JPH08139264A

JPH08139264A - 半導体素子搭載用パッケージ

Info

Publication number: JPH08139264A
Application number: JP6249413A
Authority: JP
Inventors: Tokio Ogoshi; 時夫大越; Yuka Katou; 由夏賀藤; Hideki Ogoshi; 秀樹大越; Kenichiro Miyahara; 健一郎宮原
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-10-14
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】熱衝撃特性に優れ、しかも反りが低減された、
優れた信頼性を有する半導体素子搭載用パッケージを提
供する。【構成】基板１上に、電源用リード３、接地用リード４
および信号用リード５を接着剤層２ａ、２ｂ、２ｃを介
して積層してなるパッケージであって、少なくとも上記
基板とその上に積層されるリードとを接合する接着剤層
として、２５℃における弾性率が１０ｋｇ／ｍｍ²以下
で、且つ上記基板とリードとを９０゜ピール強度で表さ
れる接着強度が０．５ｋｇ／ｃｍ以上の強度で接合し得
るものを使用した半導体素子搭載用パッケージである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な半導体素子搭載用
パッケージに関する。詳しくは、熱衝撃特性に優れ、し
かも反りが低減された、優れた信頼性を有する半導体素
子搭載用パッケージである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の分野ではマイクロプ
ロセッサーで代表されるように集積密度の増加、高速化
の傾向にあり、それを搭載する半導体素子搭載用パッケ
ージにおいても電気特性の向上、放熱性の向上、信号パ
ターンの微細化が求められてきた。また、携帯用パソコ
ン搭載のため軽量化、コンパクト化も求められるように
なった。

【０００３】一方、半導体素子搭載用パッケージとし
て、図４に示すように、電源用リード１０３、接地用リ
ード１０４および信号用リード１０５をそれぞれポリイ
ミド等の接着フィルム１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを
介して接合した積層体に半導体素子１０６を搭載後、ワ
イヤーボンディング１０７を施し、全体を封止樹脂１０
８でモールドして構成された素子を搭載したパッケージ
が知られているが、この構造のパッケージは、リードの
積層体全体を封止用樹脂でモールドするため、放熱性が
十分でなかったり、パッケージの容積が増すという問題
点を有していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる問題を解決する
ため、上記封止用樹脂によるモールドを行わず、電源用
リード、接地用リードおよび信号用リードの積層体のみ
でパッケージを構成することも考えられる。

【０００５】しかしながら、モールドを行わない上記パ
ッケージは可撓性が高いため、これに半導体素子を搭載
した場合、キャビティー底面の平坦性が維持できず、安
定して半導体素子を保持できないばかりでなく、該キャ
ビティーに封止用のキャップを接合する場合にも封止性
が不十分となるという欠点を有する。

【０００６】そのため、上記リードの積層体を、ある程
度の厚みを有するセラミック焼結体あるいは金属のよう
に剛性を持った基板上に保持すれば良いが、この場合に
もいくつかの問題点が生じる。

【０００７】即ち、基板にポリイミドなどよりなる接着
フィルムを介して接合されたリードは、その熱膨張率差
により、熱履歴を受けることにより剥離し易く、パッケ
ージの耐久性に乏しい。また、パッケージ搭載後にキャ
ビティーにキャップを設けて封止した場合、該剥離部分
において封止性が低下するという問題を有する。

【０００８】更に、該リードとして金属板或いは金属枠
のように通電部が面状のものを使用した場合には、膨張
率の差によってパッケージ全体に反りが発生し易く、半
導体素子搭載時の信頼性が低下するばかりでなく、上記
キャップによる封止性も低下するという問題を有する。

【０００９】上記問題のうち、後者の問題に対しては、
基板の厚みを増すことにより解決することが可能である
が、該厚みを増加するとパッケージの軽量化における問
題が生じ、実用的でない。

【００１０】従って、リードを基板上に積層した構造の
半導体素子搭載用パッケージにおいて、耐熱衝撃が高
く、反りの発生が低減された半導体素子搭載用パッケー
ジの開発が望まれるようになった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、かかる課題
を解決すべく鋭意研究した結果、少なくとも基板とリー
ドとの接合を特定のゴム状弾性を有する接着剤層を介し
て接着することにより、耐熱衝撃に優れ、且つ反りの発
生の少ない半導体素子搭載用パッケージが得られること
を見い出し本発明を完成するに至った。

【００１２】以下、本発明を添付の図面に従って具体的
に説明するが、本発明はこれらの添付図面に限定される
ものではない。

【００１３】図１は、本発明の代表的な半導体素子搭載
用パッケージの態様を示す分解図であり、図２及び図３
は半導体素子を搭載した状態の本発明の半導体素子搭載
用パッケージの他の態様を示す断面図である。

【００１４】本発明の半導体素子搭載用パッケージは、
図１に示すように、基板１上に、電源用、接地用および
信号用のリード３、４および５を、接着剤層２ａ、２ｂ
および２ｃを介して積層してなるパッケージであって、
少なくとも上記基板１とその上に積層されるリード３と
を接合する接着剤層２ａが、２５℃における弾性率が１
０ｋｇ／ｍｍ²以下で、且つ上記基板とリードとを９０
゜ピール強度で表される接着強度が０．５ｋｇ／ｃｍ以
上の強度で接合し得るものであることを特徴とするもの
である。

