TWI767080B

TWI767080B - 電極埋設構件

Info

Publication number: TWI767080B
Application number: TW107138138A
Authority: TW
Inventors: 土田淳
Original assignee: 日商日本特殊陶業股份有限公司
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW201933539A; JP2019083310A; JP7284561B2

Abstract

提供一種可抑制基材的裂縫等不良情況之電極埋設構件。

一種電極埋設構件1，具備：板狀的基材2，具有表面2a及背面2b且由陶瓷所構成；內部電極3，與基材2的表面2a平行地延伸且埋設於基材2；連接構件4，與基材2的表面2a平行地延伸且與內部電極3重疊而配置；以及與連接構件4連接的端子5；在該電極埋設構件1中，具有至少一個以下的(1)至(3)之任一者的既定構造。(1)在與基材2的表面垂直之方向的連接構件4的至少一部分的厚度為0.15mm以下之第1既定構造。(2)連接構件4具有缺口部8、9、10之第2既定構造。(3)連接構件4由篩網構造體所構成的第3既定構造。

Description

電極埋設構件

本發明係關於在由陶瓷構成的板狀的基材中埋設有內部電極之電極埋設構件。

以往，已知有在由陶瓷構成的板狀的基材中埋設有內部電極之電極埋設構件(例如，參照專利文獻1)。在電極埋設構件中，於基材穿設用以使端子連接於內部電極的插入孔時，係以不會損傷內部電極的方式在連接內部電極與端子的部位事先配置連接構件，藉由連接構件防止內部電極損傷。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第5591627號公報

以往，在電極埋設構件中，若使用時的溫度變化反覆時，會有因基材與連接構件的熱膨脹率之不同而在基材出現裂縫(crack)，因而無法擔保基材的絕緣性能之虞。

本發明係有鑑於以上的問題點，目的在提供一種可抑制基材的裂縫等不良情況之電極埋設構件。

〔1〕為了達成上述目的，本發明係一種電極埋設構件(例如，實施形態的電極埋設構件1。以下相同。)，其具備：具有表面(例如，實施形態的表面2a。以下相同。)及背面(例如，實施形態的背面2b。以下相同。)，且由陶瓷所構成的板狀的基材(例如，實施形態的基材2。以下相同。)；與前述基材的表面平行地延伸且埋設於前述基材之內部電極(例如，實施形態的內部電極3。以下相同。)；與前述基材的表面平行地延伸且與前述內部電極重疊而配置之連接構件(例如，實施形態的連接構件4。以下相同。)；及與前述連接構件連接之端子(例如，實施形態的端子5。以下相同。)，該電極埋設構件的特徵為，具有至少一個以下的(1)至(3)之任一者的既定構造：(1)在與前述基材的表面垂直之方向的前述連接構件的至少一部分的厚度為0.2mm以下之第1既定構造，(2)前述連接構件具有缺口部(例如，實施形態的狹縫8，缺孔9、10。以下相同。)之第2既定構造， (3)前述連接構件由篩網構造體所構成之第3既定構造。

根據本發明，藉由連接構件具有第1至第3任一者的既定構造，可縮小連接構件的體積。因此，藉由連接構件與作為母材之陶瓷的物性的差所誘發的應力會受到抑制，可抑制設置於基材之絕緣層(基材中之內部電極至基材的表面的部分)的裂縫等不良情況。

〔2〕又，本發明中，前述既定構造至少具備前述第1既定構造，前述第1既定構造係以與前述基材的表面垂直之方向的前述連接構件的全體厚度為0.2mm以下較佳。根據此構成，由於連接構件可整體地抑制內部應力的產生，故可進一步抑制裂縫等的不良情況。

〔3〕又，本發明中，前述既定構造至少具備前述第2既定構造，前述缺口部較佳為避開供前述連接構件的前述端子連接之中央區域(例如，實施形態的中央區域6。以下相同。)，而從前述連接構件的中央區域側朝前述連接構件的外緣(例如，實施形態的外緣7。以下相同。)延伸成放射狀之狹縫(例如，實施形態的狹縫8。以下相同。)。根據此構成，由於連接構件容易因狹縫而變形，可抑制內部應力的發生，所以可抑制裂縫等的不良情況。

