コンポジット接合材及び接合体
【課題】接合可能な部材の形状や材質に制約がなく、また濡れ性を向上させるための表面処理の必要がなく、さらには再利用が可能な、高強度、且つ、抵抗発熱しないコンポジット接合材を提供する。
【解決手段】Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相２内にＩＴＯ（In2O3-SnO2）粉末３を均一に分散させることにより接合材１を形成する。
【解決手段】Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相２内にＩＴＯ（In2O3-SnO2）粉末３を均一に分散させることにより接合材１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種類の異種部材同士を接合するためのコンポジット接合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒーターや静電チャック等の半導体製造装置用サセプタの端子接合部分等、使用温度が最大で１００〜２００℃程度、且つ、導電性が必要な接合部分の接合材として、インジウム，インジウム合金，スズ合金等の接合材や、アルミニウムや銀等の金属ロウとアルミナ等のセラミックス粉末の混合体からなる接合材が用いられている。
【特許文献１】特開２００２−２９３６５５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２８２４５号公報
【特許文献３】特開平１１−３１４９７４号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、インジウム，インジウム合金，スズ合金等の接合材は軟質金属により形成されているために、この接合材により部材を接合した場合には、接合部分の強度が不足する。一方、上記混合体からなる接合材では、セラミックス粉末が導電性を有さないために、導電性が必要な接合部分に適用した場合には、接合部分が抵抗発熱する可能性がある。なお、このような抵抗発熱を回避するために接合面積を大きくする方法が考えられるが、接合面積を大きくした場合には、接合部分の残留応力が増大し、破壊の可能性が高くなる。
【０００４】
また上記混合体からなる接合材を用いて部材を接合する場合には、図３（ａ）に示すようにセラミックス粉末１１と金属ロウ１３を接合領域に積層配置しなければならないので、金属ロウ１３を収納する収納孔１２を接合部材（図３（ａ）の例では端子７）に形成しなければならない等、接合可能な部材の形状や材質に制約が生じる。またこの場合、金属ロウ１３とセラミックス粉末１１の濡れ性を向上するためにメッキやスパッタ等の表面処理を施す必要がある。さらにこの場合、接合後は金属ロウ１３とセラミックス粉末１１が反応することにより図３（ｂ）に示すように高融点の化合物１４が形成されるために、一度複合化した金属ロウ１３を再溶融して再利用することはできない。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接合可能な部材の形状や材質に制約がなく、また濡れ性を向上させるための表面処理の必要がなく、さらには再利用が可能な、高強度、且つ、抵抗発熱しないコンポジット接合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るコンポジット接合材は、少なくとも２種類の異種部材同士を接合するための接合材であって、インジウム，インジウム合金，及びスズ合金のうちのいずれかの金属材料からなる金属ロウと、当該金属ロウ内に均一に分散されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム・スズ酸化物）粉末とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、金属ロウ内にＩＴＯ粉末が均一に分散されているので、接合材の強度を向上させることができる。
【０００８】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、ＩＴＯ粉末が導電性を有し、且つ、インジウムとスズの濡れ性が良好であるために、抵抗発熱を抑えることができる。
【０００９】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、接合時に金属ロウとＩＴＯ粉末を積層配置する必要がないので、接合可能な部材の形状や材質に制約がない。
【００１０】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、金属ロウとＩＴＯ粉末の濡れ性が良好であるので、濡れ性を向上させるための表面処理を施す必要がない。
【００１１】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、接合後に高融点の化合物が形成されないので、再溶融して金属ロウを再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、図１に示すように、Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相（金属ロウ）２内にＩＴＯ（In2O3-SnO2）粉末３を均一に分散させることにより、高強度、且つ、抵抗発熱しない接合材１を形成できることを知見した。なお、Ｉｎ合金としては、Ｉｎ−Ｓｎ，Ｉｎ−Ａｕ，Ｉｎ−Ｃｕ等を例示することができる。また、Ｓｎ合金としては、Ｓｎ−ＰｎやＳｎ−Ｚｎ等を例示することができる。
【００１３】
