JP2003335585A - 活性金属法によるセラミックスの接合方法 - Google Patents
活性金属法によるセラミックスの接合方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【解決課題】 ＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いた金
属とセラミックスとの接合において、接合するセラミッ
クスの種類に応じて適切な接合強度をえることのできる
方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、セラミックスとセラミックス
とを活性金属法により接合する方法において、接合する
セラミックスの種類に応じて適用する活性金属ろうの組
成を調節する。具体的には、２０〜５５重量％のＣｕ、
３〜１５重量％のＩｎを含むＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろ
うを用い、接合対象のセラミックスが酸化物系セラミッ
クスである場合には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂの少なくと
もいずれかを活性元素含有量を１．３５〜５．０重量％
とする。一方、接合対象のセラミックスが非酸化物系セ
ラミックスである場合には、活性元素含有量を０．０１
〜１．１５重量％とするものである。
属とセラミックスとの接合において、接合するセラミッ
クスの種類に応じて適切な接合強度をえることのできる
方法を提供すること。 【解決手段】 本発明は、セラミックスとセラミックス
とを活性金属法により接合する方法において、接合する
セラミックスの種類に応じて適用する活性金属ろうの組
成を調節する。具体的には、２０〜５５重量％のＣｕ、
３〜１５重量％のＩｎを含むＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろ
うを用い、接合対象のセラミックスが酸化物系セラミッ
クスである場合には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂの少なくと
もいずれかを活性元素含有量を１．３５〜５．０重量％
とする。一方、接合対象のセラミックスが非酸化物系セ
ラミックスである場合には、活性元素含有量を０．０１
〜１．１５重量％とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性金属法により
セラミックスと金属とを、又は、セラミックス同士を接
合する方法に関する。
セラミックスと金属とを、又は、セラミックス同士を接
合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気・電子部品パッケージ、真空遮断
器、各種センサ等の製造において、セラミックスと金属
との接合又はセラミック同士の接合が必要となる場合は
多い。例えば、電気・電子部品パッケージを封止する場
合において、パッケージのベース（容体）としてはアル
ミナ（Ａｌ２Ｏ３）が一般に使用されているが、このベ
ースを封止する蓋体としてアルミナと熱膨張率の近いコ
バール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）、４２アロイ（Ｆｅ
−Ｎｉ系合金）等が用いられている。また、車載用の機
器においては、機械的強度の関係から金属基材としてＮ
ｉ−Ｃｒ鋼等の合金鋼が用いられ、これに窒化ケイ素等
のセラミックスを接合した機器が用いられることが多
い。
器、各種センサ等の製造において、セラミックスと金属
との接合又はセラミック同士の接合が必要となる場合は
多い。例えば、電気・電子部品パッケージを封止する場
合において、パッケージのベース（容体）としてはアル
ミナ（Ａｌ２Ｏ３）が一般に使用されているが、このベ
ースを封止する蓋体としてアルミナと熱膨張率の近いコ
バール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）、４２アロイ（Ｆｅ
−Ｎｉ系合金）等が用いられている。また、車載用の機
器においては、機械的強度の関係から金属基材としてＮ
ｉ−Ｃｒ鋼等の合金鋼が用いられ、これに窒化ケイ素等
のセラミックスを接合した機器が用いられることが多
い。
【０００３】一般にセラミックスと金属との接合又はセ
ラミックス同士の接合においては、セラミックスの接合
面上に金属をメタライズし、その後ろう材にてろう付け
するメタライズ法が知られている。このメタライズ法の
具体例としては、例えば、セラミックスの接合面にＭｏ
−Ｍｎを焼付け（メタライズ）して適宜にニッケルをめ
っきし、その後に銀ろう等のろう材でセラミックスと金
属とを接合する方法である。
ラミックス同士の接合においては、セラミックスの接合
面上に金属をメタライズし、その後ろう材にてろう付け
するメタライズ法が知られている。このメタライズ法の
具体例としては、例えば、セラミックスの接合面にＭｏ
−Ｍｎを焼付け（メタライズ）して適宜にニッケルをめ
っきし、その後に銀ろう等のろう材でセラミックスと金
属とを接合する方法である。
【０００４】これに対し、他の接合方法として、セラミ
