JPS58204885A - 焼結セラミツクの金属化法 - 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】 （１）発明の分野 本発明は、灰化けい素などけい素化合物をその構成成分
又は不＋！４４．ａとして包むセラミックの金属イト法
に係り、６ヤしくはマンガンの融点より低い飄疲でマン
ガンと反応し得るけい素化合物を営むセラミックの特定
表面に、密着力のグ虫いマンガン含自金属層を比較的低
温（マンガンの融点より低い温、髪）で短時間に形成す
る方法及びそのマンガン８有金属層上に他の金属１−を
接付する方法に関する。

本発明により製造された全域化セラミックは。

半導体装置用基板、電子部品、機構部品、構造材などの
直接材料１部品又は中間材料なととして、谷檜用途に供
される。

（２）従来技術の説明 セラミック焼結体、特にアルミナ焼結体の金属化法は古
くから知られている。セラミックコンデンサへの電極付
け、電子管などの絶縁性封止材料。

半導体装置における半導体素子接合技術、半導体装置の
基板に２ける配線技術など、セラミックの金属化はきわ
めて重要なものである。

アルミナ、ベリリアなどの酸化物系セラミックについて
は古くから研究され、各種の金属化法がある。例えばア
ルミナセラミックにおいては、マンガン粉末とモリブデ
ン粉末との混合ベース）’（ｃ−セラミックに塗布し、
これを焼付ける方法がある。

その他、上記粉末にチタン水素化物、酸化アルミニウム
、酸化けい素、酸化カルシウムなどを混合したペースト
も提案されている（特開昭５５−１１３６８３号公報参
照）。

特開昭５５−１１３６８３号公報によれば、炭化けい素
セラミックの金属化法として、粉末状のｐＪ　ａ、　■
ａ、　■ａ及び■ａ族金稿の１種以上をｌＯ〜１００重
菫部と、　　ｌｂ、　［ｂ、　１ｌｌｂ、　■ｂ及び■
族元素の１檀以上金９０重菫部以下とからなる金属化用
組成物が示されている。同公報の実施例及びその説明に
よると、上記組成物はペーストの形で炭化けい累セラミ
ックの表面に塗布され、加熱してセラミック面に金属膜
全形成する。上記ペーストは加熱時（１０００〜１８０
０Ｃ）に溶融せずにｎｂｄによりセラミックと金属の結
合を生じさせるものである。例えば銅粉末２０重１％と
マンガン粉末８０畝延％とからなるペーストを炭化けい
素慴ラミックに塗布し、これをに空中で焼付けているが
、８０（ＩＣでは雀礪化状態は不良であると結論づＶす
られている。

分限にはペーストの僻村は時間ｒま明記されていないが
、金属の拡散を利用するものであるから。

長時間の加熱が必要である。

モリブデン８０　ｑ　’ｉ　ｏＩｎ％シリカ７〜３重−
％に酸化マンガン３〜２ｉｉ％峻びタングステ〈５〜１
５重童％からなるペーストを用いてアルミナセラミック
を・金嬌化する方法が特開昭５４−５８７１４号公報に
記載されている。その金属化温度は１３’７０ｔＺ’で
あり、拡散接合によって金属化がイｆわれると記載され
ている。、′ タングステン粉末とマンガン粉末とを含むペーストで窒
化けい素セラミック１１５５０ｔｌｌ”で拡散接合によ
って金属化を行う方法（特開昭５５−５１７７４号公報
）も知られている。これらはいずれも高温で比較的長時
間の加熱が必要である。

アルミナセラミックは電子材料として、炭化けい素セラ
ミックは電子材料、ガスタービンのブレード、内燃機関
のエンジン、シールリングなどの産業機関用材料として
注目されている。これらのセラミックの金属化がより低
＠、短時間で容易に行えるならば、セラミックに対する
熱的ストレスも小さくなり、熱エネルギーの節約、量産
性の向上が期待できる。

最近の研究の結果、従来のモリブデンペーストやタング
ステンペースト（マンガン粉末を含む場合もある）をセ
ラミックの表面に印刷して焼付けた場合、その金属化処
理時にマンガンの拡散又はモリブデンの蒸発、沈着によ
って、ペーストラ印刷しない部分の表面の抵抗値が低下
すゐことが観察された。かかる現象により、セラミック
の表面もれ電流が増加するこフ本観察された。以上のと
とからも、金属化処理は、なるべく低温、短時間で実施
するのが望ましいのである。

