JP5269076B2 - 接合方法並びに少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体 - Google Patents
接合方法並びに少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5269076B2 JP5269076B2 JP2010517345A JP2010517345A JP5269076B2 JP 5269076 B2 JP5269076 B2 JP 5269076B2 JP 2010517345 A JP2010517345 A JP 2010517345A JP 2010517345 A JP2010517345 A JP 2010517345A JP 5269076 B2 JP5269076 B2 JP 5269076B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joining
- ceramic
- bonding
- partner
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005304 joining Methods 0.000 title claims description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 38
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 52
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 41
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910002106 crystalline ceramic Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011222 crystalline ceramic Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 229920001709 polysilazane Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical class Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000001725 laser pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009979 protective mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012776 robust process Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
- C04B37/005—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/6325—Organic additives based on organo-metallic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/008—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of an organic adhesive, e.g. phenol resin or pitch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
- C04B37/025—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of glass or ceramic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/028—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles by means of an interlayer consisting of an organic adhesive, e.g. phenol resin or pitch
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/48—Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
- C04B2235/483—Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
- C04B2235/665—Local sintering, e.g. laser sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/04—Ceramic interlayers
- C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
- C04B2237/083—Carbide interlayers, e.g. silicon carbide interlayers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/343—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/34—Oxidic
- C04B2237/345—Refractory metal oxides
- C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
技術水準
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の接合方法、請求項９記載のプレセラミックポリマーの使用並びに請求項１０のプレアンブルに記載の少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体に関する。
