JPH0292872A - セラミック体と銅材の接合方法 - Google Patents
セラミック体と銅材の接合方法Info
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- JPH0292872A JPH0292872A JP24342688A JP24342688A JPH0292872A JP H0292872 A JPH0292872 A JP H0292872A JP 24342688 A JP24342688 A JP 24342688A JP 24342688 A JP24342688 A JP 24342688A JP H0292872 A JPH0292872 A JP H0292872A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
- B23K35/007—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of copper or another noble metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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体と銅材との接合方法に関するもの
である。
である。
（従来技術及びその課題）
従来、セラミック体と銅材との接合は生もしくは焼結セ
ラミック体表面に、タングステン四）、モリブデン−マ
ンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等の高融点金属粉末に有機バイン
ダー及び溶剤を添加し、ペースト状となしたものをスク
リーン印刷により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成し
て高融点金属とセラミック体とを焼結一体止させメタラ
イズ金属層を被着させるとともに該メタライズ金属層上
に銅材をロウ付を介しロウ付けすることによって行われ
ている。
ラミック体表面に、タングステン四）、モリブデン−マ
ンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等の高融点金属粉末に有機バイン
ダー及び溶剤を添加し、ペースト状となしたものをスク
リーン印刷により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成し
て高融点金属とセラミック体とを焼結一体止させメタラ
イズ金属層を被着させるとともに該メタライズ金属層上
に銅材をロウ付を介しロウ付けすることによって行われ
ている。
しかし乍ら、この従来のセラミック体と銅材との接合は
、セラミック体表面に予めメタライズ金属層を被着させ
ておかなければならず、メタライズ金属層を被着させる
ための複雑な工程が必要でＨ’＋＋製品を高コストとす
る欠点を有していた。
、セラミック体表面に予めメタライズ金属層を被着させ
ておかなければならず、メタライズ金属層を被着させる
ための複雑な工程が必要でＨ’＋＋製品を高コストとす
る欠点を有していた。
また前記タングステン（−）、モリブデン−マンガン（
Ｍｏ−Ｍｎ）を使用したメタライズ金属層はアルミナ（
八１２０：ｌ）に代表される酸化物系セラミ、り体にし
か被着せず、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ：＋
Ｎ４）に代表される炭化物系、窒化物系セラミック体に
は被着しないことからセラミック体と銅材の接合におい
て、セラミック体側の材質に大きな制約を受けるという
欠点も有していた。
Ｍｏ−Ｍｎ）を使用したメタライズ金属層はアルミナ（
八１２０：ｌ）に代表される酸化物系セラミ、り体にし
か被着せず、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化珪素（Ｓｉ：＋
Ｎ４）に代表される炭化物系、窒化物系セラミック体に
は被着しないことからセラミック体と銅材の接合におい
て、セラミック体側の材質に大きな制約を受けるという
欠点も有していた。
そこで、本願出願人は先に、セラミック体にチタンもし
くはその水素化物を介して銅材を積層するとともに、こ
れを真空中で焼成し、銅材とチタンとの共晶物を形成す
ることによって銅材をセラミック体に接合する方法を提
案した。この方法によれば銅材とチタンの共晶物があら
ゆるセラミックに対し活性を有することから酸化物系、
炭化物系及び窒化物系のすべてのセラミック体に銅材を
