JPS61215280A - セラミクスのメタライズ法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌｌ上立脛ユ１１ 本発明は、セラミクスのメタライズ方法に関する。

従来技　とその　　１ セラミクスは、一般に耐熱性、耐摩耗性、絶縁性等に優
れているものの、耐Ｗｉ撃性に劣る為、構造材料として
は、金属との接合体として使用されることが多い。セラ
ミクスと金属とを接合する場合には、予めセラミクス表
面をメタライズしておく必要があり、又、セラミクスを
導電材料として使用する場合にも、その表面をメタライ
ズしておく必要がある。

セラミクスのメタライズ法としては、テレフンケン法、
活性金属法、水素化合物法、酸化物ソルダー法、炭酸銀
法等が知られているが、テレフンケン法以外の方法は、
はとんど使用されていない。

これは、工程が複雑であるのみならず、得られたメタラ
イズ層の接着強度、耐熱衝撃性、耐化学薬品性等が充分
でない場合が多いからである。現在一般的に使用されて
いるテレフンケン法においては、セラミクス表面にモリ
ブデン−マンガンを被覆し、非酸化雰囲気中１４００〜
１７００℃程度の高温で焼き付は処理した後、金属メッ
キを行ない、次いで再度非酸化性雰囲気中で加熱するこ
とにより、安定化したメタライズ層を形成させている。

しかしながら、この方法においても、多段階にわたる煩
雑な工程が必要であり、加熱湿度が高いという欠点が存
在する。

本発明者等は、従来技術の上記の如き欠点を解消すべく
研究を進めた結果、炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及
び塩化銅の少なくとも１種と８１０２及びカオリンの少
なくとも１！ｌとの混合物、或いは該混合物に酸化スズ
を加えた配合物、又は該混合物にパラジウム、酸化パラ
ジウム及び塩化白金の少なくとも１種を加えた配合物を
セラミクスの被覆材として使用する場合には、比較的低
温下の簡易な工程により接着強度、耐熱衝撃性、耐化学
薬品性、導電性等の諸物性に優れたメタライズ層がセラ
ミクス上に形成されることを見出し、これ等の知見に基
〈発明についですでに特許出願流である（特願昭５８−
８３７２１号、特願昭５８−１３１５７５号、特願昭５
９−２０７６８５号、特願昭５９−２６９９００号等）
。

問題点を解決するための手段 本発明者は、セラミクスのメタライズ法につき更に研究
を進めた結果、炭酸銅等の銅化合物、５ｆＯ２及びカオ
リンの少なくとも１種並びに希土類元素及びその化合物
の少なくとも１種からなる混合物をセラミクスの被覆材
として使用する場合には、やはり低温下での簡易な操作
により各種の物性に優れたメタライズ層が得られること
を見出した。即ち、本発明は、（１）炭酸銅、硫酸銅、
硫化銅、酸化鋼及び塩化銅の少なくとも１種、（ｉｉ　
）　Ｓ　ｉ、０２及びカオリンの少なくとも１種、並び
に（ｉｉｉ　）希土類元素及びその化合物の少なくとも
１種からなる混合物をセラミクス表面に付与し、酸化性
雰囲気中９００〜１３００℃で焼付けた後、焼付は層を
還元処理することを特徴とするセラミクスのメタライズ
法に係る。

本発明において被覆材として使用する炭酸銅、硫酸銅、
硫化銅、酸化銅及び塩化銅は、いずれも通常粉末の形態
で用いる。粉末の粒度は、特に限定されないが、通常１
ｏＯμｍ以下より好ましくは５０μｍ以下である。

５ｉ０２及びカオリンも、粉末として使用することが好
ましく、その粒度は、上記化合物の場合と同様である。

本発明において被覆材の他の成分として使用する希土類
元素は、スカンジウム（原子番号２１）、イツトリウム
（原子番号３９）及び原子番号５７から７１にいたる１
５元素の計１７元素である。

これ等は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ｐｍ及び３ｍから
なるセリウム族希土類元素とそれ以外のものからなるイ
ツトリウム族希土類元素とに分類されるが、セリウム族
希土類元素の方が、メタライズ層の接着強度等の物性を
より大きく向上させるので、より好ましい。希土類元素
は、炭酸塩、シュウ酸塩、リンＭ塩、硝酸塩、硫ＦＩＩ
塩、酸化物、水酸化物、過酸化物、ハロゲン化物、硫化
物等の化合物の形態で使用しても良い。希土類元素は及
びその化合物も、粉末として使用することが好ましく、
その粒度も前記銅化合物の場合と同様である。尚、希土
類元素は、化学的性質が極めてよく似ており、本発明に
おいてもそれぞれがほぼ同様な効果を奏する。従って、
希土類元素源としては、モナザイト等の混合鉱物を使用
することが出来る。

本発明被覆材における各成分の使用割合は、炭酸銅、硫
ａ銅、硫化銅、酸化鋼及び塩化銅の少なくとも１種８０
〜３０重量％程度、５ｆ０２及びカオリンの少なくとも
１種５〜３０重量％程度（好ましくは７〜２０重口％）
、希土類元素及びその化合物の少なくとも１種１０〜６
０重２％程度（好ましくは２０〜５０１ｆｆｉ％）とす
るのが適当であるｏ　Ｓ　Ｉ　Ｏ２及び／又はカオリン
が５１ｆｆｉ％未渦の場合には、メタライズ層表面の平
滑性及び光沢が不充分となることがあり、一方３０重ｆ
ｆｉ％を上回る場合には、メタライズ層の導電性が低下
する傾向がある。希土類元素及びその化合物の少なくと
も１種が１０１ｆｆｉ％未満又は６０臆ロ％を上回る場
合には、メタライズ層の接着強度が充分に向上しないの
で、いずれも好ましくない。

本発明方法は、通常以下の様にして実施される。

上記の組成を有する被覆材を粉末状態で又はペースト化
して、メタライズ層を形成すべきセラミクス表面に撒布
又は塗布する。ペースト化する場合には、粉末混合物に
適当にバインダー及びその溶剤、例えばバルサム及びス
クリーンオイル等を適量加えればよい。セラミクスに対
する付与量は、特に限定されず、所望のメタライズ層の
厚さに応じて適宜決定される。次いで、被覆材を付与さ
れたセラミクスを酸化性雰囲気中で加熱し、被覆層を焼
付ける。酸化性雰囲気としては、特に限定されないが、
特殊なものを使用する必要はなく、空気、空気と窒素と
の混合気等を使用すればよい。

加熱条件は、セラミクスの形状及び寸法、被覆材の組成
及び付与Ｇ等により変り得るが、通常９００〜１３００
℃程度で５〜６０分間程分間熱する。かくしで、酸化銅
以外の銅化合物は酸化銅となり、希土類元素及び／又は
その化合物は酸化物となって、酸化銅及び希土類元素酸
化物を主体とし且つ５ｉ０２及び／又はカオリン粉末を
含有する被膜がセラミクスに密着する。この際、酸化銅
の融液の一部がセラミクス内に浸透するので、得られる
メタライズ層の接着強度が向上する。又、希土類元素及
び／又はその化合物の併用により、メタライズ層の接着
強度が著るしく改善させるのみならず、耐化学薬品性も
大きく改善される。更に、５ｆＯ２及び／又はカオリン
の使用により、メタライズ層の均一性、表面の平滑性及
び光沢が著るしく＾められる。加熱温度が９００℃未満
の場合には、セラミクス内への酸化銅融液の浸透が充分
でない為、接着強度が不充分となり、一方１３００℃を
上回る場合には、被ｒｊＩＢの粘性が低下して、流出す
る危険性がある。

次いで、上記の如くして焼付は層を形成されたセラミク
スを還元処理する。還元方法は、酸化銅及び希土類元素
化合物が銅及び希土類元素に還元されるならば、特に限
定されない。代表的な還元処理方法としては、水素雰囲
気、−ａ化炭素雰囲気等の還元性雰囲気中での加熱、エ
タノール、メタノール、プロパツール等のアルコール類
への浸漬、石油ベンジン、ホルムアルデヒド等の還元性
溶媒への浸漬、ジメチルアミンボラン水溶液への浸漬等
を挙げることができる。還元性雰囲気中で加熱する場合
の温度は、焼付は層の分解、変質等を防ぐために前記焼
付は温度よりも低いことが好ましく、通常２００〜９０
０℃程度とし、時間は通常５〜６０分間程度とする。ま
た、還元性溶媒への浸漬による場合は、セラミクスを通
常２００〜５００℃程度好ましくは３００℃前後に加熱
後上記還元性溶媒に１０〜６０秒間程度浸漬すれば良い
。また、ジメチルアミンボラン水溶液への浸漬による場
合は、セラミクスを通常４０〜６０℃程度に加熱後、該
水溶液に１０〜６０秒間浸漬すれば良い。

上記還元処理により極めて優れた導電性を有する銅−希
土類元素からなるメタライズ層がセラミクス表面に形成
される。

斯くしてメタライズされたセラミクスには、必要に応じ
て、常法例えばロウ接等により、各種金属を容易に接合
することができる。

本発明によりメタライズできるセラミクスとしては、特
に限定されず、例えば窒化珪素、サイアロン、炭化珪素
、窒化アルミニウム等の非酸化物系セラミクス、アルミ
ナ、ジルコニア、ムライト、ベリリア、マグネシア、コ
ージライト等の酸化物系セラミクスを挙げることができ
る。

発明の効果 本発明によれば、従来法に比べて低湿で焼付は後、還元
処理するという極めて簡便な操作で、セラミクス表面に
メタライズ層が形成できる。得られたメタライズＱは、
導電性に優れ且つ接着強度及び耐化学薬品性が極めて高
く、またメタライズ層の均一性、特に表面の平滑性及び
光沢に優れているので、商品価値が高い。

本発明によりメタライズされたセラミクスは、上記の如
き性能を有するので、セラミクスパッケージ、ＩＣ基板
のプリント配線等の電子部品、セラミクスを用いた耐摩
耗性部品、耐熱性部品等に好適に使用できる。

友−亙−１ 以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する
。

実施例１ 酸化銅粉末７０重量部に対して５ｆ０２１０重量部、Ｎ
６２０３２０重量部及びバルサム１０重量部を混合して
ペースト状とし、これを平板正方形の窒化珪素、サイア
ロン、炭化珪素、アルミナ及びジルコニアの夫々の焼結
体の表面に０．１ｇ／Ｃ１２塗布した。次いで、電気炉
を用いて空気中にて各焼結体を１１００℃で３０分間焼
成し、焼付は被覆層を形成した。引続き焼成したものを
乾燥日中で６０℃で加熱した後、ジメチルアミンボラン
の５％溶液中に浸漬した。これによって焼付は被覆層が
還元され、金属鋼のメタライズ層が形成された。下記第
１表に還元前後における電気抵抗値（Ｎ圧１０００Ｖ）
を示す。還元後のメタライズ層は、極めて優れた導電性
を有していることが明らかである。

かくして得たメタライズ層を有する各セラミクスと銅片
とを銀ロウを用いてロウ接し、秤ｆｆ１２ｔｏｎ　、及
び荷重速度５１１／　ｓｉｎの引張試験機を用いて、メ
タライズ層の接着強度を測定したところ、第１表に示す
如く、いずれも極めて強く接着されていることが判明し
た。

（以　上）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ［１］（ｉ）炭酸銅、硫酸銅、硫化銅、酸化銅及び塩化
   銅の少なくとも１種、（ｉｉ）ＳｉＯ＿２及びカオリン
   の少なくとも１種、並びに（ｉｉｉ）希土類元素及びそ
   の化合物の少なくとも１種からなる混合物をセラミクス
   表面に付与し、酸化性雰囲気中９００〜１３００℃で焼
   付けた後、焼付け層を還元処理することを特徴とするセ
   ラミクスのメタライズ法。