(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子の接合構造であって、導電性セラミックの電極端子との接合部および該接合部と接する電極端子に厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜が形成されるとともに、該Ｎｉ膜の表層部が厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜で被覆され、該Ａｕ膜の間にろう材が介在して導電性セラミックと電極端子とが接合されていることを特徴とする導電性セラミックと電極端子の接合構造。
【請求項２】
前記電極端子が、Ｃｏを１５〜２０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ系合金からなることを特徴とする請求項１記載の導電性セラミックと電極端子の接合構造。
【請求項３】
アルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子を接合する方法において、導電性セラミックの電極端子との接合部および電極端子の表面に、無電解Ｎｉメッキにより厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜を形成し、該Ｎｉ膜の表層部をＡｕ置換して厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜を形成し、該Ａｕ膜を介して導電性セラミックと電極端子とをろう付けすることを特徴とする導電性セラミックと電極端子の接合構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくに冷却媒体中で用いられるアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子の接合構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷却媒体中で用いられるアルミノ珪酸塩を主成分とする導電性セラミックに電極端子を接合する方法としては、導電性セラミックの電極端子との接合部をエッチング処理またはサンドブラスト処理した後、Ｃｕ−Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕなどの金属を溶射して電極を形成し、この電極に、Ｎｉメッキを施したＣｕ−Ｚｎ合金やＣｕ製の電極端子をろう付けする方法、導電性セラミックの電極端子との接合部をエッチング処理またはサンドブラスト処理した後、無電解ＮｉメッキによりＮｉ膜を形成して電極を構成し、この電極に、Ｎｉメッキを施したＣｕ−Ｚｎ合金やＣｕ製の電極端子をろう付けする方法が適用されている。
【０００３】
しかしながら、前者の方法においては、金属溶射により形成された電極の密着性が必ずしも十分でないため、電極端子との接合後に、導電性セラミックの界面より剥離するという問題があり、後者の方法においては、無電解Ｎｉメッキにより形成されたＮｉ膜は、ろう材との濡れ性が劣るため、電極端子との間に信頼性の高い接合強度が得られないという難点がある。
【０００４】
電極端子を接合するセラミック基材の表面に、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ｔｉ合金などからなる活性金属ろうを用いてメタライジング層を形成し、このメタライジング層と電極端子との間にＡｇろう、Ｃｕろうなどのろう材を介在させて接合する方法が提案されている（特開２０００−２８６０３８号公報）が、活性金属ろうを用いた場合には、接合時、高温に加熱することが必要となるため、固有抵抗など、導電性セラミックの電気特性に悪影響を及ぼすことが少なくない。セラミックと電極端子との接合に銀ペーストを用いることも提案されている（特開２０００−２７７３０２号公報）が、接合強度の点でなお問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、導電性セラミック、とくに冷却媒体中で用いられるアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子との接合における上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、導電性セラミックと電極端子との接合強度が高く、信頼性のある接合部を形成することができ、導電性セラミックと電極端子を接合してなる導電性セラミック抵抗体ユニットの電気特性を長期間にわたって維持することを可能とする導電性セラミックと電極端子の接合構造およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１による導電性セラミックと電極端子の接合構造は、アルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子の接合構造であって、導電性セラミックの電極端子との接合部および該接合部と接する電極端子に厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜が形成されるとともに、該Ｎｉ膜の表層部が厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜で被覆され、該Ａｕ膜の間にろう材が介在して導電性セラミックと電極端子とが接合されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２による導電性セラミックと電極端子の接合構造は、請求項１において、前記電極端子が、Ｃｏを１５〜２０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ系合金からなることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３による導電性セラミックと電極端子の接合構造の製造方法は、アルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子を接合する方法において、導電性セラミックの電極端子との接合部および電極端子の表面に、無電解Ｎｉメッキにより厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜を形成し、該Ｎｉ膜の表層部をＡｕ置換して厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜を形成し、該Ａｕ膜を介して導電性セラミックと電極端子とをろう付けすることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、電極端子と接合する導電性セラミックは、冷却媒体中で用いられるアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックであり、電極端子と接合する電極部は、Ｎｉ膜の形成に先立ってサンドブラスト処理または化学的エッチング処理によって表面改質を行い、電極施工部分に微細な凹凸を形成しておくことが好ましい。
【００１０】
ついで、電極施工部分に、無電解Ｎｉメッキにより厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の表層部をＡｕ置換して、Ｎｉ膜を覆う厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜を形成する。Ｎｉ膜の厚さが５μｍ未満では、Ｎｉ膜にピンホールが生じ導電性セラミックの素地を完全に覆うことができず、Ｎｉ膜の厚さが２０μｍを越えると、導電性セラミックの素地との間で部分的な剥離が生じるおそれがある。Ａｕ膜が０．０５μｍ未満では、ピンホールが生じＮｉ膜を完全に被覆することが難しくなり、０．２μｍを越えると効果が飽和する。
