部５７の位置に到達したとき、金属溶湯５３を開口部６９より注湯する。フィン鋳型６６は、周囲を上下側鋳型ガイドレール４１、４２に、前後を他のフィン鋳型に挟持されているので、開口部６９と狭隘部５７との位置は、容易且つ正確にあわせることができる。この結果、開口部６９の構造は単純なものながら、狭隘部５７より金属溶湯を加圧注湯されても、所望されない場所へ金属溶湯が漏れることがない。さらに、金属溶湯は加圧されているので櫛状部７０、引け巣誘導部を兼ねる開口部６９にも隈無く充填される。一方、セラミックス部材８６は第２の鋳型凹部６３内に横になって自重で安定的に設置されているので、大量の金属溶湯が加圧注湯されても位置も姿勢も変化しない。
【００６８】
金属溶湯が第１の鋳型凹部６２に充填されるに伴い、第１の鋳型凹部６２内の雰囲気は雰囲気逃がし口４７の場所と一致した位置に到達している蓋部雰囲気逃がし口７１より抜けていく。
【００６９】
このようにして金属溶湯が第１の鋳型凹部６２に充填され終わったら、フィン鋳型６６は冷却部へ進み、冷却ジャケット４５により、充填された金属溶湯が鋳型取り出し口４６側より固化を開始する。このとき固化を開始した溶湯の反りのため下部鋳型６７、蓋部鋳型６８には大きな力が掛かるが、これらは上下側鋳型ガイドレール４１、４２挟持されているので、鋳型の強度のみでこの反りに対抗することは不要であると同時に、下部鋳型６７と蓋部鋳型６８との固定手段も不要である。さらに溶湯の固化に伴い発生する引け巣は、引け巣誘導部に誘導されて発生し、　冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材に引け巣が発生することを回避できる。
【００７０】
以上のようにして、冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材を連続的に製造することが可能となる。このとき、フィン鋳型６６は、下部鋳型６７、蓋部鋳型６８とも小型軽量で、外部形状および内部構造とも単純にできるので、加熱冷却が容易になり、生産性が向上すると同時に鋳型作製コストも削減することができる。
【００７１】
（配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材）
図７、図８を用いて配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材について説明する。
ここで、図７は、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図であり、図８は、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型７２（以下、配線用鋳型と記載する）の断面図である。
まず、図７において、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材とは、図３を用いて説明した金属−セラミックス複合部材において、ロウ材、銅板の替わりに配線用の接合金属が接合された構造を有している部材である。すなわち、ベースとなる接合金属８７の上に１〜複数枚のセラミック基板８２が接合され、このセラミック基板８２上にさらに配線用接合金属８８が接合された構造を有している。
【００７２】
次に、図８を用いて、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例を製造する際に用いる配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型について説明する。
図８において、配線用鋳型７２は、図２（ａ）で説明した鋳型と同様に、鋳型上面６４および鋳型下面６５を有する直方体である。鋳型上面には、金属溶湯が充填される第１の鋳型凹部６２、セラミック基板が配設される第２の鋳型凹部６３が設けられ、さらに第２の鋳型凹部６３の下部に金属溶湯が充填される第３の鋳型凹部７３が設けられ、第１の鋳型凹部６２の鋳型投入口側より第３の鋳型凹部７３へ向けて鋳型内金属溶湯通路７４が設けられている。この鋳型内金属溶湯通路７４は各第３の鋳型凹部７３を結んだ後、鋳型上面６４の鋳型取り出し口側に設けられた鋳型内雰囲気逃がし口７５につながる。
尚、鋳型上面６４にはこの配線用鋳型７２が冷却部において冷却される際、第１の鋳型凹部６２に充填された金属溶湯が最後に固化する部分と隣接する部分に、引け巣誘導部６１である凹部が設けられている。一方、第２の鋳型凹部における引け巣誘導部は、鋳型内雰囲気逃がし口７５が兼ねる。さらに、この配線用鋳型７２においては、引け巣誘導部６１を除いて、第１の鋳型凹部６２の上面を覆うように配線用鋳型の蓋部鋳型９３が設けられている。
【００７３】
このセラミックス基板が設置された配線用鋳型７２へ、図１にて説明した接合炉により金属溶湯を加圧注湯することにより、図７に示す配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材を製造することができる。この製造について、再び図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００７４】
まず配線用鋳型７２の高さに合わせ、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の間隔を調整し、且つガイド４８の両端部の筒状部４９を配線用鋳型７２と密着するものへ抜き替える。その後、複数の配線用鋳型７２を前後に隣接させながら、鋳型投入口４３より挿入する。配線用鋳型７２は雰囲気置換・加熱部を進行し、加熱を受けながら第１の鋳型凹部６２または鋳型内雰囲気逃がし口７５が、鋳型内雰囲気置換用開口部４４に到達したとき配線用鋳型７２内の第１および第３の鋳型凹部６２、７３の大気が、酸素濃度を所定の値以下に制御された雰囲気に置換される。
