JPS5852856A - 消耗性ヒ−タによるシ−ル方法及びその装置 - 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】 本発明は一般にシール方法及びその装置に係り、特に、
セラミックパッケージに対してセラミック又は金属の蓋
をガラス質のシール材でノ１−メチツクシールする方法
及び装置に係る。

多くの電子回路及び部品は、周囲環境に曝されることＫ
よりてこれらが損傷を受けるのを防止する丸めに、シー
ルされ九容器内に収容される。これ筐でに用いられてい
るシール材は、（１）半田のような金属性のシール材と
、（２種々のガラスを含むセラ２ツクと、ｃ５）エポキ
シのような有機シール材である。真の・・−メチツクシ
ールを果たすのＵこれらの中の鍛初の２つだけである。

というのは、有機シール材は、収容された回路の寿命に
比して比較的短期間（例えば、数日）Ｏ内に多量の物体
が透過し得るようになるからである。シール材に例えば
水蒸気が透過し得るようになると、バクケージ内の成る
イオン、例えば塩素、ナトリウム及びカリウムと化学反
応を起して、腐食生成物を形成し、これにより配線及び
／又は電子部品が侵食されて、収容され九回路の故障時
期が早まることになる。

多数の金属合金がシール材として使用されて色々な結果
が得られている。金属、シール材の非常に望ましい性質
の１つは、高温に耐えられることである。例えば、普通
の鉛−スズ半田は１２５Ｃまでの温度にｔ・いて満足な
シールを果九す。例えば１５０Ｃの温度に対しては、８
０％が金で２０１がスズであるような合金が好ましいが
、これは明らかに高価である。不都合なことに、この合
金の融点は約２８０Ｃであり、シールブａセス中にこの
物質上溶融すると、電子部品が加熱されて、そのパラメ
ータが不所望に変動したり回路の故障時期か早くなつ九
りすることがある。

ガラス質のシール材管用いた時にはその溶融温度か４０
０Ｃより高いので、シール温度が高いことによる回路の
損傷中装置の故障が激しくなる。

ガラス質のシール材は上記の金−スズ合金より著しく安
価でＦｉあるが、溶融温度が高いので、部品の加熱が問
題となる場合にはこのようなガラスシール材の使用が除
外されている。

パッケージの中味上不当に加熱することなくパッケージ
をシールする方法、即ち固定又はころがり電極を用い九
インパルス又は衝撃溶接法が開発されている。これらの
技術では、蓋及びパッケージが金属であることが必要と
されるか、或いは少なくとも看及びパッケージの両方に
金属シール面が必要と１　ｒＬる。不都合表ことに、こ
のような溶接技術を実施するのに畳する装置は非常に高
価であり、然も、各々のパッケージサイズごとに特殊な
工具が必要ときれる。

１ホット−キャッピングという飴は、金属シール材を用
いて金属又はセラミックの蓋とパッケージとｔシールす
る方法を指す。蓋又はパッケージのいずれかがセラミッ
クである場合には、それに融着された金属シール面を有
していなければならない、シールは電気加熱される面【
１１に当てることによって行なわれる。然し乍ら、蓋は
少なくともシール温度までは加熱されねばならないので
、電子部品又は回路の温度が上昇される。

セラミックパッケージは金属パッケージより安価であり
、そしてガラス質のシール材は金属系のシール材より安
価であるから、最も経済的な解決策は、セラミックのパ
ッケージ及びカバーを用いて、融着金属化シール層を必
要とせずにこれらをガラス質のシール材でシールするこ
とである。

本発明の目的は、電子回路をシールする改良され九方法
及び装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、セラｉノクパノヶーノ内の電
子部品又は回路を過度に加熱することな　　。

〈ガラス質のシール材上用いてセラミック又は金属のｉ
ｉｔセラミックパッケージにハーメデックシールする方
法及び談置會提供することである。

本発明の更に別の目的は、セラミックに対して金属のシ
ール層を必要とせずにセラミック又は金属のｆｌｔセラ
ミックパッケージにハーメテラクシ子）會装置しこれが
シールの永久部分となるようにすることによって達成さ
れる。上記のブレフオームはエネルギｌ［Ｋ接続され、
そしてシール管形成するに足る熱のみが発生され、全発
生熱量が最少限に嘔れる。これＫより、どのよう々外部
冷却技術が便用されるかに関連して、電子部品の温度上
昇が実質的に少くされる。

本発明の広汎な特徴によれば、パッケージ及び蓋のシー
ル面間に配置されて所定温度に加熱された時に電子部品
を含むパッケージ會蓋にシールするヒータプレフォーム
であって、上記のシール面に実質的に対応する面積及び
形状を有するヒータ部分と、このヒータ部分に接続され
九第１及び第２の接触部分とを具備するようなヒータプ
レフォームが提供される。

本発明の別の特徴によれば、電子部品を収容しシール面
を有しているパッケージを、シール面を有している優に
ハーメチックシールする方法であって、上記パッケージ
及び蓋のシール面間に発熱素子上配置し、そしてこの発
熱素子を作動して上記パッケージと蓋との間にシールガ
ラスるような方法が提供される。

本発明の艶に別の特徴によれば、各々シール面を有して
いる牙１及び第２のセラミック本体を接合する方法であ
って、これらの第１及び第２の本体のシール面に第１の
ガラス被膜を形成し、この第１の被膜は上記第１及び第
２のセラミック本体に実質的に等しい熱膨張係数を有す
るものてあり、上記第１及び第２本体のシール面間に金
属発熱素子會配置し、この発熱素子はこれに実質的に岬
しであり、そしてこの発熱素子を作動して上記第１及び
第２本体並びに上記発熱素子のガラス管溶融し、上記第
１本体と第２本体との間にシールを形成し、上記発熱素
子が骸シールの永久的な部分となるようにする方法が提
供される。

本発明のＩ！に別の特徴によれば、電子部品パッケージ
とその蓋との関にシールプレフォームを配置してそのシ
ール面に接触させるようにして上記パッケージと蓋との
間にハーメチックシール管形成する装置であって、上記
パッケージ、７’　Ｌ／　７　、を−五及び蓋が配置さ
れる段と、上記プレフォームを圧縮する方向に上記パッ
ケージ、プレフォーム及び蓋に圧力を与える第１手段と
、上記シールを形成するように上記プレフォームを加熱
する第２手段とｔ具備した装置が提供される。

本発明の上記及び他の目的、特徴並びに効果は添付図面
を参照し九以下の詳細な説明よシ理解されよう。

本発明は２つの型式のヒータプレフォーム、即ち単１物
質プレフォーム及び複合プレフォーム會使用するもので
ある。単１物質のヒータプレフォームは、金属（例えば
銅）を打ち抜くが又はエツチングしてパッケージのシー
ル領域に適合する形状にしたものである。このヒータプ
レフォームは、シールを形成するところに最も効率的に
熱を導くような形状にされる。プレフォームの任意の点
における温度及び熱出力は電流の流れる方向に垂直な断
面積に対して逆に変化するので、所与の点における温度
及び熱出力はその所与の点においてプレフォームを狭く
すると共にその厚みを一定に保持することによって増加
される。もちろん、ヒータプレフォームを薄くして一定
の中管維持することによっても同じ結果が得られるが、
シール領域Ｋｔ）九って厚みを一定に維持するのが好ま
しい。

第１ａ図及び第１ｂ図は、シール部分１０及び耳状部１
２より成る複合ヒータプレフォームの各々上面図及び側
面図である。単１物質ヒータの場合と同様に１複合ヒー
タ金属（例えば、クロム、銅環）は厚み約０．００５イ
ンチ（０，０７５譚）の金属シートから打ち抜かれるか
又はエツチングされる。このプレ７オー五拡少なくとも
片面にそして好ましくは両面及び縁にシールガラスが一
着される。金属の膨張に合致するように調合されたシー
ルガラスは金属に融着して被膜１４を形成する。

長方形のシール部分１０のみに被膜が形成される。

耳状部１２には被膜が形成されない。ガラス被膜上付着
する１つの便利な方法は、清浄にされ大金属プレフォー
ム管フリットのスラリに浸漬し、乾燥しそしてオーブン
で融着すること管含む。耳状部１２は接触領域として働
き、プレフォームに加熱電流を流すために電流導通端子
にクランプされる。ヒータプレフォームの巾管小さくす
るにつれて温度は上昇するので、耳状部１２は比較的低
温のま＼である。長方形の加熱領域の入口点及び出口点
にある小さな孔１・６はと−タの他部分に対して若干温
度の高い入口領域及び出口領域を形成するように働く。

これは、もしこれがないと長方形のシール領域からの熱
の流れによって生じるであろう低温スポットを補償する
。ヒータが形成された金属が充分に薄く及び／又は充分
に延性のあるものであれば、熱膨張率が酸化アルミニウ
ムに合致するガラスシール材ｔ−使用し、金属との熱膨
張率の差をなくすことができる。

ガラスを金属に融着することは、ガラスをガラスに融着
することにより困難であるから、ガラスを前身って金属
ヒータに融着することが推挙される。これはガラスと金
属との接着の完全性を確保する。ガラス質の被膜がパッ
ケージ及び蓋のシール面に同様に付着された場合には、
最終的々・・−メチツクシールがガラス対ガラスとなり
、これは接着が簡単である。金属ヒータに合致する熱膨
張係数１有するように形成され九シール材と、パッケー
ジ及び／又は蓋の物質に合致する熱膨張係数を有するガ
ラスとを用いることにより、ガラス対ガラスのシールは
、膨張係数の異なる物質をシールする時に生じるストレ
スｔ−ｉ″♀軽減する傾向かある。ガラスシールは元の
ガラスとガラスの中間の膨張係数ｔとる。当然ながら、
シール材がガラス質でない場合には、全ての尚接面に被
ｊｌ［を形成する必ｌ！かない。

ストレスの緩和に加えて、蓋及びパッケージ上のガラス
層はシール領域内に熱をどじ込める傾向がある。という
のは、ガラスは熱管伝達しにくいものだからである。こ
れにより、シールサイクルが加速されると共に、熱衝撃
によるパッケージ又捻僅の破損のおそれが減少される。

又、ヒータ１０上のガラス層はヒータの過熱も防ぐ。

第２ａ図、第２　ｂ　Ｉｆ　％　ｌｒ　２　ｅ図及び第
２ｄ図はパンケージ１８（例えば酸化アルミニウム）の
上面図、下面図、側面図及び端面図であり、セして１６
１図及び第５ｂ図はセラミックの蓋２０（例えば酸化ア
ルミニウム）の下面図及び端面図である。良く知られて
いるように、パッケージ１８には、ここから延びる複数
個の導電性リード２２が設けられている。パッケージ１
８及び蓋２００両方は、黒い領域として示され九それら
の各々のシール領域に融着されたシールガラス層２４ｔ
−有している。シールガラスは、パッケージ及び蓋に合
歓する熱膨張係数を有するように調合されている。

酸化７　、にミニクムのシールガラスはシルクスクリー
ン又は他の便利な方法によって蓋及びパッケージに付着
され、ガラスはオーブンで融着するのが最も便利である
。ガラスの厚みは０．０１５インチ（０，３７５■）程
度である。

第４図は第１図のヒータプレフォームを用いて：ｉ！２
図及び第６図の蓋及びパッケージをシールする装置の１
実施例を示している。パッケージ２０は、適歯な整列及
び保持具２８が設けられ九段２６に配置される。段２６
は供給及び戻り管路各々６０及び６２によって空冷又は
水冷される。ヒータ１４はパッケージ２０Ｃ）シール領
域上に配置され、耳状部１２は電気端子ブロック５４及
び３６上にのせられ、これらブロックは回路が完成する
とライン３８及び４０を経て加熱電流を通流する。耳状
１１１２は、耳状部１２の孔４２並びにブロック６４及
び６６の突起４４によってブロック５４及び３６に配置
される。蓋１８は、そのガラス付き領域がヒータ１４の
上面に接触するように配置される。金属性の保持体兼ヒ
ートシンク４６によって所定量の下方圧力が１１１８に
与えられる。ヒートシンク４６も供給及び戻り管路４８
及び５０によって空冷又は水冷される。次いで、接触プ
ランジャ５２が耳状部１２に下げられ、耳状ｓ１２と端
子ブロック６４及び３６との関ＫｊＬ好な電気接触を確
保する。次いで、端子ブロック３４及び３６並びに耳状
部１２會経てヒータに加熱電流が流され、ガラスシール
が形成される。

ハーメチックシールされ九装置が漏れ試験に合格しなか
つ九場合には、熱又は機械的にパッケージの中味を損傷
することなく蓋を外すことが通常は非常に困−である。

上記のプロセスを用いれば、蓋の取り外しが比較的簡単
にされる。即ち、ヒータ１４を再加熱すれば、シール材
が軟化し、蓋が取り外される。必要ならば、新しい蓋及
びヒータ管用いてパッケージがシールし直される。もち
ろん、加熱耳状部即ちタブ１２がまだ取り外されていな
ければ蓋の取９外しプロセスは簡単であるｔＸＳタブ１
２が取り外されていても、特殊設計の接触電極を用いて
蓋が取ｐ外される。Ｉ！に、シールの漏れによる欠陥の
場合には、シール材を加熱し直してシール材を流し直す
だけで充分である。

上記のプロセスは機械化ないしは自動化工程に容易に適
用されることが明らかであろう。ヒータプレフォームは
連続的表ストリップ又社ロールとして形成されて、シー
ル領域へ自動的に供給される。パッケージ及び蓋も自動
的に運搬され、液圧、９気又は電気で作動されるプラン
ジャによって電気的な接触がなされる。

要約すれば、シール領域に直接当てられそしてシールの
一体部分となるようなヒータ装置即ちブレフオーム管用
いて、パッケージ及び蓋上シールするプロセス管上記に
述べた。このプロセスには、使用されるシール材の種類
に基づいて、特定形式の半田付け、溶接、粘着又は接着
が含まれてもよい。シールプロセスを開始する丸めに、
熱が与えられて、ガラス質物質又は金属性物質が一緒に
融着されるか、或いはエポキシのような有機接着剤が硬
化される。熱は、（糾外部電源からヒータ装置ＫｗＬｔ
ｌＬｔ−流すか、（ｂ）電気誘導によってヒータ装置に
電流ｔＳ起するか、（Ｃ）シール領域に適当な誘電体物
質を用いて誘電体加熱するか、（ｄ）熱伝導によってシ
ール温度を得るように突出タブに熱管与えるかＫよって
発生される。誘電体加熱の場合には、ｋ−夕懐置即ちプ
レフォームが接着物質であってもよいしそうでなくても
よく、導電性である必要はない。ヒータ装置の材料（そ
の被膜は除く）は、−）銅、クロム、アルミニウム、コ
バー、鋼、等のような金属であるか、（匈ガラス、ガラ
ス質エナメル又は他のセラミックのようなガラス質物質
である・か、或いは（ｅ）セラ建ツクのウワグスリや厚
膜インクのような導電性被膜である。

ヒータプレフォームに電気的接続が必要とされる場合に
は、取り外し可能な突出タブ又は耳状部が設けられる。

特殊な接触プローブを用いてヒータに電流管送ってもよ
く、この場合には突出タブ又は耳状部が不要である。誘
導加熱又は誘電体加熱の場合には、接触手段が不要であ
る。

通電加熱が所望される場合には、所与の時間インターバ
ル中の各時期に適轟表電流を与えるように電源が設けら
れる。パッケージ内の電子部品が受けてもよい最大温［
ｔ−考慮しつつシールプロセス管最適なものにするよう
に電流形状が選択される。通電加熱用の電源は簡単なも
のであるが、誘導加熱又は誘電体加熱用の電源社現在使
用されている４のよ妙も複雑ではない。

金属のシール材が所望される場合には、３つの型式のシ
ールが形成される。先ずｆＩＫ、パッケージ、蓋そして
おそらくはと−タ自体のシール領域を一緒に溶融及び溶
接する熱を与えることのみにヒータを用いるようにして
高温シールが形成される。これを最も効率よく行なう大
めには、ヒータの抵抗値がパッケージ及び蓋の抵抗値に
比して小さくなければならない。この解決策の変形態様
には、タングステンを同時に焼成することによってセラ
ピックを融着することが含まれる。融点の低い金属又は
合金が被着され九タングステンヒータを使用することが
できる。

第２の型式の金属シールは、単１金属のヒータ装置即ち
プレフォームの使用に関するものである。

この場合、ヒータ雌実′際上半田プレフォームであり、
これが溶融すると、予めのスズ被着、メッキ又は他の方
法により半田付は作業に適合するように形成されている
隣接シール面が接着される。シール面は熱を吸収する物
体に隣締しているのて１タブ又は耳状部を溶融しないよ
うに４１に注意しなければならない（通電加熱を用いる
時〕。

第３番目として、金属ヒータは例えばスズ−鉛合金又は
おそら＜　８０　％ＡＶ及び２０１ＧＳｎの合金が被着
される。ヒータが高導電性物質（例えば、鋼、アルミニ
ウム等）で作られた場合には、熱の大部分がヒータに、
残りが半田に発生される。この方法は、非導電性のパッ
ケージ及び蓋に金属性のシールａｍが融着されている場
合に最も有効であろう。

以上の説明は一例に過ぎない。特許請求の範囲で規定さ
れた本発明の範囲から逸脱せずに、形式及び細部に種々
の変更がなされることが尚業者に明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

オＩｉ図及び第１ｂ図は各々本発明によるヒータープレ
フォームの上面図及び側面図、第２ａ図、第２ｂ図、第
２ｃ図及び第２ｄ図は各々電子部品又は回路用のパッケ
ージの上面図、下面図、餞面図、及び端面図、 第３ａ図及びオ６ｂ図は第２ａ図、ｆ２ｂ図、第２Ｃ図
及び第２ｄ図のパッケージにシールさるべき蓋の各々下
面図及び端面図、そして第４図は第１ａ図及び第１ｂ図
のヒータプレフォームを用いて第２ａ図、第２ｂ図、第
２ｃ図及び第２ｄ図のパッケージに第３ａ図及び第３ｂ
図の蓋【シールする装置の１実施例の分解図である。 １０・・・シール部分　　　１２・・・耳状部１４・・
・被膜　　　　　　１６・・・孔１８・・・パッケージ
　　　２０・・・蓋２２・・・リード　　　　　２４・
・・シールガラス２６・・・段　　　　　　　２８・・
・整列及び保持具５４．５６・・・電気端子ブロック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　電子部品を含むパッケージを蓋にシールするヒー
   タプレフォームにおいて、このプレフォーム管パッケー
   ジと蓋とのシール面間に配置することにより上記プレフ
   ォームが所定温度に加熱され、上記プレフォームは、実
   質的に上記シール面に対応する面積及び形状を有するヒ
   ータ部分と、このヒー、夕部分に接続され九第１及び第
   ２の接触部分とを有することを特徴とするヒータプレフ
   ォーム。 ２、　４１１ＦＦ１１１求の範囲第１項に記載のヒータ
   プレ７オー五を用いて、電子部品を含むパッケージを蓋
   にハーメチックシールする方法において、上記ヒータプ
   レフォーム會上記パッケージと上記蓋とのシール面間に
   配置し、そして 上記ヒータプレフォームを加熱して上記パッケージと上
   記蓋との関にシールを形成すること七特徴とする方法。 ３、　特許請求の範ＩＢ才１項に記載のヒータプレフォ
   ーム管用いて電子部品パッケージとその蓋との間ニー・
   −メチツクシールを形成する装置において、 上記パッケージ、プレフォーム及び蓋が配置される段と
   、 上記プレフォームを圧縮する方向に上記パッケージ、プ
   レフォーム及び蓋に圧力を与える第１手段と、 上記シールを形成するように上記プレフォームを加熱す
   る第２手段とを具備し九ことｔ特徴とする装置。