JPH061671A - セラミック体と金属部材の接合方法 - Google Patents
セラミック体と金属部材の接合方法Info
- Publication number
- JPH061671A JPH061671A JP16058592A JP16058592A JPH061671A JP H061671 A JPH061671 A JP H061671A JP 16058592 A JP16058592 A JP 16058592A JP 16058592 A JP16058592 A JP 16058592A JP H061671 A JPH061671 A JP H061671A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】腐食性ガスに対し耐性を有し、且つ酸化物系、
炭化物系及び窒化物系のすべてのセラミック体に金属部
材を強固に接合させることができる方法を提供すること
にある。 【構成】セラミック体と金属部材の接合方法はセラミッ
ク体上に、厚さ500 乃至10000 オングストロームのチタ
ン膜を被着させるとともに該チタン膜上にニッケルから
成る金属部材を載置し、次にこれを真空中で焼成し、チ
タン膜と金属部材の一部とでチタンーニッケルの共晶物
を生成させるとともに該共晶物をセラミック体と反応さ
せてセラミック体に金属部材を接合させることを特徴と
する。
炭化物系及び窒化物系のすべてのセラミック体に金属部
材を強固に接合させることができる方法を提供すること
にある。 【構成】セラミック体と金属部材の接合方法はセラミッ
ク体上に、厚さ500 乃至10000 オングストロームのチタ
ン膜を被着させるとともに該チタン膜上にニッケルから
成る金属部材を載置し、次にこれを真空中で焼成し、チ
タン膜と金属部材の一部とでチタンーニッケルの共晶物
を生成させるとともに該共晶物をセラミック体と反応さ
せてセラミック体に金属部材を接合させることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック体と金属部材
の接合方法に関するものである。
の接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミック体と金属部材の接合は
生もしくは焼結セラミック体表面にモリブデン、マンガ
ン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー及び溶剤
を添加し、ペースト状となした金属ペーストをスクリー
ン印刷法により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成して
高融点金属粉末とセラミック体とを焼結一体化させメタ
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
に金属部材を銀ロウ（銅ー銀合金) 材を介しロウ付けす
ることによって行われている。
生もしくは焼結セラミック体表面にモリブデン、マンガ
ン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー及び溶剤
を添加し、ペースト状となした金属ペーストをスクリー
ン印刷法により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成して
高融点金属粉末とセラミック体とを焼結一体化させメタ
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
に金属部材を銀ロウ（銅ー銀合金) 材を介しロウ付けす
ることによって行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック体と金属部材の接合はセラミック体に予
めメタライズ金属層を被着させておき、該メタライズ金
属層に金属部材を銀ロウ材を介しロウ付けすることによ
って行われており、メタライズ金属層を構成するモリブ
デン、マンガン及びロウ材を構成する銅、銀はいずれも
塩素ガス等の腐食性ガスに弱いことから、例えば半導体
製造装置等の腐食性ガスを使用する装置の部品として適
用するとメタライズ金属層やロウ材が腐食されてセラミ
ック体と金属部材の接合が破れるという欠点を有してい
た。
来のセラミック体と金属部材の接合はセラミック体に予
めメタライズ金属層を被着させておき、該メタライズ金
属層に金属部材を銀ロウ材を介しロウ付けすることによ
って行われており、メタライズ金属層を構成するモリブ
デン、マンガン及びロウ材を構成する銅、銀はいずれも
塩素ガス等の腐食性ガスに弱いことから、例えば半導体
製造装置等の腐食性ガスを使用する装置の部品として適
用するとメタライズ金属層やロウ材が腐食されてセラミ
