JPS6291483A - Metallization for ceramic - Google Patents

Metallization for ceramic

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JPS6291483A
JPS6291483A JP23299685A JP23299685A JPS6291483A JP S6291483 A JPS6291483 A JP S6291483A JP 23299685 A JP23299685 A JP 23299685A JP 23299685 A JP23299685 A JP 23299685A JP S6291483 A JPS6291483 A JP S6291483A
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JP
Japan
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layer
metal
ceramic
ions
ion
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Pending
Application number
JP23299685A
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Japanese (ja)
Inventor
栄治 上條
靖典 安東
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、セラミックスのメタライズ法に係わる。[Detailed description of the invention] [Industrial application fields] The present invention relates to a method of metallizing ceramics.

[背景技術と問題点] セラミックス、例えばアルミナ、窒化目毒、炭化珪素等
の結晶+A Flと金属の接合においては、セラミック
ス表面に金属11シ膜を強固に密イ1tさゼる必要があ
る。
[Background Art and Problems] When bonding ceramics, for example crystals of alumina, nitride, silicon carbide, etc. + A Fl and metal, it is necessary to tightly and tightly spread a metal film on the surface of the ceramic.

本分野において、メタライズ法とは、1″、述のように
セラミックス表面に金属l;験膜を密着させる方法をい
い、できた金属薄膜をメタライズ層という。
In this field, the metallization method refers to a method of adhering a metal film to a ceramic surface as described above, and the resulting metal thin film is called a metallization layer.

従来のメタライズ法は、セラミックス表面にTi+ N
+、 Cu+ AQ等の金属を蒸17 法、イオン化蒸
着法等により、金属メタライズ層を形成させるものであ
る。また、これらの方法のほかに、Mo−Mn法、炭酸
銀等様々の方法も提案されている。
The conventional metallization method uses Ti+N on the ceramic surface.
A metal metallized layer is formed by vaporizing a metal such as +, Cu+ AQ, etc. by a vapor deposition method, an ionization vapor deposition method, or the like. In addition to these methods, various methods such as the Mo-Mn method and silver carbonate method have also been proposed.

ところが、これらの方法は、セラミックス表面とメタラ
イズ層との接合界面を111に物理的な力で接合してる
ので、使用中にこのセラミ、クスー金属層界面で、メタ
ライズ層がqす離、脱落する欠点がある。
However, in these methods, the bonding interface between the ceramic surface and the metallized layer is bonded by physical force, so the metallized layer may separate or fall off at the interface between the ceramic and metal layers during use. There are drawbacks.

又、Mo−Mn法等の方法では、Mo−Mnの合金粉末
の組成、セラミックス表面への焼付時における加熱温度
、加熱雰囲気淳に非常に厳密なコント口−ルを必四キし
、実施が困難である。
In addition, in methods such as the Mo-Mn method, very strict control must be exercised on the composition of the Mo-Mn alloy powder, the heating temperature during baking onto the ceramic surface, and the heating atmosphere. Have difficulty.

以1−のような方法のほか、最近金属イAンをセラミ、
クス表面にLl−大してメタライX層を形成しようとす
る試みもあるが、金属イオンがセラミックス内に注入さ
れてしまい、セラミックス表面に数ttmの厚みのメタ
ライズ層ができにくい欠点があり、また金属イオンのイ
Aン電流か小さいため、長115間の処flPを要し、
実際的な力1人ではない。
In addition to methods such as 1-1, metal ion A has recently been applied to ceramics,
Some attempts have been made to form a metallized layer on the ceramic surface, but this has the drawback that metal ions are injected into the ceramic, making it difficult to form a metallized layer several ttm thick on the ceramic surface. Since the iA current is small, a processing time of 115 mm is required,
Practical power is not limited to one person.

