JPH10120475A - アルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方法 - Google Patents
アルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方法Info
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- JPH10120475A JPH10120475A JP29591896A JP29591896A JPH10120475A JP H10120475 A JPH10120475 A JP H10120475A JP 29591896 A JP29591896 A JP 29591896A JP 29591896 A JP29591896 A JP 29591896A JP H10120475 A JPH10120475 A JP H10120475A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アルミナセラミックスが薄板の場合には大き
な反りを生じ、その薄板とアルミニウムとを接合するの
が極めて難しいという問題があった。 【解決手段】 活性化処理したアルミナセラミックス表
面に、無電解メッキ法で１μｍ以下の厚さの無電解ニッ
ケル層を形成し、それを加熱処理して焼き付けた後、そ
の上面に無電解メッキ法で３〜１０μｍの厚さの無電解
ニッケル層または無電解銅層を形成し、さらにその上面
にアルミニウムを錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだ
ではんだ付けすることとしたアルミナセラミックスとア
ルミニウムとの接合方法。
な反りを生じ、その薄板とアルミニウムとを接合するの
が極めて難しいという問題があった。 【解決手段】 活性化処理したアルミナセラミックス表
面に、無電解メッキ法で１μｍ以下の厚さの無電解ニッ
ケル層を形成し、それを加熱処理して焼き付けた後、そ
の上面に無電解メッキ法で３〜１０μｍの厚さの無電解
ニッケル層または無電解銅層を形成し、さらにその上面
にアルミニウムを錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだ
ではんだ付けすることとしたアルミナセラミックスとア
ルミニウムとの接合方法。
Description
【０００１】
【産業上の属する技術分野】本発明は、アルミナセラミ
ックスとアルミニウムとの接合方法に関し、特に薄いア
ルミナセラミックスとアルミニウムとを接合する方法に
関する。
ックスとアルミニウムとの接合方法に関し、特に薄いア
ルミナセラミックスとアルミニウムとを接合する方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミナセラミックスとアルミニ
ウムとを接合する方法としては、アルミナセラミックス
表面にモリブデンとマンガン等から成る金属を公知の高
融点金属法で焼き付け、その上面にニッケルもしくは銅
をメッキした後、さらにその上面にアルミニウムをはん
だ付けもしくはロウ付けする方法で接合していた。ま
た、他の方法としては、アルミナセラミックス表面にチ
タン等の活性金属から成る金属層を形成した後、その上
面にアルミニウムをはんだ付けもしくはロウ付けする方
法で接合していた。
ウムとを接合する方法としては、アルミナセラミックス
表面にモリブデンとマンガン等から成る金属を公知の高
融点金属法で焼き付け、その上面にニッケルもしくは銅
をメッキした後、さらにその上面にアルミニウムをはん
だ付けもしくはロウ付けする方法で接合していた。ま
た、他の方法としては、アルミナセラミックス表面にチ
タン等の活性金属から成る金属層を形成した後、その上
面にアルミニウムをはんだ付けもしくはロウ付けする方
法で接合していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、金属層を形成するときに前者の場合、約１
５００℃の高温に、後者の場合でも８００℃以上の高温
に晒さなければならず、アルミナセラミックスが薄板の
場合には大きな反りを生じてしまい、その薄板とアルミ
ニウムとを接合するのが極めて難しいという問題があっ
た。
の方法では、金属層を形成するときに前者の場合、約１
５００℃の高温に、後者の場合でも８００℃以上の高温
に晒さなければならず、アルミナセラミックスが薄板の
場合には大きな反りを生じてしまい、その薄板とアルミ
ニウムとを接合するのが極めて難しいという問題があっ
た。
【０００４】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、薄いアルミ
ナセラミックスであっても、反ることなくアルミニウム
と容易に接合することができる方法を提供することにあ
る。
に鑑みなされたものであって、その目的は、薄いアルミ
ナセラミックスであっても、反ることなくアルミニウム
と容易に接合することができる方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、アルミナセラミック
ス表面に無電解メッキ法で金属層を形成した後、その上
面にアルミニウムをはんだ付けで接合すれば、薄いアル
ミナセラミックスであっても容易に接合できるとの知見
を得て本発明を完成した。
を達成するため鋭意研究した結果、アルミナセラミック
ス表面に無電解メッキ法で金属層を形成した後、その上
面にアルミニウムをはんだ付けで接合すれば、薄いアル
ミナセラミックスであっても容易に接合できるとの知見
を得て本発明を完成した。
【０００６】即ち本発明は、（１）活性化処理したアル
ミナセラミックス表面に、無電解メッキ法で１μｍ以下
の厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを加熱処理し
て焼き付けた後、その上面に無電解メッキ法で３〜１０
μｍの厚さの金属層を形成し、さらにその上面にアルミ
ニウムを錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだではんだ
付けすることを特徴とするアルミナセラミックスとアル
ミニウムとの接合方法（請求項１）とし、また、（２）
金属層が、無電解ニッケルまたは無電解銅であることを
特徴とする請求項１記載の接合方法（請求項２）とする
ことを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
ミナセラミックス表面に、無電解メッキ法で１μｍ以下
の厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを加熱処理し
て焼き付けた後、その上面に無電解メッキ法で３〜１０
μｍの厚さの金属層を形成し、さらにその上面にアルミ
ニウムを錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだではんだ
付けすることを特徴とするアルミナセラミックスとアル
ミニウムとの接合方法（請求項１）とし、また、（２）
金属層が、無電解ニッケルまたは無電解銅であることを
特徴とする請求項１記載の接合方法（請求項２）とする
ことを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
【０００７】接合するセラミックスとしては、その表面
を活性化処理したアルミナセラミックスとした。活性化
処理したアルミナセラミックスとするのは、金属層の下
地となる無電解ニッケル層がアルミナセラミックス表面
に強固に接着されるよう、活性化処理で表面を改質した
アルミナセラミックスとするためである。この活性化処
理としては、先ずアルミナセラミックス表面を水で洗浄
して粉塵を除去し、さらにアルカリ水溶液で洗浄し表面
を清浄にした後、コンディショニング、プレディップ、
キャタリスト、アクセレレーターの処理工程を経て活性
化するものである。
を活性化処理したアルミナセラミックスとした。活性化
処理したアルミナセラミックスとするのは、金属層の下
地となる無電解ニッケル層がアルミナセラミックス表面
に強固に接着されるよう、活性化処理で表面を改質した
アルミナセラミックスとするためである。この活性化処
理としては、先ずアルミナセラミックス表面を水で洗浄
して粉塵を除去し、さらにアルカリ水溶液で洗浄し表面
を清浄にした後、コンディショニング、プレディップ、
キャタリスト、アクセレレーターの処理工程を経て活性
化するものである。
【０００８】その活性化処理した面に無電解メッキ法で
１μｍ以下の厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを
加熱処理して焼き付けることとした。これにより、アル
ミナセラミックス表面に強固な下地が形成されることと
なり、その上面に金属層を強固に厚付けできるようにな
る。形成する無電解ニッケル層の厚さについては、１μ
ｍより厚いと無電解ニッケルとアルミナセラミックスと
の熱膨張率の大きな違いから、後工程のはんだ処理工程
でアルミナセラミックスから剥離してしまうことがあり
好ましくない。また、形成した無電解ニッケル層は、加
熱処理しないと強固に接着しないので加熱するが、その
処理温度としては、３５０℃前後が望ましい。それより
あまり高いと薄いアルミナセラミックスなので反り易
く、またアルミナセラミックスと金属との熱膨張の差が
より大きくでて支障を来たし好ましくない。逆にあまり
低いと後工程のはんだ処理温度に近づき金属層の接着強
度が低下しこれも好ましくない。
１μｍ以下の厚さの無電解ニッケル層を形成し、それを
加熱処理して焼き付けることとした。これにより、アル
ミナセラミックス表面に強固な下地が形成されることと
なり、その上面に金属層を強固に厚付けできるようにな
る。形成する無電解ニッケル層の厚さについては、１μ
ｍより厚いと無電解ニッケルとアルミナセラミックスと
の熱膨張率の大きな違いから、後工程のはんだ処理工程
でアルミナセラミックスから剥離してしまうことがあり
好ましくない。また、形成した無電解ニッケル層は、加
熱処理しないと強固に接着しないので加熱するが、その
処理温度としては、３５０℃前後が望ましい。それより
あまり高いと薄いアルミナセラミックスなので反り易
く、またアルミナセラミックスと金属との熱膨張の差が
より大きくでて支障を来たし好ましくない。逆にあまり
低いと後工程のはんだ処理温度に近づき金属層の接着強
度が低下しこれも好ましくない。
【０００９】その無電解ニッケル層の上面に無電解メッ
キ法で３〜１０μｍの厚さの金属層を形成することとし
た。下地に薄い無電解ニッケル層が形成されているの
で、金属層は厚付けが可能となるが、その厚さが３μｍ
より薄いと金属層の表面が不整なためかはんだの濡れが
悪く、一方１０μｍより厚いと前記したと同じく金属の
熱膨張率とアルミナセラミックスの熱膨張率との大きな
違いから、アルミナセラミックスが反り易くなったり、
アルミニウムを接合するときに金属層が剥がれてしまっ
たりすることがありいずれも好ましくない。
キ法で３〜１０μｍの厚さの金属層を形成することとし
た。下地に薄い無電解ニッケル層が形成されているの
で、金属層は厚付けが可能となるが、その厚さが３μｍ
より薄いと金属層の表面が不整なためかはんだの濡れが
悪く、一方１０μｍより厚いと前記したと同じく金属の
熱膨張率とアルミナセラミックスの熱膨張率との大きな
違いから、アルミナセラミックスが反り易くなったり、
アルミニウムを接合するときに金属層が剥がれてしまっ
たりすることがありいずれも好ましくない。
【００１０】上記金属層の金属としては、無電解ニッケ
ルまたは無電解銅とした。金属の種類は無電解メッキ法
で形成できる金属であればいずれの金属でも構わない
が、これら金属が後工程のはんだ処理で使用するはんだ
に特に濡れ易い金属であるのでより好ましい。
ルまたは無電解銅とした。金属の種類は無電解メッキ法
で形成できる金属であればいずれの金属でも構わない
が、これら金属が後工程のはんだ処理で使用するはんだ
に特に濡れ易い金属であるのでより好ましい。
【００１１】上記金属層にアルミニウムを接合する方法
としては、錫−亜鉛、銀−錫から成るはんだではんだ付
けすることとした。はんだ付けとしたのは、前記した加
熱処理温度より低い温度で接合できることによる。そし
てそのはんだを錫−亜鉛、銀−錫としたのは、その共晶
温度が錫−亜鉛の場合には、錫が約９０ｗｔ％でほぼ１
９５℃であり、銀−錫の場合には、錫が約９７ｗｔ％で
ほぼ２２１℃であってそのはんだ付け温度が各々およそ
２５０℃、２７０℃程度となり、この温度が加熱処理温
度よりかなり低いことから、アルミナセラミックスの反
りや金属層の接着強度を低下せしめることはなく、ま
た、アルミニウムを接合した後の冷却時に発生するアル
ミナセラミックスの反りや熱収縮による接合部分の破壊
も起こらないためである。
としては、錫−亜鉛、銀−錫から成るはんだではんだ付
けすることとした。はんだ付けとしたのは、前記した加
熱処理温度より低い温度で接合できることによる。そし
てそのはんだを錫−亜鉛、銀−錫としたのは、その共晶
温度が錫−亜鉛の場合には、錫が約９０ｗｔ％でほぼ１
９５℃であり、銀−錫の場合には、錫が約９７ｗｔ％で
ほぼ２２１℃であってそのはんだ付け温度が各々およそ
２５０℃、２７０℃程度となり、この温度が加熱処理温
度よりかなり低いことから、アルミナセラミックスの反
りや金属層の接着強度を低下せしめることはなく、ま
た、アルミニウムを接合した後の冷却時に発生するアル
ミナセラミックスの反りや熱収縮による接合部分の破壊
も起こらないためである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、アルミナセラミックス表面
にアルミニウムを接合する方法をさらに詳細に述べる
と、先ず、アルミナ粉末を用いて慣用の方法で所要の大
きさと厚さを持つ薄い焼結体を作製する。その焼結体の
表面を必要があれば研削をして平坦にする。その焼結体
の表面を水で洗浄し、さらにアルカリ水溶液で洗浄す
る。次いでコンディショニング、プレディップ、キャタ
リスト、アクセレレーターの処理を行いアルミナセラミ
ックス表面を活性化処理する。
にアルミニウムを接合する方法をさらに詳細に述べる
と、先ず、アルミナ粉末を用いて慣用の方法で所要の大
きさと厚さを持つ薄い焼結体を作製する。その焼結体の
表面を必要があれば研削をして平坦にする。その焼結体
の表面を水で洗浄し、さらにアルカリ水溶液で洗浄す
る。次いでコンディショニング、プレディップ、キャタ
リスト、アクセレレーターの処理を行いアルミナセラミ
ックス表面を活性化処理する。
【００１３】その活性化処理した表面に無電解メッキ法
で無電解ニッケル層を１μｍ以下の厚さに形成し、大気
中で３５０℃前後の温度で焼き付けた後、その上面に無
電解メッキ法で無電解ニッケル層または無電解銅層を３
〜１０μｍの厚さに形成する。そして形成した金属層に
錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだを用いてアルミニ
ウムをはんだ付けしアルミナセラミックスとアルミニウ
ムとを接合する。
で無電解ニッケル層を１μｍ以下の厚さに形成し、大気
中で３５０℃前後の温度で焼き付けた後、その上面に無
電解メッキ法で無電解ニッケル層または無電解銅層を３
〜１０μｍの厚さに形成する。そして形成した金属層に
錫−亜鉛または銀−錫から成るはんだを用いてアルミニ
ウムをはんだ付けしアルミナセラミックスとアルミニウ
ムとを接合する。
【００１４】以上の方法でアルミナセラミックス表面に
アルミニウムを接合すれば、薄いアルミナセラミックス
とアルミニウムとを、反りもなく、強固に接合すること
ができる。
アルミニウムを接合すれば、薄いアルミナセラミックス
とアルミニウムとを、反りもなく、強固に接合すること
ができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。
本発明をより詳細に説明する。
【００１６】（実施例１〜４） （１）アルミナセラミックス表面への金属層の形成 薄板のアルミナセラミックスとして、Ａｌ2Ｏ3が９６ｗ
ｔ％のアルミナ粉末を用いて（株）日本セラテックが作
製した５０×５０×厚さ０．６３５ｍｍのサイズのアル
ミナセラミックス板を用いた。この表面を水で洗浄して
粉塵を除去し、アルカリ水溶液で洗浄して表面の汚れを
除去した。次いでコンディショニング、プレディップ、
キャタリスト、アクセレレーターの処理を行いアルミナ
セラミックス表面を活性化処理した。その活性化処理し
た面に無電解メッキ法で無電解ニッケル層を１μｍの厚
さに形成し、大気中で３５０℃の温度で加熱処理した
後、その上面に無電解メッキ法で表１に示す金属層を表
１に示す厚さに形成した。
ｔ％のアルミナ粉末を用いて（株）日本セラテックが作
製した５０×５０×厚さ０．６３５ｍｍのサイズのアル
ミナセラミックス板を用いた。この表面を水で洗浄して
粉塵を除去し、アルカリ水溶液で洗浄して表面の汚れを
除去した。次いでコンディショニング、プレディップ、
キャタリスト、アクセレレーターの処理を行いアルミナ
セラミックス表面を活性化処理した。その活性化処理し
た面に無電解メッキ法で無電解ニッケル層を１μｍの厚
さに形成し、大気中で３５０℃の温度で加熱処理した
後、その上面に無電解メッキ法で表１に示す金属層を表
１に示す厚さに形成した。
【００１７】（２）アルミナセラミックスとアルミニウ
ムの接合 形成した金属層の上面に、表１に示すはんだを用いて直
径が３ｍｍで長さが２０ｍｍのアルミニウム棒（材質：
３００３）の円形部を表１に示す温度ではんだ付けして
接合した。
ムの接合 形成した金属層の上面に、表１に示すはんだを用いて直
径が３ｍｍで長さが２０ｍｍのアルミニウム棒（材質：
３００３）の円形部を表１に示す温度ではんだ付けして
接合した。
【００１８】（３）評価 接合したアルミニウム棒を垂直に引っ張り、接合強度を
求めた。その結果を表１に示す。
求めた。その結果を表１に示す。
【００１９】（比較例１〜９）なお、比較のため比較例
１〜４では、金属層の厚さを本発明の範囲外にした他
は、比較例５、６では、無電解ニッケル層を加熱処理し
ない他は、比較例７、８では、はんだを本発明の範囲外
のはんだを用いた他は、比較例９でははんだ付けをロウ
付けした他は実施例と同様にアルミナセラミックスとア
ルミニウムとを接合し、評価した。その結果を表１に示
す。
１〜４では、金属層の厚さを本発明の範囲外にした他
は、比較例５、６では、無電解ニッケル層を加熱処理し
ない他は、比較例７、８では、はんだを本発明の範囲外
のはんだを用いた他は、比較例９でははんだ付けをロウ
付けした他は実施例と同様にアルミナセラミックスとア
ルミニウムとを接合し、評価した。その結果を表１に示
す。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１から明らかなように、実施例１〜４に
おいてはいずれも接合強度が実用に耐える強度である
０．５ｋｇｆ／ｍｍ2を大きく上回る強度で接合されて
いた。
おいてはいずれも接合強度が実用に耐える強度である
０．５ｋｇｆ／ｍｍ2を大きく上回る強度で接合されて
いた。
【００２２】これに対して比較例１、３では、金属層の
厚さが本発明の範囲より薄いため、はんだの濡れが悪く
接合できなかった。また、比較例２、４では、金属層の
厚さが本発明の範囲より厚いため、金属層に剥がれが生
じて接合できなかった。さらに、比較例５、６では、形
成した無電解ニッケル層を加熱処理しなかったため、接
合強度が０．５ｋｇｆ／ｍｍ2を下回っていた。さらに
