JP2015067492A - Ceramic body having metal layer, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属層付きセラミック体、および金属層付きセラミック体の製造方法に関する。 The present invention relates to a ceramic body with a metal layer and a method for producing the ceramic body with a metal layer.
セラミック基板などのセラミック体と金属基板などの金属体とを接合する方法としては、Ａｇペーストをセラミック体の表面に塗布して焼成して金属層を形成するＡｇペースト法や、モリブデンとモリブデン酸化物およびマンガンとマンガン酸化物の混合粉末をセラミック体の表面に塗布して焼成して金属層を形成するモリブデン―マンガン法（Ｍｏ―Ｍｎ法）や、例えば下記特許文献１に記載されているような、Ｔｉなどの活性金属を含むペーストを塗布して焼成して金属層を形成する活性金属法などがある。最も一般的に用いられているセラミックスは、アルミナを例えば９０質量％以上含む高純度アルミナであるが、これら従来の方法で形成された金属層は、高純度アルミナに対しては十分に高い接合強度を有している。 As a method for joining a ceramic body such as a ceramic substrate and a metal body such as a metal substrate, an Ag paste method in which an Ag paste is applied to the surface of the ceramic body and fired to form a metal layer, or molybdenum and molybdenum oxide. And a molybdenum-manganese method (Mo-Mn method) in which a mixed powder of manganese and manganese oxide is applied to the surface of the ceramic body and fired to form a metal layer, such as described in Patent Document 1 below, for example There is an active metal method in which a paste containing an active metal such as Ti is applied and fired to form a metal layer. The most commonly used ceramic is high-purity alumina containing, for example, 90% by mass or more of alumina. However, the metal layer formed by these conventional methods has a sufficiently high bonding strength for high-purity alumina. have.
近年、例えば電子デバイス等の小型化および低価格化の要求が強くなっており、これら電子デバイスに用いられるセラミック基板等のセラミック体も、基板表面の面積が小さく、かつ厚みが小さく（薄く）なってきている。特に厚みが小さくなるとセラミック体の強度が低下するので、小型化および低価格化の要求にともなって、セラミック基板等の耐久性が低下することが懸念されている。このため、これら電子デバイス用途に用いるセラミック体として、一般的に用いられる高純度アルミナに変わって、高純度アルミナに比べて機械強度が高いジルコニア強化アルミナを使用することが検討されている。 In recent years, for example, there has been a strong demand for downsizing and cost reduction of electronic devices, and ceramic bodies such as ceramic substrates used in these electronic devices also have a small substrate surface area and a small thickness (thin). It is coming. In particular, when the thickness is reduced, the strength of the ceramic body is lowered, so that there is a concern that the durability of the ceramic substrate and the like is lowered with a demand for downsizing and cost reduction. For this reason, as a ceramic body used for these electronic device applications, use of zirconia-reinforced alumina having higher mechanical strength than high-purity alumina instead of generally used high-purity alumina has been studied.
しかしながら、ジルコニア強化アルミナを主成分とするセラミック体に、上述の従来のＡｇペースト法やＭｏ―Ｍｎ法を用いて金属層を形成した場合、金属層とセラミック体との接合強度が低いという課題があった。また、上述の従来の活性金属法を用いて金属層を形成した場合は、ある程度の強度は確保できるが金属層の形成にかかるコストが大きくなりすぎるといった課題があった。すなわち従来の金属層付きセラミック体は、セラミック体の機械強度および金属層とセラミック体との接合強度を高くすることと、低価格化とを全て実現することはできなかった。本願発明は、かかる課題を解決することを目的とする。 However, when a metal layer is formed on a ceramic body mainly composed of zirconia reinforced alumina using the above-described conventional Ag paste method or Mo-Mn method, there is a problem that the bonding strength between the metal layer and the ceramic body is low. there were. Further, when the metal layer is formed by using the above-described conventional active metal method, there is a problem that although a certain degree of strength can be secured, the cost for forming the metal layer becomes too high. That is, the conventional ceramic body with a metal layer cannot realize all of the mechanical strength of the ceramic body and the bonding strength between the metal layer and the ceramic body and the cost reduction. The present invention aims to solve such a problem.
上記課題を解決するために、本願発明は、アルミナを主成分としジルコニアを含むセラミック体と、前記セラミック体の表面の少なくとも一部に接合した、Ａｇを主成分とする金属層とを有する金属層付きセラミック体であって、前記金属層は、ＣｕおよびＳｉをさらに含んでおり、前記セラミック体との当接部分に、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層とを有することを特徴とする金属層付きセラミック体を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a metal layer having a ceramic body containing alumina as a main component and containing zirconia, and a metal layer containing Ag as a main component bonded to at least a part of the surface of the ceramic body. A ceramic body, wherein the metal layer further includes Cu and Si, and a first layer mainly comprising an oxide containing at least Al and Cu at a contact portion with the ceramic body; Provided is a ceramic body with a metal layer, comprising a second layer mainly composed of an oxide of Si.
本発明の金属層付きセラミック体は、比較的安価でありながら、セラミック体の機械強度が比較的高く、かつ金属層とセラミック体との接合強度が比較的高い。本発明の金属層付きセラミック体の製造方法によると、かかる金属層付きセラミック体を、低コストで容易に製造することができる。 Although the ceramic body with a metal layer of the present invention is relatively inexpensive, the ceramic body has a relatively high mechanical strength and a bonding strength between the metal layer and the ceramic body is relatively high. According to the method for producing a ceramic body with a metal layer of the present invention, such a ceramic body with a metal layer can be easily produced at low cost.
以下、本発明の金属層付きセラミック体、および金属層付きセラミック体の製造方法について詳細に説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の金属層付きセラミック体の一実施形態である金属層付きセラミック体１０における概略断面図であり、（ａ）は部分拡大図、（ｂ）は図１（ａ）に示す領域Ａをさらに拡大して示している。 Hereinafter, the ceramic body with a metal layer and the method for producing the ceramic body with a metal layer of the present invention will be described in detail. 1 (a) and 1 (b) are schematic cross-sectional views of a ceramic body 10 with a metal layer which is an embodiment of the ceramic body with a metal layer of the present invention, (a) is a partially enlarged view, and (b) is a partially enlarged view. Region A shown in FIG. 1A is further enlarged.
本実施形態の金属層付きセラミック体１０（以降、メタライズド基板１０をもいう）は、アルミナを主成分としジルコニアを含むセラミック体１２と、セラミック体１２の表面の少なくとも一部に接合した、Ａｇを主成分とする金属層１４とを有する。金属層１４は、ＣｕおよびＳｉをさらに含み、金属層１４とセラミック体１２との当接部分に、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層２２と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層２４とを有する。なお、本明細書において主成分とは、５０質量％以上含む成分のことをいう。メタライズド基板１０は、例えば携帯電話等の電子デバイスにおける過電流を防止するためのいわゆるポリスイッチ等、小型かつ信頼性が高いことが求められる用途に用いられる部材である。 The ceramic body 10 with a metal layer of the present embodiment (hereinafter also referred to as a metallized substrate 10) is composed of a ceramic body 12 containing alumina as a main component and containing zirconia, and Ag bonded to at least a part of the surface of the ceramic body 12. And a metal layer 14 as a main component. The metal layer 14 further includes Cu and Si, and a contact portion between the metal layer 14 and the ceramic body 12 includes a first layer 22 mainly composed of an oxide containing at least Al and Cu, and an oxide of Si. And a second layer 24 containing as a main component. In addition, in this specification, a main component means the component containing 50 mass% or more. The metallized substrate 10 is a member used for applications that are required to be small and highly reliable, such as a so-called polyswitch for preventing an overcurrent in an electronic device such as a mobile phone.
本実施形態のセラミック体１２は厚さが０．２~１．０ｍｍ程度の板状の部材であって
、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を約７０質量％、ジルコニア（ＺｒＯ２）を約３０質量％含む、いわゆるジルコニア強化アルミナである。ジルコニア強化アルミナは、例えばアルミナ純度が９０質量％以上である高純度アルミナに比べて機械的強度が高い。本実施形態のセラミック体１２は、厚さが０．２ｍｍ〜１．０ｍｍと比較的薄い板状部材でありながら、十分な機械的強度を有している。セラミック体１２は、例えば安定化剤としてＭｇＯを含んでいてもよく、その成分比率や形状については特に限定されない。
The ceramic body 12 of the present embodiment is a plate-like member having a thickness of about 0.2 to 1.0 mm. For example, about 70% by mass of alumina (Al 2 O 3 ) and about zirconia (ZrO 2 ) This is so-called zirconia reinforced alumina containing 30% by mass. Zirconia reinforced alumina has higher mechanical strength than, for example, high-purity alumina having an alumina purity of 90% by mass or more. The ceramic body 12 of the present embodiment is a relatively thin plate member having a thickness of 0.2 mm to 1.0 mm, but has sufficient mechanical strength. The ceramic body 12 may contain, for example, MgO as a stabilizer, and the component ratio and shape are not particularly limited.
