JP6927829B2 - Bonded structure and semiconductor package - Google Patents

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Description

本発明は、金属端子と線路導体との間に介在する接合材を含む接合構造および半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a bonding structure and a semiconductor package including a bonding material interposed between a metal terminal and a line conductor.

光半導体素子等の半導体素子が実装される半導体パッケージとして、半導体素子が実装される基板と、基板に固定された金属端子とを備えるものが知られている。基板に対する半導体素子の実装および金属端子の固定は、例えば、誘電体基板等の絶縁性部材を介して行なわれる。 As a semiconductor package on which a semiconductor element such as an optical semiconductor element is mounted, a package including a substrate on which the semiconductor element is mounted and a metal terminal fixed to the substrate is known. The mounting of the semiconductor element on the substrate and the fixing of the metal terminal are performed, for example, via an insulating member such as a dielectric substrate.

この場合、半導体パッケージにおいて、誘電体基板に、金−スズまたはスズ−銀等のろう材を介して信号端子が接合されて、固定されている。信号端子は金属製のリードピン端子等である。誘電体基板の表面のうちろう材が接合される部分には金属層があらかじめ設けられる(例えば特許文献1を参照)。 In this case, in the semiconductor package, the signal terminals are joined and fixed to the dielectric substrate via a brazing material such as gold-tin or tin-silver. The signal terminal is a metal lead pin terminal or the like. A metal layer is provided in advance on the surface of the dielectric substrate to which the brazing material is bonded (see, for example, Patent Document 1).

国際公開第2017/033860号International Publication No. 2017/033860 特開平9−330949号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-330949

半導体パッケージにおいて、信号端子と誘電体基板等の基板との電気的および機械的な接続の信頼性向上が求められている。また、そのような接続信頼の向上に有効な接合構造が求められている。 In a semiconductor package, it is required to improve the reliability of electrical and mechanical connection between a signal terminal and a substrate such as a dielectric substrate. Further, a joining structure effective for improving such connection reliability is required.

本発明の一つの態様の接合構造は、端部を有する金属端子と、該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えている。また、前記接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第1接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第1接合材と前記線路導体との間に介在している第2接合材とを有し、前記第1接合材は、前記金属粒子間に位置する空隙をさらに含んでおり、前記第2接合材における前記空隙の割合は、前記第1接合材における前記空隙の割合よりも大きい
The joining structure of one aspect of the present invention joins a metal terminal having an end portion, a line conductor in which the end portion of the metal terminal is located, and the end portion of the metal terminal and the line conductor. It has a joint that is Further, the joint portion contains metal particles, and is between the metal particles and the metal particles with the first joint material including a portion located between the end portion of the metal terminal and the line conductor. It contains a gap located, and has a second joint material interposed between the first joint material and the line conductor, and the first joint material has a gap located between the metal particles. Further included, the proportion of the voids in the second bonding material is larger than the proportion of the voids in the first bonding material .

本発明の一つの態様の半導体パッケージは、第1面および該第1面と反対側の第2面を有する基板と、前記基板の前記第1面側に位置する線路導体と、前記基板の前記第2面から前記第1面にかけて貫通しており、前記第1面側に端部を有する金属端子とを備えており、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備えている。また、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に上記構成の接合構造を有している。 The semiconductor package according to one aspect of the present invention includes a substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, a line conductor located on the first surface side of the substrate, and the substrate. It penetrates from the second surface to the first surface, has a metal terminal having an end on the first surface side, contains metal particles, and has the end of the metal terminal and the line conductor. It is equipped with a bonding material that is interposed between the and. Further, it has a bonding structure having the above configuration between the end portion of the metal terminal and the line conductor.

本発明の一つの態様の接合構造によれば、例えば接合材のクラック等の、熱応力による接合構造の機械的な破壊の可能性を低減することができる。 According to the bonding structure of one aspect of the present invention, the possibility of mechanical destruction of the bonding structure due to thermal stress, such as cracks in the bonding material, can be reduced.

本発明の一つの態様の半導体パッケージによれば、上記構成の接合構造を有することから、金属端子と信号線路との機械的および電気的な接続信頼性が高い半導体パッケージを
提供することができる。
According to the semiconductor package of one aspect of the present invention, since it has the bonding structure having the above configuration, it is possible to provide a semiconductor package having high mechanical and electrical connection reliability between the metal terminal and the signal line.

本発明の実施形態の接合構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the junction structure of embodiment of this invention. 図1のA部分を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which shows the A part of FIG. 1 enlarged. 図2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of FIG. (a)は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、(b)は(a)の反対側から見た斜視図である。(A) is a perspective view of the semiconductor package according to the embodiment of the present invention, and (b) is a perspective view seen from the opposite side of (a). (a)は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、(b)は(a)のX−X線における断面図である。(A) is a plan view of the semiconductor package according to the embodiment of the present invention, and (b) is a cross-sectional view taken along line XX of (a). 本発明の他の実施形態の接合構造における要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main part in the joint structure of another embodiment of this invention in an enlarged manner. 本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bonding structure of another embodiment of this invention.

本発明の実施形態の接合構造および半導体パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態の接合構造を示す断面図であり、図2は、図1のA部分を拡大して示す断面図であり、図3は、図2の変形例を示す断面図である。また、図4(a)は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、図4(b)は図4(a)の反対側から見た斜視図である。また、図5(a)は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、図5(b)は図5(a)のX−X線における断面図である。 The bonded structure and the semiconductor package of the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a joint structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged portion A of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a modified example of FIG. It is a figure. Further, FIG. 4A is a perspective view of the semiconductor package according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a perspective view seen from the opposite side of FIG. 4A. 5 (a) is a plan view of the semiconductor package according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 5 (a).

本発明の実施形態の接合構造Cは、端部1aを有する金属端子1と、線路導体2と、金属端子1の端部1aと線路導体2とを接合している接合部3とを有している。接合部3は、よって金属端子1の端部1aと線路導体2とが互いに接合されている。接合部3は、金属粒子を含んでおり、金属端子1の端部1aと線路導体2との間に位置している部分を含む第1接合材3aと、金属粒子および金属粒子に位置する空隙4aを含んでおり、第1接合材3aと線路導体2との間に介在している第2接合材3bとを有している。接合部3は導電性を有するものであるときに、接合部3を介して金属端子1と線路導体2とが互いに機械的および電気的に接続されている。なお、金属端子1の端部1aは、金属端子1の先端および先端に近い部分であり、例えば、後述する半導体パッケージにおける基板5の第1面5a側に位置する部分である。 The joining structure C of the embodiment of the present invention has a metal terminal 1 having an end portion 1a, a line conductor 2, and a joining portion 3 for joining the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2. ing. In the joint portion 3, the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2 are thus joined to each other. The joint portion 3 contains metal particles, and includes a first joint material 3a including a portion located between the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2, and the metal particles and voids located in the metal particles. It contains 4a and has a second bonding material 3b interposed between the first bonding material 3a and the line conductor 2. When the joint portion 3 is conductive, the metal terminal 1 and the line conductor 2 are mechanically and electrically connected to each other via the joint portion 3. The end portion 1a of the metal terminal 1 is the tip end of the metal terminal 1 and a portion close to the tip end, and is, for example, a portion located on the first surface 5a side of the substrate 5 in the semiconductor package described later.

