JP2009241030A - パッケージ、真空容器および反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 真空容器内の真空度の低下を抑制し、断熱性の向上されたパッケージ、真空容器および反応装置を提供する。
【解決手段】 誘電体から成る保持体３に発熱抵抗体４を設けるとともにゲッター材２を設け、真空容器１０内を減圧した状態で、発熱抵抗体４を発熱されてゲッター材２を加熱して活性化し、真空容器１０内の不純物元素を化学的に吸着して、真空容器１０内の真空度を維持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パッケージ、真空容器および反応装置に関する。

近年、箱体を２重構造にして断熱容器を構成したり、あるいは２重構造にした内外壁間に断熱材を充填したり、箱体内を真空状態にすることで断熱し、箱体内部の熱を外部へ伝導することを抑制していた（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−２６０２号公報

しかしながら、箱体内を真空状態とした場合であっても、箱体内の圧力が低下するおそれがあった。

そこで、真空容器内の圧力変化を抑制したパッケージ、真空容器および反応装置が望まれていた。

本発明の一実施形態にかかるパッケージは、誘電体材料から成るとともに、前記容器本体内に設けられた保持体と、前記保持体に設けられた発熱抵抗体と、前記保持体に設けられたゲッター材と、を備える。

また、本発明の一実施形態にかかる真空容器は、前記パッケージと、前記パッケージに設けられる蓋体とを備える。

また、本発明の一実施形態にかかる反応装置は、前記真空容器と、該真空容器に収納された反応器と、を備える。

本発明の一実施形態にかかるパッケージは、発熱抵抗体が保持体に設けられていることから、少なくとも保持体側では発熱抵抗体から発生するアウトガスを抑制できるため、ゲッター材が吸着するアウトガス量を抑制し、真空容器内の圧力変化を抑制するパッケージを提供できる。

また、本発明の一実施形態にかかる真空容器は、上記パッケージを用いることから、長期に渡って真空容器内の圧力変化を抑制することができる。

また、本発明の一実施形態にかかる反応装置は、上記真空容器を用いることから、長寿命の反応装置を提供することができる。

＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる第１実施形態の真空容器１０を示す断面図である。真空容器１０は、パッケージと、蓋体５とを備える。ここで、パッケージは、容器本体１、ゲッター材２、保持体３、および発熱抵抗体４を備える。

また、真空容器１０内に、反応器１２を具備し、反応装置１２を構成する。
反応装置１２は、たとえば、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどの小型機器の電源として用いることができる。

ゲッター材２のガス吸着効果は、発熱抵抗体４を加熱することでゲッター材２が活性化することで発現する。

仮に、パッケージ内に保持体３を設けずに、発熱抵抗体４にゲッター材２を搭載させた場合、ゲッター材２は、発熱抵抗体４からのアウトガスを吸着する。すなわち、ゲッター材２は、発熱抵抗体４からのアウトガスを吸着しながら、本来吸着すべき真空容器から生じるアウトガスを吸着する状態となる。

それに対して、本実施形態にかかる真空容器１０は、保持体３を有するため、少なくとも保持体３側では発熱抵抗体４から発生するアウトガスを抑制できる。その結果、真空容器内の圧力変化を抑制できる。

以下、本実施形態にかかる構成要素を添付図面に基づき、詳細に説明する。
（容器本体）
容器本体１は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体およびガラスセラミックスなどのセラミック材料、またはポリイミドなどの高耐熱の樹脂材料、またはＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金および無酸素銅、Ａl、Ａl合金などの金属材料のいずれかによって形成することができる。

容器本体１がセラミック材料の場合について、その製造方法を酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体を例に説明する。

まず、酸化アルミニウム粉末に、希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結助剤を添加、混合して、酸化アルミニウム質焼結体の原料粉末を調製する。次いで、この原料粉末に有機バインダおよび分散媒を添加、混合してペースト化し、このペーストをドクターブレード法によって、あるいは原料粉末に有機バインダを加え、プレス成形、圧延成形等によって、所定の厚みのグリーンシートを作製する。その後、所定枚数のシート状成形体を位置合わせして積層・圧着した後、この積層体を、たとえば焼成最高温度が１２００〜１５００℃の温度の非酸化性雰囲気中で焼成することによって、目的とするセラミック製の容器本体１を得る。なお、粉末成形プレス法によって容器本体１が形成されてもよい。

