JP2005235577A

JP2005235577A - 気密端子

Info

Publication number: JP2005235577A
Application number: JP2004043125A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Oka; 英俊岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【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が円環状に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が形成されて成り、鍔部１ａは、側面と他主面との間に全周にわたって面取り部１ｂが形成されている。第一のメタライズ層３ｂの径を小さくしても、鍔部１ａの側面に良好なメニスカスが形成されて、ピン１とセラミック板との良好な接合を得ることができる。
【選択図】図１

Description

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。

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。

このような気密端子の一例を図３に示す。図３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。

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。

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。

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金属層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。

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。

セラミック板13は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）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。

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。
特開平10−189091号公報

しかしながら、図３に示した上記従来の気密端子においては、例えば複数本のピン11がセラミック板13に密に設けられる場合、ピン11間どうしの電気的短絡を防止するため、第一のメタライズ層13ｂの径を通常よりも小さくしなければならない場合がある。第一のメタライズ層13ｂの径の大きさは、通常は、鍔部11ａの厚みの1.5〜２倍を鍔部11ａの径よりはみ出させるような大きさとされる。これにより、ロウ材12のメニスカスを鍔部11ａの外周に良好に形成することができた。

しかし、第一のメタライズ層13ｂの径が小さくなり、このメニスカスを形成する領域が狭くなると、ロウ材12が広がらずに鍔部11ａの外周部に厚く溜まり、ピン11とセラミック板13との接合部にロウ材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る。この応力がセラミック板13に作用することによって、鍔部11ａの外周部付近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。

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。

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。

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接合されて成る気密端子であって、前記鍔部は、側面と他主面との間に全周にわたって面取り部が形成されていることを特徴とする。

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、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接合されて成る気密端子であって、鍔部は、側面と他主面との間に全周にわたって面取り部が形成されていることから、鍔部の外周部の厚みが薄くなり、それに追従して鍔部の周りに溜まるロウ材の厚さを薄くすることができ、ロウ材の量を減らしても鍔部の周りに良好なロウ材のメニスカスを形成することが可能となる。すなわち、第一のメタライズ層の径を従来より小さくしても良好なロウ材のメニスカスを形成することが可能となる。このことにより、ロウ材が鍔部の外周部に溜まるのを有効に防止でき、ロウ材とセラミック板との熱膨張差による応力がセラミック板に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。

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。

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。

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、鍔部１ａは、側面と他主面との間に全周にわたって面取り部１ｂが形成されている。

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。

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。

ここで、鍔部１ａは、鍔部１ａの側面と他主面との間に全周にわたって面取り部１ｂが形成されている。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。

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。

従って、セラミック板３がＡｌ_２Ｏ_３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、Ａｌ_２Ｏ_３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。

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。

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（一主面）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。

ここで、鍔部１ａの外周の側面と他主面との間に全周にわたって面取り部１ｂが形成されている。これによって、鍔部１ａの外周部の厚さが薄くなり、その厚さに追従して鍔部１ａの周りに溜まるロウ材２の厚さを薄くすることができ、ロウ材の量を減らしても鍔部１ａの周りに良好なロウ材２のメニスカスを形成することが可能となる。すなわち、第一のメタライズ層３ｂの径を従来より小さくしても良好なロウ材２のメニスカスを形成することが可能となる。従って、鍔部１ａの外周部に作用するロウ材２とセラミック板３との熱膨張差による応力が少なくなり、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。

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。

鍔部１ａの厚みは、0.3〜１ｍｍがよい。0.3ｍｍ未満では、外力による振動、衝撃等に対するピン１の鍔部１ａとセラミック板３との接合強度が低下し、気密端子の機能を維持することが困難になる。1ｍｍを超えると、セラミック板３は、ピン１との熱膨張差による応力に耐えられず、セラミック板３の接合部付近にクラックが発生しやすくなる。

鍔部１ａの厚みを面取り部１ｂによって切り欠く厚さは、鍔部１ａの厚さの30〜60％がよい。30％未満では、面取り部1ｂが小さくなりすぎて、ロウ材２が溜まってしまい、鍔部１ａの外周側面にメニスカスを良好に形成するまでに至らない。60％を超えると、鍔部１ａの外周側面の高さが低くなりすぎて、鍔部１ａの周りにピン１とセラミック板３とを気密に接合するのに十分なロウ材２のメニスカスを形成できなくなって、ピン１の鍔部１ａとセラミック板３の第一のメタライズ層３ｂとの接合部に気密不良を発生しやすくなる。

セラミック板３は、例えばＡｌ_２Ｏ_３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。

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Ａｌ_２Ｏ_３質セラミックスから成る場合、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等のＡｌ_２Ｏ_３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。

または、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，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。

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。

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。

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２（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。

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。

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。（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。従来の気密端子の例を示す断面図である。

符号の説明

１：ピン
１ａ：鍔部
１ｂ：面取り部
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

Claims

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、前記鍔部は、側面と他主面との間に全周にわたって面取り部が形成されていることを特徴とする気密端子。