JPS606542B2 - 気密封着体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【１’この発明の利用分野 この発明は、表面に無電鱗ニッケルメッキ層を形成した
アイレットを用いて、アィレツト内に少なくともガラス
を気密に封着すると同時に、アィレットの外側に他の金
属部材をロウ付けする気密封着体の製造方法に関する。

さらに詳細には、アィレツト内にガラスを介してリード
線を気密絶縁的に封着するとともに、アィレットの外側
に銅製のステム基板または放熱板をロウ付けする半導体
装置用ステムの製造方法に関する。‘２ｉ 従来技術 大電力用のパワートランジスタ等の半導体装置用ステム
として第１図および第２図に示す構造のものがある。

図において、１は鋼製のステム基板で、長手方向の両端
部に放熱フィン等に固着するための取付孔２，２と、溶
接リング固着用の環状溝３と、環状溝３内の偏心した位
置にアイレット競合用の透孔４，４とを有する。５，５
は前記透孔４，４に鉄合されロウ付けされている鉄製の
アイレツトで、アイレツト５，５内にはガラス６，６を
介してリード線７，７が気密絶縁的に封着されている。

８は前記環状溝３にロウ付けされた鉄製の溶接リングで
ある。

従来、この種のステムは次のようにして製造されていた
。

まず、アィレット５内にガラス６を介してリード線７を
気密絶縁的に封着した気密様子を製造する。この気密端
子を透孔４，４に鉄合するとともに、環状溝３内に溶接
リング８を挿入し、各アィレット５，５の周囲および溶
接リング８の周囲に環状の銀ロウを配置し、全体を加熱
して各銀ロゥを溶融せしめて、各アィレット５，５をス
テム基板１にロゥ付けするとともに、溶接リング８を環
状溝３にロウ付けして製造していた。しかしながら、こ
のような製造方法では、気密端子を製造するためのガラ
ス封着用加熱工程と、銀ロゥ付けのためのロウ付け用加
熱工程とが必要になり、工程数が増大して加工費が高く
なるのみならず、ガラス封着用加熱工程とロウ付け用加
熱工程とは作業温度が異なっているので、別々の加熱炉
が必要で設備費も嵩むという問題点があった。そこで、
予めアィレット５，５の表面に厚さが２０仏程度の無電
解ニッケルメッキ層を形成しておき、このアィレット５
，５を透孔４，４に鉄合し、下面側からかしめ加工して
仮固定したのち、グラフアィト製の封着治具を用いて、
アィレット５，５内にガラスタブレットを挿着し、さら
にこのガラスタブレットを貫通してリード線７，７を配
置し、また環状溝３内にも同様に表面に厚さが２０仏程
度の無電解ニッケルメッキ層を形成した溶接リング８を
挿入配置し、全体を加熱することにより、前記ガラスタ
ブレットを溶融して、アィレット５，５にガラス６，６
を介してリード線７，７を気密絶縁的に封着するととも
に、アィレット５，５および溶接リング８の表面の無電
解ニッケルメッキ層を溶融して、アイレット５，５およ
び溶接リング８をステム基板１にロウ付けする方法が提
案されている。

このような製造方法によれば、一回の加熱工程でガラス
封着とロウ付けとが同時に行なえるので、製造工数が著
しく削減できるとともに、設備費も安くなるという利点
を有する。

しかしながら、このような方法によると、必然的に第３
図に示すように、アィレツト５とガラス６との封着界面
に無電解ニッケルメッキ層が溶接したリンを含むニッケ
ルロウ層９が介在されることになり、アィレット５とガ
ラス６との封着性が阻害され、気密性が劣化したり、封
着強度が弱いために耐衝撃試験でガラス６がアィレツト
５から脱落したりしやすいという新たな問題点に遭遇す
る。このような問題点を解決するためには、例えばアィ
レット５の外表面にのみ無電鱗ニッケルメッキ層を形成
することも考えられるが、部分メッキは非常に煩雑であ
り、前述の利点が相殺されてしまう。

