JPH08213496A - セラミック製パッケージ基体及び該基体を用いたセラミック製パッケージの封着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体装置を収納するキャビティ部１６と、
キャビティ部１６の外周部表面に形成され、セラミック
製リッド１２との間を半田層１５で気密に封着するため
のメタライズ層２０とを備えたセラミック製パッケージ
基体１１において、メタライズ層２０のコーナー部の厚
みが辺部に比べて厚くなっているセラミック製パッケー
ジ基体。 【効果】 キャビティ部１６の封止を行う際に、メタラ
イズ層２０の辺部２０ｂと半田層１５との間に空間を形
成することができ、キャビティ部１６のガスをこの空間
を通して外部にスムーズに排出させることができ、スプ
ラッターの発生を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック製パッケージ
基体及びセラミック製パッケージの封着方法に関し、よ
り詳細には、ＩＣチップやＬＳＩチップ等の半導体チッ
プを搭載することのできるセラミック製パッケージ用の
パッケージ基体及び該パッケージ基体を用いたセラミッ
ク製パッケージの封着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置において、集積回路などの半
導体素子は、パッケージ基体に設けられた半導体素子搭
載部に収納され、該半導体素子搭載部がリッドで気密に
封止されて実用に供されている。アルミナ等のセラミッ
クは耐熱性、耐久性、信頼性などに優れるため、このパ
ッケージ基体及びリッドの材料として好適であり、セラ
ミック製のＩＣパッケージは現在盛んに使用されてい
る。

【０００３】このセラミック製パッケージにおいて、セ
ラミック製のパッケージ基体をセラミック製のリッドで
封止する場合には、封止材として半田が利用される。し
かし、半田とセラミックとを直接接合させるのは難しい
ため、通常パッケージ基体及びリッドの封止部には下地
金属層が形成されている。従って、前記パッケージ基体
と前記リッドとは前記下地金属層を介して半田によって
接合されることになる。

【０００４】このような半導体素子を搭載したセラミッ
ク製パッケージ（半導体装置）の構成及び前記半導体装
置の作製方法を具体的に説明する。以下においては、半
導体装置のうち、半導体素子及びワイヤボンディング等
の配線部分を除いた部分をパッケージということにす
る。

【０００５】図２（ａ）はセラミック製パッケージを構
成するリッドを模式的に示した底面図であり、（ｂ）は
（ａ）に示したリッドのＩ−Ｉ線断面図であり、（ｃ）
はこのリッドが用いられた半導体装置を模式的に示した
断面図である。

【０００６】図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、リ
ッド３２は、セラミック基板１３、その周縁部（上面外
周部及び側面）に形成されたメタライズ層１４、及びこ
のメタライズ層１４を覆う半田層３５から構成されてい
る。この半田層３５は、均一な厚さで形成されており、
Ｐｂを主成分とし、この主成分にＢｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａ
ｇ等が添加された組成からなる。

【０００７】一方、このようなリッド３２が用いられた
半導体装置において、パッケージ基体３１の中央にはキ
ャビティ部１６が形成され、その周囲にはリッド３２を
封止する際に用いられるメタライズ層４０が形成され、
さらにメタライズ層４０の周囲には図示しないマザーボ
ードに接続するための外部接続ピン２１が立てられてい
る。また、キャビティ部１６は通常その周辺部分が階段
状に構成されており、中間の階段部分にはワイヤボンデ
ィングのためのパッド部１９が形成され、底面部分には
ＬＳＩ等を載置する半導体素子搭載部１７が形成されて
いる。そして、このパッケージ基体３１に形成されたメ
タライズ層４０とリッド３２に形成されたメタライズ層
１４を介して半田層３５によりパッケージ基体３１とリ
ッド３２とが接合され、半導体素子１８が封止されてい
る。

【０００８】次に、この半導体装置を作製する方法を説
明する。まず、パッケージ基体３１の半導体素子搭載部
１７に半導体素子１８を接着した後、ワイヤボンディン
グ法により半導体素子１８側のパッド部（図示せず）と
パッケージ基体３１側のパッド部１９とを接続する。

【０００９】次に、リッド３２の半田層３５をパッケー
ジ基体３１の上面に形成されているメタライズ層４０に
重ね合わせ、バネ、クリップ等の固定治具によってパッ
ケージ基体３１上にリッド３２を仮固定する。次に、加
熱炉内にリッド３２が仮固定されたパッケージ基体３１
を搬入し、リッド３２に形成されている半田層３５を溶
融させてリッド３２とパッケージ基体３１とを接合さ
せ、その後冷却することによって半導体素子１８をパッ
ケージ基体３１内に気密に封止する。

【００１０】しかし、従来の半導体装置においては、図
３に示すようにリッド３２を封着する際、半田層３５が
溶けて形成された溶融半田が飛散し、該半田がパッケー
ジ基体３１の表面や外部接続ピン２１等に付着して、マ
ザーボードへの外部接続ピン２１の挿入を阻害したり、
汚れが発生するという問題があった。これは、パッケー
ジ基体３１がリッド３２で封着される際に、キャビティ
部１６における内部圧力が上昇するため、溶融した半田
が内部から吹き出すガスによって吹き飛ばされてしまう
ことに起因すると考えられる。

【００１１】このような内部からのガス吹き出しによる
半田等の封止部材の飛散（スプラッター）を防止するた
め、リッドに形成される封止部材の一部に切り欠け部が
形成されたリッドを使用した半導体装置が提案されてい
る（例えば、実開昭６３−６５２４１号公報、実開平３
−１０５４１号公報、実開平３−１０５４２号公報、実
開平３−１０５４３号公報、特開平６−２３２２８４号
公報等）。

【００１２】図４は、封止部材の一部に切り欠け部が形
成されたリッドを底面側から見た模式的斜視図である。

【００１３】図４に示したように、リッド４２のメタラ
イズ層４４上に形成された半田層４５には、それぞれ辺
部の中央付近に切り欠け部４６が形成されており、これ
により封着時にキャビティ部（図示せず）に存在する内
部ガスを外部に抜くことができるようになっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように半
田層４５の一部に切り欠け部４６が形成されたリッド４
２を使用して封着を行う場合においても、次のような課
題があった。すなわち、 切り欠け部４６からメタライズ層４４が表出し易く、
封着時に半田層４５が解けて形成される溶融半田の流れ
状態が悪くなり、切り欠け部４６をスムーズに塞ぐこと
ができない。

【００１５】半田層４５に切り欠け部４６（ガス抜き
部）を形成するのが難しい。

【００１６】封着時の温度で流動性の良い半田を使用
する必要があり、半田材料が制限される。

【００１７】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、リッドをパッケージ基体に封着する際、キャ
ビティ内部のガスをスムーズに外部に逃がすことがで
き、かつ完全な封着が容易なセラミック製パッケージ基
体及び該基体を用いたセラミック製パッケージの封着方
法を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るセラミック製パッケージ基体は、半導体
装置を収納するキャビティ部と、該キャビティ部の外周
部表面に形成され、セラミック製リッドとの間を半田で
気密に封着するためのメタライズ層（シールリング）と
を備えたセラミック製パッケージ基体において、前記メ
タライズ層のコーナー部の厚みが辺部に比べて厚くなっ
ていることを特徴としている（１）。

【００１９】また、本発明に係るセラミック製パッケー
ジの封着方法は、セラミック製パッケージ基体の半導体
装置を収納するキャビティ部の外周部表面に形成された
メタライズ層と、セラミック製リッドの外周縁部に形成
された半田層とを重ね合わせて加熱することにより、前
記キャビティ部を気密に封止するセラミック製パッケー
ジの封着方法において、上記（１）記載のセラミック製
パッケージ基体と、辺部に比べてコーナー部の方が厚い
半田層を備えた前記セラミック製リッドとを用いること
を特徴としている（２）。

【００２０】本発明に係るセラミック製パッケージ基体
（１）に形成されるメタライズ層（シールリング）は、
通常Ｗを用いて形成され、コーナー部付近の厚さ（以
下、焼成後のメタライズ層をいう）は１０〜３０μｍが
好ましく、前記コーナー部付近を除いた辺部の厚さは５
〜２０μｍが好ましい。厚さの厚いメタライズ層部分は
辺部のガス抜き部を確保する必要があるため、矩形のメ
タライズ層の１辺の２０〜５０％（両端部の肉厚部を合
わせた値）程度が好ましい。メタライズ層のコーナー部
付近の厚さが１０μｍ未満であると、辺部との厚さに差
をつけるのが難しくなり、他方コーナー部付近の厚さが
３０μｍを超えると、グリーンシート上にペーストの塗
布によりメタライズ層となる部分を形成する際、何度も
塗布を行わなければならないので経済的でない。

【００２１】通常、メタライズ層の厚さを厚くするため
には、パッケージ基体の最上層となるグリーンシート上
に、Ｗを含むペーストによりメタライズ層のコーナー部
となる部分を印刷、乾燥させた後、前記コーナー部とな
る部分に重ねて、メタライズ層（シールリング）の全体
となるリング状の部分の印刷、乾燥を行い、その後他の
グリーンシートと積層した後、焼成すればよい。

【００２２】リッドに形成される半田層の厚さは、全体
を均一な厚さとしてもよいが、辺部に比べてコーナー部
を厚くする方が好ましい。その場合、コーナー部付近の
最も厚い部分で１５０〜４００μｍ、辺部の最も薄い部
分で８０〜２００μｍが好ましい。コーナー部付近の厚
さが１５０μｍ未満では、半田層の厚さに差をつけるこ
とが難しく、他方コーナー部付近の厚さが４００μｍを
超える半田層を形成するのは、工程上や経済性等の面で
実用的でない。

【００２３】

【作用】図１（ａ）は本発明に係るセラミック製パッケ
ージの封着方法に用いられるリッドをメタライズ層を含
んた断面で切断した形状を模式的に示した縦断面図であ
り、図１（ｂ）は本発明に係るパッケージ基体をキャビ
ティ部の周囲に形成されたメタライズ層を含んだ断面で
切断した形状を模式的に示した縦断面図であり、図１
（ｃ）はパッケージ基体のメタライズ層部分のみを示し
た平面図である。

【００２４】図１（ｂ）に示したように、本発明に係る
パッケージ基体１１に形成されたメタライズ層２０はコ
ーナー部分２０ａの厚さが辺部２０ｂに比べて厚くなっ
ており、また、図１（ａ）に示したように、本発明に係
るセラミック製パッケージの封着方法に用いられるリッ
ド１２に形成された半田層１５は、辺部１５ｂの中央付
近が薄く、コーナー部１５ａが厚い方が好ましい。

【００２５】このように、図１（ｂ）に示したパッケー
ジ基体１１においては、メタライズ層２０の辺部２０ｂ
がコーナー部２０ａに比べて厚くなっているので、例え
ば図２（ｂ）に示したような均一な厚さの半田層３５を
有するリッド３２を使用して、パッケージ基体１１のキ
ャビティ部１６を封止した場合でも、コーナー部２０ａ
に比べて厚さの薄い辺部２０ｂのメタライズ層２０とリ
ッド３２に形成された半田層３５との間に空間が形成さ
れる。従って、この空間を通ってキャビティ１６内部の
ガスが外部に抜け易く、スプラッターの発生が防止され
る。

【００２６】また、図１（ａ）に示した辺部１５ｂに比
べてコーナー部１５ａの方が厚い半田層１５を備えたリ
ッド１２を用いると、メタライズ層２０の辺部２０ｂの
中央部分に、より広い空間が確保され、キャビティ１６
内部のガスがより抜け易くなるため、スプラッターの発
生がより確実に防止される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明に係るセラミック製パッケージ
基体及びセラミック製パッケージの封着方法の実施例を
図面に基づいて説明する。

【００２８】図１に示したパッケージ基体１１の構成
は、メタライズ層２０を除いて図２（ｃ）に示した従来
例のものと同様であるので、その詳しい説明は省略し、
ここではその材質、寸法及びメタライズ層２０について
説明する。

【００２９】このパッケージ基体１１はアルミナ製であ
り、その辺部の長さを４４ｍｍ×４４ｍｍに、キャビテ
ィ部１６（図２（ｃ））が形成された中央部分の厚さを
１．３２ｍｍに、外周部の厚さを２．８０ｍｍに、キャ
ビティ部１６の外形寸法を２０ｍｍ×２０ｍｍに設定し
た。

【００３０】次に、キャビティ部１６の周囲近傍のパッ
ケージ基体１１表面に形成されたＷからなるメタライズ
層２０の厚さを、実施例１の場合にはコーナー部２０ａ
（コーナーから約５ｍｍ）で約４０μｍに、その他の辺
部２０ｂで約１５μｍに、実施例２の場合にはコーナー
部２０ａ（コーナーから約５ｍｍ）で約２５μｍに、そ
の他の辺部２０ｂで約１５μｍに設定した。

【００３１】このようにコーナー部２０ａが厚いメタラ
イズ層２０を形成するために、焼成後にパッケージ基体
１１の最上層を形成することとなるグリーンシート上
に、Ｗを含むペーストを用いて、まずメタライズ層２０
のコーナー部２０ａとなる部分のみの印刷、乾燥を行
い、その後コーナー部２０ａとなる印刷部分に重ねて、
メタライズ層２０全体となるリング状部分の印刷、乾燥
を行った。その後、他のグリーンシートと積層した後、
Ｎ₂ −Ｈ₂ 還元性ガス雰囲気下、１５６０℃で焼成する
ことによりパッケージ基体１１を製造した。

【００３２】また、比較例に係る従来のパッケージ基体
３１の場合には、メタライズ層４０の厚さを全周にわた
り１５μｍの均一な厚さに設定した。前記比較例の場合
は、メタライズ層４０の全体となるリング状部分を一度
に印刷、乾燥させた他は、実施例の場合と同様にパッケ
ージ基体３１を製造した。

