JP2520334B2 - 活性金属ろう材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法 - Google Patents
活性金属ろう材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、活性金属ろう材および
活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材と
の接合方法に関し、一層詳細には、製造工程の短縮化と
接合強度を向上させることが可能な活性金属ろう材およ
び活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材
との接合方法に関する。
活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材と
の接合方法に関し、一層詳細には、製造工程の短縮化と
接合強度を向上させることが可能な活性金属ろう材およ
び活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材
との接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電気、電子部品等の製造分野
では、電気特性、放熱性等に優れたセラミックス製の部
材が広く用いられている。
では、電気特性、放熱性等に優れたセラミックス製の部
材が広く用いられている。
【０００３】そこで例えば、電気、電子部品を構成する
セラミックス基板に金属部材を接合する際には、先ずセ
ラミックス部材上の金属部材接合部位にタングテン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属ペーストを印刷・
塗布し、次いで乾燥した後、焼成してメタライズ層を形
成させ、次に、該メタライズ層の金属部材接合部位の表
面にろう材とのぬれ性の向上を目的としてニッケルメッ
キ等を施し、その後、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）により
ろう付けして、セラミックス部材と金属部材の接合を遂
行する。
セラミックス基板に金属部材を接合する際には、先ずセ
ラミックス部材上の金属部材接合部位にタングテン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属ペーストを印刷・
塗布し、次いで乾燥した後、焼成してメタライズ層を形
成させ、次に、該メタライズ層の金属部材接合部位の表
面にろう材とのぬれ性の向上を目的としてニッケルメッ
キ等を施し、その後、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）により
ろう付けして、セラミックス部材と金属部材の接合を遂
行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の接合方法では、
セラミックス部材上に形成されたメタライズ層上にニッ
ケルメッキを施した後に、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）に
よりセラミックス部材と金属部材を接合している。
セラミックス部材上に形成されたメタライズ層上にニッ
ケルメッキを施した後に、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）に
よりセラミックス部材と金属部材を接合している。
【０００５】しかしながら、一般に、セラミックス部材
上の金属部材の接合位置のメタライズ層の寸法精度は、
金属部材の寸法精度よりも悪く、位置合わせには困難を
伴い、所定の部位に好適に位置決めがなされないために
接合後十分な強度が得られているとは言い難い。また、
ニッケルメッキが、所定の部位よりはみ出したり、残渣
を生ずるために隣接する金属部材や接合部位との電気的
絶縁性に信頼性を欠く不都合がある。
上の金属部材の接合位置のメタライズ層の寸法精度は、
金属部材の寸法精度よりも悪く、位置合わせには困難を
伴い、所定の部位に好適に位置決めがなされないために
接合後十分な強度が得られているとは言い難い。また、
ニッケルメッキが、所定の部位よりはみ出したり、残渣
を生ずるために隣接する金属部材や接合部位との電気的
絶縁性に信頼性を欠く不都合がある。
【０００６】従って、前記不都合を未然に回避すべく、
隣接する金属部材相互の距離を十分に保つ必要があるの
で、電気、電子部品自体の小型化を図ることはすこぶる
困難である。
隣接する金属部材相互の距離を十分に保つ必要があるの
で、電気、電子部品自体の小型化を図ることはすこぶる
困難である。
【０００７】また、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ合金）のろう付
け温度が高いために、接合部位には残留応力が発生す
る。従って、セラミックス部材と金属部材との間では、
形状、熱膨張係数等の拘束条件を増す。
け温度が高いために、接合部位には残留応力が発生す
る。従って、セラミックス部材と金属部材との間では、
形状、熱膨張係数等の拘束条件を増す。
【０００８】そこで、前記不都合を克服すべく、銀ろう
（Ａｇ−Ｃｕ合金）に代えて隣接する他成分への拡散能
の大きなＴｉを有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ箔を用い、溶融
・冷却して直接セラミックス部材に接合する方法が案出
された。
（Ａｇ−Ｃｕ合金）に代えて隣接する他成分への拡散能
の大きなＴｉを有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ箔を用い、溶融
・冷却して直接セラミックス部材に接合する方法が案出
された。
【０００９】しかしながら、前記方法では、ニッケルメ
ッキを施す工程の省略をなし得たものの、前記Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ箔溶融に７８０℃から８９０℃の高温を要する
ために、溶融に続く冷却時には、セラミックス部材と熱
膨張係数との差異により、セラミックス部材と金属部材
の接合界面には、残留応力が発生し、セラミックス部材
と金属部材の厚さによっては、残留応力の一部を取り除
くために反りを生じ、また、残留応力がより大である場
合には、セラミックス部材にクラックを生じ、この結
果、接合強度の低下を招いている。この反りは、セラミ
ックス部材と熱膨張係数との差異により生じるものであ
り、反りがなくなっても大きな残留応力が残るために、
金属部材を押圧しながら冷却しても接合強度の低下は、
解決されない。
ッキを施す工程の省略をなし得たものの、前記Ａｇ−Ｃ
ｕ−Ｔｉ箔溶融に７８０℃から８９０℃の高温を要する
ために、溶融に続く冷却時には、セラミックス部材と熱
膨張係数との差異により、セラミックス部材と金属部材
の接合界面には、残留応力が発生し、セラミックス部材
と金属部材の厚さによっては、残留応力の一部を取り除
くために反りを生じ、また、残留応力がより大である場
合には、セラミックス部材にクラックを生じ、この結
果、接合強度の低下を招いている。この反りは、セラミ
ックス部材と熱膨張係数との差異により生じるものであ
り、反りがなくなっても大きな残留応力が残るために、
金属部材を押圧しながら冷却しても接合強度の低下は、
解決されない。
【００１０】また、Ｔｉは金属成分中に拡散して金属部
材の材質を脆化するので、当該方法も実用に供するに
は、至っていない。
材の材質を脆化するので、当該方法も実用に供するに
は、至っていない。
【００１１】従って、本発明の目的は、金属部材とセラ
ミックス部材との接合方法に際し、製造工程の短縮化と
接合強度を向上させることが可能な活性金属ろう剤を提
供することを目的とする。
ミックス部材との接合方法に際し、製造工程の短縮化と
接合強度を向上させることが可能な活性金属ろう剤を提
供することを目的とする。
【００１２】また、本発明の別異の目的は、当該活性金
属ろう材を電気、電子部品に適用することにより、小型
化と信頼性の向上を図ることが可能なセラミックス部材
と金属部材との接合方法を提供することを目的とする。
属ろう材を電気、電子部品に適用することにより、小型
化と信頼性の向上を図ることが可能なセラミックス部材
と金属部材との接合方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の活性金属ろう剤は、金属Ｃｕと、金属Ｓｎ
と、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金とを金属材料として含有する
活性金属ろう材において、前記金属Ｃｕは、前記金属材
料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組
成範囲にあり、前記金属Ｓｎは、前記金属材料の合計重
量に対して５重量％以上１５重量％以下の組成範囲にあ
り、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉの含有量は、前
記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以
上１０重量％以下であることを特徴とする。
に、本発明の活性金属ろう剤は、金属Ｃｕと、金属Ｓｎ
と、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金とを金属材料として含有する
活性金属ろう材において、前記金属Ｃｕは、前記金属材
料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組
成範囲にあり、前記金属Ｓｎは、前記金属材料の合計重
量に対して５重量％以上１５重量％以下の組成範囲にあ
り、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉの含有量は、前
記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以
上１０重量％以下であることを特徴とする。
【００１４】また、本発明の接合方法では、セラミック
ス部材と当接すべき金属部材表面に、金属Ｃｕ粉末、金
属Ｓｎ粉末およびＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末からなる金
属材料と、有機バインダと、可塑剤と、溶剤とを含有す
る活性金属ろう材であって、前記金属Ｃｕ粉末は、前記
金属材料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以
下の組成範囲にあり、前記金属Ｓｎ粉末は、前記金属材
料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組
成範囲にあり、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末中のＴｉ
の含有量は、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末の全体重量
に対して１重量％以上１０重量％以下であるペースト状
の活性金属ろう材を塗布した後、溶剤を除去することに
より活性金属ろう材付金属部材を得る第１の工程と、前
記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面と
セラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温するこ
とにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミッ
クス部材とをろう付けすることにより接合する第２の工
程と、を含むことを特徴とする。
ス部材と当接すべき金属部材表面に、金属Ｃｕ粉末、金
属Ｓｎ粉末およびＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末からなる金
属材料と、有機バインダと、可塑剤と、溶剤とを含有す
る活性金属ろう材であって、前記金属Ｃｕ粉末は、前記
金属材料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以
下の組成範囲にあり、前記金属Ｓｎ粉末は、前記金属材
料の合計重量に対して５重量％以上１５重量％以下の組
成範囲にあり、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末中のＴｉ
の含有量は、前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末の全体重量
に対して１重量％以上１０重量％以下であるペースト状
の活性金属ろう材を塗布した後、溶剤を除去することに
より活性金属ろう材付金属部材を得る第１の工程と、前
記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面と
セラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温するこ
とにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミッ
クス部材とをろう付けすることにより接合する第２の工
程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】さらにまた、本発明の接合方法は、セラミ
ックス部材と当接すべき金属部材表面に、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金粉末と、金属Ｃｕ粉末と、金属Ｓｎ粉末と、ア
クリル樹脂と、可塑剤と、溶剤とを含有するペースト状
の活性金属ろう材を塗布した後、溶剤を除去することに
より活性金属ろう材付金属部材を得る第１の工程と、前
記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面と
セラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温するこ
とにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミッ
クス部材とをろう付けすることにより接合する第２の工
程と、を含むことを特徴とする。
ックス部材と当接すべき金属部材表面に、Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金粉末と、金属Ｃｕ粉末と、金属Ｓｎ粉末と、ア
クリル樹脂と、可塑剤と、溶剤とを含有するペースト状
の活性金属ろう材を塗布した後、溶剤を除去することに
より活性金属ろう材付金属部材を得る第１の工程と、前
記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面と
セラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温するこ
とにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミッ
クス部材とをろう付けすることにより接合する第２の工
程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】ここで、セラミックス部材には、セラミッ
クスのみからなる部材のみならず、セラミックスと金属
との複合部材、例えば、一般的にメタライズとして用い
られる、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）
とガラスとの複合部材も含まれる。
クスのみからなる部材のみならず、セラミックスと金属
との複合部材、例えば、一般的にメタライズとして用い
られる、モリブデン（Ｍｏ）またはタングステン（Ｗ）
とガラスとの複合部材も含まれる。
【００１７】なお、セラミックスと金属との複合部材お
よびセラミックスのみからなる部材の両者からなる部材
と、金属部材との接合も当然のことながら本発明の活性
金属ろう材および接合方法により接合することができ
る。
よびセラミックスのみからなる部材の両者からなる部材
と、金属部材との接合も当然のことながら本発明の活性
金属ろう材および接合方法により接合することができ
る。
【００１８】
【構成の具体的説明】本発明では、セラミックス部材と
当接する金属部材の表面に粉末からなる活性金属ろう材
のペーストを塗布した後、該活性金属ろう材のペースト
を加熱し溶融させ冷却させてセラミックス部材とのろう
付けを行い接合する。
当接する金属部材の表面に粉末からなる活性金属ろう材
のペーストを塗布した後、該活性金属ろう材のペースト
を加熱し溶融させ冷却させてセラミックス部材とのろう
付けを行い接合する。
【００１９】該活性金属ろう材には、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ
合金の全体重量に対して１重量％以上１０重量％以下の
Ｔｉを有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金が含有される。Ｔｉ
は、図１に示すように粒界に沿って、金属部材では、金
属粒界に拡散し、また、セラミックス部材では、セラミ
ックス粒界中の表面近傍部に拡散して金属部材とセラミ
ックス部材を接合している。
合金の全体重量に対して１重量％以上１０重量％以下の
Ｔｉを有するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金が含有される。Ｔｉ
