JPH02248372A - Method for bonding members having different wettability with brazing material, its bonded body and its brazing material - Google Patents

Method for bonding members having different wettability with brazing material, its bonded body and its brazing material

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JPH02248372A
JPH02248372A JP6672489A JP6672489A JPH02248372A JP H02248372 A JPH02248372 A JP H02248372A JP 6672489 A JP6672489 A JP 6672489A JP 6672489 A JP6672489 A JP 6672489A JP H02248372 A JPH02248372 A JP H02248372A
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Abstract

PURPOSE:To closely bond members having different wettability with a brazing material such as a ceramics and a metal by combining two sets of brazing materials having a different melting temp., arranging the mixture between the members and heating the materials. CONSTITUTION:The bonding of the members having different wettability with a brazing material is carried out as follows. Namely, a brazing material which is melted earlier and spread is arranged on the bonding surface of the member having worse wettability with the brazing material, a brazing material which is melted later and spread is arranged on the bonding surface of the member having better wettability with the brazing material, and the brazing materials are heated and melted to bond the members. When a ceramics (having worse wettability with the brazing material) and a metal (having better wettability with the brazing material) are bonded, for example, a brazing material (e.g. Ag-Cu-based one) contg. an active metal (Ti, Zr, etc.) is arranged on the ceramic a brazing material (e.g. Ag-Ca-based and Au-Cu-based ones) which is melted later than the brazing material contg. active metal is arranged on the metal, and the brazing materials are heated and melted in a nonoxidizing atmosphere to bond the ceramics and metal.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ろう材の濡れ性が異なる部材の接合に係り、
特にセラミックスと金属の接合方法、該接合体および該
接合用ろう材に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to joining members having different wettability of brazing filler metal,
In particular, the present invention relates to a method for joining ceramics and metal, the joined body, and the brazing filler metal for joining.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ろう材の濡れ性が異なる部材、例えばセラミックスと金
属との接合は、Cu 、 A gまたはCu−Ag合全
中にTiまたはZrを配合したいわゆる活性金属官有ろ
う材を用いることによって、セラミックス表面にメタラ
イズ等の前処理を行なわずに、金属と直接接合できるこ
とが知られている(米国特許第2739375号、同4
471026号)。
For joining members with different wettability of brazing filler metals, such as ceramics and metals, the surface of the ceramic can be bonded by using a so-called active metal-bearing brazing filler metal containing Cu, Ag, or Cu-Ag combined with Ti or Zr. It is known that it can be directly bonded to metal without pretreatment such as metallization (U.S. Pat. Nos. 2,739,375 and 4).
No. 471026).

更にまた、TiやZr等の活性金属を含ませた銀ろうの
微粉末をペースト状にしたものをアルミナセラミックス
の表面に塗布し、乾燥固着した後、インゴットから形成
した箔状のろう材、あるいは活性金属の含有量が、上記
アルミナセラミックスの表面に塗布したものより少ない
箔状のろう材を重ね、接合する金属をこれに当接して、
不活性雰囲気中で加熱することによりろう付けする方法
が提案されている(特開昭62−217533号)が、
これは上記アルミナセラミックスと活性金属とを良く反
応させるためである。
Furthermore, after applying a paste of fine powder of silver solder containing active metals such as Ti and Zr to the surface of alumina ceramics and drying and fixing it, a foil-shaped soldering material formed from an ingot or Layering a foil-shaped brazing material containing less active metal than that applied to the surface of the alumina ceramics, and contacting the metal to be joined with this,
A method of brazing by heating in an inert atmosphere has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-217533).
This is to allow the alumina ceramics and active metal to react well.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、上記の活性金属を含むろう材でセラミックス(
ろう材の濡れにくい部材)と、金属(ろう材の濡れ易い
部材)を直接接合した場合、前記ろう材は加熱によって
溶融し始めると、セラミックスに対するよりも金属に対
する方が格段に濡れ性がよいため、金属の接合部以外に
も濡れ広がってセラミックス側のろう材の不足をきたす
と同時に、セラミックスとの接合に寄与すべき活性金属
が接合部以外の金属部に濡れ広がって、ろう材の組成が
変化して、正常な接合を行うことができないと云う問題
があった。
However, ceramics (
When directly bonding a material (a component that is difficult to wet with the brazing filler metal) and a metal (a component that is easy to get wet with the brazing filler metal), when the brazing filler metal begins to melt due to heating, the wettability of the metal is much better than that of the ceramic. At the same time, the active metal that should contribute to bonding with the ceramics spreads to metal parts other than the joint, causing the composition of the brazing material to change. There was a problem in that due to the change, normal joining could not be performed.

また、セラミックス側に活性金属を含むろう材を配置し
ても、金属側に配置するろう材の融点が低い(活性金属
の含有量少ない)と、先に溶出した金属側のろう材によ
ってセラミックス側のろう材が溶融侵食され、活性金属
が溶出してろう材の組成比が変化し、セラミックスとの
謂れ(反応)が阻害され、その結果セラミックス側のろ
う材が金属側に濡れ広がり、完全な接合ができないと云
う問題があった。
Furthermore, even if a brazing filler metal containing an active metal is placed on the ceramic side, if the melting point of the brazing filler metal placed on the metal side is low (the content of active metal is low), the brazing filler metal on the metal side that has eluted first may cause the brazing filler metal on the ceramic side to The brazing filler metal is melted and eroded, active metals are eluted, and the composition ratio of the brazing filler metal changes, inhibiting the so-called reaction with the ceramics.As a result, the brazing filler metal on the ceramic side wets and spreads to the metal side, resulting in complete failure. There was a problem that it could not be joined.

