JPH05251578A - 接合方法および接合装置 - Google Patents
接合方法および接合装置Info
- Publication number
- JPH05251578A JPH05251578A JP4048296A JP4829692A JPH05251578A JP H05251578 A JPH05251578 A JP H05251578A JP 4048296 A JP4048296 A JP 4048296A JP 4829692 A JP4829692 A JP 4829692A JP H05251578 A JPH05251578 A JP H05251578A
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- Japan
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- brazing material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 凝固巣の発生を抑え、気密寿命の長い信頼性
の気密封止構造にすること。 【構成】 ２つの封止用部材を所定のガス雰囲気中に保
持する均熱治具を設け、この均熱治具に２つの封止用部
材を保持した状態で該均熱治具を外部から加熱して２つ
の封止用部材の接合部のろう材を溶融し、この後に加熱
を停止し、均熱治具を外部から冷却して溶融したろう材
を固化させるようにした。
の気密封止構造にすること。 【構成】 ２つの封止用部材を所定のガス雰囲気中に保
持する均熱治具を設け、この均熱治具に２つの封止用部
材を保持した状態で該均熱治具を外部から加熱して２つ
の封止用部材の接合部のろう材を溶融し、この後に加熱
を停止し、均熱治具を外部から冷却して溶融したろう材
を固化させるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子計算機等に使用さ
れている電子回路部品等を低融点ろう材によって接合し
た後、その接合部内部空間を気密封止する接合法法およ
び接合装置に関し、特に、ろう材が凝固する時に発生す
る凝固巣の発生を防止し、気密性の高い封止構造体を得
ることができる接合法法および接合装置に関する。
れている電子回路部品等を低融点ろう材によって接合し
た後、その接合部内部空間を気密封止する接合法法およ
び接合装置に関し、特に、ろう材が凝固する時に発生す
る凝固巣の発生を防止し、気密性の高い封止構造体を得
ることができる接合法法および接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子計算機の処理を高速化するために
は、ＬＳＩの発熱をいかに放熱させるかが重要となる。
その技術として、例えば日経エレクトロニクス１９８
４．３．２６，Ｐ１７８〜１８４に記載されているよう
に、セラミック基板上に実装されたＬＳＩ全体を高い熱
伝導率の材料で構成されるキャップで覆い、このキャッ
プとＬＳＩの空間にヘリウムガス等の熱伝導性のよいガ
スを充填し、気密封止構造とする方法が知られている。
は、ＬＳＩの発熱をいかに放熱させるかが重要となる。
その技術として、例えば日経エレクトロニクス１９８
４．３．２６，Ｐ１７８〜１８４に記載されているよう
に、セラミック基板上に実装されたＬＳＩ全体を高い熱
伝導率の材料で構成されるキャップで覆い、このキャッ
プとＬＳＩの空間にヘリウムガス等の熱伝導性のよいガ
スを充填し、気密封止構造とする方法が知られている。
【０００３】図４は、このような気密封止構造の電子回
路部品の一例を示す断面図、図５は上記電子回路部品に
使用される封止部材の斜視図、図６〜図８はハンダ接合
を行うための従来方法の説明図である。
路部品の一例を示す断面図、図５は上記電子回路部品に
使用される封止部材の斜視図、図６〜図８はハンダ接合
を行うための従来方法の説明図である。
【０００４】これらの図において、１はセラミック基
板、２，３は気密封止部材としてのキャップ及びフレー
ム、４は封止ガス、５，６は接合部、７，８はハンダ、
９は電子部品（集積回路など）、１０は電子部品接合
