JPH0766316A - 半導体素子封止用パッケージとそのリッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外観上の半田層厚み勾配を正確で、かつ容易
に形成でき、封止の際に、パッケージ本体の凹所の内部
ガスをスムーズに排出して内部閉じ込めガス残量を少な
くでき、該ガスによる半田の飛散を防止し、該パッケー
ジ本体やピン等への異物付着や汚れを防止できる半導体
素子収納用パッケージとそのリッドを提供する。 【構成】 セラミック板の半田層対応部位の周方向に高
低差を形成し、または下地金属層の周方向に高低差を形
成することで、該半田層表面の半田層長さ方向に高低差
を形成したリッドを用いた構成よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子収納用パッ
ケージとそのリッドに係り、より詳細には、パッケージ
本体の凹所に半導体素子を収納し、気密封止する際に、
内部閉じ込めガス残量を少なくして半田の飛散を防止
し、該パッケージ本体やピン等への異物付着や汚れを防
止できる半導体素子収納用パッケージとそのリッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を収納する半導体素子収納用
パッケージは、一般的に、内部に半導体素子を収納する
凹所を有するパッケージ本体ａと、図８に示すようなセ
ラミック板ｃの片面ｄの外周縁部ｅに下地金属層ｆを設
け、下地金属層ｆ上に封止部材としての半田層ｇを設け
たセラミック製リッドｂとからなり、パッケージ本体ａ
上にセラミック製リッドｂを、半田層ｇを介して取着し
て凹所を気密封止するようにした構成よりなる。

【０００３】そして、このセラミック製リッドｂを用い
て、パッケージ本体ａを封止するには、リッドｂの半田
層ｇを、パッケージ本体ａの上面に形成されている金属
層ｈに対面させると共に、リッドｂをバネ、クリップ等
を介して、半導体パッケージａに押し付け固定し、炉内
で半田を溶融させることで、気密封止するようにしてい
る。しかし、このような半導体素子収納用パッケージの
場合、図９に示すように、『パッケージ本体ａの封止時
に、溶けた半田が飛散して、パッケージ本体ａの表面や
ピンｉ等に付着したり、汚れを発生する』という問題が
提起されている。これは、該パッケージ本体ａのキャビ
ティ部（凹所）とセラミック製リッド間の内部圧力で、
半田溶融の際に抜けるガス（エアー）によって半田が吹
き飛ばされてしまうことに起因すると考えられる。

【０００４】ところで、本出願人は、先に、このような
問題を解決した半導体素子収納用パッケージのセラミッ
ク製リッドとして、『半田層の一部に、該半田層による
囲繞空間部の内側と外側をつなぐガス逃がし用の窪み、
または孔を設けた構成』を提案している（特願平４−３
０２９０８号明細書参照）。そして、この半導体素子収
納用パッケージによれば、該パッケージの半導体素子を
実装して気密封止する際に、該パッケージ本体の内部圧
力によるガスをスムーズに外部に逃がすことができ、半
田の飛散を防止すると共に、該パッケージ本体やピン等
への異物付着や汚れを防止できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した半導
体素子収納用パッケージとそのリッドの場合、次のよう
な課題が残っている。すなわち、 ガス逃がし用の窪み、または孔を設ける工程が必要
になる。 パッケージ本体の凹所の気密封止時に窪み、または
孔が充分に埋まらないことがあり、半田層にシールパス
の狭い個所と広い個所ができ易い。 等の気密性に問題があった。

【０００６】そこで、本発明者は、以上のような点に鑑
み、種々、研究、試験をした結果、前述した課題が、単
に、半田層の一部にガス逃がし部を形成するのではな
く、封止タイミングに遅延を生じさせ、内部封止ガス量
を少なくし得る形状の半田層を形成することで解決でき
ることを究明し、先に、『セラミック製リッドに設けら
れた半田層の半田層長さ方向に半田層厚みの厚い部位と
半田層厚みの薄い部位を設け、該両部位間の稜線を曲線
状または直線状に形成し、半田層長さ方向に半田厚み勾
配を設けた構成』の半導体素子収納用パッケージを提案
した（特願平５−１２３３６６号明細書参照）。

【０００７】ところで、この半導体素子収納用パッケー
ジは、セラミック板に設けられた半田層自体に厚み勾配
を形成することで、封止タイミングに遅延を生じさせ、
内部封止ガス量を少なくし得るようにした構成である
が、本発明者は、半田層自体の厚み勾配を変える構成で
なくても、『封止タイミングに遅延を生じさせ得る構
成』が得られないかについて、いっそうの研究、試験を
行った処、半田層表面に高低差が形成できれば、かかる
前述した課題が解決できることを究明した。

【０００８】本発明は、上述した問題に対処して創作し
たものであって、その目的とする処は、外観上の半田層
厚み勾配を正確で、かつ容易に形成でき、封止の際に、
パッケージ本体の凹所の内部ガスをスムーズに排出して
内部閉じ込めガス残量を少なくでき、該ガスによる半田
の飛散を防止し、該パッケージ本体やピン等への異物付
着や汚れを防止できる半導体素子収納用パッケージとそ
のリッドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そして、上記課題を解決
するための手段としての本発明の半導体素子収納用パッ
ケージとそのリッドは、該リッドを形成するセラミック
板の半田層対応部位の周方向に、または前記下地金属層
の周方向に高低差を形成することで、前記半田層表面の
半田層長さ方向に高低差を形成した構成としている。

【００１０】また、本発明の半導体素子収納用パッケー
ジとそのリッドは、前記構成において、セラミック板
の半田層対応部位の周方向に形成する高低差を、該セラ
ミック板の半田層対応部位の周方向に厚み勾配または凹
凸部を設けた構成、また下地金属層の周方向に形成す
る高低差を、該下地金属層の周方向に厚み勾配または凹
凸部を設けた構成としている。

【００１１】

【作用】本発明の半導体素子収納用パッケージとそのリ
ッドは、半田層の表面に高低差が形成されているので、
該リッドによってパッケージ本体を封止する際に、該封
止タイミングにずれを生じさせて、内部圧力によるガス
をスムーズに外部に逃がすことができると共に、内部閉
じ込めガス残量を少なくできる。

【００１２】また、本発明の半導体素子収納用パッケー
ジとそのリッドは、該リッドを形成するセラミック板の
半田層対応部位の周方向に、または前記下地金属層の周
方向に高低差を形成しているので、該高低差に沿って半
田層を形成することで、該リッドの表面に形成される半
田層の厚みに関係なく、該半田層の表面に高低差が形成
できる。例えば、セラミック板の半田層対応部位の周方
向に厚み勾配または凹凸が形成されている場合は、該セ
ラミック板の表面に下地金属層を印刷・形成し、更にそ
の上に半田層を印刷・形成することで、該半田層表面に
該セラミック板の表面の稜線に沿う高低差が形成でき
る。

【００１３】また、セラミック板の外周縁部を平面形状
とし、該外周縁部に形成する下地金属層の周方向に厚み
勾配または凹凸が形成されている場合は、該下地金属層
の表面の高低差に沿って半田層を印刷・形成すること
で、該半田層表面に該下地金属層の表面の稜線に沿う高
低差が形成できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、図１〜図３は、
本発明の第１の実施例に使用するセラミック製リッドを
示し、図１は平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３
は半導体素子収納用パッケージの封止状態の断面図、図
４は表面に半田層を形成したリッド厚み差と半田飛散発
生率との関係を説明するグラフ、図１、図５、図６は、
本発明の第２の実施例に使用するセラミック製リッドを
示し、図５は図１のＡ−Ａ断面図に対応する断面図、図
６は下地金属の形成方法を説明する断面図である。

【００１５】−実施例１− 本実施例の半導体素子収納用パッケージは、ＰＧＡタイ
プのパッケージであって、概略すると、パッケージ本体
１とセラミック製リッド２とからなる。そして、パッケ
ージ本体１には、その中央に半導体素子を収納するため
のキャビティ部３を有し、キャビティ部３の周囲上面に
ピン４が設けられ、セラミック製リッド２には、セラミ
ック板５の外周縁部６に下地金属層７が設けられ、下地
金属層７上に封止部材としての半田層８を設けられてい
る。

【００１６】セラミック板５は、アルミナセラミック等
の電気絶縁材料からなる矩形状の絶縁基体であって、そ
の外周縁部６にセラミック板周方向に沿うセラミック板
厚み勾配が形成されている。すなわち、セラミック板５
の外周縁部６において、外側縁角部９，９・・のセラミ
ック板厚みｃが、外周縁辺部１０，１０・・のセラミッ
ク板厚みｄに比べて厚く形成され、セラミック板周縁方
向に沿って高低差板が形成されている。

【００１７】そして、セラミック板厚みは、セラミック
板５の大きさによって異なるが、例えば、２５ｍｍ×２
５ｍｍのものにあっては、外周縁角部９，９・・のセラ
ミック板厚みｃが、０．８７ｍｍ程度、外周縁辺部１
０，１０・・のセラミック板厚みｄが、０．８０ｍｍ程
度とされていて、緩やかな曲線または直線による勾配で
形成されている（図２参照）。なお、該曲線または直線
は、形成精度等によっては、該曲線または直線に沿う小
さな波形となることもあり、このような線も含む。ここ
で、該セラミック板周縁方向に沿う高低差は、通常、プ
レス金型によって形成される。

【００１８】また、セラミック板５の外周縁部６の上に
は、厚み１０〜２０μｍの下地金属層７が形成されてい
る。ここで、下地金属層７は、半田がセラミックと濡れ
ないため、直接セラミック上に半田層を形成できないこ
とに対処して設けられたものである。下地金属層７は、
Ａｇ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｔｉ等の厚膜メタライズをスクリーン印刷し、焼成
して形成され、そして、その上面に半田層８が形成され
ている。半田層８は、上記厚膜メタライズにＮｉメッキ
を施し、その上面に形成するようにしてもよい。この構
成の場合、Ｎｉメッキ層が、厚膜メタライズの半田くわ
れを防止するように作用するため、封止後の温度サイク
ル試験等の信頼性が向上する。

【００１９】半田層８は、融点が２５０℃以上で、組成
が、Ｐｂ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ａｇ，Ｓｂの一部もしく
は全部を含む半田を用いていて、下地金属層７を覆うよ
うに溶着されている。ここで、半田層８は、セラミック
板５の外周縁部６にセラミック板厚み勾配が形成されて
いて、その上面に形成される下地金属層７も該セラミッ
ク板厚み勾配に対応して均一厚みで印刷されているの
で、外観上、半田層側面形状が、高低差を有する形状を
形成する。

【００２０】ところで、セラミック板５のセラミック板
厚みｃとセラミック板厚みｄとの厚み差は、２５ｍｍ×
２５ｍｍのセラミック板にあっては、４０μｍ以上とす
ることが好ましい。これは、表面に半田層を形成したリ
ッド厚み差と半田飛散発生率（スプラッター発生率）と
の関係を試験した結果得られた数値であり（図４参
照）、該リッド厚み差を、２０μｍの場合、半田飛散発
生率が２０％程度であるのに対し、該リッド厚み差を、
４０μｍ以上とすることで、半田飛散発生率を０％とす
ることができる。

【００２１】そして、本実施例による半導体素子収納用
パッケージは、セラミック製リッド２をパッケージ本体
１の上面に、半田層８側を下側にして載置し、かつバ
ネ、クリップ等を介して押し付けセットした後、通炉す
ると、半田層８が溶けると共に、該半田によって、パッ
ケージ本体１のキャビティ部３が封止できる。ここで、
半田層８は、セット時、リッド厚みが厚く形成されてい
る外周縁角部９，９・・の半田層８ａ部分のみがパッケ
ージ本体１と接触状態にあるが、加熱による温度上昇に
より、該半田層８ａの半田が、リッド厚みの薄い外周縁
辺部１０，１０・・の半田層８ｂに濡れ広がり、徐々
に、外側縁辺部１０，１０・・がクローズし、パッケー
ジ本体１内の内部ガスがスムーズに大気中に排出され、
また該クローズ時に、シールパスの狭い部位がなくな
る。

【００２２】なお、本実施例では、リッドの半田層を形
成する反対側は平坦であるとした例だが、必要なのは、
半田層形成側のセラミック板高低差のみである。したが
って、半田層を形成しない側の形状は、どのようになっ
ていてもかまわない。例えば、図７のように半田層を形
成しない側の形状を半田層形成側と平行にし、セラミッ
ク板厚みを均一としても良い。

【００２３】−実施例２− 本実施例の半導体素子収納用パッケージは、実施例１に
おいて、図５に示すように、下地金属層７に金属層長さ
方向に金属層厚みの厚い部位７ａと金属層厚みの薄い部
位７ｂを設け、該両部位間の稜線を曲線状または直線状
に形成し、セラミック板５上に金属層厚み勾配を形成し
た構成よりなる。

【００２４】すなわち、セラミック板５の外周縁部６
に、金属層長さ方向に金属層厚みの厚い部位７ａと金属
層厚みの薄い部位７ｂを設けた下地金属層７が形成さ
れ、下地金属層７を設けたセラミック板５の外周縁角部
９，９・・の厚みｃが、外周縁辺部１０，１０・・の厚
みｄに比べて厚く形成され、セラミック板周縁方向に沿
って厚み勾配を形成した構成とされている。そして、下
地金属層７の上には、均一厚みの半田層８が形成され、
外観上、半田層側面形状が、半田層高低差を有する形状
に形成されている。

【００２５】そして、本実施例の半導体素子収納用パッ
ケージは、通常、図６に示すように、セラミック板５の
外周縁部６の上に、Ａｇ，Ａｇ−Ｐｔ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｍ
ｏ−Ｍｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ等の厚膜メタライズを所望厚
みになるように複数回スクリーン印刷して形成してい
る。そして、本実施例の半導体素子収納用パッケージに
あっても、実施例１の半導体素子収納用パッケージと同
様に、半田層高低差を正確で、かつ簡単に形成すること
ができる。

【００２６】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものでなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で変
形実施できる構成を含む。因に、前述した実施例におい
てはリッドの高低差の稜線を曲線状に形成した構成で説
明したが、直線状に形成した構成としてもよい。また前
述した実施例においては、セラミック製リッドの外周縁
角部のリッド高さを、外周縁部辺部のリッド高さに比べ
て高くしてなる構成で説明したが、半田濡れ広がりが良
好な構成であれば、リッド高さの高い部位は、外周縁部
の任意の１〜３箇所でもよく、また５箇所以上の部位に
形成してもよいことは当然である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の半導体素子収納用パッケージとそのリッドは、該リッ
ドを形成するセラミック板の半田層対応部位の周方向
に、または前記下地金属層の周方向に高低差を形成して
いるので、該高低差に沿って半田層を形成することで、
該半田層の表面に高低差が形成でき、例えば、セラミッ
ク板の半田層対応部位の周方向に厚み勾配または凹凸が
形成されている場合は、該セラミック板の表面に下地金
属層を印刷・形成し、更にその上に半田層を印刷・形成
することで、該半田層表面に該セラミック板の表面の稜
線に沿う高低差を、正確でかつ簡単に形成することがで
きるという効果を有する。

【００２８】また、セラミック板の外周縁部を平面形状
とし、該外周縁部に形成する下地金属層の周方向に厚み
勾配または凹凸が形成されている場合は、該下地金属層
の表面の高低差に沿って半田層を印刷・形成すること
で、該半田層表面に該下地金属層の表面の稜線に沿う高
低差を、正確でかつ簡単に形成することができるという
効果を有する。

【００２９】従って、本発明によれば、外観上の半田層
厚み勾配を正確で、かつ容易に形成でき、封止の際に、
パッケージ本体の凹所の内部ガスをスムーズに排出して
内部閉じ込めガス残量を少なくでき、気密性にすぐれて
該ガスによる半田の飛散を防止し、該パッケージ本体や
ピン等への異物付着や汚れを防止できる半導体素子収納
用パッケージとリッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例に使用するセラミック製リッド
の平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 半導体素子収納用パッケージの封止前と封止
後の断面図である。

【図４】 表面に半田層を形成したリッド厚み差と半田
飛散発生率との関係を説明するグラフである。

【図５】 第２の実施例に使用するセラミック製リッド
を示し、図１Ａ−Ａ断面に対応する断面図である。

【図６】 下地金属層を形成方法を示す断面図である。

【図７】 他の実施例におけるリッドを示し、図１Ａ−
Ａ断面に対応する断面図である。

【図８】 従来例を示し、図８（ａ）はリッドの平面
図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は半導体素子収納
用パッケージの封止状態の断面図である。

【図９】 半田飛散の状態を説明するための説明図であ
る。

【符号の説明】

１・・・パッケージ本体、２・・・セラミック製リッ
ド、３・・・キャビティ部、４・・・ピン、５・・・セ
ラミック板、６・・・外周縁部、７・・・下地金属層、
８・・・半田層、９・・・外周縁角部、１０・・・外周
縁辺部、ｃ・・・外周縁角部の厚み、ｄ・・・外周縁辺
部の厚み

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に半導体素子を収納する凹所を有す
   るパッケージ本体と、セラミック板の外周縁部に下地金
   属層を介して封止部材としての半田層を設けたセラミッ
   ク製リッドを有し、該パッケージ本体上に該セラミック
   製リッドを該半田層を介して取着し、前記凹所を気密封
   止する半導体素子収納用パッケージにおいて、該セラミ
   ック製リッドとして、前記セラミック板の半田層対応部
   位の周方向に高低差を形成し、または前記下地金属層の
   周方向に高低差を形成することで、前記半田層表面の半
   田層長さ方向に高低差を形成したリッドを用いてなるこ
   とを特徴とする半導体素子収納用セラミックパッケー
   ジ。
2. 【請求項２】 セラミック板の外周縁部上面周方向に形
   成する高低差を、該セラミック板の半田層対応部位の周
   方向に厚み勾配または凹凸部を設けることにより形成し
   てなる請求項１に記載の半導体素子収納用セラミックパ
   ッケージ。
3. 【請求項３】 下地金属層の周方向に形成する高低差
   を、該下地金属層の周方向に厚み勾配または凹凸部を設
   けることで形成してなる請求項１に記載の半導体素子収
   納用セラミックパッケージ。
4. 【請求項４】 セラミック板の外周縁部に下地金属層を
   介して封止部材としての半田層を設けたセラミック製リ
   ッドにおいて、該セラミック板の半田層対応部位の周方
   向に高低差を形成し、または前記下地金属層の周方向に
   高低差を形成することで、前記半田層表面の半田層長さ
   方向に高低差を形成してなることを特徴とするセラミッ
   ク製リッド。
5. 【請求項５】 セラミック板の外周縁部上面周方向に形
   成する高低差を、該セラミック板の半田層対応部位の周
   方向に厚み勾配または凹凸部を設けることで形成してな
   る請求項４に記載のセラミック製リッド。
6. 【請求項６】 下地金属層の周方向に形成する高低差
   を、該下地金属層の周方向に厚み勾配または凹凸部を設
   けることで形成してなる請求項４に記載のセラミック製
   リッド。