JPH05206307A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓋の取着部分及びその近傍で、破損や亀裂等
が発生する虞がない半導体装置を提供する。 【構成】 基台１１に搭載した半導体チップ１５を気密
に封止する蓋１９が、基台１１に取着される部分の近傍
に柔構造部２１を設けて構成されているため、製造時や
実装時あるいは稼働時に発生する周囲の温度上昇や自己
発熱による温度上昇等に起因して蓋１９と基台１１との
間に熱膨張差が生じるが、柔構造部２１での変位の吸収
により蓋１９の基台１１への取着部分やその近傍に応力
の集中がなくなる。これによって取着部分及びその近傍
で、破損や亀裂等が発生する虞がなくなり気密状態が保
持できるようになって、歩留や信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基台上に半導体チップ
を気密に封止して搭載した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、外部環境から半導体チップを遮断
して使用するため、基台に凹部を設け、この凹部内に半
導体チップを搭載し平板状の蓋を基台に気密に接合する
ことによって半導体装置を構成したもの、例えばＰＧＡ
（ Pin Grid Array Package ）タイプなどの半導体装置
がある。そして、このような半導体装置では、使用する
機器の高度化、多機能化にともない半導体チップの高密
度化、大規模化等が進み、外囲器を構成する基台の形状
を大形にしたものが製造される状況にある。

【０００３】以下、従来例について図８を参照して説明
する。図８は断面図であり、図において基台１は、プラ
スチックス、セラミックス等の非金属の配線基板を多層
に積層して形成され、上面側の中央部に凹部２が設けら
れ、下面に多数本の外部接続端子３が植設されている。

【０００４】凹部２内には、半導体チップ４が各電極と
配線基板の所定端子とを接続ワイヤ５で接続し、対応す
る外部接続端子３に接続されるようにして搭載されてい
る。そして凹部２の上方を覆うように金属製で平板状の
蓋６が、周縁部を基台１の上面に接合部をろう付け等す
ることによって取り付けられ、基台１と蓋６とによって
半導体装置の外囲器を形成している。

【０００５】しかしながら上記の半導体装置において
は、半導体装置の製造時には加熱部位を局部に限定し加
熱時間を短時間に限定するようにしても、基台１に蓋６
を接合し気密封止する際のろう付け温度によって、また
半導体装置を使用する機器に実装する時には、同様に外
部接続端子３を実装基板に半田付けする際の半田付け温
度によって、さらに半導体装置が実装された機器で稼働
する時には、半導体チップ４の自己発熱による温度によ
って、それぞれ構成材料が異なるセラミックス等の基台
１と金属製の蓋６の間に熱膨張差が生じる。そして、こ
の熱膨張差に起因して基台１と蓋６の接合部近傍に応力
が集中することになる。

【０００６】この接合部近傍に働く応力集中は、蓋６の
大きさが１０ｍｍ角〜２０ｍｍ角の小形のものでは問題
がなかったものの、例えば蓋６が４６ｍｍ角と一辺の長
さが２倍以上の大きさとなる大形化した半導体装置で
は、次のような問題を生じることになる。

【０００７】すなわち、応力集中にともなって、接合部
のろう付け部分が剥がれる破損や、接合部近傍の蓋やろ
う付け部分に亀裂が生じる等することで気密状態が破
れ、装置内部に環境の水分が入って経時的に半導体チッ
プを破損したりして、製造時の歩留を低下させたり、装
置の信頼性を低下させたりする虞がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような基台に蓋
を取着したときの取着部分及びその近傍に製造時や稼働
時に生じる破損や亀裂発生にともなって気密状態が破
れ、歩留の低下や信頼性の低下等をまねく虞がある状況
に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするとこ
ろは、基台に蓋を取着したときの取着部分及びその近傍
での破損や亀裂等に至る応力集中をなくして気密状態を
保持できるようにし、歩留が低下したり、信頼性が低下
したりすることがない半導体装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
基台上に搭載した半導体チップを、基台と熱膨張係数の
異なる材料で形成された蓋を基台に気密に取着すること
によって封止するようにした半導体装置において、蓋は
基台に取着する部分の近傍に柔構造部が設けられている
ことを特徴とし、また、基台に取着された蓋は、取着す
る部分の外周縁部が全周に亘って角部を有するものでは
ないことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記のように構成された半導体装置は、半導体
チップを気密に封止する蓋が、基台に取着される部分の
近傍に柔構造部を設けており、装置の製造時や実装時あ
るいは稼働時に発生する周囲の温度上昇や自己発熱によ
る温度上昇等に起因して蓋と基台との間に熱膨張差が生
じるが、柔構造部での変位の吸収により蓋の基台への取
着部分やその近傍に応力の集中がなくなる。これによっ
て取着部分及びその近傍で、破損や亀裂等が発生する虞
がなくなり気密状態が保持できるようになって、歩留や
信頼性が向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】先ず、第１の実施例を図１により説明す
る。本実施例はＰＧＡタイプの半導体装置に適用した場
合を説明するもので、図１は要部断面図である。

【００１３】図において、基台１１は非金属のプラスチ
ックスやセラミックス等、例えばエポキシ樹脂、アルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や窒化アルミニウム（ＡＬＮ）等で形
成された配線基板を多層に積層して構成され、上面側の
中央部には方形状に開口した凹部１２が形成されてい
る。そして基台１１の下面１３には多数本の外部接続端
子１４が銀ろう付けによって植設されている。

【００１４】また、凹部１２内には、半導体チップ１５
が、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などのマウン
ト剤によって接着され、半導体チップ１５の各電極と配
線基板の所定端子とが接続ワイヤ１６によって接続さ
れ、対応する外部接続端子１４に接続されるようにして
搭載されている。

【００１５】さらに、基台１１の上面１７には凹部１２
の全周を取り囲むように金属箔が接着され、この金属箔
上に同じく凹部１２の全周を取り囲むように方形状のニ
ッケル（Ｎｉ）系合金等の金属製のシールリング１８が
銀ろう付けによって接合されている。

【００１６】そして、凹部１２の方形状開口の上方に
は、深浅の箱状に形成されたニッケル系合金等の金属製
の蓋１９が、開口部を下にし側壁２０の開口縁端を全周
に亘りシールリング１８の上面に銀ろう付け、あるいは
レーザ接合などによって接合し、凹部１２全体を覆うよ
うにして設けられている。

【００１７】また、蓋１９は、側壁２０に基台１１の上
面１７に対し垂直な方向に伸縮可能なベローズ形状に形
成された柔構造部２１を備えていて、蓋１９の天井２２
の面に垂直な方向と共に、天井２２縁部の面に平行な放
射方向の変位を吸収可能に構成されている。

【００１８】このようにして本実施例の半導体装置は半
導体チップ１５を基台１１の凹部１２に、柔構造部２１
を備えた蓋１９によって気密に封止して設け、基台１１
と蓋１９とによって外囲器が構成される。

【００１９】上述の構成を有するため、蓋１９をシール
リング１８の上面に銀ろう付け、あるいはレーザ接合す
るときには、この接合部近傍の蓋１９及び基台１１が熱
せられて各々の熱膨張係数に基づく熱膨張状態で接合さ
れる。そして接合が終了して接合時の高温状態から常温
状態に戻ると、蓋１９と基台１１の間に熱膨張差による
変位がそれぞれ生じるが、これらの変位の差は側壁２０
のベローズ形状の柔構造部２１が変形して吸収される。
このため接合部や接合部近傍の蓋等の局部に応力の集中
が起きず、接合部位の破損や亀裂が生じる虞がない。

【００２０】また、機器に実装する時においても、同様
に外部接続端子１４を実装基板に半田付けする際の半田
付け温度によって、さらに実装された機器で稼働させた
時において、半導体チップ１５の自己発熱による温度に
よって、それぞれ基台１１と蓋１９の間に熱膨張差が生
じるが、同様に側壁２０のベローズ形状の柔構造部２１
が変形して変位の差が吸収される。このため熱膨張差に
起因して接合部や接合部近傍の蓋等の局部に応力の集中
が起きず、接合部位の破損や亀裂が生じる虞がない。

【００２１】そして基台１１の大きさが大形化した装置
においても、製造時の破損や経時的な破損が減少して歩
留や信頼性を向上させることができる。

【００２２】次に、第２の実施例を図２により説明す
る。本実施例は第１の実施例と同じくＰＧＡタイプの半
導体装置に適用した場合を説明するもので、図２は要部
断面図である。

【００２３】図において、基台１１の上面側の中央部に
開口し半導体チップ１５を搭載した凹部１２の上方に
は、深浅の箱状に形成されたニッケル系合金等の金属製
の蓋２３が、開口部を下にし側壁２４の開口縁端を全周
に亘りシールリング１８の上面に銀ろう付け、あるいは
レーザ接合などによって接合し、凹部１２全体を覆うよ
うにして設けられている。