部、１１は冷却ジャケット、１２は冷却水路、１３はヒ
ータ、１４は加熱炉、１５は搬送ベルト、１６は凝固巣
である。
板、２，３は気密封止部材としてのキャップ及びフレー
ム、４は封止ガス、５，６は接合部、７，８はハンダ、
９は電子部品（集積回路など）、１０は電子部品接合
部、１１は冷却ジャケット、１２は冷却水路、１３はヒ
ータ、１４は加熱炉、１５は搬送ベルト、１６は凝固巣
である。
【０００５】この例の電子回路部品は図４に示すよう
に、セラミック基板１上に複数の電子部品９が部品接合
部１０を介し実装され、電子部品９の全体を覆うように
キャップ２とフレーム３で接合されたものがセラミック
基板１と気密接合されて構成されている。
に、セラミック基板１上に複数の電子部品９が部品接合
部１０を介し実装され、電子部品９の全体を覆うように
キャップ２とフレーム３で接合されたものがセラミック
基板１と気密接合されて構成されている。
【０００６】キャップ２の上には、冷却水路１２を設け
た水冷ジャケット１１が取付けられている。接合部５，
６は融点が異なるハンダ７，８を使用し、先に接合部５
を接合した後に他方の接合部６を接合するようになって
いる。
た水冷ジャケット１１が取付けられている。接合部５，
６は融点が異なるハンダ７，８を使用し、先に接合部５
を接合した後に他方の接合部６を接合するようになって
いる。
【０００７】キャップ２とフレーム３は、熱伝導がよ
く、熱膨張がセラミック基板１に近い窒化アルミニウ
ム，４２アロイで形成され、大きさも１００×１００mm
とその熱容量も大きい。
く、熱膨張がセラミック基板１に近い窒化アルミニウ
ム，４２アロイで形成され、大きさも１００×１００mm
とその熱容量も大きい。
【０００８】従来、キャップ２とフレーム３とを接合す
るための加熱装置として、図６に示す加熱炉１４、ある
いは図７に示す雰囲気炉１４ａが用いられ、かかる加熱
炉１４あるいは雰囲気炉１４ａによってハンダ５〜８が
溶融されて接合される。
るための加熱装置として、図６に示す加熱炉１４、ある
いは図７に示す雰囲気炉１４ａが用いられ、かかる加熱
炉１４あるいは雰囲気炉１４ａによってハンダ５〜８が
溶融されて接合される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
気密封止構造体では、キャップ２内に充填されるガス濃
度が冷却特性に大きく影響するが、Ｈｅガスに代表され
る冷却用ガスの分子径は小さいので、その気密性をいか
に確保するかが重要となる。
気密封止構造体では、キャップ２内に充填されるガス濃
度が冷却特性に大きく影響するが、Ｈｅガスに代表され
る冷却用ガスの分子径は小さいので、その気密性をいか
に確保するかが重要となる。
【００１０】また、キャップ２とフレーム３は、その熱
容量が大きいという特性を有している。
容量が大きいという特性を有している。
【００１１】しかしながら、従来の接合方法にあって
は、キャップ２とフレーム３とを加熱炉１４あるいは雰
囲気炉１４ａによって単に加熱しているのみであるた
め、温度分布が不均一となり、接合時の均熱化が難し
く、また接合に用いるハンダが溶融後、凝固するまでの
冷却速度も遅くななる。このため、最後に凝固する部分
が体積収縮により緻密なハンダ組織を形成することがで
きなくなり、溶融金属の鋳造などに見られるような「ひ
け巣現象」と同じ現象が生じて図８の拡大断面図に示す
ような凝固巣１６を発生させてしまう。これは、使用す
るハンダの組成によっても影響を受け、過冷却度の大き
いハンダほど凝固巣１６を発生させ易い傾向にある。例
えば、Ｓｎ−Ａｇ系のハンダで発生し易い。なお、その
発生メカニズムについての詳細説明は省略するが、凝固
時の初晶の成長の仕方に依存するものと説明されてい
る。
は、キャップ２とフレーム３とを加熱炉１４あるいは雰
囲気炉１４ａによって単に加熱しているのみであるた
め、温度分布が不均一となり、接合時の均熱化が難し
く、また接合に用いるハンダが溶融後、凝固するまでの
冷却速度も遅くななる。このため、最後に凝固する部分
が体積収縮により緻密なハンダ組織を形成することがで
きなくなり、溶融金属の鋳造などに見られるような「ひ
け巣現象」と同じ現象が生じて図８の拡大断面図に示す
ような凝固巣１６を発生させてしまう。これは、使用す
るハンダの組成によっても影響を受け、過冷却度の大き
いハンダほど凝固巣１６を発生させ易い傾向にある。例
えば、Ｓｎ−Ａｇ系のハンダで発生し易い。なお、その
発生メカニズムについての詳細説明は省略するが、凝固
時の初晶の成長の仕方に依存するものと説明されてい
る。
【００１２】このような凝固巣１６は気密強度を劣化さ
せ、ここにクラックが生じると、徐々にガスが漏れて、
当初の気密性能を維持できなくなるという問題を引き起
こす。
せ、ここにクラックが生じると、徐々にガスが漏れて、
当初の気密性能を維持できなくなるという問題を引き起
こす。
【００１３】なお、凝固巣１６をレーザ照射によって塞
ぐ方法が考えられるが、レーザ照射設備が必要になった
うえ、作業工数も増加するという問題がある。
ぐ方法が考えられるが、レーザ照射設備が必要になった
うえ、作業工数も増加するという問題がある。
【００１４】本発明の目的は、凝固巣の発生を抑え、気
密寿命の長い信頼性の気密封止構造にすることができる
接合方法および接合装置を提供することにある。
密寿命の長い信頼性の気密封止構造にすることができる
接合方法および接合装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の接合方法は、２つの封止用部材を所定のガス
雰囲気中に保持する均熱治具を設け、この均熱治具に２
つの封止用部材を保持した状態で該均熱治具を外部から
加熱して２つの封止用部材の接合部のろう材を溶融し、
この後に加熱を停止し、均熱治具を外部から冷却して溶
融したろう材を固化させるようにした。
に本発明の接合方法は、２つの封止用部材を所定のガス
雰囲気中に保持する均熱治具を設け、この均熱治具に２
つの封止用部材を保持した状態で該均熱治具を外部から
加熱して２つの封止用部材の接合部のろう材を溶融し、
この後に加熱を停止し、均熱治具を外部から冷却して溶
融したろう材を固化させるようにした。
【００１６】また、本発明の接合装置は、２つの封止用
部材を所定のガス雰囲気中に保持する均熱治具と、この
均熱治具に２つの封止用部材を保持した状態で該均熱治
具を外部から加熱して２つの封止用部材の接合部のろう
材を溶融させる加熱装置と、ろう材の溶融後に前記均熱
治具を外部から冷却して溶融したろう材を固化させる冷
却装置とを具備させた。
部材を所定のガス雰囲気中に保持する均熱治具と、この
均熱治具に２つの封止用部材を保持した状態で該均熱治
具を外部から加熱して２つの封止用部材の接合部のろう
材を溶融させる加熱装置と、ろう材の溶融後に前記均熱
治具を外部から冷却して溶融したろう材を固化させる冷
却装置とを具備させた。
【００１７】
【作用】上記手段によれば、２つの封止用部材は均熱治
具によって所定のガス雰囲気中に保持された状態で、均
熱治具を介して外部から加熱される。そして、２つの封
止用部材の接合部のろう材が溶融した後は、加熱が停止
され、これに代えて均熱治具が外部から冷却される。こ
のため、２つの封止用部材は均一に加熱、冷却される。
これによって、接合後の凝固過程において発生する凝固
巣を防止することができる。
具によって所定のガス雰囲気中に保持された状態で、均
熱治具を介して外部から加熱される。そして、２つの封
止用部材の接合部のろう材が溶融した後は、加熱が停止
され、これに代えて均熱治具が外部から冷却される。こ
のため、２つの封止用部材は均一に加熱、冷却される。
これによって、接合後の凝固過程において発生する凝固
巣を防止することができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明による実施例を図面により詳細
に説明する。
に説明する。
【００１９】図１は本発明の本発明の凝固巣抑制を行う
接合装置の一実施例を説明する断面図であり、２，３は
気密封止部材としてのキャップおよびフレーム、７はハ
ンダ、１３はヒータ、１４は加熱炉、１７，１８は均熱
治具、１９は均熱板、２０は冷却板、２１はＨｅガスで
ある。
接合装置の一実施例を説明する断面図であり、２，３は
気密封止部材としてのキャップおよびフレーム、７はハ
ンダ、１３はヒータ、１４は加熱炉、１７，１８は均熱
治具、１９は均熱板、２０は冷却板、２１はＨｅガスで
ある。
【００２０】このような構造の接合装置を用いてキャッ
プ２とフレーム３とを接合する場合、まず、キャップ
２、フレーム３の被接合部分にハンダ付け性を良くする
フラックスを塗布する。この後、キャップ２とフレ−ム
３の接合面を合わせた状態で均熱治具１８の上に載せて
位置決めし、この後、均熱板１９をフレーム３上に載
せ、均熱治具１７で全体を覆う。
プ２とフレーム３とを接合する場合、まず、キャップ
２、フレーム３の被接合部分にハンダ付け性を良くする
フラックスを塗布する。この後、キャップ２とフレ−ム
３の接合面を合わせた状態で均熱治具１８の上に載せて
位置決めし、この後、均熱板１９をフレーム３上に載
せ、均熱治具１７で全体を覆う。
【００２１】この状態で加熱炉１４のヒータ１３上にセ
ットする。
ットする。
【００２２】この後は、加熱炉１４の炉内を真空ポンプ
等により真空状態にし、この後にＨｅガス２１を充填す
る。次に、ヒータ１３を加熱させ、均熱治具１８，１７
を介してキャップ２およびフレーム３のハンダ接合部を
加熱し、ハンダ７を溶融させる。
等により真空状態にし、この後にＨｅガス２１を充填す
る。次に、ヒータ１３を加熱させ、均熱治具１８，１７
を介してキャップ２およびフレーム３のハンダ接合部を
加熱し、ハンダ７を溶融させる。
【００２３】この時、Ｈｅガス２１は熱伝導が良く、ヒ
ータ１３からの熱を均熱治具１７，１８及びキャップ
２、フレーム３の被接合部分に効率良く伝える。その
際、Ｈｅガス２１は熱伝導を促進させる作用を有し、さ
らに、均熱治具１７，１８は接合を行うキャップ２、フ
レーム３をある限られた空間に閉じ込めているために、
外部より加えた熱の温度分布を均一にする働きをする。
また、均熱治具１７，１８は接合時にハンダ付け性をよ
くするために使用するフラックスのベーパーライズ（蒸
気）化したものを均熱治具１７，１８の中に閉じ込めて
おく働きをする。これらの作用によって、キャップ２お
よびフレーム３のハンダ接合部が均一に加熱され、ハン
ダ７が均一に溶融するようになる。
ータ１３からの熱を均熱治具１７，１８及びキャップ
２、フレーム３の被接合部分に効率良く伝える。その
際、Ｈｅガス２１は熱伝導を促進させる作用を有し、さ
らに、均熱治具１７，１８は接合を行うキャップ２、フ
レーム３をある限られた空間に閉じ込めているために、
外部より加えた熱の温度分布を均一にする働きをする。
また、均熱治具１７，１８は接合時にハンダ付け性をよ
くするために使用するフラックスのベーパーライズ（蒸
気）化したものを均熱治具１７，１８の中に閉じ込めて
おく働きをする。これらの作用によって、キャップ２お
よびフレーム３のハンダ接合部が均一に加熱され、ハン
ダ７が均一に溶融するようになる。
【００２４】ハンダ７が溶融したならば、ヒ−タ１３に
よる加熱を停止し、均熱治具１８に冷却板２０を接触さ
せ、溶融したハンダ７を凝固させる。
よる加熱を停止し、均熱治具１８に冷却板２０を接触さ
せ、溶融したハンダ７を凝固させる。
【００２５】この時、均熱治具１７，１８はハンダ７の
冷却速度を均一にし、かつ早くする働きをする。
冷却速度を均一にし、かつ早くする働きをする。
【００２６】この均熱化は、図２に示すようにハンダ接
合するキャップ２及びフレーム３の中央部（ａ），
（ｂ）と端部（ｃ），（ｄ）で見た場合、ハンダ７の凝
固温度Ｔ1を通過する際の時間差ｔ1，ｔ2，ｔ3を均一に
する作用として働く。この結果、ハンダ接合部が均一に
体積収縮するものとなる。
合するキャップ２及びフレーム３の中央部（ａ），
（ｂ）と端部（ｃ），（ｄ）で見た場合、ハンダ７の凝
固温度Ｔ1を通過する際の時間差ｔ1，ｔ2，ｔ3を均一に
する作用として働く。この結果、ハンダ接合部が均一に
体積収縮するものとなる。
【００２７】さらに、冷却板２０（水冷式）をヒータ１
３を介して均熱治具１７，１８に接触させることによ
り、この全体的な体積収縮する速度が図３に示すよう
に、記号（ｆ）で示す曲線から記号（ｅ）で示す曲線の
ようにｔ5−ｔ4時間だけ促進され、ハンダ７の凝固時の
初晶が微細化され、凝固巣の発生が抑制される。
