JP2004259803A - 電子部品収納用容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】封止材を溶融させる熱が内部に収容する電子部品に作用して電子部品の特性に劣化を招来させる。
【解決手段】上面に電子部品７の搭載部を有する絶縁基体１に、搭載部を取り囲み、内側に電子部品７を収容する空所を形成するための枠体２を、間に電子部品７が電気的に接続される外部リード端子４を挟んで接合材５で接合して成り、枠体２の上面に蓋体３を封止材６で接合することによって空所に電子部品７を気密に封止する電子部品収納用容器であって、接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成る。
【選択図】 図１
【解決手段】上面に電子部品７の搭載部を有する絶縁基体１に、搭載部を取り囲み、内側に電子部品７を収容する空所を形成するための枠体２を、間に電子部品７が電気的に接続される外部リード端子４を挟んで接合材５で接合して成り、枠体２の上面に蓋体３を封止材６で接合することによって空所に電子部品７を気密に封止する電子部品収納用容器であって、接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を気密に封止して収納するための電子部品収納用容器に関し、特にガラスを溶着させて外部リード端子を容器に固定する電子部品収納用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や圧電素子等の電子部品を収容するための電子部品収納用容器は、図２に断面図で示すように、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、ムライト質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面の中央部に電子部品１５を収容する空所を形成するための凹部１１ａを有し、上面の外周部にガラスから成る封止材１４を被着させた絶縁基体１１と、同じく電気絶縁材料から成り、その下面の中央部に電子部品１５を収容する空所を形成するための凹部１２ａを有し、下面の外周部にガラスから成る封止材１４を被着させた蓋体１２と、内部に収容する電子部品１５を外部の電気回路に電気的に接続するための鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る外部リード端子１３とから構成されており、絶縁基体１１の上面に外部リード端子１３を載置させるとともに予め被着させておいたガラスから成る封止材１４を溶融させることによって外部リード端子１３を絶縁基体１１に仮止めし、次に絶縁基体１１の凹部１１ａ底面に半導体素子等の電子部品１５を取着するとともに電子部品１５の各電極をボンディングワイヤ１６を介して外部リード端子１３に接続し、しかる後、絶縁基体１１と蓋体１２とをその相対向する主面に被着させておいた各々の封止材１４を溶融一体化させ、絶縁基体１１と蓋体１２とから成る容器１７を封止することによって製品としての電子装置となる。
【０００３】
なお、封止材１４としては、従来一般に、酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素１〜６質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％を含むガラス成分に、フィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で９〜１９質量％、チタン酸錫系化合物を外添加で１０〜２０質量％添加したものが使用されていた。しかしながら、かかる封止材１４は人体に対し有害である鉛を主成分としていたため、最近では酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスにフィラーとして低熱膨張係数のβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等を外添加で５〜１０質量％添加した鉛を使用しない（鉛フリー）ものが検討されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１２１５８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスの軟化溶融温度が約４３０℃程度と高温度であること、近時の半導体素子をはじめとする電子部品は高密度化・高集積化に伴って耐熱性が低下してきたこと等から、絶縁基体と蓋体とを封止材を介して接合し、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に電子部品を気密に収容した場合、封止材を溶融させる熱が内部に収容する電子部品に作用して電子部品の特性に劣化を招来させ、電子部品を正常に作動させることができないという問題点を有していた。
【０００６】
また、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスにフィラーとして低熱膨張係数のβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等を外添加で５〜１０質量％添加した封止材は、その線熱膨張係数が８．４×１０−６〜９．６×１０−６／℃であり、外部リード端子を形成する鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料の線熱膨張係数（４×１０−６／℃程度）と大きく相違することから、絶縁基体と蓋体との間に外部リード端子を挟み込んで封止材を介して接合させる際、封止材と外部リード端子との間に各々の線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生するとともに、その応力が封止材に作用して封止材にクラックが入ってしまい、その結果、電子部品収納用容器の気密封止が容易に破れ、内部に収容する電子部品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問題点を有していた。
【０００７】
そこで、上記問題点を解消するために酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系ガラスにβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等のフィラーを外添加で５０質量％以上添加し、封止材の線熱膨張係数を外部リード端子の線熱膨張係数に合わせることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系ガラスにβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等のフィラーを外添加で５０質量％以上添加すると封止材の流動性が大きく阻害され、その結果、封止材を介しての絶縁基体と蓋体との接合信頼性が劣化し、電子部品収納用容器の気密封止が容易に破れて内部に収容する電子部品を長期間にわたって正常かつ安定に作動させることができないという問題点が誘発されてしまう。
【０００９】
