JPH07503102A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 半導体装置及びその製造方法 発明の背景 この発明は半導体装置及びそのパッケージに関し、特に当該装置の製造方法に関 する。

この発明は、それに限定されないまでも、特に米国特許第５，０２８，９８７号 に示されているタイプの半導体装置に関し、その主題は本明細書に引用される。

この特許には、平らな上面を有する側壁を備えたカップ状のベースを有するパッ ケージか開示されている。ベースの内側底面には、半導体チップが半田付けされ 、その半導体チップの上面にターミナルリードが接続された状態で延びている。

このパッケージは、ベースの側壁の上面に半田付けされた平坦な蓋を備えている 。

チップターミナルリードは蓋を貫通した穴を通って下側に延び、その穴の側面に 半田付けされる。このパッケージの中にチップか密封される。

上述したパッケージの欠点の一つは、蓋をベースに半田付けする際に、望ましく ない不純物かパッケージ中に残存し、装置自体を不良にする可能性があることで ある。

発明の概要 半導体装置は、カップ状のベースを存するパ・ンケーンを備え、そのベースは底 壁と、上端に横方向外側に延びる金属フランジを有する円形の側壁を備えている 。

フランツはベースの上部周辺全体に渡って延びている。パッケージの蓋は、セラ ミック等でできたプレート状の部を才を備え、その部材の外縁には横方向外側に 延び、ベースフランジと重なり合う金属フランジが形成されている。双方のフラ ンジかパッケージから外側に延びているため、抵抗溶接電極のような接続部材の 間に容易に挟み込むことかでき、パッケージの組立工程において半田付けなしに これらのフランジを接続することができる。

本発明の１つの実施例においては、蓋には貫通穴か形成され、その穴は蓋の下面 に接着された金属ホイル（Ｈｏｉｌ）て密閉される。完成されたパッケージにお いては、金属ホイルはパッケージ中のチップの上面の電極に重なった状態でボン ディングされる。電極へのホイルのポンディング工程において、蓋の上面に下方 向の圧力か加えられ、ホイルか電極に対して押し付けられる。フレキシブルなフ ランジか横方向に延びているため、パッケージ自体もダメージ無く屈曲できる。

本発明の他の実施例においては、蓋には貫通穴か形成され、中空のチューブがそ の貫通穴に密封状態でフィツトするように延びている。パッケージ中のチップに は、チューブ中に密封状態でボンディングされたターミナルリードが備えられて いる。

ここに開示されているのは、半導体基板表面へのターミナルリードのホンディン グにおける応力（歪）を除去する新規な方法である。

図面の簡単な説明 図１は、上述した米国特許第５，０２８，９８７号に示された装置に類似した従 来の半導体装置の断面図である。

図２は、本発明の半導体装置の断面図である。

図３は、図２に示した装置の平面図であり、基板表面にボンディングされたター ミナルリードの１つを示すために蓋の一部をきり割いて示しである。

図４は及び図５は、本発明の他の２つの実施例の断面図である。

図６は、図１の蓋を露出させたのに類似した基板表面の一部の拡大図であり、２ つの基板電極か示されている。

実施例の説明 図１は、従来の半導体デバイス】０を示し、この半導体装置は、銅製等の金属カ ップ状ベース１６を有するパッケージＩ４中に密封された半導体チップ１２と、 セラミック、アルミナ等のプレーＩ・状の蓋１８とを備えている。銅製の薄いホ イル２０か、蓋の外縁２４に沿って当該蓋の内表面２２にボンディングされ、そ の蓋はホイル２０と横方向にベース１６の周辺に延びたフランジ２６との間の半 田ジヨイントによってベースにボンディングされる。デバイスのターミナルリー ド２８は通常エル前型に成形され、水平部分３０はチップ１２の表面部分にボン ディングされ、垂直部分３２は穴３４を通ってセラミック蓋１８まで延びている 。

このリードの垂直部分３２は、穴３４の周辺で蓋にあらかじめボンディングされ た銅ホイル３６や、リード部分３２に半田付けされた金属層等によって、蓋に密 閉状態でシールされる。

上述したように、この種の装置の１つの問題は、蓋１８をベース１６に半田付け する際に、半田付けによって発生する不純物がパッケージ内に残存することにあ る。残存した不純物によって装置自体か不良になってしまうことがある。

図２及び図３には本発明に係る装置４０が示され、これによってトラップされた 不純物による問題か大幅に改善される。この装置４０は、蓋４４のセラミック部 分４２かベースフランジ２６に重なっていないことを除けば、デバイスｌＯにに ている。むしろ、セラミック部分４２にボンディングされた銅ホイル４８がエツ ジ５２の下に延び、ベースフランジ２６に重なっている。

