JP2010129729A - センサ保持用基板およびこれを用いたセンサ付き基板、センサ保持用基板の製造方法。 - Google Patents
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Abstract
【課題】 振動減衰時間を短くすることができるセンサ保持用基板を提供すること。
【解決手段】 面積が0.03m2以上、厚みが0.0003m以上のセンサ保持用基板であって、本体の下面に含まれる最大の円の直径をC(m)とした場合に、この円と、これに対して同心で直径が0.01m短い円との間において、前記本体を水平に支持した際の自重によるたわみが、下記式ωの1.5倍以下であることを特徴とする。
ω={(5+υ)pa4}/{64(1+υ)D}
ただし、D=Eh3/{12(1−υ2)}、υ:ポアソン比、p:自重による等分布荷重(Pa)、a:C/2(m)、ρ:密度(kg/m3)、E:ヤング率(Pa)、h:厚み(m)
【選択図】 図1
【解決手段】 面積が0.03m2以上、厚みが0.0003m以上のセンサ保持用基板であって、本体の下面に含まれる最大の円の直径をC(m)とした場合に、この円と、これに対して同心で直径が0.01m短い円との間において、前記本体を水平に支持した際の自重によるたわみが、下記式ωの1.5倍以下であることを特徴とする。
ω={(5+υ)pa4}/{64(1+υ)D}
ただし、D=Eh3/{12(1−υ2)}、υ:ポアソン比、p:自重による等分布荷重(Pa)、a:C/2(m)、ρ:密度(kg/m3)、E:ヤング率(Pa)、h:厚み(m)
【選択図】 図1
Description
本発明は、センサ保持用基板およびこれを用いたセンサ付き基板、センサ保持用基板の製造方法に関する。
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー工程においては、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」)を加熱・冷却する熱処理が加熱・冷却装置により行われている。この加熱・冷却の過程では、ウェハを所定温度に設定することが一つの重要な技術である。ウェハの温度およびその分布は、予めダミーウェハを用いて測定、予測した後、ウェハに成膜する際の温度制御条件を決めることが行われている。ダミーウェハの温度は、ダミーウェハ全体ができるだけ均一な温度になるよう、ダミーウェハに複数のセンサを取り付けて、位置と温度が計測される。より迅速なサイクルで多数のウェハに成膜するには、ウェハへの成膜工程で、この装置へウェハを搬入・搬出するサイクルをできるだけ早めることが必要である。このため、加熱/冷却装置へ搬入・搬出されるウェハに加速度が加わることによって撓み、その後でダミーウェハが振動することがある。
特許文献1には、平均強度450MPa以上、平均結晶粒径が5μm以下および嵩密度3980kg/m3以上であり、純度が99.9質量%以上である多結晶酸化アルミニウム焼結体から成るダミーウェハが記載されている。
特開平8−17888号公報
ダミーウェハが振動している状態で温度等を計測すると、センサの誤作動やセンサからの信号の送受のエラーなどが生じて、正確な温度を計測できない場合があると考えられる。このため、ダミーウェハが撓んでから振動が減衰して無くなるまでの時間を短くすることが好ましい。
特許文献1に記載されたダミーウェハは、撓み後の振動減衰時間が長くなるおそれがあった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、振動減衰時間を短くすることができるセンサ保持用基板、例えばダミーウェハを提供することを目的とする。
本発明の一形態に係るセンサ保持用基板は、面積が0.03m2以上でかつ厚みが0.0003m以上の基板を有し、該基板の下面に含まれる最大の円の直径をC(m)とした場合に、この円と、これに対して同心で直径が0.01m短い円との間において、前記基板を水平に支持した際の自重によるたわみが、下記式ωの1.5倍以下であることを特徴とする。
ω={(5+υ)pa4}/{64(1+υ)D} (m)
ただし、
D=Eh3/{12(1−υ2)}
υ:ポアソン比(−)
