JP3638547B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ（大規模集積回路素子）や光半導体素子等の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するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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は、上面に半導体素子が載置される載置部を有する銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料からなる基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するようにして取着された酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料からなる枠状絶縁体と、該枠状絶縁体の内周部から外周部にかけて被着導出されているタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなる複数個の配線層と、前記枠状絶縁体の上面に取着され、絶縁体の内側の穴を塞ぐ蓋体とから構成されており、基体の半導体素子載置部に半導体素子を接着剤を介して接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枠状絶縁体に形成した配線層に電気的に接続し、しかる後、枠状絶縁体に蓋体を該枠状絶縁体の内側の穴を塞ぐようにしてガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体と枠状絶縁体と蓋体とからなる容器内部に半導体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】
なお上述の半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体素子が載置される基体が銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料で形成されており、該銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等は熱伝導率が約１８０Ｗ／ｍ・Ｋと高く熱伝導性に優れていることから基体は半導体素子の作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に良好に放散させることができ、これによって半導体素子を常に適温とし半導体素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が発生したりするのを有効に防止している。
【０００４】
また上述の半導体素子収納用パッケージの基体として使用されている銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金はタングステン粉末やモリブデン粉末を焼成して焼結多孔体を得、次に前記焼結多孔体の空孔内に溶融させることによって製作されており、例えば、タングステンから成る焼結多孔体に銅を含浸させる場合は焼結多孔体が７５乃至９０重量％、銅が１０乃至２５重量％の範囲に、モリブデンから成る焼結多孔体に銅を含浸させる場合は焼結多孔体が８０乃至９０重量％、銅が１０乃至２０重量％の範囲となっている。
【０００５】
【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、枠状絶縁体に形成されている配線層はタングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属材料により形成されており、該タングステン等はその比電気抵抗が５．４μΩ・ｃｍ（２０℃）以上と高いことから配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じ、半導体素子と外部電気回路との間で電気信号を正確、かつ確実に入出力させることができないという欠点を有していた。
【０００６】
またこの従来の半導体素子収納用パッケージにおいては、銅−タングステン合金あるいは銅−モリブデン合金から成る基体の熱伝導率は最大でも約１８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、近時の高密度化、高集積化が大きく進み、作動時に多量の熱を発する半導体素子を収容した場合、半導体素子が作動時に発する熱は基体を介して外部に完全に放散させることができなくなり、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招来させたり、特性にばらつきを生じ安定に作動させることができないという欠点も有していた。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は内部に収容する半導体素子に外部電気回路から供給される電気信号を正確に入力することができ、同時に半導体素子が出力する電気信号を外部電気回路に正確に供給す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、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はタングステンと銅とから成り、タングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、枠状絶縁体をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体の焼成温度が８００℃〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００１１】
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体の上層を介して前記中間層に伝達されると同時に該中間層平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層、下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００１２】
更に本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張係数の小さい上下層で挟み込むことにより基体全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の線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、これによって半導体素子を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。
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す断面図であり、図１において、１は基体、２は枠状絶縁体、３は蓋体である。この基体１と枠状絶縁体２と蓋体３とにより内部に半導体素子４を気密に収容する容器５が構成される。
【００１４】
前記基体１はその上面に半導体素子４が載置される載置部１ａを有するとともに上面外周部に該基体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹脂等の接着剤を介して取着されている。
【００１５】
前記基体１は半導体素子４を支持する支持部材として作用するとともに半導体素子４が作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に効率よく放散させ、半導体素子４を常に適温とする作用をなし、枠状絶縁体２に囲まれた基体１の載置部１ａ上に半導体素子４がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して固定される。
【００１６】
なお前記基体１はタングステンと銅とから成り、タングステン粉末を焼成して得られる焼結多孔体の空孔内に溶融させた銅を含浸させることによって製作されている。
【００１７】
また前記基体１の上面外周部には該基体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹脂等の接着剤を介して取着されており、基体１と枠状絶縁体２とで半導体素子４を収容するための空所が内部に形成される。
【００１８】
前記基体１に取着される枠状絶縁体２はＳｉＯ2、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ等の原料粉末にアクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可塑剤、有機溶媒を加え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）となし、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８００℃〜１０００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１９】
また前記枠状絶縁体２はその内周部から上部にかけて導出する複数の配線層６が被着形成されており、枠状絶縁体２の内周部に露出する配線層６の一端には半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ７を介して電気的に接続され、また枠状絶縁体２の上面に導出された部位には外部電気回路と接続される外部リードピン８が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。
【００２０】
