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JP7631412B2 - Ceramic sealing parts and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP7631412B2 - Ceramic sealing parts and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP7631412B2 JP2023086569A JP2023086569A JP7631412B2 JP 7631412 B2 JP7631412 B2 JP 7631412B2 JP 2023086569 A JP2023086569 A JP 2023086569A JP 2023086569 A JP2023086569 A JP 2023086569A JP 7631412 B2 JP7631412 B2 JP 7631412B2
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Description

実施形態は、おおむね、電力管などに用いられるセラミックス部品と金属部品を接合した
セラミックス封着部品(以下セラミックス封着部品)に関する。
The embodiments generally relate to a ceramic sealed component (hereinafter referred to as a ceramic sealed component) in which a ceramic component and a metal component are joined together, such as for use in electric power pipes.

マグネトロン、電力管、電子管用のセラミックス封着部品として、モリブデン(Mo)な
どの高融点金属を主成分とするメタライズ層を、アルミナ(酸化アルミニウム:Al2O
3)などのセラミックス部品に形成したセラミックス封着部品が使用されている。セラミ
ックス封着部品は、セラミックスと金属を接合させ外気を遮断して部品内部を気密封止す
ることにより、外部の環境から内部を保護しセラミックスにより電気絶縁をすることが可
能である。例えば、図1に示すような形状のセラミックス封着部品は、アルミナ焼結体か
らなる円筒形状のセラミックス部品の上端面および下端面のリング部に、モリブデンを主
成分とするメタライズ層が形成されている。このメタライズ層の表面には、他の金属部品
との接合強度を向上させ、封着を行うために所定厚さのニッケル(Ni)層が形成される
。このニッケル部分と円筒形状の金属部品が銀ろう(例えばBAg-8)により接合され
ている。
As ceramic sealing parts for magnetrons, power tubes, and electron tubes, metallization layers mainly composed of high melting point metals such as molybdenum (Mo) are coated with alumina (aluminum oxide: AlO
In the ceramic sealing part, a ceramic sealing part formed on a ceramic part such as ceramic parts (3) is used. The ceramic sealing part can protect the inside from the external environment and electrically insulate the inside by bonding the ceramic and metal to block the outside air and hermetically seal the inside of the part. For example, in the ceramic sealing part shaped as shown in FIG. 1, a metallized layer mainly composed of molybdenum is formed on the ring parts of the upper and lower end surfaces of a cylindrical ceramic part made of an alumina sintered body. A nickel (Ni) layer of a predetermined thickness is formed on the surface of this metallized layer to improve the bonding strength with other metal parts and to perform sealing. This nickel part and the cylindrical metal part are bonded with silver solder (e.g. BAg-8).

セラミックス封着部品として、セラミックス円筒体にモリブデンによる金属面を形成し鉄
金属円筒体をろう材にて接合した真空気密封着構造を有する電子管が開示されている(特
許文献1)。特許文献1によると、金属円筒体をコバールから鉄に代えることにより低コ
ストの電子管を製造することができる。
As a ceramic sealed part, an electron tube having a vacuum airtight structure in which a ceramic cylinder is formed with a metal surface made of molybdenum and an iron metal cylinder is joined with a brazing material has been disclosed (Patent Document 1). According to Patent Document 1, by replacing the metal cylinder with iron instead of Kovar, it is possible to manufacture a low-cost electron tube.

また、モリブデンなどの高融点金属を使用せずに活性金属によりセラミックスにニッケル
系合金を接合した真空スイッチ外管が開示されている(特許文献2)。特許文献2による
と、接合状態の不安定の原因となる金属間化合物を作ることなく接合強度の高い真空スイ
ッチ外管を製造することができる。
Also, a vacuum switch outer tube has been disclosed in which a nickel-based alloy is bonded to ceramics by an active metal, without using a high-melting-point metal such as molybdenum (Patent Document 2). According to Patent Document 2, a vacuum switch outer tube with high bonding strength can be manufactured without forming intermetallic compounds that cause an unstable bonding state.

特願平1-46978号公報Japanese Patent Application No. 1-46978 特開2001-220253号公報JP 2001-220253 A

セラミックス表面をモリブデンなどの高融点金属を使用してメタライズする場合は、1
400℃以上の高温に加熱するための炉が必要であり、かつ高温で処理を行うためにエネ
ルギーコストが掛かっていた。また、形成された高融点金属メタライズ層のまま金属部品
とろう付けすることが難しく、表面にニッケルなどのめっき処理を行う必要があり工程が
複雑であった。
When metallizing the ceramic surface with a high melting point metal such as molybdenum,
A furnace was required to heat the material to a high temperature of 400° C. or higher, and energy costs were incurred to perform the treatment at high temperatures. In addition, it was difficult to braze the formed high-melting-point metallized layer to a metal part as is, and plating of nickel or the like was required on the surface, making the process complicated.

活性金属ろう材の接合で封着性(気密性)を確保するためには接合幅が必要であるが、
セラミックスと金属の熱膨張係数は違うため(例えばアルミナの熱膨張係数7.2×10
-6/℃に対して銅16.5×10-6/℃、鉄11.7×10-6/℃)、熱膨張差に
よりクラックなどが発生しやすい。活性金属ろう付けは、高融点金属によるメタライズと
比較して850℃と低い温度で接合するため熱膨張差を緩和することが可能である。活性
金属ろう材や銀ろう材による金属部品との接合では、接合強度を大きくするために高い温
度で接合する方が有利であるが、接合温度を高くすると銀ろう中の成分である銀と銅が溶
け分かれてセラミックス部品との接合強度が低下する可能性があった。
In order to ensure sealing (airtightness) when joining active metal brazing materials, a certain joining width is necessary.
The thermal expansion coefficients of ceramics and metals are different (for example, the thermal expansion coefficient of alumina is 7.2 x 10
-6/°C for copper, 16.5×10-6/°C for iron, 11.7×10-6/°C for iron), and cracks are likely to occur due to the difference in thermal expansion. Active metal brazing can be used at a lower temperature of 850°C compared to metallization using high melting point metals, making it possible to mitigate the difference in thermal expansion. When joining metal parts with active metal brazing material or silver brazing material, it is advantageous to join at a high temperature to increase the joining strength, but if the joining temperature is increased, the silver and copper components in the silver brazing material will melt and separate, which can reduce the joining strength with ceramic parts.

また、活性金属ろう材を用いて金属部品と接合する場合には、活性金属ろう材ペーストで
セラミックスとの接合層を形成し、その後にろう材により金属と接合するために、ろう付
け接合よりも高い温度で活性金属ろう材による接合層を形成していた。このため、活性金
属ろう材ペーストの融点はろう材よりも高かった。この活性金属ろう材ペーストの融点を
高くするには銅(Cu)や銀(Ag)などの融点の高い金属を多く含有させる必要があり
、加熱工程で他のろう材金属成分と溶け別れしやすい状態であった。この溶け別れは接合
の不均一を引き起こしリーク不良やクラック不良の原因となる可能性がある。また、ろう
材は箔形状などに加工することが多く、少量多品種の場合にはろう材部品の加工が多数必
要となりコストが係る原因であった。
In addition, when joining to a metal part using an active metal brazing material, a joining layer with the ceramic is formed with an active metal brazing material paste, and then the joining layer with the metal is formed with the active metal brazing material at a higher temperature than that for brazing. For this reason, the melting point of the active metal brazing material paste is higher than that of the brazing material. In order to increase the melting point of this active metal brazing material paste, it is necessary to contain a large amount of metals with high melting points such as copper (Cu) and silver (Ag), which is prone to melting and separating from other brazing material metal components during the heating process. This melting and separating can cause uneven joining and lead to leak defects and crack defects. In addition, the brazing material is often processed into a foil shape, etc., and in the case of small quantities and a wide variety of products, it is necessary to process the brazing material parts many times, which is a cause of cost.

実施形態は、このような課題を解決するものであり、活性金属ろう材でセラミックス部
品と金属部品を接合したときに、接合不良やリーク不良を抑制した生産性の高いセラミッ
クス封着部品およびその製造方法に関するものである。
The embodiments are intended to solve such problems, and relate to a highly productive ceramic sealed part and a manufacturing method thereof that suppresses poor joining and leak defects when a ceramic part and a metal part are joined with an active metal brazing material.

実施形態に係るセラミックス部品と金属部品を銀と銅と活性金属を含む接合層により接
合したセラミックス封着部品は、接合層では銀と銅が溶融しており、接合層中央部の断面
を20層以上に分割して銀と銅と活性金属の質量%を測定して前記接合層のセラミックス
部品側から金属部品側に質量%をプロットしたときに、活性金属質量%の極大値(Wm)
、銅質量%の極大値(Wc)、銀質量%の極大値(Wa)が存在する。また、活性金属質
量%の2番目に大きい極大値が極大値(Wm)の0.7倍以下であり、銅の質量%の極小
値が極大値(Wc)の0.3倍以上であり、セラミックス部品側1/4までの銀の質量%
の最大値が極大値(Wa)の0.3倍以上0.5倍以下である
In the embodiment, a ceramic sealed component in which a ceramic component and a metal component are bonded by a bonding layer containing silver, copper, and an active metal has silver and copper melted in the bonding layer. When the cross section of the central part of the bonding layer is divided into 20 or more layers, the mass percentages of silver, copper, and the active metal are measured, and the mass percentages of the bonding layer are plotted from the ceramic component side to the metal component side, the maximum value (Wm) of the active metal mass percentage is
The second largest maximum value of the active metal mass% is 0.7 times or less than the maximum value (Wm), the minimum value of the copper mass% is 0.3 times or more than the maximum value (Wc), and the silver mass% up to 1/4 of the ceramic part side is 0.7 times or less than the maximum value (Wm).
The maximum value of is 0.3 times or more and 0.5 times or less of the maximum value (Wa)

また、実施形態のセラミックス封着部品では、銅質量%のプロットにおいて、0.5Wc
以下の範囲が40%以下であり、銀質量のプロットにおいて、0.5Wa以下の範囲が5
0%以下である。
In addition, in the ceramic sealing part of the embodiment, in the plot of copper mass%, 0.5Wc
The range below is 40% or less, and in the plot of silver mass, the range below 0.5 Wa is 5
It is below 0%.

また、実施形態のセラミックス封着部品では、活性金属ろう材が、チタン、ジルコニウム
、ハフニウムから選ばれる1種以上の活性金属と、銅および銀から選ばれる1種以上のろ
う材金属である。
In the ceramic sealed component of the embodiment, the active metal brazing material is one or more active metals selected from titanium, zirconium, and hafnium, and one or more brazing material metals selected from copper and silver.

また、実施形態のセラミックス封着部品では、接合層の厚さが70μm以上である。 Furthermore, in the ceramic sealed component of the embodiment, the thickness of the bonding layer is 70 μm or more.

また、実施形態のセラミックス封着部品では、金属部品が鉄または鉄合金、鉄-ニッケル
系合金、ないし銅または銅合金である。
In the ceramic sealing component of the embodiment, the metal component is iron or an iron alloy, an iron-nickel alloy, or copper or a copper alloy.