容器本体１に適用可能なガラスセラミックスとしては、ガラス成分とフィラー成分とが挙げられる。ガラス成分としては、たとえばＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭＯ系（ただし、ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（ただし、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^１Ｏ−Ｍ^２Ｏ系（ただし、Ｍ^１およびＭ^２は同一または異なってＣａ、Ｓｒ、Ｍｇ、ＢａまたはＺｎを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（ただし、Ｍ^３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｍ^３ _２Ｏ系（ただし、Ｍ^３はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、Ｐｂ系ガラス、Ｂｉ系ガラス等が挙げられる。

また、フィラー成分としては、たとえばＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、ＴｉＯ_２とアルカリ土類金属酸化物との複合酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２から選ばれる少なくとも１種を含む複合酸化物（たとえばスピネル、ムライト、コージェライト）等が挙げられる。

次に、容器本体１が金属材料から成る場合、その製造方法は、従来周知の切削法、プレス法、ＭＩＭ（Metal Injection Mold）法等により所定の形状に形成される。

また、容器本体１は、真空容器１０の小型化、低背化を可能とするために、厚さを薄くするのが好ましいが、強度を維持すべく、械的強度である曲げ強度は２００ＭＰａ以上とするのが好ましい。曲げ強度を２００ＭＰａ以上とすることで、容器本体１の機械的強度を好適に維持することができる。

（保持体）
保持体３は、後述するゲッター材２を担持させるための基体としての機能を有する。保持体３は、容器本体１に具備され、プラスティック、マイカ、セラミック等の誘電体からなる。

保持体３は、耐熱性、積層性などの観点から、好ましくはセラミックから成る。保持体３の製造方法、および適用可能なセラミックスは、上述した容器本体１と同様である。

（ゲッター材）
ゲッター材２は、真空容器１０内のガス吸着材として機能する。ゲッター材２は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｎの少なくとも１種類の元素からなる遷移金属を主成分とする化学的に活性な金属粉等から成り、気体の吸着作用を利用して真空排気を行うもので、保持体３の表面に設けられる。このように保持体３の表面に設けることによって、保持体３からの伝熱を利用して、ゲッター材２の活性化処理を行うことができ、さらに高いガス吸着能力を維持することが可能となる。

そして、真空容器１０内の断熱性を得るために、真空容器１０内を真空にすることが必要となる。この真空状態を作るために、容器本体１と蓋体５を封止する際に、真空炉でのロウ材による封止や真空チャンバ内でのシームウェルド法、電子ビーム溶接、プロジェクション溶接等で行なうか、事前に不活性雰囲気中でのシームウェルド法、プロジェクション溶接等で封止した後、反応装置１１に形成した真空引き用パイプ（不図示）から真空引きを行い、真空引き用パイプを潰して圧着するなどの方法によって反応装置１１内を真空状態で封止するのがよい。

その後に、ゲッター材２を活性化させるために保持体３を全体的に加熱するか、一部の加熱を行う。活性条件としては、ゲッター材２を３５０℃〜９００℃の温度で加熱を行うことによって、１００％に近い活性状態が得られる。

なお、この活性化とは、ゲッター材２が製造プロセスにおいて表面に形成された酸化膜を内部拡散させることで、化学的に活性な状態にある部分がガスの接触する面に現れてくる状態をいう。活性化する温度と時間は、使用する金属粉の種類によって異なる。

さらに好ましくは、保持体３の表面に搭載されるゲッター材２の厚みは、０．５μｍ〜５００μｍを保持体３の表面に担持させることによって作製される。そして、ゲッター材２が保持体３の表面に担持される領域は、有効に活かせるように保持体３の全て、または、いずれかの面と同寸法とすることが好ましい。また、ゲッター材２は焼結、スパッタ等によって、保持体３の表面に担持させることができる。