また、従来の鉛−硼酸系の封止材は、１ＭＨｚにおけるガラスの誘電率が１２以上と大きく外部リード端子間の静電容量が大きくなり、近時の信号の高速化に伴い静電容量によるノイズの発生が問題となってきている。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は絶縁基体と蓋体とから成る容器の内部に電子部品を気密に封止し、電子部品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電子部品収納用容器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品収納用容器は、上面に電子部品の搭載部を有する絶縁基体に、前記搭載部を取り囲み、内側に前記電子部品を収容する空所を形成するための枠体を、間に前記電子部品が電気的に接続される外部リード端子を挟んで接合材で接合して成り、前記枠体の上面に蓋体を封止材で接合することによって前記空所に前記電子部品を気密に封止する電子部品収納用容器であって、前記接合材は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子を絶縁基体と枠体との間に接合する接合材を、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％したものとしたことから、接合材の線熱膨張係数が外部リード端子の線熱膨張係数に近似する５×１０−６〜７×１０−６／℃となり、その結果、接合材を介して絶縁基体と枠体とを間に外部リード端子を挟み込んで接合させる際、接合材と外部リード端子との間に各々線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生することはなく、これによって封止部材にクラックが入るのが有効に防止され、電子部品収納用容器の気密封止を完全として内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、接合材の１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下であり、外部リード端子間の静電容量を低くすることが可能となり、電子部品作動中のノイズによる電子部品の誤動作を減少することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、枠体と蓋体とを封止する封止材に封止温度が４００℃以下の低温ガラスや樹脂接着材を用いることが可能となるので、枠体と蓋体とを封止材を介して接合させ、電子部品収納用容器内部に電子部品を気密に収容する際、封止材を溶融させる熱によって電子部品の特性が劣化することはなく、電子部品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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品収納用容器を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の電子部品収納用容器を半導体素子を収容する半導体素子収容用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例である。この図において、１は絶縁基体、２は枠体、３は蓋体、４は外部リード端子、５は接合材、６は封止材であり、主にこれらで本発明の電子部品収納用容器が構成されており、この容器に半導体素子７を収容することにより半導体装置と成る。
【００１７】
絶縁基体１は、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等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子７を搭載する搭載部１ａが設けてあり、半導体素子７がガラスや樹脂・ろう材等から成る接着材を介して接着固定される。絶縁基体１は、その線熱膨張係数は、４×１０−６〜８×１０−６／℃の範囲にあり、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、４０〜４００℃における線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９０質量％、酸化珪素３質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．８×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９３質量％、酸化珪素２質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体が挙げられる。また、窒化アルミニウム質焼結体であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．０×１０−６／℃程度の窒化アルミニウム９５質量％、酸化エルビニウム３質量％、酸化チタン１質量％、酸化カルシウム０．５質量％組成の窒化アルミニウム質焼結体が挙げられる。
【００１８】
このような絶縁基体１は、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・分散剤等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成形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ち抜き加工を施すとともに、これを必要に応じて複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒・有機バインダを添加混合して原料粉末を調整するとともに原料粉末をプレス成形技術によって所定形状に成形し、しかる後、成形体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。なお、絶縁基体１の外形寸法は、縦５〜５０ｍｍ、横５〜５０ｍｍ、高さ０．５〜３ｍｍ程度である。
【００１９】
また、絶縁基体１の上面には、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／℃程度の鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る外部リード端子４の一端が接合材５を介して仮止めされている。外部リード端子４は鉄−ニッケル合金等のインゴットを従来周知の圧延加工法および打ち抜き加工法を採用し所定の板状に形成することによって製作される。
【００２０】
外部リード端子４は、内部に収容する半導体素子７を外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に接続する作用をなし、その一端には半導体素子７の各電極がボンディングワイヤ８を介して接続され、外部リード端子４を外部電気回路基板の配線導体に接続することによって半導体素子７は外部電気回路と電気的に接続されることとなる。
【００２１】
このような外部リード端子４の材料としては、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．４×１０−６／℃程度の鉄５３質量％−ニッケル２９質量％−１８コバルト合金や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４．８×１０−６／℃程度の鉄５５質量％−ニッケル２９質量％−１６コバルト合金等が挙げられる。また、鉄−ニッケル合金であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．９×１０−６／℃程度の鉄５６質量％−ニッケル４４質量％合金や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４．４×１０−６／℃程度の鉄５８質量％−ニッケル４２質量％合金等が挙げられる。なお、外部リード端子４は、その厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度である。
【００２２】
また、外部リード端子４が仮止めされた絶縁基体１はその上面に枠体２が、枠体２の下面に被着させた接合材５と絶縁基体１の上面に被着させた接合材５とを溶融一体化させることによって接合され、これによって絶縁基体１と枠体２とから成る容器内部に半導体素子７を収容する空間が形成されるとともに絶縁基体１と枠体２との間に外部リード端子４が固定される。
【００２３】
枠体２は絶縁基体１と同様の材料・方法により製作され、例えば、酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒・有機バインダを添加して原料粉末を調整するとともにこの原料粉末をプレス成形によって所定形状に成型し、しかる後、この成形体を１６００℃の温度で焼成することによって製作される。枠体２の線熱膨張係数は、４×１０−６〜８×１０−６／℃程度であり、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、４０〜４００℃における線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９０質量％、酸化珪素３質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．８×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９３質量％、酸化珪素２質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体等が挙げられる。また、窒化アルミニウム質焼結体であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．０×１０−６／℃程度の窒化アルミニウム９５質量％、酸化エルビニウム３質量％、酸化チタン１質量％、酸化カルシウム０．５質量％組成の窒化アルミニウム質焼結体が挙げられる。なお、枠体２の外形寸法は、縦５〜５０ｍｍ、横５〜５０ｍｍ、高さ０．３〜２ｍｍ程度である。
【００２４】
絶縁基体１と枠体２とを接合する接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％外添加したものから成り、これに有機バインダや可塑材・溶剤を添加混合してガラスペーストを作り、このガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷法により絶縁基体１の上面と枠体２の下面とに印刷することにより、絶縁基体１の上面および枠体２の下面に被着される。
【００２５】
なお、接合材５は、その厚みが０．１５〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、接合材５の厚みが０．１５ｍｍ未満の場合には、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に接合材５で固定した際に接合材５の量が不充分となり接合材５が容器の内側に偏在して、気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。一方、接合材５の厚みが０．５ｍｍを超える場合には、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に接合材５で固定した際に接合材５の量が多すぎて接合材５が外部リード端子４を伝って流れ出し、外部リード端子４に外力が加わった時に接合材５にクラックが入り気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。
【００２６】
また、接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％と、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成り、その線熱膨張係数が５×１０−６〜８×１０−６／℃であり、外部リード端子４の線熱膨張係数に近似することから、接合材５を介して絶縁基体１と枠体２とを間に外部リード端子４を挟み込んで接合させる際、接合材５と外部リード端子４との間には各々の線熱膨張係数の相違に起因して大きな応力が発生することはなく、これによって接合材５にクラックが入るのが有効に防止され、半導体素子収納用パッケージの気密封止を完全として内部に収容する半導体素子７を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２７】
また、フィラーの添加量をガラス成分に対して外添加で２０〜４０質量％と少ない添加量としたことから、接合材５の流動性が添加されたフィラーによって阻害されることはなく、その結果、接合材５を介しての絶縁基体１と枠体２との接合信頼性は極めて高いものとなり、半導体素子７の気密封止を確実として半導体素子７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。
【００２８】
さらに、接合材５は、その１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下と低く、外部リード端子３間の静電容量を低くすることが可能となり、半導体素子７の作動中のノイズによる誤動作を防止することが可能となり半導体素子７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。また、接合材５は鉛を含有していないことから人体に害を与えることはなく、安心して使用することができる。
【００２９】
なお、接合材５は、鉛を含有しない低融点ガラスから成り、その組成範囲については本件発明者らの実験によって、接合材５が酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成ることを特徴とする。
【００３０】
接合材５に上述の組成のガラスを使用する場合、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）の含有量が７０質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、また、９０質量％を超えると接合材５の耐薬品性が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、酸化ビスマスはその含有量が７０〜９０質量％の範囲に特定される。
【００３１】
また、酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）は、その含有量が３質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、１５質量％を超えると接合材５の耐薬品性が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、酸化硼素はその含有量が３〜１５質量％の範囲に特定される。
【００３２】
さらに、酸化バリウム（ＢａＯ）は、その含有量が２質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、８質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化バリウムはその含有量が２〜８質量％の範囲に特定される。
【００３３】
酸化銅（ＣｕＯ）は、その含有量が１質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、３質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化銅はその含有量が１〜３質量％の範囲に特定される。
【００３４】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、その含有量が０．５質量％未満であるとガラスの耐湿性が低下し、接合材５を介しての容器の気密封止の信頼性が低下する傾向にあり、２質量％を超えるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向がある。従って、酸化アルミニウムはその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３５】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その含有量が０．５質量％未満であると接合材５の線熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１および枠体２の線熱膨張係数と外部リード端子４の線熱膨張係数とが大きく相違して、容器の気密封止の信頼性が低下してしまう傾向があり、２質量％を超えるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３６】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、その含有量が０．５質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、２質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化亜鉛はその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３７】
さらに、フィラーとして添加されるウイレマイト系化合物は、その含有量が２０質量％未満であると接合材５の強度が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、また、４０質量％を超えると接合材５の線熱膨張係数が小さくなって絶縁基体１および枠体２の線熱膨張係数と外部リード端子４の線熱膨張係数とが大きく相違して、容器の気密封止の信頼性が低下してしまう傾向がある。従って、ウイレマイト系化合物はその含有量が２０〜４０質％の範囲に特定される。
