JPH0632669A - Joined body, metallized body and production of metallized body - Google Patents

Joined body, metallized body and production of metallized body

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JPH0632669A
JPH0632669A JP4187906A JP18790692A JPH0632669A JP H0632669 A JPH0632669 A JP H0632669A JP 4187906 A JP4187906 A JP 4187906A JP 18790692 A JP18790692 A JP 18790692A JP H0632669 A JPH0632669 A JP H0632669A
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真次 荒井
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昌子 中橋
Shinichi Nakamura
新一 中村
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Abstract

PURPOSE:To enable the obtaining of the shape with a high adhesive strength and excellent reproducibility by forming a metallized layer containing a metallic element such as Ti or Cu on a ceramic substrate having a prescribed thin film formed thereon. CONSTITUTION:The objective metallized body is produced by successively forming a thin film of one or more of the first metallic elements selected from Ti, Zr and Hf on a ceramic substrate which is alumina and a thin film of one or more of the second metallic elements selected from Cu, Ni, Co, Fe and Mn, providing the ceramic substrate having the thin films formed thereon, then about 3 hr and forming a metallized layer 4 containing a compound containing the first metallic elements such as a Ti layer 2, Ti-Cu-Al-based compound particles 3, the second metallic elements such as Cu and oxygen in an amount of >=70 atomic % as the compositional ratio.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス基材を用
いた接合体と、セラミックス基材の表面を金属化したメ
タライズ体およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonded body using a ceramic base material, a metallized body in which the surface of the ceramic base material is metalized, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス基材と金属基材、あるいは
セラミックス基材同士の接合技術は、半導体やデバイス
等の機能材料から、ガスタービン等の構造材料までの広
い範囲で応用されている。従来の有効な接合方法として
は、 Mo-Mn法、DBC法、活性金属法等が知られてい
る。
2. Description of the Related Art The technique of joining ceramic base materials and metal base materials or ceramic base materials together has been applied in a wide range from functional materials such as semiconductors and devices to structural materials such as gas turbines. The Mo-Mn method, the DBC method, the active metal method and the like are known as conventional effective joining methods.

【0003】上述したような接合方法のうち、 Mo-Mn法
やDBC法は、引張り強度等に代表される機械的接合強
度が母材強度と比較して低く、強度や耐熱疲労性等が要
求されるような部位への適用が困難であるという問題を
有していた。接合体の強度が母材と比較して低い理由は
主に、界面における化学的接合力が低い場合と、セラミ
ックス基材内に接合相手材等との熱膨張係数の違いに起
因する応力集中部が生じ、この部分の強度が劣化する場
合が考えられる。
Among the above-mentioned joining methods, the Mo-Mn method and the DBC method have lower mechanical joining strength represented by tensile strength and the like as compared with the strength of the base material, and require strength and heat fatigue resistance. It has a problem that it is difficult to apply it to such a part. The reason why the strength of the bonded body is lower than that of the base material is mainly due to the low chemical bonding strength at the interface and the stress concentration part in the ceramic base material due to the difference in the thermal expansion coefficient between the bonded base material and the like. May occur and the strength of this part may deteriorate.

【0004】活性金属法は、Ti等のセラミックスに対す
る還元作用等を利用し、界面における高い化学的結合力
で接合を行うもので、 Mo-Mn法やDBC法等に比べて、
高い機械的接合強度を有する接合体が得られるため、有
効な接合方法とされている。しかし、活性金属法は、セ
ラミックス基材内に発生する応力集中が大きいことか
ら、セラミックス母材より機械的強度が低くなるという
問題があった。
[0004] The active metal method uses a reduction effect on ceramics such as Ti and performs bonding with a high chemical bonding force at the interface. Compared with the Mo-Mn method or the DBC method,
This is an effective joining method because a joined body having high mechanical joining strength can be obtained. However, the active metal method has a problem that the mechanical strength is lower than that of the ceramic base material because the stress concentration generated in the ceramic base material is large.

【0005】このように、セラミックス接合体の強度を
セラミックス母材並にするためには、界面での化学的結
合力の向上を図ると共に、セラミックス側の応力集中を
抑制するという、 2つの因子を制御する必要があるが、
現状の接合方法はこれらを十分に満足するまでには至っ
ていない。
As described above, in order to make the strength of the ceramics bonded body equal to that of the ceramics base material, two factors are required to improve the chemical bonding force at the interface and suppress the stress concentration on the ceramics side. Need to control,
The current joining method has not been fully satisfied with these.

【0006】一方、前述した Mo-Mn法、DBC法、活性
金属法等は、セラミックス基材の接合に限らず、セラミ
ックス基材表面の金属化(メタライズ)にも適用されて
いる。セラミックス基材のメタライズは、セラミックス
基材を回路基板等として使用する際の回路の形成手段と
して広く利用されている。しかし、このようなメタライ
ズ技術においても、上述した接合体の場合と同様に、従
来法ではセラミックス基材とメタライズ層との接合強度
(密着性)を十分に高めることができないという問題が
あった。
On the other hand, the above-mentioned Mo-Mn method, DBC method, active metal method, etc. are applied not only to the joining of ceramic base materials but also to the metallization of the ceramic base surface. Metallization of a ceramic base material is widely used as a circuit forming means when the ceramic base material is used as a circuit board or the like. However, even in such a metallizing technique, as in the case of the above-mentioned bonded body, the conventional method has a problem that the bonding strength (adhesion) between the ceramic base material and the metallized layer cannot be sufficiently increased.

【0007】また、セラミックス基材のメタライズ技術
においては、上記した接合強度の点以外に、回路パター
ン等の再現性やメタライズ層の物理的特性等も考慮しな
ければならない。例えば、従来のTiを含む Ag-Cuろう材
を用いたメタライズ層の形成方法においては、上記ろう
材を溶融させ、ろう材の液相状態を利用してメタライズ
層を形成しているため、ろう材の側面へのはみ出し等を
生じやすく、微細なパターンを形成することが困難であ
り、さらには純度の高いCuメタライズ層を形成すること
ができない等という欠点を有していた。
In addition, in the technique of metallizing a ceramic substrate, reproducibility of a circuit pattern, physical characteristics of a metallized layer and the like must be considered in addition to the above-mentioned bonding strength. For example, in the conventional method of forming a metallized layer using an Ag-Cu brazing filler metal containing Ti, the brazing filler metal is melted and the liquidized state of the brazing filler metal is used to form the metallized layer. It has drawbacks such that the material is likely to protrude to the side surface, it is difficult to form a fine pattern, and a Cu metallized layer with high purity cannot be formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の接合方法やメタライズ方法は、接合界面にてセラミッ
クス母材の強度に匹敵するような、十分に高い機械的接
合強度を得ることが困難であるという問題を有してい
た。
As described above, it is difficult for the conventional joining method and metallizing method to obtain a sufficiently high mechanical joining strength comparable to the strength of the ceramic base material at the joining interface. Had the problem of being.

【0009】このようなことから、セラミックス接合体
においては、界面での化学的結合力の向上を図ると共
に、セラミックス側の応力集中を抑制することが可能な
接合技術が強く求められている。また、セラミックスメ
タライズ体においては、十分な密着強度を有すると共
に、微細なパターンの再現性に優れたメタライズ技術が
強く求められている。
In view of the above, there has been a strong demand for a bonding technique capable of improving the chemical bonding force at the interface and suppressing the stress concentration on the ceramic side in the ceramic bonded body. Further, in the ceramic metallized body, there is a strong demand for a metallizing technique having sufficient adhesion strength and excellent reproducibility of fine patterns.

【0010】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、界面での化学的結合力の向上を図る
と共に、セラミックス側の応力集中を抑制し、高機械的
接合強度が安定して得られる接合体を提供することを目
的としており、また他の目的は、密着性が高く、かつ形
状の再現性に優れたメタライズ層が安定して得られるメ
タライズ体およびその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to address such a problem, and aims to improve the chemical bonding force at the interface, suppress the stress concentration on the ceramic side, and stabilize the high mechanical bonding strength. Another object of the present invention is to provide a metallized body having a high adhesion and a metallized layer which is excellent in shape reproducibility and can be stably obtained, and a method for producing the same. To do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは、前
述したセラミックスの接合やメタライズについて検討を
重ねた結果、活性金属を含む接合層内またはメタライズ
層内のセラミックス基材との界面近傍に、特定構造の化
合物を存在させることにより、化学的結合力の向上を図
った上で、セラミックス側の応力集中を緩和することが
可能であること、また活性金属でアルミナ系セラミック
ス基材を還元しつつメタライズ層を形成する際に、アル
ミナの還元反応を固相熱処理下で行うと共に、アルミナ
の還元により生成され、界面反応を阻害するAlがそのま
まの状態で接合界面に残留することを防ぐことにより、
密着性が高く、かつ微細パターンの再現性に優れたメタ
ライズ層が得られることを見出だした。
Means and Actions for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive studies on the bonding and metallization of the above-mentioned ceramics. In addition, it is possible to reduce the concentration of stress on the ceramic side by improving the chemical bonding force by the presence of a compound with a specific structure, and to reduce the alumina-based ceramic substrate with an active metal. While forming the metallized layer while performing the reduction reaction of alumina under solid-state heat treatment, to prevent Al that is generated by the reduction of alumina and interferes with the interfacial reaction remains at the bonding interface as it is. Due to
It has been found that a metallized layer having high adhesion and excellent reproducibility of a fine pattern can be obtained.

【0012】本発明の接合体は、上記した第1の知見に
基いて成されたもので、セラミックス基材と金属基材、
あるいはセラミックス基材同志の接合体であって、Ti、
ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第1の
金属元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少な
くとも 1種からなる第2の金属元素と、酸素とを、組成
比で 70at%以上含有する化合物を含み、かつ厚さが 2μ
m 以下の接合層を介して、前記セラミックス基材と金属
基材、あるいは前記セラミックス基材同志が接合されて
いることを特徴としている。
The bonded body of the present invention is made on the basis of the above-mentioned first finding.
Or it is a joined body of ceramic base materials, and Ti,
The composition ratio of the first metal element consisting of at least one selected from Zr and Hf, the second metal element consisting of at least one selected from Cu, Ni, Co, Fe and Mn, and oxygen is set. Contains a compound of 70 at% or more and has a thickness of 2 μ
It is characterized in that the ceramic base material and the metal base material or the ceramic base materials are bonded to each other through a bonding layer of m or less.

【0013】また、本発明における第1のメタライズ体
は、同様に第1の知見に基くものであり、セラミックス
基材と、前記セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrお
よびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第1の金属
元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少なくと
も 1種からなる第2の金属元素と、酸素とを、組成比で
70at%以上含有する化合物を含むメタライズ層とを具備
することを特徴としている。
The first metallized body according to the present invention is also based on the first finding and is provided on the ceramic base material and the ceramic base material, and is selected from Ti, Zr and Hf. A composition ratio of at least one first metal element, at least one second metal element selected from Cu, Ni, Co, Fe and Mn, and oxygen
And a metallization layer containing a compound of 70 at% or more.

【0014】上記メタライズ体の製造方法は、セラミッ
クス基材上に、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも
1種からなる第1の金属元素の薄膜と、Cu、Ni、Co、Fe
およびMnから選ばれた少なくとも 1種からなる第2の金
属元素の薄膜を順に形成する工程と、前記薄膜を形成し
たセラミックス基材に、前記薄膜の融点以下の温度で熱
処理を施し、前記セラミックス基材上に前記第1の金属
元素と第2の金属元素と酸素とを組成比で 70at%以上含
有する化合物を含むメタライズ層を形成する工程とを有
することを特徴としている。
The above-mentioned method for producing a metallized body is characterized in that at least one selected from Ti, Zr and Hf is formed on a ceramic substrate.
A thin film of the first metal element consisting of one kind and Cu, Ni, Co, Fe
And a step of forming a thin film of at least one second metal element selected from Mn, and the ceramic substrate on which the thin film is formed is heat-treated at a temperature not higher than the melting point of the thin film, And a step of forming a metallized layer containing a compound containing the first metal element, the second metal element and oxygen in a composition ratio of 70 at% or more on the material.

【0015】上述した第2の知見に基く、本発明の第2
のメタライズ体は、アルミナ系セラミックス基材と、T
i、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる活
性金属とCuとAlとを構成元素として含む化合物粒子が前
記アルミナ系セラミックス基材との界面近傍に分散形成
された前記活性金属の層と、前記活性金属層上に設けら
れたCu層とを具備することを特徴としている。
The second aspect of the present invention is based on the above-mentioned second knowledge.
The metallized body of
a layer of the active metal in which compound particles containing at least one active metal selected from i, Zr, and Hf and Cu and Al as constituent elements are dispersed and formed in the vicinity of the interface with the alumina-based ceramic substrate; And a Cu layer provided on the active metal layer.

