JP2010067678A - Junction structure and package for storing semiconductor element - Google Patents

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Hiroaki Mori
紘彰 毛利
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Niterra Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the occurrence of cracks in a ceramic mold and to obtain sufficient joint strength in disposing the ceramic mold (or a metal mold) in a recess of a metal mold (or a ceramic mold) to join the molds with each other with a brazing filler metal. <P>SOLUTION: A junction structure includes: a first mold 104 with the recess 103 defined by a bottom face 103a and side faces 103b and a metal part formed on a bottom surface of the recess 103; a second mold 105 disposed inside the recess 103 and adjacent to the side face 103b of the recess with a metal part formed on the side of the first mold 104; and the brazing filler metal 107 disposed between the metal parts of the first mold 104 and the second mold 105. In the junction structure, the second mold 105 has a chamfered part 110 on the side of the recess side face 103b of the first mold 104 and the surface of the chamfered part 110 has a metal part. A package for storing a semiconductor element has the junction structure. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子収納用パッケージにおいてセラミック部材と金属部材とをろう材で接合する際等に使用される接合構造体、及びそのような接合構造体を用いた半導体素子収納用パッケージに関する。   The present invention relates to a joining structure used when a ceramic member and a metal member are joined with a brazing material in a semiconductor element housing package, and a semiconductor element housing package using such a joint structure.

半導体素子収納用パッケージ等において、セラミック部材と金属部材とをろう材を用いて接合することが行われている(例えば、特許文献1、2参照。)。   In a semiconductor element housing package or the like, a ceramic member and a metal member are joined using a brazing material (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

図3は、そのような接合技術を用いた接合構造体の一例を示したもので、金属からなるベース1上に、上面に凹部3を備えたセラミックからなる成形体4が固定され、さらにその凹部3内に金属からなる成形体5が配置され、ろう材7により接合されている。図3において、符号8は、凹部3の底表面にろう付けのために設けられた金属層を示している。   FIG. 3 shows an example of a bonded structure using such a bonding technique. On a base 1 made of metal, a molded body 4 made of ceramic having a recess 3 on the upper surface is fixed, and further, A molded body 5 made of metal is disposed in the recess 3 and joined by a brazing material 7. In FIG. 3, reference numeral 8 indicates a metal layer provided for brazing on the bottom surface of the recess 3.

このような接合構造体においては、ろう付け部の接続信頼性を高めるため、一般に、金属成形体5の基部外面からセラミック成形体4の凹部3底表面にかけてろう材7のフィレット12を形成している。しかしながら、このようなろう材7のフィレット12の形成は、金属成形体5の基端部分の応力集中を緩和するうえでは有効であるものの、場合によりセラミック成形体4にクラック9が発生することがあった。特に、金属成形体5とセラミック成形体4の凹部3側面までの距離(d)が短い(例えば、1mm程度以下)と、クラック9が入りやすい傾向が見られた。これは、次のような理由によると考えられる。   In such a joined structure, in order to increase the connection reliability of the brazed portion, generally, a fillet 12 of the brazing material 7 is formed from the base outer surface of the metal molded body 5 to the bottom surface of the concave portion 3 of the ceramic molded body 4. Yes. However, although the formation of the fillet 12 of the brazing material 7 is effective in relieving stress concentration at the base end portion of the metal molded body 5, cracks 9 may occur in the ceramic molded body 4 in some cases. there were. In particular, when the distance (d) between the metal molded body 5 and the side surface of the concave portion 3 of the ceramic molded body 4 was short (for example, about 1 mm or less), there was a tendency for cracks 9 to easily occur. This is considered to be due to the following reasons.

すなわち、金属成形体5とセラミック成形体4の凹部3側面までの距離(d)が短いと、ろう材過多の状態となり、フィレット12の先端がセラミック成形体4の凹部3側面に達し、該部に大きな応力の集中が生じる。その結果、応力の集中した凹部3側面基部を起点にセラミック成形体4にクラック9が発生しやすくなる。   That is, when the distance (d) between the metal molded body 5 and the recess 3 side surface of the ceramic molded body 4 is short, the brazing material is excessive, and the tip of the fillet 12 reaches the recess 3 side surface of the ceramic molded body 4. A large stress concentration occurs. As a result, cracks 9 are likely to occur in the ceramic molded body 4 starting from the side surface of the concave portion 3 where stress is concentrated.

この対策として、ろう材の使用量を減らすことが考えられるが、ろう材の使用量を減らすと、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。このため、金属成形体5の凹部3側面までの距離(d)が短い場合であっても、セラミック成形体4にクラック9が生ずることがなく、しかも、十分な接合強度が得られる接合技術が求められている。   As a countermeasure against this, it is conceivable to reduce the amount of brazing material used. However, if the amount of brazing material used is reduced, there is a possibility that sufficient bonding strength cannot be obtained. For this reason, even if the distance (d) to the side surface of the concave portion 3 of the metal molded body 5 is short, there is no bonding technology in which cracks 9 do not occur in the ceramic molded body 4 and sufficient bonding strength is obtained. It has been demanded.

なお、上記のようなクラック9の発生は、例えば図4に示すように、上面に凹部13を備えた金属からなる成形体14の凹部13内にセラミックからなる成形体15が載置され、ろう材7により接合されている接合構造体等においても見られた。そして、この場合も、図3に示す接合構造体と同様、セラミック成形体15と金属成形体14の凹部13側面までの距離(d)が短い(例えば、1mm程度以下)と、クラック9が入りやすい傾向が見られた。図4において、符号8は、セラミック成形体15の底面にろう付けのために設けられた金属層を示している。
特開昭63−14454号公報 特開平6−334057号公報
For example, as shown in FIG. 4, the above-described crack 9 is generated by placing a ceramic molded body 15 in a recess 13 of a metal molded body 14 having a recess 13 on the upper surface. It was also observed in the joined structure joined by the material 7. In this case as well, as in the joined structure shown in FIG. 3, when the distance (d) between the ceramic molded body 15 and the side surface of the concave portion 13 of the metal molded body 14 is short (for example, about 1 mm or less), cracks 9 enter. An easy tendency was seen. In FIG. 4, reference numeral 8 indicates a metal layer provided for brazing on the bottom surface of the ceramic molded body 15.
JP-A-63-14454 JP-A-6-334057

本発明は、上記従来技術の課題に対処してなされたものであり、金属成形体またはセラミック成形体の凹部内にセラミック成形体または金属成形体を配置し、ろう材で接合する際の、セラミック成形体におけるクラックの発生を防止することができ、かつ金属成形体とセラミック成形体とを十分な接合強度をもって接合することができる接合構造体、及びそのような接合構造体を備えた高信頼性の半導体素子収納用パッケージを提供することを目的とする。   The present invention has been made in response to the above-described problems of the prior art, in which a ceramic molded body or a metal molded body is disposed in a recess of a metal molded body or a ceramic molded body, and the ceramic is joined with a brazing material. Bonding structure capable of preventing occurrence of cracks in a molded body and capable of bonding a metal molded body and a ceramic molded body with sufficient bonding strength, and high reliability provided with such a bonded structure An object of the present invention is to provide a package for housing a semiconductor element.

(1)請求項1の発明(接合構造体)は、底面および側面で構成される凹部を備え、該凹部の底表面に金属部を備える第1成形体と、前記凹部内に、該凹部の側面に近接して配置され、前記第1成形体側の表面に金属部を備える第2成形体と、前記第1成形体の金属部と前記第2成形体の金属部との間に配置されるろう材と、を具備する接合構造体であって、前記第2成形体は、前記第1成形体の前記凹部の側面側に面取部を備え、該面取部の表面も金属部を備えることを特徴とする。   (1) The invention (joined structure) of claim 1 includes a first molded body that includes a concave portion formed of a bottom surface and a side surface, and a metal portion on the bottom surface of the concave portion, It arrange | positions adjacent to a side surface, and is arrange | positioned between the 2nd molded object which equips the surface by the side of the said 1st molded object with a metal part, and the metal part of the said 1st molded object, and the metal part of the said 2nd molded object. And a brazing material, wherein the second molded body includes a chamfered portion on a side surface of the concave portion of the first molded body, and the surface of the chamfered portion also includes a metal portion. It is characterized by that.

本発明では、第2成形体が第1成形体の凹部の側面側に面取部を備え、該面取部の表面も金属部を備えるので、第1成形体の凹部側面と第2成形体の面取部との間のろう材が固化し収縮する際に第1成形体または第2成形体に加わる応力を低減でき、かかる応力に起因するクラック等の欠陥が第1成形体または第2成形体に発生するのを防止することができる。また、第1成形体の金属部と第2成形体の金属部との間のろう材が過少となることはないため、十分な接合強度が得られる。   In the present invention, the second molded body includes a chamfered portion on the side surface of the concave portion of the first molded body, and the surface of the chamfered portion also includes a metal portion. The stress applied to the first molded body or the second molded body when the brazing material between the chamfered portion solidifies and contracts can be reduced, and defects such as cracks due to the stress are caused by the first molded body or the second molded body. Occurrence of the molded body can be prevented. In addition, since the brazing material between the metal portion of the first molded body and the metal portion of the second molded body is not excessive, sufficient bonding strength can be obtained.

(2)請求項2の発明は、請求項1記載の接合構造体において、前記第1成形体が、前記凹部の底表面に金属層を備えるセラミック成形体からなり、前記第2成形体が、金属成形体からなり、前記第1成形体の金属層と前記第2成形体との間に前記ろう材が配置されることを特徴とする。   (2) The invention according to claim 2 is the joined structure according to claim 1, wherein the first molded body is formed of a ceramic molded body including a metal layer on a bottom surface of the recess, and the second molded body is It consists of a metal molded body, and the brazing material is arranged between the metal layer of the first molded body and the second molded body.

