JP4483112B2

JP4483112B2 - パッケージの真空封止方法

Info

Publication number: JP4483112B2
Application number: JP2001083098A
Authority: JP
Inventors: 充宏安藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002280469A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、加速度センサやジャイロ、共振子等の電子部品に用いる真空封止を必要とするパッケージの真空封止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品のパッケージとして電子部品の動作特性を良好にするために、パッケージ内を真空状態にする構成が知られている。
【０００３】
このパッケージ内の真空状態を確保する方法として、パッケージに設けた小さな貫通孔からパッケージ内の空気を排出し、パッケージ内部を真空にした後、貫通孔と対応する位置に抵抗溶接で薄板を固着する方法がある（例えば、特開平９−６４２２１号公報）。
【０００４】
また、別の方法として、大気圧状態でパッケージ内にガスを吸着する吸着材を設けた状態で封止し、パッケージ内の内部ガスを吸着する方法も知られている（例えば、特開２０００−１１１３４７号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前者の方法では、真空封止には真空排気装置を有する複雑で高価な設備を使用しなければならず、真空封止工程も複雑になることから、真空封止費用の増大につながっていた。
【０００６】
また、後者の吸着材を用いた方法では、初期状態において吸着材は窒化膜で覆われた不活性な状態のため、ガス吸着可能な状態に吸着材を活性化する必要があった。そして、吸着材を活性化する際、パッケージ全体が高温になり、内部に固定されたデバイスや、パッケージ自体にダメージを与える可能性があった。
【０００７】
本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工程を簡単にでき、電子部品等の熱的ダメージを抑制し、パッケージ内の高真空状態を容易に確保できるパッケージの真空封止方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、デバイスが固定されたベースと、該ベース上に被せられるカバーと、カバー内に取付けられる吸着材と、該吸着材を前記カバーに固定する固定具とを備え、パッケージングされるパッケージの真空封止方法であって、前記ベースに前記カバーを大気圧状態で封止し、前記カバー側より前記吸着材が大気と反応を開始する温度まで加熱し、その反応熱により前記吸着材を活性化し、前記パッケージの内部に存在するガスを前記吸着材に吸着させ、前記パッケージの内部を真空にする。この発明によれば、吸着材の活性化に吸着材の反応熱が利用されることにより、従来のようにパッケージを介して外部から多くの熱を加える必要はなくなる。従って、外部からの加熱によるパッケージ等の破損が抑制される。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記吸着材と大気との反応開始温度が、前記パッケージの耐熱温度より低く設定されている。この発明によれば、吸着材はパッケージの耐熱温度より低い反応開始温度まで加熱された際に、大気と反応を開始する。従って、パッケージを反応開始温度以上に加熱する必要はなく、パッケージ等の破損がより抑制される。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記固定具は、前記反応開始温度以上で変形可能に形成され、前記吸着材は、初期状態において、前記カバーと当接した状態で前記固定具に支持され、前記吸着材が反応開始温度以上になると前記固定具が変形を開始して前記カバーから離れて支持される。この発明によれば、吸着材自体の反応熱がパッケージに伝わるのがより抑制され、パッケージ等の熱による破損がより抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を半導体装置に具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１２】
図３に示すように、半導体装置１は、例えばＳＰＣ（鉄）や商品名コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）などの材質からなるベース２と、例えばＳＰＣ（鉄）等の材質からなるカバー３とが設けられ、カバー３は抵抗溶接によりベース２に溶接され、気密状態で封止されている。ベース２とカバー３とで、パッケージ４が構成されている。
【００１３】
ベース２の中央付近には、封止対象となるデバイス５が銀ペーストや金を用いて固定され、ベース２の所定箇所には、ガラス材からなるシール部６が１カ所以上形成され、電極７がシール部６により、ハーメチックシールで固定されている。
【００１４】
デバイス５と電極７とが、金もしくはアルミ材からなる細線８で結線され、デバイス５の電気的信号の取り出しが電極７により可能となるように構成されている。
【００１５】
カバー３の内部のベース２と対向する側（図３の上側）には、吸着材９を支持する固定具１０が２個設けられ、吸着材９は、カバー３と近接するように固定具１０に支持されている。吸着材９は、通常ゲッターと称されるもので、気体をその表面に不可逆的に吸着する機能を有し、例えばジルコニウムを主成分とする合金で形成されている。パッケージ４の内部ガスが、この吸着材９に吸着されることにより、パッケージ４は真空封止されている。
【００１６】
次に、半導体装置１の製造方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、ベース２に形成されたシール部６に、電極７がハーメチックシールにより固定される。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、ベース２の中央付近にデバイス５が銀ペーストや金を用いて固定され、デバイス５と電極７とが細線８で結線される。
図１（ｃ）に示すように、吸着材９が固定具１０により支持された状態で、大気圧状態において、カバー３がベース２の所定位置に配置される。そして、図１（ｄ）に示すように、カバー３がベース２に抵抗溶接により気密状態で封止される。大気には、吸着材９と所定温度以上で反応する気体成分、例えば酸素が含まれる。なお、この溶接時には、接合面のみ選択的に加熱され、溶着されるため、デバイス５やベース２、カバー３などには熱的影響はない。
【００１８】
次に、図１（ｅ）に示すように、カバー３の吸着材９の取付面の外側が、ヒータープレート１１に接触する状態で加熱が行われる。図２は、外部加熱温度、吸着材温度及びパッケージ温度の時間変化と、内部真空度の時間変化とを示すグラフである。図２に示すように、外部加熱（ヒータープレート１１）による加熱は、吸着材反応開始温度よりわずかに高い温度まで行われる。パッケージ４がヒータープレート１１により徐々に加熱されると、吸着材９も徐々に加熱される。吸着材反応開始温度まで吸着材９が加熱されると、パッケージ４の内部に存在している吸着材９と反応する気体成分と、吸着材９とが化学反応して、反応熱が発生する。吸着材９は、反応熱により昇温され、吸着材活性化温度より高い温度まで昇温され、吸着材活性化温度を超えると活性化される。
【００１９】
図２のグラフに示すように、吸着材９と気体成分との反応により、パッケージ４の内部が、所定の真空度まで減圧される。次に、吸着材９が活性化されると、吸着材９の表面の窒化膜は、吸着材９の内部に拡散し、吸着材９の表面に新しい活性化面（気体吸着面）を露出し、気体に対する吸着作用が発現され、パッケージ４の内部がさらに減圧されて高真空に到達する。
【００２０】
ヒータープレート１１からの加熱は、図２に示すように、吸着材反応開始温度より少し高い温度で保持される。また、パッケージ４の温度は、吸着材９の反応熱により、外部加熱温度よりわずかに高い温度まで昇温されるが、吸着材９がカバー３に当接しないように形成され、吸着材反応開始温度がベース材耐熱温度より低く設定されているため、ベース材の耐熱温度に到達しない。
【００２１】
パッケージ４内の吸着材９と化学反応する気体成分が消耗すると、吸着材９の反応は停止し、吸着材９の温度の下降が開始される。また、吸着材９の温度の下降が開始された時点で、ヒータープレート１１による加熱が停止される。なお、最高到達温度は、パッケージ４の容積と吸着材９の体積とにより決定される。
【００２２】
この実施の形態は、以下のような効果を有する。
（１）吸着材９を活性化するための熱に、吸着材９自体の反応熱を利用することにより、ヒータープレート１１からの加熱によるパッケージ４自体の昇温は吸着材反応開始温度より若干高い温度まででよくなり、パッケージ４の昇温を抑制できる。
【００２３】
（２）吸着材９と大気との反応により反応熱が発生する際に、パッケージ４の内部ガスが使用され、さらに、反応熱により吸着材９自体が活性化され、吸着材９への吸着にパッケージ４の内部ガスが再び使用されることにより、パッケージ４内の高真空状態を確保できる。
【００２４】
（３）吸着材９と反応する気体成分との吸着材反応開始温度は、ベース２等のパッケージ耐熱温度より低く設定されているので、ヒータープレート１１からの加熱によるパッケージ４の破損を抑制できる。
【００２５】
（４）吸着材９が、カバー３と当接しないように形成されていることにより、吸着材９の反応熱が、パッケージ４に直接伝導することを防止でき、パッケージ４の昇温をより抑制できる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を図４（ａ）、（ｂ）に従って説明する。この実施の形態では、固定具が吸着材反応開始温度以上で変形可能に形成されている点が、前記実施の形態と異なる。前記実施の形態と同一部分は、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２６】
吸着材９は、バイメタル製の固定具２０により支持され、図４（ａ）に示すように、初期状態において、吸着材９はカバー３と当接した状態で支持されている。バイメタル製の固定具２０は、２種の金属板の熱膨張率の違いにより、吸着材反応開始温度よりわずかに高い温度で変形を開始し、温度上昇に伴って吸着材９がカバー３から離れるように構成されている。
【００２７】
カバー３の吸着材９の取付面の外側が、ヒータープレート１１に接触する状態で加熱が行われ、吸着材９が吸着材反応開始温度よりわずかに高い温度まで加熱されると、図４（ｂ）に示すように、固定具２０は、変形を開始して吸着材９がカバー３から徐々に離れる。吸着材９がカバー３から離れた状態で反応熱による昇温が行われ、前記実施の形態と同様に、吸着材９の活性化を経て、気体に対する吸着作用が発現され、パッケージ４の内部が高真空化される。
【００２８】
この吸着材９の温度が下降される過程において、固定具２０は、温度の下降に伴い、再び初期状態の位置へ徐々に変形し、吸着材反応開始温度よりわずかに高い温度まで下降されると、吸着材９とカバー３とが当接した初期状態に戻る。
【００２９】
この実施の形態は、前記実施の形態の（１）〜（３）に記載の効果の他に次の効果を有する。
（５）初期状態において、吸着材９を吸着材反応開始温度まで加熱する際には、吸着材９とカバー３とが当接し、吸着材反応開始温度を超えて吸着材９が反応熱により昇温する際には、吸着材９がカバー３から離れるように固定具２０が構成されている。従って、前記実施の形態と比較して、前記吸着材反応開始温度に達するまでは効率よくヒータープレート１１の熱を吸着材９に伝導させることができ、反応開始後は吸着材９の反応熱がパッケージ４に伝導することをより抑制できる。
【００３０】
なお、実施の形態は上記に限らず、例えば以下のように変更してもよい。
・大気圧状態において、ベース２とカバー３とを気密状態に封止する構成を、大気より酸素濃度を高めた雰囲気中で封止する構成に変更してもよい。このように構成した場合、上記実施の形態と比較して、吸着材活性化温度に達するまでの時間を短縮できる。
【００３１】
・吸着材９は、２個の固定具により支持されている構成であったが、３個以上の固定具で支持してもよい。このように構成した場合、上記実施の形態と比較して、より安定して吸着材９を支持することができる。
【００３２】
・吸着材９を１個の固定具で支持してもよい。このように構成した場合、上記実施の形態と比較して、固定具をカバー３に容易に取り付けることができる。
・第２の実施の形態において、カバー３と吸着材９とが当接した状態で加熱されるため、ヒータープレート１１による加熱は、吸着材９を吸着材反応開始温度まで昇温させた後に、ＯＦＦ状態にしてもよい。この場合、上記実施の形態と比較して、パッケージ４の昇温をより抑制することができる。
【００３３】
・シール部６は、ガラス材と同等以上の絶縁性を有し、吸着材反応開始温度よりわずかに高い温度まで加熱されても変化しない物質で形成してもよい。
・第２の実施の形態の固定具２０を、形状記憶合金で形成してもよい。この場合、形状記憶合金製の固定具の元の形状を、吸着材反応開始温度よりもわずかに高い温度に加熱された際に、吸着材９がカバー３から離れている形状に成形し、初期状態では、吸着材９とカバー３とを当接するように形状記憶合金製の固定具を変形させる。形状記憶合金製の固定具は、高温で変形したものを室温で変形させておいても、加熱すると元の成形時の形状に戻る性質があるため、パッケージ４の昇温を抑制できる。
【００３４】
次に上記実施の形態から把握できる技術的思想について、以下に記載する。
（１）ベースと、カバーと、吸着材と、固定具とを備えたパッケージにおいて、前記固定具は、前記吸着材と大気との反応開始温度以上で変形可能に形成され、初期状態において、前記吸着材と前記カバーは当接した状態で前記固定具に支持され、前記吸着材が前記反応開始温度以上になると前記固定具が変形して前記吸着材を前記カバーから離れて支持することを特徴とするパッケージの構造。
【００３５】
（２）請求項３又は技術的思想（１）に記載の発明において、前記固定具は、バイメタル、または、形状記憶合金により形成されている。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、製造工程を簡単にでき、電子部品等の熱的ダメージを抑制し、パッケージ内の高真空状態を容易に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は半導体装置の製造過程を示す模式断面図。
【図２】外部加熱温度、吸着材温度及びパッケージ温度の時間変化と、内部真空度の時間変化とを示すグラフ。
【図３】半導体装置の模式断面図。
【図４】（ａ）は第２の実施の形態の半導体装置を示す模式断面図、（ｂ）は同じく固定具が変形した状態の模式断面図。
【符号の説明】
２…ベース、３…カバー、４…パッケージ、５…デバイス、９…吸着材、１０，２０…固定具。

Claims

デバイスが固定されたベースと、該ベース上に被せられるカバーと、カバー内に取付けられる吸着材と、該吸着材を前記カバーに固定する固定具とを備え、パッケージングされるパッケージの真空封止方法であって、前記ベースに前記カバーを大気圧状態で封止し、前記カバー側より前記吸着材が大気と反応を開始する温度まで加熱し、その反応熱により前記吸着材を活性化し、前記パッケージの内部に存在するガスを前記吸着材に吸着させ、前記パッケージの内部を真空にすることを特徴とするパッケージの真空封止方法。
前記吸着材と大気との反応開始温度が、前記パッケージの耐熱温度より低く設定されていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージの真空封止方法。
前記固定具は、前記反応開始温度以上で変形可能に形成され、前記吸着材は、初期状態において、前記カバーと当接した状態で前記固定具に支持され、前記吸着材が反応開始温度以上になると前記固定具が変形を開始して前記カバーから離れて支持されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッケージの真空封止方法。