JP2019182683A - セラミックス構造体 - Google Patents

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Abstract

【課題】長期間使用してもセラミックス基材や導電部材にクラックが入ることを防止できるセラミックス構造体を提供すること。【解決手段】セラミックス構造体１は、主面１１を有するセラミックス基材１０と、主面１１からセラミックス基材１０の内部に伸長する穴部１２と、セラミックス基材１０に埋設されている金属電極層２０と、金属電極層２０に電気的に接続され且つ穴部１２の底部１３を構成するようにセラミックス基材１０に埋設されている導電部材３０とを含む。さらにセラミックス構造体は１、導電部材３０にロウ材２１によって接合され、導電部材３０の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数を有する第１の金属部材４０と、第１の金属部材４０より平均線膨張係数が大きい一又は複数の第２の金属部材５０と、第２の金属部材５０に接合され、第２の金属部材５０より平均線膨張係数が大きい金属端子６０とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、セラミックス構造体に関する。
従来、窒化アルミニウム（セラミックス）からなる基体に機械加工によって孔を形成し、この孔に基体内部の金属電極を露出させ、当該孔に円柱状の金属端子を挿入し、金属端子の先端面をロウ付けすることが提案されていた。しかし、基体は使用環境下で高温に繰り返しさらされることがあり、室温と６００℃との間での熱サイクル試験や６００℃での長期間の保持試験を行ったところ、孔を画定する基体の内側面にクラックが発生することがあった。その対策として、基体に残留する応力を減少させ、基体に発生するクラックを抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第３７７６４９９号公報
特許文献１の技術は、金属部材と、この金属部材を収容する収容孔が形成されたセラミックス部材とを接合するものであり、金属部材が収容孔内に収容され、金属部材の底面側で収容孔を画定するセラミックス部材の側壁面と金属部材との間に幅０．２ｍｍ以上の間隙部が設けられている。金属部材とセラミックス部材とを接合する接合層が金属部材の底面と収容孔の底面との間に設けられており、この接合層の一部分が収容孔の底面を被覆するように間隙部に露出している。
また、金属部材と、セラミックス部材との接合に際して、金属部材が収容孔内に収容され、金属部材が、この金属部材の本体と、この本体から収容孔の底面側へと突出している本体よりも横断面方向の寸法が小さい先端部と、を備えている。間隙部は、先端部、本体、収容孔を画定するセラミックス部材の側壁面および収容孔の底面によって包囲されている。
収容孔の底と金属部材の底とはロウ付けされ、先端部と側壁面との間で間隙部に一部のろう材が流れ込み、間隙部に流れ込んだロウ材は先端部と側壁面の間に陥没部が形成される。間隙部内に露出する接合層は、セラミックス部材と金属部材との間に強固に拘束された細長い形態とはならず、ロウ材とセラミックス部材との間の熱膨張差が生じても、ロウ材の流動や変形によってある程度吸収される
しかし、セラミックス部材に内蔵される電極と電気的接続をとるために一定の体積を有する埋設金属が必要であること、金属部材（Ｎｉを含む端子）と埋設金属との平均線膨張係数の差は大きいこと、埋設金属はセラミックス部材の製造過程で必然的に焼成温度１８００℃以上を経験し強度が低下し脆化していること等から、端子である金属部材の先端形状並びに収容孔と金属部材（端子）の隙間の形態のみの調節では、埋設金属と金属部材間の応力を緩和することができず、長期間使用後にクラックが生じるおそれがある。
本発明は、以上の点に鑑み、長期間使用してもセラミックス基材や導電部材にクラックが入ることを防止できるセラミックス構造体を提供することを目的とする。
