JP2742625B2 - リード付き電子部品 - Google Patents

リード付き電子部品

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JP2742625B2
JP2742625B2 JP2080049A JP8004990A JP2742625B2 JP 2742625 B2 JP2742625 B2 JP 2742625B2 JP 2080049 A JP2080049 A JP 2080049A JP 8004990 A JP8004990 A JP 8004990A JP 2742625 B2 JP2742625 B2 JP 2742625B2
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    • 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) 本発明は外部リード端子を有する電子部品、具体的に
は半導体素子収納用パッケージやハイブリッドIC用配線
基板等のリード付き電子部品の改良に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、リード付き電子部品、例えば半導体素子を収容
するための半導体素子収納用パッケージは、通常セラミ
ックス等の電気絶縁材料から成り、その上面の略中央部
に半導体素子を収容するための凹部及び該凹部周辺から
周縁部にかけて導出されたタングステン(W)、モリブ
デン(Mo)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(Ag−
Cu合金)を介しロウ付け取着された外部リード端子と、
蓋体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導
体素子を取着固定し、半導体素子の各電極とメタライズ
金属層とをボンディングワイヤを介し電気的に接続する
とともに絶縁基体上面に蓋体をガラス、樹脂等の封止材
により接合させ、内部に半導体素子を気密に封止するこ
とによって半導体装置となる。
(発明が解決しようとする課題) しかし乍ら、この従来の半導体素子収納用パッケージ
は外部リード端子をメタライズ金属層へロウ付けするの
に銀ロウ(Ag−Cu合金)を使用しており、該銀ロウはロ
ウ付け後、大気中に含まれる水分等が付着すると銀ロウ
中の銅(Cu)が酸化され、銅(Cu)の酸化物(錆)を形
成して変色することがある。
また前記銅の酸化物(錆)は導電性で、且つ拡散し易
いという性質を有しているため多数の外部リード端子が
近接してロウ付けされている場合には、前記錆の拡散に
より隣接する外部リード端子が短絡し、その結果、半導
体装置としての機能が喪失してしまうという欠点も有す
る。
更に、銀ロウは主成分が銀(Ag)であり、該銀(Ag)
はエレクトロマイグレーション(金属原子の移行)を起
こし易い金属であることから内部に収容する半導体素子
を作動させた際、ロウ材に電圧が印加されるとロウ材を
構成する銀(Ag)が絶縁基体表面を移行し、その結果、
隣接する外部リード端子間が前記銀(Ag)の移行により
短絡して半導体装置としての機能が喪失してしまうとい
う欠点も有していた。
(発明の目的) 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験を行った結
果、金(Au)にインジウム(In)を所定量含有させて成
る合金をロウ材として使用した場合、外部リード端子を
絶縁基体に設けたメタライズ金属層上に強固にロウ付け
取着することが可能となると共に、ロウ材自身の酸化及
びエレクトロマイグレーションの発生を皆無となし得る
ことを知見した。
本発明は上記知見に基づき、外部リード端子のロウ付
け強度が極めて強く、且つ電子部品としての機能を喪失
するようなロウ材の酸化及びエレクトロマイグレーショ
ンの発生を皆無となした高信頼性のリード付き電子部品
を提供することをその目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属層
に、金(Au)にインジウム(In)を0.1乃至15.0重量%
含有させて成るロウ材を介して外部リード端子を取着し
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詳細に説
明する。
第1図及び第2図は本発明のリード付き電子部品とし
て半導体素子収納用パッケージを例に採って示したもの
であり、1はアルミナセラミックス等の電気絶縁材料か
ら成る絶縁基体、2は同じく電気絶縁材料より成る蓋体
である。この絶縁基体1と蓋体2とで半導体素子を収容
するための絶縁容器が構成される。
前記絶縁基体1はその上面中央部に半導体素子を収容
するための凹部1aが設けてあり、該凹部1a底面には半導
体素子3が金−シリコーン(Au−Si)共晶合金や銀(A
g)系エボキシ樹脂等の接着材を介し取着される。
尚、前記絶縁基体1は、例えばアルミナセラミックス
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
ることによってセラミックグリーンシート(セラミック
生シート)を形成し、しかる後、前記セラミック生シー
トに適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、
高温(1500℃)で焼成することによって製作される。
前記絶縁基体1はその凹部1a周辺より周縁部にかけて
メタライズ金属層4が形成されており、該メタライズ金
