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セラミックスと金属との接合法およびセラミックスと金属との接合体 コモンズ

国内特許コード P160012822
掲載日 2016年3月7日
出願番号 特願2016-008656
公開番号 特開2017-128473
出願日 平成28年1月20日(2016.1.20)
公開日 平成29年7月27日(2017.7.27)
発明者
  • 渡辺 義見
  • 佐藤 尚
  • 村瀬 匡紀
  • 塚本 英明
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 セラミックスと金属との接合法およびセラミックスと金属との接合体 コモンズ
発明の概要 【課題】セラミックスと金属とを傾斜機能材料の技術を適応して接合する技術の提供。
【解決手段】バルク状セラミックス1および金属粒子3とセラミックス粒子4とからなる混合粉末2に遠心力場で溶融金属を注入し、これにより得られる傾斜層9を介してセラミックスと金属とが接合する技術、または、セラミックスがAlN、金属がAlであり、バルク状AlNおよび同等の粒径を有するAl粒子とAlN粒子とからなる混合粉末に遠心力場で溶融Alを注入し、冷却を炉冷にて行うことにより得られる傾斜層を介してAlNとAlとが接合する技術である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


家電製品から産業用機器に至るまで、あらゆる電子機器には半導体デバイスが使用されている。電子機器の小型化・機能向上に対する要求は極めて大きく、それに伴い半導体デバイスは集積密度向上、多機能化、高速化、高出力化および高信頼化の方向に急進展し、デバイス内で消費される電力が増大する傾向にある。そこで、半導体デバイスを搭載する基板にも、単に半導体を支持して回路を構成する機能以外にも、多くの厳しい要求が課されるようになっている。基板に求められる要求の中でも、増大する半導体の発熱は故障の原因となるため、いかに放熱するかは特に重要な問題である。そのため、基板に用いられる材料には高熱伝導性が要求される。



基板はセラミックス板に金属回路板や金属放熱板などを接合したものが一般的である。しかし、セラミックスと金属を接合したこれらの基板では、室温から高温への温度変化あるいは高温から室温への室温変化にて、セラミックスと金属との接合界面で剥離が生じるという問題点を有する。これは、セラミックスと金属との熱膨張率の差が大きく、温度変化によって発生する応力がセラミックスと金属との接合強度を上回るためである。



このような剥離を防止するためには、発生する熱応力を特定の接合界面に集中させず、ある領域内において分散させることが必要となる。これを実現する方法として、非特許文献1記載の傾斜機能材料の技術がある。ここで傾斜機能材料とは、例えば金属の組成からセラミックスの組成へと位置ごとに組成を連続的に変化させることにより、位置ごとの熱膨張係数を金属の値からセラミックスの値へと連続的に変化させることを目指した材料概念である。この傾斜機能材料の製造法には、特許文献1記載の溶射法、特許文献2記載の粉末冶金法、特許文献3および4記載の遠心鋳造法などがある。



特許文献5には、母相となる金属粉末と複合化させたいセラミックス粒子粉末が混合している混合粉末を作製し、その混合粉末を遠心力鋳造装置の型に投入して、型を回転させることによって遠心力印加および型の予備加熱を行い、回転中の型へ溶解炉で溶解された金属母材溶湯を流し込むことによって、セラミックス粒子が母相に強固に固定され母相中に均一あるいは傾斜分散された金属/セラミックス粒子複合材料を製造する方法が開示されている。この技術では、位置ごとに組成が変化した傾斜機能材料の製造が可能であり、その一端の組成を金属100%の組成にすることも可能であったが、他端の組成をセラミックス100%の組成にすることは原理的に不可能であった。



また、特許文献6には、密度および/又は粒子径の大きな高速沈降粒子および密度および/又は粒子径の小さな低速沈降粒子を混合することにより、これらの混合粉末を作製し、粉砕した溶融可能な固体を底部に配した入れ物に該混合粉末を投入し、加熱することにより該混合粉末の沈降を生じせしめた後に、十分に液体を除去することにより組成が連続的に傾斜したグリン体を製造し、当該組成傾斜を有するグリン体を焼結することにより、一端が金属、他端がセラミックスとなる傾斜機能材料を製造する方法が開示されている。しかし、この技術では、組成傾斜形成と焼結とを別工程で行っており、製造工程が複雑化し、コスト高に繋がる欠点を有していた。

産業上の利用分野


本発明は、セラミックスと金属とを傾斜機能材料の技術を適応して接合する技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
バルク状セラミックスおよび金属粒子とセラミックス粒子とからなる混合粉末に遠心力場で溶融金属を注入し、これにより得られる傾斜層を介してセラミックスと金属とが接合したことを特徴とするセラミックスと金属との接合材。

【請求項2】
バルク状セラミックスおよび金属粒子とセラミックス粒子とからなる混合粉末に遠心力場で溶融金属を注入し、これにより得られる傾斜層を介してセラミックスと金属とを接合させることを特徴とするセラミックスと金属との接合法。

【請求項3】
セラミックスがAlN、金属がAlであり、バルク状AlNおよび同等の粒径を有するAl粒子とAlN粒子とからなる混合粉末に遠心力場で溶融Alを注入し、冷却を炉冷にて行うことにより得られる傾斜層を介してAlNとAlとが接合したことを特徴とする請求項1記載のAlN/Alからなる接合材。

【請求項4】
セラミックスがAlN、金属がAlであり、バルク状AlNおよび同等の粒径を有するAl粒子とAlN粒子とからなる混合粉末に遠心力場で溶融Alを注入し、これにより得られる傾斜層を介してAlNとAlとを接合させることを特徴とする請求項2記載のAlNとAlからなる接合法。

【請求項5】
セラミックスがAlN、金属がAlであり、バルク状AlN、Al粒子およびAl粒子と同程度の粒径を有するAlN粒子とからなる混合粉末に真空かつ遠心力場で溶融Alを注入し、冷却を炉冷にて行うことにより得られるAlNの体積分率が20%から40%までの間で変化する傾斜層を介してAlNとAlとを接合させることを特徴とする請求項4記載のセラミックスと金属との接合法。

国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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