JPH06100380A - セラミック体と金属部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】腐食性ガス、液体に対し耐性を有するセラミッ
ク体と金属部材の接合構造を提供することにある。 【構成】セラミック体１に金属部材２、３が、金もしく
はニッケルを主成分とする金属粉末に水素化チタンを
１．０乃至４０．０重量部添加したロウ材４、５を介し
直接ロウ付けされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック体と金属部材
の接合構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セラミック体と金属部材の接合は
生もしくは焼成セラミック体表面にモリブデン、マンガ
ン等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー及び溶剤
を添加混合し、ペースト状となしたものをスクリーン印
刷法により塗布し、これを還元雰囲気中で焼成して高融
点金属粉末とセラミック体とを焼結一体化させメタライ
ズ金属層を被着させるとともに該メタライズ金属層に金
属部材を銀ロウ材（銅ー銀合金）を介しロウ付けするこ
とによって行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のセラミック体と金属部材の接合はセラミック体に予
めメタライズ金属層を被着させておき、該メタライズ金
属層に金属部材を銀ロウ材を介しロウ付けすることによ
って行われており、メタライズ金属層を構成するモリブ
デン、マンガン及びロウ材を構成する銅、銀はいずれも
塩素ガス等の腐食性ガス、液体に弱いことから、例えば
半導体製造装置等の腐食性ガスを使用する装置の部品と
して適用するとメタライズ金属層やロウ材が腐食されて
セラミック体と金属部材の接合が破れるという欠点を有
していた。

【０００４】またこの従来のセラミック体と金属部材の
接合は、セラミック体表面に予めメタライズ金属層を被
着させておかなければならず、セラミック体表面にメタ
ライズ金属層を被着させる場合、予め金属ペーストを準
備する必要があり、該金属ペーストはモリブデン、マン
ガン等、高融点金属粉末をスクリーン印刷機のメッシュ
を通過する程度の粒径となるように微粉砕するとともに
有機バインダーおよび溶剤を添加し、ペースト状となす
ことによって製作され、金属ペーストの作製に多大な時
間と手間を要するという欠点も有する。

【０００５】更に前記モリブデン、マンガン等を使用し
たメタライズ金属層は酸化アルミニウムに代表される酸
化物系セラミック体にしか被着せず、窒化珪素や炭化珪
素に代表される窒化物系セラミック体、炭化物系セラミ
ック体には被着しないことからセラミック体と金属部材
の接合においてセラミック体側の材質に大きな制約を受
けるという欠点も有していた。

【０００６】

【発明の目的】本発明者は上記欠点に鑑み種々実験の結
果、腐食性ガスに対し耐性を有する金及びニッケルとチ
タンはその共晶物が酸化物系、窒化物系及び炭化物系の
すべてのセラミック体に活性があり、強固に接合すると
ともに金属部材に対しても強固に接合することを知見し
た。

【０００７】本発明は上記知見に基づき、腐食性ガス、
液体に対し耐性を有するセラミック体と金属部材の接合
構造を提供するをその目的とするものである。

【０００８】本発明の接合構造によれば腐食性ガス、液
体に対し耐性を有することから、例えば腐食性ガスを使
用する半導体製造装置等の部品に好適に使用される。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック体と
金属部材の接合構造は、セラミック体に金属部材が、金
もしくはニッケルを主成分とし、水素化チタンを1.0 乃
至40.0重量部添加したロウ材を介して直接ロウ付けされ
ていることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の接合構造においては、金もしくは
ニッケルを主成分とする金属に添加される水素化チタン
はその添加量が1.0 重量部未満であるとチタンー金、チ
タンーニッケル共晶物の絶対量が不足し、金属部材をセ
ラミック体に強固に接合させることができず、また40.0
重量部を越えるとチタンー金、チタンーニッケルの共晶
物が過剰に生成されるとともに該チタンー金、チタンー
ニッケルの共晶物とセラミック体とが反応して脆弱な反
応層が多量に形成され、セラミック体と金属部材との接
合部における機械的強度が大きく劣化してしまう。従っ
て、前記金もしくはニッケルを主成分とする金属に添加
される水素化チタンの添加量は1.0 乃至40.0重量部の範
囲に特定される。

【００１１】

【実施例】次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき
詳細に説明する。図1 は本発明のセラミック体と金属部
材の接合構造を半導体製造装置の真空装置に取着される
真空端子に適用した場合の一実施例を示し、1 はセラミ
ック体、2 はスリーブ、3 はリードピンである。

【００１２】前記セラミック体1 は外周部に鍔部1aを、
中心部に貫通孔1bを有しており、鍔部1aには筒状のスリ
ーブ2 がロウ材4 を介してロウ付けされ、また貫通孔1b
にはリードピン3 がその両端を突出させた状態で挿通固
定される。

【００１３】前記セラミック体1 は酸化アルミニウム質
焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体等の電気
絶縁材料から成りリードピン3 を電気的絶縁をもって保
持する作用を為す。

【００１４】尚、前記セラミック体1 は酸化アルミニウ
ム質焼結体から成る場合、例えばアルミナ(Al ₂ O ₃ )
、シリカ(SiO₂ ) 、マグネシア(MgO) 、カルシア(CaO)
等に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して成る原料粉
末を準備し、次に前記原料粉末を所定形状のプレス型内
に充填するとともに所定圧力で押圧して形成し、最後に
前記成形品を約1600℃の温度で焼成することによって製
作される。

【００１５】前記セラミック体1 はまたその外周部の鍔
部1aにスリーブ2 がロウ材4 を介して直接ロウ付けされ
ており、これによってスリーブ2 はセラミック体1 の鍔
部1a取着される。

【００１６】前記スリーブ2 は真空端子を半導体製造装
置の真空装置に取着する作用を為し、例えば、コバール
金属(Fe-Ni-Co 合金) やチタン(Ti)等の金属材料で形成
され、コバール金属やチタン等のインゴット( 塊) を従
来周知の金属加工法を採用し、筒状に加工することによ
って得られる。

【００１７】尚、前記スリーブ2 がコバール金属から成
る場合、スリーブ2 の表面には耐蝕性を向上させるため
にロウ付け前に厚さ3 μm 以上のニッケルメッキ層が層
着される。

【００１８】また前記スリーブ2 をセラミック体1 の鍔
部1aにロウ付けするロウ材4 は、金もしくはニッケルを
主成分とする金属に水素化チタンを1.0 乃至40.0重量部
添加したものから成り、セラミック体1 の鍔部1aとスリ
ーブ2 との間にロウ材4 を配するとともにこれを約1000
℃の温度で加熱するとロウ材4 の水素化チタンは金、ニ
ッケルと反応してセラミック体1 及びスリーブ2 に対し
活性の有る金ーチタン、ニッケルーチタンの共晶物を作
り、該金ーチタン、ニッケルーチタンの共晶物によって
スリーブ2 をセラミック体1 に直接強固に接合させるこ
ととなる。

【００１９】尚、前記ロウ材4 はそれを構成する金、ニ
ッケル及び水素化チタンのいずれもが塩素ガス等、腐食
性ガスに対し耐性があることからセラミック体1 にスリ
ーブ2 をロウ材4 を介しロウ付けした後、ロウ材4 等に
塩素ガス等の腐食性ガスが接触したとしてもロウ材4 は
一切腐食を受けることはなく、その結果、セラミック体
1 へのスリーブ2 の強固な接合をそのまま維持すること
が可能となる。

【００２０】また前記セラミック体1 はその中央部の貫
通孔1bにリードピン3 が両端を突出させた状態で挿通固
定されている。

【００２１】前記セラミック体1 の貫通孔1b内に挿通さ
れるリードピン3 は真空装置内の装置と真空装置外の装
置を電気的に接続させる作用を為し、コバール金属やチ
タン等の金属材料で形成されている。

【００２２】尚、前記リードピン3 がコバール金属から
成る場合、リードピン3 の表面には耐蝕性を向上させる
ためにロウ付け前に厚さ3 μm 以上のニッケルメッキ層
が層着される。

【００２３】前記リードピン3 はセラミック体1 の貫通
孔1b内に挿通させるとともにセラミック体1 の貫通孔1b
周辺にロウ材5 を介しロウ付けすることによってセラミ
ック体1 に固定される。

【００２４】前記リードピン3 をセラミック体1 に固定
するロウ材5 は、前記セラミック体1 にスリーブ2 をロ
ウ付けするロウ材4 と実質的に同一材料のものが使用さ
れ、スリーブ2 をセラミック体1 に接合させる時と同様
の方法によってセラミック体1 にリードピン3 を接合さ
せる。

【００２５】尚、前記ロウ材5 はロウ材4 と同様、塩素
ガス等、腐食性ガスに対し耐性があることからセラミッ
ク体1 にリードピン3 をロウ材5 を介しロウ付けした
後、ロウ材5 等に塩素ガス等の腐食性ガスが接触したと
してもロウ材5 は一切腐食を受けることはなく、その結
果、セラミック体1 へのリードピン3 の強固な接合をそ
のまま維持することが可能となる。

【００２６】かくして上述の真空端子によればスリーブ
2 を半導体製造装置等の真空装置に取着し、真空装置内
の装置と真空装置外の装置とをリードピン3 の突出した
両端にそれぞれ電気的に接続させることによって真空装
置内外の装置間に電気信号を伝達させる端子として機能
する。

【００２７】(実験例)次に本発明の作用効果を以下に示
す実験例に基づき説明する。まず、セラミック体として
酸化アルミニウム質焼結体(Al ₂ O ₃ ) 、窒化珪素質焼
結体(Si ₃ N ₄ ) 、炭化珪素質焼結体(SiC) を準備し、
次にこれらセラミック体に、主成分としての金(Au)もし
くはニッケル(Ni)粉末に水素化チタンを外添加で表1 及
び表2 に示す量添加して成るロウ材試料を間に挟んで直
径5mm 、長さ20mmのコバール金属から成る金属棒を配す
るとともにこれを10^-5Torrの真空中、約1000℃の温度で
焼成し、ロウ材試料中の金もしくはニッケルと水素化チ
タンとを反応させて、金ーチタンもしくはニッケルーチ
タンの共晶物を生成させるとともに該共晶物をセラミッ
ク体と金属棒とに反応させて金属棒をセラミック体に接
合させる。

【００２８】そして次に前記金属棒をセラミック体に接
合させた直後及び塩素ガス（濃度20％）中に100 時間放
置した後、金属棒をセラミック体に対し垂直方向に引っ
張り、金属棒がセラミック体から剥がれた際の引っ張り
強度を調べ、単位面積当たりの接合強度を算出した。

【００２９】尚、表1 、表2 中、試料番号17乃至19は本
発明と比較するための比較試料であり、各セラミック体
に予めモリブデンーマンガンから成るメタライズ金属層
をスクリーン印刷法を採用することによって被着させる
とともに該メタライズ金属層に金属棒を銀ロウ( 銀ー銅
合金) を介しロウ付けしたものである。上記の結果を表
1 及び表2 に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】上記実験結果からも判るように従来のセ
ラミック体にモリブデンーマンガン等のメタライズ金属
層を被着させ、更にメタライズ金属層に金属部材をロウ
付け接合させたものはメタライズ金属層が酸化アルミニ
ウム質焼結体には被着するものの炭化珪素質焼結体や窒
化珪素質焼結体には一切被着せず、セラミック体と金属
部材との接合においてセラミック体側に大きな制約を受
ける。これに対し本発明の接合構造によれば金属部材を
酸化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪
素質焼結体のいずれにもその接合強度が2Kg/mm² 以上の
強度で接合し、金属部材をあらゆるセラミック体に強固
に接合させることが可能となる。

【００３３】また従来のメタライズ金属層に金属部材を
ロウ付け接合させたものは塩素ガス中に100 時間放置さ
せておくとメタライズ金属層及びロウ材が塩素ガスによ
る腐食を受けメタライズ金属層のセラミック体に対する
接合強度が約70% にまで低下してしまうのに対し、本発
明の接合構造によればセラミック体に金属部材を接合さ
せるロウ材に腐食性ガス、液体に対し耐性を有する金属
のみを使用していることからロウ材に腐食性ガス等が接
触したとしてもロウ材は腐食を受けることはなく、その
結果、セラミック体と金属部材の接合を強固な状態で維
持することが可能となる。

【００３４】従って、本発明のセラミック体と金属部材
の接合構造は腐食性ガス、液体を使用する装置、例えば
半導体製造装置等に使用される部品に好適に適用され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック体と金属部材の接合構造を
半導体製造装置の真空装置に取着される真空端子に適用
した場合の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・セラミック体 ２・・・・スリーブ ３・・・・リードピン ４、５・・ロウ材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミック体に金属部材が、金もしくはニ
   ッケルを主成分とし、水素化チタンを１．０乃至４０．
   ０重量部添加したロウ材を介して直接ロウ付けされてい
   ることを特徴とするセラミック体と金属部材の接合構
   造。