金属層１４は銀（Ａｇ）を例えば９５〜９９．８質量％含み、さらにＣｕを０．２〜５質量％含む。金属層１４とセラミック体１２との当接部分には、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層２２と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層２４とを有する。第１層２２は、Ａｌ２Ｏ３・ＣｕＯであることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３・ＣｕＯとは、Ａｌ２Ｏ３とＣｕＯとの混合物、およびＣｕＡｌ２Ｏ４等の化合物を含む。金属層１４における元素の含有割合や分布は、例えば公知のＥＤＳ(Ｅｎｅｒｇｙ ＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)装置等を用いて測定することができる。例えば日本電子製ＥＤＺ分析装置ＪＥＤ−２３００を用い、加速電圧１５ｋＶの条件で分
析すればよい。
The metal layer 14 contains, for example, 95 to 99.8% by mass of silver (Ag), and further contains 0.2 to 5% by mass of Cu. A contact portion between the metal layer 14 and the ceramic body 12 includes a first layer 22 mainly composed of an oxide containing at least Al and Cu, and a second layer 24 mainly composed of an oxide of Si. Have. The first layer 22 is preferably Al 2 O 3 .CuO. Al 2 O 3 .CuO includes a mixture of Al 2 O 3 and CuO and a compound such as CuAl 2 O 4 . The content and distribution of elements in the metal layer 14 can be measured using, for example, a known EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) apparatus. For example, analysis may be performed under the condition of an acceleration voltage of 15 kV using an EDZ analyzer JED-2300 manufactured by JEOL.
第１層２２は、金属層１４の形成時に金属層１４の材料となる後述の銀ペーストに含まれている銅（Ｃｕ）成分が拡散してセラミック体１２の側に集中するとともに、この銅（Ｃｕ）がセラミック体１２のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応してできた層であり、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするセラミック体１２と高い強度で接合している。 In the first layer 22, a copper (Cu) component contained in a silver paste, which will be described later, which becomes the material of the metal layer 14 when the metal layer 14 is formed is diffused and concentrated on the ceramic body 12 side. Cu) is a layer formed by reacting alumina (Al 2 O 3 ) of the ceramic body 12 and is bonded to the ceramic body 12 mainly composed of Al 2 O 3 with high strength.
また第２層２４は、金属層１４の形成時に金属層１４の材料となる後述の銀ペーストに含まれているガラス成分中のＳｉの酸化物（例えばＳｉＯ２）成分が拡散してセラミック体１２の側に集中するとともに、このＳｉの酸化物（例えばＳｉＯ２）がセラミック体１２のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等と結合および反応して出来た層であり、第２層２４はセラミック体１２と比較的強固に接合している。 In the second layer 24, the ceramic body 12 is formed by diffusing an Si oxide (for example, SiO 2 ) component in a glass component contained in a silver paste, which will be described later, which becomes the material of the metal layer 14 when the metal layer 14 is formed. The second layer 24 is a layer formed by bonding and reacting the Si oxide (for example, SiO 2 ) with alumina (Al 2 O 3 ) or the like of the ceramic body 12. And is relatively firmly joined.
例えば実質的にＣｕを含まないＡｇロウを用いた通常のＡｇロウ法によって、ジルコニア強化アルミナからなるセラミック体１２の表面に金属層を形成した場合、これらセラミック体１２と金属層との接合強度は低いことが知られている。本実施形態のメタライズド基板１０では、Ａｇを主成分とする金属層１４が、セラミック体１２との接合強度が高いこれら第１層２２および第２層２４を含んでいるので、金属層１４がセラミック体１２と比較的強固に接合している。 For example, when a metal layer is formed on the surface of the ceramic body 12 made of zirconia-reinforced alumina by a normal Ag brazing method using Ag brazing that does not substantially contain Cu, the bonding strength between the ceramic body 12 and the metal layer is as follows. It is known to be low. In the metallized substrate 10 of the present embodiment, the metal layer 14 containing Ag as a main component includes the first layer 22 and the second layer 24 having high bonding strength with the ceramic body 12. The body 12 is relatively firmly joined.
