JP2003142618A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
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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】３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素と、
４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１と、Ｌｉ2Ｏ3
を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリ
チウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、ク
リストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォ
ルステライトの少なくとも１種から成るフィラー成分を
２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し、クオー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイ
ト、フォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有
する焼結体から成る枠状絶縁体２と、蓋体３とから成る
半導体素子収納用パッケージ。
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】３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素と、
４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１と、Ｌｉ2Ｏ3
を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリ
チウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、ク
リストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォ
ルステライトの少なくとも１種から成るフィラー成分を
２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し、クオー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイ
ト、フォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有
する焼結体から成る枠状絶縁体２と、蓋体３とから成る
半導体素子収納用パッケージ。
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Ｌｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体から成り、かつ前記基体は３０乃至６０重量％の立
方晶窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とから成るこ
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、枠状絶縁体をＬｉ2Ｏ3を５〜３０重量％含有する
屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜
８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジマ
イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で
含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバラ
イト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライ
トの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
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。 【００１１】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。 【００１２】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素
と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、熱伝導率を６
００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとなしたことから、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厚さ方向を良好に伝搬さ
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。 【００１３】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、その線熱
膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８ｐｐｍ／℃乃
至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似するものと
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。 【００１４】 【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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】なお前記基体１は立方晶窒化硼素と銅とか
ら成り、例えば溶融させた銅に平均粒径５μｍ程度の立
方晶窒化硼素粉末を分散混入させることによって製作さ
れている。 【００１８】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。 【００１９】前記基体１に取着される枠状絶縁体２はガ
ラス質の焼結体から成り、リチウム珪酸ガラスとクオー
ツ、クリストバライトなどのフィラー成分にアクリル樹
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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】本発明においては、枠状絶縁体２をＬｉ2
Ｏ3を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜８００℃
のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クオー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイ
ト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフィラ
ー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し
て得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイ
ト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１
種の結晶相を含有する焼結体（８ｐｐｍ／℃乃至１２ｐ
ｐｍ／℃：室温〜８００℃）で形成しておくことが重要
である。 【００２７】前記枠状絶縁体２をＬｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体で形成しておくと、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。 【００２８】また上述の焼結体はその焼成温度が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・ｃｍ（２
０℃）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。 【００２９】前記枠状絶縁体２はＬｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を８５０〜１１００℃の温度で
焼成し、フィラー成分であるクオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の結晶相をそのまま生成させる、或いはリチウム珪酸ガ
ラスのシリカとフォルステライトとを反応させてエンス
タタイトの結晶相を生成させた焼結体となすことによっ
て製作される。 【００３０】なお、前記枠状絶縁体２を形成する焼結体
は、リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー
成分を２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪
酸ガラスの量が２０体積％より少ない、言い換えればフ
