JP2009505386A - 密閉用のパッケージ及びパッケージの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、パッケージの製造方法に関する。該製造方法は、基板（１）を準備する工程を含み、基板の表面に１つ若しくは複数の構成要素を配置してあり、さらに基板の前記表面上並びに構成要素上に密閉用の保護層を形成する工程を含み、保護層は次の特性を有し、つまりガス不透過性、液密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性及び耐処理性を有している。

Description

本発明は、請求項１に記載の形式の構成要素を密閉若しくは密封するための装置、つまり密閉用のパッケージの製造方法、並びに請求項２７に記載の形式のパッケージに関する。
封入される構成要素若しくは素子は機械的な作用及び環境の影響によって損傷されて機能を損なうこともある。環境の影響は、有害ガス、例えば酸素等や液体、例えば水、有機質及び無機質の酸、若しくは電磁波等である。このような有害物質は特に、高い温度の作用下で有害な作用を及ぼして、パッケージ材料、例えばモールド材料、エポキシド、若しくはポリイミド、或いは構成部分自体を破損させてしまうことになる。高い温度は、パッケージ材料内への有害物質の拡散若しくはパッケージ材料の境界面に沿った有害物質の拡散を助成するものである。構成要素を金属ケーシングによって保護していない場合には、電磁波は阻止されることなしに構成要素内を通過して、構成要素を損傷させてしまうことになる。標準的なパッケージは、プラスチック被覆を含んでおり、プラスチック被覆は構成部分を環境の影響に対して気密に保護できるものではない。
構成要素を環境の影響に対して保護する密封用のパッケージは、特に金属ケーシング若しくはセラミックケーシングを含んでいる。従来の密封用のケーシング（容器）は、ケーシング底部及びカバー若しくはキャップから成っている。カバーをケーシング底部上に溶接若しくはろう付けすることによって、ケーシングは気密に密閉される。ケーシング底部及びカバーは、構成要素が装着される回路基板若しくはモジュールの面の大部分を覆っている。
本発明の課題は、構成要素の気密な密封を改善することである。
前記課題を解決するために本発明に基づく製造方法では、基板を準備し、この場合に前記基板（サブストレート）の表面に１つ若しくは複数の構成要素を配置してあり、さらに基板の前記表面上並びに前記構成要素上に密閉用の保護層を形成するようになっており、前記保護層は次の特性を有し、つまりガス不透過性若しくは気密性、液密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性及び耐処理性若しくは耐薬品性或いは耐溶剤性を有している。
本発明の実施態様では、密閉用の保護層の形成は、互いに重ねて配置された複数の部分層（個別層）の形成を含んでいる、つまり、互いに重ねて配置された複数の部分層を形成することによって、密閉用の保護層を形成するようになっている。これによって利点として、各部分層は互いに異なる特性で形成されるようになっている。
有利な実施態様では、互いに重ねて配置された複数の部分層の形成は、電気絶縁性のプラスチック材料から成るシートの成形若しくは被膜形成を含んでおり、この場合にシートに有利にはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリエーテルエーテルケトン及び／又はエポキシドをベースにしたプラスチック材料を用いるようになっている。
有利な実施態様では、互いに重ねて配置された複数の部分層の形成は、金属を有する１つの金属性の部分層、つまり金属層の形成を含んでおり、この場合に金属を有する金属性の部分層は１つ若しくは複数の構成部分（構成部品若しくは構成素子）を電磁ビームに対して保護している。金属は有利にはアルミニウム、銅、チタン及びニッケルから選ばれている。
本発明の別の実施態様では、互いに重ねて配置された複数の部分層の形成は、無機質の材料を有する１つの無機質の部分層（無機層）の形成を含んでいる。無機質の材料は有利には二酸化珪素を含んでいる。
本発明の別の実施態様では、互いに重ねて配置された複数の部分層の形成は、有機質の材料を有する１つの有機質の部分層（有機層）の形成を含んでいる。有機質の材料は有利にはパリレンを含んでいる。さらに別の実施態様では、互いに重ねて配置された複数の部分層の形成は、有機改質されたセラミックを有する１つの部分層（改質セラミック層）の形成を含んでいる。
本発明の別の実施態様では、密閉用の保護層の形成は、充填剤を有する１つの密閉用の保護層の形成を含んでいる。充填剤は有利には二酸化珪素若しくは炭素を含んでいる。
本発明の別の実施態様では、基板の準備は所定の１つの基板の準備を含んでおり、該基板は絶縁性の層、該絶縁性の層（絶縁層）の下側の表面に施された第１の金属層、及び前記絶縁性の層の下側の表面とは逆の側の表面に施されかつパターン形成された第２の金属層から成っている。