〔4〕又，本發明中，前述既定構造至少具備前述第2既定構造，前述缺口部較佳為避開供前述連接構件的前述端子連接之中央區域而貫通前述連接構件之缺孔(例如，實施形態的缺孔9、10。以下相同。)。根據此構成，由於連接構件容易因缺孔而變形，可抑制內部應力的發生，所以可抑制裂縫等的不良情況。

〔5〕又，本發明中，前述既定構造至少具備前述第2既定構造，前述缺口部較佳為避開供前述連接構件的前述端子連接之中央區域，並且從前述中央區域側到達前述連接構件的外緣。根據此構成，由於連接構件容易因缺孔而變形，可抑制內部應力的發生，所以可抑制裂縫等的不良情況。

〔6〕又，本發明中，前述既定構造至少具備前述第3既定構造，前述連接構件較佳為重疊複數片篩網構造體而構成。根據此構成，由於屬於篩網構造體的連接構件容易變形，可抑制內部應力的產生，所以可進一步抑制裂縫等的不良情況。又，藉由重疊複數片，即便為篩網構造體，也可使連接構件具有適當的強度。

〔7〕又，本發明中，前述既定構造係以從垂直於前述基材的表面的方向觀看時具備旋轉對稱性較佳。根據此構成，由於連接構件具備有旋轉對稱性，故與不具備旋轉對稱性者相比較，可抑制連接構件變形而使內部應力釋放時被釋放的內部應力彼此重複，可使連接構件的內部應力適當地分散，以抑制裂縫產生於基材表面側的絕緣層。

1‧‧‧電極埋設構件

2‧‧‧基材

2a‧‧‧表面

2b‧‧‧背面

3‧‧‧內部電極

4‧‧‧連接構件

5‧‧‧端子

5a‧‧‧緩衝構件

6‧‧‧中央區域

7‧‧‧外緣

8‧‧‧狹縫(缺口部)

9‧‧‧缺孔(第3實施形態)

10‧‧‧缺孔(第4實施形態)

11‧‧‧突部

圖1係示意地表示第1實施形態的電極埋設構件之說明圖。

圖2係表示第1實施形態的連接構件之說明圖。

圖3係表示第2實施形態的連接構件之說明圖。

圖4係表示第3實施形態的連接構件之說明圖。

圖5係表示第4實施形態的連接構件之說明圖。

圖6係示意地表示第5實施形態的連接構件之說明圖。

[實施發明之形態] 〔第1實施形態〕

如圖1示意地表示，第1實施形態的電極埋設構件1具備：圓板狀的基材2，具有表面2a及背面2b，且由氧化鋁(Al₂O₃)、氮化鋁(AlN)、碳化氮(SiC)、氮化矽(Si₃N₄)、氧化鋯(ZrO₂)、鈦酸鋇(BaTiO₃)等的陶瓷所構成；內部電極3，與基材2的表面2a平行地延伸成帶狀，且埋設於基材2；以及連接構件4，與基材2的表面2a平行地延伸成圓盤狀，且與內部電極3重疊而配置。在連接構件4藉由硬焊焊接等接合有棒狀端子5。

內部電極3及連接構件4係由鎢、鉬或以此等為主成分的合金構成。端子5係由鎳、鈦、銅或以此等為主成分的合金構成。

如圖2所示，連接構件4為圓盤狀，與基材2的表面垂直之方向的全體厚度係設定為0.2mm以下。第1實施形態中，在連接構件4之與基材2表面垂直的方向之全體厚度設定為0.2mm以下的構造係相當於本發明的第1既定構造。此外，連接構件4只要可藉由變形來某程度地化解熱膨脹的影響即可，若可變形來吸收熱膨脹，亦可為僅連接構件4的一部分設定成在與基材2表面垂直的方向之厚度0.2mm以下。