また、比較例７、８では、はんだの種類が本発明の範囲
外のはんだであるため、アルミニウムにはんだが濡れず
接合できなかった。そして比較例９では、ロウ付けする
温度が３５０℃よりはるかに高かったため、アルミナセ
ラミックスが大きく反り金属層が剥がれてしまった。
厚さが本発明の範囲より薄いため、はんだの濡れが悪く
接合できなかった。また、比較例２、４では、金属層の
厚さが本発明の範囲より厚いため、金属層に剥がれが生
じて接合できなかった。さらに、比較例５、６では、形
成した無電解ニッケル層を加熱処理しなかったため、接
合強度が０．５ｋｇｆ／ｍｍ2を下回っていた。さらに
また、比較例７、８では、はんだの種類が本発明の範囲
外のはんだであるため、アルミニウムにはんだが濡れず
接合できなかった。そして比較例９では、ロウ付けする
温度が３５０℃よりはるかに高かったため、アルミナセ
ラミックスが大きく反り金属層が剥がれてしまった。
【００２３】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるアルミナ
セラミックスとアルミニウムとの接合方法によれば、薄
いアルミナセラミックスでも、反ることなく、簡便にア
ルミニウムと強固に接合することができるようになっ
た。
セラミックスとアルミニウムとの接合方法によれば、薄
いアルミナセラミックスでも、反ることなく、簡便にア
ルミニウムと強固に接合することができるようになっ
た。
Claims (2)
- 【請求項１】 活性化処理したアルミナセラミックス表
面に、無電解メッキ法で１μｍ以下の厚さの無電解ニッ
ケル層を形成し、それを加熱処理して焼き付けた後、そ
の上面に無電解メッキ法で３〜１０μｍの厚さの金属層
を形成し、さらにその上面にアルミニウムを錫−亜鉛ま
たは銀−錫から成るはんだではんだ付けすることを特徴
とするアルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方
法。 - 【請求項２】 金属層が、無電解ニッケルまたは無電解
銅であることを特徴とする請求項１記載の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29591896A JPH10120475A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29591896A JPH10120475A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10120475A true JPH10120475A (ja) | 1998-05-12 |
Family
ID=17826829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29591896A Withdrawn JPH10120475A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | アルミナセラミックスとアルミニウムとの接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10120475A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014205609A (ja) * | 2013-03-20 | 2014-10-30 | ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム | ロウ付けおよび半田付け工程を用いるコミュテータの製造方法 |
| JP2014224030A (ja) * | 2013-03-20 | 2014-12-04 | シェンジェン ジョイント ウェルディング マテリアル カンパニー リミテッド | ロウ付けおよび半田付け工程を用いてグラファイト構造体に金属シートを付す方法 |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP29591896A patent/JPH10120475A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014205609A (ja) * | 2013-03-20 | 2014-10-30 | ジョンソン エレクトリック ソシエテ アノニム | ロウ付けおよび半田付け工程を用いるコミュテータの製造方法 |
| JP2014224030A (ja) * | 2013-03-20 | 2014-12-04 | シェンジェン ジョイント ウェルディング マテリアル カンパニー リミテッド | ロウ付けおよび半田付け工程を用いてグラファイト構造体に金属シートを付す方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041202 |