JP2003068913A

JP2003068913A - 半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2003068913A
Application number: JP2001256884A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Basho; 義博芭蕉; Shin Matsuda; 伸松田; Masaaki Iguchi; 公明井口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-03-07

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、配線層６を有する枠状絶縁体２
と、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４０〜４６重量％の酸化珪素
と、２５〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８〜１３
重量％の酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛
と、８〜１１重量％の酸化硼素から成る結晶性ガラスで
形成されており、かつ前記基体１はタングステンと銅と
から成り、タングステンが５５乃至９５重量％、銅が５
乃至４５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタング
ステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５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。

【０００４】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。

【０００５】

【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、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。

【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。

【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、銅−タングステン合金あるいは銅−モリ
ブデン合金から成る基体の熱伝導率は最大でも約１８０
Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、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
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４０〜４６重量％の酸
化珪素と、２５〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８
〜１３重量％の酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸
化亜鉛と、８〜１１重量％の酸化硼素から成る結晶性ガ
ラスで形成されており、かつ前記基体はタングステンと
銅とから成り、タングステンが５５乃至９５重量％、銅
が５乃至４５重量％から成る中間層の上下両面にタング
ステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５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４０〜４６重量％の酸化珪素と、
２５〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８〜１３重量
％の酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、
８〜１１重量％の酸化硼素から成る結晶性ガラスで形成
されており、かつ前記基体はモリブデンと銅とから成
り、モリブデンが５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５
０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが３５
乃至４５重量％、銅が５５乃至６５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４０〜４６重量％の酸化珪素と、２
５〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８〜１３重量％
の酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、８
〜１１重量％の酸化硼素から成る結晶性ガラスで形成
し、かかる焼結体の比誘電率が約５（室温、１ＭＨｚ）
と低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、枠状絶縁体を構成する焼結体の焼成温度が８
５０℃〜１１００℃と低い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（２０℃）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５５乃至９５重量％、
銅が５乃至４５重量％から成る中間層の上下両面にタン
グステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５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５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０重量％から成
る中間層の上下両面にモリブデンが３５乃至４５重量
％、銅が５５乃至６５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半導体素子載置部である
上層の熱伝導率を２５０Ｗ／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平面
方向に素早く広がらせるとともに基体の上層、中間層、
下層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、これによって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５５乃至９５重量
％、銅が５乃至４５重量％から成る中間層の上下両面に
タングステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５
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５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが３５乃至４５重
量％、銅が５５乃至６５重量％から成る上下層を配した
３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層を線熱膨
張係数の大きい上下層で挟み込むことにより基体全体の
線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（５〜１０ｐ
ｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、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は結
晶性ガラスから成り、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム等の原料粉末に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８５０℃〜１１００℃の温度で焼成することに
よって製作される。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】本発明においては、枠状絶縁体２を４０〜
４６重量％の酸化珪素と、２５〜３０重量％の酸化アル
ミニウムと、８〜１３重量％の酸化マグネシウムと、６
〜９重量％の酸化亜鉛と、８〜１１重量％の酸化硼素か
ら成る結晶性ガラスで形成しておくことが重要である。

【００２８】前記結晶性ガラスは焼成時にガーナイト
（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、コージェライト（２ＭｇＯ・２
Ａｌ₂Ｏ₃）、スピネル型結晶相（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚ
ｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）等の結晶相を生成し、これらの結晶相
の生成によって枠状絶縁体２の強度が向上する。

【００２９】また前記枠状絶縁体２を４０〜４６重量％
の酸化珪素と、２５〜３０重量％の酸化アルミニウム
と、８〜１３重量％の酸化マグネシウムと、６〜９重量
％の酸化亜鉛と、８〜１１重量％の酸化硼素から成る結
晶性ガラスで形成すると、枠状絶縁体２の比誘電率が約
５（室温、１ＭＨｚ）と低い値になり、その結果、枠状
絶縁体２に設けた配線層６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。

【００３０】更に上述の結晶性ガラスはその焼成温度が
８５０〜１１００℃と低いことから枠状絶縁体２と同時
焼成により形成される配線層６を比抵抗が２．５Ω・ｃ
ｍ（２０℃）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６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。

【００３１】前記４０〜４６重量％の酸化珪素と、２５
〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８〜１３重量％の
酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、８〜
１１重量％の酸化硼素の結晶性ガラスから成る枠状絶縁
体２は所定量に秤量された酸化珪素、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化硼素の各原料粉
末に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８５０℃〜１
１００℃の温度で焼成することによって製作される。

【００３２】なお、前記結晶性ガラスは、酸化珪素の量
が４０重量％未満、或いは４６重量％を超えると結晶性
ガラスの焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料か
らなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。従っ
て、酸化珪素の量は４０〜４７重量％の範囲に特定され
る。

【００３３】また酸化アルミニウムの量が２５重量％未
満、或いは３０重量％を超えると結晶性ガラスの焼成温
度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６
と同時焼成するのが困難となる。従って、酸化アルミニ
ウムの量は２５〜３０重量％の範囲に特定される。

【００３４】また酸化マグネシウムの量が８重量％未満
となると焼成によって結晶性ガラスからなる枠状絶縁体
２を製作する際、生成するコージェライト（２ＭｇＯ・
２Ａｌ₂Ｏ₃）の量が少なくなって枠状絶縁体２の強度を
大きく向上させることができず、また１３重量％を超え
ると結晶性ガラスの焼成温度が高いものとなって銅等の
金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難とな
る。従って、酸化マグネシウムの量は８〜１３重量％の
範囲に特定される。

【００３５】また酸化亜鉛の量が６重量％未満となると
焼成によって結晶性ガラスからなる枠状絶縁体２を製作
する際、生成するガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）の量
が少なくなって枠状絶縁体２の強度を大きく向上させる
ことができず、また９重量％を超えると結晶性ガラスの
焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配
線層６と同時焼成するのが困難となる。従って、酸化マ
グネシウムの量は６〜９重量％の範囲に特定される。

【００３６】また酸化硼素の量が８重量％未満となると
焼成によって結晶性ガラスからなる枠状絶縁体２を製作
する際、生成するガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）、コ
ージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃）、スピネル型結
晶相（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）等の結晶
相が過剰に生成され、枠状絶縁体２が多孔質のものとな
ってパッケージの気密信頼性が大きく低下してしまい、
また１１重量％を超えると耐薬品性が低下し，半導体素
子収納用パッケージとしての信頼性が低下してしまう。
従って、酸化硼素の量は８〜１１重量％の範囲に特定さ
れる。更に前記結晶性ガラスはその内部に無機物フィラ
ー、具体的にはアルミナ、シリカ、窒化珪素、窒化アル
ミニウム等の粉末を外添加で１０〜１００重量部添加含
有させておくと機械的強度が大幅に向上し、外力印加に
よって破損等を招来するのが有効に防止される。従っ
て、枠状絶縁体２の機械的強度を向上させ、外力印加に
よって破損等を招来しないようにするには前記結晶性ガ
ラスに無機物フィラーを外添加で１０〜１００重量部添
加含有させて枠状絶縁体２を形成することが好ましい。

【００３７】前記無機物フィラーはその粒径を０．５μ
ｍ〜５μｍの範囲としておくとガラスセラミック焼結体
中に均一に分散させて枠状絶縁体２の機械的強度を均一
に向上させることができる。従って、前記無機物フィラ
ーはその粒径を０．５μｍ〜５μｍの範囲としておくこ
とが好ましい。

【００３８】また本発明においては、前記基体１をタン
グステンが５５乃至９５重量％、銅が５乃至４５重量％
から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが３５乃
至５０重量％、銅が５０乃至６５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。

【００３９】前記基体１をタングステンが５５乃至９５
重量％、銅が５乃至４５重量％から成る中間層１ｃの上
下両面にタングステンが３５乃至５０重量％、銅が５０
乃至６５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の半導体素子載置部１ａであ
る上層１ｂの熱伝導率を２５０Ｗ／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平面方向に素早く広がらせるとともに基体１
の上層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、これによって半
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。

【００４０】また前記基体１はタングステンが５５乃至
９５重量％、銅が５乃至４５重量％から成る中間層１ｃ
の上下両面にタングステンが３５乃至５０重量％、銅が
５０乃至６５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した
３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層１ｃを線
熱膨張係数の大きい上下層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（５
〜１０ｐｐｍ／℃）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。

【００４１】なお前記基体１はその中間層１ｃのタング
ステンの量が５５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の中間
層１ｃはそれを形成するタングステンの量は５５乃至９
５重量％の範囲に特定される。

【００４２】また前記上下層１ｂ、１ｄのタングステン
の量が３５重量％未満となると、言い換えれば銅が６５
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５０重量％を超える
と、言い換えれば銅が５０重量％未満となると上下層１
ｂ、１ｄ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の上下層１ｂ、１ｄ
はタングステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６
５重量％に特定される。

【００４３】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。

【００４４】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、０．５Ｙ≦Ｘ≦Ｙ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
率である上下層１ｂ、１ｄ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することができなくなる危
険性があり、Ｙ＜Ｘとなると線熱膨張係数の大きな上下
層の基体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、１
ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．
５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲が望ましい。

【００４５】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。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。

【００４６】次に本発明の他の実施例について説明す
る。

【００４７】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５５乃至９５重量％、銅が５乃至
４５重量％から成る中間層１ｂの上下両面にタングステ
ンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５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５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０
重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが３
５乃至４５重量％、銅が５５乃至６５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。

【００４８】前記基体１をモリブデンが５０乃至９０重
量％、銅が１０乃至５０重量％から成る中間層１ｃの上
下両面にモリブデンが３５乃至４５重量％、銅が５５乃
至６５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の半導体素子載置部１ａである上
層１ｂの熱伝導率を２５０Ｗ／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平面方向に素早く広がらせるとともに基体１の上
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、これによって半導体
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。

【００４９】また前記モリブデンが５０乃至９０重量
％、銅が１０乃至５０重量％から成る中間層１ｃの上下
両面にモリブデンが３５乃至４５重量％、銅が５５乃至
６５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造
の基体１は線熱膨張係数が小さい中間層１ｃを線熱膨張
係数の大きい上下層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（５〜１０
ｐｐｍ／℃）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。

【００５０】なお前記基体１はその中間層１ｃのモリブ
デンの量が５０重量％未満の場合、或いは９０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の中間層
１ｃはそれを形成するモリブデンの量は５０乃至９０重
量％の範囲に特定される。

【００５１】また前記上下層１ｂ、１ｄのモリブデンの
量が３５重量％未満となると、言い換えれば銅が６５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４５重量％を超えると、
言い換えれば銅が５５重量％未満となると上下層１ｂ、
１ｄ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の上下層１ｂ、１ｄはモリ
ブデンが３５乃至４５重量％、銅が５５乃至６５重量％
に特定される。

【００５２】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。

【００５３】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、０．５Ｙ≦Ｘ≦Ｙ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
率である上下層１ｂ、１ｄ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することができなくなる危
険性があり、Ｙ＜Ｘとなると線熱膨張係数の大きな上下
層の基体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、１
ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．
５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲が望ましい。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】

【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４０〜４６重量％の酸化珪素と、
２５〜３０重量％の酸化アルミニウムと、８〜１３重量
％の酸化マグネシウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、
８〜１１重量％の酸化硼素から成る結晶性ガラスで形成
し、かかる焼結体の比誘電率が約５（室温、１ＭＨｚ）
と低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。

【００５７】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、枠状絶縁体を構成する焼結体の焼成温度が８
５０℃〜１１００℃と低い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（２０℃）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。

【００５８】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５５乃至９５重量％、
銅が５乃至４５重量％から成る中間層の上下両面にタン
グステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５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５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０重量％から成
る中間層の上下両面にモリブデンが３５乃至４５重量
％、銅が５５乃至６５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半導体素子載置部である
上層の熱伝導率を２５０Ｗ／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平面
方向に素早く広がらせるとともに基体の上層、中間層、
下層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、これによって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。

【００５９】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５５乃至９５重量
％、銅が５乃至４５重量％から成る中間層の上下両面に
タングステンが３５乃至５０重量％、銅が５０乃至６５
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５０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが３５乃至４５重
量％、銅が５５乃至６５重量％から成る上下層を配した
３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層を線熱膨
張係数の大きい上下層で挟み込むことにより基体全体の
線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（５〜１０ｐ
ｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、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

Claims

【特許請求の範囲】

【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４０〜４６重量％の酸化珪素と、２５〜３０重量％
の酸化アルミニウムと、８〜１３重量％の酸化マグネシ
ウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、８〜１１重量％の
酸化硼素から成る結晶性ガラスで形成されており、かつ
前記基体はタングステンと銅とから成り、タングステン
が５５乃至９５重量％、銅が５乃至４５重量％から成る
中間層の上下両面にタングステンが３５乃至５０重量
％、銅が６５乃至８０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。
【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４０〜４６重量％の酸化珪素と、２５〜３０重量％
の酸化アルミニウムと、８〜１３重量％の酸化マグネシ
ウムと、６〜９重量％の酸化亜鉛と、８〜１１重量％の
酸化硼素から成る結晶性ガラスで形成されており、かつ
前記基体はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが５
０乃至９０重量％、銅が１０乃至５０重量％から成る中
間層の上下両面にモリブデンが３５乃至４５重量％、銅
が５５乃至６５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。