JP3541702B2

JP3541702B2 - セラミック−金属接合体及びその製造方法

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Publication number: JP3541702B2
Application number: JP00818699A
Authority: JP
Inventors: 正幸小林; 白井　　誠; 善次坂本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-14
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: JPH11292649A; US6121590A; EP0930282A1; DE69928705D1; US6118110A; EP0930282B1; DE69928705T2

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，セラミックヒータ等に利用可能なセラミック−金属接合体に関する。
【０００２】
【従来技術】
Ｗを主成分として含む金属層はアルミナとなじみ易く，耐熱性に優れているため，セラミック体の内部に設けた素子等に対する出力取出端子，給電端子として利用されることが多い。この場合，出力取出端子，給電端子に対しロウ付け等によりリード線等の接合部材が取付けられることとなる。
【０００３】
そして，セラミック体に設けたＷを主成分として含む金属層に対し金属よりなる接合部材を接合するには，従来，上記金属層表面にＮｉメッキ膜を設け，該Ｎｉメッキ膜に対し，Ｃｕ−Ａｕよりなるロウ材を用いて接合部材を接合する方法が採用されている。
なお，Ｎｉメッキ膜を予め金属層に設けるのは，Ｗを主成分として含む金属層に対し，Ｃｕを含んだロウ材を直接のせることが濡れ性の点から鑑みて困難であるためである（後述の表１参照）。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の方法ではＣｕ−Ａｕロウが高価であるため，製造コストの低減が難しかった。
低コスト接合のため，Ｃｕ−Ａｕロウ中のＡｕの含有率を下げることも考えられるが，Ａｕの含有率が下がることにより接合強度が低下するという問題が発生する。これは，Ｃｕの含有率が高まることでロウ付けの温度をより高くする必要が生じ，温度が高まることでＮｉメッキ膜とＷを主成分とする金属層との間で生じたＷ−Ｎｉ金属間化合物が両者の接合を阻害するためである。
【０００５】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられたＣｕを主成分とする接合層と，上記接合層により上記金属層に対して接合された接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しないことを特徴とするセラミック−金属接合体にある。
【０００７】
上記接合層のＣｕの含有率が４０ｗｔ％未満である場合には，Ｃｕの含有量が少ないため，Ｃｕ，Ｎｉ以外の第３成分による影響が大きく，接合層の硬度が高くなりクラックが発生し易くなる等のおそれがある。
一方，９８ｗｔ％より大である場合には，相対的にＮｉの含有率が低いために，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。
【０００８】
上記接合層のＮｉの含有率が２ｗｔ％未満である場合には，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。一方，２０ｗｔ％より大である場合には，製造工程中にＷ−Ｎｉ金属間化合物の生成量が多いため，接合強度が低下するおそれがある。
【０００９】
上記金属層はＷが７０ｗｔ％以上含まれているため，特にアルミナを含有するセラミック体とのなじみがよく，また耐熱性に優れている。Ｗの含まれる量がこれより少ない場合には，セラミック体との間の接合強度や耐熱性が低下するおそれがある。
なお，上記金属層はＷだけで構成されていてもよい。
【００１０】
また，上記セラミック体は，例えばアルミナ，シリカ，カルシア，マグネシア等の成分よりなる。
また，上記接合部材はＮｉを含有していることが好ましい。後述するごとく，接合部材を接合する際に該接合部材中に含まれるＮｉが接合層に拡散し，接合層の金属層に対する濡れ性を高め，両者の強固な接合を可能とするためである。
【００１１】
また，本発明にかかるセラミック−金属接合体は，例えば後述するごときセラミックヒータに適用することができる。これ以外としては，例えば半導体装置，各種センサの出力取出端子，給電端子等に適用することができる。
【００１２】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明にかかるセラミック−金属接合体は，セラミック体と，その表面に設けられた金属層と，該金属層に設けられたＣｕとＮｉを特定の割合で含有する接合層と，金属層に対して接合層により接合される接合部材とよりなる。
接合層にＮｉが含まれているため，接合層とＷを含む金属層との間の濡れ性が高まり，接合層は充分な接合強度で接合部材を接合することができる。
【００１３】
