JP2000344584A - セラミックスと金属との接合構造およびこれに使用する中間挿入材 - Google Patents

セラミックスと金属との接合構造およびこれに使用する中間挿入材

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Abstract

(57)【要約】 【課題】セラミックスからなる基体２と、基体２に埋設
されている金属埋設体５とを備えている第一の部材１で
あって、接合面９ａに金属埋設体５の一部５ａが露出し
ている第一の部材１と、金属からなる第二の部材１３と
の接合構造において、接合部分に加わる熱サイクルや機
械的応力に対する耐久性を向上させる。 【解決手段】第一の部材１の接合面９ａと第二の部材１
３との間に介在する中間挿入材８と、第一の部材の接合
面と中間挿入材とを接合する第一の接合層７と、第二の
部材１３と中間挿入材８とを接合する第二の接合層１０
とを備えている。中間挿入材８が、複数のセラミックス
層１１Ａ、１１Ｂと、各セラミックス層の間に介在する
少なくとも一つの金属層１２との積層体からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスと金
属との接合構造、およびこれに使用する中間挿入材に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体ウエハーの搬送、露光、Ｃ
ＶＤ、スパッタリング等の成膜プロセス、微細加工、洗
浄、エッチング、ダイシング等の工程において、半導体
ウエハーを吸着し、保持するために、静電チャックが使
用されている。こうした静電チャックの基材として、緻
密質セラミックスが注目されている。特に半導体製造装
置においては、エッチングガスやクリーニングガスとし
て、ＣｌＦ 3 等のハロゲン系腐食性ガスを多用する。ま
た、半導体ウエハーを保持しつつ、急速に加熱し、冷却
させるためには、静電チャックの基材が高い熱伝導性を
備えていることが望まれる。また、急激な温度変化によ
って破壊しないような耐熱衝撃性を備えていることが望
まれる。緻密な窒化アルミニウムおよびアルミナは、前
記のようなハロゲン系腐食性ガスに対して高い耐食性を
備えている。
【０００３】また、半導体製造装置の分野において、プ
ラズマを発生させるための高周波電極を内蔵したサセプ
ターが実用化されているが、こうした高周波電力発生装
置の分野においても、窒化アルミニウムや緻密質アルミ
ナの基材中に金属電極を埋設している。更に、半導体製
造装置の分野において、各プロセス中、ウエハーの温度
を制御するために、窒化アルミニウムやアルミナ基材中
に金属抵抗体を埋設したセラミックスヒーターも実用化
されている。
【０００４】これらの各装置においては、窒化アルミニ
ウム等のセラミックス基材中に金属電極を埋設し、外部
の電力供給用コネクターに対して金属電極を電気的に接
続する必要がある。しかし、こうした接続部分は、酸化
性雰囲気下、更には腐食性ガス雰囲気下で、非常な高温
と低温との熱サイクルにさらされる。このような悪条件
下においても、長期間高い接合強度と良好な電気的接続
とを保持することが望まれている。
【０００５】本発明者は、このような接続構造について
研究を続けてきた。例えば、特開平８−２７７１７３号
公報においては、メッシュ状ないしは網状の金属電極を
ＡｌＮセラミックス内に埋設させ、メッシュの一部を露
出させ、メッシュの露出部分とＡｌＮセラミックスとの
双方を電力供給用コネクターの先端面にろう付けするこ
とを提案した。この技術においては、ハロゲン系腐食性
ガスおよびそのプラズマに対して高い耐食性を有するろ
う付け方法を提案している。また、本発明者は、特願平
９−１２７６９号明細書で、コネクターと金属電極との
接続構造において、酸化性雰囲気下で、高温や熱サイク
ルにさらされても、高い接合強度と良好な導通性能を保
持するような特定の接合構造を提案した。また、特開平
１１−１２０５３号公報において、特異な接続構造を提
案し、これによってセラミックス中の埋設金属部材の浸
食の防止を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高温と低温と
の熱サイクルを非常に多数回、あるいは長期間にわたっ
て繰り返した場合や、各熱サイクルにおける温度差や温
度降下速度、温度上昇速度が非常に大きい場合、更には
端子に対して高い機械的応力が加わるような場合には、
金属端子とセラミックスの接合部分において、ろう材中
にクラックが進展し、ろう材を通して腐食性ガスが浸透
するおそれがあり、あるいは接合部分を構成する各セラ
ミックス部材中にクラックが進展するおそれがある。
【０００７】本発明の課題は、セラミックスからなる基
体と、この基体に埋設されている金属埋設体とを備えて
いる第一の部材であって、第一の部材の接合面に金属埋
設体の一部が露出している第一の部材と、金属からなる
第二の部材との接合構造において、接合部分に加わる熱
サイクルや機械的応力に対する耐久性を向上させること