本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の接合方法、請求項９記載のプレセラミックポリマーの使用並びに請求項１０のプレアンブルに記載の少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体に関する。
セラミック原料（種類の同じ又は種類の異なる）を互いに接合すること並びにセラミック接合パートナーを非セラミック材料製の接合パートナー、例えば金属原料と接合することは、以前から問題をはらんでいる。形状結合(Formschluessige Verbindungen)は、通例、セラミックのもろさに基づいて分離する。これまで、少なくとも１つのセラミック接合パートナーとの結合を製造するためには、僅かな方法のみが知られている。例えば、金属ろう又はガラスろうの使用は技術水準である。それに加えて、直接的な溶融接合が使用されるが、しかしながらこの接合はまったく特定のセラミック原料グループの場合にのみ適用可能である。少なくとも１つのセラミック接合パートナーを別の接合パートナーと溶融接合するため又はガラスろう又は金属ろうを溶かすための典型的なプロセス温度は、典型的には約９００℃〜約１６００℃の範囲内にある。研究活動のまだ対象であり、かつ出願人の知識によれば、まだ大量生産可能段階の製造方法として確立されたものではないこの種の方法を用いて、例えば気密に(hermetisch)シールされたセンサユニットが製造されるべきである場合には、必要とされる高いプロセス温度は、殆ど実現可能ではないだろう、それというのも、これらの接合パートナーの考えられる使われる(verbaute)電子部品又は付属している取付部材は、これらの高温に持ちこたえられないだろうからである。セラミック接合パートナーを金属接合パートナーと接合する際に、必要とされる高いプロセス温度は、そのうえ、金属及びセラミックの異なる熱膨張係数に基づいて有害である、それというのも、これらは、加熱及び冷却の際の高い引張応力を、その結果、セラミック接合パートナー中の割れをまねきうるからである。
それに応じて、種類の同じ又は種類の異なる２つのセラミックの接合又は金属のような非セラミック材料製の接合パートナーとセラミック接合パートナーとの接合が可能である接合方法への需要が存在し、その際に前記方法は、接合部位の周囲に配置された取付部材、電子部品等が影響を受けないかもしくは非本質的にのみ影響を受けるか又はそれどころか損傷されないことを保証すべきである。
発明の開示
技術的課題
故に、セラミック接合パートナーを、少なくとも１つの第二接合パートナーと接合するための代替的な接合方法を提案するという課題が本発明の基礎となっており、その際に、前記接合方法を用いて、前記接合パートナーが好ましくは１０００℃を下回るプロセス温度でも既に互いに結合可能である。さらに、前記課題は、少なくとも２つの接合パートナーからなり、相応して改善された複合体を提案することにある。
技術的課題
故に、セラミック接合パートナーを、少なくとも１つの第二接合パートナーと接合するための代替的な接合方法を提案するという課題が本発明の基礎となっており、その際に、前記接合方法を用いて、前記接合パートナーが好ましくは１０００℃を下回るプロセス温度でも既に互いに結合可能である。さらに、前記課題は、少なくとも２つの接合パートナーからなり、相応して改善された複合体を提案することにある。
技術的解決
この課題は、請求項１の特徴を有する接合方法に関して、及び請求項１０の特徴を有する少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体に関して、解決される。本発明の有利なさらなる形態は、従属請求項に記載されている。本発明の範囲内で、明細書、特許請求の範囲及び／図面に開示された特徴のうち、少なくとも２つからの全ての組合せも含む。繰り返しを避けるために、専ら方法により開示された特徴は、装置により開示された特徴ともみなされるべきであり、かつ保護が請求可能であるべきである。同じように、専ら装置により開示された特徴は、方法により開示された特徴であるとみなされるべきであり、かつ保護が請求可能であるべきである。
この課題は、請求項１の特徴を有する接合方法に関して、及び請求項１０の特徴を有する少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体に関して、解決される。本発明の有利なさらなる形態は、従属請求項に記載されている。本発明の範囲内で、明細書、特許請求の範囲及び／図面に開示された特徴のうち、少なくとも２つからの全ての組合せも含む。繰り返しを避けるために、専ら方法により開示された特徴は、装置により開示された特徴ともみなされるべきであり、かつ保護が請求可能であるべきである。同じように、専ら装置により開示された特徴は、方法により開示された特徴であるとみなされるべきであり、かつ保護が請求可能であるべきである。
セラミック接合パートナーを、種類の同じ又は種類の異なるセラミック材料及び／又は特に金属のような非セラミック材料であってよい少なくとも１つの第二接合パートナーと接合するために、少なくとも１つのプレセラミックポリマー（前駆物質）を使用し、このプレセラミックポリマーを少なくとも２つの前記接合パートナーの（後の）接合領域内に塗布し、かつこのプレセラミックポリマーを、前記プレラミックポリマーが前記接合パートナーを互いに堅固に結合させる無定形及び／又は結晶質のセラミックに変換される接合温度に加熱するという思想が、本発明の基礎となっている。本発明の範囲内で、前記接合パートナーをまず最初に一緒にし、かつその後はじめて少なくとも１つのプレセラミックポリマーを前記接合パートナー間の前記接合領域内へ導入するか、又はしかしまず最初に前記プレセラミックポリマーを前記接合パートナーの少なくとも１つの上で後の接合領域内に施与し、かつその後前記接合パートナーを前記接合領域内で互いに接触させる(anlegen)か又は互いに押し付ける(verpressen)ことである。本発明の意味で"一緒にする(Zusammenfuehren)"は、必ずしも前記接合パートナーと接することであると理解される必要はない、それというのも、前もって前記プレセラミックポリマーが施与された場合には、このポリマーは前記接合パートナー間に存在するからである。この"一緒にする"ことによって、この場合にむしろ、外側の２つの接合パートナー及びこれらの間に存在するプレセラミックポリマーを有するサンドイッチ構造が得られる。
