JP2007311434A - Stem for electronic device, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子装置用ステムとその製造方法に関し、スタンドオフガラスを有する電子装置用ステムに係る技術である。 The present invention relates to a stem for an electronic device and a method for manufacturing the same, and relates to a technique related to the stem for an electronic device having a stand-off glass.
従来、電子装置のベース部に用いる電子装置用ステムにはスタンドオフガラスを有するものがある。これは、電子装置用ステムのベースの下面(実装基板側)にスタンドオフガラスを突出させて形成したものであり、電子装置を実装基板などに実装する際にスタンドオフガラスを実装基板に接触させることによって、電子装置のベース部が直接に実装基板と接しないように、電子装置用ステムのベースを実装基板から一定の距離をあけて実装するものである。 2. Description of the Related Art Conventionally, some electronic device stems used for a base portion of an electronic device have a standoff glass. This is formed by projecting standoff glass on the lower surface (mounting substrate side) of the base of the stem for the electronic device, and when the electronic device is mounted on the mounting substrate or the like, the standoff glass is brought into contact with the mounting substrate. Thus, the base of the stem for the electronic device is mounted at a certain distance from the mounting substrate so that the base portion of the electronic device does not directly contact the mounting substrate.
従来の電子装置用ステムには例えば特許文献1および特許文献2に開示するものがある。図2は従来の電子装置用ステムの一例を示すものであり、(a)は実装基板側から見た斜視図、(b)は電子装置用ステムが実装基板に実装された状態を示す断面図、(c)は要部断面図である。
Conventional stems for electronic devices include those disclosed in Patent Document 1 and
図2において、100はベース、100aはリード用貫通孔、100bはスタンドオフ用貫通孔、101はスタンドオフガラス、101aはガラス半球部、101bはガラスコーナー部、101cはガラス柱状部、102は封着ガラス(絶縁ガラス)、103(103a)はリード、104は実装基板、104aはランド、105ははんだを各々示している。 In FIG. 2, 100 is a base, 100a is a lead-through hole, 100b is a stand-off through-hole, 101 is a stand-off glass, 101a is a glass hemisphere, 101b is a glass corner, 101c is a glass column, and 102 is a seal. The attached glass (insulating glass), 103 (103a) are leads, 104 is a mounting substrate, 104a is a land, and 105 is solder.
図2(a)に示すように、電子装置用ステムはベース100の四隅にリード103を有している。これらのリード103の内の一本103aはベース100と電気導通を取る為のアースリードと呼ばれるものであり、ベース100のリード用貫通孔100aを挿通して配置し、ロー付け等(図示省略)でベース100に固定している。
As shown in FIG. 2A, the stem for the electronic device has leads 103 at the four corners of the
他の三本のリード103は絶縁リードと呼ばれるものであり、ベース100のリード用貫通孔100aを挿通して配置し、封着ガラス(絶縁ガラス)102によりリード用貫通孔100aに封着してベース100に固定している。
The other three
ベース100の四隅の各リード103の近傍にはスタンドオフ用貫通孔100bに充填してスタンドオフガラス101を配置しており、スタンドオフガラス101のガラス半球部101aがベース100の外面(実装基板側)に突出して形成されている。ガラス半球部101aはスタンドオフ用貫通孔100bの内径よりも大きな径に膨らんでいる。
In the vicinity of each
図2(b)に示すように、実装基板104の貫通孔104bにはランド104aが配置されており、ランド104aは貫通孔104bの内面から実装基板104の主面へ延在して形成されている。
As shown in FIG. 2B, a
電子装置用ステムを実装基板104に実装した状態において、ガラス半球部101aが実装基板104に当接し、リード103が実装基板104の貫通孔104bを挿通しており、ランド104aとリード103がはんだ105で接合されている。
In a state where the stem for the electronic device is mounted on the
この構成によれば、ベース100から突出したガラス半球部101aが実装基板104に当接することによって、電子装置(図示せず)のベース部をなす電子装置用ステムがベース100と実装基板104との間にガラス半球部101aに相当する間隙を保って実装基板104に実装される。
According to this configuration, the glass
ここで、ベース100のスタンドオフ用貫通孔100bにスタンドオフガラス101を封着する方法を説明する。ベース100は鉄−ニッケル等の鉄系合金から成る。このベース100のスタンドオフ用貫通孔100bに軟質ガラスのタブレットを挿入した状態でベース100を治具に組み込む。
Here, a method of sealing the
次に、治具ごとベース100を封着炉に通炉させてベース100とガラスタブレットを加熱する。熔融したガラスはベース100のスタンドオフ用貫通孔100bを充たす共に、ベース100の基板実装面側に半球状に盛り上がってガラス半球部101aを形成する。そして、封着炉の通炉の後に温度が降下すると、ガラスが凝固してスタンドオフガラス101が形成されるとともに、ガラスと金属との熱膨張率の差によってベース100がスタンドオフガラス101を締め付ける力が働き、いわゆるコンプレッションタイプの機械的応力によってスタンドオフ用貫通孔100bにスタンドオフガラス101が封着される。尚、ベース100には防腐を目的として通常1〜5μm厚程度のニッケルめっきが施されている。
Next, the
上述した電子装置用ステムでは、スタンドオフガラス101のガラス半球部101aが、ベース100のスタンドオフ用貫通孔100bの内径よりも大きな外径を有する。このため、スタンドオフ用貫通孔100bを封じるガラス柱状部101cと、スタンドオフガラス101のガラス半球部101aとの境には、スタンドオフ用貫通孔100bの開口縁に沿ってガラスコーナー部101bが形成される。
In the electronic device stem described above, the glass
このガラスコーナー部101bに対して上述の機械的応力の集中が起こり、せん断的応力によってガラスコーナー部101bを起点としてクラックが発生し、最悪の場合にはスタンドオフガラス101のガラス半球部101aがガラス柱状部101cからせん断されて脱落することがあった。
The mechanical stress concentration described above occurs on the
この問題を解決するものとして、スタンドオフガラスへの応力集中を緩和させるためにベースの形状に工夫を加えたものがあった。この構成を図3に示す。
図3(a)に示すように、ベース100はスタンドオフ用貫通孔100bの開口の周囲に突状周縁部100cを設けている。この突状周縁部100cはベース100の外面(実装基板側)にスタンドオフ用貫通孔100bの開口を取り囲むようにしてリング状の突起として形成されている。突状周縁部100cは、その外周径(稜線部)がガラス半球部101aの外径サイズに一致するように、形成されていた。また、突状周縁部100cの内壁面のコーナー部は面取りされていた。
In order to solve this problem, there has been a device in which the shape of the base is devised in order to alleviate the stress concentration on the stand-off glass. This configuration is shown in FIG.
As shown in FIG. 3A, the
あるいは、図3(b)に示すように、ベース100のスタンドオフ用貫通孔100bの開口の周囲に凹溝100dを形成することで、薄肉状の突状周縁部100cを形成したものがある。
Alternatively, as shown in FIG. 3 (b), there is one in which a thin-walled protruding
これら、図3(a)、(b)のいずれの構成においても、突状周縁部100cがその金属肉厚を薄く形成されていることで、スタンドオフ用貫通孔100bのコーナー部分においてベース100がスタンドオフガラス101に加わえるせん断応力を緩和することができる。このため、電子装置用ステムの単体では、クラックやガラス半球部101aの脱落を防止することに一定の効果を得ることができた。
しかしながら、上述した従来の構成の電子装置用ステムを電子装置に組み込んで電子装置のベース部となし、はんだフロー等の方法で実装基板等に実装する際に、熔融はんだが実装基板を介して電子装置用ステムの表面に輻射熱を放射する問題があった。 However, when the electronic device stem having the conventional configuration described above is incorporated into an electronic device to form a base portion of the electronic device and mounted on a mounting substrate or the like by a method such as solder flow, the molten solder is electronically transmitted through the mounting substrate. There was a problem of radiating radiant heat on the surface of the device stem.
この輻射熱は、雰囲気等を介した熱伝導による加熱と異なって、輻射を受ける物体の表面を急激に昇温させる。このため、電子装置用ステムのベース100が熱衝撃を受けた状態となり、ベース100の表面部に集中的に応力が発生し、この応力がガラス半球部101aへせん断応力として働き、クラックやせん断による脱落を引き起こすことがあった。
Unlike the heating by heat conduction through the atmosphere or the like, this radiant heat rapidly raises the surface of the object that receives the radiation. For this reason, the
本発明は、上述した従来の課題を解決するものであり、実装基板へ実装する際にはんだによる輻射熱に晒されても金属製のベースの表面部に集中的に応力が発生することがなく、しいてはガラス部にクラックや脱落を生じることがない電子装置用ステムとその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and stress is not generated intensively on the surface portion of the metal base even when exposed to radiant heat from the solder when mounted on the mounting substrate. Therefore, an object of the present invention is to provide a stem for an electronic device that does not cause cracking or dropping in the glass portion and a method for manufacturing the stem.
上記の課題を解決するために、本発明の電子装置用ステムは、金属から成るベースの第一の主面にスタンドオフガラスの突起を設け、前記スタンドオフガラスの突起を除いて第一の主面に前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the stem for an electronic device according to the present invention is provided with a stand-off glass protrusion on the first main surface of the base made of metal, and the first main main body except for the stand-off glass protrusion. A thermal buffer film made of a metal having a lower thermal conductivity than the metal is formed on the surface.
上記した構成により、第一の主面を実装基板に対向させてステムを実装基板へ実装するのに際し、熔融はんだからの輻射熱に起因するベースの第一の主面表面近傍の昇温を熱緩衝皮膜が抑制する。 With the configuration described above, when mounting the stem on the mounting substrate with the first main surface facing the mounting substrate, the temperature rise near the surface of the first main surface of the base due to the radiant heat from the molten solder is thermally buffered. The film suppresses.
ベースは鉄系合金であり、熱緩衝皮膜はSn−Pb皮膜である。熱緩衝皮膜は膜厚が3乃至は20μmであることが好ましく、この膜厚において熱緩衝皮膜の作用を確実なものと出来る。 The base is an iron-based alloy, and the thermal buffer film is a Sn—Pb film. The heat buffer film preferably has a film thickness of 3 to 20 μm, and the action of the heat buffer film can be ensured at this film thickness.
本発明の電子装置用ステムの製造方法は、ベースの第一の主面にスタンドオフガラスの突起を形成する組立工程と、前記組立工程の後に、前記スタンドオフガラスの突起を除いた少なくとも第一の主面の露出面に、前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成するめっき工程とを含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a stem for an electronic device according to the present invention includes an assembling step of forming a standoff glass protrusion on the first main surface of the base, and at least a first step excluding the standoff glass protrusion after the assembling step. And a plating step of forming a thermal buffer film made of a metal having a lower thermal conductivity than the metal on the exposed surface of the main surface.
また、前記組立工程で、組み立て治具に組み込む前記ベースの貫通孔に、ガラスパウダーとバインダーとを圧縮して仮焼成したガラスタブレットを挿入し、前記組み立て治具ごと前記ベースを封着炉に通炉して前記ベースと前記ガラスタブレットを加熱し、熔融したガラスで貫通孔を封じるとともに第一の主面側に突起を形成し、前記めっき工程で、熱緩衝皮膜をなすSn−Pb皮膜を3乃至は20μmの膜厚に形成することを特徴とする。 In the assembly step, a glass tablet obtained by compressing and pre-baking glass powder and a binder is inserted into the through-hole of the base incorporated in the assembly jig, and the base is passed through the sealing furnace together with the assembly jig. Furnace and heat the base and the glass tablet, seal the through-holes with molten glass and form protrusions on the first main surface side, and in the plating step, Sn-Pb film that forms a thermal buffer film 3 Or a film thickness of 20 μm.
以上のように、本発明によれば、実装基板へ実装する際に、熔融はんだの熱が実装基板を介してベースの実装基板側の第一の主面側表面に輻射熱をもたらしても、ベースの素材金属よりも熱伝導率の低い金属の熱緩衝皮膜がベース表面を覆うことで、ベースの表面近傍の急激な昇温を抑制することができ、ガラスクラックやガラス半球部のせん断による脱落が発生することのない電子装置用ステムとすることができる。 As described above, according to the present invention, when mounting on a mounting board, even if the heat of the molten solder brings radiant heat to the first main surface side surface on the mounting board side of the base via the mounting board, By covering the base surface with a metal thermal buffer film with a lower thermal conductivity than the base metal, it is possible to suppress rapid temperature rise in the vicinity of the base surface, and glass cracks and glass hemispherical shedding may occur. It can be set as the stem for electronic devices which does not generate | occur | produce.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1(a)は本発明の実施の形態における電子装置用ステムの断面図、図1(b)は電子装置用ステムを実装基板へ実装した状態の断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional view of a stem for an electronic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the electronic device stem mounted on a mounting substrate.
