JPH0456256A - 回路装置及びその製造方法 - 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、回路装置及びその製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術〕 従来、回路装置に半導体集積回路素子を組み込むための
気密容器として、セラミックス基板とキャビティ一部を
形成するための開口部を有するセラミックス基板もしく
は金属板との間に金属製リード端子、たとえば銅−ジル
コニア合金であるＯＭＧ合金（商標）、銅−タングステ
ン複合体である５ＭＣｌ　（商標）を挟持して、低融点
ガラスにより接合してなるセラミックスパッケージやセ
ラミックス基板とセラミックスの上蓋とを低融点ガラス
にて接合し、気密封止してなるセラミックスパッケージ
が知られている。

これら、低融点ガラスによる接合は、金属製リード端子
などの金属部材の酸化を防止するため、窒素ガス、窒素
−水素混合ガス、アルゴンガスなどの非酸化性雰囲気中
４００〜１０００℃の温度に加熱して行なわれる。

しかしながら、このような非酸化性雰囲気中で上記接合
が行なわれるため低融点ガラス層中に含まれる有機性バ
インダの脱バインダーが完全に行なわれず、脱バインダ
ーによって生じるガスが溶融したガラス層内に気泡とし
て点在する様になる。

このような気泡はときには相互につながり、接合部の内
部と外部とを連通ずる空隙（気泡）を形成することにな
り、気密性を低下させるという欠点がある。

この様な、ガラス層内の空隙を発生させないように、あ
らかじめ上記接合部を離して加熱することにより、ガラ
ス内に含まれるガスの脱泡を図り、その後気密封止を行
なうことにより、気密性の低下を防止するという報告（
特公昭５２−４１１８４号公報）もある。

しかしながら、ガラスは、接合時に高温になっており、
更に非酸化性雰囲気にさらされるため、還元される場合
もあり、絶縁性が低下したり、機械的強度が低下すると
いう欠点がある。

さらには、ガラス中の脱パイを完全に行ない、ガラスの
還元による劣化を防止するため、酸化雰囲気中、たとえ
ば、空気中でガラス接合を行なった場合、金属製端子表
面は、酸化されて使用不可能となってしまう。特に熱伝
導率や電気伝導度が高いという利点を有するＯＭＧ合金
やＳＭＣＨ複合体などは、表面にＣｕを主成分とする複
合酸化物からなる酸化腐食層を生成し、後処理、たとえ
ば、酸−アルカリ洗浄によっても回復不可能になってし
まうという欠点を有する。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解
消しようとするものであり、従来知られていなかったＣ
ｕを含有した酸化性を有する金属の表面に高温酸化性雰
囲気中において酸化腐食を防止する組成物を形成した耐
酸化金属部材とセラミックス基板が接合された構造を有
することを特徴とする回路装置及びその製造方法を新規
に提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり
、銅（Ｃｕ）を含有した酸化性を有する金属の表面に 銀　　　　　　　　　　３０〜９９重量％金　　　　　
　　　　　０．５〜７０重量％パラジウム　　　　　０
〜６０重量％ 白金　　　　　　　　　１〜３５重量％からなる組成物
を形成した耐酸化金属部材とセラミックス基板が接合さ
れている構造を有することを特徴とする回路装置を提供
するものである。

以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例にかかる回路装置の基本的構成
を示す断面図であり、第２図は第１図に示す本発明の回
路装置の組立工程を示す断面図である。

第１図、第２図において、１はリードフレーム、２は絶
縁基板、３は接合用の基体、３゛は基体３の開口部、４
，４°は金属層、５は接合用のガラスペースト、６はガ
ラスペースト５を焼成してなるガラス層、７はＩＣのベ
アーチップ、８はワイヤーボンディング用のワイヤー９
はセラミックス又はＣｕ含有金属製等の上蓋。

