(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子構造体（１０）であって：
半導体ダイ（１１）；
前記半導体ダイ（１１）に結合する第１リード（１２）；
前記半導体ダイ（１１）と２つのジュメット（１６，１７）を封止するガラス管（２０）であって、前記ガラス管（２０）は実質的に透明であり、かつ約570℃未満の融点を有する、ところのガラス管（２０）；および
約46-48重量パーセントの鉄と残部のニッケルとからなる前記２つのジュメット（１６，１７）；
から構成され、一方のジュメット（１６）はスズの層（２１）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１６）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらし、他方のジュメット（１７）はスズの層（２２）および銀の層（２３）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１７）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらすことを特徴とする電子構造体（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の電子構造体（１０）であって：
前記ガラス管（２０）は、シリカ、鉛酸化物、ホウ酸塩およびカリウム酸化物から構成される、
ことを特徴とする電子構造体。
【請求項３】
請求項２に記載の電子構造体であって：
前記ガラス管（２０）は、さらに約5から10重量パーセントの無機酸化物を含む、
ことを特徴とする電子構造体。
【請求項４】
ガラス管（２０）および２つのジュメット（１６，１７）によって封止される半導体ダイ（１１）を備える電子構造体（１０）であって：
前記ガラス管（２０）は、シリカ、鉛酸化物、ホウ酸塩およびカリウム酸化物から構成され、前記２つのジュメット（１６，１７）は、約46-48重量パーセントの鉄と残部のニッケルとからなり、一方のジュメット（１６）はスズの層（２１）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１６）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらし、他方のジュメット（１７）はスズの層（２２）および銀の層（２３）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１７）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらす、
ことを特徴とする電子構造体。
【請求項５】
装置（１０）を形成する方法であって：
半導体ダイ（１１）を準備する段階；
前記半導体ダイ（１１）および２つのジュメット（１６，１７）の周囲にパッケージ（２０）を形成する段階であって、前記パッケージ（２０）は、シリカ、鉛酸化物、ホウ酸塩およびカリウム酸化物から構成され、前記２つのジュメット（１６，１７）は、約46-48重量パーセントの鉄と残部のニッケルとからなる、ことを特徴とする段階；および
一方のジュメット（１６）をスズの層（２１）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１６）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらし、他方のジュメット（１７）をスズの層（２２）および銀の層（２３）により前記半導体ダイ（１１）に接合して当該ジュメット（１７）と半導体ダイ（１１）の間に電気的および物理的コンタクトをもたらす段階；
から構成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は一般に半導体デバイスに関し、特に電子構造体のグラス型パッケージ内への形成に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ダイオード、抵抗、キャパシタなどの従来の個別のデバイス（discrete device）は、典型的には、セラミックまたは不透明ガラスのパッケージ内にパッケージングされる。パッケージが、リード、スラッグ、および半導体ダイのような個別のデバイスの個々の構造体（individual component）を位置づけることによってガラス管の中に形成される。次にその構造体は、600℃を超える温度で熱せられ、それによって、ガラス管が溶融し、その個別のデバイスの保護パッケージを形成するように個々の構造体を封止する。
【０００３】
この技術の１つの問題は、半導体パッケージを590℃以下で形成することができ、光学的に透明なガラス管を適用する（drawn glass tubing）のに使用されている汎用されている方法が無いことである。高度な半導体デバイスには、温度に極めて敏感な金属相互接続またはドープ構造が頻繁に含まれるので、これが問題となる。例えば、半導体ダイが、ジャンクションの材料またはコンタクトメタライゼーションのためのアルミニウムを含む半導体デバイスを形成するのに使用される場合、600℃以上のパッケージ組立の温度を印加してはならないことに注意しなければならず、さもなければアルミニウムが溶融し、半導体ダイ内に拡散してしまうであろう。
【０００４】
従って、従来のパッケージングよりも低い温度で形成される半導体パッケージを形成する方法を提供することに優位性がある。また、パッケージが澄んでおり、半導体デバイスの個々の構造体が視覚的に検査できれば、優位である。
【０００５】
【好適実施例の詳細な説明】
図１は、本発明に従って形成され、電子構造体（electric component）１０として参照される装置の一部分の拡大断面図である。より詳細には、図１は、製造工程の初期段階における電子構造体１０の個別の構造体を図示したものである。図１および以下の記述に示される実施例において、電子構造体１０はツェナーダイオードである。しかしながら、本発明は様々な用途を有し、電子構造体１０は、抵抗器、ダイオード、キャパシタ、サイリスタ、サーミスタ、インダクタなどでもよい。
【０００６】
電子構造体１０は、メモリ保存デバイス、ケミカルセンサ、圧力センサ、加速度計、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラなどのような集積回路でもよい。
【０００７】
図１に示されるように、電子構造体１０はDO-３５パッケージのような配置をとっている。DO-３５は半導体産業のパッケージタイプの記号である。また、本発明は、DO-３４、DO-４１などのような他の産業の標準パッケージを形成するのに使用され得る。
【０００８】
図１に示すように、電子構造体１０は半導体ダイ１１を含み、本実施例においては、その半導体ダイ１１はツェナーダイオードである。電子構造体１０内の半導体ダイ１１への電気的コンタクトは、ジュメット（dumets）１６、１７へそれぞれ接続されるリード１２、１３によってもたらされる。もちろん、ジュメット１６、１７を使用せずに半導体ダイ１１への電気的接続をもたらすことは可能である。しかし、本実施例においては、ジュメット１６、１７は、電気的接続と電子構造体１０の動作時における必要な熱拡散をもたらす。また、本発明は、リード１２、１３がワイヤ、ダイフラッグ（die flag）、またはリードフレームのいずれかの部分にボンディングされるような他の用途にも使用されることを理解されたい。
【０００９】
好適には、ジュメット１６、１７は、鉄およびニッケルから成り、約46-48重量パーセントの鉄、約50-54重量パーセントのニッケルから構成される。このようなだいたいの比率の優位性は、ジュメット１６、１７が等方性熱膨張係数を有することにある。言い換えると、ジュメット１６、１７は、ほぼ等しい軸方向の熱膨張率（図１の矢印３０で示される）および半径方向の熱膨張率（図１の矢印３１で示される）を有する。しかしながら、本発明から利益をあずかるのに、それぞれの値が正確に等しい必要のないことは、当業者にはわかるであろう。例えば、半径方向熱膨張率が、軸方向熱膨張率の約15％以内にある限りは、電子構造体１０は、以下に記述するように、高温のプロセスの間、半径方向のクラックを被ることはないであろう。半径方向のクラックが起こる量を減少させることによって、電子構造体は、本発明に従って形成され、高いリード引張強度（pull strength）を有するようになる。ある場合には、リード１２とリード１３との間は、20ポンドまで引張強度がある。
【００１０】
続いて、好適実施例において、電気的および物理的コンタクトが、半導体ダイ１１とジュメット１６、１７との間に、接合材料でもたらされる。例えば、ジュメット１７と半導体ダイ１１の片側との間の接合材料は、スズ２２の層および銀２３の層でもよい。さらに、スズ２１の層はまさに、半導体ダイ１１の他の表面とジュメット１６との間の材料の接合に使用され得る。層２１から２３を使用し、半導体ダイ１１とジュメット１６、１７の間に接合をもたらすことの１つの利点は、物理的接合を形成するための熱的圧縮接合（thermal-compression bonding）を必要としないことである。代りに、一連の熱工程が処理され、それによって、層２１から２３は、ジュメット１６、１７へ適切に接合される。この熱工程は、以下に、より詳細に記述される。
【００１１】
ガラス管２０が、外部パッケージとして使用され、それによって電子構造体１０に環境の保護および電気的絶縁をもたらすようにする。好適には、ガラス管２０をけいせいするのに使用されるバルク材料は、シリカ（即ち、シリコンダイオキサイド）、酸化鉛（PbO）、ほうさん塩（B2O3）および酸化カリウム（K2O）を含む。従来既知のグラス材料のほかに提供する成分の本明細書の一つの違いは、酸化カリウムの付加である。酸化カリウムの使用は以下に説明されるようなガラス管２０の融点を低めるということばかりでなく、ガラス管２０を透明にすることができる。酸化カリウムの使用はまた、以下に説明するように、ガラス押し出しプロセス（glass extruding process）に使用して、溶融から管を引き出すことも可能にする。周期律表の第一列から引用される他の酸化物、例えば酸化リチウムまたは酸化ナトリウムなどを使用してもよい。従来技術と本発明の他の違いは、ガラス材料中に炭素の存在が無く、そのガラス材料が非多孔性であるように選択される。
【００１２】
酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのような他の無機酸化物が、ガラス管２０の失透の傾向を減少させ、化学的耐久性に役立つような少数成分として含まれうる。これらの無機酸化物は、約1から10重量パーセント、好適には、約5から10重量パーセントを有するように加えることができる。これらの付加的な無機酸化物の使用は、本発明においては必ずしも実施する必要はなく、付加的なものとして考えるべきである。
【００１３】
また、ガラス管２０の強度を増すために約1から10重量パーセントを付加的に加えられるアルミナ（Al2O3）があり、それによって、電子構造体１０は、その製造または動作中の応力クラックに対するより強い耐性を有する。本発明において、以下に示すように、アルミナは実際溶融し溶融成分の一つになる。このことは、充填剤（filler）としてアルミナを使用し、アルミナを溶融成分の一つとなっていない従来技術とは異なっている。好適には、アルミナは、従来のガラス成分に比べ、使用される量が少なく、約1から3重量パーセント含まれる。
【００１４】
ガラス管２０を形成する一つの方法は、加熱容器の中に所望の割合で、各成分を含ませることである。その材料は、溶融物を形成するために混合され、熱せられる。次に、所望の内径および外径を有する毛細管（図示せず）が、従来技術を使用して加熱容器から引き出される。次に、その毛細管は、所望の長さに切断され、図１に示されるように、ガラス管２０をもたらす。一旦形成されると、ガラス管２０は、1x107.6poiseでの約470℃から約490℃の範囲の軟化する（softing）温度、1x1013poiseでの約415℃から約435℃の範囲の焼きなまし（anneal）の温度点、約400℃から420℃の範囲の形質変換（transformation）の温度点、1x1014.5poiseでの約375℃から395℃の範囲のひずみ（strain）の温度点および約8.5から8.75ppm/℃の範囲のparts par million/degree Celsius（ppm/℃）における熱膨張率（CTE）を有する。
【００１５】
図１に示されるように、電子構造体１０の製造が、ガラス管２０のキャビティ２５内の個別の構造体（即ち、半導体ダイ１１、ジュメット１６から１７およびリード１２から１３）を位置付けることへと続く。ガラス管２０は透明なので、続く溶融段階に先立って適切に個々の構造体が配置されるように変更することが、可能になる。図２において、電子構造体１０は、約530℃から570℃で約5分から30分間加熱され、それによって、ガラス管２０が、電子構造体１０の個々の構造体を包むように溶融される。図２に示されるように、ガラス管２０はキャビティ２５を部分的に充填するように溶融される。この加熱段階は、層２１から２３を溶融するためにも使用され、それによって、ジュメット１６、１７に所望の接合をもたらす。各成分の相関的割合は、ガラス管２０の溶融温度に適するように変更可能である。
【００１６】
一実施例では、ガラス管２０は約525℃から535℃の範囲の融点温度を有し、酸化ナトリウムおよびその他の成分を使用することによって、光学的に透明な封止材料を提供する。
【００１７】
別の実施例では、ガラス管２０は、約535℃から555℃までの範囲の溶融温度を有し、このガラス材料もまた、光学的に透明である。
【００１８】
さらに別の実施例では、ガラス管２０は約545℃から560℃の範囲の融点温度を有し、酸化鉛の量を減少させ、シリカの量を増加させている。このことにより、約7から9ppm/℃の範囲になるようにガラス材料の熱膨張係数が増加する。
【００１９】
本発明の一つの利点は、ガラス管２０が約525℃から570℃の範囲（より好適には、約525℃から555℃）の融点温度を有することである。これは、現在市販されている590℃を超える（典型的には、620℃）の融点温度を有する透明なガラス管の温度よりも非常に低い。いくつかの適用においては、電子構造体を形成するのに使用される個々の構造体が高温処理に敏感であり、600℃を超える処理温度に耐えることができないので、このことは望ましい。
【００２０】
本発明の他の利点は、ガラス管２０が透明であることである。組立工程の間およびその後で、電子構造体１０の個々の構造体の目視検査が可能となるので、このことは望ましい。ガラス管２０は、完全に透明であることは必要としないことを理解されたい。アルミナのような添加物が、比較的少量使用される場合、ガラス管２０はわずかに不透明になり得る。しかし、それでも電子構造体１０の内部構造体は判別可能である。本発明で予期していなかった利点は、ガラス管２０の外径および内径の両方の制御を改善できることである。例えば、電子構造体がDO-３５パッケージとして形成される場合に、ガラス管２０の内径は約0.074から0.078インチ（0.1905cmから0.19812cm）の範囲であり、それに対し、従来は約0.070から0.085インチ（0.1778cmから0.2159cm）である。
【００２１】
これで、本発明が電子構造体のパッケージを形成するのに使用され得るガラス管を提供するものであることが理解されたことと思う。このガラス管は、従来の他のガラス管材料よりも透明であり、低融点である。図の簡単化および明確化のために、図示されている要素は、必ずしも等倍で描写されていないことを理解していただきたい。例えば、その要素のいくつかの大きさは、明瞭化のために他の要素に比較して、誇張されている。さらに、適切と思われるものには、同一または類似の要素を示すために、図面間で参照番号を繰り返している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った、製造の初期段階における電子構造体の拡大断面図。
【図２】本発明に従った、さらにプロセスした後の電子構造体の拡大断面図。
【図１】
0004625550.tif 000002
【図２】
0004625550.tif 000003