KR101861469B1

KR101861469B1 - 세라믹스 부재와 금속 부재의 접합체 및 그 제법

Info

Publication number: KR101861469B1
Application number: KR1020167029947A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 미나미; 데츠야 가와지리
Original assignee: 엔지케이 인슐레이터 엘티디
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2018-05-28
Also published as: WO2015166789A1; JPWO2015166789A1; CN106255674B; CN106255674A; JP6621402B2; US10814436B2; KR20160140801A; US20170036961A1

Abstract

접합체(10)는, 판형의 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재(12)에 형성한 오목부(12a)에, Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막[하지(下地)가 Ni]을 갖는 Mo 또는 Ti제의 단자(14)를 접합층(16)을 통해 접합한 것이다. 접합층(16)은, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하고, 오목부(12a)의 측면의 적어도 일부(여기서는 전부) 및 바닥면과 접하고 있다. 이 접합층(16) 중 세라믹스 부재(12)와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있다. 또한, 접합체(10)를 접합체(10)의 두께 방향으로 절단했을 때, 접합층(16)의 단면적에서 차지하는 기공의 단면적의 총합의 비율(기공률)이 0.1%∼15%이다.

Description

세라믹스 부재와 금속 부재의 접합체 및 그 제법{ASSEMBLY OF CERAMIC MEMBER AND METALLIC MEMBER, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 세라믹스 부재와 금속 부재의 접합체 및 그 제법에 관한 것이다.

종래, 세라믹스 부재와 금속 부재의 접합체로서는, 금속 부재의 단부와 세라믹스 부재가 접합부를 통해 접합된 것이 알려져 있다(특허문헌 1). 이 접합체에서는, 접합부가, 세라믹스 부재 상에 형성되어 있는 메탈라이즈층과, 메탈라이즈층과 금속 부재의 단부 사이에 개재되어 있는 납땜 접합층을 구비하고 있다. 이러한 접합체는, 이하와 같이 하여 제조된다. 즉, 먼저 AlN 소결체제이며 원반형의 세라믹스 부재의 접합면 상에, Cu-Al-Si-Ti를 포함하는 링형의 제1 납땜재를 설치한다. 계속해서, 이 제1 납땜재를 1050℃에서 5분간 진공 분위기에서 가열하여, 메탈라이즈층을 형성한다. 계속해서, 메탈라이즈층 상에 Ag-Cu를 포함하는 링형의 제2 납땜재를 설치하고, 그 위에 통형의 금속 부재의 단부면을 설치하며, 금속 부재 상에 추를 설치한다. 이것을 800℃에서 5분간 진공 분위기에서 가열하여, 납땜 접합층을 형성한다. 이렇게 함으로써 얻어진 접합체는, 헬륨 누설량이 거의 없고, 열 사이클 후에 있어서도, 크랙은 없어 헬륨 누설량은 거의 없다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2000-219578호 공보

그러나, 이러한 접합체에서는, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우가 있었다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 세라믹스 부재와 금속 부재를 접합한 접합체의 강도를 충분히 높게 하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명의 접합체는,

알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재에 형성한 오목부에, Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막[하지(下地)가 Ni]을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재를 접합층을 통해 접합한 접합체로서,

상기 접합층은, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하고, 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면과 접하고 있으며,

상기 접합층 중 상기 세라믹스 부재와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있고,

상기 접합체를 상기 접합체의 두께 방향으로 절단했을 때, 상기 접합층의 단면적에서 차지하는 상기 기공의 단면적의 총합의 비율(기공률)이 0.1%∼15%인

것이다.

이 접합체에 의하면, 세라믹스 부재와 금속 부재를 접합한 접합체의 강도가 충분히 높아진다. 그 이유는, 이하와 같이 추찰된다. 먼저, 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재와, Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막(하지가 Ni)을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재의 접합에는, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하는 접합층이 적합하다고 생각된다. 또한, 접합층 중 세라믹스 부재와의 접합 계면에 Ti가 풍부하게 존재하고 있기 때문에, 그 접합 계면에 있어서 Ti와 세라믹스가 반응하여 접합층을 연결하는 역할을 하고 있다고 생각된다. 또한, 기공률이 0.1%∼15%이기 때문에, 초기에 있어서도 열 사이클 후에 있어서도, 강도가 높고, 게다가 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 기공률이 0.1%를 하회하면 크랙이 발생하거나 열 사이클 후의 강도가 초기에 비해 크게 저하되거나 하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 기공률이 15%를 상회하면 강도가 극단적으로 낮아지기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 접합체는, Ti는, 상기 접합층의 내부에 존재하는 기공 주위에 응집되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 Ti의 응집은, 접합체를 접합체의 두께 방향으로 절단했을 때의 절단면의 Ti 맵핑상(mapping image)으로부터 확인할 수 있다.

본 발명의 접합체의 제법은,

(a) 오목부가 형성된 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재를 준비하는 공정과,

(b) 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 Ag-Cu-Ti 페이스트를 도포하고, 진공 분위기에서 800℃∼900℃로 가열함으로써, 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 메탈라이즈층을 형성하는 공정과,

(c) 상기 메탈라이즈층을 형성한 상기 오목부의 바닥면에 Au-Sn 시트를 세팅하고, 그 위에 Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막(하지가 Ni)을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재를 세팅하며, 진공 분위기에서 290℃∼420℃로 가열함으로써, 상기 메탈라이즈층과 상기 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층을 상기 금속 부재와 상기 세라믹스 부재 사이에 형성하는 공정

을 포함하는 것이다.

이 접합체의 제법에 의하면, 얻어지는 접합체의 강도가 충분히 커진다. 또한, 이 제법은, 전술한 접합체를 제조하는 데 적합하다.

본 발명의 접합체의 제법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 상기 메탈라이즈층의 두께를 5 ㎛∼75 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 접합체의 강도를 보다 크게 할 수 있다. 또한, 세라믹스 부재에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 접합체의 제법에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 상기 Ag-Cu-Ti 페이스트는 Ti를 1.50 wt%∼2.10 wt% 함유하고 있는 것이 바람직하다. Ti의 함유율이 하한값을 하회하면, 얻어지는 접합체의 강도가 초기에 비해 열 사이클 후에 크게 저하되거나, 열 사이클 후에 크랙이 발생하거나 한다. 또한, Ti의 함유율이 상한값을 상회하면, 얻어지는 접합체의 강도가 초기에도 열 사이클 후에도 작아져 버린다(크랙은 발생하지 않는다).

도 1은 접합체(10)의 제조 공정도이다.
도 2는 대표예의 접합체를 접합체의 두께 방향으로 절단했을 때의 단면 사진이다.

이하에, 본 발명의 적합한 일 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 접합체(10)의 제조 공정도이다.

본 실시형태의 접합체(10)는, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 판형의 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재(12)에 형성한 오목부(12a)에, Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막(하지가 Ni)을 갖는 Mo 또는 Ti제의 단자(14)를 접합층(16)을 통해 접합한 것이다. 접합층(16)은, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하고, 오목부(12a)의 측면의 적어도 일부(여기서는 전부) 및 바닥면과 접하고 있다. 이 접합층(16) 중 세라믹스 부재(12)와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있다. 또한, 접합체(10)를 접합체(10)의 두께 방향으로 절단했을 때, 접합층(16)의 단면적에서 차지하는 기공의 단면적의 총합의 비율(기공률)이 0.1%∼15%이다.

한편, 기공은, 접합층(16)의 단면을 2치화 처리했을 때의 암부(暗部)로서 구할 수 있다. 2치화 처리는, 예컨대 접합층(16)의 단면 전체의 화소에 대해 휘도의 히스토그램을 작성하고, 히스토그램에 나타나는 2개의 산 사이(골)의 부분의 휘도값을 임계값으로 설정하며, 임계값보다 작은 휘도의 화소를 0, 그 이상의 휘도의 화소를 255로 함으로써 행할 수 있다. 후술하는 실시예에서는, 휘도값의 임계값을 80으로 하여 2치화 처리를 행하고, 기공률을 산출하였다.

이러한 접합체(10)는, 예컨대 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 오목부(12a)를 갖는 세라믹스 부재(12)를 준비한다[도 1의 (a) 참조]. 다음으로, 오목부(12a)의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 Ag-Cu-Ti 페이스트(20)를 도포하고, 도포 완료 후 건조시키며, 진공 분위기에서 800℃∼900℃로 가열함으로써 베이킹을 행한다[도 1의 (b) 참조]. 그 결과, 오목부(12a)의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 메탈라이즈층(22)이 형성된다. 베이킹 시의 온도가 800℃ 미만이면, 페이스트재의 반응성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않고, 900℃를 초과하면, 반응 생성물이 증가하고, 열팽창차의 증가나 영률의 증가에 의해 잔류 응력이 커져, 크랙의 발생이나 강도 저하의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다. 계속해서, 메탈라이즈층(22)이 형성된 오목부(12a)의 바닥면에 Au-Sn 시트(24)를 세팅한다[도 1의 (c) 참조]. 그리고, Au-Sn 시트(24) 위에 단자(14)를 올려놓고, 단자(14) 위에 도시하지 않은 추를 올려놓으며, 그 상태로 진공 분위기에서 290℃∼420℃로 가열한다. 이에 의해, 메탈라이즈층(22)과 Au-Sn 시트(24)가 혼연일체가 된 접합층(16)이 단자(14)와 세라믹스 부재(12) 사이에 형성된다. 그 결과, 접합체(10)가 얻어진다[도 1의 (d) 참조]. 가열 시의 온도가 290℃ 미만이면, 납땜재(Au-Sn 시트)의 반응성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않고, 420℃를 초과하면, 반응 생성물이 증가하고, 열팽창차의 증가나 영률의 증가에 의해 잔류 응력이 커져, 크랙의 발생이나 강도 저하의 원인이 되기 때문에 바람직하지 않다.

이상 설명한 접합체(10)에 의하면, 세라믹스 부재와 금속 부재를 접합한 접합체의 강도가 충분히 높아진다. 그 이유는, 이하와 같이 추찰된다. 먼저, 세라믹스 부재(12)와 단자(14)의 접합에는, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하는 접합층(16)이 적합하다고 생각된다. 또한, 접합층(16) 중 세라믹스 부재(12)와의 접합 계면에 Ti가 풍부하게 존재하고 있기 때문에, 그 접합 계면에 있어서 Ti와 세라믹스가 반응하여 접합층(16)을 세라믹스 부재(12)에 강하게 연결하는 역할을 하고 있다고 생각된다. 또한, 기공률이 0.1%∼15%이기 때문에, 초기에 있어서도 열 사이클 후에 있어서도, 강도가 높고, 게다가 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 실시형태에 조금도 한정되는 일은 없고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러 가지 양태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

예컨대, 전술한 실시형태에서는, 세라믹스 부재(12)로서 내부에 전극을 매설한 것을 이용하고, 오목부(12a)의 바닥면에 그 전극과 접속된 도전 부재를 노출시켜 두며, 그 도전 부재에 접합층(16)을 통해 단자(14)를 접합해도 좋다. 이 경우, 단자(14)는, 전극에의 급전을 위해서 이용된다. 한편, 전극으로서는, 예컨대 히터 전극(저항 발열체)이나 정전 척용 전극, 플라즈마 발생용 전극 등을 들 수 있다.

실시예

[대표예]

직경 6 ㎜, 깊이 0.5 ㎜의 오목부(단자 구멍)가 형성된 알루미나 세라믹스 부재를 준비하였다. 이 알루미나 세라믹스 부재의 오목부 주위를 마스킹 테이프로 마스킹하고, 그 오목부의 측면 및 바닥면에 디스펜서 장치에 의해 Ag-Cu-Ti 페이스트를 도포하였다. 도포 완료 후, 10분 자연 방치하고, 그 후, 클린 오븐에서 120℃[물온(物溫)]에서 1시간 건조시켰다. 마스킹 테이프를 벗겨내고, 소성 온도 850℃, 소성 시간 10분, 진공도 5×10^-5 Torr 이하에서 베이킹을 행하였다. 이에 의해, 오목부의 측면 및 바닥면에 Ag-Cu-Ti의 메탈라이즈층이 형성되었다. 메탈라이즈층의 막 두께는 30 ㎛였다. 한편, Ag-Cu-Ti 페이스트의 Ti 함유율은 1.7 wt%로 하였다.

계속해서, 아세톤으로 오목부를 닦아내고, N₂로 블로우하였다. 그 후, 오목부의 바닥면에 직경 5.5 ㎜, 두께 0.15 ㎜의 Au-Sn 시트를 세팅하였다. 그 위에, Ni 피막을 갖는 Mo제의 단자(직경 5.8 ㎜, 두께 6 ㎜)를 세팅하고, 추를 올려놓고 나서 수평 내기 및 위치 맞춤을 행하였다. 그 후, 소성 온도 350℃, 소성 시간 10분, 진공도 5×10^-5 Torr 이하로 처리하였다. 이에 의해, 메탈라이즈층과 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층이 단자와 알루미나 세라믹스 부재 사이에 형성된 접합체를 얻었다. 접합층은, 오목부의 측면 및 바닥면과 접하고 있었다.

접합층의 구성 원소를 EPMA에 의해 해석한 결과, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti가 포함되어 있었다. 또한, 접합층 중 알루미나 세라믹스 부재와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있었다. 구체적으로는, 접합체를 접합체의 두께 방향으로 절단한 단면의 Ti 맵핑상을 본 결과, 알루미나 세라믹스 부재와 접합층의 계면에 Ti층이 있고, 기공 주변에 Ti의 응집이 보였다. 알루미나 세라믹스 부재와 접합층의 계면에 Ti층이 있는 것은, Ti가 알루미나와 반응했기 때문이며, 이 Ti층은 알루미나 세라믹스 부재와 접합층을 연결하는 역할을 하고 있다고 생각된다. 또한, 접합층에는, 작은 기공이 분포되어 있고, 기공률은 5.9%였다. 기공률은, 접합층의 단면을 2치화 처리했을 때의 암부를 기공의 단면으로 하고, 접합층의 단면적에 대한 기공의 단면적의 총합의 비율로 하였다. 접합층의 단면 사진을 도 2에 나타낸다. 2치화 처리는, HALCON11.0을 이용하여 행하였다(HALCON은 MVTec Software GmbH의 등록 상표).

[메탈라이즈층의 막 두께에 대해]

전술한 대표예에 있어서, 오목부에 메탈라이즈층을 형성했을 때의 막 두께가 표 1에 나타내는 값이 되도록 접합체를 제작하였다. 제작한 접합체의 파단 강도를 측정하고, 접합 직후의 접합체의 알루미나 세라믹스 부재에 크랙이 보이는지의 여부를 검사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 파단 강도는, 인장 파단 하중과 같은 의미이며, 알루미나 세라믹스 부재가 아래가 되도록 접합체를 지지대에 상하 이동하지 않도록 확실하게 고정하고, 단자의 상면으로부터 수직 하향으로 형성된 나사 구멍에 인장 막대의 선단을 비틀어 넣으며, 이 인장 막대에 수직 상향의 하중을 가하여, 접합층이 파단되었을 때의 하중을 파단 강도로 하였다.

표 1에 있어서, 크랙의 지표는, ○: 크랙은 보이지 않음, △: 크랙은 보이지만, 정도는 경미하여 접합 특성에 영향을 주지 않음, ×: 크랙이 보이며, 치명적인 영향을 미침을 의미한다.

표 1로부터 명백한 바와 같이, 오목부에 형성된 메탈라이즈층의 막 두께가 2 ㎛∼80 ㎛에서는, 파단 강도가 50 kgf 이상으로 높고, 크랙도 보이지 않았다. 특히, 그 막 두께가 5 ㎛∼75 ㎛일 때, 파단 강도가 보다 높아졌다(140 kgf 이상). 한편, 전술한 대표예에 있어서, Ag-Cu-Ti 페이스트를 도포하는 대신에, Ag-Cu-Ti 시트를 이용하여 바닥면에만 메탈라이즈층을 형성한 결과, 메탈라이즈층의 막 두께가 25 ㎛여도 크랙이 보였다. 이상의 점에서, 메탈라이즈층은, 오목부의 바닥면뿐만이 아니라 측면의 적어도 일부에 형성되어 있을 필요가 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 메탈라이즈층의 막 두께는, 2 ㎛∼80 ㎛, 바람직하게는 5 ㎛∼75 ㎛일 때에 파단 강도가 높고 크랙도 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 메탈라이즈 막 두께가 2 ㎛를 하회하면, 알루미나 세라믹스 부재에 형성되는 메탈라이즈층이 불충분해져 강도가 저하되고, 반대로 메탈라이즈 막 두께가 80 ㎛를 초과하면 크랙이 발생하여 강도가 저하된다. 한편, 메탈라이즈층의 막 두께가 2 ㎛∼80 ㎛인 경우에는, 접합층과 알루미나 세라믹스 부재의 접합층에 Ti가 풍부하게 존재하고 있었다.

[기공률에 대해]

전술한 대표예에 있어서, 기공률이 표 1에 나타내는 0%∼35%가 되도록 Ag-Cu-Ti 페이스트 중의 Ti 함유율을 조정하여 접합체를 제작하였다. 제작한 당초의 접합체의 파단 강도와 크랙의 유무를 측정하였다. 또한, 열 사이클 시험 후의 접합체의 파단 강도와 크랙의 유무도 측정하였다. 열 사이클 시험은, 실온으로부터 200℃까지 가열한 후 실온으로 냉각하는 조작을 1 사이클로 하고, 이것을 1000 사이클 반복하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

한편, Ti 함유율 0%의 페이스트를 이용한 예는 1회 행하고, Ti 함유율 0.5%, 1.5%의 페이스트를 이용한 예는 2회씩 행하며, 그 이외의 페이스트를 이용한 예는 3회씩 행하였다.

표 2에 있어서, 크랙의 지표는, ○: 크랙은 보이지 않음, △: 크랙은 보이지만, 정도는 경미하여 접합 특성에 영향을 주지 않음, ×: 크랙이 보이며, 치명적인 영향을 미침을 의미한다.

표 2로부터 명백한 바와 같이, 기공률이 0.1%∼15%인 접합층을 갖는 접합체(주로 Ti 함유율 1.50 wt%∼2.10 wt%의 Ag-Cu-Ti 페이스트를 이용하여 제조한 접합체)는, 초기 및 열 사이클 후의 파단 강도가 모두 150 kgf 이상으로 높고, 초기 및 열 사이클 후의 어느 쪽에 있어서도 크랙은 보이지 않았다. 또한, 기공률이 0.1%∼15%인 접합층을 갖는 접합체에는, 대표예와 마찬가지로, 접합층과 알루미나 세라믹스 부재의 접합 계면에 Ti가 풍부하게 존재하고 있었다. 또한, 기공률이 0.1%∼15%인 접합층에는, 대표예와 마찬가지로, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti가 포함되어 있는 것을 확인하였다.

또한, 전술한 대표예에 있어서, 알루미나 세라믹스 부재 대신에 질화알루미늄 세라믹스 부재, Ni 피막을 갖는 Mo 단자 대신에 Au 피막을 갖는 Mo 단자를 이용하고, Ag-Cu-Ti 페이스트의 Ti 함유율을 1.8 wt%로 한 것 이외에는, 전술한 대표예와 동일하게 하여 접합체를 제작하였다. 한편, 메탈라이즈층의 두께는 30 ㎛였다. 이 접합체도, 메탈라이즈층과 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층이 단자와 세라믹스 부재 사이에 형성되어 있었다. 또한, 그 접합층 중 세라믹스 부재와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있었다. 기공률은 3.1%였다. 이 접합체에 대해, 제작한 당초의 파단 강도와 열 사이클 시험 후의 파단 강도는, 각각 167 kgf, 172 kgf이며, 충분한 강도를 갖고 있었다. 또한, 제작한 당초와 열 사이클 시험 후의 어느 쪽에 있어서도 크랙은 보이지 않았다. 이러한 결과가 얻어진 이유로서는, 질화알루미늄 세라믹스도 알루미나 세라믹스와 마찬가지로, 접합층과 세라믹스 부재의 접합 계면에 Ti가 풍부하게 존재하고 있는 것, 또한 Au 피막에 대해서는, 접합층과의 젖음성이 Ni 피막과 마찬가지로 좋았던 것을 들 수 있다.

또한, 전술한 대표예에 있어서, Ni 피막을 갖는 Mo 단자 대신에 Ni 피막을 갖는 Ti 단자를 이용하고, Ag-Cu-Ti 페이스트의 Ti 함유율을 1.8 wt%로 한 것 이외에는, 전술한 대표예와 동일하게 하여 접합체를 제작하였다. 한편, 메탈라이즈층의 두께는 30 ㎛였다. 이 접합체도, 메탈라이즈층과 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층이 단자와 세라믹스 부재 사이에 형성되어 있었다. 또한, 그 접합층 중 세라믹스 부재와의 접합 계면에는, Ti가 풍부하게 존재하고 있었다. 기공률은 4.1%였다. 이 접합체에 대해, 제작한 당초의 파단 강도와 열 사이클 시험 후의 파단 강도는, 각각 165 kgf, 177 kgf이며, 충분한 강도를 갖고 있었다. 또한, 제작한 당초와 열 사이클 시험 후의 어느 쪽에 있어서도 크랙은 보이지 않았다.

본 출원은 2014년 4월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-93587호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 인용에 의해 그 내용 모두가 본 명세서에 포함된다.

한편, 전술한 실시예는 본 발명을 조금도 한정하는 것이 아닌 것은 물론이다.

본 발명은 예컨대 세라믹 히터나 정전 척, 서셉터 등의 반도체 제조 장치용 부재에 이용 가능하다.

10: 접합체 12: 세라믹스 부재
12a: 오목부 14: 단자
16: 접합층 20: Ag-Cu-Ti 페이스트
22: 메탈라이즈층 24: Au-Sn 시트

Claims

알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재에 형성한 오목부에, Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막[하지(下地)가 Ni]을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재를 접합층을 통해 접합한 접합체로서,
상기 접합층은, Au, Sn, Ag, Cu 및 Ti를 함유하고, 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면과 접하고 있으며,
상기 접합층 중 상기 세라믹스 부재와의 접합 계면에는, Ti가 존재하고 있고,
상기 접합층에는 기공이 분포되어 있으며,
상기 접합체를 상기 접합체의 두께 방향으로 절단했을 때, 상기 접합층의 단면적에서 차지하는 상기 기공의 단면적의 총합의 비율(기공률)이 0.1%∼15%인 것인 접합체.
제1항에 있어서, Ti는, 상기 접합층의 내부에 존재하는 기공 주위에 응집되어 있는 것인 접합체.
(a) 오목부가 형성된 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재를 준비하는 공정과,
(b) 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 Ag-Cu-Ti 페이스트를 도포하고, 진공 분위기에서 800℃∼900℃로 가열함으로써, 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 메탈라이즈층을 형성하는 공정과,
(c) 상기 메탈라이즈층을 형성한 상기 오목부의 바닥면에 Au-Sn 시트를 세팅하고, 그 위에 Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막(하지가 Ni)을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재를 세팅하며, 진공 분위기에서 290℃∼420℃로 가열함으로써, 상기 메탈라이즈층과 상기 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층을 상기 금속 부재와 상기 세라믹스 부재 사이에 형성하는 공정
을 포함하는 접합체의 제법으로서,
상기 접합층에는 기공이 분포되어 있으며,
상기 접합체를 상기 접합체의 두께 방향으로 절단했을 때, 상기 접합층의 단면적에서 차지하는 상기 기공의 단면적의 총합의 비율(기공률)이 0.1%∼15%인 것인 접합체의 제법.
제3항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 상기 메탈라이즈층의 두께를 5 ㎛∼75 ㎛로 하는 것인 접합체의 제법.
(a) 오목부가 형성된 알루미나 또는 질화알루미늄의 세라믹스 부재를 준비하는 공정과,
(b) 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 Ag-Cu-Ti 페이스트를 도포하고, 진공 분위기에서 800℃∼900℃로 가열함으로써, 상기 오목부의 측면의 적어도 일부 및 바닥면에 메탈라이즈층을 형성하는 공정과,
(c) 상기 메탈라이즈층을 형성한 상기 오목부의 바닥면에 Au-Sn 시트를 세팅하고, 그 위에 Ni 피막, Au 피막 또는 Ni-Au 피막(하지가 Ni)을 갖는 Mo 또는 Ti제의 금속 부재를 세팅하며, 진공 분위기에서 290℃∼420℃로 가열함으로써, 상기 메탈라이즈층과 상기 Au-Sn 시트가 혼연일체가 된 접합층을 상기 금속 부재와 상기 세라믹스 부재 사이에 형성하는 공정
을 포함하는 접합체의 제법으로서,
상기 공정 (b)에서는, 상기 Ag-Cu-Ti 페이스트는 Ti를 1.50 wt%∼2.10 wt% 함유하고 있는 것인 접합체의 제법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 접합체는, 제1항에 기재된 접합체인 것인 접합체의 제법.
제5항에 있어서, 상기 공정 (b)에서는, 상기 메탈라이즈층의 두께를 5 ㎛∼75 ㎛로 하는 것인 접합체의 제법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 접합체는, 제2항에 기재된 접합체인 것인 접합체의 제법.