JP6927829B2 - 接合構造および半導体パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、金属端子と線路導体との間に介在する接合材を含む接合構造および半導体パッケージに関する。

光半導体素子等の半導体素子が実装される半導体パッケージとして、半導体素子が実装される基板と、基板に固定された金属端子とを備えるものが知られている。基板に対する半導体素子の実装および金属端子の固定は、例えば、誘電体基板等の絶縁性部材を介して行なわれる。

この場合、半導体パッケージにおいて、誘電体基板に、金−スズまたはスズ−銀等のろう材を介して信号端子が接合されて、固定されている。信号端子は金属製のリードピン端子等である。誘電体基板の表面のうちろう材が接合される部分には金属層があらかじめ設けられる（例えば特許文献１を参照）。

国際公開第2017／033860号 特開平９−330949号公報

半導体パッケージにおいて、信号端子と誘電体基板等の基板との電気的および機械的な接続の信頼性向上が求められている。また、そのような接続信頼の向上に有効な接合構造が求められている。

本発明の一つの態様の接合構造は、端部を有する金属端子と、該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えている。また、前記接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第１接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第１接合材と前記線路導体との間に介在している第２接合材とを有し、前記第１接合材は、前記金属粒子間に位置する空隙をさらに含んでおり、前記第２接合材における前記空隙の割合は、前記第１接合材における前記空隙の割合よりも大きい。

本発明の一つの態様の半導体パッケージは、第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面側に位置する線路導体と、前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端部を有する金属端子とを備えており、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合材とを備えている。また、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に上記構成の接合構造を有している。

本発明の一つの態様の接合構造によれば、例えば接合材のクラック等の、熱応力による接合構造の機械的な破壊の可能性を低減することができる。

本発明の一つの態様の半導体パッケージによれば、上記構成の接合構造を有することから、金属端子と信号線路との機械的および電気的な接続信頼性が高い半導体パッケージを
提供することができる。

本発明の実施形態の接合構造を示す断面図である。 図１のＡ部分を拡大して示す断面図である。 図２の変形例を示す断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の反対側から見た斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。 本発明の他の実施形態の接合構造における要部を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。

本発明の実施形態の接合構造および半導体パッケージについて、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の接合構造を示す断面図であり、図２は、図１のＡ部分を拡大して示す断面図であり、図３は、図２の変形例を示す断面図である。また、図４（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の反対側から見た斜視図である。また、図５（ａ）は本発明の実施形態の半導体パッケージの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。

本発明の実施形態の接合構造Ｃは、端部１ａを有する金属端子１と、線路導体２と、金属端子１の端部１ａと線路導体２とを接合している接合部３とを有している。接合部３は、よって金属端子１の端部１ａと線路導体２とが互いに接合されている。接合部３は、金属粒子を含んでおり、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に位置している部分を含む第１接合材３ａと、金属粒子および金属粒子に位置する空隙４ａを含んでおり、第１接合材３ａと線路導体２との間に介在している第２接合材３ｂとを有している。接合部３は導電性を有するものであるときに、接合部３を介して金属端子１と線路導体２とが互いに機械的および電気的に接続されている。なお、金属端子１の端部１ａは、金属端子１の先端および先端に近い部分であり、例えば、後述する半導体パッケージにおける基板５の第１面５ａ側に位置する部分である。

この接合構造Ｃは、例えば外部接続用の金属端子１と、半導体素子と電気的に接続される線路導体２と、金属端子１および線路導体２が所定の位置関係で配置される基板５を含む半導体パッケージにおける、金属端子１と線路導体２との接合部３を介した接合に用いられる。本発明の実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１と、線路導体２と、金属端子１と線路導体２との間に介在している接合部３と、金属端子１および線路導体２が配置されている基板５とを有し、さらに、金属端子１と線路導体２との間に上記実施形態の接合構造Ｃを有している。

また、図４および図５に示す例において、半導体パッケージ10は、さらに、線路導体２が実際に配置されて基板５に固定されている絶縁板６と、絶縁板６に接合されているサブマウント７とを有している。基板５は、第１面５ａおよび第１面と反対側の第２面５ｂを有し第１面５ａと第２面５ｂとの間で基板５を厚み方向に貫通している貫通孔５ｃとを有している。金属端子１は、第２面５ｂから第１面５ａにかけて、貫通孔５ｃ内を通って基板５を貫通している。金属端子１の端部１ａは第１面５ａ側に位置している。基板５の第１面５a側に絶縁板６が位置し、これにより基板５の第１面５ａ側に線路導体２が配置さ
れている。この、基板５の第１面５ａ側で、上記構成の接合構造Ｃを介して金属端子１の端部１ａと線路導体２とが互いに接合されている。

この半導体パッケージ10は、例えば、光半導体素子等の半導体素子（図示せず）を気密封止するものである。半導体素子は、絶縁板６に搭載されるとともに線路導体２と電気的に接続される。基板５の、半導体素子が搭載された第１面５ａ側が金属製ケース（ＣＡＮ）（図示せず）で封止されれば、いわゆるＴＯ（Transistor Outline）−ＣＡＮ型の半導体パッケージが形成される。半導体素子が光半導体素子であるときには、光信号の入出力用の開口を有する金属ケースが用いられる。

実施形態の接合構造Ｃにおいて、金属端子１は、例えば上記のような半導体パッケージ10における外部接続用の導電路としての機能を有する。この場合、金属端子１は、細長い帯状または棒状等のリード（ピン）端子である。金属端子１は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金または銅を含む合金材料等の金属材料からなる。金属端子１は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金からなる場合は、鉄−ニッケル−コバルト合金のインゴット（塊）に圧延加工、打ち抜き加工、切削加工およびエッチング加工等から適宜選択した金属加工を施すことによって製作することができる。

金属端子１は、例えば図４および図５に示す例のように、複数の金属端子１が並んで基板５に固定されるものでもよい。図４および図５に示す例では、信号伝送用の一対の金属端子１が基板５を貫通して配置されている。それぞれの金属端子１は、基板５の第１面５ａ側に位置する端部１ａを有している。

なお、図４および図５に示す例では、一対の金属端子１と並んで、接地端子８が配置されている。接地端子８は、金属端子１と同様の金属材料を用い、同様の方法で製作することができる。半導体パッケージ10における金属端子１および接地端子８の構成および機能の詳細については後述する。

金属端子１は、例えば、長さが1.5〜22ｍｍで直径が0.1〜１ｍｍの線状である。信号伝送用の場合、一対の金属端子１の機械的強度、特性インピーダンス（以下、単にインピーダンスという）のマッチングおよび半導体パッケージ10としての小型化等を考慮すれば、それぞれの金属端子１の直径は0.15〜0.25ｍｍとする。金属端子１の直径が0.15ｍｍ以上であれば、例えば半導体パッケージ10の取り扱い時における金属端子１の曲がり等を抑制することが容易であり、作業性の向上等において有利である。また、金属端子１の直径が0.25ｍｍ以下であれば、金属端子１が貫通する貫通孔５ｃの径を小さく抑えることができるため、基板５の小型化、つまりは半導体パッケージ10の小型化に対して有効である。

線路導体２は、例えば、半導体パッケージ10における半導体素子接続用の導体として機能を有している。半導体素子と線路導体２との電気的な接続は、ボンディングワイヤまたははんだ等の低融点ろう材を介して行なわれる。ボンディングワイヤの場合であれば、ボールボンド法等のボンディング法によって半導体素子（電極）と線路導体２とに順次、金ワイヤまたはアルミニウムワイヤ等のボンディングワイヤを接合することにより、半導体素子を線路導体２に電気的に接続させることができる。この線路導体２と金属端子１とが接合部３を介して互いに接合されて、半導体素子と外部電気回路とを電気的に接続する導電路が構成される。

前述したように、線路導体２は、例えば絶縁板６の表面に形成されている。この絶縁板６が基板５の第１面５ａ側に固定されて、線路導体２が基板５の第１面５ａ側に位置している。この第１面５ａ側において、線路導体２に金属端子１の端部１ａが位置し、後述する接合部３を介して両者が互いに接合されている。

線路導体２は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウ
ム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料から適宜選択された金属材料またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。線路導体２は、メタライズ層、めっき層および薄膜層等の形態で形成することができる。線路導体２は、前述したように絶縁板６に形成されたものであり、金、銅、ニッケル、銀等の薄膜層を含むものであるときには、チタン、クロム、タンタル、ニオブ、ニッケル−クロム合金、窒化タンタル等の密着金属層をさらに含むものでもよい。密着金属層は、絶縁板６と薄膜層との間に位置し、線路導体２の絶縁板６に対する密着性を向上させる機能を有する。

線路導体２の厚みは、例えば電気抵抗の低減および内部応力の抑制等を考慮して、0.1
〜５μｍ程度に設定される。また、密着金属層の厚みは、絶縁板６に対する密着性の向上および内部応力の抑制等を考慮して、0.01〜0.2μｍ程度に設定される。なお、線路導体
２は、密着金属層と薄膜層との間に、両者の相互拡散を抑制する拡散抑制層をさらに含んでいてもよい。拡散抑制層は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、チタン−タングステン合金等の金属材料により形成することができる。拡散抑制層の厚みは、例えば上記の相互拡散の抑制および線路導体２における電気抵抗の抑制等を考慮して、約0.05〜１μｍに設定される。

また、線路導体２は、メタライズ法によって絶縁板６の表面に配置されたものであるときには、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、白金およびパラジウム等の金属材料から適宜選択された金属材料を含んでいて構わない。この場合には、例えば、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダ等とともに混練して作製した金属ペーストを、絶縁板６と焼成することによって線路導体２を形成することができる。

絶縁板６は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ケイ素質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミックス絶縁材料によって形成されている。絶縁板６は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約1300〜1600℃の所定温度で焼成する。以上の工程によって絶縁板６を製作することができる。

線路導体２がタングステン等のメタライズ層からなる場合には、メタライズ層（線路導体２）用の金属ペーストを絶縁板６となるグリーンシートの表面に所定パターンに印刷し、同時焼成する製造方法を用いてもよい。この場合には、絶縁板６と線路導体２とを一体的に製作することができる。そのため、線路導体２と絶縁板６との接合の強度および生産性等の向上に関しては有効である。

金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に介在している接合部３は、例えば、銀、銅、金およびパラジウム等の金属材料またはこれらの金属材料を含む合金等の金属材料からなる金属粒子を含有している。金属粒子同士が互いに金属結合によって結合し合い、接合部３としてまとまった形状になっている。また、この金属粒子が金属端子１および線路導体２それぞれに含有されている金属成分と結合し合っている。これにより、金属端子１と線路導体２との接合部３を介した接合が行なわれている。なお、図２および図３では、多数の金属粒子がまとまった部分を柱状の部分（柱状部４ｂ）として示している。また、第１接合材３ａおよび第２接合材３ｂは、互いに同じ組成の上記金属材料によって形成されているものでも構わない。この場合には、空隙４ａの存在が、第２接合材３ｂの構成を特徴づけるものになる。

接合部３のうち第１接合材３ａは、金属端子１と線路導体２とを機械的および電気的に接続する接合部３としての機械的な強度および接合性ならびに導電性を確保する機能を有している。すなわち、第１接合材３ａは、接合部３のバルク部分または本体部分とみなすことができる。空隙４ａは、柱状部４ｂの間に、複数の柱状の空間として存在している。それぞれの空隙４ａは、線路導体２から第１接合材３ａにかけて伸びるように位置している。

また、第２接合材３ｂは、第１接合材３ａを線路導体２に強固に接合させるとともに、熱応力等の応力を緩和する機能を有している。すなわち、第２接合材３ｂが有する空隙４ａにより、例えば金属端子１と接合部３との間に生じる熱応力が吸収され、緩和される。金属端子１の端部１ａと接合部３との接合界面に沿って空隙４ａが位置しているため、この空隙４ａにおいて接合部３の表面部分の変形が容易である。この変形により、例えば線路導体２または線路導体２が位置している基体である絶縁板６と金属端子１との間に生じる熱応力を、吸収して緩和することができる。したがって、例えば接合部３のクラック等の、熱応力による接合構造Ｃの機械的な破壊の可能性を低減することができる。すなわち、金属端子１と線路導体２との電気的および機械的な接続の信頼性が高い接合構造Ｃを提供することができる。

空隙４ａは、上記の熱応力の緩和を考慮すれば、線路導体２と接合部３の第２接合材３ｂとが接し合う接合界面のうち30〜70％程度の面積比で存在している。言い換えれば、接合部３の第２接合材３ｂは、線路導体２に面している表面のうち30〜70％程度の面積の領域では、線路導体２と実際に接合されていなくて構わない。さらに言い換えれば、第２接合材３ｂは、線路導体２に面している表面のうち30〜70％程度の範囲で実際に接合されていればよい。上記の空隙４ａ部分の面積比が30％程度以上であれば、熱応力を効果的に吸収し、緩和することができる。また、その面積比が70％以下であれば、接合部３（第２接合材３ｂ）の線路導体２に対する実際の接合面積を大きくして、両者間の接合強度を効果的に向上させることができる。

また、上記のような空隙４ａを含む第２接合材３ｂは、体積の割合として、空隙４ａを20〜60％程度含有しているものであればよい。これにより、線路導体２と接合部３の第２接合材３ｂとが接し合う接合界面のうち30〜70％程度の面積比で空隙４ａを位置させることが容易になる。第２接合材３ｂの厚さは、例えば、１〜50μｍ程度であればよい。また、接合部３全体の厚さ（互いに対向し合う線路導体２と金属端子１の端部１ａとの間に位置する接合部３の寸法）に占める第２接合材３ｂの厚さは、例えば５〜20％程度であればよい。

なお、第２接合材３ｂ等の接合部３における空隙４ａの割合は、例えば、接合部３の断面を観察して、一定の面積に存在する空隙４ａの割合として測定することができる。また、接合部３の空隙４ａの割合は、気孔率または空隙率測定で知ることもできる。具体的には、画像処理および解析ソフトを用いたＣ１スキャン法または空隙４ａを液体で飽和させて空隙４ａに入った液体の体積で測定する液浸法等が挙げられる。なお、後述するように第１接合材３ａが空隙４ａを含む場合にも、上記のような種々の方法で空隙４ａの割合を測定することができる。

なお、図３および図４の例では、多数の金属粒子が互いに結合してなる柱状部４ｂの間に柱状等の空隙４ａが位置しているが、空隙４ａは、この形態には限定されない。例えば、断面視における面積がより小さい楕円形状または不定形状の空隙４ａであっても構わない。この場合、空隙４ａは、線路導体２または第１接合材３ａに接するように位置しているものと、第２接合材３ｂの内部に閉じた空間として存在するものとをともに含むものであってもよく、いずれか一方のみを含むものでもよい。

また、空隙４ａの寸法（空隙４ａを挟んで対向し合う柱状部４ｂの表面間の距離等）は、空隙４ａへの水分等の腐食成分の入り込み抑制等を考慮すれば、１μｍ程度の小さいものにすればよい。

空隙４ａの寸法は、金属粒子の粒径、接合時の加熱温度等の接合条件、金属粒子の材料および接合時に接合部３に作用する重力等の外力の大きさおよび向き等の条件を適宜調整すればよい。例えば、絶縁板６に対する熱応力の緩和を大きくしたい場合は、空隙４ａの寸法を大きくし、線路導体２と金属端子１との間の接合部３を介した伝熱性を向上させればよい。

なお、接合部３を介した金属端子１と線路導体２との接合は、例えば次のようにして行なわれる。まず、銀等の上記金属材料の粒子（実際には多数の粒子の集合物）を有機溶剤およびバインダとともに混練してペーストを作製する。次に、このペーストを間に挟んで金属端子１の端部１ａを線路導体２の所定部位に位置合せし、ジグ等で仮固定する。その後、これらを電気炉等で加熱してペースト中の金属粒子同士を焼結させる。このときに、バインダ成分間の重合等が生じるようにしてもよい。すなわち、接合部３は、金属粒子間の金属結合に加えて、有機成分の重合体による接合の作用を含んでいてもよい。上記バインダ成分を含有するペーストによる接合の温度は、例えば約200〜300℃に設定される。

また、接合部３における金属粒子は、金属粒子間の接合の容易さおよび接合の強度等を考慮したときに、１μｍ程度またはそれ未満の粒径である微小粒子（いわゆるサブミクロン粒子、サブナノ粒子、ナノ粒子）であってもよいし、微小粒子とミクロン単位の金属粒子との混合物であってもよい。接合部３となるペーストは、このような微小粒子を金属粒子として用いるときに、互いに重合し合う有機樹脂成分を含有していてもよい。このような有機樹脂成分としては、例えば重合性のカルボン酸誘導体等を挙げることができる。

また、接合部３は、微小粒子である金属粒子を含有するものである必要はなく、銀または銅等の結晶粒子を金属粒子として含有する多結晶体であってもよい。この場合も、ペーストにおける有機成分の含有量を比較的多くすること等の方法で、空隙４ａを生じさせことができる。

実施形態の接合構造Ｃにおいて、例えば図３に示すように、接合部３が第３接合材３ｃをさらに有していてもよい。第３接合材３ｃは、前述した金属粒子と同じ金属材料を主成分としているとともに線路導体２の表面に沿って位置している薄層（薄層としては符号なし）からなる。第３接合材３ｃにおいて、主成分の金属材料は、例えば約80質量％以上含有されている。

この薄層（第３接合材３ｃ）は、第２接合材３ｂと線路導体２との間に介在している部分を含んでいる。図３では、線路導体２と第２接合材３ｂとの接合界面の全面に沿って第３接合材３ｃが位置している例を示している。なお、第３接合材３ｃは、主成分である金属粒子と同じ金属材料に加えて、例えば線路導体２に含有されているのと同じ金属材料（例えばパラジウム、タングステン、白金、チタン等）を含有していてもよいし、第２接合材３ｂと同様の組成であってもよい。

第３接合材３ｃを形成する薄層は、例えば厚みが0.1〜10μｍ程度の金属層である。こ
のような薄層が接合部３に存在することにより、水分の付着による線路導体２の腐食等の可能性を効果的に低減することができる。

薄層は、例えば、接合部３（上記のペースト）を介した金属端子１と線路導体２との接合時の加熱の温度および時間等を調整することで生成させることができる。例えば、上記の接合温度を接合部３となるペーストの接合温度の上限（300℃等）程度に設定して、金
属端子１と線路導体２との接合を行なうようにすればよい。このときの熱で接合部３中の銀等の成分が金属端子１の端部１ａ表面に沿って濡れ拡がり、薄層を形成する。

また、図３に示す例では、第３接合材３ｃと線路導体２との界面部分に拡散層９が位置している。拡散層９は、第３接合材３ｃおよび線路導体２それぞれの成分をともに含有している。すなわち、拡散層９は、線路導体２を形成しているタングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、パラジウム、白金、ロジウム、ニッケルおよびコバルト等の金属材料の１種または複数種と、第３接合材３ｃ（金属粒子等）を形成している銀、銅、金およびパラジウム等の金属材料の１種または複数種とを含んでいる。

拡散層９は、例えば、接合材３を介した線路導体２と金属端子１との接合時に加えられる熱により、互いに接し合っている線路導体２の金属材料と第３接合材３ｃの金属材料とが相互拡散して生成したものである。また、拡散層９は、例えば銀または銅等の融点が比較的低い金属材料が、タングステン、パラジウムまたは白金等の融点が比較的高い金属材料中に拡散して生成したものであっても構わない。

線路導体２と接合部３の第３接合材３ｃとの間に、両者の成分をあわせて含有している拡散層９が存在していることにより、線路導体２と第３接合材３ｃとの接合強度が効果的に向上する。これにより、線路導体２と接合部３および金属端子１との接合強度を向上させることができる。したがって、金属端子１を介した半導体素子と外部電気回路との電気的な接続信頼性等の向上に有利な半導体パッケージ10の製作に適した接合構造Ｃとすることができる。

また、図３に示す例では、第１接合材３ａが、金属粒子の間に介在する空隙４ａをさらに含んでいる。また、この場合において、第１接合材３ａにおける空隙４ａの割合よりも、第２接合材３ｂにおける空隙４ａの割合の方が大きい。この場合には、空隙４ａの存在の割合が比較的大きいことが、第１接合材３ａに対して第２接合材３ｂの構成を特徴づけるものになる。この場合において、第１接合材３ａにおける空隙４ａの体積の割合は、例えば１〜30％程度であって、第２接合材３ｂにおける空隙４ａの体積の割合（前述した20〜60％程度等）よりも小さい数値に設定される。

上記の各例において、第２接合材３ｂが、線路導体２のうち接合部３を介して金属端子１と対向している領域（以下、対向領域ともいう）に位置している。つまり、第２接合材３ｂに含まれる空隙４ａが、線路導体２と金属端子１との接合部３を介した接合部分に位置している。対向領域に第２接合材３ｂ（つまり空隙４ａ）が位置している場合には、線路導体２および接合部３において熱応力が集中しやすい対向領域において、熱応力を効果的に緩和することができる。したがって、特に熱応力の緩和について有利であり、信頼性の向上に有効な接合構造Ｃとすることができる。

空隙４ａを含む第２接合材３ｂを対向領域に位置させるには、例えば、接合部３となるペーストの粘度および有機バインダ等の成分の種類および含有量、接合温度、接合時の加熱時間、および線路導体２に含有されている金属材料の種類等を調整して、金属粒子を、線路導体２から離れた位置で柱状部４ｂ等の形状に結合させるようにすればよい。例えば、有機バインダとして重合開始温度が比較的低いものを用いれば、接合時の初期段階でペーストが固化しやすいため、ペーストのバルク中で金属粒子間の結合が生じやすく、ペーストと線路導体２との界面近くでは金属粒子間の結合が生じにくい。そのため、金属粒子間の結合が生じやすい部分が第１接合材３ａになり、生じにくい部分が第２接合材３ｂとなる。これにより、例えば図３に示すような形態の接合部３が形成され、この接合部３を含む接合構造が形成される。

また、上記の各例において、金属粒子が銀粒子であるときには、次のような点で有利である。すなわち、接合部３における熱伝導性（つまり、接合構造Ｃおよびこれを含む半導体パッケージ10の放熱性等）、線路導体２および金属端子１を含む信号の伝送路における電気抵抗の低減等に有利である。また、半導体素子の実装または金属ケースの接合等のための熱負荷工程においても再溶融しづらい、アウトガスが少ないという利点が挙げられる。

この場合の銀粒子は、銀を99.9質量％以上含有する、いわゆる純銀であってもよく、微量の銅または金等の他の成分を含有するものでもよい。また、金属粒子の全部が銀粒子でなくてもよく、例えば銀粒子と銅粒子の両方が金属粒子に含まれていてもかまわない。

なお、金属粒子が銅粒子であるとき、または銅粒子を含むときには、金属粒子の全部が銀粒子であるときに比べて、イオンマイグレーションの可能性を低減すること、経済性を向上させること等においては有利である。

上記実施形態の各例において、接合構造Ｃは、第１接合材３ａと金属端子１（特に端部１ａ）との間に介在している補助接合部３Ａをさらに備えていてもよい。補助接合部３Ａは、第２接合材３ｂおよび第３接合材３ｃのいずれかと同じ組成である。図６に示す例では、接合部３の第１接合材３ａと金属端子１との間に、第２接合材３ｂと同様の組成の補助第２接合材３ｂｂと、第３接合材３ｃと同様の組成の補助第３接合材３ｃｃとの両方が位置している。すなわち、この例における補助接合部３Ａは、補助第２接合材３ｂｂと補助第３接合材３ｃｃとを有している。図６は、本発明の他の実施形態の接合構造における接合構造Ｃおよび半導体パッケージ10の要部を拡大して示す断面図である。図６において図１〜図５と同様の部位には同様の符号を付している。

なお、この場合の「同じ組成」とは、金属材料の種類および含有率が同様である構成に限定されず、空隙４ａおよび柱状部４ｂを含む構成が第２接合材３ｂと補助第２接合材３ｂｂとが互いに同様である場合も含まれる。このときに、第２接合材３ｂと補助第２接合材３ｂｂとの間で両者の金属成分が多少異なっていても構ない。すなわち、構造として、補助第２接合材３ｂｂが第２接合材３ｂと同じであればよい。ただし、空隙４ａの体積の割合等の数値は、第２接合材３ｂと補助第２接合材３ｂｂとで多少異なっていても構わない。

前述したように、本発明の実施形態の半導体パッケージは次の構成を有している。すなわち、本実施形態の半導体パッケージ10は第１面５ａおよび第１面５ａと反対側の第２面５ｂを有する基板５と、基板５の第１面５ａ側に位置する線路導体２と、基板５の第２面５ｂから第１面５ａにかけて貫通しており、第１面５ａ側に端部１ａを有する金属端子１と、金属粒子を含んでおり、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に介在している接合部３とを有している。また、本実施形態の半導体パッケージ10は、金属端子１の端部１ａと線路導体２との間に、上記いずれかの構成の接合構造Ｃを有している。

上記形態の半導体パッケージ10によれば、上記いずれかの構成の接合構造Ｃを有することから、金属端子１と線路導体２との機械的および電気的な接続信頼性が高い半導体パッケージ10を提供することができる。

基板５の第１面５ａ側は、前述した金属ケースで封止される側である。基板５と金属ケースとの間に形成される空間内に、半導体素子および金属端子１の端部１ａが封止される。また、図４および図５等に示す例では、基板５の貫通孔５ｃ内に封止材（符号なし）が位置している。封止材は、金属端子１と貫通孔５ｃとの間の隙間を塞ぐ機能を有している。封止材は、ガラス材料またはセラミック材料等の絶縁材料からなる。このような絶縁材料の例としては、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス等のガラス、およびこれらのガラスに熱膨張係数や比誘電率を調整するためのセラミックフィラーを加えたものが挙げられる。この絶縁材料は、金属端子１におけるインピーダンスマッチング（比誘電率）および封止の信頼性等を考慮して、適宜選択することができる。

サブマウント７は、基板５の第１面５ａ上に設けられ、第１面５ａに平行な基板搭載面を有する。半導体パッケージ10において、サブマウント７は、絶縁板６に搭載される電子部品が発生する熱を基板５へ伝導する機能等を有している。すなわち、サブマウント７は、半導体パッケージ10の外部に放熱する放熱材としての機能を有する。

サブマウント７は、基板５と一体に形成されていてもよく、冷却部材（例えば、ペルチェ素子など）を含んでいてもよい。サブマウント７が基板５と一体に形成されている場合、サブマウント７は、基板５と同様の金属材料からなる。これにより、半導体パッケージ10における放熱性が効果的に確保される。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。

例えば、図７に示すように、接合部３は、ピン端子１の先端（図７では右端）から線路導体２に対向している端部１ａの広い範囲においてピン端子１に接合されていないものでもよい。この場合には、ピン端子１の先端部の中央から端部１ａに対向する線路導体２にかけて、接合部３が滑らかにフィレットＦを作っている。なお、図７は、本発明の他の実施形態の接合構造を示す断面図である。図７において図１〜図５と同様の部位には同様の符号を付している。

図７に示すような例では、上記フィレットＦの存在によって、接合部３の線路導体２に対する接合強度も向上させることができる。したがって、接合部３を介した線路導体２と金属端子１との接合強度および接続信頼性の向上に有効な接合構造Ｃおよび半導体パッケージ10とすることができる。

１・・金属端子
１ａ・・端部
２・・線路導体
３・・接合部
３Ａ・・補助接合部
３ａ・・第１接合材
３ｂ・・第２接合材
３ｂｂ・・補助第２接合材
３ｃ・・第３接合材
３ｃｃ・・補助第３接合材
４ａ・・空隙
４ｂ・・柱状部
５・・基板
５ａ・・第１面
５ｂ・・第２面
５ｃ・・貫通孔
６・・絶縁板
７・・サブマウント
８・・接地端子
９・・拡散層
10・・半導体パッケージ
Ｃ・・接合構造
Ｆ・・フィレット

Claims (8)

1. 端部を有する金属端子と、
   該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、
   前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えており、
   該接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第１接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第１接合材と前記線路導体との間に介在している第２接合材とを有し、
   前記第１接合材は、前記金属粒子間に位置する空隙をさらに含んでおり、
   前記第２接合材における前記空隙の割合は、前記第１接合材における前記空隙の割合よりも大きい接合構造。
2. 端部を有する金属端子と、
   該金属端子の前記端部が位置している線路導体と、
   前記金属端子の前記端部と前記線路導体とを接合している接合部とを備えており、
   該接合部は、金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に位置している部分を含む第１接合材と、金属粒子および該金属粒子間に位置する空隙を含んでおり、前記第１接合材と前記線路導体との間に介在している第２接合材とを有し、
   前記接合部が、前記金属粒子と同じ金属材料を主成分としているとともに前記線路導体の表面に沿って位置している薄層からなり、前記第２接合材と前記線路導体との間に介在している部分を含む第３接合材をさらに有している接合構造。
3. 前記第３接合材と前記線路導体との界面部分に、前記第３接合材および前記線路導体それぞれの成分をともに含有している拡散層が介在している請求項２記載の接合構造。
4. 前記第１接合材における前記空隙または前記第２接合材における前記空隙の少なくともいずれか一方は、前記金属粒子の間に位置する柱状の空間を含む請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の接合構造。
5. 前記第２接合材が、前記線路導体のうち前記接合部を介して前記金属端子と対向している領域に位置している請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の接合構造。
6. 前記金属粒子が銀粒子である、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の接合構造。
7. 前記第１接合材と前記金属端子との間に介在しており、前記第２接合材および前記第３
   接合材のいずれかと同じ組成である補助接合部をさらに備えている請求項２又は３記載の接合構造。
8. 第１面および該第１面と反対側の第２面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面側に位置する線路導体と、
   前記基板の前記第２面から前記第１面にかけて貫通しており、前記第１面側に端部を有する金属端子とを備えており、
   金属粒子を含んでおり、前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に介在している接合部とを備えており、
   前記金属端子の前記端部と前記線路導体との間に、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の接合構造を有している半導体パッケージ。

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