[発明の11的・構成] 本発明は、1−述のような従来のメタライズ法によって
形成されるメタライズ層の剥離、脱落の問題、金属イオ
ンのl1人による方法の実際的でない点等を解消する[
−1的でなされたもので、端的には、金属蒸着法、イオ
ン化蒸着法なとの金属薄膜形成法とイオン71人1人と
をイ11用してメタライズ層をセラミ、クス表面に形成
しようとするものである。
[Eleventh aspect/structure of the invention] The present invention solves the problem of peeling and falling off of the metallized layer formed by the conventional metallization method as described in 1-1, and the impracticality of the method using metal ions by one person. do[
- This was done in 1999, and the short answer is to form a metallized layer on the surface of ceramic or wood by using metal thin film forming methods such as metal vapor deposition and ionized vapor deposition, and 71 ions. That is.

ずなオ)ち、セラミックス表面に、ろう伺容易な金属、
例えばNi+ CLII Ti+ Mo+ Wの金属を
蒸着し、同時に、ガス及び/あるいは金属イオンを住人
し、セラミックス古蒸着金属との界面に、セラミックス
、金属の混合層、いわゆるイオンミキシング層を作り、
該界面層の1に合強度を従来のメタライズ層より数倍向
(″さぜるものである。
Zunao) A metal that is easy to apply wax to the ceramic surface.
For example, a metal such as Ni + CLII Ti + Mo + W is vapor-deposited, and at the same time, gas and/or metal ions are inhabited to form a mixed layer of ceramics and metal, a so-called ion mixing layer, at the interface between the ceramic and the old vapor-deposited metal.
The combined strength of the interfacial layer is several times higher than that of conventional metallized layers.

以下、本発明の実施について説明する。Hereinafter, implementation of the present invention will be explained.

第1図はメタライズ層を概念図で示したものであるが、
冴はセラミックス基+1、例λばAQ20a。
Figure 1 shows a conceptual diagram of the metallized layer.
Sae is ceramic base +1, for example λ is AQ20a.

Z ro2+ S i3N4. S t C等のJJ板
を示し、らはイオンミキシング層を示し、dは汀入占れ
るイオン、例えばN+ H,Ar等のイオンを示し、e
は金属蒸発物、例えばT++ N+、 Cu+ Cr+
 Mo、 W Trであり、Cはイオンミキシング層も
の表面に形成された、イオンdおよび金属蒸発物eの結
合による金属蒸?’を層を示す。ここで、flii記ミ
キ/ング層Sはセラミックス基板4の分子間に、イAン
d及び金属蒸発物eが混在して相Jl’に111□合し
ている層である。
Z ro2+ S i3N4. Indicates a JJ plate such as S t C, etc. indicates an ion mixing layer, d indicates an ion that enters the layer, for example, an ion such as N+ H, Ar, etc., and e indicates an ion mixing layer.
is a metal vapor, e.g. T++ N+, Cu+ Cr+
Mo, WTr, and C is a metal vapor formed on the surface of the ion mixing layer due to the combination of ions d and metal vapor e. ' indicates a layer. Here, the mixing layer S is a layer in which ions And and metal evaporated substances E are mixed between the molecules of the ceramic substrate 4 and are aligned with the phase Jl'.

なお、本発明でいうメタライX層(1イオンミキシング
層と金属による金属蒸?′1層よりなる。
Note that the metallization X layer (consisting of one ion mixing layer and one metal evaporation layer) as used in the present invention.

実験の結果、イオンミキシング層については、総じてそ
の厚みが10人以ドでは密7を強度は上がらす、+oA
以−1であることが2認であるが、100OA以上にな
るとこのイオンミキシング層による界面か脆弱となった
り、イオン注入時の発熱によってセラミックスを損傷す
ることがあり、更に、高価な高エネルギのイオン71人
1人が必要となるため、+000A以下であることが望
ましく、50〜500Aが最良である。
As a result of the experiment, the strength of the ion mixing layer increases when the thickness is 10 or more, +oA.
It is confirmed that the above-1 is true, but if the ion mixing layer exceeds 100 OA, the interface due to this ion mixing layer may become weak, the heat generated during ion implantation may damage the ceramic, and furthermore, expensive high-energy Since 71 ions are required, the current is preferably +000A or less, and 50 to 500A is best.

以下本発明の実施について説明する。The implementation of the present invention will be described below.

第2図に本発明を実施する装置の概略図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of an apparatus for carrying out the invention.

真空チャンバー1の下部にバケット型イオン源4を備え
、中間に電子ビーム加熱式蒸発源3を備え、上部に回転
式試料ホルダー2を4fiiえる。バケット型イオン源
4は、引出し電極5、プラズマ電1′) 極6、フィラメント8、アークチャンバ7、ガス導入1
19等を備えたものである。
A bucket-type ion source 4 is provided at the bottom of the vacuum chamber 1, an electron beam heating type evaporation source 3 is provided in the middle, and a rotary sample holder 2 is provided at the top. A bucket-type ion source 4 includes an extraction electrode 5, a plasma electrode 1'), a filament 8, an arc chamber 7, and a gas introduction 1.
19 mag.

ガスイオ/はバケット型イオン源4より上方向に厨射さ
れ、蒸着金属は電子ビーム加熱式蒸発源3より1−力に
放出され、ともに回転式試料ホルダー2に達する。1i
iJ記ボルダ−にはセラミックスか配置される。
Gaseous ions are emitted upward from a bucket-type ion source 4, and evaporated metal is emitted from an electron beam-heated evaporation source 3 to reach a rotating sample holder 2. 1i
Ceramics are placed in the iJ boulder.

セラミックス表面に対する金属の蒸着とイオン注入は、
メタライジング中、すべての時間にわたって終始行う必
要はなく、初期にミキシング層を作る間のめ、同時に金
属の蒸7tとイオン11−人とを機能さゼ、その後は蒸
着のみ機能さ(Jlろう付IJに必要な、あるいはろう
イ・1け強度を最大にするメタライズ層の厚み、通常は
数μまで蒸着を行うこともできるし、メタライジング申
すへての時間にわたって双方を機能させてもよい。しか
し、終始イオン注入を行うと、イオンによるメタライズ
層のスパッタリングがおこり、厚みの成長をおさえ、メ
タライズ層の強度劣化を招くおそれがある。
Metal vapor deposition and ion implantation on ceramic surfaces are
During metallization, it is not necessary to carry out the entire process from beginning to end, during the initial mixing layer, metal evaporation and ionization are simultaneously performed, and then only evaporation is performed (Jl brazing). The metallization layer can be deposited to the thickness required for IJ or to maximize the soldering strength, typically a few microns, and both can be allowed to function for the time required for metallization. However, if ion implantation is performed from beginning to end, sputtering of the metallized layer by ions may occur, suppressing the growth of the thickness, and causing deterioration in the strength of the metallized layer.

ひ 表1はAQ2031 ZrO2,Si3N4. SiC
を基板とし、Ni、Moを薄石金属(メタライズ金属)
として、アルゴンイオンを注入して得たメタライズ層に
っいて接着強度をみた結果を示すものである。
Table 1 shows AQ2031 ZrO2, Si3N4. SiC
is the substrate, and Ni and Mo are thin metals (metallized metals).
This figure shows the results of adhesion strength of a metallized layer obtained by implanting argon ions.

表1において電圧Oとあるのは、イオン注入なしの条e
1を色味している。電圧(加速し電圧)によってイオン
ミキシング層の厚みがきまり、イオンドース量によって
イオンミキシング層の性質か変化するものと考えられる
が、加速し電圧が1OkVで50A、+ookvで50
0Aのイオンミキシング層が形成されるものと111定
されている。メタライズ層全体の厚みとしては、57’
Inを越えるお接着強度が士降するので、この範囲にと
どめることか2盟である。
In Table 1, the voltage O means the condition e without ion implantation.
It has a hint of 1. The thickness of the ion mixing layer is determined by the voltage (acceleration voltage), and the properties of the ion mixing layer are thought to change depending on the ion dose.
It is assumed that an ion mixing layer of 0 A is formed. The total thickness of the metallized layer is 57'
Since the adhesive strength exceeding In decreases, the only option is to stay within this range.

表IQ各テスト結宋より、iI−来の中に金属蒸着を行
ったものに比へて、数倍向1していることが理解できよ
う。以1.は、金属蒸着にガスイオン注入の併用による
例であるが、金属蒸着にガスイオンと金属イオンlJ人
を(+1用する力法あるいは、金属蒸Mtに金属イオ/
ハ入を(+1川する方法を前記実温゛に対応して実施し
ても同様なcI用により、同様I。
From Table IQ test results, it can be seen that the performance is several times higher than that of the iI-layer with metal vapor deposition. Below 1. is an example of using gas ion implantation in combination with metal evaporation.
Even if the method of increasing the input by +1 is carried out corresponding to the actual temperature, the same result will be obtained due to the same cI value.

な効果が得られることは明らかである。It is clear that a significant effect can be obtained.

[効果] 以I説明したよ・うに、不発明においては、セラミック
ス表面に、金属蒸着、ガスイオン61人、金属イオンL
)−人の(+1用により、イオンミキシング層を形成し
て金属蒸7Iを行うものであって、イオンミキシング層
がセラミックス表面と金属蒸着層の界面にあって、セラ
ミックス表面および金属蒸rt層に密着に結合している
ので、金属蒸着層に対し、金属を接合した用台、金属蒸
着層が容易にf11離。
[Effect] As explained below, in the non-invention, metal vapor deposition, gas ions, and metal ions L are applied to the ceramic surface.
)-For (+1), metal evaporation is performed by forming an ion mixing layer, and the ion mixing layer is at the interface between the ceramic surface and the metal evaporation layer, and the ion mixing layer is located at the interface between the ceramic surface and the metal evaporation layer. Since they are closely bonded, the base to which the metal is bonded and the metal vapor deposited layer are easily separated from the metal vapor deposited layer.

脱落することはなく、極めて強固な結合か得られる。It does not fall off and provides an extremely strong bond.

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

第1図はイオンミキシング層の概念図である。 第2図は本発明の実施に使用する装置の概略図である。 1・・・真空チャンバー、2・・・回転式試料ホルダー
、3・・・電子ビーム加熱蒸発源(電子銃)、4・・・
バケット楔1イオン源。 害 1 図
FIG. 1 is a conceptual diagram of the ion mixing layer. FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus used to practice the invention. 1... Vacuum chamber, 2... Rotating sample holder, 3... Electron beam heating evaporation source (electron gun), 4...
Bucket wedge 1 ion source. Harm 1 Figure

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)セラミックス表面に金属メタライズ層を形成する
方法において、金属蒸着によって金属メタライズ層を形
成させるのと同時に、ガスイオン及び/又は金属イオン
を注入して、セラミックスと金属メタライズ層の界面に
イオンミキシング層を形成することを特徴とするセラミ
ックスのメタライズ法。
(1) In a method of forming a metallized layer on the surface of a ceramic, a metallized layer is formed by metal vapor deposition, and at the same time, gas ions and/or metal ions are injected into the interface between the ceramic and the metallized layer to mix the ions. A ceramic metallization method characterized by the formation of layers.
(2)ミキシング層の厚みを50〜1000Å、メタラ
イズ層全体の厚み5μm以下とす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スのメタライズ法
(2) The method for metallizing ceramics according to claim 1, characterized in that the thickness of the mixing layer is 50 to 1000 Å, and the total thickness of the metallized layer is 5 μm or less.
JP23299685A 1985-10-17 1985-10-17 Metallization for ceramic Pending JPS6291483A (en)

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