【００７５】
次に、配線用鋳型７２の第１の鋳型凹部６２における第１の鋳型凹部６２が狭隘部５７の位置に到達し、雰囲気逃がし口４７と鋳型内雰囲気逃がし口７５との位置が一致したとき、金属溶湯５３を第１の鋳型凹部６２に隣接する引け巣誘導部６１より注湯する。金属溶湯が第１の鋳型凹部６２に充填されるに伴い、第１の鋳型凹部６２内の雰囲気は雰囲気逃がし口４７より抜けていく。金属溶湯は粘性を有しているので、第１の鋳型凹部６２の充填がかなり進んだところで、今度は鋳型内金属溶湯通路７４を介して、第３の鋳型凹部７３への溶湯の充填が始まる。
【００７６】
ここで、第１の鋳型凹部６２への充填が不足な内に、第３の鋳型凹部７３への溶湯の充填が始まると、セラミック基板８２が、第３の鋳型凹部７３における溶湯の圧力により浮き上がる可能性があるので、鋳型内金属溶湯通路７４の径を適宜調整して、第１の鋳型凹部に十分な量の溶湯が充填された後に、第３の鋳型凹部７３への溶湯の充填が始まるようにすることが好ましい。金属溶湯が第３の鋳型凹部７３に充填されるに伴い、第３の鋳型凹部７３内の雰囲気は鋳型内雰囲気逃がし口７５より抜けていく。金属溶湯は加圧圧入されるので、第１および第３の鋳型凹部６２、７３から鋳型内雰囲気逃がし口７５まで、隈無く充填される。
【００７７】
このようにして金属溶湯が第１および第３の鋳型凹部６２、７３に充填され終わったら、配線用鋳型７２は冷却部へ進み、冷却ジャケット４５により充填された溶湯が鋳型取り出し口４６側より固化を開始する。このとき第３の鋳型凹部７３内で固化を開始した溶湯の反りのため、鋳型下面６５には大きな力が掛かるが、配線用鋳型７２は上下側鋳型ガイドレール４１、４２に挟持されているので、鋳型下面６５と下側鋳型ガイドレール４２とが協同して抗力を発生する。同様に第１の鋳型凹部６２内で固化を開始した溶湯の反りにより配線用鋳型の蓋部鋳型９３に掛かる力に対しても、配線用鋳型の蓋部鋳型９３と上側鋳型ガイドレール４１とが協同して抗力を発生する。さらに溶湯の固化に伴い発生する引け巣は、引け巣誘導部６１と、鋳型内雰囲気逃がし口７５とに誘導されて発生し、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材に引け巣が発生することを回避できる。尚、このとき第１の鋳型凹部６２の上面は、配線用鋳型の蓋部鋳型９３で覆われているので、この部分の成形性を上げることができる。
【００７８】
以上のようにして、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材を連続的に製造することが可能となる。このとき、配線用鋳型７２は、鋳型下面６５および配線用鋳型の蓋部鋳型９３に強度が不要なので小型軽量で、外部形状および内部構造とも単純にできるので、加熱冷却が容易になり、生産性が向上すると同時に鋳型作製コストも削減することができる。
【００７９】
（冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材）
図９、図１０を用いて冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材について説明する。
ここで、図９は、冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図であり、　図１０（ａ）は、冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型７６（以下、フィン配線用鋳型と記載する）の断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
まず図９において、冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材は、図５を用いて説明した冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材と、図７を用いて説明した配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材とが一体化された構造を有している。すなわち、ベースとなる櫛状の冷却フィンを有する接合金属８７の上に１〜複数枚のセラミック基板８２が接合され、このセラミック基板８２上にさらに配線用接合金属８８が接合されている。
【００８０】
次に、図１０（ａ）（ｂ）を用いて、冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例を製造する際に用いる冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型について説明する。
図１０（ａ）（ｂ）において、フィン配線用鋳型７６は、下部鋳型６７と蓋部鋳型６８を有し、下部鋳型６７には第１の鋳型凹部６２と第２の鋳型凹部６３とが設けられ、この第２の鋳型凹部６３には上述したセラミック基板８２が設置されている。さらに第２の鋳型凹部６３の下部に金属溶湯が充填される第３の鋳型凹部７３が設けられ、第１の鋳型凹部６２の鋳型投入口側より第３の鋳型凹部７３へ向けて鋳型内金属溶湯通路７４が設けられている。この鋳型内金属溶湯通路７４は各第３の鋳型凹部７３を結んだ後、鋳型上面６４の鋳型取り出し口側に設けられた鋳型内雰囲気逃がし口７５につながる。
【００８１】
一方、このセラミックス基板に対抗する面に櫛状の凹凸である櫛状部７０が設けられた蓋部鋳型６８は下部鋳型６７の第１の鋳型凹部６２へ空間を残しながら蓋をするように設置される。そして蓋部鋳型６８の適宜な場所には開口部６９と、蓋部雰囲気逃がし口７１とが設けられている。尚、開口部６９と蓋部雰囲気逃がし口７１とは引け巣誘導部を兼ねている。
【００８２】
