JP2005244032A - 電子部品用気密封止パッケージ - Google Patents
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Abstract
【課題】 気密封止の信頼性が高くかつ生産性に優れた気密封止パッケージを低コストで提供する。
【解決手段】 パッケージ本体を構成するキャビティ部2bに第1のキャップ10をはんだ等の封止部材14を用いて接合する。このとき、パッケージの内部と外部とが連通している状態となるように、第1のキャップ10には、その厚さ方向に延びる貫通孔11が設けられている。次に、貫通孔11に光硬化樹脂を流し込む。その後、紫外線を照射して光硬化樹脂を硬化させることによって貫通孔11を塞ぐ。さらに、第1のキャップ10に接合された第2のキャップ10および封止部材15によって前述の貫通孔11を覆う。
【選択図】 図1
【解決手段】 パッケージ本体を構成するキャビティ部2bに第1のキャップ10をはんだ等の封止部材14を用いて接合する。このとき、パッケージの内部と外部とが連通している状態となるように、第1のキャップ10には、その厚さ方向に延びる貫通孔11が設けられている。次に、貫通孔11に光硬化樹脂を流し込む。その後、紫外線を照射して光硬化樹脂を硬化させることによって貫通孔11を塞ぐ。さらに、第1のキャップ10に接合された第2のキャップ10および封止部材15によって前述の貫通孔11を覆う。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内部に収納する電子部品を気密封止するためのパッケージの構造に関するものである。
電子部品は、空気中の湿度等によって配線または電極が腐食する恐れがある。そのため、電子部品を内装するパッケージにおいては、気密状態が保持されるように、はんだ、ガラス、または樹脂等の封止部材によって、パッケージ本体とキャップとの間の隙間が封止されている。通常、このパッケージの内部は、N2またはHe等が充填された状態となっているか、または、真空状態になっている。このような気密封止パッケージの構造は、たとえば、特開平11−307661号公報、特開2001−68576号公報、および特開2000−164747号公報等に示されている。
また、特開平6−140523号公報および特開平6−326204号公報に示されるパッケージにおいては、パッケージ本体とキャップとが接合されるときに、封止部材の一部にパッケージの内側の空間とパッケージの外側の空間とを連通させ、パッケージの内側の圧力が大きなガスをパッケージの外側へ放出するための切欠きが形成されている。
特開平11−307661号公報
特開2001−68576号公報
特開2000−164747号公報
特開平6−140523号公報
特開平6−326204号公報
上記従来の気密封止パッケージの製造工程においては、パッケージ本体とキャップとを接合するときに、加熱によって封止部材を一旦溶融または軟化させる。その後、パッケージ本体とキャップとの間の隙間が閉塞されるように、溶融または軟化した封止部材をパッケージ本体とキャップとそれぞれに密着させる。これにより、気密封止パッケージ内の気密性が確保される。この状態において、溶融または軟化していた封止部材は、冷却されることにより凝固するか、または、さらなる加熱によって硬化する。
パッケージ本体の内部にN2またはHe等の気体を充填する場合には、加熱時にパッケージの内部の気体の圧力が増加する。圧力が増加した気体は、溶融または軟化した封止部材を外側へ押し出す。そのため、気体の圧力によって封止部材が外側へ飛散する。その結果、パッケージの封止部材の外側に設けられた電極等に飛散した封止部材が付着するという問題が生じる。また、封止部材の押し出された部分にリークパスが形成されることによって、パッケージの気密封止が不完全なものとなるという問題も生じる。
一方、特開平6−140523号公報および特開平6−326204号公報に示されたパッケージにおいては、前述の切欠き部を介して、パッケージ本体の内部の気体を、パッケージの外側へ放出しながら、パッケージの封止を行なうことによって、上記問題の解決が図られている。
