JP2003089883A - 機能性素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機能性セラミックス素子のセラミックス基板材
料に導電層をコーティングする場合、膜質、皮膜の密着
性、成膜速度、コーティングプロセスの簡便性、環境低
負荷等の要求特性を満足するコーティングプロセスが望
まれている。 【解決手段】セラミックス基板材料に金属粉末を室温大
気中、高速噴射することにより金属皮膜または金属化合
物皮膜をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス基板
の表面に金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティング
した機能性素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、抵抗体、非直線抵抗体、半導体コ
ンデンサ、ＩＣ基板、ＬＳＩ、着火素子、圧電フィル
タ、表面波デバイス、圧電トランス、圧電振動子、サー
ミスタ、ガス吸着形半導体、パワエレモジュール、ガス
センサー、熱電変換モジュールなどのデバイスに各種機
能性素子が用いられている。これらの機能性素子は薄い
平板上に導電層となる電極が設けられてモジュール化
し、システムに組み込まれる。この時、機能性素子の電
極はメタライジング、ペースト焼付け、はんだ接合等い
ろいろなコーティング手法により形成されている。これ
らの形成方法はシステム側の要求特性、コーティングプ
ロセス整合性、コスト等の兼ね合いで決定されている。

【０００３】以下に上記のモジュールの中でセラミック
ス基板に素子が搭載されているＬＳＩについて説明す
る。高速ＬＳＩ素子を高密度に搭載し、素子の性能を引
き出す半導体実装基板において、近年その表面に形成す
る回路配線の微細化が進んでいる。実装基板上の回路配
線はライン＆スペースで各１０μｍ以下のものが求めら
れてきている。この要求を満足するためには薄膜メタラ
イズを用いた微細配線や電極を形成することが必要とな
っている。ＬＳＩ素子の高集積化に伴い高熱を発する素
子の放熱対策も必要であり、セラミックスは熱に対して
安定であるため高発熱素子を実装する基板として適して
おり、特に高い絶縁性をもちながら金属並みの熱伝導性
を有するセラミックスが機能性素子の高密度実装基板と
して有望視されている。

【０００４】また、ＬＳＩ素子の高密度搭載を実現する
ためには、素子同士の配線長さを短縮し、素子を裸のま
まで基板にはんだ接合する手法が効果的で、この接合方
法を採用した場合基板には素子材料であるシリコンに近
い熱膨張が要求されるため薄膜メタライズを施したセラ
ミックス基板が最適である。

【０００５】セラミックス基板の薄膜メタライズはスパ
ッター、真空蒸着、ＣＶＤを代表とする気相法によるも
のと、電解めっき、無電解めっき等のウエットコーティ
ングプロセスによるものが挙げられる。実装基板上のメ
タライズは次の例のように形成されている。まず、セラ
ミックスとの接合性のよい下地密着相をスパッターで形
成し、その上にめっきを施すためのシード層をスパッタ
ーで製膜する。次に、このシード層に端子を接続しめっ
き皮膜を成長させる。そして、保護層（金）を電解また
は無電解めっきで形成する。実装基板ではその上部に絶
縁薄膜層として形成する樹脂の熱処理及び表面部品のア
センブリを４００℃程度で加熱する。

【０００６】メタライズは多層構造になっているため層
間の相互拡散、反応等を十分に留意する必要がある。例
えば、チタンは下地密着層として一般に利用されている
材料であるが、銅に１ａｔ％固溶すると抵抗値が約１５
倍上昇するため配線層に使用する銅へのチタンの混入は
避けなければならない。さらに、層間反応と共に多層構
造で考慮すべき問題は各皮膜に作用する応力で、皮膜に
発生する応力は基板の反り、膜剥離等に密接に影響を及
ぼす。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】機能性素子には導電相
となる電極が設けられてモジュール化し、システムに組
み込まれている。一般に、異種材料の接合性は不十分な
ためモジュールの仕様や要求特性に合わせていろいろな
接合方法が選定されている。しかしながら、膜質、皮膜
の密着性、成膜速度、コーティングプロセスの簡便性、
環境低負荷などの要求特性を全て満足するコーティング
プロセスは確立されていない。そのため、高品位な皮膜
が得られる新コーティングプロセスの開発が望まれてい
る。