この接合構造Cは、例えば外部接続用の金属端子1と、半導体素子と電気的に接続される線路導体2と、金属端子1および線路導体2が所定の位置関係で配置される基板5を含む半導体パッケージにおける、金属端子1と線路導体2との接合部3を介した接合に用いられる。本発明の実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子1と、線路導体2と、金属端子1と線路導体2との間に介在している接合部3と、金属端子1および線路導体2が配置されている基板5とを有し、さらに、金属端子1と線路導体2との間に上記実施形態の接合構造Cを有している。 The bonding structure C includes, for example, a metal terminal 1 for external connection, a line conductor 2 electrically connected to a semiconductor element, and a substrate 5 in which the metal terminal 1 and the line conductor 2 are arranged in a predetermined positional relationship. It is used for joining a metal terminal 1 and a line conductor 2 via a joining portion 3 in a semiconductor package. In the semiconductor package 10 of the embodiment of the present invention, the metal terminal 1, the line conductor 2, the joint portion 3 interposed between the metal terminal 1 and the line conductor 2, the metal terminal 1 and the line conductor 2 are arranged. Further, it has the bonding structure C of the above-described embodiment between the metal terminal 1 and the line conductor 2.

また、図4および図5に示す例において、半導体パッケージ10は、さらに、線路導体2が実際に配置されて基板5に固定されている絶縁板6と、絶縁板6に接合されているサブマウント7とを有している。基板5は、第1面5aおよび第1面と反対側の第2面5bを有し第1面5aと第2面5bとの間で基板5を厚み方向に貫通している貫通孔5cとを有している。金属端子1は、第2面5bから第1面5aにかけて、貫通孔5c内を通って基板5を貫通している。金属端子1の端部1aは第1面5a側に位置している。基板5の第1面5a側に絶縁板6が位置し、これにより基板5の第1面5a側に線路導体2が配置さ
れている。この、基板5の第1面5a側で、上記構成の接合構造Cを介して金属端子1の端部1aと線路導体2とが互いに接合されている。
Further, in the examples shown in FIGS. 4 and 5, the semiconductor package 10 further includes an insulating plate 6 in which the line conductor 2 is actually arranged and fixed to the substrate 5, and a submount bonded to the insulating plate 6. Has 7 and. The substrate 5 has a first surface 5a and a second surface 5b opposite to the first surface, and has a through hole 5c that penetrates the substrate 5 in the thickness direction between the first surface 5a and the second surface 5b. have. The metal terminal 1 penetrates the substrate 5 from the second surface 5b to the first surface 5a through the through hole 5c. The end portion 1a of the metal terminal 1 is located on the first surface 5a side. The insulating plate 6 is located on the first surface 5a side of the substrate 5, so that the line conductor 2 is arranged on the first surface 5a side of the substrate 5. On the first surface 5a side of the substrate 5, the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2 are joined to each other via the joining structure C having the above configuration.

この半導体パッケージ10は、例えば、光半導体素子等の半導体素子(図示せず)を気密封止するものである。半導体素子は、絶縁板6に搭載されるとともに線路導体2と電気的に接続される。基板5の、半導体素子が搭載された第1面5a側が金属製ケース(CAN)(図示せず)で封止されれば、いわゆるTO(Transistor Outline)−CAN型の半導体パッケージが形成される。半導体素子が光半導体素子であるときには、光信号の入出力用の開口を有する金属ケースが用いられる。 The semiconductor package 10 airtightly seals a semiconductor element (not shown) such as an optical semiconductor element. The semiconductor element is mounted on the insulating plate 6 and electrically connected to the line conductor 2. If the first surface 5a side of the substrate 5 on which the semiconductor element is mounted is sealed with a metal case (CAN) (not shown), a so-called TO (Transistor Outline) -CAN type semiconductor package is formed. When the semiconductor element is an optical semiconductor element, a metal case having an opening for input / output of an optical signal is used.

実施形態の接合構造Cにおいて、金属端子1は、例えば上記のような半導体パッケージ10における外部接続用の導電路としての機能を有する。この場合、金属端子1は、細長い帯状または棒状等のリード(ピン)端子である。金属端子1は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金または銅を含む合金材料等の金属材料からなる。金属端子1は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合は、鉄−ニッケル−コバルト合金のインゴット(塊)に圧延加工、打ち抜き加工、切削加工およびエッチング加工等から適宜選択した金属加工を施すことによって製作することができる。 In the bonding structure C of the embodiment, the metal terminal 1 has a function as a conductive path for external connection in the semiconductor package 10 as described above, for example. In this case, the metal terminal 1 is an elongated strip-shaped or rod-shaped lead (pin) terminal. The metal terminal 1 is made of, for example, a metal material such as an iron-nickel-cobalt alloy, an iron-nickel alloy, or an alloy material containing copper. When the metal terminal 1 is made of, for example, an iron-nickel-cobalt alloy, the ingot (lump) of the iron-nickel-cobalt alloy is subjected to metal processing appropriately selected from rolling, punching, cutting, etching and the like. Can be manufactured by.

金属端子1は、例えば図4および図5に示す例のように、複数の金属端子1が並んで基板5に固定されるものでもよい。図4および図5に示す例では、信号伝送用の一対の金属端子1が基板5を貫通して配置されている。それぞれの金属端子1は、基板5の第1面5a側に位置する端部1aを有している。 The metal terminal 1 may be one in which a plurality of metal terminals 1 are arranged side by side and fixed to the substrate 5, as in the examples shown in FIGS. 4 and 5, for example. In the examples shown in FIGS. 4 and 5, a pair of metal terminals 1 for signal transmission are arranged so as to penetrate the substrate 5. Each metal terminal 1 has an end portion 1a located on the first surface 5a side of the substrate 5.

なお、図4および図5に示す例では、一対の金属端子1と並んで、接地端子8が配置されている。接地端子8は、金属端子1と同様の金属材料を用い、同様の方法で製作することができる。半導体パッケージ10における金属端子1および接地端子8の構成および機能の詳細については後述する。 In the examples shown in FIGS. 4 and 5, the ground terminal 8 is arranged alongside the pair of metal terminals 1. The ground terminal 8 can be manufactured by the same method using the same metal material as the metal terminal 1. Details of the configurations and functions of the metal terminal 1 and the ground terminal 8 in the semiconductor package 10 will be described later.

金属端子1は、例えば、長さが1.5〜22mmで直径が0.1〜1mmの線状である。信号伝送用の場合、一対の金属端子1の機械的強度、特性インピーダンス(以下、単にインピーダンスという)のマッチングおよび半導体パッケージ10としての小型化等を考慮すれば、それぞれの金属端子1の直径は0.15〜0.25mmとする。金属端子1の直径が0.15mm以上であれば、例えば半導体パッケージ10の取り扱い時における金属端子1の曲がり等を抑制することが容易であり、作業性の向上等において有利である。また、金属端子1の直径が0.25mm以下であれば、金属端子1が貫通する貫通孔5cの径を小さく抑えることができるため、基板5の小型化、つまりは半導体パッケージ10の小型化に対して有効である。 The metal terminal 1 is, for example, linear with a length of 1.5 to 22 mm and a diameter of 0.1 to 1 mm. For signal transmission, the diameter of each metal terminal 1 is 0.15, considering the mechanical strength of the pair of metal terminals 1, matching of characteristic impedance (hereinafter, simply referred to as impedance), and miniaturization of the semiconductor package 10. It shall be ~ 0.25 mm. When the diameter of the metal terminal 1 is 0.15 mm or more, for example, it is easy to suppress bending of the metal terminal 1 when handling the semiconductor package 10, which is advantageous in improving workability and the like. Further, if the diameter of the metal terminal 1 is 0.25 mm or less, the diameter of the through hole 5c through which the metal terminal 1 penetrates can be suppressed to be small, so that the substrate 5 can be downsized, that is, the semiconductor package 10 can be downsized. Is effective.

