JPH0513476A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペレットとベースとの熱膨張係数差に基づい
て発生する応力のガラス封着部への集中を防止する。 【構成】 アルミナセラミックから成るベース１１に銀
を主成分とする銀ペースト１５を用いて緩衝材層１４
を、その厚さが０．０２０ｍｍ以上になるように形成
し、この緩衝材層１４上にシリコンペレット２２を金−
シリコン共晶層２１によりボンディングする。 【効果】 アルミナセラミックとシリコンとの熱膨張係
数差に基づく熱的変動時におけるベース１１とペレット
２２との変形量の差を、緩衝材層１４の塑性変形によっ
て吸収することができるため、その変形量差によるベー
ス２２における応力を抑制することができ、その結果、
ガラス封着部２４における剥離やクラックの発生を未然
に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造技
術、特に、気密封止パッケージのセラミックベースに半
導体ペレットを金−シリコン共晶層によってボンディン
グする技術に関し、例えば、集積回路が形成されたシリ
コンペレットが気密封止パッケージのアルミナセラミッ
クから成るベースにボンディングされている半導体集積
回路装置（以下、ＩＣという。）の製造に利用して有効
な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、気密封止パッケージを備えてい
るＩＣとして、電子回路が作り込まれているシリコンペ
レット（以下、ペレットという。）と、このペレットに
電気的に接続され、前記電子回路を外部に取り出す複数
本のリードと、アルミナセラミックが用いられてペレッ
トおよびリードのインナ部群を気密封止するパッケージ
とを備えているものがある。そして、この気密封止パッ
ケージは、前記ペレットがボンディングされているベー
スと、このベースにペレットを被覆するように被せられ
ているキャップと、低融点ガラスが用いられてベースと
キャップとの合わせ面間に形成され、ベースとキャップ
とを封着しており、前記リード群が貫通されているガラ
ス封着部とから構成されている。

【０００３】このような気密封止パッケージを備えてい
るＩＣの製造方法において、アルミナセラミックが用い
られて形成されているベース上にペレットをボンディン
グする方法としては、アルミナセラミックから成るベー
ス上にボンディング床が、金、または、銀を主成分とす
る材料が用いられて数μｍの厚さで形成され、このボン
ディング床上にペレットが金−シリコン共晶層によって
ボンディングされる方法、がある。

【０００４】なお、気密封止パッケージを備えているＩ
Ｃの製造方法を述べてある例としては、特開平１−１７
５７５７号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ペレットがア
ルミナセラミックベースに形成されたボンディング床上
に金−シリコン共晶層によってボンディングされる方法
においては、例えば、ペレットサイズが１０ｍｍ□以上
に大きくなると、ペレット（シリコン）とベース（アル
ミナセラミック）との熱膨張係数差に基づいて機械的応
力が発生し、この応力が底融点ガラスによって形成され
たガラス封着部に集中するため、ガラス封着部に剥離や
クラックが発生する（その原理の詳細は、後述する。）
という問題点があることが、本発明者によって明らかに
された。

【０００６】本発明の目的は、ペレットとベースとの熱
膨張係数差に基づいて発生する応力のガラス封着部への
集中を防止することができる半導体装置およびその製造
方法を提供することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【０００９】すなわち、電子回路が作り込まれている半
導体ペレットと、この半導体ペレットに電気的に接続さ
れ、前記電子回路を外部に取り出す複数本のリードと、
半導体ペレットおよびリードのインナ部群を気密封止す
るパッケージとを備えており、前記パッケージは前記半
導体ペレットがボンディングされているベースと、この
ベースに半導体ペレットを被覆するように被せられてい
るキャップと、低融点ガラスが用いられてベースとキャ
ップとの合わせ面間に形成されてベースとキャップとを
封着しており、前記リード群が貫通されているガラス封
着部とを備えている半導体装置において、前記気密封止
パッケージにおけるベースに銀を主成分とする材料から
成る緩衝材層が、厚さが０．０２０ｍｍ以上に形成され
ており、この緩衝材層上に前記半導体ペレットが金−シ
リコン共晶層によりボンディングされていることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】前記した手段によれば、半導体ペレットとベー
スとの間に、軟らかい銀を主成分とする材料から成る緩
衝材層が２０μｍ以上の厚さに形成されているため、ペ
レットとベースとの熱膨張係数差によって発生する応力
は、緩衝材層が塑性変形することにより、吸収されるこ
とになる。この吸収によって、ペレットとベースとの熱
膨張係数差に基づいて発生した応力がガラス封着部へ集
中するのを防止することができるため、ガラス封着部に
剥離やクラックが発生するのを未然に防止することがで
きる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の一実施例である気密封止パッ
ケージを備えているＩＣの応力吸収原理を説明するため
の説明図、図２は同じく比較例を示す説明図である。図
３は剥離発生率と緩衝材層の厚さとの関係を示すグラフ
である。図４以降は本発明の一実施例である気密封止パ
ッケージを備えているＩＣの製造方法を示す各説明図で
ある。

【００１２】本実施例において、本発明に係る半導体装
置は、表面実装形の気密封止パッケージを備えているＩ
Ｃの一例であるフラット・パッケージ・オブ・ガラスＩ
Ｃ（以下、ＦＰＧ・ＩＣという。）として構成されてい
る。

【００１３】このＦＰＧ・ＩＣ２６は、電子回路が作り
込まれた半導体ペレットとしてのシリコンペレット（以
下、ペレットという。）２２を備えており、ペレット２
２は気密封止パッケージ２５内に封止されている。この
ＦＰＧ・ＩＣ２６における気密封止パッケージ２５は、
アルミナセラミックが用いられて形成されており、ペレ
ット２２が金−シリコン共晶層からなるボンディング層
２１により接合されたベース１１と、ベースと同質の材
料が用いられて形成されており、ベースに被着されるキ
ャップ１８とがその合わせ面間に低融点ガラスからなる
封着部２４により封着されることにより構成されてい
る。気密封止パッケージ２５の内部にはリード９群がベ
ースとキャップとの合わせ面間のガラス封着部２４を貫
通するようにして挿入されており、このリード群は後述
するように多連リードフレームが用いられて形成されて
いる。パッケージ２５の内部において、各リードとペレ
ットの各電極との間にはワイヤ２３がその両端部をボン
ディングされて橋絡されており、パッケージ２５の外部
において、リード群は同一長さの直線形状に成形されて
いる。

【００１４】そして、前記ベース１１のボンディング層
２１の下に銀を主成分とする材料から成る緩衝材層１４
が、厚さが０．０２０ｍｍ以上に形成されており、この
緩衝材層１４上に前記ペレット２２が金−シリコン共晶
層２１によりボンディングされている。このように構成
されているＦＰＧ・ＩＣ２６は、次のような製造方法に
より製造されている。

【００１５】以下、本発明の一実施例であるこのＦＰＧ
・ＩＣの製造方法を説明する。この説明により、前記Ｆ
ＰＧ・ＩＣについての構成の詳細が明らかにされる。

【００１６】本実施例において、ＦＰＧ・ＩＣの製造方
法には、図４に示されている多連リードフレーム１が使
用されている。この多連リードフレーム１は４２アロイ
等のような鉄系（鉄またはその合金）材料から成る薄板
が用いられて、打ち抜きプレス加工またはエッチング加
工等の適当な手段により一体成形されており、この多連
リードフレーム１には複数の単位リードフレーム２が横
方向に１列に並設されている。但し、図面では一単位の
みが図示されている（以下、同じ。）。

【００１７】単位リードフレーム２は位置決め孔３ａが
開設されている外枠３を一対備えており、両外枠３は所
定の間隔で平行にそれぞれ延設されている。隣り合う単
位リードフレーム２、２間には一対のセクション枠４、
４が両外枠３、３間に互いに平行で外枠に直行するよう
に配されて一体的に架設されており、これら外枠、セク
ション枠により形成される略正方形の枠体内に単位リー
ドフレーム２が構成されている。

【００１８】各単位リードフレーム２において、外枠３
およびセクション枠４の各接続部には略正方形形状に形
成されているタイバー支持部５が、それぞれ径方向内向
きに配されて一体的に突設されており、各タイバー支持
部５は内側角部が略４５度に切り欠かれている。各タイ
バー支持部５にはスリット６が切欠部の傾斜面に沿うよ
うに配されてそれぞれ穿設されており、このスリット６
によりその内側にはタイバー吊り部材７がアーチ形状に
形成されている。各タイバー吊り部材７の内側には４本
のタイバー８が、前記外枠３とセクション枠４とにより
形成される枠体と同心的な略正方形の枠形状になるよう
にそれぞれ配設されており、これらタイバー８はその両
端においてタイバー吊り部材７に略４５度の角度で接続
されることにより、これらに吊持されている。そして、
隣り合うタイバー８、８は略９０度の角度で交差するよ
うになっている。

【００１９】これらタイバー８には複数本のリード９が
長手方向に等間隔に配されて、互いに平行で、タイバー
８と直交するように一体的にそれぞれ突設されている。
各リード９の内側端部は先端が正方形形状に整列するよ
うに配設されることにより、インナ部９ａをそれぞれ構
成しており、インナ部９ａの先端部表面には後述するワ
イヤボンディングのボンダビリティーを高めるためのア
ルミニウム被膜（図示せず）が蒸着等のような適当な手
段により被着されている。他方、各リード９のアウタ部
９ｂをそれぞれ構成する外側端部は、外枠３およびセク
ション枠４から離間されて切り離されている。

【００２０】本実施例において、前記ＦＰＧ・ＩＣにつ
いての製造方法には、図５に示されているベース１１が
使用されており、ベース１１は後記するキャップと協働
して気密封止パッケージを形成し得るように構成されて
いる。このベース１１は本体１２を備えており、本体１
２はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃）を主成分とするセラミック
が用いられて、平面形状が略正方形の平盤形状に形成さ
れている。本体１２のキャップとの合わせ面になる一平
面（以下、合わせ面または上面という。）上には、キャ
ビティー凹所１３ａが同心的に配されて、平面形状が正
方形の窪み形状で、かつ、一定深さになるように一体的
に形成されている。

【００２１】キャビティー凹所１３ａの底面にはボンデ
ィング床を兼ねる緩衝材層１４が中央部に配されて、キ
ャビティー凹所１３ａ一杯に形成されており、この緩衝
材層１４は銀を主成分とする材料、所謂銀ペーストが用
いられて、図５に示されているような方法により、厚さ
が、３５μｍ程度になるようにメタライズされている。
すなわち、銀を主成分とする材料としての銀ペースト１
５が所定量、塗布具１６によりキャビティー凹所１３ａ
の底面上に滴下され、銀ペースト１５の溶剤が飛ばされ
た後、銀ペースト１５の塗膜が約９００℃で焼成され
る。銀ペースト１５は、銀粉末、バインダおよび適当な
溶剤により適当な精度のペースト状に構成されている。

【００２２】ベース本体１２の合わせ面におけるキャビ
ティー凹所１３ａの外方には、低融点ガラス層１７が２
５０〜３００μｍ程度の厚さをもって均一に被着されて
おり、この低融点ガラス層１７は正方形枠形状に形成さ
れることにより、キャビティー凹所１３ａを完全に取り
囲むようになっている。低融点ガラス層１７は、約４０
０℃の融点で、かつ、約４３５℃の作業温度を有し、次
のような組成を有する非結晶ガラスが使用されて構成さ
れている。

【００２３】すなわち、重量比で、ＰｂＯが約５１％、
ＳｎＯ₂ が約２２％、ＳｉＯ₂ が約５％、ＺｎＯが約１
２％、の非結晶ガラス、である。また、低融点ガラス層
１７はこのような非結晶ガラス材料が使用されているペ
ーストがベース本体１２の合わせ面上にスクリーン印刷
等のような適当な手段により塗布された後、加熱炉にお
いて４４０℃以上に加熱されて焼成されることにより、
ベース本体１２上に被着されている。このように、低融
点ガラス層１７は予め４４０℃以上の温度で焼成される
ことにより、ベース本体１２のセラミック表面と完全に
かつ強力に接着した状態になっている。

【００２４】他方、図６に示されているように、ベース
１１と協働して気密封止パッケージを形成するキャップ
１８は本体１９を備えており、このキャップ本体１９は
ベースと同質の材料が用いられて、ベース本体１２と略
同一の正方形平盤形状に形成されている。キャップ本体
１９におけるベース１１との合わせ面（以下、下面とい
う。）上には、キャビティー凹所１３ｂが同心的に配さ
れて、ベース側のキャビティー凹所１３ａに対して大き
めの相似形状の窪み形状で、一定深さになるように一体
的に形成されている。

【００２５】キャップ本体１９の合わせ面におけるキャ
ビティー凹所１３ｂの外方には、低融点ガラス層２０
が、ベース側の低融点ガラス層１７と同一の材料が用い
られるとともに、予め、焼成されることにより被着され
ている。すなわち、このキャップ側低融点ガラス層２０
は、前記ベース側低融点ガラス層１７と同質の非結晶ガ
ラス材料が使用されているペーストがキャップ本体１９
の合わせ面上にスクリーン印刷等のような適当な手段に
より塗布された後、加熱炉において、４４０℃以上に加
熱されて焼成されることにより、予め、キャップ本体１
９上に被着されている。

【００２６】前記のように構成されたベース１１は前記
構成に係る多連リードフレーム１に各単位リードフレー
ム２毎に、図７に示されているようにそれぞれ組み付け
られる。すなわち、各ベース１１はその低融点ガラス層
１７が、単位リードフレーム２におけるアルミニウム被
膜が被着されていない側の平面（以下、下面ということ
がある。）に当接するように向けられるとともに、キャ
ビティー凹所１３ａの開口縁がリードのインナ部９ａの
先端群と整合するように配されてそれぞれセットされ
る。

【００２７】このベース１１群のセット状態が維持され
ながら、多連リードフレーム１が低融点ガラスの作業温
度である約４３５℃の温度下の加熱炉を通されることに
より、低融点ガラス層１７が溶融された後、固化され
る。これに伴って、低融点ガラス層１７上には単位リー
ドフレーム２におけるインナ部９ａ群が固定された状態
になる。

【００２８】このようにして、各単位リードフレーム２
毎にベース１１が組み付けられた多連リードフレーム１
には各単位リードフレーム２毎にペレット・ボンディン
グ作業、続いて、ワイヤ・ボンディング作業が実施され
る。このボンディング作業は多連リードフレーム１が横
方向にピッチ送りされることにより、各単位リードフレ
ーム２毎に順次実施される。

【００２９】このボンディング作業により、図８に示さ
れているように、前工程においてバイポーラ形の集積回
路等の電子回路が作り込まれた半導体集積回路素子とし
てのペレット２２は、各単位リードフレーム２における
ベース１１のボンディング床を兼ねる緩衝材層１４に金
箔（図示せず）を介して当接されるとともに、４２０℃
〜４３０℃の作業温度下で擦り付けられることにより形
成される金−シリコン共晶ボンディング層２１によって
固着される。このとき、緩衝材層１４の銀の一部が金−
シリコン共晶層２１に吸収され、また、ペレットの擦り
付け力によりペレット２２の周りにはみ出されることに
より、緩衝材層１４の厚さが低下する。しかし、本実施
例においては、緩衝材層１４は３５μｍ程度ときわめて
厚く形成されているため、厚さ低下後も、緩衝材層２２
は２０μｍ（０．０２０ｍｍ）以上の厚さを維持してい
る。

【００３０】このようにしてベース１１にボンディング
されたペレット２２の電極パッドと、各単位リードフレ
ーム２におけるリード９のインナ部９ａとの間にはアル
ミニウム系材料からなるワイヤ２３が、ボンディング工
具としてウエッジが使用されている超音波式ワイヤボン
ディング装置（所謂、ＵＳボンダ）が使用されることに
より、その両端部をそれぞれボンディングされて橋絡さ
れる。これにより、ペレット２２に作り込まれている集
積回路は、電極パッド、ワイヤ２３、リード９のインナ
部９ａおよびアウタ部９ｂを介して電気的に外部に引き
出されることになる。

【００３１】このようにして、各単位リードフレーム２
毎にベース１１が組み付けられ、かつ、ペレットボンデ
ィング作業およびワイヤボンディング作業が順次実施さ
れた多連リードフレーム１には、図９に示されている気
密封止パッケージ２５を形成するための封着処理作業が
実施される。

【００３２】図９に示されているように、キャップ１８
はその低融点ガラス層２０が単位リードフレーム２にお
けるベース１１とは反対側の上面に当接するように向け
られているとともに、このベース１１と整合するように
被せられてセットされる。このセット状態が維持されつ
つ、ベース１１とキャップ１８との間に適度な合わせ力
を加えられながら、多連リードフレーム１が両低融点ガ
ラス層１７および２０の作業温度である約４３５℃の加
熱炉を通されると、ベース１１とキャップ１８との低融
点ガラス層１７、２０が溶融されることによって低融点
ガラス層からなる封着部２４が形成される。その結果、
ベース１１とキャップ１８との合わせ面同士がガラス封
着部２４により封着され、キャビティー１３内を気密封
止するパッケージ２５が形成される。

【００３３】このとき、ガラス封着部２４を形成するた
めの加熱温度は、両低融点ガラス層１７および２０が軟
化する温度、すなわち、４３５℃以下に設定されてい
る。したがって、気密封止パッケージ２５のベース１１
に既に組み付けられているペレット２２およびワイヤ２
３等の内部構成部分に加わる熱ストレスによる悪影響は
抑制されることになる。他方、低融点ガラス層１７およ
び２０同士においては、それが軟化温度程度に達するこ
とにより、確実なガラス封着部２４が安定的に形成され
ることになる。

【００３４】前述したようにしてガラス封着部２４が形
成され、気密封止パッケージ２５が成形された多連リー
ドフレーム１は、アウタリード表面処理工程において、
リードのアウタ部９ｂ全体的にはんだめっき被膜や錫め
っき被膜等の表面処理被膜を被着される作業が実施され
る（図示せず）。

【００３５】その後、表面被膜を被着された多連リード
フレーム１は、リード切断成形工程において（図示せ
ず）、各単位リードフレーム２毎に順次、タイバー８を
切り落されるとともに、各リード９のアウタ部９ｂを所
定長さの直線形状に成形される。このようにして、図１
０に示されている前記ＦＰＧ・ＩＣ２６が製造されたこ
とになる。

【００３６】ところで、シリコンとアルミナセラミック
とは熱膨張係数が異なる。すなわち、シリコンの熱は、
約３×１０^-6（１／°Ｋ）、アルミナセラミックの熱膨
張係数は、約７×１０^-6（１／°Ｋ）である。このた
め、ペレット２２とベース１１とが固くて塑性変形しに
くいボンディング層、すなわち、金−シリコン共晶層２
１により剛構造的に結合されていると、金−シリコン共
晶層形成時やガラス封着部形成時、さらには、ＩＣの稼
働時等において、大きな熱的変動が作用した際、ペレッ
ト２２とベース１１との間の膨張変形量および収縮変形
量に大きな差が発生することにより、ベース１１に応力
が加わり、脆弱なガラス封着部２４に剥離や亀裂が発生
するという問題点があることが、本発明者によって明ら
かにされた。特に、ペレットサイズが１０ｍｍ□以上と
大きくなった場合に、剥離や亀裂の発生が顕著になる傾
向がある。

【００３７】図２はこのメカニズムを説明するための説
明図であり、ペレット２２がベース１１に金−シリコン
共晶層２１により剛構造的に結合されている従来例の状
態が示されている。

【００３８】図２に示されているように、例えば、金−
シリコン共晶温度（３７０℃）におけるペレット２２の
膨張位置Ａと、ベース１１の膨張位置Ａ’とは、常温ま
で下がると、熱膨張係数の違いからそれぞれ収縮位置
Ｂ、Ｂ’になろうとする。この時、Ａ−Ｂと、Ａ’−
Ｂ’の差分が互いに影響し合って、歪が発生し、応力が
ベース１１に作用する。

【００３９】今、ペレット２２とベース１１とが変形せ
ず、金−シリコン共晶層２１が弾性変形した場合を考え
る。金−シリコン共晶層２１に歪が発生するということ
は、歪に対応（比例）する応力が発生するが、その比例
係数が、０でない限り、反作用としてペレット２２やベ
ース１１に外力が加わり、それに相当する歪がペレット
２２やベース１１に発生し、したがって、この歪による
応力がベース１１に作用する。

【００４０】図２にペレットとベースとの応力発生状況
が示されている。分かり易くするために、金−シリコン
共晶層２１はペレット２２と一体になっているものとす
る。図２からも分かるように、ペレットおよびベース共
に中立軸を境に内部で圧縮と引張との応力が発生し、ペ
レット２２とベース１１では逆向きとなる。ここで、ベ
ース１１の金−シリコン共晶層２１付近に注目すると、
ベース１１は温度降下により収縮しようとしているのに
対し、金−シリコン共晶層２１面は収縮方向に対して逆
の方向に外力が加わるため、ベース２２は図２に破線で
示されているように捩り変形することになる。

【００４１】ところが、ガラス封着部２４はキャップ１
８の剛性の影響によりベース２２の捩り変形に追従しき
れないため、結果としてガラス封着部２４の外周付近は
図２の矢印の方向に引張力が発生し、この力がガラス封
着部２４の接着限界を越えると、剥離が生ずる。

【００４２】以上の原理に対して、本実施例において
は、図１に示されているように、ペレット２２とベース
１１との間に２０μｍ以上の緩衝材層１４が介設されて
いるため、熱的変動時における熱膨張係数差によるペレ
ット２２とベース１１との変形量の差が緩衝材層１４の
塑性変形によって吸収され、その結果、ガラス封着部２
４の剥離やクラックの発生が防止される。

【００４３】すなわち、図１に示されているように、例
えば、金−シリコン共晶層２１の共晶温度におけるペレ
ット２２とベース１１との熱膨張位置ＡおよびＡ’は、
常温まで下がると、熱膨張係数の差からそれぞれ収縮位
置ＢおよびＢ’の状態になろうとする。このとき、ペレ
ット２２とベース１１との間に介設されている緩衝材層
１４は、銀を主成分とする銀ペースト１５が用いられ
て、塑性変形し易い柔構造に形成されているため、ペレ
ット２２の変形とベース１１の変形とにそれぞれ追従す
るように塑性変形する。すなわち、ペレット２２とベー
ス１１との熱膨張係数差による変形量の差（Ａ−Ｂ、
Ａ’−Ｂ’）は、緩衝材層１４の塑性変形によって吸収
される。したがって、ペレット２２とベース１１との変
形量の差に伴ってベース１１に作用する応力は、抑止な
いしはきわめて小さく抑制されることになる。

【００４４】その結果、ベース１１が当該応力によって
図２に想像線で示されているように捩り変形することは
抑止ないしはきわめて抑制される。つまり、ベース１１
は熱的変動に伴って直線的に膨張および収縮することに
なる。このようにしてベース１１の捩じり変形が防止さ
れるため、ベース１１とキャップ１８との間に形成され
たガラス封着部２４には、ガラス封着部２４の接着限界
を越える引張応力が作用することはない。その結果、ガ
ラス封着部２４に剥離やクラックが発生する現象は未然
に防止されたことになる。

【００４５】図３はガラス封着部２４のベース１１の界
面における剥離発生率を、緩衝材層１４の厚さとの関係
について求めた実験データを示すグラフである。

【００４６】図３において、横軸には緩衝材層１４の各
厚さがそれぞれとられており、縦軸には剥離発生率がと
られている。剥離発生率は、各厚さ毎における試料総数
中に占める不良試料数の割合を百分率で表したものであ
る。

【００４７】実験に使用された試料は、前記実施例と同
様の構造を有する気密封止パッケージ２５に、約４３０
℃の処理温度により封着されて形成された。封着後常温
まで放置され、その後、約−５５℃から約１５０℃まで
の温度サイクル試験が１００回繰り返された。そして、
超音波探傷検査法によりガラス封着部２４の損傷が検出
された。なお、試料の気密封止パッケージ２５の大きさ
は１６×１１ｍｍ□で、ガラス封着代は約１ｍｍであ
る。また、緩衝材層１４は前記実施例と同様、銀を主成
分とする銀ペースト１５が用いられ、前記実施例と同様
の焼成方法により形成された。

【００４８】図３によれば、緩衝材層１４の厚さが２０
μｍになると、剥離発生率が０％になることが理解され
る。２０μｍ以上は剥離発生率が増加しないため、３５
μｍまでデータを求めた。ちなみに、緩衝材層１４の厚
さの上限は、価格対効果に依存すると考えてもよい。

【００４９】前記実施例によれば次の効果が得られる。
アルミナセラミックから成るベースに銀を主成分と
する緩衝材層を、その厚さが０．０２０ｍｍ以上になる
ように形成し、この緩衝材層上にシリコンペレットを金
−シリコン共晶層によりボンディングすることにより、
アルミナセラミックとシリコンとの熱膨張係数差に基づ
く熱的変動時におけるベースとペレットとの変形量の差
を、緩衝材層の塑性変形によって吸収することができる
ため、その変形量差によるベースにおける応力を抑制す
ることができ、その結果、ガラス封着部における剥離や
クラックの発生を未然に防止することができる。

【００５０】 ガラス封着部における剥離やクラック
の発生を防止することにより、気密封止パッケージを備
えているＩＣの歩留りを高めることができるとともに、
その品質および信頼性を高めることができる。

【００５１】 厚い緩衝材層を形成するのに、銀を主
成分とする銀ペーストを使用することにより、コストア
ップを小さく抑制することができる。

【００５２】 前記に対して、金を用いて厚い緩衝
材層を形成することが考えられるが、金で厚さを３５μ
ｍ程度まで厚くすると、金が非常に高価であるため、製
造原価がきわめて増加してしまう。

【００５３】 また、金の緩衝材層の厚さが、２０μ
ｍ程度に設定された場合、ペレットボンディング作業に
おいて金−シリコン共晶層が形成される際、緩衝材層の
金が金−シリコン共晶層に吸収されてしまう（食われて
しまう）ため、ペレットとセラミックとの熱膨張係数差
による応力を吸収するための軟らかい層（緩衝材層）が
無くなってしまう。つまり、ペレットとセラミックとの
熱膨張係数差による応力を吸収するできない状態になる
ため、結局、ガラス封着部に剥離やクラックが発生す
る。

【００５４】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００５５】例えば、ベースおよびキャップを形成する
ための材料としては、アルミナセラミックに限らず、ム
ライト、窒化アルミニウム、炭化シリコン、さらには、
エポキシ樹脂等々を使用してもよい。

【００５６】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＦＰＧ
・ＩＣ、およびその製造方法に適用した場合について説
明したが、それに限定されるものではなく、ペレットが
ベースに金−シリコン共晶層によりボンディングされる
気密封止パッケージを備えている他のＩＣ等のような半
導体装置全般に適用することができる。特に、本発明
は、ペレットとベースとの熱膨張係数の差が大きく、し
かも、ペレットサイズが大きい場合に適用して、優れた
効果が得られる。

【００５７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００５８】ベースに銀を主成分とする緩衝材層を、そ
の厚さが０．０２０ｍｍ以上になるように形成し、この
緩衝材層上にペレットをボンディングすることにより、
熱膨張係数差に基づく熱的変動時におけるベースとペレ
ットとの変形量の差を、緩衝材層の塑性変形によって吸
収することができるため、その変形量差によるベースに
おける応力を抑制することができ、その結果、ガラス封
着部における剥離やクラックの発生を未然に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である気密封止パッケージを
備えているＩＣの応力吸収原理を説明するための説明図
である。

【図２】同じく比較例を示す説明図である。

【図３】剥離発生率と緩衝材層の厚さとの関係を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の一実施例であるＦＰＧ・ＩＣの製造方
法に使用される多連リードフレームを示す一部省略平面
図である。

【図５】同じくベースを示す平面図および正面断面図で
ある。

【図６】同じくキャップを示す底面図および正面断面図
である。

【図７】ベースとリードフレームとの組付後を示す一部
省略平面図および正面断面図である。

【図８】ペレットおよびワイヤボンディング後を示す一
部省略平面図および正面断面図である。

【図９】気密封止形パッケージ成形後の多連リードフレ
ームを示す一部省略一部切断平面図および正面断面図で
ある。

【図１０】本発明の一実施例である気密封止パッケージ
を備えているＩＣを示す一部切断正面図である。

【符合の説明】

１…多連リードフレーム、２…単位リードフレーム、３
…外枠、４…セクション枠、５…タイバー支持部、６…
スリット、７…タイバー吊り部材、８…タイバー、９…
リード、９ａ…インナ部、９ｂ…アウタ部、１１…ベー
ス、１２…ベース本体、１３ａ、１３ｂ…キャビティー
凹所、１３…キャビティー、１４…ボンディング床兼用
緩衝材層、１５…銀ペースト、１６…塗布具、１７…低
融点ガラス層、１８…キャップ、１９…キャップ本体、
２０…低融点ガラス層、２１…金−シリコン共晶層（ボ
ンディング層）、２２…ペレット、２３…ワイヤ、２４
…ガラス封着部、２５…気密封止パッケージ、２６…Ｆ
ＰＧ・ＩＣ（半導体装置）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鍵井 秀政 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子回路が作り込まれている半導体ペレ
   ットと、この半導体ペレットに電気的に接続され、前記
   電子回路を外部に取り出す複数本のリードと、半導体ペ
   レットおよびリードのインナ部群を気密封止するパッケ
   ージとを備えており、前記パッケージは前記半導体ペレ
   ットがボンディングされているベースと、このベースに
   半導体ペレットを被覆するように被せられているキャッ
   プと、低融点ガラスが用いられベースとキャップとの合
   わせ面間に形成されてベースとキャップとを封着してお
   り、前記リード群が貫通されているガラス封着部とを備
   えている半導体装置において、 前記気密封止パッケージにおけるベースに銀を主成分と
   する材料から成る緩衝材層が、厚さが０．０２０ｍｍ以
   上に形成されており、この緩衝材層上に前記半導体ペレ
   ットが金−シリコン共晶層によりボンディングされてい
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記半導体ペレットがシリコンペレット
   であり、前記ベースがアルミナセラミックが用いられて
   形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の製造方法で
   あって、 ベースに緩衝材層が、銀を主成分とする材料が用いられ
   て厚さが平均０．０３５ｍｍになるように形成される工
   程と、 半導体ペレットがベースに、前記緩衝材層上に金−シリ
   コン共晶層を形成されることによりボンディングされる
   工程とを、 を備えていることを特徴とする半導体の製造方法。