JPH0369866B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明はセラミツク部材に金属を直接接合する
方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来よりアルミナ等のセラミツク部材に金属を
接合する方法としては、例えばセラミツク部材表
面にモリブデンペーストを焼付けてメタライズ処
理を施した後、ニツケルメツキを行なつて金属を
ろう付けする方法がとられている。この方法はセ
ラミツクが酸化物の場合に適用されるが、セラミ
ツクが酸化物以外、例えば窒化物の場合は金属と
セラミツク部材の一方を凸状、他方を凹状にして
焼きばめすることにより行われている。これらの
方法のうち前者の方法では、作業工程が複雑なう
え少なくとも２回の熱処理が必要であるという難
点があり、後者の方法では締付力のみで接合して
いるため接合が弱いという難点があつた。

このような難点を解消するため、近年、セラミ
ツク部材に金属を直接接合させる方法が検討され
ており、例えばセラミツク部材に金属を接触させ
て結合剤を含むガス雰囲気中で加熱する方法、結
合剤で金属を表面処理し、これをセラミツク部材
に接触させて不活性ガス雰囲気中で加熱する方法
等が知られている。

しかしながらこれらの方法は、セラミツク部材
が結合剤をまつたく含まないかあるいはわずかし
か含まないセラミツクで形成される場合は、金属
との接合が非常に困難になるという難点があつ
た。

すなわち結合剤が酸素の場合でセラミツクが窒
化ケイ素等の非酸化物系セラミツクでは接合が困
難になるのである。この考えられる原因として
は、セラミツク部材と金属との界面に生成される
金属と結合剤との共晶が非酸化物系セラミツク部
材に対しては濡れ性が悪いことおよびセラミツク
部材中の酸素が何らかの形で金属と安定な化合物
を生成するうえで寄与をしていることがあげられ
る。

［発明の目的］ 本発明者はこのような問題に対処して鋭意研究
を勧めた結果、セラミツク部材に金属との結合に
必要な量の結合剤を含有させた場合には、セラミ
ツクの種類にかかわらず金属と直接接合すること
が可能であることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたも
のでセラミツク部材が結合剤を含まない、たとえ
ば非酸化物系セラミツク部材であつても金属と直
接接合することのできるセラミツク部材と金属と
の接合方法を提供することを目的とする。

［発明の概要］ すなわち本発明方法は金属との結合に必要な量
の結合剤を含有させた非酸化物系セラミツク部材
に、金属を接触させて加熱することを特徴とす
る。

本発明に適用されるセラミツク部材としては、
窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン等の
窒化物、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物また
はホウ化ランタン等のホウ化物等の非酸化物系セ
ラミツクがあげられ、これらには酸化イツトリウ
ム等の焼結助剤等が含まれていてもよい。

本発明方法はセラミツク部材内に結合剤成分を
含有しないか、あるいはわずかしか含有しない場
合に特に効果的である。

本発明に使用する結合剤は、金属との間に共晶
合金を生成するものであり、酸素、イオウ、リ
ン、ケイ素等があげられる。これらはセラミツク
部材と金属のそれぞれの種類および組合せに応じ
て適宜選択する。例えば金属が銅、鉄、クロムの
場合は、結合剤としては酸素、イオウが適してお
り、アルミニウムの場合はケイ素が適している。

本発明において結合剤が酸素の場合は、例えば
酸化物の形で非酸化物系セラミツク部材に含有さ
せることができる。

酸化物としては酸化イツトリウム、酸化チタ
ン、アルミナ、二酸化けい素、酸化マグネシウム
およびガラス質等があげられる。これらの配合量
は組成物中５乃至50重量％、好ましくは10乃至30
重量％を占める量が適切であり、この値未満では
接合が不充分になり、この値を越えると本来のセ
ラミツクの特性が失われる。特に10乃至30重量％
の場合が良好な結果を与える。

また、結合剤がイオウの場合は硫化物で含有さ
せ、結合剤がリンの場合はリンを含むガラスで含
有させることができる。また、結合剤がけい素で
金属がモリブデン、セラミツクが窒化アルミニウ
ムの場合はMoSi₂で含有させ、金属がアルミニウ
ムでセラミツクが窒化アルミニウムの場合は
AlSi₂で含有させる。

本発明に適用される金属としては、銅、鉄、ク
ロム、ニツケル、モリブデン、銀、コバルト、ア
ルミニウム等の単体、合金あるいは混合物があげ
られ、その形状は柱状、板状等の有形状のものの
ほか箔状、粒状であつてもよい。

本発明においては、金属中に結合剤を100乃至
2000ppm含有する金属の使用が好ましく、その理
由は接合がより容易になることによる。例えば金
属が銅で結合剤が酸素の場合は銅として、タフピ
ツチ電解銅を使用したほうが好ましい。あるいは
金属をあらかじめ結合剤で表面処理し、表面に
200乃至5000Åの結合剤を含む層を形成したもの
を使用すれば同様に接合が容易になる。

本発明においては、所定量の結合剤を含有させ
たセラミツク部材に金属を接触配置させこれを加
熱する。加熱温度は金属の融点以下でかつ金属と
結合剤との共晶合金の共晶温度以上が適してい
る。例えば金属が銅で結合剤が酸素の場合は、銅
の融点（1083℃）以下、銅−酸化銅の共晶温度
（1065℃）以上である。加熱に際しては金属とし
て結合剤を含有するものあるいは結合剤で表面処
理したものを使用した場合は、金属、結合剤、セ
ラミツク部材に対して不活性なガス雰囲気、例え
ば窒素ガス雰囲気中で加熱するのが好ましく、結
合剤を含有しない金属を使用する場合は、結合剤
を0.03乃至0.1vol％を含有する反応性のガス雰囲
気中で加熱するのが接合のしやすさの点で好まし
い。

［発明の実施例］ 次に発明の実施例について説明する。

実施例 窒化けい素に酸化イツトリウム５重量％、アル
ミナ５重量％、二酸化けい素５重量％を含有させ
た30mm×30mm×２mmの板状セラミツク部材に10mm
×50mm×0.3mmの板状のタフピツチ電解銅を接触
させ、窒素ガス雰囲気中で1075℃で10分間加熱し
た。ほぼ室温まで冷却して接合状態を調べた結果
強固な接合が得られていた。

比較例 窒化けい素に酸化マグネシウム３重量％を含有
させた30mm×30mm×２mmの板状セラミツク部材に
10mm×50mm×0.3mmのタフピツチ電解銅を接触さ
せ、実施例と同様に加熱した。得られた複合体の
接合は不充分であつた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明方法によれば、結合
剤を含有しないたとえば非酸化物系セラミツク部
材であつても簡便に金属と直接結合することがで
き、半導体マウント基板や電子管外囲器、整流素
子外囲器等の製造に有効である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属との結合に必要な量の結合剤を含有させ
   た非酸化物系セラミツク部材に、金属を接触させ
   て加熱することを特徴とするセラミツク部材と金
   属との接合方法。 ２ 加熱温度は金属の融点以下でかつ金属と結合
   剤との共晶合金の共晶温度以上である特許請求の
   範囲第１項記載のセラミツク部材と金属との接合
   方法。 ３ 非酸化物系セラミツク部材は窒化物系セラミ
   ツクである特許請求の範囲第１項記載のセラミツ
   ク部材と金属との接合方法。 ４ 結合剤は酸化物で含有させる特許請求の範囲
   第１項乃至第３項のいずれか１項記載のセラミツ
   ク部材と金属との接合方法。 ５ 酸化物の含有量は５乃至50重量％である特許
   請求の範囲第４項記載のセラミツク部材と金属と
   の接合方法。 ６ 酸化物の含有量は10乃至30重量％である特許
   請求の範囲第５項記載のセラミツク部材と金属と
   の接合方法。 ７ 金属は結合剤を含有する特許請求の範囲第１
   項乃至第６項のいずれか１項記載のセラミツク部
   材と金属との接合方法。 ８ 加熱は不活性ガス雰囲気中で行なわれる特許
   請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項記載
   のセラミツク部材と金属との接合方法。