p:自重による等分布荷重(Pa)
a:C/2(m)
ρ:密度(kg/m3)
E:ヤング率(Pa)
h:厚み(m)
また、本発明の一形態に係るセンサ付き基板は、センサ保持用基板にセンサを配置してなることを特徴とする。
ただし、
D=Eh3/{12(1−υ2)}
υ:ポアソン比(−)
p:自重による等分布荷重(Pa)
a:C/2(m)
ρ:密度(kg/m3)
E:ヤング率(Pa)
h:厚み(m)
また、本発明の一形態に係るセンサ付き基板は、センサ保持用基板にセンサを配置してなることを特徴とする。
さらに、本発明の一形態に係るセンサ保持用基板の製造方法は、セラミック焼結体からなる基板を熱間等方加圧した後、前記熱間等方加圧した温度よりも低い温度で熱処理することを特徴とする。
本発明の一形態に係るセンサ保持用基板によれば、撓み後の振動減衰時間が短い。
また、本発明の一形態に係るセンサ付き基板によれば、振動減衰時間の短いセンサ保持用基板にセンサを付けているので、センサの誤作動等を低減できる。
本発明の一形態に係るセンサ保持用基板の製造方法によれば、撓みの減衰時間を短くすることができるセンサ保持用基板を容易に製造することができる。
本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、図1〜2を参照しながら説明する。センサ保持用基板30は、面積が0.03m2以上、厚みが0.0003m以上のセラミック基板2を有し、このセラミック基板2の下面に含まれる円、すなわち一方主面4aにおいて支持可能な最大の円の直径をC(m)とした場合に、この円と、これに対して同心で直径が0.001m短い円との間において支持する位置(支持円3)で、セラミック基板2を水平に支持した際の本体(セラミック基板2および導電体6等の付属物を含むセンサ保持用基板30)の自重によるたわみが、下記式(1)で表されるωの1.5倍以下である。
ω={(5+υ)pa4}/{64(1+υ)D} (m) (1)
ただし、
D=Eh3/{12(1−υ2)}
υ:センサ保持用基板30のポアソン比(−)
p:センサ保持用基板30の自重による等分布荷重(Pa)
a:C/2(m)
ρ:センサ保持用基板30の密度(kg/m3)
E:センサ保持用基板30のヤング率(Pa)
h:センサ保持用基板30の厚み(m)
式(1)において、pは、p=(9.80665a2πhρ)/(a2π)=9.80665hρ(Pa)により求められる。
ただし、
D=Eh3/{12(1−υ2)}
υ:センサ保持用基板30のポアソン比(−)
p:センサ保持用基板30の自重による等分布荷重(Pa)
a:C/2(m)
ρ:センサ保持用基板30の密度(kg/m3)
E:センサ保持用基板30のヤング率(Pa)
h:センサ保持用基板30の厚み(m)
式(1)において、pは、p=(9.80665a2πhρ)/(a2π)=9.80665hρ(Pa)により求められる。
導電体6、アライメントマーク8a,8b、配線10などがセンサ保持用基板30に配設されていない場合、すなわち、センサ保持用基板30がセラミック焼結体のみからなる場合は、式(1)で「センサ保持用基板」を「セラミック基板」と読み替える。
このような構成のセンサ保持用基板30によれば、撓み後の振動減衰時間を短くすることができるという効果を有する。
センサ保持用基板30の主面の面積が0.03m2以上と比較的大きく、かつ厚みが0.0003m以上と機械的強度が比較的大きなセンサ保持用基板である。なお、面積が0.03m2未満の場合、振動減衰時間が短いため問題にならず、厚みが0.0003m未満の場合は機械的強度が小さく、振動が与えられると破壊する確率が高い。
式(1)において、密度はアルキメデス法により測定することができる。センサ保持用基板30のサイズが大きい場合などのように、アルキメデス法による密度の測定が困難な場合は、センサ保持用基板30の重量を体積で割った値を、センサ保持用基板30の密度として用いてもよい。厚みhはセンサ保持用基板30の複数箇所を測定して、その平均値とする。
ヤング率、ポアソン比は、超音波パルス法を用いて測定することができる。測定方法は、具体的には次の通りである。日本工業規格JISR1602-1995のファインセラミックの弾性率測定方法(Testing methods for elastic modulus of fine ceramics)の5.3.2(1)においては、試験片の大きさを規定しているが、センサ保持用基板30の場合は、センサ保持用基板30そのものを測定用の試料片として用いる。測定装置としては、例えば、PanametricsのHV pulser-receiver Model 5058PRを用いることができる。測定に使用する周波数は、縦波周波数が5000〜8000kHz、横波周波数が2000〜5000kHzである。データ解析のため、Tektronixの23422A 250MS/s Digital Oscilloscopeなどを用いることができる。測定温度は室温が好ましく、25℃程度がより好ましい。また、超音波パルス法によりヤング率、ポアソン比を測定する場合は、一の試験片につき少なくとも5回測定し、その平均値を求めることが好ましい。
センサ保持用基板30のサイズが大きすぎて、ヤング率、ポアソン比が測定できない場合は、センサ保持用基板30を、一辺の長さが0.2mの正方形に加工した基板を、ヤング率、ポアソン比の測定用の試験片として、超音波パルス法により測定する。
センサ保持用基板30に、後述する導電体6,アライメントマーク8a,8b、配線10が配設されている場合でもωは略同じとなる場合が多い。また、ωの単位は式(1)により(m)となるが、センサ保持用基板30のたわみは通常数μm〜数百μmであるので、一般にωの単位は(m)を(μm)に換算する。
自重による撓みは、図4(a),(b)に示した自重撓み測定装置50により測定することができる。図4(a)は自重撓み測定装置の斜視図、(b)は(a)の一部断面図である。自重撓み測定装置50は、基台42と、基台42に固定された案内ガイド44a,44b,44c、可動体48aを有する。案内ガイド44a,44bは互いに平行で可動体48aを、X方向と直角なY方向へ案内する。X方向およびY方向は重力に平行な方向に設定される。案内ガイド44cは可動体48aをX方向へ案内する。レーザ発射体48は可動体48aに固定されており、可動体48aと共に、X方向およびY方向で作られる平面内で移動することができる。センサ保持用基板30は複数の固定用治具46によって、基台30に固定されている。レーザ発射体48から発射されたレーザ光52は、センサ保持用基板30に照射されて反射する。レーザ光52の反射光は、可動体48aを通って、解析装置(不図示)に送られ、レーザ発射体48とセンサ保持用基板30との距離を、主面4b全体に渡って複数箇所測定する。その結果、センサ保持用基板30の撓み量(撓み距離)Sを測定することができる。式(1)を満足するセンサ保持用基板30は、撓み後の振動減衰時間が短い。センサ保持用基板30の減衰時間が短いのは、本体を構成するセラミック基板2の内部応力が小さいためであると考えられる。
撓みの減衰時間は、図5に示す振動測定装置を用いて測定することができる。図5(a)は振動測定装置の断面図、(b)は上面図である。振動測定装置70は、石などからなる定盤54、定盤54の固定された挟持用治具56を有し、センサ保持用基板30の一端は挟持用治具56により挟持されて固定される。センサ保持用基板30が治具56に固定された状態で、センサ保持用基板30が挟持された一端の上部と、この一端から最も離れた主面4b上の上部(他端)が水平になるようにした後、他端を開放すると、他端が自重により撓む。この撓んだ状態の変位量をゼロとする。変位量ゼロの状態から、センサ保持用治具30の他端を所定距離Mだけ治具(不図示)を用いて押圧し変位点Eまで変位させて、治具によって押圧された力を瞬時に開放する。その後、センサ保持用基板30は、変位点Eを起点として上下に振動し、時間の経過と共に振幅が減衰し、やがて振幅がなくなる。
センサ保持用基板30を変位点Eに変位させてから振動が減衰していく過程において、センサ保持用基板30の変位量を時間の経過と共に特定する。センサ保持用基板30の上部に設けられたレーザ光照射装置48から、センサ保持用基板30の他端へレーザ光52が照射されると、センサ保持用基板30の主面4bからレーザ光52の反射光が観測される。レーザの入射光と反射光の信号は信号増幅器58に送られ、さらにオシロスコープ60で解析されて、センサ保持用基板30の主面4bの他端の振幅(変位量)を時間の経過と共に測定することができる。
図6は、図5の振動測定装置を用いて測定したセンサ保持用基板30の振動減衰曲線の一例である。縦軸は上下方向の変位量(mm)で、横軸は時間(秒)である。センサ保持用基板30は、概ね1〜2秒以内に振動が減衰してなくなることがわかる。
図1(a)に示すように、センサ保持用基板30の形状は円板状であることが好ましい。円形状であるので振動減衰時間を短くすることができる。センサ保持用基板30が円形状であると振動の減衰時間を短くすることができるのは、主面8a,8bがねじれた状態で振動する、いわゆるねじれ振動が少ないからであると考えられる。
振動の減衰時間を短くしつつ、センサ等の光学的識別を容易にするためには、セラミック基板2がアルミナを主成分とすることが好ましい。アルミナは、呈色が白色系であるセラミックとすることが容易なので、位置センサ等を取り付けた状態で、センサ等との光学的識別が容易だからである。
セラミック基板2の両主面4a,4bを貫通する複数の貫通孔14に、導電体6が形成されているセンサ保持用基板30は、振動の減衰時間を短くすることができるだけでなく、両主面4a,4b間を電気的に接合する経路を形成してなるので、センサ22等から発生する信号を両主面4a,4b間で直接伝送することができる。導電体6は、貫通孔14の側面に接合材16を介して接合することができる。導電体6の材質は、電気抵抗が低く、セラミックスとの接合が容易であるという特性を有するTi、Pt、W、Cr、Rh、Ru,Irのいずれかの金属が好ましい。特に、導電体6は、熱膨張係数が比較的小さいという特性を有するTiが好ましい。接合材16の材質としては、Ag−Cu−Tiロー材が好ましい。Ag−Cu−Tiの組成としては、例えばAg50〜70質量%、Cu20〜45質量%、Ti5〜10質量%の組成のロー材が用いられる。
具体的には、次のようにしてTiからなる導電体6を、AgCuTiローを用いて接合することができる。貫通孔14にペースト状のAg−Cu−Tiロー材を充填し、Tiピンを挿入する。ペーストを乾燥、固化させた後、800℃程度に加熱、冷却すると、Ag−Cu−Tiロー材はTi導電体6であるTiピンとセラミック基板2とを接合する。
セラミック基板2の周縁部に、アライメントマーク8a,8bが形成されていることが好ましい。アライメントマーク8a,8bは、黒色セラミックからなる円柱18が、両主面8a,8bを貫通して形成されていることがさらに好ましい。これにより、センサ保持用基板30の主面8a上の位置をレーザ等により、正確に計測することができる。
アライメントマーク8a,8bは、センサ保持用基板30の主面8a,8b上の位置を正確に位置決めするために用いることができる。その方法は、アライメントマーク8a,8bのピッチをカメラで測定して、それらの中心点を原点とする。この原点は正確に決まるので、この原点から導体配線などの配線パターンをセンサ保持用基板30上に正確に形成することができる。
アライメントマーク8a,8bは、黒色アルミナからなる円柱を準備し、貫通孔18内に、エポキシ系接着材を用いて接着、固化させることにより形成することができる。黒色アルミナは、例えば顔料として鉄、コバルト、マンガンなどの元素を含有する。
図3に示すように、センサ保持用基板30にセンサ22を配置してなるセンサ付き基板40は、振動減衰時間の短いセンサ保持用基板30にセンサ22を付けているので、センサの誤作動等を低減できる。センサ22は例えば温度センサである。各センサ22から発信される信号は、配線10を通って、信号取出用部材12から取り出され、各センサ22の位置の温度を計測することができる。各センサ22の温度は、センサ22から発信される信号を検出して温度に変換することにより、測定することができる。センサ保持用基板30にセンサ22を取り付けるには、接着剤などを用いることができる。
センサ保持用基板30の製造方法を、セラミック基板2がアルミナからなる場合を用いて具体的に説明する。
出発原料として、高純度のアルミナ粉末と、焼成時に焼結助剤として作用する少量のMgCO3,CaCO3,SiO2の各粉末とを、混合、湿式粉砕してスラリーを作製し、このスラリーに有機バインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して顆粒を作製する。得られた顆粒を公知の成形方法により、直径370〜400mm、厚み6〜20mmの成形体を作製する。その後、必要に応じて成形体の表面を若干切削する。得られた成形体を大気中、1550〜1650℃で焼成し、焼結体を作製する。得られた焼結体をHIP(熱間等方加圧)法により、Arガス中、前記焼成温度よりも低い温度かつ1500〜1600℃の範囲内にて、200Mpaの条件で熱処理して、緻密質アルミナ体を作製する。得られた緻密質アルミナ体を、大気中で前記HIP法による熱処理温度よりも低い温度かつ1400〜1550℃で少なくとも5分以上保持、いわゆるアニーリングする。アニーリング後、ロータリー研削盤を用いて、ダイヤモンド電着砥石で両主面を研磨し、厚みを1mm程度の円板にする。得られた円板を、レーザ加工機を用いて、外径を直径8インチまたは12インチに加工し、さらに導電体6からなる直径0.3〜1mmのTiピンを接合するための貫通孔14、円柱状の黒色アルミナからなるアライメントマーク18を形成するための貫通孔18を形成する。Tiピンからなる導電体6、黒色アルミナからなるアライメントマーク8a,8bの作製方法は上述した通りである。導電体6、アライメントマーク8a,8bを形成した後、さらに両主面を精密に研磨して、厚みを775μmにする。これにより、図1に示すセンサ保持用基板30が得られる。
さらに、図2に示すように導体からなる配線10を信号取出用部材12に接合したセンサ保持用基板30を作製することもできる。
上記の製造方法においては、セラミック焼結体からなる基板を熱間等方加圧した後、熱間等方加圧した温度よりも低い温度で熱処理(アニーリング)する製造方法によりセンサ保持用基板30が製造されているので、撓みの減衰時間を短くすることができるセンサ保持用基板を製造することができる。撓みの減衰時間が短くなるのは、アニーリングによって、緻密質アルミナ体に残留する内部応力が小さくなるからであると考えられる。
<実施例>
図1のセンサ保持用基板30において、Tiピンからなる導電体6、黒色アルミナからなるアライメントマーク8a,8bを形成したものを作製した。セラミック基板2の材質は表1に示す通りである。
図1のセンサ保持用基板30において、Tiピンからなる導電体6、黒色アルミナからなるアライメントマーク8a,8bを形成したものを作製した。セラミック基板2の材質は表1に示す通りである。
〔材質がアルミナの場合〕
出発原料として、高純度のアルミナ粉末と、焼成時に焼結助剤として作用する少量のMgCO3,CaCO3,SiO2の各粉末とを、混合、湿式粉砕してスラリーを作製し、このスラリーに有機バインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して顆粒を作製した。得られた顆粒をラバープレス法により円柱体を得た。この円柱体を直径380mm、厚み14mmに加工して成形体を作製した。得られた成形体を大気中、1600℃で焼成し、焼結体を作製した。得られた焼結体をHIP(熱間等方加圧)法により、Arガス中、1550℃、200Mpaの条件で熱処理して、緻密体を作製した。得られた緻密体を、大気中、1500℃で2時間保持または1450℃で2時間保持するアニーリングを行った。アニーリング後、ロータリー研削盤を用いて、番手#140のダイヤモンド電着砥石で両主面を研磨し、厚みを1mmの円板にした。得られた円板を、CO2レーザ加工機を用いて、外径を表1に示すように直径8インチ(203.2mm)、12インチ(304.8mm)、16インチ(406.4mm)のいずれかに加工し、さらに直径0.5mmのTiピンを接合するための貫通孔14、直径2mmの円柱状黒色アルミナからなるアライメントマーク18を形成するための貫通孔18を形成した。Tiピンからなる導電体6は上述したAg−Cu−Tiロー材、黒色アルミナからなるアライメントマーク8a,8bはエポキシ接着剤で接合した。導電体6、アライメントマーク8a,8bを形成した後、さらに両主面を精密に研磨して、厚みを表1に示す厚みに仕上げた。これにより、図1に示すセンサ保持用基板30を作製した。
出発原料として、高純度のアルミナ粉末と、焼成時に焼結助剤として作用する少量のMgCO3,CaCO3,SiO2の各粉末とを、混合、湿式粉砕してスラリーを作製し、このスラリーに有機バインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して顆粒を作製した。得られた顆粒をラバープレス法により円柱体を得た。この円柱体を直径380mm、厚み14mmに加工して成形体を作製した。得られた成形体を大気中、1600℃で焼成し、焼結体を作製した。得られた焼結体をHIP(熱間等方加圧)法により、Arガス中、1550℃、200Mpaの条件で熱処理して、緻密体を作製した。得られた緻密体を、大気中、1500℃で2時間保持または1450℃で2時間保持するアニーリングを行った。アニーリング後、ロータリー研削盤を用いて、番手#140のダイヤモンド電着砥石で両主面を研磨し、厚みを1mmの円板にした。得られた円板を、CO2レーザ加工機を用いて、外径を表1に示すように直径8インチ(203.2mm)、12インチ(304.8mm)、16インチ(406.4mm)のいずれかに加工し、さらに直径0.5mmのTiピンを接合するための貫通孔14、直径2mmの円柱状黒色アルミナからなるアライメントマーク18を形成するための貫通孔18を形成した。Tiピンからなる導電体6は上述したAg−Cu−Tiロー材、黒色アルミナからなるアライメントマーク8a,8bはエポキシ接着剤で接合した。導電体6、アライメントマーク8a,8bを形成した後、さらに両主面を精密に研磨して、厚みを表1に示す厚みに仕上げた。これにより、図1に示すセンサ保持用基板30を作製した。
〔材質が炭化珪素の場合〕
材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。上記アルミナの場合の製法と異なる部分を記載する。平均粒径0.6μmのα−SiC粉末を95重量%、平均粒径0.6μmのα−Al2O3粉末を4重量%、平均粒径0.8μmのY2O3粉末を1重量%含む粉末をメタノール中で混合、粉砕して、バインダーを添加混合し、得られたスラリーを噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、Arガス気流中、2000℃で1時間保持して行った。HIPは、Arガス中で1850℃、200MPaとした。アニーリングは、1気圧のArガス中、1800℃で2時間保持、または1750℃で2時間保持とした。
材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。上記アルミナの場合の製法と異なる部分を記載する。平均粒径0.6μmのα−SiC粉末を95重量%、平均粒径0.6μmのα−Al2O3粉末を4重量%、平均粒径0.8μmのY2O3粉末を1重量%含む粉末をメタノール中で混合、粉砕して、バインダーを添加混合し、得られたスラリーを噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、Arガス気流中、2000℃で1時間保持して行った。HIPは、Arガス中で1850℃、200MPaとした。アニーリングは、1気圧のArガス中、1800℃で2時間保持、または1750℃で2時間保持とした。
〔材質が窒化珪素の場合〕
材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。上記アルミナの場合の製法と異なる部分を記載する。窒化珪素粉末を89質量%(BET比表面積9m2/g、α率98%、酸素量1.2重量%)、酸化イットリウム粉末(平均粒径1.5μm)を5質量%、酸化アルミニウム粉末(純度99.9質量%、平均粒径2μm)を3質量%、二酸化珪素粉末(純度99.9質量%、平均粒径2μm)を3質量%含む粉末を、メタノール中で湿式混合し、バインダーを添加して噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、炭化珪素からなる匣鉢に入れ、常圧の窒素雰囲下にて1300℃で5時間保持したあと、さらに1750℃の温度にて5時間保持する条件で行った。その後80℃/分の速度で冷却して窒化珪素の焼結体を得た。HIPは、窒素ガス中、1600℃、200MPaとした。アニーリングは、1気圧の窒素ガス中、1550℃で2時間保持、または1500℃で2時間保持とした。
材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。上記アルミナの場合の製法と異なる部分を記載する。窒化珪素粉末を89質量%(BET比表面積9m2/g、α率98%、酸素量1.2重量%)、酸化イットリウム粉末(平均粒径1.5μm)を5質量%、酸化アルミニウム粉末(純度99.9質量%、平均粒径2μm)を3質量%、二酸化珪素粉末(純度99.9質量%、平均粒径2μm)を3質量%含む粉末を、メタノール中で湿式混合し、バインダーを添加して噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、炭化珪素からなる匣鉢に入れ、常圧の窒素雰囲下にて1300℃で5時間保持したあと、さらに1750℃の温度にて5時間保持する条件で行った。その後80℃/分の速度で冷却して窒化珪素の焼結体を得た。HIPは、窒素ガス中、1600℃、200MPaとした。アニーリングは、1気圧の窒素ガス中、1550℃で2時間保持、または1500℃で2時間保持とした。
〔材質がジルコニアの場合〕
次に示す方法以外は、材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。平均粒径0.2μmの酸化ジルコニア粉末96モル%と、酸化イットリウム粉末4モル%を含む粉末を水で湿式粉砕、さらにバインダーを添加して噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、大気中1500℃で3時間保持した。HIPは、Arガス中で1350℃、200Mpaとした。アニーリングは、大気中、1300℃で2時間保持、または1250℃で2時間保持とした。
次に示す方法以外は、材質がアルミナの場合と同様にしてセンサ保持用基板30を作製した。平均粒径0.2μmの酸化ジルコニア粉末96モル%と、酸化イットリウム粉末4モル%を含む粉末を水で湿式粉砕、さらにバインダーを添加して噴霧乾燥して顆粒を作製した。焼成は、大気中1500℃で3時間保持した。HIPは、Arガス中で1350℃、200Mpaとした。アニーリングは、大気中、1300℃で2時間保持、または1250℃で2時間保持とした。
センサ保持用基板30の密度は、センサ保持用基板30の重量を体積で割って求めた。
ヤング率、ポアソン比は、超音波パルス法を用いて測定した。測定装置は、PanametricsのHV pulser-receiver Model 5058PR、Tektronixの23422A 250MS/s Digital Oscilloscopeを用いた。測定に使用する周波数は、縦波周波数が5000〜8000kHz、横波周波数が2000〜5000kHzとした。測定温度は25℃である。試料一つにつき、ヤング率、ポアソン比を5回測定して平均値を求めた。
〔自重たわみ〕
図4に示す重撓み測定装置を用いて自重たわみ(μm)を測定した。支持円3の直径は、最大直径をC(センサ保持用基板30の直径)とする場合に、(C−0.01)mとした。式(1)に示すωも計算して表1に示す。なお、表1において、長さの単位は便宜上mmおよびμmを使用した。また、Cの直径は小数点以下を切り下げて表示している。
図4に示す重撓み測定装置を用いて自重たわみ(μm)を測定した。支持円3の直径は、最大直径をC(センサ保持用基板30の直径)とする場合に、(C−0.01)mとした。式(1)に示すωも計算して表1に示す。なお、表1において、長さの単位は便宜上mmおよびμmを使用した。また、Cの直径は小数点以下を切り下げて表示している。
〔振動減衰時間〕
得られたセンサ保持用基板30の振動減衰曲線を、図5に示す振動測定装置を用いて測定した。図5においてMは5mmとした。また、治具56により挟持した主面4a,4bの部分は、治具56側の主面4a,4bの一端から、セラミック基板2の中心側8mmまでとした。結果を表1に示す。図6(a)は試料No.13の振動減衰曲線である。
<比較例>
アニーリングを行わなかった他は実施例と同様にして、試料No.に*印の付いた試料を作製し、実施例と同様にして評価した。結果を表1に示す。図7は試料No.15の振動減衰曲線である。
<考察>
材質、直径、厚みが同じサンサ保持用基板同士を比較すると、z/ωの値が1.5以下の実施例の試料は、z/ωの値が1.5を越えた比較例の試料に比べて、いずれも振動減衰時間が半分以下と短いことがわかった。HIPの後でアニーリング処理を行うことにより、振動減衰時間が短いサンサ保持用基板30を作製することができた。
得られたセンサ保持用基板30の振動減衰曲線を、図5に示す振動測定装置を用いて測定した。図5においてMは5mmとした。また、治具56により挟持した主面4a,4bの部分は、治具56側の主面4a,4bの一端から、セラミック基板2の中心側8mmまでとした。結果を表1に示す。図6(a)は試料No.13の振動減衰曲線である。
<比較例>
アニーリングを行わなかった他は実施例と同様にして、試料No.に*印の付いた試料を作製し、実施例と同様にして評価した。結果を表1に示す。図7は試料No.15の振動減衰曲線である。
<考察>
材質、直径、厚みが同じサンサ保持用基板同士を比較すると、z/ωの値が1.5以下の実施例の試料は、z/ωの値が1.5を越えた比較例の試料に比べて、いずれも振動減衰時間が半分以下と短いことがわかった。HIPの後でアニーリング処理を行うことにより、振動減衰時間が短いサンサ保持用基板30を作製することができた。
2:セラミック基板
3a,3b,3c:支持位置
4a,4b:主面
6:金属ポスト
8a,8b:アライメントマーク
10:配線
12:信号取出用部材
14,18:貫通孔
16:接着材
20:ロー材
22:センサ
30:センサ保持用基板
40:センサ付き基板
42:基台
44a,44b,44c:案内ガイド
46:固定用治具
48:レーザ発射体
48a:固定体
50:自重撓み測定装置
52:レーザ光
54:定盤
56:治具
70:振動測定装置
3a,3b,3c:支持位置
4a,4b:主面
6:金属ポスト
8a,8b:アライメントマーク
10:配線
12:信号取出用部材
14,18:貫通孔
16:接着材
20:ロー材
22:センサ
30:センサ保持用基板
40:センサ付き基板
42:基台
44a,44b,44c:案内ガイド
46:固定用治具
48:レーザ発射体
48a:固定体
50:自重撓み測定装置
52:レーザ光
54:定盤
56:治具
70:振動測定装置
Claims (7)
- 面積が0.03m2以上でかつ厚みが0.0003m以上の基板を有し、該基板の下面に含まれる最大の円の直径をC(m)とした場合に、この円と、これに対して同心で直径が0.01mだけ短い円との間において、前記基板を水平に支持した際の自重によるたわみが、下記式ωの1.5倍以下であることを特徴とするセンサ保持用基板。
ω={(5+υ)pa4}/{64(1+υ)D} (m)
ただし、
D=Eh3/{12(1−υ2)}
υ:ポアソン比(−)
p:自重による等分布荷重(Pa)
a:C/2(m)
ρ:密度(kg/m3)
E:ヤング率(Pa)
h:厚み(m) - 前記基板が円板状であることを特徴とする請求項1に記載のセンサ保持用基板。
- 前記基板がアルミナを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ保持用基板。
- 前記基板の両主面を複数の導電体が貫通していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のセンサ保持用基板。
- 前記基板の周縁部にアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のセンサ保持用基板。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載のセンサ保持用基板にセンサを配置してなることを特徴とするセンサ付き基板。
- セラミック焼結体からなる基板を熱間等方加圧した後、前記熱間等方加圧した温度よりも低い温度で熱処理することを特徴とするセンサ保持用基板の製造方法。
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