(57)【要約】【課題】鋳型にガス抜き穴を設けることなく金属溶湯を金属回路板形成部内に容易に充填することができる、金属−セラミックス接合部材製造用鋳型を提供する。【解決手段】内部にセラミックス部材を配置させ、金属溶湯を内部に注湯してセラミックス部材の両面に接触させた後に冷却して固化させることにより、セラミックス部材の両面に金属部材を接合する鋳型において、セラミックス部材を鋳型内の所定の位置に配置させたときに、セラミックス部材の上側および下側に金属部材を形成するための空間（１００ｄ、１００ｆ）が形成されるとともにセラミックス部材の上側および下側の空間を連通させる溶湯流路（１００ｇ）が形成され、セラミックス部材の上側の空間（１００ｆ）に金属溶湯を注湯するための注湯口が形成され、セラミックス部材の下側の空間を形成する鋳型の部分の少なくとも底部が通気性材料により形成されている。【選択図】      図１
2005074434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にセラミックス部材を配置させ、金属溶湯を内部に注湯してセラミックス部材の両面に接触させた後に冷却して固化させることにより、セラミックス部材の両面に金属部材を接合する鋳型において、セラミックス部材を鋳型内の所定の位置に配置させたときに、セラミックス部材の上側および下側に金属部材を形成するための空間が形成されるとともにセラミックス部材の上側および下側の空間を連通させる溶湯流路が形成され、セラミックス部材の上側の空間に金属溶湯を注湯するための注湯口が形成され、セラミックス部材の下側の空間を形成する鋳型の部分の少なくとも底部が通気性材料により形成されていることを特徴とする、金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【請求項２】
前記鋳型の全体が通気性材料により形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【請求項３】
前記鋳型が金属材料により形成され、前記セラミックス部材の下側の空間を形成する鋳型の部分の底部に開口部が設けられ、この開口部に通気性材料からなる通気部材が液密に嵌合していることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【請求項４】
通気性材料からなる第１および第２の鋳型部材とこれらの部材の間に配置される金属材料からなる第３の鋳型部材とからなることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【請求項５】
前記溶湯流路が第３の鋳型部材に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【請求項６】
前記通気性材料がカーボンまたは多孔質金属であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合部材製造用鋳型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属−セラミックス接合部材製造用鋳型に関し、セラミックス部材の両面に金属部材が接合した金属−セラミックス接合部材を製造するための鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属部材がセラミックス部材に接合した金属−セラミックス接合部材の製造方法として、金属溶湯をセラミックス基板上に流し込んだ後に冷却して固化させることによってセラミックス基板に金属板を接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７６５５１号公報（段落番号００３０）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、金属溶湯をセラミック基板の両面に接触させた後に冷却して固化させることによってセラミックス基板の両面に金属板を接合する場合、例えば、セラミックス基板の一方の面に金属回路板を接合するとともに他方の面に放熱用金属ベース板を接合して金属−セラミックス接合回路基板を製造する場合には、鋳型内の底部の上面にセラミックス基板を保持する凹部（セラミックス基板保持部）が形成され、このセラミックス基板保持部の上側および下側にそれぞれ金属ベース板および金属回路板を形成するための空間（金属ベース板形成部および金属回路板形成部）が形成され、これらの金属ベース板形成部および金属回路板形成部を互いに連通させる溶湯流路が形成された鋳型を使用することが提案されている。
【０００５】
しかし、このような鋳型の全体を金属材料によって形成すると、鋳型内に注湯された金属溶湯が溶湯流路を介して金属回路板形成部内に充填される際に、金属回路板形成部内のガスを抜くことができず、金属溶湯を金属回路板形成部内に充填するのが困難になる。また、金属溶湯を金属回路板形成部内に充填できるようにするために、金属回路板形成部内のガスを排気するためのガス抜き穴を設けると、このガス抜き穴にも金属溶湯が侵入して、金属回路板に凹凸が形成され、金属回路板の平坦性を確保するための工程が必要になり、製造コストが増大する。また、ガス抜き穴を設けることにより鋳型の構造が複雑になり、製造コストが増大する。一方、ガス抜き穴を設けない場合には、注湯圧を上げても金属溶湯を金属回路板形成部内に充填することができず、さらに、鋳型の隙間などの予期しない部分から金属溶湯が漏れるおそれがある。
【０００６】
したがって、本発明は、このような問題点に鑑み、鋳型にガス抜き穴を設けることなく金属溶湯を金属回路板形成部内に容易に充填することができる、金属−セラミックス接合部材製造用鋳型を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、鋳型の少なくとも金属回路板形成部の底部をカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料により形成することにより、鋳型にガス抜き穴を設けることなく金属溶湯を金属回路板形成部内に容易に充填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。
【０００８】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型は、内部にセラミックス部材を配置させ、金属溶湯を内部に注湯してセラミックス部材の両面に接触させた後に冷却して固化させることにより、セラミックス部材の両面に金属部材を接合する鋳型において、セラミックス部材を鋳型内の所定の位置に配置させたときに、セラミックス部材の上側および下側に金属部材を形成するための空間が形成されるとともにセラミックス部材の上側および下側の空間を連通させる溶湯流路が形成され、セラミックス部材の上側の空間に金属溶湯を注湯するための注湯口が形成され、セラミックス部材の下側の空間を形成する鋳型の部分の少なくとも底部が通気性材料により形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この金属−セラミックス接合部材製造用鋳型において、鋳型の全体が通気性材料により形成されているのが好ましい。あるいは、鋳型が金属材料により形成され、セラミックス部材の下側の空間を形成する鋳型の部分の底部に開口部が設けられ、この開口部に通気性材料からなる通気部材を液密に嵌合させてもよい。あるいは、通気性材料からなる第１および第２の鋳型部材とこれらの部材の間に配置される金属材料からなる第３の鋳型部材とから構成し、溶湯流路を第３の鋳型部材に形成してもよい。また、通気性材料はカーボンまたは多孔質金属であるのが好ましい。
【００１０】
なお、本明細書中において、「通気性材料」とは、気体が通過し且つ金属溶湯が侵入しない大きさの多数の細孔を有する材料をいう。通気性材料としてカーボンを使用する場合、密度が高く且つ強度が高いことから、押出し成形やＣＩＰ成形した黒鉛材を使用するのが好ましく、さらに、細孔が異方性を有することから、３次元的に圧縮されたＣＩＰ成形材を使用するのが好ましい。また、通気性材料として多孔質金属を使用する場合、金属粉を焼結させた焼結金属を使用することができ、原料の金属粉の粒径や成形密度により細孔の大きさを制御することができる。特に、金属溶湯の中でもアルミニウム溶湯に対する濡れ性が低い材料として、モリブデンやタングステンなどの高融点金属およびそれらの合金、例えば、ＴＺＭ（モリブデンに０．５重量％のチタンと０．０８重量％のジルコニウムを加えたもの）や、Ｆｅ系材料としてＳＫＤやＳＵＳをベースにした多孔質金属を使用するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の実施の形態について説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１および図２を参照して、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第１の実施の形態について説明する。
【００１３】
この実施の形態の鋳型は、カーボンまたは多孔質金属などの通気性材料によって形成され、図２（ａ）に示すように、下側鋳型部材１００と上側鋳型部材１０２とから構成されている。
【００１４】
下側鋳型部材１００は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、平面形状が略矩形の底面部１００ａと、この底面部１００ａの周縁部から垂直方向上方に向かって延びる側壁部１００ｂとからなる。この下側鋳型部材１００の底面部１００ａの上面には、階段状の側壁を有する２つの凹部１００ｃが形成されている。これらの凹部１００ｃの各々は、後述する金属回路板と略等しい形状および大きさの金属回路板形成部１００ｄと、この金属回路板形成部１００ｄの上部に隣接して形成され、後述するセラミックス基板と略等しい形状および大きさのセラミックス基板保持部１００ｅとからなる。また、図２（ａ）に示すように、下側鋳型部材１００の上部に平面形状が略矩形の上側鋳型部材１０２を被せることによって内部に画定される空間のうち、下側鋳型部材１００の凹部１００ｃを除いた部分は、後述する金属ベース板と略等しい形状および大きさの金属ベース板形成部１００ｆになる。なお、上側鋳型部材１０２には、金属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１００には、金属ベース板形成部１００ｆと金属回路板形成部１００ｄとの間に延びる溶湯流路１００ｇが形成され、セラミックス基板保持部１００ｅ内にセラミックス基板を収容したときにも金属ベース板形成部１００ｆと金属回路板形成部１００ｄとの間が連通するようになっている。
【００１５】
この鋳型の下側鋳型部材１００のセラミックス基板保持部１００ｅ内にセラミックス基板を収容した後、金属ベース板形成部１００ｆ内にアルミニウム溶湯などの金属溶湯を注湯し、溶湯流路１００ｇを介して金属回路板形成部１００ｄまで金属溶湯を充填し、その後、冷却して金属溶湯を固化させることにより、図２（ｂ）に示すように、セラミックス基板１０の一方の面に金属ベース板１４が直接接合するとともに、他方の面に金属回路板１２が直接接合した一体の金属−セラミックス接合部材が得られる。
【００１６】
この実施の形態では、鋳型全体がカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料によって形成されているので、金属溶湯を充填する前に金属回路板保持部内に存在するガスは主に鋳型の底面部から排気され、金属回路板側の鋳型にガス抜き穴を設けなくても金属溶湯を金属回路板形成部１００ｄ内に容易に充填することができる。
【００１７】
［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第２の実施の形態について説明する。
【００１８】
この実施の形態では、鋳型が金属材料によって形成され、下側鋳型部材１００の底面部１００ａのうち金属回路板形成部１００ｄの底面を形成する部分のみがカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料によって形成されている以外は第１の実施の形態と同様であるので、異なる部分のみについて説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
