JPH0574977A - アルミナ基体の亀裂を無くす方法 - Google Patents

アルミナ基体の亀裂を無くす方法

Info

Publication number
JPH0574977A
JPH0574977A JP3150327A JP15032791A JPH0574977A JP H0574977 A JPH0574977 A JP H0574977A JP 3150327 A JP3150327 A JP 3150327A JP 15032791 A JP15032791 A JP 15032791A JP H0574977 A JPH0574977 A JP H0574977A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
container
package
glass
alumina
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3150327A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2544031B2 (ja
Inventor
Eric F Richardson
エフ．リチヤードソン エリツク
Paul J Brody
ジエイ．ブロデイ ポール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qorvo US Inc
Original Assignee
Watkins Johnson Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Watkins Johnson Co filed Critical Watkins Johnson Co
Publication of JPH0574977A publication Critical patent/JPH0574977A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2544031B2 publication Critical patent/JP2544031B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/64—Impedance arrangements
    • H01L23/66—High-frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
    • H01L2223/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for
    • H01L2223/64—Impedance arrangements
    • H01L2223/66—High-frequency adaptations
    • H01L2223/6605—High-frequency electrical connections
    • H01L2223/6616—Vertical connections, e.g. vias
    • H01L2223/6622—Coaxial feed-throughs in active or passive substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
    • H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
    • H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＭＩＣパッケージの如き容器とアルミナとの
間の熱膨張速度差によるアルミナ基体の亀裂を減少させ
るか又は完全に起きないようにする方法。 【構成】 実質的に0.02％のＣ、0.50％のＭｎ、0.35％
のＳｉ、48.0％のＮｉ、及び充分な残余の鉄からなる合
金の容器を化学的清浄化及び脱炭にかけ、前記容器を表
面酸化して酸化鉄層を成長させ、少なくとも一つのガラ
ス・フィードスルーを前記容器に固定し、そして前記ガ
ラス・フィードスルーを窒素雰囲気中で、実質的に
（１）室温から出発し、（２）温度を約900 ℃へ上昇さ
せ（３）約900℃へ約10分間保持し、（４）温度を約100
0℃へ上昇させ、（５）約1000℃で約３分間保持し、
（６）約25分間に亙り約490 ℃へ低下させ、（７）約49
0 ℃で約25分間保持し、そして（８）約60分間に亙り室
温へ低下させる熱処理過程を用いて加熱することにより
前記容器に融着する諸工程からなるアルミニウム基体の
亀裂を無くす方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にマイクロ波集積
回路（ＭＩＣ）のハイブリッドパッケージに関し、特に
