JPH10223792A - 低熱伝導率のキャップを高熱伝導率の基板に固定する方法 - Google Patents
低熱伝導率のキャップを高熱伝導率の基板に固定する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低熱伝導率のインタポーザを用いて、窒化ア
ルミニウム基板のような高熱伝導率の基板を気密封止す
る新しい方法、およびその構造を提供する。 【解決手段】 本発明は、新規な熱インタポーザを用い
て、窒化アルミニウム基板１０に固定される気密キャッ
プ２０を含んでいる。新規な熱インタポーザは、基本的
に、比較的高い熱伝導率の金属材料よりなる層１３，１
５を備え、これら層は、低熱伝導率の金属材料よりなる
コア層２３を挟み込んでいる。
ルミニウム基板のような高熱伝導率の基板を気密封止す
る新しい方法、およびその構造を提供する。 【解決手段】 本発明は、新規な熱インタポーザを用い
て、窒化アルミニウム基板１０に固定される気密キャッ
プ２０を含んでいる。新規な熱インタポーザは、基本的
に、比較的高い熱伝導率の金属材料よりなる層１３，１
５を備え、これら層は、低熱伝導率の金属材料よりなる
コア層２３を挟み込んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、低熱伝
導率のインタポーザを用いて、窒化アルミニウム基板の
ような高熱伝導率の基板を気密封止する新しい方法、お
よびその構造に関する。特に、本発明は、新規な熱イン
タポーザを用いて、窒化アルミニウム基板に固定される
気密キャップを含んでいる。新規な熱インタポーザは、
基本的に、比較的高い熱伝導率の金属材料よりなる複数
の層を備え、これら層は、低熱伝導率の金属材料よりな
るコア層を挟み込んでいる。
導率のインタポーザを用いて、窒化アルミニウム基板の
ような高熱伝導率の基板を気密封止する新しい方法、お
よびその構造に関する。特に、本発明は、新規な熱イン
タポーザを用いて、窒化アルミニウム基板に固定される
気密キャップを含んでいる。新規な熱インタポーザは、
基本的に、比較的高い熱伝導率の金属材料よりなる複数
の層を備え、これら層は、低熱伝導率の金属材料よりな
るコア層を挟み込んでいる。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスは、新しい技術の発展に
よって、より小さく且つより高密度になりつつある。し
かし、回路密度の増大は、競争力を保持するために全チ
ップ要件の対応する増大をもたらす。したがって、チッ
プの製造メーカは、彼等の製造方法、および彼等の製品
を作るのに用いられる材料を改良する新しい方法を確認
することによって、彼等の製品の品質を改善することに
挑戦している。一方、プロセス変動を排除または軽減す
るために、かなりの改良がなされてきた。方法の改良の
みでは、製造歩留りおよび信頼性の両方を改善するには
不十分である。したがって、半導体の製造メーカが競争
力を維持するためには、新しい方法および構造を発見し
なければならない。
よって、より小さく且つより高密度になりつつある。し
かし、回路密度の増大は、競争力を保持するために全チ
ップ要件の対応する増大をもたらす。したがって、チッ
プの製造メーカは、彼等の製造方法、および彼等の製品
を作るのに用いられる材料を改良する新しい方法を確認
することによって、彼等の製品の品質を改善することに
挑戦している。一方、プロセス変動を排除または軽減す
るために、かなりの改良がなされてきた。方法の改良の
みでは、製造歩留りおよび信頼性の両方を改善するには
不十分である。したがって、半導体の製造メーカが競争
力を維持するためには、新しい方法および構造を発見し
なければならない。
【０００３】米国特許第４，０２０，９８７号明細書
は、上側および下側の薄い合金コーティングを有する厚
い合金コアを開示している。この合金コアは、打ち抜か
れて、容器の気密封止に用いられる打ち抜き成形はんだ
リングを形成する。
は、上側および下側の薄い合金コーティングを有する厚
い合金コアを開示している。この合金コアは、打ち抜か
れて、容器の気密封止に用いられる打ち抜き成形はんだ
リングを形成する。
【０００４】米国特許第５，１５９，４３２号明細書
は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いる半導体デ
バイス用のパッケージを開示している。このパッケージ
は、良好な熱放射特性を有し、低融点ガラスで気密封止
されている。
は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用いる半導体デ
バイス用のパッケージを開示している。このパッケージ
は、良好な熱放射特性を有し、低融点ガラスで気密封止
されている。
【０００５】米国特許第５，４６３，２４８号明細書
は、上に半導体エレメントが設けられた窒化アルミニウ
ム基板と、封止ガラスおよび取付けガラスを用いて、基
板に固定されたセラミック封止部材またはキャップとを
有する半導体パッケージを教示している。
は、上に半導体エレメントが設けられた窒化アルミニウ
ム基板と、封止ガラスおよび取付けガラスを用いて、基
板に固定されたセラミック封止部材またはキャップとを
有する半導体パッケージを教示している。
【０００６】上述した方法は、すべて、気密封止のため
に全パッケージの炉リフローを必要とする。
に全パッケージの炉リフローを必要とする。
【０００７】しかし、シーム封止として知られている抵
抗はんだ付け方法を用いて、セラミック・パッケージ上
に、（はんだ／ろう）金属蓋を気密封止することもでき
る。これら従来のアルミナ基板（セラミック・パッケー
ジまたはガラスセラミック・パッケージに基づくよう
な）は、比較的低い熱伝導率を有し、シーム封止方法を
用いて、はんだ／ろう接合をリフローするのに必要とさ
れる局部加熱を行うことを容易にする。
抗はんだ付け方法を用いて、セラミック・パッケージ上
に、（はんだ／ろう）金属蓋を気密封止することもでき
る。これら従来のアルミナ基板（セラミック・パッケー
ジまたはガラスセラミック・パッケージに基づくよう
な）は、比較的低い熱伝導率を有し、シーム封止方法を
用いて、はんだ／ろう接合をリフローするのに必要とさ
れる局部加熱を行うことを容易にする。
【０００８】しかし、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板
は、設計上、比較的高い熱伝導率を有し、熱キャップま
たは蓋と、ＡｌＮ基板上の封止リング・メタライゼーシ
ョンとの間のはんだ／ろう接合のウェッティング（ぬ
れ）／リフローを実行するために、十分な局部加熱を維
持することを極めて困難にする。
は、設計上、比較的高い熱伝導率を有し、熱キャップま
たは蓋と、ＡｌＮ基板上の封止リング・メタライゼーシ
ョンとの間のはんだ／ろう接合のウェッティング（ぬ
れ）／リフローを実行するために、十分な局部加熱を維
持することを極めて困難にする。
【０００９】しかし、発明者らは、ＡｌＮ基板の面上に
実装された電子デバイスを収容しながら、熱キャップま
たは蓋とＡｌＮ基板との間に、革新的な封止リング熱イ
ンタポーザを用いて、例えばＡｌＮ基板のような比較的
高い熱伝導率の基板に、熱キャップまたは蓋を固定する
問題を克服する方法を見い出した。
実装された電子デバイスを収容しながら、熱キャップま
たは蓋とＡｌＮ基板との間に、革新的な封止リング熱イ
ンタポーザを用いて、例えばＡｌＮ基板のような比較的
高い熱伝導率の基板に、熱キャップまたは蓋を固定する
問題を克服する方法を見い出した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱インタポ
ーザを用いて、窒化アルミニウム基板のような高熱伝導
率の基板を気密封止する新しい方法、およびその構造で
ある。
ーザを用いて、窒化アルミニウム基板のような高熱伝導
率の基板を気密封止する新しい方法、およびその構造で
ある。
【００１１】したがって、本発明の１つの目的は、新規
な熱インタポーザを用いて、窒化アルミニウム基板のよ
うな高熱伝導率の基板に固定される気密キャップを与え
る方法および構造を提供することにある。
な熱インタポーザを用いて、窒化アルミニウム基板のよ
うな高熱伝導率の基板に固定される気密キャップを与え
る方法および構造を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的は、低熱伝導率の金属材
料よりなるコア層を挟む、高熱伝導率の金属材料よりな
る層を基本的に有する新規な熱インタポーザを提供する
ことにある。
料よりなるコア層を挟む、高熱伝導率の金属材料よりな
る層を基本的に有する新規な熱インタポーザを提供する
ことにある。
【００１３】本発明のさらに他の目的は、ＡｌＮ基板の
熱膨張係数（ＴＣＥ）に一致するインタポーザ・コアの
ＴＣＥを有することにある。
熱膨張係数（ＴＣＥ）に一致するインタポーザ・コアの
ＴＣＥを有することにある。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、比較的低い熱
伝導率を有する熱インタポーザのコア層を提供すること
にある。
伝導率を有する熱インタポーザのコア層を提供すること
にある。
【００１５】本発明のさらに他の目的は、比較的低い熱
伝導率を有し、ＡｌＮのＴＣＥに一致し、気密封止を与
える材料よりなる蓋または熱キャップを提供することに
ある。
伝導率を有し、ＡｌＮのＴＣＥに一致し、気密封止を与
える材料よりなる蓋または熱キャップを提供することに
ある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の１
つの態様は、低熱伝導率のキャップを、高熱伝導率の基
板に固定する方法であって、（ａ）少なくとも１つの封
止バンドを、前記高熱伝導率の基板の周囲に固定する工
程を含み、前記封止バンドは、前記高熱伝導率の基板の
表面に額縁を形成し、（ｂ）少なくとも１つの第１の高
熱伝導率材料を、前記少なくとも１つの封止バンドに固
定する工程と、（ｃ）少なくとも１つの低熱伝導率材料
を、前記少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料に固定
する工程と、（ｄ）少なくとも１つの第２の高熱伝導率
材料を、前記少なくとも１つの低熱伝導率材料に固定す
る工程と、（ｅ）前記低熱伝導率のキャップを、前記少
なくとも１つの第２の高熱伝導率材料に固定する工程と
を含む。
つの態様は、低熱伝導率のキャップを、高熱伝導率の基
板に固定する方法であって、（ａ）少なくとも１つの封
止バンドを、前記高熱伝導率の基板の周囲に固定する工
程を含み、前記封止バンドは、前記高熱伝導率の基板の
表面に額縁を形成し、（ｂ）少なくとも１つの第１の高
熱伝導率材料を、前記少なくとも１つの封止バンドに固
定する工程と、（ｃ）少なくとも１つの低熱伝導率材料
を、前記少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料に固定
する工程と、（ｄ）少なくとも１つの第２の高熱伝導率
材料を、前記少なくとも１つの低熱伝導率材料に固定す
る工程と、（ｅ）前記低熱伝導率のキャップを、前記少
なくとも１つの第２の高熱伝導率材料に固定する工程と
を含む。
【００１７】他の態様では、本発明は、封止バンドを用
いて、高熱伝導率の基板に固定された低熱伝導率のキャ
ップと、第１の高熱伝導率材料と、低熱伝導率材料と、
第２の高熱伝導率材料とを有する半導体パッケージであ
る。
いて、高熱伝導率の基板に固定された低熱伝導率のキャ
ップと、第１の高熱伝導率材料と、低熱伝導率材料と、
第２の高熱伝導率材料とを有する半導体パッケージであ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板
の気密封止は、典型的に、炉リフロー法によって行われ
る。この炉リフロー法では、基本的に、ＡｌＮパッケー
ジ全体を、炉内に設置する。
の気密封止は、典型的に、炉リフロー法によって行われ
る。この炉リフロー法では、基本的に、ＡｌＮパッケー
ジ全体を、炉内に設置する。
【００１９】次に、炉の温度を、ＡｌＮパッケージの封
止に用いられるはんだ／ろうのリフロー温度にまで上昇
する。炉リフロー法によって通常用いられるはんだ／ろ
う温度は、約２２５℃〜約４００℃の範囲にある。この
高いリフロー温度は、例えば、半導体チップ，減結合キ
ャパシタ，薄膜配線のような表面実装電子エレメントま
たはコンポーネントに対し、重大な問題を有している。
止に用いられるはんだ／ろうのリフロー温度にまで上昇
する。炉リフロー法によって通常用いられるはんだ／ろ
う温度は、約２２５℃〜約４００℃の範囲にある。この
高いリフロー温度は、例えば、半導体チップ，減結合キ
ャパシタ，薄膜配線のような表面実装電子エレメントま
たはコンポーネントに対し、重大な問題を有している。
【００２０】炉リフロー法を用いる際に生じる他の問題
は、リフローによる、取り付けられたコンポーネントの
信頼性、および熱劣化である。
は、リフローによる、取り付けられたコンポーネントの
信頼性、および熱劣化である。
【００２１】シーム封止は、用いることのできる他の方
法である。シーム封止は、抵抗溶接を用いて、電極コン
タクトの隣接局部領域にあるはんだ／ろうをリフローす
る。
法である。シーム封止は、抵抗溶接を用いて、電極コン
タクトの隣接局部領域にあるはんだ／ろうをリフローす
る。
【００２２】１つのシーム封止方法は、外側の蓋シール
領域の近くに配置された電極ホイールの使用を含んでい
る。次に、この電極ホイールを、蓋シール領域の周りに
動かし、および蓋シール領域での温度の高集中を用い
て、はんだまたはろうをリフローし、蓋を蓋シール領域
でシールする。
領域の近くに配置された電極ホイールの使用を含んでい
る。次に、この電極ホイールを、蓋シール領域の周りに
動かし、および蓋シール領域での温度の高集中を用い
て、はんだまたはろうをリフローし、蓋を蓋シール領域
でシールする。
【００２３】金属蓋の従来のシーム封止は、一般に、ア
ルミナおよびガラス・セラミックのような低熱伝導率の
基板上で行われる。電極に印加されるパルス電流は、短
い時間間隔（ミリ秒）である。
ルミナおよびガラス・セラミックのような低熱伝導率の
基板上で行われる。電極に印加されるパルス電流は、短
い時間間隔（ミリ秒）である。
【００２４】しかし、この従来のシーム封止方法が、窒
化アルミニウムのような高熱伝導率を有する基板に適用
されると、基板本体への熱放散が非常に急速で、その結
果、基板シール・バンドへのはんだ／ろうのリフローお
よびウェッティングが不完全になる。
化アルミニウムのような高熱伝導率を有する基板に適用
されると、基板本体への熱放散が非常に急速で、その結
果、基板シール・バンドへのはんだ／ろうのリフローお
よびウェッティングが不完全になる。
【００２５】しかし、発明者らは、ＡｌＮ基板のような
高熱伝導率の基板を、低熱伝導率のインタポーザと共
に、シーム封止方法を用いることによって、気密封止で
きることを見い出した。理解を容易にならしめるため
に、高熱伝導率の基板を、ＡｌＮ基板の特定の例によっ
て説明する。
高熱伝導率の基板を、低熱伝導率のインタポーザと共
に、シーム封止方法を用いることによって、気密封止で
きることを見い出した。理解を容易にならしめるため
に、高熱伝導率の基板を、ＡｌＮ基板の特定の例によっ
て説明する。
【００２６】また、発明に係るシーム封止方法は、Ａｌ
Ｎ基板上の局部加熱の故に、信頼性の問題を有しておら
ず、これは蓋シール領域のみに集中する熱に対して与え
られるインタポーザの低い熱伝導率によることを発見し
た。
Ｎ基板上の局部加熱の故に、信頼性の問題を有しておら
ず、これは蓋シール領域のみに集中する熱に対して与え
られるインタポーザの低い熱伝導率によることを発見し
た。
【００２７】この発見は、窒化アルミニウム基板のよう
な高熱伝導率の基板の熱膨張係数（ＴＣＥ）と好適に一
致する熱インタポーザの使用を含んでいる。熱インタポ
ーザの使用により、窒化アルミニウム基板への熱放散は
かなり減少し、はんだ／ろうの完全な溶融、および基板
封止リングの連続ウェッティングが実現した。熱インタ
ポーザは、比較的低い熱伝導率を有さなければならな
い。
な高熱伝導率の基板の熱膨張係数（ＴＣＥ）と好適に一
致する熱インタポーザの使用を含んでいる。熱インタポ
ーザの使用により、窒化アルミニウム基板への熱放散は
かなり減少し、はんだ／ろうの完全な溶融、および基板
封止リングの連続ウェッティングが実現した。熱インタ
ポーザは、比較的低い熱伝導率を有さなければならな
い。
【００２８】図１は、本発明の一実施例を示す。この実
施例では、発明に係る熱インタポーザ２３が、ＡｌＮ基
板のような高熱伝導率の基板１０に固定されている。Ａ
ｌＮ基板１０上で、例えばはんだ／ろう層１３のよう
な、少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料１３を、封
止バンドまたはリング１９上に形成する。このリング１
９は、例えば、窒化アルミニウム基板１０上のニッケル
／金めっき封止リング１９である。高熱伝導率の基板１
０は、好ましくは、約１４０Ｗ／ｍＫ〜約２１０Ｗ／ｍ
Ｋ（ワット／メータ・ケルビン）の熱伝導率を有してい
る。
施例では、発明に係る熱インタポーザ２３が、ＡｌＮ基
板のような高熱伝導率の基板１０に固定されている。Ａ
ｌＮ基板１０上で、例えばはんだ／ろう層１３のよう
な、少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料１３を、封
止バンドまたはリング１９上に形成する。このリング１
９は、例えば、窒化アルミニウム基板１０上のニッケル
／金めっき封止リング１９である。高熱伝導率の基板１
０は、好ましくは、約１４０Ｗ／ｍＫ〜約２１０Ｗ／ｍ
Ｋ（ワット／メータ・ケルビン）の熱伝導率を有してい
る。
【００２９】封止バンドまたはリング１９を、ＡｌＮ基
板１０の外周に、バンド状または額縁のように形成す
る。封止バンド層１９のための好適な材料は、例えばニ
ッケル／金，金／錫，錫／銀，またはこれらの合金より
なるグループから選択する。
板１０の外周に、バンド状または額縁のように形成す
る。封止バンド層１９のための好適な材料は、例えばニ
ッケル／金，金／錫，錫／銀，またはこれらの合金より
なるグループから選択する。
【００３０】第１の高熱伝導率材料層１３、すなわちは
んだ／ろう層１３のための好適な材料は、例えば、金／
錫，錫／銀，錫／鉛，またはこれらの合金よりなるグル
ープから選択する。
んだ／ろう層１３のための好適な材料は、例えば、金／
錫，錫／銀，錫／鉛，またはこれらの合金よりなるグル
ープから選択する。
【００３１】次に、少なくとも１つの熱インタポーザ・
コア２３を、第１のはんだ／ろう層１３上に形成する。
熱インタポーザ２３のための好適な材料は、例えば、ニ
ッケル／鉄，合金４２，合金４５，またはこれらの合金
よりなるグループから選択する。好ましくは、低熱伝導
率のインタポーザ２３は、約１４Ｗ／ｍＫ〜約２０Ｗ／
ｍＫの熱伝導率を有している。
コア２３を、第１のはんだ／ろう層１３上に形成する。
熱インタポーザ２３のための好適な材料は、例えば、ニ
ッケル／鉄，合金４２，合金４５，またはこれらの合金
よりなるグループから選択する。好ましくは、低熱伝導
率のインタポーザ２３は、約１４Ｗ／ｍＫ〜約２０Ｗ／
ｍＫの熱伝導率を有している。
【００３２】熱インタポーザ２３は、ＡｌＮ基板１０の
ＴＣＥ（熱膨張係数）に極めて一致したＴＣＥを有する
合金４２を用いて作ることができ、あるいは、他の類似
の材料を熱インタポーザとして用いることができる。
ＴＣＥ（熱膨張係数）に極めて一致したＴＣＥを有する
合金４２を用いて作ることができ、あるいは、他の類似
の材料を熱インタポーザとして用いることができる。
【００３３】例えば、減結合キャパシタまたは半導体チ
ップ２７のような表面実装電子コンポーネント２７を、
はんだボール１７のような相互接続１７といった技術上
周知の方法によって、ＡｌＮ基板１０に取り付けること
ができる。電子コンポーネント２７は、図２に示される
蓋またはキャップ２０の固定前であるならば、ＡｌＮ基
板１０上にいつでも実装することができる。しかし、Ａ
ｌＮ基板１０は、薄膜，配線などのような他の電子コン
ポーネント（理解しやすくするために図示していない）
を、有することもできる。
ップ２７のような表面実装電子コンポーネント２７を、
はんだボール１７のような相互接続１７といった技術上
周知の方法によって、ＡｌＮ基板１０に取り付けること
ができる。電子コンポーネント２７は、図２に示される
蓋またはキャップ２０の固定前であるならば、ＡｌＮ基
板１０上にいつでも実装することができる。しかし、Ａ
ｌＮ基板１０は、薄膜，配線などのような他の電子コン
ポーネント（理解しやすくするために図示していない）
を、有することもできる。
【００３４】はんだ／ろう層１５のような少なくとも１
つの第２の高熱伝導率材料層１５を、熱インタポーザ２
３上に形成する。第２のはんだ／ろう層１５のための好
適な材料は、例えば、金／錫，錫／銀，錫／鉛，または
これらの合金よりなるグループから選択する。
つの第２の高熱伝導率材料層１５を、熱インタポーザ２
３上に形成する。第２のはんだ／ろう層１５のための好
適な材料は、例えば、金／錫，錫／銀，錫／鉛，または
これらの合金よりなるグループから選択する。
【００３５】第１の熱伝導材料１３または第２の熱伝導
材料１５の熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫ〜約６０Ｗ／ｍ
Ｋの範囲にある。
材料１５の熱伝導率は、約５０Ｗ／ｍＫ〜約６０Ｗ／ｍ
Ｋの範囲にある。
【００３６】図２は、本発明の完成した実施例であるＡ
ｌＮパッケージ２５を示す。この実施例では、低熱伝導
率のキャップ２０のような熱キャップまたは蓋２０が、
従来のシーム封止方法を用いて、発明に係る熱インタポ
ーザ２３を介して、ＡｌＮ基板１０に固定されている。
熱キャップまたは蓋２０は、好ましくは、合金４２より
なる蓋２０である。
ｌＮパッケージ２５を示す。この実施例では、低熱伝導
率のキャップ２０のような熱キャップまたは蓋２０が、
従来のシーム封止方法を用いて、発明に係る熱インタポ
ーザ２３を介して、ＡｌＮ基板１０に固定されている。
熱キャップまたは蓋２０は、好ましくは、合金４２より
なる蓋２０である。
【００３７】熱インタポーザ２３上に蓋２０が適切にシ
ーム封止された後に、蓋２０は、気密電子パッケージ２
５を形成する。
ーム封止された後に、蓋２０は、気密電子パッケージ２
５を形成する。
【００３８】はんだ／ろう層１３で熱インタポーザ２３
を封止バンド１９に予備ろう付けすることによって、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１０への熱放散は、シー
ム封止プロセスの際に、かなり減少したことがわかっ
た。
を封止バンド１９に予備ろう付けすることによって、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）基板１０への熱放散は、シー
ム封止プロセスの際に、かなり減少したことがわかっ
た。
【００３９】熱インタポーザ２３は、また、封止バンド
１９へのウェッティングを実現するのに十分に長い時間
の間、ＡｌＮ基板１０への熱エネルギーの放散を阻止す
ることがわかった。このことは、電子パッケージ２５の
再生可能な気密性を得ることを可能にする。
１９へのウェッティングを実現するのに十分に長い時間
の間、ＡｌＮ基板１０への熱エネルギーの放散を阻止す
ることがわかった。このことは、電子パッケージ２５の
再生可能な気密性を得ることを可能にする。
【００４０】炉リフローをこのプロセスで用いて、第１
のはんだ／ろう層１３およびインタポーザ・コア２３
を、封止バンド１９を介して、ＡｌＮ基板１０に固定す
ることができる。第１のはんだ／ろう層１３の炉リフロ
ーは、ＡｌＮ基板１０上の封止リング１９への、熱イン
タポーザ２３の良好なウェッティング／接合を保証す
る。最適な炉リフローは、窒素および水素の雰囲気を用
いて、実現された。はんだ／ろう内の気泡は最小とさ
れ、熱インタポーザ２３の上面は、シーム封止プロセス
の間、清浄に保たれた。
のはんだ／ろう層１３およびインタポーザ・コア２３
を、封止バンド１９を介して、ＡｌＮ基板１０に固定す
ることができる。第１のはんだ／ろう層１３の炉リフロ
ーは、ＡｌＮ基板１０上の封止リング１９への、熱イン
タポーザ２３の良好なウェッティング／接合を保証す
る。最適な炉リフローは、窒素および水素の雰囲気を用
いて、実現された。はんだ／ろう内の気泡は最小とさ
れ、熱インタポーザ２３の上面は、シーム封止プロセス
の間、清浄に保たれた。
【００４１】熱インタポーザ２３は、ＡｌＮ基板１０へ
の熱伝達をかなり低下させて、再現可能な気密封止を可
能にするだけでなく、基板／ろう界面での応力低減部と
して働くことがわかった。
の熱伝達をかなり低下させて、再現可能な気密封止を可
能にするだけでなく、基板／ろう界面での応力低減部と
して働くことがわかった。
【００４２】ＡｌＮ基板１０上の封止リング１９上に予
備ろう付けされた熱インタポーザ２３の使用は、また、
成形ろう１５の一様な局部リフローを可能にする。成形
ろうは、シーム封止プロセスの際に、熱キャップまたは
蓋２０を、インタポーザ２３に取り付ける。
備ろう付けされた熱インタポーザ２３の使用は、また、
成形ろう１５の一様な局部リフローを可能にする。成形
ろうは、シーム封止プロセスの際に、熱キャップまたは
蓋２０を、インタポーザ２３に取り付ける。
【００４３】前述したように、熱インタポーザ２３の比
較的低い熱伝導率の故に、ＡｌＮ１０への熱放散がかな
り減少するので、前記一様な局部リフローが可能とな
る。このことは、インタポーザ２３の完全なウェッティ
ングを可能にし、蓋面２０は、成形ろう１５によって良
好な気密性を保証する。
較的低い熱伝導率の故に、ＡｌＮ１０への熱放散がかな
り減少するので、前記一様な局部リフローが可能とな
る。このことは、インタポーザ２３の完全なウェッティ
ングを可能にし、蓋面２０は、成形ろう１５によって良
好な気密性を保証する。
【００４４】以下の例は、本発明をさらに説明すること
を意図しており、本発明の範囲を限定するものではな
い。
を意図しており、本発明の範囲を限定するものではな
い。
【００４５】（例１）標準的なシーム封止方法を用いて
作製した、熱インタポーザ２３の無い窒化アルミニウム
・パッケージを、気密性に対してテストした。すべての
これらのパッケージは、液体対液体（−６５℃〜１５０
℃）テストにおいて不合格となった。
作製した、熱インタポーザ２３の無い窒化アルミニウム
・パッケージを、気密性に対してテストした。すべての
これらのパッケージは、液体対液体（−６５℃〜１５０
℃）テストにおいて不合格となった。
【００４６】さらなるテストにより、金属蓋２０をＡｌ
Ｎ基板１０にシーム封止する際に、ろうまたははんだ材
料が液体状態になるとすぐに、完全な熱導通路が形成さ
れて、ＡｌＮ基板１０の熱が急速に放散され、封止バン
ド１９とインタポーザ２３との間に不完全なフィレッテ
ィング（ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）またはウェッティングを
生じることが発見された。ＡｌＮ基板１０のＴＣＥは、
約３．４×１０-6ｐｐｍであった。
Ｎ基板１０にシーム封止する際に、ろうまたははんだ材
料が液体状態になるとすぐに、完全な熱導通路が形成さ
れて、ＡｌＮ基板１０の熱が急速に放散され、封止バン
ド１９とインタポーザ２３との間に不完全なフィレッテ
ィング（ｆｉｌｌｅｔｉｎｇ）またはウェッティングを
生じることが発見された。ＡｌＮ基板１０のＴＣＥは、
約３．４×１０-6ｐｐｍであった。
【００４７】（例２）本発明のシーム封止方法を用いて
作製した、熱インタポーザ２３を有する窒化アルミニウ
ム・パッケージ２５を、液体対液体（−６５℃〜１５０
℃）テストを用いて、気密性に対してテストした。熱イ
ンタポーザ２３を有するＡｌＮパッケージは、２，００
０サイクル後も、依然として気密性があった。
作製した、熱インタポーザ２３を有する窒化アルミニウ
ム・パッケージ２５を、液体対液体（−６５℃〜１５０
℃）テストを用いて、気密性に対してテストした。熱イ
ンタポーザ２３を有するＡｌＮパッケージは、２，００
０サイクル後も、依然として気密性があった。
【００４８】用いた合金４２のＴＣＥは、約４．３×１
０-6ｐｐｍであり、ＡｌＮ基板１０のＴＣＥは、約３．
４×１０-6ｐｐｍであった。
０-6ｐｐｍであり、ＡｌＮ基板１０のＴＣＥは、約３．
４×１０-6ｐｐｍであった。
【００４９】本発明を、特定の好適な実施例について説
明したが、前述した説明から、当業者には多くの変形，
変更が可能なことは明らかである。したがって、特許請
求の範囲の請求項は、本発明の範囲および趣旨内の変
形，変更を含むことを意図している。
明したが、前述した説明から、当業者には多くの変形，
変更が可能なことは明らかである。したがって、特許請
求の範囲の請求項は、本発明の範囲および趣旨内の変
形，変更を含むことを意図している。
【００５０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）低熱伝導率のキャップを、高熱伝導率の基板に固
定する方法において、（ａ）少なくとも１つの封止バン
ドを、前記高熱伝導率の基板の周囲に固定する工程を含
み、前記封止バンドは、前記高熱伝導率の基板の表面に
額縁を形成し、（ｂ）少なくとも１つの第１の高熱伝導
率材料を、前記少なくとも１つの封止バンドに固定する
工程と、（ｃ）少なくとも１つの低熱伝導率材料を、前
記少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料に固定する工
程と、（ｄ）少なくとも１つの第２の高熱伝導率材料
を、前記少なくとも１つの低熱伝導率材料に固定する工
程と、（ｅ）前記低熱伝導率のキャップを、前記少なく
とも１つの第２の高熱伝導率材料に固定する工程とを含
む、ことを特徴とする方法。 （２）前記封止バンドを、ニッケル／金，金／錫，錫／
銀，およびそれらの合金よりなるグループから選択する
ことを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （３）前記第１の高熱伝導率材料を、金／錫，錫／銀，
錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループから選択
することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （４）前記第２の高熱伝導率材料を、金／錫，錫／銀，
錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループから選択
することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （５）前記低熱伝導率材料を、ニッケル／鉄，合金４
２，合金４５，およびそれらの合金よりなるグループか
ら選択することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （６）前記低熱伝導率のキャップの材料を、ニッケル／
鉄，合金４２，合金４５，およびそれらの合金よりなる
グループから選択することを特徴とする上記（１）に記
載の方法。 （７）前記高熱伝導率の基板は、窒化アルミニウム基板
であることを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （８）前記第１の高熱伝導率材料を、炉リフロー方法を
用いて、前記高熱伝導率の基板上の前記封止バンドに固
定することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （９）前記低熱伝導率のキャップを、シーム封止方法を
用いて、前記第２の高熱伝導率材料に固定することを特
徴とする上記（１）に記載の方法。 （１０）前記低熱伝導率のキャップは、前記高熱伝導率
の基板と、気密封止を形成することを特徴とする上記
（１）に記載の方法。 （１１）少なくとも１つの半導体エレメントを、前記高
熱伝導率の基板に固定することを特徴とする上記（１）
に記載の方法。 （１２）少なくとも１つの半導体エレメントを、前記高
熱伝導率の基板に固定し、前記半導体エレメントを、半
導体チップ，薄膜配線，減結合キャパシタよりなるグル
ープから選択することを特徴とする上記（１）に記載の
方法。 （１３）前記高熱伝導率の基板は、約１４０Ｗ／ｍＫ〜
約２１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （１４）前記低熱伝導率の基板は、約１４Ｗ／ｍＫ〜約
２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする上記
（１）に記載の方法。 （１５）前記第１または第２の高熱伝導率材料は、約５
０Ｗ／ｍＫ〜約６０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを
特徴とする上記（１）に記載の方法。
の事項を開示する。 （１）低熱伝導率のキャップを、高熱伝導率の基板に固
定する方法において、（ａ）少なくとも１つの封止バン
ドを、前記高熱伝導率の基板の周囲に固定する工程を含
み、前記封止バンドは、前記高熱伝導率の基板の表面に
額縁を形成し、（ｂ）少なくとも１つの第１の高熱伝導
率材料を、前記少なくとも１つの封止バンドに固定する
工程と、（ｃ）少なくとも１つの低熱伝導率材料を、前
記少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料に固定する工
程と、（ｄ）少なくとも１つの第２の高熱伝導率材料
を、前記少なくとも１つの低熱伝導率材料に固定する工
程と、（ｅ）前記低熱伝導率のキャップを、前記少なく
とも１つの第２の高熱伝導率材料に固定する工程とを含
む、ことを特徴とする方法。 （２）前記封止バンドを、ニッケル／金，金／錫，錫／
銀，およびそれらの合金よりなるグループから選択する
ことを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （３）前記第１の高熱伝導率材料を、金／錫，錫／銀，
錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループから選択
することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （４）前記第２の高熱伝導率材料を、金／錫，錫／銀，
錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループから選択
することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （５）前記低熱伝導率材料を、ニッケル／鉄，合金４
２，合金４５，およびそれらの合金よりなるグループか
ら選択することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （６）前記低熱伝導率のキャップの材料を、ニッケル／
鉄，合金４２，合金４５，およびそれらの合金よりなる
グループから選択することを特徴とする上記（１）に記
載の方法。 （７）前記高熱伝導率の基板は、窒化アルミニウム基板
であることを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （８）前記第１の高熱伝導率材料を、炉リフロー方法を
用いて、前記高熱伝導率の基板上の前記封止バンドに固
定することを特徴とする上記（１）に記載の方法。 （９）前記低熱伝導率のキャップを、シーム封止方法を
用いて、前記第２の高熱伝導率材料に固定することを特
徴とする上記（１）に記載の方法。 （１０）前記低熱伝導率のキャップは、前記高熱伝導率
の基板と、気密封止を形成することを特徴とする上記
（１）に記載の方法。 （１１）少なくとも１つの半導体エレメントを、前記高
熱伝導率の基板に固定することを特徴とする上記（１）
に記載の方法。 （１２）少なくとも１つの半導体エレメントを、前記高
熱伝導率の基板に固定し、前記半導体エレメントを、半
導体チップ，薄膜配線，減結合キャパシタよりなるグル
ープから選択することを特徴とする上記（１）に記載の
方法。 （１３）前記高熱伝導率の基板は、約１４０Ｗ／ｍＫ〜
約２１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする
上記（１）に記載の方法。 （１４）前記低熱伝導率の基板は、約１４Ｗ／ｍＫ〜約
２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とする上記
（１）に記載の方法。 （１５）前記第１または第２の高熱伝導率材料は、約５
０Ｗ／ｍＫ〜約６０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを
特徴とする上記（１）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明に係るインタポーザがＡｌＮ基板に固定さ
れた、本発明の実施例を示す図である。
れた、本発明の実施例を示す図である。
【図２】キャップが、発明に係るインタポーザを介して
ＡｌＮ基板に固定された、本発明の完成した実施例を示
す図である。
ＡｌＮ基板に固定された、本発明の完成した実施例を示
す図である。
１０ ＡｌＮ基板 １３，１５ はんだ／ろう層 １７ はんだボール １９ 封止バンドまたはリング ２３ 熱インタポーザ ２５ ＡｌＮパッケージ ２７ 電子コンポーネント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラエルティス・エコノミコス アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州 ワッピンガーズ フォールズ レイク オニエイド ドライブ 58 (72)発明者 レスター・ウィン・ヘロン アメリカ合衆国 12561 ニューヨーク州 ホープウェル ジャンクション インス ブルック ビーエルブイデイ 12
Claims (15)
- 【請求項１】低熱伝導率のキャップを、高熱伝導率の基
板に固定する方法において、（ａ）少なくとも１つの封
止バンドを、前記高熱伝導率の基板の周囲に固定する工
程を含み、前記封止バンドは、前記高熱伝導率の基板の
表面に額縁を形成し、（ｂ）少なくとも１つの第１の高
熱伝導率材料を、前記少なくとも１つの封止バンドに固
定する工程と、（ｃ）少なくとも１つの低熱伝導率材料
を、前記少なくとも１つの第１の高熱伝導率材料に固定
する工程と、（ｄ）少なくとも１つの第２の高熱伝導率
材料を、前記少なくとも１つの低熱伝導率材料に固定す
る工程と、（ｅ）前記低熱伝導率のキャップを、前記少
なくとも１つの第２の高熱伝導率材料に固定する工程と
を含む、ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記封止バンドを、ニッケル／金，金／
錫，錫／銀，およびそれらの合金よりなるグループから
選択することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記第１の高熱伝導率材料を、金／錫，錫
／銀，錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループか
ら選択することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項４】前記第２の高熱伝導率材料を、金／錫，錫
／銀，錫／鉛，およびそれらの合金からなるグループか
ら選択することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】前記低熱伝導率材料を、ニッケル／鉄，合
金４２，合金４５，およびそれらの合金よりなるグルー
プから選択することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項６】前記低熱伝導率のキャップの材料を、ニッ
ケル／鉄，合金４２，合金４５，およびそれらの合金よ
りなるグループから選択することを特徴とする請求項１
記載の方法。 - 【請求項７】前記高熱伝導率の基板は、窒化アルミニウ
ム基板であることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項８】前記第１の高熱伝導率材料を、炉リフロー
方法を用いて、前記高熱伝導率の基板上の前記封止バン
ドに固定することを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項９】前記低熱伝導率のキャップを、シーム封止
方法を用いて、前記第２の高熱伝導率材料に固定するこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】前記低熱伝導率のキャップは、前記高熱
伝導率の基板と、気密封止を形成することを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】少なくとも１つの半導体エレメントを、
前記高熱伝導率の基板に固定することを特徴とする請求
項１記載の方法。 - 【請求項１２】少なくとも１つの半導体エレメントを、
前記高熱伝導率の基板に固定し、前記半導体エレメント
を、半導体チップ，薄膜配線，減結合キャパシタよりな
るグループから選択することを特徴とする請求項１記載
の方法。 - 【請求項１３】前記高熱伝導率の基板は、約１４０Ｗ／
ｍＫ〜約２１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項１４】前記低熱伝導率の基板は、約１４Ｗ／ｍ
Ｋ〜約２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することを特徴とす
る請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】前記第１または第２の高熱伝導率材料
は、約５０Ｗ／ｍＫ〜約６０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有す
ることを特徴とする請求項１記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/792,073 US6037193A (en) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | Hermetic sealing of a substrate of high thermal conductivity using an interposer of low thermal conductivity |
| US08/792073 | 1997-01-31 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223792A true JPH10223792A (ja) | 1998-08-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| US (1) | US6037193A (ja) |
| JP (1) | JP3207149B2 (ja) |
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| US7173329B2 (en) * | 2001-09-28 | 2007-02-06 | Intel Corporation | Package stiffener |
| US7045890B2 (en) * | 2001-09-28 | 2006-05-16 | Intel Corporation | Heat spreader and stiffener having a stiffener extension |
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| US7388284B1 (en) | 2005-10-14 | 2008-06-17 | Xilinx, Inc. | Integrated circuit package and method of attaching a lid to a substrate of an integrated circuit |
| US8362609B1 (en) | 2009-10-27 | 2013-01-29 | Xilinx, Inc. | Integrated circuit package and method of forming an integrated circuit package |
| US8810028B1 (en) | 2010-06-30 | 2014-08-19 | Xilinx, Inc. | Integrated circuit packaging devices and methods |
| EP2750182A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-02 | Services Pétroliers Schlumberger | Electronic device sealing for a downhole tool |
| US10431510B2 (en) | 2017-10-09 | 2019-10-01 | Global Circuit Innovations, Inc. | Hermetic lid seal printing method |
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| US4020987A (en) * | 1975-09-22 | 1977-05-03 | Norman Hascoe | Solder preform for use in hermetically sealing a container |
| US4656499A (en) * | 1982-08-05 | 1987-04-07 | Olin Corporation | Hermetically sealed semiconductor casing |
| JP2579315B2 (ja) * | 1987-06-17 | 1997-02-05 | 新光電気工業株式会社 | セラミツクパツケ−ジ |
| JP2572823B2 (ja) * | 1988-09-22 | 1997-01-16 | 日本碍子株式会社 | セラミック接合体 |
| JP2592308B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1997-03-19 | 株式会社日立製作所 | 半導体パッケージ及びそれを用いたコンピュータ |
| JPH02174144A (ja) * | 1988-12-26 | 1990-07-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用パッケージ |
| JPH0770641B2 (ja) * | 1989-03-17 | 1995-07-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体パッケージ |
| US4895291A (en) * | 1989-05-04 | 1990-01-23 | Eastman Kodak Company | Method of making a hermetic seal in a solid-state device |
| JPH05144956A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-11 | Kyocera Corp | 半導体素子収納用パツケージ |
| JP3012091B2 (ja) * | 1992-06-08 | 2000-02-21 | 日本特殊陶業株式会社 | シールリング及びその製造方法 |
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- 1997-01-31 US US08/792,073 patent/US6037193A/en not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-01-26 JP JP01252998A patent/JP3207149B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| US6037193A (en) | 2000-03-14 |
| JP3207149B2 (ja) | 2001-09-10 |
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