【００１５】なお、本発明において、９０°ピール強度
は、接着剤層を介して接合されたリードを基板の接着面
に対し９０度の方向で引っ張り、リードが引き剥がされ
る時のリード幅１ｃｍ当たりの強度であり、２５℃にお
ける弾性率は、引張弾性率の測定方法（ＪＩＳＣ２３
２１或いはＡＳＴＭＤ−８８２）により測定した値で
ある。

【００１６】本発明に用いられる基板１は、得られるパ
ッケージの変形を防止し得る程度の剛性を有するもので
あれば、公知の材質が特に制限なく使用される。代表的
なものを例示すれば、セラミック焼結体、金属等が挙げ
られる。かかるセラミック焼結体よりなる基板を具体的
に示せば、アルミナ、ムライト、ベリリア、ガラスセラ
ミック、マグネシア等の酸化物、窒化アルミニウム、窒
化珪素、窒化ホウ素等の窒化物、炭化珪素、炭化ホウ素
等の炭化物などのセラミックの焼結体を挙げることがで
きる。

【００１７】これらセラミック焼結体の色調は通常白
色、灰白色、ピンク色で用いられることが多いが、遮光
性や、半導体素子実装工程に於ける画像認識のために、
着色剤を含ませて黒色、黒灰色、黒褐色、褐色、黒紫色
等に着色されたものも使用できる。

【００１８】また、金属よりなる基板を具体的に例示す
れば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、
コバール（代表組成：２５〜３５重量％Ｎｉ−１５〜２
０重量％Ｃｏ−残りＦｅ）、４２アロイ（代表組成：４
０〜４４重量％Ｎｉ−残りＦｅ）、インバー（代表組
成：３１〜３７重量％Ｎｉ−０〜５重量％Ｃｏ−残りＦ
ｅ）、タングステン、モリブデン、銅−タングステン系
合金（代表組成：１〜４０重量％Ｃｕ−残りＷ）、銅−
モリブデン系合金（代表組成：５〜７０重量％Ｃｕ−残
りＭｏ）、両面銅クラッドモリブデン板（代表厚み比
率：Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ＝１／３／１〜３／１／３）、両
面銅クラッドインバー板（代表厚み比率：Ｃｕ／Ｍｏ／
Ｃｕ＝１／３／１〜３／１／３）等の圧延板、押し出し
板、電解板などが挙げられる。尚、クラッド板とは金属
板（又は箔）同士を重ね圧延、圧着したものである。こ
れら金属製基板の表面には酸化などの腐食を防止するた
めに、必要に応じて、Ｎｉメッキ、Ａｌ蒸着膜Ａｇメッ
キなどを施してものを用いても良い。そして、本発明に
よる接着剤はこのような表面処理のある金属基板に対し
ても信頼性の高い接着性が得られる。

【００１９】上記のセラミック焼結体或いは金属よりな
る基板のうち、熱伝導率が７０Ｗ／ｍＫ以上と高い材質
である、窒化アルミニウム、炭化珪素、ベリリア、アル
ミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、タングステ
ン、モリブデン、銅−タングステン合金、銅−モリブデ
ン系合金、両面銅クラッドモリブデン板などを用いた基
板を使用することにより、より放熱性の高いパッケージ
を得ることができ好ましい。また、アルミニウム、銅な
どの比較的熱膨張係数の高い金属を用いる場合、該基板
において半導体素子を搭載するキャビティー部分に、タ
ングステン、モリブデン、窒化アルミニウムのような熱
膨張係数が半導体素子に近い材料を接着し、それ等を介
して素子を搭載することが素子および基板の反り防止の
点から好ましい。

【００２０】更に、本発明に使用する基板は、上記セラ
ミック焼結体および金属よりなる基板を接着剤により接
着し、組み合わせて使用することもできる。例えば、熱
膨張係数が半導体素子に比較的近い値のアルミナ基板と
高熱伝導率の銅板を接着して使用すれば、熱膨張係数が
小さく、かつ熱抵抗が小さい基板が得られる。この基板
は上記熱伝導率が７０Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率材料を
使用した基板と同等の放熱性を有し、半導体素子搭載用
の基板としてはアルミナ単独使用の場合に比べより好ま
しい。該アルミナ基板と銅基板との接着は、公知の接着
剤を使用して行うことができるが、本発明に使用する後
記の接着剤を介して行うことができ、他の接着樹脂を介
して行うより接着の信頼性確保の点から好ましい。この
時の接着剤の厚みは、１００μｍ医以下、好ましくは５
０μｍ以下が放熱性を高めるために好ましい。この場
合、接着剤層に高熱伝導性を有する銀、銅、窒化アルミ
ニウム等のフィラーを適当量、一般には、２０〜９０重
量％配合することにより、構成される基板の放熱性をよ
り向上することができ更に好ましい。

【００２１】本発明において、上記基板はパッケージの
リードの積層構造を支える土台となるので、その変形を
防止し得る程度の機械的強度が確保されなければならな
い。一般に、基板の材質によって多少異なるが、厚み
は、０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上が推奨
される。また、厚みの上限は、軽量化の観点から３ｍｍ
以下とすることが好ましい。

【００２２】本発明において、基板上に積層される、電
源用、接地用および信号用のリードは、導電性を有する
材質よりなる公知の構造のものが特に制限なく使用され
る。例えば、１枚のリード内に、電源用、接地用および
信号用のリードを含む態様或いは、２枚のリードを使用
し、１枚のリード内に電源用および接地用のリードを含
み、他の１枚のリードを信号用に使用する態様も可能で
ある。

【００２３】しかしながら、本発明において、自己イン
ダクタンスを抑え、これに伴いパッケージにおいて発生
するノイズを低減させる等の電気特性向上のため、電源
用リード３、接地用リード４および信号用リード５をそ
れぞれ独立した層状に設け、且つ該電源用リード３およ
び接地用のリード４（電源用リードの位置と接地用リー
ドの位置とは、逆になっても良い。）の通電部を面状と
成し、これを基板上に積層した態様が好適である。即
ち、前記態様のうち、リードが単層である場合は、電源
層、接地層が線状となり、自己インダクタンスが数ｎＨ
以上と高いが、図１に示すように、面状の電源用リード
あるいは接地用のリードを基板上に接着して多層化する
ことで電源層、接地層の自己インダクタンスが小さく、
電気特性の優れたパッケージを得ることができる。

【００２４】更に、図１に示されるように、電源用リー
ド３と接地用リード４との通電部を面状に構成すること
により、該リード間ににデッカップリングコンデンサー
を形成することができる。従って、接着剤層の材質、厚
みにもよるが５０〜１０００ｐＦ程度の範囲の容量は容
易に形成でき、その上自己インダクタンスを上記のよう
に小さくできるので電源層及び接地層に生じるノイズを
低減することができるのである。

【００２５】このような面状の電源用あるいは接地用リ
ードにおける自己インダクタンスはリードの材質にもよ
るが、例えば外形４０×４０ｍｍの正方形で厚み０．１
ｍｍの金属板の場合０．０５〜０．３ｎＨ（周波数１Ｍ
Ｈｚ以上で）であり、外形４０×４０ｍｍの正方形で中
央部分に２０×２０ｍｍの正方形の空間を有する厚み
０．１ｍｍの金属板の場合０．１〜０．６ｎＨ（周波数
１ＭＨｚ以上で）となりパッケージの電気特性は飛躍的
に高まる。

【００２６】なお、上記態様において、信号用のリード
５は、線状のリードよりなる通電部で構成されるのが一
般的である。

【００２７】本発明において、リードの材質は、前記の
導電性を有する材質であれば特に制限されないが、銅、
銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、コバール、
その他のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、４２アロイ、その他
のＦｅ−Ｎｉ系合金、片面または両面アルミニウムクラ
ッドコバール板（アルミニウムの代表的厚み：１〜３０
μｍ、アルミニウムの代表的組成：０．０〜２．０重量
％Ｓｉ−残りＡｌ）、片面または両面アルミニウムクラ
ッド４２アロイ板（アルミニウムの代表的厚み：１〜３
０μｍ、アルミニウムの代表的組成：０．０〜２．０重
量％Ｓｉ−残りＡｌ）、片面または両面銀クラッド４２
アロイ（銀の代表的厚み：１〜３０μｍ）、片面または
両面銀クラッドコバール（銀の代表的厚み：１〜３０μ
ｍ）等の金属が好適に使用される。

【００２８】また、リードの厚みに関しても特に限定さ
れないが、パターンの微細化に対応して化学的エッチン
グやプレス打ち抜きにおける加工精度を確保するため、
一般に３００μｍ以下が好ましい。また、厚みの下限
は、取扱い上５μｍ以上が好ましい。

【００２９】本発明に用いられるリードの形状を更に具
体的に説明する。上記した電源用リードおよび接地用リ
ードを面状に構成する態様としては、図１に示すよう
に、各通電部を中央に切欠部（キャビティー形成用）を
有する枠状とする態様が一般的であるが、基板に直接積
層するリードについては、該切欠部のない平板状とする
態様も採用することができる。また、面状とする効果を
著しく低減させない範囲で、該リードを複数に分割して
形成することもできる。

【００３０】また、リードを面状とする態様以外のリー
ドの態様として、特性インピーダンス制御あるいは接着
性向上のために丸穴（あるいは多角形状の）を多数形成
した態様も採用することができる。かかる穴の総割合は
接合部の占める面積の７０％以下が好ましい。

【００３１】本発明において、少なくとも上記基板とそ
の上に積層されるリードとを接合する接着剤層が、２５
℃における弾性率が１０ｋｇ／ｍｍ²以下、好ましくは
５ｋｇ／ｍｍ²以下で、より好ましくは１ｋｇ／ｍｍ²以
下であり、且つ上記基板とリードとを、９０゜ピール強
度で表される接着強度（以下、単に「接着強度」ともい
う）が０．５ｋｇ／ｃｍ以上、好ましくは１ｋｇ／ｃｍ
以上、より好ましくは１．５ｋｇ／ｃｍ以上、更に好ま
しくは２ｋｇ／ｃｍ以上の強度で接合し得るものである
ことが極めて重要である。

【００３２】即ち、基板とリードとを接合する接着剤層
の接着強度を０．５ｋｇ／ｃｍ以上に確保することによ
り、基板へのリードの接合を確実に且つ信頼性良く行な
うことができ、該基板によるパッケージの強度の補強を
効果的に行うことができる。

【００３３】また、かかる接着強度と共に、該接着剤層
の弾性率を１０ｋｇ／ｍｍ²以下とすることにより、基
板とリード間の熱膨張率の差に起因する応力を該接着剤
層が効果的に吸収し、接着強度の低下を小さくすること
が可能となり、熱衝撃に対して極めて安定した耐久性が
付与され、本発明の目的とするパッケージを提供するこ
とができる。

【００３４】因みに、接着強度が０．５ｋｇ／ｃｍ未満
の接着剤は本パッケージ構造を維持できず、剥離した
り、封止性が低下するなどの不具合が生じる。また、前
記したポリイミド系の接着剤などのように、２５℃にお
ける弾性率が１０ｋｇ／ｍｍ²を越えるものは、熱履歴
を受けることによって接着強度が低下し易く、仮に、接
着強度が０．５ｋｇ／ｃｍ、あるいはそれ以上あっても
パッケージの封止性が劣化し易く、長期の使用における
耐久性に乏しいことが明らかとなった。

【００３５】これに対して、本発明による接着剤は、上
記ポリイミド系、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系など
に比べ接着強度そのものが低い場合でも、パッケージの
封止性は維持される。その理由は上記従来樹脂のような
比較的硬質の樹脂の被着体との接着界面と、本発明によ
る樹脂のようにゴム状弾性を有しているものの被着体と
の接着界面での密着性が異なり、本発明による樹脂が界
面での密着性を維持し易くそのためパッケージの封止性
も維持されるものと推察される。このことは本発明によ
る接着剤を用いた場合、仮に熱衝撃テストやＰＣＴなど
の環境試験後において初期の接着強度が低下したとして
も、０．５ｋｇ／ｃｍ以上の接着強度があればパッケー
ジの構造は維持され、かつ気密封止性も維持される。

【００３６】前記した樹脂によるモールドを行うタイプ
のパッケージでは、単一層のリードフレームの場合は勿
論、多層リードフレームのように面状の電源層、接地
層、あるいは信号用リードが形成されている場合でも、
それらは実装された半導体素子と共に封止用樹脂で全体
が埋設されるため、封止樹脂で埋設されるまでの製造工
程まで接着構造が維持されればよいので、それらの接着
強度は特に要求されず、また接着の信頼性に関してもそ
れほど問題とはならない。

【００３７】本発明において、上記接着剤層を構成する
接着剤としては、耐熱性の優れたフッ素ゴム系接着剤、
シリコーンゴム系接着剤等が好適に使用される。例え
ば、フッ素ゴム系接着剤としては、ヘキサフルオロプロ
ピレン−フッ化ビニリデンを主体とした共重合体を主成
分とするものが、また、シリコーン系ゴムとしては、シ
ラン、或いはオルガノポリシロキサン（シリコーン）を
主成分とするシリコーンオイルに架橋剤、シランカップ
リング材などの接着性付与剤等を適量混合した液状、ペ
ースト状のもの或いは有機溶剤中に溶解して溶液状とし
たもの等が好適に使用される。

【００３８】上記シリコーンゴム系接着剤は、硬化させ
ることで接着性を有するゴム状弾性体となり使用に供さ
れる。硬化法として、室温で雰囲気中の水分と反応する
ことで縮合反応が進み硬化するもの、ＳｉＨ基とビニル
基含有のシリコーンオイルなどを白金などの触媒の存在
下に加熱することで（あるいは非加熱で）付加反応が進
み、ジメチレン架橋してゴム状弾性体となるもの、ある
いは紫外線により硬化するものなどがある。また、硬化
に際し硬化剤などの混合が必要の無い一成分タイプと、
事前に硬化剤を混合する二成分タイプがあるが、本発明
においてはどちらでも使用できる。このようなシリコー
ンゴム系接着剤の中で付加反応により架橋する加熱硬化
型のものが硬化時に反応福生物の生成が実質的になく、
また、硬化時間も短いため好適に使用される。

【００３９】また、本発明において、上記接着剤層を構
成する接着剤は、本発明に規定する該接着剤層の接着強
度および弾性率の範囲を外れない割合で、絶縁性のフィ
ラーを含有することができる。かかるフィラーの添加に
より、リードを接着する際の接着剤のはみ出しを防止で
きると共に印刷性を向上させることができ、より精度の
高いパッケージを構成することができる。

【００４０】上記フィラーの材質は、絶縁性を有するも
のであれば、公知のものが特に制限なく使用される。例
えば、アルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化
ベリリウム、酸化カルシウム当の無機酸化物、窒化珪
素、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ほう素等の無機
非酸化物、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂等
の有機高分子等が挙げられ、これらを単独で或いは２種
以上を混合して使用することができる。また、該フィラ
ーの大きさは、０．１〜１００μｍ、好ましくは０．３
〜３０μｍが適当であり、形状としては、球状、針状、
樹枝状等が挙げられる。

【００４１】また、フィラーの好適な配合量は、接着剤
を構成する樹脂に対して、０．５〜８０重量％、好まし
くは５〜７０重量％の範囲、更に好ましくは１０〜３５
重量％の範囲より、上記特性を損なわない量を選定して
使用することが好ましい。即ち、かかるフィラーの使用
により、接着剤のはみ出し量を０．６ｍｍ以内に抑える
ことが可能となり、また、接着強度の向上を図ることが
可能となる。

【００４２】上記接着剤による接着は、その硬化温度に
応じて適宜決定すればよい。また、接着時の雰囲気は大
気中でも充分接着性が得られるが、リードの酸化がある
場合などは実質的に酸素を含まない減圧中及び真空中を
含む非酸化性の雰囲気中での処理が好ましく、かかる条
件を採用することにより接着性を更に高めることができ
好ましい。特に、減圧中及び真空中で接着は、接着剤中
の気泡を除去することができ好ましい。

【００４３】本発明において、上記の接着剤層の厚みは
０．００５〜３ｍｍの範囲が好ましい。すなわち、０．
００５ｍｍ未満では充分な強度が得られ難く、基板、リ
ードの反り変形などで部分的に接着しない部分が生じ易
く、その結果、封止性が取れなくなるなどの不具合が生
じ易く好ましくない。また、３ｍｍを越えるとパッケー
ジ全体の厚みが厚くなるので好ましくない。

【００４４】以上のように、本発明の半導体素子搭載用
パッケージは、前記特定の接着剤層を使用することによ
り、基板とリードとの熱膨張係数差が、０〜１００℃の
間で５×１０^-6・℃^-1程度と比較的小さいもの同士の接
着、例えば、モリブデン、タングステンよりなる金属製
基板、窒化アルミニウム焼結体、アルミナ焼結体等より
なるセラミック基板と、４２アロイ、コバール、モリブ
デンリードとの接着など異種材料同士の場合、更に銅又
は銅合金よりなる基板と銅又は銅合金よりなるリード、
アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる基板とアル
ミニウム又はアルミニウム合金よりなるリードとの接着
などの同種材料同士の場合は勿論、熱膨張係数差が０〜
１００℃で３０×１０^-6・℃^-1程度と比較的大きい基板
とリードとの接着の場合、例えば窒化アルミニウム焼結
体あるいはアルミナ焼結体よりなる基板と銅又は銅合金
よりなるリード、アルミニウム又はアルミニウム合金よ
りなるリードとの接着の場合、さらに例えば基板材料と
して炭化珪素や窒化アルミニウムセラミック焼結体を用
い、リード材料としてアルミニウム、鉛、及び亜鉛を用
いて接着した場合、材料間の０〜１００℃に於ける熱膨
張係数差は２１〜２８×１０^-6・℃^-1とかなり大きい場
合でも接着の信頼性は高く、接着後の反りも生じにく
い。

【００４５】本発明において、上記接着強度及び弾性率
を有する接着剤層は、基板とリードとの接合に使用され
るものであれば良いが、複数のリードを積層してパッケ
ージを構成する場合、該リード間の接着にも上記接着剤
層を適用することができる。

【００４６】図１を参照して本発明の半導体素子搭載用
パッケージの説明を更に続けると、電源用リード３及び
接地用リード４の中央部分には半導体素子（図示せず）
が搭載するできるよう空間領域がある。更に接地用リー
ド４の上には接着剤層２ｃを介して主として信号層とし
て使用される細い線状のリード（例えばリードフレーム
などを使用）５が配置されている。また、電源用リード
３、接地用リード４のそれぞれの外部リード８は、信号
用の線状のリード５の信号用リードとして使用されない
空きリード９と接合されることが好ましい。かかる接合
方法は電気スポット溶接、レーザー溶接、超音波接合、
熱圧着、圧接、ろう付け、ハンダ付け、導電性接着剤に
よる接着等が一般的である。

【００４７】また、上記信号用として使用しないリード
を含む信号用リード５の外部リード部は、ガルウイング
等の曲げ加工が施される。なお、電源用リード３および
接地用リード４の外部リード８は、積層後において電気
的に絶縁が保たれていなければならないので、お互いに
重なり合わないように配置されている。

【００４８】得られるパッケージの中央部に形成される
キャビティーには半導体素子６が搭載され、ワイアボン
ディング７が施される。ワイアボンディング７は電源用
リード３、接地用リード４、信号用リード５のそれぞれ
に施される。なお、ワイアボンディングに代えて、他の
公知の接続態様、例えば、フリップチップ実装における
バンプ接続、ＴＡＢリードへのバンプ接続等を採用する
ことも必要に応じて採用される。

【００４９】本発明の半導体素子搭載用パッケージの他
の構成は、特に制限されず、適宜変更することができ
る。好ましい他の態様を例示すれば、図２および図３に
示す態様が挙げられる。

【００５０】図２に示される態様は、接着剤層２ａ、２
ｂ、２ｃを形成する場合、積層時の圧力等により硬化前
の接着剤の厚みが不均一となるのを防止するために、該
接着剤層中にスペーサー１０を設けた態様を示す。上記
態様により、電源用リード、接地用リードおよび信号用
リードの間隔を一定に保つことができ、より安定した電
気特性を有するパッケージを得ることが可能である。

【００５１】上記スペーサーの材質は、接着剤の成分に
対し実質的に不活性であり、接合時の圧力に耐えること
ができる圧縮強度を有するものが特に制限なく使用され
る。代表的な材質を例示すれば、前記接着剤層に充填す
るフィラーの材質が使用可能である。また、スペーサー
の形態としては、一定の径を有する粒状体を一定の密度
で存在させても良いし、特にスペーサーを有機高分子に
よって構成する場合、一定の厚みを有する点状、線状等
のパターンを積層されるリードに予め形成することも可
能である。

【００５２】また、図３に示される態様は、信号用リー
ド５を前記した特定の弾性率を有する接着剤層２ｃによ
って接合する場合において、該信号用リードの内部リー
ドを構成する部分の下面に硬質絶縁樹脂層１１を存在さ
せた態様を示す。

【００５３】すなわち、かかる弾性率を有する接着剤層
を使用した場合、パッケージに半導体素子６を搭載して
信号用リードの内部リードにワイヤーボンディング等に
より接続を行う際、該接着剤層のゴム弾性により内部リ
ードが接続時の圧力によって沈んだりワイヤボンディン
グ時に印加する超音波出力が増大し、安定したボンディ
ング作業が困難になる場合がある。上記問題に対して、
信号用リードの内部リードを構成する部分の下面に硬質
絶縁樹脂層を存在させることにより、ワイヤーボンディ
ング等による接続時における内部リードの沈みを効果的
に防止し、ボンディング時の超音波出力も３０〜８０％
程度に低減することができ、安定した接続作業を実施す
ることができる。

【００５４】上記態様において、硬質絶縁樹脂層の材質
は、ロックウェル硬度がＲ１５〜Ｒ１６０の範囲にある
ものが好適に使用される。代表的な材質としては、ポリ
イミド、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、フ
ェノール樹脂等の樹脂が挙げられる。該樹脂よりなる層
（厚みにおいて厳密な区別はなく、フィルム、シートを
も含むものである。）は靱性があり、接続時に破損し難
いため好適である。また、硬質絶縁樹脂層の厚みは、接
着剤層の厚みより薄くなるように設定することが望まし
い。更に、該硬質絶縁樹脂層の形態は、平滑なフィルム
が一般に使用されるが、径が０．０５〜０．５ｍｍ程度
の多数の穴を設けた形態のフィルムを使用することも可
能である。

【００５５】上記硬質絶縁樹脂層１１を存在させる方法
は、特に制限されないが接着剤層２ｃ中に埋没させて設
ける態様が好適である。

【００５６】上記以外の態様として、図示していない
が、電源用或いは接地用リードと信号用リードの取出用
リードとの接続を接着剤層に設けた導電性ビアホールに
よって行う態様も採用することができる。

【００５７】また、本発明の半導体素子搭載用パッケー
ジの構造は、図１、図２、図３に示すように基板上に半
導体素子が直接搭載されるような構造が一般的である
が、本発明の前記構成を逸脱しない範囲で、他の公知の
パッケージの構造を採用することができる。例えば、半
導体素子のフリップチップ実装、ＴＡＢ実装品などに対
応したパッケージの構造も本発明において採用すること
ができる。

【００５８】また、本発明のパッケージは、半導体素子
搭載後、必要に応じてキャップによる封止、キャビティ
ー内への絶縁樹脂を充填することによる封止等を行うこ
ともできる。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の半導体素子搭載用パッケージは、基板上に特定の接
着剤層を介してリードを積層することにより、熱衝撃特
性に優れ、しかも反りが低減され、強度、封止性等にお
いて優れた信頼性を発揮するものである。また、基板に
直接リードを積層して構成されるため、放熱性にも優れ
るという特徴をも有する。

【００６０】

【実施例】以下本発明を実施例により更に具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではな
い。実施例１基板とリードとの接着において、接着強度が９０°ピー
ル強度で０．５ｋｇ／ｃｍ以上となる接着剤として、表
１に示すシリコーン樹脂系（実施例）、エポキシ樹脂系
（比較例）、ポリイミド樹脂系（比較例）のものを選ん
だ。

【００６１】

【表１】

【００６２】先ず、これらの樹脂系接着剤について２５
℃における弾性率を測定した。弾性率は、各接着剤のみ
の硬化体を表１に示す加熱条件及び雰囲気中で作成し、
２５℃における弾性率を、シリコーン樹脂はＪＩＳＣ
２３２１の方法により、シリコーン樹脂以外はＡＳＴＭ
Ｄ−８８２の方法で測定し、引張弾性率の値として求
めた。それらの結果を表２に示す。

【００６３】上記エポキシ樹脂は二液混合後硬化を行う
タイプのものと、硬化剤が混合済みでＢステージ（半硬
化）可能なタイプの二種類を用いた。ポリイミド樹脂は
全芳香族ポリイミド前駆体溶液で塗布後加熱キュアして
硬化させる熱硬化タイプのものと、オーラム（商品名：
三井東圧化学株式会社製）と呼ばれる熱可塑性タイプの
二種類を使用した。シリコーン樹脂は一液型で室温硬化
タイプ（通常ＲＴＶゴムと呼ばれる）のもので接着性の
異なる２種類のものと、同じ一液型で、ＳｉＨ基とビニ
ル基を含んだオルガノポリシロキサン同士を塩化白金酸
触媒と共に加熱し、付加反応させることでジメチレン架
橋を形成して硬化させる加熱硬化タイプで、接着性、弾
性率の異なる３種類のもの、計５種類を使用した。上記
のシリコーン樹脂のうち、付加反応による加熱硬化Ａ
は、フィラーとしてシリカのみを２５重量％含有し、加
熱硬化Ｂは、アルミナ５０重量％及びシリカ２０重量％
を含み、加熱硬化Ｃはアルミナ２５重量％、シリカ２０
重量％を含むものである。

【００６４】尚、使用したシリコーン樹脂は全て弾性率
１０ｋｇ／ｍｍ²以下であり、ゴム状弾性を示すもので
ある。

【００６５】次に、金属製基板として、モリブデン、タ
ングステン、Ｃｕを１０重量％含有する銅−タングステ
ン合金、両面Ａｌクラッドコバール（Ａｌ厚み：両面と
も８μｍ）アルミニウムおよび銅を用意し、セラミック
基板としてアルミナ、及び窒化アルミニウム焼結体を用
意した。これらの基板は４０×４０ｍｍの正方形で、厚
み１ｍｍの板状である。また、リードとして銅、アルミ
ニウム、４２アロイ、コバール、亜鉛、モリブデン、Ｋ
Ｖ−１５（住友特殊金属株式会社製のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
系合金で、室温から３５０℃までの熱膨張係数が窒化ア
ルミニウム、シリコン半導体に近似したもの）、両面Ａ
ｌクラッド４２アロイ製（Ａｌ厚み：両面とも８μ
ｍ）、両面Ａｌクラッドコバール製（Ａｌ厚み：両面と
も８μｍ）であり、各材質とも、トータル厚み０．１ｍ
ｍであり、電源用リードが、外形３９×３９ｍｍの正方
形で中央に２０×２０ｍｍの正方形の切欠のある枠状の
ものを接地用リードが外形寸法が同じで中央に２２×２
２ｍｍの切欠のある枠状のものを用意した。

【００６６】図１において、これら各基板１と電源用リ
ード３とを表２に示す組合せで、上記接着剤を介して積
層し、該電源用リード３に該接着剤を介してこれと同材
質の接地用リード４を積層し、更に、該接地用リード４
に該接着剤を介して表２に示す材質の信号用リードを積
層し、表１に示す接着条件により接合し、半導体素子用
パッケージを構成した。上記信号用リードは、リード数
３０４で、外部リードピッチ０．５ｍｍ、厚み０．１５
ｍｍの単層リードフレーム状のものである。

【００６７】なお、銅製基板とリードとの接合に関して
は、１５０℃を越える加熱がなされる場合、雰囲気は全
て窒素を用いた。但し、シリコーン樹脂のうち加熱硬化
タイプで弾性率の小さいものは大気中及び１×１０^-3Ｔ
ｏｒｒの減圧中で接着を行った（Ｎｏ．６、１０、１１
のシリコーン樹脂による接着は上記減圧中で行ったもの
である。）。

【００６８】得られたパッケージについて封止性テスト
を実施した結果、初期において封止性は、ヘリウムリー
クが１×１０^-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であり、各々
良好であったが、−６５〜１５０℃の繰り返し加熱冷却
による熱衝撃テスト１０００回後、ハンダ耐熱テストを
５回繰り返して行った後、及び１２１℃、２気圧、飽和
水蒸気中でのプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）１
００時間後の各テストを行った後において、シリコーン
樹脂系（実施例）の接着剤を使用した場合は、封止性の
低下が殆どないが、エポキシ樹脂系およびポリイミド樹
脂系の接着剤を使用したものについては、１×１０^-5ａ
ｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃまで低下していた。

【００６９】ヘリウムリーク法による封止性テストは図
１に示すパッケージの信号用リード面に、シリコーング
リスの塗布されたシリコーンゴム枠体を介して真空ポン
プ（拡散ポンプ）で半導体素子が搭載されるキャビティ
ー内を吸引し、周囲からヘリウムガスを吹き付けキャビ
ティー内の真空度の変化を読み取ることで測定した。

【００７０】また、基板１と電源用リード３との接着強
度を測定するため、基板上に接着された電源用リードを
幅３ｍｍにカットし、そのカットしたリードを３本用い
て基板との接着面に対し９０°方向に４０ｍｍ／分の速
度で引っ張り、該３本のリードについて最大引張強度の
平均値を求めることにより９０度ピール強度を測定し
た。その結果を表２に示す。

【００７１】

【表２】

【００７２】更にテストＮｏ．６、８、１０、１６、１
７、２０〜２４のパッケージについて、ＰＣＴ５００時
間後の接着強度とヘリウムリーク法による封止性を調べ
た。その結果、Ｎｏ．６、８、１０のパッケージは接着
強度が０．７〜１．２ｋｇ／ｃｍへ大きく低下したが気
密封止性は維持されヘリウムリーク１×１０^-8ａｔｍ・
ｃｃ／ｓｅｃ以下であった。又Ｎｏ．２１のパッケージ
の接着強度も０．６ｋｇ／ｃｍと小さかったが（初期か
らの低下はあまりない）、ヘリウムリーク１×１０^-8ａ
ｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下であった。その他の１６、１
７、２０、２２〜２４のパッケージは強度低下も見られ
ず気密封止性も１×１０^-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃに維持
されていた。

【００７３】以上の結果より、明らかなように、エポキ
シ樹脂、及びポリイミド樹脂のような高弾性率の接着剤
層を有するパッケージは、基板とリードとの初期の接着
強度が比較的高いものの、各種環境試験後は接着性が明
らかに低下しており、パッケージの耐久性、特に熱衝撃
に対する耐久性が劣ることが理解される。

【００７４】これに対して、本発明のパッケージは、基
板とリードとの接着強度が各種環境試験後も維持されて
おり、耐久性が良好で、信頼性の高いパッケージとなる
ことが理解される。

【００７５】また、本実施例により、窒化アルミニウム
或いはモリブデン基板と（Ａｌクラッド）４２アロイの
ように０〜１００℃における熱膨張係数差が１〜３×１
０^-6・℃^-1程度とかなり小さい材料間の場合でも、窒化
アルミニウムと銅あるいは亜鉛、アルミニウムとＫＶ−
１５のように熱膨張係数差が１４〜２７×１０^-6・℃^-1
とかなり大きい材料間の接着であっても、本発明によれ
ば接着に関する信頼性は高いことが示された。

【００７６】尚、上記テストＮｏ．１４及び１６〜２０
の各金属基板の表面には電解Ｎｉメッキが全面厚み３μ
ｍ施されたものを用いた。また、テストＮｏ．１３のＡ
ｌ基板の表面には陽極酸化皮膜が７μｍ施されている。

【００７７】実施例２図１に示されるパッケージにおいて、接着剤としてフィ
ラーを含むシリコーン樹脂を用いて作製した例を示す。
実施例１において用いたシリコーン樹脂のうち加熱硬化
Ａで用いたと同じＳｉＨ基とビニル基を含んだオルガノ
ポリシロキサン同士を塩化白金酸触媒と共に加熱して付
加反応させることによりジメチレン架橋を形成して硬化
させるタイプのものに、さらに純度９９．９９％以上、
平均粒径０．６μｍのアルミナ及び純度９９．９９％以
上、平均粒径４．５μｍのシリカフィラーを添加混合し
たペースト状接着剤を用意した。配合組成は表３に示す
とおりである。この接着剤は基板と電源用リード、電源
用リードと接地用リード、接地用リードと信号用リード
の接着に使用される。基板としては窒化アルミニウム焼
結体製で４０×４０ｍｍの正方形状で厚み１ｍｍのもの
を、電源用リードとして両面Ａｌクラッド４２アロイ製
で外形３９×３９ｍｍの正方形で中央に２０×２０ｍｍ
の正方形の切り欠き空間のある枠状のもの、接地用リー
ドとして両面Ａｌクラッド４２アロイ製で外形３９×３
９ｍｍの正方形で中央に２２×２２ｍｍの正方形の切り
欠き空間のある枠状のもの、信号用リードとしては４２
アロイ製で全リード数が３０４で外部リードピッチ０．
５ｍｍ、厚み０．１５ｍｍ、中央部には２４×２４ｍｍ
の正方形状の空間のある単一層リードフレームを、それ
ぞれ用意した。これらをの各材料を用い実施例１と同様
にして図１に示されるパッケージを作製した。なお接着
剤の塗布はスクリーン印刷法で行い、硬化は１５０℃×
２時間大気中で行った。硬化に際して実施例１と異なり
被接着体の密着性を高める目的で荷重を４ｇ／ｃｍ²加
えて行った。得られたパッケージについて、電源用リー
ドのダイアタッチ側の端部（２０×２０ｍｍの切り欠き
空間の端部）から基板面へはみ出したシリコーン樹脂の
量を端部からの最大長さとして測定した。その結果を表
３に示す。

【００７８】同時にフィラーを含むシリコーン樹脂の２
５℃における弾性率、基板と電源用リードとの接着強度
を測定し、表３に併せて示した。尚、ＰＣＴは１００時
間後の測定値である。

【００７９】

【表３】

【００８０】この結果から明らかなようにフィラーの含
有量が０．５重量％より少ないとはみ出し長さが０．５
ｍｍより大きくなる。又８０重量％を越えるとペースト
の粘度が上昇し実質的にスクリーン印刷のができなくな
る。接着直後の初期及び環境試験後の接着強度について
はフィラーの混合量の増加により幾分低下傾向がみられ
るが全て３ｋｇ／ｃｍ以上であり問題ないレベルであ
る。又パッケージの封止性に付いてはフィラーが混合さ
れていても環境試験前後においてヘリウムリーク量は全
てのパッケージで１×１０^-8以下の高いレベルであっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子搭載用パッケージ代表的な
態様を示す分解図

【図２】本発明の半導体素子搭載用パッケージの他の態
様を示す断面図

【図３】本発明の半導体素子搭載用パッケージの他の態
様を示す断面図

【図４】従来の半導体素子搭載用パッケージを示す断面
図

【符号の説明】

１基板２ａ接着剤層２ｂ接着剤層２ｃ接着剤層３電源用リード４接地用リード５信号用リード６半導体素子７ワイヤーボンディング８電源用リードおよび接地用リードの外部リード９信号用リードの外部リード（信号用として用いら
れず、電源用リードおよび接地用リードの外部リードが
接合される部分を含む）１０スペーサー１１硬質絶縁樹脂層１０２ａ接着剤層１０２ｂ接着剤層１０３電源用リード１０４接地用リード１０５信号用リード１０６半導体素子１０７ワイヤーボンディング１０８モールド樹脂

フロントページの続き (72)発明者宮原健一郎山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、電源用、接地用および信号用
のリードを、接着剤層を介して積層してなるパッケージ
であって、少なくとも上記基板とその上に積層されるリ
ードとを接合する接着剤層が、２５℃における弾性率が
１０ｋｇ／ｍｍ²以下で、且つ上記基板とリードとを９
０゜ピール強度で表される接着強度が０．５ｋｇ／ｃｍ
以上の強度で接合し得るものであることを特徴とする半
導体素子搭載用パッケージ。
【請求項２】接着剤層がフィラーを含有する請求項１
記載の半導体素子搭載用パッケージ。
【請求項３】電源用、接地用および信号用の各リード
が、それぞれ２５℃における弾性率が１０ｋｇ／ｍｍ²
以下で、且つ上記基板とリードおよび上記リード間を
９０゜ピール強度で表される接着強度が０．５ｋｇ／ｃ
ｍ以上となる強度で接合し得る接着剤層によって接合さ
れた請求項１記載の半導体素子搭載用パッケージ。
【請求項４】信号用リードの内部リードを構成する部
分の下面に硬質絶縁樹脂層を存在させた請求項３記載の
半導体素子搭載用パッケージ。
【請求項５】接着剤層に、基板とリードとの間或いは
隣合うリード間の間隔を制限するスペーサーを配してな
る請求項１記載の半導体素子搭載用パッケージ。