JPH0574552B2 - - Google Patents
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- JPH0574552B2 JPH0574552B2 JP63165816A JP16581688A JPH0574552B2 JP H0574552 B2 JPH0574552 B2 JP H0574552B2 JP 63165816 A JP63165816 A JP 63165816A JP 16581688 A JP16581688 A JP 16581688A JP H0574552 B2 JPH0574552 B2 JP H0574552B2
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は金属とセラミツクの接合方法及び該方
法に使用する接合材に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for joining metal and ceramic, and a joining material used in the method.
[従来の技術]
従来、金属とセラミツクの活性金属接合におい
ては、ろう材としてTi−Cuの共晶合金やAg−Cu
合金にTi,Zr,Vなどを数重量%含ませたもの
が使用されている。[Conventional technology] Conventionally, Ti-Cu eutectic alloys and Ag-Cu alloys have been used as brazing materials in active metal bonding between metals and ceramics.
An alloy containing several weight percent of Ti, Zr, V, etc. is used.
例えば特開昭61−178476号公報には、チタンと
銅箔を積層したり、銅粉末混合したろう材を金属
とセラミツクとの間に介在させて真空中で約900
℃に加熱して接合する方法が開示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 178476/1983, titanium and copper foil are laminated, or a brazing filler metal mixed with copper powder is interposed between the metal and ceramic, and approximately 900
A method of bonding by heating to .degree. C. is disclosed.
また、特開昭61−123499号公報にはAlNやSi3
N4などの窒化物セラミツクと銅や鉄とを10重量
%以下のVを含むAg−Cu合金ろう材によつて接
合する方法が開示されている。 In addition, Japanese Patent Application Laid-open No. 123499/1983 describes AlN and Si 3
A method of bonding a nitride ceramic such as N 4 to copper or iron using an Ag--Cu alloy brazing filler metal containing 10% by weight or less of V is disclosed.
活性金属は酸素、窒素、炭素との化学的親和力
が強いので、これを含む合金の融体はセラミツク
との濡れ性がよい。しかし、これらの合金は展延
性に乏しいために急冷凝固法などの特殊な方法を
使用しなければ箔状のろう材を作製することが難
しい。そこで、上述のように合金を粉砕して粉末
状にしたり、蒸着法などの薄膜形成法によつて活
性金属膜をろう材表面やセラミツク表面に被着さ
せる方法が採られている。 Since active metals have strong chemical affinities with oxygen, nitrogen, and carbon, melts of alloys containing them have good wettability with ceramics. However, since these alloys have poor malleability, it is difficult to produce foil-shaped brazing filler metals without using special methods such as rapid solidification. Therefore, as described above, methods have been adopted in which an active metal film is applied to the surface of the brazing material or ceramic by pulverizing the alloy into powder or by using a thin film forming method such as vapor deposition.
更に、特開昭62−72472号公報には、セラミツ
ク表面にはTiまたはZr粉末をバインダーと混合
したペーストを塗布した上に銀ろう材粉末を配置
して加熱溶融させる金属とセラミツクの接合方法
が開示されている。 Furthermore, JP-A-62-72472 discloses a method for joining metal and ceramic, in which a paste of Ti or Zr powder mixed with a binder is applied to the ceramic surface, and then silver brazing powder is placed and melted by heating. Disclosed.
活性金属法以外の金属−セラミツク接合法とし
てはメタライズ法が最も広く用いられている。こ
の方法はセラミツク表面にMn−Mo合金やW合
金をメタライズし、その上にNiめつきを行い、
このNiめつき層を金属とろう付け法で接合する
ものであり、酸化物系セラミツクと金属の接合に
良く利用されている。この場合のろう付けの方法
には銀ろうやハンダなど種々の方法がある。 The metallization method is the most widely used metal-ceramic bonding method other than the active metal method. This method involves metallizing Mn-Mo alloy or W alloy on the ceramic surface, and then plating Ni on top of it.
This Ni plating layer is bonded to metal by brazing, and is often used to bond oxide ceramics and metals. In this case, there are various brazing methods such as silver soldering and soldering.
金属−セラミツク接合において、接合温度は重
要な意味を持つており、温度が高いと接合の熱応
力が大きくなつてセラミツクの割れなどの問題を
引き起こす。従つて、接合温度は極力低い方が良
い。 In metal-ceramic bonding, the bonding temperature has an important meaning; if the temperature is high, the thermal stress of the bond increases, causing problems such as cracking of the ceramic. Therefore, it is better to keep the bonding temperature as low as possible.
[発明が解決しようとする課題]
しかし、従来の活性金属接合法では酸化を防止
するために10-5トール以下の高真空中もしくは完
全な不活性雰囲気中で接合を行わなければならな
かつた。また、銀含有量の高い銀ろうは高価であ
り、コストが高くなる。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional active metal bonding method, bonding must be performed in a high vacuum of 10 -5 Torr or less or in a completely inert atmosphere to prevent oxidation. Furthermore, silver solder with a high silver content is expensive, increasing the cost.
また、メタライズ法では、工程も多く、経済的
に問題がある上に、品質的にもメタライズ面の接
合強度の点での改良の余地がある。 Furthermore, the metallization method involves many steps, which is economically problematic, and there is also room for improvement in terms of quality and bonding strength of the metallized surfaces.
従つて、本発明の第1の目的は金属−セラミツ
ク接合用の安価で、低真空中で使用可能であり且
つ熱応力の発生の少ない活性金属接合材を提供す
ることにあり、第2の目的はこの活性金属接合材
を利用する金属−セラミツク接合法を提供するこ
とにある。 Therefore, the first object of the present invention is to provide an active metal bonding material for metal-ceramic bonding that is inexpensive, can be used in low vacuum, and generates less thermal stress; The object of the present invention is to provide a metal-ceramic bonding method using this active metal bonding material.
