JPH05860A - メタライズ構造 - Google Patents

メタライズ構造

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JPH05860A
JPH05860A JP21374591A JP21374591A JPH05860A JP H05860 A JPH05860 A JP H05860A JP 21374591 A JP21374591 A JP 21374591A JP 21374591 A JP21374591 A JP 21374591A JP H05860 A JPH05860 A JP H05860A
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JP
Japan
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nitride
ceramic body
aln
metallized
powder
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JP21374591A
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English (en)
Inventor
Kenichi Shimizu
憲一 清水
Satoshi Tanaka
智 田中
Yoichi Hagiwara
洋一 萩原
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication of JPH05860A publication Critical patent/JPH05860A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】窒化物系セラミック体とメタライズ層との高い
接合強度を保証することができるメタライズ構造を提供
することを目的とする。 【構成】窒化物系セラミック体1(例えばSi3 4
AlN)に、メタライズ組成物を被着してなるメタライ
ズ構造において、メタライズ組成物が、AlNと、窒化
物系セラミック体において添加されたAlN以外の焼結
助剤のうち少なくとも一種を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、窒化物系セラ
ミック体と金属部材とを接合したり、窒化系セラミック
体に導体を形成するためのメタライズ構造に関する。
【0002】
【従来技術】従来、例えば、セラミック体と金属部材と
を接合したり、窒化物系セラミック体に導体を形成する
場合は、セラミック体の表面をメタライズすることによ
り行なわれている。
【0003】このようなメタライズ法としては、例え
ば、Al2 3 等の酸化物系セラミックについては、従
来、蒸着法を用いて金属を高真空中で活性な超微粒子状
にしてセラミック体表面に物理的に被着させる方法、あ
るいは例えばMo粉末とMn粉末を含むメタライズ組成
物を適当な粘結剤と溶剤とからなるバイダーを用いてペ
ースト状となし、これをセラミック体の表面に塗布した
後、水蒸気を含む弱酸性の水素雰囲気或いは水素と窒素
の混合雰囲気中で焼成してメタライズ層を形成する方法
が採用されている。
【0004】ところで、セラミック材料とメタライズ層
や金属部材との接合は両材料の複合的工業技術にとって
極めて重要な役割をなし、とりわけ高温特性及び強度の
優れたSi3 4 (窒化ケイ素),AlN(窒化アルミ
ニウム)等の窒化物を焼結した窒化物系セラミック体の
応用分野が拡大されている現今、窒化物系セラミック体
とメタライズ層や金属部材との接合技術には関心が寄せ
られている。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、Al
2 3 等の酸化物系セラミックに使用されるメタライズ
組成物を窒化物系セラミック体に適用しても、窒化物系
セラミック体とメタライズ層との接合強度が小さく、実
用的な接合強度を得ることができないという問題があっ
た。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は上記現状
に鑑み、窒化物系セラミック体へのメタライズ層の接合
を種々研究,実験した結果、AlNと所定の金属元素を
含有するメタライズ組成物を使用すると、高い接合強度
が得られることを知悉し、本発明の完成に至ったのであ
る。即ち、本発明は、窒化物系セラミック体にメタライ
ズ組成物を被着してなるメタライズ構造において、メタ
ライズ組成物が、AlNと、窒化物系セラミック体にお
いて添加されたAlN以外の焼結助剤のうち少なくとも
一種を含有するメタライズ構造にある。
【0007】本発明のメタライズ構造では、そのメタラ
イズ層の上に常法に従ってメッキ等を施した後、接合す
べき金属部材をロー付けして構造材として利用したり、
電気的良導体金属をメッキしてプリント基板などの導体
配線を形成して電気的材料に応用したり、さらに、メタ
ライズ層自体を導体としたり等、その応用範囲は広い。
望ましい実施例に於いて、本発明のメタライズ組成物に
より形成されたメタライズ層と窒化物系セラミック体と
の剥離強度は75Mpa(メガ・パスカル)以上に及ん
でいる。
【0008】以下に本発明の構成を詳述する。本発明の
メタライズ構造におけるメタライズ組成物、即ち、Al
Nと、窒化物系セラミック体において添加されたAlN
以外の焼結助剤のうち少なくとも一種を含有するメタラ
イズ組成物は、塗布もしくはプリントにより窒化物系セ
ラミック体上に定着して使用される。窒化物系セラミッ
ク体としてはSi3 4 (窒化ケイ素),AlN(窒化
アルミニウム)焼結体が挙げられ、これらは工業的に焼
結する場合、焼結助剤として周期律表第2a,3a族元
素,Al及びSi等の酸化物及びAlNの単独もしくは
組み合わせをそれぞれ助剤としての使用量(約10重量
%)含んで良好な焼結を保証するものであるが、これら
焼結助剤は焼結によって粒間相は通常酸窒化物ガラス或
いはこのガラスから結晶化した酸窒化物結晶相から構成
されている。
【0009】そして、本発明におけるメタライズ組成物
は、例えば、AlNと、AlNを除く窒化物系セラミッ
ク体における焼結助剤成分のうち少なくとも一種を含有
する酸窒化物ガラスと、高融点金属粉末とを含んで構成
されており、ここで使用する酸窒化物ガラスとは、Al
Nと、窒化物系セラミック体において添加されたAlN
以外の焼結助剤のうち少なくとも一種を含有していれば
良い。窒化物系セラミック体において添加されたAlN
以外の焼結助剤としては、例えば、周期律表第2a,3
a族元素,Al及びSi等の酸化物がある。この酸窒化
物ガラスは焼付け温度で流動性のあるものが、塗布,プ
リントのような簡単な定着手法を採択できる上で至適で
ある。さらに、この酸窒化物ガラスは結晶質を全く含ま
ない純粋なガラスである必要はなく、多少の結晶質を含
んでいても、いわゆる“フリット”状にして使用できる
ものであれば、結晶質を含んでいても何ら差し支えない
ものである。
【0010】他方、酸窒化物ガラス中に分散混合させる
高融点金属粉末は基本的には焼付温度で溶融,気化等が
起こらない金属,金属のケイ化物,炭化物の粉末で、ガ
ラスを焼結した場合、金属,そのケイ化物,炭化物或い
はそれらの混合窒化物系セラミック体のメタライズ組成
物物として存在するものであれば良く、Ti,Zr,H
f,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W等、周期律表第4
a,5a,6a族元素の金属元素粉末が好適である。酸
窒化物ガラスとの混合割合は特に制限的なものは不要で
あるが、通常ガラス粉末7〜50重量部に対し高融点金
属粉末は93〜50重量部の範囲で良い。
【0011】メタライズ組成物を窒化物系セラミック体
上に定着させる手法としては、既述のようなフリット状
のメタライズ組成物を塗布もしくは印刷によって窒化物
系セラミック体上に厚み0.01〜0.1mm程度に層
着することが最も望ましいが、この他吹付等の手法も採
用できる。層着させるメタライズ組成物を焼結するに
は、組成物の内容によっても変わるものの1000〜1
500℃の間で還元或いは中性ガス中で焼結すればよ
い。得られたメタライズ層の上には既述のように接合す
べき金属部材をロー付けして構造材としたり、Au−S
i合金のような高い導電性を有する金属をメッキし、或
いはメタライズ層自体を導体としてプリント基板のよう
な導体配線を形成し電気的材料に応用したりする。
【0012】
【作用】窒化物系セラミック体の窒化物結晶或いは粒間
相を構成している酸窒化物ガラスや酸窒化物結晶相に対
して、メタライズ組成物中のAlNが極めて大きな親和
性を発揮して窒化物系セラミック体とメタライズ層との
強い化学的接合強度を保証する。そして、このメタライ
ズ層上に金属部材を直接接合すると高い接合強度が得ら
れるが、必要によりメタライズ層にさらに電解或いは無
電解メッキを行って、これと半田付けもしくはロー付け
によって金属部材を接合すれば接合強度はより高められ
るのでその採択が望まれる。
【0013】
【実施例】図1に本発明のメタライズ構造の一部縦断面
斜視図を示す。図において、窒化物系セラミック体1上
の接合に必要なエリアにわたって定着されたメタライズ
組成物は焼結によってメタライズ層2を形成しており、
このメタライズ層2上に一例として、コバー金属(KO
VAR)よりなる金属部材3を銀ロー4(BAg−8)
を介して接合してある。この銀ロー4のプレージングは
アンモニア分解ガスをウエットガス(水蒸気を含ませた
もの)の状態で導入した雰囲気下で約850℃にて溶融
させることによって実施した。
【0014】後記のロー付け後の接合強度の測定方法を
ここで図2を採って説明しておく。
【0015】テストピースSである窒化物系セラミック
体1は左右より万力8によって中央方向に圧縮力(太字
印)を付与された状態で堅固に固定されており、金属部
材3上に吊金具5をハンダ6をもって固定し、この吊金
具5の上端にプッシュプルゲージ(ゼンマイばねはか
り)7を取付ける。この状態で吊金具5を30mm/分
の早さで上方に引き上げ、メタライズ層2が窒化物系セ
ラミック体1より剥離した瞬間の強度をゲージ7で読み
取る。
【0016】次に本発明の具体的実施例について説明す
る。
【0017】(実施例1) (a) 窒化物系セラミック体:MgO 3重量%、A
2 3 7重量%を焼結助剤として含むSi3 4
ラミック材料をN2 雰囲気1650℃において焼成し、
接合面を250番ダイアモンドホイールで研磨してテス
トピースを作成した。
【0018】(b) 酸窒化物ガラス:MgO 18重
量%、AlN 20重量%、SiO2 62重量%を混合
調製し、六方晶BNをコーティングしたSiCルツボ中
にて1500℃で3時間加熱しN2 ガスを送りながらル
ツボ中で放冷した。得られたMg−Al−Si−O−N
系のガラスからはX線回折の結果、Si2 2 O等各種
SIALONとみられる微弱な回折線が認められた。こ
うして得たカレットを乳鉢中で粗粉砕した後、振動ミル
により325メッシュ以下の粒径に調製した。
【0019】(c) 高融点金属粉末:純度99%,平
均粒径3μmのW粉末を用意した。
【0020】(d) 定着及び焼結 :上記のような準
備された酸窒化物ガラスとW粉末とを混合してペースト
とした後、このペーストを窒化物系セラミック体上に厚
み20μm、4mm2 の面積にわたって塗布し、N2
囲気中において1350℃で1時間焼成してメタライズ
層を得た。
【0021】(e) 接合:上記メタライズ層にNi無
電解メッキを施し、剥離強度テストのための吊金具をハ
ンダ付けしてメタライズ層と窒化物系セラミック体との
剥離強度測定を実施した。テストは20個のテストピー
スにつき行い平均強度が80MPa、ばらつきはδn-1
=5MPaであった。
【0022】(実施例2) (a) 窒化物セラミック体:Y2 3 6重量%を焼結
助剤として含むAlNセラミック材料をN2 雰囲気下で
1850℃にて焼成し接合面を250番ダイヤモンドホ
イールにて研磨した。
【0023】(b)酸窒化物ガラス:Y2 3 50重量
%、AlN18重量%、SiO2 32重量%の割合で調
合し、1750℃で1時間溶融してカレットを得た。こ
のY−Al−Si−O−N系のガラスからはX線回折の
結果、結晶質物質は認められなかった。
【0024】(c) 高融点金属粉末:上記ガラスを2
5メッシュ以下の粉末とし平均粒径10μmのNbSi
2 粉末と混合した。
【0025】(d) 定着及び焼結 :この混合物をペ
ーストとして窒化物セラミック体上に厚み20μmに塗
布し、1400℃で1時間焼結した。
【0026】(e) 接合:(実施例1)と同様な処置
を施して剥離強度を測定した。
【0027】20個のテストピースについて行なった平
均剥離強度が45MPa、ばらつきはδn-1 =5MPa
であった。
【0028】(実施例3〜5) (実施例1)のSi3 4 セラミック体および(実施例
2)のAlNセラミック体のそれぞれについて焼結助
剤,高融点金属粉末をそれぞれ代えて実施したものを
(実施例3〜5)に示し、(実施例1〜5)の内容を表
1,表2にまとめて表示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】表2から判明するように、Si3 4 及び
AlN両窒化物系セラミック体に対するメタライズ強度
が概ね70〜80MPaという極めて高い値を、ロー付
け後の強度も約60〜75MPaとかなりの高い値を示
して、本発明の有効性がここに確認された。
【0032】
【発明の効果】本発明のメタライズ構造では、メタライ
ズ組成物が、AlNと、窒化物系セラミック体において
添加されたAlN以外の焼結助剤のうち少なくとも一種
を含有しているので、窒化物系セラミック体とメタライ
ズ層との高い接合強度を保証することができるという優
れた効果を発揮し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメタライズ構造におけるメタライズ組
成物を用いた接合構造の一部縦断面斜視図である。
【図2】メタライズ層の上に金属部材をロー付けをした
場合の強度測定テストの概略を示す説明図である。
【符号の説明】
1 窒化物系セラミック体 2 メタライズ層 3 金属部材

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】窒化物系セラミック体にメタライズ組成物
    を被着してなるメタライズ構造において、前記メタライ
    ズ組成物が、AlNと、前記窒化物系セラミック体にお
    いて添加されたAlN以外の焼結助剤のうち少なくとも
    一種を含有することを特徴とするメタライズ構造。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2366756A2 (en) 2004-10-04 2011-09-21 JNC Corporation Liquid Crystal Composition and Liquid Crystal Display Element

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