JPH04182065A - Method for joining materials to be joined selected from metal or ceramics and joining material used therefor - Google Patents

Method for joining materials to be joined selected from metal or ceramics and joining material used therefor

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JPH04182065A
JPH04182065A JP30954190A JP30954190A JPH04182065A JP H04182065 A JPH04182065 A JP H04182065A JP 30954190 A JP30954190 A JP 30954190A JP 30954190 A JP30954190 A JP 30954190A JP H04182065 A JPH04182065 A JP H04182065A
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Toru Noguchi
徹 野口
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山口 良雄
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Abstract

PURPOSE:To firmly join a joined material by interposing a polymer combined substance wherein fine metallic particles of <= specified nm are diffused in a polymer layer between the joined surfaces of a metallic combined material and decomposing and evaporating the polymer layer of the combined substance to metallize the fine particles. CONSTITUTION:Polymer combined substance 2 wherein fine particles selected from metal or metallic oxide of <=1000nm are diffused is interposed between composite materials 1, 3 selected from metal or ceramics and the polymer layer 2 of the combined substance is decomposed and evaporated in the air, then, the fine particles are metallized to join the joined materials 1, 3 firmly.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は微粒子を分散させた高分子複合物を用いた金属
あるいはセラミックスから選ばれた被接合物の接合方法
およびこれに用いる接合材に係り、詳しくは1,000
nm以下の金属もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子
を高分子層中に均一に分散させた高分子複合物を用いて
、金属同志、金属とセラミックスあるいはセラミックス
同志を接合する方法および接合材に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for joining objects selected from metals or ceramics using a polymer composite in which fine particles are dispersed, and a joining material used therefor. , for details 1,000
The present invention relates to a method and a bonding material for bonding metals together, metals and ceramics, or ceramics together using a polymer composite in which fine particles selected from metals or metal oxides of nm or less are uniformly dispersed in a polymer layer.

[従来技術] セラミックスは高耐熱性、高硬度という特徴を有してい
るが、その半面、機械的・熱的衝撃に弱い欠点がある。
[Prior Art] Ceramics have the characteristics of high heat resistance and high hardness, but on the other hand, they have the disadvantage of being weak against mechanical and thermal shock.

これを補うのに金属との組合せが必要となるし、同じセ
ラミックスでも特性の異なるものを組合せると用途が拡
大する。このようにセラミックスと、セラミックスまた
は金属との複合化波I!(接合技術)はセラミックス加
工技術の重要な要素技術の1つになっている。
To compensate for this, it is necessary to combine ceramics with metals, and the range of uses can be expanded by combining ceramics with different characteristics. In this way, a composite wave of ceramics and ceramics or metals I! (Joining technology) has become one of the important elemental technologies of ceramic processing technology.

ところで、セラミックス同志、セラミックスと金属との
接合方法としては、PbO,CaO1A1203、Mg
Oなどの金属酸化物を含むペースト状にしたものを接合
材として用いる方法、あるいはTl系、Zr系、Be系
、TiH2系などの活性金属を含んだペースト状の接合
材を用いる方法、またMo−Mn系、Mo系、W系等の
高融点金属を被着体表面でメタライジングし、その表面
にNiメツキ、そして金属ろうを付着し、更にもう一方
の被着体表面にNiメツキした後、高温度で接合する方
法が使用されている。
By the way, methods for joining ceramics and metals include PbO, CaO1A1203, Mg
A method using a paste containing metal oxides such as O as a bonding material, or a method using a paste bonding material containing active metals such as Tl-based, Zr-based, Be-based, TiH2-based, etc. - After metallizing the surface of the adherend with a high-melting point metal such as Mn-based, Mo-based, or W-based metal, applying Ni plating and metal solder to that surface, and then plating the other adherend with Ni. , a high temperature bonding method is used.

また、他の方法として高温でセラミックス側をプラス極
、金属側をマイナス極にして電圧を印加することにより
セラミックスと金属とを接合する直流電圧印加法なども
採用されている。
In addition, as another method, a DC voltage application method has been adopted in which ceramics and metals are bonded by applying a voltage at high temperature with the ceramic side set as a positive pole and the metal side set as a negative pole.

[発明が解決しようとする課題] しかし、前記金属酸化物及び活性金属を含むペースト物
を接合材として用いる接合方法では、セラミックスの種
類を問わず強固な接合が得られる反面、接合温度が高温
であって接合材に使用される金属が酸化されやすいため
、真空中または不活性ガス中にて被着体同志を接合しな
ければ強固な接合力が得られない問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, with the bonding method that uses a paste containing the metal oxide and active metal as a bonding material, strong bonding can be obtained regardless of the type of ceramic, but the bonding temperature is high and Since the metal used for the bonding material is easily oxidized, there is a problem in that strong bonding force cannot be obtained unless the adherends are bonded together in a vacuum or in an inert gas.