このセラミックス基板が設置されたフィン配線用鋳型７６へ、図１にて説明した接合炉により金属溶湯を注湯することにより、図９に示す冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材を製造することができる。この製造については、上述した冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材の製造法と、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材の製造法とが同時に実施されることで行われる。
【００８３】
この結果、冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材を連続的に製造することが可能となる。このとき、フィン配線用鋳型７６は下部鋳型６７、蓋部鋳型６８とも小型軽量で、外部形状および内部構造とも単純にできるので、加熱冷却が容易になり、生産性が向上すると同時に鋳型作製コストも削減することができる
【００８４】
（両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材）
図１１、図１２を用いて両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材について説明する。
ここで、図１１は、両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図であり、図１２は、両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型７７（以下、両面配線用鋳型と記載する）の断面図である。
まず、図１１において、両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材は、セラミックス基板８２の両面に配線用接合金属８８が設けられた構造を有した部材である。
【００８５】
次に、図１２を用いて、この両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例を製造する際に用いる両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型について説明する。
図１２に示すように両面配線用鋳型７７は、上側鋳型７８および下側鋳型７９を有している。上下側鋳型７８、７９の内部において、セラミック基板８２は両鋳型の接面に設けられた基板挟持部９４に挟持されている。そしてセラミック基板８２により、上下側鋳型７８、７９の内部は、上側鋳型７８に設けられた第１の鋳型凹部６２と、下側鋳型７９に設けられた第３の鋳型凹部７３とに分離されている。
【００８６】
一方、上側鋳型７８における鋳型上面６４の鋳型投入口側には、上下側鋳型７８、７９を穿って開口部６９が設けられ、さらに開口部６９より、第１および第３の鋳型凹部６２、７３へ向けて２本の並行した鋳型内金属溶湯通路７４’、７４が設けられている。ここで、鋳型内金属溶湯通路７４’は上側鋳型７８内に設けられ、鋳型内金属溶湯通路７４は下側鋳型７９内に設けられる。
【００８７】
この鋳型内金属溶湯通路７４’は第１の鋳型凹部６２につらなり、さらに鋳型上面６４の鋳型取り出し口側に上下側鋳型７８、７９を穿って設けられた鋳型内雰囲気逃がし口７５につらなる。一方、鋳型内金属溶湯通路７４は第３の鋳型凹部７３につらなり、さらに鋳型内雰囲気逃がし口７５につらなる。
【００８８】
このセラミックス基板が設置された両面配線用鋳型７７へ、図１にて説明した接合炉により金属溶湯を注湯することにより、図１１に示す両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材を製造することができる。この製造について、再び図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。
【００８９】
まず両面配線用鋳型７７の高さのサイズに合わせ、上下側鋳型ガイドレール４１、４２の間隔を調整し、且つガイド４８の両端部の角状筒状を、両面配線用鋳型７７と密着するものへ抜き替える。その後、複数の両面配線用鋳型７７を前後に隣接させながら、鋳型投入口４３より投入する。両面配線用鋳型７７は雰囲気置換・加熱部を進行し、加熱を受けながら、鋳型上面６４上に設けられた２本の並行した鋳型内金属溶湯通路７４’、７４の入り口、または鋳型内雰囲気逃がし口７５が、鋳型内雰囲気置換用開口部４４に到達したとき両面配線用鋳型７７内の第１および第３の鋳型凹部６２、７３の大気が、酸素濃度を所定の値以下に制御された雰囲気に置換される。
【００９０】
次に、両面配線用鋳型７７の鋳型上面６４上に設けられた開口部６９が狭隘部５７の位置に到達し、雰囲気逃がし口４７と鋳型内雰囲気逃がし口７５との位置が一致したとき、金属溶湯５３を開口部６９より加圧注湯する。金属溶湯が第１および第３の鋳型凹部６２、７３に充填されるに伴い、第１および第３の鋳型凹部６２、７３内の雰囲気は鋳型内金属溶湯通路７４’、７４、鋳型内雰囲気逃がし口７５を通過して雰囲気逃がし口４７より抜けていく。
【００９１】
上述したように両面配線用鋳型７７においては、セラミック基板８２が上下側鋳型７８、７９の接面に設けられた基板挟持部９４に挟持されているので、金属溶湯が第３の鋳型凹部７３に充填されるに伴うセラミック基板８２の浮き上がりは特に問題とならない。金属溶湯が第１および第３の鋳型凹部６２、７３に充填されるに伴い、両凹部内の雰囲気は鋳型内雰囲気逃がし口７５より抜けていく。
【００９２】
