(57)【要約】【課題】  高い信頼性が要求される気密封止型半導体装置において、その要求に応えることができる気密封止型半導体装置とその製造方法を提供すること。【解決手段】  金属基板１上に搭載された半導体素子２が金属外囲ケース３内に収容され、前記金属外囲ケース３を貫通して絶縁物９で封着支持された外部金属リード端子６ｂと前記半導体素子２とが金属ワイヤ８ｂでボンディングされた気密封止型半導体装置１００であって、前記金属基板１と前記金属外囲ケース３とが、かしめ接続されている。【選択図】  図１
2010232328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、
前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置であって、
前記金属基板と前記金属外囲ケースとが、かしめ接続されていることを特徴とする気密封止型半導体装置。
【請求項２】
前記金属基板と前記金属外囲ケースとのかしめ接続が、前記半導体素子が搭載される領域を囲むように前記金属基板に枠状に形成された凹部に、前記金属外囲ケースの凸部が勘合されることによってなされる請求項１に記載の気密封止型半導体装置。
【請求項３】
前記金属基板の表面に、半光沢ニッケルめっきが施されている請求項１または２に記載の気密封止型半導体装置。
【請求項４】
金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、
前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置の製造方法であって、
前記金属基板上に前記半導体素子を搭載した後に、前記金属基板に前記金属外囲ケースがかしめ接続されることを特徴とする気密封止型半導体装置の製造方法。
【請求項５】
位置規制治具によって前記半導体素子を前記金属基板上の所定位置に位置させながら、前記半導体素子を前記金属基板に固着するはんだの脱気処理を行う請求項４に記載の気密封止型半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記位置規制治具が、前記金属基板上での開口の大きさよりも、前記位置規制治具の上端部での開口の大きさが大きい請求項５に記載の気密封止型半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記位置規制治具が、前記金属基板上に設けられた、前記金属外囲ケースをかしめ接続するための部分を用いて、前記金属基板上の位置を規制する請求項５または６に記載の気密封止型半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記金属基板と前記金属外囲ケースとのかしめ接続が、前記半導体素子が搭載される領域を囲むように前記金属基板に枠状に形成された凹部に、前記金属外囲ケースの凸部が勘合されることによってなされる請求項４〜７のいずれか１項に記載の気密封止型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基板上に搭載された半導体素子が、金属外囲ケース内に収容される気密封止型半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージは、樹脂封止型と気密封止型とに大別して分類することができる。このうち、樹脂封止型のパッケージは、一般用途向けの半導体装置に多く使用されているが、例えば人工衛星用などの過酷な環境下で使われる特殊用途向けの半導体装置では、放熱性と高信頼性を確保するために、金属基板上に搭載された半導体素子を、金属外囲ケース内に収容する気密封止型のパッケージが採用されている。
【０００３】
この気密封止型半導体装置では、高温環境下で正常な動作が行うことができるように、半導体素子を収容する金属外囲ケースに、セラミックやガラスなどの絶縁物を用いて外部金属リード端子を気密封止して固着し、この外部金属リード端子と半導体素子とを金属ワイヤによってワイヤボンディングするとともに、金属外囲ケース内に不活性ガスが封入されている。
【０００４】
図７は、従来の気密封止型半導体装置の構成例を示す図であり、図７（ａ）はその断面構成を、図７（ｂ）は金属基板の半導体素子が搭載されている側から見た平面構成を示す図である。なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）にＸ−Ｘ’矢視線で示した部分の構成を示している。また、図７（ｂ）では金属外囲ケースの内部の構成が分かるように、上部のケース蓋が取り除かれた状態を示している。
【０００５】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、従来の気密封止型半導体装置５０は、半光沢ニッケルめっきを施した銅やタングステンなどからなる金属基板２１の上面に、半導体素子２２が搭載され、この半導体素子２２を覆うように金属外囲ケース２３が形成され、金属外囲ケース２３の上面は、ケース蓋２５により内部の半導体素子２２が配置されている空間を気密状態に保っている。
【０００６】
半導体素子２１は、金属基板２１上に塗布された鉛、金、錫などの合金からなるはんだ２４でマウントされている。また、鉄やコバールなどの気密封止用の金属外囲ケース２３は、金ろう、銀ろうなどのろう材２０で金属基板２１に気密にろう付けされている。
【０００７】
金属外囲ケース２３の一側面には、内部の半導体素子２２と図示しない他の外部回路との導通を取るための、貫通孔に挿入されたコバールなどの外部リード端子２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）が、封着ガラス２７により気密にシールされていて、外部リード端子２６と半導体素子２２の上面の各接続電極部とが、アルミワイヤ２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）でそれぞれ接続されている。
【０００８】
半導体素子２２の周囲には、半導体素子２２を保護するポリイミド系の樹脂膜２９が形成されている。そして、金属外囲ケース２３の上面には、金属外囲ケース２３内部の空間を覆うように、ケース蓋２５がシーム溶接などで接合されている。
【０００９】
次に、図８から図１１を用いて、従来の気密封止型半導体装置５０の製造手順を説明する。なお、図８から図１１における断面構成を示す図、すなわち、図８（ａ），図８（ｃ），図９（ａ），図９（ｃ）、図１０（ａ）、図１０（ｃ），図１１（ａ）は、それぞれ、図７（ａ）と同じく図７（ｂ）に示したＸ−Ｘ’矢視線部分の断面構成を示している。
【００１０】
従来の気密封止型半導体装置５０の製造手順としては、図８（ａ）に断面構成、図８（ｂ）に平面構成を示すように、まず、金属基板２２に金属外囲ケース２３を銀ろうなどのろう材２０などでろう付けする。このとき、金属外囲ケース２３には、金属外囲ケース２３を貫通して、封着ガラス２７によって外部金属リード端子２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）が装着されている。
【００１１】
次に、図８（ｃ）に断面構成、図８（ｄ）に平面構成を示すように、カーボンなど耐熱性の優れた位置決め治具４０を、金属外囲ケース２３の内側に設置する。この位置決め治具４０は、後述するように、金属外囲ケース２３の内部の所定の領域に半導体素子２２を位置決めして搭載するためのものであり、例えば、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、金属外囲ケース２３の４つの側壁の内側に、それぞれ底面の金属基板２１上の開口部面積が最も小さく、金属外囲ケース２３の高さと同じ高さ部分の開口面積が最も大きくなるような，４つの傾斜面を形成するような形状となっている。
【００１２】
次に、図９（ａ）に断面構成、図９（ｂ）に平面構成を示すように、位置決め治具４０の内部の、金属基板２１上の半導体素子２１の搭載領域に、箔状の鉛はんだなどのはんだ２４を配置し、その上に半導体素子２２を載置する。
【００１３】
次に、図９（ｃ）に断面構成、図９（ｄ）に平面構成を示すように、半導体素子２２の上方から押さえ治具４１で半導体素子２２が動かないように押さえながら、ベーク炉などで、はんだの脱気と還元ガスの注入を行いながら，はんだの液相点以上の温度まで温度を上げてはんだを固着する。
【００１４】
その後、ベーク炉から取り出して，位置決め治具４０と押さえ治具４１とを取り除いた後、図１０（ａ）に断面構成、図１０（ｂ）に平面構成を示すように、半導体素子２２と外部リード端子（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）とをそれぞれ対応するアルミワイヤ２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ）で接続する。
【００１５】
その後、図１０（ｃ）に断面構成、図１０（ｄ）に平面構成を示すように、金属外囲ケース２３内に、半導体素子２２を保護するためのポリイミド系の樹脂膜２９を塗布、硬化させる。
【００１６】
最後に、図１１（ａ）に断面構成、図１１（ｂ）に平面構成を示すように、金属外囲ケース２３の上面に、鉄やコバールなどのケース蓋２５をシーム溶接などで気密封止して、従来の気密封止型半導体装置が完成する。
【００１７】
ここで、従来の気密封止型半導体装置の製造方法において、金属基板２２に、まず金属外囲ケース２３を固着し、その後、はんだ２４を介して半導体素子２２を搭載したのは、金属外囲ケース２３を固着するためのろう材２０の溶融温度は約１０００℃であり、半導体素子２２をマウントするためのはんだ２４の溶融温度約３００℃よりも高いので、金属基板２１への接合順序を逆にすると、半導体素子２２を金属基板２１上に固着するはんだ２４が溶融してしまい、金属基板２１上で半導体素子２２の搭載位置ずれが生じる可能性が高いからである。
【００１８】
このような従来の気密封止型半導体装置５０において、金属外囲ケース２３を金属基板２１に固着するためのろう材２０が、その内部の半導体素子２２がマウントされる領域に流れ込んで、半導体素子２２の接続不良が生じないように、半導体素子２２が搭載される領域と金属外囲ケース２３がろう付けされる領域との間の金属基板２１の表面に、半導体素子２２が搭載される領域を囲むように凹部２１ａを形成することが、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平７−１０６４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記のような、従来の気密封止型半導体装置では、金属基板２１に半導体素子２２を、金／シリコン共晶、または、鉛／錫合金のはんだ２４で搭載する際に、はんだにボイドが生じるなどの接合不良を低減する方策として、表面に金めっきを施した金属基板２１と半導体素子２２との間に、金／ゲルマニウム，金／錫などの共晶合金はんだ箔を挟む方法や、表面に銀めっきを施した金属基板２１と、半導体素子２２との間に、鉛／錫のはんだ箔を挟むことで、はんだの濡れ性を改善することなどが行われていた。しかし、この方法では、はんだにボイドが形成されてしまう接合不良を完全に解消することができず、半導体装置としての信頼性に応えるという点で、気密封止型半導体装置として要求される高い信頼性が、必ずしも十分満足できるレベルで得られているとは言い難かった。
【００２０】
また、特許文献１に示されたような、金属基板２１の表面に凹部２１ａを設けることによって、金属外囲ケース２３を固着するためのろう材２０が、半導体素子２２がマウントされる領域へ流れ出ることは防止できるものの、金属基板２１の外側方向へのろう材２０の流出は防止することができず、また、半導体素子２２を金属基板２１の所定領域に搭載する工程を，金属外囲ケース２３が固着された状態で行わざるを得ず、金属基板２１上の所望の位置に、高い精度で半導体素子２２を固着することが困難であった。
【００２１】
本発明はこのような従来技術の課題を解決するものであり、高い信頼性が要求される気密封止型半導体装置において、その要求に応えることができる気密封止型半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の気密封止型半導体装置は、金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置であって、前記金属基板と前記金属外囲ケースとが、かしめ接続されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の気密封止型半導体装置の製造方法は、金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置の製造方法であって、前記金属基板上に前記半導体素子をマウントした後に、前記金属基板に前記金属外囲ケースがかしめ接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
このようにすることで本発明の気密封止型半導体装置では、金属基板と金属外囲ケースとの気密接続にろう材などが不要となり、ろう材が流出して半導体素子と金属基板との接合不良が生じるなどの不具合がなく、高い信頼性を有する気密封止型半導体装置を得ることができる。また、半導体素子を金属外囲ケースよりも先に金属基板に固着した場合には、さらに気密封止型半導体装置の動作特性の信頼性を向上させることができる。
【００２５】
また、本発明の気密封止型半導体装置の製造方法によれば、金属基板の所定の位置に半導体素子を搭載してから、金属基板と金属外囲ケースとの気密固着を行うことができるので、金属基板への半導体素子の固着を容易にかつ正確に行うことができる。このため、半導体素子を強固にかつ高精度でマウントできる気密封止型半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の気密封止型半導体装置は、金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置であって、前記金属基板と前記金属外囲ケースとが、かしめ接続されている。
【００２７】
このような構成とすることで、金属基板と金属外囲ケースとの気密接合に，従来技術でのような接合のためのろう材が不要となり、金属基板上でろう材が流れ出てしまって金属基板への半導体素子の搭載が正しく行われない、などの不所望な事態を回避することができる。また、金属基板と金属外囲ケースとの気密接合のために、金属基板を高温下に晒す必要が無くなり、金属外囲ケースの金属基板への接合を，半導体素子の搭載後に行うことができる。このため、金属基板に半導体素子を容易にかつ正確に搭載することができる。
【００２８】
また、上記本発明の気密封止型半導体装置の構成において、前記金属基板と前記金属外囲ケースとのかしめ接続が、前記半導体素子が搭載される領域を囲むように前記金属基板に枠状に形成された凹部に、前記金属外囲ケースの凸部が勘合されることによってなされることが好ましい。このようにすることで、かしめ接続の勘合部分における凸部部分の体積を大きくとることができ、また、勘合部分の凹部部分周囲の強度を高く維持することができて、金属基板と金属外囲ケースとの気密接続を強固に行うことができる。
【００２９】
さらに、前記金属基板の表面に、半光沢ニッケルめっきが施されていることが好ましい。このようにすることで、半導体素子を金属基板に固着するはんだの濡れ性を良化させることができ、また、金属ワイヤを超音波で圧着させることを試みる際にその接続強度を高めることができる。
【００３０】
また、本発明の気密封止型半導体装置の製造方法は、金属基板上に搭載された半導体素子が金属外囲ケース内に収容され、前記金属外囲ケースを貫通して絶縁物で封着支持された外部金属リード端子と前記半導体素子とが金属ワイヤでボンディングされた気密封止型半導体装置の製造方法であって、前記金属基板上に前記半導体素子を搭載した後に、前記金属基板に前記金属外囲ケースがかしめ接続されるという構成を有する。
【００３１】
このようにすることで、金属基板上への半導体素子の搭載を、金属外囲ケースが固着されていない状態で行うことができるので、半導体素子を容易にかつ高精度で所定の位置に搭載することができ、実動作上の高い信頼性を有する気密封止型半導体装置を得ることができる。
【００３２】
また、前記気密封止型半導体装置の製造方法においては、位置規制治具によって前記半導体素子を前記金属基板上の所定位置に位置させながら、前記半導体素子を前記金属基板に固着するはんだの脱気処理を行うことが好ましい。このようにすることで、搭載される半導体素子を正しい位置に位置決めしながら、金属基板と半導体素子との固着を強固に行うことができる。
【００３３】
さらに、前記位置規制治具が、前記金属基板上での開口の大きさよりも、前記位置規制治具の上端部での開口の大きさが大きいことが好ましい。このようにすることで、金属基板の所定の位置への半導体素子の搭載を正確に行うことができ、また、半導体素子の上方から半導体素子を押さえる、押さえ治具を容易に配置することができる。
【００３４】
また、前記位置規制治具が、前記金属基板上に設けられた、前記金属外囲ケースをかしめ接続するための部分を用いて、前記金属基板上の位置を規制することが好ましい。このようにすることで、金属基板上に位置規制治具を位置決めするのみの構造を設ける必要が無くなり、金属基板の構成を複雑にしたり、また、その面積を大きくすることなく、位置規制治具を正しい位置に配置することができる。
【００３５】
さらに、前記金属基板と前記金属外囲ケースとのかしめ接続が、前記半導体素子が搭載される領域を囲むように前記金属基板に枠状に形成された凹部に、前記金属外囲ケースの凸部が勘合されることによってなされることが好ましい。このようにすることで、かしめ接続の勘合部分における凸部部分の体積を最大とすることができ、また、勘合部分の凹部部分周囲の強度を高く維持することができ、金属基板と金属外囲ケースとの気密接続を強固に行うことができる。
【００３６】
以下、本発明にかかる気密封止型半導体装置およびその製造方法について、図面を用いて例示して説明する。
【００３７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の気密封止型半導体装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は、その断面構成を示す図、図１（ｂ）は、金属基板の半導体素子がマウントされている側から見た平面構成を示す図である。なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）にＡ−Ａ’矢視線で示した部分の構成を示している。また、従来技術を示した図７（ｂ）と同様に、図１（ｂ）では、金属外囲ケースの内部の構成が分かるように、上部のケース蓋が取り除かれた状態を示している。
【００３８】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態の気密封止型半導体装置１００は、半光沢ニッケルめっきが施された、銅やタングステンなどからなる金属基板１の上面に、半導体素子２が搭載され、この半導体素子２を覆うように鉄やコバールなどからなる金属外囲ケース３が形成され、金属外囲ケース３の上面には、鉄やコバールなどのケース蓋５がシーム溶接などによって接合され、内部の半導体素子２が配置されている空間を気密状態に保っている。
【００３９】
半導体素子２は、金属基板１上に塗布された鉛、金、錫などの合金からなるはんだ４でマウントされている。本実施形態の気密封止型半導体装置１００では、金属基板１と金属外囲ケース３との気密接合が、金属基板１の半導体素子２が搭載される領域の周囲に形成された凹部１ａに、金属外囲ケース３の側壁部の底面に形成された凸部３ａが勘合して、かしめ接続されている点が，金属基板２１と金属外囲ケース２３とが、ろう材２０でろう付けされていた、図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて説明した従来の気密封止型半導体装置５０と異なる。
【００４０】
金属基板１の半導体素子２が搭載される表面には、厚さ２μｍの半光沢ニッケルめっきが形成されている。ニッケルめっきを用いているのは、ニッケルは、半導体素子２との接続の際に使われるはんだ４の濡れ性を良化させるために酸化しにくいこと、また、金属基板１の材料が拡散されないようにバリアすることができるという性質を有するからである。さらに、ニッケルめっきを半光沢にすることで、接合面の表面積が増えることによって接合強度を一層高めることができるという効果と、金属ワイヤ８との強固な接合を保つことができるという効果との、両方を同時に得るようにしている。
【００４１】
本実施形態の気密封止型半導体装置１００では、上記のように、半導体素子２が搭載される領域の周囲の金属基板１に、溝状の凹部１ａが形成されていて、この凹部１ａに金属外囲ケース３の底面に形成された凸部３ａが勘合されて、かしめ接続されている。このように、かしめ接続のための凹部を表面積の広い金属基板１側に設け、凸部を金属外囲ケース３の底面に設けることにより、かしめ接続に用いられる凹凸部の大きさを大きくすることができ、より強固に金属基板１に金属外囲ケース３を固着することができる。しかし、本発明のかしめ部の凹凸部の構成はこの限りではなく、凹部を金属外囲ケース側に、また、凸部を金属基板側に，それぞれ形成することを排除するものではない。
【００４２】
ここで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示される、凹部１ａの大きさは、例えば凸部３ａと勘合されていない状態で幅が０．９ｍｍ、深さが１．９ｍｍであり、凸部３ａの大きさは、例えば凹部１ａと勘合されていない状態で幅が１ｍｍ、高さが２ｍｍとすることができる。このように、通常のかしめ接続構造の凹部と凸部との関係と同じく、本実施形態の気密封止型半導体装置の、凸部３ａの大きさは、凹部１ａの大きさよりも少し大きく形成されている。
【００４３】
金属外囲ケース３の側壁部には、気密シール部としての封着ガラス７を用いてコバールなどの金属製の外部金属リード端子６（６ａ、６ｂ，６ｃ）が金属外囲ケース３の側壁部を貫通するように設けられている。
【００４４】
なお、図１（ａ）および図１（ｂ）では、本実施形態の気密封止型半導体装置１００として、３本の外部金属リード端子６ａ、６ｂ、６ｃが図示されている。そして、第１の外部金属リード端子６ａが、金属基板１にはんだ４で固着している半導体素子２の裏面電極である第１の電極と金属ワイヤであるアルミワイヤ８ａで接続され、第２の外部金属リード端子６ｂが、半導体素子２の第２の電極とアルミワイヤ８ｂで接続され、第３の外部金属リード端子６ｃが、半導体素子２の第３の電極とアルミワイヤ８ｃで接続された状態を示している。しかし、これはあくまで例示であって、本実施形態の気密封止型半導体装置１００では、外部金属リード端子６として、２本以上設けることができ、例えば上記のように３本とすることができる。また、外部金属リード端子６と搭載される半導体素子２との具体的な接続についても、それぞれの半導体装置の目的や搭載される半導体素子に応じて、適宜選択されて行われる。さらに、外部金属リード端子６とアルミワイヤ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）との接続についても、上記説明した図１（ａ）および図１（ｂ）に示されたものに限られないことは言うまでもない。
【００４５】
金属外囲ケース３内の半導体素子２上には、半導体素子２を覆うように、これを保護するポリイミド系の樹脂膜９が形成されている。
【００４６】
以上のように、本実施形態の気密封止型半導体装置１００では、金属基板１に搭載された半導体素子２を気密に封止する金属外囲ケース３と、金属基板１との気密接合を、金属基板１の凹部１ａと、金属外囲ケース３の凸部３ａとを勘合させたかしめ接続で行っている。このため、金属基板１と金属外囲ケース３との気密接続を行うためのろう材などが所望の接続領域から流れ出て、例えば金属基板１に半導体素子２を搭載する領域に流れ込み、絶縁不良を発生させたり、両者の適切な導通を妨げたりすることがない。このため、動作状態での電気特性に優れた高い信頼性を有する気密封止型半導体装置１００を得ることができる。
【００４７】
また、金属基板１と、金属外囲ケース３との接合のために、金属基板１を高温条件下に晒す必要がないため、金属基板１と金属外囲ケース３との気密接続を半導体素子２の搭載後に行うことができる。このようにすることで、金属基板１上に金属外囲ケース３が固着されていない状態で半導体素子２の搭載が可能となり、正確かつ強固な半導体素子２の搭載を容易に行うことができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施形態として、気密封止型半導体装置の製造方法についての具体例を、図面を用いて説明する。
【００４９】
図２から図６は、本実施形態の気密封止型半導体装置１００の製造手順を説明する図面である。なお、従来例の製造手順を説明した、図８から図１１と同じく、図２から図６のおける断面構成を示す図、すなわち、図２（ａ），図２（ｃ），図３（ａ），図３（ｃ）、図４（ａ）、図４（ｃ），図５（ａ）、図５（ｃ），図６（ａ）は、それぞれ図１（ａ）と同じく、図１（ｂ）のＡ−Ａ’矢視線部分の断面構成を示したものである。
【００５０】
本実施形態の気密封止型半導体装置１００の製造手順は、まず、図２（ａ）に断面構成、図２（ｂ）に平面構成を示すように、例えば２μｍ厚さの半光沢ニッケルめっきが施された金属基板１を用意する。この金属基板１には、半導体素子が搭載される領域を取り囲むようにして、一例として深さ１．９ｍｍ，幅０．９ｍｍの溝状の凹部１ａが形成されている。
【００５１】
次に、図２（ｃ）に断面構成、図２（ｄ）に平面構成を示すように、カーボンなど耐熱性の優れた位置規制治具である位置決め治具３０を、金属基板１の半導体素子が搭載される領域の周囲に配置する。このとき、位置決め治具３０の底面に形成された凸部３０ａを、金属基板１の凹部１ａにはめ込むことにより、位置決め治具３０を、金属基板１上の半導体素子が搭載される領域の周囲に容易かつ正確に配置することができる。
【００５２】
位置決め治具３０は、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように、その内側が、金属基板１と接する領域で内側の開口部の面積が最も狭く、かつ、位置決め治具３０の上端部にいくにつれて開口部の面積が最も広くなるように形成されている。すなわち、位置決め治具３０の内周面の４つの側壁部は、高さが増すにつれて外側に広がる傾斜面となっている。このように、位置規制治具を、その金属基板上での開口の大きさよりも、上端部での開口の大きさが大きくなるようにすることで、金属基板上での正確な半導体素子の搭載位置制御ができるとともに、後述する半導体素子を上方から押さえる押さえ治具を、容易に配置することができる。
【００５３】
なお、本実施形態の気密封止型半導体装置１００の製造方法における位置決め治具３０は、図８から図１１を用いて示した従来の気密封止型半導体装置５０の製造方法における位置決め治具４０と、同じ機能を果たすものであるが、位置決め治具自体の高さが、従来の位置決め治具４０よりも本実施形態の位置決め治具３０の方が低く形成されている。これは、本実施形態では、半導体素子２を搭載する段階で金属基板１上に金属外囲器が固着されていないからであり、このことによって、金属基板１上への半導体素子２の搭載を容易かつ確実に行うことができる。
【００５４】
次に、図３（ａ）に断面構成、図３（ｂ）に平面構成を示すように、位置決め治具３０の内部の、金属基板１上の半導体素子２の搭載領域に、箔状の鉛はんだなどのはんだ４を配置し、その上に半導体素子２を載置する。
【００５５】
次に、図３（ｃ）に断面構成、図３（ｄ）に平面構成を示すように、半導体素子２の上方から押さえ治具３１で半導体素子２が動かないように押さえながら、ベーク炉などで、はんだ４の脱気と還元ガスの注入を行いながら、はんだ４の液相点以上の温度まで温度を上げて、はんだ４によって半導体素子２を固着する。このように、半導体素子２を所定の搭載領域に位置させた状態で、はんだ４の脱気処理を行うことにより、はんだ４にボイドが形成されることを効果的に回避することができる。
【００５６】
その後、ベーク炉から取り出して，位置決め治具３０と押さえ治具３１とを取り除いた状態が、図４（ａ）に断面構成、図５（ｂ）に平面構成として示されている。
【００５７】
そして、図４（ｃ）に断面構成、図４（ｄ）に平面構成として示すように、あらかじめ金属外囲ケース３に外部金属リード端子６（６ａ、６ｂ、６ｃ）を装着して貫通部をガラス７で封着した、外部金属リード端子６付きの金属外囲ケース３を配置する。このとき、金属外囲ケース３底部の凸部３ａが、金属基板１の所定の凹部１ａに勘合するようにして，金属基板１と金属外囲ケース３とをかしめ接続する。
【００５８】
その後、図５（ａ）に断面構成、図５（ｂ）に平面構成を示すように、外部金属リード端子６ａ、６ｂ、６ｃと半導体素子２の接続電極パッドとを，それぞれ対応する金属ワイヤであるアルミワイヤ８ａ、８ｂ、８ｃを用いてボンディングにより接続する。
【００５９】
その後、図５（ｃ）に断面構成、図５（ｄ）に平面構成を示すように、金属外囲ケース３内に、半導体素子２を保護するためのポリイミド系の樹脂９を塗布、硬化させる。
【００６０】
最後に、図６（ａ）に断面構成、図６（ｂ）に平面構成を示すように、金属外囲ケース３の上面に、鉄やコバールなどのケース蓋５をシーム溶接などで気密封止して、本実施形態の気密封止型半導体装置が完成する。
【００６１】
以上のように、本実施形態の気密封止型半導体装置１００の製造方法では、金属基板１に搭載された半導体素子２を気密に封止する金属外囲ケース３と、金属基板１との気密接合を、半導体素子２が金属基板１上に搭載された後に、金属基板１の凹部１ａと、金属外囲ケース３の凸部３ａとを勘合させたかしめ接続で行っている。
【００６２】
このため、上記したように、半導体素子２の位置決めを行う位置決め治具３０の高さを低く抑えることができ、半導体素子２を所定の位置に確実に，かつ、容易に固着することができる。また、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示したように、押さえ治具３１を用いた状態ではんだ４の脱気と還元ガスの注入を行いながら，はんだ４による半導体素子２を搭載することができる。このときも、半導体素子２の位置決め治具３０の高さが低いため、半導体素子２を所定の位置に、はんだ４にボイドが形成されることなく容易に固着することができる。また、半導体素子２の固着時に、金属基板１に金属外囲ケース３が固着されていないことにより、金属基板１の温度分布が乱れることが無く、均一な熱伝導状態での半導体素子２の固着を行うことができる。
【００６３】
さらにまた、半導体素子２と金属外囲ケース３に固着された外部金属リード端子６のアルミワイヤ８による接続も、ばらつき無く行うことができる。また、金属外囲ケース３の金属基板１への固着に、従来技術のようなろう材を必要としないので、ろう材が金属基板１の半導体素子２搭載領域に流れ込み、両者の適切な導通を妨げたりすることがない。このため、動作状態での電気特性に優れた高い信頼性を有するとともに、高い放熱特性を有する気密封止型半導体装置１００を得ることができる。
【００６４】
なお、上記実施の形態１で説明したように、本発明のかしめ部の凹凸部の構成は、金属基板１の凹部１ａと、金属外囲ケース３の凸部３ａとを勘合させる構成に限るものではなく、凹部を金属外囲ケース３側に、また、凸部を金属基板１側に，それぞれ形成することを排除するものではない。
【００６５】
さらに、本発明において、搭載される半導体素子の各辺の長さが、半導体素子を固着するはんだ箔の各辺の長さよりも小さくすることで、半導体素子の搭載位置の裕度を確保できる。また、上記した位置決め治具の金属基板側の開口の大きさは、この、はんだ箔の各辺の長さより、少し長くすることが好ましい。
【００６６】
また、位置決め治具の高さは、はんだ箔の厚みと半導体素子の厚みよりも大きく、これに押さえ治具の高さを加えたものと同じか、それよりも低くすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明にかかる気密封止型半導体装置，およびその製造方法は、高い動作特性と放熱特性を有することが要求される、気密封止型半導体装置への要求に応えることができる気密封止型半導体装置、および、その製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態としての気密封止型半導体装置の構成を示す図であり、図１（ａ）はその断面構成を示す図であり、図１（ｂ）はその平面構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態としての気密封止型半導体装置の製造方法の最初のステップを示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態としての気密封止型半導体装置の製造方法の次のステップを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態としての気密封止型半導体装置の製造方法のさらにその次のステップを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態としての気密封止型半導体装置の製造方法のさらにその次のステップを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態としての気密封止型半導体装置の製造方法の最後のステップを示す図である。
【図７】従来の気密封止型半導体装置の構成を示す図であり、図７（ａ）はその断面構成を示す図であり、図７（ｂ）はその平面構成を示す図である。
【図８】従来の気密封止型半導体装置の製造方法の最初のステップを示す図である。
【図９】従来の気密封止型半導体装置の製造方法の次のステップを示す図である。
【図１０】従来の気密封止型半導体装置の製造方法のさらにその次のステップを示す図である。
【図１１】従来の気密封止型半導体装置の製造方法の最後のステップを示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１      金属基板
１ａ    凹部
２      半導体素子
３      金属外囲ケース
３ａ    凸部
４      はんだ
５      ケース蓋
６（６ａ、６ｂ、６ｃ）      外部接続リード端子
７      封着ガラス
８（８ａ、８ｂ、８ｃ）      アルミワイヤ（金属ワイヤ）
９      ポリイミド膜（樹脂膜）
１００  気密封止型半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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