JPH08181235A - セラミックパッケージ - Google Patents
セラミックパッケージInfo
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- JPH08181235A JPH08181235A JP6322233A JP32223394A JPH08181235A JP H08181235 A JPH08181235 A JP H08181235A JP 6322233 A JP6322233 A JP 6322233A JP 32223394 A JP32223394 A JP 32223394A JP H08181235 A JPH08181235 A JP H08181235A
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- package base
- package
- thermal expansion
- ceramic
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/161—Cap
- H01L2924/1615—Shape
- H01L2924/16195—Flat cap [not enclosing an internal cavity]
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 パッケージ基体１２とリッド１１とパッケー
ジ基体１２とリッド１１との間を封着する封止層１６と
金属製放熱板２２とで構成されるセラミックパッケージ
において、パッケージ基体１２の熱膨張係数をαB 、反
りをＸ、その中心から辺部までの距離をＬ、パッケージ
基体１２表面とリッド１１外周部上面との間の距離を
ａ、負荷温度の最大値と最小値との差をΔＴ℃とした場
合、下記（１）式より求められるリッド１１の熱膨張係
数計算値αLcと、リッド１１の熱膨張係数の設計値αL
が下記（２）式の関係を有するセラミックパッケージ。 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ））・
・・・（１） ０．９≦αL ／αLc≦１．１・・・・（２） 【効果】 過酷な温度環境下においてもパッケージ基体
１２とリッド１１との接合部の封止層１６に疲労破壊が
生じるのを防止でき、耐久性に優れたセラミックパッケ
ージを提供することができる。
ジ基体１２とリッド１１との間を封着する封止層１６と
金属製放熱板２２とで構成されるセラミックパッケージ
において、パッケージ基体１２の熱膨張係数をαB 、反
りをＸ、その中心から辺部までの距離をＬ、パッケージ
基体１２表面とリッド１１外周部上面との間の距離を
ａ、負荷温度の最大値と最小値との差をΔＴ℃とした場
合、下記（１）式より求められるリッド１１の熱膨張係
数計算値αLcと、リッド１１の熱膨張係数の設計値αL
が下記（２）式の関係を有するセラミックパッケージ。 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ））・
・・・（１） ０．９≦αL ／αLc≦１．１・・・・（２） 【効果】 過酷な温度環境下においてもパッケージ基体
１２とリッド１１との接合部の封止層１６に疲労破壊が
生じるのを防止でき、耐久性に優れたセラミックパッケ
ージを提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックパッケージに
関し、より詳細には放熱板及び半導体素子搭載部を封止
するセラミック製リッド（蓋）を備えた半導体パッケー
ジに関する。
関し、より詳細には放熱板及び半導体素子搭載部を封止
するセラミック製リッド（蓋）を備えた半導体パッケー
ジに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路などの半導体素子は、パッケー
ジ基体に設けられた半導体素子搭載部に収納され、該半
導体素子搭載部がリッドで気密に封止されて実用に供さ
れている。アルミナ等のセラミックスは耐熱性、耐久
性、信頼性などに優れるため、このパッケージ基体及び
リッドの材料として好適であり、セラミック製のＩＣパ
ッケージは現在盛んに使用されている。
ジ基体に設けられた半導体素子搭載部に収納され、該半
導体素子搭載部がリッドで気密に封止されて実用に供さ
れている。アルミナ等のセラミックスは耐熱性、耐久
性、信頼性などに優れるため、このパッケージ基体及び
リッドの材料として好適であり、セラミック製のＩＣパ
ッケージは現在盛んに使用されている。
【０００３】このセラミックパッケージにおいて、セラ
ミック製のパッケージ基体をセラミック製のリッドで封
止する場合には、封止材として半田が利用される。しか
し、半田とセラミックとを直接接合させのは難しいた
め、通常パッケージ基体及びリッドの半田による封止部
には下地金属層を被着させる手段が採られている。従っ
て、前記パッケージ基体と前記リッドとは下地金属層を
介して半田によって接合されることになる。
ミック製のパッケージ基体をセラミック製のリッドで封
止する場合には、封止材として半田が利用される。しか
し、半田とセラミックとを直接接合させのは難しいた
め、通常パッケージ基体及びリッドの半田による封止部
には下地金属層を被着させる手段が採られている。従っ
て、前記パッケージ基体と前記リッドとは下地金属層を
介して半田によって接合されることになる。
【０００４】前記パッケージ基体に形成される下地金属
層は、通常パッケージ基体と同時焼成可能なＷ、Ｍｏ等
からなる高融点金属メタライズ層と、その上に形成され
るＮｉめっき層及びＡｕめっき層により構成される。こ
の構成によって、封止時の半田との接合性及びパッケー
ジとしての長期安定性が確保されている。一方、前記リ
ッドの下地金属層には、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属が使
用されることが多い。次に、一般的な半導体パッケージ
の構成及びそれを用いた半導体装置の作製方法を具体的
に説明する。
層は、通常パッケージ基体と同時焼成可能なＷ、Ｍｏ等
からなる高融点金属メタライズ層と、その上に形成され
るＮｉめっき層及びＡｕめっき層により構成される。こ
の構成によって、封止時の半田との接合性及びパッケー
ジとしての長期安定性が確保されている。一方、前記リ
ッドの下地金属層には、Ａｕ、Ａｇ−Ｐｄ等の金属が使
用されることが多い。次に、一般的な半導体パッケージ
の構成及びそれを用いた半導体装置の作製方法を具体的
に説明する。
【０００５】図１はセラミック製のリッドを模式的に示
した部分断面斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はセ
ラミックパッケージを用いた半導体装置を作製する工程
を模式的に示した断面図である。
した部分断面斜視図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はセ
ラミックパッケージを用いた半導体装置を作製する工程
を模式的に示した断面図である。
【０００６】図１に示すように、リッド１１は、セラミ
ック基板１３、その周縁部（上面外周部及び側面）に形
成された下地金属層１５、及びこの下地金属層１５を覆
う封止部材としての封止層１６から構成されている。こ
の封止層１６は、通常、Ｐｂを主成分とし、この主成分
にＢｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ等が添加された半田からな
る。
ック基板１３、その周縁部（上面外周部及び側面）に形
成された下地金属層１５、及びこの下地金属層１５を覆
う封止部材としての封止層１６から構成されている。こ
の封止層１６は、通常、Ｐｂを主成分とし、この主成分
にＢｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ等が添加された半田からな
る。
【０００７】一方、パッケージ基体１２の中央にはキャ
ビティ部２３が形成され、その周囲にはリッド１１で封
止する際に用いられる下地金属層２０が形成され、さら
に下地金属層２０の周囲には図示しないマザーボードに
接続するための外部ピン２１が立てられている。また、
キャビティ部２３は通常その周辺部分が階段状に構成さ
れており、中間の階段部分にはワイヤボンディングのた
めのパッド１９が形成され、底面部分にはＬＳＩ等を載
置する半導体素子搭載部１７が形成されている。さら
に、外部ピン２１が立てられている面と反対側の面には
半導体素子１８から発散される熱を放散するための金属
製放熱板２２が配設される場合がある。
ビティ部２３が形成され、その周囲にはリッド１１で封
止する際に用いられる下地金属層２０が形成され、さら
に下地金属層２０の周囲には図示しないマザーボードに
接続するための外部ピン２１が立てられている。また、
キャビティ部２３は通常その周辺部分が階段状に構成さ
れており、中間の階段部分にはワイヤボンディングのた
めのパッド１９が形成され、底面部分にはＬＳＩ等を載
置する半導体素子搭載部１７が形成されている。さら
に、外部ピン２１が立てられている面と反対側の面には
半導体素子１８から発散される熱を放散するための金属
製放熱板２２が配設される場合がある。
【０００８】このパッケージ基体１２及びリッド１１を
使用して半導体装置を作製する方法は以下の通りであ
る。
使用して半導体装置を作製する方法は以下の通りであ
る。
【０００９】まず、パッケージ基体１２の半導体素子搭
載部１７に半導体素子１８を接着した後、ワイヤボンデ
ィング法により半導体素子１８側のパッド部（図示せ
ず）とパッド１９とを接続する（図２（ａ））。
載部１７に半導体素子１８を接着した後、ワイヤボンデ
ィング法により半導体素子１８側のパッド部（図示せ
ず）とパッド１９とを接続する（図２（ａ））。
【００１０】次に、リッド１１の封止層１６をパッケー
ジ基体１２の上面に形成されている下地金属層２０に重
ね合わせ、バネ、クリップ等の固定治具によってリッド
１１とパッケージ基体１２とを固定する。この状態で加
熱炉内にパッケージ基体１２等を搬入し、リッド１１に
接着されている封止層１６を溶融させてリッド１１とパ
ッケージ基体１２とを接合させ、その後冷却することに
よって半導体素子１８をパッケージ基体１２内に気密に
封止する（図２（ｂ））。
ジ基体１２の上面に形成されている下地金属層２０に重
ね合わせ、バネ、クリップ等の固定治具によってリッド
１１とパッケージ基体１２とを固定する。この状態で加
熱炉内にパッケージ基体１２等を搬入し、リッド１１に
接着されている封止層１６を溶融させてリッド１１とパ
ッケージ基体１２とを接合させ、その後冷却することに
よって半導体素子１８をパッケージ基体１２内に気密に
封止する（図２（ｂ））。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このようにパッケージ
基体１２とリッド１１とは封止層１６を介して接合され
ているが、この半導体装置が高温や低温の環境にさらさ
れた場合、パッケージ基体１２とリッド１１との熱膨張
率の差に起因してパッケージ基体１２及びリッド１１に
反りが生じる。
基体１２とリッド１１とは封止層１６を介して接合され
ているが、この半導体装置が高温や低温の環境にさらさ
れた場合、パッケージ基体１２とリッド１１との熱膨張
率の差に起因してパッケージ基体１２及びリッド１１に
反りが生じる。
【００１２】特にセラミック製のパッケージ基体１２の
外表面に金属製放熱板２２が配設されている場合には、
パッケージ基体１２に比べ金属製放熱板２２の熱膨張係
数が大きいために、パッケージ基体１２に大きな反りが
生じやすい。従って、パッケージ基体１２とリッド１１
に同じ膨張係数の材料を用いる場合には、両者の間で反
りに相違が生じる。
外表面に金属製放熱板２２が配設されている場合には、
パッケージ基体１２に比べ金属製放熱板２２の熱膨張係
数が大きいために、パッケージ基体１２に大きな反りが
生じやすい。従って、パッケージ基体１２とリッド１１
に同じ膨張係数の材料を用いる場合には、両者の間で反
りに相違が生じる。
【００１３】従来においては、パッケージ基体１２及び
リッド１１等の半導体装置の部材は、このような温度変
化の際に生じる反り等を考慮して設計されていないた
め、各部材間に熱膨張による歪が生じ、この歪のために
応力が生じる。そして、このような温度変化が繰り返さ
れると、その度に歪による応力が生じるため、他の部材
に比べて柔らかい半田層（封止層１６）は、その熱応力
により局所的に塑性変形を起こし、半田層の内周側を起
点として疲労破壊が生じるという課題があった。
リッド１１等の半導体装置の部材は、このような温度変
化の際に生じる反り等を考慮して設計されていないた
め、各部材間に熱膨張による歪が生じ、この歪のために
応力が生じる。そして、このような温度変化が繰り返さ
れると、その度に歪による応力が生じるため、他の部材
