JPH04202066A - 新規な接合体 - Google Patents

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〕 本発明は、セラミックス板と金属板との接合体に関し、
さらに詳しくは、セラミックス板に発生するクラックが
極めて少ない新規な接合体に関する。

〔従来の技術〕

一般にセラミックスは、耐熱性、耐摩耗性、高電気抵抗
、高硬度という特徴を有しており、この特徴を有したセ
ラミックス板と金属板とを接合した接合体は、電子部品
、機械部品等に多く使用されている。しかるにセラミッ
クスと金属体とは異なった原子結合をしている。このよ
うなセラミックス板と金属板とを接合する場合、反応性
等の化学的性質、熱膨張率等の物理的性が大きく異なる
。

このように性質が異なったセラミックス板と金属板とを
高温で加熱し冷却して接合させると、熱膨張係数の差か
ら熱応力が発生し、これが残留応力となる。この残留応
力が接合強度を低下させたり、セラミックス板の破壊を
生じさせる。この残留応力を小さくシ、接合強度の低下
の防止、及びセラミックス板の破壊防止のため種々の接
合方法が提案されてきた。即ち、セラミックス板と金属
板とを窒素ガスの如き不活性ガス雰囲気か真空雰囲気で
加熱し、金属板とセラミックス板とを直接接合させる方
法（直接接合方法）。又Ｔｉ、Ｚｒのような活性金属と
低融点合金を作るＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ等の金属を混
合又は合金としたろう材をセラミックス板と金属板の間
に介在させて不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気下で加熱
圧着する方法（活性金属方法）、更にセラミックス板上
にメタライズ層をもうけ、このメタライズ層を有するセ
ラミックス板と金属板とを金属ソルダーで接合させる方
法（メタライズ方法）等多くの提案がなされているが、
接合体を加熱し３次いで冷却することを繰返して行うこ
とにより、接合強度が低下したり、または接合体にクラ
ックもしくは破壊が生じる欠点が未だに解決されていな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、従来技術が有していた前述の問題点を
解決しようとするものであり、従来全く知られていなか
った新規な接合体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、前述した問題点を解決すべく種々検討し
た結果、セラミックス板１と金属板２との間に介在する
接合層３を平面的にみて、少なくとも前記接合層のコー
ナー部４が曲線形状を有していることを特徴とする新規
な接合体を見出したものである。

以下、さらに詳しく本発明の構成要因について説明する
。

本発明でいう「セラミックス」とは、特に制限はないが
、酸化物系セラミックス及び非酸化物系セラミックスで
ある。酸化物系セラミックスは、例えばアルミナ（Ａｌ
。０３）、マグネシャ（ＭｇＯ）及びシリコニヤ（Ｚｒ
Ｏ□）等が挙げられるが、中でもアルミナが好ましい。

非酸化物系セラミックスは、例えば窒化アルミ（ＡＩＮ
）、炭化珪素（ＳｉＣ）及び窒化珪素（Ｓｉ２Ｎ４）等
が挙げられるが、中でも窒化アルミ、炭化珪素が好まし
い。

本発明でいう「金属」とは、特に制限はないが、銅（Ｃ
ｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クローム（Ｃｒ）、コバルト
、アルミニウム（Ａｔ）及びこれらの合金等が挙げられ
るが、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びこれら金属を
主体とした合金が好ましい。また、銅としては、特に限
定すべきものではなく、いづれの銅及びその合金が使用
されるが、中でもＪＩＳ　Ｈ３１００で規定する銅が好
ましく、特に無酸素銅（合金番号Ｃ１０２０）が好まし
い。

本発明に用いるセラミックス板１と金属板２との接合方
法は特に制限はないが、例えば、セラミックス板と金属
板とを窒素ガスの如き不活性ガス雰囲気か真空雰囲気で
加熱し、金属板の表面の酸化層とソルダーの相互拡散で
結合を形成される方法（直接接合方法）。又Ｔｉ、Ｚｒ
のような活性金属と低融点合金を作るＡｇ５Ｃｕ、　Ｎ
ｆ、　Ｓｎ等の金属を混合又は合金としたろう材をセラ
ミックス板と金属板の間に介在させて不活性ガス雰囲気
又は真空雰囲気下で加熱圧着する方法（活性金属方法）
、更にセラミックス板上にメタライズ層をもうけ、この
メタライズ層を有するセラミックスと金属板とセラミッ
クス板とを直接接合させる方法（メタライズ方法）等が
あり、中でも直接接合方法及び活性金属方法が好ましく
、特に活性金属方法が好適である。

