(57)【要約】【課題】  金属板とセラミック端子の接合構造において、金属板に形成された開口部とセラミック端子とのクリアランスを極力小さくし、セラミック端子の気密性を向上させることが可能な金属板とセラミック端子の接合方法を提供する。【解決手段】  削孔手段により、セラミック端子２０の外形のコーナ部に位置合わせして金属板１０に貫通孔１４を形成する工程と、切削手段により貫通孔１４間を切削し、金属板１０にセラミック端子２０が装着される開口部１２を形成する工程と、セラミック端子２０を開口部１２に配置して、金属板１０とセラミック端子２０とをろう付けする工程を有していることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、
切削手段により前記貫通孔間を切削し、前記金属板に前記セラミック端子が装着される開口部を形成する工程と、
前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法。
【請求項２】
前記開口部を形成する工程において、前記貫通孔の外周縁の一部が残留するように前記金属板を切削することを特徴とする請求項１記載の金属板とセラミック端子の接合方法。
【請求項３】
削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に位置合わせして、前記金属板に前記セラミック端子を配置する領域にあわせてエッチング用開口孔が形成されたマスクを配置し、前記金属板をエッチングして開口部を形成する工程と、
前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法。
【請求項４】
前記エッチング用マスクとして、前記エッチング用開口部が、エッチングにより形成された前記開口部が前記貫通孔の一部または全部に連通するように形成されたものを用いることを特徴とする請求項３記載の金属板とセラミック端子の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属板とセラミック端子の接合方法に関し、より詳細には、金属板とセラミック端子のろう付け部分の気密性を向上させることを可能とする金属板とセラミック端子の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属板にセラミック端子をろう付けして形成するセラミックパッケージにおいては、金属板にセラミック端子を装着する開口部を設け、この開口部にセラミック端子を挿入してろう付けしている。このようなセラミックパッケージの開口部の寸法は一般に、セラミック端子を挿入して配置するため、セラミック端子の外形寸法よりも若干大きく形成し、開口部の内面とセラミック端子の外面との間に所定寸法のクリアランスを設けている。セラミック端子は、金属板の開口部にセラミック端子を配置した後に、銀ろう等のろう材により金属板にろう付けされ、金属板に封着される。金属板にセラミック端子を封着させる際には、クリアランスを大きくするほど、セラミック端子を容易に配置できて有利であるが、この反面、セラミック端子を封着した際の気密性が低下してしまうという不都合がある。
【０００３】
また、セラミック端子を装着するために金属板１０に設ける開口部１２は、金属板１０を切削加工して形成することが多い。この切削加工方法によって開口部１２を形成した場合は、図１０に示すように開口部１２のコーナ部にアール部Ｒが形成される形態になる。このため、セラミック端子２０が配置できるように開口部１２を形成しようとすると、コーナ部のアール部Ｒとセラミック端子２０のコーナ部とが干渉しないようにしなければならず、アール部Ｒ以外のクリアランス４０が必要以上に大きくなってしまう。
【０００４】
近年においては、自動工程によって開口部１２にセラミック端子２０を配設するため、開口部１２とセラミック端子２０との間のクリアランスを大きくしてセラミック端子２０の配置を容易にする必要性が低下している。一方、セラミック端子２０の封止においては、年々高い封止性能が要求され、金属板１０の開口部１２とこれに装着されるセラミック端子２０との間のクリアランスを可及的に小さくすることが望まれている。
【特許文献１】特開平９−９２７４７号公報
【特許文献２】特開平９−２４６４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１または２には、セラミックパッケージにおいて、放熱板として用いる金属板と、セラミック端子の熱膨張率が異なることについての対策方法が開示されている。しかしながら、金属板とセラミック端子とを接合させる際に、セラミック端子の金属板への封着部の封止性を高めるための加工方法については、いずれの公開公報にも開示がなされていない。
【０００６】
開口部１２の寸法（クリアランスの大きさ）は、図１０に示したように、開口部１２のコーナ部に形成されるアール部Ｒの大きさにより制約を受けることになるため、従来の金属板１０の切削技術によってはクリアランスの削減には限界があった。そこで本発明は、金属板１０とセラミック端子２０の接合構造において、金属板１０に形成された開口部１２とセラミック端子２０とのクリアランスを極力小さくし、セラミック端子２０の気密性を向上させることが可能な金属板１０とセラミック端子２０の接合方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、切削手段により前記貫通孔間を切削し、前記金属板に前記セラミック端子が装着される開口部を形成する工程と、前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法である。
【０００８】
また、前記開口部を形成する工程において、前記貫通孔の外周縁の一部が残留するように前記金属板を切削することを特徴とする。
これにより、貫通孔のアール部分を残し、応力集中を緩和させつつも、開口部とセラミック端子とのクリアランスを可及的に小さくすることができ、セラミック端子を高気密状態で封止することが可能になる。
【０００９】
また他の発明は、削孔手段により、セラミック端子の外形のコーナ部に位置合わせして金属板に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に位置合わせして、前記金属板に前記セラミック端子を配置する領域にあわせてエッチング用開口孔が形成されたマスクを配置し、前記金属板をエッチングして開口部を形成する工程と、前記セラミック端子を前記開口部に配置して、前記金属板と前記セラミック端子とをろう付けする工程を有していることを特徴とする金属板とセラミック端子の接合方法である。
【００１０】
また、前記エッチング用マスクとして、前記エッチング用開口部が、エッチングにより形成された前記開口部が前記貫通孔の一部または全部に連通するように形成されたものを用いることを特徴とする。
これにより、開口部のアール部分を残し、応力集中を緩和させつつも、開口部とセラミック端子とのクリアランスを可及的に小さくすることができ、セラミック端子を高気密状態で封止することが可能になる。また、量産しやすい形態となることから製造コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法によれば、開口部のコーナ部において、応力集中を十分緩和させることが可能なアール部を有すると共に、開口部とセラミック端子のクリアランスを可及的に小さくすることができる。これにより、ろう付け部分が減少し、ろう材を節約することができると共に、金属板とセラミック端子との気密性を大幅に向上させることができ、信頼性の高い製品を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、金属板とセラミック端子がろう付けされた状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。図２は、本実施形態における開口部の形成工程における第１工程を示す平面図である。図３は、本実施形態における開口部の形成工程における第２工程を示す平面図である。図４は、図３におけるＢ部分の拡大図である。
【００１３】
本実施の形態における金属板１０は、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）製である。コバールは、セラミックと熱膨張率が極めて近似しているため両者を一体化させてなる製品の製造において多用されている。
金属板（コバール板）１０は、例えばセラミックパッケージのケース部の構成材として用いられ、放熱機能も有している。金属板１０とセラミック端子２０は、金属板１０に形成された開口部１２とセラミック端子２０間のクリアランス部分４０に充てんされた銀ろう等のろう材３０により接合されている。ろう材３０は表面張力の作用によりクリアランス部分４０の隅々に充てんされる。
【００１４】
以下、金属板１０の開口部１２の形成方法について説明する。
まず、削孔手段である細径のエンドミル（図示せず）により金属板１０の所要位置に貫通孔１４を形成する。本実施の形態においては、図２に示すように、開口部１２の仕上り形状に対応する長方形の四隅部分に貫通孔１４を形成する。
次に、図３に示すように、切削手段であるワイヤーソー（図示せず）により隣接する貫通孔１４どうしを直線的に連続させるようにして切削する。このワイヤーソーカットにより、図４に示すように、貫通孔１４の外周縁の一部が残存する状態に金属板１０が切削される。
このワイヤーソーカットでは、ワイヤーソーによる貫通孔１４位置への切り出し位置（または切り込み位置）どうしにより形成される角度αが９０°を越えるような状態になることが好ましい。
【００１５】
このようにして形成された開口部１２は、開口部１２のコーナ部に貫通孔１４の外周縁の一部によるアール部Ｒが形成され、このアール部Ｒはセラミック端子２０が配置される開口部領域のコーナ部の外側に形成されている。すなわち、セラミック端子２０を配置する矩形領域の開口部１２は、アール部Ｒに依存することなく形成することができる。これにより、セラミック端子２０を配置する開口部１２とセラミック端子２０とのクリアランス４０を可及的に小さくすることができる。
【００１６】
このようにして形成した開口部１２にセラミック端子２０を配置してろう付けする。セラミック端子２０を自動手段（図示せず）により開口部１２に配設した後、クリアランス部４０に銀ろう等のろう材３０を用いて互いを接合する。ろう材３０が溶融する温度に加熱された加熱炉中で金属板１０およびセラミック端子２０を加熱してろう付けする。ろう材３０は金属板１０とセラミック端子２０とのクリアランス４０とアール部Ｒに充てんされ、セラミック端子２０が金属板１０気密にろう付けされる。
【００１７】
なお、本実施形態においては切削手段による貫通孔１４位置への切り出し位置（または切り込み位置）どうしにより形成される角度αが９０°を越える旨が記載されているが、必ずしもこの角度に限定されるものではない。要は、貫通孔１４の外周縁の一部を残存させるようにして開口部１２が形成される角度であれば、貫通孔１４の中心Ｏから各ワイヤーソーの切削開始位置までの角度αは実施例の角度範囲以外の角度であっても良いのはもちろんである。
【００１８】
（第２実施形態）
次に、図５〜図８に従って本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法における第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態における開口部の形成工程における第１工程を示す平面図である。図６は、第２実施形態における開口部の形成工程における第２工程を示す平面図である。図７は、第２実施形態により開口部が形成された金属板の平面図である。図８は、図７におけるＣ部分の拡大図である。
本実施の形態において用いられる金属板１０は第１実施形態と同様にコバールからなり、厚さが約１ｍｍといった薄厚のものを使用する。
【００１９】
以下に、本実施の形態における金属板１０への開口部１２の形成方法について説明する。
まず、削孔手段である細径のエンドミルにより、図５に示すように開口部１２の仕上り形状に対応する長方形の四隅部分に貫通孔１４を形成する。
次に、図６に示すように、開口部１２を形成するためのエッチング用マスク５０を金属板１０に重ね、エッチング処理することにより、金属板１０に開口部１２を形成する。エッチング用マスク５０には、セラミック端子２０を配置するために金属板１０に形成する開口部１２の孔形状に合わせて、矩形のエッチング用開口部５２が形成されている。本実施の形態では、金属板１０として厚さ１ｍｍといった比較的薄厚のものを使用している。エッチングで開口部１２を形成する際の金属板１０の板厚は特に限定されないが、板厚によって開口部１２の仕上り寸法がばらつくので、板厚に応じて適宜エッチング用マスク５０の形状（特に、エッチングマスク用開口部５２の形状）を設定する必要がある。
【００２０】
図７は、エッチング用マスク５０を用いて金属板１０をエッチングした状態を示す。金属板１０の中央部分には開口孔１２が形成されている。開口部１２は、削孔手段により予め形成されている貫通孔１４に連通した状態になっている。
エッチング処理により形成された金属板１０の開口部１２は、エッチング加工の特性上、エッチング用開口部５２よりも若干大きめの範囲に開口した状態となる。したがって、第１実施例と同一の大きさを有する開口部１２を形成する場合には、エッチング用開口部５２の大きさを金属板１０に形成すべき開口部１２の寸法よりも若干小さめに設定する。
【００２１】
また、エッチング用開口部５２の外周縁が各貫通孔１４よりも若干内側か、貫通孔１４に僅かに重複するように形成されたエッチング用マスク５０を使用してエッチング処理してもよい。このようなエッチング用マスク５０を用いてエッチング処理すれば、貫通孔１４の外周縁の一部を残存させた状態で金属板１０に開口部１２を形成することができる。
【００２２】
上述した、開口部１２をエッチング加工により形成する方法によれば、図８に示すように、開口部１２のコーナ部における貫通孔１４との接続部分にはいわゆるダレＤが形成される。このように、開口部１２のコーナ部に形成されるアール部Ｒと開口部１２の辺部分との接続部の角部が曲線的に連続する形状になると、接合後にセラミック端子２０と金属板１０との間で開口部１２のコーナ部に作用する応力の集中が緩和されるという作用効果が得られる。
【００２３】
以上に、本発明にかかる金属板とセラミック端子の接合方法について、実施例に基づいて説明してきたが、本願発明を適用した具体的な製品としては、図９に示すようなセラミックパッケージ用金属ケースが挙げられる。図９は、本願発明を適用して形成されたセラミックパッケージ用金属ケース示す斜視図である。
セラミックパッケージ用金属ケース７０は、底板７２と側板７４（ここでは以上の実施形態と同様コバール板を用いている）をそれぞれ組み立てることにより形成されている。ここでのセラミックパッケージにおいては、一組の対向する側板７４の各々にセラミック端子２０が接合される。セラミック端子２０は、セラミックパッケージ用金属ケース７０の内部に搭載された電子部品と、セラミックパッケージ用金属ケース７０の外部の配線基板等とを電気的に接続する中継体として機能する。
【００２４】
セラミックパッケージ用金属ケース７０を組み立てる際は、まず、セラミック端子２０が接合される一対の側板７４と、これに対向する側板７４を組立用治具（図示せず）にセットする。そして、組立用治具を底板７２の上面に位置合わせして配置し、４枚の側板７４，・・・を底板７２に載置した後、ろう付けすることによりセラミックパッケージに組み立てられる。セラミック端子２０のメタライズ部７６はケース内の電子部品とワイヤボンディングにより接続され、ケース外部の配線基板とリード線により電気的に接続される。底板７２および側板７４のろう付けと、セラミック端子と側板７４のろう付けはそれぞれ同時に行われる。
【００２５】
このようにして形成された半導体装置は、セラミック端子と側板７４の封着性が良好になると共に、精度よくセラミック端子をろう付けすることができる。
また、開口部１２のコーナ部には適度な大きさのアール部Ｒが形成されるので、セラミック端子と側壁７４との間に生じる各種応力の伝達が円滑になり、応力集中を緩和させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】金属板とセラミック端子がろう付けされた状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図２】本実施形態における開口部の形成工程における第１工程を示す平面図である。
【図３】本実施形態における開口部の形成工程における第２工程を示す平面図である。
【図４】図３におけるＢ部分の拡大図である。
【図５】第２実施形態における開口部の形成工程における第１工程を示す平面図である。
【図６】第２実施形態における開口部の形成工程における第２工程を示す平面図である。
【図７】第２実施形態により開口部が形成された金属板の平面図である。
【図８】図７におけるＣ部分の拡大図である。
【図９】本願発明を適用して形成されたセラミックパッケージ用金属ケース示す斜視図である。
【図１０】従来技術における金属板とセラミック端子の接合例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  金属板
１２  開口部
１４  貫通孔
２０  セラミック端子
３０  ろう材
４０  クリアランス部
５０  エッチング用マスク
５２  エッチング用開口部
７０  セラミックパッケージ用金属ケース
７２  底板
７４  側板
７６  メタライズ部
Ｄ  ダレ
Ｒ  アール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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