JPH0664980A - Method for jointing ceramic to metal - Google Patents

Method for jointing ceramic to metal

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JPH0664980A
JPH0664980A JP24584192A JP24584192A JPH0664980A JP H0664980 A JPH0664980 A JP H0664980A JP 24584192 A JP24584192 A JP 24584192A JP 24584192 A JP24584192 A JP 24584192A JP H0664980 A JPH0664980 A JP H0664980A
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Abstract

PURPOSE:To provide a method so designed that the wettability of an adhesive to a metallized pattern formed on the surface of a ceramic is improved to accomplish firm jointing of a metal to the metallized pattern. CONSTITUTION:A metallized pattern composed of silver and palladium is formed on the surface of a ceramic, and a gold layer >=3mum thick is provided on the surface of this metallized pattern, and then, a metal is jointed through a gold- based adhesive to the surface of the gold layer.

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、セラミックスと金属と
の接合方法に関し、特に、銀とパラジウムとを用いたメ
タライズパターンがその表面に形成されたセラミックス
と、金属とを高強度で接合し得るセラミックスと金属と
の接合方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining ceramics and a metal, and more particularly to a ceramics having a metallized pattern formed of silver and palladium formed on the surface thereof and a metal with high strength. The present invention relates to a method for joining ceramics and metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、セラミックスの表面に形成された
メタライズパターンに、金属を接合するにあたっては、
その接合材として、 融点が183°Cの錫−鉛ハンダ、 融点が356°Cの共晶組成の金−ゲルマニウムハ
ンダ、 融点が370°Cの共晶組成の金−シリコンハン
ダ、 融点が780°Cの共晶組成の銀ロウ、 銀−銅−インジウムロウ、 銀−銅−錫ロウ、 銀−インジウムロウ、 等の接合材が用いられていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, when bonding metal to a metallized pattern formed on the surface of ceramics,
As the bonding material, tin-lead solder having a melting point of 183 ° C, gold-germanium solder having a eutectic composition having a melting point of 356 ° C, gold-silicon solder having a eutectic composition having a melting point of 370 ° C, and melting point of 780 ° A bonding material such as a silver braze having a eutectic composition of C, a silver-copper-indium braze, a silver-copper-tin braze, and a silver-indium braze was used.

【0003】ここで、特にセラミックスを電子部品用基
板として利用する場合においては、該セラミックスに、
例えばリード電極等の金属を接合した後、ICを取り付
けるダイボンディング工程等で、更に該セラミックスを
加熱処理する場合があること、また、使用するセラミッ
クスが、850〜1000°Cで焼成されたいわゆる低
温焼成セラミックスで有る場合には、該セラミックスの
強度特性を、金属との接合時の熱により損なうことがな
いようにすること等を考慮して、上記接合材の内、の
融点が370°Cの共晶組成の金−シリコンハンダ、或
いは〜の銀−銅−インジウムロウ、銀−銅−錫ロ
ウ、又は銀−インジウムロウ等のロウ材を用いて、金属
をセラミックスに接合することが広くなされていた。
Here, particularly when the ceramic is used as a substrate for electronic parts, the ceramic is
For example, after the metal such as the lead electrode is joined, the ceramic may be further heat-treated in a die bonding step for attaching the IC, and the so-called low temperature in which the ceramic used is fired at 850 to 1000 ° C. In the case of being a fired ceramic, the melting point of the above-mentioned joining material having a melting point of 370 ° C. is taken into consideration in order to prevent the strength characteristics of the ceramic from being impaired by the heat at the time of joining with a metal. It has been widely practiced to bond metals to ceramics by using a brazing material such as gold-silicon solder having a eutectic composition or silver-copper-indium solder, silver-copper-tin solder, or silver-indium solder. It was

