JP2005216641A - Airtight terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置,電子機器,半導体装置等の電気装置に使用される気密端子に関する。 The present invention relates to an airtight terminal used for an electrical apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus, an electronic apparatus, and a semiconductor apparatus.
従来、半導体製造装置等の内部雰囲気を外部雰囲気と遮断させて使用する電気装置には、内外で電気信号を送受信するために気密端子が取着されている。 Conventionally, an airtight terminal is attached to an electric apparatus that uses an internal atmosphere of a semiconductor manufacturing apparatus or the like while being cut off from an external atmosphere in order to transmit and receive electric signals inside and outside.
このような気密端子の一例を図4に示す。図4は従来の気密端子の一例を示す断面図であり、11はピン、12は環状部材、13はセラミック板であり、主にこれらにより気密端子が構成される。 An example of such an airtight terminal is shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional hermetic terminal, in which 11 is a pin, 12 is an annular member, and 13 is a ceramic plate, and these mainly constitute an airtight terminal.
この気密端子は、円柱状の金属製のピン11と、ピン11を挿通させるための貫通孔13aが設けられ、かつ貫通孔13aの一方の開口部周囲に第一のメタライズ層13bが設けられるとともに外周部に第二のメタライズ層13cが形成されたセラミック板13と、第一のメタライズ層13b上面に載置されるとともに内側にピン11が挿通されろう付けされる金属製の環状部材12とから構成されている。
This hermetic terminal is provided with a
ピン11は鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等の金属から成る円柱状であり、セラミック板13の貫通孔13a内に挿通されてロウ付けされ、電気装置内外を電気的に接続するための端子として作用する。ピン11は必要に応じて複数本設けられ、セラミック板13内に適当な配置や間隔でもって配設される。
The
セラミック板13の貫通孔13a内にピン11をロウ付けするには、例えばセラミック板13の貫通孔13aの一方の開口部周囲にモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等から成る第一のメタライズ層13bを被着させておくとともにこれにNiめっきを施し、このNiめっきが施された第一のメタライズ金属層13bとピン11とを、ピン11の外周部に挿通され第一のメタライズ層13b上面に載置されるFe−Ni−Co合金等の金属から成る環状部材12を介して銀(Ag)ロウ等のロウ材によってロウ付け接合されている。
In order to braze the
環状部材12および第一のメタライズ層13bを介してピン11とセラミック板13とをロウ付け接合することにより、ピン11とセラミック板13とを接合するためのロウ材のメニスカスを良好に形成することができ、ピン11をセラミック板13に気密かつ強固にロウ付け接合することができる。
The brazing material meniscus for joining the
セラミック板13は、例えばアルミナ(Al2O3)質セラミックスから成る絶縁性のものであり、その中央部に貫通孔13aが設けられ、貫通孔13a内にはピン11が挿通されロウ付けされている。
The
なお、セラミック板13を電気装置にロウ付けするには、例えばセラミック板13の外周面にMo−Mnから成る第二のメタライズ金属層13cを被着させておくとともにこれにNiめっきを施し、このNiめっきが施された第二のメタライズ金属層13cと電気装置とをAgロウ等のロウ材を介してロウ付けする方法が採用される。または、第二のメタライズ金属層13cに予め筒状の金属スリーブ(図示せず)がAgロウ等のロウ材によってロウ付けされ、この金属スリーブと電気装置とを溶接する方法が採用される。
しかしながら、図4に示した上記従来の気密端子においては、ピン11をセラミック板13にロウ付け接合する際に、ピン11の下側からカーボン製の治具でピン11のセラミック板13から飛び出した部分を固定しながらロウ付けする必要があった。そのため、ロウ付けの作業に非常に手間がかかり量産に適さないという問題があった。
However, in the conventional hermetic terminal shown in FIG. 4, when the
また、カーボン製の治具でピン11の飛び出し部分が固定されており、かつロウ付け接合時に環状部材12がピン11に引っ掛かり易いため、ピン11の熱膨張による伸びによってピン11に引っぱられて環状部材12が押し上げられ、環状部材12とセラミック板13との間に隙間が生じ、ピン11とセラミック板13を気密に接合できないという問題があった。
Also, the protruding portion of the
またロウ付け接合時に、ピン11とセラミック板13との熱膨張差による応力がセラミック板13に加わって、セラミック板13にクラックが発生するという問題もあった。
Further, there is a problem in that a crack is generated in the
その結果、セラミック板13の両主面間、即ち電気装置の外部雰囲気側と内部雰囲気側との間を気密に遮断できなくなり、気密端子として機能できなくなるという問題があった。
As a result, there is a problem in that it is impossible to hermetically block between both main surfaces of the
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、量産に適するとともに、かつ気密信頼性の高い気密端子を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above problems, and an object thereof is to provide an airtight terminal which is suitable for mass production and has high airtight reliability.
本発明の気密端子は、貫通孔が形成されるとともに上面の前記貫通孔の開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層が形成されており、外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にろう付けするための第二のメタライズ層が形成されたセラミック板と、前記第一のメタライズ層の上面に、前記貫通孔に中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材と、前記貫通孔および前記環状部材に挿通されるとともに前記環状部材にろう付けされた円柱状の金属製のピンとを具備しており、前記環状部材は、内径が前記貫通孔の直径よりも小さく、前記ピンは、一端側の大径部と他端側の小径部とから成るとともに前記大径部と前記小径部との間に形成された段差が前記環状部材に係止されており、前記大径部は、直径が前記環状部材の内径よりも大きく、かつ前記第一のメタライズ層の内径よりも小さいことを特徴とする。 In the hermetic terminal of the present invention, a through hole is formed, and an annular first metallized layer is formed around the opening of the through hole on the upper surface, and a cylindrical metal member is formed on the outer periphery. A ceramic plate on which a second metallized layer for brazing is formed on the main surface of the inner or annular metal member, and a lower surface with a central axis coinciding with the through hole on the upper surface of the first metallized layer. A brazed metal annular member; and a cylindrical metal pin that is inserted into the through hole and the annular member and brazed to the annular member. Is smaller than the diameter of the through hole, and the pin comprises a large diameter portion on one end side and a small diameter portion on the other end side, and a step formed between the large diameter portion and the small diameter portion is formed in the annular shape. The large diameter is locked to the member It is characterized by a diameter greater than the inner diameter of the annular member, and less than the inner diameter of the first metallized layer.
本発明の気密端子は、貫通孔が形成されるとともに上面の貫通孔の開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層が形成されており、外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にろう付けするための第二のメタライズ層が形成されたセラミック板と、第一のメタライズ層の上面に、貫通孔に中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材と、貫通孔および環状部材に挿通されるとともに環状部材にろう付けされた円柱状の金属製のピンとを具備しており、環状部材は、内径が貫通孔の直径よりも小さく、ピンは、一端側の大径部と他端側の小径部とから成るとともに大径部と小径部との間に形成された段差が環状部材に係止されており、大径部は、直径が環状部材の内径よりも大きく、かつ第一のメタライズ層の内径よりも小さいことから、ピンをセラミック板にロウ付け接合する際に、従来のようにカーボン製の治具を用いる必要はなく、ピンを大径部と小径部との間の段差で環状部材に引っ掛けてセラミック板に固定できるようになる。その結果、ロウ付けの作業が従来に比べ大幅に改善され、量産に適するものとなる。 In the hermetic terminal of the present invention, a through hole is formed and an annular first metallized layer is formed around the opening of the through hole on the upper surface, and the inner side of the cylindrical metal member is formed on the outer periphery. Alternatively, the ceramic plate on which the second metallized layer for brazing the main surface of the annular metal member is formed, and the lower surface is brazed to the upper surface of the first metallized layer with the central axis aligned with the through hole. An annular member made of metal, and a cylindrical metal pin that is inserted into the through hole and the annular member and brazed to the annular member, and the inner diameter of the annular member is larger than the diameter of the through hole. The pin has a large-diameter portion on one end side and a small-diameter portion on the other end side, and a step formed between the large-diameter portion and the small-diameter portion is locked to the annular member. The diameter is larger than the inner diameter of the annular member and the first member is Since it is smaller than the inner diameter of the rise layer, there is no need to use a carbon jig as in the prior art when brazing the pin to the ceramic plate, and the step between the large diameter portion and the small diameter portion Then, it can be hooked on the annular member and fixed to the ceramic plate. As a result, the brazing operation is greatly improved as compared with the prior art, and is suitable for mass production.
