JPH01208375A - セラミックス複合体の製造方法 - Google Patents
セラミックス複合体の製造方法Info
- Publication number
- JPH01208375A JPH01208375A JP3208988A JP3208988A JPH01208375A JP H01208375 A JPH01208375 A JP H01208375A JP 3208988 A JP3208988 A JP 3208988A JP 3208988 A JP3208988 A JP 3208988A JP H01208375 A JPH01208375 A JP H01208375A
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- JP
- Japan
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- ceramic
- copper
- bonding
- ceramics
- partial pressure
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/022—Processes for manufacturing precursors of printed circuits, i.e. copper-clad substrates
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Ceramic Products (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】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、セラミックスに銅を主体とする金属を直接接
合してなるセラミックス複合体に関する。
合してなるセラミックス複合体に関する。
（従来の技術）
アルミナ等のセラミックス部材に金属部材を接合する方
法としては、例えばセラミックス部材表面にモリブデン
−マンガンペーストを焼付けてメタライズ処理を施した
後、ニッケルメッキを行なって金属部材をろう付けする
方法がある。また、ろう材としてチタン、ジルコニウム
等の活性金属を含むものを用い直接ろう付けすることも
行なわれている。これらの方法は、セラミックスが酸化
物の場合、接合状態が安定であり実用されているが、セ
ラミックスが非酸化物の場合、例えば窒化物の場合には
接合が困難なことが今る。そのため、金属部材とセラミ
ックス部材の一方を凸状、他方を凹状にして機械的に嵌
合させて焼ばめ等を施すことが行なわれている。これら
の方法のうちろう材を用いる方法では、作業工程が複雑
なうえに、加熱処理を２同胞ず必要がある場合もある。
法としては、例えばセラミックス部材表面にモリブデン
−マンガンペーストを焼付けてメタライズ処理を施した
後、ニッケルメッキを行なって金属部材をろう付けする
方法がある。また、ろう材としてチタン、ジルコニウム
等の活性金属を含むものを用い直接ろう付けすることも
行なわれている。これらの方法は、セラミックスが酸化
物の場合、接合状態が安定であり実用されているが、セ
ラミックスが非酸化物の場合、例えば窒化物の場合には
接合が困難なことが今る。そのため、金属部材とセラミ
ックス部材の一方を凸状、他方を凹状にして機械的に嵌
合させて焼ばめ等を施すことが行なわれている。これら
の方法のうちろう材を用いる方法では、作業工程が複雑
なうえに、加熱処理を２同胞ず必要がある場合もある。
また機械的に嵌合する方法では、締付力のみで接合して
いるため接合が弱いという難点がある。
いるため接合が弱いという難点がある。
このような難点を解消するため、近年、セラミックス部
材に金属部、材を直接接合させる方法（直接接合法）が
検討されており、例えばセラミックス部材に銅を主体と
する金属部材を接触させて所定の雰囲気で銅の融点以下
に加熱して直接接合する技術が試みられている（特開昭
５２−３７９１４号）。
材に金属部、材を直接接合させる方法（直接接合法）が
検討されており、例えばセラミックス部材に銅を主体と
する金属部材を接触させて所定の雰囲気で銅の融点以下
に加熱して直接接合する技術が試みられている（特開昭
５２−３７９１４号）。
