(57)【要約】  電気的フィードスルー又は終端ユニットは、セラミック本体と、該セラミック本体の第１の端部内のボアの中に延びる第１の部分を有する中空アルミニウム構造体とを含み、中空アルミニウム構造体は、ボアの内面にろう付けされて中空アルミニウム構造体とセラミック本体との間の気密シールを形成する。中空アルミニウム構造体は、セラミック本体から延びる第２の部分を有する。導電体は、中空アルミニウム構造体を貫通して延びる第１の端部分と、セラミック本体の第２の端部へ延びる第２の端部分とを有する。絶縁された電気的フィードスルー又は電気的終端ユニットを作る方法が提供される。【選択図】図１１
2021500709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと共に使用するための電気的フィードスルーであって、
第１の端部及び第２の端部を有するセラミック本体であって、ボアが、前記第１の端部を貫通して延びて前記セラミック本体の内面によって形成されている、セラミック本体と、
前記ボアの中に延びる第１の部分を有し、前記セラミック本体との間で気密シールを形成するために前記内面にろう付けされ、前記セラミック本体から延びる第２の部分を有する、中空アルミニウム構造体と、
前記中空アルミニウム構造体を貫通して延びる第１の端部分と、前記セラミック本体の前記第２の端部に延びる第２の端部分とを有する導電体と、を備える、
ことを特徴とする電気的フィードスルー。
【請求項２】
前記セラミック本体の前記第２の端部に接合された金属エンドキャップをさらに備え、前記導電体の前記第２の端部分は、前記エンドキャップに接合される、
請求項１に記載の電気的フィードスルー。
【請求項３】
前記セラミック本体の前記第２の端部は、前記第２の端部を貫通して延びかつ前記ボアと連通する追加のボアを備え、前記導電体の前記第２の端部分は、前記追加のボアの中で前記セラミック本体の前記第２の端部に接合されている、
請求項１に記載の電気的フィードスルー。
【請求項４】
前記空アルミニウム構造体は、アルミニウム管である、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気的フィードスルー。
【請求項５】
前記セラミック本体は、環状でありかつ長手方向中心軸線を備え、前記ボアは、前記長手方向中心軸線上で軸方向に位置決めされている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気的フィードスルー。
【請求項６】
前記中空アルミニウム構造体の前記アルミニウムは、８９重量％アルミニウムより大きいアルミニウム、９２重量％アルミニウムより大きいアルミニウム、９８重量％アルミニウムより大きいアルミニウム、９９重量％アルミニウムより大きいアルミニウム、９９．５重量％アルミニウムより大きいアルミニウム、９９．９９重量％アルミニウムより大きいアルミニウムから成る群から選択されるアルミニウムを含む、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気的フィードスルー。
【請求項７】
前記電気的フィードスルーは終端ユニットである、
請求項１または２に記載の電気的フィードスルー。
【請求項８】
チャンバ壁を有する真空チャンバと共に使用するための電気的フィードスルーであって、前記中空アルミニウム構造体の前記第２の部分は、前記チャンバ壁と気密結合するようになっているフランジに接合される、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電気的フィードスルー。
【請求項９】
絶縁された電気的フィードスルー又は電気的終端ユニットを製造するための方法であって、
第１の端部及び第２の端部を有するセラミック部品であって、ボアが前記セラミック部品の中に第１の端部から延びて内面を形成する、セラミック部品を準備するステップと、
前記ボアの中にアルミニウムを置いて前記ボアの中にアルミニウムをろう付けし、前記ボアの中に該ボアの内面と気密接合しかつ中心部を有するアルミニウム構造体を生成し、前記アルミニウム構造体の前記中心部を除去して前記アルミニウム構造体を貫通する通路を生成するステップと、
前記アルミニウム構造体の周りの前記第１の端部における前記セラミック部品の一部を除去して前記アルミニウム構造体の外面の一部を露出させて、これにより前記セラミック部品の内面に気密接合されかつ前記セラミック部品の前記第１の端部から延びる中空アルミニウム構造体をもたらすステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
中空アルミニウム構造体を貫通して延びる少なくとも１つの導電体を準備するステップをさらに含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの導電体は、前記中空アルミニウム構造体から電気的に絶縁される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記セラミック部品は環状であり、前記環状セラミック部品の前記第２の端部にエンドキャップをろう付けして、前記少なくとも１つの導電体を前記エンドキャップに接合するステップをさらに含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルミニウム構造体は、アルミニウム棒である、
請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記中空アルミニウム構造体はアルミニウム管である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ろう付けステップは、７７０℃又はそれ以上、８００℃又はそれ以上、及び７７０℃から１２００℃の範囲から成る群から選択された温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む、
請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ろう付けステップは、１×１０Ｅ−４トル又はそれ以下及び５×１０Ｅ−５トル又はそれ以下から成る群から選択された圧力でアルミニウムをろう付けするステップを含む、
