JP2006032492A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関するものであり、とくに電子部品を収容する収容空間を封止するようにしたパッケージに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a package for sealing an accommodation space for accommodating an electronic component.
従来の半導体装置における電子部品パッケージではセラミック基板上に電子部品を搭載し、金属製あるいはセラミックス製の蓋部材により電子部品搭載部を覆うと共に、上記電子部品を収容する収容空間を気密に封止している。また、封止に際し、基板表面にメタライズ層を形成し、上記メタライズ層と蓋部材とをろう材により接合している(例えば、特許文献1参照。)。上記ろう材による接合の際にセラミック基板とメタライズ層との間に熱応力が生じ、剥離が生じることがある。この剥離を防ぐために、特許文献1に示す電子部品パッケージでは、メタライズ層の外縁部の厚みを厚くし、セラミック基板とメタライズ層との間の接合強度を向上させて、蓋部材により電子部品を搭載したセラミック基板を気密に封止し、電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させている。
In an electronic component package in a conventional semiconductor device, an electronic component is mounted on a ceramic substrate, the electronic component mounting portion is covered with a metal or ceramic lid member, and the accommodation space for accommodating the electronic component is hermetically sealed. ing. Further, at the time of sealing, a metallized layer is formed on the surface of the substrate, and the metallized layer and the lid member are joined with a brazing material (see, for example, Patent Document 1). When joining with the brazing material, thermal stress may be generated between the ceramic substrate and the metallized layer, and peeling may occur. In order to prevent this peeling, in the electronic component package shown in
上記のような半導体装置にあっては、基板と蓋部とを接合する際の熱応力による基板構成部材の剥離を考慮しているが、ろう材とメタライズ層との界面の接合強度、あるいはろう材と蓋部との接合強度は変化しないものと想定されている。また、剥離の起点が封止の外周部であり、封止内部からの剥離は考慮されていない。また、接合界面における接合強度を高めるために、接合幅を広く取る必要があり、電子部品パッケージの実装面積が増大するといった問題点があった。 In the semiconductor device as described above, the separation of the substrate component due to the thermal stress when bonding the substrate and the lid is considered, but the bonding strength at the interface between the brazing material and the metallized layer, or the brazing It is assumed that the bonding strength between the material and the lid does not change. Moreover, the starting point of peeling is the outer peripheral part of the sealing, and peeling from the inside of the sealing is not considered. In addition, in order to increase the bonding strength at the bonding interface, it is necessary to increase the bonding width, which increases the mounting area of the electronic component package.
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、外力に対して強度信頼性を損なうことなく、電子部品を搭載した基板を気密に封止し、かつ実装面積の小さい電子部品パッケージが実現できる装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and is an electronic component package that hermetically seals a substrate on which an electronic component is mounted and does not impair strength reliability against external force and has a small mounting area. The purpose is to obtain a device that can realize the above.
この発明に係る半導体装置は、電子部品を搭載する板部と、上記電子部品を覆う蓋部と、上記板部と上記蓋部とを接合し、上記電子部品を収容する収容空間を封止する接合部とを備えた半導体装置において、上記接合部に面した板部の接合面または上記接合部に面した蓋部の接合面のうち、少なくとも一方の接合面に角部を有する凹凸部を形成したものである。 A semiconductor device according to the present invention joins a plate portion on which an electronic component is mounted, a lid portion that covers the electronic component, the plate portion and the lid portion, and seals a housing space that houses the electronic component. In a semiconductor device including a bonding portion, an uneven portion having a corner portion is formed on at least one of the bonding surfaces of the plate portion facing the bonding portion or the bonding surface of the lid portion facing the bonding portion. It is a thing.
この発明による半導体装置においては、板部と蓋部との接合面に角部を有する凹凸部を形成したので、接合幅を変化させずに接合面積を増大させる効果があり、接合強度が向上する。また、接合強度の向上に伴い接合幅の減少が可能となり、装置の小型化が可能となる。また、角部を設けることで、界面剥離が生じても角部で剥離の進展を留めることが可能となり、電子部品を搭載した基板を気密に封止することが可能となる効果がある。 In the semiconductor device according to the present invention, since the uneven portion having the corners is formed on the bonding surface between the plate portion and the lid portion, there is an effect of increasing the bonding area without changing the bonding width, and the bonding strength is improved. . Further, the bonding width can be reduced as the bonding strength is improved, and the apparatus can be downsized. Further, by providing the corner portion, it is possible to keep the progress of the peeling at the corner portion even if the interface peeling occurs, and it is possible to hermetically seal the substrate on which the electronic component is mounted.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1による半導体装置を示す断面構成図である。図1において、半導体装置は、電子部品を搭載する板部1と、上記電子部品を覆う蓋部4と、板部1と蓋部4とを接合し、上記電子部品を収容する収容空間3を封止する接合部2とで構成されている。また、接合部2に面した板部1には凹凸があり、図1では凹形状をした接合面を備えている。接合部2に面した蓋部4にも凹凸があり、図1では板部1の凹形状の接合面と嵌合する凸形状の接合面を備えている。接合部2はこれら凸形状の接合面と凹形状の接合面との間に設けられ、板部1と蓋部4とで囲まれた収容空間3を気密性良く封止するように構成されている。接合部2を構成する部材は単一部材で構成されており、例えばニッケルの積層体等で構成されている。板部1の接合面に形成された凹部及び蓋部4の接合面に形成された凸部も共に単一部材で構成されている。
1 is a cross-sectional configuration diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the semiconductor device includes a
図2は本実施の形態による半導体装置の接合面を、従来の半導体装置の接合面と比較して説明する図である。従来の接合面は、電子部品の収容空間が気密性を保つ必要があることから、図2(a)に示すように、通常は接合面全体が平坦面であり、電子部品実装面と同一平面である。図2(a)において、板部材が曲げ変形や外力を受けると、最弱部である接合部2の界面を開口させる力が発生する。接合部2の界面を開口させる力は、例えば接合部2と板部1の接合面との界面の端部6に集中し、界面端部6を起点として界面剥離7が発生する。図2(b)は界面剥離後の状態である。界面剥離7が発生すると、場合によって界面剥離7は進行し、最終的な破断に至り、半導体装置の気密性が損なわれることが懸念される。このため、接合面積を増大させて接合強度を高め、最終的な破断の起こりにくい構成とする必要があった。
FIG. 2 is a diagram for explaining the bonding surface of the semiconductor device according to the present embodiment in comparison with the bonding surface of a conventional semiconductor device. Since the conventional joint surface needs to maintain the airtightness of the electronic component housing space, as shown in FIG. 2A, the entire joint surface is usually a flat surface and is flush with the electronic component mounting surface. It is. In FIG. 2A, when the plate member is subjected to bending deformation or external force, a force for opening the interface of the
本実施の形態では、図2(c)に示すように、板部1の接合面および蓋部4の接合面にそれぞれ断面が三角形状の凹部および凸部を設けている。図2(c)においては、板部1の接合面に凹部、蓋部4の接合面に凸部を設ける場合を示しており、板部1及び蓋部4の接合面間を接合部2により封止する。このようにすれば、接合幅は変化しないが、接合部2の垂直断面は辺8,9によって構成され、板部1と接合部2との界面及び接合部2と蓋部4との界面はそれぞれ2つの接合面で構成されるため、接合面積が増大する。換言すれば、従来構造の強度を保ったまま接合幅の減少が可能となり、装置の小型化が可能となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2C, a concave portion and a convex portion having a triangular cross section are provided on the joint surface of the
また、板部1と蓋部4との界面を開口させる主応力5は、従来の構造では、図2(a)に示すように接合面に垂直な方向に働くが、本実施の形態の構造では、図2(c)に示すように、上記主応力5は、辺8、9に垂直な2つの方向に分解され、応力10となって各接合面に働く。応力10は主応力5より小さく、緩和されているため、界面剥離発生を抑制する効果が得られる。したがって、傾斜した辺8よりなる接合面は起点11からの界面剥離の発生を抑制する効果を、傾斜した辺9よりなる接合面は起点12からの界面剥離の発生を抑制する効果を有し、辺8と辺9との傾斜の度合いによって界面剥離の発生を抑制する効果の度合いが変化する。
The main stress 5 that opens the interface between the
また、図2(d)に示すように、界面剥離13が起きた場合でも、接合面は角部14を有しているため、角部14で界面剥離13の進行方向が変化し、界面剥離13の進行を留める効果が得られる。すなわち、界面剥離13が角部14に達する前の界面と界面剥離13が角部14に達した後の界面とが異なる平面となる構造を得ることができ、界面剥離13の進行を角部14の位置で留めることが可能となる。
In addition, as shown in FIG. 2D, even when the
なお、図2(d)では、界面剥離13は板部1と接合部2との接合面で起こるものを示したが、界面剥離は蓋部4と接合部2との接合面にも同様に発生する。本実施の形態では両接合面の形状を同様の形状としたため、蓋部4と接合部2との接合面に発生する界面剥離に対しても同様の効果がある。
また、本実施の形態では板部1の接合面に形成された凹部及び蓋部4の接合面に形成された凸部は共に単一部材で構成されているので、主応力に垂直である界面が無く、界面剥離の発生を抑制することができる。
In FIG. 2 (d), the
In the present embodiment, since the concave portion formed on the bonding surface of the
実施の形態2.
図3は実施の形態2による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図3において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
本実施の形態2では、板部1の接合面および蓋部4の接合面にそれぞれ台形状の凹部および凸部を設けている。接合面の垂直断面形状を図3のように台形状にした場合、実施の形態1で述べた形状と比較して凹部の深さを浅く、凸部の高さを低くできる利点がある。また、傾斜した辺8よりなる接合面は起点11からの界面剥離の発生を抑制する効果を、傾斜した辺9よりなる接合面は起点12からの界面剥離の発生を抑制する効果を有し、さらに、台形状の角部14,15は界面剥離の進行を留める効果を有する。これらの効果は実施の形態1の場合と同様の効果であり、三角形状の場合と同様に動作する。
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a bonding surface of the semiconductor device according to the second embodiment. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
In the second embodiment, trapezoidal concave and convex portions are provided on the bonding surface of the
実施の形態3.
図4(a)(b)(c)は実施の形態3による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図4において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
本実施の形態3では、板部1および蓋部4の接合面に凹凸部を設ける際に、図4(a)(b)に示すように、上記接合面の一方の端部に偏らせて断面が三角形状の凹凸部または断面が台形状の凹凸部を配置している。界面剥離の起点が接合面の一方の側であることが明らかである場合には、このように界面剥離の発生を抑制する効果を有する凹凸部を界面剥離が生じる端面に偏らせて配置しても良い。傾斜した辺8よりなる接合面は起点11からの界面剥離の発生を抑制する効果を有し、角部14,15,16は界面剥離の進行を留まらせる効果を有する。
なお、図4(c)に示すように、端面に断面が長方形状の凹凸部を設けるようにしても良い。この場合、角部14,15,16は界面剥離の進行を留まらせる効果を有する。
FIGS. 4A, 4B, and 4C are cross-sectional configuration diagrams illustrating a bonding surface of the semiconductor device according to the third embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same or equivalent.
In this
In addition, as shown in FIG.4 (c), you may make it provide an uneven | corrugated | grooved part with a rectangular cross section in an end surface. In this case, the
実施の形態4.
図5(a)(b)(c)は実施の形態4による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図5において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
界面剥離の進行を留まらせる効果のみが求められる場合は、凹凸部の位置は必ずしも接合面の端部に無くても良い。例えば、図5(a)に示すように、接合面の中央部に三角形状の凹凸部を設け、傾斜した辺8,9よりなる接合面が接合面の端部に位置していなくても良い。この場合、接合面の端部は水平であり、板部1と蓋部4との界面を開口させる主応力5が上記端部では接合面に垂直な方向に働くため大きな力が係り、起点11、起点12より界面剥離が発生する恐れがある。起点11、起点12より界面剥離が発生した場合、本実施の形態では、図5(a)に示すように、接合面の中央部に三角状の凹凸部があり、接合面の中ほどに角部14,15,16を有しているため、上記界面剥離は角部14,15,16で進行が留まる。これにより、外力等に対しても強度信頼性を損なうことなく、電子部品を搭載した基板を気密に封止することが可能となる。
FIGS. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional configuration diagrams showing the bonding surface of the semiconductor device according to the fourth embodiment. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same or equivalent.
In the case where only the effect of stopping the progress of the interfacial peeling is required, the position of the concavo-convex portion does not necessarily have to be at the end of the joint surface. For example, as shown in FIG. 5A, a triangular uneven portion is provided at the center of the joint surface, and the joint surface formed by the
図5(b)(c)は凹凸部の断面形状が台形状または長方形状のものであるが、このような構成に対しても界面剥離は角部14,15,16,17で進行が留まり、同様の効果がある。
5 (b) and 5 (c), the cross-sectional shape of the concavo-convex portion is a trapezoidal or rectangular shape, but even with such a configuration, the interfacial delamination stops at the
実施の形態5.
図6(a)(b)は実施の形態5による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図6において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
本実施の形態5では、実施の形態1または実施の形態2と同様、板部1の接合面および蓋部4の接合面にそれぞれ断面が三角形状または台形状の凹凸部を設けているが、本実施の形態の場合は、板部1の接合面の垂直断面形状が凸、蓋部4の接合面の垂直断面形状が凹になっている。
このようにしても、実施の形態1および実施の形態2と同様、界面剥離の発生を抑制することが可能となると共に、界面剥離の進行を留める効果がある。
Embodiment 5. FIG.
6 (a) and 6 (b) are cross-sectional configuration diagrams showing the bonding surface of the semiconductor device according to the fifth embodiment. In FIG. 6, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts.
In the fifth embodiment, as in the first embodiment or the second embodiment, the bonding surface of the
Even if it does in this way, like
また、実施の形態3および実施の形態4で示した構成のものに対しても、凹凸部が逆、すなわち板部1の接合面の垂直断面形状が凸、蓋部4の接合面の垂直断面形状が凹であってもよく、実施の形態3および実施の形態4に示したものと同様の効果がある。
Also, with respect to the configurations shown in the third and fourth embodiments, the concavo-convex portion is reversed, that is, the vertical cross-sectional shape of the joint surface of the
実施の形態6.
図7(a)(b)(c)は実施の形態6による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図7において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
実施の形態1〜5における凹凸部は単独の凹凸であったが、図7に示すように複数の凹凸を形成してもよい。
このような構成においては、単独の凹凸の場合よりも界面剥離の進行を留まらせる点が多数になる。したがって界面剥離の進行を留める効果が上昇する。
Embodiment 6 FIG.
FIGS. 7A, 7B, and 7C are cross-sectional configuration diagrams illustrating the bonding surface of the semiconductor device according to the sixth embodiment. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same or equivalent.
Although the uneven portion in the first to fifth embodiments is a single uneven portion, a plurality of uneven portions may be formed as shown in FIG.
In such a configuration, there are many points that keep the progress of the interfacial peeling more than the case of a single unevenness. Therefore, the effect of stopping the progress of interfacial peeling increases.
実施の形態7.
図8(a)〜(f)は実施の形態7による半導体装置の接合面を示す断面構成図である。図8において図2と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものである。
実施の形態1〜6における凹凸部は板部1と蓋部4との両方の接合面に設けられていたが、接合部2により板部1と蓋部4とを接合した際に界面剥離が起きる接合面が明らかである場合は、板部1の接合面および蓋部4の接合面のうち面剥離が起きる接合面のみに凹凸を形成し、界面剥離が起き難い接合面は平面であっても良い。界面剥離が起き難い接合面18(平面)と界面剥離の起き易い接合面(凹凸が形成)とは接合部2により接合される。
なお、凹凸が形成された接合面において、界面剥離の発生を抑制する動作および界面剥離の進行を留める動作については、実施の形態1で述べた動作と同様である。
8 (a) to 8 (f) are cross-sectional configuration diagrams showing the bonding surface of the semiconductor device according to the seventh embodiment. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same or equivalent.
The concavo-convex portions in the first to sixth embodiments are provided on the joint surfaces of both the
Note that the operation for suppressing the occurrence of interfacial peeling and the operation for stopping the progress of interfacial peeling are the same as those described in
1 板部、2 接合部、3 収容空間、4 蓋部。 1 plate part, 2 joint part, 3 accommodation space, 4 cover part.
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