JP3417608B2 - 半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板 - Google Patents
半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板Info
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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、半導体パッケージ用の
セラミック製リッド基板に関し、詳しくは、半導体素子
をパッケージ本体の内部に収容した後、その本体に被せ
て半田付けにより接合し、内部に収容した半導体素子を
密封するためのセラミック製のリッド基板に関する。 【従来の技術】 【０００２】この種のセラミック製リッド基板（以下、
単に「リッド基板」若しくは「リッド」ともいう）とし
ては、特開昭５７−１６０１４７号や特公平３−７６７
８４号の公報に開示されている技術が知られている。こ
れらの技術においては、図１２（Ａ）に示すように、リ
ッド５１は、パッケージ本体５２に対面する側の面の周
縁に、金属層５３を介して半田層５４を平坦に形成した
ものであり、密封は、同図に示すように、半田層５４が
パッケージ本体５２の金属層５５に密着するようにして
被せ、その下で、所定の温度に加熱することで溶解し、
半田付け（封着）するようにしたものである。ところ
で、半田は、加熱されると固相線温度で溶けはじめて半
溶融状となり、液相線温度を超えると完全に溶解する。
したがって、上記の従来技術における封着は、液相線温
度より幾分高めに設定された温度（以下、「半田付け温
度」又は「封着温度」ともいう）条件下で行われる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】この場合、パッケージ
本体５２にセットされたリッド５１の半田５４が固相線
温度を超えて溶けはじめると、その半田が同時にシール
（密閉材）の作用を果たすために、その段階でパッケー
ジの内部は、ほぼ気密状態となってしまう。そして、パ
ッケージはその状態の下で封着温度までさらに加熱され
る。 【０００４】このために、封着温度においてパッケージ
の内部は、ガスの熱膨張によって相対的に著しい高圧と
なり、半溶融ないし溶融状態の半田が、外方（パッケー
ジの外側）に押しやられ、量の多少はあるものの外部に
飛散し、図１２（Ｂ）に示すように、一部５６，５６が
外側のリード５７等に付着してしまうといった問題があ
った。つまり、上記従来のリッド５１を使用した場合に
は、半田封止工程において、外観不良や、絶縁に支障が
生じてパッケージに要求される機能が満たされないとい
った重大な欠陥をもつ不良品が発生しがちで、結果的に
製造単価の上昇を招いているといった問題があった。 【０００５】この問題の解決策として、図１３，１４に
示すように、リッド面の周縁の半田層６４に凹溝６５，
６５を設けておき、リッド６１がパッケージ本体（図示
しない）に被せられたときに、その内外にガスの流通が
保持されるようにするといった技術を提案することがで
きる。こうすれば、半田が溶けはじめて半溶融状態にな
った段階でも、すぐにはパッケージの内部が密閉されな
いから、膨脹したガスを外部に放出させることができ、
半田の飛散を防止できるからである。 【０００６】ところで、半田層６４におけるこうした凹
溝６５，６５は、次のようにして形成される。まず、リ
ッドの下面周縁（および側面）に所定の幅で金属層（メ
タライズ層）６３を形成しておく。そして、例えば、半
田層をディップ法により設ける場合には、金属層６３を
形成したリッド基板を溶融半田中に浸漬し、その金属層
にのみ選択的に半田を付着させて冷却、固化させ、しか
る後、半田層６４を横断する形で、凹溝となる雄型を押
付けて凹溝６５を形成していた。したがって、この手法
では、半田層６４を設ける工程とは別に、押付け工程を
要するために、工程数が増えることになり、平坦な半田
層のものに比べて製造コストの上昇を招くことになる。
この場合、凹溝の部位をホットナイフなどで部分的に加
熱溶融することで設ける場合には、さらに、半田の酸化
や金属層６３にくわれ等の損傷が生じ易く、品質の低下
を招きやすいといった問題があった。 【０００７】また、半田ペーストをスクリーン印刷して
リフローすることで設ける場合には、その所定の部位
に、リフローに際して凹溝となる型（ステンレス又はセ
ラミックの棒片など）を押付けておき、その下で、加熱
溶融することでその棒片を食い込ませるようにして凹溝
を形成することになるから、平坦な半田層を設ける場合
に比べて手間がかかるといった問題があった。さらに、
半田プリフォームをリフローすることで設ける場合に
も、その半田プリフォームに凹溝となる型を押付けてお
く必要があり、同様にその形成に手間がかかる。 【０００８】すなわち、上記の手法においては、リッド
基板の周縁に沿って所定の幅で形成された金属層に、ま
ず平坦な半田層を設けた後、別個の工程において凹溝を
成形するか、或いは、半田層を設ける工程で特別の処置
が必要となるために、平坦な半田層を形成する場合に比
べ、工程の増加および製造コストの増大をもたらしてい
た。本発明は、封着の際発生する膨脹したガス放出のた
めの凹溝をその半田層を設ける工程において、別個、独
立の工程等を要することなく同時に設けることのできる
リッド基板を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体パッケージ用のセラミック製
リッド基板は、半田層を設ける下地として、パッケージ
本体に対面する面の周縁に沿って形成される金属層の幅
を、部分的又は間欠的に、狭く又は広く変化して形成し
てなるものである。 【００１０】 【作用】上記のリッド基板においては、その金属層に半
