(57)【要約】  【課題】  量産に適するとともに、かつ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、貫通孔３ａが形成されるとともに貫通孔３ａの開口の周囲に円環状の第一のメタライズ層３ｂが形成されており、外周部に金属部材の内側にろう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、第一のメタライズ層３ｂの上面に、貫通孔３ａに中心軸を一致させてろう付けされた金属製の環状部材２と、貫通孔３ａおよび環状部材２に挿通されるとともに環状部材２にろう付けされた円柱状の金属製のピン１とを具備しており、環状部材２は、内径が貫通孔３ａの直径よりも小さく、ピン１は、一端側の大径部１ａと他端側の小径部１ｂとから成るとともに大径部１ａと小径部１ｂとの間に形成された段差が環状部材２に係止されており、大径部１ａは、直径が環状部材２の内径よりも大きく、かつ第一のメタライズ層３ｂの内径よりも小さい。【選択図】  図１
2005216641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成されるとともに上面の前記貫通孔の開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層が形成されており、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ろう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、前記第一のメタライズ層の上面に、前記貫通孔に中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材と、前記貫通孔および前記環状部材に挿通されるとともに前記環状部材にろう付けされた円柱状の金属製のピンとを具備しており、前記環状部材は、内径が前記貫通孔の直径よりも小さく、前記ピンは、一端側の大径部と他端側の小径部とから成るとともに前記大径部と前記小径部との間に形成された段差が前記環状部材に係止されており、前記大径部は、直径が前記環状部材の内径よりも大きく、かつ前記第一のメタライズ層の内径よりも小さい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は環状部材、13はセラミック板であり、主にこれらにより気密端子が構成される。
【０００４】
この気密端子は、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、第一のメタライズ層13ｂ上面に載置されるとともに内側にピン11が挿通されろう付けされる金属製の環状部材12とから構成されている。
【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あり、セラミック板13の貫通孔13ａ内に挿通されてロウ付けされ、電気装置内外を電気的に接続するための端子として作用する。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】
セラミック板13の貫通孔13ａ内にピン11をロウ付けするには、例えばセラミック板13の貫通孔13ａの一方の開口部周囲にモリブデン（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金属層13ｂとピン11とを、ピン11の外周部に挿通され第一のメタライズ層13ｂ上面に載置されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る環状部材12を介して銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材によってロウ付け接合されている。
【０００７】
環状部材12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金属層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金属層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、第二のメタライズ金属層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、ピン11をセラミック板13にロウ付け接合する際に、ピン11の下側からカーボン製の治具でピン11のセラミック板13から飛び出した部分を固定しながらロウ付けする必要があった。そのため、ロウ付けの作業に非常に手間がかかり量産に適さないという問題があった。
【００１１】
また、カーボン製の治具でピン11の飛び出し部分が固定されており、かつロウ付け接合時に環状部材12がピン11に引っ掛かり易いため、ピン11の熱膨張による伸びによってピン11に引っぱられて環状部材12が押し上げられ、環状部材12とセラミック板13との間に隙間が生じ、ピン11とセラミック板13を気密に接合できないという問題があった。
【００１２】
またロウ付け接合時に、ピン11とセラミック板13との熱膨張差による応力がセラミック板13に加わって、セラミック板13にクラックが発生するという問題もあった。
【００１３】
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。
【００１４】
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、量産に適するとともに、かつ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】
【００１５】
本発明の気密端子は、貫通孔が形成されるとともに上面の前記貫通孔の開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層が形成されており、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ろう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、前記第一のメタライズ層の上面に、前記貫通孔に中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材と、前記貫通孔および前記環状部材に挿通されるとともに前記環状部材にろう付けされた円柱状の金属製のピンとを具備しており、前記環状部材は、内径が前記貫通孔の直径よりも小さく、前記ピンは、一端側の大径部と他端側の小径部とから成るとともに前記大径部と前記小径部との間に形成された段差が前記環状部材に係止されており、前記大径部は、直径が前記環状部材の内径よりも大きく、かつ前記第一のメタライズ層の内径よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の気密端子は、貫通孔が形成されるとともに上面の貫通孔の開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層が形成されており、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ろう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、第一のメタライズ層の上面に、貫通孔に中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材と、貫通孔および環状部材に挿通されるとともに環状部材にろう付けされた円柱状の金属製のピンとを具備しており、環状部材は、内径が貫通孔の直径よりも小さく、ピンは、一端側の大径部と他端側の小径部とから成るとともに大径部と小径部との間に形成された段差が環状部材に係止されており、大径部は、直径が環状部材の内径よりも大きく、かつ第一のメタライズ層の内径よりも小さいことから、ピンをセラミック板にロウ付け接合する際に、従来のようにカーボン製の治具を用いる必要はなく、ピンを大径部と小径部との間の段差で環状部材に引っ掛けてセラミック板に固定できるようになる。その結果、ロウ付けの作業が従来に比べ大幅に改善され、量産に適するものとなる。
【００１７】
また、ピンの端部を治具に固定する必要がないので、ピンの熱膨張によってピンが伸びたとしても、固定されずに開放されたピンの両端部が伸びることで環状部材を押し上げることはなく、環状部材とセラミック板との間に隙間が生じるのを防止できる。よって、ロウ付け接合時に環状部材と第一のメタライズ層とが当接した状態を保持して、ピンとセラミック板との接合部に良好なロウ材のメニスカスを形成し、ピンとセラミック板とを強固かつ気密に接合できるようになる。
【００１８】
また、大径部の直径はセラミック板に形成された第一のメタライズ層の内径よりも小さいことから、ロウ付け接合時に発生するピンとセラミック板との熱膨張差による応力が生じても、環状部材におけるピンとの接合部および第一のメタライズ層との接合部間に位置する部位で応力を有効に吸収することができ、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。
【００１９】
以上の結果、本発明の気密端子は量産に適するものとなるとともに、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】
【００２０】
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について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は環状部材、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。
【００２１】
本発明の気密端子は、貫通孔３ａが形成されるとともに上面の貫通孔３ａの開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層３ｂが形成されており、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ろう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、第一のメタライズ層３ｂの上面に、貫通孔３ａに中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材２と、貫通孔３ａおよび環状部材２に挿通されるとともに環状部材２にろう付けされた円柱状の金属製のピン１とを具備しており、環状部材２は、内径が貫通孔３ａの直径よりも小さく、ピン１は、一端側の大径部１ａと他端側の小径部１ｂとから成るとともに大径部１ａと小径部１ｂとの間に形成された段差が環状部材２に係止されており、大径部１ａは、直径が環状部材２の内径よりも大きく、かつ第一のメタライズ層３ｂの内径よりも小さい構成である。
【００２２】
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の外周面に第二のメタライズ層３ｃが形成された構成を示す。そして、半導体製造装置，電子機器，半導体装置等の電気装置の気密容器部分を構成する壁部に貫通穴が開けられており、この内周面または貫通穴の開口の周囲に形成された金属部材に気密端子の第二のメタライズ層３ｃが接合されることにより、電気装置を密閉することができる。
【００２３】
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あり、電気装置内外を電気的に接続するための端子として作用する。ピン１は必要に応じて複数本設けられ、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。
【００２４】
ここで、ピン１は大径部１ａと小径部１ｂを有し大径部１ａと小径部１ｂの境界に段差が設けられている。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。
【００２５】
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に気密性高く強固に接合することができるようになる。更に、ピン１を構成する金属として硬度がビッカース硬度でＨｖ＝200以上のものであると、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ので好ましい。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としては、熱膨張係数がＡｌ２Ｏ３質セラミックスと近似するとともに硬度の高いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るのがよい。
【００２６】
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。
【００２７】
セラミック板３の貫通孔３ａ内にピン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の大径部１ａ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金属層３ｂとピン１とを、ピン１の外周部に挿通され第一のメタライズ層３ｂ上面に載置されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る環状部材２を介してＡｇロウ等のロウ材によってロウ付け接合されている。
【００２８】
このようなピン１とセラミック板３との接合構造により、ピン１をセラミック板３にロウ付け接合する際に、従来のようにカーボン製の治具を用いる必要はなく、ピン１を大径部１ａと小径部１ｂとの間の段差で環状部材２に引っ掛けてセラミック板３に固定できるようになる。その結果、ロウ付けの作業が従来に比べ大幅に改善され、量産に適するものとなる。
【００２９】
また、ピン１の端部を治具に固定する必要がないので、ピン１の熱膨張によってピン１が伸びたとしても、固定されずに開放されたピン１の両端部が伸びることで環状部材２を押し上げることはなく、環状部材２とセラミック板３との間に隙間が生じるのを防止できる。よって、ロウ付け接合時に環状部材２と第一のメタライズ層３ｂとが当接した状態を保持して、ピン１とセラミック板３との接合部に良好なロウ材のメニスカスを形成し、ピン１とセラミック板３とを強固かつ気密に接合できるようになる。
【００３０】
また、大径部１ａの直径はセラミック板３に形成された第一のメタライズ層３ｂの内径よりも小さいことから、ロウ付け接合時に発生するピン１とセラミック板３との熱膨張差による応力が生じても、環状部材２におけるピン１との接合部および第一のメタライズ層３ｂとの接合部間に位置する部位で応力を有効に吸収することができ、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。
【００３１】
また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の内径がセラミック板３の貫通孔３ａの直径よりも大きくなるようにして貫通孔３ａの開口部周囲に設けられている構成であってもよい。
【００３２】
環状部材２および第一のメタライズ層３ｂを介してピン１とセラミック板３とをロウ付け接合することにより、ピン１とセラミック板３とを接合するためのロウ材のメニスカスを良好に形成することができ、ピン１をセラミック板３に気密かつ強固にロウ付け接合することができる。これにより環状部材２とピン１との接合部および環状部材２と第一のメタライズ層３ｂとの接合部間の距離を大きくすることができ、ピン１とセラミック板３との熱膨張差による応力を環状部材２のこれらの接合部間に位置する部位でより有効に吸収することができる。
【００３３】
セラミック板３は、例えばＡｌ２Ｏ３質セラミックス等から成る絶縁性のものであり、電気装置との電気的絶縁を保ってピン１を保持する作用をなし、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約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
【００３４】
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す。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。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。
【００３５】
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金属層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金属層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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の気密端子の実施の形態の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）はそれぞれ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４】従来の気密端子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：ピン
１ａ：大径部
１ｂ：小径部
２：環状部材
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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