JPH03501061A - 導電性の貫通接続部および該貫通接続部を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 導電性の貫通接続部および該貫通接続部を形成する方法 本発明は請求項１の特徴を有する導電性の貫通接続部、該貫通接続部の請求項３ の特徴を有する使用ならびに前記貫通接続部を形成する請求項４もしくは６の特 徴を有する方法に関する。

請求項１の記載によれば、特にセラミックス、ガラスまたは単結晶から成る耐高 熱性で真空に対して有効な絶縁材料部分に設けられた孔を貫通する導電性の貫通 接続部が、活性ろうを被覆されて前記孔にろう付は導入された接続導体として構 成されており、該接続導体の熱膨張率が前記絶縁材料部分の熱膨張率よりも小さ く形成されている。

請求項３の記載によれば、前記貫通接続部が、所定の相互間距離をおいて配置さ れていて少な（“ともｌ゛つのコンデンサもしくは膨張測定ストリップを形成す るために少なくとも１つの導電層もしくは抵抗層を備えていて、かつ前記貫通接 続部を介して各裏面に向かって接触接続されている平らな内面を有しているダイ アフラムと１体５とを、備、え、た、Ｅ７カセンサにおいて使用される。

請求項４に記載の方法においては、貫通接続部を形成する！こめに、活性ろうを 被覆された接続導体を前記孔に挿入し、こうして装備されｔ；絶縁材料部分を真 空中に持ち込んで、前記活性ろうが完全に溶融するまで加熱する。

請求項６に記載の方法では、貫通接続部を形成するために、活性ろうを被覆され ｊ；接続導体を前記孔に挿入し、こうして装備されｔ；絶縁材料部分を高くとも ｌＯミリバール（−１ｋＰＡ）の圧力を有するガス雰囲気中で加熱する。

酸化アルミニウムのセラミックスにこのような貫通接続部を形成するだめの現在 汎用の方法においては、刊行物“ソリッド・ステート・テクノロジー（Ｓｏｌｉ ｄＳｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）″、１９８５年４月、第３２１−３２４ 頁によれば、Ｍ　ｎ　−Ｍ　ｏペーストが使用されており、このＭ　ｎ　−Ｍ　 ｏペーストは孔壁に被着され、統いて湿りに水素中で高い温度（約１５００℃） で焼結導入され、引き続き電気メッキ、つまり電解質によりニッケルを、被覆、 さ、れなければならない。このニッケル層もやはり焼結導入されなければならな い。次いで、こうして金属構造体を備えられｔ；孔に接続導体を導入してろう付 けすることができる。

このような方法は用いられるべき多数の方法ステップに基づき極めて手間がかか り、高価である。さらに、たとえば使用される湿った水素の爆発危険性の理由で 、プロセスの実施が極めて危険であり、このことは不経済な安全性予防措置およ び特殊炉を必要とする。

その上、長くて細い孔においては、Ｍｎ−Ｍｏペーストの被着が手作業でしか可 能でなく、シかもこの場合には被着された層の均一な厚さを維持しなければなら ない。さらに、Ｍｎ−Ｍｏペーストは高純度の酸化アルミニウムセラミックスに とってあまり適当でない。

したがって本発明の課題は、一般に特にセラミックス、ガラスま、た、は単結晶 から成る耐高熱性で耐真空性の絶縁材料部分に適していて、酸化アルミニウムセ ラミック部分だけに適しているのではなく、シかも唯一つの高温ステップで形成 可能であって、安価で、機械的に著しく負荷可能であり、かつ高真空密であるよ うな貫通接続部を提供することである。

本発明において使用される活性ろうとは、少なくとも１種の反応性元素、たとえ ばＴｉ、Ｚｒ５Ｂｅ、Ｈｆま！；はＴａを配合されているろう材料、たいていは 硬ろう、たとえばＡｇ％Ａｇ−ＣｕまたはＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎから成っている。

この場合に、Ｔｉが最も有効な合金元素であることが判明した。反応性元素がろ う付時にろう付けしたい部分の表面を湿らすので、金属構造体、たとえば冒頭で 述べｆ：　Ｍ　ｎ　−Ｍ　ｏ被覆体は不要となる。

オキサイドセラミックスでは、酸素に対する反応性元素の高い親和力がセラミッ クスとの反応を生ぜしめ、このことは混合酸化物と自由化学価電子の形成を生ぜ しめる。しかしながら、活性ろうはノンオキサイドセラミックスまたはガラスに おいても、先行する金属被覆なしで使用され得る。

有利な活性ろう合金とは延性であって、Ｔｉ２〜５％を含有しており、このＴｉ はたとえばＡｇ−Ｃｕのマトリックスに均一に埋め込まれている。このような活 性ろうは通常の硬ろうと同様に処理することができるので、接続導体も容易に被 覆され得る。

市販されている典型的な活性ろうは、ろう付温度が７５０〜１０００℃であるＡ ｇ−Ｔｉ合金、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金およびＡｇ−Ｃｕ　−１ｎ−Ｔｉ合金であ る。しｊ；がって、段階ろう付け（融点ごとの段付け）は活性ろうにおいても可 能である。活性ろうの強度は比較可能なＴｉ不含の硬ろうの強度と一致している 。たとえば、セラミックスに対する付着強度はセラミックス自体の強度よりも高 い。しｔ；がって引張試験においては、破壊がセラミックス−ろう限界層ではな く、セラミックスに生じる。

活性ろうの加熱は真空中で少なくとも０．Ｏｌマイクロバール（”１ｍＰａ）、 好ましくは１ミリバール（＝　０　、１　ｍＰａ）の範囲で行なわれると有利で ある。Ｔｉと残留ガスとの反応を回避して、たとえばセラミックスの充分な湿潤 を達成するためには、極めて良好な真空が必要となる。

所定のろう付結果を得る！こめ、たとえばろうの蒸発を減少させるか、または表 面酸化物を還元するためには、加熱過程もしくはろう付過程を不活性ガスおよび ／または反応性ガスから成る規定のガス雰囲気中で行なうことが有利になり得る 。前記ガスの分圧は１０ミリバール（＝　ｌ　ｋＰａ）よりも下であると有利で ある。

通常のろう付けの場合と同様に、活性ろう付げにおいてもろうは完全に溶融され る。しかし活性ろうでは、ろう付は温度が液相線温度よりも７ｏ−１００℃上で あると有利であり、これによりＴｉとたとえばセラミックスとの最適の反応が得 られる。これにより高い強度と真空密度とが得られる。

本発明による電気的な貫通接続部を有する圧力センサは高い機械的強度、負荷耐 性および耐温度変化性ならびに極めて良好で極めて確実な真空密性と共に簡単な 製作方法によりすぐれている。また、Ｘ線照射によって前記貫通接続部の品質を 迅速かつ簡単に検査することができる。

金属とたとえばセラミックの熱膨張率の極めて異なる温度依存性にもかかわらず 、活性ろうを貫通接続部、特に圧力センサのろう付けのために使用することがで きることは意想外である。

本発明の別の特徴および利点を、図面に示した以下の実施例の説明から明らかに する。

第１図は貫通接続部を断面図で概略的に示しており第２図は第１図に示した貫通 接続部の改良形を断面図で概略的に示しており、 第３図は貫通接続部を備えた圧力センサの平面図を示しており、 第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿った圧力センサの断面図を示している。

第１図には、貫通接続部が断面図で概略的に示されている。第１ａ図には、絶縁 材料部分ｌを加熱する前の状態が示されており、この絶縁材料部分に設けられた 孔２には、活性ろうを被覆された接続導体４が挿入されている。第１ｂ図には、 活性ろうを溶融させた後の冷却した状態が示されている。第１ａ図に示した活性 ろうを被覆された接続導体４から、ろう層５を介して前記接続導体を絶縁材料部 分ｌと真空密に結合する貫通接続部６が形成されている。

