JPH0411754A - 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） 本発明は半導体集積回路素子を収容するための半導体素
子収納用パッケージの改良に関するものである。

（従来技術およびその課題） 従来、半導体素子、特にＬＳＩ等の半導体集積回路素子
を収容するための半導体素子収納用パッケージは、一般
にアルミナセラミックス等の電気絶縁材料から成り、そ
の上面略中央部に半導体集積回路素子を収容するための
凹部を有し、且つ上面にモリブデン（ＭＯ）、タングス
テン（Ｗ）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、半導体集積回路素子を外部回路
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
ウ等のロウ材を介し取着された外部リード端子と金属製
蓋体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導
体集積回路素子を取着固定し、半導体集積回路素子の各
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
て電気的に接続するとともに絶縁基体上面に金属製蓋体
を金−錫合金（ＡｕＳｎ合金）等から成る封止材により
接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器の内部に半導
体集積回路素子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、近時、半導体集積回路素子の大型化、信号
の伝播速度の高速化か急激に進み、該半導体集積回路素
子を上記従来の半導体素子収納用パッケージに収容した
場合、以下に述べる欠点を有したものとなる。

即ち、 ■半導体集積回路素子を構成するシリコンとパッケージ
の絶縁基体を構成するアルミナセラミックスの熱膨張係
数かそれぞれ３．０〜３．５Ｘ１０−６／℃１６，０〜
７．５　Ｘｌ０−’／　’Ｃであり、大きく相違するこ
とから両者に半導体集積回路素子を作動させた際等に発
生する熱が印加されると両者間に大きな熱応力が発生し
、該熱応力によって半導体集積回路素子が破損したり、
半導体集積回路素子が絶縁基体より剥離して半導体装置
としての機能を喪失させてしまう。

■パッケージの絶縁基体を構成するアルミナセラミック
スはその誘電率が９〜１０（室温ＩＭＨ２）と高いため
、絶縁基体に設けたメタライズ金属層を伝わる信号の伝
播速度か遅く、そのため信号の高速伝播を要求する半導
体集積回路素子はその搭載収容が不可となる。

等の欠点を有していた。

そこて上記欠点を解消するために半導体素子収納用パッ
ケージの絶縁基体をアルミナセラミックスに代えて半導
体集積回路素子を構成するシリコンの熱膨張係数（３，
０〜３．５　ＸＩＯ’−’／　”Ｃ）と近似した熱膨張
係数４．０〜４゜５　Ｘｌ０−’／　℃を有し、且つ誘
電率が６．３と低いムライト質焼結体を用いることが検
討されている。

しかし乍ら、このムライト質焼結体をパッケージの絶縁
基体として使用した場合、絶縁基体に金属製蓋体を金−
錫合金（Ａｕ−３ｎ合金）等の封止材を介して接合する
と絶縁基体（ムライト質焼結体）と金属製蓋体（コバー
ル：５４．０重量％Ｆｅ−２９，０重量％Ｎｉ−１７，
０重量％Ｃｏ合金、４２ＡＩｌｏｙ：　５８．０重量％
Ｆｅ　−４２，０重量％Ｎｉ合金から成る）の熱膨張係
数がそれぞれ４．０〜４．５　Ｘｌ０−’／　’Ｃ１５
，７〜８．５×１０−”／”Ｃと相違することから両者
の熱膨張係数の相違に起因する熱応力か接合部に内在し
、その結果、蓋体に小さな外力か印加されても該外力は
前記内在応力と相俊って大きくなり、蓋体を絶縁基体よ
り剥離させ、容器の気密封止を破ってしまうという問題
を有していた。

（発明の目的） 本発明は上記欠点に鑑み案出されたちので、その目的は
絶縁基体に蓋体を強固に接合するのを可能として容器の
気密封止を完全となし、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かてきる
高信頼性の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収容すための凹部を有する絶縁基
体と金属製蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージ
においで、前記絶縁基体をムライト質焼結体で形成し、
且つ金属製蓋体の熱膨張係数を３．５乃至５．ＯＸｌ０
−’／　’Ｃ（２０〜４００℃）としたことを特徴とす
るものである。

（実施例） 次に本発明を添付図面に示す実施例に基づき詳細に説明
する。

第１図は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示し、ｌはムライト質焼結体から成る絶縁基体、２
は金属製の蓋体である。この絶縁基体ｌと蓋体２とで容
器３か構成される。

前記絶縁基体ｌはその上面中央部に半導体集積回路素子
４を収容すための空所を形成する段状の凹部が設けてあ
り、該凹部底面には半導体集積回路素子４か接着材を介
し取着される。

また前記絶縁基体ｌには凹部段状上面から容器３の外部
に導出するメタライズ金属層５か形成されており、該メ
タライズ金属層５の凹部段状上面部には半導体集積回路
素子４の各電極がボンディングワイヤ６を介し電気的に
接続され、また容器３の外部に導出された部位には外部
回路と接続されるコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や
４２Ａｌ　１ｏｙ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）から成る外
部リード端子７か銀ロウ等のロウ材８を介し取着されて
いる。

前記ムライト質焼結体から成る絶縁基体１は例えば、ム
ライト（３Ａ１２０３　　・２ＳｉＯ２）、シリカ（Ｓ
ｉＯ□）、マグネシア（ＭｇＯ）　、カルシア（Ｃａｂ
）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
すことによってグリーンシート（生シート）を形成し、
しかる後、前記グリーンシートに適当な打抜き加工を施
すとともに複数枚積層し、高温（１４００〜１８００℃
）で焼成することによって製作される。

また、前記メタライズ金属層５はタングステン（Ｗ）、
モリブデン（ＭＯ）等の金属粉末から成り、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ｌの凹部段状上面から容器３の外部に導出する
よう被着形成される。

尚、前記絶縁基体１はムライト質焼結体より成っている
ことからその誘電率は６．３と低く、該絶縁基体ｌに設
けたメタライズ金属層５を伝わる電気信号の伝播速度を
極めて速いものとなすことかできる。

また前記絶縁基体１に被着させたメタライズ金属層５に
ロウ付けされる外部リード端子７は内部に収容する半導
体集積回路素子４を外部回路に接続する作用を為゛し、
外部リード端子７を外部回路に接続することによって内
部に収容される半導体集積回路素子４はメタライズ金属
層５及び外部リード端子７を介し外部回路に電気的に接
続されることとなる。

尚、前記外部リード端子７はニッケル（Ｎｉ）２８．０
乃至３２．０重量％、コバルト（Ｃｏ）８．０乃至１５
．０重量％で、且つ合量が３８．０乃至４７．０重量％
のニッケル−コバルトと５３．０乃至６２．０重量％の
鉄（Ｆｅ）との合金より成る金属で形成すると、その熱
膨張係数か３．５乃至５．ＯＸｌ０−’／　’Ｃとなっ
てムライト質焼結体から成る絶縁基体ｌの熱膨張係数と
近似し、外部リード端子７を絶縁基体ｌに強固に取着す
ることか可能となる。従っで、外部リード端子７はニッ
ケル（Ｎｉ）２８．０乃至３２．０重量％、コバルト（
Ｃｏ）８゜０乃至１５．０重量％で、且つ合量が３８．
０乃至４７．０重量％のニッケル−コバルトと５３．０
乃至６２．０重量％の鉄（Ｆｅ）との合金より成る金属
で形成することが好ましい。

また前記メタライズ金属層５にロウ材８を介してロウ付
けされた外部リード端子７はその外表面に耐蝕性に優れ
たニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等から成る被覆層９が
メツキ等により被着されており、該被覆層９によってメ
タライズ金属層５、ロウ材８及び外部リード端子７は酸
化腐食するのか有効に防止されている。

前記絶縁基体ｌはまたその上面に金属製蓋体２が金−錫
合金（Ａｕ−３ｎ合金）等から成る封止材を介して接合
され、これによって容器３の内部に半導体集積回路素子
４を気密に封止する。

前記蓋体２はニッケル（Ｎｉ）２８．０乃至３２．０重
量％、コバルト（Ｃｏ）８．０乃至１５．０重量％で、
且つ合量が３８．０乃至４７．０重量％のニッケル−コ
バルトと５３．０乃至６２゜０重量％の鉄（Ｆｅ）との
合金より成り、その熱膨張係数か３．５乃至５．ＯＸｌ
０−’／　’Ｃ（２０〜４００’Ｃ）のものとなってい
る。

前記蓋体２はその熱膨張係数が３．５乃至５．０×ｔｏ
−’／　”Ｃ（２０〜４００℃）であり、絶縁基体１を
構成するムライト質焼結体の熱膨張係数と近似している
ことから絶縁基体１に蓋体２を接合する際、絶縁基体ｌ
と蓋体２との間には両者の熱膨張係数の相違に起因する
大きな熱応力か発生することはなく、両者の接合部に大
きな応力か内在することもない。従っで、接合後、蓋体
２に外力が印加されたとしても該外力か接合部に内在す
る応力と相俊って大となり、絶縁基体ｌより蓋体２を剥
離させることはなくなる。

前記蓋体２は例えは、ニッケル（Ｎｉ）　２８．０乃至
３２．０重量％、コバルト（Ｃｏ）８．０乃至１５．０
重量９６で、且つ合量が３８．０乃至４７．０重量％の
ニッケル−コバルトと５３．０乃至６２．０重量％の鉄
（Ｆｅ）を加熱溶融し、合金化させてインゴットを作る
とともに該インゴットを従来周知の圧延加工法及び打抜
き加工法によって所望する厚み、形状に形成される。

かくして前記絶縁基体ｌの凹部底面に半導体集積回路素
子４を接着材を介し取着するとともに半導体集積回路素
子４の各電極をメタライズ金属層５にボンディングワイ
ヤ６を介し電気的に接続し、しかる後、絶縁基体ｌの上
面に蓋体２を、金−錫合金（ＡｕＳｎ合金）等から成る
封止材で取着し、容器３を気密封止することによって最
終製品としての半導体装置となる。

（実験例） 次に本発明の作用効果を以下に示す実験例に基づき説明
する。

まず、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）及び鉄（Ｆ
ｅ）を第１表に示す値に秤量し、これを合金化させて幅
０．４ｍｍ、長さ２０．０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの棒
状試料を得る。

尚、試料番号２１及び２２は本発明品と比較するための
比較試料であり、従来一般に蓋体として使用されている
コバール金属及び４２Ａｌｌｏｙである。

次にムライト質焼結体から成る基板の表面に幅５．０ｍ
ｍ、長さ２．０ｍｍ、厚さ２０〜３０μｍのタングステ
ンメタライズ金属層を多数個、被着形成するとともに該
メタライズ金属層上に前記棒状試料を各々２０個ずつ、
その一端を金−錫合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）を介し接合す
る。

そして次に前記接合した棒状試料の他端（接合した側の
端部とは反対の端部）を接合面に対し垂直方向に所定の
力で引っ張り、棒状試料かムライト質焼結体から成る基
板より剥がれた個数を調べるとともにこれを蓋体の接合
強度の評価とした。

尚、前記棒状試料の接合面積は幅０．４ｍｍ、長さ２、
５ｍｍの１．０ｍｍ２とし、またタングステンメタライ
ズ金属層の外表面にはニッケル（Ｎｉ）をメツキにより
１．５〜２．０μｍの厚みに被着させておいた。

上記の結果を第１表に示す。

（以下、余白） 第１表 章印を付した試料番号のものは本発明の節回外のもので
あ。

上記実験結果からも判るように、従来、蓋体として使用
されているコバール金属もしくは４２Ａ１１゜ｙから成
るもの（試料番号２１及び２２）は３Ｋｇの力で引っ張
ると棒状試料のほとんとが剥がれてしまい、ムライト質
焼結体から成る絶縁基体と蓋体との接合強度か極めて低
いものであるのに対し、本発明の熱膨張係数が３．５乃
至５．ＯＸｌ０−’／　’Ｃの棒状試料を使用したもの
は４Ｋｇの力で引っ張っても棒状試料の剥がれはほとん
どなく、ムライト質焼結体から成る絶縁基体と蓋体との
接合強度を極めて高いものとなすことかできる。

特に、棒状試料の熱膨張係数を３．９８乃至４．６８Ｘ
ｔｏ−’／　’Ｃの範囲としたものは５Ｋｇの力で引っ
張っても棒状試料の剥がれはなく、蓋体をムライト質焼
結体から成る絶縁基体に強固に接合するには蓋体の熱膨
張係数を３．９８乃至４．６８　Ｘ　１０−’／　’Ｃ
の範囲とすることか好ましい。

（発明の効果） 以上の通り、本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、ムライト質焼結体から成る絶縁基体の上面に接合
する蓋体の熱膨張係数を３．５乃至５、ＯＸｌ０−’／
　’Ｃ（２０〜４００℃）としたことから、絶縁基体と
蓋体の熱膨張係数を近似させることかてき、その結果、
絶縁基体上面に蓋体を接合する際、絶縁基体と蓋体との
間には両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力はほと
んど発生せず、絶縁基体に蓋体を極めて強固に接合させ
るのを可能として容器の気密封止を完全となし、内部に
収容する半導体集積回路素子を長期間にわたり正常、且
つ安定に作動させることかできる高信頼性の半導体素子
収納用パッケージとなる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の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　３：容器 ５：メタライズ金属層　７：外部リード端子８：ロウ材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子を収容すための凹部を有する絶縁基体
   と金属製蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージに
   おいて、前記絶縁基体をムライト質焼結体で形成し、且
   つ金属製蓋体の熱膨張係数を３．５乃至５．０×１０＾
   −＾６／℃（２０〜４００℃）としたことを特徴とする
   半導体素子収納用パッケージ。
2. （２）前記金属製蓋体がニッケル２８．０乃至３２．０
   重量％、コバルト８．０乃至１５．０重量％で、且つ合
   量が３８．０乃至４７．０重量％のニッケル−コバルト
   と５３．０乃至６２．０重量％の鉄との合金より成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体素子
   収納用パッケージ。