JPS63206365A - セラミツクスと金属の接合体 - Google Patents
セラミツクスと金属の接合体Info
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- JPS63206365A JPS63206365A JP3995587A JP3995587A JPS63206365A JP S63206365 A JPS63206365 A JP S63206365A JP 3995587 A JP3995587 A JP 3995587A JP 3995587 A JP3995587 A JP 3995587A JP S63206365 A JPS63206365 A JP S63206365A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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スと金属との間に、熱応力緩和体と
しての中間層を介在させたセラミックスと金属の接合体
に関するものである。
しての中間層を介在させたセラミックスと金属の接合体
に関するものである。
一般に、セラミックスは金属に比べて耐摩耗性、耐熱性
、耐食性等に優れた特性を有するものであるが、複雑な
形状の成型加工性に劣り、その上機械的な衝撃に脆い等
の問題を有していた。
、耐食性等に優れた特性を有するものであるが、複雑な
形状の成型加工性に劣り、その上機械的な衝撃に脆い等
の問題を有していた。
そこで高荷重が作用する部分には高強度で成型加工性に
優れた金属で構成し、上記セラミックスとを組み合わせ
た複合構造体とすることが注目され、従来より各種のセ
ラミックスと金属の接合体が研究され提寓されてきた。
優れた金属で構成し、上記セラミックスとを組み合わせ
た複合構造体とすることが注目され、従来より各種のセ
ラミックスと金属の接合体が研究され提寓されてきた。
従来、セラミックスと金属との接合体を得る方法として
、拡散接合等の固相接合法や接着剤を用いる方法、焼嵌
めやロウ付は等の締り嵌合する方法等が知られている。
、拡散接合等の固相接合法や接着剤を用いる方法、焼嵌
めやロウ付は等の締り嵌合する方法等が知られている。
しかし乍ら、面相接合法では接合界面に低融点層や脆化
層を生成し易く、耐熱性や耐衝撃性に乏しく、その上、
設備面からの制約が大きく生産性の低いものであった。
層を生成し易く、耐熱性や耐衝撃性に乏しく、その上、
設備面からの制約が大きく生産性の低いものであった。
また、接着剤を用いる方法は接合強度が低く、耐熱性や
耐衝撃性に乏しいという問題があった。
耐衝撃性に乏しいという問題があった。
さらに、焼嵌めやロウ付は等の締り嵌合する方法では嵌
合に際し、セラミックスと金属との熱膨張率の差により
接合界面に発生する高い熱応力を抑制することが難しく
、該応力に抗し切れずセラミックスより破壊したり、ま
たは接合界面での剥離を生じる等の問題があった。
合に際し、セラミックスと金属との熱膨張率の差により
接合界面に発生する高い熱応力を抑制することが難しく
、該応力に抗し切れずセラミックスより破壊したり、ま
たは接合界面での剥離を生じる等の問題があった。
そこで、前記熱応力を緩和吸収せんとして、例えばセラ
ミックスの熱膨張率に近い金属に該セラミックスを嵌挿
し、焼嵌めやロウ付は等で締り嵌合させて接合すること
が提案されている。
ミックスの熱膨張率に近い金属に該セラミックスを嵌挿
し、焼嵌めやロウ付は等で締り嵌合させて接合すること
が提案されている。
しかし乍ら、かかる接合体においては、セラミックスに
かかる前記熱応力が不均一となり易く応力集中箇所を生
じセラミックスが破壊したり、高温下では熱膨張の差に
より温度上昇と共に金属が膨張し、締り嵌合が弛緩する
恐れが極めて大である等、熱応力の緩和効果も不十分な
ものであった。
かかる前記熱応力が不均一となり易く応力集中箇所を生
じセラミックスが破壊したり、高温下では熱膨張の差に
より温度上昇と共に金属が膨張し、締り嵌合が弛緩する
恐れが極めて大である等、熱応力の緩和効果も不十分な
ものであった。
本発明者は上記不都合を解消すべく種々実験の結果、セ
ラミックスと金属との熱膨張率の差により発生する熱応
力を緩和すべくセラミックスと金属の接合部にセラミッ
クスと熱膨張率の近い金属と、セラミックスと接合金属
との中間的なまたは該セラミックスに近い熱膨張率を有
する軟質金属との２層からなる中間層を介在させること
により上記熱応力を有効に緩和し得ることを知見した。
ラミックスと金属との熱膨張率の差により発生する熱応
力を緩和すべくセラミックスと金属の接合部にセラミッ
クスと熱膨張率の近い金属と、セラミックスと接合金属
との中間的なまたは該セラミックスに近い熱膨張率を有
する軟質金属との２層からなる中間層を介在させること
により上記熱応力を有効に緩和し得ることを知見した。
本発明は上記知見に基づき、接合時にセラミックスを破
損に招く恐れがなく、高温まで接合強度が劣化しないセ
ラミックスと金属の接合体を提供することをその目的と
するものである。
損に招く恐れがなく、高温まで接合強度が劣化しないセ
ラミックスと金属の接合体を提供することをその目的と
するものである。
ちなみに、この種接合体に用いられるセラミックス、中
間層金属及び接合金属の熱膨張係数は下記の通りである
。
間層金属及び接合金属の熱膨張係数は下記の通りである
。
本発明のセラミックスと金属の接合体は、セラミックス
と金属との間にモリブデン、タングステン、タングステ
ン−ニッケル系合金のうちいずれかより成る第１金属層
と、銅、鉄−ニッケル−コバルト系合金のいずれかより
成る第２金属層とから成る中間層を介在させて接合した
ことを特徴とするものである。
と金属との間にモリブデン、タングステン、タングステ
ン−ニッケル系合金のうちいずれかより成る第１金属層
と、銅、鉄−ニッケル−コバルト系合金のいずれかより
成る第２金属層とから成る中間層を介在させて接合した
ことを特徴とするものである。
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
窒化珪素（ＳｉＪ＋）とイツトリア（Ｙ２Ｏ２）、酸化
タングステン（ＷＯｓ）等の焼結助剤から成り、常圧焼
成法により製作された窒化珪素質焼結体を＃１７ｏ規格
相当のダイヤモンド砥石を用いて端面を研摩加工すると
ともに、外径？＋ａｍの円柱に研摩仕上げし、他方、５
０Ｍ４２０規格相当のクロムモリブデン鋼から成る外径
７ＩＩＩ１１の円柱をそれぞれ供試材として準備した。
タングステン（ＷＯｓ）等の焼結助剤から成り、常圧焼
成法により製作された窒化珪素質焼結体を＃１７ｏ規格
相当のダイヤモンド砥石を用いて端面を研摩加工すると
ともに、外径？＋ａｍの円柱に研摩仕上げし、他方、５
０Ｍ４２０規格相当のクロムモリブデン鋼から成る外径
７ＩＩＩ１１の円柱をそれぞれ供試材として準備した。
先ず、クロムモリブデン鋼製円柱の一端面にシート状の
３Ｎｉ−４規格のニッケルロウを用いて第１表に示す厚
さの第１金属層を真空中、１０５０ ℃の温度で接合し
た０次いで上記第１金属層表面及び窒化珪素質焼結体円
柱の研摩加工端面にチタン−銀−Ｔｉ４（Ｔｉ−Ａｇ−
Ｃｕ）系ロウまたはＢＡｇ−４規格の銀ロウのペースト
を厚み５０乃至１００μ−塗布し、乾燥後、アルゴン雰
囲気中、６００℃の温度で約１時間保持して脱脂し、そ
の後、第１表に未す厚さの第２金属層を上記ロウ材面間
に挟持し、真空炉にて約９００℃の温度に加熱して円柱
状の接合体を得た。
３Ｎｉ−４規格のニッケルロウを用いて第１表に示す厚
さの第１金属層を真空中、１０５０ ℃の温度で接合し
た０次いで上記第１金属層表面及び窒化珪素質焼結体円
柱の研摩加工端面にチタン−銀−Ｔｉ４（Ｔｉ−Ａｇ−
Ｃｕ）系ロウまたはＢＡｇ−４規格の銀ロウのペースト
を厚み５０乃至１００μ−塗布し、乾燥後、アルゴン雰
囲気中、６００℃の温度で約１時間保持して脱脂し、そ
の後、第１表に未す厚さの第２金属層を上記ロウ材面間
に挟持し、真空炉にて約９００℃の温度に加熱して円柱
状の接合体を得た。
なお、試料番号１及び２は本発明品と比較するための比
較試料であり、試料番号１は中間層を介在せずにＴｉ−
Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いて直接窒化珪素質焼結体円柱
とクロムモリブデン鋼製円柱を接合したものであり、試
料番号２は中間層としてＷを例とした第１金属層のみを
介在させ、Ｔｉ−へｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いて上記２円
柱を接合したものである。
較試料であり、試料番号１は中間層を介在せずにＴｉ−
Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いて直接窒化珪素質焼結体円柱
とクロムモリブデン鋼製円柱を接合したものであり、試
料番号２は中間層としてＷを例とした第１金属層のみを
介在させ、Ｔｉ−へｇ−Ｃｕ系ロウ材を用いて上記２円
柱を接合したものである。
その後、該接合体をインストロン万能試験機により引張
り強さを測定し、接合強度を評価した。
り強さを測定し、接合強度を評価した。
以上の結果を第１表に示す。
第１表より明らかな様に、中間層を有しない試料番号１
の接合体は接合強度が０．９Ｋｇ／ｍｍ”と掻めて低く
、セラミックスに近い熱膨張率を有する−を例とした第
１金属層のみを有する試料番号２の接合体でも接合強度
が３．０Ｋｇ／ｌＩｍ”と低いのに対して、本発明の２
層から成る中間層を介在させ、とりわけ接合材としてＴ
ｉ−Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材を用いた接合体（試料番号３
乃至２３．２６乃至５０）では接合強度が７．１Ｋｇ／
ｎ＋ｎ＋”以上と高く、なかんずく接合断面積に対する
第１金属層の厚さの比率が２０乃至３０２でなおかつ第
１金属層の厚さに対する第２金属層の厚さの比率が５乃
至５０χの接合体く試料番号５乃至８．１１乃至１４．
１９乃至２１．２８乃至３０．３５．３６．４１．４２
．４７．４８）では接合強度が９．９Ｋｇ／ａ＋＋ｓ”
以上とより好ましいことが判る。
の接合体は接合強度が０．９Ｋｇ／ｍｍ”と掻めて低く
、セラミックスに近い熱膨張率を有する−を例とした第
１金属層のみを有する試料番号２の接合体でも接合強度
が３．０Ｋｇ／ｌＩｍ”と低いのに対して、本発明の２
層から成る中間層を介在させ、とりわけ接合材としてＴ
ｉ−Ａｇ−Ｃｕ系のロウ材を用いた接合体（試料番号３
乃至２３．２６乃至５０）では接合強度が７．１Ｋｇ／
ｎ＋ｎ＋”以上と高く、なかんずく接合断面積に対する
第１金属層の厚さの比率が２０乃至３０２でなおかつ第
１金属層の厚さに対する第２金属層の厚さの比率が５乃
至５０χの接合体く試料番号５乃至８．１１乃至１４．
１９乃至２１．２８乃至３０．３５．３６．４１．４２
．４７．４８）では接合強度が９．９Ｋｇ／ａ＋＋ｓ”
以上とより好ましいことが判る。
なお、本発明は上述の実施例のみに限定されるものでは
なく、セラミックスとしては上述したＳｉＪ＊−ＹｚＯ
ｓＪ１０ｚ添加系の他、アルミナ（Ａｌｔｏｓ）、その
他の希土類元素酸化物等の添加した公知の窒、化珪素質
焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）にホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ
）添加系の他にイツトリア等の希土類元素酸化物を添加
した炭化珪素質焼結体、アルミナにシリカ（ＳｉＯｚ）
、マグネシア（ＭｇＯ）等を添加したアルミナ質焼結体
、炭化チタン（Ｔｉｃ） 、窒化チタン（ＴｉＮ）にニ
ッケル（Ｎｉ）等を添加したサーメットやアルミナにジ
ルコニア（ＺｒＯｚ）等を添加した高靭性アルミナ等で
あっても同様の結果が得られることを確認している。
なく、セラミックスとしては上述したＳｉＪ＊−ＹｚＯ
ｓＪ１０ｚ添加系の他、アルミナ（Ａｌｔｏｓ）、その
他の希土類元素酸化物等の添加した公知の窒、化珪素質
焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）にホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ
）添加系の他にイツトリア等の希土類元素酸化物を添加
した炭化珪素質焼結体、アルミナにシリカ（ＳｉＯｚ）
、マグネシア（ＭｇＯ）等を添加したアルミナ質焼結体
、炭化チタン（Ｔｉｃ） 、窒化チタン（ＴｉＮ）にニ
ッケル（Ｎｉ）等を添加したサーメットやアルミナにジ
ルコニア（ＺｒＯｚ）等を添加した高靭性アルミナ等で
あっても同様の結果が得られることを確認している。
以上、詳細に説明したように、本発明のセラミックスと
金属の接合体は、２層からなる金属の中間層を介在させ
て接合したことから、セラミックスと金属との熱膨張率
の差により発生する熱応力を有効に緩和できるため高い
接合強度が得られ、信頼性の高い各種複合構造体への適
用が可能である。
金属の接合体は、２層からなる金属の中間層を介在させ
て接合したことから、セラミックスと金属との熱膨張率
の差により発生する熱応力を有効に緩和できるため高い
接合強度が得られ、信頼性の高い各種複合構造体への適
用が可能である。
Claims (1)
- セラミックスと金属との結合面間に、モリブデン（Ｍ
ｏ）、タングステン（Ｗ）、タングステン−ニッケル（
Ｗ−Ｎｉ）系合金のうちいずれかより成る第１金属層と
、銅（Ｃｕ）、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ）系合金のいずれかより成る第２金属層とからなる
中間層を介在させて接合したことを特徴とするセラミッ
クスと金属の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3995587A JPS63206365A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | セラミツクスと金属の接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3995587A JPS63206365A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | セラミツクスと金属の接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63206365A true JPS63206365A (ja) | 1988-08-25 |
Family
ID=12567376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3995587A Pending JPS63206365A (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | セラミツクスと金属の接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63206365A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0234577A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-05 | Mitsubishi Electric Corp | セラミック−金属複合基板 |
| EP0930282A1 (en) * | 1998-01-16 | 1999-07-21 | Denso Corporation | Ceramic-metal junction structure and a method for manufacturing the same |
| JP2019185905A (ja) * | 2018-04-04 | 2019-10-24 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックス部材および緩衝部材の製造方法 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS60145972A (ja) * | 1983-12-29 | 1985-08-01 | 株式会社東芝 | セラミックス−金属接合体 |
| JPS61117171A (ja) * | 1984-11-08 | 1986-06-04 | 新明和工業株式会社 | 熱応力緩和体 |
-
1987
- 1987-02-23 JP JP3995587A patent/JPS63206365A/ja active Pending
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