JP2842716B2 - 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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JP2842716B2 JP28447891A JP28447891A JP2842716B2 JP 2842716 B2 JP2842716 B2 JP 2842716B2 JP 28447891 A JP28447891 A JP 28447891A JP 28447891 A JP28447891 A JP 28447891A JP 2842716 B2 JP2842716 B2 JP 2842716B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体素子を収容する半
導体素子収納用パッケージの改良に関するのである。
【0002】
【従来の技術】従来、LSI(大規模集積回路素子) 等の半
導体素子を収容するためのパッケージ、例えばガラス封
止型の半導体素子収納用パッケージは、通常、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
体素子を収容する空所を形成するための凹部を有し、上
面に封止用の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
空所を形成するための凹部を有し、下面に封止用のガラ
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
を絶縁基体上に仮止めし、次に前記絶縁基体の凹部底面
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各々の封止用のガラス層を約 410℃
の温度で溶融一体化させ、絶縁基体と蓋体とから成る容
器を気密に封止することによって最終製品としての半導
体装置となる。
【0003】尚、前記絶縁基体の上面及び蓋体の下面に
被着させた封止用のガラス層は該封止用のガラス層を絶
縁基体及び蓋体に強固に接合させるためその熱膨張係数
がアルミナセラミックス等の熱膨張係数に合わせたガラ
ス、例えば酸化鉛70.0重量%、酸化ホウ素8.6 重量%、
酸化チタン7.8重量%、酸化ジルコニウム6.7 重量%を
含むガラスが使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
LSI(大規模集積回路素子) 等の半導体素子は高密度化、
高集積化が急激に進み、該半導体素子を構成する各トラ
ンジスタ素子の形状も超小形化し、耐熱性が大きく低下
してきている。そのためこの半導体素子を従来の半導体
素子収納用パッケージに収容した場合、パッケージを封
止する際の熱が高く、これが半導体素子に印加されると
該半導体素子を構成する各トランジスタ素子に熱破壊が
起こったり、特性に熱変化が生じたりしてしまい、内部
に収容する半導体素子を正常、且つ安定に作動させるこ
とができなくなるという欠点を有していた。
【0005】従って、近時の高密度化、高集積化が進ん
だ半導体素子を収容するパッケージとして半導体素子の
熱破壊等を少なくするために封止温度を1℃でも低くす
ることが強く望まれている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナセラ
ミックスから成る基体と蓋体との間に、半導体素子及び
該半導体素子の各電極がボンディングワイヤにより接続
された外部リード端子とを挟持し、封止用ガラスのガラ
ス溶着によって内部に半導体素子を気密に封止する半導
体素子収納用パッケージにおいて、前記封止用ガラスが
酸化鉛50.0乃至60.0重量%、酸化珪素1.0乃
至5.0重量%、酸化ホウ素3.0乃至13.0重量
%、酸化ビスマス3.0乃至8.0重量%に、フィラー
してのコージライトを10.0乃至20.0重量%、
チタン酸錫系化合物を10.0乃至20.0重量%含有
させた軟化溶融温度が約400℃と低いガラスから成る
ことを特徴とするものである。
【0007】
【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図1 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り、1 は基体、2 は蓋体である。
この基体1 と蓋体2 とで半導体素子を収容するための容
器3 が構成される。
【0008】前記基体1 はアルミナセラミックスから成
り、その上面中央部に半導体素子4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4 がガ
ラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して取着固定され
る。
【0009】前記アルミナセラミックスから成る基体1
は例えば、アルミナ(Al 2 O 3 ) 、シリカ(SiO2 ) 、マ
グネシア(MgO) 、カルシア(CaO) 等のセラミック原料粉
末を図1に示す基体1 の形状に対応したプレス型内に充
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。
【0010】また前記基体1 上面にはコバール金属(Fe-
Ni-Co 合金) や42アロイ(Fe-Ni合金) 等の金属から成る
外部リード端子5 の一端が封止用のガラス層6 を介して
仮止めされており、該外部リード端子5 はコバール金属
等のインゴット(塊) を従来周知の圧延加工法及び打ち
抜き加工法を採用し、所定の板状に形成することによっ
て製作される。
【0011】前記外部リード端子5 は内部に収容する半
導体素子4を外部電気回路に接続す作用を為し、その一
端には半導体素子4 の各電極がボンディングワイヤ7 を
介して接続され、外部リード端子5 を外部電気回路に接
続することによって半導体素子4 は外部電気回路と電気
的に接続されることとなる。
【0012】尚、前記外部リード端子5 はその表面にニ
ッケル、金等から成る良導電性で、且つ耐蝕性に優れた
金属をメッキにより1.0 乃至20.0μm の厚みに層着させ
ておくと外部リード端子5 の酸化腐食を有効に防止する
とともに外部リード端子5 とボンディングワイヤ7 、外
部電気回路との電気的接続を良好となすことができる。
そのため外部リード端子5 はその表面にニッケル、金等
をメッキにより1.0 乃至20.0μm の厚みに層着させてお
くことが好ましい。
【0013】また前記外部リード端子4 が仮止めされた
基体1 にはその上面に蓋体2 が、該蓋体2 の下面に被着
させた封止用のガラス層8 と基体1 の上面に被着させた
封止用のガラス層6 とを溶融一体化させることによって
接合され、これによって基体1 と蓋体2 とから成る容器
3 内部に半導体素子4 が気密に封止される。
【0014】前記蓋体2 はアルミナセラミックスから成
り、基体1と同様の方法、即ち、アルミナ(Al 2 O 3 )
、シリカ(SiO2 ) 、マグネシア(MgO) 、カルシア(CaO)
等のセラミック原料粉末を図1に示す蓋体2 の形状に
対応したプレス型内に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。
【0015】また前記基体1の上面に被着させた封止用
のガラス層6及び蓋体2の下面に被着させた封止用のガ
ラス層8はそれぞれ酸化鉛50.0乃至60.0重量
%、酸化珪素1.0乃至5.0重量%、酸化ホウ素3.
0乃至13.0重量%、酸化ビスマス3.0乃至8.0
重量%に、フィラーしてのコージライトを10.0乃
至20.0重量%、チタン酸錫系化合物を10.0乃至
20.0重量%含有させた軟化溶融温度が約400℃と
低いガラスから成り、両者を加熱溶融させ一体化させる
ことによって基体1と蓋体2とから成る容器3内部に半
導体素子4を気密に封止する。
【0016】前記封止用のガラス層6,8 はその軟化溶融
温度が400 ℃と従来の封止用ガラスより低いため該封止
用のガラス層6,8 を溶融一体化させて基体1 と蓋体2 と
から成る容器3 内部に半導体素子4 を気密に封止する
際、半導体素子4 に封止用ガラス層6,8 を溶融させるた
めの熱が印加されたとしても半導体素子4 に熱破壊や特
性の熱変化が生じるのが少なくなり、内部に収容する半
導体素子4を正常、且つ安定に作動させることが可能と
なる。
【0017】また前記封止用のガラス層6,8 はその熱膨
張係数が7.1 ×10-6/ ℃であり、基体1 及び蓋体2 を構
成するアルミナセラミックスの熱膨張係数(6.5〜7.5 ×
10-6/ ℃) と近似することから基体1 と蓋体2 とを封止
用のガラス層6,8 を溶融一体化させて接合させ、基体1
と蓋体2 とから成る容器3 内部に半導体素子4 を気密に
封止する際、基体1 及び蓋体2 と封止用のガラス層6,8
との間には大きな熱応力が発生することはなく、その結
果、基体1 及び蓋体2 と封止用のガラス層6,8との接合
を極めて強固として容器3 内部に半導体素子4 を完全に
気密封止することが可能となる。
【0018】尚、前記封止用のガラス層6,8 は酸化鉛(P
bO)の量が50.0重量%未満であると封止用ガラス層6,8
の軟化溶融温度が高くなって低温封止が困難となり、ま
た60.0重量%を越えると封止用ガラス層6,8 の耐薬品性
が劣化して容器3 の気密封止の信頼性が大きく低下して
しまう。従って、酸化鉛(PbO) の量は50.0乃至60.0重量
%の範囲に特定される。
【0019】また酸化珪素(SiO2 ) はその量が1.0 重量
%未満であると封止用ガラス層6,8の結晶化が進んで容
器3 の気密封止が困難となってしまい、また5.0 重量%
を越えると封止用ガラス層6,8 の軟化溶融温度が高くな
って低温封止が困難となってしまう。従って、酸化珪素
(SiO2 ) の量は1.0 乃至5.0重量%の範囲に特定され
る。
【0020】また酸化ホウ素(B2 O 3 ) はその量が3.0
重量%未満であると封止用ガラス層6,8 の熱膨張係数が
大きくなって基体1 及び蓋体2 の熱膨張係数と合わなく
なり、また13.0重量%を越えると封止用ガラス層6,8 の
耐薬品性が劣化して容器3 の気密封止の信頼性が大きく
低下してしまう。従って、酸化ホウ素(B2 O 3 ) の量は
3.0 乃至13.0重量%の範囲に特定される。
【0021】また酸化ビスマス(Bi 2 O 3 ) はその量が
3.0 重量%未満であると封止用ガラス層6,8 の軟化溶融
温度が高くなって低温封止が困難となり、また8.0 重量
%を越えると封止用ガラス層6,8 の結晶化が進んで容器
3 の気密封止が困難となってしまう。従って、酸化ビス
マス(Bi 2 O 3 ) の量は3.0 乃至8.0 重量%の範囲に特
定される。
【0022】またフィラーとして含有されるコージライ
ト(2MgO ・2Al 2 O 3 ・5SiO2 ) はその量が10.0重量%
未満であると封止用ガラス層6,8 の熱膨張係数が大きく
なって基体1 及び蓋体2 の熱膨張係数と合わなくなり、
また20.0重量%を越えると封止用ガラス層6,8 を加熱溶
融させて基体1 と蓋体2 とを接合させる際、封止用ガラ
ス層6,8 の流動性が極めて悪くなって基体1 と蓋体2 と
を強固に接合させることができなくなる。従って、コー
ジライト(2MgO ・2Al 2 O 3 ・5SiO2 ) の量は10.0乃至
20.0重量%の範囲に特定される。
【0023】またフィラーとして含有されるチタン酸錫
系化合物(SnO・TiO 2 ) はその量が10.0重量%未満であ
ると封止用ガラス層6,8 の熱膨張係数が大きくなって基
体1及び蓋体2 の熱膨張係数と合わなくなり、また20.0
重量%を越えると封止用ガラス層6,8 を加熱溶融させて
基体1 と蓋体2 とを接合させる際、封止用ガラス層6,8
の流動性が極めて悪くなって基体1 と蓋体2 とを強固に
接合させることができなくなる。従って、チタン酸錫系
化合物(SnO・TiO 2 ) の量は10.0乃至20.0重量%の範囲
に特定される。
【0024】かくして本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、基体1 の凹部1a底面に半導体素子4 を接
着剤を介して取着固定するとともに該半導体素子4 の各
電極をボンディングワイヤ7 により外部リード端子5 に
接続させ、しかる後、基体1と蓋体2 とをその各々の相
対向する主面に被着させておいた封止用のガラス層6,8
を加熱溶融させ、接合させることによって基体1 と蓋体
2 とから成る容器3 内部に半導体素子4 を気密に封止
し、これによって製品として半導体装置が完成する。
【0025】
【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば基体と蓋体とを接合する封止用のガラス層として
軟化溶融温度が低く、且つ熱膨張係数が基体及び蓋体と
近似するガラス、即ち、酸化鉛50.0乃至60.0重量%、酸
化珪素1.0 乃至5.0 重量%、酸化ホウ素3.0 乃至13.0重
量%、酸化ビスマス3.0 乃至8.0 重量%に、フィラーし
てのコージライトを10.0乃至20.0重量%、チタン酸錫系
化合物を10.0乃至20.0重量%含有させたガラスを使用し
たことから基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子
を気密に封止する際、半導体素子に封止用ガラス層を溶
融させるための熱が印加されたとしても半導体素子に熱
破壊や特性の熱変化が生じるのが少なくなり、内部に収
容する半導体素子を正常、且つ安定に作動させることが
可能となる。
【0026】また封止用のガラス層を溶融一体化させて
基体と蓋体とから成る容器の内部を気密封止する際、基
体及び蓋体と封止用のガラス層との接合を極めて強固と
して容器内部に半導体素子を完全に気密封止することも
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【符号の説明】
1・・・・・基体 2・・・・・蓋体 3・・・・・容器 5・・・・・外部リード端子 6,8・・・封止用のガラス層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミナセラミックスから成る基体と蓋体
    との間に、半導体素子及び該半導体素子の各電極がボン
    ディングワイヤにより接続された外部リード端子とを挟
    持し、封止用ガラスのガラス溶着によって内部に半導体
    素子を気密に封止する半導体素子収納用パッケージにお
    いて、前記封止用ガラスが酸化鉛50.0乃至60.0
    重量%、酸化珪素1.0乃至5.0重量%、酸化ホウ素
    3.0乃至13.0重量%、酸化ビスマス3.0乃至
    8.0重量%に、フィラーとしてのコージライトを1
    0.0乃至20.0重量%、チタン酸錫系化合物を1
    0.0乃至20.0重量%含有させた軟化溶融温度が約
    400℃と低いガラスから成ることを特徴とする半導体
    素子収納用パッケージ。
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