JPH02247094A - アルミニウムパッケージの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウムパッケージに関し、例えばＧａ
ＡｓＦＩｉ２Ｔなどのような半導体を利用したマイクロ
波用アンプを密封収容するアルミニウムパッケージの製
法に関する。

従来のこの種マイクロ波用アンプパッケージは、周知の
通り、鉄系材料、主としてステ／レス鋼から製作されて
いる。

このようなパッケージは、熱放散性は乏しいばかりでな
く非常に重いため、かかるパッケージに近年求められて
いる２つの課題、すなわち、軽量化（特に航空機に搭載
する場合などに必要である）と良熱伝導性（これが悪い
と、高出力アンプの場合、その発熱に原因して回路素子
の損傷がひきおこされる）を満たすことかできない。

近年、アンプに対する高出力化と小型軽量化への要求が
高まっており、熱放散性が良く、軽量なアルミニウムパ
ッケージが着目されているがアルミニウムは熱放散性が
極めて良いためにパルスレーザによりシーか溶接による
密封封止する際、急冷によるクラックが生じて、要求さ
れる気密が保てないのが現状である。

〔従来技術と問題点〕

本発明者はかかる問題を解決する為に、それぞれがアル
ミニウム又はアルミニウム合金からなるケースとカバー
との間に中間金属層を介在させレーザ溶接したアルミニ
ウムパ・ソケージを既に特願昭５７−１０６１５０に出
願している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は工程数を盃なく（−１耐食性を向上させり７／
ｌ／　　、＝−ラムパッケージの製法を提供せんとする
ものである。本発明者出願の上記特願昭５７−１０６１
５０には中間金属層としてＣｕ＋Ｎｉ複合メツキ層を用
いる実施例も示した。即ちアルミニウムもしくはアルミ
ニウム合金上に直接Ｎｉメツキ層を形成することはめっ
き前のＡ７の表面が清浄化されていない場合剥離しやす
いという理由でアルミニウムもしくはアルミニウム合金
とＮｉ層との間にＣｕメツキ層を設けたものであり、工
程数が多いと云うことの他ＣｕとＡｌとは大きな電位差
があるので、耐食性が悪い。

そこで、この問題を改決する方法としてＡＩに直接Ｎｉ
めっきを施すことが考えられるが、ＡｌｌとＮｉの金属
間化合物の発生などにより溶接が困難であるという問題
があった。

ミニラム合金からなるケースとカバーとの間に介在させ
る中間金属層として、溶接部のＮｉ量が１．５〜１０ｗ
ｔ％となる厚さのＮｉ層を用いてレーザ溶接により密封
結合される本発明によるアルミニウムパッケージの製法
により達成される。

〔作用〕

アルミニウム、又はアルミニウム合金からなるケース、
カバー間の溶接部のＮｉ量が１．５〜１０これ以上の場
合は後述のように共に溶接による接合強度が低下する。

又Ｎｉ層はＣｕの如＜Ａｌとの間に大きい電位差はなく
耐食性も向上し信頼性の高いこの９ｆ！パヅケージが得
られる。

以下に本発明の詳細な説明する。

〔問題を解決するための手段〕

上記問題点はそれぞれがアルミニウム又はアル〔実施例
１〕 第１図に斜視図で示すアルミニウムからなるふた１とケ
ース２の全面にそれぞれ電気めっぎにより、封止後の溶
接部のＮｉ量が３〜１０ｗｔ％となるようにＮｉ層を形
成した。

アルミニウムのふた１とケース２の全面ＩＣＮｉ■ メツキ層を形成するのは次の如き利井を有する。

（１１ｆｌ−８ｉなどのろう材なしで溶接ができる。

（２）耐食性を向上することができる。

曖 （３）　　直叡端子などをはんだ付けできる。

その後、ふた１とケース２を第２図に側面図で示すよう
に配置し、窒素ガス零囲気中にてレーザ発振器４からレ
ンズ系５を介して接合部にパルスレーザビームを照射し
てシーム溶接する。ここで、パルスレーザビームは例エ
バパルス幅４ｍ５ｅｃ。

パルスレート２０ｐｐｓ、平均出力３１０Ｗ、ビーム速
度５．４ｍｍ／ｓｅｃの条件で０．１ｍｍ＋に集光して
照射する。

このような条件で気密封止したアルミニウムパッケージ
の気密性をヘリウムリークディテクターにより調べたと
ころ、ｌＸｌ０　　ａｔｍ−ｃｃ／ｓ以下の高い気密性
を有することを確認した。

とするのは次の理由による。

Ｎｉ量がＥ３　ｗ　ｔ　％より少い場合、アルミニウム
もしくはアルミニウム合金にＮｉを加えることにより接
合部での強度を高める効果が低下する。

一方Ｎｉ量が１０ｗｔ％より多い場合ニッケルアルミニ
ウム金属間化合物ＡＡ！ｓＮｉ等が形成されもろくなり
、接合部での強度が低下する。

第３図は中間金属層としての最適Ｎｉ層厚さを規定する
為の実験データを示す。

第３図（ａｌは、純アルミニウム（１１００）１’　、
他方がアルミニウム合金（５０５２）２’であるアルミ
パッケージ材料の各々にＮｉメツキ層６を形成した後に
、レーザ溶接した溶接部の側断面拡大図である。接合部
７ではレーザビーム照射により溶融したアルミニウムニ
ヴケル合金となっている。１′２′は厚さ３ｍｍ　であ
るのに溶融部は約１ｍｍ　程度の深さまで達している。

アルミウニラムパッケージの接合部の信頼性を調べるた
めに、電解Ｎｉメヴキ層の膜厚を変えた場合の接合部の
引張強度の変化を第３図（ｂｌＶｃ示す。

図は、縦軸に引張強度Ｃｋｇｆ／ｍＮ）で、横軸に電解
Ｎｉメツキ層厚さ（μｍ）でプロットしたものである。

純アルミニウム１１００の引張強度は９　ｋｇ　ｆ　／
ｍｌ。

であり、又、アルミニウム合金５０５２の引張強度は１
９．５に９ｆ　７ｍ１Ｎであるが、純アルミニウム１１
００とアルミニウム合金５０５２をＮｉ層を介して接合
部 された接合部の牟張強度はＮｉ層厚さが約１５μｍ程度
の時最大強度を示し、厚さ９〜１８μｍのＮｉ層厚さで
クラックを生ずることなく接合することができる。

Ｎｉ層厚さが９μｍ　より薄い場合、純アルミニウム１
１００の接合部近傍の熱影響部で切断が生じ、強度が低
下する。

又一方Ｎｉ層厚さが１８μｍよりも厚い場合、ＡＡ３Ｎ
ｉ等の金属間化合物が生じ、もろくなり、クラックが生
じ、強度が低下する。

第４図は接合部の合金層中のＮｉ含有量が異なる２つの
合金層ａ、ｂのＸ線回折の状態を縦軸にＸ線強度を、横
軸にＸ線回折角で示し、ａは合金層中のＮｉ含有量が７
ｗｔ％のもの、ｂは合金層中のＮｉ含有量が１５ｗｔ％
のＸ線回折を示す。ａではＡｌｌの回折ピークが生であ
るが、ｂではＡＩＪのピークの他にＡ１．Ｎｉのピーク
が多く検出される。

電解Ｎｉメツキによるクラックが生じない接合部でのＮ
ｉ含有量は３〜１０ｗｔ％であることが判った０ 上記実施例については、電気めっきによるものである。

〔実施例２〕 電気めっきでは、めっき厚さは被めっき材の周縁部に厚
く着ぎやすく、平担な部分でも膜厚のバラツキが大きい
。

これに対し、無電解めっきでは、めっき厚さの均一性は
電気めっきに比べ優れており、めっき膜厚のバラツキも
小さい。

これを明らかにする為第５図の如＜　Ｎ　ｉめりき５３
がほぼ全面均一に行われ、めっき厚にパラッキが生じな
い無電解めっきをケース側５１及び７り側５２の両方に
行った試料を用いレーザ溶接を行ったＯ 結果を第６図、第７図、第８図に示す。

クラックの生じないアルミニウムニッケル合金中のＮｉ
含有量は第７図に示されるように、１．５〜１０ｗｔ％
であった。又この値はトータルのＮｉめっき厚が２．４
〜１８μｍでおり、ケース側、フタ側各々の無電解Ｎｉ
めっき厚は１．２〜９μｍである。

電解めっきによる場合とほぼ同じ結果をより精度よく得
ることができた。

第６図はケース側、フタ側各々のＮｉ無電解めっき膜厚
と引張強度及び引張応力の関係を示す図である。第７図
はＮｉ無電解めっ診膜厚ｔ２とレーザ溶融溶接部のＮｉ
含有量（ｗ　ｔ％ンの関係を示す図である。

第８図はレーザ溶融溶接部のＮｉ含有量（ｗｔ％）と引
張強度（ＭＰａＪの関係を示す図である。

引張試験は英国インストロン社製工１９５型万能引張試
験機を用いて、引張速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで行なった
。溶接部の組織観察は、２％ＨＦ溶液で１０秒エツチン
グした後、光学顕微鏡を用いて行なった。その後、ＸＭ
Ａ分析によって、溶接部のＮｉ量を求めた。硬さ試験は
マイクロビッカース硬度計を用いて荷重５０Ｉで行なっ
た。

クララフ発生の有無とＮｉめっき厚の関係について考え
ると、−ＮｉとＡＪは、Ｎｉ　ＡＩｓ　、Ｎ　ｉ　ｋｌ
　。

Ｎ１５Ａ／などの金属間化合物を形成する。また、ＡＪ
とＮｉＡＪｓは、Ｎｉ量が５．７チ　で共晶組織となる
。クラックのない良好な溶接ができるのはＮｉ量が６％
前後のときなので、この部分では共晶組織となっており
、その結果、強度が上がりクラックが発生しなかったも
のと考えられる。

Ｎｉ量の増加に伴い硬さが大ぎくなるのは、硬くて脆い
ＮｉＡｌ１．の初晶が晶出するためである。

高Ｎｉ側でクラックが発生するのは、この金属間化合物
の塑性変形能が極めて低いために、急冷時に導入される
内部応力が吸収できずに起こると考える。また、低Ｎｉ
側でクラックが発生するのは、Ｎｉ量が少ないために、
溶接部に熱間強度の低いＡＩ！が晶出するためである。

〔発明の効果〕

本発明はケースとふたからなるアルミニウムパッケージ
において該ケースとふたに直接、封止後／、５ の溶接部のＮｉ量がヰ〜１０ｗｔチになるように電気め
っぎあるいは無電解めっきによりＮｉ層を形成し、この
封止部をパルスレーザ溶接することにより溶接部にクラ
ックの生じない安定な気密封止を可能とし、熱放散性が
良く、電蝕の危険もなく、高出力素子を搭載できる軽量
なパッケージが安定に容易な工程で得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアルミニウムパッケージの、気密封
止溶接前の状態を示した斜視図、第２図は、本発明のア
ルミニウムパッケージをレーザ溶接により気密、封止す
る方法を示した側面図、第３図、第４図は本発明効果を
説明する特性図、第５図は無電解Ｎｉメ・ツキを行った
試料のレーザ溶接を説明する図、第６図はＮｉ無電解め
っき膜厚と引張強度、応力の関係を示す図、第７図はＮ
ｉ無電解めっき膜厚とレーザ溶融溶接部のＮｉ含有量の
関係を示す図、第８図はレーザ溶融溶接部のＮｉ含有量
と、引張強度との関係を示す図である。 図中、ｌはカバー、２はケース、３は入出力端子、４は
レーザ発振器、５はレンズ系、６はＮｉメツキ層である
。 坪 国 ７＃ｃｋｎｅｓｓ （）ｔｍ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　それぞれがアルミニウム又はアルミニウム合金からで
   きているケースとカバーとの間に介在させる中間金属層
   として、溶接部のＮｉ量が１．５〜１０ｗｔ％になる厚
   さのＮｉ層を用いることを特徴とする特にレーザ溶接に
   より密封結合されたアルミニウムパッケージの製法。