JPH03242958A - 半導体装置用パツケージ - 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】

この発明は、ＡｌＮ製基板基板いた、放熱性の良い、低
融点ガラスで気密封止の可能な、半導体装置用パッケー
ジに関する。

【、　従　　来　　の　　技　　術　　】半導体素子を
封止するパッケージとしては、プラスチックパッケージ
が最も広く使われている。 ダイオードやトランジスタから、大容量のメモリ素子や
、演算素子などまでに広く用いられる。これは安価であ
る。 しかし、プラスチックパッケージは、放熱性が良くない
。また、封止が完全でないので、水分が浸透しやすい。 こういう難点があるが、安価であるので多くの半導体装
置のパッケージとして使われ、改良が進められている。 気密性、放熱性を高めるため、サーバツクパッケージ（
Ｃｅｒｐａｃｋ）が用いられることがある。サーバツク
型パッケージは、Ａｌ２Ｏ３セラミック基板を用いて、
ＰｂＯ−Ｂｓ＋０３系の低融点ガラスで、基板とリード
フレームとキャップを封着したものである。 セラミックであるアルミナを基板に使うのでＣｅｒとい
う語をつける。セラミックを基板に使うが積層セラミッ
クパッケージとは区別される。積層セラミックパッケー
ジはもっと多くのセラミック板を積層したもので高価で
ある。これと区別しなければならない。 このサーバツク型パッケージはプラスチックパッケージ
に比較して、気密性が良く、信頼性が高い。これはアル
ミナの基板とキャップで素子部分を囲むためである。ま
たアルミナ基板を使うので放熱性もプラスチックパッケ
ージより良い。 さらに高い放熱性を要求されるパッケージでは、放熱板
として、Ｃｕ−Ｗ板を素子搭載部にろうづけしたものも
ある。Ｃｕ−ＷはＣｕとＷの微小粒を混合固化したもの
で合金ではない。これは熱伝導度が極めて良い。またア
ルミナとの密着性も良いので素子からの熱を速やかに放
散できる。 またＢｅＯ基板を用いたものがある。ＢｅＯはアルミナ
（ＡｊＱ０３）よりも熱伝導度が高いので放熱性に優れ
る。

【発明が解決しようとする課題】

Ｃｕ−Ｗ放熱板をアルミナＡｌｚ０３板にろうづけした
パッケージは、ろうづけ工程によりコストが高くなる。 ＢｅＯ基板を用いたパッケージでは、ＢｅＯの毒性のた
め、その取り扱いが、困難であった。 Ａｌ２Ｏ３よりも熱伝導率が高いセラミックとしてＡｌ
Ｎが知られている。これを基板としてパッケージを作れ
ば高放熱性のものができるはずである。 ところが、実際にＡｌＮを基板として低融点ガラス封止
パッケージを作ると、次の難点があることがわかった。 第３図にこのパッケージの断面を示す。 互いに上下に対向するように、ＡｊＨ製の基板１とキャ
ップ９がある。基板１とキャップ９とリードフレーム４
とを封着用低融点ガラス３で封着している。これはＡ１
゜０３用のＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを基本組成として
熱膨張率をＡｌＮに整合させた封着用低融点ガラスであ
る。 ところが、このパッケージはＡｌＮと低融点ガラスとの
境界に無数の気泡６が生ずる。この気泡の為に、パッケ
ージの封着強度が著しく低下し、気密性も損なわれる。 これは、ＡｌＮとＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３ガラス融液との化学
反応によって、境界面でガスが発生し、発泡が生じたも
のと考えられる。このような欠点があるので、実際には
第３図のようなパッケージは市販されていない。 ＡｌＮを主体とし、低融点ガラスで封止し、しかも発泡
のないパッケージを提供することが本発明の目的である
。 このようなものとして本発明者は既に特願昭６３−３３
００１０号（ＳＩｌｉ３．１２．２Ｂ）に新規なパッケ
ージを開示している。これは低融点ガラスとＡｌＮの間
に高融点ガラスを挟むものである。高融点ガラスによっ
て低融点ガラスとＡｌＮの間の化学反応を禁止するので
ある。しかしこの発明は高融点ガラスの種類についてな
お不十分な点があった。本発明は高融点ガラスの組成を
明らかにするものである。

【課題を解決するための手段】

発泡を防ぐためには、ＡｊＨの基板、または基板とキャ
ップとが、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系低融点ガラスに接触しな
いようにすればよい。 ５− 本発明においては、ＡｊＨの基板などと、ＰｂＯ−Ｂ２
Ｏ３系低融点ガラスの間にバリア層を設ける。 バリア層はＡｊＨと低融点ガラスとの化学反応を遮るも
のであれば良いわけである。しかし、自由な賦形性がな
ければならないので、バリア層もガラスが適する。 もしも、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスより融点が低ければ
、先にバリア層が融け、ｐｂｏ−ｎ２ｏ３ガラスが後に
融けた時、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３ガラスが自由に拡散してし
まうこれではバリアにならない。 そこで、バリア層のガラスはＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３ガラスよ
り、融点の高いガラスとする。本発明では、Ｂ２０３Ｂ
２Ｏ３−ＭｇＯ−系高融点ガラスを用いる。（ここでＭ
＝Ｌ１１Ｎａ１Ａｊ、Ｋ％　ｃａ、　ＴｌｌｖｌＭｎ、
　Ｆｅ、　Ｃｏ、Ｎｉ１Ｃｕ、　Ｚｎ、　Ｇａ１Ｙ１Ｚ
ｒ、　Ｎｂ１Ｎｏ、Ｉｎ１Ｓｎ１Ｂａ１Ｗのうちひとつ
または複数の元素） 図面によって本発明のパッケージの構造を説明する。 第１図は本発明の一例を示す半導体装置用パッケージの
縦断面図である。 ６− 基板１はＡｌＮ製である。形状は従来どおりである。矩
形状で、中央に矩形状のキャビティ１０が形成されてい
る。キャビティ１０の中には、半導体チップ６が、ダイ
ボンド用接着剤７によって、ダイボンドされている。 この例では、キャップ９もＡｌＮ製である。ＡｌＮにし
ているので、Ａｌ２Ｏ３製のものより高放熱性である。 ＡｌＮの基板１とキャップ９の接合面には、高融点ガラ
ス２が、塗付しである。基板の高融点ガラス２の上に低
融点ガラス３が塗付してあり、キャップの高融点ガラス
２の下にも低融点ガラス３が塗付しである。リードフレ
ーム４が、基板１とキャップ９に挟まれ、低融点ガラス
３によって封着されている。リードフレーム４と半導体
チップ６の電極部パッドとはボンディングワイヤ８によ
って接続されている。 第３図と比較すれば、本発明では、低融点ガラスがＡｌ
Ｎと直接触れないように、高融点ガラス２が間に入って
いるという違いがある。その他の点では第３図のものと
同じである。 第２図は本発明の他の例を示す。 これはキャップ９が、ＡｌＮでない場合である。 例えばムライト等熱膨張係数がＡｊＨに近いセラミック
である。この場合はキャップ９と低融点ガラスを直接に
接触させても差し支えないので、高融点ガラスが間に入
らない。キャップ９が、低融点ガラス３に接触している
。 これは、第１図のものより簡略化されている。 半導体チップ６から熱がでるが、熱は主に、基板１に伝
わり、キャップ９には一部しか伝わらないので、キャッ
プを高放熱性にする必要性が低い。 そこで、キャップはＡｌＮでないセラミックとすること
もできる。 本発明は少なくとも基板にＡｆＮを使う必要があるが、
キャップはＡｌＮであっても、他のセラミックであって
も良い。

【　　作　　用　　】

本発明の構成を採ることにより、ＡｌＮを用いた高放熱
性、気密性、信頼性の高いサーバツク型パッケージが、
従来の封着技術を用いて封着可能となった。 封着用低融点ガラスよりも高い融点を持つ高融点ガラス
は、ＡｌＮ基板上に、封着用低融点ガラスと同じ手法で
印刷することができる。 基板に高融点ガラス粉末を印刷したものを、低融点ガラ
スに対して使っていたのと同じライン上で、焼き付は温
度をより高くして焼き付けることができる。この焼き付
けによって、バリア層が形成できる。 バリア層の上に、封着用低融点ガラスを印刷して、リー
ドフレーム付けを行う。次に、半導体チップ６をキャビ
ティ１０に搭載する。リードフレームと半導体チップの
電極部をボンディングワイヤ８で接続する。 キャップ９に対しても同様である。キャップがＡｌＮで
できている場合は、高融点ガラスを印刷、焼き付けして
、さらに、低融点ガラスを印刷、焼き付けする。 キャップがＡｌＮでなく低融点ガラスと反応しな９− いのちである場合は、低融点ガラスを直接にキャップに
印刷、焼き付けする。 このキャップによって、基板を密封する。 このようにして、従来通りの工程に、高融点ガラスの印
刷と焼き付けを加えるだけで、ＡｌＮパッケージが製造
できる。

【　　実　　施　　例　　】

一例として、低融点ガラスにＰｂＯ−Ｂ２Ｏａ系ガラス
を用い、高融点ガラスにＢ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＭＸＯｙ系
高融点ガラス（ここでＭ＝ＬＩ、Ｎａ、　ＡＩ、Ｋ１Ｃ
ａ１Ｔｉ、Ｖ％　Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　ＷｌｌＣｕ
、　Ｚｎ、　Ｇａ１Ｙ１Ｚｒ、　Ｎｂ１Ｎｏ１１ｎ、　
Ｓｎ、　Ｂａｍ　Ｗ）を用いてパッケージを作りその特
性を調べた。 気密性については、封着後、ＮＩＬ−ＳＴＤ−８８３０
１０１４，７Ａ２の試験を行った。Ｈｅリークレートが
、１．ＯＸ　１０−８ａ０−８ａｔ／ｓｅｃ未満であっ
た。これは、従来のＡ１□０３パッケージと同等の値で
ある。 ついで、加熱、冷却を繰り返して、気密性の低下の有無
を調べた。 旧Ｌ−ＳＴＤ−８８３Ｇ　１０１０．Ｂヒートサイクル
デス１条１０− 件Ｃ−８５℃〜＋１５０℃でヒートサイクルをかけた。 １００サイクル後に於いても、Ｈｅリークレートが１、
ＯＸ　１０−８ａ０−８ａｔ／ｓｅｃ未満を維持してい
た。 ヒートシタツクに対する性能も調べた。 ＮＩＬ−ＳＴＤ−８８３０１０１１，［ｉ　ヒートシロ
ツクテスト条件ＡＯ℃〜＋１００℃　（フロリナート中
）で、ヒートンもツクをかけた。１００サイクル後にお
いても、Ｈｅリークレートが１．ＯＸ　１０−８ａｔｍ
−ｃｃ／ｓｅｃ未満を維持していた。 さらに、これらのテストを連続して行い、ヒートサイク
ルとヒートシロツクとを行った後でも、Ｈｅリークレー
トが、１．ＯＸ　１０−８ａｔｍ−ｃｃ／ｓｅｃを維持
していた。 断面観察を行った。封着ガラス、バリア層のいずれにお
いても、界面に集中した発泡は見られなかった。Ａｌ２
Ｏ３パッケージ封着時に見られるような、ガラス層全体
に均一に発生する泡のみが見られた。 ついで、強度試験を行った。 ３０ｍｍ角の基板中、１２ｍｍ角のキャビティ以外をガ
ラスで封着したパッケージにおいて、ＮＩＬ−ＳＴＤ−
８８３０２０２４，２）ルク強度テストを行った。最大
トルク強度が、２００〜３００ｋｇｆ−ｃｍという値が
得られた。規定値である１３０ｋｇｆ−ａｍを大きく越
えた。 気密性、放熱性が良く、機械的強度も優れたサーバツク
型パッケージが得られた。

【　　発　　明　　の　　効　　果　　】ＡｌＮをパッ
ケージ材料にするので、Ａｌ２Ｏ３のパッケージより放
熱性が高い。 ＡｌＮ表面にバリア層を設けるので、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３
系低融点ガラスによる気密封着が可能となる。これによ
り、低コストで、長期信頼性の高いパッケージが得られ
る。 よって、本発明のパッケージは、高い放熱性と長期信頼
性の要求される半導体装置用に、好適である。従来のパ
ッケージに代えて、それより同等以上の性能を持ちなが
ら、より低コストのパッケージとして用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバリア層を持つＡｌＮを用いた半導体
装置用パッケージの１例を示す断面図。 第２図は本発明の他の例を示す半導体装置用パッケージ
断面図。 第３図はＡｌＮ基板を直接低融点ガラスで封止した半導
体装置用パッケージの断面図。 １・・・ＡｌＮ基板 ２・・・高融点ガラス ３・・・封着用低融点ガラス ４・・・リードフレーム ５・・・封着界面発泡による気泡 ６・・・半導体チップ ７・・・ダイボンド用封着剤 ８・・・ボンディングワイヤ ９・・・キャップ １０・・キャビティ 発　明　者　　　大久保　総一部 安　　原　　正　　晴 大　　塚　　　　　昭 符開平 ３−２４２９５８（５）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＡｌＮ製の基板と、ＡｌＮ製またはそうでないキ
   ャップと、リードフレームとよりなり、基板とリードフ
   レームとキャップとを低融点ガラスで気密封止した半導
   体装置用パッケージにおいて、封着用低融点ガラスが、
   ＡｌＮ製の基板、キャップと直接接触しないように、低
   融点ガラスとＡｌＮ製部材の界面にバリア層を設けるこ
   ととし、バリア層がＢ＿２Ｏ＿３−ＭｇＯ−Ｍ＿ｘＯ＿
   ｙ系高融点ガラス（ここでＭ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｋ、
   Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ
   、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｗ
   のうちひとつまたは複数の元素）であることを特徴とす
   る半導体装置用パッケージ。