JP3724028B2

JP3724028B2 - Metal containers and packages

Info

Publication number: JP3724028B2
Application number: JP33895795A
Authority: JP
Inventors: 順一白石; 智司後藤; 誘岳安部; 誠今村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: JPH09181207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子を収容するための金属製の容器体、半導体素子を収容した金属製の容器体とその容器体を気密封止した金属製の蓋体とを備えた金属製のパッケージに関し、特に、金属製の容器体への入出力端子の取付構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子や半導体素子等を搭載した基板を気密封止するために金属製のパッケージが用いられている。このような金属製パッケージは、金属製の容器体と蓋体とから構成される。
【０００３】
金属製の容器体は図１６と図１７に示されるように、２つのタイプのものが用いられる。
【０００４】
図１６に示されるように、金属容器体２１０は、半導体素子等が装着される底壁とその底壁を取囲むように形成された側壁とを備えている。金属容器体２１０の側壁には、入出力用端子２０が固着されている。端子２０は、金属容器体２１０の底壁に装着された半導体素子等（図示せず）に接続されるものである。端子２０は金属ピン２１を有する。金属ピン２１は、金属容器体２１０の外面から内面に通ずるように設けられている。端子２０は、金属容器体２１０の側壁面に形成された端子取付穴２１１に挿入されて固着されている。
【０００５】
図１７に示すように、もう１つのタイプの金属容器体は、金属枠体３１０と金属基体３８０とを備えている。金属基体３８０は金属枠体３１０にろう付等によって固着されている。金属枠体３１０の側壁には端子取付用切欠部３１１が形成されている。この端子取付用切欠部３１１に半導体素子用の入出力端子１２０が挿入されて金属容器体に固着されている。なお、金属基体３８０の両端部に形成されたねじ止め用穴３８１は、金属容器体を外部電気回路基板等に固着するとき、ねじを挿入するために用いられる穴である。
【０００６】
上記のように構成される金属容器体の材料としては、通常、銅や鉄を含有する金属材料や複合材料（以下、「銅系材料」と称する）、アルミニウムを含む金属材料や複合材料（以下、「アルミニウム系材料」と称する）が用いられる。
【０００７】
また、入出力端子の構造としては、以下のものが挙げられる。
（ａ）図１６に示されるように、金属ピン２１を直接ガラスを用いて端子取付穴２１１に取付ける。
【０００８】
（ｂ）図１８に示されるように、端子２０は、金属ピン２１をセラミック管２４に接合した構造を有する。このような構造の端子２０を図１６に示されるような金属容器体２１０の端子取付穴２１１に挿入し、ろう付によって固着する。
【０００９】
（ｃ）図１９に示されるように、端子２０は、金属管２３に金属ピン２１を高融点ガラス２２で固着した構造を有する。このような構造の端子２０を図１６で示されるような金属容器体２１０の端子取付穴２１１に挿入して、ろう付によって固着する。
【００１０】
（ｄ）図２０に示すように、端子１２０は、セラミック基体１２２を備えている。セラミック基体１２２は２つのセラミック部材１２２ａと１２２ｂとから構成される。セラミック部材１２２ａの上面にはメタライズ金属層１２１がストリップ状に形成されている。このストリップ状のメタライズ金属層１２１の一部分がセラミック基体１２２の内部に埋設されるように、セラミック部材１２２ａの上にセラミック部材１２２ｂが固着されている。また、図２１に示すように、セラミック部材１２２ｂの上面と側面、セラミック部材１２２ａの側面と底面を被覆するようにメタライズ金属層１２３が形成されている。このような構造を有する入出力端子は、図１７に示されるような金属枠体３１０と金属基体３８０とから形成される金属容器体に取付けられる。入出力端子１２０は、金属枠体３１０の切欠部３１１にろう付によって固着される。
【００１１】
一般に、金属容器体の材料として銅系材料が用いられる場合、入出力端子の取付構造として上記の（ａ）が採用されている。近年、半導体素子の高密度化、高集積化により、入出力端子の数が増加してきている。また、金属製パッケージの放熱性を高めることが要求されてきている。そのため、端子の大きさを小さくすることができ、１つの金属容器体の側壁に多数個の端子を取付けることができるようにするために、上記の（ｂ）の端子構造が採用されてきている。さらに、金属製パッケージの放熱性を高めるために、金属容器体の材料として熱伝導度の高い銅−タングステン複合材が用いられてきている。その場合、大型の金属製パッケージにおいて信頼性を高めるために、（ｃ）の構造が入出力端子として採用されてきている。
【００１２】
端子の取付方法としては、金属容器体の材料として銅系材料が用いられる場合には、まず、端子取付穴２１１（図１６）または切欠部３１１（図１７）を金属容器体の側壁に切削加工によって形成した後、その表面にニッケルめっき処理を施す。一方、端子２０または１２０の金属部分にもニッケルめっき処理を施す。その後、銀ろうを用いて、端子２０または１２０を穴２１１または切欠部３１１に還元性の雰囲気中で接合する。
【００１３】
金属容器体の材料としてアルミニウム系材料が用いられる場合には、その融点が低いために、（ａ）の端子構造の場合には、低融点のガラスを用いて端子２０または１２０を穴２１１または切欠部２１１に接合する。（ｂ）〜（ｄ）の端子構造の場合には、一般に、金属容器体の材料の融点以下の低融点半田を用いて、端子２０または１２０を穴２１１または切欠部３１１に接合する。なお、金属容器体の材料がアルミニウム系材料の場合、端子の取付けに関する先行技術は、たとえば、特公平２−２８２６４号公報、実公平４−３８５２３号公報、米国特許第５，２２３，６７２号公報等に示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
金属容器体の材料として銅系材料が用いられる場合、端子の取付けにおいて以下のような問題点がある。
【００１５】
まず、上記の（ｂ）と（ｃ）で示される構造の端子２０を図１６で示されるような金属容器体２１０の端子取付穴２１１に接合する場合の問題点について考察する。
【００１６】
図２２は、上記の場合における端子の接合工程を概念的に示す部分断面図である。図２２に示すように、端子２０が（ｃ）の構造を有する場合を例にして説明する。端子２０の外形が円柱状のため、金属容器体２１０の端子取付穴２１１と端子２０との間に銀ろうの箔を所定のサイズに切断して挿入した状態で、ろう付用カーボン治具に金属容器体２１０をセットすることは不可能である。そのため、図２２に示すように、金属容器体２１０の端子取付穴２１１に端子２０を嵌め込み、ドーナツ状リングの銀ろう箔（ろう材のプリフォーム体）５３を取付穴２１１の一方側に置く。この銀ろう箔５３が端子２０と取付穴２１１との間に流れ込むことにより、端子２０が端子取付穴２１１に固着される。このとき、同時に、金属容器体２１０の上端面とシールリング３０との間にも板状の銀ろう箔５２が置かれる。
【００１７】
しかしながら、上記のような接合方法においては、小さな部品をセットする作業は煩雑であり、ドーナツ状リングのろう材の流れ込み量を制御することが困難である。そのため、ろう付後の気密性が悪化し、完成品としての金属製パッケージの歩留りが非常に低くなる。
【００１８】
上記の（ｄ）の構造の端子を図１７で示されるような金属容器体に接合する場合の問題点について考察する。
【００１９】
図２３は、そのような端子の接合工程を概念的に示す部分断面図である。図２３に示されるように、金属容器体を構成する金属枠体３１０、金属基体３８０と端子１２０との間には、板状の銀ろう箔１５３と１５４を挿入する。また、シールリング１３０と金属枠体３１０との間にも板状の銀ろう箔１５２を挿入する。この状態で、金属枠体３１０と金属基体３８０をろう付用カーボン治具にセットし、還元性の雰囲気炉中でろう付接合を行なう。
【００２０】
この場合、小さな部品のセット作業が煩雑となり、また、板状の銀ろう箔を挿入する際、金属枠体３１０の端子取付用切欠部３１１と端子１２０との間にある程度のクリアランスを設ける必要があるため、ろう付後の気密性が悪化し、完成品としての金属製パッケージの歩留りが低くなるという問題がある。
【００２１】
また、金属容器体の材料としてアルミニウム系材料が用いられる場合にも、端子の接合において以下のような問題点がある。
【００２２】
上記の（ａ）の構造の端子を図１６で示されるような金属容器体２１０の端子取付穴２１１に取付ける場合、金属容器体２１０を構成する材料の融点が低いため、現状では高い誘電率を有する低融点ガラスのみが接合材料として適用可能である。この接合材料は、高い誘電率を有するため、端子部分のインピーダンスを整合（たとえば、５０Ω整合）する場合、設計上の制約が存在することになる。したがって、高周波の半導体素子等の用途では、（ａ）の構造の端子を取付けることは困難であり、（ｂ）〜（ｄ）の構造の端子を採用せざるを得ない。
【００２３】
また、（ｂ）〜（ｄ）の構造の端子をアルミニウム系材料からなる金属容器体に取付ける場合にも次のような問題がある。
【００２４】
まず、銅系材料からなる金属容器体に（ｂ）〜（ｄ）の構造の端子を取付ける場合と同様の問題がある。
【００２５】
さらに、その問題に付け加えて、たとえば、特公平２−２８２６４号公報で開示されている接合技術においては、軽量化を図るために、煩雑な部分めっき工程が必要である。また、スズ鉛半田で端子を接合しているため、パッケージに実装する半導体素子や半導体素子等を搭載した基板の接合が、スズ鉛半田の融点以下の作業温度を有する接着剤（ろう材）に制約されるという問題がある。
【００２６】
また、実公平４−３８５２３号公報に示された接合技術においては、アルミニウムのろう材が使用されている。しかしながら、アルミニウムのろう材は融点が高く、また濡れ性が劣るとともに、湿度が高い状態ではアルミニウムとの間に局部電池を生じ、電食が起こる。したがって、接合部の信頼性が低いという問題がある。
【００２７】
さらに、米国特許第５，２２３，６７２号公報に示された接合技術においては、端子の金属管が商品名コバール（鉄−２９重量％ニッケル−１７重量％コバルト合金）であり、金属容器体を構成するアルミニウムとの熱膨張係数の差に起因する問題を解消するため、端子の構造を鍔付きにしてレーザ溶接が行なわれている。この場合、端子の構造を変更し、さらにレーザ溶接の設備を必要とするため、製造コストの上昇を招き、さらに作業性が悪いという問題がある。
【００２８】
そこで、この発明の目的は、煩雑な工程を必要としないで高い歩留りで端子を固着することが可能で、高い信頼性、すなわち高い気密性を有する金属製パッケージの構造、そのパッケージに用いられる金属製容器体の構造を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った金属製の容器体は、半導体素子を収容するためのものであって以下のような構成を有する。容器体の側壁部には開口部が設けられている。その開口部に通ずる貫通孔が側壁部の端面から延在するように形成されている。半導体素子用の入出力端子が容器体の外面から内面に通ずるように開口部に挿入されている。貫通孔と開口部に充填されたろう材によって入出力端子が側壁部に固着されている。
【００３０】
この発明に従った金属製のパッケージは、半導体素子を収容した金属製の容器体と、その容器体を気密封止した金属製の蓋体とを備えている。金属製の容器体は、以下のような特徴を有する。容器体の側壁部には開口部が設けられている。その開口部に通ずる貫通孔が側壁部の端面から延在するように形成されている。半導体素子用の入出力端子が容器体の外面から内面に通ずるように開口部に挿入されている。貫通孔と開口部に充填されたろう材によって入出力端子が側壁部に固着されている。以上のように構成された金属製の容器体および金属製のパッケージは、次のような好ましい実施の形態を有する。
【００３１】
入出力端子は、金属管中に金属リードを絶縁性ガラス、たとえば高融点ガラスで埋設した構造、セラミックス体にメタライズ金属層を埋設した構造、または金属リードをセラミック管に接合した構造を有する。
【００３２】
容器体と蓋体とはシールリングを介在してシーム溶接されている。あるいは、容器体と蓋体とが直接、レーザ溶接されていてもよい。
【００３３】
容器体は、銅を含有する材料、鉄を含有する材料またはモリブデン単体材料から形成されている。蓋体は、銅を含有する材料、鉄を含有する材料またはモリブデン単体材料から形成されている。銅を含有する材料は、無酸素銅、銅−タングステン複合材、銅−モリブデン複合材、銅−タングステン−モリブデン複合材、銅とインバー合金のクラッド材、銅とモリブデンのクラッド材、銅とタングステンのクラッド材のうち、少なくとも１種の材料である。鉄を含有する材料は、鉄−ニッケル−コバルト合金（たとえば、商品名コバール（Ｋｏｖａｒ）（鉄−２９重量％ニッケル−１７重量％コバルト合金））、鉄−ニッケル合金（たとえば、４２アロイ（鉄−４２重量％ニッケル合金））、インバー合金、鉄−ニッケル合金と銀の複合材のうち、少なくとも１種である。
【００３４】
また、容器体は、アルミニウムを含有する材料から形成されていてもよい。蓋体もアルミニウムを含有する材料から形成されていてもよい。アルミニウムを含有する材料は、アルミニウム単体、アルミニウム合金、アルミニウム−シリコン複合材、アルミニウム−シリコンカーバイド複合材、アルミニウム−ホウ素複合材のうち、少なくとも１種である。また、アルミニウムを含有する材料は、シリコンを３０重量％以上、８０重量％以下含有する複合材料であってもよい。
【００３５】
容器体または蓋体を構成する材料としてマグネシウム合金が用いられてもよい。
【００３６】
容器体の熱膨張係数は１７×１０^-6／℃以下であるのが好ましい。
なお、上記においてシールリングを介在して容器体と蓋体をシーム溶接で接合する場合には、両者の間に必ず低い熱伝導性の（たとえば、ステンレス鋼のような）シールリングを介在させる必要がある。これは、容器体と蓋体を構成する高い熱伝導性の材料同士を直接シーム溶接すると、熱が拡散して溶接が困難になるためである。
【００３７】
また、容器体と蓋体とをレーザ溶接する場合には、上述に列挙された材料の中でもタングステン、モリブデン等の高融点金属、またはセラミックスを含むアルミニウム−シリコンカーバイド複合材等の材料で容器体と蓋体とを構成すると、両者の溶接が困難となるため、そのような材料を用いるのは好ましくない。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の金属容器体の１つの実施の形態（Ａタイプ）を示す斜視図である。図１に示すように、銅系材料またはアルミニウム系材料のブロックから、開口部を有する凹型容器体を切削加工することにより、金属容器体１０を作製する。金属容器体１０の側面には、切削加工により端子取付穴１１を形成する。端子取付穴１１に通じ、金属容器体１０の上端面から延在する貫通孔としてろう材挿入穴１２が形成されている。
【００３９】
図２に示すように、図１８または図１９に示されるような構造を有する端子２０が金属容器体１０の端子取付穴１１に挿入されて、ろう付によって固着されている。
【００４０】
図３の（Ｂ）は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。図３の（Ａ）は蓋体の断面を示している。図３は、図１９に示された構造の端子２０を採用した接合構造の一例を示している。図３に示すように、端子２０と金属容器体１０との間には、ろう材挿入穴１２を通じて供給されたろう材５０が介在することにより、端子２０は金属容器体１０の側壁に固着されている。すなわち、ろう材５０は、ろう材挿入穴１２を通じて端子取付穴１１に供給され、端子２０を構成する金属管２３と金属容器体１０の間に介在している。同時に、シールリング３０も、ろう材５０によって金属容器体１０の上端面に固着されている。
【００４１】
この端子の取付工程において、ろう材と各部材の配置は概略的に図５に示されている。図５に示されるように、金属容器体１０の端子取付穴１１に端子２０が挿入される。ろう材挿入穴１２には円柱状のろう材プリフォーム体５１が挿入される。金属容器体１０の上端面とシールリング３０との間には板状のろう材プリフォーム体５２が配置される。この場合、金属容器体１０が銅系材料から構成されるとき、その表面には無電解または電解ニッケルめっき処理が施されている。一方、端子２０の金属部分、すなわち金属ピン２１と金属管２３の外表面にも同様にニッケルめっき処理が施されている。また、金属容器体１０がアルミニウム系材料から構成されるとき、その表面には無電解または電解ニッケルめっき処理が施された後、さらに無電解または電解金めっき処理が施されている。一方、端子２０の金属部分には、同様にニッケルめっきと金めっきの処理が施されている。このように、予め、めっき処理が施された後、上述のようなろう材の配置を行なう。なお、金属容器体１０の材料が銅系材料の場合、ろう材として銀ろう（銀−２８重量％銅合金：融点７８０℃）が用いられ、金属容器体の材料がアルミニウム系材料の場合、その材料の融点より低い融点を有する金系ろう材（たとえば金−シリコン合金）が用いられる。
【００４２】
以上のように、ろう材を配置した状態で金属容器体１０とシールリング３０とを還元性の加熱雰囲気に置くことにより、シールリング３０と端子２０が金属容器体１０に接合される。この場合、ろう材プリフォーム体５１は溶融し、端子取付穴１１に流れ込み、金属管２３の外周面と端子取付穴１１の壁面との間にろう材が供給される。このようにして、煩雑な工程を伴うことなく、端子を金属容器体に接合することができる。
【００４３】
その後、図４に示すように、金属容器体１０の内部に半導体素子（または半導体素子を搭載した基板）６０が装着される。半導体素子６０と金属ピン２１とは金ワイヤ７０によって接続される。そして、金属容器体１０の上端面に、図３の（Ａ）で示されるような蓋体４０が載置され、シールリング３０を介してシーム溶接が行なわれる。このようにして半導体素子を気密封止した金属製パッケージ（メタルパッケージ）１が完成する。なお、この場合、シールリング３０を用いないで金属容器体１０の上端面に直接、蓋体４０をレーザ溶接で接合してもよい。
【００４４】
なお、蓋体４０とシールリング３０は、図６の（Ａ）と（Ｂ）に示される形状のものが用いられる。
【００４５】
図７と図８は、この発明のもう１つの実施の形態（Ｂタイプ）の金属容器体を示す斜視図である。図７に示すように、金属容器体を構成する１つの部材として金属枠体１１０の下端部には、複数個の切欠部１１１が間隔を隔てて形成されている。金属枠体１１０の上端部には、切欠部１１１のそれぞれに通ずるように、ろう材挿入穴１１２が貫通孔として延在するように形成されている。上記のように構成された金属枠体１１０に金属基体１８０が接合される。金属基体１８０には、完成品の金属製パッケージを外部電気回路基板等にねじ止めにより固着する際、ねじを挿入するためのねじ止め用穴１８１が形成されている。
【００４６】
図９は、図２０に示されるような端子１２０が端子取付け用切欠部１１１に挿入されて、ろう付によって固着された状態を示している。金属基体１８０も、ろう付によって金属枠体１１０の下端部に固着されている。
【００４７】
図１０の（Ｂ）は図９のＸ−Ｘ線に沿う方向から見た断面図である。図１０の（Ａ）は蓋体１４０の断面図である。図１０に示すように、ろう材１５０が端子１２０と金属基体１８０との間に介在することにより、端子１２０が金属基体１８０に固着されている。また、ろう材挿入穴１１２を通じてろう材１５０が端子取付用切欠部１１１に供給され、端子１２０が金属枠体１１０に接合されている。また、シールリング１３０も、ろう材１５０によって金属枠体１１０の上端面に接合されている。
【００４８】
上記の接合工程におけるろう材の配置は、概略的に図１２に示されている。端子１２０と金属基体１８０との間には板状のろう材プリフォーム体１５３が挿入される。金属枠体１１０のろう材挿入穴１１２には円柱状のろう材プリフォーム体１５１が挿入される。金属枠体１１０の上端面とシールリング１３０との間には板状のろう材プリフォーム体１５２が挿入される。このように、ろう材が配置された状態で接合工程が行なわれる。
【００４９】
なお、ろう材が配置される前に、金属枠体１１０や金属基体１８０の材料が銅系材料の場合には、それらの部材の表面に無電解または電解ニッケルめっき処理が施される。一方、端子１２０の金属部分にも同様にニッケルめっき処理が施される。また、金属枠体１１０や金属基体１８０がアルミニウム系材料から構成される場合には、それらの部材の表面に無電解または電解ニッケルめっき処理が施され、さらに無電解または電解金めっき処理が施される。一方、端子１２０の金属部分にも同様にニッケルめっきと金めっき処理が施される。
【００５０】
このように予め、めっき処理が施された後、ろう材が配置された状態で還元性の加熱雰囲気中に金属枠体１１０と金属基体１８０を置くことにより、接合工程が行なわれる。このとき、ろう材プリフォーム体１５１は溶融し、端子取付用切欠部１１１に流れ込む。その流れ込んだろう材によって、端子１２０は端子取付用切欠部１１１の壁面に固着される。このとき、同時に端子１２０は金属基体１８０に接合され、シールリング１３０は金属枠体１１０の上端面に接合される。
【００５１】
そして、図１１に示すように、金属基体１８０の上に半導体素子（または半導体素子を搭載した基板）１６０が装着される。半導体素子１６０と端子１２０とは金ワイヤ１７０によって接続される。その後、図１０の（Ａ）で示されるような蓋体１４０がシールリング１３０を介在して金属枠体１１０の上端面にシーム溶接される。このようにして、半導体素子１６０を気密封止した金属製パッケージ（メタルパッケージ）１００が完成する。
【００５２】
なお、上記の実施の形態においても、金属枠体１１０や金属基体１８０が銅系材料から構成される場合には、ろう材として銀ろう（銀−２８重量％銅合金：融点７８０℃）が用いられ、アルミニウム系材料から構成される場合には、その材料の融点よりも低い融点を有する金系ろう材（たとえば、金−シリコン合金）が用いられる。
【００５３】
以上の２つの実施の形態において、シールリングを用いて接続する場合には、金属容器体を構成する材料は、メタルパッケージの反りの規格にしたがって、１７×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有するのが好ましい。
【００５４】
なお、この発明の金属容器体に接合される端子は、図１８〜図２０に示される従来の構造のものを採用することができる。
【００５５】
図１８で示される構造の端子２０は、セラミック管（たとえば、アルミナ管）２４の貫通孔の内部に金属ピン（たとえば、商品名コバールから形成されたピン）２１を銀ろうで接合したものである。セラミック管２４は、プレス成形法で所定の筒状に成形した後、所定の雰囲気中で焼成したアルミナ等の電気絶縁性のセラミックスの外周と内周の表面にメタライズ金属層（タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなる金属層）をポストメタライズ処理し、それにニッケルめっき処理が施されたものである。
【００５６】
図１９で示される構造の端子２０は、金属管（商品名コバールから形成された管）２３に金属ピン（たとえば、商品名コバールからなるピン）２１を挿入し、高融点ガラス２２で固着したものである。
【００５７】
図２０で示される構造の端子１２０は、アルミナ等の電気絶縁性のセラミックス基体１２２とメタライズ金属層（タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属からなる金属層）１２１と１２３とを備えている。セラミックス基体１２２の材料としてシート成形法で所定の形状に成形した後、高融点金属ペーストが印刷加工等によって所定の領域に塗布された後、所定の雰囲気中で焼成処理されることにより、セラミックス基体１２２が形成されると同時に、その内部や外表面にメタライズ金属層１２１と１２３が形成される。
【００５８】
金属容器体の材料としてアルミニウム系材料が用いられる場合には、以下の表１に示されるようなシリコンを多量に含有するアルミニウム−シリコン複合材を用いるのが好ましい。表１に示すように、シリコンを多量に含有するアルミニウム−シリコン複合材では、ＪＩＳ規格で示されるアルミニウム合金に比べて熱膨張係数が小さく、かつシリコンにより比重がアルミニウムよりも小さくなっている。これにより、金属容器体の熱膨張を小さくすることができるとともに、軽量化をも図ることができる。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１に示されるアルミニウム−シリコン複合材は、ガスアトマイズ法を用いて製造することによって、シリコンの含有量を種々に変更することができる。しかしながら、本発明の金属容器体や蓋体の材料として用いられるアルミニウム−シリコン複合材としては、シリコンの含有量が高い組成では成形が困難になる。この点とシールリングを用いて容器体と蓋体とをシーム溶接する場合を考慮すると、シリコンを３０重量％以上、８０重量％以下含有するアルミニウム−シリコン複合材を用いるのが好ましい
また、容器体の材料としてアルミニウム系材料が用いられる場合には、端子を接合するために使用される低融点のろう材としては、長期にわたった信頼性と、半導体素子や半導体素子を搭載した基板等を装着する際の温度サイクルとの観点から、金−シリコン合金等の金系のろう材を用いるのが好ましい。
【００６１】
また、端子を金属容器体にろう付によって接合する際、上記の２つの実施の形態で説明したように、シールリングも同時にろう付で接合することが可能である。金属容器体の材料としてアルミニウム−３０〜６０重量％シリコン複合材が用いられる場合には、シールリングの材料としてステンレス合金が用いられ、アルミニウム−６０〜８０重量％シリコン複合材の場合には、シールリングの材料として商品名コバール（鉄−２９重量％ニッケル−１７重量％コバルト合金）が用いられる。このように、金属容器体の材料としてアルミニウム系材料が用いられる場合には、一般的にレーザ溶接で蓋体と金属容器体との接合が行なわれているが、上記のようなアルミニウム−シリコン複合材で金属容器体を構成すると、所定の材料のシールリングを介在させることによりシーム溶接が可能となる。
【００６２】
以上のように、この発明の金属パッケージにおいては、煩雑な工程を伴なうことなく、端子を接合することができる。
【００６３】
【実施例】
実施例１
図１〜図５で示されるＡタイプと図７〜図１２で示されるＢタイプのメタルパッケージの一実施例について以下に説明する。
【００６４】
金属容器体１０、金属枠体１１０および金属基体１８０を構成する材料として、銅（Ｃｕ）、商品名コバール、銅−タングステン複合材（ＣｕＷ）（１５重量％銅−８５重量％タングステン）を用いた。
【００６５】
これらの材料を切削加工することにより、図１（Ａタイプ）と図７，図８（Ｂタイプ）に示される２つのタイプの金属容器体の部材を切削加工によって形成した。
【００６６】
Ａタイプにおいては、図１に示すように、Ｌが５０．８ｍｍ、Ｗが２５．４ｍｍ、Ｈが６．０ｍｍ、ｔが２ｍｍの寸法を有するように金属容器体１０を形成した。また、Ｂタイプにおいては、図７に示すように、Ｌ１が５０．８ｍｍ、Ｗ１が２５．４ｍｍ、Ｈ１が６．０ｍｍ、ｔ１が２ｍｍの寸法を有するように金属枠体１１０を準備した。また、金属基体１８０は、Ｌ２が７０．８ｍｍ、Ｗ２が２５．４ｍｍ、ｔ２が２．０ｍｍの寸法を有するように準備された。金属基体１８０には、完成品のメタルパッケージを外部電気回路基板にねじ止めにより固着する際に用いられるねじ止め用の穴１８１を設けた。
【００６７】
端子は、図１８〜図２０に示される３種類の構造のものを準備した。
図１８に示すように、商品名コバールからなる金属ピン２１は直径が０．３ｍｍ、長さが４ｍｍのものを用いた。アルミナからなるセラミック管２４は円筒状に形成され、長さが２．０ｍｍ、直径が２．０ｍｍになるように成形された。このセラミック管２４の外周と内周の表面にはメタライズ金属層が形成された。このセラミック管２４の貫通孔の内部に金属ピン２１を銀ろうで接続した。
【００６８】
図１９に示すように、商品名コバールからなる金属ピン２１は、直径が０．３ｍｍ、長さが４ｍｍのものを準備した。商品名コバールからなる金属管２３は、外形が２．０ｍｍ、肉厚が０．１ｍｍの円筒形状を有するように準備された。金属管２３と金属ピン２１とは、高融点ガラス２２によって接合された。
【００６９】
図２０に示すように、Ｌ３が４．０ｍｍ、Ｌ４が２．０ｍｍ、Ｈ３が０．３ｍｍ、Ｈ４が０．３ｍｍ、Ｗ３が２．０ｍｍの寸法を有するようにセラミック基体１２２が準備された。メタライズ金属層１２１は、外表面においてｗ１が０．３ｍｍ、内表面においてｗ２が０．１ｍｍを有するように形成された。セラミック基体１２２はアルミナによって形成された。メタライズ金属層１２１と１２３は、タングステンメタライズによって形成された。セラミック基体１２２は、シート成形法によって所定の形状に成形した後、所定の雰囲気中で焼成することにより形成された。同時に、タングステンペーストを塗布した状態で焼成することにより、メタライズ金属層１２１と１２３をセラミック基体１２２の内部または外表面に形成した。
【００７０】
シールリング３０は、図６の（Ｂ）に示されるように、Ｌ５が５０．８ｍｍ、Ｗ５が２５．４ｍｍ、ｔ５が１．０ｍｍ、Ｗ６が２．０ｍｍの寸法を有するものを準備した。シールリング３０の材料は、商品名コバールからなるものとステンレス鋼（ＳＵＳ）のものを準備した。シールリング３０は、原料板からエッチング加工またはプレスの打抜き加工によって作製された。
【００７１】
Ａタイプの金属容器体１０においては、図１に示すように、２．０ｍｍの直径を有する穴１１が側壁面に形成され、０．８ｍｍの直径を有する穴１２が形成された。Ｂタイプの金属容器体においては、図７に示されるように、金属枠体１１０の側壁面に２．０ｍｍ×０．６ｍｍの大きさの切欠部１１１が形成され、金属枠体１１０の上壁面には０．８ｍｍの直径を有する穴１１２が形成された。
【００７２】
これらの金属容器体、金属枠体および金属基体ならびに端子の金属部分に約０．５μｍの厚みのニッケルめっきが施された。
【００７３】
上記のように準備された端子を穴１１または切欠部１１１に嵌め込み、それぞれ、図５と図１２に示されるように、円柱状の銀ろうのプリフォーム体５１または１５１と、板状の銀ろうのプリフォーム体５２、１５２および１５３を挿入した。このようにろう材のプリフォーム体が挿入された状態で金属容器体１０とシールリング３０、金属基体１８０と金属枠体１１０とシールリング１３０とを還元性の加熱雰囲気中（加熱温度が８５０℃）に置いてろう付を行なった。
【００７４】
ろう付後、形成された金属容器体の外周面に約２．０μｍの厚みのニッケルめっきと約３．０μｍの厚みの金めっきを施すことにより、メタルパッケージ（蓋のないパッケージ）が完成した。
【００７５】
端子の接合状態を光学顕微鏡（ＯＭ）で観察した。気密性は、図１３で示されるように、ヘリウムガスを用いてスニーファ方式で測定した。図１３で示されるように、金属容器体１０（１１０，１８０）に蓋体を溶接する前に、金属容器体１０の内部を矢印で示されるように真空に引き、外部からガス管１９０によってヘリウムガスを金属容器体１０に吹きかけ、検出されるヘリウムガスの量によって気密性を評価した。このとき、金属容器体１０とシールリング３０とはＯリング９０によって密封された状態で真空引きが行なわれた。
【００７６】
さらに、気密性の試験を行なった後、信頼性を評価するために、温度サイクル試験（−６５℃と１５０℃との間をヒートサイクルさせる試験）を１００サイクル実施した後、再度、気密性の評価を行なった。
【００７７】
その結果は以下の表２に示される。
【００７８】
【表２】

【００７９】
実施例２
実施例１と同様にＡタイプ（図１〜図５）とＢタイプ（図７〜図１２）のメタルパッケージを作製した。この場合、金属容器体、金属枠体、金属基体の材料としては、ガスアトマイズ法によって製造したアルミニウム−シリコン合金粉末を用いて粉末焼結法によって作製した材料を用いた。また、それ以外の材料として市販のアルミニウム、アルミニウム−シリコンカーバイド複合材も準備した。
【００８０】
実施例１と同様にしてＡタイプの金属容器体、Ｂタイプの金属枠体と金属基体を切削加工によって準備した。また、端子、シールリングも実施例１と同様に準備した。端子取付穴と端子取付用切欠部も、実施例１と同じ大きさで形成した。
【００８１】
金属容器体、金属枠体、金属基体および端子の金属部分に約２．０μｍの厚みのニッケルめっき、さらに約３．０μｍの厚みの金めっき処理を施した。
【００８２】
端子２０または１２０を図５または図１２に示されるように穴１１または切欠部１１１に嵌め込み、金系のろう材（金−シリコン合金）からなる円柱状のプリフォーム体５１または１５１、板状のプリフォーム体５２、または１５２と１５３を挿入した。このようにろう材のプリフォーム体を挿入した状態で、シールリング３０と金属容器体１０、シールリング１３０と金属枠体１１０と金属基体１８０とを還元性の加熱雰囲気（加熱温度が４５０℃）に置くことにより、ろう付を行なった。
【００８３】
ろう付後、端子の接合状態を光学顕微鏡（ＯＭ）で観察した。
蓋体４０は、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４）と商品名コバールのそれぞれからなるものを準備した。蓋体４０は、図６に示すように、Ｌ７が５０．８ｍｍ、Ｗ７が２５．４ｍｍ、ｔ７が０．３ｍｍの寸法を有するものを準備した。そして、蓋体４０の外周の溶接相当部を０．１ｍｍの厚みになるようにエッチング加工した。その後、蓋体４０の外表面にニッケルめっきと金めっきの処理を施した。
【００８４】
シールリング付の金属容器体の上端面に、パラレルシーム溶接機（日本アビオニクス社製）を用いて窒素雰囲気中で蓋体４０を溶接した。シールリング３０を用いない金属容器体には、蓋体４０をレーザ溶接によって接合した。
【００８５】
溶接後、図１４と図１５で示されるように、加圧式ヘリウムリーク試験を行なうことにより、気密性を評価した。図１４に示すように、蓋体を溶接したメタルパッケージ１（１００）をヘリウムガス中で４気圧で２時間、矢印で示されるように加圧処理した。その後、図１５に示すように、メタルパッケージ１が置かれた雰囲気から、矢印で示されるように真空引きすることにより、気密性を評価した。
【００８６】
さらに、実施例１と同様に信頼性を評価するために温度サイクル試験を行なった後、再度、リーク試験を行なって気密性を評価した。
【００８７】
その結果は、以下の表３に示されている。
【００８８】
【表３】

【００８９】
比較のため、従来の方法で端子の取付けを実施したアルミニウム系材料のメタルパッケージについて作業時間の解析と歩留りを確認した。
【００９０】
その結果は表４と表５に示される。
表４と表５において、本発明の容器体としてＡタイプとＢタイプのものは、それぞれ、図１と図７、図８に示されるものを用いた。従来の容器体としてＡタイプとＢタイプのものは、それぞれ、図１６と図１７に示されるものを採用した。
【００９１】
表５において、組立後の気密性歩留り（パーセント）は、加圧式ヘリウムリーク試験におけるリーク速度が１×１０^-9ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下を満足した個数の割合である。なお、従来のものは、いずれもろう付の端子部分においてリークが発生した。
【００９２】
【表４】

【００９３】
【表５】

【００９４】
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示的に示されるものであり、制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、金属製パッケージを高い歩留りで高い信頼性（高い気密性）で効率的に製造することができ、その結果、安価な金属製パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１つの実施の形態に従った金属容器体を示す斜視図である。
【図２】この発明の１つの実施の形態に従った金属容器体に端子が接合された状態を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は蓋体の断面図、（Ｂ）は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面を示し、シールリングが接合された状態を示す断面図である。
【図４】この発明の１つの実施の形態に従った金属製パッケージを示す断面図である。
【図５】この発明の１つの実施の形態において端子を接合するときのろう材の配置の状態を示す部分断面図である。
【図６】（Ａ）は蓋体を示す斜視図、（Ｂ）はシールリングを示す斜視図である。
【図７】この発明のもう１つの実施の形態に従った金属容器体を構成する金属枠体を示す斜視図である。
【図８】この発明のもう１つの実施の形態に従った金属容器体を構成する金属基体を示す斜視図である。
【図９】この発明のもう１つの実施の形態に従った金属容器体を示し、端子が取付けられた状態を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）は蓋体を示す断面図、（Ｂ）は、図９のＸ−Ｘ線に沿った方向から見た断面を示し、シールリングが接合された状態を示す断面図である。
【図１１】この発明のもう１つの実施の形態に従った金属製パッケージを示す断面図である。
【図１２】この発明のもう１つの実施の形態において端子を接合するときのろう材の配置の状態を示す部分断面図である。
【図１３】金属製パッケージの気密性を評価するために用いられるスニーファ方式の気密試験の方法を原理的に示す概略図である。
【図１４】金属製パッケージの気密性を評価するために行なわれる加圧式のヘリウムリーク試験の方法の第１工程を原理的に示す概略図である。
【図１５】金属製パッケージの気密性を評価するために行なわれる加圧式ヘリウムリーク試験の方法の第２工程を原理的に示す概略図である。
【図１６】従来の１つの実施の形態に従った金属容器体を示す斜視図である。
【図１７】従来のもう１つの実施の形態に従った金属容器体を示す斜視図である。
【図１８】従来の端子の構造の一例を示す斜視図である。
【図１９】従来の端子の構造のもう１つの例を示す斜視図である。
【図２０】従来の端子の構造の別の例を示す斜視図である。
【図２１】図２０のＸＸＩの方向から見た側面図である。
【図２２】図１６で示される従来の金属容器体において端子の接合方法を示す部分断面図である。
【図２３】図１７で示される従来の金属容器体において端子の接合方法を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１，１００メタルパッケージ
１０金属容器体
１１端子取付穴
１２ろう材挿入穴
２０端子
４０蓋体
５０ろう材
５１，５２，５３ろう材プリフォーム体
６０半導体素子
１１０金属枠体
１１１端子取付用切欠部
１１２ろう材挿入穴
１２０端子
１４０蓋体
１５０ろう材
１５１，１５２，１５３，１５４ろう材プリフォーム体。
１６０半導体素子
１８０金属基体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal container for housing a semiconductor element, a metal package including a metal container for housing a semiconductor element, and a metal lid for hermetically sealing the container body. In particular, the present invention relates to an improvement in the structure for mounting input / output terminals to a metal container.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a metal package is used to hermetically seal a semiconductor element or a substrate on which a semiconductor element or the like is mounted. Such a metal package includes a metal container and a lid.
[0003]
As shown in FIGS. 16 and 17, two types of metal containers are used.
[0004]
As shown in FIG. 16, the metal container body 210 includes a bottom wall on which a semiconductor element or the like is mounted and a side wall formed so as to surround the bottom wall. The input / output terminal 20 is fixed to the side wall of the metal container body 210. The terminal 20 is connected to a semiconductor element or the like (not shown) mounted on the bottom wall of the metal container body 210. The terminal 20 has a metal pin 21. The metal pin 21 is provided so as to communicate from the outer surface to the inner surface of the metal container body 210. The terminal 20 is inserted and fixed in a terminal mounting hole 211 formed on the side wall surface of the metal container body 210.
[0005]
As shown in FIG. 17, another type of metal container includes a metal frame 310 and a metal base 380. The metal substrate 380 is fixed to the metal frame 310 by brazing or the like. A terminal mounting notch 311 is formed on the side wall of the metal frame 310. An input / output terminal 120 for a semiconductor element is inserted into the terminal mounting notch 311 and fixed to the metal container body. The screw holes 381 formed at both ends of the metal base 380 are holes used for inserting screws when the metal container body is fixed to an external electric circuit board or the like.
[0006]
As a material of the metal container body configured as described above, a metal material or a composite material containing copper or iron (hereinafter referred to as “copper material”), a metal material or a composite material containing aluminum (hereinafter referred to as “copper material”) , Referred to as “aluminum-based material”).
[0007]
In addition, examples of the structure of the input / output terminals include the following.
(A) As shown in FIG. 16, the metal pin 21 is directly attached to the terminal attachment hole 211 using glass.
[0008]
(B) As shown in FIG. 18, the terminal 20 has a structure in which a metal pin 21 is joined to a ceramic tube 24. The terminal 20 having such a structure is inserted into the terminal mounting hole 211 of the metal container body 210 as shown in FIG. 16 and fixed by brazing.
[0009]
(C) As shown in FIG. 19, the terminal 20 has a structure in which a metal pin 21 is fixed to a metal tube 23 with a high melting point glass 22. The terminal 20 having such a structure is inserted into the terminal mounting hole 211 of the metal container body 210 as shown in FIG. 16 and fixed by brazing.
[0010]
(D) As shown in FIG. 20, the terminal 120 includes a ceramic base 122. The ceramic substrate 122 is composed of two

ceramic members

122a and 122b. A metallized metal layer 121 is formed in a strip shape on the upper surface of the ceramic member 122a. A ceramic member 122b is fixed on the ceramic member 122a so that a part of the strip-like metallized metal layer 121 is embedded in the ceramic base 122. Further, as shown in FIG. 21, a metallized metal layer 123 is formed so as to cover the top and side surfaces of the ceramic member 122b and the side and bottom surfaces of the ceramic member 122a. The input / output terminal having such a structure is attached to a metal container formed of a metal frame 310 and a metal base 380 as shown in FIG. The input / output terminal 120 is fixed to the notch 311 of the metal frame 310 by brazing.
[0011]
Generally, when a copper-based material is used as the material of the metal container body, the above (a) is adopted as the input / output terminal mounting structure. In recent years, the number of input / output terminals has increased due to higher density and higher integration of semiconductor elements. In addition, it has been required to improve the heat dissipation of the metal package. Therefore, in order to reduce the size of the terminal and to attach a large number of terminals to the side wall of one metal container body, the terminal structure of (b) has been adopted. . Furthermore, in order to improve the heat dissipation of the metal package, a copper-tungsten composite material having high thermal conductivity has been used as a material for the metal container. In that case, the structure of (c) has been adopted as an input / output terminal in order to increase reliability in a large metal package.
[0012]
As a method for attaching the terminal, when a copper-based material is used as the material of the metal container body, first, the terminal attachment hole 211 (FIG. 16) or the notch 311 (FIG. 17) is cut into the side wall of the metal container body. Then, the surface is subjected to nickel plating. On the other hand, the metal part of the

terminal

20 or 120 is also subjected to nickel plating. Thereafter, the

terminal

20 or 120 is joined to the hole 211 or the notch 311 in a reducing atmosphere using silver solder.
[0013]
When an aluminum-based material is used as the material of the metal container body, since the melting point is low, in the case of the terminal structure of (a), the

terminal

20 or 120 is made of the hole 211 or notch using low melting point glass. It joins to the part 211. In the case of the terminal structure of (b) to (d), generally, the

terminal

20 or 120 is joined to the hole 211 or the notch 311 using a low melting point solder having a melting point equal to or lower than the melting point of the metal container body. In the case where the material of the metal container body is an aluminum-based material, prior art relating to terminal attachment is, for example, Japanese Patent Publication No. 2-28264, Japanese Utility Model Publication No. 4-38523, and US Pat. No. 5,223,672. Etc.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
When a copper-based material is used as the material of the metal container body, there are the following problems in attaching the terminals.
[0015]
First, consideration will be given to problems in joining the terminal 20 having the structure shown in the above (b) and (c) to the terminal mounting hole 211 of the metal container body 210 as shown in FIG.
[0016]
FIG. 22 is a partial cross-sectional view conceptually showing the terminal joining step in the above case. As shown in FIG. 22, the case where the terminal 20 has the structure (c) will be described as an example. Since the outer shape of the terminal 20 is cylindrical, a silver brazing foil is cut into a predetermined size between the terminal mounting hole 211 of the metal container body 210 and the terminal 20 and inserted into the brazing carbon jig. It is impossible to set the metal container body 210. Therefore, as shown in FIG. 22, the terminal 20 is fitted into the terminal attachment hole 211 of the metal container body 210, and a silver brazing foil (preform body of brazing material) 53 of a donut-shaped ring is placed on one side of the attachment hole 211. The silver brazing foil 53 flows between the terminal 20 and the mounting hole 211, so that the terminal 20 is fixed to the terminal mounting hole 211. At the same time, a plate-like silver brazing foil 52 is also placed between the upper end surface of the metal container body 210 and the seal ring 30.
[0017]
However, in the joining method as described above, the work of setting a small part is complicated and it is difficult to control the amount of brazing material flowing into the donut-shaped ring. Therefore, the airtightness after brazing deteriorates, and the yield of the metal package as a finished product becomes very low.
[0018]
Consideration will be given to problems in the case where the terminal having the above structure (d) is joined to a metal container as shown in FIG.
[0019]
FIG. 23 is a partial sectional view conceptually showing such a terminal joining step. As shown in FIG. 23, plate-like silver brazing foils 153 and 154 are inserted between the metal frame 310 and the metal base 380 constituting the metal container body and the terminals 120. A plate-like silver brazing foil 152 is also inserted between the seal ring 130 and the metal frame 310. In this state, the metal frame 310 and the metal substrate 380 are set on a carbon jig for brazing, and brazing is performed in a reducing atmosphere furnace.
[0020]
In this case, the setting work of small parts becomes complicated, and it is necessary to provide a certain amount of clearance between the terminal mounting notch 311 of the metal frame 310 and the terminal 120 when inserting the plate-like silver brazing foil. Therefore, there is a problem that the airtightness after brazing is deteriorated and the yield of the metal package as a finished product is lowered.
[0021]
Further, when an aluminum-based material is used as the material of the metal container body, there are the following problems in joining the terminals.
[0022]
When the terminal having the structure (a) is attached to the terminal attachment hole 211 of the metal container body 210 as shown in FIG. 16, the melting point of the material constituting the metal container body 210 is low. Only the low-melting-point glass having it is applicable as a bonding material. Since this bonding material has a high dielectric constant, there is a design limitation when matching the impedance of the terminal portion (for example, 50Ω matching). Therefore, in applications such as high-frequency semiconductor elements, it is difficult to attach terminals having the structure (a), and terminals having the structures (b) to (d) must be employed.
[0023]
In addition, when the terminals having the structures (b) to (d) are attached to a metal container made of an aluminum-based material, there are the following problems.
[0024]
First, there is a problem similar to the case where a terminal having a structure of (b) to (d) is attached to a metal container made of a copper-based material.
[0025]
Furthermore, in addition to the problem, for example, in the joining technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-28264, a complicated partial plating process is required in order to reduce the weight. In addition, since the terminals are joined with tin-lead solder, the bonding of the semiconductor element mounted on the package or the substrate on which the semiconductor element is mounted becomes an adhesive (brazing material) having a working temperature lower than the melting point of tin-lead solder. There is a problem of being constrained.
[0026]
Further, in the joining technique disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 4-38523, an aluminum brazing material is used. However, the brazing material of aluminum has a high melting point and inferior wettability, and when the humidity is high, a local battery is formed between the aluminum and aluminum, and electrolytic corrosion occurs. Therefore, there exists a problem that the reliability of a junction part is low.
[0027]
Further, in the joining technique disclosed in US Pat. No. 5,223,672, the metal tube of the terminal is the trade name Kovar (iron-29 wt% nickel—17 wt% cobalt alloy), and the metal container body is In order to solve the problem caused by the difference in the thermal expansion coefficient from the constituent aluminum, laser welding is performed with the terminal structure as a flange. In this case, since the structure of the terminal is changed and a laser welding facility is required, the manufacturing cost is increased, and the workability is further deteriorated.
[0028]
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to fix terminals with a high yield without requiring a complicated process and to provide a metal package structure having high reliability, that is, high airtightness, and metal used for the package. It is to provide a structure of a container body.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
The metal container according to the present invention is for housing a semiconductor element and has the following configuration. An opening is provided in the side wall of the container body. A through hole communicating with the opening is formed to extend from the end surface of the side wall. An input / output terminal for a semiconductor element is inserted into the opening so as to communicate from the outer surface to the inner surface of the container body. The input / output terminal is fixed to the side wall by a brazing material filled in the through hole and the opening.
[0030]
A metal package according to the present invention includes a metal container housing a semiconductor element, and a metal lid that hermetically seals the container. The metal container has the following characteristics. An opening is provided in the side wall of the container body. A through hole communicating with the opening is formed to extend from the end surface of the side wall. An input / output terminal for a semiconductor element is inserted into the opening so as to communicate from the outer surface to the inner surface of the container body. The input / output terminal is fixed to the side wall by a brazing material filled in the through hole and the opening. The metal container and the metal package configured as described above have the following preferred embodiments.
[0031]
The input / output terminal has a structure in which a metal lead is embedded in an insulating glass such as high-melting glass in a metal tube, a structure in which a metallized metal layer is embedded in a ceramic body, or a structure in which a metal lead is bonded to a ceramic tube.
[0032]
The container body and the lid body are seam welded via a seal ring. Alternatively, the container body and the lid body may be directly laser-welded.
[0033]
The container body is formed of a material containing copper, a material containing iron, or a simple molybdenum material. The lid is made of a material containing copper, a material containing iron, or a simple molybdenum material. Copper-containing materials are oxygen-free copper, copper-tungsten composite, copper-molybdenum composite, copper-tungsten-molybdenum composite, copper-invar alloy clad, copper-molybdenum clad, copper-tungsten Among the clad materials, it is at least one material. Materials containing iron include iron-nickel-cobalt alloys (e.g., trade name Kovar (iron-29 wt% nickel-17 wt% cobalt alloy)), iron-nickel alloys (e.g. 42 alloy (iron- 42 wt% nickel alloy)), Invar alloy, iron-nickel alloy and silver composite material.
[0034]
Moreover, the container body may be formed from the material containing aluminum. The lid may also be formed from a material containing aluminum. The material containing aluminum is at least one of an aluminum simple substance, an aluminum alloy, an aluminum-silicon composite material, an aluminum-silicon carbide composite material, and an aluminum-boron composite material. The material containing aluminum may be a composite material containing silicon in an amount of 30% by weight to 80% by weight.
[0035]
A magnesium alloy may be used as a material constituting the container body or the lid body.
[0036]
The thermal expansion coefficient of the container body is 17 × 10 ^-6 / ° C. or less is preferable.
In the above, when the container body and the lid body are joined by seam welding with the seal ring interposed, it is necessary to interpose a seal ring having a low thermal conductivity (such as stainless steel) between them. There is. This is because when the highly heat-conductive materials constituting the container body and the lid body are directly seam welded, heat is diffused and welding becomes difficult.
[0037]
When laser welding the container body and the lid body, among the materials listed above, the container body is made of a high melting point metal such as tungsten or molybdenum, or an aluminum-silicon carbide composite material containing ceramics. If the lid is configured, it is difficult to weld the two, and it is not preferable to use such a material.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment (A type) of a metal container body of the present invention. As shown in FIG. 1, a metal container body 10 is manufactured by cutting a concave container body having an opening from a block of copper-based material or aluminum-based material. Terminal mounting holes 11 are formed on the side surface of the metal container body 10 by cutting. A brazing material insertion hole 12 is formed as a through-hole extending from the upper end surface of the metal container body 10 through the terminal attachment hole 11.
[0039]
As shown in FIG. 2, the terminal 20 having the structure as shown in FIG. 18 or FIG. 19 is inserted into the terminal mounting hole 11 of the metal container body 10 and fixed by brazing.
[0040]
FIG. 3B is a cross-sectional view seen from the direction along line III-III in FIG. FIG. 3A shows a cross section of the lid. FIG. 3 shows an example of a joining structure that employs the terminal 20 having the structure shown in FIG. As shown in FIG. 3, the brazing material 50 supplied through the brazing material insertion hole 12 is interposed between the terminal 20 and the metal container body 10, so that the terminal 20 is fixed to the side wall of the metal container body 10. Yes. That is, the brazing material 50 is supplied to the terminal mounting hole 11 through the brazing material insertion hole 12 and is interposed between the metal tube 23 constituting the terminal 20 and the metal container body 10. At the same time, the seal ring 30 is also fixed to the upper end surface of the metal container body 10 by the brazing material 50.
[0041]
In this terminal attachment process, the arrangement of the brazing material and each member is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 5, the terminal 20 is inserted into the terminal mounting hole 11 of the metal container body 10. A columnar brazing material preform 51 is inserted into the brazing material insertion hole 12. A plate-shaped brazing material preform body 52 is disposed between the upper end surface of the metal container body 10 and the seal ring 30. In this case, when the metal container body 10 is made of a copper-based material, the surface thereof is subjected to electroless or electrolytic nickel plating. On the other hand, the nickel portion is similarly applied to the metal portion of the terminal 20, that is, the outer surface of the metal pin 21 and the metal tube 23. Further, when the metal container body 10 is made of an aluminum-based material, the surface thereof is subjected to electroless or electrolytic nickel plating treatment and then further subjected to electroless or electrolytic gold plating treatment. On the other hand, the metal portion of the terminal 20 is similarly subjected to nickel plating and gold plating. As described above, after the plating process is performed in advance, the brazing material is arranged as described above. In addition, when the material of the metal container body 10 is a copper-based material, silver brazing (silver-28 wt% copper alloy: melting point 780 ° C.) is used as the brazing material, and when the material of the metal container body is an aluminum-based material, A gold-based brazing material (for example, a gold-silicon alloy) having a melting point lower than that of the material is used.
[0042]
As described above, the seal ring 30 and the terminal 20 are joined to the metal container body 10 by placing the metal container body 10 and the seal ring 30 in a reducing heating atmosphere with the brazing material disposed. In this case, the brazing material preform body 51 melts and flows into the terminal mounting hole 11, and the brazing material is supplied between the outer peripheral surface of the metal tube 23 and the wall surface of the terminal mounting hole 11. In this way, the terminal can be joined to the metal container body without complicated steps.
[0043]
Thereafter, as shown in FIG. 4, a semiconductor element (or a substrate on which the semiconductor element is mounted) 60 is mounted inside the metal container body 10. The semiconductor element 60 and the metal pin 21 are connected by a gold wire 70. A lid 40 as shown in FIG. 3A is placed on the upper end surface of the metal container body 10, and seam welding is performed via the seal ring 30. In this way, a metal package (metal package) 1 in which semiconductor elements are hermetically sealed is completed. In this case, the lid 40 may be joined directly to the upper end surface of the metal container body 10 by laser welding without using the seal ring 30.
[0044]
In addition, the thing of the shape shown to (A) and (B) of FIG. 6 is used for the cover body 40 and the seal ring 30.
[0045]
7 and 8 are perspective views showing a metal container body according to another embodiment (B type) of the present invention. As shown in FIG. 7, a plurality of notches 111 are formed at intervals at the lower end portion of the metal frame 110 as one member constituting the metal container body. In the upper end portion of the metal frame 110, a brazing material insertion hole 112 is formed so as to extend as a through hole so as to communicate with each of the notches 111. The metal substrate 180 is joined to the metal frame 110 configured as described above. The metal base 180 is formed with a screwing hole 181 for inserting a screw when the finished metal package is fixed to an external electric circuit board or the like by screwing.
[0046]
FIG. 9 shows a state in which the terminal 120 as shown in FIG. 20 is inserted into the terminal mounting notch 111 and fixed by brazing. The metal substrate 180 is also fixed to the lower end portion of the metal frame 110 by brazing.
[0047]
FIG. 10B is a cross-sectional view seen from the direction along line XX in FIG. FIG. 10A is a cross-sectional view of the lid 140. As shown in FIG. 10, the brazing material 150 is interposed between the terminal 120 and the metal base 180, so that the terminal 120 is fixed to the metal base 180. Further, the brazing material 150 is supplied to the terminal mounting notch 111 through the brazing material insertion hole 112, and the terminal 120 is joined to the metal frame 110. The seal ring 130 is also joined to the upper end surface of the metal frame 110 by the brazing material 150.
[0048]
The arrangement of the brazing material in the above joining process is schematically shown in FIG. A plate-shaped brazing material preform 153 is inserted between the terminal 120 and the metal substrate 180. A columnar brazing material preform 151 is inserted into the brazing material insertion hole 112 of the metal frame 110. A plate-shaped brazing filler material preform 152 is inserted between the upper end surface of the metal frame 110 and the seal ring 130. Thus, a joining process is performed in the state where a brazing material is arranged.
[0049]
In addition, before the brazing material is disposed, when the material of the metal frame 110 or the metal base 180 is a copper-based material, the surface of those members is subjected to electroless or electrolytic nickel plating. On the other hand, a nickel plating process is similarly applied to the metal portion of the terminal 120. When the metal frame 110 and the metal substrate 180 are made of an aluminum-based material, the surfaces of those members are subjected to electroless or electrolytic nickel plating treatment, and further subjected to electroless or electrolytic gold plating treatment. The On the other hand, the metal plating of the terminal 120 is similarly subjected to nickel plating and gold plating.
[0050]
As described above, after the plating process is performed in advance, the metal frame 110 and the metal substrate 180 are placed in a reducing heating atmosphere in a state where the brazing material is disposed, thereby performing a joining step. At this time, the brazing filler material preform 151 melts and flows into the terminal mounting notch 111. The terminal 120 is fixed to the wall surface of the terminal mounting notch 111 by the brazing material flowing in. At this time, the terminal 120 is simultaneously bonded to the metal base 180 and the seal ring 130 is bonded to the upper end surface of the metal frame 110.
[0051]
Then, as shown in FIG. 11, a semiconductor element (or a substrate on which the semiconductor element is mounted) 160 is mounted on the metal substrate 180. The semiconductor element 160 and the terminal 120 are connected by a gold wire 170. Thereafter, a lid 140 as shown in FIG. 10A is seam welded to the upper end surface of the metal frame 110 with the seal ring 130 interposed. Thus, a metal package (metal package) 100 in which the semiconductor element 160 is hermetically sealed is completed.
[0052]
Also in the above embodiment, when the metal frame 110 and the metal substrate 180 are made of a copper-based material, silver brazing (silver-28 wt% copper alloy: melting point 780 ° C.) is used as the brazing material. In the case of an aluminum material, a gold brazing material (for example, a gold-silicon alloy) having a melting point lower than that of the material is used.
[0053]
In the above two embodiments, when connecting using a seal ring, the material constituting the metal container body is 17 × 10 8 according to the warpage standard of the metal package. ^-6 It preferably has a thermal expansion coefficient of less than / ° C.
[0054]
In addition, the thing of the conventional structure shown by FIGS. 18-20 can be employ | adopted for the terminal joined to the metal container body of this invention.
[0055]
The terminal 20 having the structure shown in FIG. 18 is obtained by joining a metal pin (for example, a pin formed from a trade name of Kovar) 21 with a silver solder inside a through hole of a ceramic tube (for example, an alumina tube) 24. . The ceramic tube 24 is formed on a metallized metal layer (tungsten, molybdenum, manganese) on the outer and inner peripheral surfaces of an electrically insulating ceramic such as alumina, which is formed into a predetermined cylindrical shape by a press molding method and then fired in a predetermined atmosphere. A metal layer made of a refractory metal such as a post-metallizing treatment and a nickel plating treatment.
[0056]
The terminal 20 having the structure shown in FIG. 19 is obtained by inserting a metal pin (for example, a pin made of product name Kovar) 21 into a metal tube (tube made of product name Kovar) and fixing it with a high melting point glass 22. It is.
[0057]
The terminal 120 having the structure shown in FIG. 20 includes an electrically insulating ceramic substrate 122 such as alumina and metallized metal layers (metal layers made of a refractory metal such as tungsten, molybdenum, manganese) 121 and 123. After the ceramic base 122 is formed into a predetermined shape by a sheet forming method as a material of the ceramic base 122, a high melting point metal paste is applied to a predetermined region by printing or the like, and then fired in a predetermined atmosphere, whereby the ceramic base At the same time as 122 is formed, metallized

metal layers

121 and 123 are formed inside and on the outer surface.
[0058]
When an aluminum-based material is used as the material of the metal container body, it is preferable to use an aluminum-silicon composite material containing a large amount of silicon as shown in Table 1 below. As shown in Table 1, an aluminum-silicon composite material containing a large amount of silicon has a smaller coefficient of thermal expansion than that of an aluminum alloy represented by JIS standards, and silicon has a specific gravity smaller than that of aluminum. Thereby, the thermal expansion of the metal container body can be reduced and the weight can be reduced.
[0059]
[Table 1]

[0060]
The aluminum-silicon composite material shown in Table 1 can be variously changed in silicon content by being manufactured using a gas atomizing method. However, the aluminum-silicon composite material used as the material of the metal container body and lid body of the present invention is difficult to mold with a composition having a high silicon content. In consideration of this point and the case of seam welding the container body and the lid body using the seal ring, it is preferable to use an aluminum-silicon composite material containing silicon in an amount of 30 wt% to 80 wt%.
In addition, when an aluminum-based material is used as the material of the container body, the low melting point brazing material used for joining the terminals has long-term reliability and a semiconductor element or semiconductor element. From the viewpoint of the temperature cycle when mounting the substrate or the like, it is preferable to use a gold brazing material such as a gold-silicon alloy.
[0061]
Further, when the terminal is joined to the metal container body by brazing, the seal ring can be joined by brazing at the same time as described in the above two embodiments. When an aluminum-30 to 60 wt% silicon composite is used as the material of the metal container body, a stainless alloy is used as the material of the seal ring, and in the case of an aluminum -60 to 80 wt% silicon composite, the seal is used. The trade name Kovar (iron-29 wt% nickel-17 wt% cobalt alloy) is used as the material of the ring. As described above, when an aluminum-based material is used as the material for the metal container body, the lid and the metal container body are generally joined by laser welding. When the metal container body is made of a material, seam welding can be performed by interposing a seal ring of a predetermined material.
[0062]
As described above, in the metal package of the present invention, the terminals can be joined without a complicated process.
[0063]
【Example】
Example 1
An example of the A type metal package shown in FIGS. 1 to 5 and the B type metal package shown in FIGS. 7 to 12 will be described below.
[0064]
Copper (Cu), trade name Kovar, copper-tungsten composite (CuW) (15 wt% copper-85 wt% tungsten) was used as a material constituting the metal container body 10, the metal frame 110, and the metal base 180. .
[0065]
By cutting these materials, members of two types of metal container bodies shown in FIG. 1 (A type), FIG. 7 and FIG. 8 (B type) were formed by cutting.
[0066]
In the A type, as shown in FIG. 1, the metal container body 10 was formed so that L had dimensions of 50.8 mm, W of 25.4 mm, H of 6.0 mm, and t of 2 mm. In the B type, as shown in FIG. 7, a metal frame 110 was prepared so that L1 had dimensions of 50.8 mm, W1 of 25.4 mm, H1 of 6.0 mm, and t1 of 2 mm. In addition, the metal substrate 180 was prepared so as to have dimensions of L2 of 70.8 mm, W2 of 25.4 mm, and t2 of 2.0 mm. The metal base 180 is provided with a screwing hole 181 used when the finished metal package is fixed to the external electric circuit board by screwing.
[0067]
Terminals having three types of structures shown in FIGS. 18 to 20 were prepared.
As shown in FIG. 18, a metal pin 21 made of the trade name Kovar was used with a diameter of 0.3 mm and a length of 4 mm. The ceramic tube 24 made of alumina was formed in a cylindrical shape, and was formed to have a length of 2.0 mm and a diameter of 2.0 mm. Metallized metal layers were formed on the outer and inner surfaces of the ceramic tube 24. The metal pin 21 was connected to the inside of the through hole of the ceramic tube 24 with silver solder.
[0068]
As shown in FIG. 19, the metal pin 21 made of the trade name Kovar was prepared with a diameter of 0.3 mm and a length of 4 mm. The metal tube 23 made of the product name Kovar was prepared to have a cylindrical shape with an outer shape of 2.0 mm and a wall thickness of 0.1 mm. The metal tube 23 and the metal pin 21 were joined by a high melting point glass 22.
[0069]
As shown in FIG. 20, the ceramic substrate 122 was prepared so that L3 was 4.0 mm, L4 was 2.0 mm, H3 was 0.3 mm, H4 was 0.3 mm, and W3 was 2.0 mm. The metallized metal layer 121 was formed so that w1 was 0.3 mm on the outer surface and w2 was 0.1 mm on the inner surface. The ceramic substrate 122 was made of alumina. The metallized

metal layers

121 and 123 were formed by tungsten metallization. The ceramic substrate 122 was formed by forming into a predetermined shape by a sheet forming method and then firing in a predetermined atmosphere. At the same time, metallized

metal layers

121 and 123 were formed on the inner surface or the outer surface of the ceramic substrate 122 by firing with the tungsten paste applied.
[0070]
As shown in FIG. 6B, the seal ring 30 was prepared having dimensions L5 of 50.8 mm, W5 of 25.4 mm, t5 of 1.0 mm, and W6 of 2.0 mm. The material of the seal ring 30 was prepared from the product name Kovar and from stainless steel (SUS). The seal ring 30 was produced from a raw material plate by etching or press punching.
[0071]
In the A type metal container body 10, as shown in FIG. 1, a hole 11 having a diameter of 2.0 mm was formed on the side wall surface, and a hole 12 having a diameter of 0.8 mm was formed. In the B type metal container body, as shown in FIG. 7, a notch 111 having a size of 2.0 mm × 0.6 mm is formed on the side wall surface of the metal frame body 110, and the upper wall surface of the metal frame body 110. A hole 112 having a diameter of 0.8 mm was formed.
[0072]
Nickel plating having a thickness of about 0.5 μm was applied to the metal container body, the metal frame body, the metal base body, and the metal portion of the terminal.
[0073]
The terminals prepared as described above are fitted into the holes 11 or the notches 111, and as shown in FIGS. 5 and 12, respectively, a cylindrical silver

braze preform body

51 or 151, and a plate-like silver braze.

Preform bodies

52, 152 and 153 were inserted. With the brazing filler metal preform inserted in this manner, the metal container body 10 and the seal ring 30, the metal substrate 180, the metal frame 110 and the seal ring 130 are placed in a reducing heating atmosphere (heating temperature is 850 ° C. ) And brazed.
[0074]
After brazing, a metal package (package without a lid) was completed by performing nickel plating with a thickness of about 2.0 μm and gold plating with a thickness of about 3.0 μm on the outer peripheral surface of the formed metal container body.
[0075]
The bonding state of the terminals was observed with an optical microscope (OM). As shown in FIG. 13, the airtightness was measured by a sneaker method using helium gas. As shown in FIG. 13, before welding the lid to the metal container body 10 (110, 180), the inside of the metal container body 10 is evacuated as indicated by an arrow, and helium is externally supplied by a gas pipe 190. Gas was blown onto the metal container 10, and the airtightness was evaluated by the amount of helium gas detected. At this time, evacuation was performed while the metal container body 10 and the seal ring 30 were sealed by the O-ring 90.
[0076]
Furthermore, after conducting a hermeticity test, in order to evaluate the reliability, a temperature cycle test (a test in which a heat cycle between −65 ° C. and 150 ° C.) is performed 100 cycles, and then the airtightness test is performed again. Evaluation was performed.
[0077]
The results are shown in Table 2 below.
[0078]
[Table 2]

[0079]
Example 2
Similar to Example 1, metal packages of A type (FIGS. 1 to 5) and B type (FIGS. 7 to 12) were produced. In this case, as a material for the metal container body, the metal frame body, and the metal substrate, a material produced by a powder sintering method using an aluminum-silicon alloy powder produced by a gas atomizing method was used. As other materials, commercially available aluminum and aluminum-silicon carbide composite materials were also prepared.
[0080]
In the same manner as in Example 1, an A type metal container, a B type metal frame, and a metal substrate were prepared by cutting. Terminals and seal rings were also prepared in the same manner as in Example 1. The terminal mounting hole and the terminal mounting notch were also formed in the same size as in Example 1.
[0081]
The metal parts of the metal container body, the metal frame body, the metal substrate, and the terminal were subjected to nickel plating with a thickness of about 2.0 μm and gold plating with a thickness of about 3.0 μm.
[0082]
As shown in FIG. 5 or FIG. 12, the terminal 20 or 120 is fitted into the hole 11 or the notch 111, and a

cylindrical preform

51 or 151 made of a metal brazing material (gold-silicon alloy) is formed. The

preform body

52 or 152 and 153 was inserted. With the brazing material preform inserted in this manner, the seal ring 30, the metal container body 10, the seal ring 130, the metal frame 110, and the metal substrate 180 are reduced in a heating atmosphere (heating temperature is 450 ° C.). Brazing was performed by placing it in
[0083]
After brazing, the bonding state of the terminals was observed with an optical microscope (OM).
The lid 40 was prepared from stainless steel (SUS304) and a product name Kovar. As shown in FIG. 6, a lid 40 was prepared having dimensions L7 of 50.8 mm, W7 of 25.4 mm, and t7 of 0.3 mm. And the welding equivalent part of the outer periphery of the cover body 40 was etched so that it might become a thickness of 0.1 mm. Thereafter, the outer surface of the lid 40 was subjected to nickel plating and gold plating.
[0084]
The lid 40 was welded to the upper end surface of the metal container with a seal ring in a nitrogen atmosphere using a parallel seam welder (manufactured by Nippon Avionics Co., Ltd.). The lid body 40 was joined to the metal container body not using the seal ring 30 by laser welding.
[0085]
After welding, as shown in FIG. 14 and FIG. 15, the airtightness was evaluated by performing a pressurized helium leak test. As shown in FIG. 14, the metal package 1 (100) with the lid welded was pressurized in helium gas at 4 atm for 2 hours as indicated by the arrow. Thereafter, as shown in FIG. 15, the airtightness was evaluated by evacuating the metal package 1 from the atmosphere in which the metal package 1 was placed as indicated by arrows.
[0086]
Further, after performing a temperature cycle test in order to evaluate reliability in the same manner as in Example 1, a leak test was performed again to evaluate airtightness.
[0087]
The results are shown in Table 3 below.
[0088]
[Table 3]

[0089]
For comparison, we analyzed the working time and confirmed the yield of a metal package made of an aluminum-based material in which terminals were attached by a conventional method.
[0090]
The results are shown in Tables 4 and 5.
In Tables 4 and 5, as the container bodies of the present invention, those shown in FIGS. 1, 7, and 8 were used as the A type and B type, respectively. As the conventional container, those shown in FIG. 16 and FIG. 17 were adopted as the A type and B type, respectively.
[0091]
In Table 5, the hermetic yield (percentage) after assembly is the leak rate in the pressurized helium leak test of 1 × 10 ^-9 The ratio of the number satisfying atm · cc / sec or less. In all of the conventional devices, a leak occurred in the brazed terminal portion.
[0092]
[Table 4]

[0093]
[Table 5]

[0094]
The embodiments and examples disclosed above are exemplarily shown in all respects and should be considered as not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and includes all modifications and variations within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
[0095]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a metal package can be efficiently manufactured with high yield and high reliability (high airtightness), and as a result, an inexpensive metal package can be provided. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a metal container body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a terminal is joined to a metal container body according to one embodiment of the present invention.
3A is a cross-sectional view of a lid body, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a cross-section viewed from the direction along the line III-III in FIG. 2 and showing a state where a seal ring is joined.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a metal package according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a state of arrangement of brazing material when terminals are joined in one embodiment of the present invention.
6A is a perspective view showing a lid body, and FIG. 6B is a perspective view showing a seal ring.
FIG. 7 is a perspective view showing a metal frame constituting a metal container according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a metal substrate constituting a metal container body according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a metal container body according to another embodiment of the present invention, with a terminal attached.
10A is a cross-sectional view showing a lid body, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing a cross-section viewed from the direction along line XX in FIG. 9 and showing a state where a seal ring is joined. is there.
FIG. 11 is a sectional view showing a metal package according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a state of arrangement of brazing material when terminals are joined in another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing in principle the method of a sneaker-type airtight test used for evaluating the airtightness of a metal package.
FIG. 14 is a schematic diagram showing in principle the first step of a pressurized helium leak test method performed for evaluating the hermeticity of a metal package.
FIG. 15 is a schematic diagram showing in principle the second step of the pressurized helium leak test method performed for evaluating the hermeticity of the metal package.
FIG. 16 is a perspective view showing a metal container body according to one conventional embodiment.
FIG. 17 is a perspective view showing a metal container body according to another conventional embodiment.
FIG. 18 is a perspective view showing an example of the structure of a conventional terminal.
FIG. 19 is a perspective view showing another example of the structure of a conventional terminal.
FIG. 20 is a perspective view showing another example of the structure of a conventional terminal.
FIG. 21 is a side view seen from the direction of XXI in FIG. 20;
22 is a partial cross-sectional view showing a method of joining terminals in the conventional metal container shown in FIG.
FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing a method of joining terminals in the conventional metal container shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1,100 metal package
10 Metal container
11 Terminal mounting hole
12 Brazing material insertion hole
20 terminals
40 lid
50 Brazing material
51, 52, 53 Brazing material preform
60 Semiconductor elements
110 Metal frame
111 Notch for terminal mounting
112 Brazing material insertion hole
120 terminals
140 Lid
150 brazing material
151, 152, 153, 154 A brazing material preform.
160 Semiconductor device
180 Metal substrate

Claims

半導体素子を収容するための金属製の容器体であって、前記容器体の側壁部には開口部が設けられており、その開口部に通ずる貫通孔が前記側壁部の端面から延在するように形成されており、半導体素子用の入出力端子が前記容器体の外面から内面に通ずるように前記開口部に挿入されており、前記貫通孔と前記開口部に充填されたろう材によって前記入出力端子が前記側壁部に固着されている、金属製の容器体。 A metal container for housing a semiconductor element, wherein an opening is provided in a side wall portion of the container body, and a through hole extending to the opening extends from an end surface of the side wall portion. The input / output terminal for the semiconductor element is inserted into the opening so as to pass from the outer surface to the inner surface of the container body, and the input / output is performed by the brazing material filled in the through-hole and the opening. A metal container body in which a terminal is fixed to the side wall portion.

前記入出力端子は、金属管中に金属リードを絶縁性ガラスで埋設した構造を有する、請求項１に記載の金属製の容器体。 The metal input / output terminal according to claim 1, wherein the input / output terminal has a structure in which a metal lead is embedded in an insulating glass in a metal tube.

前記入出力端子は、セラミックス体にメタライズ金属層を埋設した構造を有する、請求項１に記載の金属製の容器体。 The metal input / output terminal according to claim 1, wherein the input / output terminal has a structure in which a metallized metal layer is embedded in a ceramic body.

前記入出力端子は、金属リードをセラミック管に接合した構造を有する、請求項１に記載の金属製の容器体。 The metal input / output terminal according to claim 1, wherein the input / output terminal has a structure in which a metal lead is joined to a ceramic tube.

前記容器体は、銅を含有する材料、鉄を含有する材料およびモリブデン単体材料からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料から形成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の金属製の容器体。The container body is formed of at least one material selected from the group consisting of a material containing copper, a material containing iron, and a simple molybdenum material, according to any one of claims 1 to 4. The metal container body as described.

前記銅を含有する材料は、無酸素銅、銅−タングステン複合材、銅−モリブデン複合材、銅−タングステン−モリブデン複合材、銅とインバー合金のクラッド材、銅とモリブデンのクラッド材および銅とタングステンのクラッド材からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料である、請求項５に記載の金属製の容器体。 The copper-containing material is oxygen-free copper, copper-tungsten composite, copper-molybdenum composite, copper-tungsten-molybdenum composite, copper-invar alloy clad, copper-molybdenum clad, and copper-tungsten. The metal container body according to claim 5, which is at least one material selected from the group consisting of the clad materials.

前記鉄を含有する材料は、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金、インバー合金および鉄−ニッケル合金と銀の複合材からなる群より選ばれた少なくとも１種である、請求項５に記載の金属製の容器体。 6. The material containing iron is at least one selected from the group consisting of iron-nickel-cobalt alloys, iron-nickel alloys, invar alloys, and iron-nickel alloy and silver composites. Metal container body.

前記容器体は、アルミニウムを含有する材料から形成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の金属製の容器体。The said container body is a metal container body as described in any one of Claim 1 to 4 currently formed from the material containing aluminum.

前記アルミニウムを含有する材料は、アルミニウム単体、アルミニウム合金、アルミニウム−シリコン複合材、アルミニウム−シリコンカーバイド複合材およびアルミニウム−ホウ素複合材からなる群より選ばれた少なくとも１種である、請求項８に記載の金属製の容器体。 9. The material containing aluminum is at least one selected from the group consisting of an aluminum simple substance, an aluminum alloy, an aluminum-silicon composite material, an aluminum-silicon carbide composite material, and an aluminum-boron composite material. Metal container body.

前記アルミニウムを含有する材料は、シリコンを３０重量％以上、８０重量％以下含有する複合材料である、請求項８に記載の金属製の容器体。 The metal container according to claim 8, wherein the material containing aluminum is a composite material containing silicon in an amount of 30 wt% to 80 wt%.

前記容器体は、マグネシウム合金から形成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の金属製の容器体。The said container body is a metal container body as described in any one of Claim 1 to 4 currently formed from the magnesium alloy.

前記容器体は、１７×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有する、請求項１に記載の金属製の容器体。The metal container body according to claim 1, wherein the container body has a thermal expansion coefficient of 17 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less.

半導体素子を収容した金属製の容器体と、その容器体を気密封止した金属製の蓋体とを備えた金属製のパッケージであって、前記容器体の側壁には開口部が設けられており、その開口部に通ずる貫通孔が前記側壁部の端面から延在するように形成されており、半導体素子用の入出力端子が前記容器体の外面から内面に通ずるように前記開口部に挿入されており、前記貫通孔と前記開口部に充填されたろう材によって前記入出力端子が前記側壁部に固着されている、金属製のパッケージ。 A metal package comprising a metal container body containing a semiconductor element and a metal lid body hermetically sealed with the container body, wherein an opening is provided on a side wall of the container body. A through hole extending to the opening extends from the end surface of the side wall, and the input / output terminal for the semiconductor element is inserted into the opening so as to communicate from the outer surface to the inner surface of the container body. A metal package, wherein the input / output terminal is fixed to the side wall by a brazing material filled in the through hole and the opening.

前記入出力端子は、金属管中に金属リードを絶縁性ガラスで埋設した構造を有する、請求項１３に記載の金属製のパッケージ。 14. The metal package according to claim 13, wherein the input / output terminal has a structure in which a metal lead is embedded in an insulating glass in a metal tube.

前記入出力端子は、セラミックス体にメタライズ金属層を埋設した構造を有する、請求項１３に記載の金属製のパッケージ。 The metal package according to claim 13, wherein the input / output terminal has a structure in which a metallized metal layer is embedded in a ceramic body.

前記入出力端子は、金属リードをセラミック管に接合した構造を有する、請求項１３に記載の金属製のパッケージ。 14. The metal package according to claim 13, wherein the input / output terminal has a structure in which a metal lead is joined to a ceramic tube.

前記容器体と前記蓋体とがシールリングを介在してシーム溶接されている、請求項１３から１６までのいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The metal package according to any one of claims 13 to 16, wherein the container body and the lid body are seam welded via a seal ring.

前記容器体と前記蓋体とが直接、レーザ溶接されている、請求項１３から１６までのいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The metal package according to any one of claims 13 to 16, wherein the container body and the lid body are directly laser-welded.

前記容器体は、銅を含有する材料、鉄を含有する材料およびモリブデン単体材料からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料から形成されている、請求項１３から請求項１８までのいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。Said container body is made of a material containing copper, it is formed from at least one material selected from the group consisting of materials and molybdenum alone materials containing iron, any of claims 13 to claim 18 one The metal package as described in the item .

前記蓋体は、銅を含有する材料、鉄を含有する材料およびモリブデン単体材料からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料から形成されている、請求項１９に記載の金属製のパッケージ。 The metal package according to claim 19, wherein the lid is formed of at least one material selected from the group consisting of a material containing copper, a material containing iron, and a simple molybdenum material.

前記銅を含有する材料は、無酸素銅、銅−タングステン複合材、銅−モリブデン複合材、銅−タングステン−モリブデン複合材、銅とインバー合金のクラッド材、銅とモリブデンのクラッド材および銅とタングステンとのクラッド材からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料である、請求項１９または２０のいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The copper-containing material includes oxygen-free copper, copper-tungsten composite, copper-molybdenum composite, copper-tungsten-molybdenum composite, copper-invar alloy clad, copper-molybdenum clad, and copper-tungsten. The metal package according to any one of claims 19 and 20, which is at least one material selected from the group consisting of:

前記鉄を含有する材料は、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金、インバー合金および鉄−ニッケル合金と銀の複合材からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料である、請求項１９または２０のいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The iron-containing material is at least one material selected from the group consisting of iron-nickel-cobalt alloys, iron-nickel alloys, invar alloys and iron-nickel alloys and silver composites. Or the metal package as described in any one of 20.

前記容器体は、アルミニウムを含有する材料から形成されている、請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The metal package according to any one of claims 13 to 18, wherein the container body is formed of a material containing aluminum.

前記蓋体は、アルミニウムを含有する材料から形成されている、請求項２３に記載の金属製のパッケージ。 24. The metal package according to claim 23, wherein the lid is made of a material containing aluminum.

前記アルミニウムを含有する材料は、アルミニウム単体、アルミニウム合金、アルミニウム−シリコン複合材、アルミニウム−シリコンカーバイド複合材、およびアルミニウム−ホウ素複合材からなる群より選ばれた少なくとも１種の材料である、請求項２３または２４のいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The material containing aluminum is at least one material selected from the group consisting of an aluminum simple substance, an aluminum alloy, an aluminum-silicon composite material, an aluminum-silicon carbide composite material, and an aluminum-boron composite material. The metal package according to any one of 23 and 24.

前記アルミニウムを含有する材料は、シリコンを３０重量％以上、８０重量％以下含有する複合材料である、請求項２３または２４のいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The material containing aluminum, silicon 30% by weight or more, a composite material containing 80 wt% or less, a metal package of any one of claims 23 or 24.

前記容器体は、マグネシウム合金から形成されている、請求項１３から１８までのいずれか一項に記載の金属製のパッケージ。The metal package according to any one of claims 13 to 18, wherein the container body is formed of a magnesium alloy.

前記蓋体は、マグネシウム合金から形成されている、請求項２７に記載の金属製のパッケージ。 28. The metal package according to claim 27, wherein the lid is made of a magnesium alloy.

前記容器体は、１７×１０^-6／℃以下の熱膨張係数を有する、請求項１３に記載の金属製のパッケージ。The metal package according to claim 13, wherein the container body has a thermal expansion coefficient of 17 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less.