JPS62182172A - セラミツクスと金属との接合方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックスと金属との接合方法、詳しくは表
面にメタライズ層を設けたセラミックスト銅、ニッケル
、鋼、モリブデン、タングステン等の金属との接合方法
に関する。

（従来の技術） 従来から半導体素子のパンケージ、集積回路用基板、構
造用部品（マグネトロン用外囲器、気密端子、電子管）
などにセラミックスと金属とを接合した接合体が用いら
れている。

従来は、第２図に示すようにメタライズ層２を有するセ
ラミックス１とセラミックス１より対向面積の大きい金
属３とをろう材９を介して接合していたが、ろう材９が
金属３の部分に多く付着して金属３の接合面積がセラミ
ック１に比較して多いと共にセラミックス１と金属３と
の熱膨張係数の違いＫよりセラミックス１に係る応力が
大きくなり、メタライズ層２の端部からセラミックス１
内部へクランク６が入り、セラミックス１が破壊したり
、接合強度が低下するなどの欠点があった。

このような欠点を解決するため、特開昭５９−１０２８
７６号公報に記載されているように、非酸化物セラミッ
クスと金属の中間の熱膨張係数を有する物質（酸化物セ
ラミック層および金属層）を非酸化物セラミックスと金
属との間に介在させて接合する方法、特開昭６０−９０
８７７号公報に記載されているように、Ｓ＋Ｃ焼結体の
金属化表面に低熱膨張率金属薄板をロー付し、該低熱膨
張金属板を介して他の金属に一部非接合部分を残して接
合する方法などが提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、特開昭５９−１０２８７６号公報に示さ
れる方法１％開昭６０−９０８７７号公報に示される方
法などでは、中間層を介して接合するため、直接金属部
材を接合できないという欠点があった。

本発明はこのような欠点のないセラミックスと金属との
接合方法を提供することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは上記の欠点について研党を重ねた結果、セ
ラミックスのメタライズ層の端部に相対する金属の上部
にろう材の厚さよりも薄いスペーサーを載置することに
より、セラミックスより対向面積の大きい金属を用いて
もセラミックスの破壊、接合強度の低下などの欠点がな
くセラミックスと金属とをろう材を介して直接接合でき
ることを見い出した。

本発明は表面にメタライズ層を設けたセラミックスと金
属とをろう材にエリ接合する方法において、メタライズ
層の端部に相対する金属の上部にろう材の厚さよりも薄
いスペーサーを載置し、かつメタライズ層と金属との間
にろう材を介して接合するセラミックスと金属との接合
方法に関する。

本発明において用いられるセラミックスの程類について
は特に制限はないが、酸化物系セラミックスよりも一般
に熱膨張係数が小さい非酸化物系セラミックス、例えば
炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素などが好ましい
。

またメタライズ層の形成方法は、モリブデン。

タングステン等の高融点金属を主成分とするペーストを
塗布し焼成する方法、銅、ニッケル等をセラミックスに
直接めっきする方法、物理蒸着法などの方法があるが本
発明においては特に制限はない。

更に本発明において用いられるろう材は、銀−銅共晶ろ
う、銀ろう、銅ろう、金ろう等が用いられ、金属は、銅
、ニッケル、鋼、モリブデン、タングステン等が用いら
れる。

セラミックスと金属とを接合する際に用いられるスペー
サーとしては、ろう材とぬれ難いアルミナ、炭化珪素な
どのセラミックス、セラミックスで被覆した金属などが
用いられる。スペーサーの厚さは、用いるろう材の厚さ
よりも薄くする必要があり、ろう材よりも厚いとセラミ
ックスと金属との接合が困難となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面の第１図を引用して説明する
。

実施例１ セラミックスとして第１図のｆａ）に示す寸法が２０鵬
×２０閣、厚み１．０−の炭化珪素基板（日立製作新製
、商品名５Ｃ−１０１）７上にモリブデンペーストｔｌ
　８ｍｍＸ１８ｍｍ、厚み２０μｍの寸法にスクリーン
印刷し、ついで弱還元性雰囲気中で１３００℃で１時間
焼成した後、無電解ニッケルめっき（日本カニゼン製、
商品名８−６８０）を２μｍの厚みに施し、第１図のｆ
ｂｌに示すようなメタライズ層２を形成した。

一方第１図の（Ｃ）に示す寸法が４０ｍｍＸ４０ｍｍ。

厚み２閤の無酸素銅板８を用い、この無酸素銅板８に炭
化珪素基板７を接合した際、メタライズ層２の端部に相
対する無酸素銅板８の上部に炭化珪素被膜を形成した厚
み０．１　ｗｎのステンレス製のスペーサー５を載置し
、その内側に１７．０国Ｘ１７．０鵬、厚み０．２　ｍ
ｍの銀−銅共晶ろう４を載置した。

１ｍ第１図の（ｄ）に示すようにスペーサー５および銀
−銅共晶ろう４を載置した無酸素銅板８上にメタライズ
層２を設けた炭化珪素基板７を載置し。

Ｈ２雰囲気中８５０℃で１０分間加熱し、冷却後スペー
サー５を取り除き第１図の（ｅ）に示すように炭化珪素
基板７と無酸素鋼板８とを接合した。なお比較のためス
ペーサーを載置しない無酸素銅板に対しても同様の接合
を行なった。比較例の場合は。

接合後にセラミックスが破壊したが、スペーサーを載置
して無酸素銅板を接合したものは、断面を観察してもク
ランクの発生は認められなかった。

実施例２ セラミックスとして実施例１で用いたメタライズ層を有
する炭化珪素板を用い、金属として実施例１で用いた無
酸素銅板と同一形状のモリブデン板にニッケルめっき（
日本カニゼン製、商品名Ｓ−６８０）を３μｍの厚みに
施したものを用い。

以下実施例１と同様の方法で炭化珪素基板とモリブデン
板とを接合した。また比較のためスペーサーを載置しな
いニッケルめっきモリブデン板に対しても同様の接合を
行なった。比較例の場合は。

断面を観察するとメタライズ層の端部からクランクの発
生が認められたが、スペーサーを載置してモリブデン板
を接合したものは、クラックの発生は認められなかった
。

実施例３ セラミックスとして実施例１と同一形状の９６チアルミ
ナ基板（日立化成工業製、商品名ハロツクスナ５５２）
を用い、この基板にモリブデンペーストを実施例１と同
様の方法でスクリーン印刷し１弱還元性雰囲気中で１，
４５０℃で１時間焼成した後、実施例１と同様にニッケ
ルめっきを施しメタライズ層を形成した。また金属とし
ては、実施例１で用いた無酸素銅板を用いた。これらを
実施例１と同様の方法で接合した。なお、比較のためス
ペーサーを載置しない無酸素銅板に対しても同様の接合
を行なった。いずれの場合も接合後にはメタライズ端部
からのクランクは観察されなかった。そこで−６５°Ｃ
〜＋１５０℃の液中の熱衝撃試験を１００サイクル行な
ったところ、比較例の場合は、メタライズ層の端部から
のクランクが観察されたが、スペーサーを載置して接合
したものにはクランクは認められなかった。

（発明の効果） 本発明の接合方法によれば、セラミックスに係る応力が
従来に比較し小さくなるのでセラミックスの破壊や、接
合強度の低下などの欠点がなく。

セラミックスと金属とをろう材を介して直接接合するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ｏ（ａｌ、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄｌオｘび
（ｅｌは本発明の一実施例になるセラミックスと金属と
の接合体の製造工程を示す断面図、第２図は従来の方法
で接合した接合体を示す断面図である。 符号の説明 １・・・セラミックス　　　　２・・・メタライズ層３
・・・金属　　　　　　　　４・・・銀−銅共晶ろう５
・・・スペーサー　　　　　６・・・クランク７・・・
炭化珪素基板　　　　８・・・無酸素銅板９・・・ろう
材 代理人　弁理士　若　林　邦　彦 ４：ａ−＠茄３さ 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、表面にメタライズ層を設けたセラミックスと金属と
   をろう材により接合する方法において、メタライズ層の
   端部に相対する金属の上部にろう材の厚さよりも薄いス
   ペーサーを載置し、かつメタライズ層と金属との間にろ
   う材を介して接合することを特徴とするセラミックスと
   金属との接合方法。