JP3181015B2 - 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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JP3181015B2 JP20574895A JP20574895A JP3181015B2 JP 3181015 B2 JP3181015 B2 JP 3181015B2 JP 20574895 A JP20574895 A JP 20574895A JP 20574895 A JP20574895 A JP 20574895A JP 3181015 B2 JP3181015 B2 JP 3181015B2
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】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、その上面の略中央部に半導体集積回路素子
を収容するための凹所を有する絶縁基体と、前記絶縁基
体の凹所周辺から下面にかけて導出されるタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属粉末から成る複数個のメ
タライズ配線層と、前記絶縁基体の下面に形成され、前
記メタライズ配線層が電気的に接続される複数個の接続
パッドと、前記接続パッドにロウ付け取着される半田
(錫:鉛=6:4)から成るボール状端子と、蓋体とか
ら構成されており、絶縁基体の凹所底面に半導体集積回
路素子をガラス、樹脂、ロウ材等から成る接着剤を介し
て接着固定させ、半導体集積回路素子の各電極とメタラ
イズ配線層とをボンディングワイヤを介して電気的に接
続させるとともに絶縁基体上面に蓋体をガラス、樹脂等
の封止材を介して接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る
容器内部に半導体集積回路素子を気密に収容することに
よって製品としての半導体装置となる。
【0003】かかる半導体装置は絶縁基体下面の接続パ
ッドにロウ付けされている半田から成るボール状端子を
外部電気回路基板の配線導体上に載置当接させ、しかる
後、前記ボール状端子を約150℃〜250℃の温度で
加熱溶融し、ボール状端子を配線導体に接合させること
によって外部電気回路基板上に実装され、同時に半導体
素子収納用パッケージの内部に収容されている半導体集
積回路素子はその各電極がメタライズ配線層及びボール
状端子を介して外部電気回路に電気的に接続されること
となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体素子収納用パッケージにおいては、アルミナ
セラミックス等からなる絶縁基体の熱膨張係数が6.5
×10-6/℃以上であるのに対し、外部電気回路基板は
一般にガラスエポキシ樹脂から成り、その熱膨張係数が
2×10-5/℃〜4×10-5/℃で両者大きく相違する
こと、ボール状端子を形成する半田(錫:鉛=6:4)
が脆弱であること等から半導体素子収納用パッケージの
内部に半導体集積回路素子を収容し、しかる後、外部電
気回路基板に実装した場合、半導体集積回路素子の作動
時に発する熱が絶縁基体と外部電気回路基板の両方に繰
り返し印加されると前記半導体素子収納用パッケージの
絶縁基体と外部電気回路基板との間に両者の熱膨張係数
の相違に起因する大きな熱応力が発生するとともにこれ
がボール状端子に作用してボール状端子に破壊を発生さ
せてしまい、その結果、半導体素子収納用パッケージの
内部に収容する半導体集積回路素子の各電極を長期間わ
たって所定の外部電気回路に電気的接続させることがで
きないという欠点を有していた。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子収納
用パッケージは、電気絶縁材料から成り、上面に半導体
素子が載置される載置部を、下面に多数の凹部を有する
絶縁基体と、前記絶縁基体の半導体素子が載置される載
置部周辺から凹部底面にかけて導出される複数個のメタ
ライズ配線層と、前記絶縁基体の凹部の内面に形成さ
れ、メタライズ配線層が電気的に接続される複数個の接
続パッドと、前記接続パッドにロウ付けされ、絶縁基体
の下面に球状の突出部を有する端子とから成り、且つ前
記端子が重量比を1:1とした錫と鉛に、ビスマスを4
乃至12重量%含有させて形成されていることを特徴と
するものである。
【0006】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、絶縁基体下面の凹部の内面に接続パッドを設ける
とともに、該接続パッドへ重量比が1:1の錫と鉛に、
ビスマスを4乃至12重量%含有させて成る軟質な端子
をロウ付けしたことから半導体素子収納用パッケージの
内部に半導体集積回路素子を収容するとともに外部電気
回路基板に実装した後、半導体集積回路素子の作動時に
発する熱が絶縁基体と外部電気回路基板の両方に繰り返
し印加され、半導体素子収納用パッケージの絶縁基体と
外部電気回路基板との間に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し、これが端子に作用された
としてもその熱応力は軟質な端子に吸収されて端子に破
壊を生じることはなく、その結果、半導体素子収納用パ
ッケージの内部に収容する半導体集積回路素子の各電極
を長期間にわたり所定の外部電気回路に正確に電気的接
続させることが可能となる。
【0007】
【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。図1及び図2は本発明にかかる半導体素
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とで半導体集
積回路素子3を収容する容器4が構成される。
【0008】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3が載置収容される凹所1aが設けてあ
り、該凹所1a底面には半導体集積回路素子3がガラ
ス、樹脂等の接着剤を介して取着される。
【0009】前記絶縁基体1は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミ
ニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から
成る場合は酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシ
ウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バイン
ダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥
漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法を採用
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1600℃の温度
で焼成することによって製作される。
【0010】また前記絶縁基体1は半導体集積回路素子
3が載置収容される凹所1aの周辺から下面にかけて複
数個のメタライズ配線層5が被着形成されており、更に
前記絶縁基体1の下面には図2に示すように凹部1bが
設けられ、該凹部1bの内面全面には前記メタライズ配
線層5と電気的に接続される接続パッド5aが被着形成
されている。
【0011】前記メタライズ配線層5及び接続パッド5
aはタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金
属粉末から成り、タングステン等の高融点金属粉末に適
当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して得た
金属ペーストを絶縁基体1となるグリーンシートに予め
従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷
塗布しておくことによって絶縁基体1の所定位置に所定
パターンに被着形成される。
【0012】前記メタライズ配線層5は半導体集積回路
素子3の各電極を後述する接続パッド5aにロウ付けさ
れる端子7に電気的に接続させる作用を為し、絶縁基体
1の凹所1a周辺に位置する領域には半導体集積回路素
子3の各電極がボンディングワイヤ6を介して電気的に
接続される。
【0013】また前記メタライズ配線層5と電気的に接
続されている接続パッド5aは絶縁基体1に端子7を取
着する際の下地金属層として作用し、その表面に重量比
を1:1とした錫と鉛に、ビスマスを4乃至12重量%
含有させて形成される端子7がロウ付けされている。こ
の場合、前記接続パッド5aは絶縁基体1の下面に設け
た凹部1bの内面全面に被着されていることから接続パ
ッド5aと端子7とのロウ付け面積が広いものとなり、
その結果、端子7を接続パッド5aに極めて強固にロウ
付け取着することが可能となる。
【0014】更に前記接続パッド5aにロウ付けされて
いる端子7は絶縁基体1の下面に球状の突出部7aを有
しており、該球状突出部7aは端子7を外部電気回路基
板8の配線導体8aに接続させる際、その接続を容易、
且つ確実となす作用をし、且つ半導体集積回路素子3の
作動時に発する熱が絶縁基体1と外部電気回路基板8の
両方に繰り返し印加され、絶縁基体1と外部電気回路基
板8との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな
熱応力が発生したとしてもその熱応力は接続パッド5a
の凹部1b側面に被着された領域と絶縁基体1の凹部1
b開口領域に位置する端子7の両領域に分散されて小さ
くなり、これによって、接続パッド5aが絶縁基体1よ
り剥離するのが有効に防止されるようになっている。
【0015】また更に前記端子7は重量比を1:1とし
た錫と鉛に、ビスマスを4乃至12重量%含有させて形
成されており、かかる錫と鉛とビスマスとから成る端子
7は軟質であることから半導体集積回路素子3の作動時
に発する熱が絶縁基体1と外部電気回路基板8の両方に
繰り返し印加され、半導体素子収納用パッケージの絶縁
基体1と外部電気回路基板8との間に両者の熱膨張係数
の相違に起因する大きな熱応力が発生し、これが端子7
に作用されたとしてもその熱応力は軟質な端子7に吸収
されて端子7に破壊を生じることはなく、その結果、半
導体素子収納用パッケージの内部に収容する半導体集積
回路素子3の各電極を長期間にわたり所定の外部電気回
路に正確に電気的接続させることが可能となる。
【0016】尚、前記球状の突出部7aを有する端子7
は絶縁基体1の凹部1bに錫と鉛とビスマスとを所定量
配合した金属材を過剰に充填し、しかる後、これを約1
50℃〜250℃の温度で加熱溶融させることによって
絶縁基体1の下面側に形成される。この場合、絶縁基体
1の凹部1bからはみ出た金属材は表面張力によって球
状の突出部7aを形成する。
【0017】また前記端子7を構成する錫と鉛とビスマ
スは錫と鉛の重量比が1:1を外れると破壊強さが弱く
なることから半導体集積回路素子3の作動時に発する熱
が絶縁基体1と外部電気回路基板8の両方に繰り返し印
加され、半導体素子収納用パッケージの絶縁基体1と外
部電気回路基板8との間に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とその熱応力より端子7
に破壊を生じることとなることから前記端子7はそれを
構成する錫と鉛の重量比が1:1に特定される。
【0018】更に前記端子7を構成する錫と鉛とビスマ
スはそのビスマスの含有量が4重量%未満であると端子
7の溶融温度が高くなって端子7を接続パッド5aに取
着する際の作業温度が高いものとなり、また14重量%
を越えると端子7は脆弱で機械的強度の弱いものとな
り、絶縁基体1と外部電気回路基板8との間に発生する
両者の熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力によっ
て破壊を生じてしまう。
【0019】従って、前記端子7はそれを構成するビス
マスの含有量が4重量%乃至14重量%の範囲に特定さ
れる。
【0020】かくして本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば絶縁基体1の凹所1a底面に半導体集積回
路素子3を接着剤を介して接着固定するとともに半導体
集積回路素子3の各電極をメタライズ配線層5にボンデ
ィングワイヤ6を介して電気的に接続し、しかる後、絶
縁基体1の上面に蓋体2をガラス、樹脂等から成る封止
材より接合させ、絶縁基体1と蓋体2とから成る容器4
内部に半導体集積回路素子3を気密に収容することによ
って製品としての半導体装置となる。
【0021】
【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、絶縁基体下面の凹部の内面に接続パッドを設け
るとともに、該接続パッドへ重量比が1:1の錫と鉛
に、ビスマスを4乃至12重量%含有させて成る軟質な
端子をロウ付けしたことから半導体素子収納用パッケー
ジの内部に半導体集積回路素子を収容するとともに外部
電気回路基板に実装した後、半導体集積回路素子の作動
時に発する熱が絶縁基体と外部電気回路基板の両方に繰
り返し印加され、半導体素子収納用パッケージの絶縁基
体と外部電気回路基板との間に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し、これが端子に作用さ
れたとしてもその熱応力は軟質な端子に吸収されて端子
に破壊を生じることはなく、その結果、半導体素子収納
用パッケージの内部に収容する半導体集積回路素子の各
電極を長期間にわたり所定の外部電気回路に正確に電気
的接続させることが可能となる。
【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。
【図2】図1に示す半導体素子収納用パッケージの要部
拡大断面図である。
【符号の説明】
1・・・・・・絶縁基体 1b・・・・・凹部 2・・・・・・蓋体 3・・・・・・半導体集積回路素子 5・・・・・・メタライズ配線層 5a・・・・・接続パッド 7・・・・・・端子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電気絶縁材料から成り、上面に半導体素子
    が載置される載置部を、下面に多数の凹部を有する絶縁
    基体と、前記絶縁基体の半導体素子が載置される載置部
    周辺から凹部底面にかけて導出される複数個のメタライ
    ズ配線層と、前記絶縁基体の凹部の内面に形成され、メ
    タライズ配線層が電気的に接続される複数個の接続パッ
    ドと、前記接続パッドにロウ付けされ、絶縁基体の下面
    に球状の突出部を有する端子とから成り、且つ前記端子
    が重量比を1:1とした錫と鉛に、ビスマスを4乃至1
    2重量%含有させて形成されてい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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