(57)【要約】【課題】一方の面に回路用の金属層が形成され、他方の面に放熱用フィンが形成されてなる放熱用フィン付き回路基板の製造で、製造効率を低下させることなく、薄く、高く、微小ピッチで放熱性に優れたフィンを有する、同回路基板を製造できるようにする。【解決手段】セラミック基板１０の表裏両面に、アルミニウム板２１を接合して金属層を形成する。その後、回路用の金属層ではない方の金属層であるアルミニウム板２１の表面に、放熱用フィン形成用の金属部位４０を、コールドスプレーによって追加的に肉盛加工する。その後、この金属部位４０に、切り起こし法によってフィン４１を形成する。従来のように、フィンが別途製造された部品を、後でロウ付けするのでなく、一体形成された金属部位４０を切起こしてフィンを形成するものであるから、フィンに座屈等の変形を生じさせることなく、薄く、微小ピッチのフィン付きの回路基板が得られる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板のうちの一方の面に回路用の金属層が形成され、他方の面に放熱用フィンが形成されてなる放熱用フィン付き回路基板の製造方法であって、
セラミック基板の表裏両面に金属層を形成し、
その後、回路用の金属層ではない方の金属層の表面に、放熱用フィン形成用の金属部位を、金属材料の吹き付けによる形成法によって所定の厚みに肉盛加工し、
その後、該金属部位に、切り起こし法によってフィンを形成するフィン形成工程を含むことを特徴とする、放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【請求項２】
前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法がコールドスプレーであることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【請求項３】
前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法が溶射であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【請求項４】
前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【請求項５】
前記放熱用フィン形成用の金属部位の形成後、前記フィン形成工程に入る前に、回路用の金属層を、湿式エッチングにより所定の回路パターンに形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【請求項６】
前記金属層が、アルニウム若しくは銅、又はこれらいずれかを主成分とする合金からなる金属板であり、前記セラミック基板の表裏両面にロウ付けされて形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールなどのパワーモジュール等に使用されるセラミック回路基板であって、放熱用（冷却用）のフィン（放熱部材）を備えた放熱用フィン付き回路基板（配線基板）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール等の半導体装置や電子部品の搭載に用いられるセラミック回路基板に、それらの発熱体を冷却するためのフィン（冷却フィン、凹凸）を有する放熱部材が接合された放熱用フィン付き回路基板の製造方法としては、各種の技術が提案されている。一方、このような放熱部材は、熱伝導性や放熱性、さらには被加工性などから、アルミニウムや銅、或いはこれらいずれかを主成分とする合金から形成されることが多い。そして、このようなフィン（ひれ）又はフィン付き放熱部材についても各種の製造方法（製法）が知られている。
【０００３】
ところで、セラミック基板に接合されるフィン付きの放熱部材についても、小型で高い放熱性のものが要求されてきている。このような要請に応えるためには、フィンの厚さを薄くし、かつ、これをできるだけ小さいピッチで多数形成し、いかに放熱面積を広く確保するかが重要である。これに応えるフィン付きの放熱部材としては、その素材をなす金属部材（金属板）の一方の面において、薄く、小ピッチで多数のフィンを起立状に起こすように形成する加工法、すなわち、刃物（切削工具の切れ刃）を金属部材の面に沿うように斜めに切り込むことで、その表面にフィンを切り起こすように形成する方法（切り起こし法）が知られている（特許文献１）。この方法では、フィンを、小ピッチで、次々と切り込むことで多数の薄いフィンを形成することができる。また、セラミック基板と放熱部材との接合に関しては各種の技術が知られている。このような接合の場合、両者間に高い熱伝導性を保持するためには、活性ロウを用いる技術のほか、セラミック基板（例えばアルミナ基板）と、アルミニウム又はこれを主成分とする合金製（以下、単にアルミニウム製ともいう）の放熱部材とを、基板にメタライズ層を形成することなく、その両者間にアルミ合金（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）系のロウ材を介在させ、所定温度下で加圧して接合する技術も知られている（特許文献２）。
