JPS615532A - 半導体装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、ペレット取付に関し、半導体装置の信頼性向
上に適用して有効な技術、たとえば大型ペレットを搭載
してなる半導体装置に適用して特に有効な技術に関する
ものである。

〔背景技術〕

比較的高温度に加熱してペレットを取り付けることがで
きる、たとえばセラミックパッケージからなる半導体装
置においては、ペレットをパッケージ基板のペレット取
付部に金−シリコン共晶を介して接着することが、一般
に行なわれている。

ところで、シリコンからなるペレットを金−シリ・ン＾
晶で接着する場合・−・・ト裏面と該共晶との接合が接
合面の一部に未接合部が存在するような不完全なものと
なることがある。このような場合、もともとペレットと
金−シリコン共晶とは熱膨張係数が異なるので温度サイ
クルによる応力が接合部と未接合部の境界に集中するこ
とになり、ペレットにクラックが発生する等の不良の原
因になることが本発明者により見℃・出された。

そして、前記未接合部等の不完全接合部が発生する理由
が、接合面近傍に存在する酸素によりペレット裏面や接
合材中のシリコンが酸化されるために該ペレット裏面が
接合材にぬれにくくなることにあると考え、本発明者が
鋭意研究の末、本発明を完成するに至、ったものである
。

前記ペレットを基板に取り付ける技術については、たと
えばラジオ技術柱１９７６年発行の［最新・電子デバイ
ス事典」（馬場玄弐著）のＰ２Ｓ５および２５７に示さ
れている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ペレット取付に関し、半導体装置の信
頼性向上に適用して有効な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔発明の概要〕

本題において開示される発明の５ち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、ペレット取付部とペレット裏面との間に高酸
素親和性金属、金およびシリコンからなる接合材を介在
させ、刃口熱処理してペレットを取り付ける場合パ′・
ト裏面等の′す′の酸化　　　　　　１を防止できるの
で、該ペレット裏面と接合材とのぬれ性を向上させるこ
とができる。

したがって、ペレット裏面と接合材との接合を向上させ
ることができることより、温度サイクルに伴い発生する
応力が集中する接合部と未接合部との界面を減少させる
ことができることより、ペレットクラック等の発生を防
止することができ、前記目的を達成することができる。

〔実施例１〕 第１図は、本発明による実施例１である半導体装置を、
そのほぼ中心を切る卓における断面図で示したものであ
る。

本実施例１０半導体装置は、いわゆるピングリッドアレ
イ型半導体装置であって、アルミナまたはシリコンカー
バイド等のセラミックからなる基板１上面のほぼ中央部
のペレット取付部にシリコン（Ｓｉ）からなるペレット
２が接合材３を介して取り付けられ、該ペレット２のポ
ンプイングツ（ラド４とその周囲に形成されているアル
ミニウム等で形成されてなる配線５とがアルミニウム等
のワイヤ６で接続されて電気的に導通され、さらにセラ
ミックからなる断面コ字状のキャップ７が低融点ガラス
８で基板上面に接着され気密封止されてなるものである
。また、基板１裏面には外部端子であるビン９が、基板
１上面の配線５と該基板を貫通して形成されているタン
グステン等からなるスルーホール配線１０を介して電気
的に接着された状態で取り付けられているものである。

本実施例１０半導体装置は、ペレット２を基板１上面に
取り付けるために接合＃３としアルミニウム、金および
シリコンからなる合金を用いていることに特徴がある。

このような接合材３を用いることにより、加熱して接合
材３を溶融せしめてペレット２を接着する場合、極めて
良好な接着を達成できるものである。

それは、ペレット２裏面または接合材３中のシリコンが
酸素により酸化を受け、該接合材３とペレット２とのぬ
れ性を低下させる酸化物が形成されることを防止できる
ことにあると考えられる。

すなわち、前記接合材３に含まれているアルミニウムが
、極めて酸素との親和性が高い（ｉ！ｉ！素酸化を受は
易い）性質を有しているため、加熱してぺＶット取付を
行なう際、ペレット接合面に侵入してきた酸素を強力に
かつ速やかに除去してくれるため、前記のようなぬれ性
を阻害するシリコン酸化物の形成を有効に防止できるこ
とにあると考えられるからである。

前記の如り、アルミニウム、金およびシリコンの三成分
からなる合金を用いてペレット取付を行なうことにより
、いわゆる金−シリコン共晶によるペレット接合に比べ
、さらにぬれ面積を向上せしめた、ほぼ完全なペレット
裏面と接合材との接合を達成することが可能である。

第２図は、本実施例１０半導体装置のペレット取付に使
用する金箔を示すものである。

本実施例１の半導体装置のペレット取付の方法としては
、第２図に示すような裏面にアルミニウムが被着されて
いる金箔を、図中上方にペレットが位置するように、該
ペレット２とペレット取付部との間に介在せしめた状態
で、たとえば４３０℃に加熱し、必要に応じてペレット
をスクラブすることによりペレット２とペレット取付部
との接合を達成することができるものである。このペレ
ット取付部は、アルミナからなるノくツケージ基板上面
にアルミニウムな被着して形成したものである。

なお、本実施例１の如く、ペレット２をほぼ均一組成の
合金で接続するためには、前記温度における刀Ω熱時間
を長くすることにより容易に達成することができる。

第２図（ａ）は、前記ペレット取付に使用する金箔の一
例を示すものである。

前記金箔１１は、その裏面全体にアルミニウム１２が被
着されてなるものである。

本図（ａｌのようにアルミニウム１２を金箔１１に被着
する方法としては、アルミ箔を機械的にラミネートして
もよく、また蒸着やスパッタリングで被着することもで
きる。

第２図（ｂｌは、ペレット２の取付に使用する金箔〕他
の例について示すものである。

本図ｔｂ）における金箔１１は、部分的にアルミニウム
１２が被着されＣなるものであり、前記本図（ａｌに示
すものとほぼ同様にして形成することができる。このよ
うに部分的にアルミニウム１２を被着することにより、
アルミニウム１２の量を自由に調整することができる。

第２図ｔｅｌは、さらに他の金箔の例を示すものである
。

本図（Ｃ）に示す金箔１１は、その裏面に一部が埋まっ
た状態でアルミニウム１２０粒状物が被着されてなるも
のである。

このような金箔１１は、アルミニウム１２の量を自由に
調整できることに加えて、極めて容易に形成することが
できる利点がある。

すなわち、所望の大きさのアルミニウム粒子を所望量用
意し、その粒子上にアルミ箔をかぶせて上方より所定の
力を単に加えることによって、容易に第２図（Ｃ１のご
とき形状の金箔を形成することができる。ここで、アル
ミニウム粒子を、その断面がほぼ円形のものについて示
したが、これに限るものでないことは言うまでもブよい
。

（実施例２］ 第３図は、本発明による実施例２である半導体装置を、
その部分拡大断面図で示したものである。

本実施例２０半導体装董は、前記実施例１０半導体装置
とほぼ同様であり、ペレット２の接合材３のみが相違す
るものである。

すなわち、本実施例２の半導体装置における接合材３は
、パッケージ基板１のペレット取付面から順に、アルミ
ニウム層１３．金層１４および金−シリコン共晶層１５
のほぼ３層で形成されてなるものである。

図中、接合材３を明確な３層として示したが、必ずしも
これに限るものでなく、金−シリコン共晶層には、ある
程度のアルミニウムが含有されているものであり、金層
についても同様である。

本実施例２の半導体装置は、前記実施例１と同様、第２
図（ａｌに示す金箔を使用して容易に形成することがで
きるものであり、ただ比較的短時間で接合が完了してい
るため、ペレット２裏面では金−シリコン共晶が生成し
て完全な接着が達成されていても、アルミニウムおよび
金層が最初の状態をある程度止めているものである。

このような段階においても、所定量のアルミニウムが拡
散してペレット裏面近傍圧到達することにより、十分に
シリコンの醇化を防止することができるので、前記実施
例１の半導体装置と同様に□所期の目的を達成できる。

〔効果〕

（１）、ペレットを取付面に接合材で取り付けてなる半
導体装置において、ベレーットを高酸素親和性金属、金
およびシリコンからなる接合材で基板上面のペレット取
付部に加熱して取り付けることにより、加熱時にペレッ
ト接合部に酸素が侵入しても接合材に含まれている高酸
素親和性金属が侵入してきた酸素を吸収してくれるので
、ペレット裏面および該接合材中のシリコンが酸化され
ることを有効に防止することができる。

（２）、前記（１）により、シリコンの酸化物の生成を
防止することができるので、ペレットの接合材によるぬ
れ性の低下を防止することができるので、ペレットと接
合材との接合を向上できる。

（３）、前記（２）により、ペレット裏面と接合材との
不完全接合面を減少させることができるので、完全接合
面と不完全接合面との境界に、温度サイクルによる応力
が集中する事態を防止でき、結果としてペレットクラッ
ク等の発生を防止できる。

（４）、前記（３）により、半導体装置の信頼性を向上
することかできる。

（５）、前記（１）に示すペレット取付を、ペレット裏
面とペレット取付面との間に、裏面に高酸素親和性金属
な被着してなる金箔を介在させることにより、その状態
のまま加熱し、必要に応じてスフ２プを行なうことに容
易に達成することができる。

（６）、前記（５）における金箔を、高酸素親和性金属
を部分的に被着して形成することにより、高酸素親和性
金属の含有量を調整することができる。

（７）、前記（１）の半導体装置において、ほぼ均一な
組成からなる合金からなる接合材でペレット取付面 けることにより、極めて完全なペレットと接合材　　　
　　　１との接合を達成することができる。

（８）、前記（１）の半導体装直において、ペレット取
付面より、高酸素親和性金属、金および金−シリコン共
晶のｔｌぼ３層からなる接合材でペレットを取り付ける
場合、裏面に高酸素親和性金属が被着されている金箔を
使用し、前記（５）の方法により、短時間でペレット取
付を達成することができる。

（９）、高酸素親和性金属としてアルミニウムを使用す
ることにより、信頼性の高いペレット取付を安価に達成
することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基つき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、実施例１においてはペレットをアルミニウム
を裏面に被着してなる金箔を使用して取り付ける例を示
したが、これに限るものでなく、予め金とアルミニウム
との合金またはアルミニウム、金およびシリコンからな
る合金で形成された箔を使用しても良いことは言うまで
もない。

また、実施例２では、接合材の最下層が連続した形状の
アルミニウム層であるものについて示したが、第２図（
ｂ）またはｔｃ＞に示す金箔を使用して形成される、断
続形状のアルミニウム層からなるものであってもよい。

さらに、前記゛実施例においては、接合材が合金を形成
しているもの、およびｔｌぼ３層構造を形成しているも
のについて説明したが、これに限るものでなく、全体と
してアルミニウム、金およびシリコンを成分金属として
形成され、同一目的を達成せんとするものであれば接合
材の内部構造は必ずしも問わないものであることは言う
までもない。

なお、前記実施例に、おいては、高酸素親和性金属とし
てアルミニウムについてのみ説明したが、チタンまたは
マグネシウム等の他の同性質を備えた金属を使用しても
良いことは言うまでもない。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるセラミックパッケー
ジからなるビングリッドアレイ型半導体装置に適用した
場合について説明したが、それに限定されるものではな
（、たとえば、通常金−シリコン共晶等でろう付けして
ペレットを取り付けてなる半導体装置であればいかなる
ものについても適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による実施例］である半導体装置を示
す断面図、 第２図（ａｌは、本実施例１０半導体装置のペレット取
付に使用する金箔の一つを示す断面図、第２図（ｂｌは
、他の金箔を示す断面図、第２図（Ｃ１は、さらに他の
金箔を示す断面図、第３図は、本発明による実施例２で
ある半導体装置を示す、拡大部分断面図である。 １・・・基板、２・・・ぺＶット、３・・・接合材、４
・・・ボンディングバンド、５・・・配線、６・・・ワ
イヤ、７・・・キャップ、８・・・低融点ガラス、９・
・・ピン、１０・・・スルーホール配線、１１・・・金
箔、１２・・・アルミニウム、１３・・・アルミニウム
層、１４・・・金層、１５・・・金−シリコン共晶層。 代理人　弁理士　　高　橋　明　失 策　　１　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ペレットを取付面に接合材で取り付けてなる半導体
   装置において、ペレットが高酸素親和性金属、金および
   シリコンからなる接合材で取り付けられていることを特
   徴とする半導体装置。 ２、接合材が高酸素親和性金属、金およびシリコンの合
   金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置。 ３、接合材が、ほぼ高酸素親和性金属、金および金−シ
   リコン共晶の３層で形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、高酸素親和性金属が、アルミニウム、マグネシウム
   またはチタンであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項のいずれかに記載の半導体装
   置。 ５、ペレットが高酸素親和性金属、金およびシリコンか
   らなる接合材で取り付けられている半導体装置の製造方
   法であって、パッケージ基板のペレット取付面とペレッ
   ト裏面との間に、高酸素親和性金属と金とからなる箔を
   介在させ、加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置
   の製造方法。 ６、高酸素親和性金属が金箔の片面全体に被着されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の半導体
   装置の製造方法。 ７、高酸素親和性金属が金箔の片面に部分的に被着され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の半
   導体装置の製造方法。 ８、高酸素親和性金属がアルミニウム、マグネシウムま
   たはチタンであることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項、第６項または第７項のいずれかに記載の半導体装置
   。