JPH04168751A - 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。

（従来技術及びその課題） 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、
その上面中央部に半導体集積回路素子を収容するための
凹部及び該凹部周辺より外周端にかけて導出されたタン
グステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末か
ら成るメタライズ配線層を有する絶縁基体と、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収容するとともに該半導゛体集積回
路素子の各電極をボンディングワイヤを介してメタライ
ズ配線層に接続し、しかる後、絶縁基体上面に金属製蓋
体を取着させ絶縁基体と金属製蓋体とから成る容器内部
に半導体集積回路素子を気密に封止することによって最
終製品としての半導体装置となる。

尚、前記絶縁基体はその上面にコバール金属（鉄：５４
．０重量％、ニッケル＋２９．０重量％、コバル）：１
７．０重量％から成る合金）等、鉄台金製の金属枠体が
予めロウ付けされており、該金属枠体に金属製蓋体を溶
接、或いはロウ付けすることによって金属製蓋体は絶縁
基体に取着される。

しかしながら、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、 （１）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
張係数がそれぞれ３．０〜３．５　Ｘｌ０−’／°Ｃ，
６，０〜７．５　Ｘｌ０−’／　’Ｃテあり、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、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（２）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ＩＭＨｚ）と高いため絶縁基体に設けたメタライズ配
線層を伝わる信号の伝播速度が遅く、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収容か不可
となる 等の欠点を有していた。

そこで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ノ熱膨張係数（３，
０〜３．５　Ｘｌ０−’／　°Ｃ）と近似した熱膨張係
数４．０〜４．５　Ｘｌ０−’／　’Ｃ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。

しかしながら、絶縁基体をムライト質焼結体で形成した
場合、該ムライト質焼結体はその熱膨張係数が４．０〜
４．５　Ｘｌ０−’／　’Ｃであり、金属枠体の熱膨張
係数（コバール金属等の鉄台金製：５．６Ｘ１０−’／
　’Ｃ）と相違するため、絶縁基体に金属枠体をロウ付
けするとロウ付は部に両者の熱膨張係数の相違に起因す
る熱応力が内在し、その結果、金属枠体に小さな外力が
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、金属枠体を絶縁基体より剥がれさせてしまうという
欠点を誘発した。

（発明の目的） 本発明は上記諸欠点に鑑み案出されたもので、その目的
は絶縁基体と金属枠体とを強固にロウ付けし、内部に信
号の伝播速度が速い大型の半導体集積回路素子を収容す
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） 本発明は上面に金属枠体がロウ付けされた絶縁基体と金
属製蓋体とから成り、絶縁基体の金属枠体に金属製蓋体
を取着することによって内部に半導体集積回路素子を収
容するようになした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
属枠体をインバー合金から成る板状体の上下面に、該板
状体の厚みに対し１０乃至１８％の厚みを有する銅板を
接合させた金属体で形成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図は本発明にかかる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り、１は絶縁基体、２は金属
製蓋体である。この絶縁基体ｌと金属製蓋体２とで半導
体集積回路素子４を収容するための容器３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集積回路素子
４を収容するための空所を形成する段状の凹部が設けて
あり、凹部底面には半導体集積回路素子４が接着材を介
し取着される。

前記絶縁基体ｌはムライト質焼結体から成り、該ムライ
ト質焼結体はその熱膨張係数が４．０〜４゜５　Ｘｌ０
−＠／　’Ｃであり、半導体集積回路素子４を構成する
シリコンの熱膨張係数（３，０〜３．５　Ｘｌ０−’／
’Ｃ）に近いことから絶縁基体ｌの凹部底面に半導体集
積回路素子４を取着した後、両者に半導体集積回路素子
４を作動時させた際等に発生する熱が印加されたとして
も両者間には大きな熱応力が発生することはなく、該熱
応力によって半導体集積回路素子４が破損したり、絶縁
基体１より剥離したりすることはない。

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
にかけてメタライズ配線層５が形成されており、該メタ
ライズ配線層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の外部に導出させた部位には外部回
路と接続される外部リード端子７がロウ材８を介し取着
されている。

尚、前記ムライト質焼結体から成る絶縁基体１はムライ
ト（３Ａ１２０３　　・２ＳｉＯ□）、シリカ（ＳｉＯ
□）、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る
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ち抜き加工を施
すとともに複数枚積層し、高温（１４００〜１８００°
Ｃ）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配線層５はタングステン、モリブデ
ン、マンガン等の高融点金属粉末から成り、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。

前記メタライズ配線層５は絶縁基体１を構成するムライ
ト質焼結体の誘電率が６．３と低いことからそれを伝わ
る電気信号の伝播速度を極めて速いものとなすこができ
、これによってパッケージ内に信号の伝播速度が速い高
速駆動を行う半導体集積回路素子４を収容することも可
能となる。

また前記メタライズ配線層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はメタライズ配線層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。

前記外部リード端子７はコバール金属（Ｐｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金）や４２ＡｌｌｏＹ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）から成り
、コバール金属等のインゴットを従来周知の圧延加工法
を採用することによって所定の板状に形成される。

また前記絶縁基体１にはその上面にメタライズ金属層９
が被着形成されており、該メタライズ金属層９上には金
属枠体１０が銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けされてい
る。

前記絶縁基体ｌ上面のメタライズ金属層９はタングステ
ン、モリブデン等の高融点金属粉末から成り、該タング
ステン粉末等に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得
た金属ペーストを絶縁基体１の上面に従来周知のスクリ
ーン印刷法により印刷塗布するとともにこれを高温で焼
き付けることによって絶縁基体１の上面に被着形成され
る。

また前記メタライズ金属層９にロウ付けされる金属枠体
１０は金属製蓋体２を絶縁基体１に取着する際の下地金
属部材として作用し、金属枠体１０に金属製蓋体２をシ
ームウェルド法等の溶接、或いはロウ材を介しロウ付け
することにって金属製蓋体２は絶縁基体１上に取着され
る。

前記金属枠体１０はインバー合金にッケル：３６゜５重
量％、鉄：６３．５重量％）から成る板状体の上下面に
、該板状体の厚みに対しｌＯ乃至１８％の厚みを有する
銅板を接合させた金属体から構成され、その熱膨張係数
は４．０〜４．９　Ｘｌ０−’／　’Ｃと成っている。

前記金属枠体ｌＯはその熱膨張係数が４．０〜４．９Ｘ
ＩＯ−’／’Ｃ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（４，０〜４．５　Ｘｌ０−’／
　’Ｃ）と近似していることから絶縁基体１に被着させ
たメタライズ金属層９に金属枠体ｌＯをロウ付けず際、
絶縁基体１と金属枠体１０との間には両者の熱膨張係数
に起因する大きな熱応力が発生することはな（、両者間
に大きな熱応力が内在することもない。従って、ロウ付
は後、金属枠体２に外力が印加されたとしても該外力が
絶縁基体ｌと金属枠体１０の間に内在する熱応力と相俊
って大きくなり、金属枠体１０を絶縁基体１より剥がれ
させることはない。

尚、前記金属枠体ｌＯはインバー合金から成る板状体の
上下面に銅板を圧接し、しかる後、これを圧延すること
によって製作される。

また前記金属枠体ｌＯは銅いた厚みがインバー合金から
成る板状体の厚みに対し１０％未満、或いは１８％以上
の厚みとなると金属枠体ｌＯの熱膨張係数が絶縁基体１
の熱膨張係数と合わなくなって絶縁基体ｌに金属枠体１
０を強固にロウ付けすることができなくなる。従って、
金属枠体１０はインバー合金から成る板状体の上下面に
、該板状体の厚みに対し１０乃至１８％の厚みの銅板を
接合させた金属体に限定される。

また前記メタライズ金属層９、及び金属枠体１０はその
各々の外表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れた金属を
メツキにより２．０乃至２０．０μｍの厚みに層着させ
ておくとメタライズ金属層９及び金属枠体ｌＯ等が酸化
腐蝕し、変色するのを有効に防止することができる。従
って、メタライズ金属層９及び金属枠体１０の外表面に
は酸化腐蝕による変色を有効に防するためにニッケル、
金等を２．０乃゛　　□　至２．０μｍの厚みに層着し
ておくことが好ましい。

かくして前記絶縁基体１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配線層５にボンディングワイ
ヤ６を介して電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の
上面にロウ付けした金属枠体９に金属製蓋体２をシーム
ウェルド法等の溶接、或いロウ材を用いてロウ付けし、
容器３の内部を気密に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詳細
に説明する。

まずインバー合金から成る板状体の厚みと銅板の厚みを
第１表に示す比率とし、これを長さ２０．０ｍｍ、幅０
．４ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍに加工して金属枠体用試料
を得る。

尚、試料番号１２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コバール金属である
。

次にムライト質焼結体から成る絶縁基体の表面に幅２．
０ｍｍ、長さ３．０ｍｍ、厚さ２０〜３０μｍのタング
ステンから成る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金属枠体用の試
料を各々２０個ずつ、その一端を銀ロウ材（ＢＡｇ８：
銀７２．０重量％、銅２８．９重量９６）を介しロウ付
けする。

そして次に前記ロウ付けした試料の他端（ロウ付けした
側の端部とは反対の端部）をロウ付は面に対し垂直方向
に所定の力で引っ張り、試料がムライト質焼結体の絶縁
基体より剥がれた個数を調べるとともにこれを金属枠体
のロウ付は強度の評価とした。

尚、前記試料のロウ付は面積は幅０．４ｍｍ、長さ２、
５１１１１＋１の１．　Ｏｎ＋ｎ＋２とし、またタング
ステンメタライズ金属層の表面はニッケルをメツキによ
り１．５〜２．０μｍの厚みに層着させておいた。

上記の結果を第１表に示す。

（以下、余白） ５３　　　　　第１表 １＝ ［ １］ ト ド 」二部実験結果からも判るように、従来のコバール合金
から成る金属枠体（試料番号１２）は３Ｋｇの力で引っ
張ると金属枠体の全てが剥かれてしまい、ムライト質焼
結体から成る絶縁基体と金属枠体とのロウ付は強度か極
めて低いものであのに対し、本発明のインバー合金から
成る板状体に、該板状体の厚みに対しＩＯ乃至１８％厚
みを有する銅板を接合させた金属体を使用したのは４Ｋ
ｇの力で引っ張っても金属枠体が剥がれることは殆とな
く、ムライト質焼結体か成る絶縁基体と金属枠体とのロ
ウ付は強度が極めて高いものてあことか判る。

特に金属枠体を構成する銅板の厚さをインバー合金から
成る板状体の厚さに対し１２乃至１５％とすると５Ｋｇ
の力で引っ張っても金属枠体の剥がれはなく、金属枠体
をムライト質焼結体か成る絶縁基体に強固にロウ付けす
るには金属枠体を構成する銅板の厚さをインバー合金か
ら成る板状体の厚さに対し１２乃至１５％とすることが
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、絶縁基体を熱膨張係数が４．０〜４゜５　Ｘｌ０
−６／　’Ｃのムライト質焼結体で形成したことから絶
縁基体の熱膨張係数を半導体集積回路素子の熱膨張係数
に近似させることができ、その結果、絶縁基体に大型の
半導体集積回路素子を取着収容した後、絶縁基体と半導
体集積回路素子の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か印加されたとしても両者間には大
きな熱応力が発生することはなく、該熱応力によって半
導体集積回路素子が破損したり、絶縁基体より剥離した
りすることも皆無となる。

また絶縁基体を誘電率か６．３（室温ＩＭＨｚ）と低い
ムライト質焼結体で形成したことから絶縁基体に形成し
たメタライズ配線層を伝播する電気信号の速度を極めて
速いものと成すことができ、その結果、パッケージ内部
に信号の伝播速度か速い高速駆動を行う半導体集積回路
素子を収容することも可能となる。

更、金属枠体をインバー合金から成る板状体の上下面に
、該板状体の厚みに対し１０乃至１８％の圧を有する銅
板を接合させた金属体で構成したことから金属枠体の熱
膨張係数を絶縁基体の熱膨張係数に近似させることがで
き、その結果、絶縁基体の上面に金属枠体をロウ付けす
る際、絶縁基体と金属枠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殆ど発生せず、絶縁基体上面
に金属枠体を極めて強固にロウ付けすることを可能とし
て高信頼性の半導体素子収納用パッケージを提供するこ
ともてきる。

【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・・・金属製蓋体９・・・メタ
ライズ金属層 １０・・・金属枠体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　上面に金属枠体がロウ付けされた絶縁基体と金属製蓋
   体とから成り、絶縁基体の金属枠体に金属製蓋体を取着
   することによって内部に半導体集積回路素子を収容する
   ようになした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、且つ金属枠体
   をインバー合金から成る板状体の上下面に、該板状体の
   厚みに対し１０乃至１８％の厚みを有する銅板を接合さ
   せた金属体で形成したことを特徴とする半導体素子収納
   用パッケージ。