ックスに対して活性を有する金属成分が添加された活性
金属ろうにより接合する活性金属法が知られている。こ
の活性金属法で使用される活性金属ろうとしては、種々
あるが、チタンやジルコニウム等の活性金属が添加され
たろう材であり、例えば、銀ろうにＴｉを添加したＡｇ
ＣｕＩｎ系の活性金属ろう（一般に使用されているの
は、５９重量％Ａｇ−２７．２５重量％Ｃｕ−１２．５
重量％Ｉｎ−１．２５重量％Ｔｉである）が知られてい
る。
ックスに対して活性を有する金属成分が添加された活性
金属ろうにより接合する活性金属法が知られている。こ
の活性金属法で使用される活性金属ろうとしては、種々
あるが、チタンやジルコニウム等の活性金属が添加され
たろう材であり、例えば、銀ろうにＴｉを添加したＡｇ
ＣｕＩｎ系の活性金属ろう（一般に使用されているの
は、５９重量％Ａｇ−２７．２５重量％Ｃｕ−１２．５
重量％Ｉｎ−１．２５重量％Ｔｉである）が知られてい
る。
【０００５】この活性金属法においてセラミックスの接
合が可能となる要因としては、活性化金属が濡れ性の悪
いセラッミクスに対して界面活性元素として作用し、セ
ラミックスとの濡れ性を改善することによるものと考え
られている。そして、活性金属法は、接合面へのメタラ
イズ工程を経ることなく、１回の処理により金属とセラ
ミックスとを直接接合することができることから、少な
い工程で安定した接合が可能であり、製品の製造コスト
を低減することができるという利点がある。特に、小型
のパッケージに気密封止する場合等、接合対象が小さく
なるとメタライズ工程の省略は好ましいことであり、活
性金属法はこれらの接合に多用されつつある。
合が可能となる要因としては、活性化金属が濡れ性の悪
いセラッミクスに対して界面活性元素として作用し、セ
ラミックスとの濡れ性を改善することによるものと考え
られている。そして、活性金属法は、接合面へのメタラ
イズ工程を経ることなく、１回の処理により金属とセラ
ミックスとを直接接合することができることから、少な
い工程で安定した接合が可能であり、製品の製造コスト
を低減することができるという利点がある。特に、小型
のパッケージに気密封止する場合等、接合対象が小さく
なるとメタライズ工程の省略は好ましいことであり、活
性金属法はこれらの接合に多用されつつある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、活性金属ろう
に限らずろう材にとって重要なのは、いかに高い接合強
度が得られるか否かである。この接合強度は、ろう材が
構造材料の接合に用いられるものであれば接合部におけ
る破断強度、耐荷重に影響を与え、また、パッケージの
気密封止に用いられるものであれば、その気密性に影響
を与える。
に限らずろう材にとって重要なのは、いかに高い接合強
度が得られるか否かである。この接合強度は、ろう材が
構造材料の接合に用いられるものであれば接合部におけ
る破断強度、耐荷重に影響を与え、また、パッケージの
気密封止に用いられるものであれば、その気密性に影響
を与える。
【０００７】しかしながら、これまで使用されている活
性金属ろうは、この要求に十分応えることができるとは
必ずしもいえず、接合するセラミックスの種類によって
は接合強度を得られない場合がある。例えば、本発明者
等によれば、上記したＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろう（５
９重量％Ａｇ−２７．２５重量％Ｃｕ−１２．５重量％
Ｉｎ−１．２５重量％Ｔｉ）は、窒化ケイ素に対する接
合強度に不足することが分かっている。また、アルミナ
に対する接合強度についても、ある程度の値は得られる
ものの、より高い接合強度が望まれている。
性金属ろうは、この要求に十分応えることができるとは
必ずしもいえず、接合するセラミックスの種類によって
は接合強度を得られない場合がある。例えば、本発明者
等によれば、上記したＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろう（５
９重量％Ａｇ−２７．２５重量％Ｃｕ−１２．５重量％
Ｉｎ−１．２５重量％Ｔｉ）は、窒化ケイ素に対する接
合強度に不足することが分かっている。また、アルミナ
に対する接合強度についても、ある程度の値は得られる
ものの、より高い接合強度が望まれている。
【０００８】本発明は以上のような背景のもとになされ
たものであり、ＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いた金
属とセラミックスとの接合において、接合するセラミッ
クスの種類に応じて適切な接合強度をえることのできる
方法を提供することを目的とする。
たものであり、ＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いた金
属とセラミックスとの接合において、接合するセラミッ
クスの種類に応じて適切な接合強度をえることのできる
方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく、まず、従来から用いられている活性金属
ろうを用いた接合において、何故、セラミックスの種類
