JPS5842622B2 - 密封容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気構成部分を内蔵する密封容器に関する。

大気に曝されて汚染されかつ劣化させられるのを防ぐよ
うに電気構成部分を密封するのは多くの用途に対して重
要なことでありかつある場合には臨界的である。

電気構成部分を密封することは半導体パッケージの分野
に於いて特に重要である。

半導体細片の超小形回路装置は、このような小形構成部
分上の回路が□クロンに属して、このような回路寸法が
外界に曝されると容易に短絡または開路破損を受けるか
ら容易に破損することがある。

接続回路の破損に加えて、半導体材料そのものの大気に
よる汚染は同材料の電気的応答に著るしく影響すること
がある。

ある構成部分は同部分を覆ってガラス層を溶着されるこ
とによって大気から密封されかつ保護されることが多い
。

あるいはまた、金属キャップが、半導体細片を装架され
た基板を覆って同キャップをはんだ付けすることによっ
て電気構成部分を密封するのに使用されることがある。

電気構成部分を外界から保護するのに同部分を密封する
このような在来方法では、はんだまたはガラスが溶融温
度に加熱されなければならないから、電気装置がかなり
の熱応力を受けなければならない。

高価な高密度半導体細片の使用されているような多くの
電気的用途に対しては気密密封が必要である。

このような密封は、感度ｌＸｌ０ ’ｓｅｃ／ｓｅｃ
（この単位は毎秒の標準センナメートル立方体を示す
もので、略して標準ｃＩＩＬ３／ｓｅｃと表わすことも
でき、２５℃で１大気圧に於ける立方センチメータを意
味し体積流の測定に用いられる。

）のヘリウム質量分析計式漏洩試験器を使用してＭＴＬ
標準８８３に従って試験された時に検出可能な漏洩を許
さない。

このような密封を作る在来方法は大体に於いて、貴金属
はんだ付けまたは密封ガラスそのもの及び金属導線に対
する密封ガラスの溶着の如き微妙で高価な処理を包含し
ている。

かつまた、構成部分はこのような在来方法によって大気
から一旦保護されれば容易には取替えられることができ
ない。

かえって、もしも回路に変化が必要ならば、全然新たな
パッケージの製造がしばしば必要である。

従って、在来のものよりもより確実にかつ安く電気構成
部分の密封容器を提供するのが本発明の目的である。

本発明の他の目的は電気構成部分または基板を退廃温度
に曝すことにならず従ってプラスチックを含めて広い範
囲の構成部分材料及び基板の使用を可能ならしめた電気
構成部分の密封容器を提供することである。

本発明の更に他の目的は、容易に取外されることができ
従ってもしも構成部分の修繕または取替えが所望ならば
、密封された構成部分に手の届くようにさせる密封装置
を提供することである０即ち、電気構成部分を内蔵し、
該電気構成部分が設けられている基板を有し、該基板が
前記電気構成部分を電気的に接続する装置と、前記電気
構成部分を囲む壁とを有し、該壁で形成される部分内に
あって壁に密封するに十分な圧力を加える熱復原可能密
封部材を備えた密封容器を提供する。

そして更に電気構成部分を内蔵し、開口端に密封リング
を有し、該リングが水平部分傾斜部分とを有して該水平
部分の面と傾斜部分の面とで鋭角を形成し、前記密封リ
ングで形成される部分内にあって密封リングに密封する
に十分な圧力を加える熱復原可能部材を備えた密封容器
を提供する。

従って本発明によれば、電気構成部分を熱復原可能密封
部材で密封することになる。

金属密封部材の場合には金属が同金属のマルテンサイト
転位湿度よりも低い湿度に冷却された時に容易に変形す
ることになるけれども、温められたら同金属の原形に復
原するように強いられることになる。

不安定なマルテンサイト状態に於いて金属密封部材を、
電気構成部分の置かれた基板と協働する壁や密封リング
内に滑合するような寸法に変形させ、同密封部材を壁や
密封リングで形成された部分に挿入し、かつ同密封部材
を安定なオーステナイト状態になるまで温めて同部材を
原形に復原することによって、実質的な力が壁や密封リ
ングに加えられる。

この力は電気構成部分を密封するのに十分である。

同様に、プラスチック密封部材の場合には、重合体材料
を加熱して適正寸法に変形させ次いで同寸法に於いて急
冷することによってプラスチックは加熱されたら、原形
に復原することになる。