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
からなる基体と、この基体に埋設されている金属埋設体
とを備えている第一の部材であって、第一の部材の接合
面に金属埋設体の一部が露出している第一の部材と、金
属からなる第二の部材との接合構造であって、第一の部
材の接合面と第二の部材との間に介在する中間挿入材
と、第一の部材の接合面と中間挿入材とを接合する第一
の接合層と、第二の部材と中間挿入材とを接合する第二
の接合層とを備えており、中間挿入材が、複数のセラミ
ックス層と、各セラミックス層の間に介在する少なくと
も一つの金属層との積層体からなることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、複数のセラミックス層
と、各セラミックス層の間に介在する少なくとも一つの
金属層との積層体からなることを特徴とする、中間挿入
材に係るものである。
【００１０】以下、図１、図２を参照しつつ、本発明を
更に説明する。
【００１１】図１は、本発明の接合構造の一例を示す断
面図であり、図２（ａ）は面取り加工前の中間挿入材８
Ａを示す断面図であり、図２（ｂ）は中間挿入材８の角
部と収容孔の角部との近傍を拡大して示す断面図であ
る。本実施形態では、第一の部材はサセプター１であ
り、第二の部材は電力供給用のコネクター１３である。
【００１２】盤状のセラミックス基体２の内部に、電極
３が埋設されている。２ａは半導体ウエハーやフラット
パネルディスプレイの設置面であり、２ｂは背面であ
る。電極３は、例えば金網ないしメッシュによって形成
されている。基体２の背面２ｂ側には収容孔９が設けら
れている。基体２中には網状の電極３が埋設されてお
り、かつモリブデンまたはモリブデン合金からなる端子
５が埋設されている。端子５は、高融点の観点から、モ
リブデンまたはモリブデン合金製のバルク体、またはモ
リブデンやモリブデン合金の各粉末の焼結体であること
が好ましい。端子５の一方の表面５ａが収容孔９の底面
９ａに露出しており、端子５の他方の表面５ｂが金属電
極３に対して接触している。５ｃは側面である。
【００１３】収容孔９の中に、中間挿入材８と、第二の
部材１３の先端部分とが収容されている。中間挿入材８
の底面８ｃと、収容孔９の底面９ａおよび端子５の露出
面５ａとが、第一の接合層７の底面部７ｂによって接合
されている。また、中間挿入材８の側面８ｂと収容孔９
の側面９ｂとの間には若干の隙間が設けられており、こ
の隙間に第一の接合層７の側周部７ａが充填されてい
る。第一の接合層７は、中間挿入材８の上面８ａの近傍
まで延びている。中間挿入材８の上面８ａと、第二の部
材１３の端面１３ａとが、第二の接合層１０によって接
合されている。
【００１４】中間挿入材８、８Ａは、図１、図２（ａ）
に示すように、複数のセラミックス層１１Ａ、１１Ｂ
と、各セラミックス層の間に形成されている金属層１２
とからなる。中間挿入材８、８Ａのもっとも外側の２層
のセラミックス層１１Ａは、その一方の主面が露出して
おり、他方の主面が金属層１２に接している。各セラミ
ックス層と各金属層とは一体化されている。
【００１５】図２（ａ）に示す面取り加工前の中間挿入
材８Ａをそのまま使用することができるが、図２（ｂ）
に示すように、中間挿入材８の角部８ｄを面取り加工す
ることが好ましい。
【００１６】上述のように、複数のセラミックス層と少
なくとも一層の金属層とからなる、積層構造の中間挿入
材は、基本的にはセラミックスに近い熱膨張挙動を有し
ているので、第一の部材１との間の熱膨張、熱収縮特性
の偏差に起因する第一の接合層７内のクラックや中間挿
入材のクラックを抑制できる。その上、中間挿入材８、
８Ａ内において、各セラミックス層１１Ａ、１１Ｂは、
互いに金属層を介して分離されていることから、第一の
部材との熱膨張、熱収縮特性の相違に起因する応力が各
セラミックス層に加わったときに、その応力を分散させ
ることができる。また、一つのセラミックス層内にクラ
ックが生じたときにも、そのセラミックス層の組織は、
他のセラミックス層のセラミックス組織とは分離されて
いるので、クラックが他のセラミックス層に伝搬せず、
従って接合部分が破壊しない。
【００１７】中間挿入材を構成するセラミックス層の厚
さを０．５ｍｍ以上とし、金属層の厚さを２ｍｍ以下と
し、かつセラミックス層の厚さに対する金属層の厚さの
比率を１／３以下、好ましくは１／５以下、更に好まし
くは１／１０以下とすることによって、中間挿入材によ
る熱膨張の緩和作用を一層顕著とすることができる。
【００１８】また、各セラミックス層の内部応力を緩和
し、かつクラックの進展を確実に防止するという観点か
らは、各金属層の厚さを１ｍｍ以上とし、セラミックス
層の厚さを０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】本発明の好適な実施形態においては、例え
ば図１におけるように、第二の部材１３と金属埋設体５
とが、少なくとも第一の接合層７および金属層１２を通
して電気的に導通している。即ち、中間挿入材８、８Ａ
に対して、熱膨張特性の差に起因する応力の緩和と共
に、電気的導通という別種の機能を分担させることがで
きる。
【００２０】この場合には、各金属層１２の厚さを変化
させることによって、中間挿入材における内部電気抵抗
を正確に制御することができる。そして、金属層を複数
層設けた場合には、かりに一つの金属層において電気的
導通が阻害されたときにも、他の金属層を介して電気的
導通が確保される。このような作用効果を得るために
は、金属層を４層以上設けることが好ましく、また中間
挿入材における各金属層の方向を、収容孔９の接合面９
ａに対して略垂直とすることが好ましい。
【００２１】また、本発明の好適な実施形態において
は、例えば図１におけるように、第一の部材１に収容孔
９を形成し、収容孔９の底面９ａに金属埋設体５を露出
させ、収容孔９に中間挿入材８および第二の部材１３の
少なくとも一部を収容し、第一の接合層７を、中間挿入
材８の底面８ｃと収容孔９の底面９ａとの間、および中
間挿入材８の側面８ｂと収容孔９の側面９ｂとの間に連
続的に設ける。また、第二の接合層１０を中間挿入材８
の上面８ａと第二の部材１３との間に設けることができ
る。
【００２２】本発明の中間挿入材は、前述したように、
セラミックスに近い熱膨張挙動を示すと共に、各セラミ
ックス層間が金属層によって分離され、セラミックス層
の内部応力が緩和されているので、中間挿入材の底面の
みならず側面にも接合層を設けたときにも、この接合層
内にクラックが発生しにくい。そして、このように中間
挿入材の側面と収容孔の側面との間にも接合層を設ける
ことによって、接合層による接合距離が長くなるので、
第一の部材と第二の部材との接合強度が著しく向上する
と共に、外部の雰囲気、特に酸素雰囲気や腐食性ガス雰
囲気に対して、金属埋設体が保護される。
【００２３】本発明の好適な実施形態においては、接合
構造の断面を見たときに、図２（ｂ）に示すように、収
容孔９の底面９ａと側面９ｂとの間の角部９ｃの曲率半
径が、中間挿入材８の底面８ｃと側面８ｂとの間の角部
８ｄにおける曲率半径の１−２倍である。これによっ
て、各角部において、中間挿入材と収容孔との隙間の厚
さの変化、即ち接合層の厚さの変化が小さくなるので、
両角部の間の領域がクラック発生の起点となりにくい。
【００２４】中間挿入材８の底面８ｃと側面８ｂとの間
の角部８ｄにおける曲率半径は、０．３−１．０ｍｍで
あることが好ましい。
【００２５】第一の部材としては、セラミックス基体中
に抵抗発熱体を埋設したヒーター、セラミックス基体中
に静電チャック用電極を埋設した静電チャック、セラミ
ックス基体中に抵抗発熱体と静電チャック用電極とを埋
設した静電チャック付きヒーター、セラミックス基体中
にプラズマ発生用電極を埋設した高周波発生用電極装
置、セラミックス基体中にプラズマ発生用電極および静
電チャック電極を埋設した高周波発生用電極装置等の各
装置を例示できる。これらの装置においては、セラミッ
クス基体内部の電極に対して電力を供給するための電力
供給用コネクターが必要である。
【００２６】金属電極を埋設した場合には、金属電極を
面状の金属バルク材とすることが好ましい。ここで、
「面状の金属バルク材」とは、例えば、線体あるいは板
体を、らせん状、蛇行状に配置することなく、一体の面
状のバルクとして成形したものをいう。
【００２７】こうした面状のバルク材としては、次を例
示できる。 （１）薄板からなる、面状のバルク材。 （２）面状の電極の中に多数の小空間が形成されている
バルク材。これには、多数の小孔を有する板状体からな
るバルク材や、網状のバルク材を含む。多数の小孔を有
する板状体としては、パンチングメタルを例示できる。
【００２８】金属埋設体、特に電極は、通常、アルミナ
粉末や窒化アルミニウム粉末等のセラミックス粉末と同
時に焼成するので、高融点金属で形成することが好まし
い。こうした高融点金属としては、タンタル，タングス
テン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム及びこ
れらの合金を例示できる。半導体汚染防止の観点から
は、更に、タンタル、タングステン、モリブデン、白金
及びこれらの合金が好ましい。
【００２９】中間挿入材のセラミックス層を構成するセ
ラミックスの熱膨張係数と、基体を構成するセラミック
スの熱膨張係数との差は、本発明の効果を一層向上させ
るという観点からは、２０％以内とすることが好まし
い。
【００３０】こうしたセラミックスは特に限定されない
が、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ン、アルミナが含まれる。
【００３１】第一の接合層および第二の接合層の材質
は、金、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、白金および
パラジウムからなる群より選ばれた金属元素を主成分と
するろう材からなることが好ましく、金、白金およびパ
ラジウムからなる群より選ばれた一種以上の金属を主成
分とするろう材が特に好ましい。これらの各金属は、接
合層の構成金属の５０重量％以上を占めており、７０重
量％以上占めていることが好ましく、更には８０重量％
以上占めていることが好ましい。耐酸化性の点では、金
がもっとも好ましい。
【００３２】接合層中には、チタン、ジルコニウム、ハ
フニウム、バナジウム、ニオブおよびマグネシウムから
なる群より選ばれた一種以上の活性金属を含有させるこ
とが好ましく、これによってセラミックスに対する接合
層の密着性、接合力を高めることができる。
【００３３】接合層中には、Ｓｉ、Ａｌ、ＣｕおよびＩ
ｎからなる群より選ばれた一種以上の第三成分を含有さ
せることができる。
【００３４】ここで、活性金属の配合量が０．３重量％
未満であると、濡れ性が悪くなり、接合しない場合があ
るとともに、２０重量％を超えると接合界面の反応層が
厚くなりクラックが発生する場合があるため、０．３〜
２０重量％であると好ましい。また、第三成分の合計の
配合量は、５０重量％を超えると、金属間化合物が多く
なり、接合界面にクラックが発生する場合があるため、
５０重量％以下であると好ましい。
【００３５】また、接合層中にニッケルを５〜５０重量
％含有させることが好ましく、これによって金属接合部
材にニッケル含有合金またはニッケルを用いた場合、接
合層への多大な溶解を低減できる。これにより、接合後
の埋設端子のシール性が向上する。
【００３６】中間挿入材を構成する金属層は、金、アル
ミニウム、銅、銀、ニッケル、白金およびパラジウムか
らなる群より選ばれた金属元素を主成分とする、前述し
た各ろう材からなることが好ましい。更に、このろう材
には、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよびニオブ
からなる群より選ばれた一種以上の活性金属が含有され
ていることが好ましい。
【００３７】第二の部材、特に電力供給用コネクターの
材質は、雰囲気に対する耐食性の高い金属であることが
好ましく、具体的には、純ニッケル、ニッケル基耐熱合
金、金、白金、銀、アルミニウムおよびこれらの合金が
好ましい。
【００３８】図２（ａ）に示す中間挿入材８Ａを製造す
るには、各セラミックス層１１Ａ、１１Ｂの間に、それ
ぞれろう材のシートを介在させ、ろう材の融点以上の温
度で熱処理する。
【００３９】本発明の一形態においては、金属層内に、
隣り合うセラミックス層の間隔を調節するためのスペー
サーが挿入されている。これによって、各セラミックス
層の間隔を一定にし、応力の不均一を防止できる。
【００４０】図３に示す中間挿入材８Ｂは、この実施形
態に係るものである。各セラミックス層１１Ａ、１１Ｂ
間に、金属層１２Ａを形成しており、各金属層１２Ａ中
に、所定の直径を有する線状のスペーサー３３が挿入さ
れている。このスペーサーは、線状であることが好まし
いが、球状であってもよい。また、スペーサーの材質
は、ろう材よりも融点が高く、かつ溶融したろう材に溶
解しにくい金属であることが好ましい。例えば、アルミ
ニウムろうを使用した場合には、ニッケル線を使用する
ことが好ましく、金ろうを使用した場合には、白金線、
ニッケル線を使用することが好ましい。
【００４１】こうした接合構造の製造方法について述べ
る。好ましくは、図４に示すように、セラミックスの原
料からなる成形体３０を作成し、この成形体３０を焼成
する。成形体３０中には、網状の金属電極３と、金属粉
末の成形体１５が埋設されている。この成形体３０を焼
成することによって、同時に粉末成形体１５を焼結させ
て、粉末焼結体からなる端子５を得ることができる。
【００４２】次いで、背面２ｂ側から研削加工を施し、
図５（ａ）に示すように収容孔９を形成する。この際、
端子５の表面５ａの上に、金、白金またはパラジウムか
らなる金属箔１６を設置し、加熱することもできる。こ
れによって、加熱後には、図５（ｂ）に示すように、端
子１８が生成する。端子１８においては、端子５の表面
５ａが膜１７によって覆われるが、更に端子５の側面５
ｃとセラミックスとの微細な隙間にも膜１７が一部形成
されていた。
【００４３】次いで、収容孔９内の所定箇所に、第一の
接合層７用のろう材シート、中間挿入材８、第二の接合
層１０用のろう材シートおよび第二の部材１３を設置
し、非酸化性条件下で加熱する。これによって図１に示
す接合構造が得られる。非酸化性条件とは、真空下また
は非酸化性雰囲気（好ましくは不活性雰囲気）下を言
う。
【００４４】本発明の好適な実施形態においては、第二
の部材が、本体部分と、本体部分の先端に設けられてお
り、収容孔内に収容されている拡張部とを備えており、
接合構造が、セラミックスからなる熱膨張緩和材を備え
ており、拡張部の底面と中間挿入材とが第二の接合層に
よって接合されており、拡張部の上面に対して熱膨張緩
和材が接合されている。これによって、中間挿入材と金
属製の第二の部材との間の熱膨張差を、一層効果的に緩
和できる。
【００４５】図６は、この実施形態に係る接合構造の断
面図である。図１に示した各構成部分には同じ符号を付