請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記アルミニウムは、８９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウム、９２重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウム、９９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウム、９９．５重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウム、９９．９９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムから成る群から選択されたアルミニウムを含む、
請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１７年１０月２４日出願のＥｌｌｉｏｔ他の米国出願番号６２／５７６，０８３の優先権を主張するものであり、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、電気コネクタに関し、より詳細には、真空チャンバと共に使用するための電気コネクタに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気的フィードスルーは、一般的に真空チャンバ内の装置と真空チャンバの外部に配置された機器との間で電力及び電気信号を伝送するために使用される。例えば、熱蒸発源や基板ヒーターなどの真空チャンバ内の一部の装置は、真空チャンバの外部からの電力を必要とする。加えて、温度センサや測定装置などの真空チャンバ内の一部の装置は、真空チャンバの外部の機器に分析用の信号を送る必要がある。
【０００４】
これらの環境用の電気的フィードスルーは、一般に、真空チャンバの壁に取り付けられた気密通路である。電気的フィードスルーの中には１又は２以上の導体を設けることができる。各導体は、チャンバの壁から絶縁状態にするために絶縁体で取り囲まれる。絶縁体は、ガラス又はセラミック材とすることができる。
【０００５】
一部の電気的フィードスルーは、標準コネクタに使用されるガラス金属シールを有する。一部の他の手法では、金属フランジに取り付けられたセラミック金属ろう付けピンを用いる。多くの電気的フィードスルーは、セラミック絶縁体の金属の熱膨張係数に適合するためにコバールを使用している。コバールは、溶接に関して費用のかかる電子ビーム溶接を使用する必要があるという可能性を含む、明白な欠点がある。
【０００６】
他の用途において、アルミニウムとすることができる金属導管は、プラグなどのセラミック構造体に気密接合する必要がある。この金属導管によって、電力又は遠隔測定リード線などの接合被覆要素は、金属導管に気密接合された被覆をもつことが可能になり、同時にセラミックを貫通して気密シールされた通路を通ってリード線を配線することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
セラミック絶縁体に対して熱膨張が良好に適合する材料を使用しかつ安価に製造することができる電気的フィードスルーが必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の電気的フィードスルーの斜視図である。
【図２】従来の電気的フィードスルーの断面図である。
【図３】従来の電気的フィードスルーの断面図である。
【図４】本発明の実施形態のろう付け組立体の斜視図である。
【図５】図４のろう付け組立体の端面図である。
【図６】図５の６−６線に沿った図４のろう付け組立体の断面図である。
【図７】本発明の実施形態の後続ろう付け組立体の端面図である。
【図８】図７の８−８線に沿った後続ろう付け組立体の断面図である。
【図９】図７の後続ろう付け組立体の斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態の電気的終端貫通部材の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の電気的終端貫通部材の断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の貫通部材の第１の製造ステップの断面図である。
【図１３】本発明の実施形態の貫通部材の第２の製造ステップの断面図である。
【図１４】本発明の実施形態の貫通部材の第３の製造ステップの断面図である。
【図１５】本発明の実施形態の貫通部材の第４の製造ステップの断面図である。
【図１６】本発明の実施形態の貫通部材の第５の製造ステップの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
真空チャンバと共に使用するための電気コネクタが提供される。電気コネクタは、電気的フィードスルー及び終端ユニットを含むことができる。電気コネクタは、例えば第１の端部及び第２の端部を有するセラミック本体を含むことができる。ボア又は穴は、第１の端部を貫通して延び、セラミック本体の内面で形成することができる。ボアの中に延びる第１の部分を有する中空アルミニウム構造体を設けることができる。中空アルミニウム構造体は、例えばろう付けによってセラミック本体の内面に接合することができ、中空アルミニウム構造体とセラミック本体との間に気密シールを形成するようになっている。中空アルミニウム構造体は、セラミック本体から延びる第２の部分を有することができる。少なくとも１つの導電体を設けることができ、これは中空アルミニウム構造体を貫通して延びる第１の端部分とセラミック本体の第２の端部に延びる第２の端部分とを有する。
【００１０】
電気コネクタは、随意的にセラミック本体の第２の端部に接合された金属エンドキャップを含むことができる。導電体の第２の端部分は、随意的にエンドキャップに接合することができる。随意的に電気コネクタを設けることができ、ここでは、セラミック本体の第２の端部はこれを貫通しかつ上記ボアと連通する追加のボアを備える。導電体の第２の端部分は、随意的に追加のボアの中でセラミック本体の第２の端部に接合することができる。
