JP2771810B2 - Method of joining ceramic and metal body and joined body - Google Patents
Method of joining ceramic and metal body and joined bodyInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はセラミックに金属体を接合する方法およびこ
の接合方法によって得られるセラミックと金属体との接
合体に関する。
（従来の技術）
セラミック基板にモリブデン、鉄−ニッケル合金、鉄
−ニッケル−コバルト合金等の金属線を接合する場合
は、一般にセラミック基板をメタライズし、メタライズ
面にニッケルめっきを施してからろう材を介して金属線
をろう付けするようにされている。
この他の接合方法としては、セラミック基板に厚膜印
刷を行い、この上に金めっきを施すとともに、あらかじ
め金属線に金めっきを施し、この金属線を数百度の温度
でセラミック基板に熱圧着して接合する方法がある。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、上述したろう付けによる方法でも金属
線の接合強度は十分ではなく、また、金熱圧着の方法で
も十分な接合強度が得られないという問題点がある。ま
た、高温で使用する場合にあっては、前記ろう付けによ
る方法ではろう材により1000℃程度が限度であり、ま
た、金熱圧着の方法では、500℃以上では使用できなく
なる等の使用上の制限があり、大発熱量の部品には十分
な保証ができない。
また、上述したろう付けによる接合方法では、メタラ
イズ面と金属線にあらかじめめっき処理を施す必要があ
り、金熱圧着の方法でもあらかじめセラミックと金属線
とに金ねっきを施す必要があって、工程が複雑になると
いう問題点があり、また、ニッケルめっきを施した場合
には僅かに磁性を帯びるため高周波特性が劣化するとい
う問題点がある。また、金属線がモリブデン線の場合は
モリブデンに金めっきを施すことが難しいという問題点
もある。
そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、セラミック基板に
容易に金属体を接合することができる接合方法と、この
金属体の接合方法によって得られるセラミックと金属体
との接合体を提供するにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえ
る。すなわち、セラミック基板と金属体との接合体にお
いて、セラミック基板と金属体との間に挟まれたメタラ
イズペーストを焼結して得たメタライズ部のみによっ
て、前記セラミック基板と金属体とが直接一体化され、
かつ前記メタライズ部を形成する主たる金属が、前記メ
タライズペーストを焼結する焼成雰囲気下において熱的
・化学的に安定であることを特徴とする。
また、セラミック基板と金属体とを、メタライズペー
ストを焼結して得たメタライズ部により直接一体化する
際に、前記メタライズペーストを焼結する焼成雰囲気下
において熱的・化学的に安定な金属を主成分とするメタ
ライズペーストを、前記セラミック基板と金属体との各
々に塗布し、次いで、未焼成のペーストの状態にある前
記メタライズペーストの少なくとも一方側と、メタライ
ズペーストまたはメタライズ部である他方側とを接触さ
せた状態で焼結することを特徴とする。
（作用）
本発明によれば、セラミック基板と金属体とを、めっ
き面あるいはろう材を介することなく、セラミック基板
と金属体との間に挟まれたメタライズペーストを焼結し
て得たメタライズ部のみによって直接一体化して接合す
る。
しかも、このメタライズ部は、後述する実施例におい
て示されているように、メタライズペーストを焼結する
焼成雰囲気下において熱的・化学的に安定しているモリ
ブデン等の金属によって主として形成されているもので
ある。
このため、メタライズ部を主として形成する金属は、
メタライズペーストの焼成中にセラミック中に拡散した
りすることがなく、金属体とセラミック基板とを強固に
接合できる。
（実施例）
以下本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
〔第１実施例〕
第１実施例はベリリアセラミック基板にモリブデン線
を接合したものである。
この実施例では、まず、ベリリアセラミック基板上
に、モリブデン粉末95重量％、酸化マグネシウム2.5重
量％、酸化ケイ素2.5重量％を含有するメタライズペー
ストを塗布し、1200℃〜1500℃の還元性雰囲気中で焼成
して前記ベリリアセラミック基板上にメタライズ層を形
成する。
次いで、前記ベリリアセラミック基板に接合するモリ
ブデン線の下端に前記メタライズペーストを付着させ、
前記ベリリアセラミック基板上にモリブデン線を位置決
めする。
モリブデン線に付けられたメタライズペーストが乾燥
した後、再度1200℃〜1500℃の還元性雰囲気中で焼成し
て、モリブデン線とベリリアセラミック基板とを接合す
る。
焼成完了後のモリブデン線とベリリアセラミックの接
合体は前記メタライズペーストが焼結される際に接合す
るので、従来のろう付けによる接合方法や、金熱圧着の
接合方法とくらべて接合強度を向上させることができ
た。
なお、上述したように続けて２度焼成を行ってモリブ
デン線の接合を行うかわりに、ベリリアセラミック基板
にメタライズペーストを塗布した際に同時にモリブデン
線をメタライズペーストに接触させておき、１回の焼成
でベリリアセラミック基板とモリブデン線との接合を行
うようにすることも可能である。
なお、ベリリアセラミックにたいして、一般に使用さ
れているモリブデン−マンガン系のメタライズペースト
を使用した場合はペースト中のマンガンがベリリアセラ
ミック中に拡散する性質によってメタライズ層とベリリ
アセラミック基板間では十分な接合力を有しないが、前
記モリブデン粉末、酸化マグネシウム、酸化ケイ素から
なるメタライズペーストはベリリアセラミック基板との
マッチングが良好であり、ベリリアセラミック基板とメ
タライズ層間で好適な接合力を有するものである。ここ
で、ベリリアセラミック基板用に好適に使用できるメタ
ライズペーストの組成は、モリブデン粉末80重量％以
上、酸化マグネシウム15重量％以下、酸化ケイ素15重量
％以下の組成のものである。なお、このメタライズペー
ストには適宜アルミナ、酸化クロム、酸化カルシウムを
添加して用いてもよい。
〔第２実施例〕
第２実施例はアルミナセラミック基板にモリブデンあ
るいは、ダングステン、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケ
ル−コバルト合金等からなる金属線を接合する例であ
る。
この実施例でも第１実施例と同様にアルミナセラミッ
ク基板にメタライズペーストを塗布した後1200℃〜1500
℃の還元性雰囲気中で焼成し、ついで金属線にメタライ
ズペーストを付着させるとともに、焼成されたメタライ
ズ層に位置決めした後再度1200℃〜1500℃の還元性雰囲
気中で焼成し、金属線をアルミナセラミック基板上に接
合する。
ここで、アルミナセラミック基板用として以下のメタ
ライズペーストが好適に使用できる。
モリブデン粉末80重量％以上、酸化ケイ素15重量％以
下、酸化マグネシウム15重量％以下、
モリブデン粉末80重量％以上、酸化ケイ素15重量％以
下、アルミナ15重量％以下、
モリブデン粉末80重量％以上、酸化ケイ素15重量％以
下。
この第２実施例においても、メタライズペーストの焼
結によって金属線はメタライズ層を介してアルミナセラ
ミック基板と一体に接合するから、従来のろう付け接合
方法および金熱圧着接合方法とくらべて大きな接合強度
を得ることができる。
また、上述した第１実施例および第２実施例からわか
るように、本実施例の方法によればメタライズペースト
を介して金属線をそのまま接合しているので、ろう付け
方法や金熱圧着方法のときのようにめっき処理を施す必
要がなく接合操作が一層容易である。
なお、上述した実施例においてはモリブデン等の金属
線を接合する例について述べたが、セラミックに接合さ
れる金属体は金属線に限定されるものではなく、金属の
板状体等であっても同様に接合できる。
以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し
得るのはもちろんのことである。
（発明の効果）
本発明のセラミックと金属体の接合方法ではメタライ
ズペーストを用いてセラミック基板と金属体とを直接接
合するようにしているから、ろう付け接合の場合のよう
にめっき処理やろう材が不必要であり、金属体をそのま
ま接合することができるので、接合作業をきわめて容易
に行うことができる。
また、この接合方法によれば、焼結されたメタライズ
部によってセラミックと金属体が直接接合されるから、
従来の接合方法によるものと比較して接合強度を向上さ
せることができる。また、メタライズ層によって一体化
しているから接合個所の耐熱性が高く、高温にさらされ
る部品に使用しても十分な信頼性を保証することができ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for joining a metal body to ceramic and a joined body of a ceramic and a metal body obtained by this joining method. (Prior Art) When joining a metal wire such as molybdenum, iron-nickel alloy, iron-nickel-cobalt alloy to a ceramic substrate, generally, the ceramic substrate is metallized, the metallized surface is plated with nickel, and then a brazing material is applied. The metal wires are brazed through. As another joining method, thick film printing is performed on the ceramic substrate, gold plating is performed on the ceramic substrate, and gold plating is performed on the metal wire in advance, and the metal wire is thermocompression-bonded to the ceramic substrate at a temperature of several hundred degrees. There is a method of joining. (Problems to be Solved by the Invention) However, there is a problem that the bonding strength of the metal wire is not sufficient even by the above-described brazing method, and that sufficient bonding strength cannot be obtained by the gold thermocompression bonding method. . In addition, when used at high temperatures, the brazing method is limited to about 1000 ° C due to the brazing material, and the gold thermocompression bonding method cannot be used at 500 ° C or more. Due to limitations, parts with a large amount of heat cannot be guaranteed sufficiently. Also, in the joining method by brazing described above, it is necessary to apply a plating process to the metallized surface and the metal wire in advance, and it is necessary to apply gold to the ceramic and the metal wire in advance by the gold thermocompression bonding method. However, there is a problem that the high-frequency characteristics are deteriorated because nickel is slightly magnetized when nickel plating is applied. Further, when the metal wire is a molybdenum wire, there is a problem that it is difficult to apply gold plating to molybdenum. Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a bonding method capable of easily bonding a metal body to a ceramic substrate and a bonding method of the metal body. To provide a joined body of a ceramic and a metal body. (Means for Solving the Problems) The present invention has the following configuration to achieve the above object. That is, in the joined body of the ceramic substrate and the metal body, the ceramic substrate and the metal body are directly integrated only by the metallized portion obtained by sintering the metallized paste sandwiched between the ceramic substrate and the metal body. And
In addition, a main metal forming the metallized portion is thermally and chemically stable in a firing atmosphere for sintering the metallized paste. Further, when the ceramic substrate and the metal body are directly integrated by a metallized portion obtained by sintering the metallized paste, a metal that is thermally and chemically stable in a firing atmosphere for sintering the metallized paste is used. A metallized paste as a main component is applied to each of the ceramic substrate and the metal body, and then at least one side of the metallized paste in an unfired paste state, and the other side as a metallized paste or a metallized portion. Is characterized