[課題を解決するための手段]
即ち、本発明は下記に記載する金属とセラミツ
クの接合方法及び接合材を包含する:
5〜20重量%のチタン、及び残部が錫、鉛、
銀及びビスマスからなる群から選択された2種
以上の成分よりなり、且つ銀の含量が3.5重量
%以下である金属−セラミツク接合用ろう材;
に記載した金属−セラミツク接合用ろう材
85〜95重畳部及び有機フラツクス5〜15重量部
よりなる金属−セラミツク接合用ペースト;
金属とセラミツクの接合方法において、に
記載した金属−セラミツク接合用ろう材または
に記載した金属−セラミツク接合用ペースト
を金属とセラミツクの中間に介在させ、0.5ト
ール以下の減圧下でろう材またはペーストの融
点以上に加熱して前記金属とセラミツクを接合
することを特徴とする金属とセラミツクの接合
方法;
金属とセラミツクの接合方法において、に
記載した金属−セラミツク接合用ろう材または
に記載した金属−セラミツク接合用ペースト
を金属とセラミツクの中間に介在させ、0.5ト
ール以下の減圧状態に対応する酸素または窒素
分圧の不活性雰囲気中でろう材またはペースト
の融点以上に加熱して前記金属とセラミツクを
接合することを特徴とする金属とセラミツクの
接合方法;
金属とセラミツクの接合方法において、セラ
ミツクの接合面に金属チタン換算量で5〜20重
量%のチタンまたはチタン水素化物を被覆し、
セラミツクの該被覆面と金属の中間に金属チタ
ン換算量のチタンまたはチタン水素化物とろう
材の合計量の80〜95重量%の錫、鉛、銀及びビ
スマスからなる群から選択された2種以上の成
分よりなり、銀の含量がろう材換算量で3.5重
量%以下である金属−セラミツク接合用ろう材
または該金属セラミツク接合用ろう材85〜95重
量部及び有機フラツクス5〜15重量部よりなる
金属−セラミツク接合用ペーストを介在させ、
0.5トール以下の減圧下でチタンとろう材また
はペーストの反応温度以上に加熱して前記金属
とセラミツクを接合することを特徴とする金属
とセラミツクの接合方法;
金属とセラミツクの接合方法において、セラ
ミツクの接合面に金属チタン換算量で5〜20重
量%のチタンまたはチタン水素化物を被覆し、
セラミツクの該被覆面と金属の中間に金属チタ
ン換算量のチタンまたはチタン水素化物とろう
材の合計量の80〜95重量%の錫、鉛、銀及びビ
スマスからなる群から選択された2種以上の成
分よりなり、且つ銀の含量がろう材換算量で
3.5重量%以下である金属−セラミツク接合用
ろう材または該金属−セラミツク接合用ろう材
85〜95重量部及び有機フラツクス5〜15重量部
よりなる金属−セラミツク接合用ペーストを介
在させ、0.5トール以下の減圧状態に対応する
酸素または窒素分圧の不活性雰囲気中でチタン
とろう材またはペーストの反応温度以上に加熱
して前記金属とセラミツクを接合することを特
徴とする金属とセラミツクの接合方法。[Means for Solving the Problems] That is, the present invention includes a method for joining metal and ceramic and a joining material described below: 5 to 20% by weight of titanium, and the balance being tin, lead,
A brazing material for metal-ceramic bonding, which is composed of two or more components selected from the group consisting of silver and bismuth, and has a silver content of 3.5% by weight or less;
Paste for metal-ceramic bonding consisting of 85 to 95 parts of overlap and 5 to 15 parts by weight of organic flux; In the method for bonding metal and ceramic, the brazing material for metal-ceramic bonding described in , or the paste for metal-ceramic bonding described in . A method for joining metal and ceramic, characterized in that the metal and ceramic are joined by interposing the metal and the ceramic between the metal and the ceramic, and heating the metal to the ceramic above the melting point of the brazing filler metal or paste under a reduced pressure of 0.5 torr or less; In the bonding method, the brazing material for metal-ceramic bonding described in 2 or the paste for metal-ceramic bonding described in 2 is interposed between the metal and the ceramic, and the partial pressure of oxygen or nitrogen corresponding to a reduced pressure of 0.5 Torr or less is applied. A method for joining metal and ceramic, characterized in that the metal and ceramic are joined by heating above the melting point of the brazing filler metal or paste in an inert atmosphere; In the method for joining metal and ceramic, metallic titanium is added to the joining surface of the ceramic. Coated with titanium or titanium hydride in an equivalent amount of 5 to 20% by weight,
Between the coated surface of the ceramic and the metal, two or more types selected from the group consisting of titanium or titanium hydride in terms of titanium metal and 80 to 95% by weight of the total amount of the brazing filler metal are selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth. A brazing filler metal for metal-ceramic bonding having a silver content of 3.5% by weight or less in terms of brazing filler metal, or a brazing filler metal for bonding metal-ceramic bonding consisting of 85 to 95 parts by weight and 5 to 15 parts by weight of an organic flux. Interpose metal-ceramic bonding paste,
A method for joining metal and ceramic, characterized in that the metal and ceramic are joined by heating above the reaction temperature of titanium and brazing filler metal or paste under reduced pressure of 0.5 torr or less; Coating the joint surface with 5 to 20% by weight of titanium or titanium hydride in terms of titanium metal,
Between the coated surface of the ceramic and the metal, two or more types selected from the group consisting of titanium or titanium hydride in terms of titanium metal and 80 to 95% by weight of the total amount of the brazing filler metal are selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth. , and the silver content is equivalent to the amount of brazing filler metal.
