JPH03506100A - 固体素子上への密封シール形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体素子上への密封シール形成方法 本発明は密封シールの形成方法、特に電子イメージセンサパッケージへの密封シ ール形成方法に関する。

固体（ソリッドステート）素子のパッケージングでは、半導体チップが通常セラ ミックハウジング内に形成された孔部内に収納され、この孔部を閉止するために ハウジングに対ｊ、てカバーをシールする。米国特許第４．７５０．６６５号で は、金−錫半田ペーストを用いてセラミックカバーをセラミックケースに接合す る半導体パッケージの製造方法が開示されている。半田付けされてカバーとケー スとが組立てられると、これらを約３５０度Ｃにまで加熱することにより各部品 相互が接着される。しかし、５このような方法では、或種のイメージセンサを含 む半導体装置をパッケージングする際に問題が生じる。即ち、イメージセンサの 中には有機物質で形成されたカラーフィルグア１／イやレンズレットを含むもの があり、上記特許における半田溶融時に加えられる高熱によってこれらの有機物 質が変性することがある。

半田を用いて半導体パッケージをシールする際の高温の影響を回避するため、イ メージセンサを含む固体素子のパッケージングの７−ルには、エポキシ物質が使 用されてきた。しかし、エポキシでは密封状聾とすることかできないため、その 適用対象か限られてしまう。例えば、軍事機器に使用される固体素子は米国軍事 仕ｆ１Ｍｉ　１−Ｓ　ｔ　ｄ−８３３に規定の要件を満たさなければならないが 、その規定の中に、パンケージは加圧試験に耐えなければならないというのかあ る。

従来より、比較的低い７鼓度の下で低融点合金と圧力融合によって結晶を接急す る方法か知られている。米国特許第４，０７７．５５８号（発明者：　　Ｃａｒ ｔｓｏｎ　　ｅｔ　　ａｌ、）では、２個の結晶素子を接合して音響−光学素子 を形成する方法か開示されている。Ｃｒ等の接合性向上物質が一方の結晶上に塗 布され、金等から成る貴金属の層がこの接合性向上物質上に堆積される。他方の 結晶上には錫またはインジウム等の低融点金属か塗布され、この低融点金属上に 貴金属が塗布される。これら２つの貴金属層は、１００−２００度Ｃの１及び少 なくとも５０ｐｓｉの圧力下に置かれる。これにより説点物質は貴金属中及び接 続部に亘って拡散し、各結晶間の境界を除去して接合作用を果たす。この方法で 使用される最高温度は上記特許における温度よりも若干低いとはいえ、なおかな りの高温であり、これてはイメージセンサを損傷からは側底保護し得ない。しか し、何よりも深刻な問題といえば、上記Ｃａｒｌｓｏｎ　　ｅｔ　　ａｌ、特許 に開示された方法において、貴金属及び低融点合金を拡散さ叶るために極めて高 い圧力を印加１．なければならないということである。このような高圧は半導体 パッケージをシールするには使用できない。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、半導体パッケ ージをシールするための改善された方法を提供することにある。

本発明の−の態様によれば、以下の各ステップを含む固体素子への密封シールを 形成する方法が提供される：　ハウジング上に金属化支持体を形成するステップ ：　ハウジングのカバー上に金属化支持体を形成するステップ２　前記両支持体 の一方上にインジウム層を形成するステップ；　他方の支持体上に錫層を形成す るステップ、　インジウム層及び錫層が互いに当接するようにカバーとハウジン グとを位置決めするステップ：　錫−インジウム合金の融点に対して約７０％− ９０％の間の七でカバー及びハウジングを加熱して錫及びインジウムを互いに拡 散させるステップ；　拡散が完了した後、この合金を溶融させるに＋り）な温度 に加熱するステップ：　そしてカバー及びハウジングを室温まで徐々に冷却する ステップ。

本発明の一実施例には、石英（クォーツ）等の物質から成る透明カバーとセラミ ック物質から成るハウジングとの間に密封シールを形成するためのツノ法を開示 した。ハウジングは、イメージセンサを収納すると共にイメージセンサが透明カ バーを介して放射できるようイメージセンサを支持する作用を果たす。金属化支 持体は、各被接合部品間の周囲に形成される。金属化支持体のＴｒ１層は金等の 物質からなる。この頂層は、ニッケル、チタン、タングステンまたはクロムから 成る基５層上に形成される。金属化支持体はその後清浄化され、少なくとも−の インジウム層または錫層が各支持体の清浄化された面上に鍍金される。頂層は、 カバー等の部品に対してはインジウムを用いて形成され、Ｉ＼ウジング等他の部 品に対しては錫を用いて形成されている。その後カバー及びハウジングは共に位 置決めされ、炉内で熱せられる。この時極めて小さな圧力が加えられる３、そし て、インジウム−錫合金の融点に対して約８０％の温度に保持することにより、 この熱で各物質の拡散作用が促進される。この拡散処理が完了すると、温度を１ ２５度Ｃ以上に上昇させ、合金を溶融させる。こうした後、炉は室温まで徐々に 冷却されてゆく。

本発明の主な利点は、超低圧且つ及び比較的低温下で、密封シールを透明カバー とセラミックハウジングとの間に形成できることである。従って、ノ＼ウジング 内に含まれるイメージセンサはシール形成工程中に損傷を受けることはない。こ こに開示（、た方法の他の利点は、シールの硬化に要する時間が短くて済むこと 、及び処理コストも比較的低置であることが挙げられる。

以下、次に簡単に説明する各図面を参照しつつ、本発明の各実施例に言及する。

第１図は、本発明方法により形成された半導体パッケージの斜視図：第２図は、 その内部に装着されたイメージセンサを示すハウジングの斜視図；第３図は、そ の上部に形成されたシールバッドを示すカバーの斜視図；第４図は、カバー及び ハウジング上に形成されたシールパッドの各層を示す部分断面図である。

第１図に本発明方法を用いてシールされる型式の固体素子１０を示す。この固体 素子１０はハウジング１２及びカバー１４を含む。）＼ウジフグ１２は、アルミ ナ等のセラミック物質から成る。各リード１６がノ＼ウジング１２から伸長して おり、イメージセンサ１８に接合される。イメージセンサ］８は、ノ＼ウジング １２中の孔部１５内に収納されている。イメージセンサ１８は、１９８７年９月 １５引；発行された米国特許第４，６９４．１８５号等に開示されているような 各ビクセル毎に凸状レンズを備えた型式のものをイ吏用可能である。尚、この特 許は、本発明の譲受人に譲渡されている。

カバー１５には、ガラス、石英、サファイア、または透明セラミック等の透明物 質が使われている。シールパッド３０がカバー１４上に装着されている。このシ ールパッド３０は、第４図に示すように複数の層から成る。第４図に示す各層は 視覚的な便宜を図って拡大されており、実物大ではない。シールパッド３０は、 カバー１４上に堆積されたニッケル、クロムまたはチタン−タングステン合金の 層３コから成る金属化支持体、及びこの層３１を被覆する金層３２を含む。層３ １は接合性向上または接着のために、また金層３２は酸（ＩＪＦｊ止のために、 それぞれ使用されている。金属化支持体が形成された後、その表面はプラズマエ ツチング（５００ワットｒ、　　ｆ、　　；３００ｍｒｎ　　酸素、３０分）ま たはｕ、　　ｖ、オゾン法を用いて清浄化される。この清浄イし処理完了後、イ ンジウムまたは錫の頂１３３が金層３２上に形成される。これに代えて、インジ ウム及び錫層（図示しない）の層を金層３２上に形成することもできる。

第２図に示すように、ハウジングユニ上にシールパッド４０が形成されている。

シールパッド４０は、パッド３０の金属化支持体にほぼ近似し、ニッケル、クロ ムまたはタングステンの基準層４１（第４図）及び該基僧層４１上に堆積された 金層４２を有する。支持体は、上述したプラズマエツチングにより清浄化される 。