［１］上記目的を達成するため、本発明のセラミックス構造体は、
主面を有するセラミックス基材と、
前記主面から前記セラミックス基材の内部に伸長する穴部と、
前記セラミックス基材に埋設されている金属電極層と、
前記金属電極層に電気的に接続され且つ前記穴部の底部を構成するように前記セラミックス基材に埋設されている導電部材と、
前記導電部材にロウ材によって接合され、前記導電部材の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数を有する第１の金属部材と、
前記第１の金属部材の前記導電部材に対向する面と逆側の面上に配置され、前記第１の金属部材より平均線膨張係数が大きい一又は複数の第２の金属部材と、
前記穴部に少なくとも一部が位置し、一又は複数の前記第２の金属部材に接合され、前記第２の金属部材より平均線膨張係数が大きい金属端子と、を含み、
前記導電部材と前記金属端子との距離が１．５ｍｍ以上であり、且つ、前記第１の金属部材の厚みと前記第２の金属部材の厚みの比が４未満であることを特徴とする。
かかる構成によれば、セラミック基材に埋設された導電部材は、焼成温度を経験し粒成長するため脆弱化して強度が低下するが、導電部材の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数の第１の金属部材を載置し、さらにその上に第１の金属部材の平均線膨張係数より大きく且つ金属端子の平均線膨張係数より小さい平均線膨張係数の第２の金属部材を載置することによって、導電部材と金属端子との平均線膨張係数の差によって働く応力を第１の金属部材及び第２の金属部材で受けて、導電部材に働く応力を抑制することができる。
このように、平均線膨張係数が昇順に大きくなるように傾斜化して導電部材に、第１の金属部材、第２の金属部材および金属端子を順に接合したので、導電部材及び第１の金属部材間に働く応力、第１の金属部材及び第２の金属部材間に働く応力、第２の金属部材及び金属端子間に働く応力を抑制することができ、導電部材にクラックが入ることを防止できる。
さらに、導電部材と金属端子との距離が１．５ｍｍ以上となるような比較的厚い第１の金属部材及び第２の金属部材を、導電部材と金属端子間に配置することにより、導電部材と金属端子間の距離を大きくして、導電部材と金属端子間に働く応力を抑制することができる。第１の金属部材の厚みと第２の金属部材の厚みの比が４未満であるので、第１の金属部材の第２の金属部材に対する厚みの比率が大きくなり過ぎず、第１の金属部材の平均線膨張係数の傾斜機能を十分に発揮することができる。
［２］また、本発明のセラミックス構造体において、主面を有するセラミックス基材と、
前記主面から前記セラミックス基材の内部に伸長する穴部と、
前記セラミックス基材に埋設されている金属電極層と、
前記金属電極層に電気的に接続され且つ前記穴部の底部を構成するように前記セラミックス基材に埋設されているタングステン又はモリブデンからなる導電部材と、
前記導電部材にロウ材によって接合される前記導電部材と同じ材料からなる第１の金属部材と、
前記第１の金属部材の前記導電部材に対向する面と逆側の面上に配置され、コバールからなる一又は複数の第２の金属部材と、
前記穴部に少なくとも一部が位置し、一又は複数の前記第２の金属部材に接合されるニッケルを含む金属端子と、を含み、
前記導電部材と前記金属端子との距離が１．５ｍｍ以上であり、且つ、前記第１の金属部材の厚みと前記第２の金属部材の厚みの比が４未満であることが好ましい。
かかる構成によれば、第１の金属部材を導電部材と同じ材料としたので、導電部材と第１の金属部材との平均線膨張係数を等しくできる。第２の金属部材をコバールとし、金属端子をニッケルを含むものとしたので、第２の金属部材から金属端子への平均線膨張係数の傾斜機能を発揮することができる。
