JP2001284606A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で信頼性が高く、高集積化に適
し、製造が容易で、コストも安い、真空キャビティを有
する半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体装置は、下面に複数のリードが
植設され、このリードと表面間の配線を有する基板(5
1,61)と、この基板上に固着されるとともに基板の
配線と接続された、上面に赤外光感知部を有する半導体
素子(53,64)と、基板の周囲部に形成された枠体
(55,66)と、この枠体の上面に固着された透光性
の蓋体(56,68)とを備え、基板、枠体、蓋体で形
成される空間内が真空にされており、基板と半導体素子
間に冷却素子を介装することが好ましい。このようなキ
ャビティの真空化は蓋体取付を真空雰囲気の中でレーザ
によるシールにより得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に関する
もので、特にパッケージ内を真空にした半導体装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】一つのパッケージに複数のチップを備
え、パッケージ内を真空にしたマルチチップモジュール
が知られており、特に雰囲気中の気体による熱伝導を避
ける必要のある用途等に用いられている。
【0003】図5および図6を参照してこのようなマル
チチップモジュールの構成を説明する。下面に複数のリ
ード2が植設された円盤状のアルミナ多層配線板1の上
に半導体チップIC3が接着され、多層配線板2とワイ
ヤ4等により接続されている。多層配線板2の周辺部に
は上面には、予めキャップ6が上面にレーザーシールあ
るいは樹脂接着剤により固着されたウェルドリング5が
ろう付けあるいは樹脂接着剤等で固着されている。これ
らの多層配線板1、ウェルドリング5、キャップ6によ
って空間(キャビティ)7が形成されるが、この空間7
と連通するように排気管8が多層配線板1を貫通して設
けられている。そして、図5に示すように、この排気管
8を真空ポンプ(図示せず)に接続し、この排気管8を
通じてキャビティ7内を真空にし、図6示すように排気
管8の一部をピンチオフして潰した状態8aとして塞
ぎ、キャビティ7内部の真空を維持する。
【0004】また、他の従来技術としては、放熱効果を
さらに向上させたものとして、図7および8に示す半導
体装置が提案されている。この半導体装置は、例えば入
射赤外光による温度変化に比例した出力を発生する赤外
線センサであり、放熱特性の良好な銅タングステン基板
11を用い、この上に冷却作用のあるペルチェ素子12
を熱伝導性の接着フィルムで接着し、その上にICチッ
プ13を熱伝導性の接着フィルムで取り付けてある。銅
タングステン基板11の周辺部にはコバール製の環状枠
14がろう付けにより固着され、その上にガラス製のキ
ャップ15が樹脂による接着で取り付けられている。ま
た、ICチップの側方の基板には開口部11aが設けら
れており、ここに入出力リードが千鳥状に2列に植設さ
れたセラミック部材17が気密状にろう付けされてお
り、リードとICチップとはワイヤ18により接続され
ており、基板11,セラミック部材17,環状枠14,
キャップ15により形成されるキャビティ19はこれに
連通するようにろう付けられた排気管20により排気を
行った後にピンチオフされることで真空化される。
【0005】このような構成の半導体装置では、ガラス
キャップ15を介して入射した赤外光強度に応じてIC
チップ13で発生した熱はペルチェ素子12を介して銅
タングステン基板11から放熱される一方、キャビティ
内が真空にされているため、ICチップの上面からは輻
射熱以外の熱は放散しない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置では、キャビティの真空化を達成するための
排気管が必要で、真空化処理後に排気管の一部が残存し
て実装上の障害になる他、構造が複雑であるために製造
工程数が多く、特殊な設備が必要であるために、製品単
価が高く、製品の質量も多かった。また、リードとIC
とを直接接続しているため、信頼性が必ずしも高くな
く、リードに多くの面積が必要であることから小型高集
積の半導体装置を得ることが困難であるという問題があ
る。
【0007】さらに、入出力リードをセラミック部材に
植設した構造ではピンピッチを狭めることが困難であ
り、ワイヤも長くなって、小型化、高信頼性化の障害に
なっている。
【0008】そこで、本発明は、簡単な構造で信頼性が
高く、高集積化に適し、製造が容易で、コストも安い、
真空キャビティを有する半導体装置を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置の第1の態様によれば、下面に複数のリードが植設さ
れ、このリードと表面間の配線を有する基板と、この基
板上に固着されるとともに前記基板の配線と接続され
た、上面に赤外光感知部を有する半導体素子と、前記基
板の周囲部に形成された枠体と、この枠体の上面に固着
された透光性の蓋体とを備え、前記基板、前記枠体、前