気密なガラスシール及びアルミナ基体を組み込んだＭＩ
Ｃ容器（housing)に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般のＭＩＣパッケージは殆どが鉄・ニ
ッケル・コバルト合金から作られた金メッキ金属包装体
であり、その合金の化学的組成は正確に均一な熱膨張性
を与えるため狭い範囲内で調節されている。例えば、そ
の合金はカーペンター・コバール（Carpenter Kovar)
（登録商標名）で、以下単に「コバール」として言及す
る。〔リチャードソン(Richardson)E.F.の「パッケージ
化ＭＩＣに有利な選抜材料」(Select Material to Bala
nce Benefits for Packaged MICs）、Micriwaves &RF,
July (1989), pp．87−95参照；また「カーペンター膨
張制御合金」(Carpenter Controlled-Expansion Alloy
s）ペンシルバニア州リーディングのカーペンター・テ
クノロジー(Carpenter Technology)、カーペンター・ス
ティール部門により発行された販売パンフレット参
照〕。コバール合金はＡＳＴＭ規格Ｆ−15−16Ｔ（合金
２）の条件に合うようにカーペンター・テクノロジーに
より製造されたものである。
【０００３】コバールはＭＩＣパッケージ材料として幾
つかの利点を有する。最も顕著なのは同軸フィードスル
ー(feedthrough）を簡単な方法を用いてコバールパッケ
ージ中に直接に焼成結合（fire）することができること
である。コバールは容易に溶接及びメッキすることもで
きる。またコバールは気密なガラス対金属密封のための
硼珪酸塩ガラスと特に相容性を有する。二つの膨張係数
はガラスの固化温度より低い温度でよく合っている。他
の金属と他のガラスはそれほど容易に合うことはなく、
殆どのものがコバールと硼珪酸塩ガラスのように良好な
密封を形成することはない。
【０００４】ＭＩＣパッケージもアルミニウムから作ら
れている。コバールとアルミニウムは非常に異なった性
質を有し、ＭＩＣパッケージに用いると長所と短所の異
なった組合せを与える。アルミニウムは、密度、熱伝導
度、機械加工性、及び原料コストに関してコバールに匹
敵し好ましい。しかし、アルミニウムはガラス密封部を
その中に焼成結合することはできず、コバールに比較し
てメッキが複雑で問題になる。アルミニウムは熱膨張率
が大きいためアルミナセラミック基体に直接付着させる
ことは不可能である。
【０００５】軍事用のためのＭＩＣはＭＩＬ−Ｍ−3851
0 、付録Ｇ及びＭＩＬ−ＳＴＤ−883 に従って製造され
ている。接着剤及び重合体材料はＭＩＬ−Ｍ−38510 に
よる気密な密封で用いることができない。従って、ガラ
ス又はセラミックが絶縁材料としてフィードスルーのた
めに必要である。気密な密封部はＭＩＬ−ＳＴＤ−883
、方法1014に従って100 ％試験される。ＭＩＬ−ＳＴ
Ｄ−883 、方法1014の条件は厳しいため、許容出来ない
ほどの収率低下を防ぐには優れた密封部及び溶接部が存
在していなければならない。
【０００６】エレクトロニクスでガラス対金属密封部が
必要なことは、スコットによる1936年12月22日に公告さ
れた米国特許第2,065,404 号に記載されている。普通の
ガラス柔軟化温度でガラスと一緒に容易に融解し、真空
気密密封部を形成する酸化物を鉄・ニッケル合金の表面
上に形成する基本的技術がスコットにより記載されてい
る。金属合金には通常幾らかの炭素が残留しており、ガ
ラス密封部に小さなガラス気泡を形成することがあるの
で、スコットはその金属を湿潤水素中で950 ℃の温度で
少なくとも２時間加熱することにより炭素を除去するこ
とを示唆している。
【０００７】予め酸化したコバールと硼珪酸塩ガラスと
の間の真空気密結合は、接合部をガラスがコバールに結
合する点（約1,000 ℃）まで加熱することにより形成さ
れる。ガラスの固化点は、ほぼガラスが適用荷重に対し
降伏するのに充分な粘稠性を持つようになる温度であ
る。コバールと硼珪酸塩ガラスとの膨張率は完全には一
致していないが、残留応力は従来技術では無視できると
考えられている。
【０００８】コーニング・ガラス・ワークス（ニューヨ
ーク州コーニング）の硼珪酸塩ガラス7052及び7070はフ
ィードスルーに用いるのに好ましい。なぜなら、これら
のガラスは頑丈で耐食性を持ち、夫々4.9 及び4.1 の比
較的低い誘電定数を有するからである。マイクロ波パッ
ケージのためには、最適電気的性能のためには全てのフ
ィードスルーについて通常50Ωの一定のインピーダンス
が望ましい。誘電定数（∈r)が低いと、次の式Ｉに従
い、与えられたインピーダンス（Ｚo)及び中心ピンの大
きさ（ｄi ）に対し外径（ｄo ）を小さくすることがで
きる。小さな外径のフィードスルーにより、パッケージ
