JPS6345193A - Silicon carbide base ceramic sintered body with metallized surface and manufacture - Google Patents

Silicon carbide base ceramic sintered body with metallized surface and manufacture

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JPS6345193A
JPS6345193A JP18848986A JP18848986A JPS6345193A JP S6345193 A JPS6345193 A JP S6345193A JP 18848986 A JP18848986 A JP 18848986A JP 18848986 A JP18848986 A JP 18848986A JP S6345193 A JPS6345193 A JP S6345193A
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JP
Japan
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silicon carbide
layer
sintered body
ceramic sintered
metallized
Prior art date
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Pending
Application number
JP18848986A
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Japanese (ja)
Inventor
久宣 岡村
坂本 征彦
浩 秋山
鴨志田 陸男
松坂 矯
英夫 荒川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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) [Abstract] 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〕 本発明は、金属化された表面層を有する炭化けい素系セ
ラミックス焼結体とその製造法に係り、特に電子部品を
塔載する基板或は放熱部材等に適用するのに好適な炭化
けい素系セラミックス焼結体およびその金属化方法に関
する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface layer and a method for manufacturing the same, and particularly to a substrate on which electronic components are mounted. The present invention relates to a silicon carbide-based ceramic sintered body suitable for application to heat dissipation members, etc., and a method for metallizing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

セラミックスは、金属又は他のセラミックスと接合する
ことにより、単独のセラミックスにはない新たな機能が
生み出され、セラミックスの応用範囲が拡大する。しか
し、セラミックスを他のセラミックス又は金属と接合す
る場合には、接合しやすいようにセラミックス表面を金
属化する必要がある。
By joining ceramics with metals or other ceramics, new functions not found in ceramics alone are created, and the range of applications of ceramics is expanded. However, when joining ceramics with other ceramics or metals, it is necessary to metalize the surface of the ceramics to facilitate joining.

非酸化物系セラミックスのメタライズ方法については、
たとえば下記の方法が提案されている。
For information on how to metalize non-oxide ceramics,
For example, the following method has been proposed.

特開昭59−203780号には、非酸化物系セラミッ
クス焼結体表面をアルミニウムで被覆した後アルミナ層
を形成し、このアルミナ層を金属化処理する方法が記載
されている。この方法はメタライズ特開昭55−517
75号にはモリブデン、タングステン等の高融点金属粉
末を非酸化物系セラミックス表面に塗布し、非酸化性雰
囲気内で加圧しつつ焼成してメタライズする方法が記載
されている。
JP-A-59-203780 describes a method in which the surface of a non-oxide ceramic sintered body is coated with aluminum, an alumina layer is formed, and this alumina layer is metallized. This method is described in Metallization Japanese Patent Publication No. 55-517.
No. 75 describes a method of metallizing by coating a powder of a high melting point metal such as molybdenum or tungsten on the surface of a non-oxide ceramic and firing it under pressure in a non-oxidizing atmosphere.

特開昭58−99184号には炭化けい素系セラミック
スのメタライズ方法として、タングステン、モリブデン
、チタン、マンガン等の粉末をセラミックス表面に塗付
し、これを非酸化性雰囲気内で1400℃以上に加熱し
て焼成する方法が記載されている。
JP-A No. 58-99184 discloses a method for metallizing silicon carbide ceramics, in which powders of tungsten, molybdenum, titanium, manganese, etc. are applied to the surface of the ceramics, and the powder is heated to 1400°C or higher in a non-oxidizing atmosphere. A method for baking is described.

他方、非酸化物系セラミックスと金属又は他のセラミッ
クスを接合する方法として、特開昭58−135180
号には、セラミックスと金属又は他のセラミックスとの
間にアルミニウムーけい素合金のインサートを挿入し、
真空中で加圧しながら約600℃に加熱し、直接接合す
る方法が記載されている。
On the other hand, as a method for joining non-oxide ceramics and metals or other ceramics, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-135180
In this issue, an insert of an aluminum-silicon alloy is inserted between the ceramic and the metal or other ceramic,
A method is described in which direct bonding is performed by heating to about 600° C. while applying pressure in a vacuum.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来技術は、メタライズM(金属化層)の厚さをど
の程度にするかについては全く考慮されていない0本発
明者らの研究によればメタライズ層の厚さはきわめて重
要な意味をもっており、厚い場合にはメタライズによる
熱応力が大きくなり、メタライズ後熱膨張率の異なる他
の部材とろう付等で接合する場合にセラミックスの破壊
が生じる。
The above conventional technology does not take into account the thickness of the metallized layer M (metalized layer).According to the research of the present inventors, the thickness of the metalized layer has an extremely important meaning. If it is thick, the thermal stress caused by metallization will increase, and the ceramic will break when it is joined by brazing or the like to another member having a different coefficient of thermal expansion after metallization.

しかも接合される相手部材の大きさも制限を受ける。熱
膨張率が約4.5X10−8/”C以下と小さい炭化け
い素系セラミックス焼結体をメタライズする場合は、メ
タライズ層の厚さを最大でも10μm以下とすべきであ
り、10μmを超えるとメタライズ層による熱歪みだけ
で該セラミックスに破壊が生じるか或は非常に割れやす
くなることがわかった。
Moreover, the size of the mating member to be joined is also limited. When metalizing a silicon carbide ceramic sintered body with a small coefficient of thermal expansion of approximately 4.5X10-8/"C or less, the thickness of the metallized layer should be at most 10 μm or less; if it exceeds 10 μm, It has been found that the thermal strain caused by the metallized layer alone causes the ceramic to break or become very brittle.

従来技術で述べたメタライズ方法では、セラミックス表
面に形成した金属粉末のすべてがメタライズ層として利
用される。このためメタライズ層の厚さを10μm以下
に制御することが非常に難しい。
In the metallization method described in the prior art, all of the metal powder formed on the ceramic surface is used as a metallization layer. For this reason, it is very difficult to control the thickness of the metallized layer to 10 μm or less.

メタライズ層の厚さを薄くする方法としてセラミックス
表面に金属粉末ペーストを薄く塗付又は印刷する方法も
あるが、この場合でも塗付した金属粉末のすべてがメタ
ライズ層となりメタライズ層の厚さを10μm以下に均
一に制御することは極めて困難である。
Another way to reduce the thickness of the metallized layer is to apply or print a thin layer of metal powder paste on the ceramic surface, but even in this case, all of the applied metal powder becomes the metallized layer and the thickness of the metallized layer must be 10 μm or less. It is extremely difficult to control this uniformly.

メタライズ層の厚さを薄く形成する他の方法として蒸着
、イオンブレーティング等の方法もあるが、この方法で
は高い接合強度が得られないばかりでなく複雑形状の部
品には適用不可能である。
Other methods for forming a thin metallized layer include vapor deposition and ion blating, but these methods not only do not provide high bonding strength but are also not applicable to parts with complex shapes.

量産性にも問題がある。There are also problems with mass production.

厚いメタライズ層を切削加工して薄くすることは、セラ
ミックスの割れを招き、実現不可能に近い。
Cutting a thick metallized layer to make it thinner would lead to cracking of the ceramic, making it nearly impossible to achieve.

本発明の目的は、厚さ10μm以下の薄い層とすること
ができ、しかも他のセラミックス又は金属とろう付でき
る金属化層を有する炭化けい^系セラミックス焼結体を
提供するにある。
An object of the present invention is to provide a silicon carbide ceramic sintered body having a metallized layer that can be formed into a thin layer with a thickness of 10 μm or less and that can be brazed to other ceramics or metals.

本発明の他の目的は、炭化けい素系セラミックス焼結体
の表面に、10μm以下の厚さにすることができ、他の
セラミックス又は金属とろう付可能な金属化層を形成す
るための金属化方法を提供するにある。
Another object of the present invention is to form a metallized layer on the surface of a silicon carbide-based ceramic sintered body, which can have a thickness of 10 μm or less and can be brazed with other ceramics or metals. The purpose is to provide a method for

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の炭化けい素系セラミックス焼結体は、実質的に
クロムとチタンの少なくとも1つのけい化物および炭化
物によって金属化層を構成する。
In the silicon carbide ceramic sintered body of the present invention, the metallized layer is substantially composed of at least one silicide and carbide of chromium and titanium.

これらのけい化物および炭化物は焼結体中の炭化けい素
との反応によって生成したけい化物と炭化物よりなる。
These silicides and carbides are formed by reaction with silicon carbide in the sintered body.

本発明の金属化方法は、炭化けい素系セラミックス焼結
体表面にクロムとチタンの少なくとも1つよりなる金属
粉末層を形成すること、非酸化性雰囲気中で前記金属粉
末の焼成温度に加熱し該加熱によって金属粉末の一部を
炭化けい素と反応させて反応生成物を生成すること、該
反応生成物の表面に存在する金属酸化物を除去すること
を包含する。
The metallization method of the present invention includes forming a metal powder layer made of at least one of chromium and titanium on the surface of a silicon carbide ceramic sintered body, and heating the metal powder to the firing temperature of the metal powder in a non-oxidizing atmosphere. The heating includes reacting a part of the metal powder with silicon carbide to produce a reaction product, and removing metal oxides present on the surface of the reaction product.

金属粉末としては、クロ11とチタンを各々単独又は複
合で用いることができる。複合で用いる場合には、混合
物としてもよいし或は合金にしてもよい、但し、混合物
又は合金とする場合には、チタンの量を0.1〜50 
重量%と少なめにし、残りをクロムとすべきである。
As the metal powder, chromium 11 and titanium can be used alone or in combination. When used as a composite, it may be used as a mixture or as an alloy. However, when used as a mixture or alloy, the amount of titanium may be 0.1 to 50%.
It should be kept as low as % by weight, and the rest should be chromium.

金属粉末の焼成時の雰囲気は、非酸化性雰囲気とする。The atmosphere during firing of the metal powder is a non-oxidizing atmosphere.

具体的にはアルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性雰囲
気或は酸素分圧10−2Torr以下の減圧雰囲気とす
べきである。
Specifically, the atmosphere should be an inert atmosphere such as argon, helium, or neon, or a reduced pressure atmosphere with an oxygen partial pressure of 10<-2 >Torr or less.

焼成時の加熱温度は、500〜1400”Cが好ましく
、金属粉末として粒径10μm以下のものを用いる場合
には800〜1200”Cの範囲が好ましい、特に90
0〜1000”Cが好ましい、焼成温度が低くなるほど
反応層の厚さを薄くコントロールしやすい。
The heating temperature during firing is preferably 500 to 1400"C, and when using metal powder with a particle size of 10 μm or less, a range of 800 to 1200"C is preferred, especially 90
The temperature is preferably 0 to 1000''C. The lower the firing temperature, the easier it is to control the thickness of the reaction layer.

金属粉末を焼成すると、金属粉末と炭化けい素中のけい
素との反応生成物である金属けい化物および金属粉末と
炭化けい素中の炭素との反応生成物である金属炭化物よ
りなる反応層が生成する。
When the metal powder is fired, a reaction layer consisting of metal silicide, which is a reaction product between the metal powder and silicon in silicon carbide, and metal carbide, which is a reaction product between the metal powder and carbon in silicon carbide, is formed. generate.

更に反応層の上に金属酸化物を含む未反応金属層が生成
する。
Furthermore, an unreacted metal layer containing metal oxide is formed on the reaction layer.

反応層の金属けい化物と金属炭化物は一様に混在してい
るのではなく、焼結体げ近傍の下部側では金属けい化物
が多く、上方へ行くに従って金7冥炭化物が多くなる。
The metal silicides and metal carbides in the reaction layer are not uniformly mixed, but the metal silicides are abundant in the lower part near the sintered body, and the gold 7-pigment carbide increases as it goes upward.

ただし金属けい化物層、金属炭化物層というように明確
に二層に分かれているわけではない。
However, it is not clearly divided into two layers such as a metal silicide layer and a metal carbide layer.

未反応層の大部分は、炭化けい素こ八7.δしなかった
金、属よりなり、表面近傍に金属酸化物を含んでいる。
Most of the unreacted layer is silicon carbide.7. It is made of non-δ metal, and contains metal oxides near the surface.

反応層の厚さは、驚くべきことに金属粉末の塗布厚さが
大になっても殆ど影響を受けず、殆どの場合に10μm
以下が得られ、通常は1〜10μmの範囲内で得られる
ことが確認された。金屑粉末の塗布厚さが大になるほど
、未反応層の厚さが大になるにすぎない。
Surprisingly, the thickness of the reaction layer is almost unaffected by increasing the coating thickness of the metal powder, and in most cases it is 10 μm.
It was confirmed that the following was obtained, and that it was usually obtained within the range of 1 to 10 μm. The greater the application thickness of the gold powder, the greater the thickness of the unreacted layer.

未反応層表面に存在する金属酸化物は、金属粉末層の形
成時或はその後に付着した酸素と金属粉末とが反応して
生成したものと思われる。この金属酸化物を含む未反応
層は、機械加工で切削除去せずとも、焼成冷却後にピン
セット、ブラシ等を使用して簡単にはがすことができ、
又、接着テープを貼り付けて引きはがすことによっても
簡単に除去できることがわかった。未反応金属は、ろう
付に当って特に障害となるわけではないので、必ずしも
完全に除去する必要はなく、一部残存していてもよい。
It is thought that the metal oxide present on the surface of the unreacted layer is generated by the reaction between the metal powder and oxygen attached during or after the formation of the metal powder layer. This unreacted layer containing metal oxides can be easily peeled off using tweezers, brushes, etc. after firing and cooling, without having to be removed by machining.
It was also found that it could be easily removed by applying adhesive tape and peeling it off. Since the unreacted metal does not particularly pose an obstacle during brazing, it is not necessarily necessary to completely remove it, and some of it may remain.

金属酸化物を除去した露呂面には、他のセラミックス又
は金属とろう付しやすいようにニッケルと銅の少なくと
も1つよりなる層を設けることが好ましい、ニッケルと
銅の少なくとも1つよりなる層は、電気めっき、!!電
解めっき等の周知のめつき方法によって形成することが
好ましい、厚さは1〜10μm程度が好ましい。
A layer made of at least one of nickel and copper is preferably provided on the exposed surface from which metal oxides have been removed so that it can be easily brazed with other ceramics or metals.A layer made of at least one of nickel and copper is preferably provided. Ha, electroplating! ! It is preferable to form by a well-known plating method such as electrolytic plating, and the thickness is preferably about 1 to 10 μm.

〔作用〕[Effect]

本発明は、炭化けい素系セラミックス焼結体にクロムと
チタンの少なくとも1つよりなる金屑粉末を塗布し非酸
化性雰囲気中で焼成すると、塗布厚さに殆ど影響されず
に金属粉末と炭化けい素との反応生成物が10μm以下
の厚さで生成することを究明したことに基いている。前
記反応生成物を除いた成分は、前記金属粉末の未反応の
ものと金属酸化物であり、この酸化物および未反応金属
は焼結体の割れを招くことなくきわめて容易に除去する
ことができる。これにより厚さ10μm以下の金属化層
を形成することが可能となった。
In the present invention, when a silicon carbide-based ceramic sintered body is coated with gold powder made of at least one of chromium and titanium and fired in a non-oxidizing atmosphere, the metal powder and carbonization are almost unaffected by the coating thickness. This is based on the finding that a reaction product with silicon is produced in a thickness of 10 μm or less. The components other than the reaction products are unreacted metal powder and metal oxides, and these oxides and unreacted metals can be removed very easily without causing cracks in the sintered body. . This made it possible to form a metallized layer with a thickness of 10 μm or less.

このように金属化層の厚さを10μm以下に薄くできる
ために熱応力が小さくなり、他のセラミックス又は金属
と接合したときに、炭化けい素セラミックスの破壊を防
止することができる。
Since the thickness of the metallized layer can be reduced to 10 μm or less in this way, thermal stress is reduced, and silicon carbide ceramics can be prevented from breaking when bonded to other ceramics or metals.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明を実施するに当たり、炭化けい素系セラミックス
焼結体の表面に各種の金属粉末を有機溶剤と混合してペ
ースト状にしたものを厚さ約50μm塗付し、これをア
ルゴンガス雰囲気または10−3Torrの減圧下で7
00〜1400℃の温度で30分間加熱し、該セラミッ
クスと各種金属粉末との反応状態を調べた結果、次のよ
うな新しい現象を発見した。
In carrying out the present invention, a paste made by mixing various metal powders with an organic solvent is applied to the surface of a silicon carbide ceramic sintered body to a thickness of approximately 50 μm, and this is applied in an argon gas atmosphere or -7 under reduced pressure of 3 Torr
As a result of heating the ceramic at a temperature of 00 to 1400°C for 30 minutes and investigating the reaction state between the ceramic and various metal powders, the following new phenomenon was discovered.

周期表の第m a = V II a族、vm族、第1
b〜IVb族の中で該セラミックスとの間に反応層が形
成されたのはクロム(Cr)、チタン(Ti)。
Periodic table m a = VII a group, vm group, 1st
Among the b to IVb groups, chromium (Cr) and titanium (Ti) form a reaction layer with the ceramic.

マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)だけ
であった。
It contained only manganese (Mn), iron (Fe), and nickel (Ni).

更にCr、Ti、Mn、Fee Niの中でもFe、M
n及びNiはセラミックス表面に塗付した厚さのすべて
が反応層となり、未反応のFe層又はN i 、層は形
成されなかった。このため、塗付した金属(Fe、Mn
、Ni)粉末の厚さのすべてがメタライズ層となり該セ
ラミックスに熱応力破壊が生じ、他の部材と接合するこ
とはできなかった。Fe及びNxの場合は該セラミック
ス表面に塗付した粉末の厚さにほぼ比例して反応層の厚
さも増加し、この反応層がすべてメタライズ層となるこ
とが判明した。
Furthermore, among Cr, Ti, Mn, and Fee Ni, Fe, M
The entire thickness of n and Ni applied to the ceramic surface became a reaction layer, and no unreacted Fe layer or Ni layer was formed. For this reason, coated metals (Fe, Mn
, Ni) The entire thickness of the powder became a metallized layer, and thermal stress fracture occurred in the ceramic, making it impossible to bond it to other members. In the case of Fe and Nx, it was found that the thickness of the reaction layer increased almost in proportion to the thickness of the powder applied to the ceramic surface, and that the reaction layer was entirely a metallized layer.

しかも、Fe及びNiの場合の反応層にはけい化物だけ
が生成され、炭化物は生成されなかった。
Moreover, only silicides were produced in the reaction layer in the case of Fe and Ni, and no carbides were produced.

以上のことから、炭化けい素系セラミックス焼結体にF
e又はNi層を形成し焼成した場合には、反応層の表面
近傍に炭化けい素が分解して生じた遊離炭素が残存し、
金属化後にNi又は銅(Cu)めっきしたときにめっき
層との界面強度が弱く、信頼性の高い金属化層が得られ
ないことがわかつた。
From the above, it is clear that silicon carbide ceramic sintered bodies
When e or Ni layer is formed and fired, free carbon generated by decomposition of silicon carbide remains near the surface of the reaction layer,
It has been found that when Ni or copper (Cu) plating is applied after metallization, the interface strength with the plating layer is weak and a highly reliable metallized layer cannot be obtained.

これに対して、Cr及びTiの場合には、該セラミック
ス表面に塗付したCr又はTi粉末の一部分が炭化けい
素と反応し厚さ1〜10μmのクロ11反応層又はチタ
ン反応層を形成する。Cr又はTi粉末の残りの大部分
は未反応の金属クロム又は金属チタンとして存在し、ご
く一部が酸化物を生成する。未反応クロム層又は未反応
チタン層は焼成冷却後、機械的切削によらず、ピンセッ
ト、ブラシまたは接着テープ等で簡単に除去できること
を見出した。
On the other hand, in the case of Cr and Ti, a portion of the Cr or Ti powder applied to the ceramic surface reacts with silicon carbide to form a 1 to 10 μm thick Cr-11 reaction layer or titanium reaction layer. . Most of the remaining Cr or Ti powder exists as unreacted metallic chromium or metallic titanium, and a small portion forms oxides. It has been found that after firing and cooling, the unreacted chromium layer or the unreacted titanium layer can be easily removed with tweezers, a brush, adhesive tape, etc., without mechanical cutting.

Cr及びTiの場合の反応層の厚さは、セラミックス表
面に塗付したCr又はTi粉末の厚さに関係なく、焼成
条件が一定であればほぼ一定の厚さになる1反応層の上
に形成された未反応層は。
In the case of Cr and Ti, the thickness of the reaction layer is approximately constant if the firing conditions are constant, regardless of the thickness of the Cr or Ti powder applied to the ceramic surface. The unreacted layer formed.

反応層又はセラミックスとの密着性が悪く、この未反応
層にNiまたはCu1iを設けてろう付しても高強度は
得られなかった。
Adhesion to the reaction layer or ceramics was poor, and high strength could not be obtained even if Ni or Cu1i was provided on this unreacted layer and brazed.

本発明では前記未反応層が比較的容易に剥離、除去でき
る点に注目し、前記未反応層を実質的に除去後Niまた
はCu膜を形成して、他のセラミックス又は金属と接合
することにある。
The present invention focuses on the fact that the unreacted layer can be peeled off and removed relatively easily, and after substantially removing the unreacted layer, a Ni or Cu film is formed and bonded to other ceramics or metals. be.

なお、Cr粉末と炭化けい素セラミックスについて前記
クロム反応層の反応生成物をX線回折法で同定した結果
、CraSi、Cr5iz等のクロムけい化物及びCr
acz+ Cr7cs等のクロム炭化物であり、金属C
rはないか、はとんど認められなかった。また、前記チ
タン反応層の生成物はT i S i z等のチタンけ
い化物及びTiCz等のチタン炭化物であり、金属チタ
ンはないか、はとんど認められなかった。
In addition, as a result of identifying the reaction products of the chromium reaction layer with respect to Cr powder and silicon carbide ceramics by X-ray diffraction method, it was found that chromium silicides such as CraSi and Cr5iz and Cr
acz+ Chromium carbide such as Cr7cs, metal C
There was no r or it was rarely recognized. Furthermore, the products of the titanium reaction layer were titanium silicides such as T i S i z and titanium carbides such as TiCz, and no metallic titanium was observed.

このように反応層は実質的にけい化物と炭化物からなる
。かかる反応層は炭化物を含むので、軟ろう又は硬ろう
等により他の部材と接合する場合にろう材のぬれ性が悪
く健全な接合が難しい。、そこで前記反応層にNi又は
Cuの電気めっきを行った結果、簡単にめっきを行うこ
とができた。
The reaction layer thus consists essentially of silicide and carbide. Since such a reaction layer contains carbide, when joining it to other members using soft solder or hard solder, the wettability of the brazing material is poor and sound joining is difficult. Therefore, as a result of performing Ni or Cu electroplating on the reaction layer, plating could be easily performed.

反応層の表面にNx又はCu膜を形成することにより、
他の部材との接合も可能になった。
By forming an Nx or Cu film on the surface of the reaction layer,
It has also become possible to join with other parts.

Ni又はCu膜の形成法は電気めっき法にかぎらず無電
解めっき法、蒸気、イオンプレティング等いずれの方法
でも良いが、接着強さ及び能率の点で電気めっき法が特
に望ましい。
The method for forming the Ni or Cu film is not limited to electroplating, and may be any other method such as electroless plating, steam, or ion plating, but electroplating is particularly preferred in terms of adhesive strength and efficiency.

Ti粉末の場合はめつき性がCr粉末に比へで劣る。こ
のため、T1単独よりはCr粉末に一部混合して使用す
ることが望ましい、チタン炭化物は、クロム炭化物にく
らべて熱的に安定であるので、Ti粉末をCr粉末に混
合して使用することにより、Cr粉末単独の場合に比べ
て熱的により安定した反応が得られる。ただし、Ti量
は50重量%を超えるとめつき性が悪くなるため、50
重重量以下が望ましい、この場合、CrとTiとの合金
粉末でもよい。Tiの下限量は0.1 重量%特に10
重量%以上が望ましい。CrまたはTi粉末はできるか
ぎり純度の高いものが望ましいが、CrまたはTi成分
が90重量%以上を占めていれば、他の金属成分が多少
混入していてもよい。
In the case of Ti powder, the plating properties are inferior to that of Cr powder. For this reason, it is preferable to use T1 mixed with Cr powder rather than using it alone.Titanium carbide is more thermally stable than chromium carbide, so it is preferable to use Ti powder mixed with Cr powder. As a result, a more thermally stable reaction can be obtained than in the case of using Cr powder alone. However, if the Ti amount exceeds 50% by weight, the fitting properties will deteriorate, so 50% by weight
It is desirable that the weight is less than 100%. In this case, an alloy powder of Cr and Ti may be used. The lower limit of Ti is 0.1% by weight, especially 10
Weight % or more is desirable. The Cr or Ti powder is preferably as pure as possible, but as long as the Cr or Ti component accounts for 90% by weight or more, some other metal components may be mixed in.

Cr又はTi粉末の粒径は小さいほどよく、微粒を用い
るほど低温でCr又はTi反応層を形成できることが判
明した。Cv−粉末を用いAr雰囲気中で焼成した場合
に最大の強度が得られる適正焼成温度は炭化けい素セラ
ミックスの場合、Cr粉末の粒径が50μmでは120
0〜1400℃、3Qμmで1100〜1200”C,
10μmでは1000〜1100℃、5μmでは90Q
〜1000℃、1μmでは800〜900℃+ 0.5
 μmでは750〜800℃、0.1pmでは600〜
700’C,0,01μmでは約500℃であった。
It has been found that the smaller the particle size of the Cr or Ti powder is, the better it is, and that the finer the particle size, the more the Cr or Ti reaction layer can be formed at a lower temperature. When firing Cv-powder in an Ar atmosphere, the appropriate firing temperature at which maximum strength is obtained is 120 μm when the particle size of Cr powder is 50 μm in the case of silicon carbide ceramics.
0~1400℃, 1100~1200"C at 3Qμm,
1000-1100℃ for 10μm, 90Q for 5μm
~1000℃, 1μm is 800~900℃+0.5
750-800℃ for μm, 600-800℃ for 0.1pm
At 700'C and 0.01 μm, the temperature was about 500°C.

焼成温度が低いほどセラミックスの熱応力も小さくなり
、また高い精度で印刷もできるようになるため粒径は小
さいほど望ましい。特に焼成温度が1000”C以下で
できる10μm以下が望ましい。金属粉末の下限値は0
.01μmが好ましい。
The lower the firing temperature, the lower the thermal stress of the ceramic, and the higher the accuracy of printing, so the smaller the particle size, the more desirable. In particular, it is desirable that the metal powder has a diameter of 10 μm or less, which can be produced at a firing temperature of 1000"C or less. The lower limit of the metal powder is 0.
.. 01 μm is preferred.

Cr粉末の粒径及び焼成温度が変っても反応生成物の形
態は変わらない。例えば焼成温度が950℃の場合の反
応生成物はCr5Si、Cr5iz等のけい化物及びC
r5cz、Cr7cs等の炭化物である。これらの分解
温度はCr3Si及びCr5izの場合は1000℃以
上、Cr5Cz及びCr7C3の場合は1500℃以上
である。焼成温度が1000℃以下でも反応層の耐熱性
は1400’C以上である。
Even if the particle size of the Cr powder and the firing temperature change, the morphology of the reaction product remains unchanged. For example, when the firing temperature is 950°C, the reaction products are silicides such as Cr5Si and Cr5iz, and C
These are carbides such as r5cz and Cr7cs. These decomposition temperatures are 1000° C. or higher for Cr3Si and Cr5iz, and 1500° C. or higher for Cr5Cz and Cr7C3. Even if the firing temperature is 1000°C or lower, the heat resistance of the reaction layer is 1400'C or higher.

Cr粉末をペースト状にするのに用いる有機溶剤は、熱
分解温度が200 ’C以下のものが、すすまたはカー
ボンが残らないので望ましい。
It is preferable that the organic solvent used to make the Cr powder into a paste has a thermal decomposition temperature of 200'C or less because no soot or carbon will remain.

炭化けい素セラミックスの表面に塗付または印された場
合でも容易に未反応層を除去できない。
Even when painted or marked on the surface of silicon carbide ceramics, the unreacted layer cannot be easily removed.

未反応層の厚さは少なくとも5μm以上が望ましく、こ
れを実現するために、セラミックス表面に塗付・印刷す
る金属粉末の厚さは10μm以上とすることが望ましい
、ただし、あまり厚すぎても不経済であるので100μ
m8度までにとどめるのがよい。
The thickness of the unreacted layer is preferably at least 5 μm or more, and in order to achieve this, the thickness of the metal powder applied or printed on the ceramic surface is preferably 10 μm or more. However, if it is too thick, it may cause problems. 100μ because it is economical.
It is best to limit it to m8 degrees.

ペースト状Cr粉末を塗付または印刷した炭化けい素セ
ラミックスを焼成する雰囲気は、非酸化性雰囲気とする
。特に不活性ガス雰囲気が好ましい。減圧された雰囲気
内で焼成すると、Crの蒸発によって、所望部分以外の
部分にもCrが蒸着され易くなり、セラミックスの絶縁
抵抗の低下原因となり易い。
The atmosphere in which the silicon carbide ceramics coated or printed with paste-like Cr powder is fired is a non-oxidizing atmosphere. An inert gas atmosphere is particularly preferred. When fired in a reduced pressure atmosphere, Cr is likely to be deposited on areas other than desired areas due to evaporation of Cr, which is likely to cause a decrease in the insulation resistance of the ceramic.

特にBeOを約1重量%含む電気絶縁性炭化けい素焼結
体を金、属化する場合には、不活性雰囲気内での焼成が
望ましい。
In particular, when converting an electrically insulating silicon carbide sintered body containing about 1% by weight of BeO into metal, firing in an inert atmosphere is desirable.

次に前記方法によって形成されたクロム反応層またはチ
タン反応層を介して金属又はセラミックスと接合する方
法について詳細に説明する。
Next, a method for bonding to metal or ceramics via the chromium reaction layer or titanium reaction layer formed by the above method will be described in detail.

前述のごとくクロム又はチタン反応層を形成しと た後Cu又はN i i fh設けることにより、執ろ
う又は硬ろうにより相手材の金属又は表面がメタライズ
されたセラミックス、ガラス等と容易に接合することが
できる。
By providing Cu or Ni fh after forming the chromium or titanium reaction layer as described above, it is possible to easily join the mating material with metal or ceramics, glass, etc. whose surface is metallized by soldering or hard soldering. Can be done.

ここで熱膨張率が異なる金属又は他のセラミックスと接
合する場合には、接合面の間に熱応力緩和作用のある別
の金属を介して接合することが望ましい。
When joining metals or other ceramics with different coefficients of thermal expansion, it is desirable to use another metal that has a thermal stress relieving effect between the joining surfaces.

この熱応力緩和材としては、縦弾性係数が12×103
kgf/lll112以下の金属材料または複合材が望
ましい、特に厚さ100〜1000μmの銀または銀を
主成分とする複合材が望ましい。
This thermal stress relaxation material has a longitudinal elastic modulus of 12×103
A metal material or a composite material having a thickness of 112 kgf/lll or less is desirable, and a silver or a composite material having a thickness of 100 to 1000 μm as a main component is particularly desirable.

銀箔の表面に銀ろうをクラッドしたものを熱応力緩和材
として用いると、高信頼性の接合部が得られる。
If a silver foil surface clad with silver solder is used as a thermal stress relaxation material, a highly reliable joint can be obtained.

なお本発明の対象とするセラミックス焼結体は炭化けい
素を主成分とする、いわゆる炭化けい素系セラミックス
焼結体であればよく、たとえば炭化けい素にジルコニウ
ムとボロンの化合物(ZrBz)を少量含有した導電性
セラミックスも当然対象とする。
The ceramic sintered body that is the object of the present invention may be a so-called silicon carbide ceramic sintered body that has silicon carbide as its main component, for example, silicon carbide with a small amount of a compound of zirconium and boron (ZrBz). Naturally, conductive ceramics containing the same are also covered.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 本発明の実施例である半導体装置用パッケージを第1図
および第2図によって説明する。
Embodiment 1 A package for a semiconductor device which is an embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

厚さIm、[・横各15m、焼結助剤として約1重量%
の酸化ベリリウム(Bed)を含む高熱伝導性炭化けい
素系セラミックスよりなる冷却基板1のアルミナセラミ
ックス枠体2との対向面に金属化層を形成した。形成条
件はジメチルセルローズによりペースト状にした粒径約
3μmのCr粉末を約30μmの厚さで所定の位置にス
クリーン印刷し、これをアルゴン(Ar)雰囲気内で9
50℃、30分間焼成後自然冷却した。これによりクロ
ムけい化物とクロム炭化物よりなる反応層および未反応
の金属クロムとクロム酸化物よりなる未反応層とが生成
した。次に最外層のCr酸化物を一部含む未反応Cr層
を接着テープにより除却し、Cr反応層3を表面に露出
させた。そして、この上に電気めっきによって5μmの
Ni層4を形成した。一方、アルミナセラミックス枠体
2の冷却基板1に対向する面には、周知のM o −M
 nメタライズ層5とその上にNiめっき層6を施した
。アルミナセラミックス枠体2は三7ツ構造を有してお
り層間には配線パターン9がある。冷却基板1と接合さ
れる該枠体2の最下層(第1層と呼ぶ)はその中央に半
導体装’l (LSIチップ)11を収納するに十分な
開孔を有し、第2@、第3層と上へ行くに従って順次開
口部は大きくなっている。入出力ピン1oは配線パター
ン9に接続している。
Thickness Im, width 15m, approximately 1% by weight as sintering aid
A metallized layer was formed on the surface facing the alumina ceramic frame 2 of a cooling substrate 1 made of highly thermally conductive silicon carbide ceramic containing beryllium oxide (Bed). The forming conditions were as follows: Cr powder with a particle size of about 3 μm made into a paste with dimethyl cellulose was screen printed at a predetermined position to a thickness of about 30 μm, and this was printed in an argon (Ar) atmosphere for 90 minutes.
After baking at 50° C. for 30 minutes, it was naturally cooled. As a result, a reaction layer consisting of chromium silicide and chromium carbide and an unreacted layer consisting of unreacted metallic chromium and chromium oxide were formed. Next, the outermost unreacted Cr layer containing a portion of Cr oxide was removed using an adhesive tape, and the Cr reaction layer 3 was exposed on the surface. Then, a 5 μm thick Ni layer 4 was formed thereon by electroplating. On the other hand, on the surface of the alumina ceramic frame 2 facing the cooling substrate 1, a well-known Mo-M
An n metallized layer 5 and a Ni plating layer 6 were formed thereon. The alumina ceramic frame 2 has a 37-layer structure, and there are wiring patterns 9 between the layers. The lowermost layer (referred to as the first layer) of the frame 2 to be joined to the cooling board 1 has an opening in the center sufficient to accommodate a semiconductor device (LSI chip) 11, and The opening gradually becomes larger as it goes up to the third layer. The input/output pin 1o is connected to the wiring pattern 9.

冷却基板11には、半導体装置(LSIチップ)11と
アルミナセラミックス枠体2の配線パターン9との配線
12を容易にするため、高さ調節用の台座13が設けら
れている。
The cooling board 11 is provided with a height-adjustable pedestal 13 in order to facilitate wiring 12 between the semiconductor device (LSI chip) 11 and the wiring pattern 9 of the alumina ceramic frame 2.

この台座13は前記冷却基板1と同様の炭化けい素系セ
ラミックス焼結体よりなり、冷却基板1と同様の方法で
金属化層が形成されている5冷却基板1と枠体2及び冷
却基板1と台座13の接合は銀ろう材8によって行った
This pedestal 13 is made of a silicon carbide ceramic sintered body similar to the cooling board 1, and has a metallized layer formed in the same manner as the cooling board 1.The cooling board 1, the frame 2, and the cooling board 1 The pedestal 13 and the pedestal 13 were joined using a silver brazing filler metal 8.

冷却基板1と枠体2との間には、熱応力紛和材として厚
さ300μmの銀箔7を用いた。
A silver foil 7 with a thickness of 300 μm was used between the cooling substrate 1 and the frame 2 as a thermal stress alleviating material.

この場合、銀箔の両表面には厚さ50μmの銀ろう8を
予めクラッドしておき、冷却基板1と枠体2との間に設
置した。
In this case, both surfaces of the silver foil were clad in advance with silver solder 8 having a thickness of 50 μm, and placed between the cooling substrate 1 and the frame 2.

銀ろうにはJiS規格B A g −7を用い、銀ろう
付は窒素ガスと10%水素ガスとの混合ガス中で最大7
00℃に加熱して実施した。その後、冷却基板1に接合
された台座13の表面に金めつきを行い、半導体装置1
1と台、座13とを金−けい素(Au−8i)ろう14
を用いて接合した。
JiS standard B A g -7 is used for silver soldering.
The test was carried out by heating to 00°C. Thereafter, the surface of the pedestal 13 bonded to the cooling substrate 1 is plated with gold, and the semiconductor device 1
1, the stand, and the seat 13 are made of gold-silicon (Au-8i) wax 14.
It was joined using

以上のようにして製作した半導体パッケージについて、
−50℃から150℃の熱サイクルを与えて、その前後
のヘリウム(He) リークテストを行った結果、熱サ
イクル数が10000サイクル数でもずへてHeリーク
量はI X 10−”atm−cc/ s以下で高信頼
性が確認された。
Regarding the semiconductor package manufactured as described above,
As a result of applying a thermal cycle from -50℃ to 150℃ and performing a helium (He) leak test before and after the thermal cycle, the number of thermal cycles was 10,000 and the amount of He leakage was IX 10-"atm-cc. High reliability was confirmed at less than / s.

実施例2 第3国は約1重量%のBeOを添加し、ホットプレスす
ることにより熱伝導率が270W/mKで、電気絶縁抵
抗が1012Ω・国、熱膨張率が3.7 x 10−6
/°Cの特性を有する厚さ2mm、76m角の炭化けい
素系セラミックス焼結体20と、タングステンカーバイ
ド(V/ C)とコバルトとの粉末焼結合金からなり、
f!&、膨張率が4.6 X 10−”7℃で、厚さ1
0m2幅2 mr 、外径75mmの超硬製フレーム1
5とを本発明によって接合した断面を示す。
Example 2 In the third country, about 1% by weight of BeO was added and hot-pressed to give a thermal conductivity of 270 W/mK, an electrical insulation resistance of 1012 Ω, and a thermal expansion coefficient of 3.7 x 10-6.
It consists of a silicon carbide-based ceramic sintered body 20 with a thickness of 2 mm and a size of 76 m square having the characteristics of
f! &, expansion coefficient is 4.6 x 10-”7℃, thickness 1
Carbide frame 1 with a width of 0m2 and an outer diameter of 75mm.
Fig. 5 shows a cross section of the parts 5 and 5 joined together according to the present invention.

前記炭化けい素セラミックス焼結体2oの接合部に3田
の幅でジメチレングリコールモノエチルエーテルアセテ
ートとエチルセルローズとにょリペースト状にした粒径
1μmのCr粉末を約4゜μmの厚さで塗付し、これを
Ar雰囲気内で900℃の温度で約30分間焼成後自然
冷却した。その結果、前記セラミックスの表面には約2
μmのCrけい化物(CrSiz、Cr5Si)及びC
r炭化物(Crzc2.Cr7ca)からなるCr反応
層3が形成され、残りのCr粉末は未反応Cr層として
、Cr反応層の上に形成された。次に前記未反応Cr層
をピンセットで除去し、前記Cr反応層3の表面にNi
めっき層4を電気めっきにより厚さ5μm形成した。
Cr powder with a particle size of 1 μm made into a paste of dimethylene glycol monoethyl ether acetate and ethyl cellulose is applied to a thickness of about 4 μm on the joint portion of the silicon carbide ceramic sintered body 2o. This was baked at a temperature of 900° C. for about 30 minutes in an Ar atmosphere and then naturally cooled. As a result, about 2
μm of Cr silicide (CrSiz, Cr5Si) and C
A Cr reaction layer 3 made of r carbide (Crzc2.Cr7ca) was formed, and the remaining Cr powder was formed as an unreacted Cr layer on the Cr reaction layer. Next, the unreacted Cr layer was removed with tweezers, and Ni was added to the surface of the Cr reaction layer 3.
A plating layer 4 having a thickness of 5 μm was formed by electroplating.

一方、前記超硬製フレーム15の接合面にもN1めつき
M4を′電気めっきによって厚さ6μm形成した。
On the other hand, N1-plated M4 was also formed on the joint surface of the carbide frame 15 to a thickness of 6 μm by electroplating.

前記方法により接合面が金属化された炭化けい素セラミ
ックス焼結体2Qと超硬製フレーム15とを銀ろう(J
 I S  BAg−8) 8により10%の水素を含
む窒素ガス中で800℃でろう付した。なお、この場合
の銀ろうの厚さは約30μmである。このようにして接
合された超硬製フレーム15の端面に半導体装@11が
接合されたムライトセラミックス基板16をはんだ17
によって接合し、半導体装置用パッケージとした。
The silicon carbide ceramic sintered body 2Q whose joint surface has been metallized by the above method and the carbide frame 15 are soldered with silver solder (J
Brazing was performed at 800°C in nitrogen gas containing 10% hydrogen using IS BAg-8) 8. Note that the thickness of the silver solder in this case is about 30 μm. The mullite ceramic substrate 16 with the semiconductor device @ 11 bonded to the end face of the carbide frame 15 bonded in this way is soldered 17.
were bonded together to form a package for semiconductor devices.

このようにして接合した接合体の熱サイクル試験(15
0℃←→−50’C)を1000回行い、接合部のHe
リークテストを行った結果、Haリーク量はl X 1
0−10−1Oat c/ sで半導体用パッケージと
して利用できることを確認した。なお、本実施例では両
者の熱膨張率がほぼ同じであるため、熱応力緩和材は用
いなかった。
Thermal cycle test (15
0℃←→-50'C) 1000 times, and He
As a result of the leak test, the amount of Ha leak was l x 1
It was confirmed that it could be used as a semiconductor package at 0-10-1 Oatc/s. Note that in this example, since the coefficients of thermal expansion of both materials are almost the same, no thermal stress relieving material was used.

前記方法により接合した接合体の引張強さを測定した結
果、約20kg f / me2の強さが得られた。
As a result of measuring the tensile strength of the joined body joined by the above method, a strength of about 20 kg f/me2 was obtained.

また、前記方法で接合した接合体を700℃まで加熱後
引張強さを側定した結果でも接合強さの低下は認められ
ず高耐熱性であることがわかった。
Furthermore, when the tensile strength of the bonded body bonded by the above method was determined after heating it to 700° C., no decrease in bonding strength was observed, indicating that the bonded body had high heat resistance.

実施例3 約5重量%の窒化アルミニウム(A Q N)を焼結助
剤とする厚さ2mm、vIi・横各20+n++のホッ
トプレス製炭化けい素セラミックス焼結体の一面に実施
例2と同様のペースト状にした粒径が約5μmのCr粉
末を約50ALmの厚さで直fJ 5 mに印刷し、こ
れをアルゴン雰囲気内で700〜1300℃の間で30
分間焼成後、自然冷却した。その結果、セラミックス焼
結体表面に厚さ約1〜15μmのCrけい化物およびC
r炭化物よりなる反応層、その上に金属Crからなり、
一部クロム酸化物を含む厚さ約30 a mの未反応層
が形成された。最外層に形成された未反応Cr層を金属
ブラシにより除去し、セラミックス表面のCr反応層を
露出させて、その上にNiを約5μm厚さに電気めっき
した。
Example 3 A hot-pressed silicon carbide ceramic sintered body with a thickness of 2 mm, vIi and width of 20+n++ using approximately 5% by weight of aluminum nitride (AQN) as a sintering aid was coated on one side as in Example 2. A paste-like Cr powder with a particle size of about 5 μm was printed with a thickness of about 50 ALm in a straight fJ 5 m, and this was heated between 700 and 1300° C. for 30 minutes in an argon atmosphere.
After baking for a minute, it was naturally cooled. As a result, Cr silicide and C with a thickness of about 1 to 15 μm were deposited on the surface of the ceramic sintered body.
a reaction layer made of r carbide, made of metal Cr on it,
An unreacted layer about 30 am thick containing some chromium oxide was formed. The unreacted Cr layer formed as the outermost layer was removed using a metal brush to expose the Cr reaction layer on the ceramic surface, and Ni was electroplated thereon to a thickness of about 5 μm.

上記方法により形成された金属化面に直径2mの銅線を
銀ろうを用いて800’Cの温度で接合した。この後、
垂直方向に引張る引張試験を行った。
A copper wire with a diameter of 2 m was bonded to the metallized surface formed by the above method using silver solder at a temperature of 800'C. After this,
A tensile test was conducted by pulling in the vertical direction.

第4図は焼成温度と接合強度との関係を、また、第5図
はCr層の厚さと接合強度との関係を示すが、粉末粒径
が約5μmのときには焼成温度が800〜12oO℃の
とき、また、反応Cr層の厚さが1〜10μmで高強度
の接合を行うことができることが判る。
Fig. 4 shows the relationship between firing temperature and bonding strength, and Fig. 5 shows the relationship between Cr layer thickness and bonding strength. It is also found that high-strength bonding can be achieved when the thickness of the reactive Cr layer is 1 to 10 μm.

実施例4 約40重量%のZrB2を含む電気抵抗が1×104Ω
 ’Qlの厚さ1m、3 m X 50 mの導電性炭
化けい素系セラミックス焼結体の片表面の一部に粒径約
10μmのCr粉末をペースト状にして約500μmの
厚さに塗付し、これを5X10−4Torrの減圧下で
1000℃、30分間焼成後自然冷却した。その後、メ
タライズ表面のCr酸化物層を一部含む未反応Cr層を
除去し、Niめっきを約3μm行った。そのNiめつき
の表面に直径ILffoのNi線を銀ろう付し、点火用
のヒータにして使用した。
Example 4 Electrical resistance containing about 40% by weight of ZrB2 is 1 x 104Ω
Cr powder with a grain size of about 10 μm was made into a paste and applied to a part of one surface of a conductive silicon carbide ceramic sintered body measuring 1 m in thickness and 3 m x 50 m in thickness to a thickness of about 500 μm. This was baked at 1000° C. for 30 minutes under a reduced pressure of 5×10 −4 Torr, and then naturally cooled. Thereafter, the unreacted Cr layer including a part of the Cr oxide layer on the metallized surface was removed, and Ni plating was performed to a thickness of about 3 μm. A Ni wire with a diameter ILffo was silver soldered to the Ni-plated surface and used as a heater for ignition.

この点火用ヒータの熱サイクル試験を600℃から20
℃の温度範囲で2万回行った場合でも接合強度の低下は
認められなかった。
This ignition heater was subjected to a thermal cycle test from 600℃ to 20℃.
Even when the bonding was repeated 20,000 times in the temperature range of .degree. C., no decrease in bonding strength was observed.

実施例5 粒径3μmのCr粉末に同粒径のTi粉末を0.1〜6
0重量%添加した混合粉末をペースト状にし、これを無
加圧焼結した炭化けい素系セラミックス焼結体に印刷し
た。そして真空度が1×10″″’Torrの真空中で
950℃、3o分間焼成した。焼成によって前記炭化け
い素系セラミックス焼結体の表面にCr炭化物、Crけ
い化物、T1炭化物及びTiけい化物よりなる反応層お
よび金属Cr、金、@”ri、cr及びTiの酸化物よ
りなる未反応層が形成された。未反応層をブラシングに
より除去した。
Example 5 0.1 to 6 Ti powder of the same particle size was added to Cr powder of 3 μm particle size.
The mixed powder containing 0% by weight was made into a paste, and this was printed on a silicon carbide ceramic sintered body that had been sintered without pressure. Then, it was fired at 950° C. for 30 minutes in a vacuum with a degree of vacuum of 1×10″’’ Torr. By firing, a reaction layer consisting of Cr carbide, Cr silicide, T1 carbide and Ti silicide and a layer consisting of oxides of metal Cr, gold, @"ri, cr and Ti are formed on the surface of the silicon carbide ceramic sintered body. A reaction layer was formed.The unreacted layer was removed by brushing.

反応層の部分にNiのっきを行い、金−パラジュウムろ
うによって、直径3ffn+のNi線をろう付した。そ
の後、高温中で垂直方向に引張り、接合部の耐熱性を調
へた。第6図は結果として得られたCr粉末中へのTi
含有量と耐熱温度との関係を示す。Ti含有量が約50
重量%までは耐熱性悸 は除々に上昇することがわかる。
Ni was plated on the reaction layer, and a Ni wire having a diameter of 3ffn+ was brazed with gold-palladium solder. Thereafter, the joint was pulled vertically at high temperature to test the heat resistance of the joint. Figure 6 shows the incorporation of Ti into the resulting Cr powder.
The relationship between content and heat-resistant temperature is shown. Ti content is about 50
It can be seen that the heat resistance palpitation gradually increases up to % by weight.

実施例6 粒径が0.01〜30μmのペースト状Cr粉末を30
μmの厚さで炭化けい素系セラミックス焼結体の一部分
に印刷し、これを純度99.9%のAr雰囲気または真
空度がI X 10−10Torrの減圧雰囲気内で焼
成した。クロム粉末粒径と最適焼成温度との関係を第7
図に示す。
Example 6 Paste-like Cr powder with a particle size of 0.01 to 30 μm was
A portion of the silicon carbide-based ceramic sintered body was printed with a thickness of μm, and this was fired in an Ar atmosphere with a purity of 99.9% or a reduced pressure atmosphere with a degree of vacuum of I x 10-10 Torr. The relationship between chromium powder particle size and optimum firing temperature is shown in the seventh section.
As shown in the figure.

いずれの場合もCr粉末の粒径が減少するほど最適焼成
温度は低下し、0.01μmのCr粉末の場合の最適焼
成温度はAr雰囲気内では400℃l I X 10−
1OTorrの真空内では200 ’Cであることがわ
かった。ただし、このような低温で焼成した場合でも形
成される反応物は高温の場合と河様であるため、金属化
層の耐熱性の低下は認められなかった。
In either case, the optimal firing temperature decreases as the particle size of the Cr powder decreases, and the optimal firing temperature for 0.01 μm Cr powder is 400°C in an Ar atmosphere.
It was found to be 200'C in a vacuum of 1OTorr. However, even when firing at such a low temperature, the reaction products formed were similar to those at high temperatures, so no decrease in the heat resistance of the metallized layer was observed.

〔発明の効果〕 本発明によれば炭化けい素系セラミックス焼結体表面に
厚さ10μm以下の強固に結合された薄い反応層を形成
することができる。この反応層面にCu又はNiをめっ
きすることはきわめて容易であり、これらのめつき層を
介して金属部材又は他のセラミックス部材を強固に接合
することができ、高耐熱高強度の接合体を得ることがで
きる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, a strongly bonded thin reaction layer having a thickness of 10 μm or less can be formed on the surface of a silicon carbide ceramic sintered body. It is extremely easy to plate Cu or Ni on the surface of this reaction layer, and it is possible to firmly bond metal members or other ceramic members through these plated layers, resulting in a bonded body with high heat resistance and high strength. be able to.

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

第1図〜第3図は本発明の一実施例を示す断面図、第4
図〜第5図は金属化層を形成した炭化けい素系セラミッ
クス焼結体の6並びシこクロム反応層厚さと接合強度と
の関係を示す特性図、第6図はCr粉末中に添加したT
 4粉末の量とその結果得られた接合部の耐熱1度との
y係を示す特性図、第7図はCr粉末の粒径と焼成温度
との関係を示す特性Σである。 1・・・炭化けい素セラミックス製冷却基板、3−・ク
ロム反応層、4・・ニッケル層、8・・・銀ろう、11
・・・半導体装置、13・・・炭化けい素セラミックス
製台座。
FIGS. 1 to 3 are cross-sectional views showing one embodiment of the present invention, and FIG.
Figures 5 to 5 are characteristic diagrams showing the relationship between the thickness of the 6-line silicon carbide-based ceramic sintered body with a metallized layer and the bonding strength, and Figure 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the 6-line silicon carbide-based ceramic sintered body and the bonding strength. T
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the y coefficient between the amount of Cr powder and the heat resistance of 1 degree of the resulting joint, and FIG. 7 is a characteristic Σ showing the relationship between the particle size of the Cr powder and the firing temperature. 1... Silicon carbide ceramic cooling substrate, 3--Chromium reaction layer, 4... Nickel layer, 8... Silver solder, 11
...Semiconductor device, 13...Silicon carbide ceramic pedestal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、炭化けい素系セラミックス焼結体表面に金属化層を
有するものにおいて、前記金属化層が、実質的にクロム
とチタンの少なくとも1つのけい化物および炭化物より
なり、該けい化物および該炭化物が前記炭化けい素との
反応によつて生成したものであることを特徴とする金属
化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼結体。 2、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
前記けい化物を主成分とする下部層と前記炭化物を主成
分とする上部層との多層構造を有することを特徴とする
金属化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼結体。 3、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
未反応の金属クロムと金属チタンの少なくとも1つを含
むことを特徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セ
ラミックス焼結体。 4、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
実質的にクロムけい化物とクロム炭化物よりなることを
特徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミック
ス焼結体。 5、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
クロムけい化物とクロム炭化物と金属クロムよりなるこ
とを特徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミ
ックス焼結体。 6、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
実質的にチタンけい化物とチタン炭化物よりなることを
特徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミック
ス焼結体。 7、特許請求の範囲第1項において、前記金属化層が、
チタンけい化物とチタン炭化物と金属チタンよりなるこ
とを特徴とする全属化表面を有する炭化けい素系セラミ
ックス焼結体。 8、炭化けい素系焼結体表面に金属化層を有するものに
おいて、前記焼結体表面に実質的にクロムとチタンの少
なくとも1つと前記炭化けい素との反応によつて生成し
たけい化物と炭化物よりなる層を有し、その上にニッケ
ルと銅の少なくとも1つよりなる層を有することを特徴
とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼
結体。 9、特許請求の範囲第8項において、前記ニッケルと銅
の少なくとも1つよりなるめつき層を有することを特徴
とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼
結体。 10、炭化けい素系セラミックス焼結体表面に金属化層
を形成する方法において、前記焼結体表面にクロムとチ
タンの少なくとも1つよりなる金属粉末層を形成する工
程と、非酸化性雰囲気中において前記金属粉末の焼成温
度に加熱し且つ該加熱によつて前記金属粉末の一部を前
記炭化けい素と反応させる工程と、前記加熱によつて生
成した層の表面の少なくとも酸化物を除去する工程とを
包含することを特徴とする金属化表面を有する炭化けい
素系セラミックス焼結体の製造法。 11、特許請求の範囲第10項において、前記加熱によ
つて、前記金属のけい化物を主成分とする下部層と前記
金属の炭化物を主成分とする上部層よりなる反応層と、
該反応層上に未反応の前記金属および前記金属の酸化物
よりなる未反応層を生成することを特徴とする金属化表
面を有する炭化けい素系セラミックス焼結体の製造法。 12、特許請求の範囲第11項において、前記未反応層
を実質的に除去して前記反応層を露出させることを特徴
とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼
結体の製造法。 13、特許請求の範囲第11項において、前記未反応層
における前記金属酸化物を除去して前記未反応金属の一
部を露出面に残存させることを特徴とする金属化表面を
有する炭化けい素系セラミックス焼結体の製造法。 14、特許請求の範囲第10項において、前記金属粉末
を熱分解温度が200℃以下の有機溶剤と混合してペー
スト状にして前記焼結体に塗布することを特徴とする金
属化表面を有する炭化けい素系セラミックス焼結体の製
造法。 15、特許請求の範囲第10項において、前記金属粉末
として、粒径10μm以下、0.01μm以上のものを
用いることを特徴とする金属化表面を有する炭化けい素
系セラミックス焼結体の製造法。 16、特許請求の範囲第15項において、前記加熱温度
を800℃以上、1200℃以下の範囲とすることを特
徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミックス
焼結体の製造法。 17、特許請求の範囲第10項において、前記金属粉末
を10μm以上、100μm以下の厚さに形成すること
を特徴とする金属化表面を有する炭化けい素系セラミッ
クス焼結体の製造法。 18、特許請求の範囲第10項において、前記金属粉末
として、チタン0.1〜50重量%、残部が実質的にク
ロムよりなるものを用いることを特徴とする金属化表面
を有する炭化けい素系セラミックス焼結体の製造法。
[Scope of Claims] 1. A silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized layer on its surface, wherein the metallized layer consists essentially of at least one silicide and carbide of chromium and titanium; A silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface, characterized in that the silicide and the carbide are produced by a reaction with the silicon carbide. 2. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface, characterized in that it has a multilayer structure including a lower layer containing the silicide as a main component and an upper layer containing the carbide as a main component. 3. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface containing at least one of unreacted metallic chromium and metallic titanium. 4. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface consisting essentially of chromium silicide and chromium carbide. 5. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface comprising chromium silicide, chromium carbide, and metallic chromium. 6. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface consisting essentially of titanium silicide and titanium carbide. 7. Claim 1, wherein the metallized layer comprises:
A silicon carbide-based ceramic sintered body having an all-metallic surface characterized by being composed of titanium silicide, titanium carbide, and metallic titanium. 8. In a silicon carbide-based sintered body having a metallized layer on the surface thereof, the surface of the sintered body is substantially composed of silicide produced by a reaction between at least one of chromium and titanium and the silicon carbide. A silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface, comprising a layer made of carbide and a layer made of at least one of nickel and copper thereon. 9. A silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface, characterized in that it has a plating layer made of at least one of nickel and copper as set forth in claim 8. 10. A method for forming a metallized layer on the surface of a silicon carbide-based ceramic sintered body, including forming a metal powder layer made of at least one of chromium and titanium on the surface of the sintered body, and in a non-oxidizing atmosphere. heating to the firing temperature of the metal powder and causing a part of the metal powder to react with the silicon carbide; and removing at least oxides on the surface of the layer generated by the heating. 1. A method for producing a silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface, the method comprising the steps of: 11. Claim 10, wherein the heating produces a reaction layer consisting of a lower layer mainly composed of a silicide of the metal and an upper layer mainly composed of a carbide of the metal;
A method for producing a silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface, characterized in that an unreacted layer consisting of an unreacted metal and an oxide of the metal is formed on the reaction layer. 12. A method for producing a silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface as set forth in claim 11, characterized in that the unreacted layer is substantially removed to expose the reacted layer. 13. The silicon carbide having a metallized surface according to claim 11, wherein the metal oxide in the unreacted layer is removed and a part of the unreacted metal remains on the exposed surface. A method for producing ceramic sintered bodies. 14. According to claim 10, the metallized surface is characterized in that the metal powder is mixed with an organic solvent having a thermal decomposition temperature of 200° C. or less to form a paste and applied to the sintered body. A method for producing silicon carbide ceramic sintered bodies. 15. A method for producing a silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface, characterized in that the metal powder has a particle size of 10 μm or less and 0.01 μm or more. . 16. A method for producing a silicon carbide-based ceramic sintered body having a metallized surface as set forth in claim 15, wherein the heating temperature is in a range of 800°C or higher and 1200°C or lower. 17. A method for manufacturing a silicon carbide ceramic sintered body having a metallized surface as set forth in claim 10, characterized in that the metal powder is formed to have a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less. 18. In claim 10, the silicon carbide-based metal powder having a metallized surface is characterized in that the metal powder consists of 0.1 to 50% by weight of titanium and the remainder substantially chromium. A method for producing ceramic sintered bodies.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0425138A (en) * 1990-05-18 1992-01-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Bonding tool
JPH07237984A (en) * 1993-11-04 1995-09-12 Babcock & Wilcox Co:The Chemically formed coating on silicon carbide
JP2014051402A (en) * 2012-09-05 2014-03-20 Ngk Insulators Ltd Honeycomb structure
JP2018030754A (en) * 2016-08-24 2018-03-01 株式会社東芝 Long fiber-reinforced silicon carbide member and method for producing the same
JP2019006627A (en) * 2017-06-23 2019-01-17 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Bonded member, bonded structure using the same, and method of producing bonded member

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