JP2007005046A - Method of joining metal plate and ceramic terminal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は金属板とセラミック端子の接合方法に関し、より詳細には、金属板とセラミック端子のろう付け部分の気密性を向上させることを可能とする金属板とセラミック端子の接合方法に関する。 The present invention relates to a method for joining a metal plate and a ceramic terminal, and more particularly, to a method for joining a metal plate and a ceramic terminal that can improve the airtightness of a brazed portion between the metal plate and the ceramic terminal.
従来、金属板にセラミック端子をろう付けして形成するセラミックパッケージにおいては、金属板にセラミック端子を装着する開口部を設け、この開口部にセラミック端子を挿入してろう付けしている。このようなセラミックパッケージの開口部の寸法は一般に、セラミック端子を挿入して配置するため、セラミック端子の外形寸法よりも若干大きく形成し、開口部の内面とセラミック端子の外面との間に所定寸法のクリアランスを設けている。セラミック端子は、金属板の開口部にセラミック端子を配置した後に、銀ろう等のろう材により金属板にろう付けされ、金属板に封着される。金属板にセラミック端子を封着させる際には、クリアランスを大きくするほど、セラミック端子を容易に配置できて有利であるが、この反面、セラミック端子を封着した際の気密性が低下してしまうという不都合がある。 Conventionally, in a ceramic package formed by brazing ceramic terminals to a metal plate, an opening for mounting the ceramic terminal is provided in the metal plate, and the ceramic terminal is inserted into the opening and brazed. The size of the opening of such a ceramic package is generally formed to be slightly larger than the outer dimension of the ceramic terminal because the ceramic terminal is inserted and arranged, and a predetermined dimension is provided between the inner surface of the opening and the outer surface of the ceramic terminal. Clearance is provided. The ceramic terminal is brazed to the metal plate with a brazing material such as silver solder after the ceramic terminal is disposed in the opening of the metal plate, and is sealed to the metal plate. When sealing a ceramic terminal to a metal plate, the larger the clearance, the easier it is to arrange the ceramic terminal, which is advantageous, but on the other hand, the airtightness when the ceramic terminal is sealed is reduced. There is an inconvenience.
また、セラミック端子を装着するために金属板10に設ける開口部12は、金属板10を切削加工して形成することが多い。この切削加工方法によって開口部12を形成した場合は、図10に示すように開口部12のコーナ部にアール部Rが形成される形態になる。このため、セラミック端子20が配置できるように開口部12を形成しようとすると、コーナ部のアール部Rとセラミック端子20のコーナ部とが干渉しないようにしなければならず、アール部R以外のクリアランス40が必要以上に大きくなってしまう。
Further, the
近年においては、自動工程によって開口部12にセラミック端子20を配設するため、開口部12とセラミック端子20との間のクリアランスを大きくしてセラミック端子20の配置を容易にする必要性が低下している。一方、セラミック端子20の封止においては、年々高い封止性能が要求され、金属板10の開口部12とこれに装着されるセラミック端子20との間のクリアランスを可及的に小さくすることが望まれている。
特許文献1または2には、セラミックパッケージにおいて、放熱板として用いる金属板と、セラミック端子の熱膨張率が異なることについての対策方法が開示されている。しかしながら、金属板とセラミック端子とを接合させる際に、セラミック端子の金属板への封着部の封止性を高めるための加工方法については、いずれの公開公報にも開示がなされていない。 Patent Document 1 or 2 discloses a countermeasure method for the difference in thermal expansion coefficient between a metal plate used as a heat sink and a ceramic terminal in a ceramic package. However, none of the publications discloses a processing method for enhancing the sealing performance of the sealing portion of the ceramic terminal to the metal plate when the metal plate and the ceramic terminal are joined.
開口部12の寸法(クリアランスの大きさ)は、図10に示したように、開口部12のコーナ部に形成されるアール部Rの大きさにより制約を受けることになるため、従来の金属板10の切削技術によってはクリアランスの削減には限界があった。そこで本発明は、金属板10とセラミック端子20の接合構造において、金属板10に形成された開口部12とセラミック端子20とのクリアランスを極力小さくし、セラミック端子20の気密性を向上させることが可能な金属板10とセラミック端子20の接合方法の提供を目的としている。
Since the size of the opening 12 (clearance size) is restricted by the size of the rounded portion R formed at the corner of the
本発明は、削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、切削手段により前記貫通孔間を切削し、前記金属板に前記セラミック端子が装着される開口部を形成する工程と、前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法である。 The present invention provides a step of forming a through hole in a metal plate by aligning with a corner portion of the outer shape of the ceramic terminal by a hole drilling means, and cutting the space between the through holes by a cutting means, and the ceramic terminal on the metal plate A metal plate comprising: a step of forming an opening in which the metal plate is mounted; and a step of brazing the metal plate and the ceramic terminal by disposing the ceramic terminal in the opening. This is a method of joining ceramic terminals.
