JPH05117842A

JPH05117842A - 金属とセラミツクスの接合法

Info

Publication number: JPH05117842A
Application number: JP3279552A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Matsuura; 正道松浦; Nakaya Senda; 中哉千田; Akiko Fujinuma; 明子藤沼
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1991-10-25
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた接合強度を有する金属とセラミックス
の接合方法。【構成】セラミックス表面にイオンミキシング法で金
属被膜を形成した後、該金属被膜に金属片を押し付け加
圧により固相接合させて優れた接合強度の金属とセラミ
ックスの接合体を作成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属とセラミックスの接
合法に関し、更に詳細には、金属、セラミックス産業、
機械、装置産業や電子、半導体産業等で使用するセラミ
ックスを含む部品や製品の製造に必要なセラミックスと
金属の接合法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の金属とセラミックスの接
合法としては、活性金属ろう材を用いる活性金属ろう付
法、金属微粉末を用いる粉末法、拡散を用いる固相拡散
法、超高真空中で行う直接法等が知られており、これら
の方法はいずれもセラミックスを高温に加熱する方法で
ある。前記各種接合法はセラミックスを高温に加熱する
工程を共通とするものであるが、前記従来の接合法の代
表例として、セラミックスとして窒化ケイ素（Ｓｉ
₃N₄）と、金属として鉄鋼（Ｓ４５Ｃ）を活性金属ろう
付法による接合法を説明する。また、ろう材としてチタ
ン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の活性金属を含む
銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）等の２成分
ないし３成分の共晶合金を用いるのが一般ではあるが、
ここではＣｕ−２８％Ｔｉ共晶合金を用いることとす
る。

【０００３】先ず、セラミックス（窒化ケイ素：Ｓｉ₃
Ｎ₄）と金属（鉄鋼：Ｓ４５Ｃ）の夫々の表面をダイヤ
モンド砥粒、エメリー紙で研磨し、その後各表面をアセ
トン、アルコールで超音波洗浄する。次に、研磨済みの
セラミックスと金属の間に厚さ０．２mmのＣｕ−２８％
Ｔｉ共晶合金ろう材箔を挟んだ後、真空加熱炉内に載置
する。この際、接合加圧する目的で、セラミックス／ろ
う材箔／金属の積層構造物の上に１ＭＰａ程度に加圧す
る。尚、真空加熱炉を用いるのは、ろう材中の活性金属
の酸化を防止するためである。次いで、真空ポンプによ
り真空加熱炉内を１×１０^- ⁵Torrに設定すると共に、
該積層構造物を９５０℃の接合温度まで加熱し、該温度
を１０分間維持した後、該積層の接合体を室温まで冷却
する。尚、この際の昇降温度速度は１０℃／分とした。
前記接合温度で溶融しているろう材中のチタン（Ｔｉ）
はセラミックス（Ｓｉ₃Ｎ₄）と反応して窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）、硅化チタン（Ｔｉ₅Ｓｉ₃）等を形成し、他方鉄
鋼（Ｓ４５Ｃ）との反応では鉄・チタン（Ｆｅ−Ｔｉ）
合金を形成する。このようにセラミックスとろう材、金
属とろう材は強固な化学結合をなし、活性金属ろう材を
仲介層としてセラミックスと金属の強固な接合体を形成
する。このようにして形成された接合体の接合強度（曲
げ強度ないしは引張強度）は接合体の構成、特に熱応力
緩和構造に依存するが、１００ＭＰａ程度の接合強度が
得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の高温加熱処
理法による接合法では、高温で接合させた後冷却する
際、金属とセラミックスの熱収縮率の差異に起因する熱
応力によるセラミックスの破損を防止する目的で、例え
ば図６「ファインセラミックス成形・加工と接合技術：
竹田博光著（ファインセラミックス成形加工と接合技術
編集委員会編、工業調査会：１９８８年ｐ２３９）」に
示すようなセラミックスと金属との間に複雑な応力緩和
層を介在させる必要があった。また接合体の医療材料へ
の応用や高腐蝕環境下での使用に際しては、ろう材や応
力緩和層に用いる元素の体内や環境中への溶出の可能性
も非常に高くなるという問題がある。また、ろう材を用
いずに超高真空中でセラミックス表面に金属材を圧接す
る方法の場合は、セラミックスが一般的に化学的に極め
て安定で、金属との濡れ性や反応性に乏しいこと、更
に、セラミックス表面の酸化物や吸着層を除去し清浄な
表面を得ることが困難である等の理由により、ニオブ
（Ｎｂ）と酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）系など一部の
金属とセラミックスの組み合わせ以外で接合強度の高い
金属とセラミックスの接合体を得ることは極めて困難で
あった。本発明は、従来の接合法のもつ問題点を解消す
るもので、接合強度が高く、複雑な応力緩和層やろう材
を用いることなく、広範囲の金属とセラミックスの組み
合わせが可能であって、かつ常温ないしは温度３００℃
程度の低い温度で接合を行うことが出来る金属とセラミ
ックスの接合法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の金属とセラミッ
クスの接合法は、金属とセラミックスを接合する接合法
において、先ず、真空中で金属元素をイオンビーム源よ
り高速イオンビームにしてセラミックス表面にイオン注
入すると同時に金属蒸発源からの蒸発金属を前記セラミ
ックス表面に照射し、セラミックス表面でイオンミキシ
ングを行ってセラミックス表面に金属被膜を形成し、次
いで金属片を前記金属被膜したセラミックス表面に押し
付け加圧することにより金属とセラミックスを固相接合
することを特徴とする。