は、図１に示すように粒界に沿って、金属部材では、金
属粒界に拡散し、また、セラミックス部材では、セラミ
ックス粒界中の表面近傍部に拡散して金属部材とセラミ
ックス部材を接合している。
【００２０】Ｔｉは、単体では、活性が高く、ＴｉＨで
も高温雰囲気では容易に炭素、窒素、酸素と反応を起こ
して化合物を形成し、セラミックス、金属等との反応を
困難とする。ペースト化する時に均一な分散能を得るた
め、粉末を微細化すると表面の酸化が懸念されるのでＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末として用いた。
も高温雰囲気では容易に炭素、窒素、酸素と反応を起こ
して化合物を形成し、セラミックス、金属等との反応を
困難とする。ペースト化する時に均一な分散能を得るた
め、粉末を微細化すると表面の酸化が懸念されるのでＡ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末として用いた。
【００２１】また、活性状態にあるＴｉは、炭素（Ｃ）
との化学反応性に富む。従って、活性金属ろう材のペー
ストが焼成された後、炭素が残るとＴｉＣを形成するた
めに、有機バインダーは、モノマーのままで熱分解する
アクリル樹脂を用いた。
との化学反応性に富む。従って、活性金属ろう材のペー
ストが焼成された後、炭素が残るとＴｉＣを形成するた
めに、有機バインダーは、モノマーのままで熱分解する
アクリル樹脂を用いた。
【００２２】さらにＴｉは、金属への拡散速度が大き
い。従って、過剰のＴｉが金属部材中に拡散して金属部
材を脆化させることを回避すべく、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金中におけるＴｉの含有量はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全
体重量に対して１０重量％以下に設定した。なお、Ｔｉ
は、セラミックスへの拡散が緩やかな速度で進行するた
めに、セラミックス部材と好適な接合状態を得るために
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中におけるＴｉの含有量はＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以上に設定
した。
い。従って、過剰のＴｉが金属部材中に拡散して金属部
材を脆化させることを回避すべく、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金中におけるＴｉの含有量はＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全
体重量に対して１０重量％以下に設定した。なお、Ｔｉ
は、セラミックスへの拡散が緩やかな速度で進行するた
めに、セラミックス部材と好適な接合状態を得るために
Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中におけるＴｉの含有量はＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以上に設定
した。
【００２３】また、金属部材中へのＴｉの過剰拡散によ
り、金属部材の脆化を回避すべく、該活性金属ろう材中
にＳｎを添加した。
り、金属部材の脆化を回避すべく、該活性金属ろう材中
にＳｎを添加した。
【００２４】次いで、金属Ｃｕ、金属ＳｎおよびＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金とを金属材料として含有する活性金属ろ
う材のろう付けについて説明する。金属部材の表面に該
活性金属ろう材ペーストを塗布した後、所定温度まで加
熱して該Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を溶融する。この時、７
００℃から８００℃の温度領域でＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金
中のＡｇ−Ｃｕ成分が溶融する以前に、予め添加した金
属Ｃｕ粉末と金属Ｓｎ粉末の共晶合金が融点に達して融
解する。従って、このＳｎ成分とＴｉ成分が反応して金
属部材中への過剰なＴｉの拡散を回避すると共に、セラ
ミックス部材中にＴｉが拡散して好適なぬれ状態が得ら
れる。この好適なぬれ状態並びに当該実施例の配合比に
よるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を用いることにより、活性金
属ろう材の融点を低下させることができるので、冷却時
の金属部材とセラミックス部材との熱膨張係数の差異に
よる影響を克服することができ、また、金属Ｃｕ粉末成
分とＳｎ成分の添加により溶融は低い温度領域で開始さ
れるので、該金属部材とセラミックス部材との固着に際
して、反りを生じることなく隙間がなくボイドの少ない
ろう付けを行うことに寄与し接合強度を向上することが
できる。
Ｃｕ−Ｔｉ合金とを金属材料として含有する活性金属ろ
う材のろう付けについて説明する。金属部材の表面に該
活性金属ろう材ペーストを塗布した後、所定温度まで加
熱して該Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を溶融する。この時、７
００℃から８００℃の温度領域でＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金
中のＡｇ−Ｃｕ成分が溶融する以前に、予め添加した金
属Ｃｕ粉末と金属Ｓｎ粉末の共晶合金が融点に達して融
解する。従って、このＳｎ成分とＴｉ成分が反応して金
属部材中への過剰なＴｉの拡散を回避すると共に、セラ
ミックス部材中にＴｉが拡散して好適なぬれ状態が得ら
れる。この好適なぬれ状態並びに当該実施例の配合比に
よるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金を用いることにより、活性金
属ろう材の融点を低下させることができるので、冷却時
の金属部材とセラミックス部材との熱膨張係数の差異に
よる影響を克服することができ、また、金属Ｃｕ粉末成
分とＳｎ成分の添加により溶融は低い温度領域で開始さ
れるので、該金属部材とセラミックス部材との固着に際
して、反りを生じることなく隙間がなくボイドの少ない
ろう付けを行うことに寄与し接合強度を向上することが
できる。
【００２５】また、金属Ｓｎ粉末を添加するためにＡｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ合金の溶融温度は低下する。このため、金
属Ｃｕ粉末を添加して適性な溶融温度を設定した。従っ
て、溶融に必要な温度の上限を最も低く設定することが
可能となるので、金属部材の残留応力を下げることがで
き、接合強度を向上することができる。
−Ｃｕ−Ｔｉ合金の溶融温度は低下する。このため、金
属Ｃｕ粉末を添加して適性な溶融温度を設定した。従っ
て、溶融に必要な温度の上限を最も低く設定することが
可能となるので、金属部材の残留応力を下げることがで
き、接合強度を向上することができる。
【００２６】
【実施例】次に本発明に係る活性金属ろう材および活性
金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接
合方法について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照
ながら以下詳細に説明する。
金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接
合方法について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照
ながら以下詳細に説明する。
【００２７】なお、本実施例においては、電気、電子部
品におけるセラミックス基板への金属部材の取り付け方
法に沿って説明する。
品におけるセラミックス基板への金属部材の取り付け方
法に沿って説明する。
【００２８】セラミックス基板への金属部材の取付けに
際しては、先ず，導電性金属からなる金属部材がセラミ
ックス基板と当接する面に、ペースト状の活性金属ろう
材をスクリーン印刷法、カレンダーロール法等の好適な
印刷法により印刷塗布し、次いで、金属部材がセラミッ
クス基板と当接する当接面に塗布したペースト状の活性
金属ろう材を乾燥する第１工程を実施した。
際しては、先ず，導電性金属からなる金属部材がセラミ
ックス基板と当接する面に、ペースト状の活性金属ろう
材をスクリーン印刷法、カレンダーロール法等の好適な
印刷法により印刷塗布し、次いで、金属部材がセラミッ
クス基板と当接する当接面に塗布したペースト状の活性
金属ろう材を乾燥する第１工程を実施した。
【００２９】該活性金属ろう材は、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合
金の全体重量に対して５重量％のＴｉを含有するＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金の微細な粉末と、該活性金属ろう材の金
属材料の合計重量に対して１０重量％の金属Ｃｕの微細
な粉末と、金属材料の合計重量に対して１０重量％の金
属Ｓｎの微細な粉末と、アクリル樹脂からなる有機バイ
ンダと、前記成分をペースト状にするための乾燥により
揮発可能な溶剤から構成された。前記合金、金属材料、
およびバインダは、溶剤中に均一に分散されペースト状
態として用いた。 なお、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金におい
て、ＡｇとＣｕの組成は、ＡｇとＣｕの合計重量に対し
て、共晶点が得られるＡｇ７２重量％、Ｃｕ２８重量％
の重量組成あるいは、Ａｇ８５重量％、Ｃｕ１５重量％
等の重量組成を用いた。
金の全体重量に対して５重量％のＴｉを含有するＡｇ−
Ｃｕ−Ｔｉ合金の微細な粉末と、該活性金属ろう材の金
属材料の合計重量に対して１０重量％の金属Ｃｕの微細
な粉末と、金属材料の合計重量に対して１０重量％の金
属Ｓｎの微細な粉末と、アクリル樹脂からなる有機バイ
ンダと、前記成分をペースト状にするための乾燥により
揮発可能な溶剤から構成された。前記合金、金属材料、
およびバインダは、溶剤中に均一に分散されペースト状
態として用いた。 なお、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金におい
て、ＡｇとＣｕの組成は、ＡｇとＣｕの合計重量に対し
て、共晶点が得られるＡｇ７２重量％、Ｃｕ２８重量％
の重量組成あるいは、Ａｇ８５重量％、Ｃｕ１５重量％
等の重量組成を用いた。
【００３０】また、活性金属ろう材に用いた、Ｃｕ、Ｓ
ｎ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の粉末の平均粒子径はそれぞ
れ０．５〜１０μｍであった。
ｎ、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の粉末の平均粒子径はそれぞ
れ０．５〜１０μｍであった。
【００３１】さらに、金属部材の活性金属ろう材の塗布
厚は、４μｍから３０μｍ程度とした。
厚は、４μｍから３０μｍ程度とした。
【００３２】該第１工程では、後述の第２工程において
真空炉を用いてろう付けを行う際に、真空炉に掛かる余
分な負荷を除去するために、溶剤並びに有機バインダの
揮発成分を除去した。
真空炉を用いてろう付けを行う際に、真空炉に掛かる余
分な負荷を除去するために、溶剤並びに有機バインダの
揮発成分を除去した。
【００３３】次いで、活性金属ろう材を塗布した金属部
