JP2003037230A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子が作動時に発する熱を外部に効率よ
く放散することができず、半導体素子に熱破壊が発生す
る。 【解決手段】基体１と、前記基体１上に取着され、半導
体素子４の各電極が接続される配線層６を有する枠状絶
縁体２と、前記枠状絶縁体２上に取着され、枠状絶縁体
２の内側を気密に封止する蓋体３とから成る半導体素子
収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体２は比誘電
率が７以下、熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃〜８ｐｐｍ／℃
のガラスセラミックス焼結体で、配線層６は電気抵抗率
が２．５μΩ・ｃｍ以下の金属材料で、基体１はタング
ステンと銅とから成り、タングステンが２５乃至６５重
量％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層１ｃの上
下両面にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃
至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構
造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＬＳＩ（大規模集積
回路素子）や光半導体素子等の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は、上面に半導体素子が載置さ
れる載置部を有する銅−タングステン合金や銅−モリブ
デン合金等の金属材料からなる基体と、該基体の上面に
前記載置部を囲繞するようにして取着された酸化アルミ
ニウム質焼結体等の電気絶縁材料からなる枠状絶縁体
と、該枠状絶縁体の内周部から外周部にかけて被着導出
されているタングステン、モリブデン、マンガン等の高
融点金属からなる複数個の配線層と、前記枠状絶縁体の
上面に取着され、絶縁体の内側の穴を塞ぐ蓋体とから構
成されており、基体の半導体素子載置部に半導体素子を
接着剤を介して接着固定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枠状絶縁体に形成し
た配線層に電気的に接続し、しかる後、枠状絶縁体に蓋
体を該枠状絶縁体の内側の穴を塞ぐようにしてガラス、
樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体
と枠状絶縁体と蓋体とからなる容器内部に半導体素子を
気密に収容することによって製品としての半導体装置と
なる。

【０００３】なお上述の半導体素子収納用パッケージに
おいては、半導体素子が載置される基体が銅−タングス
テン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料で形成され
ており、該銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金
等は熱伝導率が約１８０Ｗ／ｍ・Ｋと高く熱伝導性に優
れていることから基体は半導体素子の作動時に発する熱
を良好に吸収するとともに大気中に良好に放散させるこ
とができ、これによって半導体素子を常に適温とし半導
体素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が発生した
りするのを有効に防止している。また上述の半導体素子
収納用パッケージの基体として使用されている銅−タン
グステン合金や銅−モリブデン合金はタングステン粉末
やモリブデン粉末を焼成して焼結多孔体を得、次に前記
焼結多孔体の空孔内に溶融させることによって製作され
ており、例えば、タングステンから成る焼結多孔体に銅
を含浸させる場合は焼結多孔体が７５乃至９０重量％、
銅が１０乃至２５重量％の範囲に、モリブデンから成る
焼結多孔体に銅を含浸させる場合は焼結多孔体が８０乃
至９０重量％、銅が１０乃至２０重量％の範囲となって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体素子収納用パッケージにおいては、基体がタ
ングステン粉末やモリブデン粉末を焼成して焼結多孔体
を得るとともに該焼結多孔体の空孔内に溶融させた銅を
含浸させることによって形成されており、前記銅の量を
増加させればさせるほど前記基体の熱伝導率は高くなる
が、それにつれて基体の線熱膨張係数も大きくなる。前
記基体は上面に取着される酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る枠状絶縁体の線熱膨張係数（７．０ｐｐｍ／℃：
室温〜８００℃）と大きく相違すると、両者の線熱膨張
係数の相違により発生する応力が両者の接合界面に働
き、該応力により前記接合界面にクラックがはいった
り、ひどい場合には両者の接合界面に剥離が発生したり
して、半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性
が損なわれ、内部に収容する半導体素子を信頼性よく正
常に作動させることができなくなると言う問題が発生し
てしまうことから、前記基体の線熱膨張係数は前記枠状
絶縁体の線熱膨張係数と近似させる必要があり、前記基
体の銅の含有率は１０乃至２５重量％（基体が銅−タン
グステン合金から成る場合は銅の含有率は１０乃至２５
重量％、銅−モリブデン合金から成る場合は銅の含有率
は１０乃至２０重量％）の範囲に限定されることとな
り、前記基体の熱伝導率は最大でも約１８０Ｗ／ｍ・Ｋ
程度であった。

【０００５】そのためこの従来の半導体素子収納用パッ
ケージ内に近時の高密度化、高集積化が大きく進み、作
動時に多量の熱を発する半導体素子を収容した場合、半
導体素子が作動時に発する熱は基体を介して外部に完全
に放散させることができなくなり、その結果、半導体素
子が該素子自身の発する熱によって高温となり、半導体
素子に熱破壊を招来させたり、特性にばらつきを生じ安
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。

【０００６】またこの従来の半導体素子収納用パッケー
ジにおいては、枠状絶縁体を形成する酸化アルミニウム
質焼結体の比誘電率が９〜１０（室温、１ＭＨｚ）と高
いことから枠状絶縁体に設けた配線層を伝わる電気信号
の伝搬速度が遅く、そのため信号の高速伝搬を要求する
半導体素子は収容が不可となる欠点を有していた。

【０００７】更にこの従来の半導体素子収納用パッケー
ジにおいては、枠状絶縁体に形成されている配線層はタ
ングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属材料
により形成されており、該タングステン等はその比電気
抵抗が５．４μΩ・ｃｍ（２０℃）以上と高いことから
配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな
減衰が生じ、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させるこ
とができないという欠点も有していた。

【０００８】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は内部に高速駆動を行う半導体素子を収容
することができ、かつ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、上面に半導体
素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に
半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導
体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体
と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を
気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケ
ージであって、前記枠状絶縁体は比誘電率が７以下、線
熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃〜８ｐｐｍ／℃のガラスセラ
ミックス焼結体で、配線層は電気抵抗率が２．５μΩ・
ｃｍ以下の金属材料で、基体はタングステンと銅とから
成り、タングステンが２５乃至６５重量％、銅が３５乃
至７５重量％から成る中間層の上下両面にタングステン
が７０乃至９５重量％、銅が５乃至３０重量％から成る
上下層を配した３層構造を有していることを特徴とする
ものである。

【００１０】また本発明は、上面に半導体素子が載置さ
れる載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載
置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電
極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状
絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止す
る蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであっ
て、前記枠状絶縁体は比誘電率が７以下、線熱膨張係数
が４ｐｐｍ／℃〜８ｐｐｍ／℃のガラスセラミックス焼
結体で、配線層は電気抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ以下の
金属材料で、基体はモリブデンと銅とから成り、モリブ
デンが３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが７５乃至９５重
量％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層を配した３
層構造を有していることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、枠状絶縁体を比誘電率が７以下のガラスセラミッ
クス焼結体で形成したことから枠状絶縁体に設けた配線
層を伝わる電気信号の伝搬速度を速いものとして信号の
高速伝搬を要求する半導体素子の収容が可能となる。

【００１２】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、枠状絶縁体を低温焼成（約８００℃〜９００
℃）が可能なガラスセラミックス焼結体で形成したこと
から枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比
電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ以下と低い銅や銀、金で形
成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬
させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはな
く、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能
となる。

【００１３】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、基体をタングステンが２５乃至６５重量％、
銅が３５乃至７５重量％から成る中間層の上下両面にタ
ングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃至３０重量
％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデン
が３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％から成
る中間層の上下両面にモリブデンが７５乃至９５重量
％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層を配した３層
構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半
導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は
基体の半導体素子載置部である上層を介して前記中間層
に伝達されると同時に該中間層で平面方向に素早く広が
り、これによって半導体素子の熱は上層、中間層、下層
を介して外部に効率よく確実に放散させることができ、
その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を
長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能と
なる。

【００１４】また更に本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、基体をタングステンが２５乃至６５重量
％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層の上下両面
にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃至３０
重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブ
デンが３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが７５乃至９５重
量％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層を配した３
層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張
係数の小さい上下層で挟み込み、基体全体の線熱膨張係
数を枠状絶縁体の線熱膨張係数に近似する６．０ｐｐｍ
／℃乃至８．０ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）となした
ことから基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素
子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱
が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の
線熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生する
ことはなく、これによって半導体素子を収納する空所の
気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常
に作動させることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に示す実
施例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す断面図であり、図
１において、１は基体、２は枠状絶縁体、３は蓋体であ
る。この基体１と枠状絶縁体２と蓋体３とにより内部に
半導体素子４を気密に収容する容器５が構成される。

【００１６】前記基体１はその上面に半導体素子４が載
置される載置部１ａを有するとともに上面外周部に該基
体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１
ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラ
ス、樹脂等の接着剤を介して取着されている。

【００１７】前記基体１は半導体素子４を支持する支持
部材として作用するとともに半導体素子４が作動時に発
する熱を良好に吸収するとともに大気中に効率よく放散
させ、半導体素子４を常に適温とする作用をなし、枠状
絶縁体２に囲まれた基体１の載置部１ａ上に半導体素子
４がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して固定され
る。

【００１８】なお前記基体１はタングステンと銅とから
成り、タングステン粉末を焼成して得られる焼結多孔体
の空孔内に溶融させた銅を含浸させることによって製作
されている。

【００１９】また前記基体１の上面外周部には該基体１
の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを
囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹
脂等の接着剤を介して取着されており、基体１と枠状絶
縁体２とで半導体素子４を収容するための空所が内部に
形成される。

【００２０】前記基体１に取着される枠状絶縁体２はガ
ラスセラミックス焼結体から成り、具体的には、 １）硼珪酸ガラスにアルミナもしくはムライトを添加し
てなる原料粉末より製作されるガラスセラミックス焼結
体（比誘電率５〜６） ２）コージェライト系結晶化ガラスにアルミナもしくは
ムライトを添加して成る原料粉末より製作されるガラス
セラミックス焼結体（比誘電率５〜６） ３）ムライト系結晶化ガラスにアルミナもしくはムライ
トを添加して成る原料粉末より製作されるガラスセラミ
ックス焼結体（比誘電率５〜６） 等で形成されている。

【００２１】前記枠状絶縁体２は、例えば、硼珪酸ガラ
スにアルミナもしくはムライトを添加してなる原料粉末
より製作されるガラスセラミックス焼結体から成る場
合、原料粉末の組成が重量比で７２〜７６％のシリカ、
１５〜１７％の酸化硼素、２〜４％の酸化アルミニウ
ム、１．５％以下の酸化マグネシウム、１．１〜１．４
％の酸化ジルコニウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム
及び酸化リチウムの合計量２．０〜３．０％から成る硼
珪酸ガラス粉末にアルミナ、石英及びコージェライトの
各粉末とアクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分
散剤、可塑剤、有機溶媒を加えて泥漿物を作るとともに
該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を
採用することによってグリーンシート（生シート）とな
し、しかる後、前記グリーンシートに適当な打ち抜き加
工を施すとともにこれを複数枚積層し、約８００℃〜９
００℃の温度で焼成することによって製作される。

【００２２】また前記枠状絶縁体２はその内周部から上
部にかけて導出する複数の配線層６が被着形成されてお
り、枠状絶縁体２の内周部に露出する配線層６の一端に
は半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ７を介し
て電気的に接続され、また枠状絶縁体２の上面に導出さ
れた部位には外部電気回路と接続される外部リードピン
８が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されてい
る。

【００２３】前記配線層６は半導体素子４の各電極を外
部電気回路に接続する際の導電路として作用し、銅、
銀、金等の金属粉末により形成されている。

【００２４】前記配線層６は銅、銀、金等の金属粉末に
適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得られた
金属ペーストを枠状絶縁体２となるグリーンシートに予
め従来周知のスクリーン印刷法等の印刷法を用いること
により所定パターンに印刷塗布しておくことによって枠
状絶縁体２の内周部から上面にかけて被着形成される。

【００２５】前記配線層６を形成する銅、銀、金等はそ
の融点が約１０００℃と低いものの枠状絶縁体２を構成
するガラスセラミックス焼結体の焼成温度が低いことか
ら枠状絶縁体２に所定パターンに被着形成することが可
能となる。

【００２６】また前記配線層６を形成する銅や銀、金等
はその比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ以下と低いことか
ら配線層６を介して容器内部に収容する半導体素子４と
外部電気回路との間に電気信号の出し入れをしたとして
も配線層６において電気信号が大きく減衰することはな
く、その結果、半導体素子４に正確、かつ確実な駆動を
行わせることができる。

