JP2922719B2 - 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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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap

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
ための半導体素子収納用パッケージに関し、特にガラス
熔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。
【0002】
【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酸
化アルミニウム質焼結体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、上面に封止用の低融点ガラスから成るガラス部
材が被着された絶縁基体と、同じく酸化アルミニウム質
焼結体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、下面に封
止用の低融点ガラスら成るガラス部材が被着された蓋体
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から構成されてお
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ガラス部材を溶融させること
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固定するとともに
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
その相対向する各々の主面に被着させておいた封止用の
低融点ガラスから成るガラス部材を溶融一体化させ、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
によって製品としての半導体装置となる。
【0003】尚、前記封止用の低融点ガラスから成るガ
ラス部材はその熱膨張係数が絶縁容器を構成する酸化ア
ルミニウム質焼結体の熱膨張係数に近似した値を有する
ガラス、具体的には酸化鉛75.0重量%、酸化チタン9.0
重量%、酸化ホウ素7.5 重量%、酸化亜鉛2.0 重量%等
を含むガラスが使用されており、絶縁容器とガラス部材
との間に半導体素子の発する熱等が印加されても両者間
に大きな熱応力が発生することはなく両者の接合が維持
されるようになっている。
【0004】しかしながら、近時、半導体素子の高密度
化、高集積化が急激に進んでおり、半導体素子の作動時
に発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、パッケージの絶縁容器を
構成する酸化アルミニウム質焼結体の熱伝導率が約20W/
m ・K と低いため、該絶縁容器を介して半導体素子が作
動時に発する熱を大気中に良好に放散させることができ
ず、その結果、半導体素子が該素子自身の発する熱によ
って高温となり、半導体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。
【0005】そこで上記欠点を解消するために絶縁容器
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。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶縁容
器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の熱膨張係数が4.2 〜4.7 ×10-6
/ ℃であり、外部リード端子を取着するガラス部材の熱
膨張係数(6.0〜8.0 ×10-6/ ℃) と相違するため、絶縁
容器に外部リード端子をガラス部材を介して取着した
後、絶縁容器とガラス部材に半導体素子が作動時に発す
る熱等が印加されると両者間に熱膨張係数の相違に起因
する大きな熱応力が発生してガラス部材が絶縁容器より
剥離し、その結果、絶縁容器の気密封止が破れて内部に
収容する半導体素子を長期間にたり正常、且つ安定に作
動させることが不可となったり、外部リード端子が絶縁
容器より外れたりするという欠点を誘発した。
【0007】
【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は半導体素子の気密封止を完全とし、半導
体素子が熱破壊したり、特性に熱変化を生じるような高
温となるのを有効に防止して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
収納用パッケージを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は絶縁基体と蓋体
との間に外部リード端子を挟み、絶縁基体と蓋体と外部
リード端子とをガラス部材で接合することによって内部
に半導体素子を気密に収容する半導体素子収納用パッケ
ージであって、前記絶縁基体及び蓋体を窒化アルミニウ
ム質焼結体で、ガラス部材を酸化鉛20.0乃至50.0重量
%、酸化亜鉛3.0乃至13.0重量%、酸化珪素3.0 乃至13.
0重量%、酸化ホウ素3.0 乃至13.0重量%を含むガラス
成分にフィラーとしてのウイレマイト系化合物を30.0乃
至50.0重量%、チタン酸鉛系化合物を10.0乃至30.0重量
%添加したガラスで形成したことを特徴とするものであ
る。
【0009】
【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
施例を示し。1 は絶縁基体、2 は蓋体である。この絶縁
基体1 と蓋体2 とで半導体素子3 を収容する絶縁容器4
を構成する。
【0010】前記絶縁基体1及び蓋体2 はそれぞれの中
央部に半導体素子3 を収容する空所を形成するための凹
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がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固
定される。
【0011】前記絶縁基体1 及び蓋体2 は窒化アルミニ
ウム質焼結体から成り、窒化アルミニウム(AlN) 、イッ
トリア(Y2 O 3 ) 等に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合
した原料粉末を図1 に示す絶縁基体1 及び蓋体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、前記成形品を約1800℃の温
度で焼成することによって製作される。
【0012】前記絶縁基体1 及び蓋体2 を構成する窒化
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 と蓋体2 とから
成る絶縁容器4 の内部に半導体素子3 を収容し作動させ
た場合、絶縁容器4 は半導体素子3 の発する熱を直接伝
導吸収するとともに該吸収した熱を大気中に良好に放散
することが可能となり、これによって半導体素子3 は常
に低温として熱破壊したり、特性に熱変化を生じ、誤動
作したりすることはなくなる。
【0013】また前記絶縁基体1 及び蓋体2 はその相対
向する各々の主面にガラス部材5 、6 が予め厚さ0.3mm
程度に被着形成されており、該絶縁基体1 及び蓋体2 の
各々の主面に被着されているガラス部材5 、6 を加熱溶
融させ、一体化させることによって絶縁基体1 と蓋体2
とから成る絶縁容器4 内部に半導体素子3 が気密に収容
される。
【0014】前記絶縁基体1 及び蓋体2 の相対向する主
面に被着されるガラス部材5 、6 は酸化鉛20.0乃至50.0
重量%、酸化亜鉛3.0 乃至13.0重量%、酸化珪素3.0 乃
至13.0重量%、酸化ホウ素3.0 乃至13.0重量%を含むガ
ラス成分にフィラーとしてのウイレマイト系化合部を3
0.0乃至50.0重量%、チタン酸鉛系化合物を10.0乃至30.
0重量%添加したガラスから成り、該ガラス粉末に適当
な有機溶剤、溶媒を添加混合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
により絶縁基体1 及び蓋体2 の相対向する各々の主面に
厚さ0.3mm 程度に被着される。
【0015】前記ガラス部材5,6はまたその熱膨張係
数が3.8 〜5.3 ×10-6/℃であり、絶縁基体1及び蓋
体2を構成する窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数
に近似する値を有していることから絶縁基体1と蓋体2
とをガラス部材5,6を介して接合させ、絶縁容器4を
気密に封止する際、絶縁基体1及び蓋体2とガラス部材
5,6との間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱
応力が発生することは殆どなく、絶縁基体1と蓋体2と
をガラス部材5,6を介し強固に接合することが可能と
なる。
【0016】尚、前記ガラス部材5 、6 はそれを構成す
る酸化鉛(PbO) が20.0重量%未満であるとガラスの軟化
溶融温度が高くなり、ガラス部材5 、6 を介して絶縁容
器4を気密封止する際、カラス部材5 、6 を軟化溶融さ
せる熱によって半導体素子3に熱劣化を招来させ、また5
0.0重量%を越えるとガラスの耐薬品性が劣化し、絶縁
容器4 の気密封止の信頼性が大きく低下するため酸化鉛
(PbO) はその量が20.0乃至50.0重量%の範囲に特定され
る。
【0017】また酸化亜鉛(ZnO) はその量が3.0 重量%
未満であるとガラス部材5 、6 の結晶化が困難となって
後述する外部リード端子を強固に固定することができな
くなり、また13.0重量%を越えるとガラスの結晶化が進
んで流動性が劣化し絶縁容器4 の気密封止が困難となる
ため酸化亜鉛(ZnO) はその量が3.0 乃至13.0重量%の範
囲に特定される。
【0018】また酸化珪素(SiO2 ) はその量が3.0 重量
%未満であるとガラスの結晶化が進んで絶縁容器4 の気
密封止が困難となり、また13.0重量%を越えるとガラス
の軟化溶融温度が高くなり、ガラス部材5 、6 を介して
絶縁容器4 を気密封止する際、カラス部材5 、6 を軟化
溶融させる熱によって半導体素子3 に熱劣化を招来させ
てしまうことから酸化珪素(SiO2 ) はその量が3.0 乃至
13.0重量%の範囲に特定される。
【0019】また酸化ホウ素(B2 O 3 ) はその量が3.0
重量%未満であるとガラスの熱膨張係数が大きくなって
絶縁基体1 と蓋体2 の熱膨張と合わなくなり、また13.0
重量%を越えるとガラスの耐薬品性が劣化し、絶縁容器
4 の気密封止の信頼性が大きく低下するため酸化ホウ素
(B2 O 3 ) はその量が3.0 乃至13.0重量%の範囲に特定
される。
【0020】更にフィラーとして添加されるウイレマイ
ト系化合物(2ZnO ・SiO 2 ) はその量が30.0重量%未満
であるとガラスの熱膨張係数が大きくなって絶縁基体1
と蓋体2 の熱膨張と合わなくなり、また50.0重量%を越
えるとガラスの流動性が劣化し、絶縁容器4 の気密封止
の信頼性が劣化するためウイレマイト系化合物(2ZnO・S
iO 2 ) はその量が30.0乃至50.0重量%の範囲に特定さ
れる。
【0021】またチタン酸鉛系化合物(PbO・TiO 2 ) は
その量が10.0重量%未満であるとガラスの熱膨張係数が
大きくなって絶縁基体1 と蓋体2 の熱膨張と合わなくな
り、また30.0重量%を越えるとガラスの流動性が劣化
し、絶縁容器4 の気密封止の信頼性が劣化するためチタ
ン酸鉛系化合物(PbO・TiO 2 ) はその量が10.0乃至30.0
重量%の範囲に特定される。
【0022】前記絶縁基体1 と蓋体2 との間にはまた導
電性材料、例えばコバール金属(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7 が
配されており、該外部リード端子7 は半導体素子3 の各
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、外部リード端子7 を外部電気回路に接続することに
よって半導体素子3 は外部電気回路と接続されることと
なる。
【0023】前記外部リード端子7 は、絶縁基体1 と蓋
体2 とから成る絶縁容器4 をガラス部材5 、6 を溶融一
体化させて気密封止する際に同時に絶縁基体1 と蓋体2
との間に取着固定される。
【0024】尚、前記外部リード端子7 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
抜き加工法等を採用し、所定の板状に成形することによ
って製作される。
【0025】また前記外部リード端子7 はその外表面に
ニッケル、金等の良導電性で、且つ耐蝕性に優れた金属
を1.0 乃至20.0μm の厚みにメッキにより層着させてお
くと外部リード端子7 の酸化腐食を有効に防止するとと
もに外部リード端子7 と外部電気回路との電気的導通を
良好となすことができる。従って、前記外部リード端子
7 はその外表面にニッケル、金等の良導電性で、且つ耐
蝕性に優れた金属を1.0 乃至20.0μm の厚みにメッキに
より層着させておくことが好ましい。
【0026】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 の上面に設けた凹部1a底面に接着
剤を介して半導体素子3 を取着固定するとともに該半導
体素子3 の各電極をボンディングワイヤ8 により外部リ
ード端子7 に接続させ、しかる後、絶縁基体1 と蓋体2
とをその両者の相対向する主面に予め被着させておいた
ガラス部材5 、6 を溶融一体化させ接合すると絶縁基体
1 と蓋体2 とから成る絶縁容器4 内部に半導体素子3 が
気密に封止されて最終製品としての半導体装置となる。
【0027】また本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば半導体素子を収容する絶縁容器を窒化アルミニウ
ム質焼結体で形成したことから内部に収容する半導体素
子が作動時に熱を発生したとしてもその熱は絶縁容器を
介して大気中に良好に放散され、その結果、半導体素子
は常に低温となり、熱破壊したり、特性に熱変化を生
じ、誤動作したりするのが皆無となって長期間にわたり
正常、且つ安定に作動することが可能となる。
【0029】また絶縁容器を封止し、且つ外部リード端
子を絶縁容器に取着するガラス部材を酸化鉛20.0乃至5
0.0重量%、酸化亜鉛3.0 乃至13.0重量%、酸化珪素3.0
乃至13.0重量%、酸化ホウ素3.0 乃至13.0重量%を含
むガラス成分にフィラーとしてのウイレマイト系化合物
を30.0乃至50.0重量%、チタン酸鉛系化合物を10.0乃至
30.0重量%添加したガラスで形成したことからガラス部
材の熱膨張係数を絶縁容器に近似させることができ、そ
の結果、絶縁容器とガラス部材との接合強度が強固とな
り、絶縁容器の気密封止の信頼性が大幅に向上して、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。
【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
例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・・・絶縁基体 2・・・・・・・蓋体 3・・・・・・・半導体素子 4・・・・・・・絶縁容器 5、6・・・・・ガラス部材 7・・・・・・・外部リード端子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基体と蓋体との間に外部リード端子を
    挟み、絶縁基体と蓋体と外部リード端子とをガラス部材
    で接合することによって内部に半導体素子を気密に収容
    する半導体素子収納用パッケージであって、前記絶縁基
    体及び蓋体を窒化アルミニウム質焼結体で、ガラス部材
    を酸化鉛20.0乃至50.0重量%、酸化亜鉛3.0 乃至13.0重
    量%、酸化珪素3.0 乃至13.0重量%、酸化ホウ素3.0 乃
    至13.0重量%を含むガラス成分にフィラーとしてのウイ
    レマイト系化合を30.0乃至50.0重量%、チタン酸鉛系
    化合物を10.0乃至30.0重量%添加したガラスで形成した
    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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