(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の金属線と、該金属の蒸発操作温度にて融解しない耐熱絶縁材料からなる繊維を用いたチューブとを有し、上記チューブの内部空間に上記金属線を通した構造を備え、上記金属線に電流を印加してその材料を蒸発させ、少なくとも上記チューブに付着させて使用することを特徴とする蒸発型ゲッター。
【請求項２】
上記導電性の金属線は、Ｔｉを主成分とする金属線である、ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発形ゲッター。
【請求項３】
上記金属線のうちの蒸発させたくない領域に位置する上記チューブを上記金属線に密着させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸発形ゲッター。
【請求項４】
上記金属線の端部とその部分に位置する上記チューブとを金具によってカシメることにより、上記チューブを上記金属線に密着させたことを特徴とする請求項３に記載の蒸発形ゲッター。
【請求項５】
上記チューブは、その外部から内部の金属線を見通すことが出来ない程度の繊維密度を有する部分を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の蒸発型ゲッター。
【請求項６】
真空となる容器と、該容器に気密封止接合されて該容器の内側と外側に貫通し、かつ該容器から電気的に絶縁された電流供給端子とを有し、該電流供給端子に請求項１乃至請求項５の何れかに記載の蒸発型ゲッターを接合した構造を有することを特徴とする真空容器。
【請求項７】
上記容器内に、上記蒸発型ゲッターを機構的に支持する支持部を設け、上記蒸発型ゲッターを上記支持部で支持して上記容器内に収納したことを特徴とする請求項６に記載の真空容器。
【請求項８】
上記容器内に遮蔽された空間を設け、上記蒸発型ゲッターを上記空間内に収納したことを特徴とする請求項６に記載の真空容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空環境下で用いるセンサ等の実装に用いるもので、特に小型・廉価な実装に適するゲッターおよびそのゲッターに適した真空容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００３−００４５２４号公報
【非特許文献１】
真空ハンドブック（日本真空技術株式会社発行）
古くは真空管やブラウン管、近年ではマイクロマシン技術を用いて製作されたセンサ類（振動型ジャイロ、遠赤外線センサ、共振形フィルタ）等においては、動作原理として、もしくは、その性能を向上させるために真空容器内に実装することが求められる。真空容器においては、容器内のガスをどんなに排気除去しても、その内壁の吸着ガスが残留して後刻放出されたり、構成部材の封着部分でのガスリークや素材本体における微小な透過ガスが存在することは周知のことである。そして真空封止後の時間経過に従い、上記ガスによって真空容器内の真空度が低下し、上記電子管やセンサの性能を低下させることになる。このため、これら電子部品の真空容器内に「ゲッター」と呼ばれる固体真空ポンプを封入し、上記ガスを除去することによって真空容器内の真空度を維持する技術が適用されてきた。
ゲッターとして広く用いられるのは、蒸発形ゲッター、非蒸発形ゲッターがあり、またこれらにそれぞれ加熱するための電熱ヒータを付加したものとしないものがある。特に、近年盛んに研究開発が進められているセンサ類においては、小型化が求められ、また旧来の電子管のように製造時に部材全体を高温にすることが許されない装置が多いので、真空容器へのゲッター挿入においては手法が限定されている。
ゲッターを小型のパッケージに封入する場合の現実的手法として、
▲１▼非蒸発形ゲッターを加熱して活性化した後に封入する、
▲２▼ヒーター内蔵非蒸発型ゲッターを封入して封止後過熱して活性化させる、
▲３▼蒸発型ゲッターを封入して別体のヒーターで加熱して蒸発させる、
▲４▼蒸発型ゲッター自身を電気ヒータとして蒸発させる、等の方法が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の各方法では下記のような問題があり、小型で安価なゲッターとしては不十分なものであった。
▲１▼は真空装置内で加熱して封入・組立・封止を行うための設備が必要となり、製造装置が複雑かつ大型となるが生産性が高いので大量生産向きであり、少量生産の場合はコスト高となってしまう（特許文献１参照）。
▲２▼はゲッター自体の製造が難しく非常に高価であるために、真空容器としてもコストダウンが困難である。
▲３▼は蒸発型ゲッターが高価なだけでなく、熱容量が大きいので、小さな部分には入れられない、等の問題がある。
▲４▼はチタンゲッタポンプ若しくはチタンサプリメーションポンプ（非特許文献１の第９０頁参照）と呼ばれる真空排気用のポンプと原理は同じで、真空中で蒸着された金属の清浄表面にはガス分子が吸着結合して補足され、結果として真空排気される原理を用いる。
