JP2849869B2 - 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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JP2849869B2 JP2296504A JP29650490A JP2849869B2 JP 2849869 B2 JP2849869 B2 JP 2849869B2 JP 2296504 A JP2296504 A JP 2296504A JP 29650490 A JP29650490 A JP 29650490A JP 2849869 B2 JP2849869 B2 JP 2849869B2
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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LSI等の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、
その上面中央部に半導体集積回路素子を収容するための
空所を有し、且つ上面にコバール金属(鉄:54.0重量
%、ニッケル:29.0重量%、コバルト17.0重量%から成
る合金)から成る金属枠体がロウ付けされた絶縁基体
と、同じくコバール等の金属材料より成る蓋体とから構
成されており、絶縁基体の空所内に半導体集積回路素子
を取着収容するとともに絶縁基体の金属製蓋体を溶接、
或いはロウ付けし、絶縁基体と金属製蓋体とから成る容
器内部に半導体集積回路素子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。
尚、前記半導体素子収納用パッケージにおいては絶縁
基体の上面にタングステン、モリブデン等の高融点金属
粉末から成るメタライズ金属層が予め被着されており、
該メタライズ金属層に金属枠体が銀ロウ等のロウ材を介
してロウ付けされる。
しかしながら、近時、半導体集積回路素子の高密度
化、高集積化が急激に進んでおり、半導体集積回路素子
の作動時に発生する熱量が極めて大きなものとなってき
ている。そのためこの半導体集積回路素子を上述した従
来の半導体素子収納用パッケージに収容した場合、パッ
ケージの絶縁基体を構成するアルミナセラミックスの熱
伝導率が約20W/m・Kと低いため、該絶縁基体を介して
半導体集積回路素子が作動時に発生する熱を大気中に良
好に放出させることができず、その結果、半導体集積回
路素子が該素子自身の発生する熱によって高温となり、
半導体集積回路素子に熱破壊を起こさせたり、特性に熱
変化を与え、誤動作を生じさせたりするという欠点を招
来した。
そこで上記欠点を解消するために絶縁基体を熱伝導率
が80W/m・K以上の極めて熱を伝え易い窒化アルミニウ
ム質焼結体で形成することが考えられる。
しかしながら、絶縁基体を窒化アルミニウム質焼結体
で形成した場合、該窒化アルミニウム質焼結体はその熱
膨張係数が4.2〜4.7×10-6/℃であり、金属枠体の熱膨
張係数(コバール金属:5.6×10-6/℃)と相違するた
め、絶縁基体に金属枠体をロウ付けするとロウ付け部に
両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生内在
し、その結果、金属枠体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俊って大きくなり、金属枠体を
絶縁基体より剥がされてしまうという欠点を誘発した。
(発明の目的) 本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもので、その目
的は金属枠体の剥がれを有効に防止し、且つパッケージ
の熱伝導を良好として内部に収容する半導体集積回路素
子が熱破壊したり、特性に熱変化が生じるような高温と
なるのを皆無となし、半導体集積回路素子を常に正常、
安定に作動させることができる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) 本発明は上面に金属枠体がロウ付けされた絶縁基体と
金属製蓋体とから成り、絶縁基体の金属枠体に金属製蓋
体を取着することによって内部に半導体集積回路素子を
収容するようになした半導体素子収納用パッケージにお
いて、前記絶縁基体を窒化アルミニウム質焼結体で形成
し、金属枠体を熱膨張係数が4.0乃至5.0×10-6/℃(20
〜400℃)の金属で形成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は絶縁基体、2は金属製の
蓋体である。この絶縁基体1と蓋体2とで半導体集積回
路素子4を収容するための容器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集積回路素
子4を収容するための空所を形成すつ段状の凹部が設け
てあり、該凹部底面には半導体集積回路素子4が接着材
を介し取着される。
前記絶縁基体1は窒化アルミニウム質焼結体から成
り、該窒化アルミニウム質焼結体はその熱伝導率が80W/
m・K以上と高く、熱を伝導し易いため絶縁基体1の凹
部底面に半導体集積回路素子4を取着し、作動させた場
合、絶縁基体1は半導体集積回路素子4が発生する熱を
直接伝導吸収するとともに該吸収した熱を大気中に良好
に放出することが可能となり、これによって半導体集積
回路素子4は常に低温として熱破壊したり、特性に熱変
化を生し、誤動作したりすることはなくなる。
尚、前記窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体
1は例えば、主原料である窒化アルミニウム粉末に焼結
助剤としての酸化イットリウム、カルシア等の粉末及び
適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して混漿物を作るとと
もに該泥漿物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)と成し、しかる後、前
記グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに
これを複数枚積層し、約1800℃の高温で焼成することに
よって製作される。
また前記絶縁基体1にはその上面にメタライズ金属層
5が被着形成されており、該メタライズ金属層5には金
属枠体6が銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けされてい
る。
前記絶縁基体1上面のメタライズ金属層5はタングス
テン、モリブデン等の高融点金属粉末から成り、該タン
グステン粉末等に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して
得た金属ペーストを絶縁基体1の上面に従来周知のスク
リーン印刷法を採用することによって所定パターンに印
刷塗布し、しかる後、これを高温で焼付けることによっ
て絶縁基体1の上面に被着形成される。
また前記メタライズ金属層5にロウ付けされる金属枠
体6は金属製蓋体2を絶縁基体1に取着する際の下地金
属部材として作用し、金属枠体6に金属製蓋体2をシー
ムウエルド法等の溶接、あるいはロウ材を介しロウ付け
することによって金属製蓋体2は絶縁基体11上に取着さ
れる。
前記金属枠体6はその熱膨張係数が4.0乃至5.0×10-6
/℃(20〜400℃)の金属、例えば、鉄51.0乃至64.0重量
%、ニッケル29.0乃至34.0重量%及びコバルト7.0乃至1
5.0重量%の合金より成っている。
前記金属枠体6はその熱膨張係数が4.0乃至5.0×10-6
/℃(20〜400℃)であり、絶縁基体1を構成する窒化ア
ルミニウム質焼結体の熱膨張係数(4.2乃至4.7×10-6/
℃)と近似していることから絶縁基体1に被着させたメ
タライズ金属層5に金属枠体6をロウ付けする際、絶縁
基体1と金属枠体6との間には両者の熱膨張係数の相違
に起因する大きな熱応力が発生することはなく、両者の
ロウ付け部に大きな熱応力が内在することもない。
従って、ロウ付け後、金属枠体6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俊って
大きくなり、絶縁基体1より金属枠体6を剥がれさせる
ことはない。
尚、前記金属枠体6は例えば、鉄51.0乃至64.0重量
%、ニッケル29.0乃至34.0重量%及びコバルト7.0乃至1
5.0重量%を加熱溶融し、合金化させてインゴットを作
るとともに該インゴットを従来周知の圧延加工法及び打
ち抜き加工法によって所定の形状に形成される。
また前記絶縁基体1には凹部段上面から容器3の外部
に導出するメタライズ配線層7が被着形成されており、
該メタライズ配線層7の凹部段状上面部には半導体集積
回路素子4の電極がボンディングワイヤ8を介して電気
的に接続され、また容器の外部に導出された部位には外
部回路と接続される外部リード端子9が銀ロウ等のロウ
材を介し取着される。
前記絶縁基体1のメタライズ配線層7はタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属粉末から成り、従来周知
のスクリーン印刷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。
また前記絶縁基体1に被着させたメタライズ配線層7
にロウ付けされる外部リード端子9は内部に収容する半
導体集積回路素子4を外部回路に接続する作用を為し、
外部リード端子9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集積回路素子4はメタライズ配線
層7及び外部リード端子9を介して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9は例えば、前述の金属枠体6と
同じ材料、具体的には鉄51.0乃至64.0重量%、ニッケル
29.0乃至34.0重量%及びコバルト7.0乃至15.0重量%の
合金により形成されている。
尚、前記外部リード端子9を鉄51.0乃至64.0重量%、
ニッケル29.0乃至34.0重量%及びコバルト7.0乃至15.0
重量%の合金で形成しておくと該外部リード端子9の熱
膨張係数を絶縁基体1の熱膨張係数に近似させることが
でき、絶縁基体1に被着させたメタライズ配線層7に外
部リード端子9をロウ付けする際、絶縁基体1と外部リ
ード端子9とのロウ付け部に両者の熱膨張係数の相違に
起因して発生する大きな熱圧力が内在するのを皆無とな
し、外部リード端子9のロウ付け強度を極めて強いもの
となすことができる。従って、外部リード端子9は鉄5
1.0乃至64.0重量%、ニッケル29.0乃至34.0重量%及び
コバルト7.0至15.0重量%の合金で形成しておくことが
好ましい。
かくして前記絶縁基体1の凹部底面に半導体集積回路
素子4を接着材を介し取着するとともに半導体集積回路
素子4の各電極をメタライズ配線層7にボンディングワ
イヤ8を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体1
の上面にロウ付けした金属枠体6に金属製蓋体2をシー
ムウエルド法等の溶接、あるいはロウ材を用いてロウ付
けし、容器3の内部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。
(実験例) 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、鉄、ニッケル及びコバルトを第1表に示す値に
秤量し、これを合金化させて幅0.4mm、長さ20.0mm、幅
0.4mm、厚さ0.15mmの金属枠体用の試料を得る。
尚、試料番号21は本発明品と比較するための比較試料
であり、従来一般に金属枠体として使用されているコバ
ール金属である。
次に窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体の表
面に幅2.0mm、長さ3.0mm、厚さ20〜30μmのタングステ
ンから成るメタライズ金属層を多数個、被着形成すると
ともに該メタライズ金属層上に前記金属枠体用の試料を
各々20個ずつ、その一端を銀ロウ材(BAg8:銀72.0重量
%、銅28.0重量%)を介しロウ付けする。
そして次に前記ロウ付けした試料の他端(ロウ付けし
た側の端部とは反対の端部)をロウ付け面に対し垂直方
向に所定の力で引っ張り、試料が窒化アルミニウム質焼
結体の絶縁基体より剥がれた個数を調べるとともにこれ
を金属枠体のロウ付け強度の評価とした。
尚、前記試料のロウ付け面積は幅0.4mm、長さ2.5mmの
1.0mm2とし、またタングステンメタライズ金属層の外表
面にはニッケルをメッキにより1.5乃至2.0μmの厚みに
層着させておいた。
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、従来のコバール合金
から成る金属枠体(試料番号21)は3Kgの力で引っ張る
と金属枠体の全てが剥がれてしまい、窒化アルミニウム
質焼結体から成る絶縁基体と金属枠体とのロウ付け強度
が極めて低いものであるのに対し、本発明の熱膨張係数
が4.0乃至5.0×10-6/℃の金属から成る金属枠体を使用
したものは4Kgの力で引っ張っても金属枠体が剥がれる
ことは殆どなく、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶
縁基体と金属枠体とのロウ付け強度が極めて高いもので
あることが判る。
特に金属枠体の熱膨張係数を4.46乃至4.89×10-6/℃
の範囲としたものは5Kgの力で引っ張っても金属枠体の
剥がれはなく、金属枠体を窒化アルミニウム質焼結体か
ら成る絶縁基体に強固にロウ付けするには金属枠体の熱
膨張係数を4.46乃至4.89×10-6/℃の範囲とすることが
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、窒化アルミニウム質焼結体から成る絶縁基体に
ロウ付けする金属枠体の熱膨張係数を4.0乃至5.0×10-6
/℃(20〜400℃)としたことから絶縁基体の金属枠体の
熱膨張係数を近似させることができ、その結果、絶縁基
体の上面に金属枠体をロウ付けする際、絶縁基体と金属
枠体との間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応
力は殆ど発生せず、絶縁基体上面に金属枠体を極めて強
固にロウ付けすることを可能とし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できる。
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば半
導体素子が収容される絶縁基体を熱伝導率が80.0W/m・
K以上の窒化アルミニウム質焼結体で形成したことから
内部に収容する半導体集積回路素子の発生する熱は絶縁
基体を介して大気中に良好に放出され、その結果、半導
体集積回路素子を高温とすることは一切なく、半導体集
積回路素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させ
ることもできる。
【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……金属製蓋体 6……金属枠体、9……外部リード端子

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上面に金属枠体がロウ付けされている絶縁
    基体と金属製蓋体とから成り、金属枠体に金属製蓋体を
    取着することによって内部に半導体集積回路素子を収容
    するようになした半導体素子収納用パッケージにおい
    て、前記絶縁基体を窒化アルミニウム質焼結体で形成す
    るとともに、金属枠体を熱膨張係数が4.0乃至5.0×10-6
    /℃(20〜400℃)の金属で形成し、かつ前記金属枠体を
    絶縁基体に形成されているメタライズ金属層にロウ付け
    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】前記金属枠体が鉄51.0乃至64.0重量%、ニ
    ッケル29.0乃至34.0重量%及びコバルト7.0乃至15.0重
    量%の合金より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。
JP2296504A 1990-10-31 1990-10-31 半導体素子収納用パッケージ Expired - Lifetime JP2849869B2 (ja)

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