また、MO−Mn系の金属を用いる方法ではメタライジ
ング、メツキそして金属ろうを付着しなければならない
ために工数が多くなり、そして何よりもMo−Mnの融
点以上の高温度で金属をメタライジングする必要があっ
た。
In addition, the method using MO-Mn metal requires metallizing, plating, and metal soldering, which increases the number of man-hours, and above all, the metal is metallized at a high temperature higher than the melting point of Mo-Mn. There was a need.

本発明はこのような諸問題を解決するものであり、接合
材として金属または金属酸化物の微粒子を高分子層中に
分散させたものを使用することにより、空気中でも接合
が可能となり、しかも金属の融解温度よりはるかに低い
温度で接合が可能になる金属もしくはセラミックスから
選ばれた被接合材の接合方法およびこれに用いる接合材
を提供することを目的とする。
The present invention solves these problems, and by using a bonding material in which fine particles of metal or metal oxide are dispersed in a polymer layer, bonding can be performed even in the air. An object of the present invention is to provide a method for joining materials selected from metals or ceramics, which enables joining at a temperature far lower than the melting temperature of the material, and a joining material used in the method.

[課題を解決するための手段] 即ち、本発明の接合方法は高分子層中に1,000nm
以下の金属もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子を分
散させた高分子複合物を、金属、セラミックスから選ば
れた被接合体の接合面間に介在させ、空気中で前記複合
物の高分子層を分解蒸発させた後、前記微粒子をメタラ
イジングすることにより金属、セラミックスから選ばれ
た被接合材を接合する方法にある。
[Means for Solving the Problems] That is, the bonding method of the present invention has a 1,000 nm thickness in the polymer layer.
A polymer composite in which fine particles selected from the following metals or metal oxides are dispersed is interposed between the joining surfaces of objects to be joined selected from metals and ceramics, and the polymer layer of the composite is placed in the air. The present invention is a method of joining materials selected from metals and ceramics by decomposing and evaporating the particles and then metalizing the fine particles.

尚、前記接合材として用いる高分子複合物はフィルム、
蒸着膜からなる薄膜、あるいはペースト状であってもよ
い。
In addition, the polymer composite used as the bonding material is a film,
It may be a thin film made of a vapor-deposited film or a paste.

本発明によると、接合材となる金属もしくは金属酸化物
からなる1、000nm以下の微粒子を高分子層中に分
散させた高分子複合物は、接合時空気中雰囲気下で高温
にさらされても高分子層が微粒子の焼結温度またはこれ
までに酸化分解されるため、還元雰囲気状態におかれる
。この還元雰囲気状態によって金属微粒子がメタライジ
ングされて被接合材同志を強く接合することになる。ま
た、前記微粒子は超微粒子化した金属または金属酸化物
であるため、焼結温度を低下させる効果がある。
According to the present invention, a polymer composite in which fine particles of 1,000 nm or less made of metal or metal oxide used as a bonding material are dispersed in a polymer layer can be used even when exposed to high temperatures in an air atmosphere during bonding. Since the polymer layer is oxidatively decomposed at or before the sintering temperature of the particles, it is placed in a reducing atmosphere. In this reducing atmosphere state, the metal fine particles are metallized and the materials to be joined are strongly joined together. Furthermore, since the fine particles are ultrafine metal or metal oxide, they have the effect of lowering the sintering temperature.

そのため本発明では通常の金属の融解温度より200〜
400℃低い温度でも金属微粒子をメタライジングする
ことが出来る。
Therefore, in the present invention, the melting temperature is 200 to
Metal fine particles can be metallized even at temperatures as low as 400°C.

本発明で使用する接合材は高分子材料を融解後、これに
より生じた蒸発物を下地面の上で急速固化して熱力学的
に非平衡化した高分子層を形成し、この高分子層の表面
に金属膜を密着させた後、これを平衡状態になるまで緩
和させ、該金属層から微粒子化した金属もしくは金属酸
化物を高分子層内に浸透させると共に分散させる方法に
より得られる。
The bonding material used in the present invention melts a polymer material, and then rapidly solidifies the resulting evaporated material on the underlying surface to form a thermodynamically non-equilibrium polymer layer. After a metal film is brought into close contact with the surface of the polymer, the metal film is relaxed until it reaches an equilibrium state, and the finely divided metal or metal oxide from the metal layer is permeated into the polymer layer and dispersed.

即ち、前記接合材の接合工程は第1図〜第4図に示すよ
うに、 (1)  まず、第1工程として高分子層を熱力学的に
非平衡化した状態に成型することであり、この工程は具
体的に例えば高分子材料を真空中で加熱して融解・蒸発
させて下地1の上に高分子層2を固化する真空蒸着方法
、あるいは高分子材料を融解温度以上の温度で融解し、
この状態のまま直ちに液体窒素等に投入して急冷して下
地1の上に高分子層2を固化する融解急速固化方法など
がある。具体的には真空蒸着方法の場合には、公知の真
空蒸着装置を使用して10−4〜1O−Torrの真空
度、蒸着速度0.1〜100μm/分、好ましくは0.
5〜5μm/分で、ガラス等の下地の上に高分子層2を
得ることが出来る。また、融解急速固化法では高分子材
料を融解し、高分子材料固有の臨界冷却速度以上の冷却
速度にて冷却し、例えば液体窒素の中へ投入して高分子
層を得る。(第1図に示す) このようにして得られた高分子層2は下地1の上に積層
され、熱力学的に非平衡状態におかれ、時間の経過と共
に平衡状態へ移行する。
That is, as shown in FIGS. 1 to 4, the bonding process of the bonding material is as follows: (1) First, as a first step, the polymer layer is molded into a thermodynamically non-equilibrium state; Specifically, this process includes, for example, a vacuum evaporation method in which a polymer material is heated in a vacuum to melt and evaporate to solidify a polymer layer 2 on a base 1, or a polymer material is melted at a temperature higher than its melting temperature. death,
There is a melting and rapid solidification method in which the polymer layer 2 is immediately poured into liquid nitrogen or the like in this state and rapidly cooled to solidify the polymer layer 2 on the base 1. Specifically, in the case of a vacuum evaporation method, a known vacuum evaporation apparatus is used at a vacuum degree of 10-4 to 1 O-Torr and a evaporation rate of 0.1 to 100 μm/min, preferably 0.
The polymer layer 2 can be obtained on a substrate such as glass at a rate of 5 to 5 μm/min. In addition, in the melting and rapid solidification method, a polymer material is melted, cooled at a cooling rate higher than the critical cooling rate unique to the polymer material, and then poured into, for example, liquid nitrogen to obtain a polymer layer. (As shown in FIG. 1) The polymer layer 2 thus obtained is laminated on the base 1 and placed in a thermodynamically non-equilibrium state, which transitions to an equilibrium state with the passage of time.

ここで使用する高分子材料としては、熱可塑性高分子で
あり、例えばナイロン6、ナイロン66、ナイロン11
、ナイロン12、ナイロン69、高密度ポリエチレン(
HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、ポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル、ポリオ
キシメチレンなどが挙げられ、特に限定されない。
The polymer material used here is a thermoplastic polymer, such as nylon 6, nylon 66, nylon 11
, nylon 12, nylon 69, high density polyethylene (
HDPE), low density polyethylene (LDPE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride, polyoxymethylene, etc., but are not particularly limited.

(2)  続いて、前記熱力学的に非平衡状態にある高
分子層2は、第2図に示すように、その表面に金属層3
を付着させる工程へと移される。゛この工程では前記真
空蒸着装置によって金属層3を高分子層に蒸着させるか
、もしくは金属箔、金属板を直接固化した高分子層2に
密着させる等の方法で金属層3を高分子層2に積層され
る。その金属材料としては金、銀、銅、鉄、亜鉛、セリ
ウム等であり、特に限定されない。
(2) Next, as shown in FIG. 2, the polymer layer 2 in a thermodynamically non-equilibrium state is coated with a metal layer 3 on its surface.
The process moves on to the step of attaching.゛In this step, the metal layer 3 is deposited on the polymer layer 2 using the vacuum evaporation device, or the metal layer 3 is deposited on the polymer layer 2 by a method such as directly adhering a metal foil or metal plate to the solidified polymer layer 2. Laminated on. The metal material includes gold, silver, copper, iron, zinc, cerium, etc., and is not particularly limited.

(3)  このようにして得られた金属層3と高分子層
2とが密着した複合物を加熱あるいは自然放置して高分
子層2t−平衡状態へ移行させる。この工程では前記金
属層付高分子層を恒温槽中で高分子材料の融解温度以下
に於て緩和状態を促進させることが望ましい。
(3) The thus obtained composite in which the metal layer 3 and the polymer layer 2 are in close contact with each other is heated or allowed to stand naturally to bring the polymer layer 2t into an equilibrium state. In this step, it is desirable to promote the relaxation state of the polymer layer with the metal layer in a constant temperature bath at a temperature below the melting temperature of the polymer material.

その結果、第3図に示されるように金属層3の金属は粒
径1,000nm以下、好ましくは300nm以下、よ
り好ましくは1100n以下の金属もしくは金属酸化物
の微粒子4となって高分子層内へ拡散浸透し、この状態
は高分子層2が完全に緩和するまで続き、高分子層2に
付着している金属層3はその厚さも減少して最終的に無
くなる。
As a result, as shown in FIG. 3, the metal in the metal layer 3 becomes fine particles 4 of metal or metal oxide with a particle size of 1,000 nm or less, preferably 300 nm or less, more preferably 1,100 nm or less, and forms within the polymer layer. This state continues until the polymer layer 2 is completely relaxed, and the thickness of the metal layer 3 adhering to the polymer layer 2 decreases until it finally disappears.

(第3図及び第4図参照) 従って、金属層3が全て金
属もしくは金属酸化物の微粒子4となって高分子層2に
分散するためには、その厚みを調節する必要がある。
(See FIGS. 3 and 4) Therefore, in order for all of the metal layer 3 to become fine particles 4 of metal or metal oxide and to be dispersed in the polymer layer 2, it is necessary to adjust the thickness of the metal layer 3.

前記微粒子4は金、銀、プラチナ等の金属と、Cu2O
,Fe3O4、ZnO等の金属酸化物を含んでいる。
The fine particles 4 are made of metal such as gold, silver, platinum, etc., and Cu2O.
, Fe3O4, ZnO, and other metal oxides.

尚、この工程で高分子層2を加熱すると、高分子層2が
金属もしくは金属酸化物の粒径によって固有の着色を示
し、金属もしくは金属酸化物の微粒子4が高分子層2内
へ浸透していることがわかる。また、この色は金属もし
くは金属酸化物の種類、金属もしくは金属酸化物の微粒
子径、高分子の種類により変化しつる。
Note that when the polymer layer 2 is heated in this step, the polymer layer 2 exhibits a unique coloration depending on the particle size of the metal or metal oxide, and the fine particles 4 of the metal or metal oxide penetrate into the polymer layer 2. You can see that Further, this color changes depending on the type of metal or metal oxide, the particle size of the metal or metal oxide, and the type of polymer.

このようにして得られた金属もしくは金属酸化物の微粒
子を分散した高分子複合物5は、第4図に示すように微
粒子4が独立した状態で分離分散している。即ち、前記
高分子複合物5では金属もしくは金属酸化物の微粒子4
が互いに接触しておらず、また含有量も少量であるにも
かかわらず、良好な導電性を有している。しかも、金属
もしくは金属酸化物の微粒子4が高分子層2に安定した
状態で分散しているので、本発明の高分子複合物5は耐
酸化性に優れ、導電性等の物性値も安定し、しかも経時
安定性に優れている。
In the polymer composite 5 in which fine particles of metal or metal oxide thus obtained are dispersed, the fine particles 4 are separated and dispersed independently, as shown in FIG. 4. That is, in the polymer composite 5, fine particles 4 of metal or metal oxide
Although they are not in contact with each other and the content is small, they have good conductivity. Moreover, since the metal or metal oxide fine particles 4 are stably dispersed in the polymer layer 2, the polymer composite 5 of the present invention has excellent oxidation resistance and stable physical properties such as conductivity. Moreover, it has excellent stability over time.

前記接合材では金属もしくは金属酸化物からなる微粒子
4がQ、1vo1%以上、好ましくは1v01%以上、
より好ましくは5vo1%以上であり、0゜1vo1%
未満になると、接合界面での微粒子のメタライジング層
が均一にできないことがあって、被接合材の接合が困難
になる。
In the bonding material, the fine particles 4 made of metal or metal oxide are Q, 1vo1% or more, preferably 1vo1% or more,
More preferably 5vo1% or more, 0°1vo1%
If it is less than this, the metallizing layer of fine particles at the bonding interface may not be uniform, making it difficult to bond the materials to be bonded.

そして、前記接合材は高分子複合物のフィルム、蒸着膜
からなる薄膜、または高分子複合物をm −クレゾール
、1.2−ジクロロエタン、アセトン等に溶かしたペー
スト物であり、これを被接合材の接合面へ付着させるこ
とができる。無菌、被接合材の表面に高分子複合物を直
接蒸着して付着させることも出来る。とりわけ、高分子
複合材のペースト物では、微粒子は溶剤中にとけた高分
子の存在によって凝集することなく均一に分散している
The bonding material is a polymer composite film, a thin film made of a vapor-deposited film, or a paste obtained by dissolving the polymer composite in m-cresol, 1,2-dichloroethane, acetone, etc. It can be attached to the bonding surface of Aseptically, the polymer composite can also be deposited directly on the surface of the material to be joined by vapor deposition. Particularly, in a paste of a polymer composite material, the fine particles are uniformly dispersed without agglomeration due to the presence of the polymer dissolved in the solvent.

このようにして接合材?:被接合材闇に介在させた後、
加熱して接合材の高分子を分解蒸発して金属微粒子をメ
タライジングするが、この場合の加熱温度は金属の融解
温度より200〜400℃低い温度でも該金属微粒子が
メタライジングされ、その結果被接合材同志が接合する
Bonding material in this way? : After the material to be joined is placed in the darkness,
The metal particles are metallized by heating to decompose and evaporate the polymer in the bonding material. In this case, the metal particles are metalized even if the heating temperature is 200 to 400 degrees Celsius lower than the melting temperature of the metal. Bonding materials bond together.

その理由として、本発明において使用する接合材中の金
属もしくは金属酸化物からなる微粒子の粒径が通常の各
種用途に使用されている金属微粒子の粒径に比べて17
10〜1/100程度小さいために、前記微粒子の焼結
温度を低下させる効果がある。具体的には、金(融解温
度1063℃)、銅(融解温度1083℃)を微粒子の
素材とする場合には、この接合材は750℃の温度でも
メタライジングされる。
The reason for this is that the particle size of the metal or metal oxide fine particles in the bonding material used in the present invention is 17.
Since it is about 10 to 1/100 times smaller, it has the effect of lowering the sintering temperature of the fine particles. Specifically, when gold (melting temperature: 1063°C) or copper (melting temperature: 1083°C) is used as the material for the fine particles, this bonding material can be metallized even at a temperature of 750°C.

また、空気中の使用は困難とされている銅の混合Cu2
Oの微粒子を含む高分子複合物を接合材として用いると
、高分子複合材のCu2Oは還元雰囲気状態によってC
uに還元されることになり被接合材を接合させる。
In addition, the copper mixture Cu2, which is difficult to use in the air,
When a polymer composite containing fine particles of O is used as a bonding material, Cu2O in the polymer composite is reduced by C due to the reducing atmosphere.
It is reduced to u and the materials to be joined are joined.

また、本発明において使用する被接合材としてはAu、
Ag、Cu、T i、N i、Mo、Mn。
In addition, the materials to be joined used in the present invention include Au,
Ag, Cu, Ti, Ni, Mo, Mn.

W、Ta、Fe、Cr等の金属およびこれらの合金、ま
たS i C,S i3N4、Al2O3、ZrO2、
MgO,T i N、S i02ガラス等のセラミック
スである。被接合材の組合せとしては金属同志、金属と
セラミックス、あるいはセラミックス同志である。
Metals such as W, Ta, Fe, Cr and their alloys, as well as SiC, Si3N4, Al2O3, ZrO2,
Ceramics such as MgO, TiN, Si02 glass, etc. Combinations of materials to be joined include metals together, metals and ceramics, or ceramics together.

また、本発明の接合方法に用いる高分子複合物は、第4
図に示す高分子複合物5の表面に金属層3がわずかに付
着したものでもよい。この場合、高分子層中の金属もし
くは金属酸化物の微粒子4の添加量はO,1vo1%以
上であればよい。付着した金属層3は高分子層に分散し
た微粒子の反応に伴って低温で焼結され、被複合材の接
合に関与し、高分子層内の微粒子量を著しく多くした場
合と同様な効果をもたらす。
Furthermore, the polymer composite used in the joining method of the present invention is
The metal layer 3 may be slightly attached to the surface of the polymer composite 5 shown in the figure. In this case, the amount of the metal or metal oxide fine particles 4 added in the polymer layer may be at least 1% O.1vo. The attached metal layer 3 is sintered at a low temperature due to the reaction of the fine particles dispersed in the polymer layer, and participates in bonding the composite materials, producing the same effect as when the amount of fine particles in the polymer layer is significantly increased. bring.

[実施例] 次に、本発明を具体的な実施例により更に詳細に説明す
る。
[Example] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to specific examples.

[実施例1] (接合材の作成) 真空蒸着装置により、まず所定のポリマーベレットをタ
ングステンボード中に入れ、10−6Torrに減圧す
る。次いで、電極間に電圧を印加してタングステンボー
ドを真空中で加熱して、ポリマーを融解させ、取り付は
台の上部に設置した下地(ガラス板)上に、10−4〜
10−6Torrの真空度で約1μm/分の速度で厚さ
約5μmの蒸着膜である高分子層を得た。この高分子層
の分子量は前記ベレットのそれの1/2〜1/10程度
になっている。更に、金線をタングステン線に巻き付は
加熱融解して10−4〜l Q−6Torrの真空下で
蒸着を行ない、高分子層の上に金蒸着膜を付着し、この
積層膜が付着したガラス板を真空蒸着装置から取り出し
、120℃に保持した恒温槽中に10分間放置して複合
物を得た。その結果、膜表面の金色が無くなり、膜全体
が透明赤色に変化した。
[Example 1] (Preparation of bonding material) First, a predetermined polymer pellet is placed in a tungsten board using a vacuum evaporation device, and the pressure is reduced to 10 −6 Torr. Next, a voltage is applied between the electrodes to heat the tungsten board in a vacuum to melt the polymer, and the tungsten board is mounted on the base (glass plate) placed on the top of the stand.
A polymer layer, which is a vapor-deposited film having a thickness of about 5 μm, was obtained at a vacuum level of 10 −6 Torr at a rate of about 1 μm/min. The molecular weight of this polymer layer is about 1/2 to 1/10 of that of the pellet. Furthermore, the gold wire was wrapped around the tungsten wire, heated and melted, and evaporated under a vacuum of 10-4 to 1 Q-6 Torr to deposit a gold evaporated film on the polymer layer, and this laminated film was attached. The glass plate was taken out from the vacuum evaporation apparatus and left in a constant temperature bath kept at 120° C. for 10 minutes to obtain a composite. As a result, the gold color on the film surface disappeared and the entire film turned transparent red.

このように得られた3種類の試料を入射角0゜5°の薄
膜X線回折装置(理学電機社製RINT1200)を用
いて、同試料のX線回折パターンtl−測定した。その
結果を第5図に示す。
The three types of samples thus obtained were subjected to X-ray diffraction pattern tl-measurement using a thin film X-ray diffraction apparatus (RINT1200 manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.) with an incident angle of 0° to 5°. The results are shown in FIG.