ィラー成分が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、その場合、配線層
６を銅や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようと
してもかかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶
融してしまって配線層６を枠状絶縁体２と同時焼成によ
り形成することができなくなり、またリチウム珪酸ガラ
スの量が８０体積％を超える、言い換えればフィラー成
分が８０体積％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪
酸ガラスの特性に大きく依存し、材料特性の制御が困難
となるとともに焼結開始温度が低くなるため配線層６と
の同時焼成が困難となってしまうためである。 【００３１】また前記枠状絶縁体２に使用するＬｉ2Ｏ3
を５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合で含
有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であり、
このようなリチウム珪酸ガラスを用いることによりリチ
ウム珪酸を析出させることができる。なおＬｉ2Ｏ3をの
含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム珪酸
の結晶の生成量が少なくなって高強度化が達成できず、
３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０-4を超え
るため配線基板用の枠状絶縁体２としての特性が劣化す
る。 【００３２】また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するた
めの格別な装置及び管理を必要とするために焼結体を安
価に製造することができないためである。なお、Ｐｂが
不純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐ
ｂの量は０．０５重量％以下であることが望ましい。 【００３３】更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００
℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸
ガラス及びフィラー成分から成る混合物を形成する場合
に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率
的な除去及び枠状絶縁体２と同時に焼成される配線層６
との焼成条件のマッチングを図るために重要である。屈
伏点が４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温
度で焼結を開始するために、例えば、銅や銀等の焼結開
始温度が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層６
との同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で開
始するために有機バインダー、溶媒が分解揮散できなく
なって、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪影響を及
ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃よ
り高いと、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しに
くくなるためであり、高価なリチウム珪酸ガラスを大量
に必要とするために焼結体のコストを高めることにもな
るためである。上記特性を満足するリチウム珪酸ガラス
としては、例えば、ＳｉＯ 2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ
Ｏ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2、ＳｉＯ2−
Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−Ｆ、ＳｉＯ2−
Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−ＺｎＯ、Ｓｉ
Ｏ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2−Ｌ
ｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5−ＺｎＯ−Ｎａ2Ｏ3、
ＳｉＯ2−Ｌｉ 2Ｏ−ＭｇＯ、ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＺｎＯ
等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ2はリチウム
珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量中
６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ2とＬｉ2Ｏと
の合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることがリ
チウム珪酸結晶を析出させるうえで望ましい。 【００３４】一方、フィラー成分としては、クオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種を２０〜８０体積％、
特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望まし
い。このようなフィラー成分の組み合わせにより焼結体
の焼結を促進することができ、中でもクオーツ／フォル
ステライト比が０．４２７以上であれば、比誘電率が高
いフォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタ
タイトに変えることができる。 【００３５】上記のリチウム珪酸ガラス及びフィラー成
分は、リチウム珪酸ガラスの屈伏点に応じ、その量を適
宜調整することが望ましい。即ち、リチウム珪酸ガラス
の屈伏点が４００〜６００℃と低い場合、低温での焼結
性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜８０体積
％と比較的多く配合できる。これに対して、リチウム珪
酸ガラスの屈伏点が６５０〜８００℃と高い場合、焼結
性が低下するためフィラー成分の含有量は２０〜５０体
積％と比較的少なく配合することが望ましい。このリチ
ウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層６の焼成条件に合わせ
て制御することが望ましい。 【００３６】更にリチウム珪酸ガラスは、フィラー成分
が無添加では収縮開始温度は７００℃以下で、８５０℃
以上では溶融してしまい、配線層６を枠状絶縁体２に同
時焼成により被着形成することができない。しかし、フ
ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておく
と、焼成温度を上昇させ、結晶の析出とフィラー成分を
液相焼結させるための液相を形成させることができる。
このフィラー成分の含有量の調整により枠状絶縁体２と
配線層６との同時焼成条件をマッチングさせることがで
きる。更に、原料コストを下げるために高価なリチウム
珪酸ガラスの含有量を減少させることができる。 【００３７】例えば、配線層６として銅を主成分とする
金属材料により構成する場合、配線層６の焼成は６００
〜１１００℃で行われるため、同時焼成を行うには、リ
チウム珪酸ガラスの屈伏点は４００〜６５０℃で、フィ
ラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるのが好まし
い。また、このように高価なリチウム珪酸ガラスの配合
量を低減することにより焼結体のコストも低減できる。 【００３８】このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分と
の混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を
添加した後、所望の成形手段、例えばドクターブレード
法、圧延法、金型プレス法等によりシート状等の任意の
形状に成形後、焼成する。 【００３９】焼成に当たっては、まず、成形のために添
加した有機バインダー、溶剤成分を除去する。有機バイ
ンダー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲
気中で行われるが、配線層６として銅を用いる場合に
は、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中
で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜
８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温
度がこれより低いと有機バインダー、溶剤成分の除去が
困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。 【００４０】焼成は８５０〜１１００℃の酸化雰囲気中
