JPH0573954U

JPH0573954U - シールリング接合構造体

Info

Publication number: JPH0573954U
Application number: JP2192992U
Authority: JP
Inventors: 尚之岡本; 一則三浦; 和夫近藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-10-08
Anticipated expiration: 2006-10-09
Also published as: JP2513959Y2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｍ_o、Ｗ等の低熱膨張金属の特性を生かしつ
つ、溶接方法を選ばずシーム溶接も可能となり接合性及
び気密性に優れるシールリング接合構造体を提供する。【構成】低熱膨張セラミック基板２と蓋体３とをシー
ルリング部１を介して接合させてなるシールリング接合
構造体（ＩＣパッケージ）において、蓋体３は、低熱膨
張封着金属（Ｎｉ２９重量部、Ｃｏ１７重量部及びＦｅ
５４重量部からなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金又は４２アロ
イ等）からなり、シールリング部１は、低熱膨張金属
（Ｍｏ又はＷ）からなる基部１１と、基部の少なくとも
一方の表面に形成され低熱膨張封着合金（４２アロイ
等）からなる表層部１２と、から構成されることを特徴
とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、低熱膨張セラミック基板と蓋体とをシーム溶接により接合してなるシールリング接合構造体に関し、ＩＣパッケージ等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、ＩＣパッケージに於けるセラミック基板と蓋体の接合は、Ｎｉ２９重量部、Ｃｏ１７重量部及びＦｅ５４重量部からなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金（以下、「Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金」という。）、Ｎｉ４２−Ｆｅ合金等からなるシ− ルリング部を介して行われている。ところが、セラミック基板として、ガラスセラミック等の低熱膨張のものが用いられると、この基板と上記Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｎｉ４２−Ｆｅ合金等からなるシ−ルリング部の熱膨張の差が大きくなり、両者の接合が実質上困難となる。この為、低熱膨張セラミック基板に対しては、Ｍ_o、Ｗ等の低熱膨張金属（特に、５００℃以上の高温下における熱膨張率はＮｉ４２−Ｆｅ合金等よりも小さい。）によりシールリング部を構成し、これによりセラミック基板とシールリング部の良好な接合状態を確保せんとしてきた。一方、いずれもＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金、Ｎｉ４２−Ｆｅ合金等からなるシールリング部と蓋体との接合であれば、シーム溶接（シーム・ウェルド）の適用が可能である。かかるシーム溶接では、その加圧工程での加圧力が５００ｇｆ／ｃｍ ² と低く、且つ溶接時のパッケージ内（特にＩＣの近傍）での温度が７０〜８０ ℃程度に低く抑えられる。従って、他部品、特に、パッケージ内のＩＣへ悪影響を極力与えない溶接方法といえるものである。更に、Ｍ_o、Ｗ等の高融点金属からなる母材片と、この母材片の片面等にクラットされた低熱膨張性合金片とからなるセラミックス接合用緩衝材が知られている（特開平１−２４６１８２号公報）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記シーム溶接は、適性溶接条件が狭く、シールリング部を高融点でしかも固い、Ｍ_o、Ｗのみからなる構造とした場合には適用できない。更に、上記特開平１−２４６１８２号公報においては、ろう付けにより相手材同士を接合することを開示しているものであり、これをシーム溶接に適用することは全く示唆していない。

【０００４】本考案は、上記問題点を解決するものであり、Ｍ_o、Ｗ等の低熱膨張金属の特性を生かしつつ、シーム溶接により接合されてなるシールリング接合構造体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本第１考案のシールリング接合構造体は、低熱膨張セラミック基板と蓋体とをシールリング部を介してシーム溶接により接合させてなるシールリング接合構造体において、上記蓋体は、低熱膨張金属からなり、上記シールリング部は、低熱膨張金属からなる基部と、該基部の両側もしくは蓋体側表面に形成され低熱膨張封着合金からなる表層部と、から構成されることを特徴とする。上記「低熱膨張セラミック基板」の材料としては、ガラスセラミック又は他の低熱膨張セラミック材料（例えば、ＡｌＮ、ムライト、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、コージェライト等の熱膨張率が５．０×１０^-6／℃程度よりも小さいセラミック材料）等を用いることができる。上記「蓋体」の低熱膨張金属としては、通常、上記Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金又はＮｉ４２−Ｆｅ合金が用いられ、即ちこの「低熱膨張」の意味は、これらの合金が示す熱膨張率程度又はそれ以下を示すという意味である。また、この蓋体（構成金属）としては、芯材とこれを被覆する被覆材とが異なった公知の低熱膨張複合材からなってもよい。

【０００６】上記シーリング部の基部は低熱膨張金属からなる。これは、シールリング部の熱膨張を抑えて、基板との優れた接合性及び強度を確保するためである。ここで、「低熱膨張」とは、通常使用するＭ_o又はＷの熱膨張率程度のものをいう。その表層部は低熱膨張封着合金からなる。これによりシーム溶接を可能とするためである。ここで、「低熱膨張」とは、通常使用する上記Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金又はＮｉ４２−Ｆｅ合金の熱膨張率のものをいい、シーム溶接を可能とし且つ熱膨張率がこれらの接合を大きく阻害しない程度のものといえる。また、上記基部１１の厚さと表層部１２の厚さの比率は適宜選択することにより、シールリング部１全体の熱膨張率、強度等を変更することができる。また、この封着合金からなる表層部は、基部の一方の蓋体側表面に形成されてもよいし、その両表面に形成されてもよい。

【０００７】尚、上記シールリング部を構成する基部と表層部は、同様に低熱膨張材料からなるので、その接合性は十分に優れている。また、その接合方法は、特に問わず、例えば、クラッド材、バイメタル、ロー付けが挙げられる。また、本考案に使用するセラミック基板、蓋体及びシールリング部の形状、大きさ等は、本考案の目的が達成できる限りにおいて特に問わない。更に、本考案が適用されるＩＣパッケージの形状も、特に限定されず、例えば、ピングリッドアレー型、サイドブレーズ型、フラット型等、目的、用途等に応じて種々選択されることとなる。また、シーム溶接の条件等は、目的、用途により種々選択される。

【０００８】

【作用】

以下、図１及び３により、本考案の作用を説明する。一般に、使用環境の変化に伴う寸法の誤差等を極力抑え、ＩＣパッケージの性能の向上を図る為、セラミック基板として低熱膨張ガラスセラミック等の低熱膨張のものが広く用いられている。かかる場合に、本考案では、低熱膨張金属からなる基部１１と表層部１２により構成されるシールリング部１を介して低熱膨張セラミック基板２と蓋体３との接合がなされている。従って、シールリング部１全体の熱膨張が低く抑えられ、低熱膨張セラミック基板２との良好な接合が可能となる。一方、シールリング部１には、基部１１を成す低熱膨張金属と比べれば柔らかい金属よりなる表層部１２が設けられている。従って、セラミック基板２、蓋体３とシールリング部１とのシーム溶接が可能となる。

【０００９】

【実施例】

以下、実施例により本考案を具体的に説明する。（１）ＩＣパッケージの概要本実施例のＩＣパッケージ（３０×３０×２．０ｍｍ）は、図３に示す様にガラスセラミック基板２、蓋体３及びシールリング部１より成る接合構造体から構成されている。ここで、上記シールリング部１は、図１に示す様に基部１１と表層部１２からなる。そして、この基部１１は、Ｍ_o（若しくはＷ）からなり、四角リング状体（外形；２０×２０×０．５０ｍｍ、リング幅；２ｍｍ）である。一方、表層部１２は、上記組成のＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金（若しくはＮｉ４２−Ｆｅ合金）からなり、図１の如く、上記基部１１の上面及び下面を被覆したクラッド材を用いており表層部の厚さは５０μｍ）である。

【００１０】また、ガラスセラミック基板〔熱膨張率（３０〜４００℃）；３．０×１０^-6 ／℃〕２は、以下の様にして作製された。即ち、ＳｉＯ₂粉末；４５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃粉末；３０重量％、ＭｇＯ；１２重量％、Ｂ₂Ｏ₃；６重量％、ＣａＯ；６重量％、ＺｒＯ₂；１重量％からなる結晶化ガラス成分を秤量、混合後１５００℃で溶融、急冷してガラス化し、その後粉砕しフリット化したものを用いて所定形状のグリーンシート（２０×２０ｍｍ）を作製した。尚、最上方に配置するグリーンシートの中央には、ＩＣ基板配置用の穴（１０×１０ｍｍ）があけられている。次いで、このグリーンシートを５枚重ねて、配置し、積層体とした。尚、通常は、このグリーンシート上等に、所定パターンの電極配線等が印刷形成されるが本実施例では省略した。その後、この積層体を９００〜１０００℃、窒素水素混合雰囲気下で焼成し、結晶化ガラスより成るセラミック基板２を作製した。

【００１１】更に、蓋体３は、上記と同じＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金（若しくはＮｉ４２−Ｆｅ合金）からなり、２０×２０×０．５０ｍｍの大きさのものである。そして、図３に示す状態になる様にセラミック基板２上にシールリング（尚、シールリング部と同番号を付す。）１を、更にこのシールリング１上に蓋体３を配置した。次いで、これらをシーム溶接機の円板電極の間に挟み、電極加圧力をかけたままで、シーム溶接を行い実施品に係わるＩＣパッケージを作製した。尚、比較の為に、Ｍ_o（若しくはＷ）よりなる基部のみから構成されるシールリング部を用いた以外は、実施品と同様の方法により比較品に係わるＩＣパッケージをも作製した。

【００１２】（２）気密性試験とその評価本実施品の性能を明らかにする為に、ＩＣパッケージの気密性試験とその評価を行った。かかる気密性試験は、以下に述べる環境試験を用いなされたものである。温度サイクル試験この試験は、実施品及び比較品に、低温の空気と高温の空気を交互に吹き付け、このときの各ＩＣパッケージの気密性を評価したものである。具体的な試験方法は、以下の通りである。先ず、ＩＣパッケージの全体に、低温の空気（温度；−６５℃）を攪拌しながら、３０分間吹きつけた（以下、「低温側吹きつけ」という。）。次いで、５分の間に、噴き出す空気を高温（温度；１５０℃）にし、この高温の空気も攪拌しながら、ＩＣパッケージの全体に３０分間吹きつけた（以下、「高温側吹きつけ」という。）。その後、低温側吹きつけと高温側吹きつけを交互に１０００サイクル繰り返した。尚、高温側吹きつけから低温側吹きつけへの移行時間も５分である。ここで上記低温側吹きつけを開始し、次の低温側吹きつけに移行する迄を１サイクル（１回）とする。そして、この環境試験の後、気密性の評価をＨｅリークテスト（アメリカ合衆国ＭＩＬ規格；ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）により行った。このＨｅリークテストは、Ｈｅの入った圧力タンク中に製品を入れ、Ｈｅを欠陥部より侵入させた後製品を真空容器に入れ、これに通ずる質量分析計によりＨｅのリーク量を測定するものである。

【００１３】以上の温度サイクル試験は、実際の使用環境（−２０℃〜４０℃）に比べ、大きな熱衝撃をＩＣパッケージに加えるものである。この様な劣悪な環境の下、１０００サイクルもの吹きつけ試験に対しても本実施品は、気密性に於いて合格値を示した（＜１０^-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）。これに対して、比較品においては、シーム溶接によって蓋体の接合がうまくできなかった。

【００１４】熱衝撃試験この試験は、実施品及び比較品を、低温及び高温の液体の中に交互に浸漬し、、このときの各ＩＣパッケージの気密性を評価したものである。具体的な試験方法は、以下の通りである。先ず、ＩＣパッケージの全体を、低温の水（温度；−６５℃）に５分浸漬（以下、「低温側浸漬」という。）した後、今度は高温の水（温度；１５０℃）に５分間浸漬（以下、「高温側浸漬」という。）した。その後、この低温側浸漬及び高温浸漬を交互に１０００サイクル繰り返した。尚、この低温側浸漬から高温側浸漬への移行、高温側浸漬から低温側浸漬への移行に要した時間は、いずれも１０秒である。ここで、上記低温側浸漬開始し、次の低温側浸漬を開始する迄を１サイクル（１回）とする。また、この環境試験の後、気密性の評価をＨｅリークテストにより行った。

【００１５】以上の熱衝撃試験は、上記の温度サイクル試験に比べ、更に大きな熱衝撃をＩＣパッケージに加えるものである。それにも係わらず、本実施品は、上記の温度サイクル試験の場合と同様に、良好な気密性（＜１０^-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ）を示した。

【００１６】尚、本考案においては、前記具体的実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本考案の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、図２に示す様に、シールリング部１の基部１１の上面及び下面のいずれか一方のみに、表層部１２を形成したものであってもよい。

【００１７】

【考案の効果】

本考案のシールリング接合構造体では、低熱膨張セラミック基板と蓋体との接合性、気密性に優れ、また、この両者がシーム溶接により行われるので、パッケージ内に配置されるＩＣ基板への悪影響も極めて少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に於けるシールリング部の積層状態を示
す一部説明断面図である。

【図２】実施例において他の態様として示したシールリ
ング部の積層状態を示す一部説明断面図である。

【図３】本実施例に於けるＩＣパッケージの組付状態を
示す説明断面図である。

【符号の説明】

１；シールリング部、１１；基部、１２；表層部、２；
低熱膨張セラミック基板、３；蓋体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】低熱膨張セラミック基板と蓋体とをシー
ルリング部を介してシーム溶接により接合させてなるシ
ールリング接合構造体において、上記蓋体は、低熱膨張金属からなり、上記シールリング
部は、低熱膨張金属からなる基部と、該基部の少なくと
も一方の表面に形成され低熱膨張封着合金からなる表層
部と、から構成されることを特徴とするシールリング接
合構造体。
【請求項２】上記蓋体を構成する上記低熱膨張金属
は、Ｎｉ２９重量部、Ｃｏ１７重量部及びＦｅ５４重量
部からなるＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金又はＮｉ４２重量部及
び残部Ｆｅからなる４２Ｎｉ−Ｆｅ合金であり、上記低
熱膨張金属は、モリブデン( Ｍ_o) 又はタングステン
（Ｗ）であり、上記低熱膨張封着合金は上記Ｎｉ−Ｃｏ
−Ｆｅ合金又はＮｉ４２−Ｆｅ合金である請求項１記載
のシールリング接合構造体。