JP2001291788A

JP2001291788A - 半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2001291788A
Application number: JP2000109166A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Ito; 吉明伊藤; Michinobu Iino; 道信飯野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁基体、蓋体および封止部材と外部リード端
子との熱膨張係数の相違に起因して絶縁基体や蓋体、封
止部材にクラックや割れ等が発生する。【解決手段】半導体素子収納用パッケージの外部リード
端子３を銅もしくは銅を主成分とする金属で、絶縁基体
１および蓋体２を４０〜４００℃における熱膨張係数が
８．５〜１８ｐｐｍ／℃のセラミック材で、封止部材６
を五酸化燐３５〜５５重量％と、一酸化錫２０〜４０重
量％と、酸化亜鉛１０〜２０重量％と、酸化アルミニウ
ム２〜４重量％と、酸化硼素１〜６重量％と、酸化珪素
１〜３重量％とを含むガラス成分に、フィラーとしての
ウイレマイト系化合物を１０〜３０重量％添加したガラ
スで形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を収容
する半導体素子収納用パッケージの改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を収容するための半導
体素子収納用パッケージ、特にガラスの溶着によって封
止するガラス封止型の半導体素子収納用パッケージは、
通常、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から
なり、その上面の略中央部に半導体素子を収容する空所
を形成するための凹部を有し、上面にガラスからなる封
止部材が被着された絶縁基体と、同じく酸化アルミニウ
ム質焼結体等の電気絶縁材料からなり、その下面の略中
央部に半導体素子を収容する空所を形成するための凹部
を有し、下面にガラスからなる封止部材が被着された蓋
体と、内部に収容する半導体素子を外部電気回路に電気
的に接続する鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケ
ル合金等の金属材料からなる外部リード端子とにより構
成されており、絶縁基体の上面に外部リード端子を載置
させるとともに予め被着させておいたガラスからなる封
止部材を溶融させることによって外部リード端子を絶縁
基体上に仮止めし、次に前記絶縁基体の凹部底面に半導
体素子を取着するとともに該半導体素子の各電極をボン
ディングワイヤを介して外部リード端子に接続し、しか
る後、絶縁基体と蓋体とをその相対向する主面に被着さ
せておいた各々の封止部材を溶融一体化させ、絶縁基体
と蓋体とからなる容器を封止することによって製品とし
ての半導体装置となる。

【０００３】なお、前記封止部材としては、従来一般
に、酸化鉛５６乃至６６重量％、酸化ホウ素４乃至１４
重量％、酸化珪素１乃至６重量％、酸化ビスマス０．５
乃至５重量％、酸化亜鉛０．５乃至３重量％を含むガラ
ス成分に、フィラーとしてコージェライト系化合物を９
乃至１９重量％、チタン酸錫系化合物を１０乃至２０重
量％添加したものが使用されていたが、かかる封止部材
は人体に対し有害である酸化鉛を主成分としていたた
め、最近では酸化錫−酸亜鉛−燐酸系のガラスにフィラ
ーとして低熱膨張係数のβ−ユークリプタイト固溶体、
溶融石英等を５乃至１０重量％添加した鉛を使用しない
（鉛フリー）ものが使用されるようになってきた。

【０００４】しかしながら、この従来の半導体素子収納
用パッケージは通常、外部リード端子が鉄−ニッケル−
コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料で形成さ
れてり、該鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル
合金等は比透磁率が高く、かつ導電率が低いことから以
下に述べる欠点を有する。

【０００５】即ち、１）鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金
は、鉄、ニッケル、コバルトといった強磁性体金属のみ
からなっており、その比透磁率は２５０〜７００（ＣＧ
Ｓ）と高い。そのためこの鉄−ニッケル−コバルト合金
や鉄−ニッケル合金等からなる外部リード端子に電流が
流れると外部リード端子中に比透磁率に比例した大きな
自己インダクタンスが発生し、これが逆起電力を誘発し
てノイズとなるとともに、該ノイズが半導体素子に入力
されて半導体素子に誤動作を生じさせる。２）鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金
は、その導電率が３．０〜３．５％（ＩＡＣＳ）と低
い。そのためこの鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニ
ッケル合金等からなる外部リード端子に信号を伝搬させ
た場合、信号の伝搬速度が極めて遅いものとなり、高速
駆動を行う半導体素子はその収容が不可となっしまう。３）半導体素子収納用パッケージの内部に収容する半導
体素子の高密度化、高集積化の進展に伴ない、半導体素
子の電極数が大幅に増大しており、半導体素子の各電極
を外部電気回路に接続する外部リード端子の線幅も極め
て細くなってきている。そのため外部リード端子は上記
２）に記載の鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケ
ル合金の導電率が低いことと相俟って電気抵抗が極めて
大きなものとなってきており、外部リード端子に信号を
伝搬させると、該外部リード端子の電気抵抗に起因して
信号が大きく減衰し、内部に収容する半導体素子に信号
を正確に入力することができず、半導体素子に誤動作を
生じさせてしまう、等の欠点を有していた。

