JP2631397B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子、特に半導体集積回路素子を収容
するための半導体素子収納用パッケージの改良に関する
ものである。
するための半導体素子収納用パッケージの改良に関する
ものである。
（従来の技術） 従来、半導体素子を収容するための半導体素子収納用
パッケージ、例えばリードレスのパッケージ（チップキ
ャリア）は、第２図に示すようにアルミナ（Al2O3）セ
ラミックス等の電気絶縁材料から成り、その上面中央部
に、底面にメタライズ金属層12が被着形成された半導体
素子を収容するための凹部を有し、かつ外周部、即ち側
面及び底面に半導体素子を外部電気回路に接続するため
のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）等の金属粉末
から成るメタライズリード13を被着形成した絶縁基体11
と蓋体17とから構成されており、絶縁基体11の凹部底面
に設けたメタライズ金属層12上に半導体素子14を取着固
定するとともに該半導体素子14の各電極をボンディング
ワイヤ15を介しメタライズリード13に電気的に接続し、
しかる後、絶縁基体11の上面に被着された金属枠16に金
属製蓋体17をシームウエルド法により溶接接合させ、内
部に半導体素子を気密に封止することによって最終製品
としての半導体装置が完成する。
パッケージ、例えばリードレスのパッケージ（チップキ
ャリア）は、第２図に示すようにアルミナ（Al2O3）セ
ラミックス等の電気絶縁材料から成り、その上面中央部
に、底面にメタライズ金属層12が被着形成された半導体
素子を収容するための凹部を有し、かつ外周部、即ち側
面及び底面に半導体素子を外部電気回路に接続するため
のタングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）等の金属粉末
から成るメタライズリード13を被着形成した絶縁基体11
と蓋体17とから構成されており、絶縁基体11の凹部底面
に設けたメタライズ金属層12上に半導体素子14を取着固
定するとともに該半導体素子14の各電極をボンディング
ワイヤ15を介しメタライズリード13に電気的に接続し、
しかる後、絶縁基体11の上面に被着された金属枠16に金
属製蓋体17をシームウエルド法により溶接接合させ、内
部に半導体素子を気密に封止することによって最終製品
としての半導体装置が完成する。
尚、この従来の半導体素子収納用パッケージは絶縁基
体11の凹部底面に設けたメタライズ金属層12に半導体素
子14を強固に取着固定するために、またメタライズリー
ド13と外部電気回路との電気的接続を良好とし、かつメ
タライズリードが酸化腐蝕するのを有効に防止するため
に通常、メタライズ金属層12及びメタライズリード13の
外表面にはニッケル（Ni）及び金（Au）等がメッキによ
り層着されている。
体11の凹部底面に設けたメタライズ金属層12に半導体素
子14を強固に取着固定するために、またメタライズリー
ド13と外部電気回路との電気的接続を良好とし、かつメ
タライズリードが酸化腐蝕するのを有効に防止するため
に通常、メタライズ金属層12及びメタライズリード13の
外表面にはニッケル（Ni）及び金（Au）等がメッキによ
り層着されている。
（発明が解決しようとする課題） しかし乍ら、この従来の半導体素子収納用パッケージ
は、近時の電子機器の小型化に伴い絶縁基体の形状が小
さくなってきていること及び絶縁基体に蓋体を接合さ
せ、内部に半導体素子を気密に封止するのが絶縁基体の
上面に被着させた金属枠に蓋体をシームウエルド法によ
り溶接することにより行っていること等から以下に述べ
る欠点を有する。
は、近時の電子機器の小型化に伴い絶縁基体の形状が小
さくなってきていること及び絶縁基体に蓋体を接合さ
せ、内部に半導体素子を気密に封止するのが絶縁基体の
上面に被着させた金属枠に蓋体をシームウエルド法によ
り溶接することにより行っていること等から以下に述べ
る欠点を有する。
即ち、絶縁基体の上面に被着させた金属枠に蓋体をシ
ームウエルド法により溶接接合させた場合、該蓋体の溶
接は絶縁基体の上面で行われることから溶接の熱は絶縁
基体の上面部に多量に印加され、絶縁基体の上面部温度
が底面部に比較して高いものとなる。そのため絶縁基体
はその上面部が底面部より大きく膨張し、絶縁基体の凹
部底面外周部に応力が発生して凹部底面外周部にクラッ
クや割れを生じさせ、その結果、パッケージ内部に収容
するする半導体素子の気密封止が容易に破れ、半導体素
子を長期間にわたり正常、 かつ安定に作動させることができないという欠点を有
する。
ームウエルド法により溶接接合させた場合、該蓋体の溶
接は絶縁基体の上面で行われることから溶接の熱は絶縁
基体の上面部に多量に印加され、絶縁基体の上面部温度
が底面部に比較して高いものとなる。そのため絶縁基体
はその上面部が底面部より大きく膨張し、絶縁基体の凹
部底面外周部に応力が発生して凹部底面外周部にクラッ
クや割れを生じさせ、その結果、パッケージ内部に収容
するする半導体素子の気密封止が容易に破れ、半導体素
子を長期間にわたり正常、 かつ安定に作動させることができないという欠点を有
する。
（発明の目的） 本発明は上記欠点に鑑み案出されたものでその目的
は、絶縁基体に蓋体をシームウエルド法により溶接する
際、絶縁基体にクラックや割れが発生するのを皆無とな
し、パッケージ内部の気密封止を完全として内部に収容
する半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動
させることができる半導体素子収納用パッケージを提供
することにある。
は、絶縁基体に蓋体をシームウエルド法により溶接する
際、絶縁基体にクラックや割れが発生するのを皆無とな
し、パッケージ内部の気密封止を完全として内部に収容
する半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動
させることができる半導体素子収納用パッケージを提供
することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は半導体素子を収容するための凹部及び該凹部
底面に半導体素子を取着するためのメタライズ金属層を
有する絶縁基体と蓋体とから成る半導体素子収納用パッ
ケージにおいて、前記絶縁基体の凹部底面に設けたメタ
ライズ金属層の外周縁を絶縁基体内に埋入させるととも
に該埋入部の厚みを15乃至45μｍとしたことを特徴とす
るものである。
底面に半導体素子を取着するためのメタライズ金属層を
有する絶縁基体と蓋体とから成る半導体素子収納用パッ
ケージにおいて、前記絶縁基体の凹部底面に設けたメタ
ライズ金属層の外周縁を絶縁基体内に埋入させるととも
に該埋入部の厚みを15乃至45μｍとしたことを特徴とす
るものである。
（実施例） 次に本発明にかかる半導体素子収納用パッケージをリ
ードレスのパッケージ（チップキャリア）を例に採って
詳細に説明する。
ードレスのパッケージ（チップキャリア）を例に採って
詳細に説明する。
第１図は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実
施例を示し、１はアルミナセラミック等の電気絶縁材料
から成る絶縁基体、２は蓋体である。この絶縁基体１と
蓋体２とで半導体素子を収容するための容器を構成す
る。
施例を示し、１はアルミナセラミック等の電気絶縁材料
から成る絶縁基体、２は蓋体である。この絶縁基体１と
蓋体２とで半導体素子を収容するための容器を構成す
る。
前記絶縁基体１はその上面中央部に半導体素子を収容
するための空所を形成する段状の凹部を有しており、該
凹部底面にはメタライズ金属層３が被着形成されてい
る。
するための空所を形成する段状の凹部を有しており、該
凹部底面にはメタライズ金属層３が被着形成されてい
る。
前記絶縁基体１の凹部底面に設けたメタライズ金属層
３上には半導体素子４がロウ材を介し取着され、固定さ
れる。
３上には半導体素子４がロウ材を介し取着され、固定さ
れる。
また前記絶縁基体１には凹部段状上面から側面を介し
て底面にかけて導出しているメタライズリード５が形成
されており、メタライズリード５の凹部段状上面部には
半導体素子４の電極がボンディングワイヤ６を介し電気
的に接続され、またメタライズリード５の基体１底面部
は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ
付けされる。
て底面にかけて導出しているメタライズリード５が形成
されており、メタライズリード５の凹部段状上面部には
半導体素子４の電極がボンディングワイヤ６を介し電気
的に接続され、またメタライズリード５の基体１底面部
は外部電気回路の配線導体に半田等のロウ材を介しロウ
付けされる。
前記絶縁基体１、メタライズ金属層３及びメタライズ
リート５は表面に金属ペーストを印刷塗布した未焼成セ
ラミックシート（グリーンシート）を複数枚積層すると
ともに還元性雰囲気中（H2−N2ガス中）、約1400〜1600
℃の高温で焼成することによって形成される。
リート５は表面に金属ペーストを印刷塗布した未焼成セ
ラミックシート（グリーンシート）を複数枚積層すると
ともに還元性雰囲気中（H2−N2ガス中）、約1400〜1600
℃の高温で焼成することによって形成される。
尚、前記未焼成セラミックシートはアルミナ（Al
2O3）、シリカ（SiO2）等のセラミック原料粉末に適当
な溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従来
周知のドクターブレード法によりシート状となすことに
よって形成され、また金属ペーストはタングステン
（Ｗ）、モリブデン（Mo）、マンガン（Mn）等の高融点
金属粉末に適当な溶剤、溶媒を添加混合することによっ
