JPS63178548A - 電子部品用パツケ−ジとその製造方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、入出力用回路等にリードフレームを用い、絶
縁体にはセラミックを用いた、半導体素子等を収容する
電子部品用パッケージとその製造方法に関する。

「従来の技術」 従来の半導体素子等の電子部品を収容するセラミックパ
ッケージには、マルチレイヤー型等と呼ばれるグリーン
シートを用いる積層法によるパッケージと、サーディツ
プ型等と呼ばれる予め焼成されたセラミック基体を用い
るパッケージとがある。そのうち、積層法によるものは
、その表面等にメタライズ層等の導体層を備えたセラミ
ック組成物のグリーンシートを複数枚積層して一体に焼
成した後、外部リードを接合して形成する。また、予め
焼成されたセラミック基体を用いるものは、リードフレ
ームを低融点ガラスを用いてセラミッり基体に接合して
形成する。

「発明が解決しようとする問題点」 ところで、上述した従来の積層法によるセラミックパッ
ケージは、気密性が優れていて、半導体素子等を収容す
るパッケージとして高い信頼性が得られるが、その製造
工程が繁雑で、製造コストが高くなるという難点があっ
た。またこの場合、外部リードは焼成したセラミック表
面のメタライズ層にろう付けにより接合しなければなら
なかった。

また、サーディツプ型と呼ばれるセラミックパッケージ
は、リードフレームを機械的強度の弱い低融点ガラス部
材を用いてセラミック基体に接合させているので、衝撃
力に弱く、リードフレームと低融点ガラス部材との境界
部分における気密性が不安定である等の難点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、気密性が高く、機械的強度の高いセラ
ミックパッケージであって、しかもその製造工程が従来
の積層法などに比べて、極めて簡易化、短縮化できる電
子部品用パッケージとその製造方法を提供することにあ
る。

［間謡点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の電子部品用パッケ
ージｌは、第１図、第２図、第３図にその構成例を示す
ように、リードフレーム２の内部リード部５の少なくと
も先端部を除く周囲を低温焼成セラミック３で一体に覆
うと共に、前記内部リード部５とその周囲の前記セラミ
ック３との間を活性化金属を含む金属合金４を用いて気
密接合させてなることを特徴とする。

また、本発明の電子部品用パッケージの製造方法は、リ
ードフレーム２の内部リード部５の少なくとも先端部を
除く周囲を低温焼成セラミック組成物で一体に覆うと共
に、前記内部リード部５とその周囲の前記セラミック組
成物との間に、活性化金属を含む、融点が前記セラミッ
ク組成物の焼結開始温度やリードフレーム２の融点より
低い金属合金４を介在させた後、前記セラミック組成物
の焼成を行うと同時に、リードフレーム２の前記内部リ
ード部５に前記金属合金４を介してセラミック３を気密
接合させて、前記内部リード部５の周囲をセラミック３
で一体に覆うことを特徴とする。

「作用」 本発明の電子部品用パッケージ１においては、入出力用
回路等を構成するリードフレーム２の内部リード部５の
周囲を、セラミック３で一体に覆う構造とした。従って
、内部リード部５の周囲を覆うセラミック３は、継ぎ目
の無い一体の構造となり、気密性の極めて高いセラミッ
クパッケージを構成できる。また、本発明の電子部品用
パッケージｌでは、内部リード部５とその周囲のセラミ
ック３との間を、内部リード部５とセラミック３に共に
馴染み易く機械的強度の高い金属合金４を用いて気密接
合させた。従って、リードフレームをガラス部材を用い
てセラミック基体に接合させたサーディツプ型のパッケ
ージに比べて、衝撃力に強くて機械的強度が高く、気密
性の高いセラミックパッケージを構成できる。

また、本発明の電子部品用パッケージの製造方法におい
ては、内部リード部５の周囲を覆うセラミック組成物の
焼成時に、内部リード部５とその周囲のセラミック組成
物との間に、接合材および緩衝材として活性化金属を含
む金属合金４を介在させた。従って、セラミック組成物
の焼成時に上記の金属合金４中の活性化金属がリードフ
レーム２と金属合金４、および焼成したセラミック３と
金属合金４との各境界部分に両者を堅固に結合させる金
属間化合物を的確に形成して、該各画者を安定して堅固
に気密接合させる。また、内部リード部５とその周囲の
セラミック組成物との間に、融点がセラミック組成物の
焼結開始温度やリードフレーム２の融点より低い金属合
金４を介在させた。従って、リードフレーム２の融点よ
り低い温度でセラミック組成物が焼結し初めて大きく収
縮する際には、金属合金４が溶融状態となって、その形
状が内部リード部５および焼成中のセラミック組成物の
寸法変化の相違を吸収するように自在に変化して、該両
者間の気密性を的確に保持すると共に、この溶融した金
属合金４が緩衝材となって該両者間に過大な応力が掛か
るのを防止する。

さらに、焼成したセラミック３と内部リード部５とがそ
れぞれ大小の異なる熱収縮率で収縮しながら冷却する際
には、内部リード部５とその周囲の焼成したセラミック
３との間で、金属合金４が緩衝材となって、内部リード
部５とその周囲の焼成セラミック３との間に気密性を阻
害することとなるような過大な応力が掛かることがない
。

「実施例」 次に、本発明の実施例につき、図面に従い説明する。第
１図ないし第３図は、本発明の電子部品用パッケージｌ
を示し、第１図は該パッケージの斜視図、第２図は該パ
ッケージの縦断面図、第３図は第１図中のパッケージの
内部リード部５部分の拡大縦断面図である。以下、この
パッケージｌの構造を説明する。２は、半導体素子等を
搭載するステージ６および内部リード部５とそれに続く
外部リード部７を併せ持つリードフレームで、該リード
フレーム２の外部リード部７、内部リード部５の先端部
上面およびステージ６上面を除くリードフレーム２の周
囲全体が、アルミナガラスセラミック等の低温焼成セラ
ミック３で一体に覆われている。そして、リードフレー
ム２とその周囲のセラミック３とで、第１図に示すよう
な、その表面中央部に半導体素子等を収容する有底のキ
ャビティ８を有し、該キャビティ底面にリードフレーム
のステージ６上面が、また、キャビティ内周部には内部
リード部５の先端部上面が露出したほぼ方形状の電子部
品用パッケージＩが構成されている。また、内部リード
部５とその周囲を覆うセラミック３との間が、接合材お
よび緩衝材としてのＴｉ−Ｃｕ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、
Ｔｉ−Ｎ１−Ａｇ合金等の活性化金属を含む金属合金４
を介して堅固に一体に気密接合されている。さらに、図
中の実施例では、キャビティ８周囲のセラミック３」二
面に、キャップ封止用のシール用金属枠９が、リードフ
レーム２と同様な金属合金４を介してセラミック３中に
一体に埋設されている。第１図ないし第３図に示したパ
ッケージｌは以上の構成からなる。なお、上述実施例の
パッケージｌにおいて、キャビティ周囲のセラミツク３
上面に、シール用金属枠９の代わりに、同時焼成法等に
よりシール用メタライズ層等を備えても良い。

次に、上述の電子部品用パッケージｌを製造するための
本発明の電子部品用パッケージの製造方法について説明
する。まず、４２ＡＬＬＯＹ、コバール、銅合金等から
なるリードフレーム２の内部リード部５の周囲のセラミ
ック３と気密接合させるべき表面部分、即ちワイヤボン
ディングのための内部リード部５の先端部上面を除く周
囲とステージ６裏面に、チタン、ジルコニウム等の活性
化金属を含み、融点が上記のセラミック組成物の焼結開
始温度やリードフレーム２の融点より低い、接合材およ
び緩衝材としてのＴｔ−Ｃｕ合金、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔ
ｉ−Ｎｉ−Ａｇ合金等の金属合金４を、蒸着法、クラブ
ト法、ペースト塗布法等より、被着させる。次に、この
金属合金４を被着させたリードフレーム２を成形金型内
に挿入すると共に、同じ金型内に、リードフレーム２の
融点より低い温度８００℃〜ｔｏｏｏ℃で焼成可能な、
有機バインダー等を混入させて造粒したアルミナ−ガラ
ス系などの低温焼成セラミック組成物を、射出成形機等
を用いて低温加熱してスラリー状としながら加圧注入し
、リードフレーム２の金属合金４を被着させた所定部分
周囲を、セラミック組成物でその外形が第１図に示した
電子部品用パッケージｌの体裁をなすように一体に覆う
。次に、このリードフレーム２の所定部分周囲をセラミ
ック組成物で覆ったパッケージ部材を電気炉内等に入れ
てリードフレーム２の融点以下の８００℃〜１０００℃
程度に加熱して、該パッケージ部材のリードフレーム２
周囲のセラミック組成物の焼成を行う。

すると、セラミック組成物の焼成時に、金属合金４中の
活性化金属が、リードフレーム２と金属合金４との境界
部分およびセラミック組成物と金属合金４との境界部分
に該各両者間を堅固に結合させる金属間化合物を的確に
形成して、金属合金４がリードフレーム２とその周囲の
焼成セラミック３とを強固に気密接合させる。また、焼
成中にセラミック組成物が焼結し始めて大きく収縮する
際には、金属合金４が溶融状態となってリードフレ−ム
２および焼結を開始したセラミック組成物の寸法変化の
違いを吸収するようにその形状が自在に変化し、該両者
間の気密性を的確に保持すると共に、この溶融した金属
合金４が緩衝材となって、該両者間に過大な応力が掛か
ることがない。また、リードフレーム２周囲の焼成セラ
ミック３が冷却する際には、両者間に介在させた例えば
熱収縮係数が焼成セラミック３の熱収縮係数とリードフ
レーム２の熱収縮係数との中間の値を持つ金属合金４が
緩衝材となって、焼成セラミック３がリードフレーム２
に対してその熱収縮率が大きく異なって収縮しても両者
間に過大な応力が掛かることがなく、焼成したセラミッ
ク３にクラックが入ったりリードフレーム２が変形する
ことがない。

以上のようにして、リードフレーム２の所定部分周囲を
焼成セラミック３で一体に覆うと共に、リードフレーム
２とその周囲のセラミック３との間を金属合金４を用い
て気密接合させた電子部品用パッケージｌを製造する。

なお、図中のパッケージ１のようにキャビティ８周囲の
セラミツク３上面中にシール用金属枠９をセラミツと一
体に埋設する場合は、リードフレーム２周囲をセラミッ
ク組成物で一体に覆う際に、その周囲に金属合金４を被
着させたシール用金属枠９をリードフレーム２と共に成
形金型内に収容してセラミック組成物と一体に成形、焼
成して製造する。

第４図には、上述のリードフレーム２周囲を覆うセラミ
ック組成物の焼成を行った際における、リードフレーム
２周間をセラミック組成物で覆ったパッケージ部材を晒
す雰囲気温度プロフィールと、該温度プロフィール下に
おけるリードフレーム２とセラミック組成物の熱膨張状
態と熱収縮状態、および該両者間に介在させた金属合金
４の熱膨張状態と熱収縮状態を示し、図中の下部の図は
」二足のパッケージ部材を晒す雰囲気温度プロフィール
を示し、図中の」二部の図は上記の温度プロフィール下
におけるリードフレーム２、セラミック組成物、金属合
金４の熱膨張状態と熱収縮状態を示す。以下、この図を
説明すると、図中において、焼成中のセラミック組成物
が初期の脱脂域Ｖにある時、即ちセラミック組成物中に
混入させた有機バインダー等を加熱して揮散させる際に
は、図中の一点鎖線Ｘで示す金属合金４は、一旦膨張し
た後再び収縮する。その際、破線Ｙで示すセラミック組
成物は熱膨張も熱収縮も殆どしない。また、実線Ｚで示
すリードフレーム２は、金属合金４と同様に一旦熱膨張
した後再び収縮する。次に、脱脂済みのリードフレーム
２周囲のセラミック組成物の焼成を行う際には、セラミ
ック組成物は、破線Ｙで示すように、最初しばらくの間
然膨張も熱収縮もしない。この際、金属合金４およびリ
ードフレーム２は、一点鎖線Ｘおよび実線Ｚで示すよう
に、はぼ一定の比率で熱膨張し続ける。そして、熱膨張
し続けた金属合金４が図中の溶融域Ｍに達して溶融状態
となると、焼成中のセラミック組成物が焼結し始めて図
中のＳ域に達し急激に階段状に収縮する。その後、焼成
セラミック３を冷却させるのに伴って、金属合金４が溶
融域Ｍを脱してほぼ一定の比率で熱収縮し続ける。その
際、リードフレーム２は金属合金４より高いほぼ一定の
比率で熱収縮し続け、焼成セラミック３は金属合金４よ
り低いほぼ一定の比率で熱収縮し続ける。そして、セラ
ミック組成物の焼成時に、リードフレーム２、セラミッ
ク組成物、および該両者間に介在させた金属合金４が、
この様な熱膨張および熱収縮を経た後、リードフレーム
２の所定部分周囲にセラミック３が金属合金４を介して
堅固に一体に気密接合する。

なお、焼成時に、リードフレーム２とその周囲のセラミ
ック組成物との間に介在させる金属合金４は、共晶合金
であることが望ましい。なぜならば、金属合金４が共晶
合金であれば、該金属合金がセラミック組成物の焼成時
に溶融する際に、その全体が均一かつ的確に溶融状態と
なってリードフレーム２とセラミック組成物との間の接
合材および緩衝材としての作用を的確に果たすことかで
き、かつ、その一旦溶融状態となった金属合金４が冷却
固化する際に、その全体が均一の状態に冷却固化して、
金属合金４中にピンホールが形成されにくく、その組成
が均一でむらのない金属合金４を介してリードフレーム
２の周囲にセラミック３を安定して的確に気密接合させ
ることができるからである。

このようにしてリードフレーム２周囲にセラミック３を
一体に気密接合させた後は、セラミツク３外部に露出し
たリードフレーム２表面の酸化皮膜除去等を行った後、
該リードフレームに所要の金めつき等の表面処理を施し
て電子部品用パッケージｌを完成する。

「発明の効果」 以上の述べたように、本発明の電子部品用パッケージに
おいては、リードフレームの所定部分周囲を覆うセラミ
ックを継ぎ目のない一体の構造に形成すると共に、リー
ドフレームとその周囲のセラミックとの間を、衝撃力に
強く、機械的強度の高い、リードフレームとセラミック
に共に良く馴染む金属合金を用いて気密接合させた。従
って、従来のセラミックパッケージに比べて、衝撃力に
強く、機械的強度が高く、気密性の高い電子部品用パッ
ケージを構成できる。

また、本発明の電子部品用パッケージの製造方法におい
ては、リードフレームとその周囲を覆うセラミック組成
物との間に介在させた金属合金中の活性化金属が、セラ
ミック組成物の焼成時に、リードフレームと金属合金の
境界部分およびセラミック組成物と金属合金との境界部
分に該各画者を堅固に結合させる金属間化合物を的確に
形成して、該金属合金がリードフレームとその周囲のセ
ラミックとを堅固に安定して気密接合させ、該両者間の
気密性を的確に保持すると共に、該金属合金が緩衝材の
役目を果たして、リードフレームとその周囲のセラミッ
クとの間に過大な応力が掛かるのを防止できる。さらに
、射出成型法等による一体成形法を用いており、マルチ
レイヤー型等のパッケージを製造する場合に比べて、そ
の製造工程を極めて簡易化でき、製造コストの大幅な低
減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子部品用パッケージの斜視図、第２
図は第１図中のパッケージの縦断面図、第３図は第１図
中のパッケージの内部リード部部分の拡大縦断面図、第
４図は本発明の電子部品用パッケージを焼成する際の所
定雰囲気温度プロフィール下におけるリードフレーム、
セラミック組成物および金属合金の熱膨張状態と熱収縮
状態の説明図である。 ■・・電子部品用パッケージ、 ２・・リードフレーム、 ３・・セラミック、　　４・・金属合金、５・・内部リ
ード部、　　６・・ステージ、７・・外部リード部、　
　８・・キャビティ、■・・脱脂域、　　Ｍ・・溶触域
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リードフレームの内部リード部の少なくとも先端部
   を除く周囲を低温焼成セラミックで一体に覆うと共に、
   前記内部リード部とその周囲の前記セラミックとの間を
   活性化金属を含む金属合金を用いて気密接合させてなる
   電子部品用パッケージ。 ２、リードフレームの内部リード部の少なくとも先端部
   を除く周囲を低温焼成セラミック組成物で一体に覆うと
   共に、前記内部リード部とその周囲の前記セラミック組
   成物との間に、活性化金属を含む、融点が前記セラミッ
   ク組成物の焼結開始温度やリードフレームの融点より低
   い金属合金を介在させた後、前記セラミック組成物の焼
   成を行うと同時に、リードフレームの前記内部リード部
   に前記金属合金を介してセラミックを気密接合させて、
   前記内部リード部の周囲をセラミックで一体に覆うこと
   を特徴とする電子部品用パッケージの製造方法。