特開 2024-136026 金属－セラミックス接合基板製造用の鋳型、金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136026

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】金属－セラミックス接合基板製造用の鋳型、金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 19/00 20060101AFI20240927BHJP

   B22C 9/08 20060101ALI20240927BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20240927BHJP

   H05K 1/05 20060101ALI20240927BHJP

   H05K 3/44 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B22D19/00 E

B22C9/08 B

H05K1/03 610D

H05K1/05 C

H05K3/44 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046976

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】506365131

【氏名又は名称】ＤＯＷＡメタルテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(72)【発明者】

【氏名】坪田 卓真

(72)【発明者】

【氏名】白鳥 和希

(72)【発明者】

【氏名】浅川 淳二

(72)【発明者】

【氏名】井手口 悟

【テーマコード（参考）】

4E093

5E315

【Ｆターム（参考）】

4E093PA03

5E315AA05

5E315BB03

5E315BB10

5E315BB11

5E315CC29

5E315DD29

5E315GG01

5E315GG22

(57)【要約】

【課題】球面状の凸形状の放熱面の形状精度に優れた金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型、金属－セラミックス接合基板およびその接合基板の製造方法を提供する。
【解決手段】
球面状の凸形状の放熱面を有する金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型において、放熱面を形成するための凹部を有する第１型と、第１型との間で製品形状空間を形成する第２型２０と、を設け、第２型２０の１個の製品形状空間に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔を備えた矩形状の注湯領域を特定の方向に平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したとき、領域Ａ内に配置された注湯孔２３の数に対する領域Ｃ内に配置された注湯孔２３の数の比が０．７５～１．３３となるように各注湯孔２３を配置する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

球面状の凸形状の放熱面を有する金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型であって、
前記放熱面を形成するための凹部を有する第１型と、
前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間を形成する第２型と、を備え、
前記第２型は、
前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔を備えた矩形状の注湯領域を有し、
矩形状の前記注湯領域の各辺の近傍の凹部である前記第２型の金属ベース板の形成空間における前記注湯孔の数を比較し、
前記注湯孔の数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して１個の前記製品形状空間に対応する前記注湯領域を平行に三等分し、
その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記注湯孔の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔の数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする、
鋳型。

【請求項2】

前記注湯孔は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることを特徴とする、請求項１に記載の鋳型。

【請求項3】

金属－セラミックス接合基板であって、
セラミックス基板と、
前記セラミックス基板の一方の面に直接接合された回路用金属板と、
前記セラミックス基板の他方の面に直接接合され、前記セラミックス基板の接合側とは反対側の表面に球面状の凸形状の放熱面を備えた、平面視において矩形状の金属ベース板と、を有し、
前記回路用金属板の表面および前記金属ベース板における前記放熱面側とは反対側の表面には、複数の柱状突起が形成されており、
矩形状の前記金属ベース板における各辺近傍の前記柱状突起の数を比較し
前記柱状突起の数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して前記金属－セラミックス接合基板を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記柱状突起の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記柱状突起の数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする、
金属－セラミックス接合基板。

【請求項4】

前記柱状突起は、直径が０．３～１．０ｍｍの円柱状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円柱状であることを特徴とする、請求項３に記載の金属－セラミックス接合基板。

【請求項5】

前記回路用金属板および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３または４に記載の金属－セラミックス接合基板。

【請求項6】

鋳型を用いた球面状の凸形状の放熱面を有する金属－セラミックス接合基板の製造方法であって、
前記鋳型は、
前記放熱面を形成するための凹部を有する第１型と、
前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間を形成する第２型と、を備え、
前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間に対応する、
金属溶湯を注入するための複数の注湯孔を備えた矩形状の注湯領域を金属溶湯の凝固方向に対して平行に三等分し、
その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された注湯孔の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔の数の比が０．７５～１．３３である第２型を用い、
前記第１型と前記第２型を対向して配置して前記製品形状空間を形成し、
前記製品形状空間に前記注湯孔より金属溶湯を注入して前記凝固方向に順次前記金属溶湯を凝固させ、
金属－セラミックス接合基板を製造することを特徴とする、製造方法。

【請求項7】

前記注湯孔は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。

【請求項8】

前記金属溶湯が、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯からなることを特徴とする、請求項６または７に記載の製造方法。

【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製造用の鋳型、金属－セラミックス接合基板および金属－セラミックス接合基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車、電車、工作機械等の大電流を制御するためのパワーモジュールには、金属－セラミックス接合基板が使用されることがある。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所定パターンの回路用金属板が接合され、その回路用金属板の表面に半導体チップ等が搭載される。また、セラミックス基板の他方の面側、すなわちセラミックス基板における回路用金属板の接合側とは反対側に、半導体チップで生じた熱を放熱するための金属ベース板からなる放熱部が設けられる。

【0003】

金属－セラミックス接合基板の製造方法として、特許文献１には、鋳型内部の製品形状空間に溶湯を注入し、回路用金属板のパターン形成と放熱部の形成を同時に行う鋳造方法が開示されている。特許文献１に記載された方法では、鋳型に設けられた回路用金属板を形成するための空間に対し、注湯孔から溶湯が注入されることによって所望のパターンの回路用金属板が形成されている。

【0004】

また、特許文献２には、金属－セラミックス接合基板の放熱面（放熱部の表面）の形状を球面状の凸形状とすることにより、放熱面と放熱フィン等の放熱部材を取りつける際に、放熱部材との密着性を向上させて金属－セラミックス接合基板の放熱性を高めることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－０９２２８５号公報

【特許文献2】国際公開第２０１８／１３１５８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明者らは、特許文献１のような回路用金属板のパターン形成と放熱部の形成を同時に行う鋳造方法を用いて、球面状の凸形状の放熱部を形成する方法について検討した。その結果、回路用金属板を形成するための空間に溶湯を注入する注湯孔の配置位置によっては、放熱面の形状を球面に維持できず、放熱面の形状精度（すなわち鋳型形状の転写精度）が低下するという知見を得た。

【0007】

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、球面状の凸形状の放熱面の形状精度に優れた金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型、金属－セラミックス接合基板およびその接合基板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】

【0008】

上記課題を解決する本発明の金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型は、 球面状の凸形状の放熱面を有する金属－セラミックス接合基板を製造する鋳型であって、前記放熱面を形成するための凹部を有する第１型と、前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間を形成する第２型と、を備え、前記第２型は、前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔を備えた矩形状の注湯領域を有し、矩形状の前記注湯領域の各辺の近傍の凹部である前記第２型の金属ベース板の形成空間における前記注湯孔の数を比較し、前記注湯孔の数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して１個の前記製品形状空間に対応する前記注湯領域を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記注湯孔の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔の数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする。

【0009】

前記注湯孔は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることが好ましい。

【0010】

また、本発明の金属－セラミックス接合基板は、セラミックス基板と、前記セラミックス基板の一方の面に直接接合された回路用金属板と、前記セラミックス基板の他方の面に直接接合され、前記セラミックス基板の接合側とは反対側の表面に球面状の凸形状の放熱面を備えた、平面視において矩形状の金属ベース板と、を有し、前記回路用金属板の表面および前記金属ベース板における前記放熱面側とは反対側の表面には、複数の柱状突起が形成されており、矩形状の前記金属ベース板における各辺の近傍の前記柱状突起の数を比較し前記柱状突起の数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して前記金属－セラミックス接合基板を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記柱状突起の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記柱状突起の数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする。

【0011】

前記柱状突起は、直径が０．３～１．０ｍｍの円柱状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円柱状であることが好ましく、前記回路用金属板および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が好ましい。

【0012】

また、本発明の金属－セラミックス接合基板の製造方法は、鋳型を用いた球面状の凸形状の放熱面を有する金属－セラミックス接合基板の製造方法であって、 前記鋳型は、前記放熱面を形成するための凹部を有する第１型と、前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間を形成する第２型と、を備え、前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔を備えた矩形状の注湯領域を金属溶湯の凝固方向に対して平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された注湯孔の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔の数の比が０．７５～１．３３である第２型を用い、前記第１型と前記第２型を対向して配置して前記製品形状空間を形成し、前記製品形状空間に前記注湯孔より金属溶湯を注入して前記凝固方向に順次前記金属溶湯を凝固させ、金属－セラミックス接合基板を製造することを特徴とする。

【0013】

前記注湯孔は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることが好ましく、前記金属溶湯が、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯からなることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、球面状の凸形状の放熱面の形状精度に優れた金属－セラミックス接合基板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る鋳型で製造された金属－セラミックス接合基板の概略構成を示す断面図である。

【図2】図１に示した金属－セラミックス接合基板の上面図である。

【図3】図１に示した金属－セラミックス接合基板の下面図である。

【図4】第１実施形態に係る鋳型の概略構成を示す断面図である。

【図5】図４に示した鋳型に溶湯を注入した状態を示す図である。

【図6】第１実施形態に係る製品形状空間の配置を説明するための鋳型の構成例を示す平面図である。

【図7】第１実施形態に係る１個の製品形状空間に対応する注湯領域における注湯孔の配置例を示す下型の平面図である。

【図8】従来知見に基づく１個の製品形状空間に対応する注湯領域における注湯孔の配置例を示す下型の平面図である。

【図9】注湯孔の配置位置と溶湯の凝固時に生じる熱応力との関係を説明するために接合基板の断面を模式的に示した図である。

【図10】第２実施形態に係る製品形状空間の配置を説明するための鋳型の構成例を示す平面図である。

【図11】第２実施形態に係る１個の製品形状空間に対応する注湯領域における注湯孔の配置例を示す下型の平面図である。

【図12】下型とこの鋳型で製造される金属－セラミックス接合基板の半導体チップの搭載予定領域との位置関係を模式的に示した平面図である。

【図13】金属－セラミックス接合基板を封止材で封止した状態を模式的に示す断面図である。

【図14】実施例３の１個の製品形状空間に対応する注湯領域における注湯孔の配置を示す下型の平面図である。

【図15】金属－セラミックス接合基板における放熱面の断面形状測定の方法を説明する図である。

【図16】比較例および実施例の鋳型を使用して製造された金属－セラミックス接合基板における放熱面の断面形状測定結果を示す断面プロファイルである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図中のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに垂直な方向である。

【0017】

＜第１実施形態＞
（金属－セラミックス接合基板）
図１は、本実施形態に係る鋳型で製造された金属－セラミックス接合基板１００（以下、「接合基板」という）の概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示した接合基板１００の上面図（接合基板１００を上方から見た平面図）である。図３は、図１に示した接合基板１００の下面図（接合基板１００を下方から見た平面図）である。

【0018】

図１～図３に示すように、接合基板１００は、金属材料からなる金属ベース板１０１と、金属ベース板１０１の両面のうちの一方の面に接合された絶縁材料からなるセラミックス基板１０２と、セラミックス基板１０２の表面に接合された金属材料からなる回路用金属板１０３を有する。

【0019】

本実施形態の金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０２と、前記セラミックス基板１０２の一方の面に直接接合された回路用金属板１０３と、前記セラミックス基板１０２の他方の面に直接接合され、前記セラミックス基板１０２の接合側とは反対側の表面に球面状の凸形状の放熱面１０４ａを備えた、平面視において矩形状の金属ベース板１０１と、を有し、前記回路用金属板１０３の表面および前記金属ベース板１０１における前記放熱面１０４ａ側とは反対側の表面には、複数の柱状突起２３ａが形成されており、矩形状の前記金属ベース板１０１における各辺の近傍の前記柱状突起２３ａの数を比較し前記柱状突起２３ａの数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して前記金属－セラミックス接合基板１００を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記柱状突起２３ａの数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記柱状突起２３ａの数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする。

【0020】

金属ベース板１０１に使用される金属材料としては、例えば純アルミニウム又はアルミニウムを主原料とするアルミニウム合金が適用される。

【0021】

セラミックス基板１０２に使用される絶縁材料としては、例えば窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウム等を主成分とする板材が適用される。セラミックス基板１０２の厚さは、例えば０．２５～２．０ｍｍであり、セラミックス基板１０２の形状が矩形である場合には、セラミックス基板１０２の一辺の長さは例えば２０～１５０ｍｍである。

【0022】

回路用金属板１０３は、接合基板１００の製品仕様に応じた所定のパターンが形成され、セラミックス基板１０２の表面に１つまたは複数設けられる。パワーモジュール等の半導体製品を製造する際には、回路用金属板１０３の表面に半導体チップ等が搭載される。回路用金属板１０３に使用される金属材料としては、例えば純アルミニウム又はアルミニウムを主原料とするアルミニウム合金が適用される。回路用金属板１０３の厚さは、例えば０．２～２ｍｍである。なお、回路用金属板１０３の表面における半導体チップ等の搭載予定領域には、必要に応じて半田付け等によるチップの接合が容易になるようにニッケル系めっき層等が形成される。

【0023】

前述したように金属ベース板１０１の一方の面側には、セラミックス基板１０２が設けられ、他方の面側、すなわち金属ベース板１０１におけるセラミックス基板１０２の接合側とは反対側の面側を便宜上放熱部１０４という。

【0024】

放熱部１０４は、金属ベース板１０１の内部から外部に向かって凸状に形成され、放熱面１０４ａは球面状の凸形状を有している。放熱面１０４ａには、熱伝導グリースを介して金属製の放熱フィンまたは冷却ジャケット等の放熱促進部品（図示せず）を取り付けることができる。

【0025】

前記回路用金属板１０３の表面および前記金属ベース板１０１における前記放熱面１０４ａ側とは反対側の表面には、複数の柱状突起２３ａが形成されている。本実施形態の金属－セラミックス接合基板１００では、この矩形状の前記金属ベース板１０１における各辺近傍の前記柱状突起２３ａの数を比較し前記柱状突起２３ａの数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して前記金属－セラミックス接合基板１００を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記柱状突起２３ａの数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記柱状突起２３ａの数の比が０．７５～１．３３である。このような構成にすることにより、金属ベース板１０１の放熱面１０４ａの形状を良好な球面状の凸形状とすることができる。

【0026】

ここで、「前記金属ベース板１０１における各辺近傍の前記柱状突起２３ａの数を比較し前記柱状突起２３ａの数が最も多い側の辺に垂直な方向」とは後述する金属－セラミックス接合基板１００の製造方法における、金属溶湯の凝固方向に対応する。後述の溶湯接合法により金属－セラミックス接合基板１００を作製する場合、鋳造欠陥などの不良を低減するために、金属溶湯は略一方向に指向性凝固させる。そのため最終凝固部近傍に後述の金属溶湯を供給する注湯孔２３を多く設けてあり、その注湯孔跡２３ａが柱状突起２３ａとして残るので、凝固方向を金属－セラミックス接合基板１００より規定することができる。

【0027】

なお、金属－セラミックス接合基板１００を回路用金属板１０３側の上方から見たときに、金属ベース板１０１の外周の各辺からセラミックス基板１０２の外周までの範囲にあるベース板の領域を「金属ベース板における各辺の近傍」または「注湯領域の各辺の近傍」とする。

【0028】

また、前記柱状突起は、金属－セラミックス接合基板の半導体チップの搭載予定領域以外の領域に位置していることが好ましい。

【0029】

なお、柱状突起２３ａの数をカウントするにあたり、柱状突起２３ａが隣り合う二つの領域に跨るように配置されている場合には、柱状突起２３ａの中心が位置している領域内の柱状突起２３ａとしてカウントする。例えば領域Ａと領域Ｂに跨るように柱状突起２３ａが配置されている場合であって、かつ柱状突起２３ａの中心が領域Ａ内に位置している場合には、領域Ａ内に配置された柱状突起２３ａとしてカウントされる。

【0030】

また、柱状突起２３ａの中心が領域Ａと領域Ｂの境界線上に位置する場合には、その柱状突起２３ａは、領域Ａ内に配置された柱状突起２３ａとしてカウントされ、柱状突起２３ａの中心が領域Ｂと領域Ｃの境界線上に位置する場合には、その柱状突起２３ａは領域Ｃ内に配置された柱状突起２３ａとしてカウントされる。

【0031】

この柱状突起２３ａは、直径が０．３～１．０ｍｍの円柱状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円柱状であることが好ましい。

【0032】

金属ベース板１０１の内部におけるセラミックス基板１０２と放熱面１０４ａとの間には、必要に応じて補強板１０５が設けられる。補強板１０５は、接合基板１００の反りを抑制するために設けられ、放熱面１０４ａの近傍に配置されることが好ましい。補強板１０５は、例えばセラミックスからなり、前述したセラミックス基板１０２と同様の材料が適用され得る。

【0033】

金属ベース板１０１の周縁部には、放熱フィンまたは冷却ジャケット等の放熱促進部品（図示せず）を金属ベース板１０１に取り付けるための貫通孔１０６を形成することができる。貫通孔１０６は、例えばねじ切り加工が施されており、締結具としてのねじによって放熱促進部品と金属ベース板１０１が締結される。また、貫通孔１０６は、ねじ切り加工をしていない円筒状であってもよく、ボルト締めによって放熱促進部品と金属ベース板１０１が締結されてもよい。

【0034】

以上で説明した接合基板１００において、金属ベース板１０１と回路用金属板１０３と放熱部１０４の形成、および、金属ベース板１０１に対するセラミックス基板１０２と補強板１０５の接合は、鋳型を用いた公知の溶湯接合法によって行われる。

【0035】

（接合基板製造用の鋳型および接合基板の製造方法）
図４は、第１実施形態に係る鋳型１の概略構成を示す断面図である。説明の便宜上、図４においては、鋳型内１にセラミックス基板１０２と補強板１０５が配置された状態を示している。図４に示すように、鋳型１は、第１型としての上型１０と、その上型１０に対向して配置された第２型としての下型２０を備えている。鋳型１の内面には、金属溶湯の凝固物の離型が容易となるように塗布やスプレー等の手段によってＢＮ粉等の離型剤のコーティングを施すことができる。

【0036】

本実施形態の金属－セラミックス接合基板１００を製造する鋳型１は、球面状の凸形状の放熱面１０４ａを有する金属－セラミックス接合基板１００を製造する鋳型１であって、前記放熱面１０４ａを形成するための凹部を有する第１型と、前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間３０を形成する第２型と、を備え、前記第２型は、前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間３０に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔２３を備えた矩形状の注湯領域を有し、矩形状の前記注湯領域の各辺の近傍の凹部である前記第２型の金属ベース板の形成空間３１における前記注湯孔２３の数を比較し、前記注湯孔２３の数が最も多い側の辺に垂直な方向に対して１個の前記製品形状空間３０に対応する前記注湯領域を平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された前記注湯孔２３の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔２３の数の比が０．７５～１．３３であることを特徴とする。

【0037】

前記注湯孔２３は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることが好ましい。

【0038】

また、本実施形態の金属－セラミックス接合基板１００の製造方法は、鋳型１を用いた球面状の凸形状の放熱面１０４ａを有する金属－セラミックス接合基板１００の製造方法であって、前記鋳型１は、前記放熱面１０４ａを形成するための凹部を有する第１型と、前記第１型と対向して配置され、当該第１型との間で製品形状空間３０を形成する第２型と、を備え、前記第２型の平面視における当該第２型の１個の前記製品形状空間３０に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔２３を備えた矩形状の注湯領域を金属溶湯の凝固方向に対して平行に三等分し、その三等分した領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃと定義したときに、前記領域Ａ内に配置された注湯孔２３の数に対する前記領域Ｃ内に配置された前記注湯孔２３の数の比が０．７５～１．３３である第２型を用い、前記第１型と前記第２型を対向して配置して前記製品形状空間３０を形成し、前記製品形状空間３０に前記注湯孔２３より金属溶湯を注入して前記凝固方向に順次前記金属溶湯を凝固させ、金属－セラミックス接合基板１００を製造することを特徴とする。

【0039】

前記注湯孔２３は、直径が０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはその直径の円の面積に相当する断面積を有する非円筒状であることが好ましく、前記金属溶湯が、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯からなることが好ましい。

【0040】

第１型としての上型１０の内面には、図１に示した接合基板１００が有する球面状の凸形状の放熱面１０４ａを形成するための凹部１１が形成されている。

【0041】

第２型としての下型２０の内面には、セラミックス基板１０２の下面を支持する支持部２１が設けられている。なお、図４に示す断面には示されていないが、下型２０の内面には補強板１０５を支持する支持部も設けられている。

【0042】

また、下型２０の内面には、上述した支持部２１の上面に対して下方に凹んだ複数の凹部２２が設けられている。それらの凹部２２の各々には、少なくとも１つの注湯孔２３が接続されていて、下型２０全体には複数の注湯孔２３が設けられている。注湯孔２３は、鉛直方向に延びた孔であり湯道４０に接続されている。

【0043】

各注湯孔２３の配置は、接合基板１００の放熱面１０４ａ（図１）の形状精度に影響を与える。このため、放熱面１０４ａの形状精度を高める観点からは、複数の注湯孔２３を適切に配置する必要がある。この注湯孔２３の配置に関する詳細な説明は後述する。

【0044】

以上の構成を有する鋳型１において、下型２０に上型１０を被せて上型１０と下型２０とを密接させた際には、上型１０と下型２０との間に接合基板１００を形成するための中空部である製品形状空間３０が形成される。製品形状空間３０は、製品としての接合基板１００に相当する形状を有した空間であり、製品形状空間３０には、金属ベース板１０１（図１）の形成空間３１と、回路用金属板１０３（図１）の形成空間３２と、金属ベース板１０１の一部である放熱部１０４（図１）の形成空間３３が含まれる。

【0045】

また、上型１０と下型２０との間における製品形状空間３０の金属ベース板の形成空間３１には、下型２０の上面に形成された少なくとも１つの注湯孔２３が接続されている。注湯孔２３は、鉛直方向に延びた孔であり、溶湯（溶融金属）の流路となる湯道４０に接続されている。なお、湯道４０内の溶湯が凝固することで形成される凝固部（湯道跡）は、製品としての接合基板１００にとっては不要な部分であるため、湯道４０は製品形状空間３０には含まれない。

【0046】

湯道４０は、溶湯が貯留する溶湯貯留部４１（例えば溶湯貯留タンク）に接続されている。溶湯貯留部４１の上端には、鋳型１内に溶湯を供給するための給湯口４２が設けられ、給湯口４２から供給される溶湯は、溶湯貯留部４１と湯道４０を通り、製品形状空間３０に充填される。なお、前述の注湯孔２３には、湯道４０が接続されており、給湯口４２から供給された溶湯は、湯道４０を介して注湯孔２３に供給される。

【0047】

図５（ａ）に示すように、鋳型１に溶湯Ｍが注入された際には、金属ベース板の形成空間３１、回路用金属板の形成空間３２、および放熱部の形成空間３３に溶湯Ｍが充填される。

【0048】

そして、図５（ｂ）に示すように、鋳型１の溶湯貯留部４１とは反対側の側壁（図５の左側の側壁）に、冷却装置として例えば水冷式の銅などからなる金属製のブロック５０を接触させることによって、鋳型１内の溶湯Ｍを一方向（図５の例ではＸ方向）に沿って冷却する。これにより、鋳型１内においては溶湯Ｍの指向性凝固が起こり、溶湯Ｍは銅ブロック５０側から溶湯貯留部４１側（最終凝固部側）に向かって徐々に凝固する。溶湯接合法においては、このような指向性凝固を促すことにより、凝固物（鋳造品）の引け巣などの鋳造欠陥を抑制することができる。本明細書においては、指向性凝固が進む方向を「凝固方向」と称す。

【0049】

その後、鋳型１内の溶湯Ｍの凝固が完了することによって、図１に示した金属ベース板１０１、回路用金属板１０３、および球面状の凸形状の放熱部１０４が形成される。それと共に、金属ベース板１０１に対するセラミックス基板１０２と補強板１０５の接合も同時に行われる。また、回路用金属板１０３の表面および前記金属ベース板１０１における前記放熱面１０４ａ側とは反対側の表面には、複数の柱状突起２３ａが形成される。そして、鋳型１が十分に冷却された後、凝固物が鋳型１から取り出され、湯道内の凝固部（湯道跡）の切断などの加工が行われる。

【0050】

以上、鋳型１及び接合基板１００の製造方法の概略構成について説明したが、鋳型１の構成は本実施形態で説明した構成に限定されない。

【0051】

例えば、本実施形態では、球面状の凸形状の放熱面１０４ａを形成するための凹部１１を上型１０に設け、注湯孔２３を下型２０に設けたが、凹部１１を下型２０に設け、注湯孔２３を上型１０に設けてもよい。すなわち、球面状の凸形状を形成するための凹部１１を有する第１型は、上型１０と下型２０のいずれであってもよく、注湯孔２３を有する第２型は、その第１型に対向して配置されていればよい。

【0052】

鋳型１が有する製品形状空間３０は、１つであってもよいが、例えば後述の図６に示すように複数配置されてもよい。図６に示す例では、矩形状の製品形状空間３０の短手方向がＸ方向（凝固方向）に向いており、一つの鋳型１に製品形状空間３０はＸ方向とＹ方向の各々の方向に２列ずつ、計４箇所に配置されている。
また、図６の鋳型１には溶湯貯留部４１が２つ備えられており、１つの溶湯貯留部４１から金属溶湯が湯道４０を通って２つの製品形状空間３０に対応する２つの注湯領域に注湯孔２３より供給される構造となっている。

【0053】

（注湯孔の配置）
次に、下型２０における注湯孔２３の配置について説明する。図７は、本実施形態に係る注湯孔２３の配置例を示す下型２０の平面図（下型２０を上方から見た図）である。なお、図面の視認性を高めるために、図中では複数の凹部２２の一部についてのみ符号を付しているが、凸部２４に囲まれる領域は凹部２２である。また、図中では複数の注湯孔２３の一部についての符号を付しているが、図中の丸印は、注湯孔２３を示している。前述したように、各凹部２２には少なくとも１つの注湯孔２３が接続され、各凹部２２にそれぞれ溶湯が注入される。

【0054】

本明細書においては、一個の製品形状空間３０（図５）内における最も外側に配置された凹部２２の外縁よりも内側の領域を「注湯領域」と定義する。また、図７に示す例では、注湯領域が矩形状に形成され、注湯領域のＸ方向における一辺の長さは、Ｙ方向における一辺の長さよりも短い。また、図７に示す例においては、図面の下側から鋳型が冷却される。なお、最も外側に配置された凹部２２は、金属ベース板１０１を形成するための、下型２０の金属ベース板の形成空間３１という。

【0055】

本明細書では、さらに上記の注湯領域を三分割した領域Ａ～Ｃを定義する。領域Ａ～Ｃは、下型２０の平面視において、注湯領域を溶湯の凝固方向（本実施形態ではＸ方向）に対して平行に三等分し、その三等分された領域に対して端から順にＡ、Ｂ、Ｃの符号が付された領域である。領域Ａ～Ｃは、注湯領域が三等分された領域であるため、領域Ａ～Ｃの各々の幅（Ｙ方向長さ）は互いに等しい。

【0056】

なお、鋳型においては下型２０の平面視における当該下型の１個の前記製品形状空間３０に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔２３を備えた略矩形の注湯領域において、矩形状の前記注湯領域の各辺の近傍の金属ベース板１０１の形成空間における前記注湯孔２３の数を比較し、前記注湯孔２３の数が最も多い側の辺に対して垂直な方向が金属溶湯の「凝固方向」に対応する。

【0057】

本実施形態に係る下型２０においては、領域Ａ内に配置された注湯孔２３の数に対する領域Ｃ内に配置された注湯孔２３の数の比（領域Ｃ内の注湯孔数／領域Ａ内の注湯孔数）が０．７５～１．３３となるように各注湯孔２３が配置されている。

【0058】

注湯孔２３の直径は０．３～１．０ｍｍの円筒状、或いはこの直径に相当する面積を有する形状の非円筒状の孔であることが好ましい。注湯孔２３がそのような大きさであることにより、溶湯がスムーズに凹部２２に供給され易くなると共に、後工程の湯道跡の切断工程がある場合において、回路用金属板１０３の表面を平滑にする作業が容易になる。

【0059】

なお、注湯孔２３の数をカウントするにあたり、注湯孔２３が隣り合う二つの領域に跨るように配置されている場合には、注湯孔２３の中心が位置している領域内の注湯孔としてカウントする。例えば領域Ａと領域Ｂに跨るように注湯孔２３が配置されている場合であって、かつ注湯孔２３の中心が領域Ａ内に位置している場合には、領域Ａ内に配置された注湯孔２３としてカウントされる。

【0060】

また、注湯孔２３の中心が領域Ａと領域Ｂの境界線上に位置する場合には、その注湯孔２３は、領域Ａ内に配置された注湯孔としてカウントされ、注湯孔２３の中心が領域Ｂと領域Ｃの境界線上に位置する場合には、その注湯孔２３は領域Ｃ内に配置された注湯孔としてカウントされる。

【0061】

領域Ｃ内の注湯孔数／領域Ａ内の注湯孔数が０．７５～１．３３となるように各注湯孔２３が配置されている場合には、後述の実施例でも示すように、球面状の凸形状の放熱面１０４ａの形状精度に優れた接合基板１００を得ることが可能となる。

【0062】

一方、従来知見に基づいて注湯孔２３が配置される場合、例えば図８に示すように注湯孔２３が配置される。従来知見においては、パターン形状が複雑な箇所への溶湯の注入を促進するために、パターン形状が複雑な箇所の近傍には、パターン形状が簡素な箇所よりも多くの注湯孔２３が配置される。

【0063】

このため、図８に示した例では、領域Ｃよりもパターン形状が複雑な領域Ａ内において、個数密度が高くなるように注湯孔２３が配置されることになり、領域Ｃ内の注湯孔数／領域Ａ内の注湯孔数は、０．７５未満となる。この場合、後述の実施例で示すように、接合基板１００の放熱面１０４ａ（図１）の形状精度が低下する。

【0064】

ここで、領域Ａ内と領域Ｃ内の注湯孔２３の数によって放熱面１０４ａの形状精度の差異が生じる理由を考察する。図９は、注湯孔２３の配置位置と溶湯の凝固時に生じる熱応力との関係を説明するために接合基板１００の断面を模式的に示した図である。

【0065】

図９に例示した接合基板１００は、図７に示した凹部２２の配置で製造される接合基板と同様の形状であるが、注湯孔２３の配置が図７とは異なる鋳型で製造された接合基板である。図９（ａ）～（ｄ）に示す各接合基板１００の切断面は、図７のＡ－Ａに沿って切断した断面のようにＹ方向に対して平行に接合基板を切断した断面に相当する。また、溶湯の冷却は、凝固方向（Ｘ方向）に沿って一方向に進むため、図９に例示した切断面は、溶湯の冷却時において同一の温度域にある接合基板１００の切断面に相当する。

【0066】

鋳型内に溶湯が充填された際には、接合基板１００の外形は、鋳型内面に沿った形状となるため、放熱面１０４ａの形状は、鋳型内面に形成された球面状の凹部形状を反映して球面状の凸部形状となる。一方、その後の溶湯の冷却段階においては、接合基板１００の主として回路用金属板１０３および金属ベース板１０１において凝固収縮および固体収縮が生じることから、その収縮に伴って放熱部１０４においては、接合基板１００の中心部に向かう熱応力が生じる。なお、図９中の白抜き矢印の大きさと向きは、収縮に伴う熱応力の大きさと向きを模式的に示している。

【0067】

図９（ａ）に示す例では、領域Ａ内に注湯孔２３が４つ設けられ、領域Ｃ内には注湯孔２３が設けられていない。溶湯が凝固するまで冷却される際には、放熱部１０４を含む鋳型内の凝固部が一体となって収縮するが、注湯孔２３が設けられている場合には、注湯孔２３内の溶湯が凝固した部分（注湯孔跡）も鋳型内の凝固部として一体となって収縮しようとする。

【0068】

しかし、注湯孔跡は、鋳型の注湯孔２３で拘束された状態にあるため、接合基板１００の中心部に向かって放熱部１０４が収縮する際には、回路用金属板１０３および放熱部１０４に繋がる注湯孔跡が注湯孔２３で拘束されていることにより熱応力に対する抵抗力が生じる。このため、図９（ａ）に示す例のように、領域Ｃ内に対して領域Ａ内の注湯孔２３の数が多い場合には、放熱部１０４の領域Ａ内の部位に作用する熱応力が、領域Ｃ内の部位に作用する熱応力よりも小さくなる。これによって、領域Ａ内と領域Ｃ内における放熱部１０４の収縮量の差が大きくなり、放熱面１０４ａの形状が球面に維持され難いと考えられる。

【0069】

一方、図９（ｂ）に示す例のように、領域Ａ内と領域Ｃ内で注湯孔２３の数が等しい場合には、領域Ａ内と領域Ｃ内で生じる熱応力に対する抵抗力も互いに同等のものとなる。これにより、双方の領域内における放熱部１０４の収縮量も概ね等しくなり、放熱面１０４ａの形状が球面に維持され易いと考えられる。

【0070】

図９（ｃ）に示す例では、図９（ａ）と同様に、領域Ｃ内に注湯孔２３が設けられていないが、領域Ａ内の注湯孔２３の数は、図９（ａ）の注湯孔２３の数よりも少なく、領域Ａ内の注湯孔２３の数と領域Ｃ内の注湯孔２３の数の差は、図９（ａ）の場合よりも小さい。このため、熱応力の差も図９（ａ）の場合と比較して小さくなるため、収縮量のバランスをとることができ、放熱面１０４ａの形状が図９（ａ）の場合と比較して球面に維持され易いと考えられる。

【0071】

図９（ｄ）に示す例では、領域Ａ内と領域Ｃ内のいずれにも注湯孔２３が設けられていない。この場合においては、領域Ａ内と領域Ｃ内のいずれにおいても、熱応力に対する注湯孔２３による抵抗力が発生しないが、熱応力の大きさは双方の領域において同等であるため、熱応力差は小さい。したがって、双方の領域内における放熱部１０４の収縮量は均一になり易く、放熱面１０４ａにおける形状が球面に維持され易いと考えられる。

【0072】

本発明者らは様々な検討を行った結果、以上で説明したように、領域Ａ内に配置された注湯孔２３の数に対する領域Ｃ内に配置された注湯孔２３の数の比が０．７５～１．３３である鋳型１によれば、球面状の凸形状の放熱面１０４ａの形状精度に優れた接合基板１００を得ることができることを見いだした。なお、図９では、説明の便宜上、接合基板の１つの断面を例示して説明しているが、領域Ａの全域と領域Ｃの全域で注湯孔２３の数のバランスをとることにより、放熱面１０４ａの形状を良好な球面状の凸形状とすることができる。

【0073】

形状精度をさらに高める観点からは、上記の比は０．８０～１．２５であることが好ましい。より好ましくは、０．９０～１．１１であり、さらに好ましくは１．０である。

【0074】

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態に係る製品形状空間３０の配置を説明するための鋳型１の構成例を示す平面図である。本実施形態に係る鋳型１では、矩形状の製品形状空間３０の長手方向がＸ方向（凝固方向）に向いており、その製品形状空間３０は、Ｙ方向に沿って３つ並んで配置されている。
また、図１０の鋳型１には溶湯貯留部４１が３つ備えられており、１つの溶湯貯留部４１から金属溶湯が湯道４０を通って３つの製品形状空間３０に対応する３つの注湯領域に注湯孔２３よりそれぞれ供給される構造となっている。

【0075】

図１１は、第２実施形態に係る図１０に示す鋳型１の１つの製品形状空間３０に対応する注湯領域における注湯孔２３の配置例を示す下型２０の平面図である。本実施形態においても、領域Ａ内に配置された注湯孔２３の数に対する領域Ｃ内に配置された注湯孔２３の数の比が０．７５～１．３３となるように各注湯孔２３が配置されている。したがって、後述の実施例でも示すように、接合基板１００の放熱面１０４ａの形状を球面状に維持し易くなり、球面状の凸形状の放熱面１０４ａの形状精度が向上する。

【0076】

以上、第１～第２実施形態に係る鋳型１について説明した。

【0077】

なお、鋳型１の注湯孔２３は、図１２に示すように、この鋳型で製造される金属－セラミックス接合基板における半導体チップの搭載予定領域１１０以外の領域に配置することが好ましい。注湯孔２３が半導体チップの搭載予定領域１１０（図１２中の斜線領域）と重ならないように配置されている場合には、接合基板１００の製造時の仕上げ工程において、注湯孔２３内の溶湯が凝固した部分（注湯孔跡）の除去を省略することもできる。

【0078】

注湯孔跡の除去は切断等の機械加工や研磨によって行われるが、注湯孔跡の研磨を行うと、回路用金属板１０３の厚みのバラつきが大きくなるおそれがある。このため、本実施形態の接合基板１００のように注湯孔跡２３ａの研磨による除去を省略することによって、回路用金属板１０３の厚みバラつきを抑えることができる。

【0079】

また、注湯孔跡２３ａの研磨による除去を実施しない場合には、回路用金属板１０３の厚みは、鋳型１内の回路用金属板の形成空間３２（図５）の厚みによって定まる。鋳型１の寸法精度は非常に高いことから、注湯孔跡２３ａの研磨による除去を省略できることによって、回路用金属板１０３の製品厚みの制御を容易に行うことが可能となる。

【0080】

さらに、図１３に示すように、注湯孔跡２３ａの研磨による除去を実施しない場合、回路用金属板１０３の上に半導体チップ１１１を搭載した後も、回路用金属板１０３の表面に柱状の注湯孔跡２３ａ（柱状突起２３ａ）が残存する。半導体チップ１１１を封止する際に使用されるゲルや樹脂等の封止材１１２は、凹凸箇所に噛み込むことで封止効果が得られるため、注湯孔跡２３ａ（柱状突起２３ａ）が残存している場合には、凹凸箇所が増加し、封止材１１２の噛み込みが強固になる。

【0081】

すなわち、金属－セラミックス接合基板における半導体チップ１１１の搭載予定領域１１０（図１２）以外の領域に注湯孔２３を配置することで、半導体チップ１１１を封止する際に注湯孔跡２３ａ（柱状突起２３ａ）を残存させることができ、その結果、モールド性を向上させることができる。また、金属－セラミックス接合基板に、前記貫通孔１０６を必要に応じて形成することができる。例えば、ベース板１０１の四隅にドリルで穴開け加工を施すことによって形成することができる。

【0082】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0083】

例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。

【0084】

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

【実施例0085】

注湯孔の配置が異なる複数の鋳型を用いて以下に示す通り金属－セラミックス接合基板を製造した。

【0086】

（実施例１）
実施例１の金属－セラミックス基板の製造においては、矩形状の製品形状空間３０の短手方向が凝固方向に向いた図６に示す下型２０と、図４に示す上型１０からなる鋳型と同様の形状の鋳型を用いた。なお、下型２０の平面視において、注湯領域を溶湯の凝固方向に対して平行に三等分し、その三等分された領域を端から順に領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃを定義したとき、図７に示すように、領域Ａの注湯孔の数は２０個、領域Ｂは２３個、領域Ｃは２０個であり、「領域Ｃの注湯孔数／領域Ａの注湯孔数」は１．００である。また、領域Ａ～Ｃは、注湯領域が三等分された領域であるため、領域Ａ～Ｃの各々の幅（Ｙ方向長さ）は互いに等しい。なお、全ての注湯孔の直径は０．８ｍｍである。

【0087】

また、鋳型においては下型２０の平面視における当該下型の１個の前記製品形状空間３０に対応する、金属溶湯を注入するための複数の注湯孔２３を備えた略矩形の注湯領域において、矩形状の前記注湯領域の各辺の近傍の金属ベース板１０１の形成空間における前記注湯孔２３の数を比較し、前記注湯孔２３の数が最も多い側の辺に対して垂直な方向であり、前記注湯孔２３の最も数が多い側の辺に向かう方向が金属溶湯の「凝固方向」に対応する。

【0088】

上記の鋳型を用いて、まず、縦１２０ｍｍ、横９１ｍｍ、厚さ１.０ｍｍの窒化アルミニウムからなるセラミックス基板を下型２０内のセラミックス基板の支持部２１に載置して配置した後、縦１２６ｍｍ、横９３ｍｍ、厚さ１.０ｍｍの窒化アルミニウムの板材からなる補強材を図示しない下型の補強材支持部に配置した後、下型２０に上型１０をかぶせた。

【0089】

次いで、鋳型１内を窒素雰囲気にした状態で加熱し、アルミニウム溶湯をその表面の酸化膜を取り除きながら直径０.８ｍｍの注湯孔２３から鋳型１内の回路用金属板の形成空間３２および放熱部の形成空間３３を含む金属ベース板の形成空間３１に注湯した。

【0090】

その後、鋳型１に銅からなる水冷のブロックを当接して冷却してアルミニウム溶湯を指向性凝固させ、金属－セラミックス接合体を得た。その後、鋳型１を解体して金属－セラミックス接合体を取り出し、不要な湯道を切除し、７０個の金属－セラミックス接合基板１００を作製した。

【0091】

作製された金属－セラミックス接合基板１００は、セラミックス基板１０２の一方の面に厚さ０.４５ｍｍの回路用金属板１０３が形成され、他方の面に補強板を内蔵した厚さ４ｍｍの金属ベース板１０１が形成されている。これらの金属－セラミックス接合基板１００をサンプルとして後述の放熱面の形状の評価に使用した。

【0092】

（実施例２）
矩形状の製品形状空間３０の長手方向が凝固方向に向いた図１１に示す下型と同様の構成の下型を用い、かつ、領域Ａの注湯孔数を１９、領域Ｂの注湯孔数を２６、領域Ｃの注湯孔数を２１としたこと以外は、実施例１と同様の方法で２４個の金属－セラミックス接合基板１００を作製した。これらの金属－セラミックス接合基板１００をサンプルとして後述の放熱面の形状の評価に使用した。なお、実施例２における「領域Ｃの注湯孔数／領域Ａの注湯孔数」は１．１１である。

【0093】

（実施例３）
矩形状の製品形状空間３０の長手方向が凝固方向に向いた図１４に示す下型と同様の構成の下型を用い、かつ、領域Ａの注湯孔数を２６、領域Ｂの注湯孔数を２６、領域Ｃの注湯孔数を２１としたこと以外は、実施例１と同様の方法で６個の金属－セラミックス接合基板１００を作製した。これらの金属－セラミックス接合基板１００をサンプルとして後述の放熱面の形状の評価に使用した。なお、実施例３における「領域Ｃの注湯孔数／領域Ａの注湯孔数」は０．８１である。

【0094】

（比較例１）
図８に示すように、領域Ａの注湯孔数を２５、領域Ｂの注湯孔数を２３、領域Ｃの注湯孔数を１５としたこと以外は、実施例１と同様の方法で２０個の金属－セラミックス接合基板１００を作製した。これらの金属－セラミックス接合基板１００をサンプルとして後述の放熱面の形状の評価に使用した。なお、比較例１における「領域Ｃの注湯孔数／領域Ａの注湯孔数」は０．６０である。

【0095】

＜放熱面の形状評価＞
実施例１～３および比較例１の各接合基板の放熱面の形状を次の方法で評価した。
（１）三次元測定器を用い、接合基板の長手方向に沿って、且つ接合基板の中心を通るように放熱面のプロフィルラインを取得する。
（２）図１５のようにプロフィルラインを５等分する位置Ｐ１～Ｐ５を設定する。
（３）位置Ｐ１と位置Ｐ５を通る直線Ｌを引く。
（４）直線Ｌからの位置Ｐ２、位置Ｐ３、位置Ｐ４の高さを算出する。
（５）位置Ｐ３に対する位置Ｐ２の高さの差分（位置Ｐ３の高さ－位置Ｐ２の高さ）と、位置Ｐ３に対する位置Ｐ４の高さの差分（位置Ｐ３の高さ－位置Ｐ４の高さ）を算出する。
（６）上記の各差分がいずれも０より大きい場合には、放熱面の形状が球面状に維持されていると判定する。なお、図１６（ａ）は、各差分がいずれも０より大きい場合のプロフィルラインの一例であり、図１６（ｂ）は、位置Ｐ３に対する位置Ｐ４の高さの差分が０より小さい場合のプロフィルラインの一例である。
（７）上記（１）～（６）の手順により、製造された全ての接合基板の放熱面の形状を評価し、球面状の形状を維持することができた接合基板数を記録する。

【0096】

放熱面の形状評価の結果は以下の表１の通りである。なお、直線Ｌからの位置Ｐ３の高さの測定の結果、実施例１～３における位置Ｐ３の高さはいずれも０．０４５ｍｍであり、比較例１における位置Ｐ３の高さは０．０２５ｍｍであった。

【0097】

【表1】

【0098】

表１に示すように、領域Ｃ内の注湯孔数／領域Ａ内の注湯孔数が０．７５～１．３３の範囲内にある実施例１～３においては、製造した全ての接合基板において放熱面の形状を球面状に維持できた。一方、領域Ｃ内の注湯孔数／領域Ａ内の注湯孔数が０．７５～１．３３の範囲から外れている比較例１においては、製造した全ての接合基板において放熱面の形状を球面状に維持できなかった。

【0099】

本実施例の結果で示されるように、領域Ａ内に配置された注湯箇所の数に対する領域Ｃ内に配置された注湯箇所の数の比が０．７５～１．３３であれば、放熱面の形状精度に優れた接合基板を得ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本発明は、金属－セラミックス接合基板の製造に利用することができる。

【符号の説明】

【0101】

１ 鋳型
１０ 上型
１１ 凹部
２０ 下型
２１ 支持部
２２ 凹部
２３ 注湯孔
２３ａ 柱状突起（注湯孔跡）
２４ 凸部
３０ 製品形状空間
３１ 金属ベース板の形成空間
３２ 回路用金属板の形成空間
３３ 放熱部の形成空間
４０ 湯道
４１ 溶湯貯留部
４２ 給湯口
５０ ブロック
１００ 金属－セラミックス接合基板
１０１ 金属ベース板
１０２ セラミックス基板
１０３ 回路用金属板
１０４ 放熱部
１０４ａ 放熱面
１０５ 補強板
１０６ 貫通孔
１１０ 半導体チップの搭載予定領域
１１１ 半導体チップ
１１２ 封止材
Ｍ 溶湯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】