JPH06204352A - Semiconductor ceramic package board and lid - Google Patents

Semiconductor ceramic package board and lid

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JPH06204352A
JPH06204352A JP4359037A JP35903792A JPH06204352A JP H06204352 A JPH06204352 A JP H06204352A JP 4359037 A JP4359037 A JP 4359037A JP 35903792 A JP35903792 A JP 35903792A JP H06204352 A JPH06204352 A JP H06204352A
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JP
Japan
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lid
solder
metal
package
base
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JP4359037A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Kimura
幸広 木村
Rokuro Kanbe
六郎 神戸
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
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    • H01L2224/73253—Bump and layer connectors

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Abstract

PURPOSE:To provide a package base and a lid which are unlimited in shape, wherein a package is relaxed in thermal stress caused by thermal expansion difference between the base and the lid when the package is sealed up by soldering, a meniscus failure caused by an improper amount of solder is eliminated, and troubles such as imperfect airtightness, cracks, and the like are eliminated. CONSTITUTION:A ring-shaped metallized layer 3 is provided onto the upside of a package base 1, and a ring-shaped metal projection 5 smaller in width than the metallized layer 3 is provided onto the upside of the metallized layer 3. Furthermore, the package base 1 is formed of material such as ceramic low in thermal expansion, and the metal projection 5 may be formed of material such as copper. Conversely, a similar metal projection may be provided to a package lid.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を収容し気
密封止するためのセラミックパッケージ基体、蓋体及び
封止したセラミックパッケージに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic package base for housing and hermetically sealing a semiconductor element, a lid and a sealed ceramic package.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、セラミックパッケージ用材料とし
て広く用いられているアルミナを用いたパッケージで
は、コバール等のシールリングを銀ろう付けし、そのシ
ールリングと蓋体とを、低温ろう付けやシーム溶接によ
り接合し気密封止していた。このアルミナとコバール等
とは熱膨張率が整合するため、銀ろう付けやシーム溶接
等の熱処理をしても熱応力の発生は少なく、問題は生じ
なかった。しかし、集積回路の大型化やフリップチップ
実装化に伴い、集積回路素子のシリコンと熱膨張率を整
合させるため、低熱膨張セラミックが用いられるように
なってくると、今度はシールリングや蓋体との熱膨張率
の差が大きくなり、銀ろう付けやシーム溶接では、熱応
力により、セラミックにクラックが入るようになってき
た。かかる欠点に対して、蓋体を樹脂とする樹脂封止や
ハンダによる封止による解決が図られた。ところが、前
者は、樹脂ゆえに吸湿等により完全な気密性がえられな
い問題点があった。また、後者では、上記問題点は無い
ものの、熱応力の発生は避けられず、従ってパッケージ
形状（特に大きさ）の限定がされると共に、ハンダ供給
量のコントロールが必要であった。即ち、ハンダ量が多
いと、蓋体の自重等でハンダ層が押しつぶされて、ハン
ダのはみだしが生じたり、断面が太鼓状になって変形し
難くなるため、基体と蓋体間の熱応力を吸収することが
出来なくなり、外観的にも好ましくない。一方、ハンダ
量が少ないと、ハンダが封着層に十分に回らず、メニス
カスの形成が不十分となり、気密性が十分でない他、外
観からも気密不良が疑われ好ましくないため、ハンダ量
をコントロールする必要があるのである。2. Description of the Related Art Conventionally, in a package using alumina which has been widely used as a material for a ceramic package, a seal ring such as Kovar is silver brazed, and the seal ring and a lid are subjected to low temperature brazing or seam welding. Were joined together and hermetically sealed. Since the coefficient of thermal expansion of this alumina and that of Kovar, etc. match, even if heat treatment such as silver brazing or seam welding is performed, thermal stress is less likely to occur and no problem has occurred. However, with the increase in the size of integrated circuits and flip-chip mounting, low thermal expansion ceramics have come to be used to match the coefficient of thermal expansion with silicon of integrated circuit elements. The difference in the coefficient of thermal expansion between the two became large, and cracks began to appear in the ceramic due to thermal stress during silver brazing and seam welding. The drawbacks have been solved by resin sealing using a lid as resin or sealing with solder. However, the former has a problem that the airtightness cannot be obtained due to moisture absorption and the like because of the resin. Further, in the latter case, although the above problem does not occur, the occurrence of thermal stress is unavoidable, so that the package shape (particularly the size) is limited and it is necessary to control the solder supply amount. That is, when the amount of solder is large, the solder layer is crushed by the weight of the lid body or the like to cause solder squeeze-out, or the section becomes a drum shape and it is difficult to deform, so that the thermal stress between the base body and the lid body is reduced. It cannot be absorbed, and it is not preferable in appearance. On the other hand, when the amount of solder is small, the solder does not sufficiently flow to the sealing layer, the formation of meniscus is insufficient, the airtightness is not sufficient, and the poor airtightness is also suspected from the appearance, so the amount of solder is controlled. It is necessary to do it.

【０００３】[0003]

【解決しようとする課題】本発明は、かかる問題点に鑑
み、熱応力を吸収し、熱応力によるパッケージ形状の制
限をなくし、更に、ハンダ供給量のばらつきを吸収しう
る基体あるいは蓋体またはこれらを封着したパッケージ
を提供することにある。尚、熱応力は、通常、パッケー
ジ基体と蓋体との間に熱膨張率の相違がある場合に起こ
るものであるが、基体と蓋体が同材質あるいは同等の熱
膨張率を持っていても、両者に温度差が生ずるような場
合には起こり得るものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a base body or a lid body that absorbs thermal stress, eliminates restrictions on the package shape due to thermal stress, and further absorbs variations in the amount of solder supplied. To provide a sealed package. The thermal stress usually occurs when there is a difference in thermal expansion coefficient between the package base and the lid, but even if the base and the lid have the same material or the same thermal expansion coefficient, However, this may occur when a temperature difference occurs between the two.

【０００４】[0004]

【問題を解決するための手段】本発明は、パッケージ基
体上面に環状のメタライズ層を設け、当該メタライズ層
の上面に、当該メタライズ層の幅よりも小さい幅を持
つ、環状の金属突起を設けたことを特徴とする。更に、
当該パッケージ基体の材質が、低熱膨張セラミックであ
ることや、金属突起の材質が、銅であることを特徴する
場合もある。パッケージ蓋体下面に環状のメタライズ層
を設け、当該メタライズ層の下面に、当該メタライズ層
の幅よりも小さい幅を持つ、環状の金属突起を設けたこ
とを特徴とし、更に、当該パッケージ蓋体の材質が、低
熱膨張セラミックであることや、金属突起の材質が、銅
であることを特徴とする場合もある。半導体セラミック
パッケージが、かかる基体や蓋体を、半田にて封着した
ことを特徴とする場合もある。According to the present invention, an annular metallization layer is provided on the upper surface of a package substrate, and an annular metal protrusion having a width smaller than the width of the metallization layer is provided on the upper surface of the metallization layer. It is characterized by Furthermore,
In some cases, the material of the package base is low thermal expansion ceramic, and the material of the metal protrusion is copper. An annular metallization layer is provided on the lower surface of the package lid, and an annular metal protrusion having a width smaller than the width of the metallization layer is provided on the lower surface of the metallization layer. In some cases, the material is low thermal expansion ceramic, and the material of the metal protrusion is copper. In some cases, the semiconductor ceramic package is characterized in that the base body and the lid body are sealed with solder.

【０００５】セラミックパッケージ用基体及び蓋体の材
質は、アルミナに比べシリコンの熱膨張率に近い、低熱
膨張セラミックが好適であり、例えば、ムライト、窒化
アルミニウム、ガラスセラミック、窒化珪素などのセラ
ミックが使用される。但し、アルミナセラミックでも、
熱膨張率の相違する材料を相手方の基体あるいは蓋体に
使用する場合には、本発明が利用可能である。更に、本
発明にかかるセラミック基体には、コバール、４２合金
等の金属蓋体を組み合わせて使用することも出来る。金
属突起の材料は、ニッケル等の材質でも良いが、金属突
起自身が変形して基体と蓋体間の熱応力を吸収する作用
をも奏させるために、一般に柔らかいといわれる金属、
例えば、銅、金、銀、ニオブ等が好適に使用される。中
でも、銅が特に好適であり、また、金属突起は通常メッ
キで形成される。尚、上述の銅等の金属は必ずしも純粋
金属である必要はなく、他の物を含む例えば銅合金であ
ってもよい。メッキは電気メッキ、無電界メッキのいず
れでも良い。また、通常は、当該金属突起の保護用とし
て、Ｎｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、Ｎｉ−Ｓｎメッキ
等を施し、酸化防止やハンダによるいわゆる銅くわれ等
を防止する。環状の金属突起は、一周にわたってつなが
っているのが通常であるが、一または数カ所で途切れ
た、いわば点線状になっていてもよい。また、金属突起
の幅は、通常角部等を除き、一周にわたり同一の幅を有
するが、熱応力の発生が均一でない場合には、金属突起
の幅を変化せしめて、メニスカスや当該金属突起による
熱応力の吸収の程度を変化することもある。金属突起の
下地となるメタライズ層は、セラミックとの同時焼成に
よってタングステン層等を形成したり、金属ペースト
（銅、銀パラジウムあるいはモリブデン等）を塗布し焼
き付けても良く、スパッタリング等による薄膜メタライ
ズによりＴｉ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｐｄ、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｃｕ、
等の層を形成してもよい。薄膜スパッタリングは寸法精
度の点で他の方法よりも優れている。尚、これらのメタ
ライズ層は、このまま使用される場合もあるが、銅その
他のメッキにより厚みを増して、ハンダ封着しやすくし
たり、金属突起を形成し易くする場合が多い。As a material of the ceramic package base and the lid, a low thermal expansion ceramic having a thermal expansion coefficient closer to that of silicon than alumina is suitable, and for example, ceramics such as mullite, aluminum nitride, glass ceramic and silicon nitride are used. To be done. However, even with alumina ceramic,
The present invention can be used when the materials having different thermal expansion coefficients are used for the base body or the lid body of the other party. Further, the ceramic substrate according to the present invention may be used in combination with a metal cover made of Kovar, 42 alloy or the like. The material of the metal protrusions may be a material such as nickel, but a metal that is generally said to be soft because the metal protrusions themselves also deform and absorb the thermal stress between the base and the lid,
For example, copper, gold, silver, niobium and the like are preferably used. Of these, copper is particularly suitable, and the metal protrusions are usually formed by plating. The above-mentioned metal such as copper does not necessarily have to be a pure metal, and may be, for example, a copper alloy containing other substances. The plating may be electroplating or electroless plating. In addition, Ni plating, Ni-Au plating, Ni-Sn plating, etc. are usually applied to protect the metal projections to prevent oxidation and so-called copper nicks due to solder. The annular metal protrusions are normally connected over the entire circumference, but may be so-called dotted lines that are interrupted at one or several places. In addition, the width of the metal projections is usually the same throughout the circumference except for the corners, but when the generation of thermal stress is not uniform, the width of the metal projections is changed to vary depending on the meniscus or the metal projections. The degree of absorption of thermal stress may change. The metallization layer that serves as the base of the metal protrusions may be formed by forming a tungsten layer or the like by co-firing with a ceramic, or by coating and baking a metal paste (copper, silver-palladium, molybdenum, or the like). -Cu, Ti-Pd, Ti-Mo-Cu,
Layers may be formed. Thin film sputtering is superior to other methods in terms of dimensional accuracy. Although these metallized layers may be used as they are, they are often thickened by plating with copper or the like to facilitate solder sealing or to form metal projections.

【０００６】本発明にかかる基体を使用する場合に、蓋
体がコバール等のハンダ付け出来る金属以外の材質の場
合には、基体の金属突起に対応した環状部分に、メタラ
イズ層等を設けハンダ付けできるようにしておくこと
は、言うまでもない。逆に、本発明にかかる蓋体を使用
する場合には、蓋体の金属突起に対応した基体の上面に
環状にメタライズ等によりハンダ付け可能な層を設ける
ことも言うまでもない。蓋体でなく、半導体素子のシリ
コン等を直接封止する（図９参照）如き場合では、シリ
コン等に、メタライズ層を設けることに相当する。ハン
ダ封着に使用するハンダは、通常のＰｂ−Ｓｎ合金半田
で良いが、成分比やＩｎ、Ａｓ等の添加物の量を変える
ことで融点を変化できる。また、その他の低温ろう材、
例えばＡｕ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｇｅ系ろう材が使用される
場合もある。ハンダ層は、ハンダメッキによる方法やハ
ンダペーストを塗布する方法の他、ハンダディップでも
形成される。In the case of using the substrate according to the present invention, when the lid body is made of a material other than solderable metal such as Kovar, a metallized layer or the like is provided on the annular portion corresponding to the metal projection of the substrate and soldered. It goes without saying that you should be able to do so. On the contrary, when the lid according to the present invention is used, it goes without saying that a layer that can be soldered by metallization or the like is annularly provided on the upper surface of the base corresponding to the metal protrusion of the lid. In the case of directly encapsulating silicon or the like of the semiconductor element instead of the lid (see FIG. 9), this corresponds to providing a metallized layer on the silicon or the like. The solder used for the solder sealing may be a normal Pb-Sn alloy solder, but the melting point can be changed by changing the component ratio and the amount of additives such as In and As. In addition, other low temperature brazing materials,
For example, Au-Sn based or Au-Ge based brazing material may be used. The solder layer is formed by solder dipping as well as solder plating or a solder paste coating method.

【０００７】[0007]

【作用】本発明は、パッケージ基体上面に環状のメタラ
イズ層を設け、当該メタライズ層の上面に、当該メタラ
イズ層の幅よりも小さい幅を持つ、環状の金属突起を設
けたので、蓋体とハンダ封止を行ったとき、ハンダ層が
メニスカスを形成し、従って、発生する熱応力に応じて
当該メニスカスが変形して熱応力を吸収する作用を有す
る。金属突起に、銅などの柔らかい金属を用いれば、更
に、当該金属突起も変形して熱応力を吸収する作用を持
つ。また、金属突起が蓋体を支えるため、多少ハンダ量
が変動してもハンダ封着部分は、金属突起の高さ以下に
はつぶれないので、良好なメニスカスを形成出来る作用
を有する。図５の如く、基体にハンダ付け等された半導
体素子によって蓋体が支えられ、基体と蓋体間に間隔が
生じている場合でも、金属突起により間隔が狭くなるの
で、良好なメニスカスが形成され易くなることは同じで
あり、熱応力の緩和もまた同様である。このことは、金
属突起が蓋体に設けられる場合でも同様である。上記説
明から判るように、本発明は、低熱膨張セラミック製の
基体あるいは蓋体を、熱膨張率の異なる相手方とハンダ
封止するときに有効であるが、アルミナ製の基体又は蓋
体であっても、相手方との熱膨張率が異なる場合には、
有効であることは明かである。また、同様な熱膨張率を
持つ基体と蓋体を使用しても、消費電力の大きい半導体
パッケージの場合、基体あるいは蓋体の一方が、他方に
比し高温になる場合があり、この様な場合でも本発明は
有効である。尚、図９の如く、基体と蓋体との組合せで
なく、基体と半導体素子をハンダ付けする場合も同様に
有効である。According to the present invention, the annular metallization layer is provided on the upper surface of the package substrate, and the annular metal protrusion having a width smaller than the width of the metallization layer is provided on the upper surface of the metallization layer. When sealing is performed, the solder layer forms a meniscus, and accordingly, the meniscus has a function of absorbing the thermal stress by being deformed in accordance with the generated thermal stress. If a soft metal such as copper is used for the metal protrusions, the metal protrusions also have a function of deforming and absorbing thermal stress. Further, since the metal projections support the lid, the solder-sealed portion does not collapse below the height of the metal projections even if the amount of solder fluctuates, so that a good meniscus can be formed. As shown in FIG. 5, even if the lid is supported by the semiconductor element soldered to the base, and a gap is formed between the base and the lid, the gap is narrowed by the metal protrusion, so that a good meniscus is formed. The same is the case of facilitation, and the relaxation of thermal stress is also the same. This is the same even when the metal projection is provided on the lid. As can be seen from the above description, the present invention is effective when soldering a base body or lid body made of low thermal expansion ceramic with a partner having a different thermal expansion coefficient. Also, if the coefficient of thermal expansion differs from that of the other party,
It is clear that it is effective. Even if a base and a lid having similar thermal expansion coefficients are used, one of the base and the lid may have a higher temperature than the other in the case of a semiconductor package with high power consumption. Even in this case, the present invention is effective. Incidentally, as shown in FIG. 9, the same effect can be obtained when soldering the base and the semiconductor element instead of the combination of the base and the lid.

【０００８】[0008]

【実施例】本発明の第１の実施例を図面と共に説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例の断面図である。半
導体素子を収容するセラミックパッケージ基体１は、ム
ライト質セラミックよりなる多層配線基板であり、中央
部には半導体素子を収容設置するための凹部１０が設け
られている。パッケージ基体上面２にはＴｉ−Ｃｕスパ
ッタリング及びＣｕメッキによるメタライズ層３が設け
られている。メタライズ層は、幅０.５ｍｍ、厚み１０
μｍである。当該メタライズ層の上面４には、その幅
０.３ｍｍ、厚み１５０μｍの銅製の金属突起５が形成
されている。本金属突起５は、以下の如く形成される。 ドライフィルムをパッケージ基体上面２及びメタライ
ズ上面４に貼り、突起を形成したい環状部分のみ露光現
像して、開口させる。 Ｃｕメッキにて、突起部（幅；３００μｍ、高さ；１
５０μｍ）を形成する。 続いて、保護用にニッケルメッキ（２μｍ程度）を施
す。 ドライフィルムを取り除き、突起部以外のスパッタ膜
をエッチングにて除去する。 仕上げメッキとしてニッケル及びハンダメッキ（３０
μｍ）を施す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of the first embodiment of the present invention. The ceramic package base 1 for accommodating the semiconductor element is a multilayer wiring board made of mullite ceramic, and a recess 10 for accommodating and installing the semiconductor element is provided in the central portion. A metallization layer 3 formed by Ti-Cu sputtering and Cu plating is provided on the upper surface 2 of the package base. The metallized layer has a width of 0.5 mm and a thickness of 10
μm. On the upper surface 4 of the metallized layer, a metal projection 5 made of copper and having a width of 0.3 mm and a thickness of 150 μm is formed. The metal protrusion 5 is formed as follows. A dry film is attached to the upper surface 2 of the package base and the upper surface 4 of the metallization, and only the annular portion where the protrusion is to be formed is exposed and developed to open. With Cu plating, protrusions (width: 300 μm, height: 1
50 μm) is formed. Subsequently, nickel plating (about 2 μm) is applied for protection. The dry film is removed, and the sputtered film other than the protrusions is removed by etching. Finish plating nickel and solder plating (30
μm) is applied.

【０００９】図２に、第１の実施例にかかるパッケージ
基体に、コバール製の蓋体をハンダ封止した場合を示
す。図１と同じ番号は同じ部分を示す。コバール製蓋体
６は、自重によって金属突起５に当接する。但し、ハン
ダ層が間にあるため、完全に密着している訳ではない。
金属突起５にメッキされたハンダは、加熱により融解
し、蓋体の封止部７をも濡らして滑らかに流れ、ハンダ
層８となってメニスカス９を形成する。更に、冷却され
ると共に、基体１と蓋体６の熱膨張率違いにより発生す
る熱応力を、メニスカス９と金属突起５が変形して吸収
する。従って、良好な気密封止が出来る。比較例１とし
て、金属突起の無いもので、ハンダ封止を行ったとこ
ろ、図７の如くとなり、気密封止が行えた。そこで、実
施例１と比較例１のサンプルをＭＩＬ規格８８３Ｃ コ
ンディションＣに規定する温度サイクル試験を行って、
熱応力に対する、耐久性を調査した。結果を、表１に示
す。FIG. 2 shows a case where a Kovar lid is solder-sealed to the package base according to the first embodiment. The same numbers as in FIG. 1 indicate the same parts. The Kovar lid 6 contacts the metal protrusion 5 by its own weight. However, since the solder layer is between them, they are not completely adhered.
The solder plated on the metal projections 5 is melted by heating, wets the sealing portion 7 of the lid body, and flows smoothly, forming the solder layer 8 and forming the meniscus 9. Further, while being cooled, the meniscus 9 and the metal projections 5 are deformed and absorb the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient between the base 1 and the lid 6. Therefore, good hermetic sealing can be achieved. As Comparative Example 1, when solder sealing was performed without a metal projection, the result was as shown in FIG. 7, and airtight sealing was performed. Then, the samples of Example 1 and Comparative Example 1 were subjected to a temperature cycle test specified in MIL standard 883C condition C,
The durability against thermal stress was investigated. The results are shown in Table 1.

【００１０】 分母はサンプル数を、分子は不良数を示す。良・不良の
判定は、ヘリウムリークディテクタを用い、リーク量が
１０-8cc/sec以上の場合を不良とした。不良となった物
は、封止部付近にクラック生じていた。[0010] The denominator indicates the number of samples and the numerator indicates the number of defects. A helium leak detector was used to judge whether the leak was good or bad, and the case where the leak rate was 10 -8 cc / sec or more was judged as bad. The defective product had cracks in the vicinity of the sealed portion.

【００１１】実施例２として、ハンダメッキが薄く（１
５μｍ）、ハンダの量が、不十分である場合を図３に示
す。ハンダの量が少ないため、流れるハンダは少ない
が、メニスカス９の形成は十分に行われる。金属突起５
によって気密封止すべき領域は制限され、この領域のみ
メニスカス９が形成されれば、気密は保たれるためであ
る。一方、比較例２として、金属突起を形成しないで、
ハンダメッキ層を形成した場合において、同様にハンダ
メッキが薄く（１５μｍ）、ハンダメッキ量が少ないも
ので封止した場合を、図４に示す。蓋体の自重でハンダ
層８の厚みは薄くされるが、ハンダが濡らすべき面積は
変わらないので、メニスカスの形成が、不十分な場合が
ある。かかる場合には、気密封止に問題があり、外観上
からも気密性が疑われ好ましくない。従って、この様な
状態を防止する為、ハンダ層は厚めに形成する必要があ
り、実際にそのようにするのが通常である。前述の如
く、図５の如く蓋体が半導体素子１１により支えられ
て、基体１と蓋体６の封止部に間隔が生じている場合に
はなおさらかかる問題が顕著である。本比較例２の場
合、熱衝撃試験をするまでもなく、すでに１／１０が気
密不良となった。実施例２と比較例２の熱応力耐久性
を、上記と同様に温度サイクル試験によって調査した。
結果を、表２に示す。As a second embodiment, the solder plating is thin (1
5 μm) and the case where the amount of solder is insufficient is shown in FIG. Since the amount of solder is small, less solder flows, but the meniscus 9 is sufficiently formed. Metal protrusion 5
This is because the area to be hermetically sealed is limited by the above, and if the meniscus 9 is formed only in this area, the hermeticity is maintained. On the other hand, as Comparative Example 2, without forming metal protrusions,
FIG. 4 shows a case where the solder plating layer is formed and the solder plating is thin (15 μm) and the amount of solder plating is small. Although the thickness of the solder layer 8 is reduced by the weight of the lid body, the area to be wetted by the solder does not change, so that the formation of the meniscus may be insufficient. In such a case, there is a problem in hermetic sealing, and airtightness is suspected from the appearance, which is not preferable. Therefore, in order to prevent such a state, it is necessary to form the solder layer thicker, and it is usual to do so. As described above, if the lid is supported by the semiconductor element 11 as shown in FIG. 5 and a gap is formed between the base 1 and the sealing portion of the lid 6, this problem becomes more serious. In the case of this Comparative Example 2, 1/10 had already become airtight without needing a thermal shock test. The thermal stress durability of Example 2 and Comparative Example 2 was investigated by the temperature cycle test as described above.
The results are shown in Table 2.

【００１２】 比較例のサンプル数が９ケであるのは、１ケが実験前か
ら気密不良だったからである。本発明によれば、ハンダ
層厚みが薄くても、良好な気密性が得られることが判
る。[0012] The number of samples in the comparative example is nine because one sample had poor airtightness before the experiment. According to the present invention, it can be seen that good airtightness can be obtained even if the thickness of the solder layer is small.

【００１３】図６には、実施例３として、ハンダメッキ
量が過多（メッキ厚５０μｍ）である場合を示す。ハン
ダ量が多くても、金属突起５が蓋体６を支えるため、ハ
ンダ層８は一定以下には薄くならず、メニスカス９の大
きさが変化するのみで、気密性も良好である。 図８に
は、比較例３として、金属突起を形成しない場合におい
て、ハンダメッキ量（メッキ厚５０μｍ）が過多である
場合を示す。ハンダ層８は、蓋体の自重で押しつぶさ
れ、太鼓状となっている。かかる場合には、気密性には
問題無いものの、過剰のハンダがはみ出して流れたもの
もあり、外観上好ましくない。同様に、実施例３と比較
例３の熱応力耐久性を、上記と同様に温度サイクル試験
によって調査した。結果を、表３に示す。FIG. 6 shows, as a third embodiment, a case where the solder plating amount is excessive (plating thickness 50 μm). Even if the amount of solder is large, the metal projections 5 support the lid 6, so that the solder layer 8 does not become thin below a certain level, only the size of the meniscus 9 changes, and the airtightness is also good. FIG. 8 shows, as Comparative Example 3, the case where the metal projection is not formed and the solder plating amount (plating thickness 50 μm) is excessive. The solder layer 8 is crushed by the weight of the lid and has a drum shape. In such a case, although there is no problem with the airtightness, there is a case in which excessive solder overflows and flows, which is not preferable in appearance. Similarly, the thermal stress durability of Example 3 and Comparative Example 3 was investigated by the temperature cycle test as described above. The results are shown in Table 3.

【００１４】 本発明によれば、ハンダ層厚みが厚い場合でも、良好な
気密性が得られることが判る。メニスカス及び金属突起
の熱応力吸収作用が働いたからであると解される。比較
例３では、不良となっったものは、ハンダとセラミック
の界面にクラックが入っていた。ハンダが十分あるた
め、当初は気密性に問題が無かったものの、繰り返し熱
応力を受けると、太鼓状になったハンダ層では、変形で
きないために、蓋体と基体の間に発生する熱応力を吸収
できなかった為と解される。[0014] According to the present invention, it can be seen that good airtightness can be obtained even when the thickness of the solder layer is large. It is understood that this is because the thermal stress absorbing action of the meniscus and the metal projections worked. In Comparative Example 3, the defective one had cracks at the interface between the solder and the ceramic. Initially, there was no problem with the airtightness because there was sufficient solder, but when thermal stress was repeatedly applied, the drum layer that was drum-shaped could not be deformed, so the thermal stress generated between the lid and the substrate It is understood that it could not be absorbed.

【００１５】第４の実施例として、セラミックの蓋体に
金属突起を設けた場合を、図８に示す。窒化アルミニウ
ム質セラミックの蓋体２１の下面にメタライズ層２２を
タングステンペーストを塗布、同時焼成して形成する。
更に当該メタライズ層２２の下面２３に、第１の実施例
と同様にして金製の金属突起２４を形成する。保護層の
ニッケルメッキ層も同様に形成した。図８は、この様に
して製造した蓋体２１を、アルミナ質セラミック基体２
５とハンダ封止した場合である。基体２５の上面の金属
突起に対応した部分には、メタライズ層２６を設けるこ
とは当然である。ハンダ層は、基体２５側のメタライズ
層２６にペーストを塗布して形成した。蓋体の窒化アル
ミニウムと基体のアルミナとの熱膨張率の相違に起因す
る熱応力は、第１の実施例と同様に、金属読起部が吸収
し問題は生じない。メスニカスの形成も良好であり、ハ
ンダ量が変動しても、実施例２、３と同様に良好なメス
ニカスを形成する。As a fourth embodiment, FIG. 8 shows the case where metal projections are provided on the ceramic lid. The metallized layer 22 is formed on the lower surface of the aluminum nitride ceramic lid 21 by applying a tungsten paste and simultaneously firing the paste.
Further, a metal projection 24 made of gold is formed on the lower surface 23 of the metallized layer 22 as in the first embodiment. The nickel plating layer of the protective layer was also formed in the same manner. In FIG. 8, the lid 21 manufactured in this manner is used as the alumina ceramic substrate 2
5 and the case where soldering is performed. The metallized layer 26 is, of course, provided on the portion of the upper surface of the base 25 corresponding to the metal protrusion. The solder layer was formed by applying a paste to the metallized layer 26 on the base 25 side. The thermal stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the aluminum nitride of the lid and the alumina of the base is absorbed by the metal reading portion, as in the first embodiment, and no problem occurs. The formation of Mesnicus is also good, and even if the amount of solder fluctuates, good Mesnicus is formed as in Examples 2 and 3.

【００１６】図１０には、基体と蓋体を封止するのでな
く、基体と半導体素子を封止する場合を示す。アルミナ
質セラミック基体３１に、Ｔｉ−Ｃｕスパッタリングお
よびＣｕメッキによりメタライズ層３２を設け、当該メ
タライズ層３２の上面３３に第１の実施例と同様に銅製
の金属突起３４をニッケルメッキ保護層及びハンダメッ
キ層と共に形成した。なお、半導体素子の入出力端子部
に接続する部分にも、同様な方法でメタライズ層３６お
よび金属突起（配線接続用バンプ）３７を形成した。本
実施例では、金属突起３４と配線接続用バンプ３７は、
メッキにより同時に形成するため、その高さは同一とな
った。半導体素子（シリコン）３５を被せ、ハンダ封止
を行った。金属突起により熱応力が吸収され、良好なメ
ニスカスも形成された。なお、素子との配線導通は、ハ
ンダ３６によってバンプ３７と接続されることで行って
いる。FIG. 10 shows a case where the base body and the semiconductor element are not sealed but the base body and the semiconductor element are sealed. A metallized layer 32 is provided on the alumina-based ceramic substrate 31 by Ti-Cu sputtering and Cu plating, and a copper metal protrusion 34 is formed on the upper surface 33 of the metallized layer 32 by a nickel plating protective layer and solder plating as in the first embodiment. Formed with layers. The metallized layer 36 and the metal protrusions (wiring connection bumps) 37 were formed in the same manner on the portion connected to the input / output terminal portion of the semiconductor element. In this embodiment, the metal protrusion 34 and the wiring connecting bump 37 are
Since they were formed simultaneously by plating, their heights were the same. A semiconductor element (silicon) 35 was covered and solder sealing was performed. Thermal stress was absorbed by the metal protrusions, and a good meniscus was also formed. The wiring is electrically connected to the element by being connected to the bump 37 by the solder 36.

【００１７】[0017]

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明により形
成されるメニスカスの熱応力吸収作用により、セラミッ
クパッケージ基体やセラミック蓋体のクラックを防止
し、確実な気密封止が出来る。更に、多少ハンダ量が変
動してもハンダ封着部分は、良好なメスニカスを形成出
来るので、この点でも良好な気密封止が出来、外観上も
良好となる。このことは、金属突起が基体、蓋体のいず
れに設けられる場合でも同様である。As described above in detail, the thermal stress absorbing action of the meniscus formed according to the present invention prevents cracks in the ceramic package base body and the ceramic lid body, and ensures reliable hermetic sealing. Further, even if the amount of solder fluctuates to some extent, a good female mesh can be formed in the solder-sealed portion, so that also in this respect, good hermetic sealing can be achieved, and the appearance is also good. This is the same regardless of whether the metal projection is provided on the base or the lid.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の第１の実施例のセラミックパッケージ
用基体の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a ceramic package base body according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第１の実施例の基体を用いたハンダ封
着状態を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a solder-sealed state using the base body of the first embodiment of the present invention.

【図３】第１の比較例（従来例）にかかる断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view according to a first comparative example (conventional example).

【図４】本発明の第２の実施例の基体のハンダ封着状態
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a solder-sealed state of a base body according to a second embodiment of the present invention.

【図５】第２の比較例にかかる断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view according to a second comparative example.

【図６】基体が半導体素子に支えられている場合の比較
例にかかる断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view according to a comparative example in which the base body is supported by the semiconductor element.

【図７】本発明の第３の実施例の基体のハンダ封着状態
を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a solder-sealed state of a base body according to a third embodiment of the present invention.

【図８】第３の比較例にかかる断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view according to a third comparative example.

【図９】本発明の第４の実施例の蓋体のハンダ封着状態
を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a solder-sealed state of a lid body according to a fourth embodiment of the present invention.

【図１０】本発明の第４の実施例の蓋体のハンダ封着状
態を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a solder-sealed state of a lid body according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１、２５ 基体 ２、 基体の上面 ３、２６、３２ 基体のメタライズ層 ４、３３ 基体のメタライズ層上面 ５、２４、３４ 金属突起 ６、２１ 蓋体 ７、 蓋体封着部 ８、 ハンダ層 ９、 メニスカス １０ 半導体素子設置用凹部 １１、３５ 半導体素子 ２２ 蓋体のメタライズ層 ２３ 蓋体のメタライズ層下面 ３６ 基体のメタライズ層（素子導通用） ３７ 配線接続用バンプ ３８ 素子導通用ハンダ 1, 25 Substrate 2, Substrate upper surface 3, 26, 32 Substrate metallization layer 4, 33 Substrate metallization layer upper surface 5, 24, 34 Metal protrusion 6, 21 Lid 7, Lid sealing portion 8, Solder layer 9 Meniscus 10 Recessed portion for semiconductor element installation 11, 35 Semiconductor element 22 Metallized layer of lid 23 Lower surface of metallized layer of lid 36 Base metallized layer (for element conduction) 37 Wiring connection bump 38 Solder for element conduction

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】上面に環状のメタライズ層を設け、当該メ
タライズ層の上面に、当該メタライズ層の幅よりも小さ
い幅を持つ、環状の金属突起を設けたことを特徴とする
半導体セラミックパッケージ基体。1. A semiconductor ceramic package substrate, comprising an annular metallization layer provided on an upper surface thereof, and an annular metal protrusion having a width smaller than a width of the metallization layer provided on an upper surface of the metallization layer. 【請求項２】当該パッケージ基体の材質が、低熱膨張セ
ラミックであることを特徴とする請求項１の半導体セラ
ミックパッケージ基体。2. The semiconductor ceramic package substrate according to claim 1, wherein the material of the package substrate is low thermal expansion ceramic. 【請求項３】当該金属突起の材質が、銅であることを特
徴とした請求項１又は２の半導体セラミックパッケージ
基体。3. The semiconductor ceramic package substrate according to claim 1, wherein the metal projection is made of copper. 【請求項４】蓋体と請求項１から３の半導体セラミック
パッケージ基体とを、半田にて封着したことを特徴とす
る半導体セラミックパッケージ。4. A semiconductor ceramic package, characterized in that the lid and the semiconductor ceramic package substrate according to any one of claims 1 to 3 are sealed by soldering. 【請求項５】下面に環状のメタライズ層を設け、当該メ
タライズ層の下面に、当該メタライズ層の幅よりも小さ
い幅を持つ、環状の金属突起を設けたことを特徴とする
半導体セラミックパッケージ蓋体。5. A semiconductor ceramic package lid characterized in that an annular metallization layer is provided on the lower surface, and an annular metal protrusion having a width smaller than the width of the metallization layer is provided on the lower surface of the metallization layer. . 【請求項６】当該パッケージ蓋体の材質が、低熱膨張セ
ラミックであることを特徴とする請求項５の半導体セラ
ミックパッケージ蓋体。6. The semiconductor ceramic package lid body according to claim 5, wherein the material of the package lid body is low thermal expansion ceramics. 【請求項７】当該金属突起の材質が、銅であることを特
徴とした請求項５又は６の半導体セラミックパッケージ
蓋体。7. The semiconductor ceramic package lid according to claim 5, wherein the material of the metal protrusion is copper. 【請求項８】基体と請求項５から７の半導体セラミック
パッケージ蓋体とを、半田にて封着したことを特徴とす
る半導体セラミックパッケージ。8. A semiconductor ceramic package comprising a base and the semiconductor ceramic package lid according to any one of claims 5 to 7 sealed by solder.
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