JP2002261178A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子収納用パッケージにおいて、樹脂
封止剤からの水分の浸入を有効に防止できない。 【解決手段】 上面に半導体素子２が搭載される凹部を
有する絶縁基体１と、この絶縁基体１の上面に凹部を覆
うように封止剤４を介して接合される略平板状の金属製
蓋体３とから成る半導体素子収納用パッケージであっ
て、金属製蓋体は３、凹部の開口に対向する部位３ａが
絶縁基体１と接合される部位３ｂよりも少なくとも開口
側に厚くされており、かつ凹部の開口に対向する部位３
ａの厚みが0.30〜0.50ｍｍで、絶縁基体１と接合される
部位の厚み３ｂが0.05〜0.15ｍｍである。絶縁基体１の
金属製蓋体３との接着面に凹凸があったとしても，金属
製蓋体３が良好に変形し絶縁基体１表面の凹凸に追随
し、パッケージの気密信頼性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部からの機械的
衝撃あるいは水分の浸入から半導体素子を保護するため
の半導体素子収納用パッケージに関するものであり、特
に高周波用半導体素子を搭載した携帯電話に代表される
移動体通信機器に使用される半導体素子収納用パッケー
ジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信機器は軽薄短小化が急
激に進展し、これに伴って搭載される半導体素子を気密
に封止する半導体素子収納用パッケージも軽薄短小化が
進んできている。

【０００３】このような半導体素子収納用パッケージ
は、一般に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウ
ム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化珪素質焼結体等の
電気絶縁材料から成り、その上面中央部に半導体素子を
搭載するための凹部を有する絶縁基体と、その上面に凹
部を覆うように半田やろう材等により接合される略平板
状の蓋体とから構成されている。なお、蓋体は、その材
料が半導体素子収納用パッケージの軽薄短小化に併せ、
薄型加工が可能な鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属
であり、また、厚みが内部に収容する半導体素子を保護
するために0.3〜0.5ｍｍ程度の厚みとなっている。

【０００４】しかしながら、このような半導体素子収納
用パッケージは、熱膨張係数の異なる絶縁基体と金属製
蓋体とを、弾性率が高く歪み等の応力を緩和しにくい半
田やろう材等の金属により接合しているために、半導体
素子が作動する際に発生する熱によって絶縁基体と金属
製蓋体との間に大きな応力が発生するとともにこの応力
が絶縁基体に作用して絶縁基体にクラックが入ってしま
い、その結果、容器の気密封止が破れ、内部に収容する
半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させ
ることができないという欠点を有していた。

【０００５】他方、絶縁基体と金属製蓋体との接合を、
弾性率の低い樹脂接着剤により行なう方法が提案されて
いる。この提案によれば、例えば熱硬化性のエポキシ系
樹脂をスクリーン印刷法やディスペンサ法を用いて絶縁
基体と金属製蓋体との接合部分に塗布し、絶縁基体と金
属製蓋体との接合部分を重ね合わせ加圧・加熱して絶縁
基体と金属製蓋体とを接合することにより、半導体素子
が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる
絶縁基体と金属製蓋体との間に大きな応力が発生したと
しても、弾性率の低い樹脂接着剤が応力を緩和して絶縁
基体にクラックが入るのを有効に防止することができる
というものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな樹脂接着剤による接合では、昨今の半導体装置の小
型化に合わせて絶縁基体と金属製蓋体との接合面積が小
面積化する封止設計においては十分な接合幅が得られ
ず、かつ厚みが0.3〜0.5ｍｍと剛性の高い金属製蓋体を
使用した場合、絶縁基体表面の凹凸に金属製蓋体が追随
することができず、絶縁基体表面の凹部で樹脂厚みが厚
くなってしまい、その結果、樹脂厚みの厚い部分での透
湿量が大きいことから耐湿性が低下してしまい、パッケ
ージ外部から浸入する水分により半導体素子が誤作動し
てしまう、あるいは、素子の機能が破壊されてしまうと
いう問題点を有していた。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
案出されたものであり、その目的は、気密信頼性の高い
半導体素子収納用パッケージを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子収納
用パッケージは、上面に半導体素子が搭載される凹部を
有する絶縁基体と、この絶縁基体の上面に凹部を覆うよ
うに封止剤を介して接合される略平板状の金属製蓋体と
から成る半導体素子収納用パッケージであって、金属製
蓋体は、凹部の開口に対向する部位が絶縁基体と接合さ
れる部位よりも少なくとも開口側に厚くされており、か
つ凹部の開口に対向する部位の厚みが0.30〜0.50ｍｍ
で、絶縁基体と接合される部位の厚みが0.05〜0.15ｍｍ
であることを特徴とするものである。

