JP2003163300A - 気密パッケージの封止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】封止材料を用いた封止法と、直接溶接封止する
方法の利点を最大限に応用してかつ欠点を払拭した気密
パッケージの封止方法を提供する。 【解決手段】開口部を有する金属容器１の底部又は側壁
部に複数のリード端子封着穴２を設け、このリード端子
封着穴にガラス材４を用いてリード端子３を気密封着し
た気密端子の前記開口部に金属製のふたを溶着する気密
パッケージの封止方法において、前記開口部とふた間に
低融点金属６を挟み込みシーム溶接することを特徴とす
る。 【効果】気密端子のガラスを用いてリード端子を気密封
着する位置や寸法の制限が少なく構造の自由度が高く、
またシーム溶接法で低融点金属を溶かすため、局部加熱
になるので、内部に素子などを実装するときの接合材料
の制限は必要とせず樹脂系の接合材料を用いている場合
のガス発生による不具合も起こらず高信頼性が確保でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、圧電
素子、光素子、集積回路等が搭載される回路部品の気密
パッケージの封止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】気密パッケージは、図４に示すように、
箱形の金属容器１の側壁面あるいは底面に（図示せ
ず）、リード端子封着穴２を設け、前記リード端子封着
穴２にリード端子３を挿通するとともに、ガラス４で前
記リード端子３を封着した気密端子Ｔ内部に、回路部品
(図示せず）を接合材料を用いて実装するとともに、ふ
た５で前記回路部品を気密に封入した構造になってい
る。

【０００３】従来、前記回路部品を気密パッケージに気
密にパッケージングする際、前記ふた５の封止方法とし
ては、気密端子Ｔの材料並びに封止用のふた５の材料の
組み合わせによって、かつ搭載する回路部品の構成材料
によって種々の封止方法が採用されている。大きく分類
すると、封止材料を用いて接合する方法と直接気密端子
Ｔとふた５を溶接する方法の２種に大別できる。

【０００４】封止材料を用いてふた５を気密端子Ｔに封
止する場合は、前記封止材料として低融点ガラス、樹脂
接着剤、低温はんだ（Ｓｎ／Ｐｂ系）、低温ロウ材（Ａ
ｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金など）、高温ロウ材（銀
ロウなど）などが用いられる。この場合、全体加熱（パ
ッケージ内に搭載された回路部品類も含めて）を封止材
料の融点まで行い融着させるものである。

【０００５】一方の直接気密端子Ｔとふた５を溶接する
場合は、プロジェクション溶接、シームシール溶接、レ
ーザー溶接、電子ビーム溶接などによって封止する。こ
の場合はシーリングする箇所の材料のみの局部加熱方式
であり、全体加熟は必要としない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】封止材料を用いて気密
パッケージを封止する方法では、比較的低温で封止する
ために気密端子にガラス４を用いてリード端子３を気密
封着する位置や寸法（リード端子封着穴２の位置および
寸法）の制限が少なく構造の自由度が高い利点があるも
のの、全体加熱を行うために内部に素子などを装着した
回路部品を実装するときの接合材料はふたを封止すると
きの温度よりも高いものが最低限必要であることは言う
までもなく、それよりも低くしても、特に樹脂系の接合
材料を用いている場合はガス発生による不具合も予想さ
れ、高信頼性に問題がある。

【０００７】一方の直接気密端子Ｔとふた５を溶着する
溶接法では、局部加熱方式であるため内部に素子などの
回路部品を実装するときの接合材料への熱伝達は低く押
さえられ選択自由度が広く、かつ接合強度や気密性など
に対して高信頼性が高いためオールメタルで構成したパ
ッケージングには最適な封止方法である。しかしながら
構造、形状及び寸法の制限がある。

【０００８】例えばプロジェクション溶接の場合は、気
密端子及びふたは、電極で挾み込んでシールするための
フランジを設け、かつフランジ部にはプロジェクション
をフランジのどちらか一方に形成する構造体である。こ
の場合フランジ分だけ気密端子サイズが大きくなってし
まうことと、気密端子のリード端子の取り出しはフラン
ジより内側の底部に形成せざるを得なくなり、リード端
子を横方向へ伸長させる面実装タイプには不向きであ
る。

【０００９】シームシール溶接、レーザー溶接、電子ビ
ーム溶接の場合は前記プロジェクション方式と異なり、
フランジを設ける必要がなくかつリード端子の取り出し
にも制限することなく面実装にも対応できる軽薄短小へ
の技術革新が可能で優れた手法である。

【００１０】しかしながら局部加熱といっても基本的に
気密端子を構成する材料どうしを溶接するわけであり、
シーリング部は材料が融ける温度まで構成しなければな
らず熱の伝達から考えた場合、リード端子をガラス封着
する位置（リード端子封着穴の位置）は、封止するとき
の熱応力を考慮して設計し、熱影響を与えない距離の確
保が必要となり、軽薄化の難点が出ている。

【００１１】さらに気密端子とふたの接する面を溶着す
るわけであるから、直接その接合部にエネルギを加える
のではなく、例えばふたの上面から間接的に印加され溶
接することになるのであって、ふたが厚すぎるとそれだ
けパワーが必要になり局部加熱といえども内部の素子な
どの回路部品への熱伝達を考慮して、通常はふたの厚み
は０．１ｍｍ程度にした設計を取っており構造的に画一
化されている。また、異種材料の溶接の場合、熱膨張差
によるパッケージの反り変形とか溶接部クラックなどの
不具合もでてくる。

【００１２】したがって、本発明の目的は、封止材料を
用いた封止法と、直接溶接封止する方法の利点を最大限
に応用してかつ欠点を払拭した気密パッケージの封止方
法を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による気密パッケ
ージの封止方法は、開口部を有する金属容器の底部又は
側壁部に複数のリード端子封着穴を設け、このリード端
子封着穴にガラス材を用いてリード端子を気密封着した
気密端子の前記開口部に金属製のふたを溶着する気密パ
ッケージの封止方法において、前記開口部とふた間に低
融点金属を挟み込みシーム溶接することを特徴とする。

【００１４】また本発明によれば、気密パッケージを構
成する金属容器並びに金属製ふた板の材質組み合わせ
が、コバール／コバール、鉄／鉄、アルミ合金／アルミ
合金、アルミ合金／コバール、アルミ合金／鉄、銅合金
／銅合金、銅合金／コバール、銅合金／鉄、及びステン
レス／ステンレスであり、かつ低融点金属が銀錫合金、
金錫合金、金ゲルマニウム合金、金シリコン合金などの
５００℃以下の融点を有する金属であることを特徴とし
ている。

【００１５】本発明によれば、５００℃以下の低融点金
属で封止するために気密端子のガラスを用いてリード端
子を気密封着する位置や寸法の制限が少なく構造の自由
度が高く、またシーム溶接法で低融点金属を溶かすた
め、局部加熱になるので、内部に素子などを実装すると
きの接合材料の制限は必要とせず樹脂系の接合材料を用
いている場合のガス発生による不具合も起こらず高信頼
性が確保できる。

【００１６】さらにプロジェクション溶接のような、フ
ランジを設ける必要がなく小型化に対応できることと、
リード端子の取り出しは縦横方向どちらにも伸長できる
構造にも対応可能である。

【００１７】基本的に気密パッケージを構成する材料ど
うしを溶接するのでなく中間に挟み込んだ低融点金属が
溶けるレベルのエネルギでよく、熱伝達から考えた場
合、リード端子をガラス融着した位置は、封止部から限
りなく近傍に設置しても問題を生じる危険が軽減される
ことは自明である。

【００１８】さらに低パワーの印加ですむわけであるか
らふたの厚みは０．１ｍｍと薄くする必要はなく構造的
にも設計自由度が増大する。また、異種材料の接合で
も、熱膨張差によるパッケージの反り変形は溶接法より
低温で処理されるため影響が少なく、溶接クラックとい
う問題は発生しない。

【００１９】

【実施例】本発明の気密パッケージの封止方法について
以下に説明する。

【００２０】本発明の気密パッケージは図１に断面図を
示すように、箱状に形成した、たとえばコバール製の箱
状の金属容器１の側壁にリード端子封着穴２を設け、た
とえばホウ珪酸系ガラス４で、たとえばコバール製のリ
ード端子３を気密封着し、しかる後、金属容器１及びリ
ード端子３の表面にニッケルメッキを３ミクロンさらに
金メッキを２ミクロン施している。

【００２１】本気密パッケージ内には半導体素子や固体
素子又はそれらが搭載された回路基板などの回路部品が
搭載され、内部リード端子３１などにワイヤーボンディ
ングで配線される（図示せず）。符号６は本発明の封止
用金属であるＡｕ８０％／Ｓｎ２０％合金の低融点金属
層であり、前記低融点金属層６によって、ふた５と気密
端子Ｔ(図２参照）の開口部１１は溶着された構造にな
っている。

【００２２】図２は本発明による気密パッケージの封止
方法を示す工程の説明図であるが、この図より明らかな
ように、上述の気密端子Ｔの前記金属容器１に所要の素
子や基板などの部品搭載並びに配線終了後に（図示せ
ず）、低融点金属６を金属容器１の開口部１１に載せ、
さらにふた５を被せるようになっている。

【００２３】前記低融点金属６は、前記金属容器１の開
口部１１である外内径に概略同寸法にした額状のプリフ
ォーム（板厚０．０５ｍｍ）形状であり、さらにふた５
はコバール製であり、裏面にニッケルメッキを３ミクロ
ンさらに金メッキを２ミクロン施し、前記金属容器１の
開口部１１である外径に概略同寸法とした平板構造であ
る。

【００２４】この時に低融点金属６は事前にふた５側へ
仮溶着して置くことができる。このように仮溶着してお
くと、セット時のズレ込み対策となる。この状態でシー
ム溶接機を用いてふた５を封止することになるが（図３
参照）、対峙するローラー電極７をふた５上部の周辺に
設置し、回転させながら電流を流すことで、電極との接
触部付近で発熱量が多くなり中間に介在する低融点金属
６が溶け出し封止される。

【００２５】本発明の封止方法によれば、前記低融点金
属６が溶けるレベルの低電流エネルギの印加でよく、気
密パッケージの構成材料が溶けることはない。従来の封
止方法では中間に低融点金属が介在するものでないた
め、気密パッケージの材料そのものを溶着可能な高電流
エネルギを印加し、溶接しているところが大きな相違と
いえる。

【００２６】それ故リード端子封着穴２のガラス封止箇
所への熱応力負荷の軽減になることと、回路部品搭載部
への熱負荷も軽微になることから構造設計の自由度が増
し、さらに回路部品を搭載する際の接合剤やポッティン
グ剤（通常は樹脂系の接着剤が主）などの選択幅が広く
なる。

【００２７】本発明によれば、低融点金属６を溶かして
溶着させるわけであるから、従来のようなシーム溶接法
のように封止するふたの板厚制限（溶接する箇所の板厚
は金属容器との接触部への発熱量確保のため０．１ｍｍ
程度にする必要がある）が無くなることで剛性が図れ
る。

【００２８】前記実施例においては、金属容器／ふたが
コバール／コバール組み合わせとしたが、これに限定さ
れることなく低融点金属よりも融点が高ければ可能であ
る。しかしながら、好ましくは軽量化、熱放散性、膨張
係数及び耐環境特性を考慮した組み合わせであるのがよ
い。

【００２９】たとえば、気密パッケージを構成する金属
容器並びに金属製ふたの材質組み合わせが、コバール／
コバール、鉄／鉄、アルミ合金／アルミ合金、アルミ合
金／コバール、アルミ合金／鉄、銅合金／銅合金、銅合
金／コバール、銅合金／鉄、及びステンレス／ステンレ
スであり、かつ低融点金属が銀錫合金、金錫合金、金ゲ
ルマニウム合金、金シリコン合金などの５００℃以下の
融点を有する金属であるのがよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、発明によれば、５
００℃以下の低融点金属で封止するために気密端子のガ
ラスを用いてリード端子を気密封着する位置や寸法の制
限が少なく構造の自由度が高く、またシーム溶接法で低
融点金属を溶かすため、局部加熱になるので、内部に素
子などを実装するときの接合材料の制限は必要とせず樹
脂系の接合材料を用いている場合のガス発生による不具
合も起こらず高信頼性が確保できる。

【００３１】さらにプロジェクション溶接のような、フ
ランジを設ける必要がなく小型化に対応できることと、
リード端子の取り出しは縦横方向どちらにも伸長できる
構造にも対応可能である。

【００３２】基本的に気密パッケージを構成する材料ど
うしを溶接するのでなく中間に挟み込んだ低融点金属が
溶けるレベルのエネルギでよく、熱伝達から考えた場
合、リード端子をガラス融着した位置は、封止部から限
りなく近傍に設置しても問題を生じる危険が軽減される
ことは自明である。さらに低パワーの印加ですむわけで
あるからふたの厚みは０．１ｍｍと薄くする必要はなく
構造的にも設計自由度が増大する。また、異種材料の接
合でも、熱膨張差によるパッケージの反り変形は溶接法
より低温で処理されるため影響が少なく、溶接クラック
という問題は発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の気密パッケージの断面
図。

【図２】本発明による気密パッケージの封止方法を示す
説明図。

【図３】本発明による気密パッケージの封止方法を示す
説明図。

【図４】従来の気密パッケージの封止方法を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 金属容器 ２ リード端子封着穴 ３ リード端子 ４ ガラス ５ ふた ６ 低融点金属 ７ ローラー電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を有する金属容器の底部又は側壁
   部に複数のリード端子封着穴を設け、このリード端子封
   着穴にガラス材を用いてリード端子を気密封着した気密
   端子の前記開口部に金属製のふたを溶着する気密パッケ
   ージの封止方法において、前記開口部とふた間に低融点
   金属を挟み込みシーム溶接することを特徴とする気密パ
   ッケージの封止方法。
2. 【請求項２】 前記金属容器並びに金属製ふたの材質組
   み合わせが、コバール／コバール、鉄／鉄、アルミ合金
   ／アルミ合金、アルミ合金／コバール、アルミ合金／
   鉄、銅合金／銅合金、銅合金／コバール、銅合金／鉄、
   及びステンレス／ステンレスであることを特徴とする請
   求項１記載の気密パッケージの封止方法。
3. 【請求項３】 前記低融点金属が銀錫合金、金錫合金、
   金ゲルマニウム合金、金シリコン合金の一種以上である
   ５００℃以下の融点を有する材料を用いた請求項１また
   は２記載の気密パッケージの封止方法。