また、前記開口部を形成する工程において、前記貫通孔の外周縁の一部が残留するように前記金属板を切削することを特徴とする。
これにより、貫通孔のアール部分を残し、応力集中を緩和させつつも、開口部とセラミック端子とのクリアランスを可及的に小さくすることができ、セラミック端子を高気密状態で封止することが可能になる。
Further, in the step of forming the opening, the metal plate is cut so that a part of the outer peripheral edge of the through hole remains.
As a result, the clearance between the opening and the ceramic terminal can be made as small as possible while leaving the rounded portion of the through hole and relaxing the stress concentration, and the ceramic terminal can be sealed in a highly airtight state. It becomes possible.
また他の発明は、削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に位置合わせして、前記金属板に前記セラミック端子を配置する領域にあわせてエッチング用開口孔が形成されたマスクを配置し、前記金属板をエッチングして開口部を形成する工程と、前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法である。 According to another aspect of the present invention, a step of forming a through hole in a metal plate by aligning with a corner portion of the outer shape of the ceramic terminal by drilling means, and a position of the ceramic terminal on the metal plate by aligning with the through hole A step of arranging a mask in which an opening hole for etching is formed in accordance with a region where the metal plate is disposed, etching the metal plate to form an opening, and arranging the ceramic terminal in the opening, And a method of joining the ceramic terminal to the ceramic terminal.
また、前記エッチング用マスクとして、前記エッチング用開口部が、エッチングにより形成された前記開口部が前記貫通孔の一部または全部に連通するように形成されたものを用いることを特徴とする。
これにより、開口部のアール部分を残し、応力集中を緩和させつつも、開口部とセラミック端子とのクリアランスを可及的に小さくすることができ、セラミック端子を高気密状態で封止することが可能になる。また、量産しやすい形態となることから製造コストを抑えることができる。
Further, the etching mask is characterized in that the etching opening is formed so that the opening formed by etching communicates with part or all of the through hole.
As a result, the clearance between the opening and the ceramic terminal can be made as small as possible while leaving the rounded portion of the opening and relaxing the stress concentration, and the ceramic terminal can be sealed in a highly airtight state. It becomes possible. Moreover, since it becomes a form which is easy to mass-produce, manufacturing cost can be held down.
本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法によれば、開口部のコーナ部において、応力集中を十分緩和させることが可能なアール部を有すると共に、開口部とセラミック端子のクリアランスを可及的に小さくすることができる。これにより、ろう付け部分が減少し、ろう材を節約することができると共に、金属板とセラミック端子との気密性を大幅に向上させることができ、信頼性の高い製品を提供することが可能になる。 According to the method for joining a metal plate and a ceramic terminal according to the present invention, the corner portion of the opening has a rounded portion capable of sufficiently relaxing stress concentration, and the clearance between the opening and the ceramic terminal is made as much as possible. Can be made smaller. As a result, the brazed portion can be reduced, the brazing material can be saved, the airtightness between the metal plate and the ceramic terminal can be greatly improved, and a highly reliable product can be provided. Become.
(第1実施形態)
以下、本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1は、金属板とセラミック端子がろう付けされた状態を示す平面図およびA−A断面図である。図2は、本実施形態における開口部の形成工程における第1工程を示す平面図である。図3は、本実施形態における開口部の形成工程における第2工程を示す平面図である。図4は、図3におけるB部分の拡大図である。
(First embodiment)
Embodiments of a method for joining a metal plate and a ceramic terminal according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA, showing a state where a metal plate and a ceramic terminal are brazed. FIG. 2 is a plan view showing a first step in the step of forming the opening in the present embodiment. FIG. 3 is a plan view showing a second step in the step of forming the opening in the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged view of a portion B in FIG.