【０００８】ＬＳＩのセラミックス基板におけるメタラ
イズの場合、回路設計によって差異はあるがセラミック
ス基板に接する最下部の金属皮膜は、基板との接触面積
が大きく、高い密着強度が必要である。また、上部に形
成される樹脂の絶縁多層膜の製膜ストレス、熱膨張等の
影響を直接受けるため高い密着強度が要求される。

【０００９】本発明は、上記の点を考慮しなされたもの
で、緻密で、密着力に優れたコーティング皮膜が得られ
ると共に、当然のことながら極めて簡便かつ低コスト、
環境に優しいコーティングプロセスであるショットコー
ティングを適用した機能性素子及びその製造方法を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１及び請求項１２
に記載の発明は、セラミックス基板材料に金属粉末を高
速噴射することにより金属皮膜または金属化合物皮膜を
コーティングさせるようにしたものである。

【００１１】請求項１及び請求項１２に記載の発明では
高温噴射初期には素材表面にエロージョンが生じるが、
エロージョンにより基材の新生面が得られたところに金
属粉末が塑性変形及び一部が溶融することによって密着
し,基材表面にコーティング皮膜が形成される。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、セラミックス基板材料より融点の低い金属粉末を高
速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティン
グしたことを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１におい
て、セラミックス基板材料より硬度の低い金属の粉末を
高速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティ
ングしたことを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１におい
て、セラミックス基板材料よりヤング率の低い金属の粉
末を高速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜をコー
ティングしたことを特徴とする。

【００１５】これら請求項２乃至４記載の発明では、セ
ラミックス基板材料に対する金属粉末材料を選定するこ
とにより、より高品位な膜質で、密着力の高いコーティ
ング皮膜が得られる。

【００１６】請求項５記載の発明は、アルミナ、窒化ケ
イ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミ、ムライト
及びこれらの複合材料からなる群より選ばれた少なくと
も１種を含むセラミックス基板材料に、シリコン、チタ
ン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウム及びこれらの
合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む金属
粉末を高速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜をコ
ーティングしたことを特徴とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、アルミナ、窒化ケ
イ素、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化アルミ、ムライト
及びこれらの複合材料からなる群より選ばれた少なくと
も１種を含むセラミックス基板材料に、アルミニウム、
銅、銀、錫、亜鉛、マグネシウム及びこれらの合金から
なる群より選ばれた少なくとも１種を含む金属粉末を高
速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティン
グしたことを特徴とする。

【００１８】請求項７記載の発明は、シリカ、コージェ
ライト、チタニア、ステアタイト、窒化ホウ素、チタン
酸バリウム及びこれらの複合材料からなる群より選ばれ
た少なくとも１種を含むセラミックス基板材料に、アル
ミニウム、銅、銀、錫、亜鉛、マグネシウム及びこれら
の合金からなる群より選ばれた少なくとも１種を含む金
属粉末を高速噴射して金属皮膜または金属化合物皮膜を
コーティングしたことを特徴とする。

【００１９】これら請求項５乃至７記載の発明では、セ
ラミックス基板材料と金属粉末材料との組合せを選定す
ることにより、より高品位な膜質で、密着力の高いコー
ティング皮膜が得られる。

【００２０】請求項８記載の発明は、請求項１におい
て、金属粉末の粒径が０．５〜２００μｍであることを
特徴とする。請求項８記載の発明では、セラミックス基
板材料に対する金属皮膜あるいは金属化合物皮膜の粒径
を選定することにより、より高品位な膜質で、密着力の
高いコーティング皮膜が得られる。

【００２１】請求項９記載の発明は、請求項１におい
て、セラミックス基板材料に金属粉末を高速噴射する
時、搬送ガスを含む雰囲気ガスと、基板材料の温度を制
御することを特徴とする。請求項９の発明では、金属酸
化物や金属窒化物などの金属化合物が形成され、より高
品位な膜質で、密着力の高いコーティング皮膜が得られ
る。

【００２２】請求項１０記載の発明では、請求項１にお
いて、形成した金属皮膜及び金属化合物皮膜は気孔率１
０％以下であることを特徴とする。請求項１１記載の発
明では、請求項１において、金属皮膜及び金属化合物皮
膜は平均表面粗さが１０μｍＲａ以下であることを特徴
とする。