本発明の別の実施態様では、密閉用の保護層の形成は、スパッター法若しくは蒸着法等の物理的な層形成手段を含んでいる。密閉用の保護層の形成は、スプレー法若しくは注入法を含んでおり、つまり密閉用の保護層をスプレー法若しくは注入法によって形成することもできる。さらに本発明の別の実施態様では、密閉用の保護層の形成はＣＶＤ法若しくはＬＰＣＶＤ法等の化学的析出法を含んでいる。
本発明の別の実施態様では、パッケージの製造方法はさらに、密閉用の保護層に窓を形成することにより、基板の上側の表面内並びに１つ若しくは複数の構成要素の表面内の１つ若しくは複数の接触面を露出させ、かつ該露出された接触面と導電性の材料から成る接点層（接触層）とを面接触させる工程を含んでいる。窓の形成（開口形成）はフォトリソグラフィ法、レーザーアブレーション、エッチング法若しくは機械的方法によって行われてよい。
本発明の別の実施態様では、互いに異なる導電性材料から成っていて互いに重ねて配置された複数の個別層によって形成された接点層を用いるようになっている。
パッケージにおいて本発明に基づく構成では、パッケージは１つの基板を含んでおり、該基板の表面上に、１つ若しくは複数の構成要素を装着してあり、該構成要素上並びに前記基板の表面上に１つの密閉用の保護層を形成してあり、該保護層は次の特性を有し、つまりガス不透過性若しくは気密性、液密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性及び耐処理性若しくは耐薬品性或いは耐溶剤性を有している。
本発明の有利な実施態様では、密閉用の保護層は、互いに重ねて配置された複数の部分層を含んでいる、つまり複数の部分層（個別層）によって構成されている。
本発明の別の実施態様では、密閉用の保護層の複数の部分層の１つは、電気絶縁性のプラスチック材料製のシート（若しくはフィルム）によって形成されている。シートは有利にはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリエーテルエーテルケトン及び／又はエポキシドをベースにしたプラスチック材料から形成されている。
本発明の別の実施態様では複数の部分層の１つは、金属を含む１つの金属性の層（金属層）である。金属は有利にはアルミニウム、銅、チタン及びニッケルから選ばれている。
本発明の別の実施態様では複数の部分層の１つは、無機質の材料を含む１つの無機質の層（無機層）である。無機質の材料は有利には二酸化珪素を含んでいる。本発明の別の実施態様では複数の部分層の１つは、有機改質されたセラミックを含む層である。
本発明の別の実施態様では複数の部分層の１つは、有機質の材料を含む１つの有機質の層（有機層）であり、この場合に有機質の材料は有利にはパリレンである。
本発明の別の実施態様では密閉用の保護層は充填剤を含有しており、この場合に充填剤は有利には二酸化珪素若しくは炭素を含んでいる。
本発明の別の実施態様では、基板は絶縁性の層、該絶縁性の層の下側の表面に施された第１の金属層、及び前記絶縁性の層の下側の表面とは逆の側の表面（上側の表面）に施されかつパターン形成された第２の金属層から成っている。
本発明の別の実施態様では、基板の表面並びに１つ若しくは複数の構成要素の表面に接触面（接点面）を設けてあり、密閉用の保護層は前記接触面に対して窓を有しており、該窓によって前記接触面は露出され、つまり、保護層から解放され、かつ導電性の材料から成る接点層と面接触されている。接点層は、互いに重ねて配置されかつ互いに異なる導電性材料から成っている複数の個別層を含んでいてよい。
次に本発明を図示の有利な実施例に基づき説明する。図面において、
図１は、本発明の実施例に基づくパッケージの断面図であり、
図２は、本発明の実施例に基づくパッケージの製造段階での断面図であり、
図３は、本発明の実施例に基づくパッケージの断面図である。
図１には、本発明の実施例に基づくパッケージの横断面を示してある。基板１において、上側の表面２に複数の構成要素３を配置してある。基板１は例えばDCB-サブストレートを含んでおり、該サブストレートは、有利にはセラミック材料から成る絶縁性の層７、該絶縁性の層７の下側の表面１０１に施されて有利には銅から成る金属性の第１の層６、並びに前記絶縁性の層７の、前記下側の表面１０１と逆の上側の表面１０２に施されていて有利には銅から成る金属性の第２の層１２を有している。
絶縁性の層７の上側の表面１０２に施された金属性の第２の層１２は、部分的に前記表面１０２まで除去されている。金属性の第２の層１２の、金属性の第１の層６と逆の側の表面１０３に、構成要素３を配置してある。基板１の上側の、構成要素３を装着されていて一般的に全体を符号２で表された表面は、絶縁性の層７の上側の表面１０２の露出した部分、及び金属性の第２の層１２の上側の表面１０３によって構成されている。
構成要素３は互いに同じもの、若しくは互いに異なるものであってよい。構成要素は例えばパワー半導体チップである。構成要素３の上に密閉用の層４を設けてあり、該層は構成要素３の上面及び側面に密着している。密閉用の層４は基板１の上側の表面２の、構成要素３間に位置する領域上にも設けられていて、基板１の上側の表面２に密着している。密閉用の層４は各構成要素３を外部の影響若しくは環境の影響に対して気密に密閉している。密閉用の層４は特にガス不透過性（気密性）、液密性或いは水密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性、及び耐処理性を有している。本発明の実施例では密閉用の保護層４は、１５０°までの持続的に作用する温度に対する耐熱性を有している。別の実施例では密閉用の保護層４は、２００°までの持続的に作用する温度に対する耐熱性を有している。有利には密閉用の保護層４は、酸、塩基及び溶剤に対する耐性、つまり耐処理性を有している。
密閉用の層４は無機質の材料、有機質の材料、金属、ポリマー、若しくは有機的に改質されたセラミックを含んでいてよい。密閉用の層４は、環境の影響から保護される他の適切な材料を含んでいてもよい。金属としては特に、アルミニウム、銅、チタン、若しくはニッケルが適している。金属は例えばスパッタリング若しくは蒸着法によって施されてよい。ポリマーとしては特に、熱硬化性ポリマー若しくは熱可塑性ポリマーが適している。
密閉用の保護層４はさらに、単数若しくは複数の充填剤を含んでいてよい。充填剤の選択によって、密閉用の保護層４の例えば熱膨張係数を基板１若しくは構成要素３の熱膨張係数に適合させるようになっている。これによって、熱の作用により生じる熱応力は減少される。熱応力は、密閉用の保護層４に亀裂若しくは損傷を生ぜしめ、若しくは構成要素３上での保護層４の付着力を減少させてしまうものである。
密閉用の保護層４は、互いに重ねて配置された複数の部分層５によって形成されていてよいものである。各部分層（単一層若しくは個別層）５は有利には、機能の互いに異なる材料から成っている。例えば第１の部分層５−１は、電気絶縁性を有しており、第２の部分層５−２は電磁波に対する不透過性（電磁波遮蔽作用）を有しており、第３の部分層５−３は液密性及び気密性を有している。第４の部分層５−４は構成要素３を機械的な損傷に対して保護している。
本発明の１つの実施例では、第１の部分層５−１は、電気絶縁性のプラスチック材料から成っていて真空下で成形されたシートを含んでいる。成形（被膜形成）されたシートは、基板１の上側の表面２上並びに構成要素３上での付着の改善のために接着剤層（接着膜）を有している。シートの厚さは、２５乃至５００μｍである。
第２の部分層５−２は金属層として形成されている。金属層は第１の部分層５−１上に密着して施されていて、構成要素３を電磁波から保護するために十分な厚さを有している。金属層は有利にはアルミニウム、銅、チタン若しくはニッケルを含んでいる。金属層は、前記シート上にスパッタリングによって、若しくは蒸着によって成形されていてよい。
第３の部分層５−３は、有機質の層として形成されていて、有利にはパリレンを含んでいる。有機質の層（有機層）は、第２の部分層５−２上に密接して施されていて、該有機質の層の下側に位置する部分層５−１，５−２及び構成要素３を液体及び気体若しくはガスから保護するために十分な厚さを有している。
第４の部分層５−４は図示の有利な実施例ではパッケージ層であり、有利には合成樹脂若しくはプラスチック、或いは別の適切な成形材料を含んでいる。第４の部分層５−４は構成要素３を機械的な損傷から保護している。
互いに上下に重ねて配置され、つまり積層された部分層５の配列順序及び数は、任意に規定されるものである。例えば第２の部分層５−２を有機質の層として形成し、第３の部分層５−３を金属層として形成することも可能である。
図２は、本発明の実施例に基づくパッケージの製造段階での断面図である。構成要素３の表面内及び基板１の上側の表面２内の接触面８は、密閉用の層４に窓９を設けることによって露出されている。窓（開口部）９は、パターン形成によって成形されるようになっている。つまり例えば１つの実施例では密閉用の層４は、接触面８の領域をレーザーアブレーションによって切除される。密閉用の層４の別のパターン形成も考えられる。密閉用の層４は、例えばプラズマエッチングによってパターン形成されていてよい。さらにパターン形成は、光露光技術を用いて行われてもよい。このために密閉用の層４に感光性塗料を塗布し、かつ乾燥させて、次いで露光するようになっている。感光性塗料としては慣用のポジ型若しくはネガ型のレジスト（被覆材料）を用いる。感光性塗料は例えばスプレー若しくは浸漬によって塗布される。感光性塗料の塗布のために電着塗装も可能である。
密閉用の層４の個別の部分層５は種々のパターン形成手段によってパターン形成されてよい。金属性の層として形成された部分層５は、例えばプラズマエッチングによってパターン形成され、また電気絶縁性のプラスチック材料から成る部分層５は、フォトリソグラフィ法によってパターン形成される。
図３は、図２に示すパッケージを、導電性の材料、有利には金属から成る接点層（接触層）１０が所定のパターンの露出された接触面８上に形成された状態で断面して示している。露出された接触面８上への接点層（導電性の材料）１０の形成は、密閉用の層４上へのマスクの形成を含み、該マスクは接触面８を露出させるようになっているものである。マスクの形成の後に、導電性の材料（接点層）は密閉用の層４上並びに露出された接触面８上に面全体に施される。次いでマスクは、該マスク上にある導電性の材料（接点層）と一緒に除去され、その結果、導電性の材料はマスクされていなかった領域で、つまり接触面８上でのみ該接触面と面接触して残されている。接点層１０は、互いに異なる導電性材料から成っていて互いに重ねて配置された複数の個別層１１−１，１１−２を含んでいてよい。
本発明の実施例に基づくパッケージの断面図 本発明の実施例に基づくパッケージの製造段階での断面図 本発明の実施例に基づくパッケージの断面図
符号の説明
１ 基板、 ２ 表面、 ３ 構成要素、 ４ 層、 ５ 部分層、 ６，７ 層、 ８ 接触面、 ９ 窓、 １０ 接点層、 １１ 個別層、 １２ 層、 １０１，１０２，１０３ 表面

Claims (42)

  1. パッケージの製造方法であって、次の工程を含んでおり、つまり、
    基板（１）を準備する工程を含み、前記基板（１）の上側の表面（２）に１つ若しくは複数の構成要素（３）を配置してあり、
    前記基板（１）の上側の表面（２）上並びに前記構成要素（３）上に密閉用の保護層（４）を形成する工程を含み、前記保護層は次の特性を有し、つまりガス不透過性、液密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性及び耐処理性を有していることを特徴とする、パッケージの製造方法。
  2. 密閉用の保護層（４）の形成は、互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
  3. 互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成は、電気絶縁性のプラスチック材料から成るシートの成形を含んでいる請求項２に記載の製造方法。
  4. シートにポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリエーテルエーテルケトン及び／又はエポキシドをベースにしたプラスチック材料を用いる請求項３に記載の製造方法。
  5. 互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成は、金属を有する金属性の部分層（５）の形成を含んでいる請求項２から４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 金属を、アルミニウム、銅、チタン及びニッケルのグループから選んである請求項５に記載の製造方法。
  7. 互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成は、無機質の材料を有する無機質の層の形成を含んでいる請求項２から６のいずれか１項に記載の製造方法。
  8. 無機質の材料は二酸化珪素を含んでいる請求項７に記載の製造方法。
  9. 互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成は、有機質の材料を有する有機質の層の形成を含んでいる請求項２から８のいずれか１項に記載の製造方法。
  10. 有機質の材料はパリレンを含んでいる請求項９に記載の製造方法。
  11. 互いに重ねて配置された複数の部分層（５）の形成は、有機的に改質されたセラミックを有する層の形成を含んでいる請求項２から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
  12. 密閉用の保護層（４）の形成は、充填剤を有する密閉用の保護層（４）の形成を含んでいる請求項２から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
  13. 充填剤は二酸化珪素若しくは炭素を含んでいる請求項７に記載の製造方法。
  14. 基板の準備は絶縁性の層（７）、該絶縁性の層（７）の下側の表面（１０１）に施された第１の金属層（６）、及び前記絶縁性の層（７）の下側の表面（１０１）と逆の側の表面（１０２）に施されかつパターン形成された第２の金属層（１２）から成る基板の準備を含んでいる請求項１から１３のいずれか１項に記載の製造方法。
