JPS59156943A - Glass sealing method to metal - Google Patents

Glass sealing method to metal

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JPS59156943A
JPS59156943A JP59028394A JP2839484A JPS59156943A JP S59156943 A JPS59156943 A JP S59156943A JP 59028394 A JP59028394 A JP 59028394A JP 2839484 A JP2839484 A JP 2839484A JP S59156943 A JPS59156943 A JP S59156943A
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Japan
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metal
sealing
glass
furnace
oxidation
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ト−マス・リ−・エリソン
ダニエル・マイケル・バツク
ウオルタ−・フランシス・イエクスト
ケリ−・レナ−ド・バ−ガ−
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/02Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing by fusing glass directly to metal
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
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    • H01B1/02Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属えのガラス封着法に関し、特にハーメチッ
クシールした電子部品の製造に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for sealing metal to glass, and more particularly to manufacturing hermetically sealed electronic components.

ガラス部品にハーメチックシール(気密封着)・した金
属は電子産業においては広く使用されている。主に、こ
れらは雰囲気炉周で予備処理した金属リードおよび電子
部品本体にカラスを溶融することによって作られる。そ
の封着温度はガラスを溶かして流動させ予備処理した金
属に接着させるのに十分な高温に保たれる。冷却時に、
ガラスと周囲の金属との間には強固なハーメチックシー
ルが形成される。そのソールは内部パッケージカラ水分
および他の汚染物質を排除するために気密であると共に
、組立、接続および使用中に遭遇3−る応力に耐えるの
に十分な強さでなければならない。
Metal hermetically sealed to glass components is widely used in the electronics industry. Mainly, these are made by melting glass into pre-treated metal leads and electronic component bodies in an atmosphere furnace. The sealing temperature is maintained high enough to melt and flow the glass and bond it to the pretreated metal. During cooling,
A strong hermetic seal is formed between the glass and the surrounding metal. The sole must be airtight to exclude moisture and other contaminants from the internal packaging, and must be strong enough to withstand the stresses encountered during assembly, connection, and use.

気密性に対しては、最近のM I Lの基準883 B
 (ヘリウムの漏洩速度をl X lO= MTM c
m”/ sec 、以下に規定している)のような基準
が確立されているう気密封着された電子部品の高信頼性
はガラスと金属間のソールの完全さに依存する。高性能
のシールを終始変らず確笑に製造するためには、材料の
選択、いくつかの処理パラメーター、特に金属の予備処
理中に採用される炉゛雰囲気の観察、およびガラスの金
属えの封着に注意しなければならない。
For airtightness, the latest MIL standard 883B
(The leakage rate of helium is l x lO = MTM c
The high reliability of hermetically sealed electronic components depends on the integrity of the sole between the glass and the metal. In order to produce a seal consistently and reliably from beginning to end, attention must be paid to the selection of materials, several processing parameters, especially the observation of the furnace atmosphere adopted during the preliminary treatment of the metal, and the sealing of the glass to metal plate. Must.

主として、工業的に用いられているシールにはj−マツ
チド・シールJ とr圧縮シール法の2種類がある。こ
れら2糧類シールの製造には若干の相違があるけれども
、同一順序の工程としては、(1(脱ガスまたは脱炭、
(2)酸化、および(3)封着がある。
There are mainly two types of seals used industrially: the J-matted seal and the R-compression seal. Although there are some differences in the production of these two food seals, the steps in the same order are (1) (degassing or decarburization,
(2) oxidation, and (3) sealing.

脱ガス工程および封着工程に用いられる雰囲気は圧縮シ
ール法およびマツチド・シール法典、実質的に同一であ
るが、酸化工程に用いられる雰囲気は若干異なる。
The atmosphere used in the degassing step and the sealing step is substantially the same in the compression seal method and the mated seal method, but the atmosphere used in the oxidation step is slightly different.

1、脱カス 脱炭またはガス抜きとしても知られる脱ガスは、封着中
にガラスにまたはガラスと金属との界面に気泡が形成さ
れるのを防ぐために、金属からの全ての炭素または吸着
ガスを除去する目的でマツチド・シールおよび圧縮7−
ルの両方共金属リードおよび部品本′体について行う。
1. Degassing Degassing, also known as decarburization or degassing, removes all carbon or adsorbed gas from the metal to prevent bubbles from forming on the glass or at the glass-to-metal interface during sealing. matt seal and compression for the purpose of removing
Both tests are performed on the metal lead and the component body.