小型の真空容器に低コストでゲッターを挿入するためにはゲッター材そのものの低コスト化が可能な▲４▼の手法が最も適すると考えられる。しかし、この場合の真空容器内では、例えばチタン合金線を蒸発源とし、これに直接通電してチタンを加熱蒸発させることと、蒸発チタンを付着させる蒸発源周囲の壁面と、蒸発金属が拡散することによる他の構成部材への影響を排除する遮蔽板と、さらに蒸発源と周囲との電気的絶縁が要求される。そのため小型化した場合には蒸発源が細線となって、従来のポンプと同様の蒸発源を自立させた構造は用い難い、という問題があった。
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、構造が簡単で小型化および製造が容易なゲッターおよびそれに適した真空容器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、導電性の金属線（例えばＴｉを主成分とする金属）と、該金属の蒸発操作温度にて融解しない耐熱性と電気的絶縁性を有する材料からなる繊維を用いたチューブとを有し、上記チューブの内部空間に上記金属線を通した構造を備え、上記金属線に電流を印加してその材料を蒸発させ、少なくとも上記チューブに付着させて使用するように構成している。
【０００５】
【発明の効果】
本発明においては、絶縁性のチューブにより高温となる金属線を包むので、加熱時の金属線を保温しながら金属線を蒸発させることが出来る。そのため、絶縁構造が簡単で製造が容易になり、小型で安価となる。また、チューブは繊維を用いるので表面積が大きく、蒸着面積が大きく取れるので、排気速度を向上させることが出来る等の効果が得られる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。なお、以下の図は形態の一例を示すもので、その寸法比等は限定されるものではない。
図１は、第１の実施例図であり、本発明のゲッター材料となる金属線１を耐熱性の絶縁材料からなる織物のチューブ２で被覆した構造を示す斜視図である。なお、図１においてはゲッター３の端部の一方を描画している。
【０００７】
図１において、金属線１はチタン、ジルコニウム、バナジウム、鉄、アルミニウム、金属バリウム等の従来からガスを吸着する性能が高い材料の単一材もしくは合金、あるいは、モリブデン、タンタル、ニッケル等の構造材となる材料との合金からなる。
ゲッターとなる金属線は、前記非特許文献１に記載のチタンサブリメーションポンプ用材料として、あるいはサエス社カタログにもあるような非蒸発形ゲッター材料として知られているものである。
【０００８】
本実施例においては、例えばチタンとモリブデンの合金を、太さ２００μｍの金属線１として用いた。
上記の金属線１としてい用いた合金の操作と作用に関しては古くから知られるものであるが以下に簡単に述べる。
金属線１に真空中で電流を印加してその電気抵抗により発熱させると、１０００℃程度からチタンが蒸発し始める。真空中で蒸発したチタンは、真空容器内に残留する空気の分子と結合して周囲に付着したり、結合せずに活性なチタン膜を周囲の壁面に形成した後に、飛来する空気分子を捕捉する。なお、金属線への電流印加はパルス的に行われることが多い。
【０００９】
本実施例においては、金属線１の周囲にチューブ２を被覆する。つまりチューブ２の内部空間に金属線１を通した構造を有している。
本構造はヒータ線の接続に用いられる「ガラスシース」と呼ばれる被覆に構造が類似しているが、ガラスシースは耐熱温度が５００℃程度しかなく、本発明におけるゲッター蒸発温度では溶解してしまい、被覆材料とならない。そのため、本実施例においては、アルミナセラミクス繊維を、直径１ｍｍのチューブ状に編んだ物を用いた。
【００１０】
アルミナセラミクス繊維には、例えば三菱鉱山マテリアル社の商品名「アルマックス」や三菱化学産資株式会社の商品名「マフテックファイバー」などがある。ゲッター材がチタンの場合は、１４００℃程度までの耐熱温度があれば実用上十分であり、上記の物質は十分な耐用性を有する。
なお、高温で電気的絶縁性を有し、溶解しない材料であればアルミナ繊維以外の材料でも使用出来る。
【００１１】
上記の金属線１とチューブ２とにより構成される本ゲッター３は、電流印加によって自己発熱させる。そのため、金属線１と電流供給端子との接続部（ゲッターの端部）では、金属線１を電気的に接続する必要があるが、金属線１を接続するために、チューブ２の被覆を無くして金属線１を剥き出しにすると、金属線１が加熱された際に、気化された材料がチューブ２の外部に放出されてしまい、それが付着することによって電流供給端子と周辺部との絶縁性が低下するおそれがある。
図２は、上記の問題に対処するための構造を示す図であり、図２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）は断面図である。
【００１２】
図２に示すように、圧着端子様の金具４を用いてチューブ２の端部４１をカシメると共に、金属線１も別箇所４２でカシメて該金具４と電気的に接続する。そして電流供給端子へは上記金具４を用いて接続する。なお、金具４の材料としては、例えば４−２アロイを用いることができる。つまり、金属線１のうちの蒸発させたくない領域に位置するチューブ２を金属線１に密着させたものである。このように構成することにより、電流供給端子付近でゲッター材が蒸発して電流供給端子近傍に付着することによる絶縁低下を防止することが出来る。
【００１３】
次に、本ゲッターの使用方法について、円盤状の真空容器に実装する場合を例として説明する。
図３は、真空容器のキャップを取り除いた状態、つまり、センサチップ５とゲッター３を取り付けたステム６の部分を示す斜視図である。この上を破線で示すキャップ６３で覆い、内部を真空とすることにより、真空容器となる。
この真空容器は、コバール、ステンレス、４−２アロイ、真空用アルミニウム等のガス透過の小さい材料を用いて、内部を真空に保つために、ステム６とキャップ６３とを気密接合して形成している。
ハーメチック端子６１を配置したステム６の中心部には、例えばシリコン半導体プロセスを用いて形成したセンサチップ５をステム６の中心にダイボンドし、センサチップ５の周囲のハーメチック端子６１にワイヤボンディング７により電気的接続を行った。
【００１４】
本実施例ではセンサチップサイズに対して周囲に余裕を持たせて、可能な限り薄型に実装する例として、ゲッター３はセンサチップの電気的接続に用いるハーメチック端子６１の周囲に配置し、同様に周囲に設置したハーメチックの電流供給端子６２に超音波溶接で接続した。なお、ハーメチック端子６１および電流供給端子６２とステム６とは当然電気的に絶縁されている。
【００１５】
その後、真空中でキャップ６３（図３ではゲッターを図示するため、キャップ外形は破線で、外壁面は素通しで描画）をステム６に合せて周囲を気密溶接して、容器が完成する。
真空中の溶接時あるいは上記気密溶接後、電流供給端子６２を介してゲッター３に電流を印加してチタンを蒸発させて、ゲッターを活性化させる。
この際、織物で作成したチューブでは、チューブ２の長さを選ぶことにより、図４に示したように、ゲッター３が円形に湾曲するので、織物で形成したチューブ内周側は目が詰る（２１）。このとき目の詰まった部分２１では外部から見通すことが出来ない程度の繊維密度にしておくと、金属線１のチタンが蒸発した場合に、センサチップ５が配置されている内側方向はチタン蒸気がチューブ２の繊維に付着して周囲には着き回らない。一方、チューブの外周側は目が荒くなるので（２２）、蒸発したチタン蒸気はチューブの繊維に付着するほかにチューブの繊維の目を通過して真空容器の外周壁内側にも蒸着される。なお、図４では、上記の作用が判りやすように、チューブ２を構成する縦横の繊維のうち、一方向の繊維のみを描画している。
【００１６】
上記の作用により、蒸発したチタンが付着するのは主に繊維上となる。繊維はその体積に対して非常に広い表面積を有するため、チタンの蒸着面積は非常に広い。蒸発形ゲッターの吸着原理より金属蒸着面積が広いほど吸着の効率が向上する。したがって、本ゲッターは細いチューブを用いるのにもかかわらず排気速度を確保することが出来る。
また、チューブ外周から飛び出した蒸気も、外周壁で蒸着膜となって吸着に寄与するだけでなく、蒸着面は母材からのガス放出が抑制されるため真空度維持にも好都合である。
なお、図２に示した金具４は必ずしも必要ではなく、金属蒸気の付着対策を施すことが出来るのであれば、金属線１を直接電流供給端子に接合しても一向に差し支えない。
【００１７】
以上、本発明に係るゲッターでは、基本的にゲッターとなる金属線と耐熱性の絶縁繊維で作成したチューブとで構成されるので、非蒸発型ゲッターの様にゲッター材料合金の微粉末を作成する必要も無く、安価な材料と容易な手法で製造できるので基本的にコストが低く、また取り付けに必要な真空容器も複雑に成り勝ちな絶縁のための加工が不要に成るので、ゲッターのコストダウンおよび真空容器のコストダウンを同時に図ることができる。
【００１８】
次に、図５は、本発明の第２の実施例を示す斜視図である。本実施例は第１の実施例で説明したゲッター３を機構的に支持して３次元的にセンサチップ等の真空実装を行うものである。
本発明に係るゲッター３は小型の真空容器に用いるので、活性化時に周囲に熱影響を及ぼさない様に用いるため熱容量を極力小さくしたい。従って必然的に金属線１は第１の実施例のように非常に細いものとなる。よって機械的強度が不足しがちになるので、ゲッター３をセンサチップ等の上方に設置する場合には、機構的に支持する必要がある。例えばゲッター３をステム６の面から離して設置したい場合のように、ゲッター３を触れさせたくない部分から隔離して設置する場合に本実施例を適用する。
【００１９】
図５はキャップを溶接する前において、ゲッター３を取り付けた状態のステムを示す。支持具８は、例えば金属で形成され、ステム６の内周に沿った円環状の部分から、円の内側に向かって複数の枝状の支持部材が延びた形状を有している。この複数の枝状の支持部材の上にゲッター３を円形に曲げて配設している。
ゲッター３は金属蒸気がチューブ２の外部に飛散しないよう網の目を密にせねばならないが、織物なので機密性は無く、真空排気は問題なく行われる。
また、真空中なので、通電により高温となる金属線１からの熱は放射熱のみが問題となるが、これは耐熱絶縁材料のチューブ２で遮断されるので、他の容器内のセンサチップ５等の部品に害を及ぼすことはない。
また、この場合、金属線１はチューブ２により電気的に絶縁されているので、支持具８に載せるだけで絶縁と共に機械的支持が出来るので、真空容器の耐震性等の機械的信頼性向上が容易に図られる。したがって構造が簡単で安価な真空容器を実現出来る。
【００２０】
なお、実施例１および２において、チューブ２は、その外部から内部の金属線１を見通すことが出来ない程度の繊維密度を有する部分を設けている。つまり、ゲッターを円形に曲げて載置すると、内側の繊維が密になって目がつまり、見通すことが出来ない程度になる。金属線から蒸発金属が放出される際には、蒸気は直線的に移動する。真空容器においては、一般に容器の中心側にセンサチップ等の内蔵物が配置され、周辺部は壁面のみとなる。したがって容器外周に沿って円形にゲッター３を設置すれば、円形のチューブ２の繊維密度は内周側が自動的に高くなって金属蒸気をチューブ２で捕捉し、外周側は繊維密度が低くなって織り目から金属蒸気が放出され、真空容器内壁がＴｉコートされて蒸着面となるだけでなく、壁面からのガス放出も抑制することができる。つまり、金属蒸着されては支障がある部位に当る方向の繊維密度を高くして蒸気をチューブ２に全て付着させ、支障の無い部分は周囲の真空容器内壁にも付着させる。
【００２１】
次に、図６は、本発明の第３の実施例を示す斜視図である。なお、内部構造を説明するためにキャップ６３の手前部分約４分の１を切り取って図示し、かつ、キャップ６３を透明状に表示している。
本実施例はゲッター３を遮蔽空間に設置するもので、金属蒸気の着き回り防止を重視したものである。図６において、遮蔽板９は、ステム６内の中心部分（センサチップ５の搭載部分）と外周部とを分けるように、ステム６の円周に沿った円環状をしており、かつ、円環の縦方向の途中に段差を設けている。この段差は、図５の支持具８と同様の機能を有するものであり、この段差にゲッター３を円形に曲げて配設する。
なお、遮蔽板９は、ゲッター３から飛散する金属蒸気に対して中心部を遮蔽するものであり、気密構造にするものではない。
【００２２】
この実施例においても、ゲッター３は金属線１を絶縁性のチューブ２が包んでいるので、絶縁構造が不要であり、ゲッター３を段差に直接載置すればよい。  また、この実施例の場合には、遮蔽板９を設けてゲッター３から飛散する金属蒸気に対して中心部を遮蔽しているので、前記図５の実施例のように、チューブ２の繊維の目の細かさを管理する必要は無く、信頼性が高い真空容器を低コストで実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるゲッターを示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施例におけるゲッターの接続部分を示す図であり、（Ａ）はゲッター端部の斜視図、（Ｂ）はゲッター端部の断面図。
【図３】本発明の第１の実施例におけるゲッターを設置した真空容器のステムを示す斜視図。
【図４】本発明の第１の実施例におけるゲッターのチューブの繊維の目の変化を説明するための斜視図。
【図５】本発明の第２の実施例における真空容器を示す斜視図。
【図６】本発明の第３の実施例における真空容器を示す斜視図。
【符号の説明】
１…金属線                              ２…チューブ
２１…チューブの繊維の目が詰まった部分
２２…チューブの繊維の目が粗くなった部分
３…蒸発型ゲッター                      ４…金具
４１…金具４上のチューブ２のカシメ部分
４２…金具４上の金属線１のカシメ部分
５…センサチップ                        ６…ステム
６１…ハーメチック端子                  ６２…ハーメチックの電流供給端子
６３…真空容器のキャップ                  ７…ワイヤボンディング
８…支持具                              ９…遮蔽板
【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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【図６】
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