JPH0684058B2 - Method for metallizing ceramics and alloy foil for metallizing ceramics - Google Patents
Method for metallizing ceramics and alloy foil for metallizing ceramicsInfo
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- JPH0684058B2 JPH0684058B2 JP14131783A JP14131783A JPH0684058B2 JP H0684058 B2 JPH0684058 B2 JP H0684058B2 JP 14131783 A JP14131783 A JP 14131783A JP 14131783 A JP14131783 A JP 14131783A JP H0684058 B2 JPH0684058 B2 JP H0684058B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はセラミックスのメタライジング方法及びセラミ
ックスのメタライジング用合金箔に関する。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for metallizing ceramics and an alloy foil for metallizing ceramics.
最近、セラミックス材料がその優れた諸特性から構造材
料、機能材料等の広い分野に利用され始じめている。そ
の多くの場合は、セラミックス単体で部品を構成してい
るが、より多くの分野でセラミックスを利用するために
は金属と接合可能であることが必要である。このため、
セラミックスへのメタライジングの確立が要望されてい
る。Recently, ceramic materials have begun to be used in a wide range of fields such as structural materials and functional materials due to their excellent characteristics. In many cases, parts are made of ceramics alone, but in order to utilize ceramics in more fields, it is necessary to be able to bond with metals. For this reason,
There is a demand for establishment of metallizing to ceramics.
ところで、従来、セラミックスへのメタライジング方法
としては以下に示す方法が知られている。By the way, conventionally, the following method is known as a method for metallizing ceramics.
セラミックス母材表面にMo又はWを主成分とする粉
末を塗布し、還元雰囲気中で1400〜1700℃に加熱してセ
ラミックス母材と反応させメタライジングする方法。A method in which a powder containing Mo or W as a main component is applied to the surface of a ceramic base material and heated to 1400 to 1700 ° C. in a reducing atmosphere to react with the ceramic base material to perform metallization.
セラミックス母材表面にAu又はPtの箔を配置し、該
箔に圧力を加えながら加熱してメタライジングする方
法。A method of arranging a foil of Au or Pt on the surface of a ceramic base material, heating the foil while applying pressure, and performing metallization.
しかしながら、上記の方法は主にセラミックスとして
Al2O3を対象としたもので、最近、注目されている窒化
アルミニウム等の窒化物系セラミックスには高い密着力
でメタライジングすることはできない。また、上記の
方法では高価な貴金属を使用するため、経済性が悪い
上、密着性を高める目的で高い圧力を必要とし、変形を
嫌うエレクトロ部品などへのメタライジングには好まし
くない。However, the above method is mainly used for ceramics.
It is intended for Al 2 O 3 and cannot be metallized with high adhesion to nitride ceramics such as aluminum nitride, which has recently been attracting attention. Further, in the above method, since an expensive precious metal is used, the economical efficiency is poor and a high pressure is required for the purpose of enhancing the adhesiveness, which is not preferable for metallizing to an electronic component or the like which is liable to be deformed.
このようなことから、Ti,Zrなどの活性金属はCu,Ni,Fe
などの遷移金属との合金において、その共晶組成領域で
活性金属の単体の融点(Ti;1720℃,Zr1860℃)及びCu,N
i,Fe単体の融点(夫々1083℃,1453℃,1534℃)と比較し
て融点を数100℃以下させることに着目し、セラミック
ス母材上に活性金属層と遷移金属層を積層した後、それ
ら金属の合金の融点より高い温度で熱処理して遷移金属
と活性金属の原子を相互に拡散させて合金化し、メタラ
イジングする方法が知られている。かかる方法によれば
遷移金属と活性金属との合金融液によりセラミックス母
材表面が十分に漏されるため、加圧をほとんど必要とせ
ず、かつ活性金属の効果によりセラミックス母材に対し
強い密着力でメタライジングできる。しかしながら、こ
のようにメタライジングを行なった後において、セラミ
ックス母材にクラックが発生するという問題があった。Therefore, active metals such as Ti and Zr are Cu, Ni and Fe.
