JP2918676B2 - 気密封止用ステムの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体デバイスや弾性表面波デバイス等に
用いられる、素子の気密封止（ハーメチックシール）用
ステムを製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来から、半導体デバイスや弾性表面波デバイスに用
いられる、これらの素子の気密封止用ステムは、第９図
に示すように、ステム基板１の貫通孔２内に絶縁リード
ピン３を挿通し、絶縁ガラス部材４を介して封着固定す
るとともに、ステム基板１の裏面にアースリードピン５
を銀ロウ６により固着した構造を有している。

そしてこのステムは、従来から以下に示すようにして
製造されている。すなわち、まずカーボン製の治具に、
プレス加工により製作された鋼板の表面に電解ニッケル
メッキを４〜８μｍの厚さに施してなるステム基板１を
配置し、この基板の貫通孔２内に、鉄−ニッケル合金か
らなる素線の表面に、電解ニッケルメッキを２〜６μｍ
の厚さに施してなる絶縁リードピン３と、ソーダ系軟質
ガラスのような絶縁ガラス部材４とを装着する。また、
このステム基板１裏面の凹穴に、同じく鉄−ニッケル合
金からなる素線の表面に電解ニッケルメッキを２〜６μ
ｍの厚さに施してなるアースリードピン５と、銀ロウ６
とをそれぞれ装着する。次いで、カーボン製治具に納め
られたこれら全体を、980〜1080℃の温度に保持された
窒素ガス還元雰囲気炉中に通して加熱し、絶縁ガラス部
材４を溶融させて絶縁リードピン３を封着するととも
に、アースリードピン５をロウ付けする。

またこうして製造されたステムに、半導体素子や弾性
表面波素子等を搭載してデバイスを製造するには、第10
図に示すように、ステム基板１の主面上に、装着剤７を
介してデバイス素子８を接着固定した後、ガラス封着さ
れた絶縁リードピン３の頭頂端面およびステム基板１の
主面上の所定の部位と、デバイス素子８の電極とをボン
ディングワイヤー９により接続し、最後にこれらの上側
にシェル10を被せ、このシェル10の周縁をステム基板１
上に溶接封止する方法が採られている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記したステムを用いて製造された従
来のデバイスにおいては、以下に示す多くの問題があっ
た。

すなわち、 絶縁リードピン３とアースリードピン５の表面にニッ
ケルメッキが施されているため、これらの外周部（アウ
ターリード部）に予備半田を施す必要があった。

ステム基板１および絶縁リードピン３とアースリード
ピン５の表面に、それぞれニッケルメッキが施されてい
るため、特に高周波数のデバイスにおいてその特性検査
をする際に、測定治具とステム基板１裏面および測定治
具ピンと各リードピンのアウターリード部との接触抵抗
にバラツキが生じ、検査精度および検査作業の能率が低
下していた。

ステムの製造においては、ソーダ系軟質ガラスの融点
以上の高い温度（980〜1080℃）で加熱することによ
り、ガラス封着を行っているため、このときリードピン
が軟化してリード曲りが発生し易かった。

セットメーカーで、デバイスをシールドのために回路
基板上に半田付けをする際に、ステム基板１の裏面およ
び外周部側面の最外層がニッケルメッキ層であるため、
半田付性が悪かった。そのため、予備半田等が要求され
ていた。

などの多くの問題があった。

そしてこれらの問題の解決策として、例えばステム全
面（ステム基板１、絶縁リードピン３、およびアースリ
ードピン５の表面全体）に、所望の厚さ（一般的にはｔ
＝0.1〜1.0μｍ）の金メッキを施すことが行われている
が、これには下記に示すようないくつかの問題点があ
り、量産的な方法としては採用することができなかっ
た。

すなわち （１）金自体が高価なものであるため、材料コストが多
くかかった。

（２）組立て製造されたステムに電解金メッキを施す量
産的な方法としては、バレルメッキ法が考えられるが、
この方法ではリードピンに曲りや打痕が発生し易く、修
正と歩留低下によりコストの増大が生じていた。

（３）組立て製造されたステムの所望の部位に、電解金
部分メッキを施す方法では、設備に要する費用が高くな
り、これがステムコストの増大につながっていた。

（４）組立て前の部品に予め金メッキを施した場合に
は、ステム製造の際のガラス封着温度が、980〜1080℃
と高温であるため、金メッキ被膜が下層のニッケルメッ
キ層やその下側の素材中に熱拡散し、そのため、製造後
のステムには金メッキ被膜が残らなかった。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたも
ので、以下に示す諸点を目的とする。

すなわち、 ガラス封着工程で、低温加熱による封着を行い、炉の
電力コストの低減、および昇温降温作業に要する時間の
短縮を図る。

予め部品表面に被覆された金メッキ層の、下層への熱
拡散を防止するとともに、リードピンの軟化とこれによ
るリード曲りを防ぐ。

デバイスの製造工程で実施している、ステムのアウタ
ーリード部への予備半田を廃止する。

デバイスの特性検査の際の、測定治具とステム各部と
の接触抵抗を少なくしバラツキを防ぐ。

ステム基板外周部等の回路基板への半田付性を向上さ
せ、シールド作業を容易にする。

以上〜の目的ための表面処理を、大量かつ自動的
に行い、コストの上昇を抑える。また、所望の部分にの
み低コストの表面処理を施し、しかもリード曲りや打痕
等の不良を生じさせない。などの各事項を満足させる、
気密封止用ステムの製造方法を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の気密封止用ステムの製造方法は、ス
テム基板と絶縁リードピン、およびアースリードピンの
表面全体に、それぞれ電解ニッケルメッキを施す工程
と、前記ニッケルメッキが施されたステム基板の所定の
位置に、前記絶縁リードピンと低融点ガラス部材とをそ
れぞれ装着する工程と、これらを還元性ガス雰囲気中で
450〜600℃の温度に加熱し、前記絶縁リードピンを前記
ステム基板に、前記低融点ガラス層を介して封着する工
程とを備えてなることを特徴としている。

また前記製造方法において、電解ニッケルメッキ工程
と絶縁リードピン等の装着工程との間に、ニッケルメッ
キが施されたステム基板と各絶縁リードピンの少なくと
も一方の表面全体あるいは所望の部位に、電解金メッキ
を施す工程を付加してなることを特徴としている。

本発明においては、まず鋼材等で加工製作されたステ
ム基板と、鉄系材料（鉄、鉄−ニッケル合金、あるいは
鉄−チタン合金）で構成された絶縁リードピンおよびア
ースリードピンの表面全体に、下層メッキとして電解ニ
ッケルメッキを施す。このニッケルメッキ層の厚さは、
ステム基板の表面においては２〜４μｍ、各リードピン
の表面においては４〜６μｍとすることが望ましい。

次いで所望により、ニッケルメッキが施されたステム
基板および各リードピンの全面または所望の部位（例え
ば、ステム基板の裏面全体および／または外周部側面、
絶縁リードピンとアースリードピンのアウターリード
部）に、電解金メッキを施す。金メッキ層の厚さは、経
済的な点からできるだけ薄くすることが望ましく、0.1
〜0.3μｍで充分に所定の目的を達成することができ
る。

次に、ステム基板の所定の位置すなわち貫通孔内に、
前記金メッキ等が施された絶縁リードピンと、軟化温度
が450〜600℃以下の低融点ガラス部材とをそれぞれ装着
する。特に低融点ガラス部材としては、軟化温度が405
℃、ガラス転移点が353℃で熱膨張係数が83×10^-7／℃
程度の鉛ガラスを使用することが望ましい。

しかる後これら全体を、窒素N2ガス等の還元性ガス雰
囲気に保たれた封着炉内に通し、450〜600℃の温度に15
〜20分間加熱することにより、溶融した前記低融点ガラ
スの層を介して、絶縁リードピンをステム基板の貫通孔
内に装着する。

本発明においては、予めアースリードピンをステム基
板裏面の凹穴（アースリード取付穴）に銀ロウとともに
装着しておき、前述のガラス封着時に同時にアースリー
ドのロウ付を行なうことができるが、加熱炉内を通して
絶縁リードピンのみを封着した後に、アースリードピン
を電気溶接により固着することも可能である。

（作用） 本発明の気密封止用ステムの製造方法においては、絶
縁ガラス部材として、軟化温度が450〜600℃以下の低融
点ガラスが使用されており、これを還元性ガス雰囲気中
で450〜600℃の低温で加熱することにより、一旦完全に
軟化溶融させる。そして、このように貫通孔内に溶融充
填され次いで固化したガラス部材の層を介して、絶縁リ
ードピンをステム基板に封着するように構成されている
ので、封着前のステム部品（ステム基板、絶縁リードピ
ンおよびアースリードピン）の表面全体または所望の部
位に、予め電解金メッキを施しておいても、この金メッ
キ層が消失することがない。

すなわち、450〜600℃の低い温度で加熱して封着する
ことができるため、従来から生じていた封着の際の高温
による金メッキ層の熱拡散、およびこれによる消失を防
止することができ、表面に充分な厚さの金メッキ層が残
存し、表面接続性や半田付性が良好なステムを製造する
ことができる。

また、低温での封着により、絶縁リードピンやアース
リードピンの軟化、およびこれによるリード曲り等を防
止することができる。そのため、各リードピンを構成す
る素線材料を、鉄−ニッケル合金のような軟化しにくい
合金材料から、価格の安い通常の鉄材に変更することが
でき、材料コストの低減を図ることができる。

さらに本発明の方法は、絶縁リードピンの酸化工程を
含まないNon Oxide方式であるので、工程数が少なく低
コストであり量産に適している。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に示す実施例１においては、まず鋼材を所定形
状に切削加工後、表面全体に２〜６μｍの電解ニッケル
メッキを施してなるステム基板11と、鉄−ニッケル合金
からなる素線を加工後、同じく表面全体に２〜６μｍの
電解ニッケルメッキを施こしてなる絶縁リードピン12お
よびアースリードピン13のニッケルメッキ層の上に、そ
れぞれバレル電解メッキにより、0.1〜0.6μｍ厚の金メ
ッキ層14を形成した後、これらの部品を、軟化点405
℃、ガラス転移点353℃、熱膨張係数83×10^-7／℃の軟
質鉛ガラス15、および銀ロウ16と共に、カーボン治具に
装着する。次いで窒素雰囲気に保たれた加熱炉の450〜6
00℃のゾーンを、15〜20分かけて通過させ、絶縁リード
ピン12をステム基板11の貫通孔内に、軟質鉛ガラス15の
層を介して封着するとともに、ステム基板11の裏面にア
ースリードピン13を銀ロウ16付けする。

このように構成される実施例１においては、450〜600
℃と従来に比べて低い温度でガラス封着とロウ付けが同
時に行われているので、封着前の部品の段階で被覆され
た金メッキ層14が、下地のニッケルメッキ層や素材中に
熱拡散して消失してしまうことがなく、接続安定性や半
田付け性の良好なステムが得られる。また、加熱封着の
際に、絶縁リードピン12やアースリードピン14の軟化が
生じることがなく、リード曲りが生じない。さらに、金
メッキ作業はバレルメッキで行われているので、大量に
均一なメッキが施され、かつこのときリード曲り等が生
じることがない。

次に、本発明の別の実施例について説明する。

第２図ないし第７図に示す実施例２乃至実施例７にお
いては、実施例１と同様にして、加工後表面全体に電解
ニッケルメッキが施こされたステム基板11、絶縁リード
ピン12、およびアースリードピン13の少なくとも一方に
おいて、以下に示す所望の部位にそれぞれ電解金部分メ
ッキを施した後、実施例１と同様に450〜600℃の温度で
加熱することにより、ガラス封着とロウ付けを同時に行
いステムを製造する。

すなわち、第２図に示す実施例２においては、ステム
基板11の裏面と絶縁リードピン12およびアースリードピ
ン13のアウターリード部に、それぞれ金部分メッキが施
され、第３図に示す実施例３においては、ステム基板11
の裏面と外周側面、絶縁リードピン12およびアースリー
ドピン13のアウターリード部に、それぞれ金部分メッキ
が施されている。また、第４図に示す実施例４において
は、ステム基板11の外周側面と絶縁リードピン12および
アースリードピン13のアウターリード部に、それぞれ金
部分メッキが施され、第５図に示す実施例５において
は、絶縁リードピン12とアースリードピン13のアウター
リード部にのみ、金部分メッキが施されている。さら
に、第６図に示す実施例６では、ステム基板11主面の凸
状ポスト面と絶縁リードピン12の頭頂面上に、それぞれ
金部分メッキが施され、第７図に示す実施例７では、絶
縁リードピン12とアースリードピン13のアウターリード
部で、回路基板に半田付けされる部位にのみ、それぞれ
金部分メッキが施されている。

これらの実施例においては、実施例１と同様な効果を
有する他に、目的に応じて特に必要な部分にだけ金メッ
キが施されているため、材料コストがかからず、かつ安
価なメッキ装置で均一かつ大量にメッキを行うことがで
きるという利点がある。

さらに第８図に示す別の実施例（実施例８）において
は、実施例１と同様にして加工後表面全体に電解ニッケ
ルメッキが施されたステム基板11と、鉄、鉄−ニッケル
合金、あるいは鉄−チタン合金からなる素線を加工後、
実施例１と同様にして表面全体に電解ニッケルメッキが
施こされた絶縁リードピン12およびアースリードピン13
を、それぞれ金メッキを施すことなくそのままの状態
で、軟質鉛ガラス15および銀ロウ16と共にカーボン治具
に装着した後、実施例１と同様に450〜600℃の温度で加
熱封着作業を行ってステムを製造する。

この実施例においても、450〜600℃と従来に比べて低
い温度でガラス封着およびロウ付けが行われているの
で、封着工程で絶縁リードピン12とアースリードピン13
の軟化が生じることがなく、リード曲り等がなく特性の
良好なステムが得られる。特に、各々のリードピンの素
線として、価格の安い鉄を使用した場合でも、軟化およ
びそれに起因するリード曲りが生じることがないので、
低コストのステムを製造することができる。

なお、実施例１乃至実施例７において、絶縁リードピ
ン12およびアースリードピン13の素線として、鉄あるい
は鉄−チタン合金からなる線を使用し、その表面全体ま
たは所望の部位に電解金メッキを施した後、低温でのガ
ラス封着を行うことによっても、同様に優れた特性を有
するステムを製造することができる。

このように実施例の製造方法においては、絶縁ガラス
部材として従来からのソーダ系軟質ガラスに代えて、軟
化点405℃、ガラス転移点353℃、熱膨張係数83×10^-7／
℃の軟質鉛ガラス15が使用されているので、絶縁リード
ピン12のステム基板11への封着温度を、450〜600℃と低
くすることができ、銀ロウ16材としても融点が450〜550
℃程度のものを使用することができる。また、ガラス封
着部の気密度が10^-8atom・cc/secと充分に高いステムが
得られる。

さらに、このように低温でガラス封着が行われている
ので、封着前の部品の状態でステム基板11、絶縁リード
ピン12、およびアースリードピン13の表面に金メッキを
施しても、この金メッキ層14が下地のニッケルメッキ層
中等に熱拡散して消失してしまうことがなく、接続性や
半田付け性の良好なステムが得られる。

またさらに、絶縁リードピン12やアースリードピン13
の素線として、価格の安い鉄線等を使用しても、封着の
際に軟化が生じないので、低コストのステムを製造する
ことができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の気密封使用
ステムの製造方法によれば、次に示す多くの効果が達成
される。

すなわち、 絶縁ガラス部材として、低融点ガラスが使用されてお
り、450〜600℃と低い温度でガラス封着がなされている
ので、封着炉を小型化し電力コストを低くすることがで
きるうえに、炉の昇温、降温に要する時間を短縮し生産
性を向上させることができる。

封着の際の加熱により、金メッキ層が熱拡散して表面
から消失することがないので、封着前の部品段階でステ
ム基板や各リードピンに所望の小面積、薄肉の金メッキ
を施すことができる。そのため、従来の金メッキ作業で
生じていたリード曲り等が発生せず、リード修正が不要
である。また、部品の所望の部分に、バラツキの少ない
量産的な金部分メッキを行うことができ、コストの低減
を図ることができる。

所望の部位に均一な厚さの金メッキ層が形成されたス
テムが得られるので、例えばアウターリード部に予備半
田が不要なデバイスが得られる。また、ステム基板裏面
への接触抵抗の小さい金メッキ層の形成により、デバイ
スの検査精度を高めることができ、さらにステム基板外
周部および裏面への金メッキ層の形成により、回路基板
へのシールド処理（半田付）が容易なステムが得られ
る。

低温封着が行われ金属材料が軟化しにくいので、リー
ドピンの素線として、鉄線のような低コストの材料を使
用することができ、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気密封止用ステムの製造方法の一実施
例を説明するための断面図、第２図ないし第８図はそれ
ぞれ本発明の別の実施例を説明するための断面図、第９
図は従来からの気密封止用ステムの構造を示す断面図、
第10図はその気密封止用ステムを用いた半導体デバイス
等の製造方法を説明するための断面図である。 11……ステム基板 12……絶縁リードピン 13……アースリードピン 14……金メッキ層 15……軟質鉛ガラス 16……銀ロウ

フロントページの続き (72)発明者 山田 政浩 兵庫県姫路市余部区上余部50番地 株式 会社東芝姫路工場内 (56)参考文献 特開 昭58−74544（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−67657（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−73647（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステム基板と絶縁リードピン、およびアー
   スリードピンの表面全体に、それぞれ電解ニッケルメッ
   キを施す工程と、前記ニッケルメッキが施されたステム
   基板の所定の位置に、前記絶縁リードピンと低融点ガラ
   ス部材とをそれぞれ装着する工程と、これらを還元性ガ
   ス雰囲気中で450〜600℃の温度に加熱し、前記絶縁リー
   ドピンを前記ステム基板に、前記低融点ガラス層を介し
   て封着する工程とを備えてなることを特徴とする気密封
   止用ステムの製造方法。
2. 【請求項２】ステム基板と絶縁リードピン、およびアー
   スリードピンの表面全体に、それぞれ電解ニッケルメッ
   キを施す工程と、前記ニッケルメッキが施されたステム
   基板と各絶縁リードピンの少なくとも一方の表面全体あ
   るいは所望の部位に、電解金メッキを施す工程と、前記
   金メッキが施されたステム基板の所定の位置に、前記絶
   縁リードピンと低融点ガラス部材とをそれぞれ装着する
   工程と、これらを還元性ガス雰囲気中で450〜600℃の温
   度に加熱し、前記絶縁リードピンを前記ステム基板に、
   前記低融点ガラス層を介して封着する工程とを備えてな
   ることを特徴とする気密封止用ステムの製造方法。