ック体と金属部材の接合が破れるという欠点を有してい
た。
【０００４】またこの従来のセラミック体と金属部材の
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、セラミック体表面にメタ
ライズ金属層を被着させる場合、予め金属ペーストを準
備する必要があり、該金属ペーストはモリブデン、マン
ガン等、高融点金属粉末をスクリーン印刷機のメッシュ
を通過する程度の粒径となるように微粉砕するとともに
有機バインダー及び溶剤を添加し、ペースト状となすこ
とによって製作され、金属ペーストの作製に多大な時間
と手間を要するという欠点も有する。
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、セラミック体表面にメタ
ライズ金属層を被着させる場合、予め金属ペーストを準
備する必要があり、該金属ペーストはモリブデン、マン
ガン等、高融点金属粉末をスクリーン印刷機のメッシュ
を通過する程度の粒径となるように微粉砕するとともに
有機バインダー及び溶剤を添加し、ペースト状となすこ
とによって製作され、金属ペーストの作製に多大な時間
と手間を要するという欠点も有する。
【０００５】更に前記金属ペーストはスクリーン印刷に
よりセラミック体表面に塗布されるが、該スクリーン印
刷による金属ペーストの塗布はその厚みに大きなバラツ
キを有するものであり、その結果、セラミック体表面に
均一厚みのメタライズ金属層を被着させることができ
ず、該メタライズ金属層に金属部材を強固にロウ付けで
きないという欠点も有していた。
よりセラミック体表面に塗布されるが、該スクリーン印
刷による金属ペーストの塗布はその厚みに大きなバラツ
キを有するものであり、その結果、セラミック体表面に
均一厚みのメタライズ金属層を被着させることができ
ず、該メタライズ金属層に金属部材を強固にロウ付けで
きないという欠点も有していた。
【０００６】また更に前記モリブデン、マンガン等を使
用したメタライズ金属層は酸化アルミニウムに代表され
る酸化物系セラミック体にしか被着せず、窒化アルミニ
ウムや炭化珪素、窒化珪素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
と金属部材の接合において、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。
用したメタライズ金属層は酸化アルミニウムに代表され
る酸化物系セラミック体にしか被着せず、窒化アルミニ
ウムや炭化珪素、窒化珪素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
と金属部材の接合において、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。
【０００７】
【発明の目的】本発明者は上記欠点に鑑み種々の実験の
結果、腐食性ガスに対し耐性を有するチタンとニッケル
はその共晶物が酸化物系、炭化物系及び窒化物系のすべ
てのセラミック体に活性があり、強固に接合することを
知見した。
結果、腐食性ガスに対し耐性を有するチタンとニッケル
はその共晶物が酸化物系、炭化物系及び窒化物系のすべ
てのセラミック体に活性があり、強固に接合することを
知見した。
【０００８】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金属部材
としてのニッケルを強固に接合させることができる方法
を提供することをその目的とするものである。
化物系及び窒化物系のすべてのセラミック体に金属部材
としてのニッケルを強固に接合させることができる方法
を提供することをその目的とするものである。
【０００９】本発明の方法によれば腐食性ガスに対し耐
性を有する金属のみを使用することから例えば、腐食性
ガスを使用する半導体製造装置等の部品に好適に使用さ
れる。
性を有する金属のみを使用することから例えば、腐食性
ガスを使用する半導体製造装置等の部品に好適に使用さ
れる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック体と
金属部材の接合方法はセラミック体上に、厚さ500 乃至
10000 オングストロームのチタン膜を被着させるととも
に該チタン膜上にニッケルから成る金属部材を載置し、
次にこれを真空中で焼成し、チタン膜と金属部材の一部
とでチタンーニッケルの共晶物を生成させるとともに該
共晶物をセラミック体と反応させてセラミック体に金属
部材を接合させることを特徴とするものである。
金属部材の接合方法はセラミック体上に、厚さ500 乃至
10000 オングストロームのチタン膜を被着させるととも
に該チタン膜上にニッケルから成る金属部材を載置し、
次にこれを真空中で焼成し、チタン膜と金属部材の一部
