JPH1174398A - 半導体装置用パッケージ - Google Patents
半導体装置用パッケージInfo
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- JPH1174398A JPH1174398A JP9233958A JP23395897A JPH1174398A JP H1174398 A JPH1174398 A JP H1174398A JP 9233958 A JP9233958 A JP 9233958A JP 23395897 A JP23395897 A JP 23395897A JP H1174398 A JPH1174398 A JP H1174398A
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- JP
- Japan
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- package
- glass
- alloy
- sealing
- plating
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- Glass Compositions (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 今後増大する飛翔体用若しくは携帯用の機器
に用いる半導体素子搭載用パッケージとして、材料特性
が最適なＡＬ−Ｓｉ合金を用いて実用可能な気密性を保
つパッケージとする。 【解決手段】 Ｓｉを３０〜８０重量％含むＡｌ−Ｓｉ
合金をパッケージ基体とし、これに金メッキしたもの
と、リードピンと封止用ガラスに結晶性低融点ガラスを
用いて組み合わせることにより、気密性の規格を充分満
たすパッケージとなる。金メッキの下地にはＮｉメッキ
をするのが好ましく、また、この組み合わせには該ガラ
スの組成にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ等のアルカリ金属
酸化物を含まないものがよく、さらに、封止用孔の形状
において、片側の孔の径が他方の孔の径より５〜５０％
小さくすることが好ましい。
に用いる半導体素子搭載用パッケージとして、材料特性
が最適なＡＬ−Ｓｉ合金を用いて実用可能な気密性を保
つパッケージとする。 【解決手段】 Ｓｉを３０〜８０重量％含むＡｌ−Ｓｉ
合金をパッケージ基体とし、これに金メッキしたもの
と、リードピンと封止用ガラスに結晶性低融点ガラスを
用いて組み合わせることにより、気密性の規格を充分満
たすパッケージとなる。金メッキの下地にはＮｉメッキ
をするのが好ましく、また、この組み合わせには該ガラ
スの組成にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ等のアルカリ金属
酸化物を含まないものがよく、さらに、封止用孔の形状
において、片側の孔の径が他方の孔の径より５〜５０％
小さくすることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ａｌ−Ｓｉ合金を
用いた半導体用パッケージのリードピンを封止する構造
を有するパッケージに関する。
用いた半導体用パッケージのリードピンを封止する構造
を有するパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の用途が携帯用の電子機器に広く
使われるようになり、また半導体自体の小型、軽量化が
進められるに従い、その結果、半導体パッケージの設計
仕様に軽量化の要求が強くなってきた。そこで、パッケ
ージに用いる材料も種々工夫され、特開平１−２０５０
５５号公報にもあるように、Ａｌ−Ｓｉ合金がその用途
に合う材料であることが確認されている。
使われるようになり、また半導体自体の小型、軽量化が
進められるに従い、その結果、半導体パッケージの設計
仕様に軽量化の要求が強くなってきた。そこで、パッケ
ージに用いる材料も種々工夫され、特開平１−２０５０
５５号公報にもあるように、Ａｌ−Ｓｉ合金がその用途
に合う材料であることが確認されている。
【０００３】Ａｌ−Ｓｉ合金は、その材料特性に大きな
特徴をもち、熱膨張率が搭載する半導体に近く、パッケ
ージへの半導体実装時に生じる熱歪みによる問題を解決
するほか、従来軽量材料として使われているＡｌやＡｌ
合金といった材料より比重が小さいので軽量であり、熱
伝導性は金属のためセラミック系より大きく、ヒートシ
ンクとしての特性も有利である。また、類似するＡｌ金
属やＡｌ合金と対比し、素材の機械的強度が大きいの
で、Ａｌ金属等で作られるパッケージよりも、肉厚を薄
くして用いることができるため、より小型、軽量化に対
して有利である。こうした特性を生かし、とりわけ軽量
化の重視されている航空機や衛星搭載用、携帯情報機器
用途のパッケージへ普及しつつある。これらの用途のパ
ッケージには、パッケージ内部に実装される半導体素子
の劣化を防止する目的で外的環境からの保護のため、高
い気密性とそれを持続する信頼性が要求される。特にパ
ッケージ外部との情報のやり取りをするリードピンとパ
ッケージの間の気密性が重視される。
特徴をもち、熱膨張率が搭載する半導体に近く、パッケ
ージへの半導体実装時に生じる熱歪みによる問題を解決
するほか、従来軽量材料として使われているＡｌやＡｌ
合金といった材料より比重が小さいので軽量であり、熱
伝導性は金属のためセラミック系より大きく、ヒートシ
ンクとしての特性も有利である。また、類似するＡｌ金
属やＡｌ合金と対比し、素材の機械的強度が大きいの
で、Ａｌ金属等で作られるパッケージよりも、肉厚を薄
くして用いることができるため、より小型、軽量化に対
して有利である。こうした特性を生かし、とりわけ軽量
化の重視されている航空機や衛星搭載用、携帯情報機器
用途のパッケージへ普及しつつある。これらの用途のパ
ッケージには、パッケージ内部に実装される半導体素子
の劣化を防止する目的で外的環境からの保護のため、高
い気密性とそれを持続する信頼性が要求される。特にパ
ッケージ外部との情報のやり取りをするリードピンとパ
ッケージの間の気密性が重視される。
【０００４】これら軽量、高放熱の半導体装置用パッケ
ージには、非常に類似する材料としてＡｌ合金を用いた
特公平４−５９７号公報等に開示されるものがある。こ
の発明には、リード端子の接続に工夫がなされている。
さらに、特開平６-２６３４７７号公報では、アルミニ
ウムを材料とするパッケージにリードピンを装着し、ガ
ラスによる封止構造の開示がある。しかしこれらの開示
は、アルミニウム又は少量の他元素を含むアルミニウム
合金であり、その熱膨張率は、２０〜２３×１０-6／℃
と大きく、ＡｌーＳｉ合金の熱膨張率、８〜１８×１０
-6／℃とは大幅に異なる素材であり、その対応方法もＡ
ｌ−Ｓｉ合金には適さない。
ージには、非常に類似する材料としてＡｌ合金を用いた
特公平４−５９７号公報等に開示されるものがある。こ
の発明には、リード端子の接続に工夫がなされている。
さらに、特開平６-２６３４７７号公報では、アルミニ
ウムを材料とするパッケージにリードピンを装着し、ガ
ラスによる封止構造の開示がある。しかしこれらの開示
は、アルミニウム又は少量の他元素を含むアルミニウム
合金であり、その熱膨張率は、２０〜２３×１０-6／℃
と大きく、ＡｌーＳｉ合金の熱膨張率、８〜１８×１０
-6／℃とは大幅に異なる素材であり、その対応方法もＡ
ｌ−Ｓｉ合金には適さない。
【０００５】Ａｌ−Ｓｉ合金は、前記アルミニウム合金
とは異なり、熱膨張率をより半導体や、回路基板として
用いるセラミックに近づけたものであり、軽量であると
ともに、熱膨張によるパッケージの歪みやその結果とし
ておこるひび割れ等に対し、より強い材料である。そし
て、軽量化、高放熱化を目的とするパッケージにおい
て、そこに用いる絶縁性のある回路基板としてＡｌＮを
直接実装できる魅力がある。
とは異なり、熱膨張率をより半導体や、回路基板として
用いるセラミックに近づけたものであり、軽量であると
ともに、熱膨張によるパッケージの歪みやその結果とし
ておこるひび割れ等に対し、より強い材料である。そし
て、軽量化、高放熱化を目的とするパッケージにおい
て、そこに用いる絶縁性のある回路基板としてＡｌＮを
直接実装できる魅力がある。
【０００６】Ａｌ−Ｓｉ合金によるパッケージについて
は、特公平４-１０２２３号公報、特開昭６１−２８１
５４１号公報等に紹介されているが、前記アルミニウム
合金と同様、リードピンとのシールに関して更なる工夫
が必要である。
は、特公平４-１０２２３号公報、特開昭６１−２８１
５４１号公報等に紹介されているが、前記アルミニウム
合金と同様、リードピンとのシールに関して更なる工夫
が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】Ａｌ−Ｓｉ合金を用い
たパッケージは、Ａｌ合金より熱膨張率が半導体に近い
ため、パケージとしての特性である熱歪みに有利であ
り、かつＡｌＮやアルミナ等の絶縁性のある回路基板を
直接実装できる優位性を持っており、Ａｌ合金より、よ
り軽量化パッケージとしての利用が期待される。ところ
が、Ａｌ−Ｓｉ合金のパッケージ表面をメッキする際、
合金中のＡｌの露出部分はメッキ可能であるが、Ｓｉの
露出部分は、メッキされにくく、Ａｌ合金におけるメッ
キ作業と同じ手段では、パッケージ全面をメッキするこ
とができない。
たパッケージは、Ａｌ合金より熱膨張率が半導体に近い
ため、パケージとしての特性である熱歪みに有利であ
り、かつＡｌＮやアルミナ等の絶縁性のある回路基板を
直接実装できる優位性を持っており、Ａｌ合金より、よ
り軽量化パッケージとしての利用が期待される。ところ
が、Ａｌ−Ｓｉ合金のパッケージ表面をメッキする際、
合金中のＡｌの露出部分はメッキ可能であるが、Ｓｉの
露出部分は、メッキされにくく、Ａｌ合金におけるメッ
キ作業と同じ手段では、パッケージ全面をメッキするこ
とができない。
【０００８】また、パッケージに必要な外部との電気的
接続部分であるリードピンの部分は、特公平４−５９７
号公報に開示されたＡｌ合金に近い熱膨張率をもつガラ
スでの封止があるが、前記したようにＡｌ−Ｓｉ合金
は、Ａｌ合金とは熱膨張率が大幅に異なるので、同じ技
術によるガラス封止ができない。
接続部分であるリードピンの部分は、特公平４−５９７
号公報に開示されたＡｌ合金に近い熱膨張率をもつガラ
スでの封止があるが、前記したようにＡｌ−Ｓｉ合金
は、Ａｌ合金とは熱膨張率が大幅に異なるので、同じ技
術によるガラス封止ができない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、Ｓｉを３０〜８０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金からなるパッケージ基体と、該基体に設けられ
た複数個のリードピン封止用の孔と、該リードピンとパ
ッケージ基体に施された金メッキと、リードピンが前記
封止用孔に結晶性低融点ガラスで封止されていることを
特徴とする。このような構造は、パッケージの基材とな
るＡｌ−Ｓｉ合金に起因するものであり、Ａｌ−Ｓｉ合
金の耐腐食性を向上させるためには、その表面に金メッ
キの保護層が必要であり、また、気密封止性を全うする
には、結晶性の低融点ガラスを用いることで達成でき
る。
決するために、Ｓｉを３０〜８０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金からなるパッケージ基体と、該基体に設けられ
た複数個のリードピン封止用の孔と、該リードピンとパ
ッケージ基体に施された金メッキと、リードピンが前記
封止用孔に結晶性低融点ガラスで封止されていることを
特徴とする。このような構造は、パッケージの基材とな
るＡｌ−Ｓｉ合金に起因するものであり、Ａｌ−Ｓｉ合
金の耐腐食性を向上させるためには、その表面に金メッ
キの保護層が必要であり、また、気密封止性を全うする
には、結晶性の低融点ガラスを用いることで達成でき
る。
【００１０】Ａｌ若しくは他の成分を若干含むＡｌ合金
の場合は、封止用ガラスには低融点ガラスを用いるが、
それは基材の熱膨張率が大きいので、その熱膨張率に合
わせて大きな熱膨張率になる低融点ガラスを用いる必要
がある。ところが、その膨張率を達成するためには、ガ
ラスの成分にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏのようなイオン
半径の大きなアルカリ金属酸化物を用いる必要がある。
これらの使用は、性能特性的にはマイナス要素をもち、
化学的安定性、機械的強度を低下させる。本発明になる
結晶性低融点ガラスには、そのようなアルカリ金属酸化
物は不要であり、それだけ耐熱性、機械強度が向上す
る。特に、前記結晶性低融点ガラスが、５０重量％以下
の無機物フィラーとガラスからなり、該ガラスが４０〜
９０重量％のＰｂＯ、５〜２０重量％のＢ2Ｏ3、残りが
ＳｉＯ2，ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯの１種以
上からなるものを用いることが望ましい。
の場合は、封止用ガラスには低融点ガラスを用いるが、
それは基材の熱膨張率が大きいので、その熱膨張率に合
わせて大きな熱膨張率になる低融点ガラスを用いる必要
がある。ところが、その膨張率を達成するためには、ガ
ラスの成分にＮａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏのようなイオン
半径の大きなアルカリ金属酸化物を用いる必要がある。
これらの使用は、性能特性的にはマイナス要素をもち、
化学的安定性、機械的強度を低下させる。本発明になる
結晶性低融点ガラスには、そのようなアルカリ金属酸化
物は不要であり、それだけ耐熱性、機械強度が向上す
る。特に、前記結晶性低融点ガラスが、５０重量％以下
の無機物フィラーとガラスからなり、該ガラスが４０〜
９０重量％のＰｂＯ、５〜２０重量％のＢ2Ｏ3、残りが
ＳｉＯ2，ＺｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＯ、ＴｉＯの１種以
上からなるものを用いることが望ましい。
【００１１】さらに、前記パッケージ基体が、Ａｌ−Ｓ
ｉ合金の基体の表面にＮｉメッキの層があり、その上に
金メッキの層が存在し、該Ｎｉメッキの層は６〜２０μ
ｍ、金メッキの層が２〜１０μｍの範囲であるとより好
ましい。これは、直接金メッキするよりも、下地にＮｉ
メッキをしておく方が安定性がよく、耐食性も向上する
からである。ところで、図１の模式図のように、Ａｌ−
Ｓｉ合金は、その表面において、Ａｌの結晶粒とＳｉの
結晶粒が混在した状態となっており、通常行われる電気
Ｎｉメッキでは、Ｓｉが半導体であるため、Ｓｉの表面
にはメッキが乗りにくい。そこで、Ｓｉの結晶粒の上ま
で完全にＮｉが覆う状態にするため、無電解Ｎｉメッキ
を行うことで、Ｓｉ上及びＡｌ上共に均一なＮｉ層を形
成することが可能となる。但し、無電解Ｎｉメッキでは
メッキの皮膜に欠陥を生じやすいために、メッキを厚く
する必要がある。更に好ましくはその皮膜上に、皮膜の
均一性に優れる電気Ｎｉメッキをさらに２〜３μｍ行う
ことで、完全にＡｌ−Ｓｉ合金表面をＮｉで覆うことが
できる。Ｎｉ層の厚みは、６μｍ未満では覆い方が不均
一になりやすく、６μｍ以上が好ましい。さらに好まし
くは１０μｍ以上あれば、確実にＮｉメッキの面にな
る。２０μｍまであれば十分であり、２０μｍを越えて
も取り立てて問題は無いが、不経済である。その上層の
金メッキについては、メッキ後の工程でガラス封止等の
熱履歴を受けると、下層のＮｉが金の中に拡散し、変色
することも問題があるが、合金化する事により、金の耐
食性を低下させることになる。このため金メッキは２μ
ｍ以上にしておくのが好ましい。厚い方は特に問題は無
いが、１０μｍを越えると不経済である。
ｉ合金の基体の表面にＮｉメッキの層があり、その上に
金メッキの層が存在し、該Ｎｉメッキの層は６〜２０μ
ｍ、金メッキの層が２〜１０μｍの範囲であるとより好
ましい。これは、直接金メッキするよりも、下地にＮｉ
メッキをしておく方が安定性がよく、耐食性も向上する
からである。ところで、図１の模式図のように、Ａｌ−
Ｓｉ合金は、その表面において、Ａｌの結晶粒とＳｉの
結晶粒が混在した状態となっており、通常行われる電気
Ｎｉメッキでは、Ｓｉが半導体であるため、Ｓｉの表面
にはメッキが乗りにくい。そこで、Ｓｉの結晶粒の上ま
で完全にＮｉが覆う状態にするため、無電解Ｎｉメッキ
を行うことで、Ｓｉ上及びＡｌ上共に均一なＮｉ層を形
成することが可能となる。但し、無電解Ｎｉメッキでは
メッキの皮膜に欠陥を生じやすいために、メッキを厚く
する必要がある。更に好ましくはその皮膜上に、皮膜の
均一性に優れる電気Ｎｉメッキをさらに２〜３μｍ行う
ことで、完全にＡｌ−Ｓｉ合金表面をＮｉで覆うことが
できる。Ｎｉ層の厚みは、６μｍ未満では覆い方が不均
一になりやすく、６μｍ以上が好ましい。さらに好まし
くは１０μｍ以上あれば、確実にＮｉメッキの面にな
る。２０μｍまであれば十分であり、２０μｍを越えて
も取り立てて問題は無いが、不経済である。その上層の
金メッキについては、メッキ後の工程でガラス封止等の
熱履歴を受けると、下層のＮｉが金の中に拡散し、変色
することも問題があるが、合金化する事により、金の耐
食性を低下させることになる。このため金メッキは２μ
ｍ以上にしておくのが好ましい。厚い方は特に問題は無
いが、１０μｍを越えると不経済である。
【００１２】本発明のガラス封止においては、結晶性低
融点ガラスを用いるが、図２のように、封止用孔の片側
の径（ｄ）が、他方の径（Ｄ）の５〜５０％小さくして
おくのが好ましい。これは、金と結晶性低融点ガラスと
の界面の接合が弱いため、封止孔の片側を半ば塞ぐよう
にしておくことで、封止孔内へのメッキ液の流動を妨
げ、結果として封止孔の内部の金メッキの厚みを減じ、
意識的にその部分のみ下地のＮｉが金の層表面に拡散し
やすくさせ、ガラス封止の時にＮｉを酸化させやすくす
る事で、酸化物系のガラスとの馴染みをよくし、良好な
結合をねらったものである。このような効果を生み出す
には、孔の片側を少しだけ小さくすれば、金メッキの工
程で孔の部分にメッキしにくくなり、径の５％以上小さ
くしてあれば十分である。しかし、径の５０％を越えて
小さくすると、その径が小さくなり、中に通されるリー
ドピンとの距離が近づきすぎ、封止後の結晶性低融点ガ
ラスのストレスがそこに集中し、応力割れの原因とな
る。
融点ガラスを用いるが、図２のように、封止用孔の片側
の径（ｄ）が、他方の径（Ｄ）の５〜５０％小さくして
おくのが好ましい。これは、金と結晶性低融点ガラスと
の界面の接合が弱いため、封止孔の片側を半ば塞ぐよう
にしておくことで、封止孔内へのメッキ液の流動を妨
げ、結果として封止孔の内部の金メッキの厚みを減じ、
意識的にその部分のみ下地のＮｉが金の層表面に拡散し
やすくさせ、ガラス封止の時にＮｉを酸化させやすくす
る事で、酸化物系のガラスとの馴染みをよくし、良好な
結合をねらったものである。このような効果を生み出す
には、孔の片側を少しだけ小さくすれば、金メッキの工
程で孔の部分にメッキしにくくなり、径の５％以上小さ
くしてあれば十分である。しかし、径の５０％を越えて
小さくすると、その径が小さくなり、中に通されるリー
ドピンとの距離が近づきすぎ、封止後の結晶性低融点ガ
ラスのストレスがそこに集中し、応力割れの原因とな
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】Ａｌ−Ｓｉ合金を用いたパッケー
ジは、本発明の構造をとることにより、軽量で気密性の
良いパッケージとなる。その要点は、Ａｌ−Ｓｉ合金の
低熱膨張率と大きな機械的強度を生かし、その使用にお
いてメッキ特性の弱点を克服し、その熱膨張率に近い結
晶性低融点ガラスを用いることで、Ａｌ合金で得られな
い封止強度をもったことにある。
ジは、本発明の構造をとることにより、軽量で気密性の
良いパッケージとなる。その要点は、Ａｌ−Ｓｉ合金の
低熱膨張率と大きな機械的強度を生かし、その使用にお
いてメッキ特性の弱点を克服し、その熱膨張率に近い結
晶性低融点ガラスを用いることで、Ａｌ合金で得られな
い封止強度をもったことにある。
【００１４】Ａｌ−Ｓｉ合金は、合金と言いつつも、素
材に結晶粒をもち、表面にＳｉの結晶粒が露出する部分
がある（図１）。これに通常の電気Ｎｉメッキをすると
メッキ層はＡｌにはメッキされるがＳｉにはメッキされ
ず、ピットと呼ばれる空間をもつ。このままではその後
に金メッキをし、ガラス封止の熱履歴により、膨れ、剥
がれ、変色の原因となる。そこで、本発明ではＮｉの層
を、被覆性の良好な無電解Ｎｉメッキで行い、かつメッ
キ厚みを厚くすることにより、このピットをＮｉ層で埋
め、問題を解決した。このようにすれば、金メッキを施
し、ガラス封止の熱履歴後でも問題は起こらない。
材に結晶粒をもち、表面にＳｉの結晶粒が露出する部分
がある（図１）。これに通常の電気Ｎｉメッキをすると
メッキ層はＡｌにはメッキされるがＳｉにはメッキされ
ず、ピットと呼ばれる空間をもつ。このままではその後
に金メッキをし、ガラス封止の熱履歴により、膨れ、剥
がれ、変色の原因となる。そこで、本発明ではＮｉの層
を、被覆性の良好な無電解Ｎｉメッキで行い、かつメッ
キ厚みを厚くすることにより、このピットをＮｉ層で埋
め、問題を解決した。このようにすれば、金メッキを施
し、ガラス封止の熱履歴後でも問題は起こらない。
【００１５】ガラス封止は、パッケージ内外の電気的接
続部であるリードピンを気密に封止することが目的であ
るが、この要素として、基材との熱膨張率が大幅に異な
ると、熱間で封止後冷却すると熱収縮の差で歪みを残す
ことになる。従って基材とガラスは類似する熱膨張率を
もったものが選ばれる。Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張率はＳ
ｉの比率にもよるが、８〜１８×１０-6／℃であり、こ
の熱膨張率に合う封止用ガラスは、鉛系のガラスが良
い。このガラスは、基材の合金の融点６００℃以下で溶
融する低融点のものであり、且つ、溶融後、結晶性をも
つため、充分な機械的強度を保有する。対比するに、Ａ
ｌ若しくはＡｌ合金では、その熱膨張率が、２０〜２３
×１０-6／℃と大きいため、前記ガラスにＮａ2Ｏ、Ｋ2
Ｏ、Ｌｉ2Ｏといったアルカリ金属酸化物を加えない
と、熱膨張率が合致しない。ところがこれらのアルカリ
金属酸化物を加えると、熱膨張率の整合は図れるが、原
子間結合が弱くなり、非結晶性のガラスとなる。結果と
して化学的安定性や機械強度を低下させることになる。
続部であるリードピンを気密に封止することが目的であ
るが、この要素として、基材との熱膨張率が大幅に異な
ると、熱間で封止後冷却すると熱収縮の差で歪みを残す
ことになる。従って基材とガラスは類似する熱膨張率を
もったものが選ばれる。Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張率はＳ
ｉの比率にもよるが、８〜１８×１０-6／℃であり、こ
の熱膨張率に合う封止用ガラスは、鉛系のガラスが良
い。このガラスは、基材の合金の融点６００℃以下で溶
融する低融点のものであり、且つ、溶融後、結晶性をも
つため、充分な機械的強度を保有する。対比するに、Ａ
ｌ若しくはＡｌ合金では、その熱膨張率が、２０〜２３
×１０-6／℃と大きいため、前記ガラスにＮａ2Ｏ、Ｋ2
Ｏ、Ｌｉ2Ｏといったアルカリ金属酸化物を加えない
と、熱膨張率が合致しない。ところがこれらのアルカリ
金属酸化物を加えると、熱膨張率の整合は図れるが、原
子間結合が弱くなり、非結晶性のガラスとなる。結果と
して化学的安定性や機械強度を低下させることになる。
【００１６】そしてこれらのガラスによるリードピンの
封止は、パッケージ基材に開けた孔に封止するが、基材
を保護する金メッキをガラス封止より先にする必要があ
る。これは、封止用ガラスが金メッキ時に使用する薬剤
に弱いためである。ところが、封止用ガラスは、メッキ
された金とは馴染みが悪く、強固な接着は難しい。そこ
でさらなる工夫が必要である。金メッキの下地に用いて
いるＮｉはガラスとの接着には問題が無く、１つの手段
として孔を塞いで金メッキする手段があるが、作業性が
悪い。孔の内部の金メッキを薄くすればガラス封止時に
金の表面までＮｉが拡散されることから、孔の片側の径
を小さくし、金メッキ工程で孔の中にメッキ液が入りに
くく、入った液を流動しにくくし、その結果、孔内部の
金メッキを薄くすることにより、封止孔内面のＡｕ上へ
のＮｉの拡散が行われ、良好な結合が得られた。孔に対
する片側の径を小さくする度合いは、実験の結果から、
約５％以上とすれば達成できる。ところが、片側の径を
小さくし過ぎると、後工程でのリードピンを封止する工
程で、リードピンと基材が接近しすぎ、隙間に埋め込ま
れる封止ガラスに引っ張り応力が集中し、ガラスに割れ
を生じさせる。従って片側の径を小さくする度合いは５
０％以下にとどめておく必要がある。
封止は、パッケージ基材に開けた孔に封止するが、基材
を保護する金メッキをガラス封止より先にする必要があ
る。これは、封止用ガラスが金メッキ時に使用する薬剤
に弱いためである。ところが、封止用ガラスは、メッキ
された金とは馴染みが悪く、強固な接着は難しい。そこ
でさらなる工夫が必要である。金メッキの下地に用いて
いるＮｉはガラスとの接着には問題が無く、１つの手段
として孔を塞いで金メッキする手段があるが、作業性が
悪い。孔の内部の金メッキを薄くすればガラス封止時に
金の表面までＮｉが拡散されることから、孔の片側の径
を小さくし、金メッキ工程で孔の中にメッキ液が入りに
くく、入った液を流動しにくくし、その結果、孔内部の
金メッキを薄くすることにより、封止孔内面のＡｕ上へ
のＮｉの拡散が行われ、良好な結合が得られた。孔に対
する片側の径を小さくする度合いは、実験の結果から、
約５％以上とすれば達成できる。ところが、片側の径を
小さくし過ぎると、後工程でのリードピンを封止する工
程で、リードピンと基材が接近しすぎ、隙間に埋め込ま
れる封止ガラスに引っ張り応力が集中し、ガラスに割れ
を生じさせる。従って片側の径を小さくする度合いは５
０％以下にとどめておく必要がある。
【００１７】さらに片側の径を小さくすることには、他
の理由がある。本発明に用いる結晶性低融点ガラスは封
止時に溶融させたときに、流動粘度が急激に変化し、孔
から流出する。ところが片側の径を小さくすることで、
これを留めることができる。
の理由がある。本発明に用いる結晶性低融点ガラスは封
止時に溶融させたときに、流動粘度が急激に変化し、孔
から流出する。ところが片側の径を小さくすることで、
これを留めることができる。
【００１８】
（実施例１） Ｓｉを４０重量％含む熱膨張係数１４．
５×１０-6／℃のＡｌ−Ｓｉ合金を用いて図３の１１の
ようなパッケージ基体を作製した。パッケージ側面に
は、リードピンをセットするガラス封止孔を設けてい
る。封止孔は片側の径が２ｍｍ、他方を１．５ｍｍと
し、片側の孔径を２５％小さくしている。これにＮｉメ
ッキを１０μｍ施し、その後、金メッキを３μｍ乗せ
た。次に、直径０．７ｍｍのＦｅ−Ｎｉ合金製のリード
ピンを用意し、あらかじめ金メッキをした。結晶性低融
点ガラスには、熱膨張率が９．９×１０-6／℃の融点が
４５０℃以下のものを用意した。ガラスの組成は、Ｐｂ
Ｏ：７５、Ｂ2Ｏ3：１０、ＳｉＯ2：４、ＺｎＯ：１
０、ＢａＯ：１の各重量％からなっている。このガラス
を封止孔の大きさにプリフォームしておき、リードピン
と組み合わせてパッケージ基体に挿入し、４５０℃にセ
ットした大気雰囲気の焼成炉で融着した。
５×１０-6／℃のＡｌ−Ｓｉ合金を用いて図３の１１の
ようなパッケージ基体を作製した。パッケージ側面に
は、リードピンをセットするガラス封止孔を設けてい
る。封止孔は片側の径が２ｍｍ、他方を１．５ｍｍと
し、片側の孔径を２５％小さくしている。これにＮｉメ
ッキを１０μｍ施し、その後、金メッキを３μｍ乗せ
た。次に、直径０．７ｍｍのＦｅ−Ｎｉ合金製のリード
ピンを用意し、あらかじめ金メッキをした。結晶性低融
点ガラスには、熱膨張率が９．９×１０-6／℃の融点が
４５０℃以下のものを用意した。ガラスの組成は、Ｐｂ
Ｏ：７５、Ｂ2Ｏ3：１０、ＳｉＯ2：４、ＺｎＯ：１
０、ＢａＯ：１の各重量％からなっている。このガラス
を封止孔の大きさにプリフォームしておき、リードピン
と組み合わせてパッケージ基体に挿入し、４５０℃にセ
ットした大気雰囲気の焼成炉で融着した。
【００１９】ガラス封止後、封止部分を２０倍の光学顕
微鏡で観察したが、封止部分の異常は見あたらなかっ
た。また、パッケージに、Ａｕ−Ｓｎ半田等のガラス封
止温度より融点の低い半田を用いて、シールリングを固
着し、蓋をシーム溶接により取り付け、気密性の測定を
したが、結果は１×１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ以下と
良好であった。その他、信頼性試験として、表１に示す
試験を行った。熱衝撃試験、塩気試験、耐湿性試験の
後、２０倍の光学顕微鏡でガラス封止部を観察したが、
異常は見られなかった。ガラス封止部とパッケージ間の
絶縁抵抗も全ての試験前後で変化が無く、１０００ＭΩ
以上の値であった。気密性においても１×１０-8ａｔｍ
×ｃｃ／ｓｅｃ以下と試験前後での差は見られなかっ
た。
微鏡で観察したが、封止部分の異常は見あたらなかっ
た。また、パッケージに、Ａｕ−Ｓｎ半田等のガラス封
止温度より融点の低い半田を用いて、シールリングを固
着し、蓋をシーム溶接により取り付け、気密性の測定を
したが、結果は１×１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ以下と
良好であった。その他、信頼性試験として、表１に示す
試験を行った。熱衝撃試験、塩気試験、耐湿性試験の
後、２０倍の光学顕微鏡でガラス封止部を観察したが、
異常は見られなかった。ガラス封止部とパッケージ間の
絶縁抵抗も全ての試験前後で変化が無く、１０００ＭΩ
以上の値であった。気密性においても１×１０-8ａｔｍ
×ｃｃ／ｓｅｃ以下と試験前後での差は見られなかっ
た。
【００２０】
【表１】
【００２１】（実施例２） Ｓｉを６０重量％含む熱膨
張係数１０×１０-6／℃のＡｌ−Ｓｉ合金を用いてパッ
ケージ基体を作製した。パッケージのリードピンを取り
付ける封止孔は、図４の断面図のように、パッケージの
底部に直径１．５ｍｍの孔を貫通させた。この基体にＮ
ｉメッキを施し、その厚みは１３μｍであった。ついで
金メッキを４μｍの厚みで処理した。別にＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金（商品名：コバール）製の０．５ｍｍ径リード
ピンを用意し、基体と同様にＮｉと金のメッキ処理をし
た。封止用ガラスには、熱膨張係数が７．２×１０-6／
℃、融点が４５０℃の結晶性低融点ガラスを用意した。
組成はＰｂＯ：６５、Ｂ2Ｏ3：１０、ＳｉＯ2：１０、
ＺｎＯ：１０、Ａｌ2Ｏ3：５の各重量％であった。この
粉末を円筒形のプリフォームにした。このプリフォーム
にリードピンを通し、パッケージの封止孔に挿入し、４
５０℃にセットした焼成炉で加熱し封止した。
張係数１０×１０-6／℃のＡｌ−Ｓｉ合金を用いてパッ
ケージ基体を作製した。パッケージのリードピンを取り
付ける封止孔は、図４の断面図のように、パッケージの
底部に直径１．５ｍｍの孔を貫通させた。この基体にＮ
ｉメッキを施し、その厚みは１３μｍであった。ついで
金メッキを４μｍの厚みで処理した。別にＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金（商品名：コバール）製の０．５ｍｍ径リード
ピンを用意し、基体と同様にＮｉと金のメッキ処理をし
た。封止用ガラスには、熱膨張係数が７．２×１０-6／
℃、融点が４５０℃の結晶性低融点ガラスを用意した。
組成はＰｂＯ：６５、Ｂ2Ｏ3：１０、ＳｉＯ2：１０、
ＺｎＯ：１０、Ａｌ2Ｏ3：５の各重量％であった。この
粉末を円筒形のプリフォームにした。このプリフォーム
にリードピンを通し、パッケージの封止孔に挿入し、４
５０℃にセットした焼成炉で加熱し封止した。
【００２２】できあがったパッケージの封止性能を確認
するため、容器上面にシールリングを半田付けし、シー
ム溶接により蓋を取り付けた。気密性の試験は実施例１
と同様に表１の試験を進めた。結果は、熱衝撃試験、塩
気試験、耐湿性試験全てに満足な状態であり、異常は見
られなかった。絶縁抵抗及び上記試験後の気密性も１×
１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ以下と良好であった。
するため、容器上面にシールリングを半田付けし、シー
ム溶接により蓋を取り付けた。気密性の試験は実施例１
と同様に表１の試験を進めた。結果は、熱衝撃試験、塩
気試験、耐湿性試験全てに満足な状態であり、異常は見
られなかった。絶縁抵抗及び上記試験後の気密性も１×
１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ以下と良好であった。
【００２３】（実施例３、４） 実施例２で行った形状
で材質の組み合わせを変えて対比実験を行った。実験の
材質を表２に示す。出来上がったパッケージサンプルを
気密性試験するために、シールリングと蓋を取り付け
た。Ａｌ合金の場合はシールリング及び蓋を基体と同一
の材料とし、Ａｌ−Ｓｉ合金の場合は、５０Ｆｅ−Ｎｉ
合金製のものを用いた。
で材質の組み合わせを変えて対比実験を行った。実験の
材質を表２に示す。出来上がったパッケージサンプルを
気密性試験するために、シールリングと蓋を取り付け
た。Ａｌ合金の場合はシールリング及び蓋を基体と同一
の材料とし、Ａｌ−Ｓｉ合金の場合は、５０Ｆｅ−Ｎｉ
合金製のものを用いた。
【００２４】前記サンプルを表１中の熱衝撃試験による
劣化試験に供した。劣化サイクルは、５回毎に取り出
し、気密性をチェックしつつ進めた。結果を図４にしめ
す。図４のグラフより、初期段階ではどのサンプルも充
分な気密性を保持するが、熱衝撃サイクルの進行によっ
て、気密性に差がでてくる。特に比較例１では、封止ガ
ラスの表面にクラックが見られ、これが気密性の悪化の
要因になっている。本発明の実施例３、４においては、
封止ガラスには以上は見られず、１５サイクル後の気密
性も規格（１×１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ）以下の状
態を保った。
劣化試験に供した。劣化サイクルは、５回毎に取り出
し、気密性をチェックしつつ進めた。結果を図４にしめ
す。図４のグラフより、初期段階ではどのサンプルも充
分な気密性を保持するが、熱衝撃サイクルの進行によっ
て、気密性に差がでてくる。特に比較例１では、封止ガ
ラスの表面にクラックが見られ、これが気密性の悪化の
要因になっている。本発明の実施例３、４においては、
封止ガラスには以上は見られず、１５サイクル後の気密
性も規格（１×１０-8ａｔｍ×ｃｃ／ｓｅｃ）以下の状
態を保った。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、Ａｌ−
Ｓｉ合金の特性である高放熱性であり、かつ機械的強度
が大きいために材料厚みを薄くすることができ、軽量で
気密性の良いパッケージを提供できる。本発明になるパ
ッケージは、その特性から高集積化された半導体素子や
半導体基板を用いることができ、衛星、航空機、携帯情
報端末機器等に好適なものである。
Ｓｉ合金の特性である高放熱性であり、かつ機械的強度
が大きいために材料厚みを薄くすることができ、軽量で
気密性の良いパッケージを提供できる。本発明になるパ
ッケージは、その特性から高集積化された半導体素子や
半導体基板を用いることができ、衛星、航空機、携帯情
報端末機器等に好適なものである。
【図１】Ａｌ−Ｓｉ合金製のパッケージ表面にＮｉメッ
キ及び金メッキを行った時の模式図である。
キ及び金メッキを行った時の模式図である。
【図２】本発明におけるリードピンのガラス封止状況の
一例の断面図である。
一例の断面図である。
【図３】本発明のパッケージとリードピン及び封止ガラ
スの組み合わせ図である。
スの組み合わせ図である。
【図４】本発明の実施例に用いたパッケージの説明図で
ある。
ある。
【図５】本発明及び比較例の熱劣化試験の経過を示すグ
ラフである。
ラフである。
１．Ａｌ−Ｓｉ合金（拡大図） ２．Ｓｉ結晶粒 ３．Ｎｉメッキ層 ４．ピット ５．金メッキ層 ６．リードピン ７．７’．Ｎｉ−金メッキ層 ８．結晶性低融点ガラス ９．Ａｌ−Ｓｉ合金 １１．パッケージ基体 １２．封止ガラス １３．リードピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｐ 23/50 23/12 Ｓ
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉを３０〜８０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金からなるパッケージ基体と、該基体に設けられ
た複数個のリードピン封止用の孔と、該リードピンとパ
ッケージ基体に施された金メッキと、リードピンが前記
封止用孔に結晶性低融点ガラスで封止されていることを
特徴とする半導体装置用パッケージ。 - 【請求項２】 前記結晶性低融点ガラスが、５０重量％
以下の無機物フィラーとガラスからなり、該ガラスが鉛
系ガラスであって、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ等のアル
カリ金属酸化物を実質的に含まないことを特徴とする請
求項１記載の半導体装置用パッケージ。 - 【請求項３】 前記パッケージ基体が、Ａｌ−Ｓｉ合金
の基体の表面にＮｉメッキの層があり、その上に金メッ
キの層が存在し、該Ｎｉメッキの層は６〜２０μｍ、金
メッキの層が２〜１０μｍの範囲であることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の半導体装置用パッケージ。 - 【請求項４】 前記封止用孔の片側の径が、他方の径の
５〜５０％小さいことを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の半導体装置用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9233958A JPH1174398A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体装置用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9233958A JPH1174398A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体装置用パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174398A true JPH1174398A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=16963301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9233958A Pending JPH1174398A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 半導体装置用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1174398A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103351098A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-16 | 广东格斯泰气密元件有限公司 | 一种用于压缩机端子的熔封玻璃及其制造方法 |
| CN103589893A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-02-19 | 无锡鸿祥热导科技股份有限公司 | 一种高收得率反应体系制备原位铝基复合材料的方法 |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP9233958A patent/JPH1174398A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103351098A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-16 | 广东格斯泰气密元件有限公司 | 一种用于压缩机端子的熔封玻璃及其制造方法 |
| CN103589893A (zh) * | 2013-11-04 | 2014-02-19 | 无锡鸿祥热导科技股份有限公司 | 一种高收得率反应体系制备原位铝基复合材料的方法 |
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