JPS6243155A - 集積回路パッケ−ジ - Google Patents

集積回路パッケ−ジ

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JPS6243155A JP60181692A JP18169285A JPS6243155A JP S6243155 A JPS6243155 A JP S6243155A JP 60181692 A JP60181692 A JP 60181692A JP 18169285 A JP18169285 A JP 18169285A JP S6243155 A JPS6243155 A JP S6243155A
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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、集積回路パッケージに係わり、特に、基板に
熱伝導性がよく、半導体素子の熱膨張係数に近似した炭
化ケイ素質セラミックスを用いた集積回路パッケージに
関する。
〔従来の技術〕
セラミックス質絶縁基板、キャップ及び封止ガラスによ
って気密に囲われた小室内に、半導体素子並びに外部か
ら導入されたリード端部と両者を電気的に接続した接合
部とを収容した構造からなる集積回路パッケージは、今
日広く実用に供せられている。
そのようなパッケージを用いた際の難点として半導体素
子に生じた熱の放熱特性が挽めて悪いということである
。このことは半導体素子の大容叶化、高集積化及び小型
化を図るうえで大きな障害となっている。従って、集積
回路パッケージにおいて、半導体素子を接着する絶縁基
板には、電気絶縁性とともに優れた熱伝導性を有するこ
とが要求される。また、シリコンを用いた集積回路を接
着するために、基板用材料としては、熱膨張係数がシリ
コンに近似することが望まれる。
このような要求を満足する材料として、炭化ケイ素質セ
ラミックスがある。それを絶縁基板として、熱放散性の
良好な集積回路パッケージの製作を可能にした(特開昭
59−134852.特開昭6O−66843) )。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、前記炭化ケイ素質基板の適用に関する検討の進
行に伴い、炭化ケイ素質基板に半導体素子を搭載し、半
導体素子に電気的リード端部を接続し、これら、半導体
素子とリード接続部をキャップと封止ガラスによりパッ
ケージをつくり、ガラスを貫通して電気的リードを外部
に取り出す集積回路パッケージを作製したところ、封止
ガラス部、特にリード端子周辺のガラスに亀裂を生ずる
という問題を生じた。そして、この場合、半導体素子が
入った小室内と外気とがつながるため、外気中に含まれ
る水分が小室内に入り、動作不良につながる恐れがある
〔問題点を解決するための手段〕
上記した封止ガラスに生ずる亀裂は、リード材料の熱膨
張率が大きいことに起因する熱応力によるものと考えら
れる。
そして、前記封止ガラス部のクランク防止手段として一
般的に考えられるのは、封止ガラスと熱膨張係数が合致
したリード材料を用いることであるが、本発明者等の研
究によれば、炭化ケイ素質セラミックスを基板として用
いる本発明の対象となるパッケージの場合には、リード
材料の熱膨張係数をガラスの熱膨張係数のそれと合致さ
せても、前記クラックの防止には何等有効ではないこと
が確認された。
そこで、本発明者等はさらに研究を進めた結果、リード
材料の熱膨張係数をガラスの熱膨張係数を基準にして設
定するのではなく、前記基板の熱膨張係数を基準として
これとほぼ同等かまたはそれ以下とすることにより、き
わめて有効に前記封止ガラス部のクラックが防止される
ことを突き止め、この新規な知見にもとづいて本発明を
完成するに到ったものである。
本発明は上記知見に基づき、リード材料の熱膨張係数を
限定することにより、一層高い安定性と信幀性を有する
集積回路パッケージを提供するものであって、その特徴
は炭化ケイ素質基板、キャップ及び封止ガラスによって
気密に囲われた小室内に、該基板上に載置された半導体
素子と該室外から封止ガラスを貫通して導入されたリー
ドからなる集積回路パッケージにおいて、リード材料の
熱膨張係数を基板の熱膨張係数とほぼ同等かまたはそれ
以下、さらに具体的には、40X10−7/℃以下に限
定とすることにある。
ここで、本発明で用いられる基板材料は実質的に炭化ケ
イ素からなるセラミックス基板である。特に、ベリリウ
ム及びベリリウム化合物のうちから選ばれた少なくとも
1種をヘリリウム量にして0.05〜5重量%を含む炭
化ケイ素セラミックスが適する。その熱膨張係数は35
〜40×10−7/℃である。キャップに用いる材料は
ムライト質セラミックス、炭化ケイ素質セラミックス、
ジルコン質セラミックス、窒化ケイ素質セラミックスな
どが使われ、その熱膨張係数は35〜50 X 10−
’/ ’Cを有する材料に限定される。また、封止ガラ
スとしては、熱膨張係数が45〜55XIO−’/”C
に限定され、しかも、封止温度が470℃以下に限定さ
れた低融点ガラスである。封止温度が限定される理由は
、基板の上に接合された半導体素子が、封止作業温度が
470℃以上の高温になると、半導体の電極に用いられ
ているAI等が半導体のPn接合部に拡散し、劣化をお
こすためである。このように低温で接着作業ができ、熱
膨張係数が炭化ケイ素質セラミノクスに近似したガラス
はない。このため、低融点の硼ケイ酸鉛系ガラスに負の
熱膨張係数をもつチタン酸鉛またはβ−ユークリプタイ
ト等のフィラーをガラスに混合して、熱膨張係数を小さ
くしている。しかし、これらワイヤを多量に入れるとガ
ラスの流動性が悪くなるためガラスの熱膨張係数は45
〜55×10−’/”cに限定される。
上記に示すような材料を組み合わせて第1図に示すよう
な炭化ケイ素質セラミックスを基板として用い熱処理に
よりガラスでパンケージを作製する際に、上記のように
この封止ガラス部、特にリード端子周辺のガラスにクラ
ンクが入りやすいものであるが、前述のように本発明に
おいては、リード材料の熱膨張係数を基板の熱膨張係数
とほぼ同等またはそれ以下の40X10−’/℃以下に
することにより、封止ガラスに貫通したクランクを生じ
ない信顛性の優れたパッケージを作製することが可能と
なるものである。そして、このようなりランク防止の効
果は、リード材料の熱膨張係数を前記のように限定する
ことにより、封止ガラス中に封入されたリード材料が、
本来基板より大きい熱膨張係数を有するる封止ガラスの
それを基板の熱膨張係数に近づける作用をするからであ
ると考えられる。
このようなリード材料としてはコバール(Ni−Co−
Fe合金)がある。特にNi28.5〜30.0. C
o 12.5〜14. CO,02以下、 Si O,
2以下、 Mn O,8以下、残りFe (wt%)の
組成のコバールが適する。
〔実施例〕
第1図に本発明の集積回路パッケージの断面を例示する
。同図において炭化ケイ素質セラミックスからなる基板
4の一方の面4a上の中央部に半導体素子1が金属ソル
ダ層7によって接着され、同面上に封止ガラス層6によ
って接着された複数個のリード片3の一端3aと該素子
1との間はボンディングワイヤ2によって電気的に接続
されている。リード片3の他端3bは、基板4の周縁か
ら外方に延びている。素子1、ボンディングワイヤ2及
びリード片3の端部3aは絶縁基板4とキャップ5とに
よって囲われ、該キャップ5と基板4及びリード片3と
の間隙は封止ガラス層6を介して気密に封着されている
上記パッケージの構造において、キャップ材料、ガラス
材料及びリード材料をかえて、パッケージを作製した。
基板材料は熱膨張係数が35〜40 X 10−’/ 
’Cをもつ炭化ケイ素質セラミックスである。特に、ベ
リリウムを0.05〜5重量%を含む、抵抗率10”Ω
・cm以上の電気絶縁性と、熱伝導率0.2〜0.7c
al!/c11・s・℃の特性を持つ、炭化ケイ素質セ
ラミックスが有効である。
このパッケージは以下の方法で作製される。
まず、炭化ケイ素基板の上に、半導体素子を接合するた
めのAuペーストを印刷、焼成して、基板上に金属ソル
ダ層7を形成する。次に、炭化ケイ素基板上に封止ガラ
ス6を印刷し、焼成して、ガラスを基板につける。リー
ド片3を封止ガラス層6の上面に設置し、ガラスの軟化
温度以上、例えば450〜480℃に加熱して、リード
片を接着する。半導体素子1を基板上の金属ソルダ層7
に設置し、350〜450℃に加熱することにより金属
ソルダ層7を形成して、半導体素子を接着する。半導体
素子とリード片端子とをワイヤ2により電気的に接続す
る。次に、封止ガラス6が付いたキャップ材5を載せ、
445〜460℃で加熱して、封止ガラスで封着する。
これにより集積回路パッケージが作製される。封止後及
び−55〜150℃の冷熱サイクル20回を試験後、ヘ
リウムリークテストにより、リーク量を測定し、パッケ
ージの良品、不良品を判定した。
第1表に、各種材料の組み合わせとパッケージの良品、
不良品との判定結果を示す。
(本頁以下余白) 第1表 熱膨張係数が41 X to−’/ ’C143XlO
−7/℃のリード材料を用いた&l 2.6.11及び
12のパッケージはいずれもヘリウムリーク不良をおこ
している。本発明の熱膨張係数が39X10−’/℃以
下のリード材料を用いたパッケージはいずれもヘリウム
リーク不良がなく、良好である。
尚、キャップ材にアルミナ材料を用いたパッケージは、
リード材料が低熱膨張係数であってもガラスにクラック
を生ずる。
第2表も第1表と同様に構成材料をかえて作製したパン
ケージのヘリウムリークテストによる良品、不良品をみ
たものである。
(本頁以下余白) 第2表 キャップ材にアルミナを用いたパッケージはいずれも封
止ガラスにクラックが発生し、不良品である(隘20.
36)。リード材に熱膨張係数38X10−7/℃以下
、ガラス材に53X10−7/”Cを、キャップ材にム
ライト、ジルコンを用いたパッケージはヘリウムリーク
不良がない(11h23.24.25.33.34.3
5)。しかし、熱膨張係数が41×10−7/℃以上の
リード材料、熱膨張係数が56×10−7/℃のガラス
材を用いたパッケージはことごとくヘリウムリーク不良
をおこす、 (!l&1L21.22.26.27.2
8.29.30.31及び32)。
以上により、炭化ケイ素質セラミックスを基板に用い熱
膨張係数45〜55X10−’/”Cの封止ガラス材を
用い、熱膨張係数35〜50×10−’/℃のキャップ
材を用い、熱膨張係数40×10−’/’c以下のリー
ドフレーム材を用いることにより、封止ガラスにクラッ
クのない、信頼性の高い集積回路パッケージが得られる
ことがわかる。
第2図は炭化ケイ素質セラミックスの高熱伝導性を活か
すために、基板面に冷却フィンを接着した例である。こ
れは、半導体素子と基板表面との間の熱抵抗が7.7℃
/Wの特性が得られた。
第3図は1枚の炭化ケイ素質セラミックスの上に、半導
体素子を多数個付けた例である。炭化ケイ素基板の上に
シリコン配線基板を接合し、その上に半導体素子を接合
したパッケージである。この場合にもリード材料には低
熱膨張係数の材料が要求される。
第4図は炭化ケイ素質セラミックス基板の上に、Cu導
体と絶縁材料との配線板を作製し、その上に半導体素子
を接合したパッケージである。
このパッケージにおいてもリード材料には低熱膨張係数
の材料が要求される。
(発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、炭化ケイ素質セ
ラミックスを基板に用いた集積回路パッケージにおいて
、所定の冷熱サイクルテストにさらしても封止ガラスに
亀裂が生じないものが得られるという顕著な効果を奏す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は、それぞれ本発明の集積回路パッケー
ジの異なる実施例の断面図である。 1−半導体素子、2−ボンディングワイヤ、3−リード
片、4一基板(Sic)、5 キャップ、6−封止ガラ
ス層、7−金属ソルダ層、シリコン配線基板、9−=冷
却フィン、10−接着剤、11−フランジ、12−・−
はんだ、13−配線。 代理人 弁理士 平 木 祐 輔 第1図 第2図 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板、キャップ及び封止ガラスによって気密
    に囲まれたケース内に、該絶縁基板に搭載された半導体
    素子と、該ケース内部に導入された電気的リードの端部
    と、該半導体素子及び該電気的リードの端部を接続する
    接続部とが収納されている集積回路パッケージにおいて
    、該絶縁基板は熱膨張係数が35〜40×10^−^7
    /℃である炭化ケイ素質セラミックスから成り、該キャ
    ップは熱膨張係数が35〜50×10^−^7/℃であ
    るセラミックスから成り、該封止ガラスは熱膨張係数4
    5〜55×10^−^7/℃のガラスから成り、該電気
    的リードは熱膨張係数が40×10^−^7/℃以下で
    ある合金からなることを特徴とする集積回路パッケージ
  2. (2)封止ガラスは、封止作業温度が470℃以下であ
    る低融点ガラスであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の集積回路パッケージ。
  3. (3)電気的リードは、Ni−Co−Fe合金であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の集積回路パ
    ッケージ。
JP60181692A 1985-08-05 1985-08-21 集積回路パッケ−ジ Granted JPS6243155A (ja)

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JP60181692A JPS6243155A (ja) 1985-08-21 1985-08-21 集積回路パッケ−ジ
US06/890,533 US4729010A (en) 1985-08-05 1986-07-30 Integrated circuit package with low-thermal expansion lead pieces
DE8686305894T DE3672709D1 (de) 1985-08-05 1986-07-31 Integrierte schaltungspackung.
EP86305894A EP0211618B1 (en) 1985-08-05 1986-07-31 Integrated circuit package

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JPH0337308B2 JPH0337308B2 (ja) 1991-06-05

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02251166A (ja) * 1989-03-24 1990-10-08 Matsushita Electric Works Ltd 表面実装用半導体パッケージ
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