［３］また、本発明のセラミックス構造体において、前記第１の金属部材の平均粒子径は前記導電部材の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。
かかる構成によれば、第１の金属部材は導電部材より平均粒子径が小さいので、部材の強度や靱性が一定程度高く維持することができる。
［４］また、本発明のセラミックス構造体において、前記第１の金属部材、前記第２の金属部材及び前記金属端子と、前記穴部を画定する前記セラミックス基材の内側面との間には、隙間が形成されていることが好ましい。
かかる構成によれば、隙間を設けることで第１の金属部材及び第２の金属部材が膨張しても穴部を画定するセラミックス基材の内側面に接することを抑制し、セラミックス基材にクラックが入ることを防止できる。
［５］また、本発明のセラミックス構造体において、前記第１の金属部材は、前記導電部材に対向する面としての第１表面と、その逆側の面としての第１裏面と、前記第１表面及び前記第１裏面を接続する第１側面と、からなる板状部材であり、
前記第２の金属部材は、前記第１の金属部材側を向いた第２表面と、その逆側の第２裏面と、前記第２表面及び前記第２裏面を接続する第２側面と、からなる板状部材であり、
前記金属端子は、前記第２の金属部材と対向する端面と前記端面と接続される側面を有する柱状部材であり、
前記第１の金属部材の前記第１裏面と第１側面との間に形成される角部、
前記第２の金属部材の前記第２表面と第２側面との間に形成される角部、
前記第２の金属部材の前記第２裏面と前記第２側面との間に形成される角部、及び
前記金属端子の前記端面と前記側面との間に形成される角部のうち少なくとも１つの角部は面取りされていることが好ましい。
かかる構成によれば、面取り部分にロウ材を溜めることで、隙間にロウ材が入り込むことを抑制するので、隙間を維持し、第１の金属部材及び第２の金属部材が膨張しても穴部を画定するセラミックス基材の内側面に接することを抑制し、セラミックス基材にクラックが入ることを防止できる。
本発明のセラミックス構造体を示す断面図である。 図１のセラミックス構造体を示す要部拡大図である。 第１の比較例のセラミックス構造体を示す断面図である。 第２の比較例のセラミックス構造体を示す断面図である。
（実施形態）
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。なお、図面は、セラミックス構造体１を概念的（模式的）に示すものとする。
図１及び図２に示すように、セラミックス構造体１は、主面１１を有するセラミックス基材１０と、主面１１からセラミックス基材１０の内部に伸長する穴部１２と、セラミックス基材１０に埋設されている金属電極層２０と、金属電極層２０に電気的に接続され且つ穴部１２の底部１３を構成するようにセラミックス基材１０に埋設されている導電部材３０と、を含んでいる。
セラミックス構造体１は、半導体製造装置において半導体ウエハを載置するために用いられるヒータ又は静電チャックである。セラミックス基材１０は、窒化アルミニウムから形成される板状部材であり、主面１１の反対側の表面に半導体ウエハが載置されることとなる。なお、セラミックス基材１０は、窒化アルミニウムに代えてアルミナなどの他のセラミックス材料から形成されていてもよい。金属電極層２０は、吸着電極、ヒータ電極または高周波発生用電極として用いられ、モリブデンからなるメッシュまたは箔である。
さらにセラミックス構造体１は、導電部材３０にロウ材２１によって接合され、導電部材３０の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数を有する第１の金属部材４０と、第１の金属部材４０の導電部材３０に対向する面（第１表面）４１と逆側の面（第１裏面）４２上に配置され、第１の金属部材４０より平均線膨張係数が大きい一又は複数の第２の金属部材５０と、穴部１２に少なくとも一部が位置し、一又は複数の第２の金属部材５０に接合され、第２の金属部材５０より平均線膨張係数が大きい金属端子６０と、を含んでいる。