また、ピンの端部を治具に固定する必要がないので、ピンの熱膨張によってピンが伸びたとしても、固定されずに開放されたピンの両端部が伸びることで環状部材を押し上げることはなく、環状部材とセラミック板との間に隙間が生じるのを防止できる。よって、ロウ付け接合時に環状部材と第一のメタライズ層とが当接した状態を保持して、ピンとセラミック板との接合部に良好なロウ材のメニスカスを形成し、ピンとセラミック板とを強固かつ気密に接合できるようになる。 In addition, since it is not necessary to fix the end of the pin to the jig, even if the pin is extended due to thermal expansion of the pin, it is not possible to push up the annular member by extending both ends of the opened pin without being fixed. In addition, it is possible to prevent a gap from being generated between the annular member and the ceramic plate. Therefore, the state in which the annular member and the first metallized layer are in contact with each other at the time of brazing is maintained, a good meniscus of brazing material is formed at the joint between the pin and the ceramic plate, and the pin and the ceramic plate are firmly and firmly It becomes possible to join hermetically.
また、大径部の直径はセラミック板に形成された第一のメタライズ層の内径よりも小さいことから、ロウ付け接合時に発生するピンとセラミック板との熱膨張差による応力が生じても、環状部材におけるピンとの接合部および第一のメタライズ層との接合部間に位置する部位で応力を有効に吸収することができ、セラミック板にクラックが発生するのを有効に防止できるようになる。 In addition, since the diameter of the large-diameter portion is smaller than the inner diameter of the first metallized layer formed on the ceramic plate, even if stress due to the difference in thermal expansion between the pin and the ceramic plate generated during brazing joining occurs, the annular member The stress can be effectively absorbed at the portion located between the joint portion with the pin and the joint portion with the first metallized layer, and the occurrence of cracks in the ceramic plate can be effectively prevented.
以上の結果、本発明の気密端子は量産に適するものとなるとともに、セラミック板の両主面間、即ち電気装置の外部雰囲気側と内部雰囲気側との間を確実に気密に遮断でき、気密端子として良好に機能し得るものとなる。 As a result of the above, the hermetic terminal of the present invention is suitable for mass production, and can reliably and hermetically cut off between the two main surfaces of the ceramic plate, that is, between the external atmosphere side and the internal atmosphere side of the electric device. Can function well.
本発明の気密端子について以下に詳細に説明する。図1は本発明の気密端子について実施の形態の一例を示す断面図である。同図において、1はピン、2は環状部材、3はセラミック板であり、これらにより気密端子が構成される。 The airtight terminal of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an airtight terminal of the present invention. In the figure, 1 is a pin, 2 is an annular member, 3 is a ceramic plate, and these constitute an airtight terminal.
本発明の気密端子は、貫通孔3aが形成されるとともに上面の貫通孔3aの開口の周囲に全周にわたって円環状の第一のメタライズ層3bが形成されており、外周部に筒状の金属部材の内側または環状の金属部材の主面にろう付けするための第二のメタライズ層3cが形成されたセラミック板3と、第一のメタライズ層3bの上面に、貫通孔3aに中心軸を一致させて下面がろう付けされた金属製の環状部材2と、貫通孔3aおよび環状部材2に挿通されるとともに環状部材2にろう付けされた円柱状の金属製のピン1とを具備しており、環状部材2は、内径が貫通孔3aの直径よりも小さく、ピン1は、一端側の大径部1aと他端側の小径部1bとから成るとともに大径部1aと小径部1bとの間に形成された段差が環状部材2に係止されており、大径部1aは、直径が環状部材2の内径よりも大きく、かつ第一のメタライズ層3bの内径よりも小さい構成である。
The hermetic terminal of the present invention has a through-
図1において、電気装置へ取り付けるための取り付け部としてセラミック板3の外周面に第二のメタライズ層3cが形成された構成を示す。そして、半導体製造装置,電子機器,半導体装置等の電気装置の気密容器部分を構成する壁部に貫通穴が開けられており、この内周面または貫通穴の開口の周囲に形成された金属部材に気密端子の第二のメタライズ層3cが接合されることにより、電気装置を密閉することができる。
In FIG. 1, the structure by which the
本発明の気密端子において、ピン1はFe−Ni−Co合金等の金属から成る円柱状であり、電気装置内外を電気的に接続するための端子として作用する。ピン1は必要に応じて複数本設けられ、セラミック板3内に適当な配置や間隔でもって配設される。
In the hermetic terminal of the present invention, the
ここで、ピン1は大径部1aと小径部1bを有し大径部1aと小径部1bの境界に段差が設けられている。このピン1は、ピン1となる棒材に旋盤を用いた切削加工や金型を用いたプレス加工等の従来周知の金属加工を施すことによって形成される。
Here, the
このピン1は、好ましくはその熱膨張係数がセラミック板3の熱膨張係数と近似した材質とするのがよく、この構成によって、ピン1とセラミック板3とがロウ付けされる際の両者の熱膨張差を最小限に抑えることができ、ピン1をセラミック板3に気密性高く強固に接合することができるようになる。更に、ピン1を構成する金属として硬度がビッカース硬度でHv=200以上のものであると、比較的固く容易に曲がりにくいことからピン1の外部雰囲気側にコネクターソケットを嵌合する際等にピン1に曲がりを発生させにくいので好ましい。従って、セラミック板3がAl2O3質セラミックスから成る場合、ピン1としては、熱膨張係数がAl2O3質セラミックスと近似するとともに硬度の高いFe−Ni−Co合金から成るのがよい。
The
また、ピン1は、その表面にNiから成るめっき金属層を1〜10μmの厚みに被着させておくとピン1が酸化腐食することを有効に防止することができる。従って、ピン1の表面にはNiから成るめっき金属層を1〜10μmの厚みに被着させておくことが好ましい。
Further, when the plated metal layer made of Ni is deposited on the surface of the
セラミック板3の貫通孔3a内にピン1をロウ付けするには、例えば図1に示すように、セラミック板3にピン1の大径部1aよりも大きな貫通孔3aを形成し、貫通孔3aの一方の開口部周囲にMo−Mn等から成る第一のメタライズ層3bを被着させておくとともにこれにNiめっきを施し、このNiめっきが施された第一のメタライズ金属層3bとピン1とを、ピン1の外周部に挿通され第一のメタライズ層3b上面に載置されるFe−Ni−Co合金等の金属から成る環状部材2を介してAgロウ等のロウ材によってロウ付け接合されている。
In order to braze the
このようなピン1とセラミック板3との接合構造により、ピン1をセラミック板3にロウ付け接合する際に、従来のようにカーボン製の治具を用いる必要はなく、ピン1を大径部1aと小径部1bとの間の段差で環状部材2に引っ掛けてセラミック板3に固定できるようになる。その結果、ロウ付けの作業が従来に比べ大幅に改善され、量産に適するものとなる。
With such a joining structure of the
また、ピン1の端部を治具に固定する必要がないので、ピン1の熱膨張によってピン1が伸びたとしても、固定されずに開放されたピン1の両端部が伸びることで環状部材2を押し上げることはなく、環状部材2とセラミック板3との間に隙間が生じるのを防止できる。よって、ロウ付け接合時に環状部材2と第一のメタライズ層3bとが当接した状態を保持して、ピン1とセラミック板3との接合部に良好なロウ材のメニスカスを形成し、ピン1とセラミック板3とを強固かつ気密に接合できるようになる。
Further, since it is not necessary to fix the end portion of the
また、大径部1aの直径はセラミック板3に形成された第一のメタライズ層3bの内径よりも小さいことから、ロウ付け接合時に発生するピン1とセラミック板3との熱膨張差による応力が生じても、環状部材2におけるピン1との接合部および第一のメタライズ層3bとの接合部間に位置する部位で応力を有効に吸収することができ、セラミック板3にクラックが発生するのを有効に防止できるようになる。
Further, since the diameter of the
また第一のメタライズ層3bは、図2に示すように、第一のメタライズ層3bの内径がセラミック板3の貫通孔3aの直径よりも大きくなるようにして貫通孔3aの開口部周囲に設けられている構成であってもよい。
Further, as shown in FIG. 2, the
環状部材2および第一のメタライズ層3bを介してピン1とセラミック板3とをロウ付け接合することにより、ピン1とセラミック板3とを接合するためのロウ材のメニスカスを良好に形成することができ、ピン1をセラミック板3に気密かつ強固にロウ付け接合することができる。これにより環状部材2とピン1との接合部および環状部材2と第一のメタライズ層3bとの接合部間の距離を大きくすることができ、ピン1とセラミック板3との熱膨張差による応力を環状部材2のこれらの接合部間に位置する部位でより有効に吸収することができる。
The brazing material meniscus for joining the
セラミック板3は、例えばAl2O3質セラミックス等から成る絶縁性のものであり、電気装置との電気的絶縁を保ってピン1を保持する作用をなし、例えばAl2O3質セラミックスから成る場合、酸化珪素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)および酸化カルシウム(CaO)等のAl2O3質セラミック原料粉末にポリビニルアルコール等のバインダを添加混合するとともに、これを所定形状のプレス型内に充填し、所定の圧力でプレスすることによりプレス成形体を得、しかる後、このプレス成形体を約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
The
または、Al2O3,SiO2,MgO,CaO等の原料粉末に適当な有機バインダ,溶剤等を添加混合してスラリーと成す。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、所要の大きさに切断する。次に、複数のセラミックグリーンシートにおいて貫通孔3a等を形成するために適当な打抜き加工を施す。そして、これらのセラミックグリーンシートにタングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布して第一のメタライズ層3b,第二のメタライズ層3c等の導体層となる印刷パターンを形成し、次いでこれらの印刷パターンを形成したセラミックグリーンシートを積層し、約1600℃の温度で焼成することによって製作される。
Alternatively, a suitable organic binder, solvent, etc. are added to and mixed with raw material powders such as Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, CaO to form a slurry. This slurry is formed into a ceramic green sheet by a doctor blade method or a calender roll method, and cut into a required size. Next, an appropriate punching process is performed to form the through
なお、セラミック板3を電気装置にロウ付けするには、例えばセラミック板3の外周面にMo−Mnから成る第二のメタライズ金属層3cを被着させておくとともにこれにNiめっきを施し、このNiめっきが施された第二のメタライズ金属層3cと電気装置とをAgロウ等のロウ材を介してロウ付けする方法が採用される。
In order to braze the
またセラミック板3の電気装置への取着構造としては、図3(a)に示すように、第二のメタライズ金属層3cに予めFe−Ni−Co合金等から成る筒状の金属スリーブ4をAgロウ等のロウ材によってロウ付けし、この金属スリーブ4と電気装置とを溶接してもよく、また図3(b)に示すように、第二のメタライズ層3cがセラミック板3の主面の外周部に形成され、セラミック板3の主面と電気装置とがロウ付け接合されていてもよい。
In addition, as shown in FIG. 3A, the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1:ピン
1a:大径部
1b:小径部
2:環状部材
3:セラミック板
3a:貫通孔
3b:第一のメタライズ層
3c:第二のメタライズ層
1:
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