JP2777016B2 - 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

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JP2777016B2 JP4160586A JP16058692A JP2777016B2 JP 2777016 B2 JP2777016 B2 JP 2777016B2 JP 4160586 A JP4160586 A JP 4160586A JP 16058692 A JP16058692 A JP 16058692A JP 2777016 B2 JP2777016 B2 JP 2777016B2
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    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

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  • Ceramic Capacitors (AREA)

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。
【0002】
【従来技術及びその課題】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として、電源ノイズ
を除去するための容量素子を備えたものが使用されてい
る。この従来の半導体素子収納用パッケージは図2に示
すように、主に絶縁基体21と容量素子22と蓋体23
とから構成されている。
【0003】前記絶縁基体21は、アルミナセラミック
ス等の電気絶縁材料から成り、その上面略中央部に半導
体素子を収容する空所を形成するための凹部21Aが形
成されており、更に該凹部21A周辺部より上面外周部
に導出する複数のメタライズ配線層24及び凹部21A
底面に被着され、且つ前記メタライズ配線層24の一部
に電気的に接続された容量素子接続用パッド25が形成
されている。
【0004】また容量素子22は例えば、チタン酸バリ
ウム磁器を誘電体とする平板コンデンサーであり、その
上下面に上部電極22a、下部22bを有しており、銀
ロウ等の高融点ロウ材26を介して絶縁基体21の凹部
21A底面に取着されている。そしてこれにより容量素
子22の下部電極22bが絶縁基体21の容量素子接続
用パッド25に電気的に接続される。
【0005】前記容量素子22の上面にはまた半導体素
子27がガラス、樹脂、半田等の接着剤を介して取着固
定され、該半導体素子27の各電極はボンディングワイ
ヤー28を介してメタライズ配線層24に電気的に接続
される。
【0006】尚、前記ボンディングワイヤー28はその
一部が容量素子22の上部電極22aに接続されてお
り、容量素子22はボンディングワイヤー28を介して
半導体素子22に並列に接続される。
【0007】しかしながら、この従来の半導体素子収納
用パッケージでは、絶縁基体を構成するアルミナセラミ
ックスと容量素子を構成するチタン酸バリウム磁器の各
々の熱膨張係数が約6.5×10-6/℃及び約11.0
×10-6/℃であり大きく相違することから絶縁基体の
凹部底面に容量素子を取着する際、或いは内部に収容し
た半導体素子を作動させた際等において絶縁基体及び容
量素子に熱が印加されると容量素子は絶縁基体に比して
大きく膨張し、その結果、絶縁基体と容量素子との間に
熱膨張量の相違に起因する応力が発生し、該応力によっ
て、容量素子が絶縁基体より剥離したり、容量素子にク
ラックや欠け、割れ等が発生したりするという欠点を有
していた。
【0008】そこで、本発明者等は、絶縁基体に取着さ
れる容量素子として熱膨張係数が約6.5×10-6/℃
と絶縁基体を構成するアルミナセラミックスの熱膨張係
数に実質的に同一のタンタル(Ta)を基体とし、該基
体の表面に酸化タンタルから成る誘電体層を陽極酸化法
により形成した容量素子を用いることを検討した。
【0009】しかしながら、前記タンタルを基体とし、
その表面に酸化タンタルから成る誘電体層を陽極酸化法
により形成した容量素子は、該容量素子を銀ロウ等の高
融点ロウ材を介して絶縁基体の凹部底面に取着固定する
際、取着固定時の熱によって誘電体層中の酸素が基体中
に拡散していき、容量素子の絶縁抵抗が低下するという
欠点を招来した。
【0010】
【発明の目的】本発明は、上記諸欠点に鑑み案出された
もので、その目的は容量素子が絶縁基体より剥離した
り、容量素子に欠けやクラック、割れ等が発生すること
が皆無で且つ容量素子の絶縁特性が低下することのない
容量素子を内蔵した半導体素子収納用パッケージを提供
することにある。
【0011】
【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、タンタルを基体とし、その表面に酸化タン
タルから成る誘電体層を陽極酸化法により形成した容量
素子を、融点が400℃以下のロウ材又は導電性樹脂で
取着固定したことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】本発明の半導体素子収納用パッケージでは、容
量素子を構成するタンタルの熱膨張係数が約6.5×1
-6/ ℃であり、絶縁基体を構成するアルミナセラミッ
クスの熱膨張係数と実質的に一致するので両者間に熱膨
張係数の差に起因する応力は殆ど発生しない。また、容
量素子は融点が400℃以下の低融点ロウ材又は導電性
樹脂で絶縁基体に取着されているので容量素子を絶縁基
体に取着する際、約400℃以下の低温で取着固定する
ことが可能であり、そのため容量素子に大きな熱ストレ
スが印加されることはない。
【0013】
【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図1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は絶縁基体、2は容量素子、3は蓋体で
ある。この絶縁基体1と蓋体3とで半導体素子5を収容
する容器4を構成する。
【0014】前記絶縁基体1は酸化アルミニウム質焼結
体等の電気絶縁材料から成り、上面略中央部に半導体素
子を収容する空所を形成するための凹部1Aを有してお
り、該凹部1A底面には容量素子2及び半導体素子5が
取着固定される。
【0015】前記絶縁基体1にはその凹部1A周辺から
上面外周部に導出するタングステン、モリブデン等の高
融点金属から成る複数のメタライズ配線層6が形成され
ており、該メタライズ配線層6の凹部1A周辺には半導
体素子5の各電極がボンディングワイヤー8を介して電
気的に接続され、またメタライズ配線層6の絶縁基体1
上面外周部に導出する部位には外部電気回路と接続され
る外部リード端子7が銀ロウ等のロウ材を介して取着さ
れる。
【0016】また前記絶縁基体1にはメタライズ配線層
6の一部と電気的に接続され、絶縁基体1の凹部1A底
面に露出するタングステン、モリブデン等の高融点金属
粉末から成る容量素子接続用パッド9a、9bが被着形
成されている。
【0017】前記容量素子接続用パッド9aは絶縁基体
1の凹部1A底面外周部に枠状に形成されており、また
他方容量素子接続用パッド9bは容量素子接続用パッド
9aから電気的に独立した状態で絶縁基体1の凹部底面
1Aの中央部に矩形状に形成されている。この容量素子
接続用パッド9a、9bには容量素子2の電極が電気的
に接続される。
【0018】尚、前記メタライズ配線層6及び容量素子
接続用パッド9a、9bはその露出する表面にニッケ
ル、金等の耐蝕性に優れ、且つ良導電性の金属をメッキ
法により1.0乃至20.0μmの厚みに層着させてお
くと、メタライズ配線層6及び容量素子接続用パッド9
a、9bが酸化腐食するのを有効に防止することができ
るとともにメタライズ配線層6と外部リード端子7との
接続及びメタライズ配線層6とボンディングワイヤー8
との接続並びに容量素子接続用パッド9a、9bと容量
素子2との接続が極めて強固なものとなる。従って、前
記メタライズ配線層6及び容量素子接続用パッド9a、
9bはその露出表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、
且つ良導電性の金属をメッキ法により1.0乃至20.
0μmの厚みに層着させておくことが好ましい。
【0019】また、前記メタライズ配線層6及び容量素
子接続用パッド9a、9bを有する絶縁基体1は例えば
酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、アルミナ(Al
2O3 )、シリカ(SiO 2 ) 、カルシア(CaO)、マグネ
シア(MgO)等の原料粉末に適当なバインダー、溶剤を添
加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドク
ターブレード法やカレンダーロール法等を採用すること
によって複数のセラミックグリーンシート(セラミック
生シート)を得、しかる後、前記セラミックグリーンシ
ートに適当な打ち抜き加工を施すとともに積層し、高温
( 約1600℃) で焼成することによって製作され、また絶
縁基体1 に形成されるメタライズ配線層6及び容量素子
接続用パッド9a、9bはタングステン、モリブデン等
の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤を添加
混合して得た金属ペーストを絶縁基体1 と成るセラミッ
クグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法等
の厚膜手法を採用し所定形状に印刷塗布しておくことに
よって絶縁基体1 に所定パターンに形成される。
【0020】前記絶縁基体1 の容量素子接続用パッド9
a、9bには容量素子2の電極が低融点ロウ材10を介
して電気的に接続され、これによって容量素子2の電極
は半導体素子の電源電極と接地電極との間に接続される
ことになり、容量素子2が半導体素子の誤動作の原因と
なる供給電源電圧の変動に起因する電源ノイズを除去す
ることとなる。
【0021】前記容量素子2はタンタルから成る厚み
0.1乃至1.0mmの矩形平板状の基体2aの下面に
厚さが1000乃至7000オングストロームの酸化タ
ンタルから成る誘電体層2bを被着させて構成されてい
る。
【0022】前記容量素子2はその基体2aが熱膨張係
数約6.5×10-6/℃のタンタルから構成されること
から絶縁基体1を構成するアルミナセラミックスの熱膨
張係数6.5×10-6/℃と実質的に同一であるので、
両者間に熱膨張係数の相違による応力が働くことは殆ど
ない。
【0023】尚、前記誘電体層2bはタンタルから成る
基体2aの下面を陽極酸化処理することによって形成さ
れ、具体的には、クエン酸等の電解液中にタンタルから
成る基体2aとプラチナ板とを浸漬するとともに基体2
aを直流電源の陽極に、プラチナ板を陰極に接続させ、
次に前記基体2aとプラチナ板間に100乃至350V
の電圧を印加し、基体2aの表面を酸化させることによ
って形成される。この場合、基体2aの下面を中心線平
均粗さ(Ra)でRa<50nmとしておくと、基体2
aの下面に略均一厚みの誘電体層2bを形成することが
でき、その結果、容量素子2の耐電圧特性及び絶縁特性
を良好として、且つ大きな静電容量を得ることが可能と
なる。従って、タンタルから成る基体2aはその下面に
表面粗さを中心線平均粗さ(Ra)でRa<50nmと
しておくことが好ましい。
【0024】また前記誘電体層2bの厚みは、容量素子
に所望される静電容量値によって異なるが、1000オ
ングストローム未満であると容量素子2の耐電圧特性や
絶縁特性が劣化する傾向にあり、従って、誘電体層2b
はその厚みを1000オングストローム以上としておく
ことが好ましい。
【0025】前記容量素子2はまた、誘電体層2bの下
面に、ニッケル−クロムから成る第1の金属層と金から
成る第2の金属層の2層構造を有する内側電極層2c及
び外側電極層2dが所定の間隔を隔てて形成されてい
る。
【0026】前記内側電極層2c及び外側電極層2dは
絶縁基体1の容量素子接続用パッド9a、9bに対応し
た形状をしており、このうち外側電極2dは容量素子2
の側面において基体2aに電気的に接続されている。
【0027】また、前記内側電極層2cと外側電極2d
の間には誘電体層2bに起因する静電容量が形成されて
おり、該内側電極層2cと外側電極2dとは低融点ロウ
材10を介して絶縁基体1の容量素子接続用パッド9
a、9bに各々電気的に接続されている。
【0028】尚、前記内側電極2c及び2dを構成する
ニッケル−クロムから成る第1の金属層は従来周知の蒸
着法によって100乃至2000オングストロームの厚
みに被着され、また、金から成る第2の金属層は従来周
知のメッキ法により1000乃至4000オングストロ
ームの厚みに層着される。
【0029】また、前記容量素子2を絶縁基体1に取着
接合している低融点ロウ材10は、融点が400℃以上
のロウ材、具体的には金−錫合金、金−ゲルマニウム合
金、金−シリコン合金等の低融点合金より成り、例えば
金−錫合金から成る場合はその融点が約280℃であ
る。
【0030】更に前記該金−錫合金から成る低融点ロウ
材10を使用して容量素子2を絶縁基体1に取着させる
には、容量素子接続パッド9a、9bの形状に対応した
形状の金−錫合金から成るロウ材プリフォーム(シート
状成形体)を準備するとともに該ロウ材プリフォームを
容量素子接続パッド9a、9bに載置し、さらにその上
から容量素子2を載置させ、これを約300℃の温度に
加熱し、ロウ材プリフォームを溶融させることによって
行われる。このとき、前記金−錫合金から成るロウ材1
0はその融点が約280℃以下と低いものであるので、
容量素子2を絶縁基体1に接合させる際に高温を印加す
る必要はなく、従って、容量素子2の絶縁特性を劣化さ
せることは殆どない。
【0031】前記容量素子の上面にはまた半導体素子5
が半田、樹脂等の接着剤を介して取着固定され、該半導
体素子5の各電極はボンディングワイヤー8を介してメ
タライズ配線層6に電気的に接続される。
【0032】一方、前記容量素子が取着固定された絶縁
基体1のメタライズ配線層6上面には外部リード端子7
が取着されており、該外部リード端子7はコバール金属
(Fe−Ni−Co合金)や42アロイ(Fe−Ni合
金)等の金属で形成され、その一端を外部電気回路基板
の配線導体に半田等の導電性接着剤を介し接続させるこ
とによって内部に収容する半導体素子5を外部電気回路
に電気的に接続する。
【0033】尚、前記外部リード端子7はその外表面に
ニッケル、金等の耐食性に優れ、且つ半田との濡れ性に
優れる金属をメッキ法により1.0乃至20.0μmの
厚みに層着させておくと、外部リード端子7が酸化腐食
するのを有効に防止することが可能であるとともに外部
リード端子7の外部電気回路基板への接続が極めて強固
なものとなる。従って、前記外部リード端子7が酸化腐
食するのを有効に防止するともに外部リード端子7の外
部電気回路基板への接続を強固なものとなすためには外
部リード端子7はその外表面にニッケル、金等の耐食性
に優れ、且つ半田との濡れ性に優れる金属をメッキ法に
より1.0乃至20.0μmの厚みに層着させておくこ
とが好ましい。
【0034】また前記外部リード端子7はコバール金属
等のインゴット(塊)を従来周知の圧延、プレス等の金
属加工法を採用することによって、所定の板状に形成さ
れる。
【0035】更に前記絶縁基体1上面にはコバール等の
金属や絶縁基体1と同様のセラミックスから成る蓋体3
が半田、樹脂等の封止材を介して接合され、これにより
蓋体3と絶縁基体1の凹部1Aにより形成される空所が
気密に封止される。
【0036】かくして本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、絶縁基体1の凹部1A底面に取着された
容量素子2の上面に半導体素子5を接着剤を介して取着
固定するとともに半導体素子5の各電極をボンディング
ワイヤー8を介してメタライズ配線層6に接続し、最後
に前記絶縁基体1の上面に蓋体3を半田、樹脂等の封止
材を介して接合することによって内部に半導体素子5を
気密に封止する半導体装置となる。
【0037】尚、本発明は上述に実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では、容量
素子を絶縁基体に低融点ロウ材を介して取着したが、低
融点ロウ材に代えて銀−ポリイミド等の導電性樹脂を用
いて取着してもよい。
【0038】
【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、容量素子の基体を半導体素子収納用パッケージ
の絶縁基体を構成するアルミナセラミックスの熱膨張率
に近似した熱膨張率を有するタンタルで構成したことか
ら絶縁基体に容量素子を取着固定した後、両者に熱が印
加されたとしても両者間には熱膨張率の差に起因する応
力が発生することは殆どなく、その結果、容量素子を常
に絶縁基体に強固に固定することが可能となるとともに
容量素子にクラックや欠け、割れが発生するのを皆無と
なすことができる。
【0039】また、本発明の半導体素子収納用パッケー
ジでは容量素子は融点が400℃以下の低融点ロウ材を
介して絶縁基体に取着されることから、容量素子を絶縁
基体に接合させる際に容量素子に印加される熱ストレス
は小さいものであり、従って、容量素子に絶縁特性の劣
化を引き起こすことも殆どない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示す断面図である。
【図2】従来の半導体素子収納用パッケージを示す断面
図である。
【符号の説明】
1・・・絶縁基体 2・・・容量素子 2a・・基体 2b・・誘電体 2c・・内側電極 2d・・外側電極 3・・・蓋体 5・・・半導体素子 6・・・メタライズ配線層 9a、9b・・容量素子接続用パッド

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を収容するための凹部を有する
    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、タンタルを基体
    とし、その表面に酸化タンタルから成る誘電体層を陽極
    酸化法により形成した容量素子を、融点が400℃以下
    のロウ材の又は導電性樹脂で取着固定したことを特徴と
    する半導体素子収納用パッケージ。
JP4160586A 1992-06-19 1992-06-19 半導体素子収納用パッケージ Expired - Fee Related JP2777016B2 (ja)

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