JPS6224646A - 半導体装置 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、半導体装置、特に低融点ガラス等でキャビテ
ィ空間を気密封止してなる気密封止型半導体装置に適用
して有効な技術に関する。

［背景技術］ 低融点ガラス等を封止材として用いる、いわゆる気密封
止型の半導体装置では、パッケージ基板の封止代に被着
された低融点ガラスの溶着により前記パンケージ基板と
蓋体の接合を行い、キャビティ空間の気密封止を達成す
ることが知られている。

ここで、温度の上昇に伴い、低融点ガラスは軟化を開始
するが、キャビティ内部の空気圧も温度の上昇により増
大する。このため、キャビティ内部の気圧により前記封
止代の低融点ガラスは徐々に外部方向に押し出されて、
遂には封止代のガラスの一部にブローホールと呼ばれる
空気の吹き抜は穴が開いてしまうことが本発明者によっ
て見い出された。

さらに、ペレットの表面にはα線もしくは電子線対策と
してポリイミド樹脂等の耐α線層を形成することが知ら
れているが、前記ポリイミド樹脂等は加熱によりガスを
発生するため、キャビティ内部の空気圧の増大をさらに
促進し、よりブローホールの開きやすい状態となること
も合わせて本発明者により明らかにされた。

なお、半導体装置の気密封止の技術として詳しく述べで
ある例としては、株式会社工業調査会、１９８０年１月
１５日発行ｒＩｃ化実装技術」　（日本マイクロエレク
トロニクス協会編）、Ｐ１４８〜Ｐ１４９がある。

［発明の目的］ 本発明の目的はパッケージの封止代におけるブローホー
ルの発生を防止して信頬性の高い半導体装置を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、パッケージ部材にキャビティ内部と外部とを
貫通する空気抜き穴が開設されており、かつ前記空気抜
き穴にろう材が充填されて流体の流通を遮断してなる半
導体装置構造とすることにより、加熱条件下ではキャビ
ティ空間の空気を効率良（外部に排気し、パッケージ部
材取付は後は前記空気抜き穴にろう材を充填してキャビ
ティ内部の気密封止を達成することにより、加熱時にお
けるブローホールの発生を防止して信顛性の高い半導体
装置を提供することができる。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例である半導体装置を示す断面
図、第２図はこの半導体装置の蓋体における空気抜き穴
を示す拡大部分断面図である。

本実施例１の半導体装置１はペレット２が取付けられた
キャビティ空間３が気密封止されてなるリードレスチッ
プキャリア（ＬＣＣ）型の半導体装置であって、複数層
のセラミック部材の組合せによりキャビティ空間３が形
成されたパッケージ基板４を有している。

このパッケージ基板４は、たとえば四角形の平板状のグ
リーンシートからなる底基板４ａに、同じくグリーンシ
ートからなる中央部分がくりぬかれた形状の第−枠部材
４ｂを載置し、さらにその上に第二枠部材４Ｃおよび第
三枠部材４ｄを積層して所定の温度で同時焼結すること
により得ることができるものである。第−枠部材４ｂの
表面にはタングステン等の導体材料により所定形状の配
線層５が形成されており、この配線層５は第−枠部材４
ｂの表面を水平方向にパンケージ基板４の内部を貫通し
て、パッケージ外側面を経てパッケージ底面の一部にま
で延設されている。このような配線層５は、前述のパッ
ケージ基板４の製造工程に於いて、底基板４ａ上に第−
枠部材４ｂを載置した後にタングステンペーストを所定
形状にあらかしめ印刷しておくことにより形成すること
が可能である。なお、前記配！ｌａ層５はキャビティ空
間３に露出した部分はペレット２との電気的接続を行う
内部電極５ａとして、またパッケージ基板４の外部に露
出した部分は実装基板等との電気的接続を行う外部型１
ｉ５ｂとして機能するものであり、内部電極５ａの表面
にはポンディングを良好に行うために金鍍金等を施して
もよい。

上記キャビティ空間３の底部にはシリコン半導体からな
るペレット２が金−シリコン共晶法により取付けられて
おり、このペレット２の表面に形成されたパッド６と前
記内部電極５ａとは金、銅もしくはアルミニウム等から
なるワイヤ７により電気的導通が達成されている。この
ワイヤ７の張設は、たとえばワイヤ７の一端を加熱して
ペレット２上のパッド６に押圧した後、他端側を前記内
部電極５ａ上に超音波振動を印加しながら押圧して行う
ことができる。

ペレット２の表面にはポリイミド樹脂層８が形成されて
いる。このポリイミド樹脂層８は、α線等の影響により
ペレットの回路が誤動作するのを防止するためであり、
粘性を有する流動状のポリイミド樹脂８をペレット２の
表面にポツティングして加熱処理することにより形成可
能である。

パッケージ基板４の第二枠部材４Ｃの露出部分にはアル
ミナ等からなるキャンプ９が低融点ガラス１０により取
付けられている。キャップ９の一部にはキャップ９の表
裏面方向に貫通する空気抜き穴１１が開設されており、
その空気抜き穴１１のキャップ表面側は裏面側よりも大
口径となっており、ろう材溜り部１２を形成している。

このろう材溜り部１２には低融点ガラス１３が充填され
ており、通常はキャビティ空間３と外部との空気の流通
を妨げている。なお、前記空気抜き穴１１はろう材溜り
部１２の低融点ガラス１３が溶融してもペレット２の表
面に滴下しないように、その口径りは０．１　ｍｌ−０
，５ｍｍ程度とすること、また、前記空気抜き穴をペレ
ット２とずれた位置に設置することが考えられる。

上記キャップ９のパンケージ基板４への取付けは以下の
ようにして行われる。

まず、パッケージ基板４の封止代、すなわち前記第二枠
部材４ｃの露出部分に低融点ガラス１０を塗布した後に
キャップ９を載置する。ここで、融点温度が４５０℃に
設定された低融点ガラス１０を封止材として用いる場合
、前記空気抜き穴１１に充填するろう材としての低融点
ガラス１３の融点温度は４３０℃程度の低温のものを用
いてもよい。以下、空気抜き穴１１には低温の低融点ガ
ラス１３を充填した場合に沿って説明する。

上記のように、キャップ９が封止代に載置された状態で
前記パッケージ基板４が封止炉（図示せず）に投入され
て封止工程が行われる。ここで、封止炉の加熱によりキ
ャビティ空間３は空気の熱膨張および、ポリイミド樹脂
から発生するガスの相乗効果により高圧状態となるが、
４００℃程度の温度条件となったときに、まず充填材と
しての低融点カラス１３が軟化し始めるため、キャビテ
ィ空間３のガスもしくは空気は空気抜き穴１１からろう
材溜り部１２の低融点ガラス１３を押圧して低融点ガラ
ス１３に貫通孔を形成してパッケージ外部に流出する。

その後、４３０℃程度で今度は封止材としての低融点ガ
ラス１０が軟化を開始する。しかし、このときには既に
キャビティ空間３は常圧となっているため封止代の低融
点ガラスＩＯにブローホールが生じることはない。この
ようにして４５０℃程度まで加熱され、低融点ガラス１
０の溶着によりパッケージ基板４にキャップ９が接合さ
れると、封止炉からパンケージ基板４が取り出されて冷
却される。このとき、ろう材溜り部１２の低融点ガラス
１３は空気抜き穴１１を塞ぐ状態で固化するため、キャ
ビティ空間３の気密封止が達成される。

［実施例２］ 第３図は本発明の他の実施例である半導体装置のキャッ
プを示す拡大部分断面図である。

本実施例の半導体装置は実施例１で説明したものと略同
様のリードレスチップキャリア型半導体装置であるが、
空気抜き穴２１のろう材溜り部２２に充填されるろう材
として半田２３を用いた点が異なる。すなわち、本実施
例２では、ろう材としての半田２３の充填は封止炉工程
の後に行うものである。すなわち、封止炉によってパッ
ケージ基板にキャップ２４が固定された後に前記空気抜
き穴２１に半田２３を充填することにより、封止時には
キャビティ内圧の上昇を防止でき、信転性の高い気密封
止を達成することができる。