【０００９】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、金属製蓋体の、凹部の開口に対向する部位が絶縁
基体と接合される部位よりも少なくとも開口側に厚くさ
れており、かつ凹部の開口に対向する部位の厚みを0.30
〜0.50ｍｍとし、絶縁基体と接合される部位の厚みを0.
05〜0.15ｍｍとしたことから、金属性蓋体の強度を十分
に保つことができるとともに、絶縁基体表面の金属性蓋
体との接着面に凹凸があったとしても、金属製蓋体は良
好に変形して絶縁基体表面の凹凸に追随し、絶縁基体と
金属製蓋体との接合部の樹脂厚みを薄く保つことが可能
となり、その結果、パッケージ外部からの水分の浸入が
抑制され、パッケージの気密信頼性が低下してしまうこ
とはない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体素子収納用
パッケージを図面に基づき詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の半導体素子収納用パッケー
ジの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は絶縁基
体、３は金属製蓋体、４は封止剤であり、主にこれらで
本発明の半導体素子収納用パッケージが構成される。

【００１２】絶縁基体１は、一辺の長さが1.5〜50.0ｍ
ｍ程度で厚みが0.05〜2.0ｍｍ程度の略四角形状であ
り、その上面の略中央部に半導体素子２を搭載するため
の凹状の搭載部１ａが設けてあり、この搭載部１ａの底
面には半導体素子２がガラス・樹脂・ろう材等から成る
接着剤を介して接着固定される。

【００１３】このような絶縁基体１は、酸化アルミニウ
ム質焼結体やムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼
結体・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸
化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な
有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥
漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード
法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用しシー
ト状にしてセラミックグリーンシート（セラミック生シ
ート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシー
トに適当な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層
し、約1600℃の高温で焼成することによって製作され
る。

【００１４】また、絶縁基体１には、搭載部１ａの底面
から下面にかけて複数の配線導体層５が被着形成されて
おり、この配線導体層５の搭載部１ａの底面部には半導
体素子２の各電極がボンディングワイヤ８を介して電気
的に接続され、また、絶縁基体１の下面に導出された部
位には外部電気回路（図示せず）が半田等の接続部材を
介して電気的に接続される。

【００１５】配線導体層５は、半導体素子２の各電極を
外部電気回路に電気的に接続する際の導電路として作用
し、例えばタングステン・モリブデン・マンガン等の高
融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶媒・可塑剤等を添加
混合して得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷
法等の厚膜手法を採用して絶縁基体１となるセラミック
グリーンシートにあらかじめ印刷塗布しておき、これを
セラミックグリーンシートと同時に焼成することによっ
て絶縁基体１の搭載部１ａの底面部から下面にかけて所
定パターンに被着形成される。

【００１６】なお、配線導体層５はその表面にニッケル
・金等の良導電性で耐蝕性およびろう材との濡れ性が良
好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着させ
ておくと、配線導体層５の酸化腐蝕を有効に防止するこ
とができるとともに配線導体層５とボンディングワイヤ
８との接続および配線導体層５と外部電気回路の配線導
体との半田付けを強固となすことができる。したがっ
て、配線導体層５の酸化腐蝕を防止し、配線導体層５と
ボンディングワイヤ８との接続および配線導体層５と外
部電気回路の配線導体との半田付けを強固となすために
は、配線導体層５の表面にニッケル・金等をめっき法に
より１〜20μｍの厚みに被着させておくことが好まし
い。