で、あるいは配線層６と同時焼成する場合には非酸化性
雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで
緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと
緻密化することができず、一方１１００℃を超えると配
線層６との同時焼成で配線層６が溶融してしまう。な
お、配線層６として銅を用いる場合には、８５０〜１０
５０℃の非酸化性雰囲気で行われる。 【００４１】また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３０乃至６０重量％の立方晶
窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成しておく
ことが重要である。 【００４２】前記基体１を３０乃至６０重量％の立方晶
窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成しておく
と基体１の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いもの
となり、その結果、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の平面方向に素早く広がらせると
ともに基体１の厚さ方向を良好に伝搬させて外部に効率
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。 【００４３】また上述の３０乃至６０重量％の立方晶窒
化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は
その線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数（８ｐ
ｐｍ／℃乃至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似
する８ｐｐｍ／℃乃至１２ｐｐｍ／℃となり、その結
果、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。 【００４４】なお前記基体１は立方晶窒化硼素の量が６
０重量％を超えると、言い換えれば銅の量が４０重量％
未満となると、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い、また立方晶窒化硼素の量が
３０重量％未満となると、言い換えれば銅の量が７０重
量％を超えると基体１の熱伝導率を６００Ｗ／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は立方
晶窒化硼素の量が３０乃至６０重量％の範囲に、銅の量
が４０乃至７０重量％の範囲に特定される。 【００４５】また前記３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は窒化
硼素が六方晶のものは熱伝導率が悪く基体１としての特
性を充分に発揮することができず、これに対し立方晶の
ものは熱伝導率が８００Ｗ／ｍ・Ｋと極めて高く、基体
１の熱伝導率を６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものになす
ことができるため立方晶のものに特定される。 【００４６】前記立方晶窒化硼素は、例えば、まず圧力
２６６Ｐａ以下、温度１９５０℃以上、蒸着速度１００
μｍ／ｈ以下において原料であるＢＣｌ2及びＮＨ3ガス
を高流速（１００ｍ／ｓ以上）で基材に上に吹き付けて
Ｐ−ＢＮ（六方晶窒化硼素）を作成し、次に圧力、温度
を上昇させ、所要の温度・圧力（１５００〜２１００
℃、５〜６ＧＰａ）で一定時間（０．５〜２ｈ）保持し
て高温処理を行いＰ−ＢＮをＣＢＮ（立方晶窒化硼素）
に変えることによって製作される。 【００４７】更に前記３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は立方
晶窒化硼素の表面に酸化物膜やチタン、ジルコン、ハフ
ニウム等の活性金属膜を０．０５μｍ乃至１μｍ程度の
厚みに被着させておくと立方晶窒化硼素と銅とが強固に
被着し、基体１としての信頼性が大幅に向上する。従っ
て、前記基体１は表面に酸化物膜や活性金属膜を０．０
５μｍ乃至１μｍ程度の厚みに被着させた立方晶窒化硼
素と銅とで形成しておくことが好ましい。 【００４８】前記立方晶窒化硼素の表面に酸化物膜や活
性金属膜を被着させる方法としては、スパッタリングや
蒸着等を採用することによって行われる。 【００４９】また更に前記基体１は溶融させた銅に立方
晶窒化硼素粉末を分散混入させて形成した場合、基体１
のヤング率が銅のヤング率に依存する１００ＧＰａ程度
の軟質なものとなり、その結果、基体１上に半導体素子
を載置させた後、基体１と半導体素子４に熱が作用して
両者間に熱応力が発生したとしてもその熱応力は基体１
を若干変形させることによって効率よく吸収され、半導
体素子４が基体１より剥離したり、半導体素子４に割れ
やクラックを発生したりすることがなく半導体素子４を
常に正常かつ安定に作動させることができる。 【００５０】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。 【００５１】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。 【００５２】 【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Ｌｉ2Ｏ3を５〜３０重量％含有す
る屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０
〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジ
マイト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくと
も１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合
で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバ
ライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステラ
イトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
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。 【００５３】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。 【００５４】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素
と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、熱伝導率を６
００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとなしたことから、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厚さ方向を良好に伝搬さ
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。 【００５５】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、その線熱
膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８ｐｐｍ／℃乃
至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似するものと
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。
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Ｌｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体から成り、かつ前記基体は３０乃至６０重量％の立
方晶窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とから成るこ
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、枠状絶縁体をＬｉ2Ｏ3を５〜３０重量％含有する
屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜
８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジマ
イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で
含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバラ
イト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライ
トの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
