JP2022118294A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】気密性が不十分な場合に、容易に補修することができる半導体パッケージを得ること。【解決手段】半導体ベアチップ４を搭載した半導体パッケージ１０であって、板状のベース１と、ベース１の上面に底面が接合された筒状のリング３と、リング３内に格納される半導体ベアチップ４と、リング３の上面に接合されることで、ベース１およびリング３とともに半導体ベアチップ４を密封する板状のカバー５と、を備え、カバー５には、リング３の内側領域に封止ガスを入れる穴部９が設けられており、穴部９は、薄膜状のリボン７で塞がれている。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体ベアチップを気密封止する半導体パッケージに関する。

一般に、高周波回路が形成された半導体ベアチップは、半導体ベアチップを保護するために、気密封止によって半導体パッケージ内に格納されている。

半導体パッケージによって半導体ベアチップを気密封止する方法としては、例えば、はんだを用いてカバーをパッケージにろう付けする方法がある。また、特許文献１のパッケージでは、板状のセラミック枠体とリング形状のセラミック枠体とが積層され、セラミック枠体の内側に電子部品が搭載されている。そして、セラミック枠体の上面に接合された金属枠体に、金属製蓋体が接合材で接合されることで、半導体ベアチップがパッケージ内に気密封止されている。

一般に、電子部品がパッケージ内に気密封止される際には、パッケージの内部に半導体ベアチップを汚染するガスが入らないように、乾燥窒素などの封入ガスの雰囲気下でカバー取付作業、すなわち気密封止作業が行なわれる。そして、気密封止された後のパッケージは、検査によって気密性が保証される。

特開２００６－１７３２８７号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、気密性の検査の結果、気密性が不十分であると判断されたパッケージは補修することが難しい。気密性が不十分なパッケージは、部品の接合部である接合材の一部に微細な穴、すなわちリークパスがあることで、封入ガスが穴から漏れ出して大気と置換されることになる。パッケージの気密性が不十分な場合に、再び封入ガスの雰囲気下にパッケージを入れても、封入ガスの出入り口となる穴が小さいので、パッケージ内の不要なガスと封入ガスとの置換に長時間を要する。パッケージのカバーを開封して封入ガスの出入り口を大きくする方法も考えられるが、外力を加えてパッケージを開封すると、パッケージが破損する恐れがある。また、熱を加えて接合材を溶かす方法も考えられるが、パッケージ内部の半導体ベアチップ、またはその他の構成部品が劣化または破損する恐れがある。このように、上記特許文献１の技術では、気密性が不十分な場合、パッケージを補修することが困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、気密性が不十分な場合に、容易に補修することができる半導体パッケージを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、半導体ベアチップを搭載した半導体パッケージであって、板状のベースと、ベースの上面に底面が接合された筒状のリングと、リング内に格納される半導体ベアチップと、リングの上面に接合されることで、ベースおよびリングとともに半導体ベアチップを密封する板状のカバーと、を備えている。カバーには、リングの内側領域に封止ガスを入れる穴が設けられており、穴は、薄膜状のリボンで塞がれている。

本開示にかかる半導体パッケージは、気密性が不十分な場合に、容易に補修することができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる半導体パッケージの構成を示す断面図 実施の形態にかかる半導体パッケージのカバー取付前の構成を示す上面図 実施の形態にかかる半導体パッケージのカバー取付後の構成を示す上面図 実施の形態にかかる半導体パッケージの補修後の構成を示す断面図

以下に、本開示にかかる半導体パッケージの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる半導体パッケージの構成を示す断面図である。図２は、実施の形態にかかる半導体パッケージのカバー取付前の構成を示す上面図である。図３は、実施の形態にかかる半導体パッケージのカバー取付後の構成を示す上面図である。図１に示す断面図は、図３に示すＩ－Ｉ線に沿って半導体パッケージ１０を切断した場合の断面図に相当する。

半導体パッケージ１０は、半導体ベアチップ４を気密封止するパッケージである。半導体ベアチップ４には、半導体素子、水晶振動子等の電子部品素子が形成されている。半導体ベアチップ４には、電子部品素子を用いた回路が形成されている。半導体ベアチップ４に形成される回路の例は、高周波回路である。

半導体パッケージ１０は、ベース１と、接合材２と、リング３と、半導体ベアチップ４と、カバー５と、接合材６と、リボン７と、接合材８Ａとを備えている。

ベース１は、半導体ベアチップ４を載せる矩形状の板状部材で構成されている。実施の形態では、ベース１の上面と平行な面内の２つの軸であって互いに直交する２つの軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸をＺ軸とする。なお、以下の説明では、プラスＺ方向を上方向という場合がある。半導体ベアチップ４は、ベース１の上方向の面である上面に搭載される。

