(57)【要約】  【課題】  大電流の電気信号を効率良く伝送するとともに、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、金属製の環状部材２に挿通されてロウ付けされた、環状部材２よりも低融点で低抵抗の金属から成る柱状のピン１と、このピン１を挿通させるための貫通孔３ａが形成されるとともに、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が環状に形成されたセラミック板３とが、環状部材２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、表面の環状部材２がロウ付けされる部位およびその周囲に保護金属層４が被着されている。ピン１がロウ材と化学反応する場合に有効な構成となる。【選択図】  図１
2005317230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の環状部材に挿通されてロウ付けされた、前記環状部材よりも低融点で低抵抗の金属から成る柱状のピンと、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、前記環状部材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、表面の前記環状部材がロウ付けされる部位およびその周囲に保護金属層が被着されていることを特徴とする気密端子。
【請求項２】
前記ピンは銅から成り、前記保護金属層はニッケルから成ることを特徴とする請求項１記載の気密端子。
【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２に示す。図２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、金属製の環状部材12に挿通されてロウ付けさ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とで構成され、環状部材の一主面と第一のメタライズ層13ｂとがロウ付けされている。
【０００５】
ピン11は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，銅（Ｃｕ）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】
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が挿通されている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，Ａｇ−Ｃｕロウ等のロウ材によってロウ付け接合する。
【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が挿通され貫通孔13ａの開口部にロウ付けされる。
【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２に示した上記従来の気密端子においては、大電流の電気信号を効率良く導通させるためにＣｕ等の低融点で低抵抗の金属から成るピン11を用いると、ピン11が第一のメタライズ金属層13ｂとの接合用のロウ材と化学反応してピン11がロウ材に食われてしまい、ピン11がロウ付け部で部分的に細くなってしまったり、ピン11に亀裂が発生してしまったりする場合があった。その結果、ピン11が折れてしまい、ピン11に電気信号を導通させることができなくなったり、セラミック板13の両主面間、すなわ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ったりし、気密端子として機能しなくなるという問題点があった。
【００１１】
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、大電流の電気信号を効率良く伝送するとともに、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】
【００１２】
本発明の気密端子は、金属製の環状部材に挿通されてロウ付けされた、前記環状部材よりも低融点で低抵抗の金属から成る柱状のピンと、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の周囲に第一のメタライズ層が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、前記環状部材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、表面の前記環状部材がロウ付けされる部位およびその周辺に保護金属層が被着されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の気密端子は、上記構成において好ましくは、前記ピンは銅から成り、前記保護金属層はニッケルから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の気密端子は、金属製の環状部材に挿通されてロウ付けされた、環状部材よりも低融点で低抵抗の金属から成る柱状のピンと、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、貫通孔の一方の開口の周囲に第一のメタライズ層が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、環状部材の一主面と第一のメタライズ層とがロウ付けされて成り、ピンは、表面の環状部材がロウ付けされる部位およびその周辺に保護金属層が被着されていることから、ピンが保護金属層によって第一のメタライズ層との接合用のロウ材から隔離されるので、ロウ材と化学反応するのを有効に防止できる。そして、ピンがロウ材に食われるのを有効に防止し、ピンがロウ付け部で部分的に細くなってしまったり、亀裂が発生してしまったりするのを防止できる。
【００１５】
すなわち、ピンが折れることがなく、ピンに大電流の電気信号を確実に導通させることができるとともに、セラミック板の両主面間、すなわ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るようになる。
【００１６】
また、ピンは銅から成り、保護金属層はニッケルから成る場合には、低抵抗で安価な銅から成るピンにより大電流の電気信号を流せるとともに、ピンがニッケルにより第一のメタライズ層とロウ付けされるときのロウ材から確実に隔離されて化学反応が防止される。
【００１７】
以上の結果、本発明の気密端子は、ピンに大電流の電気信号を確実に導通させることができるとともに、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】
【００１８】
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は低融点で低抵抗の金属から成るピン、２は環状部材、３はセラミック板、４は金属保護層であり、これらにより気密端子が構成される。
【００１９】
本発明の気密端子は、金属製の環状部材２に挿通されてロウ付けされた、環状部材２よりも低融点で低抵抗の金属から成る柱状のピン１と、このピン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の一方の開口の周囲に第一のメタライズ層３ｂが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、環状部材２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、表面の環状部材２がロウ付けされる部位およびその周辺に保護金属層４が被着されている。
【００２０】
図１において、電気装置へ取り付けるための取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。
【００２１】
本発明の気密端子において、ピン１は、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、また黄銅，真鍮，リン青銅等の銅合金等の低融点で低抵抗の金属から成る円柱状や角柱状のものであり、電気装置内外を電気的に接続するための端子として機能する。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。
【００２２】
ここで、ピン１は、その表面の環状部材２がロウ付けされる部位およびその周囲にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）等の保護金属層４を被着させた構成とされる。ピン１は、ピン１となる棒材を切断加工することによって、またはピン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所定の太さおよび長さに形成される。
【００２３】
なお、ピン１は、Ｃｕ製とすることが、大電流の電気信号を伝送させても電気抵抗によって発熱することが有効に抑制され、電気抵抗による損失を発生させることなく、大電流の電気信号を効率良く確実に導通させることができるので好ましい。また、保護金属層４は、ニッケルとすることが、保護金属層４へのロウ材の濡れを良好にして、ロウ材の良好なメニスカスを形成し、ピン１とセラミック板３との接合を強固なものとできるので好ましい。
【００２４】
ピン１は、環状部材２がロウ付けされる部位およびその周辺の表面に保護金属層４が被着されていることから、ピン１が保護金属層４によって第一のメタライズ層３ｂとの接合用のロウ材から隔離されるので、ロウ材と化学反応するのを有効に防止できる。そして、ピン１がロウ材に食われるのを有効に防止し、ピン１がロウ付け部で部分的に細くなってしまったり、亀裂が発生してしまったりするのを防止できる。
【００２５】
すなわち、ピン１が折れることがなく、ピン１に大電流の電気信号を確実に導通させることができるとともに、セラミック板３の両主面間、すなわ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るようになる。
【００２６】
以上の結果、本発明の気密端子はピン１に大電流の電気信号を確実に導通させることができるとともに、セラミック板３の両主面間、すわわ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。
【００２７】
好ましくは、ピン１に被着させる保護金属層４は厚み１〜10μｍ，長さ３〜15ｍｍとするのがよく、この構成により、ピン１が第一のメタライズ層３ｂとの接合用のロウ材と化学反応するのを有効に防止できるとともに、Ｎｉ金属層４の長さを必要な長さだけにとどめ、大電流の電気信号を伝送させても保護金属層４の電気抵抗によって損失を発生させるのを有効に防止できる。その結果、大電流の電気信号を効率良く確実に導通させることができる。
【００２８】
また、保護金属層４は一部が貫通孔３ａの内側に入り込むようにピン１の表面に配置されるのがよく、第一のメタライズ層３ｂとの接合用のロウ材が環状部材２の表面を濡れながらピン１の表面に達したときに、そのロウ材がピン１の表面に沿って濡れ広がってピン１の表面と化学反応を生じることを避けることができる。さらに、保護金属層４の表面と貫通孔３ａの内面との間の隙間は、ロウ材がその表面張力によって隙間に流れ込まなくなる程度以下の寸法、例えば１ｍｍ以下、となるように貫通孔３ａの内側寸法を決めるのがよい。この程度の隙間であれば、ロウ材の表面張力が働いてロウ材が貫通孔３ａと保護金属層４との隙間に垂れて流れ込むことがなく、保護金属層４の長さを短くすることができる。
【００２９】
保護金属層４は周知の電解めっき法や無電解めっき法，薄膜形成法等によって形成され、予めピン１の保護金属層４を施さない箇所をマスキングしておくことで、ピン１の所定の箇所のみに保護金属層４が施される。
【００３０】
ピン１に被着させる保護金属層４の長さが３ｍｍ未満であると、保護金属層４の長さが不十分となり、ピン１と第一のメタライズ層３ｂとの接合用のロウ材が保護金属層４が施されていない部分にも流れ、ピン１が第一のメタライズ層３ｂとの接合用のロウ材と化学反応してしまう場合がある。また、ピン１に被着させる保護金属層４の長さが15ｍｍを超えて長くなると、保護金属層４の長さが長くなりすぎて、ピン１に大電流の電気信号を伝送させると保護金属層４の電気抵抗によって、電気信号に損失が生じやすくなる。
【００３１】
環状部材２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｎｉ等の金属から成り、0.2ｍｍ〜２ｍｍの厚みの板材を円環状や多角形の環状に打ち抜くことによって作製される。そして、内側の孔にピン１を挿通させＡｇロウ（融点960℃）やＡｕ−Ｃｕロウ（融点990℃）等の合金から成るロウ材によってロウ付けされる。なお、ロウ材との濡れ性をよくするために、環状部材２を板材から打ち抜き後に、１〜10μｍのニッケルめっきを施しておくのが好ましい。また、環状部材２とピン１とを接合するロウ材の溶融温度は、環状部材２と第１のメタライズ層３ｂとを接合するロウ材の溶融温度より高いものを使用するのが好ましいが、これらロウ材の溶融温度が同程度であったとしても、一度ロウ材がロウ付けされた後に固化されると、結晶構造等が変化して、溶融し難くなるので、これらロウ材に同じものを使用することに大きな支障はない。
【００３２】
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の保護金属層４の表面寸法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を被着するとともにこれに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層３ｂとピン１とを、ピン１が挿通されているＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る環状部材２の一主面（下側主面）を第一のメタライズ層３ｂにＡｇ−Ｃｕロウ（融点780℃）等のロウ材によってロウ付け接合する。
【００３３】
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に大電流の電気信号を確実に導通させることができるとともに、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。
【００３４】
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、その後、このプレス成形体にタングステン（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、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。
【００３５】
または、金属ペーストを印刷塗布する前にプレス成形体を約1600℃の温度で焼成し、その後、その焼結体にＭｏ，Ｍｎ等を主成分とする金属ペーストを塗布し、しかる後、1300℃の温度で焼成することによって製作してもよい。
【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。
【００３７】
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。
【００３８】
またセラミック板３の電気装置への取着構造としては、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、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。
【００３９】
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の電気装置への取着は、Ａｇ−Ｃｕロウ，Ａｇロウ，Ａｕ−Ｃｕロウ等を用いて、ピン１とセラミック板３とを接合する際に同時に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】従来の気密端子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：ピン
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
４：保護金属層
【図１】
2005317230.tif 000003
【図２】
2005317230.tif 000004