とでチタンーニッケルの共晶物を生成させるとともに該
共晶物をセラミック体と反応させてセラミック体に金属
部材を接合させることを特徴とするものである。
【００１１】本発明のセラミック体と金属部材の接合方
法においては、セラミック体上に被着されるチタン膜の
厚さが500 オングストローム未満であるとチタンーニッ
ケル共晶物の絶対量が不足し、金属部材をセラミック体
に強固に接合させることができず、また10000 オングス
トロームを越えるとチタンーニッケル共晶物が過剰に生
成されるとともに該チタンーニッケル共晶物とセラミッ
ク体とが反応して脆弱な反応層が多量に形成され、セラ
ミック体と金属部材との接合部における機械的強度が大
きく劣化してしまう。従って、前記セラミック体上に被
着されるチタン膜はその厚みが500 乃至10000 オングス
トロームの範囲に特定される。
法においては、セラミック体上に被着されるチタン膜の
厚さが500 オングストローム未満であるとチタンーニッ
ケル共晶物の絶対量が不足し、金属部材をセラミック体
に強固に接合させることができず、また10000 オングス
トロームを越えるとチタンーニッケル共晶物が過剰に生
成されるとともに該チタンーニッケル共晶物とセラミッ
ク体とが反応して脆弱な反応層が多量に形成され、セラ
ミック体と金属部材との接合部における機械的強度が大
きく劣化してしまう。従って、前記セラミック体上に被
着されるチタン膜はその厚みが500 乃至10000 オングス
トロームの範囲に特定される。
【００１２】前記セラミック体上に被着されるチタン膜
は従来周知の蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成技
術を採用することによってセラミック体上に被着、或い
はチタンを圧延加工法により箔状となしたものをセラミ
ック体上に載置することによってセラミック体上に被着
される。
は従来周知の蒸着法やスパッタリング法等の薄膜形成技
術を採用することによってセラミック体上に被着、或い
はチタンを圧延加工法により箔状となしたものをセラミ
ック体上に載置することによってセラミック体上に被着
される。
【００１３】尚、前記セラミック体上に被着されるチタ
ン膜は蒸着等の薄膜形成技術を採用することによって、
或いは圧延加工法により箔状となしたものを載置するこ
とによってセラミック体上に被着されることから金属を
微粉砕するとともに有機バインダー、溶剤を添加し金属
ペーストを作製することは一切不要で、その被着の作業
性が極めて良く、同時にチタン膜の厚みが全体わたって
均一となり、その結果、セラミック体上に金属部材を極
めて強固に接合させることもできる。
ン膜は蒸着等の薄膜形成技術を採用することによって、
或いは圧延加工法により箔状となしたものを載置するこ
とによってセラミック体上に被着されることから金属を
微粉砕するとともに有機バインダー、溶剤を添加し金属
ペーストを作製することは一切不要で、その被着の作業
性が極めて良く、同時にチタン膜の厚みが全体わたって
均一となり、その結果、セラミック体上に金属部材を極
めて強固に接合させることもできる。
【００１４】またセラミック体上に被着させたチタン膜
とニッケルから成る金属部材とを加熱し、チタンとニッ
ケルの共晶物を生成させる場合、その加熱を大気中や窒
素雰囲気中で行うとチタンが酸化あるいは窒化され、ニ
ッケルと共晶物を作らなくなるとともにセラミック体に
対する活性もなくなることからセラミック体に金属部材
を接合強度を大として接合させるためにはチタンが酸化
や窒化しないような真空中とする必要がある。
とニッケルから成る金属部材とを加熱し、チタンとニッ
ケルの共晶物を生成させる場合、その加熱を大気中や窒
素雰囲気中で行うとチタンが酸化あるいは窒化され、ニ
ッケルと共晶物を作らなくなるとともにセラミック体に
対する活性もなくなることからセラミック体に金属部材
を接合強度を大として接合させるためにはチタンが酸化
や窒化しないような真空中とする必要がある。
【００１５】
【実施例】次に本発明を実施例に基づき説明する。ま
ず、アルミナセラミック体(Al 2 O 3 ) 、炭化珪素質セ
ラミック体(SiC) 、窒化珪素質セラミック体(Si 3 N
4 ) を準備し、次にこれら各セラミック体の外表面に
表1 に示すように直径5mm のチタン(Ti)膜を蒸着法もし
くはスパッタリング法により所定厚みに被着する。
ず、アルミナセラミック体(Al 2 O 3 ) 、炭化珪素質セ
ラミック体(SiC) 、窒化珪素質セラミック体(Si 3 N
4 ) を準備し、次にこれら各セラミック体の外表面に
表1 に示すように直径5mm のチタン(Ti)膜を蒸着法もし
くはスパッタリング法により所定厚みに被着する。
