JPS6119118B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 一対の間近い間隔の、一緒に延びる導電性路
の間に電界を加え、これらの路を、パツケージ内
に配置された吸湿性、絶縁表面に沿つて配置し、
かつ上記の電界に対して上記の路の寸法と分離を
調整してパツケージ内の水と加水分解して水素及
び酸素の気体にすることを含む、電子パツケー
ジ、等の中の水及び汚染物類を電気化学的に除去
する方法。

２ 上記絶縁表面が実質上、平面であり、上記の
路が実質上、ともに平面である、請求の範囲第１
項に記載の方法。

３ 上記の路の分離が約．001mmないし．025mmの
オーダーのものであり、上記の路の長さが約．03
ないし．３cmであり、かつ上記の電界の電位が約
400ボルト／cmないし100000ボルト／cmである、
請求の範囲第１項に記載の方法。

４ 上記の吸湿性、絶縁表面の抵抗が平方当り約
１×10¹⁵オームないし平方当り１×10¹²の範囲内
にあるように調整される、請求の範囲第１項に記
載の方法。

５ 上記の吸湿性、絶縁表面が、ケイ素基体を酸
化し、酸化物をドーブ処理してこのものを吸湿性
にすることにより作られる、請求の範囲第１項に
記載の方法。

６ 上記のドープ処理がリンを用いることを含
む、請求の範囲第５項に記載の方法。

７ 上記酸化物が約3000Åないし10000Åの範囲
内の厚みで作られ、酸化リンの水準が約0.2ない
し８モル％P₂O₅の範囲内にある、請求の範囲第
６項に記載の方法。

８ 上記の路が、ニクロム−金及びクロム−金の
導体類の一つを上記のドープ処理された酸化物上
に沈着させることにより作られる、請求の範囲第
５項に記載の方法。

９ 上記の略が交互配置、らせん状の様式で配置
される、請求の範囲第１項に記載の方法。

１０ 上記の路を含有する上記の吸湿性、絶縁表
面が上記のパツケージ中に別の要素として挿入さ
れる、請求の範囲第１項に記載の方法。

１１ 上記の路を含有する上記の吸湿性、絶縁表
面が上記のパツケージ内に含有される、他の電子
部品の二次加工の一部として形成される、請求の
範囲第１項に記載の方法。

１２ 上記の吸湿性、絶縁表面が上記の電子部品
の、他の一つと共通して使用されるケイ素基体を
酸化することにより作られ、かつ上記表面がドー
プ処理されて表面を吸湿性にする、請求の範囲第
１０項に記載の方法。

１３ パツケージ内に載せることのできる高度に
吸湿性の、実質上、平面の絶縁表面、表面の面積
に沿つて電極路を形成する、一対の間近い間隔
の、共に延びる、実質上、共に平面の導体、及び
上記の導体間に電圧を加え、かくして形成された
電極路間に、及び上記導体間の吸湿性表面部分が
占めるスペース内に電界を形成させ、上記電圧
は、その付近において水の電解を行なうよに調整
される、かかる手段を組合わせて有する、電子パ
ツケージ、等の中の水及び汚染物等を電気化学的
に除去するためのゲツター装置。

１４ 上記導体の間隔が約．001mmないし．025mm
のオーダーのものであり、上記電圧が約１ないし
50ボルトの範囲内にある、請求の範囲第１３項に
記載のゲツター装置。

１５ 上記の吸湿性、絶縁表面が、ドープ処理さ
れて吸湿性にした半導体材料の酸化物層である、
請求の範囲第１３項に記載のゲツター装置。

１６ 上記材料がケイ素であり、ドープ処理剤が
リンを含む、請求の範囲第１５項に記載のゲツタ
ー装置。

１７ 上記の実質上、共に平面の導体が上記の吸
湿性、絶縁表面上に置かれる、請求の範囲第１３
項に記載のゲツター装置。

１８ 上記導体が交互配置の、らせん状形に配置
される、請求の範囲第１７項に記載のゲツター装
置。

１９ 上記導体が上記表面上で又はその内で金属
化される、請求の範囲第１７項に記載のゲツター
装置。

２０ 上記金属化がニクロム−金及びクロム−金
の一つである、請求の範囲第１９項に記載のゲツ
ター装置。

２１ このものが他の電子部分の部分である、請
求の範囲第１３項に記載のゲツター装置。

２２ 上記の絶縁表面が他の電子部分と共通して
使用されるケイ素基体上の酸化物層である、請求
の範囲第２１項に記載のゲツター装置。

明細書 この発明は、電子及び電気装置類及びアセンブ
リー類、等における水（この用語は本明細書にお
いては概して水や同様の蒸気類をも含むものとし
て使用される）及び類以の環境汚染物類の活性な
電気化学的除去のための方法と装置に関し、更に
詳しくは、主要なかつ好ましい適用分野として、
電子成分及び回路装置類、例えば集積及び超小型
回路アセンブリー類、デジタル時計液晶表示装置
類、感水抵抗器類、導体類及びその他の成分類を
含む半導体アセンブリー類、ハウジング類及びパ
ツケージ類における、水の活性なゲツター電解に
関する。

従来、湿潤時、導電性となる吸湿性物質はこの
物質に電位を加えると、水を電解して気体状水素
と酸素にすることにより乾燥を可能ならしめるこ
とが認められている。このような乾燥の先行技術
の例は米国特許番号2816067；3038853；
3062732；3188283；3244602；3313718；
3400069；3465193；及び3474023に提示されてい
る。水蒸気を吸収しかつ気体を発生させるため
の、炭化カルシウム又は同様なものの電気装置ハ
ウジングがフランス特許414803中に開示されてい
る。

あいにく、このような用途類のための上記の構
造物類及びそれらに関連の技術類は、電気特性類
の小型化した、低電圧の、温度一圧一水分変動及
びミクロ電子及び類似の装置類、アセンブリー類
及びパツケージ類の、他の限界的及び特殊の気ま
ぐれ変動に役立たず；それ故、それらは、明らか
にこれまでは、当該技術においては、例えば半導
体、集積及び超小型回路類、液晶表示装置類、等
の環境汚染物課題に適用可能であるとはみなされ
ていなかつた。それ故、液体類及び気体類の性能
低下作用に対して保護を与えるため、ガラス対金
属のシールを用いて半導体装置類を金属罐中に封
入すること；及び例えば、典型的には１〜2ppm
より少ない水蒸気を含有する窒素の、できるだけ
乾燥した雰囲気中に上記装置類を包むことを含
む、この異なつた課題の分野における全く異なつ
た技術類に頼ることになつた。

条件が適当に選ばれなかつたため、又はガラス
一金属のシールの損傷のため、パツケージ内の水
蒸気含有量が上昇するままになる場合には、半導
体又は同様なものの電気特性類の低下が急速に起
り、結局、機能が停止することになろう。従つ
て、最高の信頼性を必要とする用途、例えばミサ
イル類及び宇宙用途、等の用途のためには、完成
パツケージ類が密閉上又は大気圧上、シールされ
ていることを確めるため、パツケージ類自身の試
験に対して非常に厳密な条件が課されており、同
時に、ヘリウム漏洩検出及び更に最近になつて放
射性気体漏洩検出のような、多大の費用を要する
品質管理試験手順が用いられている。然しなが
ら、金属パツケージの弱い結合は、おびただしい
試験がなされるにも拘わらず、上記装置が依然と
して微少割れといわれる低下を生じやすい点にあ
る。リード導体（類）のはんだ付け又は溶接作業
の応力又はリード面積の物理的移動は、例えばガ
ラス対金属のシール中に微少割れと生ずることに
なり結局、応力生起者としてはたらく微少割れ
と、水を上記面積に引き込み、付加の割れを開始
し、等々の毛細管作用との組合せのため、上記シ
ールはだめになる可能性がある。かくして、パツ
ケージ自身に対して予備試験が約１×
10^-8ATMCC／SEC.の漏洩検出もの程度になさ
れても、このことは、上記装置が使用時、その密
封性を保持するという保証にはならない。逆に、
数ケ月の使用期間内に、パツケージ内の水蒸気含
有量が、低下を生ずるに足る数千ppmに近づき
得る。

半導体回路を作るために現在、使用されてお
り、かつ水及び類似物の蒸気を時間の経過ととも
に含有し又は放つ材料の性質のために、更に面倒
なことが生ずる。装置機能を保護雰囲気中に入れ
ることが試みられたけれども、パツケージ自身内
の発生又は水があつて、結局、回路性能を低下す
ることになる。イオン性固形分がパツケージ内に
あり、かつ水の凝縮がある場合には、このイオン
性固形分はこの水に溶解して環境汚染物を生じ、
この汚染物は電界の影響下に問題を生ずる、回路
内の場所に移動することになろう。

かくして、本発明の目的は、上記の不利を受け
させないで、逆に、使用中に、微少割れから生ず
る水蒸気の発生及び／又はパツケージ類内の物質
類からの汚染物類の生成の如き影響があつても、
機能低下を防止できる、半導体及びその他の電子
及び電気装置類及びパツケージ類、等内の、水を
含む環境汚染物類を除去するための新規かつ改良
方法及び装置を提供することである。

他の目的は、連続的及び有効、電気化学的作用
の原理にもとづきはたらく；特定的には、水及び
この中に溶解し得るイオン化性固形分、等の場合
については電解による、上述の方法及び装置を提
供することである。

