JP3415192B2 - Sealing brazing material, method for manufacturing semiconductor device package using the same, and semiconductor device package - Google Patents
Sealing brazing material, method for manufacturing semiconductor device package using the same, and semiconductor device packageInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板に形成
されたメタライズ層と金属製シールリング部を接合する
ためのシールリング用ロー材及びこれを用いた半導体素
子用パッケージの製造方法並びに半導体素子用パッケー
ジに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a seal ring brazing material for joining a metallized layer formed on a ceramic substrate and a metal seal ring portion, a method for manufacturing a semiconductor element package using the same , and a semiconductor element. Package
Regarding Ji .
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体素子の保護を目的に、
気密封止構造を有する半導体素子用パッケージが用いら
れている。かかるパッケージは、通常、半導体素子の収
容部を備えたセラミック製の容器本体（ベース基板等）
とその収容部を気密封止するための蓋体とを有してい
る。そして、この容器本体には、一般に電気絶縁材料で
あるアルミナセラミック（Ａｌ2 Ｏ3 ）等が用いられ、
その収容部形成側（表）面には高融点金属（例えばタン
グステン）等からなるメタライズ層が設けられる。一
方、蓋体には、上記容器本体と熱膨張率の近似した、コ
バール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、４２アロイ（４２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金）等の金属が用いられる（温度範囲３０
〜６００℃の熱膨張係数；アルミナ＝７．３×１０-6／
ｄｅｇ、コバール＝７．２×１０-6／ｄｅｇ、４２アロ
イ＝８．８×１０-6／ｄｅｇ）。そして、蓋体と同様な
材料からなる封止用金属リング（シールリング部）を上
記メタライズ層に予めロー付けにより固着（接合）して
おき、半導体素子を上記収容部内にダイボンディング
し、更にＡｌ線等によりワイヤーボンディングした後、
上記シールリング部と蓋体とを低温ロー付け若しくはシ
ームウエルド法によって接合し、所望の気密封止構造を
有する半導体素子用パッケージとしている。2. Description of the Related Art Conventionally, for the purpose of protecting semiconductor elements,
A semiconductor device package having a hermetically sealed structure is used. Such a package is usually a ceramic container body (base substrate or the like) provided with a housing for semiconductor elements.
And a lid for hermetically sealing the housing. Alumina ceramic (Al 2 O 3 ) which is an electrically insulating material is generally used for the container body,
A metallized layer made of a refractory metal (for example, tungsten) or the like is provided on the surface (front surface) on which the accommodation portion is formed. On the other hand, the cover has a coefficient of thermal expansion similar to that of the container body, such as Kovar (Fe-Ni-Co alloy) and 42 alloy (42%).
A metal such as a Ni—Fe alloy is used (temperature range: 30).
Coefficient of thermal expansion up to 600 ° C .; alumina = 7.3 × 10 −6 /
deg, Kovar = 7.2 × 10 −6 / deg, 42 alloy = 8.8 × 10 −6 / deg). Then, a sealing metal ring (seal ring portion) made of a material similar to that of the lid body is previously fixed (bonded) to the metallized layer by brazing, and the semiconductor element is die-bonded in the accommodating portion. After wire bonding with wires etc.,
The seal ring portion and the lid are joined by low-temperature brazing or the seam weld method to form a semiconductor element package having a desired hermetic sealing structure.
【０００３】ところで、近年、半導体素子の高集積化、
多機能化のため、容器に収容される半導体素子の大型化
が進められている。これに伴い、シリコン半導体素子
を、アルミナ等からなる容器本体内に実装した場合に、
両者の熱膨張係数の相違（温度範囲３０〜４００℃にお
ける熱膨張係数；シリコン＝３．５×１０-6／ｄｅｇ、
アルミナ＝６．７×１０-6／ｄｅｇ）に起因し、両者間
に大きな熱応力を発生し、半導体素子が容器本体より剥
がれてしまうという問題を生ずることが多くなった。こ
のような欠点を解消するために、シリコン半導体素子と
容器本体の熱膨張率の整合を目的に、容器本体として上
記アルミナより低熱膨張率のセラミックである窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）、ムライト、窒化珪素（Ｓｉ
3 Ｎ4 ）、ガラスセラミック等の適用が検討されてい
る。By the way, in recent years, high integration of semiconductor elements,
Due to the multi-functionalization, the size of the semiconductor element accommodated in the container is being increased. Accordingly, when the silicon semiconductor element is mounted in the container body made of alumina or the like,
Difference in thermal expansion coefficient between the two (thermal expansion coefficient in the temperature range of 30 to 400 ° C .; silicon = 3.5 × 10 −6 / deg,
Due to alumina = 6.7 × 10 −6 / deg), a large thermal stress is generated between the two, often causing a problem that the semiconductor element is peeled off from the container body. In order to eliminate such drawbacks, in order to match the coefficient of thermal expansion between the silicon semiconductor element and the container body, aluminum nitride (AlN), mullite, or silicon nitride (AlN), which is a ceramic having a coefficient of thermal expansion lower than that of alumina as the container body, is used. Si
3 N 4 ), glass ceramics, etc. are being studied.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記低
熱膨張率セラミック容器に対して、従来と同様の材料か
らなるシールリング部や蓋体による接合封止を行った場
合、以下の様な問題点がある。即ち、シールリング部を
容器本体にロー付け固着する時（約８００℃の温度でロ
ー付けされる。）に、両者の熱膨張率の違いに起因し
て、メタライズ層外周端部には引張応力が働き、この外
周端部より容器本体にクラックが入るため、歩留りが低
下すると共に、半導体素子の気密封止が困難となる場合
がある。また、この様にして容器本体に固着されたシー
ルリング部と蓋体とを接合する時（金−錫合金のロー材
の場合には、約２８０℃の温度でロー付けされる。）
に、容器本体と蓋体との熱膨張率の相違による熱応力が
発生し、上記と同様にして引張応力が働き、シールリン
グ部の剥がれや容器本体のクラックが発生し、気密性が
保てず、パッケージとしての信頼性に欠ける場合があ
る。However, when the above-described low thermal expansion coefficient ceramic container is joint-sealed with a seal ring portion and a lid made of the same material as the conventional one, the following problems occur. is there. That is, when the seal ring part is brazed and fixed to the container body (it is brazed at a temperature of about 800 ° C.), a tensile stress is applied to the outer edge of the metallized layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the two. Occurs, and the container body is cracked from the outer peripheral end, which may reduce the yield and make it difficult to hermetically seal the semiconductor element. Further, when the seal ring portion fixed to the container body in this manner is joined to the lid (in the case of a gold-tin alloy brazing material, brazing is performed at a temperature of about 280 ° C.).
In addition, thermal stress is generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the container body and the lid, tensile stress acts in the same manner as above, peeling of the seal ring part and cracks in the container body occur, and airtightness can be maintained. In some cases, the package may lack reliability.
【０００５】そして、これらの封止不良等の主な原因と
して、セラミック容器とシールリング部の固着に用いら
れるシールリング用ロー材の量が問題となっている。即
ち、上記メタライズ層上に配置されるロー材の量が過大
である場合には、メタライズ層の外周端部までロー材が
流れ、この端部においてロー材の熱膨張による影響を大
きく受け、メタライズ層外周部よりセラミック内部にク
ラックが発生し易い。また、このロー材の量が過少な場
合には、ロー材のメタライズ層上での流れが悪くなり、
ロー材に「す」の部分ができたり、メタライズ層上に十
分なロー材が確保できず気密性が確保できなかったり、
ロー材の強度が低下しロー材の一部にクラックが生じ易
い。本発明は、上記問題に対処するためになされたもの
であり、容器本体と、シールリング部及び蓋体の熱膨張
率の相違に起因する熱応力を増大させずに、優れた気密
封止構造が得られるシールリング用ロー材及びこれを用
いた半導体素子用パッケージの製造方法並びに半導体素
子用パッケージを提供することを目的とする。A major cause of these sealing defects and the like is the amount of the seal ring brazing material used for fixing the ceramic container to the seal ring portion. That is, when the amount of the brazing material arranged on the metallized layer is too large, the brazing material flows to the outer peripheral end of the metallized layer, and the thermal expansion of the brazing material greatly affects the end of the metallized layer. Cracks are more likely to occur inside the ceramic than at the outer periphery of the layer. Further, if the amount of the brazing material is too small, the flow of the brazing material on the metallized layer becomes poor,
There is a "su" part in the brazing material, or it is not possible to secure sufficient brazing material on the metallized layer, and airtightness cannot be secured,
The strength of the brazing material is reduced, and cracks are likely to occur in part of the brazing material. The present invention has been made to address the above problems, and has an excellent hermetic sealing structure without increasing the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the container body and the seal ring portion and the lid. manufacturing method and a semiconductor element of the package for a semiconductor device using the same sealing ring for brazing material and the resulting
Intended to provide child packages .
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、上記請求項１に係わる発明の構成上の特徴は、セラ
ミック基板上に形成されたメタライズ層に金属製シール
リング部を接合させるためにメタライズ層上に配置され
るシールリング用ロー材において、上記金属製シールリ
ング部を接合させる前の上記シールリング用ロー材の幅
ｈ及び厚みｔを、上記メタライズ層の幅Ｈに対して、下
記（Ｉ）式の関係としたことにある。
ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （Ｉ）In order to achieve the above object, the structural feature of the invention according to claim 1 is that a metal seal ring portion is joined to a metallized layer formed on a ceramic substrate. In the seal ring brazing material disposed on the metallized layer, the width h and the thickness t of the seal ring brazing material before the metal seal ring portion is bonded to the metallized layer width H are The relationship is expressed by the following formula (I). t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7 H (I)
【０００７】また、上記目的を達成するために、上記請
求項２に係わる発明の構成上の特徴は、半導体素子の収
容部を備えたセラミック製の容器本体の該収容部形成側
面の該収容部周囲にメタライズ層を形成した後、該メタ
ライズ層上にシールリング用ロー材を配置し、次いで該
シールリング用ロー材により上記メタライズ層に金属製
シールリング部をロー付けし、更に該シールリング部上
に蓋体を接合して上記収容部を気密封止する半導体素子
用パッケージの製造方法において、上記金属製シールリ
ング部を接合させる前の上記メタライズ層上に配置する
シールリング用ロー材の幅ｈ及び厚みｔを、該メタライ
ズ層の幅Ｈに対して、下記（ＩＩ）式の関係としたこと
にある。
ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （ＩＩ）
尚、上記請求項２記載の半導体素子用パッケージの製造
方法において、上記容器本体がアルミナセラミックより
熱膨張率の低いセラミックからなるものとすることがで
きる。この低熱膨張率セラミックとしては、例えば、窒
化アルミニウム、ムライト、窒化珪素等を挙げることが
できる。In order to achieve the above object, the structural feature of the invention according to claim 2 is that the accommodating portion on the side of the accommodating portion forming side of a ceramic container body having an accommodating portion for a semiconductor element. After forming a metallized layer on the periphery, a seal ring brazing material is arranged on the metallized layer, and then a metal seal ring part is brazed to the metallized layer by the seal ring brazing material, and further the seal ring part In a method for manufacturing a semiconductor device package in which a lid is bonded to the top of the package to hermetically seal the housing, a width of a seal ring brazing material disposed on the metallized layer before the metal seal ring is bonded. The h and the thickness t are related to the width H of the metallized layer by the following equation (II). t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7 H (II) In the production method of the semiconductor device package of the second aspect, the ceramic said container body is a low thermal expansion coefficient than alumina ceramic Can be. Examples of the low coefficient of thermal expansion ceramics include aluminum nitride, mullite, and silicon nitride.
【０００８】更に、上記目的を達成するために、上記請
求項３に係わる発明の構成上の特徴は、半導体素子の収
容部を備えたセラミック製の容器本体の該収容部形成側
面の該収容部周囲にメタライズ層を形成した後、該メタ
ライズ層上に、シールリング用ロー材の幅ｈ及び厚みｔ
が上記メタライズ層の幅Ｈに対して、下記（ＩＩＩ）式
の関係となるようにシールリング用ロー材を配置し、次
いで該シールリング用ロー材により上記メタライズ層に
金属製シールリング部をロー付けし、更に該シールリン
グ部上に蓋体を接合して上記収容部を気密封止すること
により得られ、アメリカ合衆国ＭＩＬ規格（ＭＩＬ−Ｓ
ＴＤ−８８３）により測定したヘリウムのリーク量が
１．０×１０ -9 ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下である半導体
素子用パッケージとしたことにある。
ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （ＩＩＩ）Further, in order to achieve the above object, the structural feature of the invention according to claim 3 is that the semiconductor device has
Side of the container part of the ceramic container body having a container part
After forming a metallization layer around the accommodating portion of the surface,
On the rise layer, the width h and the thickness t of the seal ring brazing material are
Is the following formula (III) with respect to the width H of the metallized layer.
Arrange the brazing filler metal for the seal ring so that
Then, by using the seal ring brazing material, the metallized layer is formed.
The metal seal ring is brazed and the seal ring
Joining a lid on the housing to hermetically seal the housing.
Obtained by the United States MIL standard (MIL-S
The leak amount of helium measured by TD-883) is
Semiconductor with 1.0 × 10 −9 atm · cc / sec or less
This is to be a device package . t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7H (III)
【０００９】尚、上記ロー材の配置の手段としては、予
め所定の形状としたロー材片をメタライズ層上に載置す
るか、又はペースト状にしたものを印刷、塗布等するこ
とによって行うことができる。As a means for arranging the brazing material, a brazing material piece having a predetermined shape is placed on the metallized layer in advance, or a paste-shaped material is printed or applied. You can
【００１０】[0010]
【発明の作用・効果】上記の様に構成した請求項１に係
わるシールリング用ロー材（以下、「ロー材」とい
う。）にあっては、金属製シールリング部を接合させる
前のメタライズ層上に配置するロー材の量を、メタライ
ズ層の幅を基準にして、ロー材の幅ｈ及び厚みｔにより
規定する。その結果、配置されるロー材の量が最適量と
なるため、シールリング部とセラミック基板との間の熱
膨張率の差により、両者をロー付けする時に生じる熱応
力を増大させることはない。従って、セラミック基板の
クラックの発生やシールリング部の剥がれを防止するこ
とができると共に、ロー材の量の不足により、ロー材に
「す」を発生させること等もない。また、ロー材量の最
適量は、メタライズ層の幅を基準にして、ロー材の幅ｈ
及び厚みｔにより相対的に定められるため、セラミック
基板、シールリング部等の大きさ、形状等を問わず、常
に良好な接合が可能となる。In the brazing material for a seal ring according to claim 1 (hereinafter referred to as "brazing material") constructed as described above, the metallized layer before the metal seal ring portion is joined The amount of the brazing material arranged on the upper side is defined by the width h and the thickness t of the brazing material with reference to the width of the metallized layer. As a result, the amount of the brazing material to be arranged becomes the optimum amount, so that the thermal stress generated when brazing the seal ring portion and the ceramic substrate does not increase due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them. Therefore, it is possible to prevent cracking of the ceramic substrate and peeling off of the seal ring portion, and to prevent "suds" from being generated in the brazing material due to the insufficient amount of brazing material. The optimum amount of the brazing material is the width h of the brazing material, based on the width of the metallized layer.
Since it is relatively determined by the thickness t and the thickness t, good bonding can always be achieved regardless of the size and shape of the ceramic substrate, the seal ring portion, and the like.
【００１１】上記の様に構成した請求項２に係わる半導
体素子用パッケージ（以下、「パッケージ」という。）
の製造方法あっては、上記請求項１に係わるロー材をパ
ッケージの製造方法に適用する。その結果、シールリン
グ部と容器本体との間の熱膨張率の差により、両者をロ
ー付けする時に生じる熱応力を増大させることなく封止
が行われる。同様に、容器本体と蓋体との間の熱膨張率
の差による熱応力を増大させることなく封止が行われ
る。従って、容器本体のクラックの発生、シールリング
部の剥がれ、ロー材量の不足に起因するロー材の「す」
の発生等が防止されるので、気密封止部分の信頼性が保
証される。よって、上記請求項２に係わるパッケージの
製造方法により得られる請求項３に係わるパッケージ
は、アメリカ合衆国ＭＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８
３）により測定したヘリウムのリーク量が１．０×１０
-9 ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下という優れた気密性を有す
る。また、この場合もロー材の最適量が相対的に定めら
れるため、容器本体、シールリング部等の大きさ、形状
等を問わず、常に良好な接合が可能となる。A semiconductor device package according to claim 2 having the above-mentioned structure (hereinafter referred to as "package").
In the manufacturing method of, the brazing material according to claim 1 is applied to the manufacturing method of the package. As a result, the sealing is performed without increasing the thermal stress generated when the both are brazed due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the seal ring portion and the container body. Similarly, sealing is performed without increasing the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the container body and the lid. Therefore, cracking of the container body, peeling of the seal ring, and lack of brazing material caused by insufficient brazing material
Since the occurrence of the phenomenon is prevented, the reliability of the hermetically sealed portion is guaranteed. Therefore, the package according to claim 2 is
Package according to claim 3 obtained by a manufacturing method
Is a United States MIL standard (MIL-STD-88
The leak amount of helium measured in 3) is 1.0 x 10
-9 atm.cc/sec or less with excellent airtightness
It Also in this case, since the optimum amount of the brazing material is relatively determined, good joining can always be achieved regardless of the size and shape of the container body, the seal ring portion, and the like.
【００１２】また、請求項２に係わるパッケージにおい
て、半導体素子との熱膨張率の整合を図るために、上記
容器本体をアルミナセラミックより熱膨張率の低いセラ
ミックにより構成することができる。その結果、半導体
素子が容器本体より剥がれることを有効に防止しつつ、
上記の様な容器本体のクラックの発生の防止等をするこ
とができる。[0012] In addition, the package odor related to claim 2
In order to match the coefficient of thermal expansion with the semiconductor element, the container body may be made of ceramic having a coefficient of thermal expansion lower than that of alumina ceramic. As a result, while effectively preventing the semiconductor element from peeling from the container body,
It is possible to prevent the occurrence of cracks in the container body as described above.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本実施例では、小型パッケージ（試験例１〜４）、
中型パッケージ（試験例５〜８）及び大型パッケージ
（試験例９〜１２）を作製し、これらについて「気密
性」及び「外観検査」に関する評価を試みた。
（１）パッケージの概要
試験例１〜４
試験例１〜４の小型パッケージは、いずれも図２に示す
様に、容器本体１及び蓋体６を、シールリング部４を介
してロー付けし、接合したものである。上記容器本体１
は、周知の製造法を用い製造されるもので、いずれも窒
化アルミニウム製の容器（外形；５０ｍｍ×５０ｍｍ×
３ｍｍ）であり、その略中央には、半導体素子の収納部
１１が設けられている。この収容部１１は、上記容器本
体１の上面（表面）１２側を開口部（開口部は一辺が１
８ｍｍの正方形である。）とし、且つ該開口部より容器
本体１の中央に向かい低くなる階段状のものである。ま
た、この容器本体１の表面１２の上記収容部１１周囲
に、該収容部１１を取り囲む幅３ｍｍの高融点材料（例
えば、ダングステン）を主成分するメタライズ層２が形
成されている。尚、このメタライズ層２も、四角リング
状〔外形；２６ｍｍ×２６ｍｍ×０．０２ｍｍ、内形；
２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０２ｍｍ、リング幅（Ｈ）；
３ｍｍ〕である。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. In this embodiment, a small package (Test Examples 1 to 4),
A medium-sized package (Test Examples 5 to 8) and a large-sized package (Test Examples 9 to 12) were manufactured, and evaluations regarding "airtightness" and "visual inspection" were attempted for these. (1) Outline of Package Test Examples 1 to 4 In each of the small packages of Test Examples 1 to 4, as shown in FIG. 2, the container body 1 and the lid body 6 are brazed via the seal ring portion 4, It is joined. The container body 1
Is manufactured using a well-known manufacturing method, and each container is made of aluminum nitride (outer shape: 50 mm x 50 mm x
3 mm), and a semiconductor element housing portion 11 is provided in the approximate center thereof. The housing portion 11 has an opening on the upper surface (front surface) 12 side of the container body 1 (the opening has one side).
It is an 8 mm square. ), And has a step-like shape that becomes lower from the opening toward the center of the container body 1. A metallized layer 2 having a width of 3 mm and containing a high melting point material (for example, Dangsten) as a main component is formed around the housing portion 11 on the surface 12 of the container body 1. The metallized layer 2 also has a square ring shape [outer shape; 26 mm × 26 mm × 0.02 mm, inner shape;
20 mm x 20 mm x 0.02 mm, ring width (H);
3 mm].
【００１４】また、上記蓋体６は、いずれもコバールか
らなる板状体（２６ｍｍ×２６ｍｍ×０．２５ｍｍ）で
ある。更に、上記シールリング部４は、いずれも四角リ
ング状体（外形；２６ｍｍ×２６ｍｍ×０．５ｍｍ、内
形；２１ｍｍ×２１ｍｍ×０．５ｍｍ、リング幅；２ｍ
ｍ）である。The lid 6 is a plate-like body (26 mm × 26 mm × 0.25 mm) made of Kovar. Further, each of the seal ring portions 4 is a square ring-shaped body (outer shape: 26 mm × 26 mm × 0.5 mm, inner shape: 21 mm × 21 mm × 0.5 mm, ring width: 2 m).
m).
【００１５】そして、上記各容器本体１及び各蓋体６
は、以下の様にして接合されている。先ず、上記メタラ
イズ層２上に、銀ロー材３を介して上記シールリング部
４をロー付け固着した。この銀ロー材３が上記メタライ
ズ層２上に配置された段階（即ち、ロー付け前の段階）
では、試験例１〜４のいずれも略四角リング状であり、
図１に示すそれらの外形の一辺の長さ、内形の一辺の長
さ、幅（ｈ）及び厚み（ｔ）を表１に示す。尚、この様
にして配置されるロー材３の形状は、メタライズ層２
（又はシールリング部４）の形状と略相似したものとす
るのが好ましい。例えば、メタライズ層２の四角リング
形状であれば、本実施例に示す様に、ロー材３も四角リ
ング形状とするのが好ましいが、この場合に略直方体の
短冊形状のものをこの四角リング形状の各部分として個
々に配置してもよい。Then, each container body 1 and each lid 6 described above.
Are joined as follows. First, the seal ring portion 4 was brazed and fixed on the metallized layer 2 via the silver brazing material 3. The stage where the silver brazing material 3 is arranged on the metallized layer 2 (that is, the stage before brazing)
Then, each of Test Examples 1 to 4 has a substantially square ring shape,
Table 1 shows the length of one side of the outer shape, the length of one side of the inner shape, the width (h) and the thickness (t) shown in FIG. The shape of the brazing material 3 arranged in this manner is the same as that of the metallized layer 2
It is preferable that the shape (or the seal ring portion 4) is substantially similar. For example, if the metallized layer 2 has a square ring shape, it is preferable that the brazing material 3 also has a square ring shape as shown in this embodiment. In this case, however, a rectangular parallelepiped rectangular shape has this square ring shape. May be individually arranged as each part of.
【００１６】[0016]
【表１】 [Table 1]
【００１７】尚、同表中の数値の単位は、「ｍｍ」であ
る。また、同表中の「※」は、本発明の範囲外の数値で
あることを示す。次いで、上記各シールリング部４上
に、上記蓋体６を金系ロー材５によりロー付けし、試験
例１〜４のパッケージを作製した。但し、上記蓋体６の
シールリング部４上への接合は、シームウェルド法を用
いて行ってもよい。The unit of numerical values in the table is "mm". Further, “*” in the table indicates that the value is out of the range of the present invention. Next, the lid 6 was brazed on each of the seal ring portions 4 with a brazing brazing material 5 to fabricate the packages of Test Examples 1 to 4. However, the seam weld method may be used to join the lid 6 to the seal ring portion 4.
【００１８】試験例５〜８及び９〜１２
試験例５〜８の中型パッケージ及び試験例９〜１２の大
型パッケージでは、以下の点で異なる他は試験例１〜４
と同様である。即ち、試験例５〜８では、容器本体１の
外形が試験例１〜４の場合よりもやや大きく（外形；７
５ｍｍ×７５ｍｍ×４．０ ｍｍ、開口部は一辺が４３
ｍｍの正方形である。）、これに対応してメタライズ層
もやや大型〔外形；５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．０２ｍ
ｍ、内形；４５ｍｍ×４５ｍｍ×０．０２ｍｍ、リング
幅（Ｈ）；２．５ｍｍ〕となると共に、やや大型の蓋体
（５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．４ｍｍ）とやや大型のシー
ルリング部（外形；４８．５ｍｍ×４８．５ｍｍ×０．
７５ｍｍ、内形；４６．５ｍｍ×４６．５ｍｍ×０．７
５ｍｍ、リング幅；１ｍｍ）を用いた。そして、これら
のメタライズの上に配置されたロー材の外形の一辺の長
さ、内形の一辺の長さ、幅（ｈ）及び厚み（ｔ）を上記
試験例１〜４と同様に表１に併記する。Test Examples 5 to 8 and 9 to 12 Test Examples 5 to 8 are different in the following points from the medium package and the large packages of Test Examples 9 to 12 except for the following points.
Is the same as. That is, in Test Examples 5 to 8, the outer shape of the container body 1 was slightly larger than those in Test Examples 1 to 4 (outer shape; 7
5 mm x 75 mm x 4.0 mm, the opening has 43 sides
mm square. ), Correspondingly, the metallization layer is also slightly larger [outer dimensions; 50 mm × 50 mm × 0.02 m
m, inner shape; 45 mm × 45 mm × 0.02 mm, ring width (H); 2.5 mm], and a slightly large lid (50 mm × 50 mm × 0.4 mm) and a slightly large seal ring part (outer shape) 48.5 mm x 48.5 mm x 0.
75 mm, inner shape; 46.5 mm x 46.5 mm x 0.7
5 mm, ring width; 1 mm) was used. Then, the length of one side of the outer shape, the length of one side of the inner shape, the width (h), and the thickness (t) of the brazing material arranged on these metallizations are shown in Table 1 in the same manner as in Test Examples 1 to 4 above. Also described in.
【００１９】一方、試験例９〜１２の大型パッケージで
は、容器本体１の外形が更に大きく（外形；１２０ｍｍ
×１２０ｍｍ×３．５ｍｍ、開口部は一辺が４８ｍｍの
正方形である。）、これに対応してメタライズ層も大型
〔外形；９０ｍｍ×９０ｍｍ×０．０２ｍｍ、内形；８
０ｍｍ×８０ｍｍ×０．０２ｍｍ、リング幅（Ｈ）；
５．０ｍｍ〕となると共に、大型の蓋体（９０ｍｍ×９
０ｍｍ×０．７５ｍｍ）と大型のシールリング部（外
形；８８ｍｍ×８８×２．０ｍｍ、内形；８２ｍｍ×８
２ｍｍ×２．０ｍｍ、リング幅；３．０ｍｍ）を用い
た。そして、これらのメタライズの上に配置されたロー
材の外形の一辺の長さ、内形の一辺の長さ、幅（ｈ）及
び厚み（ｔ）を上記試験例１〜４と同様に表２に示す。On the other hand, in the large packages of Test Examples 9 to 12, the outer shape of the container body 1 is larger (outer shape; 120 mm).
× 120 mm × 3.5 mm, and the opening is a square with one side of 48 mm. ), Correspondingly, the metallization layer is also large [outer shape; 90 mm x 90 mm x 0.02 mm, inner shape; 8].
0 mm x 80 mm x 0.02 mm, ring width (H);
5.0 mm] and a large lid (90 mm × 9
0 mm x 0.75 mm) and large seal ring part (outer shape: 88 mm x 88 x 2.0 mm, inner shape: 82 mm x 8)
2 mm × 2.0 mm, ring width; 3.0 mm) was used. Then, the length of one side of the outer shape, the length of one side of the inner shape, the width (h), and the thickness (t) of the brazing material arranged on these metallizations are shown in Table 2 as in Test Examples 1 to 4 above. Shown in.
【００２０】[0020]
【表２】 [Table 2]
【００２１】尚、同表中の数値の単位及び「※」につい
ては、表１の場合と同様である。
（２）「気密性」及び「外観」に関する試験
気密性
本性能試験は、上記シールリング部４の固着後、上記蓋
体６の封止後及び熱衝撃試験後に、ヘリウムリークディ
テクタによりヘリウムのリーク量を測定すること（以
下、「Ｈｅリークテスト」という。）により行った。こ
こで、この「Ｈｅリークテスト」は、アメリカ合衆国Ｍ
ＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）に従い、Ｈｅの入
った圧力タンク中に、上記各パッケージ等を入れ、Ｈｅ
を各パッケージ等の欠陥部分より侵入させた後、各パッ
ケージ等を真空容器に入れ、これに通ずる質量分析計に
よりＨｅのリーク量を測定するものである。The units of numerical values and "*" in the table are the same as those in Table 1. (2) Test on "Airtightness" and "Appearance" Airtightness This performance test is performed after the sticking of the seal ring portion 4, the sealing of the lid body 6 and the thermal shock test, and then the helium leak detector leaks helium. The measurement was performed by measuring the amount (hereinafter referred to as "He leak test"). Here, this "He leak test" is for the United States M
According to IL standard (MIL-STD-883), put each of the above packages in a pressure tank containing He,
After injecting from the defective portion of each package or the like, each package or the like is placed in a vacuum container, and the leak amount of He is measured by a mass spectrometer passing through this.
【００２２】また、上記熱衝撃試験もアメリカ合衆国Ｍ
ＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）に従い、パーケー
ジ全体を、低温の液体中（温度；−６５℃）に５分浸漬
（以下、「低温浸漬」という。）した後、今度は高温の
液体中（温度；１５０℃）に５分浸漬する（以下、「高
温浸漬」という。）ことを交互に１５サイクル繰り返し
たものである。但し、この低温浸漬から高温浸漬への移
行に要した時間、高温浸漬から低温浸漬への移行に要し
た時間は、いずれも１０秒である。また、上記低温浸漬
を開始し、次の低温浸漬を開始する迄を１サイクルとす
る。The thermal shock test is also conducted in the United States M
According to the IL standard (MIL-STD-883), the entire package was immersed in a low temperature liquid (temperature; -65 ° C) for 5 minutes (hereinafter referred to as "low temperature immersion"), and then in a high temperature liquid ( 15 cycles of immersion in a temperature of 150 ° C. for 5 minutes (hereinafter referred to as “high temperature immersion”) were repeated alternately. However, the time required for the transition from the low temperature immersion to the high temperature immersion and the time required for the transition from the high temperature immersion to the low temperature immersion are both 10 seconds. Further, one cycle starts from the above-mentioned low temperature immersion and starts the next low temperature immersion.
【００２３】外観検査
本性能試験は、蛍光探傷法により行ったものである。こ
の蛍光探傷法は、蛍光探傷液を試験例に塗布して、同液
が浸透した部分を目視により調べることにより行うもの
である。Appearance Inspection This performance test was conducted by a fluorescent flaw detection method. This fluorescent flaw detection method is performed by applying a fluorescent flaw detection liquid to a test example and visually inspecting a portion where the liquid has penetrated.
【００２４】（３）試験の結果と評価 以上の試験の結果を表３及び４に示す。(3) Test results and evaluation The results of the above tests are shown in Tables 3 and 4.
【００２５】[0025]
【表３】 [Table 3]
【００２６】[0026]
【表４】 [Table 4]
【００２７】尚、上記各表中の「Ｈｅリーク量」の単位
は、「ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ」である。また、各表中の
「リーク」とは、「Ｈｅリーク量が１．０×１０-7ａｔ
ｍ・ｃｃ／ｓｅｃを越えてしまい殆ど気密性が確保でき
ない。」ことを示す。更に、各表中の「外観」に関する
評価の意義は、「○」は「良好である。」を、「×」は
「メタライズ層外周部よりセラミック内部にクラックが
発生した。」を、「△」は「ロー材のメタライズ層上で
の流れが悪い。」を、「××」は「ロー材の一部にクラ
ックが発生した。」をそれぞれ示す。The unit of "He leak amount" in each table is "atm.cc/sec". Further, “leak” in each table means “he leak amount is 1.0 × 10 −7 at
Since it exceeds m · cc / sec, airtightness can hardly be secured. Indicates that. Further, the significance of the evaluation regarding the "appearance" in each table is that "○" means "good", "x" means "cracks were generated from the outer peripheral portion of the metallized layer into the ceramic", and "△". "Is a poor flow of the brazing material on the metallized layer" and "xx" is "a crack is generated in a part of the brazing material".
【００２８】以上の性能試験によれば、ロー材の量が多
すぎる試験例１、５及び９（いずれも比較例）において
は、シールリング部のロー付け後（試験例１及び９）、
若しくは蓋体による封止後（試験例５）には、リーク量
が多くなると共に、容器本体にメタライズ層の外周より
容器本体にクラックが発生した。また、ロー材の量が少
な過ぎた試験例４、８及び１２（いずれも比較例）にお
いては、ロー材の流れが悪く、蓋体による封止後に（試
験例４及び８）、若しくは耐熱衝撃試験後（試験例５）
には、リーク量が多くなり気密性に劣ることを示した。
特に、ロー材の量が少なかった試験例１２では、耐熱衝
撃試験後にロー材の一部にクラックが発生した。これら
に対して、ロー材量が最適な試験例２、３、６、７、１
０及び１１（いずれも実施例）においては、気密性の良
さを示した。また、メタライズ層の幅を基準にして、ロ
ー材の幅ｈ及び厚みｔによりロー材の量が相対的に規定
したため、パッケージの大きさ、形状等を問わず、最適
量のロー材により良好な接合状態を確保できた。According to the above performance test, in Test Examples 1, 5 and 9 (all comparative examples) in which the amount of the brazing material is too large, after brazing the seal ring portion (Test Examples 1 and 9),
Alternatively, after sealing with the lid (Test Example 5), the amount of leak increased and cracks were generated in the container body from the outer periphery of the metallized layer in the container body. Further, in Test Examples 4, 8 and 12 (all comparative examples) in which the amount of the brazing material was too small, the flow of the brazing material was poor and after sealing with the lid (Test Examples 4 and 8), or thermal shock resistance. After the test (Test Example 5)
Showed that the leak amount was large and the airtightness was poor.
Particularly, in Test Example 12 in which the amount of the brazing material was small, cracks were generated in a part of the brazing material after the thermal shock test. For these, Test Examples 2, 3, 6, 7, 1 in which the amount of brazing material is optimum
In 0 and 11 (both examples), good airtightness was exhibited. Further, since the amount of the brazing material is relatively defined by the width h and the thickness t of the brazing material based on the width of the metallized layer, the optimum amount of the brazing material is better regardless of the package size and shape. The joined state was secured.
【図１】本実施例において、メタラズ層の上にロー材を
配置した状態を示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a state in which a brazing material is arranged on a metallurgical layer in this example.
【図２】本実施例において、蓋体による封止を行った後
の状態を示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing a state after sealing with a lid in the present embodiment.
１；容器本体、２；メタライズ層、３；銀ロー材、４；
シールリング部、５；金系ロー材、６；蓋体、１１；凹
部、Ｈ；メタライズ層の幅、ｈ；ロー材の幅、ｔ；ロー
材の厚み。1; container body, 2; metallized layer, 3; silver brazing material, 4;
Seal ring portion, 5; metal brazing material, 6; lid, 11; recess, H; width of metallization layer, h; width of brazing material, t: thickness of brazing material.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 篤 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−114874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−31969（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29958（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−283549（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−121744（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/02 H01L 23/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Atsushi Kanda 14-18 Takatsuji-cho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Japan Special Ceramics Co., Ltd. (56) Reference JP-A-51-114874 (JP, A) JP Sho 53-31969 (JP, A) JP 63-29958 (JP, A) JP 3-283549 (JP, A) Fukui 4-121744 (JP, U) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 23/02 H01L 23/08
Claims (3)
ズ層に金属製シールリング部を接合させるためにメタラ
イズ層上に配置されるシールリング用ロー材において、 上記金属製シールリング部を接合させる前の上記シール
リング用ロー材の幅ｈ及び厚みｔを、上記メタライズ層
の幅Ｈに対して、下記（Ｉ）式の関係としたことを特徴
とするシールリング用ロー材。 ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （Ｉ）1. A seal ring brazing material disposed on a metallization layer for bonding a metal seal ring portion to a metallized layer formed on a ceramic substrate, wherein the metal seal ring portion before bonding A brazing material for a seal ring, characterized in that a width h and a thickness t of the brazing material for a seal ring are related to a width H of the metallized layer by the following formula (I). t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7 H (I)
製の容器本体の該収容部形成側面の該収容部周囲にメタ
ライズ層を形成した後、該メタライズ層上にシールリン
グ用ロー材を配置し、次いで該シールリング用ロー材に
より上記メタライズ層に金属製シールリング部をロー付
けし、更に該シールリング部上に蓋体を接合して上記収
容部を気密封止する半導体素子用パッケージの製造方法
において、 上記金属製シールリング部を接合させる前の上記メタラ
イズ層上に配置するシールリング用ロー材の幅ｈ及び厚
みｔを、該メタライズ層の幅Ｈに対して、下記（ＩＩ）
式の関係としたことを特徴とする半導体素子用パッケー
ジの製造方法。 ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （ＩＩ）2. A metallization layer is formed around the accommodating portion on the side of the accommodating portion forming side of a ceramic container body having an accommodating portion for a semiconductor element, and then a seal ring brazing material is disposed on the metallized layer. Then, a metal seal ring portion is brazed to the metallized layer with the seal ring brazing material, and a lid is bonded onto the seal ring portion to hermetically seal the accommodating portion. In the method, the width h and the thickness t of the seal ring brazing material arranged on the metallized layer before the metal seal ring portion is joined are expressed by the following (II) with respect to the width H of the metallized layer.
A method for manufacturing a package for a semiconductor device, characterized in that the relation of formulas is satisfied. t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7 H (II)
製の容器本体の該収容部形成側面の該収容部周囲にメタ
ライズ層を形成した後、該メタライズ層上に、シールリ
ング用ロー材の幅ｈ及び厚みｔが上記メタライズ層の幅
Ｈに対して、下記（ＩＩＩ）式の関係となるようにシー
ルリング用ロー材を配置し、次いで該シールリング用ロ
ー材により上記メタライズ層に金属製シールリング部を
ロー付けし、更に該シールリング部上に蓋体を接合して
上記収容部を気密封止することにより得られ、アメリカ
合衆国ＭＩＬ規格（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）により測
定したヘリウムのリーク量が１．０×１０ -9 ａｔｍ・ｃ
ｃ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする半導体素子用パ
ッケージ。 ｔ≦０．０２Ｈ、 ０．３Ｈ≦ｈ≦０．７Ｈ （ＩＩＩ）3. A ceramic having a housing for semiconductor elements.
A container body made of metal is provided with a
After forming the rise layer, the seal layer is formed on the metallize layer.
The width h and the thickness t of the brazing brazing material are the width of the metallized layer.
The relationship between H and H should be as shown in the following equation (III).
Place the brazing material for the ring and then
Metal seal ring on the metallized layer
Brazing, and then join the lid on the seal ring.
Obtained by hermetically sealing the above housing,
Measured by US MIL standard (MIL-STD-883)
The determined helium leak amount is 1.0 × 10 -9 atm · c
c / sec or less
Package. t ≦ 0.02H, 0.3H ≦ h ≦ 0.7H (III)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11651193A JP3415192B2 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Sealing brazing material, method for manufacturing semiconductor device package using the same, and semiconductor device package |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11651193A JP3415192B2 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Sealing brazing material, method for manufacturing semiconductor device package using the same, and semiconductor device package |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302708A JPH06302708A (en) | 1994-10-28 |
| JP3415192B2 true JP3415192B2 (en) | 2003-06-09 |
Family
ID=14688961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11651193A Expired - Lifetime JP3415192B2 (en) | 1993-04-19 | 1993-04-19 | Sealing brazing material, method for manufacturing semiconductor device package using the same, and semiconductor device package |
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| Country | Link |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4905968B2 (en) * | 2007-03-06 | 2012-03-28 | 三菱電機株式会社 | package |
-
1993
- 1993-04-19 JP JP11651193A patent/JP3415192B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06302708A (en) | 1994-10-28 |
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