の高さを最小にし、大きさ及び重量を減少させることが
できる。
【０００９】 式Ｉ、 Ｚo ＝（60Ω）（∈r)-1/2ln（ｄo ／ｄi ）
【００１０】種々のＭＩＣパッケージ材料の熱膨張率は
図１に例示してある。図１でコバールの膨張率は殆どの
他の材料の膨張率より低く、約425 〜450 ℃で硼珪酸塩
ガラス7052及び7070の膨張率に非常に近いことに注意さ
れたい。低応力ガラス対金属密封を可能にすることの外
に、この低い熱膨張特性によりコバールはアルミナ（名
目上の99.6％のＡl2Ｏ3 ）の如きセラミック材料に対す
る許容出来るキャリヤーとして働くことができる。
【００１１】しかし、コバール基体にアルミナ基体を付
着させるために特別な対策を講じなければならない。コ
バールとアルミニウムの熱膨張率の差は、二つの材料を
上昇させた温度で結合し、次に冷却すると残留応力を与
える結果になる。（軍事用及び他の厳しい用途のための
最低使用温度は−55℃である）。この応力はアルミナに
亀裂をもたらし、収率を低下させることがある。応力は
熱膨張率の差と温度差に比例し、結合温度が高い程、ア
ルミナ亀裂の可能性は大きくなる。最大残留応力は引張
り応力であり、それはアルミナが圧縮に比較して引張り
に対し遥かに弱いので問題を大きくする。更に、応力の
大きさは温度サイクル〔製造の検査選別（screening)及
び最終用途で起きる〕により変化し、それはアルミナ亀
裂の可能性も増大する。
【００１２】基体をパッケージに付着させるのに共融88
％Ａu ／12％Ｇe の如き硬質はんだが好ましい。なぜな
ら、それらの信頼性が優れており、熱伝導度がよいから
である。硬質はんだの処理温度が高いことにより、基体
付着接合部を後の製造工程で影響されないままにしてお
くことが出来る。従来法ではアルミナ基体は大きさを小
さく保ち、屡々1/2in2より充分小さくする。応力集中を
起こす基体中の物理的不連続部には、熱的及び（又は）
電気的性能を改良するためにパッケージ基板に半導体デ
バイスを取付けるための金属化貫通孔及び電気的接地の
ための金属化貫通孔が含まれている。これらの物理的不
連続部は熱的に誘導される応力を大略３倍にすることが
ある。アルミナをコバールへ付着させるためにエポキシ
及び軟質錫・鉛及びインジウム・鉛型はんだが時々用い
られる。なぜなら、これらの材料は僅かに柔軟性を持
ち、破壊することなく少し与えるからである。また、こ
れらの材料は結合が低温で行われるので生ずる残留歪み
が少ない。軟質はんだ及びエポキシは硬質はんだより信
頼性がかなり低く、熱的挙動が劣化し、他のハイブリッ
ド製造操作に適合しない処理温度を有する。
【００１３】図２(a）及び図２(b）に関し、フィードス
ルーは、フィードスルーガラス12を図２(a）に示すよう
に直接パッケージ10中に焼成結合することによりＭＩＣ
パッケージ10中に設置するか、又は図２(b）に示すよう
に予め焼成結合したフィードスルー22をはんだ付け挿入
することによりＭＩＣパッケージ20中に設置する。コバ
ールは抵抗溶接及びレーザー溶接の両方に適合し、金メ
ッキＭＩＣパッケージ、例えばパッケージ20は、それに
はんだ密封される蓋26を持っていてもよい。はんだ密封
は再加工することが困難であり、はんだボールがＭＩＣ
パッケージ内部に形成されることがあり、従って、通常
溶接が好ましい。種々の任意の溶接でコバールに他の金
属を用いた場合よりも大きな利点を与える。
【００１４】焼成結合或は溶接した後、コバールパッケ
ージは通常ニッケルでメッキし、次に高純度金（99.9％
＋）でメッキする。これにより良好な耐食性を与え、は
んだ付け及び導線結合のための良好な表面を与える。ア
ルミナセラミック基体はそのような表面に融剤を用いる
ことなく金・錫及び金・ゲルマニウム共融はんだで付着
させることができ、大きな信頼性及び良好な熱的及び電
気的性能を与える結果になる。アルミナ基体は応力集中
を避けるように注意を払いながら小さく保持しなければ
ならない。
【００１５】コバールはＭＩＣパッケージ材料として別
の欠点を有する。コバールは熱伝導度が低く、従来技術
で知られている特別な対策を講じない限り、高電力用途
には不適切である。これらの特別な対策には、大きな熱
伝導度を有するベリリア（名目上99％ＢｅＯ）基体を用
いること、ＭＩＣパッケージ内部にモリブデンキャリヤ
ーを取付けること、或はＭＩＣパッケージ底板中に銅挿
入物をろう付けすることが含まれる。例えば、図４でコ
バール容器40はＢｅＯ基体42、及びモリブデンキャリヤ
ー46に取付けられたセラミック基体44を有し、図５では
コバール容器50は銅挿入物52を有する。これらの特別な
対策の各々はコストを著しく増大する。コバールの機械
加工性は悪く、その密度は鋼に類似している。
【００１６】アルミニウムはＭＩＣパッケージに対しコ
バールの優れた代替物であるように見える。アルミニウ
