JP2002254166A - ロウ付け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製の端子体と円環状接続部材の隙間が小
さくロウ材が流れ込みにくいため、円環状接続部材の下
面にロウ材のフィレットを形成することができず、外部
のコネクタ脱着時等の機械的外力によって、ロウ材にク
ラックが生じるという問題があった。 【解決手段】 略円筒状のセラミック基体１１と、セラ
ミック基体１１の少なくとも一方の端面から突出するよ
うに貫通孔１１ａに挿入されるとともにこの端面に貫通
孔１１ａに同軸状に接合された円環状接続部材１３を介
してロウ付けされた金属製の端子体１２とのロウ付け構
造であって、円環状接続部材１３は、その内周面に上下
面を貫通するロウ材溜り形成用の略同じ形状の切欠き部
１３ａが略同じ間隔で配置されるように３つ以上形成さ
れており、切欠き部１３ａの円環状接続部材１３の径方
向における深さが０．２５〜１ｍｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置や電
子顕微鏡等に使用される電流導入端子等の真空気密部品
に用いられる、セラミックスと金属とのロウ付け構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気密端子等の真空気密部品は、図
３の断面図に示すように、真空容器Ｌの開口部に環状の
外周金属部材（フランジ部）６を介して溶接等で気密封
止され、真空容器Ｌの内外を貫通する貫通孔１ａを有
し、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等からなる円筒
状のセラミック基体１を具備する。

【０００３】このセラミック基体１の真空容器Ｌの外部
側の端部には、セラミック基体１の上端面から貫通孔１
ａの内面および上端面から外側面にかけて面取り部Ｃが
形成されており、セラミック基体１の上端面から面取り
部Ｃにかけて、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等
からなるメタライズ層４ａが被着されている。そして、
貫通孔１ａに、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ）合金等からなる略円柱状の端子体２を、セラミッ
ク基体１のメタライズ層４ａが被着されている上端面か
ら外部に突出するように挿入する。

【０００４】さらにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる円
環状接続部材３を端子体２の上端から挿入してメタライ
ズ層４ａ上に配置し、セラミック基体１と端子体２とを
メタライズ層４ａおよび円環状接続部材３を介してロウ
材５ａ，５ｂによってロウ付する。この場合、セラミッ
ク基体１のメタライズ層４ａと円環状接続部材３の下面
とをロウ材５ｂによって接合し、端子体２の側部と円環
状接続部材３の上面の内周側とをロウ材５ａによって接
合する。

【０００５】また、セラミック基体１の外側面に被着さ
れているメタライズ層４ｂとフランジ６の内周面とがロ
ウ材５ｃによってロウ付けされ、フランジ６の外周面を
真空容器Ｌの略円形の開口部に溶接等で接合することに
より、真空容器Ｌの内外が気密に封止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のロウ付け構造においては、端子体２と円環状接続部
材３の隙間が極めて小さいため、円環状接続部材３の上
面にあって端子体２の外周に巻回したロウ材５ａのプレ
フォームが加熱されて溶融しても、これらの各部品の隙
間に入り込みにくくなる。その結果、ロウ材５ａが円環
状接続部材３の下面に流れ込みにくくなり、上面に溜ま
って接続面積が不十分なものとなる。その結果、外部と
の電気的接続を行うコネクタ等を外側から端子体２に挿
入する際に、端子体２に機械的外力が加わって、端子体
２と円環状接続部材３の微小な隙間を起点にロウ材５ａ
に亀裂が生じ、気密不良が発生するという問題点があっ
た。

【０００７】ロウ材５を円環状接続部材３の下面に流れ
込ませる方法としては、端子体２と円環状接続部材３と
の隙間を大きくすることが考えられる。しかしながら、
円環状接続部材３はロウ付け時におけるセラミック基体
１への応力緩和を図るため０．７ｍｍ程度の薄いものと
する必要があり、治具で円環状接続部材３を位置を固定
することが困難となる。そのため、円環状接続部材３は
位置ずれを生じやすく、端子体２と円環状接続部材３と
の隙間が周方向で不均一となって、偏心した状態とな
り、隙間が最大となった場所においてはロウ材が隙間を
埋めることができず、気密不良になる場合がある。

【０００８】また、その他の構成としては、端子体２と
円環状接続部材３を一体化するということも考えられ
る。しかしながら、円環状接続部材３の外径寸法以上の
金属ブロックを切削等により加工形成する必要があり、
部材コストが非常に高いものになってしまう。

【０００９】従って、本発明は、上記従来技術の問題点
に鑑みて完成されたものであり、その目的は、端子体と
円環状接続部材との隙間におけるロウ材の流れ性を改善
して、端子体と円環状接続部材との隙間を完全にロウ材
で埋めることにより、端子体に機械的外力が加わった場
合においても気密不良の発生しない信頼性の高いロウ付
け構造を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のロウ付け構造
は、略円筒状のセラミック基体と、該セラミック基体の
少なくとも一方の端面から突出するように前記貫通孔に
挿入されるとともに前記端面に前記貫通孔に同軸状に接
合された円環状接続部材を介してロウ付けされた金属製
の端子体とのロウ付け構造であって、前記円環状接続部
材は、その内周面に上下面を貫通するロウ材溜り形成の
ための略同じ形状の切欠き部が略同じ間隔で配置される
ように３つ以上形成されており、該切欠き部の前記円環
状接続部材の径方向における深さが０．２５〜１ｍｍで
あることを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、端子体と円
環状接続部材との隙間におけるロウ材の流れ性が改善さ
れて、その隙間から円環状接続部材の下面にもロウ材が
十分行き亘り、端子体と円環状接続部材の隙間およびそ
の隙間から円環状接続部材の上下面にかけての接合部を
完全にロウ材で埋めることができる。その結果、端子体
に機械的外力が加わった場合においてもロウ材に亀裂が
生じることがなく、気密不良の発生しない信頼性の高い
ロウ付け構造となる。

【００１２】本発明において、好ましくは、前記円環状
接続部材は、前記切欠き部の周方向における長さが前記
径方向における深さ以上かつ０．５ｍｍ以上であり、そ
の内周面のうち前記切欠き部が形成されていない部位の
周方向における長さが１ｍｍ以上であることを特徴とす
る。

【００１３】本発明は、このような構成により、本発明
の上記作用効果がさらに向上するものとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のロウ付け構造を添付の図
面を基に詳細に説明する。図１は本発明のロウ付け構造
について実施の形態の一例を示す断面図である。図１に
おいて、１１はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等か
らなる円筒状のセラミック基体、１２はＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金等からなる端子体である。セラミック基体１１の
上端面に形成されたメタライズ層１４ａと端子体１２と
が、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金
等からなる円環状接続部材１３を介してロウ材１５ａ，
１５ｂにより接合される。またセラミック基体１１の外
側面に形成されたメタライズ層１４ｂとＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金等からなるフランジ１６の内周面がロウ材１５ｃ
により接合される。そして、フランジ１６の外周面を真
空容器Ｌの開口部に溶接等により接合することによっ
て、真空容器Ｌ内部を気密に封止する気密端子が構成さ
れる。

【００１５】セラミック基体１１は、例えばアルミナセ
ラミックス等の電気絶縁性に優れるセラミックスからな
る略円筒状のものであり、端子体１２とフランジ１６と
を電気的絶縁をもって保持している。また、セラミック
基体１１の外形形状は完全な円形に限らず、ほぼ円形で
ある多角形のものであってもよい。そして、図１に示す
ように、セラミック基体１１は真空容器Ｌの略円形の開
口にその側部が接合され、かつその略中央部に軸方向に
内外を貫通する貫通孔１１ａが形成されている。その貫
通孔１１ａには、端子体１２の真空容器Ｌの外側の上端
部が突出するように端子体１２が挿通される。また、セ
ラミック基体１１の外側面にはフランジ１６が接合さ
れ、フランジ１６を介して真空容器Ｌに接合固定されて
いる。

【００１６】このようなセラミック基体１１は、例えば
アルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム
（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化
カルシウム（ＣａO）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等
の原料粉末に適当な有機バインダを添加して調製した原
料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するとともに、
これを所定圧力でプレスして成形し、しかる後得られた
成形体を大気中にて約１６００℃の温度で焼成すること
により製作される。

【００１７】また、セラミック基体１１は、その上下端
面と貫通孔１１ａの内周面との間および上下端面と外側
面との間に面取り部Ｃが形成され、セラミック基体１１
の上端面からこれに連なる面取り部Ｃにかけて延出（進
出）するように、環状のメタライズ層１４ａが被着され
ている。このメタライズ層１４ａは、モリブデン−マン
ガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等のメタライズ層から成り、セラミ
ック基体１１の貫通孔１１ａに挿入された端子体１２を
セラミック基体１１に接合するための下地金属である。
このメタライズ層１４ａに端子体１２が円環状接続部材
１３を介して金（約３７．５重量％）−銅（約６２．５
重量％）ロウ材等のロウ材１５ａ，１５ｂにより接合さ
れる。

【００１８】メタライズ層１４ａは、例えばＭｏ粉末お
よびＭｎ粉末ならびに金属の酸化物粉末に適当な有機バ
インダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、
セラミック基体１の上端面にスクリーン印刷法や筆塗り
法によって印刷塗布するとともにその一部を面取り部Ｃ
に垂れ込ませ、これを還元雰囲気中において約１４００
℃の温度で焼き付けることによって、セラミック基体１
１の上面からこれに連なる面取り部Ｃにかけて被着され
る。

【００１９】このとき、面取り部Ｃに垂れ込んだ金属ペ
ーストは、面取り部Ｃと貫通孔１１ａの内周面との間の
角部および面取り部Ｃと貫通孔１１ａの外側面との間の
角部において、表面張力によってその垂れ込みが止まる
ため、その厚みおよび奥行きが一定のものとなる。よっ
て、メタライズ層１４ａと円環状接続部材１３との接合
において、ロウ材１５ｂが面取り部Ｃとその周囲に均一
に行きわたり、その結果セラミック基体１１の接合部に
応力の偏りを発生させることがなくなる。従って、上記
のような面取り部Ｃを設けることが好ましい。

【００２０】また、セラミック基体１１の外側面にはメ
タライズ層１４ｂが被着されており、このメタライズ層
１４ｂはメタライズ層１４ａと同様にＭｏ−Ｍｎ等のメ
タライズ層からなる。そして、メタライズ層１４ｂは、
セラミック基体１１にフランジ１６を接合するための下
地金属であって、このメタライズ層１４ｂに金（約３
７．５重量％）−銅（約６２．５重量％）ロウ材等のロ
ウ材１５ｃを介してフランジ１６が接合される。

【００２１】メタライズ層１４ｂは、メタライズ層１４
ａと同様に例えばＭｏ粉末、Ｍｎ粉末および金属酸化物
粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得
た金属ペーストを、セラミック基体１１の外側面の一部
に筆塗り法等によって塗布し、これを還元雰囲気中にお
いて約１４００℃の温度で焼き付けることによって、セ
ラミック基体１１の外側面に被着される。

【００２２】なお、メタライズ層１４ａ，１４ｂの表面
には、メタライズ層１４ａ，１４ｂの酸化腐蝕を防止す
るとともに、ロウ材１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの濡れ性
を向上させ、更には端子体１２やフランジ１６との接合
後に発生する応力による剥がれやクラック等によって接
合性を劣化させないようにするため、ニッケル等の耐食
性に優れかつロウ材１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの濡れ性
に優れる金属を１〜１０μｍ程度の厚みに被着させるこ
とが好ましい。

【００２３】セラミック基体１１の貫通孔１１ａ内に挿
入され接合される端子体１２は、真空容器Ｌの内外を導
通する導電路となる。また、端子体１２は、外部との電
気的接続を行うコネクタの抜き差しによる変形等を防止
し、かつロウ付け時の熱膨張によるセラミック基体１１
へのストレスを抑制するため、セラミックスの熱膨張係
数に近いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる。

【００２４】端子体１２は、上下端部にてコネクタ等と
の接続を行うため、オス型の端子体として機能する場合
は先端を半球状に形成し、またメス型の端子体として機
能する場合は、先端から所定の深さを円筒形の凹部に加
工して、さらに上下方向に切り込みを設けて先端を２つ
以上に分割し、その先端が弾性的に広がってオス型の端
子体が嵌入できるような形状に形成される。

【００２５】本発明の円環状接続部材１３は、ロウ付け
時の熱膨張によるセラミック基体１１へのストレスを抑
制するため、セラミックスの熱膨張に近いＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金等からなる。応力緩和のためにはできるだけ厚
みが薄い方が良いが、０．３ｍｍより薄くなると円環状
接続部材１３が変形してしまい、機械的外力が繰り返し
加わると亀裂が生じ気密不良となる場合がある。また１
ｍｍを超えると、ロウ付け時にセラミック基体１１にク
ラックが生じ易くなるため、０．３〜１ｍｍの厚みにす
ることが好ましい。

【００２６】円環状接続部材１３の内周面には、図２に
示すように、端子体１２とのロウ付け時に円環状接続部
材１３の上端面にあって端子体１２の側面に巻回された
ロウ材１５ａのプレフォームが加熱溶融した際に、ロウ
材１５ａが円環状接続部材１３の下面にも流れ込むよう
に、上下面を貫通する切欠き部１３ａが形成される。切
欠き部１３ａでのロウ材１５ａのフィレット形状と、切
欠き部１３ａが形成されていない部位１３ｂでのロウ材
１５ａのフィレット形状の差を防ぐために、溶融したロ
ウ材１５ａが周方向において均一なフィレット形状を形
成するように、円環状接続部材１３の内周面に略同じ形
状の切欠き部１３ａを略同じ間隔で配置されるように３
箇所以上形成する。

【００２７】切欠き部１３ａの径方向における深さ
（幅）は０．２５〜１ｍｍであり、０．２５ｍｍより小
さいと、上面における表面張力によりロウ材１５ａの下
面への流れ込みが不十分となる。また１ｍｍより大きい
と、ロウ材１５ａが切欠き部１３ａを充填することがで
きなくなり気密不良となる。

【００２８】切欠き部１３ａの形状は、切欠き部１３ａ
と切欠き部が形成されていない部位１３ｂとの境界部に
形成される角部が滑らかな曲面であると、端子体１２と
の間にロウ材１５ａが溜まりにくくなり、切欠き部１３
ａがロウ材で充填されず気密不良となる場合がある。そ
のため、切欠き部１３ａと切欠き部が形成されていない
部位１３ｂとの境界部の角部は、曲率半径が０．１ｍｍ
以下の曲面であることが好ましい。さらに、切欠き部１
３ａの内面の隅部は、角張っていると表面張力によりロ
ウ材１５ａが隅部に引き寄せられ、切欠き部１３ａ内へ
のロウ材１５ａの充填よりも隅部への溜まりが先行する
ため、切欠き部１３ａ内がロウ材１５ａで充填されず気
密不良となる場合がある。従って、切欠き部１３ａの隅
部は、曲率半径が０．１３ｍｍ以上の緩やかな曲面であ
ることが好ましい。

【００２９】さらに、切欠き部１３ａの周方向における
長さは、径方向における深さより小さくなると、切欠き
部１３ａにおけるロウ材１５ａが径方向に広がりやすく
なり、ロウ材１５ａのフィレット形状が周方向において
不均一になりやすい。そして、０．５ｍｍ以下である
と、ロウ材１５ａの下面への流れ込みが不十分となりや
すいことから、切欠き部１３ａの周方向における長さ
は、径方向における深さ以上であり、かつ０．５ｍｍ以
上であることが好ましい。

【００３０】また、切欠き部１３ａが形成されていない
部位１３ｂの周方向における合計の長さが１ｍｍより小
さくなると、端子体１２を挿入した際に切欠き部１３ａ
が形成されていない部位１３ｂが曲がりやすくなる。そ
の結果、切欠き部１３ａが形成されていない部位１３ｂ
と端子体１２との間に隙間が生じて、ロウ材１５ａが充
填されず気密不良が発生してしまう。従って、切欠き部
１３ａの周方向における長さは、切欠き部１３ａが形成
されていない部位１３ｂが１ｍｍ以上である範囲で設定
することが好ましい。

【００３１】本発明において、ロウ材１５ａ，１５ｂ，
１５ｃは、金（約３７．５重量％）−銅（約６２．５重
量％）を成分とするロウ材等からなる。ロウ付けされ
る、端子体１２と円環状接続部材１３、およびメタライ
ズ層１４ｃとフランジ１６においては、それぞれ両者に
ロウ材がほぼ全周にわたって濡れる必要があるため、プ
レス成形法などで形成した板状のプリフォームを使用す
るよりも曲面に接触させやすいワイヤ状のロウ材を予め
巻回しておき、ロウ付けを行うことが好ましい。また、
ロウ材を介して接合される円環状接続部材１３とメタラ
イズ層１４ａにおいては、それぞれ両者にロウ材がほぼ
全面にわたって接触する必要があるため、板状のロウ材
のプリフォームを使用してロウ付けを行うことが好まし
い。

【００３２】以上のような構成にて組み立てられた気密
端子を治具に挿入して固定し、真空中もしくは還元雰囲
気中で約１０００℃の温度に加熱させてロウ材を溶融す
ることにより、端子体１２のメタライズ層１４ａと円環
状接続部材１３、端子体１２のメタライズ層１４ｂとフ
ランジ１６がロウ付けされる。このとき、ロウ材１５ａ
は円環状接続部材１３の切欠き部１３ａを通って上面か
ら下面に濡れ、円環状接続部材１３の内周面とそれに連
なる上下面にわたる、端子体１２と円環状接続部材１３
との接合部全体に供給される。即ち、円環状接続部材１
３の下面には、上面と同様に、また全周に亘って均一な
ロウ材のフィレットを形成することができる。そして、
フランジ１６の外周面を真空容器Ｌの略円形の開口部に
溶接することにより、真空容器Ｌの内外を電気的に接続
する気密端子として機能する。

【００３３】かくして、本発明は、ロウ材１５ａの流れ
性を改善することができ、円環状接続部材１３の下面に
もロウ材が十分行き亘り、端子体１２と円環状接続部材
１３の接合部全体を完全にロウ材１５ａで埋めることが
できる。その結果、端子体１２に機械的外力が加わった
場合においてもロウ材に亀裂が生じることもなく、気密
不良の発生しない信頼性の高いロウ付け構造を提供する
ことが可能となる。

【００３４】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にお
いて種々の変更を行なうことは何等差し支えない。

【００３５】

【発明の効果】本発明は、略円筒状のセラミック基体
と、セラミック基体の少なくとも一方の端面から突出す
るように貫通孔に挿入されるとともに端面に貫通孔に同
軸状に接合された円環状接続部材を介してロウ付けされ
た金属製の端子体とのロウ付け構造であって、円環状接
続部材は、その内周面に上下面を貫通するロウ材溜り形
成のための略同じ形状の切欠き部が略同じ間隔で配置さ
れるように３つ以上形成されており、切欠き部の円環状
接続部材の径方向における深さが０．２５〜１ｍｍであ
ることにより、端子体と円環状接続部材との隙間におけ
るロウ材の流れ性が改善されて、その隙間から円環状接
続部材の下面にもロウ材が十分行き亘り、端子体と円環
状接続部材の隙間およびその隙間から円環状接続部材の
上下面にかけての接合部を完全にロウ材で埋めることが
できる。その結果、端子体に機械的外力が加わった場合
においてもロウ材に亀裂が生じることがなく、気密不良
の発生しない信頼性の高いロウ付け構造となる。

【００３６】また本発明は、好ましくは、円環状接続部
材は、切欠き部の周方向における長さが径方向における
深さ以上かつ０．５ｍｍ以上であり、その内周面のうち
切欠き部が形成されていない部位の周方向における長さ
が１ｍｍ以上であることにより、本発明の上記作用効果
がさらに向上するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロウ付け構造について実施の形態の一
例を示す断面図である。

【図２】本発明の円環状接続部材について実施の形態の
一例を示す平面図である。

【図３】従来のロウ付け構造の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１１：セラミック基体 １１ａ：貫通孔 １２：端子体 １３：円環状接続部材 １３ａ：切欠き部 １３ｂ：切欠き部が形成されていない部位 １４ａ，１４ｂ：メタライズ層 １５ａ〜１５ｃ：ロウ材 １６：フランジ Ｌ：真空容器 Ｃ：面取り部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円筒状のセラミック基体と、該セラミ
   ック基体の少なくとも一方の端面から突出するように前
   記貫通孔に挿入されるとともに前記端面に前記貫通孔に
   同軸状に接合された円環状接続部材を介してロウ付けさ
   れた金属製の端子体とのロウ付け構造であって、前記円
   環状接続部材は、その内周面に上下面を貫通するロウ材
   溜り形成のための略同じ形状の切欠き部が略同じ間隔で
   配置されるように３つ以上形成されており、該切欠き部
   の前記円環状接続部材の径方向における深さが０．２５
   〜１ｍｍであることを特徴とするロウ付け構造。
2. 【請求項２】 前記円環状接続部材は、前記切欠き部の
   周方向における長さが前記径方向における深さ以上かつ
   ０．５ｍｍ以上であり、その内周面のうち前記切欠き部
   が形成されていない部位の周方向における長さが１ｍｍ
   以上であることを特徴とする請求項１記載のロウ付け構
   造。