JP3055960B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、特
に、ベース基板の実装面にフェイスダウン方式で搭載さ
れる半導体ペレットを封止用キャップで封止するマイク
ロチップキャリア構造の半導体装置に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高い実装密度が得られる半導体装置とし
て、マイクロチップキャリア構造の半導体装置が知られ
ている。この種の半導体装置は、ベース基板のペレット
実装面の中央領域にフェイスダウン方式で半導体ペレッ
トを搭載し、この半導体ペレットを封止用キャップで封
止する。半導体ペレットはベース基板及び封止用キャッ
プで形成されるキャビティ内に封止される。フェイスダ
ウン方式は、半導体ペレットの外部端子(ボンディング
パッド)、ベース基板の電極の夫々を半田電極（ＣＣＢ
電極又は突起電極）で電気的及び機械的に接続する方式
である。フェイスダウン方式は、半導体ペレットの占有
面積内においてベース基板に搭載できるので、ボンディ
ングワイヤ方式に比べて実装面積並びに信号伝搬経路を
縮小できる。

【０００３】本発明者が開発中のマイクロチップキャリ
ア構造の半導体装置は、モジュール基板、ＰＣＢ基板等
の実装基板の実装面上に複数個実装され、冷却装置で強
制冷却される冷却システムに組込まれる。この半導体装
置は、半導体ペレットの裏面とその対向する封止用キャ
ップの内壁(ペレット連結面)との間を熱伝導合金材で連
結し、半導体ペレットに搭載された回路システムの動作
で発生する熱を封止用キャップに伝導する。封止用キャ
ップに伝導された熱はさらに冷却装置に伝導される。熱
伝導合金材は熱伝導性が高い例えば半田を使用する。前
記半導体ペレットの裏面、封止用キャップのペレット連
結面の夫々には、熱伝導合金材の濡れ性を確保するメタ
ライズ層が形成される。このメタライズ層は例えばＴｉ
膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の夫々を順次蒸着した複合膜で形成
される。

【０００４】前記半導体装置は、熱伝導合金材の一部で
ベース基板と封止用キャップとを接合し、このベース基
板及び封止用キャップで形成されるキャビティ内に半導
体ペレットを封止している。この半導体装置は、ベース
基板のペレット実装面の中央領域に搭載された半導体ペ
レットの裏面に熱伝導合金材(半田プリフォーム)を載置
し、この熱伝導合金材に上下から所定の荷重を加えなが
ら、熱伝導合金材が溶融するまで熱処理を施して、半導
体ペレットの裏面と封止用キャップのペレット連結面と
の間を密着すると共に、溶融した熱伝導合金材の一部を
ベース基板のペレット実装面の周辺領域(接合領域)に流
し込み、ベース基板の接合領域とその対向する封止用キ
ャップの接合領域との間を熱伝導合金材の一部(封止合
金材)で接合する。この封止の際の熱処理においては不
活性ガスの雰囲気中で行なわれる。

【０００５】前記ベース基板の接合領域には例えばＣｕ
膜を蒸着した厚膜メタライズ層が形成される。この厚膜
メタライズ層の表面には例えばＮｉ膜、Ａｕ膜の夫々を
順次蒸着したメタライズ層が形成される。前記封止用キ
ャップの接合領域には例えばＴｉ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の
夫々を順次蒸着したメタライズ層が形成される。この夫
々のメタライズ層は封止合金材の濡れ性を確保する。前
記ベース基板及び封止用キャップで形成されるキャビテ
ィ内部は、半導体ペレットを封止する際の不活性ガスが
充填され、キャビティ外部に対する気密性が保持され
る。

【０００６】このように構成されるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置は、フェースダウン方式で実装基
板の実装面上に実装される。つまり、半導体装置のベー
ス基板は半田電極を介して実装基板の実装面上に実装さ
れる。

【０００７】なお、前記マイクロチップキャリア構造の
半導体装置については、例えば特開昭６３−３１０１３
９号公報に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前述のマ
イクロチップキャリア構造の半導体装置について以下の
問題点を見出した。

