JP2005150607A - ベース及び半導体装置用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 二枚の銅板の間に金属ろう材を介してモリブデン板を挟み込んだベースの一面側に、パッケージ本体を金属ろう材で固着しても、パッケージ本体とベースとの接合部に形成された金属ろう材から成るメニスカス部に微小穴が形成され難いベースを提供する。
【解決手段】 二枚の銅板４２ａ，４６ｂの間にモリブデン板４４が挟み込まれて形成された、パッケージ本体１０が搭載されるベース４０において、該モリブデン板４４として、その周面の全面を覆うニッケルめっき皮膜がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われていると共に、パッケージ本体１０と実質的に同一の大きさに形成されたモリブデン板４４が用いられ、モリブデン板４４が、パッケージ本体１０が搭載される搭載面側で且つパッケージ本体１０と実質的に同一の大きさに形成された銅板４２ａと他方の銅板４２ｂとの間に、モリブデン板４４及び銅板４２ａ，４２ｂの各端面が露出するように、金属ろう材によって接合されて一体化されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はベース及び半導体装置用パッケージに関し、更に詳細には二枚の銅板の間にモリブデン板が挟み込まれて形成された、半導体装置用のパッケージ本体が搭載されるベース、及び前記ベースを用いた半導体装置用パッケージに関する。

下記特許文献１には、図５（ａ）（ｂ）に示す半導体装置用パッケージが提案されている。この半導体装置用パッケージを構成する、コバール（Fe-Ni-Co合金）等の金属から成る矩形状のパッケージ本体１０には、搭載された半導体素子の端子と電気的に接続されるリード１２，１２・・の端部が固着されたセラミック製の端子１４が、パッケージ本体１０の平坦な側壁の上部に形成された切欠部１６内に装着されている。
かかるパッケージ本体１０は、その上端にはシールリング１８が固着されていると共に、パッケージ本体１０の下端はベース１００の一面側に銀ろう材等の金属ろう材によって固着されている。
この半導体装置用パッケージは、ベース１００を形成する銅板１００ｃに形成されたネジ孔１０２，１０２・・の各々に挿通されネジ２２によって基板２０に螺着される。
この様に、基板２０に固着される図５（ａ）（ｂ）に示す半導体装置用パッケージのベース１００としては、基板２０とパッケージ本体１０との熱膨張率の相異に起因するクラックの発生を防止すべく、モリブデン板１００ａが二枚の銅板１００ｂ，１００ｃの間に挟まれて一体化された複合ベースが用いられている。

かかるベース１００を構成するモリブデン板１００ａ及びパッケージ本体１０と当接する銅板１００ｂは、パッケージ本体１０と略同一の大きさに形成されている。このため、モリブデン板１００ａ及び銅板１００ｂ，１００ｃは、その各端面が露出している。
このベース１００は、その全周に電解めっきで銅めっき皮膜と銀めっき皮膜とを形成したモリブデン板１００ａを、二枚の銅板１００ｂ，１００ｃの間に挟み込み加熱し、銅めっき皮膜と銀めっき皮膜とを溶融して形成される共晶ろう材によって一体化して得ることができる。
特開２００１−１３５７６０号公報（特許請求の範囲、図３、図４）

図５（ａ）（ｂ）に示す半導体装置パッケージでは、モリブデン板１００ａが二枚の銅板１００ｂ，１００ｃの間に挟まれて一体化されたベース１００が用いられているため、基板２０とパッケージ本体１０との熱膨張率の相異に起因して発生するクラックを防止できる。
しかし、モリブデン板１００ａは、その周面に形成された銅めっき皮膜と銀めっき皮膜とを溶融して形成される共晶ろう材に濡れ難い特性を有するため、モリブデン板１００ａと二枚の銅板１００ｂ，１００ｃとの間に間隙が形成されることがある。
このため、従来、モリブデン板１００ａと銅板１００ｂ，１００ｃとの接合は、モリブデン板１００ａの周面の全面に電解めっきによってニッケル皮膜を形成し、溶融した金属ろう材との濡れ性の向上を図っている。
この様に、周面の全面にニッケル皮膜が形成されたモリブデン板１００ａは、図６に示す様に、金属ろう材としての銀ろう材３０，３０を介して二枚の銅板１００ｂ，１００ｃの間に挟み込み、銀ろう材３０，３０を溶融してモリブデン板１００ａと二枚の銅板１００ｂ，１００ｃとを一体化し、ベース１００を製造する。

ところで、周面の全面にニッケル皮膜が形成されたモリブデン板１００ａを用いて図６に示す方法で形成したベース１００の搭載面に、銀ろう材によってパッケージ本体１０を固着すると、パッケージ本体１０とベース１００との接合部（矢印Ａ）には、図７に示す様に、銀ろう材から成るメニスカス部３２ａが形成される。
しかしながら、ベース１００を用いて得た図５に示す半導体装置用パッケージでは、パッケージ本体１０とベース１００との接合部に形成されたメニスカス部３２ａに微小穴が形成され易いことが判明した。メニスカス部３２ａに微小穴が形成された半導体装置用パッケージは、パッケージ本体１０の内部の気密保持性を充分に保証することは極めて困難である。
また、図８に示す様に、セラミック製の端子１４が、パッケージ本体１０の下部に形成された切欠部１６内に挿入されて固着されている半導体装置用パッケージも存在する。
図８に示す半導体装置用パッケージは、図９に示す様に、パッケージ本体１０の下部に形成した切欠部１６内への端子１４の固着とパッケージ本体１０との固着とを、パッケージ本体１０とベース１００との間に配設した銀ろう材３２を溶融して同時に行う。
この様にして得られた半導体装置用パッケージには、パッケージ本体１０とベース１００との接合部（矢印Ａ）及び端子１４とベース１００との接合部（矢印Ｂ）に形成された銀ろう材から成るメニスカス部３２ａに微小穴が形成され易いことも判明した。
そこで、本発明の課題は、二枚の銅板の間に金属ろう材を介してモリブデン板を挟み込んだベースの一面側に、パッケージ本体を金属ろう材で固着しても、パッケージ本体とベースとの接合部に形成された金属ろう材から成るメニスカス部に微小穴が形成され難いベース及び半導体装置用パッケージを提供することにある。

本発明者等は、前記課題を解決すべく、先ず、パッケージ本体１０を搭載する前のベース１００の横断面を電子顕微鏡によって観察したところ、図１０（ａ）に示す如く、銅板１００ｂに付着している銀ろう材３０と、モリブデン板１００ａに形成したニッケルめっき膜３４との間隙が形成されている知見が得られた。
更に、パッケージ本体１０を銀ろう材３０によって接合したベース１００の横断面を、電子顕微鏡によって観察したところ、図１０（ｂ）に示す如く、図１０（ａ）に示す間隙１０２に銀ろう材が進入している知見も得られた。

本発明者等は、かかる知見を基にして種々検討を重ねた結果、モリブデン板として、その周面の全面を覆うニッケルめっき皮膜がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われているモリブデン板を用い、このモリブデン板を二枚の銅板の間に金属ろう材を介して挟み込んだベースによれば、銅板に接合した銀ろう材とモリブデン板に形成したニッケルーリンめっき皮膜及びニッケルめっき膜とが密着していることを知り、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、二枚の銅板の間にモリブデン板が挟み込まれて形成された、半導体装置用のパッケージ本体が搭載されるベースにおいて、該モリブデン板として、前記銅板の各々に対応する対向面の全面を覆うニッケルめっき皮膜がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われていると共に、前記パッケージ本体と実質的に同一の大きさに形成されたモリブデン板が用いられ、前記モリブデン板が、前記パッケージ本体が搭載される搭載面側で且つ前記パッケージ本体と実質的に同一の大きさに形成された銅板と他方の銅板との間に、前記モリブデン板及び二枚の銅板の各端面が露出するように、金属ろう材によって接合されて一体化されていることを特徴とするベースにある。
また、本発明は、二枚の銅板の間に一枚のモリブデン板が挟み込まれて形成されたベースの一面側に、半導体装置用のパッケージ本体が搭載された半導体装置用パッケージにおいて、該ベースとして、前述したベースが用いられ、前記ベースの搭載面側に、前記パッケージ本体が金属ろう材によって接合されて一体化されていることを特徴とする半導体装置用パッケージでもある。

