JP2005235576A - Airtight terminal - Google Patents
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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はロウ材、13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。 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, wherein 11 is a pin, 12 is a brazing material, and 13 is a ceramic plate, and these constitute an airtight terminal.
この気密端子は、鍔部11aが設けられた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の一方の開口部の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とが、鍔部11aの下面とメタライズ層13bの上面とがロウ材12によってロウ付け接合されることによって成っている。
This hermetic terminal includes 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鍔部11aが設けられており、セラミック板13の貫通孔13a内に挿通されて鍔部11aと第一のメタライズ層13bとがロウ付けされ、電気装置内外を電気的に接続するための端子として機能する。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
ピン11とセラミック板13との固定は、例えばセラミック板13の貫通孔13aの一方の開口部の周囲にモリブデン(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層13bとピン11とを、ピン11の外周部に形成され、第一のメタライズ層13b上面に載置されるピン11の鍔部11aにおいて銀(Ag)ロウ等のロウ材12によってロウ付け接合されることによって行なわれる。
The
鍔部11a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12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。
By brazing and 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、鍔部11aの付け根と第一のメタライズ層13bの貫通孔13aの周縁部との間にロウ材12が溜まり、ロウ材12とセラミック板13との熱膨張差による応力が発生し易くなり、貫通孔13aの周縁部を起点にクラックが入り、セラミック板13が破損してしまうという問題点があった。特に、ピン11の直径が大きくなると、セラミック板13にロウ材12との熱膨張差による応力だけでなく、セラミック板13の貫通孔13bの周縁部にピン11との熱膨張差による応力が大きく作用し、セラミック板13が破損してしまうという問題が顕著に発生していた。
However, in the conventional hermetic terminal shown in FIG. 4, 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、内部雰囲気と外部雰囲気とを確実に遮断し得る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 of the present invention is to provide an airtight terminal with high hermetic reliability that can reliably block the internal atmosphere and the external atmosphere.
本発明の気密端子は、鍔部が設けられた円柱状の金属製のピンと、このピンを挿通させるための貫通孔が両主面間を貫通して形成され、前記貫通孔の一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層が円環状に形成されるとともに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ロウ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が、前記鍔部の一主面と前記第一のメタライズ層とがロウ付けされて成る気密端子であって、前記ピンは、外周面の前記貫通孔の内側に位置する部位に、前記鍔部の前記一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されていることを特徴とする。 The hermetic terminal of the present invention has a cylindrical metal pin provided with a flange and a through hole for inserting this pin formed between both main surfaces, and one opening of the through hole. The first metallized layer is formed in an annular shape around the periphery, and the second metallized layer for brazing on the inner surface of the cylindrical metal member or the main surface of the annular metal member is formed on the outer periphery. The plate is an airtight terminal formed by brazing one main surface of the flange portion and the first metallized layer, and the pin is located at a portion located on the inner side of the through hole on the outer peripheral surface. A groove having an inner surface continuous with the one main surface of the collar portion is formed over the entire circumference.
本発明の気密端子は、鍔部が設けられた円柱状の金属製のピンと、ピンを挿通させるための貫通孔が両主面間を貫通して形成され、貫通孔の一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層が円環状に形成されるとともに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ロウ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が、鍔部の一主面と第一のメタライズ層とがロウ付けされて成る気密端子であって、ピンは、外周面の貫通孔の内側に位置する部位に、鍔部の一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されていることから、鍔部の付け根に設けられた、鍔部の一主面に内面が連続する溝へロウ材が流れやすくなり、貫通孔の周縁部にロウ材が溜まるのを有効に防止できる。従って、貫通孔の周縁にロウ材とセラミック板との熱膨張差による応力が作用し難くなり、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。 The hermetic terminal of the present invention has a cylindrical metal pin provided with a flange and a through-hole for inserting the pin formed between both main surfaces, around one opening of the through-hole. A ceramic plate in which a first metallized layer is formed in an annular shape and a second metallized layer for brazing on the inner surface of the cylindrical metal member or the main surface of the annular metal member is formed on the outer periphery; Is a hermetic terminal formed by brazing one main surface of the buttocks and the first metallized layer, and the pin is located on the inner surface of the through hole on the outer peripheral surface, on one main surface of the buttocks. Since the groove with the continuous inner surface is formed over the entire circumference, the brazing material is easily flown into the groove with the inner surface continuous with one main surface of the flange, provided at the base of the flange, and the peripheral portion of the through hole It is possible to effectively prevent the brazing material from accumulating. Therefore, it becomes difficult for the stress due to the difference in thermal expansion between the brazing material and the ceramic plate to act on the periphery of the through hole, and it is possible to effectively prevent cracks from occurring in the ceramic plate.
また、鍔部の付け根と貫通孔の周縁部との間にロウ材が溜まるのを有効に防止できることから、セラミック板の貫通孔の周縁部にピンとの熱膨張差による応力が作用し難くなる。よって、ピンの直径が大きくなっても、セラミック板の貫通孔の周縁部にピンとの熱膨張差による応力が大きく作用することがなくなり、セラミック板の破損を有効に防止することができる。 Further, since it is possible to effectively prevent the brazing material from being accumulated between the base of the collar portion and the peripheral portion of the through hole, the stress due to the difference in thermal expansion with the pin hardly acts on the peripheral portion of the through hole of the ceramic plate. Therefore, even if the diameter of the pin is increased, the stress due to the difference in thermal expansion from the pin does not act on the peripheral portion of the through hole of the ceramic plate, and damage to the ceramic plate can be effectively prevented.
以上の結果、本発明の気密端子は、セラミック板の破損を有効に防止し、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 effectively prevents the ceramic plate from being damaged, 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. It can function well as an airtight terminal.
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の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はロウ材、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 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 a brazing material, 3 is a ceramic plate, and these constitute an airtight terminal.
本発明の気密端子は、鍔部1aが設けられた円柱状の金属製のピン1と、ピン1を挿通させるための貫通孔3aが両主面間を貫通して形成され、貫通孔3aの一方の開口部の周囲に第一のメタライズ層3bが円環状に形成されるとともに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ロウ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とが、鍔部1aの一主面と第一のメタライズ層3bとがロウ付け接合されて成る気密端子であって、ピン1は、外周面の貫通孔3aの内側に位置する部位に、鍔部1aの一主面に内面が連続する溝1bが全周にわたって形成されている。
The hermetic terminal of the present invention has a
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の外周に第二のメタライズ層3cが形成された構成を示す。以下、貫通孔3aの一方の開口部の周囲に形成されたメタライズ層を第一のメタライズ層3b、セラミック板3の外周部に形成されたメタライズ層を第二のメタライズ層3cとして説明する。
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外周部に同心円の円板状に鍔部1aが設けられており、セラミック板3の貫通孔3a内に挿通されて鍔部1aが第一のメタライズ層3bにロウ付けされることによって、ピン1の一端側が電気装置等の外部雰囲気側にあり他端側が内部雰囲気側にあるような、電気装置内外を電気的に接続するための端子として機能する。ピン1は必要に応じてセラミック板3に複数本設けられ、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、外周面の貫通孔3aの内側に位置する部位に、鍔部1aの付け根に設けられ、鍔部1aの一主面に内面が連続する溝が全周にわたって形成されている。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。鍔部1aはピン1と一体に形成されていても、ピン1と別体で円環状の部材として形成された後にピン1の外周部にロウ付けされていてもよい。
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に気密性よく強固に接合することができるようになる。さらに、ピン1を構成する金属の硬度が高いと、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。
The
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はFe−Ni−Co合金から成るのがよい。Fe−Ni−Co合金は、Al2O3質セラミックスの熱膨張係数7〜8×10−6に対してこれに近似した5.7〜6.2×10−6の熱膨張係数を有し、また、ビッカース硬度がHv=200程度で硬く曲がりにくいので、ピン1に好適な材料である。
Therefore, when 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を挿通してピン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の直径よりも大きな貫通孔3aを形成し、貫通孔3aの一方の開口部の周囲にMo−Mn等から成る第一のメタライズ層3bを被着させるとともにこれに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の上面とピン1の鍔部1aの下面とをAgロウ等のロウ材2によってロウ付けし、互いに接合することによって行なわれる。
In order to insert the
ここで、ピン1は鍔部1aの付け根である部分に、鍔部1aの主面に内面が連続する溝1bが全周にわたって形成されている。この構成によって、溝1bへロウ材2が流れやすくなり、鍔部1aの付け根と第一のメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間にロウ材2が溜まるのを防止できる。従って、貫通孔3aの周縁にロウ材2とセラミック板3との熱膨張差による応力が作用し難くなり、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。
Here, in the