こうして得られるセラミックス複合体は、セラミックス
と金属部材との間にろう材等の中間層が存在しないため
金属部材からセラミックスへの熱伝導が優れる利点があ
り、半導体用の回路基板として実用化が図られている。
と金属部材との間にろう材等の中間層が存在しないため
金属部材からセラミックスへの熱伝導が優れる利点があ
り、半導体用の回路基板として実用化が図られている。
具体的には、セラミックスとしてアルミナを用い金属と
して銅を用いて接合した基板あるいはセラミックスのな
かで熱伝導性に優れる窒化アルミニウムを用いた基板等
である。
して銅を用いて接合した基板あるいはセラミックスのな
かで熱伝導性に優れる窒化アルミニウムを用いた基板等
である。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、直接接合法では、接合時の加熱条件のわ
ずかな変動が接合の良否に大きな影響を与え、良好な接
合状態を有する接合体を安定して得ることが困難であっ
た。
ずかな変動が接合の良否に大きな影響を与え、良好な接
合状態を有する接合体を安定して得ることが困難であっ
た。
この発明は、上記問題点を考慮してなされたものであり
、良好な接合状態を有するセラミックス複合体を安定し
て得ることができる製造方法を提供することを目的とす
る。
、良好な接合状態を有するセラミックス複合体を安定し
て得ることができる製造方法を提供することを目的とす
る。
［発明の構成コ
（課題を解決するための手段および作用）本発明は、セ
ラミックスに銅を主体とする金属を直接接合してセラミ
ックス複合体を得るに際し、接合に寄与する加熱処理を
、加熱処理時の雰囲気ガス中のＨ２Ｏ分圧を３．５ｘ
１Ｏ−２ａｔｎ＋未満に制御して行なうことを特徴とす
るセラミックス複合体の製造方法である。
ラミックスに銅を主体とする金属を直接接合してセラミ
ックス複合体を得るに際し、接合に寄与する加熱処理を
、加熱処理時の雰囲気ガス中のＨ２Ｏ分圧を３．５ｘ
１Ｏ−２ａｔｎ＋未満に制御して行なうことを特徴とす
るセラミックス複合体の製造方法である。
セラミックスがアルミナのような酸化物セラミックスの
場合は、予備加熱を行なうことなく、直接接合の加熱処
理を施すことにより金属との接合体を得ることができる
。これは、セラミックスに含まれる酸素と銅とが共晶反
応を生じ、この反応により直接接合がなされるためであ
る。加熱温度は、例えば銅の融点以下でかつ銅と酸素の
共晶温度以上、すなわち１０８３°Ｃ以下で１０６５℃
以上である。
場合は、予備加熱を行なうことなく、直接接合の加熱処
理を施すことにより金属との接合体を得ることができる
。これは、セラミックスに含まれる酸素と銅とが共晶反
応を生じ、この反応により直接接合がなされるためであ
る。加熱温度は、例えば銅の融点以下でかつ銅と酸素の
共晶温度以上、すなわち１０８３°Ｃ以下で１０６５℃
以上である。
加熱の際の雰囲気は、銅、セラミックスに対して不活性
なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気であることが好ま
しく、本発明ではこの雰囲気のＨ２Ｏ分圧を３．５ｘ
１０’ ａｔｍ未溝に制御する。このように接合時の加
熱の際、雰囲気のＨ２Ｏ分圧を制御することにより、セ
ラミックスと銅との接合に寄与する緻密な反応層を生成
させて強固な接合状態を安定して得ることができる。
なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気であることが好ま
しく、本発明ではこの雰囲気のＨ２Ｏ分圧を３．５ｘ
１０’ ａｔｍ未溝に制御する。このように接合時の加
熱の際、雰囲気のＨ２Ｏ分圧を制御することにより、セ
ラミックスと銅との接合に寄与する緻密な反応層を生成
させて強固な接合状態を安定して得ることができる。
また、セラミックスが窒化アルミニウムのような非酸化
物セラミックスの場合、接合工程の前に、セラミックス
を酸化雰囲気中で予備加熱して表面に必要な酸化層を形
成した後、接合のための加熱を施す。この場合予備加熱
時の雰囲気の８２Ｏ分圧を３．５ｘ １０’ ａｔｎ＋
未満とすることにより、強固な接合をもたらず緻密な酸
化膜を得ることができる。 具体的には、例えば非酸化
物セラミックスを空気中で１０００〜１４００℃に加熱
、あるいは酸素量を制御したフォーミングガス（Ｈ２＋
Ｎ２ ＞中で１２５０℃〜１５００℃に加熱して酸化処
理を行なう、加熱温度がこのような範囲であれば接合に
必要な変成層を容易に得ることが出来る。空気中での加
熱は低温で必要な変成層を得やすく、フォーミングガス
中での加熱はより緻密な変成層を形成しやすい、変成層
は、実用的には２Ｏμｍ程度まで、好ましくは１０μｌ
以下でよい。
物セラミックスの場合、接合工程の前に、セラミックス
を酸化雰囲気中で予備加熱して表面に必要な酸化層を形
成した後、接合のための加熱を施す。この場合予備加熱
時の雰囲気の８２Ｏ分圧を３．５ｘ １０’ ａｔｎ＋
未満とすることにより、強固な接合をもたらず緻密な酸
化膜を得ることができる。 具体的には、例えば非酸化
物セラミックスを空気中で１０００〜１４００℃に加熱
、あるいは酸素量を制御したフォーミングガス（Ｈ２＋
Ｎ２ ＞中で１２５０℃〜１５００℃に加熱して酸化処
理を行なう、加熱温度がこのような範囲であれば接合に
必要な変成層を容易に得ることが出来る。空気中での加
熱は低温で必要な変成層を得やすく、フォーミングガス
中での加熱はより緻密な変成層を形成しやすい、変成層
は、実用的には２Ｏμｍ程度まで、好ましくは１０μｌ
以下でよい。
セラミックス基板の表面に銅を主体とする金属層を直接
接合した複合体は、金属からセラミックス基板への熱抵
抗が少ないためＩＣチップ等を搭載する回路用基板に好
適である。
接合した複合体は、金属からセラミックス基板への熱抵
抗が少ないためＩＣチップ等を搭載する回路用基板に好
適である。
（実施例）
実施例１
焼結助剤として酸化イツトリウムを３重１％含有する窒
化アルミニウムで形成した３０ｍ ×３０ｍｎ Ｘ２鴎
の板状セラミックス部材を酸化雰囲気、１３００’ＣＸ
１０００秒で加熱処理した。酸化雰囲気の酸素分圧（Ｐ
Ｏ２）は１０−’ ａｔｎ＋であり、Ｈ２Ｏ分圧（ＰＨ
２Ｏ）は、８．７ ｘ １０−’ ａｔｎと低く制御し
て行なった。こうして形成された酸化膜は緻密なもので
あった。
化アルミニウムで形成した３０ｍ ×３０ｍｎ Ｘ２鴎
の板状セラミックス部材を酸化雰囲気、１３００’ＣＸ
１０００秒で加熱処理した。酸化雰囲気の酸素分圧（Ｐ
Ｏ２）は１０−’ ａｔｎ＋であり、Ｈ２Ｏ分圧（ＰＨ
２Ｏ）は、８．７ ｘ １０−’ ａｔｎと低く制御し
て行なった。こうして形成された酸化膜は緻密なもので
あった。
比較例１
実施例１と同様な板状セラミックスを用意し、酸化雰囲
気のＰＯ２＝１０−’ ＩＩＩ 、 ＰＨ２Ｏ＝３．５
ＸＸ１０−２ａｔとし、１３００℃で１８００秒熱処
理を行なった。
気のＰＯ２＝１０−’ ＩＩＩ 、 ＰＨ２Ｏ＝３．５
ＸＸ１０−２ａｔとし、１３００℃で１８００秒熱処
理を行なった。
得られた酸化膜は、ポーラスでクラックが入ったもので
あった。
あった。
実施例２
実施例１で得られた窒化アルミニウムと、形状を同じく
するアルミナ基板とを用意し、これらのセラミックス部
材の上面に１０ｍｏ Ｘ ２５ｍｎ Ｘ ０．３ ｍの
タフピッチ電解銅でなる金属体を接触させて窒素ガス雰
囲気中で、１０７５℃で加熱した。雰囲気ガス中のＨ２
Ｏ分圧を１×１０″’ ａｔｎとした場合得られた複合
体の接合良品率を第１表に示す。
するアルミナ基板とを用意し、これらのセラミックス部
材の上面に１０ｍｏ Ｘ ２５ｍｎ Ｘ ０．３ ｍの
タフピッチ電解銅でなる金属体を接触させて窒素ガス雰
囲気中で、１０７５℃で加熱した。雰囲気ガス中のＨ２
Ｏ分圧を１×１０″’ ａｔｎとした場合得られた複合
体の接合良品率を第１表に示す。
第１表
比較例２
実施例２と同様の工程にて、加熱雰囲気の雰囲気ガス中
のＨ２Ｏ分圧を制御しないで複合体を得た場合の結果を
第２表に示す。
のＨ２Ｏ分圧を制御しないで複合体を得た場合の結果を
第２表に示す。
第２表
雰囲気ガス中のＨ２Ｏ分圧を制御しない場合、セラミッ
クスに接合すべき銅部材が、剥離したりあるいは接合部
にフクレを生じたりしたものがあり均一に安定した複合
体を得ることが難しい。
クスに接合すべき銅部材が、剥離したりあるいは接合部
にフクレを生じたりしたものがあり均一に安定した複合
体を得ることが難しい。
この結果から、接合状態が安定した複合体を得るために
は、予備加熱を含めた接合に寄与する加熱時の雰囲気中
のＨ２Ｏ分圧を低く制御することが有効であることがわ
かる。
は、予備加熱を含めた接合に寄与する加熱時の雰囲気中
のＨ２Ｏ分圧を低く制御することが有効であることがわ
かる。
なお、窒化アルミニウムセラミックスを予備加熱により
酸化させて、Ｈ２Ｏ分圧の変化（８，７Ｘ１０−’ ａ
ｔｎ＋ 〜８．５ ｘ １Ｏ−２ａｔｎ ）による酸化
増量を調べた。 温度は１３００℃、雰囲気ガス（Ｎ２
）中の酸素分圧（ＰＯ２）は１Ｇ−’ ａｔｌｌである
。得られた結果を第１図に示す、第１図から明らかなよ
うにＨ２Ｏ分圧が低いもの（グラフＤ、Ｅ）は、酸化速
度が遅く、結果として緻密な酸化層が得られることがわ
かる。
酸化させて、Ｈ２Ｏ分圧の変化（８，７Ｘ１０−’ ａ
ｔｎ＋ 〜８．５ ｘ １Ｏ−２ａｔｎ ）による酸化
増量を調べた。 温度は１３００℃、雰囲気ガス（Ｎ２
）中の酸素分圧（ＰＯ２）は１Ｇ−’ ａｔｌｌである
。得られた結果を第１図に示す、第１図から明らかなよ
うにＨ２Ｏ分圧が低いもの（グラフＤ、Ｅ）は、酸化速
度が遅く、結果として緻密な酸化層が得られることがわ
かる。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明によれば良好な接合状態を
有するセラミックス複合体を安定して得ることが出来る
。
有するセラミックス複合体を安定して得ることが出来る
。
第１図は窒化アルミニウムセラミックスの酸化増量の変
化を示すグラフである。 出願人 株式会社 東芝 〃 森永健次 代理人 弁理士 須 山 佐 − Ｔｉｍｅ（Ｓｅｃ） 第１図
化を示すグラフである。 出願人 株式会社 東芝 〃 森永健次 代理人 弁理士 須 山 佐 − Ｔｉｍｅ（Ｓｅｃ） 第１図
Claims (1)
- （１）セラミックスに銅を主体とする金属を直接接合し
てセラミックス複合体を得るに際し、接合に寄与する加
熱処理を、加熱処理時の雰囲気ガス中のＨ＿２Ｏ分圧を
３．５×１０＾−＾２ａｔｍ未満に制御して行なうこと
を特徴とするセラミックス複合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3208988A JPH01208375A (ja) | 1988-02-15 | 1988-02-15 | セラミックス複合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3208988A JPH01208375A (ja) | 1988-02-15 | 1988-02-15 | セラミックス複合体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208375A true JPH01208375A (ja) | 1989-08-22 |
Family
ID=12349151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3208988A Pending JPH01208375A (ja) | 1988-02-15 | 1988-02-15 | セラミックス複合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01208375A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005075382A1 (ja) * | 2004-02-09 | 2007-10-11 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
-
1988
- 1988-02-15 JP JP3208988A patent/JPH01208375A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005075382A1 (ja) * | 2004-02-09 | 2007-10-11 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
| JP4712559B2 (ja) * | 2004-02-09 | 2011-06-29 | 株式会社トクヤマ | メタライズドセラミックス成形体、その製法およびペルチェ素子 |
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