JPS6033269A - 金属とセラミツクの接合方法 - Google Patents
金属とセラミツクの接合方法Info
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- JPS6033269A JPS6033269A JP14132183A JP14132183A JPS6033269A JP S6033269 A JPS6033269 A JP S6033269A JP 14132183 A JP14132183 A JP 14132183A JP 14132183 A JP14132183 A JP 14132183A JP S6033269 A JPS6033269 A JP S6033269A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は金属とセラミックを接合する方法の改良に関す
る。
る。
金属とセラミックは夫々異なった原子結合状態を有し、
このため金属とセラミックを接合する場合、それらの反
応性などの化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物
理的性質は大きく異なる。したがって、両部材全良好に
濡らし、信頼性の高い冶金的な接合を行なうことは相当
困難である。
このため金属とセラミックを接合する場合、それらの反
応性などの化学的性質、熱膨張率、電気伝導度などの物
理的性質は大きく異なる。したがって、両部材全良好に
濡らし、信頼性の高い冶金的な接合を行なうことは相当
困難である。
ところで、従来よシ金属とセラミックの冶金的接合方法
としては以下に示す種々の方法が知られている。
としては以下に示す種々の方法が知られている。
■ セラミック母材の接合面にＭＯ−Ｔ−Ｗｔ主成分と
する粉末と有機バインダの混合物全塗布し、加湿した雰
囲気中で１４００〜１７００℃に加熱して反応させる。
する粉末と有機バインダの混合物全塗布し、加湿した雰
囲気中で１４００〜１７００℃に加熱して反応させる。
これは通常、メタライジングと呼ばれる方法である。次
いで、前記メタライジング上にＮｉメッキ金施した後、
該Ｎｉメッキに金属母材（例えばＣｕ母材）ｔｐｂ−８
ｎ系半田などによシ接合する。
いで、前記メタライジング上にＮｉメッキ金施した後、
該Ｎｉメッキに金属母材（例えばＣｕ母材）ｔｐｂ−８
ｎ系半田などによシ接合する。
こうした接合方法はエレクトミニりス部品において、絶
縁体としてのセラミック母材と導体としての（’ｕ部材
を接合する場合に多用されている。
縁体としてのセラミック母材と導体としての（’ｕ部材
を接合する場合に多用されている。
■ 金属母材とセラミック母材とをＡｕ、ｐｔのような
貴金属、つまシ酸素との親和力の小さい金属を主成分と
する合金を用いて接合する方法。
貴金属、つまシ酸素との親和力の小さい金属を主成分と
する合金を用いて接合する方法。
■ 金属母材とセラミック母材の接合部にＴｌ。
Ｎｂ、Ｚｒなどの活性金属又は熱処理によって活性金属
に変換される活性金属水素化物全介在させた後、高温、
高圧下で接合する方法。
に変換される活性金属水素化物全介在させた後、高温、
高圧下で接合する方法。
しかしながら、上記■の方法は工程数が多く煩雑である
という欠点を有する。上記■の方法は簡単な工程で接合
できるものの、高価な貴金属を使用するため経済的では
なく、シかも金属母材とセラミック母材が十分に接触す
るように高い圧力を必要として、変形金嫌う′エレクト
ロ部品などの接合には好ましくない。上記■の方法では
活性金属によシ強固な接合を行なえるものの、高い接合
圧力を必要とするため前記■の方法と同様、変形を嫌う
エレク）ｏ部品などの接合には好ましくない。
という欠点を有する。上記■の方法は簡単な工程で接合
できるものの、高価な貴金属を使用するため経済的では
なく、シかも金属母材とセラミック母材が十分に接触す
るように高い圧力を必要として、変形金嫌う′エレクト
ロ部品などの接合には好ましくない。上記■の方法では
活性金属によシ強固な接合を行なえるものの、高い接合
圧力を必要とするため前記■の方法と同様、変形を嫌う
エレク）ｏ部品などの接合には好ましくない。
このようなことから、’ｌ’ｉ、ｚｒなどの活性金属は
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの遷移金属との合金において、そ
の共晶組成領域で活性金属の単体の融点（Ｔ ｉ ；
１７２０℃Ａ１１ｊＺ ｒ；１８６０℃）及び（：ｕ、
Ｎｉ、Ｆｅ単体の融点（夫々１０８３℃。
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどの遷移金属との合金において、そ
の共晶組成領域で活性金属の単体の融点（Ｔ ｉ ；
１７２０℃Ａ１１ｊＺ ｒ；１８６０℃）及び（：ｕ、
Ｎｉ、Ｆｅ単体の融点（夫々１０８３℃。
１４５３ ｃ、１５３４℃）と比較して融点を数１００
℃低下させることに着目し、遷移金属母材とセラミック
母材の接合部に活性金属を介在させ、該接合部を遷移金
属と活性金属の合金の融点よシ高く、遷移金属の融点よ
シ低い温度に加熱し、遷移金属と活性金属の原子を相互
に拡散させて合金化し、この合金によって遷移金属母材
とセラミック母材を接合する方法が米国特許第２．８５
７，６６３号明細書に開示されている。かかる方法によ
れば、接合時において接合部に遷移金属と活性金属との
合金の融液によ）満たされ、金属母材とセラミック母材
を濡すので、各母材を十分接触させるための接合時の加
圧をほとんど必要とせず、かつ活性金属の効果によ）そ
れら母材を強固に接合できる。しかしながら、得られた
金属−セラミックの接合部材に熱衝Ｓを加えると、□セ
ラミック母材にり２ツクが発生する欠点があった。
℃低下させることに着目し、遷移金属母材とセラミック
母材の接合部に活性金属を介在させ、該接合部を遷移金
属と活性金属の合金の融点よシ高く、遷移金属の融点よ
シ低い温度に加熱し、遷移金属と活性金属の原子を相互
に拡散させて合金化し、この合金によって遷移金属母材
とセラミック母材を接合する方法が米国特許第２．８５
７，６６３号明細書に開示されている。かかる方法によ
れば、接合時において接合部に遷移金属と活性金属との
合金の融液によ）満たされ、金属母材とセラミック母材
を濡すので、各母材を十分接触させるための接合時の加
圧をほとんど必要とせず、かつ活性金属の効果によ）そ
れら母材を強固に接合できる。しかしながら、得られた
金属−セラミックの接合部材に熱衝Ｓを加えると、□セ
ラミック母材にり２ツクが発生する欠点があった。
本発明は金属母材とセラミック母材を簡単な工程で加圧
せずに強固に接合できると共に、それら接合部材に熱衝
撃を加えてもセラミック母材のクラック発生を防止し得
る接合方法を提供しようとするものである。
せずに強固に接合できると共に、それら接合部材に熱衝
撃を加えてもセラミック母材のクラック発生を防止し得
る接合方法を提供しようとするものである。
本発明者らは前述した米国特許の方法によシ作られた接
合部材への熱衝撃によるセラミック母材のり２ツク発生
について種々検討した結果、遷移金属母材とセラミック
母材の接合部における遷移金属と活性金属の合金の生成
量、つまシ合金層の厚みがセラミック母材のクシツクに
密接に相関することを究明した。こうした相関関係紘次
のような機構によるものと考えられる。
合部材への熱衝撃によるセラミック母材のり２ツク発生
について種々検討した結果、遷移金属母材とセラミック
母材の接合部における遷移金属と活性金属の合金の生成
量、つまシ合金層の厚みがセラミック母材のクシツクに
密接に相関することを究明した。こうした相関関係紘次
のような機構によるものと考えられる。
即ち、遷移金属或いは活性金属などの金属とセラミック
とは熱膨張係数が大きく異なるため、接合部の温度が上
昇したシ、下降したりすると、その接合部に大きな応力
が生じる。この場合、Ｃ，ｕ、Ｎｉ或いは全律固藩体と
してのＣｕ−Ｎｉ合金などの金属はその硬度が低く、柔
らかいため、前記応力によシ容易に変形して応力全緩和
し易い。これに対し、遷移金属（Ｃｕ、Ｎｉ等）と活性
金属（Ｔｉ、Ｚｒ等）との合金は硬く、変形し難いため
、接合部にこれら合金層が厚く存在すると、応力の緩和
現象が小さく、セラミック母材に応力が加わってクラッ
クが発生するものと考えられる。
とは熱膨張係数が大きく異なるため、接合部の温度が上
昇したシ、下降したりすると、その接合部に大きな応力
が生じる。この場合、Ｃ，ｕ、Ｎｉ或いは全律固藩体と
してのＣｕ−Ｎｉ合金などの金属はその硬度が低く、柔
らかいため、前記応力によシ容易に変形して応力全緩和
し易い。これに対し、遷移金属（Ｃｕ、Ｎｉ等）と活性
金属（Ｔｉ、Ｚｒ等）との合金は硬く、変形し難いため
、接合部にこれら合金層が厚く存在すると、応力の緩和
現象が小さく、セラミック母材に応力が加わってクラッ
クが発生するものと考えられる。
このようなことから、本発明者らは上記究明結果全路え
て、更に鋭意研究したところ、金属母材とセラミック母
材の接合部に該金属と活性金属の合金全生成した後、更
に熱処理を続行して該合金全金属部材に拡散させて゛、
実質的にそれら母材の接合部に厚い合金層が存在しない
ようにすることによって、既述の如く各母材を加圧圧せ
ずに強固に接合できると共に、接合後、熱衝撃を与えて
もセラミック母材のり２ツク発生を防止し得る接合方法
を見い出し−たものである。
て、更に鋭意研究したところ、金属母材とセラミック母
材の接合部に該金属と活性金属の合金全生成した後、更
に熱処理を続行して該合金全金属部材に拡散させて゛、
実質的にそれら母材の接合部に厚い合金層が存在しない
ようにすることによって、既述の如く各母材を加圧圧せ
ずに強固に接合できると共に、接合後、熱衝撃を与えて
もセラミック母材のり２ツク発生を防止し得る接合方法
を見い出し−たものである。
次に、本発明の詳細な説明する。
まず、金属母材とセラミック母材の接合部に活性金属層
又は活性金属層と金属層を介在させる。ここに用いる金
属としては、例えばｃｕ。
又は活性金属層と金属層を介在させる。ここに用いる金
属としては、例えばｃｕ。
Ｎｌ又はこれらの合金等を挙げることができる。
また、セラミックとしては窒化物（Ａ７Ｎ。
Ｓ”８Ｎ４ｒ ＢＮなど）、炭化物（ＳｉＣなど）、酸
化物（ＡＡ２０３など）全はじめとする各種のセラミッ
クを用いることができる。更に、活性金属としては、例
えばＴｉ或いはｚｒ等を挙げることができる。こうした
活性金属層の厚さは拡散時間を短縮する観点から１００
μｍ以下にすることが望ましい。かかる活性金Ｒ層を前
記接合部に介在させる手段としては、例えば活性金属箔
を用いて介在させる方法、或いは金属母材に活性金属層
をスパッタリング法、ＬＰＣ法（低圧プラズマコーティ
ング法）などによル堆積して介在させる方法等を採用し
得る。
化物（ＡＡ２０３など）全はじめとする各種のセラミッ
クを用いることができる。更に、活性金属としては、例
えばＴｉ或いはｚｒ等を挙げることができる。こうした
活性金属層の厚さは拡散時間を短縮する観点から１００
μｍ以下にすることが望ましい。かかる活性金Ｒ層を前
記接合部に介在させる手段としては、例えば活性金属箔
を用いて介在させる方法、或いは金属母材に活性金属層
をスパッタリング法、ＬＰＣ法（低圧プラズマコーティ
ング法）などによル堆積して介在させる方法等を採用し
得る。
次いで、金属母材とセラミック母材の接合部を真空雰囲
気、或いは不活性ガス雰囲気中にて加熱して保持する。
気、或いは不活性ガス雰囲気中にて加熱して保持する。
この工程において、基本的には圧力を加えなくともよい
が、必要に応じて０．０１〜１９／−の低圧力を加えて
加熱してもよい。加熱温度は金属母材と活性金属の合金
の融点よシ高く、金属母材の融点よシ低いことが必要で
ある。具体的には金属母材ｋｃｕ、Ｎｉ又はその合金で
形成し、Ｔｉ又は’ｌｒの活性金属層を用いる場合には
８７２〜１０８２℃の範囲で加熱する。保持時間は介在
させる活性金属層の厚さおよび加熱温度との関係で決め
られるが、前記温度範囲で、活性金属層が１００μｍ以
下であれば、数十時間〜数百時間とする。こうした熱処
理によ）各母材にその母性金属と活性金属の合金融液が
生成され、更に加熱を続行することによシ該合金が金属
母材に拡散する。なお、加熱時に加圧した場合、合金融
液が接合部に生成した時に圧力全解除して合金の金属母
材への拡散を行なってもよい。つづいて、合金の拡散が
終了し、接合部に合金属が極めて薄く存在するか、全く
存在しない状態になった時点で酸化全防止しつつ冷却し
て金属−セラミックの接合材を形成する。
が、必要に応じて０．０１〜１９／−の低圧力を加えて
加熱してもよい。加熱温度は金属母材と活性金属の合金
の融点よシ高く、金属母材の融点よシ低いことが必要で
ある。具体的には金属母材ｋｃｕ、Ｎｉ又はその合金で
形成し、Ｔｉ又は’ｌｒの活性金属層を用いる場合には
８７２〜１０８２℃の範囲で加熱する。保持時間は介在
させる活性金属層の厚さおよび加熱温度との関係で決め
られるが、前記温度範囲で、活性金属層が１００μｍ以
下であれば、数十時間〜数百時間とする。こうした熱処
理によ）各母材にその母性金属と活性金属の合金融液が
生成され、更に加熱を続行することによシ該合金が金属
母材に拡散する。なお、加熱時に加圧した場合、合金融
液が接合部に生成した時に圧力全解除して合金の金属母
材への拡散を行なってもよい。つづいて、合金の拡散が
終了し、接合部に合金属が極めて薄く存在するか、全く
存在しない状態になった時点で酸化全防止しつつ冷却し
て金属−セラミックの接合材を形成する。
次に、本発明の詳細な説明する。
実施例１
まず、１５１１１Ａ角、厚さ２肋のＡ！Ｎ板状体と１０
ｕ角、厚さ６００μｍの無酸素銅板状体全各々１枚用意
した。つづいて、これら板状体をトリクレン及びアセト
ンで洗浄して脱脂処理した後、それら板状体の接合部に
厚さ２０μｍのＴｉ箔を介在させ、２ Ｘ １０−５Ｔ
ｏｒｒの真空度に保持したホットプレス中にセラ）した
。ひきつづき板状体間に上下方向から０．１ ？／−の
圧力を加え、高周波加熱によシ接合部を９３０℃に保持
した。加熱後、３０分間未満の時間で接合部が溶融した
。次いで、圧力を解除した後、９５０℃で９６時間保持
してＣｕ−Ｔｌの合金層を無酸素銅板状体に拡散せしめ
た。
ｕ角、厚さ６００μｍの無酸素銅板状体全各々１枚用意
した。つづいて、これら板状体をトリクレン及びアセト
ンで洗浄して脱脂処理した後、それら板状体の接合部に
厚さ２０μｍのＴｉ箔を介在させ、２ Ｘ １０−５Ｔ
ｏｒｒの真空度に保持したホットプレス中にセラ）した
。ひきつづき板状体間に上下方向から０．１ ？／−の
圧力を加え、高周波加熱によシ接合部を９３０℃に保持
した。加熱後、３０分間未満の時間で接合部が溶融した
。次いで、圧力を解除した後、９５０℃で９６時間保持
してＣｕ−Ｔｌの合金層を無酸素銅板状体に拡散せしめ
た。
しかして、接合部ｔ１００倍の光学顕微鏡で得ることが
できた。
できた。
実施例２
まず、１５朋角、厚さ３ｓｕｇの５ｉａＮ４板状体と１
０ｗ１角、厚さ１鶴のＮ１板状体を各々１枚用意した。
０ｗ１角、厚さ１鶴のＮ１板状体を各々１枚用意した。
つづいて、これら板状体をトリクレン及びアセトンで洗
浄して脱脂処理を施した後、これら板状体の接合部に厚
さ２０μｍのｚｒ箔と厚さ５０μｍのｃｕ箔を介在させ
、２Ｘ１０−Ｔｏｒｒの真空度に保持されたホットプレ
ス中にセットした。−ひきつづき、板状体間に上下方向
から０．１ ？／−の圧力を加え、高周波加熱にょシ接
合部ｔ−９８０℃にした。加熱後、３０分間未満の時間
で接合部が溶融した。次いで、圧力を解除した後、９９
０℃で９６時間保持して合金層ｔ−Ｎｉ板状体に拡散せ
しめた。
浄して脱脂処理を施した後、これら板状体の接合部に厚
さ２０μｍのｚｒ箔と厚さ５０μｍのｃｕ箔を介在させ
、２Ｘ１０−Ｔｏｒｒの真空度に保持されたホットプレ
ス中にセットした。−ひきつづき、板状体間に上下方向
から０．１ ？／−の圧力を加え、高周波加熱にょシ接
合部ｔ−９８０℃にした。加熱後、３０分間未満の時間
で接合部が溶融した。次いで、圧力を解除した後、９９
０℃で９６時間保持して合金層ｔ−Ｎｉ板状体に拡散せ
しめた。
しかして、接合部を実施例１と同様に観察した結果、合
金層は観察されず、かつＳｔ、Ｎ、板状体のクラック発
生もなく、良好なＮｉ−８ｉ ｓ Ｎ４接合材を得るこ
とができた。
金層は観察されず、かつＳｔ、Ｎ、板状体のクラック発
生もなく、良好なＮｉ−８ｉ ｓ Ｎ４接合材を得るこ
とができた。
以上詳述した如く、本発明によれば金属母材とセラミッ
ク母材を簡単な工程で加圧せずに強固に接合できると共
に、形成工程或いは接合後に熱衝撃金堂けてもセラミッ
ク良材のクラック発生を防止し得る接合方法全提供でき
る。
ク母材を簡単な工程で加圧せずに強固に接合できると共
に、形成工程或いは接合後に熱衝撃金堂けてもセラミッ
ク良材のクラック発生を防止し得る接合方法全提供でき
る。
出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦ミ
Claims (3)
- （１）金属母材とセラミック母材の接合部に活性金属層
或いは活性金属層と金属層を介在させた後、この接合部
全前記金属母料と活性金属の合金、或いは前記金属と活
性金属の合金の融点よシ高く、前記金属母材の融点よシ
低い温度に保持して前記合金を接合部に生成し、つづい
て該合金全金属母材へ拡散せしめることを特徴とする金
属とセラミックの接合方法。 - （２）金属母材及び金属層がＣｕ１Ｎｉ或いはその合金
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記、載の
金属とセラミックの接合方法。 - （３）活性金属がＴｉ或いはＺｒであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の金属とセラミックの接合
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14132183A JPS6033269A (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | 金属とセラミツクの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14132183A JPS6033269A (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | 金属とセラミツクの接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6033269A true JPS6033269A (ja) | 1985-02-20 |
| JPH0520392B2 JPH0520392B2 (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=15289195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14132183A Granted JPS6033269A (ja) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | 金属とセラミツクの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6033269A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60204678A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-16 | 日立造船株式会社 | セラミックスと鋼の接合方法 |
| JPS61178476A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-11 | 京セラ株式会社 | セラミツクと金属の接合方法及びその接合構造 |
| JPS61247413A (ja) * | 1985-04-24 | 1986-11-04 | 松下電工株式会社 | カウンタ構造 |
| JPS6278171A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | 京セラ株式会社 | セラミツク体と金属部材の接合方法及びその接合構造 |
| US4901904A (en) * | 1985-07-22 | 1990-02-20 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of producing brazing metals |
| JPH07101784A (ja) * | 1994-06-06 | 1995-04-18 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法 |
| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
| CN109336635A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-15 | 邢台职业技术学院 | 一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法 |
-
1983
- 1983-08-02 JP JP14132183A patent/JPS6033269A/ja active Granted
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60204678A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-16 | 日立造船株式会社 | セラミックスと鋼の接合方法 |
| JPS61178476A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-11 | 京セラ株式会社 | セラミツクと金属の接合方法及びその接合構造 |
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| JP2594475B2 (ja) * | 1990-04-16 | 1997-03-26 | 電気化学工業株式会社 | セラミックス回路基板 |
| JPH09181423A (ja) * | 1990-04-16 | 1997-07-11 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミックス回路基板 |
| JPH07101784A (ja) * | 1994-06-06 | 1995-04-18 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム接合体およびその製造方法 |
| CN109336635A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-15 | 邢台职业技术学院 | 一种氮化铝陶瓷材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0520392B2 (ja) | 1993-03-19 |
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