【００１７】また、絶縁基体１の上面には、金属製蓋体
３が封止剤４を介して接合されている。金属製蓋体３
は、縦・横の寸法が絶縁基体１の縦・横の寸法と略同一
で、半導体素子２をパッケージ内部に気密に封止する作
用を成すとともに外部からの衝撃により半導体素子７が
破壊されることを防止する機能を有し、鉄・アルミニウ
ム・銅・タングステン・鉄−ニッケル合金・鉄−コバル
ト合金・鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料によ
り形成されている。

【００１８】金属製蓋体３は、凹部の開口に対向する部
位３ａが絶縁基体１と接合される部位３ｂよりも少なく
とも開口側に厚くされており、かつ凹部の開口に対向す
る部位３ａの厚みが0.30〜0.50ｍｍで、絶縁基体１と接
合される部位３ｂの厚みが0.05〜0.15ｍｍとなってお
り、また、このことが重要である。なお、半導体素子収
納用パッケージを薄型化するという観点からは、金属製
蓋体３の半導体素子収納用パッケージの外側となる面
は、図１に断面図で示すように、略平面であることが好
ましい。

【００１９】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、金属製蓋体３の、凹部の開口に対向する部位３ａ
を絶縁基体１と接合される部位３ｂよりも少なくとも開
口側で厚くし、かつ凹部の開口に対向する部位３ａの厚
みを0.30〜0.50ｍｍ、絶縁基体１と接合される部位３ｂ
の厚みを0.05〜0.15ｍｍとしたことから、金属性蓋体３
の強度を十分に保つことができるとともに、絶縁基体１
の金属性蓋体３との接合面に凹凸があったとしても、金
属製蓋体３の絶縁基体１と接合される部位３ｂが変形し
て絶縁基体１表面の凹凸に良好に追随し、絶縁基体１と
金属製蓋体３との接合部の樹脂厚みを薄く保つことが可
能となり、その結果、パッケージ外部からの水分の浸入
を抑制することができ、パッケージの気密信頼性を高め
ることができる。

【００２０】なお、凹部の開口に対向する部位３ａの金
属製蓋体３の厚みが0.30ｍｍ未満の場合、パッケージ外
部からの機械的な衝撃を受けた場合に金属製蓋体３が変
形し、内部ボンディングワイヤ８や半導体素子２に接触
して電気的短絡を発生し易くなる傾向があり、0.50ｍｍ
を超えると金属製蓋体３全体の剛性が高くなり、絶縁基
体１と接合される部位３ｂの変形を阻害する傾向があ
る。また、絶縁基体１と接合される部位３ｂの厚みが0.
05ｍｍ未満では、接合される部位３ｂの強度が低下して
その取り扱いの際に変形してしまう傾向があり、0.15ｍ
ｍを超えると、剛性が高くなり絶縁基体１表面の凹凸に
追随できず、絶縁基体１表面の凹部の樹脂厚みが厚くな
り気密信頼性が低下してしまう傾向がある。従って、金
属性蓋体３は、凹部の開口に対向する部位３ａの厚みを
0.30〜0.50ｍｍの範囲とし、絶縁基体１と接合される部
位３ｂの厚みを0.05〜0.15ｍｍの範囲とすることが好ま
しい。

【００２１】また、金属製蓋体３の凹部の開口に対向す
る部位３ａは、その大きさが凹部の外縁と略同じであ
り、また、金属製蓋体３を絶縁基体１に接合する際の勘
合を良好と成すために、凹部の開口に対向する部位３ａ
の下面と側面との角部に0.1〜1.0ｍｍ程度の直線状ある
いは円弧状の面取り加工を施しておくことが好ましい。
なお、金属製蓋体３の、凹部の開口に対向する部位３ａ
の側面と絶縁基体１と接合される部位３ｂの表面との交
点から凹部の開口に対向する部位３ａの下面にかけて面
取り加工を施すことにより、絶縁基体１と金属製蓋体３
とを封止剤４を介して接合する際、封止剤４が絶縁基体
１の凹部側壁と金属製蓋体３の凹部の開口に対向する部
位３ａの側面との間に良好に充填され、絶縁基体１と金
属製蓋体３との接合をより強固なものと成すことができ
る。

【００２２】このような金属製蓋体３は、例えば鉄−ニ
ッケル合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル合金の
インゴット（塊）を圧延し板状にしたものを、所定の突
起形状に対応して製作したプレス金型により圧縮プレス
成形するとともに、従来周知の打抜き加工法により所定
の寸法に形成される。または、ケミカルエッチングによ
り部分的に異なる厚みの形成および所定の外寸への成形
も可能である。

【００２３】なお、金属製蓋体３が鉄−ニッケル合金・
鉄−コバルト合金・鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄
合金から成る場合は、金属製蓋体３の腐蝕防止のため
に、その表面をニッケルや金・半田等の各種金属めっき
により被覆することが好ましい。

【００２４】また、封止剤４は、絶縁基体１と金属製蓋
体３とを接合する機能を有し、ガラス・樹脂接着剤・ろ
う材等から成る。封止剤４は、応力緩和の観点からは、
低弾性である樹脂接着剤が好ましく、絶縁基体１あるい
は金属製蓋体３の接合部に従来周知のスクリーン印刷法
等を採用して印刷・塗布した後、加熱・乾燥するととも
に両者の接合部分を重ねあわせて加圧・加熱することに
より、絶縁基体１と金属製蓋体３とを強固に接合するこ
とができる。

【００２５】封止剤４は、硬化後の厚みが１〜50μｍの
範囲であることが好ましく、１μｍ未満であると応力緩
和が有効に働かなくなる傾向があり、また、50μｍを超
えると封止剤４の透湿量が増加し、半導体素子２が水分
により劣化しやすくなる傾向がある。従って、封止剤４
は、硬化後の厚みが１〜50μｍの範囲であることが好ま
しい。

【００２６】このような封止剤４としては、耐湿性ある
いは接合強度の観点からは緻密な３次元網目構造を有す
る熱硬化性のエポキシ系樹脂接着剤が特に好ましく、ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＡ変性
エポキシ樹脂・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂・フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂・クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂・特殊ノボラック型エポキシ樹脂・フ
ェノール誘導体エポキシ樹脂・ビフェノール骨格型エポ
キシ樹脂等のエポキシ樹脂にイミダゾール系・アミン系
・リン系・ヒドラジン系・イミダゾールアダクト系・ア
ミンアダクト系・カチオン重合系・ジシアンジアミド系
等の硬化剤を添加したものが用いられる。

【００２７】なお、２種類以上のエポキシ樹脂を混合し
て用いてもよく、また、軟質微粒子を添加することによ
りエポキシ系樹脂接着剤の弾性率をさらに低下させるこ
とが可能となる。このような軟質微粒子としては、シリ
コンゴムやシリコンレジン・ＬＤＰＥ・ＨＤＰＥ・ＰＭ
ＭＡ・架橋ＰＭＭＡ・ポリスチレン・架橋ポリスチレン
・エチレン−アクリル共重合・ポリメタクリル酸エチル
・ブチルアクリレート・ウレタン等のプラスチック粉末
が用いられる。

【００２８】また、封止剤４に導電性の充填剤を含有さ
せるとともに、図２に断面図で示すように絶縁基体１の
上面に、搭載部１ａを取り囲み、配線導体層５と電気的
に接続する枠状導体層６を被着形成することにより、金
属製蓋体３と配線導体層５とが電気的に接続され、外部
への電磁波の放射を防ぐシールド効果や外部からの電磁
波の侵入を防止するイミュニティ効果が良好に得られる
半導体素子収納用パッケージとすることができる。

【００２９】枠状導体層６は、タングステン・モリブデ
ン・マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶
媒・可塑剤等を添加混合して得た金属ペーストを従来周
知のスクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して、絶縁基
体１上面の金属製蓋体３との接合部となるセラミックグ
リーンシートにあらかじめ印刷塗布しておき、これをセ
ラミックグリーンシートと同時に焼成することによって
絶縁基体１の上面に所定パターンに被着形成される。

【００３０】また、封止剤４に含有される導電性の充填
剤としては、例えばアクリル系樹脂やフェノール系樹脂
・ウレタン系樹脂・ベンゾグアナミン樹脂・メラミン系
樹脂・ポリジビニルベンゼン・ポリスチレン樹脂等の各
種有機系樹脂材料を核にもち、表層にニッケル・金・銀
・銅等の導電性材料を被覆した粒子やカーボン粉末ある
いはニッケル・金・銀・銅・半田等の金属粉末等が用い
られる。

【００３１】なお、導電性の充填剤としては、平均粒径
が0.1〜30μｍの充填剤を0.5〜200重量％含有させるこ
とが好ましく、平均粒径が0.1μｍ未満では封止剤４の
導通抵抗高くなり、金属製蓋体３と枠状導体層６との電
気的接続が困難となる傾向があり、また、30μｍを超え
ると加圧しながら加熱硬化する際の加重で導電性粒子が
大きく変形して金属被膜が破損し、良好な導電性を得ら
れなくなる傾向がある。したがって、導電性の充填剤の
平均粒径は0.1〜30μｍの範囲が好ましい。さらに、導
電性の充填剤の含有量が0.5重量％未満では、封止剤４
の導電性が低下する傾向があり、また、200重量％を超
えると封止剤４の濡れ性が低下する傾向がある。したが
って、導電性の充填剤の含有量は0.5〜200重量％の範囲
が好ましい。

【００３２】かくして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１の搭載部１ａの底面に半導体
素子２をガラス・樹脂・ろう材等から成る接着剤を介し
て接着固定するとともに半導体素子２の各電極をボンデ
ィングワイヤ８により配線導体層５に接続させ、しかる
後、絶縁基体１と金属製蓋体３とを封止剤４を介して接
続して絶縁基体１と金属製蓋体３とから成る容器の内部
に半導体素子２を気密に収容することによって最終製品
としての半導体装置が完成する。

【００３３】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
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り、例えば、半導体素子２と
配線導体５との電気的接続を半田バンプ等の導電性接続
部材で行なっても良い。

【００３４】

【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、金属製蓋体の、凹部の開口に対向する部位が絶
縁基体と接合される部位よりも少なくとも開口側に厚く
されており、かつ凹部の開口に対向する部位の厚みを0.
30〜0.50ｍｍとし、絶縁基体と接合される部位の厚みを
0.05〜0.15ｍｍとしたことから、金属性蓋体の強度を十
分に保つことができるとともに、絶縁基体表面の金属性
蓋体との接着面に凹凸があったとしても、金属製蓋体は
良好に変形して絶縁基体表面の凹凸に追随し、絶縁基体
と金属製蓋体との接合部の樹脂厚みを薄く保つことが可
能となり、その結果、パッケージ外部からの水分の浸入
が抑制され、パッケージの気密信頼性が低下してしまう
ことはない。

【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実施の
形態の一例を示す断面図である。

【図２】本発明の半導体素子収納用パッケージの他の実
施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・・搭載部 ２・・・・・・半導体素子 ３・・・・・・金属製蓋体 ３ａ・・・・・・金属製蓋体の凹部の開口と対向する部
位 ３ｂ・・・・・・金属製蓋体の絶縁基体と接合される部
位 ４・・・・・・封止剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に半導体素子が搭載される凹部を有
   する絶縁基体と、該絶縁基体の上面に前記凹部を覆うよ
   うに封止剤を介して接合される略平板状の金属製蓋体と
   から成る半導体素子収納用パッケージであって、前記金
   属製蓋体は、前記凹部の開口に対向する部位が前記絶縁
   基体と接合される部位よりも少なくとも開口側に厚くさ
   れており、かつ前記凹部の開口に対向する部位の厚みが
   ０．３０〜０．５０ｍｍで、前記絶縁基体と接合される
   部位の厚みが０．０５〜０．１５ｍｍであることを特徴
   とする半導体素子収納用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記封止剤がエポキシ系樹脂接着剤であ
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パ
   ッケージ。
3. 【請求項３】 前記エポキシ系樹脂接着剤が導電性の充
   填材を含有することを特徴とする請求項２記載の半導体
   素子収納用パッケージ。