JP2014501678A - ２つの接合相手、すなわち金属／セラミックを有するセラミックをレーザービームで接合するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、２つの接合相手を予定された接合場所で接合するための方法に関し、その際に一方の接合相手（１）は、セラミックからなり、かつもう一方の接合相手は、金属またはセラミックからなる。本発明は、簡単に使用することができるにも拘わらず堅牢さを持続する接合を得るような方法を改善するという課題を基礎とする。本発明によれば、この課題は、前記の接合相手（１）を互いに接合場所で接触するように配置し、そしてレーザービームを前記接合場所で接合相手の一方に向けて、レーザービームがこの接合相手を通り抜けかつ少なくとも部分的にもう一方の接合相手中に侵入するようにすることによって解決される。

Description

本発明は、２つの接合相手をこれらの接合場所で接合するための方法に関し、その際に一方の接合相手は、セラミックからなり、かつもう一方の接合相手は、金属またはセラミックからなる。

エレクトロニクスからの公知技術水準から、金属化による金属とセラミックとの接合、例えばタングステン燒結金属化するまでの厚膜上での活性ろう材による薄膜の接合は、全て任意に金属電着によって強化されている。

本発明は、簡単に使用することができるにも拘わらず堅牢さを持続する接合が得られるように、上記の上位概念による方法を改善するという課題を基礎とする。

本発明によれば、この課題は、接合相手を互いに接合場所で接触するように配置し、およびレーザービームを接合場所で接合相手の１つに向け、レーザービームが接合相手を通り抜け、そして少なくとも部分的にもう一方の接合相手中に侵入することによって解決される。

レーザービームが導かれる雰囲気に応じて、煙または反応生成物が形成される。この煙は、たいてい、入射されたスリット内で凝縮し、予期せずに２つの接合相手を溶接する。すなわち、レーザービームによって入射されたスリットは、反応生成物で満たされ、２つの接合相手は、堅固に互いに接合される。

好ましくは、接合相手は、窒化アルミニウムＡｌＮｉからのセラミックからなり、および接合相手は、アルミニウムからの金属からなる。更に、反応生成物または煙は、アルミニウム、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムからなる。

こうして、前記方法は、セラミックを金属、例えばＡｌＮｉ／アルミニウムと接合するため、またはセラミックを別の同一のセラミックもしくは別のセラミックと接合するために使用されてよい。

好ましい実施態様において、レーザービームは、セラミックに向けられ、および金属には向けられていない。これによって、あまり強くないレーザーが必要とされる。レーザービームを金属からなる接合相手に向けた場合には、金属は、レーザービームのエネルギーを急速に導出し、したがって、金属は、接合場所でより大きな面積で溶融するであろう。

好ましくは、１〜５ｍｍ、特に有利に３ｍｍの長さを有するスリットは、レーザービームによって入射される。接合相手の分離力は、前記のスリットの長さで十分である。３ｍｍの長さは、特に有利であることが証明された。試験において、３ｍｍの長さの場合に、５０Ｎの分離力が達成された。

分離力をより大きな面積に分配するために、個々のスリットからなるパターンは、有利にレーザービームによって接合相手中へ入射され、その際に全てのスリットは、縦スリットを形成するかまたは縦スリットに対して垂直に走る横スリットを形成する。

スリットの分布をさらに改善するために、好ましくは、それぞれ１つの縦スリットに隣接して１つの横スリットが入射される。それによって、縦スリットと横スリットとは、交互に現れ、分離力は、全ての方向に同じ大きさである。

特に有利には、全ての縦スリットは、互いに平行に走る縦列で互いに固定された間隔で存在し、および全ての横スリットは、互いに平行に走る横列で互いに固定された間隔で存在し、およびそれぞれの横スリットに隣接して、１つの縦スリットが入射される。それによって、縦列と横列との間隔が等しい場合には、チェス盤のようなパターンが生じる。

接合相手の使用される材料に応じて、有利にレーザービームは、静止空気、流動空気または流動する窒素からなる雰囲気（反応性ガス）中で一方の接合相手に導かれる。

好ましい実施態様において、２つの接合相手には、平らな板が使用される。平らな板は、単純に重ねて置くことができ、それによって接合が簡易化される。

１つの実施態様において、金属からなる接合相手は、０．５〜３．０ｍｍの厚さを有する。この厚さの場合、レーザービームは、金属中で留まったままとなる。

セラミックからなる接合相手は、好ましくは、０．５〜２．０ｍｍの厚さを有する窒化アルミニウム基体である。この厚さは、レーザービームによって簡単に貫通されるが、しかし、それにも拘わらず、十分に耐衝撃性である。

好ましくは、セラミックは、ＡｌＮ基体であり、かつ上側に金メッキ処理された接点を有するＬＥＤを支持している。

レーザービームを発生させるために、１つの実施態様において、ＹＡＧレーザーが使用される。

２つの接合相手は、同一かまたは異なるセラミックからなることができる。

好ましくは、この方法は、セラミック製のソケット上のＬＥＤｓまたはＬＥＤ回路を金属製のケーシングと接合するために使用される。

従って、本発明による方法を利用することにより、セラミックおよび金属、例えばＡｌＮおよびＡｌからなる、平面または部分的に平面の薄手の構造体の間での接合は、短いレーザーインパルスによって熱的に誘発され、静止空気、流動空気または流動する窒素からなる規定された雰囲気中で得られる。レーザービームは、接合相手（有利にセラミック製の接合相手）の１つを完全に貫通し、および別の接合相手（セラミックまたは金属）中で留まったままとなる。

