JP2001168240A - 集積型マイクロエレクトロニクスモジュール - Google Patents

集積型マイクロエレクトロニクスモジュール

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JP2001168240A JP2000307570A JP2000307570A JP2001168240A JP 2001168240 A JP2001168240 A JP 2001168240A JP 2000307570 A JP2000307570 A JP 2000307570A JP 2000307570 A JP2000307570 A JP 2000307570A JP 2001168240 A JP2001168240 A JP 2001168240A
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microelectronic
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アルフレッド・イー・リー
H Elliot Jeffrey
ジェフリー・エイチ・エリオット
George G Pinneo
ジョージ・ジー・ピネオ
Yuu Buhorania Rahiru
ラヒル・ユー・ブホラニア
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 モジュールを備えた集積回路は水素により悪
影響を受ける。有効寿命の間、モジュール内の水素の量
を最小にするハウジングを提供する。 【解決手段】集積型マイクロエレクトロニクスモジュー
ル１０は、ハウジング１２と、マイクロエレクトロニク
スチップ１４と、バルクゲッター部材１６とを備えてい
る。ハウジング１２は、金属材料で出来た、基部２０
と、４つの側壁２２と、蓋とを備えている。４つの側壁
２２は、電気的フィードスルーを形成し得るように貫通
した円筒状の開口部２６を有する両側壁２２Ａ、２２Ｂ
を備えて同様に矩形である。バルクゲッター部材１６は
矩形の形状をしており、また、チタンのチップを備えて
いる。チタンチップには、薄いパラジウム層が形成され
ている。パラジムウ層は、水素を透過させることはでき
るがその他のガスの透過は妨害するバリア材料として機
能しチタンチップにおける酸化物又は窒化物の成長を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、集積
型マイクロエレクトロニクスモジュール、より具体的に
は、水素のためのバルクゲッター部材を有する集積型マ
イクロエレクトロニクスモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積型マイクロエレクトロニクスモジュ
ールは、マイクロ波又はハイブリッドのエレクトロニク
ス集積回路及び関連する構成要素を保持するために使用
される。これは、ガリウムヒ素又はケイ素からなる集積
回路チップ、キャパシタチップ、レジスタチップ、銅線
トロイド（ｔｏｒｏｉｄ）、表面音波素子、ケイ素から
なる表面センサ等を含むことができる。集積型マイクロ
エレクトロニクスモジュールは、集積型マイクロ波アセ
ンブリ（「ＩＭＡ’ｓ」）と称される場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】モジュールを備えたか
かる集積回路及びその他の構成部品の電気的性能は水素
により悪影響を受ける。従って、有効寿命の間、モジュ
ール内の水素の量を最小にするように注意しなければな
らない。このことは、モジュールを恒久的に密封する前
に、水素を除去し、また、好ましくは、モジュールを密
閉した後は、モジュールの内部からその後に放出される
水素を連続的に吸収し、封入した集積回路を水素レベル
が可能な限り少ない環境、すなわち「水素が無い環境」
に維持することを含む。
【０００４】水素の最も一般的な発生源は、モジュール
ハウジングの電気めっきした金属層であり、また、特定
の場合には、ハウジング自体である。こうした場合、焼
付け試験（ｂｕｒｎ−ｉｎ ｔｅｓｔ）及び熱サイクル
中のように、モジュールが加熱されたとき、電気めっき
及びハウジングからモジュール内に水素が放出される。
水素を除去する最も一般的な方法は、モジュールを恒久
的に密封する前に、長時間、モジュール及びその構成要
素をベーキングすることにより、取り込んだ水素を雰囲
気中に消散させることである。この方法は、プロセス制
御の欠如のため、水素の量が増すことがある。
【０００５】電気めっきに関して、従来のモジュール
は、例えば、Ａ４０材料のような、水素を多量にとらえ
勝ちの金属ハウジング材料を採用している。このＡ４０
材料は、ケイ素４０％、アルミニウム６０％の機械的な