て作成され、未焼成セラミックシートの表面には従来周
知のスクリーン印刷等の厚膜手法を採用することによっ
て印刷塗布される。
2O3）、シリカ（SiO2）等のセラミック原料粉末に適当
な溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、これを従来
周知のドクターブレード法によりシート状となすことに
よって形成され、また金属ペーストはタングステン
（Ｗ）、モリブデン（Mo）、マンガン（Mn）等の高融点
金属粉末に適当な溶剤、溶媒を添加混合することによっ
て作成され、未焼成セラミックシートの表面には従来周
知のスクリーン印刷等の厚膜手法を採用することによっ
て印刷塗布される。
また前記絶縁基体１の凹部底面に被着形成されるメタ
ライズ金属層３はその外周縁が絶縁基体１内に埋入され
ており、メタライズ金属層３の外周縁を絶縁基体１に埋
入させると絶縁基体１内の特に凹部底面周辺に内部応力
が内在し、これが絶縁基体１の上面に蓋体２をシームウ
エルド法により溶接する際の応力を相殺する。
ライズ金属層３はその外周縁が絶縁基体１内に埋入され
ており、メタライズ金属層３の外周縁を絶縁基体１に埋
入させると絶縁基体１内の特に凹部底面周辺に内部応力
が内在し、これが絶縁基体１の上面に蓋体２をシームウ
エルド法により溶接する際の応力を相殺する。
即ち、未焼成セラミックシートに金属ペーストを印刷
塗布し、しかる後、焼成してメタライズ金属層３の外周
縁が絶縁基体１内に埋入したものを得る場合、絶縁基体
１のセラミックとメタライズ金属層３のモリブデン、タ
ングステン等とは熱膨張係数が相違することから両者間
に熱膨張係数の相違に起因する応力が発生しこれが絶縁
基体１の内部に内在する。この絶縁基体１内に内在する
応力は絶縁基体の上面部を内側に縮める方向の応力であ
り、後述の絶縁基体１上面に蓋体２をシームウエルド法
により溶接する際、絶縁基体（セラミック体）の上面部
が広がることにより発生する応力とは反対方向の応力で
あることから絶縁基体１内に内在する応力は蓋体２を溶
接する際の応力を相殺することができる。
塗布し、しかる後、焼成してメタライズ金属層３の外周
縁が絶縁基体１内に埋入したものを得る場合、絶縁基体
１のセラミックとメタライズ金属層３のモリブデン、タ
ングステン等とは熱膨張係数が相違することから両者間
に熱膨張係数の相違に起因する応力が発生しこれが絶縁
基体１の内部に内在する。この絶縁基体１内に内在する
応力は絶縁基体の上面部を内側に縮める方向の応力であ
り、後述の絶縁基体１上面に蓋体２をシームウエルド法
により溶接する際、絶縁基体（セラミック体）の上面部
が広がることにより発生する応力とは反対方向の応力で
あることから絶縁基体１内に内在する応力は蓋体２を溶
接する際の応力を相殺することができる。
尚、前記絶縁基体１内に埋入させるメタライズ金属層
３はその埋入部の厚みが15μｍ未満であると絶縁基体１
内に内在させる応力が小さくなり、蓋体２を溶接する際
の応力を完全に相殺することができず絶縁基体１にクラ
ックや割れを発生してしまい、また厚みが45μｍを超え
ると絶縁基体１の底面外周部におけるメタライズ金属層
３とセラミックとの間に積層不良が発生し絶縁基体１に
気密不良を生じることからメタライズ金属層３の絶縁基
体１内に埋入させる部位の厚みは15乃至45μｍの範囲に
特定される。
３はその埋入部の厚みが15μｍ未満であると絶縁基体１
内に内在させる応力が小さくなり、蓋体２を溶接する際
の応力を完全に相殺することができず絶縁基体１にクラ
ックや割れを発生してしまい、また厚みが45μｍを超え
ると絶縁基体１の底面外周部におけるメタライズ金属層
３とセラミックとの間に積層不良が発生し絶縁基体１に
気密不良を生じることからメタライズ金属層３の絶縁基
体１内に埋入させる部位の厚みは15乃至45μｍの範囲に
特定される。
また前記絶縁基体１に設けたメタライズ金属層３及び
メタライズリード５は、メタライズ金属層３上に半導体
素子４を強固に取着固定するために、またメタライズリ
ード５と外部電気回路との電気的接続を良好とし、かつ
メタライズリード５が酸化腐蝕するのを防止するため
に、その外表面にニッケル（Ni）及び金（Au）がメッキ
により層着されている。
メタライズリード５は、メタライズ金属層３上に半導体
素子４を強固に取着固定するために、またメタライズリ
ード５と外部電気回路との電気的接続を良好とし、かつ
メタライズリード５が酸化腐蝕するのを防止するため
に、その外表面にニッケル（Ni）及び金（Au）がメッキ
により層着されている。
かくして前記絶縁基体１の凹部底面に設けたメタライ
ズ金属層３に半導体素子４を金−シリコン（Au−Si）等
のロウ材を介し取着固定するとともに半導体素子の各電
極をメタライズリード５にボンディングワイヤ６を介し
て電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に被着
した金属枠７に蓋体２をシームウエルド法により溶接接
合し、容器の内部を気密に封止することによって最終製
品である半導体装置となる。
ズ金属層３に半導体素子４を金−シリコン（Au−Si）等
のロウ材を介し取着固定するとともに半導体素子の各電
極をメタライズリード５にボンディングワイヤ６を介し
て電気的に接続し、しかる後、絶縁基体１の上面に被着
した金属枠７に蓋体２をシームウエルド法により溶接接
合し、容器の内部を気密に封止することによって最終製
品である半導体装置となる。
尚、この場合、絶縁基体１の上面に蓋体２を溶接する
際に絶縁基体１に応力が発生するが、該応力は絶縁基体
１内に内在する応力によって相殺され、絶縁基体１にク
ラックや割れ等を発生することはない。
際に絶縁基体１に応力が発生するが、該応力は絶縁基体
１内に内在する応力によって相殺され、絶縁基体１にク
ラックや割れ等を発生することはない。
また前記絶縁基体１の上面に被着される金属枠７はコ
バール（Fe−Ni−Co合金）等の金属より成り、絶縁基体
１の上面に予め金属層を設けておくとともに該金属層に
銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって絶縁
基体１の上面に被着される。また前記蓋体２はコバー
ル、銅等の金属から成り、絶縁基体１の凹部を塞ぐ大き
さを有している。
バール（Fe−Ni−Co合金）等の金属より成り、絶縁基体
１の上面に予め金属層を設けておくとともに該金属層に
銀ロウ等のロウ材を介しロウ付けすることによって絶縁
基体１の上面に被着される。また前記蓋体２はコバー
ル、銅等の金属から成り、絶縁基体１の凹部を塞ぐ大き
さを有している。
（実施例） 次ぎに本発明の作用効果を下記に示す実験例に基づい
て説明する。
て説明する。
まずアルミナ（Al2O3）セラミックスから成る未焼成
セラミックシートにタングステン（Ｗ）の粉末を用いた
金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し、これを複数
枚積層するとともに約1500℃の温度で焼成して第１図に
示す様な凹部底面にメタライズ金属層を被着形成させた
構造の半導体素子収納用パッケージの絶縁基体を作成す
る。
セラミックシートにタングステン（Ｗ）の粉末を用いた
金属ペーストを所定パターンに印刷塗布し、これを複数
枚積層するとともに約1500℃の温度で焼成して第１図に
示す様な凹部底面にメタライズ金属層を被着形成させた
構造の半導体素子収納用パッケージの絶縁基体を作成す
る。
尚、この際、絶縁基体の凹部底面に被着させたメタラ
イズ金属層はその外周縁を0.3mm絶縁基体内に埋入させ
るとともに該埋入部の厚みを第１表に示す夫々の厚みと
し、これらを100個づつ作って実験試料とした。
イズ金属層はその外周縁を0.3mm絶縁基体内に埋入させ
るとともに該埋入部の厚みを第１表に示す夫々の厚みと
し、これらを100個づつ作って実験試料とした。
次に前記絶縁基体のメタライズ金属層上に金−シリコ
ン（Au−Si）から成るロウ材及びシリコン半導体素子を
載置するとともにこれを450℃に設定されたヒーターブ
ロック上に置き、ロウ材を加熱溶融させて半導体素子を
メタライズ金属層上にロウ付けする。
ン（Au−Si）から成るロウ材及びシリコン半導体素子を
載置するとともにこれを450℃に設定されたヒーターブ
ロック上に置き、ロウ材を加熱溶融させて半導体素子を
メタライズ金属層上にロウ付けする。
尚、前記絶縁基体に設けたメタライズ金属層の外表面
には該メタライズ金属層と半導体素子との接合を良好と
するためにニッケル（Ni）及び金（Au）をメッキにより
層着した。
には該メタライズ金属層と半導体素子との接合を良好と
するためにニッケル（Ni）及び金（Au）をメッキにより
層着した。
そして次ぎに前記絶縁基体の上面に被着させたコバー
ル（Fe−Ni−Co合金）から成る金属枠にコバール（Fe−
Ni−Co合金）から成る金属製蓋体を載置するとともに蓋
体に電極を当接させ、電極に190A、200Vの電力を印加し
て蓋体を金属枠に溶接し、パッケージの内部を気密に封
止する。
ル（Fe−Ni−Co合金）から成る金属枠にコバール（Fe−
Ni−Co合金）から成る金属製蓋体を載置するとともに蓋
体に電極を当接させ、電極に190A、200Vの電力を印加し
て蓋体を金属枠に溶接し、パッケージの内部を気密に封
止する。
そして最後に前記パッケージ内部の気密性をヘリウム
リークディテクターで検査し、気密が破れているものの
数を数え、これを不良率として算出した。
リークディテクターで検査し、気密が破れているものの
数を数え、これを不良率として算出した。
その結果を第１表に示す。
（発明の効果） 上記実験結果からも判るように、絶縁基体の凹部底面
に設けたメタライズ金属層の絶縁基体内に埋入させた部
位の厚みが15μｍ未満であるもの（試料番号１）は絶縁
基体内に内在する応力が小であるため絶縁基体に蓋体を
