JP2015088757A - 低温工程を使用した高温半導体デバイスパッケージ及び構造のための方法及び装置 - Google Patents

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ビスワナサン ラクシュミナラヤン
Viswanathan Lakshminarayan
ビスワナサン ラクシュミナラヤン
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    • H01L2224/83438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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Abstract

【課題】銀を使用して結合されているセラミック、有機、及び金属材料の組合せを組み込む半導体デバイスパッケージを提供する。【解決手段】銀は、圧力及び低温下で微粒子の形態で被着される。被着後、銀は、一般的な銀の融点を有する固体を形成し、それゆえ、完成したパッケージは、製造温度よりも大幅に高い温度に耐えることができる。さらに、銀は、様々な組合せ材料の間の界面材料であるため、熱膨張係数のような、セラミック、有機、及び金属構成要素の間の異なる材料特性の影響は、銀の接合の温度が低いこと及び柔軟性に起因して低減される。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスパッケージング一般に関し、より詳細には、高温で高性能となる半導体デバイスパッケージを作製するための、低温を用いる工程に関する。
様々な半導体デバイスパッケージが、セラミック、有機、及び金属材料の組合せを含んでなる。半導体デバイスパッケージに有用な構造を形成する際に、これらの異なる材料は他の材料と接触して配備される。これらの異種の材料は、大きく異なる材料特性を有することが多く、それによって、それらの材料を組み込んでいる半導体デバイスパッケージの故障が発生し得る。それゆえ、異なる材料特性を有する材料を組み込んでいるが、異なる材料特性（たとえば、熱膨張係数）に起因する故障を受けない半導体デバイスパッケージを有することが望ましい。
本発明は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されることができ、その多数の目的、特徴、及び利点が当業者に明らかとなる。
米国特許出願公開第２００４０２１２０７８号明細書
空洞パッケージの断面の概略を示すブロック図。 空洞パッケージの平面の概略を示すブロック図。 ＰＣＢ又は他のパッケージ基板内に埋め込まれている金属コイン又はスラグにデバイスダイが結合されている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図。 ＰＣＢ又は他のパッケージ基板内の焼結銀バイアにデバイスダイが結合されている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図。 銅スラグが焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図。 一対の金属スラグが焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図。 受動構成要素が焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図。
異なる図面において同じ参照符号が使用されている場合、これは、別途記載しない限り、同一の部材であることを示す。図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
本発明の実施形態は、銀を使用して結合されている、セラミック材料、有機材料、及び金属材料の組合せを組み込む半導体デバイスパッケージを提供する。銀は、圧力及び低温（たとえば、２５０℃における焼結）下で微粒子（たとえば、ナノ粒子銀）の形態で被着される。被着後、銀は、一般的な銀の融点（すなわち、約９６２℃）を有する固体を形成し、それゆえ、完成したパッケージは、製造温度よりも大幅に高い温度に耐えることができる。さらに、銀は、様々な組合せ材料の間の界面材料であるため、熱膨張係数などの、セラミック、有機、及び金属の構成要素の間の異なる材料特性の影響は、銀の接合の温度が低いこと及び展性に起因して低減される。他の実施形態において、銀は、ヒートシンク又は大型貫通バイアの取り付けのためにプリント回路基板内で銅スラグの代わりに又は銅スラグとともに使用することができる。そのような実施形態は、銅スラグが含まれている場合に一般的であるよりも薄いＰＣＢを提供する。
種々のタイプの高性能半導体デバイスパッケージが、セラミック、有機、及び金属材料を組み込んでいる。しかし、これらの材料の性能特性が異なることによって、結果的に得られるパッケージに故障が発生する可能性がある。たとえば、セラミックと銅との間で熱膨張係数が大きく異なることによって、パッケージ内に高い応力が発生する可能性があり、これによって、これらの材料間の接続部付近でパッケージの反り又はクラッキングすなわちひび割れが発生する可能性がある。
そのようなパッケージの一例は、一般的に、ベースプレートに取り付けられている１つ以上の半導体デバイスダイと、ダイを取り囲む絶縁性ウィンドウフレームとを収容する空洞パッケージである。ウィンドウフレームの上にキャップが配置されており、ダイを空洞内に封入している。空洞パッケージは、無線周波数（ＲＦ）ダイなどの高周波デバイスを収容するために使用することができる。高周波半導体デバイスを封入された空気の中にパッケージすることによって、空気よりも高い絶縁定数を有する成形用コンパウンド内に封入するのと比較して、ダイ及び電気リードの高周波特性を改善することができる。
図１は、空洞パッケージ１００の断面の概略を示すブロック図である。図２は、空洞パッケージ１００の平面の概略を示すブロック図である。空洞パッケージは、ダイ取り付け領域１２０を組み込むことができる導電性金属ベースプレート１１０を使用する。セラミック材料から作成されるウィンドウフレーム１３０が、導電性金属ベースプレートに取り付けられている。ウィンドウフレーム１３０は概して、ダイ取り付け工程の前に導電性金属ベースプレートに取り付けられる。導電性リード１４０がウィンドウフレームの上面に配置され、パッケージ内に含まれているダイ１５０への電気接点１４２，１４４を作成するのに使用される。導電性リード１４０は、ウィンドウフレーム１３０の上部に沿ったくぼみの中に挿入することができる。キャップ１６０は、リード及びウィンドウフレームの上部に取り付けられており、空洞１７０をシールする。
図１に示されているもののような空洞パッケージを形成するための従来の工程は、高温ろう付け工程（たとえば、８５０℃）を使用してウィンドウフレーム１３０を導電性金属ベースプレート１１０に取り付けることを含む。そのような高処理温度は、セラミック・ウィンドウ・フレームとともに銅ベースプレートを使用することを不可能にする。これは、銅材料とセラミック材料との間で熱膨張係数（ＣＴＥ）が一致せず、それによって、ろう付け温度においてセラミック・ウィンドウ・フレーム内にクラックが生じるためである。したがって、導電性金属ベースプレート１１０は一般的に、セラミック・ウィンドウ・フレームが使用されるときはＣｕＭＯＣｕもしくはＣｕ（ＣｕＭｏ）Ｃｕ積層体又はＣｕＷから作成される。しかし、ＣｕＭＯＣｕ及びＣｕ（ＣｕＭｏ）Ｃｕ積層体の両方、ならびにＣｕＷは熱伝導性が純銅よりも有意に低く、これによって、パッケージの全体的な熱的性能が低減する。
ダイ取り付けの前にセラミック・ウィンドウ・フレームを金属ベースプレートに取り付けるのにエポキシ樹脂を使用することができるが、エポキシ樹脂は、後続の高温ダイ取り付け工程の間に損傷を受け、それによって信頼性が低下する可能性がある。いくつかの従来の空洞技法は、ダイ取り付けの後にウィンドウフレームを取り付けることを含み得るが、それらのウィンドウフレームは一般的に、セラミック・ウィンドウ・フレームよりも熱伝導性及びキャパシタンスがはるかに低いプラスチックから構成されている。これによって、プラスチック・ウィンドウ・フレームを有する空洞パッケージの使用は、より電力の低い用途に限定される。
本発明の実施形態は、セラミック・ウィンドウ・フレーム１３０と、導電性金属ベースプレート１１０及び導電性リード１４０の両方との間の界面材料として銀を（たとえば、界面領域１７５，１８０において）使用することを可能にする。銀は低温焼結技法を使用して被着され、微粒子銀ペースト、粉末、又はフィルムが熱及び圧力下で対象の領域に被着される。銀粒子はナノスケールであり、それゆえ、粒子を形成する分子の表面エネルギーが、表面張力などの粒子間相互作用よりも優勢になることが可能であり、それによって、銀の融点よりも有意に低い温度において固体銀を形成することが可能になる。固体銀領域が一度形成されると、一般的な銀の融点（すなわち、約９６０℃）が適用される。
図１及び図２に示す空洞パッケージにおいて、銀焼結工程は、微粒子銀を界面領域１７５において導電性金属ベースプレート１１０に被着させることによって実行することができる。その後、銀粒子が互いに、ならびに、セラミック・ウィンドウ・フレーム及び導電性金属ベースプレートの材料に接着するようにするために十分な温度及び圧力において、セラミック・ウィンドウ・フレーム１３０が微粒子銀に被着される。銀とセラミック・ウィンドウ・フレームとの間の接着を増強するために、当該技術分野において既知であるいくつかの金属化技法を使用して、セラミック・ウィンドウ・フレームが金属化され得る（金属化層１３５）。たとえば、セラミック・ウィンドウ・フレームは、直接銅メッキ工程、直接銅接合工程、耐熱金属燃焼・ニッケル／金めっき、又はＴｉＮｉＡｕ、ＴｉＷ、金などを使用した薄膜工程を使用してメタライゼーションすることができる。
一実施形態において、焼結工程中に使用される温度は約２００〜３００℃、一般的にはほぼ２５０℃であり、従来技術の空洞パッケージに使用されるろう付け温度を十分に下回る。同様に、微粒子銀は、界面領域１８０においてセラミック・ウィンドウ・フレーム１３０に被着することができ、導電性リード１４０を、銀粒子を接着させるための温度及び圧力下で被着することができる。界面における焼結銀は、異なる材料をともに接着結合し、電気／熱的に結合するという、二重の効果をもたらす。
微粒子銀は、様々な技法を使用して被着することができる。微粒子銀を含むペーストを使用することができる。そのようなペーストは、噴霧、印刷、又は他の様態で被着することができる。粉末形態の微粒子銀も使用することができ、同様の技法を使用して被着することができる。代替的に、微粒子銀及び有機材料を組み込んだ、事前形成されているフィルムを、部品の間で接合したい場所に、低温（たとえば、２５０℃）下で圧力を加えて配置することによって、このフィルムを使用することができる。フィルムの有機材料は、そのような工程条件下で除去され、固体銀が形成される。
接合工程は、従来技術のろう付け技法の温度よりも有意に低い温度で実行されるため、セラミック及び金属のＣＴＥが異なることに起因する影響（たとえば、セラミックのクラッキング及び反り）は回避される。さらに、より安価でより効率の良い材料を導電性金属ベースプレート１１０に使用することができる。たとえば、導電性金属ベースプレートとして積層体フランジの代わりに、固体銅フランジを使用することができる。加えて、導電性リード１４０は、合金ではなく固体銅から形成することができる。両方の場合において、積層体又は合金ではなく固体銅を使用することによって、導電性が改善され、及び、導電性金属ベースプレートの場合は、熱伝導性が改善される。固体銅は、積層体及び合金にまさる有意な費用上の利点も提供する。フランジのダイ取り付け領域は、たとえば、ＡｕＳｉ、ＡｕＳｎ、又は焼結銀を含むことができる。加えて、用途の必要に応じて、パッケージシステムは、パッケージ構築の様々な段階において（たとえば、ダイ取り付けの前及び気密封止の後）、たとえば、ＮｉＡｕ又はＮｉＰｄＡｕを使用して、焼結銀を被覆するためにめっきすることができる。
焼結銀を使用することによって利益を導き出すことができる別の半導体デバイスパッケージ構造は、パッケージ基板又はＰＣＢ内に金属コインを採用する高出力デバイスのためのものである。従来、出力構成要素は、システムＰＣＢに結合されている個々にパッケージされている構成要素を使用してシステムに提供される。ヒートシンクが出力構成要素パッケージに結合される。それゆえ、構成要素パッケージ内の出力デバイスとヒートシンクとの間には複数の接続があり得る。この結果として、出力デバイスダイからヒートシンクへの熱の伝達が非効率になる可能性がある。加えて、出力構成要素パッケージは、すべての様々な接続とともに、システムパッケージ内で相当のスペースを占める可能性がある。さらに、パッケージ構成要素の提供される形状寸法は限られているため、それらのパッケージ構成要素を使用することによって、システム形状寸法の柔軟性が制限される。
図３は、処理の一工程におけるシステム３００の断面の概略を示すブロック図であり、出力デバイスダイが、ＰＣＢ又は他のパッケージ基板内に埋め込まれている金属コイン又はスラグに結合されている（代替的に、出力デバイスダイ又は受動デバイスダイは、接地を増強するために金属コイン又はスラグに結合され得る）。システム３００は、ＰＣＢのようなパッケージ基板３１０を含む。パッケージ基板３１０は、金属コイン３２０，３３０を埋め込まれている。金属コインは、用途に応じて、高い熱伝導性又は導電性を有する。多くの熱的用途において、銅の高い電気的及び熱的特性のために、銅コインが使用される。さらに、銅は回路基板設計に容易に組み込むことができる。下記の例において、金属コインは具体的には銅であるように記載されているが、用途の必要に応じて、高い熱伝導性又は導電性を有する他の金属（たとえば、アルミニウム）及び複合材料（たとえば、ＡｌＳｉＣ、Ａｇダイヤモンド、及びＣｕグラファイト）を使用することができる。
下記により十分に説明するように、埋め込み銅コイン３２０，３３０は、用途に適切なものとしての、当該技術分野において既知の方法を使用して埋め込むことができる。出力デバイスダイ３４０，３５０は、それぞれ埋め込み銅コイン３２０，３３０に結合されている。下記により十分に説明するように、出力デバイスダイを埋め込み銅コインに結合するための方法は、用途に応じて異なる。出力デバイスダイ３４０，３５０は、それぞれ結合領域３４２，３５２において埋め込み銅コインに結合されている。結合領域は、用途に応じて、熱的もしくは電気的又はその両方とすることができる。結合領域を含む主面とは反対の、出力デバイスダイの主面上に、出力デバイスダイ３４０は端子パッド３４４，３４６を含み、一方で出力デバイスダイ３５０は信号パッド３５４，３５６を含む。デバイスダイ３６０が、パッケージ基板３１０に接着結合されているものとして示されている。デバイスダイ３６０は、低出力デバイスダイ又は受動素子のような、埋め込み銅コインに結合される利点を必要としない任意の構成要素とすることができる。デバイスダイ３６０は、パッケージ基板に結合されている主面とは反対の主面上に、端子パッド３６２などの端子パッドを含む。
出力デバイスダイは、銅コインが事前に組み立てられているＰＣＢ内に埋め込まれているか、又は、最初はＰＣＢとは別個であり、その後、出力デバイスダイに取り付けられた後にＰＣＢが銅コイン周辺で組み立てられるかに応じて、様々な方法で埋め込み銅コインに結合することができる。銅コインが事前に組み立てられているＰＣＢ内に埋め込まれる事例において、出力デバイスダイを銅コインに取り付けるための方法は、事前作成のＰＣＢの処理に関連付けられる温度制約を考慮に入れるべきである。すなわち、出力デバイスダイを埋め込み銅コインに結合するのに使用される温度が高すぎる場合、事前作成のＰＣＢの他の領域に対して損傷が生じる場合がある。そのような結合は、低温銀ダイ取り付けを使用して実行することができる。当該技術分野において既知の低温銀ダイ取り付け方法は、約２５０℃の温度を使用してシリコンダイと銅コインとの間に許容可能な接合を形成することができる。そのような低温ダイ取り付け技法は、上述のような、ナノスケール銀ペースト又は焼結銀を使用することを含み、一般的に、従来のはんだ技法よりも良好な電気的、熱的及び熱機械的特性をもたらす。上述のように、出力デバイスダイを埋め込み銅コインに結合するのに低温ダイ取り付け技法を使用するもう１つの利点は、ＰＣＢの残りの部分に対する損傷が回避されることである。
出力デバイスダイ３４０，３５０ならびにデバイスダイ３６０の活性表面上のコンタクトパッドを互いに、及び、基板３１０上に設けられているコンタクトパッド（図示せず）に結合するために、ワイヤボンド３７０，３７５，３８０，３８５が使用される。基板上に設けられている相互接続部及び他の回路（図示せず）が、様々なデバイスダイ間の追加の接続を提供することができる。ワイヤボンドによって提供される連結網が形成された後、出力デバイスダイ、デバイスダイ、ワイヤボンドの上及び周囲、ならびに基板の上に成形材料が被着され、構造を成形材料内に封入してパネルを形成する封入材３９０が形成される。
成形材料は、たとえば、シリカ充填エポキシ成形コンパウンド、プラスチック封入樹脂、及び、シリコーン、ポリイミド、フェノール類、及びポリウレタンのような他のポリマー材料を含む、任意の適切な封入材料であることができる。成形材料は、たとえば、印刷、プレス成形、及びスピン塗布を含む、封入に使用される様々な標準的な処理技法によって被着することができる。成形材料が被着されると、パネルを、材料を或る時間期間にわたって特定の温度にさらすことによって、もしくは硬化剤を添加することによって、又はその両方によって、硬化させ得る。一般的な封入工程において、封入材３９０の深さは、成形材料内に埋め込まれる構造の最大高さを超えることができる。
代替的な実施形態において、図３のワイヤボンド構造は空洞システムとしてパッケージすることができる。そのような場合、システムの様々な構成要素を被覆するのに封入材は使用されないことになる。代わりに、事前成形の空洞パッケージを様々な構成要素を取り囲むのに使用することができ、空洞パッケージ内の構成要素を保護するために、キャップ又は蓋を封入材に代えることができる。いくつかの事例において、シリコーンゲルが、構成要素及びワイヤボンドの上及び周囲に被着されることによって、構成要素をさらに保護するために使用されることができる。さらなる代替的な実施形態において、ワイヤを、パッケージ相互接続を提供するための再配線チップスケールパッケージシステムに代えることができる。
上述のように、埋め込み銅コイン３２０，３３０は一般的に、当該技術分野において既知の様々な技法を使用して基板３１０内に埋め込まれる。１つの技法は、銅コインの周囲に基板（たとえば、ＰＣＢ）を積層することを含む。コインは積層された基板に少なくとも機械的に取り付けられ、用途の必要に応じて、基板が積層されるときに基板に電気的に結合することもできる。別の技法は、事前構築の基板内にコインを圧入することを含む。そのような状況において、埋め込み銅コインは基板に機械的に取り付けられる。埋め込み銅コインを組み込むためのこれらの従来技術の方法の両方の欠点は、基板の必須の厚さである。一般的な用途において、基板は３２（たとえば、３２ミル（たとえば、積層）〜４０ミル（たとえば、圧入）になる。
図４は、出力デバイスダイが、ＰＣＢ又は他のパッケージ基板内の焼結銀バイアに結合されている、処理の一段階におけるシステム４００の断面の概略を示すブロック図である。図４は、図３埋め込み銅コインが大型バイア４２０，４３０に代わっているという点で、図３の構造の代替形態である。大型バイア４２０，４３０は、焼結銀から形成され、基板４１０の有機材料に接合される。焼結銀材料は、基板４１０の有機材料に直接、又は、図示のように、それぞれバイア４２０，４３０のための、基板を貫通する穿孔の縁に沿った中間接着めっき金属４２５，４３５を通じて接合することができる。上述のように、焼結銀バイア４２０，４３０は、低温下で圧力を加えてバイア孔内に被着される微粒子銀ペーストを使用して、又は、低温下で圧力を加えて事前形成のフィルムを使用して形成することができる。銀は接着めっき金属に接合し、接着めっき金属は、多層プリント回路基板に接合される。接着めっき金属４２５，４３５は、用途にて適切であるような様々なめっき金属であり、一般的に、銀、銅、パラジウム、又は金とすることができる。
図４に示すように、焼結銀から形成される大型バイアを使用する１つの利点は、埋め込み銅コインを組み込んだＰＣＢよりもプリント回路基板の厚さが有意に低減することである。出力デバイスダイ３４０，３５０は、銀に対する結合のための当該技術分野において既知の技法を使用して大型バイアに熱的及び／又は電気的に結合されている（代替的に受動半導体デバイスが大型バイアに結合されることができる）。システム４００について示す他の構成要素は、図３におけるシステム３００の同様に参照符号をふられた要素に対応する。
焼結銀を使用した大型バイア形成は、他の材料及びデバイスを大型バイア領域内に組み込むための機会をも提供する。これは、銀が低温形成されること、ならびに、形成される銀の電気的及び熱的結合特性に起因する。
図５は、銅スラグが焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図である。基板５１０は、大型バイア５１５を含む。大型バイア５１５は、当該技術分野において既知の技法を使用して金、銀、又は銅などのめっき金属を使用して縁に沿ってめっきすることができる。大型バイア５１５は、焼結銀５３０及び銅スラグ５４０をさらに含む。銅スラグ５４０は、焼結銀５３０の形成に使用される微粒子銀（たとえば、ナノ銀ペースト）を被着させる前又は後に定位置に配置することができる。その後、焼結銀及び銅スラグの両方を有する大型バイアを形成するために、焼結工程を大型バイア領域内に適用することができる。そのような大型バイアは、焼結銀の利点（たとえば、厚さ、電気的、及び費用）及び銅の熱的利点の両方を組み込むことができる。用途の必要に応じて、代替的な金属スラグを銅スラグの代わりに使用することができる。さらに、代替的に、絶縁要素及び導電要素を有する、ダイヤモンド、又は低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）のようなセラミックを銅スラグ５４０の代わりに大型バイア内に含めることができる。
図６は、一対の金属スラグが焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図である。基板６１０は、大型バイア６１５を含む。大型バイアは、たとえば、穿孔工程によって、又は、基板の積層中に形成することができる。主面に沿った貫通バイアの面積は、ＰＣＢ内のそれよりも大きくてもよい。大型バイアの側面は、金、銀、又は銅のようなめっき金属（たとえば、６２０）を使用してメタライゼーション（金属化）される。焼結銀６３０ならびに金属スラグ６４０，６４５がバイア孔内に組み込まれ、銀は金属化部６２０に接合されている。図５における実施形態と同様に、銀は低温（たとえば、２５０℃）下で、特定の用途においては、焼結銀を形成するために圧力を加えて、微粒子銀（たとえば、ナノ銀ペースト）の形態で大型バイア６１５に導入される。金属スラグ６４０，６４５は、用途に応じて、銅スラグ又は別の金属とすることができる。めっき金属６２０は、ＰＣＢの有機部分への物理的接続と、ＰＣＢの積層体又は表面に沿った積層物内の金属化相互接続部に対する電気接続との両方を提供することができる。
図７は、受動構成要素が焼結銀大型バイア内に組み込まれている、処理の一工程におけるシステムの断面の概略を示すブロック図である。基板７１０は、大型バイア７１５を含む。大型バイアは、たとえば、穿孔工程によって、又は、基板の積層中に形成することができる。主面に沿った貫通バイアの面積は、ＰＣＢ内のそれよりも大きいことができる。大型バイアの上部領域及び下部領域の側面は、金、銀、又は銅のようなめっき金属（たとえば、７２０）を使用してメタライゼーションすることができる。焼結銀７３０は、低コストチップ構成要素７４０とともに大型バイア内にある。低コストチップ構成要素７４０は、たとえば、焼結銀７３０及びめっき金属７２０によって画定される電気経路内の高キャパシタンス（ＨｉＣ）構成要素とすることができる。図６における実施形態と同様に、めっき金属７２０は、ＰＣＢの有機部分への物理的接続と、ＰＣＢの積層体又は表面に沿った積層物内の金属化相互接続部に対する電気接続との両方を提供することができる。
以上により、半導体デバイスパッケージであって、セラミック又は有機材料のうちの一方を含む第１の材料部分と、金属材料を含む第２の材料部分と、半導体デバイスパッケージの第１の材料部分及び第２の材料部分を接着結合するように配置されている焼結銀領域とを含む、半導体デバイスパッケージが提供された。上記の実施形態の一態様において、半導体デバイスパッケージは空洞パッケージであり、第１の材料部分は金属化セラミック・ウィンドウ・フレームを含み、第２の材料部分は導電性金属ベースプレートを含む。さらなる態様において、第２の材料部分は固体銅金属ベースプレートを含む。
上記の実施形態の別の態様において、半導体デバイスパッケージは空洞パッケージであり、第１の材料部分は金属化セラミック・ウィンドウ・フレームを含み、第２の材料部分は導電性金属リードを含む。さらなる態様は、空洞キャップを含む。空洞キャップは、焼結銀の層を使用して、金属化セラミック・ウィンドウ・フレームの表面及び導電性金属リードの表面に接着結合されている。
上記の実施形態の別の態様において、焼結銀領域は、銀の融点よりも低い形成温度において微粒子銀を被着させることによって形成される。さらなる態様において、形成温度は約２００℃〜３００℃である。
上記の実施形態の別の態様において、第１の材料部分はプリント回路基板を含み、焼結銀領域はプリント回路基板内に形成されている孔の中に配置されている。さらなる態様において、第２の材料部分は、焼結銀領域内に配置されている金属スラグである。またさらなる態様は、金属スラグに熱的に結合されている半導体デバイスダイを含み、金属スラグは銅を含む。別のさらなる態様は焼結銀内に配置されている第２の金属スラグを含み、焼結銀は、金属スラグ及び第２の金属スラグを熱的及び電気的に結合する。別のさらなる態様において、第２の材料部分は焼結銀領域内に配置されている受動電子デバイスを含み、焼結銀は受動電子デバイスを、プリント回路基板上に形成されている相互接続部に電気的に結合する。またさらなる態様において、受動半導体デバイスは高キャパシタンス材料を含む。
本発明の別の実施形態は、半導体デバイスパッケージを形成するための方法を提供する。方法は、第１の材料から半導体デバイスパッケージの第１の材料部分を形成する工程であって、第１の材料はセラミック又は有機材料のうちの一方を含む、形成する工程と、半導体デバイスパッケージの第２の材料部分を提供する工程であって、第２の材料はセラミック又は金属材料のうちの一方を含む、提供する工程と、焼結銀領域を使用して、半導体デバイスパッケージの第１の材料部分及び第２の材料部分を接着結合する工程とを含む。
上記の実施形態の一態様において、半導体デバイスパッケージは空洞システムであり、上記第１の材料部分を形成する工程は、セラミック・ウィンドウ・フレームを形成する工程をさらに含み、第２の材料部分は導電性金属ベースプレートを含む。別の態様において、半導体デバイスパッケージは空洞システムであり、上記第１の材料部分を形成する工程は、セラミック・ウィンドウ・フレームを形成する工程をさらに含み、第２の材料部分は導電性金属リードを含む。
上記の実施形態の別の態様において、第１の材料部分及び第２の材料部分を接着結合する工程は、銀の融点よりも低い形成温度において微粒子銀を被着させることによって焼結銀領域を形成する工程をさらに含む。さらなる態様において、形成温度は約２００℃〜３００℃である。
上記の実施形態の別の態様において、第１の材料部分を形成する工程は、プリント回路基板を形成する工程と、ＰＣＢ内に孔を形成する工程とをさらに含み、接着結合する工程は、ＰＣＢ内の孔の中に焼結銀領域を形成する工程を含む。さらなる態様は、焼結銀領域内に第２の材料部分を配置する工程を含み、第２の材料部分は金属スラグである。
本発明を実装する装置は、大部分について、当業者に既知の電子コンポーネント及び回路から成っているため、本発明の基礎となる概念の理解及び評価のために、ならびに本発明の教示を分かりにくくせず当該教示から注意を逸らさせないために、回路の詳細は上記で例示されているように必要と考えられる範囲を超えては説明されない。
その上、本明細書及び特許請求の範囲における「正面（ｆｒｏｎｔ）」、「裏（ｂａｃｋ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、存在する場合、説明を目的として使用されており、必ずしも永久的な相対位置を記述するために使用されてはいない。このように使用される用語は、本明細書に記載されている本発明の実施形態がたとえば、本明細書において例示又は他の様態で記載されている以外の方向で動作することが可能であるように、適切な状況下で置き換え可能であることが理解される。
本明細書において、具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、添付の特許請求の範囲に明記されているような本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな改変及び変更を為すことができる。たとえば、銅以外の金属材料を様々なパッケージに使用することができる。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において考慮されるべき、すべてのそのような改変が本発明の範囲内に含まれるように意図されている。本明細書において具体的な実施形態に関して記載されているいかなる利益、利点、又は問題に対する解決策も、任意の又はすべての請求項の重要な、必要とされる、又は基本的な特徴又は要素として解釈されるようには意図されていない。
本明細書において使用される場合、「結合されている」という用語は、直接結合又は機械的結合に限定されるようには意図されていない。
さらに、本明細書において使用される場合、「１つ（“ａ” ｏｒ “ａｎ”）」という用語は、１つ又は２つ以上として定義される。さらに、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」及び「１つ以上の」のような前置きの語句の使用は、不定冠詞「１つの （“ａ” ｏｒ “ａｎ”）」による別の請求項要素の導入が、このように導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、たとえ同じ請求項が前置きの語句「１つ以上の」又は「少なくとも１つの」及び「１つの （“ａ” ｏｒ “ａｎ”）」のような不定冠詞を含む場合であっても、１つだけのこのような要素を含む発明に限定することを暗示するように解釈されるべきではない。同じことが、定冠詞の使用にも当てはまる。
別途記載されない限り、「第１の」及び「第２の」のような用語は、そのような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。したがって、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的な又は他の優先順位付けを示すようには意図されていない。

Claims (6)

  1. 半導体デバイスパッケージにおいて、
    前記半導体デバイスパッケージの第１の材料部分であって、前記第１の材料はセラミック又は有機材料のうちの一方を含んでなる、第１の材料部分と、
    前記半導体デバイスパッケージの第２の材料部分であって、前記第２の材料は金属材料を含んでなる、第２の材料部分と、
    前記半導体デバイスパッケージの前記第１の材料部分及び第２の材料部分を結合するように配置されている焼結銀領域とを備える、半導体デバイスパッケージ。
  2. 前記半導体デバイスパッケージは空洞パッケージからなり、
    前記第１の材料部分は金属化セラミック・ウィンドウ・フレームからなり、
    前記第２の材料部分は導電性金属ベースプレートからなる、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
  3. 前記半導体デバイスパッケージは空洞パッケージからなり、
    前記第１の材料部分は金属化セラミック・ウィンドウ・フレームからなり、
    前記第２の材料部分は導電性金属リードからなる、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
  4. 前記第１の材料部分はプリント回路基板からなり、
    前記焼結銀領域は前記プリント回路基板内に形成されている孔の中に配置されている、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
  5. 前記第２の材料部分は、前記焼結銀領域内に配置されている金属スラグである、請求項８に記載の半導体デバイスパッケージ。
  6. 前記半導体デバイスパッケージは、前記金属スラグに熱的に結合されている半導体デバイスダイをさらに備え、前記金属スラグは銅を備える、請求項９に記載の半導体デバイスパッケージ。
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