【００１１】
また、電極端子の表面にも無電解Ｎｉメッキにより厚さ５〜２０μｍのＮｉ膜を形成し、該Ｎｉ膜の表層部をＡｕ置換して厚さ０．０５〜０．２μｍのＡｕ膜を形成し、Ａｕ膜を介して導電性セラミックと電極端子とをろう付けするのが好ましく、この手段によって、接合強度に優れた信頼性の高い接合構造を得ることができる。Ｎｉ膜の厚さが５μｍ未満では、Ｎｉ膜にピンホールが生じ電極端子を完全に覆うことができず、Ｎｉ膜の厚さが２０μｍを越えると、電極端子との間に剥離が生じ易くなる。Ａｕ膜の厚さが０．０５μｍ未満ではＡｕ膜にピンホールが生じ易く、０．２μｍを越えると効果が飽和する。
【００１２】
上記のＡｕ膜を介して導電性セラミックと電極端子とをろう付けする。電極端子の材質としては、Ｆｅおよび／またはＮｉを主要成分とする金属、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金などのＣｕ合金などにより形成されることができるが、Ｃｕ、Ｃｕ合金製の電極端子を用いた場合には、条件によっては、ろう付け後、接合部に剥離が生じることがある。本発明における電極端子は、Ｃｏを１５〜２０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ系合金で形成するのは最も好ましく、安定性のある接合部を得ることができる。ろう材としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ａｇ系、Ｃｕ系などのろう材が適用できる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
実施例１
アルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミック抵抗体素地の電極施工部分を、サンドブラスト処理を行って表面改質して微細な凹凸を形成した後、この部分に無電解Ｎｉメッキにより厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の最表層部をＡｕ置換して厚さ０．１μｍのＡｕ膜を形成した。Ａｕ膜はＮｉ膜の表面を覆って形成されていた。
【００１５】
導電性セラミックに接合すべきＣｏ１７重量％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金製の電極端子にも、同様にして無電解Ｎｉメッキによる厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の最表層部をＡｕ置換して厚さ０．１μｍのＡｕ膜を形成した。
【００１６】
ついで、導電性セラミックの電極施工部分のＡｕ膜と、電極端子のＡｕ膜とをＳｎ−Ａｇ系ろう材を用いて接合し、形成された接合部にクロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分の三点曲げ荷重を加え、接合強度を測定し、接合部の信頼性を評価した。結果を表１に示す。
【００１７】
実施例２
実施例１と同じアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミック抵抗体素地の電極施工部分を、アルカリ溶液によりエッチング処理して表面改質し、微細な凹凸を形成した後、この部分に無電解Ｎｉメッキにより厚さ１５μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の最表層部をＡｕ置換して厚さ０．１５μｍのＡｕ膜を形成した。Ａｕ膜はＮｉ膜の表面を覆って形成されていた。
【００１８】
導電性セラミックに接合すべきＣｏ１７重量％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金製の電極端子にも、同様にして無電解Ｎｉメッキによる厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の最表層部をＡｕ置換して厚さ０．１μｍのＡｕ膜を形成した。
【００１９】
ついで、導電性セラミックの電極施工部分のＡｕ膜と、電極端子のＡｕ膜とをＳｎ−Ａｇ系ろう材を用いて接合し、形成された接合部にクロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分の三点曲げ荷重を加え、接合強度を測定し、接合部の信頼性を評価した。
【００２０】
比較例１
実施例１と同じアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミック抵抗体素地の電極施工部分を、サンドブラスト処理して表面改質し、微細な凹凸を形成した後、この部分に無電解Ｎｉメッキにより厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成した。
【００２１】
導電性セラミックに接合すべき実施例１と同じＣｏ１７重量％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金製の電極端子にも、同様にして無電解Ｎｉメッキによる厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成した。
【００２２】
ついで、導電性セラミックの電極施工部分のＮｉ膜と、電極端子のＮｉ膜とをＳｎ−Ａｇ系ろう材を用いて接合し、形成された接合部にクロスヘッドスピード０．５ｍｍ／分の三点曲げ荷重を加え、接合強度を測定し、接合部の信頼性を評価した。
【００２３】
比較例２
実施例１と同じアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミック抵抗体素地の電極施工部分を、アルカリ溶液によりエッチング処理して表面改質し、微細な凹凸を形成した後、この部分に無電解Ｎｉメッキにより厚さ２５μｍのＮｉ膜を形成し、Ｎｉ膜の最表層部をＡｕ置換して厚さ０．１μｍのＡｕ膜を形成した。Ａｕ膜はＮｉ膜の表面を覆って形成されていた。
【００２４】
導電性セラミックに接合すべき実施例１と同じＣｏ１７重量％を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金製の電極端子にも、同様にして無電解Ｎｉメッキによる厚さ１０μｍのＮｉ膜を形成した。
【００２５】
ついで、導電性セラミックの電極施工部分のＡｕ膜と、電極端子のＮｉ膜とをＳｎ−Ａｇ系ろう材を用いて接合したところ、冷却直後、導電性セラミック抵抗体素地と電極端子との界面に剥離が生じた。
【００２６】
【表１】
0004953112.tif 000002
【００２７】
表１に示すように、本発明に従う実施例１〜２のものは、いずれも接合状態は良好で、剥離を生じることがなく、長期間にわたって電気特性を維持し得る優れた接合強度をそなえている。一方、Ａｕ膜を形成しない比較例１のものは、接合状態は良好であったが、接合強度が十分でない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、とくに冷却媒体中で用いられるアルミノ珪酸塩を主成分とする開気孔率が１％未満の導電性セラミックと電極端子との接合において、接合強度が高く、信頼性のある接合部を形成することができ、導電性セラミックと電極端子を接合してなる導電性セラミック抵抗体ユニットの電気特性を長期間にわたって維持することを可能とする導電性セラミックと電極端子の接合構造およびその製造方法が提供される。