によって接合強度に差異が生じるのか、その要因につい
て検討した。その結果、活性金属ろう中の活性金属の含
有量と被接合材となるセラミックスの種類との間の関連
性を見出した。以下、この点につきＴｉを活性元素とす
るＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうを例にとって説明す
る。
を解決すべく、まず、従来から用いられている活性金属
ろうを用いた接合において、何故、セラミックスの種類
によって接合強度に差異が生じるのか、その要因につい
て検討した。その結果、活性金属ろう中の活性金属の含
有量と被接合材となるセラミックスの種類との間の関連
性を見出した。以下、この点につきＴｉを活性元素とす
るＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうを例にとって説明す
る。
【００１０】ＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうは、Ａｇ
マトリックス中にＣｕ−Ｔｉ合金相が分散した組織を有
する。このＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうがセラミッ
クス及び金属に対して接合性を有するのは、上述のよう
に、Ｔｉ（活性金属）が界面活性元素として機能するか
らであるが、このときＴｉはろう材とセラミックスとの
界面に拡散して拡散層を形成する。そして、この拡散層
の形成に伴い接合前に存在したＣｕ−Ｔｉ合金相は縮
小、消失することとなる（換言すれば、接合過程でＣｕ
−Ｔｉ合金相がセラミックスによって消費されるという
こととなる）。
マトリックス中にＣｕ−Ｔｉ合金相が分散した組織を有
する。このＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうがセラミッ
クス及び金属に対して接合性を有するのは、上述のよう
に、Ｔｉ（活性金属）が界面活性元素として機能するか
らであるが、このときＴｉはろう材とセラミックスとの
界面に拡散して拡散層を形成する。そして、この拡散層
の形成に伴い接合前に存在したＣｕ−Ｔｉ合金相は縮
小、消失することとなる（換言すれば、接合過程でＣｕ
−Ｔｉ合金相がセラミックスによって消費されるという
こととなる）。
【００１１】ここで、セラミックスの種類によってろう
材中のＴｉの拡散量に差異がないのであれば、セラミッ
クスの種類によらず接合部の組成、組織には差異が生じ
ないものと考えられる。しかし、本発明者等によれば、
接合するセラミックスの種類によっては活性金属ろう中
のＴｉの消費量（拡散量）は異なり、特にアルミナ等の
酸化物系セラミックスと窒化ケイ素等の非酸化物系セラ
ミックスとではＴｉ消費量が異なり、その結果、これら
のセラミックスを被接合材としたときの接合部の組織に
違いが生じるため接合強度に違いが生じることが確認さ
れた。この相違について説明すると図１のようになる。
材中のＴｉの拡散量に差異がないのであれば、セラミッ
クスの種類によらず接合部の組成、組織には差異が生じ
ないものと考えられる。しかし、本発明者等によれば、
接合するセラミックスの種類によっては活性金属ろう中
のＴｉの消費量（拡散量）は異なり、特にアルミナ等の
酸化物系セラミックスと窒化ケイ素等の非酸化物系セラ
ミックスとではＴｉ消費量が異なり、その結果、これら
のセラミックスを被接合材としたときの接合部の組織に
違いが生じるため接合強度に違いが生じることが確認さ
れた。この相違について説明すると図１のようになる。
【００１２】まず、酸化物系セラミックスの場合につい
てであるが、酸化物系セラミックスは、Ｔｉに対する反
応性に富み、Ｔｉ拡散量が大きい。従って、酸化物系セ
ラミックスの接合においては、図１（ａ）のように、接
合に伴い、ろう材中のＣｕ−Ｔｉ合金相からＴｉが拡散
するため合金層は縮小してやがて消失する。このろう材
中のＣｕ−Ｔｉ合金相の縮小は、Ｔｉのセラミックス／
ろう材界面への拡散量に依存する。
てであるが、酸化物系セラミックスは、Ｔｉに対する反
応性に富み、Ｔｉ拡散量が大きい。従って、酸化物系セ
ラミックスの接合においては、図１（ａ）のように、接
合に伴い、ろう材中のＣｕ−Ｔｉ合金相からＴｉが拡散
するため合金層は縮小してやがて消失する。このろう材
中のＣｕ−Ｔｉ合金相の縮小は、Ｔｉのセラミックス／
ろう材界面への拡散量に依存する。
【００１３】一方、非酸化物系セラミックスの接合にお
いては、非酸化物系セラミックスは、Ｔｉとの反応性が
乏しいため、接合過程において、ろう材中のＣｕ−Ｔｉ
合金相からセラミックス／ろう材界面へのＴｉの拡散量
は少ない。そのため、図１（ｂ）のように、接合が進行
しても接合部中にはＣｕ−Ｔｉ合金相が残存することと
なる。
いては、非酸化物系セラミックスは、Ｔｉとの反応性が
乏しいため、接合過程において、ろう材中のＣｕ−Ｔｉ
合金相からセラミックス／ろう材界面へのＴｉの拡散量
は少ない。そのため、図１（ｂ）のように、接合が進行
しても接合部中にはＣｕ−Ｔｉ合金相が残存することと
なる。
【００１４】このように、接合対象となる材料が酸化物
系セラミックス、非酸化物系セラミックスと異なると、
Ｃｕ−Ｔｉ合金相の残留の有無において接合部の組織が
異なる。そして、非酸化物系セラミックスが被接合材の
場合には、接合部にＣｕ−Ｔｉ合金相が残留しこれが介
在物として接合部強度の低下の要因となる。また、酸化
物系セラミックスが被接合材の場合には、このようなＣ
ｕ−Ｔｉ合金相の残留のおそれは少ないが、ろう材の組
成によっては、逆に、Ｔｉの不足が生じろう材とセラミ
ックスとの濡れ性が不十分なため完全な接合がなされず
に接合強度が低下するおそれがある。
系セラミックス、非酸化物系セラミックスと異なると、
Ｃｕ−Ｔｉ合金相の残留の有無において接合部の組織が
異なる。そして、非酸化物系セラミックスが被接合材の
場合には、接合部にＣｕ−Ｔｉ合金相が残留しこれが介
在物として接合部強度の低下の要因となる。また、酸化
物系セラミックスが被接合材の場合には、このようなＣ
ｕ−Ｔｉ合金相の残留のおそれは少ないが、ろう材の組
成によっては、逆に、Ｔｉの不足が生じろう材とセラミ
ックスとの濡れ性が不十分なため完全な接合がなされず
に接合強度が低下するおそれがある。
【００１５】以上のＡｇＣｕＩｎＴｉ系活性金属ろうの
例にある、活性金属（Ｔｉ）と被接合セラミックスとの
関係は、他の活性金属ろうにおいても生じ得る。そこ
で、本発明者等は、以上のことから、セラミックスが被
接合部材となる接合においては、セラミックスの種類に
応じて適用する活性金属ろうの活性金属含有量を調節す
ることが必要であると考えた。つまり、上記から、非酸
化物系セラミックスについては、セラミックスに対する
活性を確保しつつ、活性金属余剰による残留合金相が生
じないような、なるべく少ない活性金属を含有する活性
金属ろうの適用が好ましい。また、酸化物系セラミック
スについては、過不足のない範囲でできるだけ多くの活
性金属を含有する活性金属ろうの適用が好ましいといえ
る。そして、それぞれの場合について、好ましい範囲を
見出すべく検討を行ない、本願発明に想到するに至っ
た。
例にある、活性金属（Ｔｉ）と被接合セラミックスとの
関係は、他の活性金属ろうにおいても生じ得る。そこ
で、本発明者等は、以上のことから、セラミックスが被
接合部材となる接合においては、セラミックスの種類に
応じて適用する活性金属ろうの活性金属含有量を調節す
ることが必要であると考えた。つまり、上記から、非酸
化物系セラミックスについては、セラミックスに対する
活性を確保しつつ、活性金属余剰による残留合金相が生
じないような、なるべく少ない活性金属を含有する活性
金属ろうの適用が好ましい。また、酸化物系セラミック
スについては、過不足のない範囲でできるだけ多くの活
性金属を含有する活性金属ろうの適用が好ましいといえ
る。そして、それぞれの場合について、好ましい範囲を
見出すべく検討を行ない、本願発明に想到するに至っ
た。
【００１６】即ち、本願発明は、金属とセラミックスと
を、又は、セラミックスとセラミックスとを活性金属法
により接合する方法において、接合対象のセラミックス
が酸化物系セラミックスである場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれかを活性元素として含み、
下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いる
接合方法である。
を、又は、セラミックスとセラミックスとを活性金属法
により接合する方法において、接合対象のセラミックス
が酸化物系セラミックスである場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれかを活性元素として含み、
下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いる
接合方法である。
【００１７】Ｃｕ：２０〜５５重量％
Ｉｎ：３〜１５重量％
活性元素：１．３５〜５．０重量％
Ａｇ：残部
【００１８】また、本願発明は、金属とセラミックスと
を、又は、セラミックスとセラミックスとを活性金属法
により接合する方法において、接合対象のセラミックス
が非酸化物系セラミックスである場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれかを活性元素として含み、
下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いる
接合方法である。
を、又は、セラミックスとセラミックスとを活性金属法
により接合する方法において、接合対象のセラミックス
が非酸化物系セラミックスである場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれかを活性元素として含み、
下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ系活性金属ろうを用いる
接合方法である。
【００１９】Ｃｕ：２０〜５５重量％
Ｉｎ：３〜１５重量％
活性元素：０．０１〜１．１５重量％
Ａｇ：残部
【００２０】本発明は、接合対象となるセラミックスの
種類に応じて活性金属ろう中の活性金属濃度を変化さ
せ、接合強度を確保するものである。ここで、酸化物系
セラミックスに適用する活性金属ろうの活性金属濃度を