リング３は、矩形筒状の部材で構成されている。筒状部であるリング３をＺ方向から見た場合、リング３の外周部は矩形状となっている。リング３の側壁面で囲まれる矩形領域は、ベース１の上面よりも小さな矩形領域となっている。

リング３は、接合材２を介してベース１の上面に接合されている。半導体パッケージ１０では、リング３のリング状の底面と、ベース１の上面におけるリング状の外周領域とが、接合材２によって接合されている。リング３の内側領域、すなわち側壁面で囲まれた領域が、半導体ベアチップ４を格納可能な領域となる。半導体ベアチップ４は、例えば、直方体であり、半導体ベアチップ４の底面がベース１の上面に接合される。

このように、実施の形態における半導体パッケージ１０は、ベース１上にリング３を接合材２で接合し、リング３内に半導体ベアチップ４が実装された構成となっている。

カバー５は、矩形状の板状部材で構成されている。カバー５の底面は、リング３の内周部の矩形領域よりも大きな矩形領域となっている。半導体パッケージ１０が作製される際には、ベース１の上面に半導体ベアチップ４が搭載された後、カバー５が接合材６を介してリング３の上面に接合される。カバー５は、リング３の内側領域を覆うように、すなわち、リング３の内部が密封されるように、リング３に接合される。

カバー５がリング３に接合される際には、リング３の上面にカバー５が置かれ、カバー５の底面におけるリング状の外周領域が、シーム溶接、レーザー溶接、はんだ付け等によって接合材６を介して、リング３のリング状の上面に接合される。カバー５がリング３の上面に接合されることで、カバー５は、ベース１およびリング３とともに半導体ベアチップ４を密封する。これにより、ベアチップ４は、ベース１と、リング３と、カバー５とで囲まれた領域に密封されることとなる。

実施の形態では、カバー５の中央領域に、微小な穴である穴部９が設けられている。穴部９の大きさは、半導体パッケージ１０を封入ガスの雰囲気下に入れた場合に、半導体パッケージ１０内の不要なガスと、封入ガスとの置換とを特定時間である第１の時間よりも短い時間で置換できる大きさである。封入ガスは、半導体ベアチップ４を汚染しない気体であれば、何れのガスであってもよい。封入ガスの例は、乾燥窒素である。

穴部９を上方向から見た場合の穴部９の形状は、円形である。なお、穴部９を上方向から見た場合の形状は円形に限らず何れの形状であってもよい。また、穴部９が設けられる位置は、カバー５の中央領域に限らず、何れの領域であってもよい。

カバー５がリング３に接合された後、穴部９の上部から薄い金属膜のリボン７が被せられる。リボン７を上方向から見た場合のリボン７の形状は、穴部９を上方向から見た場合の穴部９の形状と同じである。すなわち、穴部９を上方向から見た場合の穴部９の形状が円形である場合、リボン７を上方向から見た場合のリボン７の形状も円形である。リボン７を上方向から見た場合のリボン７の大きさは、穴部９を上方向から見た場合の穴部９の大きさよりも大きい。これにより、穴部９の上部からリボン７が被せられた際に、リボン７は、穴部９の全領域を覆うことができる。リボン７は、第１の接合材である接合材８Ａによって穴部９に接合される。これにより、穴部９がリボン７によって塞がれる。接合材８Ａの例は、はんだ材である。

穴部９の上部から薄いリボン７が被せられる際には、半導体パッケージ１０は、封入ガスの雰囲気下に入れられる。これにより、穴部９を介して、半導体パッケージ１０内の不要なガスと封入ガスとの置換が行われる。半導体パッケージ１０内に封入ガスが充填されると、穴部９がリボン７によって塞がれる。

穴部９がリボン７によって塞がれた後、接合材２，６，８Ａの何れかに微細な穴ができてしまい、半導体パッケージ１０の気密性が不十分となる場合がある。すなわち、接合材２，６，８Ａに発生した微細な穴から、封入ガスが漏れる場合がある。半導体パッケージ１０は、例えば、グロスリーク検査、ファインリーク検査などの検査によって気密性が検査される。気密性の検査によって、封入ガスが漏れていることが判明すると、接合材２，６，８Ａに発生した微細な穴は、ろう付け等で修復される。

接合材２，６，８Ａの何れかに微細な穴がある場合、微細な穴の修復前、修復中、または修復後に、リボン７に穴が開けられる。リボン７に穴が開けられる際には、例えば、リボン７および接合材８Ａの少なくとも一方が溶融される。この時の溶融温度は、例えば、１８０度～２００度のように低温である。仮に接合材６を溶融しようとすると、溶融温度は２００度よりも高くなり、半導体パッケージ１０内の構成部品が劣化または破損する恐れがある。本実施の形態では、接合材６を溶融することなく、リボン７に穴が開けられるので、半導体パッケージ１０内の構成部品が劣化または破損することを防止できる。

リボン７に開けられる穴の大きさは、半導体パッケージ１０を封入ガスの雰囲気下に入れた場合に、半導体パッケージ１０内の不要なガスと、封入ガスとの置換とを特定時間である第２の時間よりも短い時間で置換できる大きさである。なお、リボン７に穴が開けられる代わりに、リボン７が除去されてもよい。

微細な穴の修復後、半導体パッケージ１０は、再び封入ガスの雰囲気下に入れられる。これにより、リボン７に開けられた穴を介して、半導体パッケージ１０内の不要なガスと封入ガスとの置換が行われる。

この後、封入ガスの雰囲気下で、リボン７に開けられた穴が塞がれる。リボン７に開けられた穴は、新たなリボン７を接合材でカバー５に接合することで塞がれてもよいし、穴および穴の周辺に直接接合材が付けられることで塞がれてもよい。新たなリボン７をカバー５に接合する際に用いられる接合材、およびリボン７に開けられた穴に直接付けられる接合材は、接合材８Ａと同様の部材である。すなわち、リボン７に開けられた穴を塞ぐ際に用いられる接合材の例は、はんだ材である。

図４は、実施の形態にかかる半導体パッケージの補修後の構成を示す断面図である。図４では、穴の開いたリボン７に直接はんだ付けすることで、リボン７に開けられた穴が塞がれた場合の半導体パッケージ１０の構成を示している。図４の半導体パッケージ１０は、図１の半導体パッケージ１０に対してリボン７に開けられた穴が塞がれたパッケージである。図４に示すように、カバー５の穴部９であった箇所は、第２の接合材である接合材８Ｂによって塞がれている。接合材８Ｂの例は、はんだ材である。なお、カバー５の上部には、穴が開けられたリボン７が残っていてもよい。また、カバー５の上部には、接合材８Ａが残っていてもよい。

このように、半導体パッケージ１０の気密性が不十分な場合には、封入ガスが漏れている箇所の修復が行われ、半導体パッケージ１０内が、再度、封入ガスで充填されることで、半導体パッケージ１０が補修される。

カバー５に穴を開けると、カバー５から出る屑が異物として半導体パッケージ１０内に混入する場合がある。この場合、半導体パッケージ１０に形成されたパターンにおいて、パターン間でショート故障を引き起こすことがある。本実施の形態では、リボン７を薄い金属膜としているので、リボン７に穴を開けた際に異物が発生しにくくなっている。また、リボン７は薄い金属膜であるので、リボン７に穴を開ける際の外力によって半導体パッケージ１０が破損することはない。また、リボン７に穴を開ける際に熱を加える必要が無いので、半導体パッケージ１０内の構成部品（半導体ベアチップ４など）が劣化または破損することはない。なお、リボン７は、リボン７に穴が開けられた際に異物が発生しにくい薄膜状の膜であれば、金属膜以外の膜であってもよい。

このように実施の形態では、半導体パッケージ１０のカバー５が、リング３の上面に接合されることで、カバー５、ベース１およびリング３によって半導体ベアチップ４を密封している。カバー５には、リング３の内側領域に封止ガスを入れる穴部９が設けられており、穴部９は、薄膜状のリボン７で塞がれている。この構成により、半導体パッケージ１０の気密性が不十分な状況の場合に、リボン７に穴を開けられることで、半導体パッケージ１０内の内部ガスと封入ガスとを容易に置換できる。また、リボン７に開けられた穴を塞ぐことで、半導体パッケージ１０内に封入ガスを閉じ込めることができる。したがって、半導体パッケージ１０の気密性が不十分な場合であっても、半導体パッケージ１０を容易に補修することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ベース、２，６，８Ａ，８Ｂ 接合材、３ リング、４ 半導体ベアチップ、５ カバー、７ リボン、９ 穴部、１０ 半導体パッケージ。

Claims (6)

1. 半導体ベアチップを搭載した半導体パッケージであって、
   板状のベースと、
   前記ベースの上面に底面が接合された筒状のリングと、
   前記リング内に格納される前記半導体ベアチップと、
   前記リングの上面に接合されることで、前記ベースおよび前記リングとともに前記半導体ベアチップを密封する板状のカバーと、
   を備え、
   前記カバーには、前記リングの内側領域に封止ガスを入れる穴が設けられており、
   前記穴は、薄膜状のリボンで塞がれている、
   ことを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記リボンは、第１の接合材によって前記カバーに接合されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 前記第１の接合材は、はんだ材である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージ。
4. 前記穴は、第２の接合材によって塞ぐことができる、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の半導体パッケージ。
5. 前記第２の接合材は、はんだ材である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体パッケージ。
6. 前記リボンは、金属膜である、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の半導体パッケージ。

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