こうした上記の接合不良は、特に高い気密性が要求され
る装置の接合には、重大な欠点となる。
The above-described poor bonding is a serious drawback especially when bonding devices that require high airtightness.

本発明の目的は、ろう材の濡れ性が異なる部材。The object of the present invention is to provide members having different wettability of brazing filler metals.

例えば、セラミックスと金属の接合、特に真空封止接合
に好適な接合方法および該接合体、ならびに該接合用ろ
う材を提供することにある。
For example, it is an object of the present invention to provide a bonding method suitable for bonding ceramics and metals, particularly vacuum sealing bonding, a bonded body thereof, and a brazing filler metal for bonding.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

前記目的を達成する本発明の要旨は、下記のとおりであ
る。
The gist of the present invention for achieving the above object is as follows.

ろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法において、ろう
材の濡れ性が劣る部材側の接合面に先に溶融して濡れ広
がるろう材を配し、ろう材の濡れ性が良い部材側の接合
面に後から溶融して濡れ広がるろう材を配し、前記ろう
材を加熱溶融して接合することを特徴とするろう材の濡
れ性が異なる部材の接合方法並びに該接合体にある。
In a method of joining parts with different wettability of brazing filler metal, the brazing filler metal is placed first on the joining surface of the part with poor wettability, and then the brazing filler metal is placed on the joining surface of the part with better wettability. The present invention relates to a method for joining members having different wettability of brazing materials, and a joined body, characterized in that a brazing material that melts and spreads later is placed on a surface, and the brazing material is heated and melted to join the members.

また、前記ろう材の濡れ性が劣る部材がセラミックスで
あり、ろう材の濡れ性が良い部材が金属であることを特
徴とするろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法並びに
該接合体にある。
The present invention also provides a method for joining members having different brazing filler metal wettability, and the joined body, wherein the member having poor brazing filler metal wettability is a ceramic, and the brazing filler metal wettability is metal. .

上記の接合方法において、例えば、セラミックスと金属
を接合する場合、ろう材が加熱されると、まずセラミッ
クスに接して配した前記ろう材が溶融を開始する。溶融
した該ろう材は、セラミックスの接合面と優先的に濡れ
広がり、セラミックスと反応する。
In the above joining method, for example, when joining ceramics and metal, when the brazing material is heated, the brazing material placed in contact with the ceramic starts to melt. The molten brazing filler metal preferentially wets and spreads on the bonding surface of the ceramic and reacts with the ceramic.

次に、金属側に配したろう材が溶融して金属の接合面に
濡れ広がり、上記セラミックス側に配したろう材と金3
側に配したろう材とが融合した頃に冷却することによっ
て、両ろう材が凝固し、セラミックスと金属とが強固に
接合される。
Next, the brazing filler metal placed on the metal side melts and spreads over the bonding surface of the metal, and the brazing filler metal placed on the ceramic side melts and spreads over the metal bonding surface.
By cooling when the brazing filler metals placed on the sides have fused together, both brazing filler metals solidify and the ceramic and metal are firmly joined.

これによって、前記セラミックス側に配したろう材が金
属側の面に濡れ広がり、接合が不完全となることが防止
されるので、良好なフィレットが形成される。
This prevents the brazing material placed on the ceramic side from spreading on the metal side and causing incomplete bonding, so that a good fillet is formed.

上記において、セラミックス側に配されるろう材は、 
A g 、Cu + N x * M n * A g
  Cu T Ni −Cu 、 Cu −M n 、
 A g −Cu −P d 、 A g−Cu −I
 n 、 A g −Cu −S nの少なくとも1種
に、Ti、ZrおよびII fの少なくとも1種0.5
〜10重量%含むものである。
In the above, the brazing material placed on the ceramic side is
A g , Cu + N x * M n * A g
CuTNi-Cu, Cu-Mn,
Ag-Cu-Pd, Ag-Cu-I
n, Ag-Cu-Sn, at least one of Ti, Zr, and IIf, 0.5
It contains ~10% by weight.

特に、低融点のろう材とするため、A g : Cuが
72重景%=28重量%の比率の共晶組成から成るろう
材に前記活性金属を0.5〜10重量%配合したものが
望ましい。
In particular, in order to obtain a brazing material with a low melting point, a brazing material having a eutectic composition in which A g :Cu has a ratio of 72% by weight = 28% by weight is blended with 0.5 to 10% by weight of the active metal. desirable.

更に、融点を低下させるには、周期率表の■b〜IVb
族から選ばれた1種以上の元素を配合することができる
。配合量としては、前記ろう材に対して5〜30重量%
がよい、特に、濡れ性向上には、Ag−Cu合全中にI
n、Sn、Zn等を配合したち−のがよい。
Furthermore, in order to lower the melting point,
One or more elements selected from the group can be blended. The blending amount is 5 to 30% by weight based on the brazing filler metal.
In particular, to improve wettability, I
It is preferable to mix n, Sn, Zn, etc.

上記において、Ag : Cu : I nの比が50
〜70重量%:15〜30重量%:5〜30重量%から
なる合金しこ、TiまたはZrを0.5〜10重量%配
合することによって溶融温度800’C以下のろう材を
得ることができる。
In the above, the ratio of Ag:Cu:In is 50
~70% by weight: 15-30% by weight: By blending 0.5-10% by weight of Ti or Zr, it is possible to obtain a brazing material with a melting temperature of 800'C or less. can.

