JPH07100631B2 - セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤 - Google Patents

セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤

Info

Publication number
JPH07100631B2
JPH07100631B2 JP60250777A JP25077785A JPH07100631B2 JP H07100631 B2 JPH07100631 B2 JP H07100631B2 JP 60250777 A JP60250777 A JP 60250777A JP 25077785 A JP25077785 A JP 25077785A JP H07100631 B2 JPH07100631 B2 JP H07100631B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramics
ceramic
alkali metal
phosphoric acid
phosphate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60250777A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS62113774A (ja
Inventor
正則 ▲吉▼川
茂夫 前野
重雄 鶴島
哲雄 小山
哲夫 中沢
啓一 国谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP60250777A priority Critical patent/JPH07100631B2/ja
Publication of JPS62113774A publication Critical patent/JPS62113774A/ja
Publication of JPH07100631B2 publication Critical patent/JPH07100631B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規なセラミツクス複合体の製法およびこれに
用いる接着剤に関する。
〔発明の背景〕
セラミツクスは単独で使用することもあるが、セラミツ
クスの応用を図る上で異なる材料を接合してセラミツク
スの特性を生かした利用技術開発の必要性がある。
例えば、構造用セラミツクスでは、焼結済みの各部分を
接合し、複雑な形状のものをつくる必要性が生じてい
る。この接合には金属をインサート材として用いて1000
℃以上の高温で焼成する方法がとられている。
また、機能性セラミツクスについても、セラミツクス同
志の接合、セラミツクスとの金属の接合技術が用途を広
げる上で不可欠である。
様々な分野でセラミツクスが利用されているが、セラミ
ツクスの応用を図る上でセラミツクス同志の接合技術は
重要である。構造用セラミツクスの分野では、複雑な形
状の焼結体が要求されるに従つて、焼結済みの各部分を
接合して複雑形状の焼結体を得る方法が必要とされてい
る。その場合、接合は金属をインサート材として用い10
00℃以上に焼成して行われている。
機能性セラミツクスの分野においてもセラミツクス同志
の接合が重要な技術である。電子、あるいはイオン伝動
性セラミツクスを絶縁性セラミツクスと接合する技術が
セラミツクスの用途拡大の上で不可欠である。ある接合
技術の主なものにガラス半田、あるいはりん酸塩を用い
た方法がある。ガラス半田の場合には金属をインサート
材として用いる接合法と同様に1000℃以上の高い温度が
必要であるために、熱応力が発生し、セラミツクスが破
損する恐れがある。
一方、りん酸化合物を用いる従来の方法は、りん酸にア
ルミニウム,アルカリ土類金属の水酸化物を添加したも
の(特開昭53−36513号公報)、あるいは、りん酸塩の
水溶液を用いる方法がある(特開昭49−122513号公報)
りん酸化合物を用いた方法は低温でセラミツクス同志を
接合できる利点はあるが、水酸化物、あるいは、水溶液
を用いているため、脱水成分が多く、加熱すると水酸化
物からの脱水あるいは、水溶液の水分の蒸発が起り、接
合部に気泡が発生する恐れがある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、低温で接合でき密着性のすぐれたセラ
ミツクス複合体の製法およびこれに用いる接着剤を提供
するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、セラミックスと他のセラミックスの接合界面
にアルカリ金属を含む縮合りん酸塩の溶融層を形成さ
せ、加圧接触させ前記溶融層を冷却することを特徴とす
る、セラミックス同志がアルカリ金属を含む縮合りん酸
塩層を介して接合されたセラミックス複合体の製法にあ
る。
本発明の製法は、セラミックスの少なくとも一方がアル
カリ金属を含むセラミックスである場合の複合体の製造
に好適であり、特に、セラミックスの少なくとも一方が
アルカリ金属を20重量%以下含む焼結体の複合体の製造
に好適であり、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、珪化
物又はそれらの混合物系焼結体の複合体の製造に好適で
ある。アルカリ金属は、Li,Na,K,Rb,Cs,Frと他元素の化
合物、特に酸化物の少なくとも1種か好ましく、前述の
焼結体に対し5〜20重量%含有、より好ましくは5〜10
重量%含有される。
本発明の製法は、特にα−アルミナ系焼結体同志、β−
アルミナ系焼結体同志又はα−アルミナ系焼結体とβ−
アルミナ系焼結体の複合体の製造に好適である。
また、本発明の製法により得られるセラミックス複合体
のアルカリ金属を含む縮合りん酸塩層は、50μm以下の
厚さが好ましく、特に5〜30μmの厚さが好ましい。
本発明の製法によれば、セラミックスの少なくとも一方
がアルカリ金属を含むセラミックスである場合、該セラ
ミックスと他のセラミックスとの接合界面にりん酸塩皮
膜を介在させて高温に加熱し、前記りん酸塩を溶融させ
て前記セラミックスと反応させた後、加圧接触させて前
記りん酸塩の溶融層を冷却することによりセラミックス
複合体を製造することができる。
また、セラミックスの少なくとも一方がアルカリ金属を
含むセラミックスである場合の接合温度は、160〜280℃
とするのが好ましい。特に、アルカリ金属を含むセラミ
ツクスの所望表面に溶融したりん酸塩皮膜を形成させ、
その皮膜に他のセラミツクスを接触させ高温で反応させ
凝固させることにより両者を接合する方法が好ましい。
また、りん酸溶融塩中にセラミツクスを浸漬させてそれ
らの表面にりん酸との反応生成物を形成させ両者のセラ
ミツクスを接触させて冷却することにより接合すること
ができる。
即ち、セラミックスの少なくとも一方がアルカリ金属を
含むセラミックスである場合、本発明の製法によれば、
アルカリ金属化合物を含むセラミツクスを160℃以上の
温度に加熱溶融したりん酸塩に浸漬してセラミツクスと
りん酸との反応層を形成し、処理面を接合物に接触させ
て接合することにより、セラミックス複合体を製造する
ことができる。通常市販のりん酸は、H3PO4濃度が75〜8
9%であり、その沸点は約130℃である。りん酸を沸点以
上に熱すると鎖状あるいは環状に縮合したりん酸ができ
る。150℃に熱した場合H3PO4濃度は100%である。更に
温度を上げると温度は100%を越え、これはりん酸が縮
合していることを示すものである。即ち、160℃以上の
りん酸処理することは縮合りん酸で処理することにな
る。一方、縮合りん酸のアルカリ金属塩は、ガラス質
(鎖状無機高分子)になる。160℃以上の縮合りん酸で
アルカリ金属を含むセラミツクスを処理することにより
ガラス質の縮合りん酸塩が生じ、この層が接合に寄与す
ることが判明した。
更に、本発明はアルカリ金属を含むりん酸塩を主成分と
するペーストからなることを特徴とするセラミツクス用
溶融接着剤である。即ち、アルカリ金属化合物を含まな
いセラミツクスは前述のりん酸と反応しがたいためりん
酸と反応して接合に寄与する接合層を介在させることに
より各種のセラミツクス同志を接合させることができ
る。
ここで、溶融接着剤とは、セラミックス同志を接着する
に際して、セラミックスと他のセラミックスとの接合界
面に該接着剤を介在させて高温に加熱し、前記接着剤を
溶融させて前記セラミックスと反応させた後、加圧接着
させて前記接着剤の溶融層を冷却することによりセラミ
ックス同志を接合する接着剤をいう。
アルカリ金属の含有量は0.05〜5重量%が好ましく、特
に0.1〜2重量%が好ましい。
従来、りん酸化合物の水溶液あるいは、りん酸にアルカ
リ土類金属の水酸化物を用いた方法がある。いずれも脱
水により接合部に気胞が発生する恐れがある。本発明は
水溶液あるいは水酸化物を用いていないので接合部の気
胞の発生を低減できる利点がある。
また、一般にセラミツクスはアルカリ成分と反応しやす
い性質があり、アルカリ化合物は、セラミツクスの溶融
材として利用されている。本発明はこのアルカリ成分の
反応性を利用しているため、セラミツクスを比較的に低
い温度で接合できる技術である。
〔発明の実施例〕
実施例1 直径5mm,長さ30mmの大きさのα−アルミナ及び、β″−
アルミナ(8〜10重量%Na2Oを含む)の接合を行った。
接合する面を1μmのダイヤモンドペーストで鏡面研磨
した。研磨面を市販の濃りん酸の各種温度に溶融させた
その中に5分浸漬し、りん酸処理面を介在させて互いに
若干加圧接触させ徐冷して接合した。冷却後、接合部を
エチルアルコールで洗浄し、残りのりん酸を除去した。
接合部の室温の引張り強度とりん酸処理温度との関係を
第1図に示す。図に示す如く、190℃以上では安定した
接合強度が得られる。160℃では20MPa以上の接合強度が
得られる。
実施例2 実施例1で用いたものと同じα−アルミナ及びβ″−ア
ルミナを用いて同じ方法で、りん酸の温度を200℃一定
として、処理時間と接合強度との関係を調べた。その結
果を第2図に示す。図に示す如く、処理時間が5分未満
では、接合強度が低下し、十分な反応層が得られない
が、5分以上処理することにより安定した強度が得られ
る。5分以上処理したものは、接合面にガラス質の縮合
りん酸塩が認められた。
実施例3 外径15mm,内径13mm,長さ180mmのβ″−アルミナの一端
に、直径15mm厚さ1mmのα−アルミナを200℃の溶融縮合
りん酸に10分間浸漬して処理面同志を互いに加圧接触さ
せて冷却し、両者を接合した。密封度をHeリークテスト
で調べた結果、3×10-9cc/cm2s-1以下の値であり、高
い機密性が得られることが分つた。
実施例4 β−アルミナ系Na2PZr2Si2O12同志の接合及び、Na2PZr2
Si2O12とα−アルミアの接合を実施例2と同様の方法で
行なつた。その結果室温結合強度はNa2PZr2Si2O12同志
の場合が、40MPaであり、Na2PZr2Si2O12とα−アルミナ
の場合は35MPaであつた。
実施例5 β″−アルミナとMgOセラミツクスとの接合を実施例2
と同様の方法で行つた。接合部の引張り強度45MPaであ
つた。
実施例6 Na2PZr2Si2O12とMgO系セラミツクスを実施例2と同様の
方法で行つた。接合部の引張り強度を測定した。強度は
35MPaであつた。
実施例7 実施例1で190℃以上で接合したもの及び実施例4で接
合したセラミツクスを400〜800℃で熱処理を行つたが接
合部の剥離現象は認められなかつた。特に超高温で使用
しない機能性材料の接合に有効であることを確認した。
実施例8 市販濃りん酸20ccにβ″−アルミナ粉末(粒径1μm)
1gを加えたペーストを作成した。このペーストを第1表
に示す各種セラミツクス同志の接合界面に塗布し、表に
示す温度で加熱溶融し、若干加圧して接合した。本発明
では接合が困難なセラミツクスの接合も比較的低い温度
で接合可能であることを認めた。表に示すようにペース
トを用いた手法で接合したセラミツクスの室温での接合
強度は20MPa以上の高いものが得られた。
実施例9 Na2CO3とα−Al2O3をモル比1:1,1:2.5,1:5及び1:10で混
合し、1200℃で3時間熱処理をして種々の組成比のアル
ミン酸ナトリウムを得た。このアルミン酸ナトリウムを
粉砕後、市販りん酸30ccに粉末10gを加えてペースト状
にした。このペーストをα−Al2O3に塗布し、塗布面に
α−アルミナを接触させて300℃以上に加熱した接合し
た。
いずれの組成のアルミン酸ナトリウムにおいても良好な
接合体が得られた。
得られた接合体の断面組織を観察した結果、接合層の厚
さは40μmであり、接合層に気胞などの存在は認められ
なかつた。また接合強度を調べた結果、15〜18MPaであ
り、良好な接合が得られた。
実施例10 実施例9と同じペーストを用いてSiC(2重量%BeOを含
む)(焼結体)同志、及びSi3N4焼結体同志の接合を行
つた。SiC及びSi3N4を鏡面研磨後、ペーストを塗布し
た。600℃以上に1時間保持することによりSiC同志及び
Si3N4同志の接合体を得た。
α−アルミナとSiCも同様の方法で接合したが健全な接
合体が得られた。
実施例11 第3図は本発明の接合法を適用した半導体装置の断面図
である。セラミツクス基板1に半導体素子2が金ろう7
によつて接合され、リードフレーム3にワイヤ4がポー
ルボンデングされ外部回路に接続される。半導体素子2
はセラミツクスキヤツプ5によつて機密封止されてい
る。リードフレーム3は基板1にガラスによつて接合さ
れる。キヤツプは例えばアルミナ,炭化珪素,ムライト
等の焼結体が用いられ、また基板1として0.1〜5重量B
eを含む炭化珪素焼結体(理論密度98%以上、室温の熱
伝導率0.2cal/cm・sec.℃以上)が用いられ、これらを
アルカリ金属酸化物を含む実施例9で用いたりん酸塩の
ペーストによつて接合部8のように接合封止される。
実施例12 第4図は本発明の接合法を適用した他の例を示す半導体
装置の断面図である。実施例12と異なる点は放熱フイン
9(例えばAl製)と樹脂10で基板1に接合したもので、
他は実施例11と同様で、接合部8を有する。
本実施例によれば前述と同様に基板1としての炭化珪素
焼結体とキヤツプ5のアルミナ焼結体との接合性に優
れ、機密性の高いものが得られた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、各種セラミツクス同志を比較的低温で
接合してセラミツクス複合体を製造することができ、特
にα−アルミナ基板を使用した機能性セラミックスを接
合して複合体を製造するのに好適であり、電子装置の接
合への応用に効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は室温の接合強度とりん酸処理温度との関係を示
す線図、第2図は同じ接合強度とりん酸処理時間との関
係を示す線図、第3図及び第4図は本発明の接合法を応
用した半導体装置の断面図である。 1……セラミツクス基板、5……セラミツクスキヤツ
プ、8……本発明の接合部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 哲雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中沢 哲夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 国谷 啓一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特公 昭54−15454(JP,B2)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスと他のセラミックスの接合界
    面にアルカリ金属を含む縮合りん酸塩の溶融層を形成さ
    せ、加圧接触させ前記溶融層を冷却することを特徴とす
    る、セラミックス同志がアルカリ金属を含む縮合りん酸
    塩層を介して接合されたセラミックス複合体の製法。
  2. 【請求項2】セラミックスの少なくとも一方がアルカリ
    金属を含むセラミックスである特許請求の範囲第1項記
    載のセラミックス複合体の製法。
  3. 【請求項3】アルカリ金属を含むセラミックスをりん酸
    塩の溶融浴中に浸漬して前記セラミックスとりん酸塩と
    の反応層を形成させた後、該反応層を介して他のセラミ
    ックスを加圧接触させ冷却する特許請求の範囲第2項記
    載のセラミックス複合体の製法。
  4. 【請求項4】りん酸塩の溶融温度を160〜280℃とする特
    許請求の範囲第2項〜第3項のいずれか一つに記載のセ
    ラミックス複合体の製法。
  5. 【請求項5】アルカリ金属を含むりん酸塩を主成分とす
    るペーストよりなることを特徴とするセラミックス用溶
    融接着剤。
  6. 【請求項6】アルカリ金属を0.05〜10重量%含む特許請
    求の範囲第5項記載のセラミックス用溶融接着剤。
JP60250777A 1985-11-11 1985-11-11 セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤 Expired - Lifetime JPH07100631B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60250777A JPH07100631B2 (ja) 1985-11-11 1985-11-11 セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60250777A JPH07100631B2 (ja) 1985-11-11 1985-11-11 セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62113774A JPS62113774A (ja) 1987-05-25
JPH07100631B2 true JPH07100631B2 (ja) 1995-11-01

Family

ID=17212887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60250777A Expired - Lifetime JPH07100631B2 (ja) 1985-11-11 1985-11-11 セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07100631B2 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005000865A1 (de) * 2005-01-05 2006-07-20 Schott Ag Verfahren zum Niedertemperatur-Zusammenfügen von Körpern und verfahrensgemäß hergestellte Erzeugnisse

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5415454A (en) * 1977-07-06 1979-02-05 Japan Steel Works Ltd Mouth draw forging of large ring

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62113774A (ja) 1987-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4849292A (en) Method for directly bonding ceramic and metal members and laminated body of the same
KR880000654B1 (ko) 금속-세라믹접합체
US4471026A (en) Ternary alloys in brazing ceramics
JPH0817189B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JPS5925754B2 (ja) セラミックス用接着剤及びその接着方法
KR930005894B1 (ko) 금속화층이 형성된 질화알루미늄 소결체 및 이의 제조방법
JPS62113774A (ja) セラミック複合体の製法およびこれに用いる接着剤
JPS58130546A (ja) 炭化珪素質基板およびその製造方法
JPS6261549B2 (ja)
JPS6154748B2 (ja)
JPS62216983A (ja) 金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体並びにその製造方法
JPS5924755B2 (ja) 窒化珪素の接着方法
JPS6410100B2 (ja)
JPH0460946B2 (ja)
JPS6116751B2 (ja)
JPH0725617B2 (ja) 窒化アルミニウム基板およびその製造方法
JPH0631163B2 (ja) 接合用ain質焼結基板材及びその接合方法
JPS62265184A (ja) 非酸化物系セラミックス用接着剤および接着方法
JPH08144065A (ja) セラミックスのメタライズ及び接合方法
JPH11329676A (ja) セラミックスと金属の接合体及びこれを用いたセラミックヒータ、ならびにその製造方法
JPH08169778A (ja) アルミナ系セラミックス−アルミニウム合金の接合用ろう合金及び接合体
JPS5961054A (ja) 半導体装置
JPS6121982A (ja) セラミツクス接着方法
JPS58176187A (ja) 炭化珪素質基板およびその製造方法
JPS60226463A (ja) 非酸化物セラミツクス用接着剤及びその接着方法