根據第1實施形態的電極埋設構件1，由於相較於與基材2表面垂直的方向之厚度超過0.2mm的構成，可使連接構件4的體積變小，所以即便在電極埋設構件1形成得較薄的情況下，由金屬製連接構件4與屬於母材之陶瓷之物性的差所誘發的應力也可受到抑制，能夠抑制絕緣層(從基材2的內部電極3至基材2的表面2a之部分)的裂縫等不良情況。

〔實施例和比較〕〔實施例1〕

其次，作為第1實施形態的實施例，對實施例1-1至實施例1-6(以下，稱為實施例1。)與比較例1-1至比較例1-3進行比較。在實施例1中，由基材製造了屬於晶圓保持裝置的電極埋設構件1，該基材係埋設有由金屬構成的內部電極3且由添加有氧化釔的氮化鋁構成。

接著，說明關於實施例1之電極埋設構件1的製造方法。首先，形成絕緣層。得到由氮化鋁粉末97質量%、氧化釔粉末3質量%所構成的粉末混合物，將其填充於模具以實施單軸加壓(uniaxial pressing)處理。藉此，形成直徑340mm、厚度5mm的第一層。

接著，設置內部電極3。在第一層上，載置作為內部電極3之直徑290mm的鉬製箔(厚度0.1mm)。在內部電極3上，載置鎢製且直徑6mm的圓盤狀連接構件4。連接構件4係在一個基材2上設置有20處。將連接構件4連接於內部電極3時，係在供連接構件4重疊之內部電極3的部分，塗布鎢糊料等導電性構件。

然後，成形第二層。以在第一層上遮住內部電極3及連接構件4的方式填充陶瓷粉末以進行單軸加壓處理而作成第二層成形體。

接著，設置加熱器電極。為了加熱作為晶圓保持裝置的電極埋設構件1本身，配置由形成既定圖案的鉬篩網(mesh)(線徑0.1mm，網孔50目)所構成的發熱電阻體，在連接既定的加熱器用端子的位置載置加熱器端子用連接構件(鎢粒、直徑10mm、厚度0.5mm)。

其後，形成燒成前的成形體。在加熱器電極上填充陶瓷粉末並進行單軸加壓處理而形成第三層。

接著，實施燒成步驟。燒成步驟係以10MPa的壓力將積層達第三層的積層體，於燒成溫度1800℃、燒成時間2小時下，進行熱壓燒成，而得到直徑340mm、厚度20mm的陶瓷燒結體。

接著，實施燒成後的加工步驟。在燒成後的加工步驟中，將陶瓷燒結體的外面進行研削、研磨加工，而形成有絕緣層的厚度0.3mm、表面粗度Ra0.4μm的晶圓載置面(表面2a)。

接著，連接端子5。以從燒成後的陶瓷基體的背面2b在各連接構件4的位置到達連接構件4之方式進行穿孔加工(直徑5.2mm)，形成從背面2b到達連接構件4的圓柱狀插入孔2c。在劃定插入孔2c的連接構件4上，透過在Au-Ni添加有作為活性金屬的Ti之硬焊材，配置直徑5mm、厚度2mm的柯華合金(Kovar alloy)製緩衝構件5a。然後，在緩衝構件5a上透過在Au-Ni添加有作為活性金屬的Ti之硬焊材，配置直徑5mm、長度200mm的圓柱狀鎳製供電用端子5。然後，利用真空爐，藉由以1050℃加熱來進行硬焊焊接，而完成電極埋設構件1。

連接構件4的厚度，在實施例1-1中為0.08mm，在實施例1-2中為0.10mm，在實施例1-3中為0.13mm，在實施例1-4中為0.15mm，在實施例1-5中為0.18mm，在實施例1-6中為0.20mm。

作為評價方法，將所製得的電極埋設構件1重複進行30次加熱到700℃後再冷卻到100℃的熱循環。計算在端子5正上方之基材2的表面2a側發生裂縫的部位數，將連接構件4之20個中的0個評價為適當，將出現1個以上的裂縫者評價為不適當。

由此結果得知，至實施例1-1~6為止，產生部位數為0個，可靠性高。

〔比較例〕

比較例1-1、比較例1-2，除了將連接構件設為圓盤形狀，全體的厚度設為0.3mm、0.5mm外，係以與實施例1相同條件來製作。

其結果為，在比較例1-1及比較例1-2中，裂縫發生1個、4個，厚度為0.3mm以上可靠性低，並不適當。

未使用連接構件的比較例1-3，由於沒有連接構件，故穿設端子用孔時容易刺破內部電極，係為此次評價前的問題，良率降低。

此外，第1實施形態的直徑等數值為例示，並不限定於此，即便設定其他數值，也可獲得本發明的作用效果。

〔第2實施形態〕

第2實施形態的電極埋設構件1除了連接構件4不同外，全部係構成為與第1實施形態者相同。如圖3所示，在第2實施形態的連接構件4，避開供連接端子5的中央區域6，從中央區域6側朝向連接構件4的外緣7延伸成放射狀的八個狹縫8(缺口部)係在圓周方向等間隔地設置。狹縫8到達外緣7。連接構件4係在圓周方向等間隔地設有八個狹縫8，從垂直於基材2表面的方向觀看時具備有旋轉對稱性。

根據第2實施形態的電極埋設構件1，由於相較於未設有狹縫8的構成，可使連接構件4的體積變小，所以由金屬製連接構件4與屬於母材的陶瓷之物性的差所誘發的應力可受到抑制，能夠抑制絕緣層(從基材2中的內部電極3至基材2的表面2a之部分)的裂縫等不良情況。

又，由於基材2燒成時連接構件4容易變形，故可緩和連接構件4的內部應力。再者，由於基材2的陶瓷會進入連接構件4的狹縫8，故連接構件4與基材2的密接力得以提升，連接構件4附近的強度可靠性得以提升。在第2實施形態中，狹縫8相當於本發明的第2既定構造。

又，由於連接構件4具備有旋轉對稱性，所以相較於例如狹縫8未等間隔地設置且未具備旋轉對稱性的情況，會抑制在內部應力的釋放方產生重複部分，可使內部應力適當地分散以抑制裂縫發生在基材表面側的絕緣層。

此外，第2實施形態中，係就狹縫8到達連接構件4的外緣7者進行了說明，惟本發明的狹縫不限定於此，例如，狹縫亦可未到達連接構件4的外緣，而切入自與外緣隔著間隔的位置而形成。

又，亦可將與基材2的表面垂直之方向的第2實施形態的連接構件4的至少一部分的厚度設為0.2mm以下，以具備第1既定構造和第2既定構造的任一者之方式構成連接構件。

又，雖然內部應力的抑制力有降低之虞，但是即便狹縫8的配置設置成不具備從垂直於基材2表面的方向觀看時的旋轉對稱性，也可比習知構成更能抑制內部應力，可發揮抑制裂縫等不良情況之本發明的作用效果。

〔實施例2〕

第2實施形態的實施例2係在連接構件4藉由雷射加工將狹縫8以長度2mm、寬度0.1mm設成放射狀，其他部分則與實施例1相同。根據實施例2，也進行了與實施例1同樣的評價，而確認到未發生裂縫，可靠性高。

又，認為陶瓷母材的一部分進入狹縫8，陶瓷製基材2與連接構件4間的密接性變高，連接構件4附近的強度可靠性得以提升。

此外，第2實施形態之狹縫8的長度等數值係為例示，本發明並不限定於此，即便設定其他的數值，也可獲得本發明的作用效果。

〔第3實施形態〕

第3實施形態的電極埋設構件1除了連接構件4不同外，其餘全部係構成與第1實施形態者相同。如圖4所示，在第3實施形態的連接構件4，避開供連接端子5的中央區域6而貫通連接構件4的扇狀六個缺孔9係彼此在圓周方向隔著等間隔設置。扇狀缺孔9係從連接構件4的外緣7隔著間隔穿設。連接構件4係藉由在圓周方向等間隔地設置有六個缺孔9，在從垂直於基材2表面的方向觀看時具備有旋轉對稱性。

根據第3實施形態的電極埋設構件1，由於與未設有缺孔9者相比較，可將連接構件4的體積縮小，故由金屬製連接構件4與屬於母材之陶瓷的物性之差所誘發的應力會受到抑制，可抑制絕緣層(從基材2的內部電極3至基材2的表面2a之部分)的裂縫等不良情況。

又，由於基材2燒成時連接構件4易變形，故可緩和連接構件4的內部應力。再者，由於基材2的陶瓷進入連接構件4的缺孔9，故連接構件4與基材2的密接力得以提升，連接構件4附近的強度可靠性得以提升。在第3實施形態中，缺孔9相當於本發明的第2既定構造。

又，由於連接構件4具備旋轉對稱性，所以與例如缺孔9未在圓周方向上等間隔地設置，或者缺孔9之每一者的大小或形狀不同等不具備從與基材2的表面垂直的方向觀看時的旋轉對稱性之情況相比較之下，可抑制在連接構件4之內部應力的釋放方產生重複部分，而可適當地抑制內部應力。

此外，第3實施形態中，雖就將缺孔9設成扇狀，且形成有六個的構成進行說明，但是本發明的缺孔9並不限定於此，只要貫通連接構件即可，例如亦可為扇以外的形狀，例如圓形、多角形狀。又，缺孔的數量不限於六個，也可為一個，也可為複數個例如2~5個、7個以上之複數個。

又，雖然內部應力的抑制力有降低之虞，但是缺孔9即便設成連接構件4不具有旋轉對稱性，也可比習知構成更能抑制內部應力，可發揮抑制裂縫等不良情況之本發明的作用效果。

〔實施例3〕

第3實施形態的實施例3係在連接構件4藉由雷射加工形成有缺孔9(扇形形狀之徑向內側之邊的直徑(內徑)1mm，扇形形狀之徑向外側之邊的直徑(外徑)2.4mm，缺孔9彼此之圓周方向間的間隔0.4mm)。根據實施例3，也進行了與實施例1同樣的評價，而確認到未發生裂縫、可靠性高。

又，認為陶瓷母材進入缺孔9，陶瓷製基材2與連接構件4之間的密接性變高，連接構件4附近的強度可靠性得以提升。

由於陶瓷燒成時連接構件4易變形，故認為藉由緩和連接構件4的內部應力，也可使電極埋設構件1之連接構件4附近的強度可靠性提升。

此外，第3實施形態中之直徑等的數值係為例示，本發明並不限定於此，即便設定其他的數值，也可獲得本發明的作用效果。

〔第4實施形態〕

第4實施形態的電極埋設構件1除了連接構件4不同外，其餘全部係構成與第1實施形態者相同。如圖5所示，在第4實施形態的連接構件4，避開供連接端子5的中央區域6而貫通連接構件4之三角形狀的八個缺孔10係彼此在圓周方向隔著間隔設置。缺孔10係到達連接構件4的外緣7。

根據第4實施形態的電極埋設構件1，由於與未設有缺孔10者相比較，可將連接構件4的體積縮小，故由金屬製連接構件4和屬於母材之陶瓷的物性之差所誘發的應力會受到抑制，可抑制設置於基材2之絕緣層(從基材2中的內部電極3至基材2的表面2a為止之部分)的裂縫等不良情況。

又，由於基材2燒成時，按設有缺孔10的程度，連接構件4容易變形，所以可緩和連接構件4的內部應力。再者，基材2的陶瓷會進入連接構件4的缺孔10。此外，由於缺孔10到達連接構件4的外緣7，故連接構件4之實質外緣的長度變長。因此，連接構件4與基材2的密接力會提升，連接構件4附近的強度可靠性會提升。第4實施形態中，缺孔10相當於本發明的第2既定構造。

由於連接構件4具備旋轉對稱性，所以與例如缺孔10未在圓周方向等間隔的設置，或者缺孔10之每一者的大小或形狀不同等不具備旋轉對稱性的情況相比較之下，可抑制在連接構件4之內部應力的排逸釋放方產生重複部分，而可適當地分散內部應力以抑制裂縫朝基材表面側的絕緣層發生。

此外，雖然內部應力的抑制力有降低之虞，但是缺孔10即便設成連接構件4不具有旋轉對稱性，也可比習知構成更能抑制內部應力，可發揮抑制裂縫等不良情況之本發明的作用效果。

〔實施例4〕

第4實施形態的實施例4，係在連接構件4藉由雷射加工而在圓周方向以45°的間隔設有八個缺孔10。形成於缺孔10的圓周方向之間的突部11，係以前端的角度成為90°的方式，且從連接構件4的中心至突部11的前端為止的距離成為4mm(即，連接構件4的直徑為8mm)之方式進行設定。

此外，第4實施形態的角度等數值係為例示，本發明並不限定於此，即便設定其他的數值，也可獲得本發明的作用效果。

〔第5實施形態〕

第5實施形態的電極埋設構件1除了連接構件4不同外，其餘全部係構成與第1實施形態者相同。如圖6示意地顯示，第5實施形態的連接構件4，係藉由將金屬線或金屬纖維等編成網眼狀等而構成的一片篩網構造體，或重疊有複數片篩網構造體的積層體所構成。

根據第5實施形態的電極埋設構件1，與連接構件4為非篩網構造體者相比較之下，可縮小連接構件4的體積，故因金屬製連接構件4與作為母材的陶瓷之物性差所誘發的應力受到抑制，可抑制設置於基材2之絕緣層(從基材2的內部電極3至基材2的表面2a的部分)的裂縫等不良情況。

又，由於基材2燒成時屬於篩網構造體的連接構件4容易變形，故可緩和連接構件4的內部應力。再者，由於基材2的陶瓷會進入連接構件4的篩網構造體的間隙，故連接構件4與基材2的密接力得以提升，端子5附近的強度可靠性得以提升。第5實施形態中，連接構件4之篩網構造體的積層體相當於本發明的第3既定構造。

〔實施例5〕

第5實施形態的實施例5-1至實施例5-4(以下，稱為實施例5)，係將鉬製的篩網構造體切斷成直徑6mm的圓形來製作連接構件4。其他構成係與實施例1相同。實施例5-1係設定成引線(wire)線徑0.03mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)150；實施例5-2係設定成引線線徑0.05mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)100；實施例5-3係設定成引線線徑0.10mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)50；實施例5-4係設定成引線線徑0.15mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)40。

利用與實施例1同樣的評價方法測定之結果，確認到在實施例5-1至實施例5-4的任一者中裂縫產生處的數量為0個，可靠性高。此被認為係因由篩網構造體所構成的連接構件4在陶瓷的燒成時變形，內部應力會被緩和之故。

又，認為藉由作為基材2的材料之陶瓷侵入篩網構造體的網眼，基材2與連接構件4之間的密接性得以提升，連接構件4附近的強度可靠性得以提升。

〔實施例6〕

第5實施形態的實施例6-1至實施例6-3(以下，稱為實施例6)，係將連接構件4作成積層有三個篩網構造體之三層構造。其他構成係與實施例1相同。

實施例6-1係設定成引線線徑0.03mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)150；實施例6-2係設定成引線線徑0.05mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)100；實施例6-3係設定成引線線徑0.10mm，平織篩網尺寸(每1英吋的引線條數)50。

實施例6亦同，利用與實施例1同樣的評價方法測定之結果，確認到實施例6-1至實施例6-3的任一者中裂縫產生處的數量為0個，可靠性高。此被認為係因由篩網構造體所構成的連接構件4在陶瓷的燒成時會變形，內部應力會被緩和之故。

再者，實施例6中，由於係將篩網構造體作成三層構造，故可使在端子用插入孔2c的加工時刺破連接構件4而使內部電極3損傷之可能性降低。

再者，積層複數個篩網構造體時，藉由在其積層界面塗布鎢糊料，可改善連接構件4的電氣特性。

此外，第5實施形態的引線線徑、篩網尺寸、重疊之篩網構造體的片數等數值係為例示，本發明並不限定於此，即便設定其他的數值也可獲得本發明的作用效果。