JPH0412553A - 半導体装置用パッケージ - 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】

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−８２０３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（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
（ムｔＱｏ３）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Ａｌ２Ｏ３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。 Ａｌ２０Ｇよりも熱伝導率が高いセラミックとしてＡＪ
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ＡｆＮ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Ａｌ
２０Ｇ用のＰｂＯ〜Ｂ２Ｏ３系ガラスを基本組成として
熱膨張率をＡｆＮ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（Ｓ８３．１２．２６）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ＡｆＨ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ＡｆＨ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、ＡＩＮの基板、または基板とキャ
ップとが、ＰｂＯ−８２０３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、ＡｆＮ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ＡｌＮ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−８２０３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
融ケタ時、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、Ａｌ２Ｏ３
Ｂ２Ｏ３ＭＫＯ，系高融点ガラスを用いる。（ここでＭ
＝Ｌｌ、Ｎａｔ　Ｋ　、Ｃａ、　ＴＩ、Ｖ、　Ｍｎ、　
Ｆｅ、　Ｇｏ、Ｎｌ、Ｃｕｓ　Ｚｎｖ　Ｇａ１ＹＮ　Ｚ
ｒ、　Ｎｂ、　Ｍｏ、Ｉｎ、　Ｓｎｘ　Ｂａｔ　Ｗ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ＡＩＭ製である。ＡｌＮにし
ているので、ｊ１２０３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ＡｌＮ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ＡＩＭ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ＡｌＮを使う必要があるが、
キャップはｋｌＮ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、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、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、Ａ７Ｎ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−Ｂ２Ｏ＊系ガラス
を用い、高融点ガラスにＡｌ２Ｏ＋　　Ｂ２０＋　　Ｍ
ＸＯ，系高融点ガラス（ここでＭ　＝　ＬＩ、ｎａｓ　
Ｋ　Ｎ　Ｃａ、　ＴＩ、　Ｖ、Ｋｎ、　Ｆｅ、　ｃｏｄ
　Ｎｅｔ　Ｃｕ１Ｚｎ、　Ｇａ１Ｙ１Ｚｒ、　Ｎｂ、　
ｓ。 Ｉｎｓ　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、翼ＩＬ−５ＴＤ−８８３Ｃ
１０１４，７１２の試験を行った。Ｈｅリークレートが
、１．ＯＸ　１０−”ａｔ■・ｃｃ／ｓｅｃ未満であっ
た。これは、従来のＡｌ２Ｏ３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。 筒ＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ１０１０，Ｉｌｉ　ヒートサ
イクルテスト条件Ｃ−１３５℃〜十１５０℃でヒートサ
イクルをがけた。 １０θサイクル後に於いても、Ｆｉｅリークレートが１
、ＯＸ　１０−”ａｔｌｌ−ｃｃ／ｓｅｃ未満を維持し
ティた。 ヒートシロツクに対する性能も調べた。 間ＩＬ−ＳＴＤ−８８３０１０１１，Ｇ　ヒートショッ
クテスト条件ＡＯ℃〜＋ｉｏｏ℃　（フロリナート中）
で、ヒートショックをかけた。１００サイクル後におい
ても、Ｈｅリークレートが１．θ　Ｘ　１０−”ａｔ１
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
ルとヒートショックとを行った後でも、Ｂｅリークレー
トが、１．ＯＸ　１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅａ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。Ａ１□
０３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。 ３ｈｍ角の基板中、１２ｍ１１１角のキャピテイ以外を
ガラスで封着したパッケージにおいて、ＮＩＬ−ＳＴＤ
−８８３Ｃ２０２４，２）ルク強度テストを行った。最
大トルク強度が、２００〜３００ｋｇｆ−ｃｒＡという
値が得られた。規定値である１３０ｋｇｆ−ｃｍ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　　】ＡＩＮをパッ
ケージ材料にするので、ＡＩ。０３のパッケージより放
熱性が高い。 ＡＩＮ表面にバリア層を設けるので、Ｐｂ（ｌＢ２０３
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ＡＩＮ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ＡＩＮ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・拳・ＡＩＮ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・φ・半導体チップ ７・・・ダイボンド用封着剤 ８・１ボンデイングワイヤ 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

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Ａｌ＿２Ｏ＿３−Ｂ＿２Ｏ＿３−Ｍ
   ＿ｘＯ＿ｙ系高融点ガラス（ここでＭ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ
   、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚ
   ｎ、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。