冷却後に絶縁材料部分からろう層が剥離されることは、接続導体４が絶縁材料部 分１の熱膨張率よりも小さく形成されている熱膨張率を有する金属から構成され ていることに基づき阻止され得る。冷却時に絶縁材料部分と接続導体とはほぼ同 じ程度で収縮するので、活性ろう層は実際に無緊張状態となる。

しかしながら、接続導体の熱膨張率を絶縁材料部分の熱膨張率よりも著しく小さ くすることもできる。これにより、冷却および溶融の後で接続導体との接合部分 および絶縁材料部分が圧力下にあることが達成される。このことは、絶縁材料部 分が脆い材料から成っている場合に特に重要きなる。その理由は、この絶縁材料 部分が決して引張応力にさらされてはならないからである。

数例により前記関係を明らかにする。酸化アルミニウムセラミックスの熱膨張率 は約７　ｐｐｍ／　Ｋであり、Ａｇ−Ｃｕ−活性ろうの熱膨張率は約１９　ｐｐ ｍ／　Ｋである。熱膨張率が約５　ｐｐｍ／　ＫであるＭＯの接続導体が使用さ れると、前記セラミックスからのろう層の剥離は確実に回避され、貫通接続部の 真空密性はより大きな孔直径ないし大きな孔直径においても保証されている。

この効果は、室温で４　、５　ｐｐｍ／　Ｋの熱膨張率を有するタングステンを 使用すると特に著しく現われる。しかし、タンタル（６，５ｐｐｍ／Ｋ）、レニ ウム（５，９ｐｐｍ／　Ｋ　）　、モリブデン（５，０ｐｐｍ／　Ｋ　）または オスミウム（４，７ｐｐｍ／Ｋ）も必要に応じて適当となる。

酸化ジルコニウム（Ｉ　０．５　ｐｐｍ／　Ｋ）が絶縁材料として使用されると 、１０．５　ｐｐｍ／　Ｋよりも低い熱膨張率を有する別の金属も使用可能であ る。

第２図には、８１図の貫通接続部の改良形が断面図で概略的に示されている。こ の場合に再び第１ａ図と同様に、活性ろうを被覆された接続導体４の嵌合する部 分は孔２の一方の端部と同一平面となるように前記孔に挿入される。冷却後に導 体路７が被着される。このことはｔ二とえばスパッタリングによって行なうこと ができる。この導体路は接続導体４の露出した表面と共に、導電性の良い機械的 な結合部を形成する。

第１ｂ図および第２図に示しｔ；配置構成において、この配置構成が圧力センサ の一部である場合、各下面にたとえば同じくスパッタリングによって導電層を被 着させることができるが、しかしこのことは図面の見易さの理由で図示されてい ない。

貫通接続部の有利な使用において、第３図と第４図に示した圧力センサｌＯは平 行平面の面を有する円形のディスクの形のダイアフラム１１を有している。この ダイアフラムは全周にわたって環状に、規定された間隔ｄで円形の基体１２と接 合されているので、この基体１２の平らな表面と、向かい合って位置するダイア フラム１１の面との間には、室１３が形成されている。ダイアフラム１１と基体 １２はたとえばセラミ。

り部分であり、その組成は互いに異なっていてよい。

ダイアフラム１１は弾性的であるので、このダイアフラムは同ダイアフラムに作 用する圧力のもとで変形することができる。基体１２は中実で剛性的であってよ いが、しかし前記基体は所望に応じてダイアフラム１１と同じように平らで弾性 的なディスクとして構成されていてもよい。成形部分２２を介してダイアフラム １１と基体１２とは機械的に固く互いに結合されている。

ダイアフラム１１もしくは基体１２の互いに向き合わされ！二面には、室１３の 内部で金属製の円形の導電層１４もしくは１５が取り付けられており、これら両 溝電層は互いに向かい合って位置している。導電層１４と結合されている接続導 体４は貫通接続部を介して孔２に真空密に固定されていて、ダイアフラム１１を 通って外方に案内されている。

同じように基体１２の導電層１５と結合されＩ；接続導体１７は所属の貫通接続 部を介して孔１９にガス密に固定されていて、基体１２を通って外方に案内され ている。両溝電層１４．１５はコンデンサの電極を形成しており、このコンデン サの容量は両溝電層間の距離に関連している。ダイアフラム１１が圧力の作用を 受けて変形すると、両溝電層間の距離、ひいては圧力センサの容量が変化する。

この容量を接続導体４．１７に接続された電子回路によって測定することができ る。したがって、この容量はダイアフラム１１に作用する圧力の量である。導電 層を内側の円形面と、この円形面から所定の距離をおいて配置された円環状面と に分配することによって、１つよりも多いコンデンサをも実現することができる 。

第３図と第４図とに示した圧力センサの特殊性は、貫通接続部が構成されている 形式にある。このためには、第１図と第２図とに絶縁材料部分ｌにつき図示した 構成、つまり活性ろうが使用される構成が可能である。部分１１．１２の結合を 形成するためには、熱による方法、つまり金属構造体をあらかじめ被着させるこ となく、同じく活性ろうから成る成形部分２２を用いてダイアフラム１１と基体 １２との直接の結合を可能にする方法が用いられる。

第２図につき説明しｔ；改良形において導体路７の面に、たとえば上述の容量測 定回路を実現するために薄膜回路または厚膜回路を設けＩ；い場合、この容量測 定回路を接続導体４と電気的に接続する目的で、前記容量測定回路の基板に前記 接続導体と合致する開口を設けなければならず、この開口を介して前記容量測定 回路を汎用の軟ろうによって前記接続導体に接触接続することができる。

上記使用が容量型圧力センサに関連してしするけれども、本発明による貫通接続 部は抵抗型圧力センサにおいても有効に使用され得る。

Ｆｉｇ、ＩＱ　Ｆｉｇ、　１ｂ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．特にセラミックス、ガラスまたは単結晶から成る耐高熱性で真空に対して有 効な絶縁材料部分（１）に設けられた孔（２）を貫通する導電性の貫通接続部に おいて、該貫通接続部が、活性ろうを被覆されて前記孔にろう付け導入された接 続導体（４）として構成されており、該接続導体の熱膨張率が前記絶縁材料部分 （１）の熱膨張率よりも小さく形成されていることを特徴とする導電性の貫通接 続部。
2. ２．絶縁材料部分（１）の少なくとも１つの表面に延びていて接続導体（４）に 接触接続する少なくとも１つの導電層（１４，１５）および／または導体路（７ ）が設けられている、請求項１記載の貫通接続部。
3. ３．所定の相互間距離をおいて配置されていて少なくとも１つのコンデンサもし くは膨張測定ストリップを形成するために少なくとも１つの導電層（１４，１５ ）もしくは抵抗層を備えていて、かつ前記貫通接続部を介して各裏面に向かって 接触接続されている平らな内面を有しているダイアフラム（１１）と基体（１２ ）とを備えた圧力センサ（１０）における請求項１または２記載の貫通接続部の 使用。
4. ４．請求項１または２記載の貫通接続部を形成する方法において、活性ろうを被 覆された接続導体（４）を前記孔（２）に挿入し、こうして装備された絶縁材料 部分（１）を真空中に持ち込んで、前記活性ろうが完全に溶融するまで加熱する ことを特徴とする、導電性の貫通接続部を形成する方法。
5. ５．真空が０．１マイクロバール（１ｍＰａ）よりも少ない残留ガス圧を有して いる、請求項４記載の方法。
6. ６．請求項１または２記載の貫通接続部を形成する方法において、活性ろうを被 覆された接続導体（４）を前記孔（２）に挿入し、こうして装備された絶縁材料 部分（１）を高くとも１０ミリバール（１ｋＰａ）の圧力を有するガス券囲気中 で加熱することを特徴とする、導電性の貫通接続部を形成する方法。
7. ７．ガス雰囲気が不活性ガスから成っている、請求項６記載の方法。
8. ８．ガス雰囲気が反応性ガスから成っている、請求項６記載の方法。
9. ９．ガス雰囲気が雰囲気ガスおよび／または反応性ガスの混合物から成っている 、請求項６記載の方法。