本発明では、第1成形体が、凹部の底表面に金属層を備えるセラミック成形体からなり、第2成形体が、金属成形体から構成されている。このような接合構造体においては、ろう材が固化し収縮する際の応力で第1成形体を構成するセラミック成形体にクラックが発生する恐れがあるが、本発明では、第1成形体の凹部側面に加わる前記応力を低減することができるため、そのような応力に起因するクラックの発生を防止することができる。   In this invention, the 1st molded object consists of a ceramic molded body provided with a metal layer in the bottom surface of a recessed part, and the 2nd molded object is comprised from the metal molded object. In such a bonded structure, cracks may occur in the ceramic molded body constituting the first molded body due to stress when the brazing material solidifies and shrinks. Since the stress applied to the side surface can be reduced, the generation of cracks due to such stress can be prevented.

(3)請求項3の発明は、請求項1記載の接合構造体において、前記第1成形体が、金属成形体からなり、前記第2成形体が、前記第1成形体側の表面に金属層を備えるセラミック成形体からなり、前記第1成形体と前記第2成形体の金属層との間に前記ろう材が配置されることを特徴とする。   (3) The invention according to claim 3 is the joined structure according to claim 1, wherein the first molded body is made of a metal molded body, and the second molded body is a metal layer on the surface on the first molded body side. The brazing material is disposed between the metal layer of the first molded body and the second molded body.

本発明では、第1成形体が、金属成形体からなり、第2成形体が、第1成形体側の表面に金属層を備えるセラミック成形体から構成されている。このような接合構造体においては、ろう材が固化し収縮する際の応力で第2成形体を構成するセラミック成形体にクラックが発生する恐れがあるが、本発明では、第2成形体に加わる前記応力を低減することができるため、そのような応力に起因するクラックの発生を防止することができる。   In the present invention, the first molded body is made of a metal molded body, and the second molded body is made of a ceramic molded body having a metal layer on the surface on the first molded body side. In such a bonded structure, cracks may occur in the ceramic molded body constituting the second molded body due to the stress when the brazing material solidifies and shrinks, but in the present invention, it is added to the second molded body. Since the stress can be reduced, the occurrence of cracks due to such stress can be prevented.

(4)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の接合構造体において、前記第1成形体の凹部側面と、前記第2成形体の面取部との間のろう材は、その断面が、底辺(a)に対する高さ(b)の比(b/a)が1以下の三角形をなすことを特徴とする。   (4) A fourth aspect of the present invention is the bonded structure according to any one of the first to third aspects, wherein the gap is formed between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body. The brazing material is characterized in that its cross section forms a triangle having a ratio (b / a) of height (b) to base (a) of 1 or less.

本発明では、第1成形体の凹部側面と、第2成形体の面取部との間のろう材の断面が、底辺(a)に対する高さ(b)の比(b/a)が1以下の三角形をなすので、ろう材が固化し収縮する際の応力をより低減することができ、かかる応力に起因するクラック等の欠陥も発生をより確実に防止することができる。   In the present invention, the cross-section of the brazing material between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body has a ratio (b / a) of the height (b) to the base (a) of 1. Since the following triangle is formed, the stress when the brazing material is solidified and contracted can be further reduced, and the occurrence of defects such as cracks due to the stress can be more reliably prevented.

ここで、上記「断面」とは、第1成形体の凹部側面と第2成形体の面取部との間のろう材を、第1成形体の凹部の底面及び側面に垂直な面で切断したときの断面をいう。   Here, the above-mentioned “cross section” means that the brazing material between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body is cut by a plane perpendicular to the bottom surface and the side surface of the concave portion of the first molded body. The cross section when it is done.

(5)請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項記載の接合構造体において、前記第1成形体の凹部側面と、前記第2成形体の面取部との間のろう材の表面は、平面または内側に凹んだ傾斜面からなることを特徴とする。   (5) A fifth aspect of the present invention is the bonded structure according to any one of the first to fourth aspects, wherein the gap is formed between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body. The surface of the brazing material is a flat surface or an inclined surface recessed inward.

本発明では、第1成形体の凹部側面と、第2成形体の面取部との間隙部のろう材の表面が、平面または内側に凹んだ傾斜面であるので、ろう材が固化し収縮する際の応力をより低減することができ、かかる応力に起因するクラック等の欠陥も発生をより確実に防止することができる。   In the present invention, since the surface of the brazing material in the gap between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body is a flat surface or an inclined surface recessed inward, the brazing material solidifies and shrinks. It is possible to further reduce the stress during the process, and to more reliably prevent the occurrence of defects such as cracks due to the stress.