【００１１】
中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、何らかの適切な重量とすることができる。例えば、アルミニウムは、随意的に８９重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９２重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９８重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．５重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．９９重量％よりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に金属アルミニウムと呼ぶこと又は金属はアルミニウムから成ることができる。
【００１２】
電気コネクタを製造する方法が提供される。電気コネクタは、電気的フィードスルー又は電気的終端ユニットとすることができる。本方法は、第１の端部及び第２の端部を有するセラミック部品を準備するステップを含むことができる。ボア又は穴は、第１の端部からセラミック部品に延びること及び内面で形成することができる。本方法は、ボアの中にアルミニウムを置く又は位置付けるステップを含むことができる。本方法は、例えばアルミニウムをボア又は穴の中にろう付けすることで、アルミニウムをボア又は穴の内面に接合して、ボアの中に、該ボアの内面に気密接合されたアルミニウム構造体を生成するステップを含むことができる。アルミニウム構造体は、中心部を含むことができる。本方法は、随意的にアルミニウム構造体の中心部を除去してアルミニウム構造体を貫通する通路又はボアを生成することができる。本方法は、随意的に第１の端部においてアルミニウム構造体の周りのセラミック部品の一部を除去するステップを含むことができる。除去ステップは、随意的にアルミニウム構造体の一部の外面を露出させるステップを含むことができる。本方法は、随意的にセラミック部品の内面に気密接合してセラミック部品の第１の端部から延びる中空アルミニウム構造体をもたらすステップを含むことができる。
【００１３】
本方法は、随意的に中空アルミニウム構造体を貫通して延びる少なくとも１つの導電体を準備するステップを含むことができる。少なくとも１つの導電体は、随意的に中空アルミニウム構造体から電気的に絶縁することができる。セラミック部品は、随意的に環状とすることができる。本方法は、随意的に環状セラミック部品の第２の端部にエンドキャップをろう付けして、少なくとも１つの導電体をエンドキャップに接合するステップを含むことができる。アルミニウム構造体は、随意的にアルミニウム棒とすることができる。中空アルミニウム構造体は、随意的にアルミニウム管とすることができる。
【００１４】
アルミニウムは、例えばろう付けで、何らかの適切な温度に加熱することでボア又は穴の内面に接合することができる。アルミニウムは、随意的に少なくとも７７０℃以上の温度に加熱することができる。アルミニウムは、随意的に少なくとも８００℃以上の温度に加熱することができる。アルミニウムは、随意的に７７０℃から１２００℃の範囲の温度に加熱することができる。アルミニウムは、随意的に１１００℃の温度に加熱することができる。アルミニウムは、随意的に８００℃から１２００℃の範囲の温度に加熱することができる。
【００１５】
例えばろう付けでアルミニウムをボア又は穴の内面に接合するための雰囲気である接合雰囲気は、何らかの適切なタイプとすることができる。例えば、接合雰囲気は、随意的に非酸化性とすることができる。接合は、随意的に何らかの適切な真空中で、例えば、１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力の真空中で、１×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力の真空中で、又は５×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力の真空中で生じる。さらに、酸素除去は、随意的にプロセスチャンバ内にジルコニウム又はチタニウムを設置することで達成することができる。例えば、ジルコニウム内室は、随意的に接合される要素の周りに位置付けることができる。真空以外の雰囲気は、随意的に気密シールを達成するため用いることができる。例えば、アルゴン（Ａｒ）雰囲気は、随意的に気密接合を達成するために用いることができる。他の希ガスは、随意的に気密接合を達成するために用いることができる。水素（Ｈ２）雰囲気は、随意的に気密接合を達成するために用いることができる。
【００１６】
本方法のアルミニウムは、何らかの適切なタイプ又は形態とすることができる。例えば、アルミニウムは、随意的に粉体又はホイルとすることができる。例えば、アルミニウムは、随意的に８９重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９２重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９８重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．５重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．９９重量％よりも大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に金属アルミニウムと呼ぶこと又は金属はアルミニウムから成ることができる。
【００１７】