また、実施形態のセラミックス封着部品では、セラミックス部品が、アルミナである。 In addition, in the ceramic sealing part of the embodiment, the ceramic part is alumina.

また、実施形態のセラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造方
法では、セラミックス部品に銅を含む活性金属ろう材からなるペーストを印刷乾燥し加熱
してセラミックス部品端面に活性金属ろう材層を形成し、形成した活性金属ろう材層に銀
を含むろう材からなるペーストを印刷乾燥したあとに金属部品を設置し加熱処理をしてろ
う材層を形成し、セラミックス部品と金属部品を接合する。
In addition, in an embodiment of a manufacturing method for a ceramic sealed part that joins a ceramic part and a metal part, a paste made of an active metal brazing material containing copper is printed on the ceramic part, dried, and heated to form an active metal brazing material layer on the end face of the ceramic part, a paste made of a brazing material containing silver is printed and dried on the formed active metal brazing material layer, and then the metal part is placed on it and heat-treated to form a brazing material layer, thereby joining the ceramic part and the metal part.

また、実施形態のセラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造方
法では、前記活性金属ろう材層の加熱温度(T1)が800℃以下であり、前記ろう材層
の加熱温度(T2)が820℃以下であり、加熱温度の差(T2―T1)が20℃以上で
ある。
In addition, in the embodiment of the manufacturing method for a ceramic sealed part that joins a ceramic part and a metal part, the heating temperature (T1) of the active metal brazing material layer is 800°C or less, the heating temperature (T2) of the brazing material layer is 820°C or less, and the difference in heating temperatures (T2-T1) is 20°C or more.

また、実施形態のセラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造方
法では、活性金属ろう材からなるペーストの印刷厚さが20μm以上であり、銀を含むろ
う材からなるペーストの厚さが50μm以上である。
In addition, in the embodiment of the manufacturing method for a ceramic sealed part that joins a ceramic part and a metal part, the printing thickness of the paste made of the active metal brazing material is 20 μm or more, and the thickness of the paste made of the silver-containing brazing material is 50 μm or more.

また、実施形態のセラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造方
法では、活性金属ろう材からなる活性金属ろう材層の全面に銀を含むろう材からなるペー
ストを印刷する。
In addition, in the manufacturing method of the embodiment for joining a ceramic part and a metal part, a paste made of a brazing material containing silver is printed on the entire surface of the active metal brazing material layer made of the active metal brazing material.

実施形態に係るセラミックス封着部品の一例を示す斜視図FIG. 1 is a perspective view showing an example of a ceramic sealing component according to an embodiment; 実施形態に係るセラミックス封着部品の断面の一例を示す図FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic sealing component according to an embodiment of the present invention; 実施形態に係るセラミックス封着部品の接合部の断面の一例を示す図FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a joint portion of a ceramic sealing component according to an embodiment; 実施形態に係るセラミックス封着部品の製造工程の一例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of a manufacturing process for a ceramic sealing component according to an embodiment. 実施形態に係るセラミックス封着部品の接合部断面の一例の拡大図FIG. 1 is an enlarged view of an example of a cross section of a joint of a ceramic sealed component according to an embodiment; 実施形態に係るセラミックス封着部品の接合部断面の一例の質量%を示す図FIG. 1 is a diagram showing a mass percentage of an example of a cross section of a joint of a ceramic sealing component according to an embodiment. 比較例に係るセラミックス封着部品の接合部断面の一例の質量%を示す図FIG. 1 is a diagram showing a mass percentage of an example of a cross section of a joint of a ceramic sealing part according to a comparative example. 比較例に係るセラミックス封着部品の接合部断面の一例の質量%を示す図FIG. 1 is a diagram showing a mass percentage of an example of a cross section of a joint of a ceramic sealing part according to a comparative example.

実施形態に係るセラミックス部品と金属部品を銀と銅と活性金属を含む接合層により接
合したセラミックス封着部品は、接合層では銀と銅が溶融しており、接合層中央部の断面
を20層以上に分割して銀と銅と活性金属の質量%を測定して前記接合層のセラミックス
部品側から金属部品側に質量%をプロットしたときに、活性金属質量%の極大値(Wm)
、銅質量%の極大値(Wc)、銀質量%の極大値(Wa)が存在する。また、活性金属質
量%の2番目に大きい極大値が極大値(Wm)の0.7倍以下であり、銅の質量%の極小
値が極大値(Wc)の0.3倍以上であり、セラミックス部品側1/4までの銀の質量%
の最大値が極大値(Wa)の0.3倍以上0.5倍以下である。
In the embodiment, a ceramic sealed component in which a ceramic component and a metal component are bonded by a bonding layer containing silver, copper, and an active metal has silver and copper melted in the bonding layer. When the cross section of the central part of the bonding layer is divided into 20 or more layers, the mass percentages of silver, copper, and the active metal are measured, and the mass percentages of the bonding layer are plotted from the ceramic component side to the metal component side, the maximum value (Wm) of the active metal mass percentage is
The second largest maximum value of the active metal mass% is 0.7 times or less than the maximum value (Wm), the minimum value of the copper mass% is 0.3 times or more than the maximum value (Wc), and the silver mass% up to 1/4 of the ceramic part side is 0.7 times or less than the maximum value (Wm).
The maximum value of is 0.3 to 0.5 times the maximum value (Wa).

また、実施形態のセラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造
方法では、セラミックス部品に銅を含む活性金属ろう材からなるペーストを印刷乾燥し加
熱してセラミックス部品端面に活性金属ろう材層を形成し、形成した活性金属ろう材層に
銀を含むろう材からなるペーストを印刷乾燥したあとに金属部品を設置し加熱処理をして
ろう材層を形成し、セラミックス部品と金属部品を接合する。
In addition, in an embodiment of a manufacturing method for a ceramic sealed part that joins a ceramic part and a metal part, a paste made of an active metal brazing material containing copper is printed on the ceramic part, dried, and heated to form an active metal brazing material layer on the end face of the ceramic part, a paste made of a brazing material containing silver is printed and dried on the formed active metal brazing material layer, and then the metal part is placed on it and heat-treated to form a brazing material layer, thereby joining the ceramic part and the metal part.

図1に実施形態に係るセラミックス封着部品1の斜視図の一例を示す。3は円筒形状の
セラミックス部品、2は円筒形状の金属部品である。図1では、セラミックス部品3の上
側端面および下側(反対側)端面に金属部品2を接合した例を示したものである。実施形
態は、このような形に限定されるものではなく、角筒形状のセラミックス部品や金属部品
でもよく、下側底面がセラミックス部品であり上側(片側)だけ金属部品に接合された形
態や片方の面に2以上の開口部があるセラミックス部品に金属部品を接合してもよいもの
とする。
FIG. 1 shows an example of a perspective view of a ceramic sealing part 1 according to an embodiment. 3 is a cylindrical ceramic part, and 2 is a cylindrical metal part. FIG. 1 shows an example in which a metal part 2 is joined to the upper end face and the lower (opposite) end face of the ceramic part 3. The embodiment is not limited to this shape, and may be a ceramic part or a metal part in a rectangular tube shape, a form in which the lower bottom face is a ceramic part and only the upper side (one side) is joined to a metal part, or a ceramic part having two or more openings on one side to which a metal part is joined.

実施形態に係るセラミックス封着部品1では、例えばセラミックス部品3は円筒形状の
アルミナからなるセラミックス部品と、このセラミックス部品の一部の表面上に設けられ
た接合層がある。ここでいう接合層とは、セラミックス部品側の接合層には銅(Cu)、
銀(Ag)などの金属と、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、およびハフニウム(
Hf)などの活性金属と、を混合したものである。また、例えば金属部品2はコバール(
Fe-Ni―Co)や銅(Cu)の円筒形状の金属部品である。
In the ceramic sealing part 1 according to the embodiment, for example, the ceramic part 3 is a cylindrical ceramic part made of alumina, and a bonding layer is provided on a part of the surface of the ceramic part. The bonding layer here is made of copper (Cu) on the ceramic part side,
Metals such as silver (Ag) and titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (
The metal part 2 is a mixture of an active metal such as kovar (
It is a cylindrical metal part made of Fe--Ni--Co or copper (Cu).

図2に実施形態に係るセラミックス封着部品の断面図の一例を示す。1はセラミックス
封着部品、2は金属部品、3はセラミックス部品である。セラミックス部品3は、アルミ
ナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニア添加アルミナ(アルジル)のいずれか1種
であることが好ましい。アルミナには、アルミナに他のセラミックスなどを添加したアル
ミナ系のセラミックスを含む。例えばジルコニア添加アルミナは、アルミナと酸化ジルコ
ニウムを混合した焼結体である。また、アルミナにはジルコニア以外の焼結助剤を添加し
てもよい。これは添加した焼結助剤がガラス相からなる粒界相を形成してアルミナ焼結体
を緻密化するためである。焼結助剤としては、マンガン(Mn)、珪素(Si)、マグネ
シウム(Mg)、カルシウム(Ca)などの化合物が挙げられ、これらを、Mn、Si、
MgおよびCaの少なくとも1種以上を金属元素単体換算で合計1~15質量%添加する
ことが好ましい。また、セラミックス部品は絶縁封着部品としてコストパフォーマンスが
良いアルミナであることが好ましい。
FIG. 2 shows an example of a cross-sectional view of a ceramic sealing part according to an embodiment. 1 is a ceramic sealing part, 2 is a metal part, and 3 is a ceramic part. The ceramic part 3 is preferably one of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, and zirconia-added alumina (Alzir). Alumina includes alumina-based ceramics in which other ceramics are added to alumina. For example, zirconia-added alumina is a sintered body in which alumina and zirconium oxide are mixed. In addition, a sintering aid other than zirconia may be added to alumina. This is because the added sintering aid forms a grain boundary phase made of a glass phase to densify the alumina sintered body. Examples of sintering aids include compounds of manganese (Mn), silicon (Si), magnesium (Mg), calcium (Ca), and the like. These are referred to as Mn, Si,
It is preferable to add at least one of Mg and Ca in a total amount of 1 to 15 mass % calculated as a single metal element. Also, it is preferable that the ceramic part is alumina, which has good cost performance as an insulating sealed part.