記蓋体で形成される空間内が真空にされたことを特徴と
する半導体装置が提供される。
【0010】この半導体装置は排気管が不要となってい
るため、簡単な構造で信頼性が高く、高集積化に適し、
製造が容易で、コストも安い、真空キャビティを有する
半導体装置を得ることができる。
【0011】また、本発明にかかる半導体装置の第2の
態様によれば、下面に複数のリードが植設され、このリ
ードと表面間の配線を有する基板と、この基板上に固着
された冷却素子と、この冷却素子上に固着されるととも
に前記基板の配線と接続された、上面に赤外光感知部を
有する半導体素子と、前記基板の周囲部に形成された枠
体と、この枠体の上面に固着された透光性の蓋体とを備
え、前記基板、前記枠体、前記蓋体で形成される空間内
が真空にされたことを特徴とする半導体装置が提供され
る。
【0012】ここで使用する基板は好ましくは熱特性が
良好な、特に熱伝導率の高いものである。
【0013】この半導体装置は排気管が不要であるばか
りでなく、熱放熱特性も良好であり、放熱特性が厳しく
求められる用途に適している。
【0014】また、本発明にかかる半導体装置の製造方
法によれば、下面に複数のリードが植設され、このリー
ドと表面間の配線を有するとともに周囲部に枠体が形成
された基板上に冷却素子を固着する工程と、この冷却素
子上に上面に赤外光感知部を有する半導体素子を固着す
るとともに、この半導体素子を前記基板の配線と接続す
る工程と、透光窓を有するチャンバ中で前記枠体の上に
透明蓋体を載置し、このチャンバ中を真空にした後に前
記透明蓋体と前記枠体とを前記透明窓を介してレーザ溶
接する工程とを備えているので、簡略な設備で放熱特性
に優れた半導体装置を製造することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明にかかる半導体装置の第1
の実施の形態の断面構造および真空化工程を図1および
図2を参照して説明する。
【0016】この実施の形態において、半導体装置は、
例えば直径25〜30mmのアルミナ多層配線板51の下
面にはリード52が植設され、上面には半導体チップI
C53が接着剤により固着され、ワイヤ54により多層
配線板上のパッド(図示せず)と接続されている。多層
配線板51の周辺部上面にはウェルドリング55が取り
付けられ、その上にメタルキャップ56が取り付けられ
る。
【0017】このような半導体装置を製造するには図2
に示すような上部に透明なガラス窓101を有する排気
可能なチャンバ102中でウェルドリング55とメタル
キャップ56とを位置決めした状態でチャンバの排気を
行い、内気圧が80Pa程度になったところで、透明窓
101を介してレーザ光102をウェルドリング55と
メタルキャップ56との接続部に当ててレーザ溶接によ
るシールを行う。
【0018】なお、この真空化を行う装置としては、通
常の不活性ガスによる充填を行うレーザシーラを用い、
空気を不活性ガスに置換する際に空気を除去するために
行われる真空化処理の際にレーザによるシールを行えば
良い。
【0019】この実施の形態ではパッケージ自体に排気
管を設けることなくキャビティ内の真空状態を達成する
ことができる。
【0020】図3は本発明にかかる半導体装置の第2の
実施の形態を説明する断面図、図4はその平面図であ
る。
【0021】この実施の形態は半導体装置は図1の実施
の形態と比較して放熱効果を高めたものである。
【0022】内層パターン61aや表裏接続用のビアホ
ール61b、配線用パッド61cを有する多層配線板6
1の中央部に開口61dが形成されており、この部分の
下側には放熱特性にすぐれた銅タングステン板62がろ
う付けされている。銅タングステン板62の上にはペル
チェ素子63が熱伝導性接着フィルム(図示せず)によ
り接着され、このペルチェ素子63の上にはICチップ
64が熱伝導性接着フィルム(図示せず)により接着さ
れている。なお、この実施の形態の場合、ペルチェ素子
63の大きさと半導体チップ64の大きさとはこの実施
の形態の場合、ほぼ等しくなっている。また、ペルチェ
素子の厚さは例えば4.7mm、半導体チップの厚さは例
えば0.75mmである。多層配線板61のパッドとIC
チップ64上のパッドとはワイヤ65により接続されて
いる。
【0023】多層配線板61の周辺部には環状をなすウ
ェルドリング66がろう付けされており、このウェルド
リング66には、中央部に透明なガラス、例えばゲルマ
ニウムガラス板68が樹脂で接着されたキャップ67が
レーザーシールされている。
【0024】このレーザシールは図2に示したのと全く
同じ方法で行われる。すなわち、キャップ67以外の部
分の組み立てを完了した半導体装置を準備し、予めゲル
マニウムガラス板68をキャップ67の開口部に合わせ
て樹脂接着しておいたものをキャップの端面がウェルド
リング66上に位置するようにチャンバ中で位置決め
し。チャンバの排気を行って真空状態にした後にキャッ
プ67とウェルドリング66の境界部にレーザ光102
を当ててシールを行う。なお、ペルチェ素子に対して電
源供給するための配線等については省略している。
【0025】このような半導体装置では、ICチップに
対する配線はリードから直接は行われず、多層基板上の
パッドから行われるので、リードを密集配置しても信頼
性の高い接続を図ることができる。
【0026】また、ヒートシンク作用を行う銅タングス
テン板62の表面は多層基板の裏面と一致させているの
で、多層基板の表面とペルチェ素子を介したICチップ
64の表面の高さをほぼ一致させることは容易であり、
これによりワイヤボンディングの信頼性を向上させるこ
とができる。
【0027】以上の実施の形態において、冷却素子とし
てペルチェ素子を挙げたが、サーモモジュールとして使
用可能な他のいかなる冷却素子を用いることが可能であ
る。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、排気管
を備えることなくキャビティ内の真空を達成しているの
で、軽量化を図ることができ、排気管設置のためのスペ
ースを回路用に利用することができて部品実装密度が上
昇し、I/Oリード配置の自由度が向上し、さらに高さ
方向の寸法が小さくなって実装上の制約が減少する。ま
た、製造のための工数が減少して、コストが低下する。
【0029】特に、ペルチェ素子を用いてこれを基板と
同じ基準高さで実装することにより、ワイヤボンディン
グの信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置
の構造を示す断面図である。
【図2】図1に示した半導体装置におけるレーザシール
の様子を示す説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態にかかる半導体装置
の構造を示す断面図である。
【図4】図3に示す半導体装置の平面図である。
【図5】従来の真空キャビティを有する半導体装置の構
成および排気の様子を示す断面図である。
【図6】図5の半導体装置の完成状態を示す断面図であ
る。
【図7】ペルチェ素子を用いる従来の半導体装置の構成
を示す断面図である。
【図8】図7に示す半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
51 多層配線板 52 リード 53 ICチップ 54 ワイヤ 55 ウェルドリング 56 キャップ 61 多層配線板 62 CuW板 63 ペルチェ素子 64 ICチップ 65 ワイヤ 66 ウェルドリング 67 キャップ 68 ガラス板 102 レーザ光

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下面に複数のリードが植設され、このリー
    ドと表面間の配線を有する基板と、 この基板上に固着されるとともに前記基板の配線と接続
    された、上面に赤外光感知部を有する半導体素子と、 前記基板の周囲部に形成された枠体と、 この枠体の上面に固着された透光性の蓋体とを備え、 前記基板、前記枠体、前記蓋体で形成される空間内が真
    空にされたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】下面に複数のリードが植設され、このリー
    ドと表面間の配線を有する基板と、 この基板上に固着された冷却素子と、 この冷却素子上に固着されるとともに前記基板の配線と
    接続された、上面に赤外光感知部を有する半導体素子
    と、 前記基板の周囲部に形成された枠体と、 この枠体の上面に固着された透光性の蓋体とを備え、 前記基板、前記枠体、前記蓋体で形成される空間内が真
    空にされたことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】前記冷却素子がペルチェ素子、前記半導体
    素子が赤外線センサであることを特徴とする請求項2に
    記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記基板の一部が放熱板により置換されて
    その上に前記半導体素子が固着されており、前記基板表
    面と前記半導体素子の上面がほぽ同じ高さとなっている
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】前記放熱板は前記基板の開口部より大きく
    形成され、前記開口部の下側に固着されていることを特
    徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】下面に複数のリードが植設され、このリー
    ドと表面間の配線を有するとともに周囲部に枠体が形成
    された基板上に冷却素子を固着する工程と、 この冷却素子上に上面に赤外光感知部を有する半導体素
    子を固着するとともに、この半導体素子を前記基板の配
    線と接続する工程と、 透光窓を有するチャンバ中で前記枠体の上に透明蓋体を
    載置し、このチャンバ中を真空にした後に前記透明蓋体
    と前記枠体とを前記透明窓を介してレーザ溶接する工程
    とを備えた半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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