JPH024956A

JPH024956A - メタライズ膜とその製造方法

Info

Publication number: JPH024956A
Application number: JP15647488A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogata; 潔緒方; Yoshinao Kato; 加藤　由尚; Shigeki Sakai; 滋樹酒井; Hiroki Yamamoto; 宏樹山本
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1990-01-09
Anticipated expiration: 2012-10-29
Also published as: JP2671395B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕この発明は、とくにセラミック基材の表面に形成される
耐酸化性のメタライズ膜とその製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来より、セラミック基材上に設けるメタライズ膜とし
ては、■Ｍｏ、−の単一層か、あるいは■遷移金属（Ｃ
ｕ＋　Ｆｅ、　Ｎ＋等）とＴｉ、　Ｚｒなどの活性金属
との合金からなる単一もしくは多層の膜の表面にＡｕま
たはＰｔ層を配置した構造のものが知られている。

また、上記■のＮｏ、　Ｈの単一層は、これらの金属と
Ｍｎの粉末をセラミックス基材上に塗布し、還元雰囲気
中で加熱し、セラミック基材と反応させて製造される。

また、上記■の単一または多層の合金層は、真空加熱薄
着法か、あるいは活性金属合金箔を基材上に置き、真空
または還元性雰囲気中で加熱加圧し、拡散あるいは溶融
メタライズさせて製造される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、いずれのメタライズ膜であっても、大気
中の酸素がメタライズ膜内に拡散し、膜が剥離しやすい
という欠点があった。とくに、ロウ付けや半田付は等の
ように、他の基材をセラミック基材にメタライズ膜を介
して高温接着する場合、酸素の内部拡散が大となる。

また、メタライズ膜の作成時には、基材温度が７００〜
１４００°Ｃ程度に加熱されるため、セラミック基材と
金属箔との熱膨張差によって、基材の反り等の変形が生
じるおそれがあった。

また、基材とメタライズ膜との密着力が高いとはいえな
かった。

したがって、この発明の目的は、内部への酸素の拡散を
防止したメタライズ膜を提供することである。

この発明の他の目的は、基材との密着性にすぐれたメタ
ライズ膜を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、低温成膜が可能で、基材
の変形がないメタライズ膜の製造方法を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段］この発明のメタライズ膜は、活性金属層、耐酸化性バリ
アー層および表面金属層をこの順に基材の表面に積層し
たものである。

活性金属層としては、たとえばＴｉ、　ＺｒおよびＨｆ
のうち少なくとも１種からなる層があげられる。

耐酸化性バリアー層としては、たとえばＳｉからなる第
１のバリアー層と、Ｉｒ、　Ｒｈ、　Ｏｓ、　Ｒｕ、　
ＲｅおよびＰｔのうち少なくとも１種からなる第２のバ
リアー層とからなる層があげられる。

表面金属層としては、たとえばＡｕまたはＡｇからなる
層があげられる。

ここで、基材、活性金属層、第１のバリアー層、第２の
バリアー層および表面金属層の各境界部にはそれぞれ、
隣接する層の成分同士が混合された混合層が形成される
。

また、この発明のメタライズ膜の製造方法は、活性金属
層、耐酸化性バリアー層および表面金属層の各構成金属
の蒸着と同時もしくは交互に、あるいは蒸着後に不活性
ガスのイオンまたは蒸着金属と同一金属のイオンを照射
するものである。

〔作用〕

この発明における活性金属層は基材表面をメタライズす
るための層であって、基材としてセラミック基材を使用
する場合には、セラミックスに対して活性なＴｉ、　Ｚ
ｒまたはＨｆが好適に使用可能である。

また、この活性金属層の表面に耐酸化性バリアー層を設
けることにより、酸素の内部拡散を防止する。バリアー
層が第１のバリアー層と第２のバリアー層とから構成さ
れるとき、第１のバリア層をＳｉから構成する。これは
Ｓｉに対する酸素の拡散速度が小さいからである。一般
に拡散速度りはＤ　＝　Ｄ　ｏ　ｅｘｐ　（Ｑ　／　ｋ
　Ｔ　）（式中、Ｄｏは拡散係数、Ｑは活性化エネルギ
ーＴは温度である）で表され、たとえば酸素に対する拡
散速度を他の対酸素活性化金属と比較すると、９００°
Ｃの高温下で以下のようになり、Ｓｉの拡散速度が極端
に低くなっている。したがって、Ｓｉをバリアー層とし
て使用すると、酸素の内部拡散防止に有効である。

Ｃｕ　：　　１．８　Ｘｌ０−５ｃＪ／秒Ｔｉ　：　　
１．３　ｘｔｏ−７ｃｒＲ／秒Ｓ　ｉ　：　　１．２７
Ｘ１０−”　ａｆｌ／秒また、第２のバリアー層は酸素
の内部拡散を防止する機能のほかに、Ｓｉの表面金属層
への拡散を防止する機能をもつ。すなわち、表面金属層
としてＡｎまたはＡｇを使用するとき、ＳｉがＡｕまた
はＡｇと比較的低い温度（３７０°Ｃ程度）で共晶状態
をつくりやすいため、表面金属層が加熱されると、これ
らの間で拡散・熔融化が進み、同時に酸素の拡散のため
に活性金属層が酸化・剥離する。これを防止するために
、第２のバリアー層を設ける。第２のバリアー層として
使用される金属は高融点金属で、ロウが溶融するような
高温下においても酸素の拡散、すなわち酸化が進みにく
く、かつ表面金属層に固溶しにくいものが使用される。

表面金属層として使用されるＡｕ、　Ａｇは耐酸化性に
すぐれ、かつロウ付けや半田付は等の金属接合材に対し
てぬれ性がよい。

これらの各層の境界部にそれぞれ混合層を作ると、各層
間の密着性が向上する。

また、この発明のメタライズ膜の製造方法において、各
層の構成金属の蒸着とともにイオンを照射するのは、イ
オンの打ち込みにより境界部で前記混合層を形成すると
ともに、低温成膜を行うためである。

〔実施例］第１図はこの発明の一実施例のかかるメタライズ膜を示
す断面図である。

第１図に示すように、このメタライズ膜では、セラミッ
クスの基材１の表面に活性金属層２、第１のバリアー層
３、第２のバリアー層４および表面金属層５をこの順に
設け、さらにそれぞれの界面部に隣接する両層の金属同
士が混じりあった混合層６〜９が形成される。

第２図はメタライズ膜の製造装置を示す概略図である。

同図に示すように、基材ホルダー１０に取付けられた基
材１の表面に対して蒸発装置１１から蒸発金属１２が蒸
着され、これと同時または交互に、あるいは蒸着後にイ
オン源１３からイオンが基材１の表面に照射される。１
４は膜厚モニタである。イオンｔＡ１３はパケット型の
ものを示している。

イオン照射を蒸着と同時に行う場合、イオンの照射エネ
ルギーはとくに限定されるものではないが、１０ｅＶ〜
４０ｋｅＶ程度とするのが好ましい。

すなわち、１０ｅＶはイオンの引き出し限界であり、ま
た４０ｋｅＶより大きくなると蒸着金属のスパッタ効果
が大きくなり、好ましくない。また、イオン／金属の比
はスパッタ効果を考慮し、使用するイオン種と蒸着金属
との組み合わせによって適宜決定される。

イオン照射を蒸着と交互または蒸着後に行う場合、蒸着
される金属の膜厚は注入イオンの飛程程度とし、イオン
注入量は１０１５〜１０　”１ｏｎｓ／　ｃａ程度とす
る。金属の膜厚が前記範囲より大きくなると、基材１と
蒸着膜との間でのミキシングが不充分となり、また前記
範囲より小さくなると混合層の厚みが小さく、またイオ
ンによるスパッタ効果のために混合層ができなくなり、
いずれも好ましくない。さらに、イオン注入量が前記範
囲より大きくなるとスパッタ効果が大きくなり、またイ
オン注入量が前記範囲より小さくなると前記と同様にミ
キシング効果が不充分となり、いずれも好ましくない。

イオン種としては、Ｈｅ、　Ｎｅ、　Ａｒ＋　Ｋｒ＋　
Ｘｅ等の不活性ガスまたは蒸着金属と同一の金属イオン
が使用可能である。イオン照射は不活性ガスでは、度に
大面積処理が可能なパケット型またはカウフマン型を用
いるのが好ましい。また、金属イオンの場合は、焦点を
合わせたイオンビームを走査して照射する。

また、膜堆積時に注入イオンにより基材１の内部が損傷
を受けるのを軽減するために、基材１を蒸着金属の融点
以下で加熱するか、あるいは成膜後にアニール処理して
もよい。これは、注入イオンによる欠陥部分の回復、ま
た発生した応力緩和のためである。

成膜に際しては、イオン照射と蒸着の併用によって必要
な膜厚を堆積させるか、あるいはあらかじめ混合層６〜
９のみを形成するために、イオン照射と蒸着を併用し、
ついで蒸着のみを行って各層２〜５の金属を堆積させる
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、耐酸化性のバリアー層を設けたため
、メタライズ膜の内部への酸素拡散が防止され、剥離が
なくなる。また、高温時でも酸素拡散が防止されるため
、従来では真空加熱処理を必要とした接着法（真空ロウ
付け）が大気中で可能となり、製造工程、設備（真空ロ
ウ付は機械等）の合理化を図ることができ、経済性が向
上する。

また、蒸発金属をイオンの打ち込みにより堆積させるた
めに、低温成膜が可能となり、基材の変形が防止される
。

さらに、基材との間および各金属層間に混合層を形成す
ると、密着性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるメタライズ膜の断
面図、第２図はメタライズ膜の製造装置の概略図である
。１−基材、２−活性金属層、３−第１のバリアー層、４
−第２のバリアー層、５−表面金属層、６〜９・・−混
合層、１２−蒸発金属、１３−イオン源喫禽

Claims

【特許請求の範囲】

（１）活性金属層、耐酸化性バリアー層および表面金属
層をこの順に基材の表面に積層してなるメタライズ膜。
（２）Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆよりなる群から選ばれた少
なくとも１種からなる活性金属と、Ｓｉからなる第１の
バリアー層と、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｒｕ、ＲｅおよびＰ
ｔよりなる群から選ばれた少なくとも１種からなる第２
のバリアー層と、ＡｕまたはＡｇからなる表面金属層と
をこの順に基材の表面に積層してなるメタライズ膜。
（３）前記基材、活性金属層、第１のバリアー層、第２
のバリアー層および表面金属層の各境界部にそれぞれ、
隣接する層の成分同士が混合された混合層が形成されて
なる特許請求の範囲第（２）項記載のメタライズ膜。
（４）活性金属層、耐酸化性バリアー層および表面金属
層をこの順に基材の表面に積層するにあたり、各構成金
属の蒸着と同時もしくは交互に、あるいは蒸着後にイオ
ンを照射することを特徴とするメタライズ膜の製造方法
。