また、上述のようにゲッター材２は、保持体３の表面に設けているが、好ましくはＮｉ−Ｃｒ、ＳＵＳ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等のＦｅ系合金および無酸素銅、Ａl、Ａl合金などの金属材料から成る金属板を介して保持体３に接合するようにしてもよい。

この場合、金属板の熱膨張係数が、ゲッター材２よりも熱膨張係数が大きい場合、保持体３に熱が加わり、金属板が熱膨張することで、ゲッター材２粒子同士の間隔が広がる。それゆえ、真空容器１０内のアウトガスを吸着するゲッター材２の表面積は、金属板を設けていない場合よりも増加する。

また、保持体３からの熱を金属板に与え、その熱によってゲッター材２を一様に活性化することができ、ゲッター材２を加熱するための電力を低減することができ、反応システムとしての効率を向上できる。

さらに、ゲッター材２は、１０μｍ〜１００μｍ程度の厚みを持つ金属板の片面あるいは両面に、厚み０．５μｍ〜５００μｍで担持させて作製されてもよい。そして、金属板の外形は、保持体３からの伝熱を吸収できるように、保持体３と同寸法とすることが好ましい。また、金属板に具備されたゲッター材２は、スポット溶接等によって保持体３に取り付けられる。

さらに、ゲッター材２は、保持体３からの伝熱を吸収し、活性されやすくするために、保持体３の高温部と対峙するように配置されてもよい。

さらに、ゲッター材２は、保持体３の発熱部近傍に配置されてもよい。これによって、熱がより多く放出される保持体３に形成された薄膜ヒータや圧膜ヒータ等の発熱抵抗体４から容器本体１や蓋体５に伝導される熱をゲッター材２の加熱のために、より効率よく使用することができるとともに、ゲッター材２の昇温もより良好に行なうことができる。

（密閉容器）
上述したパッケージと、当該パッケージに蓋体５を設けることで密閉容器を構成することができる。

容器本体１が金属部材の場合、容器本体１と蓋体５との接合は、従来周知の接合方法を用いることができる。すなわち、はんだや金属ロウ材等で接合する方法や、シームウェルド、エレクトロンビームやレーザー等の方法である。

以上のように、本実施形態によれば、ゲッター材２の搭載上の自由度が大きくなる。
また、ゲッター材２の形成部位の自由度が大きくなるため、搭載量を増加することも可能となり、より信頼性の高い反応装置１１を得ることができる。

また、発熱抵抗体４は、保持体３の表面に設けられることによって、保持体３の表面に発熱抵抗体４を設け、ゲッター材２を発熱抵抗体４に直接担持させ、効果的にゲッター材２を加熱して、そのゲッター材２を活性化することが可能となる。ゲッター材２のガス吸着効果を発現させるためには、発熱抵抗体４を発熱させることによって、ゲッター材２を過熱しての活性化処理が必要となるが、活性化するための温度までゲッター材２のガス吸着材料を昇温させる際、発熱抵抗体４に直接ゲッター材２が載置されているため、無駄なく発熱抵抗体４を加熱することが可能となる。その結果、発熱抵抗体４が形成される保持体３を必要以上に加熱することがなくなるため、保持体３が発熱抵抗体４からの熱によって過熱されたことによって生じる脱ガスも、必要最低限のものとなる。その結果、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することが可能となる。

加えて、無駄が生じないことから、ゲッター材２の搭載量も増加させることなく、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することができ、より大きいサイズのガス吸着材を搭載するためのスペースを用意しなくてもよくなり、小型機器の小型化を図ることができる。また、ゲッター材２の形成部位の自由度が高くなるため、ゲッター材２の搭載量を増加することも可能となり、より信頼性の高い反応装置１１が得られ、省電力のパッケージを実現するこができる。

＜第２実施形態＞
図２は本発明にかかる第２実施形態の反応装置１１ａを示す断面図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。発熱抵抗体４は、保持体３の内部に設けられる。ゲッター材２のガス吸着効果を発現させるためには、発熱抵抗体４を発熱させることによって、ゲッター材２を過熱しての活性化処理が必要となるが、活性化するための温度までガス吸着材を昇温させる間、発熱抵抗体４から発生するアウトガスを抑制できる。また、発熱抵抗体４がガスを放出し続けるということがないため、発熱抵抗体４に直接載置されたゲッター材２が、発熱抵抗体４からのガスを吸着することもなく、本来吸着したいガスのみを吸着することが可能となり、ゲッター材２の吸着容量の大幅なロスが生じない。その結果、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することができる。

加えて、吸着容量に無駄が生じないため、ゲッター材２の搭載量も増加させることなく、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することができ、より大きいサイズのガス吸着材を搭載するためのスペースを確保しなくてもよくなるため、小型機器を小型化することができる。また、ゲッター材２の形成部位の自由度が高くなるため、ゲッター材２の搭載量を増加することも可能となり、より信頼性の高い反応装置１１が得られる。

＜第３実施形態＞
図３は本発明にかかる第３実施形態の反応装置１１ｂを示す断面図である。なお、前述の実施の各形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態において、保持体３は、積層構造とされる。ゲッター材２のガス吸着効果を発現させるためには、発熱抵抗体４を発熱させることによって、ゲッター材２を過熱しての活性化処理が必要となるが、活性化するための温度までガス吸着材を昇温させる間、発熱抵抗体４がから発生するアウトガスを抑制できる。また、発熱抵抗体４がガスを放出し続けるということがないことから、発熱抵抗体４に直接載置されたゲッター材２が、発熱抵抗体４からのガスを吸着することもなく、本来吸着したいガスのみを吸着することが可能となり、ゲッター材２の吸着容量の大幅なロスが生じない。その結果、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することができる。

加えて、吸着容量に無駄が生じないことから、ゲッター材２の搭載量も増加させることなく、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持することができ、より大きいサイズのガス吸着材を搭載するためのスペースを確保しなくてもよくなるため、小型機器を小型化することができる。また、ゲッター材２の形成部位の自由度が大きくなることから、搭載量を増加することも可能となり、より信頼性の高い反応装置１１が得られる。

＜第４実施形態＞
図４は本発明にかかる第４実施形態の反応装置１１ｃを示す断面図である。なお、前述の実施の各形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態において、発熱抵抗体４は、積層構造とされる保持体３の内部に設けられる。このような構成を採用することによって、発熱抵抗体４および電気配線層を形成する上で、設計上の自由度を高くすることが可能となる。したがって、保持体３の表層だけの引き回しでは調整困難であった抵抗値の設計上の自由度を高くすることが可能となり、保持体３の各部の温度制御を容易化することができる。その結果、無駄に誘電体寸法を大きくする必要がなくなることから、真空容器１０内の圧力を安定して低く維持できるだけでなく、小型機器を小型化することができる。

また、保持体３がセラミックからな成ることによって、ゲッター材２を担持する表面積を大きくとることが可能となり、たとえば保持体３の両面にゲッター材２ａ，２ｂのように分割して形成することができ、これによってガス吸着効果を大幅に増加させることができる。

また、発熱抵抗体４と電気的に接続され、真空容器１０の内外を挿通するリード１７を有することによって、外部電源から安定した電圧を発熱抵抗体４に与えることができる。

また、保持体３は、その一主面から複数のリード１７が延出するとともに、リード１７同士間にリード１７の延出する方向に突出する凸部１８を設けることによって、リード１７間の電気的絶縁性を確保することが可能となる。リード１７は、保持体３を貫通して、保持体３と接続されていても、貫通せず保持体３の一主面で接続されていても良い。なお、容器本体１の外側にあるリードは、電極の役割を果たすものであれば、どのような方式でも良く、棒状のリードでも、ボール状でも、ＬＧＡ（Land Grid Array）でも、フラットリードでも構わない。

また、ゲッター材２は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｎの少なくとも１種類の元素から選ばれた遷移金属から成る。これによって真空容器１０内に存在する各種ガスを元素によって化学的に吸着することができ、真空容器１０内の圧力を、より効果的に減圧することが可能となる。

また、ゲッター材２は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｎの少なくとも１種類の元素から選ばれた遷移金属が金属部材表面に被着されることによって、誘電体から成る保持体３とゲッター材２との熱膨張緩和層として機能し、長期にわたって真空容器１０内に存在する各種ガスを化学的に吸着することができ、真空容器１０の内圧を、より効果的に減圧状態を維持することができる。

また、金属部材の厚みは、０．００１ｍｍ以上でかつ０．５ｍｍ未満に選ばれる。金属部材の厚みが０．５ｍｍ以上であると、金属部材自体に大きな応力が発生してしまい、保持体３およびゲッター材２に対して剥がれやクラックが生じるおそれがある。また金属部材の厚みが０．００１ｍｍ以下であれば、応力緩和層としての効果が非常に小さいか、あるいは全く得られないため、厚みが０．００１ｍｍ以下の金属部材を形成する必要がなくなる。したがって金属部材の厚みは０．００１ｍｍ以上、０．５ｍｍ未満が好ましい。

また、真空容器１０は、容器本体１に保持体３を発熱抵抗体４とゲッター材２とを設けたパッケージと、このパッケージに取着された蓋体５とによって構成されるので、ゲッター材２の形成部位の自由度が向上され、発熱抵抗体４から生じる不純物元素飛散抑制がなされた真空容器１０を実現して、外部環境から内部に搭載するデバイスを守り、長期に渡り安定した動作が可能となる。

また、真空容器１０は、その内部が１００Ｐａ未満の圧力とされるので、パッケージ内に具備されるデバイスに対して、存在する気体の影響を受け難くなり、デバイスの良好な動作が可能な反応装置を実現することができる。

＜第５実施形態＞
図５は本発明にかかる第５実施形態の反応装置１１ｄを示す断面図である。なお、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。図５の断面図に示すように、容器本体１に保持体２を直接形成してもよく、これによって構成を薄型化し、前述の実施の各形態と同様に、真空容器１０内の不純物元素の飛散を低減し、真空容器１０内を低圧に維持することができる。

本発明にかかる第１実施形態の真空容器を示す断面図である。 本発明にかかる第２実施形態の反応装置を示す断面図である。 本発明にかかる第３実施形態の反応装置を示す断面図である。 本発明にかかる第４実施形態の反応装置を示す断面図である。 本発明にかかる第５実施形態の反応装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 容器本体
２ ゲッター材
３ 保持体
４ 発熱抵抗体
５ 蓋体
１０ 真空容器
１１ 反応器
１１ｄ
１２ 反応装置
１７ リード

Claims (13)

1. 容器本体と、
   誘電体材料から成るとともに、前記容器本体内に設けられた保持体と、
   前記保持体に設けられた発熱抵抗体と、
   前記保持体に設けられたゲッター材と、
   を含むことを特徴とするパッケージ。
2. 前記発熱抵抗体は、前記保持体の表面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ。
3. 前記発熱抵抗体は、前記保持体内に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のパッケージ。
4. 前記保持体は、積層構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のパッケージ。
5. 前記保持体は、セラミックから成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパッケージ。
6. 前記発熱抵抗体に電気的に接続され、前記容器本体の内外を挿通する１または複数のリードを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のパッケージ。
7. 前記保持体は、その一主面から前記複数のリードが延出するとともに、各リード間に前記リードの延出する方向に突出する凸部が設けられることを特徴とする請求項６に記載のパッケージ。
8. 前記ゲッター材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｎの少なくとも１種類の元素から選ばれた遷移金属から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のパッケージ。
9. 前記ゲッター材は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｍｎの少なくとも１種類の元素から選ばれた遷移金属を、金属部材の表面に被着させて形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のパッケージ。
10. 前記金属部材の厚みは、０．００１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載のパッケージ。
11. 請求項１〜９のいずれか１つに記載のパッケージと、前記パッケージに設けられる蓋体とを具備することを特徴とする真空容器。
12. 前記真空容器は、その内部の圧力が１００Ｐａ未満であることを特徴とする請求項１０に記載の真空容器。
13. 請求項１１または１２に記載の真空容器と、
    前記真空容器に収容された反応器と、
    を具備することを特徴とする反応装置。

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