少なくとも１つのプレセラミックポリマーの施与は、前記プレセラミックポリマーの性質に応じて、噴霧、浸漬、印刷、トリクリング(Betraeufeln)等によって行われることができる。本発明の概念に従って構成された接合方法の使用によって、少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体が得られ、それらの接合パートナーのうち、少なくとも１つの接合パートナーがセラミック材料からなる。前記複合体は、前記接合パートナーが接合領域内で無定形及び／又は結晶質のセラミックによって互いに結合されていることによって特徴付けられ、その際にこのセラミックは、プレセラミックポリマーの加熱によって生じたものである。
使用される少なくとも１つのプレセラミックポリマーの性質及び／又は組成に応じて、その加熱の際に、典型的に約１２０℃〜約３００℃の温度範囲内で前記プレセラミックポリマーの化学架橋が行われる。典型的には約３００℃〜約８００℃の温度範囲の温度へさらに加熱することにより、前記ポリマーは、特に有機基の脱離下に、熱分解され、かつ前記接合パートナーと耐久的に結合されている無定形セラミックが形成される。形成されたセラミックは、その性質からみて、その場合に、典型的には結晶質でかつモノリシックのセラミックとほぼ匹敵しうるので、得られる結合の使用範囲も、前記温度に関して結晶質でかつモノリシックのセラミックのそれと匹敵しうる。場合により、本発明の範囲内で、結晶質セラミックへ変換するために、無定形セラミックを、特に約１２００℃〜約１５００℃の範囲の温度にさらに加熱することである。同じように、本発明の範囲内で、接合領域を直接、すなわち温度休止(Temperaturrasten)なしに、約３００℃〜８００℃に又は直接約１２００℃〜約１５００℃に加熱することである。前記プレセラミックポリマーの架橋密度に関して、その性質、例えばそれらの粘度は、前記ポリマーが接合プロセスのために最適に適合されているように、最適化され、かつ適合されることができる。
プレセラミックポリマーの使用の場合に特に有利であるのは、これらが３００℃未満の極めて低い温度で既に少なくとも部分的に架橋することであり、それにより、接合領域（接合部位）自体が前記接合プロセス中の変形に対して安定化される。このことは、確固とした(robuste)プロセス操作を可能にする、それというのも、費用のかかる切削技術が放棄されることができるからである。
プレセラミックポリマーは、これまで、特に金属構造部材をコーティングするためのみに知られている。少なくとも２つの接合パートナーからなる本発明による複合体が得られることができる、本発明による方法のために使用可能で、考えられるプレセラミックポリマーに関して、次の刊行物が参照される：
Motz, G., et. al.: Design of SiCN - Precursors for various applications, Ceramic Materials and Components for Engines中, Wiley-VCH, 581-585頁; 及び
Geiger, M.: Generation of ceramic coatings by laser pyrolysis of organo-metallic polymers, Conference Proceeding of 1st Int. Conf. On "THE" Coatings in Manufacturing Engineering中, 1999年10月14-15日, Thessaloniki, ギリシア, 333-341頁、
これらは前記プレセラミックポリマーの性質に関して並びにそれらの製造に関して本明細書の開示の対象となるので、そこに記載されたポリマー及び相応する製造方法は、本明細書の特徴に関連して保護が請求可能であるべきである。
Motz, G., et. al.: Design of SiCN - Precursors for various applications, Ceramic Materials and Components for Engines中, Wiley-VCH, 581-585頁; 及び
Geiger, M.: Generation of ceramic coatings by laser pyrolysis of organo-metallic polymers, Conference Proceeding of 1st Int. Conf. On "THE" Coatings in Manufacturing Engineering中, 1999年10月14-15日, Thessaloniki, ギリシア, 333-341頁、
これらは前記プレセラミックポリマーの性質に関して並びにそれらの製造に関して本明細書の開示の対象となるので、そこに記載されたポリマー及び相応する製造方法は、本明細書の特徴に関連して保護が請求可能であるべきである。
本発明の方法を用いて、これまで技術的に実現可能ではなかった金属とセラミックとのハイブリッド化合物を初めて製造することが可能である。さらに、気密で緻密な構造グループが、これらの中に集積された電子部品及び／又は前記セラミックが損傷されることなく接合されることができる。さらにまた、種類の同じ又は種類の異なるセラミック間並びにセラミック及び金属又はセラミック及び他に分類される材料間の緻密で、熱的に及び機械的に高強度な結合が製造されることができる。さらに、本発明による方法を用いて、三次元基板の製造及びそれにより集積密度の増加が可能である。例えば、本発明を用いて製造される三次元基板は、電子的な構造グループの組み立ての際に、特にチップパッケージングの際の集積密度の増加のために使用されることができる。
種類の異なるセラミック接合パートナーの可能な結合の例として、この個所では、特にセラミックセンサ用の、ＺｒＯ2とＡｌ2Ｏ3との間の結合を挙げることができる。