ム合金6061は一般に電子パッケージ用途に用いられてい
る。その密度はコバールの1/3 に等しく、10倍の大きな
熱伝導度を有し、大略２〜３倍の改良された機械加工性
を有する。これらの一層良好な材料特性は一層軽く大き
な電力で低いコストのパッケージに有望である。しか
し、それらの利点は次のことを含めた一連の大きな欠点
により相殺されている：
【００１７】（１）ガラス密封部をパッケージへ直接焼
結することができない。なぜなら、アルミニウムの融点
が低く、熱膨張率が高いからである。金属を先ずメッキ
し、次に予め焼成結合したフィードスルーを挿入し、は
んだ付けしなければならない。フィードスルー設置を成
功させるためのメッキ条件は、他のパッケージメッキ条
件と相反することがある。錫及びニッケルと共に、金メ
ッキが用いられる。アルミニウムと、コバール・ガラス
・フィードスルーとの間の大きな膨張差ははんだに残留
歪みを生ずる。温度サイクルは最終的にこれらの接合部
を損傷することになるであろう。
【００１８】（２）アルミニウムはその表面酸化物のた
め最もメッキしにくい金属の一つである。
【００１９】（３）アルミニウムの熱伝導度が高いた
め、蓋をＭＩＣパッケージに密封させるのに高電力溶接
装置を用いる必要がある。屡々レーザーが用いられる。
大きな溶接電力に対しては、その溶接に適合するコバー
ル同等物よりも厚い壁を有し、溶接がフィードスルーの
はんだ接合部を損傷しないように一層高く設計されたパ
ッケージを作ることによって対処されている。
【００２０】（４）コバール同等物よりもアルミニウム
ＭＩＣの大きさが大きいことは、アルミニウムを用いる
ことによる大きな重量低下を部分的に相殺する。
【００２１】（５）アルミニウムは大きな熱膨張率を有
し、それは薄膜セラミック基体の直接のはんだ付けを妨
げる。従って基体は、ＭＩＣパッケージへ機械的に固定
されるか又はエポキシで結合される金属キャリヤーへは
んだ付けされる。エポキシは保存或は取り扱いが不適切
な時、信頼性の問題を生ずる。不適切に設置された固定
具も信頼性を低下させることがある。この付加的な材料
はコストを増大し、製造操作を複雑にする。
【００２２】アルミニウムは多くの利点を与えるが、同
時に多くの新しい問題を生ずる。アルミニウム基体を取
付ける問題は、ＭＩＣパッケージのためにアルミニウム
を用いた時悪化する。
【００２３】同軸フィードスルーを有するＭＩＣパッケ
ージを製造するのに低炭素又はステンレス鋼を用いるこ
とができる（リチャードソン、第95頁）。ガラス密封部
はどちらの種類の鋼にも直接焼成結合でき、「圧縮密封
部」を形成する。異なった線膨張係数を有する基体間の
圧縮密封部は、バードサルによる1916年５月30日公告の
米国特許第1,184,813 号明細書に記載されている。鋼は
典型的に用いられているガラスよりも速い速度で膨張す
るので、フィードスルーはガラス中に残留圧縮力を持つ
であろう。従来技術では圧縮密封部は釣り合った密封部
ほど信頼性のあるものとは考えられていない。低炭素鋼
及びステンレス鋼は両方共コバールに用いられているの
と同じ方法を用いて容易に溶接され、メッキもコバール
と同様である。アルミナの熱膨張率によく合った金属は
ないので、もし硬質はんだが用いられる場合には、大き
さ及び応力集中を最小にするように対策を講じなければ
ならない。
【００２４】アルミナの熱膨張率に合う低膨張性容器材
料は、通常の硼珪酸塩ガラス密封部とは直接には両立し
ないであろう。容器材料としてカーペンター・高透過性
（High Permeability)“49”（登録商標名）の如き0.02
％のＣ、0.50％のＭｎ、0.35％のＳｉ、48.0％のＭｉ及
び残余の鉄からなる合金と硼珪酸塩ガラスとを単に一緒
にすることは、ガラス中に残留圧縮応力を生じ、そのた
め従来技術ではそのような使用は妨げられていた。本発
明の方法を用いることにより、融着後のガラス密封部の
注意深いアニーリングによりそのような圧縮応力は減少
する。もし通常のコバール密封法を用いるならば、即
ち、アニーリングを用いないならば、それら密封部はハ
イブリッド組立体及びＭＩＬ−ＳＴＤ−883 検査選別の
厳しさに耐えることは出来ないであろう。本発明は、高
信頼性ＭＩＣパッケージ製造に適した好ましいアニーリ
ング法を含んでいる。
【００２５】低膨張性材料はアルミナに対し理想的に適
合した熱膨張を与える。これによって貫通孔を有する大
きな基体を、硬質はんだを含めた種々の結合材料を用い
て直接ＭＩＣパッケージに取付けることができる。
【００２６】〔本発明の概要〕従って、本発明の目的
は、メッキし易く、溶接し易く、低い熱膨張係数を有
し、良好な密封性ガラス密封部を形成するＭＩＣ容器を
与えることである。
【００２７】更に別な目的は、ハイブリッド製造及びＭ
ＩＬ−ＳＴＤ−883検査選別の厳しさに耐えられるガラ
ス密封部を与えることである。
