JPH04501699A - 側面を金属被覆したセラミック基板 - 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】 側面を金属被覆したセラミック基板 背景技術 本発明は少なくとも一側面が金属被覆され、特に六方晶形結晶構造を有する材料 から成るセラミック基板に関する。六方晶形結晶構造を有する通常のセラミ、り 材料の一つはアルミナである。

少なくとも一方の側面、好ましくは両面を金属被覆したアルミナ基板は例えば電 源部品の熱シンクとして使用されている。自動車用火花点火機関に使用する点火 デバイスのような、一定の条件下で使用するためには、この金属被覆セラミック 基板は周期的温度変化に対する強い抵抗力が要求される。セラミック材料と金属 の膨張係数が異なるために、この熱周期はセラミック基板中に金属被覆表面に平 行した引張り応力と圧縮応力とを交互に発生させる。周期的温度変化に順応でき ない場合には、この温度周期によりセラミック基板は基板表面に平行に破損（貝 殻吠の破損）する。セラミック材料と金属との膨張係数の差異が大きい程この危 険性は増加し、例えば銅のような高い導電性を有する金属を、異種金属または金 属合金から成る中間層なしに直接基板に接触させた場合に該危険性が大きい。は んだ合金のような延性が大きい金属から成る中間層を使用すると熱的に誘起され る応力の一部が相殺される。

この発明の目的は、前記のような周期的温度変化に対するセラミック基板の抵抗 性を改良することにある。

発　明　の　要　約 この発明の目的は、請求の範囲第１項に記載の特徴を有する六方晶形結晶構造の 材料から成るセラミック基板の提供により達成される。

本発明者らは、薄いセラミック基板は製法に起因する”ざらざら”した幾何学的 組織（以下、組織と呼称）を多少とも明白な程度で保有していること、また少な くとも一側面、できれば両側が金属被覆されたセラミック基板の周期的温度変化 に対する抵抗性は、セラミック材料中の組織の量が少ない程強いことを見い出し た。材料が組織を全く有しない場合、すなわち構造が完全にランダム配列である 場合には、周期的温度変化に対する低抗力が最高になる。この発明の教示に従っ て業界ではセラミック基板の選択基準を確立するに至っている。例えばアルミナ や窒化アルミニウムのような六方晶形結晶構造のセラミック材料を採用する場合 には、このセラミ、り材料は００６−極図形における組織の相対的な量が４．５ 以下、好ましくは３以下でなければならない。周期的・温度変化に対する抵抗性 については、技術的に可能な限り組織の量が少ないセラミック基板を選択するこ とにより最善の改良結果が期待できる。理想的には該組織が皆無であるようなセ ラミック基板の選択により最良の結果が得られる。

組織を分析してこれを数値で表示する方法は公知である。■、−Ｊ、　Ｂｕｎｇ ｅにょる「スリー〇ディメンジｅナル・テキスチャー・アナリシスＪ　（Ｔｈｒ ｅｅ　ｄｌｍｅｎｔｌｏｎａｌｔｅｘｔｕｒｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ）と題する　 Ｉｎｔｅｒｎａｔｌｏｎａｌ　ＭａｔｅｒｌａｌＲｅｖｉｅｗｓ、　１９８７． 第３２巻、第６号、２ｆｉ５−２９１頁への寄稿がある。該組織分析を理解する ために次の短評が参考になる。

材料を構成する結晶が、もしランダム配列ではなしに方位配列をしている場合、 該材料は結晶組織を有するとする。試料材料中の晶子の配向は、晶子の結晶軸の 座標系を試料の座標系と一致させるために移動させるに要する回転ｇ　により決 まる。もし試料が本発明のような基板である場合には、基板の適切に選択し″た 座標系は該基板の縦方向、横方向および垂直方向から構成され、回転ｇ　は三ツ の角、好ましくは三ツのＥｕ１ｅｒ角　１！ｒ１、Φ、ζ２によって決まる。こ の場合、これらの結晶配向（Ｗ８、Φ、ζ２）に関しては晶子の度数分布（配向 分布関数（ＯＤＦ））として定義される。該組織の測定は主としてＸ−線回折を 使用して行ない、選択した個々の結晶方向の角度の空間的な分布を測定する。該 角度分布を極図形と呼ぶ。単一極図形のみでは組織の状況を完全に表示したこと にはならない。単一極図形は三つの配向パラメーターの内の二つだけで決まるか らである；この場合の極図形は晶子の空間（３次元的）度数分布または結晶配向 の単なる２次元的射影に過ぎない。試料の結晶配向の空間的（３次元的）度数分 布、すなわち完全配向分布関数（ＯＤＦ）は、度数の一連の異なった２次元的射 影、すなわち一連の異なった極図形から計算できる。

この計算は数学的な種図形反転手法により行なうことができる。

所望の極図形はいずれも、この配向分布関数から計算できるが、その中にはＸ− 線回折図における随伴反射の程度か弱すぎるために測定困難か、または全く測定 できない極図形も包含される。この発明は六方晶形結晶構造ををする材料に関す るものであり、ベース反射、すなわちミラー指数（ｏｏｅ）で示される結晶格子 面については特にそうである。このために基底種図形とも呼ばれる（００Ｂ）− 極図形は放射線透過写真法でも測定できるが、また測定可能な他の極図形、特に 六ツの極図形（０１２）、（１０４）、（１，１０）、（１１３）、（１１Ｇ） および（０２４）からの配向分布関数（ＯＤＦ）の分析により計算してめること もできる。この点で上記のＨ，−Ｊ、　Ｂｕｎｇｅによる発表論文との関連が注 目される。

本発明の場合、該組織は六方晶形結晶構造を有する材料中の晶子の六方晶基底面 の配向に関連がある。すなわち、この結晶基底面は基板表面に方位的に平行にな ることが判明しているからである。このために本発明の場合では、組織の量は（ ｏｏｅ）−極図形における晶子の度数分布の最大値における相対強度として示し 、かつこれを組織の相対的な量として記載する。度数分布の最大値における強度 はランダム配向の場合に得られる強度の倍数として表わされるからである。この ために（００Ｂ）一種図形から分かる組織の相対的な量は、晶子の（ＯＯＧ）− 基底面が配向分布の最大値においてランダム配向材料、すなわち組織を含まない 材料の場合よりも一層頻繁に見い出されるための因子を示している。図面で表示 する場合には、組織の量はステレオ射影できる。かかる球面射影では、ある一つ の結晶面の位置は（このものは所望により任意に選択できるが）表示される変数 である。本発明の場合は六方晶基底面である。しかし球面射影では、選択した結 晶面はそのようには表示されずに、い゛わゆる”面の極（ｆａｃｅ　ｐｏｌｅ） ”と呼称されるこれらの法線で表わされる。表示のために、配向について調べよ うとする各晶子が一つの球の中心に配設されたものとし、配位の程度を検出する ための基準となる結晶面の該法線（面の極）を球の赤道面中に表示し、この法線 と球表面との交点を球の南極と結ぶようにする。この種図形は基板の全ての晶子 の選択結晶面（本発明の場合、六方晶形基底面）の法線（面の極）の影像から構 成される。この種図形から接面の極の配位の方位方向が分かるが、これは該種図 形を構成する諸点の密度または度数が該基板に特有な、ある一点において最大値 を示すからである。組織の相対的な量に対応する数値は次のようにして得られる 。すなわち、種図形で見い出された最大値および該最大値の位置における強度（ 表示される”面の極”の諸点の密度および／または度数は該強度に対する一つの 度量であるが）を、同一組成で組織を持たない基板の対応”面の極”の表示によ り予め決められている諸点の密度および／または度数と、赤道面の同位置におい て比較することにより得られる；換言すれば組織の相対的な量は一つの材料の組 織を示し、かつ組織の量は１に等しくなるように晶子の全ランダム分布に対して 正規化される。

発明者らは、六方晶形結晶構造を有する材料から成るセラミック基板の周期的温 度変化に対する抵抗性は、組織の相対的な量が予め設定された限度を超えない限 り実質的に改善できることを見い出した。

図　面　の　簡　単　な　説　明 添付図面はセラミック基板が破損するまでの温度変化サイクル数と組織の相対的 な量との関係を示す説明４図ある。

実　施　例 周期的温度変化に対する抵抗性と組織の相対的な量との関係を、以下の実施例で 実験結果と共に述べる。

次の寸法を有するアルミナセラミック基板を、長さ　２３．２　ｒａ鵬 幅　１３．２　ｒｓ■ 厚さ　０．６３５　ｉｖ いわゆる「ダイレクト・ボンド」法（Ｄｉｒｅｃｔ　ｂｏｎｄｉｎｇ）により次 の寸法 長さ　２１．Ｏｍ票 幅　１１．０　腸− 厚さ　ＯＪ５　ａｍ を有する銅板で被覆した。

一連の試験片に、−４０および＋１１０℃間の周期１的温度変化を与えた。各周 期中で試験片を高温で４０分、低温で４０分保持し９次いで低温および高温で各 １０秒以下で保持できるように再配置した。各セラミック基板が破損するまでに 要した各試験片に対する温度周期の回数を測定した。セラミックの破損が起きる までに要した温度層・期の観測数を、セラミック基板の組織の相対的な量と関連 させた。ここでの組織の相対的な量は予め（００１１ｉ）−極・図２形（アルミ ナセラミック基板の場合には同心円）から決めておいた。この結果を第１図に示 した。

周期的温度変化に対する抵抗性は組織の相対的な量が低減するにつれて増加し、 この増加は組織の相対的な量が４．５以下では特に著しく１３．５の場合には明 白な組織を有する基板の抵抗性に較べて４倍にも達することが明らかになった（ 組織の相対的な量が８．７５の試料１参照）。

第１図における試料１および２は組織の相対的な量がそれぞれ９．７５および５ ．０５であり、ホイル鋳造法により製作したアルミナから成る。この方法では、 アルミナ粉の水性スラリーを移動ベルト上に注ぎ、加熱・乾燥して密着ストリッ プを形成させた。このストリップから基板を抜取り、積み重ね、秤量および焼結 して固形状の基板を製作した。

第１図の試料３および５は、圧縮ロール法で作った。アルミナ粉をバインダーと 混合し、次いで噴霧乾燥し、乾燥粉末をロールミルのロールニップ中に導入シて ストリップを形成させた。このストリップから基板を抜取り、積み上げて、秤量 し焼結した。

試験結果によれば、圧縮ロール法が本発明の目的には最適であった。本発明の目 的に適合する他の方法は、アルミナ粉およびバインダーを混合・乾燥し、できれ ば噴霧乾燥し、乾燥粉を圧縮成形金型中に仕込み、その中で基板ブランクを形成 させ、次いで焼結して強固にする方法である。

本発明は、六方晶形結晶構造材料からのセラミック基板だけに適用できるのでは なく、立方晶形構造の酸化ベリリウムから成る基板にも適用できる。

第１図 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成２年１０月２９日′１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．六方品形結晶構造を有する材料から成り、少なくとも一つの側面が金属被覆 されたセラミック基板であって、（００６）−極図形におけるセラミックの相対 的な量が５以下であることを特徴とするセラミック基板。
2. ２．請求の範囲第１項のセラミック基板であって、該セラミック材料がアルミナ であり、（００６）−極図形における相対的な組織の量が４．５以下、好ましく は３．５以下であるようなセラミック基板。
3. ３．セラミックの組織が技術的に可能な限り低いことを特徴とする、少なくとも 一側面を金属で被覆して成るセラミック基板。