に比べて柔らかい半田層（封止層１６）は、その熱応力
により局所的に塑性変形を起こし、半田層の内周側を起
点として疲労破壊が生じるという課題があった。
【００１４】本発明者はこのような課題に鑑み、熱応力
による半田層の破壊をさけることのできるセラミックパ
ッケージ（以下、半導体装置のうち、半導体素子及びワ
イヤボンディング等の配線部分を除いた部分をいう）を
設計することを目的にして検討を行った結果、セラミッ
クパッケージを構成するパッケージ基体とリッドの熱膨
張率、セラミックパッケージの形状、及び温度変化が生
じた際のパッケージ基体の反りなどとの間に所定の関係
が成り立つ場合には、半導体装置が温度サイクル試験な
どの過酷な温度環境下に置かれても、パッケージ基体と
リッドとを接合している半田層に熱応力による疲労破壊
が生じないことを見出し、本発明を完成するに至った。
による半田層の破壊をさけることのできるセラミックパ
ッケージ（以下、半導体装置のうち、半導体素子及びワ
イヤボンディング等の配線部分を除いた部分をいう）を
設計することを目的にして検討を行った結果、セラミッ
クパッケージを構成するパッケージ基体とリッドの熱膨
張率、セラミックパッケージの形状、及び温度変化が生
じた際のパッケージ基体の反りなどとの間に所定の関係
が成り立つ場合には、半導体装置が温度サイクル試験な
どの過酷な温度環境下に置かれても、パッケージ基体と
リッドとを接合している半田層に熱応力による疲労破壊
が生じないことを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
パッケージは、半導体装置を収納するキャビティ部を備
えたセラミック製のパッケージ基体と、該キャビティ部
を封止するセラミック製のリッドと、前記パッケージ基
体と前記リッドとの間を気密に封着する半田層と、前記
パッケージ基体の前記キャビティ部の外表面側にろう材
で接合された金属製放熱板とで構成されるセラミックパ
ッケージにおいて、前記パッケージ基体の熱膨張係数を
αB 、その反りをＸ、前記パッケージ基体の中心から辺
部までの距離をＬ、前記パッケージ基体表面と前記リッ
ド外周部上面との間の距離をａ、負荷温度の最大値と最
小値との差をΔＴ℃とした場合、下記の数１式より求め
られる前記リッドのセラミック基板の熱膨張係数（以
下、リッドの熱膨張係数と記す）計算値αLcと、前記リ
ッドの熱膨張係数の設計値αL が下記の数２式の関係を
有することを特徴としている。
パッケージは、半導体装置を収納するキャビティ部を備
えたセラミック製のパッケージ基体と、該キャビティ部
を封止するセラミック製のリッドと、前記パッケージ基
体と前記リッドとの間を気密に封着する半田層と、前記
パッケージ基体の前記キャビティ部の外表面側にろう材
で接合された金属製放熱板とで構成されるセラミックパ
ッケージにおいて、前記パッケージ基体の熱膨張係数を
αB 、その反りをＸ、前記パッケージ基体の中心から辺
部までの距離をＬ、前記パッケージ基体表面と前記リッ
ド外周部上面との間の距離をａ、負荷温度の最大値と最
小値との差をΔＴ℃とした場合、下記の数１式より求め
られる前記リッドのセラミック基板の熱膨張係数（以
下、リッドの熱膨張係数と記す）計算値αLcと、前記リ
ッドの熱膨張係数の設計値αL が下記の数２式の関係を
有することを特徴としている。
【００１６】
【数１】 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ））
【００１７】
【数２】０．９≦αL ／αLc≦１．１
【００１８】
【作用】図３（ａ）は室温下で反りが発生していないセ
ラミックパッケージを模式的に示した断面図であり、
（ｂ）は温度が変化することにより反りが発生したセラ
ミックパッケージの例を模式的に示した断面図であり、
必要に応じて寸法を記入している。
ラミックパッケージを模式的に示した断面図であり、
（ｂ）は温度が変化することにより反りが発生したセラ
ミックパッケージの例を模式的に示した断面図であり、
必要に応じて寸法を記入している。
【００１９】ここでは、パッケージ基体１２の辺部から
反対側の辺部までの距離（通常は縦、横とも同一寸法）
を２Ｌ、パッケージ基体１２表面とリッド１１外周部上
面との間の距離をａ、パッケージ基体１２の上面の辺部