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらここで、
上記セラミックスの表面に形成されたメタライズパター
ンが、その材料として銀とパラジウムとを用いたもので
ある場合には、該メタライズパターンの形成方法が、大
気中において800〜900°Cで該セラミックスの表
面に銀とパラジウムとから成るペーストを焼き付ける方
法であることから、該メタライズパターンの表面に、銀
及びパラジウムの酸化物が形成され、該酸化物が上記金
系ハンダ或いは銀系ロウ等の接合材のヌレ性を悪化さ
せ、その結果、接合する金属の接合強度が弱くなり、信
頼性に乏しい接合方法となっていた。
However, here,
When the metallized pattern formed on the surface of the ceramic is one using silver and palladium as its material, the method for forming the metallized pattern is the surface of the ceramic at 800 to 900 ° C. in the atmosphere. Since this is a method of baking a paste composed of silver and palladium on the surface of the metallized pattern, an oxide of silver and palladium is formed on the surface of the metallized pattern, and the oxide forms a bonding material such as gold-based solder or silver-based solder. The wetting property is deteriorated, and as a result, the joining strength of the metal to be joined is weakened, and the joining method has poor reliability.

【0005】本発明は、上述した従来技術が有する課題
に鑑みなされたものであって、その目的は、上記接合材
のメタライズパターンへのヌレ性を改善し、該メタライ
ズパターンへの金属の接合が高強度でなされるセラミッ
クスと金属との接合方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to improve the wetting property of the above-mentioned bonding material to a metallized pattern and to bond a metal to the metallized pattern. It is to provide a method of joining ceramics and metal with high strength.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の試
験・研究の結果、セラミックスの表面に形成された銀と
パラジウムとを用いたメタライズパターン上に、更に金
層を形成することにより、該メタライズパターンへの接
合材のヌレ性が改善され、金属との接合が高強度でなさ
れることを見いだし本発明を完成させた。
As a result of various tests and studies, the present inventors have found that a gold layer is further formed on a metallized pattern using silver and palladium formed on the surface of ceramics. The inventors have found that the wetting property of the bonding material to the metallized pattern is improved and the bonding with a metal is performed with high strength, and the present invention has been completed.

【0007】即ち、本発明は、セラミックスの表面に銀
とパラジウムとから成るメタライズパターンを形成し、
該メタライズパターンの表面に、更に3μm以上の厚さ
の金層を形成し、該金層の表面に、金系の接合材を用い
て金属を接合するセラミックスと金属との接合方法を要
旨とする。
That is, according to the present invention, a metallized pattern made of silver and palladium is formed on the surface of ceramics,
A gist of a method of joining a ceramic and a metal is to further form a gold layer having a thickness of 3 μm or more on the surface of the metallized pattern and to join a metal to the surface of the gold layer using a gold-based joining material. .

【0008】本発明にかかるセラミックスと金属との接
合方法によれば、上記した如く酸化に対して非常に強い
金層を介して、銀とパラジウムとを用いたメタライズパ
ターン上に金属を接合するものであるため、該金層が、
メタライズパターンの上記表面酸化の影響を除去し、該
金層の表面に金系の接合材が良くヌレ、金属を高強度で
接合できるようになる。
According to the method for joining ceramics and metal according to the present invention, the metal is joined on the metallized pattern using silver and palladium through the gold layer which is very strong against oxidation as described above. Therefore, the gold layer is
The effect of the above-mentioned surface oxidation of the metallized pattern is removed, and a gold-based bonding material is well wetted to the surface of the gold layer, and the metal can be bonded with high strength.

【0009】なおここで、上記メタライズパターン上に
形成する金層の厚さは、上述したように3μm以上であ
る。これは、3μmに満たない金層の厚さでは、上記接
合材のヌレ性を改善させる効果は少なく、やはり金属の
接合強度が弱いものとなるためである。また、この金層
は、3μm以上であれば金属の接合強度にその厚みの影
響がでず、上限はないものであるが、製造コストを考慮
し、10μm以内の厚さとすることが望ましい。
The gold layer formed on the metallized pattern has a thickness of 3 μm or more as described above. This is because if the thickness of the gold layer is less than 3 μm, the effect of improving the wetting property of the above-mentioned joining material is small and the joining strength of metal is also weak. If the thickness of the gold layer is 3 μm or more, the thickness of the gold layer has no influence on the bonding strength of the metal and there is no upper limit. However, considering the manufacturing cost, the thickness is preferably within 10 μm.

【0010】また、上記金層の形成方法は、金或いは金
を主成分とする粉体をメタライズパターンの表面に塗布
し、その後焼結させる厚膜方式により形成することが望
ましい。これは、金層を形成するセラミックスが、例え
ばアルミナを第一成分とし、850〜1000°Cで焼
成された低温焼成セラミックスである場合には、該セラ
ミックスに、一般的になされている金メッキ浴に浸漬す
る方法を採用すると、該セラミックスのアルカリ成分が
侵されてしまい、実用に供し得るセラミックス基板を得
ることができないためである。
The gold layer is preferably formed by a thick film method in which gold or a powder containing gold as a main component is applied to the surface of the metallized pattern and then sintered. This is because when the ceramic forming the gold layer is a low temperature fired ceramic which has alumina as a first component and is fired at 850 to 1000 ° C., the gold plating bath generally used for the ceramic is used. This is because if the dipping method is adopted, the alkaline component of the ceramic will be attacked, and a ceramic substrate that can be put to practical use cannot be obtained.

【0011】更に、本発明において使用する金系の接合
材としては、融点が370°Cの共晶組成の金−シリコ
ンハンダが望ましい。これは、上記金層とのヌレ性が良
好であると共に、850〜1000°Cで焼成された低
温焼成セラミックスに使用した場合にも、該セラミック
スの強度特性を損なわず、しかも金属との接合後、ダイ
ボンディング工程等で更に該セラミックスを加熱処理し
ても、その接合が外れることがないためである。
Further, as the gold-based bonding material used in the present invention, gold-silicon solder having a eutectic composition with a melting point of 370 ° C. is desirable. This has good wettability with the gold layer, and when used in low-temperature fired ceramics fired at 850 to 1000 ° C., does not impair the strength characteristics of the ceramics, and after bonding with a metal. This is because, even if the ceramics are further heat-treated in the die bonding process or the like, the bonding will not be broken.

【0012】更にまた、本発明においてセラミックスに
接合する金属は、コバール或いは42アロイ等のニッケ
ルと鉄系の合金であることが望ましい。これは、上記金
系の接合材、特に融点が370°Cの共晶組成の金−シ
リコンハンダと良く馴染み、高強度に接合できるためで
ある。
Further, in the present invention, the metal bonded to the ceramics is preferably an alloy of nickel and iron such as Kovar or 42 alloy. This is because it is well compatible with the above-mentioned gold-based bonding material, particularly gold-silicon solder having a eutectic composition with a melting point of 370 ° C., and can bond with high strength.

【0013】なお、上記した本発明にかかる接合方法が
実施できるセラミックスは、何ら限定されるものではな
いが、アルミナを第一成分とし、850〜1000°C
で焼成される低温焼成セラミックスに、本発明を実施す
る場合に特に有効となる。
The ceramics for which the above-mentioned joining method according to the present invention can be carried out is not limited in any way.
It is particularly effective when the present invention is applied to the low temperature fired ceramics fired in (1).

【0014】これは、低温焼成セラミックスは、近年、
抵抗やコンデンサ等の電子部品を装着する電子部品用基
板として使用することが成され始めており、上記した本
発明にかかる接合方法の作用・効果が有効に発揮され、
かかる電子部品用基板の製造を可能とするためである。
This is because low temperature fired ceramics have been used in recent years.
It has begun to be used as a substrate for electronic parts for mounting electronic parts such as resistors and capacitors, and the action and effect of the above-described joining method according to the present invention is effectively exhibited.
This is because it is possible to manufacture the electronic component substrate.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を詳細に説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be given below together with comparative examples.
The present invention will be described in detail.

【0016】まず、セラミックスの表面に形成された銀
とパラジウムとから成るメタライズパターン上に重ねる
金層の効果を調べるため、接合するセラミックス試料と
してアルミナを第一成分とし、900°Cで焼成された
幅50mm,長さ50mm,厚さ1.0mmのセラミッ
クス基板を作成し、該セラミックス基板上に、2.0m
m角の大きさで田中貴金属工業(株)製の銀とパラジウ
ムとから成るペースト(TR−4865)を850°C
で焼付け、さらにその上方に、表1に示す種々の厚みに
なるように田中貴金属工業(株)製の金ペースト(TR
−1301)を850°Cで焼付けたセラミックス試料
を作成した。
First, in order to investigate the effect of the gold layer overlying the metallized pattern made of silver and palladium formed on the surface of the ceramics, alumina was used as the first component of the ceramics sample to be bonded, and it was fired at 900 ° C. A ceramic substrate with a width of 50 mm, a length of 50 mm and a thickness of 1.0 mm is prepared, and 2.0 m is placed on the ceramic substrate.
850 ° C with a paste (TR-4865) made of Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd. and composed of silver and palladium in a size of m square.
Bake, and on top of that, a gold paste (TR made by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) with various thicknesses shown in Table 1
-1301) was baked at 850 ° C to prepare a ceramic sample.

【0017】つぎに、上記セラミックス試料の金表面
に、2mm角で厚さ50μmの田中電子工業(株)製の
金−3.15wt%シリコンハンダ(融点370°C)
を介して、幅2mm,長さ10mm,厚さ0.5mmに
切断された住友特殊金属(株)製のコバール(KV−
2)、及び42アロイを、その先端2mmの部分で各々
重ね、アルゴン雰囲気中で400°Cに加熱し、両者を
ハンダ付けした。
Next, on the gold surface of the above-mentioned ceramic sample, gold-3.15 wt% silicon solder (melting point 370 ° C.) of 2 mm square and 50 μm thick manufactured by Tanaka Denshi Kogyo Co., Ltd.
2 mm in width, 10 mm in length, and 0.5 mm in thickness, which are made by Sumitomo Special Metals Co., Ltd. (KV-
2) and 42 alloy were overlapped with each other at the tip of 2 mm, heated at 400 ° C. in an argon atmosphere, and both were soldered.

【0018】その後、ハンダ付けした上記接合試料の接
合具合を評価するため、上記接合したコバール或いは4
2アロイの否接合部分を90°外方に折り曲げ、この折
り曲げ部を挟持して0.5mm/minのスピードで基
板に対し直角方向にコバール或いは42アロイを引き剥
がす試験を実施し、この時の破壊強度から単位面積当た
りの強度(kgf/mm2 )を算出し、その値を「接合
強度」として評価した。その結果を表1に示す。
Then, in order to evaluate the joining condition of the soldered joined sample, the above-mentioned joined Kovar or 4
The test was conducted by bending the unbonded part of 2 alloy outward by 90 °, sandwiching this bent part, and peeling off Kovar or 42 alloy in a direction perpendicular to the substrate at a speed of 0.5 mm / min. The strength per unit area (kgf / mm 2 ) was calculated from the breaking strength, and the value was evaluated as “bonding strength”. The results are shown in Table 1.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】表1に示す結果より、金層を形成しないも
の(比較例1)、或いは形成した金層が3μmに満たな
いもの(比較例2,3)は、その接合強度が弱く、実用
強度である2kgf/mm2 を満たさないことが判明し
た。また、金層の厚さが3μm以上のもの(実施例1〜
7)であれば、その接合強度は2kgf/mm2 を越え
ることとなり、実用に耐えうるものとなるが、その後の
接合強度の金層の厚みに対する依存性はなく、製作コス
トを考慮した場合、金層の厚さは10μm以内とするこ
とが望ましいことが分かった。
From the results shown in Table 1, those without a gold layer (Comparative Example 1) or those with a gold layer formed less than 3 μm (Comparative Examples 2 and 3) have weak bonding strength and practical strength. It was found that the value of 2 kgf / mm 2 was not satisfied. In addition, a gold layer having a thickness of 3 μm or more (Examples 1 to 1)
In the case of 7), the bonding strength exceeds 2 kgf / mm 2 and can be practically used, but the subsequent bonding strength does not depend on the thickness of the gold layer, and when considering the manufacturing cost, It has been found that the thickness of the gold layer is preferably 10 μm or less.

【0021】つぎに、セラミックスの表面に形成された
銀とパラジウムとから成るメタライズパターン上に、金
層を形成する方法として、メッキによる方法を実施し
た。
Next, as a method for forming a gold layer on the metallized pattern made of silver and palladium formed on the surface of the ceramic, a method by plating was carried out.

