JPH0657622B2 - ろう付けペースト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、セラミックと金属、セラミック同志をろう付
け接着できるろう付けペーストに関するものである。

従来の技術 従来、セラミックと金属の接着は、例えば、高塩治男、
エレクトロニク・セラミクス、１９７３年１２月号、３
０−３７頁に示されるように、Mo−Mn法、活性金属法な
どがある。

発明が解決しようとする課題 前記従来例に示されているように、Mo−Mn法は、加湿水
素中で１３００〜１７００℃の高温でMo−Mnメタライズ
をセラミック表面に形成して、そのメタライズ膜と金属
を銀ろう付けする方法である。しかし、この方法は以下
で述べる理由により薄膜サーミスタ素子のような耐熱性
の低いセラミック素子と金属のろう付けに不適である。
薄膜サーミスタ素子はアルミナ基板の一方の表面に電極
膜と感温抵抗体膜を形成して構成される。このため、ア
ルミナ基板の一方の表面に電極膜と感温抵抗体膜を形成
した後、アルミナ基板の他の表面にメタライズ膜を形成
する場合、薄膜サーミスタ素子の耐熱性が９００℃以
下、好ましくは、800℃以下であるので、Mo−Mn法は使
用出来ないという欠点があった。他方、アルミナ基板の
他の表面にメタライズ膜を先に形成した後、電極膜と感
温抵抗体膜をアルミナ基板の一方の表面に形成する場
合、電極膜は通常空気中など酸化性雰囲気中で高温中で
焼き付けて形成され、このときにメタライズ膜が酸化さ
れるので、ろう付けできなくなる。

また、活性金属法は、活性金属であるTi,Zrなどと、こ
れと比較的低融点の合金を作るNi,Cu,Agとを、共晶組成
になるようにセラミックと金属の間に挿入し、真空中ま
たは不活性ガス中で加熱する方法である。しかし、この
方法も、９００℃以上の高温を必要とするので、前記と
同じ理由により、薄膜サーミスタ素子を金属にろう付け
接着するのに不適切であった。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するための技術的手段は、チタニウム粉
末、銀ろう粉末、有機バインダ、有機溶剤および直径３
０μｍ以上の球形の金属粉末または無機物粉末とからな
るろう付けペーストを用いる点にある。

作 用 本発明のろう付けペーストを、印刷法などにより、セラ
ミックの表面上に所定の形状に塗布、乾燥した後、接着
すべきセラミックまたは金属とろう付けペーストの塗布
されたセラミックとを積層し、真空中もしくは不活性ガ
ス中で加熱処理して、両者がろう付けされる。この加熱
処理のとき、本発明のろう付けペーストは上述したよう
に、銀ろう粉末とチタニウム粉末を含むので、８００℃
以下の温度で銀ろう粉末が融解して液相になる。他方、
液相銀ろうと接する固相のチタニウムの一部は液相銀ろ
う付中を拡散して、セラミック表面に化学的に吸着し、
セラミックとチタニウムが接着する。更に、吸着チタニ
ウムと銀ろうが金属結合で接着する。このような過程を
経て、セラミックと金属が接着されるので、加熱温度は
８００℃以下の低温で十分である。更に、セラミックと
金属のろう付け接続の場合、両者の熱膨張係数は、通
常、一致しないので、熱応力を緩和してクラックの発生
を防止するためにろう材層の厚さはある一定以上必要で
ある。本発明のろう付けペーストは直径３０μｍ以上の
球形の金属粉末または無機物粉末を含むので、ろう材層
の厚さは３０μｍ以上に保持され、クラックの発生が防
止される。

実施例 図は本発明の一実施例を示すろう付け部断面図である。
アルミナ基板１の他の表面に、チタニウム粉末、銀ろう
粉末、有機バインダ、有機溶剤および直径３０μｍ以上
の球形の金属粉末または無機物粉末とからなるろう付け
ペーストを印刷し、約１００℃で１０〜２０分間空気中
乾燥して、ろう材層２を形成した。次に、ステンレス板
３にろう材層２が接するように、ステンレス板３とアル
ミナ基板１を積層し、この積層物を２×１０^−４torr以
下の真空中で約８００℃に１〜２分間加熱した後、室温
に冷却した。この結果、アルミナ基板１はステンレス板
３にろう材層２により強固に接着された。もちろん、有
機バインダ、有機溶剤は、空気中乾燥、真空中加熱の際
に蒸発するので、有機バインダ、有機溶剤は真空中加熱
後ろう材層２中に含まれず、ろう材層２はチタニウム粒
子２１、銀ろう２２および球形の金属粉末２３または無
機物粉末２３とで構成される。尚、真空中加熱のほかに
も、窒素中、アルゴン中など不活性ガス中の加熱によっ
ても同様のろう付けが得られた。このように、本発明の
ろう付けペーストは８００℃以下でのろう付けができる
ので、アルミナ基板１の他の表面に電極膜１１および感
温抵抗体膜１２を形成した薄膜サーミスタ素子を容易に
金属にろう付け接続できる。即ち、薄膜サーミスタの耐
熱性は構成材料により異なるが、Ａｕ−Ｐｔ厚膜電極膜
１１とＳｉＣ感温抵抗体膜１２を用いた高耐熱性薄膜サ
ーミスタでも９００℃以下、好ましくは８００℃以下で
あり、この温度以上の高温にさらされると、抵抗値が大
きく増大して、実用に供することができない。

また、ろう材層２の厚さは金属粉末２３または無機物粉
末２３の直径によってほぼ決まるので、３０μｍ以上で
ある。金属粉末２３または無機物粉末２３を添加しない
場合、ろう付け後、アルミナ基板１にクラックが発生し
易いが、添加した場合、クラック発生は皆無であった。
このように本発明のろう付けペーストはろう材層２の厚
さを３０μｍ以上に制御できるので、熱応力によるクラ
ックの発生を防止できる。

ろう付け後、ろう付け部の断面に沿って組成分析したと
ころアルミナ基板１の表面およびステンレス板３の表面
からチタニウムが検出された。また、同時にチタニウム
粒子２１は粒子状で、銀ろう２２は融解した状態で、金
属粉末２３または無機物粉末２３は球形で、それぞれ観
察された。このことから真空加熱中に融解した液層銀ろ
うと接する固相のチタニウムの一部は液相銀ろう中を拡
散して、アルミナ基板１の表面およびステンレス板３の
表面に化学的に吸着し、アルミナ基板１とチタニウムお
よびステンレス板３とチタニウムが接着し、更に、吸着
チタニウムと銀ろうが金属結合で接着する、と解され
る。

金属粉末２３として、チタニウム、ステンレス、コバー
ル合金が優れている。これは、これら金属がろう付け時
の温度で溶解せず、また被接着セラミックの熱膨張係数
と同程度の比較的小さな熱膨張係数を有するからであ
る。無機物粉末２３として、アルミナ、酸化ジルコニウ
ム、チタニア、ムライト、酸化マグネシウムが優れてい
る。これは、これら無機物がろう付け時の温度で溶解せ
ず、また被接着セラミックの熱膨張係数と同程度の熱膨
張係数を選べるからである。

銀ろうの材質そして種々の添加物を加えた組成が知られ
ているが、銀と銅からなる共晶銀ろうが望ましい。共晶
銀ろうは真空中加熱でも不活性ガス中加熱でも使用でき
るが、亜鉛、カドミウムなどの添加物を加えた銀ろうは
不活性ガス中加熱で使用出来るが、真空中加熱では使用
できないからである。これは亜鉛、カドミウムなどの添
加物が真空中加熱により蒸発して、組成変化生じること
に因る。なお、上記説明ではアルミナ基板１とステンレ
ス板３のろう付について説明したが、セラミック同志の
ろう付についても同様である。

発明の効果 以上述べて来たように、本発明によれば次に示す効果が
得られる。

Ｉ 本発明のろう付けペーストはセラミックなどに容易
に印刷でき、乾燥後、金属などと積層したものを加熱す
るだけでろう付けが出来るので、作業性に優れる。

II 低融点の銀ろうを用いているので、８００℃以下の
低温度でろう付け出来る。

III ろう付け層の厚さは球形の金属粉末または無機物
粉末の直径により３０μｍ以上に制御できるので、熱応
力によるクラック発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すろう付け部断面図である。 １……アルミナ基、１１……電極膜、１２……感温抵抗
体膜、２……ろう材層、２１……チタニウム粒子、２２
……融解した銀ろう、２３……金属粉末または無機物粉
末、３……ステンレス板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森杉 康一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−137373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−160538（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チタニウム粉末、銀ろう粉末、有機バイン
   ダ、有機溶剤および直径３０μｍ以上の球形の金属粉末
   または無機物粉末とからなるろう付けペースト。
2. 【請求項２】球形の金属粉末がチタニウム、ステンレ
   ス、コバール合金の群から選ばれた一つである請求項１
   記載のろう付けペースト。
3. 【請求項３】球形の無機物粉末がアルミナ、酸化ジルコ
   ニウム、チタニア、ムライト、酸化マグネシウムの群か
   ら選ばれた一つである請求項１記載のろう付けペース
   ト。
4. 【請求項４】銀ろう粉末が共晶銀ろう粉末である請求項
   １記載のろう付けペースト。