【００２３】これら請求項１０及び１１記載の発明で
は、セラミックス基板材料に対する金属皮膜あるいは金
属化合物皮膜の気孔率、平均表面粗さを選定することに
より、より高品位な膜質で、密着力の高いコーティング
皮膜が得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するに際し、発
明者らはショットコーティングという革新的なコーティ
ング技術を発明した。従来からショットピーニングとい
う固体粒子を基材表面に噴射して粗面化、硬化させる技
術が良く知られている。しかし、２００μm以下の軟質
金属をセラミックス基材表面に高速噴射すると、初期に
基材表面にエロージョンが生じるものの、その後基材表
面にサブミクロンから数百μmの皮膜が形成されること
を明らかにした。この皮膜はエロージョンにより基材の
新生面が得られたところに金属粉末が塑性変形及び一部
が溶融することによって密着し,密着強度の高い皮膜が
得られる。またコーティングする金属粉末は加熱されて
いないため酸化など熱劣化の影響が小さく,気孔率の小
さな高品位な皮膜が得られる。

【００２５】従来の金属コーティング技術は、金属粉末
を高温で溶融して吹き付ける溶射法や、真空中で金属を
蒸発させるＰＶＤ法（物理気相蒸着法）、ＣＶＤ法（化
学気相蒸着法）などが挙げられる。これに対してショッ
トコーティングは大気中において、常温常圧で基材表面
に金属粉末を高速噴射させることにより皮膜を形成させ
る技術である。このコーティングプロセスでは、緻密
で、密着力に優れた金属皮膜が得られると共に、当然の
ことながら極めて簡便かつ低コスト、環境に優しいコー
ティングプロセスが得るれる。

【００２６】本発明においては、機能性セラミックス素
子に緻密で密着力の高い導電層を形成するコーティング
手法を提案し、その中でも基材材料とコーティング材料
の種類、コーティング条件等を限定することにより高品
位な膜質で、密着力の高い導電層を形成した機能性素子
を提供する。

【００２７】以下本発明の第１の実施の形態について図
１及び表１を参照して説明する。図１において、セラミ
ックス基板１であるφ３０ｍｍのジルコニア基板に粒径
０．５〜２００μｍのアルミニウム粉末を室温大気中、
２００ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けるショットコーティ
ング法を用いてアルミニウムの皮膜２を約５０μｍの膜
厚でコーティングした（実施例１）。同様に、実施例１
と同じ基板に同じ材質のコーティング皮膜を大気溶射
法、蒸着法、無電解めっき法を用いてほぼ同等な膜厚を
形成し、比較例１〜３とした。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例１及び比較例１〜３について、得ら
れた皮膜の膜質、基板と皮膜の密着性、成膜速度、コー
ティングプロセスの簡便性、コスト、耐環境性について
評価した結果を表１に示す。ショットコーティング法は
大気溶射法、蒸着法、無電解めっき法に比べて得られた
皮膜の膜質、基板と皮膜の密着性、成膜速度、コーティ
ングプロセスの簡便性、コスト、耐環境性の観点から優
れた特性を示すことがわかる。

【００３０】これに対して、大気溶射法は成膜速度が速
く、厚膜のものまで形成可能であるが、皮膜中の気孔率
が高く、さらに含まれる酸化物の含有量も高いことが知
られている。また、コーティング効率が低く、コスト高
となってしまう。蒸着法は、高品位な膜質の皮膜が得ら
れるが、成膜速度が遅く、また真空チャンバ内でのバッ
ジ処理となるため簡便性、コストの面でマイナスとなっ
てしまう。無電解めっき法は特に環境負荷の面で問題と
なっている他、成膜速度も若干遅くなっている。

