JP2000340687A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁基体と金属製の蓋体とを接合する導電性
接着剤が絶縁基体から剥離してしまいやすい。 【解決手段】 セラミックスから成る絶縁基体１の上面
に、半導体素子３の搭載部１ａおよびこれを取り囲む枠
状の封止領域１ｂならびに封止領域１ｂの一部に配設さ
れた接地用メタライズ導体層５ａを有し、金属製の蓋体
２が封止領域１ｂ導電性接着剤６により接合され、半導
体素子３を封止するとともに接地用メタライズ導体層５
ａに電気的に接続される半導体素子収納用パッケージで
あって、封止領域１ｂの上面に、接地用メタライズ導体
層５ａの一部を封止領域１ｂ内に露出させる狭幅部７ａ
または開口部７ｂを設けた枠状のセラミック厚膜７を被
着してある。セラミック厚膜７により絶縁基体１と蓋体
２とを強固に接合できるとともに、接地用メタライズ導
体層５ａと蓋体２とを電気的に良好に接続できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を収容
するための半導体素子収納用パッケージに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を収容するための半導
体素子収納用パッケージとして、図４に斜視図で、図５
に断面図で示すように、酸化アルミニウム質焼結体等の
セラミックスから成り、上面に半導体素子13が搭載され
る搭載部11ａを有するとともに、この搭載部11ａの周囲
からビアホールを介して下面に導出し、さらに側面に延
出する複数個のメタライズ導体層15を有する絶縁基体11
と、この絶縁基体11の上面に接合され、半導体素子13を
封止する金属製の蓋体12とから成る半導体素子収納用パ
ッケージが知られている。

【０００３】このような半導体素子収納用パッケージに
おいては、絶縁基体11の上面に搭載部11ａを取り囲むよ
うにして枠状の封止領域11ｂが設けられており、この封
止領域11ｂには封止用のメタライズ金属層17が被着され
ている。そして、封止用のメタライズ金属層17に金属製
の蓋体12を金−錫合金等の低融点ろう材16を介してろう
付けすることにより絶縁基体11と蓋体12とが接合され
る。

【０００４】また、メタライズ導体層15のうち、接地用
のメタライズ導体層15ａがメタライズ金属層17に電気的
に接続されており、これにより、蓋体12をろう材16を介
してメタライズ金属層17に接合すると、蓋体12が接地電
位に接続されて半導体素子13に対する電磁的シールドと
して機能するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、金−錫合金
から成るろう材は、金を約80重量％程度含み高価である
という問題点、およびその溶融温度が約280 ℃程度と高
く、絶縁基体と蓋体とを接合する際にパッケージ内部の
半導体素子に対する熱負荷が大きいという問題点があっ
た。

【０００６】そこで、金−錫合金から成るろう材に代え
て、例えば銀−エポキシ樹脂等の導電性接着剤により絶
縁基体の封止領域に被着されたメタライズ金属層と金属
製の蓋体とを接合することが考えられる。この導電性接
着剤によれば、銀は金と比較して安価であり、またエポ
キシ樹脂は100 〜150 ℃程度の温度で熱硬化するので、
絶縁基体と蓋体とを接合する際にパッケージの内部の半
導体素子に対する熱負荷が小さいという利点がある。

【０００７】しかしながら、絶縁基体の封止領域に被着
させたメタライズ金属層は、その酸化腐食を防止するた
めに一般的にはその表面にニッケルめっき層および金め
っき層が順次被着されており、エポキシ樹脂はこのよう
な表面にニッケルめっき層および金めっき層が被着され
たメタライズ金属層に対する接着力が劣ることから、半
導体素子が作動時に発生する熱等が絶縁基体と金属製の
蓋体との両者に印加されると、この両者の熱膨張係数の
相違に起因して熱応力が発生し、これが両者間に繰り返
し印加されると銀−エポキシ樹脂から成る導電性接着材
とメタライズ金属層との間に剥離が発生し、その結果、
半導体素子の封止が不完全なものとなり、内部に収容す
る半導体素子を長期間にわたり、安定かつ正常に作動さ
せることができなくなるという問題点を招来する。

【０００８】本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出さ
れたものであり、その目的は、絶縁基体と金属製の蓋体
とを銀−エポキシ樹脂等の安価でかつ低温封止が可能な
導電性接着剤を使って強固に接合し、かつ接地用メタラ
イズ導体層と金属製の蓋体とを電気的に良好に接続する
ことが可能な半導体素子収納用パッケージを提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子収納
用パッケージは、セラミックスから成る絶縁基体の上面
に、半導体素子が搭載される搭載部およびこの搭載部を
取り囲む枠状の封止領域ならびにこの封止領域の一部に
配設された接地用メタライズ導体層を有し、金属製の蓋
体が前記封止領域に前記半導体素子を覆うようにして導
電性接着剤により接合され、前記半導体素子を封止する
とともに前記接地用メタライズ導体層に電気的に接続さ
れる半導体素子収納用パッケージであって、前記封止領
域の上面に、前記接地用メタライズ導体層の一部を前記
封止領域内に露出させる狭幅部または開口部を設けた枠
状のセラミック厚膜を被着せしめたことを特徴とするも
のである。

【００１０】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、封止領域の上面に枠状のセラミック厚膜を、接地
用メタライズ導体層の一部を封止領域内に露出させる狭
幅部または開口部を設けて被着していることから、この
セラミック厚膜と蓋体とを導電性接着剤により極めて強
固に接合することができるとともに、封止領域内に露出
した接地用メタライズ導体層に金属製の蓋体を導電性接
着剤により電気的に良好に接続させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体素子収納用
パッケージを添付の図面を基に詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の半導体素子収納用パッケー
ジの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２は図１
に示す半導体素子収納用パッケージの断面図である。本
発明の半導体素子収納用パッケージは、絶縁基体１と金
属製の蓋体２とから主に構成されており、これらの間に
半導体素子３を封止するようになっている。

【００１３】絶縁基体１は、酸化アルミニウム質焼結体
・窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質焼結体・炭化
珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラスセラミックス
等のセラミックス材料から成る略四角形の平板であり、
搭載される半導体素子３を支持するための支持部材とし
て機能する。

【００１４】絶縁基体１は、例えば酸化アルミニウム質
焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化
珪素・酸化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末
に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して泥漿状とな
すとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用
することによってシート状となすことによりセラミック
グリーンシートを得、このセラミックグリーンシートに
適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚
を積層して生セラミック積層体となし、最後にこの生セ
ラミック体を還元雰囲気中、約1600℃の温度で焼成する
ことによって製作される。

【００１５】絶縁基体１の上面中央部には半導体素子３
を搭載するための搭載部１ａが形成されている。搭載部
１ａには、メタライズ金属層４が被着されており、この
メタライズ金属層４の上に半導体素子３が例えば銀−エ
ポキシ樹脂等の導電性接着剤（図示せず）を介して接着
固定される。

【００１６】メタライズ金属層４は、半導体素子３の下
面を所定の接地電位に接続するために設けられているも
のであり、後述するメタライズ配線導体５のうち、接地
用メタライズ配線導体５ａにスルーホールやビアホール
等の貫通導体を介して電気的に接続されている。

【００１７】また、絶縁基体１の搭載部１ａの周辺には
半導体素子３の各電極（接地電極・電源電極・信号電
極）に電気的に接続される複数のメタライズ導体層５が
導出されており、このメタライズ導体層５には、半導体
素子３の各電極がボンディングワイヤ８を介して接続さ
れる。

【００１８】メタライズ導体層５は、半導体素子３の電
極を外部の電気回路に接続するための導電路として機能
し、搭載部１ａの周辺から絶縁基体１を上下に貫通する
貫通導体（図示せず）を介して絶縁基体１の下面に導出
され、そこから絶縁基体１の側面にまで延出している。
そして、メタライズ導体層５の絶縁基体１の下面部位お
よび側面部位は、外部接続用の端子として機能し、例え
ば半田を介して外部電気回路基板の配線導体に電気的に
接続される。

