(57)【要約】【課題】熱膨張係数の異なる部材を高温で接合する方法では、熱膨張係数差に起因する熱応力の発生を抑制し、接合体の変形や破壊、界面の剥離などの破損を防止する。【解決手段】室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる高熱膨張部材となる放熱部材４と、低熱膨張部材となるセラミック基板１を、接着材７を介して加熱接合してなる接合方法において、放熱部材４の周囲に、セラミック基板１と近似した熱膨張係数を有する膨張抑制部材５を配置した状態で接合温度まで昇温し、膨張抑制部材５によって放熱部材４の熱膨張を抑制しつつ、セラミック基板１と放熱部材４とを接合し、冷却した後、膨張抑制部材５を取り除くことによって、セラミック基板１と、放熱部材４の間に熱膨張差に起因して発生する応力が低減ざれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる高熱膨張部材と低熱膨張部材とを、接着材を介して加熱接合してなる接合方法において、前記高熱膨張部材の周囲に、前記膨張抑制部材を配置し、該膨張抑制部材によって前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制しつつ、前記高熱膨張部材と低熱膨張部材とを接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記膨張抑制部材の室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が前記高熱膨張部材よりも小さいことによって前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項３】
前記膨張抑制部材の熱膨張係数が前記低熱膨張部材の熱膨張と近似していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合方法。
【請求項４】
前記膨張抑制部材と前記低熱膨張部材との室温から加熱温度までの熱膨張係数差が３×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項３のいずれか記載の接合方法。
【請求項５】
前記高熱膨張部材が前記膨張抑制部材の内側に焼き嵌めされていることによって、前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制することを特徴とする請求項１記載の接合方法。
【請求項６】
前記膨張抑制部材と前記高熱膨張部材との室温から焼き嵌め温度までの熱膨張係数差が１×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項５記載の接合方法。
【請求項７】
前記高熱膨張部材と前記低熱膨張部材との室温から加熱接合温度までの熱膨張係数差が３×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の接合方法。
【請求項８】
前記高熱膨張部材と前記低熱膨張部材とも、セラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか記載の接合方法。
【請求項９】
前記高熱膨張部材と前記低熱膨張部材の一方が、セラミックスであり、他方が金属、または金属とセラミックスとの複合体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか記載の接合方法。
【請求項１０】
前記高熱膨張部材が、銅、アルミニウム、タングステン、鉄またはそれらの合金からなる放熱部材からなり、前記低熱膨張部材が配線回路を備えたセラミック基板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか記載の接合方法。
【請求項１１】
前記高熱膨張部材が、ＫＯＶＡＲ、４２アロイ、ステンレスの群から選ばれる少なくとも１種からなり、前記低熱膨張部材が、電極を内蔵するセラミック基板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか記載の接合方法。
【請求項１２】
