JPH07106458A - 気密封止形半導体装置 - Google Patents

気密封止形半導体装置

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JPH07106458A
JPH07106458A JP24583093A JP24583093A JPH07106458A JP H07106458 A JPH07106458 A JP H07106458A JP 24583093 A JP24583093 A JP 24583093A JP 24583093 A JP24583093 A JP 24583093A JP H07106458 A JPH07106458 A JP H07106458A
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JP
Japan
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base plate
metal base
wire
semiconductor device
pellet
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JP24583093A
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English (en)
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Atsushi Maruyama
篤 丸山
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/1615Shape
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Abstract

(57)【要約】 【目的】信頼性の高い気密封止形半導体装置を提供す
る。 【構成】半導体ペレット1をマウントした金属ベース板
2と気密封止用外囲ケース3との間をろう付けし、外部
導出端子6に半導体ペレットから引出したワイヤ8との
間をボンディングした気密封止形半導体装置において、 (1)金属ベース板に無光沢電気Niメッキ9,および
無光沢電気Auメッキ10を施した上で、半導体ペレッ
トをAu/Si共晶ボンディングする。 (2)外囲ケースの内のりに沿って金属ベース板上にろ
う付けの際に外囲ケースの接合部からケース内方に流れ
出したろう材を取り込む凹溝2aを設ける。 (3)外部導出端子のワイヤ接合部6aの表面にあらか
じめ半光沢電気Niメッキ11を施し、かつワイヤ接合
部の厚みTをワイヤ線径φの3倍以上にしてワイヤを超
音波ボンディングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、気密封止形半導体装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置のパッケージとしては樹脂封
止形,気密封止形が周知であり、昨今では一般用途向け
の半導体装置には樹脂封止形が多く使用されているが、
例えば人工衛星用などの過酷な環境の下で使われる特殊
用途向けのものでは、高信頼性を確保するために現在で
もメタルパッケージなどの気密封止形パッケージが採用
されている。
【0003】そして、かかる気密封止形半導体装置は、
半導体ペレット(Si半導体)のマウント法として特に
伝熱性,オーミックコンタクト性が優れているAu/S
i共晶ボンディング法(Auメッキを施した金属ベース
板と半導体ペレットの間にAu箔,あるいはAu/Si
のはんだプリフォームを挟み、この状態で400℃程度
に加熱しながら半導体ペレットを金属ベース上で擦り付
けて共晶ボンディングさせる)を採用し、またベース板
上に銀ろうなどで接合した気密封止用外囲ケースに対し
て外部導出端子をガラス封着して取付けるとともに、該
外部導出端子と半導体ペレットから引出したワイヤとの
間の接合には高い接合強度が得られる超音波ボンディン
グ法を採用して組立てるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように過酷な環
境で使用される気密封止形半導体装置は、特に高い信頼
性が要求されるが、従来の製造技術では信頼性の面で次
記のような問題点が残る。すなわち、 (1)金属ベース板に半導体ペレットをAu/Si共晶
ボンディングする際に、接合不良の低減策として、表面
にAuメッキを施したベース板と半導体ペレットとの間
にAu/Ge,Au/Snなどの共晶合金はんだプリフ
ォームを挟んで濡れ性を改善する方法などが知られてい
るが、この方法では特別なはんだ付け設備をようするほ
か、信頼性の面でも必ずしも十分に満足できる成果が得
られてないのが現状である。
【0005】(2)金属ベース板とこの上に重ねた外囲
ケースとの間をろう付けする際に、溶融したろう材の一
部が金属ベース板の表面に流れ出して半導体ペレットの
マウント面域に付着して凹凸面を形成し、これが基で半
導体ペレットを共晶ボンディングする際に接合面にボイ
ド不良が発生したり、半導体ペレットに局所応力が加わ
ってクラックを発生するなどのトラブルが生じるおそれ
がある。
【0006】(3)外部導出端子として従来では封着ガ
ラスとほぼ同じ線膨張率をもつコバール線を採用し、そ
の端部を偏平にプレスしてワイヤ接合部を形成して半導
体ペレットから引出したワイヤとの間を超音波ボンディ
ングするようにしているが、外部導出端子のワイヤ接合
部の表面が粗面を呈していたり、ワイヤ接合部の梁強度
が不足すると、これが原因で超音波ボンディングの際に
加える超音波振動が大きく減衰して接合不良の生じるこ
とが多い。
【0007】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記した各項の課題が解決し、従来
と比べてより一層高い信頼性が確保できるようにした気
密封止形半導体装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体ペレットをマウントした金属ベー
ス板に気密封止用外囲ケースをろう付け接合するととも
に、該外囲ケースを貫通して封着支持した外部導出端子
に半導体ペレットから引出したワイヤをボンディングし
た気密封止形半導体装置を対象として、次記のように構
成するものとする。
【0009】(1)前記の構成において、金属ベース板
のペレットマウント面に無光沢電気Niメッキ,および
無光沢電気Auメッキを施した上で半導体ペレットをA
u/Si共晶ボンディングする。 (2)前記の構成において、外囲ケースの内のりに沿っ
て金属ベース板上に、ろう付け工程で外囲ケースとの接
合部からケース内方に流れ出したろう材を取り込む凹溝
を形成する。
【0010】(3)前記の構成において、外部導出端子
のワイヤ接合部の表面にあらかじめ半光沢電気Niメッ
キを施し、該メッキ層の上でワイヤを超音波ボンディン
グする。そして、この場合には、外部導出端子のワイヤ
接合部の厚みをワイヤ線径の3倍以上とするのがよい。
【0011】
【作用】前項(1)により、金属ベース板のペレットマ
ウント面に無光沢電気Niメッキを施し、さらにこのメ
ッキ層を下地として、その上に無光沢電気Auメッキを
施すと、そのメッキ層には0.2〜0.5μm程度の表面粗
さ(半光沢電気メッキの場合には表面粗さが0.15μm
程度以下となる)が得られ、共晶ボンディングの際のは
んだの濡れ性が向上して高い接合性が確保できる。この
評価は試験結果からも確認されている。
【0012】また、前項(2)のように、外囲ケースの
内のりに沿って金属ベース板上に凹溝を形成しておくこ
とにより、この凹溝がダムの役目を果たし、ろう付け工
程で外囲ケースとの接合部から流れ出したろう材が凹溝
を超えて半導体ペレットのマウント面域に付着するのを
確実に防げる。これにより、ろう材の付着に起因して半
導体ペレットをマウントする際に生じるトラブルが回避
される。
【0013】さらに、外部導出端子にワイヤを超音波ボ
ンディングする場合には、外部導出端子におけるワイヤ
接合部の表面粗さが接合性に大きく影響する。すなわ
ち、外部導出端子のワイヤ接合部の表面粗さが大きいと
ワイヤとの間の密着性が低まり、かつ超音波ボンディン
グの接合メカニズム上での摩擦運動に対する抵抗力が大
きくなって材料間の摩擦熱が有効に機能せずに接合性が
低下する。かかる点、前項(3)のようにワイヤ接合部
の表面にあらかじめ半光沢電気Niメッキを施しておく
ことにより、表面が平坦化されて摩擦運動のロスが小さ
くなり、超音波ボンディングによる接合性が向上する。
また、超音波ボンディングを行う際に梁材となる外部導
出端子のワイヤ接合部の剛性が低いとボンディングツー
ルから加えた超音波振動が逃げてしまい、適正な摩擦熱
が得られずに接合不良を引き起こすおそれがある。かか
る点、前記の半光沢電気Niメッキと併せてワイヤ接合
部の厚さをワイヤ線径の少なくとも3倍以上に設定して
おくことにより、超音波振動の減衰を抑えてワイヤを安
定接合できることが実験からも確認されている。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の実施例による気密封止形半導体装
置の組立構造を示すものであり、図において、1はSi
半導体ペレット、2は半導体ペレット1をマウントして
Au/Si共晶ボンディングしたコバール,銅,タング
ステンなどの金属ベース板、3は半導体ペレット1を包
囲して金属ベース板2の上にAgろう,Auろうなどの
ろう材4を用いてろう付け接合したコバール製の気密封
止用外囲ケース、5は外囲ケース3の上面にシーム溶接
などで接合したケース蓋、6は外囲ケース3を貫通して
取付けたコバール線の外部導出端子、6aは外部導出端
子6の端部をプレス加工により偏平に潰して形成したワ
イヤ接合部、7は外部導出端子6の貫通部を気密シール
する封着ガラス、8は半導体ペレット1から引出して外
部導出端子6のワイヤ接合部6aに接続したAlワイヤ
である。また、前記外囲ケース3の内のりに沿って金属
ベース板2の板面周域には凹溝2aが形成されており、
さらに、外部導出端子6のワイヤ接合部6aの厚さTは
Alワイヤ8の線径φの少なくとも3倍以上の寸法に定
めてある。
【0015】かかる気密封止形半導体装置を組立てるに
は、あらかじめ金属ベース板2のペレットマウント面域
に無光沢電気Niメッキ層9をメッキし、これを下地と
してその上に重ねて無光沢電気Auメッキ層10を成層
して表面粗さの粗いAuメッキ層を形成しておく。ま
た、外部導出端子6に対しては、そのワイヤ接合部6a
の表面に半光沢電気Niメッキ層11を被着して平滑面
に処理しておく。
【0016】そして、外囲ケース3に外部導出端子6を
装着して貫通部をガラス7で封着した後、金属ベース板
2と外囲ケース3との間をろう付けする。このろう付け
工程の際に接合面よりケースの内側に流れ出したろう材
4は、外囲ケース3の内法に沿って金属ベース板2に形
成し凹溝2aの中に全て取り込まれ、該凹溝2aを越え
て内方のペレットマウント面域にはみ出すことが確実に
阻止される。これにより、金属ベース板2の上に半導体
ペレット1をマウントする際に、そのマウント面へのろ
う材4のはみ出しが基で生じるトラブルを防ぐことがで
きる。
【0017】次に、Auメッキを施した半導体ペレット
1と金属ベース板2との間にAu箔,あるいはAu/S
iのはんだプリフォームを挟み、加熱状態で半導体ペレ
ット1をコレットなどにより吸着保持したまま金属ベー
ス板2に擦り付けて共晶ボンディングする。この場合
に、先記のように金属ベース板側に無光沢電気メッキ法
で被着したAuメッキ層10は0.2〜0.5μm程度の表
面粗さとなるので共晶合金に対する良好な濡れ性が得ら
れ、この結果として接合性の高い共晶ボンディングが達
成される。
【0018】続いて外部導出端子6のワイヤ接合部6の
表面にあらかじめ被着しておいた半光沢電気Niメッキ
層11の上で、半導体ペレット1より引出したAlワイ
ヤ8を超音波ボンディング法により接合する。この場合
に、ワイヤ接合部6aの表面はメッキ層11で平滑処理
されており、かつワイヤ接合部6aはAlワイヤ8の線
径の少なくとも3倍以上の厚みに設定されているので、
これにより、ボンディングツールより加えた超音波振動
の減衰が少なく、材料間の摩擦熱が有効に機能して接合
強度の高い超音波ボンディングが達成される。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項1に
よれば、金属ベース板に半導体ペレットを接合性よく共
晶ボンディングすることができ、また請求項2の構成を
採用することにより、外囲ケースのろう付け工程で流れ
出した余剰のろう材がペレットマウント面にはみ出すの
を阻止して半導体ペレットのマウントに障害が及ぶのを
回避することができ、さらに請求項3,4により外部導
出端子にワイヤを接合性よく超音波ボンディングでき、
これらを併用することにより人工衛星用などの過酷な環
境条件の下で使用するものとして、従来と比べてより一
層信頼性の高い気密封止形半導体装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による気密封止形半導体装置の
組立構造図
【符号の説明】
1 半導体ペレット 2 金属ベース板 2a 凹溝 3 外囲ケース 4 ろう材 6 外部導出端子 6a ワイヤ接合部 7 封着ガラス 8 Alワイヤ 9 無光沢電気Niメッキ層 10 無光沢電気Auメッキ層 11 半光沢電気Niメッキ層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ペレットをマウントした金属ベース
    板に気密封止用外囲ケースをろう付け接合するととも
    に、該外囲ケースを貫通して封着支持した外部導出端子
    に半導体ペレットから引出したワイヤをボンディングし
    た気密封止形半導体装置において、前記金属ベース板の
    ペレットマウント面に無光沢電気Niメッキ,および無
    光沢電気Auメッキを施した上で半導体ペレットをAu
    /Si共晶ボンディングしたことを特徴とする気密封止
    形半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体ペレットをマウントした金属ベース
    板に気密封止用外囲ケースをろう付け接合するととも
    に、該外囲ケースを貫通して封着支持した外部導出端子
    に半導体ペレットから引出したワイヤをボンディングし
    た気密封止形半導体装置において、外囲ケースの内のり
    に沿って金属ベース板上に、外囲ケースとのろう付け工
    程でケース内方に流れ出したろう材を取り込む凹溝を形
    成したことを特徴とする気密封止形半導体装置。
  3. 【請求項3】半導体ペレットをマウントした金属ベース
    板に気密封止用外囲ケースをろう付け接合するととも
    に、該外囲ケースを貫通して封着支持した外部導出端子
    に半導体ペレットから引出したワイヤをボンディングし
    た気密封止形半導体装置において、外部導出端子のワイ
    ヤ接合部の表面にあらかじめ半光沢電気Niメッキを施
    し、該メッキ層の上でワイヤを超音波ボンディングした
    ことを特徴とする気密封止形半導体装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の半導体装置において、外部
    導出端子のワイヤ接合部の厚みをワイヤ線径の3倍以上
    としたことを特徴とする気密封止形半導体装置。
JP24583093A 1993-10-01 1993-10-01 気密封止形半導体装置 Pending JPH07106458A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09107057A (ja) * 1995-10-09 1997-04-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体素子搭載用プラスチックパッケージおよびその製造方法
JP2007243145A (ja) * 2006-02-07 2007-09-20 Sumitomo Metal Electronics Devices Inc 高放熱型電子部品収納用パッケージ及びその製造方法
WO2017094189A1 (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 三菱電機株式会社 半導体モジュール

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