田層を設けるにあたり、例えばディップ法によりそれを
溶融した半田中に浸漬して引き上げると、同金属層にの
み半田は濡れて選択的に付着する。このとき、溶融した
半田は金属層に表面張力により盛り上がった状態で付着
するが、金属層の幅方向でその略中央が厚（高）くな
る。そして、その厚さは、金属層の幅にほぼ比例したも
のとなる。したがって、その状態のもとで冷却、固化す
ると、半田層の厚さは、周縁に沿う方向において金属層
の幅の広い部位が狭い部位に相対して厚く形成され、狭
い部位が薄くなって凹溝となる。これは、ディップ法に
より半田層を形成する場合の他、金属層の上に半田ペー
ストを印刷して溶融する場合、或いは半田プリフォーム
を溶融する場合でも同様である。このように、本発明に
係るリッド基板によれば、半田層にはそれを設けるとき
に自動的に厚薄の差ができる。そして、相対的に薄い部
位が凹溝ないし凹んだ形となり、パッケージ内で膨脹す
るガスを放出ないし逃がす役割を果たす。 【００１１】 【実施例】本発明を具体化した第１実施例について、図
１ないし図３を参照して詳細に説明する。本例における
リッド基板１は、略正方形に形成されたセラミック板
（一辺；約２７ｍｍ、厚さ；約１ｍｍ）２の各辺（縦辺
３，横辺４）に沿って、半田層を設ける下地としての金
属層（メタライズ層）を図示のパターンで備えたもので
ある。すなわち、本例における金属層５は、各コーナー
６，６を含む縦辺３，３に沿う部位の幅Ｗ１、および、
横辺４，４に沿う部位の幅Ｗ２がそれぞれ一定で、Ｗ１
＞Ｗ２として形成されている。ただし、本例では、Ｗ１
は１．８ｍｍで、Ｗ２は１．３５ｍｍに設定されてい
る。なお、本例におけるセラミック板２は、公知の手段
によるプレス成形により９０％アルミナを焼成してなる
ものであり、金属層としてのメタライズ層５は、Ａｇ−
Ｐｄペースト（厚膜）をスクリーン印刷して焼成してな
るものである。 【００１２】しかして、上記本例のリッド基板１を、溶
融半田中に入れて引き上げ、金属層５上にのみ選択的に
半田層を付け、冷却、固化させることにより所望とする
リッドを得ることができる。こうして設けられた半田層
Ｓの厚さは、Ｗ１の部位（幅広部）の厚さｈ１が約２０
０μｍとなり、Ｗ２の部位（幅狭部）の厚さｈ２が１４
０〜１６０μｍとなった。つまり、その半田層Ｓの厚さ
の差（ｈ１−ｈ２）である凹溝７の深さは、４０〜６０
μｍとなった。ただし、本例で使用した半田は、その組
成がＰｂが８５ｗｔ％，Ｓｎが５ｗｔ％，Ｂｉが７ｗｔ
％，残部がＡｇ，Ｉｎからなるもので、固相線温度は２
４０℃、液相線温度は２８０℃のものである。これによ
り、本例では横辺４に沿う金属層５に付着した半田層Ｓ
が相対的に低く形成され、同横辺４に沿うＬ１部分が凹
溝（ガス放出部位）７をなすリッドをうることができた
（図４参照）。なお、本例では、半田層Ｓの低い部位と
高い部位との連結部位８は、図４に示されるようになめ
らかな連なりとなり、したがって、凹溝を型押し成形す
る手法により設ける場合（図１３参照）のように角を残
さないから、溶融した半田により埋められ易く、したが
ってボイドを残しにくいので、封止不良を起こしにくい
といった効果もある。 【００１３】なお、上記においては、半田層はディップ
法により、金属層５上にのみ選択的に形成した場合を例
示したが、金属層５に半田ペーストをスクリーン印刷し
ておき、或いは、所定の半田プリフォームをセットし、
所定温度に加熱してリフロー、および固化させることで
も同様に形成できる。 【００１４】また、こうして半田層が設けられたリッド
により封着してみたが、後述するように、半田の飛散を
著しく低減できた。このことは、このリッドが、図示し
ないパッケージ本体に被せられたときは、半田層Ｓの凹
溝７と同パッケージ本体の金属層に対面する間の空間
が、パッケージ内外のガスを流通させるガス放出部位
（逃げ道）として作用しており、膨脹するパッケージ内
のガスを有効に外部に放出させていることを示すもので
ある。 【００１５】表１は、本例の金属層５のパターンに半田
層Ｓを設けて、パッケージを封着し、半田飛散の発生率
を金属層の幅に変化のないもの（Ｗ１＝Ｗ２）と比較し
た結果である。なお、Ｗ１を１．８ｍｍ（一定）とした
下で、Ｗ２の大きさを適宜に変え、Ｗ１／Ｗ２を、３／
２と２／１とした場合によるリッドについても同様、そ
の効果を確認した。ただし、試料数は各１００個であ
る。以下同じ。 【表１】 表１に示す結果の通り、金属層の幅が一定（Ｗ１＝Ｗ
２）の比較例では、半田層の厚さのバラツキ（差）が０
〜２０μｍ程度しか生じず、３０％のものに半田飛散が
みられたのに対し、実施例のものにおいては、前記した
とおり４％と激減された。なお、Ｗ１／Ｗ２を３／２、
２／１としたものでは、その厚さの差が５０〜１２０μ
ｍ程度付き、半田飛散の発生はまったくみられなかっ
た。これらのことは、とりもなおさず本発明の効果を実
証するものである。 【００１６】さて、次に本発明のリッド基板を具体化し
た第２実施例について、図５および図６を参照して説明
するが、前例とは金属層のパターンのみ相違するだけで
あるから、その点を中心として説明し、同一の部位には
同一の符号を付してその説明を省略する。以下の実施例
でも同様とする。本例のリッド基板２１では、各辺の金
属層２５を、その中央部の内側において所定長さｋを切
欠状とし、間欠的に幅狭としたものである。ただし、各
コーナー６，６寄りの幅Ｗ３を１．８ｍｍで一定とし、
各辺中央の幅狭部Ｗ４を１．３５ｍｍとしている。しか
して、前例と同様にして金属層２５に半田層Ｓを設ける
と、幅狭部Ｗ４における半田層Ｓの厚さｈ４が、幅広部
Ｗ３の半田層の厚さｈ３に相対して薄くなり、幅狭部Ｗ
４が横方向から見て凹溝２７となり、これが封着時にお
けるガス放出部位をなす。本例では、各辺３，４の中央
部に間欠的に４箇所の凹溝２７が形成されているため
に、封止工程で半田が不均一に解け始めて一つの凹溝２
７が塞がれたとしても他のすべての凹溝２７が塞がれる
までガスを放出できる。したがって、ベルト炉を通して
封止する場合、リッド基板の方向の設定（配置）が容易
となる。 【００１７】なお、本例の金属層のパターンにおいて
も、前例と同様に、Ｗ３は１．８ｍｍとした下で、Ｗ４
の大きさを適宜に変え、Ｗ３／Ｗ４を、３／２と２／１
とし、そして、前例同様にしてディップ法により半田層
を設けてその厚さの差を確認するとともに、それぞれ封
着時の半田飛散の発生率を比較してみた。結果は、表２
に示す通りである。なお、幅広部Ｗ３の半田層の厚さｈ
３は約２００μｍであった。 【表２】 表２に示す結果の通り、金属層の幅が一定（Ｗ１＝Ｗ
２）の比較例に対して、本例のものにおいては、Ｗ３／
Ｗ４が４／３のものでも、３０〜６０μｍ程度も積極的
に差を付けることができ、半田飛散の発生率を６％と著
しく低減できた。また、Ｗ３／Ｗ４が３／２以上となる
と、５０〜１２０μｍ程度の差がつき、半田の飛散は見
られなかった。なお、本例においては、ｋの距離（幅）
を３ｍｍ以上とするとよい。前記したように半田層の厚
い部位と薄い部位とはなめらかな連なりとなって連結さ
れるために、ｋがある程度以上ないとＷ３とＷ４の幅が
違っていても半田層の厚みに有効な差がつかず、ガスを
放出するための十分な流路断面積を確保できない虞があ
るからである。ただし、ｋは３ｍｍ以上に限定されるも
のではなく、金属層の幅などに応じて適宜に設計すれば
よい。 【００１８】さて次に、本発明の第３実施例について、
図７を参照して説明するが、本例のリッド基板３１は、
前例が半田層を設ける金属層が、各辺おいて幅が変化さ
れているパターンであったのに対して、本例では各コー
ナー６，６を相対的に幅広に変化させてなるパターンと
したものである。すなわち、図７においては、周縁に沿
って形成された金属層３５における隅角部３６，３６の
内側を曲率半径の大きい円弧でつなぎ、各辺３，４に沿
う部位（直線部）の幅Ｗ５に相対して、各隅角部３６の
幅Ｗ６を大きくしたものである。本例では、Ｗ５を１．
８ｍｍ（一定）とし、Ｗ５／Ｗ６を３／４としてＷ６を
２．４ｍｍに設定している。しかして、このものに上記
実施例と同様にして、半田層を設けたところ、幅Ｗ５の
部位における半田層の厚さは、２００μｍとなったのに
対して、各隅角部（Ｗ６）３６におけるその厚さは、２
７０μｍとなり、約７０μｍの差をつけることができ
た。すなわち、本例のものでは、隅角部３６，３６の部
位を除く各辺３，４の直線部分のほぼ全体が凹溝（ガス
放出部位）をなすよう形成されている。なお、このもの
によっても前同様にして封着してみたが、半田の飛散は
まったくみられなかった。 【００１９】図８は、第４実施例を示すものである。こ
のものは、前記第３実施例の変形例とでもいうべきもの
で、金属層の隅角部３６内側を４５度の角度で直線的に
つないで幅広としたものである。各辺３，４に沿う直線
部Ｗ７の幅を１．８ｍｍとし、これに対するコーナー６
の幅広部の幅Ｗ８を、Ｗ７／Ｗ８が２／３となるように
している。しかして、このものに半田を設けた場合に
は、直線部Ｗ７の半田層の厚さは平均２００μｍとなっ
たのに対し、コーナー部Ｗ８のその厚さは約３００μｍ
となり、約１００μｍの差をつけることができ、封着時
における半田の飛散を防止できた。 【００２０】図９は、第５実施例を示すものである。こ
のものも前同様に変形例とでもいうべきもので、金属層
の隅角部３６において、内側に直角の角を突出させるよ
うにして幅を広くしたものである。各辺３，４に沿う直
線部の幅Ｗ９を１．８ｍｍとし、コーナーの幅広部の幅
Ｗ１０を、Ｗ９／Ｗ１０が１／２となるようにしたもの
である。しかして、このものに半田層を設けた場合に
は、直線部Ｗ９の半田層の厚さは平均２００μｍとなっ
たのに対し、コーナー部Ｗ１０のその厚さは約４００μ
ｍとなり、約２００μｍの差をつけることができ、封着
時における半田の飛散を防止できた。 【００２１】上記各実施例においては、いずれも平面視
において金属層の内側に凹凸を設けることにより、金属
層の幅を変化させた場合を例示したが、本発明において
は、金属層の外側で凹凸を設けることにより幅を変化さ
せてもよい。また、上記第１実施例および第２実施例と
もに、リッドの各辺に沿う部位の金属層を直線でもって
段付き状のパターンとして変化させたが、円弧ないし円
弧状の曲線でもって凹凸を繰り返すようにして部分的又
は間欠的に金属層の幅を変化させることもできる。ま
た、金属層の幅を直線でもって変化させる場合でも、Ｖ
字形（鋸刃形）など連続パターン形状として変化させて
もよい。さらに、上記第１実施例、第２実施例ともに、
金属層の幅の大きさをＷ１とＷ２のように２種類とした
が、三種類（段階）或いはそれ以上の態様で変化させる
こともできる。また、図１０に示した基板４１のよう
に、第２実施例と第４実施例を組合わせ、各辺３，４に
沿う直線部の幅Ｗ１１に対し、各コーナー６，６の幅Ｗ
１２を幅広とし、直線部端のコーナーに連なる部分の幅
Ｗ１３を幅狭として、コーナー付近で隣り合う部分の幅
Ｗ１２と幅Ｗ１３の差を大きくして、半田層の厚さの差
をより大きくさせることができる。このパターンの場
合、封着時に、幅広のコーナー部の過剰の半田がすぐ隣
の半田量の少ない幅狭部へ流れ込むために、封止外観が
均一になるというメリットもある。さらに、図１１に示
すように図１０における直線部３，４の中央の幅に広狭
をつけてもよい。 【００２２】すなわち、本発明においては、半田層を設
ける下地として、パッケージ本体に対面する面の周縁に
沿って形成される金属層の幅が、部分的又は間欠的に、
狭く又は広く変化して形成されており、その変化（幅の
広狭）があるために、半田をディップなどにより設ける
とき、その表面張力による半田の盛り上がり厚さに差が
できることにより、周縁に沿ういずれかの部位で、一箇
所或いは複数箇所、凹溝ないしガスを放出可能の凹んだ
部位が形成されるものであればよく、金属層の幅の広狭
ないしその変化のパターンは、リッド（パッケージ本
体）の種類や大きさ、或いは、半田の組成などに応じて
適宜に設計すればよい。 【００２３】ただし、半田を設けたとき、その厚さの差
が大きいほどガス放出性能は向上する。したがって、な
るべく金属層の幅の差が相対的に大きくなるように広狭
を付すとよい。ただし、この差が過大となると、封着時
における凹溝（ガス放出部位）部分の半田の量の相対的
な不足が生じるために、ボイドを残したり封止部の外観
不良となる虞が有るが、リッドの種類などに応じて設計
すればよい。なお、本発明における金属層は、半田層を
設ける下地となるものであればよく、Ｍｏペーストを印
刷、焼成してメタライズし、その上にＮｉ、或いはＮｉ
およびＡｕなどを鍍金したものとしてもよいし、グリン
シートにＷを印刷しておき、同時焼成し、その上にＮｉ
やＡｕなどを鍍金したものとしてもよい。因みに、金属
層に形成する半田は、上記のＰｂ−Ｓｎ系の半田の他、
Ａｕ−Ｓｎ系の金半田（金系低温ろう材）など、リッド
（パッケージ本体）の種類に応じて、適宜のものを選
択、使用すればよい。 【００２４】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板に
おいては、半田層を設ける下地として周縁に沿って形成
される金属層の幅が、部分的又は間欠的に、狭く又は広
く、変化して形成されているために、ディップやリフロ
ーにより半田を付着させると、その表面張力により、金
属層の幅の広い部位が狭い部位に相対して半田の盛上が
り高さが高くなり、狭い部位が低くなる。これにより、
その下で、冷却、固化させれば、その高さ、つまり半田
の厚さを周方向において自動的に異ならせることができ
る。すなわち、本発明に係るリッド基板によれば、半田
層を設けるときに自動的に厚薄の差ができ、相対的に薄
い部位が凹溝ないし凹んだ形となるから、凹溝などのガ
ス放出部位を備えた半田層を、別途独立の工程や格別の
処置を要することなく、従来の半田層を設ける工程と同
じ工程で同時に形成することができる。この結果、本発
明によれば、封着時における半田の飛散を有効に防止す
ることのできるリッドを簡易、低コストで製造できる。
また、ホットナイフなどで部分的に加熱溶融するもので
ないから、半田の酸化や金属層の損傷が生じにくく、し
たがって、高品質のリッドとなすことができる。
セラミック製リッド基板に関し、詳しくは、半導体素子
をパッケージ本体の内部に収容した後、その本体に被せ
て半田付けにより接合し、内部に収容した半導体素子を
密封するためのセラミック製のリッド基板に関する。 【従来の技術】 【０００２】この種のセラミック製リッド基板（以下、
単に「リッド基板」若しくは「リッド」ともいう）とし
ては、特開昭５７−１６０１４７号や特公平３−７６７
８４号の公報に開示されている技術が知られている。こ
れらの技術においては、図１２（Ａ）に示すように、リ
ッド５１は、パッケージ本体５２に対面する側の面の周
縁に、金属層５３を介して半田層５４を平坦に形成した
ものであり、密封は、同図に示すように、半田層５４が
パッケージ本体５２の金属層５５に密着するようにして
被せ、その下で、所定の温度に加熱することで溶解し、
半田付け（封着）するようにしたものである。ところ
で、半田は、加熱されると固相線温度で溶けはじめて半
溶融状となり、液相線温度を超えると完全に溶解する。
したがって、上記の従来技術における封着は、液相線温
度より幾分高めに設定された温度（以下、「半田付け温
度」又は「封着温度」ともいう）条件下で行われる。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】この場合、パッケージ
本体５２にセットされたリッド５１の半田５４が固相線
温度を超えて溶けはじめると、その半田が同時にシール
（密閉材）の作用を果たすために、その段階でパッケー
ジの内部は、ほぼ気密状態となってしまう。そして、パ
ッケージはその状態の下で封着温度までさらに加熱され
る。 【０００４】このために、封着温度においてパッケージ
の内部は、ガスの熱膨張によって相対的に著しい高圧と
なり、半溶融ないし溶融状態の半田が、外方（パッケー
ジの外側）に押しやられ、量の多少はあるものの外部に
飛散し、図１２（Ｂ）に示すように、一部５６，５６が
外側のリード５７等に付着してしまうといった問題があ
った。つまり、上記従来のリッド５１を使用した場合に
は、半田封止工程において、外観不良や、絶縁に支障が
生じてパッケージに要求される機能が満たされないとい
った重大な欠陥をもつ不良品が発生しがちで、結果的に
製造単価の上昇を招いているといった問題があった。 【０００５】この問題の解決策として、図１３，１４に
示すように、リッド面の周縁の半田層６４に凹溝６５，
６５を設けておき、リッド６１がパッケージ本体（図示
しない）に被せられたときに、その内外にガスの流通が
保持されるようにするといった技術を提案することがで
きる。こうすれば、半田が溶けはじめて半溶融状態にな
った段階でも、すぐにはパッケージの内部が密閉されな
いから、膨脹したガスを外部に放出させることができ、
半田の飛散を防止できるからである。 【０００６】ところで、半田層６４におけるこうした凹
溝６５，６５は、次のようにして形成される。まず、リ
ッドの下面周縁（および側面）に所定の幅で金属層（メ
タライズ層）６３を形成しておく。そして、例えば、半
田層をディップ法により設ける場合には、金属層６３を
形成したリッド基板を溶融半田中に浸漬し、その金属層
にのみ選択的に半田を付着させて冷却、固化させ、しか
る後、半田層６４を横断する形で、凹溝となる雄型を押
付けて凹溝６５を形成していた。したがって、この手法
では、半田層６４を設ける工程とは別に、押付け工程を
要するために、工程数が増えることになり、平坦な半田
層のものに比べて製造コストの上昇を招くことになる。
この場合、凹溝の部位をホットナイフなどで部分的に加
熱溶融することで設ける場合には、さらに、半田の酸化
や金属層６３にくわれ等の損傷が生じ易く、品質の低下
を招きやすいといった問題があった。 【０００７】また、半田ペーストをスクリーン印刷して
リフローすることで設ける場合には、その所定の部位
に、リフローに際して凹溝となる型（ステンレス又はセ
ラミックの棒片など）を押付けておき、その下で、加熱
溶融することでその棒片を食い込ませるようにして凹溝
を形成することになるから、平坦な半田層を設ける場合
に比べて手間がかかるといった問題があった。さらに、
半田プリフォームをリフローすることで設ける場合に
も、その半田プリフォームに凹溝となる型を押付けてお
く必要があり、同様にその形成に手間がかかる。 【０００８】すなわち、上記の手法においては、リッド
基板の周縁に沿って所定の幅で形成された金属層に、ま
ず平坦な半田層を設けた後、別個の工程において凹溝を
成形するか、或いは、半田層を設ける工程で特別の処置
が必要となるために、平坦な半田層を形成する場合に比
べ、工程の増加および製造コストの増大をもたらしてい
た。本発明は、封着の際発生する膨脹したガス放出のた
めの凹溝をその半田層を設ける工程において、別個、独
立の工程等を要することなく同時に設けることのできる
リッド基板を提供することを目的とする。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体パッケージ用のセラミック製
リッド基板は、半田層を設ける下地として、パッケージ
本体に対面する面の周縁に沿って形成される金属層の幅
を、部分的又は間欠的に、狭く又は広く変化して形成し
てなるものである。 【００１０】 【作用】上記のリッド基板においては、その金属層に半
田層を設けるにあたり、例えばディップ法によりそれを
溶融した半田中に浸漬して引き上げると、同金属層にの
み半田は濡れて選択的に付着する。このとき、溶融した
半田は金属層に表面張力により盛り上がった状態で付着
するが、金属層の幅方向でその略中央が厚（高）くな
る。そして、その厚さは、金属層の幅にほぼ比例したも
のとなる。したがって、その状態のもとで冷却、固化す
ると、半田層の厚さは、周縁に沿う方向において金属層
の幅の広い部位が狭い部位に相対して厚く形成され、狭
い部位が薄くなって凹溝となる。これは、ディップ法に
より半田層を形成する場合の他、金属層の上に半田ペー
ストを印刷して溶融する場合、或いは半田プリフォーム
を溶融する場合でも同様である。このように、本発明に
係るリッド基板によれば、半田層にはそれを設けるとき
に自動的に厚薄の差ができる。そして、相対的に薄い部
位が凹溝ないし凹んだ形となり、パッケージ内で膨脹す
るガスを放出ないし逃がす役割を果たす。 【００１１】 【実施例】本発明を具体化した第１実施例について、図
１ないし図３を参照して詳細に説明する。本例における
リッド基板１は、略正方形に形成されたセラミック板
（一辺；約２７ｍｍ、厚さ；約１ｍｍ）２の各辺（縦辺
３，横辺４）に沿って、半田層を設ける下地としての金
属層（メタライズ層）を図示のパターンで備えたもので
ある。すなわち、本例における金属層５は、各コーナー
６，６を含む縦辺３，３に沿う部位の幅Ｗ１、および、
横辺４，４に沿う部位の幅Ｗ２がそれぞれ一定で、Ｗ１
＞Ｗ２として形成されている。ただし、本例では、Ｗ１
は１．８ｍｍで、Ｗ２は１．３５ｍｍに設定されてい
る。なお、本例におけるセラミック板２は、公知の手段
によるプレス成形により９０％アルミナを焼成してなる
ものであり、金属層としてのメタライズ層５は、Ａｇ−
Ｐｄペースト（厚膜）をスクリーン印刷して焼成してな
るものである。 【００１２】しかして、上記本例のリッド基板１を、溶
融半田中に入れて引き上げ、金属層５上にのみ選択的に
半田層を付け、冷却、固化させることにより所望とする
リッドを得ることができる。こうして設けられた半田層
Ｓの厚さは、Ｗ１の部位（幅広部）の厚さｈ１が約２０
０μｍとなり、Ｗ２の部位（幅狭部）の厚さｈ２が１４
０〜１６０μｍとなった。つまり、その半田層Ｓの厚さ
の差（ｈ１−ｈ２）である凹溝７の深さは、４０〜６０
μｍとなった。ただし、本例で使用した半田は、その組
成がＰｂが８５ｗｔ％，Ｓｎが５ｗｔ％，Ｂｉが７ｗｔ
％，残部がＡｇ，Ｉｎからなるもので、固相線温度は２
４０℃、液相線温度は２８０℃のものである。これによ
り、本例では横辺４に沿う金属層５に付着した半田層Ｓ
が相対的に低く形成され、同横辺４に沿うＬ１部分が凹
溝（ガス放出部位）７をなすリッドをうることができた
（図４参照）。なお、本例では、半田層Ｓの低い部位と
高い部位との連結部位８は、図４に示されるようになめ
らかな連なりとなり、したがって、凹溝を型押し成形す
る手法により設ける場合（図１３参照）のように角を残
さないから、溶融した半田により埋められ易く、したが
ってボイドを残しにくいので、封止不良を起こしにくい
といった効果もある。 【００１３】なお、上記においては、半田層はディップ
法により、金属層５上にのみ選択的に形成した場合を例
示したが、金属層５に半田ペーストをスクリーン印刷し
ておき、或いは、所定の半田プリフォームをセットし、
所定温度に加熱してリフロー、および固化させることで
も同様に形成できる。 【００１４】また、こうして半田層が設けられたリッド
により封着してみたが、後述するように、半田の飛散を
著しく低減できた。このことは、このリッドが、図示し
ないパッケージ本体に被せられたときは、半田層Ｓの凹
溝７と同パッケージ本体の金属層に対面する間の空間
が、パッケージ内外のガスを流通させるガス放出部位
（逃げ道）として作用しており、膨脹するパッケージ内
のガスを有効に外部に放出させていることを示すもので
ある。 【００１５】表１は、本例の金属層５のパターンに半田
層Ｓを設けて、パッケージを封着し、半田飛散の発生率
を金属層の幅に変化のないもの（Ｗ１＝Ｗ２）と比較し
た結果である。なお、Ｗ１を１．８ｍｍ（一定）とした
下で、Ｗ２の大きさを適宜に変え、Ｗ１／Ｗ２を、３／
２と２／１とした場合によるリッドについても同様、そ
の効果を確認した。ただし、試料数は各１００個であ
る。以下同じ。 【表１】 表１に示す結果の通り、金属層の幅が一定（Ｗ１＝Ｗ
２）の比較例では、半田層の厚さのバラツキ（差）が０
〜２０μｍ程度しか生じず、３０％のものに半田飛散が
みられたのに対し、実施例のものにおいては、前記した
とおり４％と激減された。なお、Ｗ１／Ｗ２を３／２、
２／１としたものでは、その厚さの差が５０〜１２０μ
ｍ程度付き、半田飛散の発生はまったくみられなかっ
た。これらのことは、とりもなおさず本発明の効果を実
証するものである。 【００１６】さて、次に本発明のリッド基板を具体化し
た第２実施例について、図５および図６を参照して説明
するが、前例とは金属層のパターンのみ相違するだけで
あるから、その点を中心として説明し、同一の部位には
同一の符号を付してその説明を省略する。以下の実施例
でも同様とする。本例のリッド基板２１では、各辺の金
属層２５を、その中央部の内側において所定長さｋを切
欠状とし、間欠的に幅狭としたものである。ただし、各
コーナー６，６寄りの幅Ｗ３を１．８ｍｍで一定とし、
各辺中央の幅狭部Ｗ４を１．３５ｍｍとしている。しか
して、前例と同様にして金属層２５に半田層Ｓを設ける
と、幅狭部Ｗ４における半田層Ｓの厚さｈ４が、幅広部
Ｗ３の半田層の厚さｈ３に相対して薄くなり、幅狭部Ｗ
４が横方向から見て凹溝２７となり、これが封着時にお
けるガス放出部位をなす。本例では、各辺３，４の中央
部に間欠的に４箇所の凹溝２７が形成されているため
に、封止工程で半田が不均一に解け始めて一つの凹溝２
７が塞がれたとしても他のすべての凹溝２７が塞がれる
までガスを放出できる。したがって、ベルト炉を通して
封止する場合、リッド基板の方向の設定（配置）が容易
となる。 【００１７】なお、本例の金属層のパターンにおいて
も、前例と同様に、Ｗ３は１．８ｍｍとした下で、Ｗ４
の大きさを適宜に変え、Ｗ３／Ｗ４を、３／２と２／１
とし、そして、前例同様にしてディップ法により半田層
を設けてその厚さの差を確認するとともに、それぞれ封
着時の半田飛散の発生率を比較してみた。結果は、表２
に示す通りである。なお、幅広部Ｗ３の半田層の厚さｈ
３は約２００μｍであった。 【表２】 表２に示す結果の通り、金属層の幅が一定（Ｗ１＝Ｗ
２）の比較例に対して、本例のものにおいては、Ｗ３／
Ｗ４が４／３のものでも、３０〜６０μｍ程度も積極的
に差を付けることができ、半田飛散の発生率を６％と著
しく低減できた。また、Ｗ３／Ｗ４が３／２以上となる
と、５０〜１２０μｍ程度の差がつき、半田の飛散は見
られなかった。なお、本例においては、ｋの距離（幅）
を３ｍｍ以上とするとよい。前記したように半田層の厚
い部位と薄い部位とはなめらかな連なりとなって連結さ
れるために、ｋがある程度以上ないとＷ３とＷ４の幅が
違っていても半田層の厚みに有効な差がつかず、ガスを
放出するための十分な流路断面積を確保できない虞があ
るからである。ただし、ｋは３ｍｍ以上に限定されるも
のではなく、金属層の幅などに応じて適宜に設計すれば
よい。 【００１８】さて次に、本発明の第３実施例について、
図７を参照して説明するが、本例のリッド基板３１は、
前例が半田層を設ける金属層が、各辺おいて幅が変化さ
れているパターンであったのに対して、本例では各コー
ナー６，６を相対的に幅広に変化させてなるパターンと
したものである。すなわち、図７においては、周縁に沿
って形成された金属層３５における隅角部３６，３６の
内側を曲率半径の大きい円弧でつなぎ、各辺３，４に沿
う部位（直線部）の幅Ｗ５に相対して、各隅角部３６の
幅Ｗ６を大きくしたものである。本例では、Ｗ５を１．
８ｍｍ（一定）とし、Ｗ５／Ｗ６を３／４としてＷ６を
２．４ｍｍに設定している。しかして、このものに上記
実施例と同様にして、半田層を設けたところ、幅Ｗ５の
部位における半田層の厚さは、２００μｍとなったのに
対して、各隅角部（Ｗ６）３６におけるその厚さは、２
７０μｍとなり、約７０μｍの差をつけることができ
た。すなわち、本例のものでは、隅角部３６，３６の部
位を除く各辺３，４の直線部分のほぼ全体が凹溝（ガス
放出部位）をなすよう形成されている。なお、このもの
によっても前同様にして封着してみたが、半田の飛散は
まったくみられなかった。 【００１９】図８は、第４実施例を示すものである。こ
のものは、前記第３実施例の変形例とでもいうべきもの
で、金属層の隅角部３６内側を４５度の角度で直線的に
つないで幅広としたものである。各辺３，４に沿う直線
部Ｗ７の幅を１．８ｍｍとし、これに対するコーナー６
の幅広部の幅Ｗ８を、Ｗ７／Ｗ８が２／３となるように
している。しかして、このものに半田を設けた場合に
は、直線部Ｗ７の半田層の厚さは平均２００μｍとなっ
たのに対し、コーナー部Ｗ８のその厚さは約３００μｍ
となり、約１００μｍの差をつけることができ、封着時
における半田の飛散を防止できた。 【００２０】図９は、第５実施例を示すものである。こ
のものも前同様に変形例とでもいうべきもので、金属層
の隅角部３６において、内側に直角の角を突出させるよ
うにして幅を広くしたものである。各辺３，４に沿う直
線部の幅Ｗ９を１．８ｍｍとし、コーナーの幅広部の幅
Ｗ１０を、Ｗ９／Ｗ１０が１／２となるようにしたもの
である。しかして、このものに半田層を設けた場合に
は、直線部Ｗ９の半田層の厚さは平均２００μｍとなっ
たのに対し、コーナー部Ｗ１０のその厚さは約４００μ
ｍとなり、約２００μｍの差をつけることができ、封着
時における半田の飛散を防止できた。 【００２１】上記各実施例においては、いずれも平面視
において金属層の内側に凹凸を設けることにより、金属
層の幅を変化させた場合を例示したが、本発明において
は、金属層の外側で凹凸を設けることにより幅を変化さ
せてもよい。また、上記第１実施例および第２実施例と
もに、リッドの各辺に沿う部位の金属層を直線でもって
段付き状のパターンとして変化させたが、円弧ないし円
弧状の曲線でもって凹凸を繰り返すようにして部分的又
は間欠的に金属層の幅を変化させることもできる。ま
た、金属層の幅を直線でもって変化させる場合でも、Ｖ
字形（鋸刃形）など連続パターン形状として変化させて
もよい。さらに、上記第１実施例、第２実施例ともに、
金属層の幅の大きさをＷ１とＷ２のように２種類とした
が、三種類（段階）或いはそれ以上の態様で変化させる
こともできる。また、図１０に示した基板４１のよう
に、第２実施例と第４実施例を組合わせ、各辺３，４に
沿う直線部の幅Ｗ１１に対し、各コーナー６，６の幅Ｗ
１２を幅広とし、直線部端のコーナーに連なる部分の幅
Ｗ１３を幅狭として、コーナー付近で隣り合う部分の幅
Ｗ１２と幅Ｗ１３の差を大きくして、半田層の厚さの差
をより大きくさせることができる。このパターンの場
合、封着時に、幅広のコーナー部の過剰の半田がすぐ隣
の半田量の少ない幅狭部へ流れ込むために、封止外観が
均一になるというメリットもある。さらに、図１１に示
すように図１０における直線部３，４の中央の幅に広狭
をつけてもよい。 【００２２】すなわち、本発明においては、半田層を設
ける下地として、パッケージ本体に対面する面の周縁に
沿って形成される金属層の幅が、部分的又は間欠的に、
狭く又は広く変化して形成されており、その変化（幅の
広狭）があるために、半田をディップなどにより設ける
とき、その表面張力による半田の盛り上がり厚さに差が
できることにより、周縁に沿ういずれかの部位で、一箇
所或いは複数箇所、凹溝ないしガスを放出可能の凹んだ
部位が形成されるものであればよく、金属層の幅の広狭
ないしその変化のパターンは、リッド（パッケージ本
体）の種類や大きさ、或いは、半田の組成などに応じて
適宜に設計すればよい。 【００２３】ただし、半田を設けたとき、その厚さの差
が大きいほどガス放出性能は向上する。したがって、な
るべく金属層の幅の差が相対的に大きくなるように広狭
を付すとよい。ただし、この差が過大となると、封着時
における凹溝（ガス放出部位）部分の半田の量の相対的
な不足が生じるために、ボイドを残したり封止部の外観
不良となる虞が有るが、リッドの種類などに応じて設計
すればよい。なお、本発明における金属層は、半田層を
設ける下地となるものであればよく、Ｍｏペーストを印
刷、焼成してメタライズし、その上にＮｉ、或いはＮｉ
およびＡｕなどを鍍金したものとしてもよいし、グリン
シートにＷを印刷しておき、同時焼成し、その上にＮｉ
やＡｕなどを鍍金したものとしてもよい。因みに、金属
層に形成する半田は、上記のＰｂ−Ｓｎ系の半田の他、
Ａｕ−Ｓｎ系の金半田（金系低温ろう材）など、リッド
（パッケージ本体）の種類に応じて、適宜のものを選
択、使用すればよい。 【００２４】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板に
おいては、半田層を設ける下地として周縁に沿って形成
される金属層の幅が、部分的又は間欠的に、狭く又は広
く、変化して形成されているために、ディップやリフロ
ーにより半田を付着させると、その表面張力により、金
属層の幅の広い部位が狭い部位に相対して半田の盛上が
り高さが高くなり、狭い部位が低くなる。これにより、
その下で、冷却、固化させれば、その高さ、つまり半田
の厚さを周方向において自動的に異ならせることができ
る。すなわち、本発明に係るリッド基板によれば、半田
層を設けるときに自動的に厚薄の差ができ、相対的に薄
い部位が凹溝ないし凹んだ形となるから、凹溝などのガ
ス放出部位を備えた半田層を、別途独立の工程や格別の
処置を要することなく、従来の半田層を設ける工程と同
じ工程で同時に形成することができる。この結果、本発
明によれば、封着時における半田の飛散を有効に防止す
ることのできるリッドを簡易、低コストで製造できる。
また、ホットナイフなどで部分的に加熱溶融するもので
ないから、半田の酸化や金属層の損傷が生じにくく、し
たがって、高品質のリッドとなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体パッケージ用のセラミック
製リッド基板を具体化した第１実施例の平面図である。 【図２】図１におけるＡ−Ａ線部分拡大断面図である。 【図３】図１におけるＢ−Ｂ線部分拡大断面図である。 【図４】図１のリッド基板に半田層を設けた部分破断側
面図である。 【図５】本発明に係るリッド基板を具体化した第２実施
例の平面図である。 【図６】図５のリッド基板に半田層を設けた部分破断側
面図である。 【図７】本発明に係るリッド基板を具体化した第３実施
例の平面図である。 【図８】本発明に係るリッド基板を具体化した第４実施
例の部分平面図である。 【図９】本発明に係るリッド基板を具体化した第５実施
例の部分平面図である。 【図１０】本発明に係るリッド基板を具体化した第６実
施例の平面図である。 【図１１】本発明に係るリッド基板を具体化した第７実
施例の平面図である。 【図１２】従来のリッドを説明するもので、Ａは、リッ
ドをパッケージ本体に被せた状態を示す部分破断面図で
あり、Ｂは、半田付けによりパッケージを封着した後の
半田の飛散状態を説明する部分破断面図である。 【図１３】従来のリッドを改良して、半田の飛散防止を
可能とした技術を説明する一部破断正面図である。 【図１４】図１３に示したリッドを半田層側から見た平
面図である。 【符号の説明】 １，２１，３１，４１ リッド基板 ２ セラミック板 ５，２５，３５，４５ 金属層 ７，２７，３７，４７ 半田層の凹溝 Ｓ 半田層 Ｗ１，Ｗ３，Ｗ６，Ｗ８，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２ 金
属層における幅広部の幅 Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ７，Ｗ９，Ｗ１３ 金属層におけ
る幅狭部の幅
製リッド基板を具体化した第１実施例の平面図である。 【図２】図１におけるＡ−Ａ線部分拡大断面図である。 【図３】図１におけるＢ−Ｂ線部分拡大断面図である。 【図４】図１のリッド基板に半田層を設けた部分破断側
面図である。 【図５】本発明に係るリッド基板を具体化した第２実施
例の平面図である。 【図６】図５のリッド基板に半田層を設けた部分破断側
面図である。 【図７】本発明に係るリッド基板を具体化した第３実施
例の平面図である。 【図８】本発明に係るリッド基板を具体化した第４実施
例の部分平面図である。 【図９】本発明に係るリッド基板を具体化した第５実施
例の部分平面図である。 【図１０】本発明に係るリッド基板を具体化した第６実
施例の平面図である。 【図１１】本発明に係るリッド基板を具体化した第７実
施例の平面図である。 【図１２】従来のリッドを説明するもので、Ａは、リッ
ドをパッケージ本体に被せた状態を示す部分破断面図で
あり、Ｂは、半田付けによりパッケージを封着した後の
半田の飛散状態を説明する部分破断面図である。 【図１３】従来のリッドを改良して、半田の飛散防止を
可能とした技術を説明する一部破断正面図である。 【図１４】図１３に示したリッドを半田層側から見た平
面図である。 【符号の説明】 １，２１，３１，４１ リッド基板 ２ セラミック板 ５，２５，３５，４５ 金属層 ７，２７，３７，４７ 半田層の凹溝 Ｓ 半田層 Ｗ１，Ｗ３，Ｗ６，Ｗ８，Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ１２ 金
属層における幅広部の幅 Ｗ２，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ７，Ｗ９，Ｗ１３ 金属層におけ
る幅狭部の幅
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−104355（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−248536（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−84956（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭63−15052（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/00 - 23/12
H01L 23/28 - 23/30
H01L 21/56
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 半田層を設ける下地として、パッケージ
本体に対面する面の周縁に沿って形成される金属層の幅
が、部分的又は間欠的に、狭く又は広く変化して形成さ
れていることを特徴とする、半導体パッケージ用のセラ
ミック製リッド基板。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21238593A JP3417608B2 (ja) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | 半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板 |
| MYPI94002018A MY112779A (en) | 1993-08-03 | 1994-08-03 | Ceramic lid for semiconductor packages. |
| US08/731,379 US5779081A (en) | 1993-08-03 | 1996-10-10 | Ceramic package lid having metallized layer with varying widths |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21238593A JP3417608B2 (ja) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | 半導体パッケージ用のセラミック製リッド基板 |
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| JPH0750360A JPH0750360A (ja) | 1995-02-21 |
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Family
ID=16621711
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|---|---|---|---|
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| US4105861A (en) * | 1975-09-29 | 1978-08-08 | Semi-Alloys, Inc. | Hermetically sealed container for semiconductor and other electronic devices |
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