JPH0412552A - 半導体装置用パッケージ - Google Patents
半導体装置用パッケージInfo
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- JPH0412552A JPH0412552A JP11552790A JP11552790A JPH0412552A JP H0412552 A JPH0412552 A JP H0412552A JP 11552790 A JP11552790 A JP 11552790A JP 11552790 A JP11552790 A JP 11552790A JP H0412552 A JPH0412552 A JP H0412552A
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- Japan
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- melting point
- point glass
- glass
- low melting
- substrate
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- Pending
Links
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
この発明は、AjN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。
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、
Pb0−BzO*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硬であ
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
(A7203)よりも熱伝導度が高いので放熱性に優れ
る。
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、
Pb0−BzO*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硬であ
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
(A7203)よりも熱伝導度が高いので放熱性に優れ
る。
Cu−W放熱板をアルミナA1□03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の母性のた
め、その取り扱いが、困難であった。 Al2O,よりも熱伝導率が制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AJN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、AJN製の基板1とキャ
ップ8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A
l 2’3用のPbO−B2O,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AjNと低融点ガラスとの
境界に無数の気泡5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、 AjN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。 AjN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(S63.12.2G)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AJN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AjN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。
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の母性のた
め、その取り扱いが、困難であった。 Al2O,よりも熱伝導率が制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AJN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、AJN製の基板1とキャ
ップ8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A
l 2’3用のPbO−B2O,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AjNと低融点ガラスとの
境界に無数の気泡5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、 AjN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。 AjN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(S63.12.2G)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AJN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AjN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。
発泡を防ぐためには、AjN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。 本発明においては、AJNの基板などと、PbO−82
03系低融点ガラスの間にバリア層を設ける。 バリア層は11%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、Pb(lB203系ガラスより融点が低ければ
、先にバリア層が融け、PbO−B2O3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、A1゜03
−CaO−MxOy系高融点ガラスを用いる。(ここで
M=Li、Na、 S5 K1Tl、VN Mn1Fe
、 Co1旧、Cu1Zn1Ga1Y1Zr、 Nb1
No11n1Sn、 Ba1W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。 基板1はAIM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。AjNにし
ているので、 Al□03製のものより高放熱性である
。 ムIN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、キヤ、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Aj
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AjN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AjN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ムINを使う必要があるが、
キャップはAjNであっても、他のセラミックであって
も良い。
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。 本発明においては、AJNの基板などと、PbO−82
03系低融点ガラスの間にバリア層を設ける。 バリア層は11%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、Pb(lB203系ガラスより融点が低ければ
、先にバリア層が融け、PbO−B2O3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、A1゜03
−CaO−MxOy系高融点ガラスを用いる。(ここで
M=Li、Na、 S5 K1Tl、VN Mn1Fe
、 Co1旧、Cu1Zn1Ga1Y1Zr、 Nb1
No11n1Sn、 Ba1W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。 基板1はAIM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。AjNにし
ているので、 Al□03製のものより高放熱性である
。 ムIN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、キヤ、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Aj
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AjN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AjN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ムINを使う必要があるが、
キャップはAjNであっても、他のセラミックであって
も良い。
本発明の構成を採ることにより、AjN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、AjN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AjNでなく低融点ガラスと反応しないもの
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、kINパッケージが製造
できる。
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、AjN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AjNでなく低融点ガラスと反応しないもの
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、kINパッケージが製造
できる。
一例として、低融点ガラスにPb0−B*o3系ガラス
を用い、高融点ガラスにAl2(1+ CaO−Mx
O,系高融点ガラス(ここでM = Ll、Na1St
、K、TI、V、Mn) Fei C84旧、Cu、
ZnlGa% YN Zr、 Nb1N。 In、 Sn、 Ba1Wのうちひとつまたは複数の元
素)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−5TD−883C
l014.7 A2の試験を行った。Heリークレート
が、1.OX 10−’ati+−cc/see未満で
あった。コレハ、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。 MIL−5TD−883C1010,G ヒートサイク
ルテスト条件C−[i5℃〜+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.
0 X 10−8atta−cc/sec未満を維持し
ていた。 ヒートショックに対する性能も調べた。 NIL−5TD−883C1011,Ei ヒートンs
”7クチスト条件AO℃〜+100℃ (フロリナート
中)で、ヒートショックをかけた。夏00サイクル後に
おいても、Heリークレートが1.OX 10−8at
m−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 10−8at1cc/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。At2
03パツケ一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。 30IIIII+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”
;TD−883C2024,2)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−cra
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。
を用い、高融点ガラスにAl2(1+ CaO−Mx
O,系高融点ガラス(ここでM = Ll、Na1St
、K、TI、V、Mn) Fei C84旧、Cu、
ZnlGa% YN Zr、 Nb1N。 In、 Sn、 Ba1Wのうちひとつまたは複数の元
素)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−5TD−883C
l014.7 A2の試験を行った。Heリークレート
が、1.OX 10−’ati+−cc/see未満で
あった。コレハ、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。 MIL−5TD−883C1010,G ヒートサイク
ルテスト条件C−[i5℃〜+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.
0 X 10−8atta−cc/sec未満を維持し
ていた。 ヒートショックに対する性能も調べた。 NIL−5TD−883C1011,Ei ヒートンs
”7クチスト条件AO℃〜+100℃ (フロリナート
中)で、ヒートショックをかけた。夏00サイクル後に
おいても、Heリークレートが1.OX 10−8at
m−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 10−8at1cc/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。At2
03パツケ一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。 30IIIII+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”
;TD−883C2024,2)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−cra
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、好適でアル。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。
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、好適でアル。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。
第1図は本発明のバリア層を持っ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 S・・・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 θ・・・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
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 S・・・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 θ・・・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
Claims (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Al_2O_3−CaO−M_xO
_y系高融点ガラス(ここでM=Li、Na、Si、K
、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、G
a、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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11552790A JPH0412552A (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 半導体装置用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11552790A JPH0412552A (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 半導体装置用パッケージ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0412552A true JPH0412552A (ja) | 1992-01-17 |
Family
ID=14664736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11552790A Pending JPH0412552A (ja) | 1990-05-01 | 1990-05-01 | 半導体装置用パッケージ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0412552A (ja) |
-
1990
- 1990-05-01 JP JP11552790A patent/JPH0412552A/ja active Pending
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