JP2794360B2 - Bonding method of materials to be bonded selected from metals and ceramics, and bonding agent used therefor - Google Patents
Bonding method of materials to be bonded selected from metals and ceramics, and bonding agent used thereforInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は金属あるいはセラミック
スから選ばれた被接合物の接合方法およびこれに用いる
接合剤に係り、詳しくは粒子径100nm以下の金属も
しくは金属酸化物から選ばれた微粒子とこれより粒子径
の大きい金属もしくは金属酸化物の粉末を高分子層中に
均一に分散させた接合剤を用いて、金属同志、金属とセ
ラミックスあるいはセラミックス同志を接合する方法お
よび接合剤に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining objects to be joined selected from metals or ceramics and a joining agent used therefor, and more particularly to a method for joining fine particles selected from metals or metal oxides having a particle diameter of 100 nm or less. The present invention relates to a method for bonding metals, a metal and ceramics or ceramics using a bonding agent in which a metal or metal oxide powder having a larger particle diameter is uniformly dispersed in a polymer layer, and a bonding agent.
【0002】[0002]
【従来の技術】セラミックスは高耐熱性、高硬度という
特徴を有しているが、その反面、機械的・熱的衝撃に弱
い欠点がある。これを補うのに金属と組み合わせたり、
あるいは同じセラミックスでも特性の異なるものを組み
合わせると用途が拡大する。このようにセラミックス
と、セラミックスまたは金属との複合化技術(接合技
術)はセラミックス加工技術の重要な要素技術の1つに
なっている。2. Description of the Related Art Ceramics have the characteristics of high heat resistance and high hardness, but have the disadvantage that they are weak to mechanical and thermal shocks. Combine this with metal to make up for this,
Alternatively, combining the same ceramics having different characteristics expands the use. As described above, the composite technology (joining technology) of ceramics and ceramics or metal is one of the important elemental technologies of the ceramic processing technology.
【0003】ところで、セラミックス同志、セラミック
スと金属との接合方法としては、PbO、CaO、Al
2 O3 、MgOなどの金属酸化物を含むペースト物を接
合剤として用いる方法、あるいはTi系、Zr系、Be
系、TiH2 系などの活性金属を含んだペースト状の接
合剤を用いる方法、またMo−Mn系、Mo系、W系等
の高融点金属を被接合材表面でメタライジングし、その
表面にNiメッキ、そして金属ろうを付着し、更にもう
一方の被接合材表面にNiメッキした後、高温度で接合
する方法が使用されている。[0003] By the way, the joining method of ceramics and metal with ceramics is PbO, CaO, Al.
A method using a paste containing a metal oxide such as 2 O 3 or MgO as a bonding agent, or a Ti-based, Zr-based, Be-based
System, a method using a paste-like bonding agent containing an active metal such as TiH 2 system, also Mo-Mn-based, Mo system, a refractory metal W system or the like and metallizing at the welded material surface, on the surface thereof A method is used in which Ni plating and metal brazing are applied, and the other surface of the material to be joined is Ni-plated and then joined at a high temperature.
【0004】また、他の方法として高温でセラミックス
側をプラス極、金属側をマイナス極にして電圧を印加す
ることによりセラミックスと金属とを接合する直流電圧
印加法なども採用されている。Further, as another method, a DC voltage application method of joining a ceramic and a metal by applying a voltage with the ceramic side being a positive pole and the metal side being a negative pole at a high temperature has been adopted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記金属酸化
物及び活性金属を含むペースト物を接合剤として用いる
接合方法では、セラミックスの種類を問わず強固な接合
が得られる反面、接合温度が高温であって接合剤に使用
される金属が酸化されやすいため、真空中または不活性
ガス中にて被接合材同志を接合しなければ強固な接合力
が得られない問題があった。However, in the above-mentioned joining method using a paste containing a metal oxide and an active metal as a joining agent, strong joining can be obtained irrespective of the type of ceramics, but the joining temperature is high. Since the metal used for the bonding agent is easily oxidized, there is a problem that a strong bonding force cannot be obtained unless the materials to be bonded are bonded together in a vacuum or an inert gas.
【0006】また、Mo−Mn系の金属を用いる方法で
はメタライジング、メッキそして金属ろうを付着しなけ
ればならないために工数が多くなり、そして何よりもM
o−Mnの融点以上の高温度で金属をメタライジングす
る必要があった。本発明はこのような諸問題を解決する
ものであり、接合剤として金属または金属酸化物の微粒
子を高分子層中に分散させたものを使用することによ
り、空気中でも接合が可能となり、しかも金属の融解温
度よりはるかに低い温度で接合が可能になる金属もしく
はセラミックスから選ばれた被接合材の接合方法および
これに用いる接合剤を提供することを目的とする。In addition, the method using a Mo—Mn-based metal requires metallizing, plating, and the attachment of a metal braze, resulting in an increase in man-hours.