本実施の形態における金属板10は、コバール(Fe−Ni−Co)製である。コバールは、セラミックと熱膨張率が極めて近似しているため両者を一体化させてなる製品の製造において多用されている。
金属板(コバール板)10は、例えばセラミックパッケージのケース部の構成材として用いられ、放熱機能も有している。金属板10とセラミック端子20は、金属板10に形成された開口部12とセラミック端子20間のクリアランス部分40に充てんされた銀ろう等のろう材30により接合されている。ろう材30は表面張力の作用によりクリアランス部分40の隅々に充てんされる。
The
The metal plate (Kovar plate) 10 is used as, for example, a constituent material of a case portion of a ceramic package and has a heat dissipation function. The
以下、金属板10の開口部12の形成方法について説明する。
まず、削孔手段である細径のエンドミル(図示せず)により金属板10の所要位置に貫通孔14を形成する。本実施の形態においては、図2に示すように、開口部12の仕上り形状に対応する長方形の四隅部分に貫通孔14を形成する。
次に、図3に示すように、切削手段であるワイヤーソー(図示せず)により隣接する貫通孔14どうしを直線的に連続させるようにして切削する。このワイヤーソーカットにより、図4に示すように、貫通孔14の外周縁の一部が残存する状態に金属板10が切削される。
このワイヤーソーカットでは、ワイヤーソーによる貫通孔14位置への切り出し位置(または切り込み位置)どうしにより形成される角度αが90°を越えるような状態になることが好ましい。
Hereinafter, a method for forming the
First, the
Next, as shown in FIG. 3, it cuts so that the adjacent through-
In this wire saw cutting, it is preferable that the angle α formed by the cutting positions (or cutting positions) to the through
このようにして形成された開口部12は、開口部12のコーナ部に貫通孔14の外周縁の一部によるアール部Rが形成され、このアール部Rはセラミック端子20が配置される開口部領域のコーナ部の外側に形成されている。すなわち、セラミック端子20を配置する矩形領域の開口部12は、アール部Rに依存することなく形成することができる。これにより、セラミック端子20を配置する開口部12とセラミック端子20とのクリアランス40を可及的に小さくすることができる。
The opening 12 formed in this way has a rounded portion R formed by a part of the outer peripheral edge of the through
このようにして形成した開口部12にセラミック端子20を配置してろう付けする。セラミック端子20を自動手段(図示せず)により開口部12に配設した後、クリアランス部40に銀ろう等のろう材30を用いて互いを接合する。ろう材30が溶融する温度に加熱された加熱炉中で金属板10およびセラミック端子20を加熱してろう付けする。ろう材30は金属板10とセラミック端子20とのクリアランス40とアール部Rに充てんされ、セラミック端子20が金属板10気密にろう付けされる。
The
なお、本実施形態においては切削手段による貫通孔14位置への切り出し位置(または切り込み位置)どうしにより形成される角度αが90°を越える旨が記載されているが、必ずしもこの角度に限定されるものではない。要は、貫通孔14の外周縁の一部を残存させるようにして開口部12が形成される角度であれば、貫通孔14の中心Oから各ワイヤーソーの切削開始位置までの角度αは実施例の角度範囲以外の角度であっても良いのはもちろんである。
In the present embodiment, it is described that the angle α formed by the cutting position (or the cutting position) to the through
(第2実施形態)
次に、図5〜図8に従って本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法における第2実施形態について説明する。
図5は、第2実施形態における開口部の形成工程における第1工程を示す平面図である。図6は、第2実施形態における開口部の形成工程における第2工程を示す平面図である。図7は、第2実施形態により開口部が形成された金属板の平面図である。図8は、図7におけるC部分の拡大図である。
本実施の形態において用いられる金属板10は第1実施形態と同様にコバールからなり、厚さが約1mmといった薄厚のものを使用する。
(Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment in the joining method of the metal plate and ceramic terminal concerning this invention is described according to FIGS.
FIG. 5 is a plan view showing a first step in the step of forming the opening in the second embodiment. FIG. 6 is a plan view showing a second step in the step of forming the opening in the second embodiment. FIG. 7 is a plan view of a metal plate in which openings are formed according to the second embodiment. FIG. 8 is an enlarged view of a portion C in FIG.
The
以下に、本実施の形態における金属板10への開口部12の形成方法について説明する。
まず、削孔手段である細径のエンドミルにより、図5に示すように開口部12の仕上り形状に対応する長方形の四隅部分に貫通孔14を形成する。
次に、図6に示すように、開口部12を形成するためのエッチング用マスク50を金属板10に重ね、エッチング処理することにより、金属板10に開口部12を形成する。エッチング用マスク50には、セラミック端子20を配置するために金属板10に形成する開口部12の孔形状に合わせて、矩形のエッチング用開口部52が形成されている。本実施の形態では、金属板10として厚さ1mmといった比較的薄厚のものを使用している。エッチングで開口部12を形成する際の金属板10の板厚は特に限定されないが、板厚によって開口部12の仕上り寸法がばらつくので、板厚に応じて適宜エッチング用マスク50の形状(特に、エッチングマスク用開口部52の形状)を設定する必要がある。
Below, the formation method of the
First, through
Next, as shown in FIG. 6, the
図7は、エッチング用マスク50を用いて金属板10をエッチングした状態を示す。金属板10の中央部分には開口孔12が形成されている。開口部12は、削孔手段により予め形成されている貫通孔14に連通した状態になっている。
エッチング処理により形成された金属板10の開口部12は、エッチング加工の特性上、エッチング用開口部52よりも若干大きめの範囲に開口した状態となる。したがって、第1実施例と同一の大きさを有する開口部12を形成する場合には、エッチング用開口部52の大きさを金属板10に形成すべき開口部12の寸法よりも若干小さめに設定する。
FIG. 7 shows a state where the
The
また、エッチング用開口部52の外周縁が各貫通孔14よりも若干内側か、貫通孔14に僅かに重複するように形成されたエッチング用マスク50を使用してエッチング処理してもよい。このようなエッチング用マスク50を用いてエッチング処理すれば、貫通孔14の外周縁の一部を残存させた状態で金属板10に開口部12を形成することができる。