セラミック本体は、何らかの適切なセラミックから形成することができる。例えば、セラミックは、随意的に窒化アルミニウム、アルミナ、酸化ベリリウム、又はジルコニアなどの非拡散タイプとすることができる。セラミック部品は、随意的に単結晶又は多結晶窒化アルミニウムとすることができる。セラミック部品は、随意的に窒化アルミニウム、多結晶アルミナ、単結晶アルミナ又はサファイア、酸化ベリリウム、及びジルコニアから成る群から選択することができ、この群はアルミニウムによる非拡散性を示す。
【００１８】
本発明の実施形態による気密接合は、随意的にＨｅの漏れ速度が１×１０−９ｓｃｃｍ未満の接合とすることができる。
【００１９】
随意的に、チャンバ壁を貫通して又は切り離された雰囲気条件の間の障壁を横切って導電体を配線するために使用することができる電気的終端ユニット又は貫通部材を設けることができる。電気的終端ユニット又は貫通部材は、随意的に接合材料としてアルミニウムを使用することができ、随意的にセラミック絶縁体を利用することができる。電気的終端ユニット又は貫通部材は、随意的に絶縁体のセラミック面に直接ろう付けされたアルミニウムを有することができる。アルミニウムは、随意的に、アルミニウムを気密接合でセラミック管にろう付けするのと同じプロセスステップで中空セラミック管の中に形成することができる。随意的に、セラミック絶縁体へのアルミニウムのろう付けの後の機械加工により、所望の最終形状を達成することができる。このような電気的終端又は貫通部材ユニットを製造するための方法が随意的に提供される。
【００２０】
本明細書に記載の例えば以下の本発明の実施形態は、本発明の実施例であり、上述の本発明の記述よりも広いか又は狭い場合もあるが、本発明の広さを制限することは意図されていない。このような実施形態に記載された本発明の何らかの追加の特徴は任意的である。本明細書に記載の何らかの実施形態の特徴は、本明細書に記載の何らかの他の特徴の有無を問わず、本発明の何らかの他の実施形態と組み合わせることができる。以下の方法の全ての特性、ステップ、パラメータ、及び特徴は、以下に記載の特定の実施形態又は特定の部品に限定されないが、代わりに、随意的に上記の本発明の記述並びに本発明の全ての実施形態に適用できる。広い用語及び記述語は、場合によっては、本明細書の特定の用語及び記述語に置き換えられ、開示を特定の用語又は記述語に限定しないが、単に検討及び理解を容易にするためのものである。
【００２１】
図１は従来の電気的フィードスルー１００の例示的な実施例である。容器壁を貫通する貫通部材による電気信号の送出は一般的な必須要件である。このような貫通部材は、必要な電気信号を容器壁から電気的に絶縁しながら、基本的要件として必須の作動圧力、環境、及び温度に耐える能力を有す。一般的に真空系で使用される貫通部材は、電力、無線周波数、計測などを含む信号を送出しながら、１×１０-9ｓｃｃｍ未満のＨｅの漏れ速度でもって１ＡＴＭの圧力差で及びセ氏数百度で作動する必要がある。化学処理、オイル及びガス用途などの他の種類の用途は、高圧、高温、及び化学的適合性などの他の動作仕様を必要とする場合がある。
【００２２】
電気的フィードスルー１００は、配線コネクタ１０６で電気ケーブルに接続するようになった第１の端部１０１を有することができる。コネクタピン１０３は、第１の端部１０１の中に存在することができる。第２の端部１０２は、絶縁体１０４によって絶縁することができる導電体１０４を含むことができる。
【００２３】
図２及び図３は、従来のコバールハウジングを含む電気的フィードスルーの断面図である。セラミック部２０３、例えば酸化アルミニウムは、セラミックにろう付けされた複数の導電体２０２との電気絶縁のために使用される。導体２０２は、例えばニッケル又は銅の導体ピンとすることができる。セラミック絶縁体２０３の外縁は、コバールのタブレーション又はハウジング２０４にろう付けされ（コバールは、セラミックの熱膨張に適合するために使用され）、次にコバールは、他の金属２０１（例えば、容器への接続部として使用されるステンレス鋼ハウジング２１）及び金属２０５（例えば、電気信号を配線で伝送するためのステンレス鋼真空容器コネクタ２０５）に溶接される。金属２０１及び２０５の各々は、３０３、３０４、又は３１６などのステンレス鋼合金とすることができる。
【００２４】
図２及び図３に示す電気的フィードスルーの設計及び製造には複数の欠点がある。これらの欠点は、アルミナセラミック絶縁体用のハウジングとしてコバールを使用することに関連する。コバールは、セラミックのＣＴＥに適合するために使用される。製造時、アルミナ絶縁体はコバールにろう付けされる。ろう付けは、一般に、銅−銀ろう付け用合金を備えたアルミナ上のモリ−マンガン（ｍｏｌｙ−ｍａｎｇａｎｅｓｅ）層２０６を使用して、８００℃以上の温度で行われる。コバール以外のハウジングを使用すると、低いＣＴＥのアルミナ及び高いＣＴＥの金属の不適合に起因して結果として生じる応力は、セラミックの割れをもたらすことになる。また、コバールは、いくつかの望ましくない特性も有する。これは、配線又は容器のいずれかのための良好なコネクタとするための機械的特性を欠いている。これは容易に溶接できず、良好なコネクタに必要な特性をもつステンレス鋼に溶接するには、いくつかの箇所２０７で電子ビーム溶接を使う必要があり、これは費用及び時間がかかる。さらに、コバール自体は供給が限られ高価である。
【００２５】
上述の設計と対照的に、本発明による電気コネクタ、例えば電気的フィードスルー及び電気的終端ユニットは、コバールを使用することなく及びモリ−マンガンなどの湿潤剤としての他の材料を使用することなく、金属をセラミックに直接ろう付けすること又は接合することを可能にする。セラミック絶縁体は、随意的に中空部分を形作ることができ、中空部分にはアルミニウムを挿入することができる。アルミニウムは、随意的に粉体、ホイル、又は他の形態で挿入することができる。次に、アルミニウムは、何らかの適切な方法、例えばろう付けでセラミック絶縁体の中空部分の内面に気密接合で接合することができる。セラミックは、何らかの適切なタイプ、窒化アルミニウム、アルミナ、酸化ベリリウム、又はジルコニアなどの非拡散タイプとすることができる。
【００２６】