セラミックス部品3と接合する金属部品2の材質は、鉄(Fe)および鉄合金、鉄-ニッ
ケル系合金、銅(Cu)および銅合金、タングステン(W)、モリブデン(Mo)である
ことが好ましい。鉄合金には、圧延鋼などの炭素鋼、クロム鋼などの合金鋼である。鉄―
ニッケル系合金には42アロイ(Ni42質量%、Mn0.8質量%以下、残Fe)、コ
バール(Ni29質量%、Co17質量%、残Fe)などが挙げられる。コストパフォー
マンスに優れているのは鉄および鉄合金であり、熱膨張係数など物理特性に優れているの
は鉄-ニッケル系合金である。また、熱膨張差による応力を緩和するために変形しやすい
のは銅および銅合金であり、熱による影響が大きい場合は銅および銅合金により金属部品
を形成することが好ましい。銅合金は、無酸素銅、タフピッチ銅、脱酸銅などの純銅、ベ
リリウム銅、チタン銅などの高銅合金などである。このため、用途に応じて、鉄および鉄
合金、鉄-ニッケル系合金、銅および銅合金により金属部品を形成することが好ましい。
また、金属部品は片側がコバール、反対側が銅など2種類以上の金属部品を使用すること
が可能である。また、金属部品は、プレス加工、切削加工、および曲げ加工などにより所
定の形状に加工することにより製造される。さらに耐食性や濡れ性の向上のためにニッケ
ルなどのめっきを行うことが可能である。
The material of the metal part 2 to be joined to the ceramic part 3 is preferably iron (Fe) and iron alloys, iron-nickel alloys, copper (Cu) and copper alloys, tungsten (W), and molybdenum (Mo). The iron alloys include carbon steels such as rolled steel, and alloy steels such as chromium steel.
Nickel-based alloys include 42 alloy (Ni 42 mass%, Mn 0.8 mass% or less, balance Fe), Kovar (Ni 29 mass%, Co 17 mass%, balance Fe), etc. Iron and iron alloys are excellent in cost performance, while iron-nickel alloys are excellent in physical properties such as thermal expansion coefficient. Copper and copper alloys are easily deformed to relieve stress due to thermal expansion difference, and it is preferable to form metal parts from copper and copper alloys when the influence of heat is large. Copper alloys include pure copper such as oxygen-free copper, tough pitch copper, and deoxidized copper, and high copper alloys such as beryllium copper and titanium copper. For this reason, it is preferable to form metal parts from iron and iron alloys, iron-nickel alloys, copper and copper alloys depending on the application.
In addition, it is possible to use two or more types of metal parts, such as Kovar on one side and copper on the other side. Metal parts are manufactured by processing them into a desired shape through pressing, cutting, bending, etc. Furthermore, plating with nickel or other metals is possible to improve corrosion resistance and wettability.

図3(a)に図2のA部の拡大図である実施形態に係るセラミックス封着部品の接合部
の断面の一例を示す。図3(a)では金属部品の先端部が屈曲しており接合層を介して平
面でセラミックス部品と接合している。また、同じ図2のA部の拡大図である図3(b)
は、金属部品の先端部が接合層を介して円周方向に線(端面)でセラミックス部品と接合
している。
Fig. 3(a) is an enlarged view of part A in Fig. 2, showing an example of a cross section of a joint of a ceramic sealed component according to an embodiment. In Fig. 3(a), the tip of the metal component is bent and is joined to the ceramic component in a flat plane via a joining layer. Fig. 3(b) is an enlarged view of part A in Fig. 2.
In this case, the tip of the metal part is joined to the ceramic part in a line (end surface) in the circumferential direction via a joining layer.

接合部はセラミックスと濡れやすい活性金属を入れたろう材により低温で活性金属ろう材
層を形成する。銀と銅の溶け別れによる強度低下を防止するために、銀よりもコストパフ
ォーマンスの良い銅を選択し、銅の融点を下げるため低融点の錫(Sn)などの成分を添
加する。また、活性金属ろう材層の活性金属は水素と反応して脆化しリーク不良が発生し
やすいため、銀ろう材ペーストで活性金属ろう材層を覆うように印刷して、窒素水素雰囲
気中で加熱することにより金属部品を接合する。このとき加熱温度が高すぎると銀ろう中
の銀が活性金属ろう材層に拡散しすぎるため、ろう付け温度の+50℃以下に設定する。
また、加熱温度が低すぎると活性金属ろう材層にろう付けペーストが濡れないため、ろう
付け温度の+20℃以上に設定する。
The joint is formed at a low temperature using a brazing material containing an active metal that easily wets the ceramics. To prevent a decrease in strength due to the dissolution of silver and copper, copper is selected, which is more cost-effective than silver, and components such as tin (Sn), which has a low melting point, are added to lower the melting point of copper. In addition, since the active metal of the active brazing layer reacts with hydrogen and becomes embrittled, which is prone to leak defects, the active brazing layer is printed so as to cover it with silver brazing paste, and the metal parts are joined by heating in a nitrogen-hydrogen atmosphere. If the heating temperature is too high, the silver in the silver brazing material will diffuse too much into the active brazing layer, so it is set to be below the brazing temperature +50°C.
Moreover, if the heating temperature is too low, the brazing paste will not wet the active brazing metal layer, so the temperature is set to be 20° C. higher than the brazing temperature.

活性金属ろう材は、Ti(チタン)などの活性金属を用いたものである。Ti以外の活性金属は、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)が挙げられる。活性金属ろう材としては、Tiと銅(Cu)の混合物が挙げられる。例えば、Tiは0.1~10質量%、Cuは残部である。また、他の活性金属ろう材として、Ti、Ag、Cuの混合物が挙げられる。Tiは0.1~10質量%、Cuは10~60質量%、Agは残部である。また、接合時の活性金属ろう材の拡散を制御する場合には、必要に応じ、インジウム(In)、錫(Sn)、アルミニウム(Al)、けい素(Si)、炭素(C)、マグネシウム(Mg)から選ばれる1種以上を1~15質量%添加してもよい。セラミックス部品表面に活性金属ろう材ペーストを印刷した後に乾燥する。その後、真空中または非酸化ガス中にて750~800℃で加熱することによりセラミックス部品表面にメタライズ層(接合層)を形成する。次に、形成されたメタライズ層の表面に銀ろう材ペーストを印刷した後に乾燥する。その後、印刷乾燥したペースト表面に接するように金属部品を配置し、真空中または非酸化ガス中にて780~820℃で加熱することによりセラミックス部品と金属部品を接合する。
The active metal brazing material 4 uses an active metal such as Ti (titanium). Examples of active metals other than Ti include Zr (zirconium) and Hf (hafnium). Examples of the active metal brazing material include a mixture of Ti and copper (Cu). For example, Ti is 0.1 to 10 mass%, and Cu is the remainder. Examples of other active metal brazing materials include a mixture of Ti, Ag, and Cu. Ti is 0.1 to 10 mass%, Cu is 10 to 60 mass%, and Ag is the remainder. In addition, when controlling the diffusion of the active metal brazing material during bonding, 1 to 15 mass% of one or more selected from indium (In), tin (Sn), aluminum (Al), silicon (Si), carbon (C), and magnesium (Mg) may be added as necessary. The active metal brazing material paste is printed on the surface of the ceramic part and then dried. Thereafter, the ceramic part is heated at 750 to 800°C in a vacuum or in a non-oxidizing gas to form a metallized layer (bonding layer) on the surface of the ceramic part. Next, a silver brazing paste is printed on the surface of the metallized layer and then dried. After that, a metal part is placed in contact with the printed and dried paste surface, and the ceramic part and the metal part are joined by heating at 780 to 820°C in a vacuum or in a non-oxidizing gas.

図4に実施形態に係るセラミックス封着部品の図3(b)の製造方法の工程図を示す。図
4(a)はセラミックス部品3の断面図である。図4(a)では外周部および内周部に面
取りが形成されている。面取りが形成されていない状態でも可能であるが、セラミックス
部品の端面は外部からの衝撃などにより欠けやすく、欠け防止のために有効である。図4
(b)はセラミックス部品3に活性金属ろう材ペーストを印刷・乾燥後に真空または非酸
化ガス中にて加熱して活性金属ろう材層4を形成した状態である。平面であるセラミック
ス部品端面にペーストを印刷して形成するため接合前の活性金属ろう材層4の表面は略平
面である。また、図4(b)では端部の平面部のみに活性金属ろう材ペーストを印刷して
いるが、面取り部分にまで活性金属ろう材を印刷することも可能である。
4 shows a process diagram of the manufacturing method of the ceramic sealing part of FIG. 3(b) according to the embodiment. FIG. 4(a) is a cross-sectional view of the ceramic part 3. In FIG. 4(a), chamfers are formed on the outer and inner peripheries. Although it is possible to manufacture the ceramic part without chamfering, the end faces of the ceramic part are easily chipped due to external impacts, etc., and this is effective in preventing chipping.
4(b) shows the state in which an active metal brazing material paste is printed on a ceramic part 3, dried, and then heated in a vacuum or in a non-oxidizing gas to form an active metal brazing material layer 4. The surface of the active metal brazing material layer 4 before joining is approximately flat because the paste is printed on the flat end surface of the ceramic part. In FIG. 4(b), the active metal brazing material paste is printed only on the flat portion of the end, but it is also possible to print the active metal brazing material on the chamfered portion as well.

図4(c)は接合層の表面にろう材ペースト6を印刷・乾燥した状態である。活性金属ろ
う材ペーストには水素脆化を起こしやすい活性金属が含まれているため、接合後にろう材
ペーストが活性金属ろう材の表面の全面を覆う状態にすることが好ましい。活性金属ろう
材ペーストと同じ印刷パターンで重ねて印刷した場合では、ろう材ペーストの粘度を活性
金属ペーストの粘度よりやや低くすることにより印刷時に広がり全面を覆うことが可能で
ある。また、ろう材ペーストの印刷パターンより大きい(広い)印刷パターンにより活性金
属ろう材層の全面を覆うように印刷することも可能である。印刷パターンを大きくしすぎ
るとろう材ペーストは加熱時にセラミックス部品と反応せずに活性金属ろう材層や金属部
品に集まってくるが、このとき活性金属ろう材層や金属部品の周辺に塊になって存在する
と応力集中の原因となる。このため、ろう材ペーストの印刷パターンを大きくする場合は
活性金属ろう材ペーストの印刷パターンよりも0.1mm以下に大きくすることが好まし
い。
FIG. 4(c) shows the state in which the brazing paste 6 is printed and dried on the surface of the joining layer. Since the active metal brazing paste contains an active metal that is prone to hydrogen embrittlement, it is preferable that the brazing paste covers the entire surface of the active metal brazing paste after joining. When printing the same print pattern as the active metal brazing paste, it is possible to spread and cover the entire surface during printing by making the viscosity of the brazing paste slightly lower than that of the active metal paste. It is also possible to print a print pattern larger (wider) than the print pattern of the brazing paste so as to cover the entire surface of the active metal brazing layer. If the print pattern is made too large, the brazing paste will not react with the ceramic parts when heated and will gather on the active metal brazing layer or the metal parts. At this time, if the brazing paste is present in the form of a mass around the active metal brazing layer or the metal parts, it will cause stress concentration. For this reason, when making the print pattern of the brazing paste larger, it is preferable to make it 0.1 mm or less larger than the print pattern of the active metal brazing paste.

図4(d)は印刷・乾燥したろう材ペースト6の表面に金属部品2を設置した状態である
。図2のように複数の金属部品2を接合する場合は同時に設置する。設置した状態で加熱
して金属部品2を接合する。
Fig. 4(d) shows the state where the metal part 2 is placed on the surface of the printed and dried brazing paste 6. When joining multiple metal parts 2 as in Fig. 2, they are placed at the same time. In this state, the metal parts 2 are joined by heating.

図4(e)は金属部品2を接合した状態である。ろう材層5が金属部品2の側面に這い上
がり強固な接合状態を形成している。このように、ろう材層5が金属部品2を覆うことに
より部品内外でリークのない封着が可能となる。
4(e) shows the state where the metal part 2 is joined. The brazing filler metal layer 5 creeps up onto the side surface of the metal part 2 to form a strong joint. In this way, the brazing filler metal layer 5 covers the metal part 2, enabling leak-free sealing inside and outside the part.

次に、実施形態に係るセラミックス封着部品の製造方法について説明する。セラミックス
封着部品は前述の構成を有していれば、その製造方法は特に限定されるものではないが、
歩留まり良く得るための方法として次のものが挙げられる。
Next, a method for manufacturing the ceramic sealing part according to the embodiment will be described. As long as the ceramic sealing part has the above-mentioned configuration, the manufacturing method is not particularly limited.
The following methods can be used to obtain a high yield.

実施形態に係るセラミックス部品の一例は円形状であり、例えば、外径50mm、内径38mm、高さ50mmである。セラミックス部品は外部からの衝撃などにより角部に欠けやクラックが発生しやすい。このため端面の外周部および内周部に面取り加工をしておくことが好ましい。面取りの形状は例えばC面取りやR面取りがあり、面取りの大きさは0.1~2mmであることが好ましい。
An example of the ceramic part according to the embodiment has a cylindrical shape, for example, an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 38 mm, and a height of 50 mm. Ceramic parts are prone to chipping and cracking at their corners due to external impacts. For this reason, it is preferable to chamfer the outer and inner peripheries of the end faces. The shape of the chamfer may be, for example, C-chamfer or R-chamfer, and the size of the chamfer is preferably 0.1 to 2 mm.

実施形態に係る金属部品の材質は、鉄および鉄合金、銅および銅合金、42アロイやコバ
ールなどの鉄―ニッケル系合金、タングステン、モリブデンなどが挙げられる。熱膨張係
数など物理特性に優れているのはコバールであり、熱膨張差による応力を緩和するために
変形しやすいのは銅および銅合金である。このため、コバールや銅および銅合金による金
属部品を形成することが好ましい。
The materials of the metal parts according to the embodiment include iron and iron alloys, copper and copper alloys, iron-nickel alloys such as 42 alloy and Kovar, tungsten, molybdenum, etc. Kovar has excellent physical properties such as thermal expansion coefficient, while copper and copper alloys are easily deformed to relieve stress caused by the difference in thermal expansion. For this reason, it is preferable to form metal parts from Kovar, copper, and copper alloys.

実施形態に係る金属部品の形状の一例は略円筒形状である。例えば、高さ20mmであり
、図3(a)であれば、先端加工されていない部分は外径48mm、内径46mmである
。先端部は略垂直に内側に曲がっているフランジ形状であり長さは4mmである。上記形
状の金属部品は、プレスなどにより円筒形状にした後、先端部分をプレス加工や絞り加工
によりフランジ形状にする。また、有底円筒形から曲げ部分を残してプレスにて打ち抜い
て曲げ形状を得ることも可能である。また、図3(b)であれば、外径46mm、内径4
4mmである。これらの金属部品は耐食性や濡れ性の向上のためにニッケルなどのめっき
を行うことが可能である。
An example of the shape of the metal part according to the embodiment is a substantially cylindrical shape. For example, the height is 20 mm, and in the case of FIG. 3(a), the part without the tip machined has an outer diameter of 48 mm and an inner diameter of 46 mm. The tip is a flange shape that is bent inwardly and substantially perpendicularly, and has a length of 4 mm. The metal part having the above shape is formed into a cylindrical shape by pressing or the like, and then the tip is formed into a flange shape by pressing or drawing. It is also possible to obtain a bent shape by punching out the bottomed cylindrical shape with a press, leaving the bent part. Also, in the case of FIG. 3(b), the outer diameter is 46 mm, the inner diameter is 4
These metal parts can be plated with nickel or other materials to improve corrosion resistance and wettability.

活性金属ろう材およびろう材の形態はペーストである。シートやワイヤーは活性金属ろう
材を溶融してシートやワイヤー形状に加工してから、製品形状に合わせて所定の寸法に加
工するための工程が必要である。これに対してペーストは、ペーストを製造する工程はあ
るものの、製品形状に合わせて必要な箇所に印刷するなど取り扱いに優れている。また、
活性金属ろう材の量は少なすぎると未接合箇所であるろう切れが発生し、多すぎるとろう
溜まりが起こり応力破壊の原因となるため、ろう付け面積にあわせて使用する活性金属ろ
う材の量を調整することが可能である。
The active metal brazing material and brazing material are in the form of a paste. Sheets and wires require a process in which the active metal brazing material is melted and processed into a sheet or wire shape, and then processed to the specified dimensions to match the product shape. In contrast, pastes, although there is a process for manufacturing the paste, are easy to handle, as they can be printed in the required locations to match the product shape. In addition,
If the amount of active metal brazing material is too small, unjoined areas will occur, resulting in braze breaks, while if there is too much, braze puddles will occur, which can lead to stress fractures. Therefore, it is possible to adjust the amount of active metal brazing material used according to the brazing area.

活性金属ろう材ペーストは、活性金属粉末にろう材金属粉末を混合したものに、有機バイ
ンダーと有機溶剤を加えたものである。有機バインダーは乾燥工程や接合(加熱)工程に
より焼失するものであれば特に限定されるものではない。好ましい一例としてはエチルセ
ルロースが挙げられる。有機溶剤は乾燥工程や焼成工程により焼失するものであれば特に
限定されるものではない。好ましい一例としてはテレピネオールやブチルカルビトールが
挙げられる。活性金属ろう材ペーストは、例えば活性金属粉末とろう材金属粉末とを解砕
混合をした後、有機バインダーおよび有機溶剤と混合して調製されたものである。また、
活性金属ろう材成分に含まれる活性金属の比率は0.1~15質量%、好ましくは0.5
~10質量%である。
The active metal brazing paste is prepared by mixing active metal powder with brazing metal powder, to which an organic binder and an organic solvent are added. There are no particular limitations on the organic binder, so long as it is burned away during the drying process or the joining (heating) process. A preferred example is ethyl cellulose. There are no particular limitations on the organic solvent, so long as it is burned away during the drying process or the firing process. Preferred examples are terpineol and butyl carbitol. The active metal brazing paste is prepared, for example, by crushing and mixing active metal powder and brazing metal powder, and then mixing them with an organic binder and an organic solvent. In addition,
The ratio of the active metal contained in the active metal brazing material component is 0.1 to 15 mass %, preferably 0.5
Up to 10% by mass.

活性金属ろう材ペーストの印刷厚さは20~100μmが好ましい。印刷厚さが20μm未満であると活性金属ろう材層の厚さにばらつきができ接合強度を低下させる。一方、100μmを越えるとそれ以上の効果が得られない。また、ペーストはスクリーン印刷法などによりセラミックス部品端面に均一な厚さで印刷する。印刷厚さが不均一であると厚い部分では活性金属ろう材が過剰になり、ろう材溜まりができ熱応力によるクラックが発生する。また、薄い部分では活性金ろう材切れによりリーク不良が発生する。このため、厚い部分と薄い部分の印刷厚さの差は15μm以下、さらには10μm以下であることが好ましい。
The printing thickness of the active metal brazing paste is preferably 20 to 100 μm. If the printing thickness is less than 20 μm, the thickness of the active metal brazing layer varies, lowering the joining strength. On the other hand, if it exceeds 100 μm, no further effect can be obtained. The paste is printed in a uniform thickness on the end surface of the ceramic component by screen printing or the like. If the printing thickness is not uniform, the active metal brazing material will be excessive in the thick parts, causing brazing material to accumulate and cracks due to thermal stress. In addition, in the thin parts, leakage defects will occur due to breakage of the active metal brazing material. For this reason, it is preferable that the difference in printing thickness between the thick and thin parts is 15 μm or less, and more preferably 10 μm or less.

セラミックス部品に印刷されたペーストは大気雰囲気などで乾燥する。乾燥温度が低く乾
燥時間が短いとペーストの溶液成分が十分に揮発されず、接合時にボイドが発生する可能
性がある。これとは逆に、乾燥温度が高く乾燥時間が長いとペーストの表面の酸化が進み
、接合温度が変化する可能性がある。このため、乾燥温度は50~100℃、好ましくは
60~80℃である。また、乾燥時間は5~30分、好ましくは10~20分である。
The paste printed on the ceramic parts is dried in the air or the like. If the drying temperature is low and the drying time is short, the solution components of the paste are not sufficiently volatilized, and voids may occur during bonding. Conversely, if the drying temperature is high and the drying time is long, oxidation of the paste surface may progress, and the bonding temperature may change. For this reason, the drying temperature is 50 to 100°C, preferably 60 to 80°C. The drying time is 5 to 30 minutes, preferably 10 to 20 minutes.

ペースト乾燥後に金属部品をペースト乾燥面上に設置して加熱することにより接合を行う。接合温度は600~850℃、好ましくは700~800℃である。また、接合時間は接合温度に到達した状態で5~60分間の範囲が好ましい。接合温度が低く接合時間が短いと活性金属ろう材が十分に溶融せずに接合しない場合がある。これとは逆に、接合温度が高く接合時間が長いと活性金属ろう材が溶融しすぎて広がりボイドが発生する場合がある。また、活性金属接合雰囲気は必要に応じ、真空中や非酸化性雰囲気で行うものとする。真空中で行う場合は、1×10 -2 Pa以下であることが好ましい。また、非酸化性雰囲気は窒素雰囲気やアルゴン雰囲気が挙げられる。真空中または非酸化性雰囲気とすることにより、活性金属ろう材層が酸化されるのを抑制することができる。これにより、接合強度の向上が図られる。ろう付けに使用する炉は連続炉やバッチ炉が使用される。量産性において優れているのは連続炉であり、温度や雰囲気の制御がしやすのはバッチ炉である。上記の雰囲気で所定時間加熱することにより活性金属ろう材層が形成される。
After the paste is dried, the metal parts are placed on the dried paste surface and heated to bond. The bonding temperature is 600 to 850°C, preferably 700 to 800°C. The bonding time is preferably in the range of 5 to 60 minutes after the bonding temperature is reached. If the bonding temperature is low and the bonding time is short, the active metal brazing material may not melt sufficiently and bonding may not be performed. Conversely, if the bonding temperature is high and the bonding time is long, the active metal brazing material may melt too much and spread, causing voids. The active metal bonding atmosphere is, as necessary, in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere. When performing in a vacuum, it is preferable that the pressure is 1×10 −2 Pa or less. Examples of the non-oxidizing atmosphere include a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere. By performing in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere, the active metal brazing material layer can be prevented from being oxidized. This improves the bonding strength. A continuous furnace or a batch furnace is used as the furnace used for brazing. A continuous furnace is superior in terms of mass production, and a batch furnace is easier to control the temperature and atmosphere. The active metal brazing material layer is formed by heating for a predetermined time in the above atmosphere.

ろう材ペーストは、金属部品および活性金属ろう材と濡れ性の良い金属で構成される。セ
ラミックスと金属部品の接合に多く使用されるろう材は銀ろうである。銀ろうは、銀と銅
を主成分とするが、亜鉛やニッケルなどの他の金属成分を含むこともある。セラミックス
と金属部品を接合する中で良く使用される72%銀-28%銅による銀ろう(BAg-8
)がある。「銀ろう(JIS Z3261:1998)」によるBAg-8では、銀(A
g)71~73%、銅(Cu)27~29%、その他元素合計0.15%以下である。ろ
う材ペーストは、ろう材金属粉末を混合したものに、有機バインダーと有機溶剤を加えた
ものである。有機バインダーは乾燥工程や接合(加熱)工程により焼失するものであれば
特に限定されるものではない。好ましい一例としてはエチルセルロースが挙げられる。有
機溶剤は乾燥工程や焼成工程により焼失するものであれば特に限定されるものではない。
好ましい一例としてはテレピネオールやブチルカルビトールが挙げられる。ろう材ペース
トは、例えば金属粉末を解砕混合した後、有機バインダーおよび有機溶剤と混合して調製
されたものである。
Brazing paste is composed of metal parts, active metal brazing material, and metal with good wettability. The brazing material most often used to join ceramics and metal parts is silver brazing. Silver brazing is mainly composed of silver and copper, but may also contain other metal components such as zinc and nickel. Silver brazing (BAg-8), which is made of 72% silver and 28% copper, is often used to join ceramics and metal parts.
In BAg-8 according to "Silver solder (JIS Z3261:1998)", silver (A
g) 71-73%, copper (Cu) 27-29%, and total of other elements 0.15% or less. The brazing paste is a mixture of brazing metal powders to which an organic binder and an organic solvent are added. There are no particular limitations on the organic binder as long as it is burned away during the drying process or the joining (heating) process. A preferred example is ethyl cellulose. There are no particular limitations on the organic solvent as long as it is burned away during the drying process or the firing process.
Preferred examples include terpineol and butyl carbitol. The brazing paste is prepared, for example, by crushing and mixing metal powder, and then mixing it with an organic binder and an organic solvent.

ろう材ペーストの印刷厚さは50~200μmが好ましい。印刷厚さが50μm未満であるとろう材層の厚さにばらつきができ接合強度を低下させる。一方、200μmを越えるとそれ以上の効果が得られない。また、ペーストはスクリーン印刷法などによりセラミックス部品端面に均一な厚さで印刷する。印刷厚さが不均一であると厚い部分ではろう材が過剰になり、ろう材溜まりができ熱応力によるクラックが発生する。また、薄い部分では活性金ろう材切れによりリーク不良が発生する。このため、厚い部分と薄い部分の印刷厚さの差は20μm以下、さらには15μm以下であることが好ましい。
The printing thickness of the brazing paste is preferably 50 to 200 μm. If the printing thickness is less than 50 μm, the thickness of the brazing paste layer varies, reducing the joining strength. On the other hand, if it exceeds 200 μm, no further effect can be obtained. The paste is printed in a uniform thickness on the end surface of the ceramic component by a screen printing method or the like. If the printing thickness is not uniform, the brazing paste will be excessive in the thick parts, causing brazing paste pools and cracks due to thermal stress. In addition, in the thin parts, leakage defects will occur due to breakage of the active metal brazing paste. For this reason, it is preferable that the difference in printing thickness between the thick and thin parts is 20 μm or less, and more preferably 15 μm or less.

活性金属ろう材層に印刷されたろう材ペーストは大気雰囲気などで乾燥する。乾燥温度が
低く、乾燥時間が短いとペーストの溶液成分が十分に揮発されず、接合時にボイドが発生
する可能性がある。これとは逆に、乾燥温度が高く、乾燥時間が長いとペーストの表面の
酸化が進み、接合温度条件が変化する可能性がある。このため、乾燥温度は50~100
℃、好ましくは60~80℃である。また、乾燥時間は5~30分、好ましくは10~2
0分である。
The brazing paste printed on the active brazing metal layer is dried in the air or other atmosphere. If the drying temperature is low and the drying time is short, the solution components of the paste are not sufficiently volatilized, and voids may occur during bonding. Conversely, if the drying temperature is high and the drying time is long, oxidation of the paste surface may progress, and the bonding temperature conditions may change. For this reason, the drying temperature is set to 50 to 100
The drying time is 5 to 30 minutes, preferably 10 to 20 minutes.
It is 0 minutes.

ろう材ペースト乾燥後に金属部品をペースト乾燥面上に設置して加熱することにより接合
を行う。接合温度は650~900℃、好ましくは750~820℃である。また、接合
時間は接合温度に到達した状態で5~60分間の範囲が好ましい。図3(a)および(b
)のようにろう材層5は溶融して金属部品2の表面を濡れ広がり接合が行われるため封着
性を伴う接合が行われる。接合温度が低く接合時間が短いと活性金属ろう材が十分に溶融
せずに接合しない場合がある。これとは逆に、接合温度が高く接合時間が長いとろう材が
溶融しすぎて濡れ広がり、ろう切れやボイドが発生する場合がある。
After the brazing paste is dried, the metal part is placed on the dried paste surface and heated to bond the parts. The bonding temperature is 650 to 900°C, preferably 750 to 820°C. The bonding time is preferably 5 to 60 minutes after the bonding temperature is reached.
) the brazing material layer 5 melts and wets and spreads over the surface of the metal part 2 to form a bond, resulting in a bond with a seal. If the bonding temperature is low and the bonding time is short, the active metal brazing material may not melt sufficiently to form a bond. Conversely, if the bonding temperature is high and the bonding time is long, the brazing material may melt too much and wet and spread, resulting in brazing failure and voids.

また、ろう付け接合雰囲気は必要に応じ非酸化性雰囲気で行うものとする。非酸化性雰囲
気は、窒素雰囲気、窒水素雰囲気が挙げられる。非酸化性雰囲気とすることにより、接合
層が酸化されるのを抑制することができる。これにより、接合強度の向上が図られる。ろ
う付けに使用する炉は連続炉やバッチ炉が使用される。量産性において優れているのは連
続炉であり、温度や雰囲気の制御がしやすのはバッチ炉である。上記の雰囲気で部品を所
定時間加熱することによりろう付けが行われる。
Furthermore, the brazing and joining atmosphere is a non-oxidizing atmosphere as necessary. Examples of non-oxidizing atmospheres include a nitrogen atmosphere and a hydrogen nitrogen atmosphere. By using a non-oxidizing atmosphere, the joining layer can be prevented from being oxidized. This improves the joining strength. A continuous furnace or a batch furnace is used for brazing. A continuous furnace is superior in terms of mass production, while a batch furnace allows for easy control of the temperature and atmosphere. Brazing is performed by heating the parts in the above atmosphere for a specified period of time.

セラミックス部品と金属部品を接合する接合層の厚さは70μm以上であることが好まし
い。前述したように接合層は20μm以上の活性金属ろう材層と50μm以上のろう材層
から形成されるためである。なお、このときの接合層の厚さとは、金属部品の接合面とセ
ラミックス部品の距離を示す。たとえば、図3(a)では金属部品2の先端がフランジ形
状に曲がっており平面でセラミックス部品3と接合している。このため折れ曲がった部分
の略中央部分を接合層の厚さとする。また、図3(b)では金属部品2の端面がセラミッ
クス部品3と接合している。このため金属部品2の端面の略中央部分を接合層の厚さとす
る。さらに、金属部品2の先端がU字型やV字型などのように尖っている場合は、尖って
いる先端部分を接合層の厚さとする。
The thickness of the bonding layer that bonds the ceramic part and the metal part is preferably 70 μm or more. This is because, as described above, the bonding layer is formed from an active metal brazing material layer of 20 μm or more and a brazing material layer of 50 μm or more. The thickness of the bonding layer at this time indicates the distance between the bonding surface of the metal part and the ceramic part. For example, in FIG. 3(a), the tip of the metal part 2 is bent into a flange shape and is bonded to the ceramic part 3 on a flat surface. Therefore, the thickness of the bonding layer is approximately the center part of the bent part. Also, in FIG. 3(b), the end face of the metal part 2 is bonded to the ceramic part 3. Therefore, the thickness of the bonding layer is approximately the center part of the end face of the metal part 2. Furthermore, if the tip of the metal part 2 is pointed, such as U-shaped or V-shaped, the thickness of the bonding layer is the pointed tip part.

図5に図3(b)のB部分の拡大図を示す。図5ではセラミックスと金属部品の間を20
分割した状態を模式的に示している。分割した部分ごとにエネルギー分散型蛍光X線分析
装置(EDX)により、構成する元素の質量%を測定する。前記接合層のセラミックス部
品側から金属部品側に質量%をプロットしたときに、活性金属質量%の極大値(Wm)、
銅質量%の極大値(Wc)、銀質量%の極大値(Wa)が存在する。なお、極大値が2つ
以上ある場合は大きい値をそれぞれの極大値とする。
FIG. 5 shows an enlarged view of the portion B in FIG. 3(b). In FIG. 5, the portion B is 20 mm thick.
The divided state is shown in schematic form. The mass percentage of the constituent elements of each divided portion is measured using an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX). When the mass percentage of the bonding layer is plotted from the ceramic part side to the metal part side, the maximum value of the active metal mass percentage (Wm),
There is a maximum value of copper mass % (Wc) and a maximum value of silver mass % (Wa). When there are two or more maximum values, the larger value is regarded as each maximum value.

実施形態に係るセラミックス封着部品の一例では接合部断面の中央部200μmについて
3.6μm幅(高さ)で分割し、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)により、
構成する元素の質量%を測定している。図6に実施形態に係るセラミックス封着部品の接
合部断面の一例について元素の質量%をプロットした図を示す。図6では(a)チタン(
Ti)、(b)銅(Cu)、(c)銀(Ag)のセラミックス側から金属側へのそれぞれ
の個所(距離)の質量%(wt%)の値をプロットしている。また、プロットは小さい側
の個所、例えば0~3.6μmの値はX軸で0μmの個所にプロットしている。
In one example of a ceramic sealed component according to the embodiment, the central 200 μm of the cross section of the joint was divided into 3.6 μm widths (heights), and the following was measured by an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX):
The mass percentage of the constituent elements is measured. FIG. 6 shows a plot of mass percentage of elements for an example of a cross section of a joint of a ceramic sealed component according to an embodiment. In FIG. 6, (a) titanium (
The graph plots the mass % (wt %) values of (a) Ti), (b) copper (Cu), and (c) silver (Ag) at each location (distance) from the ceramic side to the metal side. The plots are on the smaller side, for example, values of 0 to 3.6 μm are plotted at 0 μm on the X-axis.

図6では、活性金属質量%の2番目に大きい極大値(Wm2)は6.0質量%で極大値(
Wm)12.2質量%の0.49倍となり0.7倍以下である。活性金属ろう材を加熱し
たときに活性金属はセラミックスと反応して接合層を形成するため、セラミックス側に活
性金属の極大値が存在する。ろう材ペーストを印刷して加熱する(加熱温度(T2))と
活性金属の一部はろう材層へ拡散する。このとき、加熱温度(T2)が低い場合は活性金
属接合層に対する影響は小さいため極大値の大きさに対する影響は小さい。加熱温度(T
2)が高い場合は、ろう材層活性金属層が大きく拡散するため、ろう材層中の活性金属の
極大値が極大値(質量)の0.7倍より大きくなる。このとき、接合に必要な活性金属が
不足すると接合強度が低下する。
In FIG. 6, the second largest maximum value of active metal mass% (Wm2) is 6.0 mass%.
Wm) 12.2 mass%, which is 0.49 times or less than 0.7 times. When the active metal brazing material is heated, the active metal reacts with the ceramics to form a bonding layer, so the maximum value of the active metal exists on the ceramic side. When the brazing material paste is printed and heated (heating temperature (T2)), part of the active metal diffuses into the brazing material layer. At this time, if the heating temperature (T2) is low, the effect on the active metal bonding layer is small, and therefore the effect on the magnitude of the maximum value is small. Heating temperature (T
When 2) is high, the active metal layer of the brazing material layer diffuses widely, so that the maximum value of the active metal in the brazing material layer becomes larger than 0.7 times the maximum value (mass). In this case, if the active metal required for bonding is insufficient, the bonding strength decreases.

図6では、銅の質量%の極小値は21.1質量%であり極大値(Wc)56.6質量%の
0.37倍となりの0.3倍以上である。例えば、使用するろう材がBAg―8ろう材で
ある場合の銅含有量は28%であるため、活性金属ろう材に、それよりも多く銅を含んだ
活性金属ろう材を使用した場合はセラミックス部品側に銅の極大値がある。加熱温度(T
2)が低い場合は活性金属ろう材層に対する影響は小さいため、図6のような極小値が存
在しないか、極大値の大きさに対する影響は小さく、0.3倍以下になる。加熱温度(T
2)が高い場合は、ろう材中の銀と銅が溶け分かれるために50%よりも大きくなる。ろ
う材の金属が溶け分かれると接合強度が低下する。なお、極小値が2つ以上存在する場合
は小さい値を極小値とする。
In Figure 6, the minimum value of copper mass % is 21.1 mass %, which is 0.37 times the maximum value (Wc) of 56.6 mass %, and is more than 0.3 times. For example, when the brazing material used is BAg-8 brazing material, the copper content is 28%, so when an active metal brazing material containing more copper is used as the active metal brazing material, the maximum value of copper is on the ceramic part side. Heating temperature (T
When the heating temperature (T 2) is low, the effect on the active brazing metal layer is small, so that the minimum value as shown in FIG. 6 does not exist, or the effect on the maximum value is small, being 0.3 times or less.
When 2) is high, the silver and copper in the brazing material melt and separate, so the joint strength is greater than 50%. When the metals in the brazing material melt and separate, the joint strength decreases. If there are two or more minimum values, the smallest value is taken as the minimum value.

また、図6では、セラミックス部品側1/4の距離までの銀の質量%の最大値が28.7
質量%と極大値(Wa)63.0質量%の0.46倍となり、0.3倍以上0.5倍以下
である。これは銀を含むろう材が適度に活性金属ろう材層に拡散している状態である。ろ
う材が適度に活性金属ろう材層に拡散していると、活性金属ろう材とろう材層が強固に接
合している状態である。
In addition, in FIG. 6, the maximum mass percent of silver up to 1/4 of the distance on the ceramic part side was 28.7
The maximum value (Wa) of 63.0 mass% is 0.46 times, which is 0.3 times or more and 0.5 times or less. This is a state in which the brazing material containing silver is moderately diffused into the active metal brazing material layer. When the brazing material is moderately diffused into the active metal brazing material layer, the active metal brazing material and the brazing material layer are firmly bonded to each other.

また、図6では、銅質量%のプロットにおいて、0.5Wc以下の範囲が27点中6点と22.2%となり40%以下の範囲内である。0.5Wc以下の範囲が40%以下であれば、
接合や封着に寄与する銅が十分に存在する。0.5W以下の範囲が40%を超えると銅
以外の構成元素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。
In addition, in the plot of copper mass % in FIG. 6, the range of 0.5Wc or less is 6 out of 27 points, or 22.2%, which is within the range of 40% or less. If the range of 0.5Wc or less is 40% or less,
There is a sufficient amount of copper that contributes to bonding and sealing. If the range of 0.5Wc or less exceeds 40%, there will be areas where constituent elements other than copper are excessive, which will cause bonding failure and leakage failure.

また、図6では、銀質量%のプロットにおいて、0.5Wa以下の範囲が27点中13点
と48.1%である。50%以下の範囲内である。0.5Wc以下の範囲が40%以下で
あれば、接合や封着に寄与する銀が十分に存在する。0.5WC以下の範囲が40%を超
えると銀以外の構成元素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。
In addition, in the plot of silver mass % in Fig. 6, 13 out of 27 points, or 48.1%, are in the range of 0.5Wa or less. This is within the range of 50% or less. If the range of 0.5Wc or less is 40% or less, there is sufficient silver that contributes to bonding and sealing. If the range of 0.5WC or less exceeds 40%, there will be areas where constituent elements other than silver are excessive, which will cause bonding failure and leak failure.

図7は、加熱温度(T2)が低い場合の質量%のプロット図である。活性金属質量%の2
番目に大きい極大値は4.9質量%と極大値(Wm)9.4質量%の0.7倍以下である
。しかしながら、銅の質量%の極小値が10.1質量%と極大値(Wc)57.3質量%
の0.18倍と0.3倍よりも小さい。これは接合層中に銅が十分に存在していない箇所
があることを示しており、接合不良やリーク不良の原因となる。また、セラミックス部品
側1/4の距離までの銀の質量%の最大値が20.3質量%と極大値(Wa)75.0質
量の0.27倍と小さい状態である。これは銀を含むろう材が十分に活性金属ろう材層に
拡散していないためである。ろう材が十分に拡散していない状態であれば、活性金属ろう
材とろう材の接合が弱くなり接合不良やリーク不良の原因となる。
FIG. 7 is a plot of mass % active metal when the heating temperature (T2) is low.
The second largest maximum value was 4.9 mass%, which is 0.7 times the maximum value (Wm) of 9.4 mass%. However, the minimum value of the copper mass% was 10.1 mass%, which is 57.3 mass%.
This is smaller than 0.18 and 0.3 times. This indicates that there are places in the bonding layer where copper is not present in sufficient amounts, which can cause bonding failures and leak failures. In addition, the maximum mass percent of silver up to 1/4 of the distance from the ceramic part side is 20.3 mass%, which is 0.27 times the maximum value (Wa) of 75.0 mass. This is because the brazing material containing silver is not sufficiently diffused into the active metal brazing material layer. If the brazing material is not sufficiently diffused, the bond between the active metal brazing material and the brazing material will be weak, which can cause bonding failures and leak failures.

また、図7では、銅質量%のプロットにおいて、0.5Wc以下の範囲が24点中10点
と41.1%と40%以下の範囲外である。0.5WC以下の範囲が40%を超えると銅
以外の構成元素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。また、銀
質量のプロットにおいて、0.5Wa以下の範囲が27点中13点と48.1%である。
50%以下の範囲内である。0.5Wc以下の範囲が40%以下であれば、接合や封着に
寄与する銀が十分に存在する。0.5WC以下の範囲が40%を超えると銀以外の構成元
素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。
In addition, in Fig. 7, in the plot of copper mass%, 10 out of 24 points, 41.1%, are in the range of 0.5Wc or less, which is outside the range of 40% or less. If the range of 0.5Wc or less exceeds 40%, there will be parts where the constituent elements other than copper are excessive, which will cause poor bonding and leaks. In addition, in the plot of silver mass, 13 out of 27 points, 48.1%, are in the range of 0.5Wa or less.
If the range of 0.5Wc or less is 40% or less, there is a sufficient amount of silver that contributes to bonding and sealing. If the range of 0.5Wc or less exceeds 40%, there will be areas where constituent elements other than silver are excessive, which will cause bonding failure or leakage failure.

図8は、加熱温度(T2)が高い場合の質量%のプロット図である。図8(a)では活性金属質量%の2番目に大きい極大値が12.0質量%と極大値(Wm)14.1質量%の0.85倍と0.7倍よりも大きい。これは、セラミックス部品表面近傍に十分な量の活性金属による接合層ができないことを示す。セラミックス部品の接合に寄与する活性金属の存在が少ない状態であれば、セラミックス部品近傍の接合不良やリーク不良の原因となる。また、銅の質量%の極小値が3.6質量%は極大値(Wc)79.2質量%の0.05倍となり0.3倍よりも小さい。これは接合層中に銅が十分に存在していない箇所があることを示しており、接合不良やリーク不良の原因となる。また、セラミックス部品側1/4までの銀の質量%の最大値が0.6質量%と極大値(Wa)86.9質量%の0.01倍と小さい状態である。これは銀を含むろう材が十分に活性金属ろう材層に拡散していないためである。ろう材が十分に拡散していない状態であれば、活性金属ろう材とろう材の接合が弱くなり接合不良やリーク不良の原因となる。
FIG. 8 is a plot of mass% when the heating temperature (T2) is high. In FIG. 8(a), the second largest maximum value of active metal mass% is 12.0 mass%, which is larger than 0.85 and 0.7 times the maximum value (Wm) of 14.1 mass%. This indicates that a bonding layer of a sufficient amount of active metal cannot be formed near the surface of the ceramic parts. If there is a small amount of active metal that contributes to the bonding of the ceramic parts, it will cause poor bonding and leak failure near the ceramic parts. In addition, the minimum value of copper mass% is 3.6 mass%, which is 0.05 times the maximum value (Wc) of 79.2 mass%, which is smaller than 0.3 times. This indicates that there are places in the bonding layer where copper is not sufficiently present, which will cause poor bonding and leak failure. In addition, the maximum value of silver mass% up to 1/4 of the ceramic part side is 0.6 mass%, which is 0.01 times the maximum value (Wa) of 86.9 mass%, which is small. This is because the brazing material containing silver is not sufficiently diffused into the active metal brazing material layer. If the brazing material is not sufficiently diffused, the bond between the active metal brazing material and the brazing material will be weak, causing poor bonding and leaks.

また、図8では、銅質量%のプロットにおいて、0.5Wc以下の範囲が22点中10点と45.5%と40%以下の範囲外である。0.5W以下の範囲が40%を超えると銅以外の構成元素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。また、銀質量のプロットにおいて、0.5Wa以下の範囲が22点中15点と68.2%と50%以下の範囲外である。0.5W以下の範囲が50%を超えると銀以外の構成元素が過多になる部分が発生し接合不良やリーク不良の原因となる。
In addition, in FIG. 8, in the plot of copper mass%, 10 out of 22 points are in the range of 0.5Wc or less, which is 45.5%, and is outside the range of 40% or less. If the range of 0.5Wc or less exceeds 40%, parts with excess of constituent elements other than copper will occur, which will cause poor bonding and leaking. In addition, in the plot of silver mass, 15 out of 22 points are in the range of 0.5Wa or less, which is 68.2%, and is outside the range of 50% or less. If the range of 0.5Wc or less exceeds 50%, parts with excess of constituent elements other than silver will occur, which will cause poor bonding and leaking.

以上本発明の実施形態におけるセラミックス封着部品の製造方法によれば、封着部品とし
ての気密性能を保持したまま、コストパフォーマンスに優れたセラミックス封着部品を得
ることができる。
According to the method for manufacturing a ceramic sealed component in the embodiment of the present invention, a ceramic sealed component excellent in cost performance can be obtained while maintaining the airtightness of the sealed component.

(実施例1~8、比較例1~8)
アルミナに酸化マンガン(MnO )、酸化ケイ素(シリカ:SiO )、酸化マグネシウム(マグネシア:MgO)の助剤を加えて、92質量%アルミナの組成を有する造粒粉を準備した。造粒粉を金型プレスで成型し1500℃大気中で焼結して、外径50mm、内径40mm、高さ50mm、外径C面取り0.5mm、内径C面取り0.5mmの円筒形状のセラミックス部品を得た。また、窒化アルミニウム(AlN)にイットリア(酸化イットリウム:Y )の助剤を3質量%加えて、窒化アルミニウム造粒粉を準備した。造粒粉を金型プレスで成型し1800℃窒素中で焼結することにより、アルミナ部品と同じ寸法の円筒形状のセラミックス部品を得た。
(Examples 1 to 8, Comparative Examples 1 to 8)
Alumina was added with manganese oxide (MnO 2 ), silicon oxide (silica: SiO 2 ), and magnesium oxide (magnesia: MgO) as auxiliary agents to prepare granulated powder having a composition of 92% alumina by mass. The granulated powder was molded with a die press and sintered in air at 1500°C to obtain a cylindrical ceramic part with an outer diameter of 50 mm, an inner diameter of 40 mm, a height of 50 mm, an outer diameter C chamfer of 0.5 mm, and an inner diameter C chamfer of 0.5 mm. Aluminum nitride granulated powder was also prepared by adding 3% by mass of yttria (yttrium oxide: Y 2 O 3 ) as auxiliary agent to aluminum nitride (AlN). The granulated powder was molded with a die press and sintered in nitrogen at 1800°C to obtain a cylindrical ceramic part with the same dimensions as the alumina part.

金属部品は、銅、コバール、鉄を、外径46mm、内径44mm、高さ20mmの円筒形
状にプレス加工して、表1にあるような金属部品を得た。なお、加工した鉄部品の表面に
2μmのニッケルめっきを施した。
The metal parts were obtained by pressing copper, kovar, and iron into a cylindrical shape with an outer diameter of 46 mm, an inner diameter of 44 mm, and a height of 20 mm, as shown in Table 1. The surfaces of the processed iron parts were plated with nickel to a thickness of 2 μm.

次に、金属粉末配合比が銅粉末、錫粉末、水素化チタン(TiH)粉末を重量%で60:
30:10になるように調合し、エチルセルロールとテレピネオールと混ぜ混錬機でペー
スト化して活性金属ろう材ペーストを作製した。セラミックス部品の上下端部(リング部
分)に、外径48mm×内径42mmの100メッシュスクリーンを用いてスクリーン印
刷により厚さ30μmの活性金属ペーストを印刷し、大気中100℃で乾燥した。活性金
属ろう材ペーストを乾燥したセラミックス部品を窒素雰囲気連続炉にて加熱温度(T1)
以上10分間で加熱することにより、セラミックス部品の端面に活性金属ろう材層を形成
した。
Next, a mixture of copper powder, tin powder, and titanium hydride (TiH) powder was mixed in a ratio of 60:1 by weight.
The mixture was mixed with ethyl cellulose and terpineol to make a paste in a kneader to prepare an active metal brazing paste. The active metal paste was printed to a thickness of 30 μm on the upper and lower ends (ring portions) of the ceramic part by screen printing using a 100 mesh screen with an outer diameter of 48 mm and an inner diameter of 42 mm, and dried at 100° C. in air. The ceramic part with the dried active metal brazing paste was heated in a continuous furnace in a nitrogen atmosphere at a heating temperature (T1).
By heating for the above 10 minutes, an active metal brazing material layer was formed on the end face of the ceramic part.

次に、金属粉末配合比が銀粉末と銅粉末を重量%で72:28なるように調合し、活性金
属ろう材ペーストと同様な方法でペースト化し銀ろう材ペーストを作製した。活性金属ろ
う材層を形成したセラミックス部品の上下端部(リング部分)に、外径48mm×内径4
2mmの100メッシュスクリーンを用いてスクリーン印刷により厚さ100μmのろう
材ペーストを印刷し、大気中100℃で乾燥した。次に、金属部品、セラミックス部品、
金属部品の順番に治具にセットして、窒水素雰囲気連続炉にて加熱温度(T2)以上10
分間で加熱することにより、金属部品とセラミックス部品を接合してセラミックス封着部
品を作製した。
Next, silver powder and copper powder were mixed so that the metal powder compounding ratio was 72:28 by weight percent, and the mixture was made into a paste in the same manner as in the active metal brazing paste, to prepare a silver brazing paste.
A brazing paste was printed to a thickness of 100 μm by screen printing using a 2 mm 100 mesh screen, and then dried at 100° C. in air.
The metal parts are placed on the jig in the correct order and heated in a hydrogen nitrogen atmosphere continuous furnace for 10 minutes at a heating temperature (T2).
By heating for 10 minutes, the metal part and the ceramic part were joined to produce a ceramic sealed part.

また、接合強度測定用として金属部品の代わりに、10mm×100mm×0.1mmの
金属平板を用いて、金属平板、セラミックス部品、金属平板の順番に治具にセットして加
熱することにより接合して接合強度用試験サンプルを作製した。
In addition, for measuring the bonding strength, a metal plate measuring 10 mm x 100 mm x 0.1 mm was used instead of the metal part, and the metal plate, ceramic part, and metal plate were set in a jig in that order and bonded by heating to prepare a bonding strength test sample.

Figure 0007631412000001
Figure 0007631412000001

表1から分かるとおり、実施例では、加熱温度(T1)、ろう材印刷厚さ、加熱温度(T
2)、温度差(T2-T1)の値は好ましい範囲内であった。一方、比較例では、好まし
い範囲外となった。
As can be seen from Table 1, in the examples, the heating temperature (T1), the brazing material printing thickness, and the heating temperature (T
2) The temperature difference (T2-T1) was within the preferred range, whereas in the comparative example, it was outside the preferred range.

次にセラミックス封着部品を図2のように中央部分で切断し接合箇所を研磨して接合部の
中央部を図5のように200μmについて3.6μm幅(高さ)で分割し、エネルギー分
散型蛍光X線分析装置(WDX)により、構成する元素の質量%を測定した。チタン、銅
、銀の各元素について図7~9のようなグラフにプロットし、活性金属質量%の極大値(
Wm)、活性金属質量%の第2極大値(Wm2)、銅質量%の極大値(Wc)、銅質量%
の極小値(Wcl)、銀質量%の極大値(Wa)、セラミックス部品側1/4までの銀の
質量%の最大値(Waq)、銅質量%のプロットにおける0.5Wc以下の範囲、銀質量
のプロットにおける0.5Wa以下の範囲を求めた。求めた数値等から、活性金属質量%
の極大値に対する活性金属質量%の第2極大値(Wm2/Wm)、銅質量%の極大値に対
する銅質量%の極小値(Wcl/Wc)、銀質量%の極大値に対するセラミックス部品側
1/4までの銀の質量%の最大値(Waq/Wa)、銅質量%のプロットにおける0.5
Wc以下の範囲の割合、銀質量のプロットにおける0.5Wa以下の範囲の割合を計算し
た。得られた結果を表2に示す。
Next, the ceramic sealed part was cut at the center as shown in Figure 2, the joint was polished, and the center of the joint was divided into 200 μm parts with a width (height) of 3.6 μm as shown in Figure 5, and the mass percentages of the constituent elements were measured using an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (WDX). The elements of titanium, copper, and silver were plotted on graphs as shown in Figures 7 to 9, and the maximum values of the active metal mass percentages (
Wm), the second maximum value of active metal mass% (Wm2), the maximum value of copper mass% (Wc), and copper mass%
The minimum value of active metal mass % (Wcl), the maximum value of silver mass % (Wa), the maximum value of silver mass % up to 1/4 of the ceramic part side (Waq), the range of 0.5Wc or less in the plot of copper mass %, and the range of 0.5Wa or less in the plot of silver mass were obtained from the obtained values.
the second maximum value of active metal mass% (Wm2/Wm) relative to the maximum value of active metal mass%, the minimum value of copper mass% (Wcl/Wc) relative to the maximum value of copper mass%, the maximum value of silver mass% up to 1/4 of the ceramic part side relative to the maximum value of silver mass%, and the 0.5% value in the plot of copper mass%.
The percentage of the range below Wc and the percentage of the range below 0.5Wa in the plot of silver mass were calculated. The results are shown in Table 2.

Figure 0007631412000002
Figure 0007631412000002

表2から分かる通り実施例の接合強度は60MPa以上と良好な値であった。それに対して、比較例では、55MPa以下であった。実施例の接合条件では、セラミックスと活性金属ろう材、活性金属ろう材とろう材、およびろう材と金属部品が、それぞれ反応することにより強固な接合層を形成した。これ対して、比較例の接合条件では、実施例よりも反応が進まず接合強度の低下につながった。
As can be seen from Table 2, the bonding strength of the examples was a good value of 60 MPa or more. In contrast, the bonding strength of the comparative examples was 55 MPa or less. Under the bonding conditions of the examples, the ceramics and the active metal brazing material, the active metal brazing material and the brazing material, and the brazing material and the metal part reacted with each other to form a strong bonding layer. In contrast, under the bonding conditions of the comparative examples, the reaction did not proceed as much as in the examples, leading to a decrease in bonding strength.

次に、接合強度用試験サンプルの金属板を直角に折り曲げてインストロン引張試験機にて上方に引っ張ることにより接合強度を求めた。また、試験後のセラミックス封着部品の上部をバイトンゴム製の円形治具でシリコーンを塗布して抑えて下部をヘリウムリークディテクターに固定して吸引してヘリウムリーク試験をおこなった。ヘリウムリーク試験は「ヘリウム漏れ試験方法」(JIS Z2331:2006)の真空吹き付け法(スプレー法)に準拠して行い、真空度1.3μPaにおいて1×10 -9 Pa・m /s以上のリークが発生しない場合を合格(〇)、リークが発生した場合を不合格(×)とした。
Next, the metal plate of the bonding strength test sample was bent at a right angle and pulled upward with an Instron tensile tester to determine the bonding strength. In addition, the upper part of the ceramic sealed part after the test was pressed down with silicone applied with a circular jig made of Viton rubber, and the lower part was fixed to a helium leak detector and sucked to perform a helium leak test. The helium leak test was performed in accordance with the vacuum spray method (spray method) of "Helium Leak Test Method" (JIS Z2331:2006), and the case where no leakage of 1×10 −9 Pa·m 3 /s or more occurred at a vacuum degree of 1.3 μPa was judged as pass (◯), and the case where leakage occurred was judged as fail (×).