メタライズ金属層の被着形成を不要として直接接合する
ことが可能となる。
くはその水素化物を介して銅材を積層するとともに、こ
れを真空中で焼成し、銅材とチタンとの共晶物を形成す
ることによって銅材をセラミック体に接合する方法を提
案した。この方法によれば銅材とチタンの共晶物があら
ゆるセラミックに対し活性を有することから酸化物系、
炭化物系及び窒化物系のすべてのセラミック体に銅材を
メタライズ金属層の被着形成を不要として直接接合する
ことが可能となる。
しかし乍ら、この方法によれば、セラミック体と銅材と
を接合する際、両者間に介在させたチタンもしくはその
水素化物の一部がセラミック体中に拡散し、セラミック
体とチタンの反応物を生成してセラミック体を脆弱にし
、熱応力印加により容易に破損するという構造的強度の
劣化を誘発した。
を接合する際、両者間に介在させたチタンもしくはその
水素化物の一部がセラミック体中に拡散し、セラミック
体とチタンの反応物を生成してセラミック体を脆弱にし
、熱応力印加により容易に破損するという構造的強度の
劣化を誘発した。
（発明の目的）
本発明者等は上記欠点に鑑み更に種々の実験を行った結
果、セラミック体と銅材との間に介在させるチタンもし
くはその水素化物に予め銅を所定量含有させておくと、
セラミック体と銅材とを接合させる際、チタンのセラミ
ック体中への拡散を有効に防止し、銅材をセラミック体
に強固に接合し得ることを知見した。
果、セラミック体と銅材との間に介在させるチタンもし
くはその水素化物に予め銅を所定量含有させておくと、
セラミック体と銅材とを接合させる際、チタンのセラミ
ック体中への拡散を有効に防止し、銅材をセラミック体
に強固に接合し得ることを知見した。
本発明は上記知見に基づき、酸化物系、炭化物系及び窒
化物系のすべてのセラミック体に銅材を、セラミック体
の構造的強度を劣化させることなく、かつメタライズ金
属層の被着形成を不要として直接接合することができる
セラミック体と銅材の接合方法を提供することをその目
的とするものである。
化物系のすべてのセラミック体に銅材を、セラミック体
の構造的強度を劣化させることなく、かつメタライズ金
属層の被着形成を不要として直接接合することができる
セラミック体と銅材の接合方法を提供することをその目
的とするものである。
（課題を解決するための手段）
本発明のセラミック体と銅材の接合方法は、セラミック
体に、７０．０乃至９９．０重量％の銅及び１．０乃至
３０．０重量％のチタンもしくはその水素化物から成る
複合体を介して銅材を積層し、次いでこれを真空中で焼
成し、銅とチタンの共晶物を形成することによって銅材
をセラミック体に接合することを特徴とするものである
。
体に、７０．０乃至９９．０重量％の銅及び１．０乃至
３０．０重量％のチタンもしくはその水素化物から成る
複合体を介して銅材を積層し、次いでこれを真空中で焼
成し、銅とチタンの共晶物を形成することによって銅材
をセラミック体に接合することを特徴とするものである
。
本発明のセラミック体に銅材を接合する方法においては
、セラミック体と銅材との間に介在される複合体の銅が
７０．０重量％未満、チタンもしくはその水素化物が３
０．０重量％を越えたものとなるとチタンの絶対量が大
となり、セラミック体と銅材とを接合させる際、チタン
の一部がセラミック体中に拡散し、セラミック体の構造
的強度を大きく劣化させてしまい、またチタンもしくは
その水素化物が１．０重量％未満、銅が９９．０重量％
を越えたものとなるとチタンと銅との共晶物の絶対量が
不足し、銅材をセラミック体に強固に接合させることが
できず、同時に銅及びチタンもしくはその水素化物の溶
融温度が高いものとなり、銅材を溶融変形させることな
くセラミック体に接合させることができなくなることか
らセラミック体と銅材との間に介在される複合体は銅が
７０．０乃至９９．０重量％、チタンもしくはその水素
化物が１．０乃至３０．０重量％に特定される。
、セラミック体と銅材との間に介在される複合体の銅が
７０．０重量％未満、チタンもしくはその水素化物が３
０．０重量％を越えたものとなるとチタンの絶対量が大
となり、セラミック体と銅材とを接合させる際、チタン
の一部がセラミック体中に拡散し、セラミック体の構造
的強度を大きく劣化させてしまい、またチタンもしくは
その水素化物が１．０重量％未満、銅が９９．０重量％
を越えたものとなるとチタンと銅との共晶物の絶対量が
不足し、銅材をセラミック体に強固に接合させることが
できず、同時に銅及びチタンもしくはその水素化物の溶
融温度が高いものとなり、銅材を溶融変形させることな
くセラミック体に接合させることができなくなることか
らセラミック体と銅材との間に介在される複合体は銅が
７０．０乃至９９．０重量％、チタンもしくはその水素
化物が１．０乃至３０．０重量％に特定される。
尚、本発明においてセラミック体と銅材との間に介在さ
れる銅及びチタンもしくはその水素化物から成る複合体
は粉末状のもの、あるいは箔状のものが使用され、粉末
状のものを使用する場合には粒径が１〜５μｍの銅及び
チタンもしくはその水素化物の粉末に適当な有機バイン
ダー及び溶剤を添加するとともに混練機で混練し、ペー
スト状となしてセラミック体と銅材との間に介在され、
また箔状のものを使用する場合には、銅板とチタンもし
くはその水素化物の板を積層あるいは銅とチタンもしく
はその水素化物の混合板を加圧し、厚み３０〜２００
μｍの箔状となしてセラミック体と銅材との間に介在さ
れる。
れる銅及びチタンもしくはその水素化物から成る複合体
は粉末状のもの、あるいは箔状のものが使用され、粉末
状のものを使用する場合には粒径が１〜５μｍの銅及び
チタンもしくはその水素化物の粉末に適当な有機バイン
ダー及び溶剤を添加するとともに混練機で混練し、ペー
スト状となしてセラミック体と銅材との間に介在され、
また箔状のものを使用する場合には、銅板とチタンもし
くはその水素化物の板を積層あるいは銅とチタンもしく
はその水素化物の混合板を加圧し、厚み３０〜２００
μｍの箔状となしてセラミック体と銅材との間に介在さ
れる。
またチタンは酸化もしくは窒化され易い材料であり、酸
化あるいは窒化されたチタンは銅材と共晶物を作らずセ
ラミック体に対する活性も無くなることからセラミック
体に銅材を接合させる際にはチタンが酸化あるいは窒化
しないよう真空中で焼成される。
化あるいは窒化されたチタンは銅材と共晶物を作らずセ
ラミック体に対する活性も無くなることからセラミック
体に銅材を接合させる際にはチタンが酸化あるいは窒化
しないよう真空中で焼成される。
（実施例）
次に本発明を実施例に基づき説明する。
まず、第１表に示す組成の銅（Ｃｕ）及びチタン（Ｔｉ
）もしくはその水素化物（ＴｉＨｚ）から成る複合体の
粉末及び箔を準備し、これをアルミナ（ＡＩＺＯ：ｌ）
セラミック体、炭化珪素質（ＳｉＣ）セラミック体、窒
化珪素質（ＳｉＪａ）セラミック体の表面に直径５ｍｍ
の円形状に載置する。次にこの上に更に直径５ｍｍ、長
さ２０ｍｍの銅材の円柱体を載置するとともに真空炉中
（真空度１０−’Ｔｏｒｒ以上）、約１０００℃の温度
で焼成し、セラミック体表面に銅材の円柱体を接合する
。そして次に銅材を垂直方向に引っ張り、単位面積当た
りの接合強度を調べた。
）もしくはその水素化物（ＴｉＨｚ）から成る複合体の
粉末及び箔を準備し、これをアルミナ（ＡＩＺＯ：ｌ）
セラミック体、炭化珪素質（ＳｉＣ）セラミック体、窒
化珪素質（ＳｉＪａ）セラミック体の表面に直径５ｍｍ
の円形状に載置する。次にこの上に更に直径５ｍｍ、長
さ２０ｍｍの銅材の円柱体を載置するとともに真空炉中
（真空度１０−’Ｔｏｒｒ以上）、約１０００℃の温度
で焼成し、セラミック体表面に銅材の円柱体を接合する
。そして次に銅材を垂直方向に引っ張り、単位面積当た
りの接合強度を調べた。
また、同時に銅材が接合されたセラミック体に１５０〜
−５０℃の温度サイクルを１．００サイクル印加し、セ
ラミック体に発生する欠けやクラックを目視またはｗｉ
微鏡により調べ構造的強度の評価とした。
−５０℃の温度サイクルを１．００サイクル印加し、セ
ラミック体に発生する欠けやクラックを目視またはｗｉ
微鏡により調べ構造的強度の評価とした。
尚、前記炭化珪素質（ＳｆＣ）セラミック体は炭化珪素
粉末に焼結助剤としての炭素、硼素を微量添加するとと
もにアルゴン雰囲気中、約２１００°Ｃの温度で焼成し
たもの用いた。
粉末に焼結助剤としての炭素、硼素を微量添加するとと
もにアルゴン雰囲気中、約２１００°Ｃの温度で焼成し
たもの用いた。
また窒化珪素質（ＳｉＪ４）セラミック体は窒化珪素粉
末に焼結助剤としてのイツトリア（ＹｚＯｉ）、アルミ
ナ（ＡＩＺＯ，）を微量添加するとともに窒素雰囲気中
、約１９００’ｃの温度で焼成したものを用いた。
末に焼結助剤としてのイツトリア（ＹｚＯｉ）、アルミ
ナ（ＡＩＺＯ，）を微量添加するとともに窒素雰囲気中
、約１９００’ｃの温度で焼成したものを用いた。
更に前記鋼及びチタンもしくはその水素化物がら成る複
合体は粉末状のものを使用する場合、銅及びチタンもし
くはその水素化物の粒径を１〜５μｍに調整し、これに
有機バインダー及び溶剤を添加するとともに混練機で１
０時間混練し、ペースト状となしてセラミック体に載置
した。
合体は粉末状のものを使用する場合、銅及びチタンもし
くはその水素化物の粒径を１〜５μｍに調整し、これに
有機バインダー及び溶剤を添加するとともに混練機で１
０時間混練し、ペースト状となしてセラミック体に載置
した。
また更に試料番号１９〜２３は本発明と比較するための
比較試料であり、試料番号１９．２０はセラミック体と
銅材との間にチタンもしくはその水素化物のみを介在さ
せたもの、試料番号２１〜２３はセラミック体表面に従
来一般に使用されているモリブデン−マンガン（Ｍｏ−
Ｍｎ）から成るメタライズ金属層（厚み１０〜１５μｍ
）を被着形成するとともにニッケル（Ｎｉ）めっきを行
い、その後、恨ロウ材（Ａｇ−Ｃｏ合金）を介し銅材の
円柱体をロウ付けしたものである。
比較試料であり、試料番号１９．２０はセラミック体と
銅材との間にチタンもしくはその水素化物のみを介在さ
せたもの、試料番号２１〜２３はセラミック体表面に従
来一般に使用されているモリブデン−マンガン（Ｍｏ−
Ｍｎ）から成るメタライズ金属層（厚み１０〜１５μｍ
）を被着形成するとともにニッケル（Ｎｉ）めっきを行
い、その後、恨ロウ材（Ａｇ−Ｃｏ合金）を介し銅材の
円柱体をロウ付けしたものである。
上記の結果を第１表に示す６
（発明の効果）
上記実験結果からも判るように従来のアルミナセラミッ
ク体はその表面にモリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）
から成るメタライズ金属層を被着させておくことによっ
て銅材を接合することができるものの炭化珪素質セラミ
ック体１．窒化珪素質セラミック体にはメタライズ金属
層を被着形成することができず、銅材も接合することが
できない。よって従来のものは銅材をセラミック体に接
合する場合、そのセラミック体の材質に大きな制約を受
けるとともに銅材が接合される部位に工程が複雑なメタ
ライズ金１を被着させておかなければならない。
ク体はその表面にモリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）
から成るメタライズ金属層を被着させておくことによっ
て銅材を接合することができるものの炭化珪素質セラミ
ック体１．窒化珪素質セラミック体にはメタライズ金属
層を被着形成することができず、銅材も接合することが
できない。よって従来のものは銅材をセラミック体に接
合する場合、そのセラミック体の材質に大きな制約を受
けるとともに銅材が接合される部位に工程が複雑なメタ
ライズ金１を被着させておかなければならない。
またセラミック体と銅材との間にチタンもしくはその水
素化物のみを介在させたものはセラミック体と銅材との
接合強度は大であるもののセラミック体中にチタンが多
量に拡散し、セラミック体における構造的強度の劣化が
著しい。
素化物のみを介在させたものはセラミック体と銅材との
接合強度は大であるもののセラミック体中にチタンが多
量に拡散し、セラミック体における構造的強度の劣化が
著しい。
これに対し、本発明のセラミック体と銅材との接合方法
においてはアルミナセラミック体、炭化珪素質セラミッ
ク体、窒化珪素質セラミック体のいずれのセラミンク体
にもメタライズ金属層を被着形成することなく直接銅材
を３．６１ｆ／ｍｍ以上の強度で接合させることができ
る。
においてはアルミナセラミック体、炭化珪素質セラミッ
ク体、窒化珪素質セラミック体のいずれのセラミンク体
にもメタライズ金属層を被着形成することなく直接銅材
を３．６１ｆ／ｍｍ以上の強度で接合させることができ
る。
またセラミック体に熱応力が印加されてもセラミック体
に欠けやクラック等が発生することは無く、セラミック
体の構造的強度を極めて高いものとなすこともできる。
に欠けやクラック等が発生することは無く、セラミック
体の構造的強度を極めて高いものとなすこともできる。
呉溝腹人 京包うオ呆ぺ冷非丈
Claims (1)
- セラミック体に、７０．０乃至９９．０重量％の銅及び
１．０乃至３０．０重量％のチタンもしくはその水素化
物から成る複合体を介して銅材を積層し、次いでこれを
真空中で焼成し、銅とチタンの共晶物を形成することに
よって銅材をセラミック体に接合することを特徴とする
セラミック体と銅材の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24342688A JPH0292872A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | セラミック体と銅材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24342688A JPH0292872A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | セラミック体と銅材の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0292872A true JPH0292872A (ja) | 1990-04-03 |
Family
ID=17103695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24342688A Pending JPH0292872A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | セラミック体と銅材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0292872A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04280880A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-06 | Tokin Corp | メタライザ及びセラミックスメタライズ基板 |
| CN105855745A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-17 | 武汉工程大学 | 一种铜基焊料及其制备方法和应用方法 |
| CN106041350A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-10-26 | 武汉工程大学 | 钨/铜或钨/钢接头及其制备方法 |
| CN106216879A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-14 | 武汉工程大学 | 一种Cu‑TiH2‑Ni+B新型复合焊料及其制备方法和应用 |
| CN107378163A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-11-24 | 武汉工程大学 | 一种石墨/Cu合金接头及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59126739A (ja) * | 1983-01-11 | 1984-07-21 | Ikuo Okamoto | ろう付け用液体急冷合金箔帯 |
| JPS60145974A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-08-01 | ダイムラ−ベンツ・アクチエンゲゼルシャフト | セラミツク体と金属とを応力なしに結合するろう付け箔 |
| JPS6132752A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-15 | 松下電工株式会社 | セラミツクス回路板の製法 |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24342688A patent/JPH0292872A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59126739A (ja) * | 1983-01-11 | 1984-07-21 | Ikuo Okamoto | ろう付け用液体急冷合金箔帯 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH04280880A (ja) * | 1991-03-11 | 1992-10-06 | Tokin Corp | メタライザ及びセラミックスメタライズ基板 |
| CN105855745A (zh) * | 2016-05-10 | 2016-08-17 | 武汉工程大学 | 一种铜基焊料及其制备方法和应用方法 |
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| CN106216879A (zh) * | 2016-08-17 | 2016-12-14 | 武汉工程大学 | 一种Cu‑TiH2‑Ni+B新型复合焊料及其制备方法和应用 |
| CN107378163A (zh) * | 2017-08-14 | 2017-11-24 | 武汉工程大学 | 一种石墨/Cu合金接头及其制备方法 |
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