【０００６】そこで上記欠点を解消するために外部リー
ド端子を従来の鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッ
ケル合金に替えて比透磁率が小さく、導電率が高い銅も
しくは銅を主成分とする金属材料で形成することが考え
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部リ
ード端子を銅もしくは銅を主成分とする金属材料で形成
した場合、該銅もしくは銅を主成分とする金属材料はそ
の熱膨張係数が約１７ｐｐｍ／℃であり、絶縁基体及び
蓋体を形成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数
（約７ｐｐｍ／℃）と大きく相違することから絶縁基体
及び蓋体と外部リード端子に半導体素子の作動時等に発
する熱が作用すると絶縁基体及び蓋体と外部リード端子
との間に各々の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応
力が発生し、これが絶縁基体や蓋体、或は絶縁基体と蓋
体とを接合させている封止部材に作用して絶縁基体、蓋
体、封止部材等にクラックや割れを発生させてしまい、
その結果、絶縁基体と蓋体とからなる容器内部の気密封
止が破れ、容器内部に収容する半導体素子を長期間にわ
たって正常、かつ安定に作動させることができないとい
う欠点を誘発してしまう。

【０００８】本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は半導体素子の気密封止を完全とし、かつ
半導体素子に信号を正確に入力して半導体素子を正確、
安定に作動させることができる半導体素子収納用パッケ
ージを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基体と蓋
体との間に、半導体素子及び該半導体素子が接続された
外部リード端子とを配置させ、絶縁基体と蓋体と外部リ
ード端子の各々を封止部材で接合することによって内部
に半導体素子を気密に封止する半導体素子収納用パッケ
ージであって、前記外部リード端子は、銅もしくは銅を
主成分とする金属で、前記絶縁基体および蓋体は、４０
〜４００℃における熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／
℃のセラミック材で、前記封止部材は、五酸化燐３５〜
５５重量％と、一酸化錫２０〜４０重量％と、酸化亜鉛
１０〜２０重量％と、酸化アルミニウム２〜４重量％
と、酸化硼素１〜６重量％と、酸化珪素１〜３重量％と
を含むガラス成分に、フィラーとしてのウイレマイト系
化合物を１０〜３０重量％添加したガラスで形成されて
いることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、外部リード端子を比透磁率が低く、導電率が高い
銅もしくは銅を主成分とする金属材料で形成したことか
ら外部リード端子に信号を伝搬させた場合、信号の伝搬
に遅延が生じること、信号が減衰すること、またノイズ
が発生することはなく、これによって半導体素子に信号
を正確、かつ確実に入力して、半導体素子を正常に作動
させることが可能となる。

【００１１】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、絶縁基体および蓋体を、例えば、５〜６０重
量％の酸化バリウムを含有するガラスと、４０〜４００
℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物
粒子を含むフィラーとからなり、前記ガラスおよび／ま
たはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ₂換算で０．１〜
３０重量％の割合で含有させたガラスセラミック焼結体
等の４０〜４００℃における熱膨張係数が８．５〜１８
ｐｐｍ／℃のセラミック材で形成したことから絶縁基体
および蓋体の熱膨張係数を銅もしくは銅を主成分とする
金属材料からなる外部リード端子の熱膨張係数に近似さ
せることができ、その結果、絶縁基体及び蓋体と外部リ
ード端子に半導体素子の作動時等に発する熱が作用して
も絶縁基体及び蓋体と外部リード端子との間には大きな
熱応力が発生することはなく、これによって絶縁基体、
蓋体、封止部材等にクラックや割れを発生するのが有効
に防止され、容器内部に半導体素子を気密に封止して半
導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させる
ことができる。

【００１２】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、封止部材を、五酸化燐３５〜５５重量％と、
一酸化錫２０〜４０重量％と、酸化亜鉛１０〜２０重量
％と、酸化アルミニウム２〜４重量％と、酸化硼素１〜
６重量％と、酸化珪素１〜３重量％とを含むガラス成分
に、フィラーとしてのウイレマイト系化合物を１０〜３
０重量％添加したガラスで形成したことから封止部材の
熱膨張係数を絶縁基体、蓋体及び銅もしくは銅を主成分
とする金属材料からなる外部リード端子の熱膨張係数に
近似させることができ、その結果、絶縁基体、蓋体、外
部リード端子及び封止部材に半導体素子の作動時等に発
する熱が作用しても絶縁基体と蓋体と封止部材と外部リ
ード端子との間に大きな熱応力が発生することはなく、
これによって絶縁基体、蓋体、封止部材等にクラックや
割れを発生するのがより有効に防止され、容器内部に半
導体素子を気密に封止して半導体素子を長期間にわたり
正常、かつ安定に作動させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は本発明の半導体素子収納用パッ
ケージの一実施例を示し、１は絶縁基体、２は蓋体、３
は外部リード端子である。この絶縁基体１と蓋体２とで
半導体素子５を収容するための容器４が構成される。

【００１４】前記絶縁基体１は、４０〜４００℃におけ
る熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃のセラミック
材、具体的には酸化バリウムを５〜６０重量％含有する
ガラスと、４０〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐ
ｍ／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとからな
り、前記ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物
をＺｒＯ₂換算で０．１〜３０重量％の割合で含有する
ガラスセラミック焼結体で形成されており、その上面の
略中央部に半導体素子５を収容する空所を形成するため
の凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａの底面には半導体
素子５がガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介し
て接着固定される。

【００１５】前記絶縁基体１は、例えば、酸化バリウム
含有ガラス、フィラー、Ｚｒ化合物等の原料粉末に適当
な有機バインダーを添加混合して原料粉末を調整すると
ともに該原料粉末をプレス成形技術によって所定形状に
成形し、しかる後、前記成形体を約７００℃〜１３００
℃の温度で焼成することによって製作される。

【００１６】また前記絶縁基体１の上面外周部には銅も
しくは銅を主成分とする金属材料からなる外部リード端
子３の一端が封止部材６を介して仮止めされており、該
外部リード端子３は銅もしくは銅を主成分とする金属材
料を従来周知の圧延加工法や打ち抜き加工法等を採用
し、所定の板状に形成することによって製作される。

【００１７】前記外部リ一ド端子３は内部に収容する半
導体素子５を外部電気回路に接続する作用をなし、その
一端には半導体素子５の各電極がボンディングワイヤ７
を介して接続され、外部リード端子３を外部電気回路に
接続することによって半導体素子５は外部電気回路と電
気的に接続されることとなる。

【００１８】更に前記外部リード端子３が仮止めされた
絶縁基体１はその上面に蓋体２が、該蓋体２の下面に被
着させた封止部材６と絶縁基体１の上面に被着させた封
止部材６とを溶融一体化させることによって接合され、
これによって絶縁基体１と蓋体２とから成る容器４内部
に半導体素子５が気密に封止されるとともに絶縁基体１
と蓋体２との間に外部リード端子３が固定される。

【００１９】前記蓋体２は絶縁基体１と同様の材料、具
体的には酸化バリウムを５〜６０重量％含有するガラス
と、４０〜４００℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃
以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとからなり、前記
ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ
₂換算で０．１〜３０重量％の割合で含有するガラスセ
ラミック焼結体で形成されており、前記絶縁基体１と同
様の方法によって製作される。

【００２０】前記絶縁基体１の上面に被着させた封止部
材６及び蓋体２の下面に被着させた封止部材６は、例え
ば、五酸化燐３５〜５５重量％と、一酸化錫２０〜４０
重量％と、酸化亜鉛１０〜２０重量％と、酸化アルミニ
ウム２〜４重量％と、酸化硼素１〜６重量％と、酸化珪
素１〜３重量％とを含むガラス成分に、フィラーとして
のウイレマイト系化合物を１０〜３０重量％添加したガ
ラスで形成されており、これらガラスに有機バインダ
ー、可塑材、溶剤を添加混合してガラスペーストを作
り、該ガラスペーストをスクリーン印刷法等により絶縁
基体１の上面と蓋体２の下面の各々に被着される。