室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる高熱膨張部材と低熱膨張部材とを、接着材を介して加熱接合してなる接合体において、前記高熱膨張部材の周囲に、前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制する膨張抑制部材を配置してなることを特徴とする接合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、高熱伝導性の放熱部材を備えたセラミック基板などのような熱膨張係数が異なる２つの部材を接着材を介して加熱接合する接合方法および接合体の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、セラミック部材と、他の部材とを接合した種々の構造物を形成することが行われている。通常、このような接合体を作製するには、セラミック部材と他の部材とを、半田、銀ロウ材、ガラスなどの無機接着材、エポキシ樹脂などの有機接着材などによって積層配置し、所定の温度まで加熱することによって、前記接着材によって接合される。
【０００３】
これらの方法は、ネジ締結や焼き嵌めなどの機械的な結合法と比較して、小型化、低コスト化、量産性の点で有利であり、しかも、このような接合技術を駆使することによって、２次元のみならず、３次元的に複雑な形状であっても自由な構造物を作製することができる。
【０００４】
しかしながら、これらの方法は、接合工程で室温よりも高い温度に加熱される工程を具備するために、接合される２つの部材が異種材料からなり、互いの熱膨張特性が異なる場合、接合後の冷却過程で、熱膨張差によって部材との間に応力が発生し、この熱応力によって部材の変形や接合不良、場合によっては部材の破壊にまで至る場合がある。
【０００５】
従って、異種材料間の接合にあたっては、可能な限り、部材間の熱膨張特性を近似させるという制限があった。その為、例えば熱伝導率、誘電率など、熱膨張係数以外の特性で最適な材料の選択が自由に行えないという問題があった。
【０００６】
例えば、アルミナセラミックスからなる回路基板に対して、高熱伝導性を有する金属部材を接合する場合、金属部材としては、銅が高熱伝導性を有することから放熱性に優れるものの、銅の熱膨張係数（≒１９×１０−６／℃）がアルミナの熱膨張係数（≒８×１０−６／℃）と大きく異なるために、このままでは接合できず、銅とタングステンとの複合化して熱膨張係数をアルミナ基板に近似させた放熱部材を作製し、これをアルミナ基板に加熱接合してヒートシンクなどの用途に用いることが行われている。
【０００７】
また、半導体ウエハを加工する静電チャックにおいても、内部に電極を内蔵した窒化アルミニウムなどのセラミック部材に対して、セラミック部材を支持するために、金属部材を接合することが必要となるが、上記と同様に、金属部材としては、窒化アルミニウムセラミックスと近似した熱膨張特性を有するコバール、４２アロイ、Ｆｅ−Ｎｉ合金をＡｇ−Ｃｕロウ等を用いて加熱接合することが必要であった。
【０００８】
このような問題に対して、例えば特開平１−３０８８８４号では、黒鉛部材と銅または銅合金の金属部材とを接合する際に、モリブデン、タングステンなどを金属部材の熱膨張を拘束する部材を、少なくとも接合界面外周に配置して、黒鉛部材、銅合金および拘束部材とを接合し、一体化した構造体を形成することが提案されている。
【０００９】
また、特開２０００−１９１３８０号では、セラミック部材に凹部を形成し、金属部材に備える断面形状が略コ字状をした係合部を挿入するとともに、該係合部に前記セラミック部材との熱膨張係数差が２×１０−６／℃以下の応力緩和部材を配設してなり、上記セラミック部材、金属部材、応力緩和部材をそれぞれロウ材にて接合する方法を提案している。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１−３０８８８４号公報  特許請求の範囲
【００１１】
【特許文献２】
特開２０００−１９１３８０号公報  特許請求の範囲
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−３０８８８４号記載の方法は、２つの部材の形状が実質的に同一であり、側端面に接合界面が形成されている場合にしか適用できず、しかも、接合体の機能からは本来必要でない膨張抑制部材も含めて製品を構成する必要があるなどの問題がある。
【００１３】
また、特開２０００−１９１３８０号の方法では、部材に特定の凹部を形成しなければならず、しかも、セラミック部材の凹部に配設できる応力緩和部材の体積も限定される為、その応力緩和効果も期待できない。
【００１４】
従って、本発明は、室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる２つの部材を接合するにあたり、加熱接合時の応力を低減することのできる接合方法を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる高熱膨張部材と低熱膨張部材とを、接着材を介して加熱接合してなる接合方法であって、前記高熱膨張部材の周囲に、前記膨張抑制部材を配置し、該膨張抑制部材によって前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制しつつ、前記高熱膨張部材と低熱膨張部材とを接合し、冷却した後、前記膨張抑制部材を取り除くことを特徴とするものである。
【００１６】
かかる具体例によれば、前記膨張抑制部材の室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が前記高熱膨張部材よりも小さいことによって前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制することを特徴とするものである。特に、前記膨張抑制部材の熱膨張係数が前記低熱膨張部材の熱膨張と近似しており、前記膨張抑制部材と前記低熱膨張部材との室温から加熱温度までの熱膨張係数差が３×１０−６／℃以下であることが望ましい。
【００１７】
かかる接合方法によれば、加熱接合時に高熱膨張部材の周囲に低熱膨張部材と近似した熱膨張特性を有する膨張抑制部材が配置されている為、高熱膨張部材の熱膨張が抑制され、高熱膨張部材の温度上昇による伸びが結果的に低熱膨張部材と近似した量となる結果、高熱膨張部材が実質的に低熱膨張部材と同じ熱膨張特性の部材となる。従って、高熱膨張部材と低熱膨張部材とは、加熱接合時の部材の伸びの相違に起因する応力の発生が抑制される。これにより、熱膨張特性が異なる２つの部材の加熱接合処理を実質的に全く同じ熱膨張特性の部材間の接合と同じようにして接合を行うことができる。
【００１８】
また本発明の他の具体例によれば、前記高熱膨張部材が前記膨張抑制部材の内側に焼き嵌めされていることによって、前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制することを特徴とするものである。
【００１９】
かかる接合方法によれば、加熱接合時に高熱膨張部材の周囲が熱膨張抑制部材によって焼き嵌めによって固定されているために、高熱膨張部材には大きな圧縮応力が付与されているために、接合時でも高熱膨張部材の熱膨張が抑制され、高熱膨張部材の伸びが抑制される。従って、高熱膨張部材と低熱膨張部材とは、加熱接合時の部材の伸びの相違に起因する応力の発生が抑制される。これにより、熱膨張特性が異なる２つの部材の加熱接合処理を実質的に全く同じ熱膨張特性の部材間の接合と同じようにして接合を行うことができる。
【００２０】
なお、本発明によれば、前記高熱膨張部材と低熱膨張部材とは、前記高熱膨張部材と低熱膨張部材の一方が、セラミックスであり、他方が金属、または金属とセラミックスとの複合体からなる場合、また、両方ともにセラミックスからなる場合であってもよい。
【００２１】
また、本発明の接合方法は、前記高熱膨張部材と前記低熱膨張部材との室温から加熱接合温度までの熱膨張数差が３×１０−６／℃以上と大きい場合であっても好適に使用できる。
【００２２】
また、かかる接合方法は、前記高熱膨張部材が、銅、アルミニウム、タングステンまたはそれらの合金からなる放熱部材からなり、前記低熱膨張部材が配線回路を備えたセラミック基板からなる場合に好適である。
【００２３】
また、前記高熱膨張部材が、ＫＯＶＡＲ、４２アロイ、ステンレスの群から選ばれる少なくとも１種からなり、前記低熱膨張部材が、電極を内蔵するセラミック基板からなる場合にも好適である。
【００２４】
また本発明の接合体は、室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が異なる高熱膨張部材と低熱膨張部材とを、接着材を介して加熱接合してなる接合体において、前記高熱膨張部材の周囲に、前記高熱膨張部材の熱膨張を抑制する膨張抑制部材を配置してなることを特徴とするものである。
【００２５】
上記本発明によれば、常温から加熱温度まで加熱され、加熱温度から常温まで冷却された時に高熱膨張部材と低熱膨張部材の間に熱膨張差に起因して発生する応力は低く抑えられる事になり、部材の変形や破壊の発生、接合強度の低下などの問題の発生を抑えることができる。また、接合後に、接合体に熱が加わった場合においても、熱膨張抑制部材によって高熱膨張部材の膨張が抑制されているために、接合部での剥離やクラックの発生を防止でき、接合体の機械的な安定性を維持することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る接合方法の第１の実施態様として、放熱部材を接合したセラミック基板の製造方法を図１に基づき説明するものである。
【００２７】
図１におけるセラミック基板１は、通常の絶縁性セラミックスとして用いられるアルミナ、ガラスセラミックス、窒化アルミニウム、窒化珪素の群から選ばれる少なくとも１種のセラミックスからなる。これらのセラミックスは、室温から２００℃までの熱膨張係数としては、４〜１２×１０−６／℃の熱膨張係数を有するものである。
【００２８】
また、このセラミック基板１の内部や表面には、配線回路層２やビア導体３が形成されて相互に接続され、所定の回路パターンが形成されている。また、基板表面には、ＩＣ素子などの発熱性素子が搭載される。
【００２９】
一方、放熱部材４は、銅、アルミニウム、タングステン、鉄、またはこれらの合金からなる金属、窒化アルミニウム、炭化珪素などのセラミックスの群から選ばれる少なくとも１種が用いられ、特に、金属からなることが望ましい。
【００３０】
この放熱部材４とセラミック基板１とは、接着材として、Ａｇ８０％−Ｃｕ２０％のロウ材（加熱温度約９５０℃）、Ｓｎ６０％−Ｐｂ４０％ハンダ（加熱温度約１８０℃）、エポキシ樹脂接着材（加熱温度約１５０℃）などによって加熱接合される。
【００３１】
かかる実施態様において、放熱部材４の室温から加熱接合温度までの熱膨張係数が、セラミック基板１の熱膨張係数よりも高い場合における接合方法について説明する。
【００３２】
まず、セラミック基板１の熱膨張係数と近似する熱膨張特性を有する材料からなる膨張抑制部材５を準備する。この膨張抑制部材５の熱膨張係数は、セラミック基板１の熱膨張係数との差が、３×１０−６／℃以下、特に２×１０−６／℃以下、さらには１×１０−６／℃以下であることが望ましい。なお、本発明における熱膨張係数値は、すべて線熱膨張係数値である。
【００３３】
また、この膨張抑制部材５の表面には、放熱部材４の外周形状と実質的に同じ内径形状の凹部６が形成されている。より具体的には、凹部の一辺の長さは放熱部材４の一辺の長さ以上、０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。これよりも長いと後述する凹部による放熱部材４の熱膨張を抑制する効果が小さくなるためである。
【００３４】
そして、常温において、膨張抑制部材５に形成された凹部６に放熱部材４を収納、配置し、この放熱部材４の上面に例えば、Ａｇ８０％−Ｃｕ２０％のロウ材からなる接着材７を塗布し、その上でセラミック基板１を配置する。
【００３５】
そして、この状態で加熱接合温度、上記ロウ材の場合は、約９５０℃付近まで昇温する。
【００３６】
本発明によれば、加熱時、高熱膨張特性を有する放熱部材４は、その周囲がセラミック基板１と近似した熱膨張係数を有する膨張抑制部材５によって囲まれているために、放熱部材４の加熱による伸びが抑制されつつ、加熱される。
【００３７】
そして、加熱温度到達時に、前記接着材７が溶融し、放熱部材４とセラミック基板１とが加熱接合し、一体化される。その後、室温まで冷却した後、膨張抑制部材５を取り除くことによって、放熱部材４とセラミック基板１との接合体を作製することができる。
【００３８】
作製されたセラミック基板１と放熱部材４との接合体は、接合過程で両者の熱膨張特性が実質近似した状態のままで接合されているために、熱膨張差に起因する熱応力が内在しておらず、熱応力的に安定な状態となる。
【００３９】
つまり、膨張抑制部材５を用いない場合、加熱温度まで加熱されて接合される時、放熱部材４が加熱によって非常に伸びた状態でセラミック基板１と接合されると、冷却過程で放熱部材４が熱収縮することによってセラミック基板１に過大な応力が付加されてしまうが、本発明によれば、かかる過大な応力の発生を防止することができる。
【００４０】
従って、セラミック基板１の表面にＩＣ素子などの発熱性素子を搭載し、素子が作動した場合においてもセラミック基板１と放熱部材４との熱応力の発生が低減され、セラミック基板１と放熱部材４との高い接合強度と熱的な安定性を図ることができる。
【００４１】
特に本発明によれば、熱膨張係数が約８×１０−６／℃のアルミナセラミックスからなるセラミック基板１に対して、熱膨張係数が約１８×１０−６／℃の銅１００％の放熱部材４をＡｇ−Ｃｕロウを用いて接合することも可能となる。
【００４２】
次に、本発明に係る接合方法の第２の実施態様として、半導体ウエハを加工するために保持する静電チャックを製造する場合について図２を用いて説明する。
【００４３】
かかる例では、図２に示すように、セラミック基板１０の上面にはウエハ搭載面１１が形成されており、セラミック基板１０の内部には、静電気を発生させるための電極１２が埋設されている。
【００４４】
そして、このセラミック基板１０の下面には、セラミック基板１０を支持する金属部材１３が接合されている。
【００４５】
かかる例では、低熱膨張部材としてのセラミック基板１０は、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素の群から選ばれる少なくとも１種のセラミックスによって形成される。また、高熱膨張部材としての金属部材１３は、ＫＯＶＡＲ、４２アロイ、ステンレスの群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成される。
【００４６】
まず、セラミック基板１０の熱膨張係数と近似する熱膨張特性を有する材料からなる膨張抑制部材１４を準備する。この膨張抑制部材１４としては、セラミック基板１０と同じ材質のセラミックスか、またはセラミック基板１０との熱膨張係数との差が、３×１０−６／℃以下、特に２×１０−６／℃以下、さらには１×１０−６／℃以下の部材が好適に選択される。
【００４７】
そして、この膨張抑制部材１４には、金属部材１３の外周形状と実質的に同じ形状の凹部１５および貫通孔１６が形成されている。より具体的には、凹部の一辺の長さは放熱部材４の一辺の長さ以上、０．０５ｍｍ以下であることが望ましい。これよりも長いと後述する凹部による放熱部材４の熱膨張を抑制する効果が小さくなるためである。
【００４８】
そして、常温において、膨張抑制部材１４に形成された凹部１６、貫通孔１６に金属部材１３を収納、配置し、この金属部材１３の上面に例えば、Ａｇ８０％−Ｃｕ２０％のロウ材からなる接着材１７を塗布し、その上にセラミック基板１０を配置する。そして、この状態で加熱接合温度、上記ロウ材の場合は、約９５０℃付近まで昇温する。
【００４９】
本発明によれば、加熱時、高熱膨張特性を有する金属部材１３は、その周囲がセラミック基板１０と近似した熱膨張係数を有する膨張抑制部材１４によって囲まれているために、金属部材１３の加熱による伸びが抑制されつつ、加熱される。
【００５０】
そして、加熱温度到達時に、前記接着材１７によって、金属部材１３とセラミック基板１０とが加熱接合し、一体化される。その後、室温まで冷却した後、膨張抑制部材１４を取り除くことによって、金属部材１３とセラミック基板１０とを接合し静電チャックを作製することができる。
【００５１】
次に、本発明に係る接合方法の第３の実施態様として、放熱部材を接合したセラミック基板の製造方法について図３に基づき説明する。
【００５２】
この例は、基本構造は図１の接合体と同一であるが、この例においては、図３（ｂ）に示すように、放熱部材４の周囲には、膨張抑制部材５が配置され、この放熱部材４は、膨張抑制部材５に形成された貫通孔５ａ内に焼き嵌めによって一体化されている。
【００５３】
焼き嵌めにあたっては、いずれも接合時に放熱部材４に対して圧縮応力が付与されるように処理することが必要である。上記のような圧縮応力が付与されるには、膨張抑制部材の熱膨張係数が高熱膨張部材よりも熱膨張係数が小さい場合と、大きい場合のいずれでもよい。
【００５４】
膨張抑制部材の熱膨張係数が高熱膨張部材よりも熱膨張係数が小さい場合には、まず、室温で貫通孔５ａの内径が、放熱部材４の外径よりも小さい膨張抑制部材５を準備する。膨張抑制部材５の貫通孔５ａの内径が放熱部材４の外径とほぼ同じとなる温度まで加熱する。そして、この貫通孔５ａ内に室温状態の放熱部材を嵌合し、室温まで冷却することによって、膨張抑制部材が収縮し、放熱部材４の周囲から応力が付与され、放熱部材４には圧縮応力が付与される。
【００５５】
また、逆に、放熱部材４を貫通孔５ａの内径とほぼ同一になるまで冷却した後、室温状態の膨張抑制部材５の貫通孔５ａに放熱部材を嵌合し、室温まで加熱することによって、膨張抑制部材が膨張し、放熱部材４の周囲から応力が付与され、放熱部材４には圧縮応力が付与される。
【００５６】
一方、膨張抑制部材の熱膨張係数が高熱膨張部材よりも熱膨張係数が大きい場合には、放熱部材４と膨張抑制部材５とを所定温度に加熱して膨張抑制部材５の貫通孔５ａの大きさが放熱部材４の外径とほぼ同じになる温度まで加熱しながら、放熱部材４をこの貫通孔５ａ内に嵌め込む。この時の加熱温度はのちの接合温度よりも１００℃以上高い温度であることが望ましい。
【００５７】
その後、これを冷却することによって、膨張抑制部材５は、放熱部材４よりも大きく収縮しようとすることによって、放熱部材４は膨張抑制部材５によって周囲が強固に締められた、つまり焼き嵌めされた状態となる。即ち、放熱部材４と膨張抑制部材５の境界には大きな圧縮応力が付与された状態となる。
【００５８】
次に、図１で説明したように、上記の放熱部材４の上面に、例えば、Ａｇ８０％−Ｃｕ２０％のロウ材からなる接着材７を塗布し、その上でセラミック基板１を配置する。そして、この状態で加熱接合温度、上記ロウ材の場合は、約９５０℃付近まで昇温する。
【００５９】
かかる方法においても、接合加熱時、高熱膨張特性を有する放熱部材４は、その周囲が膨張抑制部材５によって大きな圧縮応力をもって放熱部材４の伸びが抑制されている。
【００６０】
そして、加熱温度到達時に、前記接着材７が溶融し、放熱部材４とセラミック基板１とが加熱接合し一体化される。その後、室温まで冷却することによって、放熱部材４とセラミック基板１との接合体を作製することができる。
【００６１】
作製されたセラミック基板１と放熱部材４との接合体は、接合過程で放熱部材４の膨張が抑制された状態のままで接合されているために、両者間には熱膨張差に起因する熱応力が内在しておらず、セラミック基板１は熱応力的に安定な状態となる。
【００６２】
なお、上記の第３の実施態様においては、放熱部材４と膨張抑制部材５とは、最終的に一体化されるものであることから、膨張抑制部材５は、放熱部材としての機能を兼ね備えていることが望ましい。
【００６３】
以上のように、上記の接合方法は、熱膨張特性が異なる２つの部材の接合を図るものであって、適用される部材としては、上述した例以外にも様々な組み合わせが可能である。特に、本発明によれば、応力に対して破壊が発生しやすいセラミックス、即ち、所定のセラミック粉末を焼成してなる焼結体が少なくとも一方の部材を構成している場合に好適であって、具体的には、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、サーメット、超硬合金、ＢａＴｉＯ３系セラミックス、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３系セラミックス、Ｂｉ層状化合物系セラミックス、タングステンブロンズ構造セラミックス、ＰｂＺｒＴｉＯ３系セラミックスなどのあらゆるセラミックスが挙げられる。また、他の部材としては、銅、アルミニウム、タングステン、鉄、コバール、４２アロイ、ステンレスなど、単一金属、または合金などの金属部材などが挙げられる。
【００６４】
また、組み合わせとしては、セラミックス−セラミックス、金属−金属との組み合わせでも可能である。
【００６５】
【実施例】
実施例１
本発明の有効性を検証する為に、図１に係る放熱部材を搭載したセラミック基板を作製した。セラミック基板１として、外辺５ｃｍ、厚さ０．５ｃｍのアルミナセラミックス（室温〜１０００℃の線膨張係数約８×１０−６／℃）からなる基板と、放熱部材４として外辺３ｃｍの銅（室温〜１０００℃の線膨張係数１８×１０−６／℃）を準備した。また、膨張抑制部材５として、外辺１０ｃｍ、厚さ２ｃｍの前記基板と同一材質のアルミナセラミックス基板を作製し、その表面に、一辺の長さが放熱部材４の外辺＋０．０１ｍｍで深さが０．４ｃｍの凹部を形成した。なお、セラミック基板の放熱部材接合面には、予めタングステンメタライズ層を施し、接合材としてＡｇ８０％−Ｃｕ２０％のロウ材を使用した。
【００６６】
