(57)【要約】  【課題】  内部雰囲気と外部雰囲気とを確実に遮断し得る気密信頼性の高い気密端子を提供すること。  【解決手段】  気密端子は、鍔部１ａが設けられた円柱状の金属製のピン１と、ピン１を挿通させるための貫通孔３ａが両主面間を貫通して形成され、貫通孔３ａの一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層３ｂが形成されるとともに外周部に電気装置へ取り付けるための第二のメタライズ層３ｃが形成されたセラミック板３とが、鍔部１ａの一主面と第一のメタライズ層３ｂとがロウ付けされて成り、ピン１は、外周面の貫通孔３ａの内側に位置する部位に、鍔部１ａの一主面に内面が連続する溝１ｂが全周にわたって形成されている。ロウ材２溜まりを溝１ｂに逃がすことができるので、セラミック基板３の貫通孔３ａの開口部付近にクラックが生じにくい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍔部が設けられた円柱状の金属製のピンと、該ピンを挿通させるための貫通孔が両主面間を貫通して形成され、前記貫通孔の一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層が円環状に形成されるとともに外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にロウ付けするための第二のメタライズ層が形成されたセラミック板とが、前記鍔部の一主面と前記第一のメタライズ層とがロウ付けされて成る気密端子であって、前記ピンは、外周面の前記貫通孔の内側に位置する部位に、前記鍔部の前記一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されていることを特徴とする気密端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置，電子機器，半導体装置等の電気装置に使用される気密端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置等の内部雰囲気を外部雰囲気と遮断させて使用する電気装置には、内外で電気信号を送受信するために気密端子が取着されている。
【０００３】
このような気密端子の一例を図４に示す。図４は従来の気密端子の一例を示す断面図であり、11はピン、12はロウ材、13はセラミック板であり、これらにより気密端子が構成される。
【０００４】
この気密端子は、鍔部11ａが設けられた円柱状の金属製のピン11と、ピン11を挿通させるための貫通孔13ａが設けられかつ貫通孔13ａの一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層13ｂが設けられるとともに外周部に第二のメタライズ層13ｃが形成されたセラミック板13とが、鍔部11ａの下面とメタライズ層13ｂの上面とがロウ材12によってロウ付け接合されることによって成っている。
【０００５】
ピン11は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成る円柱状で鍔部11ａが設けられており、セラミック板13の貫通孔13ａ内に挿通されて鍔部11ａと第一のメタライズ層13ｂとがロウ付けされ、電気装置内外を電気的に接続するための端子として機能する。ピン11は必要に応じて複数本設けられ、セラミック板13内に適当な配置や間隔でもって配設される。
【０００６】
ピン11とセラミック板13との固定は、例えばセラミック板13の貫通孔13ａの一方の開口部の周囲にモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る第一のメタライズ層13ｂを被着させておくとともにこれにＮｉめっきを施し、このＮｉめっきが施された第一のメタライズ層13ｂとピン11とを、ピン11の外周部に形成され、第一のメタライズ層13ｂ上面に載置されるピン11の鍔部11ａにおいて銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材12によってロウ付け接合されることによって行なわれる。
【０００７】
鍔部11ａおよび第一のメタライズ層13ｂを介してピン11とセラミック板13とをロウ付け接合することにより、ピン11とセラミック板13とを接合するためのロウ材12のメニスカスを良好に形成することができ、ピン11をセラミック板13に気密かつ強固にロウ付け接合することができる。
【０００８】
セラミック板13は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックスから成る絶縁性のものであり、その中央部に貫通孔13ａが設けられ、貫通孔13ａ内にはピン11が挿通されロウ付けされている。
【０００９】
なお、セラミック板13を電気装置にロウ付けするには、例えばセラミック板13の外周面にＭｏ−Ｍｎから成る第二のメタライズ層13ｃを被着させておくとともにこれにＮｉめっきを施し、このＮｉめっきが施された第二のメタライズ層13ｃと電気装置とをＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けする方法が採用される。または、第二のメタライズ層13ｃに予め筒状の金属スリーブ（図示せず）がＡｇロウ等のロウ材によってロウ付けされ、この金属スリーブと電気装置とを溶接する方法が採用される。