上記に対して、金属側に配するろう材としては。In contrast to the above, as a brazing material placed on the metal side.

前記活性金属を含むろう材が溶融することによって、金
属の接合面側に濡れ広がり、該金3によってろう材組成
の変化を防止するため、活性金属を含むろう材よりもそ
の溶融温度が20℃以上高いことが望ましい。こうした
ろう材としては、Ag−Cu 、  A u −Cu 
、  P d −A g −Cu r  P d−Ag
等がある。
When the active metal-containing brazing filler metal melts, it spreads over the joint surface of the metal, and the gold 3 prevents changes in the brazing filler metal composition. It is desirable that the value be higher than that. Such brazing materials include Ag-Cu, Au-Cu
, Pd-Ag-CurPd-Ag
etc.

前記2種のろう材は、粉末状、ペースト状あるいは箔状
のいずれでも、本発明の目的を達成することができる。
The objects of the present invention can be achieved even if the two types of brazing filler metals are in the form of powder, paste, or foil.

また、前記2種のろう材は、複合化、例えばクラッドし
ておき、セラミックスに接する側に活性金属を含むろう
材層を、また、金属に接する側に上記活性金属を含むろ
う材よりも高融点のろう材層がそれぞれ接するようにし
て用いることによっても9本発明の目的を達成すること
ができる。
Furthermore, the above two types of brazing fillers are composited, for example, clad, and a brazing filler metal layer containing an active metal is placed on the side in contact with the ceramic, and a brazing filler metal layer containing an active metal is placed on the side in contact with the metal. The objects of the present invention can also be achieved by using melting point brazing filler metal layers that are in contact with each other.

更にまた、前記2種のろう材が、それぞれの接合面間に
濃度勾配を有するように構成され、溶融温度が温度勾配
を持つように複合されていてもよい。
Furthermore, the two types of brazing filler metals may be configured to have a concentration gradient between their respective joint surfaces, and may be combined so that their melting temperatures have a temperature gradient.

上記のような複合ろう材を用いることによって接合の作
業性を向上することができる。
By using the composite brazing filler metal as described above, the workability of joining can be improved.

前記複合ろう材の製法としては、両ろう材を重ねて圧延
等により形成することができる。また、ペースト状のろ
う材を印刷等により積層して形成してもよい。
As for the manufacturing method of the composite brazing filler metal, both brazing filler metals may be stacked and formed by rolling or the like. Alternatively, a paste-like brazing material may be laminated by printing or the like.

本発明のセラミックス材料としては、AQ、03゜Mg
O,zrO,等の酸化物系、Si、N4.AQN等の窒
化物系、或いはSiC,WC等の炭化物系がある。
The ceramic materials of the present invention include AQ, 03°Mg
Oxide-based materials such as O, zrO, Si, N4. There are nitride-based materials such as AQN, and carbide-based materials such as SiC and WC.

こうしたセラミックスと金属との接合は、Ar2やN2
等の非酸化性雰囲気中で行なうのがよい。
This type of bonding between ceramics and metals is performed using Ar2 or N2.
It is preferable to carry out the process in a non-oxidizing atmosphere such as

ただし、上記非酸化性雰囲気とは、酸素を含まない方が
よいが、接合に悪影響を及ぼさない程度の酸素含有量で
あれば差し支えない6例えば、数百ppm以下と云うオ
ーダならば許される場合が多い。
However, the above-mentioned non-oxidizing atmosphere preferably does not contain oxygen, but it is acceptable as long as the oxygen content is at a level that does not adversely affect the bonding6.For example, if the oxygen content is on the order of several hundred ppm or less, it is acceptable. There are many.

こうした接合体の代表的なものとしては、真空遮断機等
のバルブ、或いは一般の半導体装置等がある。また、コ
ードウッドモヂュールやマイクロモヂュールにも応用す
ることができる。
Typical examples of such a bonded body include a valve such as a vacuum circuit breaker, or a general semiconductor device. It can also be applied to cordwood modules and micromodules.

更にまた、こうした接合を必要とする工業製品に、広く
応用することができる。
Furthermore, it can be widely applied to industrial products that require such bonding.

〔作用〕[Effect]

本発明は、接合用ろう材の濡れ性の異なるものを、セラ
ミックス側と金属側とに分けて配し、特に前者のろう材
がセラミックス接合面に濡れ広がってから、後者のろう
材が溶融して金属接合面に溶融して広がるようにしたこ
とにより、セラミックス側の接合用ろう材が効果的に作
用した後に・金属側のろう材が反応するため、金属側に
濡れ広がらず、そのために面接合部に均一なフィレット
が形成さできるものとかんがえる。
In the present invention, bonding brazing filler metals with different wettability are arranged separately on the ceramic side and the metal side, and in particular, after the former brazing filler metal wets and spreads on the ceramic bonding surface, the latter brazing filler metal melts. By melting and spreading on the metal joint surface, the brazing filler metal on the metal side reacts after the bonding filler metal on the ceramic side acts effectively, so it does not wet and spread on the metal side. It can be thought of as having a uniform fillet formed at the joint.

特に、金属がNiであるか、Niめっきが施しである部
材においては、セラミックス側のろう材にNiとの反応
性が顕著なTi、Zr或いはHf等の活性金属が存在し
ていても、その影響を受けること無く接合することがで
きるのは、金属側に配したろう材が、セラミックス側の
ろう材が濡れ広がる間、障壁となる効果があるためと考
えられる。
In particular, in parts where the metal is Ni or is plated with Ni, even if active metals such as Ti, Zr, or Hf, which are highly reactive with Ni, are present in the brazing filler metal on the ceramic side, the The reason why the bonding can be performed without being affected is thought to be because the brazing filler metal placed on the metal side acts as a barrier while the brazing filler metal on the ceramic side wets and spreads.

次に、実施例により本発明を具体的に説明する。Next, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

実施例 1 本発明を、真空遮断器のバルブへ適用した例について説
明する。
Example 1 An example in which the present invention is applied to a valve of a vacuum circuit breaker will be described.

本実施例では、第1図に示すような真空遮断器バルブの
円筒形アルミナセラミックスl(外径75mmX長さ1
08mmx厚さ5mmt)の端部に、表面にNiめっき
を施したコバール製キャップ4(最大外径71mmX0
.85mm厚さ)の端部を接合した。
In this example, a cylindrical alumina ceramic l (outer diameter 75 mm x length 1
A Kovar cap 4 (maximum outer diameter 71 mm x 0) with Ni plating on the surface is attached to the end of the
.. 85 mm thick) were joined.

なお、前記真空遮断器バルブ内には、固定ホルダ7に固
定電極9が取付けられており、可動ホルダ18にはベロ
ーズ8と可動電極10が取付けられ、前記円筒形アルミ
ナセラミックス1で外気と遮蔽されている。
In the vacuum circuit breaker valve, a fixed electrode 9 is attached to a fixed holder 7, a bellows 8 and a movable electrode 10 are attached to a movable holder 18, and the cylindrical alumina ceramic 1 shields the valve from the outside air. ing.

前記バルブの円筒形アルミナセラミックス1側端面に、
Ag−Cu−Ti−In  (重量比で62.3 : 
20.2 : 2.5 :15)合金から成る箔状(0
,15mm)の活性金属官有ろう材2を配し、他方、コ
バール製キャップ4の端面側にはAg−Cu(重量比で
72:28)共晶合金から成る箔状(0、1m m )
のろう材3を配して、前記両者の端部を突合せる。
On the cylindrical alumina ceramic 1 side end surface of the valve,
Ag-Cu-Ti-In (weight ratio: 62.3:
20.2 : 2.5 : 15) Foil-like (0
, 15 mm), and on the other hand, on the end surface side of the cap 4 made of Kovar, a foil (0.1 mm) made of a eutectic alloy of Ag-Cu (72:28 by weight) is arranged.
A brazing material 3 is placed and the two ends are butted.

なお、前記ろう材2およびろう材3の融点は、前者68
0℃、後者780℃である。
Note that the melting point of the brazing filler metal 2 and the brazing filler metal 3 is 68
0°C, the latter 780°C.

上記を3 X 10−’Torrの減圧下、昇温速度5
0℃/分で810℃まで昇温し、4分間保持した後、降
温速度50℃/分で室温まで冷却した。
The above was heated under a reduced pressure of 3 x 10-' Torr at a heating rate of 5.
The temperature was raised to 810°C at a rate of 0°C/min, held for 4 minutes, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 50°C/min.

上記バルブのコバール製キャップ4と円筒形アルミナセ
ラミックス1の接合部の断面模式図を第2図に示す。
A schematic cross-sectional view of the joint between the Kovar cap 4 and the cylindrical alumina ceramic 1 of the above valve is shown in FIG.

前記活性金属含有ろう材2が1円筒形アルミナセラミッ
クス1のセラミックスと反応した後に、前記ろう材3が
溶融したため、極めて良好なフィレット5が形成され、
円筒形アルミナセラミックス1とキャップ4とは接合部
6によって強固に接合された。
After the active metal-containing brazing filler metal 2 reacts with the ceramic of the cylindrical alumina ceramic 1, the brazing filler metal 3 is melted, so that an extremely good fillet 5 is formed;
The cylindrical alumina ceramic 1 and the cap 4 were firmly joined by a joint 6.

なお、該接合体の接合部のIIsガスによるリーク試験
の結果は、 5 X 10−”atm、c c 7秒以
下であり、極めて気密性の優れた真空遮断器用バルブが
得られた。
In addition, the result of a leak test using IIs gas at the joint part of the joined body was 5 x 10-'' atm, CC 7 seconds or less, and a valve for a vacuum circuit breaker with extremely excellent airtightness was obtained.

実施例 2 マグネトロン用アルミナセラミックス管に、Niめっき
が施された軟鋼管を、実施例1と同様にして接合した。
Example 2 A Ni-plated mild steel tube was joined to an alumina ceramic tube for a magnetron in the same manner as in Example 1.

該接合体のHeガスのリーク量は5X10−”atm、
 c c 7秒以下であり、高気密性のマグネトロン用
アルミナセラミックス接合体が得られた。
The amount of He gas leaked from the bonded body is 5×10-”atm,
The c c time was 7 seconds or less, and a highly airtight alumina ceramic bonded body for a magnetron was obtained.

実施例 3 第3図は、本発明の半導体装置の縦断面概略図を示すも
のである。
Example 3 FIG. 3 shows a schematic vertical cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.

本実施例で用いた半導体装置は、放熱のための窒化アル
ミニウム製基板11に半導体素子15が搭載され、外部
接続用リードフレーム16とボンディングワイヤ17で
接続されている。該半導体素子15は保護のためにコバ
ール製キャップ14によって封止されている。
In the semiconductor device used in this embodiment, a semiconductor element 15 is mounted on an aluminum nitride substrate 11 for heat dissipation, and is connected to an external connection lead frame 16 with a bonding wire 17. The semiconductor element 15 is sealed with a Kovar cap 14 for protection.

上記において、窒化アルミニウム製基板11とコバール
製キャップ14との間に、基板11の接合面側に融点が
約730℃のAg−Cu−In−Ti(重量比で62:
25:10:2)合金から成る箔状(0,1mm)の活
性金属含有ろう材12を配し、コバール製キャップ13
の接合面側には融点が約780℃のAg−Cu(重量比
で72:28)合金から成る箔状(0,05mm)のろ
う材を配した。
In the above, between the aluminum nitride substrate 11 and the Kovar cap 14, Ag-Cu-In-Ti (weight ratio: 62:
25:10:2) A foil-shaped (0.1 mm) active metal-containing brazing filler metal 12 made of alloy is arranged, and a cap 13 made of Kovar is arranged.
A foil-shaped (0.05 mm) brazing filler metal made of an Ag-Cu (72:28 weight ratio) alloy with a melting point of about 780° C. was placed on the joint surface side.

これをITorrのAr雰囲気中で810℃まで実施例
1に準じて昇温、降温して接合した。
This was heated to 810° C. in an Ar atmosphere of ITorr and then bonded in accordance with Example 1.

上記の方法で得られた半導体装置の接合部のIloリー
ク試験によるHeリーク量は、5×10−”atm* 
c c 7秒以下であり、高い気密性の半導体装置が得
られた。
The amount of He leakage in the Ilo leakage test of the junction of the semiconductor device obtained by the above method was 5×10-”atm*
The c c time was 7 seconds or less, and a highly airtight semiconductor device was obtained.

なお、前記基板11として、窒化アルミニウムに換えて
高熱伝導性、電気絶縁性のSiCセラミックス基板を用
いたものも、前記と同様に高い気密性が得られた。
Note that when a SiC ceramic substrate with high thermal conductivity and electrical insulation properties was used instead of aluminum nitride as the substrate 11, high airtightness was obtained similarly to the above.

実施例 4 第4図に示すようなアルミナセラミックス基板21 (
2mmtX50mmX50mm)の接合面に、実施例1
で用いたA g −Cu −T i −I n合金から
成る箔状(0,15mm)の活性金属含有ろう材22を
配し、その上に実施例1で用いたAg−Cu残品合金か
ら成る箔状(0,1mm)のろう材23を配した。その
上にコバール製板24(1m m X 10 m m 
X 50 m m )を逆子字形になるように配置した
Example 4 An alumina ceramic substrate 21 (
2mmtX50mmX50mm) Example 1
A foil-shaped (0.15 mm) active metal-containing brazing filler metal 22 made of the Ag-Cu-Ti-In alloy used in Example 1 was placed, and on top of it A foil-shaped (0.1 mm) brazing filler metal 23 was arranged. On top of that is a Kovar board 24 (1 mm x 10 mm
x 50 mm) were arranged in an inverted font shape.

これを、実施例1と同じ条件で加熱−冷却した。This was heated and cooled under the same conditions as in Example 1.

第5図に該接合体の断面形状を示す。FIG. 5 shows the cross-sectional shape of the joined body.

ろう材22は、ろう材23の作用によって、アルミナセ
ラミックスと優先的に反応し、アルミナ基板側に濡れ広
がり、ろう材23はコバール製板24と反応接合した。
The brazing filler metal 22 reacted preferentially with the alumina ceramics due to the action of the brazing filler metal 23, wetted and spread to the alumina substrate side, and the brazing filler metal 23 was reacted and bonded to the Kovar plate 24.

これによってろう材22とコバール製板24との反応が
防止され、良好なフィレット25が形成され、緊密で強
力な接合体を得ることができた。
This prevented the reaction between the brazing filler metal 22 and the Kovar plate 24, formed a good fillet 25, and produced a tight and strong joined body.

実施例 5 実施例4と同様に、アルミナセラミックス基板21 (
2mmtX50mmX50mm)の接合面に、Ag−C
u−Ti(重量比で71:27:2)合金から成る箔状
(0、1m m )の活性金属含有ろう材22を配し、
その上にA u  Cu (重量比で80:20)共晶
合金から成る箔状(0,1mm)のろう材23を配した
。そして、その上にコバール製板24 (1m m X
 10 m m X 50 m m )を逆子字形にな
るように配置した。
Example 5 Similar to Example 4, alumina ceramics substrate 21 (
2mmtX50mmX50mm) on the joint surface, Ag-C
A foil-shaped (0.1 mm) active metal-containing brazing material 22 made of u-Ti (71:27:2 by weight) alloy is arranged,
A foil-shaped (0.1 mm) brazing material 23 made of a eutectic alloy of A u Cu (weight ratio: 80:20) was placed thereon. Then, on top of that, a Kovar board 24 (1mm x
10 mm x 50 mm) were arranged in an inverted letterform.

これを、実施例1と同じ条件で900℃まで加熱し、冷
却した。
This was heated to 900° C. under the same conditions as in Example 1, and then cooled.

実施例4と同様に第5図に示すような良好なフィレット
25が形成され、緊密で強力な接合体が得られた。
As in Example 4, a good fillet 25 as shown in FIG. 5 was formed, and a tight and strong bonded body was obtained.

実施例 6 融点が約710℃のAg−Cu−I n−Ti(重量比
で63:22:12:3)合金から成る活性金属含有ろ
う材(厚さ70μm)と、融点約780℃のAg−Cu
(重量比で72:28)共晶合金から成るろう材(厚さ
100μm)を重ね合わせて、室温で加圧延伸し、複合
ろう材(厚さ100μm)を作製した。
Example 6 An active metal-containing brazing filler metal (thickness 70 μm) made of Ag-Cu-In-Ti (63:22:12:3 by weight) alloy with a melting point of about 710°C and Ag with a melting point of about 780°C -Cu
(Weight ratio: 72:28) Brazing filler metals (thickness: 100 μm) made of eutectic alloy were overlapped and stretched under pressure at room temperature to produce a composite brazing filler metal (thickness: 100 μm).

該複合ろう材は、実施例4と同様な構成のセラミックス
と金属と、を緊密に接合することができた。 また、そ
の作業性においても優れたものを得ることができた。
The composite brazing material was able to tightly join ceramics and metal having the same structure as in Example 4. In addition, excellent workability was also obtained.

実施例 7 融点が約720℃のAg−Cu−I n−Ti(重量比
で62゜3:20.2:15:2.5)合金粉末log
に対して有機バインダとそてエチルセルロース(和光純
薬工業製)を 0.2gと、該バインダの溶剤としてジ
エチレングリコール・モノエチルエーテルアセテート 
1.8g配合し、ペースト状とした該ろう材を、ポリエ
チレンテレフタレートフィルム(厚さ0.1mm)の表
面に、ドクターブレードを用いて、約100μm厚さに
塗布した。
Example 7 Ag-Cu-In-Ti (62°3:20.2:15:2.5 by weight ratio) alloy powder log with a melting point of about 720°C
0.2 g of organic binder and ethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and diethylene glycol monoethyl ether acetate as a solvent for the binder.
1.8 g of the brazing filler metal was mixed and made into a paste, and applied to the surface of a polyethylene terephthalate film (thickness: 0.1 mm) to a thickness of about 100 μm using a doctor blade.

上記を、約100℃で前記溶剤を乾燥後、その上に同様
にして融点が780℃のAg−Cu(重量比で72:2
8)共晶合金粉末を同じく100μmに塗布し、乾燥後
前記フィルムを剥がして、約200μmの複合ろう材を
作製した。
After drying the solvent at about 100°C, apply Ag-Cu having a melting point of 780°C (72:2 by weight).
8) Eutectic alloy powder was similarly applied to a thickness of 100 μm, and after drying, the film was peeled off to produce a composite brazing filler metal of approximately 200 μm.

該複合ろう材は、実施例4と同様な構成のセラミックス
と金属を緊密に接合することができ、また、その作業性
においても優れたものを得ることができた。なお、前記
バインダは上記接合時の加熱によっつで除去することが
できた。
The composite brazing material was able to tightly join ceramics and metal having the same structure as in Example 4, and also had excellent workability. Note that the binder could be removed by heating during the bonding.

実施例 8 第6図に、本発明の大型計算機用冷却モヂュールの断面
模式図を示す。
Embodiment 8 FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a cooling module for a large-sized computer according to the present invention.

セラミックス基板11に搭載されたLSI41の背面に
、高熱伝導性セラミックスから成る冷却フィン42がは
んだ層43によって接着されており、該冷却フィン42
はベローズ45を有するコバール製キャップ44と接続
され、前記ベローズ45介して冷却装置46と接続され
ている。そして、冷却装置は冷媒47を循環することに
より、前記LSIが発生する熱を放散できるように構成
されている。
A cooling fin 42 made of highly thermally conductive ceramics is bonded to the back side of the LSI 41 mounted on the ceramic substrate 11 with a solder layer 43.
is connected to a Kovar cap 44 having a bellows 45, and is connected to a cooling device 46 via the bellows 45. The cooling device is configured to circulate the coolant 47 to dissipate heat generated by the LSI.

本実施例において、前記冷却フィン42とコバール製キ
ャップ43とを、前記実施例3の半導体装置の場合と同
様にろう材により接合した。
In this example, the cooling fins 42 and the Kovar cap 43 were bonded together using a brazing filler metal in the same manner as in the semiconductor device of Example 3.

接合後のHeリーク試験を実施したところ、I(eガス
リーク量は5 X 10−”at園、cc/秒以下であ
り、高気密性の該冷却モヂュールを得ることができた。
When a He leak test was conducted after bonding, the amount of I gas leaked was less than 5 x 10-''at, cc/sec, and the cooling module was able to be highly airtight.

【発明の効果〕【Effect of the invention〕

ろう材の濡れ性が劣る部材(セラミックス)側の接合面
に先に溶融して濡れ広がるろう材を配し。
A brazing filler metal that melts and spreads first is placed on the joint surface of the component (ceramics) that has poor wettability.

ろう材の濡れ性が良い部材(金属)側の接合面に後から
溶融して濡れ広がるろう材を配したことにより、後者の
接合部にろう材の過剰な濡れ広がりが防止されるため均
一なフィレッットが形成されて、両部材を緊密に接合す
ることができる。
By placing the brazing filler metal that later melts and spreads on the joint surface of the component (metal) side where the brazing filler metal has good wettability, it prevents excessive wetting and spreading of the filler metal at the latter joint, resulting in a uniform result. A fillet can be formed to tightly join both parts.

特に気密性を必要とする半導体装置のセラミックス基板
と金属キャップ等の部品の接合に、極めて優れた接合を
与えるので、高気密性の装置が得4、 !’IS%’囚
望 第1図は、真空遮断器バルブの断面図、第2図は真空遮
断器バルブのコバール製キャップと円筒形アルミナセラ
ミックスの接合部の断面模式図、第3図&おセラミック
ス基板と金属製キャップを備えた半導体装置の概略図、
第4図および第5図は、セラミックス製板と金属性板の
接合の前後の状態を示す断面図、第6図は本発明の大型
計算機用冷却モヂュールの断面模式図である。
In particular, it provides extremely excellent bonding for parts such as ceramic substrates and metal caps of semiconductor devices that require airtightness, resulting in highly airtight devices. Figure 1 is a cross-sectional view of the vacuum breaker valve, Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the joint between the Kovar cap of the vacuum breaker valve and cylindrical alumina ceramics, and Figure 3 is a cross-sectional view of the vacuum circuit breaker valve. Schematic diagram of a semiconductor device with a substrate and a metal cap,
4 and 5 are cross-sectional views showing the state before and after the ceramic plate and the metal plate are joined, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the cooling module for a large-sized computer according to the present invention.

1・・・円筒形アルミナセラミックス、2,12.22
・・・活性金属含有ろう材、3,13.23・・・金属
ろう材、4,14.44・・・コバール製キャップ、2
5・・・フィレット、6,26・・・接合部、7・・・
固定ホルダ、8,45・・・ベローズ、9・・・固定電
極、10・・・可動電極、11・・・セラミックス基板
、15・・・半導体素子、16・・・リードフレーム、
17・・・ボンディングワイヤ、18・・・可動ホルダ
、21・・・アルミナセラミックス製板、24・・・コ
バール製板、41・・・LSI、42・・・冷却フィン
、43・・・はんだ層、46・・・冷却装置、47・・
・冷媒。
1... Cylindrical alumina ceramics, 2, 12.22
...Active metal-containing brazing filler metal, 3,13.23...Metal brazing filler metal, 4,14.44...Kovar cap, 2
5...Fillet, 6,26...Joint part, 7...
Fixed holder, 8, 45... Bellows, 9... Fixed electrode, 10... Movable electrode, 11... Ceramic substrate, 15... Semiconductor element, 16... Lead frame,
17... Bonding wire, 18... Movable holder, 21... Alumina ceramic plate, 24... Kovar plate, 41... LSI, 42... Cooling fin, 43... Solder layer , 46... cooling device, 47...
・Refrigerant.

第1図 第 図 3・・・・・・金属ろう材 4・・・・・・コバール製キャップ ・・・窒化アルミニウム(AtN) 基板・・・活性金
属含有ろう材 (62%Ag−25%Cu−10%In−2%Ti・・
・ろう材(72%Ag−28%CLI)・・・コバール
製キャップ ・・・半導体素子 ・・・リードフレーム ・・・ボンディングワイヤ 21・・・アルミナセラミックス基板 22・・・活性金属ろう 23・・・金属ろう 24・・・コバール板 25・・・フィレット 26・・・接合部 ニ]] 41・・・LSI 42・・・冷却フィン 44・・・キャップ 45・・・べa−ズ 46・・・冷却装置 47・・・冷 媒
Figure 1 Figure 3...Metal brazing filler metal 4...Kovar cap...Aluminum nitride (AtN) Substrate...Active metal-containing brazing filler metal (62%Ag-25%Cu) -10%In-2%Ti...
- Brazing metal (72%Ag-28%CLI)... Kovar cap... Semiconductor element... Lead frame... Bonding wire 21... Alumina ceramics substrate 22... Active metal solder 23...・Metal solder 24... Kovar plate 25... Fillet 26... Joint part d]] 41...LSI 42...Cooling fin 44...Cap 45...Bead 46...・Cooling device 47... Refrigerant

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法において、
ろう材の濡れ性が劣る部材側の接合面に先に溶融して濡
れ広がるろう材を配し、ろう材の濡れ性が良い部材側の
接合面に後から溶融して濡れ広がるろう材を配し、前記
ろう材を加熱溶融して接合することを特徴とするろう材
の濡れ性が異なる部材の接合方法。 2、ろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法において、
ろう材の濡れ性が劣る部材側の接合面に先に濡れ広がり
、ろう材の濡れ性が良い部材側の接合面に後から濡れ広
がるように接合界面に温度勾配を付して加熱することを
特徴とするろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法。 3、ろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法において、
ろう材の濡れ性が劣る部材側の接合面に先に濡れ広がり
、ろう材の濡れ性が良い部材側の接合面に後から濡れ広
がるよう溶融温度が異なるろう材を複合したろう材を介
して接合することを特徴とするろう材の濡れ性が異なる
部材の接合方法。 4、セラミックスと金属との接合方法において、前記セ
ラミックス側に活性金属を含むろう材を配し、前記金属
側に該活性金属を含むろう材よりも後から溶融するろう
材を配し、 非酸化性雰囲気中で加熱溶融して接合することを特徴と
するろう材の濡れ性が異なる部材の接合方法。 5、セラミックスと金属との接合方法において、前記セ
ラミックス側に活性金属を含むろう材層を配し、前記金
属側に活性金属を含む前記ろう材よりも高融点のろう材
層が接するよう配した複合ろう材を用い、非酸化性雰囲
気中で加熱して接合することを特徴とするろう材の濡れ
性が異なる部材の接合方法。 6、ろう材の濡れ性が劣る部材側の接合面に溶融して濡
れ広がったろう材と、ろう材の濡れ性が良い部材側の接
合面に前記ろう材の溶融後に濡れ広がったろう材とによ
って接合されていることを特徴とするろう材の濡れ性が
異なる部材の接合体。 7、活性金属を含むろう材がセラミックス側の接合面に
、前記活性金属を含む前記ろう材よりも高融点のろう材
が金属側に配されたろう材によって接合されていること
を特徴とするセラミックスと金属の接合体。 8、セラミックス基板上に搭載された半導体素子と、該
半導体素子を前記セラミックス基板とその上に設けた金
属製キャップとによって気密に封止された半導体装置に
おいて、 活性金属を含むろう材が前記セラミックス基板の接合面
に、前記ろう材よりも高融点のろう材が前記金属キャッ
プの接合面に配された複合ろう材によって気密に接合さ
れていることを特徴とする半導体装置。 9、ろう材の濡れ性が異なる部材の接合用ろう材におい
て、前記部材の一方に対する濡れ性が異なるろう材が積
層され構成されていることを特徴とするろう材の濡れ性
が異なる部材の接合用ろう材。 10、セラミックス側のろう材が、金属側のろう材より
も先に溶融し、前記セラミックス側のろう材が、前記金
属側のろう材よりも先に濡れるよう構成されていること
を特徴とするセラミックスと金属との接合用ろう材。 11、活性金属を含むろう材層と該ろう材よりも高融点
のろう材層との積層体から成ることを特徴とするセラミ
ックスまたは金属の接合用ろう材。
[Claims] 1. In a method for joining members having different wettability of brazing filler metals,
Place the brazing filler metal that melts and spreads first on the joint surface of the component side where the wettability of the filler metal is poor, and then place the brazing filler metal that melts and spreads later on the joint surface of the component side that has better wettability. A method for joining members having different wettability of brazing materials, characterized in that the brazing materials are joined by heating and melting. 2. In a method for joining members with different brazing filler metal wettability,
Heat is applied by creating a temperature gradient at the bonding interface so that the brazing filler metal wets and spreads first on the bonding surface of the component side with poor wettability, and then spreads on the bonding surface of the component side with good brazing filler metal wettability. A method for joining parts with different brazing filler metal wettability. 3. In a method for joining members with different brazing filler metal wettability,
Using a composite of brazing fillers with different melting temperatures, the brazing filler metal first wets and spreads on the joint surface of the component side with poor wettability, and later spreads on the joint surface of the component side with good wettability. A method for joining members having different wettability of brazing filler metals. 4. In the method for joining ceramics and metal, a brazing filler metal containing an active metal is placed on the ceramic side, a brazing filler metal that melts later than the brazing filler metal containing the active metal is placed on the metal side, and non-oxidizing. A method for joining members having different wettability of brazing filler metals, which is characterized by joining by heating and melting in a neutral atmosphere. 5. In the method for joining ceramics and metal, a brazing material layer containing an active metal is arranged on the ceramic side, and a brazing material layer having a higher melting point than the brazing material containing an active metal is arranged on the metal side. A method for joining members with different wettability of brazing materials, which uses a composite brazing material and is characterized by joining by heating in a non-oxidizing atmosphere. 6. Joining by the brazing filler metal that has melted and spread on the bonding surface of the component side where the brazing filler metal has poor wettability, and the brazing filler metal that has melted and spread on the bonding surface of the component side where the brazing filler metal has good wettability. A joined body of members having different wettability of brazing filler metal. 7. Ceramics characterized in that a brazing filler metal containing an active metal is bonded to the bonding surface on the ceramic side by a brazing filler metal having a higher melting point than the brazing filler metal containing the active metal and placed on the metal side. and metal joints. 8. In a semiconductor device including a semiconductor element mounted on a ceramic substrate, and the semiconductor element hermetically sealed by the ceramic substrate and a metal cap provided thereon, a brazing material containing an active metal is bonded to the ceramic substrate. 1. A semiconductor device, wherein a composite brazing filler metal having a melting point higher than that of the brazing filler metal is hermetically bonded to a bonding surface of a substrate by a composite brazing filler metal disposed on a bonding surface of the metal cap. 9. Joining of members with different wettability of brazing filler metals, characterized in that the brazing filler metal for joining members with different wettability of brazing filler metals is configured by laminating brazing filler metals with different wettability to one of the members. Brazing filler metal. 10. The brazing material on the ceramic side melts before the brazing material on the metal side, and the brazing material on the ceramic side is wetted before the brazing material on the metal side. Brazing filler metal for joining ceramics and metals. 11. A brazing material for joining ceramics or metals, characterized by comprising a laminate of a brazing material layer containing an active metal and a brazing material layer having a higher melting point than the brazing material.
JP6672489A 1989-03-18 1989-03-18 Method of joining members having different brazing material wettability, the joined body and the joining brazing material Expired - Lifetime JPH0631167B2 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006151726A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Kyocera Corp Vessel for housing fuel reforming reactor and fuel reforming unit
KR100824901B1 (en) * 2000-11-30 2008-04-23 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 Metal-ceramic composite and vacuum swich unit using the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100824901B1 (en) * 2000-11-30 2008-04-23 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 Metal-ceramic composite and vacuum swich unit using the same
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