(57)【要約】【課題】外部接続端子に電気信号を安定して高速に伝送することができ、安価で接合信頼性の高い構造を有する半導体受光素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】平板形状のセラミック基体１１と、その上面に接合される窓枠形状のセラミック枠体１２と、これらの間に介設されエポキシ樹脂からなる接合材１４で固着するリードフレーム形状の外部接続端子１３を有する半導体受光素子収納用パッケージ１０であって、外部接続端子１３がＣｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなると共に、少なくともリード端子部の外部に露出する表面にＮｉめっき被膜１６、その表面にＰｄめっき被膜１７、及びその表面にＡｕめっき被膜１８の３層からなるめっき被膜１９を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状のセラミック基体と、該セラミック基体の上面に接合され半導体受光素子を収納するためのキャビティ部を形成する前記セラミック基体の外形寸法と略同じ外形寸法を有する窓枠形状のセラミック枠体と、前記セラミック基体と前記セラミック枠体との間に介設され該セラミック枠体の内周側からと、前記セラミック基体及び前記セラミック枠体の外周側からリード端子部をそれぞれ突出するようにしてエポキシ樹脂からなる接合材で固着するリードフレーム形状の外部接続端子を有する半導体受光素子収納用パッケージであって、
前記外部接続端子がＣｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなると共に、少なくとも前記リード端子部の外部に露出する表面にＮｉめっき被膜、該Ｎｉめっき被膜の表面にＰｄめっき被膜、及び該Ｐｄめっき被膜の表面にＡｕめっき被膜の３層からなるめっき被膜を有することを特徴とする半導体受光素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体受光素子収納用パッケージにおいて、前記Ａｕめっき被膜が厚さ０．０２μｍ以下の薄いフラッシュＡｕめっき被膜からなることを特徴とする半導体受光素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部と電気的に導通状態とするために金属製の外部接続端子を固着させて設けたセラミック製の半導体受光素子収納用パッケージに関し、より詳細には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型や、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型等の半導体受光素子を搭載し、外部接続端子を介して外部と電気的に導通状態とするための半導体受光素子収納用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体受光素子は、光を直接関知するするにおいて、大気中の水分や化学物質等により破損しやすく、取り扱いに注意を必要としている。この半導体受光素子を収納するための半導体受光素子収納用パッケージには、例えば、平板形状のセラミック製の基体と、窓枠形状のセラミック製の枠体と、その間にＦｅ−Ｎｉ系合金（以下、４２アロイと呼ぶ）等からなる外部接続端子をガラスで接合して形成している。そして、更に、半導体受光素子収納用パッケージには、外部に露出する外部接続端子の表面に外部からの酸化を防止したり、ワイヤボンディング性を確保するために厚さ１．０〜８．０μｍ程度のＮｉめっき被膜と、この上面に０．１〜０．３μｍ程度のＡｕめっき被膜を施している。この半導体受光素子収納用パッケージには、セラミック基体とセラミック枠体とで形成されるキャビティ部に半導体受光素子を搭載し、半導体受光素子に設けるボンディングパッドと、キャビティ部内に突出する外部接続端子の表面のＡｕめっき被膜との間をボンディングワイヤで接続した後、セラミック枠体にガラスやサファイア板等からなる蓋体を接合させることで半導体受光素子をキャビティ部内に気密封止していた。そして、半導体受光素子と外部の回路基板との電気的な接続は、半導体受光素子収納用パッケージの外部に突出する外部接続端子と、回路基板を半田で接合させ、この外部接続端子を介して行われている。このような半導体受光素子収納用パッケージにおいては、電気信号を安定して高速に伝送する性質が求められ、且つ安価に製造できる構造とする必要があった。
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の半導体受光素子収納用パッケージは、セラミック基体とセラミック枠体との間に外部接続端子をガラスを加熱して接合させる必要があるために、セラミックと熱膨張係数が近似する４２アロイのような高価な金属からなる外部接続端子を必要とするのと、高価なＮｉや、Ａｕのめっき被膜を比較的厚く設けているので、半導体受光素子収納用パッケージが非常に高価なものとなると共に、４２アロイがＦｅ−Ｎｉ系合金からなることで電気信号の伝送速度に問題を抱えている。
【０００４】
従来の半導体受光素子収納用パッケージ用の外部接続端子には、例えば、特許文献１に開示されているような「半導体装置用リードフレーム」という名称で、ＣｕまたはＣｕ合金素材面に複数層の金属被膜が形成された半導体装置用リードフレームが開示されている。この半導体装置用リードフレームは、ＣｕまたはＣｕ合金素材全面にＮｉ下地被膜を介して厚さ０．３μｍ以下のＰｄまたはＰｄ合金被膜が形成されているとともに、リードフレームのアウターリードに形成されたＰｄまたはＰｄ合金被膜上に、Ａｕめっき被膜が０．００１から０．１μｍの厚さに形成されている。この半導体装置用リードフレームには、半導体素子を接合させるためのダイパッド用のリードフレーム上に半導体素子を載置させると共に、半導体素子とダイパッド用のリードフレームに近接して設けるリードフレームの一方の端子間をボンディングワイヤで接続した後、リードフレームの他方の端子部を外部に露出させて全体をモールディングして半導体装置としている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５４３６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述したような従来の半導体受光素子収納用パッケージは、次のような問題がある。
特許第２５４３６１９号公報で開示されるような半導体装置用リードフレームである外部接続端子を用いた半導体受光素子収納用パッケージは、Ｃｕ、又はＣｕ合金を用いることで電気信号を安定して高速に伝送することができ、比較的安価なＣｕ材で、しかも高価なＡｕめっき被膜を薄くして安価な外部接続端子を形成することができるものの、この外部接続端子をセラミック基体とセラミック枠体との間に介設させてガラスで固着させるのに、５００℃程度の加熱が必要でありセラミックと外部接続端子との熱膨張係数差が大きくなって接合信頼性に問題が発生することで安価な半導体受光素子収納用パッケージを構成することができなくなっている。また、外部接続端子の金属にＣｕを用いる場合には、Ｃｕの強度（引張強さや、ビッカース硬さ等）が低いので、外部接続端子としての形状が保てなく、半導体受光素子収納用パッケージを構成することができなくなっている。更に、外部接続端子の金属にＣｕ合金を用いる場合には、Ｃｕに含有させる金属を限定することでＣｕ合金の強度が得られので、単なるＣｕ合金の全てが使用できるものではなく、添加させる金属を選定することが必要である。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、外部接続端子に電気信号を安定して高速に伝送することができ、安価で接合信頼性の高い構造を有する半導体受光素子収納用パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る半導体受光素子収納用パッケージは、平板形状のセラミック基体と、セラミック基体の上面に接合され半導体受光素子を収納するためのキャビティ部を形成するセラミック基体の外形寸法と略同じ外形寸法を有する窓枠形状のセラミック枠体と、セラミック基体とセラミック枠体との間に介設されセラミック枠体の内周側からと、セラミック基体及びセラミック枠体の外周側からリード端子部をそれぞれ突出するようにしてエポキシ樹脂からなる接合材で固着するリードフレーム形状の外部接続端子を有する半導体受光素子収納用パッケージであって、外部接続端子がＣｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなると共に、少なくともリード端子部の外部に露出する表面にＮｉめっき被膜、Ｎｉめっき被膜の表面にＰｄめっき被膜、及びＰｄめっき被膜の表面にＡｕめっき被膜の３層からなるめっき被膜を有する。
【０００９】
ここで、上記の半導体受光素子収納用パッケージは、Ａｕめっき被膜が厚さ０．０２μｍ以下の薄いフラッシュＡｕめっき被膜からなるのがよい。
【００１０】
上記構成の半導体受光素子収納用パッケージは、間に外部接続端子を介設させ、セラミック基体と略同じ外形寸法を有する窓枠形状のセラミック枠体とで形成されるキャビティ部の中空部に半導体受光素子を収納することができるという作用を有する。また、この半導体受光素子収納用パッケージは、Ｃｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなる複数本の外部接続端子がキャビティ部に収納された半導体受光素子からの電気信号をパッケージの外周側に伝送することができるという作用を有する。更に、この半導体受光素子収納用パッケージは、セラミック基体、セラミック枠体、及び外部接続端子がエポキシ樹脂で固着されて形成されるキャビティ部側に露出する外部接続端子の一方のリード端子部がボンディングワイヤを介して半導体受光素子と電気的に接続するための接続パッド部とすることができるという作用を有する。そして、パッケージの外周部側に露出する外部接続端子の他方のリード端子部は、回路基板である、例えば、ボード等に半田等を介して接合するための接合部とすることができるという作用を有する。
【００１１】
また、この半導体受光素子収納用パッケージは、少なくともパッケージの外部と、キャビティ部内に露出するそれぞれのリード端子部の表面に、Ｎｉめっき被膜、その表面にＰｄめっき被膜、及び、その表面にＡｕめっき被膜からなる３層からなるめっき被膜を有することで、キャビティ部側に露出する一方のリード端子部にボンディングワイヤを安定して接続することができ、パッケージの外周部側に露出する他方のリード端子部に半田等を介して回路基板に安定して接合できるという作用を有している。
【００１２】
特に、めっき被膜は、３層で構成する中で、Ａｕめっき被膜を厚さ０．０２μｍ以下の薄いフラッシュＡｕめっき被膜で構成でき、十分なワイヤボンディング性を有しながら安価に作製できる構造とすることができるという作用を有している。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１又はこれに従属する請求項２記載の半導体受光素子収納用パッケージは、平板形状のセラミック基体と、セラミック基体の上面に接合され半導体受光素子を収納するためのキャビティ部を形成するセラミック基体の外形寸法と略同じ外形寸法を有する窓枠形状のセラミック枠体と、セラミック基体とセラミック枠体との間に介設されセラミック枠体の内周側からと、セラミック基体及びセラミック枠体の外周側からリード端子部をそれぞれ突出するようにしてエポキシ樹脂からなる接合材で固着するリードフレーム形状の外部接続端子を有する半導体受光素子収納用パッケージであって、外部接続端子がＣｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなると共に、少なくともリード端子部の外部に露出する表面にＮｉめっき被膜、Ｎｉめっき被膜の表面にＰｄめっき被膜、及びＰｄめっき被膜の表面にＡｕめっき被膜の３層からなるめっき被膜を有するので、セラミック基体、セラミック枠体、及び外部接続端子を固着させる接合材に１５０℃程度の低温で接合できるエポキシ樹脂を用いることで、セラミックと熱膨張係数が大幅に異なってもＣｕ合金からなる外部接続端子を用いることができると共に、Ｃｕ合金がＣｕ９７重量％以上、残部にＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全てを含有して強度が高く取り扱いが容易なパッケージが構成でき、電気信号を安定して高速に伝送させることができる。また、半導体受光素子収納用パッケージは、Ｃｕ合金を用いる外部接続端子に比較的薄くしたＮｉめっき被膜、Ａｕめっき被膜の厚み分を肩代わりできるＰｄめっき被膜、及び薄いＡｕめっき被膜の３層からなるめっき被膜を設ける構成からなるなるので、外部接続端子に十分なワイヤボンディング性と、半田付け性を確保させながら、安価に作製できる構造とすることができる。
【００１４】
特に、請求項２記載の半導体受光素子収納用パッケージは、Ａｕめっき被膜が厚さ０．０２μｍ以下の薄いフラッシュＡｕめっき被膜からなるので、高価なＡｕを用いたＡｕめっき被膜を薄くすることができ、安価なパッケージとすることができる。
【００１５】
なお、上記の半導体受光素子収納用パッケージは、外部接続端子に予めＮｉめっき被膜、Ｐｄめっき被膜、及びＡｕめっき被膜を設けることで容易にパッケージを構成でき、安価なパッケージとすることができる。あるいは、半導体受光素子収納用パッケージは、外部接続端子にめっき被膜を設ける前に接合体を形成し、この接合体の外部に露出する外部接続端子にＮｉめっき被膜、Ｐｄめっき被膜、及びＡｕめっき被膜を設けてパッケージを構成し、ワイヤボンディングや、半田付けの不要な部分に高価なめっき被膜を設けないことで更に安価なパッケージとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る半導体受光素子収納用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。
【００１７】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体受光素子収納用パッケージ１０は、平板形状のセラミック基体１１と、このセラミック基体１１の外形寸法と略同じ外形寸法を有する窓枠形状のセラミック枠体１２と、セラミック基体１１とセラミック枠体１２との間に介設される複数本からなるリードフレーム形状の外部接続端子１３とで構成されている。この半導体受光素子収納用パッケージ１０は、外部接続端子１３を介設させて接合材１４で固着させたセラミック基体１１の上面と、セラミック枠体１２の内周側壁面とで半導体受光素子を収納するためのキャビティ部１５を形成している。また、この半導体受光素子収納用パッケージ１０は、外部接続端子１３をセラミック枠体１２の内周側からキャビティ部１５の内部と、セラミック基体１１及びセラミック枠体１２の外周側からパッケージの外部にリード端子部をそれぞれ突出するようにして固着している。
【００１８】
上記のセラミック基体１１や、セラミック枠体１２は、セラミックの一例であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなり、例えば、Ａｌ２Ｏ３等のセラミック粉末と、バインダー等を混合した水溶液をスプレードライヤーで乾燥して作製した造粒粉末原料を上金型、下金型、及びダイス等からなる粉末プレス用金型を用いて所望の大きさ、形状にプレス成形して成形体を形成した後、焼成炉で約１５５０℃程度の高温で焼成してそれぞれ焼成体にしている。そして、それぞれの焼成体は、両面を表面研削機等で切削加工して平坦にしてセラミック基体１１や、セラミック枠体１２としている。
【００１９】
上記の半導体受光素子収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１、セラミック枠体１２、及び外部接続端子１３を固着させる接合材１４がエポキシ樹脂からなっている。このエポキシ樹脂の接合材１４は、大気中の加熱装置内で約１５０℃程度の低温で、１時間程度加熱して硬化させることで固着させることができる。従って、半導体受光素子収納用パッケージ１０は、セラミック基体１１や、セラミック枠体１２と熱膨張係数が大きく異なる外部接続端子１３を固着させるのに低い温度で処理できるので、接合信頼性に問題を発生させることなく固着させることができる。なお、セラミック基体１１、セラミック枠体１２、及び外部接続端子１３の接合材１４での固着方法は、通常、先ず、セラミック基体１１と、セラミック枠体１２のそれぞれの外部接続端子１３との接合部分となるところに硬化前のペースト状のエポキシ樹脂をスクリーン印刷し乾燥させて所定厚みを形成している。次に、セラミック基体１１、外部接続端子１３、及びセラミック枠体１２は、固着用治具にこの順序でそれぞれを位置決めしてセットした後、上記の加熱装置を用いて上記の温度と、時間で加熱して硬化させ半導体受光素子収納用パッケージ１０を作製している。
【００２０】
この半導体受光素子収納用パッケージ１０は、外部接続端子１３がＣｕを９７重量％以上含有し、残部にＦｅと、Ｐと、Ｚｎの全てを含有するＣｕ合金からなっている。なお、このＣｕ合金は、Ｃｕの含有量が９７重量％を下まわる場合には、電気信号の伝送速度が遅くなるので好ましくない。また、このＣｕ合金は、Ｃｕ合金中のＦｅ、Ｐ、Ｚｎの全体含有量が３重量％以下となり、特に、それぞれの含有量を限定するものではないが、Ｆｅを２．１〜２．６重量％、Ｐを０．０１５〜０．１５重量％、Ｚｎを０．０５〜０．２０重量％の範囲内で含有するのが好ましい。上記の範囲の含有量で構成されるＣｕ合金からなる外部接続端子１３は、高い強度と伸びを有してリード端子の形状を保ち、且つ加工性に優れると共に、電気信号の伝送速度を高めることができる。また、このＣｕ合金は、耐食性に優れ、特に、応力腐蝕割れの発生を防止することができる外部接続端子１３を形成することができる。
【００２１】
上記の外部接続端子１３は、Ｃｕ合金の板状金属板をエッチングや、パンチング等で複数本のリード端子を設けてパターン加工して複数の一方のリード端子部側をキャビティ部１５側方向になるようにして解放し、他方のリード端子部側をそれぞれが接続状態となるようにして外周囲を取り巻くタイバー部（図示せず）を設ける平板状のリードフレーム形状体に形成している。そして、この平板状のリードフレーム形状体からは、平板状のままであったり、セラミック基体１１の相対向する一方の幅方向に跨げることができる程度の位置を折り曲げたり等することで、タイバー部を有する外部接続端子１３に形成している。
【００２２】
半導体受光素子収納用パッケージ１０は、上記の外部接続端子１３の少なくともリード端子部の外部に露出する表面にＮｉめっき被膜１６、このＮｉめっき被膜１６の表面にＰｄめっき被膜１７、及びこのＰｄめっき被膜１７の表面にＡｕめっき被膜１８の３層からなるめっき被膜１９を電解めっき方法で形成して有している。上記３層からなるめっき被膜１９は、Ｃｕ合金板と、これに被覆する３層のそれぞれのめっき被膜１６、１７、１８の組み合わせ構造によって、それぞれのめっき被膜１６、１７、１８の長所を助長させながら、それぞれのめっき被膜１６、１７、１８の欠点を補うことができるようになっている。上記３層のそれぞれのめっき被膜は、特に厚みを限定するものではないが、Ｎｉめっき被膜１６厚さには、薄すぎないことでＣｕ合金の酸化を防止すると共に、半田濡れ性が確保でき、厚すぎないことでストレスによるＣｕ合金との密着性が損なわれるのを防止することができる厚さが必要である。また、Ｐｄめっき被膜１７厚さには、薄すぎないことで薄いＡｕめっき被膜１８厚さをカバーしてワイヤボンド性が損なわれるのを防止することができ、厚すぎないことでパッケージが高価となるのを防止することができる厚さが必要である。更に、Ａｕめっき被膜１８厚さは、ワイヤボンド性が損なわれない程度のできるだけ薄い厚さにすることでパッケージが高価になるのを防止できることが必要である。
【００２３】
ここで、半導体受光素子収納用パッケージ１０のＡｕめっき被膜１８の厚さは、０．０２μｍ以下の薄いフラッシュＡｕめっき被膜からなるのがよい。そして、３層のそれぞれのめっき被膜１６、１７、１８の厚さは、好ましい形態として、Ｎｉめっき被膜１６厚さを０．２〜３．０μｍ、Ｐｄめっき被膜１７厚さを０．０１〜０．１５μｍ、Ａｕめっき被膜１８厚さを０．００３〜０．０２μｍ程度とするのがよい。半導体受光素子収納用パッケージ１０は、これらの組み合わせによって、半導体受光素子を収納するためのパッケージとしての要求品質を確保しながら、パッケージを安価にすることができる。
【００２４】
なお、上記の半導体受光素子収納用パッケージ１０は、図示しないが、外部接続端子１３がリードフレーム形状のＣｕ合金板に予めＮｉめっき被膜１６、Ｐｄめっき被膜１７、及びＡｕめっき被膜１８を設ける形態であってよい。あるいは、半導体受光素子収納用パッケージ１０は、図１（Ｂ）に示すような、外部接続端子１３に３層からなるめっき被膜１９を設ける前にセラミック基体１１、セラミック枠体１２、及び外部接続端子１３を接合材１４で固着させた接合体の外部に露出するリードフレーム形状のＣｕ合金板にＮｉめっき被膜１６、Ｐｄめっき被膜１７、及びＡｕめっき被膜１８の３層からなるめっき被膜１９を設ける形態であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の半導体受光素子収納用パッケージは、ＣＣＤ型等の半導体受光素子を搭載し、ファクシミリや、ラインスキャナーや、イメージスキャナー等に用いることができる。また、本発明の半導体受光素子収納用パッケージは、ＭＯＳ型等の半導体受光素子を搭載し、デジタルカメラや、デジタルビデオカメラ等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る半導体受光素子収納用パッケージの斜視図、Ａ−Ａ’線拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：半導体受光素子収納用パッケージ、１１：セラミック基体、１２：セラミック枠体、１３：外部接続端子、１４：接合材、１５：キャビティ部、１６：Ｎｉめっき被膜、１７：Ｐｄめっき被膜、１８：Ａｕめっき被膜、１９：めっき被膜
【図１】
2010010517.tif 000003