同士を結んだ直線と前記上面にキャビティ部がないとし
た場合の上面の中心点との距離を反りＸとする。またこ
のとき、パッケージ基体１２の熱膨張係数をαB とす
る。リッド１１の反りの形態は必ずしも図３（ｂ）に示
したようにはならず、リッド１１の熱膨張係数が所定の
値より大きいと、反対方向に反る場合もある。
反対側の辺部までの距離（通常は縦、横とも同一寸法）
を２Ｌ、パッケージ基体１２表面とリッド１１外周部上
面との間の距離をａ、パッケージ基体１２の上面の辺部
同士を結んだ直線と前記上面にキャビティ部がないとし
た場合の上面の中心点との距離を反りＸとする。またこ
のとき、パッケージ基体１２の熱膨張係数をαB とす
る。リッド１１の反りの形態は必ずしも図３（ｂ）に示
したようにはならず、リッド１１の熱膨張係数が所定の
値より大きいと、反対方向に反る場合もある。
【００２０】リッド１１の熱膨張係数が余り大きくない
場合には、リッド１１の反りが図３（ｂ）に示した状態
になるので、これに基づき幾何学的な手法によりパッケ
ージ基体１２とリッド１１との接着部分の歪みを考える
と、パッケージ基体１２とリッド１１との接着部分の歪
みの最大値が最も小さくなるようにするためには、リッ
ド１１の熱膨張係数計算値αLcが、下記の数１式の条件
を満足する必要がある。
場合には、リッド１１の反りが図３（ｂ）に示した状態
になるので、これに基づき幾何学的な手法によりパッケ
ージ基体１２とリッド１１との接着部分の歪みを考える
と、パッケージ基体１２とリッド１１との接着部分の歪
みの最大値が最も小さくなるようにするためには、リッ
ド１１の熱膨張係数計算値αLcが、下記の数１式の条件
を満足する必要がある。
【００２１】
【数１】 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ）） 上記数１式より、セラミックパッケージの部材の寸法や
熱膨張係数が上記数１式を満足する場合に、パッケージ
基体１２とリッド１１との接着部分の歪の最大値が最も
小さくなるが、このように前記歪の最大値が最も小さく
なる場合のみでなく、前記歪が一定の範囲内であれば、
前記歪により接合層が破壊に至らない。図４はパッケー
ジ基体１２とリッド１１との接着部分の相当歪とリッド
１１の熱膨張係数との関係についてのシミレーションを
行った結果を示したグラフであり、パッケージ基体１２
の材質はアルミナである。図４において、相当歪の最小
値が数１式の結果となるが、通常、前記相当歪が点線で
示した２％以内程度であれば、接合半田層は通常破壊さ
れない。これより、適切なリッド１１の熱膨張係数の設
計値αL とリッド１１の熱膨張係数計算値αLcとの関係
は、以下の数２式のようになる。
熱膨張係数が上記数１式を満足する場合に、パッケージ
基体１２とリッド１１との接着部分の歪の最大値が最も
小さくなるが、このように前記歪の最大値が最も小さく
なる場合のみでなく、前記歪が一定の範囲内であれば、
前記歪により接合層が破壊に至らない。図４はパッケー
ジ基体１２とリッド１１との接着部分の相当歪とリッド
１１の熱膨張係数との関係についてのシミレーションを
行った結果を示したグラフであり、パッケージ基体１２
の材質はアルミナである。図４において、相当歪の最小
値が数１式の結果となるが、通常、前記相当歪が点線で
示した２％以内程度であれば、接合半田層は通常破壊さ
れない。これより、適切なリッド１１の熱膨張係数の設
計値αL とリッド１１の熱膨張係数計算値αLcとの関係
は、以下の数２式のようになる。
【００２２】
【数２】０．９≦αL ／αLc≦１．１ 従って、本発明に係るセラミックパッケージが上記数１
式及び数２式の関係を満足するような形状や材質である
場合、すなわちリッド１１の材質（熱膨張係数）がパッ
ケージ基体１２の寸法や材質に対して適切に選択されて
いる場合、過酷な温度環境下におかれてもパッケージ基
体１２とリッド１１との接合部の半田層（封止層１６）
に疲労破壊が生じることはなく、耐久性に優れたセラミ
ックパッケージとなる。
式及び数２式の関係を満足するような形状や材質である
場合、すなわちリッド１１の材質（熱膨張係数）がパッ
ケージ基体１２の寸法や材質に対して適切に選択されて
いる場合、過酷な温度環境下におかれてもパッケージ基
体１２とリッド１１との接合部の半田層（封止層１６）