通常、パッケージ本体を加熱するときには、パッケージ本体の部分ごとに温度にばらつきが生じる。特開平6−140523号公報等に示されるように、はんだまたは低融点ガラスを封止部材として用いると、前述の切欠き部の周囲の封止部材の温度が、他の部分の温度よりも高くなり、他の部分よりも前に溶融することがある。この場合、気密封止が完了する前に切り欠き部が塞がってしまう。そのため、パッケージの内側のガスを外側の空間へ放出するという効果が得られなくなるという問題が生じる。この問題を解決するために、パッケージの加熱の速度を低下させる。それにより、封止部材に温度のばらつきが生じることを防止することが可能である。しかしながら、パッケージの加熱の速度を低下させると、パッケージの生産性が低下する問題が生じる。
また、特開平6−326204号公報等のように、熱硬化型樹脂を封止部材に用いる場合には、封止部材が軟化して切欠き部が塞がった後で、さらに温度を上昇させて封止部材を熱硬化させる必要がある。そのため、硬化する前の封止部材がパッケージ内部の気体に押し出されてパッケージの気密封止が不完全なものとなるという問題が生じる。
また、パッケージ本体の内部を真空状態にする場合には、高価な専用の設備が必要となる問題がある。
この発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パッケージ内部を真空状態にするための専用の設備を用いることなく、内部の空間の高い気密封止の信頼性を確保することができ、かつ、生産性が向上した電子部品用気密封止パッケージを提供することである。
本発明の電子部品用気密封止パッケージは、内側に電子部品を収納するものである。そのパッケージは、パッケージ本体と、パッケージ本体に接合されるとともに、パッケージの内側がら外側に向かって延びる貫通孔を有する第1のキャップとを備えている。パッケージ本体と第1のキャップとの隙間は、第1の封止部材によって塞がれている。貫通孔は第2の封止部材によって塞がれている。第2の封止部材は、加熱しなくても硬化可能な部材である。
上記の構造を採用すれば、第1の封止部材が用いられて、パッケージ本体と第1のキャップとが接合された後に、第2の封止部材が、溶融または軟化している状態で、貫通孔に流し込まれることによって、気密封止を行なうパッケージの製造方法を用いることができる。この製造方法によれば、第1のキャップと第2のキャップとを接合するときに加圧されたパッケージの内部の気体は、貫通孔を介してパッケージの外側へ放出される。また、この製造方法によれば、第2の封止部材は加熱しなくても硬化するため、第2の封止部材がパッケージの内圧で外側へ押し出されない。その結果、封止部材のリークパスの形成が防止される。
また、貫通孔の内側の開口の面積は、貫通孔の外側の開口の面積よりも小さいことが望ましい。
上記の構造によれば、パッケージの内部へ溶融または軟化した樹脂が貫通孔から漏れ落ちることを防止しながら、貫通孔と第2の封止部材との接着力を大きくすることができる。
さらに、第2の封止部材が光硬化樹脂であれば、硬化のタイミングを任意に選択できるとともに、短い時間で第2の封止部材を硬化させることが可能である。
また、第2の封止部材の上に、第2の封止部材を覆う第3の封止部材をさらに備えていることが望ましい。この構造によれば、パッケージの気密封止の信頼性をさらに向上させることができる。
また、第2の封止部材が第2のキャップと第4の封止部材とを用いて覆われた構造が用いられてもよい。また、第3の封止部材の上に、第3の封止部材を覆う第2のキャップをさらに備えた構造が用いられてもよい。また、第2の封止部材の上方に、第2の封止部材を覆う第2のキャップをさらに備えた構造が用いられてもよい。これらの構造によれば、パッケージの気密封止の信頼性をさらに向上させることができる。
また、第3の封止部材および第4の封止部材は、前述の第1の封止部材が溶融または軟化しない温度で溶融または硬化する部材であれば第1の封止部材にリークパスは形成されない。
以下、本発明の実施の形態の電子部品用気密封止パッケージを、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1〜図4を用いて、本実施の形態の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。なお、図1は、気密封止パッケージの気密封止の構造を示す断面図であり、図2〜図4のそれぞれは、本実施の形態のパッケージの製造方法を説明するための図であって、各製造段階の気密封止パッケージの構造のそれぞれを示す断面図である。
実施の形態1.
