JP2005079145A - Package for semiconductor element, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IC,LSI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および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor element housing package and a semiconductor device for housing semiconductor elements such as IC and LSI.
従来より、セラミックグリーンシート(以下、単にグリーンシートともいう)を用いて、金属ペーストの印刷、積層、切断、焼成などの基本工程を経て作製される半導体素子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)Aを図4に示す。同図(a)に示すように、パッケージAは、上面に載置部11aを有するセラミックスから成る基体11と、基体11の上面に載置部11aを囲むように取着され、側部に内外を電気的に導通する線路導体14が形成された入出力部13を有する側壁12と、線路導体14のうち側壁12の外面側に位置する外側線路導体14aに一端がロウ材15により接合されるとともに他端が外部電気回路に接合される、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金等から成るリード端子16とを備えている。
Conventionally, a package for housing a semiconductor element (hereinafter also simply referred to as a package), which is manufactured through basic steps such as printing, laminating, cutting, and firing a metal paste using a ceramic green sheet (hereinafter also simply referred to as a green sheet). A) is shown in FIG. As shown in FIG. 2A, the package A is mounted on a
図4(b)はB−B’線における図4(a)の断面図において入出力部13周辺を拡大したものであり、リード端子を外側線路導体14a上に接合した状態を示す。このようなリード端子16のロウ材15による接合は、一般的にパッケージAをカーボン治具に形成された凹みに載置し、複数のリード端子16をカーボン治具の所定の部位から入出力部13にかけて載置して、還元雰囲気のブレージング炉で800〜900℃で加熱することにより行われる。接合に用いられるロウ材15は、リード端子16と入出力部13との間に発生する熱応力を緩和する作用も有しており、リード端子16と外側線路導体14aとの間にクラックが発生するのを防止している。
FIG. 4B is an enlarged view of the periphery of the input /
このパッケージAは、半導体素子17が載置部11aに載置されるとともにボンディングワイヤで内側線路導体14cに電気的に接続され、側壁12の上面に蓋体(図示せず)を接合して載置部11aが気密に封止され半導体装置と成る。
In this package A, the
しかしながら、従来のパッケージAのリード端子16の接合構造では、リード端子16と外側線路導体14aとの間の隙間の大きさのバラツキに起因してリード端子16の接合強度に寄与するロウ材15のメニスカス15aの大きさが小さくなることがあり、その場合リード端子16の接合強度が小さくなっていた。また、複数のリード端子16のうちあるものは、リード端子16と外側線路導体14aの上面との間の隙間の大きさがリード端子16の傾きによって部分的に小さくなり、その結果、部分的にロウ材15が薄くなっていた。その場合、リード端子16を上方に引張る外力が加わった際に、ロウ材15の応力緩和機能が有効に働かず、その結果、ロウ材15中またはロウ材15と外側線路導体14aとの界面にクラックが発生し、このクラックを発端にしてリード端子16が外側線路導体14aから剥れてしまうといった問題点があった。
However, in the joining structure of the
また、上記のように内側線路導体14c上に半導体素子17を電気的に接続するためのボンディングワイヤをワイヤボンダーで接続する必要があり、このため、内側線路導体14cの表面は凹凸の少ない状態であることが要求され、これを構成する金属粒子の平均粒径を1〜2μm程度として線路導体14は表面の凹凸を極力小さくする工夫がなされていた。
Further, as described above, it is necessary to connect a bonding wire for electrically connecting the
しかしながら、金属粒子の平均粒径が小さくなって表面の凹凸が少なくなることは、ロウ材15のアンカー効果を損なうとともにロウ材15の量が少なくなり、メニスカス15aの大きさが小さくなることと併せてリード端子16の接合強度を大きくすることができず、接合の信頼性をさらに低くする原因となっていた。この不具合に対して内側線路導体14cと外側線路導体14aの表面粗さを異ならせることが検討されたが、それには平均粒径の異なる金属ペーストを互いに重なるように形成しなければならず、その結果線路導体14の厚みが局部的に大きくなり、セラミックグリーンシートを積層するに際して積層不良を誘発してデラミネーション(層間剥離)を招来することがあった。
