JP6217109B2 - 気密封止体 - Google Patents

Description

本発明は、気密封止体に関する。

ハイブリッドＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）用パッケージは、単純な箱型キャップが用いられ、セラミック配線基板上のリード接続用ライドパターン部分を除く部品搭載をキャップにて覆って、基板とキャップとの接合部を樹脂にて気密封止する構造となっている。しかしながら、上述したパッケージは、封止樹脂が広がり得る領域の自由度が非常に大きい構造となっているので、封止樹脂の分量及び粘度、又は周囲温度等のばらつきの影響により、キュア後の封止樹脂形状が不均一となり易いという欠点がある。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、特許文献１には、配線基板と、箱型キャップと、気密封止部とを有するハイブリッドＩＣ用パッケージが記載されている。より具体的に説明すると、配線基板は、搭載部品を実装可能であり、外部リードを有する。また、外部リードは、配線基板の周縁部に配置して取付けられ、気密封止部の内外壁間を通して基板取付部から必要な高さに達する立上り部が設けられ、その先端部が気密封止部を越えて配線基板の横方向に張り出して設けられたものである。また、箱型キャップは、配線基板上に実装された搭載部品を覆い、これを外気から隔離するものである。また、気密封止部は、箱型キャップの側壁の周囲に形成された内外二重壁構造を成す有底の樹脂充填用空間であり、樹脂充填用空間に、配線基板の周縁部、及び外部リードの基板取付部を受け入れ、これらを含めて箱型キャップと配線基板との接合部を樹脂中に埋め込んだものである。このようにして、このハイブリッドＩＣ用パッケージによっては、封止樹脂の広がる範囲を制限し、より安定な状態で中空型パッケージの樹脂封止を行うことができる。

また、ハイブリッドＩＣにおいても搭載、実装されているＩＣ素子等の電子部品を、メタルキャップで気密に封止する構成は、例えば、湿度等、環境変化の影響を低減又は回避、或いは搭載、実装されたＩＣ素子等を外界からの機械的作用に対して保護して、常に所要の機能を呈するように採られている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

例えば、特許文献２には、セラミック配線基板の所定面にＩＣ素子を含む複数個の電子部品が搭載、実装され、且つ、この電子部品がメタルキャップによってセラミック配線基板面に気密封止されて成る気密封止型ハイブリッドＩＣが記載されている。より具体的に説明すると、この気密封止型ハイブリッドＩＣは、メタルキャップ頂面を凹凸面化して変形強度を付与している。このようにして、この気密封止型ハイブリッドＩＣによっては、搭載、実装された電子部品を気密に封止するメタルキャップのうち、相対的に強度の低い頂面の曲げに対する強度を向上させてあるため、例えば、機械的な衝撃等によるメタルキャップの変形等、効果的に防止される。

また、半導体チップをプリント配線板に接続する方法としては、ピングリッドアレー、リードレスチップキャリア、リーディッドチップキャリア等の半導体搭載用基板を用いる方法が知られている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

例えば、特許文献３には、プリント回路板に凹部を設け、凹部に半導体チップを搭載した後、凹部周辺のボンディングパッドを取り囲む位置に第１の樹脂枠を貼り付けて封止樹脂を注入する半導体搭載装置が記載されている。より具体的に説明すると、この半導体搭載装置は、第１の樹脂枠より大きい第２の樹脂枠を第１の樹脂枠の外側に貼り付け、第１の樹脂枠と第２の樹脂枠の間に金属キャップを搭載し、その間隙に撥水性樹脂を注入するか、又は第１の樹脂枠と第２の樹脂枠の間に撥水性樹脂を注入し、撥水性樹脂中に金属キャップを搭載する。このようにして、この半導体搭載装置によっては、撥水性樹脂にて、樹脂表面、樹脂と基板との界面からの水分の侵攻が遮断されるため、半導体チップ表面に水分により不純物イオンが到達することがないため、チップ表面が腐食されることがなく、接続信頼性がある。

また、半導体素子のチップは、電極付けをした後に、特性が劣化しないように、しかも機械的強度を増すために、封止を行う。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

例えば、特許文献４には、少なくとも一つの半導体チップが基板上に実装され、半導体チップが基板上に形成された導体パターンに接続されると共に、半導体チップが基板上に設けられた保護層で覆われ、保護層と半導体チップとの間に中空部が形成されている中空封止パッケージが記載されている。より具体的に説明すると、この中空封止パッケージは、保護層として、絶縁性フィルム及び樹脂を用いている。このようにして、この中空封止パッケージによっては、生産コストがかからず、小型で密封度の高い封止が可能となる。

また、１ＧＨｚ以下の比較的低い周波数帯域で使用される半導体装置では、半導体チップを導電性接着剤等で基板上に接着し、ボンディングワイヤを含め半導体チップの周囲にエポキシ系樹脂等をポッティングする簡易封止構造が用いられている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献５参照。）。

例えば、特許文献５には、ミリ波帯域における伝送損失が小さく安価な封止構造を備えた半導体装置の製造方法が記載されている。より具体的に説明すると、この半導体装置の製造方法は、導体パターンを備えた基板上に半導体チップを搭載し、半導体チップと導体パターンとの間を電気的に接続した後、基板上にキャップを載置して半導体チップの周囲に空間を形成し、キャップの上から樹脂をポッティングすることによって、基板とキャップとの当接部分を封止する。このようにして、この半導体装置の製造方法によっては、ミリ波帯域における伝送損失が小さく安価な封止構造を備えた半導体装置を提供することができる。

また、半導体装置は、一般に、ベアチップを封止したパッケージとして使用されることが多い。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献６参照。）。

例えば、特許文献６には、多層基板にＩＣチップを埋め込み、キャップを用いてＩＣチップを封止する構造の半導体装置が記載されている。より具体的に説明すると、この半導体装置は、多層基板の最上層に位置決め用の孔又は溝を設けると共に、キャップには位置決め用の孔又は溝に対応する位置に突起を設け、その突起を位置決め用の孔又は溝に嵌め込んでＩＣチップを封止している。このようにして、この半導体装置によっては、多層基板に位置決め用の層を設ける必要はなく、低コスト化が実現できる。

また、垂直空洞面発光レーザ又は光検出器のような光子装置の使用は、通信及び電子産業において大きく普及している。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献７参照。）。

例えば、特許文献７には、垂直空洞面発光レーザ、光検出器等の光子装置を基板材上に密閉封止する方法が記載されている。より具体的に説明すると、この光子装置を基板材上に密閉封止する方法は、光子装置を基板材の上面に取付ける。そして、この光子装置を基板材上に密閉封止する方法は、密閉封止によって光子装置を基板材上面に封止する。このようにして、この光子装置を基板材上に密閉封止する方法によっては、適宜の数の密閉封止光子装置のサブマウントをウェーハ上に大量生産できる。

また、高精度な発振子としては、水晶やセラミック発振子が一般に用いられている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献８参照。）。

例えば、特許文献８には、素子に箱形状を成すキャップを被せて成ると共に、キャップにおける素子と対向する板状の天井部の内面と素子との間に中空部を有する部品が備えられており、部品をモールド樹脂により封止して成るモールドパッケージが記載されている。より具体的に説明すると、このモールドパッケージは、天井部が、素子から離れる方向に凸となった凸板形状を成す。このようにして、このモールドパッケージによっては、天井部の内面とキャップ内部の素子との距離を、大きくとることができるため、モールド樹脂による応力によりキャップにおける天井部と内部の素子とが接触するのを防止することができる。

また、半導体パッケージには、平坦なセラミック基板にＩＣチップを実装し、封止対象とする部分を覆う封止部材を、接合部材を用いて取り付け、内部を中空に気密封止して成るものがある。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献９参照。）。

例えば、特許文献９には、レーダ装置等に用いられる半導体パッケージが記載されている。より具体的に説明すると、この半導体パッケージは、ＩＣチップを備える。また、この半導体パッケージは、基板に接合され、ＩＣチップの周囲を囲う封止障壁を備える。また、この半導体パッケージは、障壁に取り付けられ、基板と障壁とにより形成された開口部を塞ぐ封止蓋を備える。そして、この半導体パッケージは、基板上の封止障壁を取り付ける部位に、封止障壁の位置合わせのための段差を設けている。このようにして、この半導体パッケージによっては、接合工程において、セラミック基板と封止部材との相対位置がずれることを防止できる。

また、近年は、電子装置に対する高性能、高品質、小型、低価格の要求により、素子自体の改良と共に素子を覆う容器の改良、改善が必須となってきている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１０参照。）。

例えば、特許文献１０には、電子部品を中空封止する構造を備える電子装置の製造方法が記載されている。より具体的に説明すると、この電子装置の製造方法は、基板上に導電パターンが設けられた基板を準備する。そして、この電子装置の製造方法は、基板上に設けられた導電パターン上に接着層を形成する。そして、この電子装置の製造方法は、基板上に電子部品を搭載すると共に電子部品を導電パターンと電気的に接続する。そして、この電子部品の製造方法は、接着層を介して２層以上の樹脂層から成る樹脂キャップと導電パターンとを接着すると共に電子部品を中空封止する。このようにして、この電子部品の製造方法によっては、電子部品の密閉性を維持することができ、製品の歩留まりが向上すると共に、コストの増加を抑制することもできる。

また、携帯電話等の通信機器や、無線ブロードバンド又は衛星通信等の情報通信用のデバイスとしては、例えば、窒化ガリウム半導体を用いた高周波デバイスが使用されている。

このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１１参照。）。

例えば、特許文献１１には、一方の面に凹部が形成された第１の金型と、第１の金型の一方の面と対向可能な第２の金型、第３の金型及び第４の金型とを有し、第２の金型の、第１の金型の一方の面と対向可能な面には、突起部と、突起部の外周に位置する溝とが設けられており、第４の金型は、第１の金型と第３の金型との間に介在することができ、孔部を有する筒状である、電子デバイス用中空樹脂パッケージの形成装置を用いる電子デバイス用中空樹脂パッケージの形成方法が記載されている。より具体的に説明すると、この電子デバイス用中空樹脂パッケージの形成方法は、チップが搭載された基板を、第３の金型の、第１の金型の一方の面と対向可能な面に配置する。そして、この電子デバイス用中空パッケージの形成方法は、第１の金型と第２の金型とを接合させて凹部と突起部との間の間隙と溝とによってキャップのカバー部形成用のキャビティを構成し、キャビティ内に樹脂材料を充填して固化させることによりキャップのカバー部を成形する。そして、この電子デバイス用中空樹脂パッケージの形成方法は、成形されたカバー部を第１の金型の凹部の内側に付着させて保持した状態で、第１の金型と第４の金型と第３の金型とを順番に積層して、第１の金型に保持されたカバー部を、第４の金型の孔部を介して第３の金型に配置された基板上に配置するにあたり、カバー部によって、チップに対して間隔をおいた状態でチップを覆う。そして、この電子デバイス用中空パッケージの形成方法は、カバー部が基板上に配置された状態で、カバー部と第４の金型の孔部の壁面との間に樹脂材料を充填して固化させ、カバー部の外周に位置する接合部を成形するにあたり、接合部をカバー部と一体化させることによってキャップを完成させると共に、接合部によってキャップと基板とを接合する。このようにして、この電子デバイス用中空パッケージの形成方法によっては、中空樹脂パッケージの形成に要する工程数を減らすことができるため、コストを減少させることができ、歩留まりを高めることができる。

特公平７−９３３８９号公報 特開平４−２５９２４４号公報 特開平５−１９８６１０号公報 実開平７−１４６５１号公報 特開平７−３２６６８５号公報 特開平９−２２９５４号公報 特表２００２−５３４８１３号公報 特開２００７−２５８３４３号公報 特開２００８−６０２８９号公報 特開２００９−２８３５５３号公報 特開２０１１−１００８２５号公報

特許文献１１に記載の中空封止構造では、キャップの形状は明記されていないが、底面が正方形または長方形をしており、側面は上面に向かって幅の狭くなる台形形状をしており、上面は底面の面積よりも小さい面積の正方形または長方形の構造を有しているのが一般的である。この構造のキャップを被覆封止する際、被覆封止材の流動によってキャップの側面が押されキャップが所定の位置から動き、中空部が所定の位置からずれてしまうことがある。

特許文献４に記載の技術によっては、ドーム状の絶縁性フィルムを備えているため、このような問題を回避することができるが、絶縁性フィルムの上面を吸着して搬送し難い。

本発明の目的は、上述した課題を解決する気密封止体を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、気密封止体であって、部品を気密封止すべく基板の表面上に設けられて、外表面の少なくとも一部が外側に向けて湾曲する曲面形状を呈し、外表面の少なくとも一部が平面形状を呈しているキャップと、キャップの外周部を覆う被覆封止部とを備え、曲面形状部は、ゲートから注入された樹脂の流動抵抗を小さくする曲面形状を有し、平面形状部は、キャップの外表面の上部に形成されている。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

以上の説明から明らかなように、この発明によっては、キャップの位置ずれを防止すると共に、キャップ外側に設けられた平面を吸着してキャップを搬送することができる。

第１の実施形態に係る気密封止体の構造の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る気密封止体の構造の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、第１の実施形態に係る気密封止体の構造の一例を示す。本実施形態に係る気密封止体は、基板５、部品６、キャップ２及び被覆封止部１を備える。

より具体的に説明すると、キャップ２は、部品６が搭載された基板５の表面上に設けられて、外表面及び内表面に外側に向けて湾曲している曲面形状を有し、各コーナーも曲面形状を有し、キャップ外側に平面部を有している。被覆封止部１がキャップ２全体を覆うように被覆されており、基板５の底面とも密着している。この形態によりキャップ２の内側は気密を保つことが出来る。

なお、キャップ２の材質は、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、非鉄金属、及び鉄金属である

図２は、第２の実施形態に係る気密封止体の構造の一例を示す。第２の実施形態は、キャップ２の外形の少なくとも一部が外側に向けて凸型の曲面形状を有しており、キャップ２の外側に平面部が設けられ、キャップ２の四隅が角型をしていることを特徴としている。

上述した実施形態に係る気密封止体の製造方法は、内側外側ともに、外側に向けて凸型の曲面形状を有し、各コーナーも曲面形状を有し、キャップ外側に平面部が設けられたキャップ２を成型する。そして、キャップ２の平面部を吸着搬送し、基板５上に搭載して部品６を気密封止し、金型で基板５をクランプした後、被覆封止材をゲート３より注入して、被覆封止部１を形成する。被覆封止部１はキャップ２の側面に当たるが、キャップ２が上に凸の曲面形状を有しているので流動抵抗が小さく、キャップ２は樹脂流動方向に移動することなく被覆封止される。また、キャップ２の内側も上に凸の曲面形状を有しているため被覆封止部１の圧力がキャップ２に加わってもたわみを抑制することが出来る。

以上の説明から明らかなように、この発明によっては、被覆封止材がキャップ２を通過する際の流動抵抗が減少する為、キャップ２の位置ずれが防止できる。

また、断面が上に凸の曲面構造を有しており、上からの圧縮に対して強い構造になっているため、被覆封止部１の圧力がキャップ２に加わってもキャップ２の撓みを抑制することができる。

また、キャップ２の外側に設けられた平面を吸着してキャップ２を搬送することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 被覆封止部
２ キャップ
３ ゲート
４ 中空部
５ 基板
６ 部品

Claims (3)

1. 部品を気密封止すべく基板の表面上に設けられて、外表面の少なくとも一部に、平面形状部と、外側に向けて湾曲する曲面形状部とが形成されて成るキャップと、
   前記キャップの外周部を覆う被覆封止部と
   を備え、
   前記曲面形状部は、ゲートから注入された樹脂の流動抵抗を小さくする曲面形状を有し、
   前記平面形状部は、前記キャップの外表面の上部に形成されている
   ことを特徴とする気密封止体。
2. 前記キャップの外表面のうち、前記平面形状部以外の部分には、前記曲面形状部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の気密封止体。
3. 前記キャップの材質は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、非鉄金属及び鉄金属のうちのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気密封止体。

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