【００３８】
また、枠体２は、その上面に蓋体３が封止材６を介して接合され、これによって容器内部に半導体素子７が気密に封止されることとなる。
【００３９】
蓋体３は、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等の電気絶縁材料、あるいは鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウムや酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末を所定のプレス金型内に充填するとともに一定圧力で押圧して成形し、しかる後、この成型品を１６００℃温度で焼成することによって製作される。また、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る場合は、外部リード端子３を製作する方法と同様の方法によって製作される。なお、蓋体３の外形寸法は、縦３〜４０ｍｍ、横３〜４０ｍｍ、高さ０．２〜１ｍｍ程度である。
【００４０】
枠体２と蓋体３を封止する封止材６は、鉛を含まない低温ガラスまたは耐湿性に優れた樹脂接着剤から成り、鉛を含まない低温ガラスとしては、例えば五酸化燐２０〜３０質量％、酸化銀２０〜４０質量％、ヨウ化銀５〜２０質量％、酸化ホウ素５〜１５質量％、酸化亜鉛１〜６質量％を含むガラス成分にフィラーとして燐酸ジルコニウムと酸化ジルコニウムと酸化ニオブとの固溶体を外添加で１０〜２０質量％添加したものから成り、これに有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合させてガラスペーストを作成し、このガラスペーストをスクリーン印刷法により蓋体３の下面に塗布するとともに蓋体３を約３００℃の温度に加熱することにより蓋体３に被着される。その後、蓋体３を枠体２の上面に載置するとともに約３２０℃の温度で封止材６を加熱溶融することにより、蓋体３が枠体２に封止接合される。
【００４１】
封止材６は、その厚みが０．０５〜０．３ｍｍ程度であり、その厚みが０．０５ｍｍ未満の場合には、枠体２と蓋体３を封止する際に封止材６の量が不充分で封止材６が容器の内側に偏在して、気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。一方、封止材６の厚みが０．３ｍｍを超える場合には、枠体２と蓋体３を封止する際に封止材６が枠体２の外側にはみ出したり、蓋体３の上面に這い上がったりして、外部から物理的な力が封止材６に加わる可能性が高くなり、気密信頼性上の問題を引き起こす可能性が大きい。
【００４２】
かくして、上述の半導体素子収納用パッケージによれば、絶縁基体１と枠体２との間に外部リード端子４を挟み接合材５を介して接合させ、さらに、絶縁基体１の搭載部に半導体素子７をガラスや樹脂・ろう材等の接着材を介して接着固定するとともに半導体素子７の各電極をボンディングワイヤ８により外部リード端子４に接続させ、しかる後、枠体２の上面に蓋体３を封止材６を介して気密に封止することによって絶縁基体１と枠体２と蓋体３とから成る容器内部に半導体素子７を気密に封止し、これによって最終製品としての半導体装置が完成する。
【００４３】
【実施例】
効果の確認を行なうために、次の実験を行なった。なお、ここでは、主成分の酸化ビスマス、酸化硼素および外添加のフィラー添加量について決定した実験例を示す。
【００４４】
まず、各構成要素の質量％を変化させてガラスを作製した。そして、各ガラスを用いた容器の気密信頼性を評価するために、熱衝撃試験１０００サイクル後の封止容器のヘリウムガスリークテストを実施した。
【００４５】
（実験１）
酸化ビスマスを６９〜９２質量％の間で変化させ、その他の構成要素を加えて合計が１００質量％となるように調合（小数点２桁以下を四捨五入）した。この時の実験結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
実験結果より、酸化ビスマスについては、７０〜９０質量％の範囲で良好な気密性信頼性を示すことがわかった。
【００４８】
次に、酸化硼素および酸化ビスマスについて、次の実験を行なった。
【００４９】
（実験２）
酸化ビスマスの含有量を７０〜９０質量％の範囲とし、酸化硼素の含有量を１〜１７質量％の間で変化させ、その他の構成要素を加えて合計が１００質量％となるように調合（小数点２桁以下を四捨五入）した。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】
実験結果より、酸化硼素については、３〜１５質量％の範囲で良好な気密性信頼性を示すことがわかった。
【００５２】
また、微量元素においても同種の実験を行ない、接合材が酸化ビスマス７０〜９０質量％と、酸化硼素３〜１５質量％と、酸化バリウム２〜８質量％と、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％、酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラスの場合において、良好な気密性信頼性を示すことがわかり、本発明の効果を確認することができた。
【００５３】
（実験３）
さらに、ガラス組成を一定にし、フィラー添加量を変化させての同様の実験を行なった。評価結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
【００５５】
フィラーとしては、ウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加した場合において良好な気密性信頼性が得られることがわかった。
【００５６】
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り、例えば、上述の実施例では絶縁基体の材料として酸化アルミニウム質焼結体を例示したが、容器の熱放散性が要求される場合には熱伝導率が高い窒化アルミニウム質焼結体を、また電気信号の高速伝播が要求される場合は誘電率の低いムライト質焼結体を用いるとよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子を絶縁基体と枠体との間に接合する接合材を、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％したものとしたことから、接合材の線熱膨張係数が外部リード端子の線熱膨張係数に近似する５×１０−６〜７×１０−６／℃となり、その結果、接合材を介して絶縁基体と枠体とを間に外部リード端子を挟み込んで接合させる際、接合材と外部リード端子との間に各々線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生することはなく、これによって封止部材にクラックが入るのが有効に防止され、電子部品収納用容器の気密封止を完全として内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５８】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、接合材の１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下であり、外部リード端子間の静電容量を低くすることが可能となり、電子部品作動中のノイズによる電子部品の誤動作を減少することが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、枠体と蓋体とを封止する封止材に封止温度が４００℃以下の低温ガラスや樹脂接着材を用いることが可能となるので、枠体と蓋体とを封止材を介して接合させ、電子部品収納用容器内部に電子部品を気密に収容する際、封止材を溶融させる熱によって電子部品の特性が劣化することはなく、電子部品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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納容器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の電子部品収納容器の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・枠体
３・・・・・・・・蓋体
４・・・・・・・・外部リード端子
５・・・・・・・・接合材
６・・・・・・・・封止材
７・・・・・・・・電子部品（半導体素子）
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や圧電振動子等の電子部品を気密に封止して収納するための電子部品収納用容器に関し、特にガラスを溶着させて外部リード端子を容器に固定する電子部品収納用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や圧電素子等の電子部品を収容するための電子部品収納用容器は、図２に断面図で示すように、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、ムライト質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面の中央部に電子部品１５を収容する空所を形成するための凹部１１ａを有し、上面の外周部にガラスから成る封止材１４を被着させた絶縁基体１１と、同じく電気絶縁材料から成り、その下面の中央部に電子部品１５を収容する空所を形成するための凹部１２ａを有し、下面の外周部にガラスから成る封止材１４を被着させた蓋体１２と、内部に収容する電子部品１５を外部の電気回路に電気的に接続するための鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る外部リード端子１３とから構成されており、絶縁基体１１の上面に外部リード端子１３を載置させるとともに予め被着させておいたガラスから成る封止材１４を溶融させることによって外部リード端子１３を絶縁基体１１に仮止めし、次に絶縁基体１１の凹部１１ａ底面に半導体素子等の電子部品１５を取着するとともに電子部品１５の各電極をボンディングワイヤ１６を介して外部リード端子１３に接続し、しかる後、絶縁基体１１と蓋体１２とをその相対向する主面に被着させておいた各々の封止材１４を溶融一体化させ、絶縁基体１１と蓋体１２とから成る容器１７を封止することによって製品としての電子装置となる。
【０００３】
なお、封止材１４としては、従来一般に、酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素１〜６質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％を含むガラス成分に、フィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で９〜１９質量％、チタン酸錫系化合物を外添加で１０〜２０質量％添加したものが使用されていた。しかしながら、かかる封止材１４は人体に対し有害である鉛を主成分としていたため、最近では酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスにフィラーとして低熱膨張係数のβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等を外添加で５〜１０質量％添加した鉛を使用しない（鉛フリー）ものが検討されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１２１５８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスの軟化溶融温度が約４３０℃程度と高温度であること、近時の半導体素子をはじめとする電子部品は高密度化・高集積化に伴って耐熱性が低下してきたこと等から、絶縁基体と蓋体とを封止材を介して接合し、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に電子部品を気密に収容した場合、封止材を溶融させる熱が内部に収容する電子部品に作用して電子部品の特性に劣化を招来させ、電子部品を正常に作動させることができないという問題点を有していた。
【０００６】
また、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系のガラスにフィラーとして低熱膨張係数のβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等を外添加で５〜１０質量％添加した封止材は、その線熱膨張係数が８．４×１０−６〜９．６×１０−６／℃であり、外部リード端子を形成する鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料の線熱膨張係数（４×１０−６／℃程度）と大きく相違することから、絶縁基体と蓋体との間に外部リード端子を挟み込んで封止材を介して接合させる際、封止材と外部リード端子との間に各々の線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生するとともに、その応力が封止材に作用して封止材にクラックが入ってしまい、その結果、電子部品収納用容器の気密封止が容易に破れ、内部に収容する電子部品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問題点を有していた。
【０００７】
そこで、上記問題点を解消するために酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系ガラスにβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等のフィラーを外添加で５０質量％以上添加し、封止材の線熱膨張係数を外部リード端子の線熱膨張係数に合わせることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、酸化錫−酸化亜鉛−燐酸系ガラスにβ−ユークリプタイト固溶体や溶融石英等のフィラーを外添加で５０質量％以上添加すると封止材の流動性が大きく阻害され、その結果、封止材を介しての絶縁基体と蓋体との接合信頼性が劣化し、電子部品収納用容器の気密封止が容易に破れて内部に収容する電子部品を長期間にわたって正常かつ安定に作動させることができないという問題点が誘発されてしまう。
【０００９】
また、従来の鉛−硼酸系の封止材は、１ＭＨｚにおけるガラスの誘電率が１２以上と大きく外部リード端子間の静電容量が大きくなり、近時の信号の高速化に伴い静電容量によるノイズの発生が問題となってきている。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は絶縁基体と蓋体とから成る容器の内部に電子部品を気密に封止し、電子部品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電子部品収納用容器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品収納用容器は、上面に電子部品の搭載部を有する絶縁基体に、前記搭載部を取り囲み、内側に前記電子部品を収容する空所を形成するための枠体を、間に前記電子部品が電気的に接続される外部リード端子を挟んで接合材で接合して成り、前記枠体の上面に蓋体を封止材で接合することによって前記空所に前記電子部品を気密に封止する電子部品収納用容器であって、前記接合材は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子を絶縁基体と枠体との間に接合する接合材を、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％したものとしたことから、接合材の線熱膨張係数が外部リード端子の線熱膨張係数に近似する５×１０−６〜７×１０−６／℃となり、その結果、接合材を介して絶縁基体と枠体とを間に外部リード端子を挟み込んで接合させる際、接合材と外部リード端子との間に各々線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生することはなく、これによって封止部材にクラックが入るのが有効に防止され、電子部品収納用容器の気密封止を完全として内