前記配線層６は半導体素子４の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、銅、銀、金等の金属粉末により形成されている。
【００２１】
前記配線層６は銅、銀、金等の金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得られた金属ペーストを枠状絶縁体２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等の印刷法を用いることにより所定パターンに印刷塗布しておくことによって枠状絶縁体２の内周部から上面にかけて被着形成される。
【００２２】
なお、前記配線層６は銅や銀からなる場合、その露出表面に耐蝕性に優れる金属をメッキ法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層６の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線層６とボンディングワイヤ７との接続及び配線層６への外部リードピン８の取着を強固となすことができる。従って、前記配線層６は銅や銀からなる場合、配線層６の酸化腐蝕を防止し、配線層６とボンディングワイヤ７及び外部リードピン８との取着を強固とするには配線層６の露出表面に金等の耐蝕性に優れる金属を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２３】
また前記枠状絶縁体２に被着した配線層６にロウ付けされる外部リードピン８は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００２４】
前記外部リードピン８は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２５】
本発明においては、枠状絶縁体２をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成しておくことが重要である。
【００２６】
前記枠状絶縁体２をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成すると、該焼結体の焼成温度は８００〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体２と同時焼成により形成される配線層６を比抵抗が２．５Ω・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層６に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００２７】
前記焼結体から成る枠状絶縁体２は所定量に秤量されたＳｉＯ2、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯの各原料粉末にアクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可塑剤、有機溶媒を加え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）となし、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８００℃〜１０００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２８】
なお、前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＳｉＯ2が２５重量％未満であると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまい、また８０重量％を超えると枠状絶縁体２の機械的強度が大きく低下してしまうと同時に焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。従って、ＳｉＯ2の量は２５〜８０重量％の範囲に特定される。
【００２９】
また前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＢａＯが１５重量％未満であると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。また７０重量％を超えると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまう。従って、ＢａＯの量は１５〜７０重量％の範囲に特定される。
【００３０】
更に前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、Ｂ2Ｏ3が１．５重量％未満となると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となり、また５重量％を超えると枠状絶縁体２の機械的強度が大きく低下してしまう。従って、Ｂ2Ｏ3の量は１．５〜５重量％の範囲に特定される。 また更に前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、Ａｌ2Ｏ3が１重量％未満となると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となり、また３０重量％を超えると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまう。従って、Ａｌ2Ｏ3の量は１〜３０重量％の範囲に特定される。
【００３１】
更にまた前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＣａＯが含有されない時には線熱膨張係数が半導体素子の線熱膨張係数に近似させた基体１の線熱膨張係数に対して大きく相違し、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させることができなくなり、また３０重量％を超えると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。従って、ＣａＯの量は０重量％を超えて３０重量％以下の範囲に特定される。
【００３２】
また本発明においては、前記基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としておくことが重要である。
【００３３】
前記基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたことから基体１の中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体１上に載置される半導体素子４が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素子載置部１ａである上層１ｂを介して前記中間層１ｃに伝達されると同時に該中間層１ｃ平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００３４】
また前記基体１はタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線熱膨張係数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させたことから、基体１上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導体素子４が作動した際において基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線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、これによって半導体素子４を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子４を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００３５】
なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄのタングステンの量が７０重量％未満の場合、或いは９０重量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するタングステンの量は７０乃至９０重量％の範囲に特定される。
【００３６】
また前記中間層１ｃのタングステンの量が３５重量％未満となると、言い換えれば銅が６５重量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違して基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまい、またタングステンの量が６５重量％を超えると、言い換えれば銅が３５重量％未満となると中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散させることができなくなり、その結果、半導体素子４を高温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばらつきが生じ安定に作動させることができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間層１ｃはタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％に特定される。
【００３７】
更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生する応力が相殺されて基体１の平坦度が良好となり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。
