JP4000064B2 - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を金属基体上に樹脂で封止した半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の気密性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置を図４に断面図で示す。この半導体装置に用いられる半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）は、上面に半導体素子12が載置される載置部11aを有し、半導体素子12の作動時に発生する熱を外部に効率良く伝達するための放熱板を兼ねた金属基体11と、金属基体11の側方に引出したリード端子14とを有する。
【０００３】
また、このパッケージは、封止樹脂15と金属基体11との密着性が悪いために生じる封止樹脂15と金属基体11との剥がれに沿って侵入してくる湿気によって半導体素子12の作動性が損なわれるという従来の問題点を解決するため、図４に示すように、金属基体11に下端部の開口が上端部の開口よりも大きいスリットＡを形成している。
【０００４】
そして、このパッケージの載置部11ａに半導体素子12を載置し、半導体素子12の電極とリード端子14とをＡｕ等から成るボンディングワイヤで電気的に接続し、さらに、載置部11aを覆うようにエポキシ樹脂などの封止樹脂15で被覆すると同時に、スリットＡ内にも封止樹脂15を流し込んで充填することによって半導体装置とすることができる（下記の特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−177280号公報（第２−４頁、図１−図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示される半導体装置は、スリットＡの下端部の開口が大きいために投錨効果によって強固に封止樹脂15が金属基体11から剥がれるのを抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、上記従来の半導体装置は、金属基体11の外部に露出する表面が酸化により徐々に腐食され易く、この酸化腐食により金属基体11と封止樹脂15との密着性が著しく低下し、スリットＡの壁面と封止樹脂15との界面や金属基体11の上面と封止樹脂15との界面において剥れが発生し易くなる。そして、この剥れが、時間の経過とともに進む酸化腐食に伴って、金属基体11と封止樹脂15との界面に沿って内部に進行し、半導体素子12の作動性が、剥れに沿って侵入してくる湿気によって損なわれるという問題点を有していた。
【０００８】
また、このような金属基体11の表面の酸化腐食を防止するため、金属基体11の最表面に金めっき層を被着するという方法がある。これにより、金属基体11の表面の酸化腐食を抑制できるとともに、半導体素子12と金属基体11との接合性も良好に維持することができる。
【０００９】
しかしながら、金属基体11の最表面に金めっき層を被着すると、封止樹脂15と金めっき層との接合性が良くないため、スリットＡの壁面や金属基体11の上面において封止樹脂15が熱応力や外力によって剥がれ易くなり、その結果、半導体素子12の作動性が湿気によって損なわれるという問題点を有していた。
【００１０】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に防止し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【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、上面の中央部に半導体素子を載置する載置部を含む載置領域を有する平面視形状が長方形状の金属基体と、該金属基体の上面の両長辺側の外周部で前記載置領域の両側にそれぞれロウ付けされ、上面に電極が形成された平板状のセラミック部材と、前記電極にロウ付けされたリード端子とを具備しており、前記載置領域の表面および前記リード端子の前記セラミック部材にロウ付けされたロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されており、前記金属基体の上面における前記載置領域の周囲および前記リード端子の前記ロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、金属基体の上面における載置領域の周囲およびリード端子のロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることから、金めっき層は化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、ニッケルめっき層は表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制することができる。また、ニッケルめっき層は金めっき層に比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂との密着強度がより向上する。さらに、ニッケルめっき層は表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂と金属基体との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００１３】
また、載置領域の表面およびリード端子のロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されていることにより、金めっき層は金−錫ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域と半導体素子との接合強度およびリード端子のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００１４】
これらの結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体装置を作製可能な半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに電極が前記リード端子の前記ロウ付け部の上面にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、該半導体素子、前記ボンディングワイヤ、前記セラミック部材および前記リード端子のロウ付け部を覆うとともに外周部が前記金属基体の上面の前記ニッケルめっき層および前記リード端子の前記ニッケルめっき層に達している封止樹脂とを具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、封止樹脂による封止性に優れた信頼性の高いものとなる。
【００１７】
【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を以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ’線における断面図、図３は図４の要部拡大断面図である。
【００１８】
これらの図において、１は半導体素子２が載置される載置部を含む載置領域１ａを有する金属基体、２は半導体素子、３はセラミック部材、３ａは電極、４はリード端子、５は封止樹脂、６ａはニッケルめっき層、６ｂは金めっき層である。
【００１９】
本発明のパッケージは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面に金（Ａｕ）めっき層６ｂが露出して形成されており、金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面にニッケル（Ｎｉ）めっき層６ａが露出して形成されている。なお、載置領域１ａは２つの対向するセラミック部材３で挟まれる領域をいう。
【００２０】
本発明の金属基体１は、平面視形状が長方形状の金属板からなり、その上面の中央部の載置部に半導体素子２を載置固定することにより半導体素子２の支持部材として機能するとともに、半導体素子２の作動により発生した熱を効率良く外部に伝える放熱板としての機能もする。
【００２１】
金属基体１は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金やＣｕ−モリブデン（Ｍｏ）合金等の熱伝導性が良好でかつ半導体素子２やセラミック部材３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属が好ましく用いられる。例えば、セラミック部材３がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体の場合、その熱膨張係数（７〜９×10-6／℃）に近い熱膨張係数（5.5〜6.5×10-6／℃）を有するＣｕ−Ｗ合金やＣｕ−Ｍｏ合金を金属基体１に用いると、セラミック部材３と金属基体１の接合界面に大きな熱応力が発生することが無く、セラミック部材３を長期にわたって信頼性良く接合させることができる。
【００２２】
金属基体１は、その金属材料のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって所定形状に作製される。
【００２３】
セラミック部材３は例えばＡｌ2Ｏ3や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを主成分としたセラミックスからなる平板状のものであり、周知のグリーンシート法やプレス法にて作製される。
【００２４】
このようなセラミック部材３は次のようにして作製される。例えば主成分がＡｌ2Ｏ3から成る場合、Ａｌ2Ｏ3の粉末に焼結助材としてシリカ（ＳｉＯ2），マグネシア（ＭｇＯ），カルシア（ＣａＯ）等の粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、これらの混合物を混練してスラリー状となす。次に、従来周知のドクターブレード法等の成形方法によって多数個取りのセラミックグリーンシートを得る。
【００２５】
そして、このセラミックグリーンシートを用いて以下の［１］〜［３］の工程によりセラミック部材３を作製する。
［１］セラミックグリーンシートの所定の位置に電極３ａとなるメタライズ層をスクリーン印刷法等で金属ペーストを被着することにより形成する。なお、金属ペーストは、ＷやＭｏを主成分とする金属粉末に適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、これらの混合物を混練して作製される。
［２］所望の厚さとするため、［１］のメタライズ層が形成されたセラミックグリーンシートを最上層として、必要に応じてセラミックグリーンシートを複数枚積層する。
［３］上記のセラミックグリーンシートの単板、または積層板を所望の大きさ、形状に切断する。そして、これらを例えば還元雰囲気中、約1600℃の温度で約２時間焼成して電極３ａを上面に有するセラミック部材３を得る。
【００２６】
このようにして作製されたセラミック部材３は金属基体１の上面の両長辺側の外周部に例えば銀（Ａｇ）ロウ（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）などの接合材を介して接合され、半導体素子２に電気信号を入出力するためのリード端子４の支持部材となる。
【００２７】
リード端子４は、鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金などの金属からなり、セラミック部材３の電極３ａの上面にＡｇロウ材などのロウ材を介して接合される。
【００２８】
本発明の金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面にはＮｉめっき層６ａが露出して形成されている。これにより、Ａｕめっき層６ｂは化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、Ｎｉめっき層６ａは表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂５との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂５の金属基体１からの剥れを有効に抑制することができる。また、Ｎｉめっき層６ａはＡｕめっき層６ｂに比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂５との密着強度がより向上する。さらに、Ｎｉめっき層６ａは表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体１が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂５と金属基体１との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００２９】
Ｎｉめっき層６ａは、金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面に電解めっきや無電解めっきなどのめっき法により0.5〜９μｍの厚さで形成される。
【００３０】
Ｎｉめっき層６ａの厚さが0.5μｍ未満であると、表面に均一な酸化膜が形成され難くなり、封止樹脂５とＮｉめっき層６ａとの密着性が低下し易くなる。また、９μｍを超えると、Ｎｉめっき層６ａとリード端子４との熱膨張係数差によりＮｉめっき層６ａにクラックや剥がれが生じ易くなる。
【００３１】
また、本発明の金属基体１の載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面にはＡｕめっき層６ｂが露出して形成されている。これにより、Ａｕめっき層６ｂはＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域１ａと半導体素子２との接合強度およびリード端子４のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００３２】
Ａｕめっき層６ｂは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面に電解めっきや無電解めっきなどのめっき法により0.5〜５μｍの厚さで形成される。
【００３３】
Ａｕめっき層６ｂの厚さが0.5μｍ未満であると、均一なＡｕめっき層６ｂを形成するのが困難となり、半導体素子２やボンディングワイヤとの接合強度が低下し易くなる。また、５μｍを超えると、Ａｕめっき層６ｂとリード端子４との熱膨張係数差によりＡｕめっき層６ｂにクラックや剥がれが生じ易くなる。
【００３４】
このようなＮｉめっき層６ａおよびＡｕめっき層６ｂは、金属基体１、上面に電極３ａが形成されたセラミック部材３およびリード端子４から成るパッケージ全体にＮｉめっき層６ａを被着後、少なくとも載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面を除く部分を例えば塩化ビニールなどからなるマスクでマスキング（覆面）し、マスキングされていない部分にＡｕめっき層６ｂを被着することにより形成される。
【００３５】
なお、Ａｕめっき層６ｂは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面のみに形成されるだけでなく、Ｎｉめっき層６ａが露出する必要のある載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面を除く他の部位に形成されていてもよい。例えばリード端子４とセラミック部材３とを接合するロウ材の表面に形成されていてもよい。この場合、ロウ材と封止樹脂５との密着性がより向上する。
【００３６】
また、Ｎｉめっき層６ａはパッケージの全体を被覆しなくともよく、少なくとも金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面に形成されていればよい。
【００３７】
このようなパッケージは、載置領域１ａの載置部に半導体素子２が載置され、半導体素子２の電極とセラミック部材３の電極３ａとがボンディングワイヤにより電気的に接続された後、半導体素子２，ボンディングワイヤ，セラミック部材３およびリード端子４のロウ付け部を覆うとともに外周部が金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａおよびリード端子４のＮｉめっき層６ａに達するように封止樹脂５で封止されることにより半導体装置となる。
【００３８】
封止樹脂５は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなり、パッケージの上面からリード端子４にかけて被着された後、熱硬化されることにより形成される。封止樹脂５は、外周部が金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａおよびリード端子４のＮｉめっき層６ａに達するように形成されるので、Ｎｉめっき層６ａと強固に密着し、封止樹脂５の外周部が金属基体１から剥れるのを有効に抑制することができる。また、リード端子４と封止樹脂５との密着性も向上し、リード端子４と封止樹脂５との界面からの水分の浸入をも良好に抑制することができる。
【００３９】
封止樹脂５は、リード端子４のＮｉめっき層６ａに達していればよいが、図３に示すように、金属基体１の側面を覆って側面の下辺まで達していてもよい。この場合、パッケージの下面は封止樹脂５によって覆われずに封止樹脂５の下面と面一になっているのがよい。これにより、金属基体１の下面全体が露出され、放熱板としての機能が大きく損なわれることが無く、半導体素子２から発生した熱を金属基体１の下面全面で放熱させて半導体素子２を所望の温度以下に容易に保持することが可能となる。
【００４０】
また、封止樹脂５が金属基体１の上面においてＡｕめっき層６ｂで覆われた載置領域１ａから外方向にはみ出す距離は、製品のサイズによって異なるが、搭載される半導体素子２が、例えばＳＭＤ（Surface Mounted Device）などで縦および横の長さがそれぞれ１〜10ｍｍ程度のものであれば、0.25ｍｍ以上有ればよく、また、縦および横の長さがそれぞれ10〜100ｍｍ程度の大きなサイズであれば少なくとも１ｍｍあれば樹脂封止の信頼性が十分なものとなる。従って、金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａの幅は、この載置領域１ａから外方向にはみ出した封止樹脂５の外周部を金属基体１と良好に密着させるために、この封止樹脂５が載置領域１ａから外方向にはみ出す距離以上、即ち、0.25ｍｍ以上とする必要がある。
【００４１】
また、リード端子４は、セラミック部材３にロウ付けされるロウ付け部の上面を除く全面にＮｉめっき層６ａが被着されている必要はなく、上記ロウ付け部から少なくとも0.25ｍｍの距離に位置する部位だけに被着されていてもよい。上記ロウ付け部からの距離が0.25ｍｍ未満であると、封止樹脂５とリード端子４との密着性が低下し易くなる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に半導体素子を載置する載置部を含む載置領域を有する平面視形状が長方形状の金属基体と、この金属基体の上面の両長辺側の外周部で載置領域の両側にそれぞれロウ付けされ、上面に電極が形成された平板状のセラミック部材と、電極にロウ付けされたリード端子とを具備しており、載置領域の表面およびリード端子のセラミック部材にロウ付けされたロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されており、金属基体の上面における載置領域の周囲およびリード端子のロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることから、金めっき層は化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、ニッケルめっき層は表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制することができる。また、ニッケルめっき層は金めっき層に比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂との密着強度がより向上する。さらに、ニッケルめっき層は表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂と金属基体との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００４４】
また、載置領域の表面およびリード端子のロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されていることにより、金めっき層は金−錫ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域と半導体素子との接合強度およびリード端子のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００４５】
これらの結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体装置を作製可能な半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００４６】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに電極がリード端子のロウ付け部の上面にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、この半導体素子、ボンディングワイヤ、セラミック部材およびリード端子のロウ付け部を覆うとともに外周部が金属基体の上面のニッケルめっき層およびリード端子のニッケルめっき層に達している封止樹脂とを具備することにより、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、封止樹脂による封止性に優れた信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の平面図である。
【図２】図１の半導体装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図３】図２の半導体装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の半導体装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：金属基体
１ａ：載置領域
２：半導体素子
３：セラミック部材
３ａ：電極
４：リード端子
５：封止樹脂
６ａ：ニッケルめっき層
６ｂ：金めっき層
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を金属基体上に樹脂で封止した半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の気密性の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置を図４に断面図で示す。この半導体装置に用いられる半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）は、上面に半導体素子12が載置される載置部11aを有し、半導体素子12の作動時に発生する熱を外部に効率良く伝達するための放熱板を兼ねた金属基体11と、金属基体11の側方に引出したリード端子14とを有する。
【０００３】
また、このパッケージは、封止樹脂15と金属基体11との密着性が悪いために生じる封止樹脂15と金属基体11との剥がれに沿って侵入してくる湿気によって半導体素子12の作動性が損なわれるという従来の問題点を解決するため、図４に示すように、金属基体11に下端部の開口が上端部の開口よりも大きいスリットＡを形成している。
【０００４】
そして、このパッケージの載置部11ａに半導体素子12を載置し、半導体素子12の電極とリード端子14とをＡｕ等から成るボンディングワイヤで電気的に接続し、さらに、載置部11aを覆うようにエポキシ樹脂などの封止樹脂15で被覆すると同時に、スリットＡ内にも封止樹脂15を流し込んで充填することによって半導体装置とすることができる（下記の特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−177280号公報（第２−４頁、図１−図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示される半導体装置は、スリットＡの下端部の開口が大きいために投錨効果によって強固に封止樹脂15が金属基体11から剥がれるのを抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、上記従来の半導体装置は、金属基体11の外部に露出する表面が酸化により徐々に腐食され易く、この酸化腐食により金属基体11と封止樹脂15との密着性が著しく低下し、スリットＡの壁面と封止樹脂15との界面や金属基体11の上面と封止樹脂15との界面において剥れが発生し易くなる。そして、この剥れが、時間の経過とともに進む酸化腐食に伴って、金属基体11と封止樹脂15との界面に沿って内部に進行し、半導体素子12の作動性が、剥れに沿って侵入してくる湿気によって損なわれるという問題点を有していた。
【０００８】
また、このような金属基体11の表面の酸化腐食を防止するため、金属基体11の最表面に金めっき層を被着するという方法がある。これにより、金属基体11の表面の酸化腐食を抑制できるとともに、半導体素子12と金属基体11との接合性も良好に維持することができる。
【０００９】
しかしながら、金属基体11の最表面に金めっき層を被着すると、封止樹脂15と金めっき層との接合性が良くないため、スリットＡの壁面や金属基体11の上面において封止樹脂15が熱応力や外力によって剥がれ易くなり、その結果、半導体素子12の作動性が湿気によって損なわれるという問題点を有していた。
【００１０】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に防止し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【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、上面の中央部に半導体素子を載置する載置部を含む載置領域を有する平面視形状が長方形状の金属基体と、該金属基体の上面の両長辺側の外周部で前記載置領域の両側にそれぞれロウ付けされ、上面に電極が形成された平板状のセラミック部材と、前記電極にロウ付けされたリード端子とを具備しており、前記載置領域の表面および前記リード端子の前記セラミック部材にロウ付けされたロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されており、前記金属基体の上面における前記載置領域の周囲および前記リード端子の前記ロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、金属基体の上面における載置領域の周囲およびリード端子のロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることから、金めっき層は化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、ニッケルめっき層は表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制することができる。また、ニッケルめっき層は金めっき層に比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂との密着強度がより向上する。さらに、ニッケルめっき層は表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂と金属基体との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００１３】
また、載置領域の表面およびリード端子のロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されていることにより、金めっき層は金−錫ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域と半導体素子との接合強度およびリード端子のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００１４】
これらの結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体装置を作製可能な半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに電極が前記リード端子の前記ロウ付け部の上面にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、該半導体素子、前記ボンディングワイヤ、前記セラミック部材および前記リード端子のロウ付け部を覆うとともに外周部が前記金属基体の上面の前記ニッケルめっき層および前記リード端子の前記ニッケルめっき層に達している封止樹脂とを具備することを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、封止樹脂による封止性に優れた信頼性の高いものとなる。
【００１７】
【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を以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１のＸ−Ｘ’線における断面図、図３は図４の要部拡大断面図である。
【００１８】
これらの図において、１は半導体素子２が載置される載置部を含む載置領域１ａを有する金属基体、２は半導体素子、３はセラミック部材、３ａは電極、４はリード端子、５は封止樹脂、６ａはニッケルめっき層、６ｂは金めっき層である。
【００１９】
本発明のパッケージは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面に金（Ａｕ）めっき層６ｂが露出して形成されており、金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面にニッケル（Ｎｉ）めっき層６ａが露出して形成されている。なお、載置領域１ａは２つの対向するセラミック部材３で挟まれる領域をいう。
【００２０】
本発明の金属基体１は、平面視形状が長方形状の金属板からなり、その上面の中央部の載置部に半導体素子２を載置固定することにより半導体素子２の支持部材として機能するとともに、半導体素子２の作動により発生した熱を効率良く外部に伝える放熱板としての機能もする。
【００２１】
金属基体１は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金やＣｕ−モリブデン（Ｍｏ）合金等の熱伝導性が良好でかつ半導体素子２やセラミック部材３の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属が好ましく用いられる。例えば、セラミック部材３がアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体の場合、その熱膨張係数（７〜９×10-6／℃）に近い熱膨張係数（5.5〜6.5×10-6／℃）を有するＣｕ−Ｗ合金やＣｕ−Ｍｏ合金を金属基体１に用いると、セラミック部材３と金属基体１の接合界面に大きな熱応力が発生することが無く、セラミック部材３を長期にわたって信頼性良く接合させることができる。
【００２２】
金属基体１は、その金属材料のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって所定形状に作製される。
【００２３】
セラミック部材３は例えばＡｌ2Ｏ3や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などを主成分としたセラミックスからなる平板状のものであり、周知のグリーンシート法やプレス法にて作製される。
【００２４】
このようなセラミック部材３は次のようにして作製される。例えば主成分がＡｌ2Ｏ3から成る場合、Ａｌ2Ｏ3の粉末に焼結助材としてシリカ（ＳｉＯ2），マグネシア（ＭｇＯ），カルシア（ＣａＯ）等の粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、これらの混合物を混練してスラリー状となす。次に、従来周知のドクターブレード法等の成形方法によって多数個取りのセラミックグリーンシートを得る。
【００２５】
そして、このセラミックグリーンシートを用いて以下の［１］〜［３］の工程によりセラミック部材３を作製する。
［１］セラミックグリーンシートの所定の位置に電極３ａとなるメタライズ層をスクリーン印刷法等で金属ペーストを被着することにより形成する。なお、金属ペーストは、ＷやＭｏを主成分とする金属粉末に適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加し、これらの混合物を混練して作製される。
［２］所望の厚さとするため、［１］のメタライズ層が形成されたセラミックグリーンシートを最上層として、必要に応じてセラミックグリーンシートを複数枚積層する。
［３］上記のセラミックグリーンシートの単板、または積層板を所望の大きさ、形状に切断する。そして、これらを例えば還元雰囲気中、約1600℃の温度で約２時間焼成して電極３ａを上面に有するセラミック部材３を得る。
【００２６】
このようにして作製されたセラミック部材３は金属基体１の上面の両長辺側の外周部に例えば銀（Ａｇ）ロウ（ＪＩＳ Ｚ ３２６１）などの接合材を介して接合され、半導体素子２に電気信号を入出力するためのリード端子４の支持部材となる。
【００２７】
リード端子４は、鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金などの金属からなり、セラミック部材３の電極３ａの上面にＡｇロウ材などのロウ材を介して接合される。
【００２８】
本発明の金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面にはＮｉめっき層６ａが露出して形成されている。これにより、Ａｕめっき層６ｂは化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、Ｎｉめっき層６ａは表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂５との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂５の金属基体１からの剥れを有効に抑制することができる。また、Ｎｉめっき層６ａはＡｕめっき層６ｂに比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂５との密着強度がより向上する。さらに、Ｎｉめっき層６ａは表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体１が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂５と金属基体１との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００２９】
Ｎｉめっき層６ａは、金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面に電解めっきや無電解めっきなどのめっき法により0.5〜９μｍの厚さで形成される。
【００３０】
Ｎｉめっき層６ａの厚さが0.5μｍ未満であると、表面に均一な酸化膜が形成され難くなり、封止樹脂５とＮｉめっき層６ａとの密着性が低下し易くなる。また、９μｍを超えると、Ｎｉめっき層６ａとリード端子４との熱膨張係数差によりＮｉめっき層６ａにクラックや剥がれが生じ易くなる。
【００３１】
また、本発明の金属基体１の載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面にはＡｕめっき層６ｂが露出して形成されている。これにより、Ａｕめっき層６ｂはＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域１ａと半導体素子２との接合強度およびリード端子４のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００３２】
Ａｕめっき層６ｂは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面に電解めっきや無電解めっきなどのめっき法により0.5〜５μｍの厚さで形成される。
【００３３】
Ａｕめっき層６ｂの厚さが0.5μｍ未満であると、均一なＡｕめっき層６ｂを形成するのが困難となり、半導体素子２やボンディングワイヤとの接合強度が低下し易くなる。また、５μｍを超えると、Ａｕめっき層６ｂとリード端子４との熱膨張係数差によりＡｕめっき層６ｂにクラックや剥がれが生じ易くなる。
【００３４】
このようなＮｉめっき層６ａおよびＡｕめっき層６ｂは、金属基体１、上面に電極３ａが形成されたセラミック部材３およびリード端子４から成るパッケージ全体にＮｉめっき層６ａを被着後、少なくとも載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面を除く部分を例えば塩化ビニールなどからなるマスクでマスキング（覆面）し、マスキングされていない部分にＡｕめっき層６ｂを被着することにより形成される。
【００３５】
なお、Ａｕめっき層６ｂは、載置領域１ａの表面およびリード端子４のセラミック部材３にロウ付けされたロウ付け部の上面のみに形成されるだけでなく、Ｎｉめっき層６ａが露出する必要のある載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面を除く他の部位に形成されていてもよい。例えばリード端子４とセラミック部材３とを接合するロウ材の表面に形成されていてもよい。この場合、ロウ材と封止樹脂５との密着性がより向上する。
【００３６】
また、Ｎｉめっき層６ａはパッケージの全体を被覆しなくともよく、少なくとも金属基体１の上面における載置領域１ａの周囲およびリード端子４のロウ付け部よりも外側の表面に形成されていればよい。
【００３７】
このようなパッケージは、載置領域１ａの載置部に半導体素子２が載置され、半導体素子２の電極とセラミック部材３の電極３ａとがボンディングワイヤにより電気的に接続された後、半導体素子２，ボンディングワイヤ，セラミック部材３およびリード端子４のロウ付け部を覆うとともに外周部が金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａおよびリード端子４のＮｉめっき層６ａに達するように封止樹脂５で封止されることにより半導体装置となる。
【００３８】
封止樹脂５は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂からなり、パッケージの上面からリード端子４にかけて被着された後、熱硬化されることにより形成される。封止樹脂５は、外周部が金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａおよびリード端子４のＮｉめっき層６ａに達するように形成されるので、Ｎｉめっき層６ａと強固に密着し、封止樹脂５の外周部が金属基体１から剥れるのを有効に抑制することができる。また、リード端子４と封止樹脂５との密着性も向上し、リード端子４と封止樹脂５との界面からの水分の浸入をも良好に抑制することができる。
【００３９】
封止樹脂５は、リード端子４のＮｉめっき層６ａに達していればよいが、図３に示すように、金属基体１の側面を覆って側面の下辺まで達していてもよい。この場合、パッケージの下面は封止樹脂５によって覆われずに封止樹脂５の下面と面一になっているのがよい。これにより、金属基体１の下面全体が露出され、放熱板としての機能が大きく損なわれることが無く、半導体素子２から発生した熱を金属基体１の下面全面で放熱させて半導体素子２を所望の温度以下に容易に保持することが可能となる。
【００４０】
また、封止樹脂５が金属基体１の上面においてＡｕめっき層６ｂで覆われた載置領域１ａから外方向にはみ出す距離は、製品のサイズによって異なるが、搭載される半導体素子２が、例えばＳＭＤ（Surface Mounted Device）などで縦および横の長さがそれぞれ１〜10ｍｍ程度のものであれば、0.25ｍｍ以上有ればよく、また、縦および横の長さがそれぞれ10〜100ｍｍ程度の大きなサイズであれば少なくとも１ｍｍあれば樹脂封止の信頼性が十分なものとなる。従って、金属基体１の上面のＮｉめっき層６ａの幅は、この載置領域１ａから外方向にはみ出した封止樹脂５の外周部を金属基体１と良好に密着させるために、この封止樹脂５が載置領域１ａから外方向にはみ出す距離以上、即ち、0.25ｍｍ以上とする必要がある。
【００４１】
また、リード端子４は、セラミック部材３にロウ付けされるロウ付け部の上面を除く全面にＮｉめっき層６ａが被着されている必要はなく、上記ロウ付け部から少なくとも0.25ｍｍの距離に位置する部位だけに被着されていてもよい。上記ロウ付け部からの距離が0.25ｍｍ未満であると、封止樹脂５とリード端子４との密着性が低下し易くなる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に半導体素子を載置する載置部を含む載置領域を有する平面視形状が長方形状の金属基体と、この金属基体の上面の両長辺側の外周部で載置領域の両側にそれぞれロウ付けされ、上面に電極が形成された平板状のセラミック部材と、電極にロウ付けされたリード端子とを具備しており、載置領域の表面およびリード端子のセラミック部材にロウ付けされたロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されており、金属基体の上面における載置領域の周囲およびリード端子のロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出して形成されていることから、金めっき層は化学的に安定で反応性に乏しいのに対し、ニッケルめっき層は表面に薄い酸化膜が均一にかつ恒常的に形成されるため、水素結合により封止樹脂との密着強度をより大きくすることができ、その結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制することができる。また、ニッケルめっき層は金めっき層に比較して結晶粒子の大きさが数倍と大きいためにより表面粗さが大きくなり、アンカー効果によって封止樹脂との密着強度がより向上する。さらに、ニッケルめっき層は表面に均一にかつ恒常的に形成された薄い酸化膜によって金属基体が酸化腐食するのを有効に抑制することができ、その結果、封止樹脂と金属基体との密着性が低下することなく強固な密着性が維持される。
【００４４】
また、載置領域の表面およびリード端子のロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されていることにより、金めっき層は金−錫ロウ材等のロウ材や半田等の接合材との密着性が良好であることから、載置領域と半導体素子との接合強度およびリード端子のロウ付け部とボンディングワイヤとの接合強度を向上することができる。
【００４５】
これらの結果、封止樹脂の金属基体からの剥れを有効に抑制し、半導体素子が湿気などにより故障することなく長期間にわたって良好に作動し得る半導体装置を作製可能な半導体素子収納用パッケージとすることができる。
【００４６】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに電極がリード端子のロウ付け部の上面にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、この半導体素子、ボンディングワイヤ、セラミック部材およびリード端子のロウ付け部を覆うとともに外周部が金属基体の上面のニッケルめっき層およびリード端子のニッケルめっき層に達している封止樹脂とを具備することにより、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、封止樹脂による封止性に優れた信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の平面図である。
【図２】図１の半導体装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。
【図３】図２の半導体装置の要部拡大断面図である。
【図４】従来の半導体装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：金属基体
１ａ：載置領域
２：半導体素子
３：セラミック部材
３ａ：電極
４：リード端子
５：封止樹脂
６ａ：ニッケルめっき層
６ｂ：金めっき層
Claims (2)
- 上面の中央部に半導体素子を載置する載置部を含む載置領域を有する平面視形状が長方形状の金属基体と、該金属基体の上面の両長辺側の外周部で前記載置領域の両側にそれぞれロウ付けされ、上面に電極が形成された平板状のセラミック部材と、前記電極にロウ付けされたリード端子とを具備しており、前記載置領域の表面および前記リード端子の前記セラミック部材にロウ付けされたロウ付け部の上面に金めっき層が露出して形成されており、前記金属基体の上面における前記載置領域の周囲および前記リード端子の前記ロウ付け部よりも外側の表面にニッケルめっき層が露出し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。
- 請求項１記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに電極が前記リード端子の前記ロウ付け部の上面にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、該半導体素子、前記ボンディングワイヤ、前記セラミック部材および前記リード端子のロウ付け部を覆うとともに外周部が前記金属基体の上面の前記ニッケルめっき層および前記リード端子の前記ニッケルめっき層に達している封止樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
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