このX線回折パターンにおいて、実線は高分子膜と金属
膜との積層物であり、点線はこの積層物を120℃で1
0分恒温層に放置して熱処理した後の複合物を示す。こ
れによると各実線のパターンではいずれもそれぞれの金
属及びナイロン11の回折ピークが出現しており、ナイ
ロン11の高分子層に金属の蒸着膜を積層した構成であ
ることを示している。また、各点線のパターンではそれ
ぞれの金属の回折ピーク幅(半価幅)が大きくなってい
るところから、各金属が微粒子化してナイロン11中に
分散した複合体に変化していることを示している。
In this X-ray diffraction pattern, the solid line represents the laminate of the polymer film and metal film, and the dotted line represents the laminate at 120°C.
The composite is shown after being left in a constant temperature bath for 0 minutes and heat treated. According to this, the diffraction peaks of the respective metals and nylon 11 appear in each solid line pattern, indicating a structure in which a vapor deposited metal film is laminated on a polymer layer of nylon 11. In addition, in each dotted line pattern, the diffraction peak width (half width) of each metal becomes large, indicating that each metal has become fine particles and transformed into a composite dispersed in nylon 11. There is.

尚、銅を使用した場合には、銅はCu20(酸化銅)に
変化し、この微粒子がナイロン11中に分散しているこ
とが判る。
It should be noted that when copper is used, the copper changes to Cu20 (copper oxide), and it can be seen that these fine particles are dispersed in the nylon 11.

また、金、銀、酸化銅の各微粒子の粒径分布を透過型電
子顕微鏡写真から観察した結果を第6図(金属粒子)、
第7図(M微粒子)そして第8図(酸化銅微粒子)に示
す。
Figure 6 (metal particles) shows the results of observing the particle size distribution of gold, silver, and copper oxide particles using transmission electron micrographs.
It is shown in FIG. 7 (M fine particles) and FIG. 8 (copper oxide fine particles).

これによると、金及び銀の平均微粒子径はほぼ同じであ
り、しかも酸化銅のそれよりも小さいことが判る。
According to this, it can be seen that the average particle diameters of gold and silver are almost the same and are smaller than that of copper oxide.

[実施例2] 実施例1で得たナイロン11中に金微粒子をIQvo1
%分散させた高分子複合物と、ナイロン11中にCu2
Oを18vO1%分散させた高分子複合物を下地のガラ
ス板からはぎとったものを使用した。
[Example 2] Gold fine particles were added to the nylon 11 obtained in Example 1 at IQvo1.
% dispersed polymer composite and Cu2 in nylon 11
A polymer composite in which 18vO1% of O was dispersed was peeled off from the underlying glass plate and used.

この接合材を長さ60mmx幅10mmX厚さ0゜nm
[[lからなるステンレス板の一方の接合領域(4Qm
mX I Qmm )にのせた後、該接合材を加熱溶融
して全面に塗りわたし、続いてもう一方のステンレス板
を重ね合せ、これを厚5mmの2枚の鉄板に挟み、4角
を締め付はトルク40kg−mでネジ止めし、所定温度
で10分間加熱して2枚のステンレス板を接合させた。
This bonding material is 60mm long x 10mm wide x 0゜nm thick.
[[One joint area of the stainless steel plate consisting of l (4Qm
mX I Qmm), heat and melt the bonding material and apply it over the entire surface, then overlap the other stainless steel plate, sandwich this between two 5mm thick iron plates, and tighten the four corners. were screwed together with a torque of 40 kg-m, and heated at a predetermined temperature for 10 minutes to join the two stainless steel plates.

尚、比較例2−1に用いた接合材は平均粒径0゜5〜2
μmの金粒子を流動パラフィンに5Qwt%分散させた
もの、また比較例2−2に用いた接合材は平均粒径10
〜20μmの銅粒子を流動パラフィンに5Qwt%分散
させたものである。
The bonding material used in Comparative Example 2-1 had an average particle size of 0°5 to 2.
The bonding material used in Comparative Example 2-2 was prepared by dispersing 5Qwt% of μm gold particles in liquid paraffin, and the average particle size was 10.
Copper particles of ~20 μm are dispersed in liquid paraffin at 5 Qwt%.

このようにして得られたステンレス板の接合強度な引張
試験機を用い引張強度で求めた。その結果を第1表に示
す。更に、剥離したステンレス板の接合面を研磨するこ
とにより、この研磨面を入射角0.5°の薄wAX線回
折法によりえられたX線回折ピークから物質の存在を確
認し、接合材中の金属がメタライジングしているか否か
を検討した。その結果を第2表に示す。
The bonding strength of the stainless steel plate thus obtained was determined in terms of tensile strength using a tensile tester. The results are shown in Table 1. Furthermore, by polishing the joint surface of the peeled stainless steel plate, the presence of the substance was confirmed from the X-ray diffraction peak obtained from the polished surface using thin wAX-ray diffraction at an incident angle of 0.5°, and the presence of the substance in the joint material was confirmed. We investigated whether or not the metals were metallized. The results are shown in Table 2.

以  下  余  白 第   1   表 第    2   表 O:存在する この結果によると、加熱処理中にナイロン11が分解蒸
発し、金属がステンレス板上でメタライジングしている
ため、金属同志が十分に接合している。
Table 1 Table 2 Table O: According to the existing results, nylon 11 decomposes and evaporates during the heat treatment, and the metals are metallized on the stainless steel plate, so the metals are not sufficiently bonded to each other. ing.

[実施例3コ この本実施例では実施例1で得たナイロン11中にCu
2Oを18vo1%分散させた高分子複合物を下地のガ
ラス板からフィルム状にはぎとったもの、該高分子複合
物をm−クレゾールに重量比1:1で溶かしたペースト
物、及び被接合材の表面に実施例1と同様の方法でナイ
ロン11中にCu2Oを18vO1%分散させた高分子
複合物を付着させ、これらを実施例2と同様にステンレ
ス板同志を接合させた。尚、加熱処理は700℃で10
分間である。
[Example 3] In this example, Cu was added to the nylon 11 obtained in Example 1.
A polymer composite in which 18 vol 1% of 2O is dispersed is peeled off in the form of a film from an underlying glass plate, a paste prepared by dissolving the polymer composite in m-cresol at a weight ratio of 1:1, and a material to be joined. A polymer composite in which 18vO1% of Cu2O was dispersed in nylon 11 was attached to the surface of the sample in the same manner as in Example 1, and stainless steel plates were joined to each other in the same manner as in Example 2. The heat treatment was performed at 700℃ for 10
It is a minute.

このようにして得られたステンレス板の引張強度と接合
面のメタライジングの可否を検討した。
The tensile strength of the stainless steel plates thus obtained and the feasibility of metallizing the joint surfaces were investigated.

この結果を第3表に示す。The results are shown in Table 3.

以  下  余   白 第   3   表 このように、本発明で用いた高分子複合物は接合材の形
態にかかわらず、十分に接合材として適用できる。
Table 3 (Table 3) As described above, the polymer composite used in the present invention can be fully applied as a bonding material regardless of the form of the bonding material.

し実施例4] 実施例1と同様の方法によりナイロン11中にCu20
t!:分散させ、表面にCuの蒸着膜を局部的に残留さ
せた高分子複合物を、下地のガラス板からフィルム状に
はぎとったものをm−クレゾールに重量比で1:1で溶
かしたペースト物を接合材として用いた。また被接合材
はA I 203同志、及びSi3N4同志であり、各
被接合材は長さ60mmX幅IQoonX厚さ3mmか
らなる。
Example 4] Cu20 was added to nylon 11 by the same method as in Example 1.
T! : A paste made by dissolving a polymer composite in which a Cu vapor deposited film is locally left on the surface and peeling it off from the underlying glass plate in the form of a film and dissolving it in m-cresol at a weight ratio of 1:1. material was used as a bonding material. The materials to be joined are A I 203 and Si3N4, and each material has a length of 60 mm, a width of IQoon, and a thickness of 3 mm.

上記接合材を一方の被接合材の表面に塗布した後、他方
の接合材と重ね合せ、これに100gの荷重を加えて所
定の温度のオーブンに所定時間設置して被接合材のサン
プルを得た。このサンプルは長さ80mmx幅IQmm
X厚さ3mmで、接合材の存在する領域は40mmX 
10mmであった。
After applying the above-mentioned bonding material to the surface of one of the materials to be joined, overlap it with the other material, apply a load of 100g to it, and place it in an oven at a predetermined temperature for a predetermined time to obtain a sample of the material to be joined. Ta. This sample is 80mm long x IQmm wide
X thickness is 3mm, and the area where the bonding material exists is 40mmX
It was 10 mm.

前記サンプルを支点間距離5Qmmの支持部に設置し、
支点間の中央部を曲げ速度nmm/minで押圧して3
点曲げ強度で測定した。この結果を第4表に示す。
The sample was installed on a support part with a distance between fulcrums of 5 Qmm,
Press the center part between the fulcrums at a bending speed of nm/min to
Measured by point bending strength. The results are shown in Table 4.

第   4  表 この結果によると、高分子複合物を用いても銅の融解温
度以下でかつ空気中でセラミックス同志を接合すること
ができる。
Table 4 According to the results, even if a polymer composite is used, ceramics can be bonded together at a temperature below the melting temperature of copper and in air.

しかも、高分子複合物中の微粒子の含有量が多い場合に
は、被接合材の接合強度は高いことが判る。
Furthermore, it can be seen that when the content of fine particles in the polymer composite is large, the bonding strength of the materials to be bonded is high.

[効果] 以上のように本発明の接合方法およびこれに用いる接合
材では、高分子層中に1,000nm以下の金属もしく
は金属酸化物からなる微粒子を分散させた高分子複合物
を、金属あるいセラミックスから選ばれた被接合材の接
合材として用いることができ、しかも空気中でかつ接合
温度を低下させても前記複合物の高分子層を分解蒸発さ
せて微粒子をメタライジングすることにより、前記被接
合材を強固に接合できる効果を有している。
[Effect] As described above, in the bonding method of the present invention and the bonding material used therein, a polymer composite in which fine particles of a metal or metal oxide of 1,000 nm or less are dispersed in a polymer layer, It can be used as a bonding material for materials to be bonded selected from ceramics, and even if the bonding temperature is lowered in the air, the polymer layer of the composite is decomposed and evaporated to metallize the fine particles. This has the effect of firmly joining the materials to be joined.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明方法において使用する接合材の製造工程
であって、下地の上に高分子層を形成した後の状態を示
す縦断面図、第2図は高分子層の上に金属層を付着させ
た状態を示す縦断面図、第3図は金属層付高分子層を加
熱した後の状態を示す縦断面図、第4図は本発明方法に
おいて使用する接合材である高分子複合物の縦断面図、
第5図は高分子層と金属膜との積層物と高分子複合物の
薄MX線回折パターン図、第6図は高分子複合物に分散
している金微粒子の粒径分布を示す図、第7図は高分子
複合物に分散している銀微粒子の粒径分布を示す図、そ
して第8図は高分子複合物に分散している酸化銅微粒子
の粒径分布を示す図である。 1・・・下地 2・・・高分子層 3・・・金属層 4・・・微粒子 特許出願人  三ツ星ベルト株式会社 第1図 第2図 第3図 第5図 28 (degl S径 (ハm) 才立4旦(nm) 0 1.25253,75 5.0 &257.513
.75 10.011.2512.5粗イl【(口m) 平成 3年 2月18日
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing the manufacturing process of the bonding material used in the method of the present invention, showing the state after forming a polymer layer on the base, and Fig. 2 shows a metal layer on the polymer layer. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the state after heating the polymer layer with metal layer, and FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the state after heating the polymer layer with metal layer. Longitudinal cross-sectional view of an object,
Fig. 5 is a thin MX-ray diffraction pattern diagram of a laminate of a polymer layer and a metal film and a polymer composite, and Fig. 6 is a diagram showing the particle size distribution of fine gold particles dispersed in the polymer composite. FIG. 7 is a diagram showing the particle size distribution of silver fine particles dispersed in the polymer composite, and FIG. 8 is a diagram showing the particle size distribution of copper oxide fine particles dispersed in the polymer composite. 1... Base layer 2... Polymer layer 3... Metal layer 4... Fine particle patent applicant Mitsuboshi Belting Co., Ltd. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 5 Figure 28 (degl S diameter (ham) ) Saitachi 4dan (nm) 0 1.25253,75 5.0 &257.513
.. 75 10.011.2512.5 Rough Il [(mouth m) February 18, 1991

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、高分子層中に1,000nm以下の金属もしくは金
属酸化物から選ばれた微粒子を分散させた高分子複合物
を、金属あるいはセラミックスから選ばれた被複合材の
接合面間に介在させ、空気中で前記複合物の高分子層を
分解蒸発させた後、該微粒子をメタライジングしてなる
ことを特徴とする金属もしくはセラミックスから選ばれ
た被接合材の接合方法。 2、前記高分子複合物が薄膜である請求項1記載の金属
もしくはセラミックスから選ばれた被接合材の接合方法
。 3、前記高分子複合物はその表面に金属層を有する請求
項2記載の金属もしくはセラミックスから選ばれた被接
合材の接合方法。 4、前記高分子複合物がペースト状である請求項1記載
の金属もしくはセラミックスから選ばれた被接合材の接
合方法。 5、金属もしくはセラミックスから選ばれた被接合材に
用いる接合材として、高分子層中に1,000nm以下
の金属もしくは金属酸化物から選ばれた微粒子を分散さ
せた高分子複合物であることを特徴とする接合材。 6、前記高分子複合物が溶剤に溶けた状態のペースト物
である請求項5記載の接合材。
[Claims] 1. A polymer composite in which fine particles selected from metals or metal oxides of 1,000 nm or less are dispersed in a polymer layer is bonded to a composite material selected from metals or ceramics. 1. A method for joining materials selected from metals or ceramics, which comprises interposing the polymer layer of the composite between surfaces and decomposing and evaporating the polymer layer in the air, followed by metallizing the fine particles. 2. The method for joining materials selected from metals or ceramics according to claim 1, wherein the polymer composite is a thin film. 3. The method for joining materials selected from metals or ceramics according to claim 2, wherein the polymer composite has a metal layer on its surface. 4. The method for joining materials selected from metals or ceramics according to claim 1, wherein the polymer composite is in the form of a paste. 5. As a bonding material for materials selected from metals or ceramics, it is a polymer composite in which fine particles selected from metals or metal oxides of 1,000 nm or less are dispersed in a polymer layer. Characteristic bonding material. 6. The bonding material according to claim 5, wherein the polymer composite is a paste dissolved in a solvent.
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