なお、半田２３の濡れ性を良好に保つために、ろう材溜
り部２２の内側面に金属鍍金２５を施してもよい。

［効果］ （１）、パッケージ部材にキャビティ内部と外部とを貫
通する空気抜き穴を開設し、かつ前記空気抜き穴にろう
材を充填して流体の流通を遮断した半導体装置構造とす
ることにより、加熱条件下ではキャビティ空間の空気を
効率良く外部に排気し、パッケージ部材取付は後は前記
空気抜き穴にろう材を充填してキャビティ内部の気密封
止を達成できるため、封止代の封止材部分にブローホー
ルの発生を防止することができ、気密性の高い半導体装
置を提供することができる。

（２）、空気抜き穴にろう材溜り部を形成することによ
って、加熱によりキャビティ内圧が上昇したときにはキ
ャビティ内の空気を外部に流出させることができ、常圧
状態となったときにはろう材により空気抜き穴が塞がれ
るため、封止後にろう材の充填作業を行うことなく、気
密性の高い半導体装置を提供することができる。

（３）、ろう材としての低融点ガラスを封止材としての
低融点ガラスよりも融点温度を低く設定することにより
、ろう材の方が早く軟化して空気抜き穴を開口するため
、封止代側の低融点ガラスにブローホールを生じること
を防止できる。

（４）、前記（１）〜（３）により、キャビティ内圧の
増大を防止することができるため、ガスの発生し易いポ
リイミド樹脂を被着したペレットを用いた半導体装置で
あっても、信鎖性の高い気密封止を達成することができ
る。

（５）、前記＋１１〜（３）により、封止の際に封止代
の封止材が内圧により押圧されることを防止できるため
、ペレットが大形化して封止代に十分な面積を確保でき
ない半導体装置であっても、信転性の高い気密封止を達
成することができる。

（６ン、前記（５）により、大形ペレットを搭載した気
密信鎖性の高い半導体装置を提供することができる。

以上本発明者によってな□された発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、実施例ではいずれも空気抜き穴をキャンプに
開設した場合について説明したが、パッケージ基板側面
もしくは底部に開設したものであってもよい。半田２３
の充填方法は、パッケージ全体を加熱する方法の他、レ
ーザービーム等を用いた局所加熱、溶融させた半田をボ
ッティングする、機械的に圧入するなど、様々な方法を
とることができる。

また、ろう材についても実施例で説明した低融点ガラス
および半田の他、銀ペースト等地のいかなる種類のもの
であってもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆるリードレスチップキャ
リア型の半導体装置に適用した場合について説明したが
、これに限定されるものではな（、キャビティ内のペレ
ットが気密封止されてなる半導体装置であれば、例えば
デュアルインラインパッケージ型、ピングリッドアレイ
パッケージ型もしくはフラットパッケージ型等の半導体
装置に適用しても有効な技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例！である半導体装置を示す断面
図、 第２図は実施例１の半導体装置の蓋体における空気抜き
穴を示す拡大部分断面図、 第３図は本発明の実施例２の半導体装置の蓋体における
空気抜き穴を示す拡大部分断面図である。 １・・・半導体装置、２・・・ペレット、３・・・キャ
ビティ空間、４・・・パッケージ基板、４ａ・・・底基
板、４ｂ〜４ｄ・・・枠部材、５・・・配線層、５ａ・
・・内部電極、５ｂ・・・外部電極、６・・・パッド、
７・・・ワイヤ、８・・・ポリイミド樹脂層、９・・・
キャップ、１０・・・低融点ガラス、１１・・・空気抜
き穴、１２・・・ろう材溜り部、１３・・・低融点ガラ
ス、２１・・・空気抜き穴、２２・・・ろう材溜り部、
２３・・・半田、２４・・・キャップ、２５・・・金属
鍍金。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ペレットが取付けられたキャビティ空間を気密封止
   してなる半導体装置であって、パッケージ部材にキャビ
   ティ内部と外部とを貫通する空気抜き穴が開設されてお
   り、かつ前記空気抜き穴にろう材が充填されてなること
   を特徴とする半導体装置。 ２、ろう材が低融点ガラスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、ろう材としての低融点ガラスが封止材としての低融
   点ガラスよりも融点温度を低く設定してあることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の半導体装置。 ４、空気抜き穴の外部側近傍に径大のろう材溜り部を有
   していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置。