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、接合材の１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下であり、外部リード端子間の静電容量を低くすることが可能となり、電子部品作動中のノイズによる電子部品の誤動作を減少することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、枠体と蓋体とを封止する封止材に封止温度が４００℃以下の低温ガラスや樹脂接着材を用いることが可能となるので、枠体と蓋体とを封止材を介して接合させ、電子部品収納用容器内部に電子部品を気密に収容する際、封止材を溶融させる熱によって電子部品の特性が劣化することはなく、電子部品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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の電子部品収納用容器を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の電子部品収納用容器を半導体素子を収容する半導体素子収容用パッケージに適用した場合の実施の形態の一例である。この図において、１は絶縁基体、２は枠体、３は蓋体、４は外部リード端子、５は接合材、６は封止材であり、主にこれらで本発明の電子部品収納用容器が構成されており、この容器に半導体素子７を収容することにより半導体装置と成る。
【００１７】
絶縁基体１は、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等の電気絶縁材料から成り、その上面に半導体素子７を搭載する搭載部１ａが設けてあり、半導体素子７がガラスや樹脂・ろう材等から成る接着材を介して接着固定される。絶縁基体１は、その線熱膨張係数は、４×１０−６〜８×１０−６／℃の範囲にあり、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、４０〜４００℃における線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９０質量％、酸化珪素３質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．８×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９３質量％、酸化珪素２質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体が挙げられる。また、窒化アルミニウム質焼結体であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．０×１０−６／℃程度の窒化アルミニウム９５質量％、酸化エルビニウム３質量％、酸化チタン１質量％、酸化カルシウム０．５質量％組成の窒化アルミニウム質焼結体が挙げられる。
【００１８】
このような絶縁基体１は、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・分散剤等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成形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ち抜き加工を施すとともに、これを必要に応じて複数枚積層し、約１６００℃の高温で焼成することによって、あるいは酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒・有機バインダを添加混合して原料粉末を調整するとともに原料粉末をプレス成形技術によって所定形状に成形し、しかる後、成形体を約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。なお、絶縁基体１の外形寸法は、縦５〜５０ｍｍ、横５〜５０ｍｍ、高さ０．５〜３ｍｍ程度である。
【００１９】
また、絶縁基体１の上面には、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４×１０−６〜７×１０−６／℃程度の鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る外部リード端子４の一端が接合材５を介して仮止めされている。外部リード端子４は鉄−ニッケル合金等のインゴットを従来周知の圧延加工法および打ち抜き加工法を採用し所定の板状に形成することによって製作される。
【００２０】
外部リード端子４は、内部に収容する半導体素子７を外部電気回路基板の配線導体（図示せず）に接続する作用をなし、その一端には半導体素子７の各電極がボンディングワイヤ８を介して接続され、外部リード端子４を外部電気回路基板の配線導体に接続することによって半導体素子７は外部電気回路と電気的に接続されることとなる。
【００２１】
このような外部リード端子４の材料としては、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．４×１０−６／℃程度の鉄５３質量％−ニッケル２９質量％−１８コバルト合金や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４．８×１０−６／℃程度の鉄５５質量％−ニッケル２９質量％−１６コバルト合金等が挙げられる。また、鉄−ニッケル合金であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．９×１０−６／℃程度の鉄５６質量％−ニッケル４４質量％合金や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が４．４×１０−６／℃程度の鉄５８質量％−ニッケル４２質量％合金等が挙げられる。なお、外部リード端子４は、その厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度である。
【００２２】
また、外部リード端子４が仮止めされた絶縁基体１はその上面に枠体２が、枠体２の下面に被着させた接合材５と絶縁基体１の上面に被着させた接合材５とを溶融一体化させることによって接合され、これによって絶縁基体１と枠体２とから成る容器内部に半導体素子７を収容する空間が形成されるとともに絶縁基体１と枠体２との間に外部リード端子４が固定される。
【００２３】
枠体２は絶縁基体１と同様の材料・方法により製作され、例えば、酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤・溶媒・有機バインダを添加して原料粉末を調整するとともにこの原料粉末をプレス成形によって所定形状に成型し、しかる後、この成形体を１６００℃の温度で焼成することによって製作される。枠体２の線熱膨張係数は、４×１０−６〜８×１０−６／℃程度であり、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、４０〜４００℃における線熱膨張係数が７．２×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９０質量％、酸化珪素３質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体や、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６．８×１０−６／℃程度の酸化アルミニウム９３質量％、酸化珪素２質量％、酸化チタン２質量％、酸化マンガン２質量％、酸化鉄１質量％組成の酸化アルミニウム質焼結体等が挙げられる。また、窒化アルミニウム質焼結体であれば、４０〜４００℃における線熱膨張係数が５．０×１０−６／℃程度の窒化アルミニウム９５質量％、酸化エルビニウム３質量％、酸化チタン１質量％、酸化カルシウム０．５質量％組成の窒化アルミニウム質焼結体が挙げられる。なお、枠体２の外形寸法は、縦５〜５０ｍｍ、横５〜５０ｍｍ、高さ０．３〜２ｍｍ程度である。
【００２４】