加熱素子用の電気的終端は、随意的に設けることができ、随意的にセラミックプラグに気密状態で組み込まれた金属管を含むことができる。加熱素子リード線は、随意的に、リード線がプロセスチャンバ内に存在するか又は他の理由による腐食プロセス化学反応から保護するために被覆することができる。セラミックプラグに気密状態で組み込まれたアルミニウム管により、加熱素子リード線の被覆は、アルミニウム管に気密状態で接合することができ、結果的に、被覆要素のセラミックプラグの中への保護が続く。セラミックは、内部の導体からの被覆の電気的遮蔽をもたらすこともできる。
【００２７】
接合プロセスは、随意的に非常に低い圧力を提供するようになっているプロセスチャンバ内で実行することができる。本発明の実施形態による接合プロセスは、随意的に、気密シール接合を達成するために無酸素状態を必要とする。本プロセスは、随意的に１×１０Ｅ−４トルよりも低い圧力で実行することができる。本プロセスは、随意的に１×１０Ｅ−５トルよりも低い圧力で実行することができる。さらに、酸素除去は、随意的にプロセスチャンバ内にジルコニウム又はチタニウムを配置することで達成することができる。例えば、接合される部品の周りにジルコニウム内室を設置することができる。
【００２８】
一部の実施形態において、気密シールを達成ために真空以外の雰囲気を使用することができる。一部の実施形態において、アルゴン（Ａｒ）雰囲気は、気密接合を達成するために使用することができる。一部の実施形態において、他の希ガスは、気密接合を達成するために使用される。一部の実施形態において、水素（Ｈ２）雰囲気は、気密接合を達成するために使用することができる。
【００２９】
ろう付け層の濡れ性及び流れ、並びに気密接合又はシールの生成は、様々な要因によって変わる場合がある。関連する要因は、ろう付け材料組成、セラミック組成、アルミニウム拡散に対するセラミックの脆弱性、プロセスチャンバ内の雰囲気の化学組成、特に接合プロセス時のチャンバ内の酸素濃度、温度、温度時間、ろう付け材料の厚さ、接合される材料の表面特性、接合される部品の幾何学的形状、接合プロセス時に接合部の全域に適用される物理的圧力、及び／又は接合プロセス時に維持される接合間隙を含むことができる。本発明の実施形態による気密接合は、随意的に１×１０-9ｓｃｃｍ未満のＨｅの漏れ速度の接合とすることができる。
【００３０】
アルミニウムを中空セラミック絶縁体の内面に接合するためのろう付け方法の一実施例は、随意的に、絶縁体を、第１のセラミック体と第２のセラミック体との間に配置された、アルミニウム及びアルミニウム合金から成る群から選択されたろう付け材料で充填するステップと、ろう付け層を少なくとも８００℃の温度まで加熱するステップと、ろう付け層が硬化して第１の部材を第２の部材に接合するために気密シールをもたらすように、ろう付け層をその融点以下に冷却するステップと、を含む。アルミニウムを中空セラミック絶縁体の内面に接合するためのろう付け方法の他の実施例は、例えば、セラミックが窒化アルミニウム、アルミナ、酸化ベリリウム、及びジルコニアから成る群から選択される場合、随意的に、絶縁体を、第１のセラミック体と第２のセラミック体との間に配置された、アルミニウム及びアルミニウム合金から成る群から選択されたろう付け材料で充填するステップと、ろう付け層を少なくとも７７０℃の温度まで加熱するステップと、ろう付け層が硬化して第１の部材を第２の部材に接合するために気密シールをもたらすように、ろう付け層をその融点以下に冷却するステップと、を含む。ろう付け温度は、随意的に７７０℃から１２００℃の範囲とすることができる。本明細書に記載の方法に従って種々の幾何学的形状のろう付け接合を実施することができる。
【００３１】
本発明の接合プロセスは、以下のステップの一部又は全てを含むことができる。セラミックは、随意的にろう付け用に選択された部品とすることができる。セラミック部品は、随意的にセラミックへの円筒ボアとすることができるキャビティを有することができる。円筒ボアは、随意的にセラミックの軸心とすることができる。セラミック部品は、随意的にアルミナとすることができる。セラミック部品は、随意的に単結晶又は多結晶窒化アルミニウムとすることができる。セラミック部品は、随意的に窒化アルミニウム、多結晶アルミナ、単結晶アルミナ又はサファイア、酸化ベリリウム、及びジルコニアから成る群から選択することができ、この群は、アルミニウムによる非拡散性を示す群である。他のセラミックはこの群に入る可能性がある。図４に示す例示的な実施例において、セラミック管３０２の中空中心の内面３０３は、随意的にろう付け材料３０１で満たすことができる。接合材料は、アルミニウムを含むろう付け材料とすることができる。ろう付け材料は、随意的にアルミニウム成分が９９％より大きい市販のアルミホイルとすることができる。ろう付け材料は、随意的に９８重量％より大きいアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．９９重量％アルミニウムより大きいものとすることができる。ろう付け材料は、一部の実施形態において、随意的に複数のホイル層から成ることができる。
【００３２】
オーブンは、随意的に５×１０Ｅ−５トル未満の圧力に排気することができる。一部の態様において、真空は残留酸素を除去する。随意的に１×１０Ｅ−５トル未満の真空を用いることができる。事前組立体は、随意的にジルコニウム内室の中に置くことができ、これは酸素引き付け手段として機能して処理時に接合部に入り込む場合がある残留酸素をさらに低減する。プロセスオーブンは、随意的に、酸素を除去するために、パージしてアルゴンガスなどの純希ガス、乾燥希ガスで再び満たすことができる。プロセスオーブンは、随意的に、酸素を除去するために、パージして精製水素で再び満たすことができる。
【００３３】
