JP2004259804A - 電子部品収納用容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁基体や蓋体・封止材と外部リード端子との線熱膨張係数の相違に起因して絶縁基体や蓋体・封止材にクラックや割れが発生する。
【解決手段】外部リード端子３が銅もしくは銅を主成分とする金属から成り、絶縁基体１および蓋体２は４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスから成り、封止材３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５〜１５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。
【選択図】 図１
【解決手段】外部リード端子３が銅もしくは銅を主成分とする金属から成り、絶縁基体１および蓋体２は４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスから成り、封止材３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５〜１５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。
【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、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、その上面の中央部に電子部品を収容する空所を形成するための凹部を有するとともに外周部に封止ガラスを被着させた絶縁基体と、同じく酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、下面の中央部に電子部品を収容する空所を形成するための凹部を有するとともに外周部に封止ガラスを被着させた蓋体と、内部に収容する電子部品を外部の電気回路に電気的に接続するための外部リード端子とから構成されており、絶縁基体の上面に外部リード端子を載置するとともに予め被着させておいた封止ガラスを溶融させることによって外部リード端子を絶縁基体に仮止めし、次に絶縁基体の凹部に半導体素子等の電子部品を収容・固定するとともにこの電子部品の各電極をボンディングワイヤ等を介して外部リード端子に接続し、しかる後、絶縁基体と蓋体とをその相対向する各主面に被着させておいた封止ガラスを溶融一体化させ、絶縁基体と蓋体と外部リード端子とから成る容器を気密に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、外部リード端子および封止ガラスには、絶縁基体および蓋体の材料である酸化アルミニウム質焼結体の線熱膨張係数が７×１０−６／℃程度であるので、この値に近い線熱膨張係数を有する材料が使用され、外部リード端子としては線熱膨張係数が４×１０−６〜６×１０−６／℃程度である、４２合金と呼ばれる４２質量％Ｎｉ−５８質量％Ｆｅ組成のニケッル−鉄合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金と呼ばれる５５質量％Ｆｅ−２９質量％Ｎｉ−１６質量％Ｃｏ組成の合金などが使用されている。また、封止ガラスとしては線熱膨張係数が６．５×１０−６／℃程度である、酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素４〜１４質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％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％添加した鉛−硼酸系のガラスが使用されている。
【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、この従来の電子部品収納用容器においては、外部リード端子として４２合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄を含む材料を使用しているので、外部リード端子の比透磁率が高く、かつ導電率が低いという問題点を有していた。
【０００６】
すなわち、外部リード端子の比透磁率が高く、かつ導電率が低い場合、
▲１▼外部リード端子の比透磁率が高いと、外部リード端子の自己インダクタンスが大きいものとなり、外部リード端子に電流が流れた際に大きな逆起電力を誘発し電子部品にノイズが入力され、電子部品に誤動作を生じさせてしまう。
【０００７】
▲２▼外部リード端子の導電率が低いと、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて遅くなり、高速駆動を行なう半導体素子等の電子部品を収納することができなくなってしまう。
【０００８】
▲３▼外部リード端子の導電率が低いと、外部リード端子の細線化に伴い電気抵抗が非常に高いものとなり、外部リード端子に信号を伝播させた際に外部リード端子の高い電気抵抗に起因して信号が大きく減衰してしまい、その結果、電子部品に信号を正確に入力することができず、電子部品に誤動作を生じさせてしまう。
【０００９】
という問題を発生させてしまう。
【００１０】
このような問題点を解決するために、鉄を含む材料に較べて比透磁率が低く、かつ導電率が高い銅もしくは銅を主成分とする材料を外部リード端子として使用することが考えられる。しかしながら、銅もしくは銅を主成分とする材料から成る外部リード端子と酸化アルミニウム質焼結体等の絶縁材料から成る絶縁基体および蓋体とを組み合わせた場合、銅もしくは銅を主成分とする材料から成る外部リード端子の線熱膨張係数が１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度であり、これらの線熱膨張係数の差が大きく、この差に起因して封止ガラスの強度を超えた大きな熱応力が発生し、封止ガラスにクラックが発生して容器を気密封止することができないという問題点を有していた。
【００１１】
また、従来の鉛−硼酸系の封止ガラスは、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。
【００１２】
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、外部リード端子として、比透磁率が低く、かつ導電率が高い銅もしくは銅を主成分とする金属を用いることのできるガラス封止型の電子部品収納用容器を提供することにある。
【００１３】
【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、上面に電子部品が搭載される搭載部を有し、かつこの搭載部周辺に前記電子部品の各電極が接続される複数個の外部リード端子が封止材を介して固着されている絶縁基体と、下面外周部に前記封止材と同じ封止材が被着されている蓋体とから成り、これら封止材を加熱溶融させ、前記絶縁基体と前記蓋体とを接合させることによって内部に前記電子部品を気密に収容する電子部品収納用容器であって、前記外部リード端子は銅もしくは銅を主成分とする金属から成り、前記絶縁基体および前記蓋体は４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスから成り、前記封止材は酸化ビスマス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５〜１５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。
【００１４】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、電子部品を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子等の電子部品を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子を細線化しても、電気抵抗は非常に高くなることはなく、外部リード端子における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００１５】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスで形成されており、外部リード端子として使用する銅もしくは銅を主成分とする金属の線熱膨張係数との差が小さいので、絶縁基体および蓋体間で外部リード端子を気密に封止するための封止材に作用する熱応力が小さくなり、封止材にクラックが発生することはなく、気密封止の信頼性を向上することができる。
【００１６】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、封止材を酸化ビスマス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のウイレマイト系化合物を外添加で５〜１５質量％添加したものとしたことから、封止材の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度となり、封止材、絶縁基体、蓋体および外部リード端子の線熱膨張係数がそれぞれ近似するので、これら線熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を小さなものとすることができ、電子部品収納用容器の気密封止の信頼性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体と枠体を接合させる接合材に鉛を含まない低温ガラスを使用したことにより、環境負荷物質に指定されている酸化鉛を主成分とする従来の鉛硼酸系の封止ガラスと異なり地球環境保護の観点からも優れた電子部品収納用容器とすることができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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は蓋体、３は外部リード端子であり、絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子等の電子部品５を収容するための容器が構成される。
【００２０】
絶縁基体１は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックス、例えば、酸化バリウムを５〜６０質量％含有するガラスと、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとから成り、ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ２換算で０．１〜３０質量％の割合で含有するガラスセラミックス焼結体で形成されており、その上面の略中央部に電子部品５を収容する空所を形成するための凹部１ａが形成されている。そして、この凹部１ａの底面には電子部品５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。
【００２１】
なお、このような酸化バリウム含有ガラスとしては、
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ＳｒＯ
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｒＯ２
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ
等の組成物が例示される。
【００２２】
一方、ガラスと組み合わせるフィラーとしては、絶縁基体１と成るガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を、銅あるいは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度に近似させるために、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６〜３０×１０−６／℃のものであることが望ましい。
【００２３】
このような線熱膨張係数が６×１０−６〜３０×１０−６／℃のフィラーとしては、クリストバライト（ＳｉＯ２），クオーツ（ＳｉＯ２），トリジマイト（ＳｉＯ２），フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２），スピネル（２ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３），ウオラスナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２），モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ２），ネフエリン（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２），ジオプサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），マグネシア（ＭｇＯ），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），カーネギアイト（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２），ホウ酸マグネシウム（ＭｇＯ・Ｂ２Ｏ３），セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），Ｂ２Ｏ３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ２，ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３）等が例示される。なお、これらの中でも特に、クリストバライトやクオーツ，トリジマイト等のＳｉＯ２系材料やフォルステライト、エンスタタイトが、絶縁基体１と成るガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を容易に高いものとすることができる。
【００２４】
また、ガラスセラミック焼結体の酸化バリウム含有ガラスとフィラーの比率は、酸化バリウム含有ガラス２０〜８０体積％、フィラー８０〜２０体積％が好ましい。
【００２５】
酸化バリウム含有ガラスとフィラーの量を上記の範囲とするのは酸化バリウム含有ガラスの量が２０体積％より少ない、言い換えればフィラーが８０体積％より多いとガラスを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、また酸化バリウム含有ガラスが８０体積％より多い、言い換えるとフィラーが２０体積％より少ないとガラスセラミック焼結体の特性が酸化バリウム含有ガラスの特性に大きく依存してしまい、機械的強度や線熱膨張係数等の材料特性の制御が困難となってしまうためである。
【００２６】
このような絶縁基体１は、例えば酸化バリウムを含むガラスとＺｒ化合物を含むフィラーとの混合物に、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必要に応じてこれを複数枚積層し、約７００〜１３００℃の温度で焼成することによって、あるいは酸化バリウムを含むガラスとＺｒ化合物を含むフィラーとの混合物に適当な有機溶剤・溶媒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によって所定形状に成形し、しかる後、成形体を約７００〜１３００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２７】
また、絶縁基体１の上面外周部には、線熱膨張係数が１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度で、銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の一端がガラスから成る封止材４を介して固着されている。外部リード端子３は、銅もしくは銅を主成分とする金属材料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。
【００２８】
このような銅もしくは銅を主成分とする金属材料としては、例えば、純銅（４０〜４００℃における線熱膨張係数が１８×１０−６／℃程度）、銅９５％−ニッケル５％合金（４０〜４００℃における線熱膨張係数が１６×１０−６／℃程度）、銅９０％−ニッケル１０％合金（４０〜４００℃における線熱膨張係数：１４×１０−６／℃程度）が例示される。
【００２９】
外部リード端子３は、内部に収容する電子部品５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、その一端には電子部品５の各電極がボンディングワイヤ６を介して接続され、外部リード端子３を外部電気回基板の配線導体に接続することによって電子部品５は外部電気回路と電気的に接続されることとなる。
【００３０】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、外部リード端子３として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子３の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子３に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、半導体素子５を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子３に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子５を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子３を細線化しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子３における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００３１】
なお、外部リード端子３は、その表面にニッケルや金等から成る良導電性で、かつ耐食性に優れた金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと外部リード端子３の酸化腐食を有効に防止するとともに外部リード端子３と外部電気回路との電気的接続を良好となすことができる。そのため外部リード端子３は、その表面にニッケルや金等の金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３２】
また、絶縁基体１の上面に外部リード端子３を固着する封止材４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５〜１５質量％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の上面に印刷塗布するとともに４００℃程度に加熱し軟化溶融させた後、冷却固化させることにより絶縁基体１の上面に被着される。
【００３３】
なお、絶縁基体１への外部リード端子３の固着は、絶縁基体１の上面に被着された封止材４の上に外部リード端子３の一端を載置し、４３０℃程度の温度に加熱して封止材４を加熱溶融させることによって行われる。
【００３４】
さらに、外部リード端子３が封止材４によって固着された絶縁基体１は、下面外周部に封止材４を被着させた蓋体２を絶縁基体１の上面に載置し、４３０℃程度に加熱溶融させることによって蓋体２と接合され、これによって絶縁基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子５が気密に封止される。
【００３５】
蓋体２は、絶縁基体１と同様の材料、具体的には酸化バリウムを５〜６０質量％含有するガラスと、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとから成り、ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ２換算で０．１〜３０質量％の割合で含有するガラスセラミック焼結体で形成されており、絶縁基体１と同様の方法によって製作される。
【００３６】
蓋体２の下面に被着された封止材４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５〜１５質量％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蓋体２の下面に印刷塗布するとともに、このガラスペーストを４００℃程度に加熱し軟化溶融させた後、冷却固化させることにより被着される。
【００３７】
本発明の半導体素子収容用パッケージによれば、絶縁基体１および蓋体２を４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミック材で形成したことから、絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数が銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数（１３×１０−６〜１８×１０−６／℃）に近似し、その結果、絶縁基体１および蓋体２と外部リード端子３に半導体素子５の作動時に発する熱が作用しても絶縁基体１および蓋体２と外部リード端子３との間には大きな熱応力が発生することはなく、これによって絶縁基体１や蓋体２・封止材４にクラックや割れを発生するのが有効に防止され、容器内部に半導体素子５を気密に封止して半導体素子５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。
【００３８】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、封止材４を上述の組成としたことから、封止材４の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度であり、封止材４の線熱膨張係数と絶縁基体１・蓋体２および銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数とが近似し、その結果、封止材４を介して絶縁基体１と蓋体２とを間に外部リード端子３を挟み込んで接合させる際、封止材４と外部リード端子３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ことはなく、これによって封止材４にクラックが入るのが有効に防止され、容器の気密封止を完全として内部に収容する半導体素子５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。
【００３９】
さらに、フィラーとしてウイレマイト系化合物をガラス成分に外添加で５〜１５質量％と少ない添加量としたことから、封止材４の流動性が添加されたフィラーによって低下することはなく、その結果、封止材４を介しての絶縁基体１と蓋体２との接合信頼性は極めて高いものとなり、半導体素子５の気密封止を確実として半導体素子５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。
【００４０】
また、封止材４は、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５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５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。
【００４１】
なお、封止材４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等の実験によって、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％、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のウイレマイト系化合物を５〜１５質量％外添加したものから成ることを特徴とする。
【００４２】
封止材４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、低温でのパッケージの気密封止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、パッケージ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。
【００４３】
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、低温でのパッケージの気密封止が困難となる傾向があり、１５質量％を超えると封止材４の耐薬品性が低下し、パッケージ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。
【００４４】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４５】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４６】
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軟化溶融温度が高くなり、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４７】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その量が０．５質量％未満であると封止材４の線熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数と外部リード端子３の線熱膨張係数とが大きく相違して、パッケージ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、低温でのパッケージの気密封止が困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００４８】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４９】