It was necessary to metallize the metal at a high temperature equal to or higher than the melting point of o-Mn. The present invention solves such problems. By using a metal or metal oxide fine particle dispersed in a polymer layer as a bonding agent, bonding can be performed even in air, and metal It is an object of the present invention to provide a method for joining materials to be joined selected from metals or ceramics, which can be joined at a temperature much lower than the melting temperature of the same, and a joining agent used therefor.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の接合方法
では、高分子中に粒子径100nm以下の金属もしくは
金属酸化物から選ばれた微粒子を分散させた高分子複合
物に、Ni、Co、Cr、Mo、Mnから選ばれた少な
くとも1種の金属あるいはこれらの酸化物からなる添加
粉末を加えて得られた接合剤を、金属あるいはセラミッ
クスから選ばれた被接合材の接合面間に介在させ、上記
被接合材を空気中で加熱し、前記複合物の高分子を分解
蒸発して該微粒子をメタライジングした後、冷却してメ
タライジング層を形成することにより被接合材を接合し
てなる金属もしくはセラミックスから選ばれた被接合材
を接合する方法にある。That is, in the bonding method of the present invention, Ni, Co is added to a polymer composite in which fine particles selected from a metal or metal oxide having a particle diameter of 100 nm or less are dispersed in a polymer. , Cr, Mo, little has been selected from the group consisting of Mn
Kutomo one metal or in addition to the bonding agent obtained the additive powder consisting of oxides, is interposed between the bonding surfaces of the bonding material selected from metal or ceramics, the
The material to be joined is heated in the air to decompose and evaporate the polymer of the composite, metallize the fine particles , and then cool to cool the metal.
Joining the materials to be joined by forming a tarizing layer
And a method of joining materials to be joined selected from metals or ceramics.
【0008】また、本発明の接合剤は、金属もくしはセ
ラミックスから選ばれた被接合材に用いる接合剤とし
て、高分子中に分散させた粒子径100nm以下の金属
もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子と、この微粒子
より粒子径の大きいNi、Co、Cr、Mo、Mnから
選ばれた少なくとも1種の金属もしくはこれらの酸化物
の添加粉末からなっている。尚、前記接合剤はフィル
ム、蒸着膜からなる薄膜、あるいはペースト状であって
もよい。The bonding agent of the present invention is selected from metals or metal oxides having a particle diameter of 100 nm or less dispersed in a polymer as a bonding agent used for a material to be bonded selected from metal or ceramics. And at least one metal selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn having a larger particle diameter than the fine particles, or an additive powder of these oxides. The bonding agent may be in the form of a film, a thin film made of a vapor-deposited film, or a paste.
【0009】本発明によると、接合剤となる金属もしく
は金属酸化物からなる粒子径100nm以下の微粒子を
高分子中に分散させたものは、接合時空気中の雰囲気下
で高温にさらされても高分子が酸化分解されるため、微
粒子の焼結温度まで還元雰囲気状態におかれる。この還
元雰囲気中で金属微粒子がメタライジングされて被接合
材同志を強く接合することになる。また、前記微粒子は
超微粒子化した金属または金属酸化物であるため、焼結
温度を低下させる効果がある。そのため、本発明では通
常の金属融解温度より200〜400℃低い温度でも金
属微粒子をメタライジングすることが出来る。According to the present invention, a dispersion of fine particles having a particle diameter of 100 nm or less made of metal or metal oxide serving as a bonding agent dispersed in a polymer can be exposed to a high temperature in an atmosphere of air during bonding. Since the polymer is oxidatively decomposed, the polymer is placed in a reducing atmosphere up to the sintering temperature of the fine particles. The metal fine particles are metallized in this reducing atmosphere, and the materials to be joined are strongly joined together. Further, since the fine particles are ultrafine particles of metal or metal oxide, they have the effect of lowering the sintering temperature. Therefore, in the present invention, metal fine particles can be metallized even at a temperature lower by 200 to 400 ° C. than a normal metal melting temperature.
【0010】一方、Ni、Co、Cr、Mo、Mnから
選ばれた少なくとも1種の金属もしくはこれらの酸化物
からなる添加粉末、もしくはこれらの添加粉末を分散さ
せた高分子を添加することにより接合強度を向上するこ
とが出来る。これは、前記添加粉末が被接合材との塗れ
性を向上し、また接合時の接合剤の流動を防止してメタ
ライジング層を強化しているためである。[0010] On the other hand, Ni, Co, Cr, Mo , Mn,
The bonding strength can be improved by adding an additive powder composed of at least one selected metal or an oxide thereof, or a polymer in which these additive powders are dispersed. This is because the added powder improves the wettability with the material to be joined, and also prevents the flow of the joining agent at the time of joining to strengthen the metallized layer.
【0011】本発明で使用する接合剤は、まず高分子材
料を融解後、これにより生じた蒸発物を基材面の上で急
速固化して熱力学的に非平衡化した高分子層を形成し、
この高分子層の表面に金属膜を密着させた後、これを平
衡状態になるまで緩和させ、該金属層から微粒子化した
金属もしくは金属酸化物を高分子層内に浸透させると共
に分散させ、これを溶剤に溶かしてペースト物にしたも
のに、Ni、Co、Cr、Mo、Mnから選ばれた少な
くとも1種の金属もしくは酸化物からなる添加粉末、あ
るいはこの添加粉末を高分子に分散させたものを添加
し、混合することにより得ることが出来る。The bonding agent used in the present invention first melts a polymer material, and then rapidly solidifies the resulting evaporant on the substrate surface to form a thermodynamically non-equilibrated polymer layer. And
After the metal film is brought into close contact with the surface of the polymer layer, the metal film is relaxed until an equilibrium state is reached, and the metal or metal oxide finely divided from the metal layer penetrates into the polymer layer and is dispersed. Was dissolved in a solvent to form a paste, and a small amount selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn.
It can be obtained by adding and mixing an additive powder composed of at least one kind of metal or oxide or a dispersion of the additive powder in a polymer.
【0012】即ち、前記接合剤の製造方法は図1〜図5
に示すように、第1工程として高分子層を熱力学的に非
平衡な状態に成形することであり、この工程は、図1に
示すように具体的に例えば高分子材料を真空で加熱して
融解・蒸発させて基材1の上に高分子層2を固化する真
空蒸着方法、あるいは高分子材料を融解温度以上の温度
で融解し、この状態のまま直ちに液体窒素等に投入して
急冷して基材1の上に高分子層2を固化する融解急速固
化方法などがある。具体的には真空蒸着方法の場合に
は、公知の真空蒸着装置を使用して10-4〜10-6To
rrの真空度、蒸着速度0.1〜100μm/分、好ま
しくは0.5〜5μm/分で、ガラス等の基材1の上に
高分子層2を得ることが出来る。また、融解急速固化法
では高分子材料を融解し、高分子材料固有の臨界冷却速
度以上の冷却速度にて冷却する。具体的には、高分子層
2を液体窒素の中へ投入して高分子層を得る。このよう
にして得られた高分子層2は基材1の上に積層され、熱
力学的に非平衡状態におかれ、時間の経過と共に平衡状
態へ移行する。That is, the method for producing the bonding agent is shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, the first step is to form the polymer layer in a thermodynamically non-equilibrium state. In this step, as shown in FIG. Vacuum evaporation method in which the polymer layer 2 is solidified on the substrate 1 by melting and evaporating, or the polymer material is melted at a temperature equal to or higher than the melting temperature, and immediately put into liquid nitrogen or the like in this state to be rapidly cooled. Then, there is a melting rapid solidification method of solidifying the polymer layer 2 on the substrate 1. Specifically, in the case of a vacuum evaporation method, a known vacuum evaporation apparatus is used to obtain 10 -4 to 10 -6 To.
The polymer layer 2 can be obtained on a substrate 1 such as glass at a vacuum of rr and a deposition rate of 0.1 to 100 μm / min, preferably 0.5 to 5 μm / min. In the rapid solidification method, a polymer material is melted and cooled at a cooling rate higher than a critical cooling rate inherent to the polymer material. Specifically, the polymer layer 2 is put into liquid nitrogen to obtain a polymer layer. The polymer layer 2 obtained in this manner is laminated on the substrate 1, placed in a non-equilibrium state thermodynamically, and transitions to an equilibrium state over time.
【0013】ここで使用する高分子材料としては、熱可
塑性高分子であり、例えばナイロン6、ナイロン66、
ナイロン11、ナイロン12、ナイロン69、高密度ポ
リエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDP
E)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビ
ニル、ポリオキシメチレンなどが挙げられ、特に限定さ
れない。The polymer material used here is a thermoplastic polymer such as nylon 6, nylon 66, or the like.
Nylon 11, Nylon 12, Nylon 69, High density polyethylene (HDPE), Low density polyethylene (LDP
E), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride, polyoxymethylene, and the like, and are not particularly limited.
【0014】続いて、前記熱力学的に平衡状態にある高
分子層2は、図2に示すように、その表面に金属層3を
付着させる工程へと移される。この工程では前記真空蒸
着装置によって金属層3を高分子層2に蒸着させるか、
もしくは金属箔、金属板を直接固化した高分子層2に密
着させる等の方法で金属層3を高分子層2に積層させ
る。その金属材料としては、金、銀、銅、鉄、亜鉛、セ
リウム等であり、特に限定されない。Subsequently, as shown in FIG. 2, the polymer layer 2 in the thermodynamic equilibrium state is shifted to a step of attaching a metal layer 3 to the surface thereof. In this step, the metal layer 3 is deposited on the polymer layer 2 by the vacuum deposition apparatus,
Alternatively, the metal layer 3 is laminated on the polymer layer 2 by, for example, bringing a metal foil or a metal plate into close contact with the solidified polymer layer 2. The metal material is gold, silver, copper, iron, zinc, cerium, or the like, and is not particularly limited.
【0015】このようにして得られた金属層3と高分子
層2とが密着した複合物を加熱あるいは自然放置して高
分子層2を平衡状態へ移行させる。この工程では前記金
属付高分子層を恒温槽中で高分子材料の融解温度以下に
於いて緩和状態を促進させることが望ましい。その結
果、図3及び図4に示されるように金属層3の金属は粒
子径100nm以下、好ましくは50nm以下、より好
ましくは15nm以下の金属もしくは金属酸化物の微粒
子4となって高分子層2内へ拡散浸透し、この状態は高
分子層2が完全に緩和するまで続き、高分子層2に付着
している金属層3はその厚さも減少して最終的に無くな
る。従って、金属層3が全て金属もしくは金属酸化物の
微粒子4となって高分子層2に分散するためには、その
厚みを調節する必要がある。前記微粒子4は金、銀、プ
ラチナ等の金属と、Cu2 O、Fe3 O4 、ZnO等の
金属酸化物を含んでいる。The composite in which the metal layer 3 and the polymer layer 2 thus obtained are in close contact with each other is heated or allowed to stand, and the polymer layer 2 is shifted to an equilibrium state. In this step, it is desirable to promote the relaxation state of the metal-coated polymer layer in a thermostat at a temperature lower than the melting temperature of the polymer material. As a result, as shown in FIGS. 3 and 4, the metal of the metal layer 3 becomes metal or metal oxide fine particles 4 having a particle diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 15 nm or less. This state continues until the polymer layer 2 is completely relaxed, and the thickness of the metal layer 3 adhering to the polymer layer 2 also decreases and eventually disappears. Therefore, in order for the entire metal layer 3 to become the metal or metal oxide fine particles 4 and be dispersed in the polymer layer 2, it is necessary to adjust the thickness thereof. The fine particles 4 include a metal such as gold, silver, and platinum, and a metal oxide such as Cu 2 O, Fe 3 O 4 , and ZnO.
【0016】尚、この工程で高分子層2を加熱すると、
高分子層2が金属もしくは金属酸化物の粒子径によって
固有の着色を示し、金属もしくは金属酸化物の微粒子4
が高分子層2内へ浸透していることが判る。また、この
色は金属もしくは金属酸化物の種類、金属もしくは金属
酸化物の粒子径、高分子の種類により異なる。When the polymer layer 2 is heated in this step,
The polymer layer 2 shows a specific coloring depending on the particle diameter of the metal or metal oxide, and the metal or metal oxide fine particles 4
It can be seen that has penetrated into the polymer layer 2. The color varies depending on the type of metal or metal oxide, the particle size of the metal or metal oxide, and the type of polymer.
【0017】微粒子4を分散した高分子複合物5は、図
4に示すように微粒子4が凝集せずに独立した状態で分
離分散している。しかも、金属もしくは金属酸化物の微
粒子4が高分子層2に安定した状態で分散しているの
で、本発明の高分子複合物5は耐酸化性に優れ、導電性
等の物性値も安定し、しかも経時安定性に優れている。In the polymer composite 5 in which the fine particles 4 are dispersed, as shown in FIG. 4, the fine particles 4 are separated and dispersed independently without being aggregated. Moreover, since the metal or metal oxide fine particles 4 are dispersed in the polymer layer 2 in a stable state, the polymer composite 5 of the present invention has excellent oxidation resistance and stable physical properties such as conductivity. Moreover, it is excellent in stability over time.
【0018】前記高分子複合物5中の金属もしくは金属
酸化物からなる微粒子4が0.1vol%以上、好まし
くは1vol%以上、より好ましくは5vol%以上で
あり、0.1vol%未満になると、接合界面での微粒
子のメタライジング層が均一に出来ないことがあって、
被接合材の接合が困難になる。When the amount of the fine particles 4 made of a metal or metal oxide in the polymer composite 5 is 0.1 vol% or more, preferably 1 vol% or more, more preferably 5 vol% or more, and when less than 0.1 vol%, The metallizing layer of fine particles at the joint interface may not be uniform,
It becomes difficult to join the materials to be joined.