【０００４】
他方、セラミック基板にフィンを形成する技術としては、溶湯法によりその基板にフィンを一体的に形成する技術も知られている（特許文献３）。これは、セラミック基板を、フィン形状を有する所定温度に保持された鋳型内に配置し、不活性ガス雰囲気下（又は真空下）で溶融させたアルミニウム（溶湯）を同雰囲気下で、その鋳型内に加圧状態で流して同基板に接触させ、その後、冷却、固化させることで、フィン付きの放熱部材を同基板に一体形成するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−１４２９９６号公報
【特許文献２】特開２００４−１５２９７１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１５３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の製法のうち、フィンを有するアルミニウム製の放熱部材を、セラミック基板にアルミ合金系のロウ材によりロウ付けするためには、両者の接合面間に一定の面圧（例えば、０．２ＭＰａ）をかける必要がある。このため、このようなロウ付け法ではフィンの先端に対して大きな荷重（外力）が作用する。一方、切り起こし法によって形成されるフィンは、放熱部材（素材）に刃物で切り込むことで、その面を所定の厚さで切り起こして塑性変形させることで形成されるものである。したがって、このようなフィンは、面に垂直に起立する形とはならず、通常、若干傾斜し、或いは若干カールした状態で立ち上がる状態で形成される。したがって、このような切り起こし法で薄く形成されたフィンを有する放熱部材をロウ付けする場合には、特に、フィンの高さが高く薄いほど、座屈等の変形を生じがちとなる。すなわち、切り起こし法によって、一方の面にフィンを形成してなる放熱部材をそのフィンの根元側のベース部（基部）の表面（他方の面）を、セラミック基板に接触させるようにし、その接合面間に面圧がかかるようにしてロウ付けする場合には、フィンの厚さの微小化や、その高さの高寸法化には自ずと限界がある。したがって、薄く高いフィンの付いた放熱部材をロウ付けしてなる放熱用フィン付き回路基板の製造には限界がある。
【０００７】
また、このようにしてフィンを形成した放熱部材をセラミック基板にロウ付けする場合には、そのフィンがある分、放熱部材自体のかさ（体積）が大きいものとなる。したがって、接合炉（ロウ付け炉）は、その内部空間の大きいものが必要となるため、そのロウ付けにおける生産性ないし製造効率が悪くなり、コストアップを招いてしまうという問題もある。
【０００８】
さらに、溶湯法により、セラミック基板に溶融したアルミニウムを接触させて、その冷却、固化後にフィン付きの放熱部材を同時に一体形成する技術では、薄くかつ面積の広いフィンや、高さ寸法の大きいフィンを微小ピッチで形成することは困難である。というのは、湯回り性（溶融金属の流動性）の問題や、形成したフィンを鋳型から抜くために付与すべき型抜き勾配等、鋳造法に起因する制約があるためである。
【０００９】
しかも、溶湯法によってセラミック基板にフィン付き放熱部材を形成する場合、フィンが形成された面と反対側の面に、同時に回路用金属層部位を形成し、この金属層部位を、後でエッチングにより所定パターンの回路に形成するということは事実上困難である。そのエッチングのためには、鋳造されたフィンにもエッチングレジストを塗布する必要があるが、多数の凹凸であるフィンにレジストを塗布し、その後、除去することは極めて非効率的である。一方、回路用金属層部位の表面のみにエッチングレジストを塗布してパターン形成し、その面のみをエッチング溶液に晒すことも困難である。これらがその理由である。
【００１０】
本発明は、放熱用フィン付き回路基板の製造方法における上記したような問題点に鑑みてなされたもので、ロウ付け時の圧力によるフィンの座屈等による変形や、製造効率の低下を招くことなく、薄く、高く、しかも、微小ピッチで放熱性に優れたフィンを有する、放熱用フィン付きセラミック回路基板を効率的に製造することのできる方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために請求項１に記載の発明は、セラミック基板のうちの一方の面に回路用の金属層が形成され、他方の面に放熱用フィンが形成されてなる放熱用フィン付き回路基板の製造方法であって、