かかる本発明において、モリブデン板として、その周面の全面を覆うニッケルめっき皮膜の全面がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われているモリブデン板を用いることが、ベースに用いるモリブデン板の準備を容易に行うことができる。更に、金属ろう材として、銀ろう材を好適に用いることができる。
かかるモリブデン板を挟み込む二枚の銅板のうち、半導体装置用のパッケージ本体を搭載する銅板と共にモリブデン板を挟み込む他方の銅板を、パッケージ本体を搭載する銅板よりも大きな銅板を用いることにより、パッケージ本体が搭載されたベースを基板等に螺着等の固定手段によって容易に固着できる。
また、このパッケージ本体として、矩形状のパッケージ本体を用い、前記パッケージの平坦な側壁に形成した切欠部内にセラミック製の端子を金属ろう材によって接合する場合には、パッケージ本体をベースに接合する金属ろう材によってセラミック製の端子の接合も同時に行うことができる。

周面の全面にニッケル皮膜が形成されたモリブデン板を、金属ろう材を介して二枚の銅板の間に挟み込んで形成したベースでは、金属ろう材とニッケル皮膜との間に間隙が形成され易い。かかる間隙が形成されたベースでは、モリブデン板及び二枚の銅板の各端面が露出していると共に、モリブデン板及びパッケージ本体が搭載される搭載面側の銅板は、パッケージと実質的に同一の大きさである。
この様に、パッケージ本体の外周面とベースの端面とが実質的に同一面となるように、ベースの搭載面に搭載されたパッケージ本体を金属ろう材によって固着する際に、溶融された金属ろう材（溶融金属ろう材と称することがある）の一部は、図７に示す如く、ベースの端面に沿って流れる。
ここで、モリブデン板と銅板との間に間隙が存在するベースを用いた場合、ベースとパッケージ本体とを金属ろう材を用いて接合する際に、ベースの端面に沿って流れる溶融金属ろう材は、ベースの端面から間隙内に進入する。このため、パッケージ本体とベースとを接合する溶融金属ろう材の量が不足し、パッケージ本体とベースとの接合部で形成されて固化された金属ろう材から成るメニスカス部に微小穴が形成される。

これに対し、本発明に係るベースでは、二枚の銅板の各々に対応する対向面の全面を覆うニッケルめっき皮膜をニッケルーリンめっき皮膜によって覆ったモリブデン板を、二枚の銅板の間に金属ろう材によって接合してベースを形成している。このため、銅板とモリブデン板との間の金属ろう材、ニッケルーリンめっき皮膜及びニッケル皮膜は密着している。
かかる本発明に係るベースの搭載面に、パッケージ本体を搭載して金属ろう材を用いて接合する際に、ベースの端面を流れる溶融金属ろう材は、従来の如く、モリブデン板と銅板との間の間隙に進入することがなく、パッケージ本体とベースとを接合する溶融した金属ろう材を充分に確保できる。このため、パッケージ本体とベースとの接合部には、微小穴のない金属ろう材から成るメニスカス部を形成できる。
この様に、本発明に係る半導体装置用パッケージでは、パッケージ本体とベースとの接合部には、微小穴の存在しない金属ろう材から成るメニスカス部が形成されているため、パッケージ本体の内部を気密に保持でき、最終的に得られる半導体装置の信頼性を向上できる。

本発明に係るベースの一例を図１に示す。図１に示すベース４０は、二枚の銅板４２ａ，４２ｂの間に一枚のモリブデン板４４が挟み込まれて形成されている。かかる二枚の銅板４２ａ，４２ｂのうち、半導体装置用のパッケージ本体１０（以下、単にパッケージ本体１０と称することがある）が搭載される搭載面側の銅板４２ａとモリブデン板４４の大きさは、搭載されるパッケージ本体１０と実質的に同一の大きさである。
一方、銅板４２ｂは、モリブデン板４４及び銅板４２ａよりも大きく、モリブデン板４４及び銅板４２ａの端面から突出する突出部４５には、図５又は図８に示す様に、ベース４０を基板２０に螺着する螺子が挿通される挿通孔等が形成される。
かかる図１に示すベース４０では、モリブデン板４４及び銅板４２ａ，４２ｂの各端面は露出している。
図１に示すベース４０は、図２に示す様に、二枚の銅板４２ａ，４２ｂの間に、金属ろう材としての銀ろう材３０，３０を介してモリブデン板４４を挟み込み、次いで、加熱処理して銀ろう材３０，３０を溶融した後、放冷して溶融した銀ろう材３０，３０を固化することによって形成できる。

二枚の銅板４２ａ，４２ｂの間に、銀ろう材３０，３０を介して挟み込まれるモリブデン板４４は、図２に示す様に、その周面の全面に形成されたニッケルめっき皮膜４６が、ニッケルーリンめっき皮膜４８によって覆われている。
かかるめっき皮膜は、モリブデン板４４の周面の全面に、電解ニッケルめっきによってニッケルめっき皮膜４６を形成する。このニッケルめっき皮膜４６の厚さは、０．１〜５μｍとすることが好ましい。かかる電解ニッケルめっきは、汎用されている電解ニッケルめっき液を用いることができる。
更に、ニッケルめっき皮膜４６の全面に、無電解ニッケルめっきによってニッケルーリンめっき皮膜４８を形成する。このニッケルーリンめっき皮膜４８の厚さは、１〜５μｍとすることが好ましい。かかる無電解ニッケルめっきは、汎用されているリン成分含有の無電解ニッケルめっき液を用いることができる。

この様に、周面の全面に形成されたニッケルめっき皮膜４６が、ニッケルーリンめっき皮膜４８によって覆われているモリブデン板４４を用いて形成した図１に示すベース４０では、その横断面を電子顕微鏡によって観察すると、図３に示す様に、銅板４２ａ、ニッケルーリンめっき皮膜４８、ニッケルめっき皮膜４６及びモリブデン板４４が密着しており、間隙は存在しなかった。
かかるベース４０の搭載面に、パッケージ本体１０の外周面とベース４０を構成する銅板４２ａ及びモリブデン板４４の端面とが実質的に同一面となるように搭載したパッケージ本体１０を、図９に示す様に、銀ろう材３２によって固着する際に、溶融された銀ろう材の一部は、図７に示す如く、ベース４０の端面に沿って流れる。

しかし、ベース４０は、銅板４２ａ、ニッケルーリンめっき皮膜４８、ニッケルめっき皮膜４６及びモリブデン板４４が密着しているため、図５に示すベース１００を用いた場合の如く、モリブデン板１００ａと銅板１００ｂとの間の間隙に溶融された銀ろう材の一部が進入して、パッケージ本体１０とベース１００とを接合する溶融した銀ろう材の量が不足することを防止できる。
このため、溶融した銀ろう材３２を冷却して固化することによって、パッケージ本体１０とベース４０との接合部に形成された銀ろう材から成るメニスカス部３２ａには、微小穴は形成されていなかった。
したがって、ベース４０にパッケージ本体１０を固着して得た半導体装置用パッケージのパッケージ本体１０内に半導体素子等を装着した後、パッケージ本体１０の上端に、蓋体を被着することによって、パッケージ本体１０内を気密に保持でき、最終的に得られた半導体装置の信頼性を向上できる。
尚、図１に示すベース４０は、銅板４２ｂとして、モリブデン板４４及び銅板４２ａよりも大きな銅板を使用しているが、図４に示す様に、モリブデン板４４及び銅板４２ａと実質的に同一の大きさの銅板４２ｂを使用してもよいことは勿論のことである。

以上、説明してきた図２では、モリブデン板４４は、その周面の全面に形成されたニッケルめっき皮膜４６が、ニッケルーリンめっき皮膜４８によって覆われている。
しかし、ベース４０に用いるモリブデン板４４としては、銅板４２ａ，４２ｂの各々に対応する対向面の全面がニッケルめっき皮膜４６及びニッケルーリンめっき皮膜４８で覆われていればよく、モリブデン板４４の側面側がニッケルめっき皮膜４６及びニッケルーリンめっき皮膜４８によって覆われることなく露出していてもよい。
また、図２では、二枚の銅板４２ａ，４２ｂの間に、銀ろう材３０，３０を介してモリブデン板４４を挟み込み、銀ろう材３０，３０を溶融した後に固化することによってベース４０を形成している。
これに対し、モリブデン板４４を覆うニッケルめっき皮膜４６及びニッケルーリンめっき皮膜４８上に、銅めっき層と銀めっき層とを積層形成し、加熱処理して銅めっき層及び銀めっき層を溶融して溶融銀ろうとした後、放冷して固化することによってもベース４０を形成できる。

本発明に係るベースの一例を説明する正面図である。 図１に示すベースに使用されたモリブデン板の膜構造及びベースの製造方法を説明するための断面図である。 図１に示すベースの横断面についての電子顕微鏡写真をトレースしたトレース図である。 本発明に係るベースの他の例を説明する正面図である。 従来の半導体装置用パッケージについて、その一例を説明するための正面図及び上面図である。 図５に示す半導体装置用パッケージのベースの製造方法を説明する説明図である。 ベースの搭載面に搭載されたパッケージ本体を銀ろう材によって接合する状態を説明する部分断面図である。 従来の半導体装置用パッケージついて、その他の例を説明するための正面図である。 図８に示す半導体装置用パッケージの製造方法を説明するための説明図である。 図９に示すベース１００の横断面及び図８に示す半導体装置用パッケージを構成するベースの横断面についての電子顕微鏡写真をトレースしたトレース図である。

符号の説明

１０ パッケージ本体
１４ 端子
１６ 切欠部
２０ 基板
１２ リード
３０，３２ 銀ろう材（金属ろう材）
３２ａ メニスカス部
３４ ニッケルめっき膜
４０ ベース
４２ａ，４２ｂ 銅板
４４ モリブデン板
４６ ニッケルめっき皮膜
４８ ニッケル−リンめっき皮膜

Claims (8)

1. 二枚の銅板の間にモリブデン板が挟み込まれて形成された、半導体装置用のパッケージ本体が搭載されるベースにおいて、
   該モリブデン板として、前記銅板の各々に対応する対向面の全面を覆うニッケルめっき皮膜がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われていると共に、前記パッケージ本体と実質的に同一の大きさに形成されたモリブデン板が用いられ、
   前記モリブデン板が、前記パッケージ本体が搭載される搭載面側で且つ前記パッケージ本体と実質的に同一の大きさに形成された銅板と他方の銅板との間に、前記モリブデン板及び二枚の銅板の各端面が露出するように、金属ろう材によって接合されて一体化されていることを特徴とするベース。
2. モリブデン板として、その周面の全面を覆うニッケルめっき皮膜の全面がニッケルーリンめっき皮膜によって覆われているモリブデン板が用いられる請求項１記載のベース。
3. 金属ろう材が、銀ろう材である請求項１又は請求項２記載のベース。
4. 他方の銅板が、パッケージ本体が搭載される搭載面側の銅板よりも大きい請求項１〜３のいずれか一項記載のベース。
5. 二枚の銅板の間にモリブデン板が挟み込まれて形成されたベースの一面側に、半導体装置用のパッケージ本体が搭載された半導体装置用パッケージにおいて、
   該ベースとして、請求項１記載のベースが用いられ、前記ベースの搭載面側にパッケージ本体が金属ろう材によって接合されて一体化されていることを特徴とする半導体装置用パッケージ。
6. パッケージ本体が、矩形状のパッケージ本体であって、前記パッケージの平坦な側壁に形成された切欠部内にセラミック製の端子が金属ろう材によって接合されている請求項５記載の半導体装置用パッケージ。
7. セラミック製の端子が、ベースの搭載面の近接して設けられている請求項６記載の半導体装置用パッケージ。
8. 金属ろう材が、銀ろう材である請求項５〜７のいずれか一項記載の半導体装置用パッケージ。

Images