JP2759300B2 - ガラス封止型半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

ガラス封止型半導体素子収納用パッケージ

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JP2759300B2
JP2759300B2 JP11412890A JP11412890A JP2759300B2 JP 2759300 B2 JP2759300 B2 JP 2759300B2 JP 11412890 A JP11412890 A JP 11412890A JP 11412890 A JP11412890 A JP 11412890A JP 2759300 B2 JP2759300 B2 JP 2759300B2
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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納するための半導体素子収納
用パッケージに関し、より詳細にはガラス溶着によって
パッケージの封止を行うガラス封止型半導体素子収納用
パッケージの改良に関するものである。
(従来技術及びその課題) 従来、半導体素子、特に半導体集積回路素子を収容す
るためのガラス封止型半導体素子収容用パッケージは、
アルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、中央
部に半導体素子を収容するための方形状の凹部を有し、
上面に封止用の低融点非晶質ガラス層が被着された絶縁
基体と、同じく電気絶縁材料から成り、中央部に半導体
素子を収容するための凹部を有し、下面に封止用の低融
点非晶質ガラス層が被着された蓋体と、内部に収容する
半導体素子を外部の電気回路に電気的に接続するための
外部リード端子とにより構成されており、絶縁基体の上
面に外部リード端子を載置させるとともに予め被着させ
ておいた封止用の低融点非晶質ガラス層を溶融させるこ
とによって外部リード端子を絶縁基体に仮止めし、次に
前記絶縁基体の凹部に半導体素子を取着するとともに該
半導体素子の各電極をボンディングワイヤを介して外部
リード端子に接続し、しかる後、絶縁基体と蓋体とをそ
の相対向する主面に被着させておいた封止用の低融点非
晶質ガラス層を溶融一体化させ、絶縁基体と蓋体とから
成る絶縁容器を気密に封止することによって半導体装置
となる。
しかし乍ら、この従来のガラス封止型半導体素子収容
用パッケージは半導体素子を絶縁基体の凹部に取着する
際、半導体素子の取着を強固とするために絶縁基体を約
450℃の温度に加熱しており、該加熱によって絶縁基体
の上面に外部リード端子を仮止めしている封止用の低融
点非晶質ガラス層が軟化溶融してしまい、絶縁基体の上
面における外部リード端子の取着位置が変動し、外部リ
ード端子と絶縁基体との相対的位置決めが困難となる欠
点を有していた。
またこの時、溶融した低融点非晶質ガラスの一部が絶
縁基体の凹部内に流れ込んで半導体素子に接触し、半導
体素子の特性に劣化を招来してしまうという欠点も有し
ていた。
そこで上記欠点を解消するために絶縁基体上に外部リ
ード端子を固定するガラスとして半導体素子の取着固定
の熱によっても軟化溶融しない高融点の結晶質ガラスを
使用することが提案されている(実公昭和63-3166号参
照)。
しかし乍ら、この結晶質ガラスは一般に酸化鉛(Pb
O)61.0重量%、酸化亜鉛(ZnO)9.3重量%、酸化ジル
コニウム(ZrO2)9.2重量%、シリカ(SiO2)8.4重量%
及び酸化ホウ素(B2O3)8.8重量%から成り、その熱膨
張係数は約80×10-7/℃で半導体素子収容用パッケージ
の絶縁基体及び蓋体を形成するアルミナセラミックスの
熱膨張係数(65〜75×10-7/℃)と差異を有する。
そのためこの半導体素子収容用パッケージの内部に半
導体素子を収容し半導体装置と成した後、該半導体装置
を外部回路基板上にリフロー半田等の高温雰囲気による
過酷な条件のもとで取着接続させた場合、結晶質ガラス
と絶縁基体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して
生じる応力によって結晶質ガラスにクラックが発生し、
その結果、容器の気密封止が破れ、絶縁容器内部に収容
する半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動
させることができないという解決すべき課題を有してい
た。
(発明の目的) 本発明は上述の諸欠点に鑑み案出されたものでその目
的はリフロー半田等の高温雰囲気による過酷な条件が印
加されたとしても結晶質ガラスにクラックが発生するの
を皆無となし、半導体素子を収容する絶縁容器の気密封
止を完全として絶縁容器内部に収容する半導体素子を長
期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる
半導体素子収容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) 本発明は半導体素子を外部回路に電気的に接続する外
部リード端子が熔融結晶化させた結晶質ガラスによって
固着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温度
で軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、前
記蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶縁
基体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体素
子を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体素
子収納用パッケージにおいて、前記結晶質ガラスが酸化
鉛55.0乃至60.0重量%、酸化シリコン7.0乃至11.0重量
%、酸化ホウ素5.5乃至9.5重量%、酸化アルミニウム0.
2乃至3.0重量%、酸化亜鉛20.0乃至30.0重量%から成る
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基づき詳細に説明する。
第1図は本発明のガラス封止型半導体素子収納用パッ
ケージの一実施例を示し、1はアルミナセラミックス等
の電気絶縁材料より成る絶縁基体、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とに
より半導体素子3を収容する絶縁容器が構成される。
前記絶縁基体1及び蓋体2にはそれぞれの中央部に半
導体素子3を収容するための凹部が設けてあり、絶縁基
体1の凹部1a底面には半導体素子3がロウ材等の接着材
を介し取着固定される。
尚、前記絶縁基体1及び蓋体2は従来周知のプレス成
形法を採用することによって形成され、例えば絶縁基体
1及び蓋体2がアルミナセラミックスから成る場合には
第1図に示すような絶縁基体1または蓋体2に対応した
形状を有するプレス型内にアルミナセラミックスの粉末
を充填させるとともに一定圧力を印加して成形し、しか
る後、成形品を約1500℃の温度で焼成することによって
製作される。
前記絶縁基体1はその上面にコバール(Fe-Ni-Co合
金)や42 Alloy(Fe-Ni合金)等の金属材料から成る外
部リード端子4の一端がガラス部材5により固着されて
おり、該外部リード端子4は半導体素子3の各電極がワ
イヤ6を介し電気的に接続され、外部リード端子4を外
部回路に接続することにより半導体素子3は外部回路と
接続されることとなる。
前記外部リード端子4を絶縁基体1上面に固着するガ
ラス部材5は酸化鉛55.0乃至60.0重量%、酸化シリコン
7.0乃至11.0重量%、酸化ホウ素5.5乃至9.5重量%、酸
化アルミニウム0.2乃至3.0重量%、酸化亜鉛20.0乃至3
0.0重量%の結晶質ガラスより成り、該結晶質ガラスか
ら成るガラス部材5は一旦結晶化すると極めて高い温度
(例えば約600℃前後)にしない限り軟化、溶融するこ
とはなく、従って外部リード端子4がガラス部材5を介
して固着された絶縁基体1の凹部1aに半導体素子3を取
着する際、該半導体素子3の取着強度を強固するために
絶縁基体1を約450℃に加熱したとしてもガラス部材5
は軟化、溶融することはなく、外部リード端子4の絶縁
基体1上面における相対的な位置決めを完全なものとな
すとともにガラス部材5が溶融し半導体素子3に接触し
て半導体素子3の特性に劣化をきたすこともない。
また前記ガラス部材5はその熱膨張係数が62×10-7
℃であり、絶縁基体1を形成するアルミナセラミックス
の熱膨張係数と近似することからリフロー半田等の高温
雰囲気が印加されたとしてもフロー半田等の高温雰囲気
が印加されたとしても絶縁基体1とガラス部材5との間
に両者の熱膨張係数の相違に起因して生じる応力によっ
てガラス部材5にクラックが発生することは一切なく、
絶縁容器の気密封止を常に完全となし、絶縁容器内部に
収容する半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に
作動させることが可能となる。
尚、前記ガラス部材5は酸化鉛(PbO)が55.0重量%
未満であると熱膨張係数が小さくなってガラス部材5の
熱膨張係数が絶縁基体1の熱膨張係数と合わなくなり、
また60.0重量%を越えるとガラス部材5の耐薬品性が劣
化して絶縁容器の気密封止の信頼性が大きく低下するた
め酸化鉛(PbO)は55.0乃至60.0重量%の範囲に限定さ
れる。
また酸化シリコン(SiO2)が7.0重量%未満であると
熱膨張係数が大きくなって絶縁基体1の熱膨張係数と合
わなくなるとともにガラス部材5の流動性が損なわれ、
絶縁容器の気密封止が困難となってしまい、また11.0重
量%を越えるとガラスの溶融温度が上がり絶縁容器内部
に収容する半導体素子に熱劣化を招来させることから酸
化シリコン(SiO2)は7.0乃至11.0重量%の範囲に限定
される。
また酸化ホウ素(B2O3)が5.5重量%未満であるとガ
ラス部材5の熱膨張係数が大きくなって絶縁基体1の熱
膨張係数と合わなくなり、また9.5重量%を越えるとガ
ラス部材5の耐薬品性が劣化して絶縁容器の気密封止の
信頼性が大きく低下するため酸化ホウ素(B2O3)は5.5
乃至9.5重量%の範囲に限定される。
また酸化アルミニウム(Al2O3)が0.2重量%未満であ
るとガラスの流動性が損なわれ絶縁容器の気密封止が困
難となってしまい、また3.0重量%を越えるとガラス部
材5の熱膨張係数が小さくなって絶縁基体1の熱膨張係
数と合わなくなることから酸化アルミニウム(Al2O3
は0.2乃至3.0重量%の範囲に限定される。
また酸化亜鉛(ZnO)が20.0重量%未満であるとガラ
ス結晶化が困難となって外部リード端子4を強固に固定
することができなくなり、また30.0重量%を越えるとガ
ラスの流動性が損なわれ絶縁容器の気密封止が困難とな
ってしまうことから酸化亜鉛(ZnO)は20.0乃至30.0重
量%の範囲に限定される。
前記ガラス部材5を用いて外部リード端子4を絶縁基
体1の上面に固着する方法としては、まず上述したガラ
ス原料粉末に適当な溶剤を添加し、ガラスペーストを作
るとともにこのガラスペーストを従来周知のスクリーン
印刷法により絶縁基体1の上面に印刷塗布させ、次に前
記絶縁基体1に塗布したガラスペースト上に外部リード
端子4の一端を載置するとともにこれを約500℃の温度
に加熱し、ガラスペーストを加熱溶融させ、結晶状態と
成すことによって行われる。
また前記蓋体2にはその下面に低融点の非晶質ガラス
から成るガラス部材7が被着されており、該ガラス部材
7は蓋体2を絶縁基体1上面に取着し、絶縁容器の内部
を気密に封止する作用を為す。
尚、前記ガラス部材7は酸化鉛(PbO)75重量%、酸
化チタン(TiO2)9.0重量%、酸化ホウ素(B2O3)7.5重
量%、酸化亜鉛(ZnO)2.0重量%等から成り、該ガラス
原料粉末に適当な溶剤を添加して得たガラスペーストを
従来周知のスクリーン印刷等の厚膜手法を採用すること
により蓋体2の下面に所望厚みに被着形成される。
前記ガラス部材7はその軟化、溶融温度が約400℃前
後の低いものであることから、該ガラス部材7を約400
℃の温度に加熱し、蓋体2を絶縁基体1上面に取着して
絶縁容器を気密封止する際、絶縁基体1上面に取着され
ているガラス部材5に気密封止の熱が印加されたとして
もガラス部材5は軟化溶融することは一切なく、外部リ
ード端子4を常に所定位置に固定ておくことができる。
かくしてこの半導体素子収納用パッケージによれば絶
縁基体1の凹部1a底面に半導体素子3を取着固定すると
ともに該半導体素子3の各電極をワイヤ6により外部リ
ード端子4に接続させ、しかる後、絶縁基体1と蓋体2
とを蓋体2の下面に予め被着させておいたガラス部材7
を加熱溶融させ、接合させることによって内部に半導体
素子3を気密に封止し、これによって最終製品としての
半導体装置が完成する。
(発明の効果) 本発明は絶縁基体の上面に外部リード端子を固着する
ガラス部材として酸化鉛55.0乃至60.0重量%、酸化シリ
コン7.0乃至11.0重量%、酸化ホウ素5.5乃至9.5重量
%、酸化アルミニウム0.2乃至3.0重量%、酸化亜鉛20.0
乃至30.0重量%から成る結晶質ガラスを使用したことか
ら絶縁基体の凹部内に半導体素子を取着する際、該半導
体素子の取着強度を強固とするために絶縁基体を約450
℃に加熱したとしても外部リード端子を固着するガラス
部材は軟化、溶融することが一切なく、外部リード端子
の絶縁基体上面における相対的な位置決めを完全なもの
となすとともにガラス部材が溶融し半導体素子に接触し
て半導体素子の特性に劣化をきたすこともない。
また前記ガラス部材はその熱膨張係数が62×10-7/℃
であり、絶縁基体を形成するアルミナセラミックスの熱
膨張係数と近似することからリフロー半田等の高温雰囲
気による過酷な条件が印加されたとしても絶縁基体とガ
ラス部材との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して生
じる応力によってガラス部材にクラックが発生すること
は一切なく、絶縁容器の気密封止を常に完全として絶縁
容器内部に収容する半導体素子を長期間にわたり正常、
且つ安定に作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係るガラス封止型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 4……外部リード端子 5……結晶質ガラスから成るガラス部材 7……蓋体に被着されたガラス部材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を外部回路に電気的に接続する
    外部リード端子が熔融結晶化させた結晶質ガラスによっ
    て固着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温
    度で軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、
    前記蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶
    縁基体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体
    素子を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体
    素子収納用パッケージにおいて、前記結晶質ガラスが酸
    化鉛55.0乃至60.0重量%、酸化シリコン7.0乃至11.0重
    量%、酸化ホウ素5.5乃至9.5重量%、酸化アルミニウム
    0.2乃至3.0重量%、酸化亜鉛20.0乃至30.0重量%から成
    ることを特徴とするガラス封止型半導体素子収納用パッ
    ケージ。
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