JPS637652A - 半導体用気密封止金属パツケ−ジ - 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 本発明は半導体用気密封止金属パッケージに関し、更に
詳しくは半導体素子もしくは各種回路素子等電子部品を
搭載するための、放熱性並びに気密性に優れた半導体用
金属パッケージに関する。

従来の技術 半導体装置は所定の機能付与がなされた後、パッケージ
ングされて実際の使用に付されることになる。このパブ
ケージングの態様としては、−般にその構造からセラミ
ックス、金属、ガラス、プラスナックパッケージなどに
分類されているが、最近ではこれらを適当に組合せるこ
とにより一層多種多様な構造のものが、半導体素子、デ
バイスの大型化、高集積化等の動向に伴って出現してき
た。

このパッケージは、その信頼性の面からみると、搭載す
る半導体素子、その他の受動素子などを周囲環境から保
護し、これらがその機能を正常に果たすことができるよ
うな所定の内部条件を設定する上で、極めて重要な役割
を演じている。従って、回路設計やチップ等の製造工程
が完全であったとしても、パッケージが不完全あるいは
不適当である場合には素子の破壊、品質低下などをもた
らし、半導体装置とは無関係の不良モードを生ずること
になる。

即ち、半導体装置の所期の特性値を十分に維持し、熱的
、電気的導出、電極間の絶縁距離の確保などの他、運搬
、取扱い上の便宜のためにパフケージングが行われ、上
記のように半導体装置の高集積化、高性能化を図る上で
、特に該装置と外的条件との整合性を確保するために重
要な役割を果たしており、このような観点からパッケー
ジング並びにその関連技術の改善を図ることは、半導体
素子自体の性能向上と共に並行して解決しなければなら
ない重要な課題である。

ところで、従来の金属パッケージは金属ベース部にコバ
ール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ
、ステンレス合金等を使用し、気密封止は金属ベース材
およびガラスの熱膨張係数を考慮して最適の組合せを選
択し、金属ベース材とガラスの熱膨張率をほぼ同じとし
たマツチング方式と、ガラスに圧縮応力がかかるように
したコンプレッション方式に大別される。

この場合、金属表面に適当な酸化膜を生成させ、封止の
際にガラスに対する濡れ性の向上並びに酸化物の拡散に
より良好な密着を得ている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような金属ベース材では熱伝導率
が小さく、また高周波デバイス、光関連デバイスをも含
めた半導体デバイスの高密度実装化、高速動作化、高出
力下での動作性の要請に伴う発熱景の増大に十分対応で
きる放熱性を有していないので、性１能の低下をまねく
。また熱伝導率が良い銅を金属ベースとし、ガラス封止
部にＦｅやコバールリング等のガラス封着金属をろう付
などで接合した金属パッケージも開発されているが、ろ
う付時の熱サイクルに付す際に、金属間の熱膨張率の違
いによりガラスにクラックが入ったり、金属とガラスが
剥離し、気密封止が保てなくなることがあり、素子や基
板装着時においても熱ストレスにより破折が生じる場合
がある。

上記のように、半導体デバイスの作製技術において、半
導体素子・デバイスの高性能化を図るためには、半導体
素子・デバイス自体の改善と共に、それに応じたパッケ
ージング方法の改良も図られなければならない。

上述のことから、放熱性を改善するために従来の封着用
金属材料より熱伝導率が大きくて銅の値に近く、熱膨張
係数がＧａＡｓやアルミナ基板と近似していることから
、Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ　　Ｍｏ合金もしくはＣ’ｕ−Ｗ
−Ｍｏ合金を金属ベース材とすることにより、放熱性に
優れた半導体用金属パッケージを得ることができるもの
と考えられる。しかしながら、上記の如きＣｕ−Ｗ合金
、Ｃｕ−Ｍｏ合金もしくはＣｕ−Ｗ−Ｍｏ合金は従来の
ガラス封止技術ではガラスとの濡れ性並びになじみが悪
いために、高気密性を要求する金属パッケージには使用
できず、また−般によく行われている表面酸化処理を施
しても熱サイクルに十分耐えうる高気密性が得られなか
った。

そこで、上記のような気密封止金属パッケージの有する
各種欠点を解決し、半導体装置の最近の動向にみあった
パッケージ構造を開発することは、半導体技術の今後の
発展のために極めて大きな意義がある。

従って、本発明の目的は放熱性に優れ、またガラス封止
性にも優れ、従って高気密性を有する半導体用気密封止
金属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 本発明者等は半導体用気密封止金属パッケージの上記の
ような現状に鑑みて、従来のＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ　−Ｍ
ｏ合金またはＣｕ−Ｗ−Ｍｏ合金が金属パッケージの放
熱性を確保するためには有利であり、従ってこれら合金
とガラスとの濡れ性、なじみ性を改善することが必要で
あり、この問題を該合金のガラス封止部に特定のめっき
を施すことにより有利に解決できることを見出し、本発
明を完成した。

即ち、本発明の半導体用気密封止金属パッケージは半導
体素子、回路素子を搭載し、リード線貫通孔を有する金
属ベースと、該貫通孔に通されガラス封止により気密に
固定されたリードと、上記金属ベース周縁部において封
止されたキャップとを含む半導体用気密封止金属パッケ
ージであって、上記金属ベースがＣｕ−Ｗ合金、（：ｕ
−Ｍｏ合金またはＣｕ−Ｗ−Ｍｏ合金製であり、かつ少
なくとも上記ガラス封止部表面にＮｉ　Ｐ合金めっき層
を有することを特徴とする。

本発明の気密封止金属パッケージにおいて有用な上記金
属ベース材においてはＣｕの含有量は５〜３０重量％の
範囲内であり、これが合金中で均一に含まれていること
が好ましい。

また、該金属ベースの少なくともガラス封止部表面に適
用されるＮ１−Ｐ合金のめっき層において、Ｐの比率は
３〜１２重量％の範囲内とすることが好ましい。

本発明の半導体用気密封止金属パッケージの構成は、添
付第１図を参照することにより、−層よく理解すること
ができる。即ち、その主要部は第１図から明らかな如く
、金属ベース材１と、電気信号人出力リード２と、キャ
ップシール部３とで構成される。ここでリード線２は、
金属ベース１に設けられた貫通孔４に通され、例えば貫
通孔４の内面に形成されたＮ１−Ｐめっき層５を介して
絶縁材としてのガラス６により、金属ベース１に気密固
定されている。更に、金属ベース１の上面周縁部に設け
られたキャップ（図示せず）シール用部材７はコバール
もしくはステンレスなどで形成されたものであり、これ
は金属ベース１にＢへｇ８などでろう付けされている。

このキャップシール部７とキャップとの接合は、従来公
知の各種手段、例えば電気抵抗溶接、アーク溶接、ろう
付、半田付などの他、最近注目されているシームウェル
ディングなどで行われる。

またガラス封止部などに設けるめっき層の形成方法とし
ては電気メツキ、無電解メツキ、気相メツキどが例示で
きいずれも好ましい結果を与える。

廊月 従来の半導体用気密封止金属パッケージで、特に問題と
なっていた点は金属ベース材として用いられていた材料
の熱伝導率が低すぎたことにあった。また、この熱伝導
率を改善し得る材料としてＣｕ　−Ｗ　、　Ｃｕ−Ｍｏ
またはＣｕ−Ｗ−Ｍｏなどを採用しても、逆に気密封止
用のガラスとの濡れ性、なじみが悪く、良好な気密封止
が得られなかった。

そこで、本発明では金属ベース材として熱伝導率の点で
有利な上記のＣｕ−Ｍｏ、Ｃｕ　−Ｗ、　Ｃｕ　−Ｗ　
−Ｍｏ合金を選び、これらとガラスとの濡れ性、なじみ
性を改善するために、これらの間にＮｉ−　　Ｐ合金の
介在層を設けた。このＮ１−Ｐ合金と金属ベース材合金
との間並びにＮ１−Ｐ合金とガラスとの間の濡れ性、な
じみ性は極めて良好であり、濡れ性・なじみ性に有効な
酸化膜の生成及びその拡散はＰ含有量が３〜１２ｗｔ％
の範囲で著しい効果がある。

また熱膨張率も上記金属ベース合金は５．５〜８．０Ｘ
ＩＯ−６／ｌ：の範囲にあり、ガラスの選択により、と
により、該熱性良好な上記各合金を金属ベース材として
有利に使用することが可能となり、その結果従来みられ
たガラスのクラック、剥離、更には素子や基板の装着時
における熱応力に付されても破折する恐れは全くない。

このような理由から、Ｎｉ　Ｐ合金中のＰの含量は３〜
１２ｗｔ％の範囲内とすることが有利であり、この範囲
外では熱膨張率、金属ベース材もしくはガラスとの濡れ
性、なじみ性が不十分となり、所期の目的を達成するこ
とができない。また、同様な理由から、金属ベース材合
金中のＣｕの含有率も５〜３０Ｗｉ９６の範囲内とする
ことが好ましい。

実施例 以下、実施例（作製例）に従って本発明の半導体用気密
封止金属パッケージをより具体的に説明する。しかし、
本発明の範囲は以下の例によって同等制限されない。

実施例１ 本発明による半導体気密封止金属パッケージの主要部は
添付第１図に示す通りである。金属ベース１にリード線
２を貫通するための穴４をもうけ、穴４の表面にめっき
５を施し、絶縁材６としてガラスを用い気密封止し、素
子搭載後キャフブシールするために金属ベース１上面外
周部３にはコバー７しまたはステンレスリング７をＢＡ
ｇ８でろう付する。金属ベース１としてはＣｕ−Ｗ合金
を用い、めっき部５は析出するＰ量が８ｗｔ％となる条
件でＮ１−Ｐ合金めっきを施し、リード線２はコバール
、絶縁材６はコバール封着用ガラスを用い、ガラス封止
を行い、コバールリングを金属ベース上面外周部３に銀
ろう付した。次に素子、回路基板等の装着を考慮し、大
気中で４０５℃で５分間係留後室温放置するというヒー
トサイクルを３回行った。

従来Ｃｕ−Ｗ合金はガラス気密封止ができないとされて
いたが、Ｈｅリークディテクターでのヘリウムリークレ
イトを検査してもＩ　Ｘｌ０−”ａｔｍ　ｃｃ／ｓｅａ
以下と高気密封止ができることとなった。

また、Ｃｕ−Ｗ合金金属ベースをＣｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ
−Ｗ−Ｍｏ合金にかえても同様の結果が得られることも
確言忍した。

実施例２ 実施例１の如くめっきを施し、金属ベース上面外周部３
にステンレスリング７を銀ろう８でろう付し、リード線
２はＦｅ　　Ｎｉ合金、絶縁材６はＦｅ　−Ｎ１封着用
ガラスを用いガラス封止を行った。ヒートサイクル後実
施例１と同様のテストにおいて、めっきを施したものと
そうでないものとでは著しい気密封止性の差があり、め
っきを施したものは良好であった。

発明の効果 以上の説明から明らかな如く、本発明によれば、金属ベ
ースとリードとの気密封止を、特定の合金のめっき層を
介して行ったという特異な特徴に基（１）ロｕ−Ｗ合金
、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｗ−Ｍｏ合金を金属ベース材
とした半導体用気密封止金属パッケージを提供すること
ができる； （２）　　Ｃｕ　−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ　−
Ｗ　−Ｍｏ合金を使用したことにより、これらの熱伝導
率が大きいため、従来の封着金属を使用した場合よりも
、高密度実装ができ、大きな出力パワーで使用できる； など放熱性に優れた半導体用気密封止金属パッケージを
提供することができる効果がある。

なお、本発明は実施例で示したパッケージの形状に何等
限定されるものではなく、レーザーダイオード、発光ダ
イオード、フォトダイオード等の各種光関連素子を搭載
する台やステム、高周波関連素子を搭載する台など、高
い放熱性を必要とする金属ベースに対しても有利に適用
し得る。

【図面の簡単な説明】

添付第１図は本発明の金属パッケージの主要部の構成を
説明するための一部切除した模式的な正面図である。 （主な参照番号） １・・金属ベース、 ２・・電気信号入出力リード、 ３・・キャップシール部、 ４・・貫通穴、ガラス封着部、 ５・・めっき、　６・・絶縁材、 ７・・コバール又はステンレスリング、８・・銀ろう

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子、回路素子を搭載し、リード線貫通孔
   を有する金属ベースと、該貫通孔に通されガラス封止に
   より気密に固定されたリード線と、上記金属ベース上面
   周縁部において封止されたキャップとを含む半導体用気
   密封止金属パッケージにおいて、 上記金属ベースがＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金または
   Ｃｕ−Ｗ−Ｍｏ合金で作られており、かつ少なくとも上
   記ガラス封止部表面にＮｉ−Ｐ合金のめっき層を有する
   ことを特徴とする上記半導体用気密封止金属パッケージ
   。
2. （２）上記金属ベースのＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金
   もしくはＣｕ−Ｗ−Ｍｏ合金がＣｕを５〜３０ｗｔ％含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体用気密封止金属パッケージ。
3. （３）上記ガラス封止部表面に析出するＮｉ−Ｐ合金め
   っき層において、Ｐの含有率が３〜１２ｗｔ％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の半導体用気密封止金属パッケージ。