【0016】また、第3のメタライズ体は、アルミナ系
セラミックス基材と、前記アルミナ系セラミックス基材
上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも
1種からなる活性金属層とを具備し、前記活性金属層と
アルミナ系セラミックス基材との界面、前記活性金属層
の内部、および前記活性金属層の表面の少なくとも 1つ
に、予めAlと結合しやすい物質を配置すると共に、予め
Alと結合しやすい物質を配置すると共に、前記Alと結合
しやすい物質を固相熱処理によりAlとの結合物として存
在させたことを特徴としている。
The third metallized body is provided on the alumina-based ceramic base material and the alumina-based ceramic base material, and is at least selected from Ti, Zr and Hf.
An active metal layer of one kind is provided, and at least one of the interface between the active metal layer and the alumina-based ceramic substrate, the inside of the active metal layer, and the surface of the active metal layer is bonded with Al in advance. Place a substance that is easy to
It is characterized in that a substance that easily binds to Al is arranged and that the substance that easily binds to Al is present as a bond with Al by solid-state heat treatment.

【0017】さらに、第4のメタライズ体は、アルミナ
系セラミックス基材と、前記アルミナ系セラミックス基
材上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくと
も 1種からなる活性金属層とを具備し、前記活性金属層
は、前記アルミナ系セラミックス基材表面に垂直な方向
に対して±30度の範囲に、結晶のc軸を配向させた前記
活性金属の結晶粒子を主体とする配向膜であることを特
徴としている。
Further, the fourth metallized body comprises an alumina-based ceramic base material and an active metal layer provided on the alumina-based ceramic base material and made of at least one selected from Ti, Zr and Hf. The active metal layer is an alignment film mainly composed of crystal grains of the active metal in which the c-axis of the crystal is oriented within a range of ± 30 degrees with respect to the direction perpendicular to the surface of the alumina-based ceramic substrate. It is characterized by being.

【0018】本発明の接合体は、上述したように、セラ
ミックス基材と金属基材、あるいはセラミックス基材同
志を、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種から
なる第1の金属元素(Me(1) )と、Cu、Ni、Co、Feおよ
びMnから選ばれた少なくとも1種からなる第2の金属元
素(Me(2) )と、酸素とを主構成元素とする化合物を含
む、厚さ 2μm 以下の接合層を介して接合したものであ
る。
As described above, the joined body of the present invention comprises the ceramic base material and the metal base material, or the ceramic base material and the ceramic base material, the first metal element (at least one selected from Ti, Zr and Hf). Me (1)), a second metal element (Me (2)) consisting of at least one selected from Cu, Ni, Co, Fe and Mn, and a compound containing oxygen as a main constituent element, It is bonded through a bonding layer with a thickness of 2 μm or less.

【0019】上記接合体に用いるセラミックス基材とし
ては、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネ
シウム、酸化ケイ素等を主体とする酸化物系セラミック
ス焼結体から、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素等を主体とする非酸化物系セラミックス焼結体ま
で、各種のセラミックス焼結体を適用することが可能で
ある。また、金属基材としては、鋼材、 Fe-Ni系合金、
Mo合金、 W合金等、用途に応じて種々の金属材料を適用
することが可能である。
The ceramic base material used for the above-mentioned bonded body is mainly composed of an oxide-based ceramics sintered body containing aluminum oxide, beryllium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, etc., and aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, etc. It is possible to apply various ceramics sintered bodies up to the non-oxide type ceramics sintered body. Further, as the metal base material, steel material, Fe-Ni-based alloy,
Various metallic materials such as Mo alloy and W alloy can be applied according to the application.

【0020】本発明の接合体における接合層は、Me(1)
とMe(2) と酸素とを主構成元素とする、換言すれば組成
比で 70at%以上含有する化合物を含むものである。この
ことは、多少の不純物元素を含んでいてもよいことを意
味している。上記化合物としては、Me(1) とMe(2) と酸
素とを原子比で 3:3:1〜 4:2:1の範囲で含む、空間群Fd
3mのダイヤモンド構造を有するものが好ましい。なお、
上記化合物中の元素の組み合せは、特に限定されるもの
ではないが、例えばMe(1) がTi、Me(2) がCuからなる化
合物が挙げられ、この場合にはTi3 Cu3 O 〜Ti4 Cu2 O
の範囲で原子比が変化するものである。また、上記化合
物は、少なくともセラミックス基材との接合界面近傍に
存在させる必要があり、具体的には層状に存在させた
り、あるいは分散して存在させる。
The bonding layer in the bonded body of the present invention is Me (1)
And Me (2) and oxygen as main constituent elements, in other words, a compound containing 70 at% or more in composition ratio. This means that some impurity elements may be included. The above compound includes a space group Fd containing Me (1), Me (2) and oxygen in an atomic ratio of 3: 3: 1 to 4: 2: 1.
Those having a 3 m diamond structure are preferred. In addition,
The combination of elements in the above compound is not particularly limited, but examples thereof include a compound in which Me (1) is Ti and Me (2) is Cu, and in this case, Ti 3 Cu 3 O ~ Ti. 4 Cu 2 O
The atomic ratio changes within the range. Further, the above compound needs to be present at least in the vicinity of the bonding interface with the ceramic substrate, and specifically, it is present in a layered form or dispersed.

【0021】上記したような空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する化合物は、セラミックス基材と化学的結合
力の大きい界面を形成すると共に、それ自体の熱膨張係
数がセラミックス基材と金属基材の中間的な値となるた
め、セラミックス基材側に発生する応力を低減する役割
を果たす。すなわち、応力緩和材としての機能を有する
ものである。このようなことから、セラミックス基材の
強度と比較して、接合部の機械的強度の低下が少ない接
合体を得ることが可能となる。
The compound having a diamond structure of the space group Fd3m as described above forms an interface having a large chemical bonding force with the ceramic base material, and has a thermal expansion coefficient of itself between that of the ceramic base material and that of the metal base material. Since it has an appropriate value, it plays a role of reducing the stress generated on the ceramic base material side. That is, it has a function as a stress relaxation material. From the above, it is possible to obtain a bonded body in which the mechanical strength of the bonded portion is less deteriorated as compared with the strength of the ceramic base material.

【0022】また、上記した Me(1)-Me(2)-O系化合物を
含む接合層の厚さは、 2μm 以下とする。上記接合層の
厚さが 2μm を超えると、接合部の機械的強度が低下が
大きくなる。すなわち、接合層の厚さを 2μm 以下とし
て場合に、セラミックス基材と比較した機械的接合強度
の低下を最も低くすることができる。
The thickness of the bonding layer containing the above-mentioned Me (1) -Me (2) -O compound is 2 μm or less. When the thickness of the bonding layer exceeds 2 μm, the mechanical strength of the bonded portion is greatly reduced. That is, when the thickness of the bonding layer is 2 μm or less, the decrease in mechanical bonding strength as compared with the ceramic base material can be minimized.

【0023】本発明における接合層は、実質的に上記 M
e(1)-Me(2)-O系化合物のみによって構成してもよいし、
あるいは上記化合物とその構成金属元素との混合層とす
ることもできる。これらの形態において、上記化合物は
ろう材としての機能も有しているものの、実質的なろう
材成分として上記化合物の構成金属元素、具体的にはMe
(2)を上記化合物とは別に含ませることができる。ま
た、 Me(1)および Me(2)以外に、ろう材として機能する
金属元素、例えばAgを接合層中に含ませることも可能で
ある。
The bonding layer in the present invention is substantially the above M.
e (1) -Me (2) -O-based compound may be used alone,
Alternatively, it may be a mixed layer of the above compound and its constituent metal elements. In these forms, although the compound also has a function as a brazing filler metal, as a substantial brazing filler metal component, the constituent metal element of the compound, specifically Me
(2) can be included separately from the above compounds. In addition to Me (1) and Me (2), a metal element that functions as a brazing material, such as Ag, can be included in the bonding layer.

【0024】上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物およびそれを
含む接合層の形成方法は、特に限定されるものではない
が、例えば以下のようにして、被接合材の接合と同時に
上記化合物を形成することが好ましい。
The method for forming the above Me (1) -Me (2) -O compound and the bonding layer containing the same is not particularly limited, but, for example, as described below, It is preferred to form the above compounds at the same time.

【0025】すなわち、まずセラミックス基材の表面
に、 Me(1)および Me(2)の薄膜を順に積層形成して、多
層膜を作製する。この際、 Me(1)薄膜はセラミックス基
材側に形成する。また、 Me(1)および Me(2)以外の金属
元素を接合層中に含ませる場合には、同様に薄膜として
多層化する。上記薄膜の形成方法としては、スパッタリ
ング法、蒸着法、CVD法等の物理的、化学的成膜法を
適用することができる。これら薄膜の厚さは、前述した
組成比の Me(1)-Me(2)-O系化合物が形成されるように設
定するものとするが、例えば Me(2)自体をろう材として
機能させる際には、その分を考慮して厚さを設定するも
のとする。また、接合処理(熱処理)後に、接合層の厚
さが 2μm 以下となるように、それぞれの厚さを設定す
る。
That is, first, thin films of Me (1) and Me (2) are sequentially laminated on the surface of a ceramic substrate to form a multilayer film. At this time, the Me (1) thin film is formed on the ceramic substrate side. In addition, when a metal element other than Me (1) and Me (2) is included in the bonding layer, the thin film is similarly formed into multiple layers. As a method for forming the above-mentioned thin film, a physical or chemical film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method or a CVD method can be applied. The thickness of these thin films is set so that the Me (1) -Me (2) -O-based compound having the above composition ratio is formed. For example, Me (2) itself is made to function as a brazing filler metal. At that time, the thickness shall be set in consideration of that amount. In addition, after the joining process (heat treatment), each thickness is set so that the thickness of the joining layer is 2 μm or less.

【0026】次に、上記薄膜の多層膜上に接合相手部材
を配置し、接合温度まで加熱する。この際の昇温速度
は、昇温過程で Me(1)-Me(2)-O系化合物が十分に形成さ
れるような速度に設定することが重要である。すなわ
ち、 Me(1)-Me(2)-O系化合物は、多層薄膜間の固相反応
により形成されるため、このような固相反応が十分に進
行するように、ゆっくりとした速度で昇温することが好
ましい。このように、薄膜を用いる方法では、セラミッ
クス基材と薄膜とのコンタクトが予めとれているため、
固相状態での拡散、化合物生成反応が速やかに進行す
る。具体的には15℃/分以下とすることが好ましい。上
記 Me(1)-Me(2)-O系化合物中の酸素は、酸化物系セラミ
ックス基材を使用する際には、セラミックス基材側から
供給される。また酸素は、上記薄膜の多層膜内や雰囲気
内から供給することも可能である。
Next, a joining partner member is arranged on the above-mentioned thin multilayer film and heated to the joining temperature. At this time, it is important to set the heating rate at a rate such that the Me (1) -Me (2) -O-based compound is sufficiently formed in the heating process. That is, since the Me (1) -Me (2) -O-based compound is formed by the solid-phase reaction between the multilayer thin films, the solid-phase reaction proceeds at a slow rate so that the solid-phase reaction can proceed sufficiently. It is preferable to warm. As described above, in the method using the thin film, the contact between the ceramic base material and the thin film is made beforehand,
Diffusion and compound formation reaction in the solid phase rapidly proceed. Specifically, it is preferably set to 15 ° C./minute or less. Oxygen in the above Me (1) -Me (2) -O-based compound is supplied from the ceramic base material side when using the oxide-based ceramic base material. Oxygen can also be supplied from within the above-mentioned multi-layered thin film or from the atmosphere.

【0027】このように、昇温過程で Me(1)-Me(2)-O系
化合物を形成した後、接合層中のろう材成分の溶融温度
(接合温度)近傍まで昇温して、セラミックス基材と金
属基材、あるいは同組成または異組成のセラミックス基
材同志を接合する。Me(1)-Me(2)-O 系化合物を接合層内
に形成することによって、前述したように化学的結合力
の大きい接合界面が得られると共に、セラミックス基材
側に発生する応力を低減することができ、よって接合部
の機械的強度の低下が少ない接合体が得られる。また、
Me(1)-Me(2)-O系化合物は、ろう材に対する濡れ性も高
いことから、接合層中のろう材成分が上記化合物上に良
好に濡れ広がるため、さらに良好な接合強度が得られ
る。
As described above, after the Me (1) -Me (2) -O-based compound is formed in the heating process, the temperature is raised to near the melting temperature (bonding temperature) of the brazing filler metal component in the bonding layer, A ceramic base material and a metal base material, or ceramic base materials of the same composition or different compositions are bonded together. By forming a Me (1) -Me (2) -O based compound in the bonding layer, a bonding interface with a large chemical bond can be obtained as described above, and the stress generated on the ceramic substrate side can be reduced. Therefore, a joined body can be obtained in which the mechanical strength of the joined portion is less likely to decrease. Also,
Since the Me (1) -Me (2) -O compound has high wettability with respect to the brazing filler metal, the brazing filler metal component in the bonding layer spreads well on the above compound, resulting in even better bonding strength. To be

【0028】なお、上記した接合方法では、接合熱処理
時に Me(1)-Me(2)-O系化合物を同時に形成しているが、
本発明における Me(1)-Me(2)-O系化合物の形成方法はこ
れに限定されるものではなく、例えば予め上記化合物を
形成した後、接合熱処理を行うこともできる。
In the joining method described above, the Me (1) -Me (2) -O-based compound is simultaneously formed during the joining heat treatment.
The method for forming the Me (1) -Me (2) -O-based compound in the present invention is not limited to this, and for example, the bonding heat treatment may be performed after the above compound is formed in advance.

