JPH0316160A

JPH0316160A - 半導体素子封止用セラミックリッドの製造法

Info

Publication number: JPH0316160A
Application number: JP6127590A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Kajiwara; 梶原　健弘; Kouichirou Maekawa; 前川　耕一朗; Toshio Ohashi; 敏夫大橋
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1991-01-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH0748534B2

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）本発明は半導体素子封止用セラミックリッドに関するも
ので、より詳しくは半導体素子を収容するセラミックパ
ッケージとの封着強度に優れたアルミナセラミックリッ
ドに関し、特に紫外線照射により一旦記憶されたメモリ
ーを消去させるＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　　ａｎ
ｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　　Ｒｅａｄ　　ｏｎｌｙ
Ｍｅｍｏｒｙ）半導体素子を封着するセラミックリッド
に関する。

（従来の技術）従来、ＥＰＲＯＭ用半導体素子用のセラミックパッケー
ジとしては、特開昭６１−１９４７５１号公報に記載さ
れているように、ＥＰＲＯＭ半導体素子がセラミックパ
ッケージの凹部に装着され、該パッケージはガラス材を
介して紫外線透過性のセラミックあるいはガラスリッド
（蓋）により気密封着された構造が知られている。即ち
、第４図に示すように、上面に凹部１２か形成されたセ
ラミックパッケージ１１に、半導体素子ｌ３およびリー
ドフレームｌ４がガラス層ｌ５によりそれぞれ固着され
、前記半導体素子１３はワイヤーｌ７によりリードフレ
ームｌ４に導通され、セラミックパッケージ１１の上面
にはガラス層１５を介して平板状のセラミックあるいは
ガラスリッド１８が固着され該凹部１２を封止している
構造である。

また、第５図に示すように、セラミックパッケージ１１
の凹部１２の底部ｌ６、ワイヤーボンデング部２０およ
び導体部１９をそれぞれメタライジングし、該導体部１
９の両端部にはリードフレームｌ４をろう付けし、該導
体部１９の上面にはリッドｌ８を載置するためのセラミ
ック枠２ｌが積層され、該セラミック枠２ｌの上面にセ
ラミックリッド１８がガラス付けあるいはろう付けした
構造も知られている。

セラミックパッケージは、熱膨張、熱伝導性、絶縁抵抗
等の電機的特性および機械的強さからアルミナセラミッ
クスが用いられている。

また、半導体素子封止用のリッドとしては金属、プラチ
スックあるいはセラミックスが用いられてイルカ、前記
パッケージがアルミナてある場合、熱膨張を一致させる
ためアルミナセラミックが好ましい。特に、ＥＰＲＯＭ
用半導体素子用の場合には、紫外線透光率の関係から特
公昭３９−２４０号、特公昭４７−５１８０１号および
特開昭６３一２４２９６４号に開示されている透光性多
結晶アルミナが用いられている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、従来の構造のセラミックパッケージに、透光
性多結晶アルミナあるいは９８重量％以上の高純度アル
ミナリッドに４００〜５００゜Ｃの低融点ガラスの封着
材を印刷乾燥し、半導体素子をパッケージ内に載置した
後、融点以上に封着材を加熱してセラミックパッケージ
にセラミックリッドを封着すると、その封着強度が小さ
い欠点を有していた。

また、より高度な情報処理および小型化するため、ＥＰ
ＲＯＭ半導体素子のメモリ量をより多くする一方、メモ
リ用半導体用セラミックパッケージの小型化が要求され
てきている。ところが、半導体素子の高密度化技術は限
度かあり、メモリ量の増加に伴って素子のサイズが大き
くなっている。

またメモリ用半導体用セラミックパッケージのサイズは
プリント基板等の回路基板に実装するために標準化され
ており、前記の素子サイズの増大に伴ってサイズの変更
が困難になっている。

具体的に説明すると、セラミックパッケージのサイズが
幅１１ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み１．　７　ｕ　（リー
ド部を除く）とした場合、半導体素子の紫外線照射部分
はＩＭビットで約９ｍｍＸ９ｍｍ、２Ｍビットで約９ｍ
ｍＸ１４ｍｍが必要とされる。この場合、紫外線透過性
のセラミックリッドのセラミックパッケージとの封止部
は、幅方向でＩＭビットおよび２Ｍビットで約１ＩｎＩ
ｎ、長さ方向でＩＭビットおよび２Ｍビットでそれぞれ
１１ｍｍ，６ｍｍとなる。

即ち、封止面積はｌＭビットで、１３９平方ミリメート
ル、２Ｍビットで９４平方ミリメートルである。このた
め、従来のセラミックパッケージ構造に２ＭビットＥＦ
ＲＯＭ半導体素子を用いた場合セラミックリッドとパッ
ケージとの封着強度が弱く、気密性が保たれない欠点が
あった。

（課題を解決するための手段）本発明は上記の欠点を解消するためになされたもので、
セラミックパッケージの凹部内に半導体素子が収容され
、該凹部をガラス封着材を加熱して該半導体素子を気密
封止するセラミックリッドにおいて、該セラミックリッ
ドは高純度アルミナで構成されかつ前記セラミックパッ
ケージに気密封止する前に、該封止面にガラス封着補助
材が塗布されかつ前記半導体素子を封止するための加熱
温度よりも高温で予め処理されている半導体素子封止用
セラミックリッドてある。

（作　用）本発明の半導体素子封止用セラミックリッドはガラス封
着補助材が形成されており、該封着補助材は半導体素子
を封止するためのガラス封着材の封着温度よりも高温で
処理されているため、セラミックリッドに対して強固に
付着しており、ガラス封着材に対しては親和性（濡れ性
）がよいため、セラミックリッドとパッケージとの接着
強度の向上に寄与している。

（実施例）以・下、本発明のメモリー半導体用セラミックパッケー
ジについて、第１図ないし第３図を参照して詳細に説明
する。

第ｌ図はメモリー半導体用紫外線透光性セラミックリッ
ド１のセラミックパッケージとの封着面にガラス封着補
助材２が塗布され半導体素子を封着する温度よりも高温
で処理形成されていることを示す。

セラミックリッド１は紫外線を透過できる高純度の透光
性多結晶アルミナ板であり、中央の紫外線透光性窓部Ｉ
Ａと、周辺の枠部ＩＢとからなり、リッド１の裏面の枠
部ＩＢ部分に１層目のガラス封着補助材２がスクリーン
印刷、乾燥され熱処理されている。図示していないが、
ガラス封着補助材２は枠部ｌＢの全領域に形成されても
よい。

ガラス封着補助材は、次の工程で説明する低融点ガラス
封着材を用いたりすることができるが、リッドとパッケ
ージとの接合強度上では結晶化ガラスが好ましい。結晶
化ガラスとしては、半導体素子の封着温度よりｌ００〜
２５０゜Ｃ高温の焼成温度を有するＳｉ○２　−ＣａＯ
−ＺｎＯ系、ＭｇＯ　　Ｂ２０３　　Ｓｉ○２系等が好
適である。

温度を規定する理由は、封着温度より１００゜Ｃ未満で
は、充分な封着強度か得られにくいかあるいは焼成時間
か３０分以上要したりして量産性に問題があるからてあ
り、２５０゜Ｃを越える焼成温度は封着強度の向上に寄
与するところが小さいからである。

ガラス封着補助材として低融点ガラス封着材を用いた場
合には、熱処理温度は封着温度より１００〜２００℃高
温でよい。１００゜Ｃ未満では前記と同様封着強度に問
題があり、２００゜Ｃを越えるとガラス封着の粘性か小
さくなり封着部分以外に掠ったり、蒸発・拡散等により
所定の熱膨張特性等を示さなくなったりするからである
。

ガラス封着補助材の塗布法としては、ガラス封着補助材
に、低分子量のアクリル系樹脂をテルピネオールに５％
溶解させたものやエチルセルロースをプチルカルビトー
ルアセテートの５〜ｌＯ％溶解させたビヒクルを混練し
て印刷用ペーストを調整し、ステンレス製の８０〜１０
０メッシュを使用して印刷すればよい。印刷厚みとして
は、５〜３０μｍが好ましい。５μｍ未満ではセラミッ
クリッドの表面粗さ等の状態によるが、ガラス封着補助
層として薄すぎるか、あるいは存在しない部分が生ずる
ので強度向上に寄与せず、また３０μｍを越える厚さを
形成するためには印刷を繰り返す必要があり、かつ強度
向上には余り寄与しないからである。

第２図は、セラミックリッドｌ上に形成されたガラス封
着補助材２を含むセラミックパッケージとの封着面に、
更に２層目のガラス封着材３が形成されていることを示
す。

ガラス封着材の組成は一般に使用されるＩＣパッケージ
封着用ガラスでよく、一例をあげると、Ｐｂ○２　　Ｂ
２０ａ−ＳｊＯ２系低融点ガラス、あるいはこの硼珪酸
鉛系のガラスにＡＩ．Ｏ．．ＴｉＯｚ，Ｓｎ○，Ｎａ２
０，Ｋ２　０等の成分を加えた低融点ガラス等である。

ガラス封着材の選定は、半導体素子に熱損傷をできる限
り少なくする封着温度および時間を主に考慮すべきで、
通常封着温度は約４１０’Ｃ〜６００゜Ｃ、時間は１０
分程度以上の低融点ガラスか用いられる。また、セラミ
ックパッケージおよびリッドはアルミナ製であるので、
封着歪みを小さくするために、ガラス封着材の熱膨張係
数は３０〜２５０℃の範囲で、５０〜７　０　Ｘ　１　
０−”／’Ｃ位か選ばれる。

代表的なガラス封着材の組成は、重量％てｐｂ○６０〜
８５％、Ｂ２０３７〜ｌＯ％、Ｓｉ○２ｌＯ〜３０％、
その他Ａｌ２ｏ３、Ｔ’ｉ０２、Ｓ　ｎ　Ｏ　ｔの何れ
か１種又は２種以上３〜１０％を少なくとも含有するも
のである。

上記のガラス封着材は、前記ガラス封着補助材の塗布方
法と同様にビヒクルと混練して印刷用ペーストを調整し
、スクリーン印刷法によりセラミックリッド１のガラス
封着補助材２を含むセラミックパッケージとの封着面に
印刷後乾燥される。

印刷と乾燥は通常３〜４回繰返し行い所定の厚み２００
〜３００μｍを得る。乾燥は１２０゜Ｃで１０〜２０分
間位行われる。

印刷乾燥後は、封着用ガラスペーストに含有しているビ
ヒクルの誘起バインダ（低分子量のアクリル樹脂液等）
を除去するために空気中または窒素中で半導体素子の気
密封止温度より低温の３２０〜３８０゜Ｃの温度範囲で
昇温速度を緩やかにして熱分解するための仮焼成をする
。

このようにして作成したセラミックリッドｌは、第３図
に示すように半導体素子７がパッケージ６の凹所８の底
部に載置され、次いで該半導体素子７とパッケージ６の
凸部６Ａに形成されたリードフレーム５との間にリード
９が接続された後、予めセラミックリッドと同様に形成
されたガラス封着層４を介してＩＣパッケージ６の凸部
６Ａに封着される。封着条件は前記封着用ガラスについ
て説明した条件で行われる。

なお、本発明リッドは第３図に示すようにリードフレー
ムが形成された部分にリッドを封着したり、第５図に示
すようにワイヤボンデング部２０の延長部の導体部ｌ９
上に設けられたセラミック枠２ｌに封着してもよい。ま
た、第３図、第４図のように金属リードフレームがない
、所謂リードレスパッケージの場合にも適用できる。

実施例寸法形状か２　０ｍｍＸ　１　１ｍｍＸ０．　３　５ｍ
ｍ　（厚み）で、材質がＡ　１　２０３　９９．９％、
ＭｇＯ０．０５％の透光性高純度アルミナおよびＡＩ２
０３９０％、Ｍｎ　　２．９％、Ｔｉ○２　２．３％、
Ｆｅ２０，２．３％の黒色アルミナのセラミックリッド
を作成した。

寸法形状が外形が２０ｍｍ（長さ）Ｘｌｌｍｍ（幅）Ｘ
０．６５ｍｍ（厚み）でリッドとの封着部か２０ｍｍ（
長さ）Ｘｌｌｍｍ（幅）で中央部に１３ｍｍ（長さ）Ｘ
８ｍｍ（幅）の窓を有し、材質がリッド同様の黒色アル
ミナ製のセラミックパッケージを作成した。

高純度アルミナおよび黒色アルミナリッドのセラミック
パッケージとの封着面にそれぞれ、第１表に示す条件で
、ガラス封着補助層として、市販品の結晶化ガラスおよ
び低融点非結晶化封着ガラスを用いて、印刷し次いで熱
処理をした。次に該ガラス封着補助層の上にさらに市販
品の低融点非結晶化封着ガラスを２００μｍの厚さに印
刷し３８０゜ＣＩＯ分熱処理をしてガラス封着層を形成
し、封着用のセラミックリッドを準備した。一方、黒色
アルミナパッケージのリッドとの封着面に相当する部分
に、リッドと同様の条件でガラス封着層を形成した。

このようにして得られたリッドとパッケージとを第１表
の条件の温度でｌＯ分熱処理して、リッドとパッケージ
とを封着した。次いで、このようにして得られた封着体
をアメリカ軍規格ＭＩＬＳＴＤ−８８３Ｃ　　２０２４
．２の「ガラス封止パッケージのせん断トルクＪ　　（
Ｌｉｄ　　ｔｏｒｑｕｅｆｏｒ　　ｇｌａｓｓ−ｆｒｉ
ｔ−ｓｅａｌｅｄｐａｃｋａｇｅｓ）により、封着面の
せん断トルクを測定した。試験片１０個の測定結果の平
均値を第１表に、最大、平均および最小値を第６図のグ
ラフに示す。本発明のガラス封着補助層を形成したセラ
ミックリッドはいずれも高いせん断トルク値を示した。

第２表の実施例は、セラミックリッドに形成するガラス
封着補助層の印刷厚みの影響を調べたもので、その他条
件は第１表と同様である。せん断トルク値に関して、第
ｌ表のＮαｌと第２表のＮα１〜５の値を第７図のグラ
フに示す。このグラフから、ガラス封着補助層の印刷厚
は５〜３０μｍが好ましいことがわかる。

第３表の実施例は、セラミックリッドに形成するガラス
封着補助層の熱処理温度の影響を調べたもので、第ｌ表
のＮα３のデータと共にせん断トルク値を第８図のグラ
フに示す。このグラフから、低融点非結晶化ガラスの場
合には、封着温度より１００〜２００゜Ｃ高温で熱処理
することが好ましい。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、セ
ラミックパッケージのパッケージリッドの封着強度が向
上する。この理由は、ガラス封着補助層が封着温度より
高温で予め熱処理されているため、ガラス封着補助層が
高純度アルミナリッド表面に拡散したりして親和力か向
上しかつガラス封着層との濡れ性を向上しているためと
考えられる。

以上、本発明のセラミックリッドに関して、ＦＲＯＭ半
導体素子用の透光性アルミナリッド実施例で説明したか
、本発明の要旨から、リツは透光性アルミナに限られる
ものではなく、高度アルミナ、例えば９６％以上のアル
ミナリッにも本発明は有効であることは勿論である。

発明の効果）以上の説明で明らかなように、本発明の半導体セラミッ
クリッドは、封止強度に優れ、特に紫線消去型メモリー
半導体用のセラミックリッド場合には、半導体素子のメ
モリー量の増大に簡に対応できるリッドを提供できる顕
著な効果をし工業上有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のメモリー半導体用セラミッリッドの
一実施例を示す平面図、第２図は第ｌ図のセラミックリッドの側面図、第３図は
本発明のリッドをセラミックパッケーに封着した状態を
示す断面図、第４図および第５図は従来のセラミックパッケ一ジの断
面図、第６図は本発明の実施例および参考例のそれぞれのせん
断トルク値を示すグラフ、第７図および第８図はそれぞれ本発明の実施例のせん断
トルク値を示すグラフである。１・・・透光性セラミックリッドＩＡ・・・リッドの紫外線透光性窓部１Ｂ・・・リッドの枠部２・・・ガラス封着補助材３・・・ガラス封着材４・・・封着用ガラス５・・・リードフレーム６・・・セラミックパッケージ６Ａ・・・パッケージの凸部７・・・半導体素子８・・・パッケージの凹部９・・・リード１０・・・ワイヤーボンディンイグ部ｌ１・・・セラミックパッケージ１２・・・パッケージの凹部３・・・半導体素子４・・・リードフレーム５・・・ガラス層６・・・パッケージの底部７・・・ワイヤー８・・・リッド９・・・導体部０・・・ワイヤーポンデング部ｌ・・・セラミック枠第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

１、セラミックパッケージの凹部内に半導体素子が収容
され、該凹部をガラス封着材を加熱して該半導体素子を
気密封止するセラミックリッドにおいて、該セラミック
リッドは高純度アルミナで構成されかつ前記セラミック
パッケージに気密封止する前に、該封止面にガラス封着
補助材が塗布されかつ前記半導体素子を封止するための
加熱温度よりも高温で予め処理されていることを特徴と
する半導体素子封止用セラミックリッド。