密封部材並びに壁や密封リングの寸法を正確に決めるこ
とによって、密封圧力は電気構成部分を密封するように
正確にかつ復原可能に与えられる。

金属の場合には、安定なオーステナイト状態への転位は
大てい室湛に於いてまたはもつと低い温度に於いて起こ
り従って電気構成部分は加熱劣化を生ぜしめ得る熱に曝
されない。

熱復原可能プラスチックの場合には、熱復原が大体に於
いて、はんだ付けの加熱劣化または導体の酸化を生せし
めることになる温度よりも十分に低い１４９℃（３００
’Ｆ）に於いてまたはもつと低い温度に於いて起こるこ
とになる。

次に本発明の好適実施例が説明される〇 熱復原可能金属、即ち熱を加えられたら寸法が熱に不安
定な状態から熱に安定な状態に復原する材料は様々な種
類の用途に使用されている。

熱復原可能な金属材料に就いては、金属がマルテンサイ
ト状態で存在する湿度に於ける寸法変形によって熱復原
可能性を付与され易いとしてチタンとニッケルの種々の
合金がこれまでに明らかにされている。

このような合金の実例は米国特許第３１７４８５１号、
第３３５１４６３号、第３７５３７００号及び第３７５
９５５２号に見出される。

これらの合金に対する用途にはこれらの合金が１９６９
年８月２５日付で出願され、本願と同じ譲受人に譲渡さ
れた米国特許出願“熱復原可能金属継手（Ｈｅａｔ Ｒ
ｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ ＭｅｔａｌｌｉｃＣｏｕｐｌｉ
ｎｇ ）″に概説されている液圧管路の如き導管の継手
に使用されることが含まれる。

導管の継手に於いて、熱復原可能金属は同金属の不安定
なマルテンサイト状態に於いて膨張させられた概して円
筒形に形成されかつ同金属は連結れるべき導管の端を覆
って置かれる。

膨張させられた熱復原可能金属は、安定なオーステナイ
ト状態に温められたら、原寸法の方へ復原し、従って同
円筒で覆われた管を連結しかつ密封する。

管を連結するのに使用されるほかに、熱復原可能金属は
１９７３年１月４日付で出願され本願と同じ譲受人に譲
渡された米国特許出願第 ３２０９３０号、６膨張金属プラグ（ＭｅｔａｌＥｘｐ
ａｎｓｉｏｎ Ｐｌｕｇ ）”に概説される如く管をプ
ラグしかつ密封するのにも使用されている。

同特許出願には圧力嵌めされるねじプラグを在来通りに
使用する管、ドラムまたはタンクにある孔に嵌る丸プラ
グが概説されている。

従って、熱復原可能金属の在来密封用途は導管または容
器の中のガスまたは液体が大気へ漏洩することにならな
いように導管または容器を連結するかまたは密封するこ
とに概して限られる。

同様に、熱復原可能プラスチック材料の密封用途は導管
または容器の中のガスまたは液体が大気へ漏洩すること
にならないように導管または容器を連結するかまたは密
封すること、に概して限られている。

例えば、米国特許第３７’４１４２２号に於いては熱復
原可能プラスチック材料がびんを密封するのに使用され
ている。

本出願人は今、これらの熱復原可能材料の全く新しい用
途を発見している。

熱復原可能材料は密封部材として電気構成部分を大気か
ら密封するのに電気構成部分製造に使用されることがで
き、このような密封部材は電子工業に利用される在来の
密封装置よりも簡単でありかつ信頼性がある。

次に添付図面の第１及び２図を参照すれば、本発明によ
る密封容器として利用されることのできる電子パッケー
ジの頂上平面図及び側面図が示されている。

適当な基板２が、第２図に示されている電気構成部分６
に対する入力、出力画装置を具備するのに電気コネクタ
４で被覆されて６る。

基板２は無機絶縁体（セラミック、ガラス）または有機
絶縁体（エポキシ、フェノール、メラミン、ナイロン、
ポリエステル、テフロン、ポリイミド及びポリアリレン
）を含めて如何なる絶縁材料で造られても構わない。