このようにして金属溶湯が第１および第３の鋳型凹部６２、７３に充填され終わったら、両面配線用鋳型７７は冷却部へ進み、冷却ジャケット４５により充填された溶湯が鋳型取り出し口４６側より固化を開始する。このとき両凹部内で固化を開始した溶湯の反りのため、鋳型上下面６４、６５には大きな力が掛かるが、鋳型上下面６４、６５は、各々上下側鋳型ガイドレール４１、４２に挟持されているので、鋳型の強度のみでこの反りに対抗することは不要である。同様に上下側鋳型７８、７９の固定手段も不要である。尚、溶湯の固化に伴い発生する引け巣は、引け巣誘導部を兼ねた開口部６９と鋳型内雰囲気逃がし口７５とに誘導されて発生し、配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材に引け巣が発生することを回避できる。
【００９３】
以上のようにして、両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材を連続的に製造することが可能となる。このとき、両面配線用鋳型７７は鋳型上下面６４、６５に強度が不要なので小型軽量で、外部形状および内部構造とも単純にできるので、加熱冷却が容易になり、生産性が向上すると同時に鋳型作製コストも削減することができる。
【００９４】
以上詳述した、本発明に係る金属−セラミックス複合部材、特に冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材等は、セラミック基板の一方の側に接合された回路用金属板または接合金属を所望のパターンへエッチング等により加工してこれを配線材として、ダイオード、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の電子デバイスを搭載させ、セラミック基板の他方の側に接合された金属板、接合金属または冷却フィンを冷却部材とすることで、電子デバイス実装の電子部材とすることができる。
本発明に係る金属−セラミックス複合部材は、いずれもセラミック基板と接合された接合金属との接合力が強固であるので、高温に曝されても接合金属の剥離が発生せず、また冷却フィン等の設計の自由度も大きいので、上述した電子デバイス実装の電子部材は、大電力を扱うパワーエレクトロニクス、電気自動車等の用途向けに好適である。
【００９５】
（実施例１）
鋳型として、概ね図２に示す形状を有し、外形１００×２５０×１７、第１の鋳型凹部９０．９×１５１．５×５、第２の鋳型凹部の配設されるセラミック基板のサイズに合わせた部分が４０×４０×０．６３５、配設される金属板のサイズに合わせた部分が３９×３９×０．３、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に第２の鋳型凹部が３箇所設けられたカーボン製鋳型を用いた。
金属−セラミックスロウ材接合基板として、４０×４０×０．３、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミ基板に活性金属ロウ材を２０μｍ塗布し、そこへ厚さ０．３ｍｍの銅板を載せ、真空雰囲気中でピーク温度８５０℃に加熱してロウ材接合したものを準備した。そして、この銅板をロウ材接合した金属−セラミックスロウ材接合基板へ配線パターンをレジスト印刷し、エッチングすることで銅板を３９×３９×０．３の所定の回路形状に加工した。
接合炉において、雰囲気は１気圧の窒素雰囲気とし、溶湯用の金属はアルミニウムとし、雰囲気置換・加熱部の温度は７００℃、湯押し部の温度は７４０℃、冷却部の温度は７００℃とし、冷却ジャケットは５０℃とした。溶湯を押圧するピストンに５００ｇ荷重をかけ、注湯時間は２０秒とした。
接合炉の各部温度と、金属溶湯の確認後、まず３個のダミーの鋳型を接合炉へ投入し、続けて前記金属−セラミックスロウ材接合基板を設置した鋳型を連続的に投入した。投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、９０×１５０×５のアルミニウムベース板上に３個の金属−セラミックスロウ材接合基板が接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【００９６】
（実施例２）
接合炉において、雰囲気置換・加熱部の温度は７４０℃、湯押し部の温度は７４０℃、冷却部の温度は６００℃とした以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
得られた金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【００９７】
（実施例３）
鋳型として、概ね図２に示す形状を有し、外形１００×１５０×１７、第１の鋳型凹部５０．５×９０．９×４、第２の鋳型凹部４０×６０×０．２５、第３の鋳型凹部３９×５９×０．３、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部３０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に、第２、３の鋳型凹部が１箇所設けられたカーボン製鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、銅−アルミナ直接接合基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
得られた金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
尚、前記銅−アルミナ直接接合基板は、厚さ０．２５ｍｍのアルミナ基板に厚さ０．３ｍｍの銅板を載せ、窒素雰囲気中にてピーク温度１０６０℃で加熱し直接接合したものを準備した。そして、この直接接合した銅板に配線パターンをレジスト印刷し、さらにエッチングすることで、銅板を所定の３９×５９×０．３の回路形状に加工した。
【００９８】
（実施例４）
