JP6036113B2 - 気密封止構造の製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、高感度に信号を検出するためには、受光部を熱的に絶縁する必要がある。そのため、受光部を中空に浮かせた構造とするか、または赤外線センサ自体を真空容器内に配置することにより、熱的な絶縁性を確保している。
また、本発明の気密封止構造の製造方法は、基板上に機能素子を搭載する素子搭載工程と、前記機能素子を覆うように、真空排気を行うための孔が形成されたキャップを前記基板上に接合するキャップ形成工程と、真空チャンバ内にて真空排気をする真空排気工程と、所定の真空度に保たれた状態でピンを挿入または圧入する封止工程と、を備えることを特徴としている。
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
第一実施形態の気密封止構造1は、図1に示すように、機能素子10を搭載する基板20と、機能素子10を覆い基板20上に配置されたキャップ30と、ピン40と、を備えている。この気密封止構造1のキャップ30の内部は、真空状態に気密封止されている。
機能素子10は、例えば赤外線センサ、ジャイロセンサ、温度センサなどが挙げられ、本実施形態においては、赤外線センサとされている。
キャップ30は、側壁31と天面32とを備え、一方向(図1において下方)に開口している。側壁31の開口端は、基板20と接合されている。天面32には、赤外線を透過するための窓33が、接合により形成されている。この窓33の下方に機能素子10が配置されている。
この孔34には挿入または圧入可能とされたピン40が設けられている。このピン40は、ピン40の先端側を孔34に挿通でき、基端側をキャップ30と係合できるようになっている。本実施形態においては、ピン40がキャップ30の外方から孔34に圧入されている。
さらに、ピン40と、天面32の上面との間(図1において、孔34の上面)には、接合パッド41が介在されている。すなわち孔34の位置に合わせて、接合パッド41が配置されている。
具体的には、接合パッド41に金めっき膜を用いた場合、ピン40の表面にも金めっき膜を形成する。後に、はんだ接合されるため、金の溶解によるキャップ30(天面32)との密着を考慮して、下地層としてチタン、Niなどの層を設けておくことが好ましい。
本実施形態においては、ピン40と接合パッド41を覆うように、はんだ50によって接合されている。はんだ材料として、窓33を天面32に形成するときやキャップ30を基板20に接合するときに用いられる材料よりも融点の低い材料を用いることにより、はんだ接合時の熱が他の接合箇所へ影響を与えることを抑制できる。
まず、機能素子10を基板20上に接合し、基板20上の配線パターンと機能素子10とをワイヤーボンディングなどで電気的に接続する(素子接合工程S1)。
次に、図3(a)に示すように、窓33が所定の位置に形成されたキャップ30を基板20上の所定の位置に接合する(キャップ接合工程S2)。ここで、キャップ30には予め孔34が形成されており、孔34の上面(孔34の開口近傍)には接合パッド41が設けられている。
ここで、必要に応じて真空チャンバ60内の内壁や基板20及び基板20上に配置された各部材が吸着しているガス成分を除去するために、加熱ベークをしながら真空排気を実施する(加熱ベーク工程S4)。
こうして、所定の真空度に到達した後に、キャップ30の内部を真空に保った状態でピン40を挿入、加圧する(ピン挿入工程S5(封止工程))。すなわち、ピン40は孔34に圧入される。このとき、ピン40を接合パッド41に押圧し、接合パッド41を変形させながら、ピン40と接合パッド41とを圧着接合する。
次いで、ピン40及び接合パッド41全体を覆うようにはんだ50で接合する(はんだ接合工程S7)。
ここで、基板20を真空チャンバ60から取り出す場合、加熱ベーク時の温度やピン40を孔34に圧入したときの温度に保たれたまま、真空チャンバ60の外へ取り出しても良い。このようにすると、常圧下に置くことにより、基板20及び基板20上の部材の冷却速度を速くすることができ、生産性を向上できる。
また、本実施形態においては、孔34の上面に設けられた接合パッド41に対して加圧してピン40を挿入するので、ピン40と接合パッド41とが圧着され、キャップ30の内部を封止し、気密な構造を得ることができる。さらには、ピン40及び接合パッド41を覆うように、はんだ接合する構成とされているので、キャップ30の内部を確実に気密封止できる。
次に、第二実施形態に係る気密封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
キャップ30の天面32には、この天面32を貫通する孔34が形成されており、この孔34の下面には、ナット42が接合(固定)されている。そして、この孔34には、挿入または圧入可能とされたピン140が設けられている。
また、ピン140と接合パッド41を覆うように、はんだ50が接合されている。
次に、第三実施形態に係る気密封止構造について説明する。
なお、第一実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
キャップ30の天面32には、この天面32を貫通する孔34が形成されている。そして孔34の下面(孔34の下側の開口近傍)には、ガイド43が接合(固定)されている。このガイド43はピン240の先端側を挿入可能とされている。
また、ピン240の先端側を覆うように、はんだ50が接合されている。
次に、図6(a)に示すように、窓33が所定の位置に形成されたキャップ30を基板20上の所定の位置に接合する(キャップ接合工程S2)。ここで、キャップ30には予め孔34が形成されており、この孔34の下面にはガイド43が接合(固定)されている。キャップ30の孔34には、キャップ30の内部からピン240の先端側が挿入され係合している。このとき、孔34及びガイド43とピン240との間には、真空排気のための排気口(隙間)が形成されている。
次いで、所定の真空度が得られたら、図6(c)に示すように、ピン240を上方に引き上げガイド43にテーパー部240aを挿入、圧入し、ガイド43とテーパー部240aとを圧着させる(ピン挿入工程S5(封止工程))。こうして、キャップ30内部が気密封止される。
次に、図6(d)に示すように、ピン240がガイド43に仮固定された状態で真空チャンバ60より取り出す(取り出し工程S6)。
そして、ピン240及び孔34を覆うように、はんだ50を接合する(はんだ接合工程S7)。最後に、はんだ50から突出するピン240の先端側を切断して、第三の実施形態である気密封止構造201が得られる。
なお、圧入されるテーパー部240a及びガイド43には、めっき、スパッタ、及び蒸着などによって、加圧により塑性変形しやすく圧着可能な膜を予め形成しても良い。
また、気密封止構造においては、真空排気工程において、ピン240を搬送する搬送機構が不要であるため、真空排気をより短い時間で行うことができるとともに、設備コストを低減できる。
次に、第三実施形態の変形例1に係る気密封止構造について説明する。
なお、上記した第三実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
次に、第三実施形態の変形例2に係る気密封止構造について説明する。
なお、上記した第三実施形態と同一の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
また、上記実施の形態においては、キャップの上面(天面)に孔が形成される場合について説明したが、側壁に孔を形成する構成とされても良い。
10 機能素子
20 基板
30 キャップ
34 孔
40、140、240、340 ピン
41 接合パッド
42 ナット
43 ガイド
240a テーパー部
50 はんだ(封止材料)
60 真空チャンバ
Claims (2)
- 基板上に機能素子を搭載する素子搭載工程と、
前記機能素子を覆うように、真空排気を行うための孔が形成されたキャップを前記基板上に接合するキャップ接合工程と、
真空チャンバ内にて真空排気をする真空排気工程と、
所定の真空度に保たれた状態でピンを位置合わせし挿入または圧入する封止工程と、を備え、
前記孔の位置に合わせてナット及び接合パッドを対向するように接合し、
前記真空排気工程では、先端にネジ加工した前記ピンを前記孔に位置合わせし仮置きして、真空チャンバ内にて真空排気し、
前記封止工程では、前記ピンをネジ締めにより挿入または圧入し、前記ピンと前記接合パッドを圧着することを特徴とする気密封止構造の製造方法。 - 前記ピンの基端側には、テーパー形状を有するテーパー部が設けられ、
前記孔の位置に合わせて前記テーパー部を挿入または圧入するためのガイドを設け、
前記封止工程では、前記ピンの先端側から前記孔に挿入し、前記ガイドに前記テーパー部を挿入または圧入することを特徴とする請求項1に記載の気密封止構造の製造方法。
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JP2012216783A JP6036113B2 (ja) | 2012-09-28 | 2012-09-28 | 気密封止構造の製造方法 |
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