JPH10163355A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
半導体素子収納用パッケージInfo
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- JPH10163355A JPH10163355A JP32040596A JP32040596A JPH10163355A JP H10163355 A JPH10163355 A JP H10163355A JP 32040596 A JP32040596 A JP 32040596A JP 32040596 A JP32040596 A JP 32040596A JP H10163355 A JPH10163355 A JP H10163355A
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガラス封止型の半導体素子収納用パッケージ
で、外部リード端子として銅もしくは銅を主成分とする
金属を使用可能とする。 【解決手段】 半導体素子５は、絶縁基体１および蓋体
２の中央付近の収納用空間１０に収納され、ボンディン
グワイヤ６を介して外部リード端子３に接続される。外
部リード端子として比透磁率が小さく導電率が高い銅も
しくは銅を主成分とする金属を使用すると、線熱膨張係
数が１７ｐｐｍ／℃程度と比較的大きくなるけれども、
絶縁基体１および蓋体２のセラミック材は、酸化リチウ
ムを５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜
８０体積％と、４０〜４００℃における熱膨張係数が８
ｐｐｍ／℃以上であるフィラー８０〜２０体積％とを含
む成形体を焼成するので、線熱膨張係数が１０〜２０ｐ
ｐｍ／℃程度となり、熱応力を小さくしてガラス部材４
による気密封止部の信頼性を高めることができる。
で、外部リード端子として銅もしくは銅を主成分とする
金属を使用可能とする。 【解決手段】 半導体素子５は、絶縁基体１および蓋体
２の中央付近の収納用空間１０に収納され、ボンディン
グワイヤ６を介して外部リード端子３に接続される。外
部リード端子として比透磁率が小さく導電率が高い銅も
しくは銅を主成分とする金属を使用すると、線熱膨張係
数が１７ｐｐｍ／℃程度と比較的大きくなるけれども、
絶縁基体１および蓋体２のセラミック材は、酸化リチウ
ムを５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラス２０〜
８０体積％と、４０〜４００℃における熱膨張係数が８
ｐｐｍ／℃以上であるフィラー８０〜２０体積％とを含
む成形体を焼成するので、線熱膨張係数が１０〜２０ｐ
ｐｍ／℃程度となり、熱応力を小さくしてガラス部材４
による気密封止部の信頼性を高めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を気密
に封止して収納するための半導体素子収納用パッケージ
に関し、特にガラスを溶着させて封止を行うガラス封止
型の半導体素子収納用パッケージに関する。
に封止して収納するための半導体素子収納用パッケージ
に関し、特にガラスを溶着させて封止を行うガラス封止
型の半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、図１に示すようなガラス封止
型の半導体素子収納用パッケージが用いられている。半
導体素子収納用パッケージは、酸化アルミニウム（Ａｌ
2Ｏ3）質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体１と
蓋体２との間で、半導体集積回路素子などの半導体素子
を気密に封止する。絶縁基体１と蓋体２との間では、外
部リード端子３が挟まれ、封止用ガラス部材４を溶融す
ることによって、外部リード端子３を含む絶縁基体１お
よび蓋体２の境界部分を、外部リード端子３を含めて封
止用ガラス部材４で気密に封止している。半導体素子５
は、ボンディングワイヤ６を介して外部リード端子３と
電気的に接続される。半導体素子５およびボンディング
ワイヤ６は、絶縁基体１および蓋体２の中央付近に形成
されている収納用空間１０に収納される。収納用空間１
０は、絶縁基体１の凹部１１と蓋体２の凹部１２とから
成る。
型の半導体素子収納用パッケージが用いられている。半
導体素子収納用パッケージは、酸化アルミニウム（Ａｌ
2Ｏ3）質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶縁基体１と
蓋体２との間で、半導体集積回路素子などの半導体素子
を気密に封止する。絶縁基体１と蓋体２との間では、外
部リード端子３が挟まれ、封止用ガラス部材４を溶融す
ることによって、外部リード端子３を含む絶縁基体１お
よび蓋体２の境界部分を、外部リード端子３を含めて封
止用ガラス部材４で気密に封止している。半導体素子５
は、ボンディングワイヤ６を介して外部リード端子３と
電気的に接続される。半導体素子５およびボンディング
ワイヤ６は、絶縁基体１および蓋体２の中央付近に形成
されている収納用空間１０に収納される。収納用空間１
０は、絶縁基体１の凹部１１と蓋体２の凹部１２とから
成る。
【０００３】図１の半導体素子収納用パッケージには、
次に示すような手順で半導体素子５を気密に封止する。 絶縁基体１の凹部１１の周辺の上面に低融点ガラスか
ら成る封止用ガラス部材４を溶融させて外部リード端子
３を仮止めする。 絶縁基体１の凹部１１の底面に半導体素子５を接着剤
１３などを用いて固定する。 半導体素子５の表面に形成されているボンディングパ
ッドと外部リード端子３で収納用空間１０内に延びる先
端付近の表面との間を、ボンディングワイヤ６を用いて
電気的に接続する。 凹部１２の周囲の下面に低融点ガラスから成る封止用
ガラス部材４が溶着されている蓋体２を、半導体素子５
を装着している絶縁基体１の上にかぶせ、絶縁基体１お
よび蓋体２に付着している封止用ガラス部材を溶融一体
化させて、外部リード端子３の周囲を気密に封止して半
導体装置を形成する。
次に示すような手順で半導体素子５を気密に封止する。 絶縁基体１の凹部１１の周辺の上面に低融点ガラスか
ら成る封止用ガラス部材４を溶融させて外部リード端子
３を仮止めする。 絶縁基体１の凹部１１の底面に半導体素子５を接着剤
