JPH07100358B2 - 黒鉛と銅からなる複合材 - Google Patents
黒鉛と銅からなる複合材Info
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- JPH07100358B2 JPH07100358B2 JP61315494A JP31549486A JPH07100358B2 JP H07100358 B2 JPH07100358 B2 JP H07100358B2 JP 61315494 A JP61315494 A JP 61315494A JP 31549486 A JP31549486 A JP 31549486A JP H07100358 B2 JPH07100358 B2 JP H07100358B2
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Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばスパッタリングターゲットやＸ線発生
用ターゲット等に使用される黒鉛と銅からなる複合材に
関する。
用ターゲット等に使用される黒鉛と銅からなる複合材に
関する。
黒鉛と銅の熱膨張率は互いに大きく異なっている。例え
ば銅の線膨張係数は約18×10-6であるのに対し、黒鉛の
線膨張係数は約７×10-6である。このため、黒鉛と銅を
高温（約600〜1000℃）で硬ろう付けや拡散接合等の方
法で接合すると、冷却過程において黒鉛と銅の熱膨張差
によって相対的な寸法差を生じ、残留応力が発生する。
このため黒鉛と銅からなる複合材は、その寸法が小さけ
れば残留応力の影響は小さく接合は可能であるが、実用
的な大きさになると残留応力の影響によって黒鉛に大き
な引張り応力を生じる。黒鉛は引張り応力に弱いため、
接合後にクラックが入り、破壊してしまう。例えば、直
径200mmの円盤形テストピースを900℃で接合し、室温ま
で冷却すると、銅板の直径は約4mm収縮するが、黒鉛の
直径は約1mmしか収縮しない。その結果、黒鉛と銅は厚
み方向に撓み、黒鉛に放射状のクラックが発生してつい
には破壊に至る。
ば銅の線膨張係数は約18×10-6であるのに対し、黒鉛の
線膨張係数は約７×10-6である。このため、黒鉛と銅を
高温（約600〜1000℃）で硬ろう付けや拡散接合等の方
法で接合すると、冷却過程において黒鉛と銅の熱膨張差
によって相対的な寸法差を生じ、残留応力が発生する。
このため黒鉛と銅からなる複合材は、その寸法が小さけ
れば残留応力の影響は小さく接合は可能であるが、実用
的な大きさになると残留応力の影響によって黒鉛に大き
な引張り応力を生じる。黒鉛は引張り応力に弱いため、
接合後にクラックが入り、破壊してしまう。例えば、直
径200mmの円盤形テストピースを900℃で接合し、室温ま
で冷却すると、銅板の直径は約4mm収縮するが、黒鉛の
直径は約1mmしか収縮しない。その結果、黒鉛と銅は厚
み方向に撓み、黒鉛に放射状のクラックが発生してつい
には破壊に至る。
このため現状では、黒鉛と銅を結合するための手段とし
て、ボルト締め等による機械的締結や、樹脂系接着剤に
よる接合、あるいはインジウムや半田等を使用した軟ろ
う付けに頼っている。
て、ボルト締め等による機械的締結や、樹脂系接着剤に
よる接合、あるいはインジウムや半田等を使用した軟ろ
う付けに頼っている。
しかしながら上述した従来技術では、次のような問題点
がある。
がある。
例えば機械的な締結方法では、高温に熱せられた時の膨
張あるいは冷却に伴う収縮等の熱的衝撃によって締結力
が低下しやすい。また、エポキシ系やナイロン系接着剤
などの樹脂系接着剤では接着強度に難があり、しかも耐
熱性がない。また真空中での使用において不純物ガスを
発生する等の問題がある。一方、軟ろう付けでは接合強
度が低いとともに、耐熱性に劣るといった問題があっ
た。
張あるいは冷却に伴う収縮等の熱的衝撃によって締結力
が低下しやすい。また、エポキシ系やナイロン系接着剤
などの樹脂系接着剤では接着強度に難があり、しかも耐
熱性がない。また真空中での使用において不純物ガスを
発生する等の問題がある。一方、軟ろう付けでは接合強
度が低いとともに、耐熱性に劣るといった問題があっ
た。
上記問題点を解決するために本発明の複合材は、黒鉛と
銅（銅合金も含む）との間に互いに熱膨張率の異なる金
属からなる２枚のインサート材を厚み方向に重ねて介在