また，本発明にかかるセラミック−金属接合体は従来必要とされたＮｉメッキ膜を設ける必要がなく，これを省くことができる。この点においても，より製造コストを削減することができる。
【００１４】
以上により，本発明によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体を提供することができる。
【００１５】
次に，請求項２の発明のように，セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられた接合層と，上記接合層により上記金属層に対して接合された接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを５８ｗｔ％以下含有することを特徴とするセラミック−金属接合体がある。
これにより，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物の析出を防止し，接合強度を高めることができる。また，製造コストを安価とすることができる。
Ａｕが５８ｗｔ％より多く８５ｗｔ％より少ない場合には，接合層の硬度が高くなりクラックが発生し易くなる等のおそれがある。また，Ａｕの含有量が８５ｗｔ％以上の場合は，コスト高となり採用することができない。また，Ａｕの含有量が少ないほどコスト的に有利である。このため，Ａｕの含有量は少なければ少ないほど好ましい。
【００１６】
次に，請求項３の発明のように，上記金属層と上記接合層との間には，該接合層中のＮｉの含有量よりも多くＮｉを含有するＮｉ変質層が介在していることが好ましい。
これにより，接合層と金属層との接合がより強固となる。
【００１７】
次に，請求項４の発明のように，上記接合部材は，Ｎｉを２５ｗｔ％以上含有していることが好ましい。
上記接合部材のＮｉ含有量が２５ｗｔ％以上である場合には，接合層への接合部材中のＮｉの拡散により，Ｗを含む金属層と接合層との間の濡れ性が高まる。そのため，金属層と接合層との間で良好な接合状態が得られ，接合部材を充分な接合強度で接合することができる。
上記接合部材のＮｉ含有量が２５ｗｔ％未満である場合には，接合層への接合部材中のＮｉの拡散が不充分となるおそれがある。そのため，金属層と接合層との間で良好な接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。なお，更に好ましくは，上記接合部材は，Ｎｉを９０％以上含有していることが好ましい。この場合には，金属層と接合層との間で一層良好な接合状態が得られる。
【００１８】
次に，請求項５の発明は，セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられたＮｉメッキ膜と，該Ｎｉメッキ膜に設けられたＣｕを主成分とする接合層と，上記Ｎｉメッキ膜を介して上記接合層により上記金属層に対して接合される接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを６５〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しないことを特徴とするセラミック−金属接合体にある。
【００１９】
上記接合層のＣｕの含有率が６５ｗｔ％未満である場合には，Ｎｉメッキ膜の厚みを考慮することなく良好な接合を得られる公知技術があることから，本発明の範囲から外れる。
一方，Ｃｕが９８ｗｔ％より大である場合には，Ｎｉの含有率が低くなるために，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。
【００２０】
上記接合層のＮｉの含有率が２ｗｔ％未満である場合には，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。一方，２０ｗｔ％より大である場合には，製造工程中にＷ−Ｎｉ金属間化合物の生成量が多いため，接合強度が低下するおそれがある。
その他は上述の請求項１記載の発明と同様である。
【００２１】
本発明にかかるセラミック−金属接合体は，セラミック体と，その表面に設けられた金属層と，該金属層に設けられたＮｉメッキ膜と，該Ｎｉメッキ膜に設けられたＣｕとＮｉを特定の割合で含有する接合層と，金属層に対して接合層により接合される接合部材とよりなる。
そして，接合層にはＣｕの他にＮｉが含まれており，かつＮｉメッキ膜が設けてある。そのため，接合層とＷを含む金属層との間の濡れ性が高まり，充分に高い接合強度で接合部材を接合することができる。
【００２２】
以上のごとく，本発明によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体を提供することができる。
【００２３】
次に，請求項６の発明のように，上記接合層はＡｕを３３ｗｔ％以下含有することが好ましい。
これにより，上述の請求項２に記載の発明と同様に，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物の析出を防止し，接合強度を高めることができる。また，製造コストを安価とすることができる。
【００２４】