溶接する際の応力を完全に相殺することができず、絶縁
基体にクラックや割れを発生して90％以上のパッケージ
に気密不良を招来し、また厚みが45μｍを超えるもの
（試料番号10）はメタライズ金属層の外周部において積
層不良が発生し、同じく82％以上のパッケージに気密不
良を招来してしまう。
に設けたメタライズ金属層の絶縁基体内に埋入させた部
位の厚みが15μｍ未満であるもの（試料番号１）は絶縁
基体内に内在する応力が小であるため絶縁基体に蓋体を
溶接する際の応力を完全に相殺することができず、絶縁
基体にクラックや割れを発生して90％以上のパッケージ
に気密不良を招来し、また厚みが45μｍを超えるもの
（試料番号10）はメタライズ金属層の外周部において積
層不良が発生し、同じく82％以上のパッケージに気密不
良を招来してしまう。
これに対し、本発明のパッケージ、即ち、メタライズ
金属層の絶縁基体内に埋入される部位の厚みが15乃至45
μｍのものは絶縁基体内に内在する応力が適当で、該内
在する応力が蓋体を溶接する際の応力を有効に相殺して
パッケージの気密不良率を26％以下にまで下げる。その
ため本発明のパッケージではその内部に半導体素子を有
効に気密封止することが可能となり、内部に収容する半
導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させる
ことができる。
金属層の絶縁基体内に埋入される部位の厚みが15乃至45
μｍのものは絶縁基体内に内在する応力が適当で、該内
在する応力が蓋体を溶接する際の応力を有効に相殺して
パッケージの気密不良率を26％以下にまで下げる。その
ため本発明のパッケージではその内部に半導体素子を有
効に気密封止することが可能となり、内部に収容する半
導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させる
ことができる。
第１図は本発明にかかる半導体素子収納用パッケージの
一実施例を示す断面図、第２図は従来の半導体素子収納
用パッケージの断面図である。 1:絶縁基体、2:蓋体 3:メタライズ金属層 5:メタライズリード 7:金属枠
一実施例を示す断面図、第２図は従来の半導体素子収納
用パッケージの断面図である。 1:絶縁基体、2:蓋体 3:メタライズ金属層 5:メタライズリード 7:金属枠
Claims (1)
- 【請求項１】半導体素子を収容するための凹部及び該凹
部底面に半導体素子を取着するためのメタライズ金属層
を有する絶縁基体と蓋体とから成る半導体素子収納用パ
ッケージにおいて、前記絶縁基体の凹部底面に設けたメ
タライズ金属層の外周縁を絶縁基体内に埋入させるとと
もに該埋入部の厚みを15乃至45μｍとしたことを特徴と
する半導体素子収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63298879A JP2631397B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63298879A JP2631397B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体素子収納用パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02143539A JPH02143539A (ja) | 1990-06-01 |
| JP2631397B2 true JP2631397B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=17865357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63298879A Expired - Fee Related JP2631397B2 (ja) | 1988-11-25 | 1988-11-25 | 半導体素子収納用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2631397B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010074072A (ja) | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Nec Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
1988
- 1988-11-25 JP JP63298879A patent/JP2631397B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02143539A (ja) | 1990-06-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |