JPH03250655A - リード付き電子部品 - 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） 本発明は外部リード端子を有する電子部品、具体的には
半導体素子収納用パンケージやハイブリッドＩＣ用配線
基板等のリード付き電子部品の改良に関するものである
。

（従来の技術） 従来、リード付き電子部品、例えば半導体素子を収容す
るための半導体素子収納用パッケージは、セラミックス
等の電気絶縁材料から成り、その上面の略中央部に半導
体素子を収容するための凹部及び該凹部周辺から周縁部
にかけて導出されたタングステン（−）、モリブデン（
Ｍｏ）　、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末から成
るメタライズ金属層を有する絶縁基体と、半導体素子を
外部回路に電気的に接続するために前記メタライズ金属
層に銀ロウ（Ａｇ−Ｃｕ合金）を介しロウ付は取着され
た外部リード端子と、蓋体とから構成されており、絶縁
基体の凹部底面に半導体素子を取着固定し、半導体素子
の各電極とメタライズ金属層とをボンディングワイヤを
介し電気的に接続するとともに絶縁基体上面に蓋体をガ
ラス、樹脂等の封止材により接合させ、内部に半導体素
子を気密に封止することによって半導体装置となる。

（発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、この従来の半導体素子収納用バ。

ケージは外部リード端子をメタライズ金属層へロウ付け
するのに銀ロウ（Ａｇ−Ｃｕ合金）を使用しており、該
銀ロウはロウ付は後、大気中に含まれる水分が付着する
と銀ロウ中の銅（Ｃｕ）が酸化され、銅（Ｃｕ）の酸化
物（錆）を形成して変色することがある。

また前記銅の酸化物（錆）は導電性で、かつ拡散し易い
という性質を有しているため多数の外部リード端子が近
接してロウ付けされている場合には、前記錆の拡散によ
り隣接する外部リード端子が短絡し、その結果、半導体
装置としての機能が喪失してしまうという欠点も有する
。

更に銀ロウは主成分が銀（Ａｇ）であり、酸銀（Ａｇ）
はエレクトロマイグレーション（金属原子の移行）を起
こし易い金属であることから内部に収容する半導体素子
を作動させた際、ロウ材に電圧が印加されるとロウ材を
構成する銀（Ａｇ）が絶縁基体表面を移行し、その結果
、隣接する外部リード端子間が前記銀（Ａｇ）の移行に
より短絡して半導体装置としての機能が喪失してしまう
という欠点も有していた。

（発明の目的） 本発明者等は上記欠点に鑑み種々の実験を行った結果、
金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ）とパラジウム（Ｐｄ）
、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ
）の少なくとも１種を所定量含有させて成る合金をロウ
材として使用した場合、外部リード端子を絶縁基体に設
けたメタライズ金属層上に強固にロウ付は取着すること
が可能となるとともにロウ材自身の酸化及びエレクトロ
マイグレーションの発生を皆無になし得ることを知見し
た。

本発明は上記知見に基づき、外部リード端子のロウ付は
強度が極めて強固で、且つ電子部品としての機能を喪失
するようなロウ材の酸化及びエレクトロマイグレーショ
ンの発生を皆無となした高信鯨性のリード付き電子部品
を提供すること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） 本発明は絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属層に
、金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ　）を０．１乃至１５
．０重量％、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、
コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の少なくとも１種を
０゜１乃至５，０重量％含有させて成るロウ材を介して
外部リード端子を取着したことを特徴とするものである
。

本発明は半導体素子収納用パッケージやハイフリットＩ
Ｃ用配線基板等のように絶縁基体に設けたメタライズ金
属層に外部リード端子が取着されて成る電子部品のすべ
てに適用される。

（実施例） 次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説明
する。

第１図及び第２図は本発明のリード付き電子部品として
半導体素子収納用パフケージを例に採って示したもので
あり、１はアルミナセラミックス等の電気絶縁材料から
成る絶縁基体、２は同じく電気絶縁材料より成る蓋体で
ある。この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子を収容す
るための絶縁容器が構成される。

前記絶縁基体１はその上面中央部に半導体素子を収容す
るための凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ底面には半
導体素子３が金〜シリコン（Ａｕ−Ｓｔ）共晶半田や銀
（Ａｇ）系エポキシ接着剤等の接着剤を介し取着される
。

尚、前記絶縁基体１は、例えばアルミナセラミックス等
の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿
状となすとともにこれをドクターブレード法を採用する
ことによってセラミックグリーンシート（セラミック生
シート）を形成し、しかる後、前記セラミック生シート
に適当な打ち抜き加工を施すとともに複数枚積層し、高
温（１５００℃）で焼成することによって製作される。

前記絶縁基体１はその凹部１ａ周辺より周縁部にかけて
メタライズ金属層４が形成されており、該メタライズ金
属層４の凹部１ａ周辺部には半導体素子３の電極がボン
ディングワイヤ５を介し電気的に接続され、またメタラ
イズ金属層４の絶縁基体１周縁部にはコバール（Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金）や４２Ａ１１゜ｙ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）
等の金属から成る外部リード端子６がロウ材７を介し取
着される。

前記メタライズ金属層４はタングステン（Ｗ）、モリブ
デン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末か
ら成り、例えば従来周知のスクリーン印刷法等の厚膜手
法を採用することによって絶縁基体１に被着形成される
。

また前記メタライズ金属層４に外部リード端子６をロウ
付は取着するロウ材７は金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ
）を０．１乃至１５．０重量％、パラジウム（Ｐｄ）、
ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）
の少なくとも１種を０．１乃至５，０重量％含有させた
合金から成り、該合金はメタライズ金属層４のタングス
テン（−）、モリブデン（ＭＯ）等と、また外部リード
端子６のコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）　、４２Ａ
１１ｏｙ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）等と極めて濡れ性（反応性
）が良く、外部リード端子６をメタライズ金属層４に極
めて強固にロウ付は取着することができる。

また前記ロウ材７はそれ自身を構成する金（Ａｕ）、イ
ンジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒ
ｈ）、コバル）　（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の各々が化
学的に安定で耐蝕性に優れ、且つエレクトロマイグレー
ションを起こし難い金属であることがらロウ材７に大気
中に含まれる水分等が付着したとしても導電性の錆を発
生することはなく、また内部に収容する半導体素子３を
作動させた際等においてロウ材に電圧が印加されたとし
てもエレクトロマイグレーションをおこすことも一切な
い。従って多数の外部リード端子６が近接して取着され
ているとしても各外部リード端子６間は短絡することが
なく、絶縁を維持することができる。

尚、前記ロウ材７において主成分としての金（Ａｕ）に
含有されるインジウム（Ｉｎ）はロウ材７の融点を下げ
、外部リード端子６をメタライズ金属層４にロウ付けす
る際の作業性を容易とするための成分であり、その含有
量が０．１重量％未満であると前記性質は付与されず、
また１５．０重量％を越えるとロウ材７が固くなって加
工性が悪くなり、ロウ材７を所定形状に加工できなくな
る。そのため金（Ａｕ）に含有させるインジウム（Ｉｎ
）はその含有量が０．１乃至１５．０重量％の範囲に特
定される。

またパラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト
（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の少なくとも１種はロウ材７
のメタライズ金属層４及び外部リード端子６に対する濡
れ性（反応性）を改善するための成分であり、その含有
量が０．１重量％未満であると前記性質は付与されず、
また５、０重量％を越えるとロウ材７が固くなって加工
性が悪くなるとともに外部リード端子６のロウ付は強度
が低下する。従って含有されるパラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の
少なくとも１種はその含有量が０．１乃至５．０重量％
の範囲に特定される。

また前記絶縁基体１の上面には電気絶縁材料から成る蓋
体２がガラス、樹脂等の封止部材を介して取着され、こ
れによって半導体素子収納用パッケージの内部は外気か
ら完全に気密に封止され、最終製品である半導体装置と
なる。

かくして本発明のリード付き電子部品によれば、絶縁基
体表面に被着させたメタライズ金属層に外部リード端子
を、金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ）を０．１乃至１５
．０重量％、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）　
、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の少なくとも１種
を０．１乃至５．０重量％含有させたメタライズ金属層
と外部リード端子の両方に濡れ性（反応性）が良く、化
学的に安定で導電性の鯖及びエレクトロマイグレーショ
ンの発生が皆無のロウ材奄介して取着したことから変色
や電子部品としての機能を喪失するような導電性の錆及
びエレクトロマイグレーションの発生を皆無として、且
つ外部リード端子のロウ付は強度も極めて強固となすこ
とができる。

（実験例） 次に本発明の作用効果を実験例に基づき説明する。

（１）評価試料 まず出発原料として金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ）、
パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃ
ｏ）及びクロム（Ｃｒ）を第１表に示す組成となるよう
に秤量するとともにこれを加熱溶融し、合金化させてロ
ウ材試料を得る。

尚、試料番号５３は本発明品と比較するための比較試料
であり、従来一般に使用されている銀ロウ材（銀ニア２
．０重量％、銅：２Ｂ、０重量％）である。

そしてこれらの評価試料を使用して下記の評価テストを
行った。その結果を第１表に示す。

（ＩＩ）評価テスト （ａ）外部リード端　ロウ　け　　テストアルミナ質セ
ラミックスから成るセラミック生シート上面にタングス
テン（−）粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得たメ
タライズペーストを長さ０．５ｎｏａ　、幅０．２ｍｍ
　、厚さ２０μｍのパターンに印刷（２０個のパターン
を印刷）するとともにこれを還元雰囲気中（窒素−水素
雰囲気）中、約１５００℃の温度で焼成し、表面にタン
グステンメタライズ金属層を被着させたセラミック基板
を準備する。

次に前記メタライズ金属層上に輻０．５１＋０１、長さ
３０．０ｍｍ＋、厚さ０．２　ｍｍのコバール（Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金）から成る外部リード端子の一端を第１
表に示すロウ材試料を使用して約９００℃の温度でロウ
付けし、そのロウ付は状態を顕微鏡により観察するとと
もに外部リード端子のロウ付は部と反対の一端をロウ付
は面に対し垂直方向に毎秒０．２ｍｍで張力を増加させ
ながら引っ張り、外部リード端子がメタライズ金属層よ
り剥がれた際の全荷重を測定し、その平均値をロウ付は
強度とした。

なお、前記外部リード端子のロウ付は面積は輻り基板に
設けたタングステンメタライズ金属層及び外部リード端
子の外表面にはそれぞれニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ
）がメツキにより被着させである。

（ｂ）耐腐蝕性テスト アルミナ質焼結体から成るセラミック基板上に幅１．０
＋＋ｍ、長さ１０．０ｍ＋ｎの矩形状のメタライズ金属
層一対をその先端が０．２　ｍｍの間隔をもって対向す
るよう被着形成（１０００対のメタライズ金属層を被着
形成）するとともに該メタライズ金属層の外表面全面に
第１表に示すロウ材試料を約９００℃の温度で加熱溶融
させて被着する。

次に前記セラミック基板を表面温度が４５０℃に制御さ
れた熱板上に１分間載置した後、温度６５℃、湿度９５
χの恒温恒湿槽中にて各メタライズ金属層に交互に＋、
−の極性にて５■の直流電圧を所定時間印加してロウ材
試料の腐食を加速度的に行わせ、しかる後、各ロウ材試
料の表面を顕微鏡で観察し、ロウ材試料が腐食、変色し
ているものの数を数えるとともに総数に対する腐食発生
率を求めた。

尚、前記メタライズ金属層はタングステン（−）により
形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル（Ｎ
ｉ）をメツキにより被着させておいた。

（Ｃ）　　エレクトロマイグレシタンテストアルミナ質
焼結体から成るセラミンク基板上に輻１．０　ｍｍ、長
さ１０．Ｏａ＋ｍの矩形状ノメタライズ金属層一対をそ
の先端が０．１１の狭い間隔をもって対向するよう被着
形成（２０対のメタライズ金属層を被着形成）するとと
もに該メタライズ金属層の外表面全面に第１表に示すロ
ウ材試料を約９００℃の温度で加熱溶融させて被着する
。

次に前記各ロウ材試料が被着された一対のメタライズ金
属層間に５０μｌの純水を滴下させるとともに直流１０
Ｖの電圧を印加し、各ロウ材試料にエレクトロマイブレ
シランを加速度的に行わせ、該エレクトロマイブレシラ
ンにより両メタライズ金属層が短絡状態となるまでの時
間を求めるとともにその時間の長さを各ロウ材試料の耐
エレクトロマイブレシランの評価とした。

尚、前記メタライズ金属層はタングステン（−）により
形成し、且つメタライズ金属層の表面にはニッケル（Ｎ
ｉ）をメツキにより被着させておいた。

（以下、余白） 第１表から明らかなようにメタライズ金属層に外部リー
ド端子を従来の銀ロウを使用してロウ材は取着したもの
は外部リード端子のロウ材は強度が１０．２Ｋｇ／ｃｍ
２と強いものの耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率が１
０００Ｈｒのテストで４６．７χと高く、また耐エレク
トロマイグレーションテストでも一対のメタライズ金属
層間が短絡する時間は５５秒と極めて短い。従って、従
来の銀ロウを使用したリード付き電子部品は外部リード
端子のロウ材は強度は強いもののロウ材の耐腐蝕性が劣
り、且つロウ材にエレクトロマイグレーションが極めて
発生し易いものであることが判る。

これに対し、本発明品は外部リード端子のロウ材は強度
が１４．０Ｋｇ以上であり、外部リード端子がメタライ
ズ金属層に極めて強固にロウ材は取着されていることが
判る。

また本発明品は耐腐蝕性テストにおける腐蝕発生率も１
０００Ｈｒのテストで０．９％以下と低く、また耐エレ
クトロマイグレーションテストでも一対のメタライズ金
属層間が短絡する時間は１２００秒以上と極めて長い。

従って、本発明のリード付き電子部品は外部リード端子
のロウ材は強度が強いものであると同時にロウ材の耐腐
蝕性が優れ、且つロウ材にエレクトロマイグレーション
が殆ど発生しないものであることが判る。

また特に、ロウ材として金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ
）を０．５乃至５．０重量％、パラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の
少なくとも１種を０．２乃至３．０重量％含有させたも
のは外部リード端子のロウ材は強度が１６．０ｈ以上と
なり、外部リード端子のロウ材は取着強度が極めて高い
ものとなることが判る。

更にロウ材として金（Ａｕ）にインジウム　（Ｉｎ）を
０．５乃至１．０重量％、パラジウム　（Ｐｄ）を０．
１乃至１．０重量％含有させたものはロウ材の腐蝕及び
エレクトロマイグレーションの発生を皆無として、且つ
外部リード端子のロウ材は強度が１８．０Ｋｇ以上とな
り、外部リード端子のロウ材は取着強度がより高いもの
となることも判る。

尚、本発明においてはロウ材のビ・ノカース硬度を６０
（Ｈν）以下としておくと絶縁基体に設けたメタライズ
金属層に外部リード端子をロウ材は取着する際、ロウ材
が絶縁基体と外部リード端子の熱膨張係数の相違に起因
して発生する応力を良好に吸収し、外部リード端子をメ
タライズ金属層により強固にロウ材は取着することが可
能となることがらロウ材はそのビワカース硬度を６０（
Ｈν）以下とし２ておくことが好ましい。

（発明の効果） 畝上の如く、本発明においては絶縁基体表面に被着させ
たメタライズ金属層に、金（Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ
）を０．１乃至１５．０重量％、パラジウム（Ｐｄ）、
ロジウム（Ｒｈ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）
の少なくとも１種を０．１乃至５．０重量％含有させて
成るロウ材を介して外部リード端子を取着したことによ
り外部リード端子のロウ材は強度が極めて強固で、且つ
電子部品としての機能を喪失するようなロウ材の酸化及
びエレクトロマイグレーションの発生が皆無の高信頼性
のリード付き電子部品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のリード付き電子部品として半導体素子
収納用パンケージを例に採った場合の断面図、第２図は
第１図に示すパッケージの要部平面図である。 １：絶縁基体　　４ニメタライズ金属層６：外部リード
端子　７：ロウ材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属層に、金（
   Ａｕ）にインジウム（Ｉｎ）を０．１乃至１５．０重量
   ％、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、コバルト
   （Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）の少なくとも１種を０．１乃
   至５．０重量％含有させて成るロウ材を介して外部リー
   ド端子を取着したことを特徴とするリード付き電子部品
   。