鋳型として、概ね図２に示す形状を有し、外形１００×３５０×１７、第１の鋳型凹部９０．９×２５２．５×５、第２の鋳型凹部４０×２０×０．２５、第３の鋳型凹部３０×１９×０．３、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×６０×２で、第１の鋳型凹部中に第２、３の鋳型凹部が５箇所設けられたカーボン製鋳型を用い、５枚の銅−窒化珪素ロウ材接合基板を設置した以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
得られた金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【００９９】
（実施例５）
鋳型として、概ね図６に示す形状を有し、外形１００×２５０×５０、第１の鋳型凹部９０．９×１５１．５×５、第２の鋳型凹部４０×４０×０．６３５、第３の鋳型凹部３９×３９×０．３、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に第２、３の鋳型凹部が３箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有し、フィンの部分が巾２ｍｍのカーボン製鋳型を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、９０×１５０×３０ｍｍのフィン付きアルミニウムベース板上に３個の金属−セラミックスロウ材接合基板が接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１００】
（実施例６）
鋳型として、概ね図８に示す形状を有し、外形１００×２５０×１７、第１の鋳型凹部９０．９×１５１．５×１５、第２の鋳型凹部４０×４０×０．６３５、第３の鋳型凹部３９×３９×０．４、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に、第２、３の鋳型凹部が３箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有するカーボン製の配線用鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、４０×４０×０．６３５の窒化アルミ基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、９０×１５０×５のアルミニウムベース板上に３個のセラミックス基板が接合され、各々のセラミックス基板上に３９×３９×０．４のアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【００１０１】
（実施例７）
鋳型として、概ね図８に示す形状を有し、外形１００×１５０×１７、第１の鋳型凹部５０．５×９０．９×４、第２の鋳型凹部４０×６０×０．２５、第３の鋳型凹部３９×５９×０．３、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部３０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に、第２、３の鋳型凹部が１箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有するカーボン製の配線用鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、４０×６０×０．２５のアルミナ基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、５０×９０×４のアルミニウムベース板上に１個のセラミックス基板が接合され、セラミックス基板上に３９×５９×０．３ｍｍのアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１０２】
（実施例８）
鋳型として、概ね図８に示す形状を有し、外形１００×３５０×１７、第１の鋳型凹部９０．９×２５２．５×５、第２の鋳型凹部４０×２０×０．２５、第３の鋳型凹部３９×１９×０．４、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×６０×２で、第１の鋳型凹部中に、第２、３の鋳型凹部が５箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有するカーボン製の配線用鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、４０×２０×０．３２の窒化珪素基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、９０×２５２×５のアルミニウムベース板上に５個のセラミックス基板が接合され、各々のセラミックス基板上に３９×１９×０．４のアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１０３】
（実施例９）
鋳型として、概ね図１０に示す形状を有し、外形１００×２５０×５０、第１の鋳型凹部９０．９×１５１．５×５、第２の鋳型凹部４０×４０×０．６３５、第３の鋳型凹部３９×３９×０．６３５、第１の鋳型凹部に隣接した引け巣誘導部５０×４０×２で、第１の鋳型凹部中に第２、３の鋳型凹部が３箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有し、フィンの部分が巾２ｍｍのカーボン製鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、４０×４０×０．６３５の窒化アルミ基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、９０×１５０×３０のフィン付きアルミニウムベース板上に３個のセラミックス基板が接合され、各々のセラミックス基板上に３９×３９×０．４のアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１０４】
（実施例１０）
鋳型として、概ね図１２に示す形状を有し、外形１００×１５０×１４、第１および第３の鋳型凹部７８×８０×０．４、基板挟持部８０×９０×０．６３５、で、鋳型中に第１および第３の鋳型凹部が１箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有するカーボン製の両面配線用鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、８０×９０×０．６３５の窒化アルミ基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、セラミックス基板の表裏面に７８×８０×０．４のアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１０５】
（実施例１１）
鋳型として、概ね図１２に示す形状を有し、外形１００×１５０×１４、第１および第３の鋳型凹部６８×７８×０．４、基板挟持部７０×８０×０．２５、で、鋳型中に第１および第３の鋳型凹部が１箇所設けられ、径２φの鋳型内金属溶湯通路を有するカーボン製の両面配線用鋳型を用い、金属−セラミックスロウ材接合基板の替わりに、７０×８０×０．２５のアルミナ基板を用いた以外は、実施例１と同様の条件で金属−セラミックス複合部材を製造した。
鋳型の投入速度は１鋳型／分とすることができた。
その結果、セラミックス基板の表裏面に６８×７８×０．４のアルミニウムが接合された金属−セラミックス複合部材を得ることができた。この金属−セラミックス複合部材の接合部に欠陥はなく、十分な接合強度を有していた。
【０１０６】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明は、鋳型部材中にセラミックス部材を設置し、前記鋳型部材中に、接合すべき金属溶湯を前記セラミックス部材の表面に接触するように注湯して冷却固化させることにより、セラミックスと金属との互いの界面における直接の接合力によって、セラミックス部材の表面に金属を接合する金属−セラミックス複合部材の製造装置であって、
複数の処理領域と、
前記複数の処理領域に亘って設けられ、前記鋳型部材を通過させる通路部材とを有し、
前記鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態として前記通路部材を通過させ、前記接合すべき金属溶湯の注湯処理を施すことを特徴とする金属−セラミックス複合部材の製造装置である。
この製造装置を用いることで、セラミックス部材が設置された鋳型部材を、実質的に大気と触れない状態で通路部材を通過させながら、加熱処理、金属溶湯の注湯処理、冷却処理をおこなうことができ、複数の鋳型部材が隣接した状態で通路部材を通過することもでき、且つ鋳型部材は接合すべき金属溶湯を注湯されるので、金属溶解のための時間が不要となると伴に、鋳型部材自体も小型化できた結果、加熱、冷却時間も短縮され、金属−セラミックス複合部材の生産性が大きく向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属−セラミックス複合部材の製造装置例の縦断面図である。
【図２】（ａ）本発明に係る鋳型部材の鋳型部材の斜視図である。
（ｂ）本発明に係る鋳型部材のＡ−Ａ断面図である。
（ｃ）鋳型部材が通路部材内を通過する際のＢ−Ｂ断面図である。
（ｄ）　　　　　　　　　同　　上
【図３】（ａ）〜（ｅ）セラミックス部材の製造および鋳型部材への設置の工程を示した縦断面図である。
【図４】（ａ）金属−セラミックス複合部材の製造工程を示した縦断面図である。
（ｂ）　　　　　　　　　同　　上
（ｃ）製造された金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【図５】冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【図６】（ａ）冷却フィン付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型の断面図である。
（ｂ）図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【図８】配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型の断面図である。
【図９】冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【図１０】（ａ）冷却フィンおよび配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型の断面図である。
（ｂ）図１０（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材例の斜視図である。
【図１２】両面配線用接合金属付きの金属−セラミックス複合部材用の鋳型の断面図である。
【符号の説明】
１１．雰囲気置換・加熱部
２１．湯押し部
３１．冷却部
４１．上側鋳型ガイドレール
４２．下側鋳型ガイドレール
５３．金属溶湯
５４．ピストン
５６．シリンダ
６０．鋳型
８６．セラミックス部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004105978.tif 000009
【図８】
2004105978.tif 000010
【図９】
2004105978.tif 000011
【図１０】
2004105978.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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