JP2003068916A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

半導体素子収納用パッケージ

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JP2003068916A
JP2003068916A JP2001254052A JP2001254052A JP2003068916A JP 2003068916 A JP2003068916 A JP 2003068916A JP 2001254052 A JP2001254052 A JP 2001254052A JP 2001254052 A JP2001254052 A JP 2001254052A JP 2003068916 A JP2003068916 A JP 2003068916A
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insulator frame
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聡 大江
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子搭載用パッケージにおける基板の
熱伝導率を更に向上させると共に、パッケージ重量の大
幅な軽量化を図る。また、絶縁体枠と基板との接合時
に、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁体枠へのクラ
ック等の発生を防止する。 【解決手段】 基板1はAlN、cBN又はダイヤモン
ドにメタライズを施したものであり、且つ絶縁体枠2
(枠体2a、2b)は熱膨張率が5.0ppm/℃以下
のガラスセラミック焼結体からなり、絶縁体枠2内に
銅、金、銀の少なくとも1種からなる配線導体3が埋設
されている。また、基板1と絶縁体枠2とが、金12重
量%及びゲルマニウム88重量%の共晶合金をロウ材と
して接合されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部の基板上に半
導体素子を搭載して収納す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、情報機器の高性能化や軽薄短小化
に伴い、それを構成する半導体素子も高速化・高密度化
が進んでいる。そのため、半導体素子の動作時に発生す
る単位面積、単位体積当たりの発熱量が増大し、半導体
素子を正常且つ安定に作動させるためには、その熱をい
かに効率的に放熱させるかが課題となっている。
【0003】更に最近では、WDM(波長分割多重伝
送)など多重通信の普及に伴って、送信・受信モジュー
ルの部品数が飛躍的に増大している。しかし、部品数の
増大により通信機器全体の重量が増加すると、それに伴
って通信機器実装ボード等の機械的設計強度を増やさな
くてはならず、通信機器サイズの増大や通信機器コスト
の上昇を招く。そこで、半導体素子収納用パッケージ単
体の重量を極力軽くしなくてはならないという課題も生
まれてきた。
【0004】従来、高放熱性の半導体素子収納用パッケ
ージとして、特開平6−181267号公報に記載され
るように、金属基板にガラスセラミック焼結体からなる
絶縁体枠を取着したものが知られている。しかしなが
ら、半導体素子が搭載される基板として銅−タングステ
ン合金等の金属基板を用いているため比重が大きく、パ
ッケージの重量が重くなるという欠点を有していた。ま
た、銅−タングステン合金等の金属基板は熱伝導率が必
ずしも十分高いとはいえず、パッケージの放熱性につい
ても更なる向上が望まれている。
【0005】また、特開平6−181267号公報に開
示されているように、ガラスセラミックは低温焼成が可
能なため、銅、金、銀等の配線導体を同時焼成法にて作
製することができ、配線導体の透過損失の低減には有効
である。しかし、ガラスセラミックは酸化アルミニウム
等に比較して抗析強度が弱いため、金属基板との線膨張
率の差が大きかったり、接合時の接合温度が高かったり
する場合には、絶縁体枠を金属基板に接合する際に大き
な熱応力がかかり、ガラスセラミック焼結体からなる絶
縁体枠にクラック等が生じるという問題もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の事情に鑑み、ガラスセラミック焼結体からなる絶
縁体枠を用いた半導体素子搭載用パッケージについて、
半導体素子を搭載する基板の熱伝導率を更に向上させる
と共に、パッケージ重量の大幅な軽量化を図ることを目
的とする。また、絶縁体枠と基板との接合時に、ガラス
セラミック焼結体の絶縁体枠に大きな熱応力がかかるこ
とを防ぎ、絶縁体枠へのクラック等の発生をなくすこと
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体素子搭載用パッケージは、
上面に半導体素子の搭載部を有する基板上に、該半導体
素子搭載部の周囲を囲むように絶縁体枠を取着してなる
半導体素子収納用パッケージであって、前記基板がAl
N、cBN又はダイヤモンドにメタライズを施したもの
であり、且つ前記絶縁体枠は線膨張率が5.0ppm/