【0019】続いて、図5に示すように、上記高分子複
合物5はNi、Co、Cr、Mo、Mnから選ばれた少
なくとも1種の粒子径0.1〜100μmの金属もしく
はこれらの酸化物からなる添加粉末6、もしくはこの添
加粉末6を分散した高分子と混合するが、この時の高分
子複合物5はm−クレゾール、1.2−ジクロロエタ
ン、アセトン等に溶かしたペースト物にしたものであ
る。また、高分子複合物5と添加粉末6もしくはこれを
分散した高分子とを混合したものを前記溶剤に溶かして
ペースト状にすることが出来る。Subsequently, as shown in FIG. 5, the polymer composite 5 is made of a small material selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn.
At least one kind of additive powder 6 made of a metal or an oxide thereof having a particle diameter of 0.1 to 100 μm or a polymer in which the additive powder 6 is dispersed is mixed with the polymer composite 5 at this time. -A paste dissolved in cresol, 1.2-dichloroethane, acetone or the like. Also, a mixture of the polymer composite 5 and the additive powder 6 or a polymer in which the additive powder 6 is dispersed can be dissolved in the solvent to form a paste.
【0020】尚、接合剤7はペースト物が好ましいが、
フィルム等の固体であってもよい。固体の接合剤7は溶
剤に溶かしたペースト物にして、これを被接合材の接合
面へ付着させることが出来る。とりわけ、接合剤7のペ
ースト物では、微粒子4は溶剤中に溶けた高分子8の存
在によって凝集することなく均一に分散している。この
接合剤7は、金属もしくは金属酸化物の微粒子4とこれ
より粒子径の大きい添加粉末6の添加量の重量比は、微
粒子4が1に対して添加粉末6が0.1〜5である。The bonding agent 7 is preferably a paste,
It may be a solid such as a film. The solid bonding agent 7 can be made into a paste dissolved in a solvent, and can be adhered to the bonding surface of the material to be bonded. In particular, in the paste of the bonding agent 7, the fine particles 4 are uniformly dispersed without aggregation due to the presence of the polymer 8 dissolved in the solvent. In the bonding agent 7, the weight ratio of the added amount of the metal or metal oxide fine particles 4 to the added powder 6 having a larger particle diameter is 0.1 to 5 for the fine particles 4 and 1 for the added powder 6. .
【0021】このようにして接合剤7を被接合材の少な
くとも一方の接合面に塗布して被接合材間に介在した
後、これを加熱して接合剤7の高分子8を分解蒸発して
金属微粒子をメタライジングし、冷却してメタライジン
グ層を形成することで被接合材を接合する。この場合の
加熱温度は金属の融解温度より200〜400℃低い温
度でも該金属微粒子がメタライジングされた層が形成さ
れ、その結果被接合材同志が接合する。Thus, the bonding agent 7 isFewer materials to be joined
Apply to at least one joint surfaceInterposed between materials to be joineddid
rear,thisThe polymer 8 of the bonding agent 7 is decomposed and evaporated by heating.
Metallizing metal fine particlesThen cool and metallidine
The members to be joined are joined by forming a metal layer.In this case
The heating temperature is 200-400 ° C lower than the melting temperature of the metal.
The metal particles are metallizedLayer formed
ReAs a result, the materials to be joined are joined.
【0022】その理由として、本発明において使用する
接合剤7中の金属もしくは金属酸化物からなる微粒子4
の粒子径が、通常の各種用途に使用されている金属微粒
子の粒子径に比べて1/10〜1/100程度小さいた
めに、前記微粒子4の焼結温度を低下させる効果があ
る。具体的には金(融解温度1063℃)、銅(融解温
度1083℃)を微粒子の素材とする場合には、この接
合剤は750℃の温度でもメタライジングされる。The reason is that the fine particles 4 made of metal or metal oxide in the bonding agent 7 used in the present invention are used.
Is smaller by about 1/10 to 1/100 than the particle diameter of the metal fine particles used for ordinary various applications, and has an effect of lowering the sintering temperature of the fine particles 4. Specifically, when gold (melting temperature 1063 ° C.) and copper (melting temperature 1083 ° C.) are used as the material of the fine particles, this bonding agent is metallized even at a temperature of 750 ° C.
【0023】また、空気中の使用は困難とされているC
u2 Oの微粒子を含む高分子複合物を接合剤7として用
いると、高分子8中のCu2 Oは還元雰囲気状態によっ
てCuに還元されることになり被接合材を接合させる。
しかも、添加粉末6は被接合材との塗れ性を向上し、接
合時の流動を防止してメタライジング層を強化する。Further, it is difficult to use C in air.
When a polymer composite containing fine particles of u 2 O is used as the bonding agent 7, Cu 2 O in the polymer 8 is reduced to Cu in a reducing atmosphere state, and the materials to be bonded are bonded.
Moreover, the additive powder 6 improves the wettability with the material to be joined, prevents flow during joining, and strengthens the metallized layer.