In alloys with transition metals such as Cu, N, the melting point (Ti; 1720 ℃, Zr1860 ℃) of the active metal alone and Cu, N in the eutectic composition region
Focusing on making the melting point several hundreds of degrees Celsius or less compared to the melting points of i and Fe alone (1083 ° C, 1453 ° C, 1534 ° C respectively), after laminating the active metal layer and the transition metal layer on the ceramic base material, A method is known in which heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of an alloy of these metals so that atoms of the transition metal and the active metal are mutually diffused to form an alloy, and metallization is performed. According to such a method, since the surface of the ceramic base material is sufficiently leaked by the synergistic liquid of the transition metal and the active metal, almost no pressurization is required, and the effect of the active metal causes a strong adhesion to the ceramic base material. You can metalize with. However, there is a problem that cracks occur in the ceramic base material after the metallizing is performed in this manner.
本発明はセラミックス母材に加圧せずに強固にメタライ
ジングでき、しかもメタライジング後においてセラミッ
クス母材のクラック発生を防止し得るメタライジング方
法、並びにかかる方法に用いる合金箔を提供しようとす
るものである。The present invention is intended to provide a metallizing method capable of strongly metallizing a ceramic base material without pressurizing it, and further capable of preventing the occurrence of cracks in the ceramic base material after metallizing, and an alloy foil used in such a method. Is.
本発明者らは、以下の点に着目して本発明のメタライジ
ング方法並びにそれに用いる合金箔を開発するに至っ
た。すなわち、活性金属とセラミックスとの漏れ性の良
好さを活かし、セラミックス表面上に金属層を形成する
メタライジング方法において、金属層形成後に生じるセ
ラミックス母材中の割れの原因が、熱応力でありそれを
支配する因子が成形温度と金属層の厚さであることを究
明した。この事実に基づきセラミックス中に発生する応
力σを数式で表すと、 となる。ここでΔα:セラミックスと金属の熱膨脹係数
の差、ΔT:成形温度と室温との温度差、E:ヤング率、t:
厚さ、c,mはそれぞれセラミックス、金属を表す。この
式にたとえばAlN上にCuを0.5mm厚、1000℃で形成した場
合の諸値を代入すると、Δα=8×10-6/℃,ΔT=975
℃,Ec=30,000kg/mm2,Em=11,600Kg/mm2,tc=3mm tm=
0.5mmから、σ=121.6kg/mm2が求まる。この値がセラミ
ックス表面の極めて薄い部分に生じることによって亀裂
が生じる。実際には、上式はすべて弾性変形として計算
しているので、高温でのCuの応力緩和効果を考慮せねば
ならないが、いずれにせよ金属層が厚い場合にはセラミ
ックス中に亀裂が生じるほどの応力が容易に発生する。The present inventors have developed the metallizing method of the present invention and the alloy foil used for it, paying attention to the following points. That is, in the metallizing method of forming a metal layer on the surface of the ceramic by taking advantage of the good leak property between the active metal and the ceramic, the cause of the crack in the ceramic base material after the formation of the metal layer is thermal stress. It was clarified that the factors controlling the temperature were the molding temperature and the thickness of the metal layer. Based on this fact, when expressing the stress σ generated in ceramics by a mathematical formula, Becomes Here, Δα: difference in coefficient of thermal expansion between ceramics and metal, ΔT: temperature difference between molding temperature and room temperature, E: Young's modulus, t:
Thickness, c and m represent ceramics and metal, respectively. Substituting various values into this equation, for example, when Cu is formed on AlN at a thickness of 0.5 mm and at 1000 ° C, Δα = 8 × 10 -6 / ° C, ΔT = 975
℃, Ec = 30,000kg / mm 2 , Em = 11,600Kg / mm 2, tc = 3mm tm =
From 0.5 mm, σ = 121.6 kg / mm 2 can be obtained. A crack occurs when this value occurs in an extremely thin portion of the ceramic surface. In fact, all of the above equations are calculated as elastic deformation, so the stress relaxation effect of Cu at high temperature must be taken into consideration, but in any case, when the metal layer is thick, cracks occur in the ceramics. Stress is easily generated.