線路導体2は、例えば、半導体パッケージ10における半導体素子接続用の導体として機能を有している。半導体素子と線路導体2との電気的な接続は、ボンディングワイヤまたははんだ等の低融点ろう材を介して行なわれる。ボンディングワイヤの場合であれば、ボールボンド法等のボンディング法によって半導体素子(電極)と線路導体2とに順次、金ワイヤまたはアルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤを接合することにより、半導体素子を線路導体2に電気的に接続させることができる。この線路導体2と金属端子1とが接合部3を介して互いに接合されて、半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路が構成される。 The line conductor 2 has a function as, for example, a conductor for connecting semiconductor elements in the semiconductor package 10. The electrical connection between the semiconductor element and the line conductor 2 is made via a low melting point brazing material such as a bonding wire or solder. In the case of a bonding wire, the semiconductor element is bonded to the line conductor 2 by sequentially bonding a bonding wire such as a gold wire or an aluminum wire to the semiconductor element (electrode) and the line conductor 2 by a bonding method such as a ball bond method. Can be electrically connected to. The line conductor 2 and the metal terminal 1 are joined to each other via a joint portion 3 to form a conductive path that electrically connects the semiconductor element and the external electric circuit.

前述したように、線路導体2は、例えば絶縁板6の表面に形成されている。この絶縁板6が基板5の第1面5a側に固定されて、線路導体2が基板5の第1面5a側に位置している。この第1面5a側において、線路導体2に金属端子1の端部1aが位置し、後述する接合部3を介して両者が互いに接合されている。 As described above, the line conductor 2 is formed on the surface of the insulating plate 6, for example. The insulating plate 6 is fixed to the first surface 5a side of the substrate 5, and the line conductor 2 is located on the first surface 5a side of the substrate 5. On the first surface 5a side, the end portion 1a of the metal terminal 1 is located on the line conductor 2, and both are joined to each other via a joining portion 3 described later.

線路導体2は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウ
ム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料から適宜選択された金属材料またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。線路導体2は、メタライズ層、めっき層および薄膜層等の形態で形成することができる。線路導体2は、前述したように絶縁板6に形成されたものであり、金、銅、ニッケル、銀等の薄膜層を含むものであるときには、チタン、クロム、タンタル、ニオブ、ニッケル−クロム合金、窒化タンタル等の密着金属層をさらに含むものでもよい。密着金属層は、絶縁板6と薄膜層との間に位置し、線路導体2の絶縁板6に対する密着性を向上させる機能を有する。
The line conductor 2 is a metal material appropriately selected from metal materials such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, gold, palladium, platinum, rhodium, nickel and cobalt, or a metal material of an alloy containing these metal materials. Is formed by. The line conductor 2 can be formed in the form of a metallized layer, a plating layer, a thin film layer, or the like. The line conductor 2 is formed on the insulating plate 6 as described above, and when it contains a thin layer of gold, copper, nickel, silver or the like, titanium, chromium, tantalum, niobium, nickel-chromium alloy, nitrided. It may further include an adhesive metal layer such as tantalum. The close contact metal layer is located between the insulating plate 6 and the thin film layer, and has a function of improving the adhesion of the line conductor 2 to the insulating plate 6.

線路導体2の厚みは、例えば電気抵抗の低減および内部応力の抑制等を考慮して、0.1
〜5μm程度に設定される。また、密着金属層の厚みは、絶縁板6に対する密着性の向上および内部応力の抑制等を考慮して、0.01〜0.2μm程度に設定される。なお、線路導体
2は、密着金属層と薄膜層との間に、両者の相互拡散を抑制する拡散抑制層をさらに含んでいてもよい。拡散抑制層は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、チタン−タングステン合金等の金属材料により形成することができる。拡散抑制層の厚みは、例えば上記の相互拡散の抑制および線路導体2における電気抵抗の抑制等を考慮して、約0.05〜1μmに設定される。
The thickness of the line conductor 2 is 0.1 in consideration of, for example, reduction of electrical resistance and suppression of internal stress.
It is set to about 5 μm. The thickness of the adhesive metal layer is set to about 0.01 to 0.2 μm in consideration of improving the adhesiveness to the insulating plate 6 and suppressing internal stress. The line conductor 2 may further include a diffusion suppression layer that suppresses mutual diffusion between the close contact metal layer and the thin film layer. The diffusion suppression layer can be formed of, for example, a metal material such as platinum, palladium, rhodium, nickel, or a titanium-tungsten alloy. The thickness of the diffusion suppression layer is set to about 0.05 to 1 μm in consideration of, for example, the suppression of mutual diffusion and the suppression of electrical resistance in the line conductor 2.

また、線路導体2は、メタライズ法によって絶縁板6の表面に配置されたものであるときには、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、白金およびパラジウム等の金属材料から適宜選択された金属材料を含んでいて構わない。この場合には、例えば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁板6と焼成することによって線路導体2を形成することができる。 Further, when the line conductor 2 is arranged on the surface of the insulating plate 6 by the metallization method, it is appropriately selected from metal materials such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, gold, platinum and palladium. It may contain a metallic material. In this case, for example, the line conductor 2 can be formed by firing a metal paste prepared by kneading tungsten powder with an organic solvent, a binder, or the like with an insulating plate 6.

絶縁板6は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ケイ素質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミックス絶縁材料によって形成されている。絶縁板6は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1300〜1600℃の所定温度で焼成する。以上の工程によって絶縁板6を製作することができる。 The insulating plate 6 is formed of, for example, a ceramic insulating material such as an aluminum oxide-based sintered body, an aluminum nitride-based sintered body, a silicon nitride-based sintered body, or a glass-ceramic sintered body. The insulating plate 6 can be manufactured as follows, for example, when it is made of an aluminum oxide sintered body. First, an appropriate organic solvent and solvent are added and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, calcium oxide and magnesium oxide to prepare a slurry. Next, the slurry is formed into a sheet by a doctor blade method, a calendar roll method, or the like to obtain a ceramic green sheet (hereinafter, also referred to as a green sheet). After that, the green sheet is punched into a predetermined shape, and if necessary, a plurality of green sheets are laminated and fired at a predetermined temperature of about 1300 to 1600 ° C. The insulating plate 6 can be manufactured by the above steps.

線路導体2がタングステン等のメタライズ層からなる場合には、メタライズ層(線路導体2)用の金属ペーストを絶縁板6となるグリーンシートの表面に所定パターンに印刷し、同時焼成する製造方法を用いてもよい。この場合には、絶縁板6と線路導体2とを一体的に製作することができる。そのため、線路導体2と絶縁板6との接合の強度および生産性等の向上に関しては有効である。 When the line conductor 2 is made of a metallized layer such as tungsten, a manufacturing method is used in which a metal paste for the metallized layer (line conductor 2) is printed on the surface of a green sheet to be an insulating plate 6 in a predetermined pattern and simultaneously fired. You may. In this case, the insulating plate 6 and the line conductor 2 can be integrally manufactured. Therefore, it is effective in improving the strength and productivity of the joint between the line conductor 2 and the insulating plate 6.

金属端子1の端部1aと線路導体2との間に介在している接合部3は、例えば、銀、銅、金およびパラジウム等の金属材料またはこれらの金属材料を含む合金等の金属材料からなる金属粒子を含有している。金属粒子同士が互いに金属結合によって結合し合い、接合部3としてまとまった形状になっている。また、この金属粒子が金属端子1および線路導体2それぞれに含有されている金属成分と結合し合っている。これにより、金属端子1と線路導体2との接合部3を介した接合が行なわれている。なお、図2および図3では、多数の金属粒子がまとまった部分を柱状の部分(柱状部4b)として示している。また、第1接合材3aおよび第2接合材3bは、互いに同じ組成の上記金属材料によって形成されているものでも構わない。この場合には、空隙4aの存在が、第2接合材3bの構成を特徴づけるものになる。 The joint portion 3 interposed between the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2 is made of, for example, a metal material such as silver, copper, gold and palladium, or a metal material such as an alloy containing these metal materials. Contains metal particles. The metal particles are bonded to each other by metal bonding to form a unified shape as a joint portion 3. Further, the metal particles are bonded to each other with the metal components contained in the metal terminal 1 and the line conductor 2, respectively. As a result, the metal terminal 1 and the line conductor 2 are joined via the joint portion 3. In addition, in FIG. 2 and FIG. 3, the portion where a large number of metal particles are gathered is shown as a columnar portion (columnar portion 4b). Further, the first joining material 3a and the second joining material 3b may be formed of the above-mentioned metal materials having the same composition as each other. In this case, the presence of the voids 4a characterizes the configuration of the second bonding material 3b.

接合部3のうち第1接合材3aは、金属端子1と線路導体2とを機械的および電気的に接続する接合部3としての機械的な強度および接合性ならびに導電性を確保する機能を有している。すなわち、第1接合材3aは、接合部3のバルク部分または本体部分とみなすことができる。空隙4aは、柱状部4bの間に、複数の柱状の空間として存在している。それぞれの空隙4aは、線路導体2から第1接合材3aにかけて伸びるように位置している。 Of the joints 3, the first joint 3a has a function of ensuring mechanical strength, bondability, and conductivity as the joint 3 that mechanically and electrically connects the metal terminal 1 and the line conductor 2. doing. That is, the first joining material 3a can be regarded as a bulk portion or a main body portion of the joining portion 3. The voids 4a exist as a plurality of columnar spaces between the columnar portions 4b. Each of the voids 4a is located so as to extend from the line conductor 2 to the first joining member 3a.

また、第2接合材3bは、第1接合材3aを線路導体2に強固に接合させるとともに、熱応力等の応力を緩和する機能を有している。すなわち、第2接合材3bが有する空隙4aにより、例えば金属端子1と接合部3との間に生じる熱応力が吸収され、緩和される。金属端子1の端部1aと接合部3との接合界面に沿って空隙4aが位置しているため、この空隙4aにおいて接合部3の表面部分の変形が容易である。この変形により、例えば線路導体2または線路導体2が位置している基体である絶縁板6と金属端子1との間に生じる熱応力を、吸収して緩和することができる。したがって、例えば接合部3のクラック等の、熱応力による接合構造Cの機械的な破壊の可能性を低減することができる。すなわち、金属端子1と線路導体2との電気的および機械的な接続の信頼性が高い接合構造Cを提供することができる。 Further, the second joining material 3b has a function of firmly joining the first joining material 3a to the line conductor 2 and relaxing stress such as thermal stress. That is, the gap 4a of the second bonding material 3b absorbs and relaxes the thermal stress generated between, for example, the metal terminal 1 and the bonding portion 3. Since the gap 4a is located along the joint interface between the end portion 1a of the metal terminal 1 and the joint portion 3, the surface portion of the joint portion 3 can be easily deformed in the gap 4a. By this deformation, for example, the thermal stress generated between the insulating plate 6 which is the base on which the line conductor 2 or the line conductor 2 is located and the metal terminal 1 can be absorbed and relaxed. Therefore, the possibility of mechanical destruction of the joint structure C due to thermal stress, such as a crack in the joint portion 3, can be reduced. That is, it is possible to provide a highly reliable joint structure C for electrical and mechanical connection between the metal terminal 1 and the line conductor 2.

空隙4aは、上記の熱応力の緩和を考慮すれば、線路導体2と接合部3の第2接合材3bとが接し合う接合界面のうち30〜70%程度の面積比で存在している。言い換えれば、接合部3の第2接合材3bは、線路導体2に面している表面のうち30〜70%程度の面積の領域では、線路導体2と実際に接合されていなくて構わない。さらに言い換えれば、第2接合材3bは、線路導体2に面している表面のうち30〜70%程度の範囲で実際に接合されていればよい。上記の空隙4a部分の面積比が30%程度以上であれば、熱応力を効果的に吸収し、緩和することができる。また、その面積比が70%以下であれば、接合部3(第2接合材3b)の線路導体2に対する実際の接合面積を大きくして、両者間の接合強度を効果的に向上させることができる。 The void 4a exists in an area ratio of about 30 to 70% of the joining interface where the line conductor 2 and the second joining member 3b of the joining portion 3 are in contact with each other in consideration of the relaxation of the thermal stress. In other words, the second joining material 3b of the joining portion 3 does not have to be actually joined to the line conductor 2 in an area of about 30 to 70% of the surface facing the line conductor 2. In other words, the second joining material 3b may be actually joined within a range of about 30 to 70% of the surface facing the line conductor 2. When the area ratio of the void 4a portion is about 30% or more, the thermal stress can be effectively absorbed and relaxed. Further, when the area ratio is 70% or less, the actual joint area of the joint portion 3 (second joint material 3b) with respect to the line conductor 2 can be increased to effectively improve the joint strength between the two. can.

また、上記のような空隙4aを含む第2接合材3bは、体積の割合として、空隙4aを20〜60%程度含有しているものであればよい。これにより、線路導体2と接合部3の第2接合材3bとが接し合う接合界面のうち30〜70%程度の面積比で空隙4aを位置させることが容易になる。第2接合材3bの厚さは、例えば、1〜50μm程度であればよい。また、接合部3全体の厚さ(互いに対向し合う線路導体2と金属端子1の端部1aとの間に位置する接合部3の寸法)に占める第2接合材3bの厚さは、例えば5〜20%程度であればよい。 Further, the second bonding material 3b containing the voids 4a as described above may contain about 20 to 60% of the voids 4a as a volume ratio. As a result, it becomes easy to position the void 4a at an area ratio of about 30 to 70% of the joining interface where the line conductor 2 and the second joining member 3b of the joining portion 3 are in contact with each other. The thickness of the second bonding material 3b may be, for example, about 1 to 50 μm. Further, the thickness of the second joint member 3b in the thickness of the entire joint portion 3 (the dimension of the joint portion 3 located between the line conductor 2 facing each other and the end portion 1a of the metal terminal 1) is, for example, It may be about 5 to 20%.

なお、第2接合材3b等の接合部3における空隙4aの割合は、例えば、接合部3の断面を観察して、一定の面積に存在する空隙4aの割合として測定することができる。また、接合部3の空隙4aの割合は、気孔率または空隙率測定で知ることもできる。具体的には、画像処理および解析ソフトを用いたC1スキャン法または空隙4aを液体で飽和させて空隙4aに入った液体の体積で測定する液浸法等が挙げられる。なお、後述するように第1接合材3aが空隙4aを含む場合にも、上記のような種々の方法で空隙4aの割合を測定することができる。 The ratio of the voids 4a in the joint portion 3 of the second bonding material 3b or the like can be measured, for example, as the ratio of the voids 4a existing in a certain area by observing the cross section of the joint portion 3. Further, the ratio of the voids 4a of the joint portion 3 can also be known by measuring the porosity or the void ratio. Specific examples thereof include a C1 scanning method using image processing and analysis software, an immersion method in which the void 4a is saturated with a liquid, and the volume of the liquid entering the void 4a is measured. As will be described later, even when the first joining material 3a contains the voids 4a, the proportion of the voids 4a can be measured by various methods as described above.

なお、図3および図4の例では、多数の金属粒子が互いに結合してなる柱状部4bの間に柱状等の空隙4aが位置しているが、空隙4aは、この形態には限定されない。例えば、断面視における面積がより小さい楕円形状または不定形状の空隙4aであっても構わない。この場合、空隙4aは、線路導体2または第1接合材3aに接するように位置しているものと、第2接合材3bの内部に閉じた空間として存在するものとをともに含むものであってもよく、いずれか一方のみを含むものでもよい。 In the examples of FIGS. 3 and 4, the voids 4a such as columns are located between the columnar portions 4b formed by bonding a large number of metal particles to each other, but the voids 4a are not limited to this form. For example, the void 4a having an elliptical shape or an indefinite shape having a smaller area in cross-sectional view may be used. In this case, the gap 4a includes both those located so as to be in contact with the line conductor 2 or the first joining material 3a and those existing as a closed space inside the second joining material 3b. It may also contain only one of them.

また、空隙4aの寸法(空隙4aを挟んで対向し合う柱状部4bの表面間の距離等)は、空隙4aへの水分等の腐食成分の入り込み抑制等を考慮すれば、1μm程度の小さいものにすればよい。 Further, the dimension of the void 4a (distance between the surfaces of the columnar portions 4b facing each other across the void 4a) is as small as about 1 μm in consideration of suppressing the entry of corrosive components such as water into the void 4a. It should be.

空隙4aの寸法は、金属粒子の粒径、接合時の加熱温度等の接合条件、金属粒子の材料および接合時に接合部3に作用する重力等の外力の大きさおよび向き等の条件を適宜調整すればよい。例えば、絶縁板6に対する熱応力の緩和を大きくしたい場合は、空隙4aの寸法を大きくし、線路導体2と金属端子1との間の接合部3を介した伝熱性を向上させればよい。 For the dimensions of the void 4a, conditions such as the particle size of the metal particles, the joining conditions such as the heating temperature at the time of joining, the material of the metal particles, and the magnitude and direction of the external force such as gravity acting on the joining portion 3 at the time of joining are appropriately adjusted. do it. For example, if it is desired to increase the relaxation of the thermal stress on the insulating plate 6, the dimension of the gap 4a may be increased to improve the heat transfer property through the joint portion 3 between the line conductor 2 and the metal terminal 1.

なお、接合部3を介した金属端子1と線路導体2との接合は、例えば次のようにして行なわれる。まず、銀等の上記金属材料の粒子(実際には多数の粒子の集合物)を有機溶剤およびバインダとともに混練してペーストを作製する。次に、このペーストを間に挟んで金属端子1の端部1aを線路導体2の所定部位に位置合せし、ジグ等で仮固定する。その後、これらを電気炉等で加熱してペースト中の金属粒子同士を焼結させる。このときに、バインダ成分間の重合等が生じるようにしてもよい。すなわち、接合部3は、金属粒子間の金属結合に加えて、有機成分の重合体による接合の作用を含んでいてもよい。上記バインダ成分を含有するペーストによる接合の温度は、例えば約200〜300℃に設定される。 The metal terminal 1 and the line conductor 2 are joined via the joint portion 3 as follows, for example. First, particles of the above metal material such as silver (actually, an aggregate of a large number of particles) are kneaded together with an organic solvent and a binder to prepare a paste. Next, the end portion 1a of the metal terminal 1 is aligned with a predetermined portion of the line conductor 2 with this paste sandwiched between them, and temporarily fixed with a jig or the like. Then, these are heated in an electric furnace or the like to sinter the metal particles in the paste. At this time, polymerization or the like may occur between the binder components. That is, the bonding portion 3 may include a bonding action by a polymer of an organic component in addition to the metal bonding between the metal particles. The temperature of joining with the paste containing the binder component is set to, for example, about 200 to 300 ° C.

また、接合部3における金属粒子は、金属粒子間の接合の容易さおよび接合の強度等を考慮したときに、1μm程度またはそれ未満の粒径である微小粒子(いわゆるサブミクロン粒子、サブナノ粒子、ナノ粒子)であってもよいし、微小粒子とミクロン単位の金属粒子との混合物であってもよい。接合部3となるペーストは、このような微小粒子を金属粒子として用いるときに、互いに重合し合う有機樹脂成分を含有していてもよい。このような有機樹脂成分としては、例えば重合性のカルボン酸誘導体等を挙げることができる。 Further, the metal particles in the bonding portion 3 are fine particles having a particle size of about 1 μm or less (so-called submicron particles, sub-nano particles, etc.) in consideration of the ease of bonding between the metal particles, the strength of bonding, and the like. It may be a nanoparticle) or a mixture of microparticles and micron-sized metal particles. The paste to be the joint portion 3 may contain an organic resin component that polymerizes with each other when such fine particles are used as metal particles. Examples of such an organic resin component include a polymerizable carboxylic acid derivative and the like.

また、接合部3は、微小粒子である金属粒子を含有するものである必要はなく、銀または銅等の結晶粒子を金属粒子として含有する多結晶体であってもよい。この場合も、ペーストにおける有機成分の含有量を比較的多くすること等の方法で、空隙4aを生じさせことができる。 Further, the bonding portion 3 does not have to contain metal particles which are fine particles, and may be a polycrystalline body containing crystal particles such as silver or copper as metal particles. Also in this case, the void 4a can be generated by a method such as increasing the content of the organic component in the paste relatively.

実施形態の接合構造Cにおいて、例えば図3に示すように、接合部3が第3接合材3cをさらに有していてもよい。第3接合材3cは、前述した金属粒子と同じ金属材料を主成分としているとともに線路導体2の表面に沿って位置している薄層(薄層としては符号なし)からなる。第3接合材3cにおいて、主成分の金属材料は、例えば約80質量%以上含有されている。 In the joint structure C of the embodiment, for example, as shown in FIG. 3, the joint portion 3 may further have a third joint material 3c. The third bonding material 3c is mainly composed of the same metal material as the metal particles described above, and is composed of a thin layer (unsigned as a thin layer) located along the surface of the line conductor 2. In the third bonding material 3c, the main component metal material is contained, for example, about 80% by mass or more.

この薄層(第3接合材3c)は、第2接合材3bと線路導体2との間に介在している部分を含んでいる。図3では、線路導体2と第2接合材3bとの接合界面の全面に沿って第3接合材3cが位置している例を示している。なお、第3接合材3cは、主成分である金属粒子と同じ金属材料に加えて、例えば線路導体2に含有されているのと同じ金属材料(例えばパラジウム、タングステン、白金、チタン等)を含有していてもよいし、第2接合材3bと同様の組成であってもよい。 This thin layer (third joint material 3c) includes a portion interposed between the second joint material 3b and the line conductor 2. FIG. 3 shows an example in which the third joining material 3c is located along the entire surface of the joining interface between the line conductor 2 and the second joining material 3b. The third bonding material 3c contains, for example, the same metal material (for example, palladium, tungsten, platinum, titanium, etc.) contained in the line conductor 2 in addition to the same metal material as the metal particles as the main component. It may have the same composition as that of the second bonding material 3b.

第3接合材3cを形成する薄層は、例えば厚みが0.1〜10μm程度の金属層である。こ
のような薄層が接合部3に存在することにより、水分の付着による線路導体2の腐食等の可能性を効果的に低減することができる。
The thin layer forming the third bonding material 3c is, for example, a metal layer having a thickness of about 0.1 to 10 μm. The presence of such a thin layer at the joint portion 3 can effectively reduce the possibility of corrosion of the line conductor 2 due to the adhesion of moisture.

薄層は、例えば、接合部3(上記のペースト)を介した金属端子1と線路導体2との接合時の加熱の温度および時間等を調整することで生成させることができる。例えば、上記の接合温度を接合部3となるペーストの接合温度の上限(300℃等)程度に設定して、金
属端子1と線路導体2との接合を行なうようにすればよい。このときの熱で接合部3中の銀等の成分が金属端子1の端部1a表面に沿って濡れ拡がり、薄層を形成する。
The thin layer can be formed, for example, by adjusting the heating temperature and time at the time of joining the metal terminal 1 and the line conductor 2 via the joint portion 3 (paste described above). For example, the above-mentioned joining temperature may be set to about the upper limit (300 ° C., etc.) of the joining temperature of the paste serving as the joining portion 3 so that the metal terminal 1 and the line conductor 2 are joined. Due to the heat at this time, components such as silver in the joint portion 3 wet and spread along the surface of the end portion 1a of the metal terminal 1 to form a thin layer.

また、図3に示す例では、第3接合材3cと線路導体2との界面部分に拡散層9が位置している。拡散層9は、第3接合材3cおよび線路導体2それぞれの成分をともに含有している。すなわち、拡散層9は、線路導体2を形成しているタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料の1種または複数種と、第3接合材3c(金属粒子等)を形成している銀、銅、金およびパラジウム等の金属材料の1種または複数種とを含んでいる。 Further, in the example shown in FIG. 3, the diffusion layer 9 is located at the interface portion between the third bonding material 3c and the line conductor 2. The diffusion layer 9 contains both the components of the third bonding material 3c and the line conductor 2. That is, the diffusion layer 9 includes one or more kinds of metal materials such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, gold, palladium, platinum, rhodium, nickel and cobalt forming the line conductor 2, and a third kind. It contains one or more metal materials such as silver, copper, gold and palladium forming the bonding material 3c (metal particles and the like).

拡散層9は、例えば、接合材3を介した線路導体2と金属端子1との接合時に加えられる熱により、互いに接し合っている線路導体2の金属材料と第3接合材3cの金属材料とが相互拡散して生成したものである。また、拡散層9は、例えば銀または銅等の融点が比較的低い金属材料が、タングステン、パラジウムまたは白金等の融点が比較的高い金属材料中に拡散して生成したものであっても構わない。 The diffusion layer 9 includes, for example, the metal material of the line conductor 2 and the metal material of the third bonding material 3c that are in contact with each other due to the heat applied at the time of joining the line conductor 2 and the metal terminal 1 via the bonding material 3. Is generated by mutual diffusion. Further, the diffusion layer 9 may be formed by diffusing a metal material having a relatively low melting point such as silver or copper into a metal material having a relatively high melting point such as tungsten, palladium or platinum. ..

線路導体2と接合部3の第3接合材3cとの間に、両者の成分をあわせて含有している拡散層9が存在していることにより、線路導体2と第3接合材3cとの接合強度が効果的に向上する。これにより、線路導体2と接合部3および金属端子1との接合強度を向上させることができる。したがって、金属端子1を介した半導体素子と外部電気回路との電気的な接続信頼性等の向上に有利な半導体パッケージ10の製作に適した接合構造Cとすることができる。 The presence of the diffusion layer 9 containing both components together between the line conductor 2 and the third joint material 3c of the joint portion 3 causes the line conductor 2 and the third joint material 3c to be separated from each other. Effectively improves joint strength. Thereby, the joint strength between the line conductor 2 and the joint portion 3 and the metal terminal 1 can be improved. Therefore, the junction structure C suitable for manufacturing the semiconductor package 10 which is advantageous for improving the electrical connection reliability between the semiconductor element and the external electric circuit via the metal terminal 1 can be obtained.

また、図3に示す例では、第1接合材3aが、金属粒子の間に介在する空隙4aをさらに含んでいる。また、この場合において、第1接合材3aにおける空隙4aの割合よりも、第2接合材3bにおける空隙4aの割合の方が大きい。この場合には、空隙4aの存在の割合が比較的大きいことが、第1接合材3aに対して第2接合材3bの構成を特徴づけるものになる。この場合において、第1接合材3aにおける空隙4aの体積の割合は、例えば1〜30%程度であって、第2接合材3bにおける空隙4aの体積の割合(前述した20〜60%程度等)よりも小さい数値に設定される。 Further, in the example shown in FIG. 3, the first bonding material 3a further includes a void 4a interposed between the metal particles. Further, in this case, the ratio of the voids 4a in the second joint material 3b is larger than the ratio of the voids 4a in the first joint material 3a. In this case, the relatively large proportion of the voids 4a present characterizes the configuration of the second bonding material 3b with respect to the first bonding material 3a. In this case, the volume ratio of the void 4a in the first bonding material 3a is, for example, about 1 to 30%, and the volume ratio of the void 4a in the second bonding material 3b (about 20 to 60% described above, etc.). Set to a value smaller than.

上記の各例において、第2接合材3bが、線路導体2のうち接合部3を介して金属端子1と対向している領域(以下、対向領域ともいう)に位置している。つまり、第2接合材3bに含まれる空隙4aが、線路導体2と金属端子1との接合部3を介した接合部分に位置している。対向領域に第2接合材3b(つまり空隙4a)が位置している場合には、線路導体2および接合部3において熱応力が集中しやすい対向領域において、熱応力を効果的に緩和することができる。したがって、特に熱応力の緩和について有利であり、信頼性の向上に有効な接合構造Cとすることができる。 In each of the above examples, the second joining material 3b is located in a region of the line conductor 2 facing the metal terminal 1 via the joining portion 3 (hereinafter, also referred to as an facing region). That is, the gap 4a contained in the second joint material 3b is located at the joint portion of the line conductor 2 and the metal terminal 1 via the joint portion 3. When the second bonding material 3b (that is, the gap 4a) is located in the facing region, the thermal stress can be effectively relaxed in the facing region where the thermal stress is likely to be concentrated in the line conductor 2 and the joint portion 3. can. Therefore, the joint structure C can be obtained, which is particularly advantageous for relaxing thermal stress and is effective for improving reliability.

空隙4aを含む第2接合材3bを対向領域に位置させるには、例えば、接合部3となるペーストの粘度および有機バインダ等の成分の種類および含有量、接合温度、接合時の加熱時間、および線路導体2に含有されている金属材料の種類等を調整して、金属粒子を、線路導体2から離れた位置で柱状部4b等の形状に結合させるようにすればよい。例えば、有機バインダとして重合開始温度が比較的低いものを用いれば、接合時の初期段階でペーストが固化しやすいため、ペーストのバルク中で金属粒子間の結合が生じやすく、ペーストと線路導体2との界面近くでは金属粒子間の結合が生じにくい。そのため、金属粒子間の結合が生じやすい部分が第1接合材3aになり、生じにくい部分が第2接合材3bとなる。これにより、例えば図3に示すような形態の接合部3が形成され、この接合部3を含む接合構造が形成される。 In order to position the second bonding material 3b containing the voids 4a in the opposite region, for example, the viscosity of the paste to be the bonding portion 3, the type and content of components such as an organic binder, the bonding temperature, the heating time at the time of bonding, and The type of metal material contained in the line conductor 2 may be adjusted so that the metal particles are bonded to the shape of the columnar portion 4b or the like at a position away from the line conductor 2. For example, if an organic binder having a relatively low polymerization start temperature is used, the paste tends to solidify at the initial stage of joining, so that bonds between metal particles are likely to occur in the bulk of the paste, and the paste and the line conductor 2 Bonds between metal particles are unlikely to occur near the interface of. Therefore, the portion where the bond between the metal particles is likely to occur is the first bonding material 3a, and the portion where the bond between the metal particles is unlikely to occur is the second bonding material 3b. As a result, for example, a joint portion 3 having a form as shown in FIG. 3 is formed, and a joint structure including the joint portion 3 is formed.

また、上記の各例において、金属粒子が銀粒子であるときには、次のような点で有利である。すなわち、接合部3における熱伝導性(つまり、接合構造Cおよびこれを含む半導体パッケージ10の放熱性等)、線路導体2および金属端子1を含む信号の伝送路における電気抵抗の低減等に有利である。また、半導体素子の実装または金属ケースの接合等のための熱負荷工程においても再溶融しづらい、アウトガスが少ないという利点が挙げられる。 Further, in each of the above examples, when the metal particles are silver particles, it is advantageous in the following points. That is, it is advantageous for thermal conductivity at the junction 3 (that is, heat dissipation of the junction structure C and the semiconductor package 10 including the junction structure C), reduction of electrical resistance in the signal transmission line including the line conductor 2 and the metal terminal 1, and the like. be. Further, there is an advantage that it is difficult to remelt even in a heat load process for mounting a semiconductor element or joining a metal case, and there is little outgassing.

この場合の銀粒子は、銀を99.9質量%以上含有する、いわゆる純銀であってもよく、微量の銅または金等の他の成分を含有するものでもよい。また、金属粒子の全部が銀粒子でなくてもよく、例えば銀粒子と銅粒子の両方が金属粒子に含まれていてもかまわない。 The silver particles in this case may be so-called sterling silver containing 99.9% by mass or more of silver, or may contain a trace amount of other components such as copper or gold. Further, not all of the metal particles need to be silver particles, and for example, both silver particles and copper particles may be contained in the metal particles.

なお、金属粒子が銅粒子であるとき、または銅粒子を含むときには、金属粒子の全部が銀粒子であるときに比べて、イオンマイグレーションの可能性を低減すること、経済性を向上させること等においては有利である。 When the metal particles are copper particles or contain copper particles, the possibility of ion migration is reduced, the economic efficiency is improved, etc., as compared with the case where all the metal particles are silver particles. Is advantageous.

上記実施形態の各例において、接合構造Cは、第1接合材3aと金属端子1(特に端部1a)との間に介在している補助接合部3Aをさらに備えていてもよい。補助接合部3Aは、第2接合材3bおよび第3接合材3cのいずれかと同じ組成である。図6に示す例では、接合部3の第1接合材3aと金属端子1との間に、第2接合材3bと同様の組成の補助第2接合材3bbと、第3接合材3cと同様の組成の補助第3接合材3ccとの両方が位置している。すなわち、この例における補助接合部3Aは、補助第2接合材3bbと補助第3接合材3ccとを有している。図6は、本発明の他の実施形態の接合構造における接合構造Cおよび半導体パッケージ10の要部を拡大して示す断面図である。図6において図1〜図5と同様の部位には同様の符号を付している。 In each example of the above embodiment, the joining structure C may further include an auxiliary joining portion 3A interposed between the first joining member 3a and the metal terminal 1 (particularly the end portion 1a). The auxiliary joint portion 3A has the same composition as any of the second joint material 3b and the third joint material 3c. In the example shown in FIG. 6, between the first joint material 3a of the joint portion 3 and the metal terminal 1, the auxiliary second joint material 3bb having the same composition as the second joint material 3b and the same as the third joint material 3c. Both with the auxiliary third bonding material 3cc of the composition of are located. That is, the auxiliary joint portion 3A in this example has an auxiliary second joint material 3bb and an auxiliary third joint material 3cc. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the joint structure C and the semiconductor package 10 in the joint structure of another embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same parts as those in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals.

なお、この場合の「同じ組成」とは、金属材料の種類および含有率が同様である構成に限定されず、空隙4aおよび柱状部4bを含む構成が第2接合材3bと補助第2接合材3bbとが互いに同様である場合も含まれる。このときに、第2接合材3bと補助第2接合材3bbとの間で両者の金属成分が多少異なっていても構ない。すなわち、構造として、補助第2接合材3bbが第2接合材3bと同じであればよい。ただし、空隙4aの体積の割合等の数値は、第2接合材3bと補助第2接合材3bbとで多少異なっていても構わない。 The "same composition" in this case is not limited to a configuration in which the types and contents of the metal materials are the same, and the configuration including the voids 4a and the columnar portion 4b is the second bonding material 3b and the auxiliary second bonding material. The case where 3bb is similar to each other is also included. At this time, the metal components of the second joining material 3b and the auxiliary second joining material 3bb may be slightly different from each other. That is, as a structure, the auxiliary second joining material 3bb may be the same as the second joining material 3b. However, the numerical values such as the volume ratio of the voids 4a may be slightly different between the second joining material 3b and the auxiliary second joining material 3bb.

前述したように、本発明の実施形態の半導体パッケージは次の構成を有している。すなわち、本実施形態の半導体パッケージ10は第1面5aおよび第1面5aと反対側の第2面5bを有する基板5と、基板5の第1面5a側に位置する線路導体2と、基板5の第2面5bから第1面5aにかけて貫通しており、第1面5a側に端部1aを有する金属端子1と、金属粒子を含んでおり、金属端子1の端部1aと線路導体2との間に介在している接合部3とを有している。また、本実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子1の端部1aと線路導体2との間に、上記いずれかの構成の接合構造Cを有している。 As described above, the semiconductor package of the embodiment of the present invention has the following configuration. That is, the semiconductor package 10 of the present embodiment has a substrate 5 having a first surface 5a and a second surface 5b opposite to the first surface 5a, a line conductor 2 located on the first surface 5a side of the substrate 5, and a substrate. A metal terminal 1 that penetrates from the second surface 5b to the first surface 5a of 5 and has an end portion 1a on the first surface 5a side, and a metal particle, and includes the end portion 1a of the metal terminal 1 and a line conductor. It has a joint portion 3 interposed between the two. Further, the semiconductor package 10 of the present embodiment has a bonding structure C having any of the above configurations between the end portion 1a of the metal terminal 1 and the line conductor 2.

上記形態の半導体パッケージ10によれば、上記いずれかの構成の接合構造Cを有することから、金属端子1と線路導体2との機械的および電気的な接続信頼性が高い半導体パッケージ10を提供することができる。 According to the semiconductor package 10 of the above-described embodiment, since the junction structure C having any of the above configurations is provided, the semiconductor package 10 having high mechanical and electrical connection reliability between the metal terminal 1 and the line conductor 2 is provided. be able to.

基板5の第1面5a側は、前述した金属ケースで封止される側である。基板5と金属ケースとの間に形成される空間内に、半導体素子および金属端子1の端部1aが封止される。また、図4および図5等に示す例では、基板5の貫通孔5c内に封止材(符号なし)が位置している。封止材は、金属端子1と貫通孔5cとの間の隙間を塞ぐ機能を有している。封止材は、ガラス材料またはセラミック材料等の絶縁材料からなる。このような絶縁材料の例としては、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等のガラス、およびこれらのガラスに熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられる。この絶縁材料は、金属端子1におけるインピーダンスマッチング(比誘電率)および封止の信頼性等を考慮して、適宜選択することができる。 The first surface 5a side of the substrate 5 is the side sealed by the metal case described above. The end 1a of the semiconductor element and the metal terminal 1 is sealed in the space formed between the substrate 5 and the metal case. Further, in the examples shown in FIGS. 4 and 5, the sealing material (unsigned) is located in the through hole 5c of the substrate 5. The sealing material has a function of closing the gap between the metal terminal 1 and the through hole 5c. The sealing material is made of an insulating material such as a glass material or a ceramic material. Examples of such insulating materials include glasses such as borosilicate glass and soda glass, and those obtained by adding a ceramic filler for adjusting the coefficient of thermal expansion and the relative permittivity to these glasses. This insulating material can be appropriately selected in consideration of impedance matching (relative permittivity) in the metal terminal 1 and reliability of sealing.

サブマウント7は、基板5の第1面5a上に設けられ、第1面5aに平行な基板搭載面を有する。半導体パッケージ10において、サブマウント7は、絶縁板6に搭載される電子部品が発生する熱を基板5へ伝導する機能等を有している。すなわち、サブマウント7は、半導体パッケージ10の外部に放熱する放熱材としての機能を有する。 The submount 7 is provided on the first surface 5a of the substrate 5 and has a substrate mounting surface parallel to the first surface 5a. In the semiconductor package 10, the submount 7 has a function of conducting heat generated by electronic components mounted on the insulating plate 6 to the substrate 5. That is, the submount 7 has a function as a heat radiating material that dissipates heat to the outside of the semiconductor package 10.

サブマウント7は、基板5と一体に形成されていてもよく、冷却部材(例えば、ペルチェ素子など)を含んでいてもよい。サブマウント7が基板5と一体に形成されている場合、サブマウント7は、基板5と同様の金属材料からなる。これにより、半導体パッケージ10における放熱性が効果的に確保される。 The submount 7 may be formed integrally with the substrate 5 and may include a cooling member (for example, a Pelche element). When the submount 7 is integrally formed with the substrate 5, the submount 7 is made of the same metal material as the substrate 5. As a result, the heat dissipation property of the semiconductor package 10 is effectively ensured.

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。 The present invention is not limited to the examples of the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.

例えば、図7に示すように、接合部3は、ピン端子1の先端(図7では右端)から線路導体2に対向している端部1aの広い範囲においてピン端子1に接合されていないものでもよい。この場合には、ピン端子1の先端部の中央から端部1aに対向する線路導体2にかけて、接合部3が滑らかにフィレットFを作っている。なお、図7は、本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。図7において図1〜図5と同様の部位には同様の符号を付している。 For example, as shown in FIG. 7, the joint portion 3 is not joined to the pin terminal 1 in a wide range of the end portion 1a facing the line conductor 2 from the tip end (right end in FIG. 7) of the pin terminal 1. It may be. In this case, the joint portion 3 smoothly forms the fillet F from the center of the tip portion of the pin terminal 1 to the line conductor 2 facing the end portion 1a. Note that FIG. 7 is a cross-sectional view showing a joining structure of another embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same parts as those in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals.

図7に示すような例では、上記フィレットFの存在によって、接合部3の線路導体2に対する接合強度も向上させることができる。したがって、接合部3を介した線路導体2と金属端子1との接合強度および接続信頼性の向上に有効な接合構造Cおよび半導体パッケージ10とすることができる。 In the example shown in FIG. 7, the presence of the fillet F can also improve the joint strength of the joint portion 3 with respect to the line conductor 2. Therefore, the joint structure C and the semiconductor package 10 that are effective in improving the joint strength and connection reliability between the line conductor 2 and the metal terminal 1 via the joint portion 3 can be obtained.

1・・金属端子
1a・・端部
2・・線路導体
3・・接合部
3A・・補助接合部
3a・・第1接合材
3b・・第2接合材
3bb・・補助第2接合材
3c・・第3接合材
3cc・・補助第3接合材
4a・・空隙
4b・・柱状部
5・・基板
5a・・第1面
5b・・第2面
5c・・貫通孔
6・・絶縁板
7・・サブマウント
8・・接地端子
9・・拡散層
10・・半導体パッケージ
C・・接合構造
F・・フィレット
1 ・ ・ Metal terminal 1a ・ ・ End 2 ・ ・ Line conductor 3 ・ ・ Joint 3A ・ ・ Auxiliary joint 3a ・ ・ 1st joint 3b ・ ・ 2nd joint 3bb ・ ・ Auxiliary 2nd joint 3c ・・ Third joint material 3cc ・ ・ Auxiliary third joint material 4a ・ ・ Void 4b ・ ・ Columnar part 5 ・ ・ Substrate 5a ・ ・ First surface 5b ・ ・ Second surface 5c ・ ・ Through hole 6 ・ ・ Insulation plate 7 ・・ Sub mount 8 ・ ・ Ground terminal 9 ・ ・ Diffusion layer
10 ... Semiconductor package C ... Bonding structure F ... Fillet

Claims (8)

端部を有する金属端子と、
該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、
前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えており、
該接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第1接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第1接合材と前記線路導体との間に介在している第2接合材とを有し
前記第1接合材は、前記金属粒子間に位置する空隙をさらに含んでおり、
前記第2接合材における前記空隙の割合は、前記第1接合材における前記空隙の割合よりも大きい接合構造。
With metal terminals with ends,
With the line conductor where the end of the metal terminal is located,
It is provided with a joint portion for joining the end portion of the metal terminal and the line conductor.
The joint contains metal particles and is located between the metal particles and the metal particles with a first bonding material including a portion located between the end of the metal terminal and the line conductor. It contains a gap and has a second bonding material interposed between the first bonding material and the line conductor .
The first bonding material further contains voids located between the metal particles.
A bonding structure in which the proportion of the voids in the second bonding material is larger than the proportion of the voids in the first bonding material.
端部を有する金属端子と、
該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、
前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えており、
該接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第1接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第1接合材と前記線路導体との間に介在している第2接合材とを有し、
前記接合部が、前記金属粒子と同じ金属材料を主成分としているとともに前記線路導体の表面に沿って位置している薄層からなり、前記第2接合材と前記線路導体との間に介在している部分を含む第3接合材をさらに有している接合構造。
With metal terminals with ends,
With the line conductor where the end of the metal terminal is located,
It is provided with a joint portion for joining the end portion of the metal terminal and the line conductor.
The joint contains metal particles and is located between the metal particles and the metal particles with a first bonding material including a portion located between the end of the metal terminal and the line conductor. It contains a gap and has a second bonding material interposed between the first bonding material and the line conductor.
The joint portion is mainly composed of the same metal material as the metal particles and is composed of a thin layer located along the surface of the line conductor, and is interposed between the second joint material and the line conductor. junction structure that further have a third bonding material containing portion are.
前記第3接合材と前記線路導体との界面部分に、前記第3接合材および前記線路導体それぞれの成分をともに含有している拡散層が介在している請求項2記載の接合構造。 The bonding structure according to claim 2, wherein a diffusion layer containing both the components of the third bonding material and the line conductor is interposed at the interface portion between the third bonding material and the line conductor. 前記第1接合材における前記空隙または前記第2接合材における前記空隙の少なくともいずれか一方は、前記金属粒子の間に位置する柱状の空間を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の接合構造。 The invention according to any one of claims 1 to 3 , wherein at least one of the voids in the first bonding material and the voids in the second bonding material includes a columnar space located between the metal particles. Joint structure. 前記第2接合材が、前記線路導体のうち前記接合部を介して前記金属端子と対向している領域に位置している請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の接合構造。 The joining structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the second joining member is located in a region of the line conductor facing the metal terminal via the joining portion. 前記金属粒子が銀粒子である、請求項1〜請求項5のいずれか1項記載の接合構造。 The bonding structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal particles are silver particles. 前記第1接合材と前記金属端子との間に介在しており、前記第2接合材および前記第3
接合材のいずれかと同じ組成である補助接合部をさらに備えている請求項2又は3記載の接合構造。
It is interposed between the first joining material and the metal terminal, and the second joining material and the third joining material.
The joining structure according to claim 2 or 3 , further comprising an auxiliary joining portion having the same composition as any of the joining materials.
第1面および該第1面と反対側の第2面を有する基板と、
前記基板の前記第1面側に位置する線路導体と、
前記基板の前記第2面から前記第1面にかけて貫通しており、前記第1面側に端部を有する金属端子とを備えており、
金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合部とを備えており、
前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に、請求項1〜請求項7のいずれか1項記載の接合構造を有している半導体パッケージ。
A substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
A line conductor located on the first surface side of the substrate and
It penetrates from the second surface to the first surface of the substrate, and is provided with a metal terminal having an end portion on the first surface side.
It contains metal particles and includes a joint that is interposed between the end of the metal terminal and the line conductor.
A semiconductor package having the bonding structure according to any one of claims 1 to 7, between the end of the metal terminal and the line conductor.
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