JPS63203268A - ガラスまたはセラミツクスと金属との接合方法 - Google Patents
ガラスまたはセラミツクスと金属との接合方法Info
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- JPS63203268A JPS63203268A JP3331387A JP3331387A JPS63203268A JP S63203268 A JPS63203268 A JP S63203268A JP 3331387 A JP3331387 A JP 3331387A JP 3331387 A JP3331387 A JP 3331387A JP S63203268 A JPS63203268 A JP S63203268A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はガラスまたはセラミックスと金属との接合方法
に係り、低温でかつ信頼性の高い接合部を得るに好適な
ガラスまたはセラミックスと金属との接合方法に関する
。
に係り、低温でかつ信頼性の高い接合部を得るに好適な
ガラスまたはセラミックスと金属との接合方法に関する
。
ガラスと金属またはセラミックスと金属との接合法には
(1)メタライズ後のろう相法、(2)活性化金属法、
(3)拡散接合法、(4)ガラスまたはセラミックスソ
ルダリング法等の各種接合法が公知になっている。(1
)及び(2)の接合法は被接合体を高温に加熱するため
、接合時の熱応力が大きく、接合体の大きさが限定され
る。更に接合プロセスが複雑である。(3)は接合時に
加圧が必要であるため複雑部材の接合は不可能である。
(1)メタライズ後のろう相法、(2)活性化金属法、
(3)拡散接合法、(4)ガラスまたはセラミックスソ
ルダリング法等の各種接合法が公知になっている。(1
)及び(2)の接合法は被接合体を高温に加熱するため
、接合時の熱応力が大きく、接合体の大きさが限定され
る。更に接合プロセスが複雑である。(3)は接合時に
加圧が必要であるため複雑部材の接合は不可能である。
(4)は接合強度が低く用途が限定される等容々の接合
法に問題がある。
法に問題がある。
一方、これらの接合法の他にガラスまたはセラミックス
と金属との間に直流電圧を印加し、ガラスまたはセラミ
ック不中のイオン伝導によって接合するアノ−ディック
ボンデング(米国特許第3397278 )法がある。
と金属との間に直流電圧を印加し、ガラスまたはセラミ
ック不中のイオン伝導によって接合するアノ−ディック
ボンデング(米国特許第3397278 )法がある。
このアノ−ディックボンデング法は被接合体に直流電圧
を印加するだけでメタライズ及びろう材なしで簡単に接
合できる等の利点があり広く利用されている。
を印加するだけでメタライズ及びろう材なしで簡単に接
合できる等の利点があり広く利用されている。
しかし、アノ−デックボンデング法は、ガラスまたはセ
ラミックスと金属の間に厳密な密着性が必要であるため
、被接合体の大きさが制限される。
ラミックスと金属の間に厳密な密着性が必要であるため
、被接合体の大きさが制限される。
また、被接合体の密着性を高めるため、被接合体の表面
粗さを500Å以下にする必要があり加工コストが高い
。更に被接合体を300℃以上に加熱する必要があり、
またセラミックスと金属とを直接接合するため、接合時
の熱応力が大きくこの点でも接合体の大きさや組合わせ
が制限される等多くの問題がある。
粗さを500Å以下にする必要があり加工コストが高い
。更に被接合体を300℃以上に加熱する必要があり、
またセラミックスと金属とを直接接合するため、接合時
の熱応力が大きくこの点でも接合体の大きさや組合わせ
が制限される等多くの問題がある。
更にイオン化したNa、Li、Ag、Ka等が接合界面
に偏析し、接合部の信頼性を劣化するという問題もある
。
に偏析し、接合部の信頼性を劣化するという問題もある
。
上記従来技術は前記の問題点について配慮がされておら
ず、信頼性に問題があった。
ず、信頼性に問題があった。
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、接合部
の信頼性向上を図るガラスまたはセラミックスと金属と
の接合方法を提供するにある。
の信頼性向上を図るガラスまたはセラミックスと金属と
の接合方法を提供するにある。
本発明はガラスまたはセラミックスと金属との間に前記
被接合材より融点の低い軟ろうまたは硬ろう材をはさみ
、被接合体の間に直流電圧を印加しながら、前記ろう材
の融点以上に加熱することにより達成される。
被接合材より融点の低い軟ろうまたは硬ろう材をはさみ
、被接合体の間に直流電圧を印加しながら、前記ろう材
の融点以上に加熱することにより達成される。
第1図は本発明による接合方法を説明する被接合材と通
電状態を示す断面図である。図に示すごとく本発明はガ
ラスまたはセラミックス1と金属2との間にはんだまた
はろう材3をはさみ、ガラスまたはセラミックス1と金
属2との間に直流電圧4を印加し、前記はんだまたはろ
う材の融点以上に加熱して接合するものである。
電状態を示す断面図である。図に示すごとく本発明はガ
ラスまたはセラミックス1と金属2との間にはんだまた
はろう材3をはさみ、ガラスまたはセラミックス1と金
属2との間に直流電圧4を印加し、前記はんだまたはろ
う材の融点以上に加熱して接合するものである。
本発明では被接合体接合面の表面粗さが大きい場合、ま
たはセラミックスと金属との間にギャップが生じている
場合等でもはんだまたはろう材を融点以上に加熱に接合
するため、流動性の大きいはんだまたはろう材を介して
ガラスまたはセラミックスと金属との間の密着性が改善
される。このため、被接合体の鏡面加工が不用で一般の
機械加工の表面粗さである1μm以上で十分接合できる
。
たはセラミックスと金属との間にギャップが生じている
場合等でもはんだまたはろう材を融点以上に加熱に接合
するため、流動性の大きいはんだまたはろう材を介して
ガラスまたはセラミックスと金属との間の密着性が改善
される。このため、被接合体の鏡面加工が不用で一般の
機械加工の表面粗さである1μm以上で十分接合できる
。
更に被接合体の間に厳しい密着性が不用であるため、被
接合体の大きさに制限なく大面積の接合が可能である。
接合体の大きさに制限なく大面積の接合が可能である。
一方、はんだまたはろう材に軟質のはんだまたはろう材
を介して接合した場合は前記はんだまたはろう材が熱応
力緩和材として作用し被接合体が大きくなった場合でも
接合時の熱応力が小さく、ガラスまたはセラミックスを
破壊せず信頼性の高い接合部が得られる。
を介して接合した場合は前記はんだまたはろう材が熱応
力緩和材として作用し被接合体が大きくなった場合でも
接合時の熱応力が小さく、ガラスまたはセラミックスを
破壊せず信頼性の高い接合部が得られる。
本発明に利用できる金属系はんだ材としてはPb−8n
系、5n−Zn系、Pb−Ag系。
系、5n−Zn系、Pb−Ag系。
Cd−Zn系、5n−In系、In−Pb系。
B1−3n−Pb系、Au−3i系、AuSn系、Au
−Ge系を主成分とするもの、更にこれらのはんだ材に
必要に応じてガラスまたはセラミックス粉末が添加する
ものを使用することができる。その他、5iOz 、P
bO,ZnOを主成分とするガラスはんだも適用できる
。ろう材としてはA g −Cu系、Cu−P系、Cu
−Mn系。
−Ge系を主成分とするもの、更にこれらのはんだ材に
必要に応じてガラスまたはセラミックス粉末が添加する
ものを使用することができる。その他、5iOz 、P
bO,ZnOを主成分とするガラスはんだも適用できる
。ろう材としてはA g −Cu系、Cu−P系、Cu
−Mn系。
Cu−Zn系、AQSx系、Ni−Cr系。
Au−Pd系等のあらゆるろう材が適用できる。
更に必要に応じて前記ろう材にTi、Zr、Nb等の金
属又はセラミックス、ガラスと反応して接合に寄与する
第3の金属元素が添加されているものがより有効的であ
る。
属又はセラミックス、ガラスと反応して接合に寄与する
第3の金属元素が添加されているものがより有効的であ
る。
一方、本発明ではソーダライム系、硼硅酸系。
石英系、鉛系、パイレックスガラス、バイコール等のガ
ラスが適用できる。
ラスが適用できる。
また、セラミックス材としてはαAflzOa。
βAQzOs、Zrow、MgO,BeO,TiOx。
S 1sN4.AQN、SiC等を主成分とするセラミ
ックスが適用できる。特にイオン伝導性のセラミックス
は本発明の効果が特に大きい。また金属材としてはSi
、Ge等の半導体物質、Cu又はCu合金、Afi又は
AQ合金、Fe50%以上を有するNi及びCo含有合
金、Ni又はNi合金等の種類の材質が適用できる。
ックスが適用できる。特にイオン伝導性のセラミックス
は本発明の効果が特に大きい。また金属材としてはSi
、Ge等の半導体物質、Cu又はCu合金、Afi又は
AQ合金、Fe50%以上を有するNi及びCo含有合
金、Ni又はNi合金等の種類の材質が適用できる。
はんだ及びろう材は接合間に熱応力を緩和するためには
少なくとも10μmが好ましく、厚すぎても接合強度が
低下するので、0.2 nm以下が好ましい。特に、
20〜100μmが好ましい。
少なくとも10μmが好ましく、厚すぎても接合強度が
低下するので、0.2 nm以下が好ましい。特に、
20〜100μmが好ましい。
ガラス又はセラミックスと金属との間に被接合材の融点
より低い軟質のはんだ、またはろう材を介して、被接合
体の間に直流電圧を印加しながら。
より低い軟質のはんだ、またはろう材を介して、被接合
体の間に直流電圧を印加しながら。
はんだまたはろう材の融点以上に加熱することにより、
被接合材の密着性を高め、信頼性の高い接合部を得るこ
とができる。更に酸素等と結合性のよいPb−8n系等
のはんだ、またはAg−Cu系等のろう材を用いること
により、ガラスまたはセラミックス中の酸素と容易に結
合し、低温でも接合強度が向上する効果がある。
被接合材の密着性を高め、信頼性の高い接合部を得るこ
とができる。更に酸素等と結合性のよいPb−8n系等
のはんだ、またはAg−Cu系等のろう材を用いること
により、ガラスまたはセラミックス中の酸素と容易に結
合し、低温でも接合強度が向上する効果がある。
即ち、本発明の接合方法はガラス又はセラミックスに対
して単にろう材又ははんだを溶融するだけでなく通電に
よってミクロ的なアークが生じることを利用してろう材
又ははんだの蒸気による接合面への形成によって良好な
接合が得られるものと思われる。従って、被接合材のセ
ラミックス又はガラスの表面は若干表面粗さを大きくす
ることが好ましく、表面粗さが1〜10μmが好ましい
。
して単にろう材又ははんだを溶融するだけでなく通電に
よってミクロ的なアークが生じることを利用してろう材
又ははんだの蒸気による接合面への形成によって良好な
接合が得られるものと思われる。従って、被接合材のセ
ラミックス又はガラスの表面は若干表面粗さを大きくす
ることが好ましく、表面粗さが1〜10μmが好ましい
。
実施例I
第2図は1本発明によって圧力センサ用の半導体Siチ
ップを金属の支持台に接合する場合の実施例を示す圧力
センサの断面図である。図に示す如く、圧力センサ用半
導体のSiチップを金属支持台に接合する場合において
、Siチップを金属支持台に直接4合すると熱歪みによ
って圧力センサとしての特性に悪影響するため、まず、
Siチップ5と熱膨張率がほぼ同じパイレックスガラス
6に従来のアノ−ディックボンディング法により接合し
た。この場合、被接合体全体を300℃に加熱し、10
00vの直流電圧を印加して接合した。
ップを金属の支持台に接合する場合の実施例を示す圧力
センサの断面図である。図に示す如く、圧力センサ用半
導体のSiチップを金属支持台に接合する場合において
、Siチップを金属支持台に直接4合すると熱歪みによ
って圧力センサとしての特性に悪影響するため、まず、
Siチップ5と熱膨張率がほぼ同じパイレックスガラス
6に従来のアノ−ディックボンディング法により接合し
た。この場合、被接合体全体を300℃に加熱し、10
00vの直流電圧を印加して接合した。
次にSiチップ5を接合したパイレックスガラス6と金
属支持台7との間に厚さ30μmの80wt%Au−2
0wt%Snはんだ材3をはさみ。
属支持台7との間に厚さ30μmの80wt%Au−2
0wt%Snはんだ材3をはさみ。
パイレックスガラス6と金属支持台7との間に600v
の直流電圧を印加し、はんだの融点である280℃まで
大気中で加熱した。なお、金属支持台7にはパイレック
スガラスとの熱膨張率差が小さい4owt%Ni−60
wt%Feを用いた。
の直流電圧を印加し、はんだの融点である280℃まで
大気中で加熱した。なお、金属支持台7にはパイレック
スガラスとの熱膨張率差が小さい4owt%Ni−60
wt%Feを用いた。
接合後の接合部の強度は10kgf/mm2以上、He
リーク量は5 X 10−”atm、cc/ s 以
下で極めて高信頼性であった。なお、被接合体の接合面
の表面粗さは平均3μmに加工した。
リーク量は5 X 10−”atm、cc/ s 以
下で極めて高信頼性であった。なお、被接合体の接合面
の表面粗さは平均3μmに加工した。
実施例■
直径10mm、長さ20mmの部分安定化Zr○2セラ
ミックスと直径IQmm、長さ2On+mの銅との間に
厚さ50μmの92wt%Pb”3wt%Sn−4wt
%A g −0、5w t%T i−0,5wt% Z
r の組成からなるはんだを介し、被接合体の間に50
0vの直流電圧を印加しながらN2雰囲気中ではんだの
融点の300℃まで加熱した。加熱時間は約1分間で加
熱後自然冷却した。
ミックスと直径IQmm、長さ2On+mの銅との間に
厚さ50μmの92wt%Pb”3wt%Sn−4wt
%A g −0、5w t%T i−0,5wt% Z
r の組成からなるはんだを介し、被接合体の間に50
0vの直流電圧を印加しながらN2雰囲気中ではんだの
融点の300℃まで加熱した。加熱時間は約1分間で加
熱後自然冷却した。
接合後、接合部の引張試験を行った結果、6 kgf/
m m 2以上の引張強度が得られた。なお、接合界
面には数μmのPboが確認され、これが接合に役立っ
ていることがわかった。
m m 2以上の引張強度が得られた。なお、接合界
面には数μmのPboが確認され、これが接合に役立っ
ていることがわかった。
実施例■
直径10mm、長さ20mmの部分安定化Zr○2セラ
ミックスと直径10mm、長さ20mnaのコバールと
の間に厚さ20μmの60wt%Sn−40wt%pb
のはんだをはさみ、200vの電圧を印加しながらはん
だの融点の180℃まで大気中で加熱した。接合部の引
張強度は5 kgf / mm2以上であった。
ミックスと直径10mm、長さ20mnaのコバールと
の間に厚さ20μmの60wt%Sn−40wt%pb
のはんだをはさみ、200vの電圧を印加しながらはん
だの融点の180℃まで大気中で加熱した。接合部の引
張強度は5 kgf / mm2以上であった。
実施例■
外径20+n+n、内径16+n+o、長さ300mm
のパイプ状のβアルミナセラミックスとコバールからな
る同寸法のフランジとの間に厚さ100μmの2wt%
Ti−68wt%Ag 30wt%Cuの組成からな
るろう材をはさみ100OVの直流電圧を印加しなから
Ar雰囲気内でろう材の融点の780℃まで加熱して接
合した。この場合の加熱時間は3分間で被接合体の接合
面の表面粗さは平均5μmであった。接合部の強度は1
0 kgf / mm2以上の高強度であった。これを
加工して電力貯蔵用の電池に用いた。
のパイプ状のβアルミナセラミックスとコバールからな
る同寸法のフランジとの間に厚さ100μmの2wt%
Ti−68wt%Ag 30wt%Cuの組成からな
るろう材をはさみ100OVの直流電圧を印加しなから
Ar雰囲気内でろう材の融点の780℃まで加熱して接
合した。この場合の加熱時間は3分間で被接合体の接合
面の表面粗さは平均5μmであった。接合部の強度は1
0 kgf / mm2以上の高強度であった。これを
加工して電力貯蔵用の電池に用いた。
本発明によれば、被接合体の接合面の粗さが1μm以上
でもかつ低温・低電圧で信頼性の高いガラスまたはセラ
ミックスと金属との接合体を得ることができる。
でもかつ低温・低電圧で信頼性の高いガラスまたはセラ
ミックスと金属との接合体を得ることができる。
第1図は本発明の接合方法を説明する被接合部材の断面
図及び第2図は本発明の一実施例を示す圧力センサの断
面図である。 1・・・ガラス又はセラミックス、2,7・・・金属、
3・・・はんだ又はろう材、4・・・直流電源、5・・
・Siチ帛1図 不Z図
図及び第2図は本発明の一実施例を示す圧力センサの断
面図である。 1・・・ガラス又はセラミックス、2,7・・・金属、
3・・・はんだ又はろう材、4・・・直流電源、5・・
・Siチ帛1図 不Z図
Claims (1)
- 1、被接合材としてガラスまたはセラミックスと金属と
を接合する方法において、前記ガラスまたはセラミック
スと金属との間に前記被接合部材より融点の低いはんだ
又はろう材を介在し、前記被接合部材の間に直流電圧を
印加しながら、前記ろう材の融点以上に加熱に接合する
ことを特徴とするガラスまたはセラミックスと金属との
接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3331387A JPS63203268A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | ガラスまたはセラミツクスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3331387A JPS63203268A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | ガラスまたはセラミツクスと金属との接合方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63203268A true JPS63203268A (ja) | 1988-08-23 |
Family
ID=12383065
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3331387A Pending JPS63203268A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | ガラスまたはセラミツクスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63203268A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101324867B1 (ko) * | 2006-12-14 | 2013-11-01 | 두산디에스티주식회사 | 세라믹 소재와 스테인레스강 접합소재 |
WO2016111291A1 (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | オムロン株式会社 | 接合構造体の製造方法および接合構造体 |
CN115647354A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-31 | 郑州机械研究所有限公司 | 一种粉末状锌镉钎料及其制备方法和装置 |
-
1987
- 1987-02-18 JP JP3331387A patent/JPS63203268A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101324867B1 (ko) * | 2006-12-14 | 2013-11-01 | 두산디에스티주식회사 | 세라믹 소재와 스테인레스강 접합소재 |
WO2016111291A1 (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | オムロン株式会社 | 接合構造体の製造方法および接合構造体 |
CN115647354A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-31 | 郑州机械研究所有限公司 | 一种粉末状锌镉钎料及其制备方法和装置 |
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