(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁面に段差部を設けた半導体素子を収容するための凹部を有する絶縁基体と、一端が前記段差部に露出し、他端が絶縁基体の内部を介して外表面に導出されている半導体素子の電極が接続される配線層と、前記絶縁基体に接合され前記凹部を塞ぐ蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記配線層のうち前記段差部に露出する領域の厚みが１０μｍ乃至１５μｍで隣接間隔が８０μｍ乃至１００μｍ、絶縁基体内部に位置する領域の厚みが２０μｍ乃至３０μｍで隣接間隔が４０μｍ乃至６０μｍであるとともに各々の配線層間には絶縁基体の一部が位置することを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子を収容するための半導体素子収納用パッケージは一般に、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面略中央部に、内壁面に段差部を設けた半導体素子を収容するための凹部を有する絶縁基体と、一端が前記段差部に露出し、他端が絶縁基体の内部を介して外表面に導出されている半導体素子の各電極が接続される配線層と、前記配線層に銀ロウ等のロウ材を介して取着された外部リードピン端子と、蓋体とから構成されており、絶縁基体の凹部底面に半導体素子をガラス、樹脂等の接合材を介して接合固定するとともに半導体素子の各電極を凹部内壁面の段差部に露出する所定の配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続し、最後に絶縁基体上面に蓋体をガラス、樹脂等の封止部材により接合させ、絶縁基体と蓋体とから成る容器内部に半導体素子を気密に収容することによって最終製品としての半導体装置となる。
【０００３】
なお、前記配線層は、電気抵抗を低くして電気信号の伝達損失を小さくするために通常、厚みが２０〜３０μｍ程度に厚く形成されており、またその露出表面には、酸化腐蝕の防止やボンディングワイヤの接続性を良好とするためにニッケル、金等のめっき層が１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成されている。
【０００４】
かかる半導体素子収納用パッケージの配線層を有する絶縁基体は、一般に、セラミックスの積層技術及びスクリーン印刷等の厚膜形成技術、および電気めっき法、無電解めっき法等のめっき法を採用することによって製作されており、具体的には以下の方法によって製作される。
【０００５】
即ち、
（１）まず、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（ＳｉＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等から成るセラミックス原料粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物を作り、次にこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に形成して複数枚のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得る。そして各セラミックグリーンシートの所定位置に打ち抜き加工により内壁面に段差部を有する凹部を形成するための開口を形成する。
【０００６】
（２）次に、前記セラミックグリーンシートの表面に、タングステンやモリブデン粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストをスクリーン印刷法により所定パターンに、かつ２０μｍ〜３０μｍの厚みに印刷塗布する。
【０００７】
（３）次に、前記金属ペーストを印刷塗布した各セラミックグリーンシートを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、セラミックグリーンシートと所定パターンに印刷塗布されている金属ペーストとを焼結一体化することによって、上面略中央部に内壁面に段差部を有する凹部と、一端が前記段差部に露出し、他端が外表面に導出されている厚さ２０μｍ〜３０μｍの配線層とを有する絶縁基体を形成する。
【０００８】
（４）そして最後に、前記配線層のうち露出している表面に、例えば、電気めっき法によりニッケル、金を順次、被着させて厚さ１μｍ〜２０μｍのめっき層を形成し、これによって半導体素子収納用パッケージの絶縁基体が完成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、半導体素子は高密度化・高集積化が急激に進み、電極数が大幅に増大してきており、これに伴って、半導体素子の各電極がボンディングワイヤを介して接続される半導体素子収納用パッケージの配線層数も大幅に増大し、隣接する配線層間の間隔を１００μｍ程度の狭いものにすることが要求されるようになってきた。そのためセラミックグリーンシートに金属ペーストを隣接間隔１００μｍ、厚み２０μｍ〜３０μｍにスクリーン印刷し、隣接間隔が１００μｍの配線層を形成した場合、印刷された金属ペーストは厚みが厚いために大きなニジミが発生し、隣接間隔が約４０μｍ〜６０μｍ、場所によってはニジミのバラツキにより数μｍ程という極めて狭いものとなり、焼成後、各配線層の露出面にニッケル、金等のめっき層を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成すると隣接する配線層の露出面に被着されためっき層が互いに接触し、隣接する配線層間が電気的に短絡して半導体素子収納用パッケージとしての機能が喪失するという欠点を有していた。
【００１０】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は隣接する配線層間の電気的絶縁を維持し、半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に電気的接続することができる半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内壁面に段差部を設けた半導体素子を収容するための凹部を有する絶縁基体と、一端が前記段差部に露出し、他端が絶縁基体の内部を介して外表面に導出されている半導体素子の電極が接続される配線層と、前記絶縁基体に接合され前記凹部を塞ぐ蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであって、前記配線層のうち前記段差部に露出する領域の厚みが１０μｍ乃至１５μｍで隣接間隔が８０μｍ乃至１００μｍ、絶縁基体内部に位置する領域の厚みが２０μｍ乃至３０μｍで隣接間隔が４０μｍ乃至６０μｍであるとともに各々の配線層間には絶縁基体の一部が位置することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、半導体素子を収容する凹部の内壁面の段差部に露出する領域の配線層厚みを１０μｍ乃至１５μｍの薄いものとしたことからこれを金属ペーストをスクリーン印刷により被着させて形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが薄いため大きなニジミを発生することはなく、その結果、隣接間隔は約８０μｍ〜１００μｍと広いものとなり、焼成後、露出面にニッケル、金等のめっき層を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成しても隣接する配線層の露出面に被着されためっき層が互いに接触ることはなく、隣接する配線層間の電気的絶縁が維持され、これによって配線層を介して半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することが可能となる。また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、配線層のうち絶縁基体内部に位置する領域の厚みを２０μｍ乃至３０μｍと厚くしたことから配線層の電気抵抗を低く抑えることができ、その結果、配線層に電気信号を伝達させた場合、配線層における電気信号の伝達損失が極めて小さなものとなり、半導体素子と外部電気回路との間で電気信号の正確な授受が可能となる。
【００１３】
更に前記絶縁基体内部に位置する厚みが２０μｍ乃至３０μｍと厚い配線層は、金属ペーストをスクリーン印刷により被着させて形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが厚いため大きなニジミを発生し、隣接間隔が約４０μｍ〜６０μｍ、場所によってはニジミのバラツキにより数μｍ程という極めて狭いものとなるが、金属ペーストを印刷塗布したセラミックグリーンシートを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、配線層を有する絶縁基体となした際、各々の配線層間には絶縁基体の一部が位置することとなって隣接する配線層間の電気的絶縁が維持され、その結果、配線層を介して半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示し、１は絶縁基体、２は蓋体である。この絶縁基体１と蓋体２とで半導体素子３を収容するための容器が構成される。
【００１５】
前記絶縁基体１はその上面に半導体素子３を収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、該凹部１ａ底面には半導体素子３が載置され、ガラス、樹脂、ロウ材等の接着材を介して接着固定される。
【００１６】
前記絶縁基体１は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等のセラミック材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、まず、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して複数のセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、次に、前記セラミックグリーンシートの一部に凹部１ａを形成するための開口を適当な打ち抜き加工によって形成し、最後に前記セラミックグリーンシートを所定の位置関係に上下に積層するとともに約１６００℃の高温で焼成することによって製作される。
【００１７】
また前記絶縁基体１は凹部１ａの内壁面に段差部１ｂを有するとともに該段差部１ｂから下面にかけて複数個の配線層５が形成されており、配線層５のうち段差部１ｂ上に位置する領域には半導体素子３の各電極がボンディングワイヤ４を介して電気的に接続され、また絶縁基体１の下面に導出された部位には外部電気回路と接続される外部リードピン端子６が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着される。
【００１８】
前記配線層５は半導体素子３の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属粉末により形成されている。
【００１９】
前記配線層５は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して金属ペーストを得、該金属ペーストを焼成によって絶縁基体１となるセラミックグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによつて絶縁基体１の段差部１ｂ上から絶縁基体１の下面にかけて所定パターンに形成される。
【００２０】
また前記配線層５は段差部１ｂ上に露出する領域の厚みが１０μｍ乃至１５μｍ、絶縁基体１の内部に位置する領域の厚みが２０μｍ乃至３０μｍとなっている。
【００２１】
前記配線層５は、段差部１ｂ上に露出する領域の厚みが１０μｍ乃至１５μｍと薄いことからセラミックグリーンシートに金属ペーストをスクリーン印刷法により被着させることによって形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが薄いため大きなニジミを発生することはなく、その結果、隣接間隔は約８０μｍ〜１００μｍと広いものとなり、焼成後、露出面に後述するニッケル、金等のめっき層７を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成させた場合、隣接する配線層５の露出面に被着されためっき層７が互いに接触することはなく、隣接する配線層５間の電気的絶縁が維持され、これによって配線層５を介して半導体素子３の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することが可能となる。
【００２２】
また前記配線層５は絶縁基体１の内部に位置する領域の厚みが２０μｍ乃至３０μｍであり、絶縁基体１の内部に位置する領域の配線層５の厚みが厚いことから配線層５の電気抵抗を低く抑えることができ、その結果、配線層５に電気信号を伝達させた場合、配線層５における電気信号の伝達損失が極めて小さなものとなり、半導体素子３と外部電気回路との間で電気信号の正確な授受が可能となる。
【００２３】
更に前記絶縁基体１の内部に位置する厚みが２０μｍ乃至３０μｍと厚い配線層５は、金属ペーストをセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により被着させることによって形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが厚いため大きなニジミを発生し、隣接間隔が約４０μｍ〜６０μｍ、場所によってはニジミのバラツキにより数μｍ程という極めて狭いものとなるが、かかる配線層５は隣接間に絶縁基体１の一部が入り込むため各々の配線層５はその電気的絶縁が確実に維持され、各配線層５を介して半導体素子３の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することができる。
【００２４】
なお、前記配線層５は、例えば、セラミックグリーンシートの上面にまず金属ペーストを隣接間隔が１００μｍ、厚みが１０乃至２０μｍとなるようにスクリーン印刷法により印刷塗布し、次に絶縁基体１の内部となる領域に印刷塗布された金属ペースト上に再度、金属ペーストをスクリーン印刷法により１０μｍ〜１５μｍの厚さに印刷塗布することによって絶縁基体１の段差部１ｂ上に露出する領域は１０μｍ乃至１５μｍの厚みに、絶縁基体１の内部に位置する領域は２０μｍ乃至３０μｍの厚みに形成される。
【００２５】
また前記配線層５は絶縁基体１に設けた凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する領域の厚みが１０μｍ未満となると配線層５の電気抵抗が大きくなり、配線層５を介して半導体素子３と外部電気回路との間で電気信号の授受を行わせた際、配線層５で電気信号が大きく伝達損失し、外部電気回路より半導体素子３に、或いは、半導体素子３より外部電気回路に電気信号を正確に伝達させることができなくなり、また１５μｍを超えるとセラミックグリーンシートに金属ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布することによって形成する際、印刷された金属ペーストに大きなニジミが発生して隣接間隔が狭いものとなり、焼成後、ニッケル、金等のめっき層７を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成すると隣接する配線層５間が電気的に短絡してしまう。従って、前記配線層５は絶縁基体１に設けた凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する領域の厚みが１０μｍ乃至２０μｍの範囲に特定される。
【００２６】
更に前記配線層５は絶縁基体１の内部に位置する領域の厚みが２０μｍ未満となると配線層５の電気抵抗が大きくなり、配線層５を介して半導体素子３と外部電気回路との間で電気信号の授受を行わせた際、配線層５で電気信号が大きく伝達損失し、外部電気回路より半導体素子３に、或いは、半導体素子３より外部電気回路に電気信号を正確に伝達させることができなくなり、また３０μｍを超えるとセラミックグリーンシートに金属ペーストをスクリーン印刷法により印刷塗布することによって形成する際、印刷された金属ペーストに極めて大きなニジミが発生して隣接する配線層５が電気的に短絡してしまう。従って、前記配線層５は絶縁基体１の内部に位置する領域の厚みが２０μｍ乃至３０μｍの範囲に特定される。
前記配線層５は更に絶縁基体１に設けた凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する領域がニッケル及び金からなるめっき層７で被覆されており、該めっき層７によって配線層５の露出面の酸化腐蝕が有効に防止されるとともに配線層５へのボンディングワイヤ４の接続が良好となっている。
【００２７】
前記めっき層７は電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって形成され、例えば、ニッケルのめっき層は０．５μｍ乃至１５μｍの厚みに、金のめっき層は０．５μｍ乃至５μｍの厚みに形成される。
【００２８】
前記絶縁基体１に設けた凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する配線層５にニッケル及び金からなるめっき層７を形成した場合、絶縁基体１に設けた凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する配線層５はその厚みが１０μｍ乃至１５μｍと薄く、隣接間隔が約８０μｍ〜１００μｍと広いことからめっき層７の厚みが１μｍ乃至２０μｍであるとしても隣接する配線層５の露出面に形成されためっき層７が互いに接触することはなく、隣接する配線層５間の電気的絶縁を確実に維持することができる。
【００２９】
また一方、前記絶縁基体１はその下面に導出する配線層５の一端に外部リードピン端子６が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされており、該外部リードピン端子６は外部電気回路に半田等を介して接続され、これによって半導体素子３はその各電極がボンディングワイヤ４、配線層５及び外部リードピン端子６を介して外部電気回路に接続されることとなる。
【００３０】
前記外部リードピン端子６は鉄−ニッケル合金や鉄−ニッケル−コバルト合金、銅、銅を主成分とする合金等の金属材料により形成され、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金等のインゴット（塊）に圧延加工法や切断加工等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に成形される。
【００３１】
なお、前記外部リードピン端子６はその露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性の良い金属から成るめっき層（図示せず）を電気めっき法や無電解めっき法等のめっき法により１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと外部リードピン端子６の酸化腐蝕が有効に防止されるとともに外部リードピン端子６を外部電気回路に半田等を介して極めて強固に接続することが可能となる。従って、前記外部リードピン端子６はその露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性の良い金属から成るめっき層をめっき法により１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３２】
かくしてこの半導体素子収納用パッケージによれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に半導体素子３をガラスや樹脂、ロウ材等から成る接着材を介して接着固定するとともに半導体素子３の各電極をボンディングワイヤ４を介して凹部１ａ内壁面の段差部１ｂに露出する配線層５の一端に電気的に接続させ、最後に絶縁基体１の上面に蓋体２をロウ材やガラス、樹脂等から成る封止部材を介して接合させ、絶縁基体１と蓋体２とから成る容器内部に半導体素子３を気密に収容することによって最終製品としての半導体装置となる。
【００３３】
なお、前記絶縁基体１の凹部１ａを塞ぐ蓋体２は、酸化アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料、或いは鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末を従来周知のプレス成形法を採用することによって成形するとともにこれを約１５００℃の温度で焼成することによって形成される。
【００３４】
また、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では配線層５の一端を絶縁基体１の下面に導出したがこれを絶縁基体の側面等に導出してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、半導体素子を収容する凹部の内壁面の段差部に露出する領域の配線層厚みを１０μｍ乃至１５μｍの薄いものとしたことからこれを金属ペーストをスクリーン印刷により被着させて形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが薄いため大きなニジミを発生することはなく、その結果、隣接間隔は約８０μｍ〜１００μｍと広いものとなり、焼成後、露出面にニッケル、金等のめっき層を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着形成しても隣接する配線層の露出面に被着されためっき層が互いに接触することはなく、隣接する配線層間の電気的絶縁が維持され、これによって配線層を介して半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することが可能となる。
【００３６】
また本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、配線層のうち絶縁基体内部に位置する領域の厚みを２０μｍ乃至３０μｍと厚くしたことから配線層の電気抵抗を低く抑えることができ、その結果、配線層に電気信号を伝達させた場合、配線層における電気信号の伝達損失が極めて小さなものとなり、半導体素子と外部電気回路との間で電気信号の正確な授受が可能となる。
【００３７】
更に前記絶縁基体内部に位置する厚みが２０μｍ乃至３０μｍと厚い配線層は、金属ペーストをスクリーン印刷により被着させて形成する際、印刷された金属ペーストは厚みが厚いため大きなニジミを発生し、隣接間隔が約４０μｍ〜６０μｍ、場所によってはニジミのバラツキにより数μｍ程という極めて狭いものとなるが、金属ペーストを印刷塗布したセラミックグリーンシートを上下に積層するとともに還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成し、配線層を有する絶縁基体となした際、各々の配線層間には絶縁基体の一部が位置することとなって隣接する配線層間の電気的絶縁が維持され、その結果、配線層を介して半導体素子の各電極を所定の外部電気回路に正確、かつ確実に接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体素子収納用パッケージの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１・・・・絶縁基体
１ａ・・・凹部
１ｂ・・・段差部
２・・・・蓋体
３・・・・半導体素子
５・・・・配線層
６・・・・外部リードピン端子
７・・・・めっき層
【図１】
0003716124.tif 000002
【図２】
0003716124.tif 000003