【０００６】また、金属片をセラミックス表面に形成さ
れた金属被膜面に押し付け加圧で接合させる際、イオン
ミキシング法により金属被膜したセラミックスを一度大
気中に取り出し、次いで別の真空内に前記セラミックス
を設置し、その表面をスパッタ法または化学的方法でク
リーニングした後、金属片を押し付け加圧することによ
り金属とセラミックスを固相結合するようにしてもよ
い。

【０００７】

【作用】セラミックスに金属元素からなる高速イオンビ
ームをイオン注入するとイオンビームはセラミックス構
成元素間の結合を破壊しながらセラミックス内部へと侵
入していく。イオンビームにより結合を壊されたセラミ
ックス金属元素は、再結合すると共に、注入された金属
元素と結合し、セラミックス構成元素と注入元素とから
なる混合層を形成しようとする。一方、金属イオンビー
ムの注入と同時に、該セラミックス表面に金属蒸発源よ
り金属蒸気を照射すると、セラミックス表面に蒸着した
金属蒸気元素はイオンビームとの衝突により該セラミッ
クス内部へと拡散する。こうしてセラミックス内部に拡
散した金属蒸発源からの金属元素は、イオンビームによ
り結合がきれたセラミックス構成元素と結合でき、セラ
ミックス表面にセラミックス構成元素と注入金属元素と
金属蒸発源からの金属元素を化学的に結合させた密着性
の優れた金属被膜を形成する。次いで真空中で金属片を
前記金属被膜を形成したセラミックス表面に押し付け加
圧することにより、金属片と金属被膜を固相接合する。
これは、一般に金属と金属間の界面エネルギーは、金属
と酸化物、炭化物、硅化物等のセラミックス間の界面エ
ネルギーより低く、濡れやすいため、金属と金属間の接
合が容易に行なえることによるもので、この場合、金属
とセラミックスを単に接合させる方法に比して金属片と
金属被膜との結合が容易に行われて金属片とセラミック
スとの間に高い接合強度を有する。

【０００８】

【実施例】以下添付図面に従って本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明金属とセラミックスの接合法
を実施するための装置の１例を示すもので、図中、１は
成膜室を示す。該成膜室１内を外部の真空ポンプその他
の真空排気系２に接続すると共に、該成膜室１内の一方
に表面に金属被膜を形成すべきセラミックス基板３を保
持する基板ホルダー４を配置した。また、該成膜室１の
他方に前記基板ホルダー４に保持されたセラミックス基
板３に対向させて金属５の金属蒸発源６と、イオンを発
生させるイオン源と、該イオンを加速させる加速器を備
えたイオンビーム源７を配置した。また、成膜室１内に
前記基板ホルダー４に保持されたセラミックス基板３に
対面させてセラミックス基板３の表面に接合する金属片
８を保持する金属片ホルダー９を配置すると共に、該ホ
ルダー９の後端部分を油圧駆動系１０に接続した。そし
て真空排気系２を作動させて成膜室１内を所定の真空度
に設定し、セラミックス基板３に蒸着させる金属５を金
属蒸発源６で加熱して成膜室１内に蒸発（矢印１１）さ
せると共に、セラミックス基板３に注入すべき金属元素
をイオンビーム源７で１０〜２００ｋｅＶの高エネルギ
ーに加速されたイオンビーム（矢印１２）とし、該イオ
ンビームをセラミックス基板３にイオン注入出来るよう
にした。また、セラミックス基板３の表面に所定厚さの
金属被膜が形成された後、油圧駆動系１０を作動させて
金属片８の金属片ホルダー９をセラミックス基板３側に
前進させて金属片ホルダー９に保持されている金属片８
をセラミックス基板３表面に形成されている金属被膜に
押し付け加圧（図１仮想線示）して接合するようにし
た。尚、図中、１３はセラミックス基板３を加熱する赤
外線ヒーターを示す。

【０００９】次に、前記図１装置を用いてセラミックス
表面に金属を接合する具体的実施例について説明する。
先ず、成膜室１内の基板ホルダー４に直径５mmの窒化ケ
イ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるセラミックス基板３を保持
し、また金属片ホルダー９に直径３mmの銅（Ｃｕ）から
なる金属片８を保持すると共に、金属蒸発源６内に蒸発
金属５として銅（Ｃｕ）を充填した状態で該成膜室１内
の圧力を真空排気系２を介して１×１０^- ⁶Torrに設定
し、該成膜室１内を該圧力に保った状態とする。次に、
アルゴン（Ａｒ）ガスを用いた直流グロー放電装置（図
示なし）によりスパッタ法で金属片８の表面にスパッタ
クリーニング処理を施し、金属片８表面の酸化物や吸着
物を除去した後、該成膜室１内の圧力を再び１×１０^-
⁶Torrに維持する。次いで、セラミックス基板３の表面
に予めイオンビーム源７でイオンビーム電流密度を１０
μＡ／ｃｍ²とし、５０ｋｅＶの高エネルギーに加速さ
れたチタン（Ｔｉ+）の高速イオンビームを１０分間注
入する。続いてイオンビームの電流密度およびエネルギ
ーを保ったまま金属蒸発源６で加熱した金属５（銅、Ｃ
ｕ）を蒸発させ、イオンビームを注入した前記セラミッ
クス基板３表面に高速イオンビームと同時に照射して、
セラミックス基板３表面でイオンミキシングを行って、
該基板表面に金属被膜Ｆ（Ｃｕ膜）を形成する。このイ
オンミキシングの過程は２段階からなり、最初の段階で
は金属５の基板３表面への蒸着速度を１Å／秒とし、２
５分間の照射を行う。引続きの段階では金属５の基板３
表面への蒸着速度を１５Å／秒に増加し、４５分間の照
射を行い、セラミックス基板３上への金属被膜Ｆ（Ｃｕ
膜）の厚さを４μｍ±０．５μｍとする。セラミックス
基板３表面への金属被膜Ｆの形成が完了した状態を図２
（Ａ）に示す。尚、最初段階のイオンミキシングの狙い
はイオンミキシングを充分に行わせて基板３に密着性に
優れた金属被膜Ｆを形成する点にある。前記セラミック
ス基板３表面への金属被膜Ｆの形成後、直ちに金属片ホ
ルダー９を油圧駆動系１０を作動させて基板ホルダー４
側に前進させ、金属片ホルダー９に保持されている金属
片８をセラミックス基板３の表面に形成されている金属
被膜Ｆに押し付けして接合圧力１２５ＭＰａで加圧し、
該圧を２分間維持して金属片８をセラミックス基板３の
表面に接合させ、金属とセラミックスの接合体Ｊを得
た。この接合終了後の接合体Ｊの構造を図２（Ｂ）に示
す。尚、前記実施例では金属とセラミックスとの接合に
際し、セラミックス基板３および金属片８への加熱は行
っていないが、金属とセラミックスの接合体Ｊの強度向
上を図るために図１に示す赤外線ヒーター１３でセラミ
ックス基板３および金属片８を夫々２５０℃以上に加熱
することが好ましい。また、セラミックス基板３および
金属片８への加熱昇温は製造過程上セラミックス基板３
へのイオンビーム注入を行う前から開始し、以後接合終
了まで該温度を維持する。

【００１０】そして、セラミックス基板３と金属片８の
接合温度を５０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４
００℃とし、各温度毎に前記実施例と同一条件下で金属
とセラミックスの接合体Ｊを作成し、作成された各接合
体の接合強度（引張強度）を測定し、得られた接合強度
を図３に示す。また、セラミックス基板３表面でのイオ
ンビームによる金属イオンと金属蒸発源から金属の照射
によるイオンミキシング時のイオンビームの電流密度を
５μＡ／ｃｍ²、１０μＡ／ｃｍ²、２０μＡ／ｃｍ²と
し、各電流密度毎に前記実施例と同一のイオンミキシン
グ条件下でセラミックス基板３上に金属薄膜を形成し、
形成された各金属薄膜の付着強度を測定し、得られた付
着強度を図４に示す。

【００１１】前記実施例ではセラミックス基板として窒
化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、セラミックス基板表面に被覆す
る金属被膜として銅（Ｃｕ）、接合する金属片として銅
（Ｃｕ）を用いたが、本願発明はこれに限定されるもの
ではない。セラミックス基板としては前記窒化ケイ素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）の他に炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。また金属被膜と金属片
の組み合わせもアルミニウム（Ａｌ）とアルミニウム
（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）とニッケル（Ｎｉ）等のよ
うな同種の金属の組み合わせ、或いは銅（Ｃｕ）とニッ
ケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）等のような異種金属の組み
合わせとしてもよい。また、イオンミキシングに用いる
イオンとしてはチタン（Ｔｉ+）、ケイ素（Ｓｉ+）、ジ
ルコニウム（Ｚｒ+）、タンタル（Ｔａ+），ニオブ（Ｎ
ｂ+）等の活性金属元素、窒素（Ｎ²+またはＮ+）、アル
ゴン（Ａｒ+）等のガス元素等が挙げられる。この場
合、セラミックス基板表面に形成する被膜を２層とし、
セラミックス基板直接の下層にはチタン金属等の活性金
属元素の０．１〜０．２μｍ程度の被膜をイオンミキシ
ング法で形成し、該下層の表面に所要の金属元素の被膜
を形成するようにすればよい。

【００１２】前記図１で示す装置ではイオンミキシング
によるセラミックス基板表面への金属被膜の形成と、該
金属被膜が形成されたセラミックス基板への金属片の固
相接合を行うようにしたが、金属被膜の形成と、金属片
の固相接合を別個の装置で行うようにしてもよい。この
場合は、先ず図１に示す装置でセラミックス基板表面に
イオンミキシングで金属被膜を形成する。表面に金属被
膜が形成されたセラミックス基板を該装置から大気中に
取出し、後記する図５に示す装置内に移動して設置し、
セラミックス基板表面の金属被膜に金属片を固相接合す
る。この場合金属片８は図１装置内に設置しなくてもよ
いため、該金属片８表面のスパッタクリニングは行わな
くてもよい。図５装置について説明する。図中、２１は
接合室を示す。接合室２１内を外部の真空ポンプその他
の真空排気系２２に接続すると共に、該接合室２１内の
一方に表面に金属被膜が形成されたセラミックス基板３
を保持する基板ホルダー２３を配置すると共に、該ホル
ダー２３の後端部分を油圧駆動系２４に接続した。ま
た、接続室２１内の他方に前記基板ホルダー２３に保持
されたセラミックス基板３に対面させてセラミックス基
板３の表面に接合する金属片８を保持する金属片ホルダ
ー２５を配置した。また、基板ホルダー２３および金属
片ホルダー２５を直流または高周波の高圧電源２６の陰
極側に接続した。そして真空排気系２２を作動させて接
合室２１内を所定の真空度に設定し、油圧駆動系２４の
作動させて基板ホルダー２３を金属片８側に前進させ基
板ホルダー２３に保持されているセラミックス基板３を
金属片ホルダー２５に保持されている金属片８に押し付
け加圧（図５仮想線示）してセラミックス基板３表面の
金属被膜に接合するようにした。また、基板ホルダー２
３および金属片ホルダー２５に高圧電源２６より直流或
いは高周波を印加して金属被膜が形成されたセラミック
ス基板３および金属片８にスパッタクリーニング出来る
ようにした。図中、２７はスパッタクリーニングの際、
一定流量の例えばアルゴンガスを接合室２１内に導入す
るためのマスフローコントローラー、２８は固相接合の
際、セラミックス基板３および金属片８を加熱する赤外
線ヒーターを示す。

【００１３】次に、図５装置を用いてセラミックス表面
に金属を接合する具体的実施例について説明する。先
ず、前記図１装置で図１実施例条件により図２（Ｂ）に
示すようなセラミックス基板３表面に金属被膜Ｆ（Ｃｕ
膜）を形成した後、図１装置より該セラミックス基板３
を基板ホルダー４より取り外す。次に、表面に金属被膜
Ｆが形成されたセラミックス基板３を図５装置の基板ホ
ルダー２３に保持し、また金属片ホルダー２５に銅（Ｃ
ｕ）からなる金属片８を保持すると共に、接合室２１内
の圧力を真空排気系２２を介して１×１０^- ⁶Torrに設
定し、該接合室２１内を該圧力に保った状態とする。続
いてマスフローコントローラー２７を介してアルゴン
（Ａｒ）ガスを接合室２１内に導入して室内圧力を１×
１０^- ²Torrに設定し、高圧電源２６より−１．５ＫＶ
の直流電圧を印加し、直流グロー放電を発生させて、金
属被膜を形成されたセラミックス基板３表面および金属
片８のスパッタクリーニングを１３分間行う。スパッタ
クリーニング終了後直ちに接合室２１へのアルゴンガス
の供給を停止し、真空排気系２２により接合室２１内の
圧力を再び１×１０^- ⁶Torrに設定すると同時に、基板
ホルダー２３を油圧駆動系２４の作動で前進させ、基板
ホルダー２３に保持されたセラミックス基板３の金属被
膜Ｆを金属片ホルダー２５に保持された金属片８に押し
付け加圧（図５に仮想線で示す）して接合圧力１２５Ｍ
ｐａで加圧し、該圧を２分間維持して金属片８をセラミ
ックス基板３の表面に接合させ、図２（Ｂ）に示すよう
な金属とセラミックスの接合体Ｊを得た。その他の接合
時における諸条件は図１装置の場合と同一であるので省
略した。前記実施例では、金属とセラミックスの接合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、セラミックス同士、例えばＳｉ₃Ｎ₄とＳｉ₃Ｎ
₄（同種）、または例えばＳｉ₃Ｎ₄とＳｉＣ（異種）の
接合にも利用することができる。この場合には、先ず、
接合する両方のセラミックス基板表面に前記実施例と同
一方法で膜厚５〜１０μｍの金属被膜の形成を行った
後、図１装置或いは図５装置を使用して金属片の代わり
に金属被膜を形成したセラミックス基板を接合させれば
よい。尚、接合時における接合圧力、加熱条件等は接合
するセラミックスにより適宜設定すればよく、その諸条
件は前記実施例に準ずればよい。

【００１４】

【発明の効果】本発明によるときは、金属とセラミック
スの接合をセラミックス表面への金属被膜の形成工程
と、該金属被膜の形成されたセラミックス表面への金属
片を接合工程との２工程としたので、先ず、第１工程の
セラミックス表面への金属被膜の形成を高速イオンビー
ムを用いたイオンミキシング法で行うようにしたため、
化学的に安定で最も化学的に結合しにくいセラミックス
と金属との接合を実質的に完了されることとなって、続
いて行われる第２工程のバルクのセラミックスとバルク
の金属の接合は実際にはセラミックス表面に形成されて
いる金属被膜とバルクの金属との接合となり、セラミッ
クスと金属間の化学結合よりも極めて容易な金属被膜と
金属の接合に転換することが出来て、優れた接合強度を
有する金属とセラミックスの接合体をろう材を用いるこ
となく、常温ないしは３００℃程度の低温で製造するこ
とが出来る効果がある。また、イオンミキシングによる
セラミックス上への金属被覆工程と、金属と金属被覆し
たセラミックスの接合工程を別工程とすることにより、
金属／セラミックス接合体作成の生産性向上、生産コス
トの低減、およびイオンミキシング装置の使用効率の向
上、装置の簡易化を図ることが出来る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施するための装置の概念図、

【図２】本発明法の１実施例によりセラミックスと金
属との接合工程の説明図、

【図３】本発明法の１実施例により得られた接合体の
接合温度と引張強度との関係を示す特性線図、

【図４】本発明法の１実施例により形成された金属被
膜とセラミックスとの付着強度とイオン電流密度との関
係を示す特性線図、

【図５】表面に金属被膜が形成されたセラミックスと
金属とを接合するための装置の概念図、

【図６】従来法により得られた接合体の構造説明図。

【符号の説明】

１成膜室、２真空排気系、３セラ
ミックス、５金属、６金属蒸発源、７
イオンビーム源、８金属片、Ｆ金属被膜、
Ｊ接合体。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】次に、前記図１装置を用いてセラミックス
表面に金属を接合する具体的実施例について説明する。
先ず、成膜室１内の基板ホルダー４に直径５mmの窒化ケ
イ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるセラミックス基板３を保持
し、また金属片ホルダー９に直径３mmの予め焼なました
銅（Ｃｕ）からなる金属片８を保持すると共に、金属蒸
発源６内に蒸発金属５として銅（Ｃｕ）を充填した状態
で該成膜室１内の圧力を真空排気系２を介して１×１０
^- ⁶Torrに設定し、該成膜室１内を該圧力に保った状態
とする。次に、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いた直流グロ
ー放電装置（図示なし）によりスパッタ法で金属片８の
表面にスパッタクリーニング処理を施し、金属片８表面
の酸化物や吸着物を除去した後、該成膜室１内の圧力を
再び１×１０^- ⁶Torrに維持する。次いで、セラミック
ス基板３の表面に予めイオンビーム源７でイオンビーム
電流密度を１０μＡ／ｃｍ²とし、５０ｋｅＶの高エネ
ルギーに加速されたチタン（Ｔｉ+）の高速イオンビー
ムを１０分間注入する。続いてイオンビームの電流密度
およびエネルギーを保ったまま金属蒸発源６で加熱した
金属５（銅、Ｃｕ）を蒸発させ、イオンビームを注入し
た前記セラミックス基板３表面に高速イオンビームと同
時に照射して、セラミックス基板３表面でイオンミキシ
ングを行って、該基板表面に金属被膜Ｆ（Ｃｕ膜）を形
成する。このイオンミキシングの過程は２段階からな
り、最初の段階では金属５の基板３表面への蒸着速度を
１Å／秒とし、２５分間の照射を行う。引続きの段階で
は金属５の基板３表面への蒸着速度を１５Å／秒に増加
し、４５分間の照射を行い、セラミックス基板３上への
金属被膜Ｆ（Ｃｕ膜）の厚さを４μｍ±０．５μｍとす
る。セラミックス基板３表面への金属被膜Ｆの形成が完
了した状態を図２（Ａ）に示す。尚、最初段階のイオン
ミキシングの狙いはイオンミキシングを充分に行わせて
基板３に密着性に優れた金属被膜Ｆを形成する点にあ
る。前記セラミックス基板３表面への金属被膜Ｆの形成
後、直ちに金属片ホルダー９を油圧駆動系１０を作動さ
せて基板ホルダー４側に前進させ、金属片ホルダー９に
保持されている金属片８をセラミックス基板３の表面に
形成されている金属被膜Ｆに押し付けして接合圧力１２
５ＭＰａで加圧し、該圧を３０分間維持して金属片８を
セラミックス基板３の表面に接合させ、金属とセラミッ
クスの接合体Ｊを得た。この接合終了後の接合体Ｊの構
造を図２（Ｂ）に示す。尚、前記実施例では金属とセラ
ミックスとの接合に際し、セラミックス基板３および金
属片８への加熱は行っていないが、金属とセラミックス
の接合体Ｊの強度向上を図るために図１に示す赤外線ヒ
ーター１３でセラミックス基板３および金属片８を夫々
２５０℃以上に加熱することが好ましい。また、セラミ
ックス基板３および金属片８への加熱昇温は製造過程上
セラミックス基板３へのイオンビーム注入を行う前から
開始し、以後接合終了まで該温度を維持する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】次に、図５装置を用いてセラミックス表面
に金属を接合する具体的実施例について説明する。先
ず、前記図１装置で図１実施例条件により図２（Ｂ）に
示すようなセラミックス基板３表面に金属被膜Ｆ（Ｃｕ
膜）を形成した後、図１装置より該セラミックス基板３
を基板ホルダー４より取り外す。次に、表面に金属被膜
Ｆが形成されたセラミックス基板３を図５装置の基板ホ
ルダー２３に保持し、また金属片ホルダー２５に予め焼
なました銅（Ｃｕ）からなる金属片８を保持すると共
に、接合室２１内の圧力を真空排気系２２を介して１×
１０^- ⁶Torrに設定し、該接合室２１内を該圧力に保っ
た状態とする。続いてマスフローコントローラー２７を
介してアルゴン（Ａｒ）ガスを接合室２１内に導入して
室内圧力を１×１０^- ²Torrに設定し、高圧電源２６よ
り−１．５ＫＶの直流電圧を印加し、直流グロー放電を
発生させて、金属被膜を形成されたセラミックス基板３
表面および金属片８のスパッタクリーニングを１３分間
行う。スパッタクリーニング終了後直ちに接合室２１へ
のアルゴンガスの供給を停止し、真空排気系２２により
接合室２１内の圧力を再び１×１０^- ⁶Torrに設定する
と同時に、基板ホルダー２３を油圧駆動系２４の作動で
前進させ、基板ホルダー２３に保持されたセラミックス
基板３の金属被膜Ｆを金属片ホルダー２５に保持された
金属片８に押し付け加圧（図５に仮想線で示す）して接
合圧力１２５Ｍｐａで加圧し、該圧を３０分間維持して
金属片８をセラミックス基板３の表面に接合させ、図２
（Ｂ）に示すような金属とセラミックスの接合体Ｊを得
た。その他の接合時における諸条件は図１装置の場合と
同一であるので省略した。前記実施例では、金属とセラ
ミックスの接合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、セラミックス同士、例えばＳｉ
₃Ｎ₄とＳｉ₃Ｎ₄（同種）、または例えばＳｉ₃Ｎ₄とＳｉ
Ｃ（異種）の接合にも利用することができる。この場合
には、先ず、接合する両方のセラミックス基板表面に前
記実施例と同一方法で膜厚５〜１０μｍの金属被膜の形
成を行った後、図１装置或いは図５装置を使用して金属
片の代わりに金属被膜を形成したセラミックス基板を接
合させればよい。尚、接合時における接合圧力、加熱条
件等は接合するセラミックスにより適宜設定すればよ
く、その諸条件は前記実施例に準ずればよい。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属とセラミックスを接合する接合法に
おいて、先ず、真空中で金属元素をイオンビーム源より
高速イオンビームにしてセラミックス表面にイオン注入
すると同時に金属蒸発源からの蒸発金属を前記セラミッ
クス表面に照射し、セラミックス表面でイオンミキシン
グを行ってセラミックス表面に金属被膜を形成し、次い
で金属片を前記金属被膜したセラミックス表面に押し付
け加圧することにより金属とセラミックスを固相接合す
ることを特徴とする金属とセラミックスの接合法。
【請求項２】請求項第１項記載の金属とセラミックス
の接合法において、イオンミキシング法により金属被膜
したセラミックスを一度大気中に取り出し、次いで別の
真空内に前記セラミックスを設置し、その表面をスパッ
タ法または化学的方法でクリーニングした後、金属片を
押し付け加圧することにより金属とセラミックスを固相
結合することを特徴とする金属とセラミックスの接合
法。