However, the fact that the average particle size of the metal particles is reduced and the surface irregularities are reduced reduces the anchor effect of the brazing
これらの問題点のうち、ロウ材15のメニスカスの形成不良によるリード端子16の接合強度が小さくなることを解消するために、図5(a)に示すように、外側線路導体14a上に、外側線路導体14aの外形よりも一回り小さな外形のメタライズ層Cを重ねて形成することにより、外側線路導体14aに接合するリード端子16の周囲に大きなメニスカス15aを形成することができて、これによりリード端子16の接合強度を大きくすることができる(例えば、下記の特許文献1参照)。
Among these problems, in order to eliminate the decrease in the bonding strength of the
また他の構成として、図5(b)に示すように、外側線路導体14aを入出力部13の棚部13aから側部13bに延出させることにより延出部14bを形成し、これによりロウ材15が延出部14bまで流れるようにして大きなメニスカス15aを形成し、メニスカス15aへの応力集中を分散させるという方法も提案されている(例えば、下記の特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の特許文献1の方法では、リード端子16の周囲におけるメニスカス15aを大きくすることができても、ロウ材15を厚くすることができず、その結果、リード端子16と外側線路導体14aとの間に熱応力が加わった場合に、ロウ材15の応力緩和機能が有効に働かず、クラックが発生してリード端子16が容易に剥れてしまうことがあった。
However, in the conventional method disclosed in Patent Document 1, even if the
また、特許文献2の方法では、延出部14bと成る金属ペーストを側部13bに形成する必要がある。金属ペーストを外側線路導体14aが形成された入出力部13の棚部13aから側部13bにかけて形成するには、グリーンシートを積層する前に側部13bに金属ペーストを垂れ込ませる方法がある。しかし、この垂れ込みによって金属ペーストがグリーンシートの下面まで達すると、パッケージA内で接地導体を兼ねる載置部11aに電気的に導通することがあり、よって垂れ込みの大きさを制御する必要があるが、この制御は甚だ困難であり、その結果、製造歩留まりが著しく低下して生産性が低くなるという問題点があった。
Moreover, in the method of
また、側部13bに所定の上下方向の長さで延出部14bを形成する方法として、線路導体14を設ける適当な厚さのグリーンシートの下に適当な厚さのグリーンシートを1層追加して側部13bを2層から成る絶縁層で構成し、その1層目にのみ上述したように金属ペーストを垂れ込ませて、延出部14bを形成するという方法がある。しかしながら、この方法では工程数が大きく増えることになり、また、金属ペーストがグリーンシートの下面に回り込んだ場合、積層時にデラミネーション(グリーンシート間の層間剥離)が発生し、その結果、リード端子16が棚部13aを構成する1層目の絶縁層とともに剥れるという問題点を誘発させていた。
In addition, as a method of forming the extended portion 14b with a predetermined vertical length on the side portion 13b, a green sheet having an appropriate thickness is added below the green sheet having an appropriate thickness on which the
そして、金属粒子が小さいことによって表面の凹凸が小さく、その結果アンカー効果が得難いという不具合を解決することは、ワイヤボンディングの条件を考慮すると甚だ困難であった。 In addition, it has been extremely difficult to solve the problem that the surface roughness is small due to the small metal particles, and as a result, it is difficult to obtain the anchor effect, in consideration of the wire bonding conditions.
従って、本発明は上記の問題点に鑑み完成されたもので、その目的は、リード端子を強固にかつ信頼性良くパッケージの入出力部の外側線路導体に接続することにより、長期にわたり正常かつ信頼性良く作動させ得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することである。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to connect the lead terminal firmly and reliably to the outer line conductor of the input / output portion of the package, thereby maintaining normal and reliable over a long period of time. It is an object to provide a package for housing a semiconductor element and a semiconductor device that can be operated with good performance.
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置する載置部を有するセラミックスから成る基体と、該基体の側壁の内外面に互いに対向するように設けられた2つの段差の底面にわたってその中央部に前記側壁を貫通するメタライズ層から成る線路導体が形成されるとともに前記側壁の外面側の前記線路導体にリード端子がロウ付けされる入出力部とを具備しており、前記側壁の外面側の前記段差の底面の前記線路導体上に、上端で前記リード端子を支持する同じ高さのメタライズ法によって形成された突条が前記線路導体の方向に垂直な方向に複数設けられ、かつ前記突条を構成する金属粉末の平均粒径が前記線路導体を構成する金属粒子の平均粒径の1.5乃至3倍であることを特徴とするものである。 The package for housing a semiconductor element of the present invention is provided so that a base made of ceramics having a mounting portion for mounting a semiconductor element on the bottom surface of a recess formed on the upper surface and the inner and outer surfaces of the side wall of the base face each other. A line conductor formed of a metallized layer penetrating the side wall is formed at the center of the bottom surface of the two stepped portions, and an input / output unit in which a lead terminal is brazed to the line conductor on the outer surface side of the side wall. A protrusion formed on the line conductor at the bottom of the step on the outer surface side of the side wall by the metallization method of the same height that supports the lead terminal at the upper end perpendicular to the direction of the line conductor. A plurality of metal powders arranged in a certain direction and having an average particle diameter of 1.5 to 3 times the average particle diameter of the metal particles constituting the line conductor. .
また、本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力電極に電気的に接続された半導体素子と、前記基体の前記側壁の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とするものである。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element storage package of the present invention, a semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the input / output electrode, and the side wall of the base. And a lid joined to the upper surface of the substrate.
本発明の半導体素子収納用パッケージは、側壁の外面側の段差の底面の線路導体上に、上端でリード端子を支持する同じ高さのメタライズ法によって形成された突条が複数設けられ、かつ突条を構成する金属粉末の平均粒径が線路導体を構成する金属粒子の平均粒径の1.5〜3倍であることより、リード端子と線路導体との間の間隔をロウ付け部全体にわたって均一かつ大きくすることができ、さらに突条の表面粗さを大きくできる。 The package for housing a semiconductor element of the present invention is provided with a plurality of protrusions formed by a metallization method of the same height for supporting the lead terminal at the upper end on the line conductor on the bottom surface of the step on the outer surface side of the side wall. Since the average particle diameter of the metal powder constituting the strip is 1.5 to 3 times the average particle diameter of the metal particles constituting the line conductor, the distance between the lead terminal and the line conductor is uniform over the entire brazing portion. The surface roughness of the protrusion can be increased.
その結果、ロウ材を全体にわたって厚くすることができるとともにロウ材のメニスカスを大きくすることができ、さらに良好なアンカー効果も得られることから従来は小さなメニスカスに集中していた応力を分散させてクラックの発生を効果的に抑えることができるとともに、リード端子の接合強度を充分なものとすることができ、接合の信頼性が非常に高いものとできる。 As a result, it is possible to increase the thickness of the brazing material, increase the meniscus of the brazing material, and obtain a better anchoring effect. Can be effectively suppressed, and the bonding strength of the lead terminals can be made sufficient, and the bonding reliability can be made extremely high.
また、本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに入出力電極に電気的に接続された半導体素子と、基体の側壁の上面に接合された蓋体とを具備したことより、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いたことによるリード端子の接合強度および接合の信頼性が高いために、長期に亘って外部装置に強固かつ信頼性良く接続できるものとなる。 The semiconductor device of the present invention is bonded to the semiconductor element storage package of the present invention, the semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the input / output electrodes, and the upper surface of the side wall of the base. Since the lead terminal bonding strength and bonding reliability are high due to the use of the semiconductor element storage package of the present invention, the external device is strong and reliable over a long period of time. It can be connected well.
本発明の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置について以下に詳細に説明する。図1(a),(b)は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す平面図および断面図、図2(a),(b)は図1のパッケージにおける入出力部の部分拡大平面図および部分拡大断面図、図3は突条付近の拡大断面図である。 The semiconductor element storage package and the semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the package of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are partially enlarged planes of input / output portions in the package of FIG. FIG. 3 is a partially enlarged sectional view, and FIG. 3 is an enlarged sectional view in the vicinity of the ridge.
これらの図において、1は半導体素子が載置される載置部1aを有するセラミックスから成る基体、2は基体1の上面に載置部1aを囲繞するように形成され、内外を貫通するように線路導体4が形成された入出力部3を有する側壁、4は線路導体、4aは線路導体4の側壁2の外面側の段差3aに位置する外側線路導体、4bは突条、5はロウ材、5aはメニスカス、6は外側線路導体4aに接合されるとともに外部電気回路装置に電気的に接続されるリード端子である。また、7は半導体素子、8は蓋体、Aはパッケージ、Bは半導体装置である。これら基体1、側壁2、入出力部3、リード端子6とで、半導体素子7を収容するためのパッケージが基本的に構成される。
In these drawings, reference numeral 1 denotes a base made of ceramics having a mounting
本発明のパッケージAは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子7を載置する載置部1aを有するセラミックスから成る基体1と、基体1の側壁2の内外面に互いに対向するように設けられた2つの段差3aの底面にわたってその中央部に側壁2を貫通するメタライズ層から成る線路導体4が形成されるとともに側壁2の外面側の線路導体4(外側線路導体4a)にリード端子6がロウ付けされる入出力部3とを具備している。さらに側壁2の外面側の段差3aの底面の線路導体4(外側線路導体4a)上に、上端でリード端子6を支持する同じ高さのメタライズ法によって形成された突条4bが線路導体4の方向に垂直な方向に複数設けられ、突条4bを構成する金属粉末の平均粒径が線路導体4を構成する金属粒子の平均粒径の1.5乃至3倍とされる。
The package A of the present invention has a base body 1 made of ceramics having a mounting
本発明の基体1および側壁2は、アルミナ質焼結体(アルミナセラミックス)等のセラミックスから成る。基体1がセラミックスから成ることから、基体1は金属に比し非常に軽量となり、パッケージA内部に半導体素子6を載置固定するとともに蓋体8を側壁2の上面に接合して半導体装置Bとなした場合、半導体装置Bの重量を極めて軽量とすることができる。
The substrate 1 and the
この基体1および側壁2は以下のようにして作製される。基体1および側壁2が例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム(Al2O3),酸化珪素(SiO2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム(CaO)等の原料粉末に適当な有機バインダ,溶剤等を添加混合してスラリーとなす。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってグリーンシートと成し、所望の大きさに切断する。次に、その中から選ばれた複数のグリーンシートに、側壁2および入出力部3の段差3aと成る切欠きや貫通孔を適当な打抜き加工で形成し、さらに線路導体4等の導体層を形成するためのタングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布し、次に順次複数枚のセラミックグリーンシートを積層し約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
The base 1 and the
また、作製された基体1および側壁2に形成された線路導体4等のメタライズ層の表面に、耐食性に優れかつロウ材5との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜9μmのNi層および厚さ0.5〜9μmのAu層をメッキ法により順次被着しておくのがよく、導体層の酸化腐食を防止するとともに外側線路導体4aとリード端子6との銀ロウ等のロウ材5による接合をより強固なものとできる。