Ａｕが３３ｗｔ％より多い場合には，Ｎｉメッキ膜の厚みを考慮することなく良好な接合を得られる公知技術があることから，本発明の範囲から外れる。また，Ａｕの含有量が少ないほどコスト的に有利である。このため，Ａｕの含有量は少なければ少ないほど好ましい。
【００２５】
次に，請求項７の発明のように，上記Ｎｉメッキ膜は，厚みが１μｍ以下であることが好ましい。
この場合には，Ｎｉメッキ膜の厚みが薄いことから，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物の生成が抑制され，接合強度の低下を防止することができる。
また，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物が生じ難いことから，従来接合層に含まれていたＡｕの含有量を削減することができる。従って，製造コストを下げることができる。
【００２６】
上記Ｎｉメッキ膜の厚みが１μｍより大となった場合には，製造工程中にＷ−Ｎｉ金属間化合物の生成量が多いため，接合強度が低下するおそれがある。
また，上記Ｎｉメッキ膜は薄ければ薄いほど好ましい。
【００２７】
次に，請求項８の発明のように，上記Ｎｉメッキ膜と上記接合層との間には，該接合層中のＮｉの含有量よりも多くＮｉを含有するＮｉ変質層が介在していることが好ましい。
これにより，接合層とＮｉメッキ膜との接合がより強固となる。
【００２８】
次に，請求項９の発明のように，上記接合層はＰ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｆｅからなるグループより選ばれる少なくとも１種類以上の物質を含有し，かつこれらの物質の合計含有量は１０ｗｔ％以下であることが好ましい。
これにより，上述の請求項１〜４と同様の効果を得ることができる。
これらの物質の合計量が１０ｗｔ％より大である場合には，これらの物質とＮｉ，Ｃｕ，Ａｕ等との間に金属間化合物が生成し，接合強度を低下させるおそれがある。また，これらの物質は，接合層の不純物として混入するおそれのある物質であるため，含有量は少なければ少ないほど好ましい。
【００２９】
次に，請求項１０の発明のように，上記セラミック−金属接合体はセラミックヒータであることが好ましい。
この場合には，セラミックヒータ本体とリード部との間の接合の信頼性に優れたセラミックヒータを得ることができる。
【００３０】
次に，請求項１１の発明は，セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層にＣｕを４０〜１００ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて，Ｎｉを含有する接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法にある。
【００３１】
上記接合層のＣｕの含有率が４０ｗｔ％未満である場合には，接合層の硬度が高くなりクラックが発生し易くなる等のおそれがある。また，Ｃｕの含有量が少ないため，接合部材のＮｉの拡散量が少なくなり，接合層中のＮｉ含有率が低下する。このため，接合層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。なお，この問題は接合部材のＮｉ含有量があまり多くない場合により顕著に表れる。
その他の詳細は請求項１と同様である。
【００３２】
本発明において，接合層はＣｕを主体とするものであるが，接合層による接合の際に，接合部材中のＮｉが拡散し，接合層に入り込む。このため，接合層にはＮｉが含まれることとなり，接合層とＷを含む金属層との間の濡れ性が高まり，充分に高い接合強度で接合部材を接合することができる。
【００３３】
また，本発明にかかるセラミック−金属接合体は従来必要とされたＮｉメッキ膜を設ける必要がなく，これを省くことができる。この点においても，より製造コストを削減することができる。
【００３４】
以上のごとく，本発明によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体の製造方法を提供することができる。
【００３５】
請求項１２の発明のように，上記接合部材はＮｉを２５ｗｔ％以上含有していることが好ましい。
これにより，本発明の効果を確実に得ることができる。
上記接合部材のＮｉの含有率が２５ｗｔ％未満である場合には，接合層へのＮｉの拡散が不充分となるおそれがあり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。
【００３６】
なお，上記接合部材としてはＮｉのみよりなるものを使用することもできるが，Ｎｉを含む各種合金類を使用することもできる。例えば，コバール，４２アロイ等である。
【００３７】
次に，請求項１３の発明は，セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層にＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法にある。
【００３８】
上記接合層のＣｕの含有率が４０ｗｔ％未満である場合には，Ｃｕの含有量が少ないため，Ｃｕ，Ｎｉ以外の第３成分による影響が大きく，接合層の硬度が高くなりクラックが発生し易くなる等のおそれがある。
一方，Ｃｕが９８ｗｔ％より大である場合には，Ｎｉの含有率が低いために，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。
その他の詳細は請求項１と同様である。
【００３９】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明にかかる製造方法においては，接合層にＮｉが含まれているため，接合層とＷを含む金属層との間の濡れ性が高まり，接合層は充分な接合強度で接合部材を接合することができる。
【００４０】
また，本発明にかかるセラミック−金属接合体は従来必要とされたＮｉメッキ膜を設ける必要がなく，これを省くことができる。この点においても，より製造コストを削減することができる。
【００４１】
以上のごとく，本発明によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体の製造方法を提供することができる。
【００４２】
次に，請求項１４の発明のように，上記接合層はＮｉを２〜２０ｗｔ％含有していることが好ましい。
これにより，本発明の効果を確実に得ることができる。
上記接合層のＮｉの含有率が２ｗｔ％未満である場合には，接合層の金属層に対する濡れ性が悪くなり，優れた接合状態を得ることができず，接合強度が低下するおそれがある。一方，２０ｗｔ％より大である場合には，製造工程中にＷ−Ｎｉ金属間化合物の生成量が多いため，接合強度が低下するおそれがある。
【００４３】
次に，請求項１５の発明は，セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層に厚さ１０μｍ以下のＮｉメッキ膜を設け，該Ｎｉメッキ膜の表面に，Ｃｕを含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて，接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法にある。

【００４４】
この場合には，接合層にＮｉが含まれており，かつＮｉメッキ膜が設けてあるため，接合層とＷを含む金属層との間の濡れ性が高まり，接合層は充分な接合強度で接合部材を接合することができる。
【００４５】
また，Ｎｉメッキ膜の厚みが薄いことから，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物の生成が抑制され，接合強度の低下を防止することができる。
また，Ｗ−Ｎｉ金属間化合物が生じ難いことから，従来接合層に含まれていたＡｕの含有量を削減することができる。従って，製造コストを下げることができる。
【００４６】
上記Ｎｉメッキ膜の厚みが１０μｍより大となった場合には，製造工程中にＷ−Ｎｉ金属間化合物の生成量が多いため，接合強度が低下するおそれがある。
また，上記Ｎｉメッキ膜は薄ければ薄いほど好ましい。
その他の詳細は請求項５と同様である。
【００４７】
以上のごとく，本発明によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体の製造方法を提供することができる。
【００４８】
次に，請求項１６の発明のように，上記接合層はＣｕを６５〜１００ｗｔ％含有していることが好ましい。
これにより，請求項１５と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
上記接合層のＣｕの含有率が６５ｗｔ％未満である場合には，Ｎｉメッキ膜の厚みを考慮することなく良好な接合を得られる公知技術があることから，本発明の範囲から外れる。
【００５０】
次に，請求項１７の発明のように，上記接合部材はＮｉを含有することが好ましい。
これにより，本発明の効果を確実に得ることができる。
【００５１】
次に，請求項１８の発明のように，ロウ付け前のＮｉメッキ膜の厚みは，５μｍ以下であることが好ましい。
これにより，金属層と接合部材との間の接合強度が一層高い，セラミック−金属接合体を得ることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかるセラミック−金属接合体について図１〜図３を用いて説明する。
図１に示すごとく，本例のセラミック−金属接合体１は，セラミック体１０と，該セラミック体１０の表面１００に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層１１と，該金属層１１に設けられたＣｕを主成分とする接合層１２と，上記接合層１２により上記金属層１１に対して接合された接合部材１４とよりなる。そして，上記接合層１２はＣｕを９２ｗｔ％含有し，Ｎｉを８ｗｔ％含有している。また，上記接合部材１４はＮｉよりなる。
【００５３】
以下，詳細に説明する。
本例にかかるセラミック−金属接合体１は，図２及び図３に示すごとく，酸素センサ加熱用に利用される断面略円形の丸棒状セラミックヒータである。
上記セラミックヒータは，図２に示すごとく，発熱体が内蔵された発熱部２１と該発熱部２１を支持すると共に上記発熱体と導通したリード部１１１が内蔵された支持部２２とよりなる。
【００５４】
図１及び図２に示すごとく，上記セラミック−金属接合体１において，その表面に設けた金属層１１はセラミック体１０の内部に設けられた上記リード部１１１とスルーホール１１２によって導通されている。上記金属層１１に対し，接合層１２により接合部材１４であるリード線が電気的導通を維持しながら接合されている。
上記リード線は外部の電源に接続されており，このリード線から供給された電力はリード部１１１を経て，発熱体に達する。なお，上記リード線は，直径０．６ｍｍのＮｉリード線である。
【００５５】
次に，本例のセラミック−金属接合体１であるセラミックヒータの製造方法につき説明する。
まず，Ａｌ₂Ｏ₃が約９２ｗｔ％含まれ，ＳｉＯ₂，ＣａＯ，ＭｇＯ等が合計で８ｗｔ％含まれる原料粉末を準備し，これを溶媒に分散させてスラリーを作製した。このスラリーをドクターブレード法によって厚さ１．２ｍｍのシートとした。上記シートに打ち抜きプレスを施し，図３に示すごとく，被覆用のグリーンシート３５を作成した。また，このグリーンシート３５にはスルーホール１１２用のピンホール３２２を二ヶ所設けた。
【００５６】
次に，図３に示すごとく，被覆用のグリーンシート３５に対し，発熱部用印刷部３１及び上記リード部１１１を形成するためのリード部用印刷部３２とよりなるヒータパターン３０を導電ペーストのスクリーン印刷により作製した。また，この時，上記ピンホール３２２も導電ペーストにて充填した。
その後，グリーンシート３５の裏面に，上記スルーホール１１２を介してリード部用印刷部３２と導通可能となるリード取出部としての金属層１１を導電ペーストによる印刷により設けた。この金属層１１の組成はＷが１００ｗｔ％である。
【００５７】
次に，エチルセルロースを有機溶剤にて溶かした有機バインダーをグリーンシート３５の表面３９に印刷した後，このグリーンシート３５をセラミックよりなる心棒３６の外周を巻回させて張付けた。次いで，焼成炉を用いてこれを焼成した。
【００５８】
この金属層１１に対しリード線（Ｎｉよりなる）である接合部材１４を１０００〜１２００℃の高温で，Ｃｕロウ材（Ｃｕ１００ｗｔ％）を使用したロウ付けにより取り付けた。このロウ材は焼成後に接合層１２となって，接合部材１４と金属層１１とを強く接合させる。その後，接合部材１４と接合層１２の表面を覆う様に２次メッキ層１５を設けた。
以上によりセラミックヒータを得た。
【００５９】
本例にかかる作用効果について説明する。
本例にかかるセラミック−金属接合体１は，セラミック体１０と，その表面に設けられたＷ主体の金属層１１と，該金属層１１に設けられたＣｕとＮｉとを含む接合層１２と，接合層１２により金属層１１に対して接合されたＮｉよりなる接合部材１４とよりなる。
本例において，接合層１２にＮｉが含まれているため，接合層１２とＷを含む金属層１１との間の濡れ性が高まり，接合層１２は充分な接合強度で接合部材１４を接合することができる。
【００６０】
また，本例のセラミック−金属接合体１は従来必要とされたＮｉメッキ膜を設ける必要がなく，これを省くことができる。この点においても，より製造コストを削減することができる。
【００６１】
以上により，本例によれば，金属層と接合部材との間の接合強度が高く，製造コストが安価である，セラミック−金属接合体及びその製造方法を提供することができる。
【００６２】
実施形態例２
本例は実施形態例１と同様の構造を持ったセラミック−金属接合体の性能について，以下に示す試料１−１〜６，２−１〜６及び表１，表２を用いて説明する。
【００６３】
各試料は前述した図１と同様の構造を有している。即ち，セラミック表面の金属層に対し，接合層を介して接合部材が取付けられたセラミック−接合体である。
表１及び表２にかかる「接合前の接合層」とは接合部材を接合する際に利用したロウ材の組成である。「接合後の接合層中のＮｉ濃度」とは，完成したセラミック−接合体において，接合層をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）による組成分析法で得た数値である。
【００６４】
また，表１にかかる試料の接合部材はいずれも同一のステンレス線である。なお，金属層はＷを９５ｗｔ％含有し，その他アルミナ等のセラミック成分を含んでいる。
また，表２にかかる試料の接合部材はいずれのも同一のＮｉ線である。但し，試料２−６のみがコバール（組成；Ｆｅが５４ｗｔ％，Ｎｉが３０ｗｔ％，Ｃｏが１６ｗｔ％）である。
このようなセラミック−接合体に対し，引張試験を実施した。
その結果を表１及び表２の「引張強度」の欄に記載した。
【００６５】
表１によれば，試料１−２〜４は接合部材が切れてしまうほどの荷重をかけても金属層，接合層，接合部材の三者が分離しなかった。しかしながら，試料１−１及び５は，それぞれ表に記載した大きさの力が負荷されたことで金属層と接合層とが分離してしまった。
即ち，試料１−２〜４については，引張強度が約７０Ｎを超える時点で接合部材が切れ，該接合部材が上記金属層より離脱することがなかった。このことより，上記接合部材の上記金属層に対する接合強度は，実用的にも充分大きいことが分かる。
【００６６】
試料１−１は，接合層にＮｉが含まれていないために，接合層を構成するロウ材の金属層に対する濡れ性が悪く，良好な接合状態を得ることができないことが分かった。試料１−５は，接合層に含まれているＮｉの量が多すぎることから，金属層中のＷと接合層中のＮｉとが反応し，金属間化合物が析出したため，良好な接合状態を得ることができないことが分かった。
【００６７】
表２によれば，試料２−１〜４及び６は接合部材が切れてしまうほどの荷重をかけても金属層，接合層，接合部材の三者が分離しなかった。しかしながら，試料２−５は，それぞれ表に記載した大きさの力が負荷されたことで金属層と接合層とが分離してしまった。
試料２−５は接合層中のＮｉ量が少なすぎることから，接合層を構成するロウ材の金属層に対する濡れ性が悪く，良好な接合状態を得ることができないことが分かった。
【００６８】
【表１】

【００６９】
【表２】

【００７０】
実施形態例３
本例は，図４に示すごとく，Ｎｉメッキ膜を金属層表面に設けたセラミック−金属接合体である。
図４に示すごとく，本例にかかるセラミック−金属接合体１は，セラミック体１０と，該セラミック体１０の表面１００に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層１１と，該金属層１１に設けられた厚さ１μｍのＮｉメッキ膜１３とよりなる。
【００７１】
そして，該Ｎｉメッキ膜１３に設けられたＣｕを主成分とする接合層１２と，上記Ｎｉメッキ膜１３を介して上記接合層１２により上記金属層１１に対して接合される接合部材１４とよりなる。
そして，上記接合層１２はＣｕを９２ｗｔ％含有し，Ｎｉを８ｗｔ％含有する。また，上記接合部材１４はＮｉ１００ｗｔ％よりなる。
その他は実施形態例と同様の構造を有する。
【００７２】
次に，本例にかかるセラミック−金属接合体の性能につき，以下にかかる試料３−１〜５及び表３を用いて説明する。
図４にかかる構造を持った試料となるセラミック−金属接合体を準備した。試料３−１〜５は同じ組成の金属層，接合層，接合部材より構成され，Ｎｉメッキ膜の厚みだけが異なる。
この各セラミック−金属接合体に対し，実施形態例１及び２と同様の測定を行って，引張強度を測定し，表３に記載した。
【００７３】
上記測定の結果試料３−１〜３は，接合部材が切れてしまうほどの荷重をかけても金属層，接合層，接合部材の三者が分離しなかった。しかしながら，試料３−４及び５は，それぞれ表に記載した大きさの力が負荷されたことで金属層と接合層とが分離してしまった。
これはＮｉメッキ膜が厚すぎるため，Ｗ−Ｎｉの金属間化合物の析出量が多く，良好な接合状態を得ることができないことが分かった。
【００７４】
【表３】

【００７５】
実施形態例４
本例は実施形態例１と同様の構造を持ったセラミック−金属接合体である。
但し，本例にかかるセラミック−金属接合体は積層型のセラミックヒータとして機能するものである。
【００７６】
図５に示すごとく，本例のセラミック−金属接合体１は，セラミック体１０と，該セラミック体１０の表面１００に設けられた，Ｗを７０ｗｔ％以上含有する金属層１１と，該金属層１１に設けられたＣｕを主成分とする接合層１２と，上記接合層１２により上記金属層１１に対して接合された接合部材１４とよりなる。そして，上記接合層１２はＣｕを９２ｗｔ％含有し，Ｎｉを８ｗｔ％含有する。また，接合部材１４はＮｉよりなる。
【００７７】
また，本例のセラミック−金属接合体１よりなる積層型のセラミックヒータは，図６（ｄ），図５に示すごとく，図示を略した発熱部及びリード部１１４を設けたヒータ基板４１と，これら発熱部及びリード部１１４と共にヒータ基板４１を被覆するよう配置した被覆板４２とよりなり，かつ上記リード部１１４と導通する側面電極となる金属層１１を有している。上記金属層１１に接合された接合部材１４は，リード部１１４を介して発熱部に通電するためのリード線である。また，接合部材１４と接合層１２との表面は２次メッキ膜１５により被覆保護されている。
その他詳細は，実施形態例１と同様である。
【００７８】
次に，本例のセラミック−金属接合体よりなる積層型のセラミックヒータの製造方法について，図６を用いて説明する。
Ａｌ₂Ｏ₃が約９２ｗｔ％，ＳｉＯ₂，ＣａＯ，ＭｇＯ等が合計で８ｗｔ％含まれている原料粉末を準備し，これを溶媒に分散させてスラリーを作製する。
このスラリーをドクターブレード法によって厚さ１．２ｍｍのシートとした。上記シートに打ち抜きプレスを施し，図６（ａ）に示すごとく，１２０ｍｍ四方の正方形のヒータ基板用のグリーンシート４１０，被覆基板用のグリーンシート４２０を作成した。
なお，ヒータ基板用のグリーンシート４１０，被覆基板用のグリーンシート４２０の作成に当たっては，押出成形等の別成形方法を採ることもできる。
【００７９】
次いで，図６（ａ）に示すごとく，Ｗ，Ｍｏ等の金属を主成分とした導電性ペーストを準備し，該導電性ペーストを用いてヒータ基板用のグリーンシート４１０に対し，ヒータパターン４０をかかる形状に印刷した。
また，各ヒータパターン４０の間には，上記リード部１１４を形成するための平面印刷部４０５を設けた。
次に，上記ヒータパターンを印刷したグリーンシート４１０と被覆基板用のグリーンシート４２０を積層し，積層体４３を得た。なお，この積層体４３は用途に応じて印刷を施したヒータ基板用のグリーンシート４１０と被覆基板用のグリーンシート４２０との枚数を自由に選択することができる。
また，印刷を施したヒータ基板用のグリーンシート４１０が複数の場合はこれらのヒータパターン４０を直列に接続するか並列に接続するかを自由に選択することができる。
【００８０】
次いで，図４（ｂ），（ｃ）に示すごとく，上記積層体４３を同図に示した一点鎖線にて切断することにより，内部に１個のヒータパターン４０を有する中間体４４を得た。
その後，Ｗ，Ｍｏを主成分とする導電性ペーストを用いて，焼成後に金属層１１となる印刷部４８１を中間体４４の側面４８に設ける。この印刷部４８１は中間体４４の内部のヒータパターン４０と接続された状態となるよう形成する。
また，ここで使用する導電性ペーストはヒータパターン４０の形成に用いた導電性ペーストと異なる材料を使用することもできるし，同じものを使用することもできる。
【００８１】
その後，上記中間体２４をＮ₂，Ｈ₂ガスよりなる還元雰囲気において，１４００℃〜１６００℃で焼成し，焼成体を得る。なお，この後に上記焼成体の先端部を研磨装置を利用して所望の形状に研磨する工程を置くこともできる。
【００８２】
得られた焼成体の金属層１１に対し，Ｃｕロー材（組成はＣｕが１００ｗｔ％）を用いてＮｉよりなる接合部材１４を接合する。この接合の際のロー付け温度は１０００〜１２００℃で行った。このロー付けにより，接合層１２が形成された。
最後に接合層１２及び接合部材１４の表面に２次メッキ膜１５を設け，本例にかかるセラミックヒータを得た。
その他詳細は，実施形態例１と同様である。
また，本例にかかるセラミック−金属接合体においても，実施形態例１と同様の作用効果を有する。
【００８３】
実施形態例５
本例は，Ｎｉメッキ膜を金属層に形成した後に，接合層を介して接合部材を接合することにより，上記Ｎｉメッキ膜と接合層との間にＮｉ変質層を介在させたセラミック−金属接合体の例である。
なお，本例においては，上記セラミック−金属接合体はセラミックヒータである。
【００８４】
まず，実施形態例１と同様の製造方法により金属層１１が形成されたグリーンシート３５を得た（図３参照）。次いで，上記金属層１１に対し，ＮｉメッキによりＮｉメッキ膜を４μｍ程度形成した。
次いで，１０００〜１２００℃の高温にて，Ｃｕロウ材を使用したロウ付けにより，Ｎｉメッキ膜上において，リード線である接合部材１４を取付けた。その後，接合部材１４と，接合層１２の表面を覆うように２次メッキ膜１５を設けた（図１参照）。
以上により，セラミックヒータを製造した。
なお，上記リード線は，Ｎｉを９０ｗｔ％以上含有している。
【００８５】
上記のごとく得られたセラミックヒータの接合構造においては，ロウ付け前に４μｍ程度形成したＮｉメッキ膜が，１μｍ未満しか存在していないか，又は全く存在していなかった。これは，ロウ付けによるリード線の接合時の高温により，Ｎｉメッキ膜が溶解又は上記ロウ材がＮｉメッキ膜へ拡散したためと考えられる。
但し，金属層１１と接合部材１４との間には，上記金属層１１の金属成分や接合部材１４の成分等と化合したＮｉメッキ膜が変質したＮｉ変質層が存在していることが確認された。
【００８６】
本例によれば，Ｎｉメッキ膜の形成後にロウ付けするために，ロウ付けの濡れ性がよく，良好な接合構造を容易に得ることができる。
また，本例においては，ロウ付け前のＮｉメッキ膜の厚みを４μｍとしたが，特にこの厚みに限定されるものではなく，１０μｍ以下の厚みを有するＮｉメッキ膜であればよい。
【００８７】
即ち，例えば，上記金属層１１に１μｍ程度のＮｉメッキ膜の厚さを形成した後，ロウ付けをしてもよい。
この場合には，Ｎｉメッキ膜は，ロウ付け時の高温により，完全に溶解又は他の層との化合物となり，得られるセラミック−金属接合体１においては，Ｎｉメッキ膜は存在しない。そのため，単に金属層１１と接合部材１４との間には，Ｎｉ変質層が存在するのみとなる。
このように，Ｎｉメッキ膜を形成することにより，ロウ材の濡れ性を向上させることができるため，良好な接合構造を容易に得ることができる。
【００８８】
ただし，Ｎｉメッキ膜が１０μｍより厚い場合には，ロウ付け後においてもＮｉメッキ膜が厚く存在することとなり，充分な接合強度が得られない。
そのため，ロウ付け前に形成するＮｉメッキ膜は１０μｍ以下がよく，好ましくは，５μｍ以下であれば，一層良好な接合強度を有するセラミック−金属接合体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１にかかる，セラミック−金属接合体の要部断面図（Ａ−Ａ矢視断面図）。
【図２】実施形態例１にかかる，セラミック−金属接合体であるセラミックヒータの斜視図。
【図３】実施形態例１にかかる，セラミック−金属接合体であるセラミックヒータの製造方法を示す説明図。
【図４】実施形態例３にかかる，Ｎｉメッキ膜を設けたセラミック−金属接合体の要部断面図。
【図５】実施形態例４にかかる，セラミック−金属接合体の要部断面図（Ｂ−Ｂ矢視断面図）。
【図６】実施形態例４にかかる，セラミック−金属接合体である積層型のセラミックヒータの製造方法を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．セラミック−金属接合体，
１０．．．セラミック体，
１１．．．金属層，
１２．．．接合層，
１３．．．Ｎｉメッキ膜，
１４．．．接合部材，

Claims

セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられたＣｕを主成分とする接合層と，上記接合層により上記金属層に対して接合された接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しないことを特徴とするセラミック−金属接合体。
セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられた接合層と，上記接合層により上記金属層に対して接合された接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを５８ｗｔ％以下含有することを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項１又は２において，上記金属層と上記接合層との間には，該接合層中のＮｉの含有量よりも多くＮｉを含有するＮｉ変質層が介在していることを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項１〜３のいずれか一項において，上記接合部材は，Ｎｉを２５ｗｔ％以上含有していることを特徴とするセラミック−金属接合体。
セラミック体と，該セラミック体の表面に設けられたＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層と，該金属層に設けられたＮｉメッキ膜と，該Ｎｉメッキ膜に設けられたＣｕを主成分とする接合層と，上記Ｎｉメッキ膜を介して上記接合層により上記金属層に対して接合される接合部材とよりなるセラミック−金属接合体であって，上記接合層はＣｕを６５〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを２〜２０ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しないことを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項５において，上記接合層はＡｕを３３ｗｔ％以下含有することを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項５又は６において，上記Ｎｉメッキ膜は，厚みが１μｍ以下であることを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項５〜７のいずれか一項において，上記Ｎｉメッキ膜と上記接合層との間には，該接合層中のＮｉの含有量よりも多くＮｉを含有するＮｉ変質層が介在していることを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項１〜８のいずれか一項において，上記接合層はＰ，Ｃｄ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ｆｅからなるグループより選ばれる少なくとも１種類以上の物質を含有し，かつこれらの物質の合計含有量は１０ｗｔ％以下であることを特徴とするセラミック−金属接合体。
請求項１〜９のいずれか一項において，上記セラミック−金属接合体はセラミックヒータであることを特徴とするセラミック−金属接合体。
セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層にＣｕを４０〜１００ｗｔ％含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて，Ｎｉを含有する接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
請求項１１において，上記接合部材はＮｉを２５ｗｔ％以上含有していることを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層にＣｕを４０〜９８ｗｔ％含有し，Ｎｉを含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
請求項１３において，上記接合層はＮｉを２〜２０ｗｔ％含有していることを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
セラミック体の表面にＷを７０ｗｔ％以上含有する金属層を設け，該金属層に厚さ１０μｍ以下のＮｉメッキ膜を設け，該Ｎｉメッキ膜の表面に，Ｃｕを含有し，Ａｕを含有しない接合層を用いて，接合部材を接合することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
請求項１５において，上記接合層はＣｕを６５〜１００ｗｔ％含有していることを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
請求項１５又は１６において，上記接合部材はＮｉを含有することを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。
請求項１５〜１７のいずれか一項において，ロウ付け前のＮｉメッキ膜の厚みは，５μｍ以下であることを特徴とするセラミック−金属接合体の製造方法。