この接合材１を調製する場合は、始めに、メタル相２を構成する金属材料を溶融し、溶融した金属材料内に所定量（金属材料に対し１０〜９０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜７０ｖｏｌ％）、且つ、所定粒径（平均粒径０．１〜１００μｍ，好ましくは平均粒径０．１〜２０μｍ）のＩＴＯ粉末３を添加，攪拌する。そして攪拌完了後、金属材料を冷却し、所定形状に加工する。そしてこの接合材１を用いて、例えば内部に埋設されたメッシュ電極４の一部が露出するように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体５表面に形成された接合穴６において、ＡｌＮ焼結体５（メッシュ電極３）とメッシュ電極３に電圧を印加するための端子７とを接合する場合には、始めに、接合穴６の底部に接合材１を配置した後、接合材１上に端子７と重りをセットする。そしてメタル相２の融点まで接合部分を加熱し、メタル相２の溶融を確認してから所定時間保持した後、冷却する。
【００１４】
このように、接合材１を用いて異種部材を接合する場合、接合時に構成材料を積層配置する必要がないので、接合可能な部材の形状や材質に制約がない。またメタル相２とＩＴＯ粉末３の濡れ性は良好であるので、濡れ性を向上させるための表面処理を施す必要がない。さらには接合後に高融点の化合物が形成されることがないので、再溶融してメタル相２を構成する金属材料を再利用することができる。
【００１５】
〔実施例〕
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
【００１６】
上述の調製方法により以下の表１に示す組成を有する実施例１〜４３及び比較例１〜９の接合材を調製し、調製された各接合材を用いて上述の接合方法によりＡｌＮ焼結体５に端子７を接合した。そして各接合体についてＡｌＮ焼結体５を固定した状態で端子７を０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張ることにより接合部分の強度を測定した。またＡｌＮ焼結体５の側壁部分において露出しているメッシュ電極４にＡｇペーストを塗布し、端子７とＡｇペースト間の抵抗を測定した。測定結果は表１に合わせて示す。
【表１】
【００１７】
表１から明らかなように、実施例１〜４３の接合材を用いた接合領域の電気抵抗はいずれも、金属ロウにセラミックス粉末を混入させた比較例９の接合材を用いた接合領域の電気抵抗よりも大幅に小さい。このことから、Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相２内にＩＴＯ粉末３を均一に分散させることにより、接合領域の電気抵抗を小さくし、抵抗発熱を抑制できることが知見された。
【００１８】
また、実施例３，８，１３，１８，２３の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例１，２の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。さらに実施例３３，３６の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例５，６の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。このことから、ＩＴＯ粉末の含有量が同じである場合には、ＩＴＯ粉末の平均粒径は０．１〜１００μｍの範囲内にあることが望ましいことが知見された。
【００１９】
また、実施例１１〜１５の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例３，４の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。さらに実施例３２〜３４の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例７，８の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。このことから、ＩＴＯ粉末の平均粒径が同じである場合には、ＩＴＯ粉末の含有量は１０〜９０ｖｏｌ％の範囲内にあることが望ましいことが知見された。
【００２０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の接合材の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す接合材を用いた部材の接合方法を説明するための模式図である。
【図３】従来の接合材を用いた部材の接合方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：接合材
２：メタル相
３：ＩＴＯ粉末
４：メッシュ電極
５：窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体
６：接合穴
７：端子
１１：セラミックス粉末
１２：収納孔
１３：金属ロウ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種類の異種部材同士を接合するためのコンポジット接合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒーターや静電チャック等の半導体製造装置用サセプタの端子接合部分等、使用温度が最大で１００〜２００℃程度、且つ、導電性が必要な接合部分の接合材として、インジウム，インジウム合金，スズ合金等の接合材や、アルミニウムや銀等の金属ロウとアルミナ等のセラミックス粉末の混合体からなる接合材が用いられている。
【特許文献１】特開２００２−２９３６５５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２８２４５号公報
【特許文献３】特開平１１−３１４９７４号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、インジウム，インジウム合金，スズ合金等の接合材は軟質金属により形成されているために、この接合材により部材を接合した場合には、接合部分の強度が不足する。一方、上記混合体からなる接合材では、セラミックス粉末が導電性を有さないために、導電性が必要な接合部分に適用した場合には、接合部分が抵抗発熱する可能性がある。なお、このような抵抗発熱を回避するために接合面積を大きくする方法が考えられるが、接合面積を大きくした場合には、接合部分の残留応力が増大し、破壊の可能性が高くなる。
【０００４】
また上記混合体からなる接合材を用いて部材を接合する場合には、図３（ａ）に示すようにセラミックス粉末１１と金属ロウ１３を接合領域に積層配置しなければならないので、金属ロウ１３を収納する収納孔１２を接合部材（図３（ａ）の例では端子７）に形成しなければならない等、接合可能な部材の形状や材質に制約が生じる。またこの場合、金属ロウ１３とセラミックス粉末１１の濡れ性を向上するためにメッキやスパッタ等の表面処理を施す必要がある。さらにこの場合、接合後は金属ロウ１３とセラミックス粉末１１が反応することにより図３（ｂ）に示すように高融点の化合物１４が形成されるために、一度複合化した金属ロウ１３を再溶融して再利用することはできない。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接合可能な部材の形状や材質に制約がなく、また濡れ性を向上させるための表面処理の必要がなく、さらには再利用が可能な、高強度、且つ、抵抗発熱しないコンポジット接合材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るコンポジット接合材は、少なくとも２種類の異種部材同士を接合するための接合材であって、インジウム，インジウム合金，及びスズ合金のうちのいずれかの金属材料からなる金属ロウと、当該金属ロウ内に均一に分散されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム・スズ酸化物）粉末とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、金属ロウ内にＩＴＯ粉末が均一に分散されているので、接合材の強度を向上させることができる。
【０００８】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、ＩＴＯ粉末が導電性を有し、且つ、インジウムとスズの濡れ性が良好であるために、抵抗発熱を抑えることができる。
【０００９】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、接合時に金属ロウとＩＴＯ粉末を積層配置する必要がないので、接合可能な部材の形状や材質に制約がない。
【００１０】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、金属ロウとＩＴＯ粉末の濡れ性が良好であるので、濡れ性を向上させるための表面処理を施す必要がない。
【００１１】
本発明に係るコンポジット接合材によれば、接合後に高融点の化合物が形成されないので、再溶融して金属ロウを再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明の発明者は、鋭意研究を重ねてきた結果、図１に示すように、Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相（金属ロウ）２内にＩＴＯ（In2O3-SnO2）粉末３を均一に分散させることにより、高強度、且つ、抵抗発熱しない接合材１を形成できることを知見した。なお、Ｉｎ合金としては、Ｉｎ−Ｓｎ，Ｉｎ−Ａｕ，Ｉｎ−Ｃｕ等を例示することができる。また、Ｓｎ合金としては、Ｓｎ−ＰｎやＳｎ−Ｚｎ等を例示することができる。
【００１３】
この接合材１を調製する場合は、始めに、メタル相２を構成する金属材料を溶融し、溶融した金属材料内に所定量（金属材料に対し１０〜９０ｖｏｌ％、好ましくは３０〜７０ｖｏｌ％）、且つ、所定粒径（平均粒径０．１〜１００μｍ，好ましくは平均粒径０．１〜２０μｍ）のＩＴＯ粉末３を添加，攪拌する。そして攪拌完了後、金属材料を冷却し、所定形状に加工する。そしてこの接合材１を用いて、例えば内部に埋設されたメッシュ電極４の一部が露出するように窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体５表面に形成された接合穴６において、ＡｌＮ焼結体５（メッシュ電極３）とメッシュ電極３に電圧を印加するための端子７とを接合する場合には、始めに、接合穴６の底部に接合材１を配置した後、接合材１上に端子７と重りをセットする。そしてメタル相２の融点まで接合部分を加熱し、メタル相２の溶融を確認してから所定時間保持した後、冷却する。
【００１４】
このように、接合材１を用いて異種部材を接合する場合、接合時に構成材料を積層配置する必要がないので、接合可能な部材の形状や材質に制約がない。またメタル相２とＩＴＯ粉末３の濡れ性は良好であるので、濡れ性を向上させるための表面処理を施す必要がない。さらには接合後に高融点の化合物が形成されることがないので、再溶融してメタル相２を構成する金属材料を再利用することができる。
【００１５】
〔実施例〕
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明する。
【００１６】
上述の調製方法により以下の表１に示す組成を有する実施例１〜４３及び比較例１〜９の接合材を調製し、調製された各接合材を用いて上述の接合方法によりＡｌＮ焼結体５に端子７を接合した。そして各接合体についてＡｌＮ焼結体５を固定した状態で端子７を０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張ることにより接合部分の強度を測定した。またＡｌＮ焼結体５の側壁部分において露出しているメッシュ電極４にＡｇペーストを塗布し、端子７とＡｇペースト間の抵抗を測定した。測定結果は表１に合わせて示す。
【表１】
【００１７】
表１から明らかなように、実施例１〜４３の接合材を用いた接合領域の電気抵抗はいずれも、金属ロウにセラミックス粉末を混入させた比較例９の接合材を用いた接合領域の電気抵抗よりも大幅に小さい。このことから、Ｉｎ，Ｉｎ合金，及びＳｎ合金のうちのいずれかの金属材料からなるメタル相２内にＩＴＯ粉末３を均一に分散させることにより、接合領域の電気抵抗を小さくし、抵抗発熱を抑制できることが知見された。
【００１８】
また、実施例３，８，１３，１８，２３の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例１，２の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。さらに実施例３３，３６の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例５，６の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。このことから、ＩＴＯ粉末の含有量が同じである場合には、ＩＴＯ粉末の平均粒径は０．１〜１００μｍの範囲内にあることが望ましいことが知見された。
【００１９】
また、実施例１１〜１５の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例３，４の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。さらに実施例３２〜３４の接合材を用いた接合領域の接合強度はいずれも比較例７，８の接合材を用いた接合領域の接合強度よりも大きい。このことから、ＩＴＯ粉末の平均粒径が同じである場合には、ＩＴＯ粉末の含有量は１０〜９０ｖｏｌ％の範囲内にあることが望ましいことが知見された。
【００２０】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の接合材の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す接合材を用いた部材の接合方法を説明するための模式図である。
【図３】従来の接合材を用いた部材の接合方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：接合材
２：メタル相
３：ＩＴＯ粉末
４：メッシュ電極
５：窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体
６：接合穴
７：端子
１１：セラミックス粉末
１２：収納孔
１３：金属ロウ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の異種部材同士を接合するための接合材であって、インジウム，インジウム合金，及びスズ合金のうちのいずれかの金属材料からなる金属ロウと、当該金属ロウ内に均一に分散されたＩＴＯ粉末とを含むことを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項２】
請求項１に記載のコンポジット接合材において、前記ＩＴＯ粉末は前記金属ロウに対し１０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下の割合で混入されていることを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のコンポジット接合材において、前記ＩＴＯ粉末の平均粒径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のコンポジット接合材により少なくとも２種類の異種部材同士を接合することにより形成されていることを特徴とする接合体。
【請求項１】
少なくとも２種類の異種部材同士を接合するための接合材であって、インジウム，インジウム合金，及びスズ合金のうちのいずれかの金属材料からなる金属ロウと、当該金属ロウ内に均一に分散されたＩＴＯ粉末とを含むことを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項２】
請求項１に記載のコンポジット接合材において、前記ＩＴＯ粉末は前記金属ロウに対し１０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下の割合で混入されていることを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のコンポジット接合材において、前記ＩＴＯ粉末の平均粒径が０．１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内にあることを特徴とするコンポジット接合材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のコンポジット接合材により少なくとも２種類の異種部材同士を接合することにより形成されていることを特徴とする接合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２３９３８１（Ｐ２００８−２３９３８１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８０２８４（Ｐ２００７−８０２８４）
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２６日（２００７．３．２６）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]