第１の金属部材４０、第２の金属部材５０及び金属端子６０と、穴部１２を画定するセラミックス基材１０の内側面１４との間には、隙間１５が形成されている。隙間１５の幅は、０．１［ｍｍ］である。
なお、実施形態では、隙間１５の幅を０．１［ｍｍ］としたが、これに限定されず、隙間１５の幅は０．０５［ｍｍ］、０．３［ｍｍ］など間隙が設けられていれば差し支えないが、０．１［ｍｍ］以上であれば好ましく、さらには間隙は０より大きければよい。導電部材３０の一部は穴部１２に露出する露出面３１を有する。
導電部材３０は、板状部材であるとともに、タングステンからなる。第１の金属部材４０は、導電部材３０に対向する面としての第１表面４１と、その逆側の面としての第１裏面４２と、第１表面４１及び第１裏面４２を接続する第１側面４３と、からなる板状部材である。第１の金属部材４０は、タングステンからなる。
第２の金属部材５０は、第１の金属部材４０側を向いた第２表面５１と、その逆側の第２裏面５２と、第２表面５１及び第２裏面５２を接続する第２側面５３と、からなる板状部材である。第２の金属部材５０は、コバールからなる。
金属端子６０は、第２の金属部材５０と対向する端面６１と端面６１と接続される側面６２を有する柱状部材である。金属端子６０は、ニッケルを含む。ロウ材２１は、いわゆるＡｕロウ材（ＢＡｕ１〜ＢＡｕ１２）が適用できＢＡｕ−４（Ａｕ−Ｎｉ系）が好適である。なお、ロウ材２１は、いわゆるＮｉロウ材（ＢＮｉ1〜ＢＮｉ７）も適用が可能である。
なお、１［ａｔｍ］（１０１３．２５［ｈＰａ］）、２０［℃］のときの各材料の平均線膨張係数は、タングステンが略４．３［×１０−６／℃］であり、コバールが略４．８［×１０−６／℃］であり、ニッケルが１３．３［×１０−６／℃］であり、金が１４．２［×１０−６／℃］である。
第１の金属部材４０の第１裏面４２と第１側面４３との間に形成される角部には、第１面取り部４４が形成されている。第２の金属部材５０の第２表面５１と第２側面５３との間に形成される角部には、第２面取り部５４が形成されている。第２の金属部材５０の第２裏面５２と第２側面５３との間に形成される角部には、第３面取り部５５が形成されている。金属端子６０の端面６１と側面６２との間に形成される角部には、第４面取り部６３が形成されている。
第１面取り部４４、第２面取り部５４、第３面取り部５５および第４面取り部６３の面取りの寸法は、Ｃ０．１〜Ｃ０．５［ｍｍ］である。
なお、第１面取り部４４、第２面取り部５４、第３面取り部５５および第４面取り部６３の面取り寸法は、上記の値に限定されず、いわゆる糸面取りや、０．５［ｍｍ］より大きい値であってもよい。また、第１面取り部４４、第２面取り部５４、第３面取り部５５および第４面取り部６３は、無くてもよい（面取りされていなくてもよい）。
なお、第１の金属部材４０の第１裏面４２と第１側面４３との間に形成される角部、第２の金属部材５０の第２表面５１と第２側面５３との間に形成される角部、第２の金属部材５０の第２裏面５２と第２側面５３との間に形成される角部、及び金属端子６０の端面６１と側面６２との間に形成される角部のうち少なくとも１つの角部は面取りされていれば差し支えない。
次に作用、効果について説明する。セラミック基材１０に埋設された導電部材３０は、焼成温度１８００℃以上を経験し粒成長するため脆弱化して強度が低下するが、導電部材３０に粒成長していない且つ導電部材３０の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数の第１の金属部材４０を載置し、さらにその上に第１の金属部材４０の平均線膨張係数より大きく且つ金属端子６０の平均線膨張係数より小さい平均線膨張係数の第２の金属部材５０を載置することによって、導電部材３０と金属端子６０との平均線膨張係数の差によって働く応力を第１の金属部材４０及び第２の金属部材５０で受けて、導電部材３０に働く応力を抑制することができる。