【００３１】次に本発明の第２の実施の形態を図１及び
表２を参照して説明する。セラミックス基板１であるφ
３０ｍｍのジルコニア基板に粒径０．５〜２００μｍの
アルミニウム粉末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓ
の噴射速度で吹き付けるショットコーティング法を用い
てアルミニウムの皮膜２を約５０μｍの膜厚でコーティ
ングした（実施例１）。同様に、φ３０ｍｍのアルミナ
基板に粒径０．５〜２００μｍの銅粉末を、室温大気
中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けるショッ
トコーティング法を用いて銅皮膜を約５０μｍの膜厚で
コーティングした（実施例２）。同様に、φ３０ｍｍの
窒化ケイ素基板に粒径０．５〜２００μｍのチタン粉末
を室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付
けるショットコーティング法を用いて、チタン皮膜を約
５０μｍの膜厚でコーティングした（実施例３）。同様
に、φ３０ｍｍの窒化アルミ基板に粒径０．５〜２００
μｍのシリコン粉末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／
ｓの噴射速度で吹き付けるショットコーティング法を用
いてシリコン皮膜を約５０μｍの膜厚でコーティングし
た（実施例４）。同様に、φ３０ｍｍのシリカ基板に粒
径０．５〜２００μｍの金粉末を、室温大気中、３０〜
４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けるショットコーティ
ング法を用いて金皮膜を約５０μｍの膜厚でコーティン
グした（実施例５）。同様に、φ３０ｍｍのチタニア基
板に粒径０．５〜２００μｍの銀粉末を、室温大気中、
３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けるショットコ
ーティング法を用いて銀皮膜を約５０μｍの膜厚でコー
ティングした（実施例６）。同様に、φ３０ｍｍの炭化
ケイ素基板に粒径０．５〜２００μｍのタングステン粉
末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹
き付けるショットコーティング法を用いてタングステン
皮膜を約５０μｍの膜厚でコーティングした（比較例
４）。同様に、φ３０ｍｍのコージェライト基板に粒径
０．５〜２００μｍのニッケル粉末を、室温大気中、３
０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けるショットコー
ティング法を用いてニッケル皮膜を約５０μｍの膜厚で
コーティングした（比較例５）。同様に、φ３０ｍｍの
ステアタイト基板に粒径０．５〜２００μｍのモリブデ
ン粉末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度
で吹き付けるショットコーティング法を用いてモリブデ
ン皮膜を約５０μｍの膜厚でコーティングした（比較例
６）。

【００３２】

【表２】

【００３３】以上のようにして得られたコーティング皮
膜２の気孔率を水銀圧入法を用いて測定した。次に、基
板材料と皮膜の密着力を調べるためコーティング皮膜に
治具を取り付けて引張試験を行い引張強度を測定した。
表面粗さは、形成したコーティング皮膜２の表面の平均
表面粗さ（Ｒａ）を測定した。金属酸化物の重量割合は
酸素量を燃焼法により求め、金属酸化物としての重量割
合を算出したものである。

【００３４】表２に実施例及び比較例のコーティング皮
膜２の気孔率、セラミックス基板１の材料と皮膜２の材
料の密着強度、皮膜表面の表面粗さ、皮膜中に含まれる
酸化物含有量を示す。セラミックス基板材料より融点、
硬度、ヤング率の低い金属の粉末を高速噴射した実施例
１〜６においては、皮膜中の気孔率が低く、密着強度も
バラツキなく安定して高い強度を示し、表面粗さも小さ
く、酸化物含有量も大幅に少ない皮膜が得られた。以上
のように、上記材料の組合せでは、セラミックス基板１
の材料上に、高品位な膜質で、優れた密着強度のコーテ
ィング皮膜２を形成することができる。

【００３５】次に本発明の第３の実施の形態を図２〜図
４及び表３〜表５までを参照して説明する。前記の第２
の実施の形態で記載した製造工程において、ショットコ
ーティングによりコーティング皮膜２をセラミックス基
板１の材料上に形成した。この時、異なる条件で形成さ
れたコーティング皮膜２を持つ複数種類の試験体を作製
した。この場合、具体的には（１）コーティング皮膜材
料の粉末粒径、（２）ショットコーティングプロセスに
おける粉末の噴射速度、（３）ショットコーティングプ
ロセスにおける基板材料の温度という複数の条件対象
に、複数の形成条件によって複数種類のコーティング被
膜を作製した。そして、これらの各条件対象毎に複数種
類のコーティングに対して得られた皮膜の膜厚及びバラ
ツキの測定を行った。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】

【表５】

【００３９】以下に、各条件に関して具体的に設定した
複数種類の形成条件と、その複数種類の形成条件によっ
て形成されたコーティング皮膜を持つ複数種類の試験体
の評価結果について説明する。

【００４０】（１）コーティング皮膜材料の粉末粒径 コーティング皮膜材料の粉末粒径を変えて第１及び第２
の実施の形態と同じ条件でショットコーティングした場
合の膜厚及び成膜状態を示したものである。ここで用い
た粉末の粒径は粉末をレーザー回折法により求めた５０
％粒径とした。表３に示すようにφ３０ｍｍのアルミナ
基板に粒径１０μｍと１５０μｍの銅粉末を、室温大気
中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で、一定時間吹き付
けて銅皮膜をショットコーティングし、これを実施例２
とした。同様に、φ３０ｍｍのアルミナ基板に粒径０．
１μｍと３００μｍの銅粉末を、室温大気中、３０〜４
５０ｍ／ｓの噴射速度で、一定時間吹き付けて銅皮膜を
ショットコーティングし、これを比較例７とした。

【００４１】図２は、粉末粒径（μｍ）と、膜厚（μ
ｍ）との関係を示すグラフであり、具体的にはショット
コーティングで基板材料に高速噴射するコーティング皮
膜材料の粉末粒径と、粉末粒径を変えたコーティング皮
膜の膜厚の測定結果を示している。図２から明らかなよ
うに、１０μｍ及び１５０μｍの粒径の金属粉末を高速
噴射するとバラツキの小さい膜厚の皮膜が容易に形成さ
れる。これに対して、２００μｍより大きな粒径の粉末
を用いると基板材料のエロージョン摩耗が大きくなり、
０．５μｍ未満の粉末では、高速噴射されたときの衝突
エネルギーが小さく、皮膜が形成されない領域が生じ
る。また、安定した膜厚の皮膜が得られにくい。

【００４２】図２においては、アルミナ基板に銅粉末を
高速噴射したときの結果を示したが、その他の組合せを
用いた場合も同様な結果が見られた。以上のように、基
板材料に金属粉末を高速で吹き付けるショットコーティ
ングにおいて、金属粉末の粒径が０．５μｍ〜２００μ
ｍの場合、高品位な膜質で、密着力の優れたコーティン
グ皮膜が簡便に低コストで形成することができる。

【００４３】（２）ショットコーティングプロセスにお
ける速度 図３は、ショットコーティングにおける金属粉末の噴射
速度と、コーティングの膜厚との関係を示すグラフであ
り、具体的にはショットコーティングにおける粉末の速
度を変えて作製したコーティング皮膜の膜厚の結果を示
している。表４に示すようにφ３０ｍｍの窒化アルミ基
板に粒径０．５〜２００μｍのシリコン粉末を、室温大
気中、１００ｍ／ｓと３００ｍ／ｓの噴射速度で、一定
時間吹き付けるショットコーティングを用いてシリコン
皮膜をコーティングした（実施例４）。同様に、φ３０
ｍｍの窒化アルミ基板に粒径０．５〜２００μｍのシリ
コン粉末を、室温大気中、１０ｍ／ｓと５５０ｍ／ｓの
噴射速度で、一定時間吹き付けるショットコーティング
を用いてシリコン皮膜をコーティングした（比較例
８）。

【００４４】図３中において、実施例４及び比較例８を
それぞれ示している。図３に示す結果から明らかなよう
に、金属粉末の噴射速度が１００ｍ／ｓ及び３００ｍ／
ｓの両方とも安定した膜質の皮膜形成されるのに対し、
４５０ｍ／ｓを超える速度で皮膜を形成した場合基板材
料の表面がエロージョン摩耗を起こし所定膜厚の皮膜が
得られにくく、また、皮膜中の残留応力が高くなり剥離
が起こりやすくなる。これに対し、３０ｍ／ｓ以下の速
度で皮膜を形成した場合、速度が遅すぎるため粉末が基
板材料に衝突したときのエネルギーが小さく、皮膜が形
成されていない領域が生じ、その部分では膜厚が不均一
となる。

【００４５】これに対して、３０〜４５０ｍ／ｓの速度
で皮膜を形成した場合、所定膜厚の皮膜が得られやす
く、また、皮膜中の残留応力が低いため密着性の高い皮
膜が得られる。

【００４６】（３）ショットコーティングにおける基板
材料の予熱条件 図４は、ショットコーティングプロセスにおける基板材
料の予熱の有無と、コーティングの膜厚との関係を示す
グラフであり、具体的にはショットコーティングにおけ
る基板材料の予熱温度を変えて作製したコーティング皮
膜の膜厚の結果を示している。

【００４７】表５に示すようにφ３０ｍｍのチタニア基
板を室温のままと２００℃に加熱したものを準備して、
粒径０．５〜２００μｍの銀粉末を、大気中、３０〜４
５０ｍ／ｓの噴射速度で一定時間吹き付けるショットコ
ーティング法を用いて銀皮膜をコーティングした（実施
例６）。同様に、φ３０ｍｍのチタニア基板を５００℃
に加熱したものを準備して、粒径０．５〜２００μｍの
銀粉末を、大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で一
定時間吹き付けるショットコーティング法を用いて銀皮
膜をコーティングした（比較例９）。

【００４８】図４中において、実施例６及び比較例９に
ついてそれぞれ示す。基板材料を加熱したものの方が厚
膜が短時間で形成され、また、皮膜中の残留応力が低い
ため密着性の高い皮膜が得られる。しかし、４００℃以
上に加熱しても効果はほとんど同じであり、また、材料
によっては酸化や熱変質が見られる場合がある。

【００４９】以上のように、ショットコーティングによ
り皮膜を形成する際、基板材料を予熱した状態で金属粉
末を吹き付けると、さらに優れた皮膜が短時間で、効率
よく得ることができる。

【００５０】次に本発明の第４の実施の形態を表６を参
照して説明する。

【００５１】

【表６】

【００５２】前記の第１〜３の実施の形態で記載した製
造工程において、ショットコーティングによりコーティ
ング皮膜を基板材料上に形成した。このとき、異なる条
件で形成されたコーティング皮膜を持つ複数種類の試験
体を作製した。この場合、具体的には、セラミックス基
板材料に金属粉末を高速噴射するとき、搬送ガスを含む
雰囲気ガスと、基板材料の温度を制御することによって
金属化合物皮膜を形成させた。具体的には（１）金属酸
化物の皮膜を形成させたもの、（２）金属窒化物の皮膜
を形成させたものについて複数の形成条件によって複数
種類のコーティングを作製した。そして、これらの各条
件対象毎に複数種類のコーティングに対して得られた皮
膜の構造をＸ線回折により評価した。以下に、各条件に
関して具体的に設定した複数種類の形成条件と、その複
数種類の形成条件によって形成されたコーティング皮膜
を持つ複数種類の試験体の評価結果について説明する。

【００５３】（１）金属酸化物皮膜 φ３０ｍｍのジルコニア基板に粒径０．５〜２００μｍ
のアルミニウム粉末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／
ｓの噴射速度で吹き付けてショットコーティングした
（実施例１）。同様にして、φ３０ｍｍのジルコニア基
板を８００℃に加熱して、粒径０．５〜２００μｍのア
ルミニウム粉末を搬送ガスに窒素ガスを用いて３０〜４
５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き付けてショットコーティン
グした（実施例７）。

【００５４】実施例１では、形成された皮膜は金属アル
ミニウムであるのに対し、４００℃以上に加熱したセラ
ミックス基板材料に窒素ガスを含む搬送ガスを用いて、
または窒素ガスを含む雰囲気中で高速噴射した実施例７
では金属窒化物である窒化アルミ皮膜が形成された。

【００５５】（２）金属窒化物皮膜 φ３０ｍｍの窒化ケイ素基板に粒径０．５〜２００μｍ
のチタン粉末を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴
射速度で吹き付けてショットコーティングした（実施例
３）。同様にして、φ３０ｍｍの窒化ケイ素基板を６０
０℃に加熱して、粒径０．５〜２００μｍのチタン粉末
を、室温大気中、３０〜４５０ｍ／ｓの噴射速度で吹き
付けてショットコーティングした（実施例８）。

【００５６】実施例３では、形成された皮膜は金属チタ
ンであるのに対し、４００℃以上に加熱したセラミック
ス基板材料に空気または酸素ガスを含む搬送ガスを用い
て、または空気または酸素ガスを含む雰囲気中で高速噴
射した実施例８では、金属酸化物であるチタニア皮膜が
形成された。

【００５７】すなわち、セラミックス基板材料に金属粉
末を高速噴射する時、搬送ガスを含む雰囲気ガスと、基
板材料の温度を制御することによって金属化合物皮膜が
形成できる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
クス基板材料に金属粉末を高速噴射することにより金属
皮膜または金属化合物皮膜をコーティングしするように
したので、緻密で、密着力に優れたコーティング皮膜が
得られると共に、当然のことながら極めて簡便かつ低コ
スト、環境に優しいコーティングプロセスであるショッ
トコーティングを適用した機能性セラミックス素子及び
その製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による機能性素子を示す側面図。

【図２】本発明に係わるショットコーティングプロセス
における速度と皮 膜の膜厚の関係を示すグラフ。

【図３】本発明に係わるショットコーティングプロセス
におけるコーティング皮膜材料の粉末粒径と皮膜の膜厚
の関係を示すグラフ。

【図４】本発明に係わるショットコーティングコーティ
ングプロセスにおける基板材料の予熱と皮膜の膜厚の関
係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…セラミックス基板、２…コーティング皮膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4K044 AA13 AB05 BA01 BA02 BA06 BA08 BA10 BA12 BA18 BA19 BB01 BC14 CA23 CA25 CA29

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス基板材料に金属粉末を高速
   噴射することにより金属皮膜または金属化合物皮膜をコ
   ーティングしたセラミックス基板を有する機能性素子。
2. 【請求項２】 セラミックス基板材料より融点の低い金
   属の粉末をセラミックス基板材料に高速噴射して金属皮
   膜または金属化合物皮膜をコーティングした請求項１記
   載の機能性素子。
3. 【請求項３】 セラミックス基板材料より硬度の低い金
   属の粉末をセラミックス基板材料に高速噴射して金属皮
   膜または金属化合物皮膜をコーティングした請求項１記
   載の機能性素子。
4. 【請求項４】 セラミックス基板材料よりヤング率の低
   い金属の粉末をセラミックス基板材料に高速噴射して金
   属皮膜または金属化合物皮膜をコーティングした請求項
   １記載の機能性素子。
5. 【請求項５】 アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭
   化ケイ素、窒化アルミ、ムライト及びこれらの複合材料
   からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むセラミ
   ックス基板材料にシリコン、チタン、ニッケル、鉄、コ
   バルト、パラジウム及びこれらの合金からなる群より選
   ばれた少なくとも１種類を含む金属粉末を高速噴射して
   金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティングした請求
   項１記載の機能性素子。
6. 【請求項６】 アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア、炭
   化ケイ素、窒化アルミ、ムライト及びこれらの複合材料
   からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むセラミ
   ックス基板材料にアルミニウム、銅、銀、錫、亜鉛、マ
   グネシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれた少
   なくとも１種類を含む金属粉末を高速噴射して金属皮膜
   または金属化合物皮膜をコーティングした請求項１記載
   の機能性素子。
7. 【請求項７】 シリカ、コージェライト、チタニア、ス
   テアタイト、窒化ホウ素、チタン酸バリウム及びこれら
   の複合材料からなる群より選ばれた少なくとも１種類を
   含むセラミックス基板材料にアルミニウム、銅、銀、
   錫、亜鉛、マグネシウム及びこれらの合金からなる群よ
   り選ばれた少なくとも１種類を含む金属粉末を高速噴射
   して金属皮膜または金属化合物皮膜をコーティングした
   請求項１記載の機能性素子。
8. 【請求項８】 金属粉末の粒径は０．５〜２００μｍで
   あることを特徴とする請求項１記載の機能性素子。
9. 【請求項９】 セラミックス基板材料に金属粉末を高速
   噴射する時搬送ガスを含む雰囲気ガスと基板材料の温度
   を制御することによって金属皮膜または金属化合物皮膜
   をコーティングすることを特徴とする請求項１記載の機
   能性素子。
10. 【請求項１０】 形成した金属皮膜及び金属化合物皮膜
    は気孔率１０％以下であることを特徴とする請求項１記
    載の機能性素子。
11. 【請求項１１】 形成した金属皮膜及び金属化合物皮膜
    は平均表面粗さが１０μｍＲａ以下であることを特徴と
    する請求項１記載の機能性素子。
12. 【請求項１２】 セラミックス基板材料に金属粉末を高
    速噴射することにより金属皮膜または金属化合物皮膜を
    コーティングするようにした機能性素子の製造方法。