電子機器のガラス-金属封止：課題と防止・検出策

表面欠陥を問題化する前に防止・検出する

ガラス-金属封止は、幅広い製品製造で不可欠な技術です。「時代遅れ」だが依然として普及している白熱電球から、真空管、放電管、半導体ダイオード、ノートPCや折りたたみ携帯のリードスイッチ、ほぼ全ての電子部品金属パッケージまで、ハーメチックなガラス-金属封止なしでは、私たちのテクノロジー生活は全く異なるものになっていたでしょう。

これら全用途で、電気を通すアセンブリの真空気密封止を実現するには、リークがないことを保証することが極めて重要です。しかし、一般に金属とガラスは異なる速度で膨張するため、ガラス-金属封止形成時の溶融プロセスで機械的応力が生じ、リークリスクは常に存在します。金属の方がガラスより速く膨張すればガラスが割れ、遅ければ隙間が生じます。

ガラス-金属封止の問題点とは？

ガラスと金属の膨張関係は多くの要因（用途固有のもの）の一つに過ぎませんが、両材料の膨張適合性を確保することは、機能するガラス-金属封止を作る上で極めて重要です。しかし、様々なガラスと金属が異なる膨張係数を持つため、機械的応力、ひいてはリークは避けられないように思えます。

ガラスの選定や、ガラス-金属封止用独自ガラスの開発はガラス専門家に委ねますが、ガラスによって流動性、密度、不純物、強度・粘度に影響する他の特性が異なることは言えます。また、ガラス表面の不規則性は強度に影響し、応力と変動を生じさせ、クラック、ひいてはガラス-金属封止の破壊につながります。

同様に、ガラス-金属封止用の金属を選ぶ際、最大の問題は、その金属にサブサーフェスクラックや表面状態の問題がなく、封止の完全性を損なわないかです。厄介なのは、クラックが明確な場合もあれば、見えにくく一見して分からない場合もあることです。ガラス-金属封止形成時の加熱で発生する潜在的問題かもしれません。微小なピンホールや極微細な縦クラックが、繰り返し熱サイクルで本格的なクラックに成長する可能性があります。金属表面のわずかなダイラインのような表面仕上げ状態でさえ、クラックを誘発し、最終的にガラス-金属封止のリークを招くことがあります。

朗報は、ハーメチックなガラス-金属封止と安定した最終製品を妨げるクラックや金属表面仕上げ問題を検出・防止する手立てがあることです。

ガラス-金属封止用金属の表面問題をどう検出するか？

渦電流検査（ECT）は、多くの興味深い側面と幅広い用途を持つ複雑なプロセスです。その中で、ガラス-金属封止に用いられる丸棒、フラットリボン、毛細管などの金属部品の表面欠陥検査に広く効果的に用いられています。

ECTは電磁誘導を利用し、導電性材料の表面・サブサーフェス欠陥を検出・特性評価します。また、厚み測定と導電率測定にも用いられます。極めて基本的に言えば、コイルで振動磁場を生成し、導電性試験材料に適用すると渦電流が誘導されます。試験対象の欠陥、電気伝導率・磁気透過率の変化が、渦電流の対応する変化を引き起こします。位相、周波数、振幅、インピーダンスなどの特性変化を測定することで、ピッティング、クラック、腐食などの欠陥を検出します。

ECTには、単一テストコイルプローブで渦電流を生成し電流場の変化を検知する絶対ECT、2つのアクティブコイルを用いてより高感度に欠陥を検出する差動ECT、これらの組み合わせや他のプローブ・手法など、様々な技法があります（この奥深く重要な冶金スキルセットについてさらに知りたい方は、メタルカッティング社へお気軽にお問い合わせください）。

ガラス-金属封止の隙間リークをどう防ぐか？

ガラス-金属封止用金属の表面に加工手法を施し、金属表面を変化させ、リーク原因となる隙間の発生確率を下げることもできます。例えば、センタレス研削で金属棒の外径表面仕上げを変更します。表面を縦方向の特徴から、ワイヤー走行方向に垂直な放射状特徴へ変えることで、センタレス研削面が複数の「ハードル」となり、ガラスの密着を助け、縦方向のリーク経路を防ぎます。

このような予防策と、良好な設計、部品のクラック・表面欠陥の慎重なECT・目視検査、適切なパートナー選定を組み合わせれば、ガラス-金属封止が初日から気密であり続けることを大いに保証できます。最終的には、様々な高度なエッチングとヘリウムリーク試験（電子デバイスのリーク有無を判定する究極のテストと言えます）により、重要電子部品がサプライチェーン全体で100%検査されていることを確認できます。

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