Further, the etching may be performed using an
上述した、開口部12をエッチング加工により形成する方法によれば、図8に示すように、開口部12のコーナ部における貫通孔14との接続部分にはいわゆるダレDが形成される。このように、開口部12のコーナ部に形成されるアール部Rと開口部12の辺部分との接続部の角部が曲線的に連続する形状になると、接合後にセラミック端子20と金属板10との間で開口部12のコーナ部に作用する応力の集中が緩和されるという作用効果が得られる。
According to the above-described method of forming the
以上に、本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法について、実施例に基づいて説明してきたが、本願発明を適用した具体的な製品としては、図9に示すようなセラミックパッケージ用金属ケースが挙げられる。図9は、本願発明を適用して形成されたセラミックパッケージ用金属ケース示す斜視図である。
セラミックパッケージ用金属ケース70は、底板72と側板74(ここでは以上の実施形態と同様コバール板を用いている)をそれぞれ組み立てることにより形成されている。ここでのセラミックパッケージにおいては、一組の対向する側板74の各々にセラミック端子20が接合される。セラミック端子20は、セラミックパッケージ用金属ケース70の内部に搭載された電子部品と、セラミックパッケージ用金属ケース70の外部の配線基板等とを電気的に接続する中継体として機能する。
As described above, the method for joining the metal plate and the ceramic terminal according to the present invention has been described based on the embodiments. As a specific product to which the present invention is applied, a metal case for a ceramic package as shown in FIG. Is mentioned. FIG. 9 is a perspective view showing a metal case for a ceramic package formed by applying the present invention.
The
セラミックパッケージ用金属ケース70を組み立てる際は、まず、セラミック端子20が接合される一対の側板74と、これに対向する側板74を組立用治具(図示せず)にセットする。そして、組立用治具を底板72の上面に位置合わせして配置し、4枚の側板74,・・・を底板72に載置した後、ろう付けすることによりセラミックパッケージに組み立てられる。セラミック端子20のメタライズ部76はケース内の電子部品とワイヤボンディングにより接続され、ケース外部の配線基板とリード線により電気的に接続される。底板72および側板74のろう付けと、セラミック端子と側板74のろう付けはそれぞれ同時に行われる。
When assembling the ceramic
このようにして形成された半導体装置は、セラミック端子と側板74の封着性が良好になると共に、精度よくセラミック端子をろう付けすることができる。
また、開口部12のコーナ部には適度な大きさのアール部Rが形成されるので、セラミック端子と側壁74との間に生じる各種応力の伝達が円滑になり、応力集中を緩和させることができる。
In the semiconductor device formed in this way, the sealing property between the ceramic terminal and the
Further, since the rounded portion R having an appropriate size is formed in the corner portion of the opening
10 金属板
12 開口部
14 貫通孔
20 セラミック端子
30 ろう材
40 クリアランス部
50 エッチング用マスク
52 エッチング用開口部
70 セラミックパッケージ用金属ケース
72 底板
74 側板
76 メタライズ部
D ダレ
R アール部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
切削手段により前記貫通孔間を切削し、前記金属板に前記セラミック端子が装着される開口部を形成する工程と、
前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法。 A step of forming a through hole in the metal plate by aligning with the corner portion of the outer shape of the ceramic terminal by means of drilling means;
Cutting between the through holes by a cutting means to form an opening in which the ceramic terminal is mounted on the metal plate;
A method for joining a metal plate and a ceramic terminal, comprising the step of placing the ceramic terminal in the opening and brazing the metal plate and the ceramic terminal.
前記貫通孔に位置合わせして、前記金属板に前記セラミック端子を配置する領域にあわせてエッチング用開口孔が形成されたマスクを配置し、前記金属板をエッチングして開口部を形成する工程と、
前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法。 A step of forming a through hole in the metal plate by aligning with the corner portion of the outer shape of the ceramic terminal by means of drilling means;
A step of aligning with the through hole, disposing a mask in which an opening for etching is formed in a region where the ceramic terminal is disposed on the metal plate, and etching the metal plate to form an opening; ,
A method for joining a metal plate and a ceramic terminal, comprising the step of placing the ceramic terminal in the opening and brazing the metal plate and the ceramic terminal.
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2012116668A (en) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Tosoh Quartz Corp | Jig for assembling mold material for manufacturing quartz glass molding and method for assembling mold material |
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2005
- 2005-06-22 JP JP2005181421A patent/JP2007005046A/en active Pending
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