３を介して均熱治具１７，１８に接触させることによ
り、この全体的な体積収縮する速度が図３に示すよう
に、記号（ｆ）で示す曲線から記号（ｅ）で示す曲線の
ようにｔ5−ｔ4時間だけ促進され、ハンダ７の凝固時の
初晶が微細化され、凝固巣の発生が抑制される。
【００２８】本実施例の場合、キャップ２の材料は窒化
アルミニウム、フレーム３は４２アロイを用い、ハンダ
７としてＳｎ−３.０Ａｇ用い、接合温度は２５０℃〜
２６０℃に加熱した状態から凝固温度Ｔ1までの速度を
１２０℃／minにすることによって、凝固巣の発生を抑
制することができた。
アルミニウム、フレーム３は４２アロイを用い、ハンダ
７としてＳｎ−３.０Ａｇ用い、接合温度は２５０℃〜
２６０℃に加熱した状態から凝固温度Ｔ1までの速度を
１２０℃／minにすることによって、凝固巣の発生を抑
制することができた。
【００２９】なお、実施例においてフレ−ム３の上に均
熱板１９を載せているが、均熱治具１７の内側天井面と
フレ−ム３とが接近している場合は、均熱板１９を省略
してもよい。また、ヒ−タ１３を介して冷却板２０によ
って冷却しているが、均熱治具１７を直接冷却するよう
にしてもよい。
熱板１９を載せているが、均熱治具１７の内側天井面と
フレ−ム３とが接近している場合は、均熱板１９を省略
してもよい。また、ヒ−タ１３を介して冷却板２０によ
って冷却しているが、均熱治具１７を直接冷却するよう
にしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、２つの封
止用部材を所定のガス雰囲気中に保持する均熱治具を設
け、この均熱治具に２つの封止用部材を保持した状態で
該均熱治具を外部から加熱して２つの封止用部材の接合
部のろう材を溶融し、この後に加熱を停止し、均熱治具
を外部から冷却して溶融したろう材を固化させるように
したため、凝固巣の発生を抑え、気密寿命の長い信頼性
の気密封止構造にすることができる。
止用部材を所定のガス雰囲気中に保持する均熱治具を設
け、この均熱治具に２つの封止用部材を保持した状態で
該均熱治具を外部から加熱して２つの封止用部材の接合
部のろう材を溶融し、この後に加熱を停止し、均熱治具
を外部から冷却して溶融したろう材を固化させるように
したため、凝固巣の発生を抑え、気密寿命の長い信頼性
の気密封止構造にすることができる。
【００３１】また、均熱治具はハンダ接合に使用するフ
ラックスの蒸気を治具内に閉じ込める働きがあるため、
加熱炉のフラックスによる汚れを防止でき、設備の保守
が容易になるといった効果がある。
ラックスの蒸気を治具内に閉じ込める働きがあるため、
加熱炉のフラックスによる汚れを防止でき、設備の保守
が容易になるといった効果がある。
【図１】本発明の接合装置の一実施例を断面構成図であ
る。
る。
【図２】ろう材が凝固する時の温度と時間の相関を示す
説明図である。
説明図である。
【図３】冷却板によって冷却した場合にろう材が凝固す
る時の温度と時間の相関を示す説明図である。
る時の温度と時間の相関を示す説明図である。
【図４】この発明によって接合される部品の一例を示す
断面図である。
断面図である。
【図５】この発明によって接合される封止部材の一例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図６】従来の接合装置の一例を示す説明図である。
【図７】従来の接合装置の他の例を示す断面図である。
【図８】凝固巣の状態を示す拡大断面図である。
１…セラミック基板、２…キャップ、３…フレーム、４
…封止ガス、５，６…接合部、７，８…ハンダ、９…電
子部品、１０…電子部品接合部、１１…冷却ジャケッ
ト、１２…冷却水路、１３…ヒータ、１４…加熱炉、１
４ａ…雰囲気炉、１５…搬送ベルト、１６…凝固巣、１
７，１８…均熱治具、１９…均熱板、２０…冷却板、２
１…Ｈｅガス。
…封止ガス、５，６…接合部、７，８…ハンダ、９…電
子部品、１０…電子部品接合部、１１…冷却ジャケッ
ト、１２…冷却水路、１３…ヒータ、１４…加熱炉、１
４ａ…雰囲気炉、１５…搬送ベルト、１６…凝固巣、１
７，１８…均熱治具、１９…均熱板、２０…冷却板、２
１…Ｈｅガス。
Claims (2)
