JPH046769A - 電子部品用ガラス端子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光素子、半導体素子やハイブリッド回路など
を搭載する電子部品用ガラス端子（以下、ガラス端子と
いう）に関する。

［従来の技術］ 上記ガラス端子として、従来より、素子等の搭載用の金
属製のアイレットに同じく金属製の入出力用線路のリー
ドをガラスを用いて気密に封着してなるガラス端子があ
る。

このガラス端子は、コンプレッションシール法またはマ
ツチドシール法により、アイレットにリードを気密に封
着している。

以下に、その両シール法を詳述する。

コンプレッションシール法は、アイレットを、ガラスや
リードに比べて、熱膨張係数の大きい金属から形成して
、上記ガラスをアイレットと共に加熱して溶融させた後
冷却する際に、アイレットの収縮力でアイレットにリー
ドをガラスを用いて気密に封着する方法である。

他方、マツチドシール法は、アイレット、カラスおよび
リードに、それぞれ熱膨張係数の近似する部材を用いて
、アイレット表面とリード周囲とに形成した酸化被膜を
介して、アイレットにリードをガラスを用いて気密に封
着する方法である。

この両シール法を比較すると、マツチドシール法により
形成したガラス端子は、その製法の特徴から、耐熱気密
性に優れており、コンプレッションシール法により形成
したガラス端子は、それに用いる材料の特性から、熱放
散性に優れている。

しかしながら、従来のガラス端子は、アイレットに鉄や
鉄を主成分とする合金の鉄−ニノケルコバルト合金など
を用いていて、近時の高集積化した発熱量の大きい半導
体素子などを搭載するガラス端子には、それらの素子と
アイレットとの熱膨張係数が合わなかったり、アイレッ
トの熱放散性が悪かったりして、不適当なものであった
。

そのため、アイレットに、熱膨張係数がンリフンからな
る半導体素子などに近くて、熱伝導率の高い、焼結させ
たタングステンに銅を含浸させてなる銅合金を用いたガ
ラス端子（特開昭６２−７３６４８号公報、特開昭６３
−１６５８２号公報記載のもの）か提案されている。

このガラス端子は、アイレット表面に、直接にまたはニ
ッケルめっき層などのバリヤ層を介して、鉄めっき層ま
たは鉄−ニッケル合金めっき層などの鉄を含む金属めっ
き層を形成して、その金属めっき層に含まれる鉄を用い
て、金属めっき層表面に酸化被膜を形成することにより
、その酸化被膜を介して、アイレットにリードを、マツ
チドシール法により、ガラスを用いて気密に封着してい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記ガラス端子は、その耐熱気密性が従
来のコンプレッションシール法により形成したガラス端
子とほぼ同程度であって、近時の高信頼性を要求される
ガラス端子には、適応不十分てあった。

具体的には例えば、アイレットに半導体素子をボンティ
ングする際などには、ガラス端子を４００〜４５０°Ｃ
前後に加熱することがあり、そうした際に、ガラス端子
を４３０℃程度に加熱した時点でアイレットとガラスと
の封着部の気密性か損なわれてしまった。

その理由は、上記ガラス端子では、鉄を含む金属めっき
層がアイレット表面に直接に露出していて、アイレット
をウニ、トガスを充満させた高温炉内に入れる等して、
上記金属めっき層表面に酸化被膜を形成した際に、金属
めっき層表面に密着性が悪くて脆いＦｅｔｕｓやＦｅＯ
を主成分とする酸化被膜が形成されるからである。そし
て、その密着性が悪（て脆い酸化被膜を介して、ガラス
がアイレフトに封着力弱く封着されているからである。

なお、前記銅合金からなるアイレットは、ガラスに近い
熱膨張係数を持っているので、そのアイレットにリード
ヲ、コンプレッションシール法により、ガラスを用いて
気密に封着することはできない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、ア
イレットに熱膨張係数が半導体素子などの熱膨張係数に
近くて熱伝導率の高い金属を用いたガラス端子であって
、アイレットにリードをガラスを用いて高耐熱気密性を
持たせて封着可能なガラス端子を提供することを目的と
している。

［課題を解決するための手段］ 上記目的のために、本発明の第１のガラス端子は、アイ
レットにリードをガラスを用いて気密に封着してなるガ
ラス端子において、前記アイレットに、ニッケル３．５
〜１２重量％、銅１５〜８重量％、残りがタングステン
と不可避不純物の組成の第１タングステン基焼結合金か
らなるアイレットであって、そのガラスとの接合面にニ
ッケル層またはコバルト層またはロジウム層等の／＜リ
ヤ層と鉄層とコバルト層とを順次備えて、そのコバルト
層にその直下の鉄層から拡散させた鉄を用いて、コバル
ト層表面に酸化被膜を形成したアイレットを用い、前記
ガラスにホウケイ酸系ガラスヲ用い、前記リードに鉄−
ニッケル−コバルト合金（以下、コバールという）から
なるリードであって、その周囲に酸化被膜を形成したリ
ードを用いたことを特徴としている。

本発明の第２のガラス端子は、上記第１のガラス端子に
おいて、第１タングステン基焼結合金からなるアイレッ
トに代えて、ニッケル３．５〜１２重量％、鉄１．５〜
８重量％、残りがタングステンと不可避不純物の組成の
第２タングステン基焼結合金からなるアイレットを用い
たことを特徴としている。

本発明の第３のガラス端子は、前記第１のガラス端子に
おいて、第１タングステン基焼結合金からなるアイレッ
トに代えて、ニッケル３．５〜１２重量％、鉄１，５〜
８重量％、モリブデン３゜５〜１２重量％、残りがタン
グステンと不可避不純物の組成の第３タングステン基焼
結合金からなるアイレットを用いたことを特徴としてい
る。

本発明の第４のガラス端子は、前記第１のガラス端子に
おいて、第１タングステン基焼結合金からなるアイレッ
トに代えて、焼結させたタングステンまたはモリブデン
に銅を含浸させた銅合金（以下、銅合金という）からな
るアイレットを用いたことを特徴としている。

［作用コ 上記構成の第１、第２、第３、第４のカラス端子におい
ては、アイレットをアニール（加熱処理）等して、アイ
レットのガラスとの接合面に備えたコバルト層にその直
下の鉄層から鉄を拡散させた際に、鉄層直下に備えたバ
リヤ層が、アイレットを形成している下地金属がバリヤ
層上方に拡散するのを防ぐ。それと共に、バリヤ層が、
その直上の鉄層から鉄がアイレットを形成している下地
金属に拡散、消失するのを防ぐ。さらに、鉄層が他の金
属を含んでいないので、コバルト層にその直下の鉄屑か
ら鉄が十分に拡散する。

そして、アイレットをアニール等してコバルト層にその
直下の鉄層から鉄を拡散させた際に、そのコバルト層に
十分に拡散した鉄がコバルト層表面周辺に鉄合金を的確
に作って、コバルト層表面が良好な酸化被膜が形成され
やすい状態となる。

そのため、その後、アイレットをウェットガスを充満さ
せた高温炉内等に入れる等して、コバルト層に拡散させ
た鉄を用いて、コバルト層表面に酸化被膜を形成した際
に、コバルト層表面に密着性が悪くて脆いＦｅ、０３や
ＦｅＯを主成分とする酸化被膜が形成されずに、コバル
ト層表面に密着性が良くて頑強なスピネル型構造をした
Ｆｅ、０４やＣＯＦ　ｅ　ｔｏ＋等を主成分とする酸化
被膜が確実に形成される。それと共に、鉄層直上を覆う
コバルト層により、鉄層が上記ウェットガスに直接に触
れて鉄層表面にＦｅ、０３やＦｅＯを主成分とする密着
性の悪い脆弱な酸化被膜が形成されるのが防止される。

また、第１、第２、第３タングステン基焼結合金の熱膨
張係数は４．４〜６．　　ＯＸ　１０−”／”Ｃであり
、銅合金の熱膨張係数は６．０〜７．２Ｘ１０１／℃で
あり、ホウケイ酸系ガラスの熱膨張係数は約４．　８　
Ｘ　１０−＠／’Ｃであり、コバールの熱膨張係数は４
．８Ｘ１０−”／’Ｃであり、それらの熱膨張係数は互
いに近似している。

そのため、上記第１、第２、第３タングステン基焼結合
金または銅合金からなるアイレットにコバールからなる
リードを、ホウケイ酸系ガラスを用いて封着した場合に
、アイレットのガラスとの接合面にあたるコバルト層表
面に形成した前記密着性が良くて頑強なＦ　ｅ　３０４
やＣｏＦｅ、Ｏ，等を主成分とする酸化被膜を介して、
マツチドシール法により、アイレットにリードがガラス
により気密性高く強固に封着される。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に従い説明する。

第１図と第２図は本発明の第１、第２、第３、第４のガ
ラス端子の好適な実施例を示し、第１図はその斜視図、
第２図はそのリード周辺の拡大断面図を示している。以
下、この図中の実施例を説明する。

図において、１０は、はぼ円盤状をした素子等の搭載用
のアイレットである。このアイレット１０を、前記第１
、第２、第３タングステン基焼結合金、銅合金のいずれ
かから形成している。

このうち、第１、第２、第３タングステン基焼結合金は
、電子部品用構造部材として近時開発されたもので、そ
の詳細は特願平２−１９６３９号明細書、特願平２−１
９６４０号明細書に記載されている。これらのタングス
テン基焼結合金の熱膨張係数は、既述のように、ホウケ
イ酸系ガラス、コバール、熱膨張係数が４．２Ｘ１０−
／’Ｃのシリコンの熱膨張係数に近似している。それと
共に、これらのタングステン基焼結合金の熱伝導率は約
０．３０６ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ−’Ｃと、鉄の熱伝導
率の０．１８ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ・℃に比べて高い。

また、これらのタングステン基合金は、粉末成形法によ
り、各種形状に形成可能である。

そのため、アイレットをこれらのタングステン基焼結合
金を用いて粉末成形法により形成すれば、アイレットと
それに搭載するシリコンからなる半導体素子等との熱膨
張係数のマツチングを図った、高熱放散性のアイレット
であって、アイレットにコバールからなるリードを、マ
ツチドシール法により、ホウケイ酸系ガラスを用いて気
密性高く封着したガラス端子を手数をかけずに容易に形
成できる。加えて、粉末成形法によりほぼアイレット形
状に形成したタングステン基焼結合金に、若干の機械加
工を施すことにより、複雑な形状をしたアイレットも手
数をかけずに容易に形成できる。

さらに、これらのタングステン基焼結合金は、例えばそ
の引張り強度が約８０〜１２０ｋｇ／ｍｍ２あって、機
械的強度が高く、これらのタングステン基焼結合金を用
いてアイレットを形成すれば、アイレットを薄く軽量化
できる。

他方、銅合金の熱膨張係数も、既述のように、ホウケイ
酸系ガラス、コバール、シリコンの熱膨張係数に近似し
ている。それと共に、その熱伝導率も約０．５ＣａＩ／
Ｃｍ−５ｅＣ・℃と、鉄の熱伝導率に比べて高い。この
銅合金からなるアイレットは、焼結させたタングステン
またはモリフデンに銅を含浸させて形成した銅合金プロ
、りを切削加工することにより、形成可能である。その
ため、アイレットをこの銅合金から形成すれば、アイレ
ットとそれに搭載するシリコンからなる半導体素子等と
の熱膨張係数のマツチングを図った、高熱放散性のガラ
ス端子であって、アイレットにコバールからなるリード
を、マツチドシール法により、ホウケイ酸系ガラスを用
いて気密性高く封着したガラス端子を形成できる。

アイレット１０表面には、後述のリード封着用の貫通穴
２０を透設している。このガラスとの接合面にあたる貫
通穴２０内周面を含むアイレット１０表面には、ニッケ
ルめっき層またはコバルトめっき層またはロジウムめっ
き層などからなるバリヤ層３０と、鉄めっき層からなる
鉄層４０と、コバルトめっき層からなるコバルト層５０
とを順次備えている。そして、そのコバルト層５０にそ
の直下の鉄層４０から鉄を拡散させて、そのコバルト層
５０に拡散させた鉄を用いて、コバルト層５０表面にス
ピネル型構造をしたＦｅ５０．やＣ０Ｆ　ｅ　ｙｏ　ａ
等を主成分とする密着性が良くて頑強な酸化被膜７０を
形成している。

なお、バリヤ層３０、鉄層４０、コバルト層５０は、ス
パッタリング、ＣＶＤ　（気相成長法）などにより、上
記貫通穴２０内周面に備えても良く、バリヤ層３０は、
ニッケルとコバルトなどとの合金層であっても良い。ま
た、貫通穴２０内周面以外のアイレット１０表面には、
上記１＜リヤ層３０等を備えずに、耐食用、素子ボンデ
ィング用等のめっき層等のみを備えても良い。

８０は、コバールからなる入出力用線路のり一ド８０で
ある。このソー１８０周囲には、リード８０に含まれる
鉄やコバルト等を用いて、密着性が良くて頑強なスピネ
ル型構造をしたＦｅ３Ｏ４やＣｏＦｅ、Ｏ，等を主成分
とする酸化被膜８２を形成している。

アイレットの貫通穴２０には、その内周面のコバルト層
５０表面に形成した前記酸化被膜７０を介して、周囲に
上記酸化被膜８２を形成したリード８０を、貫通穴２０
を貫通させて、マ・ノチドシール法により、ホウケイ酸
系ガラス９０を用いて気密に封着している。

以下に、このアイレットの貫通穴２０にリード８０をホ
ウケイ酸系ガラス９０を用いて気密に封着している方法
を詳述する。

前記第１、第２、第３タングステン基焼結合金または銅
合金からなるアイレットを、脱脂処理した後、エツチン
グ液に浸漬して、その貫通穴２０内周面を含むアイレッ
ト１０表面を、めっき層などが密着しやすいように活性
化している。

次に、ガラスとの接合面にあたる貫通穴２０内周面を含
むアイレット１０表面に、めっき層なとからなるバリヤ
層３０、鉄層４０、コバルト層５０を順次形成している
。

次に、アイレッ１−１０を約９００°Ｃの高温炉内に約
３０分門人れてアニール（加熱処理）して、鉄層４０か
らその直上のコバルト層５０に鉄を拡散させている。

その後、アイレット１０をウェットガスを充満させた高
温炉内に入れて、上記鉄を拡散させたコバルト層５０表
面に、スピネル型構造をしたＦｅ３Ｏ４やＣｏＦｅｔＯ
ｈ等を主成分とする酸化被膜７０を形成している。

また、コバールからなるリード８０を脱脂処理、酸処理
して洗浄した後、脱炭処理して、ソー１８０周囲に酸化
被膜形成用の素地を形成している。

そして、リード８０をウェットガスを充満した高温炉内
に入れて、ソー１８０周囲にＦ　ｅ　：＋　０４やＣｏ
Ｆｅ、Ｏ，等を主成分とする酸化被膜８２を形成してい
る。なお、リード８０を形成しているコノ＼−ルはガラ
ス封着材料として広く用いられており、上記ウェットガ
スや高温炉内の温度などを適宜調整することにより、ソ
ー１８０周囲に上記酸化被膜８２を形成することは容易
である。

また、アイレットの貫通穴２０に嵌入可能なホウケイ酸
系ガラスを仮焼結してなるリング状のタブレット（図示
せず）を形成している。そして、そのタブレットをアイ
レットの貫通穴２０に嵌入していると共に、タブレット
内側にリード８０を挿通している。そして、それらを共
に約１０００℃の高温炉内の中性ガス雰囲気中で約１５
分加熱して、タブレットを溶融させた後冷却している。

その際には、アイレット１０、タブレット、り一ド８０
をガラス端子組み立て用のカーボン治具（図示せず）内
に入れて、それらを動かぬように位置決め支持している
。

そして、アイレットの貫通穴２０にリード８０を、マツ
チドシール法により、ホウケイ酸系カラス９０を用いて
気密に封着している。

第１図と第２図に示した本発明の第１、第２、第３、第
４のガラス端子は、以上のように構成している。

次に、上述本発明の第１、第２、第３、第４のガラス端
子と従来のガラス端子との気密性の比較実験例を説明す
る。

本発明の第１、第２、第３、第４のガラス端子では、そ
の第１、第２、第３タングステン基焼結合金または銅合
金からなるアイレットのガラスとの接合面にあたる貫通
穴内周面に、ニッケルめっき層からなる厚さ約２μｍの
バリア層、鉄めっき層からなる厚さ約２μｍの鉄層、コ
バルトめっき層からなる厚さ約２μｍのコバルト層を順
次備えて、そのコバルト層にその直下の鉄層から拡散さ
せた鉄を用いて、コバルト層表面にスピネル型構造をし
たＦ　ｅ　３０４やＣｏＦｅ、Ｏ，等を主成分とする酸
化被膜を形成した。また、従来のガラス端子でＣ１、そ
の焼結させたタングステンに銅を含浸させてなる銅合金
で形成したアイレットのガラスとの接合面にあたる貫通
穴内周面に、鉄−ニッケル合金めっき層からなる厚さ４
μｍの金属めっき層を形成して、その金属めっき層に含
まれる鉄を用いて、金属めっき層表面に酸化被膜を形成
した。

そして、本発明の第１、第２、第３、第４のガラス端子
と従来のガラス端子共、上記アイレットの貫通穴に、そ
の穴内周面に形成した上記酸化被膜を介して、コバール
からなるリードであって、その周囲に酸化被膜を形成し
たリードを、マツチドシール法により、ホウケイ酸系ガ
ラスを用いて気密に封着した。そして、その気密性を調
べたところ、次の第１表のようになった。

第１表 第１表における気密性試験は、本発明の第１、第２、第
３、第４のガラス端子と従来のガラス端子に表中の加熱
温度を表中の加熱時間づつ順次加算的に加えた場合のそ
れぞれのガラス端子の気密性の良、不良を示している。

この第１表によれば、本発明の第１、第２、第３、第４
のガラス端子は、従来のガラス端子に比べて、高温に加
熱しても、その気密性が良好に保たれることが判る。

また、実験によれば、ニッケルめっき層なとのバリヤ層
３０は厚さ約２〜４μｍとすれば、アイレット１０を形
成している下地金属がバリヤ層３０上方の鉄層４０やコ
バルト層５０に拡散して、ガラス端子の気密性に悪影響
を及ぼすことが無いことが確認された。また、鉄層４０
はコバルト層５０表面にスピネル型構造をしたＦ　ｅ　
３０４やＣ。

Ｆ　ｅ　ｔｏ　４等を主成分とする酸化被膜７０を形成
するのに重要な役割を果たし、その厚さを約２〜４μｍ
とすれば、コバルト層５０表面に上記酸化被膜７０が的
確に形成されることが確認された。また、コバルト層５
０の厚さはアニール時間と密接な関係があって、その厚
さを約１〜３μｍとすれば、コバルト層５０表面に上記
ＦｅｚＯ＜やＣｏＦｅ、０４等を主成分とする酸化被膜
７０が的確に形成されるか、それ以上の厚さとすると、
コバルト層５０表面周辺の鉄の拡散量か減少して、コバ
ルト層５０表面に上記酸化被膜７０が的確に形成されに
くくなることが確認された。

なお、本発明の第１、第２、第３、第４のガラス端子は
、第１図に示したような、アイレット１０が円盤状をし
たソリッドタイプのガラス端子の外に、アイレットがキ
ャップ状をしたキャンタイプのガラス端子、あるいはハ
イブリッド回路や半導体素子などを収容する、周壁を金
属で形成した方形状等のガラス端子にも利用可能である
。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の第１、第２、第３、第４
のガラス端子によれば、近時の高集積化した半導体素子
などを搭載するのに好適な、その素子などを形成してい
るンリフンに近い熱膨張係数を持った、熱放散性の良い
、第１、第２、第３タングステン基焼結合金または銅合
金からなるアイレットにリードを、マツチドシール法に
より、ガラスを用いて高耐熱気密性を持たせて封着して
なる、高信頼性のガラス端子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１、第２、第３、第４の電子部品用
ガラス端子の斜視図、第２図は第１図のガラス端子のリ
ード周辺の拡大断面図である。 １０・・・アイレット、２０・・・貫通穴、３０・・・
バリヤ層、４０・・・鉄層、５０・・−コバルト層、７
０・・・酸化被膜、８０・・・リード、８２・・・酸化
被膜、９０・・・ホウケイ酸系ガラス。 特許出願人　新光電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アイレットにリードをガラスを用いて気密に封着し
   てなるガラス端子において、前記アイレットに、ニッケ
   ル３．５〜１２重量％、銅１．５〜８重量％、残りがタ
   ングステンと不可避不純物の組成の第１タングステン基
   焼結合金からなるアイレットであって、そのガラスとの
   接合面にニッケル層またはコバルト層またはロジウム層
   等のバリヤ層と鉄層とコバルト層とを順次備えて、その
   コバルト層にその直下の鉄層から拡散させた鉄を用いて
   、コバルト層表面に酸化被膜を形成したアイレットを用
   い、前記ガラスにホウケイ酸系ガラスを用い、前記リー
   ドに鉄−ニッケル−コバルト合金からなるリードであっ
   て、その周囲に酸化被膜を形成したリードを用いたこと
   を特徴とする電子部品用ガラス端子。 ２、請求項１記載の電子部品用ガラス端子において、第
   １タングステン基焼結合金からなるアイレットに代えて
   、ニッケル３．５〜１２重量％、鉄１．５〜８重量％、
   残りがタングステンと不可避不純物の組成の第２タング
   ステン基焼結合金からなるアイレットを用いたことを特
   徴とする電子部品用ガラス端子。 ３、請求項１記載の電子部品用ガラス端子において、第
   １タングステン基焼結合金からなるアイレットに代えて
   、ニッケル３．５〜１２重量％、鉄１．５〜８重量％、
   モリブデン３．５〜１２重量％、残りがタングステンと
   不可避不純物の組成の第３タングステン基焼結合金から
   なるアイレツトを用いたことを特徴とする電子部品用ガ
   ラス端子。 ４、請求項１記載の電子部品用ガラス端子において、第
   １タングステン基焼結合金からなるアイレットに代えて
   、焼結させたタングステンまたはモリブデンに銅を含浸
   させた銅合金からなるアイレットを用いたことを特徴と
   する電子部品用ガラス端子。