JPS6351661A - 半導体装置用パツケ−ジのカバ−およびその製造方法 - 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】 本発明は半導体装置用パッケージを密封シールするため
のカバーおよび該カバーの製造方法に関する。

半導体装置用の多くのパッケージは金属ノ１ウジング、
およびハウジングおよびカバーに融合する予備成形体で
ハウジングにシールするカバーから構成されている。ハ
ウジングおよびカバーは、しばしば、鉄−ニッケルまた
は鉄−ニッケルーコバルト合金または金めっきしたＫＯ
ＭＡＲから作られている。通常、予備成形体は金−錫、
鉛−インジウム−銀、鉛−錫一銀、鉛−錫または錫−銀
合金の如き比較的に低い融点のはんだからなる。上記パ
ッケージ、カバーおよび合金は米国特許第３３４０６０
２、３３６７７５６．３６４８３５７．３８２３４６８
．３８７４５４９．３９４６１９０．４０２５７１６、
４３２８９２１および４３３１２５３号明細書に記載さ
れている。

従来のパッケージ　カバーおよびその製造方法は多くの
欠点を有している。カバーの基体と予備成形体との間の
結合が不完全または不連続であり、しばしば６０％程度
の結合しか達成しない。一般に、結合は不規則な表面に
おいて予備成形体に変形を与える傾向のある予備成形体
合金の溶融温度以上で行われている。また、不規則表面
は、カバーをパッケージ　ハウジングにシールする場合
に困難さを与える。それ故に、カバーを上述する欠点な
く形成する場合に、ある改良を加える必要がある。

かかる改良は、予備成形体を基体に結合するのに用いる
温度を予備成形体の融点以下に保つ場合に実現できる。

この事は米国特許第４３２８９２１号明細書において１
部分実現されている。この米国特許では、基体に付着す
る間、金−賜または鉛−インジウムー銀合金予備成形体
を１部分だけ融解している。しかしながら、この方法で
は望ましくない程度の変形を与える。米国特許第４３３
２３４１号明細書では、錫、鉛および銀の合金から作っ
た予備成形体をチタン−パラジウム−金合金の装置接触
部（ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｎｔａｃｔｓ）　に、固体を固
相に維持しながら十分な力を与えて結合を生じさせる間
、予備成形体をはんだの融点以下の温度に加熱して結合
している。米国特許第３９３５９８６号明細書において
は、銅および銀の如きある種の金属を第１層と第２層と
の間に中間膜（ｉｎｔｅｒｌｉｎｅｒ）を配置して結合
しており、この中間膜は層の融点の範囲の融点を有し、
かつ少なくとも１つの層と合金を形成するように熱拡散
することができ、中間膜および層を加圧結合して複合体
を形成し、複合体を拡散を開始し、かつ新しい合金を凝
固するのに十分な時間にわたって中間膜の融点以上にお
よび合金の融点以下に加熱して後結合（ｐｏｓｔ　ｂｏ
ｎｄｉｎｇ）　　シている。

この方法は、すなわち、層を加圧結合し、次いで複合体
を加圧する二段プロセスについてのおよび新しい合金の
形成についての欠点を有している。

上述するこれらの米国特許には予備成形体を半導体パッ
ケージのカバーに結合することについて記載していない
。また、米国特許第３３６７７５６号明細書には金−温
合金箔を金被覆ＫＯＶＡＲ基体に２６０℃で圧延して結
合しているが、しかし良好な結合を達成するために、先
ず箔を浸出することが提案されている。この場合、加熱
しておよび加熱しないで加圧結合する実験には成功しな
かったことが記載されている。

本発明は、はんだ予備成形体の半導体パッケージ　カバ
ーまたはふたへの接着性をカバーの基体とはんだ予備成
形体との間に、結合剤または結合増強物として１種の予
備成形体合金構成成分である純粋の低融点金属の極めて
薄い層を配置することによって改善できることを見出し
た。結合は僅かな圧力で、かつ上記薄い金属層の融点以
上またはその近くで、しかも予（＃成形体合金の融点以
下の温度で形成する。このように形成した結合は連続す
る拡散加圧結合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅ　ｂｏｎｄ）であり、予備成形体が剥離できる前に破
壊するように強力である。

