JP2016009811A - 真空容器の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空容器を構成する部品間の接合面での均一な合金反応を実現可能な真空容器の形成方法を提供する。
【解決手段】複数の部品を接合して内部が真空の真空容器を形成する方法であって、第１の部品の表面にシール材を形成するステップと、シール材の上にバリア膜を形成するステップと、シール材の酸化を防止し且つバリア膜と合金反応しない酸化防止膜をバリア膜の上に形成するステップと、シール材、バリア膜及び酸化防止膜を介して第１の部品を第２の部品に接触させ、真空状態においてシール材を溶融させて第１の部品と第２の部品とを接合するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部が真空である真空容器の形成方法に関する。

真空容器の内部に機器を配置した装置、例えばX線検出装置では、真空に保持された真空容器内にX線検出素子が配置される。このような真空容器を複数の部品を接合して形成するために、インジウム（Ｉｎ）膜をシール材とする真空パッケージ技術が用いられている。このとき、シール材の表面に酸化膜が生成されると、部品間の接合性が劣化し、真空容器の内部を高真空にできない。

このため、インジウム膜の表面に金（Ａｕ）膜を酸化防止膜として形成することによって、酸化膜がインジウム膜の表面に生成されるのを抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−１７４５９４号公報

しかしながら、インジウム膜の表面に金膜を形成するときにインジウムと金が反応して、酸化防止膜となるはずの金膜の表面がインジウム化合物で覆われるという問題が生じる。これにより、インジウム化合物の表面に露出するインジウム原子面が酸化し、部品間の接合面でのインジウムと金の均一な合金反応が妨げられる。その結果、部品間の接合性が劣化する。

上記問題点に鑑み、本発明は、真空容器を構成する部品間の接合面での均一な合金反応を実現可能な真空容器の形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、複数の部品を接合して内部が真空の真空容器を形成する方法であって、第１の部品の表面にシール材を形成するステップと、シール材の上にバリア膜を形成するステップと、シール材の酸化を防止し且つバリア膜と合金反応しない酸化防止膜をバリア膜の上に形成するステップと、シール材、バリア膜及び酸化防止膜を介して第１の部品を第２の部品に接触させ、真空状態においてシール材を溶融させて第１の部品と第２の部品とを接合するステップとを含む真空容器の形成方法が提供される。

本発明によれば、真空容器を構成する部品間の接合面での均一な合金反応を実現可能な真空容器の形成方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法による部品の接合の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法を用いて製造されるＸ線検出装置の例を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法は、図１に示すように、シール材３１を用いて複数の部品を接合して真空容器を形成する方法である。即ち、第１の部品１０の表面にシール材３１を形成するステップと、シール材３１の上にバリア膜３２を形成するステップと、バリア膜３２の上に酸化防止膜３３形成するステップと、シール材３１、バリア膜３２及び酸化防止膜３３を介して第１の部品１０に第２の部品２０を接触させ、シール材３１を溶融させるステップとを含む。真空状態においてシール材３１を溶融させることによって第１の部品１０と第２の部品２０とを接合させて、第１の部品１０と第２の部品２０とで囲まれた内部が真空の真空容器を形成する。

図１では、第１の部品１０と第２の部品２０の接合部分の近傍のみを例示している。例えば、第１の部品１０がキャップ形状であり、第２の部品２０が板形状である場合に、第１の部品１０の開口部の縁と第２の部品２０の主面を接合面として、真空容器が形成される。

シール材３１には、例えばインジウム（Ｉｎ）やインジウム錫（ＩｎＳｎ）などの半田材が採用可能である。酸化防止膜３３には、シール材３１の酸化を防止する材料が選択される。また、バリア膜３２には、酸化防止膜３３と合金反応しない材料が選択される。例えばシール材３１がインジウムである場合、酸化防止膜３３には金（Ａｕ）膜が好適に使用され、バリア膜３２にはクロム（Ｃｒ）膜、ニッケル（Ｎｉ）膜、チタン（Ｔｉ）膜などの金属膜が好適に使用される。

なお、図１に示したように、第１の部品１０及び第２の部品２０の表面には、シール材３１と合金反応する表面被覆膜１２０が配置されている。例えばシール材３１がインジウムである場合に、インジウムと合金を作りやすい金（Ａｕ）膜が表面被覆膜１２０に好適に使用される。なお、図１に示したように、第１の部品１０及び第２の部品２０の表面に下地膜１１０を配置し、下地膜１１０上に表面被覆膜１２０を配置してもよい。下地膜１１０は、クロム膜やニッケル膜などの金属膜１１１と金（Ａｕ）膜１１２の積層膜などが使用される。

以下に、実施形態に係る真空容器の形成方法の実施例を示す。なお、下地膜１１０として、膜厚１００ｎｍのクロム膜と膜厚２５０ｎｍの金膜を積層した積層膜が使用されているとする。

まず、表面被覆膜１２０として膜厚５μｍ程度の金膜が接合面にそれぞれ配置された第１の部品１０と第２の部品２０を用意する。表面被覆膜１２０は、例えば金メッキにより形成される。

第１の部品１０上に形成された表面被覆膜１２０上に、シール材３１として膜厚２μｍ程度のインジウム膜を形成する。次いで、シール材３１上に、膜厚５０ｎｍ程度のバリア膜３２を形成する。

次に、バリア膜３２上に、酸化防止膜３３として金膜を膜厚１００ｎｍ程度で形成する。したがって、バリア膜３２には、金膜と合金反応しないクロム膜、ニッケル膜、チタン膜などの金属膜を使用する。

その後、第２の部品２０の表面に配置された表面被覆膜１２０が酸化防止膜３３と接するようにして、第１の部品１０上に第２の部品２０を配置する。そして、真空状態において第１の部品１０と第２の部品２０の接合面を合わせてシール材３１を溶融させて、第１の部品１０と第２の部品２０とを接合する。即ち、シール材３１のインジウム膜を、第１の部品１０及び第２の部品２０の表面に配置された表面被覆膜１２０の金膜とそれぞれ合金反応させる。このとき、酸化防止膜３３及びバリア膜３２を通ってシール材３１が第１の部品１０に進行し、第１の部品１０表面の表面被覆膜１２０とシール材３１が合金反応する。この真空シール工程によって、第１の部品１０と第２の部品２０の接合面においてシール材３１の液相と表面被覆膜１２０との合金反応が速やかに生じる。これにより、内部が真空の真空容器が形成される。真空容器に所望の真空度に合わせて、第１の部品１０と第２の部品２０とを接合する環境の真空度が設定される。真空度は、例えば１０^-2〜数Ｐａ程度である。

なお、上記のシール工程においてバリア膜３２が分解され、シール材３１と表面被覆膜１２０との合金に、分解されたバリア膜３２が分散して含有される。つまり、図２に示した第１の部品１０と第２の部品２０との接合部分（以下において、「シール部３０」という。）のシール材３１と表面被覆膜１２０との合金には、バリア膜３２の粒子などが含まれている。ただし、シール材３１や表面被覆膜１２０の量に比べてバリア膜３２の量は非常に少ないために、接合性には影響しない。

バリア膜３２の膜厚が薄すぎるとバリア性が不足し、酸化防止膜３３の形成時にシール材３１と酸化防止膜３３との合金反応が生じてしまう。一方、バリア膜３２が厚すぎると、シール工程後にバリア膜３２が残存してしまう。バリア膜３２の膜厚は、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。

酸化防止膜３３の膜厚を厚くすることにより酸化防止効果が高まるが、成膜工程が長くなる問題が生じる。また、酸化防止膜３３を厚く形成している間に部品の温度が上昇し、酸化防止膜３３とシール材３１の合金化が進んでしまう。更に、酸化防止膜３３に金膜を使用した場合にはコストが上昇する。このため、酸化防止膜３３の膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度が好ましい。

上記の真空シール工程では、例えば、シール材３１の溶融温度以上にシール材３１を昇温することによって、第１の部品１０及び第２の部品２０の表面に配置された表面被覆膜１２０とシール材３１とを合金反応させる。インジウムの溶融温度は１５０℃程度である。また、インジウム錫の溶融温度は１２０℃程度である。シール材３１にインジウム膜やインジウム錫を使用した場合、インジウムと合金を作りやすい金膜が表面被覆膜１２０に好適に使用される。

なお、シール材３１のインジウム膜、バリア膜３２、及び酸化防止膜３３の金膜の形成には、例えば蒸着法などを採用可能である。或いは、スパッタ法を採用してもよく、金膜の形成には金メッキ法を使用してもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法によれば、酸化防止膜３３を形成中での酸化防止膜３３とシール材３１の合金反応が抑制される。例えば、インジウム膜上に薄い金膜を蒸着するときにインジウムと金とが合金反応することが抑制される。したがって、シール材３１の表面が酸化防止膜３３によって覆われた状態が保持され、空気中でもシール材３１表面の酸化が防止される。その結果、真空シール工程において、第１の部品１０と第２の部品２０の接合面でおいて均一にシール材３１と表面被覆膜１２０との合金反応が速やかに生じる。これにより、リークの抑制された良好な真空シールが得られる。

なお、上記のようにシール材３１の酸化が抑制されるため、シール材３１表面の酸化膜のエッチング除去や、酸化膜の除去に使用したフラックスの洗浄作業などが不要である。したがって、真空容器の形成方法における工程の増大を抑制できる。また、シール材３１の表面に形成された酸化膜を破るために接合部への超音波印加や接合部に振動を与えるスクラブ法なども考えられるが、装置が大型化する問題がある。一方、実施形態に係る真空容器の形成方法ではそのような機能を必要としない。

上記に説明した形成方法では、形成時から真空容器の内部が真空である。このため、形成後に真空容器の内部を真空にする必要がない。したがって、真空ポンプによる減圧によって内部を真空にすることが困難な小型の真空容器の形成などに有効である。

例えば、図３に示すようなＸ線検出装置１などの製造に、本発明の実施形態に係る真空容器の形成方法を適用可能である。図３に示したＸ線検出装置１は、Ｘ線を検出するＸ線検出素子２００、及びＸ線検出素子２００を冷却する冷却装置３００が、真空容器１００に格納された構造である。真空容器１００に配置された入射窓１０１を透過して、検出対象のＸ線がＸ線検出素子２００に入射する。

Ｘ線検出素子２００は、例えばシリコン（Ｓｉ）単結晶にリチウム（Ｌｉ）を拡散させて形成したＰ−Ｉ−N接合を有する半導体素子である。Ｘ線がＸ線検出素子２００に入射すると、Ｉ層に入射したＸ線によりＸ線検出素子２００内に電子と正孔が生じ、外部に電流パルスとして検出される。この電流パルスは、リード部４００を介して、真空容器１００の外部に出力される。

真空容器１００は、第１の部品１０と第２の部品２０とがシール部３０によって接合された構造である。シール部３０は、上記で説明したように、シール材３１と表面被覆膜１２０との合金である。図１を参照して説明した形成方法によれば、Ｘ線検出素子２００及び冷却装置３００を格納した状態で、第１の部品１０と第２の部品２０とを、内部を真空状態で接合することができる。これにより、小型且つ高真空の真空容器１００を得られる。

また、赤外線検出素子を内部に格納した真空容器を有する赤外線検出装置も、図３に示したＸ線検出装置１と同様に形成可能である。即ち、赤外線検出素子を内部に格納した状態で、第１の部品１０と第２の部品２０とを真空状態において接合する。これにより、小型且つ高真空の真空容器内部に赤外線検出素子を格納した赤外線検出装置を得られる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上記では２つの部品によって真空容器を構成する例を示したが、３つ以上の部品によって真空容器を構成する場合にも本発明は適用可能である。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…Ｘ線検出装置
１０…第１の部品
２０…第２の部品
３０…シール部
３１…シール材
３２…バリア膜
３３…酸化防止膜
１００…真空容器
１１０…下地膜
１２０…表面被覆膜
２００…Ｘ線検出素子
３００…冷却装置
４００…リード部

Claims (4)

1. 複数の部品を接合して内部が真空の真空容器を形成する方法であって、
   第１の部品の表面にシール材を形成するステップと、
   前記シール材の上にバリア膜を形成するステップと、
   前記シール材の酸化を防止し且つ前記バリア膜と合金反応しない酸化防止膜を前記バリア膜の上に形成するステップと、
   前記シール材、前記バリア膜及び前記酸化防止膜を介して前記第１の部品を第２の部品に接触させ、真空状態において前記シール材を溶融させて前記第１の部品と前記第２の部品とを接合するステップと
   を含むことを特徴とする真空容器の形成方法。
2. 前記シール材がインジウムであることを特徴とする請求項１に記載の真空容器の形成方法。
3. 前記酸化防止膜が金膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空容器の形成方法。
4. 前記バリア膜が、クロム膜、ニッケル膜、チタン膜のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空容器の形成方法。

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