JPS6325502B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は、アルミニウムパツケージに関し、さ
らに詳しく述べると、GaAsFETなどのような半
導体を利用したマイクロ波用アンプのアルミニウ
ムパツケージに関する。

(2) 従来技術と問題点 従来のマイクロ波用アンプパツケージは、周知
の通り、鉄系材料、主としてステンレス鋼から製
作されている。しかしながら、このようなパツケ
ージは、熱放散性に乏しいばかりでなく非常に重
いため、かかるパツケージに近年求められている
２つの課題、すなわち、軽量化（特に航空機に搭
載する場合などに必要である）と良熱伝導性（こ
れが悪いと、高出力アンプの場合、その発熱に原
因して回路素子の損傷がひきおこされる）を満た
すことができない。

ステンレス鋼に代えてアルミニウムをパツケー
ジに利用することも試みられているというもの
の、未だ実用されるに至つていない。なぜなら、
アルミニウムパツケージの場合、熱伝導性が良い
から熱放射性も良い、軽量である、加工性にすぐ
れている、等のアルミニウム固有の特長をそのま
ま生かせるにも拘らず、重要な性質である気密封
止性を保証し得ないからである。すなわち、アル
ミニウムパツケージのケースとカバーを接合する
場合、以下に詳述するように、溶接後の急速凝固
に原因してそれらの溶接ビード部にクラツクが生
じてパツケージを完全に気密化し得ないからであ
る。さらに、固体レーザの１種である連続発振
YAGレーザーを使用してアルミニウムの溶接を
行なうような場合、レーザの出力が平均して数
100Wのオーダーであり、また、Alのレーザに対
する反射率が高いから、アルミニウム箔のような
薄物はレーザにより溶解し得ても肉厚物の溶解は
達成不可能であり、実際に溶接を行なうことが不
可能である。

回路基板、素子を搭載したパツケージを封止す
るに際して、素子などの熱的劣化をひきおこさな
いように注意を払いながらそれを行なわなければ
ならないことは周知の通りである。そのために、
アルミニウムパツケージを全体的に高温度にさら
さなければならない、例えばロウ付などの封止法
をここで採用することができない。パツケージを
局部的に加熱する方式の溶接法を採用可能である
というものの、普通の溶接法は使用不可能であ
る。なぜなら、熱伝導性が極めて良好であるアル
ミニウムをパツケージ材料として選択してあるた
め、熱放散が大きくなりすぎて溶接を実施するこ
とができないからである。結局、レーザによる溶
接法に依存しなければならないのが現状である。
しかしながら、この方法によつてパツケージを封
止しても、アルミニウムの熱伝導性が良好である
ので、溶接部の冷却速度が極めて速くなり、溶接
ビード部にクラツクが発生し、よつて、パツケー
ジの気密化を保てなくなる。このようなクラツク
は、パツケージ材料として純アルミニウムを使用
した場合にとどまらず、耐蝕性にすぐれた、例え
ばAl−Mg系のようなアルミニウム合金を使用し
た場合にもまた発生するということが判明してい
る。

また、本発明者らは、ステンレス鋼の前記した
欠点を解消するため、パツケージのケースをアル
ミニウム合金を用いて形成するとともに、ケース
及びそのカバーの接合部を鉄系金属で形成しレー
ザビームを用いて気密封止を行うことを先に発明
し、特許出願した（特開昭58−147135号公報）。
このアルミニウム合金パツケージは、しかし、所
期の目的を達成し得るというものの、例えばステ
ンレス鋼や軟鋼のような鉄系金属をアルミニウム
合金に拡散接合しなければならないという点で煩
雑であり、また、上記と同じようにクラツクの発
生する傾向がある。

(3) 発明の目的 上記説明から明らかなように、従来のアルミニ
ウムパツケージに固有の欠点として気密封止性の
悪さがある。本発明の目的は、レーザを用いてア
ルミニウムパツケージの気密封止溶接を行なうと
いう基本思想は変更しないで、パツケージの気密
封止性を飛躍的に改良することにある。さらに、
レーザとして、例えば連続発振YAGレーザのよ
うな低出力のレーザの使用を可能ならしめること
にある。

(4) 発明の構成 本発明者らは、このたび、それぞれがアルミニ
ウム又はアルミニウム合金からできているケース
及びカバーをレーザ溶接により気密封止してなる
アルミニウムパツケージであつて、前記ケースの
封止部と前記カバーの封止部の中間に非鉄系金属
からなる中間層を介在せしめ、該中間層を前記封
止部のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金
とともにレーザ溶接してアルミニウム合金化した
ことを特徴とするアルミニウムパツケージによつ
て上述の目的を達成し得るということを見い出し
た。

本発明は、その好ましい１態様に従うと、アル
ミニウムパツケージのケース及び／又はカバーの
封止部上にSi層を、例えば蒸着法、スパツタリン
グ法、プラズマ溶射法などの薄膜形成法により形
成し、このSi層をはさみ込む形でカバーとケース
とを重ね合わせ、Si層と封止部のアルミニウム及
び／又はアルミニウム合金に集光したレーザビー
ムを照射してその部分を溶解させ、よつて、Al
−Siの共晶合金からなる中間層を形成することに
よつて実施することができる。

本発明は、そのもう１つの好ましい態様に従う
と、アルミニウムパツケージのケースの封止部上
及びカバーの封止部上のそれぞれにレーザに対す
る反射率の低いZnメツキ層を例えば電気メツキ
法などのメツキ法により形成し、このZnメツキ
層を封止部のアルミニウム及び／又はアルミニウ
ム合金とともにレーザ溶接してAl−Zn合金から
なる中間層を形成することによつて実施すること
ができる。このような合金から中間層を形成する
と、中間層の膜厚のエネルギー吸収が良好である
ので、低出力のレーザでアルミニウムを溶かし、
レーザ溶接を行なうことができる。

本発明は、そのさらにもう１つの好ましい態様
に従うと、アルミニウムパツケージのケースの封
止部上及びカバーの封止部上のそれぞれにCuメ
ツキ層及びNiメツキ層を順次、例えば電気メツ
キ法により形成し、レーザに対する反射率の低い
この複合Cu＋Niメツキ層を封止部のアルミニウ
ム及び／又はアルミニウム合金とともにレーザ溶
接してAl−Cu−Ni合金からなる中間層を形成す
ることによつて実施することができる。得られる
結果は、上記のAl−Zn合金からなる中間層の場
合同じである。

以上の説明から明らかなように、本発明では、
非鉄系金属からなる中間層をフオイルの挿入、蒸
着、メツキ等の手法を用いて形成し、この（これ
らの）中間層を封止部のアルミニウム及び／又は
アルミニウム合金とともにレーザ溶接に供して溶
融させ、溶接部に溶け込ませる。すなわち、得ら
れる溶接部は、中間層の非鉄金属が合金化された
アルミニウム合金となる。このように中間層が溶
接部内で合金化されると、溶接部の強度の著しい
向上を達成することができる。

本発明を実施する場合、アルミニウムパツケー
ジの材料として任意のアルミニウム系材料を有利
に使用することができる。代表的なアルミニウム
系材料を列挙すると、例えば、純アルミニウム
（例えばJISに規定される1100など）、耐蝕性アル
ミニウム合金（例えばJISに規定される5052など
の）、その他がある。パツケージのケース及びカ
バーの材料は、互いに同一もしくは異なつていて
もよく、上記したようなアルミニウム系材料のな
かから任意に選択することができる。

(5) 発明の実施例 添付の図面を参照しながら、本発明のアルミニ
ウムパツケージを説明する。

第１図には、気密封止溶接前の、本発明のアル
ミニウムパツケージのケース及びカバーが示され
ている。この状態では、未だ中間層（以下、特に
接合膜層と記す）が形成されていない。図示の場
合には、純アルミニウム1100からカバー１及びケ
ース２が出来ている。ケース２には、さらに、入
出力端子３があり、また、図示されていないけれ
ども、回路基板、素子が搭載されている。

第２図には、本発明のアルミニウムパツケージ
をレーザ溶接により気密封止する方法が図示され
ている。図示の通り、レーザ発振器４からのレー
ザビームをレンズ系５で集束させて、カバー１の
封止部とケース２の封止部との中間に設けられた
接合膜層６に照射する。このレーザビームの照射
は、通常、例えば窒素又はアルゴンのような不活
性ガスの雰囲気中において実施する。

第３図には、本発明に従いAl−Si合金層を接
合膜層とする一例が図示されている。図示の場
合、カバー１及びケース２の両方を純アルミニウ
ム1100から製作した。カバー１の封止部上にプラ
ズマ溶射によりSiを付着させた。形成されたSiプ
ラズマ溶射層７の膜厚は50μｍであつた。次い
で、カバー１及びケース２の封止部どうしを重ね
合わせ、0.3mmに集光したレーザビームを窒素ガ
ス雰囲気中において層７及びその近傍に照射する
ことにより溶接した。レーザ溶接は、パルス幅４
ｍ・sec、パルスレート15pps、平均出力200Wの
条件で、溶接速度４mm／secで行つた。

Al−Si合金層を介して強固に気密封止された
アルミニウムパツケージの気密性をヘリウムリー
クデテクタによつて調べたところ、実用上全く問
題のない10^-10atm・c.c.／ｓ以上の高い気密度を
有するということが判明した。さらに、このパツ
ケージの溶接部を顕微鏡で観察したところ、クラ
ツクの発生が皆無であり、高い信頼性が得られる
ことが判つた。なお、溶接部をXMA（Ｘ線マイ
クロアナライザ）によつて検査したところ、溶接
部はAl−Siの共晶合金となつていることが確認
された。

第４図には、本発明に従いAl−Cu−Ni合金層
を接合膜層とする一例が図示されている。図示の
場合、先の第３図と同様、カバー１及びケース２
の両方を純アルミニウム1100から製作した。カバ
ー１の封止部上及びケース２の封止部上のそれぞ
れに、これらの封止部の形状にあわせて膜厚10μ
ｍのCu層８及び膜厚10μｍのNi層９を順次電気メ
ツキによつて形成させた。次いで、カバー１及び
ケース２の封止部どうしを重ね合わせ、0.1mmに
集光したレーザビームを窒素ガス雰囲気中におい
て層８及び９及びその近傍に照射することによ
り、溶接した。なお、ここで使用したレーザビー
ムは、平均出力300Wそして溶接速度４mm／secの
連続発振レーザ光であつた。

接合膜層としての複合Cu＋Niメツキ層を介し
て強固に気密封止されたアルミニウムパツケージ
の気密性をヘリウムリ−クデテクタによつて調べ
たところ、実用上全く問題のない10^-10atm・
c.c.／ｓ以上の高い気密度を有するということが判
明した。さらに、このパツケージの溶接部を顕微
鏡で観察したところ、クラツクの発生が皆無であ
り、高い信頼性が得られることが判つた。

第３図及び第４図の場合、カバー１及びケース
２の両方を純アルミニウム1100から形成したけれ
ども、これに代えて、カバー１及びケース２のい
ずれか一方をアルミニウム合金5052から、また、
これらの両方をアルミニウム合金5052から形成し
た場合、上記と同様の遜色のない結果が得られ
た。

(6) 発明の効果 本発明に従うと、軽量でありかつ安定かつ高度
に気密封止されたマイクロ波用アルミニウムパツ
ケージを提供することができる。さらに、溶接に
使用するレーザとして低出力のものを使用するこ
とができる。さらに、このパツケージには、パツ
ケージを構成する材料の熱放散がすぐれているた
めに、高出力の素子を搭載することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアルミニウムパツケージ
の、気密封止溶接前の状態を示した斜視図、第２
図は、本発明のアルミニウムパツケージをレーザ
溶接により気密封止する方法を示した概念図、第
３図は、Al−Si合金層を中間層とする一例を示
した略示図、そして第４図は、Al−Cu−Ni合金
層を中間層とする一例を示した略示図である。 図中、１はカバー、２はケース、３は入出力端
子、４はレーザ発振器、５はレンズ系、６は中間
層、７はSiプラズマ溶射層、８はCuメツキ層、
そして９はNiメツキ層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれがアルミニウム又はアルミニウム合
   金からできているケース及びカバーをレーザ溶接
   により気密封止してなるアルミニウムパツケージ
   であつて、前記ケースの封止部と前記カバーの封
   止部の中間に非鉄系金属からなる中間層を介在せ
   しめ、該中間層を前記封止部のアルミニウム及
   び／又はアルミニウム合金とともにレーザ溶接し
   てアルミニウム合金化したことを特徴とするアル
   ミニウムパツケージ。 ２ 前記ケースの封止部上及び／又は前記カバー
   の封止部上にSi層を形成し、該Si層を前記封止部
   のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金とと
   もにレーザ溶接してAl−Si合金からなる中間層
   を形成した、特許請求の範囲第１項に記載のアル
   ミニウムパツケージ。 ３ 前記ケースの封止部上及び前記カバーの封止
   部上のそれぞれにZnメツキ層を形成し、該Znメ
   ツキ層を前記封止部のアルミニウム及び／又はア
   ルミニウム合金とともにレーザ溶接してAl−Zn
   合金からなる中間層を形成した、特許請求の範囲
   第１項に記載のアルミニウムパツケージ。 ４ 前記ケースの封止部上及び前記カバーの封止
   部上のそれぞれにCuメツキ層及びNiメツキ層を
   順次形成し、これらの複合メツキ層を前記封止部
   のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金とと
   もにレーザ溶接してAl−Cu−Ni合金からなる中
   間層を形成した、特許請求の範囲第１項に記載の
   アルミニウムパツケージ。