【００２７】更に前記配線層６は、該配線層６の被着さ
れている枠状絶縁体２の比誘電率が７以下（室温、１Ｍ
Ｈｚ）と低いことから配線層６を伝わる電気信号の伝搬
速度が速いものとなり、その結果、配線層６を介して容
器内部に収容する半導体素子４と外部電気回路との間に
電気信号の出し入れをしたとしても、電気信号の伝搬に
遅延を生じることなく、半導体素子４に正確、かつ確実
に電気信号を出し入れすることができる。

【００２８】なお、前記配線層６は銅や銀からなる場
合、その露出表面に耐蝕性に優れる金属をメッキ法によ
り１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層
６の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配
線層６とボンディングワイヤ７との接続及び配線層６へ
の外部リードピン８の取着を強固となすことができる。
従って、前記配線層６は銅や銀からなる場合、配線層６
の酸化腐蝕を防止し、配線層６とボンディングワイヤ７
及び外部リードピン８との取着を強固とするには配線層
６の露出表面に金等の耐蝕性に優れる金属を１μｍ〜２
０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２９】また前記枠状絶縁体２に被着した配線層６
にロウ付けされる外部リードピン８は鉄−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成り、
半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続す
る作用をなす。

【００３０】前記外部リードピン８は、例えば、鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等の金属から成るインゴット
（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金
属加工法を施すことによって所定形状に形成される。

【００３１】本発明の半導体素子収納用パッケージにお
いては、前記基体１をタングステンが２５乃至６５重量
％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層１ｃの上下
両面にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃至
３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造
としておくことが重要である。

【００３２】前記基体１をタングステンが２５乃至６５
重量％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層１ｃの
上下両面にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が５
乃至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層
構造としたことから基体１の中間層１ｃの熱伝導率を２
５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体１上に載置さ
れる半導体素子４が作動時に多量の熱を発したとしても
その熱は基体１の半導体素子載置部１ａである上層１ｂ
を介して前記中間層１ｃに伝達されると同時に該中間層
１ｃで平面方向に素早く広がり、これによって半導体素
子４の熱は上層１ｂ、中間層１ｃ、下層１ｄを介して外
部に効率よく確実に放散させることができ、その結果、
半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間
にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。

【００３３】また前記基体１はタングステンが２５乃至
６５重量％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層１
ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９５重量％、銅
が５乃至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した
３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線
熱膨張係数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１
全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数に近
似させたことから、基体１上に枠状絶縁体２を取着させ
る際や半導体素子４が作動した際において基体１と枠状
絶縁体２の両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶
縁体２との間には両者の線熱膨張係数の相違に起因する
大きな熱応力が発生することはなく、これによって半導
体素子４を収納する空所の気密封止が常に完全となり、
半導体素子４を安定かつ正常に作動させることが可能と
なる。

【００３４】なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄの
タングステンの量が７０重量％未満の場合、或いは９５
重量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁
体２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとな
り、その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させ
ておくことができなくなってしまう。従って、前記基体
１の上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するタングステンの
量は７０乃至９５重量％の範囲に特定される。

【００３５】また前記中間層１ｃのタングステンの量が
２５重量％未満となると、言い換えれば銅が７５重量％
を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線
熱膨張係数に対して大きく相違して基体１に枠状絶縁体
２を強固に取着させておくことができなくなってしま
い、またタングステンの量が６５重量％を超えると、言
い換えれば銅が３５重量％未満となると中間層１ｃの熱
伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことが
できず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場
合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散させるこ
とができなくなり、その結果、半導体素子４を高温とし
て、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばら
つきが生じ安定に作動させることができなくなってしま
う。従って前記基体１の中間層１ｃはタングステンが２
５乃至６５重量％、銅が３５乃至７５重量％に特定され
る。

【００３６】更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚
みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間
に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生
する応力が相殺されて基体１の平坦度が良好となり、そ
の結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させ
ることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実な
ものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動
信頼性を安定、確実なものと成すことができる。

【００３７】また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１
ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１
ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの
範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する
熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下
層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした
場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高
熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発
する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる
危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の
大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくな
り、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨
張係数と近似させることが困難となる危険性があること
から、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記
上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹと
した場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望まし
い。

【００３８】なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃ
となる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸
させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定
量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定
厚みの板体とを準備し、前記中間層１ｃとなる板体の上
下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度
（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もし
くは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することに
よって製作される。

【００３９】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジによれば、基体１の半導体素子載置部１ａ上に半導体
素子４をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着
固定するとともに該半導体素子４の各電極をボンディン
グワイヤ７を介して所定の配線層６に接続させ、しかる
後、前記枠状絶縁体２の上面に蓋体３をガラス、樹脂、
ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体１、枠
状絶縁体２及び蓋体３とから成る容器５内部に半導体素
子４を気密に収容することによって製品としての半導体
装置となる。

【００４０】次に本発明の他の実施例について説明す
る。上述の半導体素子収納用パッケージでは基体１をタ
ングステンが２５乃至６５重量％、銅が３５乃至７５重
量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７
０乃至９５重量％、銅が５乃至３０重量％から成る上下
層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたが、これをモリブ
デンが３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％か
ら成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが７５乃至９
５重量％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層１ｂ、
１ｄを配した３層構造としてもよい。

【００４１】前記基体１をモリブデンが３０乃至６０重
量％、銅が４０乃至７０重量％から成る中間層１ｃの上
下両面にモリブデンが７５乃至９５重量％、銅が５乃至
２５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造
とした場合、基体１上に載置される半導体素子４が作動
時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体
素子載置部１ａである上層１ｂを介して前記中間層１ｃ
に伝達されると同時に該中間層１ｃで平面方向に素早く
広がり、これによって半導体素子４の熱は上層１ｂ、中
間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率よく確実に
放散させることができ、その結果、半導体素子４は常に
適温となり、半導体素子４を長期間にわたり安定かつ正
常に作動させることが可能となる。

【００４２】また前記モリブデンが３０乃至６０重量
％、銅が４０乃至７０重量％から成る中間層１ｃの上下
両面にモリブデンが７５乃至９５重量％、銅が５乃至２
５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造の
基体１は線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線熱膨張係
数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の線
熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数に近似させた
ことから基体１上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導
体素子４が作動した際において基体１と枠状絶縁体２の
両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶縁体２との
間には両者の線熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応
力が発生することはなく、これによって半導体素子４を
収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子
４を安定かつ正常に作動させることが可能となる。

【００４３】なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄの
モリブデンの量が７５重量％未満の場合、或いは９５重
量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体
２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、
その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させてお
くことができなくなってしまう。従って、前記基体１の
上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するモリブデンの量は７
５乃至９５重量％の範囲に特定される。

【００４４】また前記中間層１ｃのモリブデンの量が３
０重量％未満となると、言い換えれば銅が７０重量％を
超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱
膨張係数に対して大きく相違して、基体１に枠状絶縁体
２を強固に取着させておくことができなくなってしま
い、またモリブデンの量が６０重量％を超えると、言い
換えれば銅が４０重量％未満となると中間層１ｃの熱伝
導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことがで
きず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場合、
その熱を基体１を介して外部に完全に放散させることが
できなくなり、その結果、半導体素子４を高温として、
半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばらつき
が生じ安定に作動させることができなくなってしまう。
従って前記基体１の中間層１ｃはモリブデンが３０乃至
６０重量％、銅が４０乃至７０重量％に特定される。

【００４５】更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚
みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間
に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生
する応力が相殺されて、基体１の平坦度が良好となり、
その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合さ
せることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実
なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作
動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。

【００４６】また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１
ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１
ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの
範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する
熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下
層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした
場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高
熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発
する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる
危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の
大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくな
り、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨
張係数と近似させることが困難となる危険性があること
から、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記
上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹと
した場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望まし
い。

【００４７】なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃ
となる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸さ
せた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量
のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚み
の板体とを準備し、前記中間層となる板体の上下を上下
層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３
℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、
還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作
される。

【００４８】また、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。

【００４９】

【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、枠状絶縁体を比誘電率が７以下のガラスセラミ
ックス焼結体で形成したことから枠状絶縁体に設けた配
線層を伝わる電気信号の伝搬速度を速いものとして信号
の高速伝搬を要求する半導体素子の収容が可能となる。

【００５０】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、枠状絶縁体を低温焼成（約８００℃〜９００
℃）が可能なガラスセラミックス焼結体で形成したこと
から枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比
電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ以下と低い銅や銀、金で形
成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬
させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはな
く、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能
となる。

【００５１】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、基体をタングステンが２５乃至６５重量％、
銅が３５乃至７５重量％から成る中間層の上下両面にタ
ングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃至３０重量
％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデン
が３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％から成
る中間層の上下両面にモリブデンが７５乃至９５重量
％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層を配した３層
構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半
導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は
基体の半導体素子載置部である上層を介して前記中間層
に伝達されると同時に該中間層で平面方向に素早く広が
り、これによって半導体素子の熱は上層、中間層、下層
を介して外部に効率よく確実に放散させることができ、
その結果、半導体素子は常に適温となり、半導体素子を
長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能と
なる。

【００５２】また更に本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、基体をタングステンが２５乃至６５重量
％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層の上下両面
にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が５乃至３０
重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブ
デンが３０乃至６０重量％、銅が４０乃至７０重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが７５乃至９５重
量％、銅が５乃至２５重量％から成る上下層を配した３
層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張
係数の小さい上下層で挟み込み、基体全体の線熱膨張係
数を枠状絶縁体の線熱膨張係数に近似する６．０ｐｐｍ
／℃乃至８．０ｐｐｍ／℃（室温〜８００℃）となした
ことから基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素
子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱
が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の
線熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生する
ことはなく、これによって半導体素子を収納する空所の
気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常
に作動させることが可能となる。

【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・・・・・基体 １ａ・・・・載置部 １ｂ・・・・上層 １ｃ・・・・中間層 １ｄ・・・・下層 ２・・・・・枠状絶縁体 ３・・・・・蓋体 ４・・・・・半導体素子 ５・・・・・容器 ６・・・・・配線層 ７・・・・・ボンディングワイヤ ８・・・・・外部リードピン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月２３日（２００１．８．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】前記枠状絶縁体２は、例えば、硼珪酸ガラ
スにアルミナもしくはムライトを添加してなる原料粉末
より製作されるガラスセラミックス焼結体から成る場
合、原料粉末の組成が重量比で７２〜７６％のシリカ、
１５〜１７％の酸化硼素、２〜４％の酸化アルミニウ
ム、１．５％以下の酸化マグネシウム、１．１〜１．４
％の酸化ジルコニウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム
及び酸化リチウムの合計量２．０〜３．０％から成る硼
珪酸ガラス粉末にアルミナもしくはムライトの各粉末と
アクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可
塑剤、有機溶媒を加えて泥漿物を作るとともに該泥漿物
をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用する
ことによってグリーンシート（生シート）となし、しか
る後、前記グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施す
とともにこれを複数枚積層し、約８００℃〜９００℃の
温度で焼成することによって製作される。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に半導体素子が載置される載置部を有
   する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞する
   ようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される
   配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着
   され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成
   る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁
   体は比誘電率が７以下、線熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃〜
   ８ｐｐｍ／℃のガラスセラミックス焼結体で、配線層は
   電気抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ以下の金属材料で、基体
   はタングステンと銅とから成り、タングステンが２５乃
   至６５重量％、銅が３５乃至７５重量％から成る中間層
   の上下両面にタングステンが７０乃至９５重量％、銅が
   ５乃至３０重量％から成る上下層を配した３層構造を有
   してい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】上面に半導体素子が載置される載置部を有
   する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞する
   ようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される
   配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着
   され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成
   る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁
   体は比誘電率が７以下、線熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃〜
   ８ｐｐｍ／℃のガラスセラミックス焼結体で、配線層は
   電気抵抗率が２．５μΩ・ｃｍ以下の金属材料で、基体
   はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが３０乃至６
   ０重量％、銅が４０乃至７０重量％から成る中間層の上
   下両面にモリブデンが７５乃至９５重量％、銅が５乃至
   ２５重量％から成る上下層を配した３層構造を有してい
   ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。