セラミック基板の表裏両面に金属層を形成し、
その後、回路用の金属層ではない方の金属層の表面に、放熱用フィン形成用の金属部位を、金属材料の吹き付けによる形成法によって所定の厚みに肉盛加工し、
その後、該金属部位に、切り起こし法によってフィンを形成するフィン形成工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法がコールドスプレーであることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
請求項３に記載の発明は、前記金属材料の吹き付けによる金属部位の形成法が溶射であることを特徴とする、請求項１に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
請求項４に記載の発明は、前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記放熱用フィン形成用の金属部位の形成後、前記フィン形成工程に入る前に、回路用の金属層を、湿式エッチングにより所定の回路パターンに形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記金属層が、アルニウム若しくは銅、又はこれらいずれかを主成分とする合金からなる金属板であり、前記セラミック基板の表裏両面にロウ付けされて形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱用フィン付き回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、セラミック基板に一体的に、コールドスプレー等の吹き付け法により形成された金属部位（皮膜）に、切り起こし法によりフィンを形成するものである。したがって、切り起こし可能な範囲で、薄く、高さのある多数のフィン（フィン群）を、微小ピッチで形成できるため、高い放熱性を確保できる。しかも、前記金属部位は、セラミック基板に形成されている金属層に、接合（接着）材を介することなく、吹き付け法により追加的に肉盛加工（金属皮膜が形成）されたものである。したがって、このような金属部位を切起こして形成したフィンは、それが形成されていた金属層との間で熱伝導性も高く保持される。これにより、本発明では熱伝導性及び放熱性に優れた放熱用フィン付き回路基板を効率的に得ることができる。
【００１６】
すなわち、本発明によれば、従来のように事前に、別途、形成（製造）された、放熱用フィン付き部材（多数のフィンが形成された放熱部材）を、後で、ロウ付け等によりセラミック基板に接合するものでない。このため、ロウ付けにおける面圧をフィンで受けることによる座屈等の変形を考慮する必要がないから、薄く背の高い放熱性に優れたフィンを有する放熱用フィン付き回路基板を効率的に得ることができる。しかも、前記金属部位の厚みは、金属材料の吹き付けによるため任意の厚みに形成できる。そして、これに切起こし法を加えることで、フィンを形成するものであるため、溶湯法におけるような制約もなく、所望とする微小ピッチ、薄さ、高さ寸法のフィンを得ることができる。
【００１７】
本発明において、金属材料の吹き付けによる金属部位（皮膜）の形成法は、コールドスプレー（法）、又は溶射が好ましいものとして挙げられる。このうち、コールドスプレーは、温度が室温以上、金属材料粉末の融点以下又は軟化温度以下である超音速の作動ガスにより、材料粉末の粒子を固相状態のまま基材に高速で衝突させて被膜を形成する被膜形成手段である。本発明では、この皮膜を所定厚さの金属部位となるまで、前記金属層の上に追加的に肉盛（積層）するものである。また、溶射は、周知のように、材料をなす金属粉末等の金属材料を瞬時に溶融して吹き付け、皮膜を形成する被膜形成法であり、本発明では、この皮膜形成法においても、所定厚さの金属部位となるまで、前記金属層の上に追加的に肉盛（積層）するものである。ここに、溶射（溶射による皮膜の形成法）には、フレーム溶射、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）、電気式溶射（アーク溶射やプラズマ溶射（減圧プラズマ溶射（ＬＰＰＳ））大気プラズマ溶射）のいずれでもよい。
【００１８】
なお、このコールドスプレーは、前記したように、作動ガスを超音速流（例示的には、４００〜１０００ｍ／ｓ）とし、この作動ガス中に搬送ガスによって搬送された原料粉末（粒子径が０．５〜１００μｍの原料粉末）を投入してノズル先端より噴出させ、固相状態のまま基材に衝突させて皮膜を形成するものである。すなわち、コールドスプレー法は、微小な粒径の金属粉体（粉末）を超音速流で、熱溶融することなく（固相状態のまま）、吹き付け対象物であるセラミック基板上の前記金属層に吹き付けることで、皮膜を密着させ、金属部位を肉盛加工（形成）するものである。したがって、酸化や熱的影響を最小限に抑えることができる。また、緻密な金属部位（皮膜）の形成ができる。したがって、その後、フィンを切起こし形成する際においても、被削性における問題もなく、所望とする精度のフィンを容易に形成できるという効果が得られる。なお、前記金属部位と前記金属層とが同一金属からなるものとした場合には、前記金属部位が形成されている側では、金属層とであたかも１つの金属部位をなすようになる。
【００１９】
さらに請求項５に記載の製造方法では、金属部位にエッチングレジストを塗布、形成する上での問題もない。このため、所定のパターンの回路用の金属層を湿式エッチングにより問題なく形成できる。すなわち、本製法によれば、半導体装置等の発熱体をセラミック基板の回路用の金属層に搭載する構成のパワーモジュール用の放熱モジュールを問題なく、効率的に製造できる。なお、この場合には、そのエッチングの後で、フィン形成側の金属部位におけるレジストを除去してから、その金属部位の面に、切り起こし法にてフィンを形成すればよい。すなわち、本発明によれば、半導体搭載用の放熱用フィン付き回路基板を問題なく効率よく製造できる。
【００２０】
なお、セラミック基板は、絶縁性と熱伝導性に優れたものが好ましいといえ、したがって、その材質は、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が例示される。そして、前記金属層は、導電性、熱伝導性において、また、前記金属部位をなす金属は熱伝導性、放熱性、さらには被加工性（被切削性）において、それぞれ優れた材質のものを選択すればよい。これらを考慮すると、前記金属層及び前記金属部位は、アルミニウム、銅、又はこれらを主成分とする合金が好ましい材質といえる。また、本発明において、セラミック基板に形成する金属層は、金属板（又は金属箔）を接合することで形成するものに限定されるものではない。これら以外にもＤＢＣや溶湯接合法など、公知のいずれの方法を用いて形成してもよい。ただし、金属板を接合するものでは、セラミック基板にメタライズを形成することなく、ロウ付けすることによるものが熱伝導性の点から好ましいといえる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を具体化した製法（実施例１）で製造した放熱用フィン付き回路基板の説明用正面図（フィンの切り起こし状態の図）。
【図２】実施例１の放熱用フィン付き回路基板を製造する工程の説明図。
【図３】図１のフィンの切り起こし状態を拡大して示した説明図。
【図４】図１の放熱用フィン付き回路基板をフィン側から見た図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の製法を具体化した実施の形態例（実施例１）について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。ただし、本例では、図１に示したような、多数の放熱用フィン４１付きセラミック回路基板１０１を製造する場合で、そのフィン４１の形成前の金属部位の吹き付けによる形成がコールドスプレーによる場合で説明する。本例では、図２−Ａに示したように、セラミック基板１０の表裏（図示上下）各面に、同一のアルミニウム板（４Ｎのアルミニウム製の平板）２１，２１を、例えば、ロウ付けにより接合する。これにより図２−Ｂに示したように、表裏両面にアルミニウム板２１からなる金属層が形成されたセラミック基板（セラミック回路基板仕掛品）１００ｂを得る。
【００２３】
次に、一方（図示上）のアルミニウム板２１の表面（図示上面）に、図２−Ｃに破線矢印で示したように、コールドスプレー法により、金属材料（例えばアルミニウム粉末）を常温にて超音速で、所定時間吹きつけ、その吹き付けられて潰された粉末を積層させる。これによって、図２−Ｄに示したように、アルミニウムからなる一定厚さ（層状）の金属部位（皮膜）４０を、金属層であるアルミニウム板２１の上に、追加的に肉盛、形成してなる回路基板仕掛品１００ｄを得る。本例では、その後、図示下の回路用の金属層（導電性金属層）形成用のアルミニウム板２１に、回路パターンを湿式エッチングにより形成する。その後、図２−Ｆに示したように、コールドスプレーによって形成したこの金属部位（アルミニウム）４０の表面に、切り起こし法でフィン４１を形成する。こうすることで、図１に示した放熱用フィン付き回路基板１０１を得る。次に、本例におけるこれらの工程の詳細についてより具体的に説明する。
【００２４】
本例では、図２−Ａに示したように、□３０ｍｍ角（正方形）で、厚み、０．６３５ｍｍのセラミック（窒化アルミ）基板１０を、２枚のアルミニウム板（□３０ｍｍ角（正方形）で、厚さ、０．６ｍｍ）２１，２１で挟んで、１枚の□３０ｍｍ角の３層構造の積層板となるように重ねる。ただし、セラミック基板１０と、各アルミニウム板２１，２１の間には、アルミニウム系のロウ材（Ａｌ−Ｓｉ系のロウ材箔。図示せず）を介在させる。そして、これら３者の厚み方向に所定の面圧（０．２ＭＰａ）がかかるように治具（ジグ）等により加圧し、炉中でロウ付け温度（６３０℃）に所定時間加熱して各面間をロウ付けする。これにより、図２−Ｂに示したように、セラミック基板１０の各面に、０．６ｍｍ厚のアルミニウム板２１からなる金属層が形成されたセラミック金属接合体（３層構造の回路基板仕掛品１００ｂ）が得られる。ここで、金属層は、表裏で同じ厚さのため、反りの発生が防止される。また、回路用の金属層の厚みが薄いと、搭載する半導体の発熱抵抗が大きくなるし、厚すぎるとエッチングの処理時間（費用）の問題がある。本例ではこれらを考慮してその厚みを０．６ｍｍに設定している。とくに、後の湿式エッチングによる回路パターンの形成を考慮すると、金属層は、０．２〜０．８ｍｍの厚みとするのが好ましい。
【００２５】
次に、必要な前処理を行った後、図２−Ｃに示したように、図示上のアルミニウム板２１の表面に、コールドスプレーを所定時間施す。これにより、図２−Ｄに示したように、フィン形成用の金属部位（アルミニウム皮膜）４０を所定厚さ（例えば、２．０ｍｍ厚）となるよう積層し、肉盛加工する。この結果、この仕掛品１００ｄは、厚さが略３．８３５ｍｍ厚の４層構造のものとなる。ただし、本例では、アルミニウムをアルミニウム板２１に吹きつけにより肉盛加工することで金属部位４０を形成するものであるから、この金属部位４０はアルミニウム板２１とで、実質的には、２．６ｍｍ厚の１つのアルミニウム層となる。なお、本例では、図示上のアルミニウム板２１の表面の全体に金属部位（アルミニウム皮膜）４０を形成しているが、例えば、外周縁より一回り内側において金属部位を形成する場合には、それに応じたマスクを用いるなどして、不要箇所に金属部位が形成されないようにすればよい。なお、前処理としては、脱脂、表面（皮膜形成面）のブラスト処理、粗面化（荒面化）等である。また、形成された金属部位４０の表面状態によっては、要すれば、その表面を機械加工（仕上げ）等により、所望とする表面粗度（平坦度）に仕上げておくと、後のよいフィンの切起こし加工が精度よくできる。
【００２６】
次に、このようにして形成された仕掛品１００ｄに対し、本例では、回路用の金属層形成用のアルミニウム板２１側における、その各辺（４辺）の外縁端に沿って、所定幅（例えば２ｍｍ）で、アルミニウム板２１の外周面が露出するようにエッチングレジストを塗布し、湿式エッチング処理をした（図２−Ｅ参照）。これにより、図２−Ｅに示したように、図示下のアルミニウム板２１の各辺に沿って、幅２ｍｍのセラミック部位（絶縁部位）１２を露出させた。結果、そのアルミニウム板２１が□２６ｍｍ角の回路用の金属層（回路用のパターン）となるようにした。これにより、その後、レジストを除去して回路用金属層を有する仕掛品１００ｅを得た。
【００２７】
次に、この回路用金属層を有する仕掛品１００ｅにおける、フィン形成用の金属部位（アルミニウム）４０に、図２−Ｆに示したようにフィン４１を形成する。すなわち、この仕掛品１００ｅを、フィンの切り起こし用の加工工程に回す。そこで、加工機（切削機械）により、コールドスプレーで形成したフィン形成用の２．０ｍｍ厚の金属部位（アルミニウム）４０におけるその表面に、１辺に沿う形で、図３に示したように、刃物（切削工具の切れ刃）８００を斜めに切り込ませ、切り起こし法により、順次、肉厚の薄いフィン４１を微小ピッチで多数形成して、図１に示したような放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１を得た。
【００２８】
なお、このような切り起こし後のフィン４１は、図３に示したようにカール形状を呈しており、例示すると、その肉厚Ｔ１は略０．２ｍｍで、ピッチＰ１が０．６ｍｍ、そして高さＨ１が６ｍｍである。そして、フィン４１の根元（セラミック基板１０側）から、セラミック基板までのアルミニウムの厚み（平均厚さ）Ｔ２が０．８ｍｍ確保されるように加工した。すなわち、本例では、コールドスプレーによって形成された金属部位（アルミニウム皮膜層）４０のうち、それが０．２ｍｍ厚残存するようにし、その０．２ｍｍ厚分、その基板面に沿う方向への熱伝達性を、元のアルミニウム板２１の厚み（０．６ｍｍ）における場合より高めている。なお、フィン４１は、２．０ｍｍ厚のフィン形成用の金属部位（アルミニウム）４０の表面の全域に形成してもよいが、本例では、図４に示したように、アルミニウム板２１における各辺（４辺）とも、外縁端に沿って所定幅（幅２ｍｍ）で、四角枠状の四角枠部３５として残存させ、その枠の内側において、幅２６ｍｍのフィン４１を多数形成した。
【００２９】
このようにして製造された放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１は、微小な肉厚Ｔ１（０．２ｍｍ）、微小なピッチＰ１（０．６ｍｍ）、しかも高さ寸法Ｈ１が６ｍｍと、背の高い多数のフィン４１を有する放熱効果に優れたものをなしている。なお、フィン４１は、肉厚Ｔ１が、０．５ｍｍ以下、ピッチＰ１は、１．５ｍｍ以下で、高さ寸法Ｈ１が、３ｍｍ以上となるように切り起こすのが、放熱効果も高く好ましい。図１では、フィン４１を直線状で斜めに立ち上がっている状態に簡略化して示している。
【００３０】
上記したように本例では、フィン４１を形成すべき部位をなす金属部位４０を、セラミック基板１０の片面に形成されたアルミニウム板２１である金属層の上に、コールドスプレーで、追加的に積層、形成した後で、フィン４１の切り起こし形成を行うものである。このため、従来のように、別途に、フィン付き放熱部材として形成、製造した放熱部材（別部品）を、セラミック基板にロウ付けするような場合のように、そのロウ付けにおける加圧過程で発生する、フィンの座屈の問題は全くない。したがって、薄く、背の高い放熱効果に優れたフィンを有する放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１を問題なく得ることができる。また、フィン４１を形成すべき部位をなす金属部位４０は、セラミック基板１０の両面に形成した金属層（アルミニウム板２１）のうちの一方に、その金属層の形成後にコールドスプレーで形成している。また、セラミック基板１０の両面に形成すべき金属層（アルミニウム板）の厚みは、ロウ付けによる場合、その接合後の熱応力によるセラミック基板１０のそりの発生を抑制するため、両面と同じ厚みとすることが好ましい。一方、本発明では、セラミック基板１０の両面の金属層の上に、後で、吹き付け法により金属部位を形成するものであるから、両面の金属層の形成段階においては、その両面の金属層の厚みを同一のものとして形成することに全く問題はない。このため、各面にアルミニウム板２１をロウ付けで接合するとしても、各面における熱応力のアンバランスを招くことを防止できるため、基板に反りやクラックを発生させることも防止できる。
【００３１】
なお本例では、上記もしたように、この周囲の各辺の外縁に沿って幅２ｍｍのアルミニウム板部位からなる四角枠部３５が残存している。これは、この四角枠部３５を、冷媒流路に対する取り付け部として有効に利用することができるようにしたものである。例えば、このようなフィン４１を水冷とする場合には、その水の流路における取り付け部位に対し、この四角枠部３５を取り付け面とし、ここにリング状パッキンを介在させるなどして取り付けることで、高いシール性を保持することもできる。さらに、本例では、放熱用フィン付きセラミック回路基板１０１において、セラミック基板１０の各面側におけるアルミニウムの実質的な厚みを上記したように、０．６ｍｍと、０．８ｍｍと略均一化している。このため、半導体を搭載した後の発熱に基づくヒートサイクルによるセラミック基板１０の反りやクラックの発生防止も略図られている。したがって、パワーモジュールに好適な放熱モジュールとなすことができる。
【００３２】
上記例では、アルミニウムで金属部位４０を形成する場合を説明したが、吹き付け金属材料はアルミニウムに代えて銅を用いてもよい。この場合、基材をなす金属層は上記例におけるのと同様、アルミニウム（板）でもよいが、銅であってもよい。また、吹き付け金属材料は、アルミニウムや銅（これらの合金を含む）以外にも、ニッケル、鉄、タングステン、モリブデンなど、放熱用のフィンとしての熱伝達性、放熱性、さらにはその切起こし被加工性の観点から、適宜の材質のもので具体化できる。したがって、２種以上の金属、例えば銅＋モリブデン、銅＋タングステン等の金属複合材料（２層構造等の複数構造の金属部位）としてもよい。さらに、上記例ではセラミック基板１０は、窒化アルミ（ＡｌＮ）製としたが、これは、窒化珪素、アルミナ等のセラミックを用いてもよいことなど、その材質に限定されないことは上記した通りである。
【００３３】