この実施の形態では、セラミックス基板やカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料と熱膨張係数が近い金属材料、例えば、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金などの金属材料によって鋳型を形成することにより、第１の実施の形態において鋳型をカーボンで形成した場合に生じ易い鋳型の欠けや割れを防止して、鋳型の強度および寿命を向上させている。
【００２０】
また、下側鋳型部材１００の底面部１００ａのうち金属回路板形成部１００ｄの底面を形成する部分に開口部を形成し、この開口部にカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料からなる通気部材１００ｈを液密に嵌合させることにより、金属回路板形成部１００ｄ内のガスを透過させ且つ金属溶湯を隙間から漏れることなく金属回路板形成部１００ｄに充填することができるようにしている。
【００２１】
［第３の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第３の実施の形態について説明する。
【００２２】
この実施の形態では、鋳型の一部が金属材料によって形成されている以外は第１の実施の形態と同様であるので、異なる部分のみについて説明し、同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
すなわち、この実施の形態の鋳型は、カーボンまたは多孔質金属などの通気性材料からなる上側鋳型部材２０２および下側鋳型部材２００の間に金属材料からなる金属鋳型部材２０４が配置され、セラミックス基板保持部１００ｅと金属回路板形成部１００ｄの側面が金属鋳型部材２０４によって画定されるようになっている。なお、金属鋳型部材２０４は、セラミックス基板やカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料と熱膨張係数が近い金属材料、例えば、モリブデン、タングステンまたはこれらの合金などの金属材料によって形成することができる。また、金属鋳型部材２０４には、金属ベース板形成部１００ｆと金属回路板形成部１００ｄとの間に延びる（図示しない）溶湯流路が形成され、セラミックス基板保持部１００ｅ内にセラミックス基板を収容したときにも金属ベース板形成部１００ｆと金属回路板形成部１００ｄとの間が連通するようになっている。
【００２４】
このように、鋳型の割れ易い部分、すなわちセラミックス基板保持部１００ｅおよび金属回路板形成部１００ｄの側面を画定する部分を金属材料によって形成し、他の部分をカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料によって形成することにより、金属溶湯を充填する前に金属回路板形成部１００ｄ内に存在するガスを主に鋳型の底面部から排気し、金属回路板側の鋳型にガス抜き穴を設けなくても金属溶湯を金属回路板形成部１００ｄ内に容易に充填することができるのみならず、鋳型の欠けや割れを防止して鋳型の強度および寿命を向上させることができる。さらに、金属鋳型部材２０４を交換することにより、金属回路板やセラミックス基板の形状および大きさが異なる様々な種類の金属−セラミックス接合部材を製造することができるので、設計の手間や費用の面で非常に有利である。
【００２５】
なお、上述した第１〜第３の実施の形態では、セラミックス基板より大きい板状の金属ベース板をセラミックス基板に接合する場合について説明したが、本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の形状を変更することにより、セラミックス基板より小さい金属ベース板や、裏面に放熱フィンが一体に形成された金属ベース板などの様々な形状および大きさの金属ベース板をセラミックス基板に接合することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、鋳型の少なくとも金属回路板形成部の底部をカーボンまたは多孔質金属などの通気性材料により形成することにより、鋳型にガス抜き穴を設けることなく且つ比較的低い注湯圧でも、金属溶湯を金属回路板形成部内に容易に充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第１の実施の形態の下側鋳型部材を示す図であり、図１（ａ）は下側鋳型部材の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の下側鋳型部材のＢ−Ｂ線断面図。
【図２】本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第１の実施の形態を示す図であり、図２（ａ）は鋳型の断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の鋳型により製造される金属−セラミックス接合部材の断面図。
【図３】本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第２の実施の形態の断面図。
【図４】本発明による金属−セラミックス接合部材製造用鋳型の第３の実施の形態を示す図であり、図４（ａ）は鋳型の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の鋳型の上側鋳型と下側鋳型の間に配置される金属鋳型部材の斜視図。
【符号の説明】
１０    セラミックス基板
１２    金属回路板
１４    金属ベース板
１００、２００    下側鋳型部材
１００ａ  底面部
１００ｂ  側壁部
１００ｃ  凹部
１００ｄ  金属回路板形成部
１００ｅ  セラミックス基板保持部
１００ｆ  金属ベース板形成部
１００ｇ  溶湯流路
１００ｈ  通気部材
１０２、２０２    上側鋳型部材
２０４    金属鋳型部材
【図１】
2005074434.tif 000003
【図２】
2005074434.tif 000004
【図３】
2005074434.tif 000005
【図４】
2005074434.tif 000006