更に他の目的は、特に半導体、集積回路、薄及
び厚層フイルム及びその他技術に適し；実際、こ
れまでに設計された装置類及びパツケージ類の改
良又はその中への挿入として使用可能な、又は装
置類自身の設計及び製作のさいに組入れ可能な、
改良ゲツター装置及びその製作法を提供すること
である。

その他の目的は以下に説明されるであろう、ま
た、付属の請求の範囲において更に特定的に記述
される。

本発明は、要約すると、その重要な面の一つと
して、電子パツケージ、等の中の水及び汚染物類
を電気化学的に除去する方法を含み、この方法
は、一対の、間近い間隔の、一緒に延びる導電性
路の間に電界を加え、これらの路を、パツケージ
内に配置された吸湿性、絶縁表面に沿つて配置
し、かつ上記の電界に対して上記の路の寸法と分
離を調整してパツケージ内の水を加水分解して水
素及び酸素の気体にすることを含む。最善様式の
操作の詳細としての好ましい詳細及び補足特徴が
以下に提示される。

即ち、本発明に依れば、小型、低電圧及び半導
体装置類及び超小型回路類、等及びそれらの材料
類中に含まれる秘密的な材料類にも拘わらず、実
際、装置又はパツケージ内で発生する水を電解に
より水素及び酸素気体に変え、これによりパツケ
ージ内の圧を僅かに上昇せしめ、かくして、入つ
てくる水蒸気がパツケージに入り得る速度を妨
げ、又は減少させる有効、新規ゲツターが装置又
はパツケージ内に導入される。

ゲツター自身の二次加工及び装置以外の、上記
の結果を達成する費用は電解に含まれる電気の少
しの出費である。

本発明の他の特徴によれば、ゲツター構造物類
の製作法は半導体類自身を製作する際に用いられ
る方法と容易に両立せしめることができ、むし
ろ、半導体又はチツプ又は回路の保護のためゲツ
ター原理を具現する、従つてその機能の、改善さ
れた信頼性に関する僅かばかりの費用での、半導
体又はチツプ又は回路の特別な、当初の設計以外
は、所望ならば別項目を含める必要はない。

さて、本発明を添付の図面を引合いにして説明
する。

第１図は、半導体、集積及び超小型回路、等の
中に使用するのに特に適した、本発明の好ましい
形式の、拡大尺度に基づく等測図である。

第２図はターミナル領域における拡大部分断面
図である。

第３図は異なつた加電圧に対して変化する湿度
についてのゲツター内の電流の典型的な変化を示
すグラフである。

第１図において、概してＣで示した、他の電子
成分と共に、密封パツケージ又はハウジングＨ内
に配置された、半導体、集積回路類、超小型回路
類、液晶表示装置類及び同様な用途のホストに適
した好ましい態様が示されている。ゲツター装置
は、酸化リンP₂O₅の如き高吸湿性材料でドープ
処理され又はこれと一緒にして、ケイ素基体４上
に形成された、二酸化ケイ素層の如き平面、絶縁
層２上に置かれた、後で一層詳しく説明する、例
えば金又は金合金の、一対の、一緒に延びる、同
一平面上の、交互配置の、らせん状電極１及び３
として示されている。

上述の技術と両立する技術を用いて、このよう
な構造物を形成させる際には、Ｎ型又はＰ型のケ
イ素スライス４のいずれかを用いることができ
る。上記の酸化物コーテイング２を高温で成長さ
せることにより、例えば3000〜10000オングスト
ローム内外のオーダーの、比較的厚い絶縁二酸化
ケイ素層２を容易に形成させることができる。前
述の例示構造物においては、リンをドープ剤とし
て炉中に入れて、二酸化ケイ素と組合わせたガラ
ス、水蒸気に対する良好な吸収剤をつくることが
できる。

ついで、構造物２を任意の、所望の幾何学的パ
ターンで金属化して、例えばクロム又はニクロム
及び金の層にのせることにより、共に延びる電極
を形成させることができる。クロムは、例えば約
1000オングストローム以下の厚みで用いて、例え
ばクロム又はニクロム及び金の層にのせることに
より共に延びる電極を形成させる。クロムは、例
えば約1000オングストローム以下の厚みで用い
て、リンでドープ処理した二酸化ケイ素ガラス層
２に接着した表面を形成させる。ついで、金を、
クロム上の薄層として用いて接着面を形成させ
る。クロム−金又はニクロム−金構造物を積上げ
る、この特殊な技術は、（金の非酸化性特質の故
に）、点蝕又は腐蝕されない電極面を確実にする
だけでなく、電極自身に連結し、かつ金線１″及
び３″が付着されて、導体リードを適所ではんだ
付けできる装置の外側での接触を与える、適当な
パツト面１′及び３′の容易な形成を可能にする
（第２図）。

電極１及び３が適当に間近い間隔におかれかつ
適当な寸法のものである場合には、電極間に加え
られる非常に低いDC電位又は電圧により生ず
る。電極間の電界の作用の下に、加水分解が速や
かに起り、ハウジング内での水の、水素及び酸素
気体への有効、連続的電解を連成し、かつパツケ
ージＨ内の成分又は回路Ｃの、実質的な性能低下
に抗する作用をすばらしく保持することが見出さ
れた。電極間隔を広くする程、一層高い電圧が用
いられる。

例示した、交互配置の、共に延びる、らせん状
電極配置は、効率的な面利用及び加工収率にとつ
て好ましい。らせん状電極の全長が約0.3cm（典
型的な有用長さは．03ないし．３cmのオーダーで
ある）で、約．0031cm²の面積を掩つた場合、約．
025mmの導体幅、約．025mm（約．001ないし．025
mmのオーダーの限界内にある）の実質上均一な電
極路間隔又は分離、約5.0ないし10ボルト（一層
一般的には約400ボルト／cmないし100000ボル
ト／cm、かつある場合には、約１ないし50ボル
ト）のオーダーの、パツド１′及び３′間に加えら
れる低DC電圧は、水及びその中に溶解した汚染
物を連続的かつ速かな効能の下に除去することが
見出された。吸湿性絶縁表面２の抵抗は平方当り
約１×10¹⁵ないし１×10¹²オームのオーダーに調
整されることが好ましく、その厚みは約8000オン
グストロームであることが好ましい。

第３図において、後で論ずるように、適当な
P₂O₅が与えられる場合、広範囲に渡つて作動可
能な装置については、水蒸気が増加するにつれて
（横軸に沿つてプロツト）、電流量が増加し（縦軸
に沿つてプロツト）、かつこの装置については、
特に電圧に依存することはない。性能を、第３図
の下部に、５，10及び15ボルトの加D.C.電圧に
対してプロツトしてあり、それぞれの場合、
P₂O₅は約1.5％、1.5％及び4.5％である。最上部
の平担曲線は0.1％より小のP₂O₅に対して得られ
たものであつて、本発明の限界的特性性能はこの
ような水準のドープ処理によつては得ることがで
きないことを示している。

加電圧が約1.5ボルトより低い場合には、ゲツ
ター作用が不活発になり始め；また、電極間隔が
一層狭くなると、一層低い電圧が好ましいことが
見出された。

リン又はその他のドープ処理剤の、吸湿効果を
与える程度は重要である。多過ぎるリンを用いる
と、好ましい数百メーグオームに比べて、非常に
低い抵抗しか生じない。リンが多過ぎると、電流
が水の水解の際に使用されるよりもむしろ、酸化
物層自身を通過して浪費され、ガラスの部分が溶
解するという観点から望ましくない、層中の直接
電導がある状態になる。リンの好ましい量は約
0.2ないし８モル％P₂O₅（概して0.1％より大）で
あり、一層高い電圧の装置については一層厚い酸
化物が用いられる。

本発明を、パツケージＨ内の別のゲツター装置
に関して例示したが、そのものを集積又は超小型
回路のチツプ２〜４の部分又はそれの延長とし、
そのものの製作中に形成できることは明らかであ
る。

本発明の有用な適用の、他の１例としてのデジ
タル時計のケースは典型的には防水性であるが、
窮極的な水分の侵入から隔離されてはいない。そ
のケース内に本発明のゲツターを含ませ、電極に
電圧を加えることにより、中に入つてくる水は、
感受性回路を攻撃する前に電解されることになろ
う、その結果、水が電解されるにつれて、一層大
きく容量の水素及び酸素気体の生成の故に、水蒸
気により示されるよりも、著しく増加することに
なろう、この保護は、液晶表示装置にとつて、そ
の性質の故に、並びに大ていの超小型回路類にと
つて必要である。本発明は、聴取補助増幅器類及
びその他の電子及び電気系類について同様な用途
を見出す。

多分、一層高いリン濃度を用いて、同じ構造物
を連成するための、他の代替の方法は、酸化物層
自身の中に窓又は部分的くぼみをエツチングする
ことを含み得る、このエツチングは電極金属と、
一層低いドープ処理水準で作られる二酸化ケイ素
との間の接触を可能にする。ガラス類又は付着酸
化物の殆どすべての組合せを可能にする、他の方
法は、金属を基体表面に直接、加え、ついでドー
プ処理された酸化物又はガラスをアセンブリー全
体に渡つて加え、つぎにリード付属のため面を金
属に渡つて開口することからなり得る。

らせん状電極配置を例示したが、他の幾何的配
置も使用できること、及び付属の請求の範囲にお
いて限定した本発明の精神と範囲を逸脱すること
なく、他の改善が当業者に生ずるであろうことが
理解されるであろう。