１３などを用いて固定する。 半導体素子５の表面に形成されているボンディングパ
ッドと外部リード端子３で収納用空間１０内に延びる先
端付近の表面との間を、ボンディングワイヤ６を用いて
電気的に接続する。 凹部１２の周囲の下面に低融点ガラスから成る封止用
ガラス部材４が溶着されている蓋体２を、半導体素子５
を装着している絶縁基体１の上にかぶせ、絶縁基体１お
よび蓋体２に付着している封止用ガラス部材を溶融一体
化させて、外部リード端子３の周囲を気密に封止して半
導体装置を形成する。
【０００４】なお、外部リード端子３および封止用ガラ
ス部材４には、絶縁基体１および蓋体２の材料である酸
化アルミニウム質焼結体の線熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃
程度であるので、この値に近い線熱膨張係数を有する材
料が使用される。外部リード端子３には、４２合金と呼
ばれる４２重量％Ｎｉ−５８重量％Ｆｅの組成のニッケ
ル鉄合金や、コバール合金と呼ばれる２９重量％Ｎｉ−
１６重量％Ｃｏ−５５重量％Ｆｅ合金などが使用され
る。４２合金およびコバール合金の線熱膨張係数は、
５．２〜６ｐｐｍ／℃程度である。封止用ガラス部材と
しては、酸化鉛（ＰｂＯ）５６〜６６重量％、酸化硼素
（Ｐ2Ｏ3）４〜１４重量％、酸化珪素（ＳｉＯ2）４〜
１４重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）０．５〜３重量％を含
むガラス成分に、フィラーとしてのコージェライト系化
合物を９〜１９重量％、チタン酸錫系化合物を１０〜２
０重量％添加したガラスが使用されている。このような
ガラスの線熱膨張係数は６．５ｐｐｍ／℃程度である。
ス部材４には、絶縁基体１および蓋体２の材料である酸
化アルミニウム質焼結体の線熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃
程度であるので、この値に近い線熱膨張係数を有する材
料が使用される。外部リード端子３には、４２合金と呼
ばれる４２重量％Ｎｉ−５８重量％Ｆｅの組成のニッケ
ル鉄合金や、コバール合金と呼ばれる２９重量％Ｎｉ−
１６重量％Ｃｏ−５５重量％Ｆｅ合金などが使用され
る。４２合金およびコバール合金の線熱膨張係数は、
５．２〜６ｐｐｍ／℃程度である。封止用ガラス部材と
しては、酸化鉛（ＰｂＯ）５６〜６６重量％、酸化硼素
（Ｐ2Ｏ3）４〜１４重量％、酸化珪素（ＳｉＯ2）４〜
１４重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）０．５〜３重量％を含
むガラス成分に、フィラーとしてのコージェライト系化
合物を９〜１９重量％、チタン酸錫系化合物を１０〜２
０重量％添加したガラスが使用されている。このような
ガラスの線熱膨張係数は６．５ｐｐｍ／℃程度である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のガラス封止型半
導体素子収納用パッケージは、外部リード端子が４２合
金やコバール合金など、ニッケル鉄や鉄ニッケルコバル
ト合金を導電性材料としているので、比透磁率が高く、
導電率が低い。次の表１は、４２合金およびコバールと
銅との物性値の比較を示す。
導体素子収納用パッケージは、外部リード端子が４２合
金やコバール合金など、ニッケル鉄や鉄ニッケルコバル
ト合金を導電性材料としているので、比透磁率が高く、
導電率が低い。次の表１は、４２合金およびコバールと
銅との物性値の比較を示す。
【０００６】
【表１】
【０００７】外部リード端子３が体積抵抗が高く比透磁
率が高い材料から成っていると、次のような欠点が生じ
る。 比透磁率が高いため、外部端子の自己インダクタンス
が大きく、電流が流れると逆起電力を誘発し、半導体素
子にノイズが入力され誤動作を生じさせる。 体積抵抗が高く導電率が低いため、外部リード端子に
信号を伝播させると、信号の伝播速度がきわめて遅くな
り、高速駆動を行う半導体素子を収納することができな
くなってしまう。 外部リード端子の細線化に伴い、電気抵抗はますます
大きくなり、外部リード端子に信号を伝播させると外部
リード端子の電気抵抗に起因して信号が大きく減衰す
る。そのため半導体素子に信号を正確に入力することが
できず、半導体素子に誤動作を生じさせてしまう。
率が高い材料から成っていると、次のような欠点が生じ
る。 比透磁率が高いため、外部端子の自己インダクタンス
が大きく、電流が流れると逆起電力を誘発し、半導体素
子にノイズが入力され誤動作を生じさせる。 体積抵抗が高く導電率が低いため、外部リード端子に
信号を伝播させると、信号の伝播速度がきわめて遅くな
り、高速駆動を行う半導体素子を収納することができな
くなってしまう。 外部リード端子の細線化に伴い、電気抵抗はますます
大きくなり、外部リード端子に信号を伝播させると外部
リード端子の電気抵抗に起因して信号が大きく減衰す
る。そのため半導体素子に信号を正確に入力することが
できず、半導体素子に誤動作を生じさせてしまう。
【０００８】外部リード端子３を４２合金やコバール合
金で形成すると、上述の〜の欠点を有しているの
で、表１に示すうちで電気的特性の良好な銅（Ｃｕ）材
を外部リード端子３として使用することが考えられる。
しかしながら、銅（Ｃｕ）材から成る外部リード端子と
酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶
縁基体１および蓋体２とを組合わせると、線熱膨張係数
の差が大きく、この差に起因する熱応力が発生し、封止
用ガラス部材４の強度を超え、封止用ガラス部材４にク
ラックが生じやすくなって気密封止が不可能となる。
金で形成すると、上述の〜の欠点を有しているの
で、表１に示すうちで電気的特性の良好な銅（Ｃｕ）材
を外部リード端子３として使用することが考えられる。
しかしながら、銅（Ｃｕ）材から成る外部リード端子と
酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶
縁基体１および蓋体２とを組合わせると、線熱膨張係数
の差が大きく、この差に起因する熱応力が発生し、封止
用ガラス部材４の強度を超え、封止用ガラス部材４にク
ラックが生じやすくなって気密封止が不可能となる。
【０００９】本発明の目的は、外部リード端子として銅
もしくは銅を主成分とする金属を用いることができるガ
ラス封止型の半導体素子収納用パッケージを提供するこ
とである。
もしくは銅を主成分とする金属を用いることができるガ
ラス封止型の半導体素子収納用パッケージを提供するこ
とである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁基体と蓋
体との間に外部リード端子を挟み、絶縁基体と蓋体と外
部リード端子とをガラス部材で接合することによって、
内部に半導体素子を気密に収納する半導体素子収納用パ
ッケージであって、外部リード端子は、銅もしくは銅を
主成分とする金属で形成され、絶縁基体および蓋体は、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が１０〜２０ｐｐ
ｍ／℃のセラミック材で形成されることを特徴とする半
導体素子収納用パッケージである。本発明に従えば、外
部リード端子として銅もしくは銅を主成分とする金属を
用いるので、従来の４２合金やコバールを材料とする場
合に比較し、比透磁率が低く導電率が高くなる。比透磁
率が低いので、外部端子の自己インダクタンスは小さく
なり、外部端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因
するノイズは極小となり、半導体素子を誤動作させずに
正常に作動させることができる。また導電率が高いの
で、外部リード端子に信号を伝播させても、信号の伝播
速度がきわめて早くなり、高速駆動を行う半導体素子を
内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を
伝播させることができる。また外部リード端子を細線化
しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子におけ
る信号の減衰を極小とし、信号を正確に伝達することが
できる。絶縁基体および蓋体と外部リード端子材の線熱
膨張係数がほぼ等しくてマッチングするので、封止ガラ
スの強度を超えるような熱応力の発生が生じにくくな
り、充分な信頼性を伴う気密封止が可能となる。
体との間に外部リード端子を挟み、絶縁基体と蓋体と外
部リード端子とをガラス部材で接合することによって、
内部に半導体素子を気密に収納する半導体素子収納用パ
ッケージであって、外部リード端子は、銅もしくは銅を
主成分とする金属で形成され、絶縁基体および蓋体は、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が１０〜２０ｐｐ
ｍ／℃のセラミック材で形成されることを特徴とする半
導体素子収納用パッケージである。本発明に従えば、外
部リード端子として銅もしくは銅を主成分とする金属を
用いるので、従来の４２合金やコバールを材料とする場
合に比較し、比透磁率が低く導電率が高くなる。比透磁
率が低いので、外部端子の自己インダクタンスは小さく
なり、外部端子に大きな電流が流れても逆起電力に起因
するノイズは極小となり、半導体素子を誤動作させずに
正常に作動させることができる。また導電率が高いの
で、外部リード端子に信号を伝播させても、信号の伝播
速度がきわめて早くなり、高速駆動を行う半導体素子を
内部に収納した場合であっても、充分な高速度で信号を
伝播させることができる。また外部リード端子を細線化
しても、電気抵抗は高くならず、外部リード端子におけ
る信号の減衰を極小とし、信号を正確に伝達することが
できる。絶縁基体および蓋体と外部リード端子材の線熱
膨張係数がほぼ等しくてマッチングするので、封止ガラ
スの強度を超えるような熱応力の発生が生じにくくな
り、充分な信頼性を伴う気密封止が可能となる。
【００１１】また本発明で絶縁基体および蓋体として使
用されるセラミック材は、酸化リチウムを５〜３０重量
％含有するリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以
上であるフィラーを８０〜２０体積％との割合で含む成
形体を、焼成して得られる焼結体から成ることを特徴と
する。本発明に従えば、絶縁基体および蓋体を形成する
セラミック材は、線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であ
るフィラーと酸化リチウムを５〜３０重量％含有するリ
チウム珪酸ガラスとを含むので、外部リード端子として
使用する銅もしくは銅を主成分とする金属との線熱膨張
係数の差が小さくなり、蓋体および絶縁基体間で外部リ
ード端子を気密に封止するためのガラス部材に作用する
熱応力が小さくなり、気密封止の信頼性を向上させるこ
とができる。
用されるセラミック材は、酸化リチウムを５〜３０重量
％含有するリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以
上であるフィラーを８０〜２０体積％との割合で含む成
形体を、焼成して得られる焼結体から成ることを特徴と
する。本発明に従えば、絶縁基体および蓋体を形成する
セラミック材は、線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であ
るフィラーと酸化リチウムを５〜３０重量％含有するリ
チウム珪酸ガラスとを含むので、外部リード端子として
使用する銅もしくは銅を主成分とする金属との線熱膨張
係数の差が小さくなり、蓋体および絶縁基体間で外部リ
ード端子を気密に封止するためのガラス部材に作用する
熱応力が小さくなり、気密封止の信頼性を向上させるこ
とができる。
【００１２】また本発明で前記ガラス部材は、酸化鉛５
５〜７０重量％と、酸化硼素４〜１４重量％と、酸化珪
素０．５〜３重量％と、酸化アルミニウム３〜７重量％
と、酸化亜鉛０．５〜３重量％と、酸化ビスマス１〜５
重量％とを含むガラス成分に、フィラーとしてのβ−ユ
ークリプタイト系化合物を９〜１９重量％添加したもの
から成ることを特徴とする。本発明に従えば、絶縁基体
と蓋体との間で外部リード端子を挟んで気密封止するガ
ラス部材の線熱膨張係数を、外部リード端子として用い
る銅もしくは銅を主成分とする金属に近付けることがで
きるので、封止用ガラス部材と外部リード端子との間で
発生する熱応力を抑え、熱応力に起因する封止用ガラス
部材との間の線熱膨張係数の差が小さくなり、熱応力を
抑えて気密封止の信頼性を高めることができる。
５〜７０重量％と、酸化硼素４〜１４重量％と、酸化珪
素０．５〜３重量％と、酸化アルミニウム３〜７重量％
と、酸化亜鉛０．５〜３重量％と、酸化ビスマス１〜５
重量％とを含むガラス成分に、フィラーとしてのβ−ユ
ークリプタイト系化合物を９〜１９重量％添加したもの
から成ることを特徴とする。本発明に従えば、絶縁基体
と蓋体との間で外部リード端子を挟んで気密封止するガ
ラス部材の線熱膨張係数を、外部リード端子として用い
る銅もしくは銅を主成分とする金属に近付けることがで
きるので、封止用ガラス部材と外部リード端子との間で
発生する熱応力を抑え、熱応力に起因する封止用ガラス
部材との間の線熱膨張係数の差が小さくなり、熱応力を
抑えて気密封止の信頼性を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１を用
いて説明する。ガラス封止型の半導体素子収納用パッケ
ージとしての基本的な形態は従来からのガラス封止型半
導体素子収納用パッケージと同等である。本実施形態で
は、絶縁基体１および蓋体２の材料として、４０〜４０
０℃における線熱膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃のセ
ラミック材を用いる。たとえば、酸化リチウム（Ｌｉ2
Ｏ）を５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラスを２
０〜８０体積％含み、４０〜４００℃における線熱膨張
係数が８ｐｐｍ／℃以上のフィラーを８０〜２０体積％
の割合で含む成形体を焼成して成る焼結体を使用する。
この焼結体の線熱膨張係数は、１０〜２０ｐｐｍ／℃で
ある。
いて説明する。ガラス封止型の半導体素子収納用パッケ
ージとしての基本的な形態は従来からのガラス封止型半
導体素子収納用パッケージと同等である。本実施形態で
は、絶縁基体１および蓋体２の材料として、４０〜４０
０℃における線熱膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃のセ
ラミック材を用いる。たとえば、酸化リチウム（Ｌｉ2
Ｏ）を５〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラスを２
０〜８０体積％含み、４０〜４００℃における線熱膨張
係数が８ｐｐｍ／℃以上のフィラーを８０〜２０体積％
の割合で含む成形体を焼成して成る焼結体を使用する。
この焼結体の線熱膨張係数は、１０〜２０ｐｐｍ／℃で
ある。
【００１４】外部リード端子３は、純銅もしくは銅合金
を使用する。導電率が高い必要があるときには純銅を使
用し、機械的強度が必要なときには銅合金、すなわち銅
を主成分とする金属を使用する。銅もしくは銅合金は、
体積抵抗が１．７μΩ・ｃｍと従来の４２合金やコバー
ルに比較して小さく、比透磁率も１と低いので、自己イ
ンダクタンスに起因する雑音の発生が少なく、信号の減
衰も生じにくい。
を使用する。導電率が高い必要があるときには純銅を使
用し、機械的強度が必要なときには銅合金、すなわち銅
を主成分とする金属を使用する。銅もしくは銅合金は、
体積抵抗が１．７μΩ・ｃｍと従来の４２合金やコバー
ルに比較して小さく、比透磁率も１と低いので、自己イ
ンダクタンスに起因する雑音の発生が少なく、信号の減
衰も生じにくい。
【００１５】封止用ガラス部材４は、たとえば酸化鉛５
５〜７０重量％、酸化硼素４〜１４重量％、酸化珪素
０．５〜３．０重量％、酸化亜鉛０．５〜３．０重量
％、酸化アルミニウム３〜７重量％および酸化ビスマス
１〜５重量％を含むガラス成分に、フィラーとしてのβ
−ユークリプタイト系化合物を９〜１９重量％添加した
ガラスを使用する。このようなガラスは強度が高く、絶
縁基体１と蓋体２との間で外部リード端子３を挟んだ状
態の部分の封止を信頼性が高い状態で行うことができ
る。
５〜７０重量％、酸化硼素４〜１４重量％、酸化珪素
０．５〜３．０重量％、酸化亜鉛０．５〜３．０重量
％、酸化アルミニウム３〜７重量％および酸化ビスマス
１〜５重量％を含むガラス成分に、フィラーとしてのβ
−ユークリプタイト系化合物を９〜１９重量％添加した
ガラスを使用する。このようなガラスは強度が高く、絶
縁基体１と蓋体２との間で外部リード端子３を挟んだ状
態の部分の封止を信頼性が高い状態で行うことができ
る。
【００１６】半導体素子５は、アルミニウムや金や銅な
どのボンディングワイヤ６を介して外部リード端子３の
収納用空間１０内に突出している部分の表面に電気的に
接続される。外部リード端子３は、絶縁基体１および蓋
体２内に形成される収納用空間１０と外部との間の電気
的な信号伝達経路となるけれども、材料として銅もしく
は銅を主成分とする金属を使用するので、信号の減衰や
自己インダクタンスに基づくノイズの発生が少なくな
る。このため、半導体素子５としては、クロック周波数
が高く動作速度が速い半導体集積回路素子を使用した
り、電源電圧を低下させて消費電力の低減を図るような
半導体集積回路素子を収納しても、動作速度の制限やノ
イズの影響を受けにくくすることができる。半導体素子
５を絶縁基体１の凹部１１と蓋体２の凹部１２とで形成
する収納用空間１０に固定するためには、半導体素子５
の底面と凹部１１の底面との間を接着剤１３などを用い
て結合する。
どのボンディングワイヤ６を介して外部リード端子３の
収納用空間１０内に突出している部分の表面に電気的に
接続される。外部リード端子３は、絶縁基体１および蓋
体２内に形成される収納用空間１０と外部との間の電気
的な信号伝達経路となるけれども、材料として銅もしく
は銅を主成分とする金属を使用するので、信号の減衰や
自己インダクタンスに基づくノイズの発生が少なくな
る。このため、半導体素子５としては、クロック周波数
が高く動作速度が速い半導体集積回路素子を使用した
り、電源電圧を低下させて消費電力の低減を図るような
半導体集積回路素子を収納しても、動作速度の制限やノ
イズの影響を受けにくくすることができる。半導体素子
５を絶縁基体１の凹部１１と蓋体２の凹部１２とで形成
する収納用空間１０に固定するためには、半導体素子５
の底面と凹部１１の底面との間を接着剤１３などを用い
て結合する。
【００１７】封止用ガラス部材の組成範囲については、
本件発明者らの実験によって、次の表２に示すような結
果が得られている。
本件発明者らの実験によって、次の表２に示すような結
果が得られている。
【００１８】
【表２】
【００１９】図１に示すように、半導体素子５を内部に
収納したフラット型のパッケージは、プリント配線基板
などに実装されて使用される。プリント配線基板に、他
の電子部品とともにハンダなどで接合される際に、４０
０℃程度まで加熱される可能性がある。このため、絶縁
基体１および蓋体２と外部リード端子３とは、４０〜４
００℃の温度範囲で、線熱膨張係数の差が小さいことが
望ましい。外部リード端子３として銅あるいは銅を主成
分とする金属を使用する場合は、前述のようにその線熱
膨張係数は１７ｐｐｍ／℃であるので、絶縁基体１およ
び蓋体２としては、その温度範囲で線熱膨張係数が１０
〜２０ｐｐｍ／℃程度のセラミック材料を用いることが
好ましい。このようなセラミック材料として、リチウム
珪酸ガラス２０〜８０体積％と、４０〜４００℃におけ
る線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラー８０
〜２０体積％とを含む成形体を焼成して成る焼結体によ
って形成するいわゆるガラスセラミック焼結体が好適に
用いられる。
収納したフラット型のパッケージは、プリント配線基板
などに実装されて使用される。プリント配線基板に、他
の電子部品とともにハンダなどで接合される際に、４０
０℃程度まで加熱される可能性がある。このため、絶縁
基体１および蓋体２と外部リード端子３とは、４０〜４
００℃の温度範囲で、線熱膨張係数の差が小さいことが
望ましい。外部リード端子３として銅あるいは銅を主成
分とする金属を使用する場合は、前述のようにその線熱
膨張係数は１７ｐｐｍ／℃であるので、絶縁基体１およ
び蓋体２としては、その温度範囲で線熱膨張係数が１０
〜２０ｐｐｍ／℃程度のセラミック材料を用いることが
好ましい。このようなセラミック材料として、リチウム
珪酸ガラス２０〜８０体積％と、４０〜４００℃におけ
る線熱膨張係数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラー８０
〜２０体積％とを含む成形体を焼成して成る焼結体によ
って形成するいわゆるガラスセラミック焼結体が好適に
用いられる。
【００２０】前記リチウム珪酸ガラスとしては、たとえ
ば ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−Ｆ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｎａ2Ｏ−ＺｎＯ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5−ＺｎＯ
−Ｎａ2Ｏ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＭｇＯ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＺｎＯ 等の組成物が挙げられ、このうちＳｉＯ2 は、リチウム
珪酸を形成するために必須の成分であり、ＳｉＯ2 はガ
ラス全量中、６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ
2とＬｉ2Ｏとの合量がガラス全量中、６５〜９５重量％
であることがリチウム珪酸結晶を析出させる上で望まし
い。
ば ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−ＴｉＯ2 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ−Ｎａ2Ｏ−Ｆ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｎａ2Ｏ−ＺｎＯ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5 ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3−Ｋ2Ｏ−Ｐ2Ｏ5−ＺｎＯ
−Ｎａ2Ｏ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＭｇＯ ＳｉＯ2−Ｌｉ2Ｏ−ＺｎＯ 等の組成物が挙げられ、このうちＳｉＯ2 は、リチウム
珪酸を形成するために必須の成分であり、ＳｉＯ2 はガ
ラス全量中、６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ
2とＬｉ2Ｏとの合量がガラス全量中、６５〜９５重量％
であることがリチウム珪酸結晶を析出させる上で望まし
い。
【００２１】また、４０〜４００℃における線熱膨張係
数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラーとしては、表３の
ものが好適に使用される。
数が８ｐｐｍ／℃以上であるフィラーとしては、表３の
ものが好適に使用される。
【００２２】
【表３】
【００２３】さらにリチウム珪酸ガラスの成分量を２０
〜８０体積％、フィラーの成分量を２０〜８０体積％の
範囲とするのは、セラミック材料の４０〜４００℃にお
ける線熱膨張係数を１０〜２０ｐｐｍ／℃の範囲に制御
するとともに、焼成温度を下げるためであり、リチウム
珪酸ガラスの成分量が２０体積％より少ない、言い換え
ればフィラーが８０体積％より多いと液相焼結すること
ができずに高温で焼成する必要があり、またリチウム珪
酸ガラスが８０体積％より多い、言い換えるとフィラー
が２０体積％より少ないと、セラミック材料の特性がリ
チウム珪酸ガラスの特性に大きく依存していまい、線熱
膨張係数を所定値に制御するのが困難となるとともに、
原料のコストも高くなってしまうからである。
〜８０体積％、フィラーの成分量を２０〜８０体積％の
範囲とするのは、セラミック材料の４０〜４００℃にお
ける線熱膨張係数を１０〜２０ｐｐｍ／℃の範囲に制御
するとともに、焼成温度を下げるためであり、リチウム
珪酸ガラスの成分量が２０体積％より少ない、言い換え
ればフィラーが８０体積％より多いと液相焼結すること
ができずに高温で焼成する必要があり、またリチウム珪
酸ガラスが８０体積％より多い、言い換えるとフィラー
が２０体積％より少ないと、セラミック材料の特性がリ
チウム珪酸ガラスの特性に大きく依存していまい、線熱
膨張係数を所定値に制御するのが困難となるとともに、
原料のコストも高くなってしまうからである。
【００２４】またリチウム珪酸ガラスでは、酸化リチウ
ム（Ｌｉ2Ｏ）を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％
の割合で含有することが重要である。このようなリチウ
ム珪酸ガラスを用いることによって、高い線熱膨張係数
を有するリチウム珪酸を析出させることができる。な
お、酸化リチウムの含有量が５重量％より小さいと、焼
成時にリチウム珪酸の結晶の生成量が少なくなってしま
い、高い線熱膨張係数を得ることができない。酸化リチ
ウムの含有量が３０重量％より大きいと、電気絶縁体と
しての誘電正接が１００×１０-4を超えるため、基板と
しての特性が劣化してしまう。またこのガラス中には鉛
（Ｐｂ）を実質的に含まないことが望ましい。鉛は毒性
を有するため製造工程中での被毒を防止するための格別
な装置および管理を必要とするために、焼結体を安価に
製造することができなくなるためである。鉛が不純物と
して不可避的に混入する場合を考慮すると、鉛の含有量
は０．０５重量％以下であることが望ましい。
ム（Ｌｉ2Ｏ）を５〜３０重量％、特に５〜２０重量％
の割合で含有することが重要である。このようなリチウ
ム珪酸ガラスを用いることによって、高い線熱膨張係数
を有するリチウム珪酸を析出させることができる。な
お、酸化リチウムの含有量が５重量％より小さいと、焼
成時にリチウム珪酸の結晶の生成量が少なくなってしま
い、高い線熱膨張係数を得ることができない。酸化リチ
ウムの含有量が３０重量％より大きいと、電気絶縁体と
しての誘電正接が１００×１０-4を超えるため、基板と
しての特性が劣化してしまう。またこのガラス中には鉛
（Ｐｂ）を実質的に含まないことが望ましい。鉛は毒性
を有するため製造工程中での被毒を防止するための格別
な装置および管理を必要とするために、焼結体を安価に
製造することができなくなるためである。鉛が不純物と
して不可避的に混入する場合を考慮すると、鉛の含有量
は０．０５重量％以下であることが望ましい。
【００２５】さらに、リチウム珪酸ガラスの屈伏点を、
４００〜８００℃、特に４００〜６５０℃としておくこ
とが望ましい。これはリチウム珪酸ガラスおよびフィラ
ーから成る成形体を形成する場合、有機樹脂バインダー
を混合しているが、焼成時に前記有機樹脂バインダーを
効率的に除去するためである。屈伏点が４００℃より低
いと、成形体の緻密化が低温で開始するために、有機樹
脂バインダーが分解揮散できなくなり、有機樹脂バイン
ダー成分が残留して特性に影響を及ぼす結果となる。一
方、屈伏点が８００℃より高いと、リチウム珪酸ガラス
の量を多くしないと結晶しにくくなるため高価なリチウ
ム珪酸ガラスを大量に必要とすることになり、焼結体の
コストが高くなってしまう。
４００〜８００℃、特に４００〜６５０℃としておくこ
とが望ましい。これはリチウム珪酸ガラスおよびフィラ
ーから成る成形体を形成する場合、有機樹脂バインダー
を混合しているが、焼成時に前記有機樹脂バインダーを
効率的に除去するためである。屈伏点が４００℃より低
いと、成形体の緻密化が低温で開始するために、有機樹
脂バインダーが分解揮散できなくなり、有機樹脂バイン
ダー成分が残留して特性に影響を及ぼす結果となる。一
方、屈伏点が８００℃より高いと、リチウム珪酸ガラス
の量を多くしないと結晶しにくくなるため高価なリチウ
ム珪酸ガラスを大量に必要とすることになり、焼結体の
コストが高くなってしまう。
【００２６】フィラーは、リチウム珪酸ガラスの屈伏点
に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。すわな
ち、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が４００〜６５０℃と
低い場合は、低温での焼結性が高まるためフィラーの含
有量は５０〜８０体積％と比較的多く配合することがで
きる。これに対して、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が６
５０〜８００℃と高い場合は、焼結性が低下するためフ
ィラーの含有量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合
することが望ましい。
に応じ、その量を適宜調整することが望ましい。すわな
ち、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が４００〜６５０℃と
低い場合は、低温での焼結性が高まるためフィラーの含
有量は５０〜８０体積％と比較的多く配合することがで
きる。これに対して、リチウム珪酸ガラスの屈伏点が６
５０〜８００℃と高い場合は、焼結性が低下するためフ
ィラーの含有量は２０〜５０体積％と比較的少なく配合
することが望ましい。
【００２７】リチウム珪酸ガラスは、フィラー無添加で
は収縮開始温度が７００℃以下となり、８５０℃以上で
は溶融してしまう。フィラーを２０〜８０体積％の割合
で混合することによって、焼成温度を上昇させ結晶の析
出とフィラーを液相焼結させるための液相の形成とを行
うことができる。また原料コストを下げるためには、高
価な結晶性ガラスの含有量を減少させることが好まし
い。
は収縮開始温度が７００℃以下となり、８５０℃以上で
は溶融してしまう。フィラーを２０〜８０体積％の割合
で混合することによって、焼成温度を上昇させ結晶の析
出とフィラーを液相焼結させるための液相の形成とを行
うことができる。また原料コストを下げるためには、高
価な結晶性ガラスの含有量を減少させることが好まし
い。
【００２８】リチウム珪酸ガラスとフィラーとの混合物
は、成形のための有機樹脂バインダーを添加した後、所
望の成形手段、たとえばドクターブレード、圧延法、金
型プレス等によってシート状など任意の形状に成形さ
れ、焼成に供される。
は、成形のための有機樹脂バインダーを添加した後、所
望の成形手段、たとえばドクターブレード、圧延法、金
型プレス等によってシート状など任意の形状に成形さ
れ、焼成に供される。
【００２９】焼成に当たっては、まず成形のために配合
した有機樹脂バインダー成分を除去する。有機樹脂バイ
ンダーの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われ
る。成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であ
ることが望ましい。収縮開始温度がこれより低いと有機
樹脂バインダーの除去が困難となるので、成形体中のリ