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。 【００１１】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。 【００１２】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素
と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、熱伝導率を６
００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとなしたことから、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厚さ方向を良好に伝搬さ
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。 【００１３】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、その線熱
膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８ｐｐｍ／℃乃
至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似するものと
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。 【００１４】 【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。 【００１５】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。 【００１６】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。 【００１７】なお前記基体１は立方晶窒化硼素と銅とか
ら成り、例えば溶融させた銅に平均粒径５μｍ程度の立
方晶窒化硼素粉末を分散混入させることによって製作さ
れている。 【００１８】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。 【００１９】前記基体１に取着される枠状絶縁体２はガ
ラス質の焼結体から成り、リチウム珪酸ガラスとクオー
ツ、クリストバライトなどのフィラー成分にアクリル樹
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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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。 【００２６】本発明においては、枠状絶縁体２をＬｉ2
Ｏ3を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜８００℃
のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クオー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイ
ト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフィラ
ー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し
て得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイ
ト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１
種の結晶相を含有する焼結体（８ｐｐｍ／℃乃至１２ｐ
ｐｍ／℃：室温〜８００℃）で形成しておくことが重要
である。 【００２７】前記枠状絶縁体２をＬｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体で形成しておくと、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。 【００２８】また上述の焼結体はその焼成温度が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・ｃｍ（２
０℃）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。 【００２９】前記枠状絶縁体２はＬｉ2Ｏ3を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を８５０〜１１００℃の温度で
焼成し、フィラー成分であるクオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の結晶相をそのまま生成させる、或いはリチウム珪酸ガ
ラスのシリカとフォルステライトとを反応させてエンス
タタイトの結晶相を生成させた焼結体となすことによっ
て製作される。 【００３０】なお、前記枠状絶縁体２を形成する焼結体
は、リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー
成分を２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪
酸ガラスの量が２０体積％より少ない、言い換えればフ
ィラー成分が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、その場合、配線層
６を銅や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようと
してもかかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶
融してしまって配線層６を枠状絶縁体２と同時焼成によ
り形成することができなくなり、またリチウム珪酸ガラ
スの量が８０体積％を超える、言い換えればフィラー成
分が８０体積％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪
酸ガラスの特性に大きく依存し、材料特性の制御が困難
となるとともに焼結開始温度が低くなるため配線層６と
の同時焼成が困難となってしまうためである。 【００３１】また前記枠状絶縁体２に使用するＬｉ2Ｏ3
を５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合で含
有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であり、
このようなリチウム珪酸ガラスを用いることによりリチ
ウム珪酸を析出させることができる。なおＬｉ2Ｏ3をの
含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム珪酸
の結晶の生成量が少なくなって高強度化が達成できず、
３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０-4を超え
るため配線基板用の枠状絶縁体２としての特性が劣化す
る。 【００３２】また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するた
めの格別な装置及び管理を必要とするために焼結体を安
価に製造することができないためである。なお、Ｐｂが
不純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐ
ｂの量は０．０５重量％以下であることが望ましい。 【００３３】更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００
℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸
ガラス及びフィラー成分から成る混合物を形成する場合
に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率
的な除去及び枠状絶縁体２と同時に焼成される配線層６
との焼成条件のマッチングを図るために重要である。屈
伏点が４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温
度で焼結を開始するために、例えば、銅や銀等の焼結開
始温度が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層６
との同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で開
始するために有機バインダー、溶媒が分解揮散できなく
なって、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪影響を及
ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃よ
り高いと、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しに
くくなるためであり、高価なリチウム珪酸ガラスを大量
に必要とするために焼結体のコストを高めることにもな
るためである。上記特性を満足するリチウム珪酸ガラス
としては、例えば、ＳｉＯ 2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ
Ｏ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2、ＳｉＯ2−
Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−Ｆ、ＳｉＯ2−
Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−ＺｎＯ、Ｓｉ
Ｏ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5、ＳｉＯ2−Ｌ
ｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5−ＺｎＯ−Ｎａ2Ｏ3、
ＳｉＯ2−Ｌｉ 2Ｏ−ＭｇＯ、ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＺｎＯ
等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ2はリチウム
珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量中
６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ2とＬｉ2Ｏと
の合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることがリ
チウム珪酸結晶を析出させるうえで望ましい。 【００３４】一方、フィラー成分としては、クオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種を２０〜８０体積％、
特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望まし
い。このようなフィラー成分の組み合わせにより焼結体
の焼結を促進することができ、中でもクオーツ／フォル
ステライト比が０．４２７以上であれば、比誘電率が高
いフォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタ
タイトに変えることができる。 【００３５】上記のリチウム珪酸ガラス及びフィラー成
分は、リチウム珪酸ガラスの屈伏点に応じ、その量を適
宜調整することが望ましい。即ち、リチウム珪酸ガラス
の屈伏点が４００〜６００℃と低い場合、低温での焼結
性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜８０体積
％と比較的多く配合できる。これに対して、リチウム珪
酸ガラスの屈伏点が６５０〜８００℃と高い場合、焼結
性が低下するためフィラー成分の含有量は２０〜５０体
積％と比較的少なく配合することが望ましい。このリチ
ウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層６の焼成条件に合わせ
て制御することが望ましい。 【００３６】更にリチウム珪酸ガラスは、フィラー成分
が無添加では収縮開始温度は７００℃以下で、８５０℃
以上では溶融してしまい、配線層６を枠状絶縁体２に同
時焼成により被着形成することができない。しかし、フ
ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておく
と、焼成温度を上昇させ、結晶の析出とフィラー成分を
液相焼結させるための液相を形成させることができる。
このフィラー成分の含有量の調整により枠状絶縁体２と
配線層６との同時焼成条件をマッチングさせることがで
きる。更に、原料コストを下げるために高価なリチウム
珪酸ガラスの含有量を減少させることができる。 【００３７】例えば、配線層６として銅を主成分とする
金属材料により構成する場合、配線層６の焼成は６００
〜１１００℃で行われるため、同時焼成を行うには、リ
チウム珪酸ガラスの屈伏点は４００〜６５０℃で、フィ
ラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるのが好まし
い。また、このように高価なリチウム珪酸ガラスの配合
量を低減することにより焼結体のコストも低減できる。 【００３８】このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分と
の混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を
添加した後、所望の成形手段、例えばドクターブレード
法、圧延法、金型プレス法等によりシート状等の任意の
形状に成形後、焼成する。 【００３９】焼成に当たっては、まず、成形のために添
加した有機バインダー、溶剤成分を除去する。有機バイ
ンダー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲
気中で行われるが、配線層６として銅を用いる場合に
は、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中
で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜
８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温
度がこれより低いと有機バインダー、溶剤成分の除去が
困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。 【００４０】焼成は８５０〜１１００℃の酸化雰囲気中
で、あるいは配線層６と同時焼成する場合には非酸化性
雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで
緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと
緻密化することができず、一方１１００℃を超えると配
線層６との同時焼成で配線層６が溶融してしまう。な
お、配線層６として銅を用いる場合には、８５０〜１０
５０℃の非酸化性雰囲気で行われる。 【００４１】また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３０乃至６０重量％の立方晶
窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成しておく
ことが重要である。 【００４２】前記基体１を３０乃至６０重量％の立方晶
窒化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成しておく
と基体１の熱伝導率が６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いもの
となり、その結果、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の平面方向に素早く広がらせると
ともに基体１の厚さ方向を良好に伝搬させて外部に効率
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。 【００４３】また上述の３０乃至６０重量％の立方晶窒
化硼素と、４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は
その線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数（８ｐ
ｐｍ／℃乃至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似
する８ｐｐｍ／℃乃至１２ｐｐｍ／℃となり、その結
果、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。 【００４４】なお前記基体１は立方晶窒化硼素の量が６
０重量％を超えると、言い換えれば銅の量が４０重量％
未満となると、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い、また立方晶窒化硼素の量が
３０重量％未満となると、言い換えれば銅の量が７０重
量％を超えると基体１の熱伝導率を６００Ｗ／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は立方
晶窒化硼素の量が３０乃至６０重量％の範囲に、銅の量
が４０乃至７０重量％の範囲に特定される。 【００４５】また前記３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は窒化
硼素が六方晶のものは熱伝導率が悪く基体１としての特
性を充分に発揮することができず、これに対し立方晶の
ものは熱伝導率が８００Ｗ／ｍ・Ｋと極めて高く、基体
１の熱伝導率を６００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものになす
ことができるため立方晶のものに特定される。 【００４６】前記立方晶窒化硼素は、例えば、まず圧力
２６６Ｐａ以下、温度１９５０℃以上、蒸着速度１００
μｍ／ｈ以下において原料であるＢＣｌ2及びＮＨ3ガス
を高流速（１００ｍ／ｓ以上）で基材に上に吹き付けて
Ｐ−ＢＮ（六方晶窒化硼素）を作成し、次に圧力、温度
を上昇させ、所要の温度・圧力（１５００〜２１００
℃、５〜６ＧＰａ）で一定時間（０．５〜２ｈ）保持し
て高温処理を行いＰ−ＢＮをＣＢＮ（立方晶窒化硼素）
に変えることによって製作される。 【００４７】更に前記３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と４０乃至７０重量％の銅とから成る基体１は立方
晶窒化硼素の表面に酸化物膜やチタン、ジルコン、ハフ
ニウム等の活性金属膜を０．０５μｍ乃至１μｍ程度の
厚みに被着させておくと立方晶窒化硼素と銅とが強固に
被着し、基体１としての信頼性が大幅に向上する。従っ
て、前記基体１は表面に酸化物膜や活性金属膜を０．０
５μｍ乃至１μｍ程度の厚みに被着させた立方晶窒化硼
素と銅とで形成しておくことが好ましい。 【００４８】前記立方晶窒化硼素の表面に酸化物膜や活
性金属膜を被着させる方法としては、スパッタリングや
蒸着等を採用することによって行われる。 【００４９】また更に前記基体１は溶融させた銅に立方
晶窒化硼素粉末を分散混入させて形成した場合、基体１
のヤング率が銅のヤング率に依存する１００ＧＰａ程度
の軟質なものとなり、その結果、基体１上に半導体素子
を載置させた後、基体１と半導体素子４に熱が作用して
両者間に熱応力が発生したとしてもその熱応力は基体１
を若干変形させることによって効率よく吸収され、半導
体素子４が基体１より剥離したり、半導体素子４に割れ
やクラックを発生したりすることがなく半導体素子４を
常に正常かつ安定に作動させることができる。 【００５０】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。 【００５１】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。 【００５２】 【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Ｌｉ2Ｏ3を５〜３０重量％含有す
る屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０
〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジ
マイト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくと
も１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合
で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバ
ライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステラ
イトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
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。 【００５３】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。 【００５４】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素
と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、熱伝導率を６
００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとなしたことから、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厚さ方向を良好に伝搬さ
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。 【００５５】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３０乃至６０重量％の立方晶窒化
硼素と、４０乃至７０重量％の銅とで形成し、その線熱
膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８ｐｐｍ／℃乃
至１２ｐｐｍ／℃：室温〜８００℃）に近似するものと
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 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
例を示す断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・基体 １ａ・・・・載置部 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
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｐ
23/15 23/36 Ｍ
23/373 Ｃ０４Ｂ 35/16 Ｚ
Ｆターム(参考） 4G030 AA02 AA03 AA04 AA07 AA16
AA32 AA36 AA37 AA41 BA12
CA08 GA14 GA17 GA20 GA22
GA24 GA27 HA01 HA09
5F036 AA01 BA23 BB14 BD01 BD13
Claims (1)
- 【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Ｌｉ2Ｏ3を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜
８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
クオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタ
タイト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフ
ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼
成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマ
イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
１種の結晶相を含有する焼結体から成り、かつ前記基体
は３０乃至６０重量％の立方晶窒化硼素と、４０乃至７
０重量％の銅とから成ることを特徴とする半導体素子収
納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338346A JP2003142618A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001338346A JP2003142618A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 半導体素子収納用パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142618A true JP2003142618A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19152855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001338346A Pending JP2003142618A (ja) | 2001-11-02 | 2001-11-02 | 半導体素子収納用パッケージ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142618A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103402342A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-20 | 江西祥能科技有限公司 | 一种散热材料 |
| EP2436662A4 (en) * | 2009-05-28 | 2016-10-05 | Nhk Spring Co Ltd | CERAMIC ELEMENT, PROBE SUPPORT, AND METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC ELEMENT |
-
2001
- 2001-11-02 JP JP2001338346A patent/JP2003142618A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2436662A4 (en) * | 2009-05-28 | 2016-10-05 | Nhk Spring Co Ltd | CERAMIC ELEMENT, PROBE SUPPORT, AND METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC ELEMENT |
| CN103402342A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-20 | 江西祥能科技有限公司 | 一种散热材料 |
| CN103402342B (zh) * | 2013-07-29 | 2015-07-08 | 江西祥能科技有限公司 | 一种散热材料 |
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