JPH0288482A - セラミックスのメタライズ又は接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明はセラミックス表面の金属化、及び、セラミック
ス同士、あるいは、金属との接合方法に関する。 〔従来の技術〕 セラミックスのメタライズ、及び、接合方法として、既
に、各種の方法が公知になっている。その中でも米国特
許２５７０２４８号、　２７３９３７５号、　２１１１
５７６６号、　４４７１０２６号が基本さなっている活
性金属法が最も多く利用されつつある。この活性金属法
はＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ−Ａｇ合金中に活性金属（Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）を添加したろう材をメタライズ、また
は、接合部に配置し、　１０−’Ｔｏｒｒ以下の真空中
、または、１気圧のＡｒ、または、Ｎｚ等の不活性ガス
中でろう材の融点以上に加熱する方法である。 しかし、前記ろう材を用いて１０−’Ｔｏｒｒ以下の真
空中で加熱した場合はメタライズ、または、接合中にろ
う材中の、特に、蒸気圧の高い元素が蒸発するため、ろ
う材の組成が加熱前に比べて変化し、信頼性の高い接合
部が得られないという欠点がある。 特に、活性金属を含むろう材にＡｇ、Ｃｕ。 Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ等の蒸着発の高い金属元素を含む場合
は顕著である。 また、ろう材が有機物からなるペースト状の場合は、さ
らに、蒸発が著しい。その結果、メタライズ部、または
、接合部以外のセラミックス表面にろう材の一部、また
は、ペーストの一部が付着する。 前述のように、メタライズ部、または、接合部以外の部
分にもろう材が付着した場合は、セラミックス基板自体
の絶縁性が低下し、セラミックス特有の絶縁体としての
機能が失われ、半導体等の絶縁基板としては不適切にな
る。 また、従来の１０″″’Ｔｏｒｒ以上の真空中ではろう
材が酸化し、メタライズ、及び、接合部の信頼性の点で
好ましくない。 一方、１気圧以上の不活性ガス、あるいは、Ｎｚ中で行
った場合は、メタライズ、及び、接合部にガスが残留し
、ブローホールが発生する。特に、ろう材が有機物と混
合したペースト状の場合は、ブローホールの発生が顕著
である。 前述のように、メタライズ、及び、接合部にブローホー
ルが存在すると接合部の強度、気密性等の劣化原因とな
る。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、１０″″’Ｔｏｒｒ以下の真空中で行
った場合のろう材の蒸発によるろう材の組成の変動、及
び、メタライズ部以外へのろう材の付着防止、及び１０
−４Ｔｏｒｒ以上の真空中で行った場合のろう甘酸化、
並びに、１気圧以上のＡｒ、または、Ｎ２中で行った場
合のブローホールの防止には考慮がされておらず、信頼
性の点で問題があった。 本発明の目的は、信頼性の高いメタライズ及び接合方法
を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するため、１０””Ｔｏｒｒ〜
ｌ　Ｏ０Ｔｏｒｒに減圧された不活性ガス、または、Ｎ
２中、あるいは、ＡｒとＮ２ガスとの混合ガスからの雰
囲気中で、メタライズ、及び、接合を行うようにしたも
のである。 〔作用〕 すなわち、本発明は減圧された不活性ガス、または、Ｎ
２ガス雰囲気中でセラミックスのメタライズ、及び、接
合を行うことにより、メタライズ用金属の蒸発、酸化、
及び、接合部のブローホールの発生を防止したものであ
る。 本発明はろう材を融点以上に加熱してメタライズ接合を
行う場合に効果が大きい。すなわち、ろう材を１０″″
’Ｔｏｒｒ以下の真空中で融点以上に加熱するとろう材
の蒸発量が多くなる。また、１Ｏ−４Ｔｏｒｒ以下の真
空中ではろう材の酸化が大きい。更に、Ａｒ、あるいは
、Ｎ２からなる大気中で加熱した場合はろう材からのガ
スの発生によるブローホールが発生する。 ろう材を融点以上に加熱してセラミックスのメタライズ
、及び、接合を行うろう材は、Ａｇ。 Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ等の単体金
属、または、この金属の一種以上からなる合金（混合も
含む）に周期表のＩＶａ族元素の中から選ばれる少なく
とも一種類の元素を１〜３゜ｗｔ％含むろう材が比較的
メタライズ、接合温度が低い点で多く使用される。 このろう材の中でもＡｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ。 Ｎｉの単体、または、この金属が一種類からなる合金（
混合も含む）にＴｉを１〜３０ｗし％含むろう材は融点
が低い点で本発明による効率が太きい。 すなわち、特に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属、及
び、金属を含むろう材は蒸気圧が高い、１０″″’Ｔｏ
ｒｒ以下の真空中で融点以上に加熱した場合に蒸発量が
多い。 このため、真空中での加熱は好ましくなく、本発明の減
圧ガス中でのメタライズ、接合が望ましい。 また、ろう材を一気圧以上のガス雰囲気中で融点以上に
