JP3409062B2 - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents
セラミックスと金属との接合方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスと金属と
の接合方法に関し、特に、銀とパラジウムとを用いたメ
タライズパターンがその表面に形成されたセラミックス
と、金属とを高強度で接合し得るセラミックスと金属と
の接合方法に関する。
の接合方法に関し、特に、銀とパラジウムとを用いたメ
タライズパターンがその表面に形成されたセラミックス
と、金属とを高強度で接合し得るセラミックスと金属と
の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックスの表面に形成された
メタライズパターンに、金属を接合するにあたっては、
その接合材として、 融点が１８３°Ｃの錫−鉛ハンダ、 融点が３５６°Ｃの共晶組成の金−ゲルマニウムハ
ンダ、 融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコンハン
ダ、 融点が７８０°Ｃの共晶組成の銀ロウ、 銀−銅−インジウムロウ、 銀−銅−錫ロウ、 銀−インジウムロウ、 等の接合材が用いられていた。
メタライズパターンに、金属を接合するにあたっては、
その接合材として、 融点が１８３°Ｃの錫−鉛ハンダ、 融点が３５６°Ｃの共晶組成の金−ゲルマニウムハ
ンダ、 融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコンハン
ダ、 融点が７８０°Ｃの共晶組成の銀ロウ、 銀−銅−インジウムロウ、 銀−銅−錫ロウ、 銀−インジウムロウ、 等の接合材が用いられていた。
【０００３】ここで、特にセラミックスを電子部品用基
板として利用する場合においては、該セラミックスに、
例えばリード電極等の金属を接合した後、ＩＣを取り付
けるダイボンディング工程等で、更に該セラミックスを
加熱処理する場合があること、また、使用するセラミッ
クスが、８５０〜１０００°Ｃで焼成されたいわゆる低
温焼成セラミックスで有る場合には、該セラミックスの
強度特性を、金属との接合時の熱により損なうことがな
いようにすること等を考慮して、上記接合材の内、の
融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコンハンダ、或
いは〜の銀−銅−インジウムロウ、銀−銅−錫ロ
ウ、又は銀−インジウムロウ等のロウ材を用いて、金属
をセラミックスに接合することが広くなされていた。
板として利用する場合においては、該セラミックスに、
例えばリード電極等の金属を接合した後、ＩＣを取り付
けるダイボンディング工程等で、更に該セラミックスを
加熱処理する場合があること、また、使用するセラミッ
クスが、８５０〜１０００°Ｃで焼成されたいわゆる低
温焼成セラミックスで有る場合には、該セラミックスの
強度特性を、金属との接合時の熱により損なうことがな
いようにすること等を考慮して、上記接合材の内、の
融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコンハンダ、或
いは〜の銀−銅−インジウムロウ、銀−銅−錫ロ
ウ、又は銀−インジウムロウ等のロウ材を用いて、金属
をセラミックスに接合することが広くなされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらここで、
上記セラミックスの表面に形成されたメタライズパター
ンが、その材料として銀とパラジウムとを用いたもので
ある場合には、該メタライズパターンの形成方法が、大
気中において８００〜９００°Ｃで該セラミックスの表
面に銀とパラジウムとから成るペーストを焼き付ける方
法であることから、該メタライズパターンの表面に、銀
及びパラジウムの酸化物が形成され、該酸化物が上記金
系ハンダ或いは銀系ロウ等の接合材のヌレ性を悪化さ
せ、その結果、接合する金属の接合強度が弱くなり、信
頼性に乏しい接合方法となっていた。
上記セラミックスの表面に形成されたメタライズパター
ンが、その材料として銀とパラジウムとを用いたもので
ある場合には、該メタライズパターンの形成方法が、大
気中において８００〜９００°Ｃで該セラミックスの表
面に銀とパラジウムとから成るペーストを焼き付ける方
法であることから、該メタライズパターンの表面に、銀
及びパラジウムの酸化物が形成され、該酸化物が上記金
系ハンダ或いは銀系ロウ等の接合材のヌレ性を悪化さ
せ、その結果、接合する金属の接合強度が弱くなり、信
頼性に乏しい接合方法となっていた。
【０００５】本発明は、上述した従来技術が有する課題
に鑑みなされたものであって、その目的は、上記接合材
のメタライズパターンへのヌレ性を改善し、該メタライ
ズパターンへの金属の接合が高強度でなされるセラミッ
クスと金属との接合方法を提供することにある。
に鑑みなされたものであって、その目的は、上記接合材
のメタライズパターンへのヌレ性を改善し、該メタライ
ズパターンへの金属の接合が高強度でなされるセラミッ
クスと金属との接合方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の試
験・研究の結果、セラミックスの表面に形成された銀と
パラジウムとを用いたメタライズパターン上に、更に金
層を形成することにより、該メタライズパターンへの接
合材のヌレ性が改善され、金属との接合が高強度でなさ
れることを見いだし本発明を完成させた。
験・研究の結果、セラミックスの表面に形成された銀と
パラジウムとを用いたメタライズパターン上に、更に金
層を形成することにより、該メタライズパターンへの接
合材のヌレ性が改善され、金属との接合が高強度でなさ
れることを見いだし本発明を完成させた。
【０００７】即ち、本発明は、セラミックスの表面に銀
とパラジウムとから成るメタライズパターンを形成し、
該メタライズパターンの表面に、更に３μｍ以上の厚さ
の金層を形成し、該金層の表面に、金系の接合材を用い
て金属を接合するセラミックスと金属との接合方法を要
旨とする。
とパラジウムとから成るメタライズパターンを形成し、
該メタライズパターンの表面に、更に３μｍ以上の厚さ
の金層を形成し、該金層の表面に、金系の接合材を用い
て金属を接合するセラミックスと金属との接合方法を要
旨とする。
【０００８】本発明にかかるセラミックスと金属との接
合方法によれば、上記した如く酸化に対して非常に強い
金層を介して、銀とパラジウムとを用いたメタライズパ
ターン上に金属を接合するものであるため、該金層が、
メタライズパターンの上記表面酸化の影響を除去し、該
金層の表面に金系の接合材が良くヌレ、金属を高強度で
接合できるようになる。
合方法によれば、上記した如く酸化に対して非常に強い
金層を介して、銀とパラジウムとを用いたメタライズパ
ターン上に金属を接合するものであるため、該金層が、
メタライズパターンの上記表面酸化の影響を除去し、該
金層の表面に金系の接合材が良くヌレ、金属を高強度で
接合できるようになる。
【０００９】なおここで、上記メタライズパターン上に
形成する金層の厚さは、上述したように３μｍ以上であ
る。これは、３μｍに満たない金層の厚さでは、上記接
合材のヌレ性を改善させる効果は少なく、やはり金属の
接合強度が弱いものとなるためである。また、この金層
は、３μｍ以上であれば金属の接合強度にその厚みの影
響がでず、上限はないものであるが、製造コストを考慮
し、１０μｍ以内の厚さとすることが望ましい。
形成する金層の厚さは、上述したように３μｍ以上であ
る。これは、３μｍに満たない金層の厚さでは、上記接
合材のヌレ性を改善させる効果は少なく、やはり金属の
接合強度が弱いものとなるためである。また、この金層
は、３μｍ以上であれば金属の接合強度にその厚みの影
響がでず、上限はないものであるが、製造コストを考慮
し、１０μｍ以内の厚さとすることが望ましい。
【００１０】また、上記金層の形成方法は、金或いは金
を主成分とする粉体をメタライズパターンの表面に塗布
し、その後焼結させる厚膜方式により形成することが望
ましい。これは、金層を形成するセラミックスが、例え
ばアルミナを第一成分とし、８５０〜１０００°Ｃで焼
成された低温焼成セラミックスである場合には、該セラ
ミックスに、一般的になされている金メッキ浴に浸漬す
る方法を採用すると、該セラミックスのアルカリ成分が
侵されてしまい、実用に供し得るセラミックス基板を得
ることができないためである。
を主成分とする粉体をメタライズパターンの表面に塗布
し、その後焼結させる厚膜方式により形成することが望
ましい。これは、金層を形成するセラミックスが、例え
ばアルミナを第一成分とし、８５０〜１０００°Ｃで焼
成された低温焼成セラミックスである場合には、該セラ
ミックスに、一般的になされている金メッキ浴に浸漬す
る方法を採用すると、該セラミックスのアルカリ成分が
侵されてしまい、実用に供し得るセラミックス基板を得
ることができないためである。
【００１１】更に、本発明において使用する金系の接合
材としては、融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコ
ンハンダが望ましい。これは、上記金層とのヌレ性が良
好であると共に、８５０〜１０００°Ｃで焼成された低
