JPS6243155A - 集積回路パッケ−ジ - Google Patents

集積回路パッケ−ジ

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JPS6243155A
JPS6243155A JP60181692A JP18169285A JPS6243155A JP S6243155 A JPS6243155 A JP S6243155A JP 60181692 A JP60181692 A JP 60181692A JP 18169285 A JP18169285 A JP 18169285A JP S6243155 A JPS6243155 A JP S6243155A
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coefficient
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Tomoji Oishi
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路パッケージに係わり、特に、基板に
熱伝導性がよく、半導体素子の熱膨張係数に近似した炭
化ケイ素質セラミックスを用いた集積回路パッケージに
関する。
〔従来の技術〕
セラミックス質絶縁基板、キャップ及び封止ガラスによ
って気密に囲われた小室内に、半導体素子並びに外部か
ら導入されたリード端部と両者を電気的に接続した接合
部とを収容した構造からなる集積回路パッケージは、今
日広く実用に供せられている。
そのようなパッケージを用いた際の難点として半導体素
子に生じた熱の放熱特性が挽めて悪いということである
。このことは半導体素子の大容叶化、高集積化及び小型
化を図るうえで大きな障害となっている。従って、集積
回路パッケージにおいて、半導体素子を接着する絶縁基
板には、電気絶縁性とともに優れた熱伝導性を有するこ
とが要求される。また、シリコンを用いた集積回路を接
着するために、基板用材料としては、熱膨張係数がシリ
コンに近似することが望まれる。
このような要求を満足する材料として、炭化ケイ素質セ
ラミックスがある。それを絶縁基板として、熱放散性の
良好な集積回路パッケージの製作を可能にした（特開昭
５９−１３４８５２．特開昭６Ｏ−６６８４３）　）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前記炭化ケイ素質基板の適用に関する検討の進
行に伴い、炭化ケイ素質基板に半導体素子を搭載し、半
導体素子に電気的リード端部を接続し、これら、半導体
素子とリード接続部をキャップと封止ガラスによりパッ
ケージをつくり、ガラスを貫通して電気的リードを外部
に取り出す集積回路パッケージを作製したところ、封止
ガラス部、特にリード端子周辺のガラスに亀裂を生ずる
という問題を生じた。そして、この場合、半導体素子が
入った小室内と外気とがつながるため、外気中に含まれ
る水分が小室内に入り、動作不良につながる恐れがある
。
〔問題点を解決するための手段〕
上記した封止ガラスに生ずる亀裂は、リード材料の熱膨
張率が大きいことに起因する熱応力によるものと考えら
れる。
そして、前記封止ガラス部のクランク防止手段として一
般的に考えられるのは、封止ガラスと熱膨張係数が合致
したリード材料を用いることであるが、本発明者等の研
究によれば、炭化ケイ素質セラミックスを基板として用
いる本発明の対象となるパッケージの場合には、リード
材料の熱膨張係数をガラスの熱膨張係数のそれと合致さ
せても、前記クラックの防止には何等有効ではないこと
が確認された。
そこで、本発明者等はさらに研究を進めた結果、リード
材料の熱膨張係数をガラスの熱膨張係数を基準にして設
定するのではなく、前記基板の熱膨張係数を基準として
これとほぼ同等かまたはそれ以下とすることにより、き
わめて有効に前記封止ガラス部のクラックが防止される
ことを突き止め、この新規な知見にもとづいて本発明を
完成するに到ったものである。
本発明は上記知見に基づき、リード材料の熱膨張係数を
限定することにより、一層高い安定性と信幀性を有する
集積回路パッケージを提供するものであって、その特徴
は炭化ケイ素質基板、キャップ及び封止ガラスによって
気密に囲われた小室内に、該基板上に載置された半導体
素子と該室外から封止ガラスを貫通して導入されたリー
ドからなる集積回路パッケージにおいて、リード材料の
熱膨張係数を基板の熱膨張係数とほぼ同等かまたはそれ
以下、さらに具体的には、４０Ｘ１０−７／℃以下に限
定とすることにある。
ここで、本発明で用いられる基板材料は実質的に炭化ケ
イ素からなるセラミックス基板である。特に、ベリリウ
ム及びベリリウム化合物のうちから選ばれた少なくとも
１種をヘリリウム量にして０．０５〜５重量％を含む炭
化ケイ素セラミックスが適する。その熱膨張係数は３５
〜４０×１０−７／℃である。キャップに用いる材料は
ムライト質セラミックス、炭化ケイ素質セラミックス、
ジルコン質セラミックス、窒化ケイ素質セラミックスな
どが使われ、その熱膨張係数は３５〜５０　Ｘ　１０−
’／　’Ｃを有する材料に限定される。また、封止ガラ
スとしては、熱膨張係数が４５〜５５ＸＩＯ−’／”Ｃ
に限定され、しかも、封止温度が４７０℃以下に限定さ
れた低融点ガラスである。封止温度が限定される理由は
、基板の上に接合された半導体素子が、封止作業温度が
４７０℃以上の高温になると、半導体の電極に用いられ
ているＡＩ等が半導体のＰｎ接合部に拡散し、劣化をお
こすためである。このように低温で接着作業ができ、熱
膨張係数が炭化ケイ素質セラミノクスに近似したガラス
はない。このため、低融点の硼ケイ酸鉛系ガラスに負の
熱膨張係数をもつチタン酸鉛またはβ−ユークリプタイ
ト等のフィラーをガラスに混合して、熱膨張係数を小さ
くしている。しかし、これらワイヤを多量に入れるとガ
ラスの流動性が悪くなるためガラスの熱膨張係数は４５
〜５５×１０−’／”ｃに限定される。
上記に示すような材料を組み合わせて第１図に示すよう
な炭化ケイ素質セラミックスを基板として用い熱処理に
よりガラスでパンケージを作製する際に、上記のように
この封止ガラス部、特にリード端子周辺のガラスにクラ
ンクが入りやすいものであるが、前述のように本発明に
おいては、リード材料の熱膨張係数を基板の熱膨張係数
とほぼ同等またはそれ以下の４０Ｘ１０−’／℃以下に
することにより、封止ガラスに貫通したクランクを生じ
ない信顛性の優れたパッケージを作製することが可能と
なるものである。そして、このようなりランク防止の効
果は、リード材料の熱膨張係数を前記のように限定する
ことにより、封止ガラス中に封入されたリード材料が、
本来基板より大きい熱膨張係数を有するる封止ガラスの
それを基板の熱膨張係数に近づける作用をするからであ
ると考えられる。
このようなリード材料としてはコバール（Ｎｉ−Ｃｏ−
Ｆｅ合金）がある。特にＮｉ２８．５〜３０．０．　Ｃ
ｏ　１２．５〜１４．　ＣＯ，０２以下、　Ｓｉ　Ｏ，
２以下、　Ｍｎ　Ｏ，８以下、残りＦｅ　（ｗｔ％）の
組成のコバールが適する。
〔実施例〕
第１図に本発明の集積回路パッケージの断面を例示する
。同図において炭化ケイ素質セラミックスからなる基板
４の一方の面４ａ上の中央部に半導体素子１が金属ソル
ダ層７によって接着され、同面上に封止ガラス層６によ
って接着された複数個のリード片３の一端３ａと該素子
１との間はボンディングワイヤ２によって電気的に接続
されている。リード片３の他端３ｂは、基板４の周縁か
ら外方に延びている。素子１、ボンディングワイヤ２及
びリード片３の端部３ａは絶縁基板４とキャップ５とに
よって囲われ、該キャップ５と基板４及びリード片３と
の間隙は封止ガラス層６を介して気密に封着されている
。
上記パッケージの構造において、キャップ材料、ガラス
材料及びリード材料をかえて、パッケージを作製した。
基板材料は熱膨張係数が３５〜４０　Ｘ　１０−’／　
’Ｃをもつ炭化ケイ素質セラミックスである。特に、ベ
リリウムを０．０５〜５重量％を含む、抵抗率１０”Ω
・ｃｍ以上の電気絶縁性と、熱伝導率０．２〜０．７ｃ
ａｌ！／ｃ１１・ｓ・℃の特性を持つ、炭化ケイ素質セ
ラミックスが有効である。
このパッケージは以下の方法で作製される。
まず、炭化ケイ素基板の上に、半導体素子を接合するた
めのＡｕペーストを印刷、焼成して、基板上に金属ソル
ダ層７を形成する。次に、炭化ケイ素基板上に封止ガラ
ス６を印刷し、焼成して、ガラスを基板につける。リー
ド片３を封止ガラス層６の上面に設置し、ガラスの軟化
温度以上、例えば４５０〜４８０℃に加熱して、リード
片を接着する。半導体素子１を基板上の金属ソルダ層７
に設置し、３５０〜４５０℃に加熱することにより金属
ソルダ層７を形成して、半導体素子を接着する。半導体
素子とリード片端子とをワイヤ２により電気的に接続す
る。次に、封止ガラス６が付いたキャップ材５を載せ、
４４５〜４６０℃で加熱して、封止ガラスで封着する。
これにより集積回路パッケージが作製される。封止後及
び−５５〜１５０℃の冷熱サイクル２０回を試験後、ヘ
リウムリークテストにより、リーク量を測定し、パッケ
ージの良品、不良品を判定した。
第１表に、各種材料の組み合わせとパッケージの良品、
不良品との判定結果を示す。
（本頁以下余白） 第１表 熱膨張係数が４１　Ｘ　ｔｏ−’／　’Ｃ１４３ＸｌＯ
−７／℃のリード材料を用いた＆ｌ　２．６．１１及び
１２のパッケージはいずれもヘリウムリーク不良をおこ
している。本発明の熱膨張係数が３９Ｘ１０−’／℃以
下のリード材料を用いたパッケージはいずれもヘリウム
リーク不良がなく、良好である。
尚、キャップ材にアルミナ材料を用いたパッケージは、
リード材料が低熱膨張係数であってもガラスにクラック
を生ずる。
第２表も第１表と同様に構成材料をかえて作製したパン
ケージのヘリウムリークテストによる良品、不良品をみ
たものである。
（本頁以下余白） 第２表 キャップ材にアルミナを用いたパッケージはいずれも封
止ガラスにクラックが発生し、不良品である（隘２０．
３６）。リード材に熱膨張係数３８Ｘ１０−７／℃以下
、ガラス材に５３Ｘ１０−７／”Ｃを、キャップ材にム
ライト、ジルコンを用いたパッケージはヘリウムリーク
不良がない（１１ｈ２３．２４．２５．３３．３４．３
５）。しかし、熱膨張係数が４１×１０−７／℃以上の
リード材料、熱膨張係数が５６×１０−７／℃のガラス
材を用いたパッケージはことごとくヘリウムリーク不良
をおこす、　（！ｌ＆１Ｌ２１．２２．２６．２７．２
８．２９．３０．３１及び３２）。
以上により、炭化ケイ素質セラミックスを基板に用い熱
膨張係数４５〜５５Ｘ１０−’／”Ｃの封止ガラス材を
用い、熱膨張係数３５〜５０×１０−’／℃のキャップ
材を用い、熱膨張係数４０×１０−’／’ｃ以下のリー
ドフレーム材を用いることにより、封止ガラスにクラッ
クのない、信頼性の高い集積回路パッケージが得られる
ことがわかる。
第２図は炭化ケイ素質セラミックスの高熱伝導性を活か
すために、基板面に冷却フィンを接着した例である。こ
れは、半導体素子と基板表面との間の熱抵抗が７．７℃
／Ｗの特性が得られた。
第３図は１枚の炭化ケイ素質セラミックスの上に、半導
体素子を多数個付けた例である。炭化ケイ素基板の上に
シリコン配線基板を接合し、その上に半導体素子を接合
したパッケージである。この場合にもリード材料には低
熱膨張係数の材料が要求される。
第４図は炭化ケイ素質セラミックス基板の上に、Ｃｕ導
体と絶縁材料との配線板を作製し、その上に半導体素子
を接合したパッケージである。
このパッケージにおいてもリード材料には低熱膨張係数
の材料が要求される。
（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、炭化ケイ素質セ
ラミックスを基板に用いた集積回路パッケージにおいて
、所定の冷熱サイクルテストにさらしても封止ガラスに
亀裂が生じないものが得られるという顕著な効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は、それぞれ本発明の集積回路パッケー
ジの異なる実施例の断面図である。 １−半導体素子、２−ボンディングワイヤ、３−リード
片、４一基板（Ｓｉｃ）、５　キャップ、６−封止ガラ
ス層、７−金属ソルダ層、シリコン配線基板、９−＝冷
却フィン、１０−接着剤、１１−フランジ、１２−・−
はんだ、１３−配線。 代理人　弁理士　平　木　祐　輔 第１図 第２図 第３図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）絶縁基板、キャップ及び封止ガラスによって気密
    に囲まれたケース内に、該絶縁基板に搭載された半導体
    素子と、該ケース内部に導入された電気的リードの端部
    と、該半導体素子及び該電気的リードの端部を接続する
    接続部とが収納されている集積回路パッケージにおいて
    、該絶縁基板は熱膨張係数が３５〜４０×１０＾−＾７
    ／℃である炭化ケイ素質セラミックスから成り、該キャ
    ップは熱膨張係数が３５〜５０×１０＾−＾７／℃であ
    るセラミックスから成り、該封止ガラスは熱膨張係数４
    ５〜５５×１０＾−＾７／℃のガラスから成り、該電気
    的リードは熱膨張係数が４０×１０＾−＾７／℃以下で
    ある合金からなることを特徴とする集積回路パッケージ
    。
  2. （２）封止ガラスは、封止作業温度が４７０℃以下であ
    る低融点ガラスであることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の集積回路パッケージ。
  3. （３）電気的リードは、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の集積回路パ
    ッケージ。
JP60181692A 1985-08-05 1985-08-21 集積回路パッケ−ジ Granted JPS6243155A (ja)

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JP60181692A JPS6243155A (ja) 1985-08-21 1985-08-21 集積回路パッケ−ジ
US06/890,533 US4729010A (en) 1985-08-05 1986-07-30 Integrated circuit package with low-thermal expansion lead pieces
EP86305894A EP0211618B1 (en) 1985-08-05 1986-07-31 Integrated circuit package
DE8686305894T DE3672709D1 (de) 1985-08-05 1986-07-31 Integrierte schaltungspackung.

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02251166A (ja) * 1989-03-24 1990-10-08 Matsushita Electric Works Ltd 表面実装用半導体パッケージ
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