に疲労破壊が生じることはなく、耐久性に優れたセラミ
ックパッケージとなる。
【００２３】なお、反りＸは対象とするパッケージ基体
１２の温度変化に伴う反りを実測することによって求め
ることができるが、有限要素法等を用いたシミュレーシ
ョンによって求めることもできる。
１２の温度変化に伴う反りを実測することによって求め
ることができるが、有限要素法等を用いたシミュレーシ
ョンによって求めることもできる。
【００２４】
【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。実施例に係るセラミックパッケージの
構成については、その材質や寸法以外、「従来の技術」
の欄で図２に基づいて詳しく説明したので、ここでは主
にその材質や寸法についてのみ説明する。
づいて説明する。実施例に係るセラミックパッケージの
構成については、その材質や寸法以外、「従来の技術」
の欄で図２に基づいて詳しく説明したので、ここでは主
にその材質や寸法についてのみ説明する。
【００２５】まず、実施例に係るパッケージ基体１２の
材質及び熱膨張係数αB は表１に示した通りであり、そ
の辺部から辺部までの距離２Ｌは、縦、横とも６７ｍ
ｍ、キャビティ部２３の厚さが１．３２ｍｍ、キャビテ
ィ部２３の枠部の外形寸法が３７ｍｍ×３７ｍｍ、パッ
ケージ基体１２表面とリッド１１外周部上面との間の距
離ａが０．８４ｍｍである。パッケージ基体１２の材質
としては本発明の場合、特にアルミナを主成分とする材
料が好適である。
材質及び熱膨張係数αB は表１に示した通りであり、そ
の辺部から辺部までの距離２Ｌは、縦、横とも６７ｍ
ｍ、キャビティ部２３の厚さが１．３２ｍｍ、キャビテ
ィ部２３の枠部の外形寸法が３７ｍｍ×３７ｍｍ、パッ
ケージ基体１２表面とリッド１１外周部上面との間の距
離ａが０．８４ｍｍである。パッケージ基体１２の材質
としては本発明の場合、特にアルミナを主成分とする材
料が好適である。
【００２６】また、このパッケージ基体１２に配設され
ている金属製の放熱板２２はＷの多孔質焼結体にＣｕを
含浸させたものであり、そのサイズは５７ｍｍ×５７ｍ
ｍ、厚さは１．０ｍｍである。またリッド１１の厚さは
１．０ｍｍ、縦、横は５０ｍｍである。
ている金属製の放熱板２２はＷの多孔質焼結体にＣｕを
含浸させたものであり、そのサイズは５７ｍｍ×５７ｍ
ｍ、厚さは１．０ｍｍである。またリッド１１の厚さは
１．０ｍｍ、縦、横は５０ｍｍである。
【００２７】上記実施例に係る半導体素子１８を備えた
セラミックパッケージを、−６５℃から１５０℃まで温
度を変化させ（ΔＴ＝２１５℃）、このときのパッケー
ジ基体１２の反りＸの最大値をまず測定し、次に−６５
℃で１０分間保持した後、１５０℃で１０分間保持する
温度サイクル試験を１０００回繰り返し、このときにパ
ッケージ基体１２とリッド１１との接着部分（封止層１
６）にクラックが入っているか否かを調べた。前記反り
Ｘやセラミックパッケージの部材の寸法、熱膨張係数を
数１式に代入することにより求められたαLcの値、αLc
の値を基に選択した材質及びその熱膨張係数αL 、αL
／αLcの値、及びクラック発生率の結果を同じく表１に
示している。
セラミックパッケージを、−６５℃から１５０℃まで温
度を変化させ（ΔＴ＝２１５℃）、このときのパッケー
ジ基体１２の反りＸの最大値をまず測定し、次に−６５
℃で１０分間保持した後、１５０℃で１０分間保持する
温度サイクル試験を１０００回繰り返し、このときにパ
ッケージ基体１２とリッド１１との接着部分（封止層１
６）にクラックが入っているか否かを調べた。前記反り
Ｘやセラミックパッケージの部材の寸法、熱膨張係数を
数１式に代入することにより求められたαLcの値、αLc
の値を基に選択した材質及びその熱膨張係数αL 、αL
／αLcの値、及びクラック発生率の結果を同じく表１に
示している。
【００２８】
【表１】
【００２９】これらの結果より明らかなように、実施例
の場合はこのαL ／αLcが０．９〜１．１の範囲に納ま
っており、１０００サイクルまでのクラックの発生が全
く無い。
の場合はこのαL ／αLcが０．９〜１．１の範囲に納ま
っており、１０００サイクルまでのクラックの発生が全
く無い。
【００３０】また、上記の表１には上記実施例の場合の
他、パッケージ基体１２やリッド１１の材質を表１の注
に示すように変化させた結果、αL ／αLcが０．９〜
１．１の範囲外となる比較例の場合も示しており、この
場合には１００サイクルで接合部からクラックが発生し
ている。
他、パッケージ基体１２やリッド１１の材質を表１の注
に示すように変化させた結果、αL ／αLcが０．９〜
１．１の範囲外となる比較例の場合も示しており、この
場合には１００サイクルで接合部からクラックが発生し
ている。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るセラミ
ックパッケージにあっては、半導体装置を収納するキャ
ビティ部を備えたセラミック製のパッケージ基体と、該
キャビティ部を封止するセラミック製のリッドと、前記
パッケージ基体と前記リッドとの間を気密に封着する半
田層と、前記パッケージ基体の前記キャビティ部の外表
面側にろう材で接合された金属製放熱板とで構成される
セラミックパッケージにおいて、前記パッケージ基体の
熱膨張係数をαB 、その反りをＸ、前記パッケージ基体
の中心から辺部までの距離をＬ、前記パッケージ基体表
面と前記リッド外周部上面との間の距離をａ、負荷温度
の最大値と最小値との差をΔＴ℃とした場合、下記の数
１式より求められる前記リッドの熱膨張係数計算値αLc
と、前記リッドの熱膨張係数の設計値αL が下記の数２
式の関係を有することを特徴としている。
ックパッケージにあっては、半導体装置を収納するキャ
ビティ部を備えたセラミック製のパッケージ基体と、該
キャビティ部を封止するセラミック製のリッドと、前記
パッケージ基体と前記リッドとの間を気密に封着する半
田層と、前記パッケージ基体の前記キャビティ部の外表
面側にろう材で接合された金属製放熱板とで構成される
セラミックパッケージにおいて、前記パッケージ基体の
熱膨張係数をαB 、その反りをＸ、前記パッケージ基体
の中心から辺部までの距離をＬ、前記パッケージ基体表
面と前記リッド外周部上面との間の距離をａ、負荷温度
の最大値と最小値との差をΔＴ℃とした場合、下記の数
１式より求められる前記リッドの熱膨張係数計算値αLc
と、前記リッドの熱膨張係数の設計値αL が下記の数２
式の関係を有することを特徴としている。
【００３２】
【数１】 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ））
【００３３】
【数２】０．９≦αL ／αLc≦１．１ 従って、上記セラミックパッケージは、過酷な温度環境
下においてもパッケージ基体とリッドとの接合部の半田
層に疲労破壊が生じるのを防止することができ、耐久性
に優れたものとなる。
下においてもパッケージ基体とリッドとの接合部の半田
層に疲労破壊が生じるのを防止することができ、耐久性
に優れたものとなる。
【図１】セラミック製のリッドを模式的に示した部分断
面斜視図である。
面斜視図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）はセラミックパッケージを用
いた半導体装置を作製する工程を模式的に示した断面図
である。
いた半導体装置を作製する工程を模式的に示した断面図
である。
【図３】（ａ）は室温下で反りが発生していないセラミ
ックパッケージを模式的に示した断面図であり、（ｂ）
は温度が変化することにより反りが発生したセラミック
パッケージを模式的に示した断面図である。
ックパッケージを模式的に示した断面図であり、（ｂ）
は温度が変化することにより反りが発生したセラミック
パッケージを模式的に示した断面図である。
【図４】パッケージ基体とリッドとの接着部分の相当歪
とリッドの熱膨張係数との関係についてのシミレーショ
ンを行った結果を示したグラフである。
とリッドの熱膨張係数との関係についてのシミレーショ
ンを行った結果を示したグラフである。
１１ リッド １２ パッケージ基体 １６ 封止層 ２２ 放熱板 ２３ キャビティ部
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体装置を収納するキャビティ部を備
えたセラミック製のパッケージ基体と、該キャビティ部
を封止するセラミック製のリッドと、前記パッケージ基
体と前記リッドとの間を気密に封着する半田層と、前記
パッケージ基体の前記キャビティ部の外表面側にろう材
で接合された金属製放熱板とで構成されるセラミックパ
ッケージにおいて、前記パッケージ基体の熱膨張係数を
αB 、その反りをＸ、前記パッケージ基体の中心から辺
部までの距離をＬ、前記パッケージ基体表面と前記リッ
ド外周部上面との間の距離をａ、負荷温度の最大値と最
小値との差をΔＴ℃とした場合、下記の数１式より求め
られる前記リッドのセラミック基板の熱膨張係数計算値
αLcと、前記リッドの熱膨張係数の設計値αL が下記の
数２式の関係を有することを特徴とするセラミックパッ
ケージ。 【数１】 αLc＝αB （１−２ａ・Ｘ／（Ｌ2 ・αB ・ΔＴ）） 【数２】０．９≦αL ／αLc≦１．１
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6322233A JPH08181235A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | セラミックパッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6322233A JPH08181235A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | セラミックパッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181235A true JPH08181235A (ja) | 1996-07-12 |
Family
ID=18141418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6322233A Pending JPH08181235A (ja) | 1994-12-26 | 1994-12-26 | セラミックパッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08181235A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6220765B1 (en) | 1997-08-27 | 2001-04-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hermetically sealed optical-semiconductor container and optical-semiconductor module |
| WO2016051454A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 日本碍子株式会社 | センサノード用パッケージ |
-
1994
- 1994-12-26 JP JP6322233A patent/JPH08181235A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6220765B1 (en) | 1997-08-27 | 2001-04-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hermetically sealed optical-semiconductor container and optical-semiconductor module |
| US6345917B2 (en) | 1997-08-27 | 2002-02-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hermetically sealed optical-semiconductor container and optical-semiconductor module |
| WO2016051454A1 (ja) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | 日本碍子株式会社 | センサノード用パッケージ |
| US9945699B2 (en) | 2014-09-29 | 2018-04-17 | Ngk Insulators, Ltd. | Sensor node package |
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