【００３８】
また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似させることが困難となる危険性があることから、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望ましい。
【００３９】
なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃとなる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体とを準備し、前記中間層１ｃとなる板体の上下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作される。
【００４０】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、基体１の半導体素子載置部１ａ上に半導体素子４をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ７を介して所定の配線層６に接続させ、しかる後、前記枠状絶縁体２の上面に蓋体３をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体１、枠状絶縁体２及び蓋体３とから成る容器５内部に半導体素子４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。
【００４１】
次に本発明の他の実施例について説明する。
【００４２】
上述の半導体素子収納用パッケージでは基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたが、これをモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としてもよい。
【００４３】
前記基体１をモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造とした場合、基体１の中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体１上に載置される半導体素子４が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素子載置部１ａである上層１ｂを介して前記中間層１ｃに伝達されると同時に該中間層１ｃ平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００４４】
また前記モリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造の基体１は線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線熱膨張係数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させたことから基体１上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導体素子４が作動した際において基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線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、これによって半導体素子４を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子４を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００４５】
なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄのモリブデンの量が６５重量％未満の場合、或いは８５重量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するモリブデンの量は６５乃至８５重量％の範囲に特定される。
【００４６】
また前記中間層１ｃのモリブデンの量が４０重量％未満となると、言い換えれば銅が６０重量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違して、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまい、またモリブデンの量が６０重量％を超えると、言い換えれば銅が４０重量％未満となると中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散させることができなくなり、その結果、半導体素子４を高温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばらつきが生じ安定に作動させることができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間層１ｃはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％に特定される。
【００４７】
更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生する応力が相殺されて、基体１の平坦度が良好となり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。
【００４８】
また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似させることが困難となる危険性があることから、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望ましい。
【００４９】
なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃとなる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体とを準備し、前記中間層となる板体の上下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作される。
【００５０】
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。
【００５１】
【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、枠状絶縁体をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体の焼成温度が８００℃〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００５２】
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体の上層を介して前記中間層に伝達されると同時に該中間層平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層、下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００５３】
更に本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張係数の小さい上下層で挟み込むことにより基体全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の線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、これによって半導体素子を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に作動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。
【符号の説明】
１・・・・・基体
１ａ・・・・載置部
１ｂ・・・・上層
１ｃ・・・・中間層
１ｄ・・・・下層
２・・・・・枠状絶縁体
３・・・・・蓋体
４・・・・・半導体素子
５・・・・・容器
６・・・・・配線層
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・外部リードピン
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩ（大規模集積回路素子）や光半導体素子等の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するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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は、上面に半導体素子が載置される載置部を有する銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料からなる基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するようにして取着された酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料からなる枠状絶縁体と、該枠状絶縁体の内周部から外周部にかけて被着導出されているタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなる複数個の配線層と、前記枠状絶縁体の上面に取着され、絶縁体の内側の穴を塞ぐ蓋体とから構成されており、基体の半導体素子載置部に半導体素子を接着剤を介して接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枠状絶縁体に形成した配線層に電気的に接続し、しかる後、枠状絶縁体に蓋体を該枠状絶縁体の内側の穴を塞ぐようにしてガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体と枠状絶縁体と蓋体とからなる容器内部に半導体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】
なお上述の半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体素子が載置される基体が銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料で形成されており、該銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金等は熱伝導率が約１８０Ｗ／ｍ・Ｋと高く熱伝導性に優れていることから基体は半導体素子の作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に良好に放散させることができ、これによって半導体素子を常に適温とし半導体素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が発生したりするのを有効に防止している。
【０００４】
また上述の半導体素子収納用パッケージの基体として使用されている銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金はタングステン粉末やモリブデン粉末を焼成して焼結多孔体を得、次に前記焼結多孔体の空孔内に溶融させることによって製作されており、例えば、タングステンから成る焼結多孔体に銅を含浸させる場合は焼結多孔体が７５乃至９０重量％、銅が１０乃至２５重量％の範囲に、モリブデンから成る焼結多孔体に銅を含浸させる場合は焼結多孔体が８０乃至９０重量％、銅が１０乃至２０重量％の範囲となっている。
【０００５】
【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、枠状絶縁体に形成されている配線層はタングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属材料により形成されており、該タングステン等はその比電気抵抗が５．４μΩ・ｃｍ（２０℃）以上と高いことから配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じ、半導体素子と外部電気回路との間で電気信号を正確、かつ確実に入出力させることができないという欠点を有していた。
【０００６】
またこの従来の半導体素子収納用パッケージにおいては、銅−タングステン合金あるいは銅−モリブデン合金から成る基体の熱伝導率は最大でも約１８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、近時の高密度化、高集積化が大きく進み、作動時に多量の熱を発する半導体素子を収容した場合、半導体素子が作動時に発する熱は基体を介して外部に完全に放散させることができなくなり、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招来させたり、特性にばらつきを生じ安定に作動させることができないという欠点も有していた。
【０００７】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は内部に収容する半導体素子に外部電気回路から供給される電気信号を正確に入力することができ、同時に半導体素子が出力する電気信号を外部電気回路に正確に供給す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、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はタングステンと銅とから成り、タングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明は、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、枠状絶縁体をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体の焼成温度が８００℃〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００１１】
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体の上層を介して前記中間層に伝達されると同時に該中間層平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層、下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００１２】
更に本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張係数の小さい上下層で挟み込むことにより基体全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の線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、これによって半導体素子を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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。
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す断面図であり、図１において、１は基体、２は枠状絶縁体、３は蓋体である。この基体１と枠状絶縁体２と蓋体３とにより内部に半導体素子４を気密に収容する容器５が構成される。
【００１４】
前記基体１はその上面に半導体素子４が載置される載置部１ａを有するとともに上面外周部に該基体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹脂等の接着剤を介して取着されている。
【００１５】
前記基体１は半導体素子４を支持する支持部材として作用するとともに半導体素子４が作動時に発する熱を良好に吸収するとともに大気中に効率よく放散させ、半導体素子４を常に適温とする作用をなし、枠状絶縁体２に囲まれた基体１の載置部１ａ上に半導体素子４がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して固定される。
【００１６】
なお前記基体１はタングステンと銅とから成り、タングステン粉末を焼成して得られる焼結多孔体の空孔内に溶融させた銅を含浸させることによって製作されている。
【００１７】
また前記基体１の上面外周部には該基体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹脂等の接着剤を介して取着されており、基体１と枠状絶縁体２とで半導体素子４を収容するための空所が内部に形成される。
【００１８】
前記基体１に取着される枠状絶縁体２はＳｉＯ2、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ等の原料粉末にアクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可塑剤、有機溶媒を加え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）となし、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８００℃〜１０００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００１９】
また前記枠状絶縁体２はその内周部から上部にかけて導出する複数の配線層６が被着形成されており、枠状絶縁体２の内周部に露出する配線層６の一端には半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ７を介して電気的に接続され、また枠状絶縁体２の上面に導出された部位には外部電気回路と接続される外部リードピン８が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。
【００２０】
前記配線層６は半導体素子４の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、銅、銀、金等の金属粉末により形成されている。
【００２１】
前記配線層６は銅、銀、金等の金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得られた金属ペーストを枠状絶縁体２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等の印刷法を用いることにより所定パターンに印刷塗布しておくことによって枠状絶縁体２の内周部から上面にかけて被着形成される。
【００２２】
なお、前記配線層６は銅や銀からなる場合、その露出表面に耐蝕性に優れる金属をメッキ法により１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層６の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線層６とボンディングワイヤ７との接続及び配線層６への外部リードピン８の取着を強固となすことができる。従って、前記配線層６は銅や銀からなる場合、配線層６の酸化腐蝕を防止し、配線層６とボンディングワイヤ７及び外部リードピン８との取着を強固とするには配線層６の露出表面に金等の耐蝕性に優れる金属を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２３】
また前記枠状絶縁体２に被着した配線層６にロウ付けされる外部リードピン８は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をなす。
【００２４】
前記外部リードピン８は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２５】
本発明においては、枠状絶縁体２をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成しておくことが重要である。
【００２６】
前記枠状絶縁体２をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成すると、該焼結体の焼成温度は８００〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体２と同時焼成により形成される配線層６を比抵抗が２．５Ω・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層６に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００２７】
前記焼結体から成る枠状絶縁体２は所定量に秤量されたＳｉＯ2、ＢａＯ、Ｂ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯの各原料粉末にアクリル樹脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可塑剤、有機溶媒を加え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）となし、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８００℃〜１０００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２８】
なお、前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＳｉＯ2が２５重量％未満であると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまい、また８０重量％を超えると枠状絶縁体２の機械的強度が大きく低下してしまうと同時に焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。従って、ＳｉＯ2の量は２５〜８０重量％の範囲に特定される。
【００２９】
また前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＢａＯが１５重量％未満であると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。また７０重量％を超えると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまう。従って、ＢａＯの量は１５〜７０重量％の範囲に特定される。
【００３０】
更に前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、Ｂ2Ｏ3が１．５重量％未満となると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となり、また５重量％を超えると枠状絶縁体２の機械的強度が大きく低下してしまう。従って、Ｂ2Ｏ3の量は１．５〜５重量％の範囲に特定される。 また更に前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、Ａｌ2Ｏ3が１重量％未満となると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となり、また３０重量％を超えると誘電損失が大きくなって配線層６を伝搬する電気信号に減衰や遅延を招来してしまう。従って、Ａｌ2Ｏ3の量は１〜３０重量％の範囲に特定される。
【００３１】
更にまた前記枠状絶縁体２を構成する焼結体は、ＣａＯが含有されない時には線熱膨張係数が半導体素子の線熱膨張係数に近似させた基体１の線熱膨張係数に対して大きく相違し、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させることができなくなり、また３０重量％を超えると焼成温度が高いものとなって銅等の金属材料からなる配線層６と同時焼成するのが困難となる。従って、ＣａＯの量は０重量％を超えて３０重量％以下の範囲に特定される。
【００３２】
また本発明においては、前記基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としておくことが重要である。
【００３３】
前記基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたことから基体１の中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体１上に載置される半導体素子４が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素子載置部１ａである上層１ｂを介して前記中間層１ｃに伝達されると同時に該中間層１ｃ平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００３４】
また前記基体１はタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線熱膨張係数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させたことから、基体１上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導体素子４が作動した際において基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線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、これによって半導体素子４を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子４を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００３５】
なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄのタングステンの量が７０重量％未満の場合、或いは９０重量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するタングステンの量は７０乃至９０重量％の範囲に特定される。
【００３６】
また前記中間層１ｃのタングステンの量が３５重量％未満となると、言い換えれば銅が６５重量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違して基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまい、またタングステンの量が６５重量％を超えると、言い換えれば銅が３５重量％未満となると中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散させることができなくなり、その結果、半導体素子４を高温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばらつきが生じ安定に作動させることができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間層１ｃはタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％に特定される。
【００３７】
更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生する応力が相殺されて基体１の平坦度が良好となり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。
【００３８】
また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似させることが困難となる危険性があることから、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望ましい。
【００３９】
なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃとなる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体とを準備し、前記中間層１ｃとなる板体の上下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作される。
【００４０】
かくして上述の半導体素子収納用パッケージによれば、基体１の半導体素子載置部１ａ上に半導体素子４をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ７を介して所定の配線層６に接続させ、しかる後、前記枠状絶縁体２の上面に蓋体３をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体１、枠状絶縁体２及び蓋体３とから成る容器５内部に半導体素子４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。
【００４１】
次に本発明の他の実施例について説明する。
【００４２】
上述の半導体素子収納用パッケージでは基体１をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたが、これをモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としてもよい。
【００４３】
前記基体１をモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造とした場合、基体１の中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体１上に載置される半導体素子４が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素子載置部１ａである上層１ｂを介して前記中間層１ｃに伝達されると同時に該中間層１ｃ平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００４４】
また前記モリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造の基体１は線熱膨張係数が大きい中間層１ｃを線熱膨張係数の小さい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させたことから基体１上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導体素子４が作動した際において基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用したとしても基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線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、これによって半導体素子４を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子４を安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００４５】
なお前記基体１はその上下層１ｂ、１ｄのモリブデンの量が６５重量％未満の場合、或いは８５重量％を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄはそれを形成するモリブデンの量は６５乃至８５重量％の範囲に特定される。
【００４６】
また前記中間層１ｃのモリブデンの量が４０重量％未満となると、言い換えれば銅が６０重量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線熱膨張係数に対して大きく相違して、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなってしまい、またモリブデンの量が６０重量％を超えると、言い換えれば銅が４０重量％未満となると中間層１ｃの熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散させることができなくなり、その結果、半導体素子４を高温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性にばらつきが生じ安定に作動させることができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間層１ｃはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％に特定される。
【００４７】
更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生する応力が相殺されて、基体１の平坦度が良好となり、その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。
【００４８】
また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲としておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ＜Ｘとなると２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率である中間層１ｃが薄くなり半導体素子４の発する熱を外部に効率よく放散させることができなくなる危険性があり、０．２５Ｙ＞Ｘとなると線熱膨張係数の大きな中間層１ｃの基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似させることが困難となる危険性があることから、前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．２５Ｙ≦Ｘ≦０．５Ｙの範囲が望ましい。
【００４９】
なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃとなる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚みの板体とを準備し、前記中間層となる板体の上下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作される。
【００５０】
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。
【００５１】
【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、枠状絶縁体をＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体の焼成温度が８００℃〜１０００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。
【００５２】
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となしたことから基体の中間層の熱伝導率を２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものとし、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱を発したとしてもその熱は基体の上層を介して前記中間層に伝達されると同時に該中間層平面方向に素早く広がらせるとともに該中間層、下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させることができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。
【００５３】
更に本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、基体をタングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造となし、線熱膨張係数が大きい中間層を線熱膨張係数の小さい上下層で挟み込むことにより基体全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（６〜８ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の線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、これによって半導体素子を収納する空所の気密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に作動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。
【符号の説明】
１・・・・・基体
１ａ・・・・載置部
１ｂ・・・・上層
１ｃ・・・・中間層
１ｄ・・・・下層
２・・・・・枠状絶縁体
３・・・・・蓋体
４・・・・・半導体素子
５・・・・・容器
６・・・・・配線層
７・・・・・ボンディングワイヤ
８・・・・・外部リードピン
Claims (2)
- 上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はタングステンと銅とから成り、タングステンが３５乃至６５重量％、銅が３５乃至６５重量％から成る中間層の上下両面にタングステンが７０乃至９０重量％、銅が１０至３０重量％から成る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
- 上面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁体はＳｉ成分がＳｉＯ2に換算して２５〜８０重量％、Ｂａ成分がＢａＯに換算して１５〜７０重量％、Ｂ成分がＢ2Ｏ3に換算して１．５〜５重量％、Ａｌ成分がＡｌ2Ｏ3に換算して１〜３０重量％、Ｃａ成分がＣａＯに換算して０重量％を超えて３０重量％以下含まれる焼結体で形成されており、かつ前記基体はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが４０乃至６０重量％、銅が４０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にモリブデンが６５乃至８５重量％、銅が１５乃至３５重量％から成る上下層を配した３層構造を有し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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