(57)【要約】【課題】リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保可能な電子チップ搭載用ベースとその製造方法および電子装置を提供する。【解決手段】搭載ベース３０はステム３１とリード３２ａ、３２ｂ、および充填層３３ａ、３３ｂを少なくとも有し、ステム３１が板状をなして一方の主面に電子チップ搭載領域を有するとともに、リード３２ａ、３２ｂを挿通する透孔３１ａ、３１ｂを有し、透孔３１ａ、３１ｂに充填層３３ａ、３３ｂを充填配置し、ステム３１の透孔３１ａ、３１ｂがステム３１の主面と平行な水平方向断面形状において楕円形状をなす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に電子チップ搭載領域を有するとともに、表裏をなす一方の主面から他方の主面に貫通する透孔を有するステムと、前記透孔に挿通して配置するリードと、前記透孔の内周面と前記リードの外周面との間に充填配置した充填層とを有する電子チップ搭載用ベースであって、
前記透孔は前記ステムの主面と平行な水平方向断面形状において最大径部と最小径部を有する非真円形状をなすことを特徴とする電子チップ搭載用ベース。
【請求項２】
前記透孔は前記ステムの主面と平行な水平方向断面形状において楕円形状をなし、前記楕円形状は長径が短径に対して１０３％以上１０７％以下の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子チップ搭載用ベース。
【請求項３】
前記透孔は前記ステムの主面と平行な水平方向断面形状において楕円形状をなし、前記楕円形状は長径が短径に対して１０１％以上１１５％以下の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の電子チップ搭載用ベース。
【請求項４】
前記ステムは、銅または銅合金、もしくは銅または銅合金を含むクラッド材からなる板体であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電子チップ搭載用ベース。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の電子チップ搭載用ベースを備え、前記電子チップ搭載用ベースにおけるステムの電子チップ搭載領域に電子チップを搭載したことを特徴とする電子装置。
【請求項６】
ステムの主面と平行な水平方向断面形状において非真円形状な透孔を前記ステムの表裏の主面間を貫通して形成するステップと、前記透孔にリードを挿通配置するステップと、前記透孔の内周面と前記リードの外周面との間に絶縁材料を介装するステップと、前記絶縁材料を溶融させる熱を付加するステップを有することを特徴とする電子チップ搭載用ベースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子チップ搭載用ベースとその製造方法および電子装置に関し、特にベースにおけるリードの透孔の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードなどの電子チップは、ステムやリードなどから構成される電子チップ搭載用ベースに搭載した状態で用いられており、この種の電子チップ搭載用ベースには、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すものがある。
【０００３】
図６（ａ）、（ｂ）において、電子チップ搭載用ベースは、その構成要素として、銅（Ｃｕ）合金などからなるステム９３１とリード９３２などを有している。リード９３２はステム９３１に形成した透孔９３１ａに挿通して配置しており、ステム９３１の透孔９３１ａに充填したガラスなどからなる充填層９３３がリード９３２の周囲を埋めてリード９３２をステム９３１に固定している。
【０００４】
そして、例えば、特許文献１においては、透孔９３１ａの内壁面に複数の凹凸を設けることにより充填層９３３とステム９３１との接合面積を大きくしており、接合面積の増加によって充填層９３３とステム９３１との互間の接合強度の向上を図っている。
【特許文献１】特開昭５６−１１２７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載した電子チップ搭載用ベースでは、充填層９３３は、リード９３２を囲む透孔９３１ａの内壁とリード９３２の外周面との間に筒状のガラスを介装し、これに熱を付加して溶融し、その後固化させたものである。
【０００６】
しかしながら、透孔９３１ａの内壁に複数の凹凸を設けるので、充填層９３３とステム９３１との間、特に図６に矢印Ｄで示す部分、つまり透孔９３１ａの内壁の凹部に気泡が残るという問題を生じる。このようにステム９３１と充填層９３３との間に気泡が残った場合には、強度の低下や気密性の低下といった問題を生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するものであり、ステムにおけるリードの挿通箇所において、ステムとリードとの高い接合強度と高い気密性とを実現できる電子チップ搭載用ベースとその製造方法、および電子装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の電子チップ搭載用ベースは、一方の主面に電子チップ搭載領域を有するとともに、表裏をなす一方の主面から他方の主面に貫通する透孔を有するステムと、前記透孔に挿通して配置するリードと、前記透孔の内周面と前記リードの外周面との間に充填配置した充填層とを有する電子チップ搭載用ベースであって、前記透孔は前記ステムの主面と平行な水平方向断面形状において最大径部と最小径部を有する非真円形状をなすことを特徴とする。
【０００９】
本発明の電子装置は、上記の電子チップ搭載用ベースを備え、前記電子チップ搭載用ベースにおけるステムの電子チップ搭載領域に電子チップを搭載したことを特徴とする。
本発明の電子チップ搭載用ベースの製造方法は、ステムの主面と平行な水平方向断面形状において非真円形状な透孔を前記ステムの表裏の主面間を貫通して形成するステップと、前記透孔にリードを挿通配置するステップと、前記透孔の内周面と前記リードの外周面との間に絶縁材料を介装するステップと、前記絶縁材料を溶融させる熱を付加するステップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、ステムに設ける透孔が均一な内径を有する真円形状の孔ではなく、最大径部と最小径部を有し、一例として楕円形状をなしてその内径に変化を有するので、ステムの透孔が均一な内径の円である場合に比べて、リードの軸心廻りの水平回転方向に対してアンカー効果を得ることができ、高い接合強度を得ることができる。
【００１１】
また、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、透孔が楕円形状をなし、ステムの主面に垂直な軸を回転中心として最小径部からθ＝９０°回転する間に内径が漸次に最大径部まで大きくなる形状をなし、透孔での軸心廻りの水平回転角に対する内径の変移量を最小限としており、かつ軸心方向に沿って直線状をなし、従来のように、ベース透孔内に凹部を形成しない。
【００１２】
このため、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、透孔の形状が充填層の形成工程で透孔中に気泡が残り難い形状をなすことで、従来のように透孔内に気泡が残留することを抑制できる。
【００１３】
また、透孔における最小径部に対する最大径部を１１５％以下に留めているので、介装する絶縁材料に円筒形状を用いても、ベースへの張り付き不良およびリードへの這い上がりのような不具合は発生しない。これにより水平回転方向に規制されることなく絶縁材料の組立ができる。即ち、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、絶縁材料の組立性を低下させることなく生産することができる。
【００１４】
以上より、本発明に係る電子チップ搭載用ベースでは、リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを効率よく実現することができる。なお、本発明に係る電子装置は、本発明に係る電子チップ搭載用ベースを備えるので、上記と同様の効果を奏することができる。
【００１５】
また、本発明に係る電子チップ搭載用ベースの製造方法では、ステムにおける透孔の形状を本発明に係る電子チップ搭載用ベースと同一構成としているので、製造後の電子チップ搭載用ベースにおいて、リードの挿通箇所において、高い接合強度と高い気密性とを確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するための一例であって、その本質的な技術的特徴以外、何ら本発明を限定するものではない。
（実施の形態１）
１．電子装置の構成
本実施の形態に係る電子装置の構成について、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る電子装置１は、電子チップ１０がサブマウント基板２０を介して搭載ベース３０の一方の主面上に搭載してある。
【００１７】
搭載ベース３０は、板状のステム３１と、このステム３１を表裏の主面間方向に貫通してなる一対の透孔３１ａ、３１ｂのそれぞれに挿通した２本のリード３２ａ、３２ｂとを主要な構成要素とするものである。電子チップ１０は、その端子が搭載ベース３０におけるリード３２ａ、３２ｂのそれぞれにボンディングワイヤ４０ａ、４０ｂを介して接合している。
【００１８】
２．搭載ベースの構成
電子装置１の構成の内で最も特徴を有する搭載ベース３０の構成について、図２（ａ）、（ｂ）および図３を用いて説明する。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る搭載ベース３０は、ステム３１の透孔３１ａ、３１ｂに挿通した２本のリード３２ａ、３２ｂを、リード３２ａ、３２ｂの外周面と透孔３１ａ、３１ｂの内壁の内周面との間に形成した充填層３３ａ、３３ｂによりステム３１に固定している。
【００２０】
このステム３１は、銅（Ｃｕ）またはＣｕ合金、もしくはＣｕまたはＣｕ合金を含むクラッド材からなる。リード３２ａ、３２ｂは、ＫｏｖａｒあるいはＦｅＮｉからなり、充填層３３ａ、３３ｂは、ソーダガラスまたは硼珪酸ガラスからなる。
【００２１】
図３に示すように、ステム３１の透孔３１ａ、３１ｂは、ステム３１の主面と平行な水平方向（ＸＹ面方向）の水平方向断面形状において最大径部と最小径部を有する非真円形状をなし、ここでは楕円形状をなしているが、楕円形状に限るものではなく、かつ一様な内径を有する円形状に設けているのではない。
【００２２】
透孔３１ａ、３１ｂは、楕円における短径（短軸）に相当する方向において最小径部Ａ１を有し、楕円における長径（長軸）に相当する方向において最大径部Ａ２を有しており、ステム３１の主面に垂直なＺ軸を回転中心として、最小径部Ａ１からθ＝９０°回転する間に内径が漸次に最大径部Ａ２まで大きくなる形状をなす。
【００２３】
ここで、透孔の楕円形状は長径が短径に対して１０１％以上１１５％以下の長さを有し、好ましくは長径が短径に対して１０３％以上１０７％以下の長さを有するものであり、換言すれば、最小径部Ａ１に対する最大径部Ａ２の内径増加量は、１％以上１５％以下の範囲であり、望ましくは、３％以上７％以下の範囲である。
【００２４】
なお、図１〜図３においては、最小径部Ａ１から最大径部Ａ２へ内径が漸次に大きくなる状態を分かりやすくするために、スケールを誇張して描いている。
３．搭載ベースの製造方法
以下に、搭載ベース３０の製造方法を説明する。ここでは、図４を用いて、特にステム３１の透孔３１ａ（３１ｂ）へリード３２ａ（３２ｂ）を固定する方法について説明する。なお、図５では、一方のリード３２ａおよびこれを挿通する透孔３１ａだけを示しているが、他方のリード３２ｂおよびこれを挿通する透孔３１ｂについても同様であり、ここでは符号を併記してその説明を省略する。
【００２５】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、上記の構成を有する透孔３１ａ（３１ｂ）を形成したステム３１を準備する。このステム３１における透孔３１ａ（３１ｂ）の形成方法は、例えば、金型プレス加工により所定の楕円形状の成形パンチでステム３１の一方の主面から透孔３１ａ（３１ｂ）をあけるものである。
【００２６】
このようにして透孔３１ａ（３１ｂ）を形成したステム３１にリード３２ａ（３２ｂ）を装着する。リード３２ａ（３２ｂ）は透孔３１ａ（３１ｂ）に挿入し、リード３２ａ（３２ｂ）に充填層３３ａの構成材料をなす円筒状のガラス筒体３４ａを被せる。ガラス筒体３４ａはその中心孔にリード３２ａ（３２ｂ）を挿通し、かつ透孔３１ａ（３１ｂ）に挿入して装着する。
【００２７】
図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、ガラス筒体３４ａに対し、これを溶融する熱を付加する。なお、図示を省略しているが、熱を付加する際には、各材料を治具で被い位置規制を行う。
【００２８】
熱の付加を受けたガラス筒体３４ａは、外周面が球状に近づこうとする。そして、ガラス筒体３４ａは、図４（ｃ）に示すような形状の溶融中間体３５ａに変形し、先ず最初に透孔３１ａにおける最小径部Ａ１に対して当接する。
【００２９】
図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、溶融中間体３５ａはさらに流動し、リード３２ａを囲む透孔３１ａの内壁とリード３２ａの外周面との間に充填した状態となり、充填層３３ａを形成するに至り、充填層３３ａが固化して搭載ベース３０にリード３２ａ、３２ｂを固定する。
【００３０】
４．優位性
以下に、上述の構成を採用する搭載ベース３０およびこれを備える電子装置１の優位性について説明する。
【００３１】
図３に示すように、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１に設けられた透孔３１ａがステム３１の主面に沿った水平方向の形状において、均一な内径を有する円形状の孔ではなく、軸心廻りの各位において内径が漸次に変化する楕円形状もしくは楕円状の形状を有するので、ステム３１の透孔３１ａが均一な内径を有する円形状の孔である場合に比べて、リード３２ａ、３２ｂの軸心廻りの水平回転方向に対してアンカー効果を得ることができ、高い接合強度を実現できる。
【００３２】
また、ステム３１と充填層３３ａ、３３ｂとの接合面積の増大を図ることが併せてできるので、ステム３１とリード３２ａ、３２ｂとの間の高い接合強度を得ることができる。
また、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１の透孔３１ａが、図６に示した従来の搭載ベースのように複数の凹凸を設けて軸心方向において非直線的な形状をなすのではなく、ステム３１の透孔３１ａが最小径部Ａ１を有するように水平方向に変形（縮径）した状態をなし、軸心方向へは直線状をなすので、透孔３１ａ内から気泡がスムーズに脱気し、ステム３１と充填層３３ａ、３３ｂとの間に気泡が残留することを防止できる。
【００３３】
このため、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、ステム３１とリード３２ａ、３２ｂとの間の確実な固定、および確実な気密性を実現することができる。
さらに、本実施の形態に係る搭載ベース３０では、上記の構造の透孔３１ａを採用することで、上述したように、簡易なプレス加工だけで透孔３１ａを設けることができ、従来のように、複数の凹凸を透孔内壁に設ける際の煩雑な加工作業が必要でない。
【００３４】
なお、透孔３１ａにおける最小径部Ａ１と最大径部Ａ２の比率、つまり最小径部Ａ１に対する最大径部Ａ２の内径増加量を１％以上１５％以下の範囲とし、望ましくは３％以上７％以下の範囲とする。
【００３５】
これは表１に示すリードねじり強度試験結果に基づくものであり、このリードねじり強度試験は以下の条件で行った。
材料構成    ステム：無酸素銅    リード：コバール    ガラス：ソーダガラス  材料寸法    リード線径：φ０．４５ｍｍ    ガラス穴径（最小径）：φ１．０ｍｍ    ステム厚：ｔ１．２ｍｍ  リードねじり方法：ねじり角９０°往復
【００３６】
【表１】
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表１から明らかなように、最大径／最小径が１０１〜１１５％であるときに、ガラス成形不良発生率が５．７％までとなり、破壊回数（耐用）が１５〜４９回となり、最大径／最小径が１２０％になると、ガラス成形不良発生率が１３．２％に急激に増加する。
【００３７】
また、透孔３１ａにおける最小径部Ａ１と最大径部Ａ２の比率は、以下の要因からも導かれるものである。
すなわち、アンカー効果を得ることができること、リード３２ａ、３２ｂの外周面と透孔３１ａの内周面との間に介装する絶縁材料として、円筒形状に仮成形したガラス筒体３４ａを用いることができること、軸心廻りでの水平回転方向への運動が透孔３１ａの形状に規制されることなく絶縁材料のガラス筒体３４ａを組立てることができ、絶縁材料の組立性を低下させることなく生産することができる。
【００３８】
また、本実施の形態では、ステム３１の材料として、銅（Ｃｕ）もしくはＣｕ合金、または、ＣｕもしくはＣｕ合金を含むクラッド材を採用する。これは、Ｆｅやその合金材料に比べて熱伝導性が高く、電子チップ１０の冷却という観点から望ましいためである。しかしながら、銅（Ｃｕ）もしくはＣｕ合金、または、ＣｕもしくはＣｕ合金を含むクラッド材は加熱による軟化が激しく、ステム３１−絶縁材料間の接合強度が得にくいデメリットがあるが、本実施の形態ではこのデメリットを補うことができる。
（実施の形態２）
実施の形態２に係る搭載ベースについて、図５を用いて説明する。なお、本実施の形態に係る搭載ベースは、ステム５１の透孔５１ａの形状以外に上記実施の形態１と相違する点はないので、透孔５１ａの形状についてだけ説明する。
【００３９】
図５に示すように、ステム５１の透孔５１ａは、ステム５１の主面と平行な水平方向断面形状において、先に図３において説明した透孔３１ａと同様に、短径（短軸）に相当する方向に内径が最も小さい最小径部Ｂ１を有し、長径（長軸）に相当する方向において最大径部Ｂ２を有しており、最小径部Ｂ１を含んで、長径に相当する方向に沿って所定長さの微小な直線部５１ｂを有している。また、直線部５１ｂの端部から最大径部Ｂ２に至る円弧部５１ｃは均一な曲率をなす。
【００４０】
このような形状の透孔５１ａを有するステム５１を用いた搭載ベースについても、先に述べた実施の形態に係る搭載ベース３０と同様の優位性を有する。また、このように円弧部５１ｃを均一な曲率とすることで、透孔５１ａの加工に用いる成形パンチの製作に係る作業をより簡易なものとすることができる。
（その他の事項）
本発明は、上記実施の形態などで一例として示した数値、材料などに限定されるものではなく、その本質的な特徴を有する構成とすれば、上記同様の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、リードの接合強度および気密性などが求められる電子装置を実現するのに有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る電子装置の構成を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】電子装置の搭載ベースの構成を示し、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】搭載ベースのステムにおける透孔の形状を示す断面図
【図４】搭載ベースの製造過程の内で透孔へのリードの固定に係る過程を示す工程図
【図５】実施の形態２に係る搭載ベースのステムの透孔の形状を示す断面図
【図６】従来の搭載ベースの構成を示し、ステムに開孔された透孔の形状を示す断面図
【符号の説明】
【００４３】
１  電子装置
１０  電子チップ
２０  サブマウント基板
３０  搭載ベース
３１、５１  ステム
３２ａ、３２ｂ  リード
３３ａ、３３ｂ  充填層
４０ａ、４０ｂ  ボンディングワイヤ
３１ａ、５１ａ  透孔
５１ｂ  直線部
５１ｃ  円弧部
【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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