導電部材３０に、平均線膨張係数が順に大きくなるように傾斜化して第１の金属部材４０、第２の金属部材５０、金属端子６０の順に接合したので、導電部材３０及び第１の金属部材４０間に働く応力、第１の金属部材４０及び第２の金属部材５０間に働く応力、第２の金属部材５０及び金属端子６０間に働く応力を抑制することができ、導電部材３０にクラックが入ることを防止できる。
また、導電部材３０と金属端子６０との距離が１．５［ｍｍ］以上である。箔などの薄い部材ではなく、導電部材３０と金属端子６０との距離が１．５［ｍｍ］以上となるような比較的厚い第１の金属部材４０及び第２の金属部材５０を、導電部材３０と金属端子６０間に配置することにより、導電部材３０と金属端子６０間の距離を大きくして、導電部材３０と金属端子６０間に働く応力を抑制することができる。第１の金属部材４０の厚みと第２の金属部材５０の厚みの比が４未満であるので、第１の金属部材４０の第２の金属部材５０に対する厚みの比率が大きくなり過ぎず、第１の金属部材４０の平均線膨張係数の傾斜機能を十分に発揮することができる。
また、隙間１５を設けることで第１の金属部材４０及び第２の金属部材５０が膨張しても穴部１２を画定するセラミックス基材１０の内側面１４に接することを抑制し、セラミックス基材１０にクラックが入ることを防止できる。
また、第１面取り部４４、第２面取り部５４、第３面取り部５５、第４面取り部６３を少なくとも１つ形成し、面取り部分にロウ材を溜めることで、隙間１５にロウ材が入り込むことを抑制するので、隙間１５を維持し、第１の金属部材４０及び第２の金属部材５０が膨張しても穴部１２を画定するセラミックス基材１０の内側面１４に接することを抑制し、セラミックス基材１０にクラックが入ることをより防止できる。
特に第２の金属部材５０の第２側面５３において、第２側面５３と内側面１４との間にロウ材が充填されるとクラックは発生するおそれがあるが、第１面取り部４４、第２面取り部５４、第３面取り部５５、第４面取り部６３を少なくとも１つ形成して、ロウ溜まりとしたので、クラックをより抑制することができる。なお、図１、図２の模式図においては、ロウ材が、金属部材４０、５０と内側面１４との隙間１５が残るように、すなわち露出面３１を金属部材４０、５０の全周に亘って露出させるように存在しているが、導電部材３０の露出面３１が周方向について一部又は全部が露出しないようにロウ材が穴部１２の径方向に広がっていても良い。
導電部材３０および第１の金属部材４０は、タングステンからなり、第２の金属部材５０は、コバールからなる。セラミックス基材１０に埋設される導電部材３０をタングステンとすると、導電部材３０と同じ材料であるタングステンを第１の金属部材４０とすることで、導電部材３０と第１の金属部材４０とは同じ長さだけ膨張し、焼成温度を経験した導電部材３０には大きな応力がかからないので、導電部材３０にクラックが入ることをより防止できる。
第２の金属部材５０をコバールとすることで、第１の金属部材４０に応力が生じるが、第１の金属部材４０は焼成温度を経験しておらず強度が高いので、第１の金属部材４０にクラックが入ることを防止できる。金属端子６０にニッケルを含む材料を使用する場合、第２の金属部材５０であるコバールは、金属端子６０であるニッケルと第１の金属部材４０であるタングステンとの間の値の平均線膨張係数であるため、金属端子６０から導電部材３０に向かって平均線膨張係数に勾配ができるので、各金属の膨張を徐々に吸収することができる。
また、導電部材３０と金属端子６０との中間に配置される中間部材（第１の金属部材４０および第２の金属部材５０）を箔に比べて比較的厚みの大きい２層とし且つ、埋設金属であるタングステンの導電部材３０からロウ付け時に挿入する複数の中間部材を介してニッケルを含む金属端子６０に至るまで、平均線膨張係数の大きさが逆転することなく、順に大きくなるように部材を配置したので、中間部材（第１の金属部材４０および第２の金属部材５０）と導電部材３０または金属端子６０間に働く応力をより抑制できる。