【特許文献１】特開平10−189091号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図４に示した上記従来の気密端子においては、鍔部11ａの付け根と第一のメタライズ層13ｂの貫通孔13ａの周縁部との間にロウ材12が溜まり、ロウ材12とセラミック板13との熱膨張差による応力が発生し易くなり、貫通孔13ａの周縁部を起点にクラックが入り、セラミック板13が破損してしまうという問題点があった。特に、ピン11の直径が大きくなると、セラミック板13にロウ材12との熱膨張差による応力だけでなく、セラミック板13の貫通孔13ｂの周縁部にピン11との熱膨張差による応力が大きく作用し、セラミック板13が破損してしまうという問題が顕著に発生していた。
【００１１】
その結果、セラミック板13の両主面間、即ち電気装置の外部雰囲気側と内部雰囲気側との間を気密に遮断できなくなり、気密端子として機能できなくなるという問題があった。
【００１２】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、内部雰囲気と外部雰囲気とを確実に遮断し得る気密信頼性の高い気密端子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の気密端子は、鍔部が設けられた円柱状の金属製のピンと、このピンを挿通させるための貫通孔が両主面間を貫通して形成され、前記貫通孔の一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層が円環状に形成されるとともに外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にロウ付けするための第二のメタライズ層が形成されたセラミック板とが、前記鍔部の一主面と前記第一のメタライズ層とがロウ付けされて成る気密端子であって、前記ピンは、外周面の前記貫通孔の内側に位置する部位に、前記鍔部の前記一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の気密端子は、鍔部が設けられた円柱状の金属製のピンと、ピンを挿通させるための貫通孔が両主面間を貫通して形成され、貫通孔の一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層が円環状に形成されるとともに外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にロウ付けするための第二のメタライズ層が形成されたセラミック板とが、鍔部の一主面と第一のメタライズ層とがロウ付けされて成る気密端子であって、ピンは、外周面の貫通孔の内側に位置する部位に、鍔部の一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されていることから、鍔部の付け根に設けられた、鍔部の一主面に内面が連続する溝へロウ材が流れやすくなり、貫通孔の周縁部にロウ材が溜まるのを有効に防止できる。従って、貫通孔の周縁にロウ材とセラミック板との熱膨張差による応力が作用し難くなり、セラミック板にクラックが発生するのを有効に防止できるようになる。
【００１５】
また、鍔部の付け根と貫通孔の周縁部との間にロウ材が溜まるのを有効に防止できることから、セラミック板の貫通孔の周縁部にピンとの熱膨張差による応力が作用し難くなる。よって、ピンの直径が大きくなっても、セラミック板の貫通孔の周縁部にピンとの熱膨張差による応力が大きく作用することがなくなり、セラミック板の破損を有効に防止することができる。
【００１６】
以上の結果、本発明の気密端子は、セラミック板の破損を有効に防止し、セラミック板の両主面間、即ち電気装置の外部雰囲気側と内部雰囲気側との間を確実に気密に遮断でき、気密端子として良好に機能し得るものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の気密端子について以下に詳細に説明する。図１は本発明の気密端子の実施の形態の一例を示す断面図である。同図において、１はピン、２はロウ材、３はセラミック板であり、これらにより気密端子が構成される。
【００１８】
本発明の気密端子は、鍔部１ａが設けられた円柱状の金属製のピン１と、ピン１を挿通させるための貫通孔３ａが両主面間を貫通して形成され、貫通孔３ａの一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層３ｂが円環状に形成されるとともに外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にロウ付けするための第二のメタライズ層３ｃが形成されたセラミック板３とが、鍔部１ａの一主面と第一のメタライズ層３ｂとがロウ付け接合されて成る気密端子であって、ピン１は、外周面の貫通孔３ａの内側に位置する部位に、鍔部１ａの一主面に内面が連続する溝１ｂが全周にわたって形成されている。
【００１９】
図１において、電気装置へ取り付けるための取り付け部としてセラミック板３の外周に第二のメタライズ層３ｃが形成された構成を示す。以下、貫通孔３ａの一方の開口部の周囲に形成されたメタライズ層を第一のメタライズ層３ｂ、セラミック板３の外周部に形成されたメタライズ層を第二のメタライズ層３ｃとして説明する。
【００２０】
本発明の気密端子において、ピン１はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円柱状で外周部に同心円の円板状に鍔部１ａが設けられており、セラミック板３の貫通孔３ａ内に挿通されて鍔部１ａが第一のメタライズ層３ｂにロウ付けされることによって、ピン１の一端側が電気装置等の外部雰囲気側にあり他端側が内部雰囲気側にあるような、電気装置内外を電気的に接続するための端子として機能する。ピン１は必要に応じてセラミック板３に複数本設けられ、セラミック板３内に適当な配置や間隔でもって配設される。
【００２１】
ここで、ピン１は、外周面の貫通孔３ａの内側に位置する部位に、鍔部１ａの付け根に設けられ、鍔部１ａの一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されている。このピン１は、ピン１となる棒材に旋盤を用いた切削加工や金型を用いたプレス加工等の従来周知の金属加工を施すことによって形成される。鍔部１ａはピン１と一体に形成されていても、ピン１と別体で円環状の部材として形成された後にピン１の外周部にロウ付けされていてもよい。
【００２２】
このピン１は、好ましくはその熱膨張係数がセラミック板３の熱膨張係数と近似した材質とするのがよく、この構成によって、ピン１とセラミック板３とがロウ付けされる際の両者の熱膨張差を最小限に抑えることができ、ピン１をセラミック板３に気密性よく強固に接合することができるようになる。さらに、ピン１を構成する金属の硬度が高いと、比較的固く容易に曲がりにくいことからピン１の外部雰囲気側にコネクターソケットを嵌合する際等にピン１に曲がりを発生させにくい。
【００２３】
従って、セラミック板３がＡｌ２Ｏ３質セラミックスから成る場合、ピン１はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るのがよい。Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金は、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスの熱膨張係数７〜８×10−６に対してこれに近似した5.7〜6.2×10−６の熱膨張係数を有し、また、ビッカース硬度がＨｖ＝200程度で硬く曲がりにくいので、ピン1に好適な材料である。
【００２４】
また、ピン１は、その表面にＮｉから成るめっき金属層を１〜10μｍの厚みに被着させておくとピン１が酸化腐食することを有効に防止することができる。従って、ピン１の表面にはＮｉから成るめっき金属層を１〜10μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２５】
セラミック板３の貫通孔３ａ内にピン１を挿通してピン１をロウ付けするには、例えば図１に示すように、セラミック板３にピン１の直径よりも大きな貫通孔３ａを形成し、貫通孔３ａの一方の開口部の周囲にＭｏ−Ｍｎ等から成る第一のメタライズ層３ｂを被着させるとともにこれにＮｉめっきを施し、このＮｉめっきが施された第一のメタライズ金属層３ｂの上面とピン１の鍔部１ａの下面とをＡｇロウ等のロウ材２によってロウ付けし、互いに接合することによって行なわれる。
【００２６】
ここで、ピン１は鍔部１ａの付け根である部分に、鍔部１ａの主面に内面が連続する溝１ｂが全周にわたって形成されている。この構成によって、溝１ｂへロウ材２が流れやすくなり、鍔部１ａの付け根と第一のメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間にロウ材２が溜まるのを防止できる。従って、貫通孔３ａの周縁にロウ材２とセラミック板３との熱膨張差による応力が作用し難くなり、セラミック板３にクラックが発生するのを有効に防止できるようになる。
【００２７】
また、ピン１の直径が大きい場合であっても、セラミック板３の貫通孔３ａの周縁部にピン１との熱膨張差による応力が大きく作用することがなくなり、セラミック板３の破損を有効に防止することができる。
【００２８】
よって、セラミック板３の破損を有効に防止し、セラミック板３の両主面間、即ち電気装置の外部雰囲気側と内部雰囲気側との間を確実に気密に遮断でき、気密端子として良好に機能し得るものとなる。
【００２９】
ピン１の直径をｄとすると、好ましくは、溝１ｂの上下方向の幅は0.1ｍｍ〜ｄ／２程度、また溝１ｂの深さは0.05ｍｍ〜ｄ／４程度とするのがよい。この構成により、鍔部１ａの付け根と第一のメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間にロウ材２が溜まるのを有効に防止できる。溝１ｂの幅が0.1ｍｍ未満、溝１ｂの深さが0.05ｍｍ未満では、溝１ｂが小さくなりすぎて、鍔部１ａの付け根と第一のメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるロウ材２を溝１ｂに逃がしきることができない。また、溝１ｂの幅がｄ／２を超えて大きくなり、また溝１ｂの深さがｄ／４を超えて大きくなると、溝１ｂの大きさが大きくなりすぎてピン１が破損しやすくなる。また、溝１ｂによってピン１の直径が細くなって電気抵抗が大きくなるため、溝１ｂが大きくなりすぎると、ピン１を伝送する電気信号が溝１ｂ部分を通過する際、大きな抵抗損失が生じることとなり不都合である。
【００３０】
また、溝１ｂの断面形状は、図１に示す半円形である他、楕円形状や四角形状，三角形状等種々の形状とし得る。好ましくは、半円形等の曲線を有する形状であるのがよく、この構成により、鍔部１ａの付け根と第一のメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるロウ材２を溝１ｂに逃がし易くでき、ロウ材２が鍔部１ａの付け根とメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるのを有効に防止し、セラミック板３に破損が生ずるのを有効に防止することができる。
【００３１】
好ましくは、第一のメタライズ層３ｂは、図２に示すように、第一のメタライズ層３ｂが貫通孔３ａの内面の上部にかけて設けられる構成であってもよい。この構成によって、鍔部１ａの付け根とメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるロウ材２を切欠き部１ｂに誘導させ、ロウ材２を鍔部１ａの付け根と貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるのを確実に防止できるようになる。
【００３２】
また、貫通孔３ａの内面の第一のメタライズ層３ｂと鍔部１ａとの間にもロウ材２のメニスカスが形成されるようにもなり、その結果、ピン１がセラミック板３と２方向で接合され、ピン１が種々の方向の外力を受けてもセラミック板３から外れ難くなる。
【００３３】
この場合、貫通孔３ａの内面の上部に設けられる第一のメタライズ層３ｂの上下方向の長さは、0.1ｍｍ以上で溝１ｂの幅以下になるようにするのがよい。この構成により、ロウ材２が鍔部１ａの付け根とメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるのを確実に防止し、セラミック板３に破損が生ずるのを確実に防止することができるものとなる。貫通孔３ａの内面の上部に設けられるメタライズ層３ｂの上下方向の長さが0.1ｍｍ未満であると、長さが短すぎるため鍔部１ａの付け根と第一のメタライズ層３ｂの貫通孔３ａの周縁部との間に溜まるロウ材２を溝１ｂに誘導させることができなくなる。また、溝１ｂの幅を超えて長くなると溝１ｂより下のピン１の外周とセラミック板３とが第一のメタライズ層３ｂを介してロウ付け接合されてしまい、セラミック板３にピン１の長さ方向の熱膨張差による応力が作用することになる。その結果、セラミック板３へのクラック発生を防止することができなくなる。
【００３４】
セラミック板３は、例えばＡｌ２Ｏ３質セラミックスから成る絶縁性のものであり、その中央部に貫通孔３ａが設けられ、貫通孔３ａ内にはピン１が挿通されロウ付けされる。
【００３５】
セラミック板３は、電気装置との電気的絶縁を保ってピン１を保持する作用を為し、例えばＡｌ２Ｏ３質セラミックスから成る場合、酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等のＡｌ２Ｏ３質セラミック原料粉末にポリビニルアルコール等のバインダを添加混合するとともに、これを所定形状のプレス型内に充填し、所定の圧力でプレスすることによりプレス成形体を得、しかる後、このプレス成形体を後述のセラミックグリーンシートによる方法と同様に加工し、約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００３６】
または、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してスラリーと成した後に、このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、所要の大きさに切断する。次に、複数のセラミックグリーンシートにおいて貫通孔３ａ等を形成するために適当な打抜き加工を施す。
【００３７】
そして、これらのセラミックグリーンシートにタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して第一のメタライズ層３ｂ，第二のメタライズ層３ｃ等の導体層となる印刷パターンを形成し、次いでこれらの印刷パターンを形成したセラミックグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００３８】
なお、セラミック板３を電気装置にロウ付けするには、例えばセラミック板３の外周面にＭｏ−Ｍｎから成る第二のメタライズ層３ｃを被着させておくとともにこれにＮｉめっきを施し、このＮｉめっきが施された第二のメタライズ層３ｃと電気装置とをＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付けする方法が採用される。
【００３９】
またセラミック板３の電気装置への取着構造としては、図３（ａ）に示すように、第二のメタライズ金属層３ｃに予めＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る筒状の金属スリーブ４をＡｇロウ等のロウ材によってロウ付けし、この金属スリーブ４と電気装置とを溶接してもよく、また図３（ｂ）に示すように、第二のメタライズ層３ｃがセラミック板３の主面の外周部に形成され、セラミック板３の主面と電気装置とがロウ付け接合されていてもよい。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、セラミック板３の貫通孔３ａの開口部や角部にはＣ面等の面取りが施されていてもよい。この構成によって、セラミック板３の貫通孔３ａの開口部における応力集中をなくすことができ、セラミック板３へのクラック発生をより有効に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の気密端子の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の気密端子の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の気密端子の電気装置への取着の形態の一例を示す断面図である。
【図４】従来の気密端子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：ピン
１ａ：鍔部
１ｂ：切欠き部
２：ロウ材
３：セラミック板
３ａ：貫通孔
３ｂ：第一のメタライズ層
３ｃ：第二のメタライズ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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