  15. 密閉用の保護層（４）の形成は、物理的な層形成手段を含んでいる請求項１から１４のいずれか１項に記載の製造方法。
  16. 物理的な層形成手段は、スパッター法若しくは蒸着法を含んでいる請求項１４に記載の製造方法。
  17. 密閉用の保護層（４）の形成は、スプレー法を含んでいる請求項１から１６のいずれか１項に記載の製造方法。
  18. 密閉用の保護層（４）の形成は、注入法を含んでいる請求項１から１７のいずれか１項に記載の製造方法。
  19. 密閉用の保護層（４）の形成は、化学的析出法を含んでいる請求項１から１８のいずれか１項に記載の製造方法。
  20. 化学的析出法はＣＶＤ法若しくはＬＰＣＶＤ法を含んでいる請求項１９に記載の製造方法。
  21. さらに次の工程を含んでおり、つまり、密閉用の保護層（４）に窓（９）を形成することにより、基板（１）の上側の表面（２）内並びに１つ若しくは複数の構成要素（３）の表面内の１つ若しくは複数の接触面（８）を露出させ、かつ露出された該接触面（８）と導電性の材料から成る接点層（１０）とを面接触させる請求項１から２０のいずれか１項に記載の製造方法。
  22. 窓（９）の形成は、フォトリソグラフィ法を含んでいる請求項２１に記載の製造方法。
  23. 窓（９）の形成は、レーザーアブレーションを含んでいる請求項２１又は２２に記載の製造方法。
  24. 窓（９）の形成は、エッチング法を含んでいる請求項２１から２３のいずれか１項に記載の製造方法。
  25. 窓（９）の形成は、機械的方法を含んでいる請求項２１から２４のいずれか１項に記載の製造方法。
  26. 互いに異なる導電性材料から成っていて互いに重ねて配置された複数の個別層（１１）によって形成された接点層（１０）を用いる請求項２１から２５のいずれか１項に記載の製造方法。
  27. パッケージであって、基板（１）を含んでおり、該基板（１）の表面（２）上に、１つ若しくは複数の構成要素（３）を装着してあり、該構成要素（３）上並びに前記基板（１）の表面（２）上に密閉用の保護層（４）を形成してあり、該保護層は次の特性を有し、つまりガス不透過性、液密性、電磁波に対する不透過性、耐熱性、電気絶縁性及び耐処理性を有していることを特徴とするパッケージ。
  28. 密閉用の保護層（４）は、互いに重ねて配置された複数の部分層（５）を含んでいる請求項２７に記載のパッケージ。
  29. 複数の部分層（５）の１つは、電気絶縁性のプラスチック材料から成るシートである請求項２８に記載のパッケージ。
  30. シートはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレン、ポリフェノール、ポリエーテルエーテルケトン及び／又はエポキシドをベースにしたプラスチック材料から形成されている請求項２９に記載のパッケージ。
  31. 複数の部分層（５）の１つは、金属を有する金属層である請求項２８から３０のいずれか１項に記載のパッケージ。
  32. 金属はアルミニウム、銅、チタン及びニッケルのグループから選ばれている請求項３１に記載のパッケージ。
  33. 複数の部分層（５）の１つは、無機質の材料を有する無機層である請求項２８から３２のいずれか１項に記載のパッケージ。
  34. 無機質の材料は二酸化珪素を含んでいる請求項３３に記載のパッケージ。
  35. 複数の部分層（５）の１つは、有機質の材料を有する有機層である請求項２８から３４のいずれか１項に記載のパッケージ。
  36. 有機質の材料はパリレンを含んでいる請求項３５に記載のパッケージ。
  37. 複数の部分層（５）の１つは、有機的に改質されたセラミックを有する層である請求項２８から３６のいずれか１項に記載のパッケージ。
  38. 密閉用の保護層（４）は充填剤を有している請求項２７から３７のいずれか１項に記載のパッケージ。
  39. 充填剤は二酸化珪素若しくは炭素を含んでいる請求項３８に記載のパッケージ。
  40. 基板は絶縁性の層（７）、該絶縁性の層（７）の下側の表面（１０１）に施された第１の金属層（６）、及び前記絶縁性の層（７）の下側の表面（１０１）と逆の側の表面（１０２）に施されかつパターン形成された第２の金属層（１２）から成っている請求項２７から３９のいずれか１項に記載のパッケージ。
  41. 基板（１）の表面並びに１つ若しくは複数の構成要素（３）の表面に接触面（８）を設けてあり、密閉用の保護層（４）は前記接触面（８）に対して窓（９）を有しており、該窓によって前記接触面（８）は露出されて、導電性の材料から成る接点層（１０）と面接触されている請求項２７から４０のいずれか１項に記載のパッケージ。
  42. 接点層（１０）は、互いに異なる導電性材料から成っていて互いに重ねて配置された複数の個別層（１１）を含んでいる請求項４１に記載のパッケージ。
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