(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する上下の主面を有するセラミック基材の前記主面間を貫通する貫通孔に頭部が大径化された柱状の導体ピンを上側主面側より挿通し、前記頭部の下面を前記貫通孔の上側開口部に低融点ガラスを介して接合して成るセラミック基材と導体ピンとの接合構造であって、前記貫通孔は前記上側開口部に前記上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部が形成されており、前記上側主面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部および前記貫通孔の内面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部の少なくとも一方に、前記上側主面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで前記上側主面に対する角度が１０〜３０°のＣ面が、前記貫通孔の内面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで前記貫通孔の内面に対する角度が３０〜６０°のＣ面が形成されていることを特徴とするセラミック基材と導体ピンとの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器、電子機器等に使用されるセラミック基材と導体ピンとの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミック材料は、電気絶縁性、耐熱性、化学的安定性等の諸特性に優れることから、電気機器や電子機器用の絶縁材料として使用されてきた。その一例として、図３および図４に示すように、略平板状のセラミック基材１１に柱状の導体ピン１２を低融点ガラス１４によって接合固定して成るセラミック基材１１と導体ピン１２との接合構造が、電気機器や電子機器等に用いられている。
【０００３】
このセラミック基材１１と導体ピン１２との接合構造は、対向する上下の主面を有するセラミック基材１１の上下の主面間を貫通する貫通孔１３に、頭部１２ａが大径化された柱状の導体ピン１２を上側主面側より挿通し、頭部１２ａの下面を貫通孔１３の上側開口部に低融点ガラス１４を介して接合したものである。そして、この導体ピン１２の下端は外部電気回路基板（図示せず）の配線導体に半田等の導電性接合部材を介して接合される。
【０００４】
なお、セラミック基材１１はフォルステライトやアルミナ等のセラミックスとなる原材料粉末を、所定のプレス金型内に充填するとともにプレス成型することによって未焼成の生セラミック成形体を得、しかる後、この生セラミック成形体を高温で焼成することによって製作されている。
【０００５】
また、セラミック基材１１の貫通孔１３内に固定される導体ピン１２は、例えばＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（コバルト）合金等から成る柱状であり、断面が円形の線材に切断加工およびプレス加工を施すことによって、一端側に大径の頭部１２ａを有する柱状に製作される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のセラミック基材１１と導体ピン１２との接合構造では、導体ピン１２の下端を外部電気回路基板の配線導体へ半田等の導電性接合部材にて接合する際に、導体ピン１２へ導体ピン１２をセラミック基材１１の上側主面側へ押し上げようとする大きな力が働くこととなる。そのため、セラミック基材１１の上側主面に低融点ガラス１４で接合された導体ピン１２の大径化された頭部１２ａが、セラミック基材１１の上側主面から剥れてしまうという問題点を有していた。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、導体ピンがセラミック基材から剥れることのないセラミック基材と導体ピンとの強固な接合構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造は、対向する上下の主面を有するセラミック基材の前記主面間を貫通する貫通孔に頭部が大径化された柱状の導体ピンを上側主面側より挿通し、前記頭部の下面を前記貫通孔の上側開口部に低融点ガラスを介して接合して成るセラミック基材と導体ピンとの接合構造であって、前記貫通孔は前記上側開口部に前記上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部が形成されており、前記上側主面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部および前記貫通孔の内面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部の少なくとも一方に、前記上側主面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで前記上側主面に対する角度が１０〜３０°のＣ面が、前記貫通孔の内面と前記貫通孔の前記面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで前記貫通孔の内面に対する角度が３０〜６０°のＣ面が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造によれば、対向する上下の主面を有するセラミック基材の主面間を貫通する貫通孔の上側開口部に上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部が形成されていることから、この面取り部と導体ピンの頭部の下面との間に低融点ガラスの溜りが形成されることとなり、セラミック基材と導体ピンとの接合を極めて強固なものとすることが可能となる。また、貫通孔の平面状の面取り部における低融点ガラスの接合界面には、導体ピンを下から突き上げるような外力によってせん断力よりも接合界面に略垂直な力が加わることになり、低融点ガラスの接合力が高まることになる。従って、セラミック基材と導体ピンとの接合が強固なものとなる。また、上側主面と貫通孔の面取り部との間の角部および貫通孔の内面と貫通孔の面取り部との間の角部の少なくとも一方に、上側主面と貫通孔の面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで上側主面に対する角度が１０〜３０°のＣ面が、貫通孔の内面と貫通孔の面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで貫通孔の内面に対する角度が３０〜６０°のＣ面が形成されていることから、この角部で外部部材との接触等による欠け等が発生するのを有効に防止するとともに、この角部に加わる応力をＲ面やＣ面により分散し緩和することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造を添付の図面に基づき以下に詳細に説明する。図１は、本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造について実施の形態の一例を示す断面図であり、１はセラミック基材、２は導体ピン、３は貫通孔、４は低融点ガラスであり、これらでセラミック基材１と導体ピン２との接合構造を構成する。
【００１１】
本発明のセラミック基材１はフォルステライトやアルミナ等の電気絶縁性、耐熱性、化学的安定性等の諸特性に優れたセラミック材料から成る略平板状のものであり、その上下の主面を貫通する貫通孔３が形成されており、貫通孔３の上側開口部に低融点ガラス４を介して導体ピン２が接合されている。このセラミック基材１は、フォルステライトやアルミナ等のセラミックスとなる原材料粉末を所定のプレス金型内に充填するとともにプレス成型することによって未焼成の生セラミック成形体を得、しかる後、この生セラミック成形体を高温で焼成することによって製作される。
【００１２】
そして、セラミック基材１は対向する上下の主面間を貫通する貫通孔３に、頭部２ａが大径化された柱状の導体ピン２を上側主面側より挿通され、頭部２ａの下面を貫通孔３の上側開口部に低融点ガラス４を介して接合している。
【００１３】
また、セラミック基材１の貫通孔３内に固定される導体ピン２は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る柱状であり、その一端側に大径化された頭部２ａを有している。そして、この頭部２ａの他端側がセラミック基材１の下側主面から突出するようにして貫通孔３内に挿通され、導体ピン２の頭部２ａ側を低融点ガラス４を介してセラミック基材１の上側主面に接合する。
【００１４】
この導体ピン２は、フォトダイオード等の受光素子の電極と、ボンディグワイヤを介して外部電気回路基板の配線導体とを電気的に接続するための外部端子として機能するものである。例えば、導体ピン２の他端側が半田等の導電性接合部材を介して外部電気回路基板の配線導体に接合され、セラミック基材１の上側主面から突出した導体ピン２の頭部２ａとフォトダイオード等の受光素子の電極とが、ボンディングワイヤを介して電気的に接続される。なお、このような導体ピン２は、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る断面が円形の線材に、切断加工およびプレス加工を施すことによって、一端側に大径化された頭部２ａを有する円柱状等の柱状に製作される。導体ピン２の断面形状は円形、多角形等であり、従って導体ピン２の形状は円柱状、多角柱状等とし得る。
【００１５】
また、セラミック基材１に導体ピン２を接合する低融点ガラス４は、例えば軟化点が６００〜７５０℃程度の硼珪酸系ガラスから成る。なお、セラミック基材１と導体ピン２とを低融点ガラス４を介して接合するには、セラミック基材１の上側開口部にリング状の低融点ガラス４を置き、導体ピン２を挿通し、これを還元雰囲気中、約９５０〜１２５０℃の温度に加熱して低融点ガラス４を軟化溶融させる方法等が採用される。
【００１６】
セラミック基材１に導体ピン２を接合するのに低融点ガラス４を用いるのは、低融点ガラス４が絶縁性のものであり導体ピン２同士の短絡を容易に防ぐことができること、また硼珪酸系ガラスは低融点ガラスのなかでも軟化点の高い方であり（３５０〜４５０℃程度）、フォトダイオード、発生する熱量が大きい光電子増倍管を用いた撮像装置等に接続するうえで耐熱性の点で優れていることによる。また、従来のメタライズ層およびロウ材によって接合する場合、メタライズ層にメッキ層を被着する工程があり、製造工程が増加して製造の手間がかかるのに対して、低融点ガラス４は製造の手間が省ける点で有利である。
【００１７】
そして、本発明においては、図２に要部拡大断面図で示すように、セラミック基材１の上下の主面間を貫通する貫通孔３の上側開口部に上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部５が形成されている。このように、上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部５が形成されていることから、面取り部５と導体ピン２の頭部２ａの下面との間に低融点ガラス４の溜りが形成されることとなり、セラミック基材１と導体ピン２との接合を極めて強固にできる。その結果、導体ピン２を外部電気回路基板の配線導体に接合する際に、導体ピン２の下端を外部電気回路基板に押しつける際の押し上げ力や、導体ピン２を外部電気回路基板の貫通孔等へ挿入するときの摩擦力による押し上げ力等の大きな力が働いても、低融点ガラス４の溜りによってセラミック基材１と導体ピン２の接合が極めて強固になっているため、セラミック基材１から導体ピン２が剥れるという問題を有効に防止し得る。
【００１８】
また、本発明では、貫通孔３が上側開口部に上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部５が形成されている。これにより、貫通孔３の平面状の面取り部５における低融点ガラス４の接合界面には、導体ピン２を下から突き上げるような外力によってせん断力よりも接合界面に略垂直な力が加わることになり、低融点ガラス４の接合力が高まることになる。その結果、セラミック基材１と導体ピン２との接合が強固になる。
【００１９】
面取り部５の上側主面に対する角度（θ）が２０°未満の場合、セラミック基材１となる生セラミック成形体を得る際に、面取り部５の貫通孔３側にセラミックスのバリが発生し易くなり、そのバリに導体ピン２の頭部２ａが乗り上げてしまう。すると、導体ピン２の頭部２ａがセラミック基材１の上側主面から浮き上がったり、導体ピン２が傾くといった問題が生じる。また、４５°を超えると、面取り部５の低融点ガラス４の接合界面に外力によって作用するせん断力が大きくなり、面取り部５の傾斜に沿って低融点ガラス４が剥れ易くなる。より好ましくは、角度θは２０〜３０°がよい。
【００２０】
また、セラミック基材１は、その上側主面と貫通孔３の面取り部５との間の角部に曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面や、幅が０．０５〜１ｍｍで上側主面に対する角度が１０〜３０°のＣ面を形成しておく。これにより、この角部で外部部材との接触等による欠け等が発生するのを有効に防止するとともに、この角部に加わる応力をＲ面やＣ面により分散し緩和することができる。
【００２１】
さらに、セラミック基材１は、貫通孔３の内面と貫通孔３の面取り部５との間の角部に曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面や、幅が０．０５〜１ｍｍで貫通孔３の内面に対する角度が３０〜６０°のＣ面を形成しておく。これにより、この角部に加わる応力をＲ面やＣ面により分散し緩和することができる。
【００２２】
かくして、本発明は、貫通孔３の面取り部５と導体ピン２の頭部２ａの下面との間に低融点ガラス４の溜りが形成され、セラミック基材１と導体ピン２との接合を極めて強固なものとすることが可能となり、導体ピン２がセラミック基材１から剥れることのないセラミック基材１と導体ピン２との接合構造を提供することができる。
【００２３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、本発明では貫通孔３の面取り部５は平面状となっているが、完全な平面状でなくてもよく、導体ピン２と面取り部５で低融点ガラス４の溜りが形成可能ななだらかな曲面状の凹凸を有するものであってもよい。特に面取り部５がなだらかな曲面状の凹状であるのがよく、低融点ガラス４の溜りを形成し易くなる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造によれば、対向する上下の主面を有するセラミック基材の主面間を貫通する貫通孔の上側開口部に上側主面に対して２０〜４５°傾斜した平面状の面取り部が形成されていることから、この面取り部と導体ピンの頭部の下面との間に低融点ガラスの溜りが形成され、セラミック基材と導体ピンとの接合を極めて強固なものとし得る。その結果、導体ピンがセラミック基材から剥れることのない極めて強固なセラミック基材と導体ピンとの接合構造を提供することができる。また、上側主面と貫通孔の面取り部との間の角部および貫通孔の内面と貫通孔の面取り部との間の角部の少なくとも一方に、上側主面と貫通孔の面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで上側主面に対する角度が１０〜３０°のＣ面が、貫通孔の内面と貫通孔の面取り部との間の角部には曲率半径が０．０５〜１ｍｍのＲ面または幅が０．０５〜１ｍｍで貫通孔の内面に対する角度が３０〜６０°のＣ面が形成されていることから、この角部で外部部材との接触等による欠け等が発生するのを有効に防止するとともに、この角部に加わる応力をＲ面やＣ面により分散し緩和することができる。
【００２５】
また、貫通孔の平面状の面取り部における低融点ガラスの接合界面には、導体ピンを下から突き上げるような外力によってせん断力よりも接合界面に略垂直な力が加わることになり、低融点ガラスの接合力が高まることになり、セラミック基材と導体ピンとの接合が強固なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明のセラミック基材と導体ピンとの接合構造の要部拡大断面図である。
【図３】従来のセラミック基材と導体ピンとの接合構造を示す断面図である。
【図４】従来のセラミック基材と導体ピンとの接合構造の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：セラミック基材２：導体ピン
２ａ：頭部３：貫通孔
４：低融点ガラス５：面取り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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