JPH01244651A - セラミックパッケージ型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はガラス封止材の流れ不良及び引は不良がなく、
高い気密性を有するセラミックパッケージ型半導体装置
に関する。

［従来の技術］ 従来のこの種の半導体装置は、第３図（ａ）。

（ｂ）のように構成されている。

第３図（ａ）において、半導体素子３１は、Ａｇペース
ト等の固着剤を介してセラミック基板３２の素子搭載部
に固定されている。なお、セラミック基板３２の上面の
中央部には凹部が設けられており、この凹部の底面が実
質的に素子搭載部となっている。そして、半導体素子３
１の所定の端子とセラミック基板３２に取付けられた外
部リード３３の内方端子とが、ワイヤボンディングによ
り金属細線３４で接続されている。更に、半導体素子３
１が組込まれたセラミック基板３２において、その上面
外周部にはガラス封止材３５を介してセラミックキャッ
プ３６が取付けられている。

このように半導体素子３１が組込まれたセラミック基板
３２にガラス封止材３５を介してセラミックキャップ３
６が取付けられることにより、セラミックパッケージ３
７が構成される。３８は、このセラミックパッケージ３
７内に形成された内部室である。

ここで、ガラス封止材３５及びセラミックキャップ３６
は、一般に、第３図（ｂ）に示すように、一体的に構成
されている。

即ち、セラミックキャップ３６の一方の面の外周部に所
定幅を有するガラス封止材３５が固着されている。そし
て、ガラス封止材３５には、セラミックキャップ３６の
４側縁の各中央にこの側縁に直交する切欠部３９が夫々
形成されている。この切欠部３９は、ガラス封止を行う
際に、以下のように、ガス抜き孔として機能する。

即ち、ガラス封止を行う場合、半導体素子３１が組込ま
れたセラミック基板３１に対し、その外周部にガラス封
止材３５を当接させてセラミックキャップ３６を配置し
、この状態でガラス封止材３５が溶融するまでパターン
全体を約４３０℃に加熱する。この際、パッケージの内
部室３８内のガスが膨張して内圧が上がるが、ガラス封
止材３５が十分に溶融するまでは切欠部３９が塞がらな
いので、°この切欠部３９がガス抜き孔として作用し、
このために膨張したガスが切欠部３９を介して外部へと
放散される。

なお、ガラス封止材３５が十分に溶融すると切欠部３９
は完全に塞がれ、また溶融したガラス封止材３５はセラ
ミック基板３２の外周部を十分に濡らす、従って、加熱
処理が終了すると、セラミックキャップ３６は固化した
ガラス封止材３５を介してセラミック基板３２に強固に
接着される。

もし、ガラス封止材３５にこのような切欠部３９が形成
されていないと、パッケージ３７の加熱時に、溶融状態
のガラス封止部を介してガスが抜けるので、加熱終了後
、固化したガラス封止材３５にはその痕跡として微細な
貫通孔やビット（引は不良）が形成される。ガラス封止
材３５にこのような引は不良が発生すると、セラミック
パッケージにおける本来の気密封止の機能が損なわれて
しまう。

ガラス封止材３５に形成されている上記切欠部３９は、
セラミックパッケージ３７にてこのような不都合を回避
するためのものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来技術においては、以下に述
べるような問題点がある。

即ち、ガラス封止材３５に切欠部３９を形成すると、特
に、ガラス封止材３５の幅（封止幅）が狭い場合には、
セラミックキャップ３６に固着されるガラス封止材３５
の量が必然的に制約される。

従って、パッケージ３７を加熱してガラス封止材３５を
溶融させる際、切欠部３９を塞ぐためのガラス封止材３
５の絶体量が不足し、このために、加熱処理が終了した
後、固化したガラス封止材３５に、第３図（ａ＞に示す
ような流れ不良４０が発生することがある。この場合、
セラミックバ・ツケージ３７は勿論、気密不良となる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
流れ不良や引は不良がなく高い気密性を有するセラミッ
クパッケージ型半導体装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るセラミックパッケージ型半導体装置は、セ
ラミック基板に搭載された半導体素子を外部リードのパ
ッケージ内端子と電気的に接続すると共に、前記セラミ
ック基板との間に中空部が形成されるようにセラミック
キャップをガラス封止材を介して前記セラミック基板に
被冠させて前記半導体素子を気密封止したセラミックパ
ッケージ型半導体装置において、前記セラミック基板及
び前記セラミックキャップの少なくとも一方に形成され
た貫通孔と、セラミックキャップの封止後に前記貫通孔
を塞いで取着された蓋部材とを有することを特徴とする
。

［作用］ 以上のように構成された本発明によれば、熱処理してガ
ラス封止材を溶融させることにより、半導体素子が組込
まれたセラミック基板とセラミックキャップとを封止密
着させる場合、セラミック基板とセラミックキャップと
の間に形成される中空部内で膨張するガスは、貫通孔を
介して外部へと放散される。このために、固化したガラ
ス封止材には引き不良は生じない。

また、このように、貫通孔がガラス封止の際のガス抜き
孔として機能するので、ガラス封止材には同様の機能を
持たせるための切欠部を設ける必要がない。このために
、上述のように熱処理を施してガラス封止材を溶融させ
る場合、溶融したガラス封止材はセラミック基板とセラ
ミック基板・ンプとの間の封止領域をまんべんなく濡ら
すので、従来、問題とされていた流れ不良を回避するこ
とができる。

更に、ガラス封止が終了した後、例えば、貫通孔の外面
開口部の周囲にガラス封止材により蓋部材を固着して蓋
部材で貫通孔を塞ぐ。この場合に、蓋部材の固着のため
に加熱を要するにしても、蓋部材の上面にヒータプレー
トを当てるなどして局所的に加熱するだけで済むので、
熱量を小さく抑えることができる。また、蓋部材及び封
止材を夫々金属材料で構成すると共に、この封止材を予
め貫通孔の開口部の周囲に固着させておくようにすれば
、抵抗溶接技術を利用することができるので、発熱量を
更に一層小さくすることができる。

いずれにしても、蓋部材で貫通孔を塞ぐ場合には、パッ
ケージ全体の加熱の程度は極めて少なく、中空部のガス
の膨張によりパッケージが受ける機械的ストレスは実質
的に無視することができる。

従って、本発明によれば気密封止性が高いセラミツクツ
５ツケージ型半導体装置を得ることができる。

［実施例コ 以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を具体的
に説明する。先ず、第１図を参照して本発明の第１の実
施例に係るセラミックパッケージ型半休装置について説
明する。

セラミック基板１２は、表面側において、第１の凹部１
３ａとこの第１の凹部１３ａ内に形成された第２の凹部
１３ｂを有している。この第２の凹部１３ｂの底面は素
子搭載部を構成する。また、セラミック基板１２は、そ
の裏面における上記第２の凹部１３ｂの底面外周部に対
応する箇所に、上記第２の凹部１３ｂよりも更に寸法が
小さい円柱状の第３の凹部１３ｃ（径は例えば約１．２
ｍｍ）を有している。そして、これらの第２及び第３の
凹部１３ｂ、１３ｃは、例えば約５０μｍφの径を有す
る貫通孔１４により連通している。ここで第２の凹部１
３ｂの底面下部の厚さは例えば約１０能であり、また第
３の凹部１３ｃの深さ及び貫通孔１４の孔長は夫々的０
．５＋ｎｍである。

半導体素子１１は、Ａｇペーストからなる導電性ペース
ト又はＡｕ−３ｉからなるろう材等の導電性の固着剤１
５により第２の凹部１３ｂの底面中央部に固定されてい
る。また、第１の凹部１３ａの底面外周部には、セラミ
ック基板１２に取付けられた外部リード１６のパッケー
ジ内方端子（図示せず）が配設されている。そして、半
導体素子１１の所定の端子と外部リード１６の内方端子
とは、Ａｕ、、Ａｊｌ等の金属細線１７により接続され
ている。

更に、セラミック基板１２とセラミックキャップ１９と
は、これらの相互に対応する表面外周部に介在するガラ
ス封止材１８によって、相互に固着されている。更にま
た、セラミック基板１２の他方の表面に形成されている
上記第３の凹部１３Ｃには、ガラス封止材又はＡｕ−３
ｉろう材からなる封止材２０を介して、円柱状のセラミ
ック製蓋部材２１が嵌着されている。ここで、ガラス封
止材２０は厚さが約０．１＋ａｍであり、また蓋部材２
１は径が約１．０市、厚さが約０．５ｍｍである。

このように、第３の凹部１３ｃに蓋部材２１が嵌着され
たセラミック基板１２、セラミックキャップ１つ及びこ
れらを相互に固着しているガラス封止材１８とによりセ
ラミックパッケージ２２が構成されている。２３は、こ
のセラミックパッケージ２２内に形成された内部室であ
る。

次に、以上のように構成された本実施例に係るセラミッ
クパッケージ型半導体装置の製造方法について説明する
。

先ず、その表面側に第１の凹部１３ａ及びこの第１の凹
部１３ａ内部に形成された第２の凹部１３ｂを有すると
共に、裏面側の第２の凹部１３ｂの底面外周部に対応す
る所定箇所に第３の凹部を有し、更に、これらの第２及
び第３の凹部１３ｂ、１３ｃの底面との間を貫通する貫
通孔１４並びに外部リード用の貫通孔（図示せず）を有
する構造のセラミック基板１２を成形する。第２の凹部
１３ｂの底面は素子搭載部を構成し、その下部の厚さは
約１．０ｍｍである。第３の凹部１３ｃは第２の凹部１
３ｂよりもかなり小さく、径が約１．２ｍｍ、深さが約
０．５朋である。また、貫通孔１４は径が約５０μｍ、
長さが約０．５關である。

そして、例えば、ろう材を使用することにより、セラミ
ック基板１２のリード用貫通孔（図示せず）に外部リー
ド１６を夫々取付ける。この際、外部リード１６の内方
端子（図示せず）は、第１の凹部１３ａの底面外周部の
所定箇所に夫々配設される０次に、Ａｇペーストからな
る導電性ペースト又はＡｕ−３ｔからなるろう材等の導
電性固着剤１５を使用して、セラミック基板１１に設け
られた第２の凹部１３ｂの底面中央部に半導体素子１１
を固定する。この際の処理温度はＡｇペーストを使用す
る場合は室温程度、またＡｕ−８ｉろう材を使用する場
合は約４５０℃に設定される。

そして、例えば、ワイヤボンディング技術を使用して、
半導体素子１１の所定の端子と第１の凹部１３ａの底面
外周部に配設された外部リード１６の内方端子とを、Ａ
ｕ又はＡｆｆｌ等の金属細線１７で接続する。

次いで、一方の表面の外周部に所定幅を有するガラス封
止材１８が固着されたセラミックキャップ１９を用い、
このガラス封止材１８がセラミック基板１２の表面の外
周部に当接するようにセラミックキャップ１９を配置す
る。なお、このガラス封止材１８はセラミックキャップ
１９の外縁に沿って連続しており、従来技術で述べたよ
うな切欠部３９［第３図（ｂ）参照］は設けられていな
い、そして、この状態で、約４３０℃の熱処理を施すこ
とにより、ガラス封止材１８を一且溶融させてセラミッ
ク基板１２の表面外周部にセラミックキャップ１９を固
着させる。

ここで、ガラス封止材１８は上述のように連続体である
ので、封止幅を狭めても、熱処理時には溶融したガラス
封止材１８がセラミック基板１２の表面外縁部をくまな
く濡らすことができる。このために、熱処理終了後、固
化したガラス封止材１８には流れ不良は生ぜず、この固
化したガラス封止材１８はセラミック基板１２とセラミ
ックキャップ１つとを相互に完全に密着させることがで
きる。

また、熱処理時において、セラミック基板１２に固定さ
れている半導体素子１１とセラミックキャップ１９との
間に内部室２３が形成され、この内部室２３内のガスが
膨張するが、膨張したガスはセラミック基板１２の他方
の面に設けられている貫通孔１４及び第３の凹部１３ｃ
を介して外部へと放散される。このために、熱処理時に
内部室２３内の内圧は外圧と同程度に保たれる。従って
、熱処理終了後、固化したガラス封止材１８は引は不良
を有することはなく、極めて信頼性に富んでいる。

最後に、封止材２０としてガラス封止材又はＡｕ−５ｉ
からなるろう材を使用して、径が１鰭、厚さが０．５ｍ
ｍのセラミック製蓋部材２１をセラミック基板１２の裏
面に設けられている第３の凹部１３ｃに嵌着封止するこ
とにより、上述のようにガス抜き孔として機能した貫通
孔１４を完全に塞ぐ、なお、封止材２０の最終的な厚さ
は０．１ｔｍである。この場合の封止は、封止材２０を
介して第３の凹部１３ｃに蓋部材２１を当接させ、この
状態で蓋部材２１の上面にヒータプレート等を押し当て
て、温度が３５０乃至４３０℃、時間が約１０分の条件
で加熱することにより行えばよい。

これにより、貫通孔１４が第３の凹部１３ｃを介して蓋
部材２１で密閉されたセラミック基板１２、セラミック
キャップ１９及びこれらを相互に密着しているガラス封
止材１８から構成されたセラミックパッケージ２２が得
られる。

ここで、蓋部材２１はセラミツクパッケージ２２全体か
らみれば寸法的に十分に小さいので、上述した程度の熱
処理条件で発生する熱量は小さく、このために、内部室
２３中のガス膨張を、その機械的ストレスによるセラミ
ックパ・７ケージ２２の影響を実質的に無視できる程度
に抑制することができる。

この第１の実施例の場合、封止材２０を個別構成にする
ことも、また、封止材２０を蓋部材２１に固着させてこ
れらを一体的に構成することもできる。

次に、第２図を参照して、本発明の第２の実施例に係る
セラミックパッケージ型半導体装置について説明する。

なお、第１図と同一物には同一符号を付してその説明を
省略する。

セラミック基板１２の裏面における貫通孔１４の開口部
の周囲には、シーリング２４が設けられている。このシ
ーリング２４は、Ａｇろう材を介して基板１２に固着さ
れた幅が０．５ｍｍ、厚さがＱ、５ｍｍのコバール合金
と、この上にめっきされた２乃至４μｍの厚さを有する
Ｎｉ及びＡｎの複合層から構成されている。２５は貫通
孔１４を閉塞するために上記シーリング２４に密着され
た蓋部材である。この蓋部材２５は径が１．０５＋ａｓ
、厚さが０．５ｍｍのコバール合金と、この上にめっき
又はクラッドされた２乃至４μｍの厚さを有するＮｉ層
から構成されている。

上記シーリング２４は、セラミック基板１２を成形した
直後に形成される。即ち、セラミック基板１２を８００
乃至９００℃に加熱し、貫通孔１４の外側開口部の周囲
にＡｇろう材を介在させてコバール合金を固着する。次
に、このコバール合金にめっきを施してＮｉ及びＡｎの
複合層を形成することにより上記構成のシーリング２４
を得る。

また、上記蓋部材２５は、ガラス封止材１８を介してセ
ラミック基板１２とセラミックキャップ１９とを相互に
密着させた後、抵抗溶接技術を用いて上記シーリング２
４に密着される。即ち、蓋部材２５をシーリング２４に
当接させ、この状態で蓋部材２５にころがり電極を当て
てシーリング２４と蓋部材２５の被当接面との間に電流
を流す。

この際、シーリング２４と蓋部材２５との間の被当接部
が溶融するので、これにより両者を相互に密着させるこ
とができる。

この第２の実施例によれば、シーリング２４と蓋部材２
５との溶接は被溶接部における局所的発熱を伴うだけで
あり、セラミツクパッケージ２２全体を高温に加熱する
必要がない。このために、内部室２３内のガスを膨張さ
せることなく貫通孔１４を完全に塞ぐことができる。

ここにおいて、上述した第１及び第２の実施例では、貫
通孔１２をセラミック基板１２に形成しているが、特に
、これに限定されるものではない。

即ち、貫通孔１２はセラミックキャップ１９に形成する
こともでき、また、セラミック基板１２とセラミックキ
ャップ１９の双方にも形成することができる。この場合
、貫通孔１４における寸法及び個数等の形成条件は、セ
ラミックパッケージ２２内に形成される内部室２３の容
積等に応じて適宜変更することができる。

また、ガス抜き孔として機能する貫通孔１４の形成は、
第１及び第２の実施例で述べたように成形法を用いて形
成したセラミックパッケージ２２に適用することができ
る外に、積層法を用いて形成したセラミックパッケージ
にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明によれば、セラミックパ
ッケージにガス抜き孔として機能する貫通孔を設けるよ
うにしているので、ガラス封止の際の内部ガスの熱膨張
に起因するガラス封止材における引は不良の発生を効果
的に抑制することができる。また、ガラス封止材には従
来のようにガス抜き孔としての切欠部を設けるという必
要がないので、従来問題とされていたガラス封止材にお
ける流れ不良の発生を回避することができる。更に、ガ
ラス封止の後に貫通孔を蓋部材により塞ぎ、この際、発
熱を極力抑えることで、気密封止を完全に行うことがで
きる。

従って、本発明によれば、優れた気密封止性を有するセ
ラミックパッケージ型半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す模式的断面図、第
２図は本発明の第２の実施例を示す模式的断面図、第３
図は従来技術を示す模式的図面であって、第３図（ａ）
は一部を切り欠いた斜視図、第３図（ｂ）はガラス封止
材及びセラミックキャップの構成を示す斜視図である。 １１．３１；半導体素子、１２，３２；セラミック基板
、１３ａ；第１の凹部、１３ｂ；第２の凹部、１３ｃ；
第３の凹部、１４；貫通孔、１５；固着剤、１６．３３
；外部リード、１７．３４；金属細線、１８，３５；ガ
ラス封止材、１９゜３６；セラミックキャップ、２０；
封止材、２１゜２５；蓋部材、２２．３７．セラミック
パッケージ、２３．３８．内部室、２４；シーリング、
３９；切欠部、４０；流れ不良

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック基板に搭載された半導体素子を外部リ
   ードのパッケージ内端子と電気的に接続すると共に、前
   記セラミック基板との間に中空部が形成されるようにセ
   ラミックキャップをガラス封止材を介して前記セラミッ
   ク基板に被冠させて前記半導体素子を気密封止したセラ
   ミックパッケージ型半導体装置において、前記セラミッ
   ク基板及び前記セラミックキャップの少なくとも一方に
   形成された貫通孔と、セラミックキャップの封止後に前
   記貫通孔を塞いで取着された蓋部材とを有することを特
   徴とするセラミックパッケージ型半導体装置。