【0024】本発明において使用する被接合材として
は、Au、Ag、Cu、Ti、Ni、Mo、Mn、W、
Ta、Fe、Cr等の金属およびこれらの合金、またS
iC、Si3 N4 、Al2 O3 、ZrO2 、MgO、T
iN、SiO2 ガラス等のセラミックスである。被接合
材の組み合わせとしては金属同志、金属とセラミック
ス、あるいはセラミックス同志である。Materials to be joined used in the present invention include Au, Ag, Cu, Ti, Ni, Mo, Mn, W,
Metals such as Ta, Fe, Cr and alloys thereof;
iC, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, T
Ceramics such as iN and SiO 2 glass. The combination of the materials to be joined is metal-to-metal, metal-to-ceramic, or ceramic-to-ceramic.
【0025】[0025]
【作用】本発明によると、接合剤となる金属もしくは金
属酸化物からなる粒子径100nm以下の微粒子が高分
子中に分散しているため、接合時空気中の雰囲気下で高
温にさらされても高分子が微粒子の焼結温度またはこれ
までに酸化分解されるため、還元雰囲気状態におかれ
る。この還元雰囲気中で金属微粒子がメタライジングさ
れて被接合材同志を強く接合することになる。しかも、
前記微粒子は超微粒子化した金属または金属酸化物であ
るため、焼結温度を低下させる効果があって、通常の金
属融解温度より200〜400℃低い温度でも金属微粒
子をメタライジングすることが出来る。一方、Ni、C
o、Cr、Mo,Mnから選ばれた少なくとも1種の金
属もしくはこれらの酸化物からなる添加粉末、もしくは
これらの添加粉末を分散させた高分子を添加することに
より接合強度を向上することが出来る。これは、前記添
加粉末が被接合材との塗れ性を向上し、また接合時の接
合剤の流動を防止してメタライジング層を強化している
ためである。According to the present invention, since fine particles having a particle diameter of 100 nm or less made of a metal or a metal oxide serving as a bonding agent are dispersed in a polymer, even when exposed to a high temperature in an atmosphere of air during bonding. Since the polymer is oxidatively decomposed at or at the sintering temperature of the fine particles, the polymer is placed in a reducing atmosphere. The metal fine particles are metallized in this reducing atmosphere, and the materials to be joined are strongly joined together. Moreover,
Since the fine particles are ultrafine particles of metal or metal oxide, they have the effect of lowering the sintering temperature, so that the metal fine particles can be metallized even at a temperature 200 to 400 ° C. lower than the normal metal melting temperature. On the other hand, Ni, C
The bonding strength is increased by adding at least one kind of metal selected from o, Cr, Mo, and Mn or an additive powder composed of these oxides or a polymer in which these additive powders are dispersed. Can be improved. This is because the added powder improves the wettability with the material to be joined, and also prevents the flow of the joining agent at the time of joining to strengthen the metallized layer.
【0026】[0026]
【実施例】次に、本発明を具体的な実施例により更に詳
細に説明する。 実施例1 (接合剤の作成) 真空蒸着装置により、まず所定のポリマーペレットをタ
ングステンボード中に入れ、10−6Torrに減圧す
る。次いで、電極間に電圧を印加してタングステンボー
ドを真空中で加熱して、ポリマーを融解させ、取り付け
台の上部に設置した基材(ガラス板)上に、10−4〜
10−6Torrの真空度で約1μm/分の速度で厚さ
約5μmの蒸着膜である高分子層を得た。この高分子層
の分子量は前記ペレットのそれの1/2〜1/10程度
になっている。更に、銅をタングステン線に巻き付け加
熱融解して10−4〜10−6Torrの真空下で蒸着
を行い、高分子層の上に銅蒸着膜を付着し、この積層膜
が付着したガラス板を真空蒸着装置から取り出し、12
0℃に保持した恒温槽中に10分間放置して複合物を得
た。その結果、膜表面の銅色が無くなり、膜全体が透明
黄緑色に変化した。Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Example 1 (Preparation of bonding agent) First, a predetermined polymer pellet was put into a tungsten board by a vacuum evaporation apparatus, and the pressure was reduced to 10 −6 Torr. Next, a voltage is applied between the electrodes to heat the tungsten board in a vacuum to melt the polymer, and the base material (glass plate) placed on the upper part of the mounting base is set to 10 −4 to 10 −4 .
A polymer layer as a vapor-deposited film having a thickness of about 5 μm was obtained at a rate of about 1 μm / min at a degree of vacuum of 10 −6 Torr. The molecular weight of the polymer layer is about 1/2 to 1/10 that of the pellet. Further, copper is wound around a tungsten wire, heated and melted, and vapor-deposited under a vacuum of 10 -4 to 10 -6 Torr, a copper vapor-deposited film is deposited on the polymer layer, and the glass plate on which the laminated film is deposited is removed. Take out from the vacuum deposition equipment, 12
It was left in a thermostat maintained at 0 ° C. for 10 minutes to obtain a composite. As a result, the copper color on the film surface disappears and the entire film is transparent.
It changed to yellow-green .
【0027】このように得られた試料を入射角0.5°
の薄膜X線回折装置(理学電気社製RINT1200)
を用いて、同試料のX線回折パターンを測定した。この
X線回折パターンでは、銅はCu2 O(酸化銅)に変化
し、この微粒子がナイロン11中に分散していることが
判った。The sample obtained in this manner was incident at an incident angle of 0.5 °.
Thin film X-ray diffractometer (RINT1200 manufactured by Rigaku Denki)
Was used to measure the X-ray diffraction pattern of the same sample. In the X-ray diffraction pattern, it was found that copper was changed to Cu 2 O (copper oxide) and the fine particles were dispersed in nylon 11.
【0028】また、Cu2 Oの微粒子の粒子径を透過型
電子顕微鏡写真から観察すると、その平均粒子径は約1
0nmであり、また添加量は18vol%であった。ナ
イロン11中にCu2 Oを18vol%微粒化分散させ
た高分子複合物をm−クレゾールに重量比1:1で溶か
したペースト物にし、このペースト物に金属粉末(C
o、Cr、Ni)を表1に従って混合した物を接合剤と
して用いた。尚、Co粉、Cr粉、Ni粉の粒子径はそ
れぞれ2μm、10μm、1〜5μmであった。When the particle diameter of the fine particles of Cu 2 O is observed from a transmission electron micrograph, the average particle diameter is about 1 μm.
0 nm, and the addition amount was 18 vol%. A polymer composite in which 18 vol% of Cu 2 O was atomized and dispersed in nylon 11 was dissolved in m-cresol at a weight ratio of 1: 1 to obtain a paste.
o, Cr, Ni) according to Table 1 was used as a bonding agent. The particle diameters of the Co powder, Cr powder and Ni powder were 2 μm, 10 μm, and 1 to 5 μm, respectively.
【0029】[0029]
【表1】 [Table 1]
【0030】表1の配合物からなる接合剤をナイフを用
いて表2に示す被接合材の両面に塗付し、100℃で1
0分間大気中で乾燥させた後、500℃で10分間、荷
重100gを与えて被接合材を接合した。このサンプル
を支点間距離60mmの支持部に設置し、支点間の中央
部を曲げ速度1mm/minで押圧して3点曲げ強度で
測定した。A bonding agent comprising the composition shown in Table 1 was applied to both surfaces of the material to be bonded shown in Table 2 using a knife.
After drying in the air for 0 minutes, the material to be joined was joined at 500 ° C. for 10 minutes with a load of 100 g. The sample was placed on a support having a distance between fulcrums of 60 mm, and the central part between the fulcrums was pressed at a bending speed of 1 mm / min to measure the three-point bending strength.
【0031】[0031]
【表2】 [Table 2]
【0032】その結果を表3に示す。これによると、本
実施例の曲げ強度は比較例に比べて向上していることが
判る。Table 3 shows the results. According to this, it is understood that the bending strength of the present example is improved as compared with the comparative example.
【0033】[0033]
【表3】 [Table 3]
【0034】[0034]
【発明の効果】以上のように本発明では、粒子径100
nm以下の金属もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子
を分散させた高分子に、Ni、Co、Mo、Mnから選
ばれた少なくとも1種の金属あるいはこれらの酸化物か
らなる添加粉末、もしくはこの添加粉末を高分子に分散
させたものを混合して得られた接合剤を金属あるいはセ
ラミックスから選ばれた被接合材に使用すると、たとえ
空気中でかつ接合温度を低下させても、前記複合物の高
分子層を分解蒸発させて微粒子をメタライジングした
後、冷却してメタライジング層を形成することにより、
前記被接合材をより強固に接合出来る効果を有してい
る。As described above, in the present invention, the particle diameter of 100
At least one kind of metal selected from Ni, Co, Mo, and Mn, or an additive powder composed of these oxides, or an additive thereof, in a polymer in which fine particles selected from metals or metal oxides of nm or less are dispersed. When a bonding agent obtained by mixing powders dispersed in a polymer is used for a material to be bonded selected from metals or ceramics, even in the air and at a lower bonding temperature, the composite can be used. by decomposing evaporate polymer layer microparticles were metallizing
Later, by cooling to form a metallizing layer ,
This has the effect that the material to be joined can be joined more firmly.
【図1】本発明において使用する接合剤の製造方法であ
って、基材の上に高分子を形成した後の状態を示す縦断
面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a method for producing a bonding agent used in the present invention, showing a state after a polymer is formed on a base material.
【図2】高分子層の上に金属層を付着させた状態を示す
縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which a metal layer is attached on a polymer layer.
【図3】金属層付高分子層を加熱した後の状態を示す縦
断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state after a polymer layer with a metal layer is heated.
【図4】本発明の接合剤を構成する高分子複合物の縦断
面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a polymer composite constituting the bonding agent of the present invention.
【図5】容器に入れたペースト状の接合剤の状態を示
す。FIG. 5 shows a state of a paste-like bonding agent put in a container.
【符号の説明】 1 基材 2 高分子層 3 金属層 4 微粒子 5 高分子複合物 6 添加粉末 7 接合剤 8 高分子[Description of Signs] 1 Base material 2 Polymer layer 3 Metal layer 4 Fine particles 5 Polymer composite 6 Additive powder 7 Binder 8 Polymer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 日比野 隆治 (56)参考文献 特開 昭62−216980(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 35/00 - 35/40 C04B 37/00 - 37/02 B22F 3/02 B22F 7/06────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page Examiner Ryuji Hibino (56) References JP-A-62-216980 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B23K 35/00-35 / 40 C04B 37/00-37/02 B22F 3/02 B22F 7/06
Claims (8)
属酸化物から選ばれた微粒子を分散させた高分子複合物
に、Ni、Co、Cr、Mo、Mnから選ばれた少なく
とも1種の金属あるいはこれらの酸化物からなる添加粉
末を加えて得られた接合剤を、金属あるいはセラミック
スから選ばれた被接合材の接合面間に介在させ、上記被
接合材を空気中で加熱し、前記複合物の高分子を分解蒸
発して該微粒子をメタライジングした後、冷却してメタ
ライジング層を形成することにより被接合材を接合して
なることを特徴とする金属もしくはセラミックスから選
ばれた被接合材の接合方法。1. A polymer composite in which fine particles selected from a metal or a metal oxide having a particle diameter of 100 nm or less are dispersed in a polymer composite containing at least one selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn.
Both are interposed between one of the metal or bonding surface of the bonding material bonding agent obtained by adding an additive powder consisting of oxides, selected from metal or ceramics, the target
The bonding material is heated in air, after metallizing the fine particles and decomposing vaporized polymer of the composite, meta and cooled
Joining the materials to be joined by forming a rising layer
A method for joining materials to be joined selected from metals and ceramics.
記載の金属もしくはセラミックスから選ばれた被接合材
の接合方法。2. The polymer composite according to claim 1, wherein the polymer composite is a thin film.
A joining method of a material to be joined selected from the metals or ceramics described in the above.
求項1記載の金属もしくはセラミックスから選ばれた被
接合材の接合方法。3. The method according to claim 1, wherein the polymer composite is in the form of a paste.
れた少なくとも1種の金属あるいはこれらの酸化物から
なる添加粉末を混入した高分子と、粒子径100nm以
下の金属もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子を分散
させた高分子複合物とを混合したものを用いることを特
徴とする請求項1記載の金属もしくはセラミックスから
選ばれた被接合材の接合方法。4. A polymer mixed with at least one metal selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn or an additive powder composed of these oxides, and a metal or metal oxide having a particle diameter of 100 nm or less. 2. The method according to claim 1, wherein a mixture of a polymer composite in which the selected fine particles are dispersed is used.
被接合材に用いる接合剤として、高分子中に分散させた
粒子径100nm以下の金属もしくは金属酸化物から選
ばれた微粒子と、この微粒子より粒子径の大きいNi、
Co、Cr、Mo、Mnから選ばれた少なくとも1種の
金属もしくはこれらの酸化物の添加粉末からなることを
特徴とする接合剤。5. A fine particle selected from a metal or metal oxide having a particle diameter of 100 nm or less dispersed in a polymer, and a metal or metal oxide as a bonding agent used for a material to be bonded selected from ceramics. Ni with a large particle size,
A bonding agent comprising at least one kind of metal selected from Co, Cr, Mo, and Mn, or an additive powder of these oxides.
ペースト物である請求項5記載の接合剤。6. The bonding agent according to claim 5, wherein the polymer composite is a paste dissolved in a solvent.
れた少なくとも1種の金属あるいはこれらの酸化物から
なる添加粉末は粒子径が0.05〜100μmである請
求項5記載の接合剤。7. The bonding agent according to claim 5, wherein the additive powder comprising at least one metal selected from Ni, Co, Cr, Mo, and Mn or an oxide thereof has a particle size of 0.05 to 100 μm. .
属酸化物から選ばれた微粒子とNi、Co、Cr、M
o、Mnから選ばれた少なくとも1種の金属あるいはこ
れらの酸化物の添加粉末の添加量の重量比は、微粒子が
1に対して添加粉末が0.1〜5である請求項5記載の
接合剤。8. Fine particles selected from a metal or metal oxide having a particle size of 100 nm or less, and Ni, Co, Cr, M
The joining according to claim 5, wherein the weight ratio of the amount of the added powder of at least one metal selected from o and Mn or the oxide of these oxides is 1 to 5 for the fine particles and 0.1 to 5 for the added powder. Agent.
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