JPS5849504B2 - フラツクスを使用しない金属へのガラスのはんだづけ法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガラス対金属のはんだ付け技術に関するもの
であり、特には珪硼酸ガラス製ホルダをニッケルー鉄製
ホルダにフラツクスの使用なくはんだ付げする技術に関
するものである。

感圧性シリコンチップを使用する電子式圧力トランスミ
ツタ即ち伝送装置において、当面する一つの問題は、シ
リコンチップをステンレス鋼製ハウジングのような耐食
性金属ハウジングに取付けることである。

圧力伝送装置のシリコンチップ及びステンレス鋼ハウジ
ングは、異った熱膨脹係数ヲ有し、このためシリコンチ
ップがステンレス鋼・・ウジングに直接結合されそして
伝送装置の動作温度範囲（−４０℃〜１２１’Ｃ）で動
作される時感圧シリコンチップの熱疲労及びクランキン
グが生ずる。

先行技術の接合技術において、ニッケルー鉄製ホルダが
先ず、圧力伝送装置の耐食金属ハウジングに、ホルダを
ハウジングに有効にろう接しそしてシリコンチップ或い
は任意のガラスチップホルダの最大非破壊温度を越える
温度で直接ろう接され、それによりステンレス鋼ケース
とニッケルー鉄ホルダとの間に強固な結合を与えるよう
に偽された。

ニッケルー鉄ホルダは、シリコンチップとステンレス鋼
ハウジングとの間の中間の熱膨脹係数を持つ材料を与え
る点でステンレス鋼ケースとガラスホルダ両方に適合す
る。

こうして、ステンレス鋼ケースとニッケルー鉄ホルダと
の間に強固な結合が与えられた後、シリコンチップを結
合したガラス製ホルダが、ガラスホルダ及びシリコンチ
ップの最大非破壊温度を越えない温度（２２１℃）にお
いて、約２２１℃の共晶点を有する共晶ヲツシャ（挾み
金）はんだを使用して二ツケルー鉄ホルダにはんだづげ
された。

このはんだ付け技術によって良好なシールを与える為に
は、先ずクロム及び金の層でガラスホルダの結合表面を
メタライジングしそして更にニッケルー鉄ホルダの結合
表面上にもクロムと金の層を付着しておくことが望まし
いことがわかった。

クロムは、ガラス及び金属表面両方と適合しそしてこれ
ら材料と良好な結合部を形或する。

しかし、クロム表面に伴う問題として、それがはんだに
よって一様に濡れず、はんだがクロム表面上で丸まって
間欠的な接触点しか生成しない傾向があり、その為はん
だ結合がその間欠的接触点のみを介して為されることが
認識された。

斯くして、結合部が非常に弱くなる可能性がある。

クロムを覆って設けられる金属は、濡れは良いが、使用
されるはんだ中の錫を固溶し、それと金属間化合物を形
成する傾向がある。

従って、これもまた結合部の完全性を劣化する。

金層が薄い幾つかの場合には、金が完全に溶けてクロム
層をむき出し状態で残すことがあり、こうなるとクロム
の濡れの乏しさの故に層状のはんだ付けはほとんど不可
能である。

一般に、はんだ結合部はフラツクスの使用によって改善
されうる。

しかし、シリコンチップ感知素子の微妙な性質の故に、
このようなフランクスの使用は残査物を残し、感知素子
の動作上の敏感性を落しそして機能を損う。

本発明に従えば、先行接合技術に伴う問題を排除する為
に、ニッケル中間層がクロム表面上にメタラインジング
されそしてこのニッケル層上に金表面がメタライジング
された。

詳しくは、クロムはガラスに結合するが他方ニッケルは
結合しないノテ、クロム表而が先ずガラス上にメタライ
ジングされた。

ニッケルはガラスとはせいぜい非常に弱い結合しか形成
しないけれどもクロムとは強固な結合を形成しそして更
にニッケルははんだ材科によって容易に濡れる表面を与
えるから、クロム上にニッケル層が次いでメタライジン
グされるのである。

ニッケル層が裸のままにしておかれると、酸化が起りそ
してニッケル上でのはんだ付けが試みられる時酸化され
たニッケルはフラックスの使用なくしてははんだ付けを
不可能とする。

先に論議したように、ここで問題とする用途においては
んだ付け用フシックスの使用は圧力感知素子の性能を損
うので許容されない。

そこで、ニッケル層上の酸化を防止する為、金属がニッ
ケル層上にメタライジングされるのである。

金は酸化せずそしてはんだによっても濡れうる。

斯うして、金は、ニッケル層の酸化を防止しそしてはん
だ付け作業中溶かされてはんだのみの使用でもって７ラ
ックス剤の必要なく非酸化ニッケル層間に強固な結合の
形或を可能ならしめる。

上記に鑑みて、本発明の一様相は、フラツクスの使用無
しに共晶合金はんだ材を使用して金属にガラスをはんだ
付げにより結合する方法を提供することである。

本発明の特徴は、はんだによって潤れうる中間金属層の
クロムと金層との間に設けそしてこの中間層を酸化から
防止することにある。

以下、図面を参照しつつ本発明について具体的に説明す
る。

第１及び２図を参照すると、感圧シリコンチップ１０が
、電子式圧力伝送装置のステンレス鋼製ハウジング１２
の一部にホルダ組立体１４を介して間接的に取付けられ
ている。

シリコンチップ１０は、ホルダ組立体１４に、その一側
面１６が第１圧力水準に曝され同時にその他側面１８が
第２圧力水準に曝されるように取付けられている。

即ち、差圧式電子圧力伝送装置において、一つの圧力が
シリコンチップ１０の一面１６に適用され同時に第２の
圧力がハウジング１２内に形成される通路２０を経てシ
リコンチップの第２面１８に適用される。

ハウジングの通路２０はホルダ組立体１４内中央に形成
された通路２２及び２４と連通して、シリコンチップ１
００百１８に通じるように為されている。

圧力伝送装置がゲージ圧伝送装置の場合には、通路２０
は大気圧と通じそして感知圧力はシリコンチツプ１０の
而１６に適用される。

絶対圧伝送装置の場合には、通路２０は通路２２及び２
４内に真空が創生された後密封される。

シリコンチツプ１０は、そこに埋設された一連の抵抗素
子２６を有している。

抵抗素子２６は、シリコンチツプ１０の面１６及び１８
の間に確立される圧力差に由り応力下に置かれる時抵抗
を変化する。

抵抗素子２６には、個々にリード線２８が接続されそし
てもつとも一般的な電子式圧力伝送装置の検出回路の一
部を形成するホイートストンブリッジのそれぞれの抵抗
に基く信号を確立する。

第３図を参照するとよくわかるように、ホルダ組立体１
４は、７７４０パイレツクス材料から形成された硼珪酸
ガラス製チューブ状ホルダ３０を含んでいる。

この材料は、大半の電子式圧力伝送装置の通常の動作温
度範囲（−４０℃〜１２１゜Ｃ）においてシリコンチツ
プ１０の熱膨脹係数と匹敵する熱膨脹係数を有すること
が見出された。

チューブ状ホルダ３０の一端はそこにシリコンチツプ１
０を任意の数の公知の接着剤及びボンドを使用して取付
けることにより密閉される。

チューブ状ホルダ３００反対端はその後、後述するよう
に、ホルダ組立体１４０３９〜４２％二ツケルー鉄製ホ
ルダ３２に対して強固な結合部に後に形成することを可
能ならしめるようメタライジングされる。

ガラス製チューブ状ホルダ３０のメタライジングは、チ
ューブ状ホルタ゛３０上に真空或いは不活性雰囲気中で
クロムを蒸着することにより１０００〜１５００人の厚
さに薄いクロム層３４を付着することを含む。

ホルダ３０は、感知素子１０とは反対側のその一端にの
み付着が起るようにマスクされる。

その後、クロム層は、クロム表面上にニッケルと続いて
金を蒸着することにより１２００〜４ｏｏｏＡの範囲の
薄いニッケル層３５及び金層３６が蒸着される。

ガラス製ホルダ３０及びニッケルー鉄製ホルダ３２両方
にはんだ付け可能な表面の適合性を与える為に、ニッケ
ルー鉄製ホルダ３２にもまた、先ず薄いクロム層３７が
被覆され、続いてニッケル層３８が被覆され、そして最
後に金層３９が被覆される。

これらは、クロム、ニッケル及び金を、ガラス製ホルダ
３０に対して指定されたのと同じ厚さ範囲に真空或いは
不活性雰囲気中で蒸着することにより実施される。

先きと同等の表面を作製するにはクロムが使用されるけ
れども、ニッケルが、クロム３７の必要性を排除するべ
くニッケルー鉄製ホルダ３２上に直接メタンイジングさ
れうる。

メタンイジングされたチューブ状ホルダ３０をホルダ３
２に有効に結合する為には、約９６．５％錫と３．５％
銀から成る共晶はんだ付け用ワツシャ（挾み金）がもつ
とも有効であることが見出された。

２つのメタライジングされた表面のはんだ付け作業は、
金層３６及び３９自体がはんだ付け用フラツクスの使用
を必要とするような酸化を受けないから、フラツクスの
使用なく達成される。

金層３６と３９はまた、メタンイジングされたニッケル
表面３５と３８がニッケルを酸化しそして爾後のはんだ
付け作業においてはんだ付け用フラツクスの使用が必要
となるような大気への曝露を防止する保護層でもある。

ニッケル層３５及び３８を設ける必要性は、はんだに対
して濡れないクロム層と異なりニッケルがはんだに対し
ての高い濡れ性を示すという性質から由来する。

ニッケルのこの特性は、結合表面全体がはんだによって
容易に濡れることを可能ならしめ、強固な結合部をもた
らす。

ニッケルのこの高い濡れ性は、保護金層３６及び３９を
設けることによりニッケルの所望されざる酸化を排除す
ることによってこそ有益に活用されうる。

前述したように、金層３６及び３９ははんだに対して良
好な濡れ性を与えるけれども、金は使用される共晶はん
だ中の錫と金属間化合物を形成する傾向があり、これは
形成されたはんだ結合部の完全性を損う傾向はあるが、
本発明によってクロム及びニッケルがガラス及び金属合
金表面両方と強固な結合部を形成するので実質上の悪影
響はないことが認められた。

クロム層３４は、ニッケル層３５がガラス上に直接メタ
ライジングされないが、他方それはクロム層にはメタラ
イジングされうるので、ガラスホルダ３０に対しては必
要である。

また、前記したように、二ソ’Ｉ）４３Ｂはニッケルー
鉄製ホルダ３２上に直接メタライジングされうる。

以上、本発明の具体例について説明したが、本発明の範
囲内で多くの改変が為しうろことを銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は感圧性シリコンチップをホルダ組立体を介して
圧力伝送装置のステンレス鋼ケースに間接的に取付けた
状態の断面図である。 第２図は、第１図の装置の上面図である。 第３図は、第１図のホルダ組立体の分解図である。 １０：シリコンチツ７’、１２：ステンレス鋼ハウジン
グ、１４：ホルダ組立体、２０，２２，２４：通路、２
６：抵抗素子、２８：リード線、３０：ガラス製ホルダ
、３２：ニッケルー鉄製ホルダ、３４，３７：クロム層
、３５．３８：ニッケル層、３６，３９：金層、４０：
はんだワッシヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス表面をニッケルー鉄合金表面にフラツクスを
   使用せずはんだ付けする方法であって、ガラス表面に薄
   いクロム層を被覆する段階と、該クロム層表面にはんだ
   により潤れる表面を与えるようにニッケルの薄い層を被
   覆する段階と、該ニッケル層表面に金の薄い層を被覆し
   て、ニッケル層の大気への曝露とその結果としての酸化
   を防止する段階と、 ニッケルー鉄合金表面に酸化物を有しないニッケル層を
   被覆する段階と、 該ニッケルー鉄合金表向のニッケル層を金属で被覆する
   段階と、 前記クロム、ニッケル及び金で被覆されたガラス表面を
   ニッケル及び金で被覆されたニッケルー鉄合金表面に錫
   一銀共晶合金を使用してはんだ付げする段階と を包含する前記はんだ付け方法。