図1〜図4を用いて、本実施の形態の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。なお、図1は、気密封止パッケージの気密封止の構造を示す断面図であり、図2〜図4のそれぞれは、本実施の形態のパッケージの製造方法を説明するための図であって、各製造段階の気密封止パッケージの構造のそれぞれを示す断面図である。
まず、図1を用いて本実施の形態の気密封止パッケージの構造を説明する。
図1に示す本実施の形態の気密封止パッケージは、パッケージ本体として、ベース部2aとキャビティ部2bとを有している。ベース部2aとキャビティ部2bとにより凹部が形成されている。この凹部には電子部品の一例として半導体素子1が搭載されている。半導体素子1は、電極1aとボンディングワイヤ9とを有している。
また、ベース部2aの上表面には、信号線3が設けられている。信号線3はボンディングワイヤ9と電気的に接続されている。ベース部2aと半導体素子1との間には、接地電極4が設けられている。また、ベース部2aの下表面には接地電極5が設けられている。接地電極4と接地電極5とは、導電性のビアプラグ(ビアホール)6およびランド7を介して電気的に接続されている。半導体素子1の接地電極は、接地電極4と電気的に接続されている。
パッケージ本体の凹部の開口は、第1のキャップ10により覆われている。第1のキャップ10は、その中央部に貫通孔11を有している。貫通孔11は、第2のキャップ13により覆われている。
キャビティ部2bの上部は、金属層8により構成されている。金属層8の上には、封止部材14が設けられている。封止部材14の上には金属層10aが設けられている。金属層10aは第1のキャップ10の下部を構成している。第1のキャップ10の金属層10aとキャビティ部2bの金属層8との間の隙間は、封止部材14によって塞がれている。
また、貫通孔11は、封止部材としての樹脂12で塞がれている。樹脂12は、加熱しなくても硬化可能な樹脂である。第1のキャップ10の上部においては、貫通孔11の開口の周囲に金属層10bが設けられている。金属層10bおよび樹脂12を覆うように、封止部材15が設けられている。封止部材15の上表面を覆うように、第2のキャップ13が設けられている。要するに、第1のキャップ10と第2のキャップ13との隙間は、封止部材15によって塞がれている。
また、ベース部2aおよびキャビティ部2bのそれぞれは、LTCC(低温焼成ガラスセラミックス:Low Temperature Calcine Ceramics)で形成されている。ベース部2aの寸法は、20mm×15mmである。キャビティ部2bの寸法は、外径が15mm×15mmであり、かつ、内径が11mm×11mmである。
半導体素子1は、ベース部2a、キャビティ部2b、第1のキャップ10、封止部材14、樹脂12、第2のキャップ13、および封止部材15によって囲まれた空間内に存在している。そのため、半導体素子1は、外気から隔離されている。
ベース部2aおよびキャビティ部2bを構成する材料は、絶縁性の材料であればよいが、本実施の形態においては、LTCCが用いられている。また、その絶縁性の材料は、アルミナまたは窒化アルミ等の他のセラミックス材料または樹脂材料であってもよい。
次に、図2〜図4を用いて、本実施の形態の気密封止パッケージの製造方法を説明する。
図2は、ベース部2aの接地電極4に半導体素子1が固定され、かつ、ボンディングワイヤ9によって電極1aと信号線3とが接続された直後のパッケージ本体を示す図である。本実施の形態の半導体素子1としては、C帯の周波数で使用される外形0.6mm×0.6mm×0.1mmのGaAs製のFET(電界効果型トランジスタ:Field Effect Transistor)が用いられている。
本実施の形態の電子部品用気密封止パッケージの製造方法においては、まず、N2雰囲気中において、パッケージ本体が310℃に加熱された状態で、GaAs製のFETの裏面に形成されたAu層(図示せず)と接地電極4とがAu−Sn系のはんだを用いて接合される。それにより、FETがパッケージ本体のベース部2aに固定される。