（３）発明の要約 本発明の目的は、炭化けい素などのけい素化合物含有セ
ラミックの金属化処理が比較的低温、短時間で行え、良
好な密着力を示す金属膜を形成す為ことができる金属化
法を提供することである。

本発明は、けい素化合物含有セラミックの表面に形成し
たマンガン官有金属層の状態によって。

従来予測できなかった全く新しいメカニズムが生シ、コ
れによってマンガンの融点より低い温度で容易に金属化
反応が起るという事実の発見に基づいている。より詳し
くは、セラミックに含有されるけい素化合物がマンガン
と容易に反応し得る形態で存在し、かつマンガン又はマ
ンガン合金あるいはマンガンと他の金嘱の混合物を、上
記セラミックの表面を高度に密着した状態でセラミック
と接触させ、これをマンガンの融点より低い温度に加熱
してマンガンとけい素とを反応させ金属化反応を行わせ
るものである。

（４）発明の説明 （１）セラミック材料 本発明においては、炭化けい素セラミック、不純物とし
て酸化けい素を含むアルミナセラミックなどが代表的な
セラミック材料である。

ＳｉＣ及び８ｉ０１は、低温の金属化処理でもマンガン
との良好な反応の場が形成されるならば、容易にマンガ
ンシリサイドが形成され強固な結合が得られる。

実験によれば、マンガンの融点（１２４４Ｃ）よシ低い
温度では窒化けい素セラミックの場合は、シリコンと窒
素との結合が、マンガンとけい素との結合よりも強く、
良好な金属化膜が得られなかった。

本発明で使用するセラミック材料は、その中に含まれる
けい素成分がマンガンと反応してマンガンシリサイドを
形成し得るようなものである。炭化けい素と酸化けい素
のシリコンはマンガンと低温で容鵬に反応し得る成分で
ある。

（ｌｉ）−ｑンガン言有金属層 本発明において、マンガン原子又はマン−ガン結晶はセ
ラミック基体の炭化けい素結晶粒又はアルミナ結晶粒に
最接近し、緊密に密着して炭化けい素や酸化けい素とマ
ンガンが容易に反応し得る状態全形成する必要がある。

かかる状態を形成する手段として次のものがある。

（イ）　マンガンをセラミック基体の全面又は特定表面
に真空蒸着する。この蒸着膜のマンガン原子又は結晶は
、セラミック基体表面の微細構造に入り込み、緊密に密
着しているか°ら、マンガンと基体中のシリコンとが容
易に反応する。−例では、金属化処理は７００Ｃで１分
間以下で実施できるという驚くべきことがわかっている
。

（ロ）　マンガンと銅、ニッケル又はチタンとの合金を
真空蒸着してセラミック基体表面に沈着する。この場合
、マンガンの蒸気圧が高いため。

セラミック表面に接する側ではマンガンリッチな層が形
成され、その上に合金成分リッチな層が形成される。こ
のような蒸着膜の作用は、上記（イ）の場合とほとんど
同じであると考えられる。

（ハ）　マンガンの微粉末（なるべく細かいもの。

例えば５μｍ以下、特に２μｍ以下）で金属化用ペース
トをＡ製し、これをセラミック表面にスクリーン印刷法
などで印刷する。かかる微粉末でマンガンペーストを調
整すれば、マンガン微結晶は炭化けい素結晶粒又はアル
ミナ結晶粒の表面と緊密に密着し、シリコンとマンガン
との反応が容易に行われる状態となる。

なお、マンガン粉単独でなく、銅、ニッケル。

チタンなど他の金属の微粉末との混合系でもよい。また
、マンガンと銅、ニッケル、チタンなどの合金を、微粉
末にし、ペーストを調整してもよい。上記のような混合
系又は合金系［ｂいて、その組成はマンガンと他の金属
が金属化処理温度において融液を形成し得る範囲のもの
がよい。かかる融液が形成されることによって、マンガ
ン原子とセラミック基体中のシリコン原子は最接近して
容易に反応し得る。上記組成については次の項で説明す
る。

に）　マンガンと銅、ニッケル又はチタンの特定合金の
箔、線、粉末をセラミックの表面に載置し、これを加圧
しながら合金の融点以上でマンガンの融点より低い温度
に加熱すると１合金が浴融し液相が形成される。このよ
うにして形成されだ液相は、セラミック基体のシリコン
原子に最接近し、シリコンとマンガンは容易に反応し得
る。

特に好ましい冶金組成は、２５〜４５重量％マンガン−
銅合金（融点８７０Ｃ士約１ｏｃ）。

５０〜７０篭ｉ％マンガンーニッケル合金（ｓ点１０１
８ｔｒ士約１００）、及び４２〜４３’ｌ［ｉｉ％マン
ガン−ニッケル合金（融点１１７５Ｃ士約１００）であ
る。これらの合金は、マンガンの融点よりずっと低い温
；Ｗで融液を形成し得、かつ良好な金属化膜全形成でき
る。

前記特開昭５５−１１３６８３　号では、銅（２０％）
−マンガン（８０％）ペーストラ用いており、　　１０
００　ＣＫ　、７ＪＩ］熱して金属化しているので。

融液は形成されず、従って長時間加熱して拡散しなけれ
ばならない。本発明によれば、上記−一マンガン合金の
？乙を用いて、８６０ｔ：’近辺でわずか１分以下の９
口熱で良好な金属化膜が得られる。

上記合金組成は、前項（ハ）の場合にもあてはまる。

（ホ）　その他の方法 マンガン又はマンガン合金層を形成する他の方法として
、スパッタリング、又は超微粉を用いたプラズマ溶射が
ある。

ＯｉＤ金属又はセラミックとの接合 上記のようにして得た金属化膜を有するセラミックに他
の金属又は金属膜あるいはセラミックを接合するには次
の方法がある。

マンガン含有金＠層（マンガン本独も含む。

以下同じ）を、蒸着、スパッタリング、ペースト印刷で
形成し、これ？金属化処理した場合には、鉄、銅、ニッ
ケルなどの金属膜を電気めっき又は化学めっきで形成し
、必要に応じ金属膜を加熱して強固に結合させる。チタ
ンやアルミニウムならば蒸着、スパッタリングで形成す
る。

マンガン含有金属層を形成するのにマンガン合金の箔な
どを用いる場合は、マンガン合金の上に、＃、銅、ニッ
ケル、チタン、アルミニウムなどの箔又は板あるいは線
を載置し、加圧。

加熱すれば、金属化と接合が同時に行える。加圧力は、
０．０１Ｋｇ７ｍ”以上おればよ＜、１匂ゝ／簡冨以下
で充分である。

マンガン含有金、嗅層に、炭化けい素又は酸化けい素含
有セラミックを載置して加熱すれば。

セラミック同志の接合が得られる。

ＩＶ）セラミックの表面粗さ 炭化けい素セラミックに本発明を適用した場合、炭化け
い素とマンガンは次のように反応して金属化される。

８１Ｃ＋　Ｍ　ｎ　−＊　ｆ３　ｉＭｎ　＋　にの事は
、金属化面を研摩して分析し、遊離炭素が存在すること
を確認することによって確かめられた。アルミナセラミ
ンクの場合は、不純物として含まれているｓｉｏ、がＭ
ｎと反応して強固な結合を作ると考えられる。

８１０１１　＋　Ｍ　ｎ−＋Ｓ　ｉＭｎ　＋　０４従っ
て本発明では、上記の反応が進行し易い状態を作ること
がＭ要である。

セラミックの表面粗さΔＨと使用するマンガン粉又はマ
ンガン合金粉の粒径との関係について考察する。例えば
セラミックの表面粗さが５μｍであれば、ペースト中の
マンガン又はマンガン合金粉の大きさはなるべく小さく
、特に２μｍ以Ｆにするのがよい。一般的には、表面粗
さくΔＨｅｒμｍで表わした場合、使用するセラミンク
基板の表面粗さよりも小さい粒径（μｍ）のマンガン粉
又はマンガン合金粉を用いるのがよい。

これに対して、蒸７Ｉ！、スパッタリング、溶射あるい
は融液の場合は、マンガン原子又は微結晶はセラミック
の表面粗さよりはるかに小さく、族４．スパッタリング
、溶射のままでセラミック基板表面によく密着し得るの
で、セラミックの表面粗さは問題とならない。

□ （５）図面及び実施例の説明 第１図は本発明の実施例で用いられた金属化法の説明図
で１例えば炭化けい素セラミック１と。

銅箔２の間にマンガン−銅合金の７ｇ３３をはさみ。

これ金銅ブロック５．５′間にはさんで、治具４゜４′
により卯圧し、尚周波コイル６でゼラεツク１と合金箔
３及び銅箔２を加熱する。

ゝ第２図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は、第１図のよう
にして得だ銅箔付きセラミックにおける銅箔のはく離強
さ測定試料の作り方及び測定法を示す。図（ａ）のよう
に。

銅箔１２のついたセフミンク１１の中間に切り込与スリ
ット１７を彰戎し、これ全図（ｂ）のように銅箔１２側
に折り曲げ１図（Ｃ）のように治具１８゜１８′で固定
して矢印の方間に引張り、は＜１１ｔＵ＊さを水めた。

第３図（ａ）、（ｂ）は、従来のペーストを用いた半導
体装置及び本発明の盆４化セラミック基板を半導体装置
に適用した例を示す。この例は半導体素子とセラミック
基板とのＩＵＩＯ熱抵抗を測定するために１乍られたも
のである。図（ａ）において、厚キ０．６闇の炭化けい
素基板２１の上に、モリブデン−マンガンペースト全ａ
ｍプて金属化ノー２０全杉成し。

その上にはんだぬれ１生のあるニッケル膜２４（厚さ０
．５μｍ）を電気めっきで形成した。

そしてはんだ２２でシリコンダイオード２３を接着した
。

図（ｂ）において、マンガン含有金属化ノー２４と銅箔
２５（厚さ５０μｍ）が直接接合しており、図（ａ）の
ようなニッケル膜は必要でない。他の構成は図（ａ）と
同じである。

第４図は、第２図の測定法で得られた鋼箔のはく離嘲さ
と、マンガンー鋼合金中のマンガン含量との関係金示す
もので、マンガン含量が２５％以上になると、はく離強
度が５　Ｋｇ　／ｃｍを越し、３０％以上になると、は
く離強度は著しく高くなり、３５％以上になると、鋼箔
で破断するようになる。

第５図は、マンガンを蒸着したときの金属化処理温度と
引張り強さとの関係を示す。金嘱化温度が６００Ｃ以上
で充分な接合ｇｉ贋が得られ、約７００Ｃ〜約１０００
Ｃの間では、金−化膜では破断が起らなくなる。

第６図は、マンガン−銅合金及びマンガン−ニッケル合
金を蒸着したときのマンガン含有１と引張り強さとの関
係を示す。図によって明らかなように、マンガン含有譬
が２０％を越すと引張り強きが高くなり、約２５％を越
すと金属化膜では破断しなくなる。

゛第７図は％第２図に示す方法で測定した囮属化（接合
も同時）温度とはく離強さとの関係を示す。

第８図は１本発明によって金属化した基也の表面状態を
リーク電流で示したものである。曲線３５は、金属化膜
の一部をエツチングで除去したまま（純水に浸漬洗治）
で、２つの電極部を形成して、その電極部間に電圧をか
けて、電ｌｔ！部間の表面リーク電流を測定したもので
ある。

曲線３６は、上記のようにして得た試料の霧出表面をア
セトン中で超音波洗浄したもの１曲線３７は露出表ＩＴ
ＬＩをサンドブラストで研摩したものについて示す。測
定はいずれも２０Ｃで行われた。

比較のため、公知のモリブデシーマンガンペーストを、
電極形状に印刷焼付け（１５５０ｃ）して得た材料につ
いて、リーク電流を測定したところ。

５０Ｖで約１０−’（Ａ）、１００ＯＶ−？’約１０−
’（Ａ）であり１本発明の場合より皆しく大きい。

本発明の場合は、全面に金属化膜？形成し、その一部全
エッチングして露出して測定したものであり、比較例の
ように電極部のみに金属化膜を形成すれば、−着リーク
電流が小さくなる。モリブデンペーストの場合、焼付温
度が高いので、モリブデンやマンガンの蒸発が起り％更
にそれらの拡敵が起るので、セラミック基板の表面状態
を悪くするのである。

第９図は１本発明によって得た金属化セラミックの耐熱
性試験結果を示し、６００ｐにＤ１熱しても金属化膜の
特性は低下していない。なお加熱条ＹＰは、真空中（１
０−’　ｔｏｒｒ　）で１時間保持である。

子属化はマンガン−銅合金を用い％８６０ｃで銅？６を
接合した。

実施例１ ２重量％のＢｅ０ｉ添加して焼結した炭化けい素焼給体
から、厚さ１．５　ｍ　％縦、横各１５問、表面粗さ５
μｍの試料を１０個作った。この試料に厚さ２５μｍの
マンガン−銅合金箔（マンガン含有ｆ１〜６０重菫％）
及び厚さ１００μｍの銅箔ケ直ね、第１図の装置岬を用
いて０．０５　Ｋ９／醪２の圧力を加え、昼ｔ、、ｉ波
加熱で合金箔の重点に加熱した。加圧は、加熱及び冷７
．１ＪＬ７′）間かＩｆｆていた。

′加熱速度を１（１，００Ｃ／分とし、マンガン−′Ｍ
台並の融液が形成される温度全治共４，４′間の距離変
化によって検出した。マンガン−銅合戴箔が＃融した後
約１秒間その温度に保持してからカｏＰＡを停止し、自
然冷却した。

加熱中は、試料周辺にアルゴンガスを吹き付は金属の酸
化を防止した。

−たん融液となったマンガン−も−ｊ合金ン」冷／４］
後も接合面に残留しているが、一部接合＋＊ｉに切出さ
れていた。その排出部の〜１成は、マンガン−＠ｂ釜の
組成とほぼ同じであるが、わずかにシリコ／が検出され
た。

第３図は、上ｄ己のようにして得た試料のけ〈離強さと
マンガン−′ｈ４１１１合省のマンガン會有菫との関係
を示す。測定にあたっては第２図（ａ）、　（ｂ）、　
（Ｃ）の方法がとられた。

はく離試衰で、銅箔で破断した試料の炭化けい累と釜属
化ノーとの界面゛を観察した。炭化けい素表閣から金属
層（金、＊化ｌ−及び銅箔１ｍ）′Ｊｋエツチングで除
去し、その霧出表面をＳＡ徽鏡で観察した結果、炭化け
い素表面には侵食されたような微小な凹凸が形成されて
いた。このことからも、炭化けい素とマンガンとが反応
したことが推定される。

実施例２ 実施例１と同様な方法で、厚さ５０μｍの３７．８、ｔ
ｔ％マンガン−銅合金箔及び１００μｍの銅箔を１々の
温度で炭化けい累に接合した。

こうして得た試料につき、はく離強さを測定して第７図
の結果を得た。第７１ン４の結果によれば、上記組成の
マンガン−銅合金箔を用いた場合。

８６０〜９００ｔｌ’の接合温度が適していることがわ
かる。

加熱時１４は１〜１０秒で十分であり、温度が高すぎた
り％００熱時間が長ずき゛るとシリコンと、マンガンの
反応が過剰になり、かえってはく離強さが減少する。

ｌＪＯ圧はマンガン−銅合金の１欣がセラミンク表１月
１でよく広がり、かつ密着するのに必要で、カロＬＬ力
Ｑよ０，０ＩＫｙ／咽！　、１．ｕ上、ｌＦ、ｑ／降２
以Ｆ１狩に０、０１〜０．５　Ｋｇ／　７１１Ｊ１”が
好ましい。１関度のｒＪａ圧をす途と、セラミックに損
傷を与えることがある。

実施例３ ２重蓋％Ｂ　ｅ　（１入り炭化けい未焼結体（表面粗さ
２μｍ）、アルミナ焼結体（表面粗さ３μｍ　）及び窒
化けい未焼結体（表面粗さ３μｍ）に、以下に示す種々
の金属化及び接合を何なった。

（１１厚さｓｏμｍの３７．５　％？　７ガ７　　Ｗｙ
Ａ８！ｉ箔と厚さ１００μｌ１ｌＯ鋼箔父は５０μＩ１
１のニッケル箔全実施ψ１」２と同様にして螢嬌化及び
接合を行なった。

（２＋　　厚さ５０μｍの６０％マンガン−ニッケル合
金箔と厚さ１００μｍ＋７）−箔又は５０μｍσ）ニッ
ケル箔の金ｙ４化文び接合。温度はｔｏ１８ｃ。

１・１ ＪＪＯ圧は０．０５　Ｋ？　／　ｖａｎ　”。　　、。

（３）厚さ５０μｍ１】の４２，５％マンガン−チタン
合金箔と厚さ１００μｎｌの＠箔又は５０μｒｎのニッ
ケル′Ｗ３を用いた金属化及び接合。加熱温度は１１７
５Ｃ，加圧は０．０５に７／陣２゜（４）マンガンを′
ＪＬ仝＃着で２．５μ汀ｌの厚ざに形成して７００Ｃで
金属化処理をし、−１−の上に電気めっきで２μｍの銅
又はニッケル箔全実施し。

／ＪＯ熱して両者を接合させた。

（５１３７，５％マンガン−銅合金を真空魚屑し。

７００Ｃで金属化処理をし、その上に銅又はニッケルめ
っきをして力ロ熱接合した。

（６）平均粒径２０μｍ及び２μｍ以下のマンガン粉を
ニトロセルロースと酢酸ブチル・琵合吻に分散してペー
ストラ作り、Ａクリーン法でセラミック表面に印刷、焼
付け（合雀化）シ、その上に銅又はニッケルめっきをし
て、加熱し両者を接合した。

（７）平均粒径２μｍ以下の３７．８％マンガン−銅合
金粉及び平均粒径２μｍ以下のマンガン粉と銅粉の混８
−９勿〃・らＡＡ己（６）のようにしてペーストを作り
、金属化、接合をした。

上記のようにして作成した試料につき、金属化膜（マン
ガン含有金属層）及びその上に形成した蓋−ｊ−の性＊
ｉ−侠査した。そＪ見１１米金第１衣にまとめて示す□ 第　　　１　　　衣 表において、被接言行“なし”は曾属化模（マンガン含
有合金Ｉ−の状轢全評価するため１．ｔｌｉ接合材を接
合しなかったものである。そのため、ｄ逗ン白を用いた
揚台は、　／ＪＤ比する手段として、マンガ／−鋼合釡
にぬれない治具で加圧した。

表において、″なし″の場合、◎は平滑で密着力の強い
金属化膜が得られたもの、○は密着力のやや低いもの、
Δは平滑千がやや劣り密着力も低いもの、×は平滑性、
密着力がともに劣るものである。被接合材を用いた場合
、◎は接合強度が著しく高く、はく離試験で被接合材で
破断したもの。

○は接合強度の高いもの、△は接合強度が低いもの、×
は接合強度が著しく低いものである。

実施例４ ５重蓋％のＢｅＯを含む炭化けい未焼結体く表面粗さ２
μｍ）の表面に、電子ビーム蒸発法で厚さ２μｍのマン
ガン膜會形収し、これを真空中で第５図に示す温度で金
属化処理をした。７１Ｄ熱時間は１５３〜］−のる。金
属化処理後、電気めっきで厚さ５入ｍのニラ・−ル膜を
形成した。次いで、これｉ７０ＱＣで１０分間加熱して
ニッケル膜とマンガン層を拡散接合した。

このようにして得たメタライズＩＩ！と炭化けい素基体
間の接着力（結合力）を評価するために、厚さ２００μ
ｍの銅ン西乞−検３ｍＸ横３１の［閉４★分だけニッケ
ル膜にはんだ付けし％残りの鋼箔の部分を引きＬげて、
引張り強度を求めた。その結束をよ５図に示す。第５図
によれば、金属化処理温度が６５０〜１００ＯＣではん
だＩ−で破断が生じることがわかる。

実施例５ ２這瀘％の窒化アルミニウム全添加した炭化けい素焼粘
体（表面粗さ２μｍ）の表面ＶＣ厚さ′２．．５μ口】
のマンガン−網台♀及びマンガン−ニッケル合金を真空
蒸着し、？′にいでこれをＡ空中で７００Ｃに１分間８
０熱して炭化けい素とマンガンとを反応させた。

次いで上記金属化１−の上に厚さ５μｍのニッケル膜を
形成し、７００Ｃで１０分間加熱して拡散接合した。こ
のようにして得た試料の引張り強要を実施例４と同様に
測定して第６図の結果をｍた。

マンガン−銅又はマンガンーニンケル蒸４に中のマンガ
ン含有曾が２０重着％になると、引張り強蜜が６に９１
扶ととなり、２５重装置以上になると。

金属化膜では破断しなくなる。

′−Ｊ！施例６ 実例６２で得た試料のうち、８６０Ｃで金属化処理を行
なったものについて、金属化膜（マンガン含有金属１−
及び鋼箔）の一部をエツチング除去し、ｔｍとなるべき
２つの金属化膜（銅１−付き）倉残して、炭化けい素セ
ラミックの表面状態（電気特性）を測定して第８図の結
果を得た。図中の曲線３５，３６．３７は既に説明した
が、従来のモリブデン−マンガンベース）を用いた場合
（５０Ｖで１０−＠Ａ、１０００Ｖｆｌ　Ｏ−”Ａ）ｃ
！：比べると一本発明の場合はセラミック表面の劣化が
はるかに少ない。

実施列７ 実施例２で得た試料を第９図に示す温度に１時間再カロ
熱した。その結果５６００Ｃまでは、金属化膜の接着力
低下は認められず、６５０Ｃでもわずかしか接着力が低
下しない。

また、−５０Ｃ’〜＋１５００で１０００回の熱サイク
ル試験をしたが、はく離強度の低下はなかつた。

実施例８ 実施例２で得た試料を用いて、第３図（ｂ）に示す試料
及び従来のモリブデン−マンガンベース）ｋ用いて第３
図（ａ）に示す比較試料を作った。各試料の寸法等は先
に説明した通りである。

上記試料音用いて、初期の熱抵抗及び−５０Ｃ〜＋１５
０Ｃで１０００回の熱サイクル後の熱抵抗を測定したと
ころ１次の結果を得た。

なお、熱抵抗は、ダイオードｚ３とはんだ１−２２の接
合面における温度ＴＩと、炭化けい素セラミンクの下側
表面温ｖＴ、との差を、ダイオードの発熱ｍＱで除して
求めた（　’ｒ、−’Ｉ’ｍ／Ｑ）。

（６）発明の詳細 な説明したように１本発明によれば、比較的１八温、題
詩１１１で良好な金属化処理が６える。その結果、セラ
ミック基体そのものに対する４Ｐ影響も少なくなり、セ
ラミックの特注低下又は変化が少なく、さらに熱経済性
もよくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の実施例に用いられた金属化処理装置
の概略一部断面図、第２図（ａ）、　（ｂ）は、はく１
ｉａ５遣さ試験の試験片の作製法を説明する斜視図。 −Ａ２図（Ｃ）は、はく離試験法を説明する概略図であ
り、第３図は本発明の実施例で作られた半導体装瀘の断
面図で、（荀は比較試料、（ｂ）は発明試料全示し、第
４図はマンガン−鋼合金中のマンガン含有瞳と、或ｌｉ
％漠のはく離強との関係を示すグラフ。 第５図はマンガン蒸着膜の熱処理温度と尉属化膜の引５
長し強さとの関係を示すグラフ、第６図は７７ガ’　　
ｇ合金蒸７＃映及びマンガン−ニッケル合金蒸４膜のマ
ンガン含有址と釡＠膜の引張り強さとの関係ヲ示すグラ
フ、第７図はマンガン−嗣合ｉ名を用いた金属化処理の
は度とはく離強さとの関係を示すグラフ、第８図は本発
明により得られた試料のセラミック徒体の表面状性をリ
ーク電流で測定して得られたグラフ、及び第９図は１本
発明により得られた試料の熱劣化試績結筆を示すグラフ
でめる。 １・・・セラミック、２・・・鋼箔、３・・・マンガン
−調合金箔、４・・・治具、５・・・鋼ブロック％６・
・・尚周波コイル、２２・・・はんだ％２３・・・ダイ
オード、２４・・・ニッケル膜％２０・・・モリブデン
金稿化［，２１・・・炭化けい素セラミック、２５・・
・鋼箔、２６・・・マンｒｊ、く：、’）。 Ｊｆ７４１２Ｊ ハマ）、量　ｒす］戸４４ノ 金ｊ飄Ｙむりπｆｆ温バ１　　（℃〕 膚〉　　　乙　　ｌ≧］ 昂Ｈ腑費を稚％） ぞ７月 Ｗ　＊部／ｆＦ　／　’Ｃ） 第　２Ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　マンガンの融点より低い温度でマンガンとｔ″１
   い素との反応を起し得るけい素化合物金言有する焼結セ
   ラミックの所望表面に、マンガン含有金属層を形成し、
   該金属層をマンガンの融点より低い温度に加熱してマン
   ガンとけい素との結合反応を行わせる方法であって、上
   記マンガン含有金属層を上記結合反応に先立って上記セ
   ラミック表面に緊密に密着させ、上記けい素化合物とマ
   ンガンとｒマンガンの融点より低い温度で反応させるこ
   とを特徴とする焼結セラミックの金属化法。 ２　上記マンガン官有金属層がマンガン又はマンガン合
   金あるいはマンガンと他の金属との混合物の蒸着膜、ス
   パッタリング膜又はプラズマ溶射膜であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の焼結セラミックの金属
   化法。 ３、上記マンガン含有金属層がマンガンと銅、ニッケル
   又はチタンとの台金融液層であってかつその融６ノーが
   他の部材を介して上記セラミックの表面に加圧、密着さ
   れていることを特徴とする特Ｉト１１ｆ４末の範囲第１
   項記載の焼結セラミンクの金属化法。 ４、上記マンガン含有金属ｊ−が上記・焼結セラミック
   の衣面粗さよりも小さい粒径を有するマンガン粉、マン
   ガンと銅、ニッケル又はチタンとの合金粉、わるいはマ
   ンガン粉と銅粉、ニッケル粉又はチタン粉との混合物を
   含むペースト全セラミックの表面に乍布し焼付けて得ら
   れたものである％許請求の範囲第１項記載の焼結セラミ
   ンクの金属化法。 ５、　セラミックは炭化けい素焼粘体又は酸化けい素含
   有アルミナ焼結体である％許ｅｎ求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれかに記載の焼結セラミックの金属化法。 ６、上記マンガン合金が、マンガン２５〜４５重置％と
   銅との合金、マンガン５０〜７０重曽％とニッケルとの
   合金又はマンガン４２〜４３重ｔ％とチタンとの合金で
   ある時ＷＦ請求の範囲第３項又は第４項記載の焼結セラ
   ミックの金属化法。 ７．炭化けい素セラミックの所望表面に、マンガン全２
   ５〜４５重せ’／ｉ’ｌ言み残銅からなる台筐、マレガ
   ン金５０〜７０重曽％宮み残ニッケルからなる合金又は
   マンガンを４２〜４３重１％よみ残チタンからなる合金
   の箔を載置し１次いで該第を００１〜／ｍ”以上の加圧
   下で上記合金の融も以上でマンガンの融点以下の温度に
   加熱し浴融させて液状の金属層を形成し、炭化けい素と
   マンガンの結合反応を（ｆわせて金属化ｊ−を形成する
   ことケ特徴とする特許請求の範囲第３項記載の焼４．３
   セラミックの金属化法。 ８、結合させるべき金部材料又はセラミック材料を上記
   金属化層上に載置して加圧下で加熱して結付反応を行わ
   Ｃる特♂１・請３（の範囲第７項記載の金属化法。 １ ９、焼結された酸化アルミニウムのｒ）ｒ　望表＋釦に
   。 マンガン金属ノー又はマンガンと他の金属との混合金属
   層を真空蒸庸又はスパッタリングにより形成し１次いで
   これをマンガンとアルミナ中の酸化けい素との結合反応
   全行わせるに充分な温度に加熱することを特徴とする特
   許、ｔＩＩｌ水の範囲第１項記載の焼結セラミックの金
   属化法。 １０、炭化けい素セラミックの所望表面に、マンガンを
   ２５〜４５重量％含み残部銅からなる合金。 マンガン′ｆｒ：５０〜７０重蓋％含み残部ニッケルか
   らなる合金又はマンガンを４２〜４３重量％含み残部チ
   タンからなる合金の箔ならびに銅、ニッケル又はチタン
   の箔又は板を載置し１次いで該第を０．０１〜／震１以
   上の加圧下で上記合金の融点以上でマンガンの融点以下
   の温度に加熱して溶融させ、液状のマンガン含有金属層
   を形成し、炭化けい素とマンガンとの結合反応及び上記
   消量又は箔と板との結合全行わせることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の焼結セラミックの金属化法。 １１、　　マンガン含有金属層を金属化熱処理した後。 該雀属化層上に銅又はニッケルの金属層を形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の焼結セラミッ
   クの金属化法。