JP3232045B2 - 電子装置 - 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、セラミックス等の
絶縁基体と金属製蓋体とから成る容器の内部に圧電振動
子や半導体素子等の電子部品を気密に収容した電子装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子や半導体素子等の電子部品
は、この電子部品を収容するための絶縁基体と蓋体とか
ら成る容器内に気密に収容されることによって製品とし
ての電子装置となる。

【０００３】かかる電子装置において最も信頼性が高い
とされるものは、酸化アルミニウム焼結体等のセラミッ
クスから成り、上面中央部に電子部品が搭載される搭載
部および上面外周部に搭載部を取り囲むようにして取着
された金属枠体を有する絶縁基体と、この絶縁基体の金
属枠体にシーム溶接により接合される金属製蓋体とから
成る容器の内部に電子部品を気密に封止したタイプのも
のである。このタイプの電子装置は、絶縁基体の搭載部
に電子部品を搭載した後、絶縁基体に取着された金属枠
体に金属製蓋体を載置するとともにこの金属製蓋体の外
周縁にシーム溶接機の一対のローラー電極を接触させな
がら転動させるとともにこのローラー電極間に溶接のた
めの大電流を流し、金属枠体に金属製蓋体をシーム溶接
することによって製作される。

【０００４】なお、このタイプの電子装置において金属
枠体は、通常は絶縁基体の上面に搭載部を取り囲むよう
にして枠状のメタライズ金属層を被着させるとともにこ
のメタライズ金属層にニッケルめっき層を被着させた
後、このニッケルめっき層が被着されたメタライズ金属
層に金属枠体を銀ろう等のろう材を介してろう付けする
ことによって、絶縁基体に取着されている。

【０００５】しかしながら、このタイプの電子装置は、
絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載した後、絶縁基体に
取着された金属枠体に金属製蓋体をシーム溶接する際
に、シーム溶接装置のローラー電極の移動速度が精々３
ｍｍ／秒程度と遅く、そのため例えば３ｍｍ角の金属製
蓋体を金属枠体にシーム溶接するのに数秒程度の長時間
を要するため生産性が低いという欠点があった。

【０００６】さらに、絶縁基体に金属製蓋体をシーム溶
接するための下地金属として金属枠体が必要であり、金
属枠体の分だけ電子装置の高さが高いものとなってしま
うとともに電子装置が高価なものとなってしまうという
欠点も有していた。

【０００７】そこで、上面中央部に電子部品を搭載する
搭載部を、上面外周部に搭載部を取り囲む枠状で厚みが
10〜20μｍ程度のメタライズ金属層を有するセラミック
ス製の絶縁基体と、金属製蓋体とから成る容器を準備
し、絶縁基体の搭載部に電子部品を搭載した後、絶縁基
体のメタライズ金属層に金属製蓋体を間にろう材を介し
てエレクトロンビーム溶接することにより接合して、絶
縁基体と金属製蓋体とから成る容器の内部に電子部品を
気密に封止した電子装置が提案されている。

【０００８】この電子装置における金属製蓋体と絶縁基
体との接合は、絶縁基体のメタライズ金属層にニッケル
めっきを２〜５μｍの厚みに被着させておくとともにこ
のニッケルめっきが被着されたメタライズ金属層上に金
属製蓋体を間にろう材を挟んで載置し、しかる後、エレ
クトロンビームを磁界によって枠状のメタライズ金属層
に沿って移動させながら金属製蓋体の上面に照射し、こ
の照射したエレクトロンビームによる熱エネルギーでエ
レクトロンビームが照射された部分に対応するろう材を
溶融させることによって行なわれる。

【０００９】この電子装置によれば、エレクトロンビー
ムは磁界によつて移動させながら照射されることから約
300 ｍｍ／秒以上の高速で移動させることができ、例え
ば３ｍｍ角の金属製蓋体を0.1 秒以下の極めて短時間の
うちに絶縁基体のメタライズ金属層に溶接することがで
き、このため生産性に極めて優れる。さらに、溶接のた
めの下地金属として金属枠体を必要としないことから、
その分、電子装置の高さを低くすることができ、かつ安
価である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
電子装置はその小型化が急激に進み、絶縁基体の上面外
周部に被着されている枠状のメタライズ金属層の幅が0.
4 ｍｍ程度の狭いものとなってきており、メタライズ金
属層と金属製蓋体とのろう材を介したエレクトロンビー
ム溶接による接合面積が狭くなって、そのためメタライ
ズ金属層と金属製蓋体との接合強度が弱いものとなって
きた。そして、この電子装置に電子部品が作動する際に
発生する熱等が繰り返し印加されると、絶縁基体と金属
製蓋体との熱膨張係数の相違に起因して両者の間に発生
する熱応力により金属製蓋体がメタライズ金属層から剥
離して容器の気密が破れてしまい、内部に収容する電子
部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが
できなくなってしまうという問題点を有していた。

【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑み案出された
ものであり、その目的は、絶縁基体のメタライズ金属層
に金属製蓋体を間にろう材を介してエレクトロンビーム
溶接により強固に接合して、電子装置に熱が繰り返し印
加されても金属製蓋体が絶縁基体のメタライズ金属層か
ら剥離することがなく、内部に収容する電子部品を長期
間にわたり正常かつ安定に作動させることが可能な電子
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電子装置は、絶
縁基体の上面の搭載部に電子部品が搭載されるととも
に、前記搭載部を取り囲むように被着された枠状のメタ
ライズ金属層にろう材を介して金属製蓋体がエレクトロ
ンビーム溶接により接合されて成る電子装置であって、
前記エレクトロンビーム溶接は前記金属製蓋体の外周か
ら50μｍ以上内側の位置で行なわれており、かつ前記金
属製蓋体の外周部が上方に屈曲させてあることを特徴と
するものである。

【００１３】本発明の電子装置によれば、エレクトロン
ビーム溶接が金属製蓋体の外周から50μｍ以上離れた内
側の位置で行なわれており、かつ金属製蓋体の外周部が
上方に屈曲させてあることから、金属製蓋体の上方に屈
曲した外周部と絶縁基体のメタライズ金属層との間に大
きなろう材溜りが形成され、このろう材の溜りによって
金属製蓋体のメタライズ金属層への接合強度が強いもの
となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子部品を添付の
図面を基に説明する。図１は本発明の電子装置の実施の
形態の一例を示した断面図であり、１は絶縁基体、２は
金属製蓋体、３は電子部品である。

【００１５】絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質
焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックスか
ら成り、その上面中央部に電子部品３を収容するための
凹部Ａを有している。そして凹部Ａの底面は電子部品３
を搭載するための搭載部１ａを形成しており、搭載部１
ａには電子部品３が搭載されている。

【００１６】絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質
焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化
珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末
に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して泥漿状とな
すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカ
レンダーロール法を採用することによってセラミックグ
リーンシートとなし、しかる後、このセラミックグリー
ンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積
層し、高温で焼成することによって製作される。

【００１７】また、絶縁基体１には、搭載部１ａ上面か
ら絶縁基体１の下面にかけて導出する、タングステン・
モリブデン等の金属粉末焼結体から成るメタライズ配線
層４が被着形成されている。

【００１８】メタライズ配線層４は、電子部品３の各電
極を外部に電気的に導出するための導電路として機能
し、その搭載部１ａ上面の部位には電子部品３の電極が
例えば導電性接着剤を介して電気的に接続されている。
他方、メタライズ配線層４の絶縁基体１の下面に導出し
た部位は、外部電気回路基板（図示せず）の配線導体に
例えば半田を介して電気的に接続される。

【００１９】メタライズ配線層４は、例えばタングステ
ン粉末焼結体から成る場合であれば、タングステン粉末
に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得たタング
ステンペーストを絶縁基体１となるセラミックグリーン
シートに従来周知のスクリーン印刷法により所定パター
ンに印刷塗布し、これを絶縁基体１となるセラミックグ
リーンシートとともに焼成することによって、絶縁基体
１の搭載部１ａ上面から下面にかけて所定パターンに被
着導出される。

【００２０】なお、メタライズ配線層４は、その露出す
る表面にニッケル・金等の耐食性に優れ、かつ半田との
濡れ性に優れる金属をメッキ法により1.0 〜20.0μｍの
厚みに被着させておくと、メタライズ配線層４の酸化腐
食を有効に防止することができるとともにメタライズ配
線層４と外部電気回路基板の配線導体との接続を強固な
ものとなすことができる。従って、メタライズ配線層４
の表面には、ニッケル・金等の耐食性に優れ、かつ半田
との濡れ性に優れる金属をメッキ法により1.0〜20.0μ
ｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２１】また、絶縁基体１の上面外周部には、搭載
部１ａを取り囲むようにして幅が0.4 ｍｍ程度の枠状の
メタライズ金属層５が被着形成されており、このメタラ
イズ金属層５には金属製蓋体２が間にろう材６を介して
エレクトロンビーム溶接により接合されている。

【００２２】メタライズ金属層５は、絶縁基体１に金属
製蓋体２を接合させるための下地金属として機能し、タ
ングステン・モリブデン等の金属粉末焼結体から成り、
タングステン等の金属粉末に適当な有機バインダや溶剤
を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体１となるセ
ラミックグリーンシート上に従来周知のスクリーン印刷
法を採用して予め所定厚み・所定パターンに印刷塗布
し、これを絶縁基体１となるセラミックグリーンシート
とともに焼成することによって、絶縁基体１の上面に搭
載部１ａを取り囲むようにして枠状に被着形成される。

【００２３】なお、メタライズ金属層５は、その表面に
ニッケル・金等の耐食性に優れ、かつろう材６との濡れ
性に優れる金属をメッキ法により1.0 〜20.0μｍの厚み
に被着させておくと、メタライズ金属層５が酸化腐食す
るのを有効に防止することができるとともにメタライズ
金属層５と金属製蓋体２とのろう材６を介した溶接を強
固なものとなすことができる。従って、メタライズ金属
層５の表面には、ニッケル・金等の耐食性に優れ、かつ
ろう材６との濡れ性に優れる金属をメッキ法により1.0
〜20.0μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２４】また、絶縁基体１のメタライズ金属層５に
間にろう材６を介してエレクトロンビーム溶接により接
合されている金属製蓋体２は、例えば鉄−ニッケル合金
板あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金板から成り、絶
縁基体１のメタライズ金属層５に間にろう材６を介して
エレクトロンビーム溶接により接合されることにより、
絶縁基体１との間でその凹部Ａの内部に電子部品３を気
密に封止している。

【００２５】金属製蓋体２と絶縁基体１のメタライズ金
属層５との間にろう材６を介したエレクトロンビーム溶
接による接合は、平板状の金属製蓋体２を絶縁基体１の
メタライズ金属層５の上に間にろう材６を配置して載置
するとともに、金属製蓋体２の上面に直径が0.1 〜0.2
ｍｍ程度のエレクトロンビーム７をメタライズ金属層５
に沿って移動させながら照射し、このエレクトロンビー
ム７による熱を金属製蓋体２の下面に伝達させてろう材
６を溶融させることによって行なわれている。

【００２６】また、金属製蓋体２とメタライズ金属層５
との間に配されるろう材６は、例えば銀−銅合金や金−
錫合金・鉛−錫合金・アルミニウム−シリコン合金・銅
−亜鉛合金・銀−銅−リン合金あるいは銀−インジウム
−錫合金等から成り、金属製蓋体２をメタライズ金属層
５に接合させる接合材として機能し、金属製蓋体２の上
面に照射されるエレクトロンビーム７による熱が金属製
蓋体２の下面に伝達されることによって、その熱を受け
て溶融する。

【００２７】なお、ろう材６は、金属製蓋体２とメタラ
イズ金属層５との間に配置させる際にその配置の作業性
を良好とするために、予め金属製蓋体２の下面に被着さ
れている。

【００２８】さらに、本発明の電子装置では、金属製蓋
体２をメタライズ金属層５に間にろう材６を介して接合
させるエレクトロンビーム溶接は、金属製蓋体２の外周
から50μｍ以上内側の位置で行なわれている。すなわ
ち、エレクトロンビーム溶接は金属製蓋体２の上面で金
属製蓋体２の外周から50μｍ以上離れた内側の位置にエ
レクトロンビーム７を照射することによって行なわれて
いる。

【００２９】そして、エレクトロンビーム７の電流や出
力・移動速度等を適当な値に調整することにより、図２
（ａ）および（ｂ）に要部拡大断面図で示すように、平
板状の金属製蓋体２をメタライズ金属層５に間にろう材
６を配して載置し、この金属製蓋体２の上面で外周から
50μｍ以上内側の位置にエレクトロンビーム７を照射し
た際に、例えばエレクトロンビーム７による熱の作用に
より金属製蓋体２でエレクトロンビーム７の照射位置か
ら外周側の部分が上方に約10〜20゜程度の角度に屈曲し
た形状となり、この上方に屈曲した外周側部分とメタラ
イズ金属層５との間にろう材６の溜りＢが形成され、こ
のろう材６溜りＢにより金属製蓋体２がメタライズ金属
層５に強固に接合されることとなる。

【００３０】ここで、エレクトロンビーム７の電流や出
力・移動速度等を適当な値に調整することにより金属製
蓋体２の上面で金属製蓋体２の外周から50μｍ以上離れ
た内側の位置にエレクトロンビーム７を照射した際に、
エレクトロンビーム７による熱の作用により金属製蓋体
２でエレクトロンビーム７の照射位置から外周側の部分
が上方に屈曲するのは、金属製蓋体２のエレクトロンビ
ーム７が照射された部分が局所的に高温となるため、こ
の部分が金属製蓋体２の他の部分と比較して大きく熱膨
張しようとし、これにより金属製蓋体２でエレクトロン
ビーム７の照射位置から外周側の部分には相対的に中央
部側に縮もうとする応力が働き、これと同時にエレクト
ロンビーム７の電流や出力・移動速度等を適当な値に調
整することにより金属製蓋体２でエレクトロンビーム７
が照射された部分の上面側のみが部分的に軟化あるいは
溶融されて応力により変形し易い状態となり、金属製蓋
体２でエレクトロンビーム７の照射位置から外周側の部
分に働く相対的に中央部側に縮もうとする応力により金
属製蓋体２でエレクトロンビーム７が照射された部分の
上面側のみが圧縮変形するためではないかと考えられ
る。

【００３１】また、メタライズ金属層５に接合された金
属製蓋体２の外周部は、電子装置の仕様やエレクトロン
ビーム溶接の仕様・条件等に応じて、予め種々の加工法
により所望の状態、例えばエレクトロンビーム７が照射
される外周部から50μｍ以上内側の位置から約10〜20゜
程度の角度に、上方に屈曲させておいてもよい。

【００３２】なお、金属製蓋体２をメタライズ金属層５
に間にろう材６を介して接合させるエレクトロンビーム
溶接が金属製蓋体２の外周から内側に50μｍ未満の位置
で行なわれる場合には、金属製蓋体２とメタライズ金属
層５との間に十分な量のろう材６の溜りＢを形成するこ
とができずに、金属製蓋体２とメタライズ金属層５とを
強固に接合することができなくなる。従って、本発明の
電子装置における金属製蓋体２をメタライズ金属層５に
間にろう材６を介して接合させるエレクトロンビーム溶
接は、金属製蓋体２の外周から50μｍ以上離れた内側の
位置で行なわれることに限定される。

【００３３】かくして、本発明の電子装置によれば、絶
縁基体１と金属製蓋体２とから成る容器の内部に電子部
品３が気密信頼性が高い状態で収容された電子装置が得
られる。

【００３４】

【実施例】上面中央部に長さが2.2 ｍｍで幅が0.2 ｍｍ
・深さが0.25ｍｍの略直方体状の凹部を有するととも
に、上面外周部にこの凹部を取り囲む幅が0.4 ｍｍで厚
みが20μｍの枠状のタングステンメタライズ金属層を有
する、長さが３ｍｍで幅が２ｍｍ・厚みが0.5 ｍｍの略
四角平板状の酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基
体を準備した。そして、メタライズ金属層の表面には、
厚みが５μｍのニッケルめっき層を電解めっき法により
被着させた。

【００３５】また、下面の全面に鉛90重量％−錫10重量
％から成る厚みが10μｍのろう材をクラッド法により被
着させた、長さが３ｍｍで幅が２ｍｍ・厚みが0.1 ｍｍ
の鉄−ニッケル−コバルト合金板からなる平板状の蓋体
を準備した。

【００３６】そして、絶縁基体のメタライズ金属層上に
蓋体をろう材を挟んで載置するとともに、金属製蓋体の
上面に2.5 ｍＡ・75Ｗの出力で直径0.2 ｍｍのエレクト
ロンビームを金属製蓋体の外周辺からの距離が表１に示
す値となる位置に300 ｍｍ／秒の速度でメタライズ金属
層に沿って移動させながら照射し、これによって金属製
蓋体をメタライズ金属層にろう材を介してエレクトロン
ビーム溶接して接合し、各試料をそれぞれ25個ずつ得
た。なお、これらの試料のうち試料番号１および２は、
本発明の実施例と比較するための比較例であり、本発明
の範囲外の試料である。

【００３７】その後、これらの試料を−65〜150 ℃の温
度サイクルにそれぞれ100 サイクル・200 サイクル・50
0 サイクル・1000サイクル曝した後、米国ＭＩＬ−ＳＴ
Ｄ８８３Ｃ METHOD 1014.7 に準じた方法で気密性試験
をして、気密性不良の有無を確認した。その結果を表１
に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示すように、エレクトロンビームの
照射位置が金属製蓋体の外周辺より50μｍ未満である比
較例の試料番号１および２では500 サイクルまでに気密
性不良が発生してしまったのに対して、エレクトロンビ
ームの照射位置が金属製蓋体の外周辺から50μｍ以上内
側である本発明の実施例の試料番号３〜６では、1000サ
イクルまで気密性不良が発生することはなかった。

【００４０】また、これら試料番号３〜６では、金属製
蓋体の外周部が上方に屈曲しており、その金属製蓋体の
上方に屈曲した外周部と絶縁基体のメタライズ金属層と
の間に大きなろう材溜りが形成されていた。

【００４１】以上の結果から分かるように、本発明の電
子装置によれば、エレクトロンビーム溶接を金属製蓋体
の外周から50μｍ以上離れた内側の位置で行なうように
したことから、金属製蓋体でエレクトロンビームの照射
位置から外側の部分が上方に反り上がるとともにこの金
属製蓋体外周部の上方に屈曲した部位と絶縁基体のメタ
ライズ金属層との間に大きなろう材溜りが形成され、こ
れにより金属製蓋体のメタライズ金属層への接合強度が
強いものとなり、容器の気密封止を長期間にわたり完全
なものとして内部に収容する電子部品を長期間にわたり
正常かつ安定に作動させることができる。

【００４２】なお、本発明は上述の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
であれば種々の変更が可能であることはいうまでもな
い。

【００４３】

【発明の効果】本発明の電子装置によれば、絶縁基体の
上面の搭載部に電子部品が搭載されるとともに、搭載部
を取り囲むように被着された枠状のメタライズ金属層に
ろう材を介して金属製蓋体がエレクトロンビーム溶接に
より接合されて成る電子装置であって、エレクトロンビ
ーム溶接は金属製蓋体の外周から50μｍ以上内側の位置
で行なわれており、かつ金属製蓋体の外周部が上方に屈
曲させてあることから、金属製蓋体の上方に屈曲した外
周部と絶縁基体のメタライズ金属層との間に大きなろう
材溜りが形成され、このろう材の溜りによって金属製蓋
体のメタライズ金属層への接合強度が強いものとなる。

【００４４】以上により、本発明によれば、絶縁基体の
メタライズ金属層に金属製蓋体を間にろう材を介してエ
レクトロンビーム溶接により強固に接合して、電子装置
に熱が繰り返し印加されても金属製蓋体が絶縁基体のメ
タライズ金属層から剥離することがなく、内部に収容す
る電子部品を長期間にわたり正常かつ安定に作動させる
ことが可能な電子装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子装置の実施の形態の一例を示す断
面図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は本発明の電子装置におけ
るエレクトロンビーム溶接を説明するための要部拡大断
面図である。

【符号の説明】

１・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・搭載部 ２・・・・・金属製蓋体 ３・・・・・電子部品 ５・・・・・メタライズ金属層 ６・・・・・ろう材 ７・・・・・エレクトロンビーム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基体の上面の搭載部に電子部品が搭
   載されるとともに、前記搭載部を取り囲むように被着さ
   れた枠状のメタライズ金属層にろう材を介して金属製蓋
   体がエレクトロンビーム溶接により接合されて成る電子
   装置であって、前記エレクトロンビーム溶接は前記金属
   製蓋体の外周から５０μｍ以上内側の位置で行なわれて
   おり、かつ前記金属製蓋体の外周部が上方に屈曲させて
   あることを特徴とする電子装置。