【0022】実施方法は、セラミックス試料として、ア
ルミナを第一成分とし、900°Cで焼成されたセラミ
ックスを使用し、該セラミックス上に田中貴金属工業
(株)製の銀とパラジウムとから成るペースト(TR−
4865)を850°Cで焼付け、該試料に3μmの膜
厚を有する金層を形成すべく、該試料を、シアン化金カ
リウム(10g/l),リン酸二水素カリウム(96g
/l),クエン酸(24g/l),EDTA−コバルト
カリウム(2g/l),リン酸水素二カリウム(80g
/l)とから成る金メッキ浴に浸漬することにより行っ
た。
In the method of implementation, as a ceramic sample, a ceramic containing alumina as the first component and fired at 900 ° C. is used, and a paste (silver and palladium made by Tanaka Kikinzoku Kogyo KK TR-
4865) at 850 ° C. to form a gold layer having a thickness of 3 μm on the sample, the sample was treated with potassium gold cyanide (10 g / l), potassium dihydrogen phosphate (96 g).
/ L), citric acid (24 g / l), EDTA-cobalt potassium (2 g / l), dipotassium hydrogen phosphate (80 g
/ L).

【0023】上記メッキ方法を実施した結果、セラミッ
クス中のアルカリ成分が上記金メッキ浴により侵されて
しまい、実用に供し得るセラミックス基板を得ることが
できないことが判明した。
As a result of carrying out the above-mentioned plating method, it was found that the alkaline component in the ceramics was attacked by the gold plating bath, and it was not possible to obtain a ceramics substrate for practical use.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるセラミッ
クスと金属との接合方法によれば、セラミックスの表面
に形成された銀とパラジウムとから成るメタライズパタ
ーン上への金系接合材のヌレ性が改善され、金属を高強
度でセラミックスに接合できるようになり、セラミック
スの電子部品用基板としての用途を拡大することができ
る。
As described above, according to the method for joining the ceramic and the metal according to the present invention, the wetting property of the gold-based joining material on the metallized pattern made of silver and palladium formed on the surface of the ceramic is improved. It is improved, and it becomes possible to bond a metal to ceramics with high strength, and the application of ceramics as a substrate for electronic parts can be expanded.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セラミックスの表面に、銀とパラジウム
とから成るメタライズパターンを形成し、該メタライズ
パターンの表面に、更に3μm以上の厚さの金層を形成
し、該金層の表面に、金系の接合材を用いて金属を接合
することを特徴とする、セラミックスと金属との接合方
法。
1. A metallized pattern made of silver and palladium is formed on the surface of ceramics, a gold layer having a thickness of 3 μm or more is further formed on the surface of the metallized pattern, and a gold layer is formed on the surface of the gold layer. A method for joining ceramics and metal, which comprises joining metals using a system-based joining material.
【請求項2】 上記メタライズパターンの表面に形成さ
れる金層が、金或いは金を主成分とする粉体をメタライ
ズパターンの表面に塗布し、その後焼結させる厚膜方式
により形成された金層であることを特徴とする、請求項
1記載のセラミックスと金属との接合方法。
2. The gold layer formed on the surface of the metallized pattern is formed by a thick film method in which gold or a powder containing gold as a main component is applied to the surface of the metallized pattern and then sintered. The method for joining ceramics and a metal according to claim 1, wherein
【請求項3】 上記金系の接合材が、融点が370°C
の共晶組成の金−シリコンハンダであることを特徴とす
る、請求項1記載のセラミックスと金属との接合方法。
3. The melting point of the gold-based bonding material is 370 ° C.
2. The method for joining ceramics and metal according to claim 1, wherein the solder is a gold-silicon solder having the eutectic composition.
【請求項4】 上記セラミックスに接合する金属が、コ
バール或いは42アロイ等のニッケルと鉄系の合金であ
ることを特徴とする、請求項1記載のセラミックスと金
属との接合方法。
4. The method for joining ceramics and metal according to claim 1, wherein the metal to be joined to the ceramics is a nickel-iron alloy such as Kovar or 42 alloy.
【請求項5】 上記セラミックスが、アルミナを第一成
分とし、850〜1000°Cで焼成されたセラミック
スであることを特徴とする、請求項1記載のセラミック
スと金属との接合方法。
5. The method for joining a ceramic and a metal according to claim 1, wherein the ceramic is a ceramic having alumina as a first component and fired at 850 to 1000 ° C.
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