本発明のさらなる形態において、前記接合領域が、特に接合領域内に配置されたプレセラミックポリマーが、無定形セラミックを得るために、約３００℃〜約８００℃の範囲の温度に単に加熱されるという利点を備えている。この無定形セラミックは、たいていの用途に十分な強さであるので、挙げられた比較的低い温度で既に、セラミック接合パートナーと少なくとも１つの別の接合パートナーとの間の堅固な結合が生成されることができ、特に少なくとも１つの前記接合パートナーの取付部材及び／又は電子部品に不利な影響を及ぼさないか又はそれどころか損傷しない。
幾つかの用途の場合には、前記接合領域を、すなわち少なくとも１つの前記プレセラミックポリマーを、相応する強さを有する結晶質で、特にモノリシックのセラミックを得るために、約１２００℃〜約１５００℃の範囲の温度に加熱することが有利でありうる。
特に良好な接合結果は、プレセラミックポリマーとしてのポリシラザンの使用によって達成された。特に有利であるのは、クロロシラン及び／又はポリチタノシラザンの使用である。変性されたプレセラミックポリマー、特に有機金属化合物、例えばＴｉ（ＮＲ2）4を用いて変性されたプレセラミックポリマーを使用することが特に好ましい。
本発明の範囲内で、前記接合領域の加熱がファーネスプロセス(Ofenprozess)において行われる、すなわち、前記接合パートナーが、その間に存在するプレセラミックポリマーと共に焼成炉中で全体的に加熱されることである。しかしながら、本質的により有利であるのは、特に取付部材及び／又は電子部品の保護のために、前記接合領域を、熱エネルギーが好ましくは前記接合領域の範囲内でのみ導入されるように、局所的にのみ加熱することであり、それにより本質的には、プレセラミックポリマー及びそのすぐ周囲のみが熱的に処理される。好ましくは、前記加熱は、最適な接合結果を達成しかつ前記接合パートナー並びにそれらの部品の熱負荷をできるだけ低く維持するために、温度制御されて、特に高温計の使用下に、行われる。
有利に、少なくとも２つの接合パートナーからなる後の複合体の前記プレセラミックポリマーの局所的のみの加熱のために、レーザー光線が使用されて、熱分解過程が開始される。これにより、前記接合部位の周囲は、公知の接合方法と比較して熱的にほぼ負荷がかからないままである。前記接合領域を加熱するためのレーザー光線の使用によって、さらに、レーザー光線波長の適した選択により前記プレセラミックポリマーへの温度供給が意図的に最適化されることができる。さらに、例えばレーザースキャナーの、レーザー光線案内部品によって、ほぼ任意の接合輪郭が製造されることができる。レーザースキャナーの前記使用の別の利点は、前記熱供給が、前記レーザー光線焦点の迅速な運動によって、ほぼ同時に全ての接合領域内で行われることができることにあり、それにより全体として均質な熱供給が、前記セラミック中での温度ピークを回避しながら実現されることができ、このことは全体としてなおいっそう穏やかな接合方法が生じる。
前記プレセラミックポリマーを無定形及び／又は結晶質のセラミックへ変換するためにファーネスプロセスが使用される場合には、前記接合パートナーは好ましくは適した保護機構、例えば断熱材料の使用によって、大きすぎる熱供給から少なくとも大体において保護されることができる。
加工技術的な理由から、液状プレセラミックポリマーが使用される場合、又は前記プレセラミックポリマーが固体である場合に前記固体がキャリア液体中に懸濁されている場合が、前記プレセラミックポリマーを噴霧できるため、滴加できるため、又は少なくとも１つの前記接合パートナーの浸漬によって前記接合領域内で施与できるために、有利である。
本発明の対象は、少なくとも２つの接合パートナーを接合するための、少なくとも１つの、特にそれ自体として知られた、プレセラミックポリマーの使用でもあり、これらの接合パートナーのうち、少なくとも１つがセラミック接合パートナーである。特にこのセラミック接合パートナーは、変性されたプレセラミックポリマー、特に有機金属化合物を用いて変性されたプレセラミックポリマーである。好ましくは、少なくとも１つのプレセラミックポリマーは、セラミック切替キャリア(Schaltungstraegern)を金属構造グループ上に結合するために使用される。プレセラミックポリマーの前記使用により、前記接合パートナー間の熱伝達は、そのヒートシンク（金属）への改善された接続によって特に電子的な構造グループの場合に改善されることができるので、今日常用の熱導体ペースト及び場合により機械的な固定の使用が放棄されることができる。本発明の概念により形成される接合方法によって及び／又は２つの接合パートナーを接合するためのプレセラミックポリマーの使用によって、前記セラミック接合パートナー（熱源）は、例えば金属接合パートナー、特にケーシング又は類似物（ヒートシンク）と、直接結合されることができ、それにより、例えば追加的な機械的な固定のための、コストは、削減されることができる。
本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例の説明から並びに図面に基づいて明らかになる。これらは以下に示される：
発明の実施形態
図１には、２つの接合パートナー間に設けられたプレセラミックポリマー（前駆物質）、特に有機金属化合物で好ましくは変性されているポリシラザンを加熱する際の反応経過が示されている。約１２０℃〜約３００℃の範囲内の温度で、前記プレセラミックポリマーは架橋するので、前記接合領域は安定化される。それを上回る約３５０℃〜約８００℃の温度範囲内で、架橋されたプレセラミックポリマーは、高強度の無定形セラミック材料に熱分解する。前記無定形セラミック材料に追加的に又は選択的に、結晶質セラミック材料が得られるべきである用途の場合には、前記接合領域は、約１２００℃〜約１５００℃の範囲の温度に加熱されなければならない。本発明の範囲内で、示された温度範囲内で、温度休止を順守することである。選択的に、前記接合領域を、無定形又は結晶質のセラミック材料を得るために所望の温度へ直接加熱することが考えられる。
図１には、２つの接合パートナー間に設けられたプレセラミックポリマー（前駆物質）、特に有機金属化合物で好ましくは変性されているポリシラザンを加熱する際の反応経過が示されている。約１２０℃〜約３００℃の範囲内の温度で、前記プレセラミックポリマーは架橋するので、前記接合領域は安定化される。それを上回る約３５０℃〜約８００℃の温度範囲内で、架橋されたプレセラミックポリマーは、高強度の無定形セラミック材料に熱分解する。前記無定形セラミック材料に追加的に又は選択的に、結晶質セラミック材料が得られるべきである用途の場合には、前記接合領域は、約１２００℃〜約１５００℃の範囲の温度に加熱されなければならない。本発明の範囲内で、示された温度範囲内で、温度休止を順守することである。選択的に、前記接合領域を、無定形又は結晶質のセラミック材料を得るために所望の温度へ直接加熱することが考えられる。
