JP2022054717A5

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Publication number: JP2022054717A5
Application number: JP2020161894A
Authority: JP
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2023-12-04
Anticipated expiration: 2040-09-28

Description

前記セラミックス部品がアルミナ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を提供する。

前記活性金属層が、銅およびチタンを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセラミックス封着部品を提供する。

前記金属固定板が、銅、銅系合金、鉄、鉄系合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセラミックス封着部品を提供する。

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。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。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およびジルコニア添加アルミナのいずれか１種であることが好ましい。また、アルミナには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）、けい素（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）などが挙げられ、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１～１０ｗｔ％添加することが好ましい。

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）および鉄系合金、銅（Ｃｕ）および銅系合金、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、４２アロイ（Ｎｉ４２ｗｔ％、Ｍｎ０．８ｗｔ％以下、残Ｆｅ）、コバール（Ｎｉ２９ｗｔ％、Ｃｏ１７ｗｔ％、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であり、鉄による金属部品を形成することが好ましい。金属部品はプレスなどにより所定の形状にし。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。

円筒形状のセラミックス部品に接合する金属固定板の外径はセラミックス部品の面取り部を除いた平面部よりも小さく、内径はセラミックス部品の面取り部を除いた内径よりも大きいことが好ましい。これは、金属部品の外径よりも大きく、内径よりも小さくしても気密と接合強度向上に効果がないためである。また、金属部品の幅（外径と内径の差）は、セラミックス部品の幅（内径と外径と差）の１／２以上であることが好ましい。１／２よりも小さいと十分な気密と接合強度を得られない可能性がある。また、組み立てが難しくオフセンターの状態になりやすいためである。金属固定板の厚さは、０．０５～１．０ｍｍが、さらには０．１～０．５ｍｍが好ましい。厚さが０．０５ｍｍ未満であると金属固定板としての強度が弱く作業性が劣るためである。１．０ｍｍよりも厚いとセラミックスとの熱膨張差により接合部分にクラックが入りやすいためである。

活性金属層は、活性金属ペーストをセラミックス部品にスクリーン印刷法などで印刷し、大気雰囲気中で乾燥させた後、真空中または非酸化雰囲気中などで焼成することにより形成する。このとき、図４に示すように、面取り部には活性金属層が形成されることが好ましい。これは、活性金属層を面取り部まで形成することにより、活性金属層端部における熱応力がかかる方向を変化させ、クラックを防止することができるためである。活性金属ペーストは、活性金属粉末または活性金属粉末に他の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。活性金属ペーストは、たとえば活性金属粉末と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、活性金属粉末の比率は０．１～１００ｗｔ％、好ましくは０．５～１０ｗｔ％である。ペーストの印刷厚さは１０～４０μｍが好ましい。印刷厚さが１０μｍ未満であると活性金属層の厚さにばらつきができ接合強度を低下させる。一方、４０μｍを越えるとそれ以上の効果が得られない。また、乾燥温度は大気雰囲気中５０～１００℃、好ましくは５０～８０℃である。また、乾燥時間は５～３０分、好ましくは１０～２０分である。ペースト乾燥後に金属固定板をペースト面上に設置して活性金属接合を行う。活性金属接合温度は６００～１０００℃、好ましくは７００～９００℃である。また、活性金属接合時間は接合温度に到達した状態で５分～１時間の範囲が好ましい。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。また、真空中で行う場合は、１×１０^－２Ｐａ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、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。

Claims

前記セラミックス部品がアルミナ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。
前記活性金属層が、銅およびチタンを含有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセラミックス封着部品。
前記金属固定板が、銅、銅系合金、鉄、鉄系合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセラミックス封着部品。