本発明に用いる直接接合方法とは、具体的には、例えば
セラミックス板に金属板を載置し、これを７１ａｍ炉に
入れ、金属体の過度の酸化を防止するため、酸素濃度を
２０ｐｐｍに調整した不活性雰囲気又は真空雰囲気中で
最高加熱温度１０６０℃〜１０８３℃以内の温度で５秒
〜１５分間加熱した後、冷却して接合体を得る方法であ
る。また活性金属方法とは、例えば、セラミックス板と
金属板との接合面に活性金ろう材を箔状、粉末状、又粉
末をバインダーと均一に混練しペーストとし、これをス
クリーン印刷した後、この接合体を加熱炉に入れ、不活
性雰囲気又は真空度−１０−”Ｔｏｒｒ以下の雰囲気で
最高加熱温度７００〜９５０℃以内の温度で加熱時間３
分〜６０分間加熱した後、冷却して接合体を得る方法で
ある。

活性金属ろう材としては特に制限はないが、比較的低温
加熱で接合させることができる銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）
、チタン（Ｔ１）又は水素化チタン（ＴｉＨ）の混金物
系、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）１．チ
タン（Ｔｉ）又は水素化チタン（ＴｉＨ）の混合物系、
銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、チタン又は水素
化チタン（ＴｉＨ）の混合物系、銀（Ａｇ）、ニッケル
（Ｎ１）、チタン又は水素化チタンの混合物系及び銀（
Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニヤ（Ｚｒ）又は水素化ジ
ルコニヤの混合物系が挙げられるが、中でも銀、銅、チ
タン又は水素化チタンの混合物系、銀、銅、ニッケル、
チタン又は水素化チタンの混合物系が好ましい。

また本発明でいう「接合層３」とは、セラミックス板と
金属板との間に設定したセラミックス板と金属板とを接
合せる作用を有する層であって、具体的には、例えば、
前記直接接合方法においては、金属板の表面の酸化層と
ソルダーによる相互拡散層等の接合界面層であり、活性
金属方法ではろう材、メタライズ方法ではメタライズ層
がそれぞれ相当する。

本発明においては、接合層３を平面的に見た場合、少な
くとも接合層３のコーナー部４が曲線形状を有している
ことが重要な要件である。ここで、接合層３のコーナー
部４と同じように、セラミックス板１及び／又は金属板
２もコーナー部に曲線を有していても良い。このコーナ
ー部の曲線形状は、特に規制されるものではなく、いづ
れの曲線形状でも良いが、−数的に曲線形状を円弧と見
做し、この円弧の半径Ｒが０．２〜５．０ｍ／ｍ、好ま
しくは０．５〜３ｍ／ｍ、さらに好ましくは１〜２ｍ／
ｍである。

このようにして得られた接合体は、製造時もしくは使用
時にセラミックス板に発生するクラックや破壊を未然に
防止する効果が極めて犬であり、業界に寄与する所、多
大である。

以下実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は
、実施例にのみ限定されるべきものではないことは言う
までもない。

実施例Ａ（複合体の調整） 実施例−１ ＪＩＳ　Ｈ３１００、金属番号Ｃ１０２０で規定する無
酸素銅板（板厚０．３ｍ／ｍと０．３ｍ／ｍ、寸法４５
　Ｘ　３０ｍ／ｍ）をそれぞれ用意した。

セラミックス板として窒化アルミ板（板厚０．６３５ｍ
／ｍ、寸法４５　Ｘ　３０ｍ／ｍ）を用意し、両面に活
性金属粉混合ペースト（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ　：　７１．
５−２７．５−１　）をあらかじめパターンのコーナー
部に０．５ｍ／ｍのＲをつけたスクリーンを作成し、パ
ターン部のコーナーのＲが０．５ｍ／ｍになるように３
０μｍの厚さに印刷し、上記の銅板を窒化アルミ板の表
及び裏面にそれぞれ載置し、１ｋｇ／ｃｍ２の加圧の後
、１０　’Ｔｏｒｒの真空条件下、８５０℃×１０分間
加熱した。その後冷却して、接合体を得た。次いで、接
合体の表面の銅板の表面を研磨し、パターニング用レジ
ストを表面銅板の接着面積と裏面のそれの比が０．７と
なるようにスクリーン印刷し、熱硬化後、塩化第二銅水
溶液に浸漬エツチングし、苛性ソーダ水溶液によりレジ
ストを剥離し、パターンを形成した複合体を得、さらに
この複合体の銅板部を過硫酸アンモニウム水溶液に浸蝕
させ、後に水洗して、パターン処理した複合体を得た。

実施例−２ 実施例−１において、パターンのコーナー部のＲを１．
０ｍ／ｍとした以外、実施例−１と同様にして複合体を
得た。

実施例−３ 実施例−１において、パターンのコーナー部のＲを２．
０ｍ／ｍとした以外、実施例−１と同様にして複合体を
得た。

実施例−４ セラミックス板としてアルミナ板（板厚０．６３５ｍ／
ｍ、寸法４５　Ｘ　３０ｍ／ｍ）の表及び裏面にそれぞ
れ実施例−１で用意した無酸素銅板を載置し、これをあ
らかじめ窒素ガス雰囲気に調整されたトンネル式電熱焼
成炉に入れ、加熱スピード５０℃／分で昇温加熱し、最
高温度１０７３℃で３分間保持した。その後冷却して複
合体を得た。次いで実施例−１と同様にしてパターン処
理した複合体を得た。なお、コーナー部のＲはパターニ
ング用レジストを印刷するためのスクリーンにあらかじ
め施した。

比較例−１ 実施例−１において、活性金属粉混合ペースト印刷用ス
クリーンにパターンのコーナー部のＲをつけなかったこ
と以外、実施例−１と同様にして複合体を得た。

比較例−２ 実施例−４において、パターニング用レジストを印刷す
るためのスクリーンに、パターンのコーナー部のＲをつ
けなかったこと以外、実施例−４と同様にして複合体を
得た。

実施例Ｂ（複合体の評価） 実施例Ａで得られた複合体について、それぞれ２００枚
ずつ抽出して、その２００枚を１００枚ずつに分けて、
それぞれ以下のような評価試験を行い、その結果を表−
１に示した。

評価試験−１ あらかじめ窒素ガス雰囲気に調整されたトンネル式電熱
焼成炉に、複合体を入れ、加熱スピード４０℃／分で昇
温加熱し、最高温度４００℃で１０分間保持した後、３
０℃／分で冷却するという工程を１サイクルとし、１０
サイクルくり返し行った後、複合体を顕微鏡（２０倍）
で観察する。評価試験−２−４０℃×３０分→２５℃×
１０分→１２５℃×３０分を１サイクルとしたヒートサ
イクル試験を５０サイクル行った後、複合体を顕微鏡（
２０倍）で観察する。

表−１

【図面の簡単な説明】

第１〜２図は、本発明複合体の１例を示した概略図であ
り、第１図は接合体の側面図、第２図は平面図である。 ここで第２図の（ａ）は活性金属法におけるコーナー部
のＲの取り方の１例、（ｂ）は直接接合法におけるコー
ナー部のＲの取り方の１例を示している。 また、１はセラミックス板、２は金属板、３は接合層、
４は接合層のコーナー部及び５は金属板のコーナー部を
それぞれ示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス板と金属板の間に介在する接合層を平
   面的にみて、少なくとも前記接合層のコーナー部が曲線
   形状を有していることを特徴とする新規な接合体。 ２、該セラミックスが窒化アルミ（ＡｌＮ）である特許
   請求の範囲第１項記載の新規な接合体。 ３、該金属が銅（Ｃｕ）である特許請求の範囲第１項記
   載の新規な接合体。 ４、該銅（Ｃｕ）が無酸素銅である特許請求の範囲第３
   項記載の新規な接合体。 ５、該曲線の半径が０．２〜５ｍｍの範囲である特許請
   求の範囲第１項記載の新規な接合体。