JPH03224258A - 回路装置 - Google Patents

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、回路装置及びその製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来、回路装置に半導体集積回路素子を組み込むための
気密容器として、セラミックス基板とキャビティ一部を
形成するための開口部を有するセラミックス基板もしく
は金属板との間に金属製リード端子、たとえばニッケル
ーコバルト−鉄（Ｎｉ　−Ｃｏ　−Ｆｅ）、合金である
コバール（商標）、Ｎｉ−Ｆｅ合金である４２アロイ（
商標）を挟持して、低融点ガラスにより接合してなるセ
ラミックスパッケージやセラミックス基板とセラミック
スの上蓋とを低融点ガラスにて接合し、気密封止してな
るセラミックスパッケージが知られている。これら、低
融点ガラスによる接合は、金属製リード端子などの金属
部材の酸化を防止するため、窒素ガス、窒素−水素混合
ガス、アルゴンガスなどの非酸化性雰囲気中４００〜１
０００℃の温度に加熱して行なわれる。

しかしながら、このような非酸化性雰囲気中で上記接合
が行なわれるため低融点ガラス層中に含まれる有機性バ
インダの脱バインダーが完全に行なわれず、脱バインダ
ーによって生じるガスが溶融したガラス層内に気泡とし
て点在する様になる。

このような気泡はときには相互につながり、接合部の内
部と外部とを連通ずる空隙（気泡）を形成することにな
り、気密性を低下させるという欠点がある。

この様な、ガラス層内の空隙を発生させないように、あ
らかじめ上記接合部を離して加熱することにより、ガラ
ス内に含まれるガスの脱泡を図り、その後気密封止を行
なうことにより、気密性の低下を防止するという報告（
特公昭５２−４１１８４号公報）もある。

しかしながら、ガラスは、接合時に高温になっており、
更に非酸化性雰囲気にさらされるため、還元される場合
もあり、絶縁性が低下したり、機械的強度が低下すると
いう欠点がある。さらには、ガラス中の脱パイを完全に
行ない、ガラスの還元による劣化を防止するため、酸化
雰囲気中、たとえば、空気中でガラス接合を行なった場
合、金属製端子表面は、酸化されて使用不可能となって
しまう。特に熱膨張係数が、５０〜６０Ｘ　１０−’°
Ｃ″′とアルミナや窒化アルミ基板に近いＮｉを含有す
る合金であるコバール。

４２アロイなどは、表面にＮｉ−Ｆｅ複合酸化物からな
る酸化腐食層を生成し、後処理、たとえば、酸−アルカ
リ洗浄によっても回復不可能になってしまうという欠点
を有する。

［発明の解決しようとする課題］ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解
消しようとするものであり、従来知られていなかったＮ
ｉを含有した酸化性を有する金属の表面に高温酸化性雰
囲気中において酸化腐食を防止する組成物を形成した耐
酸化金属部材とセラミックス基板が接合された構造を有
することを特徴とする回路装置及びその製造方法を９Ｆ
Ｔ視に提（共することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、前述の課題を解決すべ（なされたものであり
、ニッケルを含有した酸化性を有する金属の表面に 銀　　　　　　　　　　３０〜９９．５重量％金　　　
　　　　　０．５〜７０　　重量％パラジウム　　　　
　０〜６０　　重量％白金　　　　　　　　０〜３５　
　重量％からなる組成物を形成した耐酸化金属部材とセ
ラミックス基板がガラス又はガラスセラミックスの層を
介して接合されている構造を有することを特徴とする回
路装置を提供するものである。

以下図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例にかかる回路装置の基本的構成
を示す断面図であり、第２図は第１図に示す本発明の回
路装置の組立工程を示す断面！である。

第１図、第２図において、１はリードフレーム、２は絶
縁基板、３は接合用の基体、３゛は基体３の開口部、４
．４’は金属層、５は接合用のガラスペースト、６はガ
ラスペースト５を焼成してなるガラス層、７はＩＣのベ
アーチップ、８はワイヤーポンディング用のワイヤー９
はセラミックス又はＮｉ含有金属製等の上蓋。

１０は接合用の半田である。

リードフレーム１はＮｉを含有した酸化性を有する金属
（Ｎｉ含有金属）の表面に耐酸化性を付与する組成物を
形成した耐酸化性金属部材よりなる。このＮｉ含有金属
とは、−船釣に、熱膨張係数の小さ（酸化性を有するコ
バール、４２アロイ、Ｎｉ−銅（Ｃｕ）合金等をさすが
、Ｎｉを含有し、　８００℃以上の融点を有する金属な
らばこれに限定されない。これら合金は、熱膨張係数が
、セラミックスに近いためセラミックス製の半導体パッ
ケージのリードピンやシールリング等の金属部材として
用いられている。

このＮｉ含有金属に耐酸化性を付与する組成物として次
の組成物が適当である。％は、特に記載しない限り重量
％を意味する。

銀（Ａｇ）　　　　　　３０〜９９．５％金（Ａｕ）　
　　　　　０．５〜７０％パラジウム（Ｐｄ）　　　　
　０〜６０　　％白金（Ｐｔ）　　　　　　　　０〜３
５　　％該組成物のＡｇは耐酸化性に強く関係する。

Ａｇは、耐酸化性を付与する必須の成分であり、９９．
５％と非常に含有率が高くても耐酸化性を付与できる。

Ａｇが３０％未満の場合４００℃以上の温度領域におい
てＮｉ含有金属（以下母材ということもある）から母材
中のＮｉが本発明にかかる合金表面に拡散し、Ｎｉの酸
化層が生成するため適当でない。

望ましい範囲は、３０〜９５％であり、さらに望ましく
は、４０〜９０％である。特に望ましくは、５０〜８０
％である。

Ａｕ　、Ｐｄ　、Ｐｔは、Ａｇの母材との接合に安定性
を付与する成分であり、Ａｇ膜の母材との接着力を強化
すると共に、Ａｇの高温時における蒸発を防止する役割
をはたす。

Ａｕは、必須成分であり７０％を越えると母材中のＮｉ
が表面に拡散しやすくなり、耐酸化性が低下するので適
当でない。Ａｕが０．５％より少ないとＮｉ含有金属と
の接着が悪くなる。

望ましい範囲は、５〜７０％である。さらに望ましくは
、１０〜６０％であり、特に望ましい範囲は、２０〜５
０％である。

Ｐｄは、必須成分ではないが、ＡｇのＮｉ含有金属との
接着性を向上させる効果を有すると共にＡｇの高温時の
蒸発を防止する効果がある。６０％を越えると、母材中
のＮｉが表面に拡散しやすくなり、耐酸化性が低下する
ので適当でない。

望ましい範囲は、０．５〜４０％である。さらに望まし
くは、１〜２０％であり、特に望ましくは、２〜ｌＯ％
である。

ｐｔは、必須成分ではないが、ＡｇのＮｉ含有金属との
接着性を向上させる効果を有すると共にＡｇの高温時の
蒸発を防止する効果がある。３５％を越えるとＰｔＡｇ
ａなとの金属間化合物を生成し、母材との接着力が低下
するので適当でない。

望ましい範囲は、０．５％〜２０％である。さらに望ま
しくは、１〜ｌＯ％であり、特に望ましい範囲は、２〜
６％である。

さらには、本発明にかかる組成物は、母材表面上に本発
明にかかる組成物の範囲にはいり、異なる組成の組成物
を順次形成してい（ように、複数層、積層して形成する
ことも出来る。

さらに、これら、本発明にかかる組成物の母材表面への
形成方法は、特には限定されないが、メツキや、デツプ
などの一般的なコーティング方法によって形成すること
が出来る。

さらには、これら本発明にかかる組成物の形成厚みは特
に限定されないが、通常、０．５〜５μ程度形成すれば
母材の耐熱温度である約１０００℃まで酸化性雰囲気下
において、耐酸化特性を保持することが出来る。

本発明の耐酸化金属部材の表面に、外観上の美観や、作
業性を考慮して、Ａｕ等のメツキを行なっても、本発明
にかかる作用、効果がそこなわれるものではない。

絶縁基板２はベアーチップ７の熱放散を助けるため、熱
伝導性に優れた窒素化アルミニウム（ＡＩＮ　）等のセ
ラミックスが通常使用される。

基体３は上蓋９を本発明の回収装置に装着するためのも
のであり、材質は、アルミナ、　ＡＩＮ等のセラミック
ス、コバール、４２アロイ等の金属が使用され、セラミ
ックスの中では熱伝導性のよいＡＩＮが望ましい。尚、
基体３の材質に上記の金属を使用する場合は、上記本発
明にかかる上記組成物を該基体の表面に形成することが
好ましい。

金属層４は金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、Ｎｉ又は少なくと
もこの内１つを含んだ合金が使用できるが、ベアーチッ
プとセラミックス基板２の両者と接合性に優れたＡｕが
望ましく、また接合性に優れた物質ならこれに限定され
ない。接合用のガラスペースト５は低融点等の各種接合
用ガラスが通常使用される。また接合用ガラスの替りに
ガラスを含有したガラスセラミックスで接合性に優れて
いるものも使用できる。

基体３の材質にセラミックスを使用し、かつ上蓋９に金
属製を使用する場合は、金属層４゜を基体３上に形成後
、更にその上に半田１０を使用して上蓋９を接合するこ
とが好ましい。金属層４′はセラミックスとの接合性に
優れたＡｕ。

Ａｇ、Ｎｉ又は少な（ともこの内１つを含んだ合金が通
常使用され、半田１０はＰｂ−３ｎ半田、Ａｕ−５ｉ半
田等が通常使用されるが、気密性に優れたＡｕ−３ｎ半
田が望ましい。尚基体３にコバール。

４１アロイ等の金属を使用する場合は金属層４゜は不要
である。

次に第３図は第１図とは別タイプの本発明の実施例にか
かる回収装置の基本的構成を示す断面図であり、第４図
は第３図に示す本発明の回収装置の組立工程を示す断面
図である。第３゜第４図において、２１はリードフレー
ム、２２は絶縁基板、２３はＡｕ等の金属層、２４は接
合用のガラス層、２５はＩＣのベアーチップ、２６はワ
イヤーポンディング用ワイヤー、２７はセラミックス又
はＮｉ含有金属製等の上蓋である。

尚、本発明の回路装置は、第１図、第３図に示す構造に
限定されない。

［作用］ 本発明における耐酸化金属部材とセラミックス基板が接
合された構造を有する回路装置は、酸化性雰囲気中で加
熱しても金属部分が酸化されることが無いため、該耐酸
化金属部材とセラミックス基板をガラス層を介して空気
中等の酸化性雰囲気中で加熱接合することが可能となる
。そのため、ガラス層内の有機物バインダーの脱パイが
容易になり、ガラス層中に気泡が発生することが無（、
気密性が低下することが無いという作用があると共に、
酸化性雰囲気での加熱接合であるためガラスは還元され
ることは無い。すなわちガラスの還元に伴なう絶縁抵抗
の低下や機械的強度の低下が発生しないという作用が生
ずるものと考えられる。

［実施例］ （実施例１） 厚さ０．１　ｍｍ　、外形２７．５Ｘ　２７．５　ｍｍ
のコバール（２９Ｎｉ　−１６Ｃｏ　−５５Ｆｅ）製リ
ードフレーム（３２ビン、　２５　ｍｉｌピッチ）と、
基体として使用する厚さ０．５　ｍｍ　、外形９Ｘ９ｍ
ｍのコバール製シールリング（開口部８Ｘ８ｍｍ）の表
面に電解メツキにより　Ａｇ　５８％、　Ａｕ　４２％
からなる組成物を１．５μｍの厚みで形成した。

なお、電解メツキ条件は、メツキ液としてＡｕ　、Ａｇ
のシアン化物溶液の混合物を用い、電流富度０．３Ａ／
ｄｍ２で、Ｔｉ／Ｐｔ合金を陽極としてコバールを陰極
として用いて行なった。

これとは別に、市販ＡＩＮ基板　（９Ｘ９Ｘ１ｍｍ）　
　（旭硝子■製ＡＧＮ−２．熱伝導率’２００　Ｗ／ｍ
Ｋ　、熱膨張係数４５Ｘ　１０−７℃−１）にＡｕペー
ストを印刷により形成し、９００℃１時間空気中で焼成
し、金属層をＡＩＮ基板上に形成した。

次に、市販低融点ガラスフリット（Ａ１２０３−５ｉＯ
□−Ｂ２０３系）８０％に印刷性を付与するためにエチ
ルセルロース樹脂、α−テレピネオール溶媒からなる有
機ビヒクル２０％を添加し、アルミナ磁製乳鉢中で１時
間混合した後、三本ロールにて分散し、接合用のガラス
ペーストを作製した。

次に第２図に示す如く、上記金属層を形成したＡＩＮ基
板上に、スクリーン印刷法を用いて、該接合用のガラス
ペーストを形成した。上記基体の下面にもスクリーン印
刷法により、該接合用のガラスペーストを形成した。こ
の接合用のガラスペースト層を形成したＡＩＮ基板と基
体の間に上記リードフレームをはさみ込み、空気中８５
０℃２時間加熱するととにより基体とＡＩＮ基板との間
に上記リードフレームを挟持してガラス接合を行なった
。これにＡｕワイヤーによるワイヤーボンディングを容
易にするためリードフレーム表面にＡｕメツキ層を１μ
ｍ形成し、回路装置用パッケージを作製した。

次に第１図に示す如（、金属層の上にベアーチップを４
３０℃でダイボンドし、Ａｕワイヤーでワイヤーボンデ
ィングを行なった。そして、コバール製上蓋をＡｕ−５
ｎ半田を用いて３２０℃　１０分間加熱することにより
シールし、半導体の回路装置１００個を得た。

この回路装置のリード端子間の絶縁抵抗値。

リード端子の接合強度を評価すると共に、気密性を評価
するために、Ｈｅリークテストを行なった。その結果、
上記回路装置１００個のすべてが絶縁抵抗値３Ｘ　１０
”Ω、リード端子の接合強度１０　ｋｇ／ｍｍ２以上、
　Ｈｅリーク速度ＬＸ　１Ｏ−８ｓｔｄｃｃ／ｓｅｃ以
下と優れた電気的・機械的特性を示すと共に、優れた気
密性を示し、性能的に満足するものであった。

（実施例２） 第１図に示した如く、厚さ０．１　ｍｍ　、外形５２Ｘ
５２　ｍｍのコバール合金（２９Ｎｉ　−１６ｃｏ　−
５５Ｆｅ）製ノードフレーム（１８０ビン＋’　２０　
ｍｉｌピッチ）の表面に実施例１と同様にＡｇ　５８％
、　Ａｕ　４２％からなる組成物を１．５μｍの厚みで
形成した。

これとは別に、市販ＡＩＮ基板（旭硝子■製ＡＧＮ−２
．熱伝導率２００　Ｗ／　ｍＫ　、熱膨張係数４５Ｘ　
１０−”Ｃ弓）の基板（寸法：　３４Ｘ　３４Ｘ　１　
ｍｍ）と開口部（１４Ｘ　１４　ｍｍ　）を有する基体
（寸法＝３４ｘ　３４Ｘ　１　ｍｍ）を準備し、該ＡＩ
Ｎ基板上に実施例１と同様にＡｕの金属層を形成した。

同様の方法で第２図に示す如（基体上にもＡｕの金属層
を形成した。

次に実施例１で用いたと同じ接合用のガラスペーストを
ＡＩＮ基体とＡＩＮ基板上に実施例１と同様に形成した
。

この接合用のガラスペーストを形成したＡＩＮ基板とＡ
ＩＮ基体との間にリードフレームを挟持して、空気中８
５０℃２時間加熱することによりガラス接合を行なった
。

これにＡｕワイヤーボンディングを容易にするため、リ
ードフレーム表面にＡｕメツキ層を　１μｍ形成し、回
路装置用のパッケージを作製した。

次に第１図に示す如く、Ａｕの金属層の上にベアーチッ
プ１７を４３０℃でグイボンドし、Ａｕワイヤーでワイ
ヤーボンディングを行なった。そしてコバール製上蓋を
Ａｕ　−Ｓｎ半田を用いて３２０℃ＩＯ分間加熱するこ
とによりシールし、半導体の回路装置を　ｌ　００　（
［ｉｉ１得た。

この半導体の回路装置１００個について、リード端子間
の絶縁抵抗値、リード端子の接合強度を評価すると共に
気密性を評価するために、Ｈｅリークテストを行なった
。

その結果、この回路装置１００個すべてが絶縁抵抗値３
Ｘ　１０′４Ω、リード端子の接合強度１０ｋｇ／ｍｍ
２以上、　Ｈｅリーク速度ＩＸ　１Ｏ−８ｓｔｄ　ｃｃ
／ｓｅｃ以下と優れた電気的・機械的特性を示すと共に
、優れた気密性を示し、性能的に満足するものであった
。

（実施例３） 第４図に示した如く、厚さ０．１ｍｍ外形３５Ｘ３５　
ｍｍのコバール（２９Ｎｉ　−１６ｃｏ　−５５Ｆｅ）
製り一ドフレーム（４８ピン、　２５　ｍｉｌピッチ）
の表面に実施例１と同様にＡｇ　６２％、　Ａｕ　３８
％からなる組成物を１．５μｍの厚みで形成した。

これとは別に、市販ＡＩＮ基板（旭硝子■製へＧＮ−２
，熱伝導率２００　Ｗ／ｍＫ　、熱膨張係数４５Ｘ　１
０−’℃相）の基板２２（寸法：　３４Ｘ　３４Ｘ　１
ｍｍ）を準備し、実施例１と同様にＡｕの金属層を形成
した。

次に、実施例１で用いたと同じ接合用のガラスペースト
を該ＡＩＮ基板上に形成し、上記リードフレームを上に
のせ、８５０℃２時間空気中で加熱することにより、該
リードフレームとＡＩＮ基板を接合した。これにＡｕの
ワイヤーボンディングを容易にするため、該リードフレ
ーム表面にＡｕメツキ層を　１μｍ形成し、回路装置用
のパッケージを作製した。

次に第３図に示す如＜、Ａｕの金属層上にベアーチップ
を４３０℃でグイボンドし、Ａｕのワイヤーでワイヤー
ボンディングを行なった。そして、ＡＩＮ製の上蓋を接
合用のガラスとしてシール用ガラス（岩城硝子■製Ｔ−
１９１８Ｆ（商品名））を用いて４１５℃１０分間加熱
することによりシールし、半導体の回路装置を１００個
得た。

この半導体の回路装置１００個のリード端子間の絶縁抵
抗値、リード端子の接合強度を評価すると共に気密性を
評価するためＨｅリークテストを行なった。

その結果、１００個すべてが絶縁抵抗値３ＸｌＯ′４Ω
、リード端子の接合強度１０　ｋｇ／　ｍｍ２Ｈｅリー
ク速度ＩＸ　１０−’　５ｔｄ−ｃｃ　／　ｓｅｃ以下
と優れた電気的・機械的特性を示すと共に優れた気密性
を示し、性能的に満足するものであった。

（実施例４） 実施例１，２．３と同じ構造の回路装置をリードフレー
ムの表面に形成する組成物を、表−１に示す組成とし、
他の条件は全く変えずにそれぞれ１００Ｘ　２８個、計
３Ｘ　２８００個作製した。

これらの回路装置すべてを、それぞれ実施例１〜３と全
く同様の試験をしたところ、実施例１〜３と全く同様の
結果になり、性能的に満足するものであった。

更に、実施例１と同じ構造のもの２８００個についてリ
ードフレームの耐酸化特性を評価するため、空気中９０
０℃で１００時間（ｈｒ）、　１０００ｈｒ　。

１０．０００ｈｒ加熱し、表面の導通性１組成物の層の
接着性１表面の酸化物スケール発生有無について調査を
行ない結果を［表−１］に同時にまとめた。

［特性評価法］ １）、酸化物スケールの発生の有無 １０倍の光学顕微鏡による目視検査 ２）、導通特性 Ｙ、Ｈ，Ｐ製デジタルマルチメーターにより導通の有無
を評価した。

３）、接着性 ９０°方向曲げ試験３回実施後、１０倍の光学顕微鏡に
より、クラック、剥離の有無について評価した。（Ｍｉ
ｌ、ＳＴＤ、８８３ＣＭｅｔｈｏｄ　２００４　）（比
較例１） 実施例１〜３と全く同じ構造であって、リードフレーム
の表面に本発明にかかる組成物を形成しないものを使用
して、接合用のガラスペーストを焼成することによって
ＡＩＮ基板にリードフレームを接合した。焼成は８５０
℃２時間、窒素中で行なった。その他の条件は実施例１
〜３と全く同様として半導体の回路装置をそれぞれ１０
０個、計３００個作製した。

この３種の半導体の回路装置計３００個についてリード
端子間の絶縁抵抗値、リード端子の接合強度を評価する
と共に気密性を評価するためにＨｅリークテストを行な
った。

その結果、絶縁抵抗値１×１０８Ω程度、リード端子の
接合強度２．８　ｋｇ／　ｍｍ２程度と空気中加熱品に
比較して非常に低（不満足なものであった。

さらに気密性を示すＨｅリーク速度は２Ｘ　１０−’５
ｔｄ−ｃｃ／　ｓｅｃ程度と低く、気密性が不充分であ
ることが明らかとなった。

この半導体の回路装置の断面を観察したところ、接合ガ
ラス部に、多数の気泡が存在すると共に、一部の気泡は
連通した気泡を形成していた。そのため、気密性やリー
ド端子の接合強度が低下したものと考えられる。

さらには、 ガラスが一部還元されたため、 絶 線抵抗値。

機械的強度が低下したものと考えら れる。

［表 １コ ［表−１］の続き ［表−１］の続き Ｅ表−１］の続き ［表−１］の続き ［発明の効果］ 本発明の回路装置はコバール等のＮｉ含有金属の表面に
耐酸化性を有する本発明にかかる組成物を形成している
ため、ガラス層を介してのセラミックス基板との接合を
酸化性雰囲気、たとλば、生産性のよい空気中高温で行
なっても、金属部材が酸化腐食されることはな（、導通
を失うことがないという効果を有している。

また、接合するための加熱が酸化性雰囲気中であるため
ガラス層が還元されて電気的・機械的特性が低下するこ
とが無いため、高い電気的・機械的特性を示すという効
果を有する。

更にガラス中の有機ビヒクルの脱泡が容易に行なわれる
ため、気泡を原因とする気密性の低下が起きることは無
く、高い気密性を示すという効果を有する。

この様に本発明は、従来に無い生産性がよく、優れた電
気的・機械的特性を有し、かつ優れた気密性を有する、
回路装置を提供出来るという効果を有しており、その工
業的価値は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる回収装置の基本的構成
を示す断面図、 第２図は第１図に示す回路装置の組立工程を示す断面図
、 第３図は第１図とは別タイプの本発明の実於例にかかる
回収装置の基本的構成を示す断雨図、 第４図は第３図に示す回収装置の組立工程を示す断面図
。 ｌ：リードフレーム ２：絶縁基板 ３：接合用の基体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケルを含有した酸化性を有する金属の表面に 銀　３０〜９９．５重量％ 金　０．５〜７０重量％ パラジウム　０〜６０重量％ 白金　０〜３５重量％ からなる組成物を形成した耐酸化金属部材とセラミック
   ス基板がガラス又はガラスセラ ミックスの層を介して接合されている構造を有すること
   を特徴とする回路装置。
2. （２）第１項記載の耐酸化金属部材とセラミックス基板
   を酸化性雰囲気中で、ガラスセラミックス又はガラスペ
   ーストを使用し焼成して接合することを特徴とする回路
   装置の製造方 法。