JPH0679991B2 - Metallization composition of nitride ceramic body and metallization method - Google Patents

Metallization composition of nitride ceramic body and metallization method

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JPH0679991B2
JPH0679991B2 JP26981185A JP26981185A JPH0679991B2 JP H0679991 B2 JPH0679991 B2 JP H0679991B2 JP 26981185 A JP26981185 A JP 26981185A JP 26981185 A JP26981185 A JP 26981185A JP H0679991 B2 JPH0679991 B2 JP H0679991B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はメタライズ組成物に関するもので、より詳細に
はオキシナイトライドガラス成分を含有し、窒化物セラ
ミック体の表面にメタライズ層を形成するのに有用なメ
タライズ組成物に関するものである。更に、この組成物
を用いた窒化物セラミック体のメタライズ方法に関する
ものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metallized composition, and more particularly to a metallized composition containing an oxynitride glass component to form a metallized layer on the surface of a nitride ceramic body. The present invention relates to a metallized composition useful for Furthermore, the present invention relates to a method for metallizing a nitride ceramic body using this composition.

〔先行技術及びその問題点〕[Prior art and its problems]

近時、セラミック体と金属との接合は両材料の複合的工
業技術にとって極めて重要な役割をなしている。そして
セラミック体の新規材料の開発に伴い、従来の酸化物セ
ラミック体にはない優れた性質、例えば高温高強度特性
を有する窒化ケイ素セラミックスが注目されており、か
かるセラミック体に対する金属との接合には優れた強度
が要求されている。
Recently, the joining of ceramic bodies and metals plays a very important role in the composite engineering of both materials. With the development of new materials for ceramic bodies, attention has been paid to silicon nitride ceramics, which have excellent properties that conventional oxide ceramic bodies do not have, such as high-temperature and high-strength characteristics. Excellent strength is required.

上記接合に用いられるメタライズ方法には高温金属法
(例えば、テレフンケン法)が知られている。
A high temperature metal method (for example, the Telefunken method) is known as a metallizing method used for the above joining.

しかしながら、従来周知の高温金属法により窒化物セラ
ミック体をメタライズしても接着強度に劣り、容易に剥
離するという問題があった。
However, even if the nitride ceramic body is metallized by the conventionally known high temperature metal method, the adhesive strength is poor and there is a problem that it is easily peeled off.

〔問題点を解決する手段〕[Means for solving problems]

本発明者等は上記事情に鑑みて鋭意研究の結果、以下に
詳述する特定組成のオキシナイトライドガラスと高融点
金属粉末とを含有する組成物は窒化物セラミック体に強
固に密着し、剥離強度に優れたメタライズ層をこのセラ
ミック体上に形成し得ることを見出した。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of the above circumstances, and a composition containing an oxynitride glass having a specific composition and a high melting point metal powder, which will be described in detail below, firmly adheres to the nitride ceramic body and peels off. It has been found that a metallized layer with excellent strength can be formed on this ceramic body.

即ち、本発明によれば、周期律表第IIa族元素又は第III
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成ることを特徴とする窒化物セラミック
体のメタライズ組成物が提供される。
That is, according to the present invention, an element of Group IIa or Group IIIa of the periodic table.
Provided is a metallized composition for a nitride ceramic body, which is essentially composed of at least one selected from Group a elements, oxynitride glass of aluminum and silicon, and a refractory metal powder.

更に、本発明によれば、周期律表第IIa族元素又は第III
a族元素から選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及
びケイ素のオキシナイトライドガラスと高融点金属粉末
とから実質的に成るメタライズ組成物をペースト状と
し、これを窒化物セラミック体の所要箇所に塗布した
後、非酸化性雰囲気中1000〜1600℃の温度で焼付けるこ
とを特徴とする窒化物セラミック体メタライズ方法が提
供される。
Furthermore, according to the present invention, the periodic table group IIa element or group IIIa
At least one selected from Group a elements, a metallized composition consisting essentially of oxynitride glass of aluminum and silicon and a high melting point metal powder is made into a paste, and after applying this to a required portion of the nitride ceramic body, There is provided a method for metallizing a nitride ceramic body, which comprises baking at a temperature of 1000 to 1600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.

本発明は、既に指摘した通り、前記組成のオキシナイト
ライドガラスをメタライズ用のガラスバインダーとして
用いることに特徴を有するものである。即ち、このオキ
シナイトライドガラスを用いることにより、従来のオキ
サイドガラスを用いたメタライズ組成物からはまったく
予想外な程に窒化物セラミック体に対して接着強度の優
れたメタライズ層の形成が可能となる。
As already pointed out, the present invention is characterized by using the oxynitride glass having the above composition as a glass binder for metallization. That is, by using this oxynitride glass, it becomes possible to form a metallized layer having excellent adhesion strength to a nitride ceramic body, which is completely unexpected from the metallized composition using conventional oxide glass. .

オキシナイトライドガラス 本発明のメタライズ組成物に用いるオキシナイトライド
ガラスの或るものは、従来Mg−Si−Al−O−Nガラス或
いはY−Si−Al−O−Nガラスとして知られているが、
酸素の一部が窒素で置換されていることが従来のメタラ
イズ用ガラスバインダーとの顕著な相違点である。一般
に、窒化物セラミック体に対する接着性の点ではオキシ
ナイトライドガラスの中の窒素の含有量は、全体当たり
2乃至19重量%、特に2乃至15重量%の範囲にあるのが
よい。
Oxynitride Glass Some of the oxynitride glass used in the metallized composition of the present invention is conventionally known as Mg-Si-Al-O-N glass or Y-Si-Al-O-N glass. ,
The fact that a part of oxygen is replaced by nitrogen is a remarkable difference from the conventional glass binder for metallization. Generally, in terms of adhesion to the nitride ceramic body, the nitrogen content in the oxynitride glass should be in the range of 2 to 19% by weight, especially 2 to 15% by weight.

本発明のオキシナイトライドガラスにおいて、周期律表
第IIa族元素としてはベリリウム(Be)、マグネシウム
(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バ
リウム(Ba)或いはこれら2種以上の組合せを挙げるこ
とができが、この内でもマグネシウムが最も好適であ
る。セラミック体に対する接着性の点では周期律表第II
a族元素、Al及びSiは3成分基準の原子比%で第1図で
四つの直線I、II、III及びIVで囲まれた組成範囲にあ
ることが望ましい(以下、第IIa族元素を含むオキシナ
イトライドガラスをタイプ(i)とする)。
In the oxynitride glass of the present invention, beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), or a combination of two or more thereof is used as the Group IIa element of the periodic table. Of these, magnesium is most preferred. In terms of adhesion to ceramic bodies, Periodic Table II
It is desirable that the group a elements, Al and Si, are in a composition range surrounded by four straight lines I, II, III and IV in FIG. 1 in the atomic ratio% based on the three components (hereinafter, including the group IIa elements. Oxynitride glass is type (i)).

即ち、このタイプの前記オキシナイトライドガラス
(i)が3成分基準原子比%で表して、下記式 Z≧0.30X−0.70Y …(I) Z≧−0.11X+0.69Y …(II) Y≧5 …(III) X≧5 …(IV) 式中、xは3成分基準での周期律表第IIa族元素の原子
比%、Yはアルミニウムの原子比%、Zはケイ素の原子
比%であり、ここでX+Y+Z=100であるものとす
る。
That is, the oxynitride glass (i) of this type is represented by the three-component reference atomic ratio% and has the following formula Z ≧ 0.30X−0.70Y (I) Z ≧ −0.11X + 0.69Y (II) Y ≧ 5 (III) X ≧ 5 (IV) In the formula, x is the atomic ratio% of the Group IIa element of the periodic table on the basis of three components, Y is the atomic ratio of aluminum, and Z is the atomic ratio of silicon. Yes, it is assumed that X + Y + Z = 100.

で表わされる範囲内にあることが望ましい。It is desirable to be within the range represented by.

尚、第1図中の直線I、II、III及びIVは上記式中で等
号の場合の各式と対応する。
Incidentally, the straight lines I, II, III and IV in FIG. 1 correspond to the respective equations in the case of the equal sign in the above equation.

本発明者等の実験によれば、上記直線I、II、III及びI
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定するのがよいことが判った。
According to experiments conducted by the present inventors, the above straight lines I, II, III and I
It has been found that it is preferable to set the following formula as a more desirable range of the composition range surrounded by V.

即ち、 Z≧0.37X−0.66Y …(I) Z≧−0.06X+0.80Y …(II) Y≧10 …(III) X≧10 …(IV) 本発明のオキシナイトライドガラスにおいて、周期律表
第IIIa族元素としてはスカンジウム(Sc)、イットリウ
ム(Y)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオ
ジム(Pr)、ネオジム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サ
マリウム(Sm)、ユーロピウム(Eu)、ガドリニウム
(Gd)、テレビウム(Td)、ジスプロシウム(Dy)、ホ
ルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、
イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)等を挙げるこ
とができるが、イットリウム、ランタン、セリウムが好
適である。
That is, Z ≧ 0.37X−0.66Y (I) Z ≧ −0.06X + 0.80Y (II) Y ≧ 10 (III) X ≧ 10 (IV) In the oxynitride glass of the present invention, the periodic table is used. Group IIIa elements include scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), europium (Eu). , Gadolinium (Gd), Television (Td), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm),
Ytterbium (Yb), lutetium (Lu) and the like can be mentioned, but yttrium, lanthanum and cerium are preferable.

セラミック体に対する接着性の点では周期律表第IIIa族
元素、Al及びSiは3成分基準の原子比%で第2図におけ
る四つの直線V、VI、III及びIVで囲まれた組成範囲に
あることが望ましい(以下、第IIIaの族元素を含むオキ
シナイトライドガラスをタイプ(ii)とする)。
In terms of adhesion to the ceramic body, the Group IIIa elements of the periodic table, Al and Si, are in the composition range surrounded by the four straight lines V, VI, III and IV in FIG. It is desirable that the oxynitride glass containing a group IIIa element is referred to as type (ii) hereinafter.

即ち、このタイプのオキシナイトライドガラス(ii)が
3成分基準原子比%で表して、下記式 Z≧0.20X+0.09Y …(V) Z≧−0.32X+0.47Y …(VI) Y≧5 …(III) X≧5 …(IV) 式中、Xは3成分基準での周期律表第IIa族元素の原子
比%、Yはアルミニウムの原子比%、Zはケイ素の原子
比%であり、ここでX+Y+Z=100であるものとす
る。
That is, this type of oxynitride glass (ii) is represented by the three-component reference atomic ratio% and has the following formula: Z ≧ 0.20X + 0.09Y (V) Z ≧ −0.32X + 0.47Y (VI) Y ≧ 5. (III) X ≧ 5 (IV) In the formula, X is the atomic ratio% of the Group IIa element of the periodic table on the basis of the three components, Y is the atomic ratio of aluminum, and Z is the atomic ratio of silicon, Here, it is assumed that X + Y + Z = 100.

で表わされる組成を有することが望ましい。It is desirable to have a composition represented by

尚、第2図中の直線V、VI、III、VIは上記式中で等号
の場合の各式と対応する。
The straight lines V, VI, III and VI in FIG. 2 correspond to the respective equations in the case of the equal sign in the above equation.

本発明者等の実験によれば、上記直線V、VI、III及びI
Vで囲まれた組成範囲の更に望ましい範囲として下記式
に設定することがよいことが判った。
According to experiments conducted by the present inventors, the straight lines V, VI, III and I
It has been found that it is preferable to set the following formula as a more desirable range of the composition range surrounded by V.

即ち、 Z≧0.28X+0.14Y …(V) Z≧−0.29X+0.59Y …(VI) Y≧10 …(III) x≧10 …(IV) 本発明で用いるオキシナイトライドガラスは組成が上記
の範囲となるように各窒化物及び酸化物原料、或いは溶
融条件下にオキシナイトライドとなる原料化合物を配合
して均密混合し、これら成分を溶融してガラス化するこ
とにより得られる。
That is, Z ≧ 0.28X + 0.14Y (V) Z ≧ −0.29X + 0.59Y (VI) Y ≧ 10 (III) x ≧ 10 (IV) The composition of the oxynitride glass used in the present invention is as described above. It is obtained by blending each of the nitride and oxide raw materials or the raw material compound which becomes the oxynitride under the melting condition so as to be within the range, intimately mixing, and melting and vitrifying these components.

ケイ素原料としては、シリカ(SiO2)や窒化ケイ素(Si
3N4)を用いることができ、アルミニウム原料として
は、アルミナ(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)、或
いは硝酸アルミニウム等を用いることができる。また、
周期律表第IIa族原料或いは第IIIa族原料としては酸化
物、水酸化物、窒化物、硝酸塩、炭酸塩等を用いること
ができる。勿論、最終ガラス中に前述した量の窒素が含
有されるように、少なくとも1種の原料の少なくとも一
部として窒化物を用いなければならない。
As a silicon raw material, silica (SiO 2 ) or silicon nitride (Si
3 N 4 ) can be used, and alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), aluminum nitrate, or the like can be used as the aluminum raw material. Also,
As the group IIa raw material or the group IIIa raw material of the periodic table, oxides, hydroxides, nitrides, nitrates, carbonates and the like can be used. Of course, the nitride must be used as at least a part of the at least one raw material so that the above-mentioned amount of nitrogen is contained in the final glass.

本発明においては、アルミニウム原料の少なくとも一部
として窒化アルミニウムを用いることが望ましい。即
ち、窒化アルミニウムを用いることにより、一層均質で
一様なガラス化の達成され、また最終ガラス中に有効に
窒素を固定させることができる。
In the present invention, it is desirable to use aluminum nitride as at least a part of the aluminum raw material. That is, by using aluminum nitride, more homogeneous and uniform vitrification can be achieved, and nitrogen can be effectively fixed in the final glass.

本発明に用いるガラスは、上述した成分を必須不可欠と
するものであるが、それ以外の成分が混入されるのを排
除するものではない。例えば、ガラス組成物を調整する
のに伴ってボール等の粉砕媒体の摩耗により必然的に混
入されるような、例えばWC、ZrO2等があり、これらは全
組成物中10重量%以内で許容される。また、例えば、Al
2O3、AlN等の粉砕媒体を用いれば、本発明のガラス組成
物に要求される成分を混入することができる。
The glass used in the present invention essentially contains the above-mentioned components, but it does not exclude the inclusion of other components. For example, there are WC, ZrO 2 and the like, which are inevitably mixed by abrasion of grinding media such as balls as the glass composition is adjusted, and these are acceptable within 10% by weight in the entire composition. To be done. Also, for example, Al
If a grinding medium such as 2 O 3 or AlN is used, the components required for the glass composition of the present invention can be mixed.

更に本発明においては、上述した原料を所定範囲の混合
比率で調合し、非酸化性雰囲気中で加熱して溶融し、冷
却した。この加熱温度は1500乃至1900℃の温度範囲に設
定するのが望ましく、1500未満であれば容易に溶けず、
1900℃を超えると分解して揮発するようになる。次いで
粉砕して、塗布又はスクリーン印刷を行いやすくするた
めに100メッシュ以下の粒度に設定するのがよい。
Furthermore, in the present invention, the above-mentioned raw materials were prepared in a mixing ratio within a predetermined range, heated in a non-oxidizing atmosphere, melted, and cooled. It is desirable to set this heating temperature in the temperature range of 1500 to 1900 ° C. If it is less than 1500, it does not melt easily,
When it exceeds 1900 ℃, it decomposes and volatilizes. Next, it is preferable to grind and set the particle size to 100 mesh or less in order to facilitate coating or screen printing.

前記非酸化性雰囲気は真空雰囲気、窒素、アルゴン等の
ガスから成る不活性雰囲気のいずれでも選択できるが、
窒素ガスを用いると窒素ガス分圧に応じてガラス分解の
平衡を制御することができ、ガラスのガス化を制御して
無駄のない製作ができるという利点を有する。
The non-oxidizing atmosphere can be selected from any of a vacuum atmosphere, an inert atmosphere composed of a gas such as nitrogen or argon,
The use of nitrogen gas has the advantage that the equilibrium of glass decomposition can be controlled according to the partial pressure of nitrogen gas, and the gasification of glass can be controlled to enable efficient production.

本発明の前記タイプ(i)及び(ii)のガラスは完全に
非晶質のガラスであってもよいし、また組成によって成
分の一部材が結晶化された形で含有されていてもよい。
例えば、ガラス全体当たり40体積%以下のものが、シリ
コンオキシナイトライド、サイアロン系化合物、N含有
シリケート等の結晶の形でガラス中に含有されていても
よい。
The glass of the above-mentioned types (i) and (ii) of the present invention may be a completely amorphous glass, or one member of the component may be contained in a crystallized form depending on the composition.
For example, 40% by volume or less of the whole glass may be contained in the glass in the form of crystals such as silicon oxynitride, sialon-based compound, and N-containing silicate.

本発明に用いるオキシナイトライドガラスはタイプ
(i)とタイプ(ii)とを混合した形で使用することも
できる。この場合、ガラス(i)とガラス(ii)とを粉
末の形で混合してメタライズ組成物中に含有させても、
或いはガラス(i)とガラス(ii)とを予め溶融混合し
て混溶ガラスの形で用いてもよい。
The oxynitride glass used in the present invention can also be used in the form of a mixture of type (i) and type (ii). In this case, even if the glass (i) and the glass (ii) are mixed in the form of powder to be contained in the metallized composition,
Alternatively, the glass (i) and the glass (ii) may be melt mixed in advance and used in the form of mixed glass.

メタライズ組成物 オキシナイトライドガラス中に分散混合させる高融点金
属粉末は基本的に焼付温度で溶融、気化等が起こらない
金属、金属のケイ化物、窒化物、ホウ化物の粉末で、ガ
ラスを焼付けした場合、金属、金属のケイ化物、窒化
物、ホウ化物或いはそれらの混合物として存在するもの
であればよく、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハ
フニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タ
ンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タン
グステン(W)など周期律表IV、V、VI族a系列の金属
元素粉末がよい。これらの内でもタングステン、モリブ
デン、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイ
ド、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、
ニオブシリサイド、タンタルシリサイド或いはこれらの
2種以上の組合せが特に好適である。また、金属粉末は
100メッシュ以下の粒度を有することが望ましい。
Metallized composition The refractory metal powder to be dispersed and mixed in oxynitride glass is basically a powder of metal, metal silicide, nitride, and boride that does not melt or vaporize at the baking temperature, and the glass is baked. In this case, any metal, metal silicide, nitride, boride or a mixture thereof can be used, and titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb) can be used. ), Tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and the like are metal element powders of the a series of group IV, V, and VI of the periodic table. Among these, tungsten, molybdenum, tungsten silicide, molybdenum silicide, tungsten carbide, molybdenum carbide,
Niobium silicide, tantalum silicide, or a combination of two or more of these is particularly suitable. Also, the metal powder
It is desirable to have a particle size of 100 mesh or less.

ガラスと高融点金属粉末との配合割合はかなり広い範囲
にわたって変化させ得るが、一般にガラス粉末35乃至90
体積%、特に40乃至75体積%と、金属粉末10乃至65体積
%、特に25乃至60体積%とを混合して用いるのがよい。
The blending ratio of glass and refractory metal powder can be varied over a fairly wide range, but in general glass powder 35 to 90
It is preferable to use a mixture of 10% to 65% by volume, especially 25 to 60% by volume of metal powder and 40% to 75% by volume.

本発明のメタライズ組成物は、セラミック体への塗布性
及び付着性を付与するための助剤を用いることができ
る。例えば、本発明の組成物に有機バインダーや有機溶
媒を加えて塗布用組成物とする。有機バインダーとして
は、例えばニトロセルロース、エチルセルロース、有機
溶媒としては例えば、α−テルピオネール、ブチルーカ
ルデトールアセテートを用いることができる。塗布性及
び付着性の点ではガラスと金属との合計量を基準にし
て、1乃至10重量%の有機バインダー、及び10乃至20重
量%の有機溶媒を用いるのが望ましい。
The metallized composition of the present invention can use an auxiliary agent for imparting coatability and adhesion to a ceramic body. For example, an organic binder or an organic solvent is added to the composition of the present invention to prepare a coating composition. As the organic binder, for example, nitrocellulose or ethyl cellulose can be used, and as the organic solvent, for example, α-terpionel or butyl-calditol acetate can be used. From the viewpoint of coating property and adhesion, it is desirable to use 1 to 10% by weight of an organic binder and 10 to 20% by weight of an organic solvent based on the total amount of glass and metal.

メタライズドセラミック体及びその製法 一例として第3図に本発明の方法によるメタライズ構造
の一部縦断斜視図を示す。
As an example of the metallized ceramic body and its manufacturing method, FIG. 3 shows a partially longitudinal perspective view of a metallized structure by the method of the present invention.

窒化物セラミック体1上の接合に必要なエリアにわたっ
て定着されたメタライズ組成物は焼付けによってメタラ
イズ部2を形成しており、このメタライズ部2上にメッ
キによりニッケル(Ni)層3、続けてメッキにより金
(Au)層4を形成し、金層4上にハンダ付が可能な状態
とする。
The metallized composition fixed over the area necessary for bonding on the nitride ceramic body 1 forms a metallized portion 2 by baking, and the metallized portion 2 is plated with a nickel (Ni) layer 3 and then with a plating. A gold (Au) layer 4 is formed so that soldering is possible on the gold layer 4.

窒化物セラミック体としては、窒化ケイ素(Si3N4)、
窒化アルミニウム(AlN)、サイアロン、窒化ホウ素(B
N)、窒化チタン(TiN)、窒化ジルコニウム(ZrN)等
の1種又は2種以上の組合せから成る焼結体を挙げるこ
とができる。勿論、これらの焼結体は窒化物セラミック
体の本質を逸脱しない範囲内で、他の成分、例えば酸化
物セラミック等を含有していてもよく、また各種焼結助
剤を含有していてもよい。
As the nitride ceramic body, silicon nitride (Si 3 N 4 ),
Aluminum Nitride (AlN), Sialon, Boron Nitride (B
N), titanium nitride (TiN), zirconium nitride (ZrN), etc. can be mentioned as a sintered body made of one kind or a combination of two or more kinds. Of course, these sintered bodies may contain other components, for example, oxide ceramics, etc., and may contain various sintering aids within a range not departing from the essence of the nitride ceramic body. Good.

焼結助剤としては周期律表第IIa族、第IIIa族元素、ア
ルミニウム及びケイ素などの酸化物及び窒化アルミニウ
ム(AlN)の単独もしくは組合わせて使用される。これ
らの助剤は焼結によって粒間相の主相を形成し、粒間相
は通常、オキシナイトライドガラス或いはこのガラスが
結晶化したオキシナイトライド結晶相から構成されてい
る。
As a sintering aid, elements of Group IIa and Group IIIa of the Periodic Table, oxides of aluminum and silicon, and aluminum nitride (AlN) are used alone or in combination. These auxiliaries form the main phase of the intergranular phase by sintering, and the intergranular phase is usually composed of an oxynitride glass or an oxynitride crystal phase obtained by crystallizing the glass.

所定の形状に成形され、焼結されたセラミック体1のメ
タライズすべき表面を研磨し、メタライズ面を容易す
る。この面に、前述したメタライズ用塗布組成物をシル
クスクリーン印刷或いはその他の塗布手段で塗布する。
この塗布層を1000乃至1600℃、好適には1300乃至1600℃
の温度範囲内に設定された非酸化性雰囲気で加熱して焼
付けすればよい。この非酸化性雰囲気については真空雰
囲気、窒素、アルゴン等のガスから成る不活性雰囲気の
いずれでもよく、特に窒素ガスを用いると窒素ガス分圧
に応じてガラス分解の平衡を制御することができてガラ
スのガス化を制御するのに加えて、メタライズ層に気泡
が発生せず、優れたメタライズドセラミック体を効率的
に作製することができる。
The surface to be metallized of the ceramic body 1 formed into a predetermined shape and sintered is polished to facilitate the metallized surface. The coating composition for metallization described above is applied to this surface by silk screen printing or other application means.
This coating layer is 1000 to 1600 ℃, preferably 1300 to 1600 ℃
It suffices to heat and bake in a non-oxidizing atmosphere set within the temperature range of. The non-oxidizing atmosphere may be a vacuum atmosphere or an inert atmosphere composed of a gas such as nitrogen or argon. Particularly, when nitrogen gas is used, the equilibrium of glass decomposition can be controlled according to the partial pressure of nitrogen gas. In addition to controlling gasification of glass, bubbles are not generated in the metallized layer, and an excellent metallized ceramic body can be efficiently produced.

メタライズ層の厚みは一般に5乃至50mm、特に10乃至30
mmの範囲にあるのがよい。
The thickness of the metallization layer is generally 5 to 50 mm, especially 10 to 30
It should be in the mm range.

本発明において、メタライズ層の形成にオキシナイトラ
イドガラスを用いると、このガラスが接するセラミック
スの間で物質の移動が容易となり、低い温度によりセラ
ミックス平衡蒸気圧が低く設定できるためにセラミック
ス界面の分解や気泡発生を著しく低減せしめることがき
た。加えて、このガラスは窒化物セラミック体との濡れ
性に優れており、またガラス中の高濃度窒素成分によ
り、オキサイドガラスに比べて反応による気泡の発生を
抑制でき、この結果メタライズ層の窒化物セラミック体
への接合強度を著しく向上せしめている。
In the present invention, when an oxynitride glass is used for forming the metallized layer, it becomes easy for the substance to move between the ceramics in contact with the glass, and the ceramic equilibrium vapor pressure can be set low due to a low temperature, so that the decomposition of the ceramic interface or It has been possible to significantly reduce the generation of bubbles. In addition, this glass has excellent wettability with the nitride ceramic body, and due to the high-concentration nitrogen component in the glass, it is possible to suppress the generation of bubbles due to the reaction as compared with the oxide glass, and as a result, the nitride of the metallized layer is suppressed. The bonding strength to the ceramic body is significantly improved.

更に、オキシナイトライドガラスは他のガラスに比べて
強度及び硬度に優れており、高温下での粘性も大きく、
且つ耐水性及び耐薬品性にも優れている。これにより、
本発明のメタライズドセラミック体を高温構造材として
好適なものとしている。
Furthermore, oxynitride glass is superior in strength and hardness to other glasses, and has a large viscosity at high temperatures,
It also has excellent water resistance and chemical resistance. This allows
The metallized ceramic body of the present invention is suitable as a high temperature structural material.

得られたメタライズ部の上には、既述のように接合すべ
き金属をハンダ付けして構造材としたり、AuもしくはNi
のような高い導電性を有する金属をメッキしてプリント
基板のような導体配線を形成して電気的材料に応用する
ことができる。
On the obtained metallized portion, the metal to be joined is soldered as described above to form a structural material, or Au or Ni.
It can be applied to an electrical material by plating a metal having high conductivity as described above to form a conductor wiring such as a printed circuit board.

本発明のメタライズドセラミック体に関して、後記のは
んだ付け後の接合強度の測定方法をここで第4図により
説明しておく。
Regarding the metallized ceramic body of the present invention, a method for measuring the joint strength after soldering, which will be described later, will now be described with reference to FIG.

即ち、テストピースSである窒化物セラミック体1は左
右より万力8によって中央方向に圧縮力〔太矢印〕を付
与された状態で堅固に固定されており、金層4上に吊金
具5をハンダ6をもって固定し、この吊金具5の上端に
プッシュプルゲージ(ゼンマイばねばかり)7を取付け
る。この状態で吊金具5を30mm/分の速さで上方に引き
上げ、メタライズ部2がセラミック体1より剥離した瞬
間の強度をゲージ7で読み取る。
That is, the nitride ceramic body 1, which is the test piece S, is firmly fixed in a state in which a compressive force [thick arrow] is applied in the central direction from the left and right by the vise 8, and the hanging metal fitting 5 is mounted on the gold layer 4. It is fixed with solder 6, and a push-pull gauge (only a spring spring) 7 is attached to the upper end of the hanging metal fitting 5. In this state, the hanging metal fitting 5 is pulled up at a speed of 30 mm / minute, and the strength at the moment when the metallized portion 2 is separated from the ceramic body 1 is read by the gauge 7.

〔実施例〕〔Example〕

(1)窒化物セラミック体 第1表に示す通りの焼結助剤を含む窒化物セラミック用
出発原料を粉砕混合し、所望の形状に成形し、脱バイン
ダー後、窒素雰囲気中第1表に示すような焼結条件にて
焼成し、然る後、、この焼結体のメタライズ面を250番
のダイヤモンドホイールにて研磨し、テストピース(試
料No.a−1乃至a−7)を得た。
(1) Nitride ceramic body A starting material for a nitride ceramic containing a sintering aid as shown in Table 1 is pulverized and mixed, molded into a desired shape, and after debinding, shown in Table 1 in a nitrogen atmosphere. After firing under such sintering conditions, the metallized surface of this sintered body was polished with a No. 250 diamond wheel to obtain test pieces (Sample Nos. A-1 to a-7). .

(2)オキシナイトライドガラス 第2表に示す通りの配合成分及び配合比率から成る原料
を均密混合し、六方晶BNを内面にコーディングしたSiC
製ルツボに投入した。次いで窒素ガス雰囲気中第2表に
示すような溶融条件にて加熱溶融し、続けて放冷した。
(2) Oxynitride glass A SiC in which hexagonal BN is coded on the inner surface by uniformly mixing raw materials consisting of compounding ingredients and compounding ratios as shown in Table 2.
It was put into a crucible. Then, the mixture was heated and melted in a nitrogen gas atmosphere under the melting conditions shown in Table 2, and then allowed to cool.

かくして得れたカレットを乳鉢中で粗粉砕し、振動ミル
にて325メッシュ以下の粒径に調整した。
The cullet thus obtained was roughly crushed in a mortar and adjusted to have a particle size of 325 mesh or less by a vibration mill.

尚、第2表中、MgO,CaO,SrOはそれぞれMg(OH)2,CaC
O3,SrCO3をそれぞれ原料として用いた。
In Table 2, MgO, CaO and SrO are Mg (OH) 2 and CaC, respectively.
O 3 and SrCO 3 were used as raw materials, respectively.

(3)定着及び焼付け 325メッシュ以下の粒度に調整した高融点金属粉末と、
前記オキシナイトライドガラスを第3表に示す通りの配
合比で混合し、更に、有機バインダー及び有機溶媒を加
えてメタライズ組成物とした。
(3) Fixing and baking High melting point metal powder adjusted to a particle size of 325 mesh or less,
The oxynitride glass was mixed at a compounding ratio as shown in Table 3, and an organic binder and an organic solvent were further added to obtain a metallized composition.

この組成物を(1)にて得られたセラミック体上に4mm
2の面積に亘って20〜30μmの厚みて塗布し、窒素雰囲
気中第3表に示す通りの条件で焼付けを行ってメタライ
ズ部を得た。
4 mm of this composition on the ceramic body obtained in (1)
A metallized portion was obtained by applying the coating in a thickness of 20 to 30 μm over the area of 2 and baking in a nitrogen atmosphere under the conditions shown in Table 3.

更に、上記メタライズ部にNi無電解メッキを施して前述
した通りの方法にしたがって吊金具をハンダ付けしてメ
タライズ部とセラミック体との剥離強度測定を実施し
た。
Further, the electroless plating of Ni was applied to the metallized portion, and the suspending metal was soldered according to the method described above to measure the peel strength between the metallized portion and the ceramic body.

尚、この測定は各試験につきそれぞれ20個のテストピー
スを用いて行った。
The measurement was performed using 20 test pieces for each test.

この結果は第3表に示す通りである。The results are shown in Table 3.

第3表から明らかな通り、試験No.1乃至7、14乃至19に
おいては剥離強度に優れており、51MPa以上の高い値を
示している。
As is clear from Table 3, in Test Nos. 1 to 7 and 14 to 19, the peel strength is excellent, showing a high value of 51 MPa or more.

これに対して試験No.8、9では、ガラスと金属の配合比
率が本発明の望ましい範囲から外れているため、顕著に
劣化した特性値を示しており、また試験No.10乃至13で
は本発明の望ましいガラス組成から外れているために優
れた剥離強度が得られなかった。
On the other hand, in Test Nos. 8 and 9, the compounding ratio of the glass and the metal was out of the desirable range of the present invention, so that the characteristic values significantly deteriorated. Excellent peel strength was not obtained because it was out of the desirable glass composition of the invention.

更に上記実施例以外に高融点金属粉末としてTaSi2,TiN,
TiB2,ZrB2,ZrNを用いても本発明が主旨とするものと同
様な効果が得られた。
In addition to the high melting point metal powders other than the above examples, TaSi 2 , TiN,
Even if TiB 2 , ZrB 2 and ZrN were used, the same effect as that intended by the present invention was obtained.

更にまた、前記以外の周期律表第IIa族及び第IIIa族元
素を用いても、そして前記以外の他の窒化物セラミック
体へメタライズしても本発明の効果が達成できた。
Furthermore, the effects of the present invention can be achieved by using elements other than those described above in Group IIa and Group IIIa of the Periodic Table and by metallizing other nitride ceramic bodies than those described above.

また、SiO2,MgO,CaOから成る焼結助剤を用いたアルミナ
セラミックス(純度96重量%)に対して従来周知の高温
金属法に基づいてMo85重量%−Mn10重量%−SiO25重量
%のメタライズ組成物を焼付けし、前述に従って剥離強
度を測定したところ約50MPaであるが、窒化物セラミッ
ク体に対しては接着せず、容易に剥離する。
Further, SiO 2, MgO, based on the conventionally known high temperature metal techniques with respect to alumina ceramics with sintering aids consisting of CaO (purity 96 wt%) Mo85 wt% -Mn10 wt% -SiO 2 5 wt% When the metallized composition (1) was baked and the peel strength was measured according to the above, it was about 50 MPa, but it did not adhere to the nitride ceramic body and peeled off easily.

しかしながら、本発明のメタライズ組成物を用いるとア
ルミナセラミックスに対する接着性以上の強度を得るこ
とができた。
However, when the metallized composition of the present invention was used, it was possible to obtain strength higher than the adhesiveness to alumina ceramics.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述の通り、本発明のメタライズ組成物を用いると窒化
物セラミック体と金属との接合強度を著しく向上させる
ことができた。更に、このメタライズ組成物は耐水性及
び耐薬品性にも優れているため、広範な用途に適する。
As described above, the use of the metallized composition of the present invention could remarkably improve the bonding strength between the nitride ceramic body and the metal. Further, this metallized composition is also excellent in water resistance and chemical resistance, and therefore suitable for a wide range of applications.

かくして、本発明により得られたセラミック−金属接合
体は産業機械用の各種部品や、半導体パッケージや各種
セラミック基板などの電子部品に用いることができる。
Thus, the ceramic-metal bonded body obtained according to the present invention can be used for various parts for industrial machines and electronic parts such as semiconductor packages and various ceramic substrates.

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

第1図は本発明に係る周期律表第IIa族元素、アルミニ
ウム及びケイ素のオキシナイトライドガラスの好適な3
成分組成範囲を示す図であり、第2図は本発明に係る周
期律表第IIIa族元素、アルミニウム及びケイ素のオキシ
ナイトライドガラスの好適な3成分組成範囲を示す図で
あり、第3図は本発明によるメタライズ構造の一部縦断
斜視図、第4図は本発明の実施例に用いられる強度測定
方法を示す概略図である。 1……窒化物セラミック体 2……メタライズ部、3……ニッケル層 4……金層
FIG. 1 is a schematic diagram of a preferred oxynitride glass of Group IIa element, aluminum and silicon according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a component composition range, FIG. 2 is a diagram showing a suitable three-component composition range of an oxynitride glass of Group IIIa element of the periodic table, aluminum and silicon according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a partial vertical perspective view of a metallized structure according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic view showing a strength measuring method used in an embodiment of the present invention. 1 ... Nitride ceramic body 2 ... Metallized part, 3 ... Nickel layer 4 ... Gold layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周期律表第IIa族元素又は第IIIa族元素か
ら選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及びケイ素の
オキシナイトライドガラスと高融点金属粉末とから実質
的に成ることを特徴とする窒化物セラミック体のメタラ
イズ組成物。
1. A nitride ceramic which is essentially composed of at least one element selected from Group IIa elements or Group IIIa elements of the periodic table, an oxynitride glass of aluminum and silicon, and a refractory metal powder. Body metallizing composition.
【請求項2】周期律表第IIa族元素又は第IIIa族元素か
ら選ばれる少なくとも一種、アルミニウム及びケイ素の
オキシナイトライドガラスと高融点金属粉末とから実質
的に成るメタライズ組成物をペースト状とし、これを窒
化物セラミック体の所要箇所に塗布した後、非酸化性雰
囲気中1000〜1600℃の温度で焼付けることを特徴とする
窒化物セラミック体のメタライズ方法。
2. A paste of a metallized composition consisting essentially of an oxynitride glass of aluminum and silicon, a refractory metal powder, and at least one element selected from Group IIa or Group IIIa elements of the periodic table, A method for metallizing a nitride ceramic body, which comprises applying this to a desired portion of a nitride ceramic body and baking it at a temperature of 1000 to 1600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
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