專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)置被機(jī)械地固定的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
參照圖8說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件100。圖8是現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件100的立體圖。
參照該圖，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件100中，中央部的引線104在其端部具有島102。而且經(jīng)由焊料等接合部件，在島102上固定半導(dǎo)體元件101。在島102的兩側(cè)有引線104，半導(dǎo)體元件101經(jīng)由金屬細(xì)線105與引線104電連接。而且，上述的各結(jié)構(gòu)元件除了成為外部端子位置的引線104以外，都通過密封樹脂106密封(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
〔專利文獻(xiàn)1〕特開2002-299352號公報(參照圖3)但是，在上述的半導(dǎo)體器件100中，經(jīng)由密封樹脂106或者引線104，半導(dǎo)體元件101受到來自外部的溫度的影響。因此，具有外部溫度的變化對半導(dǎo)體元件101的動作產(chǎn)生不良影響的問題。再有，如果經(jīng)由焊料等釬料固定半導(dǎo)體元件101時，存在半導(dǎo)體元件101的特性因固定時的高溫而變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的問題而完成的，本發(fā)明的主要目的在于提供一種與外部隔熱的內(nèi)置半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括載置于支承襯底的表面的半導(dǎo)體元件；覆蓋所述支承襯底的表面以密封所述半導(dǎo)體元件的外殼材料；將延伸到外部的外部端子與所述半導(dǎo)體元件電連接的連接部件；以及通過接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面，將所述半導(dǎo)體元件機(jī)械地固定在支承襯底上的固定部。
再有，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括以下工序?qū)⒐潭ò雽?dǎo)體元件的固定部固定在支承襯底上的工序；通過使所述固定部接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面，將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上的工序；將延伸到外部的外部端子和所述半導(dǎo)體元件電連接的工序；以外殼材料覆蓋所述支承襯底，使得在比大氣壓低的環(huán)境下密封所述半導(dǎo)體元件的工序。


圖1是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的平面圖(A)、截面圖(B)、截面圖(C)。
圖2是在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中使用的作為固定部的框架材料的平面圖(A)-(D)。
圖3是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的平面圖(A)、截面圖(B)、截面圖(C)。
圖4是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的平面圖(A)、截面圖(B)、截面圖(C)。
圖5是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的平面圖(A)、截面圖(B)。
圖6是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的平面圖(A)、截面圖(B)。
圖7是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的截面圖。
圖8是說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的立體圖。
具體實施例方式
參照圖1說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件10的具體的結(jié)構(gòu)。圖1(A)是半導(dǎo)體器件10的平面圖，圖1(B)和圖1(C)是其截面圖。
參照圖1(A)以及圖1(B)，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件100包括載置于支承襯底11表面的半導(dǎo)體元件16；覆蓋支承襯底11的表面以密封半導(dǎo)體元件16的外殼材料12；作為電連接延伸到外部的外部端子18和半導(dǎo)體元件16的連接部件的金屬細(xì)線15；作為通過接觸半導(dǎo)體元件16的側(cè)面，將半導(dǎo)體元件16機(jī)械地固定在支承襯底上的固定部的框架材料14。以下詳述各結(jié)構(gòu)元件。
支承襯底11由金屬構(gòu)成，在其表面載置半導(dǎo)體元件16。而且，在載置半導(dǎo)體元件16的區(qū)域的周邊部形成多個與外部端子18連接的焊盤13。這里支承襯底11是圓形的形狀，也可以是矩形等其它形狀。進(jìn)而，支承襯底11的材料也可以采用金屬以外的材料，如采用玻璃、陶瓷或者樹脂材料等。
在半導(dǎo)體元件16表面形成希望的電路，并將半導(dǎo)體元件16配置在支承襯底11的中央部附近。然后經(jīng)由金屬細(xì)線15電連接半導(dǎo)體元件16和焊盤13。而且，半導(dǎo)體元件16通過作為固定部的框架材料14A機(jī)械地固定在支承襯底11上。而且，為了提高與外部的隔熱性，可以使半導(dǎo)體元件16的背面離開支承襯底11。
外殼材料12由金屬構(gòu)成，覆蓋支承襯底11的背面，以覆蓋半導(dǎo)體元件16、金屬細(xì)線15、焊盤13以及框架材料14。具體來說，外殼材料12具有描畫曲面的大致半球狀的形狀，與圓盤狀的支承襯底11的周邊部結(jié)合。而且，在外殼材料12和支承襯底11的兩方由金屬構(gòu)成時，可以通過熔接來接合兩者。進(jìn)而，外殼材料12的材料也可以采用金屬以外的材料，如采用玻璃、陶瓷或者樹脂材料等。
由外殼材料12和支承襯底11構(gòu)成的內(nèi)部空間形成比外部的大氣壓低的氣壓。具體來說，該內(nèi)部空間的氣壓可以是1×10-5TORR左右的極低氣壓。這樣，在內(nèi)部空間的氣壓比大氣壓低時，雖然來自外部的很大的壓力作用在外殼材料12上，但是如圖所示，通過使外殼材料12形成為半球狀，可以使外殼材料12承受對于氣壓的應(yīng)力。而且，如上所述，通過使內(nèi)部空間成為高真空，可以使內(nèi)置在內(nèi)部空間的半導(dǎo)體元件16與外部熱隔離。即，即使外部的溫度變化，半導(dǎo)體器件10的內(nèi)部空間也為大致固定的溫度。因此，可以使半導(dǎo)體元件16的動作穩(wěn)定化。
框架材料14A具有使半導(dǎo)體元件16機(jī)械地固定在支承襯底11上的作用。具體來說框架材料14A通過利用其彈性，接觸半導(dǎo)體元件16的側(cè)面來將半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上。這里，框架材料14A由金屬構(gòu)成，通過焊接等結(jié)合構(gòu)造將框架材料14A的三個角固定在支承襯底11上。
說明在半導(dǎo)體元件16的固定中使用框架材料14A的優(yōu)點(diǎn)。作為一般的半導(dǎo)體元件的固定方法，有利用環(huán)氧樹脂等的有機(jī)粘接劑的固定方法和利用焊錫等的焊材的固定方法。但是在利用環(huán)氧樹脂等的有機(jī)粘接劑的固定方法中，在高真空下的內(nèi)部空間，有機(jī)粘接劑在常溫下汽化，內(nèi)部空間的氣壓提高。這破壞外部空氣和半導(dǎo)體元件16的溫度的絕緣，使半導(dǎo)體元件16的動作不穩(wěn)定。而且，在利用焊錫等的焊材的固定方法中，由于逆流的工序，半導(dǎo)體元件16被加熱，存在半導(dǎo)體元件16的靈敏度變化的危險。在本發(fā)明的框架材料14A的半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)中，不使用隱含汽化危險性的有機(jī)粘接劑，而且，可以進(jìn)行不用加熱的固定。因此可以提供半導(dǎo)體元件16的穩(wěn)定的固定結(jié)構(gòu)和固定方法。
參照圖1(B)，更詳細(xì)地說明框架材料14A的半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體元件16的周邊部，設(shè)置臺階部16A。然后框架材料14A與臺階部16A的平坦部和側(cè)面部接觸。這樣，通過框架材料14A接觸半導(dǎo)體元件16的周邊設(shè)置的臺階部16A，可以對于縱方向以及橫方向兩個方向固定半導(dǎo)體元件16。
外部端子18由導(dǎo)電體構(gòu)成，貫通支承襯底11并從焊盤13連續(xù)地延伸到外部，具有與外部進(jìn)行電輸入輸出的作用。因此，外部端子18經(jīng)由焊盤13和金屬細(xì)線15與半導(dǎo)體元件16電連接。而且，為了防止外部氣體對內(nèi)部空間的侵入而用填充材料19填充外部端子18和支承襯底11之間的間隙。再有，在支承襯底11由金屬構(gòu)成時，通過采用具有絕緣性的材料作為填充材料19，可以防止支承襯底11和外部端子18的電短路。更好的是，通過采用低溫玻璃作為填充材料19，可以抑制內(nèi)部空間由于高真空造成的填充材料19的氣化。而且，因為低溫玻璃熔點(diǎn)低，所以操作性好。
參照圖1(C)說明另一實施方式的半導(dǎo)體器件10的結(jié)構(gòu)。這里，作為半導(dǎo)體元件16采用其表面具有光接收部或者發(fā)光部的半導(dǎo)體元件。具體來說，采用進(jìn)行可視光線和紅外線等的光接收或者發(fā)光的半導(dǎo)體元件作為此處的半導(dǎo)體元件16。
在外殼材料12與半導(dǎo)體元件16的上方對應(yīng)的地方形成由透明材料構(gòu)成的透明部12A。該透明部12A例如由玻璃構(gòu)成，成為與外殼材料12形成連續(xù)的曲面那樣的形狀。該透明部12A由對于半導(dǎo)體元件16發(fā)光或者接收的光具有透明性的材料構(gòu)成。
參照圖2詳細(xì)說明半導(dǎo)體元件16的進(jìn)行固定的框架材料14。從圖2(A)到圖2(D)表示各形式的框架材料14的平面圖。
參照圖2(A)，框架材料14A具有大致框狀的形狀，內(nèi)側(cè)的尺寸在半導(dǎo)體元件16的同等以下。而且，框架材料14A通過切除一個角部而設(shè)有開口部20。在與開口部20鄰接的2個邊的內(nèi)側(cè)，各自形成向內(nèi)側(cè)突出的凸部21。這里的凸部21向內(nèi)側(cè)描畫圓弧那樣突出。因此，凸部21與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面順滑地接觸。在朝向開口部20的內(nèi)側(cè)的角部形成被按圓形切除的切口部22。由此，可以促成框架材料14A的面方向的彈性形變。
參照圖2(B)說明另一方式的框架材料14B的形狀?？蚣懿牧?4B的基本形狀與框架材料14A相同，不同點(diǎn)在于凸部21的形狀。具體來說，這里凸部21被設(shè)置在更接近開口部20的位置的邊上。而且，與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面接觸的位置的凸部21平坦地形成，可以加大與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面的接觸面積。
參照圖2(C)說明另一方式的框架材料14C的形狀?？蚣懿牧?4C的基本形狀與框架材料14A相同，不同點(diǎn)在于凸部21的形狀。具體來說，這里凸部21成為部分被打通的形狀。因此可以進(jìn)行框架材料14C的輕量化。
參照圖2(D)說明另一方式的框架材料14C的形狀?？蚣懿牧?4C的基本形狀與框架材料14A相同，不同點(diǎn)在于凸部21的形狀。這里，凸部21的內(nèi)側(cè)的形狀為順著其邊的大部分延伸的直線的形狀。因此凸部21與半導(dǎo)體元件16接觸的位置的面積變大。而且，這里框架材料14D的三個角形成切口部22。因此，進(jìn)一步促成向框架材料14D的面方向的彈性形變。
參照圖3說明具有其它半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件10的結(jié)構(gòu)。圖3(A)是半導(dǎo)體器件10的平面圖，圖3(B)和圖3(C)是半導(dǎo)體器件10的截面圖。
參照圖3(A)和圖3(B)，在同圖中所示的半導(dǎo)體器件10的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示的相同，不同點(diǎn)在于半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)。具體來說，這里的框架材料14E具有框狀的封閉的形狀。接觸部23從4邊向內(nèi)側(cè)延伸。接觸部23在向內(nèi)側(cè)延伸的途中向上方折彎。而且，向上方折彎的接觸部23的端部與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面接觸，使半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上。
參照圖3(C)，在半導(dǎo)體元件16的周邊部形成臺階部16A。然后接觸部23與臺階部16A接觸。因此，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體元件16的固定力。
參照圖4說明具有其它半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件16的結(jié)構(gòu)。圖4(A)是半導(dǎo)體器件10的平面圖，圖4(B)和圖4(C)是半導(dǎo)體器件10的截面圖。
參照圖4(A)和圖4(B)，圖中所示的半導(dǎo)體器件10的基本結(jié)構(gòu)與圖1所示相同，不同點(diǎn)在于半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)構(gòu)。具體來說，這里的框架材料14F具有框狀的封閉的形狀，接觸部23從4邊向內(nèi)側(cè)延伸。這里的接觸部23固定在框架材料14F的上部，截面向內(nèi)側(cè)延伸并向斜下方彎曲。該接觸部23的端部通過接觸半導(dǎo)體元件16的側(cè)面，使半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上。而且，框架材料14F的4角通過熔接焊接和焊料焊接等的連接結(jié)構(gòu)固定在支承襯底11上。
參照圖4(C)在半導(dǎo)體元件16的周邊部形成臺階部16A。而且，接觸部23與臺階部16A接觸。因此進(jìn)一步提高半導(dǎo)體元件16的固定力。
參照圖5以后的圖，說明上述的半導(dǎo)體器件10的制造方法。半導(dǎo)體器件10的制造方法包括以下工序?qū)⒆鳛楣潭ò雽?dǎo)體元件16的固定部的框架材料14固定在支承襯底11上的工序；通過使框架材料14與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面接觸，將半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上的工序；將延伸到外部的外部端子18與半導(dǎo)體元件16電連接的工序；以及以外殼材料覆蓋支承襯底11的表面，使得在比大氣壓低的壓力的環(huán)境下密封半導(dǎo)體元件16的工序。以下詳細(xì)敘述這些工序。
參照圖5說明將作為固定半導(dǎo)體元件16的固定部的框架材料14固定在支承襯底11上的固定工序。圖5(A)是本工序的平面圖，圖5(B)是本工序的截面圖。
參照圖5(A)和圖5(B)，框架材料14通過點(diǎn)焊和焊料焊接等固定在支承襯底11上的固定部17，框架材料14被固定在支承襯底19上。同圖所示的框架材料14采用圖2所示的具有開口部20的結(jié)構(gòu)。因此，這里除了設(shè)置了框架材料14的開口部20的位置的3個角通過上述的固定部17固定。
而且，在框架材料14的外側(cè)的支承襯底11中，形成多個由導(dǎo)電材料構(gòu)成的焊盤13。而且，各焊盤13與延伸到裝置的外部的外部端子18電連接。
進(jìn)而，參照圖5(B)框架材料14以離開支承襯底11的狀態(tài)固定在支承襯底11上。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以更確實地進(jìn)行如圖1(B)所示的具有臺階部的半導(dǎo)體元件16的固定。
接著，參照圖6，通過使框架材料14與半導(dǎo)體元件16的側(cè)面接觸，將半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上。圖6(A)是本工序的平面圖，圖6(B)是本工序的截面圖。
參照圖6(A)，在將與框架材料14的開口部20鄰接的2個邊向外側(cè)壓寬以后，在框架材料14的內(nèi)側(cè)載置半導(dǎo)體元件16。然后，使向外側(cè)擴(kuò)張的框架材料14的邊恢復(fù)原狀。由此，從框架材料14的2個邊在如圖所示的箭頭的方向上作用壓力(張力)，通過框架材料14固定半導(dǎo)體元件16。由此，完全不使用有機(jī)粘接劑等管芯接觸(die attach)劑，而且也不進(jìn)行倒流工序那樣的加熱處理而進(jìn)行半導(dǎo)體元件16的管芯鍵合。在半導(dǎo)體元件16的固定結(jié)束以后，經(jīng)由金屬細(xì)線15進(jìn)行半導(dǎo)體元件16和焊盤13的電連接。
參照圖6(B)，框架材料14與設(shè)置在半導(dǎo)體元件16的周邊部的臺階部16A接觸。通過這樣框架材料14與臺階部16A的接觸，半導(dǎo)體元件16對于支承襯底11的面方向、縱方向和橫方向兩方向被固定。
接著，參照圖7，以外殼材料覆蓋支承襯底11的表面，以在比大氣壓低的壓力環(huán)境下密封半導(dǎo)體元件16。圖7是表示本工序的狀態(tài)的截面圖。
本工序在高真空下進(jìn)行外殼材料12和支承襯底11的連接，進(jìn)行半導(dǎo)體元件16等的密封。這里的真空例如是1×10-5TORR左右的氣壓，可以極大地減小經(jīng)由該空間的熱傳導(dǎo)。而且，該工序的操作在上述的高真空下進(jìn)行。外殼材料12和支承襯底11的連接，在兩者是金屬的情況下，可以通過焊接進(jìn)行?；蛘邇烧叩倪B接也可以使用焊錫等的焊料來進(jìn)行。
通過上述的工序，可以得到例如圖1所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件10。
在本發(fā)明中，可以產(chǎn)生以下所示的效果。
將半導(dǎo)體元件16機(jī)械地固定在支承襯底11上，進(jìn)而，將半導(dǎo)體元件16密封在由外殼材料12和支承襯底11形成的高真空下的內(nèi)部空間中。因此，不使用在高真空下汽化的有機(jī)性粘接劑，將半導(dǎo)體元件16固定在支承襯底11上，所以可以提供維持內(nèi)部空間的高真空的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。由此，可以進(jìn)行半導(dǎo)體元件16與裝置外部的高度的隔熱，所以可以使半導(dǎo)體元件16的工作穩(wěn)定。
而且，半導(dǎo)體元件16的固定可以利用作為固定部的框架材料14來進(jìn)行，可以提供省略了進(jìn)行利用焊錫等時的倒流工序那樣的加熱工序的半導(dǎo)體器件的制造方法。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括載置于支承襯底的表面的半導(dǎo)體元件；覆蓋所述支承襯底的表面以密封所述半導(dǎo)體元件的外殼材料；將延伸到外部的外部端子與所述半導(dǎo)體元件電連接的連接部件；以及通過接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面，將所述半導(dǎo)體元件機(jī)械地固定在支承襯底上的固定部。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述固定部是切除了一個角部的框架狀的框架材料，通過使所述框架材料固定在所述支承襯底上，并且所述框架材料的內(nèi)側(cè)的四邊與所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面接觸，將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于形成的所述框架材料的內(nèi)側(cè)的尺寸小于或等于所述半導(dǎo)體元件的尺寸。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于所述框架材料在連接到被切除的所述角部的所述兩邊中，具有向內(nèi)側(cè)突出的凸部，通過使所述凸部接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面，將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述固定部由金屬構(gòu)成，利用所述固定部的彈性將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于由所述支承襯底和所述外殼材料密封的空間的壓力比大氣壓低。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體元件在其表面具有光接收部或者發(fā)光部，所述半導(dǎo)體元件上方的所述外殼材料由相對于所述半導(dǎo)體元件發(fā)光或者接收光的光為透明的材料構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件的周邊部設(shè)置臺階部，所述固定部接觸所述臺階部。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述固定部由框架狀的框架材料和從該框架材料向內(nèi)側(cè)延伸的接觸部構(gòu)成，通過所述接觸部接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面部，將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在所述半導(dǎo)體元件的周邊部設(shè)置臺階部，所述接觸部接觸所述臺階部。
11.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于包括將固定半導(dǎo)體元件的固定部固定在支承襯底上的工序；通過使所述固定部接觸所述半導(dǎo)體元件的側(cè)面，將所述半導(dǎo)體元件固定在所述支承襯底上的工序；將延伸到外部的外部端子和所述半導(dǎo)體元件電連接的工序；以及以外殼材料覆蓋所述支承襯底的表面，使得在比大氣壓低的環(huán)境下密封所述半導(dǎo)體元件的工序。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于所述支承襯底和所述外殼材料由金屬構(gòu)成，通過焊接使兩者一體化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種內(nèi)置與外部熱隔離的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件及其制造方法。在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件(100)包括載置在支承襯底(11)的表面的半導(dǎo)體元件(16)；覆蓋支承襯底(11)的表面以密封半導(dǎo)體元件(16)的外殼材料(12)；將延伸到外部的外部端子(18)和半導(dǎo)體元件(16)電連接的作為連接部件的金屬細(xì)線(15)；以及通過與半導(dǎo)體元件(16)的側(cè)面接觸，將半導(dǎo)體元件(16)機(jī)械地固定在支承襯底上的作為固定部的框架材料(14)。
文檔編號H01L23/32GK1581453SQ20041007124
公開日2005年2月16日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者范合公, 坪野谷誠, 澀澤克彥, 加藤隆規(guī) 申請人:三洋電機(jī)株式會社, 關(guān)東三洋半導(dǎo)體股份有限公司