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５質量％未満であると封止材４のガラスの強度が低下し、パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、また、１５質量％を超えると封止４の線熱膨張係数が小さくなって絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数と外部リード端子３の線熱膨張係数とが大きく相違して、パッケージ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５〜１５質％の範囲に特定される。
【００５０】
かくして、上述の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体１と蓋体２との間に外部リード端子３を挟み封止材４を介して接合させ、さらに、絶縁基体１の搭載部に電子部品５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電子部品５の各電極をボンディングワイヤ６により外部リード端子３に接続させ、しかる後、外部リード端子３の上面に蓋体２を封止材４を介して気密に封止することによって絶縁基体１と蓋体３とから成る容器内部に電子部品５を気密に封止し、これによって最終製品としての電子装置が完成する。
【００５１】
【実施例】
効果の確認のために、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。
【００５２】
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。なお、絶縁基体および蓋体は、線熱膨張係数が１２×１０−６／℃の材料を用いて製作した。
【００５３】
（実験１）
酸化ビスマスを６８〜９２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。
【００５４】
【表１】
【００５５】
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。
【００５６】
次に、酸化硼素および酸化ビスマスについて、次の実験を行った。
【００５７】
（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。
【００５８】
【表２】
【００５９】
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。
【００６０】
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％、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％、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。
【００６１】
（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った。評価結果を表３に示す。
【００６２】
【表３】
【００６３】
フィラーとしては、ウイレマイト系化合物を外添加で５〜１５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。
【００６４】
（実験４）
次に、セラミックスの組成を変化させて、線熱膨張係数が８．２×１０−６〜１８．４×１０−６／℃となるように絶縁基体と蓋体を作成し、容器の気密信頼性を確認した。なお、外部リード端子は線熱膨張係数が１４×１０−６／℃程度の銅９０％−ニッケル１０％合金を用い、封止材は上述の実験１の▲３▼（線熱膨張係数が１２．５×１０−６／℃）の組成のガラスを用いた。評価結果を表４に示す。
【００６５】
【表４】
【００６６】
結果より、線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃の範囲で良好な気密信頼性が得られることがわかった。
【００６７】
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、上述の例では電子部品として半導体素子を用いた場合について説明したが、電子部品が圧電素子や表面弾性波素子等の他の電子部品であってもよい。また、図１では、蓋体２を下面に凹部２ａを有する構造のものとした場合の例を示したが、蓋体２は平板状のものであってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、電子部品を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子等の電子部品を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子を細線化しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００６９】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスで形成されており、外部リード端子として使用する銅もしくは銅を主成分とする金属の線熱膨張係数との差が小さいので、絶縁基体および蓋体間で外部リード端子を気密に封止するための封止材に作用する熱応力が小さくなり、封止材にクラックが発生することはなく、気密封止の信頼性を向上することができる。
【００７０】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、封止材を酸化ビスマス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のウイレマイト系化合物を外添加で５〜１５質量％添加したものとしたことから、封止材の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度となり、封止材、絶縁基体、蓋体および外部リード端子の線熱膨張係数がそれぞれ近似するので、これら線熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を小さなものとすることができ、電子部品収納用容器の気密封止の信頼性を高めることができる。
【００７１】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体と枠体を接合させる接合材に鉛を含まない低温ガラスを使用したことにより、環境負荷物質に指定されている酸化鉛を主成分とする従来の鉛硼酸系の低温封止ガラスと異なり地球環境保護の観点からも優れた電子部品収納用容器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納用容器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・蓋体
３・・・・・・・・外部リード端子
４・・・・・・・・封止材
５・・・・・・・・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、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、その上面の中央部に電子部品を収容する空所を形成するための凹部を有するとともに外周部に封止ガラスを被着させた絶縁基体と、同じく酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、下面の中央部に電子部品を収容する空所を形成するための凹部を有するとともに外周部に封止ガラスを被着させた蓋体と、内部に収容する電子部品を外部の電気回路に電気的に接続するための外部リード端子とから構成されており、絶縁基体の上面に外部リード端子を載置するとともに予め被着させておいた封止ガラスを溶融させることによって外部リード端子を絶縁基体に仮止めし、次に絶縁基体の凹部に半導体素子等の電子部品を収容・固定するとともにこの電子部品の各電極をボンディングワイヤ等を介して外部リード端子に接続し、しかる後、絶縁基体と蓋体とをその相対向する各主面に被着させておいた封止ガラスを溶融一体化させ、絶縁基体と蓋体と外部リード端子とから成る容器を気密に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、外部リード端子および封止ガラスには、絶縁基体および蓋体の材料である酸化アルミニウム質焼結体の線熱膨張係数が７×１０−６／℃程度であるので、この値に近い線熱膨張係数を有する材料が使用され、外部リード端子としては線熱膨張係数が４×１０−６〜６×１０−６／℃程度である、４２合金と呼ばれる４２質量％Ｎｉ−５８質量％Ｆｅ組成のニケッル−鉄合金や、鉄−ニッケル−コバルト合金と呼ばれる５５質量％Ｆｅ−２９質量％Ｎｉ−１６質量％Ｃｏ組成の合金などが使用されている。また、封止ガラスとしては線熱膨張係数が６．５×１０−６／℃程度である、酸化鉛５６〜６６質量％、酸化硼素４〜１４質量％、酸化珪素４〜１４質量％および酸化亜鉛０．５〜３質量％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％添加した鉛−硼酸系のガラスが使用されている。
【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、この従来の電子部品収納用容器においては、外部リード端子として４２合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄を含む材料を使用しているので、外部リード端子の比透磁率が高く、かつ導電率が低いという問題点を有していた。
【０００６】
すなわち、外部リード端子の比透磁率が高く、かつ導電率が低い場合、
▲１▼外部リード端子の比透磁率が高いと、外部リード端子の自己インダクタンスが大きいものとなり、外部リード端子に電流が流れた際に大きな逆起電力を誘発し電子部品にノイズが入力され、電子部品に誤動作を生じさせてしまう。
【０００７】
▲２▼外部リード端子の導電率が低いと、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて遅くなり、高速駆動を行なう半導体素子等の電子部品を収納することができなくなってしまう。
【０００８】
▲３▼外部リード端子の導電率が低いと、外部リード端子の細線化に伴い電気抵抗が非常に高いものとなり、外部リード端子に信号を伝播させた際に外部リード端子の高い電気抵抗に起因して信号が大きく減衰してしまい、その結果、電子部品に信号を正確に入力することができず、電子部品に誤動作を生じさせてしまう。
【０００９】
という問題を発生させてしまう。
【００１０】
このような問題点を解決するために、鉄を含む材料に較べて比透磁率が低く、かつ導電率が高い銅もしくは銅を主成分とする材料を外部リード端子として使用することが考えられる。しかしながら、銅もしくは銅を主成分とする材料から成る外部リード端子と酸化アルミニウム質焼結体等の絶縁材料から成る絶縁基体および蓋体とを組み合わせた場合、銅もしくは銅を主成分とする材料から成る外部リード端子の線熱膨張係数が１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度であり、これらの線熱膨張係数の差が大きく、この差に起因して封止ガラスの強度を超えた大きな熱応力が発生し、封止ガラスにクラックが発生して容器を気密封止することができないという問題点を有していた。
【００１１】
また、従来の鉛−硼酸系の封止ガラスは、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。
【００１２】
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、外部リード端子として、比透磁率が低く、かつ導電率が高い銅もしくは銅を主成分とする金属を用いることのできるガラス封止型の電子部品収納用容器を提供することにある。
【００１３】
【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、上面に電子部品が搭載される搭載部を有し、かつこの搭載部周辺に前記電子部品の各電極が接続される複数個の外部リード端子が封止材を介して固着されている絶縁基体と、下面外周部に前記封止材と同じ封止材が被着されている蓋体とから成り、これら封止材を加熱溶融させ、前記絶縁基体と前記蓋体とを接合させることによって内部に前記電子部品を気密に収容する電子部品収納用容器であって、前記外部リード端子は銅もしくは銅を主成分とする金属から成り、前記絶縁基体および前記蓋体は４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスから成り、前記封止材は酸化ビスマス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５〜１５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。
【００１４】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、電子部品を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子等の電子部品を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子を細線化しても、電気抵抗は非常に高くなることはなく、外部リード端子における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００１５】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスで形成されており、外部リード端子として使用する銅もしくは銅を主成分とする金属の線熱膨張係数との差が小さいので、絶縁基体および蓋体間で外部リード端子を気密に封止するための封止材に作用する熱応力が小さくなり、封止材にクラックが発生することはなく、気密封止の信頼性を向上することができる。
【００１６】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、封止材を酸化ビスマス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のウイレマイト系化合物を外添加で５〜１５質量％添加したものとしたことから、封止材の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度となり、封止材、絶縁基体、蓋体および外部リード端子の線熱膨張係数がそれぞれ近似するので、これら線熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を小さなものとすることができ、電子部品収納用容器の気密封止の信頼性を高めることができる。
【００１７】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体と枠体を接合させる接合材に鉛を含まない低温ガラスを使用したことにより、環境負荷物質に指定されている酸化鉛を主成分とする従来の鉛硼酸系の封止ガラスと異なり地球環境保護の観点からも優れた電子部品収納用容器とすることができる。
【００１８】
【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。
【００１９】
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は蓋体、３は外部リード端子であり、絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子等の電子部品５を収容するための容器が構成される。
【００２０】
絶縁基体１は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックス、例えば、酸化バリウムを５〜６０質量％含有するガラスと、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとから成り、ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ２換算で０．１〜３０質量％の割合で含有するガラスセラミックス焼結体で形成されており、その上面の略中央部に電子部品５を収容する空所を形成するための凹部１ａが形成されている。そして、この凹部１ａの底面には電子部品５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。
【００２１】
なお、このような酸化バリウム含有ガラスとしては、
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ＳｒＯ
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＺｒＯ２
ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ
等の組成物が例示される。
【００２２】
一方、ガラスと組み合わせるフィラーとしては、絶縁基体１と成るガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を、銅あるいは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度に近似させるために、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６〜３０×１０−６／℃のものであることが望ましい。
【００２３】
このような線熱膨張係数が６×１０−６〜３０×１０−６／℃のフィラーとしては、クリストバライト（ＳｉＯ２），クオーツ（ＳｉＯ２），トリジマイト（ＳｉＯ２），フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２），スピネル（２ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３），ウオラスナイト（ＣａＯ・ＳｉＯ２），モンティセラナイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ２），ネフエリン（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２），ジオプサイト（ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），メルビナイト（３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），アケルマイト（２ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ２），マグネシア（ＭｇＯ），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３），カーネギアイト（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ２），ホウ酸マグネシウム（ＭｇＯ・Ｂ２Ｏ３），セルシアン（ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２），Ｂ２Ｏ３・２ＭｇＯ・２ＳｉＯ２，ガーナイト（ＺｎＯ・Ａｌ２Ｏ３）等が例示される。なお、これらの中でも特に、クリストバライトやクオーツ，トリジマイト等のＳｉＯ２系材料やフォルステライト、エンスタタイトが、絶縁基体１と成るガラスセラミック焼結体の線熱膨張係数を容易に高いものとすることができる。
【００２４】
また、ガラスセラミック焼結体の酸化バリウム含有ガラスとフィラーの比率は、酸化バリウム含有ガラス２０〜８０体積％、フィラー８０〜２０体積％が好ましい。
【００２５】
酸化バリウム含有ガラスとフィラーの量を上記の範囲とするのは酸化バリウム含有ガラスの量が２０体積％より少ない、言い換えればフィラーが８０体積％より多いとガラスを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、また酸化バリウム含有ガラスが８０体積％より多い、言い換えるとフィラーが２０体積％より少ないとガラスセラミック焼結体の特性が酸化バリウム含有ガラスの特性に大きく依存してしまい、機械的強度や線熱膨張係数等の材料特性の制御が困難となってしまうためである。
【００２６】
このような絶縁基体１は、例えば酸化バリウムを含むガラスとＺｒ化合物を含むフィラーとの混合物に、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必要に応じてこれを複数枚積層し、約７００〜１３００℃の温度で焼成することによって、あるいは酸化バリウムを含むガラスとＺｒ化合物を含むフィラーとの混合物に適当な有機溶剤・溶媒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によって所定形状に成形し、しかる後、成形体を約７００〜１３００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２７】
また、絶縁基体１の上面外周部には、線熱膨張係数が１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度で、銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の一端がガラスから成る封止材４を介して固着されている。外部リード端子３は、銅もしくは銅を主成分とする金属材料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。
【００２８】
このような銅もしくは銅を主成分とする金属材料としては、例えば、純銅（４０〜４００℃における線熱膨張係数が１８×１０−６／℃程度）、銅９５％−ニッケル５％合金（４０〜４００℃における線熱膨張係数が１６×１０−６／℃程度）、銅９０％−ニッケル１０％合金（４０〜４００℃における線熱膨張係数：１４×１０−６／℃程度）が例示される。
【００２９】
外部リード端子３は、内部に収容する電子部品５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、その一端には電子部品５の各電極がボンディングワイヤ６を介して接続され、外部リード端子３を外部電気回基板の配線導体に接続することによって電子部品５は外部電気回路と電気的に接続されることとなる。
【００３０】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、外部リード端子３として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子３の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子３に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、半導体素子５を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子３に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子５を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子３を細線化しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子３における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００３１】
なお、外部リード端子３は、その表面にニッケルや金等から成る良導電性で、かつ耐食性に優れた金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと外部リード端子３の酸化腐食を有効に防止するとともに外部リード端子３と外部電気回路との電気的接続を良好となすことができる。そのため外部リード端子３は、その表面にニッケルや金等の金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３２】
また、絶縁基体１の上面に外部リード端子３を固着する封止材４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５〜１５質量％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の上面に印刷塗布するとともに４００℃程度に加熱し軟化溶融させた後、冷却固化させることにより絶縁基体１の上面に被着される。
【００３３】
なお、絶縁基体１への外部リード端子３の固着は、絶縁基体１の上面に被着された封止材４の上に外部リード端子３の一端を載置し、４３０℃程度の温度に加熱して封止材４を加熱溶融させることによって行われる。
【００３４】
さらに、外部リード端子３が封止材４によって固着された絶縁基体１は、下面外周部に封止材４を被着させた蓋体２を絶縁基体１の上面に載置し、４３０℃程度に加熱溶融させることによって蓋体２と接合され、これによって絶縁基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子５が気密に封止される。
【００３５】
蓋体２は、絶縁基体１と同様の材料、具体的には酸化バリウムを５〜６０質量％含有するガラスと、４０〜４００℃における線熱膨張係数が６×１０−６／℃以上の金属酸化物粒子を含むフィラーとから成り、ガラスおよび／またはフィラー中にＺｒ化合物をＺｒＯ２換算で０．１〜３０質量％の割合で含有するガラスセラミック焼結体で形成されており、絶縁基体１と同様の方法によって製作される。
【００３６】
蓋体２の下面に被着された封止材４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５〜１５質量％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蓋体２の下面に印刷塗布するとともに、このガラスペーストを４００℃程度に加熱し軟化溶融させた後、冷却固化させることにより被着される。
【００３７】
本発明の半導体素子収容用パッケージによれば、絶縁基体１および蓋体２を４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミック材で形成したことから、絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数が銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数（１３×１０−６〜１８×１０−６／℃）に近似し、その結果、絶縁基体１および蓋体２と外部リード端子３に半導体素子５の作動時に発する熱が作用しても絶縁基体１および蓋体２と外部リード端子３との間には大きな熱応力が発生することはなく、これによって絶縁基体１や蓋体２・封止材４にクラックや割れを発生するのが有効に防止され、容器内部に半導体素子５を気密に封止して半導体素子５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。
【００３８】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、封止材４を上述の組成としたことから、封止材４の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度であり、封止材４の線熱膨張係数と絶縁基体１・蓋体２および銅もしくは銅を主成分とする金属材料から成る外部リード端子３の線熱膨張係数とが近似し、その結果、封止材４を介して絶縁基体１と蓋体２とを間に外部リード端子３を挟み込んで接合させる際、封止材４と外部リード端子３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ことはなく、これによって封止材４にクラックが入るのが有効に防止され、容器の気密封止を完全として内部に収容する半導体素子５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。
【００３９】
さらに、フィラーとしてウイレマイト系化合物をガラス成分に外添加で５〜１５質量％と少ない添加量としたことから、封止材４の流動性が添加されたフィラーによって低下することはなく、その結果、封止材４を介しての絶縁基体１と蓋体２との接合信頼性は極めて高いものとなり、半導体素子５の気密封止を確実として半導体素子５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。
【００４０】
また、封止材４は、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５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５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。
【００４１】
なお、封止材４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等の実験によって、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％、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のウイレマイト系化合物を５〜１５質量％外添加したものから成ることを特徴とする。
【００４２】
封止材４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、低温でのパッケージの気密封止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、パッケージ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。
【００４３】
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、低温でのパッケージの気密封止が困難となる傾向があり、１５質量％を超えると封止材４の耐薬品性が低下し、パッケージ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。
【００４４】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４５】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４６】
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軟化溶融温度が高くなり、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４７】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その量が０．５質量％未満であると封止材４の線熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数と外部リード端子３の線熱膨張係数とが大きく相違して、パッケージ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、低温でのパッケージの気密封止が困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその量が０．５〜２質量％の範囲に特定される。
【００４８】
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、低温でのパッケージの気密封止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、封止材４を介してパッケージ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。
【００４９】
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５質量％未満であると封止材４のガラスの強度が低下し、パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、また、１５質量％を超えると封止４の線熱膨張係数が小さくなって絶縁基体１および蓋体２の線熱膨張係数と外部リード端子３の線熱膨張係数とが大きく相違して、パッケージ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５〜１５質％の範囲に特定される。
【００５０】
かくして、上述の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体１と蓋体２との間に外部リード端子３を挟み封止材４を介して接合させ、さらに、絶縁基体１の搭載部に電子部品５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電子部品５の各電極をボンディングワイヤ６により外部リード端子３に接続させ、しかる後、外部リード端子３の上面に蓋体２を封止材４を介して気密に封止することによって絶縁基体１と蓋体３とから成る容器内部に電子部品５を気密に封止し、これによって最終製品としての電子装置が完成する。
【００５１】
【実施例】
効果の確認のために、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。
【００５２】
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。なお、絶縁基体および蓋体は、線熱膨張係数が１２×１０−６／℃の材料を用いて製作した。
【００５３】
（実験１）
酸化ビスマスを６８〜９２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。
【００５４】
【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。
【００５６】
次に、酸化硼素および酸化ビスマスについて、次の実験を行った。
【００５７】
（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。
【００５８】
【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。
【００６０】
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％、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％、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。
【００６１】
（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った。評価結果を表３に示す。
【００６２】
【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５〜１５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。
【００６４】
（実験４）
次に、セラミックスの組成を変化させて、線熱膨張係数が８．２×１０−６〜１８．４×１０−６／℃となるように絶縁基体と蓋体を作成し、容器の気密信頼性を確認した。なお、外部リード端子は線熱膨張係数が１４×１０−６／℃程度の銅９０％−ニッケル１０％合金を用い、封止材は上述の実験１の▲３▼（線熱膨張係数が１２．５×１０−６／℃）の組成のガラスを用いた。評価結果を表４に示す。
【００６５】
【表４】
結果より、線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃の範囲で良好な気密信頼性が得られることがわかった。
【００６７】
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、上述の例では電子部品として半導体素子を用いた場合について説明したが、電子部品が圧電素子や表面弾性波素子等の他の電子部品であってもよい。また、図１では、蓋体２を下面に凹部２ａを有する構造のものとした場合の例を示したが、蓋体２は平板状のものであってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の電子部品収納用容器によれば、外部リード端子として銅または銅を主成分とする金属を用いるので、これらは従来の４２合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の鉄を主成分とする材料に比較して比透磁率が低く、導電率が高いので、外部リード端子の自己インダクタンスが小さくなり、外部リード端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因するノイズを小さなものとすることができ、電子部品を誤動作させずに正常に作動させることができる。また、外部リード端子に信号を伝播させた際に信号の伝播速度がきわめて速いものとなり、高速駆動を行う半導体素子等の電子部品を内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を伝播させることができる。さらに、外部リード端子を細線化しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子における信号の減衰を小さなものとすることができ、信号を正確に伝播することができる。
【００６９】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスで形成されており、外部リード端子として使用する銅もしくは銅を主成分とする金属の線熱膨張係数との差が小さいので、絶縁基体および蓋体間で外部リード端子を気密に封止するための封止材に作用する熱応力が小さくなり、封止材にクラックが発生することはなく、気密封止の信頼性を向上することができる。
【００７０】
さらに、本発明の電子部品収納用容器によれば、封止材を酸化ビスマス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のウイレマイト系化合物を外添加で５〜１５質量％添加したものとしたことから、封止材の線熱膨張係数が１０×１０−６〜１５×１０−６／℃程度となり、封止材、絶縁基体、蓋体および外部リード端子の線熱膨張係数がそれぞれ近似するので、これら線熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を小さなものとすることができ、電子部品収納用容器の気密封止の信頼性を高めることができる。
【００７１】
また、本発明の電子部品収納用容器によれば、絶縁基体と枠体を接合させる接合材に鉛を含まない低温ガラスを使用したことにより、環境負荷物質に指定されている酸化鉛を主成分とする従来の鉛硼酸系の低温封止ガラスと異なり地球環境保護の観点からも優れた電子部品収納用容器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品収納用容器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・・絶縁基体
２・・・・・・・・蓋体
３・・・・・・・・外部リード端子
４・・・・・・・・封止材
５・・・・・・・・電子部品（半導体素子）
Claims (1)
- 上面に電子部品が搭載される搭載部を有し、かつ該搭載部周辺に前記電子部品の各電極が接続される複数個の外部リード端子が封止材を介して固着されている絶縁基体と、下面外周部に前記封止材と同じ封止材が被着されている蓋体とから成り、これら封止材を加熱溶融させ、前記絶縁基体と前記蓋体とを接合させることによって内部に前記電子部品を気密に収容する電子部品収納用容器であって、前記外部リード端子は銅もしくは銅を主成分とする金属から成り、前記絶縁基体および前記蓋体は４０〜４００℃における線熱膨張係数が８．５×１０−６〜１８×１０−６／℃のセラミックスから成り、前記封止材は酸化ビスマス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５〜１５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。
Priority Applications (1)
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| JP2003046812A JP2004259804A (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 電子部品収納用容器 |
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|---|---|---|---|
| JP2003046812A JP2004259804A (ja) | 2003-02-25 | 2003-02-25 | 電子部品収納用容器 |
Publications (1)
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|---|---|
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006295246A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品とその製造方法 |
| CN109916501A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-06-21 | 北京大学 | 一种声场增强微结构的mems热式声粒子振速传感器及方法 |
-
2003
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| JP4630110B2 (ja) * | 2005-04-05 | 2011-02-09 | パナソニック株式会社 | 電子部品の製造方法 |
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| CN109916501B (zh) * | 2019-01-17 | 2020-05-05 | 北京大学 | 一种声场增强微结构的mems热式声粒子振速传感器及方法 |
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