JPS61178476A - セラミツクと金属の接合方法及びその接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の接合構造に関し。

より詳細にはメタライズ金属層を被着させておくことな
（直接金属を接合させることができるセラミックと金属
の接合構造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合は生もしくは焼結セラミ
ック体表面に、モリブデン−マンガン（１’ｌｏ−１’
Ｉｎ）　＋タングステン（評）等の高融点金属粉末に有
機バインダー及び溶剤を添加し、ペースト状となしたも
のをスクリーン印刷により塗布し。

これを還元雰囲気中で焼成して高融点金属とセラミック
体とを焼結一体化させメタライズ金属層を被着させると
ともに該メタライズ金属層上に金属をロウ材を介しロウ
付けすることによって行われている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この従来のセラミックと金属の接合はセ
ラミック体表面にあらかじめメタライズ金属層を被着さ
せておかなければならず、メタライズ金属層を被着する
ための複雑な工程が必要で、最終製品を高コストとする
欠点を有していた。

また、前記モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）　等を
使用したメタライズ金属層はアルミナ（ＡｌｚＱＪ）に
代表される酸化物系セラミックにしか被着せ　゛ず、セ
ラミックと金属の接合において、セラミック側の材質に
大きな制約を受けるという欠点も有していた。

（発明の目的） 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験の結果、チタン
もしくはその水素化物に銅材を接触させ、真空中で加熱
するとチタン中に銅材の一部が拡散して共晶物を作り、
チタンと銅材とが接合一体化するとともに該共晶物はあ
らゆるセラミックにたいして活性を有し、セラミックに
も強固に接合することを知見した。

本発明は上記知見に基づき酸化物系、炭化物系及び窒化
物系のすべてのセラミックに金属としての銅材をメタラ
イズ金属層の被着形成を不要として直接接合することが
できるセラミックと金属の接合方法及びその接合構造を
提供することをその目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明はセラミックに厚み２０乃至２００μｍのチタン
もしくはその水素化物を介して銅材を積層し１次いでこ
れを真空中で焼成し９ｗ４材とチタンの共晶物を形成す
ることによって銅材をセラミックに接合することを特徴
とするものである。

本発明のセラミックに金属を接合する際において、セラ
ミックと銅材との間に介在されるチタンもしくはその水
素化物の厚みは２０μｍ以下であると銅材とチタンの共
晶物の絶対量が不足して銅材とセラミックとの接合強度
が低下してしまい。

また２００μｍ以上であると銅材のチタン中への拡散が
悪く、セラミックとの接触面に銅材とチタンの共晶物が
形成されなくなって銅材とセラミックの接合強度が低下
することからチタンもしくはその水素化物の厚みは２０
乃至２００μｍの範囲に特定される。

尚１本発明において、セラミックと銅材との間に介在さ
れるチタンもしくはその水素化物は粒径１〜５μｍの粉
末状、あるいは厚み２０乃至２００μｍの箔状をなして
おり、粉末状のものを使用する場合には該粉末に有機バ
インダー及び溶剤を添加するとともに混煉機で混煉し、
ペースト状となしてセラミックと銅材との間に介在され
る。

またチタンは酸化もしくは窒化されやすい材料であり、
酸化あるいは窒化されたチタンは銅材と共晶物を作らず
セラミックに対する活性もなくなることからセラミック
に銅材をチタンもしくはその水素化物を介し接合させる
際にはチタンが酸化あるいは窒化しないよう真空中で焼
成される。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づき説明する。

まずチタン（Ｔｉ）もしくはその水素化物（ＴｉＨａ）
の粉末及び箔を準備し、これをアルミナ（Ａ　１．０３
）、炭化珪素（’５ｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ−から
成るセラミック体表面に直径５＋＋＋＋ｗの円形状で下
表に示す所定厚みに載置する。次ぎにチタンもしくはそ
の水素化物上に直径５ｎｕ＋＋　、長さ２０ＩＩＩＩ１
１の銅材の円柱体を載置するとともに真空炉中、約９０
０℃の温度で焼成し、セラミック体表面に銅材の円柱体
を接合する。そして次に銅材を垂直方向に引っ張り、単
位面積当たりの接合強度をＩｊｇｉつた。

尚、前記チタンもしくはその水素化物は粉末状のものを
使用する場合は、その粒径を１〜５μｍに調整し、これ
に有機バインダー及び溶剤を添加するとともに混煉機で
１０時間混煉し、ペースト状となしてセラミック体表面
に載置した。

また試料番号１６〜１８は本発明品と比較するための比
較試料であり、セラミック体表面に従来一般に使用され
ているモリブデン−マンガンから成るメタライズ金属層
（厚み１０〜１５μｍ）を形成するとともにニッケルめ
っきを行い、その後銀ロウ材（Ａｇ−Ｃｕ）を介し銅材
の円柱体をロウ付けしたものである。

上記の結果を下表に示す。

（発明の効果） 上記実験結果からも判るように従来のセラミ。

りと金属の接合においてはアルミナ（ＡｂＯ３）にはＭ
Ｏ−Ｍｎメタライズ金属層を被着させておくことによっ
て銅材を接合することができるものの炭化珪素（ＳｆＣ
）、窒化珪素（ＳｉｊＮ４）にはメタライズ金属層をも
被着することができない。よって従来のものは金属（銅
材）をセラミックに接合する場合、そのセラミックの材
質に大きな制約を受けるとともに金属が接合される部位
に工程が複雑なメタライズ金属層を被着させておかなけ
ればならない。これに対し本発明のセラミックと金属の
接合においてはアルミナ（Ａ１．０３　）　、炭化珪素
（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ４Ｎ５ｃ）のいずれのセラ
ミックにもメタライズ金属層を被着することなく直接銅
材を５Ｋｇ　／　ｍｍ以上の強度で接合°することがで
きる。

特にセラミックと銅材との間に介在されるチタンもしく
はその水素化物の厚みを４０〜１８０μｍとするとセラ
ミックと銅材との接合強度を７Ｋｇ　／　＋＋ｕａ以上
となすことができ好適である。

したがって９本発明はセラミックの材質に制約を受ける
ことなく、簡単な工程で金属を強固に接合でき、極めて
有用である。

寸で２中（Ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックに厚み２０乃至２００μｍのチタンも
   しくはその水素化物を介して銅材を積層し、次いでこれ
   を真空中で焼成し、銅材とチタンの共晶物を形成するこ
   とによって銅材をセラミックに接合することを特徴とす
   るセラミックと金属の接合方法。
2. （２）前記セラミックと銅材との間に介在されるチタン
   もしくはその水素化物の厚みが４０乃至１８０μｍであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ックと金属の接合方法。
3. （３）セラミックと銅材とを銅材とチタンの共晶物を介
   し接合したことを特徴とするセラミックと金属の接合構
   造。