(6)請求項6の発明(半導体素子収納用パッケージ)は、請求項1乃至5のいずれか1項記載の接合構造体を有することを特徴とする。   (6) The invention of claim 6 (semiconductor element housing package) is characterized by having the joint structure according to any one of claims 1 to 5.

本発明では、クラック等の欠陥がなく、かつ十分な接合強度を有する接合構造体を備えることができるので、高い信頼性を得ることができる。   In the present invention, since there can be provided a bonded structure having no defects such as cracks and sufficient bonding strength, high reliability can be obtained.

本発明によれば、金属成形体またはセラミック成形体の凹部内にセラミック成形体または金属成形体を配置し、ろう材で接合する際の、セラミック成形体におけるクラックの発生を防止することができ、かつ金属成形体とセラミック成形体とを十分な接合強度をもって接合することができる接合構造体、及びそのような接合構造体を備えた高信頼性の半導体素子収納用パッケージを提供できる。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the ceramic molded body when the ceramic molded body or the metal molded body is disposed in the recess of the metal molded body or the ceramic molded body and joined with the brazing material, In addition, it is possible to provide a bonded structure capable of bonding a metal molded body and a ceramic molded body with sufficient bonding strength, and a highly reliable package for housing a semiconductor element provided with such a bonded structure.

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、それらの図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明はそれらの図面により何ら限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なることに留意すべきである。さらに、以下の説明において、同一もしくは略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments according to the present invention will be described below. Although the description will be made based on the drawings, the drawings are provided for illustration only, and the present invention is not limited to the drawings. It should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Furthermore, in the following description, components having the same or substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a bonding structure in a package for housing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

図1において、101は、銅−タングステン(CuW)合金からなるベースを示している。この金属ベース101上には、上面に、底面103aおよび側面103bからなる凹部103を備えたセラミックからなる第1成形体104が固定され、さらに、このセラミックからなる第1成形体104の凹部103内には、金属からなる第2成形体105が配置され、銀ろう等のろう材107によって接合されている。   In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a base made of a copper-tungsten (CuW) alloy. On the metal base 101, a first molded body 104 made of ceramic having a concave portion 103 formed of a bottom surface 103a and a side surface 103b is fixed on the upper surface, and further, in the concave portion 103 of the first molded body 104 made of ceramic. The second molded body 105 made of metal is disposed and joined by a brazing material 107 such as silver brazing.

第1成形体104は、例えばアルミナ(Al)等からなるセラミックグリーンシートを複数枚積層し焼成して形成される。第1成形体104の材料としては、アルミナの他、ムライト、窒化アルミ(AlN)、窒化ケイ素(Si)、ベリリヤ等が挙げられる。第1成形体104の凹部103の底表面には、タングステン(W)等のメタライズからならなる金属層108が設けられている。金属層108の表面には、必要に応じて、ろう材107との濡れ性に優れる金属、例えば厚さ1.0〜2.5μm程度のニッケル(Ni)層がめっき法により形成される。ニッケル(Ni)層上にさらに厚さ2〜3μm程度の金(Au)層をめっき法により形成してもよい。なお、タングステン(W)等のメタライズからならなる金属層108や、ニッケル(Ni)層、金(Au)層は、凹部103の底表面全体に設けられていてもよく、あるいはろう材107が配置される部分のみに選択的に設けられていてもよい。 The first molded body 104 is formed by stacking and firing a plurality of ceramic green sheets made of alumina (Al 2 O 3 ), for example. Examples of the material of the first molded body 104 include alumina, mullite, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and beryllia. A metal layer 108 made of metallization such as tungsten (W) is provided on the bottom surface of the recess 103 of the first molded body 104. On the surface of the metal layer 108, a metal having excellent wettability with the brazing material 107, for example, a nickel (Ni) layer having a thickness of about 1.0 to 2.5 μm is formed by plating as necessary. A gold (Au) layer having a thickness of about 2 to 3 μm may be further formed on the nickel (Ni) layer by a plating method. The metal layer 108 made of metallization such as tungsten (W), nickel (Ni) layer, gold (Au) layer may be provided on the entire bottom surface of the recess 103, or the brazing material 107 is disposed. It may be selectively provided only in the portion to be provided.

第2成形体105は、コバール(Kovar)と称する鉄−ニッケル−コバルト(FeNiCo)合金からなる。なお、第2成形体105は、金属ベース101と同様、銅−タングステン(CuW)合金で形成されていてもよく、また、その他の金属で形成されていてもよい。一方、金属ベース101も、コバール(Kovar)や、その他の金属で形成されていてもよい。その他の金属としては、銅−モリブデン(CuMo)合金、鉄−ニッケル(FeNi)合金等が挙げられる。   The second compact 105 is made of an iron-nickel-cobalt (FeNiCo) alloy called Kovar. In addition, the 2nd molded object 105 may be formed with the copper-tungsten (CuW) alloy similarly to the metal base 101, and may be formed with the other metal. On the other hand, the metal base 101 may also be formed of Kovar or other metals. Examples of other metals include a copper-molybdenum (CuMo) alloy and an iron-nickel (FeNi) alloy.

