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公開番号2025032879
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-12
出願番号2023138380
出願日2023-08-28
発明の名称金属-セラミックス接合基板を含む構造体及びその製造方法
出願人DOWAメタルテック株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 23/473 20060101AFI20250305BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】金属の腐食や塑性変形を発生させることなく、良好な面圧でもって金属ベース板と冷却ジャケットとを接合させて簡易的に製造することが可能な金属-セラミックス接合基板を含む構造体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属ベース板を有する金属-セラミックス接合基板を、冷却ジャケットに形成された収容部に収容し、前記金属ベース板と、前記冷却ジャケットと、がレーザー溶接により一体化されたこと特徴とする、金属-セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属ベース板を有する金属－セラミックス接合基板を、冷却ジャケットに形成された収容部に収容し、
前記金属ベース板と、前記冷却ジャケットと、がレーザー溶接により一体化されたことを特徴とする、金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記金属ベース板の側面と、前記冷却ジャケットの収容部の内側面と、がレーザー溶接され、前記金属ベース板と前記冷却ジャケットが一体化されたことを特徴とする、請求項１に記載の金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項３】
前記金属ベース板の側面におけるレーザー溶接は、当該金属ベース板の側面全周にわたって行われることを特徴とする、請求項２に記載の金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項４】
前記金属ベース板は、放熱フィンを有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項５】
前記金属ベース板は、前記セラミックス基板の一方の面の周縁部、側面、及び他方の面の全面に形成されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項６】
前記レーザー溶接には、ファイバーレーザーが用いられることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項７】
セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属ベース板を有する金属－セラミックス接合基板の少なくとも一部を、冷却ジャケットに形成された収容部に収容し、且つ、前記冷却ジャケットに取り付けられる天板と、当該天板に形成された収容部の内側面と前記金属ベース板の側面と、をレーザー溶接し、
前記冷却ジャケットの収容部と前記天板の収容部と、が一体化されるように、前記天板が前記冷却ジャケットに取り付けられることを特徴とする、金属－セラミックス接合基板を含む構造体の製造方法。
【請求項８】
前記天板の前記冷却ジャケットへの取り付けは、レーザー溶接によって行われ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を含む構造体の製造方法。
【請求項９】
前記天板の前記冷却ジャケットへの取り付けは、締結によって行われ、
前記金属ベース板と前記冷却ジャケットとの接合面、又は前記天板と前記冷却ジャケットとの接合面には封止部材が設けられ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を含む構造体の製造方法。
【請求項１０】
セラミックス基板の少なくとも一方の面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属ベース板を有する金属－セラミックス接合基板を、冷却ジャケットに形成された収容部に収容し、
前記金属ベース板と、前記冷却ジャケットと、がレーザー溶接により一体化されたことを特徴とする、金属－セラミックス接合基板を含む構造体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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を含む構造体及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を含む構造体及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【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されるとともに、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冷却ジャケットが、金属ベース板の周縁部に形成された貫通孔を介してねじ止め或いはボルトで締結することにより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の一例として、例えば特許文献１には、セラミックス基板の一方の面に金属板が接合され、他方の面に金属ベース板が接合され、この金属ベース板の側面に金属ベース板より強度が高い金属からなる板状の強化部材の側面が接合し、強化部材に備えられる貫通孔を介して冷却ジャケットに締結されるような構成の金属－セラミックス接合基板が開示されている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、段差部を設けた冷却ジャケット（第１の部材）に放熱ベース板（第２の部材）を配置し、両者の重なり部を摩擦攪拌接合することで接合部を形成し、その接合部を覆うように形成された絶縁性を有する封止剤を備えた構成の接合構造体が開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献３には、放熱基板のフランジがジャケットの上面に当接され、フランジとジャケットの当接面はろう付（ろう接）又はＯリングを用いたシール構造により水密性を保持した構成の液冷式冷却器を備えた半導体冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２２－１５７１７１号公報
特開２０２２－３４１３８号公報
特開２０２１－８２７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示の技術において、金属－セラミックス接合基板の金属部がアルミニウムからなる場合、強化部材として用いられるステンレス鋼や炭素鋼が露出していると、ガルバニック腐食する恐れがある。ガルバニック腐食を抑えるために、強化部材の表面を純アルミニウムで被覆することも開示されているものの、強化部材の表面を純アルミニウムで被覆すると、貫通孔を介して放熱部材等にねじ止め或いはボルトで締結する際に、被覆された純アルミニウムが剥がれないような面圧でもって締結を行う必要があり、締結の確実性が損なわれる恐れがある。加えて、鋳型に強化部材を配置する必要があることから、鋳型構造が複雑化し、基板の製造が難しいといった問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示された回転する接合ツールを接合部に押し付け接合する摩擦攪拌接合技術を、放熱用の金属ベース板がアルミニウムからなる金属－セラミックス接合基板に対し適用した場合、接合部にツールを押し付け高い荷重をかけて攪拌し、塑性変形をさせながら接合を行う必要があるため、金属－セラミックス接合基板が変形してしまい、セラミックス基板に割れが発生する恐れがある。
【０００９】
また、上記特許文献３に開示の技術を、金属部がアルミニウムからなる金属－セラミックス接合基板に対し適用した場合、ろう付（ろう接）では基板全体を例えば４００℃以上の高温に加熱する必要があるため、製造時間が長くなる恐れがある。また、基板全体を例えば４００℃以上の高温で長時間加熱すると、金属－セラミックス接合基板に熱反りが生じ、セラミックス基板に割れが発生する恐れがある。また、金属－セラミックス接合基板の熱反りを防ぐために、治具やプレス機を用いて、接合時に金属－セラミックス接合基板とジャケットに常時荷重をかけ、常に接触させながら接合を行うことが考えられるが、製造方法の煩雑化が懸念される。
【００１０】
このような事情に鑑み、本発明の目的は、金属の腐食を防止し、製造過程において、塑性変形や、入熱によるセラミックス基板の割れの発生を抑え、簡易に製造することが可能な金属－セラミックス接合基板を含む構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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