属層4の凹部1a周辺部には半導体素子3の電極がボンデ
ィングワイヤ5を介し電気的に接続され、またメタライ
ズ金属層4の絶縁基体1周縁部にはコバール(Fe−Ni−
Co合金)や42Alloy(Fe−Ni合金)等の金属から成る外
部リード端子6がロウ材7を介し取着される。
前記メタライズ金属層4はタングステン(W)、モリ
ブデン(Mo)、マンガン(Mn)等の高融点金属粉末から
成り、例えば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に被着形成される。
また前記メタライズ金属層4に外部リード端子6をロ
ウ付け取着するロウ材7は金(Au)にインジウム(In)
を0.1乃至15.0重量%含有させた合金から成り、該合金
はメタライズ金属層4のタングステン(W)、モリブデ
ン(Mo)等と、また外部リード端子6のコバール(Fe−
Ni−Co合金)、42Alloy(Fe−Ni合金)等と極めて濡れ
性(反応性)がよく、外部リード端子6をメタライズ金
属層4に極めて強固にロウ付け取着することができる。
また前記ロウ材7はそれ自身を構成する金(Au)及び
インジウム(In)の各々が化学的に安定で耐蝕性に優
れ、且つエレクトロマイグレーションを起こし難い金属
であることからロウ材7に大気中に含まれる水分等が付
着したとしても導電性の錆を発生することはなく、また
内部に収容する半導体素子3を作動させた際等において
ロウ材7に電圧が印加されたとしてもエレクトロマイグ
レーションを起こすことも一切ない。従って、多数の外
部リード端子6が近接して取着されているとしても各外
部リード端子6間は短絡することがなく、絶縁を維持す
ることができる。
尚、前記ロウ材7において主成分としての金(Au)に
含有されるインジウム(In)はロウ材7の融点を下げ、
外部リード端子6をメタライズ金属層4にロウ付けする
際の作業性を容易とするとともにロウ材7の硬度を上
げ、外部リード端子6とメタライズ金属層4の接合強度
を向上させるための成分であり、その含有量が0.1重量
%未満であれば前記性質は付与されず、また15.0重量%
を越えるとロウ材7が硬く成り過ぎ、ロウ材の加工性が
悪くなるとともに外部リード端子6とメタライズ金属層
4との接合強度が低下してしまう。そのため金(Au)に
含有させるインジウム(In)はその含有量が0.1乃至15.
0重量%の範囲に限定される。
また前記絶縁基体1の上面には電気絶縁性材料から成
る蓋体2がガラス、樹脂等の封止部材を介して取着さ
れ、これによって半導体素子収納用パッケージの内部は
外気から完全に気密に封止され、最終製品である半導体
装置となる。
かくして本発明のリード付き電子部品によれば、金
(Au)にインジウム(In)を0.1乃至15.0重量%含有さ
せたメタライズ金属層と外部リード端子の両方に濡れ性
(反応性)が良く、且つ化学的に安定であるロウ材を使
用して絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属層に外
部リード端子を取着したことから外部リード端子のロウ
付け強度を極めて強固として、且つロウ材に変色や電子
部品としての機能を喪失するような導電性の錆及びエレ
クトロマイグレーションの発生を皆無となすことができ
る。
(実験例) 次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。
(I)評価試料 まず出発原料として金(Au)にインジウム(In)を第
1表に示す組成となるように秤量するとともにこれを加
熱溶融し、合金化させてロウ材試料を得る。
尚、試料番号16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材(銀:72.0
重量%、銅:28.0重量%)である。
そしてこれらの評価試料を使用して下記の評価テスト
を行った。その結果を第1表に示す。
(II)評価テスト (a)外部リード端子ロウ付け強度テスト アルミナ質セラミックスから成るセラミック生シート
上面にタングステン(W)粉末に有機溶剤、溶媒を添加
混合して得たメタライズペーストを長さ0.5mm、幅0.2m
m、厚さ20μmのパターンに印刷(20個のパターンを印
刷)するとともにこれを還元雰囲気中(窒素−水素雰囲
気)中、約1500℃の温度で焼成し、表面にタングステン
メタライズ金属層を被着させたセラミック基板を準備す
る。
次に前記メタライズ金属層上に幅0.5mm、長さ30.0m
m、厚さ0.2mmのコバール(Fe−Ni−Co合金)から成る外
部リード端子の一端を第1表に示すロウ材試料を使用し
て約900℃の温度でロウ付けし、そのロウ付け状態を顕
微鏡により観察するとともに外部リード端子のロウ付け
部と反対の一端をロウ付け面に対し垂直方向に毎秒0.2m
mで張力を増加させながら引っ張り、外部リード端子が
メタライズ金属層より剥がれた際の全荷重を測定し、そ
の平均値を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0.5mm、長
さ1.0mmの0.5mm2となし、セラミック基板に設けたタン
グステンメタライズ金属層及び外部リード端子の外表面
にはそれぞれニッケル(Ni)及び金(Au)がメッキによ
り被着させてある。
(b)耐腐蝕性テスト アルミナ質焼結体から成るセラミック基板上に幅1.0m
m、長さ10.0mmの矩形状のメタライズ金属層一対をその
先端が0.2mmの間隔をもって対向するように被着形成(1
000対のメタライズ金属層を被着形成)するとともに該
メタライズ金属層の外表面全面に第1表に示すロウ材試
料を約900℃の温度で加熱溶融させて被着する。
次に前記セラミック基板を表面温度が450℃に制御さ
れた熱板上に1分間載置した後、温度65℃、湿度95%の
恒温恒湿槽中にて各メタライズ金属層に交互に+、−の
極性にて5Vの直流電圧を所定時間印加してロウ材試料の
腐蝕を加速度的に行わせ、しかる後、各ロウ材試料の表
面を顕微鏡で観察し、ロウ材試料が腐蝕、変色している
ものの数を数えるとともに総数に対する腐蝕発生率を求
めた。
尚、前記メタライズ金属層はタングステン(W)によ
り形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル
(Ni)をメッキにより被着させておいた。
(c)耐エレクトロマイグレーションテスト アルミナ質焼結体から成るセラミック基板上に幅1.0m
m、長さ10.0mmの矩形状のメタライズ金属層一対をその
先端が0.1mmの間隔をもって対向するように被着形成(2
0対のメタライズ金属層を被着形成)するとともに該メ
タライズ金属層の外表面全面に第1表に示すロウ材試料
を約900℃の温度で加熱溶融させて被着する。
次に前記各ロウ材試料が被着された一対のメタライズ
金属層間に50μの純水を滴下させるとともに直流10V
の電圧を印加し、各ロウ材試料にエレクトロマイグレー
ションを加速度的に行わせ、該エレクトロマイグレーシ
ョンにより両メタライズ金属層が短絡状態となるまでの
時間を求めるとともにその時間の長さを各ロウ材試料の
耐エレクトロマイグレーションの評価とした。
尚、前記メタライズ金属層はタングステン(W)によ
り形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル
(Ni)をメッキにより被着させておいた。
第1表から明らかなようにメタライズ金属層に外部リ
ード端子を従来の銀ロウを使用してロウ付け取着したも
のは外部リード端子のロウ付け強度が10.2Kgと強いもの
の耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率が1000Hrのテスト
で46.7%と高く、また耐エレクトロマイグレーションテ
ストでも一対のメタライズ金属層間が短絡する時間は55
秒と極めて短い。従って、従来の銀ロウを使用したリー
ド付き電子部品は外部リード端子のロウ付け強度は強い
もののロウ材の耐腐蝕性が劣り、且つロウ材にエレクト
ロマイグレーションが極めて発生し易いものであること
が判る。
これに対し、本発明品は外部リード端子のロウ付け強
度が14.0Kg以上であり、外部リード端子がメタライズ金
属層に極めて強固にロウ付け取着されていることが判
る。
また本発明品は耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率も
1000Hrのテストで0.9%以下と低く、また耐エレクトロ
マイグレーションテストでも一対のメタライズ金属層間
が短絡する時間は1200秒以上と極めて長い。従って、本
発明のリード付き電子部品は外部リード端子のロウ付け
強度が強いものであると同時にロウ材の耐腐蝕性が優
れ、且つロウ材にエレクトロマイグレーションが殆ど発
生しないものであることが判る。
また特に、ロウ材として金(Au)にインジウム(In)
を0.5乃至5.0重量%含有させたものは外部リード端子の
ロウ付け強度が16.2Kg以上となり、外部リード端子のロ
ウ付け取着強度が極めて高いものとなることが判る。
更に、ロウ材として金(Au)にインジウム(In)を1.
0乃至3.0重量%含有させたものはロウ材の腐蝕及びエレ
クトロマイグレーションの発生を皆無として、且つ外部
リード端子のロウ付け強度が18.5Kg以上となり、外部リ
ード端子のロウ付け取着強度がより高いものとなること
も判る。
尚、本発明においては、ロウ材のビッカース硬度を60
(Hv)以下としておくと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ロウ付け取着する際、ロウ材が
絶縁基体と外部リード端子の熱膨張係数の相違に起因し
て発生する応力を良好に吸収し、外部リード端子をメタ
ライズ金属層により強固にロウ付け取着することが可能
となることからロウ材はそのビッカース硬度を60(Hv)
以下としておくことが好ましい。
(発明の効果) 叙上の如く、本発明においては絶縁基体表面に被着さ
せたメタライズ金属層に、金(Au)にインジウム(In)
を0.1乃至15.0重量%含有させて成るロウ材を介して外
部リード端子を取着したことから外部リード端子のロウ
付け強度を極めて強固として、且つ電子部品としての機
能を喪失するようなロウ材の酸化及びエレクトロマイグ
レーションの発生を皆無となすことができ、極めて高信
頼性のリード付き電子部品となすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のリード付き電子部品として半導体素子
収納用パッケージを例に採った場合の断面図、第2図は
第1図に示すパッケージの要部平面図である。 1:絶縁基体、4:メタライズ金属層 6:外部リード端子、7:ロウ材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属
    層に、金(Au)にインジウム(In)を0.5乃至5.0重量%
    含有させて成るロウ材を介して外部リード端子を取着し
    たことを特徴とするリード付き電子部品。
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