℃以下のガラスセラミック焼結体からなり、該絶縁体枠
内に銅、金、銀の少なくとも1種を含む金属からなる配
線導体が埋設されていることを特徴とする。
【0008】また、上記本発明の半導体素子収納用パッ
ケージは、前記基板上の半導体素子搭載部に少なくとも
1つの凹部を有しており、該凹部に半導体素子を搭載す
ることを特徴とするものである。更に、前記基板と絶縁
体枠とが、金12重量%及びゲルマニウム88重量%の
共晶合金をロウ材として接合されていることを特徴とす
るものである。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の半導体素子収納用パッケ
ージでは、半導体素子を搭載するための基板として、窒
化ケイ素(AlN)、立方晶窒化ホウ素(cBN)若し
くはダイヤモンドにそれぞれメタライズを施したものを
用いる。尚、cBNのなかでも、結合材を含まず、cB
NのみからなるバインダレスcBN焼結体(以下、T−
cBNと称する)は、通常の結合材や焼結剤を含んでい
るcBN焼結体よりも熱伝導率が高く、好ましい基板材
料である。
【0010】本発明で基板材料として用いるAlN、c
BN、ダイヤモンドは、下記表1に示すように、従来の
基板材である銅−タングステン合金(CuW)と比較し
て、熱伝導率が高く且つ比重が大幅に小さい。従って、
従来よりも熱抵抗が小さく、且つ重量の軽い半導体素子
収納用パッケージを得ることができる。
【0011】
【表1】
【0012】また、絶縁体枠のガラスセラミック焼結体
として、線膨張率が5.0ppm/℃(5.0×10−6
/℃)以下のガラスセラミック焼結体を使用する。これ
により、同程度又はそれ以下の線膨張率を有するAl
N、cBN又はダイヤモンドからなる基板との熱膨張差
を小さくして、基板と絶縁体枠とを接合する時に絶縁体
枠に大きな熱応力(抗析力)がかかることを防ぎ、クラ
ック等の発生をなくすことができる。
【0013】線膨張率が5.0ppm/℃以下のガラス
セラミック焼結体としては、アノーサイト含有、ホウケ
イ酸ガラス含有、コージエライト含有のものなどがあ
り、使用する基板との線膨張率の差が少なくなるように
適宜選択して、基板と組合わせて用いることが好まし
い。例えば、基板がAlNにメタライズを施したもので
あるときは、絶縁体枠はアノーサイト含有ガラスセラミ
ック焼結体が好ましい。また、基板がcBN又はダイヤ
モンドにメタライズを施したものである場合には、絶縁
体枠としてホウケイ酸ガラス含有又はコージエライト含
有のガラスセラミック焼結体が好適である。
【0014】しかも、上記のガラスセラミックは低温焼
成が可能なため、その絶縁体枠内に銅、金、銀、AgP
tやAgPd等の銀化合物等からなる配線抵抗の低い配
線導体を埋設することができ、配線導体を伝わる信号の
高速伝播が可能となる。
【0015】更に、ガラスセラミック焼結体からなる絶
縁体枠を基板に接合するためのロウ材として、低融点の
金12重量%とゲルマニウム88重量%の共晶合金を用
いることにより、低い温度での接合が可能となり、ガラ
スセラミック焼結体からなる絶縁体枠のクラック等をよ
り一層確実に防止することができる。
【0016】また、半導体素子を搭載する基板の半導体
素子搭載部には凹部を設け、この凹部に半導体素子を搭
載することによって、搭載されるべき半導体素子の基板
上での位置決めが容易になる。
【0017】
【実施例】実施例1 図1及び図2に発明による半導体素子収納用パッケージ
の具体例を示す。基板1は、半導体素子8(図1では省
略)を搭載すると同時に、半導体素子8から発生した熱
をパッケージの外部に放熱するものであり、幅7.6m
m、長さ8.6mm、厚さ1.0mmのサイズに切断され
た平板状のAlN(線膨張率4.5ppm/℃)からな
り、その表面に厚さ0.5μmのNiを蒸着にて施し、
その上に厚さ2.0μmのAuを電解メッキにて施した
ものである。
【0018】絶縁体枠2はガラスセラミック焼結体から
なり、最大外形は上記基板1と同じサイズであり、内部
に基板1の半導体素子搭載部を囲むように3.0mm□
のキャビティーを設けた枠形状のものである。この絶縁
体枠2は、基板1上に搭載した半導体素子8の電極部に
ワイヤボンドを行うためのパッドと外部リード5とを接
続するための配線導体3が形成されている枠体2aと、
上面にシールリング4を搭載するための枠体2bとで構
成され、枠体2a、2bは厚さが共に0.3mmであ
る。
【0019】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS71(アノーサイト含有ガラス
セラミック)からなり、線膨張率が上記AlNの基板1
と近似した5.0ppm/℃である。この絶縁体枠2
は、ガラスセラミックのグリーンシート上にAgペース
トを用いて配線を厚膜印刷法にて形成し、複数枚のシー
トを100℃の加熱状態で200kg/cmの圧力で
ラミネートを行い、その後に900℃に加熱して本焼成
を行う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製
後、電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.
0μmのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形
状に切断した。
【0020】尚、溶接又はロウ材により蓋6(図1では
省略)を気密封止するためシールリング4、及び幅0.
3mm、厚さ0.2mmの外部リード5は、共にFe−
Ni−Co合金で作製されており、圧延加工、打ち抜き
加工、エッチング等の既知の金属加工法によって加工さ
れ、表面に厚さ1.0μmのNi及び厚さ2.0μmのA
uが電解メッキにより施されている。
【0021】上記した基板1、絶縁体枠2、シールリン
グ4、及び外部リード5の各々の接合部分に、適切な大
きさに切断されたAu12重量%とGe88重量%の共
晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを挿入し、組立て
治具にセットした後、520℃の水素炉で加熱を行い、
AuGeロウ材7aで接合させることにより、本発明の
パッケージを作製した。この接合の際に、ガラスセラミ
ック焼結体からなる絶縁体枠2にクラック等が発生する
ことはなかった。
【0022】その後、図2に示すように、半導体素子8
を基板1の半導体素子搭載部に例えばAuSnロウ材を
用いて搭載し、ワイヤ9で半導体素子8とパッケージと
の間の電気的接合を行った後、金属若しくはセラミック
で作製された蓋6をシールリング4にAuSnロウ材7
bを用いて接合することにより気密封止した。
【0023】実施例2 図1及び図2と同様の構造を有するが、基板1としてT
−cBN基板を用いた半導体素子収納用パッケージの具
体例を示す。即ち、この基板1は、半導体素子8(図1
では省略)を搭載すると同時に、発生した熱をパッケー
ジの外部に放熱するものであり、幅7.6mm、長さ8.
6mm、厚さ1.0mmのサイズに切断された平板状の
T−cBN(線膨張率3.7ppm/℃)からなり、そ
の表面に厚さ0.1μmのTi、厚さ0.2μmのNi及
び厚さ1.0μmのAuを蒸着にて施したものである。
【0024】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1と同
じサイズであり、内部に基板1の半導体素子搭載部を囲
むように3.0mm□のキャビティーを設けた枠形状の
ものである。この絶縁体枠2は、半導体素子8の電極部
にワイヤボンドを行うためのパッドと外部リード5とを
接続する配線導体3が形成されている枠体2aと、上面
にシールリング4を搭載するための枠体2bとで構成さ
れ、枠体2a、2bは厚さが共に0.3mmである。
【0025】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS50E(ホウケイ酸ガラス含有
ガラスセラミック)からなり、線膨張率が上記T−cB
Nの基板1と近似した3.8ppm/℃である。この絶
縁体枠2は、ガラスセラミックのグリーンシート上にA
gペーストを用いて厚膜印刷法にて配線を形成し、複数
枚のシートを100℃の加熱状態で200kg/cm
の圧力でラミネートした後、900℃に加熱して本焼成
を行う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製
後、電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.
0μmのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形
状に切断した。
【0026】尚、溶接又はロウ材により蓋6(図1では
省略)を気密封止するためシールリング4、及び幅0.