図２には、接合システム１（接合装置）の考えられる１つの構成が示されている。その際に、第一セラミック接合パートナー２は、第二金属接合パートナー３の上に存在し、ここで、前記接合パートナー２、３間にプレセラミックポリマー４からなる層が設けられている。レーザー光線源５を用いて、前記接合パートナー２、３間の接合領域７へ直接向けられているレーザー光線６が発生される。この実施例において、レーザー光線源５は、位置固定されて配置されており、かつ前記接合パートナー２、３は、回転装置８上に配置されているので、熱エネルギーは、広範に接合領域７中に供給されることができる。追加的に又は選択的に、レーザースキャナーを使用すること、又は前記接合パートナー２、３の周囲に比較的均質なエネルギー供給が供給されることができる装置を使用することが考えられる。
レーザースキャナーの使用は、そのうえ、レーザー焦点が高速で任意の接合輪郭を移動することができるという利点を有する。
１ 接合システム（接合装置）、 ２ 第一セラミック接合パートナー、 ３ 第二金属接合パートナー、 ４ プレセラミックポリマー、 ５ レーザー光線源、 ６ レーザー光線、 ７ 接合領域、 ８ 回転装置
Claims (8)
- 第一セラミック接合パートナー（２）を、種類の異なるセラミック材料又は金属である少なくとも１つの第二接合パートナー（３）と接合する方法であって、
次の工程：
・少なくとも１つのプレセラミックポリマー（４）を前記の第一及び／又は第二の接合パートナー（２、３）上で接合領域（７）内に施与し、前記プレセラミックポリマー（４）は少なくとも１つのポリシラザンであり；
・前記接合パートナー（２、３）を前記接合領域（７）内で一緒にし；
・前記接合領域（７）を加熱して、前記プレセラミックポリマー（４）を、前記接合パートナー（２、３）を互いに堅固に結合する無定形及び／又は結晶質のセラミックへ変換させる工程を有し、
前記接合領域（７）及び前記の第一及び／又は第二の接合パートナー（２、３）のすぐ隣接した領域の局所的のみの加熱を行う
ことを特徴とする、接合方法。 - 前記接合領域（７）を約３００℃〜約８００℃の温度範囲の温度に加熱する、請求項１記載の方法。
- 前記接合領域（７）を約１２００℃〜約１５００℃の温度範囲の温度に加熱する、請求項１又は２のいずれか１項記載の方法。
- 前記接合領域（７）及び前記の第一及び／又は第二の接合パートナー（２、３）のすぐ隣接した領域の局所的のみの加熱を、温度制御されて行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
- 前記接合領域（７）及び前記の第一及び／又は第二の接合パートナー（２、３）のすぐ隣接した領域の局所的のみの加熱を、高温計を使用して行う、請求項４記載の方法。
- 前記接合領域（７）を加熱するために、レーザー光線（６）を使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
- 前記接合領域（７）を加熱するために、レーザースキャナーを使用する、請求項６記載の方法。
- 前記プレセラミックポリマー（４）を、液状の形で及び／又はキャリア液体との懸濁液として使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102007034609A DE102007034609A1 (de) | 2007-07-25 | 2007-07-25 | Fügeverfahren sowie Verbund aus mindestens zwei Fügepartnern |
| DE102007034609.5 | 2007-07-25 | ||
| PCT/EP2008/058647 WO2009013109A1 (de) | 2007-07-25 | 2008-07-04 | Fügeverfahren sowie verbund aus mindestens zwei fügepartnern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010534183A JP2010534183A (ja) | 2010-11-04 |
| JP5269076B2 true JP5269076B2 (ja) | 2013-08-21 |
Family
ID=39758446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010517345A Expired - Fee Related JP5269076B2 (ja) | 2007-07-25 | 2008-07-04 | 接合方法並びに少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100190030A1 (ja) |
| EP (1) | EP2176193B1 (ja) |
| JP (1) | JP5269076B2 (ja) |
| DE (1) | DE102007034609A1 (ja) |
| WO (1) | WO2009013109A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009046003A1 (de) | 2009-10-26 | 2011-04-28 | Robert Bosch Gmbh | Stoffschlüssige Verbindung von Metall und Keramik für Einspritzventile |
| DE102011082484A1 (de) * | 2011-09-12 | 2013-03-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Herstellen eines Pulverspritzguss-Verbundbauteils |
| US20140193270A1 (en) * | 2013-01-08 | 2014-07-10 | Coi Ceramics, Inc. | Ceramic composite matrix material bonded assembly and processes thereof |
| DE102013216294A1 (de) | 2013-08-16 | 2015-02-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine |
| JP6558666B2 (ja) * | 2016-06-09 | 2019-08-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 接合体の製造方法および接合体 |
| WO2017213258A1 (ja) * | 2016-06-09 | 2017-12-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 接合体の製造方法および接合体 |
| WO2019089212A2 (en) | 2017-10-19 | 2019-05-09 | General Atomics | Joining and sealing pressurized ceramic structures |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5855381A (ja) * | 1981-09-22 | 1983-04-01 | 大同特殊鋼株式会社 | 接合方法 |
| US4808659A (en) * | 1985-12-13 | 1989-02-28 | Ube Industries, Ltd. | Adhesive composition comprising organometallic polymer |
| JPH0393676A (ja) * | 1989-09-04 | 1991-04-18 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 複合ピストンの製造方法およびその製造装置 |
| DE69210499T2 (de) * | 1991-02-26 | 1996-12-05 | Daihen Corp | Verfahren zum verbinden von keramikteilen und einsetzmaterial für das hitzeverkleben |
| JP3106699B2 (ja) * | 1992-06-04 | 2000-11-06 | 石川島播磨重工業株式会社 | セラミック部材の接合方法 |
| FR2692255B1 (fr) * | 1992-06-11 | 1994-11-04 | Snecma | Procédé d'assemblage d'au moins deux pièces réalisées dans un matériau composite comprenant une matrice céramique ou vitrocéramique renforcée par des fibres céramiques. |
| JP3020383B2 (ja) * | 1993-05-24 | 2000-03-15 | 東芝セラミックス株式会社 | シリコン部材の接合方法およびシリコン接合構造体 |
| JPH0753278A (ja) * | 1993-08-09 | 1995-02-28 | Toshiba Ceramics Co Ltd | セラミックス−金属接合体 |
| US5407504A (en) * | 1993-11-18 | 1995-04-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method for joining ceramic to ceramic or to carbon |
| DE69606942T2 (de) * | 1995-09-25 | 2000-10-05 | Dow Corning | Verwendung von präkeramischen Polymeren als Klebstoffe für Elektronik |
| US5858144A (en) * | 1996-04-12 | 1999-01-12 | Iowa State University Research Foundation, Inc. | Low temperature joining of ceramic composites |
| US6692597B2 (en) * | 2001-12-03 | 2004-02-17 | Frederick M. Mako | Ceramic joining |
| US7628878B2 (en) * | 2005-01-24 | 2009-12-08 | Coi Ceramics, Inc. | Ceramic material suitable for repair of a space vehicle component in a microgravity and vacuum environment, method of making same, and method of repairing a space vehicle component |
-
2007
- 2007-07-25 DE DE102007034609A patent/DE102007034609A1/de not_active Withdrawn
-
2008
- 2008-07-04 JP JP2010517345A patent/JP5269076B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2008-07-04 EP EP08774759A patent/EP2176193B1/de not_active Not-in-force
- 2008-07-04 WO PCT/EP2008/058647 patent/WO2009013109A1/de active Application Filing
- 2008-07-04 US US12/452,761 patent/US20100190030A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2010534183A (ja) | 2010-11-04 |
| EP2176193B1 (de) | 2012-09-12 |
| US20100190030A1 (en) | 2010-07-29 |
| WO2009013109A1 (de) | 2009-01-29 |
| EP2176193A1 (de) | 2010-04-21 |
| DE102007034609A1 (de) | 2009-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5269076B2 (ja) | 接合方法並びに少なくとも２つの接合パートナーからなる複合体 | |
| JP5956981B2 (ja) | セラミック間接合および関連方法 | |
| JP4426442B2 (ja) | レーザーを用いて非酸化物セラミックからなる成形部材の気密でかつ耐熱性の結合を生じさせる方法 | |
| US5391841A (en) | Laser processed coatings on electronic circuit substrates | |
| EP0550305B1 (fr) | Procédé de réalisation d'une protection contre l'oxydation de produits en matériau composite, et produits ainsi protégés | |
| KR101960264B1 (ko) | 잔류응력이 없는 탄화규소 접합체 및 그 제조방법 | |
| KR20060046480A (ko) | 실리콘-기재 조성물로 밀봉된 복합 재료 부재를 땜질하는방법 | |
| JP2020505788A (ja) | 電子パワーモジュールを付加製造によって製作する方法並びに関連する基板及びモジュール | |
| CN104446592B (zh) | 一种陶瓷与陶瓷或陶瓷与金属的大面积连接方法 | |
| CN102396057A (zh) | 用于通过温度碰撞过程而在半导体部件和半导体模块之间产生耐高温和耐温度变化的连接的方法 | |
| US20070231590A1 (en) | Method of Bonding Metals to Ceramics | |
| US10759714B2 (en) | Method for producing a metal-ceramic substrate | |
| US5473137A (en) | Method of bonding copper and a substrate for power electronics and made of a non-oxide ceramic | |
| JP2012117482A (ja) | 遮熱膜とその形成方法 | |
| JP2012121785A (ja) | セラミックス接合体の製造方法 | |
| JP2009127086A (ja) | 伝熱部材及びその製造方法 | |
| Liu et al. | Laser sintering of nano-ag particle paste for high-temperature electronics assembly | |
| US20150083787A1 (en) | Method for fixing heat resistant component on a surface of a heat exposed component | |
| WO2016194444A1 (ja) | 炭化珪素セラミックス接合体 | |
| CN108191449B (zh) | 一种铜-氧化铝陶瓷基板及其制备方法 | |
| Nakahara | Development of Package Structure for High-Temperature Operation | |
| JP2011233890A (ja) | レーザ焼結下板を有する基板 | |
| JP2006027946A (ja) | 炭化ケイ素系接合構造体、炭化ケイ素系接合構造体の製造方法および炭化ケイ素系接合構造体の製造装置 | |
| Hecht et al. | Additive Metallization of Alumina with Copper-Titanium Powder Blends for Power Electronic Applications | |
| KR20170059838A (ko) | 열전모듈의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20101228 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111003 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111020 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20120118 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20120125 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120321 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120808 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121105 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130408 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130507 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5269076 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |