JPH0424312B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0424312B2 JPH0424312B2 JP57112402A JP11240282A JPH0424312B2 JP H0424312 B2 JPH0424312 B2 JP H0424312B2 JP 57112402 A JP57112402 A JP 57112402A JP 11240282 A JP11240282 A JP 11240282A JP H0424312 B2 JPH0424312 B2 JP H0424312B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- oxide
- ceramic member
- oxygen
- ceramic
- Prior art date
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
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、セラミツク部材に金属を直接接合す
る方法に関する。
る方法に関する。
（従来の技術とその課題）
従来よりアルミナ等のセラミツク部材に金属を
接合する方法としては、例えばセラミツク部材表
面にモリブデンペーストを焼付けてメタライズ処
理を施した後、ニツケルメツキを行なつて金属を
ろう付けする方法がとられている。この方法はセ
ラミツクが酸化物の場合に適用されるが、セラミ
ツクが酸化物以外、例えば窒化物の場合は金属と
セラミツク部材の一方を凸状、地方を凹状にして
焼きばめすることにより行われている。これらの
方法のうち前者の方法では、作業工程が複雑なう
え少なくとも２回の熱処理が必要であるという難
点があり、後者の方法で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つた。
接合する方法としては、例えばセラミツク部材表
面にモリブデンペーストを焼付けてメタライズ処
理を施した後、ニツケルメツキを行なつて金属を
ろう付けする方法がとられている。この方法はセ
ラミツクが酸化物の場合に適用されるが、セラミ
ツクが酸化物以外、例えば窒化物の場合は金属と
セラミツク部材の一方を凸状、地方を凹状にして
焼きばめすることにより行われている。これらの
方法のうち前者の方法では、作業工程が複雑なう
え少なくとも２回の熱処理が必要であるという難
点があり、後者の方法で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つた。
このような難点を解消するため、近年、セラミ
ツク部材に金属を直接接合させる方法が検討され
ており、例えばセラミツク部材に金属を接触させ
て酸素等の結合剤を含むガス雰囲気中で加熱する
方法、酸素等の結合剤で金属を表面処理し、これ
をセラミツク部材に接触させて不活性ガス雰囲気
中で加熱する方法等が知られている。
ツク部材に金属を直接接合させる方法が検討され
ており、例えばセラミツク部材に金属を接触させ
て酸素等の結合剤を含むガス雰囲気中で加熱する
方法、酸素等の結合剤で金属を表面処理し、これ
をセラミツク部材に接触させて不活性ガス雰囲気
中で加熱する方法等が知られている。
しかしながら、これらの方法なセラミツク部材
としてAl2O3等の酸化物系セラミツクを対象とし
ており、セラミツク部材が結合剤をまつたく含ま
ないか、あるいはわずかしか含まない非酸化物系
セラミツクで形成されている場合は、金属との接
合が非常に困難になるという難点があつた。すな
わち、原理的には金属表面のセラミツク部材との
接触面に酸素を含有しておりこの酸素を含む金属
酸化物と金属とが共晶合金を形成して直接接合が
可能であるが、結合剤が酸素の場合でセラミツク
が窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等
の非酸化物系セラミツクでは接合が実際には困難
になるのである。
としてAl2O3等の酸化物系セラミツクを対象とし
ており、セラミツク部材が結合剤をまつたく含ま
ないか、あるいはわずかしか含まない非酸化物系
セラミツクで形成されている場合は、金属との接
合が非常に困難になるという難点があつた。すな
わち、原理的には金属表面のセラミツク部材との
接触面に酸素を含有しておりこの酸素を含む金属
酸化物と金属とが共晶合金を形成して直接接合が
可能であるが、結合剤が酸素の場合でセラミツク
が窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等
の非酸化物系セラミツクでは接合が実際には困難
になるのである。
この考えられる原因としては、セラミツク部材
と金属との界面に生成される金属と金属酸化物と
の共晶が非酸化物系セラミツク部材に対しては濡
れ性が悪いことおよびセラミツク部材中の酸素が
何らかの形で金属と安定な化合物を生成するうえ
で寄与をしていることがあげられる。
と金属との界面に生成される金属と金属酸化物と
の共晶が非酸化物系セラミツク部材に対しては濡
れ性が悪いことおよびセラミツク部材中の酸素が
何らかの形で金属と安定な化合物を生成するうえ
で寄与をしていることがあげられる。
本発明者らは、このような問題に対処して鋭意
研究を進めた結果、セラミツク部材を酸化処理し
て表面に20μｍ以下の酸化層を形成させることに
より、酸素等の結合剤をほとんど含有しない非酸
化物系セラミツク部材であつても金属と直接接合
することが可能であることを見出した。
研究を進めた結果、セラミツク部材を酸化処理し
て表面に20μｍ以下の酸化層を形成させることに
より、酸素等の結合剤をほとんど含有しない非酸
化物系セラミツク部材であつても金属と直接接合
することが可能であることを見出した。
本発明はこのような知見に基づいてなされたも
ので、セラミツク部材が酸化等の結合剤をほとん
ど含まない非酸化物系セラミツク部材であつて
も、金属と直接接合することのできるセラミツク
部材と金属との接合方法を提供することを目的と
する。
ので、セラミツク部材が酸化等の結合剤をほとん
ど含まない非酸化物系セラミツク部材であつて
も、金属と直接接合することのできるセラミツク
部材と金属との接合方法を提供することを目的と
する。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
すなわち本発明のセラミツク部材と金属との接
続方法は、非酸化物系セラミツク部材を酸化処理
してその表面に20μｍ以下の酸化層を形成した
後、この層に少なくとも接触面が酸素を含有する
金属を接触させて、前記金属の触点以下でかつ前
記金属と金属酸化物との共晶合金の共晶温度以上
の温度に加熱することを特徴としている。
続方法は、非酸化物系セラミツク部材を酸化処理
してその表面に20μｍ以下の酸化層を形成した
後、この層に少なくとも接触面が酸素を含有する
金属を接触させて、前記金属の触点以下でかつ前
記金属と金属酸化物との共晶合金の共晶温度以上
の温度に加熱することを特徴としている。
本発明に適用されるセラミツク部材としては、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の
窒化物、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物また
はホウ化ランタン等のホウ化物等の非酸化物系セ
ラミツクであり、これらには酸化イツトリウム等
の焼結助剤等が含まれていてもよい。
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の
窒化物、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物また
はホウ化ランタン等のホウ化物等の非酸化物系セ
ラミツクであり、これらには酸化イツトリウム等
の焼結助剤等が含まれていてもよい。
本発明方法は非酸化物系セラミツク部材内に結
合剤成分を含有しなか、あるいはわすがしか含有
しない場合に特に効果的である。
合剤成分を含有しなか、あるいはわすがしか含有
しない場合に特に効果的である。
本発明に使用する結合剤としての酸素は、金属
酸化物を形成し、金属との間に共晶合金を生成す
るものである。金属が銅、鉄、クロムの場合は、
特に結合剤としては酸素が適している。
酸化物を形成し、金属との間に共晶合金を生成す
るものである。金属が銅、鉄、クロムの場合は、
特に結合剤としては酸素が適している。
本発明に適用される金属としては、銅、鉄、ク
ロム、ニツケル、モリブテン銀、コバルト、アル
ミニウム等の単体、合金あるいは混合物があげら
れ、その形状は柱状、板状等の有形状のもののほ
か箔状、粒状であつてもよい。
ロム、ニツケル、モリブテン銀、コバルト、アル
ミニウム等の単体、合金あるいは混合物があげら
れ、その形状は柱状、板状等の有形状のもののほ
か箔状、粒状であつてもよい。
本発明においては、金属中に結合剤として酸素
を100〜2000ppm含有する金属の使用が好ましく、
その理由は接合がより容易になることによる。例
えば金属が銅で結合剤が酸素の場合は銅として、
タフピツチ電解銅を使用したほうが好ましい。あ
るいは金属をあらかじめ酸化処理し、表面に200
〜5000Åの酸化層を形成したものを使用すれば同
様に接合が容易になる。
を100〜2000ppm含有する金属の使用が好ましく、
その理由は接合がより容易になることによる。例
えば金属が銅で結合剤が酸素の場合は銅として、
タフピツチ電解銅を使用したほうが好ましい。あ
るいは金属をあらかじめ酸化処理し、表面に200
〜5000Åの酸化層を形成したものを使用すれば同
様に接合が容易になる。
本発明方法は、まず非酸化物系セラミツク部材
表面に結合剤として酸素を含有する層が20μｍ以
下の厚さで形成されるようセラミツク部材を酸化
処理する。これは、例えばセラミツク部材が窒化
物で結合剤が酸素の場合、セラミツク部材を空気
中で1000〜1400℃に加熱、あるいはウエツトフオ
ーミングガス（H2＋N2）中で1250〜1500℃に加
熱して酸化処理を行うことにより容易になされ
る。この温度より低いと接合に必要な酸化層が形
成されず、この温度より高いと酸化層が分離して
剥離してしまう。なお、空気中での加熱は低温で
結合剤層（酸化層）を形成することができ、フエ
ーミングガス中での加熱は緻密な結合剤層（酸素
層）が形成されるという利点がある。この酸化層
は、実用的には20μｍ程度迄、好ましく10μｍ以
下がよい。結合剤層の効果は、0.001μｍ程度から
現れる。
表面に結合剤として酸素を含有する層が20μｍ以
下の厚さで形成されるようセラミツク部材を酸化
処理する。これは、例えばセラミツク部材が窒化
物で結合剤が酸素の場合、セラミツク部材を空気
中で1000〜1400℃に加熱、あるいはウエツトフオ
ーミングガス（H2＋N2）中で1250〜1500℃に加
熱して酸化処理を行うことにより容易になされ
る。この温度より低いと接合に必要な酸化層が形
成されず、この温度より高いと酸化層が分離して
剥離してしまう。なお、空気中での加熱は低温で
結合剤層（酸化層）を形成することができ、フエ
ーミングガス中での加熱は緻密な結合剤層（酸素
層）が形成されるという利点がある。この酸化層
は、実用的には20μｍ程度迄、好ましく10μｍ以
下がよい。結合剤層の効果は、0.001μｍ程度から
現れる。
次に、非酸化物系セラミツク部材の酸化処理さ
れた面を接触配置させて加熱する。加熱温度は、
金属の触点以下でかつ金属と金属酸化物との共晶
合金の共晶温度以上が適している。例えば金属が
銅で結合剤が酸素の場合は、銅の融点（1083℃）
以下、銅−酸化銅の共晶温度（1065℃）以上であ
る。加熱に際しては金属として酸素を含有するも
のあるいは酸化処理したものを使用した場合は、
金属、酸素、セラミツク部材に対して不活性ガス
雰囲気中、例えば窒素ガス雰囲気中で加熱するの
が好ましい。
れた面を接触配置させて加熱する。加熱温度は、
金属の触点以下でかつ金属と金属酸化物との共晶
合金の共晶温度以上が適している。例えば金属が
銅で結合剤が酸素の場合は、銅の融点（1083℃）
以下、銅−酸化銅の共晶温度（1065℃）以上であ
る。加熱に際しては金属として酸素を含有するも
のあるいは酸化処理したものを使用した場合は、
金属、酸素、セラミツク部材に対して不活性ガス
雰囲気中、例えば窒素ガス雰囲気中で加熱するの
が好ましい。
（作 用）
本発明においては、酸素を含まないか、あるい
はほとんど含まない非酸化物系セラミツク部材に
対して、予め酸化処理を施しその表面に20μｍ以
下の酸化層を形成している。そして、この酸化層
上に少なくとも接触面に酸素を含有する金属を接
触配置し、金属の融点以下でかつ金属と金属酸化
物との共晶合金の共晶温度以上の温度に加熱する
ことによつて、非酸化物系セラミツク部材と金属
との間に、これらの接合に充分な共晶液相を形成
し、これによつて非酸化物系セラミツク部材と金
属とを容易に直接接合することを可能にしてい
る。
はほとんど含まない非酸化物系セラミツク部材に
対して、予め酸化処理を施しその表面に20μｍ以
下の酸化層を形成している。そして、この酸化層
上に少なくとも接触面に酸素を含有する金属を接
触配置し、金属の融点以下でかつ金属と金属酸化
物との共晶合金の共晶温度以上の温度に加熱する
ことによつて、非酸化物系セラミツク部材と金属
との間に、これらの接合に充分な共晶液相を形成
し、これによつて非酸化物系セラミツク部材と金
属とを容易に直接接合することを可能にしてい
る。
（実施例）
次に、発明の実施例について説明する。
実施例
焼結助剤として酸化イツトリウムと酸化アルミ
ニウムとを４重量％含有する窒化ケイ素で形成さ
れた30mm×30mm×２mmの板状セラミツク部材を空
気中で1150℃の温度で１時間加熱を行なつた。セ
ラミツク部材の表面はやや白くなつていた。この
セラミツク部材の上面に10mm×50mm×0.3mmのタ
フピツチ電解銅からなる板状金属を接触させて窒
素ガス雰囲気中で1075℃で加熱した。ほぼ室温ま
で冷却して接合状態を調べたところ強固な接合が
得られていた。
ニウムとを４重量％含有する窒化ケイ素で形成さ
れた30mm×30mm×２mmの板状セラミツク部材を空
気中で1150℃の温度で１時間加熱を行なつた。セ
ラミツク部材の表面はやや白くなつていた。この
セラミツク部材の上面に10mm×50mm×0.3mmのタ
フピツチ電解銅からなる板状金属を接触させて窒
素ガス雰囲気中で1075℃で加熱した。ほぼ室温ま
で冷却して接合状態を調べたところ強固な接合が
得られていた。
比較例 １
実施例において非酸化物系セラミツク部材の加
熱温度の1150℃を1500℃に上げた以外は同様にし
て熱処理した後タフピツチ電解銅と接合されたと
ころ、セラミツク部材の表面層部分で剥れが生じ
た。これはセラミツク部材の酸化処理温度が高す
ぎて酸化層として分離したためであると考えられ
る。
熱温度の1150℃を1500℃に上げた以外は同様にし
て熱処理した後タフピツチ電解銅と接合されたと
ころ、セラミツク部材の表面層部分で剥れが生じ
た。これはセラミツク部材の酸化処理温度が高す
ぎて酸化層として分離したためであると考えられ
る。
比較例 ２
実施例で使用した非酸化物系セラミツク部材を
空気中で加熱しないでそのままタフピツチ電解銅
と接触し、加熱したところは接合は不充分であつ
た。
空気中で加熱しないでそのままタフピツチ電解銅
と接触し、加熱したところは接合は不充分であつ
た。
［発明の効果］
以上説明したように本発明方法によれば、結合
剤を含有しない非酸化物系セラミツク部材であつ
ても簡便に金属と直接結合することができ、半導
体マウント基板や電子管外囲器、整流素子外囲器
等の製造に有効である。
剤を含有しない非酸化物系セラミツク部材であつ
ても簡便に金属と直接結合することができ、半導
体マウント基板や電子管外囲器、整流素子外囲器
等の製造に有効である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 非酸化物系セラミツク部材を酸化処理してそ
の表面に20μｍ以下の酸化層を形成した後、この
酸化層に少なくとも接触面に酸素を含有する金属
を接触させて、前記金属の融点以下でかつ前記金
属と金属酸化物との共晶合金の共晶温度以上の温
度に加熱することを特徴とするセラミツク部材と
金属との接合方法。 ２ 加熱は不活性ガス雰囲気中で行なわれる特許
請求の範囲第１項記載のセラミツク部材と金属と
の接合方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57112402A JPS593077A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | セラミツク部材と金属との接合方法 |
| DE8383106245T DE3376829D1 (en) | 1982-06-29 | 1983-06-27 | Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same |
| EP83106245A EP0097944B1 (en) | 1982-06-29 | 1983-06-27 | Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same |
| US06/697,874 US4693409A (en) | 1982-06-29 | 1985-02-04 | Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same |
| US07/041,335 US4849292A (en) | 1982-06-29 | 1987-04-22 | Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57112402A JPS593077A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | セラミツク部材と金属との接合方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1325714A Division JPH02199075A (ja) | 1989-12-15 | 1989-12-15 | セラミックス―金属接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS593077A JPS593077A (ja) | 1984-01-09 |
| JPH0424312B2 true JPH0424312B2 (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=14585753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57112402A Granted JPS593077A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | セラミツク部材と金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS593077A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190279A (ja) * | 1983-04-13 | 1984-10-29 | 株式会社東芝 | セラミツクス構造体及びその製造方法 |
| JPS60171277A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-09-04 | 株式会社東芝 | 金属−セラミツクス接合体 |
| JPS6132752A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | 松下電工株式会社 | セラミツクス回路板の製法 |
| JPS61291463A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク工具用材料 |
| JP3011433B2 (ja) * | 1990-05-25 | 2000-02-21 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板の製造方法 |
| US5863113A (en) * | 1993-06-22 | 1999-01-26 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Plane light source unit |
| JP2764711B2 (ja) * | 1996-07-10 | 1998-06-11 | 株式会社オーデン | 空気清浄機 |
| JP2001168250A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体用絶縁基板およびそれを用いた半導体装置並びに該基板の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 | ||
| US4129243A (en) * | 1975-07-30 | 1978-12-12 | General Electric Company | Double side cooled, pressure mounted semiconductor package and process for the manufacture thereof |
| JPS58145669A (ja) * | 1982-02-18 | 1983-08-30 | 株式会社明電舎 | セラミツクスと銅の接合方法 |
-
1982
- 1982-06-29 JP JP57112402A patent/JPS593077A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS593077A (ja) | 1984-01-09 |
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