なお、上記例では、コールドスプレー法によって皮膜である金属部位を、金属層の上に追加的に肉盛、形成し、その後、この金属部位においてフィンを切起こし法で形成する場合を説明したが、本発明では、この金属部位は、金属材料の吹き付けにより形成法であればよい。したがって、その形成は、コールドスプレーに代えて、溶射としてもよいし、その他の吹き付け形成法でもよく、例えば、エアロゾルデポジッションを用いることもできる。なお、溶射の場合には、金属材料（溶射材）が溶融した溶射粒子が、基板表面の金属層に衝突して凝固し密着することで皮膜が形成される。溶射法ではコールドスプレー法とは異なり溶融金属の吹きつけとなるが、溶射粒子が運ぶ熱量は小さいため、基板表面の金属層への入熱は小さい。したがって、溶湯法や溶接により、その金属層の上に金属部位を肉盛加工する場合に比べれば、熱的影響も比較的少ないし、その形成自体も容易である。
【００３４】
ここで、コールドスプレー法について、その内容、特徴についてさらに説明する。コールドスプレー法は、溶射技術の１つとしても考えられるが、上記もしたように、吹き付け金属材料の融点または軟化温度よりも低い温度のガスを、超音速流にして、その流れの中に金属材料粒子（微粉末）を投入して、固相状態のまま基材に高速で衝突させて皮膜を積層、形成する技術である。すなわち、その特徴は、従来のプラズマ溶射法、フレーム溶射法、高速フレーム溶射法などに比べて、金属材料（粒子）を加熱、加速する作動ガスの温度は著しく低い。プラズマ溶射などは、１００００℃に近い高温の作動ガスが必要であるが、コールドスプレーの場合、常温〜６００℃程度の作動ガスでよい。このようにコールドスプレーでは、吹き付ける金属材料を溶射におけるような高温ではなく固相状態のまま基材へ高速で衝突させ、その衝突エネルギにより金属材料粒子を塑性変形させ、これを積層、堆積させて皮膜を形成するものである。そのため、他の溶射方法と違い、溶射材料の熱による酸化や変質を最小限にすることができる。
【００３５】
前記したように、コールドスプレー法によって皮膜である前記金属部位を形成する場合には、溶射におけるような材料特性を変化させる問題もない上、緻密、高密度で、皮膜である前記金属部位を形成できるため、熱伝導率も高められる。しかも、積層、肉盛加工（肉盛形成）された後の金属部位は、靭性や剛性も高いものとなる。したがって、その形成後にフィンを切起こし形成する際にも、被削性（加工性）がよく、むしられなども発生させにくいことから、微細ピッチで、薄く背の高いフィンが高精度に形成できるという大きなメリットが得られる。なお、材料の酸化の影響をなくすため、作動ガスはアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを使用することが望ましい。
【００３６】
本発明においてセラミック基板に金属層を形成する手段として、金属板をロウ付けする場合は、セラミック基板の表面にメタライズ層を形成してロウ付けしてもよいし、活性ロウによりロウ付けすることとしてもよい。セラミック基板がアルミナで、金属層をなす金属板がアルミニウム又はこれを主成分とする合金である場合には、アルミ系合金（Ａｌ−Ｓｉ合金）ロウを用いて加圧下で直接ロウ付けしてもよい。また、セラミック基板が窒化珪素で、金属板が銅又はこれを主成分とする合金である場合には、活性ロウ（例えば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系合金）を用いればよい。さらに、セラミックが窒化珪素又はアルミナで、金属が銅であれば、Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｔｉなどの活性ロウを用いることもできる。
【００３７】
また、セラミック基板がアルミナ製で、その表面に、金属層として、モリブデン、マンガン等のメタライズ層が同時焼成で形成されているものでは、銅製の金属板を銀ロウを用いて接合して、金属層を複数の層として形成してもよい。さらに、セラミック基板が窒化珪素製のものでは、金属層として、活性金属層をＣＶＤやスパッタリングで形成しておいてもよい。すなわち、セラミック基板に形成する金属層が、金属板をロウ付けにより接合するものである場合には、セラミック基板と、その金属板との材質に応じ、ロウ付けに適するロウを用い、要すればメタライズ層をセラミック基板の表面に形成しておけばよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０  セラミック基板
２１  アルミニウム板（金属層）
４０  金属部位
４１  フィン
１０１  放熱用フィン付き回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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