上記範囲としたのは、１．３５％未満では活性金属ろう
としての反応性が十分でなくセラミックスとの接合でき
ないからであり、５％を超えて活性金属を増加させても
接合強度の向上はみられないからであり、また、５％を
超える活性金属を合金化することが困難だからである。
一方、非酸化物系セラミックスに適用する活性金属ろう
の活性金属濃度を上記範囲としたのは、０．０１％未満
では活性金属濃度が不足し十分な接合強度が得られず、
１．１５％を超えた場合には接合部に介在物（Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金相）が残留し、いずれの場合も接合強度に劣るか
らである。
種類に応じて活性金属ろう中の活性金属濃度を変化さ
せ、接合強度を確保するものである。ここで、酸化物系
セラミックスに適用する活性金属ろうの活性金属濃度を
上記範囲としたのは、１．３５％未満では活性金属ろう
としての反応性が十分でなくセラミックスとの接合でき
ないからであり、５％を超えて活性金属を増加させても
接合強度の向上はみられないからであり、また、５％を
超える活性金属を合金化することが困難だからである。
一方、非酸化物系セラミックスに適用する活性金属ろう
の活性金属濃度を上記範囲としたのは、０．０１％未満
では活性金属濃度が不足し十分な接合強度が得られず、
１．１５％を超えた場合には接合部に介在物（Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金相）が残留し、いずれの場合も接合強度に劣るか
らである。
【００２１】本発明に係る接合方法における接合温度
は、適用する活性金属ろうの融点より１０〜１００℃程
度高温とする。ここで、酸化物系セラミックス用のろう
（活性金属濃度：１．３５〜５．０％）の融点は、約６
１０〜７５０℃であり、非酸化物系セラミックス用のろ
う（活性金属濃度：０．０１〜１．１５％）の融点は、
約６１０〜７１０℃である。従って、本発明に係る接合
方法における接合温度は、酸化物系セラミックスの接合
においては７６０〜８５０℃とし、非酸化物系セラミッ
クスの接合においては７２０〜８１０℃とするのが好ま
しい。
は、適用する活性金属ろうの融点より１０〜１００℃程
度高温とする。ここで、酸化物系セラミックス用のろう
（活性金属濃度：１．３５〜５．０％）の融点は、約６
１０〜７５０℃であり、非酸化物系セラミックス用のろ
う（活性金属濃度：０．０１〜１．１５％）の融点は、
約６１０〜７１０℃である。従って、本発明に係る接合
方法における接合温度は、酸化物系セラミックスの接合
においては７６０〜８５０℃とし、非酸化物系セラミッ
クスの接合においては７２０〜８１０℃とするのが好ま
しい。
【００２２】また、本発明に係る接合方法においては、
酸化物系、非酸化物系いずれの場合でも、更に高い接合
強度を確保するために、接合部を加圧して接合するのが
好ましい。この加圧力としては、５００Ｐａ程度の圧力
で十分である。更に、作業雰囲気としては、真空状態と
するのが好ましく、具体的には１×１０−５〜１０×１
０−５ｔｏｒｒの真空下で接合するのが好ましい。
酸化物系、非酸化物系いずれの場合でも、更に高い接合
強度を確保するために、接合部を加圧して接合するのが
好ましい。この加圧力としては、５００Ｐａ程度の圧力
で十分である。更に、作業雰囲気としては、真空状態と
するのが好ましく、具体的には１×１０−５〜１０×１
０−５ｔｏｒｒの真空下で接合するのが好ましい。
【００２３】尚、本発明において対象となるセラミック
スとしては、酸化物系セラミックスとしては、アルミナ
（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ３）、酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ３）、チタニア
（ＴｉＯ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の接合が
可能であり、非酸化物系セラミックスとしては、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、サイアロン等の接合が可能であ
る。
スとしては、酸化物系セラミックスとしては、アルミナ
（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ３）、酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ３）、チタニア
（ＴｉＯ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）等の接合が
可能であり、非酸化物系セラミックスとしては、窒化ケ
イ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、サイアロン等の接合が可能であ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態を
示す。
示す。
【００２５】第１実施形態：本実施形態では、酸化物系
セラミックスであるアルミナベースにコバール製のキャ
ップを接合した。活性金属ろうとしては、２５．５重量