図1(a)、(b)において、1はベース、1aは第一の貫通孔、1bは第二の貫通孔、2はスタンドオフガラス、2aはガラス半球部、2bはガラスコーナー部、2cはガラス柱状部、3は封着ガラス(絶縁ガラス)、4はリード、5はSn−Pb皮膜、6は実装基板、6aはランド、6bは貫通孔、7は熔融はんだを各々示している。 1A and 1B, 1 is a base, 1a is a first through hole, 1b is a second through hole, 2 is a stand-off glass, 2a is a glass hemispherical part, 2b is a glass corner part, 2c Is a glass columnar part, 3 is a sealing glass (insulating glass), 4 is a lead, 5 is a Sn-Pb coating, 6 is a mounting substrate, 6a is a land, 6b is a through hole, and 7 is a molten solder.
図1(a)に示すように、鉄−ニッケル等の鉄合金から成るベース1は、スタンドオフ用貫通孔をなす第一の貫通孔1aにスタンドオフガラス2が封着されており、スタンドオフガラス2は第一の貫通孔1aを封じるガラス柱状部2cと、ベース1の外面(実装基板側)をなす第一の主面の側に半球状に膨らんで突出するガラス半球部2aとからなり、ガラス半球部2aは第一の貫通孔1aの内径よりも大きな外径に形成されている。
As shown in FIG. 1 (a), a base 1 made of an iron alloy such as iron-nickel has a
ベース1は、リード用貫通孔をなす第二の貫通孔1bに挿通したリード4を封着ガラス(絶縁ガラス)3で封着しており、スタンドオフガラス2のガラス半球部2aと封着ガラス3とを除くベース1の第一、第二の主面および側端面の表面に熱緩衝皮膜をなすSn−Pb皮膜5が形成されている。
The base 1 has a lead 4 inserted through a second through
図1(b)に示すように、電子装置用ステムを実装する実装基板6は、リード4を挿通するための貫通孔6bにランド6aが形成されており、ランド6aは貫通孔6bの内面から実装基板6の主面に延在している。
As shown in FIG. 1B, the mounting substrate 6 on which the stem for the electronic device is mounted has a
電子装置用ステムを実装基板6に実装する際には、リード4を実装基板6の貫通孔6bに挿入し、ガラス半球部2aと実装基板6とを当接させて電子装置用ステムを実装基板6の実装面をなす主面上に配置し、実装基板6の実装面でない、つまりベース1に対向しない反対側の主面に熔融はんだ7をフローする。
When mounting the electronic device stem on the mounting substrate 6, the lead 4 is inserted into the through
この構成により、実装基板6に対向するベース1の第一の主面側の表面に対して、熔融はんだ7が実装基板6を介して輻射熱をもたらしても、鉄−ニッケル等の鉄系合金から成るベース1よりも熱伝導率が低いSn−Pb皮膜5がベース1の表面を覆っていることで、Sn−Pb皮膜5が熱緩衝皮膜として作用してベース1の表面近傍の急激な昇温を抑制する。
With this configuration, even if the
このため、図1(a)に示すように、最もクラックの起点と成りやすいガラスコーナー部2bにおいてもクラックが発生することが無く、電子装置用ステムを実装基板6へ実装する際に熔融はんだフローを行っても、ガラスクラックやガラス半球部2aのせん断による脱落が発生することがない。
For this reason, as shown in FIG. 1 (a), no crack is generated even in the
ここで、Sn−Pb皮膜5の膜厚は、好ましくは3乃至は20μm、より好ましくは5乃至は15μmに形成することで熱緩衝皮膜として充分な効果を得ることが出来る。この理由は以下にある。つまり、Sn−Pb皮膜5は膜厚が3μm未満では熱緩衝皮膜としての作用が不充分である。また、Sn−Pb皮膜5は膜厚が20μmを越えるとガラス半球部2aや封着ガラス3のガラス部にまで乗り上げた状態に形成され、そのガラス部分を起点としてSn−Pb皮膜5が剥離脱落する原因となり、熱緩衝皮膜の作用を害することが有る。
Here, when the film thickness of the Sn—
尚、本発明の実施の形態として、ベース1の材質を鉄系の合金として説明したが、これに限定されるものでは無く、使用するガラスとの関係において、ガラスと金属との熱膨張率の差によってガラスにベース1を締め付けさせる力が働く金属であれば良い。 In addition, as embodiment of this invention, although the material of the base 1 was demonstrated as an iron-type alloy, it is not limited to this, In relation with the glass to be used, the thermal expansion coefficient of glass and a metal is Any metal may be used as long as a force that tightens the base 1 on the glass due to the difference works.
また、熱緩衝皮膜としてSn−Pb皮膜5を用いて説明したが、これに限定されるものでは無く、ベース1よりも熱伝導率が低くて熱緩衝の効果が得られる金属の皮膜であれば良い。例えばベース1が鉄−ニッケルである場合には、PdやCr等としても良い。
Moreover, although demonstrated using Sn-Pb membrane | film |
さらに、熱緩衝皮膜であるSn−Pb皮膜5を、スタンドオフガラス2のガラス半球部2aと封着ガラス(絶縁ガラス)3を除くベース1の全ての表面に形成する場合を説明したが、これにも限定されるものでは無く、少なくとも熔融はんだ7からの輻射熱を受ける面であるベース1の第一の主面に形成されていれば良い。
Furthermore, although the case where the Sn-
この様な電子装置用ステムの製造方法を、図1(a)に基づいて説明する。まず、組立工程では、ベース1の第一の貫通孔1aおよび第二の貫通孔1bにガラスタブレットを挿入する。このガラスタブレットはガラスパウダーとバインダーとを圧縮して仮焼成したものであり、第一の貫通孔1aに挿入するガラスタブレットは所定のボリュウムを有する円柱状をなし、第二の貫通孔1bに挿入するガラスタブレットは円筒状をなす。
A method for manufacturing such a stem for an electronic device will be described with reference to FIG. First, in the assembly process, a glass tablet is inserted into the first through
そして、ベース1の第二の貫通孔1bに挿入した円筒状のガラスタブッレットの穴にリード4を挿入し、この状態のベース1をカーボンから成る組み立て治具に組み込む。
次に、組み立て治具ごとベース1を封着炉に通炉し、ベース1と両ガラスタブレットを1000℃程度に加熱してガラスタブレットを熔融する。第一の貫通孔1aに挿入したガラスタブレットが熔融して第一の貫通孔1aを封じるとともに第一の主面側に突起を形成し、凝固後にスタンドオフガラス2となる。第二の貫通孔1bに挿入したガラスタブレットが第二の貫通孔1bを封じるとともに、封着ガラス(絶縁ガラス)3としてリード4を第二の貫通孔1bに封着する。
Then, the lead 4 is inserted into the hole of the cylindrical glass tablet inserted into the second through
Next, the base 1 together with the assembly jig is passed through a sealing furnace, and the base 1 and both glass tablets are heated to about 1000 ° C. to melt the glass tablets. The glass tablet inserted into the first through-
この組立工程の後のめっき工程では、ベース1の露出面、つまりスタンドオフガラス2のガラス半球部2aおよび封着ガラス3を除く表面に3乃至は20μm厚さのSn−Pb皮膜5を形成する。
In the plating step after this assembly step, an Sn—
ここで、組立工程の前工程として防腐目的で、ベース1の第一の貫通孔1aおよび第二の貫通孔1bの内面を含む全面にニッケル等を含む単層または多層の下地めっきを施しても良い。また、めっき工程では、必要に応じてリード4やベース1の一部にマスキングを施して選択的にめっきを施しても良い。
Here, for the purpose of preserving as a pre-process of the assembling process, a single layer or multilayer base plating containing nickel or the like may be applied to the entire surface including the inner surfaces of the first through
本発明は電子装置用ステムとして有用であり、特にスタンドオフガラスを有する電子装置用ステムに適している。 The present invention is useful as a stem for an electronic device, and is particularly suitable for an electronic device stem having a stand-off glass.
1 ベース
1a 第一の貫通孔
1b 第二の貫通孔
2 スタンドオフガラス
2a ガラス半球部
2b ガラスコーナー部
2c ガラス柱状部
3 封着ガラス(絶縁ガラス)
4 リード
5 Sn−Pb皮膜
6 実装基板
6a ランド
6b 貫通孔
7 熔融はんだ
100 ベース
100a リード用貫通孔
100b スタンドオフ用貫通孔
100c 突状周縁部
100d 凹溝
101 スタンドオフガラス
101a ガラス半球部
101b ガラスコーナー部
101c ガラス柱状部
102 封着ガラス(絶縁ガラス)
103 リード
104 実装基板
104a ランド
104b 貫通孔
105 はんだ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4
103
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