JPH05863A - 接合構造 - Google Patents

接合構造

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JPH05863A
JPH05863A JP3213748A JP21374891A JPH05863A JP H05863 A JPH05863 A JP H05863A JP 3213748 A JP3213748 A JP 3213748A JP 21374891 A JP21374891 A JP 21374891A JP H05863 A JPH05863 A JP H05863A
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JP
Japan
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ceramic body
metal
nitride ceramic
metal member
aln
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Pending
Application number
JP3213748A
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English (en)
Inventor
Kenichi Shimizu
憲一 清水
Satoshi Tanaka
智 田中
Yoichi Hagiwara
洋一 萩原
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication of JPH05863A publication Critical patent/JPH05863A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】窒化物セラミック体と金属部材との高い接合強
度を保証することができ、接合部位の形状に何ら制約を
受けずしかも簡単な工程で実施できる接合構造を提供す
ることを目的とする。 【構成】窒化物セラミック体1(例えばSi3 4 やA
lN)に、メタライズ層2を介して金属部材3(例えば
周期律表第4,5,6族a系列の金属元素粉末)を接合
してなる接合構造において、前記メタライズ層2が少な
くともAlNを含有しているものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物セラミック体と金
属部材とをメタライズ層を介して強力に接合する接合構
造に関する。
【0002】
【従来技術】セラミック材料と金属材料との接合は両材
料の複合的工業技術にとって極めて重要な役割をなし、
とりわけ高温特性及び強度の優れたSi3 4 (窒化ケ
イ素),AlN(窒化アルミニウム)等の窒化物を焼結
した窒化物セラミック体の応用分野が拡大されている現
今、金属との接合技術には高い関心が寄せられている。
即ち、その接合が電気的結合又は機械的結合のいづれで
あっても、窒化物セラミック体と金属部材との接合強度
には相応のものが要求されている。
【0003】従来こうした接合に用いられるメタライズ
法、例えば、高融点金属法,金属材料をセラミック体上
に蒸着する方法等、種々の方法が採られているが、いづ
れも多少の技術的問題点を含んでいる。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】即ち、高融点金属法
により形成される非酸化物セラミック体と金属材との接
合では高強度の接合強度が得られない。又、金属材料を
セラミック体上に蒸着して得られたものでは、形状に制
約があり、コスト高となる。金属材をセラミック体内に
鋳包んだものは用途に制約がある。この他セラミック体
と金属材との間に、両者の熱膨張値の中間値をとるよう
な材質を介装する方法、いわゆる摩擦圧接法も提案され
ているが、前掲方法ともどもいづれも接合強度が小さ
い、接合形状に制約を受けるという問題を払拭し得てい
ない。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は上記現状
に鑑み、窒化物セラミック体への金属部材の接合を種々
研究,実験した結果、窒化物セラミック体と金属部材と
の接合に際し、AlNを含有するメタライズ層を窒化物
セラミック体と金属部材との間に形成すると、接合部の
形状に制約されることなく、簡単な工程で高強度の接合
強度が得られることを知悉し、本発明の完成に至ったの
である。即ち、本発明は、窒化物セラミック体にメタラ
イズ層を介して金属部材を接合してなる接合構造におい
て、メタライズ層が少なくともAlNを含有しているこ
とを特徴とする接合構造である。
【0006】本発明によるメタライズ層の上には常法に
従ってメッキ等を施した後、接合すべき金属部材をロー
付けして構造材として利用したり、電気的良導体金属を
メッキしてプリント基板などの導体配線を形成して電気
的材料に応用するなど、その応用範囲は広い。望ましい
実施例に於いて、メタライズ層と窒化物セラミック体と
の剥離強度は75Mpa(メガ・パスカル)以上に及ん
でいる。
【0007】以下に本発明の構成を詳述する。本発明の
接合構造は、例えば、窒化物セラミック体上に、AlN
を含有する酸窒化物ガラス及び高融点金属粉末とを含む
メタライズ組成物を定着して焼結することにより得られ
る。メタライズ組成物は、塗布もしくはプリントにより
窒化物セラミック体上に定着される。窒化物セラミック
体としてはSi3 4 (窒化ケイ素),AlN(窒化ア
ルミニウム)焼結体が挙げられ、これらは工業的に焼結
する場合、焼結助剤として周期律表第2a,3a族元
素,Al及びSiなどの酸化物及びAlNの単独もしく
は組み合わせをそれぞれ助剤としての使用量(約10重
量%)含んで良好な焼結を保証するものであるが、これ
ら焼結助剤は焼結によって粒間相は通常酸窒化物ガラス
或いはこのガラスから結晶化した酸窒化物結晶相から構
成されている。
【0008】そして、ここで使用する酸窒化物ガラスと
は、上記の窒化物セラミック体中の粒間相を構成してい
る酸窒化物ガラスおよび窒化物と化学的に類似するもの
であれば特に組成に限定を設ける必要がなく、少なくと
もAlNを含有していれば良い。この酸窒化物ガラスは
焼付け温度で流動性のあるものが、塗布,プリントのよ
うな簡単な定着手法を採択できる上で至適である。さら
に、この酸窒化物ガラスとは結晶質を全く含まない純粋
なガラスである必要はなく、多少の結晶質を含んでいて
も、いわゆる“フリット”状にして使用できるものであ
れば、結晶質を含んでいても何ら差し支えないものであ
る。
【0009】他方、高融点金属粉末は基本的には焼付温
度で溶融,気化等が起こらない金属,金属のケイ化物,
炭化物の粉末で、焼結した場合、金属,そのケイ化物,
炭化物或いはそれらの混合物として存在するものであれ
ば良く、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Cr,M
o,Wなど、周期律表第4,5,6族a系列の金属元素
粉末が好適である。酸窒化物ガラスとの混合割合は特に
制限的なものは不要であるが、通常ガラス粉末7〜50
重量部に対し高融点金属粉末は93〜50重量部の範囲
で良い。
【0010】メタライズ組成物を窒化物セラミック体上
に定着させる手法としては、既述のようなフリット状の
メタライズ組成物を塗布もしくは印刷によって窒化物セ
ラミック体上に厚み0.01〜0.1mm程度に層着す
ることが最も望ましいが、この他吹付等の手法も採用で
きる。層着させるメタライズ組成物を焼結するには、組
成物の内容によっても変わるものの1000〜1500
℃の間で還元或いは中性ガス中で焼結すればよい。得ら
れたメタライズ層の上には既述のように接合すべき金属
部材をロー付けして構造材としたり、Au−Si合金の
ような高い導電性を有する金属をメッキしてプリント基
板のような導体配線を形成して電気的材料に応用したり
する。
【0011】
【作用】窒化物セラミック体の窒化物結晶或いは粒間相
を構成している酸窒化物ガラスに対して、メタライズ組
成物中のAlNが極めて大きな親和性を発揮して窒化物
セラミック体とメタライズ層との強い化学的接合強度を
保証し、一方高融点金属粉末は高温で焼結された場合、
金属,ケイ化物,炭化物もしくはそれらの混合物として
メタライズ層内に存在し、接合すべき金属部材との濡れ
性が良好であるためメタライズ層上に該金属部材を直接
接合して高い接合強度が得られる。必要によってはこの
メタライズ層にさらに電解或いは無電解メッキを行っ
て、これと半田付けもしくはロー付けによって金属部材
を接合すれば接合強度はより高められるのでその採択が
望まれる。
【0012】
【実施例】図1に本発明の接合構造の一部縦断面斜視図
を示す。図において、窒化物セラミック体1上の接合に
必要なエリアにわたって定着されたメタライズ組成物は
焼結によってメタライズ層2を形成しており、このメタ
ライズ層2上に一例として、コバー金属(KOVAR)
よりなる金属部材3を銀ロー4(BAg−8)を介して
接合してある。この銀ロー4のプレージングはアンモニ
ア分解ガスをウエットガス(水蒸気を含ませたもの)の
状態で導入した雰囲気下で約850℃にて溶融させるこ
とによって実施した。
【0013】後記のロー付け後の接合強度の測定方法を
ここで図2を採って説明しておく。
【0014】テストピースSである窒化物セラミック体
1は左右より万力8によって中央方向に圧縮力(太字
印)を付与された状態で堅固に固定されており、金属部
材3上に吊金具5をハンダ6をもって固定し、この吊金
具5の上端にプッシュプルゲージ(ゼンマイばねはか
り)7を取付ける。この状態で吊金具5を30mm/分
の早さで上方に引き上げ、メタライズ層2が窒化物セラ
ミック体1より剥離した瞬間の強度をゲージ7で読み取
る。
【0015】次に本発明の具体的実施例について説明す
る。
【0016】(実施例1) (a) 窒化物セラミック体:MgO 3重量%、Al
2 3 7重量%を焼結助剤として含むSi3 4 セラ
ミック材料をN2 雰囲気1650℃にて焼成し、接合面
を250番ダイアモンドホイールで研磨してテストピー
スを作成した。
【0017】(b) 酸窒化物ガラス:MgO 18重