加熱した場合は、ろう材からのガスが残留し、接合部に
ブローホールが発生する。 特に、ろう材を有機溶剤と混合したペースト状の場合は
有機溶剤からのガスの放出によるブローホールが多発す
る。このため１本発明によるわずかに減圧した減圧ガス
雰囲気中のメタライズ、接合が望ましい。 減圧ガス雰囲気中におけるガスは不活性ガス（Ａｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ｋｒ）、または、Ｎｚガスがろう材と反応し
ない点で望ましい。 また、前述ガスからなる混合ガス雰囲気中でも本目的を
達成できる。 一方、減圧ガス雰囲気中における減圧は１００Ｔｏｒｒ
　〜Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−”Ｔｏｒｒがろう材の蒸発防止、
及び、ブローホール防止の点で最も望ましい。１００Ｔ
ｏｒｒ以上ではガス流量が多く不経済である。また、Ｉ
　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒ以下ではろう材の酸化が大きく
好ましくない。 〔実施例〕 〈実施例Ｉ〉 熱伝導率が２００ｗ／ｍ−に絶縁抵抗が１０１３Ω、１
の特性をもっＡＱＮセラミックス表面に７２Ａｇ−２８
Ｃｕ　（ｗｔ％）の合金粉末中に３ｗｔ％のＴｉ粉末を
混合したペースト状のろう材を幅２間隔とも２ＩＩＩＩ
に印刷した。次にこれを各種圧力に減圧されたＡｒガス
中でろう材の融点以上の８５０℃に５分間の加熱により
メタライズを行った。 メタライズ後の前記ＡＱＮセラミックス基板の絶縁抵抗
及び１ａｉ当りのブローホール数を測定した結果、絶縁
抵抗１０−”Ｔｏｒｒ以上から急増し、また、ブローホ
ール数は約１００Ｔｏｒｒ以下で急減することがわかっ
た。すなわち、１０−”Ｔｏｒｒ〜１００　Ｔｏｒｒに
減圧されたＡｒ雰囲気中でメタライズを行うことにより
、ＡＱＮ基板の絶縁抵抗を劣化することなく、また、メ
タライズ表面の酸化とブローホール数の少ない信頼性の
高いメタライズ部を得ることができる。更にこの範囲で
はガス流量も少なく経済的である。 〈実施例■〉 熱伝導率が２７０ｗ／ｍ−に、＃！縁低抵抗１ｏ１３Ω
、】の特性をもつＳｉＣセラミックス同士の接合部に５
５Ａｇ−２３Ｃｕ−１５Ｉｎ−３Ｔｉ（ｗｔ％）からな
る厚さ５０μｍの箔を配置した。 次に、これをＩ　Ｔｏｒｒに減圧されたＮ２雰囲気中で
ろう材の融点以上の８００℃で三分間加熱した。 加熱冷却後のＳｉＣ基板の絶縁抵抗を測定した結果、１
０１８Ω、Ｃ１１１以上で、かつ、接合部にはブローホ
ールも見られなかった。 〈実施例■〉 絶縁抵抗が１０１３Ω、ＣＩｌのＡＱＮセラミックスの
一方の面にメタライズを、更に、他方の面はＡＱＮ同士
の接合を同時に行う場合に本発明を実施した。 メタライズ、及び、接合用のろう材はペースト状の７０
Ａｇ−２７Ｃｕ−３７ｉからなる混合粉末を用いた。メ
タライズと接合はＩ　Ｔｏｒｒの減圧されたＡｒ中で同
時に行った。 なお、メタライズ面にはＡｕ−５ｎはんだによりコバー
ルを前記と同様の雰囲気中で接合した。 その結果、ＡＱＮ基板の絶縁劣化及び接合部のブローホ
ールも見られない、信頼性の高い接合体が得られた。 〈実施例■〉 ＡＱ２０１１セラミックスと銅箔との接合部にＣｕ−Ｔ
ｉ箔をはさみ５０ＴｏｒｒのＡｒ雰囲気中で１０００℃
に加熱した。 ＡΩｘ　ＯＢの絶縁劣化、及び、ブローホールも見られ
ず信頼性の高い接合体が得られた。 〔発明の効果〕 本発明によれば、セラミックス基板の絶縁抵抗の劣化、
及び、ろう材の酸化と接合部のブローホールの発生を防
ぐことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｎの少なくとも一種類
   からなる合金中にＴｉあるいはＺｒの少なくとも一種を
   含有したろう材によつてセラミックスをメタライズ、あ
   るいは、接合を行う方法において、 減圧された不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ）あるいは窒
   素（Ｎ＿２）ガス、または、不活性ガスと窒素ガスとの
   混合ガスのいずれか一種の雰囲気中でメタライズ、ある
   いは、接合を行うことを特徴とするセラミックスのメタ
   ライズ又は接合方法。 ２、前記減圧されたガス雰囲気内の圧力は１×１０＾−
   ＾２Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ内であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のセラミックスのメタライ
   ズ又は接合方法。 ３、前記メタライズ及び接合用ろう材中にＩｎ、Ｓｎ、
   Ｚｎ、Ｂｉの中から選ばれる元素を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の
   セラミックスのメタライズ又は接合方法。 ４、前記セラミックスはＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＳｉＡｌＯＮ系、ＭｇＯ、ＺｒＯ
   ＿２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のセラミックスのメタライズ又は接合方法
   。