【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、セラミツクス基板とろう材を接合す
る方法に関するものである。
近時電子工業においてICに関する技術開発は
目覚しく薄膜IC、厚膜ICあるいは混成ICのよう
に種々の形式によつて工業化が進み、その中でも
セラミツクスの接合技術はすこぶる重要な部分を
占めている。一般に、セラミツクスと金属を接合
する方法として、活性金属を用いてセラミツクス
表面に直接メタライジングする方法が知られてい
る。この方法は、Ti，Mo，ZrあるいはTi−Cu，
Zr−Ni，Mo−Mn，Mo−TiなどやTiH2，ZrH2
などの活性金属を用いてセラミツクスと活性金属
との間に結合層（セラミツクス＋MxOy）を形成
させセラミツクス上に活性金属の表面層を形成す
る方法である。
従来、このような活性金属表面上にPb−Sn系
はんだやAg−Cu共晶ろうなどを形成しようとす
ると、活性金属層に対する溶融はんだや溶融ろう
のぬれ性が悪いためNiやCuなどの被膜を形成し
て溶融はんだ等が活性金属層へ侵入するのを防止
していた。
しかしながら、従来のこの方法ではセラミツク
スパツケージ等のシール金属でシール後も活性金
属層とろう材層との間にNi等の中間層が存在す
るため全体の膜厚が厚く、小型化、高密度化が図
れず、逆にこの膜厚を薄くしようとすると、ろう
活性金属とのぬれ性が悪いため、接合不良を生じ
たり活性金属表面から脱落不良を生じたりしてい
た。また、活性金属とセラミツクスとの結合層の
接合強度に比しろう材層と中間層との接合強度が
低いという欠点があつた。
本発明は上記欠点に鑑みなされたものであり、
ろう材層を溶融した後に中間層のないろう材を接
合する方法を提供するものである。
本発明はセラミツクス基板とろう材を接合する
方法において真空中でセラミツクス基板上に活性
金属被膜を形成した後その活性金属表面上にろう
材に固溶する酸化防止被膜を形成することを特徴
とするセラミツクス接合方法である。
本発明において、酸化防止膜を形成するのは、
活性金属の活性表面状態を薄い酸化膜等を形成す
ることなく活性状態で保持するためである。すな
わち、従来の溶融はんだ等とのぬれ性の悪さは、
活性金属表面の不活性化に起因することを見い出
し、活性状態を維持するため真空中で酸化防止膜
を形成しようとするものである。また、酸化防止
膜を形成したのは、第一にろう材を溶融したとき
瞬時にろう材等の中へ拡散吸収させるためであ
る。拡散吸収させることにより活性金属の活性面
が溶融ろうと直接接することができる。第２の理
由は酸化防止膜が強固に活性金属と接合している
接合面を利用して溶融ろう等の接合強度を高めよ
うとするものである。したがつて、被膜の厚さと
して活性面を酸化等非活性にさせない厚さが必要
であり、使用するろう材量等に全溶する量以下の
被膜層の厚さが必要である。実用上は0.01μm〜
100μmの範囲が好ましい。また被膜の種類として
は、はんだを使用する場合は、Cu，Ni，Fe等の
元素のものが使用でき、Ag−Cu共晶合金を使用
する場合にはAg，Cu，Ni，Fe，Mo等のものが
使用できる。酸化防止膜を強固に活性金属表面に
接合するにはイオンプレーテイング法、特に高周
波コイル又は熱電子放射によるものが好ましい。
これは金属蒸気がイオン化され、より活性になつ
て接合面を形成するからである。
以下、実施例および従来例について説明する。
〔実施例〕
容器内を10-5Torrに保ちイオンを加速させる
為の基板を設け、−1000Vを印加させ、その基板
の表面に薄膜形成用の幅25mm×長さ25mm×厚さ
0.2mmのアルミナ基板を固定し、るつぼよりTiを
溶解蒸発させその蒸気をＷ電極（50V×10A）で
イオン化し、アルミナ基板上に1μmの活性Ti被
膜を形成し、その後Pb−Snはんだ用としてCuを
溶解蒸発させ、イオン化し、10μmの酸化防止被
膜を形成し、（アルミナ／Ti／Cu）をえた。
従来例 １
酸化防止被膜を用いない以外、実施例と同様に
して従来品１（アルミナ／Ti）をえた。
従来例 ２
実施例と同様のアルミナ基板に0.05mmのTi−43
％Cu合金箔を載せ、1000℃Arガス雰囲気中で加
熱溶融し、アルミナ基板上にTi−Cu合金層を形
成した。その後、Ti−Cu合金層表面にCuを
10μmと100μm湿式めつきし、それぞれ従来品２
と従来品３とした。
上記実施品および従来品に幅2.5mm、長さ2.5
mm、厚さ0.2mmのPb−Sn共晶はんだ（試験１）、
Ag−Cu共晶ろう（試験２）、Au−Sn共晶ろう
（試験３）を載せ、それぞれ200℃、800℃、300℃
で接合し接合強度を測定したところ下表の結果を
えた。
The present invention relates to a method of bonding a ceramic substrate and a brazing filler metal. In recent years, technological development regarding ICs has been remarkable in the electronics industry, and industrialization is progressing in various formats such as thin film ICs, thick film ICs, and hybrid ICs, among which ceramic bonding technology occupies an extremely important part. Generally, as a method of bonding ceramics and metals, a method of directly metallizing the ceramic surface using an active metal is known. This method uses Ti, Mo, Zr or Ti-Cu,
Zr-Ni, Mo-Mn, Mo-Ti, etc., TiH 2 , ZrH 2
This is a method in which a bonding layer (ceramics + MxOy) is formed between ceramics and active metals using active metals such as, and a surface layer of active metals is formed on the ceramics. Conventionally, when attempting to form Pb-Sn solder or Ag-Cu eutectic solder on the surface of such active metal, the wettability of molten solder or molten solder to the active metal layer was poor, resulting in a coating of Ni or Cu. was formed to prevent molten solder etc. from entering the active metal layer. However, in this conventional method, even after sealing with a sealing metal such as a ceramic package, an intermediate layer such as Ni exists between the active metal layer and the brazing metal layer, resulting in a thick overall film thickness, resulting in a reduction in size and density. However, when trying to reduce the film thickness, poor wettability with the brazing active metal results in poor bonding or falling off from the active metal surface. Another drawback is that the bonding strength between the brazing material layer and the intermediate layer is lower than the bonding strength between the active metal and the ceramic bonding layer. The present invention has been made in view of the above drawbacks,
The present invention provides a method for joining a brazing material without an intermediate layer after melting a brazing material layer. The present invention is a method for bonding a ceramic substrate and a brazing material, and is characterized by forming an active metal coating on the ceramic substrate in vacuum, and then forming an oxidation-preventing coating on the surface of the active metal, which dissolves in solid solution in the brazing material. This is a ceramic bonding method. In the present invention, the antioxidant film is formed by:
This is to maintain the active surface state of the active metal without forming a thin oxide film or the like. In other words, the poor wettability with conventional molten solder, etc.
They discovered that this is caused by the inactivation of the active metal surface, and attempted to form an anti-oxidation film in a vacuum to maintain the active state. Moreover, the reason why the oxidation-preventing film was formed is firstly to allow the brazing material to be instantly diffused and absorbed into the brazing material etc. when it is melted. Diffusion absorption allows the active surface of the active metal to come into direct contact with the molten solder. The second reason is to increase the bonding strength of molten solder or the like by utilizing the bonding surface where the anti-oxidation film is firmly bonded to the active metal. Therefore, the thickness of the coating must be such that the active surface is not rendered inactive by oxidation, etc., and the thickness of the coating layer must be less than the amount that completely dissolves in the amount of brazing material used. Practically 0.01μm~
A range of 100 μm is preferred. Regarding the type of coating, when using solder, elements such as Cu, Ni, and Fe can be used, and when using Ag-Cu eutectic alloy, elements such as Ag, Cu, Ni, Fe, Mo, etc. can be used. can be used. In order to firmly bond the antioxidant film to the active metal surface, ion plating methods, particularly those using high frequency coils or thermionic radiation, are preferred.
This is because the metal vapor becomes ionized and becomes more active, forming a bonding surface. Examples and conventional examples will be described below. [Example] The inside of the container was maintained at 10 -5 Torr, a substrate was provided to accelerate ions, -1000V was applied, and the surface of the substrate was 25 mm wide x 25 mm long x thick for forming a thin film.
A 0.2 mm alumina substrate was fixed, Ti was melted and evaporated from a crucible, and the vapor was ionized with a W electrode (50 V x 10 A) to form a 1 μm active Ti film on the alumina substrate, and then used for Pb-Sn solder. Cu was dissolved and evaporated, ionized, and a 10 μm anti-oxidation film was formed to obtain (alumina/Ti/Cu). Conventional Example 1 Conventional product 1 (alumina/Ti) was obtained in the same manner as in the example except that no antioxidant coating was used. Conventional example 2 0.05mm Ti-43 on an alumina substrate similar to the example
% Cu alloy foil was placed and melted by heating in an Ar gas atmosphere at 1000°C to form a Ti-Cu alloy layer on the alumina substrate. After that, Cu is applied to the surface of the Ti-Cu alloy layer.
10μm and 100μm wet plating, respectively conventional product 2
and conventional product 3. Width 2.5mm, length 2.5mm for the above implemented product and conventional product
mm, 0.2 mm thick Pb-Sn eutectic solder (Test 1),
Ag-Cu eutectic solder (test 2) and Au-Sn eutectic solder (test 3) were placed at 200°C, 800°C, and 300°C, respectively.
When the joint strength was measured, the results shown in the table below were obtained.
【表】
上記表で明らかなように実施品は試験１，２，
３のいずれにおいても従来品より接合強度が優れ
ていることがわかる。また従来品２は実施品にあ
わせてはんだ又ろう中にCu層のCuを拡散させた
ものであるが、Ti−Cu活性金属表面の活性面が
失われているため従来品３より弱いものとなつて
いた。
以上詳述したように本発明によれば、活性金属
層を形成した後活性面を維持した状態で酸化防止
膜が形成されているので接着強度が強く、しかも
従来法に比し薄い被膜を形成することができるの
で、小型化、高密度化を図ることができるという
効果がある。[Table] As is clear from the table above, the products tested were Tests 1, 2,
It can be seen that in all cases 3, the bonding strength is superior to that of the conventional product. In addition, conventional product 2 has Cu in the Cu layer diffused into solder or brazing to match the actual product, but it is weaker than conventional product 3 because the active surface of the Ti-Cu active metal surface has been lost. I was getting used to it. As detailed above, according to the present invention, after forming the active metal layer, the oxidation-preventing film is formed while maintaining the active surface, resulting in strong adhesive strength and a thinner film than in the conventional method. This has the effect of making it possible to achieve smaller size and higher density.