A brazing filler metal for metal-ceramic bonding or a brazing filler metal for metal-ceramic bonding having a content of 3.5% by weight or less
Titanium and brazing filler metal or A method for joining metal and ceramic, characterized in that the metal and ceramic are joined by heating to a temperature higher than the reaction temperature of the paste.
[作用]
本発明はチタンを活性金属成分とし、他のろう
材成分が錫、鉛、銀及びビスマスからなる群から
選択された2種以上の成分からなるろう材と、そ
のろう材を使用して低真空中で金属とセラミツク
を加熱接合する方法にある。[Function] The present invention uses a brazing filler metal whose active metal component is titanium and whose other brazing filler metal components are two or more components selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth. This method involves heating and bonding metal and ceramic in a low vacuum.
本発明の金属セラミツク接合用ろう材は5〜20
重量%のチタン、及び残部が錫、鉛、銀及びビス
マスからなる群から選択された2種以上の成分よ
りなり、且つ銀の含量が3.5重量%以下である。 The brazing filler metal for metal-ceramic bonding of the present invention is 5 to 20
% by weight of titanium, and the balance is composed of two or more components selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth, and the content of silver is 3.5% by weight or less.
本発明のろう材はチタンを必須成分とする。チ
タンとしては金属チタンまたはチタン水素化物を
使用することができる。チタン水素化物を使用す
る場合には金属チタン換算量で上述の範囲内の量
を使用すればよい。このろう材はチタンまたはチ
タン水素化物の粉末と上述の金属成分の粉末混合
物であつても、チタンまたはチタン水素化物の粉
末と他の成分の合金粉末の混合体であつてもよ
く、更に、粉末混合物や合金粉末を樹脂や有機溶
媒と混練したペーストの形態であることもでき、
また、全成分を溶解して急冷凝固法で作製した箔
状のろう材であつても良く、ろう材の形態は問わ
ない。チタンまたはチタン水素化物以外のろう材
成分すなわち錫、鉛、銀及びビスマスは実用的な
範囲で2種以上の成分を任意の量で組み合わせる
ことができる。 The brazing material of the present invention contains titanium as an essential component. As titanium, metallic titanium or titanium hydride can be used. When using titanium hydride, it may be used in an amount within the above-mentioned range in terms of titanium metal. The brazing filler metal may be a powder mixture of titanium or titanium hydride powder and the above-mentioned metal components, or a mixture of titanium or titanium hydride powder and alloy powder of other components; It can also be in the form of a paste made by kneading a mixture or alloy powder with a resin or organic solvent.
Further, it may be a foil-shaped brazing material made by melting all the components and using a rapid solidification method, and the form of the brazing material is not limited. Two or more of the brazing filler metal components other than titanium or titanium hydride, such as tin, lead, silver, and bismuth, can be combined in any amount within a practical range.
本発明方法においては、ろう材として錫、鉛、
銀及びビスマスからなる群から選択された2種以
上の成分よりなるものも使用することができ、こ
のろう材はセラミツクの接合面にチタンまたはチ
タン水素化物の被覆がなされている場合に使用す
ることができる(以下、このろう材を第2ろう材
と記載する)。第2ろう材は被覆されているチタ
ンまたはチタン水素化物と共に加熱して得られる
溶融物の組成が上述の本発明ろう材の組成と同様
の組成となるような量で使用すれば、金属とセラ
ミツクを強固に接合することができる。ここで、
第2ろう材中の銀の含量は金属チタンとろう材の
合計量の3.5重量%以下である。なお、第2ろう
材の形態も本発明ろう材と同様に粉末混合物であ
つてもよいし、合金粉末であつてもよいし、更に
はペーストの形態であつてもよい。 In the method of the present invention, tin, lead,
A brazing filler metal consisting of two or more components selected from the group consisting of silver and bismuth can also be used, and this brazing filler metal should be used when the bonding surface of the ceramic is coated with titanium or titanium hydride. (Hereinafter, this brazing material will be referred to as the second brazing material). If the second brazing filler metal is used in an amount such that the composition of the melt obtained by heating it together with the coated titanium or titanium hydride is similar to the composition of the brazing filler metal of the present invention described above, the metal and ceramic can be combined. can be firmly joined. here,
The content of silver in the second brazing filler metal is less than 3.5% by weight of the total amount of titanium metal and brazing filler metal. Note that the second brazing filler metal may be in the form of a powder mixture, an alloy powder, or even a paste like the brazing filler metal of the present invention.
得られた上述の範囲の成分配合の本発明ろう材
または第2ろう材をセラミツク部材と金属の間に
介在させて0.5トール以下の減圧下でろう材また
はペーストの融点以上の温度またはチタンと第2
ろう材または第2ろう材含有ペーストの反応温度
以上の温度に加熱すれば該セラミツク部材と金属
を接合することができる。 The brazing filler metal of the present invention or the second brazing filler metal containing the ingredients in the above-mentioned range is interposed between the ceramic member and the metal and heated at a temperature higher than the melting point of the brazing filler metal or paste under reduced pressure of 0.5 torr or less or titanium and the second brazing filler metal. 2
The ceramic member and the metal can be joined by heating to a temperature higher than the reaction temperature of the brazing material or the paste containing the second brazing material.
また、第2ろう材を使用する場合のように、チ
タンと第2ろう材の反応温度以上の温度に加熱し
て得られる溶融物の組成が本発明ろう材の組成と
同様になれば必ずしも本発明ろう材のようにチタ
ンを含む全成分を予め均一に混合または合金化す
る必要はなく、所定量のチタンをセラミツク表面
に蒸着または塗布等の手段により被覆しておいて
第2ろう材成分と溶融させることもできる。 Furthermore, as in the case of using a second brazing filler metal, if the composition of the melt obtained by heating to a temperature equal to or higher than the reaction temperature of titanium and the second brazing filler metal is the same as that of the brazing filler metal of the present invention, it is not necessarily the case that the soldering filler metal is genuine. It is not necessary to homogeneously mix or alloy all the components containing titanium in advance as in the invention brazing material, but a predetermined amount of titanium can be coated on the ceramic surface by means such as vapor deposition or coating, and then combined with the second brazing material component. It can also be melted.
チタンまたはチタン水素化物(活性金属)と他
のろう材成分(錫、鉛、銀及び/またはビスマ
ス)とを組み合わせて使用する本発明の金属セラ
ミツク接合用ろう材を使用する場合に、チタンま
たはチタン水素化物を除くろう材成分(以下、ろ
う材母合金と呼ぶ)がまず溶融し、これにチタン
またはチタン水素化物が溶解して溶融活性金属合
金を形成する。 When using the brazing filler metal for metal-ceramic bonding of the present invention, which uses titanium or titanium hydride (active metal) in combination with other brazing filler metal components (tin, lead, silver and/or bismuth), titanium or titanium The brazing material components excluding the hydride (hereinafter referred to as the brazing material master alloy) are first melted, and the titanium or titanium hydride is dissolved therein to form a molten active metal alloy.
慣用のろう材の場合には、ろう材母合金の融点
が比較的高く、活性金属の融点との差が少なく、
ろう材母合金に取り込まれるまでにかなりの時間
を要し、その結果、ろう材母合金の融点以下の温
度における活性金属粉末または箔の直接雰囲気に
曝らされる時間が長くなるために、もし雰囲気中
に酸素や窒素が含まれていると酸化や窒化を生じ
易くなり、酸化または窒化等を生じた活性金属は
該ろう材母合金が溶融しても合金化しない。例え
ば、従来使用されているAg−Cu−Ti系ろう材に
おいてはまずAg−Cu系ろう材母合金が溶融し、
これにTiが溶解する。Ag−Cu系母合金の融点は
組成によつて600〜800℃であり、この範囲の融点
の中でも750〜800℃の融点のものがよく使用され
ている。Cu−Ti共晶ろう材の場合でも872℃で共
晶反応が起こるまでの経過は同様である。 In the case of conventional brazing filler metals, the melting point of the brazing filler metal mother alloy is relatively high and there is little difference from the melting point of the active metal.
If the active metal powder or foil is exposed to a direct atmosphere at a temperature below the melting point of the filler metal, it will take a considerable amount of time to become incorporated into the filler metal master alloy, resulting in a longer exposure time to the direct atmosphere of the active metal powder or foil at temperatures below the melting point of the filler metal master alloy. If oxygen or nitrogen is contained in the atmosphere, oxidation or nitridation tends to occur, and the active metal that has undergone oxidation or nitridation will not be alloyed even if the brazing material mother alloy is melted. For example, in the conventionally used Ag-Cu-Ti brazing filler metal, the Ag-Cu brazing filler metal mother alloy is first melted,
Ti is dissolved in this. The melting point of the Ag-Cu base alloy is 600 to 800°C depending on the composition, and within this range, those with melting points of 750 to 800°C are often used. In the case of Cu-Ti eutectic brazing filler metal, the process until the eutectic reaction occurs at 872°C is the same.
これに対して本発明のろう材ではろう材母合金
が錫、鉛、銀及びビスマスからなる群から選択さ
れた2種以上からなるためにその融点はAg−Cu
系母合金に比較して数100℃以上も低い。このた
めにチタンやチタン水素化物の粉末は加熱初期の
かなり早い段階でろう材母合金融体に取り込まれ
てしまい、雰囲気との接触が断たれる。次に、加
熱温度の上昇に伴い該活性金属またはその水素化
物は母合金中に溶融していき全成分が溶解した時
にセラミツクと金属の接合に有効な状態となる。
ここで、活性金属の酸化や窒化は当然のことなが
ら高温ほど激しく起こるから、低温領域から活性
金属の雰囲気との接触を断つ本発明の成分配合を
もつろう材は酸化や窒化を防止するのに有利であ
る。 On the other hand, in the brazing material of the present invention, since the brazing material mother alloy is composed of two or more selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth, its melting point is Ag-Cu.
The temperature is several hundred degrees Celsius or more lower than that of the parent alloy. For this reason, the powder of titanium or titanium hydride is taken into the brazing material matrix alloy at a very early stage of heating, and contact with the atmosphere is cut off. Next, as the heating temperature increases, the active metal or its hydride melts into the mother alloy, and when all the components are dissolved, a state becomes effective for bonding ceramic and metal.
Here, the oxidation and nitridation of active metals naturally occur more violently at higher temperatures, so the brazing filler metal with the composition of the present invention that cuts off contact with the atmosphere of active metals from low-temperature regions is effective in preventing oxidation and nitridation. It's advantageous.
更に、活性金属の雰囲気との接触を遮断するた
めには金属チタンよりもチタン水素化物を使用す
る方がより効果的である。これはチタン水素化物
は減圧中で加熱すると約400〜500℃の温度で分解
して水素ガスを放出する。これによつて接合間隙
は水素が濃化した還元雰囲気となつてチタンの酸
化や窒化の防止に効果がある。 Furthermore, it is more effective to use titanium hydride than metallic titanium to block contact of the active metal with the atmosphere. This is because when titanium hydride is heated under reduced pressure, it decomposes at a temperature of approximately 400-500°C and releases hydrogen gas. As a result, the bonding gap becomes a reducing atmosphere enriched with hydrogen, which is effective in preventing oxidation and nitridation of titanium.
もう1つの効果的な方法は低融点フラツクスを
使用する方法である。簡単なハンダ用フラツクス
をろう材と共に間隙内に介在させておくとろう材
が溶融する前にフラツクスが溶融して間隙を埋
め、ろう材と雰囲気との接触を断つ。減圧中で加
熱する場合にはフラツクスは蒸発して還元性雰囲
気ガスを構成するが、不活性ガス中で加熱する場
合にはフラツクスの沸点に達する以前にろう材母
合金が溶融して活性金属またはその水素化物を酸
化、窒化から守る。フラツクスは松やに等の簡単
なものでもよいが、変成樹脂を有機溶媒に溶か
し、これに増粘材を混ぜたものがより好ましい。
ろう材粉末と該フラツクスとを混練したペースト
状のろう材として使用するのが実際的である。フ
ラツクスの必須成分ではないが、ハライド系の活
性剤を微量添加したペーストを用いると接合面を
清浄にする作用があるのでより一層効果的な雰囲
気遮断が期待できる。 Another effective method is to use a low melting point flux. If a simple soldering flux is interposed in the gap together with the brazing material, the flux will melt and fill the gap before the brazing material melts, cutting off contact between the brazing material and the atmosphere. When heated in a reduced pressure, the flux evaporates and forms a reducing atmosphere gas, but when heated in an inert gas, the brazing filler metal master alloy melts before the flux reaches its boiling point, forming active metals or Protects the hydride from oxidation and nitridation. The flux may be something simple, such as pine resin, but it is more preferable to use a mixture of a modified resin dissolved in an organic solvent and a thickener mixed therein.
It is practical to use a paste-like brazing material obtained by kneading the brazing material powder and the flux. Although it is not an essential component of flux, using a paste containing a small amount of a halide activator has the effect of cleaning the bonding surface, so even more effective atmosphere isolation can be expected.
更に、第2ろう材を使用する場合には、予めチ
タンがセラミツク表面に被覆されている場合に
は、このチタン被覆表面を第2ろう材または第2
ろう材成分含有ペーストで被覆して使用すればチ
タン表面と雰囲気とを遮断することができる。 Furthermore, when using a second brazing filler metal, if titanium is coated on the ceramic surface in advance, this titanium-coated surface is coated with the second brazing filler metal or the second brazing filler metal.
If the titanium surface is coated with a paste containing a brazing material component, the titanium surface can be shielded from the atmosphere.
上述のように本発明のろう材においては活性金
属(チタン)の酸化や窒化を防止するためにろう
材母合金として従来のろう材より著しく融点の低
いSn−Pb系、Sn−Ag系、Sn−Bi系、Sn−Pb−
Ag系、Sn−Pb−Bi系などの錫、鉛、銀、ビスマ
スからなる群から選択された2種以上の成分から
なるろう材母合金を使用する。活性金属と雰囲気
との遮断を一層効果的にならしめるために金属チ
タンの代わりにチタン水素化物を使用したろう
材、該ろう材にフラツクスを混練したペースト状
のろう材も本発明に含まれる。 As mentioned above, in order to prevent oxidation and nitridation of the active metal (titanium) in the brazing filler metal of the present invention, Sn-Pb series, Sn-Ag series, and Sn, which have significantly lower melting points than conventional brazing filler metals, are used as the brazing filler metal mother alloy. -Bi series, Sn-Pb-
A brazing material master alloy made of two or more components selected from the group consisting of tin, lead, silver, and bismuth, such as Ag-based and Sn-Pb-Bi-based materials, is used. The present invention also includes a brazing material in which titanium hydride is used instead of metallic titanium in order to more effectively isolate the active metal from the atmosphere, and a paste-like brazing material in which flux is kneaded with the brazing material.
係るろう材を使用して金属とセラミツクを接合
する場合、従来の活性金属法のように10-5トール
以下の高真空やH2還元雰囲気を必要とせず、5
×10-1トール以下の低真空中や不活性雰囲気中で
ろう材の融点以上(一般的には800℃以上)に加
熱することによつて金属とセラミツクの強固な接
合が得られる。実際の接合作業に当たつてはろう
材の形態や適用方法によつて幾通りもの接合方法
があるが、本発明のろう材を使用して5×10-1ト
ール以下の低真空中で実施する金属−セラミツク
接合法はその実施態様を問わず本発明に含まれ
る。一般的には、チタンまたはチタン水素化物粉
末とろう材母合金粉末の混合粉末あるいはこれに
有機フラツクスを混練したペーストを金属とセラ
ミツクの中間に介在させて5×10-1トール以下の
真空中でろう材の融点以上に加熱して接合する
が、ろう材母合金粉末の代わりに該母合金の成分
金属の粉末を使用することもできるし、チタン粉
末の代わりにチタンをセラミツク表面に蒸着また
はスパツタリングによつて薄膜状に付着させてお
くこともできる。つまり、これらは接合温度もし
くは接合温度付近で本発明のろう材成分とするた
めの実施態様の変化に過ぎず、本発明の範囲に包
含される。 When joining metal and ceramic using such a brazing filler metal, there is no need for a high vacuum of less than 10 -5 Torr or an H 2 reducing atmosphere, unlike the conventional active metal method.
A strong bond between metal and ceramic can be obtained by heating the filler metal to a temperature above its melting point (generally above 800°C) in a low vacuum of less than ×10 -1 Torr or in an inert atmosphere. In actual joining work, there are many joining methods depending on the form of the brazing material and the method of application, but the soldering material of the present invention is used in a low vacuum of 5 x 10 -1 Torr or less. The metal-ceramic bonding method is included in the present invention regardless of its embodiment. Generally, a mixed powder of titanium or titanium hydride powder and brazing material master alloy powder, or a paste made by kneading this with organic flux, is interposed between the metal and ceramic in a vacuum of 5 x 10 -1 Torr or less. Bonding is performed by heating above the melting point of the brazing filler metal, but instead of the brazing filler metal mother alloy powder, powder of the component metal of the mother alloy can be used, and instead of titanium powder, titanium can be vapor deposited or sputtered on the ceramic surface. It can also be applied in the form of a thin film. In other words, these are merely modifications of the embodiment for forming the brazing material component of the present invention at or near the bonding temperature, and are included within the scope of the present invention.
接合雰囲気を更に説明すると、該雰囲気は5×
10-1トール以下、望ましくは1×10-1トール以下
の減圧下もしくはこれに対応する酸素または窒素
分圧の不活性不活性であり、加熱温度はろう材の
融点以上の温度(一般には800〜1000℃、望まし
くは900℃以上)であればよい。 To further explain the bonding atmosphere, the atmosphere is 5×
10 -1 torr or less, preferably 1 x 10 -1 torr or less, or a corresponding oxygen or nitrogen partial pressure, and the heating temperature is above the melting point of the brazing material (generally 800 ~1000°C, preferably 900°C or higher).
なお、本発明ろう材のチタン量または第2ろう
材を使用する際の溶融物中のチタン量が5重量%
未満では、活性金属添加の効果が不十分であり、
また、20重量%を超えるとろう材の融点が高くな
るために接合する金属の種類に制約が生じたり、
熱応力が大きくなるので好ましくない。 Note that the amount of titanium in the brazing filler metal of the present invention or the amount of titanium in the melt when using the second brazing filler metal is 5% by weight.
If it is less than that, the effect of active metal addition is insufficient,
Additionally, if the content exceeds 20% by weight, the melting point of the brazing filler metal will increase, which may limit the types of metals to be joined.
This is not preferable because it increases thermal stress.
また、雰囲気中の酸素分圧が1×10-1トール
(5×10-1トールの空気圧に相当する)を超える
と、活性金属の酸化のために接合が不完全となる
ので酸素分圧を1×10-1トール以下、望ましくは
2×10-2トール以下の減圧下または不活性雰囲気
としなければならない。 Additionally, if the oxygen partial pressure in the atmosphere exceeds 1×10 -1 Torr (corresponding to air pressure of 5×10 -1 Torr), the bonding will be incomplete due to oxidation of the active metal, so the oxygen partial pressure should be increased. It must be under reduced pressure of less than 1 x 10 -1 Torr, preferably less than 2 x 10 -2 Torr, or under an inert atmosphere.
活性金属の酸化や窒化をより効果的に防止する
ためにフラツクスを利用する場合には、フラツク
スの配合割合は全量の5〜15重量部とするのが好
ましい。該配合割合が5重量部未満の場合にはペ
ースト状となり難く、15重量部を超えるとろう材
成分が少なくなり過ぎて接合面に空隙を生じ易く
なる。 When flux is used to more effectively prevent oxidation and nitridation of active metals, the blending ratio of flux is preferably 5 to 15 parts by weight based on the total amount. When the blending ratio is less than 5 parts by weight, it is difficult to form a paste, and when it exceeds 15 parts by weight, the brazing filler metal component becomes too small and voids are likely to be formed at the bonding surface.
[実施例] 以下に実施例を挙げて本発明を更に説明する。[Example] The present invention will be further explained with reference to Examples below.
実施例 1
0.3mmの厚さの銅板と0.635mmの厚さのアルミナ
の中間に平均粒径5μmのSn63重量%−Pb37重量
%合金粉末90重量部と平均粒径3μmのチタン粉末
10重量部とからなる混合粉末を均一に挟み込んで
0.1トールの真空中で900℃に15分間加熱して冷却
後、取り出した。Example 1 90 parts by weight of Sn63 weight %-Pb 37 weight % alloy powder with an average particle size of 5 μm and titanium powder with an average particle size of 3 μm were placed between a 0.3 mm thick copper plate and a 0.635 mm thick alumina.
Evenly sandwich a mixed powder consisting of 10 parts by weight.
It was heated to 900° C. for 15 minutes in a vacuum of 0.1 Torr, cooled, and then taken out.
銅板とアルミナは強固に接合し、空隙のない状
態が確認された。 It was confirmed that the copper plate and alumina were firmly bonded and there were no voids.
実施例 2
実施例1と同じ要領で銅板とアルミナを接合し
た。ただし、Sn−Pb合金粉末の変わりにSn96.5
重量%−Ag3.5重量%の粉末を使用し、全粉末重
量に対して樹脂と溶媒からなる有機フラツクスを
10重量%混練したペースト状にしてアルミナ表面
に塗布した。加熱温度は950℃とした。Example 2 A copper plate and alumina were joined in the same manner as in Example 1. However, instead of Sn-Pb alloy powder, Sn96.5
Weight % - Using powder with Ag3.5 weight %, organic flux consisting of resin and solvent was added to the total powder weight.
A 10% by weight paste was kneaded and applied to the alumina surface. The heating temperature was 950°C.
この場合も実施例1と同様に空隙のない強固な
接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 3
実施例1と同じ要領でSn−Pb合金粉末の代わ
りにSn5重量%−Pb93.5重量%−Ag1.5重量%合
金粉末を使用して0.05トールの真空中で接合し
た。Example 3 In the same manner as in Example 1, bonding was carried out in a vacuum of 0.05 Torr using a 5% by weight Sn-93.5% by weight Pb-1.5% by weight Ag alloy powder instead of the Sn--Pb alloy powder.
この場合も実施例1と同様に空隙のない強固な
接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 4
実施例2と同じ要領で、Sn46重量%−Pb46重
量%−Bi8重量%の合金粉末85重量部とチタン水
素化物粉末15重量部(金属チタン換算量14.5重量
部)の混合物90重量部を有機フラツクス10重量部
と混練して使用した。接合は900℃とした。Example 4 In the same manner as in Example 2, 90 parts by weight of a mixture of 85 parts by weight of an alloy powder of 46% Sn-46% Pb-8% Bi by weight and 15 parts by weight of titanium hydride powder (14.5 parts by weight in terms of titanium metal) was prepared. was used by kneading it with 10 parts by weight of organic flux. The bonding temperature was 900°C.
この場合も実施例1と同様に空隙のない強固な
接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 5
実施例4と同じ要領でSn42重量%−Bi58重量
%合金粉末を使用した。Example 5 In the same manner as in Example 4, 42% by weight Sn-58% by weight Bi alloy powder was used.
この場合も実施例1と同様に空隙のない強固な
接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 6
実施例2と同じ要領でチタン粉末の代わりにチ
タン水素化物を使用した。Example 6 In the same manner as in Example 2, titanium hydride was used instead of titanium powder.
この場合も実施例1と同様に空隙のない強固な
接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 7
実施例1と同じ要領でチタン水素化物粉末を使
用して0.05トールの真空中で接合した。Example 7 Bonding was carried out in the same manner as in Example 1 using titanium hydride powder in a vacuum of 0.05 Torr.
この場合も空隙のない強固な接合が得られた。 In this case as well, a strong bond with no voids was obtained.
実施例 8
表面に0.5μmの厚さにチタン(チタンとして10
重量部に相当する)を蒸着したアルミナと接合す
る表面にSn63重量%−Pb37重量%合金粉末90重
量部を有機フラツクス10重量部に混練したペース
トを塗布した銅板とを組み合わせて0.05トールの
真空中で900℃に加熱した。Example 8 Titanium (titanium: 10
A copper plate coated with a paste made by kneading 90 parts by weight of an alloy powder of 63% by weight Sn-37% by weight with an organic flux and 10 parts by weight of an organic flux was combined with alumina deposited with alumina (equivalent to 10% by weight) and a copper plate coated on the surface to be bonded. It was heated to 900℃.
この場合にも実施例1と同様に空隙のない強固
な接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 9
実施例8と同じ要領でチタンの蒸着の代わりに
チタン粉末90重量部と有機フラツクス10重量部を
混練したペースト15重量部をアルミナ表面に塗布
した。Example 9 In the same manner as in Example 8, instead of vapor depositing titanium, 15 parts by weight of a paste prepared by kneading 90 parts by weight of titanium powder and 10 parts by weight of an organic flux was applied onto the alumina surface.
この場合にも実施例1と同様に空隙のない強固
な接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
実施例 10
平均粒径5μmのTi,Sn,Pbの粉末をそれぞれ
10重量部、55重量部、35重量部を混合し、これに
対して10重量%の有機フラツクスを混練して作製
したペースとを銅表面に塗布してアルミナと組み
合わせた。これを0.1トールの真空中で875℃に15
分間加熱して接合した。Example 10 Ti, Sn, and Pb powders with an average particle size of 5 μm were each
A paste prepared by mixing 10 parts by weight, 55 parts by weight, and 35 parts by weight and kneading 10% by weight of organic flux was applied to the copper surface and combined with alumina. This was heated to 875℃ in a vacuum of 0.1 Torr for 15 minutes.
They were bonded by heating for a minute.
この場合にも実施例1と同様に空隙のない強固
な接合が得られた。 In this case, as in Example 1, a strong bond without voids was obtained.
比較例 1
実施例1と同じ要領で、1トールの真空中で加
熱したが接合は起こらなかつた。Comparative Example 1 Heating was performed in a vacuum of 1 Torr in the same manner as in Example 1, but no bonding occurred.
比較例 2
チタン粉末10重量部とAg75重量%−Cu25重量
%合金粉末90重量部の混合粉末を使用して実施例
1と同じ要領で接合しようとしたが接合は起こら
なかつた。Comparative Example 2 Bonding was attempted in the same manner as in Example 1 using a mixed powder of 10 parts by weight of titanium powder and 90 parts by weight of 75% Ag-25% Cu alloy powder, but no bonding occurred.
比較例 3
実施例2と同じ要領で加熱温度を800℃とした
が接合は起こらなかつた。Comparative Example 3 Although the heating temperature was set to 800° C. in the same manner as in Example 2, no bonding occurred.
[発明の効果]
以上の説明から明らかなように、本発明は安価
で、高真空を必要とせず且つ熱応力の少ない金属
−セラミツク接合用ろう材とそれを利用する金属
−セラミツク接合法を提供することができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, the present invention provides a brazing material for metal-ceramic bonding that is inexpensive, does not require high vacuum, and has low thermal stress, and a metal-ceramic bonding method using the same. can do.
Claims (1)
銀及びビスマスからなる群から選択された2種以
上の成分よりなり、且つ銀の含量が3.5重量%以
下であることを特徴とする金属−セラミツク接合
用ろう材。 2 請求項1記載の金属−セラミツク接合用ろう
材85〜95重畳部及び有機フラツクス5〜15重量部
よりなる金属−セラミツク接合用ペースト。 3 金属とセラミツクの接合方法において、請求
項1記載の金属−セラミツク接合用ろう材または
請求項2記載の金属−セラミツク接合用ペースト
を金属とセラミツクの中間に介在させ、0.5トー
ル以下の減圧下でろう材またはペーストの融点以
上に加熱して前記金属とセラミツクを接合するこ
とを特徴とする金属とセラミツクの接合方法。 4 金属とセラミツクの接合方法において、請求
項1記載の金属−セラミツク接合用ろう材または
請求項2記載の金属−セラミツク接合用ペースト
を金属とセラミツクの中間に介在させ、0.5トー
ル以下の減圧状態に対応する酸素または窒素分圧
の不活性雰囲気中でろう材またはペーストの融点
以上に加熱して前記金属とセラミツクを接合する
ことを特徴とする金属とセラミツクの接合方法。 5 金属とセラミツクの接合方法において、セラ
ミツクの接合面に金属チタン換算量で5〜20重量
%のチタンまたはチタン水素化物を被覆し、セラ
ミツクの該被覆面と金属の中間に金属チタン換算
量のチタンまたはチタン水素化物とろう材の合計
量の80〜95重量%の錫、鉛、銀及びビスマスから
なる群から選択された2種以上の成分よりなり、
銀の含量が3.5重量%以下である金属−セラミツ
ク接合用ろう材または該金属−セラミツク接合用
ろう材85〜95重量部及び有機フラツクス5〜15重
量部よりなる金属−セラミツク接合用ペーストを
介在させ、0.5トール以下の減圧下でチタンとろ
う材またはペーストの反応温度以上に加熱して前
記金属とセラミツクを接合することを特徴とする
金属とセラミツクの接合方法。 6 金属とセラミツクの接合方法において、セラ
ミツクの接合面に金属チタン換算量で5〜20重量
%のチタンまたはチタン水素化物を被覆し、セラ
ミツクの該被覆面と金属の中間に金属チタン換算
量のチタンまたはチタン水素化物とろう材の合計
量の80〜95重量%の錫、鉛、銀及びビスマスから
なる群から選択された2種以上の成分よりなり、
且つ銀の含量がろう材換算量で3.5重量%以下で
ある金属−セラミツク接合用ろう材または該金属
−セラミツク接合用ろう材85〜95重量部及び有機
フラツクス5〜15重量部よりなる金属−セラミツ
ク接合用ペーストを介在させ、0.5トール以下の
減圧状態に対応する酸素または窒素分圧の不活性
雰囲気中でチタンとろう材またはペーストの反応
温度以上に加熱して前記金属とセラミツクを接合
することを特徴とする金属とセラミツクの接合方
法。[Claims] 1. 5 to 20% by weight of titanium, the balance being tin, lead,
1. A brazing filler metal for metal-ceramic bonding, comprising two or more components selected from the group consisting of silver and bismuth, and having a silver content of 3.5% by weight or less. 2. A metal-ceramic bonding paste comprising 85 to 95 parts of the brazing material for metal-ceramic bonding according to claim 1 and 5 to 15 parts by weight of an organic flux. 3. In a method for joining metal and ceramic, the brazing material for metal-ceramic joining according to claim 1 or the paste for metal-ceramic joining according to claim 2 is interposed between the metal and ceramic, and the method is performed under reduced pressure of 0.5 Torr or less. 1. A method for joining metal and ceramic, which comprises joining the metal and ceramic by heating the brazing filler metal or paste to a temperature higher than the melting point. 4. In the method for joining metal and ceramic, the brazing material for metal-ceramic joining according to claim 1 or the paste for metal-ceramic joining according to claim 2 is interposed between the metal and ceramic, and the mixture is brought into a reduced pressure state of 0.5 torr or less. A method for joining metal and ceramic, which comprises joining the metal and ceramic by heating the brazing filler metal or paste above the melting point in an inert atmosphere with a corresponding partial pressure of oxygen or nitrogen. 5. In a method for joining metal and ceramic, the joining surface of the ceramic is coated with 5 to 20% by weight of titanium or titanium hydride in terms of titanium metal, and the amount of titanium in terms of titanium metal is coated between the coated surface of the ceramic and the metal. or two or more components selected from the group consisting of tin, lead, silver and bismuth in an amount of 80 to 95% by weight of the total amount of titanium hydride and brazing filler metal,
A metal-ceramic bonding brazing material having a silver content of 3.5% by weight or less or a metal-ceramic bonding paste consisting of 85 to 95 parts by weight of the metal-ceramic bonding brazing material and 5 to 15 parts by weight of an organic flux is interposed. A method for joining metal and ceramic, characterized in that the metal and ceramic are joined by heating above the reaction temperature of titanium and brazing filler metal or paste under reduced pressure of 0.5 Torr or less. 6. In a method for joining metal and ceramic, the joining surface of the ceramic is coated with 5 to 20% by weight of titanium or titanium hydride in terms of titanium metal, and an amount of titanium in terms of titanium metal is coated between the coated surface of the ceramic and the metal. or two or more components selected from the group consisting of tin, lead, silver and bismuth in an amount of 80 to 95% by weight of the total amount of titanium hydride and brazing filler metal,
A brazing filler metal for metal-ceramic bonding having a silver content of 3.5% by weight or less in terms of brazing filler metal, or a metal-ceramic consisting of 85 to 95 parts by weight of the brazing filler metal for metal-ceramic bonding and 5 to 15 parts by weight of an organic flux. The metal and ceramic are bonded by interposing a bonding paste and heating the titanium to a brazing material or paste reaction temperature or higher in an inert atmosphere with a partial pressure of oxygen or nitrogen corresponding to a reduced pressure of 0.5 torr or less. A distinctive method of joining metal and ceramic.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16581688A JPH0215874A (en) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | Method and material for joining metal and ceramics |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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|---|---|
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| JPH0574552B2 true JPH0574552B2 (en) | 1993-10-18 |
Family
ID=15819541
Family Applications (1)
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1988
- 1988-07-05 JP JP16581688A patent/JPH0215874A/en active Granted
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