JPS6240859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般にシール方法及びその装置に係
り、特に、セラミツクパツケージに対してセラミ
ツク又は金属の蓋をガラス質のシール材でハーメ
チツクシールする方法及び装置に係る。

多くの電子回路及び部品は、周囲環境に曝され
ることによつてこれらが損傷を受けるのを防止す
るために、シールされた容器内に収容される。こ
れまでに用いられているシール材は、(1)半田のよ
うな金属性のシール材と、(2)種々のガラスを含む
セラミツクと、(3)エポキシのような有機シール材
である。真のハーメチツクシールを果たすのはこ
れらの中の最初の２つだけである。というのは、
有機シール材は、収容された回路の寿命に比して
比較的短期間（例えば、数日）の内に多量の物体
が透過し得るようになるからである。シール材に
例えば水蒸気が透過し得るようになると、パツケ
ージ内の或るイオン、例えば塩素、ナトリウム及
びカリウムと化学反応を起して、腐食生成物を形
成し、これにより配線及び／又は電子部品が侵食
されて、収容された回路の故障時期が早まること
になる。

多数の金属合金がシール材として使用されて
色々な結果が得られている。金属シール材の非常
に望ましい性質の１つは、高温に耐えられること
である。例えば、普通の鉛−スズ半田は125℃ま
での温度において満足なシールを果たす。例えば
150℃の温度に対しては、80％が金で20％がスズ
であるような合金が好ましいが、これは明らかに
高価である。不都合なことに、この合金の融点は
約280℃であり、シールプロセス中にこの物質を
溶融すると、電子部品が加熱されて、そのパラメ
ータが不所望に変動したり回路の故障時期が早く
なつたりすることがある。

ガラス質のシール材を用いた時にはその溶融温
度が400℃より高いので、シール温度が高いこと
による回路の損傷や装置の故障が激しくなる。ガ
ラス質のシール材は上記の金−スズ合金より著し
く安価ではあるが、溶融温度が高いので、部品の
加熱が問題となる場合にはこのようなガラスシー
ル材の使用が除外されている。

パツケージの中味を不当に加熱することなくパ
ツケージをシールする方法、即ち固定又はころが
り電極を用いたインパルス又は衝撃溶接法が開発
されている。これらの技術では、蓋及びパツケー
ジが金属であることが必要とされるか、或いは少
なくとも蓋及びパツケージの両方に金属シール面
が必要とされる。不都合なことに、このような溶
接技術を実施するのに要する装置は非常に高価で
あり、然も、各々のパツケージサイズごとに特殊
な工具が必要とされる。

“ホツト−キヤツピング”という語は、金属シ
ール材を用いて金属又はセラミツクの蓋とパツチ
ージとをシールする方法を指す。蓋又はパツケー
ジのいずれかがセラミツクである場合には、それ
に融着された金属シール面を有していなければな
らない。シールは電気加熱される面を蓋に当てる
ことによつて行なわれる。然し乍ら、蓋は少なく
ともシール温度までは加熱されねばならないの
で、電子部品又は回路の温度が上昇される。

セラミツクパツケージは金属パツケージより安
価であり、そしてガラス質のシール材は金属系の
シール材より安価であるから、最も経済的な解決
策は、セラミツクのパツケージ及びカバーを用い
て、融着金属化シール層を必要とせずにこれらを
ガラス質のシール材でシールすることである。

本発明の目的は、電子回路をシールする改良さ
れた方法及び装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、セラミツクパツケー
ジ内の電子部品又は回路を過度に加熱することな
くガラス質のシール材を用いてセラミツク又は金
属の蓋をセラミツクパツケージにハーメチツクシ
ールする方法及び装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、セラミツクに対して
金属のシール層を必要とせずにセラミツク又は金
属の蓋をセラミツクパツケージにハーメチツクシ
ールする方法及び装置を提供することである。

これらの目的は、シール面にヒータプレフオー
ム（即ち、発熱素子）を配置しこれがシールの永
久部分となるようにすることによつて達成され
る。上記のプレフオームはエネルギ源に接続さ
れ、そしてシールを形成するに足る熱のみが発生
され、全発生熱量が最少限にされる。これによ
り、どのような外部冷却技術が使用されるかに関
連して、電子部品の温度上昇が実質的に少くされ
る。