本発明においては、半導体パッケージのカバーを製造す
る方法を提供し、このカバーは基体合金から作られ、か
つ基体被膜を有する基体および該基体に結合する２種ま
たは３種以上の予備成形体合金構成成分からなる予備成
形体合金から作られた予備成形体から構成され、この方
法は予備成形体合金の融点より低い融点を有する予備成
形体合金成分の薄い被膜を上記予備成形体の１側に被覆
して被覆予備成形体を形成する工程；予備成形物上の被
膜を上記基体被膜に接触させて集成体（ａｓｓｅｍｂｌ
ｙ）を形成するように上記被覆予備成形体を基体と緊密
に接触させて配置する工程；圧力を集成体に加えて圧縮
集成体を形成する工程この場合かかる圧力は加熱しない
で被覆予備成形体と基体被膜との間に結合を形成するの
に不十分な程度にし；および圧縮集成体を予備成形体合
金の融解温度以下で、しかも予備成形体上の被膜の融解
温度以上の温度に基体と予備成形体との間に拡散加圧結
合を形成するのに十分な時間にわたって加熱する工程か
らなる。

半導体装置用パッケージのカバーは、その広い観点にお
いて、−側止に金およびニッケルからなる群の少なくと
も１種から選択した被膜を有するカバー基体；および金
−錫合金、鉛−錫合金、鉛−インジウム合金、錫−銀合
金、鉛−インジウム−銀合金および鉛−錫一銀合金から
なる群から選択した合金から形成した予備成形体からな
り、上記予備成形体はその１側に予備成形体合金の融点
より低い融点を有する予備成形体合金成分の被膜を有し
、また予備成形体はカバー基体に拡散加圧結合する。

本発明の種々の例において、基体はアロイ４２（Ａ１１
０’／　４２）ノ如き鉄−ニッケル合金、まりＬｔＫ［
１ＶＡＲの如きコバルト−鉄−ニッケル合金から形成す
るのが好ましい。基体は金またはニッケル、またはこれ
ら両金属の薄い層で被覆することができる。

予備成形体は金−錫、鉛−錫、鉛−インジウム、錫−銀
、鉛−インジウム−銀または鉛−錫一銀の合金、並びに
他の適当な合金から作ることができる。予備成形体合金
は低いまたは最低の融点を有する予備成形体合金成分の
融点以上の融点を有する組成を有する。

好適例においては、基体をＫＯＭＡＲから作り、予備成
形体を金−錫合金から作る。ＫＯＶＡＲはニッケルの被
膜沿よびこのニッケル被膜上の金の被膜を有する。予備
成形体は２０％錫の共融組成より幾分低い組成を有する
金−錫一合金から作り、予備成形体は錫被膜を有する。

基体および被覆予備成形体の集成体を炉内に加圧下、水
素の存在で配列し、ＫＯＶＡＲ基体上の金被膜、予備成
形体上の錫被膜および互いに拡散する予備成形体合金の
少なくとも１部分を基体と予備成形体との間に拡散加圧
結合を形成するのに十分な時間にわたって加熱して実質
的に共融組成の組成を生成する。

半導体装置用パッケージの製造においては、半導体ダイ
を含むハウジングをカバーで覆い、このカバーをハウジ
ングに周囲はんだ予備成形体でシールする。通常、カバ
ーは予備成形体をカバー基体に結合して予じめ形成する
。予備成形体と基体との間の結合は連続的で、強く、か
つ不浸透性である。カバー基体についての適当な材料は
、例えばアロイ４２の如き鉄−ニッケル合金、および例
えばＫＯＭＡＲの如き鉄−ニッケルーコバルト合金であ
る。必要に応じて、基体は、例えば金の薄い層で被覆で
きる。耐腐食性を高めるために、基体を通常のめっきに
より薄いニヅケル層で被覆することができる。あるいは
、また基体を薄いニッケルの第１層および金の薄い第２
層で被覆することができる。好適例において、基体を金
で、またはニッケルの上に金で被覆することができる。

基体および被覆層の厚さは、通常、半導体構成部分の製
造によって規定される。例えば、基体を０．０１０イン
チの厚さにできると共に、各被膜を５０〜３００マイク
ロインチ、好ましくは約１００〜２００マイクロインチ
の範囲の厚さにすることができる。

通常、矩形枠、しばしば正方形枠の形状の予備成形体は
比較的に低い融点を有し、かつｌまたは２種以上の合金
成分からなる多くの合金から作ることができる。適当な
合金としては鉛、錫、ビスマス、アンチモン、インジウ
ム、亜鉛、銀および金の如き金属を含有する合金を例示
でき、この場合予備成形体合金の少なくとも１種の成分
は予（１ｍ成形体合金の融点より低い融点を有する。予
備成形体に用いる特定の合金は１０〜２５％錫を含有す
る金−錫合金、特に２８０℃の融点を有する金−２０％
錫共融合金、高い鉛含有量を有するある種の鉛−錫合金
、２１０℃の融点を有する鉛−５０％インジウム合金、
賜−４％銀合金、３０７℃の融点を存する鉛−５％イン
ジウム−２，５％銀合金、および３０９℃の融点を有す
る１〜１０％錫および１〜４％銀、例えば鉛−１，５％
銀−１％銀を含有する鉛−錫一銀合金を挙げることがで
きる。本発明に使用するのに適当な予備成形体合金は少
なくとも１種の予備成形体合金成分の融点以上の融点を
有する組成を有する必要がある。予備成形体は合金の薄
いシートから正方形形状または矩形形状の枠の形に打抜
きする。予備成形体の大きさおよび形はその外側の周辺
に一致させ、かつカバー基体の周囲と接触するようにす
る。予備成形体の厚さは、例えば０．００２インチにで
きる。

本発明の方法においては、予備成形体合金のシートを所
望の厚さに圧延し、予備成形体の薄いシートを脱脂し、
および洗浄剤、溶剤プロセスまたは腐食により清浄にし
、予備成形体合金の清浄シートの１側を予備成形体合金
の成分の薄い被膜で被覆する。使用する成分は合金より
低い融点を有し、予備成形体合金成分の最低融点を有す
る成分が好ましい。上述する合金のうち、予備成形体に
ついての被膜としては錫またはインジウムが適当である
。被膜はロール外装仕上（ｒｏｌｌ　ｃｌａｄｄｉｎｇ
）、真空蒸着またはスパッターの如き方法で約２５〜５
０マイクロインチの範囲の均一な厚さの被膜を得るよう
な割合で被着する。次いで、予備成形体を被覆予備成形
体合金シートから打抜く。

次に、本発明を添付図面について説明する。

第１図においては、本発明のカバーの構成部分はカバー
基体１、基体被膜２、予備成形体被膜３および予備成形
体４から構成されている。上述すにように、基体被膜２
は金またはニッケルの層、またはニッケルの第１層およ
びニッケルの第１層を被覆する金の第２層からなる。

被覆基体および被覆予備成形体は、基体被膜２を予備成
形体被膜３に接触させて接触配列状態の基体および被覆
予備成形体の周囲を有する集成体を形成するように緊密
に接触する。被覆基体および被覆予備成形体の集成体は
適当なフレーム、クランプまたはジグに配置する。この
場合、集成体を加圧下に置いて圧縮集成体を形成する。

圧力は被覆基体と被覆予備成形体との間に緊密な接触を
得るのに十分な程度にするが、しかし加熱しないで結合
を生ずるような高さにしない、すなわち、不十分にする
。圧力は約２０〜３０インチポンドの範囲にするのが好
ましい。圧力が約２０インチポンド以下では、拡散加圧
結合を得るのに加熱した後層の分離が生じ、また約３０
インチポンド以上では縁の変形を生ずる。好適例におい
ては、ジグは１個の集成体または複数個の集成体を保持
するのに適応する９０°■−型延長体、少なくとも１個
の集成体に互いに向で移動するように適応する■−型延
延長体各先端における圧縮ブロック、および集成体に圧
力を加える手段からなる。通常、圧力はエンド　スクリ
ューを圧縮ブロックの上に回転させることによって作用
させる。圧縮ブロックは集成体と同じ寸法を有する。集
成体が互いに偶然的に結合するのを防止するために、不
活性スペーサを集成体相互間に配置することができる。

基体と同じ寸法の適当なスペーサーは非めっきＫＯＭＡ
Ｒまたは非めっきアロイ４２から作ることができる。１
個の圧縮集成体または複数個の圧縮集成体を積載したジ
グを炉内に配置し、拡散加圧結合を果す所望の予定温度
に加熱する。必要に応じて、結合は酸化を回避する不活
性ガスの存在で行うことができる。不活性ガスとして水
素を使用することは、存在する任意の酸化物を減少でき
るので有利である。

炉は予定温度に加熱する。拡散加圧結合の予定温度は予
備成形体合金の融解温度以下に維持するが、しかし良好
な結合を達成するために予備成形体４上の被膜３を形成
する金属の融点以上にする必要がある。例えば、錫−被
覆金一賜共融合金子備成形体を基体に拡散結合する場合
には、温度を約２３２〜２７９　℃の範囲、好ましくは
約２６０　℃に制御するのが好ましい。

予定温度は基体と予備成形体との間に拡散加圧結合を生
じさせるのに十分な適当な時間にわたって維持する。満
足な拡散加圧結合を形成するのに十分な時間は１０分程
度のように短時間にすることができる。適当な時間は、
一般に約１５〜１２０分の範囲、通常は約３０〜６０分
の範囲である。予備成形体被膜３は予備成形体４に、お
よび拡散加圧結合のすべての組成を形成する基体被膜２
、予備成形体被膜３および予備成形体４の金の少なくと
も１部分に融解および拡散する。拡散加圧結合を形成し
た後、炉を冷却し、ジグを炉からおよびカバーとして回
復した拡散結合した集成体から除去する。

かようにして形成したカバーは第２図に示しており、こ
れから明らかなように実質的に２つの層、すなわち、基
体ｌ＄よび予備成形体４からなり、予備成形体被膜３は
基体被膜２および予備成形体４に実質的に拡散し、予備
成形体は基体と一体になる。

ある用途において、すなわち、ある予備成形体合金の場
合、予備成形体に被覆する被膜の量は臨界的である。例
えば、予備成形体に金−錫共融合金を使用する場合には
、本発明の方法で製造したカバーは金−２０％錫の共融
組成に著しく相当する基体に結合する予備成形体につい
ての組成を有するようにする。共融組成を実質的に達成
するには、予備成形体を打抜く合金は２０％より幾分少
ないＳｎ。

例えば約１９％のＳｎを含有させるようにする。２５〜
５０マイクロインチの範囲の厚さの合金シートに被着す
る錫被膜は、被覆予備成形体を提供し、この被覆予備成
形体は約５０〜３００マイクロインチの範囲の厚さの基
体に被覆する金の少なくとも１部分と共に、実質的に共
融組成の組成を有する拡敢加圧結合子備成形体を持つカ
バー集成体を与える。

金−錫共融合金子備成形体について特に説明してきたけ
れども、手順は他の合金から作った他の予備成形体の場
合に同様に適用することができる。

本発明の方法は多くの利点を有している。ふたを予備成
形体に結合によって自動的に容易に取付けできる。結合
はジグにおいて行うことができ、この場合複数の集成体
をジグに保持しながら正確に整列および結合することが
できる。温度制御は従来法よりあまり厳格ではない。カ
バーの全周囲にわたって、結合を完全に均一に、かつ連
続的に達成でき、予備成形体および基体を結合後予備成
形体下にいかなる汚染物を存在させずに一体にすること
ができる。結合は従来のカバーより強力で、予備成形体
の変形は僅かであるか、または全（変形することがない
。

次に、本発明を実施例について説明する。

実施例 厚さ０．００２インチのへ〇−１９％Ｓｎ合金からなる
予備成形体合金を、その１側に高純変温の５０マイクロ
インチ厚さの被膜を蒸着した。フレーム型予備成形体を
被覆予備成形体合金シートから押抜いた。

ＫＯＭＡＲの基体合金を純粋金の２００マイクロインチ
厚さの層でめっきした。多数の被覆基体および被覆予備
成形体を配列し、９０°■−型ジグ内で合体した。予備
成形体の各錫被覆側を金めつき基体に対向して配置させ
た。予備成形体と基体の各集成体の間に、金めつき基体
と同じ大きさの非被ｆｆ１Ｋ。

ＶＡ基体のスペーサーを挿入して隣接集成体の予備成形
体の非被覆側にめっき基体の純粋金が加熱中に偶発的に
結合するのを防止する。このように合体した多（の集成
体およびスペーサーを、被覆基体と被覆予備成形体の各
集成体間に緊密に接触させ、かつ各被覆基体と被覆予備
成形体の周囲の接触配列を維持する３０インチボンドの
圧力でジグにおいて緊締した。この圧力は加熱すること
なく基体と予備成形体との間に永久結合を形成するのに
不十分である。積載したジグを真空炉に入れた。

炉を１０−５トルの圧力に排気し、水素で裏充填した（
ｂａｃｋ　ｆｉｌｌｅｄ）　。炉を２６０℃に加熱し、
この温度を調整し、３０分間にわたり維持した。しかる
後、炉を冷却し、ジグを取除き、カバーを回復させた。

カバーを調べ、ＫＯＶＡＲ基体上ｉ、１ｍ１９．９〜２
０．１％錫を含む金−錫共融合金の層からなるのを確め
た。結合は予備成形体に損傷を与えることなく、連続的
でかつ破壊することがなかった。

本発明は特定な好適例について説明したが、しかし特許
請求の範囲および本明細書の記載を逸脱しないかぎり、
種々変更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は各構成部分を分離して示した本発明のカバーの
斜視図、および 第２図は第１図に示す構成部分を組合わせた状態の本発
明のカバーの斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体合金から作り、かつ基体被膜を有する基体、お
   よび該基体に付着する２または３種以上の予備成形体合
   金成分からなる予備成形体合金から作った予備成形体か
   らなる半導体装置用パッケージのカバーの製造方法にお
   いて、予備成形体合金の融点以下の融点を有する予備成
   形体合金成分の薄い被膜を前記予備成形体の１側に被覆
   して被覆予備成形体を形成し；予備成形体上の被膜を前
   記基体被膜に接触させて集成体を形成するように被覆予
   備成形体を基体と緊密に接触させて配置し；集成体に圧
   力を作用させて圧縮集成体を形成し、この場合この圧力
   は加熱することなく被覆予備成形体と基体被膜との間に
   結合を形成するのに不十分にし；および圧縮集成体を予
   備成形体合金の融解温度以下で、しかも予備成形体上の
   被膜の融解温度以上の温度に、基体と予備成形体との間
   に拡散加圧結合を形成するのに十分な時間にわたって加
   熱する各工程からなることを特徴とする半導体装置用パ
   ッケージのカバーの製造方法。 ２、圧力を約２０〜３０インチポンドの範囲にする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ３、時間を約１０〜１２０分の範囲にする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４、時間を約３０〜６０分の範囲にする特許請求の範囲
   第３項記載の方法。 ５、前記加熱を不活性ガスの存在で行う特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ６、予備成形体上の被膜は約２５〜５０マイクロインチ
   の範囲の厚さを有する特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ７、基体合金は鉄−ニッケル合金、コバルト−鉄−ニッ
   ケル合金、アロイ４２およびＫＯＶＡＲからなる群から
   選択した合金とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８、予備成形体合金は金−錫合金、鉛−錫合金、鉛−イ
   ンジウム合金、錫−銀合金、鉛−インジウム−銀合金お
   よび鉛−錫−銀合金からなる群から選択した合金とし、
   該合金は少なくとも１種の予備成形体合金成分の融点以
   上の融点の組成を有する特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ９、予備成形体は予備成形体合金の成分の最低融点を有
   する予備成形体合金成分の薄い被膜で被覆する特許請求
   の範囲第８項記載の方法。 １０、基体合金をＫＯＶＡＲとし、予備成形体合金を金
   −錫合金とし、および予備成形体合金を錫の薄い層で被
   覆する特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１、基体合金をＫＯＶＡＲとし、基体は約５０〜３０
   ０マイクロインチの範囲の厚さを有する金の被膜を有し
   、予備成形体合金は約２０％の錫を含有する金−錫合金
   とし、および予備成形体合金は錫の被膜を有し、この錫
   被膜は約２５〜５０マイクロインチの範囲の厚さを有す
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２、集成体を約２６０℃に制御した温度で加熱する特
   許請求の範囲第１１項記載の方法。 １３、予備成形体合金を約１９％の錫を含有する金−錫
   合金とし、予備成形体合金は約２５〜５０マイクロイン
   チの範囲の厚さを有する錫被膜を有し、金基体被膜は約
   １００〜２００マイクロインチの範囲の厚さを有し、お
   よび錫被膜の厚さおよび基体被膜の厚さは基体上の金基
   体被膜、予備成形体上の錫被膜および予備成形体合金の
   少なくとも１部分間に拡散加圧結合を形成するのに十分
   にし、このために拡散加圧結合の形成後、予備成形体の
   組成が約２０％の錫を含有する実質的に共融組成である
   特許請求の範囲第１１項記載の方法。 １４、１側上に金およびニッケルからなる群の少なくと
   も１種から選択した被膜を有するカバー基体；および金
   −錫合金、鉛−錫合金、鉛−インジウム合金、錫−銀合
   金、鉛−インジウム−銀合金および鉛−錫−銀合金から
   なる群から選択した合金から形成した予備成形体から構
   成され、前記予備成形体はその１側上に予備成形体合金
   の融点より低い融点を有する予備成形体合金成分の被膜
   を有し、および前記予備成形体はカバー基体に拡散加圧
   結合することを特徴とする半導体装置用パッケージのカ
   バー。 １５、前記基体は鉄−ニッケル合金、コバルト−鉄−ニ
   ッケル合金、アロイ４２およびＫＯＶＡＲからなる群か
   ら選択した合金とした特許請求の範囲第１４項記載のカ
   バー。 １６、前記基体は約５０〜３００マイクロインチの範囲
   の厚さの金被膜を有し、前記予備成形体合金は約１９％
   の錫を含有する金−錫合金とし、予備成形体の１側上の
   前記被膜は予備成形体をカバーに拡散加圧結合し約２０
   ％の錫を含有する実質的に共融組成を有する予備成形体
   を形成する前に、約２５〜５０マイクロインチの範囲の
   厚さの錫である特許請求の範囲第１５項記載のカバー。 １７、半導体装置用パッケージを密封するために、前記
   予備成形体はカバー基体の周囲と接触する方形形状のフ
   レームである特許請求の範囲第１６項記載のカバー。 １８、予備成形体上の被膜を基体被膜に接触させて集成
   体を形成するように被覆予備成形体を基体と緊密に接触
   させて配置し、圧力を集成体に作用させて圧縮集成体を
   形成し、かかる圧力を加熱しないで被覆予備成形体と基
   体被膜との間に結合を形成するのに不十分な圧力にし、
   および圧縮集成体を予備成形体合金の融解温度以下で、
   しかも予備成形体上の被膜の融解温度以上の温度で基体
   と予備成形体との間に拡散加圧結合を形成するのに十分
   な時間にわたって加熱することによって予備成形体をカ
   バー基体に拡散加圧結合した特許請求の範囲第１４項記
   載のカバー。 １９、１側上に金被膜を有するカバー基体および該カバ
   ー基体に拡散加圧結合する錫被膜を有する金−錫合金か
   ら形成した予備成形体から構成したことを特徴とする半
   導体装置用パッケージのカバー。