【３’この発明の目的 従って、この発明の主な目的は、この種のァィレット内
に少なくともガラスを封着すると同時にアィレットの外
側に他の金属部材をロゥ付けする気密封着体の製造方法
において、部分メッキ法によることなく、アイレットの
内側のロウ層の厚さを十分に薄くできる気密封着体の製
造方法を提供することである。

‘４｝ この発明の総括的説明 この発明は、要約すると、ァィレットの内壁面に少なく
とも一つの段部を設けて全面に無電解ニッケルメッキ層
を形成し、従来と同様にガラス封着と。

ウ付けと同時に実施することにより、前記無電藤ニッケ
ルメッキ層が溶融した際に、溶融したロウ材が表面張力
によって段部に凝集して残余部のロウ層の厚さが薄くな
ることを利用して、アィレツトとガラスとの封着性を改
善し、封着強度および耐衝撃性の向上を図ることを特徴
とする。｛５ー 実施例この発明の上述の目的およびそ
の他の目的と特徴は、以下に図面を参照して行なう詳細
な説明から一層明らかとなろう。

第４図はこの発明の製造方法によって製造された第１の
実施例の半導体装置用ステムの平面図で、第５図は第４
図のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図であり、さらに第６図は第
５図の要部拡大縦断面図である。

この実施例の特徴は、鉄製のアィレット５，５と鉄製の
溶接リング８とを一体にプレス成型したアイレツト リ
ング１０を用い、アイレツト５，５の下端内壁面に段部
５１，５１を形成したものである。他は第１図および第
２図と同様であるため、同一部分に同一参照符号を付し
て、その説明を省略する。次にその製造方法について説
明すると、まず、アィレット５，５と溶接リング８とが
一体となり、しかもァィレット５，５の下端内壁面に段
部５１，５１を有するアィレット リング１０を製作し
、その表面に厚さが２０払程度の無電鱗ニッケルメッキ
層を形成する。

このアィレット リング１０のァィレット５，５をステ
ム基板１の透孔４，４内に鉄合し、グラフアイト製の封
着拾具を用いて、アィレット５，５内に封着ガラスの微
粉末をプレス成型し競結してなるガラスタブレットを挿
入し、このガラスタブレットを貫通してリード線７，７
を挿通して、全体を中性または弱還元性雰囲気中で約１
０００℃に加熱する。すると、ガラスタブレットが溶融
してアィレツト５，５にガラス６，６を介してリード線
７，７が気密絶縁的に封着されるとともに、アィレツト
リング１０の表面の無電鱗ニッケルメッキ層が溶融し
たロウ材によってアィレット５，５および溶接リング８
がステム基板１に気密にロウ付けされる。ところで、ア
ィレット５，５の内壁面に段部５１，５１が形成されて
いると、その表面の無電鱗ニッケルメッキ層が溶融した
際、溶融ロウ材が表面張力によって段部５１，５１の隅
部に凝集する。このため、アィレット５，５の内壁面の
ロウ層９１の厚さが外壁面のロウ層９２よりも十分薄く
なり、アィレット５，５とガラス６，６との封着性が改
善されて、封着強度換言すれば耐衝撃性が向上する。な
お、この実施例のように、アィレット５，５と溶接リン
グ８とを一体にプレス成型すると、プレス成型の材料利
用率が向上するのみならず、部品点数が減少し、アィレ
ット５，５の透孔４，４への鉄合と溶接リング８との位
置決めが同時に行なえ、しかも、ステム基板１とアィレ
ツト５，５とのかしめ加工の省略も可能であるため組立
加工費も減少するで、原価低減も可能である。

また、ァィレット５，５をステム基板１の透孔４，４に
舷合することによって、溶接リング８の位置決めが自動
的に行なえるので、第１図および第２図に示す溶接リン
グ８の位置決め用の環状溝３も不要になり、ステム基板
１のプレス型が簡単となり、さらに原価低減が可能であ
る。また、段部５１，５１は必ずしもアイレツト内壁面
と直角状のものでなくともよい。

次に具体的な実施例について説明する。

１ メッキ厚変動試験 第４図および第５図に示すように、アイレット５，５と
溶接リング８とが一体に成型された構成で、アィレット
５，５の外径が６．６側め、内径が３側◇で下端内壁面
に段部がなくこの発明によらないアイレツト リングと
、その下端内壁面に０．５豚の段部５１，５１を有する
この発明によるアイレツト リングとを用いて、内外表
面に所定厚さの無電解ニッケルメッキ層を形成し、先に
述べたと同一の方法によって半導体装置用ステムを製造
し、アイレツト５，５の内外面のロウ層９１，９２の厚
さを測定したところ次表の結果が得られた。

ここで、内壁面および外壁面とも初期の無電鱗ニッケル
メッキ厚に対して、封着およびロウ付け後のロウ層の厚
さが減少するのは、溶融したロウ材がアィレットの結晶
粒界に侵入する結果であり、また内壁面のロウ層の厚さ
が外壁面のロウ層より薄くなるのは、内壁面のロウ層は
溶融したガラスによって押圧され、かつアィレット５，
５とステム基板１との界面のロウ材に引き寄せられるた
めである。

気密性試験および耐衝撃試験 各無電鱗ニッケルメッキ層の厚さ毎に１００個ずつの半
導体装置用ステムを製造し、気密性試験を行なったとこ
ろ、特に差は認められなかった。

また、気密性試験を行なった後、リード線７の軸方向に
１５夕のオモリをｌｍの高さから落下させて気密不良が
発生する回数をチェックし、気密不良発生率が５０％を
越える回数を調べて耐衝撃性試験を行なったところ、次
表の結果が得られた。

第７図はこの発明によって製造した他の実施例の半導体
袋贋用ステムの要部拡大縦断面図を示す。

この実施例の特徴は、アィレツト５，５の内壁面の高さ
方向の中心部に段部５２，５２を形成したものである。
この実施例の場合には、段部５２，５２上下両隅部で溶
融ロウ材の凝集が起り、アィレツト５，５の内壁面のロ
ウ層９１の厚さがさらに薄くなり、より優れた効果が得
られる。第８図はこの発明によって製造されたさらに他
の実施例の半導体装置用ステムの縦断面図を示す。この
実施例は第１図および第２図に示す構成のステムにこの
発明を実施したもので、第６図と同様にアィレット５，
５の下端内壁面に段部５１，５１を形成したものである
。なお、この実施例においても、第７図と同様にアイレ
ツト５，５の高さ方向の中央部に段部５２，５２を形成
してもよい。第９図はこの発明によって製造されたさら
に他の実施例の半導体装置用ステムの平面図を示し、第
１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う縦断面図を示す。図に
おいて、１１は鉄製のフランジで、長手方向の両端に放
熱フィン等への取付孔１２，１２と、中央部に放熱板隊
合用の丸孔１３とを有する。１４は銅製の放熱板で、前
記丸孔１３に藤合されてロゥ付けされており、偏心した
位置にアィレット隊合用の透孔１５，１５を有する。

１６，１６は前記透孔１５，１５に競合されてロウ付け
されている鉄製のアィレツトで、このアイレット１６，
１６内にガラス１７，１７を介してリード線１８，１８
が気密絶縁的に封着されている。

ここで、アィレット１６，１６の下端内壁面には、第５
図と同様に段部５１，５１が形成されている。次に、そ
の製造方法について説明する。

まず、フランジ１１およびアィレット１６，１６の表面
に厚さが２０仏程度の無電鮫ニッケルメッキ層を形成し
、フランジー１の丸孔１３に放熱板１４を鉄合し、また
放熱板１４の透孔１５，１５にアィレット１６，１６を
接合し、それぞれの鉄合部分をかしめ加工して仮固定し
たのち、グラフアイト製の封着袷具を用いて、アイレツ
ト１６，１６内にガラスタブレットを挿入し、ガラスタ
ブレットにリード線１８，１８を挿通して、前述と同一
条件で加熱する。すると、ガラスタブレットが溶融して
アイレツト１６，１６にガラス１７，１７を介してリー
ド線１８，１８が気密絶縁的に封着されるとともに、フ
ランジ１１およびアイレツト１６，１６の表面の無電鱗
ニッケルメッキ層が溶融したリンを含むニッケルロウに
よって、フランジ量１と放熱板１４とアィレット１６，
１６とが一体にロウ付けされる。この実施例においても
段部５１，５１が溶融したロウ材を凝集せしめることに
よって、前記と同様の効果が得られる。なお、上記実施
例はいずれも半導体装置用ステムについて説明したが、
他の気密封着体の製造にも適用できるものであり、特に
アィレット内にリード線を有しない透明ガラス板を気密
封着する気密窓等の製造にも適用できるものである。

‘６’まとめ この発明は以上のように、アィレツトの内壁面は少なく
とも一つの段部を形成し、表面に無電解ニッケルメッキ
層を形成して、アイレツト内に少なくともガラスを配置
し、アィレットの外側に他の金属部材を配置して加熱す
ることにより、アィレット内にガラスを封着すると同時
に、アィレツトの外側に他の金属部材をロウ付けするも
のであるから、前記無電解ニッケルメッキ層が溶融した
ロウ材が、段部の隅部に凝集されて、アィレツト内壁面
のロゥ層の厚さが薄くなるので、アィレットとガラスと
の封着強度が向上し、アイレツトとガラス間の耐衝撃性
が向上する。

また、アィレツトの外表面のみに部分メッキを施すもの
に比し、非常に作業性が良く、大量生産に好適するとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体装置用ステムの平面図、第２図は
第１図のローロ線に沿う縦断面図、第３図はこの発明の
背景となる製造方法によって製造された半導体装置用ス
テムの要部拡大縦断面図、第４図はこの発明によって製
造された一実施例の半導体装置用ステムの平面図、第５
図は第４図のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図、第６図は第５図
の姿部拡大縦断面図、第７図はこの発明によって製造さ
れた他の実施例の半導体装置用ステムの要部拡大縦断面
図、第８図はこの発明によって製造されたさらに他の半
導体装置用ステムの縦断面図、第９図はこの発明によっ
て製造されたさらに別の実施例の半導体装置用ステムの
平面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線に沿う縦断面図で
ある。 １，１４…・・・他の金属部材（ステム基板、放熱板）
、５，１６……アィレツト、５１，５２……段部、６，
１７・・・…勢着ガラス、７，１８…・・・リード線、
８…・・・溶接リング、９１，９２・…・・ロウ層、１
０……アィレツト・リング、１１……フランジ。 弟′１幻 静ｚｌ一軒 弟３図 第４図 弟タ図 第ら図 紫７図 第８図 斧ｑ図 弟′川幻

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内壁面に少なくとも一つの段部を有するアイレツト
   の表面に無電解ニツケルメツキ層を形成し、このアイレ
   ツト内に少なくとも封着ガラスを配置するとともに、ア
   イレツトの外側に他の金属部材を配置して加熱すること
   により、前記封着ガラスを溶融させてアイレツトに封着
   すると同時に、前記無電解ニツケルメツキ層を溶融させ
   てアイレツトと他の金属部材とをロウ付けすることを特
   徴とする気密封着体の製造方法。 ２ 前記封着ガラスがガラス微粉末をプレス成型したガ
   ラスタブレツトであり、このガラスタブレツトを貫通し
   てさらにリード線が配置される、特許請求の範囲第１項
   に記載の気密封着体の製造方法。 ３ 前記アイレツトが鉄製で、前記他の金属部材が銅製
   のステム基板であり、このステム基板にさらに鉄製の溶
   接リングがロウ付けされる、特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の気密封着体の製造方法。 ４ 前記アイレツトと溶接リングとを一体に形成する、
   特許請求の範囲第３項に記載の気密封着体の製造方法。 ５ 前記他の金属部材が銅製の放熱板であり、この放熱
   板の外側にさらに鉄製のフランジがロウ付けされる、特
   許請求の範囲第１項または第２項に記載の気密封着体の
   製造方法。