JPH087640Y2 - ガラス封止型半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は半導体集積回路素子を収納する半導体素子収
納用パッケージに関し、特にガラス溶着によってパッケ
ージの封止を行うガラス封止型半導体素子収納用パッケ
ージの改良に関するものである。

（従来技術及びその課題） 従来、半導体素子、特に半導体集積回路素子を収納す
るためのガラス封止型半導体素子収納用パッケージは、
第２図に示すように、中央部に半導体素子を収容するた
めの方形状の凹部11aを有し、上面に封止用の低融点非
晶質ガラス層12が被着された絶縁基体11と、同じく中央
部に半導体素子を収容するための凹部を有し、下面に封
止用の低融点非晶質ガラス層14が被着された蓋体13と、
内部に収容する半導体素子を外部の電気回路に電気的に
接続するための外部リード端子15とにより構成されてお
り、絶縁基体11の上面に外部リード端子15を載置させる
とともに予め被着させておいた封止用の低融点非晶質ガ
ラス層12を溶融させることによって外部リード端子15を
絶縁基体11に仮止めし、次に前記絶縁基体11の凹部11a
に半導体素子16を取着するとともに該半導体素子16の各
電極をボンディングワイヤ17を介して外部リード端子15
に接続し、しかる後、絶縁基体11と蓋体13とをその相対
接する主面に被着させておいた封止用の低融点非晶質ガ
ラス層12、14を溶融一体化させ、絶縁基体11と蓋体13と
から成る容器を気密に封止することによって半導体装置
となる。

しかし乍ら、この従来のガラス封止型半導体素子収納
用パッケージは半導体素子16を絶縁基体11の凹部11aに
取着する際、半導体素子16の取着を強固とするために絶
縁基体11を約450℃の温度に加熱しており、該加熱によ
って絶縁基体11の上面に外部リード端子15を仮止めして
いる封止用の低融点非晶質ガラス層12が軟化溶融してし
まい、絶縁基体11の上面における外部リード端子15の取
着位置が変動し、外部リード端子15と絶縁基体11との相
対的位置決めが困難となる欠点を有していた。また、こ
の溶融した封止用の低融点非晶質ガラス層12が半導体素
子16の方向に流れ、該半導体素子16を汚染してしまうと
いう欠点も有していた。

そこで上記欠点を解消するために絶縁基体11上に外部
リード端子15を固定するガラスとして半導体素子16の取
着固定の熱によっても軟化溶融しない高融点の結晶質ガ
ラスを使用することが提案されている（実公昭63-3166
号参照）。

しかし乍ら、この結晶質ガラスを用いたガラス封止型
半導体素子収納用パッケージは絶縁基体11上面に結晶質
ガラスを介して固定された外部リード端子15に外力を印
加し、該外部リード端子15を下方に折り曲げてＪ字型等
に加工した場合、折り曲げの応力と、絶縁基体11と結晶
質ガラスの熱膨張係数の相違に起因する応力とが相乗し
て結晶質ガラスの絶縁基体11との界面、特に絶縁基体11
の外周部における界面に多量のクラックを発生させ、こ
れが半導体素子16を収容する容器の気密封止を破り内部
に収容する半導体素子16を長期間にわたり正常、かつ安
定に作動させることができないという欠点を有してい
た。

尚、ガラス工業においてガラスに発生したクラックは
該ガラスを再溶融させることにより取り除くことが判っ
ている。そのため、このガラス封止型半導体素子収納用
パッケージにおいても結晶質ガラスに発生したクラック
を該結晶質ガラスを結晶化状態にまで再溶融させ、これ
によってクラックを取り除くことが考えられるが結晶質
ガラスは粘性に欠けるため再溶融したとしてもクラック
を完全に埋めることはできず前述の欠点は有効に解消す
ることができない。

（考案の目的） 本考案は上記諸欠点に鑑み案出されたもので、その目
的は内部に収容する半導体素子の気密封止を完全なもの
とし、半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作
動させることができるようになしたガラス封止型半導体
素子収納用パッケージを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本考案は半導体素子を外部回路に電気的に接続する外
部リード端子が溶融結晶化させた結晶質ガラスによって
固着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温度
で軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、前
記蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶縁
基体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体素
子を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体素
子収納用パッケージにおいて、前記絶縁基体と結晶質ガ
ラスの間に該結晶質ガラスより低い温度で、かつ蓋体の
ガラス部材より高い軟化溶融温度の非晶質のガラス層を
配したことを特徴とするものである。

（実施例） 次に本考案を第１図に示す実施例に基づき詳細に説明
する。

第１図は本考案のガラス封止型半導体素子収納用パッ
ケージの一実施例を示し、１はアルミナセラミックス等
の電気絶縁材料から成る絶縁基体、２は同じく電気絶縁
材料から成る蓋体である。この絶縁基体１と蓋体２とに
より半導体素子を収容する絶縁容器が構成される。