第2成形体105の底表面には、必要に応じて、ろう材107との濡れ性に優れる金属、例えば厚さ1.0〜2.5μm程度のニッケル(Ni)層がめっき法により形成される。ニッケル(Ni)層上にさらに厚さ2〜3μm程度の金(Au)層をめっき法により形成してもよい。   A metal having excellent wettability with the brazing material 107, for example, a nickel (Ni) layer having a thickness of about 1.0 to 2.5 μm is formed on the bottom surface of the second molded body 105 by a plating method as necessary. The A gold (Au) layer having a thickness of about 2 to 3 μm may be further formed on the nickel (Ni) layer by a plating method.

第2成形体105は、第1成形体104の凹部側面103bに近接して配置されている。ここで「近接して配置される」とは、第2成形体105と第1成形体104の凹部側面103bまでの距離(d)が1mm以下となるように配置されることを意味する。本実施形態では、第2成形体105は、距離(d)が100μmとなる位置に配置されている。   The second molded body 105 is disposed in the vicinity of the concave side surface 103 b of the first molded body 104. Here, “arranged closely” means that the distance (d) between the second molded body 105 and the concave side surface 103b of the first molded body 104 is 1 mm or less. In the present embodiment, the second molded body 105 is disposed at a position where the distance (d) is 100 μm.

そして、第2成形体105の第1成形体104の凹部側面103b側には、C面取寸法(縦、横の長さ)が例えば0.1〜0.3mmの範囲のC面取部110が形成されている。   Then, on the side of the concave side surface 103b of the first molded body 104 of the second molded body 105, a C chamfered portion 110 having a C chamfer dimension (vertical and horizontal length) in the range of, for example, 0.1 to 0.3 mm. Is formed.

ろう材107は、このようなC面取部110が形成された第2成形体105と、第1成形体104の凹部103の底表面に形成された金属層108の間に配置される。第2成形体105にC面取部110を形成したことにより、C面取部110と第1成形体104の凹部103の底面103aの間に、次のようなメニスカス112が形成される。すなわち、第1成形体104の凹部側面103bと、第2成形体105のC面取部110との間のろう材107は、その断面が、底辺(a)に対する高さ(b)の比(b/a)が1以下の略三角形をなしている。また、第1成形体104の凹部側面103bと、第2成形体105のC面取部110との間のろう材107の表面は、平面または内側に凹んだ傾斜面で形成されている。なお、前記比(b/a)は、0.8以下であることが好ましく、0.5以下であることがより好ましく、0.2以下であることがよりいっそう好ましい。   The brazing material 107 is disposed between the second molded body 105 in which the C chamfered portion 110 is formed and the metal layer 108 formed on the bottom surface of the concave portion 103 of the first molded body 104. By forming the C chamfered portion 110 on the second molded body 105, the following meniscus 112 is formed between the C chamfered portion 110 and the bottom surface 103 a of the concave portion 103 of the first molded body 104. That is, the brazing material 107 between the concave side surface 103b of the first molded body 104 and the C chamfered portion 110 of the second molded body 105 has a cross-sectional ratio of the height (b) to the base (a) ( b / a) is an approximate triangle of 1 or less. Further, the surface of the brazing material 107 between the concave side surface 103b of the first molded body 104 and the C chamfered portion 110 of the second molded body 105 is formed as a flat surface or an inclined surface recessed inward. The ratio (b / a) is preferably 0.8 or less, more preferably 0.5 or less, and even more preferably 0.2 or less.

このように構成される接合構造体においては、第2成形体105が、第1成形体104の凹部側面103bに近接して配置されているにも拘らず、第1成形体104の凹部側面103bに従来のようなろう材107の固化収縮に伴う大きな応力が加わることがなく、かかる応力に起因するクラックの発生を防止することができる。しかも、第2成形体105と第1成形体104の金属層108の間には、十分な量のろう材107を配置することができるため、十分な強度を持って第1成形体104と第2成形体105とを接合することができる。したがって、このような接合構造体を備えた本実施形態の半導体素子収納用パッケージは、高い信頼性を有することができる。   In the bonded structure configured as described above, the second molded body 105 is disposed close to the concave side surface 103b of the first molded body 104, but the concave side surface 103b of the first molded body 104 is disposed. In addition, a large stress due to solidification shrinkage of the brazing material 107 as in the prior art is not applied, and the occurrence of cracks due to the stress can be prevented. In addition, since a sufficient amount of brazing material 107 can be disposed between the second molded body 105 and the metal layer 108 of the first molded body 104, the first molded body 104 and the first molded body 104 have sufficient strength. 2 The molded body 105 can be joined. Therefore, the package for housing a semiconductor element of this embodiment provided with such a bonded structure can have high reliability.

ちなみに、第2成形体105の第1成形体104の凹部側面103b側にC面取部110を形成することによって、上記のようなメニスカス112が形成されるようにした接合構造体と、C面取部110を形成しない以外は同様に構成した従来構造の接合構造体について、第2成形体105と第1成形体104との接合強度と、ろう付け後の第1成形体104の凹部側面103bにおける残留応力とを測定したところ、接合強度はいずれも良好であったが、残留応力では、本実施形態の接合構造体は、従来構造のものに比べ、最大で55%低減された。   Incidentally, by forming the C chamfered portion 110 on the concave side surface 103b side of the first molded body 104 of the second molded body 105, the joint structure in which the meniscus 112 as described above is formed, and the C surface About the joint structure of the conventional structure similarly comprised except not forming the taking part 110, the joint strength of the 2nd molded object 105 and the 1st molded object 104, and the recessed part side surface 103b of the 1st molded object 104 after brazing When the residual stress was measured, the bonding strength was good. However, the residual stress was reduced by 55% at maximum in the residual structure compared to the conventional structure.

(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体を示す断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a bonding structure in a package for housing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

図2に示すように、本実施形態では、上面に、底面103aおよび側面103bからなる凹部103を備えた金属からなる第1成形体104の凹部103内に、セラミックからなる第2成形体105が配置され、銀ろう等のろう材107によって接合されている。金属からなる第1成形体104には、また、凹部103の底面103aを貫通する貫通孔206が設けられている。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a second molded body 105 made of ceramic is placed in the concave portion 103 of the first molded body 104 made of metal having a concave portion 103 made of a bottom surface 103 a and a side surface 103 b on the upper surface. They are arranged and joined by a brazing material 107 such as silver brazing. The first molded body 104 made of metal is also provided with a through hole 206 that penetrates the bottom surface 103 a of the recess 103.

第1成形体104は、コバール(Kovar)からなる。第1成形体104は、銅−タングステン(CuW)合金、銅−モリブデン(CuMo)合金、鉄−ニッケル(FeNi)合金等で形成されていてもよい。また、第1成形体104の凹部103の底表面には、必要に応じて、ろう材107との濡れ性に優れる金属、例えば厚さ1.0〜2.5μm程度のニッケル(Ni)層がめっき法により形成される。ニッケル(Ni)層上にさらに厚さ2〜3μm程度の金(Au)層をめっき法により形成してもよい。これらのニッケル(Ni)層、金(Au)層は、凹部103の底表面103a全体に設けられてもよく、あるいはろう材107が配置される部分のみに選択的に設けられてもよい。   The first molded body 104 is made of Kovar. The first molded body 104 may be formed of a copper-tungsten (CuW) alloy, a copper-molybdenum (CuMo) alloy, an iron-nickel (FeNi) alloy, or the like. Further, on the bottom surface of the concave portion 103 of the first molded body 104, a metal having excellent wettability with the brazing material 107, for example, a nickel (Ni) layer having a thickness of about 1.0 to 2.5 μm is provided as necessary. It is formed by a plating method. A gold (Au) layer having a thickness of about 2 to 3 μm may be further formed on the nickel (Ni) layer by a plating method. These nickel (Ni) layer and gold (Au) layer may be provided on the entire bottom surface 103a of the recess 103, or may be selectively provided only on a portion where the brazing material 107 is disposed.

第2成形体105は、例えばアルミナ(Al)等からなるセラミックグリーンシートを複数枚積層し焼成して形成される。第2成形体105の材料としては、アルミナの他、ムライト、窒化アルミ(AlN)、窒化ケイ素(Si)、ベリリヤ等が挙げられる。第2成形体105の底表面には、タングステン(W)等のメタライズからならなる金属層108が設けられている。金属層108の表面には、必要に応じて、ろう材107との濡れ性に優れる金属、例えば厚さ1.0〜2.5μm程度のニッケル(Ni)層がめっき法により形成される。ニッケル(Ni)層上にさらに厚さ2〜3μm程度の金(Au)層をめっき法により形成してもよい。なお、タングステン(W)等のメタライズからならなる金属層108や、ニッケル(Ni)層、金(Au)層は、第2成形体105の底表面全体に設けられていてもよく、また、場合により、ろう材107が配置される部分のみに選択的に設けられていてもよい。 The second molded body 105 is formed by stacking and firing a plurality of ceramic green sheets made of alumina (Al 2 O 3 ), for example. Examples of the material of the second molded body 105 include alumina, mullite, aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and beryllia. A metal layer 108 made of metallization such as tungsten (W) is provided on the bottom surface of the second molded body 105. On the surface of the metal layer 108, a metal having excellent wettability with the brazing material 107, for example, a nickel (Ni) layer having a thickness of about 1.0 to 2.5 μm is formed by plating as necessary. A gold (Au) layer having a thickness of about 2 to 3 μm may be further formed on the nickel (Ni) layer by a plating method. The metal layer 108 made of metallization such as tungsten (W), the nickel (Ni) layer, and the gold (Au) layer may be provided on the entire bottom surface of the second molded body 105. Thus, it may be selectively provided only in the portion where the brazing material 107 is disposed.

第2成形体105は、第1成形体104の凹部側面103bに近接して配置されている。ここで「近接して配置される」とは、第2成形体105と第1成形体104の凹部側面103bまでの距離(d)が1mm以下となるように配置されることを意味する。本実施形態では、第2成形体105は、距離(d)が100μmとなる位置に配置されている。   The second molded body 105 is disposed in the vicinity of the concave side surface 103 b of the first molded body 104. Here, “arranged closely” means that the distance (d) between the second molded body 105 and the concave side surface 103b of the first molded body 104 is 1 mm or less. In the present embodiment, the second molded body 105 is disposed at a position where the distance (d) is 100 μm.

そして、第2成形体105の第1成形体104の凹部側面103b側には、C面取寸法(縦、横の長さ)が例えば0.1〜0.3mmの範囲のC面取部110が形成されている。前述した金属層108は、このC面取部110の表面にも設けられており、該部の金属層108の表面にも、必要に応じて、ろう材107との濡れ性に優れる金属、例えば厚さ1.0〜2.5μm程度のニッケル(Ni)層がめっき法により形成することができ、さらに、このニッケル(Ni)層上に厚さ2〜3μm程度の金(Au)層をめっき法により形成することができる。   Then, on the side of the concave side surface 103b of the first molded body 104 of the second molded body 105, a C chamfered portion 110 having a C chamfer dimension (vertical and horizontal length) in the range of, for example, 0.1 to 0.3 mm. Is formed. The metal layer 108 described above is also provided on the surface of the C chamfered portion 110, and the surface of the metal layer 108 of the portion has a metal excellent in wettability with the brazing material 107, for example, for example, A nickel (Ni) layer having a thickness of about 1.0 to 2.5 μm can be formed by a plating method, and a gold (Au) layer having a thickness of about 2 to 3 μm is plated on the nickel (Ni) layer. It can be formed by the method.

ろう材107は、このようなC面取部110が形成された第2成形体105の底表面に形成された金属層108と、第1成形体104との間に配置される。第2成形体105にC面取部110を形成したことにより、C面取部110と第1成形体104の凹部側面103bの間に、次のようなメニスカス112が形成される。すなわち、第1成形体104の凹部側面103bと、第2成形体105のC面取部110との間のろう材107は、その断面が、底辺(a)に対する高さ(b)の比(b/a)が1以下の略三角形をなしている。また、第1成形体104の凹部側面103bと、第2成形体105のC面取部110との間のろう材107の表面は、平面または内側に凹んだ傾斜面で形成されている。なお、前記比(b/a)は、0.8以下であることが好ましく、0.5以下であることがより好ましく、0.2以下であることがよりいっそう好ましい。   The brazing material 107 is disposed between the first molded body 104 and the metal layer 108 formed on the bottom surface of the second molded body 105 in which the C chamfered portion 110 is formed. By forming the C chamfered portion 110 on the second molded body 105, the following meniscus 112 is formed between the C chamfered portion 110 and the concave side surface 103 b of the first molded body 104. That is, the brazing material 107 between the concave side surface 103b of the first molded body 104 and the C chamfered portion 110 of the second molded body 105 has a cross-sectional ratio of the height (b) to the base (a) ( b / a) is an approximate triangle of 1 or less. Further, the surface of the brazing material 107 between the concave side surface 103b of the first molded body 104 and the C chamfered portion 110 of the second molded body 105 is formed as a flat surface or an inclined surface recessed inward. The ratio (b / a) is preferably 0.8 or less, more preferably 0.5 or less, and even more preferably 0.2 or less.

このように構成される接合構造体においては、セラミックからなる第2成形体105が、金属からなる成形体104の凹部側面103bに近接して配置されているにも拘らず、第2成形体105に従来のようなろう材107の固化収縮に伴う大きな応力が加わることがなく、かかる応力に起因するクラックの発生を防止することができる。しかも、第2成形体105の金属層108と第1成形体104の間には、十分な量のろう材107を配置することができるため、十分な強度を持って第1成形体104と第2成形体105とを接合することができる。したがって、このような接合構造体を備えた本実施形態の半導体素子収納用パッケージは、高い信頼性を有することができる。   In the bonded structure configured as described above, the second molded body 105 is formed in spite of the fact that the second molded body 105 made of ceramic is arranged close to the concave side surface 103b of the molded body 104 made of metal. In addition, a large stress due to solidification shrinkage of the brazing material 107 as in the prior art is not applied, and the occurrence of cracks due to the stress can be prevented. Moreover, since a sufficient amount of brazing material 107 can be disposed between the metal layer 108 of the second molded body 105 and the first molded body 104, the first molded body 104 and the first molded body 104 have sufficient strength. 2 The molded body 105 can be joined. Therefore, the package for housing a semiconductor element of this embodiment provided with such a bonded structure can have high reliability.

なお、本発明は以上説明した実施の形態に記載内容に何等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種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。例えば、上記各実施形態において、C面取部110に代えて、R面取部、あるいは内側に凹んだ面取部を形成してもよい。また、通常、C面取部110のC面取寸法は、縦及び横の長さが同じであるが、縦及び横の長さが異なっていてもよい。   The present invention is not limited to the contents described in the embodiment described above, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. For example, in each of the above embodiments, instead of the C chamfered portion 110, an R chamfered portion or a chamfered portion recessed inward may be formed. In general, the C chamfer dimension of the C chamfer 110 is the same in length and width, but the length and width may be different.

第1の実施形態に係る半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the junction structure in the package for semiconductor element storage which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the joining structure body in the package for semiconductor element accommodation which concerns on 2nd Embodiment. 従来の半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the junction structure in the conventional package for semiconductor element accommodation. 従来の半導体素子収納用パッケージにおける接合構造体の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the junction structure in the conventional package for semiconductor element accommodation.

符号の説明Explanation of symbols

103…凹部、103a…凹部底面、103b…凹部側面、104…第1成形体、105…第2成形体、107…ろう材、108…金属層、110…C面取部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 ... Recessed part, 103a ... Bottom face of recessed part, 103b ... Side surface of recessed part, 104 ... 1st molded object, 105 ... 2nd molded object, 107 ... Brazing material, 108 ... Metal layer, 110 ... C chamfering part.

Claims (6)

底面および側面で構成される凹部を備え、該凹部の底表面に金属部を備える第1成形体と、
前記凹部内に、該凹部の側面に近接して配置され、前記第1成形体側の表面に金属部を備える第2成形体と、
前記第1成形体の金属部と前記第2成形体の金属部との間に配置されるろう材と、
を具備する接合構造体であって、
前記第2成形体は、前記第1成形体の前記凹部の側面側に面取部を備え、該面取部の表面も金属部を備えることを特徴とする接合構造体。
A first molded body that includes a concave portion including a bottom surface and a side surface, and includes a metal portion on a bottom surface of the concave portion;
A second molded body disposed in the concave portion in proximity to a side surface of the concave portion and having a metal portion on a surface on the first molded body side;
A brazing material disposed between the metal part of the first molded body and the metal part of the second molded body;
A joined structure comprising:
The second molded body includes a chamfered portion on a side surface of the concave portion of the first molded body, and the surface of the chamfered portion also includes a metal portion.
前記第1成形体が、前記凹部の底表面に金属層を備えるセラミック成形体からなり、前記第2成形体が、金属成形体からなり、前記第1成形体の金属層と前記第2成形体との間に前記ろう材が配置されることを特徴とする請求項1記載の接合構造体。   The first molded body is made of a ceramic molded body having a metal layer on the bottom surface of the recess, the second molded body is made of a metal molded body, and the metal layer of the first molded body and the second molded body. The joint structure according to claim 1, wherein the brazing material is disposed between the two. 前記第1成形体が、金属成形体からなり、前記第2成形体が、前記第1成形体側の表面に金属層を備えるセラミック成形体からなり、前記第1成形体と前記第2成形体の金属層との間に前記ろう材が配置されることを特徴とする請求項1記載の接合構造体。   The first molded body is made of a metal molded body, the second molded body is made of a ceramic molded body having a metal layer on the surface on the first molded body side, and the first molded body and the second molded body The joining structure according to claim 1, wherein the brazing material is disposed between the metal layer and the metal layer. 前記第1成形体の凹部側面と、前記第2成形体の面取部との間のろう材は、その断面が、底辺(a)に対する高さ(b)の比(b/a)が1以下の三角形をなすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の接合構造体。   The brazing material between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body has a cross section with a ratio (b / a) of the height (b) to the base (a) of 1. The joining structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the joining structure has the following triangular shape. 前記第1成形体の凹部側面と、前記第2成形体の面取部との間のろう材の表面は、平面または内側に凹んだ傾斜面からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の接合構造体。   The surface of the brazing material between the concave side surface of the first molded body and the chamfered portion of the second molded body is a flat surface or an inclined surface recessed inward. The joining structure according to any one of the preceding claims. 請求項1乃至5のいずれか1項記載の接合構造体を有することを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。   A package for housing a semiconductor element, comprising the bonding structure according to claim 1.
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