メタライズ基板、接合体、および接合体の作製方法
【課題】比較的高温で熱処理した後であっても、熱処理前の接合強度に対する劣化が比較的小さいメタライズ基板、およびアルミニウムとセラミックとの接合体を提供する。
【解決手段】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板を提供する。
【解決手段】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタライズ基板、接合体、および接合体の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック基板と金属製構造体（例えば金属基板など）とを接合する方法としては、例えば、高融点金属法や活性金属法が従来から利用されている。また、近年、接合強度の向上や、高温での使用に際する接合強度の劣化の抑制等を目的とした新たな接合方法が、種々検討されている。例えば下記特許文献１では、安定化ジルコニアのリングとフェライト系ステンレス鋼の円筒の間に、Ａｇ−１重量％ＴｉＡｌ−０．６重量％Ｃｒロウを設置し、大気中９７０℃でロウ付けをおこなっている。
【特許文献１】特開２００７−３３１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、かかる方法で接合された接合体を、例えば３００℃以上の高温雰囲気化に配置すると、セラミックと金属製構造体との接合強度が低下してしまうといった問題点があった。例えば、高融点金属法で接合した接合体では、接合に用いたＭｏなどの金属膜が酸化し、金属製構造体とセラミック基板との接合強度が低下してしまう場合があった。また、活性金属法で接合した接合体では、例えばＴｉが酸化して、金属とセラミックとの接合強度が低下してしまう場合があった。また、下記特許文献１に記載された、金属製構造体とセラミックとの接合体においても、接合に寄与するＣｒが酸化し、高温に配置しておくことで接合強度が低減していく場合があった。本願発明は、かかる課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決するため、本願発明では、セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板を提供する。
【０００５】
なお、前記セラミック基板はジルコニアを主成分とすることが好ましい。
【０００６】
また、前記金属膜に、ＴｉとＡｌとを含む結晶相が含まれることが好ましい。
【０００７】
また、前記金属膜におけるＡｌの含有率が、５質量％以上かつ２０質量％以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明は、また、メタライズ基板の前記金属膜の側に、金属ロウを介して金属体が接合されていることを特徴とする接合体を、併せて提供する。
【０００９】
なお、前記金属ロウは、Ａｕ−Ｃｕを主成分とすることが好ましい。
【００１０】
また、前記メタライズ基板の前記金属膜の表面に、Ｎｉメッキ層が設けられており、前記金属ロウは前記Ｎｉメッキ層の表面に配されていることが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜を形成する工程と、前記金属膜の表面に、金属ロウを介して金属体を接合する工程と、を有することを特徴とする接合体の作製方法を、併せて提供する。
【００１２】
なお、前記金属膜を形成する工程では、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末とが少なくとも混合されてなるペーストを焼成して前記金属膜を形成し、
前記ペーストにおけるＡｌの割合が、５質量％以上かつ４０質量％未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のメタライズ基板および接合体は、熱処理した場合の劣化が少ない。例えば、比較的高温で熱処理した後であっても、熱処理前の接合強度に対する劣化が比較的小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のメタライズ基板および接合体、および接合方法について詳細に説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明のメタライズ基板の一実施形態であるメタライズ基板１０の概略斜視図、図１（ｂ）はメタライズ基板１０の一主面に垂直な方向に切断した断面を拡大して表す概略図である。
【００１６】
本実施形態のメタライズ基板１０は、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミック基板１２の表面に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、を主成分とする金属膜１４が形成されている。なお、図１（ａ）では、セラミック基板１２の表面の所望領域に限定して、金属膜１４が被着されている。本実施形態のセラミック基板１２は、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミックである。ＺｒＯ２は、例えばアルミナからなるセラミック基板と比較して、例えば靭性が強いといった利点を有している。なお、本実施形態において、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、を主成分とするとは、、Ａｇと、Ｃｕと、Ｔｉと、Ａｌと、がそれぞれ５質量％以上含まれ、かつ、Ａｇと、Ｃｕと、Ｔｉと、Ａｌとの合計の含有割合が３０質量％以上であることをいう。
【００１７】
金属膜１４は、例えば、従来周知の厚膜ペースト法を用い、セラミック基板１２の表面に被着させた状態に形成すればよい。具体的には、例えば、Ａｇの粉末とＣｕの粉末とＴｉの粉末とＡｌの粉末とを所定量計量し、エチルセルロースなどのバインダーをテルピネオールなどの有機溶剤で溶剤したビヒクルと、上記の各粉末とをミキサーで混合し、ペーストを作成する。作成したこのペーストを、スクリーン印刷などでセラミック表面のろう付けする箇所に塗布し、真空雰囲気で焼成して金属膜１４を形成すればよい。これら、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末の配合割合、ひいては金属膜１４における含有割合は、（４０〜７０）質量％Ａｇ−（１５〜２５）質量％Ｃｕ−（５〜１０）質量％Ｔｉ−（５〜４０）質量％Ａｌが望ましい。
【００１８】
金属膜１４には、セラミック基板１２との境界部分に、主にＡｌとＯとからなる接合層１８が形成されている。主にＡｌとＯとからなる層とは、ＡｌおよびＯがそれぞれ１０質量％以上で、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含むことをいう。Ａｌの含有割合（質量％）は、例えば走査型電子顕微鏡装置を用いて行う、従来公知のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）によって求めることができる。例えば、ＥＤＡＸ社製ＰＨＯＥＮＩＸを用い、加速電圧１５ｋＶで各原子に対応するスペクトルを求め、各原子に対応するスペクトル強度から算出することができる。
【００１９】
本実施形態のメタライズ基板１０では、接合層１８に、Ａｌが３０質量％以上かつＯが３０質量％以上含まれており、接合層１８はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする層となっている。
【００２０】
メタライズ基板１０では、金属膜１４とセラミック基板１２とが、この接合層１８によって比較的強固に接合されている。また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は比較的安定であり、熱処理や雰囲気中の元素による変質が比較的少ない。
【００２１】
本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４の端部１９において、接合層１８が露出している。本実施形態のメタライズ基板１０では、メタライズ基板１０を比較的高温雰囲気中に配置した場合でも、接合層１８の露出部分（端部１９部分）からの反応（酸化や還元など）の進行が抑制されている。
【００２２】
従来広く用いられている、Ａｇ−Ｃｕ―Ｔｉメタライズでは、接合に寄与する活性金属であるＴｉが、金属膜とセラミック基板との接合部分に集中し、この接合部分にＴｉを主成分とする金属層が形成される。このＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズによれば、金属膜の端部において、Ｔｉを主成分とする接合層が露出している。このため、従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズ層を高温雰囲気中に配置した場合など、端面におけるＴｉの露出部分から、内部に向けて例えば酸化反応が進行する。従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズでは、高温雰囲気中に配置した場合、この酸化反応の進行によって接合強度が比較的大きく低減する。
【００２３】
例えば従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズに対して、本実施形態のメタライズ基板１０では、接合層１８が、主にＡｌおよびＯを含んで構成されている。このため、接合層１８が端部１９において露出していても、この露出部分からの反応（酸化や還元など）の進行が比較的少なく、高温雰囲気中で使用した場合であっても、比較的強い接合強度で比較的長時間使用し続けることができる。
【００２４】
本実施形態のメタライズ基板１０は、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。
【００２５】
ＴｉやＣｕは、金属膜１４とセラミック基板１２との濡れ性の向上に寄与する一方、比較的酸化し易い。メタライズ基板において、金属膜の表面にＴｉやＣｕが露出していると、この露出部分からも内部に向けて酸化が進行し、金属膜１４が変質する。また、酸化が進行して金属膜１４とセラミック基板１２との接合部分が酸化すると、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度が低減してしまう。本実施形態のメタライズ基板１０は、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。このため、本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４の表面における酸化が比較的少なく、内部に向けた酸化の進行も抑制されている。
【００２６】
また、メタライズ基板１０は、金属膜１４の内部において、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとを含む結晶相１６が分散している。結晶相１６は、金属膜１４において同一組成が粒状に分布（凝集）した相であって、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとが少なくとも３０質量％以上含まれた相である。金属膜１４の断面では、例えばＡｇを主成分とした周辺の合金相の面積に対する、結晶相１６の面積の割合が、３０％〜８０％となっている。この結晶相１６は、例えば金属膜１４の断面を走査型電子顕微鏡で観察することで確認できる。例えば、この電子顕微鏡撮影層を画像処理することで、Ａｇを主成分とした上記周辺の合金相の面積に対する結晶相１６の面積の割合を、比較的容易に算出することもできる。
【００２７】
図１（ｂ）の断面図において、金属膜１４の最高点を通りセラミック基板１２の主面に平行な直線Ｌ１と、セラミック基板１２の主面から金属膜１４の最高点までの８０％の高さ位置を通る、セラミック基板１２の主面に平行な直線Ｌ２とに挟まれた領域Ｓにおいて、この結晶相１６の占める面積は例えば２０％未満となっている。この結晶相１６は、金属膜１４が形成される際、溶融状態の粉末混合体内において、Ａｌが、ＴｉおよびＣｕと反応して生成された相である。この結晶相１６が生成されることで、ＴｉおよびＣｕは、この結晶相１６に集中的に分布する。結果、本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。
【００２８】
ＴｉおよびＣｕは、金属膜１４とセラミック基板１２との接合に寄与するが、本実施形態では、更にＡｌもかかる接合に寄与している。すなわち、金属膜１４を形成する際、特にＡｌが、セラミック基板１２との接合部分における含有割合が大きくなるよう分布する。一方、Ａｌ、Ｔｉ、およびＣｕの、接合に寄与しなかった分はお互いに反応し、金属相１４内に結晶相１６が生成される。このため、メタライズ基板１０では、セラミック基板１２と金属膜１４とが比較的強固に接合するとともに、金属膜１４の表面部分からの酸化も比較的少ない。
【００２９】
図２は、本発明の接合体の一実施形態である接合体２０の概略断面図である。本実施形態の接合体２０は、上述のメタライズ基板１０に、例えばＦｅ―Ｎｉ―Ｃｏ合金からなる金属基板２６が接合されて形成されている。メタライズ基板１０の表面には、Ｎｉメッキ層２２が設けられており、金属基板２６は、例えばＡｕ―Ｃｕロウ材層２４を介して、Ｎｉメッキ層２２と接合されている。
【００３０】
Ａｕ−Ｃｕロウ材は、融点が約９９０℃と比較的高く、セラミック基板１２と金属膜１４とがＡｕ−Ｃｕロウ材層２４を介して接合された接合体２０は、比較的高温で使用してもロウ材層２４の溶融は比較的少ない。ただし、セラミック基板１２と金属膜１４とがＡｕ―Ｃｕロウ材層２４を介して接合された接合体２０を作製するには、ロウ付けの際に、Ａｕ−Ｃｕロウ材が溶融する比較的高い温度まで加熱する必要がある。上述のように、金属膜１４は比較的酸化し難く、Ａｕ−Ｃｕロウ材による接合の際、比較的高い温度に加熱した場合であっても、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度は、比較的高い強度に維持される。また、Ａｕ−Ｃｕロウ材の耐熱性が高いとともに、金属膜１４は比較的酸化され難いので、接合体２０を比較的高い温度で使用した場合であっても、セラミック基板１２と金属膜１４との接合強度は比較的高く維持される。
【００３１】
また、Ａｕ−Ｃｕロウ材は、Ｎｉメッキ層２２に対する濡れ性、ひいては接合強度が比較的高い。またＮｉは、ＣｕやＴｉなどの活性金属と反応し、Ｎｉメッキ層２２は金属膜１４とも比較的高い強度で接合している。
【００３２】
このように、本実施形態の接合体２０では、セラミック基板１２と金属基板２６とが、比較的高い接合強度で接合されている。
【００３３】
本実施形態の接合体２０は、例えば以下に示す方法で作製すればよい。