- 【請求項１】 内部に空間を有する２つの封止用部材を
ハンダ等のろう材で接合して気密封止する接合方法にお
いて、前記２つの封止用部材を所定のガス雰囲気中に保
持する均熱治具を設け、この均熱治具に２つの封止用部
材を保持した状態で該均熱治具を外部から加熱して２つ
の封止用部材の接合部のろう材を溶融し、この後に加熱
を停止し、均熱治具を外部から冷却して溶融したろう材
を固化させることを特徴とする接合方法。 - 【請求項２】 内部に空間を有する２つの封止用部材を
ハンダ等のろう材で接合して気密封止する接合装置にお
いて、前記２つの封止用部材を所定のガス雰囲気中に保
持する均熱治具と、この均熱治具に２つの封止用部材を
保持した状態で該均熱治具を外部から加熱して２つの封
止用部材の接合部のろう材を溶融させる加熱装置と、ろ
う材の溶融後に前記均熱治具を外部から冷却して溶融し
たろう材を固化させる冷却装置とを有することを特徴と
する接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048296A JPH05251578A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 接合方法および接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4048296A JPH05251578A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 接合方法および接合装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251578A true JPH05251578A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12799480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4048296A Pending JPH05251578A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 接合方法および接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251578A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0952610A2 (en) * | 1993-09-13 | 1999-10-27 | Motorola, Inc. | Microelectronic device package containing a liquid and method |
| JP2011077182A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Citizen Electronics Co Ltd | 発光装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP4048296A patent/JPH05251578A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0952610A2 (en) * | 1993-09-13 | 1999-10-27 | Motorola, Inc. | Microelectronic device package containing a liquid and method |
| EP0952610A3 (en) * | 1993-09-13 | 2000-05-17 | Motorola, Inc. | Microelectronic device package containing a liquid and method |
| JP2011077182A (ja) * | 2009-09-29 | 2011-04-14 | Citizen Electronics Co Ltd | 発光装置の製造方法 |
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