量%、AlN 20重量%、SiO2 62重量%を混合
調製し、六方晶BNをコーティングしたSiCルツボ中
にて1500℃で3時間加熱しN2 ガスを送りながらル
ツボ中で放冷した。得られたMg−Al−Si−O−N
系のガラスからはX線回折の結果、Si2 2 O・各種
SIALONとみられる微弱な回折線が認められた。こ
うして得たカレットを乳鉢中で粗粉砕した後、振動ミル
により325メッシュ以下の粒径に調製した。
【0018】(c) 高融点金属粉末:純度99%,平
均粒径3μmのW粉末を用意した。
【0019】(d) 定着及び焼結 :上記のような準
備された酸窒化物ガラスとW粉末とを混合してペースト
とした後、このペーストを窒化物セラミック体上に厚み
20μm、4mm2 の面積にわたって塗布し、N2 雰囲
気中で1350℃で1時間焼結してメタライズ層を得
た。
【0020】(e) 接合:上記メタライズ層にNi無
電解メッキを施し、剥離強度テストのための吊金具をハ
ンダ付けしてメタライズ層と窒化物セラミック体との剥
離強度測定を実施した。テストは20個のテストピース
につき行い平均強度が80MPa、ばらつきはδn-1
5MPaであった。
【0021】(実施例2) (a) 窒化物セラミック体:Y2 3 6重量%を焼結
助剤として含むAlNセラミック材料をN2 雰囲気下で
1850℃にて焼成し接合面を250番ダイヤモンドホ
イールにて研磨した。
【0022】(b)酸窒化物ガラス:Y2 3 50重量
%、AlN18重量%、SiO2 32重量%の割合で調
合し、1750℃で1時間溶融してカレットを得た。こ
のY−Al−Si−O−N系のガラスからはX線回折の
結果、結晶質物質は認められなかった。
【0023】(c) 高融点金属粉末:上記ガラスを2
5メッシュ以下の粉末とし平均粒径10μmのNbSi
2 粉末と混合した。
【0024】(d) 定着及び焼結 :この混合物をペ
ーストとして窒化物セラミック体上に厚み20μmに塗
布し、1400℃で1時間焼結した。
【0025】(e) 接合:(実施例1)と同様な処置
を施して剥離強度を測定した。
【0026】20個のテストピースについて行なった平
均剥離強度が45MPa、ばらつきはδn-1 =5MPa
であった。
【0027】(実施例3〜7) (実施例1)のSi3 4 セラミック体および(実施例
2)のAlNセラミック体のそれぞれについて焼結助
剤,高融点金属粉末をそれぞれ代えて実施したものを
(実施例3〜7)に示し、(実施例1〜7)の内容を表
1,表2にまとめて表示した。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】表2から判明するように、Si3 4 及び
AlN両窒化物セラミック体に対するメタライズ強度が
概ね70〜80MPaという極めて高い値を、ロー付け
後の強度も約60〜75MPaとかなりの高い値を示し
て、本発明の有効性がここに確認された。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、窒化物セラミック体
に、少なくともAlNを含有するメタライズ層を介して
金属部材を接合したので、窒化物セラミック体と金属部
材との高い接合強度を保証することができ、接合部位の
形状に何ら制約を受けずしかも簡単な工程で実施できる
優れた効果を発揮し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接合構造の一部縦断面斜視図である。
【図2】メタライズ層の上に金属部材をロー付けをした
場合の強度測定テストの概略を示す説明図である。
【符号の説明】
1 窒化物セラミック体 2 メタライズ層 3 金属部材

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】窒化物セラミック体にメタライズ層を介し
    て金属部材を接合してなる接合構造において、前記メタ
    ライズ層が少なくともAlNを含有していることを特徴
    とする接合構造。
JP3213748A 1991-08-26 1991-08-26 接合構造 Pending JPH05863A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5551774A (en) * 1978-10-06 1980-04-15 Kyoto Ceramic Composition and method for metallizing nonnoxide ceramic body
JPS6177681A (ja) * 1984-09-21 1986-04-21 住友電気工業株式会社 窒化物セラミツクスの接合方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5551774A (en) * 1978-10-06 1980-04-15 Kyoto Ceramic Composition and method for metallizing nonnoxide ceramic body
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