温焼成セラミックスに使用した場合にも、該セラミック
スの強度特性を損なわず、しかも金属との接合後、ダイ
ボンディング工程等で更に該セラミックスを加熱処理し
ても、その接合が外れることがないためである。
材としては、融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シリコ
ンハンダが望ましい。これは、上記金層とのヌレ性が良
好であると共に、８５０〜１０００°Ｃで焼成された低
温焼成セラミックスに使用した場合にも、該セラミック
スの強度特性を損なわず、しかも金属との接合後、ダイ
ボンディング工程等で更に該セラミックスを加熱処理し
ても、その接合が外れることがないためである。
【００１２】更にまた、本発明においてセラミックスに
接合する金属は、コバール或いは４２アロイ等のニッケ
ルと鉄系の合金であることが望ましい。これは、上記金
系の接合材、特に融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シ
リコンハンダと良く馴染み、高強度に接合できるためで
ある。
接合する金属は、コバール或いは４２アロイ等のニッケ
ルと鉄系の合金であることが望ましい。これは、上記金
系の接合材、特に融点が３７０°Ｃの共晶組成の金−シ
リコンハンダと良く馴染み、高強度に接合できるためで
ある。
【００１３】なお、上記した本発明にかかる接合方法が
実施できるセラミックスは、何ら限定されるものではな
いが、アルミナを第一成分とし、８５０〜１０００°Ｃ
で焼成される低温焼成セラミックスに、本発明を実施す
る場合に特に有効となる。
実施できるセラミックスは、何ら限定されるものではな
いが、アルミナを第一成分とし、８５０〜１０００°Ｃ
で焼成される低温焼成セラミックスに、本発明を実施す
る場合に特に有効となる。
【００１４】これは、低温焼成セラミックスは、近年、
抵抗やコンデンサ等の電子部品を装着する電子部品用基
板として使用することが成され始めており、上記した本
発明にかかる接合方法の作用・効果が有効に発揮され、
かかる電子部品用基板の製造を可能とするためである。
抵抗やコンデンサ等の電子部品を装着する電子部品用基
板として使用することが成され始めており、上記した本
発明にかかる接合方法の作用・効果が有効に発揮され、
かかる電子部品用基板の製造を可能とするためである。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を詳細に説明する。
本発明を詳細に説明する。
【００１６】まず、セラミックスの表面に形成された銀
とパラジウムとから成るメタライズパターン上に重ねる
金層の効果を調べるため、接合するセラミックス試料と
してアルミナを第一成分とし、９００°Ｃで焼成された
幅５０ｍｍ，長さ５０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍのセラミッ
クス基板を作成し、該セラミックス基板上に、２．０ｍ
ｍ角の大きさで田中貴金属工業（株）製の銀とパラジウ
ムとから成るペースト（ＴＲ−４８６５）を８５０°Ｃ
で焼付け、さらにその上方に、表１に示す種々の厚みに
なるように田中貴金属工業（株）製の金ペースト（ＴＲ
−１３０１）を８５０°Ｃで焼付けたセラミックス試料
を作成した。
とパラジウムとから成るメタライズパターン上に重ねる
金層の効果を調べるため、接合するセラミックス試料と
してアルミナを第一成分とし、９００°Ｃで焼成された
幅５０ｍｍ，長さ５０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍのセラミッ
クス基板を作成し、該セラミックス基板上に、２．０ｍ
ｍ角の大きさで田中貴金属工業（株）製の銀とパラジウ
ムとから成るペースト（ＴＲ−４８６５）を８５０°Ｃ
で焼付け、さらにその上方に、表１に示す種々の厚みに
なるように田中貴金属工業（株）製の金ペースト（ＴＲ
−１３０１）を８５０°Ｃで焼付けたセラミックス試料
を作成した。
【００１７】つぎに、上記セラミックス試料の金表面
に、２ｍｍ角で厚さ５０μｍの田中電子工業（株）製の
金−３．１５ｗｔ％シリコンハンダ（融点３７０°Ｃ）
を介して、幅２ｍｍ，長さ１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍに
切断された住友特殊金属（株）製のコバール（ＫＶ−
２）、及び４２アロイを、その先端２ｍｍの部分で各々
重ね、アルゴン雰囲気中で４００°Ｃに加熱し、両者を
ハンダ付けした。
に、２ｍｍ角で厚さ５０μｍの田中電子工業（株）製の
金−３．１５ｗｔ％シリコンハンダ（融点３７０°Ｃ）
を介して、幅２ｍｍ，長さ１０ｍｍ，厚さ０．５ｍｍに
切断された住友特殊金属（株）製のコバール（ＫＶ−
２）、及び４２アロイを、その先端２ｍｍの部分で各々
重ね、アルゴン雰囲気中で４００°Ｃに加熱し、両者を
ハンダ付けした。
【００１８】その後、ハンダ付けした上記接合試料の接
合具合を評価するため、上記接合したコバール或いは４
２アロイの否接合部分を９０°外方に折り曲げ、この折
り曲げ部を挟持して０．５ｍｍ／ｍｉｎのスピードで基
板に対し直角方向にコバール或いは４２アロイを引き剥
がす試験を実施し、この時の破壊強度から単位面積当た
りの強度（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を算出し、その値を「接合
強度」として評価した。その結果を表１に示す。
合具合を評価するため、上記接合したコバール或いは４
２アロイの否接合部分を９０°外方に折り曲げ、この折
り曲げ部を挟持して０．５ｍｍ／ｍｉｎのスピードで基
板に対し直角方向にコバール或いは４２アロイを引き剥
がす試験を実施し、この時の破壊強度から単位面積当た
りの強度（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を算出し、その値を「接合
強度」として評価した。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１に示す結果より、金層を形成しないも
の（比較例１）、或いは形成した金層が３μｍに満たな
いもの（比較例２，３）は、その接合強度が弱く、実用
強度である２ｋｇｆ／ｍｍ2 を満たさないことが判明し
た。また、金層の厚さが３μｍ以上のもの（実施例１〜
７）であれば、その接合強度は２ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え
ることとなり、実用に耐えうるものとなるが、その後の
接合強度の金層の厚みに対する依存性はなく、製作コス
トを考慮した場合、金層の厚さは１０μｍ以内とするこ
とが望ましいことが分かった。
の（比較例１）、或いは形成した金層が３μｍに満たな
いもの（比較例２，３）は、その接合強度が弱く、実用
強度である２ｋｇｆ／ｍｍ2 を満たさないことが判明し
た。また、金層の厚さが３μｍ以上のもの（実施例１〜
７）であれば、その接合強度は２ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え
ることとなり、実用に耐えうるものとなるが、その後の
接合強度の金層の厚みに対する依存性はなく、製作コス
トを考慮した場合、金層の厚さは１０μｍ以内とするこ
とが望ましいことが分かった。
【００２１】つぎに、セラミックスの表面に形成された
銀とパラジウムとから成るメタライズパターン上に、金
層を形成する方法として、メッキによる方法を実施し
た。
銀とパラジウムとから成るメタライズパターン上に、金
層を形成する方法として、メッキによる方法を実施し
た。
【００２２】実施方法は、セラミックス試料として、ア
ルミナを第一成分とし、９００°Ｃで焼成されたセラミ
ックスを使用し、該セラミックス上に田中貴金属工業
（株）製の銀とパラジウムとから成るペースト（ＴＲ−
４８６５）を８５０°Ｃで焼付け、該試料に３μｍの膜
厚を有する金層を形成すべく、該試料を、シアン化金カ
リウム（１０ｇ／ｌ），リン酸二水素カリウム（９６ｇ
／ｌ），クエン酸（２４ｇ／ｌ），ＥＤＴＡ−コバルト
カリウム（２ｇ／ｌ），リン酸水素二カリウム（８０ｇ
／ｌ）とから成る金メッキ浴に浸漬することにより行っ
た。
ルミナを第一成分とし、９００°Ｃで焼成されたセラミ
ックスを使用し、該セラミックス上に田中貴金属工業
（株）製の銀とパラジウムとから成るペースト（ＴＲ−
４８６５）を８５０°Ｃで焼付け、該試料に３μｍの膜
厚を有する金層を形成すべく、該試料を、シアン化金カ
リウム（１０ｇ／ｌ），リン酸二水素カリウム（９６ｇ
／ｌ），クエン酸（２４ｇ／ｌ），ＥＤＴＡ−コバルト
カリウム（２ｇ／ｌ），リン酸水素二カリウム（８０ｇ
／ｌ）とから成る金メッキ浴に浸漬することにより行っ
た。
【００２３】上記メッキ方法を実施した結果、セラミッ
クス中のアルカリ成分が上記金メッキ浴により侵されて
しまい、実用に供し得るセラミックス基板を得ることが
できないことが判明した。
クス中のアルカリ成分が上記金メッキ浴により侵されて
しまい、実用に供し得るセラミックス基板を得ることが
できないことが判明した。
【００２４】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるセラミッ
クスと金属との接合方法によれば、セラミックスの表面
に形成された銀とパラジウムとから成るメタライズパタ
ーン上への金系接合材のヌレ性が改善され、金属を高強
度でセラミックスに接合できるようになり、セラミック
スの電子部品用基板としての用途を拡大することができ
る。
クスと金属との接合方法によれば、セラミックスの表面
に形成された銀とパラジウムとから成るメタライズパタ
ーン上への金系接合材のヌレ性が改善され、金属を高強
度でセラミックスに接合できるようになり、セラミック
スの電子部品用基板としての用途を拡大することができ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭54−105772（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−40396（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−82448（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−162094（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−188996（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 37/00 - 37/02
H01L 23/50
H01L 23/12
Claims (5)
- 【請求項１】 セラミックスの表面に、銀とパラジウム
とから成るメタライズパターンを形成し、該メタライズ
パターンの表面に、更に３μｍ以上の厚さの金層を形成
し、該金層の表面に、金系の接合材を用いて金属を接合
することを特徴とする、セラミックスと金属との接合方
法。 - 【請求項２】 上記メタライズパターンの表面に形成さ
れる金層が、金或いは金を主成分とする粉体をメタライ
ズパターンの表面に塗布し、その後焼結させる厚膜方式
により形成された金層であることを特徴とする、請求項
１記載のセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項３】 上記金系の接合材が、融点が３７０°Ｃ
の共晶組成の金−シリコンハンダであることを特徴とす
る、請求項１記載のセラミックスと金属との接合方法。 - 【請求項４】 上記セラミックスに接合する金属が、コ
バール或いは４２アロイ等のニッケルと鉄系の合金であ
ることを特徴とする、請求項１記載のセラミックスと金
属との接合方法。 - 【請求項５】 上記セラミックスが、アルミナを第一成
分とし、８５０〜１０００°Ｃで焼成されたセラミック
スであることを特徴とする、請求項１記載のセラミック
スと金属との接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24584192A JP3409062B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | セラミックスと金属との接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24584192A JP3409062B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | セラミックスと金属との接合方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0664980A JPH0664980A (ja) | 1994-03-08 |
| JP3409062B2 true JP3409062B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=17139651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24584192A Expired - Fee Related JP3409062B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | セラミックスと金属との接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409062B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP24584192A patent/JP3409062B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0664980A (ja) | 1994-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |