JPH10284155A - Airtight terminal and its manufacture - Google Patents
Airtight terminal and its manufactureInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子などを
保持する気密パッケージに用いる気密端子およびその製
造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an airtight terminal used for an airtight package for holding a semiconductor device and the like, and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、気密端子は金属製のベースにリ
ードを挿通するための貫通孔を設けるとともに、この貫
通孔にリードを挿通し、ガラスによってリードを気密絶
縁的に封着した構造となっている。気密端子はその封着
方法によって整合封着タイプと圧縮封着タイプとに大別
される。2. Description of the Related Art Generally, a hermetic terminal has a structure in which a lead is inserted through a metal base, and the lead is inserted through the through hole, and the lead is hermetically sealed with glass. ing. Hermetic terminals are roughly classified into a matched sealing type and a compression sealing type according to the sealing method.
【０００３】前者の整合封着タイプは、金属とガラスの
収縮差が最も小さくなるように両者の熱膨張係数がほぼ
同じものを選択し、金属とガラスの界面に形成された酸
化膜を介して化学的にリードを封着するものである。各
材料の組み合わせ代表例とその熱膨張係数を以下に示
す。In the case of the former matching sealing type, those having substantially the same thermal expansion coefficient are selected so that the difference in shrinkage between the metal and the glass is minimized, and via the oxide film formed at the interface between the metal and the glass. It chemically seals the lead. Representative examples of combinations of the respective materials and their thermal expansion coefficients are shown below.
【０００４】 ベース：鉄−ニッケル−コバルト合金（４５〜５０×１０-7／℃） ガラス：硬質ガラス （４６×１０-7／℃） リード：鉄−ニッケル−コバルト合金（４５〜５０×１０-7／℃） ベースおよびリードには鉄−ニッケル−コバルト合金
（以下、コバールと称する）、ガラスには硼珪酸ガラス
などの硬質ガラスを用い、ベースの貫通孔にガラスによ
ってリードを封着している。この整合封着タイプにおい
ては、リードにコバールを用いるためリード強度に優れ
ている反面、コバールの価格は鉄材の約２０倍するた
め、コストが非常に高くなるという短所がある。Base: iron-nickel-cobalt alloy (45-50 × 10 −7 / ° C.) Glass: hard glass (46 × 10 −7 / ° C.) Lead: iron-nickel-cobalt alloy (45-50 × 10 − / ° C.) 7 / ° C) An iron-nickel-cobalt alloy (hereinafter referred to as Kovar) is used for the base and the lead, and a hard glass such as borosilicate glass is used for the glass, and the lead is sealed in the through hole of the base with the glass. . The alignment and sealing type uses Kovar for the lead, which is excellent in lead strength, but has the disadvantage that the cost of Kovar is about 20 times as high as that of an iron material, resulting in a very high cost.
【０００５】一方、後者の圧縮封着タイプは、金属とガ
ラスの熱膨張係数の差を利用してガラスに同心円状の圧
縮応力を与えリードを封着するものである。各材料の組
み合わせとその熱膨張係数を以下に示す。[0005] On the other hand, the latter compression sealing type uses a difference in the coefficient of thermal expansion between metal and glass to apply concentric compressive stress to glass and seal the lead. The combination of each material and its coefficient of thermal expansion are shown below.
【０００６】 ベース：冷間圧延鋼 （１３０×１０-7／℃） リード：鉄−ニッケル合金（ ９５×１０-7／℃） ガラス：軟質ガラス （ ９５×１０-7／℃） ベースにはＳＰＣなどの冷間圧延鋼、ガラスにはソーダ
系ガラスなどの軟質ガラスを用い、ベースの貫通孔にガ
ラスとリードを装填し、ガラスを加熱溶融した後、冷却
固化すると両者の収縮力の差によりベースがガラスとリ
ードを圧縮し、機械的にリードを封着するものである。Base: cold rolled steel (130 × 10 −7 / ° C.) Lead: iron-nickel alloy (95 × 10 −7 / ° C.) Glass: soft glass (95 × 10 −7 / ° C.) Cold-rolled steel, such as cold-rolled steel, and soft glass such as soda-based glass are used for the glass.Glass and leads are loaded into the through-holes in the base, and the glass is heated and melted. Is to compress the glass and the lead and mechanically seal the lead.
【０００７】ところで、この圧縮封着タイプにおいては
ベースに鉄材を用いているため、低コストであるという
長所があるが、リードに用いる鉄−ニッケル合金は整合
封着で用いるコバールに比べ強度的に劣るため、例えば
気密端子のリードを挟持して封着治具に自動挿入する工
程や、バレルめっき工程などでリードが折曲したり損傷
したりするという不都合が起こる。こうした不都合を取
り除く方法として、例えば特開昭５９−１８６３４９号
公報に開示されているように、リードに鉄−ニッケル合
金に代えてコバールを採用した圧縮封着タイプの気密端
子が提案されている。各材料の組み合わせとその熱膨張
係数を以下に示す。[0007] By the way, this compression sealing type has an advantage that the cost is low because an iron material is used for the base, but the iron-nickel alloy used for the lead is stronger than the Kovar used for the matching sealing. For example, there is a disadvantage that the lead is bent or damaged in a process of automatically inserting the lead of the hermetic terminal into a sealing jig and a barrel plating process, for example. As a method of removing such inconvenience, for example, as disclosed in JP-A-59-186349, a compression-sealing type airtight terminal employing Kovar instead of an iron-nickel alloy for a lead has been proposed. The combination of each material and its coefficient of thermal expansion are shown below.
【０００８】 ベース：冷間圧延鋼 （１３０×１０-7／℃） リード：コバール （ ４５×１０-7／℃） ガラス：中間ガラス （ ７５×１０-7／℃） このタイプにおいては、リードに用いたコバールの熱膨
張係数が約４５〜５０×１０-7／℃であり、前述したよ
うに熱膨張係数が約９５×１０-7／℃の軟質ガラスを用
いると、ガラスとリードの熱膨張係数の差が大きすぎる
ため、リードの根元から圧縮歪みが生じ、ガラスにクラ
ックが発生することがある。このため、ガラスには例え
ば熱膨張係数が約７５×１０-7／℃である硬質ガラスと
軟質ガラスの中間ガラスを用いている。これによれば、
低コストであるという圧縮封着タイプの長所を生かしつ
つ、リード強度にも優れた気密端子を得ることができ
る。Base: Cold rolled steel (130 × 10 −7 / ° C.) Lead: Kovar (45 × 10 −7 / ° C.) Glass: Intermediate glass (75 × 10 −7 / ° C.) The thermal expansion coefficient of Kovar used is about 45 to 50 × 10 −7 / ° C., and as described above, when soft glass having a thermal expansion coefficient of about 95 × 10 −7 / ° C. Since the difference between the coefficients is too large, a compressive strain is generated from the root of the lead, and a crack may be generated in the glass. For this reason, for the glass, for example, an intermediate glass between a hard glass and a soft glass having a thermal expansion coefficient of about 75 × 10 −7 / ° C. is used. According to this,
An airtight terminal with excellent lead strength can be obtained while taking advantage of the low cost cost of the compression sealing type.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このようにして得られ
た気密端子に半導体素子を金−シリコン共晶合金（共晶
温度３５０℃）によって搭載する際、例えばレーザダイ
オードなどではダイボンディング温度が４００℃を越え
るものがある。上記説明したようにコバールリードを採
用した圧縮封着タイプの気密端子においては、熱膨張係
数が約７５×１０ -7／℃の中間ガラスを用いているが、
ベース素材であるＳＰＣのそれと大きな差があるため、
封着後にダイボンディング工程で４００℃を越える温度
まで加熱した場合、ベースとガラスの界面からリークが
発生し、気密性が劣化するという問題がある。図２はこ
れを図示したものであり、矢印Ｐ１はベース１の収縮力
および収縮方向、矢印Ｐ２はガラス２の収縮力および収
縮方向を示し、この収縮力の差により両者の圧縮バラン
スが崩れ、ダイボンディング工程で４００℃以上に加熱
することによりベース１とガラス２の界面Ａからリーク
が発生する。SUMMARY OF THE INVENTION
The semiconductor element is connected to the gold-silicon eutectic alloy (eutectic
When mounting at a temperature of 350 ° C), for example, a laser die
For die etc., the die bonding temperature exceeds 400 ℃
There is something. Obtain Kovar leads as described above.
The compression-sealed type hermetic terminal used
Number is about 75 × 10 -7/ ° C intermediate glass is used,
Because there is a big difference from that of the base material SPC,
Temperature exceeding 400 ° C in the die bonding process after sealing
When heated up to, leaks from the interface between the base and glass
This causes a problem that airtightness is deteriorated. Figure 2
The arrow P1 indicates the contraction force of the base 1.
And the direction of shrinkage, the arrow P2 indicates the shrinkage force and
Indicates the direction of compression, and the difference between the contraction forces
Heats up to 400 ° C or more in the die bonding process
To leak from interface A between base 1 and glass 2
Occurs.
【００１０】また、熱膨張係数が約９５×１０-7／℃の
軟質ガラスを用いた場合、４００℃以上の温度において
もリークは発生しないが、ガラスとリードとの熱膨張係
数の差によりリード根元の部分からガラスに圧縮歪みが
生じ、ガラスにクラックが発生するという問題がある。
図３はこれを図示したものであり、矢印Ｐ２′はガラス
の収縮力および収縮方向、矢印Ｐ３はリードの収縮力お
よび収縮方向を示し、この収縮力の差により圧縮歪みが
生じ、ガラス２にクラック２ａが発生する。When soft glass having a coefficient of thermal expansion of about 95.times.10.sup.- 7 / .degree. C. is used, leakage does not occur even at a temperature of 400.degree. C. or more. There is a problem that compressive strain is generated in the glass from the root portion and cracks are generated in the glass.
FIG. 3 illustrates this, wherein an arrow P2 'indicates the contraction force and contraction direction of the glass, and an arrow P3 indicates the contraction force and contraction direction of the lead. Cracks 2a occur.
【００１１】すなわち、ガラスに中間ガラスを用いると
ベースとガラスの熱膨張係数の差が大きすぎ、ベースと
ガラスの界面からリークが発生し、ガラスに軟質ガラス
を用いるとガラスとリードとの熱膨張係数の差が大きす
ぎ、ガラスにクラックが発生するという問題が起こる。That is, when the intermediate glass is used for the glass, the difference in the thermal expansion coefficient between the base and the glass is too large, and a leak occurs from the interface between the base and the glass. When the soft glass is used for the glass, the thermal expansion between the glass and the lead is caused. There is a problem that the difference between the coefficients is too large and cracks occur in the glass.
【００１２】本発明は、上記２つの問題点を一挙に解決
するためのものであり、リードにコバールを採用するこ
とによりリード強度を向上させるとともに、ガラスにク
ラックが発生することなく、かつ４００℃以上の温度に
加熱してもベースとガラスの界面からリークが発生する
ことのない耐熱性に優れた気密端子およびその製造方法
を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above two problems at one time. The use of Kovar for the lead improves the strength of the lead, prevents the glass from cracking, and reduces the temperature to 400 ° C. It is an object of the present invention to provide a hermetic terminal excellent in heat resistance, in which no leak occurs from an interface between a base and glass even when heated to the above temperature, and a method for manufacturing the same.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ベースに形成された貫通孔にリードを挿通
し、ガラスによって前記リードを気密絶縁的に封着した
気密端子において、ベースには鉄または鉄を主成分とす
る素材を用い、リードには鉄−ニッケル−コバルト合金
を用い、ガラスにはアルミナフィラーを含有した軟質ガ
ラスを用いたものである。In order to achieve the above object, the present invention relates to a hermetic terminal in which a lead is inserted through a through hole formed in a base and the lead is hermetically sealed with glass. Is made of iron or a material containing iron as a main component, an iron-nickel-cobalt alloy is used for a lead, and soft glass containing an alumina filler is used for glass.
【００１４】また本発明は、ベースに形成された貫通孔
にリードを挿通し、ガラスによって前記リードを気密絶
縁的に封着する気密端子の製造方法であって、鉄−ニッ
ケル−コバルト合金からなるリードの全面に、あらかじ
め電解めっき法によりニッケルまたはニッケル合金めっ
き層を形成し、次いで鉄または鉄を主成分とする素材か
らなるベースに形成された貫通孔に前記リードおよびア
ルミナフィラーを含有した軟質ガラスを装填し、ガラス
を加熱溶融した後、冷却固化することにより前記ベース
に前記リードを気密絶縁的に封着するものである。The present invention also relates to a method for manufacturing a hermetic terminal in which a lead is inserted into a through hole formed in a base and the lead is hermetically insulated and sealed with glass, which is made of an iron-nickel-cobalt alloy. A nickel or nickel alloy plating layer is previously formed on the entire surface of the lead by an electrolytic plating method, and then a soft glass containing the lead and an alumina filler in a through hole formed in a base made of a material mainly composed of iron or iron. After the glass is heated and melted, the glass is cooled and solidified, thereby sealing the lead to the base in an airtight and insulating manner.
【００１５】この本発明によれば、圧縮封着タイプの気
密端子にコバールリードを採用することによりリード強
度を向上させるとともに、ガラスにクラックが発生する
ことがなく、かつ４００℃以上の温度に加熱しても、気
密性が劣化することのない耐熱性に優れた気密端子およ
びその製造方法を提供することができる。According to the present invention, the Kovar lead is used for the hermetic terminal of the compression-sealing type to improve the lead strength and to prevent the glass from cracking and to heat the glass to a temperature of 400 ° C. or more. Even so, it is possible to provide an airtight terminal excellent in heat resistance without deterioration in airtightness and a method for manufacturing the same.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ベースに形成された貫通孔にリードを挿通し、ガラ
スによってリードを気密絶縁的に封着した気密端子にお
いて、ベースには鉄または鉄を主成分とする素材を用
い、リードには鉄−ニッケル−コバルト合金を用い、ガ
ラスにはアルミナフィラーを含有した軟質ガラスを用い
たものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention according to claim 1 of the present invention relates to an airtight terminal in which a lead is inserted into a through hole formed in a base and the lead is hermetically insulated and sealed with glass. Iron or a material containing iron as a main component is used, an iron-nickel-cobalt alloy is used for a lead, and soft glass containing an alumina filler is used for glass.
【００１７】本発明の請求項２に記載の発明は、アルミ
ナフィラーの含有量は、前記軟質ガラスの４〜６重量％
であるものである。According to a second aspect of the present invention, the content of the alumina filler is 4 to 6% by weight of the soft glass.
It is something that is.
【００１８】本発明の請求項３に記載の発明は、前記軟
質ガラスの常温から５００℃までの熱膨張係数が９０〜
１００×１０-7／℃であるものである。According to a third aspect of the present invention, the soft glass has a coefficient of thermal expansion from room temperature to 500 ° C. of 90 to 90 ° C.
It is 100 × 10 −7 / ° C.
【００１９】圧縮封着タイプの気密端子は、ベースとガ
ラスの熱膨張係数の差による収縮差を利用してリードを
封着するものであり、ベース、ガラスおよびリードの熱
膨張係数のバランスが設計上、大きなポイントとなる。
すなわち、ベースに熱膨張係数が１３０×１０-7／℃の
冷間圧延鋼、リードに熱膨張係数が４５〜５０×１０ -7
／℃のコバールを採用した場合、ガラスに熱膨張係数が
９５×１０-7／℃の軟質ガラスを用いると、ガラスとリ
ードとの収縮差が大きすぎるため、リード根元から圧縮
歪みが生じ、ガラスにクラックが発生する。また、ガラ
スに熱膨張係数が７５×１０-7／℃の中間ガラスを用い
ると、ベースとガラスとの収縮差が大きすぎるため圧縮
バランスが崩れ、封着後に再度４００℃以上の温度に加
熱するとベースとガラスの界面からリークが発生する。
本発明においては、ガラスに熱膨張係数が９０〜１００
×１０-7／℃の軟質ガラスを用いているため、ベースか
らガラスに適度の収縮力を与えることができるため圧縮
バランスが崩れることがなく、封着後に再度４００℃以
上の温度に加熱してもベースとガラスの界面からリーク
が発生することがない。また、ガラスとリードの収縮差
によりリード根元にから圧縮歪みが生じ、ガラス内部に
クラックが発生しても、軟質ガラスに含有したアルミナ
フィラーによりクラックはガラス内部でせき止められ局
部的にとどまるため、ガラス外部にクラックが発生する
まで至ることがない。The hermetic terminal of the compression sealing type is composed of a base and a gasket.
The lead is made using the difference in shrinkage due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the lath.
Seals and heats the base, glass and leads
The balance of the expansion coefficient is a major point in the design.
That is, the base has a thermal expansion coefficient of 130 × 10-7/ ° C
Cold-rolled steel, lead has a coefficient of thermal expansion of 45-50 × 10 -7
/ Kovar of ° C, the coefficient of thermal expansion of glass
95 × 10-7The use of soft glass of
Compression from the root of the lead because the difference in contraction with the lead is too large
Distortion occurs, causing cracks in the glass. Also, gala
The coefficient of thermal expansion is 75 × 10-7/ ° C intermediate glass
Compression is too large because the difference in shrinkage between the base and the glass is too large.
The balance is lost, and after sealing, it is heated to 400 ° C or more again.
When heated, leakage occurs from the interface between the base and the glass.
In the present invention, the glass has a coefficient of thermal expansion of 90 to 100.
× 10-7/ ° C soft glass is used.
Can give a moderate shrink force to the glass
The balance is maintained, and after sealing,
Leak from interface between base and glass even when heated to above temperature
Does not occur. Also, the difference in shrinkage between glass and lead
Causes compressive strain from the root of the lead,
Even if cracks occur, alumina contained in soft glass
The cracks are blocked by the filler inside the glass and
Cracks occur outside the glass due to partial stay
Never reach.
【００２０】軟質ガラスには熱膨張係数が９０〜１００
℃×１０-7／℃のソーダ系ガラスを採用したが、熱膨張
係数が９０×１０-7／℃以下では、ベースとガラスの熱
膨張係数の差が大きくなるためリークが発生し、逆に１
００×１０-7／℃を越えるとガラスとリードとの熱膨張
係数の差が大きくなるためガラスにクラックが発生して
しまう。なお、発明者らの実験によると、熱膨張係数が
９５±１．５×１０-7／℃のソーダバリウムガラスを用
いることが望ましかった。The soft glass has a coefficient of thermal expansion of 90 to 100.
Although soda-based glass having a temperature of 10 × 10 −7 / ° C. was used, when the coefficient of thermal expansion was 90 × 10 −7 / ° C. or less, the difference in the coefficient of thermal expansion between the base and the glass increased, causing leakage. 1
If the temperature exceeds 00 × 10 −7 / ° C., the difference in thermal expansion coefficient between the glass and the lead becomes large, so that cracks occur in the glass. According to experiments by the inventors, it was desirable to use soda barium glass having a coefficient of thermal expansion of 95 ± 1.5 × 10 −7 / ° C.
【００２１】本発明の請求項３に記載の発明は、軟質ガ
ラスに封着された領域を含むリードの全面にニッケルま
たはニッケル合金めっき層が形成されたものである。According to a third aspect of the present invention, a nickel or nickel alloy plating layer is formed on the entire surface of a lead including a region sealed with a soft glass.
【００２２】本発明の請求項５に記載の発明は、前記ニ
ッケルまたはニッケル合金めっき層の厚みは３〜６μｍ
であるものである。According to a fifth aspect of the present invention, the nickel or nickel alloy plating layer has a thickness of 3 to 6 μm.
It is something that is.
【００２３】これによれば、ニッケルめっき層がガラス
内部に発生した圧縮歪みを吸収し、クッションの役割を
果たすことにより、ガラスにクラックが発生することを
防止することができる。According to this, the nickel plating layer absorbs the compressive strain generated inside the glass and plays a role of a cushion, thereby preventing the glass from being cracked.
【００２４】本発明の請求項６に記載の発明は、上述し
た気密端子を半導体装置用ステムに採用するものであ
る。半導体装置用ステムにおいては、ベースに半導体素
子をボンディングする際、４００℃を越える温度まで加
熱するものがあるが、アルミナフィラーを含有した熱膨
張係数が９０〜１００×１０-7／℃の軟質ガラスを用い
ると上述した作用により、ガラスにクラックが発生する
ことなく、かつ４００度を超える温度においても、ベー
スとガラスの界面からリークが発生することがない。According to a sixth aspect of the present invention, the above-mentioned hermetic terminal is employed in a stem for a semiconductor device. Some semiconductor device stems are heated to a temperature exceeding 400 ° C. when bonding a semiconductor element to a base. However, soft glass containing an alumina filler and having a thermal expansion coefficient of 90 to 100 × 10 −7 / ° C. With the above-mentioned effect, the above-described operation prevents cracks from occurring in the glass and does not cause leakage from the interface between the base and the glass even at a temperature exceeding 400 degrees.
【００２５】本発明の請求項７に記載の発明は、鉄−ニ
ッケル−コバルト合金からなるリードの全面に、あらか
じめ電解めっき法によりニッケルまたはニッケル合金め
っき層を形成し、次いで鉄または鉄を主成分とする素材
からなるベースに形成された貫通孔に前記リードおよび
アルミナフィラーを含有した軟質ガラスを装填し、ガラ
スを加熱溶融した後、冷却固化することによりベースに
リードを気密絶縁的に封着するものである。この方法に
よれば、上述したようにリードに形成されたニッケルめ
っき層および軟質ガラスに含有したアルミナフィラーの
働きにより、ガラスにクラックが発生することがなく、
かつ４００℃以上の高温においても、べースとガラスの
界面からリークが発生することがない。ニッケルまたは
ニッケル合金めっき層を電解めっき法により形成する理
由としては、無電解めっき法によるとめっき層が時系硬
化し、クッションとしての役割を果たさなくなるためで
ある。According to a seventh aspect of the present invention, a nickel or nickel alloy plating layer is formed in advance by electrolytic plating on the entire surface of a lead made of an iron-nickel-cobalt alloy, and then iron or iron is a main component. The lead and the soft glass containing the alumina filler are loaded into the through-hole formed in the base made of the material to be heated, and the glass is heated and melted, and then cooled and solidified to seal the lead to the base in an airtight and insulating manner. Things. According to this method, the cracks do not occur in the glass due to the function of the nickel plating layer formed on the lead and the alumina filler contained in the soft glass as described above,
Also, even at a high temperature of 400 ° C. or more, no leak occurs from the interface between the base and the glass. The reason why the nickel or nickel alloy plating layer is formed by the electroplating method is that the electroless plating method causes the plating layer to harden over time and does not serve as a cushion.
【００２６】以下、本発明の一実施の形態を図面を参照
しながら説明する。 （実施の形態１）図１（ａ）は本実施の形態によるレー
ザダイオード用ステムの断面図、（ｂ）は同要部断面図
である。図１（ａ）に示すように、ベース１に形成され
た貫通孔（図示せず）にリード３を挿通し、ガラス２に
よってリード３を気密絶縁的に封着した構造となってい
る。図１（ｂ）に示すように、ガラス２に封着された領
域を含むリード３の全面には、ニッケルめっき層６が３
〜６μｍ形成されている。これを使用するには、ベース
１上面に形成されたヒートシンク５にレーザダイオード
素子（図示せず）を接合し、リード３のベース１上面に
突出した領域とボンディングワイヤ（図示せず）で接続
する。なお、４はベース１下面に溶接されたアースリー
ドである。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1A is a sectional view of a laser diode stem according to the present embodiment, and FIG. As shown in FIG. 1A, a lead 3 is inserted into a through hole (not shown) formed in a base 1 and the lead 3 is hermetically sealed with a glass 2. As shown in FIG. 1B, a nickel plating layer 6 is coated on the entire surface of the lead 3 including the region sealed with the glass 2.
.About.6 .mu.m. To use this, a laser diode element (not shown) is bonded to a heat sink 5 formed on the upper surface of the base 1 and connected to a region of the lead 3 protruding from the upper surface of the base 1 by a bonding wire (not shown). . Reference numeral 4 denotes an earth lead welded to the lower surface of the base 1.
【００２７】次に、これらに用いた材料について説明す
る。ベースには常温〜５００℃までの熱膨張係数が１３
０×１０-7／℃のＳＰＣと呼ばれる冷間圧延鋼を用い
た。リードには同熱膨張係数が４５×１０-7／℃のコバ
ール（Ｆｅ：５４％、Ｎｉ：２８％、Ｃｏ：１８％）を
用いた。ガラスには同熱膨張係数が９４×１０-7／℃の
アルミナフィラーを５±０．５重量％含有したソーダバ
リウムガラスを用いた。以下にガラスの組成例を示す。
なお、組成中のＡｌ2Ｏ3はガラス顆粒を成形する前の原
材料として用いたものであり、顆粒成形後にフィラーと
して用いるアルミナとは異なる。Next, the materials used for these will be described. The base has a thermal expansion coefficient of 13 from room temperature to 500 ° C.
A cold-rolled steel called SPC at 0 × 10 −7 / ° C. was used. Kovar (Fe: 54%, Ni: 28%, Co: 18%) having the same thermal expansion coefficient of 45 × 10 −7 / ° C. was used for the lead. As the glass, soda barium glass containing 5 ± 0.5% by weight of an alumina filler having the same coefficient of thermal expansion of 94 × 10 −7 / ° C. was used. Examples of glass compositions are shown below.
Note that Al 2 O 3 in the composition is used as a raw material before forming glass granules, and is different from alumina used as a filler after forming granules.
【００２８】 ＳｉＯ2 ６６重量％ ＢａＯ １２重量％ Ａｌ2Ｏ3 ４重量％ Ｎａ2Ｏ ７重量％ Ｋ2Ｏ ６重量％ Ｌｉ2Ｏ ３重量％ 次に、このレーザダイオード用ステムの製造方法につい
て説明する。SiO 2 66 wt% BaO 12 wt% Al 2 O 3 4 wt% Na 2 O 7 wt% K 2 O 6 wt% Li 2 O 3 wt% Next, a method of manufacturing this laser diode stem will be described. I do.
【００２９】まず、コバール材からなるリードをバレル
内に収納し、電解めっき法によりニッケルめっき層を３
〜６μｍ形成する。次いでカーボン製の封着治具を用い
ベースの貫通孔にリードとガラスタブレットを組み立て
る。このガラスタブレットの製造方法を以下に説明す
る。上述した組成例の原材料を混合溶融した後、成形、
粉砕しガラス粉を形成する。次いでバインダー、顔料を
混合し、噴霧乾燥を経て分級することによりガラス顆粒
を形成する。そしてこのガラス顆粒にアルミナフィラー
を４〜６重量％混合した後、打錠成形してガラスタブレ
ットを形成し、酸化性雰囲気内で６００〜７００℃の温
度で仮焼成してバインダー除去しガラスタブレットを製
造する。封着治具内に組み立てたベース、リードおよび
ガラスは、封着炉内でピーク温度が約９８０℃に加熱し
てガラスを溶融した後、冷却固化してベースの貫通孔内
にガラスによってリードを封着する。アルミナフィラー
を含有したガラスは流動性が悪いため、封着炉内は、窒
素ガスなどの弱酸化性雰囲気とした。First, a lead made of Kovar material is accommodated in a barrel, and a nickel plating layer is formed by electrolytic plating.
To 6 μm. Next, a lead and a glass tablet are assembled in the through-hole of the base using a sealing jig made of carbon. A method for manufacturing this glass tablet will be described below. After mixing and melting the raw materials of the above composition examples, molding,
Crush to form glass powder. Next, a binder and a pigment are mixed and classified by spray drying to form glass granules. Then, after mixing 4 to 6% by weight of an alumina filler with the glass granules, a tablet is formed by tableting, and preliminarily calcined at a temperature of 600 to 700 ° C. in an oxidizing atmosphere to remove a binder and to remove the glass tablet. To manufacture. The base, the lead and the glass assembled in the sealing jig are heated to a peak temperature of about 980 ° C. in a sealing furnace to melt the glass, then cooled and solidified, and the lead is inserted into the through hole of the base by the glass. Seal. Since the glass containing the alumina filler had poor fluidity, the inside of the sealing furnace was set to a weakly oxidizing atmosphere such as nitrogen gas.
【００３０】このようにして得られたレーザダイオード
と他の組み合わせで封着した場合のクラックおよびリー
クの発生状況を比較した結果を（表１）に示す。Table 1 shows the results of comparing cracks and leaks generated when the laser diode thus obtained was sealed with another combination.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】この結果から明らかなように、熱膨張係数
が７５×１０-7／℃の中間ガラスを用い、リードにニッ
ケルめっき層を形成した実施例１については、ガラスに
クラックは発生しないものの、３５０℃でリークが現れ
始め、半導体素子の接合温度である４００℃を越えると
全てにリークが発生し使用に耐えない。また、熱膨張係
数が９５×１０-7／℃の軟質ガラスを用い、ニッケルめ
っき層が形成されたリードを用いた実施例２について
は、４５０℃の温度でもリークは発生しないが、ガラス
にクラックが発生する。このように、軟質ガラスのよう
に熱膨張係数が大きいとリークは発生しないが、ガラス
にクラックが発生し、逆に中間ガラスのように熱膨張係
数が小さいとガラスにクラックは発生しないが、リーク
が発生してしまう。この点、アルミナフィラーを５重量
％を含有した軟質ガラスを用いた実施例３については、
若干のものについてはガラスにクラックが認められたも
のの、４５０℃の温度でもリークの発生は完全に防ぐこ
とができた。さらに、同ガラスを用い、ニッケルめっき
層を形成したリードを用いた実施例４については、４５
０℃の温度でもリークの発生は完全に防止することがで
き、ガラスのクラックも皆無であった。As is clear from these results, in Example 1 in which an intermediate glass having a coefficient of thermal expansion of 75 × 10 −7 / ° C. and a nickel plating layer was formed on the lead, no crack was generated in the glass. Leaks begin to appear at 350 ° C., and when the temperature exceeds 400 ° C., which is the junction temperature of the semiconductor element, all leaks occur, making the device unusable. Further, in Example 2 using soft glass having a coefficient of thermal expansion of 95 × 10 −7 / ° C. and using a lead on which a nickel plating layer is formed, no leak occurs even at a temperature of 450 ° C. Occurs. Thus, if the coefficient of thermal expansion is large like a soft glass, no leak will occur, but cracks will occur in the glass. Conversely, if the coefficient of thermal expansion is small like an intermediate glass, no cracks will occur in the glass, but the leak will occur. Will occur. In this regard, in Example 3 using soft glass containing 5% by weight of alumina filler,
Although cracks were observed in the glass of some of them, the generation of leak was completely prevented even at a temperature of 450 ° C. Further, in Example 4 using the same glass and a lead having a nickel plating layer formed thereon, 45
Even at a temperature of 0 ° C., the occurrence of leak was completely prevented, and there was no crack in the glass.
【００３３】本実施の形態で説明した各材料の素材およ
び組成については、これに限ることなく発明の思想を逸
脱しない限りで適宜変更すればよい。The materials and compositions of the respective materials described in the present embodiment are not limited to these and may be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
【００３４】また、本実施の形態ではレーザダイオード
用ステムを例に挙げて説明したが、これに限ることなく
他の半導体装置用ステムおよび水晶振動子用気密端子な
ど種々の気密端子に適用できることは言うまでもない。In the present embodiment, the stem for a laser diode has been described as an example. However, the present invention is not limited to this and can be applied to various other hermetic terminals such as stems for other semiconductor devices and hermetic terminals for crystal units. Needless to say.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下の効果を得ることができる。According to the present invention as described above, the following effects can be obtained.
【００３６】（１）圧縮封着タイプの気密端子のリード
にコバールを採用することにより、低コストながらリー
ド強度に優れた気密端子を得ることができる。(1) By using Kovar for the lead of the compression-sealing type hermetic terminal, it is possible to obtain an hermetic terminal excellent in lead strength at low cost.
【００３７】（２）リードに形成したニッケルめっき層
およびソーダ系ガラスに含有したアルミナフィラーの働
きにより、クラックおよびリークが発生することのない
耐熱性に優れた気密端子を得ることができる。(2) By the action of the nickel plating layer formed on the lead and the alumina filler contained in the soda-based glass, it is possible to obtain an airtight terminal having excellent heat resistance without cracks and leaks.
【００３８】（３）これらの結果、気密端子または半導
体装置用ステムの気密性を損なうことなく、信頼性を大
幅に向上することができる。(3) As a result, the reliability can be greatly improved without impairing the airtightness of the airtight terminal or the stem for a semiconductor device.
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態による気密端子の
断面図 （ｂ）同要部断面図FIG. 1A is a cross-sectional view of an airtight terminal according to an embodiment of the present invention. FIG.
【図２】中間ガラスを用いた際に、リークが発生する理
由を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing a reason why a leak occurs when an intermediate glass is used.
【図３】軟質ガラスを用いた際に、クラックが発生する
理由を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing the reason why cracks occur when soft glass is used.
１ ベース ２ ガラス ３ リード ４ アースリード ５ ヒートシンク ６ ニッケルめっき皮膜 Ａ ベースとガラスの界面 ２ａ クラック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Glass 3 Lead 4 Ground lead 5 Heat sink 6 Nickel plating film A Interface between base and glass 2a Crack
Claims (7)
通し、ガラスによって前記リードを気密絶縁的に封着し
た気密端子において、前記ベースには鉄または鉄を主成
分とする素材を用い、前記リードには鉄−ニッケル−コ
バルト合金を用い、前記ガラスにはアルミナフィラーを
含有した軟質ガラスを用いたことを特徴とする気密端
子。An airtight terminal in which a lead is inserted into a through hole formed in a base and the lead is hermetically sealed with glass in an airtight terminal, wherein the base is made of iron or a material mainly containing iron. An airtight terminal, wherein an iron-nickel-cobalt alloy is used for the lead, and a soft glass containing an alumina filler is used for the glass.
軟質ガラスの４〜６重量％である請求項１記載の気密端
子。2. The hermetic terminal according to claim 1, wherein the content of the alumina filler is 4 to 6% by weight of the soft glass.
の熱膨張係数が９０〜１００×１０-7／℃である請求項
１記載の気密端子。3. The hermetic terminal according to claim 1, wherein the soft glass has a coefficient of thermal expansion from room temperature to 500 ° C. of 90 to 100 × 10 −7 / ° C.
前記リードの全面にニッケルまたはニッケル合金めっき
層が形成された請求項１記載の気密端子。4. The airtight terminal according to claim 1, wherein a nickel or nickel alloy plating layer is formed on the entire surface of the lead including a region sealed with the soft glass.
層の厚みは３〜６μｍである請求項４記載の気密端子。5. The airtight terminal according to claim 4, wherein said nickel or nickel alloy plating layer has a thickness of 3 to 6 μm.
る請求項１から請求項５のいずれかに記載の気密端子。6. The hermetic terminal according to claim 1, wherein said hermetic terminal is a stem for a semiconductor device.
通し、ガラスによって前記リードを気密絶縁的に封着す
る気密端子の製造方法であって、鉄−ニッケル−コバル
ト合金からなるリードの全面に、あらかじめ電解めっき
法によりニッケルまたはニッケル合金めっき層を形成
し、次いで鉄または鉄を主成分とする素材からなるベー
スに形成された貫通孔に前記リードおよびアルミナフィ
ラーを含有した軟質ガラスを装填し、前記軟質ガラスを
加熱溶融した後、冷却固化することにより前記ベースに
前記リードを気密絶縁的に封着することを特徴とする気
密端子の製造方法。7. A method for manufacturing a hermetic terminal in which a lead is inserted into a through hole formed in a base and the lead is hermetically insulated and sealed with glass, the entire surface of the lead made of an iron-nickel-cobalt alloy. In advance, a nickel or nickel alloy plating layer is formed in advance by electrolytic plating, and then soft glass containing the lead and alumina filler is loaded into a through hole formed in a base made of iron or a material containing iron as a main component. A method of manufacturing the hermetic terminal, wherein the soft glass is heated and melted and then solidified by cooling to hermetically seal the lead to the base.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08499297A JP3269420B2 (en) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | Hermetic terminal and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP08499297A JP3269420B2 (en) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | Hermetic terminal and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10284155A true JPH10284155A (en) | 1998-10-23 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08499297A Expired - Lifetime JP3269420B2 (en) | 1997-04-03 | 1997-04-03 | Hermetic terminal and method of manufacturing the same |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3269420B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007242379A (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Nec Schott Components Corp | Metal package and manufacturing method thereof |
| CN114696209A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-01 | 新光电气工业株式会社 | Tube seat for semiconductor package |
| JP2022099295A (en) * | 2020-12-22 | 2022-07-04 | イイダ産業株式会社 | Laminated body for plate reinforcement |
-
1997
- 1997-04-03 JP JP08499297A patent/JP3269420B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007242379A (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Nec Schott Components Corp | Metal package and manufacturing method thereof |
| JP2022099295A (en) * | 2020-12-22 | 2022-07-04 | イイダ産業株式会社 | Laminated body for plate reinforcement |
| CN114696209A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-01 | 新光电气工业株式会社 | Tube seat for semiconductor package |
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| JP3269420B2 (en) | 2002-03-25 |
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