％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、２重量％Ｔｉ、残Ａｇか
らなるろうを用いた。
セラミックスであるアルミナベースにコバール製のキャ
ップを接合した。活性金属ろうとしては、２５．５重量
％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、２重量％Ｔｉ、残Ａｇか
らなるろうを用いた。
【００２６】活性金属ろうの製造は、各金属を上記組成
となるように溶解鋳造し、インゴットを４０μｍまで圧
延加工してシート形状とした後、プレス加工して角リン
グ形状（３．８ｍｍ角）のろう材とした。そして、この
ろう材を用いて、アルミナベース（外枠３．８ｍｍ角、
内枠３．２ｍｍ角、厚さ１ｍｍ）にコバールキャップ
（３．８ｍｍ角、厚さ０．２５ｍｍ）を接合した。接合
は、アルミナベースとコバールキャップとの間にろう材
を挟み、真空処理炉中で真空度２×１０−５ｔｏｒｒ、
８００℃、１０分間加熱して接合した。
となるように溶解鋳造し、インゴットを４０μｍまで圧
延加工してシート形状とした後、プレス加工して角リン
グ形状（３．８ｍｍ角）のろう材とした。そして、この
ろう材を用いて、アルミナベース（外枠３．８ｍｍ角、
内枠３．２ｍｍ角、厚さ１ｍｍ）にコバールキャップ
（３．８ｍｍ角、厚さ０．２５ｍｍ）を接合した。接合
は、アルミナベースとコバールキャップとの間にろう材
を挟み、真空処理炉中で真空度２×１０−５ｔｏｒｒ、
８００℃、１０分間加熱して接合した。
【００２７】接合後の接合部の評価は、ファインリーク
テストであるヘリウムリークテストを行ない、パッケー
ジのリーク率を検討することにより行なった。ヘリウム
リークテストは、製造したパッケージをヘリウムリーク
ディテクタにかけ、パッケージ外部を真空に引き、内部
のヘリウム分子が漏出するのをカウントすることにより
行なった。
テストであるヘリウムリークテストを行ない、パッケー
ジのリーク率を検討することにより行なった。ヘリウム
リークテストは、製造したパッケージをヘリウムリーク
ディテクタにかけ、パッケージ外部を真空に引き、内部
のヘリウム分子が漏出するのをカウントすることにより
行なった。
【００２８】その結果、補実施形態で製造したパッケー
ジにはリーク率（不良率）が５％であった。
ジにはリーク率（不良率）が５％であった。
【００２９】比較例１：第１実施形態に対する比較とし
て、活性金属ろうとして、２５．５重量％Ｃｕ、１２．
５重量％Ｉｎ、１．２５重量％Ｔｉ、残Ａｇからなるろ
うを用て、アルミナベースとコバールキャップとを接合
した。ろう材の製造、接合条件は第１実施形態と同様と
した。
て、活性金属ろうとして、２５．５重量％Ｃｕ、１２．
５重量％Ｉｎ、１．２５重量％Ｔｉ、残Ａｇからなるろ
うを用て、アルミナベースとコバールキャップとを接合
した。ろう材の製造、接合条件は第１実施形態と同様と
した。
【００３０】そして、第１実施形態と同様に製造したパ
ッケージについてリークテストを行ない不良率を検討し
たところ、不良率は３０％であった。従って、第１実施
形態のように活性金属の含有量を高くすることにより接
合強度（気密性）が改善されるのが確認された。
ッケージについてリークテストを行ない不良率を検討し
たところ、不良率は３０％であった。従って、第１実施
形態のように活性金属の含有量を高くすることにより接
合強度（気密性）が改善されるのが確認された。
【００３１】第２実施形態：本実施形態では、非酸化物
系セラミックスである窒化ケイ素と、Ｎｉ−Ｃｒ鋼（Ｓ
ＮＣ８３６）とを接合した。活性金属ろうとしては、２
５．５重量％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、０．６重量％
Ｔｉ、残Ａｇからなるろうを用いた。
系セラミックスである窒化ケイ素と、Ｎｉ−Ｃｒ鋼（Ｓ
ＮＣ８３６）とを接合した。活性金属ろうとしては、２
５．５重量％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、０．６重量％
Ｔｉ、残Ａｇからなるろうを用いた。
【００３２】活性金属ろうの製造工程は、第１実施形態
と同様とし、最終形状を４０μｍのテープ状となるまで
加工した。そして、このろう材を用いて、窒化ケイ素と
Ｎｉ−Ｃｒ鋼とを接合した。接合は、２５ｍｍ×２５ｍ
ｍ×２０ｍｍのブロック状の窒化ケイ素２個の間に、２
５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍの板状のＮｉ−Ｃｒ鋼を挟む
ようにし、それぞれの界面に活性金属ろうを挿入して接
合した。接合条件は、真空処理炉中で真空度２×１０
−５ｔｏｒｒ、７６０℃、１０分間の加熱とした。
と同様とし、最終形状を４０μｍのテープ状となるまで
加工した。そして、このろう材を用いて、窒化ケイ素と
Ｎｉ−Ｃｒ鋼とを接合した。接合は、２５ｍｍ×２５ｍ
ｍ×２０ｍｍのブロック状の窒化ケイ素２個の間に、２
５ｍｍ×２５ｍｍ×１ｍｍの板状のＮｉ−Ｃｒ鋼を挟む
ようにし、それぞれの界面に活性金属ろうを挿入して接
合した。接合条件は、真空処理炉中で真空度２×１０
−５ｔｏｒｒ、７６０℃、１０分間の加熱とした。