【００２１】かくして、上述の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、絶縁基体１の凹部１ａに半導体素子５を
ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定する
とともに半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ７
により外部リード端子３に接続させ、しかる後、絶縁基
体１と蓋体２との間に外部リード端子３を挟み封止部材
６を介して接合させることによって絶縁基体１と蓋体２
とから成る容器４内部に半導体素子５を気密に封止し、
これによって製品としての半導体装置が完成する。本発
明の半導体素子収納用パッケージにおいては、（１）外
部リード端子を銅もしくは銅を主成分とする金属材料で
形成すること、（２）絶縁基体および蓋体を４０〜４０
０℃における熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃のセ
ラミック材で形成すること、（３）絶縁基体と蓋体と外
部リード端子とを接合させる封止部材を、五酸化燐３５
〜５５重量％と、一酸化錫２０〜４０重量％と、酸化亜
鉛１０〜２０重量％と、酸化アルミニウム２〜４重量％
と、酸化硼素１〜６重量％と、酸化珪素１〜３重量％と
を含むガラス成分に、フィラーとしてのウイレマイト系
化合物を１０〜３０重量％添加したガラスで形成してお
くこと、が重要である。

【００２２】前記外部リード端子３を銅もしくは銅を主
成分とする金属材料で形成すると、該銅もしくは銅を主
成分とする金属材料は比透磁率が低く、導電率が高いこ
とから外部リード端子３の比透磁率は小さく、導電率が
高いものとなり、外部リード端子３に信号を伝搬させた
場合、信号の伝搬に遅延が生じること、信号が減衰する
こと、またノイズが発生することはなく、これによって
半導体素子５に信号を正確、かつ確実に入力して、半導
体素子５を正常に作動させることが可能となる。

【００２３】また前記絶縁基体１および蓋体２を４０〜
４００℃における熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃
のセラミック材で形成しておくと絶縁基体１および蓋体
２の熱膨張係数が銅もしくは銅を主成分とする金属材料
からなる外部リード端子３の熱膨張係数に近似し、その
結果、絶縁基体１及び蓋体２と外部リード端子３に半導
体素子５の作動時等に発する熱が作用しても絶縁基体１
及び蓋体２と外部リード端子３との間には大きな熱応力
が発生することはなく、これによって絶縁基体１、蓋体
２、封止部材６等にクラックや割れを発生するのが有効
に防止され、容器４内部に半導体素子５を気密に封止し
て半導体素子５を長期間にわたり正常、かつ安定に作動
させることができる。

【００２４】前記絶縁基体１および蓋体２を構成する４
０〜４００℃における熱膨張係数が８．５〜１８ｐｐｍ
／℃のセラミック材としては、酸化バリウムを５〜６０
重量％含有するガラスと、４０〜４００℃における熱膨
張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィ
ラーとからなり、前記ガラスおよび／またはフィラー中
にＺｒ化合物をＺｒＯ₂換算で０．１〜３０重量％の割
合で含有するガラスセラミック焼結体が好適に使用し得
る。

【００２５】上述のガラスセラミック焼結体に酸化バリ
ウム（ＢａＯ）を５〜６０重量％含有するガラスを用い
るのは該酸化バリウム含有ガラスは低軟化点であり、比
較的高い熱膨張係数を有しているためにガラス量を少な
く、かつ高熱膨張のフィラーを多く添加することが可能
であり、銅や銅を主成分とする金属材料からなる外部リ
ード端子３の熱膨張係数に近似する高い熱膨張係数を有
するガラスセラミック焼結体が容易に得られるためであ
り、酸化バリウムの量を５〜６０重量％の範囲とするの
は、５重量％より少ないとガラスの低軟化点化が困難と
なり、６０重量％より多いとガラス化が困難で特性が不
安定となりやすく、また耐薬品性が著しく低下してしま
うためである。特に酸化バリウムの量は２０〜４０重量
％が望ましい。

【００２６】またこのガラス中には鉛（Ｐｂ）を実質的
に含まないことが望ましい。鉛は毒性を有するため製造
工程中での被毒を防止するための格別な装置および管理
を必要とするためにガラスセラミック焼結体を安価に製
造することができなくなるためである。鉛が不純物とし
て不可避的に混入する場合を考慮すると、鉛の含有量は
０．０５重量％以下であることが望ましい。

【００２７】更にこのガラスの４０〜４００℃における
熱膨張係数が６〜１８ｐｐｍ／℃、特に７〜１３ｐｐｍ
／℃であることが望ましい。これは熱膨張係数が上記範
囲を逸脱するとフィラーとの熱膨張差が生じ、ガラスセ
ラミック焼結体の強度の低下の原因になるためである。

【００２８】前記酸化バリウム含有ガラスとしては、例
えば、ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＯ₂−ＳｒＯＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ
−ＺｒＯ₂ ＳｉＯ₂−ＢａＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ等の組成物も好適に使用される。

【００２９】なお、このような酸化バリウム含有ガラス
は、そのヤング率が５０〜８０ＧＰａと低いため、ガラ
スセラミック焼結体からなる絶縁基体１および蓋体２の
ヤング率も約５０〜８０ＧＰａと低い変形がしやすいも
のとなっている。そのため絶縁基体１および蓋体２と外
部リード端子３との間に両者の熱膨張係数の相異に起因
して若干の熱応力が発生したとしても該熱応力は絶縁基
体１や蓋体２を適度に変形させることによって効果的に
吸収、緩和され、絶縁基体１や蓋体２、或は絶縁基体１
と蓋体２を接合させている封止部材６に割れやクラック
等が発生するのが有効に防止され、半導体素子収納用パ
ッケージとしての信頼性がより一層優れたものとなる。

【００３０】一方、前記ガラスと組み合わせるフィラー
としては、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数を銅や
銅を主成分とする金属材料からなる外部リード端子３に
近似させるために４０〜４００℃における熱膨張係数が
６ｐｐｍ／℃以上のものとしておくことが望ましい。熱
膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上のフィラーを含有させない
とガラスセラミック焼結体の熱膨張係数は８．５ｐｐｍ
／℃以上に高めることが困難となてしまう。

【００３１】このような熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上
のフィラーとしては、クリストバライト（ＳｉＯ₂）、
クオーツ（ＳｉＯ₂）、トリジマイト（ＳｉＯ₂）、フォ
ルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、スピネル（２Ｍ
ｇＯ・Ａｌ₂ Ｏ₃）、ウオラスナイト（ＣａＯ・Ｓｉ
Ｏ₂）、モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・Ｓｉ
Ｏ₂）、ネフエリン（Ｎａ₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂）、
ジオプサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂）、メルビ
ナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂）、アケルマイ
ト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂）、マグネシア（Ｍ
ｇＯ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、カーネギアイト（Ｎａ
₂Ｏ・Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、エンスタタイト（ＭｇＯ
・ＳｉＯ₂）、ホウ酸マグネシウム（ＭｇＯ・Ｂ
₂Ｏ₃）、セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）、Ｂ₂Ｏ₃・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ₂、ガーナイト（Ｚ
ｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）の群から選ばれる少なくとも一種以上
が挙げられる。これらの中でも、クリストバライト、ク
オーツ、トリジマイト等のＳｉＯ₂系材料やフォルステ
ライト、エンスタタイトの群から選ばれる一種が高熱膨
張化を図る上で望ましい。

【００３２】前記ガラスセラミック焼結体の酸化バリウ
ム含有ガラスとフィラーの比率は、酸化バリウム含有ガ
ラスが２０〜８０体積％、フィラーが８０〜２０体積％
が好ましい。この酸化バリウム含有ガラスとフイラーの
量を上記の範囲とするのは酸化バリウム含有ガラスの量
が２０体積％より少ない、言い換えればフィラーが８０
体積％より多いと液相焼結することができずに高温で焼
成する必要があり、また酸化バリウム含有ガラスが８０
体積％より多い、言い換えるとフィラーが２０体積％よ
り少ないとガラスセラミック焼結体の特性が酸化バリウ
ム含有ガラスの特性に大きく依存してしまい、材料特性
の制御が困難となってしまうためである。

【００３３】また、フィラーの量は、酸化バリウムの屈
伏点に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。す
なわち、ガラスの屈伏点が４００〜７００℃と低い場
合、低温での焼結性が高まるためフィラーの含有量は４
０〜８０体積％と比較的多く配合できる。これに対し
て、ガラスの屈伏点が７００〜８００℃と高い場合、焼
結性が低下するためフィラーの含有量は２０〜５０体積
％と比較的少なく配合することが望ましい。

【００３４】更に前記ガラスセラミック焼結体は、前記
フィラー中および／またはガラス中にジルコニウム化合
物（Ｚｒ化合物）を酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）換算
で０．１〜３０重量％の割合で含有させておくことが好
ましい。前記Ｚｒ化合物は酸化バリウム含有ガラスに溶
融し、ガラスの耐酸化性を高める作用をなし、これによ
ってガラスセラミック焼結体の耐薬品性を向上させるこ
とができるとともに酸性溶液あるいはアルカリ性溶液で
の処理後のガラスセラミック焼結体の外観の変化等を抑
制することが可能となる。

【００３５】前記Ｚｒ化合物としては、例えば、ＺｒＯ
₂、ＺｒＳｉＯ₄、ＣａＯ・ＺｒＯ₂ _、ＺｒＢ₂、ＺｒＰ₂Ｏ
₇、ＺｒＢの群から選ばれる少なくとも一種が挙げられ
る。

【００３６】前記Ｚｒ化合物は化合物粉末としてフィラ
ー中の一成分として混合する。この場合、添加時のＺｒ
化合物、特にＺｒＯ₂のＢＥＴ比表面積によって、ガラ
スセラミック焼結体の耐薬品性が変化する傾向にあり、
ＢＥＴ比表面積が２５ｍ²／ｇ以上であることが望まし
く、ＢＥＴ比表面積が２５ｍ²／ｇよりも小さいと耐薬
品性の改善効果が小さくなる傾向にある。また他の配合
形態としては、ガラス粉末として酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）以外の成分として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ ₂）を
含有するガラスを用いてもよい。

【００３７】なお、前記Ｚｒ化合物は酸化バリウム含有
ガラス及び／又はフィラーへの添加量がＺｒＯ₂換算で
０．１重量％未満であると、ガラスセラミック焼結体の
耐薬品性を改善する効果が不十分となり、３０重量％を
超えると、ガラスセラミック焼結体の熱膨張係数が８．
５ｐｐｍ／℃よりも低くなって絶縁基体１および蓋体２
と外部リード端子３との熱膨張係数の差が大きくなり、
この熱膨張係数差に起因して生じる熱応力によって絶縁
基体１や蓋体２、或いは絶縁基体１と蓋体２とを接合さ
せる封止部材６に、短期間で、機械的な破壊が生じてし
まう。従って、Ｚｒ化合物の酸化バリウム含有ガラス及
び／又はフィラーへの添加量はＺｒＯ₂換算で０．１〜
３０重量％の範囲が望ましく、０．２〜１０重量％の範
囲がより一層好ましい。

【００３８】前記ガラスセラミック焼結体は上記のよう
に調合されたガラス粉末とフィラー粉末との混合物に、
適当な成形の有機樹脂バインダーを添加した後、ドクタ
ーブレード法や圧延法、金型プレス法等の成形手段によ
り任意の形状、例えば、シート状に成形し、しかる後、
焼成することによって製作される。

【００３９】更に本発明においては、絶縁基体１と蓋体
２と外部リード端子３とを接合させる封止部材６を、五
酸化燐３５〜５５重量％と、一酸化錫２０〜４０重量％
と、酸化亜鉛１０〜２０重量％と、酸化アルミニウム２
〜４重量％と、酸化硼素１〜６重量％と、酸化珪素１〜
３重量％とを含むガラス成分に、フィラーとしてのウイ
レマイト系化合物を１０〜３０重量％添加したガラスで
形成しておくことが重要である。

【００４０】前記封止部材６を上述のガラスで形成する
と封止部材６の熱膨張係数が絶縁基体１、蓋体２及び銅
もしくは銅を主成分とする金属材料からなる外部リード
端子３の熱膨張係数に近似することとなり、その結果、
絶縁基体１、蓋体２、外部リード端子３及び封止部材６
に半導体素子５の作動時等に発する熱が作用しても絶縁
基体１と蓋体２と封止部材６と外部リード端子３との間
に大きな熱応力が発生することはなく、これによって絶
縁基体１、蓋体２、封止部材６等にクラックや割れを発
生するのがより有効に防止され、容器４内部に半導体素
子５を気密に封止して半導体素子５を長期間にわたり正
常、かつ安定に作動させることができる。

【００４１】前記封止部材６を五酸化燐３５〜５５重量
％と、一酸化錫２０〜４０重量％と、酸化亜鉛１０〜２
０重量％と、酸化アルミニウム２〜４重量％と、酸化硼
素１〜６重量％と、酸化珪素１〜３重量％とを含むガラ
ス成分に、フィラーとしてのウイレマイト系化合物を１
０〜３０重量％添加したガラスで形成した場合、封止部
材６の熱膨張係数は８〜１５ｐｐｍ／℃となり、絶縁基
体１、蓋体２および外部リード端子３の熱膨張係数に近
似したものとなる。

【００４２】なお、封止部材６に上述の組成のガラスを
使用する場合、五酸化燐（Ｐ₂Ｏ₅）が３５重量％未満で
あるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、封止部材６を
軟化溶融させる熱によって半導体素子５に特性の劣化を
招来してしまう傾向があり、、また５５重量％を超える
と封止部材６の耐薬品性が低下し、容器４の気密封止の
信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、前記五酸
化燐（Ｐ₂Ｏ₅）はその量が３５〜５５重量％の範囲に特
定される。

【００４３】また、一酸化錫（ＳｎＯ）はその量が２０
重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、
封止部材６を軟化溶融させる熱によって半導体素子５に
特性の劣化を招来してしまう傾向があり、また４０重量
％を超えると封止部材６の耐薬品性が低下し、容器４の
気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従っ
て、前記一酸化錫（ＳｎＯ）はその量が２０〜４０重量
％の範囲に特定される。

【００４４】また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）はその量が１０
重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、
封止部材６を軟化溶融させる熱によって半導体素子５に
特性の劣化を招来してしまう傾向があり、また２０重量
％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、
封止部材６を介して容器４を気密封止することが困難と
なる傾向がある。従って、前記酸化亜鉛（ＺｎＯ）はそ
の量が１０〜２０重量％の範囲に特定される。

【００４５】また、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）はそ
の量が２重量％未満であるとガラスの耐湿性が低下し、
封止部材６を介しての容器４の気密封止の信頼性が低下
する傾向にあり、また４重量％を超えるとガラスの軟化
溶融温度が高くなり、封止部材６を軟化溶融させる熱に
よって半導体素子５に特性の劣化を招来してしまう傾向
がある。従って、前記酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）は
その量が２〜４重量％の範囲に特定される。

【００４６】また、酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）はその量が１重
量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、封
止部材６を軟化溶融させる熱によって半導体素子５に特
性の劣化を招来してしまう傾向があり、また６重量％を
超えると封止部材６の耐薬品性が低下し、容器４の気密
封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、前
記酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）はその量が１〜６重量％の範囲に
特定される。

【００４７】また、酸化珪素（ＳｉＯ₂）はその量が１
重量％未満であると封止部材６の熱膨張係数が大きくな
って絶縁基体１、蓋体２および外部リード端子３の熱膨
張係数と合わなくなり、容器４の気密封止の信頼性が低
下してしまい、また３重量％を超えるとガラスの軟化溶
融温度が高くなり、封止部材６を軟化溶融させる熱によ
って半導体素子５に特性の劣化を招来してしまう傾向が
ある。従って、前記酸化珪素（ＳｉＯ₂）はその量が１
〜３重量％の範囲に特定される。

【００４８】更にフィラーとして添加されるウイレマイ
ト系化合物はその量が１０重量％未満であると封止部材
６のガラスの強度が低下し、容器４の気密封止の信頼性
が大きく低下する傾向があり、また３０重量％を超える
と封止部材６の熱膨張係数が小さくなって絶縁基体１、
蓋体２および外部リード端子３の熱膨張係数と合わなく
なり、容器４の気密封止の信頼性が低下してう。従っ
て、前記ウイレマイト系化合物はその量が１０〜３０重
量％の範囲に特定される。

【００４９】またフィラーとして添加されるウイレマイ
ト系化合物はその平均粒径が３μｍ未満であると封止部
材６の流動性が低下し、封止部材６を介して容器４を気
密封止することが困難となる傾向があり、９μｍを超え
ると封止部材６のガラスの強度が低下し、容器４の気密
封止の信頼性が大きく低下する傾向がある。従って、前
記ウイレマイト系化合物はその平均粒径を３〜９μｍの
範囲としておくことが好ましい。

【００５０】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能である。

【００５１】

【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、外部リード端子を比透磁率が低く、導電率が高
い銅もしくは銅を主成分とする金属材料で形成したこと
から外部リード端子に信号を伝搬させた場合、信号の伝
搬に遅延が生じること、信号が減衰すること、またノイ
ズが発生することはなく、これによって半導体素子に信
号を正確、かつ確実に入力して、半導体素子を正常に作
動させることが可能となる。

【００５２】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、絶縁基体および蓋体を、例えば、５〜６０重
量％の酸化バリウムを含有するガラスと、４０〜４００
℃における熱膨張係数が６ｐｐｍ／℃以上の金属酸化物
粒子を含むフィラーとからなり、前記ガラスおよび／ま
たはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ₂換算で０．１〜
３０重量％の割合で含有させたガラスセラミック焼結体
等の４０〜４００℃における熱膨張係数が８．５〜１８
ｐｐｍ／℃のセラミック材で形成したことから絶縁基体
および蓋体の熱膨張係数を銅もしくは銅を主成分とする
金属材料からなる外部リード端子の熱膨張係数に近似さ
せることができ、その結果、絶縁基体及び蓋体と外部リ
ード端子に半導体素子の作動時等に発する熱が作用して
も絶縁基体及び蓋体と外部リード端子との間には大きな
熱応力が発生することはなく、これによって絶縁基体、
蓋体、封止部材等にクラックや割れを発生するのが有効
に防止され、容器内部に半導体素子を気密に封止して半
導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させる
ことができる。

【００５３】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、封止部材を、五酸化燐３５〜５５重量％と、
一酸化錫２０〜４０重量％と、酸化亜鉛１０〜２０重量
％と、酸化アルミニウム２〜４重量％と、酸化硼素１〜
６重量％と、酸化珪素１〜３重量％とを含むガラス成分
に、フィラーとしてのウイレマイト系化合物を１０〜３
０重量％添加したガラスで形成すれば、封止部材の熱膨
張係数を絶縁基体、蓋体及び銅もしくは銅を主成分とす
る金属材料からなる外部リード端子の熱膨張係数に近似
させることができ、その結果、絶縁基体、蓋体、外部リ
ード端子及び封止部材に半導体素子の作動時等に発する
熱が作用しても絶縁基体と蓋体と封止部材と外部リード
端子との間に大きな熱応力が発生することはなく、これ
によって絶縁基体、蓋体、封止部材等にクラックや割れ
を発生するのがより有効に防止され、容器内部に半導体
素子を気密に封止して半導体素子を長期間にわたり正
常、かつ安定に作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・絶縁基体２・・・・・・蓋体３・・・・・・外部リード端子４・・・・・・容器５・・・・・・半導体素子６・・・・・・封止部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G062 AA08 AA09 AA15 BB09 DA03 DB03 DC03 DD05 DD06 DE04 DF01 EA01 EA10 EB01 EC01 ED01 EE01 EF01 EG01 FA01 FB01 FC01 FD01 FE04 FE05 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GA10 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM08 NN29 PP02 PP05 PP06 PP09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基体と蓋体との間に、半導体素子及び
該半導体素子が接続された外部リード端子とを配置さ
せ、絶縁基体と蓋体と外部リード端子の各々を封止部材
で接合することによって内部に半導体素子を気密に封止
する半導体素子収納用パッケージであって、前記外部リ
ード端子は、銅もしくは銅を主成分とする金属で、前記
絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における熱膨張
係数が８．５〜１８ｐｐｍ／℃のセラミック材で、前記
封止部材は、五酸化燐３５〜５５重量％と、一酸化錫２
０〜４０重量％と、酸化亜鉛１０〜２０重量％と、酸化
アルミニウム２〜４重量％と、酸化硼素１〜６重量％
と、酸化珪素１〜３重量％とを含むガラス成分に、フィ
ラーとしてのウイレマイト系化合物を１０〜３０重量％
添加したガラスで形成されていることを特徴とする半導
体素子収納用パッケージ。