次に、事前組立体は、随意的に昇温して接合温度に維持することができる。勾配を最小にするために及び／又は他の理由で、熱サイクルの開始時、随意的にゆっくりと昇温させることができ、例えば２００℃までは毎分１５℃であり、その後、例えば６００℃の標準温度及び接合温度までは毎分２０−３０℃であり、加熱後に真空を回復できるように一定のドウェル時間の間に各温度に維持される。ろう付け温度に到達すると、この温度は、随意的にろう付け反応を生じさせるために所定時間維持される。ドウェル温度は、随意的に８５０℃とすること、ドウェル時間は、随意的に３０分とすることができる。ドウェル温度は、随意的に８００℃とすること、ドウェル時間は、随意的に２時間とすることができる。ドウェル温度は、随意的に１０００℃とすること、ドウェル時間は、随意的に１５分とすることができる。ドウェル温度は、随意的に１１５０℃とすること、ドウェル時間は、随意的に３０−４５分とすることができる。ドウェル温度は、随意的に１２００℃の最大温度を超えないこと、ドウェル温度、随意的に１３００℃の最大温度をこえないことが可能である。ドウェル温度は、随意的に７７０℃から１２００℃の範囲とすることができる。ドウェル温度は、随意的に８００℃から１２００℃の範囲とすることができる。十分なろう付けドウェル時間になると、加熱炉は、随意的に室温まで毎分２０℃の速度で又は固有の加熱炉冷却速度が低い場合にはより低い速度で冷却することができる。加熱炉は、随意的に大気圧にされて開放され、ろう付け組立体は、検査、特性評価、及び／又は診断のために取り出すことができる。
【００３４】
装置の冷却は、随意的に組立体の周りに熱伝導性スリーブを使用して均一にすることができる。例えば、セラミック部品の外径は１．００インチとすることができる。セラミック部品は、中空キャビティが上方に向くように配向することができる。セラミック部品は、随意的にアルミナとすることができる。窒化アルミニウムのスリーブは、随意的に、ろう付け時及び冷却時にキャビティ内にアルミニウムを備えるセラミック部品のより均一な温度を維持するのに寄与するために、ろう付け時にセラミック部品の周りに配置することができる。ＡｌＮスリーブは、随意的に１．３８インチの内径を有すること、及び随意的にアルミナセラミック部品よりも若干高くすることができる。
【００３５】
上記のように接合された組立体は、セラミックボア特徴部の中のアルミニウムとセラミックボアの内面との間で気密シール状態の部品をもたらすことができる。従って、このような組立体は、その使用において雰囲気遮蔽並びに電気的遮蔽が重要な特徴である場合に使用することができる。さらに、接合組立体が後で半導体プロセスに使用される場合に種々の雰囲気に晒される場合がある接合部分は、例えば、このような雰囲気では劣化しないか又は後の半導体プロセスを汚染しないであろう。
【００３６】
例示的な実施形態において、図４−図８から分かるように、ろう付け組立体３００が示されており、これは加熱素子用の完成電気的終端の製造の中間の段階を表している。この例示的な実施形態は、１つのアルミニウム管が通るが、他の実施形態は、より多くのアルミニウム管が通ることができる。
【００３７】
セラミック管３０２は、随意的に中空中心３０１を分離する遮断部３０７を有することができ、第２の中空部分３０５からアルミニウムで満たすことができる。また、ろう付け組立体３００のこの端部では狭い外面３０４を見ることができる。
【００３８】
任意的なキャップ３０６は、ろう付け組立体の狭い外面３０４の周りに見ることができる。キャップ３０６は、随意的にニッケルキャップとすることができる。ニッケルキャップは、随意的にろう付け組立体のアルミナセラミックの狭い外面にろう付けすることができる。ニッケルキャップは、随意的に、アルミニウムをセラミック部品の主ボアの内面に接合するのと同じプロセスステップの間のアルミナの上にろう付けすることができる。ニッケルキャップは、随意的に約１１００℃で銅ろう付けすることができ、この温度は、アルミニウムを随意的にろう付けする温度でもある。ニッケルキャップは、随意的に最初にろう付けすることができ、アルミニウムは、低い温度での第２のろう付けステップでろう付けされる。ニッケルキャップは、随意的にセラミックにろう付けすることができ、これは、随意的に、銅ろう付けを用いて、モリ−マンガン層でプリメタライズすることができる。この最初のろう付けステップは、随意的に１０８３℃で起こり得る。従って、ユニットは、セラミック部品の中空部の中に位置するアルミニウムを有することができ、これは随意的に、例えば８５０℃の適切な温度で接合又はろう付けされる。
【００３９】
１又は複数のろう付けプロセスの後で、ろう付け組立体３００は、随意的に変化して後続のろう付け組立体４００になることができる。図８の破線で示すようにセラミック管の部分４０４は、除去してセラミック管にろう付けされているアルミニウムの外面４０１を露出させることができる。アルミニウム３０１の中心部は、随意的に除去してアルミニウム管４０３を形成することができる。遮断部３０７は、随意的に、除去してアルミニウム管４０３の内部からニッケルキャップ３０６への連続通路４０２を可能にすることができる。
【００４０】
図１０及び図１１は、ニッケルキャップ３０６に溶接５０２することができる導体５０１を挿入した後の例示的な単一導体電気的終端５００を断面で示す。導体５０１は、随意的に導体を保護するために、例えば外部被覆で気密被覆することができる。被覆は、随意的に次にアルミニウム管の内側又は外面４０１に気密接合することができる。アルミニウム管をセラミック部品の内側又は外面３０３に気密接合した状態で、被覆された導体組立体の中に存在する導体５０１のセラミック部品の中への気密保護が行われ、導体のニッケルキャップ３０６で気密接合した状態で、導体は気密シールされている。随意的に、電気的終端５００のセラミック外面は、他の方法で電気的終端ユニットのアルミニウム管側が電気的終端ユニットのニッケルキャップ側から絶線されるようにシールすることができる。
【００４１】
図１１は、気密接合５０５でアルミニウム管に接合された被覆５０６を有する電気的終端５００を示す。被覆５０６は、随意的にアルミニウムとすることができ、接合は、随意的に溶接とすることができる。アルミニウムは、気密接合５０４でもってセラミックに接合又はろう付けされる。電気的終端部の端部において、任意のニッケルキャップ３０６は、気密接合５０３でもってセラミックに結合又はろう付けされる。導体５０１に対するニッケルキャップ３０６の溶接５０２は同様に気密である。一連の気密接合は、被覆の中の雰囲気５０８を遮断し、さらにセラミックプラグの中を雰囲気５０７及び５０９から遮断する。さらに、セラミックは、アルミニウム管を導体５０１及びニッケルキャップ３０６から電気的に絶縁する。電気的終端５００は、随意的に真空チャンバの中で使用することができる。他の実施形態において、被覆５０６は、随意的に雰囲気５０８を供給する真空チャンバの壁に接合することができ、任意のキャップ３０６は、真空チャンバの外部に設けられる。
