(57)【要約】【課題】実装時に熔融はんだの輻射熱でベース表面が急激に昇温する熱衝撃が生じず、スタンドオフガラスのガラス半球部がせん断により脱落することがない電子装置用ステムを提供する。【解決手段】封着ガラス３とスタンドオフガラス２のガラス半球部２ａを除くベース１の表面に熱緩衝膜としてＳｎ−Ｐｂ皮膜５を形成することで、熔融はんだ７の輻射熱が実装基板６を介してベース１の表面にもたらされてもベース１の表面近傍の昇温を抑制でき、ガラスコーナー部２ｂを起点としてクラックが発生することなく、ガラス半球部２ａがせん断により脱落することがない。【選択図】図１
2007311434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属から成るベースの第一主面にスタンドオフガラスの突起を設け、前記スタンドオフガラスの突起を除いて第一主面に前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成したことを特徴とする電子装置用ステム。
【請求項２】
前記第一主面を実装基板に対向させて実装することを特徴とする請求項１に記載の電子装置用ステム。
【請求項３】
前記金属が鉄系合金であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置用ステム。
【請求項４】
前記熱緩衝皮膜がＳｎ−Ｐｂ皮膜であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電子装置用ステム。
【請求項５】
前記Ｓｎ−Ｐｂ皮膜の膜厚が３乃至は２０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の電子装置用ステム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の電子装置用ステムを用いたことを特徴とする電子装置。
【請求項７】
ベースの第一主面にスタンドオフガラスの突起を形成する組立工程と、前記組立工程の後に、前記スタンドオフガラスの突起を除いた少なくとも第一主面の露出面に、前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成するめっき工程とを含むことを特徴とする電子装置用ステムの製造方法。
【請求項８】
前記組立工程で、組み立て治具に組み込む前記ベースの貫通孔に、ガラスパウダーとバインダーとを圧縮して仮焼成したガラスタブレットを挿入し、前記組み立て治具ごと前記ベースを封着炉に通炉して前記ベースと前記ガラスタブレットを加熱し、熔融したガラスで貫通孔を封じるとともに第一主面側に突起を形成し、前記めっき工程で、熱緩衝皮膜をなすＳｎ−Ｐｂ皮膜を３乃至は２０μｍの膜厚に形成することを特徴とする請求項７に記載の電子装置用ステムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子装置用ステムとその製造方法に関し、スタンドオフガラスを有する電子装置用ステムに係る技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子装置のベース部に用いる電子装置用ステムにはスタンドオフガラスを有するものがある。これは、電子装置用ステムのベースの下面（実装基板側）にスタンドオフガラスを突出させて形成したものであり、電子装置を実装基板などに実装する際にスタンドオフガラスを実装基板に接触させることによって、電子装置のベース部が直接に実装基板と接しないように、電子装置用ステムのベースを実装基板から一定の距離をあけて実装するものである。
【０００３】
従来の電子装置用ステムには例えば特許文献１および特許文献２に開示するものがある。図２は従来の電子装置用ステムの一例を示すものであり、（ａ）は実装基板側から見た斜視図、（ｂ）は電子装置用ステムが実装基板に実装された状態を示す断面図、（ｃ）は要部断面図である。
【０００４】
図２において、１００はベース、１００ａはリード用貫通孔、１００ｂはスタンドオフ用貫通孔、１０１はスタンドオフガラス、１０１ａはガラス半球部、１０１ｂはガラスコーナー部、１０１ｃはガラス柱状部、１０２は封着ガラス（絶縁ガラス）、１０３（１０３ａ）はリード、１０４は実装基板、１０４ａはランド、１０５ははんだを各々示している。
【０００５】
図２（ａ）に示すように、電子装置用ステムはベース１００の四隅にリード１０３を有している。これらのリード１０３の内の一本１０３ａはベース１００と電気導通を取る為のアースリードと呼ばれるものであり、ベース１００のリード用貫通孔１００ａを挿通して配置し、ロー付け等（図示省略）でベース１００に固定している。
【０００６】
他の三本のリード１０３は絶縁リードと呼ばれるものであり、ベース１００のリード用貫通孔１００ａを挿通して配置し、封着ガラス（絶縁ガラス）１０２によりリード用貫通孔１００ａに封着してベース１００に固定している。
【０００７】
ベース１００の四隅の各リード１０３の近傍にはスタンドオフ用貫通孔１００ｂに充填してスタンドオフガラス１０１を配置しており、スタンドオフガラス１０１のガラス半球部１０１ａがベース１００の外面（実装基板側）に突出して形成されている。ガラス半球部１０１ａはスタンドオフ用貫通孔１００ｂの内径よりも大きな径に膨らんでいる。
【０００８】
図２（ｂ）に示すように、実装基板１０４の貫通孔１０４ｂにはランド１０４ａが配置されており、ランド１０４ａは貫通孔１０４ｂの内面から実装基板１０４の主面へ延在して形成されている。
【０００９】
電子装置用ステムを実装基板１０４に実装した状態において、ガラス半球部１０１ａが実装基板１０４に当接し、リード１０３が実装基板１０４の貫通孔１０４ｂを挿通しており、ランド１０４ａとリード１０３がはんだ１０５で接合されている。
【００１０】
この構成によれば、ベース１００から突出したガラス半球部１０１ａが実装基板１０４に当接することによって、電子装置（図示せず）のベース部をなす電子装置用ステムがベース１００と実装基板１０４との間にガラス半球部１０１ａに相当する間隙を保って実装基板１０４に実装される。
【００１１】
ここで、ベース１００のスタンドオフ用貫通孔１００ｂにスタンドオフガラス１０１を封着する方法を説明する。ベース１００は鉄−ニッケル等の鉄系合金から成る。このベース１００のスタンドオフ用貫通孔１００ｂに軟質ガラスのタブレットを挿入した状態でベース１００を治具に組み込む。
【００１２】
次に、治具ごとベース１００を封着炉に通炉させてベース１００とガラスタブレットを加熱する。熔融したガラスはベース１００のスタンドオフ用貫通孔１００ｂを充たす共に、ベース１００の基板実装面側に半球状に盛り上がってガラス半球部１０１ａを形成する。そして、封着炉の通炉の後に温度が降下すると、ガラスが凝固してスタンドオフガラス１０１が形成されるとともに、ガラスと金属との熱膨張率の差によってベース１００がスタンドオフガラス１０１を締め付ける力が働き、いわゆるコンプレッションタイプの機械的応力によってスタンドオフ用貫通孔１００ｂにスタンドオフガラス１０１が封着される。尚、ベース１００には防腐を目的として通常１〜５μｍ厚程度のニッケルめっきが施されている。
【００１３】
上述した電子装置用ステムでは、スタンドオフガラス１０１のガラス半球部１０１ａが、ベース１００のスタンドオフ用貫通孔１００ｂの内径よりも大きな外径を有する。このため、スタンドオフ用貫通孔１００ｂを封じるガラス柱状部１０１ｃと、スタンドオフガラス１０１のガラス半球部１０１ａとの境には、スタンドオフ用貫通孔１００ｂの開口縁に沿ってガラスコーナー部１０１ｂが形成される。
【００１４】
このガラスコーナー部１０１ｂに対して上述の機械的応力の集中が起こり、せん断的応力によってガラスコーナー部１０１ｂを起点としてクラックが発生し、最悪の場合にはスタンドオフガラス１０１のガラス半球部１０１ａがガラス柱状部１０１ｃからせん断されて脱落することがあった。
【００１５】
この問題を解決するものとして、スタンドオフガラスへの応力集中を緩和させるためにベースの形状に工夫を加えたものがあった。この構成を図３に示す。
図３（ａ）に示すように、ベース１００はスタンドオフ用貫通孔１００ｂの開口の周囲に突状周縁部１００ｃを設けている。この突状周縁部１００ｃはベース１００の外面（実装基板側）にスタンドオフ用貫通孔１００ｂの開口を取り囲むようにしてリング状の突起として形成されている。突状周縁部１００ｃは、その外周径（稜線部）がガラス半球部１０１ａの外径サイズに一致するように、形成されていた。また、突状周縁部１００ｃの内壁面のコーナー部は面取りされていた。
【００１６】
あるいは、図３（ｂ）に示すように、ベース１００のスタンドオフ用貫通孔１００ｂの開口の周囲に凹溝１００ｄを形成することで、薄肉状の突状周縁部１００ｃを形成したものがある。
【００１７】
これら、図３（ａ）、（ｂ）のいずれの構成においても、突状周縁部１００ｃがその金属肉厚を薄く形成されていることで、スタンドオフ用貫通孔１００ｂのコーナー部分においてベース１００がスタンドオフガラス１０１に加わえるせん断応力を緩和することができる。このため、電子装置用ステムの単体では、クラックやガラス半球部１０１ａの脱落を防止することに一定の効果を得ることができた。
【特許文献１】特開平５−６２５１８号公報
【特許文献２】特許第２６８５８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した従来の構成の電子装置用ステムを電子装置に組み込んで電子装置のベース部となし、はんだフロー等の方法で実装基板等に実装する際に、熔融はんだが実装基板を介して電子装置用ステムの表面に輻射熱を放射する問題があった。
【００１９】
この輻射熱は、雰囲気等を介した熱伝導による加熱と異なって、輻射を受ける物体の表面を急激に昇温させる。このため、電子装置用ステムのベース１００が熱衝撃を受けた状態となり、ベース１００の表面部に集中的に応力が発生し、この応力がガラス半球部１０１ａへせん断応力として働き、クラックやせん断による脱落を引き起こすことがあった。
【００２０】
本発明は、上述した従来の課題を解決するものであり、実装基板へ実装する際にはんだによる輻射熱に晒されても金属製のベースの表面部に集中的に応力が発生することがなく、しいてはガラス部にクラックや脱落を生じることがない電子装置用ステムとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明の電子装置用ステムは、金属から成るベースの第一の主面にスタンドオフガラスの突起を設け、前記スタンドオフガラスの突起を除いて第一の主面に前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成したことを特徴とする。
【００２２】
上記した構成により、第一の主面を実装基板に対向させてステムを実装基板へ実装するのに際し、熔融はんだからの輻射熱に起因するベースの第一の主面表面近傍の昇温を熱緩衝皮膜が抑制する。
【００２３】
ベースは鉄系合金であり、熱緩衝皮膜はＳｎ−Ｐｂ皮膜である。熱緩衝皮膜は膜厚が３乃至は２０μｍであることが好ましく、この膜厚において熱緩衝皮膜の作用を確実なものと出来る。
【００２４】
本発明の電子装置用ステムの製造方法は、ベースの第一の主面にスタンドオフガラスの突起を形成する組立工程と、前記組立工程の後に、前記スタンドオフガラスの突起を除いた少なくとも第一の主面の露出面に、前記金属よりも熱伝導率が低い金属から成る熱緩衝皮膜を形成するめっき工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
また、前記組立工程で、組み立て治具に組み込む前記ベースの貫通孔に、ガラスパウダーとバインダーとを圧縮して仮焼成したガラスタブレットを挿入し、前記組み立て治具ごと前記ベースを封着炉に通炉して前記ベースと前記ガラスタブレットを加熱し、熔融したガラスで貫通孔を封じるとともに第一の主面側に突起を形成し、前記めっき工程で、熱緩衝皮膜をなすＳｎ−Ｐｂ皮膜を３乃至は２０μｍの膜厚に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、実装基板へ実装する際に、熔融はんだの熱が実装基板を介してベースの実装基板側の第一の主面側表面に輻射熱をもたらしても、ベースの素材金属よりも熱伝導率の低い金属の熱緩衝皮膜がベース表面を覆うことで、ベースの表面近傍の急激な昇温を抑制することができ、ガラスクラックやガラス半球部のせん断による脱落が発生することのない電子装置用ステムとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態における電子装置用ステムの断面図、図１（ｂ）は電子装置用ステムを実装基板へ実装した状態の断面図である。
【００２８】
図１（ａ）、（ｂ）において、１はベース、１ａは第一の貫通孔、１ｂは第二の貫通孔、２はスタンドオフガラス、２ａはガラス半球部、２ｂはガラスコーナー部、２ｃはガラス柱状部、３は封着ガラス（絶縁ガラス）、４はリード、５はＳｎ−Ｐｂ皮膜、６は実装基板、６ａはランド、６ｂは貫通孔、７は熔融はんだを各々示している。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、鉄−ニッケル等の鉄合金から成るベース１は、スタンドオフ用貫通孔をなす第一の貫通孔１ａにスタンドオフガラス２が封着されており、スタンドオフガラス２は第一の貫通孔１ａを封じるガラス柱状部２ｃと、ベース１の外面（実装基板側）をなす第一の主面の側に半球状に膨らんで突出するガラス半球部２ａとからなり、ガラス半球部２ａは第一の貫通孔１ａの内径よりも大きな外径に形成されている。
【００３０】
ベース１は、リード用貫通孔をなす第二の貫通孔１ｂに挿通したリード４を封着ガラス（絶縁ガラス）３で封着しており、スタンドオフガラス２のガラス半球部２ａと封着ガラス３とを除くベース１の第一、第二の主面および側端面の表面に熱緩衝皮膜をなすＳｎ−Ｐｂ皮膜５が形成されている。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、電子装置用ステムを実装する実装基板６は、リード４を挿通するための貫通孔６ｂにランド６ａが形成されており、ランド６ａは貫通孔６ｂの内面から実装基板６の主面に延在している。
【００３２】
電子装置用ステムを実装基板６に実装する際には、リード４を実装基板６の貫通孔６ｂに挿入し、ガラス半球部２ａと実装基板６とを当接させて電子装置用ステムを実装基板６の実装面をなす主面上に配置し、実装基板６の実装面でない、つまりベース１に対向しない反対側の主面に熔融はんだ７をフローする。
【００３３】
この構成により、実装基板６に対向するベース１の第一の主面側の表面に対して、熔融はんだ７が実装基板６を介して輻射熱をもたらしても、鉄−ニッケル等の鉄系合金から成るベース１よりも熱伝導率が低いＳｎ−Ｐｂ皮膜５がベース１の表面を覆っていることで、Ｓｎ−Ｐｂ皮膜５が熱緩衝皮膜として作用してベース１の表面近傍の急激な昇温を抑制する。
【００３４】
このため、図１（ａ）に示すように、最もクラックの起点と成りやすいガラスコーナー部２ｂにおいてもクラックが発生することが無く、電子装置用ステムを実装基板６へ実装する際に熔融はんだフローを行っても、ガラスクラックやガラス半球部２ａのせん断による脱落が発生することがない。
【００３５】
ここで、Ｓｎ−Ｐｂ皮膜５の膜厚は、好ましくは３乃至は２０μｍ、より好ましくは５乃至は１５μｍに形成することで熱緩衝皮膜として充分な効果を得ることが出来る。この理由は以下にある。つまり、Ｓｎ−Ｐｂ皮膜５は膜厚が３μｍ未満では熱緩衝皮膜としての作用が不充分である。また、Ｓｎ−Ｐｂ皮膜５は膜厚が２０μｍを越えるとガラス半球部２ａや封着ガラス３のガラス部にまで乗り上げた状態に形成され、そのガラス部分を起点としてＳｎ−Ｐｂ皮膜５が剥離脱落する原因となり、熱緩衝皮膜の作用を害することが有る。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態として、ベース１の材質を鉄系の合金として説明したが、これに限定されるものでは無く、使用するガラスとの関係において、ガラスと金属との熱膨張率の差によってガラスにベース１を締め付けさせる力が働く金属であれば良い。
【００３７】
また、熱緩衝皮膜としてＳｎ−Ｐｂ皮膜５を用いて説明したが、これに限定されるものでは無く、ベース１よりも熱伝導率が低くて熱緩衝の効果が得られる金属の皮膜であれば良い。例えばベース１が鉄−ニッケルである場合には、ＰｄやＣｒ等としても良い。
【００３８】
さらに、熱緩衝皮膜であるＳｎ−Ｐｂ皮膜５を、スタンドオフガラス２のガラス半球部２ａと封着ガラス（絶縁ガラス）３を除くベース１の全ての表面に形成する場合を説明したが、これにも限定されるものでは無く、少なくとも熔融はんだ７からの輻射熱を受ける面であるベース１の第一の主面に形成されていれば良い。
【００３９】
この様な電子装置用ステムの製造方法を、図１（ａ）に基づいて説明する。まず、組立工程では、ベース１の第一の貫通孔１ａおよび第二の貫通孔１ｂにガラスタブレットを挿入する。このガラスタブレットはガラスパウダーとバインダーとを圧縮して仮焼成したものであり、第一の貫通孔１ａに挿入するガラスタブレットは所定のボリュウムを有する円柱状をなし、第二の貫通孔１ｂに挿入するガラスタブレットは円筒状をなす。
【００４０】
そして、ベース１の第二の貫通孔１ｂに挿入した円筒状のガラスタブッレットの穴にリード４を挿入し、この状態のベース１をカーボンから成る組み立て治具に組み込む。
次に、組み立て治具ごとベース１を封着炉に通炉し、ベース１と両ガラスタブレットを１０００℃程度に加熱してガラスタブレットを熔融する。第一の貫通孔１ａに挿入したガラスタブレットが熔融して第一の貫通孔１ａを封じるとともに第一の主面側に突起を形成し、凝固後にスタンドオフガラス２となる。第二の貫通孔１ｂに挿入したガラスタブレットが第二の貫通孔１ｂを封じるとともに、封着ガラス（絶縁ガラス）３としてリード４を第二の貫通孔１ｂに封着する。
【００４１】
この組立工程の後のめっき工程では、ベース１の露出面、つまりスタンドオフガラス２のガラス半球部２ａおよび封着ガラス３を除く表面に３乃至は２０μｍ厚さのＳｎ−Ｐｂ皮膜５を形成する。
【００４２】
ここで、組立工程の前工程として防腐目的で、ベース１の第一の貫通孔１ａおよび第二の貫通孔１ｂの内面を含む全面にニッケル等を含む単層または多層の下地めっきを施しても良い。また、めっき工程では、必要に応じてリード４やベース１の一部にマスキングを施して選択的にめっきを施しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は電子装置用ステムとして有用であり、特にスタンドオフガラスを有する電子装置用ステムに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態における電子装置用ステムの断面図、（ｂ）は同電子装置用ステムの実装状態を示す断面図
【図２】（ａ）は従来の電子装置用ステムの斜視図、（ｂ）は同電子装置用ステムの実装状態を示す断面図、（ｃ）は同電子装置用ステムの要部断面図
【図３】（ａ）は従来の電子装置用ステムの断面図、（ｂ）は他の従来の電子装置用ステムの断面図
【符号の説明】
【００４５】
１  ベース
１ａ  第一の貫通孔
１ｂ  第二の貫通孔
２  スタンドオフガラス
２ａ  ガラス半球部
２ｂ  ガラスコーナー部
２ｃ  ガラス柱状部
３  封着ガラス（絶縁ガラス）
４  リード
５  Ｓｎ−Ｐｂ皮膜
６  実装基板
６ａ  ランド
６ｂ  貫通孔
７  熔融はんだ
１００  ベース
１００ａ  リード用貫通孔
１００ｂ  スタンドオフ用貫通孔
１００ｃ  突状周縁部
１００ｄ  凹溝
１０１  スタンドオフガラス
１０１ａ  ガラス半球部
１０１ｂ  ガラスコーナー部
１０１ｃ  ガラス柱状部
１０２  封着ガラス（絶縁ガラス）
１０３  リード
１０４  実装基板
１０４ａ  ランド
１０４ｂ  貫通孔
１０５  はんだ
【図１】
2007311434.tif 000003
【図２】
2007311434.tif 000004
【図３】
2007311434.tif 000005