【０００９】前記半導体装置は、半導体ペレットの裏面
とその対向する封止用キャップの内壁(ペレット連結面)
との間を熱伝導合金材で連結する際、半導体ペレットの
裏面と熱伝導合金材との界面部及び封止用キャップのペ
レット連結面と熱伝導合金材との界面部において雰囲気
ガス（不活性ガス）の巻き込みを生じ、熱伝導合金材に
気泡が発生する。このため、熱伝導合金材の熱抵抗が増
加し、半導体ペレットに搭載された回路システムの動作
で発生する発熱を半導体ペレットの裏面から封止用キャ
ップに放出する放熱効率が低下するという問題があっ
た。

【００１０】また、ベース基板のペレット実装面の周辺
領域(接合領域)に溶融した熱伝導合金材の一部を流し込
み、ベース基板の接合領域と封止用キャップの接合領域
との間を熱伝導合金材の一部(封止合金材)で接合する
際、溶融した熱伝導合金材の一部が半導体ペレットの素
子形成面側に流れ込み、半導体ペレットの電極間が短絡
(半田電極間が短絡)するという問題があった。

【００１１】また、ベース基板の接合領域と封止用キャ
ップの接合領域との間を封止合金材(熱伝導合金材の一
部)で接合する際、封止合金材の膜厚が低下する。この
封止合金材の膜厚の低下は、組立プロセス中での熱処理
工程や製品完成後の環境試験である温度サイクルにおい
て、封止用キャップの接合領域と封止用キャップの内壁
との間の角部に高応力が発生する。このため、キャビテ
ィ内部とキャビティ外部とを連結するリークパスが封止
合金材に発生し、このリークパスを通してキャビティ外
部からキャビティ内部に汚染物質の浸入や、水の浸入が
生じ、半導体装置の耐湿性が低下するという問題があっ
た。

【００１２】本発明の目的は、半導体ペレットの発熱を
放出する放熱効率を高めることが可能な技術を提供する
ことにある。

【００１３】本発明の他の目的は、半導体ペレットの電
極間の短絡（半田電極間の短絡）を防止することが可能
な技術を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、耐湿性を向上するこ
とが可能な技術を提供することにある。

【００１５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１７】（１）ベース基板と、第１の主面（素子形
成面）及びこの第１の主面に平行な第２の主面（裏面）
を有し、前記第１の主面が前記ベース基板と向かい合う
状態で前記ベース基板のペレット実装面に半田電極を介
して搭載される半導体ペレットと、 前記半導体ペレット
の第２の主面に熱伝導合金材を介して連結される封止部
材とを有する半導体装置の製造方法において、 前記半導
体ペレットの第２の主面と対向する側に前記半導体ペレ
ットの第２の主面側に突出する曲面を有する前記封止部
材を準備する工程と、 前記半導体ペレットの第２の主面
と前記封止部材の曲面との間に前記熱伝導合金材を介在
させる工程と、 前記熱伝導合金材に所定の荷重を加え、
かつ熱処理を施すことによって、前記熱伝導合金材に前
記封止部材を前記封止部材の曲面の中央部分からその周
囲に向かって順次接触させることにより、前記封止部材
と前記半導体ペレットの第２の主面とを前記熱伝導合金
材を介して連結する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法である。

【００１８】（２）ベース基板と、 第１の主面（素子形
成面）及びこの第１の主面に平行な第２の主面（裏面）
を有し、前記第１の主面が前記ベース基板と向かい合う
状態で前記ベース基板のペレット実装面に半田電極を介
して搭載された半導体ペレットと、 前記半導体ペレット
を覆うようにして前記ベース基板のペレット実装面に接
着された封止用キャップと、 前記半導体ペレットの第２
の主面と、前記封止用キャップの内壁の前記半導体ペレ
ットの第２の主面と対向するペレット連結面との間に介
在された熱伝導合金材とを有する半導体装置において、
前記封止用キャップは、前記ペレット連結面を有する本
体部と前記半導体ペレットの側面と対向する脚部とを有
し、前記脚部は、前記熱伝導合金材により前記ベース基
板のペレット実装面に接着され、前記脚部の先端から前
記封止用キャップの内壁の前記半導体ペレットの第１の
主面よりも高い位置までの間に、前記熱伝導合金材に対
して濡れ性を有するメタライズ層が構成されていること
を特徴とする半導体装置である。

