JP2502778B2 - 気密封止体 - Google Patents

気密封止体

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、気密封止構造体に係り、特に、LSi等の電
子部品の動作時の発熱を外部に放熱するため、熱伝導率
のよいガスを、高い信頼性を持って気密封止することを
可能とした気密封止体に関する。
[従来の技術] 電気計算機をはじめとする電子機器には、多数のLSi
等の電子部品が使用されているが、処理の高速化、装置
の小型化に対するニーズを達成するためには、LSi等の
電子部品から発生する熱を効率的に放熱することが非常
に重要になってきている。
このような電子部品の放熱を効率よく行い得る気密封
止体の従来技術は、セラミックプリント基板上に実装さ
れた複数個のLSi全体を、好熱伝導の材料で構成される
キャップで覆い、このキャップとLSiとの空間に、ヘリ
ウムガス等の熱伝導率の高いガスを充填して、LSi等の
電子部品からの熱をキャップ表面に伝え、該キャップ表
面を冷却するすることにより、LSi等から発生する熱を
除去するものである。
なお、前述のような気密封止体に関する従来技術とし
て、例えば、「日経エレクトロニクス、1984.3.26」
(第178頁〜第184頁)等に記載された技術が知られてい
る。
[発明が解決しようとする課題] 前述したような従来技術は、キャップ内に充填される
ガスの濃度が冷却特性に大きく影響するものとなるが、
ヘリウムガスに代表されるこの種冷却用ガスの分子径が
小さく、気密性を損なうことなくセラミック基板とキャ
ップとを気密封止することが非常に困難であった。
また、前記従来技術は、基板とキャップとの間の封止
材料として、LSi等の電子部品の交換性を考慮して、比
較的低温で溶融するはんだが等が使用されているが、こ
のはんだに微小な欠陥があると、稼働中に徐々にガスが
漏れて、当初の冷却性能を維持できなくなるという問題
点を有している。
さらに、近年、機器の高性能化に伴い、電子部品の前
述のような気密封止体は、大型化の傾向にあり、このた
め、前記従来技術は、次のような問題点を有している。
気密封止体を構成する構造体の熱容量が大きくな
り、封止用のはんだ材が、溶融後凝固するまでの速度が
遅くなり、緻密なはんだ組織を得ることができず、はん
だ材の耐熱疲労寿命が短くなってしまう。
キャップとセラミック基板の接合時に、はんだ中に
ボイド(空洞)ができ、気密寿命の劣化を生じる。
封止接合部の形状検査等を行おうとする場合、X線
による検査は、X線がLSiを破壊するため使用できず、
気密封止体を構成する構造体の封止部内部のはんだ付け
の状態(良否)を判定することができない。
気密封止体を構成する構造体の封止部外部にはんだ
付け欠陥があって、この欠陥を修正しようとする場合、
構造体の熱容量が大きいため、はんだが溶けにくく、大
気中ではんだを完全に溶かすと、キャップ内部の熱伝導
ガスに空気が混入してしまう等の理由により、その修正
が非常に困難である。
本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決
し、完全な気密封止技術を提供し、気密寿命の長い、信
頼性の高い電子部品に対する気密封止体を提供すること
にあり、さらに、封止接合部の欠陥修正方法及び気密封
止体の良否検査方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば前記目的は、封止接合部にレーザ光等
の高密度エネルギー光を照射し、接合材料であるはんだ
材を、瞬時にかつ局部的に溶融させ、その後凝固させる
ことにより達成される。
[作用] レーザ光は、エネルギー密度が高いため、熱容量の大
きい気密封止体でも、気密接合部にレーザ光を照射する
ことにより、レーザ光の照射位置のはんだのみを、局部
的に瞬時に溶融させることができる。このレーザ光の照
射をOFFとすることにより、照射部の熱は、急速に熱伝
導により他の部分に放熱され、はんだは急速に凝固す
る。これにより、緻密なはんだ組織を得ることができ
る。
また、レーザ光のエネルギー量、時間は、高精度にコ
ントロールすることができるため、このコントロールに
より、接合部のはんだを表裏貫通させることなく、はん
だの溶ける深さを制御することができるため、キャップ
内に封入されている熱伝導性封止ガスに大気が混入する
ことがない。
また、前述のレーザ光の照射処理を行うことにより、
封止接合部の外側に近い部分にあるボイドの修正を行う
ことができ、さらに、内側に封止欠陥がある場合、気密
封止体の内部と外部とを貫通させ、これにより、気密封
止体の不良検査を行うことができる。
[実施例] 以下、本発明による気密封止体の実施例を図面により
詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2
図は本発明の一実施例による処理を説明する斜視図、第
3図〜第6図は本発明の処理による封止接合部内の様子
を説明する断面図である。第1図〜第6図において、1
はセラミック基板、2は封止キャップ、3は封止ガス、
4は封止接合部、5は電子部品、6は部品接合部、7は
冷却水通路、8はレーザ光、9はレンズ、10はガラスフ
ァイバ、11はYテーブル、12はXテーブル、13ははんだ
箔、14はボイド、15は貫通穴である。
本発明の一実施例による気密封止体は、第1図に示す
ように、セラミック基板1上に、LSi等の複数の電子部
品5を部品接合部6を介して実装し、前記複数の電子部
品5全体を覆うように封止キャップ2が、セラミック基
板1にはんだ等による封止接合部4により気密に接合さ
れて構成されている。封止キャップ2は、熱伝導性がよ
く、セラミック基板1とその熱膨張率が近い、窒化アル
ミニウム等の材料で形成され、その内部に冷却通路7を
備えている。そして、封止キャップ2とセラミック基板
1との間の、封止接合部4により気密封止される空間に
は、熱伝導性のよいヘリウム等の封止ガス3が封入され
ている。
封止キャップ2内への封止ガス3の気密封止は、所定
の圧力のヘリウムガス等の封止ガス3の雰囲気中で、セ
ラミック基板1と封止キャップ2を加熱し、はんだ等を
溶融して、封止キャップ2とセラミック基板1との間に
封止接合部4を形成し、これにより、封止キャップ2内
部を気密封止することにより行われる。このような気密
封止の方法は、従来技術の場合と同様である。
本発明の実施例は、前述の方法で気密に封止された気
密封止体の封止接合部4を、本発明に従って処理するも
ので、以下、第2図によりその方法を説明する。
第2図において、前述の方法で作成された気密封止体
は、セラミック基板1が下側となるようにYテーブル1
1、Xテーブル12上にセットされており、封止接合部4
が高エネルギー密度のレーザ光8により仕上げ処理され
る。レーザ光8は、図示しないレーザ発振機により発振
され、石英ガラスファイバ10により対物レンズ9に導か
れ、気密封止体の封止接合部4を照射するようにセット
されている。
レーザ光8の照射と同時に、気密封止体を載せたYテ
ーブル11、Xテーブル12は、図示しない駆動機構によ
り、一定の速度で駆動制御され、封止接合部4に一定エ
ネルギー量のレーザ光が照射されるようにする。
次に、前述によりレーザ光8を照射した場合の封止接
合部4の内部の様子を説明する。
第3図は通常の状態における、レーザ光8の照射処理
前後の封止接合部4の内部の様子を説明する図である。
前述したように、気密封止体の気密接合は、ヘリウム
ガス等の封入ガス雰囲気中で、その全体を加熱して実施
されるため、熱容量の大きい気密封止体の冷却速度が遅
くなり、この結果、封止接合部4は、最初に析出した初
晶が成長し、第3図(a)に示すように、大きな結晶4
a、4bを有するはんだ組織により構成される。
このようなはんだ組織による封止接合部4に第3図
(b)に示すように、レーザ光8を所定のエネルギー量
となるよう照射する、第2図に示す方法による照射処理
を行うと、レーザ光8が照射された部分のはんだが、一
旦溶融した後、急速に冷却され、過冷却状態ではんだが
固化するため、第3図(c)に示すような緻密なはんだ
組織が、レーザ光8の照射側に得られる。
これにより、気密寿命の長い封止接合部を得ることが
できる。
この場合、レーザ光8のエネルギー密度と、Yテーブ
ル11、Xテーブル12の制御による気密封止体の移動速度
との制御により、緻密となるはんだ組織の深さを調整す
ることができる。
本発明の実施例の場合、このレーザ条件は、例えば、
YAGレーザを用い、パワー80W、ビーム径3mmφ、気密封
止体の移動速度10mm/sであり、はんだ材として、Sn-37P
bはんだを用いた。また、封止キャップ2の材料は、42
アロイを使用し、セラミック基板1の材料は、アルミナ
を使用した。
第4図は、前述したと同一の条件で、封止接合部4の
はんだ形状の窪んでいるものに対する仕上げ処理を説明
する図である。
第4図(a)に示すように、封止接合部4に窪みがあ
る場合、第4図(b)に示すように、Sn-37Pbのはんだ
箔13を、フラックスを塗布した後に供給し、レーザ光8
の照射処理を実施する。
これにより、はんだ箔13と封止接合部4のはんだの一
部が局所的に溶融し、第4図(c)に示すように、フィ
レットの形状を正規の形状に修正することができ、か
つ、第3図で説明したと同様に、レーザ光8の照射側に
緻密なはんだ組織を形成することができる。
第5図は、ボイドの修正方法を説明する図であり、前
述したと同一の条件で、封止接合部4を構成するはんだ
の内部にボイド14が発生している部分に、仕上げ処理を
行った場合を説明する図である。
気密封止体に対して、封止接合部4による気密封止を
行う場合、第5図(a)に示すように、封止接合部4内
部にボイド14が生じている場合がある。このようなボイ
ドは、通常外部からは見つけることができない。
一般に、ボイド14内の気体の圧力は、はんだが溶融点
以上の温度で溶融しているときに、封じ込められた気体
が、そのままの状態で温度が下げられたものであるの
で、常温では体気圧に比較して減圧の状態になってい
る。
このような場合、前述と同様にこの部分に対してレー
ザ光8の照射処理を行うと、瞬時の加熱ではんだが溶融
するが、ボイド14の内部の気体は充分に加熱されないた
め、ボイド14の内部は依然として減圧状態にあり、はん
だが溶融したとき大気圧により押しつぶされ、第5図
(b)に示すようにボイドのない封止接合部とすること
ができ、かつ、第3図、第4図の場合と同様に、緻密な
はんだ組織を形成することができる。
ちなみに、1気圧の雰囲気ではんだ温度が200℃のと
きに発生したボイドは、室温30℃において、約0.5気圧
となっている。
第6図は、封止キャップ2の内側に充分なはんだフィ
レットが形成されなかった部分が生じている場合の仕上
げ処理、すなわち、気密封止体の良否検査方法を説明す
る図である。
気密封止体に対して、封止接合部4による気密封止を
行う場合、第6図(a)に示すように、封止キャップ2
の内側に充分なはんだフィレットが形成されない場合が
生じる。通常、封止キャップ2内部の封止ガスの圧力P1
は、約0.8気圧になるように設定されており、大気圧P2
より減圧に設定されている。
前述と同様にレーザ光8の照射処理を行うと、レーザ
光8の照射側のはんだが溶融するが、この場合、封止キ
ャップ2の内側に充分な量のはんだがないため、レーザ
光8の照射部において、封止キャップ2の内側と外側と
を貫通してはんだが溶融し、前述した封止ガスの圧力P1
と大気圧P2との差により、大気が封止キャップ2内に流
入し、第6図(b)に示すような貫通穴15を形成する。
このような貫通穴15が形成された気密封止体は、その
後、通常実施されているヘリウムリークテスターまたは
バブルリークテスター等を用いて検査することにより、
欠陥として検出して排除することができる。このため、
このような不良な気密封止体を製品として出荷すること
を防止することができる。
前述した本発明の実施例によれば、封止キャップ2と
セラミック基板1とを気密封止する封止接合部4のはん
だ組織を緻密なものとすることができ、封止接合部のは
んだフィレットの形状の修正を行うことができ、はんだ
中のボイドを除去することができるので、気密寿命の長
い、気密信頼性の高い気密封止体を得ることができる。
また、封止体内部にはんだ異常がある場合、貫通穴を
形成するため、予め不良を検出することが可能となり、
出荷後のトラブルの発生を未然に防止することができ
る。
前述した本発明の実施例は、セラミック基板と封止キ
ャップとによる気密封止体に本発明を適用したものであ
るが、本発明は、少なくとも2個の部品を接合して得ら
れる他の形状の気密封止体に適用することができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、LSi等の電子部
品に対する気密封止体の気密性、信頼性の向上を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2図
は本発明の一実施例による処理を説明する斜視図、第3
図、第4図、第5図及び第6図は本発明の処理による封
止接合部内の様子を説明する断面図である。 1……セラミック基板、2……封止キャップ、3……封
止ガス、4……封止接合部、5……電子部品、6……部
品接合部、7……冷却水通路、8……レーザ光、9……
レンズ、10……ガラスファイバ、11……Yテーブル、12
……Xテーブル、13……んだ箔、14……ボイド、15……
貫通穴。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2個の部品を、はんだ等の低融
    点の封止ろう材で接合した構造を有する気密封止体にお
    いて、前記封止ろう材で接合した封止接合部は、該接合
    部の外側の部分で、緻密な構造のろう材で形成され、内
    側の部分で大きい結晶を持ったろう材で形成されている
    ことを特徴とする気密封止体。
  2. 【請求項2】少なくとも2個の部品を、はんだ等の低融
    点の封止ろう材で接合した構造を有する気密封止体にお
    いて、前記封止ろう材により接合した封止接合部に、高
    密度エネルギー光を照射することにより、前記封止ろう
    材の一部を局部的に再溶融させた後凝固させる処理を施
    したことを特徴とする気密封止体。
  3. 【請求項3】前記気密封止体は、電子部品からの熱を放
    熱するためのものであり、内部に熱伝導性の高い封止ガ
    スが封入されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項または第2項記載の気密封止体。
  4. 【請求項4】少なくとも2個の部品を、はんだ等の低融
    点の封止ろう材で接合した構造を有する気密封止体にお
    いて、前記封止ろう材により接合した封止接合部に、高
    密度エネルギー光を照射し、前記封止ろう材の一部を局
    部的に再溶融させた後凝固させる処理を行うことによ
    り、封止ろう材内部のボイドを除去することを特徴とす
    る気密封止体の封止接合部内のボイド修正方法。
  5. 【請求項5】少なくとも2個の部品を、はんだ等の低融
    点の封止ろう材で接合した構造を有し、内部に熱伝導性
    の高い封止ガスが封入されている気密封止体の検査方法
    において、前記封止ろう材により接合した封止接合部
    に、高密度エネルギー光を照射し、前記封止ろう材の一
    部を表面より所定の深さまで溶融し、その際、封止体内
    外の圧力差により貫通穴が生じるか否かにより、封止ろ
    う材の形状の良否を検査することを特徴とする気密封止
    体の検査方法。
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JP2006205216A (ja) * 2005-01-28 2006-08-10 Pioneer Electronic Corp レーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法
US20080029500A1 (en) * 2006-08-01 2008-02-07 United Technologies Corporation Brazing repairs
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