JP4339983B2

JP4339983B2 - 気密端子

Info

Publication number: JP4339983B2
Application number: JP2000143029A
Authority: JP
Inventors: 健一安藤
Original assignee: 株式会社フジ電科
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP2001326003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気密端子、さらに詳細には導電性ガラスで封着されたグランド用のリード端子を有する気密端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の気密端子は、たとえば箱状の金属ベース１の底部に貫通穴２を設け、この貫通穴２にリード端子３を挿通するとともに、ガラス４で封着した構造を有している。
【０００３】
気密端子には、金属ベース１およびリード端子３として鉄ニッケルコバルト合金（コバール）を使用する場合、ガラス４の歪み点以下の範囲で前記金属の熱膨張と整合するホウケイ酸系ガラスを組み合わせる整合封着タイプと、金属ベースとして鉄またはステンレス、リード端子として鉄ニッケル合金を用い、ガラスは金属ベースよりも熱膨張係数が低く、リード端子の鉄ニッケル合金より高いか同一程度のソーダ系ガラスを組み合わせた圧縮封着の２形態に大別される。
【０００４】
このような気密端子は、単なる配線用の絶縁端子として用いられるだけでなく、電気・電子部品や半導体デバイスなど搭載した後、カバー（図示せず）を被せて、前記部品などを完全に気密に封止し、多様な環境条件から保護できるパッケージとして使用されている。
【０００５】
以上のごとく気密に接合するガラスは金属ベースとリード端子を絶縁せしめる役目を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の気密端子が、パッケージ用に採用されるときに、電子デバイス部品としての機能としてパッケージ内に搭載する素子を電気的に保護するためにグランドを取る必要がある。この場合、気密端子によるパッケージ構造は外周全面が金属で保護することになるので、高密度実装・高速化には最適な構造体である。
【０００７】
前記パッケージはプリント基板や装置の筐体などに取り付けられるが、通常パッケージのリード端子３の配列はプリント基板や筐体の配列と整合を取った設計を行い、グランド用のリード端子３１も絶縁用のリード端子３２と同様な扱いになる。この場合、従来のパッケージでは、絶縁用のリード端子３２は絶縁性のあるガラス４で封着し、一方グランド用のリード端子３１は、金属ベースと導通させるため、ロウ付けもしくは溶接５（図３参照）によって金属ベース１に封着している。
【０００８】
上記グランド用のリード端子の形成は、絶縁用のリード端子を封着する工程の中に同時に行うことは困難であるため、絶縁用のリード端子の封着前または封着後（パッケージ構造によって決定される）に新たに工程を追加して行い、気密端子を完成させる。特にガラス封着温度より低い融点のロウ付け法は絶縁用のリード端子の封着後になるため、ガラス封止部（絶縁用のリード端子を封着した箇所）に高温（銀ロウを用いた場合８００℃クラス）の加熱負荷がかかることになる。この時、急熱急冷を避けるために充分に温度プロファイル管理された電気炉を使用することになる。
【０００９】
また溶接法の場合は、金属が溶融する温度が瞬時に発生するためガラス封止部への熱影響を避ける構造・寸法設計が必要である。
【００１０】
上記内容から、従来はグランド形成のための工程を必要とするためコスト低減の支障をきたしていることと、再加熱によるガラス封止部へのダメージが少なからず発生し、高信頼性において問題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、金属ベースの表裏に遊嵌してリード端子を挿通し、前記リード端子をガラスで封着した気密端子において、少なくとも１箇所の前記ガラスに金属粉末を添加して導電性ガラスとし前記リード端子をグランドとしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の気密端子に用いる導電性ガラスは、重量比で金属粉末を２０〜３５ｗｔ％添加した特徴を有する。
【００１３】
更に本発明の気密端子は、前記導電性ガラスとして、５００〜８００℃の還元雰囲気下で熱処理され、抵抗値を１００ｍΩ以下に調整したものを使用することを特徴とする。
【００１４】
図１に本発明の具体例の断面図を示す。このような気密端子の典型例としては箱状の金属ベース１の底部（あるいは側面）に貫通穴２を設け、この貫通穴２にリード端子３を挿通するとともに、ガラス４で封着した構造を有している。そして前記リード端子３のうち、少なくとも一つはグランド用のリード端子３１となっており、導電性ガラス４１で封着され、他のリード端子３は絶縁用のリード端子３２となっている。この絶縁用リード端子３２は絶縁ガラス４２で封着されている。
【００１５】
金属とガラスの気密封着を完成させるためには限定された材料組み合わせをする必要があり、特に各種金属・ガラスの熱膨張係数特性を吟味しなければならない。本発明の導電性ガラスは、気密端子に用いている金属を粉体化してガラスに添加しているため、母体金属との整合（膨張係数やガラスとのなじみ）が取れ、気密に導通接合される。
【００１６】
導電性ガラスは、上述の様な絶縁ガラスに金属粉体を添加して製造される。この金属粉体の添加量は、好ましくは２０〜３５ｗｔ％であるのが好ましい。導電性ガラスに添加する金属粉体量が、２０ｗｔ％未満であると、導通性にばらつきが発生しグランド効果がなくなり、３５ｗｔ％を越えるとガラスの流動性が損なわれ気密性の保持が不能になる。
【００１７】
更に本発明の気密端子に用いる導電性ガラスは、導通性を向上させる目的のために５００〜８００℃の還元雰囲気下で熱処理し、還元処理を封着前に行うことで抵抗値を１００ｍΩ以下にする事ができる。この処理をしないと、導通性にばらつきが発生しグランド効果が薄れるとともにガラス発泡の原因にもなる恐れを生じる。
【００１８】
本発明によれば、気密端子製造工程は、通常の工程を経て製作することができ、すなわちグランド端子の形成は絶縁端子形成と同一工程で可能であり、追加工程を必要としないためコスト低減がはかれる。更にガラス封止部に再加熱ダメージが無いため高信頼性を有することになる。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の気密端子構造のパッケージ例を示す。箱状の金属ベース１はプレスまた切削加工などにより成形されており、コバール製（Ｆｅ／Ｎｉ／Ｃｏ合金）である。この金属ベース１の底部には貫通穴２が複数所定位置にあけられており、その貫通穴２の軸中心にはコバール製のリード端子３がガラス４を介して貫通するように封着されている。リード端子３は、金属ベース１に複数付着されているが、その中の少なくとも一つは、ガラスにコバール粉末が２５ｗｔ％添加した導電性ガラス４１である。すなわちリード端子３は金属ベース１と導電性ガラス４１によって気密に導通固定されている。このように導電性ガラス４１で封着されたリード端子３はグランド用のリード端子３１となる。導電性ガラス４１で封着されないリード端子３は、通常の絶縁ガラス４２で封着され、絶縁用リード端子となる。
【００２０】
図２は導電性ガラスを製作する工程フロー例を示す。ガラス粉体と金属粉体を均一に分散させるために、ガラス粉体並びに金属粉体の平均粒径は近似していることが重要であり、また導通性のばらつきを抑えるために金属粉体の平均粒径は１０μｍ以下が望ましい。
【００２１】
本発明においては、平均粒径１０〜５０μｍのガラス粉体と上述のような金属粉体を混合する（（ａ）参照）。
【００２２】
次いで、図２より明らかなように、バインダーを添加して造粒したのち（（ｂ）参照）、プレス成形によってガラスタブレット（（ｃ）参照）を作製する。ガラスタブレットを形成した後、大気中で焼成し脱バインダーを行う（（ｄ）参照）。
【００２３】
ガラスタブレット成形を行うために添加されている有機バインダーを分解する時に、金属粉体は酸化される。金属粉体が酸化された状態で封着されると過剰酸化による気泡の発生、さらには導通抵抗が高くなり、グランド効果が無くなる恐れがある。このような問題を解消するために、本発明においては仮焼結時の雰囲気を還元雰囲気としている（（ｅ）参照）。温度的には５００℃以上にしないと還元効果が無く、８００℃を越えるとガラスの軟化点以上になり形状が維持できなくなる。
【００２４】
上述の様な導電性ガラスと、絶縁ガラスを使用し、リード端子を同時に封着した。
【００２５】
表１は本発明の一例として、ホウ珪酸系ガラスにコバール粉の添加量を変化させたときの導通抵抗、金属との濡れ、気密性について調査した結果をまとめてある。結果から明らかなように、２０％未満であると濡れと気密は保持できるが抵抗値が高くなり導電性が損なわれグランド用のリード端子の役目を果たさない。３５％を越えると導電性は良好であるが、濡れと気密が保持できず気密端子となり得ない。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、気密端子製造工程は、通常の工程を経て製作することができ、すなわちグランド用リード端子の形成は絶縁用のリード端子形成と同一工程で可能であり、追加工程を必要としないためコスト低減がはかれる。更にガラス封止部に再加熱ダメージが無いため高信頼性を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気密端子の断面図。
【図２】本発明の導電性ガラス製造工程フロー図。
【図３】従来の気密端子の断面図。
【符号の説明】
１金属ベース
２貫通穴
３リード端子
３１グランド用リード端子
３２絶縁用リード端子
４ガラス
４１導電性ガラス
４２絶縁ガラス

Claims

金属ベースの表裏に遊嵌してリード端子を挿通し、前記リード端子をガラスで封着した気密端子において、少なくとも１箇所の前記ガラスに金属粉末を添加し導電性ガラスを使用し、前記リード端子をグランドとしたことを特徴とする気密端子。
前記導電性ガラスは重量比で金属粉末が２０〜３５ｗｔ％添加されていることを特徴とする請求項１記載の気密端子。
前記導電性ガラスは、仮焼結時に５００〜８００℃の還元雰囲気下で熱処理され、抵抗値が１００ｍΩ以下に調整されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の気密端子。