【００１９】（３）ベース基板と、 第１の主面（素子形
成面）及びこの第１の主面に平行な第２の主面（裏面）
を有し、前記第１の主面が前記ベース基板と向かい合う
状態で前記ベース基板のペレット実装面に半田電極を介
して搭載された半導体ペレットと、 前記半導体ペレット
を覆うようにして前記ベース基板のペレット実装面に接
着された封止用キャップと、 前記半導体ペレットの第２
の主面と、前記封止用キャップの内壁の前記半導体ペレ
ットの第２の主面と対向するペレット連結面との間に介
在された熱伝導合金材とを有する半導体装置において、
前記封止用キャップの内壁と前記封止用キャップの脚部
の先端との間の第１の角部に、前記封止用キャップの外
壁と前記封止用キャップの脚部の先端との間の第２の角
部に比べて大きい面取り部が構成されていることを特徴
とする半導体装置である。

【００２０】

【作用】上述した手段（１）によれば、半導体ペレット
の第２の主面に熱伝導合金材を介して封止部材を連結す
る際、熱伝導合金材に封止部材を封止部材の曲面の中央
部分からその周囲に向かって順次接触させるため、熱伝
導合金材の内部に存在する気泡を封止部材の曲面の中央
部分からその周囲に向かって押出し排除できる。従っ
て、この気泡の除去に相当する分、熱伝導合金材の熱抵
抗を低減し、半導体ペレットに搭載された回路の動作で
発生する発熱を半導体ペレットの第２の主面から封止部
材に放出する放熱効率を向上できる。

【００２１】上述した手段(２)によれば、ベース基板と
封止用キャップとの接合の際、熱伝導合金材の一部が、
メタライズ層に沿って誘導され、半導体ペレットの素子
形成面側への流れを防ぎ、封止用キャップとベース基板
との接合領域に選択的に流し込めるので、熱伝導合金材
の半導体ペレットの素子形成面側への流れ込みに基づく
半導体ペレットの電極間の短絡(半田電極間の短絡)を防
止できる。

【００２２】上述した手段(３)によれば、ベース基板と
封止用キャップとの接合の際、面取り部に封止合金材を
溜め込むことができ、封止合金材の膜厚を厚くできるの
で、組立プロセス中での熱処理工程や製品完成後の環境
試験である温度サイクル時に封止用キャップの接合領域
と封止用キャップの内壁との間に発生する高応力を緩和
でき、キャビティ内部とキャビティ外部とを連結するリ
ークパスの発生を防止できる。この結果、キャビティ外
部からキャビティ内にリークパスを通して汚染物質の浸
入や水の浸入を防止でき、半導体装置の耐湿性を向上で
きる。

【００２３】以下、本発明の構成について、冷却システ
ムに組込まれるマイクロチップキャリア構造の半導体装
置に本発明を適用した一実施例とともに説明する。

【００２４】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例である冷却システムに組込
まれるマイクロチップキャリア構造の半導体装置の概略
構成を図１(システム構成図)及び図２(要部拡大断面図)
で示す。

【００２６】図１及び図２に示すように、冷却システム
１に組込まれるマイクロチップキャリア構造の半導体装
置は、ベース基板５のペレット実装面の中央領域に配線
基板４を介在して半導体ペレット２を搭載し、この半導
体ペレット２を封止用キャップ８で封止する。封止用キ
ャップ８は、主に、半導体ペレット２の裏面（第２の主
面）と対向する本体部８Ｘと、この本体部８Ｘと一体に
形成され、かつ半導体ペレット２の側面と対向する脚部
８Ｙとを有する構成になっている。

【００２７】前記ベース基板５は、例えばムライトで形
成され、図示しないが多層配線構造で構成される。前記
配線基板４は、例えばポリイミド系樹脂で形成され、図
示しないが多層配線構造で構成される。この配線基板４
の多層配線構造の配線は前記ベース基板５の多層配線構
造の配線に電気的に接続される。配線基板４は、半導体
ペレット２に搭載される回路システムの高集積化に伴っ
た微細配線を形成できる。

