JPS6310223B2 - - Google Patents
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- JPS6310223B2 JPS6310223B2 JP13347985A JP13347985A JPS6310223B2 JP S6310223 B2 JPS6310223 B2 JP S6310223B2 JP 13347985 A JP13347985 A JP 13347985A JP 13347985 A JP13347985 A JP 13347985A JP S6310223 B2 JPS6310223 B2 JP S6310223B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(A) 〔産業上の利用分野〕
本発明は、セラミツクスとセラミツクス、ある
いはセラミツクスとAlまたはAl合金を接合でき
るメタライズ用合金と、そのメタライズ接合法に
係るもので、セラミツクスとAlまたはAl合金相
互間の、接合を比較的低温で容易に、かつ高強度
に接合できる、メタライズ用合金、ならびにその
接合法に関するものである。
いはセラミツクスとAlまたはAl合金を接合でき
るメタライズ用合金と、そのメタライズ接合法に
係るもので、セラミツクスとAlまたはAl合金相
互間の、接合を比較的低温で容易に、かつ高強度
に接合できる、メタライズ用合金、ならびにその
接合法に関するものである。
(B) 〔従来の技術〕
セラミツクスとAlまたはAl合金を接合するに
は、従来、活性金属法や、高融点金属法、あるい
はMo−Mn法等により、セラミツクス面にメタ
ライズした後、そのメタライズ面にニツケルメツ
キ等を施した上、Alろう材を使用してAlまたは
Al合金を接合するという複雑な製法がとられ、
いずれも高温処理で、高温炉を必要とし、設備費
も高く、またメツキ工程を要する等、製造過程も
複雑であり、製造コストも高くなる等の不都合が
あつた。
は、従来、活性金属法や、高融点金属法、あるい
はMo−Mn法等により、セラミツクス面にメタ
ライズした後、そのメタライズ面にニツケルメツ
キ等を施した上、Alろう材を使用してAlまたは
Al合金を接合するという複雑な製法がとられ、
いずれも高温処理で、高温炉を必要とし、設備費
も高く、またメツキ工程を要する等、製造過程も
複雑であり、製造コストも高くなる等の不都合が
あつた。
またセラミツクスにAlによりメタライズをす
ることもできるが、十分な接合強度を得ることは
困難であつた。
ることもできるが、十分な接合強度を得ることは
困難であつた。
その他活性金属法は、Ti、Zr等の活性金属を
使用するためメタライズ過程において酸化しやす
く、その酸化物がメタライズ層に残留してメタラ
イズ強度を低下したり、粉末を完全均一に混合す
ることは非常に困難であり、その為のメタライズ
層の不均一性に基づく、メタライズ強度の低下を
招く不都合があつた。
使用するためメタライズ過程において酸化しやす
く、その酸化物がメタライズ層に残留してメタラ
イズ強度を低下したり、粉末を完全均一に混合す
ることは非常に困難であり、その為のメタライズ
層の不均一性に基づく、メタライズ強度の低下を
招く不都合があつた。
また、Mo−Mn法はMoとMnの微粉末を有機
バインダでペイント状にしたものを、セラミツク
スの表面に塗布して、加湿水素または加湿フオー
ミングガス（H2／N2）とにおいて、1573〜
1973Kでメタライジングし、そのメタライズ面に
Niメツキを施した後、ろう材を使用して接合金
属とろう付けする方法である為、製造設備や製造
方法が容易でなく、高温処理を伴なう為、高温炉
を必要とし、設備費が高くなり、製造コストが高
くなる。
バインダでペイント状にしたものを、セラミツク
スの表面に塗布して、加湿水素または加湿フオー
ミングガス（H2／N2）とにおいて、1573〜
1973Kでメタライジングし、そのメタライズ面に
Niメツキを施した後、ろう材を使用して接合金
属とろう付けする方法である為、製造設備や製造
方法が容易でなく、高温処理を伴なう為、高温炉
を必要とし、設備費が高くなり、製造コストが高
くなる。
更に、これらは高温処理のため、セラミツクス
も高温に良く耐えるものの使用に限定される等の
制約があり、決して使いがつての良いものではな
かつた。
も高温に良く耐えるものの使用に限定される等の
制約があり、決して使いがつての良いものではな
かつた。
また、活性金属法と同様に微粉末を混合して、
使用するが、均一な混合は困難であり、従つて不
均一なメタライズになる心配があつた。
使用するが、均一な混合は困難であり、従つて不
均一なメタライズになる心配があつた。
(C) 〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、上記したような活性金属法や高融点
金属法あるいはMo−Mn法等、従来のメタライ
ズ金属や接合法より低温の処理が可能で、作業性
に優れ、メタライズが容易で、かつ酸化等の変質
を防止し、常に均一な成分を保持し、メタライズ
も、常に均一で強固なメタライズ強度を得ること
のできるもので、特にセラミツクスとセラミツク
ス、あるいはセラミツクスとAlまたはAl合金の
メタライズ接合に有効な、メタライズ用合金、な
らびにメタライズ接合法を提供するものである。
金属法あるいはMo−Mn法等、従来のメタライ
ズ金属や接合法より低温の処理が可能で、作業性
に優れ、メタライズが容易で、かつ酸化等の変質
を防止し、常に均一な成分を保持し、メタライズ
も、常に均一で強固なメタライズ強度を得ること
のできるもので、特にセラミツクスとセラミツク
ス、あるいはセラミツクスとAlまたはAl合金の
メタライズ接合に有効な、メタライズ用合金、な
らびにメタライズ接合法を提供するものである。
(D) 〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、セラミツクスとセラミツクス、ある
いはセラミツクスとAlまたはAl合金相互間を容
易高強度に接合するためのメタライズ用の合金で
あり、 重量比で、Si0.5〜20％と、残部がAl及び不可
避的不純物からなるセラミツクスのメタライズ用
合金である。
いはセラミツクスとAlまたはAl合金相互間を容
易高強度に接合するためのメタライズ用の合金で
あり、 重量比で、Si0.5〜20％と、残部がAl及び不可
避的不純物からなるセラミツクスのメタライズ用
合金である。
即ち、重量比で0.5〜20％のSiと残部Alを、真
空中または不活性ガス中で、合金化したもので、
必要に応じて粉末状またはシート状等として使用
するものである。なお、微粉末の粒度は、セラミ
ツクスへの塗布方法に応じて使用しやすい粒度と
することができる。
空中または不活性ガス中で、合金化したもので、
必要に応じて粉末状またはシート状等として使用
するものである。なお、微粉末の粒度は、セラミ
ツクスへの塗布方法に応じて使用しやすい粒度と
することができる。
このメタライズ用合金粉末によるメタライズ法
は、メタライズ合金粉末にバインダを加えてペー
スト状とし、セラミツクスに塗布後、真空中また
は不活性ガス中または還元性雰囲気中でメタライ
ズ用合金の融点以上に加熱してメタライズするも
のである。
は、メタライズ合金粉末にバインダを加えてペー
スト状とし、セラミツクスに塗布後、真空中また
は不活性ガス中または還元性雰囲気中でメタライ
ズ用合金の融点以上に加熱してメタライズするも
のである。
例えば、本発明の所要粒度のメタライズ用合金
粉末を、メタクリレート、ニトロセルローズある
いはテレピン油等のいずれかの有機バインダーを
加えてペースト状とし、第１図に示すようなセラ
ミツクス１例えばAl2O3等のAl２の接合個所にス
クリーン印刷または刷毛塗り等により塗布後、真
空中または不活性ガスあるいは還元性雰囲気中で
メタライズ用合金の融点（850K〜973K）以上に
加熱すれば、メタライズ用合金粉末中のSiがセラ
ミツクス中に拡散して強固なメタライズ層３が形
成される。
粉末を、メタクリレート、ニトロセルローズある
いはテレピン油等のいずれかの有機バインダーを
加えてペースト状とし、第１図に示すようなセラ
ミツクス１例えばAl2O3等のAl２の接合個所にス
クリーン印刷または刷毛塗り等により塗布後、真
空中または不活性ガスあるいは還元性雰囲気中で
メタライズ用合金の融点（850K〜973K）以上に
加熱すれば、メタライズ用合金粉末中のSiがセラ
ミツクス中に拡散して強固なメタライズ層３が形
成される。
また本発明のメタライズ用合金のシート状のも
のを使用してメタライズする場合は第１図に示す
ようにセラミツクス１のAl２の接合個所に本発
明のメタライズ用合金を載置後、真空中または不
活性ガスあるいは還元性雰囲気中でメタライズ用
合金の融点以上に加熱すれば、メタライズ用合金
中のSiがセラミツクス中に拡散して強固なメタラ
イズ層３が形成される。
のを使用してメタライズする場合は第１図に示す
ようにセラミツクス１のAl２の接合個所に本発
明のメタライズ用合金を載置後、真空中または不
活性ガスあるいは還元性雰囲気中でメタライズ用
合金の融点以上に加熱すれば、メタライズ用合金
中のSiがセラミツクス中に拡散して強固なメタラ
イズ層３が形成される。
次にメタライズ層３とAl２間に、第１図に示
すようにAlろう４例えば4004を挟在せしめた後、
真空中または不活性ガス中にて加熱ろう付けすれ
ば、Alろう４はメタライズ層３とAl２の間に満
遍無く拡散して、強固に接合される。
すようにAlろう４例えば4004を挟在せしめた後、
真空中または不活性ガス中にて加熱ろう付けすれ
ば、Alろう４はメタライズ層３とAl２の間に満
遍無く拡散して、強固に接合される。
具体的には、第２図ａに示すように、例えば
Al2O3１に本発明のメタライズ用合金Al−10Si
（Si、10％−Al、90％）により、真空中または不
活性ガス中あるいは還元性雰囲気中で、1373K、
3.6KSecの条件でメタライズしたAl2O3１のメタ
ライズ層３とAl母材２との間にAlろう４例えば
4004を挟んで883K、180Secで接合すれば、第２
図ｂに示すようにAlろう４例えば4004中のAlは
Al母材２中に、Siはメタライズ層３（Al−Si）
中に拡散して、強固に接合するものである。
Al2O3１に本発明のメタライズ用合金Al−10Si
（Si、10％−Al、90％）により、真空中または不
活性ガス中あるいは還元性雰囲気中で、1373K、
3.6KSecの条件でメタライズしたAl2O3１のメタ
ライズ層３とAl母材２との間にAlろう４例えば
4004を挟んで883K、180Secで接合すれば、第２
図ｂに示すようにAlろう４例えば4004中のAlは
Al母材２中に、Siはメタライズ層３（Al−Si）
中に拡散して、強固に接合するものである。
(E) 〔発明の効果〕
従来の活性金属法では、活性金属のTiやZrと、
低融点合金を作るCuやNiあるいはAg等の粉末混
合が均一にならないためと、活性金属の酸化等に
よる変質や、メタライズ部に酸化物の残留等によ
り、各部均一な接合が困難で、接合製品にばらつ
きを生ずる等して、均一強固な接合が困難であつ
た。
低融点合金を作るCuやNiあるいはAg等の粉末混
合が均一にならないためと、活性金属の酸化等に
よる変質や、メタライズ部に酸化物の残留等によ
り、各部均一な接合が困難で、接合製品にばらつ
きを生ずる等して、均一強固な接合が困難であつ
た。
また、高融点金属法においても、例えばMo、
Mn等の混合において、同様に均一な混合が困難
という問題がある上、高温処理を必要とするた
め、製造が容易でなく、製造設備費も高く、メタ
ライズするセラミツクスも高温によく耐えるもの
に限定される等の制約があり、またメタライズ面
にメツキを施さなくてはならないといつた、煩わ
しさがあつた。
Mn等の混合において、同様に均一な混合が困難
という問題がある上、高温処理を必要とするた
め、製造が容易でなく、製造設備費も高く、メタ
ライズするセラミツクスも高温によく耐えるもの
に限定される等の制約があり、またメタライズ面
にメツキを施さなくてはならないといつた、煩わ
しさがあつた。
本発明のメタライズ用合金においては、0.5〜
20％のSiと残部Alを真空中または不活性ガス中
で、合金化して、混合の不均一性をなくし、常に
均一性を保持できるようにした。
20％のSiと残部Alを真空中または不活性ガス中
で、合金化して、混合の不均一性をなくし、常に
均一性を保持できるようにした。
また、本発明のメタライズ用合金の組成におい
て、Siを0.5〜20％としたことによりメタライズ
のときのSiのセラミツクス内への拡散をよくし
て、メタライズ強度をあげるとともに、濡れ性も
第３図に示すようにAl自体の接触角（濡性の目
安となるもので、Al2O3面の液体金属のなす角
度）と同程度の50゜近くであり、流動性も極めて
良好で浸透しやすく、メタライズ温度も低い等作
業性も良好である。
て、Siを0.5〜20％としたことによりメタライズ
のときのSiのセラミツクス内への拡散をよくし
て、メタライズ強度をあげるとともに、濡れ性も
第３図に示すようにAl自体の接触角（濡性の目
安となるもので、Al2O3面の液体金属のなす角
度）と同程度の50゜近くであり、流動性も極めて
良好で浸透しやすく、メタライズ温度も低い等作
業性も良好である。
メタライズ温度もこの種のろう材としては低温
の1173K前後と低くして、メタライズを容易に
し、メタライズのコスト低減を可能にするもので
ある。
の1173K前後と低くして、メタライズを容易に
し、メタライズのコスト低減を可能にするもので
ある。
更に本発明のメタライズ合金の特徴は、前記し
たようにメタライズ層がセラミツクスに強固かつ
均一に、しかも緻密で常に製品にばらつき無く均
一に形成されることである。
たようにメタライズ層がセラミツクスに強固かつ
均一に、しかも緻密で常に製品にばらつき無く均
一に形成されることである。
次に本発明のメタライズ用合金によるメタライ
ズ接合の強度は、第４図に示すように、例えば
Al2O3にAlでメタライズしたものと、本発明の例
えばAl−10Si（90Al−10％Si）によりメタライズ
したものに、それぞれのメタライズ面にAlろう
4004を用いて、接合条件883K、180Sec（白棒グラ
フ）および900Sec（斜線棒グラフ）で、Alを接合
したときの、破壊剪断応力を比較すると、Al2O3
にAlでメタライズした場合（：Al）の破壊剪
断応力が約50MPaであるのに対し、本発明のAl
−10Siでメタライズした場合（：Al−Si）の
破壊剪断応力は約90MPaで、２倍近い接合強度
を示している。
ズ接合の強度は、第４図に示すように、例えば
Al2O3にAlでメタライズしたものと、本発明の例
えばAl−10Si（90Al−10％Si）によりメタライズ
したものに、それぞれのメタライズ面にAlろう
4004を用いて、接合条件883K、180Sec（白棒グラ
フ）および900Sec（斜線棒グラフ）で、Alを接合
したときの、破壊剪断応力を比較すると、Al2O3
にAlでメタライズした場合（：Al）の破壊剪
断応力が約50MPaであるのに対し、本発明のAl
−10Siでメタライズした場合（：Al−Si）の
破壊剪断応力は約90MPaで、２倍近い接合強度
を示している。
次ぎに第５図はセラミツクスとセラミツクスを
Alと本発明のAl−10Siにより、接合条件1373K、
1.8KSecで、それぞれ接合した場合の破壊剪断応
力の比較で、AlによりメタライズしたAl2O3／
Al／Al2O3接合体と本発明のメタライズ法による
Al2O3／Al−10Si／Al2O3接合体の、破壊剪断応
力に対する試験温度の影響は第５図に示すよう
に、室温において、Alによりメタライズしたも
の（○印）が78MPaに対し、本発明のAl−10％
Siによりメタライズしたもの（△印）が135MPa
と、約1.7倍の高い接合強度を示し、以後550Kま
ではAlによるメタライズよりも優れた接合強度
を示し、更に700K前後でもAlによるメタライズ
よりも優れた接合強度を示した。
Alと本発明のAl−10Siにより、接合条件1373K、
1.8KSecで、それぞれ接合した場合の破壊剪断応
力の比較で、AlによりメタライズしたAl2O3／
Al／Al2O3接合体と本発明のメタライズ法による
Al2O3／Al−10Si／Al2O3接合体の、破壊剪断応
力に対する試験温度の影響は第５図に示すよう
に、室温において、Alによりメタライズしたも
の（○印）が78MPaに対し、本発明のAl−10％
Siによりメタライズしたもの（△印）が135MPa
と、約1.7倍の高い接合強度を示し、以後550Kま
ではAlによるメタライズよりも優れた接合強度
を示し、更に700K前後でもAlによるメタライズ
よりも優れた接合強度を示した。
以上のように本発明のメタライズ用合金、並び
に接合法は、化学的に安定で、メタライズ温度も
比較的に低温で、メタライズ作業も容易であり、
メタライズ層も強固で、緻密かつ均一である。
に接合法は、化学的に安定で、メタライズ温度も
比較的に低温で、メタライズ作業も容易であり、
メタライズ層も強固で、緻密かつ均一である。
そしてセラミツクスとセラミツクス、あるいは
セラミツクスとAlまたはその合金間の接合にお
いて優れた接合機能を発揮することを特徴とする
メタライズ用合金並びに接合法である。
セラミツクスとAlまたはその合金間の接合にお
いて優れた接合機能を発揮することを特徴とする
メタライズ用合金並びに接合法である。
第１図は本発明の説明用断面図、第２図は本発
明のメタライズ接合法の説明図並びに接合構造
図、第３図は1373KにおれるAl中に含有されるSi
量の変化による濡性への影響説明図、第４図は
Al2O3をAlまたはAl−10Siでメタライズ後Alろ
う4004を用いて、883K、180Secおよび900Secの
ろう付条件でAlとろう付接合したAl2O3／Al接合
体の破壊剪断応力比較図、第５図は1373K、
1.8KSecのろう付条件におけるAl2O3／Al／
Al2O3接合体と、Al2O3／Al−10Si／Al2O3接合
体の破壊剪断応力に対する試験温度の影響比較
図。 １はセラミツクス、２はAl、３はメタライズ
層、４はAlろう。
明のメタライズ接合法の説明図並びに接合構造
図、第３図は1373KにおれるAl中に含有されるSi
量の変化による濡性への影響説明図、第４図は
Al2O3をAlまたはAl−10Siでメタライズ後Alろ
う4004を用いて、883K、180Secおよび900Secの
ろう付条件でAlとろう付接合したAl2O3／Al接合
体の破壊剪断応力比較図、第５図は1373K、
1.8KSecのろう付条件におけるAl2O3／Al／
Al2O3接合体と、Al2O3／Al−10Si／Al2O3接合
体の破壊剪断応力に対する試験温度の影響比較
図。 １はセラミツクス、２はAl、３はメタライズ
層、４はAlろう。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量比でSi0.5〜20％を含有し、残部がAl及
び不可避的不純物からなるセラミツクスのメタラ
イズ用合金。 ２ セラミツクスの接合面上に、重量比でSi0.5
〜20％を含有し、残部がAl及び不可避的不純物
からなるセラミツクスのメタライズ用合金を、粉
末塗布、または板状載置して、真空中、不活性ガ
ス中、または還元性雰囲気中で、メタライズ用合
金の融点以上に加熱メタライズ後、そのメタライ
ズ面間、またはそのメタライズ面とAlまたはAl
合金母材間に、Alろうを挟在せしめて、真空中
または不活性ガス中で加熱接合することを特徴と
する、セラミツクスのメタライズ接合法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13347985A JPS61291942A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | メタライズ用合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13347985A JPS61291942A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | メタライズ用合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61291942A JPS61291942A (ja) | 1986-12-22 |
| JPS6310223B2 true JPS6310223B2 (ja) | 1988-03-04 |
Family
ID=15105737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13347985A Granted JPS61291942A (ja) | 1985-06-19 | 1985-06-19 | メタライズ用合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61291942A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2655332B2 (ja) * | 1988-08-08 | 1997-09-17 | スカイアルミニウム株式会社 | セラミックス接合用アルミニウム合金 |
| JP4664816B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2011-04-06 | 株式会社東芝 | セラミック回路基板、その製造方法およびパワーモジュール |
-
1985
- 1985-06-19 JP JP13347985A patent/JPS61291942A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61291942A (ja) | 1986-12-22 |
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