前記絶縁基体１及び蓋体２にはそれぞれの中央部に半
導体素子を収容するための凹部が設けてあり、絶縁基体
１の凹部1a底面には半導体素子３が樹脂、ガラス、ロウ
材等の接着材を介し取着固定される。

尚、前記絶縁基体１及び蓋体２は従来周知のプレス成
形法を採用することによって形成され、例えば絶縁基体
１及び蓋体２がアルミナセラミックスから成る場合に
は、第１図に示すような絶縁基体１または蓋体２に対応
した形状を有するプレス型内にアルミナセラミックスの
粉末を充填させるとともに一定圧力を印加して成形し、
しかる後、成形品を約1500℃の温度で焼成することによ
って製作される。

前記絶縁基体１はその上面にコバール（Fe-Ni-Co合
金）や42Alloy（Fe-Ni合金）等の金属材料から成る外部
リード端子４の一端がガラス部材５により取着固定され
ており、該外部リード端子４は半導体素子３の各電極が
ワイヤ６を介し電気的に接続され、外部リード端子４を
外部回路に接続することにより半導体素子３は外部回路
と接続されることとなる。

前記外部リード端子４を絶縁基体１上面に取着固定す
るガラス部材５は結晶質のガラスより成り、該結晶質ガ
ラスから成るガラス部材５は一旦結晶化すると極めて高
い温度（例えば600℃前後）にしない限り軟化、溶融す
ることはなく、従って外部リード端子４がガラス部材５
を介して固定された絶縁基体１の凹部1aに半導体素子３
を取着する際、該半導体素子３の取着強度を強固とする
ために絶縁基体１を約450℃に加熱したとしてもガラス
部材５は軟化、溶融することはなく、外部リード端子４
の絶縁基体１上面における相対的な位置決めを完全なも
のと成すと共に、ガラス部材５が溶融し半導体素子３に
付着して半導体素子３を汚染することもない。

尚、前記ガラス部材５は、例えば酸化鉛（PbO）60wt
％、酸化亜鉛（ZnO）9.0wt％、酸化ジルコニウム（ZrO
2）9.0wt％、酸化ホウ素（B2O3）9.0wt％、酸化シリコ
ン（SiO2）8.5wt％等から成り、その結晶化温度は約500
℃、一旦結晶化させた後に軟化溶融させる温度は約600
℃である。

また前記ガラス部材５を用いて外部リード端子４を絶
縁基体１の上面に取着固定する方法としては、まず上述
したガラス原料粉末に適当な溶剤を添加し、ガラスペー
ストを作ると共に、このガラスペーストを従来周知のス
クリーン印刷により絶縁基体１上面に印刷塗布させる。

次に前記絶縁基体１に塗布したガラスペースト上に外
部リード端子４の一端を載置するとともに約500℃の温
度に加熱し、ガラスペーストを半結晶化状態のガラスに
して外部リード端子４を絶縁基体１上面に仮止めする。

そして次に前記仮止めされた外部リード端子４の他端
側に外力を印加し外部リード端子４をＪ字型等に折り曲
げ加工を施す。

そして最後に前記外部リード端子４を仮止めしている
半結晶化状態のガラスを再度約500℃に加熱し再溶融さ
せ、完全に結晶化させることによって行われる。

また前記蓋体２にはその下面に低融点の非晶質ガラス
から成るガラス部材７が被着されており、該ガラス部材
７は蓋体２を絶縁基体１上面に取着し、絶縁容器の内部
を気密に封止する作用を為す。

尚、前記ガラス部材７は酸化鉛（PbO）75wt％、酸化
チタン（TiO2）9.0wt％、酸化ホウ素（B2O3）7.5wt％、
酸化亜鉛（ZnO）2.0wt％等から成り、該ガラス原料粉末
に適当な溶剤を添加して得たガラスペーストを従来周知
のスクリーン印刷等の厚膜手法を採用することにより蓋
体２の下面に所望厚みに被着形成される。

前記ガラス部材７はその軟化、溶融温度が約400℃前
後の低いものであることから、該ガラス部材７を約400
℃の温度に加熱し蓋体２を絶縁基体１上面に取着して絶
縁容器を気密封止する際、絶縁基体１上面に取着されて
いるガラス部材５に気密封止の熱が印加されたとしても
ガラス部材５は軟化溶融することは一切なく外部リード
端子４を常に所定位置に固定して置くことができる。

また前記絶縁基体１の上面外周部において、絶縁基体
１と結晶質ガラスから成るガラス部材５との間にはガラ
ス部材５より低い温度で、かつ蓋体２に被着されたガラ
ス部材７より高い温度で軟化溶融する非晶質のガラス層
８が配されている。

この絶縁基体１と結晶質ガラスから成るガラス部材５
との間に非晶質ガラス層８を配すると、外部リード端子
４をＪ字型等に折り曲げる際、ガラス部材５に印加され
る応力はそのまま非晶質ガラス層８に伝わり、該非晶質
ガラス層８にクラックが発生する。

しかし乍ら、非晶質ガラスは再溶融によってクラック
を取り除くことができるため、前記非晶質ガラス層８を
再加熱し、再溶融させれば発生したクラックは完全に取
り除くことができ、これによって半導体素子を収容する
絶縁容器の気密封止を完全なものとなすことが可能とな
る。

尚、前記非晶質ガラス層８は結晶質ガラスから成るガ
ラス部材５より低い温度で軟化溶融する非晶質ガラスよ
り成っているため非晶質ガラス層８を再溶融させるため
の熱がガラス部材５に印加されたとしてもガラス部材５
は軟化溶融することが一切なく、常に外部リード端子４
を強固に、かつ所定位置に固定する。

また前記非晶質ガラス層８は蓋体２に被着させたガラ
ス部材７より高い温度で軟化溶融する非晶質ガラスより
成っているため、ガラス部材７を加熱溶融させ、蓋体２
を絶縁基体１上に取着する際、非晶質ガラス層８に熱が
印加されたとしても、該非晶質ガラス層８は軟化溶融す
ることが一切なく、絶縁基体１とガラス部材５との間に
そのままの状態で存在する。

前記非晶質ガラス層８は、例えば酸化鉛（PbO）60wt
％、酸化ホウ素（B2O3）12wt％、酸化シリコン（SiO2）
10wt％、酸化アルミニウム（Al2O3）10wt％、酸化亜鉛
（ZnO）5wt％等から成り、その軟化溶融温度は約500℃
の非晶質ガラスである。

また前記非晶質ガラス層８を絶縁基体１とガラス部材
５の間に配する方法は、絶縁基体１上に非晶質ガラス層
８となるガラス原料粉末を用いたガラスペーストとガラ
ス部材５となるガラス原料粉末を用いたガラスペースト
を順次厚膜手法により塗布し、次にこれを約500℃の温
度に加熱し、絶縁基体１上に非晶質ガラス層８を溶着さ
せ、更にこの非晶質ガラス層８上に完全に結晶化された
ガラス部材５を溶着させることによって行われる。

尚、前記非晶質ガラス層８は絶縁基体１とガラス部材
５との間の全面に配してもよく、また外部リード端子４
を折り曲げる際の応力が集中する絶縁基体１の上面外周
部の一部に配してもよい。

かくしてこの半導体素子収納用パッケージによれば、
絶縁基体１の凹部1a底面に半導体素子３を取着固定する
とともに該半導体素子３の各電極をワイヤ６により外部
リード端子４に接続させ、しかる後、絶縁基体１と蓋体
２とを蓋体２の下面に予め被着させておいたガラス部材
７を加熱溶融させ、接合することによって内部に半導体
素子３を気密に封止し、これによって最終製品としての
半導体装置が完成する。

（考案の効果） 本考案は半導体素子を外部回路に電気的に接続する外
部リード端子が溶融結晶化させた結晶質ガラスによって
固着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温度
で軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、前
記蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶縁
基体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体素
子を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体素
子収納用パッケージにおいて、前記絶縁基体と結晶質ガ
ラスの間に該結晶質ガラスより低い温度で、かつ蓋体の
ガラス部材より高い温度で軟化溶融する非晶質のガラス
層を配したことから、外部リード端子を折り曲げる際の
応力によって外部リード端子を固定しているガラス部材
に発生するクラックは有効に取り除くことが可能とな
り、これによって半導体素子を収容する絶縁容器の気密
封止を完全なものとし、内部に収容する半導体素子を長
期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るガラス封止型半導体素子収納用パ
ッケージの一実施例を示す断面図、第２図は従来のガラ
ス封止型半導体素子収納用パッケージを示す断面図であ
る。 １……絶縁基体 ２……蓋体 ４……外部リード端子 ５……結晶質ガラス層から成るガラス部材 ７……蓋体に被着されたガラス部材 ８……非晶質ガラス層

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子を外部回路に電気的に接続する
   外部リード端子が溶融結晶化させた結晶質ガラスによっ
   て固着された絶縁基体と、前記結晶質ガラスより低い温
   度で軟化溶融するガラス部材を備えた蓋体とから成り、
   前記蓋体のガラス部材を絶縁基体上に加熱溶融させ、絶
   縁基体と蓋体とを接合させることによって内部に半導体
   素子を気密に封入するようになしたガラス封止型半導体
   素子収納用パッケージにおいて、前記絶縁基体と結晶質
   ガラスの間に該結晶質ガラスより低い温度で、かつ蓋体
   のガラス部材より高い軟化溶融温度の非晶質のガラス層
   を配したことを特徴とするガラス封止型半導体素子収納
   用パッケージ。