JPS6021544A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は半導体装置、特に半導体ベレットをパッケージ
内に装着した後、該ベレットに熱的なストレスを加える
ことなく気密封止するために用いて効果がある半導体装
置に関するものである。

［背景技術］ ＬＳＩ等の半導体装置のうち、気密封止型パッケージか
らなる半導体装置には、そのパッケージの基板とキャッ
プとの間を気密封止する際、低融点ガラスまたは金−錫
、半田等の合金を加圧した状態で加熱溶融して接着する
構造のものがある（たとえば、日本マイクロエレクトロ
ニクス協会編、ＩＣ化実装技術、Ｐ１３６〜１３８）。

ところが、本発明者の検討によれば該構造の半導体装置
には、次のような問題があることがわかった。パッケー
ジを封止するために、パンケージ全体を高温にさらさな
ければならず、そのためキャビティ内に装着しである半
導体ペレットに対しても影響が及び、ベレットの熱破壊
や基板からのはがれ等の問題が生じ易い。また、熱融着
による封止をするには、予め封止部にメッキまたは蒸着
等により、金またはろう材を設置しておく必要があり、
シームウェルド封＋ｈに際しては、予め金属リングを設
置しておかなければならない。

［発明の目的］ 本発明の目的ぽ、キャビティ内にルリ付けられた半導体
ペレットに対し、熱的ストレスを与えることなく気密封
止可能なパッケージ構造を有する半導体装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、コスト的に優位な気密封止型パッ
ケージよりなる半導体装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴番よ、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

［発明の概要］ 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、次の通りである。

すなわら、パッケージを気密封止する際、基板の封止面
とキャップのそれとの間に、塑性流動可能な金属（以下
、塑性金属と称する。）を介在させ、基板とキャップに
対し荷重を加えてパンケージを気密封止することにより
、前記目的を達成するものである。

［実施例１］ 第１図〜第、４図は本発明による半導体装置の実施例１
を示し、第１図はそのパッケージの斜視図、第２図はそ
のパッケージの基板の断面図、第３図はそのキャンプの
断面図である。

この実施例１において、リードレスチップキャリア型の
半導体装置を構成するパンケージ１の基板２はたキえば
セラミック等からなり、その周囲の縦溝内には外部リー
ドとしての導電層２ａが形成され、またシリコン（Ｓｉ
）等の半導体ペレット３が基疼２のキャビティ４内のベ
レット取り付は面上にＡｕ７Ｓ　ｌ共晶によるダイボン
ディング等により取り、付けられる。このベレット３の
ポンディングパッドは基板２のキャビティ４内の導電層
とワイヤ５で接続される。キャビティ４はセラミックま
たはコバール、４２７０イ等の金属からなるキャンプ６
を封止材７で固着することにより気密封止される。この
封止材７は、軟らかい塑性金属、たとえば金、銀等の金
属または半田等の合金よりなる。

一方、本実施例におけるパッケージｌの基板２のキャビ
ティ４の封止面８および該封止面８と封止されるキャッ
プ６の封止面９には、封止材７が塑性流動により入り込
んで強固で気密性の封止を行うためのくぼみ１０と１１
が、それぞれ形成されている。

前記封止材７を用いてキャンプ６の気密封止、を行う場
合、まず第３図に示す如く、キャップ６の下面周辺部の
封止面９に封止材７を仮付けまたは塑性流動で付けてお
き、パッケージ１０基板２のキャビティ４内の封止面８
の上に置く。その後、この状態のキャップ６の封止部上
に基板２とキャップ６が密着するように所要の荷重を加
えることにより、封止材７の塑性金属がその特性から封
止面８．９の形状にしたがって変・形をおこす。・その
結果、パッケージ１の基板２の封止面８とキャップ６の
封止面９とは、封止材７の塑性金属と十分に密着するた
め、高い気密性と強い結合力を得る。

このように、パッケージ１０基板２とキヤ・７プ６の封
止材７として、上記の如く軟らかい塑性金属を用いるこ
とにより、加熱を要することなく、パッケージ１の基板
２とキャンプ６との気密封止が可能になるため、半導体
ベレット３の熱破壊を防止でき、半導体装置の信頼性向
上を果たすことができる。

また、本実施例では、パッケージ１の基板２の封止面８
とキャップ６の封止面９とにそれぞれくぼみ１０と１１
を形成して封止面の表面積を大きくしたので、これらの
くぼみ１０と１１に封止材７の金属が塑性流動により入
り込むことにより・強固で気密性の高い封止が得られる
。

［実施例２］ 第５図は本発明の実施例２による半導体装置の封止部の
拡大部分断面図である。

本実施例２では、パンケージ１の基板２の封止面８とキ
ャップ６の封止面９は前記実施例１のようにくぼみを設
けておらず、それぞれの製作時の表面状態のままで、平
坦面をなしているが、焼成により封！１：、面８．９の
表面状態は微細な凹凸が形成されている。

この実施例２においても、パッケージ１の基板２の平坦
な封止面８とキャップ６の封止面９との封止材７として
、半「１等の合金または金、銀等の塑性金属を使用する
ことにより、セラミック等からなるパッケージｌの基板
２とセラミックまたは金属等からなるキャップ６を加熱
することなく、単に封１１−．部に荷重を加えることの
みで、封止面８と９との十分な気密封ＩＦ、が可能にな
る。

ここで、塑性金属としては、たとえば前記実施例で説明
したような様々なｊＩＡ利を使用することができ、また
それ以外にも金属または合金の融点を越えない温度（半
導体ベレットに熱ｔＯ傷を与えない範囲の温度）で加熱
した場合に塑性流動の性質を示すあらゆる金属類もパッ
ケージの気密封止に有効に作用することはいうまでもな
い。

［実施例３］ 第６図は本発明の実施例３による半導体装置のパッケー
ジにおける封止部の拡大断面図である。

本実施例３においては、パッケージ基板２の封止面８と
キャップ６の封止面９とにサンドブラスト等で予め多数
のギザギザ状の凹凸１２．１３を形成しておき、そこに
塑性金属よりなる封止材７を介在させ、上記封止加工を
施すことにより、第５図の実施例２に示す平坦な封止面
のパンケージ基板２およびキャップ６に比べ、一段と強
い結合力で気密封止された半導体装置を提供することが
できる。

このような強固な結合力は、封止材７として機能する塑
性金属と接触する封止面８と９の表面積を多数ギザギザ
状の凹凸１２．１３の形成により、大巾に拡大せしめた
ことにより得られる。その場合、封止面８．９に形成さ
れた凹凸１２．１３の中に封止材７の塑性金属が食い込
むことによるかみ合わせによって結合力の増大も図られ
る。

［実施例４］ 第７図は、本発明の実施例４による半導体装置のパッケ
ージにおける封止部の拡大断面図である。

第７図の実施例４において、パッケージ基板２に形成さ
れた封止面Ｏおよびキャンプ６に形成された封止面９は
、開口部の断面図より奥部の断面積の方が大きい形状の
くぼみ１４．１５が形成されている。これらのくぼみ１
４．１５は、たとえば第１図〜第４図の実施例１のくぼ
み１０．１１のようなくぼみを封止面８．９に形成した
後、そのくぼみの奥部の月利を焼成時の高熱で昇華させ
ること等により形成できる。

本実施例４においても、封止面８．９間の封止材７とし
て塑性金属を介在せしめた後、封止部に荷重を加えるこ
とにより半導体装置のパッケージの気密封１にを行うも
のである。この際、封止材７の金属の加熱溶融を必要と
しないので、半導体ベレットに対する熱衝撃を回避でき
る。なお、封止面に形成されたくぼみ１４．１５の形状
は、第７図に示すような末広り形状に限定するものでな
く、くぼみ内部の一部の断面積が開口部のそれより広い
形状であればどのような形状でもよい。

本実施例４は、封止面８．９に開口部の断面積が奥部の
それより狭いくぼみ１４．１５を形成することにより、
封止材７の塑性金属との接触面積を拡げると同時に、流
動変形後の封止材７の塑性金属がくぼみ１４．１５の中
に食い込み、その金属は（ぼみ１４．１５の奥部が広が
っていることにより、該くぼみとかみ合って抜けにくい
という効果が加わり、該封止部を極めて強い結合力で完
全に気密封止できるものである。

［実施例５］ 第８図は、本発明の実施例５による半導体装置のパッケ
ージにおける封止部の拡大断面図である。

第８図において、パッケージ基板２の封止面８およびキ
ャップ６の封止面９には、各封止面の基面より突起した
突出部１６．１７が形成されている。

本実施例５は、この封止面８と９の間に封止材７として
塑性金属を介在せしめた後、キャップ６の」二から封止
部に荷重を加えることにより、半導体装置のパッケージ
の気密封止を行うものである。

この際、封止材７の金属の加熱溶融を必要としない。

本実施例は半導体ペレットに対する熱衝撃を防止できる
上に、封止面８．９に突出部１６．１７を形成すること
により、封止材７の塑性金属との接触面積を拡げると同
時に、封ｌＬ面８．９の突出部１６．１７どうしの間に
形成された四部に流動変形後の金属が食い込むことによ
り、強い結合力で完全な気密封止を達成するものである
。

［実施例６］ 第９図は本発明の実施例６による半導体装置におけるパ
ッケージの封止部の拡大断面図である。

第９図において、パッケージ基板２に形成された封止面
８およびキャップ６に形成された封ＩＩ：面９には、各
封止面の基面にお番フる断面積より基面から離れた位置
における断面積の方が広い突出部１８．１９が形成され
ている。このような突出部１８．１９は、たとえば第８
図の実施例５における突出部１６．１７のような均等中
の突出部を形成した後、その突出部の基板のみの材料を
焼成時の高熱で昇華させること等により形成できる。こ
１ こで、突出部１Ｂ、１９の形状は、第９図に示すような
、突出方向（先端方向）に末広りの形状に限定するもの
ではなく、突出部の一部において、その断面積が基部の
それより大きい形状であれば、どのようなものでもよい
。

このような封止面８と９の間に封止材７として塑性金属
を挟持した後、キャップ６の上から封止部に荷重を加え
ることにより、該金属を加熱溶融することなく、パンケ
ージの気密封止を行うものである。

本実施例６は、封止面８と９に突出部１８．１９が形成
され、かつ、その突出部１８．１９の少なくとも一部が
、その断面積について、各封止面の基面における断面積
より大なる形状であること・により、封止材７として機
能する塑性金属との接触面積を拡大せしめ、その上、突
出部１８．１９の先端部の断面積が基面部のそれより大
きい形状であることにより、塑性流動変形後の金属が突
出部１８．１９の基面部に食い込んで、かみ合わされて
、抜けにくくなるという効果が加わり、該封止２ 部に極めて強い結合力と完全な気密封止を与えるもので
ある。

［実施例７］ 第１０図は、本発明の実施例７による半導体装置におけ
るパッケージの封止部の拡大断面図である。

この実施例７においては、セラミック等からなるパッケ
ージ基板２の封止部に金属またはセラミック等よりなる
別部材としての封止部材２０を設け、他方、セラミック
または金属等からなるキャンプ６に金属またはセラミッ
ク等の材料よりなる別部材として封止部材２１を設ける
ことより構成されるパンケージ封止部を有している。そ
して、該封止部材２０と２１の間に封止材７としての塑
性金属を挟持した後、キャップ６の上から封止部に荷重
を加えることにより、封止材７の金属渣加熱、溶融する
ことなく、パッケージの気密封止を達成するものである
。

ここで、封止部材２０．２１としては、セラミックまた
は少なくとも封止材７の金属より硬い金属等が使用可能
であり、これらの封止部材はセラミック基板２またはキ
ャップ６の焼成時に付設するか、または焼成後に接着材
等を用いて付設することもできる。封止部材２０．２１
の封止面の形状は、第１０図に示すくぼみ形状に限定す
るものでなく、前記実施例に記載した全ての形状等も含
むことができることはいうまでもなく、他に多孔質材料
を封止部材として用いることもできる。

本実施例７は、塑性金属を封止材７として気密封止する
際、パッケージ基板２またはキャップ６にその材質等の
特性から成形時に封止部を設けることができない場合等
に、該パッケージの気密封止を容易に達成せしめるもの
である。

［効果］ （１）、塑性流動可能な金属を封止材として用いること
により、加熱溶融を行うことなく、パッケージの気密封
１にができるため、半導体ペレットを熱損傷から開放し
、製品の信頼性の大巾な向上が図れる。

（２）、熱融着またはシームウェルド法等によるパッケ
ージ封止法に比べ、製造工程および部品点数の削減が図
れ、製品のコストを大巾に低減できる。

（３）、パッケージ基板またはキャップのいずれか一方
もしくは両方の封止面にくぼみを形成することにより、
封止材としての塑性金属との接触面積を拡大するという
作用で、パッケージの気密封止を強化できるという効果
が得られる。

（４）、パッケージ基板またはキャップのいずれか一方
もしくは両方の封止面に微細な凹凸な粗面を形成するこ
とにより、封止材金属との接触面積を大１１に拡大する
という作用で、パンケージの気密封止を強化できるとい
う効果が１ｑられる。

（５）、パンケージ基板またはキャンプのいずれが一方
もしくは両方の月１に面に開口部の断面積より奥部の断
面積が大きいくぼみを形成することにより、塑性流動変
形後のＩＩ止止金金属該封止面が十分にかみ合い、抜け
にくくなるという作用で、パンケージの気密封止を強化
できるという効果が得られる。

（６）、パッケージ基板またはキャンプのいずれが一５ 方もしくは両方の封止面に突出部を形成することにより
、封止材金属との接触面積を拡大するという作用で、パ
ンケージの気密封止を強化できるという効果が得られる
。

（７）、パンケージ基板またはキャップのいずれか一方
または両方の封止面に基面部の断面積より先端部断面積
の方が大きい突出部を形成することにより、同一基面上
の突出部間に形成された四部と封止材金属が十分にかみ
合い、抜けにくくなるという作用で、パンケージの気密
封止を強化できるという効果が得られる。

（８）、前記（５）および前記（７）により、さらに封
止材金属との接触面積を拡大するという作用で、パッケ
ージの気密封止を一段と強化できるという効果が得られ
る。

（９）、パッケージ基板またはキャンプの封止部に任意
の材質および形状の封止部材を別体として取り付けられ
るようにすることにより、基板またはキャップの材質等
の特性から成形時に封止部を設けることができない場合
等でも、塑性金属を使用す６ る気密封止型パッケージの製造の簡易化が図れるという
効果が得られる。

以」二本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
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で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、各実施例では、パッケージの基板およびキャ
ンプの封止部の形状を同一の組合せとして、各図面にお
いて説明したが、これに限定するものではなく、各実施
例において示された基板またはキャップを相互に組合せ
使用してもよく、また、くぼみや突出部等は基板または
キャップの少なくとも一方のみに設けてもよい。

また、封！Ｖ材としての塑性金属の融点よりも低い温度
で封止をすることにより、また荷重を加えて封止した後
にその温度に加熱することにより、封止材金属に住じる
歪を緩和してもよい。

さらに、本発明はマルチチップ型の半導体装置に適用す
るものであってもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるり−ドレスチソプキ
ャリア型パッケージで構成される半導体装置に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
く、たとえば、デュアルインライン型等の他の型式の各
種半導体装置に広（適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１による半導体装置の概略を
示す斜視図、 第２図は、そのパンケージ基板の断面図、第３図は、そ
のパンケージのキャンプと封止材の断面図、 第４図は、そのパッケージの組立後の状態の断面図、 第５図は、本発明の実施例２におけるパッケージ封止部
の拡大部分断面図、 第６図は、本発明の実施例３におけるパッケージ封止部
の拡大部分断面図、 ９ 第７図は、本発明の実施例４におけるパッケージ封止部
の拡大部分断面図、 第８図は、本発明の実施例５におけるパッケージ封止部
の拡大部分断面図、 第９図は、本発明の実施例６におけるパッケージ封止部
の拡大部分断面図、 第１０図は、本発明の実施例７におけるパッケージ封止
部の拡大部分断面図である。 ］・・・パッケージ、２・・・基板、２ａ・・・導電層
、３・・・半導体ペレット、４・・・キ中ビティ、５・
・・ワイヤ、６・・・キャップ、７・・・封止材、１（
・・・基板の封止面、９・・・キャップの封止面、１０
．１１・・・くぼみ、１２．１３・・・凹凸、１４．１
５・・・（ぼみ、１６．１７．１Ｂ、１９・・・突出部
、２０．２１・・・封止部材。 ０ ｖ　ｍ 第　５　図 第　７　図 第　９ｒ４ 第　６　図 第　８　図 第１０図 ２　に　２／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ペレットをパッケージ内に封入した半導体装
   置において、パッケージの基板とキャップとの間の封止
   材として、塑性流動可能な金属を用いることを特徴とす
   る半導体装置。 ２、塑性流動可能な金属が金または銀等の金属、または
   半田等の合金からなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の半導体装置。 ３、パッケージの基板またはキャップのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、微細な凹凸の粗面からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   半導体装置。 ４、パッケージの基板またはキャップのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、くぼみを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置
   。 ５、パンケージの基板またはキャンプのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、開口部の断面積より奥部の断面
   積が広い形状のくぼみを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置。 ６、パッケージの基板またはキャップのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、突出部を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置
   。 ７、パッケージの基板またはキャップのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、該封止面の基面における断面積
   より基面から離れた位置における断面積が大きい突出部
   を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の半導体装置。 ８、パッケージの基板またはキャンプのいずれか一方も
   しくは両方の封止面が、基板またはキャップとは別体の
   封１ト部材からなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の半導体装置。