本実施形態のメタライズド基板１０は、例えば以下に示す方法で製造することができる。まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を約７０質量％、ジルコニア（ＺｒＯ２）を約３０質量％含むいわゆるジルコニア強化アルミナからなるセラミック体１２を準備し、Ａｇを主成分とし、Ｃｕと、ＳｉＯ２を含有する焼成助剤とが少なくとも混合されたペーストをセラミック体１２の表面に塗布する。 The metallized substrate 10 of this embodiment can be manufactured by the method shown below, for example. First, a ceramic body 12 made of so-called zirconia-reinforced alumina containing about 70% by mass of alumina (Al 2 O 3 ) and about 30% by mass of zirconia (ZrO 2 ) is prepared. Ag is a main component, Cu, SiO 2 A paste in which at least a baking aid containing s is mixed is applied to the surface of the ceramic body 12.
ペーストとしては、例えば平均粒径が約５μｍの銀（Ａｇ）粒子と、銅（Ｃｕ）粒子と、ＳｉＯ２を含有するビスマスホウ珪酸ガラス粉末とが混合されている。このペーストは銀（Ａｇ）を約９７質量％、銅（Ｃｕ）を約１質量％、ビスマスホウ珪酸ガラス粉末を約２質量％含んでいるものを用いればよい。また、ペーストの塗布は、公知のスクリーン印刷法等を用いて行えばよく、その塗布方法等については特に限定されない。一般的ないわゆるＡｇペーストにはＣｕは含まれていないが、本発明で用いるペーストには、Ｃｕを少量含有させている。 As the paste, for example, silver (Ag) particles having an average particle diameter of about 5 μm, copper (Cu) particles, and bismuth borosilicate glass powder containing SiO 2 are mixed. This paste may contain about 97% by mass of silver (Ag), about 1% by mass of copper (Cu), and about 2% by mass of bismuth borosilicate glass powder. The paste may be applied using a known screen printing method or the like, and the application method or the like is not particularly limited. A general so-called Ag paste does not contain Cu, but the paste used in the present invention contains a small amount of Cu.
次に、塗布したペーストを大気雰囲気中で９００℃以上の温度で焼成して、セラミック体１２の表面に接合した金属層１４を形成する。この焼成によって形成された金属層１４は、Ａｇを主成分とするとともにＣｕおよびＳｉをさらに含み、セラミック体１２との当接部分に、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層２２と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層２４とを含んでいる。 Next, the applied paste is fired at a temperature of 900 ° C. or higher in the air atmosphere to form the metal layer 14 bonded to the surface of the ceramic body 12. The metal layer 14 formed by this firing contains Ag as a main component and further contains Cu and Si, and the contact portion with the ceramic body 12 is mainly composed of an oxide containing at least Al and Cu. 1 layer 22 and the 2nd layer 24 which has Si oxide as a main component are included.
本実施形態では、ペースト内に銅（Ｃｕ）が含まれており、この銅（Ｃｕ）が焼成時に拡散してセラミック体１２との接合部分に凝集してくる。接合部分では、拡散して凝集した銅（Ｃｕ）が、セラミック体１２のアルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）と反応して、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層２２が形成される。一般的なＡｇペーストの焼成温度は８５０℃程度であるが、本実施形態では９００℃以上の比較的高い温度でＣｕを含むペーストを焼成するので、Ｃｕの拡散およびＡｌとの反応が促進されて、セラミック体１２との接合強度が強い第１層２２が形成される。同様に、ビスマスホウ珪酸ガラス粉末に含まれるＳｉの酸化物（例えばＳｉＯ２）も積極的に拡散されるとともに、Ｓｉの酸化物（例えばＳｉＯ２）成分と他の元素との結合および反応が促進されて、セラミック体１２との接合強度が強い第２層２４が形成される。また、大気中で焼成することでセラミック体１２との接合部分における酸化反応が促進されるので、第１層２２が比較的大きくなり、かつセラミック体１２との接合強度が比較的強くなる。 In the present embodiment, copper (Cu) is contained in the paste, and this copper (Cu) diffuses at the time of firing and aggregates at the joint portion with the ceramic body 12. In the joint portion, the diffused and agglomerated copper (Cu) reacts with the aluminum (Al) and oxygen (O) of the ceramic body 12 to form a first layer whose main component is an oxide containing at least Al and Cu. 22 is formed. The firing temperature of a general Ag paste is about 850 ° C. However, in this embodiment, since a paste containing Cu is fired at a relatively high temperature of 900 ° C. or higher, the diffusion of Cu and the reaction with Al are promoted. The first layer 22 having a high bonding strength with the ceramic body 12 is formed. Similarly, the Si oxide (eg, SiO 2 ) contained in the bismuth borosilicate glass powder is also actively diffused, and the bonding and reaction between the Si oxide (eg, SiO 2 ) component and other elements are promoted. Thus, the second layer 24 having a high bonding strength with the ceramic body 12 is formed. Moreover, since the oxidation reaction at the joint portion with the ceramic body 12 is promoted by firing in the air, the first layer 22 becomes relatively large and the joint strength with the ceramic body 12 becomes relatively strong.
また本実施形態では銅（Ｃｕ）の含有割合が１質量％程度とされている。銅（Ｃｕ）が比較的多い場合は第１接合層２２が大きくなるが、金属層１４内の銀（Ａｇ）を主成分とする部分（金属層１４内の第１接合層２２および第２接合層２４以外の部分に対応）に分散する銅（Ｃｕ）成分も比較的大きくなる。このような、金属層１４内の銀（Ａｇ）を主成分とする部分に分散した銅（Ｃｕ）成分が酸素原子と結びついて酸化すると、この銀（Ａｇ）を主成分とする部分が脆くなってしまう。第１接合層２２の大きさとセラミック体１２との接合強度を比較的大きくしつつ、金属層１４内の銀（Ａｇ）を主成分とする部分の強度を十分に保つには、ペーストにおけるＣｕの含有割合が０．５質量％〜５質量％であることが好ましい。 In this embodiment, the content ratio of copper (Cu) is about 1% by mass. When the amount of copper (Cu) is relatively large, the first bonding layer 22 is large, but the portion of the metal layer 14 containing silver (Ag) as a main component (the first bonding layer 22 and the second bonding in the metal layer 14). The copper (Cu) component dispersed in the portion other than the layer 24 is also relatively large. When the copper (Cu) component dispersed in the portion mainly containing silver (Ag) in the metal layer 14 is combined with oxygen atoms and oxidized, the portion mainly containing silver (Ag) becomes brittle. End up. In order to keep the strength of the portion mainly composed of silver (Ag) in the metal layer 14 while relatively increasing the bonding strength between the size of the first bonding layer 22 and the ceramic body 12, the Cu of the paste It is preferable that a content rate is 0.5 mass%-5 mass%.
本実施形態の製造方法を用いることでこのように、セラミック体の機械強度が比較的高く、かつ金属層とセラミック体との接合強度が比較的高い金属層付きセラミック体を製造することができる。また、本実施形態で用いるペーストは、比較的安価な市販のＡｇペーストに、比較的安価な銅（Ｃｕ）粉末を混合させるだけで形成することが可能であるので、本実施形態の製造方法を用いることで、メタライズド基板１０を比較的安価に製造することができる。 By using the manufacturing method of the present embodiment, a ceramic body with a metal layer having a relatively high mechanical strength and a relatively high bonding strength between the metal layer and the ceramic body can be manufactured. Moreover, since the paste used in the present embodiment can be formed by simply mixing a relatively inexpensive copper (Cu) powder with a relatively inexpensive commercial Ag paste, the manufacturing method of the present embodiment is used. By using it, the metallized substrate 10 can be manufactured relatively inexpensively.
メタライズド基板１０は、例えば携帯電話等の電子デバイスにおける過電流を防止するためのいわゆるポリスイッチ等を構成する部材に用いることができる。例えばポリスイッチ等を構成する部材として用いる場合など、例えばＮｉメッキ層やＡｇ−Ｃｕロウ材等を介して、Ｃｕ等の金属からなる電極体を金属層１４と接合して用いればよい。このように、本実施形態のメタライズド基板（金属層付きセラミック体）１０と金属体とを接合して、セラミック体と金属体との接合体を形成した場合も、比較的安価でありながら信頼性が高い接合体を得ることができる。 The metallized substrate 10 can be used as a member constituting a so-called polyswitch or the like for preventing an overcurrent in an electronic device such as a mobile phone. For example, when used as a member constituting a polyswitch or the like, an electrode body made of a metal such as Cu may be bonded to the metal layer 14 via, for example, a Ni plating layer or an Ag—Cu brazing material. As described above, even when the metallized substrate (ceramic body with a metal layer) 10 of the present embodiment and the metal body are bonded to form a bonded body of the ceramic body and the metal body, the reliability is low but relatively inexpensive. Can be obtained.
以下、本発明の実施例を示すとともに、本発明の効果の一例について説明しておく。図２（ａ）は、上述の実施形態の工程を経て作製された金属層付きセラミック体の一例の断面を、走査型電子顕微鏡で観察して得られた写真（断面ＳＥＭ写真）である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＡｇの分布状態を示す図（ＥＰＭＡ象：ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ象）である。また、図２（ｃ）は当該断面におけるＣｕの分布状態を示す図であり、図２（ｄ）は当該断面におけるＡｌの分布状態を示す図であり、図２（ｅ）は当該断面におけるＳｉの分布状態を示す図であり、図２（ｆ）は当該断面におけるＯの分布状態を示す図である。走査型電子顕微鏡は、例えば日立製Ｓ−８００を用い、加速電圧１５ｋＶで撮影した。 Examples of the present invention will be described below, and examples of the effects of the present invention will be described. FIG. 2A is a photograph (cross-sectional SEM photograph) obtained by observing a cross section of an example of a ceramic body with a metal layer manufactured through the steps of the above-described embodiment with a scanning electron microscope. FIG. 2B is a diagram (EPMA elephant: Electron Probe Micro Analyzer elephant) showing a distribution state of Ag in the cross section measured when the cross-sectional SEM photograph shown in FIG. 2A is acquired. FIG. 2C is a diagram showing the distribution state of Cu in the cross section, FIG. 2D is a diagram showing the distribution state of Al in the cross section, and FIG. FIG. 2F is a diagram showing a distribution state of O in the cross section. The scanning electron microscope was, for example, an S-800 manufactured by Hitachi and photographed at an acceleration voltage of 15 kV.
図２（ａ）〜（ｆ）から、セラミック体１２と金属層１４とが、金属層１４とセラミック体１２との当接部分に配置された、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層２２と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層２４とを介して接合されていることがわかる。なお、図３（ｂ）〜（ｆ）から分かるように本実施例では、第１層２２と第２層２４とが、セラミック体１２の表面の異なる領域に分散して形成されている。このように本発明の金属層付きセラミック体では、第１層および第２層が一様に同じ層構成になっている必要はなく、一部が変形していてもよい。 2A to 2F, the ceramic body 12 and the metal layer 14 are mainly composed of an oxide containing at least Al and Cu disposed at the contact portion between the metal layer 14 and the ceramic body 12. It can be seen that the first layer 22 and the second layer 24 mainly composed of an oxide of Si are joined together. As can be seen from FIGS. 3B to 3F, in this embodiment, the first layer 22 and the second layer 24 are formed in different regions on the surface of the ceramic body 12. Thus, in the ceramic body with a metal layer of the present invention, the first layer and the second layer do not need to have the same layer configuration, and a part thereof may be deformed.
次に、本発明の金属層付きセラミック体の一例の、金属層とセラミック体との接合強度を調べた結果を以下に示す。 Next, the result of investigating the bonding strength between the metal layer and the ceramic body of an example of the ceramic body with the metal layer of the present invention is shown below.