そして、インジウムまたは錫から成る頂層４３が金層４２上に形成され、あるい はこれに代えたインジウム及び錫からなる各層が金層４２上に堆積される。

本発明における必要条件は、カバー１４及びハウジング１２にそれぞれ対する頂 層３３及び４３がインジウムまたは錫からなり、また頂層３３が頂上４３とは異 なる物質からなることである。従って、例えばカバー１４の頂層３３を錫で構成 し、ハウジング１２の頂層４３をインジウムで構成することができる。カバー１ ４及びハウジング１２上のシールパッドを鍍金する方法として、非電気的技術や タンク鍍金方法を使用することができる。鍍金部分の総厚は、層の数に依存して 調節される。シールパッド３０及び４０の総厚を約１ミクロン（０，００１イン チ）、各層の厚さをは約０．１ミクロン、とすることがそれぞれできる。

シールパッド３０及び４０が形成されると、各バンドの表面がフレオンＴＦ（ト リクロロフルオロエタン）溶剤及び５０％の塩化水素酸溶液中での数分間のエツ チングにより化学的に清浄化される。この後、カバー１４及びハウジング１２は パッド４０上に重畳されたパッド３０と共に位置決めされ、真空（またはイナー ト雰囲気）炉（図示しない）中に置かれる。各物質の拡散は、炉内温度を合金の 融点に対して８０％の温度に保持することにより、その熱作用で促進される。

インジウム−錫合金の場合、炉は拡散作用中は約１００度Ｃに保持される。拡散 処理が完了すると、Ｕは１２５度Ｃにまで上昇され、これにより合金が溶融する 。炉はその後約２時間に亘って室温まで徐々に冷却される。そして、得られたパ ッケージ全体を取り出し、これを試験に供することができる。

図示した本発明の一実施例においては、ニューツヤ−ジー州スプリングフィール ド所在のＮＴＫ　　Ｃｏ１．により製造されたスタンダード２４ビンＤＩＰハウ ジングを用いた。金属化支持体は、タングステンの基準層及びタングステン上に 堆積された金層を含むハウジング上に形成されている。タングステン層はハウジ ング上に印刷されたスクリーンであり、金層は非電気的技術を用いてタングステ ン上に堆積されている。カバーは、ペンシルバニア州つィロー　グローブ所在の Ｇｌａｓｓ　　５ｐｅｃｉａｌｔｙ　　Ｃｏｍｐａｎｙ製造のガラスカバーを用 いた。

金属化支持体は、杓１０％のチタンと約９０％のタングステンとからなるチタン −タングステン合金の基準層とこの合金上に堆積された金層とを含むガラスカバ ー・を偏えている。チタン−タングステン合金は真空蒸着によりカバー上に堆積 さね、金層は蒸着技術を用いて合金上に堆積される。金属化支持体の各表面は、 化学的に清浄化され、またプラズマ中でエツチングされる。

各支持表面か清浄化された後、交互にｆｆ１畳されたＩｎ、Ｓｎ、Ｉｎの各層は 塗布鍍金処理によりハウジングの金属化支持体上に堆積される、Ｓｎ、　　Ｉｎ 、及びＳｎの各層は塗布鍍金処理によりカバーの金属化支持体上に堆積される。

各金属化支持体の厚さは約０．００５ミクロンである。ハウジング及びカバー上 のＳｎ及びＩｎの各層の厚さは、Ｃｙｂｅｒｓｃａｎ　　１００　　ｎｏｎ−ｃ ｏｎｔａ−（ｔｉｎｇ　　ｏｐｔｉｃａｌ　　ｐｒｏｆｉｌｅｒを用いてａｐ＋ 定したところ、それぞれ０１ミクロンであった。従って、ハウジング上における 各シールバッドの総厚は約０．３５ミクロンであり、カバー上における各シール パッドの総厚も同じ＜約０．３５ミクロンとなった。

各シールパッドの表面は、フレオンＴＦ　（トリクロロフルオロエタン）溶剤及 び５０％の塩化水素酸溶液中での数分間のエツチングにより化学的に清浄化され る。カバーは、ハウジング上 と共にハウジング上に装着され、各部品は約１ポンドのクランプ力を持つカスタ ムクリップを用いて纏めてクランプされる。この組み立て体は真空炉中に配置さ れ、数時間に亘り１００度Ｃで加熱されることにより、錫とインジウムとが相互 に拡散する。拡散工程終了後、組み立て体は真空炉中で１３０度Ｃの温度で１０ 分間加熱されると共に、その後ゆっくりと室温まで冷却される。完成品は粗密漏 洩試験に洪され、この結果ＭＩＬ　　ＳＴＤ　　８８３Ｃに規定されている。！ ！準を満たしていることが見いだされた。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、　４ 国際調査報告 Ｉ＃＋６ｆｉ＠ｍ＾−＾１自ａｌｎｐ　ＩＩＩ　　ｐｃτ／υＳ　９０１０２５ ４３国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．固体素子上に密封シールを形成する方法であって、ハウジング上に金属化支 持体を形成するステップと；前記ハウジングのカバー上に金属化支持体を形成す るステップと；前記両支持体のいずれか一方上にインジウム層を形成するステッ プと；前記両支持体の他方上に錫層を形成するステップと；インジウム層と錫層 とが互いに当接するように前記カバーとハウジングとを位置決めするステップと ； 錫−インジウム合金の融点に対して７０−９０％の間の温度で前記カバー及びハ ウジングを加熱し、錫とインジウムとを相互に拡散させるステップと；該拡散作 用が完了した後、前記カバーとハウジングとを前記合金を溶融させるに十分な温 度で加熱するステップと；及び前記カバーとハウジングとを室温まで徐々に冷却 するステップを含むことを特徴とする固体素子上への密封シール形成方法。
2. ２．請求項１に記載の方法において、前記各支持体上にはニッケル層と金属が形 成されていることを特徴とする固体素子上への密封シール形成方法。
3. ３．請求項１に記載の方法において、前記各金属化支持体は、インジウム層また は錫層が塗布される前にプラズマエッチングにより清浄化されることを特徴とす る固体素子上への密封シール形成方法。
4. ４．請求項１に記載の方法において、前記合金を溶融する温度は約１２５度Ｃで あることを特徴とする固体素子上への密封シール形成方法。
5. ５．請求項１に記載の方法において、前記カバー及びハウジングは、錫とインジ ウムとを相互に拡散させるために１００度Ｃに加熱されることを特徴とする固体 素子上への密封シール形成方法。
6. ６．請求項１に記載の方法において、前記ハウジングはセラミック物質から形成 されていることを特徴とする固体素子上への密封シール形成方法。
7. ７．請求項１に記載の方法において、前記カバーは透明であることを特徴とする 固体素子上への密封シール形成方法。
8. ８．請求項１に記載の方法において、前記各支持体上に交互にインジウムの層と 錫の層とが形成されており、一方の支持体上の頂層がインジウム層でありそして 他方の支持体上の頂層が錫層であることを特徴とする固体素子上への密封シール 形成方法。
9. ９．固体素子上に密封シールを形成する方法であって、タングステンからなる基 礎層とこのタングステン層上に堆積された金属と有する金属化支持体をハウジン グ上に形成するステップと；チタン−タングステン合金からなる基礎層とこの合 金上に堆積された金層とを有する金属化支持体をカバー上に形成するステップと ；前記両支持体の内の一方上にインジウムの層と錫の層とを交互に形成し、その 頂層をインジウム層とするステップと；前記両支持体の内の他方上に錫層とイン ジウム層とを交互に形成し、その頂層を錫層とするステップと； 前記インジウム層と錫層の両頂層が互いに当接するようにカバーとハウジングと を位置決めするステップと； 前記カバーとハウジングとを約１００度Ｃで約４時間に亘って加熱し、錫とイン ジウムとを相互に拡散させるステップと；前記カバーとハウジングとを約１３０ 度Ｃで約１０分間に亘って加熱するステップと；及び カバーとハウジングとを室温まで徐々に冷却するステップを含むことを特徴とす る固体素子上への密封シール形成方法。