チウム珪酸ガラスの特性、特に屈伏点を制御することが
重要である。焼成は、８５０〜１３００℃の酸化性雰囲
気中で行われ、相対密度９０％以上まで気密化される。
このときの焼成温度が８５０℃より低いと、緻密化する
ことができない。
した有機樹脂バインダー成分を除去する。有機樹脂バイ
ンダーの除去は、７００℃前後の大気雰囲気中で行われ
る。成形体の収縮開始温度は７００〜８５０℃程度であ
ることが望ましい。収縮開始温度がこれより低いと有機
樹脂バインダーの除去が困難となるので、成形体中のリ
チウム珪酸ガラスの特性、特に屈伏点を制御することが
重要である。焼成は、８５０〜１３００℃の酸化性雰囲
気中で行われ、相対密度９０％以上まで気密化される。
このときの焼成温度が８５０℃より低いと、緻密化する
ことができない。
【００３０】このようにして製造される焼結体中には、
リチウム珪酸ガラスから生成される結晶相、リチウム珪
酸ガラスとフィラーとの反応によって生成する結晶相、
あるいはフィラーが分解して生成する結晶相等が存在
し、これらの結晶相の粒界にガラス相が存在して焼結体
の線熱膨張係数が４０〜４００℃において１０〜２０ｐ
ｐｍ／℃となる。
リチウム珪酸ガラスから生成される結晶相、リチウム珪
酸ガラスとフィラーとの反応によって生成する結晶相、
あるいはフィラーが分解して生成する結晶相等が存在
し、これらの結晶相の粒界にガラス相が存在して焼結体
の線熱膨張係数が４０〜４００℃において１０〜２０ｐ
ｐｍ／℃となる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、外部リー
ド端子として銅もしくは銅を主成分とする金属を使用す
るので、従来の４２合金やコバール合金を使用する場合
に比較し、比透磁率が低く、導電率が高くなる。比透磁
率が低いことによって、外部リード端子の自己インダク
タンスを小さくすることができ、逆起電力に起因するノ
イズを極小とし、半導体素子の高速動作を可能とし、導
電率が高くなるので信号の伝播速度を速め、信号の減衰
量を低減して半導体素子を動作させることができる。絶
縁基体および蓋体のセラミック材は、外部リード端子３
の銅もしくは銅を主成分とする金属と同程度の線熱膨張
係数となるので、外部リード端子とセラミック材との間
に発生する熱応力が小さくなり、気密封止の信頼性を高
めることができる。
ド端子として銅もしくは銅を主成分とする金属を使用す
るので、従来の４２合金やコバール合金を使用する場合
に比較し、比透磁率が低く、導電率が高くなる。比透磁
率が低いことによって、外部リード端子の自己インダク
タンスを小さくすることができ、逆起電力に起因するノ
イズを極小とし、半導体素子の高速動作を可能とし、導
電率が高くなるので信号の伝播速度を速め、信号の減衰
量を低減して半導体素子を動作させることができる。絶
縁基体および蓋体のセラミック材は、外部リード端子３
の銅もしくは銅を主成分とする金属と同程度の線熱膨張
係数となるので、外部リード端子とセラミック材との間
に発生する熱応力が小さくなり、気密封止の信頼性を高
めることができる。
【００３２】また本発明によれば、絶縁基体および蓋体
のセラミック材は、リチウム珪酸ガラスとフィラーとを
組合わせて、線熱膨張係数を外部リード端子としての銅
もしくは銅を主成分とする金属に近付けることができる
ので、熱応力を小さくして気密封止部の信頼性を高める
ことができる。
のセラミック材は、リチウム珪酸ガラスとフィラーとを
組合わせて、線熱膨張係数を外部リード端子としての銅
もしくは銅を主成分とする金属に近付けることができる
ので、熱応力を小さくして気密封止部の信頼性を高める
ことができる。
【００３３】また本発明によれば、絶縁基体および蓋体
との間で外部リード端子を挟む部分に用いるガラス部材
の強度を改善し、気密封止部の信頼性を向上させること
ができる。
との間で外部リード端子を挟む部分に用いるガラス部材
の強度を改善し、気密封止部の信頼性を向上させること
ができる。
【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す断
面図である。
面図である。
１ 絶縁基体 ２ 蓋体 ３ 外部リード端子 ４ 封止用ガラス部材 ５ 半導体素子 ６ ボンディングワイヤ １０ 収納用空間 １１，１２ 凹部 １３ 接着剤
Claims (3)
- 【請求項１】 絶縁基体と蓋体との間に外部リード端子
を挟み、絶縁基体と蓋体と外部リード端子とをガラス部
材で接合することによって、内部に半導体素子を気密に
収納する半導体素子収納用パッケージであって、 外部リード端子は、銅もしくは銅を主成分とする金属で
形成され、 絶縁基体および蓋体は、４０〜４００℃における線熱膨
張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃のセラミック材で形成さ
れることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。 - 【請求項２】 前記セラミック材は、酸化リチウムを５
〜３０重量％含有するリチウム珪酸ガラスを２０〜８０
体積％と、４０〜４００℃における線熱膨張係数が８ｐ
ｐｍ／℃以上であるフィラーを８０〜２０体積％との割
合で含む成形体を、焼成して得られる焼結体から成るこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体素子収納用パッ
ケージ。 - 【請求項３】 前記ガラス部材は、酸化鉛５５〜７０重
量％と、酸化硼素４〜１４重量％と、酸化珪素０．５〜
３重量％と、酸化アルミニウム３〜７重量％と、酸化亜
鉛０．５〜３重量％と、酸化ビスマス１〜５重量％とを
含むガラス成分に、フィラーとしてのβ−ユークリプタ
イト系化合物を９〜１９重量％添加したものから成るこ
とを特徴とする請求項１に記載の半導体素子収納用パッ
ケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32040596A JP3390617B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32040596A JP3390617B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 半導体素子収納用パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163355A true JPH10163355A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3390617B2 JP3390617B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=18121102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32040596A Expired - Fee Related JP3390617B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 半導体素子収納用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3390617B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013532116A (ja) * | 2010-07-13 | 2013-08-15 | サン−ゴバン グラス フランス | 電気接続素子を備える窓ガラス |
| CN103415479A (zh) * | 2011-03-07 | 2013-11-27 | 肖特公开股份有限公司 | 用于密封地接合Cu部件的玻璃系统以及用于电子部件的壳体 |
| US10305239B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-05-28 | Saint-Gobain Glass France | Pane comprising an electrical connection element |
| US10355378B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-07-16 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| CN111370373A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-03 | 浙江长兴电子厂有限公司 | 一种气密性表面安装型电流传感器封装结构 |
| US11217907B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-01-04 | Saint-Gobain Glass France | Disk having an electric connecting element |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP32040596A patent/JP3390617B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013532116A (ja) * | 2010-07-13 | 2013-08-15 | サン−ゴバン グラス フランス | 電気接続素子を備える窓ガラス |
| US9385437B2 (en) | 2010-07-13 | 2016-07-05 | Saint-Gobain Glass France | Disc comprising an electrical connection element |
| CN103415479A (zh) * | 2011-03-07 | 2013-11-27 | 肖特公开股份有限公司 | 用于密封地接合Cu部件的玻璃系统以及用于电子部件的壳体 |
| JP2014514731A (ja) * | 2011-03-07 | 2014-06-19 | ショット アクチエンゲゼルシャフト | Ｃｕ部品を気密接続するガラスシステム及び電子部品用のハウジング |
| JP2016119492A (ja) * | 2011-03-07 | 2016-06-30 | ショット アクチエンゲゼルシャフトＳｃｈｏｔｔ ＡＧ | ハウジング |
| EP3053887A1 (de) * | 2011-03-07 | 2016-08-10 | Schott AG | Gehäuse für elektronische bauteile |
| US9807897B2 (en) | 2011-03-07 | 2017-10-31 | Schott Ag | Glass system for hermetically joining Cu components, and housing for electronic components |
| US10305239B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-05-28 | Saint-Gobain Glass France | Pane comprising an electrical connection element |
| US10355378B2 (en) | 2011-05-10 | 2019-07-16 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| US11217907B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-01-04 | Saint-Gobain Glass France | Disk having an electric connecting element |
| US11456546B2 (en) | 2011-05-10 | 2022-09-27 | Saint-Gobain Glass France | Pane having an electrical connection element |
| CN111370373A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-07-03 | 浙江长兴电子厂有限公司 | 一种气密性表面安装型电流传感器封装结构 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3390617B2 (ja) | 2003-03-24 |
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