絶縁基体１と枠体２とを接合する接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％外添加したものから成り、これに有機バインダや可塑材・溶剤を添加混合してガラスペーストを作り、このガラスペーストを従来周知のスクリーン印刷法により絶縁基体１の上面と枠体２の下面とに印刷することにより、絶縁基体１の上面および枠体２の下面に被着される。
【００２５】
なお、接合材５は、その厚みが０．１５〜０．５ｍｍ程度であることが好ましく、接合材５の厚みが０．１５ｍｍ未満の場合には、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に接合材５で固定した際に接合材５の量が不充分となり接合材５が容器の内側に偏在して、気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。一方、接合材５の厚みが０．５ｍｍを超える場合には、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に接合材５で固定した際に接合材５の量が多すぎて接合材５が外部リード端子４を伝って流れ出し、外部リード端子４に外力が加わった時に接合材５にクラックが入り気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。
【００２６】
また、接合材５は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％と、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成り、その線熱膨張係数が５×１０−６〜８×１０−６／℃であり、外部リード端子４の線熱膨張係数に近似することから、接合材５を介して絶縁基体１と枠体２とを間に外部リード端子４を挟み込んで接合させる際、接合材５と外部リード端子４との間には各々の線熱膨張係数の相違に起因して大きな応力が発生することはなく、これによって接合材５にクラックが入るのが有効に防止され、半導体素子収納用パッケージの気密封止を完全として内部に収容する半導体素子７を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２７】
また、フィラーの添加量をガラス成分に対して外添加で２０〜４０質量％と少ない添加量としたことから、接合材５の流動性が添加されたフィラーによって阻害されることはなく、その結果、接合材５を介しての絶縁基体１と枠体２との接合信頼性は極めて高いものとなり、半導体素子７の気密封止を確実として半導体素子７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。
【００２８】
さらに、接合材５は、その１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下と低く、外部リード端子３間の静電容量を低くすることが可能となり、半導体素子７の作動中のノイズによる誤動作を防止することが可能となり半導体素子７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。また、接合材５は鉛を含有していないことから人体に害を与えることはなく、安心して使用することができる。
【００２９】
なお、接合材５は、鉛を含有しない低融点ガラスから成り、その組成範囲については本件発明者らの実験によって、接合材５が酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成ることを特徴とする。
【００３０】
接合材５に上述の組成のガラスを使用する場合、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）の含有量が７０質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、また、９０質量％を超えると接合材５の耐薬品性が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、酸化ビスマスはその含有量が７０〜９０質量％の範囲に特定される。
【００３１】
また、酸化硼素（Ｂ２Ｏ３）は、その含有量が３質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、１５質量％を超えると接合材５の耐薬品性が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、酸化硼素はその含有量が３〜１５質量％の範囲に特定される。
【００３２】
さらに、酸化バリウム（ＢａＯ）は、その含有量が２質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、８質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化バリウムはその含有量が２〜８質量％の範囲に特定される。
【００３３】
酸化銅（ＣｕＯ）は、その含有量が１質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、３質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化銅はその含有量が１〜３質量％の範囲に特定される。
【００３４】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、その含有量が０．５質量％未満であるとガラスの耐湿性が低下し、接合材５を介しての容器の気密封止の信頼性が低下する傾向にあり、２質量％を超えるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向がある。従って、酸化アルミニウムはその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３５】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その含有量が０．５質量％未満であると接合材５の線熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１および枠体２の線熱膨張係数と外部リード端子４の線熱膨張係数とが大きく相違して、容器の気密封止の信頼性が低下してしまう傾向があり、２質量％を超えるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３６】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、その含有量が０．５質量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、外部リード端子４を絶縁基体１と枠体２の間に低温で挟み込むことが困難となる傾向があり、２質量％を超えるとガラスの結晶化が進んで流動性が低下し、接合材５を介して容器を気密封止することが困難となる傾向がある。従って、酸化亜鉛はその含有量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００３７】
さらに、フィラーとして添加されるウイレマイト系化合物は、その含有量が２０質量％未満であると接合材５の強度が低下し、容器の気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、また、４０質量％を超えると接合材５の線熱膨張係数が小さくなって絶縁基体１および枠体２の線熱膨張係数と外部リード端子４の線熱膨張係数とが大きく相違して、容器の気密封止の信頼性が低下してしまう傾向がある。従って、ウイレマイト系化合物はその含有量が２０〜４０質％の範囲に特定される。
【００３８】
また、枠体２は、その上面に蓋体３が封止材６を介して接合され、これによって容器内部に半導体素子７が気密に封止されることとなる。
【００３９】
蓋体３は、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等の電気絶縁材料、あるいは鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウムや酸化珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末を所定のプレス金型内に充填するとともに一定圧力で押圧して成形し、しかる後、この成型品を１６００℃温度で焼成することによって製作される。また、鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成る場合は、外部リード端子３を製作する方法と同様の方法によって製作される。なお、蓋体３の外形寸法は、縦３〜４０ｍｍ、横３〜４０ｍｍ、高さ０．２〜１ｍｍ程度である。
【００４０】
枠体２と蓋体３を封止する封止材６は、鉛を含まない低温ガラスまたは耐湿性に優れた樹脂接着剤から成り、鉛を含まない低温ガラスとしては、例えば五酸化燐２０〜３０質量％、酸化銀２０〜４０質量％、ヨウ化銀５〜２０質量％、酸化ホウ素５〜１５質量％、酸化亜鉛１〜６質量％を含むガラス成分にフィラーとして燐酸ジルコニウムと酸化ジルコニウムと酸化ニオブとの固溶体を外添加で１０〜２０質量％添加したものから成り、これに有機バインダ、可塑剤、溶剤を添加混合させてガラスペーストを作成し、このガラスペーストをスクリーン印刷法により蓋体３の下面に塗布するとともに蓋体３を約３００℃の温度に加熱することにより蓋体３に被着される。その後、蓋体３を枠体２の上面に載置するとともに約３２０℃の温度で封止材６を加熱溶融することにより、蓋体３が枠体２に封止接合される。
【００４１】
封止材６は、その厚みが０．０５〜０．３ｍｍ程度であり、その厚みが０．０５ｍｍ未満の場合には、枠体２と蓋体３を封止する際に封止材６の量が不充分で封止材６が容器の内側に偏在して、気密信頼性上の問題を引き起こす傾向がある。一方、封止材６の厚みが０．３ｍｍを超える場合には、枠体２と蓋体３を封止する際に封止材６が枠体２の外側にはみ出したり、蓋体３の上面に這い上がったりして、外部から物理的な力が封止材６に加わる可能性が高くなり、気密信頼性上の問題を引き起こす可能性が大きい。
【００４２】
かくして、上述の半導体素子収納用パッケージによれば、絶縁基体１と枠体２との間に外部リード端子４を挟み接合材５を介して接合させ、さらに、絶縁基体１の搭載部に半導体素子７をガラスや樹脂・ろう材等の接着材を介して接着固定するとともに半導体素子７の各電極をボンディングワイヤ８により外部リード端子４に接続させ、しかる後、枠体２の上面に蓋体３を封止材６を介して気密に封止することによって絶縁基体１と枠体２と蓋体３とから成る容器内部に半導体素子７を気密に封止し、これによって最終製品としての半導体装置が完成する。
【００４３】
【実施例】
効果の確認を行なうために、次の実験を行なった。なお、ここでは、主成分の酸化ビスマス、酸化硼素および外添加のフィラー添加量について決定した実験例を示す。
【００４４】
まず、各構成要素の質量％を変化させてガラスを作製した。そして、各ガラスを用いた容器の気密信頼性を評価するために、熱衝撃試験１０００サイクル後の封止容器のヘリウムガスリークテストを実施した。
【００４５】
（実験１）
酸化ビスマスを６９〜９２質量％の間で変化させ、その他の構成要素を加えて合計が１００質量％となるように調合（小数点２桁以下を四捨五入）した。この時の実験結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
実験結果より、酸化ビスマスについては、７０〜９０質量％の範囲で良好な気密性信頼性を示すことがわかった。
【００４８】
次に、酸化硼素および酸化ビスマスについて、次の実験を行なった。
【００４９】
（実験２）
酸化ビスマスの含有量を７０〜９０質量％の範囲とし、酸化硼素の含有量を１〜１７質量％の間で変化させ、その他の構成要素を加えて合計が１００質量％となるように調合（小数点２桁以下を四捨五入）した。結果を表２に示す。
【００５０】
【表２】
実験結果より、酸化硼素については、３〜１５質量％の範囲で良好な気密性信頼性を示すことがわかった。
【００５２】
また、微量元素においても同種の実験を行ない、接合材が酸化ビスマス７０〜９０質量％と、酸化硼素３〜１５質量％と、酸化バリウム２〜８質量％と、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％、酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラスの場合において、良好な気密性信頼性を示すことがわかり、本発明の効果を確認することができた。
【００５３】
（実験３）
さらに、ガラス組成を一定にし、フィラー添加量を変化させての同様の実験を行なった。評価結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
フィラーとしては、ウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加した場合において良好な気密性信頼性が得られることがわかった。
【００５６】
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り、例えば、上述の実施例では絶縁基体の材料として酸化アルミニウム質焼結体を例示したが、容器の熱放散性が要求される場合には熱伝導率が高い窒化アルミニウム質焼結体を、また電気信号の高速伝播が要求される場合は誘電率の低いムライト質焼結体を用いるとよい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子を絶縁基体と枠体との間に接合する接合材を、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％したものとしたことから、接合材の線熱膨張係数が外部リード端子の線熱膨張係数に近似する５×１０−６〜７×１０−６／℃となり、その結果、接合材を介して絶縁基体と枠体とを間に外部リード端子を挟み込んで接合させる際、接合材と外部リード端子との間に各々線熱膨張係数の相違に起因して応力が発生することはなく、これによって封止部材にクラックが入るのが有効に防止され、電子部品収納用容器の気密封止を完全として内部に収容する電子部品を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５８】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、接合材の１ＭＨｚにおける誘電率が１０以下であり、外部リード端子間の静電容量を低くすることが可能となり、電子部品作動中のノイズによる電子部品の誤動作を減少することが可能となる。
【００５９】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、枠体と蓋体とを封止する封止材に封止温度が４００℃以下の低温ガラスや樹脂接着材を用いることが可能となるので、枠体と蓋体とを封止材を介して接合させ、電子部品収納用容器内部に電子部品を気密に収容する際、封止材を溶融させる熱によって電子部品の特性が劣化することはなく、電子部品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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納容器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の電子部品収納容器の断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・枠体
３・・・・・・・・蓋体
４・・・・・・・・外部リード端子
５・・・・・・・・接合材
６・・・・・・・・封止材
７・・・・・・・・電子部品（半導体素子）
Claims (1)
- 上面に電子部品の搭載部を有する絶縁基体に、前記搭載部を取り囲み、内側に前記電子部品を収容する空所を形成するための枠体を、間に前記電子部品が電気的に接続される外部リード端子を挟んで接合材で接合して成り、前記枠体の上面に蓋体を封止材で接合することによって前記空所に前記電子部品を気密に封止する電子部品収納用容器であって、前記接合材は、酸化ビスマス７０〜９０質量％、酸化硼素３〜１５質量％、酸化バリウム２〜８質量％、酸化銅１〜３質量％、酸化アルミニウム０．５〜２質量％、酸化珪素０．５〜２質量％および酸化亜鉛０．５〜２質量％を含むガラス成分にフィラーとしてウイレマイト系化合物を外添加で２０〜４０質量％添加したものから成ることを特徴とする電子部品収納用容器。
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