本発明の広汎な特徴によれば、パツケージ及び
蓋のシール面間に配置されて所定温度に加熱され
た時に電子部品を含むパツケージを蓋にシールす
るヒータプレフオームであつて、上記のシール面
に実質的に対応する面積及び形状を有するヒータ
部分と、このヒータ部分に接続された第１及び第
２の接触部分とを具備するようなヒータプレフオ
ームが提供される。

本発明の別の特徴によれば、電子部品を収容し
シール面を有しているパツケージを、シール面を
有している蓋にハーメチツクシールする方法であ
つて、上記パツケージ及び蓋のシール面間に発熱
素子を配置し、そしてこの発熱素子を作動して上
記パツケージと蓋との間にシールを作るような方
法が提供される。

本発明の更に別の特徴によれば、各々シール面
を有している第１及び第２のセラミツク本体を接
合する方法であつて、これらの第１及び第２の本
体のシール面に第１のガラス被膜を形成し、この
第１の被膜は上記第１及び第２のセラミツク本体
に実質的に等しい熱膨張係数を有するものであ
り、上記第１及び第２本体のシール面間に金属発
熱素子を配置し、この発熱素子はこれに実質的に
等しい熱膨張係数を有するガラス層が被着された
ものであり、そしてこの発熱素子を作動して上記
第１及び第２本体並びに上記発熱素子のガラスを
溶融し、上記第１本体と第２本体との間にシール
を形成し、上記発熱素子が該シールの永久的な部
分となるようにする方法が提供される。

本発明の更に別の特徴によれば、電子部品パツ
ケージとその蓋との間にシールプレフオームを配
置してそのシール面に接触させるようにして上記
パツケージと蓋との間にハーメチツクシールを形
成する装置であつて、上記パツケージ、プレフオ
ーム及び蓋が配置される段と、上記プレフオーム
を圧縮する方向に上記パツケージ、プレフオーム
及び蓋に圧力を与える第１手段と、上記シールを
形成するように上記プレフオームを加熱する第２
手段とを具備した装置が提供される。

本発明の上記及び他の目的、特徴並びに効果は
添付図面を参照した以下の詳細な説明より理解さ
れよう。

本発明は２つの型式のヒータプレフオーム、即
ち単１物質プレフオーム及び複合プレフオームを
使用するものである。単１物質のヒータプレフオ
ームは、金属（例えば銅）を打ち抜くか又はエツ
チングしてパツケージのシール領域に適合する形
状にしたものである。このヒータプレフオーム
は、シールを形成するところに最も効率的に熱を
導くような形状にされる。プレフオームの任意の
点における温度及び熱出力は電流の流れる方向に
垂直な断面積に対して逆に変化するので、所与の
点における温度及び熱出力はその所与の点におい
てプレフオームを狭くすると共にその厚みを一定
に保持することによつて増加される。もちろん、
ヒータプレフオームを薄くして一定の巾を維持す
ることによつても同じ結果が得られるが、シール
領域にわたつて厚みを一定に維持するのが好まし
い。

第１ａ図及び第１ｂ図は、シール部分１０及び
耳状部１２より成る複合ヒータプレフオームの
各々上面図及び側面図である。単１物質ヒータの
場合と同様に、複合ヒータ金属（例えば、クロ
ム、銅等）は厚み約0.003インチ（0.075mm）の金
属シートから打ち抜かれるか又はエツチングされ
る。このプレフオームは少なくとも片面にそして
好ましくは両面及び縁にシールガラスが被着され
る。金属の膨張に合致するように調合されたシー
ルガラスは金属に融着して被膜１４を形成する。
長方形のシール部分１０のみに被膜が形成され
る。耳状部１２には被膜が形成されない。ガラス
被膜を付着する１つの便利な方法は、清浄にされ
た金属プレフオームをフリツトのスラリに浸漬
し、乾燥しそしてオーブンで融着することを含
む。耳状部１２は接触領域として働き、プレフオ
ームに加熱電流を流すために電流導通端子にクラ
ンプされる。ヒータプレフオームの巾を小さくす
るにつれて温度は上昇するので、耳状部１２は比
較的低温のまゝである。長方形の加熱領域の入口
点及び出口点にある小さな孔１６はヒータの他部
分に対して若干温度の高い入口領域及び出口領域
を形成するように働く。これは、もしこれがない
と長方形のシール領域からの熱の流れによつて生
じるであろう低温スポツトを補償する。ヒータが
形成された金属が充分に薄く及び／又は充分に延
性のあるものであれば、熱膨張率が酸化アルミニ
ウムに合致するガラスシール材を使用し、金属と
の熱膨張率の差をなくすことができる。

ガラスを金属に融着することは、ガラスをガラ
スに融着することにより困難であるから、ガラス
を前以つて金属ヒータに融着することが推挙され
る。これはガラスと金属との接着の完全性を確保
する。ガラス質の被膜がパツケージ及び蓋のシー
ル面に同様に付着された場合には、最終的なハー
メチツクシールがガラス対ガラスとなり、これは
接着が簡単である。金属ヒータに合致する熱膨張
係数を有するように形成されたシール材と、パツ
ケージ及び／又は蓋の物質に合致する熱膨張係数
を有するガラスとを用いることにより、ガラス対
ガラスのシールは、膨張係数の異なる物質をシー
ルする時に生じるストレスを若干軽減する傾向が
ある。ガラスシールは元のガラスとガラスの中間
の膨張係数をとる。当然ながら、シール材がガラ
ス質でない場合には、全ての当接面に被膜を形成
する必要がない。

ストレスの緩和に加えて、蓋及びパツケージ上
のガラス層はシール領域内に熱をどじ込める傾向
がある。というのは、ガラスは熱を伝達しにくい
ものだからである。これにより、シールサイクル
が加速されると共に、熱衝撃によるパツケージ又
は蓋の破損のおそれが減少される。又、ヒータ１
０上のガラス層はヒータの過熱も防ぐ。

第２ａ図、第２ｂ図、第２ｃ図及び第２ｄ図は
パツケージ１８（例えば酸化アルミニウム）の上
面図、下面図、側面図及び端面図であり、そして
第３ａ図及び第３ｂ図はセラミツクの蓋２０（例
えば酸化アルミニウム）の下面図及び端面図であ
る。良く知られているように、パツケージ１８に
は、ここから延びる複数個の導電性リード２２が
設けられている。パツケージ１８及び蓋２０の両
方は、黒い領域として示されたそれらの各々のシ
ール領域に融着されたシールガラス層２４を有し
ている。シールガラスは、パツケージ及び蓋に合
致する熱膨張係数を有するように調合されてい
る。酸化アルミニウムのシールガラスはシルクス
クリーン又は他の便利な方法によつて蓋及びパツ
ケージは付着され、ガラスはオーブンで融着する
のが最も便利である。ガラスの厚みは0.015イン
チ（0.375mm）程度である。

第４図は第１図のヒータプレフオームを用いて
第２図及び第３図の蓋及びパツケージをシールす
る装置の１実施例を示している。パツケージ２０
は、適当な整列及び保持具２８が設けられた段２
６に配置される。段２６は供給及び戻り管路各々
３０及び３２によつて空冷又は水冷される。ヒー
タ１４はパツケージ２０のシール領域上に配置さ
れ、耳状部１２は電気端子ブロツク３４及び３６
上にのせられ、これらブロツクは回路が完成する
とライン３８及び４０を経て加熱電流を通流す
る。耳状部１２は、耳状部１２の孔４２並びにブ
ロツク３４及び３６の突起４４によつてブロツク
３４及び３６に配置される。蓋１８は、そのガラ
ス付き領域がヒータ１４の上面に接触するように
配置される。金属性の保持体兼ヒートシンク４６
によつて所定量の下方圧力が蓋１８に与えられ
る。ヒートシンク４６も供給及び戻り管路４８及
び５０によつて空冷又は水冷される。次いで、接
触プランジヤ５２が耳状部１２に下げられ、耳状
部１２と端子ブロツク３４及び３６との間に良好
な電気接触を確保する。次いで、端子ブロツク３
４及び３６並びに耳状部１２を経てヒータに加熱
電流が流され、ガラスシールが形成される。

ハーメチツクシールされた装置が漏れ試験に合
格しなかつた場合には、熱又は機械的にパツケー
ジの中味を損傷することなく蓋を外すことが通常
は非常に困難である。上記のプロセスを用いれ
ば、蓋の取り外しが比較的簡単にされる。即ち、
ヒータ１４を再加熱すれば、シール材が軟化し、
蓋が取り外される。必要ならば、新しい蓋及びヒ
ータを用いてパツケージがシールし直される。も
ちろん、加熱耳状部即ちタブ１２がまだ取り外さ
れていなければ蓋の取り外しプロセスは簡単であ
るが、タブ１２が取り外されていても、特殊設計
の接触電極を用いて蓋が取り外される。更に、シ
ールの漏れによる欠陥の場合には、シール材を加
熱し直してシール材を流し直すだけで充分であ
る。

上記のプロセスは機械化ないしは自動化工程に
容易に適用されることが明らかであろう。ヒータ
プレフオームは連続的なストリツプ又はロールと
して形成されて、シール領域へ自動的に供給され
る。パツケージ及び蓋も自動的に運搬され、液
圧、空気又は電気で作動されるプランジヤによつ
て電気的な接触がなされる。

要約すれば、シール領域に直接当てられそして
シールの一体部分となるようなヒータ装置即ちプ
レフオームを用いて、パツケージ及び蓋をシール
するプロセスを上記に述べた。このプロセスに
は、使用されるシール材の種類に基づいて、特定
形式の半田付け、溶接、粘着又は接着が含まれて
もよい。シールプロセスを開始するために、熱が
与えられて、ガラス質物質又は金属性物質が一緒
に融着されるか、或いはエポキシのような有機接
着剤が硬化される。熱は、(a)外部電源からヒータ
装置に電流を流すか、(b)電気誘導によつてヒータ
装置に電流を誘起するか、(c)シール領域に適当な
誘電体物質を用いて誘電体加熱するか、(d)熱伝導
によつてシール温度を得るように突出タブに熱を
与えるかによつて発生される。誘電体加熱の場合
には、ヒータ装置即ちプレフオームが接着物質で
あつてもよいしそうでなくてもよく、導電性であ
る必要はない。ヒータ装置の材料（その被膜は除
く）は、(a)銅、クロム、アルミニウム、コバー、
銅、等のような金属であるか、(b)ガラス、ガラス
質エナメル又は他のセラミツクのようなガラス質
物質であるか、或いは(c)セラミツクのウワグスリ
や厚膜インクのような導電性被膜である。

ヒータプレフオームに電気的接続が必要とされ
る場合には、取り外し可能な突出タブ又は耳状部
が設けられる。特殊な接触プローブを用いてヒー
タに電流を送つてもよく、この場合には突出タブ
又は耳状部が不要である。誘導加熱又は誘電体加
熱の場合には、接触手段が不要である。

通電加熱が所望される場合には、所与の時間イ
ンターバル中の各時期に適当な電流を与えるよう
に電源が設けられる。パツケージ内の電子部品が
受けてもよい最大温度を考慮しつつシールプロセ
スを最適なものにするように電流形状が選択され
る。通電加熱用の電源は簡単なものであるが、誘
導加熱又は誘電体加熱用の電源は現在使用されて
いるものよりも複雑ではない。

金属のシール材が所望される場合には、３つの
型式のシールが形成される。先ず第１に、パツケ
ージ、蓋そしておそらくはヒータ自体のシール領
域を一緒に溶融及び溶接する熱を与えることのみ
にヒータを用いるようにして高温シールが形成さ
れる。これを最も効率よく行なうためには、ヒー
タの抵抗値がパツケージ及び蓋の抵抗値に比して
小さくなければならない。この解決策の変形態様
には、タングステンを同時に焼成することによつ
てセラミツクを融着することが含まれる。融点の
低い金属又は合金が被着されたタングステンヒー
タを使用することができる。

第２の型式の金属シールは、単１金属のヒータ
装置即ちプレフオームの使用に関するものであ
る。この場合、ヒータは実際上半田プレフオーム
であり、これが溶融すると、予めのスズ被着、メ
ツキ又は他の方法により半田付け作業に適合する
ように形成されている隣接シール面が接着され
る。シール面は熱を吸収する物体に隣接している
ので、タブ又は耳状部を溶融しないように特に注
意しなければならない（通電加熱を用いる時）。

第３番目として、金属ヒータは例えばスズ−鉛
合金又はおそらく80％AV及び20％Snの合金が被
着される。ヒータが高導電性物質（例えば、銅、
アルミニウム等）で作られた場合には、熱の大部
分がヒータに、残りが半田に発生される。この方
法は、非導電性のパツケージ及び蓋に金属性のシ
ール領域が融着されている場合に最も有効であろ
う。

以上の説明は一例に過ぎない。特許請求の範囲
で規定された本発明の範囲から逸脱せずに、形式
及び細部に種々の変更がなされることが当業者に
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は各々本発明によるヒー
タプレフオームの上面図及び側面図、第２ａ図、
第２ｂ図、第２ｃ図及び第２ｄ図は各々電子部品
又は回路用のパツケージの上面図、下面図、側面
図、及び端面図、第３ａ図及び第３ｂ図は第２ａ
図、第２ｂ図、第２ｃ図及び第２ｄ図のパツケー
ジにシールさるべき蓋の各々の下面図及び端面
図、そして第４図は第１ａ図及び第１ｂ図のヒー
タプレフオームを用いて第２ａ図、第２ｂ図、第
２ｃ図及び第２ｄ図のパツケージに第３ａ図及び
第３ｂ図の蓋をシールする装置の１実施例の分解
図である。 １０……シール部分、１２……耳状部、１４…
…被膜、１６……孔、１８……パツケージ、２０
……蓋、２２……リード、２４……シールガラ
ス、２６……段、２８……整列及び保持具、３
４，３６……電気端子ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子部品を含むパツケージを蓋にシールする
   方法に於いて、該パツケージと蓋との間にシール
   面を有し、 上記パツケージと上記蓋とのシール面をガラス
   層で被膜づけし、 上記パツケージと上記蓋とのシール面間に金属
   ヒータ素子を置き、該ヒータ素子はガラス層で被
   膜づけし、且つ上記パツケージと上記蓋とのシー
   ル面と実質的に一致する形状・面積をもたせて、
   シールに要する熱量を減少せしめる様にし、 上記ヒータ素子を加熱し、上記パツケージと蓋
   との上及び該ヒータ素子上のガラスを溶かして上
   記パツケージと蓋の間をシールし、上記ヒータ素
   子は該シールの永久的部材となる様にした事を特
   徴とするシール方法。 ２ 上記パツケージと蓋とがセラミツクである特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 上記加熱が上記ヒータ素子に通流する電流に
   よりなされる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 上記加熱が熱伝導によりなされる特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ５ 第１のセラミツク体と第２のセラミツク体と
   の各々のシール面を接合する方法であつて、 上記第１、第２のセラミツク体のシール面に第
   １のガラスを被膜づけし、この第１のガラス被膜
   は上記第１、第２セラミツク体と熱膨脹係数が実
   質上等しいものであり、 上記第１、第２のセラミツク体のシール面間に
   金属ヒータ素子を置き、このヒータ素子はこの素
   子の熱膨脹係数と実質上等しい熱膨脹係数を有す
   るガラスで被膜づけし、 上記ヒータ素子を加熱して上記第１、第２のセ
   ラミツク体上及びヒータ素子上のガラスを溶か
   し、上記セラミツク本体間にシールを形成し、上
   記ヒータ素子を該シールの永久部材とする事を特
   徴とするシール方法。 ６ 上記ヒータ素子は電流通電により加熱される
   特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７ 上記ヒータ素子は熱伝導により加熱される特
   許請求の範囲第５項記載の方法。