け、その説明を省略する。収容孔９、中間挿入材８等の
形態は、図１と同じである。第二の部材１３Ａは、細長
いロッド状の本体部分１３ｂと、本体部分１３ｂの先端
に設けられた拡張部１３ｃとを備えている。拡張部１３
ｃの底面１３ａと中間挿入材８の上面８ａとの間に第二
の接合層１０が挟まれている。拡張部１３ｃの上面１３
ｄ上には、例えば円環形状の熱膨張緩和材３０が設置さ
れており、上面１３ｄと熱膨張緩和材３０とが接合層１
９によって接合されている。
【００４６】熱膨張緩和材３０は、例えば前述した基体
２やセラミックス層１１Ａ、１１Ｂ用のセラミックスに
よって形成することが好ましく、熱膨張緩和材３０の熱
膨張係数とセラミックス層１１Ａ、１１Ｂの熱膨張係数
との差を２０％以内とすることが好ましい。接合層１９
は、前述したようなろう材によって形成することが好ま
しい。
【００４７】また、第二の接合層は、第二の部材と中間
挿入材との間に介在させることが好ましいが、必ずしも
その必要はない。図７は、この実施形態に係る接合構造
の断面図である。収容孔９、中間挿入材８等の形態は、
図１と同じである。第二の部材１３Ｂはロッド状をして
いる。第二の部材１３Ｂの底面１３ａが中間挿入材８の
上面８ａに対して、接合層を介在させることなく、直接
に接触している。中間挿入材８の上面８ａには、第二の
部材１３Ｂの側面１３ｅと接するように第二の接合層２
０が形成されており、第二の接合層２０によって、第二
の部材１３Ｂが、中間挿入材８に対して、第二の部材１
３Ｂの側面１３ｅ側から固定されている。このように、
第二の部材１３Ｂの底面と中間挿入材８との間に直接接
合層を介在させないことによって、両者の熱膨張差によ
ってろう材に加わる応力を、低減する。
【００４８】本発明の好適な実施形態においては、第二
の部材が筒状成形体からなり、この筒状成形体の端面が
第二の接合層によって中間挿入材に対して接合されてい
る。このように、金属製の第二の部材を筒状成形体と
し、筒状成形体のエッジ面を中間挿入材に対して接合す
ることによって、第二の部材と中間挿入材との熱膨張差
に起因する応力を一層低減できる。
【００４９】この実施形態において特に好ましくは、筒
状成形体の内側に、セラミックスからなる熱膨張緩和材
を収容し、筒状成形体の内壁面と熱膨張緩和材の外壁面
とを接合する。
【００５０】図８は、この実施形態に係る接合構造を示
す断面図である。中間挿入材８、収容孔９等は、図１に
示したものと同様である。収容孔９には、筒状成形体２
７の本体部分２７ａが収容されており、本体部分２７ａ
の端面２７ｄが、第二の接合層１０によって中間挿入材
８の上面８ａに接合されている。筒状成形体２７の上側
端部には、本体部分２７ａの外径よりも大きな外径を有
するフランジ部２７ｂが設けられている。フランジ部２
７ｂと、ケーブル固定部材２８の表面２８ａとが溶接等
によって接合されている。筒状成形体２７の内側に、例
えば円盤形状の熱膨張緩和材２５が収容されており、熱
膨張緩和材２５の外壁面２５ａと筒状成形体２７の内壁
面２７ｃとが、接合層２６によって接合されている。接
合層２６の材質としては、前述したろう材が好ましい。
【００５１】本発明の好適な実施形態においては、接合
構造が筒状雰囲気保護体を備えており、第一の部材に収
容孔が形成されており、この収容孔の底面に金属埋設体
が露出しており、収容孔に中間挿入材および筒状雰囲気
保護体の少なくとも一部が収容されており、筒状雰囲気
保護体の内側に中間挿入材および第二の部材の少なくと
も一部が収容されており、第二の部材の底面と中間挿入
材とが第二の接合層によって接合されており、中間挿入
材および筒状雰囲気保護体が第一の接合層によって、収
容孔の底面に対して接合されている。
【００５２】これによって、接合構造の耐熱性、耐食
性、耐酸化性を向上させ、かつ良好な導通性能を保持で
きる。
【００５３】図９は、本発明のこの実施形態に係る接合
構造を示す断面図である。収容孔９の中に、例えば円筒
形状の雰囲気保護体２１が挿入されている。雰囲気保護
体２１の外側面２１ａと収容孔９の内壁面９ｂとの間に
は、若干の隙間が設けられている。雰囲気保護体２１の
内側空間の下方には、例えば円盤形状の中間挿入材８が
収容されている。
【００５４】中間挿入材８の下側面８ｃ、および筒状雰
囲気保護体２１の端面２１ｄと、収容孔９の底面９ａと
は、第一の接合層２５によって気密に接合されている。
【００５５】第二の部材２３は、収容孔９外にある本体
部分２３ｃ、円環形状のフランジ部分２３ｂ、および先
端部分２３ｄを備えており、先端部分２３ｄが雰囲気保
護体２１内に収容されている。雰囲気保護体２１の内壁
面２１ｂと、中間挿入材８および先端部分２３ｄとの間
には、若干の隙間が設けられている。雰囲気保護体２１
の上面２１ｃとフランジ部分２３ｂとの間は、好ましく
は上述のろう材からなる導電性接合層２４が形成されて
いる。これと共に、先端部分２３ｄの底面２３ａと中間
挿入材８の上面８ａとの間には、導電性の第二の接合層
１０が形成されている。
【００５６】本接合構造によれば、筒状雰囲気保護体２
１を収容孔９内に収容し、雰囲気保護体の内側空間の下
部に中間挿入材８を設置し、中間挿入材８の上側に先端
部分２３ｄを挿入することによって、中間挿入材８を構
成する各金属層１２を、雰囲気保護体２１によって完全
に包囲し、保護できる。
【００５７】これと共に、中間挿入材８において、複数
の金属層１２のそれぞれを介して同時に電気的導通が図
られている。従って、大きな電流、例えば３０アンペア
以上の大きさの電流も、容易に流すことができる。
【００５８】更に、第二の部材２３の先端部分２３ｄ、
導電性の第二の接合層１０、中間挿入材８の各金属層１
２および第一の接合層を経由する電流経路と、フランジ
部分２３ｂ、導電性接合層２４、雰囲気保護体２１およ
び第一の接合層２５を経由する電流経路とがある。この
双方の電流経路があることによって、電極３への電力供
給量を一層増大させ、かつ安定化することができる。
【００５９】第二の接合層１０と、中間挿入材８との接
合に際しては、（１）第二の接合層１０に、活性金属を
含有するろう材を使用し、セラミックス層１１Ａ、１１
Ｂおよび金属層１２の双方をろう材に対して接合するこ
とができる。あるいは、（２）第二の接合層１０に、活
性金属を含有しないろう材を使用し、金属層１２のみを
ろう材に接合させる場合もある。（２）の場合には、中
間挿入材８に加わる残留応力が低いので、残留応力に起
因する破損が生じにくい。
【００６０】図１０に示す接合構造は、図１に示した接
合構造と同様のものである。ただし、基体２内に端子５
が埋設されておらず、収容孔９の底面９ａには、金属電
極３がそのまま露出している。従って、中間挿入材８の
底面８ｃは、底面９ａに露出する金属電極３およびセラ
ミックスと、第一の接合層７を介して接合されている。
【００６１】
【実施例】（第一の部材２の製造）図４、図５（ａ）に
示す方法に従って、図９に示す第一の部材１を作製し
た。具体的には、窒化アルミニウム粉末を一軸加圧成形
することによって、図４に示す成形体３０を製造した。
金属電極３としては、モリブデン製の金網を使用した。
この金網は、直径φ０．１２ｍｍのモリブデン線を、１
インチ当たり５０本の密度で編んだ金網を使用した。こ
の金網３を予備成形体中に埋設した。これと共に、粒径
１〜１００μｍのモリブデン粉末を成形して成形体１５
を得、この成形体１５も成形体３０中に埋設した。
【００６２】この成形体３０を型内に設置し、成形体３
０をカーボンフォイル内に密封し、１９５０℃の温度、
２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力および２時間の保持時間で、
ホットプレス法によって、この成形体を焼成し、焼結体
を得た。この焼結体の相対密度は、９８．０％以上であ
った。
【００６３】得られた焼結体の背面側から、マシニング
センターによって収容孔９を形成し、第一の部材の試験
片を作製した。ただし、この試験片の外形は直方体であ
り、寸法は縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１０ｍｍであ
る。
【００６４】（中間挿入材８の製造）図１−図２（ａ）
に示すようにして、中間挿入材８を製造した。具体的に
は、窒化アルミニウム焼結体からなる平板状のセラミッ
クス層を５層と、金ろうシート（Ａｕ−１８Ｎｉ−１Ｔ
ｉ）を４層とを交互に積層した。セラミックス層の寸法
は２０ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍであり、金ろうシー
トの寸法は２０ｍｍ×１０ｍｍ×０．１ｍｍであった。
積層体に２５０ｇの加重を加え、９８０℃で１０分間加
熱した。得られた積層体を加工し、直径４．７ｍｍ、厚
さ２．０ｍｍの円盤状の中間挿入材８Ａを得た（図２
（ａ）参照）。
【００６５】次いで、中間挿入材８Ａの角部を、リュー
ターで引っ掛かりのないことを確認しつつ加工し、中間
挿入材８を得た。
【００６６】（接合）収容孔９の底面９ａ上に、２枚の
金ろうシート（Ａｕ−１８Ｎｉ−１Ｔｉ）（厚さ０．１
ｍｍ）を設置し、その上に中間挿入材８および保護体２
１を設置した。保護体２１はコバール製である。中間挿
入材８の上面の上に、１枚の金ろうシート（Ａｕ−１８
Ｎｉ−１Ｔｉ）（厚さ０．１ｍｍ）を設置し、その上に
ニッケル製の第二の部材２３を設置した。保護体２１の
上面２１ｃとフランジ部分２３ｂとの間にも、金ろうシ
ート（Ａｕ−１８Ｎｉ−１Ｔｉ）（厚さ０．１ｍｍ）を
設置した。こうして得られた組み立て体を、２５０ｇの
荷重を加えつつ、９８０℃で１０分間熱処理し、図９に
示す接合構造を製造した。
【００６７】第二の部材２３の本体部分２３ｃの、収容
孔９から３０ｍｍ離れた部位に、背面２ｂに平行な方向
へと向かって荷重を加えた。この結果、３０ｋｇｆの荷
重を加えた段階で、ニッケル製の部材２３が大きく変形
し、それ以上の荷重を加えることができなかった。この
段階で、接合部分には破壊は生じなかった。
【００６８】また、この接合構造に対して、１００℃と
７００℃との間での熱サイクルを５０回加えた。ただ
し、昇温速度、降温速度は、共に約２００℃／分とし
た。この後、上述の試験を行ったところ、やはり３０ｋ
ｇｆの荷重を加えた段階で、ニッケル製の部材２３が大
きく変形し、接合部分には破壊は生じなかった。
【００６９】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、接合部分に加わる熱サイクルや機械的応力に対する
耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る接合構造を示す断面
図である。
【図２】（ａ）は、面取り加工されていない中間挿入材
８Ａを示す断面図であり、図２（ｂ）は、面取り加工後
の中間挿入材８の角部８ｄおよび収容孔の角部９ｃの近
傍の拡大断面図である。
【図３】他の実施形態に係る中間挿入材８Ｂを示す断面
図であり、各金属層１２Ａ中にスペーサー３３が挿入さ
れている。
【図４】セラミックスの成形体３０中に、金属粉末の成
形体１５および金属電極３が埋設されている状態を示す
断面図である。
【図５】（ａ）は、第一の部材１に収容孔９を形成し、
端子５上に金属箔１６を設置した状態を示す断面図であ
り、（ｂ）は、皮膜１７を有する端子１８を示す拡大断
面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る接合構造の断面図
であり、熱膨張緩和材３０を備えている。
【図７】本発明の他の実施形態に係る接合構造の断面図
である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る接合構造の断面図
であり、筒状成形体２７の端面が中間挿入材に接合され
ており、筒状成形体２７の内側に熱膨張緩和材２５が収
容されている。
【図９】本発明の他の実施形態に係る接合構造の断面図
であり、筒状雰囲気保護体２１の内側に中間挿入材８が
収容されている。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る接合構造を示す
断面図であり、中間挿入材８の底面と金属電極３とが接
合されている。
【符号の説明】
１ 第一の部材 ２ セラミックス基体
３、５金属埋設体 ５ａ 金属埋設体５の接合面
７、２５ 第一の接合層 ７ａ 第一の
接合層７の側周部分 ７ｂ 第一の接合層７の底
面部分 ８、８Ａ、８Ｂ 中間挿入材 ８
ａ 中間挿入材の上面 ８ｂ 中間挿入材の側面 ８ｃ 中間挿入材の底
面 ８ｄ中間挿入材の底面８ｃと側面８ｂとの間
の角部 ９ 収容孔 ９ａ収容孔９の底面
９ｂ 収容孔９の側面 ９ｃ 収容孔９
の底面９ａと側面９ｂとの間の角部 １０、２０
第二の接合層 １１Ａ、１１Ｂ セラミックス
層 １２、１２Ａ 金属層 １３、１３
Ａ、１３Ｂ、２３ 第二の部材 １９、２６ 接
合層 ２５、３０熱膨張緩和材 ２７ 筒
状成形体（第二の部材） ３３ スペーサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AA13A AA13C AA19A AA19C AB16B AB16D AB17B AB17D AB24B AB24D AB25B AB25D AB31B AB31D AD04A AD04C AD05A AD05C BA04 BA06 BA07 EC16B EC16D GB41 JJ03 JK01 JK10 4G026 BA01 BA03 BA16 BA17 BB21 BB22 BB27 BB28 BC02 BE04 BF31 BF33 BF34 BF35 BF42 BF46 BF48 BF52 BG02 BH06 5F031 HA02 HA16

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セラミックスからなる基体と、この基体に
    埋設されている金属埋設体とを備えている第一の部材で
    あって、第一の部材の接合面に金属埋設体の一部が露出
    している第一の部材と、金属からなる第二の部材との接
    合構造であって、第一の部材の接合面と第二の部材との
    間に介在する中間挿入材と、第一の部材の接合面と中間
    挿入材とを接合する第一の接合層と、第二の部材と中間
    挿入材とを接合する第二の接合層とを備えており、中間
    挿入材が、複数のセラミックス層と、各セラミックス層
    の間に介在する少なくとも一つの金属層との積層体から
    なることを特徴とする、接合構造。
  2. 【請求項２】前記金属層内に、隣り合う前記セラミック
    ス層の間隔を調節するためのスペーサーが挿入されてい
    ることを特徴とする、請求項１記載の接合構造。
  3. 【請求項３】前記第二の部材と前記金属埋設体とが、少
    なくとも前記第一の接合層および前記金属層を通して電
    気的に導通していることを特徴とする、請求項１または
    ２記載の接合構造。
  4. 【請求項４】前記第一の部材に収容孔が形成されてお
    り、この収容孔の底面に前記金属埋設体が露出してお
    り、収容孔に前記中間挿入材および前記第二の部材の少
    なくとも一部が収容されており、前記第一の接合層が、
    前記中間挿入材の底面と収容孔の底面との間および中間
    挿入材の側面と収容孔の側面との間に連続的に設けられ
    ていることを特徴とする、請求項１−３のいずれか一つ
    の請求項に記載の接合構造。
  5. 【請求項５】前記接合構造の断面を見たときに、前記収
    容孔の前記底面と前記側面との間の角部の曲率半径が、
    前記中間挿入材の前記底面と前記側面との間の角部にお
    ける曲率半径の１−２倍であることを特徴とする、請求
    項４記載の接合構造。
  6. 【請求項６】前記接合構造が、セラミックスからなる熱
    膨張緩和材を備えており、前記第二の部材が、本体部分
    と、この本体部分の先端に設けられており、収容孔内に
    収容されている拡張部とを備えており、拡張部の底面と
    前記中間挿入材とが前記第二の接合層によって接合され
    ており、拡張部の上面に対して前記熱膨張緩和材が接合
    されていることを特徴とする、請求項４または５記載の
    接合構造。
  7. 【請求項７】前記第二の部材が筒状成形体からなり、こ
    の筒状成形体の端面が前記第二の接合層によって前記中
    間挿入材に対して接合されていることを特徴とする、請
    求項４または５記載の接合構造。
  8. 【請求項８】前記筒状成形体の内側に、セラミックスか
    らなる熱膨張緩和材が収容されており、筒状成形体の内
    壁面と熱膨張緩和材の外壁面とが接合されていることを
    特徴とする、請求項７記載の接合構造。
  9. 【請求項９】前記接合構造が筒状雰囲気保護体を備えて
    おり、前記第一の部材に収容孔が形成されており、この
    収容孔の底面に前記金属埋設体が露出しており、収容孔
    に前記中間挿入材および筒状雰囲気保護体の少なくとも
    一部が収容されており、前記筒状雰囲気保護体の内側に
    中間挿入材および前記第二の部材の少なくとも一部が収
    容されており、第二の部材の底面と中間挿入材とが前記
    第二の接合層によって接合されており、中間挿入材およ
    び筒状雰囲気保護体が前記第一の接合層によって収容孔
    の底面に対して接合されていることを特徴とする、請求
    項１−３のいずれか一つの請求項に記載の接合構造。
  10. 【請求項１０】前記第二の部材がニッケルまたはニッケ
    ル合金製の端子であることを特徴とする、請求項１−９
    のいずれか一つの請求項に記載の接合構造。
  11. 【請求項１１】前記セラミックス層を構成するセラミッ
    クスの熱膨張係数と、前記基体を構成するセラミックス
    の熱膨張係数との差が２０％以内であることを特徴とす
    る、請求項１−１０のいずれか一つの請求項に記載の接
    合構造。
  12. 【請求項１２】前記基体を構成するセラミックスが、窒
    化アルミニウム、アルミナおよび窒化珪素からなる群よ
    り選ばれた一種以上のセラミックスであることを特徴と
    する、請求項１−１１のいずれか一つの請求項に記載の
    接合構造。
  13. 【請求項１３】前記金属層が、金、アルミニウム、銀、
    銅、ニッケル、白金およびパラジウムからなる群より選
    ばれた金属を主成分とするろう材からなることを特徴と
    する、請求項１−１２のいずれか一つの請求項に記載の
    接合構造。
  14. 【請求項１４】前記第一の接合層および第二の接合層
    が、金、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、白金および
    パラジウムからなる群より選ばれた金属を主成分とする
    ろう材からなることを特徴とする、請求項１−１２のい
    ずれか一つの請求項に記載の接合構造。
  15. 【請求項１５】セラミックスからなる基体と、この基体
    に埋設されている金属埋設体とを備えている第一の部材
    であって、第一の部材の接合面に金属埋設体の一部が露
    出している第一の部材と、金属からなる第二の部材とを
    接合するのに使用するための中間挿入材であって、複数
    のセラミックス層と、各セラミックス層の間に介在する
    少なくとも一つの金属層との積層体からなることを特徴
    とする、中間挿入材。
  16. 【請求項１６】前記金属層内に、隣り合う前記セラミッ
    クス層の間隔を調節するためのスペーサーが挿入されて
    いることを特徴とする、請求項１５記載の中間挿入材。
  17. 【請求項１７】前記金属層が、金、アルミニウム、銀、
    銅、ニッケル、白金およびパラジウムからなる群より選
    ばれた金属を主成分とするろう材からなることを特徴と
    する、請求項１５または１６記載の中間挿入材。
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