これらを図１に示した様に配置し、室温から昇温して１０００℃の温度にて１０分間加熱した後、冷却した。その後、膨張抑制部材を取り除いた。
【００６７】
そして、セラミック基板の放熱部材との接合面とは反対側の面に対してＸ線を照射してＸ線応力測定装置によって応力を測定した結果、圧縮応力を９０ＭＰａに低減することができた。
【００６８】
比較のために、膨張抑制部材を用いることなく、上記と全く同じ条件でアルミナ基板と銅からなる放熱部材とを接合した結果、セラミック基板１のセラミックスとタングステンメタライズの界面で剥離が発生し、接合が不可能であった。
【００６９】
また、膨張抑制部材として、ジルコニア（室温〜１０００℃の線膨張係数１１×１０−６）を使用した場合も５００ＭＰａの大きな圧縮応力が認められた。これによって、本発明によって低熱膨張部材への応力を大幅に低減できることがわかった。
【００７０】
実施例２
低熱膨張部材および高熱膨張部材として、表１に示す種々の組み合わせで図４に示すように、低熱膨張部材２０と高熱膨張部材２１とを接着材２２を介して接合するに際して、適宜、膨張抑制部材２３を用いて表１の接合温度で接合処理を行なった。そして、接合した低熱膨張部材の高熱膨張部材との接合面とは反対側の面に対してＸ線を照射しＸ線応力測定装置によって応力を測定し、表１に示した。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
表１に示すように、いずれの試料も圧縮応力が観察されたが、本発明によって適正な膨張抑制部材を用いることによって、熱膨張特性が異なるあらゆる２つの部材を内部圧縮応力の発生を抑制しつつ接合することができた。
【００７３】
実施例３
低熱膨張部材および高熱膨張部材として、表２に示す種々の組み合わせで図５に示すように、低熱膨張部材２４と高熱膨張部材２５とを接着材２６を介して接合するに際して、高熱膨張部材２５を膨張抑制部材２７に設けられた貫通孔２７ａ内に表２の温度で焼き嵌めした。なお、嵌めしろは０．５ｍｍとした。
【００７４】
その後、高熱膨張部材２５の表面に表２の接合温度で接合処理を行なった。そして、接合した低熱膨張部材の高熱膨張部材との接合面とは反対側の面に対してＸ線を照射しＸ線応力測定装置によって応力を測定し、表２に示した。
【００７５】
【表２】
2004149401.tif 000004
【００７６】
表２に示すように、いずれの試料も圧縮応力が観察されたが、本発明によって適正な膨張抑制部材を用いることによって、熱膨張特性が異なるあらゆる２つの部材を低膨張部材側への内部圧縮応力の発生を抑制しつつ接合することができた。
【００７７】
【発明の効果】
以上の様に、本発明の接合方法によれば、熱膨張係数の異なる部材の接合において、接合の為に温度が上昇した際に高熱膨張部材の周囲に膨張抑制部材が配置されている為、高熱膨張部材の熱膨張が抑制されており、高熱膨張部材の温度上昇による伸びは結果的に低熱膨張部材と近似した量となり、その状態で高熱膨張部材と低熱膨張部材が接合され、その後冷却されるが、冷却途中の高熱膨張部材の常温からの伸びは膨張抑制部材によって低熱膨張部材の伸びと近似した量となり、常温まで冷却された時に高熱膨張部材と低熱膨張部材の間の熱膨張差に起因して発生する応力を低減することができ、変形や破壊の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合方法の第１の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の接合方法の第２の実施態様を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の接合方法の第３の実施態様を説明するための（ａ）概略断面図と、（ｂ）高熱膨張部材と膨張抑制部材の分解斜視図である。
【図４】本発明の実施例２における接合構造を説明するための概略図である。
【図５】本発明の実施例３における接合構造を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板（低熱膨張部材）
２  配線回路層
３  ビア導体
４  放熱部材（高熱膨張部材）
５  膨張抑制部材
６  凹部
７  接着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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