そこで、本発明者らは上記究明結果を踏えて鋭意研究し
たところ、遷移金属と活性金属からなる厚さ30μm以下
の合金層をセラミックス母材表面に配置し、該合金の融
点以上に加熱することによって、セラミックス母材にク
ラック発生を招くことなく強固にメタライジングできる
方法を見い出した。また、遷移金属と活性金属とからな
り、かつ厚さ30μm以下の合金箔は上記メタライジング
に有効に利用できることを見い出した。Therefore, the inventors of the present invention have conducted intensive studies based on the above-mentioned investigation results, and found that an alloy layer of a transition metal and an active metal having a thickness of 30 μm or less is arranged on the surface of the ceramic base material and heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy. Have found a method that can firmly metalize the ceramic base material without causing cracks. Further, it has been found that an alloy foil composed of a transition metal and an active metal and having a thickness of 30 μm or less can be effectively used for the above metalizing.
すなわち、本発明に係わるセラミックスのメタライジン
グ方法はセラミックス母材の表面にCu、Ni、FeおよびCo
の群のうちの少なくとも1種から選ばれる遷移金属と活
性金属とからなる厚さ30μm以下の合金層を配置した
後、前記セラミックス母材を前記合金の融点以上に加熱
することを特徴とするものである。That is, the method of metallizing ceramics according to the present invention uses Cu, Ni, Fe and Co on the surface of the ceramic base material.
After arranging an alloy layer having a thickness of 30 μm or less made of a transition metal and an active metal selected from at least one selected from the group, the ceramic base material is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy. Is.
また、本発明に係わるセラミックスのメタライジング用
合金箔はCu、Ni、FeおよびCoの群のうちの少なくとも1
種から選ばれる遷移金属と活性金属とからなり、かつ厚
さが30μm以下であることを特徴とするものである。Further, the alloy foil for metallizing ceramics according to the present invention is at least one of the group of Cu, Ni, Fe and Co.
It is characterized in that it is composed of a transition metal selected from species and an active metal and has a thickness of 30 μm or less.
上記セラミックスとしては、窒化物(AlN,Si3N4,BNな
ど),炭化物(SiCなど),酸化物(Al2O3など)をはじ
めとする各種のセラミックスを用いることができる。Various ceramics such as nitrides (AlN, Si 3 N 4 , BN, etc.), carbides (SiC, etc.), oxides (Al 2 O 3, etc.) can be used as the ceramics.
上記活性金属としては、例えばTi,Zr,Y,Hf等を挙げるこ
とができる。Examples of the active metal include Ti, Zr, Y, Hf and the like.
上記合金層はセラミックス母材への密着強度を高める活
性金属を含むと共に、活性金属単体に比べて溶融温度を
下げ、工業的に実施し易いようにしている。こうした合
金層の組成割合はその成分である遷移金属及び活性金属
の種類により一般に限定できないが、溶融温度を下げる
という観点から共晶点もしくはその近傍の組成にするこ
とが望ましい。また、合金層の厚さを上記の如く限定し
た理由はその厚さが30μmを越えると、メタライジング
後にセラミックス母材にクラックが発生するからであ
る。更に、かかる合金層としては、具体的には、(イ)
本願第2の発明に挙げた遷移金属と活性金属からなり、
厚さ30μm以下の合金箔、(ロ)セラミックス母材表面
にスパッタリング法やプラズ溶射法等により堆積された
合金層の形態のものが用いられる。なお、必要に応じて
合金中に融点降下元素を添加してもよい。The alloy layer contains an active metal that enhances the adhesion strength to the ceramic base material, and has a lower melting temperature than that of the active metal alone, so that it can be industrially implemented easily. The composition ratio of such an alloy layer cannot be generally limited depending on the types of the transition metal and active metal which are the components, but it is desirable to set the composition at or near the eutectic point from the viewpoint of lowering the melting temperature. The reason for limiting the thickness of the alloy layer as described above is that if the thickness exceeds 30 μm, cracks occur in the ceramic base material after metallizing. Further, as the alloy layer, specifically, (a)
The transition metal and the active metal listed in the second invention of the present application,
An alloy foil having a thickness of 30 μm or less, or a form of an alloy layer deposited on the surface of the (b) ceramic base material by a sputtering method, a plasma spraying method, or the like is used. If necessary, a melting point depressing element may be added to the alloy.
上記加熱処理に際しての雰囲気は大気中、アルゴンガス
等の非酸化性ガス中等任意で、特に限定されない。The atmosphere at the time of the above heat treatment is arbitrary in the air, in a non-oxidizing gas such as argon gas, and is not particularly limited.
次に、本発明の実施例を説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
実施例1 まず、Cu-28重量%Ti合金から液体急冷法によって幅25m
m、厚さ25μmのCu-Ti合金箔帯を成形した。つづいて、
この箔帯を切断して幅25mm、長さ50mm、厚さ25μmのCu
-Ti合金箔とし、これをSi3N4角材の一面に配置した。次
いで、アルゴン雰囲気中で930℃に加熱して該合金箔を
溶融させた後、冷却してSi3N4角材表面に25μm厚のメ
タライジング層を形成した。Example 1 First, a width of 25 m was obtained from a Cu-28 wt% Ti alloy by a liquid quenching method.
A Cu-Ti alloy foil strip having a thickness of m and a thickness of 25 μm was formed. Continuing,
This foil strip is cut into Cu with a width of 25 mm, a length of 50 mm and a thickness of 25 μm.
-Ti alloy foil was placed on one side of the Si 3 N 4 square bar. Next, the alloy foil was heated to 930 ° C. in an argon atmosphere to melt it, and then cooled to form a metalizing layer having a thickness of 25 μm on the surface of the Si 3 N 4 square bar.
比較例 Cu-Ti合金箔を2枚重ねてSi3N4角材に配置した以外、実
施例1と同様な方法によりSi3N4角材表面に50μm厚の
メタライジング層を形成した。Except placing the Comparative Example Cu-Ti alloy foil 2 ply with Si 3 N 4 square timber, to form a 50μm thick metallization layer of the Si 3 N 4 square timber surface in the same manner as in Example 1.
しかして、本実施例1及び比較例のメタライジング層を
含むSi3N4角材の断面を観察したところ、いずれもメタ
ライジング層とSi3N4角材とが良好に接合していた。し
かし、比較例の場合はSi3N4角材内部に多くのクラック
が観察された。これに対し、本実施例1の場合はSi3N4
角材内部のクラック発生は皆無であった。Then, when the cross section of the Si 3 N 4 square bar including the metallizing layer of Example 1 and the comparative example was observed, it was found that the metallizing layer and the Si 3 N 4 square bar were well bonded to each other. However, in the case of the comparative example, many cracks were observed inside the Si 3 N 4 square. On the other hand, in the case of Example 1, Si 3 N 4 was used.
No cracks were generated inside the square bar.
実施例2 25mmφのAlN円柱体の頂面に、その面形状に合せた厚さ2
5μmのCu-28重量%Ti合金箔を配置し、4×10-5torrの
真空下で925℃に加熱し、該合金箔を溶融した後、3分
間保持し、更に冷却してAlN円柱体の頂面に25μm厚の
メタライジング層を形成した。Example 2 On the top surface of a 25 mmφ AlN cylindrical body, a thickness of 2 according to the surface shape 2
A Cu-28 wt% Ti alloy foil of 5 μm was placed and heated to 925 ° C. under a vacuum of 4 × 10 −5 torr, the alloy foil was melted, held for 3 minutes, and then cooled to form an AlN cylinder. A 25 μm thick metallizing layer was formed on the top surface of the.
しかして、本実施例2のメタライジング層を含むAlN円
柱体の断面を観察したところ、AlN円柱体のクラック発
生は全く認められなかった。また、こうしたAlN円柱体
をエレクトロ部分のAlN部材とメタライジング層を介し
て接合したところ、容易にかつ強固に接合できた。Then, when the cross section of the AlN cylinder containing the metallizing layer of Example 2 was observed, no cracking of the AlN cylinder was observed. Moreover, when such an AlN columnar body was joined to the AlN member of the electro part via the metalizing layer, it was possible to easily and firmly join.
以上詳述した如く、本発明によればセラミックス母材に
加圧せずに強固にメタライジングでき、しかもメタライ
ジング後においてセラミックス母材のクラック発生を防
止し得るメタライジング方法、並びにかかる方法に有効
に利用できる合金箔を提供できる。As described above in detail, according to the present invention, it is possible to strongly metallize the ceramic base material without applying pressure to the ceramic base material, and further, to prevent the occurrence of cracks in the ceramic base material after the metallizing, and the metallizing method, which is effective for such a method. An alloy foil that can be used for
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 博光 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (72)発明者 山崎 達雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (72)発明者 白兼 誠 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 東 京芝浦電気株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−19137(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiromitsu Takeda Inventor Hiromitsu Takeda 1 Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Higashi Koshibaura Electric Co., Ltd. Research Institute (72) Inventor Tatsuo Yamazaki Komukai, Kawasaki-shi, Kanagawa 1st location, Toshiba Koshiba Electric Co., Ltd. (72) Inventor, Makoto Shirakane 1st location, Komukai Toshibacho, Kouki-ku, Kawasaki, Kanagawa Higashi Koshiba Electric Co., Ltd. (56) References 52-19137 (JP, A)
Claims (4)
びCoの群のうちの少なくとも1種から選ばれる遷移金属
と活性金属とからなる厚さ30μm以下の合成層を配置し
た後、前記セラミックス母材を前記合金の融点以上に加
熱することを特徴とするセラミックスのメタライジング
方法。1. A synthetic layer having a thickness of 30 μm or less made of a transition metal and an active metal selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe and Co is arranged on the surface of a ceramic base material, A method of metallizing ceramics, comprising heating a ceramic base material to a temperature equal to or higher than the melting point of the alloy.
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載のセラミックスのメタライジング方法。2. The ceramic metallizing method according to claim 1, wherein the active metal is any one of Ti, Zr, Y and Hf.
も1種から選ばれる遷移金属と活性金属とからなり、か
つ厚さが30μm以下であることを特徴とするセラミック
スのメタライジング用合金箔。3. A ceramics metallizing material comprising a transition metal and an active metal selected from at least one selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe and Co, and having a thickness of 30 μm or less. Alloy foil.
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第3項記
載のセラミックスのメタライジング用合金箔。4. The alloy metallizing foil for ceramics according to claim 3, wherein the active metal is any one of Ti, Zr, Y and Hf.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14131783A JPH0684058B2 (en) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | Method for metallizing ceramics and alloy foil for metallizing ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP14131783A JPH0684058B2 (en) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | Method for metallizing ceramics and alloy foil for metallizing ceramics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6032648A JPS6032648A (en) | 1985-02-19 |
| JPH0684058B2 true JPH0684058B2 (en) | 1994-10-26 |
Family
ID=15289095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP14131783A Expired - Lifetime JPH0684058B2 (en) | 1983-08-02 | 1983-08-02 | Method for metallizing ceramics and alloy foil for metallizing ceramics |
Country Status (1)
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Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0669914B2 (en) * | 1985-09-26 | 1994-09-07 | 京セラ株式会社 | Metallizing composition |
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-
1983
- 1983-08-02 JP JP14131783A patent/JPH0684058B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS6032648A (en) | 1985-02-19 |
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