JP3618063B2 - Package for storing semiconductor elements - Google Patents
Package for storing semiconductor elements Download PDFInfo
- Publication number
- JP3618063B2 JP3618063B2 JP27687099A JP27687099A JP3618063B2 JP 3618063 B2 JP3618063 B2 JP 3618063B2 JP 27687099 A JP27687099 A JP 27687099A JP 27687099 A JP27687099 A JP 27687099A JP 3618063 B2 JP3618063 B2 JP 3618063B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor element
- brazing material
- package
- insulating substrate
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子が搭載され、半導体素子を金属製蓋体によって気密に封止する半導体素子収納用パッケージに関し、特に、パッケージ構造の改良に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来から、半導体素子を搭載した半導体素子収納用パッケージが知られている。特に、高い周波数帯で使用される高周波素子などを搭載する高周波素子収納用パッケージには、高周波での良好な信号伝送特性及び気密封止性が要求されることから、従来より周知のメタルウォールパッケージが使用されてきた。
【0003】
しかし、メタルウォールパッケージは重く、小型軽量に不向きであることから、通信などの小型軽量が特に要求される分野では、1〜30GHzの周波数帯で伝送損失の小さいCu等の低損失金属配線を高周波用配線として具備するガラスセラミックパッケージが使用されつつある。
【0004】
従来、半導体素子収納用のパッケージの構造は、例えば図4に示すように、多層の絶縁層41からなる絶縁基板42内に半導体素子43を収納するための凹部44を設けるとともに、半導体素子43の外部からの電磁的遮蔽のため凹部44を金属製の蓋体45にて導体層46上に被着形成されたロウ材47を介して気密に封止される。また、例えば、絶縁基板42内に中心導体48と、絶縁層41を介して中心導体48の上下面を覆うグランド層50、51と、からなるマイクロストリップ線路やグランド付コプレーナ線路等の高周波信号線路が形成され、金属製ワイヤ、リボン、リード、TABテープ49等によって半導体素子43と接続されている。なお、中心導体50はビアホール導体53等を経由して接続用端子55に接続され、さらに外部回路基板(図示せず。)等と接続される。
【0005】
また、特開平4−206854号では、絶縁基板表面に素子の全周を覆うように枠状の導体層を形成し、この導体層に金属製の蓋体を接着するとともに、金属製蓋体と高周波信号線路下面のグランド層とを多数のスルーホールによって電気的に接続することによって、半導体素子の外部からの電磁波の影響を防止できることが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の半導体素子収納用パッケージでは、上面のグランド層の上面に絶縁層をさらに1層以上設けなければならず、製造工程が増すとともに、パッケージの小型化の点で不利であった。
【0007】
また、特開平4−206854号では、外部からの電磁波の半導体素子への影響を防止することはできるものの、半導体素子と接続された信号線路への外部からの電磁波の影響を防止することができず、信号線路にて伝送損失が増大するという問題があった。
【0008】
さらに、いずれのパッケージにおいても絶縁基板表面に設けられた所定の形状からなる導体層を介してロウ付けすることにより所定の位置にロウ材を配設、固定することができるものであり、グランド層等の面積の広い導体層に直接ロウ付けすると、ロウ材が導体層表面に広がって流出してしまい、過剰なロウ材が必要となるばかりか導体層と金属製蓋体との接合強度が低下するという問題があった。
【0009】
本発明は上記問題点を解決するもので、小型軽量化できるとともに、金属製蓋体を絶縁基板に気密かつ強固に接合可能な半導体素子収納用パッケージを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題について検討した結果、半導体素子が搭載される表面を有する絶縁基板と、該絶縁基板表面に前記半導体素子を気密に封止するためにロウ材によって接合される金属製蓋体とを具備する半導体素子収納用パッケージの前記絶縁基板の少なくとも前記金属製蓋体を接合する表面にグランド層を、前記絶縁基板内部に中心導体層とを形成してストリップ構造の線路を具備してなるとともに、前記グランド層表面に絶縁体からなる一対のロウ材流出防止壁を被着し、前記ロウ材流出防止壁の高さを3〜3000μm、幅を0.1〜10mm、かつ前記一対のロウ材流出防止壁間の間隔を0.2〜5mmとし、前記一対のロウ材流出防止壁に挟まれた部分でグランド層と蓋体とをロウ材によって接合することによって、従来グランド層上面に配設していた絶縁層を省くことができ、パッケージの小型化が可能であるとともに、ロウ材がグランド層表面上に流出することないために、気密封止性がよく、高い接着強度でロウ付けできることを知見した。
