JPH0410644A - ガラス封止型半導体素子収納用パッケージ - 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） 本発明は半導体素子を収容するための半導体素子収納用
パッケージに関し、より詳細にはガラス溶着によってパ
ッケージの封止を行うガラス封止型半導体素子収納用パ
ッケージの改良に関するものである。

（従来技術及びその課題） 従来、半導体素子、特に半導体集積回路素子を収容する
ためのガラス封止型半導体素子収納用パッケージは、ア
ルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、中央部
に半導体素子を収容するための方形状の凹部を有し、上
面に封止用の低融点非晶質ガラス層が被着された絶縁基
体と、同じく電気絶縁材料から成り、中央部に半導体素
子を収容するための凹部を有し、下面に封止用の低融点
非晶質ガラス層が被着された蓋体と、内部に収容する半
導体素子を外部の電気回路に電気的に接続するための外
部リード端子とにより構成されており、絶縁基体の上面
に外部リード端子を載置させるとともに予め被着させて
おいた封止用の低融点非晶質ガラス層を溶融させること
によって外部す−ド端子を絶縁基体に仮止めし、次に前
記絶縁基体の凹部に半導体素子を取着するとともに該半
導体素子の各電極をポンディングワイヤを介して外部リ
ード端子に接続し、しかる後、絶縁基体と蓋体とをその
相対向する主面に被着させておいた封止用の低融点非晶
質ガラス層を溶融一体止させ、絶縁基体と蓋体とから成
る絶縁容器を気密に封止することによって半導体装置と
なる。

しかし乍ら、この従来のガラス封止型半導体素子収納用
パッケージは半導体素子を絶縁基体の凹部に取着する際
、半導体素子の取着を強固とするために絶縁基体を約４
５０°Ｃの温度に加熱しており、該加熱によって絶縁基
体の上面に外部リード端子を仮止めしている封止用の低
融点非晶質ガラス層が軟化溶融してしまい、絶縁基体の
上面における外部リード端子の取着位置が変動し、外部
リード端子と絶縁基体との相対的位置決めが困難となる
欠点を有していた。

またこの時、溶融した低融点非晶質ガラスの一部が絶縁
基体の凹部内に流れ込んで半導体素子に接触し、半導体
素子の特性に劣化を招来してしまうという欠点も有して
いた。

そこで上記欠点を解消するために絶縁基体上に外部リー
ド端子を固定するガラスとして半導体素子の取着固定の
熱によっても軟化溶融しない高融点の結晶質ガラスを使
用することが提案されている（案分昭和６３−３１６６
号参照）。

しかし乍ら、この結晶質ガラスは一般に酸化鉛（ＰｂＯ
）　６１．０重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）　９．３重量
％、酸化ジルコニウム（Ｚｒ０２）　９．２重量％、シ
リカ（Ｓｉ０２）８．４重量％及び酸化ホウ素（Ｂ２０
３）　８．８重量％から成り、その熱膨張係数は約８０
Ｘ１０−７／　’Ｃで半導体素子収納用パッケージの絶
縁基体及び蓋体を形成するアルミナセラミックスの熱膨
張係数（６５〜７５Ｘ１０−７／　’Ｃ）と差異を有す
る。

そのためこの半導体素子収納用パッケージの内部に半導
体素子を収容し半導体装置と成した後、該半導体装置を
外部回路基板上にリフロー半田等の高温雰囲気による過
酷な条件のもとで取着接続させた場合、結晶質ガラスと
絶縁基体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して生
じる応力によって結晶質ガラスにクラックが発生し、そ
の結果、容器の気密封止が破れ、絶縁容器内部に収容す
る半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動さ
せることができないという解決すべき課題を有していた
。

（発明の目的） 本発明は上述の諸欠点に鑑み案出されたものでその目的
はりフロー半田等の高温雰囲気による過酷な条件が印加
されたとしても結晶質ガラスにクラックが発生するのを
皆無となし、半導体素子を収容する絶縁容器の気密封止
を完全として絶縁容器内部に収容する半導体素子を長期
間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる半
導体素子収納用パッケージを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は半導体素子を外部回路に電気的に接続する外部
リード端子が熔融結晶化させた結晶質ガラスによって固
着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温度で
軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、前記
蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶縁基
体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体素子
を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体素子
収納用パッケージにおいて、前記結晶質ガラスが酸化鉛
６２．０乃至６７３０重量％、酸化シリコン５．０乃至
９，０重量％、酸化ホウ素４，０乃至８．０重量％、酸
化アルミニウム１２．０乃至１９．０重量％、酸化亜鉛
５．５乃至１０．０重量％から成ることを特徴とするも
のである。

（実施例） 次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明のガラス封止型半導体素子収納用パッケ
ージの一実施例を示し、１はアルミナセラミックス等の
電気絶縁材料より成る絶縁基体、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とによ
り半導体素子３を収容する絶縁容器が構成される。

前記絶縁基体１及び蓋体２にはそれぞれの中央部に半導
体素子３を収容するための凹部が設けて６一 あり、絶縁基体ｌの凹部１ａ底面には半導体素子３がロ
ウ材等の接着材を介し取着固定される。

尚、前記絶縁基体１及び蓋体２は従来周知のプレス成形
法を採用することによって形成され、例えば絶縁基体１
及び蓋体２がアルミナセラミックスから成る場合には第
１図に示すような絶縁基体１または蓋体２に対応した形
状を有するプレス型内にアルミナセラミックスの粉末を
充填させるとともに一定圧力を印加して成形し、しかる
後、成形品を約１５００°Ｃの温度で焼成することによ
って製作される。

前記絶縁基体ｌはその上面にコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金）や４２Ａ１１ｏｙ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）等の金属
材料から成る外部リード端子４の一端がガラス部材５に
より固着されており、該外部リード端子４は半導体素子
３の各電極かワイヤ６を介し電気的に接続され、外部リ
ード端子４を外部回路に接続することにより半導体素子
３は外部回路と接続されることとなる。

前記外部リード端子４を絶縁基体１上面に固着するガラ
ス部材５は酸化鉛６２．０乃至６７．０重量％、酸化シ
リコン５．０乃至９．０重量％、酸化ホウ素４゜０乃至
８．０重量％、酸化アルミニウム１２．０乃至１９．０
重量％、酸化亜鉛５．５乃至１０００重量％の結晶質ガ
ラスより成り、該結晶質ガラスから成るガラス部材５は
一旦結晶化すると極めて高い温度（例えば約６００　’
Ｃ前後）にしない限り軟化、溶融することはなく、従っ
て外部リード端子４がガラス部材５を介して固着された
絶縁基体ｌの凹部１ａに半導体素子３を取着する際、該
半導体素子３の取着強度を強固とするために絶縁基体１
を約４５０°Ｃに加熱したとしてもガラス部材５は軟化
、溶融することはな（、外部リード端子４の絶縁基体１
上面における相対的な位置決めを完全なものとなすとと
もにガラス部材５が溶融し半導体素子３に接触して半導
体素子３の特性に劣化をきたすこともない。

また前記ガラス部材５はその熱膨張係数が７３×１０−
７／　°Ｃであり、絶縁基体１を形成するアルミナセラ
ミックスの熱膨張係数と近似することからりフロー半田
等の高温雰囲気が印加されたとしてもフロー半田等の高
温雰囲気が印加されたとしても絶縁基体１とガラス部材
５との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して生じる応
力によってガラス部材５にクラックが発生することは一
切なく、絶縁容器の気密封止を常に完全となし、絶縁容
器内部に収容する半導体素子を長期間にわたり正常、且
つ安定に作動させることが可能となる。

尚、前記ガラス部材５は酸化鉛（ＰｂＯ）が６２．０重
量％未満であると熱膨張係数が小さくなってガラス部材
５の熱膨張係数が絶縁基体１の熱膨張係数と合わなくな
り、また６７．０重量％を越えるとガラス部材５の耐薬
品性が劣化して絶縁容器の気密封止の信頼性が大きく低
下するため酸化鉛（ＰｂＯ）は６２．０乃至６７．０重
量％の範囲に限定される。

また酸化シリコン（ＳｉＯ□）が５．０重量％未満であ
ると熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１の熱膨張係数
と合わなくなるとともにガラス部材５の流動性が損なわ
れ、絶縁容器の気密封止が困難となってしまい、また９
、０重量％を越えるとガラスの溶融温度が上がり絶縁容
器内部に収容する半導体素子に熱劣化を招来させること
から酸化シリコン（Ｓ１０２）は５．０乃至９．０重量
％の範囲に限定される。

また酸化ホウ素（Ｂ２（ｈ）が４．０重量％未満である
とガラス部材５の熱膨張係数が大きくなって絶縁基体１
の熱膨張係数と合わなくなり、また８、０重量％を越え
るとガラス部材５の耐薬品性が劣化して絶縁容器の気密
封止の信頼性が大きく低下するため酸化ホウ素（Ｂ２０
．）は４．０乃至８．０重量％の範囲に限定される。

また酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ２）が１２．０重量％
未満であるとガラスの流動性が損なわれ絶縁容器の気密
封止が困難となってしまい、また１９．０重量％を越え
るとガラス部材５の熱膨張係数が小さくなって絶縁基体
ｌの熱膨張係数と合わなくなることから酸化アルミニウ
ム（Ａ１２０３）は１２．０乃至１９．０重量％の範囲
に限定される。

また酸化亜鉛（ＺｎＯ）が５．５重量％未満であるとガ
ラス結晶化が困難となって外部リード端子４を強固に固
定することができな（なり、また１０．０重量％を越え
るとガラスの流動性が損なわれ絶縁容一 器の気密封止が困難となってしまうことから酸化亜鉛（
ＺｎＯ）は５．５乃至１０．０重量％の範囲に限定され
る。

前記ガラス部材５を用いて外部リード端子４を絶縁基体
１の上面に固着する方法としては、まず上述したガラス
原料粉末に適当な溶剤を添加し、ガラスペーストを作る
とともにこのガラスペーストを従来周知のスクリーン印
刷法により絶縁基体１の上面に印刷塗布させ、次に前記
絶縁基体１に塗布したガラスペースト上に外部リード端
子４の一端を載置するとともにこれを約５００°Ｃの温
度に加熱し、ガラスペーストを加熱溶融させ、結晶状態
と成すことによって行われる。

また前記蓋体２にはその下面に低融点の非晶質ガラスか
ら成るガラス部材７が被着されており、該ガラス部材７
は蓋体２を絶縁基体ｌ上面に取着し、絶縁容器の内部を
気密に封止する作用を為す。

尚、前記ガラス部材７は酸化鉛（ＰｂＯ）　７５重量％
、酸化チタン（ＴｉＯ２）　９．０重量％、酸化ホウ素
（Ｂ２ｏ３）７．５重量％、酸化亜鉛（Ｚｎ’０）２．
０重量％等から成り、該ガラス原料粉末に適当な溶剤を
添加して得たガラスペーストを従来周知のスクリーン印
刷等の厚膜手法を採用することにより蓋体２の下面に所
望厚みに被着形成される。

前記ガラス部材７はその軟化、溶融温度が約４００°Ｃ
前後の低いものであることから、該ガラス部材７を約４
００°Ｃの温度に加熱し、蓋体２を絶縁基体１上面に取
着して絶縁容器を気密封止する際、絶縁基体１上面に取
着されているガラス部材５に気密封止の熱が印加された
としてもガラス部材５は軟化溶融することは一切なく、
外部リード端子４を常に所定位置に固定しておくことが
できる。

かくしてこの半導体素子収納用パッケージによれば絶縁
基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３を取着固定すると
ともに該半導体素子３の各電極をワイヤ６により外部リ
ード端子４に接続させ、しかる後、絶縁基体１と蓋体２
とを蓋体２の下面に予め被着させておいたガラス部材７
を加熱溶融させ、接合させることによって内部に半導体
素子３を気密に封止し、これによって最終製品としての
半導体装置が完成する。

（発明の効果） 本発明は絶縁基体の上面に外部リード端子を固着するガ
ラス部材として酸化鉛６２．０乃至６７．０重量％、酸
化シリコン５，０乃至９．０重量％、酸化ホウ素４．０
乃至８，０重量％、酸化アルミニウム１２．０乃至１９
．０重量％、酸化亜鉛５．５乃至ｌ０１０重量％から成
る結晶質ガラスを使用したことから絶縁基体の凹部内に
半導体素子を取着する際、該半導体素子の取着強度を強
固とするために絶縁基体を約４５０°Ｃに加熱したとし
ても外部リード端子を固着するガラス部材は軟化、溶融
することが一切なく、外部リード端子の絶縁基体上面に
おける相対的な位置決めを完全なものとなすとともにガ
ラス部材が溶融し半導体素子に接触して半導体素子の特
性に劣化をきたすこともない。

また前記ガラス部材はその熱膨張係数が７３×１０−７
／　°Ｃであり、絶縁基体を形成するアルミナセラミッ
クスの熱膨張係数と近似することからりフロー半田等の
高温雰囲気による過酷な条件が印加されたとしても絶縁
基体とガラス部材との間に両者の熱膨張係数の相違に起
因して生じる応力によってガラス部材にクラックが発生
することは一切なく、絶縁容器の気密封止を常に完全と
して絶縁容器内部に収容する半導体素子を長期間にわた
り正常、且つ安定に作動させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガラス封止型半導体素子収納用パ
ッケージの一実施例を示す断面図である。 １・・絶縁基体 ２・・蓋体 ４・・外部リード端子 ５・・結晶質ガラスから成るガラス部材７・・蓋体に被
着されたガラス部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体素子を外部回路に電気的に接続する外部リード
   端子が熔融結晶化させた結晶質ガラスによって固着され
   た絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温度で軟化溶
   融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、前記蓋体の
   ガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶縁基体と蓋
   体とを接合させることによって内部に半導体素子を気密
   に封入するようになしたガラス封止型半導体素子収納用
   パッケージにおいて、前記結晶質ガラスが酸化鉛６２．
   ０乃至６７．０重量％、酸化シリコン５．０乃至９．０
   重量％、酸化ホウ素４．０乃至８．０重量％、酸化アル
   ミニウム１２．０乃至１９．０重量％、酸化亜鉛５．５
   乃至１０．０重量％から成ることを特徴とするガラス封
   止型半導体素子収納用パッケージ。