【００３３】一方リッド１２はアルミナ製であり、その
辺部の長さを２５ｍｍ×２５ｍｍに、半田層１５の厚さ
をコーナー部の最も厚い部分で約２８０μｍに、辺部の
最も薄い部分で約１３０μｍに設定した。

【００３４】また、半田層１５の組成を、Ｓｎ：４．１
ｗｔ％、Ａｇ：１．０ｗｔ％、Ｉｎ：１．１ｗｔ％、Ｂ
ｉ：８．２ｗｔ％、残部をＰｂとした。

【００３５】このような実施例及び比較例に係るリッド
１２、３２及びパッケージ基体１１、３１を用い、従来
の技術で説明した方法と同様の方法で封着を行い、この
ときのスプラッター発生率を測定した。サンプル数は各
実施例及び比較例について１００個とした。

【００３６】その結果、実施例１の場合には、スプラッ
ター発生率が０％、実施例２の場合にはスプラッター発
生率が０．３％と極めて低レベルであったのに対し、比
較例の場合には、スプラッター発生率が２．０％と大き
な値を示した。これより、キャビティ部１６の周囲に形
成されたメタライズ層２０がコーナー部分２０ａで厚い
パッケージ基体１１やパッケージ基体１１と半田層１５
がコーナー部分１５ａで厚いリッド１２との組み合わせ
が、封着の際のスプラッターの発生を防止するのに有効
であることが明らかになった。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るパッケ
ージ基体にあっては、半導体装置を収納するキャビティ
部と、該キャビティ部の外周部表面に形成され、セラミ
ック製リッドとの間を半田で気密に封着するためのメタ
ライズ層とを備えたセラミック製パッケージ基体におい
て、前記メタライズ層のコーナー部の厚みが辺部に比べ
て厚くなっているので、前記キャビティ部の封止を行う
際に、辺部のメタライズ層と流動半田層との間に空間を
形成することができ、キャビティ内部のガスを前記空間
を通して外部にスムーズに排出させることができ、スプ
ラッターの発生を防止することができる。

【００３８】また、本発明に係るセラミック製パッケー
ジの封着方法にあっては、セラミック製パッケージ基体
の半導体装置を収納するキャビティ部の外周部表面に形
成されたメタライズ層と、セラミック製リッドの外周縁
部に形成された半田層とを重ね合わせて加熱することに
より、前記キャビティ部を気密に封止するセラミック製
パッケージの封着方法において、上記（１）記載のセラ
ミック製パッケージ基体と、辺部に比べてコーナー部の
方が厚い半田層を備えた前記セラミック製リッドとを用
いるので、前記キャビティ部の封止を行う際に、辺部の
メタライズ層と流動半田層との間にさらに大きい空間を
形成することができ、キャビティ内部のガスを前記空間
を通して外部にスムーズに排出させることができ、スプ
ラッターの発生をより確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るセラミック製パッケージ
の封着方法に用いられるリッドをメタライズ層を含んた
断面で切断した形状を模式的に示した縦断面図であり、
（ｂ）は本発明に係るパッケージ基体をキャビティ部の
周囲に形成されたメタライズ層を含んだ断面で切断した
形状を模式的に示した縦断面図であり、（ｃ）はパッケ
ージ基体のメタライズ層部分のみを示した平面図であ
る。

【図２】（ａ）はセラミック製パッケージを構成するリ
ッドを模式的に示した底面図であり、（ｂ）は（ａ）に
示したリッドのＩ−Ｉ線断面図であり、（ｃ）はこのリ
ッドが用いられた半導体装置を模式的に示した断面図で
ある。

【図３】スプラッターが発生する様子を模式的に示した
部分拡大断面図である。

【図４】封止部材の一部に切り欠け部が形成されたリッ
ドを底面側から見た模式的な斜視図である。

【符号の説明】

１１ パッケージ基体 １２ リッド １５ 半田層 １６ キャビティ部 ２０ メタライズ層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置を収納するキャビティ部と、
   該キャビティ部の外周部表面に形成され、セラミック製
   リッドとの間を半田で気密に封着するためのメタライズ
   層とを備えたセラミック製パッケージ基体において、前
   記メタライズ層のコーナー部の厚みが辺部に比べて厚く
   なっていることを特徴とするセラミック製パッケージ基
   体。
2. 【請求項２】 セラミック製パッケージ基体の半導体装
   置を収納するキャビティ部の外周部表面に形成されたメ
   タライズ層と、セラミック製リッドの外周縁部に形成さ
   れた半田層とを重ね合わせて加熱することにより、前記
   キャビティ部を気密に封止するセラミック製パッケージ
   の封着方法において、請求項１記載のセラミック製パッ
   ケージ基体と、辺部に比べてコーナー部の方が厚い半田
   層を備えた前記セラミック製リッドとを用いることを特
   徴とするセラミック製パッケージの封着方法。