JP4530579B2

JP4530579B2 - Package for storing semiconductor elements

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Publication number: JP4530579B2
Application number: JP2001152590A
Authority: JP
Inventors: 廉可國松
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2002353353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野やマイクロ波通信およびミリ波通信等の分野で用いられる、高い周波数で作動する各種半導体素子を収納する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】
従来の光通信分野やマイクロ波通信およびミリ波通信分野等で用いられる、高い周波数で作動する各種半導体素子を気密封止して収容する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージという）として、例えば光通信分野に用いられる光半導体パッケージを図４に示す。同図に示すように、光半導体パッケージとしての半導体パッケージ１は、一般に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成り、上面の略中央部に半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子等の半導体素子２が載置される載置部３を設けた基体４を有する。この基体４は、略長方形の板状であり、その対向する辺部に外部の実装基板（図示せず）にネジ止めするためのネジ止め孔１１が設けられている。
【０００３】
また、載置部３を囲繞するようにして基体４の上側主面に銀ロウ等のロウ材を介して接合されると共に、基体４の長辺側に位置する両側部に、半導体素子２と外部電気回路（図示せず）とを電気的に接続する高周波信号入出力用の入出力端子５を嵌着接合するための貫通孔または切欠き部から成る取付部６が設けられた枠体７を有する。この枠体７は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成り、基体４の短辺側に位置する一側部に、光ファイバ１２固定用の筒状の固定部材１８が嵌着接合される貫通孔１４が形成されている。そして、枠体７の光伝送路である貫通孔１４の外側開口の周辺部には、枠体７の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る光ファイバ１２固定用の筒状の固定部材１８が銀ロウ等のロウ材で接合される。
【０００４】
また、シールリング１７は、枠体７の上面および入出力端子５の上面に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、入出力端子５を挟持すると共に上面に蓋体１５をシーム溶接等により接合するための接合媒体として機能する。
【０００５】
更に、この半導体パッケージ１は、取付部６に取着された入出力端子５と、枠体７の上面に取着された半導体素子２を気密に封止する蓋体１５とを具備して成る。
【０００６】
このような半導体パッケージ１は、基体４の載置部３に半導体素子２を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低融点ロウ材で載置固定させると共に、半導体素子２の電極をボンディングワイヤ（図示せず）を介して図５に示す入出力端子５の線路導体２８に電気的に接続し、更に光ファイバ１２と半導体素子２との光軸を調整する。その後、固定部材１８の枠体７外側の端面に光ファイバ１２を樹脂等の接着剤で取着した金属ホルダ１３を、金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等の低融点ロウ材で接合する。次に、枠体７の上面に蓋体１５をシーム溶接等により接合して基体４と枠体７と蓋体１５とから成る容器内部に半導体素子２を気密に収容することにより、製品としての光半導体装置となる。
【０００７】
このような光半導体装置は、実装基板上にネジ止めされた後、半導体素子２を外部電気回路から供給される駆動用の高周波信号によって光励起させ、励起したレーザ光等の光を光ファイバ１２に授受させ光ファイバ１２内を伝送させることにより、大容量の情報を高速に伝送できる光電変換装置として機能し、光通信分野等に多用されている。
【０００８】
そこで、この光半導体装置を構成する半導体パッケージ１に用いられる入出力端子５には、電気的に絶縁され、リード線接続およびワイヤーボンディングが可能な配線パターンの形成ができることが必要となる。このような入出力端子５は、図５，図６に示すように、上面の１辺側から対向する他辺側にかけて形成された線路導体２８を有する誘電体から成る平板部９と、平板部９の上面に線路導体２８を間に挟んで接合された同様の誘電体から成る立壁部１０とから構成されている。また、平板部９および立壁部１０の線路導体２８に略平行な両側面には、線路導体２８を擬似同軸状に囲み接地導体として機能すると共に、図４に示す取付部６の内周面に銀ロウ等のロウ材を介して接合させる接合媒体として機能するメタライズ層（図示せず）が形成されている。
【０００９】
この線路導体２８の枠体７外側の部位の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、銀ロウ等のロウ材で接合されると共に、入出力端子５と外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子１６が接合される。一方、線路導体２８の枠体７内側の部位の上面に位置するワイヤーボンディング部２８ａには、Ａｕ，アルミニウム（Ａｌ）等の線材から成り、超音波接合法や熱圧着法等により半導体素子２と入出力端子５との電気的接続を行なうためのボンディングワイヤ（図示せず）が接続される。
【００１０】
このような入出力端子５を構成する誘電体としては、一般にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体等のセラミックスが用いられていた。一方、入出力端子５に形成される線路導体２８には、電気抵抗が小さく、上記セラミックスと同時焼成により微細な配線パターンの形成が可能なＷやＭｏ等の高融点金属が採用されていた。
【００１１】
近年、より高い周波数の入出力信号を伝送すると共に小型化されたものに対する要求が高まっており、その結果線路導体２８の線幅も細くなって配線抵抗が増大するようになっていた。しかし、高融点金属から成る線路導体２８では、シート抵抗もせいぜい８ｍΩ／□程度までしか低くできず、高周波信号の透過損失が大きくなるという問題があった。そこで、より低抵抗のＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体を用いて上記セラミックスと同時焼成して線路導体２８を形成することが提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体から成る誘電体と１２００〜１５００℃の低い温度で同時焼成して線路導体２８が形成されているため、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体から成る誘電体成分は、Ｃｕとの濡れ性が悪いことから、ＣｕまたはＣｕとＷ，Ｍｏとを組み合わせた導体層への拡散が不充分となっていた。その結果、半導体素子２と入出力端子５との電気的接続を行なうボンディングワイヤには外力が加わらないことから、線路導体２８のワイヤーボンディング部２８ａには何等問題は生じないものの、上記導体層にロウ付けした、外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子１６に、外部電気回路との電気的接続時等に外部応力が加わると、リード端子１６が導体層ごと誘電体表面から剥離するという問題点があった。
【００１３】
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、アルミナを主成分とする誘電体等と同時焼成で形成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうリード端子に外部応力が加わっても、誘電体から成る平板部上面に強固に接合されて剥離せず高周波信号の伝送特性を損なわない線路導体を有する入出力端子を具備したものとすることにある。
【００１４】
本発明の半導体パッケージは、上側主面に半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記上側主面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部に切欠き部または貫通孔から成る入出力端子の取付部が形成された枠体と、上面の一辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数の線路導体を有する誘電体から成る平板部および該平板部の上面に前記複数の線路導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から構成されると共に、前記取付部に嵌着されて前記半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記線路導体は、前記枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに前記枠体の外側の部位がモリブデンを７０〜９０重量％、マンガンを２〜１５重量％、酸化珪素を５〜２０重量％、酸化チタンを１〜１０重量％含有するメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が前記立壁部の下面で接続されて成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、線路導体が、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、アルミナ質焼結体等から成る誘電体成分のＭｏを主成分とするメタライズ層への拡散が容易となる。その結果、枠体の外側の部位であるリード線接続部のＭｏのメタライズ層が、アルミナ質焼結体等から成る平板部上面に強固に接合されるため、そこに接続されたリード端子の外部応力に対する強度が増大して接続信頼性が向上することになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は、本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子の例を示す斜視図であり、図２は、本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子の例を示す断面図である。本発明の半導体パッケージ全体の基本構成は従来例の半導体パッケージを示す図４と同様であり、共通する各部の詳細な説明は省略する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージを構成する入出力端子は、図１および図２に示すように、略四角形の誘電体板から成り、上面に１辺側から対向する他辺側にかけて形成された複数の線路導体８を有する平板部９と、その上面に複数の線路導体８を間に挟んで接合された誘電体から成る略直方体の立壁部１０とから構成される。線路導体８は、枠体７の内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体７の外側の部位がＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部１０の下面で接続されて成る。
【００１８】
この線路導体８を構成するリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、平板部９および立壁部１０を構成するセラミックス等に対する密着性が極めて良好であり、線路導体８全体の配線抵抗もワイヤーボンディング部８ａがＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成ることから、リード端子接続部８ｂおよびワイヤーボンディング部８ａの全体のシート抵抗も７ｍΩ／□程度以下と低抵抗なものとなる。
【００１９】
本発明の線路導体８のワイヤーボンディング部８ａは、ＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層から成り、後述するように平板部９および立壁部１０を構成する誘電体と同時焼成により形成されるものである。このメタライズ層は、Ｃｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有して成るが、線路導体８の低抵抗化、誘電体との同時焼結性および線路導体８の保形性を維持する上では、Ｃｕを４０〜６０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを４０〜６０体積％含有することが好ましい。この場合、ワイヤーボンディング部８ａのシート抵抗を８ｍΩ／□程度以下に低減できる。
【００２０】
線路導体８におけるＣｕ量が１０体積％未満であり、かつＷおよび／またはＭｏ量が９０体積％を超えると、線路導体８の抵抗が高くなる。また、Ｃｕ量が７０体積％を超え、かつＷおよび／またはＭｏ量が３０体積％未満になると、線路導体８の保形性が低下し、線路導体８ににじみ等が発生したり、溶融したＣｕにより線路導体８が凝集して断線を生じると共に、誘電体と線路導体８との熱膨張差により線路導体８が剥離を生じ易くなる。
【００２１】
また、線路導体８は、含有されるＷおよび／またはＭｏが平均粒径１〜１０μｍの球状あるいは数個の粒子による焼結粒子としてＣｕから成るマトリックス中に分散含有されていることが好適である。これは、平均粒径が１μｍより小さいと線路導体８の保形性が悪くなり、組織が多孔質化して抵抗値が高くなる。他方、１０μｍを超えると、Ｃｕから成るマトリックスがＷやＭｏの粒子によって分断されてしまい、抵抗値が高くなったり、Ｃｕ成分の分離によりにじみが発生する恐れがある。
【００２２】
また、Ｗおよび／またはＭｏの平均粒径は１．３〜５μｍがよく、１．３μｍ未満では、焼結時に焼結が進行しすぎて誘電体との接着強度が低下するおそれがある。５μｍを超えると、焼結が不十分となり、線路導体８の強度不足や誘電体との密着性不足、さらに導通抵抗の増加等が発生するおそれがある。より好ましくは１．３〜３μｍが良い。
【００２３】
一方、本発明の線路導体８のリード端子接続部８ｂはＭｏを主成分とするメタライズ層から成り、ワイヤーボンディング部８ａの場合と同様に、後述するように平板部９および立壁部１０を構成する誘電体と同時焼成により形成される。このようなＭｏを主成分とするメタライズ層は、従来周知のＭｏ−マンガン（Ｍｎ）ペーストを用いて誘電体と同時焼成して形成される。Ｍｏ−Ｍｎペーストとしては、例えば、Ｍｏを７０〜９０重量％、Ｍｎを２〜１５重量％、酸化珪素（ＳｉＯ₂）を５〜２０重量％、酸化チタン（ＴｉＯ₂）を１〜１０重量％含有するものが良い。
【００２４】
また、Ｍｏを主成分とするメタライズ層には、とりわけアルミナ質焼結体から成る誘電体成分が容易に拡散し、その結果、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層がアルミナ質焼結体から成る平板部９上面に強固に接合されることから、ロウ材により接続されたリード端子１６の外部応力に対する強度が増加して接続信頼性が向上することになる。
【００２５】
また、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とするメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層は、入出力端子５の立壁部１０の下面で電気的に接続されている。このとき、ワイヤーボンディング部８ａのＣｕ成分がリード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層側に拡散して接合していることから、立壁部１０の下面の接続部においてはＣｕが全体的に拡散されている。従って、Ｃｕの拡散により、ワイヤーボンディング部８ａとリード端子接続部８ｂとの界面の抵抗変化が急激な変化ではなく徐々に変化するものとなり、その結果、高周波信号の伝送特性に影響することはない。
【００２６】
この接続部の形態については電気的に接続されていればよいが、図２に示すようにワイヤーボンディング部８ａのＣｕとＷおよび／またはＭｏとの複合材料を主成分とする導通抵抗の小さいメタライズ層を、リード端子接続部８ｂのＭｏを主成分とするメタライズ層の上面に被着形成した形態がよく、高周波信号の伝送特性の点で好ましい。即ち、高周波信号は表皮効果により線路導体８の極く表面を伝送するため、導通抵抗の小さいメタライズ層を上側（表層側）にするのがよく、またリード端子１６を接続するための銀ロウ等の高導電性のロウ材皮膜とも相俟って透過損失が小さくなり、高周波信号の伝送特性が向上することになる。
【００２７】
また、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層の接続界面は、入出力端子５の平板部９と立壁部１０との間に介在させ、立壁部１０を平板部９に接合する際に加圧接合して入出力端子５の寸法精度を確保すると良い。また、加圧接合して寸法精度を確保することは入出力端子５と枠体７との気密封止にとっても効果的である。
【００２８】
さらに、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層と、リード端子接続部８ｂのメタライズ層との接続は、図３に他の例を示すように、ワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層とリード端子接続部８ｂのメタライズ層とを突き合せて線路導体８を形成し、その接続界面を平板部９と立壁部１０との間に介在させ、立壁部１０を平板部９に接合する際に加圧接合して入出力端子５の寸法精度を確保するようにしても良い。これより、上記と同様に気密封止にも効果的なものとなる。
【００２９】
いずれの場合も、リード端子接続部８ｂは、リード端子１６がメタライズ層と十分な長さ（０．２〜３ｍｍ程度）で銀ロウ等のロウ材で接合できる領域が確保できれば良く、リード端子１６がワイヤーボンディング部８ａのメタライズ層の線路導体８に接しないようにすることが接続信頼性の点で重要となる。
【００３０】
更に、線路導体８の表面には、酸化による腐食防止、ワイヤボンディング性、半田との濡れ性、および線路導体８の抵抗低化のために、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種からなる金属層が、無電解めっき、電解めっき等によって被着されていることが好ましい。特に、耐食性の向上と抵抗低減の点からは、最表面はＡｕから成ることがより好ましい。
【００３１】
更に、線路導体８中には、誘電体との密着性を改善するために、誘電体を構成するセラミックスを主成分としたセラミック成分、あるいは誘電体組成と同一組成のセラミック成分を０．０５〜２体積％の割合で含有させることが好ましい。
【００３２】
なお、本発明の入出力端子５においては、Ｃｕの融点を超える温度で誘電体と同時焼成すると、線路導体８中のＣｕ成分が誘電体中に拡散する場合があるが、線路導体８の周囲の誘電体へのＣｕの拡散距離を３０μｍ以下、特に１０μｍ以下とすることが好ましく、この場合、焼成条件等を制御することにより拡散距離を制御できる。線路導体８中のＣｕ成分の誘電体中への拡散距離が３０μｍを超えると、線路導体８間の絶縁性が低下し、線路導体８としての信頼性が低下する。従って、上記拡散距離を３０μｍ以下に制御することにより、線路導体８間の最小線間距離を１００μｍ以下、とりわけ９０μｍ以下として、線路導体８の高密度配線化が可能となる。
【００３３】
更に、線路導体８の枠体７外側の部位には、外部電気回路と入出力端子５との高周波信号の入出力を行なうためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子１６が、銀ロウ等のロウ材で接合される。
【００３４】
また、平板部９は、アルミナを主成分とするセラミックスから成るのがよく、Ｃｕを含有するメタライズ層とＭｏを主成分とするメタライズ層から成る線路導体８との同時焼結性の点で好ましい。このアルミナを主成分とするセラミックスは、相対密度が９５％以上、特に９７％以上、更には９９％以上の高緻密体から形成されていることが好適であり、高熱伝導性と高強度を具備するものとなる。更に、線路導体８との同時焼成時に線路導体８の保形性を確保するためには、焼成温度を１２００〜１５００℃の低温とするとともに相対密度を９５％以上に緻密化させることが好ましい。
【００３５】
従って、このような特性を有する入出力端子５の誘電体としては、主成分としてアルミナを８４〜９０重量％の割合で含有すると共に、上記焼成温度での焼結性を高める点でＭｎ化合物をＭｎＯ₂換算で２〜６重量％の割合で含有するものが好適である。
【００３６】
また、この誘電体中には、第３成分としてＳｉＯ₂およびマグネシウム（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類元素の１種以上を酸化物として含有させるとよく、Ｃｕを含有するメタライズ層との同時焼結性を向上させ得る。その含有量は、ＳｉＯ₂が２〜１５重量％、上記同時焼結性の点からは３〜１０重量％がより好適である。また、アルカリ土類元素は、酸化物換算で合計が０．１〜４重量％が良く、更に同時焼結性の点からは０．２〜２．５重量％が良い。更に、第４成分としてＷ，Ｍｏ，クロム（Ｃｒ）等の金属を着色成分として２重量％以下の割合で含有させても良い。
【００３７】
本発明では、Ａｌ₂Ｏ₃以外の成分は、Ａｌ₂Ｏ₃主結晶相の粒界に非晶質相あるいは結晶相として存在するが、熱伝導性を高めるうえで粒界中に助剤成分を含有する結晶相が形成されていることが好ましい。また、Ａｌ₂Ｏ₃主結晶相は、粒状または柱状の結晶として存在するが、これら主結晶相の平均結晶粒径は１．５〜５μｍであることが好ましい。なお、主結晶相が柱状結晶から成る場合、上記平均結晶粒径は短軸径に基くものである。この主結晶相の平均結晶粒径が１．５μｍ未満であると高熱伝導化が難しく、５μｍを超えると入出力端子５に要求される強度が得難くなる。
【００３８】
また、立壁部１０は、平板部９と同様の誘電体から成り、その上面全面に線路導体８と同様のメタライズ層が形成されると共に、枠体７の取付部６の内周面に接合される面にもメタライズ層が形成されている。このメタライズ層は、線路導体８等と同様の方法により金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し焼成することにより形成される。このメタライズ層は、例えば、ＷやＭｏ等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部９用のセラミックグリーンシートに周知のスクリーン印刷法等により所定のパターンに印刷塗布しておき、焼成することにより形成される。
【００３９】
かくして得られた入出力端子５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属材料から成る基体４の上側主面に接合された枠体７の側部の取付部６に銀ロウ等のロウ材により嵌着接合される。これにより、枠体７の一部となって内外を気密に仕切ると共に枠体７の内外を導通する導電路となる。
【００４０】
次に、本発明の半導体パッケージ１を構成する入出力端子５の製造方法について、その一例を以下の［１］〜［６］に具体的に説明する。
【００４１】
［１］先ず、入出力端子５の平板部９と立壁部１０を形成するために、主成分となるＡｌ₂Ｏ₃原料粉末として、平均粒径が０．５〜２．５μｍ、より好ましくは０．５〜２μｍの粉末を用いる。これは、平均粒径が０．５μｍ未満の場合、そのような微粉末は取り扱いが難しく、また粉末製造のコストが高くなり、２．５μｍより大きくなると１５００℃以下の低温での焼成が困難となるからである。
【００４２】
［２］次に、Ａｌ₂Ｏ₃原料粉末に対して、第２成分としてＭｎＯ₂を２〜１５重量％、より好ましくは３〜１０重量％の割合で添加する。また、第３成分としてＳｉＯ₂およびＭｇＯ，ＣａＯ，ＳｒＯ等のアルカリ土類元素の１種以上の酸化物を０．１〜４重量％、より好ましくは０．２〜２．５重量％の割合で添加する。更に、第４成分としてＷ，Ｍｏ，Ｃｒ等の遷移金属の金属粉末や酸化物粉末等を着色成分として金属換算で２重量％以下の割合で添加する。
【００４３】
なお、これら各酸化物を添加する際は、酸化物粉末以外に、焼成することにより酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩等で添加しても良い。
【００４４】
［３］その後、この混合粉末から周知の成形方法によりシート状の成形体を作成する。具体的には、この混合粉末に有機バインダーや溶媒を添加して泥しょうを調製した後、得られた泥しょうをドクターブレード法によりシート状に成形する。あるいは、この混合粉末に有機バインダーを添加し、プレス成形法や圧延成形法により所定の厚さのシート状の成形体を作製する。
【００４５】
［４］次に、平均粒径が１〜１０μｍのＣｕ粉末を１０〜７０体積％、平均粒径が１〜１０μｍのＷおよび／またはＭｏ粉末を３０〜９０体積％の割合で含有した導体ペーストＡと、平均粒径が１〜１０μｍのＭｏ粉末を７０〜９０重量％、平均粒径が１〜１０μｍのＭｎ粉末を２〜１５重量％、ＳｉＯ₂粉末を５〜２０重量％、ＴｉＯ₂粉末を１〜１０重量％の割合で含有した導体ペーストＢを調製する。
【００４６】
先ず、この導体ペーストＢを用いて、平板部９用のシート状の成形体のリード端子接続部側表面にスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により線路導体８となる配線パターンを印刷塗布する。次いで、リード端子接続部側表面に形成した配線パターンに一部が重なるように、導体ペーストＡを用いて、平板部９用のシート状の成形体のワイヤーボンディング部側表面に、同様のスクリーン印刷法やグラビア印刷法等により、線路導体８となる配線パターンを印刷塗布する。その後、配線パターンの重複部を加圧して所定厚さになるように微調整する。
【００４７】
また、この導体ペースト中には、平板部９の誘電体との密着性を高めるために、Ａｌ₂Ｏ₃粉末、または誘電体を構成する酸化物セラミックス成分と同一組成のセラミック粉末を０．０５〜２体積％添加することも可能である。
【００４８】
［５］その後、シート状の成形体から、平板部９および立壁部１０の形状のものを打ち抜き加工で作製し、平板部９の上面に立壁部１０を積層圧着し、この積層体を非酸化性雰囲気中、焼成最高温度１２００〜１５００℃で焼成一体化する。
【００４９】
このとき、焼成温度が１２００℃より低いと、酸化アルミニウム質焼結体の相対密度が９５％以上となるように緻密化できず、熱伝導性や強度が低下する。１５００℃を超えると、導体ペースト中のＷやＭｏ自体の焼結が進み、マトリックスであるＣｕ中にＷ，Ｍｏが均一に存在する均質な組織のメタライズ層が得られず、低い抵抗値を維持することができなくなる。即ち、ワイヤーボンディング部８ａ側の線路導体８のシート抵抗を８ｍΩ／□以下とすることが困難になる。また、１５００℃を超えると、酸化物セラミックスの主結晶相の粒径が大きくなって異常粒成長が発生したり、Ｃｕがセラミックス中に拡散する際の経路である粒界の長さが短くなると共に、拡散速度も速くなる。その結果、拡散距離を３０μｍ以下に抑制することが困難となり、抵抗値が増加することになる。従って、上記焼成温度は１２５０〜１４００℃の範囲がより好適である。
【００５０】
更に、焼成時の非酸化性雰囲気としては、窒素、または窒素と水素の混合雰囲気であることが好ましい。特に、線路導体８中のＣｕの拡散を抑制する点で、窒素および水素を含み、露点が１０℃以下、特に−１０℃以下の非酸化性雰囲気が好ましい。この非酸化性雰囲気にはアルゴンガス等の不活性ガスを混入しても良い。この非酸化性雰囲気の露点が１０℃より高いと、焼成中に酸化物セラミックスと雰囲気中の水分とが反応して酸化膜を形成し、この酸化膜と導体中のＣｕが反応してしまい、線路導体８の低抵抗化の妨げとなるのみならずＣｕの拡散を助長してしまうからである。
【００５１】
［６］その後、同時焼成された入出力端子５の線路導体８に対して、無電解めっき法または電解めっき法により、Ａｕ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＮｉおよびＰｄの群から選ばれる少なくとも１種のメタライズ層を０．５〜１０μｍの厚さで被着する。
【００５２】
そして線路導体８に対して、外部電気回路と入出力端子５との高周波信号の入出力を行なうための、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属材料から成るリード端子１６が銀ロウ等のロウ材で接合される。
【００５３】
本発明において、線路導体８の枠体７内側の部位がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るが、メタライズ層中のＣｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％は以下のようにして特定できる。即ち、このメタライズ層はＣｕの融点（１０８３℃）以上の１２００〜１５００℃で平板部９と同時焼成されるものであり、従ってＣｕより融点が１０００℃以上高いＷ，ＭｏとＣｕとは固溶体を形成しない。よって、メタライズ層はＷ粒子，Ｍｏ粒子の間隔をＣｕが埋めた構成となり、Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏの体積％を特定することが可能となる。
【００５４】
具体的は以下のようになる。まず、一定量の線路導体８試料の重量を測定した後、それに含有されるＣｕ成分のみを亜硫酸ナトリウム，塩酸または硫酸等の酸で溶解する。処理液にＣｕ成分が溶解し終えて酸処理した線路導体８試料の重量が変化しなくなったのを確認した後、酸処理後の線路導体８試料の重量を再度測定し重量変化を算出する。Ｃｕの比重８．９４よりＣｕの体積を算出する。酸処理後の線路導体８試料の重量から、Ｗ（比重１９．３）および／またはＭｏ（比重１０．２２）の体積を算出する。Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏのそれぞれの体積から体積％を算出する。
【００５５】
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内において種々の変更を行うことは何等支障ない。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、入出力端子の平板部の上面に形成された線路導体は、枠体の内側の部位が銅を１０〜７０体積％、タングステンおよび／またはモリブデンを３０〜９０体積％含有するメタライズ層から成るとともに枠体の外側の部位がモリブデンを主成分とするメタライズ層から成り、これらのメタライズ層が立壁部の下面で接続されて成ることにより、枠体外側の部位であるリード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層が平板部上面に強固に接合され、その結果、Ｍｏを主成分とするメタライズ層上面に接続されたリード端子に外部応力が加わってもメタライズ層ごと剥離したりせず、接続信頼性が向上する。
【００５７】
また、枠体内側の部位であるワイヤーボンディング部がＣｕを１０〜７０体積％、Ｗおよび／またはＭｏを３０〜９０体積％含有する低抵抗導体から成るメタライズ層で構成され、リード端子接続部のＭｏを主成分とするメタライズ層と電気的に接続されていることから、ワイヤーボンディング部のＣｕがリード端子接続部のメタライズ層に拡散して線路導体全体の導体抵抗が低くなり、その結果高周波信号の透過損失が小さくなる。
【００５８】
以上の結果、アルミナを主成分とする焼結体と同時焼成でき、外部電気回路との電気的接続を行なうためのリード端子に外力が加わっても、誘電体から成る平板部上面に強固に接続されて剥離することがない線路導体を有する入出力端子を具備した、高周波信号の伝送特性に優れた半導体パッケージを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体パッケージにおける入出力端子について実施の形態の例を示す斜視図である。
【図２】図１の入出力端子の断面図である。
【図３】本発明の半導体パッケージにおける入出力端子について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体パッケージを示す分解斜視図である。
【図５】従来の半導体パッケージにおける入出力端子の斜視図である。
【図６】図５の入出力端子の断面図である。
【符号の説明】
１：半導体パッケージ
２：半導体素子
３：載置部
４：基体
５：入出力端子
６：取付部
７：枠体
８：線路導体
８ａ：ワイヤーボンディング部
８ｂ：リード端子接続部
９：平板部
１０：立壁部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element housing package for housing various semiconductor elements operating at a high frequency, which are used in the fields of optical communication, microwave communication, millimeter wave communication, and the like.
[0002]
[Prior art]
As a semiconductor element storage package (hereinafter referred to as a semiconductor package) for hermetically sealing and storing various semiconductor elements operating at a high frequency used in the conventional optical communication field, microwave communication, and millimeter wave communication fields, for example, An optical semiconductor package used in the optical communication field is shown in FIG. As shown in the figure, a semiconductor package 1 as an optical semiconductor package is generally made of a metal material such as an iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or a copper (Cu) -tungsten (W) alloy. And a base 4 provided with a mounting portion 3 on which a semiconductor element 2 such as an optical semiconductor element such as a semiconductor laser (LD) or a photodiode (PD) is mounted at a substantially central portion of the upper surface. The base 4 has a substantially rectangular plate shape, and is provided with screw holes 11 for screwing to an external mounting board (not shown) on opposite sides thereof.
[0003]
Further, it is joined to the upper main surface of the base 4 via a brazing material such as silver brazing so as to surround the mounting portion 3, and the semiconductor element 2 and the semiconductor element 2 are connected to both sides located on the long side of the base 4. A frame 7 provided with a mounting portion 6 formed of a through hole or a notch for fitting and joining an input / output terminal 5 for inputting and outputting a high-frequency signal for electrically connecting an external electric circuit (not shown). Have The frame body 7 is made of an Fe—Ni—Co alloy or the like, and is a through hole into which a cylindrical fixing member 18 for fixing the optical fiber 12 is fitted and joined to one side portion located on the short side of the base body 4. 14 is formed. The periphery of the outer opening of the through hole 14 that is the optical transmission path of the frame body 7 is made of a metal material such as an Fe—Ni—Co alloy or an Fe—Ni alloy that approximates the thermal expansion coefficient of the frame body 7. A cylindrical fixing member 18 for fixing the optical fiber 12 is joined with a brazing material such as silver brazing.
[0004]
The seal ring 17 is joined to the upper surface of the frame body 7 and the upper surface of the input / output terminal 5 via a brazing material such as silver brazing, and sandwiches the input / output terminal 5 and the lid body 15 is seam welded to the upper surface. It functions as a bonding medium for bonding.
[0005]
The semiconductor package 1 further includes an input / output terminal 5 attached to the attachment portion 6 and a lid 15 for hermetically sealing the semiconductor element 2 attached to the upper surface of the frame body 7. .
[0006]
In such a semiconductor package 1, the semiconductor element 2 is mounted and fixed on the mounting portion 3 of the base 4 with a low melting point brazing material such as tin (Sn) -lead (Pb) solder, and the electrode of the semiconductor element 2 is bonded. It is electrically connected to the line conductor 28 of the input / output terminal 5 shown in FIG. 5 through a wire (not shown), and the optical axes of the optical fiber 12 and the semiconductor element 2 are adjusted. Thereafter, a metal holder 13 in which the optical fiber 12 is attached to the end face of the fixing member 18 on the outer side of the frame 7 with an adhesive such as a resin is bonded with a low melting point brazing material such as gold (Au) -tin (Sn). Next, the lid body 15 is joined to the upper surface of the frame body 7 by seam welding or the like, and the semiconductor element 2 is hermetically accommodated in the container composed of the base body 4, the frame body 7 and the lid body 15 to obtain a product as a product. An optical semiconductor device is obtained.
[0007]
In such an optical semiconductor device, after being screwed onto the mounting substrate, the semiconductor element 2 is optically excited by a driving high-frequency signal supplied from an external electric circuit, and excited light such as laser light is applied to the optical fiber 12. It functions as a photoelectric conversion device that can transmit and receive a large amount of information at a high speed by transmitting and receiving through the optical fiber 12, and is widely used in the field of optical communication and the like.
[0008]
Therefore, the input / output terminal 5 used in the semiconductor package 1 constituting this optical semiconductor device needs to be able to form a wiring pattern that is electrically insulated and capable of lead wire connection and wire bonding. As shown in FIGS. 5 and 6, the input / output terminal 5 includes a flat plate portion 9 made of a dielectric having a line conductor 28 formed from one side of the upper surface to the opposite side, and a flat plate portion. 9 and a standing wall portion 10 made of a similar dielectric material joined with a line conductor 28 interposed therebetween. Further, the both sides of the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10 substantially parallel to the line conductor 28 surround the line conductor 28 in a pseudo-coaxial manner and function as a ground conductor, and on the inner peripheral surface of the attachment portion 6 shown in FIG. A metallized layer (not shown) that functions as a joining medium to be joined via a brazing material such as silver brazing is formed.
[0009]
The upper surface of the part outside the frame body 7 of the line conductor 28 is made of a metal material such as an Fe-Ni-Co alloy and joined with a brazing material such as silver brazing, and the input / output terminal 5 and an external electric circuit Lead terminals 16 for electrical connection are connected. On the other hand, the wire bonding portion 28a located on the upper surface of the portion inside the frame body 7 of the line conductor 28 is made of a wire material such as Au or aluminum (Al), and is connected to the semiconductor element 2 by an ultrasonic bonding method or a thermocompression bonding method. A bonding wire (not shown) for electrical connection with the input / output terminal 5 is connected.
[0010]
As a dielectric constituting such an input / output terminal 5, generally alumina (Al ₂ O _Three ) Ceramics such as quality sintered bodies have been used. On the other hand, the line conductor 28 formed on the input / output terminal 5 employs a refractory metal such as W or Mo that has a low electrical resistance and can form a fine wiring pattern by simultaneous firing with the ceramics.
[0011]
In recent years, there has been an increasing demand for transmission of higher-frequency input / output signals and miniaturization, and as a result, the line width of the line conductor 28 has become narrower and the wiring resistance has increased. However, the line conductor 28 made of a refractory metal has a problem that the sheet resistance can only be lowered to about 8 mΩ / □ at most, and the transmission loss of high-frequency signals becomes large. Therefore, it has been proposed to form the line conductor 28 by co-firing with the ceramic using a conductor having a lower resistance Cu or a combination of Cu and W, Mo.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, a conductor that combines Cu or Cu and W, Mo is alumina (Al ₂ O _Three ) Since the line conductor 28 is formed by simultaneous firing at a low temperature of 1200 to 1500 ° C. with a dielectric made of a sintered material, alumina (Al ₂ O _Three ) Since the dielectric component made of a sintered material has poor wettability with Cu, the diffusion to the conductor layer combining Cu or Cu with W and Mo has been insufficient. As a result, since no external force is applied to the bonding wire that electrically connects the semiconductor element 2 and the input / output terminal 5, no problem occurs in the wire bonding portion 28a of the line conductor 28. When an external stress is applied to the brazed lead terminal 16 for electrical connection with the external electric circuit when the electrical connection with the external electric circuit is applied, the lead terminal 16 is peeled off from the dielectric surface together with the conductor layer. There was a problem of doing.
[0013]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is a lead terminal that can be formed by simultaneous firing with a dielectric or the like mainly composed of alumina, and is electrically connected to an external electric circuit. The present invention has an input / output terminal having a line conductor that is firmly bonded to the upper surface of a flat plate portion made of a dielectric material and does not peel off even when external stress is applied, and does not impair the transmission characteristics of high-frequency signals.
[0014]
A semiconductor package according to the present invention includes a base body having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted on the upper main surface, and a cutout portion on the side portion, which is attached to the upper main surface so as to surround the mounting portion. Alternatively, a frame having an input / output terminal mounting portion formed of a through hole, a flat plate portion made of a dielectric having a plurality of line conductors formed from one side of the upper surface to the opposite side, and the plate portion It is composed of a standing wall portion made of a dielectric material joined to the upper surface with the plurality of line conductors sandwiched therebetween, and is fitted to the attachment portion to electrically connect the semiconductor element and an external electric circuit. In the package for housing a semiconductor element having an output terminal, the line conductor is formed of a metallized layer in which the inner portion of the frame body contains 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum. Completion Site outside of the frame body is molybdenum with 70 to 90% by weight, manganese 2 to 15% by weight, silicon oxide 5 to 20% by weight, titanium oxide 1 to 10% by weight These metallized layers are connected to each other at the lower surface of the standing wall portion.
[0015]
According to the present invention, the line conductor is composed of a metallized layer containing 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum at the inner part of the frame and molybdenum at the outer part of the frame. Consists of metallized layers with main components, and these metallized layers are connected at the lower surface of the standing wall portion, so that the diffusion of the dielectric component composed of an alumina sintered body or the like into the metalized layers with Mo as the main component is possible. It becomes easy. As a result, the Mo metallization layer of the lead wire connection portion, which is the outer portion of the frame, is firmly bonded to the upper surface of the flat plate portion made of an alumina sintered body, so the outside of the lead terminal connected thereto The strength against stress is increased and the connection reliability is improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a perspective view showing an example of input / output terminals constituting the semiconductor package of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of input / output terminals constituting the semiconductor package of the present invention. The basic configuration of the entire semiconductor package of the present invention is the same as that shown in FIG.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2, the input / output terminals constituting the semiconductor package of the present invention are formed of a substantially rectangular dielectric plate, and a plurality of lines formed on the upper surface from one side to the opposite side. A flat plate portion 9 having a conductor 8 and a substantially cuboid standing wall portion 10 made of a dielectric material joined to the upper surface of the plate portion 9 with a plurality of line conductors 8 interposed therebetween. The line conductor 8 is composed of a metallized layer containing 10 to 70 volume% Cu and 30 to 90 volume% W and / or Mo in the inner portion of the frame body 7 and the outer portion of the frame body 7 is mainly made of Mo. It consists of metallized layers as components, and these metallized layers are connected at the lower surface of the standing wall 10.
[0018]
The metallized layer containing Mo as a main component of the lead terminal connecting portion 8b constituting the line conductor 8 has extremely good adhesion to the ceramics constituting the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10, and wiring of the entire line conductor 8 is performed. Since the wire bonding part 8a is composed of a metallized layer containing 10 to 70% by volume of Cu and 30 to 90% by volume of W and / or Mo, the sheet resistance of the entire lead terminal connection part 8b and wire bonding part 8a Also, the resistance is as low as 7 mΩ / □ or less.
[0019]
The wire bonding portion 8a of the line conductor 8 of the present invention is made of a metallized layer mainly composed of a composite material of Cu, W and / or Mo, and is a dielectric that constitutes the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10 as will be described later. Are formed by simultaneous firing. The metallized layer contains 10 to 70% by volume of Cu and 30 to 90% by volume of W and / or Mo. However, the resistance of the line conductor 8 is reduced, the simultaneous sinterability with the dielectric, and the line conductor 8 are included. In order to maintain the shape retention, it is preferable to contain 40 to 60% by volume of Cu and 40 to 60% by volume of W and / or Mo. In this case, the sheet resistance of the wire bonding portion 8a can be reduced to about 8 mΩ / □ or less.
[0020]
When the amount of Cu in the line conductor 8 is less than 10% by volume and the amount of W and / or Mo exceeds 90% by volume, the resistance of the line conductor 8 increases. Further, when the Cu amount exceeds 70% by volume and the W and / or Mo amount is less than 30% by volume, the shape retaining property of the line conductor 8 is deteriorated, and the line conductor 8 is smeared or melted. The line conductor 8 is aggregated by Cu to cause disconnection, and the line conductor 8 is liable to be peeled off due to a difference in thermal expansion between the dielectric and the line conductor 8.
[0021]
The line conductor 8 is preferably contained in a matrix composed of Cu as W and / or Mo contained in a spherical or sintered particle having an average particle diameter of 1 to 10 μm. . This is because when the average particle size is smaller than 1 μm, the shape retention of the line conductor 8 is deteriorated, the structure becomes porous, and the resistance value becomes high. On the other hand, if it exceeds 10 μm, the matrix made of Cu is divided by the particles of W and Mo, and there is a possibility that the resistance value becomes high and bleeding occurs due to separation of the Cu component.
[0022]
Further, the average particle diameter of W and / or Mo is preferably 1.3 to 5 μm, and if it is less than 1.3 μm, the sintering proceeds excessively at the time of sintering, and the adhesive strength with the dielectric may be lowered. If it exceeds 5 μm, the sintering becomes insufficient, and there is a risk of insufficient strength of the line conductor 8, insufficient adhesion to the dielectric, and an increase in conduction resistance. More preferably, 1.3-3 micrometers is good.
[0023]
On the other hand, the lead terminal connecting portion 8b of the line conductor 8 of the present invention is made of a metallized layer mainly composed of Mo, and forms the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10 as will be described later, as in the case of the wire bonding portion 8a. It is formed by simultaneous firing with a dielectric. Such a metallized layer containing Mo as a main component is formed by co-firing with a dielectric using a conventionally known Mo-manganese (Mn) paste. Examples of the Mo—Mn paste include 70 to 90 wt% Mo, 2 to 15 wt% Mn, and silicon oxide (SiO 2 ₂ ) 5-20% by weight, titanium oxide (TiO ₂ ) In an amount of 1 to 10% by weight.
[0024]
In addition, in the metallized layer mainly composed of Mo, a dielectric component composed of an alumina sintered body is easily diffused, and as a result, the metallized layer mainly composed of Mo in the lead terminal connecting portion 8b is made of alumina. Since it is firmly joined to the upper surface of the flat plate portion 9 made of a sintered body, the strength against the external stress of the lead terminal 16 connected by the brazing material is increased, and the connection reliability is improved.
[0025]
Further, the metallized layer mainly composed of a composite material of Cu and W and / or Mo in the wire bonding part 8a and the metallized layer mainly composed of Mo in the lead terminal connecting part 8b are the standing wall part of the input / output terminal 5. 10 are electrically connected at the lower surface. At this time, since the Cu component of the wire bonding portion 8a is diffused and bonded to the metallized layer side mainly composed of Mo of the lead terminal connection portion 8b, Cu is entirely present in the connection portion on the lower surface of the standing wall portion 10. Has been diffused. Therefore, due to the diffusion of Cu, the resistance change at the interface between the wire bonding portion 8a and the lead terminal connection portion 8b is not a sudden change but gradually changes, and as a result, the high-frequency signal transmission characteristics are not affected. .
[0026]
As for the form of this connection part, it is only necessary to be electrically connected, but as shown in FIG. 2, the metallization with a small conduction resistance, which is mainly composed of a composite material of Cu and W and / or Mo of the wire bonding part 8a. The layer is preferably formed on the upper surface of the metallized layer containing Mo as a main component of the lead terminal connecting portion 8b, which is preferable in terms of transmission characteristics of the high-frequency signal. That is, since the high-frequency signal is transmitted on the very surface of the line conductor 8 by the skin effect, the metallized layer having a small conduction resistance is preferably on the upper side (surface layer side), and silver brazing for connecting the lead terminal 16 or the like. In combination with the highly conductive brazing material film, the transmission loss is reduced and the transmission characteristics of the high-frequency signal are improved.
[0027]
Further, the connection interface between the metallized layer of the wire bonding part 8 a and the metallized layer of the lead terminal connection part 8 b is interposed between the flat plate part 9 and the standing wall part 10 of the input / output terminal 5, and the standing wall part 10 is inserted into the flat plate part 9. It is preferable to ensure the dimensional accuracy of the input / output terminal 5 by press-bonding at the time of bonding. Further, securing the dimensional accuracy by pressure bonding is also effective for hermetic sealing between the input / output terminal 5 and the frame body 7.
[0028]
Furthermore, the metallization layer of the wire bonding part 8a and the metallization layer of the lead terminal connection part 8b are connected to the metallization layer of the wire bonding part 8a and the metallization layer of the lead terminal connection part 8b as shown in FIG. The line conductor 8 is formed by abutting the layers, the connection interface thereof is interposed between the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10, and pressure bonding is performed when the rising wall portion 10 is joined to the flat plate portion 9. You may make it ensure the dimensional accuracy of the terminal 5. FIG. As a result, similar to the above, it is effective for hermetic sealing.
[0029]
In any case, the lead terminal connecting portion 8b only needs to secure an area where the lead terminal 16 can be joined to the metallized layer with a sufficient length (about 0.2 to 3 mm) with a brazing material such as silver solder. In view of connection reliability, it is important that the wire conductor 8 is not in contact with the line conductor 8 of the metallized layer of the wire bonding portion 8a.
[0030]
Further, the surface of the line conductor 8 is selected from the group of Au, Cu, Ti, Ni and Pd for preventing corrosion due to oxidation, wire bonding, wettability with solder, and reducing the resistance of the line conductor 8. It is preferable that the at least one metal layer is deposited by electroless plating, electrolytic plating, or the like. In particular, the outermost surface is more preferably made of Au from the viewpoint of improving corrosion resistance and reducing resistance.
[0031]
Further, in order to improve the adhesion to the dielectric, the line conductor 8 contains a ceramic component mainly composed of ceramics constituting the dielectric or a ceramic component having the same composition as the dielectric composition. It is preferable to make it contain in the ratio of 2 volume%.
[0032]
In the input / output terminal 5 of the present invention, if the dielectric is simultaneously fired at a temperature exceeding the melting point of Cu, the Cu component in the line conductor 8 may diffuse into the dielectric. The diffusion distance of Cu to the dielectric is preferably 30 μm or less, particularly 10 μm or less. In this case, the diffusion distance can be controlled by controlling the firing conditions and the like. When the diffusion distance of the Cu component in the line conductor 8 into the dielectric exceeds 30 μm, the insulation between the line conductors 8 is lowered and the reliability as the line conductor 8 is lowered. Therefore, by controlling the diffusion distance to be 30 μm or less, the line conductor 8 can be formed with high density wiring by setting the minimum distance between the line conductors 8 to 100 μm or less, particularly 90 μm or less.
[0033]
Further, a lead terminal 16 made of a metal material such as an Fe-Ni-Co alloy for inputting / outputting a high frequency signal between the external electric circuit and the input / output terminal 5 is provided at a portion outside the frame body 7 of the line conductor 8. Bonded with a brazing material such as silver brazing.
[0034]
The flat plate portion 9 is preferably made of ceramics mainly composed of alumina, and is preferable in terms of simultaneous sintering of the metallized layer containing Cu and the line conductor 8 composed of the metallized layer mainly containing Mo. . This ceramic mainly composed of alumina is preferably formed from a highly dense body having a relative density of 95% or more, particularly 97% or more, and more preferably 99% or more, and has high thermal conductivity and high strength. Will be. Furthermore, in order to ensure the shape retention of the line conductor 8 at the time of simultaneous firing with the line conductor 8, it is preferable that the firing temperature is a low temperature of 1200 to 1500 ° C. and the relative density is densified to 95% or more.
[0035]
Therefore, as the dielectric of the input / output terminal 5 having such characteristics, alumina is contained in a proportion of 84 to 90% by weight as a main component, and a Mn compound is used in terms of enhancing the sinterability at the firing temperature. MnO ₂ What contains in the ratio of 2 to 6 weight% in conversion is suitable.
[0036]
In addition, in this dielectric, the third component is SiO. ₂ One or more alkaline earth elements such as magnesium (Mg), calcium (Ca), and strontium (Sr) may be contained as an oxide, and the simultaneous sinterability with a metallized layer containing Cu can be improved. . Its content is SiO ₂ Is preferably 2 to 15% by weight, and more preferably 3 to 10% by weight from the point of simultaneous sintering. The total amount of alkaline earth elements in terms of oxides is preferably 0.1 to 4% by weight, and more preferably 0.2 to 2.5% by weight from the point of simultaneous sintering. Furthermore, you may contain metals, such as W, Mo, chromium (Cr), as a 4th component in the ratio of 2 weight% or less as a coloring component.
[0037]
In the present invention, Al ₂ O _Three Ingredients other than Al ₂ O _Three Although it exists as an amorphous phase or a crystalline phase at the grain boundary of the main crystalline phase, it is preferable that a crystalline phase containing an auxiliary component is formed in the grain boundary in order to enhance thermal conductivity. Al ₂ O _Three The main crystal phase exists as granular or columnar crystals, and the average crystal grain size of these main crystal phases is preferably 1.5 to 5 μm. When the main crystal phase is composed of columnar crystals, the average crystal grain size is based on the minor axis diameter. When the average crystal grain size of the main crystal phase is less than 1.5 μm, it is difficult to achieve high thermal conductivity, and when it exceeds 5 μm, it is difficult to obtain the strength required for the input / output terminal 5.
[0038]
Further, the standing wall portion 10 is made of a dielectric similar to the flat plate portion 9, and a metallized layer similar to the line conductor 8 is formed on the entire upper surface thereof, and is joined to the inner peripheral surface of the mounting portion 6 of the frame body 7. A metallized layer is also formed on the surface. This metallized layer is formed by printing and applying a metal paste in a predetermined pattern and firing by a method similar to that for the line conductor 8 or the like. This metallized layer is formed, for example, by applying a metal paste obtained by adding and mixing an organic solvent and a solvent to a metal powder such as W or Mo into a ceramic green sheet for the flat plate portion 9 by a known screen printing method or the like. It is formed by printing and applying and baking.
[0039]
The input / output terminal 5 obtained in this way is attached to the mounting portion 6 on the side of the frame 7 joined to the upper main surface of the base 4 made of a metal material such as an Fe—Ni—Co alloy or Cu—W alloy. It is fitted and joined by brazing material such as. As a result, it becomes a part of the frame 7, and the inside and outside of the frame 7 are hermetically partitioned, and a conductive path that conducts the inside and outside of the frame 7 is formed.
[0040]
Next, an example of the method for manufacturing the input / output terminal 5 constituting the semiconductor package 1 of the present invention will be specifically described in the following [1] to [6].
[0041]
[1] First, in order to form the flat plate portion 9 and the standing wall portion 10 of the input / output terminal 5, Al as a main component is formed. ₂ O _Three As the raw material powder, a powder having an average particle diameter of 0.5 to 2.5 μm, more preferably 0.5 to 2 μm is used. This is because when the average particle size is less than 0.5 μm, such fine powder is difficult to handle, and the cost of powder production becomes high, and when it is larger than 2.5 μm, firing at a low temperature of 1500 ° C. or less is difficult. Because it becomes.
[0042]
[2] Next, Al ₂ O _Three MnO as the second component for the raw material powder ₂ In an amount of 2 to 15% by weight, more preferably 3 to 10% by weight. Also, as the third component, SiO ₂ And one or more oxides of alkaline earth elements such as MgO, CaO and SrO are added in a proportion of 0.1 to 4% by weight, more preferably 0.2 to 2.5% by weight. Furthermore, a metal powder or oxide powder of a transition metal such as W, Mo, Cr or the like is added as a fourth component as a coloring component at a ratio of 2% by weight or less in terms of metal.
[0043]
In addition, when adding each oxide, you may add with carbonate, nitrate, acetate etc. which can form an oxide by baking other than oxide powder.
[0044]
[3] Thereafter, a sheet-like molded body is prepared from the mixed powder by a known molding method. Specifically, an organic binder and a solvent are added to the mixed powder to prepare a slurry, and the obtained slurry is formed into a sheet by a doctor blade method. Alternatively, an organic binder is added to the mixed powder, and a sheet-like molded body having a predetermined thickness is produced by a press molding method or a rolling molding method.
[0045]
[4] Next, a conductor paste containing 10 to 70% by volume of Cu powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm and 30 to 90% by volume of W and / or Mo powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm. A, 70 to 90% by weight of Mo powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, 2 to 15% by weight of Mn powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, SiO ₂ 5-20% by weight of powder, TiO ₂ A conductor paste B containing 1 to 10% by weight of powder is prepared.
[0046]
First, using this conductor paste B, a wiring pattern to be the line conductor 8 is printed and applied to the surface of the lead terminal connecting portion side surface of the sheet-like molded body for the flat plate portion 9 by a screen printing method or a gravure printing method. Next, the same screen printing is performed on the wire bonding portion side surface of the sheet-like molded body for the flat plate portion 9 using the conductive paste A so that a part of the wiring pattern formed on the lead terminal connection portion side surface overlaps. A wiring pattern to be the line conductor 8 is printed and applied by a method, a gravure printing method, or the like. Thereafter, the overlapping portion of the wiring pattern is pressed and finely adjusted to a predetermined thickness.
[0047]
Further, in this conductor paste, in order to improve the adhesion of the flat plate portion 9 to the dielectric, Al ₂ O _Three It is also possible to add 0.05 to 2% by volume of powder or ceramic powder having the same composition as the oxide ceramic component constituting the dielectric.
[0048]
[5] After that, a sheet-like molded body having the shape of the flat plate portion 9 and the upright wall portion 10 is produced by punching, and the upright wall portion 10 is laminated and pressure-bonded to the upper surface of the flat plate portion 9, and this laminated body is non-oxidized. Calcination and integration at a firing maximum temperature of 1200 to 1500 ° C. in an acidic atmosphere.
[0049]
At this time, if the firing temperature is lower than 1200 ° C., the aluminum oxide sintered body cannot be densified so that the relative density becomes 95% or more, and the thermal conductivity and strength are lowered. When the temperature exceeds 1500 ° C., sintering of W and Mo itself in the conductive paste proceeds, and a metallized layer having a homogeneous structure in which W and Mo are uniformly present in Cu as a matrix cannot be obtained, and a low resistance value is maintained. Can not do. That is, it becomes difficult to set the sheet resistance of the line conductor 8 on the wire bonding portion 8a side to 8 mΩ / □ or less. Further, when the temperature exceeds 1500 ° C., the grain size of the main crystal phase of the oxide ceramic becomes large and abnormal grain growth occurs, or the length of the grain boundary, which is a path when Cu diffuses into the ceramic, becomes short. At the same time, the diffusion rate is increased. As a result, it becomes difficult to suppress the diffusion distance to 30 μm or less, and the resistance value increases. Accordingly, the firing temperature is more preferably in the range of 1250 to 1400 ° C.
[0050]
Further, the non-oxidizing atmosphere during firing is preferably nitrogen or a mixed atmosphere of nitrogen and hydrogen. In particular, a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen and hydrogen and having a dew point of 10 ° C. or lower, particularly −10 ° C. or lower is preferable in terms of suppressing diffusion of Cu in the line conductor 8. An inert gas such as argon gas may be mixed in the non-oxidizing atmosphere. When the dew point of this non-oxidizing atmosphere is higher than 10 ° C., oxide ceramics react with moisture in the atmosphere during firing to form an oxide film, and this oxide film reacts with Cu in the conductor, This is because it not only prevents the resistance of the line conductor 8 from being lowered, but also promotes the diffusion of Cu.
[0051]
[6] Thereafter, at least one metallization selected from the group of Au, Cu, Ti, Ni, and Pd is applied to the line conductor 8 of the input / output terminal 5 fired simultaneously by electroless plating or electrolytic plating. The layer is applied with a thickness of 0.5 to 10 μm.
[0052]
A lead terminal 16 made of a metal material such as Fe-Ni-Co alloy or Cu-W for inputting / outputting a high frequency signal between the external electric circuit and the input / output terminal 5 with respect to the line conductor 8 is a silver solder. Bonded with a brazing material such as
[0053]
In the present invention, the portion inside the frame body 7 of the line conductor 8 is composed of a metallized layer containing 10 to 70% by volume of Cu and 30 to 90% by volume of W and / or Mo. Cu, W, The volume percentage of Mo can be specified as follows. That is, this metallized layer is fired simultaneously with the flat plate portion 9 at 1200 to 1500 ° C. which is not lower than the melting point (1083 ° C.) of Cu. Therefore, W, Mo and Cu having a melting point higher than Cu by 1000 ° C. are solid solutions. Do not form. Therefore, the metallized layer has a configuration in which the interval between the W particles and the Mo particles is filled with Cu, and the volume% of Cu, W, and Mo can be specified.
[0054]
Specifically, it is as follows. First, after measuring the weight of a certain amount of the line conductor 8 sample, only the Cu component contained therein is dissolved with an acid such as sodium sulfite, hydrochloric acid or sulfuric acid. After confirming that the weight of the acid-treated line conductor 8 sample is no longer changed after the Cu component is completely dissolved in the treatment liquid, the weight of the acid-treated line conductor 8 sample is measured again to calculate the change in weight. The volume of Cu is calculated from the specific gravity of Cu of 8.94. The volume of W (specific gravity 19.3) and / or Mo (specific gravity 10.22) is calculated from the weight of the line conductor 8 sample after acid treatment. The volume% is calculated from the respective volumes of Cu, W, and Mo.
[0055]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It does not have any trouble in making a various change within the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, the line conductor formed on the upper surface of the flat plate portion of the input / output terminal has a metallized layer in which the inner part of the frame contains 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum. And the outer part of the frame body is made of a metallized layer mainly composed of molybdenum, and these metallized layers are connected by the lower surface of the standing wall part. The metallized layer containing Mo as the main component is firmly bonded to the upper surface of the flat plate portion. Therefore, connection reliability is improved.
[0057]
Moreover, the wire bonding part which is a site | part inside a frame is comprised with the metallization layer which consists of a low resistance conductor containing 10-70 volume% Cu, and 30-90 volume% of W and / or Mo, and is a lead terminal connection part. Since it is electrically connected to the metallized layer containing Mo as the main component, Cu in the wire bonding part diffuses into the metallized layer in the lead terminal connecting part and the conductor resistance of the entire line conductor is lowered, resulting in a high-frequency signal. Transmission loss is reduced.
[0058]
As a result of the above, it can be fired simultaneously with a sintered body containing alumina as a main component, and even when an external force is applied to the lead terminal for electrical connection with an external electric circuit, it is firmly connected to the upper surface of the flat plate made of dielectric. Thus, a semiconductor package having an input / output terminal having a line conductor that does not peel off and excellent in high-frequency signal transmission characteristics can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an input / output terminal in a semiconductor package of the present invention.
2 is a cross-sectional view of the input / output terminal of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the input / output terminal in the semiconductor package of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a conventional semiconductor package.
FIG. 5 is a perspective view of input / output terminals in a conventional semiconductor package.
6 is a cross-sectional view of the input / output terminal of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Semiconductor package
2: Semiconductor element
3: Placement part
4: Substrate
5: Input / output terminal
6: Mounting part
7: Frame
8: Line conductor
8a: Wire bonding part
8b: Lead terminal connection part
9: Flat plate
10: Standing wall

Claims

A base having a mounting portion on which the semiconductor element is mounted on the upper main surface, and an input / output composed of a cutout portion or a through hole attached to the upper main surface so as to surround the mounting portion. A frame formed with a terminal mounting portion, a flat plate portion made of a dielectric having a plurality of line conductors formed from one side of the upper surface to the opposite side, and the plurality of line conductors on the upper surface of the flat plate portion A semiconductor comprising an upright wall portion made of a dielectric material sandwiched between and an input / output terminal that is fitted to the mounting portion and electrically connects the semiconductor element and an external electric circuit In the element storage package, the line conductor is formed of a metallized layer containing 10 to 70% by volume of copper and 30 to 90% by volume of tungsten and / or molybdenum at an inner portion of the frame, and outside the frame. Part of There 70-90 wt% molybdenum, manganese 2-15 wt%, 5-20 wt% silicon oxide, consists metallized layer containing 1 to 10% by weight of titanium oxide, these metallization layers of the vertical wall portion A package for housing a semiconductor element, wherein the package is connected at the lower surface.