【００２８】前記配線基板４のペレット実装面上には電
極４Ａが複数配列され、この電極４Ａは配線基板４の多
層配線構造の配線に電気的に接続される。前記ベース基
板５のペレット実装面と対向する裏面には電極５Ａが複
数配列され、この電極５Ａはベース基板５の多層配線構
造の配線に電気的に接続される。つまり、電極４Ａ、電
極５Ａの夫々は、配線基板４、ベース基板５の夫々の多
層配線構造の配線を介して電気的に接続される。

【００２９】前記半導体ペレット２は、例えば単結晶珪
素基板で形成され、その素子形成面(図１中下面)に論理
回路システム、記憶回路システム或はそれらの混合回路
システムが搭載される。この半導体ペレット２の素子形
成面（第１の主面）側には複数個の外部端子(ボンディ
ングパッド)２Ａが配列される。外部端子２Ａは前記回
路システムを構成する半導体素子間を接続する配線層の
うちの最上層に形成され、例えばアルミニウム合金膜で
形成される。

【００３０】前記半導体ペレット２の外部端子２Ａは半
田電極（バンプ電極、ＣＣＢ電極又は突起電極）３を介
在して配線基板４の電極４Ａに電気的及び機械的に接続
される。つまり、半導体ペレット２の外部端子２Ａは、
半田電極３、配線基板４の配線、ベース基板５の配線の
夫々を介してベース基板５の電極５Ａに電気的に接続さ
れ、半導体ペレット２は、半田電極３、配線基板４の夫
々を介在してベース基板５のペレット実装面の中央領域
にフェイスダウン方式で搭載される。半田電極３は、冷
却システム１で使用される半田材料のうち、融点が温度
階層の最も高い温度に位置する半田材料で形成される。
例えば半田電極３はＰｂ−Ｓｎ系合金（９８〔重量％〕
Ｐｂ−２〔重量％〕Ｓｎ）で形成され、３４０〜３５０
〔℃〕の融点を有する。

【００３１】前記半導体ペレット２の素子形成面と対向
する裏面には、熱伝導合金材１０を介在して、この半導
体ペレット２の裏面と対向する封止用キャップ８の内壁
（ペレット連結面）が連結される。熱伝導合金材１０
は、冷却システム１で使用される半田材料のうち、融点
が温度段層の２番目の高い温度に位置する半田材料で形
成される。例えば熱伝導合金材１０はＰｂ−Ｓｎ系合金
（９０〔重量％〕Ｐｂ−１０〔重量％〕Ｓｎ）で形成さ
れ、３０５〜３１５〔℃〕の融点を有する。

【００３２】前記封止用キャップ８は、断面形状がコの
字形状で形成され、ベース基板５とで半導体ペレット２
を収納しかつ気密封止するキャビティを構成する。封止
用キャップ８は熱伝導性の良好な例えば窒化アルミニウ
ムで形成される。封止用キャップ８のペレット連結面は
その中央部分を半導体ペレット２の裏面側に突出させた
曲面又は傾斜面で構成される。この封止用キャップ８
は、半導体ペレット２の裏面と封止用キャップ８のペレ
ット連結面との間を熱伝導合金材１０で連結する際、封
止用キャップ８のペレット連結面の突出した中央部分か
らその周囲に向って熱伝導合金材１０に順次接触するの
で、熱伝導合金材１０の内部に存在する気泡を封止用キ
ャップ８のペレット連結面の中央部分からその周囲に向
って押出し排除できる。これにより、熱伝導合金材１０
の内部に存在する気泡の除去に相当する分、熱伝導合金
材１０の熱抵抗が低減し、半導体ペレット２に搭載され
た回路の動作で発生する発熱を半導体ペレット２の裏面
から封止用キャップ８に放出する放熱効率が向上する。

【００３３】前記半導体ペレット２の裏面と熱伝導合金
材１０との間にはメタライズ層２Ｂが構成される。この
メタライズ層２Ｂは、半導体ペレット２の裏面に例えば
Ｔｉ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜の夫々を順次蒸着した複合膜で
形成される。前記封止用キャップ８のペレット連結面と
熱伝導合金材１０との間にはメタライズ層８Ｂが構成さ
れる。このメタライズ層８Ｂは封止用キャップ８のペレ
ット連結面に例えばＴｉ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜の夫々を順
次蒸着した複合膜で形成される。メタライズ層２Ｂ、メ
タライズ層８Ｂの夫々は熱伝導合金材１０の濡れ性を確
保している。

【００３４】前記封止用キャップ８は、ベース基板５の
ペレット実装面の周辺領域（ベース基板５の接合領域）
において、封止合金材１０Ａによりベース基板５に接合
される。この封止合金材１０Ａは、半導体ペレット２の
裏面と封止用キャップ８のペレット連結面との間を熱伝
導合金材１０で連結する際、この熱伝導合金材１０の一
部をベース基板５の接合領域に流し込んだ熱伝導合金材
１０の一部である。つまり、前記半導体装置は、半導体
ペレット２の裏面と封止用キャップ８のペレット連結面
との間を熱伝導合金材１０で連結すると共に、ベース基
板５の接合領域と封止用キャップ８の接合領域（脚部８
Ｙの先端）とを熱伝導合金材１０の一部（封止合金材１
０Ａ）で接合する。

【００３５】前記ベース基板５の接合領域には例えばＡ
ｌ膜又はＣｕ膜を蒸着した厚膜メタライズ層５Ｂが形成
される。厚膜メタライズ層５Ｂの表面には例えばＮｉ
膜、Ａｕ膜の夫々を順次蒸着したメタライズ層５Ｃが形
成される。つまり、ベース基板５の接合領域と封止合金
材１０Ａとの間にはメタライズ層５Ｂ、メタライズ層５
Ｃの夫々が構成される。前記ベース基板５の接合領域と
対向する封止用キャップの接合領域には例えばＮｉ膜、
Ｃｕ膜、Ａｕ膜の夫々を順次蒸着したメタライズ層８Ａ
が形成される。つまり、封止用キャップ８の接合領域と
封止合金材１０Ａとの間にはメタライズ層８Ａが構成さ
れる。メタライズ層５Ｃ、メタライズ層８Ａの夫々は封
止合金材１０Ａの濡れ性を確保している。

【００３６】前記封止用キャップ８は、封止用キャップ
８の内壁のベース基板５の接合領域と対向する位置から
半導体ペレット２の素子形成面よりも高い位置までの
間、即ち、前記封止用キャップ８の半導体ペレット２の
側面と対向する脚部８Ｙの先端（接合領域）から前記封
止用キャップ８の内壁の半導体ペレット２の素子形成面
（第１の主面）よりも高い位置までの間にメタライズ層
８Ｃを構成する。このメタライズ層８Ｃは、ベース基板
５と封止用キャップ８との接合の際、熱伝導合金材１０
の一部をベース基板５と封止用キャップ８との接合領域
に誘導し、半導体ペレット２の素子形成面側への流れ込
みを防止できる。これにより、熱伝導合金材１０の一部
をベース基板５と封止用キャップ８との接合領域に選択
的に流し込めるので、熱伝導合金材１０の半導体ペレッ
ト２の素子形成面側への流れ込みに基づく半導体ペレッ
ト２の電極間の短絡（半田電極３間の短絡）を防止でき
る。メタライズ層８Ｃは前述のメタライズ層８Ａと一体
に又は分離して形成され、熱伝導合金材１０の濡れ性を
確保する。

【００３７】前記封止用キャップ８は、封止用キャップ
８の外壁のベース基板５の接合領域と対向する位置から
封止合金材１０Ａの高さ方向の厚さの２倍以上の位置ま
での間にメタライズ層８Ｄを構成する。このメタライズ
層８Ｄは、ベース基板５と封止用キャップ８との接合の
際、キャビティ外部にはみ出した封止合金材１０Ａを封
止用キャップの外壁に誘導し、封止合金材１０Ａがキャ
ビティ外部に突出するのを防止できる。このメタライズ
層８Ｄは前述のメタライズ層８Ａと一体に又は分離して
形成され、封止合金材１０Ａの濡れ性を確保する。

【００３８】前記封止用キャップ８は、封止用キャップ
８の内壁とベース基板５の接合領域と対向する接合領域
との間の第１角部に、封止用キャップ８の外壁とベース
基板５の接合領域と対向する接合領域との間の第２角部
に比べて大きい面取り９、即ち、封止用キャップ８の内
壁と封止用キャップ８の脚部８Ｙの先端（接合領域）と
の間の第１角部に、封止用キャップ８の外壁と封止用キ
ャップ８の脚部８Ｙの先端との間の第２角部に比べて大
きい面取り部９が構成されている。この面取り部９は、
ベース基板５と封止用キャップ８との接合の際、封止合
金材１０Ａを溜め込むことができ、封止合金材１０Ａの
膜厚を厚くできる。これにより、組立プロセス中での熱
処理工程や製品完成後の環境試験である温度サイクル時
に前記第１角部に発生する高応力を緩和でき、キャビテ
ィ内部とキャビティ外部とを連結するリークパスの発生
を防止できるので、汚染物質の浸入や水の浸入を防止で
き、半導体装置の耐湿性を向上できる。

【００３９】前記ベース基板５及び封止用キャップ８で
形成され、封止合金材１０Ａで気密封止されるキャビテ
ィ内部は、組立プロセス中での封止工程で使用される不
活性ガス例えばＨｅガスが充填される。

【００４０】図１に示すように、前記封止用キャップ８
の上側表面上にはクシ歯形状で形成される放熱フィン１
１が構成される。この放熱フィン１１は熱伝導合金材１
０、封止用キャップ８の夫々を通して伝導される半導体
ペレット２に搭載された回路システムの動作で発生する
熱を冷却システム１に放出する目的で構成される。

【００４１】このように構成される半導体装置は、図１
に示すように、フェイスダウン方式で冷却システム１の
実装基板(モジュール基板又はＰＣＢ基板)７の実装面上
に１個或は複数個実装される。冷却システム１の実装基
板７は前記半導体装置のベース基板５と同様に多層配線
構造で構成される。この実装基板７の実装面上には電極
７Ａが複数配列され、実装面と対向する裏面には外部ピ
ン７Ｂが複数配列される。電極７Ａ、外部ピン７Ｂの夫
々は前記多層配線構造の配線を介して電気的に接続され
る。

【００４２】前記冷却システム１の実装基板７の電極７
Ａ、半導体装置のベース基板５の電極５Ａの夫々の間に
は半田電極(バンプ電極、ＣＣＢ電極又は突起電極)６が
介在される。つまり、実装基板７、ベース基板５の夫々
は、半田電極６を介在して電気的及び機械的に接続され
る。

【００４３】前記半導体装置は、実装基板７及び封止用
キャップ１２で形成され、封止合金材１４で気密封止さ
れるキャビティ内に封止される。この封止用キャップ１
２は例えば窒化アルミニウムで構成される。封止用キャ
ップ１２は、前記半導体装置の放熱フィン１１と接触す
るクシ歯部１２Ａが構成され、放熱フィン１１を通して
伝導される熱を上部に配置された水冷ジャケット１３に
放出する。この水冷ジャケット１３には複数個の冷却用
水管１３Ａが構成され、この冷却水管１３Ａ内には冷却
水が循環する。前述の放熱フィン１１から封止用キャッ
プ１２に伝導される熱は、この水冷ジャケット１３の冷
却水管１３Ａに伝達され、冷却システム１の外部に放出
される。

【００４４】次に、前述の半導体装置の半導体ペレット
２を封止する封止工程について、図３(組立プロセスの
所定の工程での要部断面図)を用いて簡単に説明する。

【００４５】まず、熱伝導合金材(半田プリフォーム)１
０を用意する。この熱伝合金材１０は、ベース基板５の
接合領域に流し込む量を考慮して、半導体装置の完成時
の熱伝導合金材１０の実際の厚さに比べて若干厚く形成
する。

【００４６】次に、前記熱伝導合金材１０をベース基板
５に搭載された半導体ペレット２の裏面に載置する。こ
の後、前記熱伝導合金材１０に上下から所定の荷重を加
えながら、熱伝導合金材１０が溶融するまで熱処理を施
し、半導体ペレット２の裏面と封止用キャップ８のペレ
ット連結面との間を前記熱伝導合金材１０で連結すると
共に、熱伝導合金材１０の一部を封止用キャップ８のメ
タライズ層８Ｃでベース基板５の接合領域に誘導し、ベ
ース基板５の接合領域と封止用キャップ８の接合領域と
の間を前記熱伝導合金材１０の一部である封止合金材１
０Ａで接合する。この封止の際の熱処理においては、不
活性ガス例えばＨｅガスの雰囲気中で行なわれる。つま
り、ベース基板５と封止用キャップ８とが封止合金材１
０Ａで接合されると、それらで形成されるキャビティ内
部には前述の封止の際のガスが充填される。

【００４７】前記熱処理が終了すると、図１及び図２に
示すように、ベース基板５、封止用キャップ８の夫々で
形成されるキャビティ内部に半導体ペレットが封止され
た半導体装置が完成する。

【００４８】このように、ベース基板５のペレット実装
面の中央領域に半田電極３を介したフェイスダウン方式
で半導体ペレット２を搭載し、この半導体ペレット２を
封止用キャップ８で封止すると共に、前記半導体ペレッ
ト２の裏面とその対向する封止用キャップ８の内壁(ペ
レット連結面)との間を熱伝導合金材１０で連結するマ
イクロチップキャリア構造の半導体装置において、前記
封止用キャップ８の内壁の半導体ペレット２の裏面と対
向する面(ペレット連結面)を、その中央部分を半導体ペ
レット２の裏面側に突出させた曲面若しくは傾斜面で構
成する。この構成により、半導体ペレット２の裏面と封
止用キャップ８の内壁のペレット連結面との間を熱伝導
合金材１０で連結する際、熱伝導合金材１０の内部に存
在する気泡を中央部分からその周囲に向って押出し排除
できるので、この気泡の除去に相当する分、熱伝導合金
材１０の熱抵抗を低減し、半導体ペレット２に搭載され
た回路の動作で発生する発熱を半導体ペレット２の裏面
から封止用キャップ８に放出する放熱効率を向上でき
る。

【００４９】また、ベース基板５のペレット実装面の中
央領域に半田電極３を介したフェイスダウン方式で半導
体ペレット２を搭載し、この半導体ペレット２を封止用
キャップ８で被覆すると共に、前記半導体ペレット２の
裏面とその対向する前記封止用キャップ８の内壁(ペレ
ット連結面)との間を熱伝導合金材１０で連結し、かつ
この熱伝導合金材１０の一部を前記ベース基板５のペレ
ット実装面の周辺領域(接合領域）に流し込み、この熱
伝導合金材１０の一部でベース基板５と封止用キャップ
８との間を接合する封止合金材１０Ａとするマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装置であって、前記封止用キ
ャップ８の内壁のベース基板５のペレット実装面の周辺
領域(接合領域)と対向する位置から半導体ペレット２の
素子形成面よりも高い位置までの間に、前記熱伝導合金
材１０若しくは封止合金材１０Ａに対して濡れ性を有す
るメタライズ層８Ｃを構成する。この構成により、ベー
ス基板５と封止用キャップ８との接合の際、熱伝導合金
材１０の一部が、メタライズ層８Ｃに沿って誘導され、
半導体ペレット２の素子形成面側への流れを防ぎ、封止
用キャップ８とベース基板５との接合領域に選択的に流
し込めるので、熱伝導合金材１０の半導体ペレット２の
素子形成面側への流れ込みに基づく半導体ペレット２の
半田電極３間の短絡を防止できる。