次に、パッケージ本体が150℃に加熱された状態で、電極1aと信号線3とが、大気中で、直径φが25μmであるAuワイヤを用いて接続される。なお、Sn、Au−Si系、Sn−Ag系、Sn−Pb系、もしくは、Sn−Ag−Cu系等のはんだ、または、導電性接着剤を用いて、半導体素子1を接地電極4に固定することもできる。また、電極1aと信号線3とをAlワイヤまたはCuワイヤを用いて接続することも可能である。
図3は、第1のキャップ10とキャビティ部2bとが封止部材14で接合された後の状態を示す図である。第1のキャップ10は、LTCCを用いて形成されている。第1のキャップの寸法は、外径が15mm×15mmである。第1のキャップ10は、その主表面の中央部に貫通孔11が設けられている。貫通孔11の開口径は、半導体素子1に近い側の開口径、すなわち内側の開口径が0.3mmであり、半導体素子1から遠い側の開口径、すなわち外側の開口径が0.7mmである。つまり、貫通孔11の開口径は、外側の開口径が内側の開口径に比較して大きくなっている。
本実施の形態においては、封止部材14は、その外形が14.8mm×14.8mmであり、その内径が12.8mm×12.8mm、かつ、その厚さが0.1mmである、シート状のAu−Sn系のはんだ部材が用いられている。
封止部材14は、キャビティ部2bと第1のキャップ10とによって挟まれている。また、封止部材14は、N2雰囲気中において、310℃の温度で加熱され、かつ、50gfの圧力がかけられる。それにより、封止部材14は、溶融し、キャビティ部2bの金属層8と第1のキャップ10の金属層10aとの双方にぬれ、隙間を塞ぐ。
なお、第1のキャップ10の材料としては、LTCC以外に、アルミナもしくは窒化アルミ等の他のセラミックス材料、ガラス、コバール(R)もしくはCuW等のパッケージ本体の線膨張係数に近い線膨張係数を有する金属材料を使用することが可能である。また、封止部材14としては、Sn、Au−Si系、Sn−Ag系、Sn−Pb系、Sn−Ag−Cu系等のはんだまたは低融点ガラスを使用することが可能である。
本実施の形態の気密封止パッケージの特徴は、第1のキャップ10に貫通孔11が形成されていることである。この特徴によれば、高温の雰囲気内で、パッケージ本体のキャビティ部2bと第1のキャップ10とを接合するときに、気密封止パッケージの内部の大きな圧力を有する気体は貫通孔11から外部へ流れ出る。そのため、封止部材14が周囲に飛散することによって封止部材14の周辺が汚染されるという問題が防止される。また、封止部材14にリークパスが形成されるという問題は生じない。
図4は、第1のキャップ10の貫通孔11が加熱しなくても硬化可能な樹脂12で封止された後の状態を示す図である。本実施の形態の製造方法においては、樹脂12として、エポキシ系の光硬化型樹脂が用いられる。光硬化型樹脂は、内径0.21mmのニードル(needle)が取り付けられたシリンジ(syringe)に詰められた状態で、ディスペンサ(dispenser)を用いてN2雰囲気中で第1のキャップ10の貫通孔11に注入される。その後、100kJ/m2の紫外線が樹脂12に照射される。それにより、樹脂12は硬化する。
前述のように、貫通孔11は、パッケージの内側の直径φが0.3mmであり、パッケージの外側の直径φが0.7mmである。すなわち、貫通孔11は内側の直径が外側の直径に比較して小さい。そのため、パッケージの内部の空間へ樹脂がたれ落ちることを防止しながら、樹脂12と第1キャップ10との間の接着面積を増加させることができる。したがって、樹脂12と第1キャップ10との間の接着強度を大きくすることができる。また、樹脂12は加熱しなくても硬化する。そのため、パッケージの内部の容積に関わらず、樹脂12が硬化する前にパッケージ内部の圧力が増加して樹脂12にリークパスが形成されることはない。
図4に示す構造体が形成された段階において、本実施の形態の気密封止パッケージの信頼性を確認するために次のような実験を行なっている。
まず、光硬化型樹脂によって貫通孔11が塞がれたパッケージがチャンバ内に設置される。このチャンバ内は、0.2MPaの圧力を有するHeで満たされている。したがって、パッケージは、0.2MPaの圧力が加えられている。この雰囲気内に、パッケージが4時間曝される。その後、Heディテクタを用いてパッケージの内部から漏れるHeの量が測定される。その結果、Heのリーク量は、1×10-9Pa・m3/s以下であり、本実施のパッケージは十分高い気密封止の信頼性が得られていることが確認されている。
なお、加熱しなくても硬化可能な樹脂として光硬化型樹脂を使用した理由は、光硬化樹脂を用いれば、樹脂の硬化のタイミングを任意に選択できるとともに、樹脂を短い時間で硬化させることが可能であるためである。言い換えれば、光硬化樹脂は、作業性と生産性との双方において優れているため、本実施の形態において貫通孔11を塞ぐ樹脂としては、最適だからである。ただし、本発明の貫通孔11を塞ぐ樹脂としては、一液常温硬化タイプ、二液混合硬化タイプ、湿気硬化タイプ等の樹脂、予め加熱して軟化した熱可塑性樹脂、または、予め加熱して溶融したガラス材もしくははんだ材を用いることも可能である。また、一般に、樹脂は、硬化する温度が低いため、貫通孔11を塞ぐ封止部材として樹脂12が用いられれば、溶融または軟化する温度が低い部材を封止部材14として用いることができる。そのため、パッケージの内部の電子部品に悪影響を与えるおそれを低減することが可能となる。
その後、図1に示すように、樹脂12を第2のキャップ13と封止部材15とで覆う。それにより、貫通孔11の封止状態は、より完全なものとなっている。
なお、第2のキャップ13は、コバール(R)が主成分であり、その表面にはNiが形成されており(図示なし)、その寸法は3mm×3mmである。第2のキャップ13の封止作業は大気中で実施されている。また、封止部材15としては、Sn−Pb系のはんだが用いられている。また、封止部材15は、厚さが0.15mmのステンレス板に3.2mm×3.2mmの開口が設けられた印刷マスクを用いて、スクリーン印刷法によって、金属層10b上に供給される。金属層10bの上に供給されたはんだの上に、位置合わせされた第2のキャップ13が搭載される。次に、はんだが220℃に加熱される。それによって、はんだは溶融する。その後、はんだは冷却され、凝固する。その結果、第2のキャップ13と第1のキャップ10とは接合される。なお、封止部材15は、封止部材14が溶融しない程度の温度で溶融または軟化しかつ硬化するものであれば、いかなるものであってもよい。
第2のキャップ13を第1キャップ10に接合する際の加熱温度(220℃)において封止部材14は溶融しない。そのため、パッケージ本体と第1のキャップ10との間の封止部にリークパスが形成されることはない。また、貫通孔11の封止部材としての樹脂12は、第2のキャップ13を第1キャップ10に接合する際の加熱によってリークパスが形成されない程度の接着力を有している。
その後、図1に示す気密封止パッケージは、チャンバ内に内装された状態で、0.2MPaの圧力を有するHe雰囲気内に、4時間、曝される。その後、Heディテクターによって気密封止パッケージの内部から外部へ漏れるHeの量が測定される。その結果、Heのリーク量は、1×10-9Pa・m3/s以下であることが分かる。
なお、第2のキャップにはコバール(R)以外にもCuW等の第1のキャップの線膨張係数と近い値の線膨張係数を有する金属材料、セラミックス材料、またはガラスを使用することが可能である。
前述したように、光硬化型樹脂で貫通孔11を塞ぐだけでも、パッケージ本体の気密性を確保するという目的は達成される。しかしながら、樹脂12は耐吸湿性が低い。そのため、樹脂12のみでは封止の長期的な信頼性を確保することができない。そこで、第2のキャップ13と封止部材15と用いて、樹脂12と金属層10bとをさらに覆うことによって、気密封止の長期的な信頼性を確保することが可能となっている。
図1に示した気密封止パッケージを、温度85℃かつ湿度85%の雰囲気内に、1000時間、暴露させる。その後、パッケージのHeリーク量と内部に収納したGaAsのFETの動作性能とが確認される。その結果、Heリークはほとんどなく、かつ、GaAsのFETの動作性能は劣化していないことが分かる。したがって、本実施の形態の気密密閉パッケージの気密性が長期に確保されていることが確認される。
実施の形態2.
次に、図5〜図8を用いて、本発明の実施の形態2の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。
実施の形態2.
次に、図5〜図8を用いて、本発明の実施の形態2の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。
図5は、本実施の形態の気密封止パッケージの構造を示す断面図であり、図6〜図8のそれぞれは、本実施の形態の気密密封パッケージの製造方法中の各段階の構造を説明するための断面図である。図5〜図8において、実施の形態1の図1〜図4において用いた参照符号と同じ参照符号で示されている部位は、実施の形態1と同様の部位であるので、その部位の説明は繰り返さない。
本実施の形態の気密密閉封止パッケージの構造は、図1に示す実施の形態1の第1のキャップ10、封止部材14および15の構造のみが変更されている。つまり、本実施の形態の気密密閉封止パッケージの構造は、図1に示す第1のキャップ10、封止部材14および15以外に関しては、実施の形態1の気密密閉封止パッケージの構造と全く同様の構造である。
本実施の形態においては、第1のキャップ10としては、外形の寸法が15mm×15mmであり、その表面にNi(図示せず)が形成されたコバール(R)が用いられている。封止部材14および15としては樹脂が用いられている。封止部材14として樹脂を用いると、封止部材14を硬化させるときの温度を低減することができる。そのため、耐熱性の低い電子部品をパッケージ内に収納することが可能となる。
以下、図6〜図8で本実施の形態の気密封止パッケージの製造方法を説明する。
図6は、ベース部2aの接地電極4に半導体素子1が固定され、かつ、ボンディングワイヤ9で電極1aと信号線3とが接続されたパッケージ本体を示す図である。なお、本実施の形態の図6の構造と実施の形態1の図2の構造とは、各部位の構造が共通しているため、図6に示す構造の各部位の説明は繰り返さない。
図7は、第1のキャップ10とキャビティ部2bとが封止部材14によって接合された後の状態を示す。第1のキャップ10には中央部に直径φが0.3mmの貫通孔11が設けられている。本実施の形態においては、封止部材14としては、エポキシ系の熱硬化型樹脂を用いている。熱硬化性樹脂は、85wt%のシリカのフィラーが含有されているため、耐湿性能が向上している。
熱硬化型樹脂は、内径が0.51mmのニードルが取り付けられたシリンジに詰められた状態で、ディスペンサを用いて、キャビティ部2bの上部を構成する面の上に塗布される。次に、位置合わされた第1のキャップ10がキャビティ部2bの上に搭載される。その後、熱硬化性樹脂は、大気雰囲気中において、1.5kgfの荷重を加えられながら、150℃で、1時間、放置される。それにより、第1のキャップ10とキャビティ部2bとが接合する。
このとき、第1のキャップ10の貫通孔11は開放されている。そのため、パッケージ本体を高温に加熱しながらパッケージ本体と第1のキャップ10とを接合しても、パッケージ本体の内部の気体は貫通孔11からパッケージ本体の外側へ流れ出す。その結果、封止部材14が飛散して周辺を汚染するという問題が防止されている。また、封止部材14にリークパスが形成されるという問題は生じない。
図8は、第1のキャップ10の貫通孔11が、封止部材としての加熱しなくても硬化可能な樹脂12で塞がれた後の状態を示す。本実施の形態においても、樹脂12として、エポキシ系の光硬化型樹脂が用いられている。光硬化型樹脂は、内径が0.21mmのニードルを取り付けたシリンジに詰められた状態で、ディスペンサを用いてN2雰囲気中で第1のキャップ10の貫通孔11に注入される。その後、光硬化型樹脂は、100kJ/m2の紫外線が照射され、それにより、光硬化樹脂は硬化する。樹脂12は紫外線の照射によって硬化する。そのため、パッケージ本体の内部の気体が熱によって膨張することに起因して、硬化する前の状態の樹脂12を介してパッケージ本体の内部の気体が外側へ流れ出すことがない。
図8に示す構造が形成された段階で、本実施の形態の気密封止パッケージの気密封止の信頼性を確認するために次のような実験を行なっている。
光硬化型樹脂によって貫通孔11が封止されたパッケージが、チャンバ内で、0.2MPaのHeで、4時間、加圧される。その後、Heディテクタを用いてパッケージの内部から外部へ漏れるHeの量が測定される。その結果、Heのリーク量は、1×10-9Pa・m3/s以下であり、パッケージは十分な気密封止の信頼性が得られていることが確認される。
その後、図5に示すように、樹脂12を第2のキャップ13と封止部材15とで覆う。第2のキャップ13はコバール(R)が主成分であり、その表面にはNiが形成されており(図示なし)、その寸法は3mm×3mmである。第2のキャップ13の封止作業は大気中で実施される。封止部材15としては、エポキシ系の熱硬化型樹脂が用いられる。この熱硬化性樹脂は、シリカのフィラーが85wt%含有されているため、封止部材の耐湿性能を向上させることが可能となっている。
熱硬化型樹脂は、内径が0.3mmのニードルが取り付けられたシリンジに詰められた状態で、ディスペンサを用いて第1のキャップ10の貫通孔11の周囲に塗布される。塗布された熱硬化型樹脂の上に、位置合わせされた第2のキャップ13が搭載される。熱硬化性樹脂は、500gfの荷重が加えられた状態で、150℃で、1時間、放置される。それにより、第2のキャップ13と第1のキャップ10とが接合される。
このとき、封止部材14は既に硬化しているため、封止部材14にリークパスが形成されることはない。また、本実施の形態の製造方法においては、実施の形態1の製造方法に比較して、第2のキャップ13を第1のキャップ10に接合する時の温度が低い。そのため、貫通孔11の直径φが、第2のキャップ13の表面および裏面の双方において、同じ0.3mmであっても、樹脂12と第2のキャップ13とは、互いの間にリークパスが形成されない程度の接着力を有する。
図5に示すように、第2のキャップ13が第1のキャップ10に接合された後、パッケージ本体は、0.2MPaのHeが充満したチャンバ内に設置された状態で、4時間加圧される。その後、Heディテクタを用いてパッケージの内部から外部へ漏れるHeの量が測定される。その結果、リーク量は、1×10-9a・m3/s以下であることが分かる。
図5に示された気密封止パッケージは、温度85℃、かつ湿度85%の雰囲気内に、1000時間、暴露される。その後、パッケージ内のHeのリーク量とパッケージ本体の内部に収納されGaAsのFETの動作性能とが確認される。それにより、Heのリークはほとんどなく、かつ、FETの性能は、劣化していないことが分かる。したがって、安価な樹脂材を封止部材14および15として用いても、気密封止パッケージの性能を低下させないことが確認される。
実施の形態3.
次に、図9〜図11を用いて、本発明の実施の形態3の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。図9は、本実施の形態の気密封止パッケージの構造を示す断面図であり、図10〜図12のそれぞれは、本実施の形態の気密封止パッケージの製造中の各段階の構造を示す断面図である。図9〜図12において、実施の形態1の図1〜図4または実施の形態2の図5〜図8において用いた参照符号と同じ参照符号で示されている各部位は、実施の形態1の各部の機能と同様の機能を有する部位であるので、その各部位の説明は繰り返さない。
実施の形態3.
次に、図9〜図11を用いて、本発明の実施の形態3の気密封止パッケージの構造および製造方法を説明する。図9は、本実施の形態の気密封止パッケージの構造を示す断面図であり、図10〜図12のそれぞれは、本実施の形態の気密封止パッケージの製造中の各段階の構造を示す断面図である。図9〜図12において、実施の形態1の図1〜図4または実施の形態2の図5〜図8において用いた参照符号と同じ参照符号で示されている各部位は、実施の形態1の各部の機能と同様の機能を有する部位であるので、その各部位の説明は繰り返さない。
本実施の形態においては、実施の形態2において図5を用いて示された気密封止パッケージの封止部材15が用いられていない。また、本実施の形態の気密封止パッケージは、加熱しなくても硬化可能な樹脂12および第2のキャップ13のみが用いられて、第1のキャップ10の貫通孔11が塞がれている。
実施の形態2の気密封止パッケージに比較して、本実施の形態の気密封止パッケージによれば、封止部材15の塗布および硬化工程が不要となる。そのため、パッケージの製造に要するコストをさらに低減できることが可能となる。
次に、図10〜図12を用いて、本実施の形態の気密封止パッケージの製造方法を説明する。
図10は、パッケージ本体のベース部2aの接地電極4に半導体素子1が固定され、かつ、ボンディングワイヤ9で電極1aと信号線3とが接続された気密封止パッケージを示す図である。なお、本実施の形態の図10の構造と実施の形態1の図2の構造および実施の形態2の図6の構造とのそれぞれにおいては、各部位の構造は共通しているため、その各部位の構造の説明は繰り返さない。
図11は、第1のキャップとキャビティ部2bとが、封止部材14を用いて接合された後の状態を示す図であり、実施の形態2の図7と全く同様の構造を示す図である。
図12は、第1のキャップ10の貫通孔11の内部および第1のキャップ10の上表面上であって貫通孔11の上側の開口の周辺に加熱しなくても硬化可能な樹脂12が塗布された後の状態を示す図である。
本実施の形態においても、樹脂12として、エポキシ系の光硬化型樹脂が用いられている。光硬化型樹脂は、内径が0.21mmのニードルが取り付けられたシリンジに詰められた状態で、ディスペンサを用いてN2雰囲気中で第1のキャップ10の貫通孔11の内部およびその周辺に塗布される。
その後、図9に示すように、貫通孔11上に第2のキャップ13が搭載され、第2のキャップ13と第1のキャップ10とが樹脂12により接着される。第2のキャップ13は、ガラスで形成され、その寸法が6mm×6mmである。
次に、第2のキャップ13の上方から120kJ/m2の紫外線が光硬化樹脂に照射される。それにより、光硬化型樹脂が硬化する。
気密封止パッケージは、大気中において、温度80℃で、1時間、放置される。それにより、樹脂12は、さらに硬化する。樹脂12は、既に紫外線の照射によって硬化が進んでいるため、80℃に加熱されても、樹脂12を介してパッケージ本体の内部の気体が外部に抜けるリークパスが形成されることはない。また、光硬化型樹脂は耐吸湿性が低い。そのため、光硬化樹脂のみの封止によっては気密密閉パッケージの長期的な信頼性を得ることができない。そのため、光硬化樹脂の上面が第2のキャップ13で覆われている。それにより、光硬化樹脂と水分とが接触する面積が低減されるとともに、パッケージの外部からパッケージの内部までの水分の侵入経路長が長くなっている。
本実施の形態の気密封止パッケージの信頼性を確認するために次のような実験が行なわれる。
図9に示された気密封止パッケージは、温度85℃および湿度85%の雰囲気内に、600時間、曝される。暴露時間が600時間以下の場合には、パッケージの内部に収納されているGaAsのFETの動作性能に劣化は認められない。その後、図9に示す気密密閉パッケージが、さらに200時間、前述の雰囲気に曝される。この場合、GaAsのFETの動作性能が劣化するパッケージも存在する。しかしながら、図9に示す気密密閉パッケージの用途が限定されていれば、高い気密性を確保することができることが理解される。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 半導体素子、1a 電極、2a ベース部、2b キャビティ部、3 信号線、4,5 接地電極、6 ビアプラグ(ビアホール)、7 ランド、8 金属層、9 ボンディングワイヤ、10 第1のキャップ、10a,10b 金属層、11 貫通孔、12 樹脂、13 第2のキャップ、14,15 封止部材。
Claims (9)
- 内側に電子部品を収納する電子部品用気密封止パッケージであって、
パッケージ本体と、
前記パッケージ本体に接合されるとともに、前記内側がら外側に向かって延びる貫通孔を有する第1のキャップと、
前記パッケージ本体と前記第1のキャップとの隙間を塞ぐ第1の封止部材と、
前記貫通孔を塞ぐように設けられた第2の封止部材とを備え、
前記第2の封止部材は、加熱しなくても硬化可能な部材である、電子部品用気密封止パッケージ。 - 前記貫通孔の前記内側の開口の面積が、前記貫通孔の前記外側の開口の面積よりも小さい、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記貫通孔の前記内側の開口の面積は、溶融または軟化している前記第2の封止部材が前記貫通孔から漏れ落ちない程度の大きさである、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記樹脂は、光硬化樹脂である、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記第2の封止部材の上に、前記第2の封止部材を覆う第3の封止部材をさらに備えた、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記第1の封止部材は、前記第3の封止部材が溶融または硬化する温度では溶融または軟化しない部材である、請求項5に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記第2の封止部材が第2のキャップと第4の封止部材を用いて覆われている、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記第1の封止部材は、前記第4の封止部材が溶融または硬化する温度では溶融または軟化しない部材である、請求項7に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
- 前記第2の封止部材の上に、前記第2の封止部材を覆う第3のキャップをさらに備えた、請求項1に記載の電子部品用気密封止パッケージ。
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- 2004-02-27 JP JP2004053645A patent/JP2005244032A/ja not_active Withdrawn
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