【００１６】次に前記各セラミック体に被着させたチタ
ン膜上に直径5mm 、長さ20mmのニッケル棒を当接させる
とともにこれを10-4Torrの真空中、950 乃至1200℃の温
度で焼成し、チタン膜とニッケル棒の一部とを反応させ
てチタンーニッケルの共晶物を生成させるとともに該共
晶物ををセラミック体と反応させてニッケル棒をセラミ
ック体に接合させる。
ン膜上に直径5mm 、長さ20mmのニッケル棒を当接させる
とともにこれを10-4Torrの真空中、950 乃至1200℃の温
度で焼成し、チタン膜とニッケル棒の一部とを反応させ
てチタンーニッケルの共晶物を生成させるとともに該共
晶物ををセラミック体と反応させてニッケル棒をセラミ
ック体に接合させる。
【００１７】そして最後に前記ニッケル棒をセラミック
体に対し垂直方向に引っ張り、ニッケル棒がセラミック
体から剥がれた際の引っ張り強度を調べ、単位面積当た
りの接合強度を算出した。
体に対し垂直方向に引っ張り、ニッケル棒がセラミック
体から剥がれた際の引っ張り強度を調べ、単位面積当た
りの接合強度を算出した。
【００１８】尚、表1 中、試料番号11乃至13は本発明と
比較するための比較試料であり、各セラミック体に予め
モリブデンーマンガンから成るメタライズ金属層を被着
させ、該メタライズ金属層にニッケル棒を接合させるよ
うにしたものである。上記の結果を表1 に示す。
比較するための比較試料であり、各セラミック体に予め
モリブデンーマンガンから成るメタライズ金属層を被着
させ、該メタライズ金属層にニッケル棒を接合させるよ
うにしたものである。上記の結果を表1 に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】上記結果からも判るように従来のセラミ
ック体にモリブデン、マンガン等のメタライズ金属層を
被着させ、更に該メタライズ金属層に金属部材を接合さ
せたものはメタライズ金属層がアルミナセラミック体に
は被着するものの炭化珪素質セラミック体や窒化珪素質
セラミック体には一切被着せず、セラミック体と金属部
材との接合においてセラミック体側に大きな制約を受け
る。これに対し、本発明の方法によれば金属部材をアル
ミナセラミック体、炭化珪素質セラミック体及び窒化珪
素質セラミック体のいずれにもその接合強度が5.0Kg/mm
2 以上の強度で接合し、金属部材をあらゆるセラミック
体に強固に接合させることが可能となる。
ック体にモリブデン、マンガン等のメタライズ金属層を
被着させ、更に該メタライズ金属層に金属部材を接合さ
せたものはメタライズ金属層がアルミナセラミック体に
は被着するものの炭化珪素質セラミック体や窒化珪素質
セラミック体には一切被着せず、セラミック体と金属部
材との接合においてセラミック体側に大きな制約を受け
る。これに対し、本発明の方法によれば金属部材をアル
ミナセラミック体、炭化珪素質セラミック体及び窒化珪
素質セラミック体のいずれにもその接合強度が5.0Kg/mm
2 以上の強度で接合し、金属部材をあらゆるセラミック
体に強固に接合させることが可能となる。
【００２１】また本発明の方法によれば、金属部材のセ
ラミック体への接合が、セラミック体にチタン膜を被着
させるとともに該チタン膜上にニッケルから成る金属部
材を載置し、次にこれを真空中で焼成し、チタン膜と金
属部材の一部とでチタンーニッケルの共晶物を生成させ
ることによって行われるものであり、前記チタン膜はセ
ラミック体上にチタンを蒸着等の薄膜形成技術を採用す
ることによって、或いは圧延加工法により箔状となした
ものを載置することによって被着されることから金属を
微粉砕するとともに有機バインダー、溶剤を添加し金属
ペーストを作製することは一切不要で、セラミック体と
金属部材との接合の作業性が極めて良い。
ラミック体への接合が、セラミック体にチタン膜を被着
させるとともに該チタン膜上にニッケルから成る金属部
材を載置し、次にこれを真空中で焼成し、チタン膜と金
属部材の一部とでチタンーニッケルの共晶物を生成させ
ることによって行われるものであり、前記チタン膜はセ
ラミック体上にチタンを蒸着等の薄膜形成技術を採用す
ることによって、或いは圧延加工法により箔状となした
ものを載置することによって被着されることから金属を
微粉砕するとともに有機バインダー、溶剤を添加し金属
ペーストを作製することは一切不要で、セラミック体と
金属部材との接合の作業性が極めて良い。
【００２２】更に前記セラミック体上に被着されるチタ
ン膜はその厚みが全体にわたって均一となり、その結
果、ラミック体上に金属部材を極めて強固に接合させる
こともできる。
ン膜はその厚みが全体にわたって均一となり、その結
果、ラミック体上に金属部材を極めて強固に接合させる
こともできる。
【００２３】また更に本発明においては腐食性ガスに対
し耐性を有する金属のみを使用しているとから金属部材
等に腐食性ガスが接触したとしても金属部材は腐食を受
けることは無く、その結果、セラミック体と金属部材と
の接合を長期間にわたり維持することも可能となる。
し耐性を有する金属のみを使用しているとから金属部材
等に腐食性ガスが接触したとしても金属部材は腐食を受
けることは無く、その結果、セラミック体と金属部材と
の接合を長期間にわたり維持することも可能となる。
【００２４】従って、本発明のセラミック体と金属部材
の接合方法はセラミック体に金属部材を接合させて成る
部品、例えば腐食性ガスを使用する半導体製造装置等に
使用される部品に好適に適用される。
の接合方法はセラミック体に金属部材を接合させて成る
部品、例えば腐食性ガスを使用する半導体製造装置等に
使用される部品に好適に適用される。
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック体上に、厚さ500 乃至10000 オ
ングストロームのチタン膜を被着させるとともに該チタ
ン膜上にニッケルから成る金属部材を載置し、次にこれ
を真空中で焼成し、チタン膜と金属部材の一部とでチタ
ンーニッケルの共晶物を生成させるとともに該共晶物を
セラミック体と反応させてセラミック体に金属部材を接
合させることを特徴とするセラミック体と金属部材の接
合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16058592A JPH061671A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | セラミック体と金属部材の接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16058592A JPH061671A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | セラミック体と金属部材の接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH061671A true JPH061671A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15718141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16058592A Pending JPH061671A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | セラミック体と金属部材の接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061671A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002102589A1 (en) | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research | Application and manufacturing method for a ceramic to metal seal |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16058592A patent/JPH061671A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002102589A1 (en) | 2001-06-18 | 2002-12-27 | Alfred E. Mann Foundation For Scientific Research | Application and manufacturing method for a ceramic to metal seal |
| EP1404517A1 (en) * | 2001-06-18 | 2004-04-07 | Alfred E. Mann Foundation for Scientific Research | Application and manufacturing method for a ceramic to metal seal |
| EP1404517A4 (en) * | 2001-06-18 | 2009-07-22 | Mann Alfred E Found Scient Res | METHOD OF APPLICATION AND MANUFACTURE FOR A METAL-CERAMIC SEAL |
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