JPH03109754A - 半導体パッケージ - 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〕 本発明は、半導体パッケージに係り、特に気密封止構造
を有するものの、はんだボールの破壊を防止するのに好
適な半導体パッケージに関するものである。

〔従来の技術〕

従来の気密封止構造を有する半導体パッケージを特開昭
６１−５９８４８号公報を例にして説明する。

なお、当該公報に明示されていない部分については従来
の半導体パッケージで普通に用いられている構造により
補足して示す。

第３図は従来の半導体パッケージの構成を示す略示断面
図、第４図は従来の半導体パッケージの他の構成を示す
略示断面図である。

従来の気密封止構造を有する半導体パッケージは、第３
図に示すように、集積回路（以下ＬＳＩという）１をは
んだボール２でセラミックスなどで構成された配線基板
３に電気接続し、このＬＳＩＩを熱伝導率の大きい材料
で形成された蓋４へ面接触させ、配線基板３と蓋４とを
ろう材５で接合してパッケージを構成している。ＬＳＩ
Ｉの発熱は蓋４へ熱伝導して放熱されるようになってい
る。

ここで、配線基板３の材料としてセラミックスが使われ
ているが、その理由はセラミックスのもつ気密性、耐腐
食性、絶縁性、耐熱性などがあげられるが１本発明の直
接に関係がある特徴は低熱膨張性である。

ＬＳＩなどの半導体は、珪素（Ｓｉ）やガリウム・ひ素
（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）などの熱膨張係数が低く。

強度の低い材料が多い。そこで、これらの半導体を接合
するパッケージ材料としては、半導体とパッケージ材料
の熱膨張係数の差による熱応力が原因となる半導体の破
壊を防ぐために、熱膨張係数が低い材料が必要であり、
このためには、たとえばセラミックスが適しているので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図に示す従来の気密封止構造を有する半導体パッケ
ージに、発熱量の大きいＬＳＩを実装する場合には、Ｌ
ＳＩＩとＭ４との間の接触熱抵抗が大きいためにＬＳＩ
Ｉの放熱が十分に行われないので、第４図に示すように
、ＬＳｌｌとＭ４とをろう材６で接合する必要がある。

第４図に示す半導体パッケージの気密封止構造に温度変
化が生じた状態を説明し、従来の半導体パッケージの問
題点を明らかにする。

パッケージを構成する部材は、セラミックスなどの半導
体と熱膨張を合わせた低熱膨張係数の材料を用いるため
、温度変化が生じても熱変形はあまり生じな′い。

これに対して、はんだボールの熱膨張係数は大きいため
、大きな熱変形が生じ・る。このため、例えば温度が低
下すると、パッケージがほとんど熱収縮しないにもかか
わらず、はんだボールが熱収縮するため、はんだボール
がパッケージにより上下方向に引張られて、はんだボー
ルが破壊してしまう。従来の半導体パッケージの構造に
はこのような問題点があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、はんだボールおよびろう材の破壊を防止し
うる信頼性の高い半導体パッケージの提供を、その目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体パッケ
ージの構成は、２つ以上の部材をろう付けして気密封止
構造を構成するものにおいて、その気密封止構造を構成
する各部材にくらべて、剛性が小さく熱膨張係数が大き
い材料をろう付け部にはさんでろう付けしたものである
。

なお、付記すれば、上記の目的を達成す′るために、気
密封止構造を構成する部材の材料に比べ、剛性が小さく
、線膨張係数が大きい材料をスペーサとしてろう材には
さむ構造を発明したものである。

〔作用〕

上記技術手段による働きを１本発明を開発した考え方に
添って説明する。

はんだボールの破壊は、はんだボールとパッケージとの
上下方向の熱膨張差によるものであり。

これを防止するためには、はんだボールの熱膨張にパッ
ケージの上下方向の熱膨張を適合させることが必要とな
る。このためには、ろう材の厚さをはんだボールと同程
度に厚くすることも考えられるが、ろう材の厚さを厚く
すると、ろう材を溶融するときにろう材中の気泡が生じ
て、気密性が取れなくなるため実際には不可能である。

このため、ろう材の間に熱膨張係数が大きい材料をスペ
ーサとしてはさみ、このスペーサの厚さを適切に切める
ことにより、パッケージの上下方向の熱膨張を、はんだ
ボールの熱膨張に合わせることを考えた。ただし、この
スペーサ材料の剛性が大きい場合には、スペーサの水平
方向の熱膨張によってろう材に過大なひずみが生じてろ
う材が破壊してしまうため、スペーサの剛性はパッケー
ジ材料より小さくすることが必要である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体封止構造を適
用した半導体パッケージの略示断面図、第２図は、第１
図のｐｂリングの形状を示す図で、（ａ）は平面図、（
ｂ）は正面図である。

第１図において、１は集積回路であるＬＳＩで、このＬ
Ｓｌｌは熱膨張係数が２．８〜７，３Ｘ１０″″Ｂと小
さいＳｉよりなる半導体である。Ｓｉの縦弾性係数は１
１０ＧＰａである。

２ははんだボール、７はセラミック配線基板であり、セ
ラミックは一般に熱膨張係数が小さく。

縦弾性係数は大きい。

８はＡＱＮよりなるＡＱＮケース、９は９０Ｐａ−１０
Ｓｎはんだである。このはんだはプロドアクチニウム（
Ｐａ）、すず（Ｓｎ）を用いた半導体部品接続用のはん
だである。

１０はｐｂクリングあり、鉛（ｐｂ）は熱膨張係数２９
．３Ｘ１０””’、縦断性係数１４ＧＰａである。すな
わち、ｐｂリング１０は気密封止構造を構成する部材で
あるＬＳＩＩ、セラミック配線基板７、ＡΩＮケース９
より剛性が小さく熱膨張係数が大きいスペーサとしては
んだにはさまれたものである。

１１は９０Ｐａ−１０Ｓｎはんだである。

第１図に示すように、ＳｉのＬＳＩＩはセラミック配線
基板７にはんだボール２で電気接続され、このＬＳＩＩ
はＡＱＮケース８に９０　Ｐ　ａ　−１’Ｏ８ｎはんだ
９で固定されている。ＬＳＩＩが発生する熱はけんだ９
を介してＡＱＮケース８へ伝導し放熱される。セラミッ
ク配線基板７とＡＱＮケース８との間にはｐｂリング１
０がスペーサとしてはさまっており、これらの３つは９
０Ｐａ−１０Ｓｎはんだ１１で接合されている。

第２図は、ｐｂリング１０の形状を示しており、表面に
はＮｉメツキの上にＡｕメツキが施されている。これら
のメツキは９０　Ｐ　ａ　−１０Ｓ　ｎはんだ１１との
接合時の濡れ性をよくするためのものである。

本実施例によれば、パッケージ構成材料であるセラミッ
ク配線基板７．ＡＱＮケース８より剛性が小さく、熱膨
張係数が大きい材料のスペーサとしてｐｂクリングろう
付け部にはさむことにより、パッケージの上下方向の熱
膨張がはんだボールの熱膨張と一致するため、はんだボ
ールの破壊とろう材の破壊を防止できる。

なお、上記の実施例では、ＬＳ　Ｉ　１．セラミック配
線基板？、Ａｌ２Ｎケース８よりなる半導体パッケージ
をｐｂクリング介して９０Ｐａ−１０Ｓｎはんだで接合
する例を説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、同様の効果が期待される範囲で、２つ以上の部
材をろう付けして気密封止構造を構成する半導体パッケ
ージに広く適用されることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、はんだボ
ールおよびろう材の破壊を防止しうる信頼性の高い半導
体パッケージを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体封止構造を適
用した半導体パッケージの略示断面図、第２図は、第１
図のｐｂクリング形状を示す図で。 （ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、第３図は、従来の半
導体パッケージの構成を示す略示断面図、第４図は、従
来の半導体パッケージの他の構成を示す略示断面図であ
る。 １・・・ＬＳＩ、２・・・はんだボール、７・・・セラ
ミックス配線基板、８・・・ＡＱＮケース、９，１】・
・・９０団 Ｊ−−−ＬＳＩ Ｚ−−−１以ぷ゛末゛−ル ７−−セラミラフ配崩１１本更 ｇ−ＡＩ、〜′ケーヌ ｑ、ｕ−ｑρＦえ一／ρ、Ｓ’／２１オ／３なｌθ−−
Ｐｂリン７パ （之） （ｂ） 鷺 乙 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、２つ以上の部材をろう付けして気密封止構造を構成
   するものにおいて、その気密封止構造を構成する各部材
   にくらべて、剛性が小さく熱膨張係数が大きい材料をろ
   う付け部にはさんでろう付けしたことを特徴とする半導
   体パッケージ。