【００４２】
図１２−図１６は、例えば貫通部材６００である、本発明の電気コネクタの例示的な製造方法を示す。図１２は、セラミック部品６０２の任意の中間段階を示し、これは随意的に円筒形とすることができる。セラミック部品６０２は、随意的に第１のセクション又は部分６０２ａで最大径とすることができ、第２のセクション又は部分６０２ｂで小径のネックダウン部を有する。セラミック部品６０２は、随意的にボアを有することができ、このボアは、随意的に円筒ボアとすることができ、この中にアルミニウム部分６０１が、例えば上述のプロセスステップに従ってろう付け又は接合されている。セラミックは、随意的にアルミナとすることができる。セラミックは、随意的に窒化アルミニウムとすることができる。セラミックは、随意的に、例えば上述の非拡散セラミックとすることができる。アルミニウムは、随意的に９８重量％アルミニウムよりも大きいものとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９重量％アルミニウムよりも大きいものとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．９重量％アルミニウムよりも大きいものとすることができる。この段階で、図１２に示すように、アルミニウム部分６０１は、セラミック部品６０２の中のボアの内部にろう付けされており、ここでは気密接合によってセラミックに接合されている。
【００４３】
図１３は、本発明のコネクタ又は貫通部材６００の任意のさらなる製造ステップを示す。この段階では、アルミニウム部分６０１の中心部が除去されて図１３に見られるようにアルミニウム管６０３が形成される。除去されるアルミニウムは、適切な機械加工技術又は他の適切な方法で除去することができる。アルミニウム管６０３の外面は、セラミック部品６０２の内面に気密接合される。
【００４４】
図１４は、本発明のコネクタ又は貫通部材６００の任意のさらなる製造ステップを示す。この段階では、破線で示すセラミック部品６０２のセグメント６０９が除去されており、これは、随意的にアルミニウム管６０３の外面６０５を露出させる。この段階では、アルミニウム管はセラミック部品から延びることができ、アルミニウム管６０３の一部、例えばアルミニウム管の外面が気密接合でセラミック部品の内面に接合される。
【００４５】
図１５は、本発明のコネクタ又は貫通部材６００の任意のさらなる製造ステップを示す。この段階では、フランジ６０６がアルミニウム管６０３に接合されている。フランジ６０６は、随意的に溶接６０７でアルミニウム管６０３の外周の周りでアルミニウム管に接合することができる。フランジ６０６は、例えば、プロセスチャンバの壁６１２の界接貫通部材取付け点に取り付けるように構成することができる。この構成は、セラミック部品に気密接合されたアルミニウム管に気密接合した貫通部材フランジを有する。セラミック部品は、セラミックプラグを経由することができる要素を取り付けフランジから及びプロセスチャンのチャンバ壁６１２から電気的に絶縁する。
【００４６】
図１６は、本発明のコネクタ又は貫通部材６００の任意のさらなる製造ステップを示す。この段階では、セラミック部品６０２を貫通する通路６０８が形成されており、これにより導体又は他の要素のための通路がセラミック部品６０２を貫通することができる。中空構造体又は管体６０３を貫通して延びる第１の端部分６１１ａ及び通路６０８を貫通して延びる第２の端部分６１１ｂを有する例示的な導体６１１が示されている。導体６１１は、適切な方法で通路６０８の中に、従ってセラミック部品６０２に固定される。随意的に、２以上の通路６０８及び２以上の導体６１１が存在することができる。１又は複数の通路は、随意的に製造プロセスの前段階で形成することができる。通路を利用する導体などの要素は、随意的に、製造ステップの前段階の間にセラミックプラグに固定することができる。
【００４７】
真空チャンバと共に使用する電気的フィードスルーは、第１の端部及び第２の端部を有し、ボアが第１の端部を貫通して延びてその内面で形成されるセラミック本体と、ボアの中に延びる第１の部分を有し、セラミック本体との間で気密シールを形成するために内面にろう付けされ、セラミック本体から延びる第２の部分を有する中空アルミニウム構造体と、中空アルミニウム構造体を貫通して延びる第１の端部分及びセラミック本体の第２の端部に延びる第２の端部分を有する導電体とを備えること又は含むことができる。
【００４８】
電気的フィードスルーは、随意的にセラミック本体の第２の端部に接合した金属エンドキャップをさらに含むことができ、導電体の第２の端部分は、エンドキャップに接合される。セラミック本体の第２の端部は、随意的に第２の端部を貫通して延びかつ上記ボアと連通する追加のボアを備えることができ、導電体の第２の端部分は、追加のボアの中でセラミック本体の第２の端部に接合される。中空アルミニウム構造体は、随意的にアルミニウム管とすることができる。セラミック本体は、随意的に環状でありかつ長手方向中心軸線を備えることができ、ボアは、長手方向中心軸線上で軸方向に位置決めされる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に８９重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に９２重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に９８重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に９９重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に９９．５重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。中空アルミニウム構造体のアルミニウムは、随意的に９９．９９重量％アルミニウムより大きいアルミニウムとすることができる。電気的フィードスルーは、随意的に終端ユニットとすることができる。中空アルミニウム構造体の第２の部分は、随意的にチャンバ壁と気密結合するようになっているフランジに接合することができる。