さらに、ヘリウムリーク試験に合格したセラミックス封着部品に対して、TCT(The
rmal Cycle Test:温度サイクル試験)を低温条件-40℃×30分、高
温条件125℃×30分で80サイクル行った後にヘリウムリーク試験を行った。リーク
が発生しない場合を合格(〇)、リークが発生した場合を不合格(×)とした。実施例と
比較例のそれぞれの試験結果を表3に示す。
Furthermore, the ceramic sealed parts that passed the helium leak test were subjected to TCT (Thermal Conductivity Test).
After performing 80 cycles of a temperature cycle test (temperature cycle test) at a low temperature of -40°C for 30 minutes and a high temperature of 125°C for 30 minutes, a helium leak test was performed. If no leakage occurred, it was evaluated as a pass (o), and if leakage occurred, it was evaluated as a fail (x). The test results for the examples and comparative examples are shown in Table 3.

Figure 0007631412000003
Figure 0007631412000003

表2から分かる通り実施例の接合強度は0.60MPa以上と良好な値であった。それに
対して、比較例では、0.55MPa以下であった。実施例の接合条件では、セラミック
スと活性金属ろう材、活性金属ろう材とろう材、およびろう材と金属部品が、それぞれ反
応することにより強固な接合層を形成した。これ対して、比較例の接合条件では、実施例
よりも反応が進まず接合強度の低下につながった。
As can be seen from Table 2, the bonding strength of the examples was a good value of 0.60 MPa or more. In contrast, the bonding strength of the comparative examples was 0.55 MPa or less. Under the bonding conditions of the examples, the ceramics and the active metal brazing material, the active metal brazing material and the brazing material, and the brazing material and the metal part reacted with each other to form a strong bonding layer. In contrast, under the bonding conditions of the comparative examples, the reaction did not proceed as much as in the examples, leading to a decrease in bonding strength.

また、実施例に係るセラミックス封着部品は、ヘリウムリーク試験でリーク不良が発生し
なかった。これはセラミックス部品および金属部品に対して接合距離が十分にあったため
と、活性金属ろう材層とろう材層からなる接合層により接合強度が確保されたことおよび
熱膨張差が軽減されたためである。それに対して比較例ではリーク不良が発生した。これ
は、接合強度が十分に高くなかったことと、セラミックス部品と金属部品の熱膨張差によ
り接合部分にダメージがあり気密性が保てなかったためである。
Furthermore, the ceramic sealed parts according to the examples did not suffer from leak defects in the helium leak test. This is because the joint distance between the ceramic parts and the metal parts was sufficient, and because the joint strength was ensured by the joint layer consisting of the active metal brazing material layer and the brazing material layer, and the thermal expansion difference was reduced. In contrast, leak defects occurred in the comparative examples. This is because the joint strength was not high enough, and because the joint part was damaged due to the thermal expansion difference between the ceramic parts and the metal parts, and airtightness could not be maintained.

また、実施例に係るセラミックス封着部品は、TCT後のヘリウムリーク試験でリーク不
良が発生しなかった。これはセラミックス部品および金属部品に対して接合距離が十分に
あったことに加えて、活性金属ろう材層とろう材層からなる接合層により接合強度が確保
されたこと、および接合温度が低いことにより、加熱冷却の熱応力による接合層へのダメ
ージを低減したためである。それに対して比較例では、TCT後のヘリウムリーク不良が
発生した。これは活性金属ろう材層とろう材層からなる接合層により接合強度が十分に確
保されたことに加えて熱膨張差の緩和が十分でなかったため、加熱冷却の熱応力により接
合層にダメージが入りリーク経路が発生したためである。
In addition, the ceramic sealed parts according to the examples did not have any leak failures in the helium leak test after TCT. This is because the bonding distance between the ceramic parts and the metal parts was sufficient, the bonding strength was ensured by the bonding layer consisting of the active metal brazing material layer and the brazing material layer, and the low bonding temperature reduced damage to the bonding layer due to the thermal stress of heating and cooling. In contrast, in the comparative example, a helium leak failure occurred after TCT. This is because the bonding strength was sufficiently ensured by the bonding layer consisting of the active metal brazing material layer and the brazing material layer, and the thermal expansion difference was not sufficiently alleviated, so that the bonding layer was damaged by the thermal stress of heating and cooling, creating a leak path.

上記に示す結果から明らかなように、実施例は比較例と比べて、リーク特性およびTCT
での信頼性の向上が認められた。
As is clear from the results shown above, the examples have improved leak characteristics and TCT compared to the comparative examples.
An improvement in reliability was observed.

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示し
たものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、
その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発
明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲
に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
Although several embodiments of the present invention have been illustrated above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments include:
The present invention can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, modifications, etc. can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and spirit of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims. In addition, the above-mentioned embodiments can be implemented in combination with each other.

1…セラミックス封着部品
2…金属部品
3…セラミックス部品
4…活性金属ろう材層
5…ろう材層
6…ろう材ペースト
1...ceramic sealed part 2...metal part 3...ceramic part 4...active metal brazing material layer 5...brazing material layer 6...brazing material paste

Claims (10)

セラミックス部品と金属部品を銀と銅と活性金属を含む接合層により接合したセラミックス封着部品において、
接合層では銀と銅が溶融しており、
接合層中央部の断面を20層以上に分割して銀と銅と活性金属の質量%を測定して前記接合層のセラミックス部品側から金属部品側に質量%をプロットしたときに、活性金属質量%の極大値(Wm)、銅質量%の極大値(Wc)、銀質量%の極大値(Wa)が存在し、
活性金属質量%の2番目に大きい極大値が極大値(Wm)の0.7倍以下であり、銅の質量%の極小値が極大値(Wc)の0.3倍以上であり、セラミックス部品側1/4の距離までの銀の質量%の最大値が極大値(Wa)の0.3倍以上0.5倍以下であることを特徴とするセラミックス封着部品。
In a ceramic sealed component in which a ceramic part and a metal part are bonded with a bonding layer containing silver, copper, and an active metal,
Silver and copper are molten in the bonding layer,
When the cross section of the central portion of the bonding layer is divided into 20 or more layers, the mass percentages of silver, copper, and active metal are measured, and the mass percentages are plotted from the ceramic component side to the metal component side of the bonding layer, there is a maximum value of the active metal mass percentage (Wm), a maximum value of the copper mass percentage (Wc), and a maximum value of the silver mass percentage (Wa),
A ceramic sealed component, characterized in that the second largest maximum value of the active metal mass% is 0.7 times or less the maximum value (Wm), the minimum value of the copper mass% is 0.3 times or more the maximum value (Wc), and the maximum value of the silver mass% up to a distance of 1/4 of the ceramic component side is 0.3 to 0.5 times the maximum value (Wa).
銅質量%のプロットにおいて、0.5Wc以下の範囲が40%以下であり、銀質量のプロットにおいて、0.5Wa以下の範囲が50%以下であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス封着部品。 The ceramic sealed component described in claim 1, characterized in that in the plot of copper mass percentage, the range of 0.5Wc or less is 40% or less, and in the plot of silver mass, the range of 0.5Wa or less is 50% or less. 活性金属ろう材が、チタン、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる1種以上の活性金属と、銅および銀から選ばれる1種以上のろう材金属であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックス封着部品。 The ceramic sealing part according to claim 1 or 2, characterized in that the active metal brazing material is one or more active metals selected from titanium, zirconium, and hafnium, and one or more brazing metals selected from copper and silver. 接合層の厚さが70μm以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックス封着部品。 A ceramic sealed part according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the bonding layer is 70 μm or more. 金属部品が、鉄、鉄合金、鉄-ニッケル系合金、銅、銅合金から選ばれる1種以上の金属部品であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックス封着部品。 The ceramic sealed part according to claim 1 or 2, characterized in that the metal part is one or more metal parts selected from iron, iron alloys, iron-nickel alloys, copper, and copper alloys. セラミックス部品が、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ないしアルジルであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセラミックス封着部品。 The ceramic sealed part according to claim 1 or 2, characterized in that the ceramic part is alumina, aluminum nitride, silicon nitride, or aluminium. セラミックス部品と金属部品を接合するセラミックス封着部品の製造方法において、セラミックス部品端面に銅を含む活性金属ろう材からなるペーストを印刷乾燥して800℃以下の加熱温度(T1)で加熱することによりセラミックス部品端面に活性金属ろう材層を形成し、形成した活性金属ろう材層表面の全面を覆うように銀を含むろう材からなるペーストを印刷乾燥したあとに金属部品を設置し820℃以下の温度(T2)で加熱処理をしてろう材層を形成し、加熱温度の差(T2―T1)が20℃以上でセラミックス部品と金属部品を接合することを特徴とするセラミックス封着部品の製造方法。 A method for manufacturing a ceramic sealed part that joins a ceramic part and a metal part, comprising the steps of: printing and drying a paste made of an active metal brazing material containing copper on an end surface of the ceramic part, and heating the printed paste at a heating temperature (T1) of 800°C or less to form an active metal brazing material layer on the end surface of the ceramic part; printing and drying a paste made of a brazing material containing silver so as to cover the entire surface of the formed active metal brazing material layer; placing the metal part on the ceramic part and heating the printed paste at a temperature (T2) of 820°C or less to form a brazing material layer; and joining the ceramic part and the metal part with a heating temperature difference (T2-T1) of 20°C or more . 前記活性金属ろう材が、チタン、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる1種以上の活性金属と、銅および銀から選ばれる1種以上のろう材金属であることを特徴とする請求項7に記載のセラミックス封着部品の製造方法。 8. The method for producing a ceramic sealed part according to claim 7, wherein the active metal brazing material is one or more active metals selected from titanium, zirconium, and hafnium, and one or more brazing metals selected from copper and silver . 活性金属ろう材からなるペーストの印刷厚さが20μm以上であり、銀を含むろう材からなるペーストの厚さが50μm以上であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のセラミックス封着部品の製造方法。 The method for manufacturing a ceramic sealed part according to claim 7 or 8, characterized in that the printing thickness of the paste made of active metal brazing material is 20 μm or more, and the thickness of the paste made of silver-containing brazing material is 50 μm or more. 前記金属部品が、鉄、鉄合金、鉄-ニッケル系合金、銅、銅合金から選ばれる1種以上の金属部品であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のセラミックス封着部品の製造方法。 9. The method for producing a ceramic sealed part according to claim 7 , wherein the metal part is one or more metal parts selected from the group consisting of iron, iron alloys, iron-nickel alloys, copper, and copper alloys .
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