TWI679724B - 陶瓷構件 - Google Patents
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Abstract
提供可謀求提高端子與連接構件之接合強度的陶瓷構件。
陶瓷構件100具備:陶瓷基體10,埋設有端子30;固定孔11,形成於陶瓷基體10,且使陶瓷基體10之下面與端子30連通;及連接構件40,插入固定孔11內,且經由硬焊料固化部70和端子30連接。固定孔11之被內周面包圍的空間至少在底面11a中具有沿著圓周方向至少局部地向外側擴大的擴大部11b,而硬焊料固化部70的至少一部分係存在於擴大部11b的內部。
Description
本發明係關於一種陶瓷構件,特別是關於其他金屬構件用硬焊接合於埋設在陶瓷基體之金屬構件的陶瓷構件。
在靜電夾盤及RF基座(susceptor)等的半導體製造裝置等所使用的陶瓷構件中,係經由供電桿將電壓施加在埋設於其內部的加熱器或電極等的端子。因此,將連接於供電桿的金屬製連接構件連接於金屬製端子的情形很多。
該連接構件係在形成於陶瓷基體之固定孔的內部中,藉由硬焊而與露出固定孔底面的端子連接。
例如在專利文獻1中,即記載有藉由將連接構件之和金屬端子接合面側的端部小徑化,使多餘的硬焊料流入形成在陶瓷基體的固定孔與端子之小徑化端部的間隙,將由連接構件與端子之間的硬焊料所形成的接合層薄化,以確保接合強度。
再者,在專利文獻1中,亦記載有藉由在形成於陶瓷基體之固定孔側面的一部分設置硬焊料蓄留空間,將硬焊料充填在該硬焊料蓄留空間,使連接端子與連接構件的硬焊料一體化,以謀求提升連接構件與端子的扭斷強度。
專利文獻1 日本特開2009-188394號公報
然而,上述專利文獻1所載的技術中,會有連接構件與端子的接合強度無法充分確保的情形。
因此,本發明之目的即在提供可謀求提升連接構件與端子之接合強度的陶瓷構件。
本發明的陶瓷構件具備:陶瓷基體,埋設有第1金屬構件;固定孔,形成在前述陶瓷基體,使前述陶瓷基體之下面與前述第1金屬構件連通;及第2金屬構件,插入前述固定孔內,經由硬焊料固化部而和前述第1金屬構件連接,其特徵為,前述固定孔係使內周面所包圍的空間至少在底面中具有沿著圓周方向至少局部地向外側擴大的擴大部,且前述硬焊料固化部的至少一部分係存在於前述擴大部的內部。
若依據本發明,介存於例如作為端子的第1金屬構件與例如作為連接構件的第2金屬構件之間的硬焊料固化部的至少一部分係存在於固定孔之擴大部內部。藉此構成,該部分即可發揮錨定效果,可謀求提升第1金屬構件與第2金屬構件之接合強度。
本發明中,前述擴大部較佳為在前述固定孔的前述底面涵蓋整個周部向外側擴大。
在此情況中,可在固定孔的整個周部謀求第1金屬構件及第2金屬構件接合強度的提升。
本發明中,前述硬焊料固化部較佳為由對前述第1及第2金屬構件的潤濕性相較於對前述陶瓷基體的潤濕性更高的硬焊料固化而成的層。
在該情況中,以使用不含所謂活性金屬的硬焊料為佳。若包含活性金屬時,在該硬焊料的融點以上,熔液的流動性較差,即使存在有空間,硬焊料要充填於該空間也相對較困難。對於此點,由純金屬所構成的硬焊料或不含活性金屬的金屬硬焊料在熔液狀態中的流動性相對較高,且對金屬的潤濕性相較於陶瓷為高,可充填至前述空間。
10‧‧‧陶瓷基體
11‧‧‧固定孔
11a‧‧‧底面
11b‧‧‧擴大部
20‧‧‧金屬體
30‧‧‧端子(第1金屬構件)
40‧‧‧連接構件(第2金屬構件)
41‧‧‧母螺紋孔
50‧‧‧供電桿
51‧‧‧公螺紋部
60‧‧‧軸
61‧‧‧軸中間部
62‧‧‧突緣部
70‧‧‧硬焊料固化部
100‧‧‧陶瓷構件
圖1為本發明實施形態的陶瓷構件的剖面圖。
圖2為陶瓷構件的局部放大剖面圖。
茲參照圖1及圖2說明有關本發明實施形態的陶瓷構件100。
陶瓷構件100具備:陶瓷基體10、金屬體20、端子(第1金屬構件)30、連接構件(第2金屬構件)40、供電桿50、及軸60。
此處,陶瓷構件100為靜電夾盤,其係以金屬體20作為電極發揮功能,藉由透過使電壓從供電桿50經由端子30及連接構件40施加於該電極而產生的庫侖力,將基板吸附於陶瓷基體10的表面。
但,陶瓷構件100也可為以金屬體20作為發熱電阻體(加熱器)發揮功能,藉由使電壓從供電桿50施加到該加熱器所產生的熱,將載置於陶瓷基體10表面上的基板加熱的加熱器。
此外,陶瓷構件100也可為以接近表面的金屬體20作為電極發揮功能,以背離表面的金屬體20作為電阻發熱體發揮功能的附設加熱器功能的靜電夾盤。
陶瓷基體10中埋設有金屬體20,該金屬體20的背面連接有端子30。
此處,陶瓷基體10係以氮化鋁(AlN)的陶瓷燒結體構成。但,陶瓷基體10也可由使用作為靜電夾盤或加熱器的基體材料的素材所構成,例如由氧化鋁(Al2O3)或氧化釔(Y2O3)等陶瓷燒結體所構成。
陶瓷基體10係由陶瓷燒結體所構成,其為將例如高純度(例如純度99.9%以上)的氮化鋁粉末、及視需要添加有適量氧化釔粉末等燒結助劑的混合原料粉末加以成形而得的成形體,藉由熱壓燒結而形成。
金屬體20係以鎢、鉬、這些金屬的合金、白金、鈦等金屬構成,且呈薄板、薄膜、篩網狀、或線狀等形狀。
然後,藉由將金屬體20挾在陶瓷燒結體之間並施以熱壓,而將由篩網狀金屬或金屬箔構成的金屬體20埋入陶瓷基體10之中。但,埋入的方法並不限定於此。例如,也可將作為金屬體20的材料的金屬粉末夾入前述混合原料之間,再將整體熱壓。此外,也可在陶瓷燒結體的接合面形成凹部並將金屬體20埋入其中,然後,以接合劑將陶瓷燒結體彼此間接合。
另外,也可在陶瓷基體10的表面上形成保護層等。而且,也可在陶瓷基體10內設置冷卻構造。
然後,在陶瓷基體10形成有在下面(背面)具有開口,且延伸於上下方向的固定孔11。該固定孔11係針對各端子30各形成一個。該固定孔11係藉使用例如鑽頭等的研削加工而形成。
固定孔11係為整體上大致呈圓柱狀的孔洞,內周面所包圍的空間至少在底面11a具有沿著圓周方向至少局部地向外側擴大的擴大部11b。在此處,擴大部11b係在固定孔11的底面11a中形成為涵蓋整個周部擴大的擴大部11b。但,未圖示的部分是,擴大部11b也可在固定孔11的底面11a中,沿著圓周方向局部地在1個或複數個部位擴大。
順沿著固定孔11之上下方向軸線的擴大部11b的斷面形狀,在此處為直角三角形。但,擴大部11b的斷面形狀並不限定於此,也可為梯形、矩形等,甚至為具有曲線部的形狀等。
固定孔11為例如圓柱部直徑為4mm、擴大部11b的直角三角形底邊為0.25mm、高度為3mm。依此方式,固定孔11的擴大部(擴徑部)11b只要以圓柱部直徑的1/2至1/20的程度擴大即可。
另外,擴大部(擴徑部)11b只要藉使用偏心鑽頭等的切削加工等形成即可。擴大部(擴徑部)11b在圖面中的角度雖顯示成銳角,實際上可依照加工擴大部(擴徑部)11b的工具之角部形狀而形成帶有圓弧形。
端子30係以鎢、鉬、這些金屬的合金、白金等金屬構成,且電連接於金屬體20,其係相當於本發明的第1金屬構件。端子30也可為例如將鎢粉末等金屬粉末實施厚積層,並以連接金屬體20的狀態挾入前述混合材料之間,再將整體施以熱壓而形成的金屬燒結體所構成。再者,端子30也可用金屬板等構成。
和金屬體20比較,端子30的厚度較厚。藉此方式,在使用鑽頭等研削工具形成固定孔11時,即使被研削工具稍微研削到,也不會在端子30產生破裂等破損。
