JP2601313B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

半導体素子収納用パッケージ

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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子を収容するための半導体素子収納
用パッケージの改良に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、半導体素子、特に半導体集積回路素子を収容す
るための半導体素子収納用パッケージは、一般にアルミ
ナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、その上面略
中央部に半導体素子を収容するための空所を有し、かつ
上面にモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融
点金属粉末から成るメタライズ金属層を有する絶縁基体
と、半導体素子を外部回路に電気的に接続するために前
記メタライズ金属層に銀ロウ等のロウ材を介し取着され
たコバール(鉄−ニッケル−コバルト)等の鉄合金から
成る外部リード端子と蓋体とから構成されており、絶縁
基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子が収容さ
れ、気密封止されて半導体装置となる。
しかし乍ら、近時、半導体素子の大型化、信号の伝播
速度の高速化が急激に進み、該半導体素子を上記従来の
半導体素子収納用パッケージに収容した場合、以下に述
べる欠点を有したものとなる。即ち、 半導体素子を構成するシリコンとパッケージの絶縁基
体を構成するアルミナセラミックスの熱膨張係数がそれ
ぞれ3.0〜3.5×10-6/℃、6.0〜7.5×10-6/℃であり大
きく相違することから両者に半導体素子を作動させた際
等に発生する熱が印加されると両者間に大きな熱応力が
発生し、該熱応力によって半導体素子が破損したり、絶
縁基体より剥離して半導体装置としての機能を喪失させ
てしまう パッケージの絶縁基体を構成するアルミナセラミック
スはその誘電率が9乃至10(室温1MHz)と高いため絶縁
基体に設けたメタライズ金属層を伝わる信号の伝播速度
が遅く、そのため信号の高速伝播を要求する半導体素子
はその搭載収容が不可となる 等の欠点を有していた。
そこで上記欠点を解消するために半導体素子収容用パ
ッケージの絶縁基体をアルミナセラミックスに代えて半
導体素子を構成するシリコンの熱膨張係数(3.0〜3.5×
10-6/℃)と近似した熱膨張係数4.0〜4.5×10-6/℃を
有し、かつ誘電率が6.3と低いムライト質焼結体を用い
ることが検討されている。
しかし乍ら、このムライト質焼結体をパッケージの絶
縁基体として使用した場合、絶縁基体に設けたメタライ
ズ金属層に外部リード端子を銀ロウ(BAg-8)を介しロ
ウ付けすると絶縁基体(ムライト質焼結体)と外部リー
ド端子(コバール等の鉄合金)の熱膨張係数がそれぞれ
4.0〜4.5×10-6/℃、11.5〜13.0×10-6/℃で大きく相
違すること及び銀ロウのビッカース硬度(Hv)が82〜90
と硬いこと等からロウ付け部に大きな応力が内在し、そ
の結果、外部リード端子に小さな外力が印加されても該
外力は前記内在応力と相俟って大きくなり外部リード端
子を絶縁基体より剥離させてしまうという問題を有して
いた。
〔発明の目的〕
本発明は上記欠点に鑑み案出されたものでその目的は
絶縁基体に設けたメタライズ金属層に外部リード端子を
強固にロウ付けするのを可能とし極めて信頼性の高い半
導体素子収納用パッケージを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はムライト質焼結体から成る絶縁容器にメタラ
イズ金属層を被着形成するとともに該メタライズ金属層
に鉄合金製の外部リード端子をロウ材を介し取着して成
る半導体素子収納用パッケージにおいて、前記ロウ材の
ビッカース硬度(Hv)をHv≦67としたことを特徴とする
ものである。
〔実施例〕
次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき説明す
る。
第1図は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実
施例を示し、1はムライト質焼結体から成る絶縁基体、
2は蓋体である。この絶縁基体1と蓋体2とで絶縁容器
3が構成される。
前記絶縁基体1はその上面中央部に半導体素子を収容
するための空所を形成する段状の凹部が設けてあり、凹
部底面には半導体素子4が接着材を介し取着される。
前記絶縁基体1はムライト(3Al2O3・2SiO2)、シリ
カ(SiO2),マグネシア(MgO),カルシア(CaO)等の
原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状
となすとともにこれをドクターブレード法を採用するこ
とによってグリーンシート(生シート)を形成し、しか
る後、前記グリーンシートに適当な打抜き加工を施すと
ともに複数枚積層し、高温(1400〜1800℃)で焼成する
ことによって製作される。
前記絶縁基体1には凹部段状上面から容器3の外部に
導出するメタライズ金属層5が形成されており、該メタ
ライズ金属層5の凹部段状上面部には半導体素子4の電
極がワイヤ6を介し電気的に接続され、また容器3の外
部に導出させた部位には外部回路と接続される外部リー
ド端子7がロウ材8を介し取着されている。
尚、前記絶縁基体1はムライト質焼結体より成ってい
ることから誘電率が6.3と低く、該絶縁基体1に設けた
メタライズ金属層5を伝わる電気信号の伝播速度を速い
ものと成すことができる。
また前記メタライズ金属層5はタングステン(W)等
の金属粉末から成り、従来周知のスクリーン印刷法等の
厚膜手法を採用することによって絶縁基体1の凹部段状
上面から容器3の外部に導出するよう被着形成される。
前記メタライズ金属層5にロウ付けされる外部リード
端子7は内部に収容する半導体素子4を外部回路に接続
する作用を為し、外部リード端子7を外部回路に接続す
ることによって内部に収容される半導体素子4はメタラ
イズ金属層5及び外部リード端子7を介し外部回路に電
気的に接続されることとなる。
前記外部リード端子7はコバール(鉄−ニッケル−コ
バルト合金)や42Alloy(鉄−ニッケル合金)等の鉄合
金から成り、コバール等のインゴットを従来周知の圧延
加工法にて任意の厚みを得た後、打抜き加工法等によっ
て所定形状に形成される。
また、前記外部リード端子7を絶縁基体1に設けたメ
タライズ金属層5に取着するロウ材8は例えば主成分と
しての銀(Ag)にインジウム(In)を0.1乃至15.0重量
%、銅(Cu)を2.0重量%以下、ゲルマニウム(Ge),
アンチモン(Sb)の少なくとも1種を1.0重量%以下含
有させたものから成り、そのビッカース硬度(Hv)がHv
≦67のものである。
前記ロウ材8はそのビッカース硬度(Hv)がHv≦67で
軟質なものであることから絶縁基体1に設けたメタライ
ズ層5に外部リード端子7をロウ付け取着する際、絶縁
基体1と外部リード端子7との熱膨張係数が相違し、両
者間に大きな熱応力を発生したとしても該応力はロウ材
8を変形させることによって吸収され、両者のロウ付け
部に大きな応力が内在することは一切ない。したがって
ロウ付け後、外部リード端子7に外力が印加されたとし
ても該外力がロウ付け部に内在する応力と相俟って大と
なり外部リード端子7を剥離させることもない。
尚、前記メタライズ金属層5にロウ材8を介してロウ
付けされた外部リード端子7にはその外表面に耐蝕性に
優れたニッケル(Ni)や金(Au)等から成る被覆層9が
メッキにより被着されており、該被覆層9によってメタ
ライズ金属層5、ろう材8及び外部リード端子7は酸化
腐蝕するのが防止されている。
かくして前記絶縁基体1の凹部底面に半導体素子4を
接着材を介し取着するとともに、半導体素子4の各電極
をメタライズ金属層5にワイヤ6を介し電気的に接続
し、しかる後、絶縁基体1の上面に蓋体2をガラス、樹
脂等の封止部材で取着し、絶縁容器3を気密に封止する
ことによって製品としての半導体装置となる。
〔実施例〕
次に本発明の作用効果を以下に示す実験例に基づき説
明する。
まず、銀(Ag)、インジウム(In)、銅(Cu)、アン
チモン(Sb)及びゲルマニウム(Ge)を第1表に示すよ
うに秤量し、これを合金化させてロウ材試料を得る。
尚、試料14は本発明品と比較するための比較試料であ
り従来一般に使用されている銀ロウ(BAg8:銀72重量
%、銅28重量%)である。
次に得られた各ロウ材試料を使用し、ムライト質焼結
体から成る基板の表面に設けた5mm×2mm(面積10mm2
のタングステンメタライズ金属層20個に幅0.4mm、長さ2
0mm、厚さ0.15mmのコバールから成る外部リード端子の
一端をロウ付けするとともに外部リード端子の他端(ロ
ウ付けした側の端部とは反対の端部)にロウ付け面に対
し垂直方向の外力を加えて引っ張りテストを行い外部リ
ード端子がムライト質焼結体から成る基板より剥がれた
個数を調らべ、これを外部リード端子のロウ付け強度と
した。
尚、前記外部リード端子のロウ付け面積は幅0.4mm、
長さ2.5mmの1.0mm2とし、タングステンメタライズ金属
層の外表面にはニッケル(Ni)がめっきにより被着させ
てある。
上記の結果を第1表に示す。
上記実験結果からも判るように従来の銀ロウを使用し
て外部リード端子をロウ付けしたものは3Kg引っ張りテ
ストで外部リード端子のすべてが剥がれてしまいロウ付
けの強度が極めて低いものであるのに対し、本発明の硬
度(Hv)がHv≦67であるロウ材を用いたものは4Kgの引
っ張りテストでも外部リード端子の剥がれはまったくな
くロウ付けの強度が極めて高いものである。
特にロウ材の硬度(Hv)がHv≦60であるものを使用し
た場合には、5Kgの引っ張りテストでも外部リード端子
の剥がれはほとんどなく、外部リード端子を強固にロウ
付けするにはロウ材の硬度(Hv)Hv≦60とすることが好
ましい。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、ムライト質焼結体から成る絶縁容器に設けたメ
タライズ金属層に、ビッカース硬度(Hv)がHv≦67であ
るロウ材を介して鉄合金から成る外部リード端子をロウ
付けしたことからロウ付け時、絶縁容器と外部リード端
子との間に発生する熱応力は前記ロウ材を変形させるこ
とによって吸収され、その結果、絶縁容器に設けたメタ
ライズ金属層への外部リード端子のロウ付けを強固とな
すことができ極めて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が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す断面図である。 1:絶縁基体、2:蓋体 3:絶縁容器、5:メタライズ金属層 7:外部リード端子、8:ロウ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−136390(JP,A) 特開 昭60−161649(JP,A) 特開 昭62−217649(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ムライト質焼結体から成る絶縁容器にメタ
    ライズ金属層を被着形成するとともに該メタライズ金属
    層に鉄合金製の外部リード端子をロウ材を介し取着して
    成る半導体素子収納用パッケージにおいて、前記ロウ材
    のビッカース硬度(Hv)をHv≦67としたことを特徴とす
    る半導体素子収納用パッケージ。
  2. 【請求項2】前記ロウ材が主成分としての銀にインジウ
    ムを0.1乃至15.0重量%、銅を2.0重量%以下、ゲルマニ
    ウム、アンチモンの少なくとも1種を1.0重量%以下含
    有させたものから成ることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の半導体素子収納用パッケージ。
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