(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形型ハーメチックパッケージを、対向する２つの電極で加圧する半導体デバイスの構造において、
前記電極の少なくとも一方は、通電する通電経路を抑制する抑制手段を備え、
前記抑制手段は、前記電極の前記通電経路を流れる有効な通電電流、又は当該電極に発生する熱の少なくとも何れか一方を調整し、且つ、前記通電経路を、スリット、穴、溝、凹部又は凸部の何れかによって抑制し、
前記矩形型ハーメチックパッケージは、当該矩形型ハーメチックパッケージのプロジェクションが有する長辺側と短辺側との溶融条件を均等化し、且つ、前記プロジェクションの形状が、長辺側と短辺側において異なることにより、前記溶融条件を均等化することを特徴とする半導体デバイスの構造。
【請求項２】
前記半導体デバイスは、ミリ波帯のモジュールであるミリ波帯デバイスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの構造。
【請求項３】
矩形型ハーメチックパッケージを、対向する２つの電極で加圧する半導体デバイスにおける溶着封止方法であって、
前記電極の少なくとも一方が、通電する通電経路を抑制する抑制ステップを備え、
前記抑制ステップでは、前記電極の前記通電経路を流れる有効な通電電流、又は当該電極に発生する熱の少なくとも何れか一方を調整し、且つ、前記通電経路を、スリット、穴、溝、凹部又は凸部の何れかによって抑制し、
前記矩形型ハーメチックパッケージが、当該矩形型ハーメチックパッケージのプロジェクションが有する長辺側と短辺側との溶融条件を均等化し、且つ、前記プロジェクションの形状が、長辺側と短辺側において異なることにより、前記溶融条件を均等化する均等化ステップを備えることを特徴とする溶着封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの構造、及びその溶着封止方法に関し、特に、気密封止が要求される矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの構造、及びその溶着封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気密筐体として金属を用いた高品位な半導体デバイスは、気密性の実現を優先として、円筒形状を成していた。この円筒形状の半導体デバイスの具体例について、図１０に示す。
【０００３】
図１０に示す円筒形状を備えた半導体デバイスは、瞬時に金属溶着を完了できるプロジェクション抵抗溶接工法を適用する上で、機構的に優位な形状である。
【０００４】
なぜなら、円筒形状を備えた半導体デバイスは、ＣＡＰ及びベースの接合状態として、安定した内部空間を形成し、維持されているからである。
【０００５】
また、半導体デバイスのうち一部のデバイス（水晶振動子等）には、長辺が１０ｍｍ程度のオーバル形状のもの（図１１）も存在している。
【０００６】
そして、気密及びシールドのみを目的としたこれらのプロジェクション部は、成型上さほど形状精度を要求せず、溶接作業条件に幅を持てることから、ラフな溶着作業を行っても実用上は問題にはならない。
【０００７】
ここで、プロジェクションの溶着に関するものが、特許文献１及び２に記載されている。
【特許文献１】実開昭６３−１４５５８９号公報
【特許文献２】実開平５−６５４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの半導体デバイスに対し、高機能化を図ったミリ波帯デバイスなどは、長辺側が５０ｍｍ超もあるのに対して、短辺側は１０ｍｍ幅程しかない高い縦横比形状を成していることを特徴としている（図１２）。
【０００９】
これは、要求電気特性において、ｆｃ（カットオフ周波数）を利用する為の形状であり、要求される高周波特性を満足させるために、ミリ波帯デバイスには円筒形状のデバイスと比べ、更に形状精度（気密溶着後）の制約も加わる。
【００１０】
また、図１３にはミリ波帯デバイスの断面図を示し、図１４には円筒形状の半導体デバイスの断面図を示す。
【００１１】
ここで、関連するプロジェクション抵抗溶接工法（図１５）では、場所（長辺中央に対して短辺側）による溶融偏りが発生し、気密を確保できないだけでなく、シールドさえも維持できない結果を招いていた。
【００１２】
また、今まで採用されてきた金属ハーメ手法であるパラレルギャップシームウェルド工法やレーザーウェルド工法であっても、ミリ波帯デバイスにおけるハーメは、実現不可能であった。
【００１３】
また、瞬時に作業完了となるプロジェクションウェルド工法をミリ波帯デバイスに適用することが理想の溶接工法ではあるが、円筒形状のデバイスと異なり、矩形型のプロジェクションを全周囲に渡って同一の高さ及び形状に成型することは技術的に困難であった。
【００１４】
また、ミリ波帯デバイスは、プロジェクション部の形状が小さいことが必然的に要求されており、より困難性を高めていた。
【００１５】
このように、ミリ波帯デバイスでは、溶着後の形状精度が要求され、プロジェクション部の形状も低く細い突起形状のみしか許されておらず、合わせて高い縦横比を成す形状であるので、関連するプロジェクション抵抗溶接工法を適用することができないという問題があった（図１６）。
【００１６】
ミリ波帯デバイスについて更に図１７に示すと、被ハーメデバイス２６と溶接電極２７，２８の構造は、高い縦横比の長辺側及び短辺側それぞれのプロジェクション部２４において、加圧力、通電電流、発熱・放熱特性のいずれも極端な不均等さが発生する。
【００１７】
従って、この状態が抵抗溶接時に障害となり、溶着がプロジェクション部２４の全周囲にわたって均一に行うことができず、気密封止できない原因となっていた（図１７）。
【００１８】
また、２つ以上の構成部品から成り高周波特性の制約によって矩形型となるミリ波デバイスのパッケージでは、使用周波数が高いほどパッケージ内の空間域で導波管モードでの伝搬波帰還を抑制する用途上、幅が狭く且つ縦横比がより大きくなる傾向にある。
【００１９】
また、修復作業が不可能なプロジェクション抵抗溶接工法においては、一連の加圧、通電、冷却と一工程で完結しなければならず、比較的実現の容易な円筒形状のハーメチックパッケージと比較しても、極端な矩形型は実用上の弊害となる。
【００２０】
また、接合する際における溶接時の通電電流経路また溶接部分の発熱・放熱経路を検討すると、なんら対策を講じない場合（図１７）には、短片側と長辺側ではバランスが極端に異なっている。
【００２１】
例えば、技術的に確立されている円筒形パッケージ（図１０）の溶着接合を例に比較すると、円筒形状パッケージは加圧、通電、放熱経路共に均等であるが、矩形型パッケージ（図１２）では導電性の良好な銅合金を使用した電極を用いた場合でも、作業時２０ＫＡ以上の高電流が、瞬間的に流れる状況におかれる。
【００２２】
また通電電流経路が中央部と周辺端部において大きな差異を発生する矩形型パッケージにおいては、プロジェクション長が３〜５倍にも及び（通電電流も同倍）、加圧、発熱、放熱の溶接条件バランスが崩れた結果、中央のみ過剰溶着が発生し端部は未溶着となる。
【００２３】
更に、溶接域における条件バランス（加圧、通電電流、放熱等）の悪い矩形型（特に縦横比の高い場合）であるほど悪化状況は顕著である。
【００２４】
つまり、溶着が不均一であることは、気密維持がされていない事を示唆しており、且つ、パッケージの異常変形にもつながり望むべき結果ではない。
【００２５】
このため、関連するプロジェクション抵抗溶接工法では、この異形なプロジェクション部にハーメを行う場合には、溶着条件緩和策として、突起形状の拡大そして通電電流・加圧力等を多大にするだけでは気密封止することができないという問題があった。
【００２６】
また、図１８に示すように、このミリ波帯のデバイスでは、被ハーメデバイス２６が形状の制約を受けるので、プロジェクションシール工法の適用を、より困難にしているという問題があった。
【００２７】
ここで、図１８のＡ方向及びＢ方向とは、図１７に記載したミリ波帯デバイスに対し、矢印で示したＡとＢの方向にユーザが観察した場合の方向をいい、以下、後述する図面においても同様に、図１７のＡ方向及びＢ方向により観察することとする。
【００２８】
更に、近接しているガラス端子部２３（図１３）へのストレスを軽減（抑制）するため、多大な通電電流によって溶着を促進することができないという問題もある。
【００２９】
ここで、特許文献１及び２に記載されたプロジェクションに関するものについて検討すると、特許文献１にはヘッダーが通電経路を担うものが記載され、特許文献２には電極に段差を設けたものが記載されている。
【００３０】
しかしながら、何れの特許文献にも、電極の通電する通電経路を抑制すると共に、プロジェクション部の長辺側と短辺側の溶融条件を均等化する旨について、一切記載されていない。
【００３１】
そこで、本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、既存設備及び既存の工法を変更することなく、電極の通電する通電経路を抑制すると共に、プロジェクション部の長辺側と短辺側の溶融条件を均等化することにより、矩形型ハーメチックパッケージの電極の最適化を図ることができる半導体デバイスの構造、及びその溶着封止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】
【００３２】
本発明に係る半導体デバイスの構造は、矩形型ハーメチックパッケージを、対向する２つの電極で加圧する半導体デバイスの構造において、前記電極の少なくとも一方は、通電する通電経路を抑制する抑制手段を備え、前記抑制手段は、前記電極の前記通電経路を流れる有効な通電電流、又は当該電極に発生する熱の少なくとも何れか一方を調整し、且つ、前記通電経路を、スリット、穴、溝、凹部又は凸部の何れかによって抑制し、前記矩形型ハーメチックパッケージは、当該矩形型ハーメチックパッケージのプロジェクションが有する長辺側と短辺側との溶融条件を均等化し、且つ、前記プロジェクションの形状が、長辺側と短辺側において異なることにより、前記溶融条件を均等化することを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る半導体デバイスの溶着封止方法は、矩形型ハーメチックパッケージを、対向する２つの電極で加圧する半導体デバイスにおける溶着封止方法であって、前記電極の少なくとも一方が、通電する通電経路を抑制する抑制ステップを備え、前記抑制ステップでは、前記電極の前記通電経路を流れる有効な通電電流、又は当該電極に発生する熱の少なくとも何れか一方を調整し、且つ、前記通電経路を、スリット、穴、溝、凹部又は凸部の何れかによって抑制し、前記矩形型ハーメチックパッケージが、当該矩形型ハーメチックパッケージのプロジェクションが有する長辺側と短辺側との溶融条件を均等化し、且つ、前記プロジェクションの形状が、長辺側と短辺側において異なることにより、前記溶融条件を均等化する均等化ステップを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、半導体デバイスの構造は、電極の通電する通電経路を抑制すると共に、プロジェクション部の長辺側と短辺側の溶融条件を均等化することにより、通電経路を意図的に調整することができるので、矩形型ハーメチックパッケージの電極の最適化を図ることができる半導体デバイスの構造、及びその溶着封止方法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明に係る実施例は、通電電流経路、溶接部分の発熱及び放熱経路を、プロジェクション溶接各部位毎に溶着状態を制御するため、従来から使用されている電極にスリット等の障害を設け、既存設備及び工法を変更する事なく、電気抵抗、放熱経路を意図的に調整でき、電極の最適化を図ることを可能としたものである（図１）。
【００３６】
同様に、被ハーメデバイス側プロジェクション部の突起形状において部位毎に溶着状態を意図的に制御する目的で、高さや幅を含めた形状を最適化することにより、プロジェクション部の全周囲に渡り、溶融条件の均等化を実現することが可能である。
【００３７】
ここで、プロジェクション部を溶着する場合の一例を、図２及び図３に示す。
【００３８】
図２及び図３に示すプロジェクション部の形状は、それぞれ溶着部の高さがｈ１，ｈ２であり、幅がｗ１，ｗ２である。
【００３９】
このことにより、プロジェクション形状（図２及び図３）及び電極形状（図１）は、互いに製造における精度の要求値を緩和させることも可能である。
【００４０】
従って、本実施例では、特別な装置等を付与すること無く、既存設備を使用して高い縦横比を持つミリ波帯デバイスの封止を要求される寸法精度でプロジェクションハーメを可能としたことを特徴とするものである。
【００４１】
なお、実施例では、ミリ波帯デバイスについて説明するが、本実施例はこれに限定されるものではなく、テラヘルツ波帯のデバイスやサブミリ波帯のデバイスなどにも適用できるようにしても良い。
【００４２】
次に、本発明に係る実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００４３】
（１）矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの構造
図１は、被溶接物及び溶接電極を含めた矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの構造を示したものである。
【００４４】
図１に示す矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスは、電極１と電極２が、被ハーメデバイス３を挟み込むように形成されている。
【００４５】
また、電極１と電極２には、スリット、穴、堀込等に相当する調整溝４が設けられている。
【００４６】
溶着部である高縦横比の長辺側及び短辺側それぞれのプロジェクション部は、発熱・放熱量、加圧力、通電電流量が、同一結果となることはない。
【００４７】
従って、これを解決する為に、通電、放熱経路が短く過溶着となる電極１及び電極２の中央近辺部では、スリット、穴、堀込等を設けることにより通電経路の延長を図り、また、放熱経路をも延長することにより短辺側の加圧バランスと溶着状態の均等化を実現する。
【００４８】
ここで、長辺側５と短辺側６とを有する被ハーメデバイス３が設けられた電極２の概略図を図４に示す。
【００４９】
図４に示す概略図に、電極側の通電経路上にスリット、穴等（図１の調整溝４に相当する。）を設けることにより、プロジェクション部での長辺側５と短片側６の溶着バランスを取ると共に、電気抵抗、発熱・放熱経路を最適化することができる。
【００５０】
この図４に示す概略図に最適化を図った場合の実施例を、図５及び図６に示す。
【００５１】
図５及び図６は、電極１と、被ハーメデバイス３と、調整溝４とを備えている。
【００５２】
図５と図６との違いは、調整溝４の形状が異なっており、この調整溝４の形状は、希望する特性に応じて、スリット、穴、掘込などに変更可能である。
【００５３】
なお、図５及び図６では、電極１にて最適化した実施例を示しており、これは電極１に限定されるものではなく、電極２にて同様に最適化しても良い。
【００５４】
また、被ハーメデバイス３側のプロジェクション部（図２及び図３）にも同様に調整することにより、溶融状態の均等化を実現したものである。
【００５５】
また、図７に示す被ハーメデバイス３に溶着する溶着部のプロジェクション部７は、図２及び図３に示したように、高さｈ１，ｈ２や、幅ｗ１，ｗ２のように、任意のサイズに調整することにより、溶融状態の均等化を図ることができる。
【００５６】
また、図５及び図６から、被ハーメデバイス３を取り除いた電極１を、図８及び図９に示す。
【００５７】
図８及び図９では、電極１に施された調整溝４の形状を認識することができる。
（２）矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの効果
本実施例１によれば、矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスは、電気抵抗や放熱経路を意図的に調整することができるので、溶接時に矩形型ハーメチックパッケージの電極の最適化を図ることができる。
【００５８】
従って、高い縦横比の金属製ミリ波デバイスにプロジェクションシール工法を適用することができる。
【００５９】
また、この矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスは、溶着部であるプロジェクション部に、形状を最適化した構造を提供することにより、高い縦横比の金属製ミリ波デバイスにプロジェクションシール工法を適用することができる。
【００６０】
また、前記の効果を組み合わせた相乗効果により、高精度のプロジェクション形状加工を要求せずに、高い縦横比の金属製ミリ波デバイスにプロジェクションシール工法を適用することができる。
【実施例２】
【００６１】
（３）矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの構造
次に、本発明に係る実施例２における矩形型ハーメチックパッケージを溶着する半導体デバイスの構造について、以下に詳細に説明する。
【００６２】
上記実施例１では、溶接行為の通電電流経路及び放熱経路の調整は、スリット、穴、掘込等に相当する調整溝４を電極１及び電極２の形状変更により実現しているが、被溶着物である被ハーメデバイス３側に、同等機能を有す材質又は基材と異なる同等機能の部品を追加することにより実現し、適用することができる。
【００６３】
この場合、例えば、被ハーメデバイス３に、通電性の低いゴムやプラスチックなどを含む部品を使用すれば良い。
【００６４】
更に、調整溝４と同等材質による凹凸の形成等や、また基材とは分離した構成部品を、溶接、ろう付け、メッキ、接着等の工法により追加加工とした場合にも、適用することができる。
【００６５】
また、電極側で溶着条件の最適化が図れることにより、被ハーメデバイス側プロジェクション部の形状精度も、緩和することができるという格別な相乗効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る実施例１における矩形型ハーメチックパッケージのデバイス構造を示したものである。
【図２】本発明に係る実施例１におけるプロジェクション形状の一例を示したものである。
【図３】本発明に係る実施例１におけるプロジェクション形状の一例を示したものである。
【図４】本発明に係る実施例１における長辺側と短辺側とを有する被ハーメデバイスが設けられた電極の概略図である。
【図５】本発明に係る実施例１における最適化した実施例の一例である。
【図６】本発明に係る実施例１における最適化した実施例の変形例である。
【図７】本発明に係る実施例１における被ハーメデバイスのプロジェクション部を示した実施例の一例である。
【図８】本発明に係る実施例１における調整溝が施された電極を示した実施例の一例である。
【図９】本発明に係る実施例１における調整溝が施された電極を示した実施例の変形例である。
【図１０】円筒形状を有する半導体デバイスのパッケージの具体例を示した図である。
【図１１】オーバル形状を有する半導体デバイスのパッケージの具体例を示した図である。
【図１２】ミリ波帯デバイスのパッケージの具体例を示した図である。
【図１３】ミリ波帯デバイスのパッケージの断面を示した断面図である。
【図１４】円筒形状の半導体デバイスのパッケージの断面を示した断面図である。
【図１５】関連するプロジェクション抵抗溶接工法のプロジェクション封止状況を説明する図である。
【図１６】プロジェクション抵抗溶接工法を円筒形状の半導体デバイスとミリ波帯デバイスに適用した場合の図である。
【図１７】プロジェクション抵抗溶接工法をミリ波帯デバイスに適用した場合の図である。
【図１８】プロジェクション抵抗溶接工法をミリ波帯デバイスに適用した場合の図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２  電極
３  被ハーメデバイス
４  調整溝
５  長辺側
６  短辺側
７  プロジェクション部
２１  ＣＡＰ
２２  ＢＡＳＥ
２３  ガラス端子部
２４  プロジェクション部
２５  内部空間
２６  被ハーメパッケージ
２７、２８  電極
ｈ１，ｈ２  高さ
ｗ１，ｗ２  幅
【図１】
0004905281.tif 000002
【図２】
0004905281.tif 000003
【図３】
0004905281.tif 000004
【図４】
0004905281.tif 000005
【図５】
0004905281.tif 000006
【図６】
0004905281.tif 000007
【図７】
0004905281.tif 000008
【図８】
0004905281.tif 000009
【図９】
0004905281.tif 000010
【図１０】
0004905281.tif 000011
【図１１】
0004905281.tif 000012
【図１２】
0004905281.tif 000013
【図１３】
0004905281.tif 000014
【図１４】
0004905281.tif 000015
【図１５】
0004905281.tif 000016
【図１６】
0004905281.tif 000017
【図１７】
0004905281.tif 000018
【図１８】
0004905281.tif 000019