【0029】上述した空間群Fd3mのダイヤモンド構造を
有する Me(1)-Me(2)-O系化合物は、接合体の接合層に限
らず、メタライズ層の接合強度の向上にも寄与する。す
なわち、本発明における第1のメタライズ体は、上記 M
e(1)-Me(2)-O系化合物を含むメタライズ層をセラミック
ス基材上に設けたものである。上記化合物やセラミック
ス基材の具体的な構成等は、前述した接合体と同様であ
る。また、その厚さも同様に、 2μm 以下とすることが
好ましい。
The above-mentioned Me (1) -Me (2) -O compound having the diamond structure of the space group Fd3m contributes not only to the joining layer of the joined body but also to the improvement of the joining strength of the metallized layer. That is, the first metallized body in the present invention is the above M
A metallized layer containing an e (1) -Me (2) -O-based compound is provided on a ceramic substrate. The specific configurations and the like of the compounds and the ceramic base material are the same as those of the above-mentioned joined body. Similarly, its thickness is preferably 2 μm or less.

【0030】上記メタライズ層は、必ずしも上記化合物
のみで構成しなければならないものではなく、接合強度
の向上の点からはセラミックス基材との界面近傍に存在
していればよい。また、上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物の
ろう材に対する濡れ性の高さを利用する際には、メタラ
イズ層の表面に上記化合物が例えば斑状に現出していれ
ばよいが、層状に存在させることがより好ましい。
The metallized layer does not necessarily have to be composed of only the above compound, and may be present near the interface with the ceramic substrate from the viewpoint of improving the bonding strength. Further, when utilizing the high wettability of the Me (1) -Me (2) -O-based compound with respect to the brazing filler metal, it is sufficient that the compound appears, for example, in spots on the surface of the metallized layer. It is more preferable that they are present in layers.

【0031】上記メタライズ体は、例えば以下のように
して作製される。まず、前述した接合体の作製と同様
に、セラミックス基材上に Me(1)およびMe(2)の薄膜を
順に積層形成して、多層膜を作製する。これら薄膜の厚
さは特に限定されるものではないが、原子比でMe(1):Me
(2)= 1:1〜 3:1の範囲となるように設定することが好ま
しい。この組成範囲の際に、特に前述した空間群Fd3mの
ダイヤモンド構造を有する化合物が形成され易いためで
ある。
The metallized body is produced, for example, as follows. First, in the same manner as in the production of the bonded body described above, thin films of Me (1) and Me (2) are sequentially formed on the ceramic base material to produce a multilayer film. The thickness of these thin films is not particularly limited, but the atomic ratio Me (1): Me
(2) = It is preferable to set it in the range of 1: 1 to 3: 1. This is because, in this composition range, the compound having the diamond structure of the space group Fd3m described above is likely to be formed.

【0032】次に、上記薄膜の多層膜を形成したセラミ
ックス基材に、各薄膜の融点以下で、かつ多層薄膜間お
よび薄膜とセラミックス基材間の固相反応が進行し得る
温度以上の温度範囲で熱処理を施す。具体的な熱処理温
度としては、 Me(1)としてTi、 Me(2)としてCuを用いた
場合、 600℃〜 800℃の温度範囲が好ましい。熱処理温
度があまり低くても、また融点を超えるほど高くても、
目的とする Me(1)-Me(2)-O系化合物を十分に形成するこ
とができない。また、熱処理雰囲気は、真空中や不活性
雰囲気としてもよいし、また酸素含有雰囲気とすること
もできる。
Next, in the ceramic substrate on which the above-mentioned thin film multilayer film is formed, a temperature range below the melting point of each thin film and above the temperature at which the solid phase reaction between the multilayer thin films and between the thin film and the ceramic substrate can proceed. Heat treatment is performed. As a specific heat treatment temperature, when Ti is used as Me (1) and Cu is used as Me (2), a temperature range of 600 ° C. to 800 ° C. is preferable. Even if the heat treatment temperature is too low or higher than the melting point,
The desired Me (1) -Me (2) -O compound cannot be formed sufficiently. The heat treatment atmosphere may be a vacuum, an inert atmosphere, or an oxygen-containing atmosphere.

【0033】このような温度による熱処理によって、界
面や多層薄膜間での固相反応が進行して、 Me(1)-Me(2)
-O系化合物が形成される。固相反応の進行は、例えばア
ルミナ系基材上に、TiとCuの薄膜を順に形成した場合、
Tiがアルミナを還元して酸素を生成し、この酸素とTiと
Cuとにより、空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する化
合物が形成される。上記 Me(1)-Me(2)-O系化合物中の酸
素は、酸化物系セラミックス基材を使用する際にはセラ
ミックス基材側から供給される。また酸素は、上記薄膜
の多層膜内や雰囲気内から供給することも可能である。
この際、メタライズ層のセラミックス基材側はセラミッ
クス基材側から酸素を供給し、表面側は雰囲気内から酸
素を供給する等によって、 Me(1)-Me(2)-O系化合物をメ
タライズ層内で分離形成したり、あるいは部分的に連続
した状態で形成することも可能である。
By the heat treatment at such a temperature, the solid phase reaction proceeds at the interface and between the multi-layer thin films, and Me (1) -Me (2)
-O compounds are formed. The progress of the solid-phase reaction is, for example, when a thin film of Ti and Cu is sequentially formed on an alumina-based substrate,
Ti reduces alumina to generate oxygen, and this oxygen and Ti
A compound having a diamond structure in the space group Fd3m is formed by Cu. Oxygen in the above Me (1) -Me (2) -O-based compound is supplied from the ceramic base material side when using the oxide-based ceramic base material. Oxygen can also be supplied from within the above-mentioned multi-layered thin film or from the atmosphere.
At this time, oxygen is supplied from the ceramic substrate side to the ceramic base material side of the metallized layer, and oxygen is supplied from the atmosphere to the surface side of the metallized layer, so that the Me (1) -Me (2) -O-based compound is metalized layer. It is also possible to form them in a separate manner or to form them in a partially continuous state.

【0034】このように、 Me(1)-Me(2)-O系化合物をメ
タライズ層内に形成することによって、化学的結合力の
大きいメタライズ層が得られる。また、上記化合物をメ
タライズ層の表面に存在させれば、ろう材に対して濡れ
性に優れたメタライズ層が得られる。ここで、 Me(1)-M
e(2)-O系化合物のメタライズ層中における比率は、特に
規定されるものではないが、メタライズ層全体を Me(1)
-Me(2)-O系化合物で構成するためには、薄膜の形成段階
における膜厚を上記化合物の原子比に合せて設定した
り、また十分に上記化合物が形成されるように熱処理時
間を設定することが重要である。
As described above, by forming the Me (1) -Me (2) -O type compound in the metallized layer, a metallized layer having a large chemical bond can be obtained. When the above compound is present on the surface of the metallized layer, a metallized layer excellent in wettability with respect to the brazing material can be obtained. Where Me (1) -M
The ratio of the e (2) -O-based compound in the metallized layer is not particularly specified, but Me (1)
-Me (2) -O-based compound, the film thickness in the step of forming a thin film is set according to the atomic ratio of the compound, or the heat treatment time is set so that the compound is sufficiently formed. It is important to set.

【0035】次に、本発明の他のメタライズ体について
説明する。本発明における第2、第3、および第4のメ
タライズ体は、前述したように、アルミナ系セラミック
ス基材上に、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1
種からなる活性金属層を少なくとも設けたメタライズ体
であって、活性金属でアルミナ系セラミックス基材を還
元しつつメタライズ層を形成する際に、アルミナの還元
反応を固相熱処理下で行うと共に、アルミナの還元によ
り生成されるAlが接合界面に残留することを防止した構
造を有するものであり、これによって界面反応の活性化
を図ったものである。
Next, another metallized body of the present invention will be described. As described above, the second, third, and fourth metallized bodies according to the present invention have at least 1 selected from Ti, Zr, and Hf on the alumina-based ceramic substrate.
A metallized body provided with at least an active metal layer of seeds, wherein when the metallized layer is formed while reducing the alumina-based ceramic substrate with the active metal, the reduction reaction of alumina is performed under solid-state heat treatment, and It has a structure that prevents Al generated by the reduction of Al from remaining at the bonding interface, thereby activating the interfacial reaction.

【0036】上記アルミナの還元によるAlが接合界面に
残留することを防止する具体的な手段としては、(a)
アルミナ系基材上にCuをメタライズする場合、アルミナ
の還元により生成されるAlと、活性金属と、Cuとを構成
元素として含む化合物粒子を、活性金属層とアルミナ系
基材との界面に分散形成した構造とする。すなわち、活
性金属の薄膜とCuの薄膜をアルミナ系基材上に順に形成
し、この薄膜体を溶融させることなく固相熱処理する。
これにより、活性金属薄膜は、アルミナ系基材との界面
に強固に密着した活性金属粒子(活性金属の酸化物粒子
を含む)からなる反応層となる。この際、アルミナは活
性金属により還元され、金属結合性のAlが生成するが、
このAlと活性金属およびCuとを構成元素とする化合物粒
子が、上記活性金属層とアルミナ系基材との界面、すな
わち上記した活性金属粒子とアルミナ系基材との界面に
分散形成され、生成されたAlは上記界面に形成される化
合物粒子の構成元素として取り込まれ、接合界面にその
ままの形態で残留することが防止される。一方、接合界
面には活性金属が偏析するため、Cu層は高純度が維持さ
れる。
Specific means for preventing Al from remaining at the bonding interface due to the reduction of alumina is as follows:
When Cu is metallized on an alumina-based substrate, Al produced by reduction of alumina, active metal, and compound particles containing Cu as constituent elements are dispersed at the interface between the active metal layer and the alumina-based substrate. The formed structure. That is, a thin film of active metal and a thin film of Cu are sequentially formed on an alumina-based substrate, and this thin film body is subjected to solid phase heat treatment without melting.
Thereby, the active metal thin film becomes a reaction layer composed of active metal particles (including active metal oxide particles) firmly adhered to the interface with the alumina-based substrate. At this time, alumina is reduced by the active metal to form Al having metal binding property,
Compound particles containing Al and active metal and Cu as constituent elements are dispersedly formed at the interface between the active metal layer and the alumina-based substrate, that is, at the interface between the active metal particle and the alumina-based substrate, and produced. The Al thus formed is taken in as a constituent element of the compound particles formed on the interface, and is prevented from remaining in the bonded interface as it is. On the other hand, since the active metal segregates at the bonding interface, the Cu layer maintains high purity.

【0037】(b) アルミナ系基材上に活性金属をメタ
ライズする場合、アルミナ系基材上に形成する活性金属
薄膜の内部や表面、あるいはアルミナ系基材との界面
に、予めAlと結合しやすい物質(以下、Al吸収物質と記
す)を分散層、粒子、あるいは薄膜として配置し、活性
金属の薄膜を溶融させることなく固相熱処理する。これ
により、活性金属薄膜はアルミナと反応し、アルミナ系
基材との界面に強固に密着した活性金属層となる。この
際、アルミナは活性金属により還元され、金属結合性の
Alとして活性金属層側に拡散する。このAlは、上記Al吸
収物質の分散層、粒子、あるいは薄膜と結合し、接合界
面に残留することが防止される。
(B) In the case of metallizing an active metal on an alumina-based base material, the active metal thin film formed on the alumina-based base material is bonded to Al in advance or on the surface or on the interface with the alumina-based base material. An easy substance (hereinafter referred to as an Al absorbing substance) is arranged as a dispersion layer, particles, or a thin film, and a solid phase heat treatment is performed without melting the thin film of the active metal. As a result, the active metal thin film reacts with alumina to form an active metal layer firmly adhered to the interface with the alumina-based substrate. At this time, the alumina is reduced by the active metal and has a metal-binding property.
Diffuses to the active metal layer side as Al. This Al binds to the dispersion layer, particles, or thin film of the above Al absorbing substance and is prevented from remaining at the bonding interface.

【0038】(c) アルミナ系基材上に活性金属をメタ
ライズする場合に、アルミナ系基材上に形成した活性金
属薄膜を、溶融させることなく固相熱処理することによ
り、アルミナ系基材表面に垂直な方向に対して±30度の
範囲に結晶のc軸を配向させた活性金属の結晶粒子を主
体とする配向膜とする。活性金属薄膜は、上記固相熱処
理によりアルミナと反応し、アルミナ系基材との界面に
強固に密着した活性金属層となる。この際、アルミナは
活性金属により還元され、金属結合性のAlとして活性金
属層側に拡散する。このAlは、Alの拡散を高速化する膜
構造である活性金属の配向膜内を拡散し、接合界面に残
留することが防止される。
(C) When metallizing an active metal on an alumina-based substrate, the active-metal thin film formed on the alumina-based substrate is subjected to solid-phase heat treatment without melting to form an alumina-based substrate surface. The orientation film is mainly composed of active metal crystal grains in which the c-axis of the crystal is oriented within a range of ± 30 degrees with respect to the vertical direction. The active metal thin film reacts with alumina by the above solid-phase heat treatment to form an active metal layer firmly adhered to the interface with the alumina-based substrate. At this time, alumina is reduced by the active metal and diffuses to the active metal layer side as metal-binding Al. This Al diffuses in the alignment film of the active metal, which has a film structure that accelerates the diffusion of Al, and is prevented from remaining at the bonding interface.

【0039】上記 (a)〜 (c)の構造を有するメタライズ
体は、例えば以下のようにして作製される 。
The metallized body having the above structures (a) to (c) is produced, for example, as follows.

【0040】まず、本発明に用いるアルミナ系基材とし
ては、界面における反応性と拡散を高めるように、表面
平滑性、清浄度の高いものが好ましい。予め、アルミナ
系基材の表面に研磨を施して平滑性を高め、また金属薄
膜を形成する前に脱脂処理を施すことが好ましい。特に
表面洗浄度を上げる点から逆スパッタ処理を施すことが
好ましい。
First, the alumina base material used in the present invention is preferably one having high surface smoothness and high cleanliness so as to enhance reactivity and diffusion at the interface. It is preferable to polish the surface of the alumina-based substrate in advance to improve smoothness, and to perform degreasing treatment before forming the metal thin film. In particular, it is preferable to carry out the reverse sputtering treatment from the viewpoint of increasing the surface cleaning degree.

【0041】上記したようなアルミナ系基材上に、活性
金属薄膜を形成する。活性金属薄膜の形成方法として
は、スパッタリング法、蒸着法等のPVD法や、CVD
法が適用できるが、膜成分の高純度化を図る上でPVD
法が好ましい。また、この活性金属薄膜上に、必要に応
じてCu薄膜等を形成する。上記 (a)においては、Cu薄膜
の形成が必須となる。また、 (b)や (c)においては、活
性金属膜上にCu薄膜の形成、さらに他の金属薄膜の形成
を適用することも可能である。上記したような薄膜形成
法を用いることにより、マスキングを用いれば従来用い
られていたペースト等では得られない加工精度を達成す
ることができ、また密着性の向上も図れる。さらに、薄
膜形成法を用いることにより、従来用いられてきたペー
ストや箔では起こらなかった低温から固相反応を起こす
ことが可能となる。
An active metal thin film is formed on the alumina base material as described above. As a method of forming the active metal thin film, a PVD method such as a sputtering method or an evaporation method, or a CVD method
Although the method can be applied, PVD can be used to improve the purification of membrane components.
Method is preferred. In addition, a Cu thin film or the like is formed on the active metal thin film as needed. In the above (a), formation of a Cu thin film is essential. Further, in (b) and (c), formation of a Cu thin film on the active metal film and further formation of another metal thin film can be applied. By using the thin film forming method as described above, it is possible to achieve a processing accuracy that cannot be obtained with a conventionally used paste or the like by using masking, and also improve the adhesion. Furthermore, by using the thin film forming method, it becomes possible to cause a solid phase reaction from a low temperature which has not occurred in the pastes and foils used conventionally.

【0042】活性金属薄膜としては、Ti、ZrおよびHfか
ら選ばれた 1種からなる金属膜、またはこれら金属元素
の積層膜、合金膜等を用いることができる。また、活性
金属薄膜の厚さは、 (a)および (b)では 1nm〜 5μm 程
度を用いることができ、好ましくは10nm〜 1μm であ
る。また、 (c)においては10nm〜 5μm 程度を用いるこ
とができ、好ましくは50nm〜 1μm である。Cu薄膜等の
他の金属薄膜の厚さとしては、同様に 1nm〜10μm 程度
を用いることができ、好ましくは 100nm〜 5μmであ
る。
As the active metal thin film, a metal film made of one selected from Ti, Zr, and Hf, a laminated film of these metal elements, an alloy film, or the like can be used. The thickness of the active metal thin film in (a) and (b) can be about 1 nm to 5 μm, and preferably 10 nm to 1 μm. Further, in (c), about 10 nm to 5 μm can be used, and preferably 50 nm to 1 μm. The thickness of another metal thin film such as a Cu thin film may be about 1 nm to 10 μm, preferably 100 nm to 5 μm.

【0043】ここで、上記 (b)においては、活性金属薄
膜の形成過程で、Alと結合しやすい物質(Al吸収物質)
からなる分散層または分散粒子を活性金属薄膜内に形成
するか、あるいは活性金属薄膜の形成後に、その上にAl
吸収物質の薄膜を形成する。上記Alと結合しやすい物質
としては、3A族元素、4A族元素、5A族元素、8A族元素お
よび1B族元素から選ばれた 1種、あるいはそれらの数種
からなる合金、化合物、積層膜等が挙げられる。
Here, in the above (b), a substance that easily binds to Al in the process of forming the active metal thin film (Al absorbing substance)
A dispersed layer or dispersed particles made of Al is formed in the active metal thin film, or after forming the active metal thin film, Al is formed on it.
Form a thin film of absorbent material. As the substance that is easily bonded to Al, one selected from 3A group element, 4A group element, 5A group element, 8A group element and 1B group element, or an alloy, compound, laminated film or the like composed of several kinds of them Is mentioned.

【0044】上記Al吸収物質の具体的な形成方法として
は、例えば活性金属薄膜を成膜する前に、Al吸収物質
を、マスキングをしつつ、アルミナ系基材上に成膜す
る。膜厚は 0.1nm〜 100nmとすることが好ましく、 0.1
nm〜50nmが望ましい。また、Al吸収物質の面積は全メタ
ライズ面積の 50%以下とすることが好ましく、 30%以下
が望ましい。なお、できるだけ微細に分散させることが
望ましい。上記Al吸収物質層上に活性金属薄膜を連続し
て成膜する。
As a specific method for forming the Al absorbing substance, for example, before forming the active metal thin film, the Al absorbing substance is formed on the alumina base material while being masked. The film thickness is preferably 0.1 nm to 100 nm,
nm to 50 nm is desirable. Further, the area of the Al absorbing material is preferably 50% or less of the total metallized area, and preferably 30% or less. It is desirable to disperse as finely as possible. An active metal thin film is continuously formed on the Al absorbing material layer.

【0045】また、活性金属薄膜の内部に、Al吸収物質
の分散層を形成する場合には、活性金属薄膜の成膜を中
断して、Al吸収物質をマスキングしながら成膜する。こ
の工程を数回繰り返す。同じ位置に重ならないように、
マスキングをかける位置を変えることが望ましい。膜厚
は 0.1nm〜50nmとすることが好ましく、 0.1nm〜20nmが
望ましい。Al吸収物質の面積は全メタライズ面積の 30%
以下とすることが好ましく、 15%以下が望ましい。また
同様に、できるだけ微細に分散させることが望ましい。
さらに、活性金属薄膜の上部にAl吸収物質の薄膜を形成
する場合には、1nm〜 3μm 程度の膜厚を用いることが
でき、好ましくは 1nm〜 0.5μm 程度である。
When forming a dispersion layer of an Al absorbing substance inside the active metal thin film, the film formation of the active metal thin film is interrupted and the Al absorbing substance is masked while forming the film. This process is repeated several times. Do not overlap in the same position,
It is desirable to change the masking position. The film thickness is preferably 0.1 nm to 50 nm, and more preferably 0.1 nm to 20 nm. Area of Al absorbing material is 30% of total metallized area
It is preferably not more than 15%, more preferably not more than 15%. Similarly, it is desirable to disperse as finely as possible.
Further, when a thin film of an Al absorbing material is formed on the active metal thin film, a film thickness of about 1 nm to 3 μm can be used, preferably about 1 nm to 0.5 μm.

【0046】次に、活性金属薄膜、また必要に応じてCu
薄膜等を形成したアルミナ系基材に対して熱処理を施
す。熱処理雰囲気は、アルミナ表面および金属薄膜の清
浄度を保つために、真空中あるいは高純度の不活性ガス
中で行う必要があり、実用上は10-4Torr以上の真空中あ
るいは5N以上のArガス中で行うことが好ましい。
Next, an active metal thin film and, if necessary, Cu
Heat treatment is applied to the alumina-based substrate on which the thin film and the like are formed. In order to maintain the cleanliness of the alumina surface and the metal thin film, the heat treatment atmosphere should be performed in a vacuum or in a high-purity inert gas. In practice, a vacuum of 10 -4 Torr or more or Ar gas of 5N or more is used. It is preferable to carry out in.

【0047】また、熱処理温度は、上記 (a)および (b)
では 500℃を超え、金属薄膜の融点以下の温度範囲、上
記 (c)では 700℃以上で金属薄膜の融点以下の温度範囲
とする。 (a)および (b)において、熱処理温度が 500℃
未満では本発明の界面反応が起きにくくなり、融点を超
えると金属膜が溶解し、本発明の効果が得られなくなる
ためである。また、 (c)においては、熱処理温度が 700
℃未満では活性金属膜の配向、界面反応、およびAlの高
速拡散が起きにくくなるためである。より好ましい熱処
理温度は、 (a)および (b)では 700℃〜 900℃、 (c)で
は 700℃〜1000℃の範囲である。なお、金属薄膜表面に
酸化膜が生成した場合にはエッチング等で除去するとよ
い。
Further, the heat treatment temperature is the same as in the above (a) and (b).
Is above 500 ° C and below the melting point of the metal thin film, and in (c) above it is above 700 ° C and below the melting point of the metal thin film. In (a) and (b), heat treatment temperature is 500 ℃
If it is less than the above range, the interfacial reaction of the present invention becomes difficult to occur, and if it exceeds the melting point, the metal film is dissolved and the effect of the present invention cannot be obtained. In addition, in (c), the heat treatment temperature is 700
This is because if the temperature is lower than ° C, the orientation of the active metal film, the interfacial reaction, and the rapid diffusion of Al become difficult to occur. A more preferable heat treatment temperature is in the range of 700 ° C to 900 ° C in (a) and (b), and 700 ° C to 1000 ° C in (c). If an oxide film is formed on the surface of the metal thin film, it may be removed by etching or the like.

【0048】上記したような熱処理を行うことによっ
て、活性金属はアルミナを還元しつつ、アルミナ系基材
表面に強固に密着する。熱処理時間は、 (a)では30分〜
5時間程度とすることが好ましく、目的とする組織を作
るためには 1時間〜 3時間が望ましい。また、 (b)では
3分〜 5時間程度とすることが好ましく、30分〜 1時間
が望ましい。 (c)では 5分〜 1時間程度とすることが好
ましく、10分〜30分が望ましい。
By carrying out the heat treatment as described above, the active metal firmly adheres to the surface of the alumina base material while reducing the alumina. Heat treatment time is 30 minutes for (a)
The time is preferably about 5 hours, and 1 to 3 hours is desirable in order to create the target tissue. Also, in (b)
It is preferably about 3 minutes to 5 hours, and more preferably 30 minutes to 1 hour. In (c), it is preferably about 5 minutes to 1 hour, and more preferably 10 minutes to 30 minutes.

【0049】次に、上記した (a)、 (b)、 (c)毎に、熱
処理過程における具体的な固相反応等について説明す
る。まず (a)において、成膜時には活性金属膜の構造は
アモルファス・ライクな超微細粒の集合体であるが、熱
処理することにより再結晶化を行わせて、活性金属の構
造を幅 200nm〜 500nm、高さ 150nm〜 300nm程度の粒子
状とし、このような活性金属の粒子が界面付近において
層をなす構造とする。このような構造であると、再結晶
させた結晶粒であることと、この結晶粒子からなる層構
造とすることで、熱処理等によって生じる応力を粒界移
動によって緩和することができる。また、 500℃を超
え、金属薄膜の融点以下の温度で熱処理することによ
り、活性金属粒子がアルミナと反応して界面が凹凸状態
となり、アルミナと活性金属膜との密着性を向上させる
ことができる。
Next, for each of the above (a), (b) and (c), a concrete solid phase reaction in the heat treatment process will be described. First, in (a), the structure of the active metal film at the time of film formation is an aggregate of amorphous-like ultrafine particles, but recrystallization is performed by heat treatment to make the structure of the active metal 200 nm to 500 nm wide. The height is about 150 nm to 300 nm, and the active metal particles form a layer near the interface. With such a structure, the recrystallized crystal grains and the layered structure of the crystal grains can alleviate the stress generated by heat treatment or the like due to the grain boundary movement. Further, by performing heat treatment at a temperature higher than 500 ° C. and lower than the melting point of the metal thin film, the active metal particles react with alumina and the interface becomes uneven, so that the adhesion between the alumina and the active metal film can be improved. .

【0050】反応の結果として生成するAlを、活性金属
粒子中に拡散させることにより、活性金属とAlとCuとを
構成元素とする化合物相を、アルミナと活性金属粒子と
の界面に粒子状に形成するようにする。この活性金属と
AlとCuからなる化合物粒子の寸法は、 100nm程度あるい
はそれ以下であり、アルミナと活性金属の双方の成分を
含むことで両相と強力に結合しているのため、この化合
物粒子を界面に形成させることによって、より高い密着
性を得ることができる。また、Alを上記化合物粒子中に
取り込むことで、生成したAlが界面反応を阻害すること
もない。さらに、粒子形状で界面に分散させることか
ら、界面における応力の緩和を行うことができる。
The Al produced as a result of the reaction is diffused into the active metal particles to form a compound phase containing the active metal, Al and Cu as constituent elements at the interface between the alumina and the active metal particles. To form. With this active metal
The size of the compound particles consisting of Al and Cu is about 100 nm or less, and since both the components of alumina and active metal are contained and they are strongly bonded to both phases, this compound particle is formed at the interface. By doing so, higher adhesion can be obtained. Further, by incorporating Al into the compound particles, the generated Al does not hinder the interfacial reaction. Furthermore, since the particles are dispersed in the interface in the form of particles, the stress at the interface can be relaxed.

【0051】一方、Cu薄膜層は活性金属が界面に密着し
て偏析することにより、相互拡散が押さえられて純度の
高いままで維持することが可能となる。また、30分以上
の長時間の熱処理により、Cuは活性金属相以上に再結晶
化が進み、粒界をほとんど含まない配向性の良い膜とす
ることができる。
On the other hand, in the Cu thin film layer, the active metal adheres to the interface and segregates, so that mutual diffusion is suppressed and it is possible to maintain a high purity. Further, by the heat treatment for a long time of 30 minutes or more, recrystallization of Cu proceeds more than that of the active metal phase, and a film having good grain orientation and containing almost no grain boundaries can be obtained.

【0052】また、 (b)および (c)においては、熱処理
を行うことによって、活性金属はアルミナを還元する。
活性金属層とアルミナが直接に接している限りはアルミ
ナが還元され、これにより良好なメタライズが可能とな
る。還元反応に伴って金属結合性のAlが生成するが、こ
れが界面にとどまると活性金属層がアルミナと直接に接
することが妨げられ、結果としてアルミナの還元が妨げ
られる。
In addition, in (b) and (c), the active metal reduces alumina by performing heat treatment.
As long as the active metal layer and the alumina are in direct contact with each other, the alumina is reduced, which enables good metallization. Although the metal-binding Al is produced along with the reduction reaction, if it stays at the interface, it prevents the active metal layer from coming into direct contact with the alumina, and consequently the reduction of the alumina.

【0053】そこで、(b) においては、Alと結合しやす
い物質からなる分散層、粒子あるいは薄膜にAlを吸収さ
せて結合反応相を形成する。なお、この結合反応相に活
性金属が含まれていてもよい。これにより、活性金属層
とアルミナとが常に直接接し、還元反応を常に起こるよ
うにすることができる。これによって、強固なメタライ
ズが可能となる。
Therefore, in (b), Al is absorbed in a dispersion layer, particles or a thin film made of a substance that easily bonds with Al to form a bonding reaction phase. The binding reaction phase may contain an active metal. As a result, the active metal layer and the alumina are always in direct contact with each other so that the reduction reaction can always occur. This enables strong metallization.

【0054】また、 (c)において、活性金属例えばTiの
c軸方向のAlの拡散速度は、他の方位に比べて著しく速
く、 1100Kにおいては O、 C、 Nよりも高速に拡散す
る。よって、固相熱処理により、活性金属薄膜をアルミ
ナ系基材表面に垂直な方向に対して±30度の範囲にc軸
を配向させた配向膜とする。上記結晶のc軸がアルミナ
系基材の表面に垂直な方向に対して±30度の範囲を超え
ると、Alの高速拡散効果を十分に得ることはできない。
また、上記c軸がアルミナ系基材の表面に垂直な方向に
対して±30度以内である結晶粒子の含まれる割合は、 5
0%以上であればAlの高速拡散効果が明らかに得られ、 8
0%以上含まれることがさらに望ましい。活性金属膜を上
記したような配向膜とすることで、反応の妨げとなるAl
を高速で活性金属膜内に拡散させることができる。これ
によって、活性金属とアルミナ系基材とが常に直接接
し、還元反応を活性化させることができる。また、従来
よりも短時間の熱処理で、密着性に優れたメタライズ層
が得られる。
In (c), the diffusion rate of Al of the active metal such as Ti in the c-axis direction is remarkably higher than that of the other orientations, and at 1100K, it diffuses faster than O, C and N. Therefore, by solid-phase heat treatment, the active metal thin film is formed into an alignment film in which the c-axis is aligned within a range of ± 30 degrees with respect to the direction perpendicular to the surface of the alumina-based substrate. If the c-axis of the crystal exceeds the range of ± 30 degrees with respect to the direction perpendicular to the surface of the alumina-based substrate, the Al high-speed diffusion effect cannot be sufficiently obtained.
In addition, the proportion of crystal grains whose c-axis is within ± 30 degrees with respect to the direction perpendicular to the surface of the alumina-based substrate is 5
If it is 0% or more, the high-speed diffusion effect of Al is clearly obtained.
It is more desirable to contain 0% or more. When the active metal film is an alignment film as described above, Al that interferes with the reaction
Can be diffused into the active metal film at high speed. As a result, the active metal and the alumina-based substrate are always in direct contact with each other, and the reduction reaction can be activated. Further, a metallized layer having excellent adhesion can be obtained by heat treatment for a shorter time than in the past.

【0055】なお、上記したメタライズ体においては、
(a)、 (b)および (c)を個々に説明したが、これらを組
み合せた構造とすることも可能である。
In the above metallized body,
Although (a), (b) and (c) have been described individually, a structure in which these are combined is also possible.

【0056】本発明のメタライズ体は、熱膨張差に起因
する応力集中等による接合強度の低下が抑制され、また
活性金属薄膜等の溶融状態を経ていないため、回り込み
等がを生じることがなく、精密なパターンのメタライズ
層を得ることが可能となる。なお、本発明のメタライズ
体は、例えば以下のような用途に用いることができる。
すなわち、メタライズにより回路基板材料等を得る場合
には、配線あるいは回路パターンに合せてマスキングを
行い、活性金属薄膜、さらに必要に応じてCu薄膜等を成
膜した後、真空中で熱処理を行うことによって、容易に
精密な配線あるいは回路パターンを有する基板材料を得
ることができる。また、リードピン等の接合を行う場合
にも、本発明のメタライズ層上、あるいはその上に形成
したCu層上等に、容易に I/Oピンをろう接することがで
きる。
In the metallized body of the present invention, the decrease in bonding strength due to stress concentration due to the difference in thermal expansion is suppressed, and since the active metal thin film or the like is not in a molten state, wraparound does not occur. It is possible to obtain a metallized layer having a precise pattern. The metallized body of the present invention can be used, for example, in the following applications.
That is, when obtaining a circuit board material or the like by metallization, masking should be performed according to the wiring or circuit pattern, and an active metal thin film and, if necessary, a Cu thin film should be formed, and then heat treatment should be performed in vacuum. Thus, it is possible to easily obtain a substrate material having a precise wiring or circuit pattern. Also, when joining lead pins and the like, the I / O pins can be easily brazed onto the metallized layer of the present invention or onto the Cu layer formed thereon.

【0057】[0057]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0058】実施例1 純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cu、Agの順に薄膜を積層形成した。各
薄膜の厚さは、それぞれ 360nm、1225nm、2700nmとし
た。次いで、上記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基材を
当接させ、 8×10-6Torrの真空中にて昇温速度 5℃/分
で 800℃まで加熱することにより、界面に空間群Fd3mの
ダイヤモンド構造を有する Cu-Ti-O系化合物を形成しな
がら、アルミナ基材とFe-42%Ni合金基材とを接合した。
Example 1 Thin films of Ti, Cu, and Ag were laminated in this order on the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96% by the sputtering method. The thickness of each thin film was 360 nm, 1225 nm, and 2700 nm, respectively. Then, the Fe-42% Ni alloy base material was brought into contact with the above-mentioned thin film laminate, and heated to 800 ° C at a heating rate of 5 ° C / minute in a vacuum of 8 × 10 -6 Torr, thereby The alumina base material and the Fe-42% Ni alloy base material were bonded together while forming a Cu-Ti-O based compound having a diamond structure of space group Fd3m.

【0059】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は5kg/mm2であった。また、接
合層内からは、厚さ約 1μm の空間群Fd3mのダイヤモン
ド構造を有する Cu-Ti-O系化合物層が検出された。
When a tensile test was conducted on the bonded body thus obtained, the bonding strength was 5 kg / mm 2 . In addition, a Cu-Ti-O-based compound layer having a diamond structure with a space group Fd3m and a thickness of about 1 μm was detected in the bonding layer.

【0060】一方、純度 96%のアルミナ基材の接合面上
に、ペースト状のTi-Cu-Agろう材を塗布し、このろう材
層を溶融させてFe-42%Ni合金基材を接合した。この接合
体の引張り試験を行ったところ、接合強度は2kg/mm2
あり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する Cu-Ti-O系化合物は検出されなかった。 実施例2 純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を積層形成した。各薄膜
の厚さは、それぞれ 400nm、 800nmとした。次いで、上
記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基材を当接させ、 7×
10-6Torrの真空中にて昇温速度10℃/分で 950℃まで加
熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤモンド構
造を有する Cu-Ti-O系化合物を形成しながら、アルミナ
基材とFe-42%Ni合金基材とを接合した。
On the other hand, a paste-like Ti-Cu-Ag brazing material is applied on the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96%, and the brazing material layer is melted to bond the Fe-42% Ni alloy base material. did. When a tensile test was performed on this bonded body, the bonding strength was 2 kg / mm 2 , and no Cu-Ti-O based compound having a diamond structure with a space group Fd of 3 m was detected in the bonded layer. Example 2 Thin films of Ti and Cu were laminated in this order on the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96% by the sputtering method. The thickness of each thin film was 400 nm and 800 nm, respectively. Then, contact the Fe-42% Ni alloy substrate on the laminate of the thin film, 7 ×
By heating in a vacuum of 10 -6 Torr to 950 ° C at a heating rate of 10 ° C / min, while forming a Cu-Ti-O compound having a diamond structure of space group Fd3m at the interface, an alumina base material And Fe-42% Ni alloy base material were joined.

【0061】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は4kg/mm2であった。また、接
合層内からは、厚さ約 0.3μm の空間群Fd3mのダイヤモ
ンド構造を有する Cu-Ti-O系化合物層が検出された。
When a tensile test was conducted on the thus obtained joint, the joint strength was 4 kg / mm 2 . In addition, a Cu-Ti-O-based compound layer having a diamond structure with a space group Fd of 3 m and a thickness of about 0.3 μm was detected from inside the bonding layer.

【0062】一方、純度 96%のアルミナ基材の接合面上
に、ペースト状の Ti-Cuろう材を塗布し、このろう材層
を溶融させて、Fe-42%Ni合金基材を接合した。この接合
体の引張り試験を行ったところ、接合強度は1kg/mm2
あり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド
構造を有する Cu-Ti-O系化合物は検出されなかった。 実施例3 純度 96%の窒化アルミニウム基材の接合面上に、スッパ
タリング法によって、Ti、Niの順に薄膜を積層形成し
た。各薄膜の厚さは、それぞれ 200nm、 400nmとした。
次いで、上記薄膜の積層体上にMo合金基材を当接させ、
5×10-6Torrの真空中にて昇温速度 8℃/分で1000℃ま
で加熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤモン
ド構造を有する Ni-Ti-O系化合物を形成しながら、窒化
アルミニウム基材とMo合金基材とを接合した。
On the other hand, a paste-like Ti-Cu brazing material was applied on the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96%, and the brazing material layer was melted to bond the Fe-42% Ni alloy base material. . When a tensile test was performed on this bonded body, the bonding strength was 1 kg / mm 2 , and no Cu-Ti-O-based compound having a diamond structure in the space group Fd3m was detected in the bonded layer. Example 3 Thin films of Ti and Ni were laminated in this order on the joint surface of an aluminum nitride base material having a purity of 96% by the sputtering method. The thickness of each thin film was 200 nm and 400 nm, respectively.
Then, contact the Mo alloy substrate on the laminate of the thin film,
By heating in a vacuum of 5 × 10 -6 Torr to 1000 ° C at a heating rate of 8 ° C / min, while forming a Ni-Ti-O-based compound having a diamond structure of space group Fd3m at the interface, nitriding is performed. The aluminum base material and the Mo alloy base material were joined.

【0063】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は3.5kg/mm2 であった。また、
接合層内からは、厚さ約 0.1μm の空間群Fd3mのダイヤ
モンド構造を有する Ni-Ti-O系化合物層が検出された。
When a tensile test was conducted on the thus obtained joint, the joint strength was 3.5 kg / mm 2 . Also,
A Ni-Ti-O-based compound layer having a diamond structure with a space group Fd3m and a thickness of about 0.1 μm was detected in the bonding layer.

【0064】一方、純度 96%の窒化アルミニウム基材の
接合面上に、箔状の Ti-Niろう材を配置し、このろう材
を溶融させて、Mo合金基材を接合した。この接合体の引
張り試験を行ったところ、接合強度は2kg/mm2 であり、
また接合層内からは、空間群Fd3mのダイヤモンド構造を
有する Ni-Ti-O系化合物は検出されなかった。
On the other hand, a foil-shaped Ti-Ni brazing material was placed on the bonding surface of an aluminum nitride base material having a purity of 96%, and the brazing material was melted to bond the Mo alloy base material. When a tensile test was performed on this bonded body, the bonding strength was 2 kg / mm 2 ,
No Ni-Ti-O based compound having a diamond structure with space group Fd3m was detected in the bonding layer.

【0065】実施例4 純度 96%の窒化アルミニウム基材の接合面上に、スッパ
タリング法によって、Zr、Ag、Cuの順に薄膜を積層形成
した。各薄膜の厚さは、それぞれ70nm、 540nm、 250nm
とした。次いで、上記薄膜の積層体上にFe-42%Ni合金基
材を当接させ、Ar雰囲気中にて昇温速度10℃/分で 850
℃まで加熱することにより、界面に空間群Fd3mのダイヤ
モンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物を形成しながら、
窒化アルミニウム基材とFe-42%Ni合金基材とを接合し
た。
Example 4 Thin films of Zr, Ag, and Cu were laminated in this order on the joint surface of an aluminum nitride base material having a purity of 96% by the sputtering method. The thickness of each thin film is 70nm, 540nm and 250nm respectively.
And Then, a Fe-42% Ni alloy base material was brought into contact with the above-mentioned thin film laminate, and the temperature was raised in an Ar atmosphere at a temperature rising rate of 10 ° C./min.
By heating to ℃, while forming a Cu-Zr-O-based compound having a diamond structure of space group Fd3m at the interface,
The aluminum nitride base material and the Fe-42% Ni alloy base material were joined.

【0066】このようにして得た接合体の引張り試験を
行ったところ、接合強度は2kg/mm2であった。また、接
合層内からは、厚さ約 0.1μm の空間群Fd3mのダイヤモ
ンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物層が検出された。
When the tensile test of the bonded body thus obtained was conducted, the bonding strength was 2 kg / mm 2 . A Cu-Zr-O-based compound layer having a diamond structure with a space group Fd3m and a thickness of about 0.1 μm was detected in the bonding layer.

【0067】一方、純度 96%の窒化アルミニウム基材の
接合面上に、ペースト状のZr-Cu-Agろう材を配置し、こ
のろう材を溶融させて、Fe-42%Ni合金基材を接合した。
この接合体の引張り試験を行ったところ、接合強度は0.
8kg/mm2 であり、また接合層内からは、空間群Fd3mのダ
イヤモンド構造を有する Cu-Zr-O系化合物は検出されな
かった。
On the other hand, a paste Zr-Cu-Ag brazing material is placed on the joining surface of a 96% pure aluminum nitride substrate, and the brazing material is melted to form a Fe-42% Ni alloy substrate. Joined.
When a tensile test was performed on this bonded body, the bonding strength was 0.
It was 8 kg / mm 2 , and no Cu-Zr-O-based compound having a diamond structure of space group Fd3m was detected in the bonding layer.

【0068】実施例5 純度 99%の単結晶アルミナ基材の接合面上に、スッパタ
リング法によって、Ti、Cu、Agの順に薄膜を積層形成し
た。各薄膜の厚さは、それぞれ72nm、 245nm、540nmと
した。次に、 5×10-6Torrの真空中にて昇温速度 5℃/
分で 700℃まで加熱することによって熱処理し、単結晶
アルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有す
る Cu-Ti-O系化合物を含む層を形成した。この後、Fe-4
2%Ni合金からなるピンを当接させ、 800℃まで加熱して
接合した。
Example 5 A thin film of Ti, Cu, and Ag was laminated in this order on the bonding surface of a single crystal alumina substrate having a purity of 99% by the sputtering method. The thickness of each thin film was 72 nm, 245 nm, and 540 nm, respectively. Next, in a vacuum of 5 × 10 -6 Torr, the heating rate is 5 ° C /
Heat treatment was performed by heating to 700 ° C. for 7 minutes to form a layer containing a Cu—Ti—O-based compound having a diamond structure of space group Fd3m on the single crystal alumina substrate. After this, Fe-4
Pins made of 2% Ni alloy were brought into contact with each other and heated to 800 ° C to join them.

【0069】接合後、ピンの引張り試験を行ったとこ
ろ、接合強度は6kg/mm2 であり、また接合層内からは、
厚さ 0.2μm の空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O 系化合物層が検出された。
After the joining, a tensile test of the pin was conducted, and it was found that the joining strength was 6 kg / mm 2 , and from the inside of the joining layer,
Has a diamond structure with a space group Fd of 3 μm and a thickness of 0.2 μm
A Cu-Ti-O based compound layer was detected.

【0070】一方、純度 99%の単結晶アルミナ基材の接
合面上に、箔状のTi-Cu-Agろう材を介して、Fe-42%Ni合
金からなるピンを当接配置し、上記ろう材を溶融させて
ピンを接合した。接合後、ピンの引張り試験を行ったと
ころ、接合強度は2kg/mm2 であり、接合層内からは空間
群Fd3mのダイヤモンド構造の Cu-Ti-O系化合物は検出さ
れなかった。
On the other hand, a pin made of Fe-42% Ni alloy was placed in contact with the bonding surface of a single crystal alumina base material having a purity of 99% via a foil-like Ti-Cu-Ag brazing material, The brazing material was melted and the pins were joined. After the bonding, a tensile test of the pin was performed, and the bonding strength was 2 kg / mm 2 , and no Cu-Ti-O-based compound having a diamond structure in the space group Fd3m was detected in the bonding layer.

【0071】実施例6 純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
3:2となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
200nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
-6Torrの真空度とした後、 5℃/分で 700℃まで昇温
し、 2時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物(原子比で、Cu:Ti:O=2:4:1)層が形成
されていた。
Example 6 On the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96%, a thin film of Ti and Cu was deposited in this order by a sputtering method, and the atomic ratio of Ti: Cu was
The layers were formed so as to be 3: 2. The thickness of the thin film stack is
It was set to 200 nm. Next, the alumina base material on which the above thin film laminate is formed is placed in a vacuum furnace and the atmosphere is set to 5 × 10 5.
After setting the vacuum degree to −6 Torr, the temperature was raised to 700 ° C. at 5 ° C./minute and kept for 2 hours, and then the heating power was turned off and the furnace was cooled. When the sample was taken out of the furnace when it reached room temperature, it had a space group Fd3m diamond structure on the alumina substrate.
A Cu-Ti-O-based compound (atomic ratio Cu: Ti: O = 2: 4: 1) layer was formed.

【0072】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して10度小さかった。
また、上記化合物層上にコバール合金を当接させ、上記
銀ろうを用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験
を行ったところ、接合強度は5kg/mm2 であり、従来のMo
-Mn 法によるメタライズ層に接合した場合と比較して、
4kg/mm2 強度が大きかった。
The wetting angle of silver solder (BAg-8) with respect to the surface on which the above compound layer was formed was measured.
It was 10 degrees smaller than the metallized layer by the o-Mn method.
Further, a Kovar alloy was brought into contact with the above compound layer, and heat bonding was performed using the above silver braze. A tensile test of this bonded body showed that the bonding strength was 5 kg / mm 2 , and
-Compared with the case of joining to the metallized layer by the -Mn method,
The strength was 4 kg / mm 2 .

【0073】実施例7 純度 96%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
500nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
-6Torrの真空度とした後、 5℃/分で 700℃まで昇温
し、 2時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物(原子比で、Cu:Ti:O=3:3:1)層が形成
されていた。
Example 7 On the bonding surface of an alumina base material having a purity of 96%, a thin film of Ti and Cu was deposited in this order by a sputtering method, and the atomic ratio of Ti: Cu was
The layers were formed in a ratio of 1: 1. The thickness of the thin film stack is
It was set to 500 nm. Next, the alumina base material on which the above thin film laminate is formed is placed in a vacuum furnace and the atmosphere is set to 5 × 10 5.
After setting the vacuum degree to −6 Torr, the temperature was raised to 700 ° C. at 5 ° C./minute and kept for 2 hours, and then the heating power was turned off and the furnace was cooled. When the sample was taken out of the furnace when it reached room temperature, it had a space group Fd3m diamond structure on the alumina substrate.
A Cu-Ti-O-based compound (atomic ratio Cu: Ti: O = 3: 3: 1) layer was formed.

【0074】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して10度小さかった。
また、上記化合物層上にコバール合金を当接させ、上記
銀ろうを用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験
を行ったところ、接合強度は6kg/mm2 であり、従来のMo
-Mn 法によるメタライズ層に接合した場合と比較して、
5kg/mm2 強度が大きかった。
The wetting angle of silver solder (BAg-8) with respect to the surface on which the compound layer was formed was measured.
It was 10 degrees smaller than the metallized layer by the o-Mn method.
Further, a Kovar alloy was brought into contact with the above compound layer, and heat bonding was performed using the above silver braze. A tensile test of this bonded body showed that the bonding strength was 6 kg / mm 2 , and
-Compared with the case of joining to the metallized layer by the -Mn method,
The strength was 5 kg / mm 2 .

【0075】実施例8 純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Niの順に薄膜を、 Ti:Niの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
300nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
-6Torrの真空度とした後、 5℃/分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Ni-Ti-O系化合物(原子比で、Ni:Ti:O=3:3:1)層が形成
されていた。
Example 8 On the bonding surface of an alumina base material having a purity of 99%, thin films of Ti and Ni were deposited in this order by a sputtering method, and the atomic ratio of Ti: Ni was
The layers were formed in a ratio of 1: 1. The thickness of the thin film stack is
It was set to 300 nm. Next, the alumina base material on which the above thin film laminate is formed is placed in a vacuum furnace and the atmosphere is set to 5 × 10 5.
After the vacuum degree was set to -6 Torr, the temperature was raised to 800 ° C at 5 ° C / min and kept for 1 hour, and then the heating power was turned off and the furnace was cooled. When the sample was taken out of the furnace when it reached room temperature, it had a space group Fd3m diamond structure on the alumina substrate.
A Ni-Ti-O-based compound (atomic ratio of Ni: Ti: O = 3: 3: 1) layer was formed.

【0076】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 5度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm2 であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm2
強度が大きかった。
The wetting angle of silver solder (BAg-8) with respect to the surface on which the above compound layer was formed was measured.
It was 5 degrees smaller than the metallized layer by the o-Mn method.
Further, a Mo material was brought into contact with the compound layer, and heat bonding was performed using the silver brazing material. A tensile test of this bonded body showed a bonding strength of 4 kg / mm 2, which is 3 kg / mm 2 compared to the case of bonding to a metallized layer by the conventional Mo-Mn method.
The strength was great.

【0077】実施例9 純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Zr、Cuの順に薄膜を、 Zr:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
400nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
-6Torrの真空度とした後、 5℃/分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Zr-O系化合物(原子比で、Cu:Zr:O=2:4:1)層が形成
されていた。
Example 9 On the bonding surface of an alumina base material having a purity of 99%, thin films of Zr and Cu were formed in this order by a sputtering method, and the atomic ratio of Zr: Cu was
The layers were formed in a ratio of 1: 1. The thickness of the thin film stack is
It was 400 nm. Next, the alumina base material on which the above thin film laminate is formed is placed in a vacuum furnace and the atmosphere is set to 5 × 10 5.
After the vacuum degree was set to -6 Torr, the temperature was raised to 800 ° C at 5 ° C / min and kept for 1 hour, and then the heating power was turned off and the furnace was cooled. When the sample was taken out of the furnace when it reached room temperature, it had a space group Fd3m diamond structure on the alumina substrate.
A Cu-Zr-O-based compound (atomic ratio Cu: Zr: O = 2: 4: 1) layer was formed.

【0078】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 3度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm2 であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm2
強度が大きかった。
The wetting angle of silver solder (BAg-8) with respect to the surface on which the above compound layer was formed was measured.
It was 3 degrees smaller than the metallized layer by the o-Mn method.
Further, a Mo material was brought into contact with the compound layer, and heat bonding was performed using the silver brazing material. A tensile test of this bonded body showed a bonding strength of 4 kg / mm 2, which is 3 kg / mm 2 compared to the case of bonding to a metallized layer by the conventional Mo-Mn method.
The strength was great.

【0079】実施例10 純度 99%のアルミナ基材の接合面上に、スッパタリング
法によって、Ti、Cuの順に薄膜を、 Ti:Cuの原子比が
1:1となるように積層形成した。薄膜の積層体の厚さは
400nmとした。次いで、上記薄膜の積層体が形成されて
いるアルミナ基材を真空炉内に配置し、雰囲気を 5×10
-4Torrの真空度とした後、 5℃/分で 800℃まで昇温
し、 1時間保持した後、加熱電源を切って炉冷した。試
料が室温となったところで炉から取り出したところ、ア
ルミナ基材上に空間群Fd3mのダイヤモンド構造を有する
Cu-Ti-O系化合物(原子比で、Cu:Ti:O=2:4:1)層が形成
されていた。
Example 10 On the bonding surface of an alumina base material having a purity of 99%, a thin film of Ti and Cu was formed in this order by a sputtering method, and the atomic ratio of Ti: Cu was
The layers were formed in a ratio of 1: 1. The thickness of the thin film stack is
It was 400 nm. Next, the alumina base material on which the above thin film laminate is formed is placed in a vacuum furnace and the atmosphere is set to 5 × 10 5.
After the vacuum degree was set to -4 Torr, the temperature was raised to 800 ° C at 5 ° C / minute, held for 1 hour, and then the heating power was turned off to cool the furnace. When the sample was taken out of the furnace when it reached room temperature, it had a space group Fd3m diamond structure on the alumina substrate.
A Cu-Ti-O-based compound (atomic ratio Cu: Ti: O = 2: 4: 1) layer was formed.

【0080】上記化合物層が形成されている面に対する
銀ろう(BAg-8) の濡れ角度を測定したところ、従来の M
o-Mn法によるメタライズ層と比較して 3度小さかった。
また、上記化合物層上にMo材を当接させ、上記銀ろうを
用いて加熱接合した。この接合体の引張り試験を行った
ところ、接合強度は4kg/mm2 であり、従来のMo-Mn 法に
よるメタライズ層に接合した場合と比較して、3kg/mm2
強度が大きかった。
The wetting angle of silver solder (BAg-8) with respect to the surface on which the above compound layer was formed was measured.
It was 3 degrees smaller than the metallized layer by the o-Mn method.
Further, a Mo material was brought into contact with the compound layer, and heat bonding was performed using the silver brazing material. A tensile test of this bonded body showed a bonding strength of 4 kg / mm 2, which is 3 kg / mm 2 compared to the case of bonding to a metallized layer by the conventional Mo-Mn method.
The strength was great.

【0081】実施例11 まず、回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨し
て鏡面とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミ
ナ基板表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面
クリーニングを行った。このアルミナ基板の表面を配線
パターンに合せてマスキングした後、スパッタリング法
によって、厚さ 200nmのTi薄膜、その上部に厚さ 600nm
のCu薄膜を連続して成膜した。この後、真空中で熱処理
を行った。真空度は 5×10-6Torr、温度 900℃で 3時間
行った。この結果、アルミナ表面に密着性のよいCuの精
密な配線パターンが形成された。
Example 11 First, the surface of an alumina substrate used as a circuit board material was polished to a mirror surface. Next, after degreasing with acetone to remove dirt on the surface of the alumina substrate, surface cleaning was performed by reverse sputtering. After masking the surface of this alumina substrate according to the wiring pattern, a Ti thin film with a thickness of 200 nm and a thickness of 600 nm above it were formed by sputtering.
Cu thin film was continuously formed. Then, heat treatment was performed in vacuum. The degree of vacuum was 5 × 10 −6 Torr and the temperature was 900 ° C. for 3 hours. As a result, a precise Cu wiring pattern having good adhesion was formed on the alumina surface.

【0082】図1は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層の断面をTEM観察した結果
の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板1と活
性金属薄膜としてのTi偏析層2および化合物粒子3との
間に遊離部分はなく、密着性がよいことが確認された。
また、EDX定性分析を行った結果、化合物粒子3から
Al、Cu、Tiおよび Oが、Ti偏析層2からはTiと Oが検出
され、目的とした組織ができていることが確認された。
また、Cuメタライズ層4についてEDX定量分析を行っ
たところ、 97%という値が得られ、目的としたCuメタラ
イズが形成されていることが確認された。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a film structure as a result of TEM observation of the cross section of the alumina substrate and the metallized layer produced through such steps. It was confirmed that there was no free portion between the alumina substrate 1 and the Ti segregation layer 2 as the active metal thin film and the compound particles 3, and the adhesion was good.
In addition, as a result of the EDX qualitative analysis,
Al, Cu, Ti and O were detected, and Ti and O were detected from the Ti segregation layer 2, and it was confirmed that the intended structure was formed.
Further, when EDX quantitative analysis was performed on the Cu metallized layer 4, a value of 97% was obtained, and it was confirmed that the intended Cu metallized was formed.

【0083】実施例12 回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、エタノールで脱脂を行い、アルミナ基
板表面の汚れを除去した後、このアルミナ基板表面を配
線パターンに合せてマスキングした後、スパッタリング
法によって、厚さ 100nmのTi薄膜と、厚さ 150nmのZr薄
膜と、厚さ 800nmのCu薄膜を、順に連続して成膜した。
この後、チャンバに入れて 7×10-6Torrまで真空に引い
た後、高純度Arガス(6N)中で、 800℃で 1.5時間熱処理
を行った。この結果、アルミナ基板との界面に活性金属
反応層をもつ、密着性のよいCuの精密な配線パターンが
形成された。
Example 12 The surface of an alumina substrate used as a circuit board material was polished to a mirror surface. Then, degrease with ethanol to remove dirt on the surface of the alumina substrate, mask the alumina substrate surface with the wiring pattern, and then use the sputtering method to deposit a Ti thin film with a thickness of 100 nm and a Zr thin film with a thickness of 150 nm. Then, a Cu thin film having a thickness of 800 nm was sequentially formed.
Then, after putting in a chamber and evacuating to 7 × 10 −6 Torr, heat treatment was performed in high-purity Ar gas (6N) at 800 ° C. for 1.5 hours. As a result, a precise Cu wiring pattern having an active metal reaction layer at the interface with the alumina substrate and good adhesion was formed.

【0084】図2は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板の断面図である。アルミナ基板1上に、活性
金属反応層5を介してCuメタライズ層4が形成されてい
た。なお、Cuメタライズ層4の表面に薄い酸化膜が形成
されていたので、乾式研磨によりこの酸化膜を除去し
た。
FIG. 2 is a sectional view of an alumina substrate manufactured through such steps. The Cu metallization layer 4 was formed on the alumina substrate 1 via the active metal reaction layer 5. Since a thin oxide film was formed on the surface of the Cu metallized layer 4, this oxide film was removed by dry polishing.

【0085】実施例13 回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミナ基板
表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面クリー
ニングを行った。このアルミナ基板表面を配線パターン
に合せてマスク(マスクA)をかけた後、直径 1μm の
孔が50μm 間隔で並んだマスク(マスクB)をかけた。
スパッタリング法により、Cu薄膜を厚さ40nmで成膜した
後、マスクBをはずし、この上部にTi薄膜を厚さ 200nm
で成膜した。この後、真空中で熱処理を行った。真空度
は 5×10-6Torr、熱処理条件は 900℃×50分とした。こ
の結果、アルミナ基板表面に密着性のよい精密な配線パ
ターンが形成された。
Example 13 The surface of an alumina substrate used as a circuit board material was polished to a mirror surface. Next, after degreasing with acetone to remove dirt on the surface of the alumina substrate, surface cleaning was performed by reverse sputtering. A mask (mask A) was applied to the surface of the alumina substrate in accordance with the wiring pattern, and then a mask (mask B) having holes of 1 μm in diameter arranged at intervals of 50 μm was applied.
After forming a Cu thin film with a thickness of 40 nm by the sputtering method, remove the mask B and a Ti thin film with a thickness of 200 nm on top of this.
It was formed into a film. Then, heat treatment was performed in vacuum. The degree of vacuum was 5 × 10 −6 Torr, and the heat treatment condition was 900 ° C. × 50 minutes. As a result, a precise wiring pattern with good adhesion was formed on the surface of the alumina substrate.

【0086】図3は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層との断面を、TEM観察した
結果の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板1
1と活性金属層としてのTi層12との間に遊離部分はな
く、密着性がよいことが確認された。また、アルミナ基
板11とTi層12との間には化合物13が形成されてい
ることが確認された。さらに、EDX定性分析を行った
結果、化合物13からはAl、Cu、Tiおよび Oが、Ti層1
2からはTiと Oが検出され、目的とした組織が形成され
ていることが確認された。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a film structure as a result of TEM observation of the cross section of the alumina substrate and the metallized layer produced through such steps. Alumina substrate 1
It was confirmed that there was no free portion between 1 and the Ti layer 12 as the active metal layer, and the adhesion was good. It was also confirmed that the compound 13 was formed between the alumina substrate 11 and the Ti layer 12. Furthermore, as a result of EDX qualitative analysis, from the compound 13, Al, Cu, Ti and O were found to be in the Ti layer 1
Ti and O were detected from 2 and it was confirmed that the desired structure was formed.

【0087】実施例14 アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面にスパッタリング法によ
りZr薄膜を厚さ 100nmで成膜し、次いでマスクをかけて
Ni薄膜を厚さ25nmで成膜した。マスクは直径 1μm の孔
が70μm 間隔で並んだものである。この工程を 5回繰り
返した。マスクの位置は 300μm ずつ移動させた。この
後、チャンバに入れて 7×10-6Torrまで真空に引いた
後、高純度Arガス(6N)中で 800℃で50分間熱処理した。
この結果、アルミナ基板上に密着性のよいメタライズ層
が形成された。
Example 14 The surface of an alumina substrate was polished to a mirror surface. Then, degrease with ethanol to remove dirt on the surface of the alumina substrate, then form a Zr thin film with a thickness of 100 nm on the surface of the alumina substrate by a sputtering method, and then apply a mask.
A Ni thin film was formed to a thickness of 25 nm. The mask has holes with a diameter of 1 μm arranged at intervals of 70 μm. This process was repeated 5 times. The position of the mask was moved by 300 μm. Then, after putting in a chamber and evacuating to 7 × 10 −6 Torr, heat treatment was performed at 800 ° C. for 50 minutes in high-purity Ar gas (6N).
As a result, a metallized layer having good adhesion was formed on the alumina substrate.

【0088】図4は、このような工程を経て作製したア
ルミナのメタライズ体の断面構造を模式的に示す図であ
り、アルミナ基板11上に形成されたZr層14内には、
Zr-Al-Ni 系の化合物15が、Niの成膜パターンに応じ
て形成されていた。また、通常のメタライズ法で作製し
たZrメタライズ体(Zr-Niのペースト使用)とスクラッチ
試験を行って密着性を比較した。7kg/mm2 で試験したと
ころ、通常のメタライズ法で作製したZrメタライズ層で
は剥離が見られたが、上記実施例によるメタライズ層で
は剥離は見られなかった。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of an alumina metallized body produced through such steps. In the Zr layer 14 formed on the alumina substrate 11,
The Zr-Al-Ni-based compound 15 was formed according to the Ni film formation pattern. In addition, a Zr metallized body (using a Zr-Ni paste) produced by an ordinary metallization method was subjected to a scratch test to compare the adhesion. When tested at 7 kg / mm 2 , peeling was observed in the Zr metallized layer produced by the usual metallizing method, but peeling was not observed in the metallized layer according to the above-mentioned example.

【0089】実施例15 アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面にスパッタリング法によ
り、Ti薄膜を厚さ 500nmで成膜し、次いでCo薄膜を厚さ
100nmで成膜した。この後、チャンバに入れて 4×10-6
Torrまで真空に引いた後、高純度Arガス(6N)中で、 900
℃で 1時間熱処理した。この結果、アルミナ基板上に密
着性のよいメタライズ層が形成された。
Example 15 The surface of an alumina substrate was polished to a mirror surface. Then, degrease with ethanol to remove dirt on the surface of the alumina substrate, and then deposit a Ti thin film with a thickness of 500 nm on the surface of this alumina substrate by a sputtering method, and then a Co thin film.
The film was formed at 100 nm. After this, put it in the chamber 4 × 10 -6
After evacuating to Torr, in high purity Ar gas (6N), 900
Heat treatment was performed at ℃ for 1 hour. As a result, a metallized layer having good adhesion was formed on the alumina substrate.

【0090】図5は、このような工程を経て作製したア
ルミナのメタライズ体のTEM観察した結果の膜構造を
模式的に示す図である。アルミナ基板11とTi層16と
の間に剥離部分はなく、密着性がよいことが確認され
た。また、EDX定性分析を行った結果、Ti層16とCo
層17からAlが検出され、特にCo層17のAl濃度が高
く、目的としたAlの拡散を促進する断面構造ができてい
ることが確認された。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a film structure as a result of TEM observation of an alumina metallized body produced through such steps. It was confirmed that there was no peeling portion between the alumina substrate 11 and the Ti layer 16, and that the adhesion was good. In addition, as a result of EDX qualitative analysis, Ti layer 16 and Co
It was confirmed that Al was detected from the layer 17 and that the Co layer 17 had a particularly high Al concentration and a target cross-sectional structure that promotes the diffusion of Al was formed.

【0091】実施例16 回路基板材に用いるアルミナ基板の表面を研磨して鏡面
とした。次いで、アセトンで脱脂を行い、アルミナ基板
表面の汚れを除去した後、逆スパッタにより表面クリー
ニングを行った。このアルミナ基板表面を配線パターン
に合せてマスキングした後、スパッタリング法により、
Ti薄膜を厚さ 200nmで成膜した。この後、真空度 5×10
-6Torrの雰囲気中にて 900℃で50分間熱処理した。この
結果、アルミナ基板表面に密着性のよい精密な配線パタ
ーンが形成された。
Example 16 The surface of an alumina substrate used as a circuit board material was polished to a mirror surface. Next, after degreasing with acetone to remove dirt on the surface of the alumina substrate, surface cleaning was performed by reverse sputtering. After masking the surface of this alumina substrate according to the wiring pattern, by sputtering method,
A Ti thin film was formed to a thickness of 200 nm. After this, vacuum degree 5 × 10
Heat treatment was performed at 900 ° C for 50 minutes in an atmosphere of -6 Torr. As a result, a precise wiring pattern with good adhesion was formed on the surface of the alumina substrate.

【0092】図6は、このような工程を経て作製したア
ルミナ基板とメタライズ層との断面を、TEM観察した
結果の膜構造を模式的に示す図である。アルミナ基板2
1上に設けられたTi層22において、TEM観察を行っ
た場所で、 2個のTi結晶粒A、Bに対して電子線回折パ
ターンを調べたところ、電子線の入射方向が共に、[11
2(バー)0] であり、(0002)方向は始めのアルミナ基板2
1の表面に対して、結晶粒Aで15度、結晶粒Bで 8度で
あった。また、アルミナ基板21とTi層22との間に遊
離部分はなく、密着性がよいことが確認された。さら
に、EDX定性分析を行った結果、Ti層22からAlが検
出され、Alの拡散が起こったことが確認された。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a film structure as a result of TEM observation of a cross section of the alumina substrate and the metallized layer produced through such steps. Alumina substrate 2
In the Ti layer 22 provided on the 1 layer, the electron beam diffraction patterns of the two Ti crystal grains A and B were examined at the place where the TEM observation was performed.
2 (bar) 0], and the (0002) direction is the first alumina substrate 2
With respect to the surface of No. 1, the crystal grain A was 15 degrees and the crystal grain B was 8 degrees. Further, it was confirmed that there was no free portion between the alumina substrate 21 and the Ti layer 22 and that the adhesion was good. Further, as a result of EDX qualitative analysis, Al was detected from the Ti layer 22 and it was confirmed that Al diffusion occurred.

【0093】実施例17 アルミナ基板の表面を研磨して鏡面とした。次いで、エ
タノールで脱脂を行い、アルミナ基板表面の汚れを除去
した後、このアルミナ基板表面を配線パターンに合せて
マスキングした後、スパッタリング法により、Ti薄膜を
厚さ 2μm で成膜した。この後、チャンバに入れて 7×
10-6Torrまで真空に引いた後、高純度Arガス(6N)中に
て、 800℃で20分熱処理した。図7は、このような工程
を経て作製したアルミナ基板の概略図である。アルミナ
基板21上に密着性に優れたTi層22が形成されてい
た。
Example 17 The surface of an alumina substrate was polished to a mirror surface. Then, degreasing was performed with ethanol to remove dirt on the surface of the alumina substrate, the alumina substrate surface was masked in accordance with the wiring pattern, and then a Ti thin film was formed to a thickness of 2 μm by a sputtering method. After this, put it in the chamber 7 ×
After vacuuming to 10 −6 Torr, heat treatment was performed in high-purity Ar gas (6N) at 800 ° C. for 20 minutes. FIG. 7 is a schematic view of an alumina substrate manufactured through such steps. The Ti layer 22 having excellent adhesion was formed on the alumina substrate 21.

【0094】また、同様の成膜条件および熱処理でTE
M観察用の試料を作製し、アルミナ基板の表面に垂直な
方向からTEM観察を行った。観察した結晶粒子の電子
線回折パターンを調べたところ、傾斜角±30度以内で電
子線の入射方向が(0001)の電子線回折パターンが得られ
た結晶粒子は 75%であった。
Further, under the same film forming conditions and heat treatment, TE
A sample for M observation was prepared, and TEM observation was performed from a direction perpendicular to the surface of the alumina substrate. When the electron beam diffraction pattern of the observed crystal grains was examined, 75% of the crystal grains obtained an electron beam diffraction pattern in which the incident direction of the electron beam was (0001) within an inclination angle of ± 30 degrees.

【0095】次に、上記実施例のメタライズ体と通常の
Tiペーストを塗布、焼成したTiメタライズ体との密着性
を比較するために、スクラッチ試験を行ったところ、通
常のTiペーストによるTiメタライズ体で、上記実施例に
よるTiメタライズ体と同程度の剥離強度を得るために
は、10倍〜15倍の熱処理時間が必要であった。また、作
製したTiメタライズ層の組成分析を行ったところ、通常
のTiペーストによるTiメタライズ体では C、 N等の不純
物が検出されたが、実施例によるTiメタライズ体からは
C、 N等の不純物は検出されなかった。
Next, the metallized body of the above-described embodiment and the ordinary
A scratch test was conducted to compare the adhesion with the Ti metallized body obtained by applying and firing the Ti paste.As a result, a Ti metallized body using a normal Ti paste showed a peel strength comparable to that of the Ti metallized body according to the above example. In order to obtain the above, heat treatment time of 10 to 15 times was required. In addition, when the composition analysis of the produced Ti metallized layer was performed, impurities such as C and N were detected in the Ti metallized body using the ordinary Ti paste, but from the Ti metallized body according to the example,
Impurities such as C and N were not detected.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接合体に
よれば、界面での化学的結合力の向上を図った上で、セ
ラミックス側の応力集中を抑制することできるため、セ
ラミックス基材の強度と比較して、接合部の機械的強度
の低下が少ない接合体を安定して提供することが可能と
なる。また、本発明のメタライズ体によれば、十分な密
着強度を有すると共に、微細なパターン等の形状再現性
に優れたメタライズ層を有するメタライズ体を安定して
提供することが可能となる。
As described above, according to the bonded body of the present invention, the concentration of stress on the ceramics side can be suppressed while improving the chemical bonding force at the interface, so that the ceramic base material can be suppressed. It is possible to stably provide a joined body in which the mechanical strength of the joined portion is less deteriorated as compared with the strength of 1. Further, according to the metallized product of the present invention, it is possible to stably provide a metallized product having a sufficient adhesion strength and a metallized layer having excellent shape reproducibility such as a fine pattern.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるメタライズ体の断面を
TEM観察した結果を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a result of TEM observation of a cross section of a metallized body according to an example of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例によるメタライズ体の断面
構造を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a sectional structure of a metallized body according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のさらに他の実施例によるメタライズ体
の断面をTEM観察した結果を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a result of TEM observation of a cross section of a metallized body according to still another example of the present invention.

【図4】本発明の実施例によるメタライズ体の断面構造
を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a metallized body according to an example of the present invention.

【図5】本発明の実施例によるメタライズ体の断面構造
を模式的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a metallized body according to an example of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例によるメタライズ体の断面
をTEM観察した結果を模式的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a result of TEM observation of a cross section of a metallized body according to another example of the present invention.

【図7】本発明の実施例によるメタライズ体の構成を示
す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a structure of a metallized body according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21……アルミナ基板 2、5、12、22、16……Ti層 3………Ti-Cu-Al系化合物粒子 4………Cuメタライズ層 13……Ti-Cu-Al系化合物 14……Zr層 15……Zr-Al-Ni系化合物 17……Co層 1, 11, 21 ... Alumina substrate 2, 5, 12, 22, 16 ... Ti layer 3 ... Ti-Cu-Al compound particles 4 ... Cu metallization layer 13 Ti-Cu-Al system Compound 14 …… Zr layer 15 …… Zr-Al-Ni-based compound 17 …… Co layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中橋 昌子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 中村 新一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝総合研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masako Nakahashi, No. 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Shinichi Nakamura Toshiba, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Town No. 1 Toshiba Corporation Research Institute

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックス基材と金属基材、あるいは
セラミックス基材同志の接合体であって、 Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる第
1の金属元素と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた
少なくとも 1種からなる第2の金属元素と、酸素とを、
組成比で 70at%以上含有する化合物を含み、かつ厚さが
2μm 以下の接合層を介して、前記セラミックス基材と
金属基材、あるいは前記セラミックス基材同志が接合さ
れていることを特徴とする接合体。
1. A ceramic base material and a metal base material, or a joined body of ceramic base materials, wherein the first metal element is at least one selected from Ti, Zr and Hf, and Cu, Ni, A second metal element consisting of at least one selected from Co, Fe and Mn, and oxygen,
Contains a compound with a composition ratio of 70 at% or more, and has a thickness of
A bonded body characterized in that the ceramic base material and the metal base material or the ceramic base materials are bonded to each other through a bonding layer of 2 μm or less.
【請求項2】 セラミックス基材と、前記セラミックス
基材上に設けられ、Ti、ZrおよびHfから選ばれた少なく
とも 1種からなる第1の金属元素と、Cu、Ni、Co、Feお
よびMnから選ばれた少なくとも 1種からなる第2の金属
元素と、酸素とを、組成比で 70at%以上含有する化合物
を含むメタライズ層とを具備することを特徴とするメタ
ライズ体。
2. A ceramic base material, a first metal element provided on the ceramic base material and comprising at least one selected from Ti, Zr, and Hf, and Cu, Ni, Co, Fe, and Mn. A metallized body comprising a metallized layer containing a compound containing at least one selected second metal element and oxygen in a composition ratio of 70 at% or more.
【請求項3】 セラミックス基材上に、Ti、ZrおよびHf
から選ばれた少なくとも 1種からなる第1の金属元素の
薄膜と、Cu、Ni、Co、FeおよびMnから選ばれた少なくと
も 1種からなる第2の金属元素の薄膜を順に形成する工
程と、 前記薄膜を形成したセラミックス基材に、前記薄膜の融
点以下の温度で熱処理を施し、前記セラミックス基材上
に前記第1の金属元素と第2の金属元素と酸素とを組成
比で 70at%以上含有する化合物を含むメタライズ層を形
成する工程とを有することを特徴とするメタライズ体の
製造方法。
3. Ti, Zr and Hf on a ceramic substrate.
A step of sequentially forming a thin film of a first metal element consisting of at least one selected from the following, and a thin film of a second metal element consisting of at least one selected from Cu, Ni, Co, Fe and Mn, The ceramic substrate on which the thin film is formed is heat-treated at a temperature equal to or lower than the melting point of the thin film, and the composition ratio of the first metal element, the second metal element and oxygen is 70 at% or more on the ceramic substrate. And a step of forming a metallized layer containing the compound contained therein.
【請求項4】 アルミナ系セラミックス基材と、Ti、Zr
およびHfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属
とCuとAlとを構成元素として含む化合物粒子が前記アル
ミナ系セラミックス基材との界面近傍に分散形成された
前記活性金属の層と、前記活性金属層上に設けられたCu
層とを具備することを特徴とするメタライズ体。
4. Alumina-based ceramic substrate, Ti, Zr
And a layer of the active metal in which compound particles containing at least one active metal selected from Hf and Cu and Al as constituent elements are dispersed and formed in the vicinity of the interface with the alumina ceramic substrate, Cu on the metal layer
A metallized body comprising a layer.
【請求項5】 アルミナ系セラミックス基材と、前記ア
ルミナ系セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrおよび
Hfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属層とを
具備し、 前記活性金属層とアルミナ系セラミックス基材との界
面、前記活性金属層の内部、および前記活性金属層の表
面の少なくとも 1つに、予めAlと結合しやすい物質を配
置すると共に、前記Alと結合しやすい物質を固相熱処理
によりAlとの結合物として存在させたことを特徴とする
メタライズ体。
5. An alumina-based ceramic base material, and Ti, Zr and
At least one of the interface between the active metal layer and the alumina-based ceramic substrate, the inside of the active metal layer, and the surface of the active metal layer. In the above, a metallized body is characterized in that a substance that easily binds to Al is arranged in advance, and the substance that easily binds to Al is present as a bond with Al by solid-state heat treatment.
【請求項6】 アルミナ系セラミックス基材と、前記ア
ルミナ系セラミックス基材上に設けられ、Ti、Zrおよび
Hfから選ばれた少なくとも 1種からなる活性金属層とを
具備し、 前記活性金属層は、前記アルミナ系セラミックス基材表
面に垂直な方向に対して±30度の範囲に、結晶のc軸を
配向させた前記活性金属の結晶粒子を主体とする配向膜
であることを特徴とするメタライズ体。
6. An alumina-based ceramic substrate, and Ti, Zr and
An active metal layer comprising at least one selected from Hf, wherein the active metal layer has a crystal c-axis within a range of ± 30 degrees with respect to a direction perpendicular to the surface of the alumina-based ceramic substrate. A metallized body, which is an oriented film mainly composed of oriented crystalline particles of the active metal.
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