【００３３】第３実施形態：本実施形態では、第２実施
形態と同様、非酸化物系セラミックスである窒化ケイ素
と、Ｎｉ−Ｃｒ鋼とを接合した。活性金属ろうとして
は、２５．５重量％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、１．０
重量％Ｔｉ、残Ａｇからなるろうを用いた。また、試料
寸法、接合条件については、第２実施形態と同様とし
た。
形態と同様、非酸化物系セラミックスである窒化ケイ素
と、Ｎｉ−Ｃｒ鋼とを接合した。活性金属ろうとして
は、２５．５重量％Ｃｕ、１２．５重量％Ｉｎ、１．０
重量％Ｔｉ、残Ａｇからなるろうを用いた。また、試料
寸法、接合条件については、第２実施形態と同様とし
た。
【００３４】比較例２：第２、第３実施形態に対する比
較として、活性金属ろうとして、２５．５重量％Ｃｕ、
１２．５重量％Ｉｎ、１．２５％Ｔｉ、残Ａｇからなる
ろうを用いて、窒化ケイ素とＮｉ−Ｃｒ鋼を接合した。
ろう材の製造、接合条件は第２実施形態と同様とした。
較として、活性金属ろうとして、２５．５重量％Ｃｕ、
１２．５重量％Ｉｎ、１．２５％Ｔｉ、残Ａｇからなる
ろうを用いて、窒化ケイ素とＮｉ−Ｃｒ鋼を接合した。
ろう材の製造、接合条件は第２実施形態と同様とした。
【００３５】第２実施形態、第３実施形態と比較例２の
接合強度は、４点曲げ試験（ＪＩＳＲ １６０１に準
拠）にて評価した。図２はその結果を示す。図２から、
例えば、累積破壊率６３．２％における接合強度は、第
２実施形態（Ｔｉ：０．６重量％）及び第３実施形態
（Ｔｉ：１．０重量％）で共に約５２０ＭＰａであり、
比較例２（Ｔｉ：１．２５重量％）では４８０ＭＰａで
あった。また、全領域においても第２実施形態、第３実
施形態の接合強度は比較例２よりも高いことが確認され
た。
接合強度は、４点曲げ試験（ＪＩＳＲ １６０１に準
拠）にて評価した。図２はその結果を示す。図２から、
例えば、累積破壊率６３．２％における接合強度は、第
２実施形態（Ｔｉ：０．６重量％）及び第３実施形態
（Ｔｉ：１．０重量％）で共に約５２０ＭＰａであり、
比較例２（Ｔｉ：１．２５重量％）では４８０ＭＰａで
あった。また、全領域においても第２実施形態、第３実
施形態の接合強度は比較例２よりも高いことが確認され
た。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る接合
方法は被接合部材となるセラミックスの種類に応じて、
活性金属ろう中の活性金属の含有量を調整するものであ
り、このようにすることでセラミックスの種類に応じて
最適な接合強度を確保することができる。
方法は被接合部材となるセラミックスの種類に応じて、
活性金属ろう中の活性金属の含有量を調整するものであ
り、このようにすることでセラミックスの種類に応じて
最適な接合強度を確保することができる。
【図１】 従来の活性金属ろう（Ｔｉ１．２５重量％）
で酸化物系及び非酸化物系セラミックスを接合したとき
の状態を概略示す図。
で酸化物系及び非酸化物系セラミックスを接合したとき
の状態を概略示す図。
【図２】 第２実施形態、第３実施形態と比較例２の接
合部についての４点曲げ試験の結果を示す図。
合部についての４点曲げ試験の結果を示す図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２３Ｋ 35/30 Ｃ２２Ｃ 5/08
Ｃ２２Ｃ 5/08 9/00
9/00 Ｂ２３Ｋ 101:36
Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｄ
(72)発明者 島田 知宏
神奈川県平塚市新町１番75号 田中貴金属
工業株式会社平塚工場内
Ｆターム(参考） 4G026 BA03 BB17 BB25 BB28 BF11
BF16 BF24 BF42 BG02 BG23
BH08
Claims (2)
- 【請求項１】金属とセラミックスとを、又は、セラミッ
クスとセラミックスとを活性金属法により接合する方法
において、 接合対象のセラミックスが酸化物系セラミックスである
場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれかを
活性元素として含み、下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ系
活性金属ろうを用いる接合方法。 Ｃｕ：２０〜５５重量％ Ｉｎ：３〜１５重量％ 活性元素：１．３５〜５．０重量％ Ａｇ：残部 - 【請求項２】金属とセラミックスとを、又は、セラミッ
クスとセラミックスとを活性金属法により接合する方法
において、 接合対象のセラミックスが非酸化物系セラミックスであ
る場合に、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂの少なくともいずれか
を活性元素として含み、下記組成を有するＡｇＣｕＩｎ
系活性金属ろうを用いる接合方法。 Ｃｕ：２０〜５５重量％ Ｉｎ：３〜１５重量％ 活性元素：０．０１〜１．１５重量％ Ａｇ：残部
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002147323A JP2003335585A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 活性金属法によるセラミックスの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002147323A JP2003335585A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 活性金属法によるセラミックスの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003335585A true JP2003335585A (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=29705932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002147323A Pending JP2003335585A (ja) | 2002-05-22 | 2002-05-22 | 活性金属法によるセラミックスの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003335585A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013002407A1 (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | 日立金属株式会社 | ろう材、ろう材ペースト、セラミックス回路基板、セラミックスマスター回路基板及びパワー半導体モジュール |
| JP2013211546A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-10-10 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス−銅接合体およびその製造方法 |
| CN103406684B (zh) * | 2013-08-01 | 2016-01-06 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种银-铜-铟-镍中温钎焊料 |
| CN115106675A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-09-27 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种高熵钎料、其制备方法及其在钎焊中的应用 |
-
2002
- 2002-05-22 JP JP2002147323A patent/JP2003335585A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013002407A1 (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | 日立金属株式会社 | ろう材、ろう材ペースト、セラミックス回路基板、セラミックスマスター回路基板及びパワー半導体モジュール |
| JPWO2013002407A1 (ja) * | 2011-06-30 | 2015-02-23 | 日立金属株式会社 | ろう材、ろう材ペースト、セラミックス回路基板、セラミックスマスター回路基板及びパワー半導体モジュール |
| US9780011B2 (en) | 2011-06-30 | 2017-10-03 | Hitachi Metals, Ltd. | Brazing material, brazing material paste, ceramic circuit substrate, ceramic master circuit substrate, and power semiconductor module |
| JP2013211546A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-10-10 | Hitachi Metals Ltd | セラミックス−銅接合体およびその製造方法 |
| CN103406684B (zh) * | 2013-08-01 | 2016-01-06 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | 一种银-铜-铟-镍中温钎焊料 |
| CN115106675A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-09-27 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种高熵钎料、其制备方法及其在钎焊中的应用 |
| CN115106675B (zh) * | 2022-08-09 | 2024-02-27 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种高熵钎料、其制备方法及其在钎焊中的应用 |
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