【0011】
ここで、前記ロウ材流出防止壁が前記絶縁基板および前記グランド層と同時焼成によって形成されてなること、前記ロウ材流出防止壁が前記絶縁基板と同じ成分からなることが望ましい。
【0012】
また、前記グランド層を対向する絶縁基板内部に少なくとも中心導体が形成されてなることが望ましく、さらに、少なくとも前記蓋体とロウ付けされるグランド層表面に厚み1〜20μmのNi、Co、Cr、AuおよびCuの群から選ばれる少なくとも1種の金属からなるメッキ層を形成してなることが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージの一例を概略断面図である図1および金属製蓋体を省略した平面図である図2を基に説明する。
図1の半導体素子収納用パッケージAによれば、多層の絶縁層1a〜1cからなる絶縁基板1の上面略中央部に半導体素子2を収容するための凹部3が形成され、絶縁基板1の凹部3に搭載された半導体素子2は金属製蓋体5をによって気密に封止されている。
【0014】
絶縁層1a〜1cは、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ガラスセラミックス等からなるが、後述する低抵抗金属の銅または銀等との同時焼成が可能なガラスセラミックスからなることが望ましい。
【0015】
また、金属製蓋体5は、例えば、コバール、42アロイ、銅等の金属からなり、凹部3内に搭載される半導体素子2への外部からの電磁波の影響を防止することができる。なお、金属製蓋体3の熱膨張係数は、金属製蓋体5接続時に絶縁基板1と金属製蓋体5との熱膨張差により発生する応力発生を避け、パッケージの気密封止信頼性を高める上で、絶縁基板1の熱膨張係数と近似していることが望ましい。
【0016】
また、本発明によれば、絶縁基板1表面の凹部3の周囲部にはグランド層6が形成され、グランド層6表面には凹部3を覆うように一対の枠状のロウ材流出防止壁8、9が形成されており、両ロウ材流出防止壁8、9に挟まれた部分にロウ材10を充填することによって、グランド層6と金属製蓋体5がロウ材10を介して電気的に接続され、凹部3内を気密に封止できるとともに、高接着強度を維持できる。
【0017】
かかる構造において、ロウ材流出防止壁8、9は、絶縁基板1およびグランド層6と同時焼成によって一体的に形成されたセラミックスからなることが接合強度を高める点で望ましく、また、ロウ材流出防止壁8、9は絶縁基板1と同一組成もしくは同一成分からなることが望ましい。
【0018】
さらにロウ材流出防止壁8、9の形状は、気密封止に必要なロウ材量をロウ材流出防止壁8、9間に充填できるとともに、ロウ付け部での強度を高め、ロウ材10と絶縁基板1との間で熱膨張差によって応力が発生し、応力集中によってクラック等が生じることを防止するために、高さが3〜3000μm であることが必要であり、また、ロウ材流出防止壁8、9の強度を維持し、精度良く形成できるとともに、パッケージの小型化、軽量化のために、ロウ材流出防止壁8、9の幅が0.1〜5mmであることが必要である。
【0019】
また、気密封止に必要なロウ材量を充填できるとともに、絶縁基板1とグランド層6との強固な接着を維持するためにロウ材流出防止壁8、9によって挟まれたロウ材10充填部の幅は0.2〜5mmであることが必要である。
【0020】
また、絶縁基板1内の絶縁層1aを介してグランド層6と対向する位置にはこのグランド層6と平行して中心導体層12が形成されており、その一端は、金属製ワイヤ、リボン、リード、TABテープ14等を介して半導体素子2と電気的に接続されている。さらに、中心導体層12と対向する位置には、絶縁層1bを介して半導体素子2の下面にまでわたってグランド層16が形成されている。
【0021】
ここで、中心導体層12およびグランド層6、16によってストリップ構造の線路18が形成され、これによって、線路18への外部からの電磁波の影響を防止できる。なお、線路18は、中心導体層12形成面の中心導体層12を挟んで対峙する両側に一対のグランド層(図示せず。)を設け、中心導体層12をコプレーナ構造としてもよく、またはグランド層16を形成しないマイクロストリップ線路であってもよい。
【0022】
また、中心導体層12は、スルーホール導体20を経由して絶縁基板1の裏面に形成された接続端子22に電気的に接続され、外部回路基板(図示せず)と接続される。
【0023】
なお、上記グランド層6、16、中心導体層12、スルーホール導体20、接続端子22等の導体層は、銅、銀、金、タングステン、モリブデン等の金属からなるが、特に高周波信号を伝送する線路については、低抵抗金属である銅または銀からなることが望ましい。また、導体層内には、セラミックスやガラス等のフィラー成分を含有してもよい。
【0024】
また、絶縁基板1内には、線路18構造以外の線路やサーマルビア等が形成されてもよく、さらに、グランド層6、16間の半導体素子2および/または中心導体層12を囲む位置に多数のスルーホールを形成して外部からの電磁波の影響をさらに防止することもできる。
【0025】