【００３４】
まず、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミック基板１２を準備し、このセラミック基板１２に金属膜１４を形成する。なお、セラミックス基板の材質については特に限定されないが、例えば高温大気中で使用する場合など、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等が好ましい。
【００３５】
このセラミック基板１２に金属膜１４を形成して、メタライズ基板１０を作製する。金属膜１４の形成（メタライズ処理）には、従来周知の厚膜ペースト法を利用することができる。
【００３６】
このメタライズ処理では、例えば、Ａｇの粉末とＣｕの粉末とＴｉの粉末とＡｌの粉末を所定量計量し、エチルセルロースなどのバインダーをテルピネオールなどの有機溶剤で溶解したビヒクルと上記粉体をミキサーで混合し、ペーストを作成する。次に、スクリーン印刷法など公知の方法をもって、このペーストをセラミック基板１２表面の所定箇所に塗布する。その後、真空雰囲気で焼成して、金属膜１４を形成する。より具体的には、約１．０×１０−５Ｐａの真空雰囲気で、９００〜１０００℃で３０分熱処理を行い、メタライズ基板１０を得る。ＡｇとＣｕとＴｉの比率は従来公知のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系の比率、例えば、７０質量％Ａｇ−２０質量％Ｃｕ−１０％Ｔｉを用いればよい。
【００３７】
金属膜１４を形成する際にペーストに含有させるＡｌ粉末の質量％は、上記各粉末の全重量に対し、例えば５．０質量％以上であることが好ましい。Ａｌの粉末が５．０質量％以上であれば、接合体２０を高温雰囲気中に配置して使用した場合においても、セラミック基板１２と金属膜１４とが接合されたメタライズ基板１０を、比較的長い時間、比較的高い接合強度で維持しておくことができる。
【００３８】
また、Ａｌ粉末の質量％は、粉末の全重量に対し、例えば４０質量％未満であることが好ましい。粉末の全重量に対するＡｌ粉末の割合を、４０質量％未満とすると、熱処理前および熱処理後の双方において、接合強度の大きさを比較的大きくすることができる。
【００３９】
また、金属膜１４の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。金属膜１４の厚みが１０μｍであれば、セラミック基板１２と金属膜１４との境界部分に、充分な量および密度の接合層１８が形成され、セラミック基板１２と金属膜１４との接合強度を比較的高いものとすることができる。また、金属膜１４の厚みを１００μｍ未満とすることで、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度を比較的高くすることができる。
【００４０】
次に、メタライズ基板１０の金属膜１４表面に、従来公知の方法によってＮｉメッキを施す。その後、Ａｕ−Ｃｕロウ材を用いて、金属基板２６をメタライズ基板１０に接合し、接合体２０を得る。例えば、厚みが５０〜１００μｍ程度のＡｕ−Ｃｕ箔を金属膜１４の上に配置し、その上に金属基板２６を配置して例えばカーボンからなる治具で固定する。このように治具で固定した状態で、例えば約１．０×１０−５Ｐａの真空雰囲気で、９００〜１１００℃で３０分熱処理を行い、金属ロウ材層２４を介して金属基板２６が接合された接合体２０を得る。
【００４１】
本実施形態の接合体２０は、セラミック基板１２と金属膜１４とが比較的強固に接合されているとともに、比較的高温雰囲気中で使用した場合であっても、接合強度は、比較的長い時間、比較的高い接合強度のまま維持される。本実施形態のメタライズ基板１０、および本実施形態の接合体２０は、例えば、比較的長い時間、比較的高温雰囲気で使用されるデバイスや装置、例えば焼成炉中の温度を計測する温度センサなどに好適である。
【００４２】
以上、本発明のメタライズ基板、接合体、接合体の作製方法について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を示すとともに、本発明の効果の一例について説明しておく。
【００４４】
まず、上記実施形態のメタライズド基板の一例の断面を観察した結果を示しておく。図３（ａ）は、上記工程を経て作製されたメタライズ基板の断面を、走査型電子顕微鏡で観察して得られた写真（断面ＳＥＭ写真）である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＡｇ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＡｌ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＴｉ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｅ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＣｕ元素の分布状態を示す図である。図３（ｆ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＯ元素の分布状態を示す図である。走査型電子顕微鏡は、例えば日立製Ｓ−８００を用い、加速電圧１５ｋＶで撮影した。
【００４５】
図３（ａ）〜（ｅ）を比較して明らかなように、セラミック基板３２と金属膜３４とが、アルミニウムと酸素を主成分とする接合層３８を介して接合されている。また、金属膜３４内には、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとを含む結晶相３６が分散している。このため、金属膜１４の表面部分では、ＴｉおよびＣｕの含有率が比較的少なくなっている。
【００４６】
図４は、図３に示す観察像を撮影する際、同じ電子顕微鏡装置を用いて行ったＥＤＳ分析（エネルギー分散型X線分光分析）の結果である。図４は、図３（ａ）の点Ａに電子線を照射して得られたスペクトルである。すなわち、図４に示すスペクトルは、図３（ａ）においてセラミック基板３２と金属膜３４との接合部分に表れている接合層３８の構成元素に対応したものである。また、図４に示すＥＤＳ分析結果から計算された各元素の含有割合は、それぞれ、Ｏが３５．７５％、Ｃｕが１．０６％、Ａｌが３７．４１％、Ｚｒが９．１９％、Ａｇが１６．５９％、となっていた。このＥＤＳ分析の結果から、上記実施形態のメタライズ基板では、セラミック基板３２と金属膜３４との接合部分の接合層３８が、ＡｌおよびＯを主成分としていることがわかる。
【００４７】
図５（ａ）および（ｂ）は、図４と同様、ＥＤＳ分析の結果を示すグラフである。図５（ａ）は、図３（ａ）の点Ｂに電子線を照射して得られたスペクトルである。また、図５（ｂ）は、図３（ａ）の点Ｃに電子線を照射して得られたスペクトルである。すなわち、図５（ａ）および（ｂ）は、いずれも、金属層３４内に表れた複数の結晶相それぞれの構元素に対応したものとなっている。なお、図５（ａ）に示すＥＤＳ分析結果から計算された各元素の含有割合は、それぞれ、Ｃｕが７１．８７％、Ａｌが２１．９２％、Ａｇが６．２１％、となっていた。また、図５（ｂ）に示すＥＤＳ分析結果から計算された、各元素の含有割合は、それぞれ、Ｃｕが２８．７９％、Ａｌが１８．８８％、Ａｇが５．９３％、Ｔｉが４６．４１％、となっていた。このＥＤＳ分析の結果から、上記実施形態のメタライズ基板では、金属層の内部に、ＡｌとＣｕとを主成分とする結晶相と、ＣｕとＡｌとＴｉとを主成分とする結晶相と、が含まれている。
【００４８】
次に、本発明の接合体の一例の、セラミック基板と金属基板との接合強度を調べた結果を以下に示す。
【００４９】
調査手順および条件については、以下の通りとした。まず、セラミック基板として、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍの８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３部分安定化ＺｒＯ２基板を用意し、また、金属基板として２ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金板を用意した。更に、表１に示すような４種類のペーストを作成した。
【００５０】
例えばＮｏ．２に示したペーストの場合、粒径１０μｍのＡｇ粉末６６ｇと、粒径５μｍのＣｕ粉末２５ｇと、粒径２０μｍのＴｉ粉末７ｇと、粒径２０μｍのＡｌ粉末２ｇとを乳鉢に計り取り、エチルセルロース５質量％をテルピネオールに溶解したビヒクル２０ｇを混合撹拌しペーストとした。
【００５１】
作成した各種ペーストは、スクリーン印刷法を用いて、３ｍｍ×２５ｍｍの長方形形状で厚み４０μｍとなるようにセラミック基板上に配置した。これを１０−５Ｐａの真空雰囲気で１０００℃で焼成し、メタライズ基板を得た。この金属膜に３ｍｍ×２５ｍｍ×０．０７ｍｍのＡｇ−Ｃｕ箔を置き、さらにその上に上記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ金属板をのせ、１０−５Ｐａの真空雰囲気で１０００℃まで昇温させて、セラミック基板と金属基板とを接合した。その際、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金板の長さ方向４０ｍｍの端が金属膜の端と一致するようにし、他方の端から１５ｍｍはロウ付けされないようにした。
【００５２】
なお、Ａｇ−Ｃｕロウは、通常８５０℃程度でロウ付けされるものであるが、本実験では１０００℃程度まで昇温させ、通常の状態に比べて、熱による接合強度の劣化を促進している。
【００５３】
まず、熱処理前の接合強度として、得られた接合体の、ロウ付けされなかった金属部分を基板に対して垂直方向に折り曲げて引張り、ロウ付けされている部分のピール強度（接合強度）を測定した。表１には、各サンプルの接合強度の測定結果も、併せて示している。また、図６には、表１に示す各サンプルの接合強度の測定結果を、それぞれ示している。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１および図６に示す実験結果から分かるように、金属膜（メタライズ層）を形成する際のペーストにおけるＡｌの含有率を５．０質量％以上とすると、高温でロウ付け処理を行う場合であっても、接合強度を比較的高くすることができる。
【００５６】
また、表１とは異なるペースト成分を有する、セラミック基板と金属基板との接合強度を調べた結果を以下に示す。サンプルの作製条件は、金属ロウとしてＡｕ−Ｃｕロウを用いた以外、上記サンプルＮｏ．1〜４と同様の作製条件とした。表１には、各サンプルの接合強度の測定結果も、併せて示している。また、図７には、表２に示す各サンプルの接合強度の測定結果を、それぞれ示している。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２および図７に示す実験結果から分かるように、金属膜（メタライズ層）を形成する際のペーストにおけるＡｌの含有率を４０質量％以下とすると、高温でロウ付け処理を行った後であっても、接合強度を比較的高くすることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のメタライズ基板の一実施形態について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は断面拡大図の概略である。
【図２】本発明の接合体の一実施形態の概略断面図である。
【図３】本発明の接合体を走査型電子顕微鏡を用いて観察した像であり、（ａ）は断面ＳＥＭ写真、（ｂ）はＡｇ元素の分布状態を示す撮影像、（ｃ）はＡｌ元素の分布状態を示す撮影像、（ｄ）はＴｉ元素の分布状態を示す撮影像、（ｅ）はＣｕ元素の分布状態を示す撮影像、（ｆ）はＯ元素の分布状態を示す撮影像である。
【図４】図３に示す観察像を撮影する際に行ったＥＤＳ分析（エネルギー分散型X線分光分析）の結果であり、図３（ａ）の点Ａに電子線を照射して得られたスペクトルである。
【図５】図４と同様の観察条件で得られたＥＤＳ分析の結果を示すグラフであり、（ａ）は図３（ａ）の点Ｂに電子線を照射して得られたスペクトル、（ｂ）は図３（ａ）の点Ｃに電子線を照射して得られたスペクトルである。
【図６】本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示し、表１に示す各サンプルの接合強度の測定結果をそれぞれ示している。
【図７】本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示し、表２に示す各サンプルの接合強度の測定結果をそれぞれ示している。
【符号の説明】
【００６０】
１０ メタライズ基板
１２、３２ セラミック基板
１４、３４ 金属膜
１６、３６ 結晶相
１８、３８ 接合層
１９ 端部
２０ 接合体
２２ Ｎｉメッキ層
２４ Ａｕ―Ｃｕロウ材層
２６ 金属基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタライズ基板、接合体、および接合体の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミック基板と金属製構造体（例えば金属基板など）とを接合する方法としては、例えば、高融点金属法や活性金属法が従来から利用されている。また、近年、接合強度の向上や、高温での使用に際する接合強度の劣化の抑制等を目的とした新たな接合方法が、種々検討されている。例えば下記特許文献１では、安定化ジルコニアのリングとフェライト系ステンレス鋼の円筒の間に、Ａｇ−１重量％ＴｉＡｌ−０．６重量％Ｃｒロウを設置し、大気中９７０℃でロウ付けをおこなっている。
【特許文献１】特開２００７−３３１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、かかる方法で接合された接合体を、例えば３００℃以上の高温雰囲気化に配置すると、セラミックと金属製構造体との接合強度が低下してしまうといった問題点があった。例えば、高融点金属法で接合した接合体では、接合に用いたＭｏなどの金属膜が酸化し、金属製構造体とセラミック基板との接合強度が低下してしまう場合があった。また、活性金属法で接合した接合体では、例えばＴｉが酸化して、金属とセラミックとの接合強度が低下してしまう場合があった。また、下記特許文献１に記載された、金属製構造体とセラミックとの接合体においても、接合に寄与するＣｒが酸化し、高温に配置しておくことで接合強度が低減していく場合があった。本願発明は、かかる課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決するため、本願発明では、セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板を提供する。
【０００５】
なお、前記セラミック基板はジルコニアを主成分とすることが好ましい。
【０００６】
また、前記金属膜に、ＴｉとＡｌとを含む結晶相が含まれることが好ましい。
【０００７】
また、前記金属膜におけるＡｌの含有率が、５質量％以上かつ２０質量％以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明は、また、メタライズ基板の前記金属膜の側に、金属ロウを介して金属体が接合されていることを特徴とする接合体を、併せて提供する。
【０００９】
なお、前記金属ロウは、Ａｕ−Ｃｕを主成分とすることが好ましい。
【００１０】
また、前記メタライズ基板の前記金属膜の表面に、Ｎｉメッキ層が設けられており、前記金属ロウは前記Ｎｉメッキ層の表面に配されていることが好ましい。
【００１１】
本発明は、また、セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜を形成する工程と、前記金属膜の表面に、金属ロウを介して金属体を接合する工程と、を有することを特徴とする接合体の作製方法を、併せて提供する。
【００１２】
なお、前記金属膜を形成する工程では、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末とが少なくとも混合されてなるペーストを焼成して前記金属膜を形成し、
前記ペーストにおけるＡｌの割合が、５質量％以上かつ４０質量％未満であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のメタライズ基板および接合体は、熱処理した場合の劣化が少ない。例えば、比較的高温で熱処理した後であっても、熱処理前の接合強度に対する劣化が比較的小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のメタライズ基板および接合体、および接合方法について詳細に説明する。
【００１５】
図１（ａ）は、本発明のメタライズ基板の一実施形態であるメタライズ基板１０の概略斜視図、図１（ｂ）はメタライズ基板１０の一主面に垂直な方向に切断した断面を拡大して表す概略図である。
【００１６】
本実施形態のメタライズ基板１０は、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミック基板１２の表面に、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、を主成分とする金属膜１４が形成されている。なお、図１（ａ）では、セラミック基板１２の表面の所望領域に限定して、金属膜１４が被着されている。本実施形態のセラミック基板１２は、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミックである。ＺｒＯ２は、例えばアルミナからなるセラミック基板と比較して、例えば靭性が強いといった利点を有している。なお、本実施形態において、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、を主成分とするとは、、Ａｇと、Ｃｕと、Ｔｉと、Ａｌと、がそれぞれ５質量％以上含まれ、かつ、Ａｇと、Ｃｕと、Ｔｉと、Ａｌとの合計の含有割合が３０質量％以上であることをいう。
【００１７】
金属膜１４は、例えば、従来周知の厚膜ペースト法を用い、セラミック基板１２の表面に被着させた状態に形成すればよい。具体的には、例えば、Ａｇの粉末とＣｕの粉末とＴｉの粉末とＡｌの粉末とを所定量計量し、エチルセルロースなどのバインダーをテルピネオールなどの有機溶剤で溶剤したビヒクルと、上記の各粉末とをミキサーで混合し、ペーストを作成する。作成したこのペーストを、スクリーン印刷などでセラミック表面のろう付けする箇所に塗布し、真空雰囲気で焼成して金属膜１４を形成すればよい。これら、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末の配合割合、ひいては金属膜１４における含有割合は、（４０〜７０）質量％Ａｇ−（１５〜２５）質量％Ｃｕ−（５〜１０）質量％Ｔｉ−（５〜４０）質量％Ａｌが望ましい。
【００１８】
金属膜１４には、セラミック基板１２との境界部分に、主にＡｌとＯとからなる接合層１８が形成されている。主にＡｌとＯとからなる層とは、ＡｌおよびＯがそれぞれ１０質量％以上で、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含むことをいう。Ａｌの含有割合（質量％）は、例えば走査型電子顕微鏡装置を用いて行う、従来公知のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析法）によって求めることができる。例えば、ＥＤＡＸ社製ＰＨＯＥＮＩＸを用い、加速電圧１５ｋＶで各原子に対応するスペクトルを求め、各原子に対応するスペクトル強度から算出することができる。
【００１９】
本実施形態のメタライズ基板１０では、接合層１８に、Ａｌが３０質量％以上かつＯが３０質量％以上含まれており、接合層１８はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする層となっている。
【００２０】
メタライズ基板１０では、金属膜１４とセラミック基板１２とが、この接合層１８によって比較的強固に接合されている。また、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は比較的安定であり、熱処理や雰囲気中の元素による変質が比較的少ない。
【００２１】
本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４の端部１９において、接合層１８が露出している。本実施形態のメタライズ基板１０では、メタライズ基板１０を比較的高温雰囲気中に配置した場合でも、接合層１８の露出部分（端部１９部分）からの反応（酸化や還元など）の進行が抑制されている。
【００２２】
従来広く用いられている、Ａｇ−Ｃｕ―Ｔｉメタライズでは、接合に寄与する活性金属であるＴｉが、金属膜とセラミック基板との接合部分に集中し、この接合部分にＴｉを主成分とする金属層が形成される。このＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズによれば、金属膜の端部において、Ｔｉを主成分とする接合層が露出している。このため、従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズ層を高温雰囲気中に配置した場合など、端面におけるＴｉの露出部分から、内部に向けて例えば酸化反応が進行する。従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズでは、高温雰囲気中に配置した場合、この酸化反応の進行によって接合強度が比較的大きく低減する。
【００２３】
例えば従来のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉメタライズに対して、本実施形態のメタライズ基板１０では、接合層１８が、主にＡｌおよびＯを含んで構成されている。このため、接合層１８が端部１９において露出していても、この露出部分からの反応（酸化や還元など）の進行が比較的少なく、高温雰囲気中で使用した場合であっても、比較的強い接合強度で比較的長時間使用し続けることができる。
【００２４】
本実施形態のメタライズ基板１０は、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。
【００２５】
ＴｉやＣｕは、金属膜１４とセラミック基板１２との濡れ性の向上に寄与する一方、比較的酸化し易い。メタライズ基板において、金属膜の表面にＴｉやＣｕが露出していると、この露出部分からも内部に向けて酸化が進行し、金属膜１４が変質する。また、酸化が進行して金属膜１４とセラミック基板１２との接合部分が酸化すると、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度が低減してしまう。本実施形態のメタライズ基板１０は、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。このため、本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４の表面における酸化が比較的少なく、内部に向けた酸化の進行も抑制されている。
【００２６】
また、メタライズ基板１０は、金属膜１４の内部において、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとを含む結晶相１６が分散している。結晶相１６は、金属膜１４において同一組成が粒状に分布（凝集）した相であって、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとが少なくとも３０質量％以上含まれた相である。金属膜１４の断面では、例えばＡｇを主成分とした周辺の合金相の面積に対する、結晶相１６の面積の割合が、３０％〜８０％となっている。この結晶相１６は、例えば金属膜１４の断面を走査型電子顕微鏡で観察することで確認できる。例えば、この電子顕微鏡撮影層を画像処理することで、Ａｇを主成分とした上記周辺の合金相の面積に対する結晶相１６の面積の割合を、比較的容易に算出することもできる。
【００２７】
図１（ｂ）の断面図において、金属膜１４の最高点を通りセラミック基板１２の主面に平行な直線Ｌ１と、セラミック基板１２の主面から金属膜１４の最高点までの８０％の高さ位置を通る、セラミック基板１２の主面に平行な直線Ｌ２とに挟まれた領域Ｓにおいて、この結晶相１６の占める面積は例えば２０％未満となっている。この結晶相１６は、金属膜１４が形成される際、溶融状態の粉末混合体内において、Ａｌが、ＴｉおよびＣｕと反応して生成された相である。この結晶相１６が生成されることで、ＴｉおよびＣｕは、この結晶相１６に集中的に分布する。結果、本実施形態のメタライズ基板１０では、金属膜１４表面におけるＴｉおよびＣｕの含有率が、１０質量％程度と比較的少なくなっている。
【００２８】
ＴｉおよびＣｕは、金属膜１４とセラミック基板１２との接合に寄与するが、本実施形態では、更にＡｌもかかる接合に寄与している。すなわち、金属膜１４を形成する際、特にＡｌが、セラミック基板１２との接合部分における含有割合が大きくなるよう分布する。一方、Ａｌ、Ｔｉ、およびＣｕの、接合に寄与しなかった分はお互いに反応し、金属相１４内に結晶相１６が生成される。このため、メタライズ基板１０では、セラミック基板１２と金属膜１４とが比較的強固に接合するとともに、金属膜１４の表面部分からの酸化も比較的少ない。
【００２９】
図２は、本発明の接合体の一実施形態である接合体２０の概略断面図である。本実施形態の接合体２０は、上述のメタライズ基板１０に、例えばＦｅ―Ｎｉ―Ｃｏ合金からなる金属基板２６が接合されて形成されている。メタライズ基板１０の表面には、Ｎｉメッキ層２２が設けられており、金属基板２６は、例えばＡｕ―Ｃｕロウ材層２４を介して、Ｎｉメッキ層２２と接合されている。
【００３０】
Ａｕ−Ｃｕロウ材は、融点が約９９０℃と比較的高く、セラミック基板１２と金属膜１４とがＡｕ−Ｃｕロウ材層２４を介して接合された接合体２０は、比較的高温で使用してもロウ材層２４の溶融は比較的少ない。ただし、セラミック基板１２と金属膜１４とがＡｕ―Ｃｕロウ材層２４を介して接合された接合体２０を作製するには、ロウ付けの際に、Ａｕ−Ｃｕロウ材が溶融する比較的高い温度まで加熱する必要がある。上述のように、金属膜１４は比較的酸化し難く、Ａｕ−Ｃｕロウ材による接合の際、比較的高い温度に加熱した場合であっても、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度は、比較的高い強度に維持される。また、Ａｕ−Ｃｕロウ材の耐熱性が高いとともに、金属膜１４は比較的酸化され難いので、接合体２０を比較的高い温度で使用した場合であっても、セラミック基板１２と金属膜１４との接合強度は比較的高く維持される。
【００３１】
また、Ａｕ−Ｃｕロウ材は、Ｎｉメッキ層２２に対する濡れ性、ひいては接合強度が比較的高い。またＮｉは、ＣｕやＴｉなどの活性金属と反応し、Ｎｉメッキ層２２は金属膜１４とも比較的高い強度で接合している。
【００３２】
このように、本実施形態の接合体２０では、セラミック基板１２と金属基板２６とが、比較的高い接合強度で接合されている。
【００３３】
本実施形態の接合体２０は、例えば以下に示す方法で作製すればよい。
【００３４】
まず、例えばＺｒＯ２を主成分とするセラミック基板１２を準備し、このセラミック基板１２に金属膜１４を形成する。なお、セラミックス基板の材質については特に限定されないが、例えば高温大気中で使用する場合など、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等が好ましい。
【００３５】
このセラミック基板１２に金属膜１４を形成して、メタライズ基板１０を作製する。金属膜１４の形成（メタライズ処理）には、従来周知の厚膜ペースト法を利用することができる。
【００３６】
このメタライズ処理では、例えば、Ａｇの粉末とＣｕの粉末とＴｉの粉末とＡｌの粉末を所定量計量し、エチルセルロースなどのバインダーをテルピネオールなどの有機溶剤で溶解したビヒクルと上記粉体をミキサーで混合し、ペーストを作成する。次に、スクリーン印刷法など公知の方法をもって、このペーストをセラミック基板１２表面の所定箇所に塗布する。その後、真空雰囲気で焼成して、金属膜１４を形成する。より具体的には、約１．０×１０−５Ｐａの真空雰囲気で、９００〜１０００℃で３０分熱処理を行い、メタライズ基板１０を得る。ＡｇとＣｕとＴｉの比率は従来公知のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系の比率、例えば、７０質量％Ａｇ−２０質量％Ｃｕ−１０％Ｔｉを用いればよい。
【００３７】
金属膜１４を形成する際にペーストに含有させるＡｌ粉末の質量％は、上記各粉末の全重量に対し、例えば５．０質量％以上であることが好ましい。Ａｌの粉末が５．０質量％以上であれば、接合体２０を高温雰囲気中に配置して使用した場合においても、セラミック基板１２と金属膜１４とが接合されたメタライズ基板１０を、比較的長い時間、比較的高い接合強度で維持しておくことができる。
【００３８】
また、Ａｌ粉末の質量％は、粉末の全重量に対し、例えば４０質量％未満であることが好ましい。粉末の全重量に対するＡｌ粉末の割合を、４０質量％未満とすると、熱処理前および熱処理後の双方において、接合強度の大きさを比較的大きくすることができる。
【００３９】
また、金属膜１４の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。金属膜１４の厚みが１０μｍであれば、セラミック基板１２と金属膜１４との境界部分に、充分な量および密度の接合層１８が形成され、セラミック基板１２と金属膜１４との接合強度を比較的高いものとすることができる。また、金属膜１４の厚みを１００μｍ未満とすることで、金属膜１４とセラミック基板１２との接合強度を比較的高くすることができる。
【００４０】
次に、メタライズ基板１０の金属膜１４表面に、従来公知の方法によってＮｉメッキを施す。その後、Ａｕ−Ｃｕロウ材を用いて、金属基板２６をメタライズ基板１０に接合し、接合体２０を得る。例えば、厚みが５０〜１００μｍ程度のＡｕ−Ｃｕ箔を金属膜１４の上に配置し、その上に金属基板２６を配置して例えばカーボンからなる治具で固定する。このように治具で固定した状態で、例えば約１．０×１０−５Ｐａの真空雰囲気で、９００〜１１００℃で３０分熱処理を行い、金属ロウ材層２４を介して金属基板２６が接合された接合体２０を得る。
【００４１】
本実施形態の接合体２０は、セラミック基板１２と金属膜１４とが比較的強固に接合されているとともに、比較的高温雰囲気中で使用した場合であっても、接合強度は、比較的長い時間、比較的高い接合強度のまま維持される。本実施形態のメタライズ基板１０、および本実施形態の接合体２０は、例えば、比較的長い時間、比較的高温雰囲気で使用されるデバイスや装置、例えば焼成炉中の温度を計測する温度センサなどに好適である。
【００４２】
以上、本発明のメタライズ基板、接合体、接合体の作製方法について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明の実施例を示すとともに、本発明の効果の一例について説明しておく。
【００４４】
まず、上記実施形態のメタライズド基板の一例の断面を観察した結果を示しておく。図３（ａ）は、上記工程を経て作製されたメタライズ基板の断面を、走査型電子顕微鏡で観察して得られた写真（断面ＳＥＭ写真）である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＡｇ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＡｌ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｄ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＴｉ元素の分布状態を示す図である。また、図３（ｅ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＣｕ元素の分布状態を示す図である。図３（ｆ）は、図３（ａ）に示す断面ＳＥＭ写真を取得する際に測定した、当該断面におけるＯ元素の分布状態を示す図である。走査型電子顕微鏡は、例えば日立製Ｓ−８００を用い、加速電圧１５ｋＶで撮影した。
【００４５】
図３（ａ）〜（ｅ）を比較して明らかなように、セラミック基板３２と金属膜３４とが、アルミニウムと酸素を主成分とする接合層３８を介して接合されている。また、金属膜３４内には、ＣｕまたはＴｉの少なくともいずれか一方とＡｌとを含む結晶相３６が分散している。このため、金属膜１４の表面部分では、ＴｉおよびＣｕの含有率が比較的少なくなっている。
【００４６】
図４は、図３に示す観察像を撮影する際、同じ電子顕微鏡装置を用いて行ったＥＤＳ分析（エネルギー分散型X線分光分析）の結果である。図４は、図３（ａ）の点Ａに電子線を照射して得られたスペクトルである。すなわち、図４に示すスペクトルは、図３（ａ）においてセラミック基板３２と金属膜３４との接合部分に表れている接合層３８の構成元素に対応したものである。また、図４に示すＥＤＳ分析結果から計算された各元素の含有割合は、それぞれ、Ｏが３５．７５％、Ｃｕが１．０６％、Ａｌが３７．４１％、Ｚｒが９．１９％、Ａｇが１６．５９％、となっていた。このＥＤＳ分析の結果から、上記実施形態のメタライズ基板では、セラミック基板３２と金属膜３４との接合部分の接合層３８が、ＡｌおよびＯを主成分としていることがわかる。
【００４７】
図５（ａ）および（ｂ）は、図４と同様、ＥＤＳ分析の結果を示すグラフである。図５（ａ）は、図３（ａ）の点Ｂに電子線を照射して得られたスペクトルである。また、図５（ｂ）は、図３（ａ）の点Ｃに電子線を照射して得られたスペクトルである。すなわち、図５（ａ）および（ｂ）は、いずれも、金属層３４内に表れた複数の結晶相それぞれの構元素に対応したものとなっている。なお、図５（ａ）に示すＥＤＳ分析結果から計算された各元素の含有割合は、それぞれ、Ｃｕが７１．８７％、Ａｌが２１．９２％、Ａｇが６．２１％、となっていた。また、図５（ｂ）に示すＥＤＳ分析結果から計算された、各元素の含有割合は、それぞれ、Ｃｕが２８．７９％、Ａｌが１８．８８％、Ａｇが５．９３％、Ｔｉが４６．４１％、となっていた。このＥＤＳ分析の結果から、上記実施形態のメタライズ基板では、金属層の内部に、ＡｌとＣｕとを主成分とする結晶相と、ＣｕとＡｌとＴｉとを主成分とする結晶相と、が含まれている。
【００４８】
次に、本発明の接合体の一例の、セラミック基板と金属基板との接合強度を調べた結果を以下に示す。
【００４９】
調査手順および条件については、以下の通りとした。まず、セラミック基板として、３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍの８ｍｏｌ％Ｙ２Ｏ３部分安定化ＺｒＯ２基板を用意し、また、金属基板として２ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金板を用意した。更に、表１に示すような４種類のペーストを作成した。
【００５０】
例えばＮｏ．２に示したペーストの場合、粒径１０μｍのＡｇ粉末６６ｇと、粒径５μｍのＣｕ粉末２５ｇと、粒径２０μｍのＴｉ粉末７ｇと、粒径２０μｍのＡｌ粉末２ｇとを乳鉢に計り取り、エチルセルロース５質量％をテルピネオールに溶解したビヒクル２０ｇを混合撹拌しペーストとした。
【００５１】
作成した各種ペーストは、スクリーン印刷法を用いて、３ｍｍ×２５ｍｍの長方形形状で厚み４０μｍとなるようにセラミック基板上に配置した。これを１０−５Ｐａの真空雰囲気で１０００℃で焼成し、メタライズ基板を得た。この金属膜に３ｍｍ×２５ｍｍ×０．０７ｍｍのＡｇ−Ｃｕ箔を置き、さらにその上に上記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ金属板をのせ、１０−５Ｐａの真空雰囲気で１０００℃まで昇温させて、セラミック基板と金属基板とを接合した。その際、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金板の長さ方向４０ｍｍの端が金属膜の端と一致するようにし、他方の端から１５ｍｍはロウ付けされないようにした。
【００５２】
なお、Ａｇ−Ｃｕロウは、通常８５０℃程度でロウ付けされるものであるが、本実験では１０００℃程度まで昇温させ、通常の状態に比べて、熱による接合強度の劣化を促進している。
【００５３】
まず、熱処理前の接合強度として、得られた接合体の、ロウ付けされなかった金属部分を基板に対して垂直方向に折り曲げて引張り、ロウ付けされている部分のピール強度（接合強度）を測定した。表１には、各サンプルの接合強度の測定結果も、併せて示している。また、図６には、表１に示す各サンプルの接合強度の測定結果を、それぞれ示している。
【００５４】
【表１】
【００５５】
表１および図６に示す実験結果から分かるように、金属膜（メタライズ層）を形成する際のペーストにおけるＡｌの含有率を５．０質量％以上とすると、高温でロウ付け処理を行う場合であっても、接合強度を比較的高くすることができる。
【００５６】
また、表１とは異なるペースト成分を有する、セラミック基板と金属基板との接合強度を調べた結果を以下に示す。サンプルの作製条件は、金属ロウとしてＡｕ−Ｃｕロウを用いた以外、上記サンプルＮｏ．1〜４と同様の作製条件とした。表１には、各サンプルの接合強度の測定結果も、併せて示している。また、図７には、表２に示す各サンプルの接合強度の測定結果を、それぞれ示している。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２および図７に示す実験結果から分かるように、金属膜（メタライズ層）を形成する際のペーストにおけるＡｌの含有率を４０質量％以下とすると、高温でロウ付け処理を行った後であっても、接合強度を比較的高くすることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のメタライズ基板の一実施形態について説明する図であり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は断面拡大図の概略である。
【図２】本発明の接合体の一実施形態の概略断面図である。
【図３】本発明の接合体を走査型電子顕微鏡を用いて観察した像であり、（ａ）は断面ＳＥＭ写真、（ｂ）はＡｇ元素の分布状態を示す撮影像、（ｃ）はＡｌ元素の分布状態を示す撮影像、（ｄ）はＴｉ元素の分布状態を示す撮影像、（ｅ）はＣｕ元素の分布状態を示す撮影像、（ｆ）はＯ元素の分布状態を示す撮影像である。
【図４】図３に示す観察像を撮影する際に行ったＥＤＳ分析（エネルギー分散型X線分光分析）の結果であり、図３（ａ）の点Ａに電子線を照射して得られたスペクトルである。
【図５】図４と同様の観察条件で得られたＥＤＳ分析の結果を示すグラフであり、（ａ）は図３（ａ）の点Ｂに電子線を照射して得られたスペクトル、（ｂ）は図３（ａ）の点Ｃに電子線を照射して得られたスペクトルである。
【図６】本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示し、表１に示す各サンプルの接合強度の測定結果をそれぞれ示している。
【図７】本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示し、表２に示す各サンプルの接合強度の測定結果をそれぞれ示している。
【符号の説明】
【００６０】
１０ メタライズ基板
１２、３２ セラミック基板
１４、３４ 金属膜
１６、３６ 結晶相
１８、３８ 接合層
１９ 端部
２０ 接合体
２２ Ｎｉメッキ層
２４ Ａｕ―Ｃｕロウ材層
２６ 金属基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、
前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板。
【請求項２】
前記セラミック基板はジルコニアを主成分とすることを特徴とする請求項１記載のメタライズ基板。
【請求項３】
前記金属膜に、ＴｉとＡｌとを含む結晶相が含まれることを特徴とする請求項１または２記載のメタライズ基板。
【請求項４】
前記金属膜におけるＡｌの含有率が、５質量％以上かつ２０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のメタライズ基板の前記金属膜の側に、
金属ロウを介して金属体が接合されていることを特徴とする接合体。
【請求項６】
前記金属ロウは、
Ａｕ−Ｃｕを主成分とすることを特徴とする請求項５記載の接合体。
【請求項７】
前記メタライズ基板の前記金属膜の表面に、Ｎｉメッキ層が設けられており、前記金属ロウは前記Ｎｉメッキ層の表面に配されていることを特とする請求項５または６記載の接合体。
【請求項８】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の表面に、金属ロウを介して金属体を接合する工程と、
を有することを特徴とする接合体の作製方法。
【請求項９】
前記金属膜を形成する工程では、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末とが少なくとも混合されてなるペーストを焼成して前記金属膜を形成し、
前記ペーストにおけるＡｌの割合が、５質量％以上かつ４０質量％未満であることを特徴とする請求項８記載の接合体の作製方法。
【請求項１】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜が設けられており、
前記金属膜と前記セラミック基板との境界部分に、ＡｌとＯとをそれぞれ１０質量％以上、かつＡｌとＯとを合計５０質量％以上含む接合層が形成されていることを特徴とするメタライズ基板。
【請求項２】
前記セラミック基板はジルコニアを主成分とすることを特徴とする請求項１記載のメタライズ基板。
【請求項３】
前記金属膜に、ＴｉとＡｌとを含む結晶相が含まれることを特徴とする請求項１または２記載のメタライズ基板。
【請求項４】
前記金属膜におけるＡｌの含有率が、５質量％以上かつ２０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のメタライズ基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のメタライズ基板の前記金属膜の側に、
金属ロウを介して金属体が接合されていることを特徴とする接合体。
【請求項６】
前記金属ロウは、
Ａｕ−Ｃｕを主成分とすることを特徴とする請求項５記載の接合体。
【請求項７】
前記メタライズ基板の前記金属膜の表面に、Ｎｉメッキ層が設けられており、前記金属ロウは前記Ｎｉメッキ層の表面に配されていることを特とする請求項５または６記載の接合体。
【請求項８】
セラミック基板の主面に、Ａｇと、Ｔｉと、Ａｌと、を少なくとも含む金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の表面に、金属ロウを介して金属体を接合する工程と、
を有することを特徴とする接合体の作製方法。
【請求項９】
前記金属膜を形成する工程では、Ａｇ粉末とＣｕ粉末とＴｉ粉末とＡｌ粉末とが少なくとも混合されてなるペーストを焼成して前記金属膜を形成し、
前記ペーストにおけるＡｌの割合が、５質量％以上かつ４０質量％未満であることを特徴とする請求項８記載の接合体の作製方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２０３０９７（Ｐ２００９−２０３０９７Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４５１２２（Ｐ２００８−４５１２２）
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２６日（２００８．２．２６）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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