また、第１の金属部材４０を導電部材３０と同じ材料とすることで、導電部材３０と第１の金属部材４０との平均線膨張係数を等しくできる。第２の金属部材５０をコバールとし、金属端子６０をニッケルを含むものとすることで、第２の金属部材５０から金属端子６０への平均線膨張係数の傾斜機能を発揮することができる。
次に、導電部材３０と金属端子６０との距離を１．５［ｍｍ］以上とすると、クラックの発生を良好に抑制できる理由について説明する。
評価方法は、セラミックス基材１０の穴部１２の穴径をφ４．２［ｍｍ］とし、導電部材３０をタングステンとし、第１金属部材４０を直径φ４．０［ｍｍ］とし、第２金属部材５０を直径φ４．０［ｍｍ］とし、金属端子６０をニッケルが含まれる端子とし、第１金属部材４０および第２金属部材５０の厚みを表１のように変えて試験を行い、セラミックス基材１０および導電部材３０にクラックが発生しないものを表１で「〇」と表記し、クラックが発生したものを「×」と表記した。試験としては、室温から６００℃まで加熱した後、室温まで冷却する温度サイクルを１０回繰り返すサイクリック加熱試験と６００℃で３００時間放置する高温放置試験とをこの順で行った後、目視でクラックの発生の有無を確認するとともに、金属端子６０の引張強度試験を行いクラックの発生の有無を断面のＳＥＭ写真を観察することにより確認した。
下表は、以上の試験結果を示している。
この表１を参照すると、実施例１〜実施例１２が、クラックが発生せずに合格「〇」となっていることが判る。比較例１〜比較例５は、クラックが発生し不合格「×」となっている。以上の結果により、導電部材３０と金属端子６０との距離を１．５［ｍｍ］以上としている。
比較例１は、導電部材３０と金属端子６０間の平均線膨張係数の差によっては応力が低下しない。比較例２は、第１金属部材４０と第２金属部材５０との全体の厚さ不足で、導電部材３０と金属端子６０間の距離が小さく、平均線膨張係数の差による応力が十分には低下していないため、導電部材３０にクラックが発生した。
比較例３は、第１の金属部材４０の第２の金属部材５０に対する厚みの比率が大きくなり過ぎたため、第１の金属部材４０の平均線膨張係数の傾斜機能が十分に発揮されない。換言すると、第２の金属部材５０の平面方向の変位が、第１の金属部材４０に抑制されて十分に伸びない。
比較例４は、第１の金属部材４０と第２の金属部材５０との全体の厚さ不足である。比較例５は、第１の金属部材４０の第２の金属部材５０に対する厚みの比率が小さくなり過ぎたため、第２の金属部材５０と導電部材３０間の平均線膨張係数の差に起因する応力が大きくなり、導電部材３０にクラックが発生した。
比較例６は、第１の金属部材４０と第２の金属部材５０とで平均線膨張係数を逆転させたため、導電部材３０と第１の金属部材４０との間か、第１の金属部材４０と第２の金属部材５０との間か、第２の金属部材５０と金属端子６０との間の平均線膨張係数の差に起因する応力によりいずれか弱い箇所にクラックが発生した。
次に、導電部材３０をモリブデンとした実施例を示す。
この表２を参照すると、実施例１３が、クラックが発生せずに合格「〇」となっていることがわかる。この結果により、導電部材３０と金属端子６０との距離を１．５［ｍｍ］以上として、導電部材から金属端子にいたる平均線膨張係数の昇順を維持すればよいことがわかる。
また、比較例１の導電部材３０と実施例１、実施例１３の導電部材３０及び第１の金属部材４０の断面の組織観察を行い粒子径の測定を行った。粒子径の測定は、インターセプト法により断面を研磨後ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）により倍率５０００倍の画像を得たのち、任意に引いた５本の直線を横切る粒界の距離から測定した。ここで、測定された粒子径の最小値と最大値の中間値を導電部材３０及び第１の金属部材４０の平均粒子径とした。
その結果、表３のようになった。尚、焼成およびロウ付けを経験する前の導電部材の粒子径は２〜４μｍであった。