本方法は、特に、小さな平面の接合部品を接合するため、例えばＬＥＤｓをソケット上に接合するため、ＬＥＤ回路をケーシング中に接合するために魅力的である。

セラミック製の接合相手１に関する、すなわちレーザービームが向けられる接合相手に関する平面図。

実施例
ａ）厚さ０．７ｍｍおよび１２×１８ｍｍの寸法の平らなアルミニウム板を、厚さ０．６３ｍｍの僅かにより大きい平らなＡｌＮ基体上に置き、ＹＡＧレーザーを反応性ガスで、ならびに反応性ガスなしに（さらなる反応性ガスなしに空気で開放して）ＡｌＮ基体上に垂直に転向させる。ＡｌＮ基体は、上側で金メッキ処理された接点と一緒にＬＥＤを支持する。１つのパターン（図１参照）には、長さ３ｍｍの小さな形状のスリットがセラミック中にアルミニウム板の下方にまで入れられる。

このスリットには、レーザー後にＡｌ−Ａｌ₂Ｏ₃が詰め込まれ、ＡｌとＡｌＮとが共に接合される。分離力は、５０Ｎである。

ｂ）上記したように、ＡｌＮだけは、１．５ｍｍの厚さを有する。ここで、方向を合わせたエアジェットが反応ガスとして使用される。

図１につき、本発明をさらに説明する。

セラミックからなる接合相手１の直ぐ下には、図示されていない第２の接合相手が配置されている。

本発明によれば、個々のスリット５からなるパターン２は、レーザービームによって接合相手中へと入射され、その際に全てのスリット５は、縦スリット３を形成するかまたは縦スリット３に対して垂直に走る横スリット４を形成する。

図示した実施態様において、それぞれ１つの縦スリット３に隣接して、１つの横スリット４が入射されているかまたは配置されている。

全ての縦スリット３は、互いに平行に走る縦列６で固定された間隔８で互いに存在し、および全ての横スリット４は、互いに平行に走る横列７で固定された間隔９で互いに存在し、およびそれぞれの横スリット４に隣接して、１つの縦スリット３が入射されている。間隔８と９は、有利に同じ長さである。

スリットができるだけ均一に表面上に分布する、別のパターンも好ましい。

１ 接合相手、 ２ スリットからなるパターン、 ３ 縦スリット、 ４ 横スリット、 ５ 全てのスリット、 ６ 互いに平行に走る縦列、 ７ 互いに平行に走る横列、 ８，９ 固定された間隔

Claims (15)

1. ２つの接合相手を予定された接合場所で接合するための方法であって、一方の接合相手（１）が、セラミックからなり、かつもう一方の接合相手が、金属またはセラミックからなる上記方法において、それらの接合相手を互いに前記接合場所で接触するように配置し、そしてレーザービームを前記接合場所で接合相手の一方に向けて、レーザービームがこの接合相手を通り抜けかつ少なくとも部分的にもう一方の接合相手中に侵入するようにすることを特徴とする、上記方法。
2. レーザービームを、セラミックに向けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 有利に１〜５ｍｍ、特に有利に３ｍｍの長さを有するスリット（５）がレーザービームによって入射されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 個々のスリット（５）からなるパターン（２）は、レーザービームによって接合相手中へと入射され、全てのスリット（５）が、縦スリット（３）を形成するかまたは縦スリット（３）に対して垂直に走る横スリット（４）を形成することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. それぞれ１つの縦スリット（３）に１つの横スリット（４）が隣接して入射されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 全ての縦スリット（３）は、互いに平行に走る縦列（６）で固定された間隔（８）で互いに存在し、および全ての横スリット（４）は、互いに平行に走る横列（７）で固定された間隔（９）で互いに存在し、およびそれぞれの横スリット（４）に１つの縦スリット（３）が隣接して入射されることを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
7. 一方の接合相手（１）は、セラミックの窒化アルミニウムからなり、かつもう一方の接合相手は、金属のアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. ２つの接合相手は、同一かまたは異なるセラミックからなることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
9. レーザービームは、静止空気、流動空気または流動する窒素からなる雰囲気中で一方の接合相手（１）に導かれることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. ２つの接合相手のためには、平らな板が使用されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 金属製の接合相手は、０．５〜３．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. セラミック製の接合相手（１）は、０．５〜２．０ｍｍの厚さを有する窒化アルミニウム基体であることを特徴とする、請求項１０または１１記載の方法。
13. セラミックは、ＡｌＮ基体であり、および上側で金メッキ処理された接点を有するＬＥＤを支持することを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
14. レーザービームを発生させるために、ＹＡＧレーザーが使用されることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
15. セラミック製のソケット上のＬＥＤｓまたはＬＥＤ回路を金属製のケーシングと接合するための、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法の使用。

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