材をセラミックス基板の所定の接合位置に当接させ、脱
バインダした後、ろう付けをする第２工程を実施した。
材をセラミックス基板の所定の接合位置に当接させ、脱
バインダした後、ろう付けをする第２工程を実施した。
【００３４】該第２工程では、真空炉を用い１０-5ｍｍ
Ｈｇ以下の真空度で、一定の昇温速度で７５０℃まで昇
温した。昇温の過程において、先ず、脱バインダがなさ
れアクリル樹脂がモノマーのまま分解される。次いで、
ろう材であるＡｇ−Ｃｕが溶融する以前に、予め添加し
た金属Ｃｕ粉末成分と金属Ｓｎ粉末成分が融点に達して
融解した。従って、図１に示すようにこのＳｎ成分２と
Ｔｉ４とが反応して金属部材６中への過剰なＴｉ４の拡
散を回避すると共に、セラミックス基板８中にＴｉ４が
拡散して好適なぬれ状態が得られた。
Ｈｇ以下の真空度で、一定の昇温速度で７５０℃まで昇
温した。昇温の過程において、先ず、脱バインダがなさ
れアクリル樹脂がモノマーのまま分解される。次いで、
ろう材であるＡｇ−Ｃｕが溶融する以前に、予め添加し
た金属Ｃｕ粉末成分と金属Ｓｎ粉末成分が融点に達して
融解した。従って、図１に示すようにこのＳｎ成分２と
Ｔｉ４とが反応して金属部材６中への過剰なＴｉ４の拡
散を回避すると共に、セラミックス基板８中にＴｉ４が
拡散して好適なぬれ状態が得られた。
【００３５】さらに金属Ｓｎ粉末を添加するためにＡｇ
−Ｃｕ−Ｔｉ合金の最終的な溶融温度は低下し、６５０
℃近傍の温度領域で該活性金属ろう材は、溶融を開始し
た。
−Ｃｕ−Ｔｉ合金の最終的な溶融温度は低下し、６５０
℃近傍の温度領域で該活性金属ろう材は、溶融を開始し
た。
【００３６】本実施例では、７５０℃まで一定速度で昇
温を続行した後、冷却してろう付けを完了した。なお、
接合後のろう材層の厚みは、２μｍから１５μｍ程度と
なった。
温を続行した後、冷却してろう付けを完了した。なお、
接合後のろう材層の厚みは、２μｍから１５μｍ程度と
なった。
【００３７】また、必要に応じて、第２工程の実施前、
および第２工程実施後の少なくとも一つ以上の時期に金
属部材に加工を施すことも可能である。
および第２工程実施後の少なくとも一つ以上の時期に金
属部材に加工を施すことも可能である。
【００３８】以上の工程より、前記ぬれ状態では、冷却
時の金属部材とセラミックス部材との熱膨張係数の差異
を克服することができ、また、金属Ｃｕ粉末成分と金属
Ｓｎ粉末成分の添加により溶融は低い温度領域で開始さ
れるので、該金属部材とセラミックス部材との固着に際
して、隙間のないろう付けを行うことができ、さらに
は、活性金属ろう材を構成するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の
最終的な溶融温度を低下することができるので金属部材
の残留応力を低減し、接合強度を向上することができ
た。 さらにまた、従来セラミックスと金属のぬれ性を
向上するために施されていたニッケルメッキ層を得るた
めの一連の工程を省略することができる。従って、製造
工程の大幅の短縮化とコストの低減化が図れると共に、
ニッケルメッキによる所定部位以外へのはみ出しや残渣
により、隣接する金属部材およびその接合部位との電気
的絶縁性が破壊されることが回避される。従って、セラ
ミックス基板を用いて構成される電気、電子部品自体の
小型化を達成することができる。
時の金属部材とセラミックス部材との熱膨張係数の差異
を克服することができ、また、金属Ｃｕ粉末成分と金属
Ｓｎ粉末成分の添加により溶融は低い温度領域で開始さ
れるので、該金属部材とセラミックス部材との固着に際
して、隙間のないろう付けを行うことができ、さらに
は、活性金属ろう材を構成するＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の
最終的な溶融温度を低下することができるので金属部材
の残留応力を低減し、接合強度を向上することができ
た。 さらにまた、従来セラミックスと金属のぬれ性を
向上するために施されていたニッケルメッキ層を得るた
めの一連の工程を省略することができる。従って、製造
工程の大幅の短縮化とコストの低減化が図れると共に、
ニッケルメッキによる所定部位以外へのはみ出しや残渣
により、隣接する金属部材およびその接合部位との電気
的絶縁性が破壊されることが回避される。従って、セラ
ミックス基板を用いて構成される電気、電子部品自体の
小型化を達成することができる。
【００３９】また、本実施例に係る活性金属ろう材１２
は、例えば、図２の電気、電子部品１０の縦断面図に示
すように、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、硝
子セラミックス等からなるセラミックス部材１４とリー
ドフレーム１６のような金属部材との接合、または、モ
リブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）メタライズ等か
らなるビア部１８ａやセラミックス部材１４の一部ある
いは全部を被覆するメタライズ部１８ｂ等と接合し且つ
電気的導通を得る場合にも用いることができる。なお、
メタライズとは金属（例えばＷ、Ｍｏ）とガラスとの複
合部材である。また、金属部材としては、外部端子であ
るピン、前記リードフレーム、シールリング、ヒートシ
ンク等の部品がある。
は、例えば、図２の電気、電子部品１０の縦断面図に示
すように、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、硝
子セラミックス等からなるセラミックス部材１４とリー
ドフレーム１６のような金属部材との接合、または、モ
リブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）メタライズ等か
らなるビア部１８ａやセラミックス部材１４の一部ある