連接構件40係為以鎢、鉬、白金、鈦、鐵鎳鉻合金、鎳、這些金屬的合金等金屬構成的圓柱狀構件,相當於本發明的第2金屬構件。和固定孔11的內徑比較,連接構件40的外徑稍小些。
連接構件40連接於端子30之側的前端部為平坦狀。但,該前端部係經施以C面或R面等倒角加工。連接構件40之後端部形成有母螺紋孔41。
供電桿50係為以鈦、鎳等耐熱性、耐酸性及導電性優良的金屬構成,呈長圓桿狀。供電桿50的長邊方向前端部形成有公螺紋部51,藉由連接構件40的母螺紋孔41螺合於此公螺紋部51,供電桿50即連接於連接構件40。
再者,也可為連接構件40與端子30一體化的長圓桿狀連接構件。
軸60係和陶瓷基體10同樣由氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、或氧化釔(Y2O3)等陶瓷燒結體構成。軸60係形成為整體上具有中空的大致圓筒形。
軸60係安裝於陶瓷基體10的下面。軸60在上端具有直徑較中間部61擴大的突緣部62。陶瓷基體10與軸60係藉由固相接合、硬焊等進行接合。軸60的內部配置有供電桿50。
陶瓷構件100中,端子30的露出部分與連接構件40係經由硬焊料固化部70連接。硬焊料固化部70係為由硬焊料固化而形成的層。
硬焊料固化部70係介存於端子30與連接構件40之間,且其至少一部分亦存在於固定孔11之擴大部11b的內部。硬焊料固化部70雖可占滿擴大部11b的整體內部,也可只占其中一部分。此外,硬焊料固化部70也可存在於固定孔11之內周面與連接構件40之外周面的間隙。
依此方式,因接合端子30與連接構件40的硬焊料固化部70的至少一部分係存在於固定孔11之擴大部11b的內部,故該部分可發揮錨定效果,可謀求提高欲使連接構件40從端子30向下方脫離時的接合強度。
另外,硬焊料雖可為以往使用於端子30與連接構件40之接合的材料,但對端子30及連接構件40的潤濕性較佳為高於對陶瓷基體10的潤濕性。
硬焊料係以特別不含鈦等活性金屬,且對由氮化鋁燒結體構成的陶瓷基體10的潤濕性較低的非活性硬焊料為佳。這是由於不像上述那樣即使陶瓷基體10與連接構件40充分接合,也可充分確保連接構件40的接合強度。藉此,可達到流動性高的硬焊料充填於空間而得以發揮錨定效果的功效。
另外,硬焊料量以和空間容積大致相同程度的量較理想。較此為多時,連接構件40或供電桿50與固定孔11的間隙中,流動性良好的熔液會因毛細管現象而上爬,而無法將硬焊料充填到空間。再者,若硬焊料太少,充填在空間的硬焊料量變太少,即無法充分發揮錨定效果。
空間體積設為V時,硬焊料量以0.3V至1V較理想,更進一步,0.6V至1V則更佳。
Claims (5)
- 一種陶瓷構件,具備:陶瓷基體,埋設有第1金屬構件;固定孔,形成在前述陶瓷基體,使前述陶瓷基體之下面與前述第1金屬構件連通;及第2金屬構件,插入前述固定孔內,經由硬焊料固化部而和前述第1金屬構件連接,其特徵為:前述固定孔之被內周面所包圍的空間至少在前述固定孔的底面中具有沿著圓周方向至少局部地向外側擴大的擴大部,且前述硬焊料固化部的至少一部分存在於前述擴大部的內部。
- 如請求項1之陶瓷構件,其中前述擴大部係在前述固定孔的底面中涵蓋全周向外側擴大。
- 如請求項1之陶瓷構件,其中前述硬焊料固化部係為由對前述第1及第2金屬構件的潤濕性比對前述陶瓷基體的潤濕性更高的硬焊料固化而成的層。
- 如請求項2之陶瓷構件,其中前述硬焊料固化部係為由對前述第1及第2金屬構件的潤濕性比對前述陶瓷基體的潤濕性更高的硬焊料固化而成的層。
- 如請求項1至4項中任一項之陶瓷構件,其中前述硬焊料固化部係為不含活性金屬的硬焊料固化而成的層。
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