JP5036280B2 - 気密端子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はガラス対金属封着構造（以下ＧＴＭＳと呼ぶ）の気密端子とその製造方法に関し、特に、気密端子の装着部分であるステムベースにステンレス鋼材を使用した気密端子とその製造方法に関する。

一般にＧＴＭＳの気密端子は、図５に示すように、金属ステムベース２とリード３とが気密封着ガラス４を介して絶縁されたものであり、気密封止のパッケージ等で広く利用されている。周知の気密端子には、圧縮封止型と整合封止型と呼ばれる２種類が知られている。前者はステムベースに鉄または低炭素鋼で構成し、ガラスにソーダバリウムガラスまたはソーダライムガラス等を用い、リードとして鉄・ニッケル合金（Ｆｅ５０％、Ｎｉ５０％）を用いたものでステムベースの線膨張係数α１とガラスの線膨張係数α２とをα１＞α２の関係で維持して、ステムベースによってガラスに強い圧縮応力が加えられるようにしている。一方、後者は、ステムベースとリードとを鉄・ニッケル・コバルト合金（Ｆｅ５３％、Ｎｉ２８％、コバルト１８％）で構成し、ガラスにほう珪酸ガラスを使用し、金属ステムベースとリードの線膨張係数α１およびα３とガラスの線膨張係数α２の関係をα１＝α３≒α２に設定している。これらの違いは、前者は安価で機械的強度が大きいという長所がある反面、ガラスに同心円状の圧縮歪が入り、封着部分に設計上の制約が生じ、ガラス表面の絶縁性が温度に依って変化し易いという短所がある。一方、後者は、広い温度範囲で無歪のため安定であり、形状が任意に設計でき、気密性の信頼性が大きくガラス表面の絶縁性の安定性が良い等の長所を有する反面、鉄・ニッケル・コバルト合金(いわゆるコバール材)が非常に高価となるほか、比較的機械的強度が劣るという短所があるが、使用する封着用ガラスと線膨張係数を調整して使用されている。こうした状況において、気密端子の適用分野ではコスト面と機械的強度面からステンレス鋼材の特徴を活かしてステンレス製ステムベースの気密端子が作製されることがある。特許文献１は典型的な気密端子とリード表面に金めっき層を形成した気密端子の製造方法を挙げている。
特公昭６３−４９９０２号公報

ところで、ステンレス製ステムベースを使用する場合、ステムベースの表面にはめっきを施さないのが一般的であり、それにより、パッケージ化でキャップをステムベースの取付け部位に溶接する際、溶接ちりや溶飛が抑止できるという長所が知られている。しかしながら、ステンレス鋼材は塩素イオンによる腐食が発生し易く、それにより気密性を損ない気密不良の発生を招き易くなるという欠点が見出された。たとえば、ステンレス製ステムベースに対して、塩水噴霧試験を行うことで気密不良が発生することがある。これは、ステンレス鋼材の欠点である塩素イオンによる隙間腐食が溶着ガラスとステムベースとの界面に生じガラスとステンレス製ステムベース間に空間が生じて気密不良を招くものと推測されている。それゆえに、気密端子の取付け部位での溶接時に発生する溶接ちりの発生を抑止すると同時に塩水噴霧試験後に塩素イオンの影響を受けて発生する気密不良を阻止する気密端子とその製造方法の改良が望まれている。

したがって、本発明の目的は、上記欠点を解消するために提案されたものであり、ステンレス鋼材のステムベースを用いた気密端子であっても、塩水噴霧試験後に発生し易い気密不良を確実に阻止する新規かつ改良された気密端子およびその製造方法を提供することにある。

具体的には、気密端子を構成するステムベースにステンレス鋼材を用いたものにおいて、すくなくとも、ガラスとの封着面には電気めっきによりめっき層を形成してガラスとのシール面に生ずる隙間腐食を阻止するようにした気密端子を提供し、そのような気密端子の製造方法を提示することを目的とする。

本発明によれば、周辺の取付け部位と中央の中空部位を有するステンレス鋼材のステムベースと前記ステムベースの中空部位にガラスを介して封着した貫通するリードとを具備し、前記リードと前記ステムベースを絶縁した気密端子であって、前記取付け部位はステンレス鋼材を露呈させ、前記中空部位はめっき層を施した気密端子が提供される。この場合、好ましくは、前記めっき層は材質がニッケルであり、その膜厚を１〜１０μｍの範囲内で電気めっきにより形成される。

本発明の別の観点によれば、ステンレス鋼材を成形して周辺に取付け部位と中央に中空部位を設けたステンレス製ステムベースの成形加工工程と、取付け部位をカバーするマスキング工程と、マスキング後にステンレス製ステムべースをめっき液に浸漬し電気めっきを施して前記中空部位にめっき層を形成する部分めっき工程と、部分めっき後のステンレス製ステムベースをガラスタブレットおよびリードと共に加熱治具に配置する組立工程、および組立てられた加熱治具を加熱炉に通して前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程とを含む気密端子の製造方法を開示する。この場合、好ましくは、前記部分めっき工程におけるめっき層は材質がニッケルであり、膜厚を１〜１０μｍの範囲内にして形成する。また、前記ガラスタブレットはほう珪酸ガラス材であり、前記封着工程では９００℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを開示する。

本発明による気密端子およびその製造方法は、ガラス対金属封止構造のステンレス製ステムベースを使用し、ステムベースの中空部位にめっき層を形成してガラスとステンレス鋼材との気密溶着界面で塩素イオンが原因で生ずる隙間腐食とそれによる気密不良を阻止する。この場合、ステムベースに対するめっき層は特定部位に限られた部分めっきで形成され、気密端子を取付けるためのステムベースの周辺の取付け部位にはめっきが施されずステンレス鋼材をその表面に露呈して溶接時に発生する溶接ちりを抑止する。いわゆる、塩水噴霧試験に耐え、気密不良を阻止するものである。したがって、作業上でのトラブルや不具合の発生が激減でき、気密精度の確保が図れる等の実用的効果を奏することができる。

本発明による実施の形態は、周辺の取付け部位および中央の中空部位を有するステムベースと、このステムベースの中空部位にガラスで封着した貫通するリードとを具備し、前記リードと前記ステムベースを絶縁する気密端子において、前記ステムベースはステンレス鋼材からなり、その取付け部位はステンレス材を露呈させ、中空部位はめっき層を形成した気密端子であり、前記めっき層は、好ましくは、材質がニッケルであり、その膜厚を１〜１０μｍの範囲内で電気めっきにより形成したことを特徴とする。周辺の取付部位と中央の中空部位を有するステンレス製ステムベースとこのステムベースの中空部位に封着ガラスを貫通するリードとを具備し、ガラスの介在によりリードをステムベースから絶縁した気密端子において、ガラスが封着するステムベースの中空部位には部分めっきによってめっき層が設けられる。また、部分めっきにより形成するめっき層は材質がニッケルであり、その膜厚を１〜１０μｍの範囲内で電気めっきにより形成することが好ましい。さらに、ステンレス製ステムベースの周辺の取付部位はめっき層が形成されずにステンレス材を表面に露呈する状態で残され、気密端子の実装時における溶接作業で生ずる溶接ちりの軽減に役立ち、それによる弊害を回避する。特に、本発明の特徴である部分めっきにより形成するめっき層は、塩水噴霧試験等による塩素イオンがステンレス鋼材に食い込んで生ずるトンネル状隙間腐食が阻止され、封着ガラスとの界面での気密不良を改善して高度の気密精度が確保でき、安定した気密端子を提供する。

本発明の別の実施形態によれば、ステンレス鋼材を周辺の取付け部位と中央の中空部位を設けたステムベースに成形加工し、前記取付け部位をカバーするマスキング工程、取付け部位をマスキングしたステムべースをめっき液に浸漬し電気めっきを施して前記中空部位にめっき層を形成する部分めっき工程、中空部位を部分めっきしたステムベースをガラスタブレットおよびリードと共に加熱治具に配置する組立工程、および組立て後加熱治具を加熱炉に通して前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程を含む気密端子の製造方法が提案される。この場合に、前記部分めっき工程におけるめっき層は材質がニッケルであり、膜厚を１〜１０μｍの範囲内にして形成すること、前記ガラスタブレットがほう珪酸ガラス材であり、前記封着工程は９００℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを開示する。かくして、ステンレス製ステムベースの取付部位に対する溶接による装着作業においては溶接ちりの発生を抑止し、同時にガラスとの気密シールでは部分めっき層の存在で隙間腐食を阻止して気密不良の改善が図られる。

以下、本発明に係る実施例について図面を参照しつつ詳述する。図１は本発明の実施例である気密端子の断面図を示す。この気密端子はステンレス鋼材からなるステムベース１２と封着ガラス１４を貫通するリード１６とを具備し、ガラス１４を介してリード１６をステムベース１２から絶縁して構成される。ステンレス製ステムベース１２は周辺の取付け部位１８と中央の中空部位２０を有しており、取付け部位１８ではステンレス鋼材を表面に露呈する露出状態であるのに対し、中空部位２０はステンレス鋼材の表面にニッケルめっき層２２が設けられている。ステンレス鋼材が露呈する表面への直接の溶接作業は、めっき層の存在する表面への溶接作業に比べて溶接時に飛散する溶接金属屑、いわゆる、溶接ちりの発生を抑止することが知られており、気密端子を他部品に取り付ける際、溶接による取付作業で溶接ちりの発生を抑制する。一方、中空部位２０の表面にはニッケルめっき層２２が形成されており、これにより封着ガラス１４との気密性が確保される。すなわち、ステンレス製ステムベースを用いた気密端子であって、その中空部位の表面に直接ガラスを溶着した場合に比べ、めっき層を介在してガラスを溶着した場合には気密不良の発生に対して改善効果が確認される。具体的には、塩水噴霧試験において、めっき層の存在の有無により気密性の良否が明らかにされた。この理由は、ステンレスとガラスの界面に塩素イオンが存在することで、ステンレスにスルーホール状の腐食、いわゆる隙間腐食が発生して気密不良を招くことが実験的に明らかにされた。したがって、少なくとも、中空部位２０を含む部分にはめっき層２２を設け、かつ取付け部位１８にはめっき層を設けないようにした部分めっきを施したステンレス製ステムベースの使用が気密端子に有効であることが判明した。めっき層２２の材質はニッケルおよび銅などがあるが、好ましくは、ニッケルによりその膜厚を１〜１０μｍの範囲内で電気めっきにより形成することが有利であることが分かった。

本発明に係る図１に示す気密端子は、図２のブロックダイヤグラムに示す工程を経て製作される。すなわち、気密端子の製造においては、ステンレス鋼材３２の板金成形加工により周辺に取付け部位と中央に中空部位を有するステムベースが調製され、このステンレス製ステムベースに対して、先ず、その取付け部位をカバーするマスキング工程ａ、このマスキングされたステンレス製ステムべースをめっき液に浸漬して電気めっきにより中空部位にめっき層を形成する部分めっき工程ｂ、次いで、部分めっきを施したステンレス製ステムベースと共にガラスタブレット３４とリード線材３６とを加熱治具に配置して中空部位にリード線材が挿通されたガラスタブレットを位置決め配置する組立工程ｃ、および加熱治具を加熱炉に通してガラスタブレットを溶融させ中空部位のめっき層にガラス封着してステムベースとリードとをガラス介在により絶縁する封着工程ｄを含む。この場合に、マスキング工程ａとその後の部分めっき工程ｂは、方法としてマスキング部分にマスキング剤を被覆する場合とマスキング治具を装着する場合とがある。図３は前者のマスキング剤を用いる部分めっき方法を示し、図４は後者のマスキング治具を用いる部分めっき方法を示している。図３に示すマスキング剤を用いる場合、ステンレス製ステムベース１２の周辺の取付け部位１８にはマスキング剤２４が塗着されており、部分めっき工程ｂでニッケルめっき層２２がマスキング剤２４の塗着した部分を残して形成される。同様に図４に示す部分めっき治具を用いる場合はゴム状弾性体の下治具２６と上治具２８が周辺の取付け部位１８に装備されマスキング部分を残してニッケルめっき層２２が形成される。なお、部分めっき工程ｂで形成するめっき層２２は材質がニッケルで膜厚を１〜１０μｍの範囲内で選定される。また、この部分めっき工程ｂは少なくとも取付け部位１８にはめっき層を形成しないことが必要である。

部分めっき工程ｂを経たステンレス製ステムベース１２は、図示しないが加熱用治具にガラスタブレット３４およびコバール線材３６からなるリードと共に所定位置に配置する組立工程ｃがあり、次の封着工程ｄで加熱用治具の所定位置に配置されたこれら３点の部品が９００℃以上の窒素雰囲気炉で加熱され、ガラスタブレット３４が溶融する。その結果、ステンレス製ステムベースの中空部位２０のめっき層２２と溶着して気密封着された気密端子が完成する。

本発明の実施例を示す気密端子の主要部分の断面図である。 図１に示す気密端子の製造方法における主要工程のブロックダイヤグラムである。 図２に示す部分めっき工程におけるステムベース部分の要部断面図である。 図２に示す部分めっき工程の別の実施例における主要部分の要部断面図である。 従来の気密端子の主要部分の断面図である。

符号の説明

１２…ステンレス製ステムベース、 １４…ほう珪酸ガラス、 １６…リード、
１８…取付け部位、 ２０…中空部位、 ２２…ニッケルめっき層、
２４…マスキング剤（樹脂材）、 ２６…めっき用下治具、 ２８…めっき用上治具、
３２…ステンレス鋼材、 ３４…ガラスタブレット、 ３６…コバール線材
ａ…マスキング工程、 ｂ…部分めっき工程、 ｃ…組立工程、 ｄ…封着工程。

Claims (3)

1. 取付け部位と中空部位を有するステンレス鋼材のステムベースおよび前記中空部位にガラスで封着して前記ステムベースと絶縁した貫通リードを具備する気密端子において、気密端子の実装時に溶接作業を実施する部位である前記取付け部位はステンレス鋼材をそのまま露呈させ、前記中空部位はステンレス鋼材に耐食性めっき層を形成し、前記めっき層は材質がニッケルであり、その膜厚を１〜１０μｍの範囲内で電気めっきにより形成したことを特徴とする気密端子。
2. 周辺の取付け部位と中央の中空部位を備えるステムベースをステンレス鋼材から成形加工する工程、気密端子の実装時に溶接作業を実施する部位である前記取付け部位をカバーするマスキング工程、前記ステムべースをめっき液に浸漬し電気めっきにより前記中空部位にめっき層を形成する部分めっき工程、部分めっきされた前記ステムベースをガラスタブレットおよびリードと共に加熱用治具に配置する組立工程、および組立後の加熱用治具を加熱炉により前記ガラスタブレットを加熱溶融させる封着工程を含み、前記部分めっき工程におけるめっき層は膜厚が１〜１０μｍの範囲内のニッケルであることを特徴とする気密端子の製造方法。
3. 前記ガラスタブレットがほう珪酸ガラス材であり、前記封着工程は９００℃以上の窒素雰囲気炉で加熱処理することを特徴とする請求項２に記載の気密端子の製造方法。

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