いは全部を被覆するメタライズ部１８ｂ等と接合し且つ
電気的導通を得る場合にも用いることができる。なお、
メタライズとは金属（例えばＷ、Ｍｏ）とガラスとの複
合部材である。また、金属部材としては、外部端子であ
るピン、前記リードフレーム、シールリング、ヒートシ
ンク等の部品がある。
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明に係る活性金属ろう
材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミック
ス部材との接合方法では、該金属活性ろう材によりセラ
ミックス部材と金属部材に好適なぬれ状態を得ることが
できるから金属部材とセラミックス部材との接合に際し
て、接合強度を著しく向上させる効果を奏する。
材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミック
ス部材との接合方法では、該金属活性ろう材によりセラ
ミックス部材と金属部材に好適なぬれ状態を得ることが
できるから金属部材とセラミックス部材との接合に際し
て、接合強度を著しく向上させる効果を奏する。
【００４１】また、従来、好適なぬれ状態を得るために
施されていたニッケルメッキを得るための一連の工程を
省略することができるので、製造工程を大幅に短縮化
し、製造コストを低減化する効果を奏する。
施されていたニッケルメッキを得るための一連の工程を
省略することができるので、製造工程を大幅に短縮化
し、製造コストを低減化する効果を奏する。
【００４２】さらには、本発明に係る活性金属ろう材お
よび活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部
材との接合方法を用いて小型化と、信頼性の向上を図る
ことができると共に、放熱性、電気伝導性を容易に得る
ことができる。
よび活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部
材との接合方法を用いて小型化と、信頼性の向上を図る
ことができると共に、放熱性、電気伝導性を容易に得る
ことができる。
【図１】本発明に係る活性金属ろう材の溶融時における
ＴｉとＳｎの動態を示す概念図である。
ＴｉとＳｎの動態を示す概念図である。
【図２】本発明に係る好適な実施例を示す縦断面図であ
る。
る。
２…Ｓｎ成分 ４…Ｔｉ ６…金属部材 ８…セラミックス部材 １０…電気、電子部品 １２…活性金属ろう材 １４…セラミックス部材 １６…リードフレーム １８ａ…ビア部 １８ｂ…メタライズ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白須 孝治 山梨県富士吉田市上吉田1192番地の57 (72)発明者 佐藤 明弘 山梨県富士吉田市下吉田3679番地の13 (56)参考文献 特開 平４−317471（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−305073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81290（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−175674（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−117982（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】金属Ｃｕと、金属Ｓｎと、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔ
ｉ合金とを金属材料として含有する活性金属ろう材にお
いて、 前記金属Ｃｕは、前記金属材料の合計重量に対して５重
量％以上１５重量％以下の組成範囲にあり、 前記金属Ｓｎは、前記金属材料の合計重量に対して５重
量％以上１５重量％以下の組成範囲にあり、 前記Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金中のＴｉの含有量は、前記Ａ
ｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金の全体重量に対して１重量％以上１
０重量％以下であることを特徴とする活性金属ろう材。 - 【請求項２】セラミックス部材と当接すべき金属部材表
面に、金属Ｃｕ粉末、金属Ｓｎ粉末およびＡｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金粉末からなる金属材料と、有機バインダと、可
塑剤と、溶剤とを含有する活性金属ろう材であって、前
記金属Ｃｕ粉末は、前記金属材料の合計重量に対して５
重量％以上１５重量％以下の組成範囲にあり、前記金属
Ｓｎ粉末は、前記金属材料の合計重量に対して５重量％
以上１５重量％以下の組成範囲にあり、前記Ａｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ合金粉末中のＴｉの含有量は、前記Ａｇ−Ｃｕ−
Ｔｉ合金粉末の全体重量に対して１重量％以上１０重量
％以下であるペースト状の活性金属ろう材を塗布した
後、溶剤を除去することにより活性金属ろう材付金属部
材を得る第１の工程と、 前記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面
とセラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温する
ことにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミ
ックス部材とをろう付けすることにより接合する第２の
工程と、 を含むことを特徴とする活性金属ろう材を用いた金属部
材とセラミックス部材との接合方法。 - 【請求項３】セラミックス部材と当接すべき金属部材表
面に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金粉末と、金属Ｃｕ粉末と、
金属Ｓｎ粉末と、アクリル樹脂と、可塑剤と、溶剤とを
含有するペースト状の活性金属ろう材を塗布した後、溶
剤を除去することにより活性金属ろう材付金属部材を得
る第１の工程と、 前記活性金属ろう材付金属部材の活性金属ろう材塗布面
とセラミックス部材とを当接させ、真空炉中で昇温する
ことにより、脱バインダし、次いで該金属部材とセラミ
ックス部材とをろう付けすることにより接合する第２の
工程と、 を含むことを特徴とする活性金属ろう材を用いた金属部
材とセラミックス部材との接合方法。 - 【請求項４】請求項２または３記載の接合方法におい
て、前記セラミックス部材がセラミックスのみからなる
部材であることを特徴とする活性金属ろう材を用いた金
属部材とセラミックス部材との接合方法。 - 【請求項５】請求項２または３記載の接合方法におい
て、前記セラミックス部材がセラミックスと金属との複
合部材であることを特徴とする活性金属ろう材を用いた
金属部材とセラミックス部材との接合方法。 - 【請求項６】請求項５記載の接合方法において、前記セ
ラミックス部材が金属とガラスとの複合部材であること
を特徴とする活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミ
ックス部材との接合方法。 - 【請求項７】請求項６記載の接合方法において、前記金
属とガラスとの複合部材がメタライズであることを特徴
とする活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス
部材との接合方法。 - 【請求項８】請求項２または３記載の接合方法におい
て、前記セラミックス部材が、セラミックスと金属との
複合部材およびセラミックスのみからなる部材の両者か
らなる部材であることを特徴とする活性金属ろう材を用
いた金属部材とセラミックス部材との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181365A JP2520334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 活性金属ろう材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181365A JP2520334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 活性金属ろう材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0524943A JPH0524943A (ja) | 1993-02-02 |
| JP2520334B2 true JP2520334B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=16099454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181365A Expired - Fee Related JP2520334B2 (ja) | 1991-07-22 | 1991-07-22 | 活性金属ろう材および活性金属ろう材を用いた金属部材とセラミックス部材との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2520334B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6079374B2 (ja) | 2013-03-29 | 2017-02-15 | 三菱マテリアル株式会社 | ハンダ粉末の製造方法及びこの粉末を用いたハンダ用ペースト |
| CN106255674B (zh) | 2014-04-30 | 2019-11-01 | 日本碍子株式会社 | 陶瓷部件与金属部件的接合体及其制法 |
| JP6488896B2 (ja) * | 2014-06-13 | 2019-03-27 | 三菱マテリアル株式会社 | パッケージ封止方法及び封止用ペースト |
| CN106312361A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-11 | 哈尔滨工业大学（威海） | 陶瓷基板与覆铜箔片低温连接的焊膏及其生产工艺 |
| CN106312220A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-11 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种功率模块用陶瓷基板覆铜的低温连接方法 |
| JP7281603B2 (ja) * | 2021-03-24 | 2023-05-25 | デンカ株式会社 | 複合基板 |
| CN114951873B (zh) * | 2022-06-14 | 2023-10-03 | 浙江亚通新材料股份有限公司 | 一种含高熵合金的复合钎料及其钎焊连接AlN与Cu的方法 |
| WO2024009851A1 (ja) * | 2022-07-05 | 2024-01-11 | 株式会社 東芝 | 接合体、セラミックス回路基板、半導体装置、及び接合体の製造方法 |
-
1991
- 1991-07-22 JP JP3181365A patent/JP2520334B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0524943A (ja) | 1993-02-02 |
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