【００１９】これらのメタライズ金属層４およびメタラ
イズ導体層５は、いずれもタングステンやモリブデン・
銅・銀・銀−パラジウム・モリブデン−マンガン等の金
属粉末メタライズから成り、例えばタングステンメタラ
イズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な
有機バインダ・溶剤を添加混合して得た金属ペーストを
絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに従来周知
のスクリーン印刷法を採用して所定のパターンに印刷塗
布し、これをセラミックグリーンシートとともに焼成す
ることによって、絶縁基体１の所定位置に所定のパター
ンに被着形成される。

【００２０】なお、これらのメタライズ金属層４および
メタライズ導体層５の露出表面には、ニッケルめっき層
および金めっき層を順次被着させておくとよい。これに
よって、メタライズ金属層４やメタライズ導体層５の酸
化腐食が有効に防止されるとともにメタライズ導体層５
とボンディングワイヤ８との接続およびメタライズ導体
層５と外部電気回路基板の配線導体との接続を容易かつ
強固なものとすることができる。

【００２１】また、絶縁基体１の上面外周部には、搭載
部１ａを取り囲むようにして、幅が0.5 〜５ｍｍ程度の
四角枠状の封止領域１ｂが設けられている。

【００２２】封止領域１ｂは、蓋体２を絶縁基体１に接
合するための領域であり、この封止領域１ｂ上に金属製
の蓋体２が導電性接着剤６を介して接合される。

【００２３】この封止領域１ｂにはその一部に接地用メ
タライズ導体層５ａが延出してきて配設されており、さ
らにその上に枠状のセラミック厚膜７が被着されてい
る。

【００２４】封止領域１ｂに配設した接地用メタライズ
導体層５ａは、封止領域１ｂに導電性接着剤６を介して
接合される蓋体２を所定の接地電位に接続するためのも
のであり、その一部がセラミック厚膜７に覆われずに封
止領域１ｂの表面に露出している。このように、封止領
域１ｂに延出した接地用メタライズ導体層５ａの一部が
セラミック厚膜７に覆われずに封止領域１ｂに露出して
いることから、蓋体２を導電性接着剤６を介して封止領
域１ｂに接合すると、封止領域１ｂに接合する導電性接
着剤６と接地用メタライズ導体層５ａとが電気的に接触
し、これにより蓋体２を接地電位とすることが可能とな
る。

【００２５】なお、接地用メタライズ導体層５ａが封止
領域１ｂに露出する幅および長さは、それぞれ0.1 ｍｍ
以上であることが好ましい。接地用メタライズ導体層５
ａが封止領域１ｂに露出する幅および長さがそれぞれ0.
1 ｍｍ未満では、蓋体２を導電性接着剤６を介して封止
領域１ｂに接合した場合に、導電性接着剤６と接地用メ
タライズ導体層５ａとが良好に接触せずに接地用メタラ
イズ導体層５ａと蓋体２とを電気的に良好に接続するこ
とができなくなる危険性が大きなものとなる。

【００２６】また、セラミック厚膜７は、酸化アルミニ
ウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体・ムライト質
焼結体・炭化珪素質焼結体・窒化珪素質焼結体・ガラス
セラミックス等のセラミックスから成る厚膜であり、そ
の一部を除いて封止領域１ｂと実質的に同じ幅を有して
いる。そして、その厚みは10〜100 μｍ程度である。

【００２７】セラミック厚膜７は、封止領域１ｂと導電
性接着剤６とを強固に接合するための接合力向上部材と
して機能し、これを形成するセラミックスが金属と比較
してエポキシ樹脂等の接着剤と強固に接着することか
ら、銀−エポキシ樹脂等から成る導電性接着剤６と強固
に接合する。

【００２８】なお、セラミック厚膜７は、その上面の中
心線平均粗さ（Ｒａ）をＲａ≧0.65μｍとしておくと、
セラミック被膜７の表面の凹凸と導電性接着剤６とが係
止し合って両者をさらに強固に接合させることが可能と
なる。したがって、セラミック膜７は、その上面の中心
線平均粗さ（Ｒａ）をＲａ≧0.65μｍとしておくことが
好ましい。

【００２９】さらに、セラミック厚膜７は、絶縁基体１
と実質的に同じ組成のセラミックス材料で形成しておく
と、絶縁基体１とセラミック厚膜７との熱膨張係数が略
同一となり、絶縁基体１とセラミック厚膜７とに例えば
半導体素子３が作動時に発生する熱が繰り返し印加され
たとしても、両者間に熱膨張係数の相違に起因する熱応
力が発生することはなく、セラミック厚膜７に剥離やク
ラックが発生することを有効に防止できる。従って、セ
ラミック厚膜７は、絶縁基体１と実質的に同じ組成のセ
ラミックス材料で形成することが好ましい。

【００３０】また、セラミック厚膜７には、封止領域１
ｂに延出した接地用メタライズ導体層５ａの一部を封止
領域１ｂに露出させる、例えばその内周側に切り欠き状
に形成した狭幅部７ａを設けている。

【００３１】セラミック厚膜７は、封止領域１ｂに配設
した接地用メタライズ導体層５ａの一部を封止領域１ｂ
に露出させる狭幅部７ａを有していることから、金属製
の蓋体２を導電性接着剤６により封止領域１ｂに接合す
ると、接地用メタライズ導体層５ａと金属製の蓋体２と
がこの狭幅部７ａにおいて導電性接着剤６を介して電気
的に接続されることとなる。そして、これにより金属製
の蓋体２を接地電位とすることが可能となり、蓋体２を
半導体素子３に対する電磁的シールドとして機能させる
ことができる。

【００３２】なお、セラミック厚膜７が封止領域１ｂに
おいて接地用メタライズ導体層５ａを覆う幅は、0.1 ｍ
ｍ以上あることが好ましい。セラミック厚膜７が封止領
域１ｂにおいて接地用メタライズ導体層５ａを覆う幅が
0.1 ｍｍ未満では、封止領域１ｂに蓋体２を導電性接着
剤６により接合した場合に、この部分における封止領域
１ｂと導電性接着剤６との接着が弱いものとなり、絶縁
基体１と蓋体２とを強固に接合することができなくなっ
てしまう危険性が大きなものとなる。

【００３３】セラミック厚膜７は、例えば酸化アルミニ
ウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム
・酸化珪素・酸化カルシウム・酸化マグネシウム等の原
料粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して得た
セラミックペーストを絶縁基体１となるセラミックグリ
ーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して枠
状に印刷し、これをセラミックグリーンシートとともに
焼成することによって絶縁基体１の上面の封止領域１ｂ
に所定の枠状に被着形成される。

【００３４】なお、セラミックペーストをスクリーン印
刷法により印刷塗布するとともにこれを焼成することに
よって得られるセラミック厚膜７の上面の表面粗さは、
セラミックグリーンシートを焼成して得られる絶縁基体
１と比較して粗いものとなりやすく、中心線平均粗さ
（Ｒａ）でＲａ≧0.65μｍとなる表面粗さを容易に得る
ことができる。

【００３５】他方、封止領域１ｂに接合される金属製の
蓋体２は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニ
ッケル合金等の板を椀状にプレス加工したものであり、
開口部につば部が形成されている。そして、このつば部
を封止領域１ｂに導電性接着剤６を介して接合すること
により、蓋体２が絶縁基体１に接合されるとともに接地
用メタライズ導体層５ａに電気的に接続される。

【００３６】かくして、本発明の半導体素子収納用パッ
ケージによれば、絶縁基体１の搭載部１ａに半導体素子
３を接着固定するとともに半導体素子３の各電極をそれ
ぞれ対応するメタライズ導体層５に電気的に接続し、最
後に絶縁基体１の封止領域１ｂに蓋体２を導電性接着剤
６を介して接合することにより、蓋体２が絶縁基体１に
強固に接合されるとともに蓋体２と接地用メタライズ導
体層５ａとが電気的に接続される。

【００３７】なお、本発明は上述の実施の形態の一例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実
施の形態の一例では、セラミック厚膜７の内周側を切り
欠き状に除いた狭幅部７ａを設けることにより、封止領
域１ｂに接地用メタライズ導体層５ａの一部を露出させ
るようになしたが、狭幅部７ａをセラミック厚膜７の外
周側を切り欠き状に除いて設けることによって封止領域
１ｂに接地用メタライズ導体層５ａの一部を露出させる
ようになしてもよい。あるいは図３に斜視図で示すよう
に、セラミック厚膜７の内周辺と外周辺との間に開口部
７ｂを設けることによって封止領域１ｂに接地用メタラ
イズ導体層５ａの一部を露出させるようになしてもよ
い。

【００３８】さらに、上述の実施の形態の一例では、接
地用メタライズ導体層５ａは絶縁基体の側面から封止領
域１ｂに延出させて配設していたが、接地用メタライズ
導体層５ａは、同じく図３に示すように、封止領域１ｂ
の内側に位置する接地用メタライズ導体層５ａから封止
領域１ｂに延出させて配設してもよいし、メタライズ金
属層４を接地用メタライズ導体層５ａに電気的に接続さ
せるとともにこのメタライズ金属層４から封止領域１ｂ
に延出させるようにして配設してもよい。また、絶縁基
体１の内部や裏面側に設けた接地用導体層から封止領域
１ｂ内に導出させた貫通導体に接続することによって、
パッド状に形成して配設してもよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、封止領域の上面に枠状のセラミック厚膜を、封
止領域の一部に配設された接地用メタライズ導体層の一
部が封止領域内に露出するようにして被着させたことか
ら、このセラミック厚膜と導電性接着剤とが極めて強固
に接合させることができるとともに、封止領域内に露出
した接地用メタライズ導体層と金属製の蓋体とを導電性
接着剤を介して電気的に良好に接続させることができる
ため、封止信頼性が高く、かつ金属製の蓋体による電磁
シールド性に優れた半導体素子収納用パッケージを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの実施の
形態の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの断面
図である。

【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージの他の実
施の形態の例における絶縁基体を示す斜視図である。

【図４】従来の半導体素子収納用パッケージを示す斜視
図である。

【図５】図４に示す半導体素子収納用パッケージの断面
図である。

【符号の説明】

１・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・・搭載部 １ｂ・・・・・・封止領域 ２・・・・・・金属製の蓋体 ３・・・・・・半導体素子 ５・・・・・・メタライズ導体層 ５ａ・・・・・・接地用メタライズ導体層 ６・・・・・・導電性接着剤 ７・・・・・・セラミック厚膜 ７ａ・・・・・・狭幅部 ７ｂ・・・・・・開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスから成る絶縁基体の上面
   に、半導体素子が搭載される搭載部および該搭載部を取
   り囲む枠状の封止領域ならびに該封止領域の一部に配設
   された接地用メタライズ導体層を有し、金属製の蓋体が
   前記封止領域に前記半導体素子を覆うようにして導電性
   接着剤により接合され、前記半導体素子を封止するとと
   もに前記接地用メタライズ導体層に電気的に接続される
   半導体素子収納用パッケージであって、前記封止領域の
   上面に、前記接地用メタライズ導体層の一部を前記封止
   領域内に露出させる狭幅部または開口部を設けた枠状の
   セラミック厚膜を被着せしめたことを特徴とする半導体
   素子収納用パッケージ。
2. 【請求項２】 前記セラミック厚膜は、前記絶縁基体と
   実質的に同一の材料から成り、その上面の中心線平均粗
   さ（Ｒａ）がＲａ≧0.65μｍであることを特徴とする請
   求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。