3mm、厚さ0.2mmの外部リード5は、共にFe−
Ni−Co合金で作製されており、圧延加工、打ち抜き
加工、エッチング等の既知の金属加工法によって加工さ
れ、表面に厚さ1.0μmのNi及び厚さ2.0μmのA
uが電解メッキにより施されている。
【0027】上記した基板1、絶縁体枠2、シールリン
グ4、及び外部リード5の各々の接合部分に、適切な大
きさに切断されたAu12重量%とGe88重量%の共
晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを挿入し、組立て
治具にセットした後、520℃の水素炉で加熱を行い、
AuGeロウ材7aで接合させることにより、本発明の
パッケージを作製した。この接合の際に、ガラスセラミ
ック焼結体からなる絶縁体枠2にクラック等が発生する
ことはなかった。
【0028】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0029】実施例3 図1及び図2と同様の構造を有するが、基板1としてダ
イヤモンド基板を用いた半導体素子収納用パッケージの
具体例を示す。即ち、この基板1は、半導体素子8(図
1では省略)を搭載すると同時に、発生した熱をパッケ
ージの外部に放熱するものであり、幅7.6mm、長さ
8.6mm、厚さ1.0mmのサイズに切断された平板状
の気相合成ダイヤモンド(線膨張率2.3ppm/℃)
からなり、その表面に厚さ0.1μmのTi、厚さ0.2
μmのNi、及び厚さ1.0μmのAuを蒸着にて施し
たものである。
【0030】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1と同
じサイズであり、内部に基板1の半導体素子搭載部を囲
むように3.0mm□のキャビティーを設けた枠形状の
ものである。この絶縁体枠2は、半導体素子8の電極部
にワイヤボンドを行うためのパッドと外部リード5とを
接続する配線導体3が形成されている枠体2aと、上面
にシールリング4を搭載するための枠体2bとで構成さ
れ、枠体2a、2bは厚さが共に0.3mmである。
【0031】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS44(コージェライト含有ガラ
スセラミック)からなり、線膨張率が上記ダイヤモンド
の基板1と近似した3.5ppm/℃である。この絶縁
体枠2は、ガラスセラミックのグリーンシート上にAg
ペーストを用いて厚膜印刷法で配線を形成し、複数枚の
シートを100℃の加熱状態で200kg/cmの圧
力でラミネートした後、900℃に加熱して本焼成を行
う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製後、
電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.0μ
mのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形状に
切断した。
【0032】尚、溶接又はロウ材により蓋6(図1では
省略)を気密封止するためシールリング4、及び幅0.
3mm、厚さ0.2mmの外部リード5は、共にFe−
Ni−Co合金で作製されており、圧延加工、打ち抜き
加工、エッチング等の既知の金属加工法によって加工さ
れ、表面に厚さ1.0μmのNi及び厚さ2.0μmのA
uが電解メッキにより施されている。
【0033】上記した基板1、絶縁体枠2、シールリン
グ4、及び外部リード5の各々の接合部分に、適切な大
きさに切断されたAu12重量%とGe88重量%の共
晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを挿入し、組立て
治具にセットした後、520℃の水素炉で加熱を行い、
AuGeロウ材7aで接合させることにより、本発明の
パッケージを作製した。この接合の際に、ガラスセラミ
ック焼結体からなる絶縁体枠2にクラック等が発生する
ことはなかった。
【0034】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0035】比較例1 図1及び図2と同様の構造を有するが、基板1として従
来のCuW基板を用いた半導体素子収納用パッケージの
具体例を示す。即ち、この基板1は、半導体素子8(図
1では省略)を搭載すると同時に、発生した熱をパッケ
ージの外部に放熱するものであり、幅7.6mm、長さ
8.6mm、厚さ1.0mmのサイズに切断された平板状
のCuW(線膨張率6.5ppm/℃)からなり、表面
に厚さ0.5μmのNiを蒸着にて施し、その上に厚さ
2.0μmのAuを電解メッキにて施したものである。
【0036】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1と同
じサイズであり、内部に基板1の半導体素子搭載部を囲
むように3.0mm□のキャビティーを設けた枠形状の
ものである。この絶縁体枠2は、半導体素子8の電極部
にワイヤボンドを行うためのパッドと外部リード5とを
接続する配線導体3が形成されている枠体2aと、上面
にシールリング4を搭載するための枠体2bとで構成さ
れ、枠体2a、2bは厚さが共に0.3mmである。
【0037】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、線
膨張率が上記CuWの基板1と近似したガラスセラミッ
ク、例えば特開平6−181267号公報に開示されて
いるガラスセラミック(線膨張率約6.0ppm/℃)
である。このガラスセラミックのグリーンシート上にA
gペーストを用いて厚膜印刷法にて配線を形成し、複数
枚のシートを加熱状態でラミネートした後、800℃〜
1000℃に加熱して本焼成を行う同時焼成法によって
作製した。絶縁体枠2の作製後、電解メッキ法でAgの
配線導体の表面に厚さ2.0μmのAuメッキを施し、
ダイシング法にて所定の形状に切断した。
【0038】尚、溶接又はロウ材により蓋6(図1では
省略)を気密封止するためシールリング4、及び幅0.
