JP2008294258A - 電子チップ搭載用ベースとその製造方法、および電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保可能な電子チップ搭載用ベースとその製造方法、および電子装置を提供する。
【解決手段】搭載ベース３０は、ステム３１とリード３２ａ、３２ｂ、および充填層３３ａ、３３ｂを少なくとも有する。ステム３１は、板状をしており、その一方の主面に電子チップの搭載領域を有するとともに、当該載置領域の近傍に透孔が設けられてなる。リード３２ａ、３２ｂは、上記ステム３１の透孔を挿通する。充填層３３ａ、３３ｂは、リード３２ａ、３２ｂが挿通された状態の透孔に充填配置されてなる。搭載ベース３０では、ステム３１における透孔の断面積が、ステム３１の厚み方向中央部の１ヶ所で最も小さく、当該箇所からステム３１の両主面に向けて漸次大きくなる形状となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子チップ搭載用ベースとその製造方法、および電子装置に関し、特に、ベースにおけるリードの挿通孔の構造に関する。

発光ダイオードなどの電子チップは、ステムやリードなどから構成される電子チップ搭載用ベースに搭載された状態で用いられる（例えば、特許文献１を参照）。
図７に示すように、電子チップ搭載用ベースには、その構成要素として、銅（Ｃｕ）合金などからなるステム９３１とリード９３２などを有する。リード９３２は、ステム９３１に開設された透孔９３１１に挿通されており、間にガラスなどからなる充填層９３３が介挿された状態で固定されている。そして、特許文献１で提案の電子チップ搭載用ベースでは、透孔９３１１の内壁に複数の凹凸を設けることにより、充填層９３３とステム９３１との接合面積を大きくし、これによって互いの間の接合強度の向上が図られている。
特開昭５６−１１２７７３号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案のベースでは、透孔９３１１内において、充填層９３３とステム９３１との間、特に図７に示す矢印Ｄで示す部分に気泡が残ることが考えられる。即ち、充填層９３３は、透孔９３１１を囲む内壁とリード９３２の外周との間に筒状のガラスを介挿し、これに熱を付加して溶融させて充填層９３３とするのであるが、透孔９３１１を囲む内壁に複数の凹凸を形成しているがために気泡が残るという問題を生じる。

このようにステム９３１と充填層９３３との間に気泡が残った場合には、強度の低下や気密性の低下といった問題を生じる。
本発明は、このような問題を解決しようとなされたものであって、リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保可能な電子チップ搭載用ベースとその製造方法、および電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る電子チップ搭載用ベースは、（１）〜（３）の要素を少なくとも有する。
（１）ステム；一方の主面に電子チップの搭載領域を有するとともに、当該載置領域の近傍に透孔が設けられてなる。
（２）リード；上記ステムの透孔を挿通する。

（３）充填層；リードが挿通された状態の透孔に充填配置されてなる。
本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、上記構成において、ステムにおける透孔は、その断面積が、ステムの厚み方向中央部の１ヶ所で最も小さく、当該箇所からステムの両主面に向けて漸次大きくなる形状となっていることを特徴とする。
また、本発明に係る電子装置は、上記本発明に係る電子チップ搭載用ベースを備え、これに電子チップが搭載されてなる構成を有することを特徴とする。

また、本発明に係る電子チップ搭載用ベースの製造方法は（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各ステップを実行する。
（Ｓ１）一方の主面に電子チップの搭載領域を有するとともに、当該搭載領域の近傍に透孔が設けられてなるステムを準備するステップ。
（Ｓ２）ステムに設けられた透孔に対しリードを挿通するステップ。

（Ｓ３）ステムの透孔の内壁とリードの外面との間に、絶縁材料を介挿させるステップ。
（Ｓ４）上記介挿させた絶縁材料に対して、溶融熱を付加するステップ。
本発明に係る製造方法では、上記（Ｓ１）のステップで準備するステムにおいて、その透孔の断面積が、ステムの厚み方向中央部の１ヶ所で最も小さく、当該箇所からステムの両主面に向けて漸次大きくなる形状に設けられていることを特徴とする。

上記のように、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、ステムに設けられた透孔が、均一な断面形状の孔ではなく、その内壁に凹凸を有するので、ステムの透孔が均一断面である場合に比べて、アンカー効果を得ることができ、高い接合強度を得ることができる。
また、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、透孔における断面積が最も小さい箇所を、ステムの厚み方向で１ヶ所としており、且つ、当該箇所からは両主面に向けた方向に漸次大きくなる形状としているので、上記特許文献１で提案のベースに比べて透孔内への気泡の残留が抑制される。即ち、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、充填層の形成工程で透孔中に気泡が残り難い形状を採用するものである。

以上より、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保できる。なお、本発明に係る電子装置は、上記本発明に係る電子チップ搭載用ベースを備えるので、上記同様の効果を奏することができる。
また、本発明に係る電子チップ搭載用ベースの製造方法では、上記（Ｓ１）〜（Ｓ４）の各ステップの実行において、ステムにおける透孔の形状を上記本発明に係る電子チップ搭載用ベースと同一構成としているので、製造後の電子チップ搭載用ベースにおいて、リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保できる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、一例を用い説明する。なお、以下の説明で採用する実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いる一例であって、その本質的な技術的特徴以外、何ら本発明を限定するものではない。
（実施の形態）
１．電子装置１の構成
本実施の形態に係る電子装置１の構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る電子装置１は、電子チップ１０がサブマウント基板２０を介して搭載ベース３０の一方の主面上に搭載されている。
搭載ベース３０は、板状のステム３１と、当該ステム３１に設けられた透孔を挿通する２本のリード３２ａ、３２ｂとを主要な要素として構成されている。電子チップ１０の端子は、ボンディングワイヤ４０ａ、４０ｂを介して、搭載ベース３０におけるリード３２ａ、３２ｂのそれぞれに接合されている。

２．搭載ベース３０の構成
電子装置１の構成の内、最も特徴を有する搭載ベース３０の構成について、図２および図３を用い説明する。
図２に示すように、本実施の形態に係る搭載ベース３０は、２本のリード３２ａ、３２ｂが、ステム３１に設けられた透孔に挿通され、その間に充填層３３ａ、３３ｂが形成された構成を有する。この内、ステム３１は、銅（Ｃｕ）もしくはＣｕ合金、または、ＣｕもしくはＣｕ合金を含むクラッド材から構成されている。

リード３２ａ、３２ｂは、ＫｏｖａｒあるいはＦｅＮｉからなり、充填層３３ａ、３３ｂは、ソーダガラスまたは硼珪酸ガラスからなる。
図３に示すように、ステム３１における透孔３１１は、ステム３１の厚み方向（Ｚ軸方向）において、一様な断面積を有し設けられているのではなく、Ｚ軸方向における中央部分で最も断面積が小さい部分を有し（当該部分を「Ａ₁部分」と記載する。）、当該部分Ａ₁からＺ軸方向両側に向けて（ステム３１の両主面側に向けて）断面積が漸次大きくなる形状となっている。なお、以下では、断面積が漸次大きくなる部分を、「Ａ₂部分」および「Ａ₃部分」と記載する。

Ａ₂部分およびＡ₃部分では、Ｚ軸に沿う仮想直線に対し角度θを有するように内壁面３１１ｆがテーパー状になっている。ここで、角度θは、０．５［°］以上７［°］以下の範囲であり、望ましくは、１［°］以上５［°］以下の範囲である。なお、図１〜図３においては、Ａ₂部分およびＡ₃部分の断面積が漸次大きくなる状態を分かりやすくするために、角度を誇張して描いている。

本実施の形態に係る搭載ベース３０においては、ステム３１の透孔３１１において、Ａ₁部分がＺ軸方向に長さｔ１を有し形成されている。長さｔ１については、例えば、次式に従うように設定されている。
［数式１］
ｔ１／（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３）＝１０［％］
３．搭載ベース３０の製造方法
以下では、搭載ベース３０の製造方法の内、ステム３１の透孔３１１へのリード３２ａ、３２ｂの固定について、図４を用い説明する。なお、図４では、一方のリード３２ａおよびこれを挿通する透孔３１１だけを示しているが、他方のリード３２ｂおよびこれを挿通する透孔についても同様である。

図４（ａ）に示すように、上記構成の透孔３１１を有するステム３１を準備する。ステム３１における透孔３１１の形成方法は、例えば、ステム３１の一方の主面からパンチング加工で孔をあけ、そのとき、あるいはその後にプレスにより、Ａ₂部分（図３を参照。）に相当する箇所にテーパー加工を施す。そして、反対側の主面からもプレスによりＡ₃部分に相当する箇所にもテーパー加工を施す。このようにして透孔３１１を有するステム３１が準備できる。

ステム３１の透孔３１１に対してリード３２ａを挿入し、充填層３３ａの構成材料からなるガラス筒体３３０ａを被せる。
図４（ｂ）に示すように、ガラス筒体３３０ａに対し、これを溶融する熱を付加する。なお、図示を省略しているが、熱を付加する際には、各材料を治工具で覆いイ地寄生を行う。

熱の付加を受けたガラス筒体３３０ａは、外周面が球状に近づこうとする。そして、ガラス筒体３３０ａは、図４（ｂ）に示すような形状に変形し（溶融中間体３３１ａ）、透孔３１１における最も断面積が小さいＡ₁部分に対し、先ず最初に当接する。
図４（ｃ）に示すように、溶融中間体３３１ａは、さらに流動して透孔３１１を囲む内壁とリード３２ａとの間を充填する状態となり、充填層３３ａが形成されるに至る。

以上により、搭載ベース３０におけるリード３２ａ、３２ｂの固定ができる。
４．優位性
上述の構成を採用する搭載ベース３０およびこれを備える電子装置１の優位性について説明する。
図３に示すように、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１に設けられた透孔３１１の断面形状が、ストレート孔ではなく、Ａ₁部分で最も断面積が小さく、Ａ₂部分およびＡ₃部分でステム３１の主面側に向けて拡がるテーパー状としているので、ストレート孔に比べてＡ₁部分によるアンカー効果を得ることができる。また、ステム３１と充填層３３ａ、３３ｂとの接合面積の増大を図ることが併せてできるので、ステム３１とリード３２ａ、３２ｂとの間の高い接合強度を得ることができる。

また、本字嫉視の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１の透孔３１１において、Ａ₁部分だけで縮径された状態となっており、図７に示す特許文献１に係る搭載ベースのように複数の凹凸を設けないので、透孔３１１内におけるステム３１と充填層３３ａ、３３ｂとの間の気泡の残留を抑制することができる。このため、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１とリード３２ａ、３２ｂとの間の確実な固定、および確実な気密性を確保することができる。

さらに、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、上記構造の透孔３１１を採用するので、透孔３１１を設ける際の煩雑な作業も必要がない、即ち、特許文献１に係る搭載ベースのように複数の凹凸を透孔内壁に設けようとすると、その加工作業が煩雑なものとなるのに対して、本実施の形態では、上述のような簡易なプレス加工だけで透孔３１１を設けることができる。

なお、透孔３１１におけるＡ₂部分およびＡ₃部分のテーパー角を上記数値範囲とすることが望ましいのは、アンカー効果を得ることができ、且つ、Ａ₁部分との境界部分への応力の集中を緩和することができる、という２つの要因から導かれるものである。
また、本実施の形態では、ステム３１の材料として、銅（Ｃｕ）もしくはＣｕ合金、または、ＣｕもしくはＣｕ合金を含むクラッド材を採用するが、これは、Ｆｅやその合金材料に比べて熱伝導性が高く、電子チップ１０の冷却という観点から望ましいためである。
（変形例１）
変形例１に係る搭載ベースについて、図５を用い説明する。なお、本変形例に係る搭載ベースは、ステム５１の透孔５１１の形状以外に上記実施の形態と相違する点はないので、透孔５１１の形状についてだけ説明する。

図５に示すように、ステム５１における透孔５１１は、ステム５１の厚み方向中央部で、断面積が最も小さいＢ₁部分を有する。この部分の形態については、上記透孔３１１と同様である。本変形例においては、Ｂ₂部分およびＢ₃部分における内壁面５１１ｆが、断面において直線ではなく、曲線となっている。ただし、Ｂ₁部分よりも縮径となる部分は存在しない。

このような形状の透孔５１１を有するステム５１を採用する本変形例に係る搭載ベースについても、上記実施の形態に係る搭載ベース３０と同様の優位性を有する。
（変形例２）
変形例２に係る搭載ベースについて、図６を用い説明する。なお、本変形例に係る搭載ベースも、ステム６１の透孔６１１の形状以外に上記実施の形態および変形例１と相違する点はないので、透孔６１１の形状についてだけ説明する。

図６に示すように、本変形例に係るステム６１の透孔は、断面積が最も小さい部分が、ステム６１の厚み方向に長さを有さず、テーパー状のＣ₂部分およびＣ₃部分だけから構成されている。このように、上記実施の形態に係る透孔３１１のＡ₁部分、あるいは上記変形例１に係る透孔５１１のＢ₁部分を有さない構成の本変形例においても、同様の効果を沿うすることが可能である。また、このように断面積が均一な部分を形成しないので、透孔６１１の形成に係る作業をより簡易なものとすることができる。
（その他の事項）
上記変形例１と変形例２との組み合わせや、Ａ₂部分およびＡ₃部分に相当する部分の種々のバリエーションを採用することも可能である。

また、本発明は、上記実施の形態などで一例として示した数値、材料などに限定されるものではなく、その本質的な特徴を有する構成とすれば、上記同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態１では、ステム３１の厚み方向におけるＡ₁部分の長さｔ１を、上記（数式１）で示す数値としているが、２０［％］以下の範囲とすれば、上記と同一の効果を得ることができる。

本発明は、リードの接合強度と気密性などが求められる電子装置を実現するのに有効な技術である。

実施の形態に係る電子装置１の構成を示す断面図である。 電子装置１の構成の内、搭載ベース３０の構成を示す断面図である。 搭載ベース３０のステム３１における透孔３１１の形状を示す断面図である。 搭載ベース３０の製造過程の内、透孔３１１へのリード３２ａの固定に係る過程を示す工程図である。 変形例１に係る搭載ベースの構成の内、ステム５１に開孔された透孔５１１の形状を示す断面図である。 変形例２に係る搭載ベースの構成の内、ステム６１に開孔された透孔６１１の形状を示す断面図である。 従来例に係る搭載ベースの構成の内、ステム９３１に開孔された透孔９３１１の形状を示す断面図である。

符号の説明

１．電子装置
１０．電子チップ
２０．サブマウント基板
３０．搭載ベース
３１、５１、６１．ステム
３２ａ、３２ｂ．リード
３３ａ、３３ｂ．充填層
４０ａ、４０ｂ．ボンディングワイヤ
３１１、５１１、６１１．透孔

Claims (8)

1. 一方の主面に電子チップの搭載領域を有するとともに、当該載置領域の近傍に透孔が設けられてなるステムと、
   前記透孔を挿通するリードと、
   前記リードが挿通された状態の前記透孔に充填配置されてなる充填層とを有する電子チップ搭載用ベースであって、
   前記透孔は、その断面積が、前記ステムの厚み方向中央部の１ヶ所で最も小さく、当該箇所から前記ステムの両主面に向けて漸次大きくなる形状となっている
   ことを特徴とする電子チップ搭載用ベース。
2. 前記透孔における前記漸次大きくなる漸拡部では、内壁が、前記挿通方向に沿う仮想直線に対し、０．５°以上７°以下の角度でのテーパー状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子チップ搭載用ベース。
3. 前記漸拡部では、内壁が、前記挿通方向に沿う直線に対し、１°以上５°以下の角度でのテーパー状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子チップ搭載用ベース。
4. 前記孔断面が最も狭いネック部は、前記ステムの厚み方向に長さを有し形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電子チップ搭載用ベース。
5. 前記ステムの厚み方向における前記ネック部の長さは、前記基体の厚みに対して、２０％以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の電子チップ搭載用ベース。
6. 前記ステムは、銅合金または銅合金を含むクラッド材からなる板体である
   ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の電子チップ搭載用ベース。
7. ベースに搭載されてなる電子チップを有する電子装置であって、
   前記ベースとして、請求項１から６の何れかに記載の電子チップ搭載用ベースが用いられている
   ことを特徴とする電子装置。
8. 一方の主面に電子チップの搭載領域を有するとともに、当該搭載領域の近傍に透孔が設けられてなるステムを準備するステップと、
   前記透孔に対しリードを挿通するステップと、
   前記透孔の内壁と前記リードの外面との間に、絶縁材料を介挿させるステップと、
   前記絶縁材料に対して、当該材料を溶融させる熱を付加するステップとを有し、
   前記透孔は、その断面積が、前記ステムの厚み方向中央部の１ヶ所で最も小さく、当該箇所から前記ステムの両主面に向けて漸次大きくなる形状に設けられている
   ことを特徴とする電子チップ搭載用ベースの製造方法。

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