させる。そして黒鉛側に位置する第１のインサート材
は、その線膨張係数α１が銅の線膨張係数αcuよりも小
さく、かつ黒鉛の線膨張係数αｃよりも大きい金属から
なる。また銅側に位置する第２のインサート材は、その
線膨張係数α２が黒鉛の線膨張係数αｃと同等もしくは
黒鉛の線膨張係数αｃよりも小さく、かつ上記第１のイ
ンサート材の線膨張係数α１よりも小さい金属からな
る。これら２種類のインサート材を介し、適当な荷重を
負荷した状態で600℃ないし1000℃まで加熱することに
より、上記黒鉛と銅を硬ろう付けまたは拡散接合によっ
て互いに結合させるようにしたものである。
銅（銅合金も含む）との間に互いに熱膨張率の異なる金
属からなる２枚のインサート材を厚み方向に重ねて介在
させる。そして黒鉛側に位置する第１のインサート材
は、その線膨張係数α１が銅の線膨張係数αcuよりも小
さく、かつ黒鉛の線膨張係数αｃよりも大きい金属から
なる。また銅側に位置する第２のインサート材は、その
線膨張係数α２が黒鉛の線膨張係数αｃと同等もしくは
黒鉛の線膨張係数αｃよりも小さく、かつ上記第１のイ
ンサート材の線膨張係数α１よりも小さい金属からな
る。これら２種類のインサート材を介し、適当な荷重を
負荷した状態で600℃ないし1000℃まで加熱することに
より、上記黒鉛と銅を硬ろう付けまたは拡散接合によっ
て互いに結合させるようにしたものである。
銅と黒鉛を硬ろう付けや拡散接合等のような高温で接合
すると、銅の熱膨張率が黒鉛よりも大きいため、冷却中
に銅が黒鉛よりも大きく収縮する。このため何の対策も
講じていない場合には黒鉛中に過大な引張り応力が生
じ、ついには破壊に至る。しかるに本発明の複合材は、
上述した線膨張係数α１，α２をもつ金属製インサート
材を２段階に分けて黒鉛と銅との間に挿入しておくこと
によって、冷却過程で黒鉛に作用する熱応力を効果的に
低減させることができるようになり、実用的な大きさの
黒鉛と銅からなる複合材の高温接合が可能となった。
すると、銅の熱膨張率が黒鉛よりも大きいため、冷却中
に銅が黒鉛よりも大きく収縮する。このため何の対策も
講じていない場合には黒鉛中に過大な引張り応力が生
じ、ついには破壊に至る。しかるに本発明の複合材は、
上述した線膨張係数α１，α２をもつ金属製インサート
材を２段階に分けて黒鉛と銅との間に挿入しておくこと
によって、冷却過程で黒鉛に作用する熱応力を効果的に
低減させることができるようになり、実用的な大きさの
黒鉛と銅からなる複合材の高温接合が可能となった。
第１図に示された本発明の第１実施例の複合材１は、口
径30mmの円盤状のテストピースであり、一面側に黒鉛２
が、また他面側に銅３が設けられている。そして黒鉛２
と銅３との間には、黒鉛２側に第１のインサート材４
が、また銅３側に第２のインサート材５が介在させられ
ている。更には、黒鉛２と第１のインサート材４との間
に硬ろう材６が設けられている。また、各インサート材
4,5間、および銅３と第２のインサート材５との間にも
それぞれ硬ろう材7,8が設けられている。これらの硬ろ
う材6,7,8は、いずれもニッケル製であり、その厚さは
例えば５ないし500μｍ位が適当である。硬ろう材6,7,8
は、必要とされる耐熱性に応じてニッケルの代りに銀あ
るいは銅系の金属を採用してもよい。この実施例の場
合、黒鉛２の厚さは一例として7mm、銅３の厚さは4mm、
インサート材4,5の厚さはいずれも0.5mmとした。
径30mmの円盤状のテストピースであり、一面側に黒鉛２
が、また他面側に銅３が設けられている。そして黒鉛２
と銅３との間には、黒鉛２側に第１のインサート材４
が、また銅３側に第２のインサート材５が介在させられ
ている。更には、黒鉛２と第１のインサート材４との間
に硬ろう材６が設けられている。また、各インサート材
4,5間、および銅３と第２のインサート材５との間にも
それぞれ硬ろう材7,8が設けられている。これらの硬ろ
う材6,7,8は、いずれもニッケル製であり、その厚さは
例えば５ないし500μｍ位が適当である。硬ろう材6,7,8
は、必要とされる耐熱性に応じてニッケルの代りに銀あ
るいは銅系の金属を採用してもよい。この実施例の場
合、黒鉛２の厚さは一例として7mm、銅３の厚さは4mm、
インサート材4,5の厚さはいずれも0.5mmとした。
黒鉛２側に位置する第１のインサート材４はチタン製で
あり、その線膨張係数α１はおおむね８×10-6である。
ただし、チタンの代りにバナジウム等のように線膨張係
数が10×10-6以下の金属を使用してもよい。銅３側に位
置する第２のインサート材５はモリブデン製であり、そ
の線膨張係数α２はおおむね６×10-6である。ただし、
モリブデンの代りにタングステン等のような線膨張係数
が６×10-6以下の金属を使用してもよい。いずれにして
も、インサート材4,5には硬ろう材6,7,8よりも耐熱性の
高い金属が使用される。
あり、その線膨張係数α１はおおむね８×10-6である。
ただし、チタンの代りにバナジウム等のように線膨張係
数が10×10-6以下の金属を使用してもよい。銅３側に位
置する第２のインサート材５はモリブデン製であり、そ
の線膨張係数α２はおおむね６×10-6である。ただし、
モリブデンの代りにタングステン等のような線膨張係数
が６×10-6以下の金属を使用してもよい。いずれにして
も、インサート材4,5には硬ろう材6,7,8よりも耐熱性の
高い金属が使用される。
上記インサート材4,5と硬ろう材6,7,8を、黒鉛２と銅３
との間に上記の配列で重ねたのち、適当な荷重を付加し
ながら、硬ろう材6,7,8が溶融する温度まで加熱・保持
することにより、黒鉛２と銅3,およびインサート材4,5
の硬ろう付けを同時に行なう。
との間に上記の配列で重ねたのち、適当な荷重を付加し
ながら、硬ろう材6,7,8が溶融する温度まで加熱・保持
することにより、黒鉛２と銅3,およびインサート材4,5
の硬ろう付けを同時に行なう。
上記複合材１に使われている第１のインサート材４の線
膨張係数α１は、黒鉛２の線膨張係数αｃよりも多少大
きい。このため、高温に加熱された状態で接合すると、
常温まで冷却された時に黒鉛２に多少の圧縮応力が生じ
る。黒鉛２は引張り方向の力には弱いが圧縮に対しては
ある程度の強度を発揮するため、このように適度な圧縮
応力の付与は黒鉛２を割れにくくする上で有効である。
また、銅３側に設けられた第２のインサート材５の線膨
張係数α２は黒鉛２の線膨張係数αｃ以下としており、
この第２のインサート材５を銅３に接合させているか
ら、高温で接合された銅３が常温に戻る際に収縮しよう
としても、その熱応力が黒鉛２側に影響することを緩和
できる。このように２段階のインサート材4,5を介在さ
せることで、黒鉛２に生じる引張り応力の低減化が図れ
るようになり、黒鉛２のクラックの発生と破壊を防止で
きるものである。なお、黒鉛２の線膨張係数をαｃ、第
１のインサート材４の線膨張係数をα１、第２のインサ
ート材５の線膨張係数をα２、銅３の線膨張係数をαcu
とした場合、黒鉛２のクラック発生の防止に効果のある
各材料の線膨張係数の概略値の関係は次の通りである。
膨張係数α１は、黒鉛２の線膨張係数αｃよりも多少大
きい。このため、高温に加熱された状態で接合すると、
常温まで冷却された時に黒鉛２に多少の圧縮応力が生じ
る。黒鉛２は引張り方向の力には弱いが圧縮に対しては
ある程度の強度を発揮するため、このように適度な圧縮
応力の付与は黒鉛２を割れにくくする上で有効である。
また、銅３側に設けられた第２のインサート材５の線膨
張係数α２は黒鉛２の線膨張係数αｃ以下としており、
この第２のインサート材５を銅３に接合させているか
ら、高温で接合された銅３が常温に戻る際に収縮しよう
としても、その熱応力が黒鉛２側に影響することを緩和
できる。このように２段階のインサート材4,5を介在さ
せることで、黒鉛２に生じる引張り応力の低減化が図れ
るようになり、黒鉛２のクラックの発生と破壊を防止で
きるものである。なお、黒鉛２の線膨張係数をαｃ、第
１のインサート材４の線膨張係数をα１、第２のインサ
ート材５の線膨張係数をα２、銅３の線膨張係数をαcu
とした場合、黒鉛２のクラック発生の防止に効果のある
各材料の線膨張係数の概略値の関係は次の通りである。
α２≦αｃ＜α１＜（αｃ＋３×10-6）＜＜αcu また、黒鉛２の厚みをtc、第１のインサート材４の厚み
をt1、第２のインサート材５の厚みをt2、銅３の厚みを
tcuとした場合、各々の厚さは以下の範囲が適してい
る。
をt1、第２のインサート材５の厚みをt2、銅３の厚みを
tcuとした場合、各々の厚さは以下の範囲が適してい
る。
tc≧2mm 0.1mm≦t1≦3mm 0.1mm≦t2≦3mm tcu≧1mm 上記複合材１は、硬ろう付けによって黒鉛２と銅３およ
びインサート材4,5が高い強度で接合されており、しか
も耐熱性に優れている。従って上記複合材１は、例えば
炭素のスパッタリングターゲットやＸ線発生用ターゲッ
トとしての要求を充分満足する。
びインサート材4,5が高い強度で接合されており、しか
も耐熱性に優れている。従って上記複合材１は、例えば
炭素のスパッタリングターゲットやＸ線発生用ターゲッ
トとしての要求を充分満足する。
例えばスパッタリングターゲットはスパッタリング中に
表面が高温に加熱されるために黒鉛が使用され、その反
対側に冷却効率の良い銅が使用されている。また、スパ
ッタリング・スピードを速くするためには優れた耐熱性
が要求される。上記複合材１は、こうしたスパッタリン
グターゲットとして充分使用に耐える耐熱性を有してい
る。
表面が高温に加熱されるために黒鉛が使用され、その反
対側に冷却効率の良い銅が使用されている。また、スパ
ッタリング・スピードを速くするためには優れた耐熱性
が要求される。上記複合材１は、こうしたスパッタリン
グターゲットとして充分使用に耐える耐熱性を有してい
る。
また上記複合材１は、長波長の炭素の特性Ｘ線を得るた
めのターゲットとしても好適である。Ｘ線ターゲットは
黒鉛側に電子線が照射される時に温度が数百℃まで上昇
するために、その反対側は水冷等によって冷却する必要
がある。しかもターゲットは高速回転させられているた
め、高い接合強度が必要となる。これらの要求を上記複
合材１は満足することができる。
めのターゲットとしても好適である。Ｘ線ターゲットは
黒鉛側に電子線が照射される時に温度が数百℃まで上昇
するために、その反対側は水冷等によって冷却する必要
がある。しかもターゲットは高速回転させられているた
め、高い接合強度が必要となる。これらの要求を上記複
合材１は満足することができる。
第２図は本発明の第２実施例を示し、この複合材１は外
径が200mmのリング状に形成されている。その積層構造
は第１実施例と同様であるが、黒鉛２の厚さは7mm、銅
３の厚さは4mm、インサート材4,5の厚さはそれぞれ1mm
である。第１実施例で述べたと同様に、第１のインサー
ト材４は、チタン（またはバナジウム等）からなり、第
２のインサート材５はモリブデン（またはタングステン
等）からなる。また、図示していないが黒鉛２と銅３お
よびインサート材4,5の間には、第１実施例と同様の硬
ろう材6,7,8が介在されている。
径が200mmのリング状に形成されている。その積層構造
は第１実施例と同様であるが、黒鉛２の厚さは7mm、銅
３の厚さは4mm、インサート材4,5の厚さはそれぞれ1mm
である。第１実施例で述べたと同様に、第１のインサー
ト材４は、チタン（またはバナジウム等）からなり、第
２のインサート材５はモリブデン（またはタングステン
等）からなる。また、図示していないが黒鉛２と銅３お
よびインサート材4,5の間には、第１実施例と同様の硬
ろう材6,7,8が介在されている。
この実施例では直径200mmと大形のスパッタリングター
ゲットであるにもかかわらず、高い耐熱性を示し、従来
品の2.5倍のエネルギーをスパッタリング時に負荷して
も全く問題を生じることなく使用でき、被スパッタリン
グ物への高性能の成膜が可能であった。
ゲットであるにもかかわらず、高い耐熱性を示し、従来
品の2.5倍のエネルギーをスパッタリング時に負荷して
も全く問題を生じることなく使用でき、被スパッタリン
グ物への高性能の成膜が可能であった。
なお上記各実施例では硬ろう付けによって各部材を接合
するようにしているが、本発明は高温度下で行なわれる
拡散接合によって黒鉛２と銅３およびインサート材4,5
を接合する場合にも同様に適用できる。
するようにしているが、本発明は高温度下で行なわれる
拡散接合によって黒鉛２と銅３およびインサート材4,5
を接合する場合にも同様に適用できる。
本発明によれば、黒鉛と銅を硬ろう付けや拡散接合で接
合した場合に冷却過程で黒鉛にクラックが生じることを
防止でき、実用的な大きさの黒鉛と銅からなる複合材が
得られる。この複合材は耐熱性に優れかつ接合強度が高
く、しかも真空雰囲気中で使用されても不純物ガスを発
生しないため、スパッタリングターゲットやＸ線発生用
ターゲットとして優れた性能を発揮する。
合した場合に冷却過程で黒鉛にクラックが生じることを
防止でき、実用的な大きさの黒鉛と銅からなる複合材が
得られる。この複合材は耐熱性に優れかつ接合強度が高
く、しかも真空雰囲気中で使用されても不純物ガスを発
生しないため、スパッタリングターゲットやＸ線発生用
