JP2001010874A - 無機材料とアルミニウムを含む金属との複合材料の製造方法とその関連する製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無機材料とＡｌあろいはＡｌ合金を含む金属材
料との複合材料製造するための方法およびそれに関する
製品を得ること。 【構成】無機材料の表面にあらかじめＡｌと共融し易
く、かつ酸化しにくい金属を主成分とする金属の薄い皮
膜を密着するように施すことにより、高温下で複合する
相手方部材のＡｌ原子と無機材料中の原子とを液相中で
Ａｌ酸化皮膜の障害無しに直接触れ合わせる事によって
強い結合を達成させて製造する方法とその関連する製品
の発明。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無機材料としてセラミッ
クス、ガラス、ダイヤモンドあるいは黒鉛などとＡｌあ
るいはＡｌ合金を含む金属材料とを組み合わせた複合材
料の製造方法とその製品に関し、主に電気電子部品、機
械構造用部品、工芸用品、照明器具、食器類、スポーツ
用部品などとして用いられる複合材料及び部品に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックスの数々の特性、例えば電気
絶縁性、低誘電特性、耐熱性、圧電特性、耐蝕性、高硬
度、などの性質と金属の特性として導電性、高熱伝導
性、高靭性、容易な機械加工性などの特性をうまく組み
合わたセラミックスと金属の複合体は電子半導体関連部
品やその製造装置部品、工作機械、センサー等の部品と
して数多く実用されて来た。又ガラスの場合も絶縁性、
気密性などの特徴を金属の導電性、靭性などと組み合わ
せて気密電流導入端子などの複合部品として実用されて
来た。ダイヤモンドの場合にも その硬度を利用して切
断研磨工具などとして利用されて来た。これらの複合材
料の製造方法としては、最も簡単な接着剤による接着以
外にセラミックス表面をメタライズ処理後にろう材を用
いてろう付する方法やセラミックスの表面に活性な金属
元素を含む融液を直接接触させて反応を生じさせて結合
させる方法やガラスの場合には表面の酸化した金属にガ
ラスを溶着させる方法などが一般的に実施されている。
黒鉛やダイヤモンドの場合には銅合金の含浸やＮｉの電
鋳などによって複合化されて来た。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら上記接
着や電鋳による方法以外の複合化方法を採用する場合に
は高温で接合するために、たえずセラミックスあるいは
ガラスと金属との熱膨張率の相違による残留応力の発生
やクラックの発生の問題があり、設計上互いの材質の選
定にかなりの制約があり、容易に達成できる技術ではな
かった。本発明はこの問題を解決しょうとするものであ
り、Ａｌの熱膨張率が、セラミックスやガラスよりはる
かに高いにもかかわらず軟質で、かつ再結晶軟化温度も
低く上記残留応力を発生しにくい、あるいは除去しやす
い点に着目し、より積極的にセラミックスと金属との複
合材料複合体に利用しょうとするものである。しかしな
がらガラスやセラミックスとＡｌあるいはＡｌ合金を確
実に接合する一般的で容易な方法は未だ確立されていな
い。しかし近年になって、例えばＡｌ溶湯に直接ＡｌＮ
の表面を触れさせて接合するとか、Ａｌより酸化され易
いＭｇを配合してＡｌ液相の表面が酸化されるのを抑制
しながら接合をはかるＡｌ合金系ろう材などが提案され
ている。本発明はより確実に接合することの出来る一般
的な方法とそれに関連する製品とを提案することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は長年にわたる
セラミックスと金属との活性金属元素による接合の研究
に基づいて、ＡｌもＴｉなどと同様に非常に活性な元素
であるので無機材料と反応して接合可能であるとの観点
から研究を重ねた結果、溶融状態にあるＡｌの表面の酸
化皮膜を取り除けば殆どのセラミックスなどの無機材料
と直接反応して強固な接合を達成出来ることがわかっ
た。その為の手段として酸素との親和力がそれほど強く
なく、かつＡｌと共晶反応をする金属元素として、Ｃ
ｕ、Ａｇ、さらにはこれらを主成分とする金属をメッキ
などの化学あるいは電気化学的手法あるいは蒸着、Ｃ．
Ｖ．Ｄ．、スパッター、イオンプレーティング、粉末ペ
ーストの焼付などの物理的手法によって無機材料との界
面にガス分子などがほとんど存在せず若干の密着力を有
する被覆を施す。しかる後、真空や不活性ガスや還元な
どの非酸化雰囲気中のＡｌの融点以下の高温度下で保持
するとＡｌと上記金属とが共晶系であるために急激にＡ
ｌの酸化皮膜を破りながら液相の量を急激に増大させて
共融するので、無機材料とＡｌ合金の融液とがＡｌの酸
化皮膜を通してではなく直接に触れ合ってＡｌ原子が無
機材料側の原子と何らかの反応あるいは結合を生じるこ
とが出来る為に両者は強く接合することができる。

【０００５】本発明において無機材料はセラミックスで
あるアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、サイアロ
ン、炭化珪素、ジルコニア、ベリリア、スピネル、ムラ
イト、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタンジルコン
酸鉛、マグネシア、コーディライト、フォルステライ
ト、磁器、陶器、窒化硼素、硼化チタン、チタン酸アル
ミニウムやガラスであるソーダガラス、鉛ガラス、パイ
レックスガラスあるいは黒鉛、ダイヤモンドなどであ
り、その形状は板、円筒形、パイプ、塊状、粉末粒子
状、繊維状などの形状のものである。

【０００６】本発明の含Ａｌ系金属とは 純Ａｌ、実用
Ａｌ合金 あるいはＡｌやＡｌ合金と他の金属材料、例
えばＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｒなどの
金属やステンレス鋼などのようなこれらの金属の合金と
ＡｌやＡｌ合金とのクラッド板や粉末焼結金属、あるい
は無機材料分散粒子とＡｌやＡｌ合金母相との複合材料
として例えばＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４やＡｌＮ
などとＡｌ基のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金との複合材料のよ
うなものも含むものであるである。

【０００７】本発明において無機材料とＡｌやＡｌ合金
との濡れ性、結合性を改善するために無機材料表面を被
覆する金属としては０．１０ミクロン以上１５ミクロン
以下の厚さのＣｕ、Ａｇあるいはこれらを主成分とする
合金や積層あるいは混合状態の膜状の金属、あるいはさ
らに、濡れ性を疎外しない元素として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｏなどの酸化しにくい金属や共晶の
相手方成分であるＡｌを２０％程度以下、あるいは耐蝕
性や他の特性を改善させる為にＺｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｆｅを５重量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｂｅ、Ｍｏ、Ｗ、 Ｐｂ，Ｃｄ、
Ｙ、希土類元素などの他の酸化しやすい元素ならば２重
量％以下含有するＣｕとＡｇとを主成分とする合金や上
記の状態の金属である。なお本発明の構成材料は不可避
的不純物元素をも含有することができるものとする。膜
厚が０．１０ミクロン未満の場合には無機材料とＡｌと
の間に充分な液相が生成されず、Ａｌ表面の酸化膜を破
りにくいのでＡｌ原子と無機物との直接の接触をを生じ
させることが出来ず接合強度が弱くなり好ましくない。
実際には無機材料とＡｌ、Ａｌ合金との間に若干の空隙
が生じがちなので０．１５ミクロンを越える膜厚の方が
この空隙を充満するに十分な量の液相を生成するので好
ましい。又１５ミクロン以上の場合には温度を微妙に制
御しても液相の量が界面に多量に発生し易くなり界面端
面よりコブ状に溶け出して製品の形状を損ったり液相中
に多量のＣｕやＡｇが含有されることとなって硬く脆い
金属間化合物の相が多量に発生して、かえって接合強度
を低下させるので好ましくない。

【０００８】本発明の請求項２に記載の本発明の製造方
法に関連して発明された製品とは、本発明製造方法を用
いて製造されることを特徴とする一種あるいは複数の種
類の前記各種の無機材料とＡｌやＡｌ合金との複合体、
或はＡｌやＡｌ合金の低融点や再結晶軟化温度が低いこ
とを利用して低応力のろうとしてあるいは緩衝材料とし
て無機材料とその他の前記のＡｌ系金属などとの中間に
ＡｌあるいはＡｌ合金の層を介在させて、本発明方法に
よって製造されることを特徴とする複合体などの複合材
料の製品である。例えば、ＡｌＮ板とＡｌ板とを本発明
方法によって複合化したものは放熱性に優れたパワート
ランジスタ用の基板として実用に供することができる。

【０００９】次に請求項３の製品について説明する。無
機材料にはＡｌよりも強度が低く純Ａｌであっても緩衝
効果を発揮することが出来ずに接合後破損してしまうも
のがある。例えばソーダガラス、鉛ガラス、パイレック
ス（登録商標）、石英、黒鉛、磁器、陶器などの強度の
それほど強くない無機材料がこれらの範疇に入る。 こ
れらの材料とＡｌやＡｌ合金やその他の非アルミニウム
系実用合金とを複合化するためには、中間に配置する材
料の熱膨張係数が脆質である無機材料に近い値と若干の
変形能力とを合わせ持つものであるか、あるいは熱膨張
係数が大幅にかけ離れた値であってもＡｌよりも、はる
かに柔軟な変形能力を有して無機材料と金属材料との間
の接合歪を吸収出来るものでなければならない。前者に
属する緩衝材としては熱膨張係数の小さな金属や無機材
料として例えば炭化珪素、黒鉛、アルミナ、窒化珪素、
窒化アルミ、石英、窒化硼素などの無機材料やＷ、Ｍ
ｏ、インバー、コバールなどの金属などとの分散粒子を
含有する複合体や積層板状の複合体などを用いることが
出来る。又後者に属するものではＡｌ粒子をＡｌ、Ｃ
ｕ、Ｍｇ、Ｓｉなどの単独、又は組み合わせた金属や合
金で溶融あるいは半溶融させた相中に複合一体化させて
製造される多孔質Ａｌ材料や溶融状態で発泡させて製造
される発泡性の多孔質Ａｌ材料などを用いることが出来
る。本請求項３はこの様な無機材料とＡｌやＡｌ合金あ
るいはその他の非Ａｌ実用合金との間に中間緩衝材料と
して上記のＡｌやＡｌ合金との複合材あるいは多孔質の
ＡｌやＡｌ合金などの熱膨張の差異を調整するためのＡ
ｌ系緩衝材を配置してより確実強固な接合を達成して製
造することを特徴とする複合体であって本発明の特許請
求の範囲第１項記載の製造方法によって製造されるもの
である。この型の複合材は積層された板状あるいは円筒
形状や魂状のものである。もちろんこれらの中間緩衝材
を同様に前記の無機材料でＡｌよりも強度の大きな材料
に適用する場合にはより高い接合強度が期待出来る。

【００１０】さらに請求項４に記載の本発明の結果新た
に考案された製品は、窒化アルミ、アルミナ、炭化珪
素、窒化珪素あるいはベリリアなどの電気絶縁性と熱伝
導性とに優れたセラミックスの表面に隣接してＡｌやＡ
ｌ合金の層を接合し、さらにこれらの金属の外側にＡｌ
よりも柔軟性には乏しいが導電性に優れたＣｕやＣｕ合
金の層を３０ミクロン以上の厚さで直接にあるいは他の
金属の中間隔壁層を設けて積層した構造であり本発明の
請求項１によって製造することを特徴とするパワートラ
ンジスタモジュール用の基板である。この製品は、上記
セラミックスとＡｌやＡｌ合金の層を本発明製造方法あ
るいは、それ以外の方法によって接合した後にメッキに
よる方法でＣｕを任意の厚さに積層したり、Ｃｄ−Ｚｎ
−Ｓｎ系、Ｚｎ−Ｓｎ系、Ｚｎ系あるいはＳｎ系などの
アルミ用ハンダやＭｇ−Ａｌ系のろう材を用いて積層し
たり、あるいは最初からＡｌ液相と反応しにくく脆い金
属間化合物を生成させにくい金属として厚さ３０ミクロ
ン以下のＮｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｐｈ、Ｃｏなどの純金属や
合金や金属の隔壁を単独あるいは複数の層としてメッ
キ、蒸着、スパッター、Ｃ．Ｖ．Ｄ．、イオンプレーテ
ィング、積層板、圧延クラッドなどの手法により設けて
おいてＡｌあるいはＡｌ合金をセラミックスと接合する
際に同時に一挙に複合化することによって製造すること
も出来る。なおこれらの製造の際にはＡｌやＡｌ合金に
メッキする為には予めこれらの表面にＺｎメッキなどを
薄く施したり あるいは化学反応的手法でＣｕを被覆し
たりして密着をはかったり、ＡｌやＡｌ合金と隔壁層と
の間の接合には一般のＡｌ用ろう材を用いることもでき
る。さらにこれらの隔壁層とＣｕやＣｕ合金層との間は
Ａｇ、Ａｕなどの融点降下元素をメッキや蒸着あるいは
箔を挿入した後高温度で圧着するなどの方法によって積
層基板を製造することも可能である。Ｃｕ層の厚さは導
電性の観点から３０ミクロン以上が実用として好まし
い、ＡｌやＡｌ合金層の厚さはＣｕ層の厚さとのかね合
いで決められ、歪の吸収性、熱や電気の伝導性を考慮し
て任意に設計することができる。なお、前記ＡｌＮとＡ
ｌとの複合基板もこれらの積層基板も酸やアルカリによ
って金属層をエッチングして導電回路を形成させること
も出来る。

【００１１】又、請求項５に記載の本発明の結果考案さ
れた製品も窒化アルミ、アルミナ、窒化珪素あるいはベ
リリアなどの高い熱伝導率と電気絶縁性とを兼ね備えた
セラミックスの特性をさらに有効に利用するために発明
されたものである。即ち、セラミックスとしては上記の
セラミックスの、一般的形状として板状の部材を用い、
当該セラミックスの熱発生部の反対側表面に冷却媒体の
流体を直接接触させながら流せる様に流路あるいは空間
を形成させるように柔軟なＡｌあるいはＡｌ合金で作ら
れた部材を本発明の製造方法によって接合して作製され
るものである。本発明製品は当該セラミックスの表面で
発生する熱を速やかに除去することが出来るという特徴
を持っているのでパワートランジスタなどのヒートシン
ク或はスパッッターなどの装置の如く真空や減圧下で運
転される容器中に配置される冷却用の部品として用いる
ことが出来る。

【０１２】

【作用】セラミックス表面に密着したＣｕやＡｇあるい
はＣｕやＡｇを主成分とする金属の薄い被覆層を設けて
おくことによって、セラミックスとＡｌやＡｌ合金液相
との濡れ性、反応性を高めて、強固確実な接合体を造る
ことが出来る。

【０１３】

【発明の実施例】以下に本発明について実施例によって
さらに説明する。

【実施例１】第１図の基本的組み合わせ図に示す如く、
３であるＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ｚ
ｒＯ_２、チタンジルコン酸鉛の厚さ０．３〜５ｍｍ、幅
が１０〜５０ｍｍの板状のセラミックスの表面にエッチ
ング処理後触媒付与処理を施した後に２である無電解Ｃ
ｕメッキを０．１５〜５ミクロン程度施した後１である
０．２ｍｍの厚さ、純度９９％のＡｌ板のセラミックス
表面と同じ形状面積のものを重ねて若干の荷重をかけて
密着させるための治具中に配置して、真空中約６００℃
の温度で１０〜２０分間保持した後１〜２時間かけて徐
冷し複合体を作製した。その強度を計る為に接合端面に
刃を入れ無理やりＡｌ板を引き起こして引き剥し試験を
施し、ピーリング強度を計ったところ、いずれも５Ｋｇ
／ｃｍ以上の値を示し、殆どはすぐにＡｌ板が切断する
か、あるいはセラミックスが折れてしまう程の高い値で
あった。さらにその引きはがされたセラミックスの表面
には４である共に溶融し合ったＣｕとＡｌの合金の層が
全面にわたって強固に付着しいる事が観察され良好な結
果を得た。

【００１４】

【実施例２】第２図に示す如く、３であるＡｌＮ、Ａｌ
_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２の直径１０〜５
０ｍｍ、長さ１０〜２５ｍｍの円筒形のセラミックスの
円筒面に同様に２である無電解Ｃｕメッキを０．２〜
０．３ミクロン施しその外側にかん合するパイプのよう
に、１である厚さ０．５ｍｍの９９．５％純度のＡｌ板
を曲げて円筒面に添わせて配置 し、その外側を針金で
縛って固定した後、上部に５の環状のＡｌ−Ｓｉの一般
のろう材を配置し高真空中で約６００℃で１５分保持し
てろう材を溶融させてセラミックスとＡｌの間隙に流し
込んだ後１〜２時間かけて徐冷し、円筒形状の複合をし
た。同様に円筒形Ａｌ板の継ぎ目より引きはがして引き
剥し試験を試みたところ、直ちにＡｌ部材が破断してし
まい高い接合強度をもっていることがわかり、良好な結
果を得た。

【００１５】

【実施例３】実施例１と全く同じ材質形状の組み合わせ
のセラミックスとＡｌ板を準備した。次にセラミックス
表面には無電解Ｃｕメッキ層を１ミクロン程施した後に
シアン化銀溶液中に入れ５０〜６０℃でＣｕメッキ層を
Ａｇに置換させた後、電気Ａｇメッキを施して、合計Ａ
ｇの層を３ミクロン程度施した。さらに実施例１と同様
な方法によって温度を６２５℃として接合複合体を作製
し、ピーリング特性を調べようとしたところ同様にＡｌ
が破断してしまう程の強さでセラミックスの表面は全
面、Ａｌの表面がＡｇと合金となって溶融した強固に付
着した層に覆れていることが観察され良好な結果を得
た。

【００１６】

【実施例４】ＡｌＮの幅３６ｍｍ、長さ５４ｍｍ、厚さ
０．６５ｍｍの板の片側表面にＣｕの厚さ０．５ミクロ
ン程度の極めて薄い膜を真空中で蒸着させて形成した後
０．４ｍｍ厚さの同形状の９９．５％純度のＡｌ板をＣ
ｕ面にＡｌが接する様に配置して実施例１と同様な方法
によって接合して複合体を作製した。片面だけの貼り合
わせにもかかわらず接合による残留応力、歪がないため
反りが発生せず同様にピーリングテストによって５．５
Ｋｇ／ｃｍの値を得て同様に良好な特性が得られた。

【００１７】

【実施例５】実施例４と同一寸法のＡｌＮ板の片側表面
に無電解Ｃｕメッキを０．２〜０．５ミクロン程度施し
た後０．１ｍｍ厚さの同形状の９９、５％純度のＡｌ板
をＣｕ面が接するように配置して同様な方法で接合複合
体を作製した。その後さらにＡｌの表面に電気Ｃｕメッ
キが密着するように化学的手法によってＣｕ膜を形成さ
せる下地処理を施した後硫酸銅メッキ浴に浸漬して４時
間程度電気メッキを２００ミクロン程施してＡｌＮ−Ａ
ｌ−Ｃｕ積層複合板を作製した。実施例４と同様に片面
だけの貼り合わせにもかかわらず、接合時の残留反応や
メッキによる歪が殆ど発生しないので、反りが発生して
いないことを確認した。

【００１８】

【実施例６】第３図に示す如く厚さ０．６５ｍｍ、幅３
６ｍｍ、長さ５４ｍｍのＡｌＮの板の片側表面に無電解
Ｃｕメッキを０．３ミクロン施した７のＡｌＮセラミッ
クスの板を用意した後、同じ形状で厚さが０．３ｍｍで
片面に電気Ａｇメッキを３〜５ミクロン程度施した１３
のＣｕ板と３０ミクロン厚さの１１のＮｉ箔とをＡｇメ
ッキ面がＮｉと接するように重ね合わせた後、真空中１
０３０℃〜１０５０℃で加圧しながらＡｇ層を溶融させ
て貼り合わせて作製した積層クッラド板のＮｉ側の表面
に３〜５ミクロンの厚さの無電解Ｃｕメッキを施した
板、さらに同じ形状で厚さが０．２ｍｍの９のＡｌの板
を準備した。これら３枚の板をＡｌ板を中間に、他の種
類の板のＣｕメッキ面がＡｌと接するように重ね合わせ
て若干の荷重がかかるように治具中に設置して真空中約
６００℃の温度で１５分保持してＣｕメッキ層とＡｌ板
表面とを互いに共融させて強固な接合を作製した。同様
にピーリングテストを試みたところ、セラミックスが折
れてしまう程強度が高く、セラミックスの全表面が８の
Ｃｕを含む溶融Ａｌの合金層で強固に覆われていること
が観察された。

【００１９】

【実施例７】第４図の如く、１４の無機材料として非晶
質材料のパイレックスガラスと窓ガラス用のソーダガラ
スの平面を有する４ｃｍ^２程度の面積のもので厚さ１〜
５ｍｍ程度の試の表面にサンドブラスト処理を施してナ
シ地状とした後、触媒処理を施した後無電解Ｃｕメッキ
を０．５ミクロン施した。さらに複合化する相手方の材
料として直径１０ｍｍ程度、厚さ３．５ｍｍ程度 気孔
率１５％〜２０％の多孔質の含Ｃｕ−Ａｌ基合金の板及
び多孔質Ｓｉ−Ｍｇ−Ａｌ基合金の板の１６である中間
緩衝材及びＳｉＣ粒子を３０体積％程度含むＡｌ基合金
を母相とする複合材料の１６である中間緩衝材をＣｕメ
ッキ面と接触させてさらにそれらの中間材の外側に３０
ミクロンの電解銅箔を配置し、さらにその外側に直径１
０ｍｍ長さ２０ｍｍの１８のＡｌ棒を配置した後これら
を治具中に若干の荷重がかかる様に固定して真空中、６
００℃の温度で１５分処理した後３〜４時間かけて室温
まで徐冷した。又比較の為にこのＡｌ棒を上記中間緩衝
材料を用いずに直接上記無機材料に接合したものも同様
の方法で作した。得られた複合体は中間緩衝材を用いな
い場合には、いずれのガラスにおいてもクラックが入っ
て満足な接合体を得ることは出来なかった。パイレック
スの場合には１５％、２０％の気孔率の多孔質材料のい
ずれの場合にもクラックが観察されず一方の材料として
試みたＳｉＣ−Ａｌ合金複合材の場合にはクラックが観
察されたのでパイレックスの場合には熱膨張係数をさら
に一段と下げるためによりＳｉＣ粒子の体積％を上げて
約６０体積％以上のものが有効であると考えられる。パ
イレックスの熱膨張係数はそれぞれ３６×１０^−７／℃
（０〜４００℃）、１５０×１０^−７／℃（５５２〜７
５１℃）である。ソーダガラスの場合にはそれぞれ約１
００×１０^−７／℃（２５〜４５０℃）、３０９〜３７
３×１０^−７（５００〜５８０℃）であるのでＳｉＣ−
Ａｌ基複合材料の３０体積％のものはおおよそ熱膨張係
数が１００×１０^−７／℃なので充分に良く対応出来る
為にクラックは観察されなかった。一方逆に多孔質のア
ルミニウム合金材料を用いた場合にはクラックが観察さ
れ満足すべき接合体を得ることは出来なかった。この理
由の詳細は不明であるがこのような相違がパイレックス
とソーダガラスのＳｉＯ_２含有量やその架橋構造の違い
による強度の差異あるいは高温度側における異常な膨張
率の増加によって生じるものと考えられる。

【００２０】

【実施例８】本発明方法と本発明以外の方法とを比較す
るため実施例を次に記載する。実施例１及び３で使用し
たセラミックス中、同じ寸法形状のＡｌＮ、Ａｌ
_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４及び同形状で０．２ｍｍ厚さのＡｌ
板を用意した、しかる後セラミックス表面にはＣｕやＡ
ｇの皮膜をメッキや蒸着などによって何ら被覆すること
なしに、各セラミックスとＡｌ板との間にそれぞれ電解
Ｃｕ箔の３０ミクロの厚さのもの、及びそれを研磨加工
により１０ミクロンの厚さにしたＣｕ箔、さらに１０ミ
クロンの共晶銀ろう箔、同じく１０ミクロンの純Ａｇの
箔をはさみ、実施例１及び３と同様な方法によってＣｕ
の場合には６００℃、Ａｇ及び共晶銀ろう箔の場合には
６２５℃の真空中で加熱処理を行なった。しかしながら
セラミックスとＡｌ板は全く接合することなく分離した
状態で取り出された。それぞれの箔はＡｌ板側の表面に
完全に共融した溶着層となっていることが観察された。
以上の結果は本発明方法及び関連する製品の有効性を非
常に明解に証明するものである。

【００２１】

【実施例９】実施例６に記載のような溶融Ａｇの層を介
在させて作製したＣｕ−Ｎｉ積層板の代わりに第５図に
示す如く３２×５０ｍｍの大きさで厚さ１７ミクロンの
２０のＮｉ層と厚さ０．４８ｍｍの１９のＣｕ層よりな
る圧延クラッド板を用いる。当該クラッド板のＮｉ面側
に２１の無電解Ｃｕメッキを０．３ミクロン施した後、
これと接合面側に２３のＣｕをスッパターにより０．２
４ミクロン被覆した ３６Ｘ５４．５ｍｍの大きさで厚
さ０．６３５ｍｍの２４のＡｌＮ基板との間に上記クラ
ッド板と同じ大きさで０．１ｍｍの厚さ純度９９．６％
の２２のＡｌ板を挟み６１０℃で１５分真空中で保持し
て本発明方法により接合し、積層複合基板を作製した。
引き剥し試験を実施したところＡｌとＡｌＮとの界面で
破壊し、強固に接合していることが確認出来た。

【００２２】

【実施例１０】第６図に示す如く３２×５０ｍｍの大き
さで厚さ０．３ｍｍの２５のＣｕ層、厚さ１７ミクロン
の２６のＮｉの中間隔壁層、厚さ０．１５ｍｍの２７の
Ａｌ層よりなる圧延クラッド板２枚を準備し、３６×５
４．５ｍｍで厚さ０．６３５ｍｍの焼成上がりで若干の
凹凸がある２９のＡｌＮ基板の両表面に０．２５ミクロ
ンの２８の無電解Ｃｕメッキを施した後、前記実施例９
と同様な方法によって積層複合基板を作製した。同様に
引き剥し試験を実施したところ ＡｌとＮｉとの界面で
破壊し、ＡｌＮとＡｌとはそれ以上に強く接合している
ことが確認できた。

【００２３】

【実施例１１】寸法３６×５４ｍｍ板厚１．０ｍｍで表
面を研磨したＡｌＮ基板の片側表面に０．１０ミクロン
のＣｕをスパター被覆し、前記の実施例４と同様な方法
で、同じ寸法で板厚０．３ｍｍ、純度９９．５％のＡｌ
板を真空中６３０℃で１３分保持して接合複合体を作製
した。同様に引き剥し試験を実施したところ５Ｋｇ／ｃ
ｍの良好な値を得た。Ｃｕの被覆層が究めて薄いにもか
かわらず、研磨基板を使用して界面の空隙を少なくし、
やや高めの温度で接合すれば十分に良い結果が得られる
事が確認できた。

【００２４】

【実施例１２】第７図ごとく直径３０ｍｍ厚さ１．０ｍ
ｍのＡｌＮ板の片側表面に３１のＣｕを０．３ミクロン
無電解メッキした部品３０と外径２９．５ｍｍ内径２
８．５ｍｍ高さ１０ｍｍの３２の冷却媒体の流入口と３
３の流出口とを備えたＡｌ部品３４とを真空中６１５℃
で１３分保持して接合した。作製された部品は漏れも無
く、電気絶縁性と高い熱伝導性を兼ね備えた新しい型の
ヒートシンクとして今後の発展を期待できる。

【００２５】

【考案の効果】本発明の無機材料とＡｌあるいはＡｌ合
金を含む金属材料との複合体を製造する方法は従来困難
であった上記の複合体の製造方法を非常に容易かつ確実
にするものであり、それによって製造される複合体およ
び関連する製品は優れた諸特性と接合強度を有するもの
として一般に広く実用される可能性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法によって製造される実施例１
と同様な基本的な部材の組み合わせおよび複合材料の断
面を示す模式図で、Ａ図は接合前、Ｂ図は接合後を示
す。

【図２】本発明の製造方法によって製造される実施例２
と同様な基本的な部材の組み合わせの複合体の断面を示
す模式図で、Ａ図は接合前、Ｂ図は接合後を示す。

【図３】本発明の製造方法によって製造される実施例６
の複合体の断面を示す模式図。

【図４】本発明の製造方法によって製造される実施例７
の複合体の断面を示す模式図。

【図５】本発明の製造方法によって製造される実施例９
と同様な基本的な部材の組み合わせおよび複合材料の断
面を示す模式図で、Ａ図は接合前、Ｂ図は接合後を示
す。

【図６】本発明の製造方法によって製造される実施例１
０と同様な基本的な部材の組み合わせおよび複合材料の
断面を示す模式図で、Ａ図は接合前、Ｂ図は接合後を示
す。

【図７】本発明の製造方法によって製造される実施例１
１の複合体の断面を示す模式図。

【符号の説明】

１はＡｌあるいはＡｌ合金を含む金属材料。 ２はＣｕ、ＡｇあるいはＣｕやＡｇを含む金属の厚さ
０．１ミクロン以上１５ミクロン以下の被覆層。 ３はセラミックス、ガラス、ダイヤモンド、黒鉛などの
無機材料。 ４は１のＡｌやＡｌ合金を含む金属材料の表面と２の被
覆層とが共融した層。 ５はＡｌやＡｌ合金用の実用Ａｌろう材。 ６は５のろう材と２の被覆層および１のＡｌを含む部材
が共融した層。 ７はＡｌＮの板の層。 ８はＣｕのメッキ層と９のＡｌ層表面とが共融した層。 ９はＡｌの板の層。 １０はＡｌ板表面と１１のＮｉ表面にＣｕメッキされた
層とが共融した層。 １１は隔壁となるＮｉの層。 １２はＮｉとＣｕとを接合するＡｇを含む拡散層。 １３はＣｕ板の層。 １４は各種のガラス層。 １５はＣｕメッキと１６の中間緩衝材表面のＡｌ成分と
が共融した層。 １６は多孔質Ａｌ合金やＳｉＣ−Ａｌ合金系複合材料の
中間緩衝部材。 １７はＣｕ箔と１６および１８のＡｌの表面が共融しあ
った層。 １８はＡｌ棒。 １９はクラッド板のＣｕの層。 ２０はクラッド板のＮｉの層。 ２１はクラッド板にメッキしたＣｕの層。 ２２はＡｌの板 ２３はスパターしたＣｕの層。 ２４はＡｌＮ基板。 ２５はクラッド板のＣｕ層。 ２６はクラッド板中のＮｉの隔壁層。 ２７はクラッド板のＡｌ層。 ２８は無電解メッキのＣｕ被覆層。 ２９はＡｌＮの板。 ３０はＡｌＮの円盤。 ３１は無電解メッキのＣｕ被覆層。 ３２は流入口。 ３３は流出口。 ３４は冷却の為のＡｌ部品。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機材料とＡｌあるいはＡｌ合金を含む金
   属材料とを複合化させる際に、あらかじめ無機材料の表
   面にＣｕやＡｇあるいはＣｕとＡｇとを成分とする金属
   あるいはさらに他の金属としてＡｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐ
   ｄ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌを２０重量％以下、Ｚｎ、Ｍｇ、
   Ｓｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｆｅを５重量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、
   Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ｂｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｂ、Ｃ
   ｄ、Ｙ、希土類元素などの他の元素を２重量％以下含有
   するＣｕとＡｇとを主成分とする金属を０．１０ミクロ
   ン以上１５ミクロン以下の厚さで被覆しておき、当該被
   覆層と接するＡｌあるいはＡｌ合金とを共融させるよう
   にＣｕ−Ａｇ−Ａｌ系合金の液相が生成するような温度
   範囲に真空又は非酸化雰囲気中で昇温させて、当該液相
   が無機材料表面を完全に濡らしてＡｌ原子を直接に無機
   材料表面に接触させることによって強固な結合を達成さ
   せることを特徴とする無機材料と含Ａｌ系金属との複合
   材料の製造方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲、請求項１に記載の方法に
   よって、一種あるいは複数の種類の無機材料とＡｌ、Ａ
   ｌ合金、あるいはさらに他の金属材料とを含む複合材料
   として製造されることを特徴とする製品。
3. 【請求項３】無機材料とＡｌ、Ａｌ合金あるいはその他
   の非Ａｌ実用合金との間に中間材料として無機材料とＡ
   ｌやＡｌ合金との複合材料あるいは多孔質のＡｌやＡｌ
   合金の材料である熱膨張の差異を調整するためのＡｌ系
   の緩衝材料を配置し、特許請求の範囲、請求項１に記載
   の方法によって、より確実強固な接合を達成して製造す
   ることを特徴とする複合体製品。
4. 【請求項４】窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、
   窒化珪素あるいはベリリアなどの高熱伝導率を有するセ
   ラミックスに隣接して柔軟なＡｌやＡｌ合金層さらにそ
   の外側に電導性に優れたＣｕやＣｕ合金層を３０ミクロ
   ン以上の厚さで直にあるいは他の金属の隔壁層を設けて
   積層したことを特徴とする特許請求の範囲、請求項２に
   記載のパワートランジスタモジュール用基板。
5. 【請求項５】高熱伝導率と電気絶縁性を有するセラミッ
   クス部材と柔軟なＡｌやＡｌ合金部材とを請求項１の本
   発明方法によって接合して作製される部品であり、当該
   セラミックスの外側表面で発生する熱を冷却媒体の流体
   を反対側の表面に直接に接触させて速やか除去出来る構
   造を有することを特徴とする特許請求の範囲、請求項２
   に記載のヒートシンク或は冷却用の部品。