有機絶縁体が基板材料として使用される時には、ガラス
繊維または微小球の如き補強剤が電子パッケージに必要
な剛性を付与するのに望ましい。

金属で被覆されたダイス取付パッド８が取付・けられて
電気的に接続されるべき構成部分６を受けるのに利用さ
れる。

ダイス取付はパッド８は全体を金の如き貴金属で被覆さ
れている。

同様に、コネクタ４も金の頂上層を有することができ、
同層の下に銅の如きあまり高価でない金属があっても構
わない。

好ましくは、金属コネクタ４はスパッターリング（Ｓｐ
ｕｔｔｅｒｉｎｇ ） 、蒸気析出、または電気めっき
の如き既知の方法によって基板２の上に析出される。

然し、別個の配線が本発明の電子パッケージに使用され
ても構わない。

電気コネクタ４は次いで、合本された第２段パッケージ
へ導体１０を経由して接続される。

基板２は導体１０が間に挾まれるように多層の形に変え
られても構わない。

このような基板は多層回路が利用されることができるか
ら一層緻密なパッケージを可能ならしめる。

勿論、単一層基板は高い回路密度の必要でない場合に利
用されることもできる。

第２図及び第３図に最も明瞭に見られるように、電気構
成部分を上に取付られるべきダイス取付はパッドを取囲
むのに壁１２が設けられている。

この壁は基板の一体部分であることができかつ基板と同
じ組成を有している。

セラミックまたはガラスの如き無機基板が硬いので、か
なり軟かい材料の内面を少なくともその一部として有す
る壁を設けることが好ましい。

従って、別個の金属リングがセラミック基板に取付けら
れても構わず、そのリングは同リングの内面に、金の如
き軟質金属で被覆された熱復原可能部材によって接触さ
れる部分を有している。

勿論、壁１２及び基板２がセラミックの如き一体構成部
分である時には、内壁が金の如き軟質金属で被覆されて
も構わない。

更に軟かい有機絶縁体が基板及び壁として使用される時
には、壁の内面を軟かい材料で被覆する必要は無い。

然し、たとえ壁の内面が軟い材料であっても、密封部材
がくさび状に固く嵌入されることのできる密封リング例
えば第７図に示されているリングの如きを設けるのはや
はり望ましいことである。

パッド８を覆って電気構成部分６を泣置決めしてから、
熱復原可能部材１４が構成部分６を大気から密封するよ
うに同構成部分６を覆って壁１２の中に置かれる。

部材１４は熱復原能力を有しかつ変形させられた不安定
状態から更に安定な状態に変わる時に力を発揮する如何
なる材料で造られても構わない。

金属密封部材に対しては、概して＋１３５℃乃至−１９
６℃の範囲内に転位温度を有する金属が本発明に使用さ
れるのに満足である。

好ましくは、この密封部材は４７．１％のニッケル、４
９．４％のチタン及び３．５８％の鉄を含有するニッケ
ルチタン合金の平たい円板から造られる。

この組成は約−１２５℃の転位温度を有する材料をもた
らす。

上記円板は＝１９６℃の安定した湛度を示す液体ちつ素
に浸漬されることによって同円板の転位温度よりも低い
温度に下げられる。

この下げられた温度に保持されつつ、この円板は例えば
プレスに於いて、熱復原可能な塑性変形を起さしめるだ
け十分な力を受けさせられ、従って円板は熱に不安定な
さら形にされる。

変形させられた円板は同円板の転位温度よりも低い温度
に、例えば、液体ちつ素に連続浸漬されることによって
、同円板が使用可能に準備されるまで保たれる。

円板は容器の壁１２で形成された部分に冷却された状態
のままで挿入され、その後に放置されて温められる。

この方法はたとえ生じさせるにしても僅かな熱応力を生
じさせる。

明らかに電気構成部分６は在来方法の場合に曝されたよ
うな高い温度には曝されない。

はとんどの場合に、電子パッケージ全体が密封操作中液
体ちつ素温度に冷却されることができるけれども、これ
は必要なことではない。

あるいはまた、部材１４は熱復原可能にされることので
きる重合材料で造られて、復原せしめられる時に力を発
揮するようにされても構わない。

熱復原可能材料及びそれらの製造方法はよく知られてお
り、例えば米国特許第３４１５２８７号が参照される。

基板の壁または密封リングが軟かい変形可能材料から造
られた時には、プラスチック部材が電気構成部分を完全
に密封することになるのを確実にするのに、硬い変形不
可能なプラスチックが好まれる。

あるいはまた、プラスチック密封部材はリングまたは壁
が硬い変形不可能な材料である時に軟かい変形可能な材
料で造られても構わない。

然し、この材料は界面に於ける軟かい材料を変形せしめ
て電気構成部分を密封せしめるだけ十分な圧力が容器の
壁またはリングに加えられるのを確実にするように選択
されかつ寸法を決められなければならない。

このような用途に特に適当なのはポリアリレンプラスチ
ックである。

この重合体はたとえ交差結合されなくても高度の結晶性
を有するので、室温に於いて変形させられることができ
、かつ加熱されたら原形に戻り、従って電気構成部分を
密封するのに十分な力を発揮するのに十分な弾性メモリ
イを有している。

密封部材１４の形は、変形させられた状態にあって壁１
２に容易に嵌入するようにされなければならない。

平たい形からさら形に変形させられた熱復原可能部材と
円形壁を併用するのがこの用途に特に適しており、その
理由は壁にかかる密封圧力が容易に計算されることがで
きることにある。

熱復原可能部材には、保持工具の挿入を可能ならしめる
ようにかつ同部材を電子パッケージの壁の中に適正に位
置決めするように隆起１６が設けられても構わない。

第３図を参照すれば、壁１２は熱復原可能部材を受ける
のにリップ１８を設けられている。

このリップの表面に於いて熱復原可能密封部材と壁との
間に密封が作られるのであって、同表面は熱復原可能部
材によって力を加えられたら変形することになる材料を
有するべきである。

チタンニッケル合金密封部材の場合には、このリップ表
面はチタンニッケル合金よりも軟かい材料、例えば金ま
たはプラスチックを有するべきである。

さら形にされた熱復原可能密封材料を使用することによ
って、壁にかかる力は容易に見積られることができる。

この力は構成部分を密封するだけ十分に内壁表面を変形
させるけれども壁または基板をき裂させるような力を与
えないようにされなければならない。

さら形にされた熱復原可能密封部材に対して、縁にかか
る力は、マクグローヒル（Ｍｅｇｒｏｗ Ｈｉ ｌ ｌ
）社から１９６５年に刊行されたロアーク（Ｒｏａｒ
ｋ ）氏の著書１１応力ひずみに対する式（Ｆｏｒｍｕ
ｌａｓ ｆｏｒ ５ｔｒｅｓｓ−８ｔｒａｉｎ ） ”
の第４版第３０３ページに見出される如き応力・ひずみ
の式を使用することによって計算されることができる。

円板の高さ及び厚さを調節することによって、容器の壁
に於ける力はき裂の生ずる如何なる危険をも伴なわずに
被密封電気構成部分を与えるように制御されることがで
きる。

変形させられた円板の横方向寸法は゛リソ１部分に於け
る壁の横方向寸法よりも少し小さくなれなければならな
い。

従って、１２．７００ミリメートル（０，５００インチ
）の壁寸法に対して、円板の横方寸法は１２．６７３ミ
リメートル（０，４９５インチ）である。

このような寸法にされれば、不安定状態で円板は壁空洞
の中に容易に置かれることができるけれども、温められ
ると１２．７００ミリメートル（０，５００インチ）よ
りも少し大きく変形されて空洞内に包まれた電気構成部
分を密封する圧力を与える。

円板形にされた密封部材を使用することは円板の力が容
易に見積られるから好まれるけれども、理解されるべき
は熱復原可能密封部材の特定の寸法及び形が電子パッケ
ージの形によってしばしば指令されることになることで
ある。

その他、正方形及び長方形を含めて種々の形の辺縁力が
応力−ひずみの式から概算され、かつ本発明の範囲内に
ある。

密封部材の表面の形は密封力を増すようにかつ基板の壁
に同部材の挿入されるのを助けるように設計されかつ変
形させられる。

第４ａ図は変形前の平たい円板の断面図であり、第４ｂ
図は変形後の同円板を示している。

復原温度に変形させられた円板を温めたら、同円板は原
形に戻ろうとする傾向を持つことになり従って容器の壁
に力を加える。

第５ａ及び５ｂ図は円板が容器の壁に挿入されるのを助
ける大きい制御隆起を有する円板の変形前後の断面をそ
れぞれ示している。

第６ａ及び６ｂ図はドーナツ形に変形させられる平たい
円板を示している。

この形は温められたらこの円板によって容器の壁に実質
的に水平な力が加えられる結果をもたらす。

第７図は密封部材が容器の壁に直接には接触しないよう
に密封リングを使用することを示している。

リング３８は好ましくはコバール（Ｋｏｖａｒ ）の如
き剛固な材料で造られる。

好ましくは、このリングは■字形になるように内曲げ部
分を有する形にされて、■字形の中に密封部材１４が復
原したらくさび状に嵌入することになる。

密封リング３８は傾斜部分４２と水平部分４０とを有し
て水平部分４０の面と傾斜部分４２の内面とで鋭角を形
成する。

第３図に最も明瞭に示されているような真直側壁形とは
違って、この■字形は円板の保持及びリングの２表面に
於ける１に重密封１を確実にする。

リング３８ははんだ付けまたはろう付けの如き既知方法
によって金属被覆パッド２２上で基板２０に接着される
。

このリングは基板空洞２４の形で容器を覆って置かれて
、同空洞には電気構成部分（図示せず）が挿入される。

同電気構成部分は入力、出力画導線２６へ接続される。

第８図は一操作で密封部材を変形させて電気構成部分を
密封する方法を示している。

第２図に示されているのと同様な電気構成部分６が、ポ
ンチ３２により中低形３６に変形させられた熱復原可能
密封部材３０によって密封される。

基板の頂壁が変形させられていない密封部材３０よりも
少し小さい開口を画定し、従って同部材３０は挿入され
たら図示中低形に変形させられるようになっている。

壁１２の一部はリップ３４を形成するように曲げられる
ことができ、同リップの上には中低形密封部材３６が載
って同リップと同じ高さになる。

このリップは取付はパッド８を覆って置かれた電気構成
部分６に密封部材３０の圧接するのを阻止して損傷を防
゛ぐ突当りとしても役立つ。

金属密封部材の場合には、同部材が同部材の不安定なマ
ルテンサイト状態で挿入されかつ変形させられ、そして
挿入後に放置されて同部材の安定なオーステナイト状態
に戻る。

同部材は同部材の平たい原形に戻ろうとすることになっ
て、壁に圧力を加え容器を密封して電気構成部分を密封
する。

プラスチック密封部材の場合には、熱復原可能部材が挿
入中に変形させられ、その後加熱されて圧力を加え電気
構成部分を密封するようにさせられる。

最後に、本発明に採用される密封部材は、もしも修繕ま
たは取替えが必要ならば容易に取外されて電気構成部分
をむき出しにする。

密封ガラスまたははんだ付はキャップの如き在来密封装
置を使用すれば、パッケージを高温に曝すことなしに密
封部材を取外すことはできない。

本発明の密封部材を取外すのに、金属部材の場合には、
容器（パッケージ）全体が熱復原可能密封部材を同部材
のマルテンサイト転位温度よりも低く冷却するように液
体ちつ素に浸漬される。

この温度に於いて同部材は変形させられ、かつ電気構成
部分をむき出しにするように取外されることができる。

プラスチック密封部材の場合には、同プラスチック部材
が変形させられかつパッケージから取外されることがで
きる温度に加熱される。

隆起１６は第２図に最も明瞭に見られるように、密封部
材が容易に取外されるようにつかまれるのを可能ならし
める。

あるいはまた、金属の場合には、密封部材がオーステナ
イト状態にあって破砕によって取外されても構わない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る密封容器を形成するために、半
導体細片の如き電子構成部分を置きそれを覆って熱復原
可能密封部材を置いた電子パッケージを有する容器の頂
上平面図、第２図は、電気構成部分及び密封部材の挿入
された第１図の容器の断面図、第３図は密封部材と容器
の壁との当接部を示す第２図の要部拡大図、第４ａ＝ｂ
図、第５ａ”ｂ図及び第６ａ”ｂ図は本発明に従って密
封容器を形成するために使用されることのできる金属密
封部材の変形前後の夫々の断面図、第７図は密封リング
を有し、同リング内に密封部材が挿入されて、密封リン
グに密封部材が加熱されて同リングにくさび状に嵌入す
るのを可能にされている電気構成部分を内蔵するに適し
た密封容器の断面図、そして第８図は本発明に従って密
封容器を形成するために一操作で密封部材を変形させか
つ挿入する方法を示す図である。 ２・・・・・・「基板」、４・・・・・・「電気的に接
続するための装置」、６・・・・・・「電気構成部分」
、１２・・・・・・「壁」、１４・・・・・・「熱復原
可能部材」または「熱復原可能密封部材」。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ′電気構成部分６を内蔵し、該電気構成部分６が設
   けられている基板２を有し、・該基板２が前記電気構成
   部分６を電気的に接続する装置１０と、前記電気構成部
   分６を囲む壁１２とを有し、該壁１２で形成される部分
   内にあって壁１２に密封するに十分な圧力を加える熱復
   原可能密封部材１４゜３０を備えたことを特徴とする密
   封容器。 ２ 電気構成部分を内蔵し、密封リング３８を有し、該
   リング３８が基板上に接着された水平部分４．０と電気
   構成部分を囲む傾斜部分４２とを有して該水平部分４０
   の面と傾斜部分４２の面とで鋭角を形成し、前記密封リ
   ング３８の傾斜部分４２で形成される部分内にあって密
   封リング３８の傾斜部分′４２に密封するに十分な圧力
   を加える熱復原可能部材１４を備えたことを特徴とする
   密封容器０