JPH0523060B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電接合方法、特に絶縁性部材と導電
性部材とを静電接合する方法の改良に関する。

［従来の技術］ 従来から、部材間の接合は、有機接着剤の樹
脂、金属共晶、ハンダあるいは低融点ガラスなど
の各種糊剤を用いて行われている。

しかし、これらの糊剤を使用する場合には、こ
の糊剤に起因する残留歪、クリープ、ヒステリシ
スなどの悪影響に基づく初期接着性能上の問題及
びこの糊剤に基づく接合部の歪変化、変質、腐
蝕、気密性劣化などの接着信頼性の不安定化とい
う問題があつた。

このため、近年においては糊剤によらず２つの
部材をじかに接合する静電接合方法が採用されて
おり、この静電接合方法は、熱膨脹係数の近接し
た絶縁性部材と導電性部材との接合に好適であ
り、例えばガラス、セラミツクなどの絶縁性部材
とシリコン半導体、金属などの導電性部材との接
合を良好に行うことができることから、各種セン
サ、光フアイバ、真空機器などの各種接合分野に
おいて幅広く利用されつつある。

ところで、このような静電接合方法を用いて、
絶縁性部材と導電性部材とを静電接合する場合に
は、予め各部材の接合面を平滑平面に研磨仕上し
ておく必要がある。そして、これらの両部材の接
合面を互いに当接したのち、これを昇温加熱し、
導電性部材を陽極、絶縁性部材を陰極として両部
材に所定の電圧を印加することにより両部材は良
好に静電接合されることになる。

ところで、このような静電接合方法として、絶
縁性部材に、導電性部材と接合する第１の接合面
と、これ以外の第２の接合面とを形成しておき、
この絶縁性部材の第１の接合面と導電性部材の接
合面とを静電接合したのち、これに続く次の工程
において、絶縁性部材の第２の接合面を順次他の
部材と静電接合することが行われている。

しかし、従来の静電接合方法では、絶縁性部材
と導電性部材との静電接合時に、後工程の静電接
合用に形成された絶縁性部材の第２接合面を粗面
化してしまい、後工程における静電接合を良好に
行うことができないという問題があつた。

第５図には、このような従来の静電接合方法を
用いて行う絶縁性部材１０と導電性部材１２との
静電接合方法が示されており、絶縁性部材１０に
は第１及び第２の接合面１０ａ，１０ｂが形成さ
れており、導電性部材には絶縁性部材１０との接
合面１２ａが形成されている。

ここにおいて、これら各接合面１０ａ，１０ｂ
及び１２ａは、良好な静電接合を行うために予め
平滑平面に形成しておくことが必要であり、この
ためにこれら各接合面１０ａ，１０ｂ及び１２ａ
は共にその粗さがR_nax≒0.05μｍ程度に研磨仕上
げされている。

そして、まず絶縁性部材１０と導電性部材１２
との静電接合は、陰極電極板１４上に第２の接合
面１０ｂが当接するよう絶縁性部材１０を載置
し、この絶縁性部材１０の第１の接合面１０ａ上
に導電性部材１２をその接合面１２ａが当接する
よう載置し、更にこの導電性部材１２の上面に陽
極電極板１６を当接載置する。

ここにおいて、前記電極板１４及び１６の電極
面１４ａ及び１６ａは、前記各接合面１０ａ，１
０ｂ及び１２ａと同様に平滑平面として形成され
ている。

この状態で、両部材１０及び１２を昇温加熱
し、電源１８から両電極板１４及び１６に所望の
直流電圧を印加することにより、絶縁性部材１０
と導電性部材１２とは約数分間でその接合面１０
ａ，１２ａにて気密にかつ強固に静電接合され
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、このような従来の静電接合方法によれ
ば、両部材１０及び１２の静電接合に際し絶縁性
部材１０の第２の接合面１０ｂと陰極電極板１４
とを当接した状態で電圧を印加している。このた
め、この第２の接合面１０ｂの陰極電極板１４と
の接触領域には約数μｍの深さあるいは高さに達
する窪みあるいは突起物が点在形成され、接合面
１２ｂ自体が粗面化されてしまうという問題があ
り、このようにして第２の接合面１０ｂが粗面化
されると、後工程において引き続いて行われるこ
の第２の接合面と第３の部材との静電接合に際
し、これら両部材の接合が不十分となるという問
題を引き起こす。

このため、従来の静電接合方法においては、絶
縁性部材１０と導電性部材１２との静電接合終了
後、第２の接合面１０ｂへの第３の部材の静電接
合に先立つて、この粗面化された第２の接合面１
０ｂの表面を再研磨しなければならず、更にこの
ような形状、寸法段階での再研磨は周辺だれによ
り接合面１０ｂにおける平面度の悪化を引起こ
し、その後の静電接合に際し必ずしも良好な接合
が得られないという問題があり、その有効な対策
が望まれていた。

発明の目的 本発明は、このような従来の課題に鑑み為され
たものであり、その目的は、絶縁性部材と導電性
部材との静電接合を、絶縁性部材の第２の接合面
を粗面化させることなく行うことが可能な静電接
合方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の方法は、導電性部材と、少なくとも２
個以上の接合面が設けられた絶縁性部材と、の静
電接合を、導電性部材の接合面と絶縁性部材の第
１の接合面とを当接して行うものである。

ここにおいて、本発明の静電接合方法は、まず
静電接合に先立つて、絶縁性部材の第２の接合面
に、化学的に除去可能な導電性電極膜を形成する
電極膜形成工程を行う。

そして、この電極膜形成工程修了後に、前記絶
縁性部材の第１の接合面と導電性部材の接合面と
を当接し、導電性部材と前記電極膜との間に所望
の接合電圧を印加し両部材を静電接合する静電接
合工程を行う。

そして、この静電接合工程修了後に、絶縁性部
材の第２の接合面上に形成された導電性電極膜
を、接合面を粗面化させない薬液を用い化学的に
除去する電極膜除去工程を行う。

［作用］ 本発明は以上の構成から成り、次にその作用を
説明する。

まず、従来の方法により絶縁性部材と導電性部
材とを静電接合した場合に発生する絶縁性部材の
第２の接合面の粗面化現象を観察してみると、こ
のような粗面化は、静電接合時に絶縁性部材が溶
融して形成されたものであることが確認された。
特に、絶縁性部材と当接する陰極電極板の電極面
には、前記絶縁性部材の一部が溶融付着している
ことが確認され、このことから、絶縁性部材が溶
融して形成された窪みは、溶融した絶縁性部材が
陰極電極板の電極面に付着して形成されたことが
判明した。

このような観察結果を更に分析すると、前記絶
縁性部材の第２の接合面の粗面化は次のにような
メカニズムに従つて発生するものと推定される。

第３図はこのような絶縁性部材の粗面化のメカ
ニズムの説明図であり、従来のように、絶縁性部
材１０と陰極電極板１４とを当接する静電接合方
法では、絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ及
び陰極電極板１４の電極面１４ｂをどのように平
滑平面に形成しても、これを微視的にみると両者
は密着状態ではなく、多点で点接触しているにす
ぎない。

従つて、このような状態で、静電接合を行う
と、絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂと陰極
電極板１４の電極面１４ｂとの接触個所１００に
集中して接合電流Ｉが流れ、当該接触個所１００
が発熱し、この結果、絶縁性部材１０の接触個所
１００が溶融し、絶縁性部材１０の第２の接合面
１０ｂ上に突起物あるいは窪みが点在形成され粗
面化されるものと推定される。

これに対し、第４図には、本願発明に基づく静
電接合のメカニズムが示されており、本願発明に
よれば電極膜形成工程において、静電接合に先立
つて絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ上に化
学的に除去可能な導電性電極膜２０が被覆形成さ
れ、この導電性電極膜２０と陰極電極板１４とが
当接される。

そして、絶縁性部材１０と導電性部材１２との
静電接合は、絶縁性部材１０の第１の接合面を導
電性部材の接合面と当接し、絶縁性部材１０の導
電性電極膜２０と導電性部材１２との間に接合電
圧を印加することにより行われる。

この時、本発明によれば、陰極電極板１４と導
電性電極膜２０とは、これを微視的にみると、多
点接触しているに過ぎないが、導電性電極膜２０
と絶縁性部材１０の第２の接合面１０ａとの接触
は良好に密着した状態で行われている。

従つて、このような状態で静電接合を行うと、
陰極電極板１４と導電性電極膜２０との間ではそ
の接触個所１００に集中して接合電流が流れ、こ
れにより導電性電極膜２０の表面は粗面化される
が、これに対し導電性電極膜２０と絶縁性部材１
０の第２の接合面１０ａとは互いに良好に密着し
ているため、静電接合時に両者の間に流れる接合
電流はその全面、すなわち、第２の接合面全面に
渡り均一に分布することになり、この結果この第
２の接合面の粗面化は有効に防止されることにな
る。

このように、本発明によれば、絶縁性部材１０
の第２の接合面１０ｂ上の特定個所に静電接合電
流Ｉが集中して流れることが回避され、絶縁性部
材１０と導電性部材１２との静電接合を絶縁性部
材１０の第２の接合面１０ｂを粗面化することな
く良好に行うことが可能となる。

また、本発明によれば、前記導電性電極膜２０
が絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ上に密着
して設けられているため、静電接合用の電圧印加
時における効率が上昇し、静電接合を従来の方法
に比し短時間でかつ歩留まり良く行うことが可能
となる。

そして、本発明によれば、前記導電性電極膜２
０は、静電接合工程修了後に、接合面を粗面化さ
せない薬液を用い化学的に除去され第２の接合面
１０ｂが粗面化されない状態で露出されるため、
その後、この絶縁性部材１０の第２の接合面１０
ｂを更に他の導電性部材へそのまま静電接合する
ことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、絶縁性
部材と導電性部材との静電接合を、絶縁性部材の
第２の接合面を粗面化させることなく良好にかつ
効率的に行うことが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。なお、前記第５図に示す従来例に対応する
部材には同一符号を付してその説明は省略する。

第１実施例 第１図には本発明に係る静電溶接方法の好適な
第１実施例が示されており、絶縁性部材１０は厚
さ１mmのパイレツクスガラス板から成り、導電性
部材１２は厚さ0.22mmのシリコン板から成る。

ここにおいて、前記絶縁性部材１０には、
R_nax≒0.05μｍの平滑平面に研磨仕上げられた２
つの接合面１０ａ及び１０ｂが形成されており、
第１の接合面１０ｂは前記導電性部材１２に対す
る接合面として用いられ、第２の接合面１０ｂは
図示しない第３の部材に対する接合面として用い
られる。

また、前記導電性部材１２には、絶縁性部材１
０の第１の接合面に対する接合面１２ａが形成さ
れており、この接合面１２ａも前記第１及び第２
の接合面１０ａ及び１０ｂと同様R_nax≒0.05μｍ
の平滑平面に研磨仕上げされている。

本発明の特徴的事項は、前記絶縁性部材１０の
第２の接合面１０ｂに、化学的に除去可能な導電
性電極膜２０を形成したことにある。このような
導電性電極膜２０はフツ化物を含まない薬液を用
いて比較的短時間で除去でき、かつ絶縁性部材を
浸蝕せずにまた絶縁性部材の接合面を粗面化させ
ない薬液を用いて化学的にエツチングすることで
除去可能に形成することが好ましい。

このような導電性電極膜２０は、蒸着、スパツ
タ、メツキなどの各種方法を用い、例えばアル
ミ、銅、銀、ニツケルなどを第２の接合面１０ｂ
上に被覆することにより形成することができ、本
実施例においては真空蒸着法を用いこの第２の接
合面１０ｂ上に厚さ1.5μｍのアルミを導電性電極
膜２０として被覆形成している。

そして、このような電極膜２０の形成が終了し
た後、次のようにして絶縁性部材１０と導電性部
材１２との静電接合を行う。

すなわち、陰極電極板１４上に導電性電極膜２
０が当接するように絶縁性部材１０を載置し、こ
の絶縁性部材１０の第１の接合面１０ａ上に接合
面１２ａが当接するよう導電性部材１２を載置
し、更にこの導電性部材１２上に陽極電極板１６
を載置する。

この状態で両部材１０及び１２を約360℃に昇
温加熱し、電源１８から両電極板１４及び１６に
約800Vの直流電圧を印加する。

このようにすることにより、絶縁性部材１０と
導電性部材１２は約数分間でその接合面１０ａ及
び１２ａにて気密にかつ強固に静電接合されるこ
とになる。

このとき、本発明によれば、絶縁性部材１０の
第２の接合面１０ｂに導電性電極膜２０を密着被
覆した状態で静電接合を行うため、静電接合用の
電圧を印加した際にこの第２の接合面に流れる電
流は導電性電極膜２０の被覆面全域に均等に流れ
ることとなり、この第２の接合面１０ｂを粗面化
させることなく絶縁性部材１０と導電性部材１２
との静電接合を行うことが可能となる。

更に、本発明によれば、前記導電性電極膜２０
は絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂの全域に
わたり良好に密着しているため、静電接合時にお
ける電圧印加効率が上昇し、静電接合に要する時
間を短縮し、かつ製品の歩留を向上させることが
可能となる。

そして、このような静電接合修了後、本発明に
よれば、絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ上
に形成された導電性電極膜２０を接合面を粗面化
させない薬液を用い化学的に除去する。実施例に
おいてこのような電極膜２０の除去は、リン酸と
硝酸との混液を用いて行われている。

そして、このような電極膜除去を行うことによ
り露出した絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ
は平滑平面に保たれており、従来の問題とされて
いた窪みあるいは突起などの粗面化は認められな
い。

従つて、本発明によれば、静電接合を行つた後
この絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂを再研
磨することなく引き続き第３の部材と静電接合す
ることが可能となる。

第２実施例 第２図には本発明の好適な第２実施例が示され
ており、本実施例においては、前記第１実施例と
同様の静電接合方法により形成された半導体感圧
素子３０を第３の部材に静電接合する場合が示さ
れている。

ここにおいて、半導体感圧素子３０は、3.5mm
×3.5mm×厚さ１mmのパイレツクスガラス板から
成る絶縁性部材１０と、厚さ0.22mmのシリコン感
圧チツプから成る導電性部材１２と、を前記第１
実施例と同様にして静電接合することにより形成
されている。

ここにおいて、本発明によれば、前記絶縁性部
材１０と導電性部材１２との静電接合を、絶縁性
部材１０の第２の接合面１０ｂを粗面化させるこ
となく行うことができるため、このような静電接
合により形成された半導体感圧素子３０はその第
２の接合面１０ｂを再研磨することなくそのまま
第３の部材、実施例においてはパツケージマウン
ト座３２へ静電接合し、信頼性の高い圧力センサ
を形成することができる。

特に、本実施例によれば、絶縁性部材１０と導
電性部材１２との静電接合時に、絶縁性部材１０
の第２の接合面１０ｂが粗面化されることがない
ため、この絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ
とパツケージマウント座３２の接合面３２ａとの
静電接合を気密にかつより強固に行うことがで
き、従来の静電接合方法に比しより信頼性の高い
圧力センサを形成することが可能となる。

第２図はこのようにして形成された半導体感圧
素子３０をシリコンより成るパツケージマウント
座３２へ静電接合する場合を示しており、実施例
においてこのパツケージマウント座３２は封着ガ
ラス３４にて固定され、圧力センサパツケージ３
６を構成している。

そして、このパツケージマウント座３２と半導
体感圧素子３０との静電接合は、平滑平面に研磨
仕上げされたパツケージマウント座３２の接合面
３２ａ上に絶縁性部材１０の第２の接合面１０ｂ
が当接するよう半導体感圧素子３０を載置し、更
にこの半導体感圧素子３０の一部を構成する導電
性部材１２上に陽極電極板１６を載置する。

そして、この状態で、前記第１実施例と同様
に、半導体感圧素子３０とパツケージマウント座
３２とを約360℃まで昇温加熱し、電源１８から
約800Wの直流電圧を印加する。

このようにすることにより、半導体感圧素子３
０はパツケージマウント座３２に良好に静電接合
されることになる。

なお、本実施例において、半導体感圧素子３０
はその静電接合時に雰囲気を真空とした真空封止
による絶対圧タイプとして形成されているが、こ
れ以外にも、この半導体感圧素子３０は絶縁性部
材１０に背圧孔を設けてゲージタイプとして形成
することも可能である。この場合には、前記圧力
センサパツケージ３６にも背圧孔を設ける必要が
ある。

なお、前記各実施例においては、２個の接合面
が設けられた絶縁性部材に導電性部材を静電接合
する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、３個以上の接合面が設けられた絶縁性部
材に導電性部材を静電接合する場合においても有
効であることはいうまでもない。

また、前記実施例では、絶縁性部材の第２の接
合面上にアルミを真空蒸着して導電性電極膜を形
成した場合を例にとり説明したが、本発明はこれ
に限らず、この導電性電極膜を、例えばアルミ、
銅、ニツケル、錫、金、クロムなどを蒸着又はス
パツタ又はメツキして形成することも可能であ
る。

また、本実施例においては、絶縁性部材の第２
の接合面全域に導電性電極膜を被覆形成した場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、
この導電性電極膜を絶縁性部材の第２の接合面上
に突起あるいは窪みが形成されない程度に部分的
に選択形成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電接合方法の好適な実
施例を示す説明図、第２図は本発明の他の実施例
を示す説明図、第３図は従来の静電接合方法にお
ける粗面化のメカニズムを示す説明図、第４図は
本発明の静電接合方法のメカニズムを示す説明
図、第５図は従来の静電接合方法の説明図であ
る。 １０……絶縁性部材、１０ａ……第１の接合
面、１０ｂ……第２の接合面、１２……導電性部
材、１２ｂ……接合面、２０……導電性電極膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２個以上の接合面が設けられた絶
   縁性部材の第１の接合面と、導電性部材の接合面
   と、を当接し、絶縁性部材と導電性部材とを静電
   接合する方法において、 静電接合に先立つて、絶縁性部材の第２の接合
   面に、化学的に除去可能な導電性電極膜を形成す
   る電極膜形成工程と、 前記絶縁性部材の第１の接合面と導電性部材の
   接合面とを当接し、前記電極膜と導電性部材との
   間に所定の接合電圧を印加し絶縁性部材と導電性
   部材とを静電接合する静電接合工程と、 この静電接合工程終了後に、絶縁性部材の第２
   の接合面上に形成された電極膜を接合面を粗面化
   させない薬液を用い化学的に除去する電極膜除去
   工程と、 を含み、絶縁性部材と導電性部材との静電接合を
   絶縁性部材の第２の接合面を粗面化させることな
   く行うことを特徴とする静電接合方法。