その脱ガスは一般にバッチ炉または連続炉中において9
00〜1100’C(1650〜2oOo″F)の温度
で普通10−30分間行なう。脱ガスに用いられる雰囲
気は一般に湿性水素、解離アンモニア、リッf発熱ガス
(6%〜8係の一酸化炭素、露点=十16℃)、または
加湿した水素−窒素混合体である。その雰囲気は金属を
酸化することなく脱炭性でなければならない。この工程
中、金属の不十分な脱炭または酸化は望ましくなく、後
続の金属の酸化およびガラスの金属えの封着に悪影響を
与える、不十分な脱炭または脱ガスは密着中に気泡を形
成したり、強度および気密性が低下する。脱炭中におけ
る金属の酸化は金属の終始一貫していない酸化をして、
ガラスの酸化物飽和によって最終の封着における気密性
の低下や後続の処理工程での問題をもたらす。
The degassing is generally done in a batch or continuous furnace.
It is typically carried out for 10-30 minutes at a temperature of 00 to 1100'C (1650 to 2oOo"F). The atmosphere used for degassing is typically wet hydrogen, dissociated ammonia, and exothermic gases (6% to 8% carbon monoxide). , dew point = 116°C) or a humidified hydrogen-nitrogen mixture.The atmosphere must be decarburizing without oxidizing the metal.During this process, insufficient decarburization or oxidation of the metal Inadequate decarburization or degassing, which is undesirable and adversely affects subsequent metal oxidation and glass-to-metal sealing, can result in the formation of bubbles during adhesion and loss of strength and tightness during decarburization. The oxidation of metals in
Oxide saturation of the glass can lead to poor airtightness in the final seal and problems in subsequent processing steps.

長く続いている先行技術の方法は、湿性脱ガス雰囲気に
よって金属の酸化を防止するのに必要な高水素レベルを
得るために、びん詰め水素、解離アンモニア、またはリ
ッチ発熱ガスのような容易に入手できる雰囲気源を使用
してきた。
Long-standing prior art methods use readily available hydrogen, such as bottled hydrogen, dissociated ammonia, or rich exothermic gases, to obtain the high hydrogen levels necessary to prevent metal oxidation through a humid degassing atmosphere. We have used available atmosphere sources.

2、酸化 金属−ガラスのハーメチックシールの製造における次の
工程は酸化工程であって、その目的は金属リードおよび
部品本体の表面に金属酸rヒ物の薄い層を生成すること
である。その酸化物層は表面のスケール層と粒間酸化物
の下層からなる。粒間酸化物層は化学結合によるガラス
の金属えの密着を促進する。ある雅の圧縮シールの製造
においては若干の酸化が行われるけれども、酸化工程は
主にマツチド・シールの製造と協同する、そして本発明
は特にマツチド・/−ルに関係する。
2. Oxidation The next step in the production of metal-glass hermetic seals is an oxidation step, the purpose of which is to create a thin layer of metal oxide arsenate on the surface of the metal leads and the component body. The oxide layer consists of a surface scale layer and a lower layer of intergranular oxide. The intergranular oxide layer promotes adhesion of the glass to the metal plate through chemical bonding. Although some oxidation takes place in the manufacture of some compression seals, the oxidation process is primarily associated with the manufacture of matted seals, and the present invention is particularly concerned with matted seals.

マツチド・ソールに広く使用される金属合金はコパール
なるトレードマークで市販されておシ、それは主成分の
鉄と、努〜3Q%Ni、15〜18%Co。
The metal alloy commonly used for matte soles is commercially available under the trademark Copal, and is composed mainly of iron, 3Q% Ni, and 15-18% Co.

小数係のMn、および微量の他元素からなる。コパール
合金は一般にバッチ炉または連続炉内において7506
〜1040℃の温度で酸化される。コパール合金を十分
に酸化するための加熱に必要な時間は炉内における部品
の質量に多少依存するが、さらに重要なことは必要な酸
化の深さに依存する。コパール合金の酸化にこれまで使
用された雰囲気はり一ン発熱ガス、空気および湿性の水
素−窒素の混合体などである。多くのノ・−メチツク・
シール・プラントにおける製品の高不合格率は一般に酸
化レベルの制御不、足におる。
Consists of decimal coefficient Mn and trace amounts of other elements. Copal alloys are commonly manufactured in batch or continuous furnaces using 7506
Oxidized at temperatures of ~1040°C. The time required for heating to fully oxidize the copper alloy depends somewhat on the mass of the parts in the furnace, but more importantly on the depth of oxidation required. The atmospheres previously used for the oxidation of copal alloys include exothermic gases, air and moist hydrogen-nitrogen mixtures. Many no-metics
High product rejection rates in seal plants are generally due to uncontrolled oxidation levels.

コパール合金および類似の金属合金の酸化不足は望まし
くない低強度のガラス−金属シールの生成をもたらす。
Underoxidation of copal alloys and similar metal alloys results in the formation of undesirably low strength glass-to-metal seals.

この低強度は比較的薄い酸化物層とガラスとの界面のた
めであって、それは弱い(または外表的な)化学結合だ
けの形成をもたらす。Pa5x (Pa5k、 Jos
eph A、 New Techniques 1nG
lass −to −Metal  Sealing 
i Proceedings  of IRE。
This low strength is due to the interface between the relatively thin oxide layer and the glass, which results in the formation of only weak (or superficial) chemical bonds. Pa5x (Pa5k, Jos
eph A, New Techniques 1nG
lass-to-Metal Sealing
i Proceedings of IRE.

vol、 36. Nu 2. Feb、 1948.
 pp 286−289 )およびZakray se
kら(AJ、ternative Method fo
r theEvaluation  of  Fuse
d  Glass  to  Metal  5eal
s。
vol, 36. Nu 2. Feb. 1948.
pp 286-289) and Zakray se
K et al. (AJ, ternative method for
r theEvaluation of Fuse
d Glass to Metal 5eal
s.

5yracuse、 N、Y、; G、E、Co、、 
Feb、 1979. pp43)の行った研究は、マ
ツチド・シールの性質は金属に析出した粒間酸化物の量
によって決まると結論している。
5yracuse, N, Y,; G, E, Co,,
Feb. 1979. Research conducted by (pp. 43) concluded that the properties of matted seals are determined by the amount of intergranular oxides deposited on the metal.

コパール合金の過酸化も有害な結果をもたらす。Overoxidation of copal alloys also has deleterious consequences.

通常の封着中にガラスは酸化物層に完全に浸透できない
ので、リーク体となり、ガスが容器内へ浸入することが
できる多孔質の連続通路を提供する。
Since the glass cannot completely penetrate the oxide layer during normal sealing, it becomes a leakage body, providing a porous continuous path through which gas can penetrate into the container.

過酸化もガラスの飽和をもたらし、その結果として封着
工程中に気泡ができる。Pa5kおよびZak−ray
sekは最適のシール強度および気密性に望ましい酸化
量に関する定義をしている。種々の雰囲気組成および特
定温度でのサイクル時間を用いて得られた酸化度の研究
に基いて、Zakraysekは最適の強度および気密
性に必要な粒間酸化物レベル(または深さ)は2.0〜
6.5μであると結論を下した。さらに高い酸化物レベ
ルはシール強度を高めるけれども、限定された範囲が、
ミル・スペックを満たすと共に過酸化に供う問題を生じ
ることなく洗浄およびろう付けのような後続の工程がで
きることにおいて望ましい。
Peroxidation also causes saturation of the glass, resulting in the formation of air bubbles during the sealing process. Pa5k and Zak-ray
sek defines the amount of oxidation desired for optimum seal strength and airtightness. Based on oxidation degree studies obtained using various atmosphere compositions and cycle times at specific temperatures, Zakraysek found that the intergranular oxide level (or depth) required for optimal strength and tightness is 2.0 ~
It was concluded that it was 6.5μ. Higher oxide levels increase seal strength, but to a limited extent,
It is desirable in that it meets Mil Spec and allows for subsequent processing such as cleaning and brazing without the problems associated with overoxidation.

前記の研究から、特定温度における酸化度はサイクル時
間と雰囲気の酸化ポテンシャルの両方を厳密に制御する
ことによって調整できると推論される。通常、炉温およ
びサイクル時間は固定されるから、どんな金属を使用し
ても一定の酸化物レベルを得るには終始変らぬ雰囲気が
必要である。
From the above studies, it is deduced that the degree of oxidation at a particular temperature can be tuned by tightly controlling both the cycle time and the oxidation potential of the atmosphere. Since the furnace temperature and cycle time are usually fixed, a constant atmosphere is required to achieve consistent oxide levels no matter what metal is used.

発熱ガスや空気のような雰囲気の酸化ポテンシャルは大
気の湿度の日毎の変動や発熱ガス発生装置において反応
に使用される天然ガスの性質によって変わるし、その発
生装置の年令および状態も発生ガスの組成に変動をもた
らす。炉雰囲気における数ある制御できない変数の中で
、これらがとりわけ、コバールや他の合金の酸化で得ら
れる酸化物レベルの変動をもたらす。
The oxidation potential of exothermic gases and atmospheres such as air varies depending on daily fluctuations in atmospheric humidity, the nature of the natural gas used in the reaction in the exothermic gas generator, and the age and condition of the generator. resulting in variations in composition. These, among other uncontrollable variables in the furnace atmosphere, result in variations in oxide levels resulting from the oxidation of Kovar and other alloys.

3、封着 圧縮シール並びにマツチド・シールの製造過程における
封着工程は連続炉内において950〜1060’C(1
750〜1950°F)の範囲内のし度で行われる。
3. The sealing process in the manufacturing process of sealed compression seals and matted seals is carried out at 950 to 1060'C (1
750-1950°F).

封着工程中に予備処理したリードおよび部品本体は、溶
融ガラスを流動させて所望のハーメチック結合を形成さ
すことによって接合される。封着工程中に使用される炉
雰囲気は普通リーン発熱ガスまたはN2を主成分とした
雰囲気である。選択した雰囲気組成は金属リードの過酸
化を防ぐと共に、炉内に弱酸化状態を存在させてガラス
の流動および密着性を促進するためである。封着工程に
使用されてきた代表的な雰囲気組成は空気とガスの割合
が8:1〜】3:1の発熱ガスまたはN2を主成分とし
たガス組成体である。
The pretreated leads and component body during the sealing process are joined by flowing molten glass to form the desired hermetic bond. The furnace atmosphere used during the sealing process is typically a lean exothermic gas or N2-based atmosphere. The selected atmosphere composition is to prevent overoxidation of the metal leads and to allow a weak oxidation condition to exist in the furnace to promote glass flow and adhesion. A typical atmosphere composition that has been used in the sealing process is an exothermic gas with an air to gas ratio of 8:1 to 3:1 or a gas composition mainly composed of N2.

本発明により、電子部品におけるガラス−金属の高性能
ハーメチック・シールを常に得るために、特に加熱封着
前の金属の酸化工程中に用いられる条件を慎重に制御す
る必要があることがわかった。
The present invention has shown that in order to consistently obtain high performance glass-to-metal hermetic seals in electronic components, it is necessary to carefully control the conditions used, especially during the metal oxidation step prior to heat sealing.

そのような酸化工程中に用いるべき必要な条件は、主に
Fe3O4からなる粒間酸化物の深さくまたはし。
The necessary conditions to be used during such an oxidation step are the depth or depth of the intergranular oxides, which consist primarily of Fe3O4.

ベル)の形成をシールの最適強度および気密性を与える
所望の範囲内に確実にすることであって、その酸化物の
深さは2.0〜10.0μが望ましい範囲である。Fe
3O4は、溶解する前に先ずFe3O4に転化しなけれ
ばならないFear3 とは異なシ変態することなく直
接ガラスに溶解することができるので、Fe3O4は最
も望ましいタイプの酸化物である。この転化には蒔間を
要し、完全転化しないと悪い性質のシールとなる。酸化
物の深さがさらに増すとシール強度も増すが、製品がミ
ル−スペックを満たすと共に後続の処理工程で起きる可
能性のある問題を回避できることにおいて、約lOμま
での深さが望ましい。本発明は特にコパールとガラスと
のマツシト・シールに適用される。本発明による所望シ
ールの製造は、(1)脱ガスまたは脱炭、(2)酸化(
予備酸化とも呼ぶ場合がある)、および(3)封着から
なる従来の処理サイクルを利用する。
The desired range of oxide depth is 2.0 to 10.0 microns to ensure that the oxide depth is within the desired range to provide optimal strength and tightness of the seal. Fe
Fe3O4 is the most desirable type of oxide because 3O4 can be dissolved directly into the glass without undergoing a transformation unlike Fear3, which must first be converted to Fe3O4 before melting. This conversion requires Makima, and if it is not completely converted, it will become a seal with bad properties. Although further increases in oxide depth also increase seal strength, a depth of up to about 10μ is desirable in that the product meets Mil-Spec and avoids potential problems in subsequent processing steps. The invention applies in particular to matsito seals of copal and glass. The production of the desired seal according to the present invention involves (1) degassing or decarburization, (2) oxidation (
(3) sealing.

脱ガス工程は、バッチ炉または連続炉内においてこれま
で先行技術によって用いられてきた温度およびガス雰囲
気で行うことができる、ただしその炉の雰囲気は脱ガス
工程中に著しい酸化が生じないことを保証するものでお
る。これは、例えば炉内に100 %水素と約5(体積
)チ以下の水分を含んだ雰囲気を用いることによって達
成される。
The degassing step can be carried out in a batch or continuous furnace at the temperatures and gas atmospheres hitherto used by the prior art, provided that the furnace atmosphere ensures that no significant oxidation occurs during the degassing step. I have something to do. This is accomplished, for example, by using an atmosphere in the furnace containing 100% hydrogen and less than about 5 cm (by volume) of water.

良好な脱ガス(脱炭)はN2 / N20 の体積比が
約犯以上のときに得らる。
Good degassing (decarburization) is obtained when the N2/N20 volume ratio is greater than or equal to about 100%.

同様に、封着工程はこれまで採用されてきた温度および
条件、例えば950〜1060℃の温度でり一ン発熱ガ
スまたは窒素を主成分とした雰囲気を用いて実施される
Similarly, the sealing step is carried out at temperatures and conditions employed heretofore, for example at temperatures of 950 to 1060 DEG C., using an exothermic gas or a nitrogen-based atmosphere.

本発明による処理サイクルにおける重要な工程は、コパ
ール(または他の合金)の脱ガス(または脱炭)後で、
ガラス絶縁物へのコパールの加熱封着前に行う酸化工程
でらる。金属−ガラスの信頼性のあるノ・−メチツク・
シールを保証する所望のタイプおよび深さの粒間酸化物
を得るため匹、炉内の酸化雰囲気は、水、二酸化炭素、
窒素酸化物などのような酸化剤を酸素がFear3の生
成が最少でFe5O4が酸化の主生成物でおるような値
に減少する量有するキャリヤー・ガスからなる。
A key step in the treatment cycle according to the invention is that after degassing (or decarburizing) the copal (or other alloy):
This is an oxidation process performed before heat sealing copal to a glass insulator. Reliable metal-glass metal
To obtain intergranular oxides of the desired type and depth that guarantee a seal, the oxidizing atmosphere in the furnace consists of water, carbon dioxide,
The carrier gas comprises an oxidizing agent such as nitrogen oxide in an amount such that oxygen is reduced to a value such that formation of Fear3 is minimal and Fe5O4 is the main product of oxidation.

本発明の一実施態様における酸化雰囲気は酸化剤および
キャリヤー・ガスとして役立つ二酸化炭素と水嵩のガス
状混合体からなる。そのような混合体は体積係で約0.
25〜99 %の水素と、約1〜99チの二酸化炭素と
、必要ならば残シが不活性ガスからなる。
The oxidizing atmosphere in one embodiment of the invention consists of a gaseous mixture of water and carbon dioxide, which serves as the oxidizing agent and carrier gas. Such a mixture has a volume factor of about 0.
It consists of 25-99% hydrogen, about 1-99% carbon dioxide, and the balance if necessary an inert gas.

望ましい実施態様における水のような酸化剤は、水の量
(体積)が遊離水素の約5.0倍以下になり、水の含量
が約0.6〜1体積体積値ましくは0.9%)の範囲内
であるような少量の水素を含む窒素のような不活性ガス
に制御自在に添加される。これらの条件下で、粒間酸化
物層は良好な金属−ガラス密着を与える望ましいFe5
o4タイプのものが少なくとも主成分であって、金属−
ガラスの良好な結合を保証するのに十分な深さを有する
In a preferred embodiment, the oxidizing agent, such as water, has an amount (volume) of water less than or equal to about 5.0 times the amount of free hydrogen, and a water content of about 0.6 to 1 volume or 0.9. controllably added to an inert gas such as nitrogen containing a small amount of hydrogen, such as within the range of %). Under these conditions, the intergranular oxide layer forms a desirable Fe5 layer that provides good metal-glass adhesion.
O4 type is at least the main component, and metal-
With sufficient depth to ensure good bonding of the glass.

望ましい実施態様の説明 電子部品にガラス−封着金属リードを製造するため、種
々のガス葬囲気下で実物大の連続炉を備えた商業プラン
トで多くの実験を行った。酸化条件の最適化を目的とし
た制御実験の殆んどにおいて、コバール合金の初期脱炭
は脱炭工程の終端でコバール合金が酸化物を含まないよ
うな条件下で行った。従って、この一連の実験における
脱炭工程は約1060℃の温度において100係水素で
露点が+(9)℃(水含量4.18(体積)係に対応す
る)の雰囲気で行った。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Numerous experiments were conducted in a commercial plant equipped with a full-scale continuous furnace under various gas atmospheres to produce glass-sealed metal leads on electronic components. In most of the controlled experiments aimed at optimizing oxidation conditions, the initial decarburization of the Kovar alloy was performed under conditions such that the Kovar alloy was free of oxides at the end of the decarburization process. Therefore, the decarburization step in this series of experiments was carried out at a temperature of about 1060° C. in an atmosphere of 100% hydrogen and a dew point of +(9)°C (corresponding to a water content of 4.18% by volume).

一連の実験における酸化工程は、0138℃に設定した
温度制御器を備えた連続炉内において、ベルト速度25
.4cm1分で、0.25%水素(露点3.3℃、水含
i 0,765体積優に相当する)、残シ窒素からなる
炉雰囲気を採用して行った。炉内の温度プロフィール(
グラフ)を第1表に示す。
The oxidation step in a series of experiments was carried out in a continuous furnace with a temperature controller set at 0.138°C and a belt speed of 25°C.
.. The test was carried out at 4 cm for 1 minute using a furnace atmosphere consisting of 0.25% hydrogen (corresponding to a dew point of 3.3° C. and a water content of more than 0,765 volume) and the remainder nitrogen. Temperature profile in the furnace (
Graph) is shown in Table 1.

M】表 時間  温 度  時間 温 度 時間  温度0  
138 59 7.75 1926 1052 13.
5 12706880.5 277 136 8.0 
1926 1052 13.75 12176581.
0 334  ’168 8.25 1928 105
3 15.00 8254411.5 407 208
 8.5 1928 1053 15.25 7503
992.0 509 265 8.75 1927 1
053 15.50 6773582.5 699 3
7]  9.0 1924 1051 15.75 6
]83263.0 1009 543 9.25 19
20 1049 16.0 5572923.5 13
86 752 9.5 1912 10444.0 1
678 914 9.75 1904 10404.5
 1790 977 10.0 1890 10325
.0 1846 1008 10.25 1867 1
0195.5 1890 1032 10.5 183
0 9995.75 1905 1041 10.75
 1776 9696.00 1920 1049 1
1.00 1700 9276.25 1932 10
56 11.25 1616 8806.5 1938
 1059 11.50 1580 8606.75 
1938 1059 11.75 1564 8517
.0 1935 1057 12.0 1530 83
27.25 1930 1054 12.5 1450
 7887.5 1928 1053 13.25 1
324 718第1表かられかるように、一定のベルト
速度において金属は約爲O〜1060℃の範囲の温度で
約9分間酸化を受けた。これらの実験条件で粒間酸化物
の深さは4.0〜9.0μの範囲内であった、そして実
質的にFe3O4からなった。
M] Table Time Temperature Time Temperature Time Temperature 0
138 59 7.75 1926 1052 13.
5 12706880.5 277 136 8.0
1926 1052 13.75 12176581.
0 334 '168 8.25 1928 105
3 15.00 8254411.5 407 208
8.5 1928 1053 15.25 7503
992.0 509 265 8.75 1927 1
053 15.50 6773582.5 699 3
7] 9.0 1924 1051 15.75 6
]83263.0 1009 543 9.25 19
20 1049 16.0 5572923.5 13
86 752 9.5 1912 10444.0 1
678 914 9.75 1904 10404.5
1790 977 10.0 1890 10325
.. 0 1846 1008 10.25 1867 1
0195.5 1890 1032 10.5 183
0 9995.75 1905 1041 10.75
1776 9696.00 1920 1049 1
1.00 1700 9276.25 1932 10
56 11.25 1616 8806.5 1938
1059 11.50 1580 8606.75
1938 1059 11.75 1564 8517
.. 0 1935 1057 12.0 1530 83
27.25 1930 1054 12.5 1450
7887.5 1928 1053 13.25 1
As can be seen from Table 1, at constant belt speed the metal underwent oxidation for about 9 minutes at temperatures ranging from about 0°C to 1060°C. Under these experimental conditions the intergranular oxide depth was in the range of 4.0-9.0μ and consisted essentially of Fe3O4.

別の系列の酸化実験は前述の実験と同じ条件で行ったが
、一定の水素含量(0,25体積チ)で炉のガス雰囲気
に添加される水の童を変えた。そのプロットした結果を
添加図面の第1図と第2表に示す。
Another series of oxidation experiments was carried out under the same conditions as the previous experiments, but with a constant hydrogen content (0.25 vol. H) and varying the amount of water added to the gaseous atmosphere of the furnace. The plotted results are shown in Figure 1 and Table 2 of the addition drawings.

+38   +  3.3  0.765   3.0
6   6.3+40  + 4.4 0.827  
3.31  8.1+45  + 7.2 1.01 
 4.04 10.6+48  + 8.9 1.12
  4.48  7.8+5(+   +10.0  
1.21    4.84  111+52  +11
.1 1.30  5.20 11.0+55   +
12.8  1.46    5,84  16.0+
60   +15.6  1.75    7.00 
 17.6+67  +19.4 2.24  8.9
6 19.0+74  +23.3 2.84  11
.36 20.4一連の別の実験では、酸化炉を通過す
るコ・クール合金の速度を変化させて、5℃から19℃
に及ぶ種々の露点での粒間酸化物の深さを測定した。こ
の粒間酸化物は実質的にFe3O4からなった。その結
果を第2図と第3表に示す。
+38 + 3.3 0.765 3.0
6 6.3+40 + 4.4 0.827
3.31 8.1+45 + 7.2 1.01
4.04 10.6+48 + 8.9 1.12
4.48 7.8+5(+ +10.0
1.21 4.84 111+52 +11
.. 1 1.30 5.20 11.0+55 +
12.8 1.46 5,84 16.0+
60 +15.6 1.75 7.00
17.6+67 +19.4 2.24 8.9
6 19.0+74 +23.3 2.84 11
.. 36 20.4 In another series of experiments, the rate of Co-Cool alloy passing through the oxidation furnace was varied from 5°C to 19°C.
The intergranular oxide depth was measured at various dew points ranging from This intergranular oxide consisted essentially of Fe3O4. The results are shown in Figure 2 and Table 3.

9.0 760〜1060 41  5,0   7.
89.0 760〜106045  7.2   9.
59.0 760〜1060 51 10.6   9
.49.0 760〜1060 55 12.8  1
6.09.0 760〜1060 60 15.6  
17.69.0 760〜1060 67 19.4 
 19.07.5 760〜1060 41  5.0
   6.17.5 760〜1060 45  7.
2   6.47.5 760〜1060 51 10
.6   ’”8.87.5 760〜1060 55
  ]、2.8  11.07.5 760〜1060
 59 15.0  12,76.5 760〜106
0 46  7,8   4゜46.5 760〜10
60 50 10.0   6.66.5 760〜1
060 56 13.0   7.96.5 760〜
1060 59 15.0   7.36.5 760
〜1060 66 18.9   6.5前記の実験で
製造された被酸化コパール合金の試料は100チ窒素(
露点+18.3℃)からなる炉雰囲気内において104
0℃の温度でガラス(KimbleENJ)に封着され
た。これらの封着された製品は標準の方法(MIL −
st、a −883’B、方法1010.条件B)で試
験した、そして許容される気封性を有し、ヘリウムの漏
洩速度がI X to−8ATM Xc−7秒以下であ
ることがわかった。
9.0 760-1060 41 5,0 7.
89.0 760-106045 7.2 9.
59.0 760-1060 51 10.6 9
.. 49.0 760-1060 55 12.8 1
6.09.0 760-1060 60 15.6
17.69.0 760-1060 67 19.4
19.07.5 760-1060 41 5.0
6.17.5 760-1060 45 7.
2 6.47.5 760-1060 51 10
.. 6'”8.87.5 760-1060 55
], 2.8 11.07.5 760-1060
59 15.0 12,76.5 760~106
0 46 7,8 4°46.5 760~10
60 50 10.0 6.66.5 760~1
060 56 13.0 7.96.5 760~
1060 59 15.0 7.36.5 760
~1060 66 18.9 6.5 The sample of the oxidized copal alloy produced in the above experiment contained 100 TiN (
104 in a furnace atmosphere with a dew point of +18.3℃).
It was sealed to glass (KimbleENJ) at a temperature of 0°C. These sealed products are manufactured using standard methods (MIL-
st, a-883'B, method 1010. Condition B) was tested and found to have acceptable hermeticity, with a helium leak rate of less than IX to -8 ATM Xc-7 seconds.

得られた結果に基いて、電子部品用の金属とガラスのマ
ツチド・シールの製造に使用した被脱炭のコパール合金
および類似の金属合金を酸化することによって、前記酸
化が酸化剤を計算した水素を含む不活性キャリヤー・ガ
スに添加しその酸化剤が適量の酸化ポテンシャルを提供
するのに十分な童添加されている制御された炉雰囲気で
行われるとき、合金に粒間酸化物が少なくとも2μから
約9μ以下の深さに常に析出することが確認された。前
記の値(望ましくは約10μまでの深さで粒間酸化物を
終始変らず製造することによって、強度および気密性に
関して良好なガラス−合金シールの製造が保証される。
Based on the results obtained, it was determined that by oxidizing decarburized copper alloys and similar metal alloys used in the production of metal-glass matte seals for electronic components, the oxidizing agent was calculated to contain hydrogen. When carried out in a controlled furnace atmosphere where the oxidizing agent is added to an inert carrier gas containing a sufficient amount of oxidation potential to provide an adequate oxidation potential, the alloy is free from intergranular oxides of at least 2 μm. It was confirmed that precipitation always occurred at a depth of about 9 μm or less. The constant production of intergranular oxides with the abovementioned values (preferably up to a depth of about 10 microns) ensures the production of a glass-alloy seal that is good in terms of strength and tightness.

本発明は特にマツチド・シールの製造に適用されるが、
それに限定されるものではない。圧縮シールに対しては
、合金の予備酸化が82/N2/Xの雰囲気(ここでX
は必要な酸化剤である)内で行われる。
Although the invention has particular application to the production of matt seals,
It is not limited to that. For compression seals, pre-oxidation of the alloy is performed in an 82/N2/X atmosphere (where
is the necessary oxidizing agent).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、酸化剤として水を使用した実験条件下で炉の
N2− H2雰囲気の露点を関数として、コパール合金
の酸化時に形成された粒間酸化物層の深さを示すグラフ
、第2図は種々のベルト速度および酸化剤として水を使
用した種々の露点を関数とした粒間酸化物の深さを示す
グラフである。 特許出願人 エアー、プロダクツ、アンド。 ケミカルス、インコーホレーテッド rpc、1 rie、z 第1頁の続き 1−  明 者 ウォルター・フランシス・イエクスト アメリカ合衆国17948ペンシル バニア州マハノイ・シティ・イ ースト・マハノイ・ストリート 28 0発 明 者 ケリー・レナード・バーガーアメリカ合
衆国18235ペンシル バニア州レハイトン・ロード4 ボックス400
Figure 1 is a graph showing the depth of the intergranular oxide layer formed during the oxidation of a copal alloy as a function of the dew point of the N2-H2 atmosphere in the furnace under experimental conditions using water as the oxidizing agent; The figure is a graph showing intergranular oxide depth as a function of various belt speeds and various dew points using water as the oxidizing agent. Patent Applicant Air, Products, &. Chemicals, Inc. RPC, 1 rie, z Continued from Page 1 1 - Author: Walter Francis Yext 280 East Mahanoy Street, Mahanoy City, Pennsylvania, USA 17948 Author: Kelly Leonard Berger Box 400 4 Lehighton Road, Pennsylvania 18235, United States

Claims (1)

【特許請求の範囲】 】、金属合金を非酸化条件下の高温の炉雰囲気内で脱炭
し、脱炭された金属合金に少なくとも2ミクロンの深さ
の粒間酸化物層を常に形成さす時間および温度条件下の
酸化炉雰囲気内で酸化させ、酸化された金属合金をガラ
ス絶縁部品に加熱封着する工程からなる電子部品の金属
合金えのガラス封着法において、 前記酸化が酸化剤を含むキャリー・ガスからなる炉雰囲
気内で行なわれ、かつ該炉雰囲気がさらに、Fe2O2
の生成が最少になシF’e304が酸化の主生成物VC
なるような量の遊離水素からなることを特徴とする金属
えのガラス封着法。 2、前記酸化炉の雰囲気が主に不活性キャリヤー・ガス
からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の金りえのガラス封着法。 3、前記酸化剤が水であることを特徴とする特許請求の
範囲第2項に記載の金属えのガラス封着法。 4、前記遊離水素に対する水の体積比が約5.0以1で
めることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の金
属えのガラス封着法。 5、前記酸化炉の雰囲気の木葉含量が約0.25体積係
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
金属えのガラス封着法。 6、前記酸化は、“前記合金が炉内を移動中に約9分間
、約760〜1060℃の範囲内の温度にされるところ
の連続炉内で行なわれることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の金属えのガラス封着法。 7、前記酸化炉の雰囲気が2.86C(+37°F)〜
5.5°G(+42°F)の露点を有することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の金属えのガラス封着
法。 8、前記酸化炉の雰囲気が約0.25体積%水素と、約
0.6〜1体積体積色水シ窒素からなるこを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の金属えのカラス封着法。 9.前記合金が主成分の鉄と、少成分のニッケルとコバ
ルトからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の金属えのガラス封着法。 10、前記合金が主成分の鉄、四〜30係ニッケル、1
5〜18チコバルト、小数係のマンガンおよび微量の他
元素からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の金属えのガラス封着法。 ■ 前記酸化炉の雰囲気が約0.25体積係の水素を含
む不活性キーヤリヤー・ガスからなることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の金属えのガラス封着法。 12、前記酸化剤が二酸化炭素であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の金属えのガラス封着法。 】3.前記酸化炉の雰囲気が約0.25〜99体積%H
2、約1〜99体積係=12化炭素、および残シの不活
性ガスからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の金属えのガラス密着法。 】4.金属合金を非酸化条件下の高温の炉雰囲気内で脱
炭し、脱炭された金属合金に2.0−10.0 ミクロ
ンの範囲内の深さの粒間酸化物層を常に形成さす時間お
よび温度条件下の炉雰囲気内で酸化させ、酸化された金
属合金をガラス絶縁部品に加熱封着する工程からなる電
子部品の金属合金えのガラス封着法において、 前記酸化が約0.25体積係水素と、約0.6〜1.0
体積チ水と、残シの窒素からなることを特徴とする金属
えのガラス封着法。
[Claims]] Decarburizing a metal alloy in a high temperature furnace atmosphere under non-oxidizing conditions, for a period of time to consistently form an intergranular oxide layer at least 2 microns deep in the decarburized metal alloy. A glass sealing method for metal alloys for electronic components, which comprises the steps of oxidizing the metal alloy in an oxidizing furnace atmosphere under the following temperature conditions and heat-sealing the oxidized metal alloy to a glass insulating component, wherein the oxidation includes an oxidizing agent. carried out in a furnace atmosphere consisting of a carrier gas, and the furnace atmosphere further comprising Fe2O2
F'e304 is the main product of oxidation, VC.
A metal-glass sealing method characterized by comprising an amount of free hydrogen. 2. The glass sealing method for metal rie according to claim 1, wherein the atmosphere of the oxidation furnace mainly consists of an inert carrier gas. 3. The method for sealing metal plates and glass according to claim 2, wherein the oxidizing agent is water. 4. The method for sealing metal plates and glass according to claim 3, wherein the volume ratio of water to free hydrogen is about 5.0 or more and less than 1. 5. The method for sealing metal and glass according to claim 1, wherein the content of leaves in the atmosphere of the oxidation furnace is about 0.25 volumetric. 6. The oxidation is carried out in a continuous furnace in which the alloy is brought to a temperature in the range of about 760-1060° C. for about 9 minutes while moving through the furnace. The method for sealing glass with a metal plate according to item 1. 7. The atmosphere of the oxidation furnace is 2.86C (+37°F) ~
2. A method for sealing metal plates and glass according to claim 1, characterized in that the glass sealing method has a dew point of 5.5°G (+42°F). 8. The metal crow according to claim 1, characterized in that the atmosphere of the oxidation furnace consists of about 0.25% by volume hydrogen and about 0.6 to 1% by volume of nitrogen. Sealing method. 9. 2. The method for sealing metal and glass according to claim 1, wherein the alloy consists of iron as a main component and nickel and cobalt as minor components. 10, iron whose main component is the above alloy, nickel with a ratio of 4 to 30, 1
2. The method for sealing a metal plate with glass according to claim 1, characterized in that it consists of 5 to 18 Ticobalt, a decimal fraction of manganese, and trace amounts of other elements. 2. The method of claim 1, wherein the atmosphere in the oxidation furnace consists of an inert key gas containing about 0.25 volumetric hydrogen. 12. The method for sealing metal plates and glass according to claim 1, wherein the oxidizing agent is carbon dioxide. ]3. The atmosphere of the oxidation furnace is about 0.25 to 99% by volume H
2. The method for adhering a metal plate to glass according to claim 1, comprising carbon 12ide having a volume coefficient of approximately 1 to 99, and the remainder of an inert gas. ]4. A time period during which a metal alloy is decarburized in a high temperature furnace atmosphere under non-oxidizing conditions such that the decarburized metal alloy consistently forms an intergranular oxide layer with a depth in the range of 2.0-10.0 microns. In a glass sealing method for metal alloys for electronic components, which comprises the steps of oxidizing in a furnace atmosphere under and temperature conditions and heat sealing the oxidized metal alloy to a glass insulating component, the oxidation is about 0.25 volume. hydrogen and about 0.6 to 1.0
A method for sealing metal and glass, which is characterized by consisting of a volume of water and a residual amount of nitrogen.
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GB8403743D0 (en) 1984-03-14
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