JP3093969B2 - Ｉｃパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属ケースの側面
に形成した基板挿通口部にセラミック基板を挿通して、
そのシール部をろう材で封止するＩＣパッケージの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、光通信用の光伝送部品として用
いられるＩＣパッケージは、図４に示すように、Ｃｕ／
Ｗの金属ベース１１にコバールの金属リング１２をＡｇ
ろう材でろう付けして金属ケース１３を構成し、この金
属ケース１３の側面に形成した基板挿通口部１４にアル
ミナのセラミック基板１５を挿通している。このセラミ
ック基板１５には、Ｗ，Ｍｏ等で導体パターン１６が形
成され、この導体パターン１６にリードフレーム１７が
Ａｇろう材で接合されている。そして、このセラミック
基板１５と基板挿通口部１４周縁との間がＡｇろう材で
気密にシールされている。

【０００３】従来より、Ａｇろう材によって基板挿通口
部１４内周縁のシールとリードフレーム１７の接合と、
金属ベース１１と金属リング１２との接合を同時に次の
ようにして行うようになっている。まず、ろう付け治具
上にパッケージ組立体（ろう付け前のＩＣパッケージ）
をセットする。ここで、パッケージ組立体は、金属ベー
ス１１と金属リング１２との接合部、基板挿通口部１４
内周縁のシール部及び導体パターン１６とリードフレー
ム１７との接合部に、それぞれ帯状のＡｇろう材を挟み
込んで組み立てられたものである。このパッケージ組立
体をろう付け治具に載せてろう付け炉を通過させること
で、各部のＡｇろう材を溶融・凝固させ、基板挿通口部
１４内周縁のシール、リードフレーム１７の接合、金属
ベース１１と金属リング１２との接合を同時に行う。

【０００４】この際に使用するろう付け治具は、一般
に、切削加工が容易なグラファイト（カーボン）により
形成され、このろう付け治具に形成された製品収納凹部
内にパッケージ組立体を収納してろう付け炉を通過させ
るようになっている。また、ろう付け炉内は、Ａｇろう
材を溶融させるために８００℃前後にコントロールさ
れ、更に、グラファイト製のろう付け治具の燃焼を防止
するためや金属の酸化を防止するためにろう付け炉内に
は水素及び窒素ガスが流される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のろう付
け方法では、基板挿通口部１４内周縁のシール部の一部
に、Ａｇろう材の凹みが発生してシールが不完全になる
ことがあり、これがリークの発生原因の一因となってい
た。ここで、Ａｇろう材の凹みが発生する原因として
は、Ａｇろう材の溶融後の冷却凝固時に、金属ケース１
３の内側と外側で温度差が生じ、Ａｇろう材の凝固スピ
ードが異なるためと考えられる。つまり、金属ケース１
３の内側は、キャビティ（空洞）であるため、ろう付け
炉内のガスの流れに晒され、放熱が促進されて比較的早
く温度低下するのに対し、金属ケース１３の外側は、ろ
う付け治具（グラファイト）で囲まれ、その蓄熱によっ
て温度低下が遅くなる。このため、金属ケース１３の内
側からＡｇろう材の凝固が進み、遅く凝固する外側の溶
融ろう材が早く凝固する内側のＡｇろう材に引き寄せら
れてしまい、これが原因で、外側でＡｇろう材の凹みが
発生してシールが不完全になることがある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、ろう材によるシール
部にシール不良（リーク）が出来ることを防止できて、
歩留りを向上できるＩＣパッケージの製造方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のＩＣパッケージの製造方法は、金属ケース
の側面に形成した基板挿通口部にセラミック基板を挿通
して組み立てたパッケージ組立体のキャビティ内にグラ
ファイト製の蓄熱ブロックをセットすると共に、該パッ
ケージ組立体を載せたろう付け治具にグラファイト製の
蓋を被せた状態で、ろう付け炉を通過させることによ
り、前記金属ケースの基板挿通口部周縁とセラミック基
板とのシール部をろう材で封止してＩＣパッケージを製
造する（請求項１）。

【０００８】前述したように、基板挿通口部周縁のシー
ル部においてろう材の凹みが発生する原因は、金属ケー
スの内外の温度差であり、この温度差が生じる原因は、
金属ケースのキャビティがろう付け炉内のガスの流れに
晒されて放熱が促進されるためである。

【０００９】そこで、本発明では、金属ケースのキャビ
ティ内にグラファイト製の蓄熱ブロックをセットすると
共に、ろう付け治具にグラファイト製の蓋を被せた状態
で、ろう付け炉を通過させる。これにより、ガスがパッ
ケージ組立体に直接当たることを防ぐと共に、金属ケー
スのキャビティ内に収納したグラファイト製の蓄熱ブロ
ックの蓄熱によって金属ケースの内側の温度低下を遅く
し、金属ケースの内外の温度差を少なくする。この場
合、蓋と蓄熱ブロックは、いずれもグラファイトにより
形成されているが、これは加工の容易性と蓄熱性を考慮
したものである。

【００１０】また、請求項２のように、ろう付け治具を
グラファイトにより形成する場合には、ろう付け治具の
製品収納凹部の周囲に、金属ケースの基板挿通口部周縁
のシール部近傍の蓄熱量を低減するための穴部を形成す
ることが好ましい。つまり、グラファイトは比熱が比較
的大きく、蓄熱量が多いため、製品収納凹部の周囲に穴
部を形成することで、金属ケースの外側におけるシール
部近傍の蓄熱量を少なくして、金属ケースのシール部の
外側を内側よりも少し早く温度低下させ、それによって
シール部のＡｇろう材を外側から凝固させて、外側にろ
う材の良好なメニスカスを形成する。

【００１１】尚、請求項３のように、ろう付け治具を、
比熱が０．２０ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇ以下の金属又はセラ
ミックにより形成しても良い。この場合には、請求項２
のグラファイト製のろう付け治具と比較して製品収納凹
部の周囲の蓄熱量が少ないため、請求項２のような穴部
を形成しなくても、金属ケースの内外の蓄熱量の差を少
なくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。製造するＩＣパッケージ（パッケ
ージ組立体）の構造は、従来と同じであり（図４参
照）、これについては説明済みであるので、説明を省略
する。

【００１３】ろう付け治具２１はグラファイト（カーボ
ン）を切削加工して形成されている。このろう付け治具
２１には、複数のパッケージ組立体を収納するための複
数の製品収納凹部２２が形成され、各製品収納凹部２２
の周囲の４箇所には穴部２３が形成されている。各穴部
２３は、製品収納凹部２２内に収納したパッケージ組立
体の金属ベース１１とセラミック基板１５とに接触若し
くは近接し、内径が２〜２０ｍｍであり、深さが製品収
納凹部２２の深さ以上となっている。

【００１４】このろう付け治具２１を用いてパッケージ
組立体の各部をろう付けする場合には、図１に示すよう
に、ろう付け治具２１の各製品収納凹部２２内にそれぞ
れパッケージ組立体をセットすると共に、各パッケージ
組立体の金属ベース１１のキャビティ内に、該キャビテ
ィより僅かに小さいグラファイト製の蓄熱ブロック２５
を収納する。各パッケージ組立体は、金属ベース１１と
金属リング１２との接合部、基板挿通口部１４内周縁の
シール部及び導体パターン１６とリードフレーム１７と
の接合部に、それぞれ帯状のＡｇろう材が挟み込まれて
いる。

【００１５】そして、このろう付け治具２１の上面にグ
ラファイト製の蓋２４を被せ、コンベアでろう付け炉へ
搬送する。ろう付け炉内は、Ａｇろう材を溶融させるた
めに８００℃前後にコントロールされ、更に、グラファ
イト製のろう付け治具２１や蓋２４の燃焼を防止するた
めや金属の酸化を防止するためにろう付け炉内には水素
・窒素ガスが流される。ろう付け治具２１上のパッケー
ジ組立体は、ろう付け炉を通過する際に、ろう付け治具
２１や蓋２４からの伝熱や放熱（輻射熱）によって加熱
される。これにより、Ａｇろう材が溶融温度以上に加熱
されて溶融し、それが凝固することで、基板挿通口部１
４内周縁のシール、リードフレーム１７の接合、金属ベ
ース１１と金属リング１２との接合が同時に行われる。

【００１６】図５は、ろう付け治具２１をその長手方向
（パッケージ組立体の長手方向）に搬送してろう付け炉
を通過させるときのＡ部（セラミック基板１５の外端に
おける進行方向前端部）とＢ部（セラミック基板１５の
内端における進行方向後端部）の温度変化を示したろう
付け工程の温度プロファイルであり、（ａ）は蓋無しの
場合（従来例に相当）の温度変化であり、（ｂ）はろう
付け治具２１の上面にグラファイト製の蓋２４を被せた
場合の温度変化である。

【００１７】蓋無しの場合には、ろう付け炉内のガスが
パッケージ組立体に直接当たるため、パッケージ組立体
の進行方向前後の温度差が大きくなり、Ａ部とＢ部との
間の温度差が８℃にもなる。

【００１８】これに対し、ろう付け治具２１の上面にグ
ラファイト製の蓋２４を被せた場合には、ろう付け炉内
のガスがパッケージ組立体に直接当たることが蓋２４に
よって遮られ、パッケージ組立体がろう付け治具２１や
蓋２４を通して放熱するようになる。これにより、パッ
ケージ組立体の進行方向前後の温度差が小さくなり、Ａ
部とＢ部との間の温度差が５℃になる。

【００１９】更に、上記実施形態では、金属ケース１３
のキャビティ内に、比熱が大きな材料（グラファイト）
で形成された蓄熱ブロック２５をセットしたので、この
蓄熱ブロック２５の蓄熱によって金属ケース１３の内側
の温度低下を遅くすることができ、金属ケース１３の内
側に偏ってＡｇろう材の凝固が進むことを防止すること
ができる。

【００２０】しかも、ろう付け治具２１の製品収納凹部
２２の周囲４箇所に穴部２３を形成したので、金属ケー
ス１３の外側におけるシール部近傍の蓄熱量を少なくで
き、前述した蓋２４と蓄熱ブロック２５の効果と相俟っ
て、金属ケース１３のシール部の外側を内側よりも少し
早く温度低下させることができる。これにより、シール
部のＡｇろう材を外側から少し早く凝固させて、外側に
Ａｇろう材の良好なメニスカスを形成することができ
る。

【００２１】本発明者は、蓋２４、蓄熱ブロック２５、
穴部２３の効果を評価するために、次の３種類のろう付
け方法でテストし、シール部のＡｇろう材のメニスカス
の出来具合を観察すると共に、リーク検査でリークの有
無を判定した（気密度規格は１×１０^-8atm cc／sec で
ある）。

【００２２】サンプルＮｏ．１ ろう付け治具２１（穴部２３無し）に蓋２４に被せただ
けで、蓄熱ブロック２５は無い。

【００２３】サンプルＮｏ．２ ろう付け治具２１（穴部２３無し）に蓋２４に被せ、且
つ金属ケース１３のキャビティ内に蓄熱ブロック２５を
セットする。

【００２４】サンプルＮｏ．３ 穴部２３を形成したろう付け治具２１に蓋２４に被せ、
且つ金属ケース１３のキャビティ内に蓄熱ブロック２５
をセットする。

【００２５】テスト結果は下記の表１のようになった。

【００２６】

【表１】

【００２７】蓋２４のみの場合（サンプルＮｏ．１）
は、パッケージ組立体にろう付け炉内のガスが直接当た
らないが、金属ケース１３の内側に蓄熱する手段（蓄熱
ブロック２５）が存在しないため、金属ケース１３の内
側が外側よりも早く温度低下し、金属ケース１３の内側
からＡｇろう材の凝固が進み、遅く凝固する外側の溶融
ろう材が早く凝固する内側のＡｇろう材に引き寄せられ
てしまう。このため、シール部のＡｇろう材のメニスカ
スに底の見えない凹みが出来てしまい、リーク検査でも
不合格（リーク有り）と判定されてしまう。

【００２８】蓋２４＋蓄熱ブロック２５の場合（サンプ
ルＮｏ．２）は、蓄熱ブロック２５の蓄熱によって金属
ケース１３の内側の温度低下を遅くすることができ、金
属ケース１３の内側に偏ってＡｇろう材の凝固が進むこ
とを防止することができる。この場合、シール部のＡｇ
ろう材のメニスカスに底の見える凹みが出来るが、リー
ク検査では合格（リーク無し）と判定され、問題ない。
従って、ろう付け治具２１に穴部２３を形成しなくて
も、本発明の所期の目的は達成できる。

【００２９】蓋２４＋蓄熱ブロック２５＋穴部２３の場
合（サンプルＮｏ．３）は、ろう付け治具２１に穴部２
３を形成することで、金属ケース１３の外側におけるシ
ール部近傍の蓄熱量を少なくでき、前述した蓋２４と蓄
熱ブロック２５の効果と相俟って、金属ケース１３のシ
ール部の外側を内側よりも少し早く温度低下させること
ができる。これにより、シール部のＡｇろう材を外側か
ら少し早く凝固させてシール部の外側に凹みのない良好
なメニスカスを形成することができ、リーク検査で合格
（リーク無し）と判定される。

【００３０】この場合、ろう付け治具２１を比熱の大き
なグラファイトで形成しているため、ろう付け治具２１
に穴部２３を形成することで、金属ケース１３の外側に
おけるシール部近傍の蓄熱量を少なくするようにした
が、ろう付け治具を比熱の小さい材料、例えば比熱が
０．２０ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇ以下の金属又はセラミック
により形成すれば、ろう付け治具に穴部を形成しなくて
も良い。つまり、この場合には、ろう付け治具に穴部が
無くても、ろう付け治具自体の蓄熱量が少ないため、金
属ケース１３の内側に比熱の大きなグラファイト製の蓄
熱ブロック２５を収納することで、上記サンプルＮｏ．
３の場合と同じく、シール部の外側に良好なメニスカス
を形成することができる。

【００３１】尚、グラファイト製のろう付け治具２１に
形成する穴部２３の形状は、円形穴に限定されず、角穴
であっても良く、また、穴部２３の個数も必要に応じて
適宜変更しても良いことは言うまでもない。

【００３２】その他、本発明は、光通信用の光伝送部品
に限定されず、金属ケースの基板挿通口部にセラミック
基板を挿通してＡｇろう材で封止する構成のＩＣパッケ
ージの製造方法に広く適用して実施できる等、要旨を逸
脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項１の製造方法によれば、パッケージ組立体のキ
ャビティ内にグラファイト製の蓄熱ブロックをセットす
ると共に、該パッケージ組立体をセットしたろう付け治
具にグラファイト製の蓋を被せてろう付けするようにし
たので、パッケージ組立体の内外の温度差を少なくする
ことができて、シール部のろう材のメニスカスの出来具
合を従来より良くすることができ、シール不良（リー
ク）が出来ることを防止できて、歩留りを向上できる。

【００３４】また、請求項２では、グラファイト製のろ
う付け治具の製品収納凹部の周囲に穴部を形成するよう
にしたので、金属ケースのシール部の外側を内側よりも
少し早く温度低下させることができて、シール部の外側
に良好なメニスカスを形成することができる。

【００３５】また、請求項３では、ろう付け治具を、比
熱が０．２０ｃａｌ／ｇ・ｄｅｇ以下の金属又はセラミ
ックにより形成したので、ろう付け治具に穴部が無くて
も、請求項２の場合と同じく、製品収納凹部の周囲の蓄
熱量を低減することができ、シール部の外側に良好なメ
ニスカスを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における蓋有りのろう付け
治具にパッケージ組立体をセットした状態を示す縦断側
面図

【図２】ろう付け治具の平面図

【図３】ろう付け治具へのパッケージ組立体のセット状
態を示す部分斜視図

【図４】製造するＩＣパッケージ（パッケージ組立体）
の斜視図

【図５】（ａ）は蓋無しのろう付け治具を用いた場合の
パッケージ組立体の位置の相違による温度差を示すろう
付け工程の温度プロファイル図、（ｂ）は蓋有りのろう
付け治具を用いた場合のパッケージ組立体の位置による
温度差を示すろう付け工程の温度プロファイル図

【符号の説明】 １１…金属ベース、１２…リング、１３…金属ケース、
１４…基板挿通口部、１５…セラミック基板、１６…導
体パターン、１７…リードフレーム、２１…ろう付け治
具、２２…製品収納凹部、２３…穴部、２４…蓋、２５
…蓄熱ブロック。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ケースの側面に形成された基板挿通
   口部にセラミック基板を挿通して組み立てたパッケージ
   組立体をろう付け治具に載せて、ろう付け炉を通過させ
   ることにより、前記金属ケースの基板挿通口部周縁とセ
   ラミック基板とのシール部をろう材で封止してＩＣパッ
   ケージを製造する方法において、 前記金属ケースのキャビティ内にグラファイト製の蓄熱
   ブロックを収納すると共に、前記ろう付け治具にグラフ
   ァイト製の蓋を被せた状態で、前記ろう付け炉を通過さ
   せることを特徴とするＩＣパッケージの製造方法。
2. 【請求項２】 前記ろう付け治具をグラファイトにより
   形成すると共に、該ろう付け治具に前記パッケージ組立
   体を収納するための製品収納凹部を形成し、この製品収
   納凹部の周囲に、前記金属ケースの基板挿通口部周縁の
   シール部近傍の蓄熱量を低減するための穴部を形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載のＩＣパッケージの製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記ろう付け治具を、比熱が０．２０ｃ
   ａｌ／ｇ・ｄｅｇ以下の金属又はセラミックにより形成
   したことを特徴とする請求項１に記載のＩＣパッケージ
   の製造方法。