この表３を参照し、実施例１と比較例１を比較すると、部材の組成が同一であってもロウ付け温度のみ経験している実施例１の第１の金属部材４０は比較例１や実施例１の焼成温度を経験している導電部材３０より平均粒子径が小さくなっていて、部材の強度や靱性が一定程度高く維持されていることが推測される。そのため導電部材３０と金属端子６０をロウ付けする際に誘起される応力が、強度が低くなった導電部材３０に直接負荷されないで、強度の維持された第１の金属部材４０によって一定程度担持された結果、導電部材３０のクラックを抑制する効果があったものと推定された。
また、実施例１３においても評価が良好であったものは導電金属３０と比べ第１の金属部材４０の平均粒子径が小さく維持されていることがわかった。
次にセラミックス構造体１の製造方法を説明する。ステップ１で、モリブデンの金属電極層２０とタングステンの導電部材３０とを埋設した窒化アルミニウムのセラミックス焼結体（セラミックス基材１０）を作製する。
ステップ２で、セラミックス基材１０の導電部材３０が埋設してある位置に給電用のニッケルの金属端子６０を接続するための穴加工を行い、埋設された導電部材３０の一部を露出させる。
ステップ３で、穴部１２内で、導電部材３０にロウ材２１を載せ、その上に穴より小径のタングステンペレット（厚みが０．５［ｍｍ］以上、２［ｍｍ］以下。）を載せ、その上にロウ材２１を載せ、その上にコバールペレット（厚みが０．５［ｍｍ］以上、２［ｍｍ］以下。）を載せ、その上にロウ材２１を載せ、その上にニッケルの金属端子６０を載せる。
ステップ４で、１０００〜１２００［℃］で真空炉中ロウ付けを行う。これらのステップ１〜４によって、セラミックス構造体１を得る。
次に比較例について説明する。図３に示すように、第１の比較例は、表１の比較例１であり、セラミックス構造体１００は、セラミックス基材１０に埋設された金属電極層２０およびタングステンの導電部材３０と、当該導電部材３０に載せられたタングステンの第１の金属部材４０と、当該第１の金属部材４０に載せられたニッケルの金属端子６０とを含んでいる。各部材はロウ材２１でロウ付けされている。第１の比較例（比較例１）は、導電部材３０と金属端子６０間の平均線膨張係数の差によっては応力が低下しないため、導電部材にクラックが発生する。
図４に示すように、第２の比較例は、表１の比較例６であり、セラミックス構造体１０１は、セラミックス基材１０に埋設された金属電極層２０およびタングステンの導電部材３０と、当該導電部材３０に載せられたコバールの第１の金属部材４０と、当該第１の金属部材４０に載せられたタングステンの第２の金属部材５０と、当該第２の金属部材５０に載せられたニッケルの金属端子６０とを含んでいる。各部材はロウ材２１でロウ付けされている。第２の比較例（比較例６）は、第１の金属部材４０と第２の金属部材５０とで平均線膨張係数を逆転させたため、部材間の平均線膨張係数の差に起因する応力によりいずれか弱い箇所にクラックが発生する。
なお、実施形態では、導電部材３０および第１の金属部材４０をタングステンとし、第２の金属部材５０をコバールとし、金属端子６０をニッケルが含まれる部材としたが、これに限定されず、導電部材３０、第１の金属部材４０、第２の金属部材５０、金属端子６０の順に、平均線膨張係数が昇順に大きくなるような材料を使用すれば、他の一般的な材料であっても差し支えない。
また、実施形態における、セラミックス基材１０の穴部１２の穴径、第１の金属部材４０の直径、第２の金属部材５０の直径は、例であり、穴部１２の穴径をφ５．２［ｍｍ］とし、第１の金属部材４０および第２の金属部材５０の直径をφ５．０［ｍｍ］にするなど、部材にクラックが生じない寸法であれば適宜変更してもよい。
１ … セラミックス構造体
１０… セラミックス基材
１１… 主面
１２… 穴部
１３… 底部
１４… 内側面
１５… 隙間
２０… 金属電極層
２１… ロウ材
３０… 導電部材（タングステン）
３１… 露出面