また、図3のロウ材流出防止壁8、9形成部付近の拡大図に示されるとおり、グランド層6表面の両ロウ材流出防止壁8、9に挟まれた部分には厚み1〜20μm のメッキ層24を形成することが望ましく、これによってロウ材10とグランド層6との反応により強度の低い反応層が形成されることを防止し、ロウ材10のグランド層6への接着強度を高めることができる。さらに、メッキ層24表面に金メッキを施すことに、メッキ層24とロウ材4との濡れ性を高めることができる。
【0026】
なお、図1のパッケージAは絶縁基板1に凹部3を設け、凹部3を平板状の金属製蓋体5によって封止するものであったが、本発明はこれに限られるものではなく、平板形状の絶縁基板の所定位置に半導体素子を搭載し、該半導体素子を前記絶縁基板と椀状の金属製蓋体によって封止する構造であってもよい。
【0027】
次に、本発明の半導体素子収納用パッケージの製造方法の一例について説明する。
まず、セラミックス粉末に有機バインダおよび溶剤を混合してスラリーを調製し、このスラリーを用いて、周知のドクターブレード法、圧延法等によって、シート状に成形してグリーンシートを作製する。そして、このグリーンシートの所定の位置にビアホールまたはスルーホールを形成する。
【0028】
例えば、絶縁層としてガラスセラミックスを使用した場合、ジルコン酸カルシウム、珪酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ、シリカ、ムライト、フォルステライト、ジルコニア、スピネル等のセラミックス粉末に焼成によって結晶相を析出する結晶性ガラスを添加し、さらに、所望により、アクリル系樹脂、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸イソブチル等の窒素雰囲気中での熱分解性に優れた有機バインダおよびIPA、トルエン等の溶剤を添加することが望ましい。
【0029】
一方、銅、銀、金、タングステン、モリブデン等の金属粉末に、焼結温度および焼成による収縮率、熱膨張係数の制御の点で、所望により、ガラスやセラミック粉末等のフィラーおよび有機物成分を添加、混練して導電性ペーストを作製し、前記グリーンシートに形成したビアホールまたはスルーホール内に前記導体ペーストを充填し、さらに前記グリーンシート表面の所定の位置に上記導体ペーストをスクリーン印刷法等の公知の印刷法により印刷して、厚み10〜30μmの導体層を形成する。
【0030】
また、絶縁基板表面となるグランド層を形成した前記グリーンシートには、金属製蓋体と接合する位置に、前記グリーンシートを形成したスラリー、もしくは前記金属粉末と前記セラミック粉末に対して前記バインダから選ばれる少なくとも1種にテオピネオール等を添加、混練したペーストを用いてスクリーン印刷法等の公知の印刷法により、所定形状の一対のロウ材流出防止壁用成形体を形成する。
【0031】
そして、これらの印刷したグリーンシートの位置を合わせて、積層し圧着する。なお、ロウ材流出防止壁用成形体の形成は、グリーンシート積層後であってもよい。
【0032】
次に、上記積層体を脱バインダ処理した後、例えば、窒素雰囲気中、900〜1050℃の温度で焼成することにより、一対のロウ材流出防止壁を具備した絶縁基板を作製することができる。
【0033】
そして、得られた絶縁基板の一対のロウ材流出防止壁間の枠状部内にNi、Co、Cr、AuおよびCuのうち少なくとも1種からなるメッキ層を、電解メッキ法、無電解メッキ法等により、厚みが1〜20μmとなるように形成し、さらに望ましくは、同じ手法により、Auからなるメッキ層を施す。
【0034】
そして、絶縁基板の所定の位置に半導体素子を実装し、ワイヤボンディング法などにより中心導体層とワイヤを介して電気的に接続した後、一対のロウ材流出防止壁間のメッキ層形成部表面にAu−Sn合金や半田等によってロウ材を150〜400℃にてロウ付けすることにより、半導体素子が気密に封止された本発明の半導体素子収納用パッケージを得ることができる。
【0035】
【実施例】
SiO2 :44重量%、Al2 O3 :28重量%、MgO:11重量%、ZnO:8重量%、B2 O3 :9重量%の組成を有する結晶性ガラス粉末64重量%と、セラミックフィラーとしてジルコン酸カルシウム5重量%、シリカ14重量%、珪酸ストロンチウム17重量%からなるガラスセラミック原料粉末100重量部に対して、有機バインダとしてメタクリル酸イソブチル樹脂を固形分で12重量部、可塑剤としてフタル酸ジブチルを6重量部添加し、トルエンを溶媒としてボールミルにより40時間混合しスラリーを調製し、ドクターブレード法により厚み0.25mmのグリーンシートに成形した。
【0036】
一方、銅粉末100重量部と、軟化点800℃のホウケイ酸亜鉛ガラス2重量部、メタクリル酸イソブチル3重量部、フタル酸ジブチル5重量部、テルピオネール10重量部を混練して導体層形成用の導体ペーストを作製した。そして、前述のグリーンシートを3枚数用意し、所定の位置に穴加工を行い、前述の導体ペーストを印刷によってスルーホール内に充填するとともに、所定の導体層を成形した。
【0037】
また、上述のガラスセラミック組成物100重量部に、メタクリル酸イソブチル5重量部、フタル酸ジブチル13重量部、テルピオネール38重量部を混合してロウ材流出防止壁用ペーストを形成し、絶縁基板表面に配設されるグランド層を形成したグリーンシート表面にスクリーン印刷によって、焼成後のロウ材流出防止壁の形状が表1となるように一対のロウ材流出防止壁成形体を被着形成し、これらのグリーンシートを位置合わせして積層し、50kg/cm2 の圧力で加圧し圧着した。
【0038】
その後、この積層体を水蒸気を含んだ窒素雰囲気中、750℃、3時間の熱処理を行い、成形体中の残留炭素量を200ppm以下に低減した後、930℃で1時間の焼成を行い、銅導体層を施した外形寸法が30×40mmのガラスセラミックスの絶縁基板1を得た。
【0039】
そして、一対のロウ材流出防止壁間のグランド層表面に無電解メッキによって表1に示す厚みのNiのメッキ層および厚み0.2μm金メッキ層を形成した後、半導体素子を絶縁基板表面の所定の位置に実装し、42アロイからなる20×25×0.5mmの金属製蓋体を接合し、前記金メッキ層の表面にAu−Sn合金からなるロウ材を250℃にてロウ付け充填して、半導体素子を気密に封止した。
【0040】
上記のように作製した試料を−65℃にて5分、150℃にて5分保持を1サイクルとして最高500サイクルまでの熱衝撃試験を行い、気密封止性が損なわれたサイクル数を測定した。
【0041】
なお、気密封止性は、MIL−STD883の方法(封止)に準じて評価し、具体的には試料を4.2kgf/cm2 のHe加圧雰囲気中に2時間保持した後取り出し、真空雰囲気中で検出されるHeガス量を測定するファインリーク試験およびフロロカーボンによるグロスリーク試験を行いいずれか一方でも合格基準を満たさなかった場合に気密封止性が損なわれたとして表1にそのサイクル数を表記した。また500サイクル未満で気密封止性が損なわれた試料については顕微鏡にて観察を行い、その原因を表1に示した。
【0042】
【表1】
【0043】
表1から明らかなとおり、ロウ材流失防止壁を形成しない試料No.1では、ロウ付け時にロウ材が流失してパッケージを気密に封止することができなかった。
【0044】
これに対し、本発明に従いロウ材流失防止壁を形成した試料No.2〜24では、良好なロウ付けが可能であり、また、熱衝撃試験においても200回以上クラック等の不具合はみられなかった。中でも、ロウ材流失防止壁の高さが3〜3000μm、幅が0.1〜10mm、ロウ材流失防止壁間の間隔が0.2〜5mm、メッキ層の厚みが1〜20μmを満足する試料No.4、5、9〜13、15〜18、20〜22では、熱衝撃試験においても500回以上クラック等の不具合はみられなかった。
【0045】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、絶縁基板の蓋体を接合する表面にグランド層を形成し、従来形成していたグランド層上面の絶縁層を省いたことによってパッケージの小型、軽量化ができる。また、所定の位置に所望の形状でロウ付けができるために強固なロウ付けができ、パッケージを気密に封止することができるとともにグランド層と金属製蓋体とによって半導体素子とそれに接続した中心導体とを外部からの電磁波の影響を低減することができる。
【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例を示す概略断面図である。
【図2】図1のパッケージの金属製蓋体を省略した平面図である。
【図3】図1のパッケージにおける金属製蓋体3とグランド層6との接合部の拡大断面図である。
【図4】従来の半導体素子収納用パッケージの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
A 半導体素子収納用パッケージ
1 絶縁基板
1a〜1c 絶縁層
2 半導体素子
3 凹部
5 金属製蓋体
6、16 グランド層
8、9 ロウ材流失防止層
10 ロウ材
12 中心導体層
14 ワイヤ
18 線路
20 スルーホール導体
22 接続端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a package for housing a semiconductor element in which a semiconductor element is mounted and the semiconductor element is hermetically sealed with a metal lid, and more particularly to an improvement in the package structure.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor element storage package on which a semiconductor element is mounted is known. In particular, a high-frequency element storage package mounting a high-frequency element used in a high frequency band is required to have good signal transmission characteristics and hermetic sealing at high frequencies. Has been used.
[0003]
However, since the metal wall package is heavy and unsuitable for small size and light weight, low loss metal wiring such as Cu having a low transmission loss in a frequency band of 1 to 30 GHz is used for high frequency in a field where small size and light weight such as communication is particularly required. A glass-ceramic package provided as a wiring for use is being used.
[0004]
Conventionally, as shown in FIG. 4, for example, a package structure for housing a semiconductor element is provided with a
[0005]
In JP-A-4-206854, a frame-like conductor layer is formed on the surface of the insulating substrate so as to cover the entire circumference of the element, and a metal lid is bonded to the conductor layer. It has been proposed that the influence of electromagnetic waves from the outside of the semiconductor element can be prevented by electrically connecting the ground layer on the lower surface of the high-frequency signal line with a large number of through holes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional package for housing a semiconductor element described above, it is necessary to provide one or more insulating layers on the upper surface of the ground layer on the upper surface, which is disadvantageous in terms of an increase in manufacturing steps and miniaturization of the package. .
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 4-206854 can prevent the influence of external electromagnetic waves on a semiconductor element, but can prevent the influence of external electromagnetic waves on a signal line connected to the semiconductor element. However, there was a problem that transmission loss increased in the signal line.
[0008]
Further, in any package, a brazing material can be disposed and fixed at a predetermined position by brazing via a conductor layer having a predetermined shape provided on the surface of the insulating substrate. When brazing directly to a conductor layer with a large area, etc., the brazing material spreads on the surface of the conductor layer and flows out, so that excessive brazing material is required and the bonding strength between the conductor layer and the metal lid decreases. There was a problem to do.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a package for housing a semiconductor element that can be reduced in size and weight, and can tightly and firmly bond a metal lid to an insulating substrate.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying the above problems, the present inventors have found that an insulating substrate having a surface on which a semiconductor element is mounted and a metal bonded to the surface of the insulating substrate by a brazing material to hermetically seal the semiconductor element. A semiconductor element housing package having a lid, and having a strip structure line formed by forming a ground layer on a surface of the insulating substrate to which the metal lid is bonded and a central conductor layer inside the insulating substrate. In addition, a pair of brazing material outflow prevention walls made of an insulator are attached to the surface of the ground layer, the brazing material outflow prevention wall has a height of 3 to 3000 μm, a width of 0.1 to 10 mm, and the above the distance between the pair of brazing material outflow preventing walls and 0.2 to 5 mm, by joining the ground layer and the lid member by brazing material in a portion sandwiched between the pair of brazing material outflow prevention wall, conventional grayed The insulating layer provided on the upper surface of the solder layer can be omitted, the package can be reduced in size, and the brazing material does not flow out on the surface of the ground layer. It was found that it can be brazed with adhesive strength.
[0011]
Here, the brazing material outflow prevention wall is preferably formed by simultaneous firing with the insulating substrate and the ground layer, and the brazing material outflow prevention wall is preferably made of the same component as the insulating substrate.
[0012]
In addition, it is desirable that at least a central conductor is formed inside the insulating substrate facing the ground layer, and further, Ni, Co, Cr having a thickness of 1 to 20 μm on the surface of the ground layer brazed to the lid body. It is desirable to form a plating layer made of at least one metal selected from the group consisting of Au and Cu.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of a package for housing a semiconductor element of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic sectional view and FIG. 2 which is a plan view from which a metal lid is omitted.
According to the semiconductor element storage package A of FIG. 1, the concave portion 3 for accommodating the
[0014]
The insulating layers 1a to 1c are made of alumina, silicon nitride, aluminum nitride, glass ceramics, or the like, and are preferably made of glass ceramics that can be co-fired with a low-resistance metal such as copper or silver.
