(57)【要約】【課題】セラミックス基板に接合した金属ベース板のねじ止め部の変形を抑制して信頼性を高めることができる、金属−セラミックス接合基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】セラミックス基板１０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１２が直接接合するとともに、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ベース板１４が直接接合した金属−セラミックス接合基板において、金属ベース板１４の周縁部に形成され且つ金属ベース板１４の一方の面から他方の面に貫通するように金属ベース板１４のセラミックス基板１０との接合面に対して略垂直方向に延びる（ねじ止め用の）貫通孔の内周面の略全面に、（金属ベース板１４より融点および強度が高い炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなる）環状部材１６の外周面の略全面が直接接合している。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属−セラミックス接合基板において、金属ベース板の一方の面から他方の面に貫通するように形成された貫通孔の内周面に、金属ベース板より強度が高い金属からなる環状部材の外周面が直接接合していることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板。
【請求項２】
前記貫通孔が、前記金属ベース板の前記セラミックス基板との接合面に対して略垂直方向に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項３】
前記貫通孔が、前記金属ベース板の周縁部に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項４】
前記環状部材の外周面の略全面が前記貫通孔の内周面の略全面に直接接合してい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金属−セラミックス接合基板。
【請求項５】
前記金属ベース板が前記セラミックス基板に直接接合していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項６】
前記金属板が前記セラミックス基板に直接接合してい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−セラミックス接合基板。
【請求項７】
前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項８】
前記環状部材が１００ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする、請求項７に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項９】
前記環状部材が、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなることを特徴とする、請求項７に記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１０】
前記環状部材の表面がＮｉまたはＮｉ合金めっきにより被覆されていることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１１】
前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板。
【請求項１２】
セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属−セラミックス接合基板の製造方法において、金属ベース板より融点および強度が高い金属からなる環状部材と、セラミックス基板とを鋳型内に離間して配置させ、鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するとともに環状部材の外周面に接触するように溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、金属板を形成してセラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、金属ベース板を形成してセラミックス基板の他方の面に直接接合させ、金属ベース板の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔の内周面に環状部材の外周面を直接接合させることを特徴とする、金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１３】
前記貫通孔を前記金属ベース板の前記セラミックス基板との接合面に対して略垂直方向に延びるように形成することを特徴とする、請求項１２に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１４】
前記貫通孔を前記金属ベース板の周縁部に形成することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１５】
前記環状部材の外周面の略全面を前記貫通孔の内周面の略全面に直接接合させることを特徴とする、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１６】
前記金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１２乃至１５のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１７】
前記環状部材が１００ＭＰａ以上の引張強度を有することを特徴とする、請求項１６に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１８】
前記環状部材が、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなることを特徴とする、請求項１６に記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項１９】
前記環状部材の表面がＮｉまたはＮｉ合金めっきにより被覆されていることを特徴とする、請求項１６乃至１８のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【請求項２０】
前記金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１２乃至１９のいずれかに記載の金属−セラミックス接合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属−セラミックス接合基板およびその製造方法に関し、特に、セラミックス基板の一方の面に電子部品搭載用の金属板（金属回路板）が形成され、他方の面に放熱用の金属ベース板が形成された金属−セラミックス接合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーモジュール用絶縁基板として使用されている金属−セラミックス接合基板では、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放熱用金属ベース板が接合し、金属回路板上に半導体チップなどが搭載されている。このような半導体チップなどの発熱素子からの熱を外部に放熱するために、放熱用金属ベース板の裏面に放熱フィンや冷却ジャケットなどが取り付けられている。
【０００３】
このような金属−セラミックス接合基板として、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が直接接合するとともに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放熱部材が直接接合し、この放熱部材の周縁部に形成されたねじ穴（貫通孔）を介して放熱部材に蓋体をねじ止めすることによって、内部に空間が形成された放熱器が取り付けられた金属−セラミックス接合基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、特許文献１の金属−セラミックス接合基板では、内部にセラミックス基板を配置した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湯した後に凝固させることによって、セラミックス基板に放熱部材が直接接合されており、放熱部材の強度が高くないため、放熱部材に形成されたねじ穴の周縁部が陥没したり、パワーモジュール用絶縁基板として車両に搭載して使用したときにねじが緩むおそれがある。また、アルミニウム合金の添加金属の成分を調整して放熱部材の強度を高くすると、放熱部材の熱伝導率が低下して放熱性が低下する場合があり、また、金属−セラミックス接合基板にヒートサイクルが付加されたときに、セラミックス基板に割れが発生するなど、金属−セラミックス接合基板の信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
また、基板のねじ止め用の貫通孔の周縁部のクラックなどの発生を防止するために、黒鉛と金属の複合体からなる基板の両主面間を繋ぐ貫通孔にパイプ部材を嵌合させることが提案され、このパイプ部材と基板の間の密着性および放熱性を向上させるために、パイプ部材と基板の界面をろう材などで接合することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９４８９１号公報（段落番号００１６−００３３）
【特許文献２】特開２００５−１３６３６９号公報（段落番号０００８−０００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２の基板では、貫通孔にパイプ部材を嵌合させるだけでは、パイプ部材の固定が十分ではなく、パイプ部材と基板の間の密着性を向上させるために、パイプ部材と基板の界面をろう材などで接合する場合、パイプ部材の外周面または貫通孔の内周面にろう材などを形成するのは容易でなく、ろう材などによりパイプ部材と基板を接合して密着性を十分に向上させるのは困難である。
【０００８】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、セラミックス基板に接合した金属ベース板のねじ止め部の変形を抑制して信頼性を高めることができる、金属−セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属−セラミックス接合基板において、金属ベース板の一方の面から他方の面に貫通するように形成された（ねじ止め用の）貫通孔の内面に、金属ベース板より強度が高い金属からなる環状部材の外周面を直接接合させることにより、セラミックス基板に接合した金属ベース板のねじ止め部の変形を抑制して、金属−セラミックス接合基板の信頼性を高め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。
【００１０】
すなわち、本発明による金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属−セラミックス接合基板において、金属ベース板の一方の面から他方の面に貫通するように形成された貫通孔の内周面に、金属ベース板より強度が高い金属からなる環状部材の外周面が直接接合していることを特徴とする。
【００１１】
この金属−セラミックス接合基板において、貫通孔が、金属ベース板のセラミックス基板との接合面に対して略垂直方向に延びているのが好ましく、金属ベース板の周縁部に形成されているのが好ましい。また、環状部材の外周面の略全面が貫通孔の内周面の略全面に直接接合しているのが好ましい。また、金属ベース板がセラミックス基板に直接接合しているのが好ましく、金属板がセラミックス基板に直接接合しているのが好ましい。さらに、金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、この場合、環状部材が、１００ＭＰａ以上の引張強度を有するのが好ましく、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなるのが好ましく、環状部材の表面がＮｉまたはＮｉ合金めっきにより被覆されているのが好ましい。また、金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明による金属−セラミックス接合基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合するとともに、他方の面に金属ベース板が接合した金属−セラミックス接合基板の製造方法において、金属ベース板より融点および強度が高い金属からなる環状部材と、セラミックス基板とを鋳型内に離間して配置させ、鋳型内のセラミックス基板の両面に接触するとともに環状部材の外周面に接触するように溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、金属板を形成してセラミックス基板の一方の面に直接接合させるとともに、金属ベース板を形成してセラミックス基板の他方の面に直接接合させ、金属ベース板の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔の内周面に環状部材の外周面を直接接合させることを特徴とする。
【００１３】
この金属−セラミックス接合基板の製造方法において、貫通孔を金属ベース板のセラミックス基板との接合面に対して略垂直方向に延びるように形成するのが好ましく、金属ベース板の周縁部に形成するのが好ましい。また、環状部材の外周面の略全面を貫通孔の内周面の略全面に直接接合させるのが好ましい。さらに、金属ベース板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましく、この場合、環状部材が、１００ＭＰａ以上の引張強度を有するのが好ましく、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなるのが好ましく、環状部材の表面がＮｉまたはＮｉ合金めっきにより被覆されているのが好ましい。また、金属板がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、セラミックス基板に接合した金属ベース板のねじ止め部の変形を抑制して信頼性を高めることができる、金属−セラミックス接合基板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＩＢ−ＩＢ線断面図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂに示す金属−セラミックス接合基板を製造するために使用する鋳型の断面図である。
【図３】図２の鋳型の変形例を示す断面図である。
【図４Ａ】本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態に使用する環状部材の変形例を拡大して示す斜視図である。
【図４Ｂ】本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態に使用する環状部材の他の変形例を拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明による金属−セラミックス接合基板およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本発明による金属−セラミックス接合基板の実施の形態は、平面形状が略矩形のセラミックス基板１０と、このセラミックス基板１０の一方の面に直接接合した（図示した実施の形態では平面形状が略矩形の２枚の）金属回路板１２と、セラミックス基板１０の他方の面に直接接合した金属ベース板１４とを備えている。金属回路板１２および金属ベース板１４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【００１８】
金属ベース板１４は、平面形状が略矩形で略均一な厚さを有する一枚の平板状の金属部材からなり、略矩形の平板の四隅付近にねじ止め部１４ａが形成されている。各々のねじ止め部１４ａの略中央部には、金属ベース板１４のセラミックス基板１０との接合面に対して略垂直方向に延びる（ねじ止め用の）貫通孔が、金属ベース板１４の一方の面から他方の面まで貫通して形成されている。これらの貫通孔には、略円筒形の環状部材（カラー部材）１６が嵌合しており、環状部材１６の外周面の略全面が貫通孔の内周面の略全面に（化学的に）直接接合している。
【００１９】
環状部材１６は、金属ベース板１４より融点および強度が高い金属からなるのが好ましく、金属ベース板１４がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合には、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなるのが好ましい。なお、防錆のため、あるいは、環状部材１６の炭素鋼などがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属ベース板１４中に必要以上に拡散するのを防止するために、環状部材１６の表面をＮｉまたはＮｉ合金めっきにより被覆してもよい。
【００２０】
この金属−セラミックス接合基板の金属ベース板１４の裏面（セラミックス基板１０との接合面と反対側の面）には、蓋材２０が配置されている。この蓋材２０は、金属ベース板１４と略同一の平面形状を有し、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａに対応する部分（ねじ止め部２０ａ）が金属ベース板１４のねじ止め部１４ａに当接し且つ金属ベース板１４の裏面の中央部（好ましくは金属回路板１２に対応する領域）との間に（好ましくは平面形状が略矩形の）液冷用空間２２が形成されるような形状を有する。また、蓋材２０には、金属ベース板１４の裏面に配置したときに、金属ベース板１４の各々のねじ止め部１４ａに対応する部分に、環状部材１６の内部の貫通孔に対応するようにねじ穴が形成されている。蓋材２０を金属ベース板１４の裏面に配置した後、金属ベース板１４の上面側（セラミックス基板１０との接合面側）から環状部材１６に挿入したねじ（またはボルト）２４を蓋材２０のねじ穴に螺合させることにより、蓋材２０を金属ベース板１４の裏面に固定することができる。
【００２１】
なお、蓋材２０をねじ止めする際に、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａには、図１Ａの下側方向に力（ねじが金属ベース板１４を押す力）が加わり、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａ以外の部分には、図１Ａの上側方向に力が加わるため、環状部材１６と金属ベース板１４との接合面に沿った方向にせん断力が作用し、環状部材１６と金属ベース板１４との接合面に垂直な方向に引張応力が作用する。そのため、環状部材１６は、金属ベース板１４との接合面に沿った方向のせん断強さが高く、金属ベース板１４との接合面に垂直な方向の引張強さが高い材質からなるのが好ましい。金属ベース板１４がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合、環状部材１６は、引張強さが１００ＭＰａ以上の材質からなるのが好ましく、２００ＭＰａ以上の材質からなるのがさらに好ましい。このような材質の環状部材１６として、上述したように、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなる環状部材１６を使用するのが好ましい。
【００２２】
図１Ａおよび図１Ｂに示す実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するためには、図２に示す鋳型３０内に環状部材１６とセラミックス基板１０とを鋳型内に離間して配置させ、鋳型３０内のセラミックス基板１０の両面に接触するとともに環状部材１６の外周面に接触するように溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、金属回路板１２を形成するための回路用金属板を形成してセラミックス基板１０の一方の面に直接接合させるとともに、金属ベース板１４を形成してセラミックス基板１０の他方の面に直接接合させ、金属ベース板１４の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔の内周面に環状部材１６の外周面を（化学的に）直接接合させた後、回路用金属板上に所定の形状のレジストを形成してエッチングすることにより金属回路板１２を形成すればよい。
【００２３】
図２に示すように、鋳型３０は、カーボンなどからなり、それぞれ平面形状が略矩形の下側鋳型部材３２と上側鋳型部材３４とから構成されている。
【００２４】
下側鋳型部材３２の上面には、金属ベース板１４を形成するための凹部（金属ベース板形成部）３２ａが形成され、この凹部３２ａの底面には、セラミックス基板１０と略同一の形状および大きさでセラミックス基板１０を収容するための凹部（セラミックス基板収容部）３２ｂが形成され、この凹部３２ｂの底面には、金属回路板１２を形成するための回路用金属板を形成するための凹部（回路用金属板形成部）３２ｃが形成されている。また、金属ベース板形成部３２ａの底面には、金属ベース板１４の各々のねじ止め部１４ａの略中央部に対応する部分に、環状部材１６を支持する略円柱形の環状部材支持部３２ｄが形成されている。これらの環状部材支持部３２ｄは、金属ベース板形成部３２ａの底面から、金属ベース板１４のセラミックス基板１０との接合面に対して略垂直方向に延びており、金属ベース板形成部３２ａの深さと略同一の高さと、環状部材１６の内径と略同一の外径を有する。
【００２５】
上側鋳型部材３４は、平板状の部材であり、（図示しない）注湯ノズルから金属ベース板形成部３２ａに溶湯を注湯するための（図示しない）注湯口が形成されているとともに、下側鋳型部材３２には、金属ベース板形成部３２ａと回路用金属板形成部３２ｃとの間に延びる（図示しない）溶湯流路が形成されて、セラミックス基板収容部３２ｂ内にセラミックス基板１０を収容したときにも金属ベース板形成部３２ａと回路用金属板形成部３２ｃとの間が連通するようになっている。
【００２６】
このような鋳型３０を使用して図１Ａおよび図１Ｂに示す実施の形態の金属−セラミックス接合基板を製造するためには、まず、下側鋳型部材３２のセラミックス基板収容部３２ｂ内にセラミックス基板１０を配置するとともに、下側鋳型部材３２の環状部材支持部３２ｄが環状部材１６に収容されるように環状部材１６を配置した後、上側鋳型部材３４を下側鋳型部材３２に被せる。この状態で鋳型３０内にアルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属の溶湯を流し込んで冷却すると、金属回路板１２を形成するための回路用金属板がセラミックス基板１０の一方の面と直接接合するとともに、金属ベース板１４がセラミックス基板１０の他方の面と直接接合し、金属ベース板１４の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔の内周面の略全面に環状部材１６の外周面の略全面が（化学的に）直接接合した金属−セラミックス接合基板を製造することができる。
【００２７】
また、図１Ａおよび図１Ｂに示す実施の形態の金属−セラミックス接合基板は、図３に示す鋳型１３０により製造してもよい。この鋳型１３０では、鋳型３０の環状部材支持部３２ｄに代えて、下側鋳型部材１３２の金属ベース板形成部１３２ａの底面と、上側鋳型部材１３４の裏面（金属ベース板形成部１３２ａに対向する側の面）の環状部材１１６に対応する部分に、環状部材１１６の外径と略同一の内径の凹部（環状部材支持凹部）が形成されており、これらの環状部材支持凹部に金属ベース板１４の厚さより少し長い環状部材１１６が収容されて支持されるようになっている。この場合、環状部材１１６の金属ベース板１４から突出する部分は、必要に応じて、金属ベース板１４をセラミックス基板１０に接合した後に削り取ればよい。なお、本変形例では、下側鋳型部材１３２と上側鋳型部材１３４の両方に環状部材支持凹部を形成しているが、いずれか一方に環状部材支持凹部を形成してもよい。鋳型１３０のその他の構成は、上述した鋳型３０と同様であるので、対応する部分の参照符号に１００を加えて、その説明を省略する。
【００２８】
なお、上述した実施の形態の金属−セラミックス接合基板およびその製造方法では、略円筒形の環状部材１６または１１６を使用しているが、金属ベース板１４との接触面積を増大するために、環状部材１６または１１６の外径を増大してもよいし、あるいは、図４Ａに示すように、略円錐台の外形の環状部材２１６を使用してもよいし、図４Ｂに示すように、外径が小さい円筒部材と外径が大きい円筒部材が交互に配置した形状の環状部材３１６を使用してもよい。
【００２９】
また、上述した実施の形態の金属−セラミックス接合基板およびその製造方法では、金属ベース板１４の裏面が平坦になっているが、冷却能力を向上させるために、金属ベース板１４の底面から略垂直に突出して互いに略平行に且つ一定の間隔で離間して延びる複数のフィン（板状体）や金属ベース板１４の底面から略垂直に突出する複数のピンを形成してもよい。このようなフィンやピンを形成するためには、上側鋳型部材３４または１３４の裏面（金属ベース板１４側の面）にフィンやピンに対応する形状の凹部を形成すればよい。
【００３０】
また、上述した実施の形態の金属−セラミックス接合基板では、金属回路板１２上に半導体素子やチップが半田付けにより固定され、セラミックス基板１０および金属回路板１２を取り囲むように配置された絶縁樹脂からなる外装ケースが金属ベース板１４の上面に接着されて固定され、外装ケースに設けられた接続端子と金属回路板１２がワイヤボンディングにより接続され、外装ケース内にシリコンゲルやエポキシ樹脂などの固形の樹脂が充填され、この固形の樹脂上に外装ケースと同種または異種の材質の端子ホルダが固定されて、外装ケースの蓋として封止するようになっている。
【００３１】
なお、金属ベース板１４がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる場合、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなる環状部材１６を使用するのが好ましいことを確認するために、内部に略円柱形の空洞部が形成された鋳型内に、直径８ｍｍの（引張強度が６９５ＭＰａの）炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）、（引張強度が６１０ＭＰａの）ステンレス（ＳＵＳ３０４）または（表面に無電解Ｎｉめっきを施した引張強度が３４０ＭＰａの）黄銅（６５／３５黄銅）からなる丸棒を入れ、この丸棒の一端に接触するように９９．９％アルミニウムの溶湯を注湯した後に冷却して固化させることにより、直径８ｍｍの丸棒の一端に、この丸棒と同じ形状および大きさの（引張強度が２０ＭＰａの）アルミニウム部材の一端が直接接合した接合体を得た。このようにして得られた接合体は、炭素鋼、ステンレスおよび黄銅の丸棒を使用した場合に、接合面に沿った方向のせん断強さがそれぞれ２７．９ＭＰａ、３１．８ＭＰａ、４２．８ＭＰａ、接合面に垂直な方向の引張強さがそれぞれ６６．５ＭＰａ、３６．０ＭＰａ、９１．８ＭＰａであり、炭素鋼、ステンレスおよび銅合金のいずれの丸棒を使用した場合も、接合面に沿った方向のせん断強さと、接合面に垂直な方向の引張強さが、（必要なせん断強さと引張強さである１０ＭＰａより）十分に高く、アルミニウムとの接合強度が十分に高いことが確認された。また、炭素鋼およびステンレスの丸棒を使用して得られた接合体について、−４０℃から１２５℃を１サイクルとするヒートサイクル４０００回後では、せん断強さがそれぞれ２６．０ＭＰａおよび２７．５ＭＰａ、引張強さがそれぞれ４７．８ＭＰａおよび３５．７ＭＰａであり、−４０℃から１２５℃を１サイクルとするヒートサイクル４０００回後に測定したせん断強さや引張強さも十分に高く、ヒートサイクル後でもアルミニウムとの接合強度が十分に高いことが確認された。このように炭素鋼、ステンレスおよび黄銅とアルミニウムとの接合強度が十分に高いことから、環状部材１６の材質として、炭素鋼、ステンレスまたは銅合金からなる環状部材１６を使用するのが好ましいことがわかる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明による金属−セラミックス接合基板およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３３】
［実施例１］
セラミックス基板１０として、長さ８６ｍｍ×幅６４ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの略矩形のＡｌＮ基板を用意するとともに、環状部材１６として、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ３ｍｍの円筒状の（引張強度が６１０ＭＰａの）ステンレス（ＳＵＳ３０４）製のパイプを用意し、図２に示す鋳型３０と同様の鋳型の下側鋳型部材３２のセラミックス基板収容部３２ｂ内にセラミックス基板１０を配置するとともに、下側鋳型部材３２の（長手方向側面および幅方向側面から中心軸線がそれぞれ１０ｍｍ離間した）環状部材支持部３２ｄが環状部材１６に収容されるように環状部材１６を配置した後、上側鋳型部材３４を下側鋳型部材３２に被せた。この状態で鋳型３０内に純アルミニウム（９９．９質量％のＡｌ）の溶湯を流し込んで冷却して、金属回路板１２を形成するための（長さ８２ｍｍ×幅６０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのアルミニウムからなる）回路用金属板がセラミックス基板１０の一方の面と直接接合するとともに、（長さ１５０ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ４ｍｍの引張強度が２０ＭＰａのアルミニウムからなる）金属ベース板１４がセラミックス基板１０の他方の面と直接接合し、金属ベース板１４の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔の内周面の略全面に環状部材１６の外周面の略全面が（化学的に）直接接合した金属−セラミックス接合基板を作製した。
【００３４】
このようにして作製した金属−セラミックス接合基板の金属ベース板１４の裏面にアルミニウム合金からなる蓋材２０をねじ止めしたところ、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａの変形は見られなかった。
【００３５】
また、作製した金属−セラミックス接合基板について、２５℃→−４０℃×３０分→２５℃×１０分→１２５℃×３０分→２５℃×１０分を１サイクルとする繰り返しヒートサイクルを１０００回行った後に、ねじ止め部１４ａを目視したところ、ヒートサイクル前と比べて変化がなく、金属ベース板１４と環状部材１６の接合状態も良好であった。また、作製した金属−セラミックス接合基板の金属ベース板１４の裏面にアルミニウム合金からなる蓋材２０をねじ止めして、上記のヒートサイクルを１００回行った後にねじの緩みを確認したところ、ねじの緩みはなかった。
【００３６】
［実施例２］
環状部材１６の材質を（引張強度が３７０ＭＰａの）機械構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ１３Ａ）とした以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製し、金属ベース板１４の裏面に蓋材２０をねじ止めしたところ、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａの変形は見られなかった。
【００３７】
また、作製した金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、ヒートサイクル後のねじ止め部１４ａを目視したところ、ヒートサイクル前と比べて変化がなく、金属ベース板１４と環状部材１６の接合状態も良好であった。また、作製した金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、ヒートサイクル後のねじの緩みを確認したところ、ねじの緩みはなかった。
【００３８】
［比較例］
環状部材１６を使用しなかった以外は、実施例１と同様の方法により、金属−セラミックス接合基板を作製し、金属ベース板１４の裏面に蓋材２０をねじ止めしたところ、金属ベース板１４のねじ止め部１４ａが変形した。また、作製した金属−セラミックス接合基板について、実施例１と同様の方法により、ヒートサイクル後のねじの緩みを確認したところ、ねじが緩んでいた。
【符号の説明】
【００３９】
１０  セラミックス基板
１２  金属回路板
１４  金属ベース板
１４ａ  ねじ止め部
１６、１１６  環状部材
２０  蓋材
２０ａ  ねじ止め部
２２  液冷用空間
２４  ねじ（またはボルト）
３０、１３０  鋳型
３２、１３２  下側鋳型部材
３２ａ、１３２ａ  凹部（金属ベース板形成部）
３２ｂ、１３２ｂ  凹部（セラミックス基板収容部）
３２ｃ、１３２ｃ  凹部（回路用金属板形成部）
３２ｄ  環状部材支持部
３４、１３４  上側鋳型部材
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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