JPH06236936A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】メタライズ配線層の信号伝播速度を高速とし高
速駆動の半導体素子を収容することが可能になるととも
に半導体素子の発する熱を大気中に良好に放散させ、半
導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させる
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。 【構成】絶縁基体１と蓋体２から成り、内部に半導体素
子３を収容するための空所を有する半導体素子収納用パ
ッケージあって、前記絶縁基体１がアルミナ、スピネ
ル、フォルステライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0
体積％含有するムライト質焼結体から成り、且つ蓋体２
が窒化アルミニウム質焼結体で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子を内部に収容
するための半導体素子収納用パッケージに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体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、酸化アルミニウム質
焼結体から成り、その上面の略中央部に半導体素子を収
容する空所を形成するための凹部を有し、且つ該凹部周
辺から外周縁にかけて導出されたタングステン、モリブ
デン等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配
線層を有する絶縁基体と、半導体素子を外部電気回路に
電気的に接続するために前記メタライズ配線層に銀ロウ
等のロウ材を介し取着された外部リード端子と、酸化ア
ルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る蓋体とか
ら構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子を
ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定し、
半導体素子の各電極とメタライズ配線層とをボンディン
グワイヤを介して電気的に接続するとともに絶縁基体の
上面に蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等から成る封止材に
より接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器の内部に
半導体素子を気密に封止することによって製品としての
半導体装置となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
半導体素子の大型化、信号の伝播速度の高速化が急激に
進み、該半導体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。

【０００４】即ち、 (1) 半導体素子を構成するシリコンとパッケージの絶縁
基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数
がそれぞれ3.0 〜3.5 ×10^-6/ ℃、6.0 〜7.5 ×10^-6/
℃であり、大きく相違することから両者に半導体素子を
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。

【０００５】(2) パッケージの絶縁基体を構成する酸化
アルミニウム質焼結体はその誘電率が9 〜10( 室温1MH
z) 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
を要求する半導体素子はその収容が不可となる。

【０００６】(3) パッケージの絶縁基体及び蓋体を構成
する酸化アルミニウム質焼結体はその熱伝導率が20W/m
・K と低いため半導体素子が作動時に多量の熱を発生す
ると該熱が大気中に放散されずに半導体素子内に蓄積さ
れてしまい、その結果、半導体素子が高温となり、半導
体素子に熱破壊を起こさせたり、特性に熱変化を与え、
誤動作を生じさせたりする。

【０００７】等の欠点を有していた。

【０００８】

【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的はメタライズ配線層の信号伝播速度を高速
とし高速駆動の半導体素子を収容することが可能になる
とともに半導体素子の発する熱を大気中に良好に放散さ
せ、半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動
させ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。。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は絶縁基体と蓋体
から成り、内部に半導体素子を収容するための空所を有
する半導体素子収納用パッケージあって、前記絶縁基体
がアルミナ、スピネル、フォルステライトの少なくとも
１種を5.0 乃至30.0体積％含有するムライト質焼結体か
ら成り、且つ蓋体が窒化アルミニウム質焼結体で形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明の半導体素子収納用パッケージによれ
ば、絶縁基体をアルミナ、スピネル、フォルステライト
の少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有するムライ
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
半導体素子を構成するシリコンに近似させた値となすこ
とができ、その結果、絶縁基体と半導体素子の両者に半
導体素子を作動させた際等に発生する熱が印加されても
両者間には大きな熱応力が発生することはなく、該熱応
力によって半導体素子が破損したり、絶縁基体より剥離
したりすることは皆無となる。

【００１１】また絶縁基体をアルミナ、スピネル、フォ
ルステライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含
有するムライト質焼結体で形成したことから絶縁基体の
熱膨張係数を蓋体の熱膨張係数に近似させることがで
き、その結果、絶縁基体と蓋体の両者に半導体素子を作
動させた際等に発生する熱が印加されても両者間には大
きな熱応力が発生することはなく、該熱応力によって蓋
体が絶縁基体より外れることはなく、絶縁基体と蓋体と
から成る容器の気密封止を完全とし、内部に収容する半
導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させる
ことができる。

【００１２】更にアルミナ、スピネル、フォルステライ
トの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有させたム
ライト質焼結体から成る絶縁基体はその誘電率が6 〜7
( 室温1MHz) と低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を速いものとなすことがで
き、その結果、信号が高速で出し入れされる高速駆動の
半導体素子の収容が可能となる。

【００１３】また更に蓋体を熱伝導率が50W/m ・K 以上
の窒化アルミニウム質焼結体で形成したことから半導体
素子が作動時に発生した熱は蓋体を介して大気中に良好
に放散され、その結果、半導体素子は常に低温となり、
半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させ
ることが可能となる。

【００１４】

【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図１は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実
施例を示し、１は絶縁基体、２は蓋体である。この絶縁
基体１と蓋体２とで半導体素子３を収容するための容器
４が構成される。

【００１５】前記絶縁基体１はその上面中央部に半導体
素子3 が載置される載置部を有し、該半導体素子載置部
には半導体素子3 が半田等を介して載置固定される。

【００１６】前記絶縁基体１はアルミナ、スピネル、フ
ォルステライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％
含有させたムライト質焼結体から成り、ムライト(3Al₂
O ₃・2SiO₂ ) に所定量のアルミナ(Al ₂ O ₃ ) 、スピ
ネル(MgO・Al₂ O ₃ ) 、フォルステライト(2MgO ・SiO
₂ ) の少なくとも1 種と適当な有機溶剤、溶媒を添加混
合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のトクター
ブレード法やカンレンダーロール法によりシート状に成
形してセラミックグリーンシート( セラミック生シー
ト) を得、しかる後、前記セラミックグリーンシートに
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℃) で焼成することによって製作される。

【００１７】前記アルミナ、スピネル、フォルステライ
トの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有させたム
ライト質焼結体から成る絶縁基体1 はその熱膨張係数が
4.0〜5.0 ×10^-6/ ℃であり、半導体素子3 を構成する
シリコンの熱膨張係数( 3.0〜3.5 ×10^-6/ ℃) と近似
することから絶縁基体1 と半導体素子3 の両者に半導体
素子3 を作動させた際等に発生する熱が印加されても両
者間には大きな熱応力が発生することはなく、該熱応力
によって半導体素子3 が破損したり、絶縁基体1 より剥
離したりすることは皆無となる。

【００１８】尚、前記絶縁基体1 はムライト質焼結体に
含有されるアルミナ、スピネル、フォルステライト等が
絶縁基体1 の熱膨張係数を半導体素子3 及び後述する蓋
体2の熱膨張係数に近似させる作用を為し、その含有量
が5.0 体積％未満、もしくは30.0体積％を越えると絶縁
基体1 の熱膨張係数が半導体素子3 等の熱膨張係数に対
し大きく相違して絶縁基体1 に半導体素子3 を強固に載
置固定することが不可となってしまう。従って、前記絶
縁基体1 はムライト質焼結体に含有されるアルミナ、ス
ピネル、フォルステライトの量が5.0 乃至30.0体積％の
範囲のものに特定される。

【００１９】また前記絶縁基体1 はその上面の半導体素
子3 が載置される載置部から下面にかけて複数個のメタ
ライズ配線層5 が被着形成されており、該メタライズ配
線層5 の半導体素子載置部には半導体素子3 の電極が半
田等のロウ材を介して接合され、また絶縁基体1 の下面
に導出させた部位には外部リード端子6 が銀ロウ等のロ
ウ材を介しロウ付けされている。

【００２０】前記メタライズ配線層5 は半導体素子3 の
電極を外部電気回路に接続される外部リード端子6 に電
気的に接続する作用を為し、該メタライズ配線層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、タングステン等の高融点金属粉末に適当な有
機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを予め絶
縁基体1 と成るセラミックグリーンシートに従来周知の
スクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布してお
くことによって絶縁基体1 の上面から下面にかけて被着
形成される。

【００２１】前記メタライズ配線層5 はまた絶縁基体1
がムライト質焼結体にアルミナ、スピネル、フォルステ
ライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有させ
て成り、その誘電率が6 〜7(室温1MHz) 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
すことができ、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素子3 を収容すること
も可能となる。

【００２２】尚、前記メタライズ配線層5 はその露出表
面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、且つロウ材と濡れ
性が良い金属をメッキ法により1.0 乃至20.0μm の厚み
に層着させておくとメタライズ配線層5 の酸化腐食が有
効に防止されるとともにメタライズ配線層5 と半導体素
子3 の電極との接合及びメタライズ配線層5 と外部リー
ド端子6 とのロウ付けが極めて強固となる。従って、前
記メタライズ配線層5の酸化腐食を有効に防止し、且つ
メタライズ配線層5 と半導体素子3 の電極との接合及び
メタライズ配線層5 と外部リード端子6 とのロウ付けを
強固とするにはメタライズ配線層5 の露出表面にニッケ
ル、金等を1.0 乃至20.0μm の厚みに層着させておくこ
とが好ましい。

【００２３】また前記メタライズ配線層5 には外部リー
ド端子6 が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされてお
り、該外部リード端子6 は内部に収容する半導体素子3
を外部電気回路に接続する作用を為し、外部リード端子
6 を外部電気回路に接続することによって内部に収容さ
れる半導体素子3 はメタライズ配線層5 及び外部リード
端子6 を介し外部電気回路と電気的に接続されることと
なる。

【００２４】前記外部リード端子6 はコバール金属( 鉄
ーニッケルーコバルト合金) や42アロイ( 鉄ーニッケル
合金) 等の金属材料から成り、例えばコバール金属等の
インゴット( 塊) を圧延加工法や打ち抜き加工法等、従
来周知の金属加工法を採用することによって所定の形状
に形成される。

【００２５】前記外部リード端子6 はまたその露出表面
にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、且つロウ材と濡れ性
が良い金属をメッキ法により1.0 乃至20.0μm の厚みに
層着させておくと外部リード端子6 が酸化腐食するのを
有効に防止して、且つ外部リード端子6 を外部電気回路
に強固に電気的接続することができる。従って、前記外
部リード端子5 はその露出表面にニッケル、金等を0.1
乃至20.0μm の厚みに層着させておくことが好ましい。

【００２６】更に前記絶縁基体1 はその上面外周部に碗
状の蓋体2 がガラス、樹脂等の封止材を介し接合され、
これによって絶縁基体1 と蓋体2 とから成る容器4 内部
に半導体素子3 が気密に封止される。

【００２７】前記蓋体2 は窒化アルミニウム質焼結体か
ら成り、該窒化アルミニウム質焼結体はその熱伝導率が
50W/m ・K 以上と熱を極めて伝え易い材料であることか
ら半導体素子が作動時に多量の熱を発生したとしてもそ
の熱は蓋体2 を介して大気中に良好に放散され、その結
果、半導体素子3 は常に低温となり、半導体素子3 に熱
破壊や特性に熱変化が生じるのを皆無として長期間にわ
たり正常、且つ安定に作動させることが可能となる。

【００２８】また前記窒化アルミニウム質焼結体から成
る蓋体2 はその熱膨張係数が4.7 ×10^-6/ ℃であり、ア
ルミナ、スピネル、フォルステライトの少なくとも１種
を5.0 乃至30.0体積％含有させたムライト質焼結体から
成る絶縁基体1 の熱膨張係数(4.0〜5.0 ×10^-6/ ℃) と
近似することから絶縁基体1 に蓋体2 を接合させた後、
両者に半導体素子3 を作動させた際等に発生する熱が印
加されても両者間には大きな熱応力が発生することはな
く、該熱応力によって蓋体2 が絶縁基体1 より外れるこ
とはない。従って、絶縁基体1 と蓋体2 とから成る容器
4 はその気密封止が完全となり、容器4 内部に収容する
半導体素子3 を長期間にわたり正常、且つ安定に作動さ
せることができる。

【００２９】尚、前記窒化アルミニウム質焼結体から成
る蓋体2 は例えば、主原料としての窒化アルミニウム
（AlN)粉末に焼結助剤としての酸化イットリウム、カル
シア等の粉末及び適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して
原料粉末を調整し、次に前記原料粉末を所定金型内に充
填するとともに一定圧力で押圧して成形体を得、最後に
前記成形体を約1800℃の温度で焼成することによって碗
状に製作される。

【００３０】また前記窒化アルミニウム質焼結体から成
る蓋体2 はその内面を半導体素子3の上面に当接するよ
うにして絶縁基体1 上に接合させれば半導体素子3 が作
動時に発する熱は蓋体2 に直接吸収されるとともに蓋体
2 を介して大気中に極めて良好に放散される。従って、
半導体素子3 が作動時に多量の熱を発生する場合にはそ
の熱を効率良く大気中に放散させるために蓋体2 を該蓋
体2 の内面が半導体素子3 の上面に当接するようにして
絶縁基体1 に接合させることが好ましい。

【００３１】かくして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1 の上面に半導体素子3 をその電
極がメタライズ配線層5 に電気的に接続されるようにし
て載置固定し、しかる後、絶縁基体1 の上面外周部に碗
状の蓋体2 をガラス、樹脂等から成る封止材を介して接
合させ、絶縁基体1 と蓋体2 とから成る容器4 内部に半
導体素子3 を気密に収容することによって最終製品とし
ての半導体装置となる。

【００３２】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、絶縁基体をアルミナ、スピネル、フォルステラ
イトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有するム
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
数を半導体素子を構成するシリコンに近似させた値とな
すことができ、その結果、絶縁基体と半導体素子の両者
に半導体素子を作動させた際等に発生する熱が印加され
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素子が破損したり、絶縁基体より
剥離したりすることは皆無となる。

【００３４】また同時に絶縁基体をアルミナ、スピネ
ル、フォルステライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0
体積％含有する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蓋体の熱膨張係数に近似させるこ
とができ、その結果、絶縁基体と蓋体の両者に半導体素
子を作動させた際等に発生する熱が印加されても両者間
には大きな熱応力が発生することはなく、該熱応力によ
って蓋体が絶縁基体より外れることはなく、絶縁基体と
蓋体とから成る容器の気密封止を完全とし、内部に収容
する半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動
させることができる。

【００３５】更にアルミナ、スピネル、フォルステライ
トの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％含有させたム
ライト質焼結体から成る絶縁基体はその誘電率が6 〜7
(室温1MHz) と低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を速いものとなすことがで
き、その結果、信号が高速で出し入れされる高速駆動の
半導体素子の収容が可能となる。

【００３６】また更に蓋体を熱伝導率が50W/m ・K 以上
の窒化アルミニウム質焼結体で形成したことから半導体
素子が作動時に発生した熱は蓋体を介して大気中に良好
に放散され、その結果、半導体素子は常に低温となり、
半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させ
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【符号の説明】

１・・・・絶縁基体 ２・・・・蓋体 ３・・・・半導体素子 ４・・・・容器 ５・・・・メタライズ配線層 ６・・・・外部リード端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基体と蓋体から成り、内部に半導体素
   子を収容するための空所を有する半導体素子収納用パッ
   ケージあって、前記絶縁基体がアルミナ、スピネル、フ
   ォルステライトの少なくとも１種を5.0 乃至30.0体積％
   含有するムライト質焼結体から成り、且つ蓋体が窒化ア
   ルミニウム質焼結体で形成されていることを特徴とする
   半導体素子収納用パッケージ。