(57)【要約】【課題】  より信頼性の高いハーメチックシールカバーの製造方法を提供する。【解決手段】  環状鍔部と凸部からなる凸形状のシールカバー材、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有する環状のロウ材、および、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有し、該環状鍔部に載置した場合に前記シールカバー材の凸部より高くなるように筒状に形成された環状のダミー材をそれぞれ形成し、前記シールカバー材の環状鍔部の下面に前記ロウ材を配置し、該シールカバー材の環状鍔部の上面にダミー材を載置して、シールカバー材とロウ材とを熱圧着することを特徴とする。シールカバー材とロウ材とをダミー材を介して複数積載整列させてから熱圧着を行うことにより、一度の工程で複数のハーメチックシールカバーを形成できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状鍔部と凸部からなる凸形状のシールカバー材、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有する環状のロウ材、および、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有し、該環状鍔部に載置した場合に前記シールカバー材の凸部より高くなるように筒状に形成された環状のダミー材をそれぞれ形成し、前記シールカバー材の環状鍔部の下面に前記ロウ材を配置し、該シールカバー材の環状鍔部の上面にダミー材を載置して、シールカバー材とロウ材とを熱圧着することを特徴とするハーメチックシールカバーの製造方法。
【請求項２】
シールカバー材とロウ材とをダミー材を介して複数積載整列させてから熱圧着を行うことを特徴とする請求項１に記載のハーメチックシールカバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に好適なハーメチックシールカバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージの一種に、図２に斜視図として示すセラミックパッケージがある。セラミックパッケージに使用されるセラミック基板（１）は、中央部に半導体素子接合用のメタライズ層を有する下層板と、表面にリードパターンが形成され、かつ、中央部に開口を有する中間板と、該リードパターンのリードの内側先端部が露出する大きさの開口を有する上層板との３つが、一体化された構造を有する。セラミック基板（１）の長辺側部には、前記リードパターンの外側先端と導通するように接合された金属リード（２）が設けられる。そして、前記上層板の開口の縁部表面には、シールカバー材接着用のメタライズ層（３）が形成される。メタライズ層（３）および前記リードパターンは、通常、Ｍｏ−Ｍｎ系の導電ペーストで形成され、これらとリード（２）には、Ａｕめっきが施される。
【０００３】
セラミック基板（１）を用いるパッケージング工程は、ハーメチックシール工程と言われる。
【０００４】
図３に断面図を示すように、まず、半導体素子（４）をセラミック基板（１）の下層板の半導体素子接合用のメタライズ層に接合し、該半導体素子（４）上の電極と、中間板の表面に形成されたリードパターンのリードの内側先端部とを、細いコネクタ線で結合する。
【０００５】
次に、メタライズ層（３）の上に、ロウ材（５）をシールカバー材（６）に接合させたハーメチックシールカバー（１１）を載せ、ロウ材（５）の融点以上に加熱し、その後、冷却して、シールカバー材（６）を取り付ける。
【０００６】
ロウ材（５）には、一般的にＡｕＳｎ合金、ＡｕＧｅ合金などが用いられ、シールカバー材（６）の材質としては、一般的に、鉄ニッケル合金、コバール系合金、銅あるいは銅合金、セラミック等が用いられる。また、ロウ材（５）とシールカバー材（６）との接合には、熱圧着法、溶融法、圧接法、スポット溶接法が用いられる。
【０００７】
図４に、熱圧着法によるハーメチックシールカバーの製造工程のフローの一例を示した。
【０００８】
まず、ＡｕＳｎ合金またはＡｕＧｅ合金などからなる圧延材料に、Ａｕを被覆するめっき工程と、プレス機を用いた打抜きによるプレス工程とを施して、所定寸法の環状に成形加工したロウ材（５）を得る。なお、一般には、シールカバー材（６）は、矩形の平面を有するため、ロウ材（５）は窓枠形状の環状を形成する。
【０００９】
次に、鉄ニッケル合金またはコバール合金などからなる圧延材料に、プレス機を用いた打抜きによるプレス工程と、下地にＮｉを被覆しさらにＡｕを被覆するめっき工程とを施して、所定の寸法に成形加工したシールカバー材（６）を得る。
【００１０】
また、材質がコバール合金である圧延材料に、プレス機を用いた打抜きによるプレス工程を施して、所定の寸法に成形加工したダミー材（７）を得る。ダミー材（７）は、鉄系材料のため、ロウ材（５）と接合することはなく、以下に述べるように、熱圧着工程で、ロウ材（５）とシールカバー材（６）の各組合せを分離しておく機能を有する。
【００１１】
次に、図５に断面図を示すようにロウ材（５）→シールカバー材（６）→ダミー材（７）の順番に積載整列し、一定荷重を加えながら、特定雰囲気において、ロウ材（５）の融点以下の温度に加熱し、冷却することによりロウ材（５）をシールカバー材（６）に接合する（たとえば、特公平３−６５８９７号公報参照）。
【００１２】
しかし、図２および図３に示すような中央に凹形状のくぼみを形成した複数層によるセラミック基板（１）の場合ではなく、図６に示すような単層あるいは複数層による平板形状のセラミック基板（１０）の場合は、形状が従来の平板形状ではなく、上方に凸形を形成したシールカバー材（８）とロウ材（５）からなるハーメチックシールカバー（１２）を用いることがある。
【００１３】
該凸形状のシールカバー材（８）を用いて、従来のハーメチックシールカバーの製造方法により、図７に断面図を示すように、シールカバー材（８）、ロウ材（５）およびダミー材（７）を、順番に積載整列して一定荷重を加えると、図８に断面図を示すように、シールカバー材（８）の凸部が潰れてしまったり、あるいは、図９に断面図を示すように、シールカバー材（８）の鍔部が押し広げられることで変形してしまい、セラミック基板（１０）と接合するために必要な形状から逸脱してしまう。
【００１４】
その結果、図８に断面図を示した潰れによる変形では、熱圧着法における接合の収率が著しく悪化し、図９に断面図を示した押し広がりによる変形では、ロウ材（５）とシールカバー材（８）からなるハーメチックシールカバーをメタライズ層（３）に取り付けた際に、変形による隙間により、リーク不良が発生し、収率の低下を招く。
【００１５】
これに対して、シールカバー材（８）とロウ材（５）とを接合する荷重を弱めることにより、シールカバー材（８）に発生する前述のような変形を低減させようとすると、ロウ材（５）とシールカバー材（８）の接合力が充分に得られず、熱圧着法における接合の収率が著しく低下してしまう。
【００１６】
これらの問題を解決できるロウ材（５）とシールカバー材（８）の接合方法として、溶融法（たとえば、エレクトロニクス実装技術、２００２．２、Ｐ３８）が考えられるが、溶融法では、ロウ材（５）を融点以上に加熱して溶融させることでシールカバー材（８）に接合させるため、ロウ材（５）の表面に形成される酸化膜や、シールカバー材（８）との界面付近に形成される金属間化合物等により、メタライズ層（３）に取り付ける際にリーク不良等が発生することがあり、熱圧着法により得られるハーメチックシールカバーと比べると、信頼性としては一歩、劣ってしまう。
【００１７】
【特許文献１】特公平３−６５８９７号公報
【００１８】
【非特許文献１】エレクトロニクス実装技術、２００２．２、Ｐ３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、前記従来の問題を解消し、より信頼性の高いハーメチックシールカバー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】
【００２０】
本発明者は、この目的を達成するために、従来方法で使用されてきたダミー材の形状について研究を行い、本発明を完成するに至った。
【００２１】
本発明に係るハーメチックシールカバーの製造方法は、環状鍔部と凸部からなる凸形状のシールカバー材、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有する環状のロウ材、および、該シールカバー材の環状鍔部と略同一の平面を有し、該環状鍔部に載置した場合に前記シールカバー材の凸部より高くなるように筒状に形成された環状のダミー材をそれぞれ形成し、前記シールカバー材の環状鍔部の下面に前記ロウ材を配置し、該シールカバー材の環状鍔部の上面にダミー材を載置して、シールカバー材とロウ材とを熱圧着することを特徴とする。
【００２２】
シールカバー材とロウ材とをダミー材を介して複数積載整列させてから熱圧着を行うことにより、一度の工程で複数のハーメチックシールカバーを形成できる。
【００２３】
なお、一般には、ハーメチックシールカバーはその平面を矩形に形成されるため、本発明における環状とは、四辺形の窓枠状を意味するが、これに限定されることはない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の方法では、筒形状のダミー材を使用することにより、ダミー材が、凸形状であるシールカバー材の凸部に接触することを避けることができる。また、ロウ材を接合する鍔部のみに荷重を配分することにより、ロウ材が充分な接合力を確保しながら、凸部および鍔部の変形を防ぐことが可能となり、ハーメチックシール工程でのリーク不良を低減することができる。
【００２５】
これにより、凸形状であるシールカバー材の収率を、平板形状のシールカバー材と同等に保つことが可能となり、コストを大幅に削減でき、量産性および経済性において有益である。また、得られるハーメチックシールカバーの性能および信頼性も、平板形状のシールカバー材と同程度に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の製造方法により得られる半導体パッケージは、図６に断面図を示すように、平板状のセラミック基板（１０）、金属リード（２）、メタライズ層（３）、半導体素子（４）、ロウ材（５）およびシールカバー材（８）からなるハーメチックシールカバー（１２）により構成される。
【００２７】
セラミック基板（１０）は、単層あるいは複数層による平板形状であり、中央部に半導体素子接合用のメタライズ層を有し、表面にリードパターンが形成され、該リードパターンのリードの内側先端部が露出する。セラミック基板（１０）の長辺側部には、前記リードパターンの外側先端と導通するように接合された金属リード（２）が設けられる。そして、縁部表面には、シールカバー材接着用のメタライズ層（３）が形成される。メタライズ層（３）および前記リードパターンは、通常、Ｍｏ−Ｍｎ系の導電ペーストで形成され、これらとリード（２）には、Ａｕめっきが施される。
【００２８】
次に、半導体素子（４）をセラミック基板（１）の半導体素子接合用のメタライズ層に接合し、該半導体素子（４）上の電極と、前記セラミック基板（１０）に形成されたリードパターンのリードの内側先端部とを、細いコネクタ線で結合する。
【００２９】
最後に、メタライズ層（３）の上に、ハーメチックシールカバー（１２）を、メタライズ層（３）とロウ材（５）が接するように載せ、ロウ材（５）の融点以上に加熱し、その後冷却して、ハーメチックシールカバー（１２）のシールカバー材（８）を取り付ける。
【００３０】
図面を参照して、本発明によるハーメチックシールカバー（１２）の製造方法を説明する。図４に、熱圧着法によるハーメチックシールカバー（１２）の製造工程のフローの一例を示すが、本発明についても、フローは従来と同様である。
【００３１】
シールカバー材（８）は、環状鍔部と凸部を有する凸形状を形成する。具体的には、コバール合金または鉄ニッケル合金からなるフォイルにプレス機を用いた打抜きによるプレス工程を施し、凸部の周囲を鍔部が囲むように凸形状に形成し、次にＮｉめっき工程によりＮｉを被覆させて、シールカバー材（８）を得る。
【００３２】
シールカバー材（８）は、被覆したＮｉの上にさらにＡｕを被覆させることにより、ロウ材（５）との濡れ性に優れることとなるので、打抜き工程の後で、さらにＡｕめっき工程により、Ａｕを被覆させることが好ましい。
【００３３】
ロウ材（５）は、前記シールカバー材の環状鍔部と略同一平面となるように環状に形成される。具体的にはＡｕＳｎ合金またはＡｕＧｅ合金からなる圧延材料に、Ａｕめっき工程によりＡｕを被覆させて、次に、プレス機を用いた打抜きによるプレス工程を施し、所定寸法の環状に成形加工したロウ材（５）を得る。
【００３４】
ダミー材（９）は、該シールカバー材の環状鍔部と略同一平面を有し、該環状鍔部に載置した場合に前記シールカバー材の凸部より高くなるように筒状に形成される。具体的には、シールカバー材の高さよりも厚みがあるコバール合金または鉄ニッケル合金からなるフォイルを、プレス機を用いた打抜きによるプレス工程を施し、所定寸法の環状に成形加工したダミー材（９）を得る。
【００３５】
次に、図１に断面図を示したように、シールカバー材（８）、ロウ材（５）およびダミー材（９）を積載整列させてから熱圧着を行う。具体的には、前記シールカバー材（８）の環状鍔部の下面に前記ロウ材（５）を配置し、該シールカバー材の環状鍔部の上面にダミー材を載置する。ロウ材（５）は、前記シールカバー材（８）の環状鍔部の下面で、かつ、セラミック基板（１）のメタライズ層（３）に対応する部分に合わせて形状が定められている。一方、ダミー材は、筒状をしており、かつ、前記シールカバー材の環状鍔部の上面に載置できるようになっており、その載置により、ダミー材（９）の高さは、前記シールカバー材（８）の高さを超える。
【００３６】
このため、上方から該ダミー材（９）に荷重をかけると、該荷重は前記シールカバー材（８）の鍔部、そしてロウ材（５）に垂直にかかることになるため、シールカバー材（８）の凸部に荷重がかかったり、シールカバー材（８）の鍔部を横に広げるような動きが抑制される。
【００３７】
実際の操業では、ロウ材（５）、シールカバー材（６）、ダミー材（９）の順に複数積載され整列されたうえで、熱圧着が行われる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
厚さ０．１５ｍｍで材質がコバール合金のフォイルより、長辺が１２ｍｍ、短辺が１０ｍｍ、鍔部の幅が１ｍｍ、全体の高さが２ｍｍの凸形状に打抜き加工した後、２．０μｍ厚のＮｉめっきを全面に施し、さらに、１．０μｍ厚のＡｕめっきを全面に施して、シールカバー材（８）を得た。
【００３９】
次に、厚さ０．０５ｍｍで両面にＡｕめっきを施したＳｎ２０％含有のＡｕＳｎ共晶合金の圧延材料より、長辺が１２ｍｍ、短辺が１０ｍｍ、幅が０．５ｍｍの長方形の環状に打抜き加工をして、ロウ材（５）を得た。
【００４０】
さらに、厚さ３ｍｍで材質がコバール合金のフォイルより、長辺が１２ｍｍ、短辺が１０ｍｍ、幅が０．８ｍｍの長方形の環状に打ち抜いて、ダミー材（９）を得た。従って、得られたダミー材（９）は、厚さ０．８ｍｍ、高さ３ｍｍの筒状である。
【００４１】
得られたシールカバー材（８）、ロウ材（５）およびダミー材（９）を、図１に断面図を示したような順番に積載整列し、２Ｎ・ｍの締め付けトルクによるネジにて上方より荷重を加えながら、窒素雰囲気において、ロウ材（５）の融点以下の温度２６０℃まで加熱し、その後冷却することにより、ハーメチックシールカバー（１２）を５０個作製した。
【００４２】
得られたハーメチックシールカバー（１２）に変形は発生せず、かつ、シールカバー材（８）にロウ材（５）が接合されていた。
【００４３】
次に、得られたハーメチックシールカバー（１２）を用いて、連続炉により窒素雰囲気中にて最高温度３２０℃でハーメチックシール工程を施し、シールカバー材（８）をセラミック基板（１）に接合させ、半導体パッケージを形成した。得られた５０個の半導体パッケージを用いて、０．４５ＭＰａ、２時間のヘリウムリーク試験を行った。ヘリウムリーク試験の結果、リーク不良はなかった。
【００４４】
（比較例１）
ダミー材（９）を、厚さ０．３ｍｍで材質がコバール合金より、長辺が１２ｍｍ、短辺が１０ｍｍの長方形に形成して、平板状のダミー材（７）を用意し、図７に断面図を示したような順番に積載整列した以外は、実施例１と同様にして、ハーメチックシールカバー（１２）を５０個作製した。
【００４５】
得られたハーメチックシールカバー（１２）のうち、１５個は、凸部が潰れることによる変形が発生し、１０個は、鍔部が押し広げられることによる変形が発生した。
【００４６】
（比較例２）
ダミー材（９）を、厚さ０．１ｍｍで材質がコバール合金より、長辺が１２ｍｍ、短辺が１０ｍｍの長方形に形成して、平板状のダミー材（７）を用意し、図７に断面図を示したような順番に積載整列した以外は、実施例１と同様にして、ハーメチックシールカバー（１２）を５０個作製した。
【００４７】
得られたハーメチックシールカバー（１２）に変形は発生しなかったが、３０個は、シールカバー材（８）にロウ材（５）が接合できずに剥がれており、ダミー材（７）が変形していた。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の製造方法において、積載整列させた状態を示す断面図である。
【図２】セラミック基板を用いた半導体のパッケージを示した斜視図である。
【図３】平板状のシールカバー材を用いた半導体装置を示す断面図である。
【図４】熱圧着法の製造工程を示すフロー図である。
【図５】従来の製造方法において、積載整列させた状態を示す断面図である。
【図６】凸形状のシールカバー材を用いた半導体装置を示す断面図である。
【図７】従来の製造方法において、積載整列させた状態を示す断面図である。
【図８】従来の製造方法において、シールカバー材に、潰れる変形が生じた状態を示す断面図である。
【図９】従来の製造方法において、シールカバー材の鍔部が押し広げられる変形が生じた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０  セラミック基板
２  金属リード
３  メタライズ層
４  半導体素子
５  ロウ材
６、８  シールカバー材
７、９  ダミー材
１１、１２  ハーメチックシールカバー
【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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