3mm、厚さ0.2mmの外部リード5は、共にFe−
Ni−Co合金で作製されており、圧延加工、打ち抜き
加工、エッチング等の既知の金属加工法によって加工さ
れ、表面に厚さ1.0μmのNi及び厚さ2.0μmのA
uが電解メッキにより施されている。
【0039】上記した基板1、絶縁体枠2、シールリン
グ4、及び外部リード5の各々の接合部分に、適切な大
きさに切断されたAu12重量%とGe88重量%の共
晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを挿入し、組立て
治具にセットした後、520℃の水素炉で加熱を行い、
AuGeロウ材7aで接合させることにより、比較例1
のパッケージを作製した。
【0040】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0041】実施例4 図3に発明による半導体素子収納用パッケージの別の具
体例を示す。図3に示すパッケージおいて、基板1は基
板1aと基板1bとで構成され、共にAlN(線膨張率
4.5ppm/℃)からなっている。
【0042】即ち、基板1aは、半導体素子8を搭載す
ると同時に、発生した熱をパッケージの外部に放熱する
ものであり、幅7.6mm、長さ8.6mm、厚さ1.0
mmのサイズに切断された平板状である。一方、基板1
bは、上記基板1aと同じ外形を有し、内部を3.0m
m□にくり抜いた枠状であって、基板1aと一体となっ
て半導体素子搭載部に凹部を形成している。これらの基
板1a、1bは、その表面に厚さ0.5μmのNiを蒸
着にて施し、その上に厚さ2.0μmのAuを電解メッ
キにて施してある。
【0043】絶縁体枠2はガラスセラミック焼結体から
なり、最大外形は上記基板1(1a、1b)と同じサイ
ズであり、内部に基板1の半導体素子搭載部を囲むよう
に3.0mm□のキャビティーを設けた枠形状のもので
ある。この絶縁体枠2は、基板1上に搭載した半導体素
子8の電極部にワイヤボンドを行うためのパッドと外部
リード5とを接続するための配線導体3が形成されてい
る枠体2aと、上面にシールリング4を搭載するための
枠体2bとで構成され、枠体2a、2bは厚さが共に
0.3mmである。
【0044】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS71(アノーサイト含有ガラス
セラミック)からなり、線膨張率が上記AlNの基板1
と近似した5.0ppm/℃である。この絶縁体枠2
は、ガラスセラミックのグリーンシート上にAgペース
トを用いて配線を厚膜印刷法にて形成し、複数枚のシー
トを100℃の加熱状態で200kg/cmの圧力で
ラミネートを行い、その後に900℃に加熱して本焼成
を行う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製
後、電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.
0μmのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形
状に切断した。
【0045】尚、溶接又はロウ材により蓋6を気密封止
するためシールリング4、及び幅0.3mm、厚さ0.2
mmの外部リード5は、共にFe−Ni−Co合金で作
製されており、圧延加工、打ち抜き加工、エッチング等
の既知の金属加工法によって加工され、表面に厚さ1.