【００２８】更に別な目的は、ＭＩＣパッケージに取付
けられたアルミナ基体の亀裂を無くすことである。
【００２９】簡単に述べれば、本発明の好ましい態様
は、（１）アルミナに合った熱膨張係数を有する鉄・ニ
ッケル合金、例えば、カーペンター49、（２）電気的フ
ィードスルーのための硼珪酸塩ガラス密封部、及び
（３）少なくとも一つのアルミナ基体、から作られたＭ
ＩＣ容器を含んでいる。
【００３０】本発明の一つの利点は、欠陥のある漏洩性
ガラス密封部により生ずるフィールド破壊が少ないこと
である。
【００３１】本発明の別の利点は、1/4in2より大きなア
ルミナセラミック基体を信頼性を以ってＭＩＣ容器に硬
質はんだで付けることができることである。
【００３２】本発明の別の利点は、アルミナ基体の亀裂
が実質的になくなり、それによって製造収率が増大する
ことである。
【００３３】本発明のこれら及び他の目的及び利点は、
種々の図面に例示された好ましい態様についての次の詳
細な記述を読むことにより、恐らく当業者には明らかに
なるであろう。
【００３４】〔好ましい態様についての詳細な記述〕Ｍ
ＩＣ容器はメッキが容易で、溶接が容易であり、良好な
気密なガラス対金属密封性を持ち、アルミナの熱膨張率
に合っているのが理想的であろう。ＭＩＣ容器は、ガラ
ス密封部に用いられるガラス中に更に閉じ込められる。
主として硼珪酸塩ガラスが用いられる。なぜなら、それ
らは耐食性が優れており、誘電率が比較的低いからであ
る。誘電率が低いことは、小さな直径で必要な回路イン
ピーダンスを維持するのに役立ち、それによって容器全
体の大きさを小さくすることができる。他の種類のガラ
ス、例えば、ソーダ・鉛・カリガラスは、（１）誘電率
が高過ぎて回路インピーダンスを維持するために容器の
大きさを増大しなければならず、（２）それらの耐食性
がよくないため、不適切である。
【００３５】以下でカーペンター49として以下で言及す
るカーペンター・高透過性“49”（登録商標名）の如き
0.02％のＣ、0.50％のＭｎ、0.35％のＳｉ、48.0％のＮ
ｉ及び残余の鉄からなる合金が、ＭＩＣ容器に特に有用
であることが本発明者により発見された。カーペンター
49は、水素アニーリング後約15,000ガウスの飽和磁束密
度を有し、主に磁気シールド、ソレノイドのための固体
芯、及び他の磁気を用いた制御装置で用いられるものと
して知られている。カーペンター49はメッキし易く、溶
接し易く、低い熱膨張係数をもち、良好な気密なガラス
密封部を形成する。カーペンター49は、アルミナ基体を
取付けるための基礎物体として用いると、アルミナ基体
に亀裂を生じないであろう。なぜなら、アルミナとカー
ペンター49との間の熱膨張差によって生ずる応力は非常
に小さいからである。
【００３６】更に、カーペンター49はアルミナより速く
膨張し、収縮するので、アルミナ中に生ずる最大応力は
圧縮性である。アルミナは引張りに比較して圧縮に対し
て10倍強い。ＭＩＣ容器にカーペンター49を用いて成功
する鍵は、ガラス対金属の気密な密封部を形成するのに
用いられるアニーリング法にあることが本発明者により
見出されている。望ましい硼珪酸塩ガラスの熱膨張率
は、ガラスの固化温度ではカーペンター49の熱膨張率よ
り小さい。従って、焼成過程中に生ずるガラス中の残留
圧縮応力を解消するためには、ガラスのアニーリングを
行われなければならない。そのようなアニーリングによ
り、ＭＩＬ−ＳＴＤ−883 （それに限定されるものでは
ない）によって規定されているような耐環境性検査選別
の厳しさに耐えられる信頼性のあるガラス密封部が確実
に得られる。
【００３７】ガラス密封部を焼成する前に、ＭＩＣパッ
ケージ容器は全て（１）熱ＨＣｌ酸浴中にそれら容器を
入れることによる化学的清浄化、（２）50％〜60％の相
対湿度（Ｒ．Ｈ．）の湿潤Ｈ2 雰囲気中、1100℃での脱
炭／金属脱ガス、及び（３）容器上に２〜10μinの鉄酸
化物層を成長させるための空気雰囲気中での酸化、にか
ける。
【００３８】図６は、適切にアニールされた良好なガラ
ス対金属密封部を形成するために必要な時間対温度過程
を示している。窒素雰囲気中80の点の室温から開始し、
温度を点82の約900 ℃まで上昇させ、そこで点84まで約
10分間保持する。次に温度を点86の約1000℃まで再び上
昇させ、そこで点88まで約３分間保持する。次に温度を
点90の約490 ℃まで低下させ、その温度で点92まで約20
分間保持し、次に点94まで約60分間に亙り室温へ冷却す
る。
【００３９】図７から図10は、全体的参照番号100 によ
って言及するＭＩＣパッケージの本発明の態様の一例を
示している。ＭＩＣパッケージ100 は実質的に0.02％の
Ｃ、0.50％のＭｎ、0.35％のＳｉ、48.0％のＮｉ及び充
分な残余の鉄からなる合金で、その合金の熱膨張率が約
400 ℃でアルミナの熱膨張率に実質的に合っているよう
な合金から作られた容器102 を有する。そのような市販
の合金の一例は、カーペンター・テクノロジー社からの
カーペンター高透過性49である。容器102 はニッケルメ
ッキされ、次に金メッキされていて、後ではんだ付けが
出来るようなっているのが好ましい。容器102 は底104
、及び底104 の周囲を巡る壁106 を有し、それによっ
て空腔108 を形成している。容器102 は熱塩酸浴を用い
て化学的に清浄にされ、次に湿潤水素雰囲気中で脱炭さ
れている。次に容器102 を空気雰囲気中で酸化し、容器
の表面に２〜10μinの厚さの酸化鉄を成長させる。その
酸化物層は焼成結合中ガラスによる濡れを起こさせるの
に役立ち、気密な金属対ガラス結合を促進する。
【００４０】夫々ガラス密封部112 を有する複数の端子
110 を次に適当な黒鉛固定具を用いて容器102 中に取付
ける。ガラス密封部112 を図８の熱処理過程に従って窒
素雰囲気中で融着及びアニールする。図８の過程の後半
分、アニーリングによって、ガラス密封部112 中の圧縮
応力を解消する。それによって容器102 は底104 に直接
アルミナセラミック基体113 を取付けるのに適したもの
になる。アルミナセラミック基体を、「硬質はんだ」金
・錫又は金・ゲルマニウム共融はんだ（融剤無し）を用
いて取付ける。ニッケル、コバール、又はニッケル／金
メッキしたコバールの如き適当な蓋114 を空腔108 の上
に溶接し、空腔108 内に入れられた電気部品の気密な密
封物を形成する。ニッケル及びコバールは、軍事品調達
に合った品質及び入手性を持つため、好ましい蓋材料で
ある。空腔108 を満たすのに窒素の如き不活性ガス（図
示されていない）を用いるのが好ましく、そのガスは蓋
114 により中に含まれている。端子110 を通して容器10
2 の外界との回路が完成される。
【００４１】ＭＩＣ容器に用いられることの外に本発明
の態様には、電気及びエレクトロニクス防衛合同委員会
（Joint Electrical & Defense Electronics Connitte
e)(JEDEC)規格“ＴＯ−８”及び他の“ＴＯ”シリーズ
のトランジスターパッケージが含まれる。全ての種類の
エレクトロニクス装置でセラミック対金属密封部が用い
られている。これらの密封部は屡々コバール合金部材に
ろう付けされた金属化及びメッキアルミナ又はベリリア
からなる〔ペンシルバニア州リーディングのカーペンタ
ー・テクノロジーのカーペンター鋼部門から発行されて
いる販売パンフレット第７頁「カーペンター膨張制御合
金」(Carpenter Controlled-Expnsion Alloys)参照〕。
上に記載した技術を用いることにより、カーペンター49
を用いた装置の製造収率は、アルミナ基体113 の亀裂が
ないことにより向上するであろう。
【００４２】本発明を現在好ましい態様に関して記述し
てきたが、それらの記載は限定的なものとして解釈すべ
きではないことは分かるであろう。上記記載を読むこと
により当業者には恐らく種々の変更及び修正が明らかに
なるであろう。従って、特許請求の範囲は本発明の真意
及び範囲内に入る全ての変更及び修正を含むものと解釈
されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ガラス対金属密封部に用いられる種々
の材料の温度対線膨張率のグラフである。
【図２】図２(a）は、パッケージ中に直接ガラスを焼成
結合することによりＭＩＣパッケージ中に設置される従
来のフィードスルーの斜視図である。
【図３】図２(b）は、ＭＩＣパッケージにはんだ付けさ
れた従来の予め焼成結合されたフィードスルーの斜視図
である。
【図４】図２(c）は、図２(b）の予め焼成結合されたフ
ィードスルーの上面及び側面図である。
【図５】図３は、高伝導性底を用いた従来のＭＩＣ容器
の斜視図である。
【図６】図４は、特別な基体及びキャリヤーを有する従
来のＭＩＣ容器の斜視図である。
【図７】図５は、銅挿入物を有する従来のＭＩＣ容器の
斜視図である。
【図８】図６は、本発明のガラス密封部のための窒素雰
囲気中でのガラスアニーリング法の時間対温度グラフで
ある。
【図９】図７は、本発明を取り入れたＭＩＣ容器の一例
の上面図である。
【図10】図８は、図７の線８−８に沿ってとったＭＩＣ
容器の例の断面図である。
【図11】図９は、図７のＭＩＣ容器の例の端部の図であ
る。
【図12】図10は、図７のＭＩＣ容器の例の斜視図であ
る。
【符号の説明】 100 ＭＩＣパッケージ 102 容器 104 底 106 壁 108 空腔 110 端子 112 ガラス密封部 113 アルミナセラミック基体 114 蓋

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 実質的に0.02％のＣ、0.50％のＭｎ、0.
    35％のＳｉ、48.0％のＮｉ、及び充分な残余の鉄からな
    る合金で、その熱膨張率がほぼ室温から400℃までアル
    ミナの熱膨張率と実質的に合っている合金からなる容器
    を加熱塩酸浴を用いて化学的に清浄にし、 前記容器を湿潤水素雰囲気中で加熱することにより脱炭
    し、 前記容器を空気雰囲気中で加熱することにより酸化して
    容器の表面に酸化鉄を約２〜10μinの厚さに成長させ、 少なくとも一つのガラス・フィードスルーを固定手段を
    用いて前記容器に固定し、そして前記ガラス・フィード
    スルーを窒素雰囲気中で、実質的に、（１）室温から出
    発し、（２）温度を約900 ℃へ上昇させ、（３）約900
    ℃に約10分間保持し、（４）温度を約1000℃へ上昇さ
    せ、（５）約1000℃で約３分間保持し、（６）約25分間
    に亙り約490 ℃へ低下させ、（７）約490 ℃で約20分間
    保持し、そして（８）約60分間に亙り室温へ低下させる
    熱的過程を用いて加熱することにより前記容器中に融着
    する、 諸工程からなるアルミニウム基体の亀裂を無くす方法。
  2. 【請求項２】 容器をニッケルでメッキし、 前記容器を金でメッキし、 前記容器へ少なくとも一つのアルミナ基体を硬質はんだ
    で取付ける、 ことを更に含む請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 実質的に88％の金及び12％のゲルマニウ
    ムを有する金・ゲルマニウム共融はんだを用いて取付け
    が行われる請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 金・錫はんだを用いて取付けが行われる
    請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 400 ℃より低い硬化温度を有するエポキ
    シを用いて取付けが行われる請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 400 ℃より低い融点温度を有する軟質は
    んだを用いて取付けが行われる請求項２に記載の方法。
  7. 【請求項７】 容器に蓋を溶接し、それによって得られ
    た囲いが気密になり、そしてガラス・フィードスルーと
    前記蓋を通る漏洩に対し前記容器を検査選別する、こと
    を更に含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 容器を少なくとも−55℃の低温から少な
    くとも＋125℃の高温までの環境的循環を少なくとも完
    全に10回行い、そして漏洩、特にガラス・フィードスル
    ーと蓋の周囲の漏洩について前記容器を検査選別する、 ことを更に含む請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 実質的に0.02％のＣ、0.50％のＭｎ、0.
    35％のＳｉ、48.0％のＮｉ、及び充分な残余の鉄からな
    る合金で、その熱膨張率がアルミナ（名目上99.6％のＡ
    l2Ｏ3 ）の熱膨張率と実質的に合っている合金材料から
    なる空腔を有する容器で、脱炭及び酸化されている容
    器、 容器に融着された硼珪酸塩ガラスシールで、そのガラス
    シール内の圧縮応力を除くためアニールされているガラ
    スシール内に配置された末端部を有する少なくとも一つ
    のフィードスルー、及び容器の前記空腔内に取付けられ
    たアルミナセラミック基体、 を具えたエレクトロニクスデバイスパッケージ。
  10. 【請求項10】 合金が米国軍事品調達基準ＭＩＬ−Ｎ−
    14411 Ｂ（ＮＲ）（組成３及び４）に適合する請求項９
    に記載のパッケージ。
  11. 【請求項11】 空腔を気密に閉じる蓋を更に有する請求
    項９に記載のパッケージ。
  12. 【請求項12】 蓋が溶接又ははんだ付けにより容器へ密
    封接合するのに適している請求項11に記載のパッケー
    ジ。
  13. 【請求項13】 蓋によって空腔内に含まれた実質的に１
    気圧の不活性ガスをさらに含む請求項９に記載のパッケ
    ージ。
  14. 【請求項14】 エレクトロニクスパッケージがＭＩＣ容
    器である請求項９に記載のパッケージ。
  15. 【請求項15】 エレクトロニクスパッケージがＪＥＤＥ
    Ｃ“ＴＯ”シリーズトランジスターケースである請求項
    ９に記載のパッケージ。
  16. 【請求項16】 アルミナセラミック基体が、その上に形
    成される回路に用いられる少なくとも一つの貫通孔を有
    し、それによって製造収率を犠牲にすることなく高集積
    化ハイブリッドが可能な請求項９に記載のパッケージ。
JP3150327A 1990-06-22 1991-06-21 アルミナ基体の亀裂を無くす方法 Expired - Fee Related JP2544031B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US542724 1990-06-22
US07/542,724 US5102029A (en) 1990-06-22 1990-06-22 Microwave integrated circuit package to eliminate alumina substrate cracking and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0574977A true JPH0574977A (ja) 1993-03-26
JP2544031B2 JP2544031B2 (ja) 1996-10-16

Family

ID=24165022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3150327A Expired - Fee Related JP2544031B2 (ja) 1990-06-22 1991-06-21 アルミナ基体の亀裂を無くす方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5102029A (ja)
JP (1) JP2544031B2 (ja)
GB (1) GB2246470B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003534529A (ja) * 2000-01-06 2003-11-18 ローズマウント インコーポレイテッド 金ゲルマニューム隔離ろう付け結合を有するサファイヤ圧力センサ用梁

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234048A (en) * 1991-01-14 1993-08-10 Ngk Insulators, Ltd. Sealing members for gas preheaters, and sealing structures using such sealing members for gas preheaters
US5668408A (en) * 1996-04-12 1997-09-16 Hewlett-Packard Company Pin grid array solution for microwave multi-chip modules
US6530701B2 (en) * 2001-02-14 2003-03-11 Jds Uniphase Inc. Hermetic package with optical fiber feedthrough
JP2005317895A (ja) * 2004-03-31 2005-11-10 Citizen Watch Co Ltd 電子部品封止体の製造方法および電子部品封止体
WO2006033772A2 (en) 2004-08-27 2006-03-30 Electro Ceramic Industries Housing for accommodating microwave devices
US8358003B2 (en) * 2009-06-01 2013-01-22 Electro Ceramic Industries Surface mount electronic device packaging assembly
KR20190121348A (ko) * 2017-02-24 2019-10-25 알제이알 테크놀러지스, 인크. 보충 열 발생기를 갖는 공기 공동 패키지
US11079359B2 (en) 2017-06-07 2021-08-03 General Electric Company Sensor system and method
US10605785B2 (en) * 2017-06-07 2020-03-31 General Electric Company Sensor system and method

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1184813A (en) * 1915-05-04 1916-05-30 Westinghouse Electric & Mfg Co Compression-type seal.
US2065404A (en) * 1934-07-19 1936-12-22 Westinghouse Electric & Mfg Co Glass-to-metal seal
US3029559A (en) * 1956-07-25 1962-04-17 Bell Telephone Labor Inc Glass-metal seals
US3577629A (en) * 1968-10-18 1971-05-04 Mallory & Co Inc P R Bonding oxidizable metals to insulators
US3618203A (en) * 1969-08-25 1971-11-09 Olin Mathieson Method of making a glass or ceramic-to-composite metal seal
US3857993A (en) * 1973-11-21 1974-12-31 Raytheon Co Beam lead semiconductor package
US4119363A (en) * 1976-03-18 1978-10-10 Bell Telephone Laboratories Incorporated Package for optical devices including optical fiber-to-metal hermetic seal
US4428523A (en) * 1980-12-12 1984-01-31 United Technologies Corporation Metallic solder composite bonding
US4587144A (en) * 1982-05-13 1986-05-06 Hillel Kellerman Low loss, compression, hermetic glass-to-metal-seal and method
DE3316807A1 (de) * 1983-05-07 1984-11-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Hartlot-legierung zum verbinden von oxidkeramiken unter sich oder mit metallen
US4611746A (en) * 1984-06-28 1986-09-16 International Business Machines Corporation Process for forming improved solder connections for semiconductor devices with enhanced fatigue life
US4837928A (en) * 1986-10-17 1989-06-13 Cominco Ltd. Method of producing a jumper chip for semiconductor devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003534529A (ja) * 2000-01-06 2003-11-18 ローズマウント インコーポレイテッド 金ゲルマニューム隔離ろう付け結合を有するサファイヤ圧力センサ用梁

Also Published As

Publication number Publication date
GB9111969D0 (en) 1991-07-24
JP2544031B2 (ja) 1996-10-16
US5102029A (en) 1992-04-07
GB2246470B (en) 1994-10-05
GB2246470A (en) 1992-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5315155A (en) Electronic package with stress relief channel
US4506108A (en) Copper body power hybrid package and method of manufacture
US5786548A (en) Hermetic package for an electrical device
US5998733A (en) Graphite aluminum metal matrix composite microelectronic package
US7518205B2 (en) Semiconductor package and method for manufacturing the same
US5175611A (en) Microwave integrated circuit package to eliminate alumina substrate cracking
US4266090A (en) All metal flat package
JP2544031B2 (ja) アルミナ基体の亀裂を無くす方法
US5945735A (en) Hermetic sealing of a substrate of high thermal conductivity using an interposer of low thermal conductivity
US5227250A (en) Glass-to-metal seal
KR102252979B1 (ko) 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법
US6037193A (en) Hermetic sealing of a substrate of high thermal conductivity using an interposer of low thermal conductivity
JP3724028B2 (ja) 金属製の容器体およびパッケージ
JP2001326002A (ja) 気密端子
JP3866009B2 (ja) 静電チャックおよび半導体素子収納用パッケージ
US5595514A (en) Feedthrough pin and process for its preparation, and electrical feedthrough made therewith
JPH08162188A (ja) 気密端子
JP3766589B2 (ja) 光半導体素子収納用パッケージ
JPH11126586A (ja) 電池用アルミニウム製封口蓋
JPS637652A (ja) 半導体用気密封止金属パツケ−ジ
JPS637655A (ja) 半導体用気密封止金属パッケージの製造方法
JPH0431187B2 (ja)
JPS637654A (ja) 半導体用気密封止金属パツケ−ジ
JPS63289950A (ja) 半導体用パツケ−ジ
JPS637653A (ja) 半導体用気密封止金属パツケ−ジ

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725

Year of fee payment: 14

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees