JP2003112981A - セラミックスと合金の接合体 - Google Patents

セラミックスと合金の接合体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】全率固溶型の合金をセラミックスに直接接合す
ること、また、銅合金を変質させることなく直接接合
し、抵抗用電子部材を提供する。 【解決手段】セラミックスに全率固溶型の合金を直接配
置し、非酸化性雰囲気の中で加熱し融点より低い温度で
加熱接合する。また、抵抗用銅合金であるマンガニンや
コンスタンタンをセラミックス基板に直接接合すること
で、抵抗用電子部材を合金の変質なく容易に且つ安価に
提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明が属する技術分野】
【０００１】本発明は、セラミックスに全率固溶型の合
金を直接接合した接合体であり、また、合金が銅系合金
である接合体に関するものである。更には抵抗体とし
て、銅−ニッケル系合金、銅−ニッケル−マンガン系合
金等をセラミックスに直接接合した抵抗用電子部材に関
する。
【従来の技術】
【０００２】セラミックスと金属を直接接合する方法と
しては、例えば銅と酸素の共晶融体を利用し酸化物系セ
ラミックス（例えばアルミナ等）と直接的に接合する方
法が知られており、電子回路基板等として製品化されて
いる。（米国特許公開番号３９９４４３０）この技術
は、ある金属と共晶を形成する元素を添加あるいは接合
雰囲気中から取り込む等により、その金属の融点以下且
つ共晶点以上の温度で、その共晶融体を接合結合剤とし
て利用し、接合体としている。
【０００３】また、金属とセラミックスとの間に中間材
としてろう材をはさんで接合する方法があり、例えばセ
ラミックスと銅の接合の場合、銀−銅系ろう材に活性金
属であるチタンやジルコニウム等を添加し接合する方法
が知られており、これも電子回路基板その他の構造体と
して製品化されている。（特開平１０−２５１０７５）
ろう材の成分中の活性金属であるチタンやジルコニウム
等の元素と、セラミックスの成分がその界面において反
応生成物を生じ接合している。よって活性金属がないと
接合しない。
【０００４】更には、非酸化性雰囲気中で金属を溶かし
てセラミックスに直接接触させ、移動させることにより
表面の酸化被膜等を取り直接接合させる、いわゆる溶湯
接合法がある。（特開平７−１７６０３５）原理的には
金属の新鮮な表面を溶湯を非酸化性雰囲気中で移動させ
ることにより、その活性な面をセラミックスと接触さ
せ、直接接合をもたらすものである。またこの技術にお
いては、接合する金属は最初に全て溶融させるため、接
合後に目的とする所定形状の鋳型やダイス等を予め作製
しておく必要がある。この方法でも電子回路基板等の製
品化がなされている。
【０００５】一方、抵抗体としては銅−ニッケル系の合
金が知られており、コンスタンタンやマンガニン等は精
密抵抗体として、電位差計や補償導線、圧抵抗応力計等
に使用されている。これらの合金は線材として又は有機
系のフィルムに張り付けゲージ化される等で使用されて
きた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】しかしながら、従来の技術では以下のよう
な問題があった。 １）セラミックスと固体として直接接合できる金属或い
は合金は、共晶融体を作るものに限られる。 ２）溶湯接合は金属を溶かし鋳造といった形をとるた
め、極細かい抵抗のような電子材料の作製は加工が難し
く、製造コストも上昇する。 ３）ろう接はろう材に銀等貴金属の材料を用いたり、高
真空等で製造する必要があり製造コストが比較的高くな
る。また、抵抗体用電子部材の接合としては、ろう材と
の合金化により抵抗が変わるため適用できない。 ４）抵抗体において、発熱が問題となり正確な測定が困
難になる。
【０００７】これらの課題を解決するため、セラミック
ス基板と固体の合金を溶かさず且つろう材を用いずに直
接接合することで、低コストで成形性の良い接合体を提
供する。更には、セラミックスを放熱材として抵抗体と
しての銅合金を直接接合し安定した特性持つ抵抗用電子
部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】本発明者らは、上記課題を解決するために
鋭意研究した結果、接合の温度や雰囲気の制御および合
金の表面を処理することにより、目的とする接合体を得
ることを見出し本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は、セラミックスと全率固溶型の合金を直接接合
した、セラミックスと合金の接合体である。また、前記
直接接合体において、セラミックスと合金の界面に酸化
物を有することが好ましい。また、前記合金は銅合金で
あることが好ましく、さらには銅−ニッケル系、または
銅−ニッケル−マンガン系の合金であることが好まし
い。また、セラミックス基板上に抵抗体として銅合金を
直接接合した抵抗用電子部材であり、前記抵抗体が銅−
ニッケル系、銅−ニッケル−マンガン系の合金であるこ
とが好ましい。
【発明の実施の形態】
【０００９】合金としては状態図において全率固溶を呈
する合金系のものが用いられ、例えば銅系の合金があげ
られ、銅−ニッケル系のコンスタンタンや銅−ニッケル
−マンガン系のマンガニン等の合金がある。これらをセ
ラミックスに直接接触させ、非酸化性雰囲気中で融点よ
り低い温度で接合させる。合金の表面を接合前に酸化し
ておくと、接合条件としての温度許容範囲が広くなるの
で好ましい。この酸化は合金を大気中で加熱する等で簡
単に行える。非酸化性雰囲気中で加熱するのは、接合後
の表面の酸化による電気特性等の劣化を防ぐためであ
る。接合の機構についてははっきりしないが、合金の表
面を酸化することで接合しやすくなることから、合金の
酸素が結合に関与している可能性がある。セラミックス
基板に抵抗体用銅合金を直接接合して、抵抗用の電子部
材とすることができる。これはセラミックスを放熱材と
みなすので、放熱性の良いセラミックスとの接合が望ま
しい。接合界面に熱伝導を大きく阻害する物質がないた
め、十分な放熱性得られるとともに、簡単な工程で製造
可能なため、コスト面でも有利である。
【実施例】
【００１０】（実施例１）セラミックスとして０．６３
５ｍｍ厚の電子材料用９６％アルミナ基板、合金として
銅−ニッケル−マンガン系合金の０．１ｍｍ厚のマンガ
ニンを材料とし、該アルミナ基板の上に該マンガニンを
直接接触配置させ、窒素雰囲気中（酸素濃度１０ｐｐｍ
以下）で加熱、最高温度を１０００℃×１０分とし、除
冷後、取り出したところ、接合されていた。また、合金
板の変質は認められなかった。
【００１１】（実施例２）マンガニンを予め大気中で加
熱し酸化した以外は、実施例１と同様の条件で接合を試
みたところ、５ｋｇ／ｃｍ以上のピール接合強度があ
り、強固に接合していた。また、合金板の変質は認めら
れなかった。
【００１２】（実施例３）接合温度が９９０℃である以
外は実施例２記載の方法で接合を試みたところ、５ｋｇ
／ｃｍ以上のピール接合強度があり、強固に接合してい
た。また、合金板の変質は認められなかった。
【００１３】（実施例４）接合温度が９８５℃である以
外は実施例２記載の方法で接合を試みたところ、５ｋｇ
／ｃｍ以上のピール接合強度があり、強固に接合してい
た。また、合金板の変質は認められなかった。
【００１４】（比較例１）実施例１記載のセラミックス
と合金の間に、活性金属としてチタンを含む銀ろうを配
置し、接合温度を８５０℃として、すなわち両者を直接
接合でない、ろう接法で接合を試みた。この結果、両者
は強固に接合したが、ろう材の合金板への拡散による変
質が見られた。
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、セラ
ミックスと合金を容易に直接接合することができ、更に
は、抵抗体用電子部材を合金の変質なく安価に提供する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E351 AA07 BB01 BB05 BB30 CC19 CC31 DD04 DD21 DD31 DD33 GG01 GG04 4G026 BA03 BB21 BB22 BC02 BD08 BF57 BG04 BG27 BH07 5E343 AA02 AA23 BB04 BB24 BB63 BB66 EE52 GG01 GG02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックスと合金の直接接合体におい
    て、合金が全率固溶型であることを特徴とする、セラミ
    ックスと合金の接合体。
  2. 【請求項２】 前記セラミックスと合金の直接接合体に
    おいて、セラミックスと合金の界面に酸化物を有するこ
    とを特徴とする、請求項１記載のセラミックスと合金の
    接合体。
  3. 【請求項３】 前記合金が銅合金であることを特徴とす
    る、請求項１乃至２記載のセラミックスと合金の接合
    体。
  4. 【請求項４】 前記合金が銅−ニッケル系または銅−ニ
    ッケル−マンガン系の合金であることを特徴とする、請
    求項３記載のセラミックスと合金の接合体。
  5. 【請求項５】 セラミックス基板上に抵抗体として銅合
    金を直接接合した、抵抗用電子部材。
  6. 【請求項６】 前記抵抗体が銅−ニッケル系または銅−
    ニッケル−マンガン系の合金であることを特徴とする、
    請求項５記載の抵抗用電子部材。
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