JPS5820702B2 - ニツケル・リン合金によるロウ付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無電解ニッケルメッキ層を溶融したニッケル・
リン合金によるロウ付は方法に関する。

第１図および第２図に示すような半導体装置用ステムは
公知である。

図において、１は鉄製のステム基板で、両端に取付孔２
，２を、略中央部に後述する銅ペレット５固着用の透孔
３を、さらに中央部から若干偏心した位置にリード線封
着用の透孔４，４を有する。

前記透孔３には銅ペレット５が嵌合され、ロウ付けされ
ており、また透孔４゜４にはガラス６．６を介してリー
ド線７，７が気密かつ絶縁して融着封止されている。

従来、この種ステムは、まず透孔４，４にガラス６．６
を介してリード線１，７を封着後、透孔３に銅ペレット
５を嵌合して銀ロウによりロウ付けするのが普通であっ
た。

しかしながら、上記方法によれば、ガラスの封着工程と
ロウ付は工程と２回の加熱工程が必要なため、製造が煩
雑であるのみならず、消費電力も多く原価高になるとい
う問題点があった。

そのため、最近では、第３図に示すように、まずステム
基板１の透孔３に、周面に無電解ニッケルメッキ層８を
形成した銅ペレット５を嵌合しかしめて仮固定したのち
、グラファイト製の封着治具（図示せず）を用いて、ス
テム基板１の透孔４゜４に焼結ガラスタブレット６ａ
、６ａを挿入し、この焼結ガラスタブレット５ａ、５ａ
にリード線７．７を挿通して、中性または弱還元性雰囲
気中で９００〜１０２０℃程度に卯熱し、前記焼結ガラ
スタブレット６ａ、６ａを溶融して、ステム基板１にガ
ラス６．６を介してリード線７，７を封着すると同時に
、銅ペレット５の周面の無電解ニッケルメッキ層８を溶
融せしめたニッケル・リン合金ロウ９により、ステム基
板１と銅ペレット５とをロウ付けする方法が賞月されて
いる。

ところが、この方法によると、第４図に示すように、銅
ペレット５の上面または下面に、ニツケル・リン合金ロ
ウ９によって高さ０．２〜１ｍｍ程度の溜り９ａまたは
９ｂが生ずる場合がある。

もし、このような溜り９ａが生ずると、半導体素子取付
時障害となったり、素子とペレットとの間隔が大きくな
り素子からの熱伝導性が低下したりカン封・止後短絡事
故の原因となったり、あるいは溜り９ｂが生ずると、ス
テムがシャーシ等から浮き上って放熱特性が低下したり
、ステムの下面にマイカ板を敷く場合は、溜り９ｂによ
ってマイカ板が破損して短絡や絶縁抵抗の低下を招くと
いった欠点があった。

本発明者らはこの溜り９ａ 、９ｂが生ずる原因につい
て徹底的に究明した結果、次のことぎ分った。

すなわち、銅ペレット５は半導体素子の固着後キャップ
で封止した状態で安定な雰囲気を維持するために、周知
のように無酸素銅または脱酸銅で製作されるが、この製
作の過程で結晶粒が成長している。

このため、銅ペレット５の側面に無電解ニッケルメッキ
層８を形成して加熱すると、銅ペレット５の結晶粒はま
すます成長し、溶融したニッケル・リン合金ロウ９が、
前記粗大化した結晶粒の粒界を通って銅ペレット５の上
下面の周縁部に滲出してきて、溜り９ ａ ＄ ９ ｂ
が形成されるのである。

それゆえ、本発明の主たる目的は、前述のニッケル・リ
ン合金ロウの溜りを生じないロウ付は方法を提供するこ
とである。

本発明は要約すると、銅よりなる構体を銅メッキ層で被
覆した状態で加熱して無電解ニッケルメッキ層を溶融せ
しめてロウ付けすることを特徴とする。

本発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は、図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

第５図は、本発明を第１図および第２図に示す半導体装
置用ステムの製造に適用した場合の、第３図に対応する
加熱ロウ付は前の組立状態の要部拡大縦断面図を示す。

図において、第１図ないし第３図と同一部分または対応
部分には同一参照符号を付したので、その説明を省略す
る。

第３図との相違点は、銅ペレット５の周面に厚さ５〜２
０μ程度の無電解ニッケルメッキ層８を形成したのち、
銅ペレット５の全面に厚さ０．２〜６μ程度の銅メッキ
層１０を形成して、ステム基板１の透孔３に嵌合しかし
めて仮固定していることである。

前記無電解ニッケルメッキ層８は、例えば次の組成のメ
ッキ液で形成される。

硫酸ニッケル ６０ ｇ／ｌ 酢酸ナトリウム ２５ ｇ／Ｉ！ クエン酸ナトジナトリウム５ｇ／１１ 次亜リン酸ナトリウ６０ ｇ／１１ ム ＰＨ５，０〜５．７希硫酸もしく は水酸化ナトリウムで 調整 温 度 ８０〜９０℃ このようにして形成した無電解ニッケルメッキ層８は、
Ｐ Ｈニヨッテ７．０〜１３． ＯＷｒ ％程度（７）
ＩＪンを含んでおり、リン含有量によって８８０〜１
０００℃程度の融点を有する。

この状態で従来と同様に、中性または弱還元性雰囲気中
で９００〜１０２０℃に刀口熱すると、焼結ガラスタブ
レット６ａ 、６ａが溶融して、ステム基板１にガラス
６．６を介してリード線７，７が封着され、同時に銅ペ
レット５の周面に形成された無電解ニッケルメッキ層８
が溶融したニッケル・リン合金ロウ９によって、ステム
基板１に銅ペレット５が気密にロウ付けされる。

このとき、無電解ニッケルメッキ層Ｂ上の銅メッキ層１
０は溶融したニッケル・リン合金ロウ９に溶は込む。

一方、溶融したニッケル・リン合金ロウ９は前記と同様
に銅ペレット５の結晶粒界に沿って滲透していくが、滲
透の過程ですでに２多くの銅が溶は込んでおり、銅ペレ
ット５の上下面に形成された銅メッキ層１０が溶は込む
ことがないばかりか、この銅メッキ層１０の結晶粒は小
さいので、この銅メッキ層１０を越えて上下面に滲出せ
ず、溜り９ａ、９ｂが生じない。

しかるのち、炉から取り出して冷却すると、第６図に示
すように、銅ペレット５の上面または下面に、ニッケル
・リン合金ロウ９の溜り９ａ 、ｇｂがない良好なステ
ムが得られる。

なお、上記実施例に示すように、無電解ニッケルメッキ
層８の上に銅メッキ層１０を形成してステム基板１の透
孔３に嵌合する場合は、銅メッキ層１０の厚さが厚くな
り過ぎると、ステム基板１と銅ベレット５とのロウ付は
性が低下するので、０．２〜６μ程度の範囲内が適当で
ある。

このような方法によれば、銅メッキ層１０を形成する対
象物である銅ペレット５が小さいので、少ないメッキ液
で大量のメッキ処理が行なえて有利である。

ただし、本発明はこのような実施例に限定されるもので
はなく、第７図に示すように、銅ベレット５の周面に厚
さ５〜２０μ程度の無電解ニッケルメッキ層８を形成し
たのち、ステム基板１の透孔３に嵌合しかしめて仮固定
し、しかるのちにステム基板１と銅ベレット５の組立体
の全面に銅メッキ層１０を形成し、さらにステム基板１
の透孔４．４に焼結ガラスタブレット５ａ 、５ａを挿
入し、この焼結ガラスタブレット５ａ、５ａにリード線
７，７を挿通して、■熱してもよい。

この場合は、銅メッキ層１０の厚さは０．２μ以上あれ
ば良く、特に上限はない。

しかし経済的には６μ程度迄が適当である。

ただし、この方法によれば銅メッキ層１０の形成の対象
物であるステム基板１と銅ペレット５との組立体が大き
いので、メッキ処理の能率が先の方法よりも若干劣り、
しかも硬質の鉄製のステム基板１で軟質の銅ペレット５
の表面を傷付は易く、半導体素子のマウント性を悪くす
る可能性がある。

また、上記実施例は、本発明を第１図および第２図に示
す特定の構成の半導体装置用ステムの製造に適用する場
合について説明したが、他の構成の半導体装置用ステム
の製造に適用することもできる。

本発明はまたニッケル・リン合金ロウによるロウ付は部
分を含む他の任意の半導体装置用ステム。

各種気密端子および電子部品等のあらゆる分野に適用で
きるものである。

本発明は以上のように、銅よりなる構体層を銅メッキ層
で被覆した状態で卯熱して無電解ニッケルメッキ層を溶
融せしめて二構体をニッケル・リン合金ロウによりロウ
付けするものであるから、二構体のロウ付は部近傍にニ
ッケル・リン合金ロウの溜りが生じず、良質なロウ付は
構体が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体装置用ステムの一例の平面図、第２図は
第１図の見−■線に沿う縦断面図、第３図は第１図およ
び第２図のステムにおける本発明の前提となる製造方法
を説明するためのロウ付は前の組立状態の要部拡大縦断
面図、第４図はその欠点を説明するためのロウ付は後の
要部拡大縦断面図、第５図は第１図および第２図のステ
ムにおける本発明の製造方法を説明するためのロウ付は
前の組立状態の要部拡大縦断面図、第６図は同じくロウ
付は後の要部拡大縦断面図、第７図は本発明の他の実施
例を説明するためのロウ付は前の組立状態の要部拡大縦
断面図である。 １・・・ステム基板、５・・・銅ベレット、６・・・ガ
ラス、７・・・リード線、８・・・無電解ニッケルメッ
キ層、９・・・ニッケル・リン合金ロウ、１０・・・銅
メッキ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一方が銅よりなるロウ付けしようとする
   二構体の少なくとも一方に無電解ニッケルメッキ層を形
   成し、加熱して前記無電解ニッケルメッキ層を溶融した
   ニッケル・リン合金により二構体をロウ付けする方法に
   おいて、前記鋼よりなる構体を銅メッキ層で被覆した状
   態で加熱して無電解ニッケルメッキ層を溶融せしめるこ
   とを特徴とするニッケル・リン合金によるロウ付は方法
   。 ２ 前記鋼よりなる構体に無電解ニッケルメッキ層を形
   成しさらに銅メッキ層を形成したのち、前記二構体を板
   固定して加熱する特許請求の範囲第１項記載のニッケル
   ・リン合金によるロウ付は方法。 ３ 前記少なくとも一方に無電解ニッケルメッキ層を形
   成した二構体を仮固定したのち、前記銅メッキ層で露出
   部分の無電解ニッケルメッキ層を被覆して加熱する特許
   請求の範囲第１項記載のニッケル・リン合金による付は
   方法。 ４ 前記無電解ニッケルメッキ層の溶融がガラスの融着
   と同時に行なわれる特許請求の範囲第１項記載のニッケ
   ル・リン合金によるロウ付は方法。