重ねられたフランジ２６と４８は完全に溶接可能な状態になっており、従って、 これらのフランジは半田付けによらず、容易に溶接的にボンディングできる。こ の場合、溶接的とは、超音波ボンディング、熱圧縮ボンディング、熱音波ボンデ ィング、拡散ボンディング、冷溶接、抵抗溶接、レーザー溶接、スポット溶接、 直接ホント銅、及び電子ビーム溶接、電気アーク溶接やガストーチ溶接を含む他 の類似のボンディング方法を意味する。抵抗及びスポット溶接を用いる場合には 、ニッケル鉄合金を比較的高い抵抗で銅ホイルの間に介在材料として挿入する必 要かある。ここで望ましいのは、純銅を純銅に容易にボンディングできる熱圧縮 である。レーザー及び超音波ボンディングは、両方とも特別な場合に使用される 。

装置４０の蓋４４かベース１６に半田によらずボンディングされているため、従 来の半田（コけに起因する不純物の残存という問題点は完全に解消される。

重ねられた状態で配置されたフランジを使用した本発明の他の実施例が図４に示 されている。

これらの図において、装置５６は図２及び図３に示した装置４０に基本的には類 似している。しかしながら、装置４０の垂直方向のターミナルリード２８に代え て、例えば銅製の金属ホイル５８か、半導体チップまたは基板Ｉ２の導電エリア ６０に直接ボンディングされる。金属ホイル５８は蓋６４のセラミック部分４２ の内面の底部分にボンディングされ、蓋６２を貫通した穴を密封する。ホイル５ ８の基板表面エリア６０へのボンディングにおいては、絶対ではないまでも、好 ましくは、拡散ボンディング、熱圧縮ボンディング、金・アルミニウム反応ボン ディング等の半田付けによらない方法でボンディングされる。金・アルミニウム 反応ボンディングにおいては、金薄膜が銅ホイル５８の底に配置か顛基板の導電 表面エリア（電極）６０は、アルミニウムの層か、もしくは、アルミニウム薄膜 に覆われたドープト多結晶シリコン等の導電材料によって構成される。

本発明の実施例に係る装置５６の組立工程においては、半導体基板Ｉ２をベース １６の底壁６８に半田付けし、半田の残りを除去した後、あらかしめボンディン グされた異なるホイル４８と５８を有する蓋６４を、各ホイル５８か対応する基 板電極６０に位置決めされ、蓋フランジ４８がベースフランジ２６に重なるよう に配置される。その後、ベースと蓋の周辺フランジ２６．４８を各々互いにボン ディングし、蓋ホイル５８を基板電極６０にボンディングする。好ましくは、例 えばアルミニウム・全反応または拡散ボンディングのような同一のボンディング を全ての必要なボンディング箇所に適用し、また、全てのボンディング工程（必 要であれば、基板１２とベース１６との半田付けによらないボンディングを含む ）を同時に実施する。

図４に示されているように、蓋セラミック部分４２のエツジ５２はベースフラン ジ２６から内構方向に間隔を開けて配置され、蓋ホイル４８がフレキシブル（例 えば、厚さ０．１ｍｍ、エツジ５２から下方向に１．Ｏｍｍ延びた状態）である ため、蓋６４とベース１６とか相対的に移動可能となる。これは製造工程におい て非常に大きな利点である、というのは、ボンディング工程において、パッケー ジか種々の表面に対して正確に接続されるのに必要なだけ、破損の心配なく屈曲 するからである。更に、正確な表面接触か得られるようにパッケージか柔軟であ るかために、組立パーツの空間的許容範囲か大きくなる。

上述した蓋６４のベースＩ６へのボンディングと、これと同時に行われる蓋ホイ ル５８の基板電極６０へのボンディングの間、基板は蓋とベースの間にきつく挟 まれる。従って、このボンディング工程では、パッケージの上下面へのボンディ ング圧力は装置５６自体にダメージを与えることはない。

装置５６のパッケージか完成した後、ターミナルリード（図示せず）は蓋の穴３ ４に挿入可能となり、その穴に敷かれたホイル５８の露出面にボンディングされ る。ホイルの底面が直接基板表面にボンディングされるため、ボンディング圧力 かかかり得る。また、パッケージか密閉されているため、パッケージの内側を汚 すことなく熱り−ドをホイルに半田付けてきる。

これに代えて、ターミナルリードを使用せず、実際の使用時に、装置穴を貫通し てホイルに接続された突出リードを存する回路基板に装置５６を実装しても良い 。

この装置５６の他の利点としては、基板Ｉ２かベース底壁６８と蓋６４の間に挟 まれホンディングされているため、装置からの放熱経路が２通り形成されること かある。１つの経路は普通にベース１６の底を伝わる経路てあり、他の経路は、 この種のタイプの装置においてはあまり周知でなく、蓋を伝わる経路である。こ れら２つの放熱経路の利点を更に活用するために、必要があれば、装置５６を上 下のヒートシンクの間にきつく挟み込ませるような構造としても良い。

図５に示された装置７０は図２及び図３に示した装置４０に類似しているか、各 穴３４の内壁にボンディングされた、銅等の中空チューブ７２（１つのみを示す ）を含んでいる。装置７０の異なるターミナルリード２８は、チューブ７２の中 を通って延び、各リートは各チューブの内壁にボンディングされる。好ましくは 、これらのリードはチューブの中にある程度余裕をもってフィツトし、チューブ の壁をリードに対して絞り込むことによって容易にボンディングされ、互いに溶 接される。これらのリードはチューブの壁に半田付けしても良い。チューブとり 一トとをきつくはめ込み、また半田接続部と装置の下エツジとの間のり一トの表 面部分をあらかしめ酸化させることにより、半田かパッケージ中にウィッキング （ｗｉｃｋｉｎｇ）するのを防ぐ。周知のように、一般に半田は酸化面を濡らす ことはない。一実施例においては、ターミナルリートが銅てあり、半田か９０％ の鉛と１０％のすすからなる。

また、図５の破線に示されているようにチューブ７０は閉上端７４を備えても良 い。

図６は半導体基板１２の平面図を示し、この基板は当該基板の導電面領域（を極 ）６０に接続されたターミナルリート２８を備えている。隣接した表面領域６０ も図示されているが、通常そこにボンディングされたリードは説明上ここには示 されていない。

基板１２の導電領域６０は通常長方形を成し、一方の縁８２にスロット８０を備 えている。導電領域６０は、ニッケルのような半田塗れする素材から形成されて いる。スロット８０は、二酸化シリコンのような半田塗れしない基板１２の表面 部分に配置されこれを露出する。半田としては、９０％の鉛と１０％のすすの成 分の物を使用可能である。

ターミナルリート２８は、ベース部分３０と垂直部分３２とを備えている（図２ 参照）。このベース部分３０は導電領域６０に半田付けされ、ベース部分は通常 導電領域に対応する形状を存し、一端８６にスロット８４を備えている。ターミ ナルリードの垂直部分３２は、スロット８４の下側の縁においてベース部分３０ と接続される。

ターミナルリートベース部分３０は、導電領域６０のスロット８０かベース部分 ３０のスロット８４よりも深いことを除いて、基礎になる導電領域６０の周囲の 中にフィツトする。これにより、ベース部分３０中のスロット８４の底縁全体か 直接導電領域に形成されのではなく、一部分かスロット８０を通して露出した基 礎となる二酸化シリコン表面の上に形成される。その半田は二酸化シリコンと接 着しないため、垂直部分３２のベース部分への接着領域を含むベース部分の領域 は基板表面にはボンディングされない。これにより、垂直及びベース部分の間か 非常にフレキシブルな状態となり、回路基板に当該装置をマウントする際に生し 易いリートと基板の接続不良か改善される。ターミナルリードの選択的なホンデ ィングにより、上述した米国特許１５．０２８，９８７号の図４に示されたター ミナルリードの屈曲に比べ、歪か除去される。

ＦＩＧ、　ｉ　ＰＲＩＯＲＡＲＴ Ｆ／６３ 補正帯の翻訳文提出帯（特許法第１８４条の８）平成６年７月１９唾廚

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．パッケージとその中に配置された半導体基板を備えた半導体装置において、 前記パッケージはカップ伏ベースを備え、当該ベースは、底壁と、外側に向かっ て前記ベースの周囲に横方向外側に延びる金属フランジ中で終わる上端を有する 側壁とを有し、 前記パッケージは、更に、セミック等でできたプレート伏の部材と、前記部材の エッジにボンディングされ、そこから横方向外側に向かって延び、当該部材の周 囲をを完全に覆うように形成され金属ホイルとを有する蓋を備え前記金属ホイル は前記フランジに重なり合い、前記蓋をベースに対して密封状態でシーリングす るように前記ホイルとフランジが半田付けなしにボンディングされている。
2. ２．前記請求項１記載の装置において、前記プレート上の部材がそれを貫通する 穴（アパーチャー）を有し、当該穴は前記部材の内面中に開口部（オープニング ）を有し、前記内面にボンディングされ前記穴の開口部に延びてそれをシールす る金属ホイルを備えている。
3. ３．前記請求項２記載の装置がターミナルリードを備え、当該リードは前記パッ ケージの外側から前記穴に向かって延び、前記開口部を通してホイルと電気的に 接続される。
4. ４．前記請求項１記載の装置において、前記プレート上部材が前記パッケージ中 に形成された開口部と、前記穴の中に延びる中空チューブと、前記チューブの中 に延びる前記基板の表面部分に接続され、それの壁部分にボンディングされたタ ーミナルリードとを備え、 前記チューブの壁部分の外側面が前記チューブの壁とボンディングされている。
5. ５．半田塗れしない素材を含む表面部分を有する半導体基板と、前記基板表面上 に露出され、半田塗れする素材の導電領域と、ターミナルリードとを備え、 前記ターミナルリードが、前記導電領域のエッジから下に延び、前記半田塗れし ない材料の上に形成されたセグメントを除いて当該導電領域と半田付けされるベ ース部分と、前記セグメントにおいて前記ベース部分と接続される垂直部分とを 備えた半導体装置。