混合体から成る。Ａ４０材料は、その性質上、内在する
多くのガスを有している。かかるガスは水素ガスを含
み、この水素ガスは密閉した内部に連続的に放出され
る。
【０００６】現在、密閉した内部から水素を除去するた
め、ハウジングの内部を封止するために蓋が溶接される
前に、その蓋の下側に幾つかの薄いチタン層が蒸着され
る。また、周知であるように、チタンは、チタンと化合
する水素原子のためのゲッターとして機能する。実際
上、チタン原子の各々は、最大２つの水素原子を吸収す
る。これらチタン層の全体深さは、比較的薄く、すなわ
ち、数１００乃至約１００００オングストロームの範囲
にある。従って、ゲッターとして利用可能なチタンの量
は、蓋の面積及びチタンの蒸着深さに限られる。このこ
とは、ハウジングから多量の水素が放出されるとき、問
題を生じる可能性がある。また、製造工程の条件が極く
僅かでも変化するならば、集積型マイクロエレクトロニ
クスモジュールの蓋に対する薄い膜の付着が低下する可
能性があるから、水素のための薄膜ゲッタリング材料の
信頼性を入念に監視しなければならない。更に、蓋に対
するチタンの蒸着は遅く且つ非経済的な工程である。通
常、各蓋のコストは数１００ドル以上である。その結
果、集積型マイクロエレクトロニクスモジュールに対す
る需要は、コストと利点とを同時に満たし得ない条件の
取捨選択により制限される。
【０００７】原子核の技術分野においては、水素を吸収
するために、チタン製のゲッターが採用されている。し
かしながら、かかるゲッターは、チタン表面上に酸化層
が存在するため、４００℃以上の温度でのみ効果的であ
る。この程度の温度は、集積型マイクロエレクトロニク
スモジュールの製造には許容されない。それは、かかる
温度は、金属フェルールの周りのはんだ付け及びモジュ
ールのフィードスルー開口を密封しているガラスを溶融
させ、また、応力の除去及びねじれという問題をも生じ
させるからである。
【０００８】このため、ハウジング内部に発生された水
素を吸収する大きいバルクゲッターを含み、また、製造
が比較的簡単で且つ経済的であり、また、バッチ処理技
術を使用して製造することのできる集積型マイクロエレ
クトロニクスモジュールが必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】従来技術の上記及びその
他の欠点は、本発明によって取り組まれ且つ解消され
る。本発明は、複数の内面を形成する、基部と、側壁
と、蓋と、を有するハウジングを備え、側壁が貫通する
開口部を有する、集積型マイクロエレクトロニクスモジ
ュールを提供する。電気導線が、金属フェルール及びガ
ラスにより密閉された開口部を貫通するように配置され
る。マイクロエレクトロニクスチップが基部上に取り付
けられ且つ電気導線と電気的に接続されている。水素の
ためのバルクゲッター部材は、チタンで出来ており、実
質的に酸化物が存在せず且つ内面の１つに固着された外
面を有している。外面の酸化を防止するため、外面に
は、パラジウムの薄い層が形成されている。ハウジング
により放出された水素原子は、チタンと化合し、このた
め、ハウジングの内部には実質的に水素は存在しない。
このことは、マイクロエレクトロニクスチップの電気的
性能及び寿命を向上させることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の上記及び追加的な特徴並
びに有利な点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明
らかになるであろう。図面及び以下の説明において、参
照番号は本発明の色々な部材を示し、図面及び以下の説
明の全体に亙って同様の部材を同様の参照番号で示す。
【００１１】図１及び図２に図示するように、本発明
は、全体として参照番号１０で示した集積型マイクロエ
レクトロニクスモジュールを提供する。該集積型マイク
ロエレクトロニクスモジュール１０は、ハウジング１２
と、マイクロエレクトロニクスチップ１４と、バルクゲ
ッター部材１６とを備えている。
【００１２】ハウジング１２は、金属材料で出来た、基
部２０と、４つの側壁２２と、蓋２４とを備えている
（図２参照）。該ハウジング１２はブロックの形状、よ
り具体的には平行六面体の形状をしている。基部２０、
側壁２２及び蓋２４は、ハウジング内部を画成する複数
の平坦な内面を形成する。
【００１３】基部２０は、平面図で見たとき、矩形の形
状をしている。取付けタブ２８がハウジングをその装置
の外形に取り付けるべく基部から伸長している。また、
４つの側壁２２は、電気的フィードスルーを形成し得る
ように貫通した円筒状の開口部２６を有する両側壁２２
Ａ、２２Ｂを備えて同様に矩形である。基部及び側壁
は、ケイ素４０％及びアルミニウム６０％の機械的な混
合体であるＡ４０材料で形成されている。これと代替的
に、基部及び側壁は、コバルト、鉄及びニッケルの低膨
張率の合金混合体であるコーバー（ＫＯＶＥＲ（登録商
標名））材料で製造してもよい。
【００１４】蓋２４は、薄い平坦な矩形の部材であり、
ルーカス・ミルハウプト・カンパニー（Ｌｕｃａｓ−Ｍ
ｉｌｈａｕｐｔ ｃｏｍｐａｎｙ）が製造する浸漬真鍮
合金（ｄｉｐ ｂｒａｚｅ ａｌｌｏｙ）である４０４
７材料で製造されている。蓋２４は、その外周がレーザ
溶接２７により側壁２２に固着されている。レーザ溶接
２７は、真空気密である金属対金属の密閉的シールを形
成する。従って、外部環境内の水素は、ハウジング内に
浸透することができない。しかしながら、この効果はハ
ウジング自体によって内部に水素が発生されることと比
べると遥かに軽微な問題である。上述したように、金属
製ハウジングは高い導電性を有する。好ましくは、金属
ハウジング１２の内面及び外面の全ては、導電性を向上
させ得るように電気めっきされている。水素ガスは、本
来金属ハウジング１２の全ての部材内に内在し、概し
て、製造中にモジュールが加熱されるとき又は水素が金
属混合体から逃げる間に、部材により放出される。周知
であるように、電気めっきした面は、水素の別の大きい
供給源を構成し、このことは、ハウジング内部の水素原
子を増大させることになる。
【００１５】マイクロエレクトロニクスチップ１４は、
電子回路、電力及び入力信号を受け取り且つ外部回路
（図示せず）に対する出力信号を発生させる入力導電性
パッド及び出力導電性パッドを備えている。このチップ
は、銀で満たされることが好ましいエポキシ接着剤３４
により基部２０に結合される。チップ１４は、ハイブリ
ッド又はその他のマイクロ波集積回路チップを利用する
ことができるが、０．２５４ｍｍ（１０ミル）平方乃至
１２．７ｍｍ（５００ミル）平方の寸法範囲とすること
ができるガリウムヒ素チップであるのが好ましい。これ
と代替的に、該チップは２５．４ｍｍ（１インチ）平方
以上の面積を有するケイ素チップとしてもよい。１つの
チップのみが図示されているが、該基部には多数の集積
回路チップ及びチップキャパシタ、チップレジスタ、銅
線トロイド、表面音波素子並びに圧力センサを配置して
もよい。金で出来ていることが好ましい線３６は、マイ
クロエレクトロニクスチップの入力及び出力導電性パッ
ドから伸長している。電気的フィードスルー導線３８
は、側壁の開口部２６を貫通するように配置され且つ電
力及び入力並びに出力信号をマイクロエレクトロニクス
チップ１４に且つ該マイクロエレクトロニクスチップ１
４から伝導する働きをする。電気的導線３８は、線３６
に接続され且つ全体として、コーバー（登録商標名）材
料にて製造されている。コーバー（登録商標名）材料で
製造されることが好ましい円筒状の金属フェルール４０
は、開口部２６の各々内に圧力嵌めされ且つ金８０％と
スズ２０％とから成るはんだにより開口部２６の円筒状
壁に対して結合されている。該はんだの溶融温度は２７
８℃である。ガラス４４は、フィードスルーの導線又は
中心ピン３８を所定の位置に保持し且つ導線３０を封入
し且つ金属フェルール４０に対し密封する。コーニング
（Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標名））の７０５２型又はコ
ーニング（登録商標名）の７０７０型とすることのでき
るガラス４４は、水素及びヘリウムガスの双方に対し不
浸透性である。コーニング（登録商標名）の７０５２型
は、コーバー（登録商標名）の熱膨張係数に適合する熱
膨張係数を有するホウ珪酸ガラスであり、このため、モ
ジュールの温度が変化するとき、全ての部材は、漏洩せ
ずに、繰り返して膨張し又は収縮し、また、ハウジング
の内部を密封する働きをする。コーニング（登録商標
名）の７０７０型ガラスは、タングステンに適合する膨
張係数を有するが、コーバー（登録商標名）に対する準
適合的シールを許容可能とし、また、より高周波数にて
誘電率定数が小さく且つ誘電正接の損失が小さい。
【００１６】図３を参照すると、バルクゲッター部材１
６は、平面図で見たとき、全体として矩形の形状をして
おり、また、チタンのチップ５０を備えている。該チタ
ンのチップ５０は、全体として約０．１２７ｍｍ（５０
ミル）平方であり、厚さ０．６３５ｍｍ（２５ミル）、
長さ及び幅１０．１６ｃｍ（４インチ）のアルファ・メ
タル（Ａｌｐｈａ Ｍｅｔａｌｓ）によって販売されて
いるような在庫のチタンシート材料を鋸引きして数取り
したものである。都合の良いことに、比較的厚いバルク
チタンは、３，０００乃至１０，０００オングストロー
ム程度の厚さに制限される従来技術によるゲッターの薄
く蒸着したチタンフィルムにて得られる場合よりもより
多くの原子座を提供する。これと代替的に、バルクゲッ
ターチップ５０は、０．２５４ｍｍ（１０ミル）乃至
２．５４０ｍｍ（１００ミル）厚さ（すなわち、２，５
４０，０００乃至２５，４００，０００オングストロー
ム）の範囲とし、また、このゲッターチップはチタン合
金で形成してもよい。従って、本発明は、水素のための
ゲッタリング能力が大であるチタン本体を提供する。チ
タンチップ５０には、薄いパラジウム層５２が形成され
ている。このパラジウム層５２は、厚さが３００乃至３
０００オングストロームの範囲内にある。このパラジウ
ム層は、水素を透過させることはできるがその他のガス
の透過は妨害するバリア材料として機能する。このよう
に、パラジウム層は下側のバルクチタンチップ５０にお
ける酸化物又は窒化物の将来の成長を防止する。これと
代替的に、その主要成分としてパラジウムを有する金属
層又は多要素金属層を保護層として使用し、この金属層
が二種以上の金属から成る合金を形成しないようにして
もよい。バルクゲッター部材１６がエポキシ接着剤５８
により内面の一方に固着されている。エポキシ接着剤５
８は、水素に対して透過性の導電性材料で出来ている。
このエポキシ接着剤はイオン的には清浄であり、このた
め、この接着剤は塩素、フッ素、臭素又はヨー素を何ら
含まない。さもなければ、痕跡量の不純物がハウジング
内に電解質を形成する可能性がある。エーブルスティッ
ク（Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ）から８４−１又は９６５１Ｌ
として販売されているようなエポキシ接着剤５８は、硬
化後の厚さが約０．０５０８ｍｍ（約２ミル）である。
これと代替的に、エポキシは、エポッテック（Ｅｐｏｔ
ｅｃｈ）によって製造されたものとすることができ、又
は粘着テープの形態としたエポキシ膜とし、０．０２５
４ｍｍ（1ミル）乃至０．１２７ｍｍ（５ミル）の範囲
の厚さであるようにしてもよい。このエポキシ接着剤５
８は、約１５０℃乃至１６５℃の温度に加熱されたと
き、硬化する。
【００１７】好ましい実施の形態において、図２に参照
番号１６Ｂ及び図１６Ｃでそれぞれ図示するように、側
壁２２又は基部２０に配置し且つ固着してもよいバルク
ゲッター部材１６が蓋２４に固着されている（図２参
照）。
【００１８】バルクゲッター部材１６を製造するために
は、チタンシートの外面を最初に全体として溶剤で洗浄
する。次に、１つの面を真空チャンバ内にて数分間、イ
オンビームによりエッチングする。次に、薄いパラジウ
ム層をイオンビームエッチングを行ったチャンバと同一
のチャンバ内で清浄なチタン面に蒸着し又はスパッタリ
ングする。従って、１回のみポンプによる汲み出しを行
えばよい。真空チャンバの外側にて酸化チタン又は窒化
チタンが容易に形成され、また、ポンプによる汲み出し
を最少にすることにより、酸化物又は窒化物の形成が最
少となることを理解すべきである。
【００１９】集積型マイクロエレクトロニクスモジュー
ル１０を組み立てるには、ハウジング１２の内部に、マ
イクロエレクトロニクスチップ１４、バルクゲッター部
材１６及びその他のエレクトロニックハイブリッド部品
を配置する。都合の良いことに、本発明によれば、各バ
ルクゲッター部材１６は、所望であるならば、何ら有害
な影響を伴うことなく、ハウジング内に組み立てる前に
製造し且つ保存することができる。次に、金線３６を電
気的導線３８に接続し、密封前の洗浄が行われる。密封
前ステップの後、ハウジングの内部を真空ベーキングし
て水分又は痕跡量の有機物を追い出す。全体として、真
空ベーキングは、フェルールのはんだ継手の溶融温度
（すなわち２７８℃）及びガラス４４の溶融温度以下で
ある１５０℃の温度にて約１６時間、続行する。次に、
アセンブリを密封チャンバまで動かし、この密封チャン
バ内にて、痕跡量のヘリウムと共に不活性アルゴンガス
を導入し、その後、蓋２４を側壁２２にレーザ溶接す
る。このことは、ハウジングの内部のヘリウム−アルゴ
ンガスを密封し、密閉的なシールの何らかの漏洩を検知
することを可能にする。
【００２０】勿論、上記の教示に鑑みて、本発明の多く
の改変例及び変更例が可能である。従って、本発明は、
特許請求の範囲の範囲内において、具体的に上述した以
外の形態にて実施可能であることが理解されるべきであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集積型マイクロエレクトロニクス
モジュールの正射投影図である。モジュールの内部を見
ることの簡略化のため、蓋は図示してない。
【図２】蓋を含む、図１の集積型マイクロエレクトロニ
クスモジュールの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図１の水素のためのバルクゲッター部材の線Ｉ
ＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【符号の説明】
１０ 集積型マイクロエレクトロニクスモジュール １２ ハウジング １４ マイクロエレ
クトロニクスチップ １６ バルクゲッター部材 ２０ 基部 ２２ 側壁 ２４Ａ、２４Ｂ 側
壁 ２４ 蓋 ２６ 側壁の開口部 ２７ レーザ溶接 ２８ 取付けタブ ３０ 導線 ３４ エポキシ接着
剤 ３６ 金線 ３８ 電気的導線 ４０ 金属フェルール ４４ ガラス ５０ バルクゲッターチップ ５２ パラジウム層 ５８ エポキシ接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・エイチ・エリオット アメリカ合衆国カリフォルニア州リダン ド・ビーチ (72)発明者 ジョージ・ジー・ピネオ アメリカ合衆国カリフォルニア州マンハッ タン・ビーチ (72)発明者 ラヒル・ユー・ブホラニア アメリカ合衆国カリフォルニア州トーラン ス

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積型マイクロエレクトロニクスモジュ
    ールにおいて、 複数の内面を形成する、基部と、側壁と、蓋とを有し、
    該側壁が貫通する開口部を有するハウジングと、 前記開口部を貫通して配置された電気的導線と、 前記基部の上に取り付けられ且つ前記電気的導線と電気
    的に接続されたマイクロエレクトロニクスチップと、 チタンによって製造され且つ酸化物が実質的に存在しな
    い外面を有する水素のためのゲッター部材と、 前記水素のためのゲッター部材を前記内面の一つに固着
    する手段と、を備える、集積型マイクロエレクトロニク
    スモジュール。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロエレクトロニ
    クスモジュールにおいて、 前記外面の上に形成されたパラジウム層を更に備える、
    マイクロエレクトロニクスモジュール。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のマイクロエレクトロニ
    クスモジュールにおいて、 前記水素のためのゲッター部材が前記基部に固着され
    る、マイクロエレクトロニクスモジュール。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のマイクロエレクトロニ
    クスモジュールにおいて、 前記水素のためのゲッター部材が前記側壁に固着され
    る、マイクロエレクトロニクスモジュール。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のマイクロエレクトロニ
    クスモジュールにおいて、 前記水素のためのゲッター部材が前記蓋に固着される、
    マイクロエレクトロニクスモジュール。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のマイクロエレクトロニ
    クスモジュールにおいて、 前記マイクロエレクトロニクスチップがガリウムヒ素に
    よって形成される、マイクロエレクトロニクスモジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 集積型マイクロエレクトロニクスモジュ
    ールにおいて、 基部と、側壁と、蓋とを有し、前記基部、側壁及び蓋が
    内部に水素原子を有する包囲領域を画成する内面を有
    し、前記側壁が貫通する開口部を有するハウジングと、 前記開口部を貫通して配置された電気的導線と、 前記基部に取り付けられ且つ前記電気的導線と電気的に
    接続されたマイクロエレクトロニクスチップであって、
    水素原子による電気的性能に対する有害な影響を受け易
    いマイクロエレクトロニクスチップと、 チタンにて形成された水素のためのゲッター部材であっ
    て、実質的に酸化物が存在しない外面を有し、前記水素
    原子がチタンと化合され、前記包囲領域が実質的に酸素
    が存在しない状態となるようにする水素のためのゲッタ
    ー部材と、 前記水素のためのゲッター部材の外面に酸化物が形成さ
    れるのを防止する金属材料層と、 前記水素のためのゲッター部材を前記内面の一つに固着
    する手段と、 を備える、集積型マイクロエレクトロニクスモジュー
    ル。
  8. 【請求項８】 請求項１３に記載のマイクロエレクトロ
    ニクスモジュールにおいて、 前記金属材料層がパラジウムである、マイクロエレクト
    ロニクスモジュール。
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