【００４９】
絶縁された電気的フィードスルー又は電気的終端ユニットを製造するための方法は、第１の端部及び第２の端部を有するセラミック部品であって、ボアがセラミック部品の中に第１の端部から延びて内面を形成する、セラミック部品を準備するステップと、ボアの中にアルミニウムを置いてボアの中にアルミニウムをろう付けし、ボアの中に該ボアの内面と気密接合しかつ中心部を有するアルミニウム構造体を生成し、アルミニウム構造体の中心部を除去してアルミニウム構造体を貫通する通路を生成するステップと、アルミニウム構造体の周りの第１の端部におけるセラミック部品の一部を除去してアルミニウム構造体の外面の一部を露出させて、これによりセラミック部品の内面に気密接合されかつセラミック部品の第１の端部から延びる中空アルミニウム構造体をもたらすステップと、を備えるか又は含むことができる。
【００５０】
本方法は、随意的に中空アルミニウム構造体を貫通して延びる少なくとも１つの導電体を準備するステップを含むことができる。少なくとも１つの導電体は、随意的に中空アルミニウム構造体から電気的に絶縁することができる。セラミック部品は、随意的に環状とすることができ、本方法は、随意的に環状セラミック部品の第２の端部にエンドキャップをろう付けして、少なくとも１つの導電体をエンドキャップに接合するステップを含むことができる。アルミニウム構造体は、随意的にアルミニウム棒とすることができる。中空アルミニウム構造体は、随意的にアルミニウム管とすることができる。ろう付けステップは、随意的に７７０℃又はそれ以上の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に８００℃又はそれ以上の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に７７０℃から１２００℃の範囲の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に１×１０Ｅ−４トル又はそれ以下の圧力でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に５×１０Ｅ−５トル又はそれ以下の圧力でアルミニウムをろう付けするステップを含む。アルミニウムは、随意的に８９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９２重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９８重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．５重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９．９９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。
【００５１】
絶縁された電気的フィードスルー又は電気的終端ユニットを製造するための方法は、アルミニウムをセラミック部品の中のボアに置くステップであって、セラミック部品は第１の端部及び第２の端部を有し、セラミック部品の中のボアは第１の端部においてセラミック部品に入る、ステップと、アルミニウムをろう付けして、セラミック部品の中に、アルミニウムとセラミック部品の中のボアの内面との間に気密接合で接合されたアルミニウム棒を生成するステップと、アルミニウム棒の中心部を除去してセラミック部品の中にアルミニウム管を生成するステップと、セラミック部品の第１の端部でセラミック部品の一部を除去して、アルミニウム管の外面の一部を露出させて、これにより第１の端部において環状セラミック部品の中で、アルミニウム管の一部がアルミニウム管の外側に沿ってセラミック部品の中のボアの内側に気密接合されたアルミニウム管をもたらすステップと、を備えるか又は含むことができる。
【００５２】
本方法は、随意的に環状セラミック部品の第２の端部にエンドキャップをろう付けするステップを含むことができる。本方法は、随意的に貫通部材を貫通して導体を固定するステップを含むことができる。ろう付けステップは、随意的に７７０℃又はそれ以上の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に８００℃又はそれ以上の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に７７０℃から１２００℃の範囲の温度でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に１×１０Ｅ−４トル又はそれ以下の圧力でアルミニウムをろう付けするステップを含む。ろう付けステップは、随意的に５×１０Ｅ−５トル又はそれ以下の圧力でアルミニウムをろう付けするステップを含む。アルミニウムは、随意的に９８重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。アルミニウムは、随意的に９９重量％アルミニウムよりも大きなアルミニウムとすることができる。
【００５３】
上記の説明から明らかなように、本明細書に記載された説明から種々の実施形態を構成することができ、当業者であれば追加の利点及び変更例を容易に想定できるはずである。従って、より広い態様での本発明は、具体的詳細及び図示され記載された例示的な実施例に限定されない。従って、本出願の一般的発明の精神及び範囲から逸脱することなく、このような詳細内容からの脱却を行うことができる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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