JPS63502389A - 電子素子を放射線から保護するための、挿入物を用いた装置 - 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】 電子素子を放射線から保護するための、挿入物を用いた装置本発明は電子素子を 放射線から保護するための装置、さらに詳細には、電子素子を放射線、特に、イ オン化放射線に対して保護するための装置に関するものである。

記述を簡単にするために、以下では「素子」という語は、任意のディスクリート 素子またはハイブリッド回路や集積回路を構成する一部の素子を意味するものと する。

処理速度とコンパクトさや記憶容量の両面で高性能であるオンボードマイクロコ ンピュータ等の電子装置を製造するためには、複雑で高速処理のできる回路を高 度に集積させる必要がある。この種の回路は一般に放射線、特にイオン化放射線 に非常に敏感である。

放射線による影響を小さくするために、「耐性化法」と呼ばれる、放射線に対す るいろいろな保護方法が既に開発されている。

そのような保護方法のひとつは、電子装置全体に対する外部シールドを設けると いうものである。このシールドとしては、例えば、遮蔽すべき放射線の種類に応 じた金属板を用いる。この保護方法の主な欠点は、重くなることとかさばること である。この２点は、特にオンボード装置の場合には都合が悪い。

別の保護方法として、基本構造自体が放射線に対する耐性のある素子および／ま たは回路を用いて装置を製造する方法がある。この場合には、従って、設計上の 特徴（特に、所定のパラメータの変化と放射線による劣化に注意を払う）と用い た技術の両方の結果として放射線保護が達成される。現在この種の素子または回 路が存在していることは事実だが、その数は少なく、しかも、応用によっては十 分な性能が期待できない。特に、集積度を高めることが難しい。さらに、耐放射 線型のこのような回路や素子を製造するにはしばしば時間とコストがかかる。

さらに別の保護方法として、複数の材料層からなるひとつまたはそれ以上の数の 壁面をもつ特殊な耐放射線パッケージ内に素子を収容する方法がある。この場合 、各層を構成する材料の原子の電子数（普通はＺで表わす）は大きな値から小さ な値へと変化させる。電子数Ｚの多い材料からなる層は、イオン化放射線から主 としてな、る放射線を阻止する機能がある。これに対して電子数２の少ない材料 からなる層は、この層よりも前の層で発生した２次電子の流れを抑制する機能が ある。しかし、放射線の量が多いときには、電子数Ｚの多い材料層の温度がかな り上昇する。この結果、電子数２の多い材料層と電子数の少ない材料層の界面で 熱衝撃が発生する。

本発明は、少なくとも２つの材料で構成され、該材料の一方の電子数Ｚが他方の 電子数Ｚよりも多い耐放射線装置に関するものである。一方の材料は、他方の材 料からなる層内に挿入物の形で存在する。すなわち、本発明によれば、上記の層 を複数積み重ねた構造であり、挿入物の密度は隣接する層間で変えて、電子数を 全厚さにわたって所定の規則に従ってゆるやかに変化させる耐放射線装置が提供 される。

このような構成の耐放射線装置は、素子上、または素子封止パッケージ上に設置 することができる。さらには、パッケージ自体の全体あるいは一部をこの耐放射 線装置を用いて構成することもできる。

本発明の耐放射線装置を用いると、最初に述べた２つの従来の耐放射線装置に関 する問題点を解決できる。さらに、本発明の耐放射線装置では電子数Ｚをゆるや かに変化させることにより界面での熱衝撃を防ぐことができる。

本発明の他の目的、特徴および結果は添付の図面を参照した以下の説明により明 らかになろう。

第１図は、本発明の耐放射線装置の断面図である。

第２図は、本発明の耐放射線装置を構成する層の製造方法の一例を示す図である 。

第３図は、本発明の耐放射線装置の別の実施例を示す図である。

第４図は、本発明の耐放射線装置を応用したキャパシタの図である。

第５図は、本発明の耐放射線装置を用いて素子を直接保護した状態を示す図であ る。

第６図は、本発明の耐放射線装置を用いて素子封止パッケージを構成した図であ る。

第７図は、本発明の耐放射線装置を応用した素子封止パッケージの図である。

図面を見やすくするために実際通りの縮尺にはしていないことと、各図面で共通 する参照番号は同一の要素を表わすことを指摘しておく。

第１図は本発明の耐放射線装置の一実施例の断面図である。

参照番号１で表示するこの耐放射線装置は複数の層を積み重ねた構造をもつ。す なわち、図示の実施例では参照番号１１〜１５で表示される５層が積層している 。例えば第１の層１１を電子数Ｚｌが少ない材料で形成する。第２の層１２も同 じ材料で形成するが、この第２の層内には第２の材料からなる挿入物１０が配置 される。第２の材料の電子数２２は多い。従って、第２の層１２の電子数２１２ は第１の層１１の電子数Ｚｌよりも多い。第３の層１３も第２の層１２と同様に して形成する。ただし、挿入物の密度は第２の層１２の場合よりも大きくする。

この結果、第３の層１３の電子数２１３は電子数２１２よりも多くなる。

第４の層１４も第２の層１２と同様の方法で、しかも挿入物の密度も第２の層１ ２とほぼ同じになるように形成する。この結果、電子数２１４は電子数２１２と ほぼ等しくなる。最後に、挿入物をまったく含まない第５の層１５を第４の層１ １と同様の方法で形成する。従って、この第５の層の電子数は第１の層の電子数 ２１と等しい。

以上のことから明らかなように、この耐放射線装置１の電子数は第１の層１１か ら中心の第３の層１３に向かって多くなり、この第３の層１３から第５の層１５ に向かって対称に電子数が少なくなる。この電子数変化の規則は、明らかに、層 の数と各層内の挿入物の密度と各層と挿入物を形成するのに選択する材料とに依 存して決まる。

上記の耐放射線装置の動作を以下に説明する。よく知られているように、電子数 の多い材料は、特に、Ｘ線やガンマ線等のイオン化力の大きい放射線を減衰させ る効果がある。しかし、この種の放射線が減衰する際には２次電子が発生する。

この２次電子は保護する電子素子の動作を乱す可能性が大きいので、やはりでき るだけ減衰させることが望ましい。２次電子の減衰には電子数の少ない材料を用 いることが好ましい。

このような材料はエネルギの観点から見て実際十分なものであり、しかも軽量で ある。従って、先に述べた重量の基準に合致する。さらに、電子数の少ない材料 は電子放射率が小さい。以上より、電子数の少ない材料の領域は保護する電子素 子に対向させて設置するのが好ましいことがわかる。第１図に示した対称構造の 実施例では、電子数の少ない層が電子素子から遠い側にも設置されている。これ は、この電子装置の他の部分に電子が放射されるのを抑制するためである。

耐放射線装置１を構成する材料を選択するにあたって、本明細書中では多い電子 数（大きいＺ）は３５以上であり、少ない電子数（小さいＺ）は２０以下とする 。少ない電子数の材料としては例えば、炭素、アルミニウム、ケイ素、アルミナ 、シリカがある。電子数の多い材料としては例えば、白金、または、チタン化合 物または酸化物のセラミックあるいは鉛を主成分とする複合セラミックの中から 選択した誘電性セラミックがある。チタン化合物では、（一部を重金属にした） チタン化バリウム、あるいは、酸化ネオジミウムを含むチタン化ストロンチウム （やはり一部を重金属にする）が用いられる。酸化物では、（やはり一部を重金 属にした）酸化チタンが用いられる。挿入物が配置される層を形成する材料と挿 入物を構成する材料は各層ごとに変えることが可能である。しかし、機械的適合 性と熱的適合性を考慮すると各層に同一の材料を使用することが普通は好ましい 。

多い電子数Ｚの材料からなる挿入物は、ひとつの層の内部にランダムに、あるい は、ランダムでない所定の方法で分散させることができる。

挿入物をランダムに分散させるという第１の方法では、電子数Ｚの少ない材料か らなる層の中に挿入物を混入するために、電子数Ｚの多い材料からなる任意の形 状のビーズあるいは粒子をこの電子数の少ない材料に混合してペースト状にし、 次いで、このペーストをシートの形に成形して第１図の層１２〜１４を形成する ことが可能である。各シートを合体させて焼結すると堅固な装置が得られる。各 シートは挿入物の密度とシートの厚さが十分であれば光学的に不透明である。

挿入物を所定の方法で分散させるという第２の方法は第２図に示されている。

第２図は、第１図の層１２〜１４のいずれか一層の機能をもつシート１６の断面 図である。この層１６は、内部に等間隔で孔１９が配置されて、例えば長方形の マ）　＋Ｊフックス形成している。

孔の形状としては、例えば、第２図に示したような底部が円形の円筒形や層１６ を貫通して延在するほぼ長方形が考えられる。

第１図に示すように、層１６を構成する材料の電子数より多い電子数をもつ材料 からなる挿入物１０が孔１９に配置される。

このタイプの層を光学的に不透明な構造にするためには、層１６のような層を２ 層（あるいは必要に応じてさらに多くの層）第３図に示すように配置することが 好ましい。

第３図はやはり断面図であり、層１６のような層が２層それぞれ参照番号１７と １８で示されている。各層には第２図の孔１９と同様の孔２０と２１がそれぞれ 設けである。この孔２０．２１の中に、挿入物を形成する電子数の多い材料が埋 め込まれる。製造を簡単にするため、層１７と１８は同等であることが好ましい 。

しかし、第２図の場合とは異なり、耐放射線装置を光学的に不透明にするために 、孔２０の間に孔２１が位置するように層が配置されている。孔間のピッチと孔 の直径をどう決めるかによっては、光学的に不透明な耐放射線装置を製造するに は層が２層では足りない場合のあることがわかる。

第４図は、本発明の耐放射線装置を応用した多層構造のキャパシタの断面図であ る。

このキャパシタ４０は、４つの電極４１〜４４を有する。２つの電極４１と４３ は電位子■に接続され、他の２つの電極４２と４４はグラウンドに接続される。

これら電極の間に第１図の層１１〜１５と同様の複数の層が配置されている。各 層での挿入物の密度は、このキャパシタの厚さ全体にわたって電子数Ｚが所定の 変化をするように変化させる。例えば、この例では、挿入物の密度変化は中央で 密度が最大となる対称な変化である。

このようにするため、この耐放射線装置は３つのサンドイッチ構造体で構成され ている。各サンドイッチ構造体は、挿入物を含む中央層（それぞれ層４６．４７ ．４８）の両側を電子数Ｚが少なく挿入物を含まない層４５が取り囲んだ構造で ある。各サンドイッチ構造体の外側層４５の外面は電極４１〜４４と接触してい る。（層４５と４７と４５が連続して積層した構造の）中央のサンドイッチ構造 体は、電子数Ｚがもっとも多い層である。

本発明の耐放射線装置を応用したこのキャパシタでは、挿入物に導電材料を用い る場合には、（第４図に示すように）電極に接触する位置の層には挿入物を配置 しないことが好ましい。なぜなら、電極１ご接触する位置の層に導電材料からな る挿入物を配置すると電極間が短絡する可能性があるからである。

ところで、挿入物を層４６．４７．４８に配置するには、先に述もよい。

第５図は、本発明の耐放射線装置を、電子素子を直接保護するのに応用した場合 の断面図である。

この図には、電子素子５０とその上面に形成された２つの接続バッド５１が簡潔 に描かれている。第」図〜第４図を参照して説明した本発明の耐放射線装置が電 子素子５０の上面に直接固定されている。このためには、必要に応じて、可撓性 のある接着剤等のボンディング剤５２を用いる。

この電子素子の底面にさらに別の耐放射線装置を取りつけることももちろん可能 である。しかし、この電子素子は、熱の拡散機構が設けられたパッケージ（モジ ュール）の内部あるいは熱の拡散機構が設けられたプリント基板やハイブリッド 回路の上に配置され、全体が既に放射線に対する保護がなされていることが多い 。

第６図は、本発明の耐放射線装置を電子素子のパッケージを製造するのに応用し た場合の断面図である。

この第６図には、接続パッド６１が取り付けられた電子素子６０がチップキャリ ア型パッケージの底部６２に固定されている様子が示されている。このチップキ ャリア型パッケージのカバー６３は接合剤６４を介して底部６２に固定されてい る。

本発明によれば、このパッケージの底部６２とカバ−６３ノ全部あるいは一部は 、キャパシタ等の素子を構成する、挿入物の密度が変化している層を先に述べた 方法を用いて積層させることにより製造する。

第７図は、パッケージ内に収容された電子素子の保護に本発明の耐放射線装置を 応用した場合の断面図である。

第６図と同様この第７図にも、素子６０がパッケージの底部６２と蓋６３の内部 に収容されている様子が示されている。

図示の構造の場合、ひとつ（または複数）の本発明の耐放射線装置は、パッケー ジの何も取り付けてない自由壁のひとつ（またはいくつか）に載せられる。この 自由壁は、底部６２またはカバー６３の内壁でも外壁でもよい。第７図に示した 実施例では、耐放射線装置ｌがカバー６３の上面（外壁）上に設置されている。

耐放射線装置１は例えばボンディング剤５２を用いて固定する。

上記の実施例に関する記述により本発明が限定されることは一切ないことをはっ きり認識しておく必要がある。上記の記述では、例えば、挿入物は電子数が多い のに対し、この挿入物が含まれる層は電子数が少ないことは当然のこととみなし た。しかし、逆の仮定、すなわち、電子数の少ない挿入物が電子数の多い層の中 に含まれるという仮定も可能である。

この場合、素子のもっとも近くに配置される層は挿入物の密度の大きい層である 。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ）！　Ｒ ｚｐＯｎτＯＮ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．電子素子を放射線から保護するための装置であって、該装置は複数の層を備 え、該層のうちの何層かは少なくとも２つの材料で構成し、該２つの材料の一方 である第１の材料を構成する原子の電子数は他方の材料である第２の材料を構成 する原子の電子数よりも多くし、該２つの材料のうちの一方は他方の材料で形成 される層の内部に配置される挿入物の形態で添加し、該挿入物の密度は各層ごと にほぼ一定で、異なる層間では変化させることにより本装置の厚さ方向に沿って 電子数の変化を生み出すことを特徴とする装置。
2. ２．上記２材料からなる層は第２の材料で形成し、上記挿入物は第１の材料で形 成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．上記挿入物の密度は、該挿入物を配置した結果の電子数が上記電子素子のも っとも近くで最小となるように変化させることを特徴とする請求の範囲第１項ま たは第２項に記載の装置。
4. ４．上記電子数の変化は、上記装置の中央領域に関して対称にすることを特徴と する請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の装置。
5. ５．上記挿入物は、上記層中にランダムに配置することを特徴とする請求の範囲 第１〜４項のいずれか１項に記載の装置。
6. ６．上記挿入物はビーズ状あるいは粒子状とすることを特徴とする請求の範囲第 ５項に記載の装置。
7. ７．上記挿入物は、上記層内に等間隔に形成配置した孔内に配置することを特徴 とする請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装置。
8. ８．上記層の間に導電層をさらに備え、該導電層は電極を形成して、本装置はキ ャパシタを構成することを特徴とする請求の範囲第１〜７項のいずれか１項に記 載の装置。
9. ９．上記電子素子の片面上に配置することを特徴とする請求の範囲第１〜８項の いずれか１項に記載の装置。
10. １０．電子素子封止パッケージの少なくとも一部を構成することを特徴とする請 求の範囲第１〜９項のいずれか１項に記載の装置。
11. １１．電子素子封止パッケージの片面上に配置することを特徴とする請求の範囲 第１〜１０項のいずれか１項に記載の装置。
12. １２．第２の材料を構成する原子の電子数は２０以下とすることを特徴とする請 求の範囲第１〜１１項のいずれか１項に記載の装置。
13. １３．第２の材料は、炭素、アルミニウム、ケイ素、アルミナ、シリカからなる 群の中から選択することを特徴とする請求の範囲第１〜１２項のいずれか１項に 記載の装置。
14. １４．第１の材料を構成する原子の電子数は３５以上とすることを特徴とする請 求の範囲第１〜１３項のいずれか１項に記載の装置。
15. １５．第１の材料は、白金、または、チタン化合物、酸化物、あるいは、鉛を主 成分とする複合セラミックから選択した誘電セラミックとすることを特徴とする 請求の範囲第１〜１４項のいずれか１項に記載の装置。