ｌＯは接合用の半田である。

リードフレーム１はＣｕを含有した酸化性を有する金属
（Ｃｕ含有金属）の表面に耐酸化性を付与する組成物を
形成した耐酸化性金属部材よりなる。このＣｕ含有金属
とは、−船釣に、熱伝導率、電気伝導度が高く酸化性を
有するＯＭＣ合金、ＳＭＣＨ１銅（Ｃｕ）−Ｎｉ合金等
をさすが、銅を含有し、８００℃以上の融点を有する金
属ならばこれに限定されない。これら合金は、熱伝導率
、電気伝導度が高いため半導体パッケージのり−ドビン
やシールリング、放熱板等の金属部材として用いられて
いる。

このＣｕ含有金属に耐酸化性を付与する組成物として次
の組成物が適当である。％は、特に記載しない限り重量
％を意味する。

銀（Ａｇ）　　　　　　３０〜９９％ 金（Ａｕ）　　　　　０．５〜７０％ パラジウム（Ｐｄ）　　　　　Ｏ〜６０％白金（Ｐｔ）
　　　　　　　　１〜３５％該組成物のＡｇは耐酸化性
に強（関係する。

Ａｇは、耐酸化性を付与する必須の成分であり、９９％
と非常に含有率が高くても耐酸化性を付与できる。Ａｇ
が３０％未満の場合４００℃以上の温度領域においてＣ
ｕ含有金属（以下母材ということもある）から母材中の
Ｃｕが本発明にかかる合金表面に拡散し、Ｃｕの酸化層
が生成するため適当でない。

望ましい範囲は、３０〜９５％であり、さらに望ましく
は、４０〜９０％である。特に望ましくは、５０〜８０
％である。

Ａｕ　、Ｐｄ　、Ｐｔは、Ａｇの母材との接合に安定性
を付与する成分であり、Ａｇ膜の母材との接着力を強化
すると共に、Ａｇの高温時における蒸発を防止する役割
をはたす。

Ａｕは、必須成分であり７０％を越えると母材中のＣｕ
が表面に拡散しやすくなり、耐酸化性が低下するので適
当でない。Ａｕが０．５％より少ないとＣｕ含有金属と
の接着が悪くなる。

望ましい範囲は、５〜７０％である。さらに望ましくは
、１０〜６０％であり、特に望ましい範囲は、２０〜５
０％である。

Ｐｄは、必須成分ではないが、ＡｇのＣｕ含有金属との
接着性を向上させる効果を有すると共にＡｇの高温時の
蒸発を防止する効果がある。６０％を越えると、母材中
のＣｕが表面に拡散しやすくなり、耐酸化性が低下する
ので適当でない。

望ましい範囲は、０．５〜４０％である。さらに望まし
くは、１〜２０％であり、特に望ましくは、２〜ｌＯ％
である。

ｐｔは、必須成分であり、ＡｇのＣｕ含有金属との接着
性を向上させる効果を有すると共にＡｇの高温時の蒸発
を防止する効果がある。３５％を越えるとＰｔＡｇ５な
どの金属間化合物を生成し、母材との接着力が低下する
ので適当でない。

望ましい範囲は、１％〜２０％である。さらに望ましく
は、１〜１０％であり、特に望ましい範囲は、２〜６％
である。

さらには、本発明にかかる組成物は、母材表面上に本発
明にかかる組成物の範囲にはいり、異なる組成の組成物
を順次形成していくように、複数層、積層して形成する
ことも出来る。

さらに、これら、本発明にかかる組成物の母材表面への
形成方法は、特には限定されないが、メツキや、デツプ
などの一般的なコーティング方法によって形成すること
が出来る。

さらには、これら本発明にかかる組成物の形成厚みは特
に限定されないが、通常、０．５〜５μ程度形成すれば
母材の耐熱温度である約１０００℃まで酸化性雰囲気下
において、耐酸化特性を保持することが出来る。

本発明の耐酸化金属部材の表面に、外観上の美観や、作
業性を考慮して、Ａｕ等のメツキを行なっても、本発明
にかかる作用、効果がそこなわれるものではない。

絶縁基板２はペアーチップ７の熱放散を助けるため、熱
伝導性に優れた窒素化アルミニウム（ＡＩＮ　）等のセ
ラミックスが通常使用される。

基体３は上蓋９を本発明の回収装置に装着するだめのも
のであり、材質は、アルミナ、　ＡＩＮ等のセラミック
ス、ＯＭＧ合金、　ＳＭＣＨ等の金属が使用され、セラ
ミックスの中では熱伝導性のよいＡＩＮが望ましい。尚
、基体３の材質に上記の金属を使用する場合は、上記本
発明にかかる上記組成物を該基体の表面に形成すること
が好ましい。

金属層４は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、Ｎｉ又は少な（と
もこの内１つを含んだ合金が使用できるが、ベアーチッ
プとセラミックス基板２の両者と接合性に優れたＡｕが
望ましく、また接合性に優れた物質ならこれに限定され
ない。接合用のガラスペースト５は低融点等の各種接合
用ガラスが通常使用される。また接合用ガラスの替りに
ガラスを含有したガラスセラミックスで接合性に優れて
いるものも使用できる。

基体３の材質にセラミックスを使用し、かつ上蓋９に金
属製を使用する場合は、金属層４゛を基体３上に形成後
、更にその上に半田１０を使用して上蓋９を接合するこ
とが好ましい。金属層４′はセラミックスとの接合性に
優れたＡｕ。

Ａｇ、　Ｎｉ又は少なくともこの内１つを含んだ合金が
通常使用され、半田１０はＰｂ−３ｎ半田、Ａｕ−３ｉ
半田等が通常使用されるが、気密性に優れたＡｕ−３ｎ
半田が望ましい。尚基体３にコバール。

４１アロイ等の金属を使用する場合は金属層４“は不要
である。

次に第３図は第１図とは別タイプの本発明の実施例にか
かる回収装置の基本的構成を示す断面図であり、第４図
は第３図に示す本発明の回収装置の組立工程を示す断面
図である。第３゜第４図において、２１はリードフレー
ム、２２は絶縁基板、２３はＡｕ等の金属層、２４は接
合用のガラス層、２５はＩＣのベアーチップ、２６はワ
イヤーボンディング用ワイヤー、２７はセラミックス又
はＣｕ含有金属製等の上蓋である。

面、本発明の回路装置は、第１図、第３図に示す構造に
限定されない。

［作用］ 本発明における耐酸化金属部材とセラミックス基板が接
合された構造を有する回路装置は、酸化性雰囲気中で加
熱しても金属部分が酸化されることが無いため、該耐酸
化金属部材とセラミックス基板をガラス層を介して空気
中等の酸化性雰囲気中で加熱接合することが可能となる
。そのため、ガラス層内の有機物バインダーの脱パイが
容易になり、ガラス層中に気泡が発生することが無（、
気密性が低下することが無いという作用があると共に、
酸化性雰囲気での加熱接合であるためガラスは還元され
ることは無い。すなわちガラスの還元に伴なう絶縁抵抗
の低下や機械的強度の低下が発生しないという作用が生
ずるものと考えられる。

［実施例］ （実施例１） 厚さ０．１　ｍｍ　、外形２７．５Ｘ　２７．５　ｍｍ
の０Ｍ６合金製リードフレーム（３２ビン、　２５　ｍ
ｉｌピッチ）と、基体として使用する厚さ０．５　、＋
＋＋ｍ、外形９Ｘ９　ｍｍのＯＭＣ合金製シールリング
（開口部８×８ｍｍ）の表面に電解メツキにより　Ａｇ
　５８％、　Ａｕ４２％からなる組成物を１．５μｍの
厚みで形成した。

なお、電解メツキ条件は、メツキ液としてＡｕ　、Ａｇ
のシアン化物溶液の混合物を用い、電流密度０．３Ａ／
ｄｍ”で、Ｔｉ／Ｐｔ合金を陽極としてＯＭＧ合金を陰
極として用いて行なった。

これとは別に、市販ＡＩＮ基板　（９Ｘ９Ｘ１ｃｍ）　
　（旭硝子■製ＡＧＮ＝、２　、熱伝導率２００　Ｗ／
ｍＫ　、熱膨張係数４５Ｘ　１０−’℃−１）にＡｕペ
ーストを印刷により形成し、９００℃１時間空気中で焼
成し、金属層をＡＩＮ基板上に形成した。

次に、市販低融点ガラスフリッ斗（Ａ１．０．−５ｉＯ
ｘ−ＢｚＯｓ系）８０％に印刷性を付与するためにエチ
ルセルロース樹脂、α−テレピネオール溶媒からなる有
機ビヒクル２０％を添加し、アルミナ磁製乳鉢中で１時
間混合した後、三本ロールにて分散し、接合用のガラス
ペーストを作製した。

次に第２図に示す如（、上記金属層を形成したＡＩＮ基
板上に、スクリーン印刷法を用いて、該接合用のガラス
ペーストを形成した。上記基体の下面にもスクリーン印
刷法により、該接合用のガラスペーストを形成した。こ
の接合用のガラスペースト層を形成したＡＩＮ基板と基
体の間に上記リードフレームをはさみ込み、空気中８５
０℃２時間加熱するととにより基体とＡＩＮ基板との間
に上記リードフレームを挟持してガラス接合を行なった
。これにＡｕワイヤーによるワイヤーボンディングを容
易にするためリードフレーム表面にＡｕメツキ層を１μ
ｍ形成し、回路装置用パッケージを作製した。

次に第１図に示す如く、金属層の上にベアーチップを４
３０℃でグイボンドし、Ａｕワイヤーでワイヤーボンデ
ィングを行なった。そして、コバール製上蓋をＡｕ−５
ｎ半田を用いて３２０℃１０分間加熱することによりシ
ールし、半導体の回路装置１００個を得た。

この回路装置のリード端子間の絶縁抵抗値。

リード端子の接合強度を評価すると共に、気密性を評価
するために、Ｈｅリークテストを行なった。その結果、
上記回路装置１００個のすべてが絶縁抵抗値３Ｘ　１０
”Ω、リード端子の接合強度１０ｋｇ／　ｍｍ”以上、
　Ｈｅリーク速度ＩＸ　１０−”　５ｔｄｃｃ／ｓｅｃ
以下と優れた電気的・機械的特性を示すと共に、優れた
気密性を示し、性能的に満足するものであった。

（実施例２） 第１図に示した如く、厚さ０．１　ｍｍ　、外形５２Ｘ
５２ａ＋ｍのＯＭＧ合金製リードフレーム（１８０ビン
、　２０　ａｉｌピッチ）の表面に実施例１と同様にＡ
ｇ　５８％、　Ａｕ　４２％からなる組成物を１．５μ
ｍの厚みで形成した。

これとは別に、市販ＡＩＮ基板（旭硝子■製ＡＧＮ−２
．熱伝導率２００　＊／　ｍＫ　、熱膨張係数４５Ｘ　
１０”’℃−１）の基板（寸法：　３４Ｘ　３４Ｘ　１
　ｍｍ）と開口部（１４Ｘ　１４　ｍｍ　）を有する基
体（寸法：３４Ｘ　３４Ｘ　ｌ　０１１１１）を準備し
、該ＡＩＮ基板上に実施例１と同様にＡｕの金属層を形
成した。同様の方法で第２図に示す如（基体上にもＡｕ
の金属層を形成した。

次に実施例１で用いたと同じ接合用のガラスペーストを
ＡＩＮ基体とＡＩＮ基板上に実施例１と同様に形成した
。

この接合用のガラスペーストを形成したＡＩＮ基板とＡ
ＩＮ基体との間にリードフレームを挟持して、空気中８
５０℃２時間加熱することによりガラス接合を行なった
。

これにＡｕワイヤーボンディングを容易にするため、リ
ードフレーム表面にＡｕメツキ層を１μｍ形成し、回路
装置用のパッケージを作製した。

次に第１図に示す如く、Ａｕの金属層の上にベアーチッ
プ１７を４３０℃でグイボンドし、Ａｕワイヤーでワイ
ヤーボンディングを行なった。そしてコバール製上蓋を
Ａｕ　−Ｓｎ半田を用いて３２０℃１０分間加熱するこ
とによりシールし、半導体の回路装置を１００個得た。

この半導体の回路装置１００個について、リード端子間
の絶縁抵抗値、リード端子の接合強度を評価すると共に
気密性を評価するために、Ｈｅリークテストを行なった
。

その結果、この回路装置１００個すべてが絶縁抵抗値３
Ｘ１０′４Ω、リード端子の接合強度１０ｋｇ／ｒｎｍ
”以上、　Ｈｅリーク速度ＬＸ　１０−”ｓｔｄ　ｃｃ
／ｓｅｃ以下と優れた電気的・機械的特性を示すと共に
、優れた気密性を示し、性能的に満足するものであった
。

（実施例３） 第４図に示した如く、厚さ０．１ｍｍ外形３５×３５　
ａｍのＯＭＧ合金製リードフレーム（４８ビン。

２５　ｍｉｌピッチ）と５ＭＣｌ　（銅−タングステン
複合体）製の基板２２の表面に実施例１と同様にＡｇ６
２％、　Ａｕ　３ｇ％からなる組成物を１．５μｍの厚
みで形成した。

次に、実施例１で用いたと同じ接合用のガラスペースト
を該ＡＩＮ基板上に形成し、上記リードフレームを上に
のせ、８５０℃２時間空気中で加熱することにより、該
リードフレームと５ＭＣｌ基板を接合した。これにＡｕ
のワイヤーボンディング及びグイボンディングを容易に
するため、該リードフレーム表面及びＳＭＣＨ基板表面
にＡｕメツキ層を１μｍ形成し、回路装置用のパッケー
ジを作製した。

次に第３図に示す如（、Ａｕの金属層上にベアーチップ
を４３０℃でグイボンドし、Ａｕのワイヤーでワイヤー
ボンディングを行なった。そして、ＡＩＮ製の上蓋を接
合用のガラスとしてシール用ガラス（岩城硝子■製Ｔ−
１９１ＢＦ（商品名））を用いて４１５℃ｌＯ分間加熱
することによりシールし、半導体の回路装置を　１００
個得た。

この半導体の回路装置１００個のリード端子間の絶縁抵
抗値、リード端子の接合強度を評価すると共に気密性を
評価するためＨｅリークテストを行なった。

その結果、１００個すべてが絶縁抵抗値３×１０”Ω、
リード端子の接合強度１０　ｋｇ／　ｍｍ”Ｈｅリーク
速度ＬＸ　１０−”　５ｔｃｌｃｃ　／　ｓｅｅ以下と
優れた電気的・機械的特性を示すと共に優れた気密性を
示し、性能的に満足するものであった。

（実施例４） 実施例１，２．”３と同じ構造の回路装置をリードフレ
ームの表面に形成する組成物を、表−１に示す組成とし
、他の条件は全く変えずにそれぞれ１００ｘ２８個、計
３Ｘ　２ｇ００個作製した。

これらの回路装置すべてを、それぞれ実施例１〜３と全
く同様の試験をしたところ、実施例１〜３と全（同様の
結果になり、性能的に満足するものであった。

更に、実施例１と同じ構造のもの２８００個についてリ
ードフレームの耐酸化特性を評価するため、空気中９０
０℃で１００時間（ｈｒ）、　１０００ｈｒ　。

１０、０００ｈｒ加熱し、表面の導通性１組成物の層の
接着性１表面の酸化物スケール発生有無について調査を
行ない結果を［表−１］に同時にまとめた。

［特性評価法］ １）、酸化物スケールの発生の有無 １０倍の光学顕微鏡による目視検査 ２）、導通特性 Ｙ、Ｈ，Ｐ製デジタルマルチメーターにより導通の有無
を評価した。

３）、接着性 ９０°方向曲げ試験３回実施後、１０倍の光学顕微鏡に
より、クラック、剥離の有無について評価した。（Ｍｉ
ｌ、ＳＴＤ、８８３ＣＭｅｔｈｏｄ　２００４　）（比
較例１） 実施例１〜３と全く同じ構造であって、リードフレーム
の表面に本発明にかかる組成物を形成しないものを使用
して、接合用のガラスペーストを焼成することによって
ＡＩＮ基板にリードフレームを接合した。焼成は８５０
℃２時間、窒素中で行なった。その他の条件は実施例１
〜３と全く同様として半導体の回路装置をそれぞれ１０
０個、計３００個作製した。

この３種の半導体の回路装置計３００個についてリード
端子間の絶縁抵抗値、リード端子の接合強度を評襦する
と共に気密性を評価するためにＨｅリークテストを行な
った。

その結果、絶縁抵抗値ＩＸ　１０’Ω程度、リード端子
の接合強度２．８　ｋｇ／　ｍｍ”程度と空気中加熱品
に比較して非常に低（不満足なものであった。

さらに気密性を示すＨｅリーク速度は２×１０−５ｔｄ
−ｃｃ／　ｓｅｃ程度と低（、気密性が不充分であるこ
とが明らかとなった。

この半導体の回路装置の断面を観察したところ、接合ガ
ラス部に、多数の気泡が存在すると共に、一部の気泡は
連通した気泡を形成していた。そのため、気密性やリー
ド端子の接合強度が低下したものと考えられる。

さらには、ガラスが一部還元されたため、絶縁抵抗値１
機械的強度が低下したものと考えられる。

［表−１］ ［表−１］の続き ［表−１］の続き ［表−１］の続き ［表−１〕の続き ［発明の効果コ 本発明の回路装置はＯＭＣ合金等のＣｕ含有金属の表面
に耐酸化性を有する本発明にかかる組成物を形成してい
るため、ガラス層を介してのセラミックス基板との接合
を酸化性雰囲気、たとえば、生産性のよい空気中高温で
行なっても、金属部材が酸化腐食されることはなく、導
通を失うことがないという効果を有している。

また、接合するための加熱が酸化性雰囲気中であるため
ガラス層が還元されて電気的・機械的特性が低下するこ
とが無いため、高い電気的・機械的特性を示すという効
果を有する。

更にガラス中の有機ビヒクルの脱泡が容易に行なわれる
ため、気泡を原因とする気密性の低下が起きることは無
く、高い気密性を示すという効果を有する。

この様に本発明は、従来に無い生産性がよ（、優れた電
気的・機械的特性を有し、かつ優れた気密性を有する、
回路装置を提供出来るという効果を有しており、その工
業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる回収装置の基本的構成
を示す断面図、 第２図は第１図に示す回路装置の組立工程を示す断面図
、 第３図は第１図とは別タイプの本発明の実施例にかかる
回収装置の基本的構成を示す断面図、 第４図は第３図に示す回収装置の組立工程を示す断面図
。 ｌ：リードフレーム ２：絶縁基板 ３：接合用の基体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を含有した酸化性を有する金属の表面に銀３０
   〜９９重量％ 金０．５〜７０重量％ パラジウム０〜６０重量％ 白金１〜３５重量％ からなる組成物を形成した耐酸化金属部材とセラミック
   ス基板がガラス又はガラスセラ ミックスの層を介して接合されている構造を有すること
   を特徴とする回路装置。
2. （２）第１項記載の耐酸化金属部材とセラミックス基板
   を酸化性雰囲気中で、ガラスセラミックス又はガラスを
   使用し焼成して接合することを特徴とする回路装置の製
   造方法。