(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に分割した一方及び他方の鋳型より成り、これらの間にセラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、一方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、他方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用放熱板部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項２】
左右及び中央に分割した鋳型より成り、左右の鋳型と中央の鋳型間に夫々セラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、中央鋳型の両面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、上記中央鋳型の両側に配置される左右の鋳型内面の夫々には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用放熱板部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項３】
左右に分割した一方及び他方の鋳型より成り、これらの間にセラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、一方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、他方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、フィン部と一体となった上記セラミックス部材用放熱板部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項４】
左右及び中央に分割した鋳型より成り、左右の鋳型と中央の鋳型間に夫々セラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、中央鋳型の両面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、上記中央鋳型の両側に配置される左右の鋳型内面の夫々には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、フィン部と一体となった上記セラミックス部材用放熱板部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項５】
左右及び中央に分割した鋳型より成り、左右の鋳型と中央の鋳型間に夫々セラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、中央の鋳型の両面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用放熱板部と一体となった放熱部、押湯部を連接して設け、上記中央鋳型の両側に配置される左右の鋳型内面の夫々には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項６】
左右及び中央に分割した鋳型より成り、左右の鋳型と中央の鋳型間に夫々セラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、中央の鋳型の両面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用フィン部と一体となった放熱部、押湯部を連接して設け、上記中央鋳型の両側に配置される左右の鋳型内面の夫々には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【請求項７】
上記溶湯は、金属アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の金属−セラミックス複合基板製造用鋳型。
【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−セラミックス複合基板製造用鋳型、特に、自動車部品、電子部品などに好適な、酸化物、窒化物、炭化物セラミックスと金属との強固な複合部材を製造する製造技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスの化学安定性、高融点、絶縁性、高硬度などの特性と、金属の高強度、高靱性、易加工性、導電性などの特性を生かした金属−セラミックス複合部材は、自動車、電子装置などに広く使用されている。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基板及びパッケージが挙げられる。
【０００３】
従来、金属−セラミックス複合部材の主な製造方法として、接着、めっき、メタライズ、溶射、ろう接、ＤＢＣ、焼き嵌め、鋳ぐるみなどの方法が知られている。
【０００４】
しかし、上記製造方法にあっては、接着法の場合は接着強度が低く、耐熱性が乏しいとの問題点がある。めっき、メタライズ、溶射法の場合は、形成したセラミックス（金属）が厚さ数μｍ〜数十μｍの薄い層状のものに限られている。焼き嵌め及び鋳ぐるみ法は、セラミックス部材の少なくとも一部が金属に抱き込まれるような特定の場合に限られている。
【０００５】
ＤＢＣ法では、接合できる金属が銅に限られ、且つ接合温度がＣｕ−Ｏの共晶点近くの狭い範囲に限られている為、膨れや未接のような接合欠陥が発生し易いという問題点がある。ろう接法の場合は、高価なろう材を使用し、且つ接合を真空中で行なわなければならない為、コストが高く、応用範囲が限られている。また、ろう材には、一般に接合する金属と他の金属とさらには非金属を添加した共晶合金が使用され、それ自体は一般に接合する金属より硬いので、直接接合体に比べて、ろう接体の耐ヒートサイクル寿命が短いなどの問題点があった。
【０００６】
本発明者らは上記問題点を解決する装置として、特開平８−１９８６９２号公報「金属−セラミックス複合部材の製造装置」に開示したように、セラミックス部材を連続的に供給する搬送手段と、搬送されたセラミックス部材を予熱する予熱部と、予熱されたセラミックス部材を坩堝内の金属溶湯中を通過させて、セラミックス部材の周囲面に金属を接合させる接合部と、該接合されたセラミックス部材を徐冷して金属−セラミックス複合部材となす冷却部からなる装置を提供した。
【０００７】
上記の製造装置により、連続的に大量の金属−セラミックス複合部材を製造することができ、実操業の面で大きな効果を得ているが、この複合部材のセラミックスの両面の金属厚さは、上記接合部の構造から両面とも同じ厚さであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、これらの金属−セラミックス複合部材として、放熱板の金属厚さを回路面の金属厚さより薄くして、熱伝導特性を上げようとする複合部材も要求されるようになったが、上記の製造装置では製造できなかった。
【０００９】
本発明は優れた特性を有する特殊形状の金属−セラミックス複合部材を低コストで製造できる嵌合タイプの鋳型を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明者らは斯かる課題を解決するために鋭意研究したところ、嵌合タイプの鋳型を開発することにより、溶湯金属をセラミックス部材に接合できることを見出し本発明を提供することができた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、左右に分割した一方及び他方の鋳型より成り、これらの間にセラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、一方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、他方の鋳型内面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用放熱板部あるいはフィン部と一体となった放熱部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型である。
【００１２】
また、本発明は、左右及び中央に分割した鋳型より成り、左右の鋳型と中央の鋳型間に夫々セラミックス部材を挟持して互いに結合せしめる一体型鋳型であって、中央鋳型の両面には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用回路面部、押湯部を連接して設け、上記中央鋳型の両側に配置される左右の鋳型内面の夫々には、溶湯注入筒固定部、溶湯導入部、上記セラミックス部材用放熱板部あるいはフィン部と一体となった放熱部、押湯部を連接して設けたことを特徴とする金属−セラミックス複合基板製造用鋳型である。
【００１３】
上記溶湯は、金属アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金であることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、上記鋳型によって、セラミックス部材を挟持せしめた後に、溶湯金属としてのアルミニウム金属を流し込み、セラミックス部材の一面に０．５ｍｍ程度の厚みを有する回路形成面を設け、反対面には０．３ｍｍ程度の放熱板やあるいはフィン部と一体となった放熱部を一連の工程で製造する。
【００１６】
本発明で用いる金属は、アルミニウムの純金属であるが、これにより導電性が向上し、且つ軟らかさを得るものである。この場合、純度が高い程導電性が向上するが、逆に価格が高くなるため、本発明では９９．９％（３Ｎ）の純アルミニウムを使用した。
【００１７】
また本発明で使用するセラミックス部材は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア等のセラミックス部材やガラス等であり、この場合、高強度の素材であればなお更に好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明鋳型について詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
【００２０】
図１は、本発明鋳型の全体を示す斜視図である。本発明の鋳型は、例えば縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さ４５ｍｍの大きさであり、左右の鋳型がほぼ真中で嵌合する構造となっている。
【００２１】
図２〜図５に示すように右側鋳型１の内面には、溶湯注入筒固定部４、溶湯導入部５、セラミックス部材固定用凹部６、回路面用凹部６′、押湯部７、ガス抜き孔８を設け、図６〜図９に示すように、左側鋳型２の内面には、溶湯注入筒固定部４、溶湯導入部５、放熱板部１０、押湯部７を設け、セラミックス部材１３として縦１１２ｍｍ、横５４ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ部材を上記セラミックス部材固定用凹部６内に固定し、次いで、直径３０ｍｍの溶湯注入筒３を溶湯注入筒固定部４に固定した後、両方の鋳型１及び２を嵌合する。なお、１１は上記右側鋳型１の凸部９を受け入れるため上記左側鋳型２に形成した凹部である。また、図３に示すように上記セラミックス部材固定用凹部６の深さは上記厚さ０．６３５ｍｍのアルミナ部材を受け入れる深さであり、回路面用凹部６′はこれより深い例えば１．１５ｍｍである。
【００２２】
次に、別途加熱して得た純度９９．９％（３Ｎ）のアルミニウム溶湯を、上記溶湯注入筒３から圧力をかけながら流し込み、最終的にガス抜き孔８から若干のアルミニウムが抜け出るまで注入する。
【００２３】
上記の状態でアルミニウム溶湯の注入を中止し、引け巣、欠陥が回路形成や放熱板に残らないよう温度勾配をかけながら鋳型を室温に近い状態まで冷却した後、鋳型を当初のように左右に分割してアルミニウム−セラミックス複合部材を得た。本発明によって得られた複合部材には、回路形成部１４が０．５ｍｍの厚さであり、これはアルミナ部材の一面と回路面用凹部６′間に形成される。アルミナ部材の反対面の放熱板部１０に形成された放熱板１５の厚さは０．３ｍｍであった。
【００２４】
このようにして得られた回路形成面１４にエッチングレジストを加熱圧着し、遮光、現像処理を行なって所望のパターンを形成した後、塩化第２鉄溶液にエッチングを行なって回路を形成した。更に、回路表面をＺｎ置換してＮｉめっき処理を施して、図１０に示すような形状のアルミニウム−セラミックス直接接合基板を得た。なお、１６はＮｉメッキ膜である。
【００２５】
該複合基板の諸特性を測定したところ、以下の結果を得た。
【００２６】
ピール強度＞２１ｋｇ／ｃｍ（アルミニウムが切れる）
【００２７】
ヒートサイクル＞３０００回（クラックなし）
【００２８】
抗折強度：６１．６ｋｇ／ｍｍ2 
【００２９】
たわみ：１７０μｍ
【００３０】
（実施例２）
【００３１】
上記左側鋳型２の内面を図１１及び図１２に示すように、放熱板部１０をフィン部１２を有するものに変えた以外は実施例１に示すものと同一の左右の鋳型を用い、セラミックス部材として縦１１２ｍｍ、横５４ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム部材を用いて実施例１と同様な処理をして、図１３に示す形状のフィン１７付きのアルミニウム−セラミックス複合部材を得た。
【００３２】
（実施例３）
【００３３】
図１４は、本発明の第３の実施例である鋳型の全体を示す斜視図である。この鋳型は、１個の溶湯注入筒３に夫々連通する３個の鋳型１８〜２０を一体に結合せしめたものであり、左右の鋳型１８，２０が中央鋳型１９を挟持する構造となっている。
【００３４】
図１５〜図１７に示すように右側鋳型１８の内面には、溶湯注入筒固定部２１ａ、溶湯導入部２２、セラミックス部材固定用凹部２３，２４、回路面用凹部２５，２６、押湯部２７，２８、ガス抜き孔２９，３０を設け、図１８〜図２０に示すように、上記右側鋳型１８に対向する中央鋳型１９の対向面には、溶湯注入筒固定部２１ｂ、溶湯導入部２２′、放熱板部３１，３２、押湯部２７′，２８′、セラミックス部材固定用凹部２３，２４、及び上記右側鋳型１８の凸部３３を受け入れるための凹部３３′を設ける。
【００３５】
また、図２１に示すように上記中央鋳型１９の反対側の面には、溶湯注入筒固定部２１ｂ、溶湯導入部３４、セラミックス部材固定用凹部３５，３６、放熱板部３７，３８、押湯部３９，４０を設け、図２２〜２４に示すように、上記中央鋳型１９の上記反対側の面に対向する左側鋳型２０の内面には、溶湯注入筒固定部２１ｃ、溶湯導入部３４′、回路面用凹部４１，４２、押湯部３９′，４０′、ガス抜き孔４３，４４、及び上記中央鋳型１９の凸部４５を受け入れるための凹部４５′を設け、４枚のアルミナ部材を上記セラミックス部材固定用凹部２３，２４，３５，３６内に固定し、次いで、溶湯注入筒３を中央鋳型１９の溶湯注入筒固定部２１ｂに固定した後、中央鋳型１９に右，左の鋳型１８及び２０を嵌合する。
【００３６】
次に、別途加熱して得た純度９９．９％（３Ｎ）のアルミニウム溶湯を、上記溶湯注入筒３から圧力をかけながら流し込み、最終的にガス抜き孔２９，３０，４３，４４から若干のアルミニウムが抜け出るまで注入する。
【００３７】
上記の状態でアルミニウム溶湯の注入を中止し、引け巣、欠陥が回路形成や放熱板に残らないよう温度勾配をかけながら鋳型を室温に近い状態まで冷却した後、鋳型を当初のように分割してアルミニウム−セラミックス複合部材を得た。本発明によって得られた複合部材は、以下、他の実施例と同様に処理する。
【００３８】
この実施例によれば一度に４枚の複合基板を量産できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の鋳型は、嵌合式であるため特定形状の金属−セラミックス複合基板を製造できるものであり、且つ、鋳型は繰り返して使用できる事から特定形状の複合基板を安価に製造できるという大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明鋳型の全体を示す斜視図である。
【図２】図１中、Ａ方向に見た右側鋳型の正面図である。
【図３】右側鋳型の平面図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【図５】図２の５−５線断面図である。
【図６】図１中、Ｂ方向に見た左側鋳型の正面図である。
【図７】左側鋳型の平面図である。
【図８】図６の８−８線断面図である。
【図９】図６の９−９線断面図である。
【図１０】本発明の実施例１で得られた複合基板の断面図である。
【図１１】左側鋳型の別な形態を示す正面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線断面図である。
【図１３】本発明の実施例２で得られた複合基板の断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施例の鋳型の全体を示す斜視図である。
【図１５】同じく右側鋳型の正面図である。
【図１６】同じく右側鋳型の平面図である。
【図１７】同じく側面図である。
【図１８】同じく中央鋳型の正面図である。
【図１９】同じく中央鋳型の平面図である。
【図２０】同じく中央鋳型の側面図である。
【図２１】同じく背面図である。
【図２２】同じく左側鋳型の正面図である。
【図２３】同じく左側鋳型の平面図である。
【図２４】同じく側面図である。
【符号の説明】
１    右側鋳型
２    左側鋳型
３    溶湯注入筒
４    溶湯注入筒固定部
５    溶湯導入部
６    セラミックス部材固定用凹部
６′  回路面用凹部
７    押湯部
８    ガス抜き孔
９    凸部
１０    放熱板部
１１    凹部
１２    フィン部
１３    セラミックス部材
１４    回路形成面
１５    放熱板
１６    Ｎｉメッキ膜
１７    フィン
１８    鋳型
１９    中央鋳型
２０    鋳型
２１ａ  溶湯注入筒固定部
２１ｂ  溶湯注入筒固定部
２１ｃ  溶湯注入筒固定部
２２    溶湯導入部
２２′  溶湯導入部
２３    セラミックス部材固定用凹部
２４    セラミックス部材固定用凹部
２５    回路面用凹部
２６    回路面用凹部
２７    押湯部
２８    押湯部
２７′  押湯部
２８′  押湯部
２９    ガス抜き孔
３０    ガス抜き孔
３１    放熱板部
３２    放熱板部
３３    鋳型凸部
３３′  鋳型凹部
３４    溶湯導入部
３４′  溶湯導入部
３５    セラミックス部材固定用凹部
３６    セラミックス部材固定用凹部
３７    放熱板部
３８    放熱板部
３９    押湯部
３９′  押湯部
４０    押湯部
４０′  押湯部
４１    回路面用凹部
４２    回路面用凹部
４３    ガス抜き孔
４４    ガス抜き孔
４５    鋳型凸部
４５′  鋳型凹部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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