【００２４】また、蓋２３は、側壁２４の深さ方向中間
部分に、厚さが天井２５の約１／２以下の厚さに形成さ
れた柔構造部２６を備えていて、蓋２３の天井２５縁部
の面に平行な放射方向の変位を吸収可能に構成されてい
る。

【００２５】このようにして本実施例の半導体装置も第
１の実施例と同様半導体チップ１５を基台１１の凹部１
２に、柔構造部２６を備えた蓋２３によって気密に封止
して設け、基台１１と蓋２３とによって外囲器が構成さ
れる。

【００２６】上述の構成を有するため、本実施例におい
ても基台１１と蓋２３の熱膨張差にもとづく変位の差が
柔構造部２６で吸収されることになって、第１の実施例
と同様の作用、効果が得られる。

【００２７】次に、第３の実施例を図３により説明す
る。本実施例は第１の実施例と同じくＰＧＡタイプの半
導体装置に適用した場合を説明するもので、図３は要部
断面図である。

【００２８】図において、基台１１の上面側の中央部に
開口し半導体チップ１５を搭載した凹部１２の上方に
は、深浅の箱状に形成されたニッケル系合金等の金属製
の蓋２７が、開口部を下にし側壁２８の開口縁端を全周
に亘りシールリング１８の上面に銀ろう付け、あるいは
レーザ接合などによって接合し、凹部１２全体を覆うよ
うにして設けられている。

【００２９】また、蓋２７は、側壁２８の面を蓋２７の
高さ方向の断面が外方に凸となるような曲面で形成した
柔構造部２９を備えていて、側壁２８の開口縁端部の外
面側をシールリング１８の上面に接合することによっ
て、蓋２８の天井３０縁部の面に平行な放射方向の変位
を吸収可能に構成されている。

【００３０】このようにして本実施例の半導体装置も第
１の実施例と同様半導体チップ１５を基台１１の凹部１
２に、柔構造部２９を備えた蓋２７によって気密に封止
して設け、基台１１と蓋２７とによって外囲器が構成さ
れる。

【００３１】上述の構成を有するため、本実施例におい
ても基台１１と蓋２７の熱膨張差にもとづく変位の差が
柔構造部２９で吸収されることになって、第１の実施例
と同様の作用、効果が得られる。

【００３２】次に、第４の実施例を図４及び図５により
説明する。本実施例はＥＰＲＯＭ（Erasable Programma
ble Read-Only Memory）などの窓付きの半導体装置に適
用した場合を説明するもので、図４は要部断面図であ
り、図５は図４の変形例の要部断面図である。

【００３３】図４において、基台３１は非金属のプラス
チックスやセラミックス等、例えばエポキシ樹脂、アル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や窒化アルミニウム（ＡＬＮ）等で
形成され、上面側の中央部には凹部３２が形成され、凹
部３２の開口内周縁部には段部３３が設けられている。
なお基台３１の側部からは図示しない多数の外部リード
が延出している。

【００３４】また、凹部３２内には、半導体チップ３４
が、例えばポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などのマウン
ト剤によって接着され、半導体チップ３４の各電極が所
定外部リードに図示しない接続ワイヤによって接続され
て搭載されている。

【００３５】そして、凹部３２には、石英ガラス製の蓋
３５が、その外周縁部３６を凹部３２の段部３３に接着
剤により接着されており、これによって凹部３２全体が
蓋３５で覆われる。

【００３６】また、蓋３５は、外周縁部３６と中央部３
７との間に薄肉厚に形成されて立上る柔構造部３８が外
周縁部３６の全体に沿って備えられるように成形されて
ていて、蓋３５の中央部３７の面に平行な放射方向の変
位を吸収可能に構成されている。

【００３７】このようにして本実施例の半導体装置は半
導体チップ３４を基台３１の凹部３２に、柔構造部３８
を備えた蓋３５によって気密に封止して設け、基台３１
と蓋３５とによって外囲器が構成される。

【００３８】上述の構成を有するため、本実施例の半導
体装置を機器に実装する時において、外部リードを実装
基板に半田付けする際の半田付け温度によって、また実
装された機器で稼働させた時において、半導体チップ３
４の自己発熱による温度によって、それぞれ基台３１と
蓋３５の間に各々の熱膨張係数に基づく熱膨張差が生じ
るが、蓋３５の柔構造部３８が変形して変位の差が吸収
される。このため熱膨張差に起因して接着部や接着部近
傍の蓋等の局部に応力の集中が起きず、接着部位の破損
や亀裂が生じる虞がない。

【００３９】そして基台３１の大きさが大形化した装置
においても、製造時の破損や経時的な破損が減少して歩
留や信頼性を向上させることができる。

【００４０】なお、図４の蓋３５に替えて、図５に示す
ように石英ガラス製の蓋３５′を、外周縁部３６′と中
央部３７′との間に薄肉の厚さに形成されて立下る柔構
造部３８′が外周縁部３６′の全体に沿って備えられる
ように成形して、基台３１の凹部３２を覆うように設
け、蓋３５の中央部３７′の面に平行な放射方向の変位
を吸収可能に構成してもよい。

【００４１】次に、第５の実施例を図６及び図７により
説明する。図６は第５の実施例を示しており、図６
（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図であり、図７は図
６の第５の実施例の変形例を示しており、図７（ａ）は
平面図、図７（ｂ）は側面図である。

【００４２】図６において、基台４１は非金属のプラス
チックスやセラミックス等、例えばエポキシ樹脂、アル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や窒化アルミニウム（ＡＬＮ）等で
形成され、上面側の中央部に形成された上部が開口した
凹部４２内に半導体チップ４３がマウント剤によって接
着されて搭載されている。また基台４１の側部からは多
数の外部リード４４が延出しており、半導体チップ４３
の各電極が対応する外部リード４３に接続ワイヤによっ
て接続されている。

【００４３】そして、凹部４２の開口には、深浅で円形
の箱状に形成されたニッケル系合金等の金属製の蓋４５
が、開口部を下にし周壁４６の開口縁端を全周に亘り、
第１の実施例と同様、基台４１の上面に凹部４２の全周
を取り囲むように設けられた図示しないシールリングの
上面に銀ろう付け、あるいはレーザ接合などによって接
合し、凹部４２の開口全体を覆うように取着されてい
る。

【００４４】また、蓋４５は、側壁４６に基台４１の上
面に対し垂直な方向に伸縮可能なベローズ形状に形成さ
れた柔構造部４７を備えていて、蓋４５の天井４８の面
に垂直な方向と共に、天井４８縁部の面に平行な放射方
向の変位を吸収可能に構成されている。

【００４５】このようにして本実施例の半導体装置も半
導体チップ４３を基台４１の凹部４２に、柔構造部４７
を備えた蓋４５によって気密に封止して設け、基台４１
と蓋４５とによって外囲器が構成される。

【００４６】上述の構成を有するため、本実施例におい
ても基台４１と蓋４５の熱膨張差にもとづく変位の差が
柔構造部４７で吸収されることになって、第１の実施例
と同様の作用、効果が得られると共に、蓋４５が円形に
形成されているため天井４８縁部等での応力集中を減少
させることができ、蓋４５の基台４１への取着部近傍で
の破損や亀裂の発生防止により効果的である。

【００４７】なお、図６の蓋４５に替えて、図７に示す
ように金属製の蓋４５′を、四隅を円弧状にした深浅で
略方形の箱状に形成し、ベローズ形状の柔構造部４７′
を備えた周壁４６′の開口縁端を基台４１上面に設けら
れたシールリングに接合して、凹部４２の開口全体を覆
うように取着させるよう構成してもよい。

【００４８】尚、本発明は上記の各実施例のみに限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更
して実施し得るものである。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、半導体チップを気密に封止する蓋が、基台に取着さ
れる部分の近傍に柔構造部を設けている構成としたこと
により、基台に蓋を取着したときの取着部分及びその近
傍での破損や亀裂等に至る応力集中がなくなって気密状
態が保持できるようになり、歩留や信頼性が向上する等
の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図５】同上実施例の変形例を示す要部断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示しており、図６
（ａ）は平面図、図６（ｂ）は側面図である。

【図７】同上実施例の変形例を示しており、図７（ａ）
は平面図、図７（ｂ）は側面図である。

【図８】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１１…基台 １５…半導体チップ １９…蓋 ２１…柔構造部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台上に搭載した半導体チップを、前記
   基台と熱膨張係数の異なる材料で形成された蓋を前記基
   台に気密に取着することによって封止するようにした半
   導体装置において、前記蓋は前記基台に取着する部分の
   近傍に柔構造部が設けられていることを特徴とする半導
   体装置。
2. 【請求項２】 基台に取着された蓋は、取着する部分の
   外周縁部が全周に亘って角部を有するものではないこと
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置。