0μmのNi及び厚さ2.0μmのAuが電解メッキに
より施されている。
【0046】上記した基板1a、基板1b、絶縁体枠
2、シールリング4、及び外部リード5の各々の接合部
分に、適切な大きさに切断されたAu12重量%とGe
88重量%の共晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを
挿入し、組立て治具にセットした後、520℃の水素炉
で加熱を行い、AuGeロウ材7aで接合させることに
より、本発明のパッケージを作製した。この接合の際
に、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁体枠2(枠体
2a、2b)にクラック等が発生することはなかった。
【0047】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0048】尚、上記の具体例では基板1aと基板1b
を別体として作製したが、射出成形法等により基板1a
と基板1bを一体加工した基板を用いてもよい。
【0049】実施例5 図3と同様の構造を有するが、基板1が基板1aと基板
1bとで構成され、共にT−cBN(線膨張率3.7p
pm/℃)からなる半導体素子収納用パッケージの具体
例を示す。
【0050】即ち、基板1aは、半導体素子8を搭載す
ると同時に、発生した熱をパッケージの外部に放熱する
ものであり、幅7.6mm、長さ8.6mm、厚さ1.0
mmのサイズに切断された平板状である。一方、基板1
bは、上記基板1aと同じ外形を有し、内部を3.0m
m□にエキシマレーザーでくり抜いた枠状であって、基
板1aと一体となって半導体素子搭載部に凹部を形成し
ている。これらの基板1a、1bは、その表面に厚さ
0.1μmのTi、厚さ0.2μmのNi及び厚さ1.0
μmのAuを蒸着にて施してある。
【0051】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1(1
a、1b)と同じサイズであり、内部に基板1の半導体
素子搭載部を囲むように3.0mm□のキャビティーを
設けた枠形状のものである。この絶縁体枠2は、半導体
素子8の電極部にワイヤボンドを行うためのパッドと外
部リード5とを接続する配線導体3が形成されている枠
体2aと、上面にシールリング4を搭載するための枠体
2bとで構成され、枠体2a、2bは厚さが共に0.3
mmである。
【0052】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS50E(ホウケイ酸ガラス含有
ガラスセラミック)からなり、線膨張率が上記T−cB
Nの基板1と近似した3.8ppm/℃である。この絶
縁体枠2は、ガラスセラミックのグリーンシート上にA
gペーストを用いて厚膜印刷法にて配線を形成し、複数
枚のシートを100℃の加熱状態で200kg/cm
の圧力でラミネートした後、900℃に加熱して本焼成
を行う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製
後、電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.
0μmのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形
状に切断した。
【0053】尚、溶接又はロウ材により蓋6を気密封止
するためシールリング4、及び幅0.3mm、厚さ0.2
mmの外部リード5は、共にFe−Ni−Co合金で作
製されており、圧延加工、打ち抜き加工、エッチング等
の既知の金属加工法によって加工され、表面に厚さ1.
0μmのNi及び厚さ2.0μmのAuが電解メッキに
より施されている。
【0054】上記した基板1a、基板1b、絶縁体枠
2、シールリング4、及び外部リード5の各々の接合部
分に、適切な大きさに切断されたAu12重量%とGe
88重量%の共晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを
挿入し、組立て治具にセットした後、520℃の水素炉
で加熱を行い、AuGeロウ材7aで接合させることに
より、本発明のパッケージを作製した。この接合の際
に、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁体枠2(枠体
2a、2b)にクラック等が発生することはなかった。
【0055】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0056】尚、上記の具体例では基板1aと基板1b
を別体として作製したが、エキシマレーザーによるエッ
チングにより基板1aと基板1bを一体加工した基板を
用いてもよい。
【0057】実施例6 図3と同様の構造を有するが、基板1が基板1aと基板
1bとで構成され、共に気相合成ダイヤモンド(線膨張
率2.3ppm/℃)からなる半導体素子収納用パッケ
ージの具体例を示す。
【0058】即ち、基板1aは、半導体素子8を搭載す
ると同時に、発生した熱をパッケージの外部に放熱する
ものであり、幅7.6mm、長さ8.6mm、厚さ1.0
mmのサイズに切断された平板状である。一方、基板1
bは、上記基板1aと同じ外形を有し、内部を3.0m
m□にエキシマレーザーでくり抜いた枠状であって、基
板1aと一体となって半導体素子搭載部に凹部を形成し
ている。これらの基板1a、1bは、その表面に厚さ
0.1μmのTi、厚さ0.2μmのNi及び厚さ1.0
μmのAuを蒸着にて施してある。
【0059】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1(1
a、1b)と同じサイズであり、内部に基板1の半導体
素子搭載部を囲むように3.0mm□のキャビティーを
設けた枠形状のものである。この絶縁体枠2は、半導体
素子8の電極部にワイヤボンドを行うためのパッドと外
部リード5とを接続する配線導体3が形成されている枠
体2aと、上面にシールリング4を搭載するための枠体
2bとで構成され、枠体2a、2bは厚さが共に0.3
mmである。
【0060】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、N
EC真空ガラス製GCS44(コージェライト含有ガラ
スセラミック)からなり、線膨張率が上記ダイヤモンド
の基板1と近似した3.5ppm/℃である。この絶縁
体枠2は、ガラスセラミックのグリーンシート上にAg
ペーストを用いて厚膜印刷法にて配線を形成し、複数枚
のシートを100℃の加熱状態で200kg/cm
圧力でラミネートした後、900℃に加熱して本焼成を
行う同時焼成法によって作製した。絶縁体枠2の作製
後、電解メッキ法でAgの配線導体3の表面に厚さ2.
0μmのAuメッキを施し、ダイシング法にて所定の形
状に切断した。
【0061】尚、溶接又はロウ材により蓋6を気密封止
するためシールリング4、及び幅0.3mm、厚さ0.2
mmの外部リード5は、共にFe−Ni−Co合金で作
製されており、圧延加工、打ち抜き加工、エッチング等
の既知の金属加工法によって加工され、表面に厚さ1.
0μmのNi及び厚さ2.0μmのAuが電解メッキに
より施されている。
【0062】上記した基板1a、基板1b、絶縁体枠
2、シールリング4、及び外部リード5の各々の接合部
分に、適切な大きさに切断されたAu12重量%とGe
88重量%の共晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを
挿入し、組立て治具にセットした後、520℃の水素炉
で加熱を行い、AuGeロウ材7aで接合させることに
より、本発明のパッケージを作製した。この接合の際
に、ガラスセラミック焼結体からなる絶縁体枠2(枠体
2a、2b)にクラック等が発生することはなかった。
【0063】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0064】尚、上記の具体例では基板1aと基板1b
を別体として作製したが、エキシマレーザーによるエッ
チングにより基板1aと基板1bを一体加工した基板を
用いてもよい。
【0065】比較例2 図3と同様の構造を有するが、基板1aと基板1bで構
成される基板1が、従来のCuW(線膨張率6.5pp
m/℃)からなる半導体素子収納用パッケージの具体例
を示す。
【0066】即ち、基板1aは、半導体素子8を搭載す
ると同時に、発生した熱をパッケージの外部に放熱する
ものであり、幅7.6mm、長さ8.6mm、厚さ1.0
mmのサイズに切断された平板状である。一方、基板1
bは、上記基板1aと同じ外形を有し、内部を3.0m
m□にエキシマレーザーでくり抜いた枠状であって、基
板1aと一体となって半導体素子搭載部に凹部を形成し
ている。これらの基板1a、1bは、その表面に厚さ
0.5μmのNiを蒸着にて施し、その上に厚さ2.0μ
mのAuを電気メッキにて施してある。
【0067】絶縁体枠2は、最大外形が上記基板1(1
a、1b)と同じサイズであり、内部に基板1の半導体
素子搭載部を囲むように3.0mm□のキャビティーを
設けた枠形状のものである。この絶縁体枠2は、半導体
素子8の電極部にワイヤボンドを行うためのパッドと外
部リード5とを接続する配線導体3が形成されている枠
体2aと、上面にシールリング4を搭載するための枠体
2bとで構成され、枠体2a、2bは厚さが共に0.3
mmである。
【0068】この絶縁体枠2(枠体2a、2b)は、線
膨張率が上記CuWの基板1と近似したガラスセラミッ
ク、例えば特開平6−181267号公報に開示されて
いるガラスセラミック(線膨張率約6.0ppm/℃)
である。このガラスセラミックのグリーンシート上にA
gペーストを用いて厚膜印刷法にて配線を形成し、複数
枚のシートを加熱状態でラミネートした後、800℃〜
1000℃に加熱して本焼成を行う同時焼成法によって
作製した。絶縁体枠2の作製後、電解メッキ法でAgの
配線導体の表面に厚さ2.0μmのAuメッキを施し、
ダイシング法にて所定の形状に切断した。
【0069】尚、溶接又はロウ材により蓋6を気密封止
するためシールリング4、及び幅0.3mm、厚さ0.2
mmの外部リード5は、共にFe−Ni−Co合金で作
製されており、圧延加工、打ち抜き加工、エッチング等
の既知の金属加工法によって加工され、表面に厚さ1.
0μmのNi及び厚さ2.0μmのAuが電解メッキに
より施されている。
【0070】上記した基板1a、基板1b、絶縁体枠
2、シールリング4、及び外部リード5の各々の接合部
分に、適切な大きさに切断されたAu12重量%とGe
88重量%の共晶合金からなるロウ材の薄膜ペレットを
挿入し、組立て治具にセットした後、520℃の水素炉
で加熱を行い、AuGeロウ材7aで接合させることに
より、比較例1のパッケージを作製した。
【0071】その後、半導体素子8を基板1の半導体素
子搭載部に例えばAuSnロウ材を用いて搭載し、ワイ
ヤ9で半導体素子8とパッケージとの間の電気的接合を
行った後、金属若しくはセラミックで作製された蓋6を
シールリング4にAuSnロウ材7bを用いて接合する
ことにより気密封止した。
【0072】上記した実施例1〜6及び比較例1〜2の
各パッケージについて、その熱抵抗と重さを計算により
求め、その結果を下記表2に示した。尚、各パッケージ
の熱抵抗は、底面温度一定で、1mm□の均一熱源があ
った場合の熱抵抗値である。この結果から、従来のパッ
ケージよりも熱抵抗が低減でき、且つ重量も軽い半導体
素子収納用パッケージが得られることが分かる。
【0073】
【表2】
【0074】尚、上記した実施例1〜6においては配線
導体としてAgを用いたが、Ag以外にも、AuやC
u、及びAgPt、AgPdのような銀化合物等の配線
抵抗の低い金属を用いても良い。また、半導体素子を搭
載する基板と絶縁体枠は、気密封止可能な構造であれ
ば、必ずしも同じ形状にする必要はない。
【0075】また、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば
サイズや用途など種々の変更が可能である。例えば、上
記各実施例では電子部品として半導体素子を収容するパ
ッケージを例に挙げて説明したが、表面波素子等の他の
電子部品を収容するパッケージであってもよい。
【0076】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子を搭載する
基板の熱伝導率を従来よりも更に向上させ、極めて放熱
性に優れた半導体素子収容用パッケージを提供すると同
時に、パッケージ重量の大幅な軽量化を達成することが
できる。また、絶縁体枠を構成するガラスセラミック焼
結体と基板との線膨張率を適合させることで、絶縁体枠
と基板の接合時に、絶縁体枠へのクラック等の発生をな
くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体素子収容用パッケージの一
具体例を示す概略の斜視図である。
【図2】本発明による半導体素子収容用パッケージの一
具体例を示す概略の断面図である。
【図3】本発明による半導体素子収容用パッケージの他
の具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
1、1a、1b 基板 2 絶縁体枠 2a、2b 枠体 3 配線導体 4 シールリング 5 外部リード 6 蓋 7a AuGeロウ材 7b AuSnロウ材 8 半導体素子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に半導体素子の搭載部を有する基板
    上に、該半導体素子搭載部の周囲を囲むように絶縁体枠
    を取着してなる半導体素子収納用パッケージであって、
    前記基板がAlN、cBN又はダイヤモンドにメタライ
    ズを施したものであり、且つ前記絶縁体枠は線膨張率が
    5.0ppm/℃以下のガラスセラミック焼結体からな
    り、該絶縁体枠内に銅、金、銀の少なくとも1種を含む
    金属からなる配線導体が埋設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。
  2. 【請求項2】 前記基板上の半導体素子搭載部に少なく
    とも1つの凹部を有しており、該凹部に半導体素子を搭
    載することを特徴とする、請求項1に記載の半導体素子
    収納用パッケージ。
  3. 【請求項3】 前記基板と絶縁体枠とが、金12重量%
    及びゲルマニウム88重量%の共晶合金をロウ材として
    接合されていることを特徴とする、請求項1又は2に記
    載の半導体素子収納用パッケージ。
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