ターゲットとして優れた性能を発揮する。
第１図は本発明の第１実施例を示す複合材の断面図、第
２図は本発明の第２実施例を示す複合材の断面図であ
る。 １…複合材、２…黒鉛、３…銅、４…第１のインサート
材、５…第２のインサート材、6,7,8…硬ろう材。
２図は本発明の第２実施例を示す複合材の断面図であ
る。 １…複合材、２…黒鉛、３…銅、４…第１のインサート
材、５…第２のインサート材、6,7,8…硬ろう材。
Claims (1)
- 【請求項１】黒鉛と銅との間に互いに熱膨張率の異なる
金属からなる２枚のインサート材を厚み方向に重ねて介
在させ、黒鉛側に位置する第１のインサート材はその線
膨張係数が銅の線膨張係数よりも小さくかつ黒鉛の線膨
張係数よりも大きい金属からなり、また銅側に位置する
第２のインサート材はその線膨張係数が黒鉛の線膨張係
数と同等もしくは黒鉛の線膨張係数よりも小さくかつ上
記第１のインサート材の線膨張係数よりも小さい金属か
らなり、これら２種類のインサート材を介して上記黒鉛
と銅を硬ろう付けまたは拡散接合によって互いに結合さ
せたことを特徴とする黒鉛と銅からなる複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61315494A JPH07100358B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 黒鉛と銅からなる複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61315494A JPH07100358B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 黒鉛と銅からなる複合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63165132A JPS63165132A (ja) | 1988-07-08 |
| JPH07100358B2 true JPH07100358B2 (ja) | 1995-11-01 |
Family
ID=18066045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61315494A Expired - Lifetime JPH07100358B2 (ja) | 1986-12-26 | 1986-12-26 | 黒鉛と銅からなる複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07100358B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009039037A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Yanmar Co Ltd | コンバイン |
| US9536851B2 (en) * | 2014-09-05 | 2017-01-03 | Infineon Technologies Ag | Preform structure for soldering a semiconductor chip arrangement, a method for forming a preform structure for a semiconductor chip arrangement, and a method for soldering a semiconductor chip arrangement |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60187546A (ja) * | 1984-03-06 | 1985-09-25 | 株式会社東芝 | 黒鉛−銅接合部材及びその製造方法 |
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-
1986
- 1986-12-26 JP JP61315494A patent/JPH07100358B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63165132A (ja) | 1988-07-08 |
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