[0015]
The metal lid 5 is made of, for example, a metal such as Kovar, 42 alloy, or copper, and can prevent the influence of an external electromagnetic wave on the
[0016]
Further, according to the present invention, the
[0017]
In this structure, it is desirable that the brazing material
[0018]
Further, the shape of the brazing material
[0019]
In addition, the amount of brazing material necessary for hermetic sealing can be filled, and a
[0020]
In addition, a
[0021]
Here, a strip-shaped
[0022]
The
[0023]
The conductor layers such as the ground layers 6 and 16, the
[0024]
Further, in the insulating
[0025]
Further, as shown in the enlarged view in the vicinity of the portions where the brazing material
[0026]
Note that the package A of FIG. 1 is provided with the recess 3 in the insulating
[0027]
Next, an example of a method for manufacturing a semiconductor element storage package according to the present invention will be described.
First, a ceramic powder is mixed with an organic binder and a solvent to prepare a slurry, and this slurry is used to form a green sheet by forming into a sheet by a known doctor blade method, rolling method or the like. Then, a via hole or a through hole is formed at a predetermined position of the green sheet.
[0028]
For example, when glass ceramic is used as the insulating layer, it is fired into ceramic powders such as calcium zirconate, strontium silicate, calcium titanate, strontium titanate, barium titanate, alumina, silica, mullite, forsterite, zirconia, spinel, etc. Crystalline glass for precipitating the crystal phase is added, and if desired, an acrylic resin, for example, an organic binder excellent in thermal decomposability in a nitrogen atmosphere such as methyl methacrylate and isobutyl methacrylate, and IPA, toluene, etc. It is desirable to add a solvent.
[0029]
On the other hand, fillers such as glass and ceramic powder and organic components are added to metal powders such as copper, silver, gold, tungsten, molybdenum, etc., as required, in terms of controlling the sintering temperature, shrinkage ratio by firing, and thermal expansion coefficient. Kneading to produce a conductive paste, filling the via paste or through hole formed in the green sheet with the conductive paste, and further applying the conductive paste to a predetermined position on the surface of the green sheet, such as a screen printing method To form a conductor layer having a thickness of 10 to 30 μm.
[0030]
Further, the green sheet on which the ground layer serving as the surface of the insulating substrate is formed has a position where the green sheet is formed at a position to be joined to the metal lid, or the binder from the metal powder and the ceramic powder. A pair of molded parts for a brazing material outflow prevention wall having a predetermined shape is formed by a known printing method such as a screen printing method using a paste obtained by adding and kneading theopineol or the like to at least one selected.
[0031]
Then, the positions of these printed green sheets are matched, stacked and pressed. The molded body for the brazing material outflow prevention wall may be formed after the green sheets are laminated.
[0032]
Next, after the binder is removed from the laminate, for example, by baking in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 to 1050 ° C., an insulating substrate having a pair of brazing material outflow prevention walls can be manufactured.
[0033]
Then, a plating layer made of at least one of Ni, Co, Cr, Au, and Cu is formed in a frame-like portion between the pair of brazing material outflow prevention walls of the obtained insulating substrate, an electrolytic plating method, an electroless plating method, or the like Then, a thickness of 1 to 20 μm is formed, and more preferably, a plating layer made of Au is applied by the same method.
[0034]
Then, a semiconductor element is mounted at a predetermined position on the insulating substrate and electrically connected to the central conductor layer via a wire by a wire bonding method or the like, and then on the surface of the plating layer forming portion between the pair of brazing material outflow prevention walls. By brazing the brazing material at 150 to 400 ° C. with an Au—Sn alloy, solder or the like, the semiconductor element housing package of the present invention in which the semiconductor element is hermetically sealed can be obtained.
[0035]
【Example】
64% by weight of crystalline glass powder having a composition of SiO 2 : 44% by weight, Al 2 O 3 : 28% by weight, MgO: 11% by weight, ZnO: 8% by weight, B 2 O 3 : 9% by weight, ceramic As a filler, 100 parts by weight of glass ceramic raw material powder consisting of 5% by weight of calcium zirconate, 14% by weight of silica, and 17% by weight of strontium silicate, 12 parts by weight of isobutyl methacrylate resin as an organic binder, and as a
[0036]
On the other hand, 100 parts by weight of copper powder, 2 parts by weight of zinc borosilicate glass having a softening point of 800 ° C., 3 parts by weight of isobutyl methacrylate, 5 parts by weight of dibutyl phthalate, and 10 parts by weight of terpioneel are kneaded to form a conductor layer. A conductor paste was prepared. Then, three sheets of the above-described green sheets were prepared, holes were formed at predetermined positions, the above-described conductor paste was filled into the through holes by printing, and a predetermined conductor layer was formed.
[0037]
In addition, 5 parts by weight of isobutyl methacrylate, 13 parts by weight of dibutyl phthalate, and 38 parts by weight of terpione are mixed with 100 parts by weight of the glass ceramic composition described above to form a brazing material outflow prevention wall paste. A pair of brazing material outflow prevention wall moldings are adhered and formed so that the shape of the brazing material outflow prevention wall after firing is as shown in Table 1 by screen printing on the green sheet surface on which the ground layer is formed. These green sheets were aligned and laminated, and pressed and pressed with a pressure of 50 kg / cm 2 .
[0038]
Thereafter, this laminate was heat-treated in a nitrogen atmosphere containing water vapor at 750 ° C. for 3 hours to reduce the residual carbon content in the molded body to 200 ppm or less, and then fired at 930 ° C. for 1 hour. An insulating
[0039]
Then, after forming a Ni plating layer having a thickness shown in Table 1 and a gold plating layer having a thickness of 0.2 μm on the surface of the ground layer between the pair of brazing material outflow prevention walls, a semiconductor element is formed on the surface of the insulating substrate. Mounted at a position, joined a metal lid of 20 × 25 × 0.5 mm made of 42 alloy, brazed with a brazing material made of Au—Sn alloy at 250 ° C. on the surface of the gold plating layer, The semiconductor element was hermetically sealed.
[0040]
The sample produced as described above was subjected to a thermal shock test up to 500 cycles with 5 minutes held at -65 ° C and 5 minutes held at 150 ° C as one cycle, and the number of cycles in which hermetic sealing was impaired was measured. did.
[0041]
The hermetic sealing performance was evaluated according to the method (sealing) of MIL-STD 883. Specifically, the sample was held in a pressurized atmosphere of 4.2 kgf / cm 2 for 2 hours, taken out, and then vacuumed. The number of cycles is shown in Table 1 as the airtight sealing performance was impaired when either the fine leak test for measuring the amount of He gas detected in the atmosphere or the gross leak test with fluorocarbon was performed and the acceptance criteria were not satisfied. Was written. Moreover, about the sample in which the airtight sealing property was impaired in less than 500 cycles, it observed with the microscope and the cause was shown in Table 1.
[0042]
[Table 1]
[0043]
As is apparent from Table 1, the sample No. In No. 1, the brazing material was lost during brazing, and the package could not be hermetically sealed.
[0044]
On the other hand, sample no. In Nos. 2 to 24, good brazing was possible, and no defects such as cracks were observed 200 times or more in the thermal shock test. Among them, a sample satisfying a brazing material loss prevention wall height of 3 to 3000 μm, a width of 0.1 to 10 mm, a distance between brazing material loss prevention walls of 0.2 to 5 mm, and a plating layer thickness of 1 to 20 μm. No. In 4, 5, 9 to 13, 15 to 18, and 20 to 22, no defects such as cracks were observed 500 times or more in the thermal shock test.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the ground layer is formed on the surface to which the lid of the insulating substrate is joined, and the insulating layer on the upper surface of the ground layer that has been conventionally formed is omitted. Can be made. In addition, since a desired shape can be brazed to a predetermined position, the brazing can be performed firmly, the package can be hermetically sealed, and the semiconductor element and the center connected to the semiconductor layer by a ground layer and a metal lid The influence of electromagnetic waves from the outside can be reduced with the conductor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a package for housing a semiconductor element of the present invention.
FIG. 2 is a plan view in which a metal lid of the package of FIG. 1 is omitted.
3 is an enlarged cross-sectional view of a joint portion between a metal lid 3 and a
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional package for housing semiconductor elements.
[Explanation of symbols]
A Package for
Claims (5)
前記絶縁基板の少なくとも前記金属製蓋体を接合する表面にグランド層を、前記絶縁基板内部に中心導体層とを形成してストリップ構造の線路を具備してなるとともに、前記グランド層表面に絶縁体からなる一対のロウ材流出防止壁を被着し、該一対のロウ材流出防止壁に挟まれた部分で前記グランド層と前記蓋体とをロウ材によって接合してなり、前記ロウ材流出防止壁の高さが3〜3000μm、幅が0.1〜10mmであり、かつ前記一対のロウ材流出防止壁間の間隔が0.2〜5mmであることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。A semiconductor element storage package comprising: an insulating substrate having a surface on which a semiconductor element is mounted; and a metal lid bonded to the insulating substrate surface by a brazing material to hermetically seal the semiconductor element. There,
A ground layer is formed on at least a surface of the insulating substrate to which the metal lid is bonded, a central conductor layer is formed inside the insulating substrate, and a strip-structured line is provided, and an insulator is formed on the surface of the ground layer. a pair of brazing material outflow prevention wall formed of deposited, the pair of Ri at a portion held braze outflow prevention wall and the ground layer name and the lid body are joined by brazing material, the brazing material outflow A package for housing a semiconductor element , wherein the height of the prevention wall is 3 to 3000 μm, the width is 0.1 to 10 mm, and the distance between the pair of brazing material outflow prevention walls is 0.2 to 5 mm. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27687099A JP3618063B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Package for storing semiconductor elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27687099A JP3618063B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Package for storing semiconductor elements |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001102469A JP2001102469A (en) | 2001-04-13 |
JP3618063B2 true JP3618063B2 (en) | 2005-02-09 |
Family
ID=17575569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27687099A Expired - Fee Related JP3618063B2 (en) | 1999-09-29 | 1999-09-29 | Package for storing semiconductor elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3618063B2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7434305B2 (en) | 2000-11-28 | 2008-10-14 | Knowles Electronics, Llc. | Method of manufacturing a microphone |
US8617934B1 (en) | 2000-11-28 | 2013-12-31 | Knowles Electronics, Llc | Methods of manufacture of top port multi-part surface mount silicon condenser microphone packages |
JP4807098B2 (en) * | 2006-02-21 | 2011-11-02 | 三菱電機株式会社 | Package for semiconductor devices |
EP2774390A4 (en) | 2011-11-04 | 2015-07-22 | Knowles Electronics Llc | Embedded dielectric as a barrier in an acoustic device and method of manufacture |
US9078063B2 (en) | 2012-08-10 | 2015-07-07 | Knowles Electronics, Llc | Microphone assembly with barrier to prevent contaminant infiltration |
JP6164538B2 (en) | 2014-10-30 | 2017-07-19 | 日立金属株式会社 | Lid for hermetic sealing, manufacturing method thereof, and electronic component storage package using the same |
JP2016096300A (en) * | 2014-11-17 | 2016-05-26 | 三菱電機株式会社 | Printed circuit board |
US9794661B2 (en) | 2015-08-07 | 2017-10-17 | Knowles Electronics, Llc | Ingress protection for reducing particle infiltration into acoustic chamber of a MEMS microphone package |
-
1999
- 1999-09-29 JP JP27687099A patent/JP3618063B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001102469A (en) | 2001-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3618063B2 (en) | Package for storing semiconductor elements | |
JP3610247B2 (en) | Wiring board | |
JP3199588B2 (en) | Wiring board | |
JP3566508B2 (en) | Package for storing high-frequency elements | |
JP4688314B2 (en) | Wiring board manufacturing method | |
JP2000286353A (en) | Semiconductor device housing package | |
JP2007294795A (en) | Wiring board | |
JP3556475B2 (en) | High frequency porcelain composition and method for producing high frequency porcelain | |
JP3441924B2 (en) | Wiring board and its mounting structure | |
JP2000340716A (en) | Wiring substrate | |
JP3398315B2 (en) | Package for storing high-frequency elements | |
JP4454165B2 (en) | Electronic component mounting board | |
JP4045050B2 (en) | Electronic equipment | |
JP3643264B2 (en) | Conductive paste and wiring board using the same | |
JP6773910B2 (en) | Wiring boards, electronics packages and electronics | |
JP3464138B2 (en) | Electronic component storage package | |
JP3441950B2 (en) | Wiring board and its mounting structure | |
JP4610066B2 (en) | Multilayer wiring board and manufacturing method thereof | |
JP2004296791A (en) | Radio-wave absorbing cover member and high-frequency device using the same | |
JP3792612B2 (en) | Piezoelectric vibrator container and piezoelectric vibrator | |
JP4000093B2 (en) | Input / output terminal, manufacturing method of input / output terminal, package for storing semiconductor element using input / output terminal, and semiconductor device | |
JP2005015284A (en) | Low temperature-fired porcelain, its production method, and wiring board | |
JP3771733B2 (en) | Glass ceramic sintered body and ceramic package | |
JP3464137B2 (en) | Electronic component storage package | |
JP3663300B2 (en) | High frequency porcelain composition, high frequency porcelain and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040723 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040803 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20041004 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20041102 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041108 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071119 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081119 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 5 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091119 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |