JPS6273731A

JPS6273731A - 半導体装置の封止方法

Info

Publication number: JPS6273731A
Application number: JP21375985A
Authority: JP
Inventors: Shigero Hayashi; 茂郎林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-04

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】産業上の利用分野本発明は半導体装置の封止方法に関する。更に詳しくい
えば、封止のために長時間高温に曝す必要がなく、チッ
プ破壊などの心配のない混成集積回路等の封止方法に関
するものである。

従来の技術混成集積回路（以下ハイブリッドＩＣという）は最近各
種システムのレベルアップを可能とする実装技術として
広く利用されつつある。即ち、カメラ、時計、ＶＴＲ等
の機器をはじめ電子計算機、電子交換機、各種末端機器
などの産業機器におけるニーズがあり、ハイブリッドＩ
Ｃの有する小形、高密度、高性能等の各種興味ある特徴
によりその利用度は大巾に拡大されている。そこで、ハ
イブリッドＩＣの改良を行い、システム機能の更に一層
の改善を図ろうとする動向がみられる。

従って、ハイブリッドＩＣの構成、パッケージ技術、信
頼性の改善は重要であり、それによって上記各種システ
ムの性能の著しい向上が期待できる。

このパッケージの設計・製造に当っては、システムへの
実装形態、使用環境条件、要求信頼性レベノベ消費電力
、電気的特性等の諸要件の他、経済性、量産性、品質の
均一性などが大きな課題となる。

特に、高周波用のハイブリッドＩＣではＩＣチップを基
板にダイレクトボンドすることが多いので、その封止技
術は重要である。

現在、ハイブリッドＩＣに用いられている主なパッケー
ジ法は大別して、（ｉ）気密封止法、（ｉｉ　）樹脂封
止法などが知られている。

このようなバックージングは半導体装置を外部雰囲気か
ら遮断することにより所期の特性値を十分に保持し、熱
的、電気的導出、電極間の絶縁距離の確保、その他の運
搬、取扱いの便宜のために行われるものであり、上記の
如く、半導体装置の微細化、高性能化等を追求している
上で、特に半導体装置と外的条件との整合性を確保する
ために重要であり、半導体素子自体の改良と平行して行
わねばならない。

気密封止法は半導体素子のパッケージ法として既に多大
の実績を残しており、一般にはベースとキャップの金属
を圧力と電気的局部加熱により溶接する電気抵抗溶接法
、パッケージ材料となるセラミックス、金属などにガラ
ス、Ａｕ−３ｎなどのシール材を施し、適当な加熱雰囲
気下で溶着する低融点ガラス法または軟ろう法の他、最
近ではシール材にエポキシ樹脂を用いる気密封止法が開
発された。この後者は封止作業の低温処理、シール材の
経済性の点で注目されている。

一方、樹脂封止法はパッケージとしては金属、セラミッ
クス等と比較して量産性に優れ、経済的にも有利である
ことから、広く利用されており、また各種改良が施され
て、性能面での信頼性もよくなり、実用性の高いものと
なってきている。

しかし、気密封止法とは異り、使用材料が直接ハイブリ
ッドＩＣの膜素子、半導体、受動素子などの搭載部品と
接触するために、樹脂の応力、熱膨張係数、密着性、含
有不純物、透水、吸水性、回路に発生するストレイキャ
パシタを考慮した高信頼度の封止技術の開発が望まれて
いる。

この樹脂封止法の泥中には、型もしくはケースに、半完
成品としてのハイブリッドＩＣをセットし、ポツティン
グ剤としてのシリコン、エポキシなどの樹脂を注入し、
硬化させる注型法、液状樹脂にハイブリッドＩＣを直接
浸漬し、全面コーティングする浸漬法および予めリード
フレームにＩＣチップをワイヤボンディングにより組込
んでおき、これをモールド金型にセットし、粉末状、タ
ブレット状のエポキシ、シリコーンなどを溶融させ、粘
度の低い状態で金型内に注入し、固化させるトランスフ
ァーモールド法が知られている。

この中で、浸漬法は工程は単純であるが外形々状の均一
化、再現性を得るためには樹脂のシキソトロピー性９、
粘度、ポットライフ、硬化特性などを十分に吟味しなく
てはならず、浸漬時の水平レベルの精バＶ、工・〉・シ
カバー率、厚さ、密着性などの制御に工夫を要する３、
更に、トランスファーモールド法は今日半導体封止の主
流となってはいるが、高価な金型、モールドマシンの調
達が前提とされ、またハイブリッドＩＣの場合、形状の
標準化が困難であ−るという背景があることからコスト
高となる。

従来のハイブリッドＩＣにおける樹脂封止法は添付第２
図に示したように、まず、基板１にチップ２をマウント
し、ワイヤ３を張り、樹脂４でポツティングするもので
あり（第２図（ａ）参照）、工程的には極めて簡単であ
るが、信頼性、高周波特性に問題がある。

また、第２図（ｂ）〜（ｄ）は第２図（ａ）とは異なる
もう一つの従来の封止方法を説明するための概略的な図
であり、（１））および（Ｃ）は夫々分解部品図を、ま
た（ｄ）はこれらの組立て図を示すものである。ここに
示した例では８、基板１上のチップ２を配線パターン５
と共にリッド６と封止樹脂７を用いて封止するものであ
り、第２図（ａ）に示した例と比較すれば信頼性並びに
高周波特性ともによいが、以下のような各種欠点を有し
ている。

まず、封止樹脂の硬化のために長時間高温に曝すので、
内部のチップまたはワイヤ破壊を起こすことがある。ま
た、内部にハンダ付は部品を用いることや基板にスルー
ホールを設けることが難しい。なぜなら、スルーホール
を封じるために用いたハンダや部品取りつけ用に用いた
ハンダが封止時に長時間高温にさらされて、基板の電極
パターンを侵してしまうからである。このような点を避
け、更にシールの強化、ガス発生抑止のために封止樹脂
をハンダにした場合には短絡しないように第２図（Ｃ）
の８の部分を配線パターン−絶縁層−金属層と三層構造
にしなければならないが、これを行うと配線間のストレ
イキャパシティーが著しく増大してしまう。

発明が解決しようとする問題点以上述べたように、半導体装置の進歩に応じてその実装
面での改善も重要な課題となっているが、封止技術とし
ても更に改良を加え、パッケージの高性能化、高信頼性
化を図る必要がある。しかしながら、上記のように従来
法では依然として不十分であり、改良の余地が十分に残
されている。

そこで、本発明の目的は第２図（ａ）に示したような樹
脂封止においてみられる低信頼度、低高周波特性を示さ
ず、しかも第２図（５）〜（ｄ）に示した封止法の諸欠
点を有することのない、最近のニーズの諸要求特性にお
いて満足できる、実用性の高い新規な半導体装置の封止
方法を提供することにある。

勿論上記方法により得られる高信頼度かつ高周波特性に
優れた半導体装置の封止体を提供することも本発明の目
的の一部を構成する。

問題点を解決するだめの平成本発明者は従来の半導体装置の封止技術における上記の
如き現状に鑑みて、特にハイブリッドＩＣの信頼性の向
上を期待できる封止方法を開発すべく種々検討した結果
、基板またはリッド（もしくはキャップ）にスルーホー
ルを設け、該スルーホール内面をメタライズしておくこ
とが、上記本発明の目的を達成する上で極めて有利であ
ることを見出し、このような新規知見に基き本発明を完
成した。

即ち、本発明の封止方法は基板上にダイレクトボンドし
たチップを封止するに際し、基板またはリッドに内面が
メタライドされたスルーホールを設け、該リッドを取付
けた後、該スルーホールを介してリッド内にガスを導入
し、次いで該スルーホールをハンダ付装置で封止する工
程を含むことを特徴とするものである。

本発明において、基板、リッド材料としては従来公知の
各種のもの例えばアルミナ、ベリリ・ヤなどのセラミッ
クスあるいは熱可塑性樹脂が使用でき、これにスルーホ
ールを形成するにはフォトエツチング法、機械的な研削
法、レーザ加工法等が利用できる。

上記スルーホールの内面はメタライズし７ておき、所定
の処理の終了後密閉される。このメタライズ層の形成は
、Ａ１、Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｕなどを各種メッキ法、例
えば電解メッキ、無電解メッキ法の他気相反応法、各種
真空蒸着法などで堆積することにより実施でき、特に付
き回り性良好な気相反応法、プラズマＣＶＤ法等の利用
が好ましい。このメタライズ層の厚さは特に制限はない
が、一般に１〜２０μｍ程度であれば十分な効果を期待
できる。

また、別の態様によれば、本発明の封止方法においては
、基板およびリッドの相互に接触する部分の夫々にメタ
ライズ層を、例えばフォトリソグラフィー法により設け
ておくことができ、これにより基板へのリッドの取付け
を容易にすることができる。

立匝半導体装置の実装化技術におけろ封止方法に関連して、
特にハイブリッドＩＣなどに対して重要なことは信頼性
の向上と、高周波特性の改善にある。前者に関し、てい
えば、半導体装置の特性改善が図られても、実装の際に
新たな不良モードを生じるようなものでは高い信頼性を
確保することができず、例えば既に述べたような封止樹
脂の硬化の際の高温処理によって内部のチップ破壊など
の問題があり、改善する必要がある。

本発明の方法によれば添付第１図（ａ）にみられるよう
に、予め基板１０にスルーホール１２を設け、しかもそ
の内面にメタライズ層１３を形成しておき、次いでＩＣ
または単体チップ１４、チ・ノブ部品１５をハンダ１６
などで実装する。更に、樹脂または接着剤、ハンダ等１
７を用いてリッド１１を基板１０に取付ける。尚、ハン
ダを用いてリッドを取付ける場合にはチップ部品１５と
一緒に実装することも可能である。次に、スルーホール
１２の孔からＮｚ、Ａｒ。

乾燥空気、還元性ガスやその他の不活性ガス等１８をリ
ッド内部に導入して充満させ、このガス中でスルーホー
ル１２の孔をハンダ１９などで封止する。

第１図（ｂ）を参照するとリッド１１にスルーホール１
２が設けられた例が示されており、この場合には金属棒
２０がスルーホール１２を介して基板１０にノ１ンダま
たは導電性樹脂２１により固定されている（この金属棒
２０は後に説明するように、例えばＰＩＮ−ＦＤ（ＰＩ
Ｎ型フォトダイオード）などのコネクタとの接続端子と
して機能する）。その他の点は第１図（ａ）と同様であ
り、同一番号を付して説明を省略する。

また第１図（Ｃ）は本発明のもう一つの態様を説明する
ものであり、基板１０およびリッド１１の相互に接触す
る部分に、夫々メタライズ層３０２．３０２を施した例
である。この場合にはリッド１１の取付けをハンダ３１
で行うことが有利である。

かくして、本発明の封止方法によれば、基板とリッドと
の接合のためにハンダが利用できるので、従来の封止方
法にみられたように封止樹脂の硬化のために、チップ等
を長時間高温度下におく必要がなく、従ってチップ破損
等の危険性なしにパフケージング操作を行うことができ
、得られる封止体の信頼性も大巾に改善される。更に、
基板またはリッドに設けたスルーホールによって配線を
行うことができ、そのために上述のような三層構造部分
８が形成されないので、配線間のストレイキャパシティ
ーが大巾に軽減でき、これはリッド側にスルーホールを
設けた場合には一層大きな効果を期待することができる
と共にストレイキャパシティーの大巾に増加させること
なくハンダなどによるシールが可能となる。

実施例以下実施例により本発明の半導体装置の封止方法を更に
具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施
例により何等制限されない。

第３図に本発明の封止方法を光データリンクなどにおい
て有用な光受信モジュールに適用した例を示した。この
例において主構成は第１図（ｂ）と同様である。スルー
ホールは第１図（ｂ）におけるようにリッドに設けてお
り、そこには金属棒が挿入・固定されていて、これが光
電気変換器（ＰＩＮ−ＰＤ）のコネクタ用の接続端子と
して機能し、該ＰＩＮ−ＦＤからの入力信号はリードビ
ンを介して回路に人力されるようになっている。

まず、Ａ１□０３製リッド１１にスルーホール１２を形
成し、ＡＩのメタライズ層を蒸着法により堆積し、次い
でパッケージ本体４０（セラミック）上にＩＣチップ１
４を実装し、該スルーホール１２を介して金属棒２０を
ハンダにより本体４０に固定し、次いでリッド１１をエ
ポキシ樹脂によって本体に接着固定する。一方、本体４
０の側部に気密状に取付けられたＰＩＮ−ＰＤ４１のリ
ードピン４２と金属棒２０とを同様にハンダにより溶接
接続し、パッケージ蓋部４３を取付けて光受信モジュー
ルが完成される。尚、参照番号４４はピンを表す。

光受信モジュールにおいてはり−ドピン４２のストレイ
キャパシティーによりその性能が大きく左右されるが、
上記のように本発明の封止方法を採用することにより、
ストレイキャパシティーは著しく小さくなることがわか
った。

発明の効果以上詳しく説明したように、本発明の半導体装置の封止
方法によれば、まず第１にハンダにょろりラドの基板へ
の取付けが可能であることから、封止のために、長時間
高温に曝す必要がないので、チップ破壊などの心配がな
く、また内部にハンダ付は部品を用いたり、基板にスル
ーホールを設けたすすることができる。

更に、スルーホールを介して配線可能であり、従来みら
れた三層構造が存在しないので、配線間のストレイキャ
パシティーを軽減でき、これは特にリッド側にスルーホ
ールを設けた場合に大きな効果が期待できる。また、ス
トレイキャパシティーの大巾な堆加をもたらすことなし
にハンダ付装置によりシールすることができる。

また、封止のための長時間に亘る加熱操作を必要としな
いので、実装時間を大巾に短縮できるので各種半導体装
置、これを利用する機器の組立て時間を著しく短縮でき
、極めて経済的である。

か（して、本発明の封止方法はＩＣまたは単体チップを
ダイレクトマウントした基板の封止に有利に適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は夫々本発明の異る３つの態様を
模式的に示した図であり、第２図（ａ）およびら）〜（ｄ）は夫々２つの異る従来
の半導体装置の封止方法を説明するための模式的な図で
あり、第３図は本発明の封止方法を光データリンクなどにおい
て有用な光受信モジュールに適用した例を説明するだめ
の模式的な図である。（主な参照番号）１．１０・・基板、　　　　２．１４・・チップ、３・
・ワイヤ、　　　　　４・・樹脂、５・　・配線パター
ン、６．１１　　・・リッド、７・・封止樹脂、　　　
　８・・三層部分、１２・・スルーホール、１３．３０．．３０２・・メタライズ層、１５・・チッ
プ部品、　　１６．　１９．３１・・ハンダ、１７・・
封止樹脂またはハンダ、１８・・ガス、　　　　　２０・・金属棒、４０・・パ
ッケージ本体、４１・・ＰＩＮ−ＰＤ。４２・・リードピン、４３・・パッケージ蓋部、４４・
・ビン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　基板上にダイレクトボンドしたチップの封止方
法であって、該基板またはリッドにスルーホールを設け、該スルーホ
ール内面をメタライズ処理しておき、リッドの基板上へ
の取付け後、該スルーホールを介して該リッド内にガス
を導入し、次いで該スルーホールをハンダ付装置で密閉
することを特徴とする上記半導体装置の封止方法。
（２）　上記リッドおよび基板の相互に接触する部分に
、夫々メタライズ層を設けることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の封止方法。
（３）　上記ガスがＮ＿２、乾燥空気、不活性ガスまた
は還元性ガスであることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載の封止方法。