(57)【要約】【課題】放熱性と気密性に優れた半導体用気密端子を提供することである。【解決手段】ベース１は銅または銅合金または銅を用いたクラッド材でベースを形成し、ベース１の封着前処理として亜酸化銅膜、ニッケル皮膜、ホウ砂膜を施した部材で構成する。【選択図】図１
2008123813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有したベースと、前記貫通孔に挿通されガラスを介して封着されたリードとからなり、前記ベースは銅または銅合金または銅を用いたクラッド材、前記リードは鉄ニッケル系合金である半導体装置用気密端子において、前記ベース表面に亜酸化銅膜を施したことを特徴とする、半導体装置用気密端子。
【請求項２】
前記亜酸化銅膜の上にニッケル皮膜を施したことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置用気密端子。
【請求項３】
前記ニッケル皮膜の上にホウ砂膜を施したことを特徴とする、請求項２記載の半導体装置用気密端子。
【請求項４】
前記亜酸化銅膜の上にホウ砂膜を施したことを特徴とする、請求項１記載の半導体装置用気密端子。
【請求項５】
貫通孔を有したベースの表面に亜酸化銅膜を形成する工程と、前記貫通孔にリードを挿通する工程と、前記貫通孔内で前記ベースと前記リード間にガラスを載置する工程と、前記ガラスを溶融して前記ベースと前記リードとを前記ガラスを介して封着する工程を備えたことを特徴とする、半導体装置用気密端子の製造方法。
【請求項６】
前記亜酸化銅膜上にニッケル皮膜を形成する工程を備えたことを特徴とする、請求項５記載の半導体装置用気密端子の製造方法。
【請求項７】
前記ニッケル皮膜上にホウ砂膜を形成する工程を備えたことを特徴とする、請求項６記載の半導体装置用気密端子の製造方法。
【請求項８】
前記亜酸化銅膜上にホウ砂膜を形成する工程を備えたことを特徴とする、請求項５記載の半導体装置用気密端子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置用気密端子に関するものであり、特に高出力で放熱特性が必要とされる半導体素子が搭載される気密端子に有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置用気密端子としては、搭載する半導体素子の高出力化に伴い半導体素子の動作時の発熱エネルギーが増加し、発生する熱をパッケージを通して効率よく外部に放熱することが要求されている。そのため、パッケージを構成する気密端子に熱伝導性に優れた材質を適用しているものがある（例えば、特許文献１参照）。図３（ａ）は従来の半導体用パッケージに用いられる気密端子を示した斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図である。
【０００３】
図３（ａ）、（ｂ）において、熱伝導性に優れた熱膨張係数が１６６×１０-7／℃の無酸素銅からなる外周金属ベース１０１に設けられた貫通孔１０２に、熱膨張係数が１３０×１０-7／℃のガラス層１０３と、ガラス層１０３の上下を貫通して封着された熱膨張係数が９８×１０-7／℃の鉄ニッケル合金からなるリード端子１０４とで気密端子１０５が構成されている。気密端子１０５は、外周金属ベース１０１よりガラス層１０３の熱膨張係数が低く、ガラス層１０３よりリード端子１０４の熱膨張係数が低くなるよう構成し、放熱性を向上した気密端子１０５としている。さらに外周金属ベース１０１の表面に２〜１０μｍの酸化皮膜１０６を形成し、ガラスとの反応を促進させているものがあった。
【特許文献１】特開２００１−３２６００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した特許文献１に記載の従来の半導体装置用気密端子は、外周金属ベース１０１とリード端子１０４へのガラス層１０３の濡れ性が悪く、外周金属ベース１０１とガラス層１０３の間、もしくはガラス層１０３とリード端子１０４の間で密着性を確保することが出来ずにリーク不良が発生していた。さらに、ガラス濡れ性が悪くなるとガラス層１０３が完全に開放して、開口孔が発生し、気密端子として性能を満足出来ないという問題がある。
【０００５】
また、気密保持の解決手段として外周金属ベース１０１の表面に２〜１０μｍの酸化皮膜１０６を有することで気密性保持することが開示されている。しかしながら、この外周金属ベース１０１の表面にある２〜１０μｍの酸化皮膜１０６は黒色または暗赤色の酸化第二銅（ＣｕＯ）であり、外周金属ベース１０１とガラス層１０３の密着性が向上する効果は無く、逆にガラスとの密着性が悪くなる。
【０００６】
本発明は従来の課題を解決するものであり、放熱性と気密性に優れた半導体用気密端子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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置用気密端子は、貫通孔を有したベースと、貫通孔に挿通されガラスを介して封着されたリードとからなり、ベースは銅または銅合金または銅を用いたクラッド材でベースであり、リードは鉄ニッケル系合金であり、ベースの封着前処理として亜酸化銅膜を施すことからなる。
【０００８】
また、ベースの封着前処理として、亜酸化銅膜とニッケル皮膜を施すことからなる。また、ベースの封着前処理として、亜酸化銅膜とニッケル皮膜とホウ砂膜を施すことからなる。また、ベースの封着前処理として、亜酸化銅膜とホウ砂膜を施すことからなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明によれば、銅または銅合金または銅を用いたクラッド材でベースを形成し、ベースの封着前処理として亜酸化銅膜、ニッケル皮膜、ホウ砂膜を施すことにより、気密性と放熱性に優れる半導体装置用気密端子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本実施の形態１の半導体装置用気密端子の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。
【００１２】
図１（ａ）、（ｂ）において、ベース１は熱伝導性に優れた金属材料として例えば無酸素銅からなり、所定の位置に半導体素子（図示せず）を搭載する素子搭載部１ａと貫通孔２が設けられている。素子搭載部１ａはベース１と一体成形されている。貫通孔２には耐熱性、耐薬品性に優れる硼珪酸ガラスからなる封着ガラス３を介して鉄−ニッケル−コバルト合金からなるリード４が気密的、絶縁的に封着され気密端子５を構成している。
【００１３】
このとき、ベース１の無酸素銅の熱膨張係数は１６６×１０-7／℃であり、リード４の鉄−ニッケル−コバルト合金の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３とリード４との熱膨張係数を略同一に構成している。さらに、ベース１の封着前処理として亜酸化銅膜７に加えてニッケル皮膜８、ホウ砂膜９を施した部材で構成されている。
【００１４】
かかる構成によれば、ベース１の封着前処理として行った亜酸化銅膜７は小豆色または赤褐色の酸化第一銅（Ｃｕ2Ｏ）であり、封着ガラス３との密着性を向上させることが出来る。
【００１５】
このとき、亜酸化銅膜７の膜厚は０．４μｍから１．８μｍが好ましい。また、０.４μｍ以下になると亜酸化銅膜７が薄いために封着ガラス３との封着強度が弱く、１.８μｍ以上だと亜酸化銅膜７自体が脆くなるため実用に適さない。さらに、ニッケル皮膜８を施すことで亜酸化銅膜７の耐食性を向上させることが出来る。さらに、ホウ砂膜９を施すことでホウ砂（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7）により、亜酸化銅膜７の加熱による損失を減少させ、膜厚の残留率があがり、密着性を向上させることができる。
【００１６】
また、封着ガラス３とリード４との熱膨張係数が略同一に構成されることになり、リード４から封着ガラス３に対する引張り応力が発生しないため、封着前処理である亜酸化銅膜７、ニッケル皮膜８、ホウ砂膜９がガラスの密着性に大きな役割を果たし、密着不良が発生することなく優れた気密性と放熱性を得ることができる。
【００１７】
また、ベース１に無酸素銅と鉄とを組み合わせたクラッド材を用いる場合にも、本実施の形態１の構成を採用することで同様の作用効果を得ることが出来る。
【００１８】
（実施の形態２）
図２（ａ）〜（e）は本実施の形態２の半導体装置用気密端子の製造方法の工程フローに沿った断面図である。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｅ）において、銅または銅合金として例えば、無酸素銅からなる円盤状の板材の所定位置に形成された貫通孔２を有したベース１の表面に亜酸化銅膜７を形成する（図２（ａ））。亜酸化銅膜７はベース１を５〜１０％の水素を含んだ窒素雰囲気中において約６００℃〜１０５０℃で加熱して、還元させ、水中に浸漬することでベース１の外表面に形成させることが出来る。このとき、亜酸化銅膜７膜厚は０．４μｍから１．８μｍが好ましい。これによれば、ベース１の封着前処理として行った亜酸化銅膜７は、小豆色または赤褐色の酸化第一銅（Ｃｕ2Ｏ）となり、封着ガラス３との密着性を向上させることが出来る。
【００２０】
また、亜酸化銅膜７は皮膜厚が０.４μｍ以下になると亜酸化銅膜７が薄いために封着ガラス３との封着強度が弱くなり、１.８μｍ以上になると亜酸化銅膜７自体が脆くなるため実用に適さない。
【００２１】
つぎに、亜酸化銅膜７の上にニッケル皮膜８を形成する（図２（ｂ））。ニッケル皮膜８は電解めっき法を用いて形成する。ニッケル皮膜８は１.５μｍから４.０μｍが好ましい。これによれば、亜酸化銅膜７の耐食性を向上させることが出来る。
【００２２】
つぎに、ニッケル皮膜８の上にホウ砂膜９を形成する（図２（ｃ））。このとき、ホウ砂膜９膜厚は０.２μｍから２.０μｍが好ましい。これによれば、ホウ砂（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7）により、亜酸化銅膜７の加熱による損失を減少させ、亜酸化銅膜厚の残留率があがり、密着性を向上させることができる。
【００２３】
つぎに、ベース１の所定位置に形成された貫通孔２に耐薬品性に優れる硼珪酸ガラスからなる封着ガラス３からなる筒状に形成された封着ガラス３ａを載置し、封着ガラス３ａの筒状内部に鉄−ニッケル−コバルト合金からなるリード４とを載置する（図２（ｄ））。
【００２４】
このとき、ベース１の無酸素銅の熱膨張係数は１６６×１０-7／℃であり、リード４の鉄−ニッケル−コバルト合金の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３とリード４との熱膨張係数を略同一に構成している。
【００２５】
ベース１は熱伝導性に優れた金属材料として例えば無酸素銅からなり、所定の位置に半導体素子（図示せず）を搭載する素子搭載部１ａと貫通孔２が設けられている。素子搭載部１ａはベース１と一体成形されている。貫通孔２には耐熱性、耐薬品性に優れる硼珪酸ガラスからなる封着ガラス３を介して鉄−ニッケル−コバルト合金からなるリード４が気密的、絶縁的に封着され気密端子５を構成している。
【００２６】
このとき、ベース１の無酸素銅の熱膨張係数は１６６×１０-7／℃であり、リード４の鉄−ニッケル−コバルト合金の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３の熱膨張係数は５０×１０-7／℃であり、封着ガラス３とリード４との熱膨張係数を略同一に構成している。さらに、ベース１の封着前処理として亜酸化銅膜７に加えてニッケル皮膜８、ホウ砂膜９を施した部材で構成されている。
【００２７】
つぎに、封着ガラス３ａとリード４とを載置したベース１を約９００℃で６０分加熱し封着ガラス３ａを溶融して、ベース１とリード４とを封着ガラス３を介して封着する（図２ｅ）。かかる構成によれば、封着ガラス３とリード４との熱膨張係数が略同一に構成されることになり、リード４から封着ガラス３に対する引張り応力が発生しないため、封着前処理である亜酸化銅膜７、ニッケル皮膜８、ホウ砂膜９が封着ガラス３の密着性に大きな役割を果たし、密着不良が発生することなく優れた気密性と放熱性を得ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態の説明においては、ベース１に無酸素銅を用いて説明したが、銅合金はもちろんであるが、無酸素銅と鉄とを接着組合わせたクラッド材と称される材料を用いることも出来る。
【００２９】
以上、本発明による半導体装置用気密端子とその製造方法について説明したが、上述した構成は本発明の技術思想に逸脱しない限り適宜に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は半導体装置用気密端子に関するものであり、特に高出力で放熱特性が必要とされる半導体素子が搭載される気密端子等に有用であり、放熱性に加え気密性が必要とされる光半導体装置用気密端子等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置用気密端子の斜視図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態２における製造工程フローに沿った断面図
【図３】（ａ）は従来の半導体装置用気密端子の斜視図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ’線に沿った断面図
【符号の説明】
【００３２】
１    ベース
１ａ    素子搭載部
２    貫通孔
３    封着ガラス
３ａ    封着ガラス
４    リード
５    気密端子
７    亜酸化銅膜
８    ニッケル皮膜
９    ホウ砂膜
１０１    外周金属ベース
１０２    貫通孔
１０３    ガラス層
１０４    リード端子
１０５    気密端子
１０６    酸化皮膜
【図１】
2008123813.tif 000003
【図２】
2008123813.tif 000004
【図３】
2008123813.tif 000005