【００５０】また、ベース基板５のペレット実装面の中
央領域に半田電極３を介したフェイスダウン方式で半導
体ペレット２を搭載し、この半導体ペレット２を封止用
キャップ８で被覆すると共に、前記半導体ペレット２の
裏面とその対向する前記封止用キャップ８の内壁(ペレ
ット連結面)との間を熱伝導合金材１０で連結し、かつ
この熱伝導合金材１０の一部を前記ベース基板５のペレ
ット実装面の周辺領域(接合領域）に流し込み、この熱
伝導合金材１０の一部でベース基板５と封止用キャップ
８との間を接合する封止合金材１０Ａとするマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装置であって、前記封止用キ
ャップ８の内壁とベース基板５のペレット実装面の周辺
領域と対向する接合領域との間の第１角部に、前記封止
用キャップの外壁と前記接合領域との間の第２角部に比
べて大きい面取り部９を構成し、前記封止用キャップ８
の接合領域及び前記第１角部とベース基板５のペレット
実装面の周辺領域との間に封止合金材１０Ａを構成す
る。この構成により、ベース基板５と封止用キャップ８
との接合の際、封止用キャップ８の面取り部９に封止合
金材１０Ａを溜め込むことができ、封止合金材１０Ａの
膜厚を厚くできるので、組立プロセス中での熱処理工程
や製品完成後の環境試験である温度サイクル時に封止用
キャップ８の内壁と封止用キャップ８の接合領域との間
に発生する高応力を緩和でき、キャビティ内部とキャビ
ティ外部とを連結するリークパスの発生を防止できる。
この結果、キャビティ外部からキャビティ内部にリーク
パスを通して汚染物質や水が浸入するのを防止でき、半
導体装置の耐湿性を向上できる。

【００５１】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００５２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００５３】マイクロチャップキャリア構造の半導体装
置において、半導体ペレットの裏面から封止用キャップ
に放出する放熱効率を向上できる。

【００５４】また、マイクロチャップキャリア構造の半
導体装置において、半導体ペレットの電極間(半田電極
間）の短絡を防止できる。

【００５５】また、マイクロチャップキャリア構造の半
導体装置の耐湿性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である冷却システムの概略構
成を示すシステム図。

【図２】前記冷却システムに組込まれた半導体装置の要
部拡大断面図。

【図３】前記半導体装置の組立プロセスの所定の工程で
の要部断面図。

【符号の説明】

１…冷却システム、２…半導体ペレット、２Ａ…外部端
子、３，６…半田電極、４…配線基板、４Ａ，５Ａ，７
Ａ…電極、５…ベース基板、７…実装基板、８，１１…
封止用キャップ、８Ａ，８Ｃ，８Ｄ…メタライズ層、９
…面取り、１０…熱伝導合金材、１０Ａ…封止合金材、
１１…放熱フィン、１３…水冷ジャケット

フロントページの続き (72)発明者 吉田 育生 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日 立製作所 デバイス開発センタ内 (72)発明者 菊地 広 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日 立製作所 デバイス開発センタ内 (56)参考文献 特開 平２−240953（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82144（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 23/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース基板と、 第１の主面及びこの第１の主面に平行な第２の主面を有
   し、前記第１の主面が前記ベース基板と向かい合う状態
   で前記ベース基板のペレット実装面に半田電極を介して
   搭載される半導体ペレットと、 前記半導体ペレットの第２の主面に熱伝導合金材を介し
   て連結される封止部材とを有する半導体装置の製造方法
   において、 前記半導体ペレットの第２の主面と対向する側に前記半
   導体ペレットの第２の主面側に突出する曲面を有する前
   記封止部材を準備する工程と、 前記半導体ペレットの第２の主面と前記封止部材の曲面
   との間に前記熱伝導合金材を介在させる工程と、 前記熱伝導合金材に所定の荷重を加え、かつ熱処理を施
   すことによって、前記熱伝導合金材に前記封止部材を前
   記封止部材の曲面の中央部分からその周囲に向かって順
   次接触させることにより、前記封止部材と前記半導体ペ
   レットの第２の主面とを前記熱伝導合金材を介して連結
   する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造
   方法。