by sintering in a state of contacting. (Function) According to the present invention, a metallized portion obtained by sintering a metallized paste sandwiched between a ceramic substrate and a metal body without interposing a plating surface or a brazing material between the ceramic substrate and the metal body. Only by direct integration. Moreover, the metallized portion is mainly formed of a metal such as molybdenum which is thermally and chemically stable in a firing atmosphere for sintering the metallized paste, as will be shown in Examples described later. It is. Therefore, the metal mainly forming the metallized portion is
The metal body and the ceramic substrate can be firmly joined without being diffused into the ceramic during firing of the metallized paste. (Example) Hereinafter, a preferred example of the present invention will be described in detail. [First Embodiment] In the first embodiment, a molybdenum wire is bonded to a beryllia ceramic substrate. In this example, first, a metallizing paste containing 95% by weight of molybdenum powder, 2.5% by weight of magnesium oxide, and 2.5% by weight of silicon oxide was applied on a beryllia ceramic substrate, and was placed in a reducing atmosphere at 1200 ° C to 1500 ° C. To form a metallized layer on the beryllia ceramic substrate. Next, the metallized paste is attached to the lower end of the molybdenum wire bonded to the beryllia ceramic substrate,
A molybdenum wire is positioned on the beryllia ceramic substrate. After the metallized paste attached to the molybdenum wire is dried, it is fired again in a reducing atmosphere at 1200 ° C. to 1500 ° C. to join the molybdenum wire and the beryllia ceramic substrate. Since the joined body of molybdenum wire and beryllia ceramic after firing is joined when the metallized paste is sintered, the joining strength is improved as compared with the conventional joining method by brazing or the joining method of gold thermocompression bonding. I was able to. Instead of performing the baking twice and bonding the molybdenum wires as described above, the molybdenum wires are brought into contact with the metallized paste at the same time when the metallized paste is applied to the beryllia ceramic substrate, and the one time is used. It is also possible to join the beryllia ceramic substrate and the molybdenum wire by firing. When a commonly used molybdenum-manganese metallization paste is used for beryllia ceramic, sufficient bonding between the metallization layer and the beryllia ceramic substrate is caused by the property that manganese in the paste diffuses into the beryllia ceramic. Although having no force, the metallized paste composed of the molybdenum powder, magnesium oxide, and silicon oxide has good matching with the beryllia ceramic substrate and has a suitable bonding force between the beryllia ceramic substrate and the metallized layer. Here, the composition of the metallized paste that can be suitably used for the beryllia ceramic substrate is a composition having a molybdenum powder of 80% by weight or more, magnesium oxide of 15% by weight or less, and silicon oxide of 15% by weight or less. Note that alumina, chromium oxide, and calcium oxide may be appropriately added to the metallized paste. Second Embodiment A second embodiment is an example in which a metal wire made of molybdenum, dungsten, an iron-nickel alloy, an iron-nickel-cobalt alloy, or the like is joined to an alumina ceramic substrate. In this embodiment, similarly to the first embodiment, a metallized paste is applied to an alumina ceramic substrate, and then, 1200 ° C. to 1500 ° C.
℃ in a reducing atmosphere, then metallized paste is adhered to the metal wire, and positioned in the baked metallized layer, then fired again in a reducing atmosphere of 1200 ℃ ~ 1500 ℃, the metal wire alumina ceramic Join on the substrate. Here, the following metallized paste can be suitably used for an alumina ceramic substrate. Molybdenum powder 80% by weight, silicon oxide 15% by weight or less, magnesium oxide 15% by weight or less, molybdenum powder 80% by weight or more, silicon oxide 15% by weight or less, alumina 15% by weight or less, molybdenum powder 80% by weight or more, silicon oxide 15% by weight or less. Also in the second embodiment, the metal wire is integrally bonded to the alumina ceramic substrate via the metallized layer by sintering the metallized paste, so that the bonding strength is larger than the conventional brazing and gold thermocompression bonding methods. Can be obtained. Also, as can be seen from the first and second embodiments described above, according to the method of the present embodiment, the metal wires are directly bonded via the metallized paste, so that the brazing method and the gold thermocompression bonding method are not used. There is no need to perform plating as in the case, and the joining operation is easier. In the above-described embodiment, an example in which a metal wire such as molybdenum is joined has been described. However, the metal body joined to the ceramic is not limited to the metal wire, and may be a metal plate or the like. Can be similarly joined. As described above, the present invention has been described variously with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that many modifications can be made without departing from the spirit of the invention. That is. (Effect of the Invention) In the method for joining a ceramic and a metal body according to the present invention, the ceramic substrate and the metal body are directly joined by using a metallized paste. Is unnecessary, and the metal body can be joined as it is, so that the joining operation can be performed extremely easily. Further, according to this joining method, the ceramic and the metal body are directly joined by the sintered metallized portion,
The joining strength can be improved as compared with the conventional joining method. In addition, since they are integrated by the metallized layer, the heat resistance of the joint is high, and sufficient reliability can be guaranteed even when used for parts exposed to high temperatures.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−223280（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−46975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−64283（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 37/02 B23K 20/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-223280 (JP, A) JP-A-62-46975 (JP, A) JP-A-58-64283 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) C04B 37/02 B23K 20/00
Claims (1)
ズペーストを焼結して得たメタライズ部のみによって、
前記セラミック基板と金属体とが直接一体化され、 かつ前記メタライズ部を形成する主たる金属が、前記メ
タライズペーストを焼結する焼成雰囲気下において熱的
・化学的に安定であることを特徴とするセラミックと金
属体との接合体。 ２．セラミック基板と金属体とを、メタライズペースト
を焼結して得たメタライズ部により直接一体化する際
に、 前記メタライズペーストを焼結する焼成雰囲気下におい
て熱的・化学的に安定な金属を主成分とするメタライズ
ペーストを、前記セラミック基板と金属体との各々に塗
布し、 次いで、未焼成のペーストの状態にある前記メタライズ
ペーストの少なくとも一方側と、メタライズペーストま
たはメタライズ部である他方側とを接触させた状態で焼
結することを特徴とするセラミックと金属体との接合方
法。(57) [Claims] Only by the metallized part obtained by sintering the metallized paste sandwiched between the ceramic substrate and the metal body,
The ceramic, wherein the ceramic substrate and the metal body are directly integrated, and a main metal forming the metallized portion is thermally and chemically stable in a firing atmosphere for sintering the metallized paste. Of metal and metal body. 2. When a ceramic substrate and a metal body are directly integrated by a metallized portion obtained by sintering a metallized paste, a metal that is thermally and chemically stable is mainly used in a firing atmosphere in which the metallized paste is sintered. Is applied to each of the ceramic substrate and the metal body, and then at least one side of the metallized paste in an unfired paste state is brought into contact with the other side of the metallized paste or the metallized portion. A method for joining a ceramic and a metal body, wherein the method comprises sintering in a state where the ceramic and the metal body are sintered.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62308346A JP2771810B2 (en) | 1987-12-05 | 1987-12-05 | Method of joining ceramic and metal body and joined body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62308346A JP2771810B2 (en) | 1987-12-05 | 1987-12-05 | Method of joining ceramic and metal body and joined body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01148762A JPH01148762A (en) | 1989-06-12 |
| JP2771810B2 true JP2771810B2 (en) | 1998-07-02 |
Family
ID=17979955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62308346A Expired - Lifetime JP2771810B2 (en) | 1987-12-05 | 1987-12-05 | Method of joining ceramic and metal body and joined body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2771810B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5864283A (en) * | 1981-10-13 | 1983-04-16 | トヨタ自動車株式会社 | Method of bonding ceramics and metal |
| JPS59223280A (en) * | 1983-06-02 | 1984-12-15 | 日本特殊陶業株式会社 | Method of bonding ceramic and metal |
| JPS6246975A (en) * | 1985-08-23 | 1987-02-28 | 株式会社東芝 | Method of joining ti to ceramic |
-
1987
- 1987-12-05 JP JP62308346A patent/JP2771810B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01148762A (en) | 1989-06-12 |
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