また、ピン1の直径が大きい場合であっても、セラミック板3の貫通孔3aの周縁部にピン1との熱膨張差による応力が大きく作用することがなくなり、セラミック板3の破損を有効に防止することができる。
Further, even if the diameter of the
よって、セラミック板3の破損を有効に防止し、セラミック板3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。
Therefore, breakage of the
ピン1の直径をdとすると、好ましくは、溝1bの上下方向の幅は0.1mm〜d/2程度、また溝1bの深さは0.05mm〜d/4程度とするのがよい。この構成により、鍔部1aの付け根と第一のメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間にロウ材2が溜まるのを有効に防止できる。溝1bの幅が0.1mm未満、溝1bの深さが0.05mm未満では、溝1bが小さくなりすぎて、鍔部1aの付け根と第一のメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるロウ材2を溝1bに逃がしきることができない。また、溝1bの幅がd/2を超えて大きくなり、また溝1bの深さがd/4を超えて大きくなると、溝1bの大きさが大きくなりすぎてピン1が破損しやすくなる。また、溝1bによってピン1の直径が細くなって電気抵抗が大きくなるため、溝1bが大きくなりすぎると、ピン1を伝送する電気信号が溝1b部分を通過する際、大きな抵抗損失が生じることとなり不都合である。
When the diameter of the
また、溝1bの断面形状は、図1に示す半円形である他、楕円形状や四角形状,三角形状等種々の形状とし得る。好ましくは、半円形等の曲線を有する形状であるのがよく、この構成により、鍔部1aの付け根と第一のメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるロウ材2を溝1bに逃がし易くでき、ロウ材2が鍔部1aの付け根とメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるのを有効に防止し、セラミック板3に破損が生ずるのを有効に防止することができる。
Further, the cross-sectional shape of the
好ましくは、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が貫通孔3aの内面の上部にかけて設けられる構成であってもよい。この構成によって、鍔部1aの付け根とメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるロウ材2を切欠き部1bに誘導させ、ロウ材2を鍔部1aの付け根と貫通孔3aの周縁部との間に溜まるのを確実に防止できるようになる。
Preferably, as shown in FIG. 2, the
また、貫通孔3aの内面の第一のメタライズ層3bと鍔部1aとの間にもロウ材2のメニスカスが形成されるようにもなり、その結果、ピン1がセラミック板3と2方向で接合され、ピン1が種々の方向の外力を受けてもセラミック板3から外れ難くなる。
Further, a meniscus of the
この場合、貫通孔3aの内面の上部に設けられる第一のメタライズ層3bの上下方向の長さは、0.1mm以上で溝1bの幅以下になるようにするのがよい。この構成により、ロウ材2が鍔部1aの付け根とメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるのを確実に防止し、セラミック板3に破損が生ずるのを確実に防止することができるものとなる。貫通孔3aの内面の上部に設けられるメタライズ層3bの上下方向の長さが0.1mm未満であると、長さが短すぎるため鍔部1aの付け根と第一のメタライズ層3bの貫通孔3aの周縁部との間に溜まるロウ材2を溝1bに誘導させることができなくなる。また、溝1bの幅を超えて長くなると溝1bより下のピン1の外周とセラミック板3とが第一のメタライズ層3bを介してロウ付け接合されてしまい、セラミック板3にピン1の長さ方向の熱膨張差による応力が作用することになる。その結果、セラミック板3へのクラック発生を防止することができなくなる。
In this case, the vertical length of the
セラミック板3は、例えば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3aが設けられ、貫通孔3a内にはピン1が挿通されロウ付けされる。
The
セラミック板3は、電気装置との電気的絶縁を保ってピン1を保持する作用を為し、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後述のセラミックグリーンシートによる方法と同様に加工し、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した後に、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。
Alternatively, an appropriate 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, and this slurry is then converted into a ceramic green sheet by a doctor blade method or a calender roll method. And cut to the required size. Next, an appropriate punching process is performed to form the through
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。
The ceramic green sheets are printed with a metal paste mainly composed of a metal powder such as tungsten (W) to form a printed pattern to be a conductor layer such as the
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。例えば、セラミック板3の貫通孔3aの開口部や角部にはC面等の面取りが施されていてもよい。この構成によって、セラミック板3の貫通孔3aの開口部における応力集中をなくすことができ、セラミック板3へのクラック発生をより有効に防止できる。
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. For example, chamfering such as a C surface may be applied to the opening or corner of the through
1:ピン
1a:鍔部
1b:切欠き部
2:ロウ材
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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