４０… 第１の金属部材（タングステン）
４１… 対応する面（第１表面）
４２… 逆側の面（第１裏面）
４３… 第１側面
５０… 第２の金属部材（コバール）
５１… 第２表面
５２… 第２裏面
５３… 第２側面
６０… 金属端子（ニッケル）
６１… 対向する端面
６２… 側面

Claims (5)

  1. 主面を有するセラミックス基材と、
    前記主面から前記セラミックス基材の内部に伸長する穴部と、
    前記セラミックス基材に埋設されている金属電極層と、
    前記金属電極層に電気的に接続され且つ前記穴部の底部を構成するように前記セラミックス基材に埋設されている導電部材と、
    前記導電部材にロウ材によって接合され、前記導電部材の平均線膨張係数以上の大きさの平均線膨張係数を有する第１の金属部材と、
    前記第１の金属部材の前記導電部材に対向する面と逆側の面上に配置され、前記第１の金属部材より平均線膨張係数が大きい一又は複数の第２の金属部材と、
    前記穴部に少なくとも一部が位置し、一又は複数の前記第２の金属部材に接合され、前記第２の金属部材より平均線膨張係数が大きい金属端子と、を含み、
    前記導電部材と前記金属端子との距離が１．５ｍｍ以上であり、且つ、前記第１の金属部材の厚みと前記第２の金属部材の厚みの比が４未満であることを特徴とするセラミックス構造体。
  2. 主面を有するセラミックス基材と、
    前記主面から前記セラミックス基材の内部に伸長する穴部と、
    前記セラミックス基材に埋設されている金属電極層と、
    前記金属電極層に電気的に接続され且つ前記穴部の底部を構成するように前記セラミックス基材に埋設されているタングステン又はモリブデンからなる導電部材と、
    前記導電部材にロウ材によって接合される前記導電部材と同じ材料からなる第１の金属部材と、
    前記第１の金属部材の前記導電部材に対向する面と逆側の面上に配置され、コバールからなる一又は複数の第２の金属部材と、
    前記穴部に少なくとも一部が位置し、一又は複数の前記第２の金属部材に接合されるニッケルを含む金属端子と、を含み、
    前記導電部材と前記金属端子との距離が１．５ｍｍ以上であり、且つ、前記第１の金属部材の厚みと前記第２の金属部材の厚みの比が４未満であることを特徴とするセラミックス構造体。
  3. 請求項１または２記載のセラミックス構造体であって、
    前記第１の金属部材の平均粒子径は前記導電部材の平均粒子径よりも小さいことを特徴とするセラミックス構造体。
  4. 請求項１〜３の何れか1項に記載のセラミックス構造体であって、
    前記第１の金属部材、前記第２の金属部材及び前記金属端子と、前記穴部を画定する前記セラミックス基材の内側面との間には、隙間が形成されていることを特徴とするセラミックス構造体。
  5. 請求項４記載のセラミックス構造体であって、
    前記第１の金属部材は、前記導電部材に対向する面としての第１表面と、その逆側の面としての第１裏面と、前記第１表面及び前記第１裏面を接続する第１側面と、からなる板状部材であり、
    前記第２の金属部材は、前記第１の金属部材側を向いた第２表面と、その逆側の第２裏面と、前記第２表面及び前記第２裏面を接続する第２側面と、からなる板状部材であり、
    前記金属端子は、前記第２の金属部材と対向する端面と前記端面と接続される側面を有する柱状部材であり、
    前記第１の金属部材の前記第１裏面と第１側面との間に形成される角部、
    前記第２の金属部材の前記第２表面と第２側面との間に形成される角部、
    前記第２の金属部材の前記第２裏面と前記第２側面との間に形成される角部、及び
    前記金属端子の前記端面と前記側面との間に形成される角部のうち少なくとも１つの角部は面取りされていることを特徴とするセラミックス構造体。
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