Further, the surface of the metallized layer such as the
線路導体4は、図1に示すように、側壁2の内外面に互いに対向するように設けられた入出力部3の2つの段差3aの底面にわたってその中央部に側壁を貫通するように設けられる。また、入出力部3は、側壁2の一部の内外面を薄くした上下方向の溝状として形成された段差3aの底面に形成されているが、側壁2の一部が内外面に突出するように形成され、その突出部に形成されてもよい。また、側壁2の上面にはシールリング(図示せず)を取着するためのメタライズ層等から成る接合層(図示せず)が形成される。側壁2は、基体1の上面に載置部1aを囲繞するようにして設けられ、パッケージAの内外を貫通して設けられた線路導体4を有する入出力部3が形成されている。また、入出力部3の外側線路導体4aにリード端子6がロウ材5を介して接合される。
As shown in FIG. 1, the
本発明において、例えば、図2に示すように、側壁2の外面側の段差3aの底面の線路導体4(外側線路導体4a)上に、線路導体4の線路方向に直交する方向に延びるとともに線路導体4の線路幅方向の両側にわたって形成された、上端でリード端子6を支持する同じ高さのメタライズ法によって形成された突条4bが複数設けられている。この突条4bを構成する金属粉末の平均粒径は1.5〜6μm(線路導体4に用いられる金属粒子の平均粒径は通常1〜2μmであり、突条4bとなる金属ペーストに用いられる金属粉末の平均粒径はこの値よりも大きい)であり、突条4bは、この金属粉末を用いて金属ペーストを作製し、次いでスクリーン印刷法により線路導体4となる印刷層上に印刷し、グリーンシートとともに焼成することにより形成される。そして、リード端子6はロウ付けの際に突条4bと外部のカーボン治具(図示せず)とにより水平に支えられてロウ付けされ、外側線路導体4aとリード端子6の周囲との間に大きなメニスカス5aを形成することができ、さらに、リード端子6と外側線路導体4aとの間のロウ材5の厚さを全体にわたって均一とすることができ、加えて突条4bの表面の算術平均粗さを従来よりも金属粉末の平均粒径の比と同等程度に大きくできることが実験により確認されている。それらの結果、ロウ材5による応力緩和効果および突条4bの表面の算術平均粗さが大きいことによるロウ材5のアンカー効果が得られ、クラックの発生のない、かつ接合強度が大きな信頼性の高いリード端子6の接合を実現することができる。
In the present invention, for example, as shown in FIG. 2, on the line conductor 4 (
突条4bの高さは10〜30μmが好ましい。10μm未満の場合、ロウ材5が薄くなり過ぎてメニスカス5aの大きさが小さくなり、リード端子6の接合強度が小さくなるとともにロウ材5の応力緩和効果がほとんどなくなる。30μmを超えると、メニスカス5aを大きくしてロウ材5に加わる引張り応力を分散させることができるが、ロウ材5の熱膨張係数が常温で20×10−6/℃程度と大きいため、半導体素子7が作動する際にロウ材5とアルミナセラミックス(熱膨張係数:7×10−6〜9×10−6/℃)等のセラミックスから成る基体1との間に大きな熱応力が発生し、その結果、基体1にマイクロクラックが発生し易くなる。
As for the height of the
突条4bの線路導体4の線路方向の幅は75〜200μmが好ましい。75μm未満であれば、外側線路導体4a上に突条4bと成る金属ペーストを印刷する際に厚みの制御が困難であり、ロウ材5の厚さにバラツキを発生させてしまうのでロウ材5のクラック発生の原因となる。また、200μmを超えると、突条4bが占める体積が大きくなりすぎてロウ材5の体積が減少し、温度サイクルなどの環境試験においてロウ材5が緩衝材としての作用を十分に発揮せず、よってマイクロクラックを誘発させてロウ材5全体の接合強度が小さくなってしまう。
The width in the line direction of the
本発明の突条4bは、図3に示すように線路導体4等の導体層を形成するためのタングステン(W)等の金属粉末を主成分とする金属ペーストに対して平均粒径が大きい金属粉末を用いた金属ペーストを、線路導体4と成る乾燥させた印刷層上にさらに印刷塗布することによって形成される。このとき、金属粉末の粒径を線路導体4を構成する金属粒子の粒径の1.5〜3倍とすることにより線路導体4のみでは得られない大きなアンカー効果を実現することができる。すなわち、線路導体4を形成する金属粒子の平均粒径が1μmであれば、突条4bを形成する金属粉末の平均粒径は1.5〜3μmが良く、また線路導体4を形成する金属粒子の平均粒径が2μmであれば、突条4bを形成する金属粉末の平均粒径は3〜6μmが良い。
As shown in FIG. 3, the
または、突条4bと成る所定の形状に加工された金属棒,金属片などの表面をエッチングなどにより粗化しておき、これを線路導体4上にあらかじめロウ付けしておいても本発明の目的が達せられる。
Alternatively, it is possible to roughen the surface of a metal rod, metal piece or the like processed into a predetermined shape to be the
金属粒子と金属粉末の平均粒径の比が1.5未満であれば、平均粒径に差をつける効果がほとんどなくなり大きなアンカー効果が得られなくなって、リード端子6のロウ付けによる接合強度に向上が見られなくなる。またこの比が3を超えると突条4bと線路導体4との境界に明確な境界線が生じてしまい、そのために突条4bと外側線路導体4aとの接合強度が小さくなり剥れやすくなってしまう。従って、突条4bを形成する金属粉末の平均粒径は線路導体4を形成する金属粒子の平均粒径の1.5〜3倍がよい。
If the ratio of the average particle diameter of the metal particles to the metal powder is less than 1.5, the effect of differentiating the average particle diameter is almost eliminated and a large anchor effect cannot be obtained, and the joint strength by brazing the lead terminals 6 is improved. I can't see it. Further, if this ratio exceeds 3, a clear boundary line is formed at the boundary between the
また、リード端子6を接合するに際して、リード端子6の長さ方向の中心線と線路導体4の長さ方向の中心線とが多少ずれていても、リード端子6の接合部の全周にわたって形成された大きなメニスカス5aの表面張力によるいわゆるセルフアライメント効果により、リード端子6を所望の位置に移動させて接合することができる。その結果、リード端子6と線路導体4との接合部において接合強度のばらつきが非常に小さくなり、接合強度、および接合の信頼性をより向上させることができる。
Further, when the lead terminal 6 is joined, the lead terminal 6 is formed over the entire circumference of the joint portion of the lead terminal 6 even if the center line in the length direction of the lead terminal 6 is slightly shifted from the center line in the length direction of the
かくして、本発明のパッケージAは、図1に示すように、半導体素子7が載置部1aに錫(Sn)−鉛(Pb)半田などの低融点ロウ材で載置固定されるとともに、線路導体4の側壁2の内面側部分と半導体素子7の電極とがボンディングワイヤで電気的に接続され、側壁2の上面にシールリングおよび蓋体8がシーム溶接法などにより接合されて載置部1aが気密に封止されることによって、製品としての半導体装置Bと成る。この半導体装置Bは、例えば外部電気回路から供給される電気信号によって半導体素子7が駆動され、大容量の情報を高速に処理する情報処理装置等に用いられる。
Thus, in the package A of the present invention, as shown in FIG. 1, the
なお、蓋体8は鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金やFe−Ni合金等から成り、側壁2の上面に対応する形状に形成される。Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金は、セラミック基体1の熱膨張係数に近似する熱膨張係数(5.5〜7×10−7/℃)を有することからセラミック基体1にクラックを発生させ難く、さらに適当な電気抵抗を有しているためにシーム溶接に際して必要な溶接温度に加熱しやすいという利点を有している。
The lid 8 is made of an iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy, an Fe—Ni alloy, or the like, and is formed in a shape corresponding to the upper surface of the
本発明の半導体装置Bは、本発明の半導体素子収納用パッケージAを具備したことによって、リード端子の接合強度および接合の信頼性が高いために、長期に亘って外部装置に強固かつ信頼性良く接続できるものとなり、外部装置の信頼性を高めることができる。 Since the semiconductor device B of the present invention is provided with the semiconductor element storage package A of the present invention, the bonding strength of the lead terminals and the bonding reliability are high. It becomes possible to connect, and the reliability of the external device can be improved.
本発明の半導体素子収納用パッケージの実施例について以下に説明する。 Examples of the package for housing semiconductor elements of the present invention will be described below.
図2の本発明の入出力部3を有するパッケージおよび従来の入出力部13(図5)を有するパッケージについて、リード端子6の引張り強度を以下のようにして測定した。
For the package having the input /
まず、図2の入出力部3を有するアルミナセラミックスから成る基体1において、幅1.5mm、長さ1mmの平均粒径が1μm,1.5μm,2μmのWの金属粒子を主成分とするメタライズ層から成る外側線路導体4aの上面に、線路導体4となる金属粒子の平均粒径が1μmでは金属粉末の平均粒径を1.25,1.5,2,2.5,3,3.25(μm)とし、線路導体4となる金属粒子の平均粒径が1.5μmでは金属粉末の平均粒径を2,2.25,3,3.75,4.5,4.75(μm)とし、線路導体4となる金属粒子の平均粒径が2μmでは2.75,3,4,5,6,6.25(μm)としたWの金属粉末から成る突条4bとなる金属ペーストを準備し、線路導体の線路方向の幅をそれぞれ75μmとして、300μm間隔で3本形成した各粒径の金属ペーストで形成した突条4bを有するサンプルをそれぞれ10個ずつ用意した。
First, in the substrate 1 made of alumina ceramics having the input /
次に、幅0.5mm、厚さ0.2mmのFe−Ni−Co合金から成るリード端子6を、外側線路導体4a上にAgロウ(BAg8:JIS Z 3261)を介して850℃の還元雰囲気下で接合した。
Next, a lead terminal 6 made of an Fe—Ni—Co alloy having a width of 0.5 mm and a thickness of 0.2 mm is placed on the
また、比較例として、幅1.5mm、長さ1mmの外側線路導体14aを有する入出力部13を形成し、外側線路導体14a上に幅0.5mm、厚さ0.2mmのFe−Ni−Co合金から成るリード端子6を同じAgロウで接合したものを10個用意した。
As a comparative example, an input /
さらに、突条4bを形成する金属粉末の平均粒径を線路導体4の金属粉末の平均粒径より大きくした効果を比較するために、線路導体4に用いた3種類(1μm,1.5μm,2μm)の平均粒径と同じ平均粒径の金属ペーストで線路導体の線路方向に垂直な方向の幅が100μm幅の突条を300μm間隔で3本形成したサンプルをそれぞれの線路導体4の金属粉末の平均粒径について各10個ずつ計30個形成し、上記と同様にしてリード端子6を接合した。
Further, in order to compare the effect of making the average particle size of the metal powder forming the
これらのサンプルについて、温度サイクル試験(−55〜+125℃の温度幅で1サイクルが1時間)を10サイクル行なった後、リード端子6を接合部の際から上方に垂直に折り曲げて上方に引っ張ることにより接合強度を求める方法(ピール法)により接合強度を測定した。その結果を表1に示す。表1において、接合強度の値は10個の平均値である。
表1より、本発明のパッケージAでは、リードピン6の接合強度が突条4bが無い場合に比して46%を超える強度向上が見られ、また突条4bを構成する金属粉末の平均粒径が線路導体4を構成する金属粒子の平均粒径よりも大きいことによるリード端子6の接合強度が24%以上向上することが明らかになった。また、マイクロクラックの発生が皆無となることが明らかになった。
As shown in Table 1, in the package A of the present invention, the strength of the lead pin 6 is improved by more than 46% compared to the case where the
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、半導体素子7が半導体レーザ(LD),フォトダイオード(PD)等の光半導体素子である場合においても本発明の効果は同様であり、その場合は側壁2に光ファイバ取着用の貫通孔が設けられた構成とすればよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, when the
1:基体
1a:戴置部
2:側壁
3:入出力部
4:線路導体
4a:外側線路導体
4b:突条
5:ロウ材
5a:メニスカス
6:リード端子
7:半導体素子
8:蓋体
A:半導体素子収納用パッケージ
B:半導体装置
1:
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