調査手順および条件については、以下の通りとした。まず、セラミック体として、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍのセラミック体１２（ジルコニア強化アルミナ基板）を用意し、上述の実施形態に示す工程に沿って金属層１４を形成することで実施例１の金属層付きセラミック体を複数得た。また比較例として、ペーストからＣｕを除いた、従来のＡｇペーストを用いて製造された金属層付きセラミック体（比較例１）を複数得た。実施例１のサンプルおよび比較例１のサンプルそれぞれの金属層に対して、Ａｇ−Ｃｕロウを介して銅を材質とする金属板を接合し、この金属板に対するピール強度を測定した。ピール強度は、ＪＩＳ−Ｃ５０１２に準拠した方法で、実施例１および比較例１のサンプルそれぞれ５つについて測定した。全てのサンプルにおいて金属板が剥がれたが、その剥がれモードは、金属層１４がセラミック体１２から剥がれるモードであった。図３は、実施例１の５つのサンプル、および比較例１の５つのサンプルそれぞれについて測定したピール強度の測定結果をプロットしたグラフである。比較例１の５つのサンプルの平均の引張強度が４．７６（Ｎ）であったのに対して、実施例１の５つのサンプルの平均の引張強度は１２．９８と大きかった。 The investigation procedure and conditions were as follows. First, as a ceramic body, a 30 mm × 30 mm × 1.5 mm ceramic body 12 (zirconia reinforced alumina substrate) is prepared, and the metal layer 14 is formed according to the steps shown in the above-described embodiment, thereby forming the metal of Example 1. A plurality of layered ceramic bodies were obtained. In addition, as a comparative example, a plurality of ceramic bodies with a metal layer (Comparative Example 1) manufactured using a conventional Ag paste in which Cu was removed from the paste were obtained. A metal plate made of copper was bonded to each of the metal layers of the sample of Example 1 and the sample of Comparative Example 1 via Ag—Cu solder, and the peel strength of the metal plate was measured. The peel strength was measured for each of the five samples of Example 1 and Comparative Example 1 by a method based on JIS-C5012. The metal plate was peeled off in all samples, and the peeling mode was a mode in which the metal layer 14 was peeled off from the ceramic body 12. FIG. 3 is a graph plotting measurement results of peel strength measured for each of the five samples of Example 1 and the five samples of Comparative Example 1. The average tensile strength of the five samples of Comparative Example 1 was 4.76 (N), whereas the average tensile strength of the five samples of Example 1 was as large as 12.98.
以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限定されるものでない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行なってもよいのはもちろんである。 While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. It goes without saying that various improvements and modifications may be made to the present invention without departing from the gist of the present invention.
１０ 金属層付きセラミック体（メタライズド基板）
１２ セラミック体
１４ 金属層
２２ 第１層
２４ 第２層
10 Ceramic body with metal layer (metallized substrate)
12 Ceramic body 14 Metal layer 22 First layer 24 Second layer
Claims (4)
前記金属層は、ＣｕおよびＳｉをさらに含んでおり、前記セラミック体との当接部分に、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層とを有することを特徴とする金属層付きセラミック体。 A ceramic body with a metal layer having a ceramic body containing alumina as a main component and containing zirconia, and a metal layer mainly composed of Ag bonded to at least a part of the surface of the ceramic body,
The metal layer further includes Cu and Si, and a contact layer with the ceramic body includes a first layer mainly composed of an oxide including at least Al and Cu, and a Si oxide as a main component. The ceramic body with a metal layer characterized by having the 2nd layer.
塗布した前記ペーストを大気雰囲気中で９００℃以上の温度で焼成して、前記セラミック体の表面に接合した、Ａｇを主成分とするとともにＣｕおよびＳｉをさらに含み、前記セラミック体との当接部分に、ＡｌとＣｕとを少なくとも含む酸化物を主成分とする第１層と、Ｓｉの酸化物を主成分とする第２層とを有する金属層を形成する工程とを有することを特徴とする金属層付きセラミック体の製造方法。 An application step of applying a paste in which Ag is a main component, Cu and a sintering aid containing SiO 2 are mixed at least on the surface of a ceramic body mainly containing alumina and containing zirconia;
The applied paste is baked at a temperature of 900 ° C. or higher in an air atmosphere and bonded to the surface of the ceramic body. The paste includes a main component of Ag and Cu and Si, and a contact portion with the ceramic body. And forming a metal layer having a first layer mainly composed of an oxide containing at least Al and Cu and a second layer mainly composed of an oxide of Si. A method for producing a ceramic body with a metal layer.
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