(57)【要約】【課題】搭載部に半導体素子を導電性樹脂接着剤を介して搭載する際に、導電性樹脂接着剤が搭載部から流れ出てメタライズ配線層に付着しないようにして、ボンディングワイヤによる半導体素子とメタライズ配線層との電気的な接続を確実なものとすること。【解決手段】半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部１ａの底面に半導体素子６が導電性樹脂接着剤を介して搭載されるメタライズ層から成る搭載部５を有するセラミック製の基体１と、凹部１ａの底面の搭載部５の周囲に形成され、半導体素子６にボンディングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配線層７とを具備し、搭載部５の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとし、メタライズ配線層７の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された凹部の底面に半導体素子が導電性樹脂接着剤を介して搭載されるメタライズ層から成る搭載部を有するセラミック製の基体と、前記凹部の底面の前記搭載部の周囲に形成され、前記半導体素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配線層とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記搭載部の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとし、前記メタライズ配線層の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしたことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の半導体素子収納用パッケージと、前記搭載部に導電性樹脂接着剤を介して搭載されるとともに前記メタライズ配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信やマイクロ波通信、ミリ波通信等の分野に使用される各種半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ、およびその半導体素子収納用パッケージを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信やマイクロ波通信、ミリ波通信等の各種通信分野に用いられる半導体素子を気密封止して収納する半導体素子収納用パッケージ（以下、半導体パッケージともいう）を図２に分解斜視図に示す。この半導体パッケージは、同図に示すように上面に凹部１０１ａを有する略直方体でアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス（アルミナ質焼結体）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等から成る基体１０１を有している。基体１０１の凹部１０１ａの底面には、略中央部に半導体素子１０６を載置するためのメタライズ層等の導体層から成る搭載部１０５が形成され、搭載部１０５の周囲に半導体素子１０６の電極とボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続するためのメタライズ配線層１０７が設けられている。また、基体１０１の上面には、蓋体１０４をシーム溶接するための金属製のシールリング１０２が接合されている。
【０００３】
搭載部１０５は高融点金属のメタライズ層等の導体層から成り、その上面にエポキシ系樹脂等の導電性樹脂接着剤を用いて半導体素子１０６を載置固定する。搭載部１０５に固定され搭載された半導体素子１０６の各電極は、ボンディングワイヤにより高融点金属のメタライズ層から成るメタライズ配線層１０７に電気的に接続され、メタライズ配線層１０７は基体１０１の凹部１０１ａの内部に設けられた貫通導体等を介して外部電極１０８に電気的に接続されることによって、外部電気回路等に接続される。
【０００４】
このように、凹部１０１ａの底面に搭載部１０５とメタライズ配線層１０７を設けることによって、メタライズ配線層１０７をできるだけ半導体素子１０６の各電極の近くまで配線してボンディングワイヤを短くすることができ、半導体素子１０６に入出力される高周波信号の伝送損失を小さくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体素子収納用パッケージにおいては、半導体素子１０６に入出力される高周波信号の周波数が高周波になるにつれ、半導体素子１０６の電極とメタライズ配線層１０７とを電気的に接続するボンディングワイヤの長さを短くする必要があり、これに伴い搭載部１０５からメタライズ配線層１０７までの距離を近づける必要があった。そのため、エポキシ系樹脂等の導電性樹脂接着剤により搭載部１０５の上面に半導体素子１０６を載置固定すると、接着材がメタライズ配線層１０７まで濡れ広がってしまい、メタライズ配線層１０７をボンディングワイヤで接続できなくなる場合があった。その結果、半導体素子１０６とメタライズ配線層１０７とを電気的に接続できなくなり、半導体素子１０６が駆動できなくなるという問題点があった。
【０００６】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ボンディングワイヤによる半導体素子とメタライズ配線層との電気的な接続を確実なものとすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子が導電性樹脂接着剤を介して搭載されるメタライズ層から成る搭載部を有するセラミック製の基体と、前記凹部の底面の前記搭載部の周囲に形成され、前記半導体素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配線層とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記搭載部の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとし、前記メタライズ配線層の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、半導体素子の搭載部の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとしたことから、搭載部に半導体素子を載置固定するための導電性樹脂接着剤が搭載部に付着して流動しにくくなり、導電性樹脂接着剤が搭載部より外側へ流れ出てメタライズ配線層に濡れ広がるのを防止し、メタライズ配線層７に確実にワイヤボンディングできる。
【０００９】
また、メタライズ配線層の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしたことから、メタライズ配線層に強固にボンディングワイヤを接続させることができ、ボンディングワイヤによる半導体素子とメタライズ配線層との電気的な接続を確実なものとし、半導体素子を正常に駆動させることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記搭載部に導電性樹脂接着剤を介して搭載されるとともに前記メタライズ配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の例を示す分解斜視図である。同図において、１は上面に凹部１ａを有する略直方体でＡｌ２Ｏ３セラミックスやＡｌＮセラミックス等から成り、凹部１ａの底面に半導体素子６を載置する搭載部５が設けられ、搭載部５の周囲に半導体素子６の電極とボンディングワイヤを介して電気的に接続するためのメタライズ配線層７が設けられている基体１である。また、基体１の上面には、蓋体４をシーム溶接するための金属製のシールリング２が接合されている。これら基体１、シールリング２、搭載部５、メタライズ配線層７で半導体パッケージが主に構成される。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部１ａの底面に半導体素子６が導電性樹脂接着剤を介して搭載されるメタライズ層から成る搭載部５を有するセラミック製の基体１と、凹部１ａの底面の搭載部５の周囲に形成され、半導体素子６にボンディングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配線層７とを具備し、搭載部５の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとし、メタライズ配線層７の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとした構成である。
【００１４】
本発明の基体１はＡｌ２Ｏ３セラミックス（Ａｌ２Ｏ３質焼結体）やＡｌＮセラミックス（ＡｌＮ質焼結体）等のセラミックスから成り、その材料はその誘電率や熱膨張係数等の特性と半導体素子６の特性とに応じて適宜選定される。基体１の上面に形成された凹部１ａの底面には、略中央部に半導体素子６を載置するための搭載部５が設けられ、搭載部５の周囲に半導体素子６の電極とボンディングワイヤを介して電気的に接続するためのメタライズ配線層７が設けられている。
【００１５】
本発明のメタライズ配線層７は、タングステン（Ｗ）やマンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートの多層積層体に、従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンで印刷塗布し、その後焼成することによって、基体１に被着形成される。または、基体１となるセラミックグリーンシートの多層積層体を焼成した後に、その焼成体に金属ペーストを所定パターンで印刷塗布し金属ペーストを焼成することによって、基体１に被着形成される。このメタライズ配線層７は、貫通導体等を介して、基体１の外側に設けられた外部電極８に電気的に接続されている。外部電極８はメタライズ配線層７と同様なＷ、Ｍｎ等の高融点金属から成り、基体１に被着形成されており、金属製のリード端子、リボン線、ボンディングワイヤ、半田等の電気的接続手段によって、外部電気回路に電気的に接続される。
【００１６】
半導体素子６を搭載する搭載部５は、Ｗ、Ｍｎ等の高融点金属の金属ペーストをスクリーン印刷法により基体１に塗布し焼成して被着形成される。
【００１７】
搭載部５およびメタライズ配線層７の表面には耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れ、ワイヤボンディングを確実にできる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜９μｍの金（Ａｕ）層とを順次メッキ法により被着するのが良く、この場合、搭載部５およびメタライズ配線層７の酸化腐食を有効に防止し得るとともに搭載部５上面に半導体素子６を強固に接着固定させ、メタライズ配線層７にボンディングワイヤを良好に接続し得る。
【００１８】
本発明の搭載部５は表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１０〜１４μｍであり、これにより搭載部５にエポキシ系樹脂等の導電性樹脂接着剤を介して半導体素子６を接着固定した際に、導電性樹脂接着剤が搭載部５より外側へ流れ出てメタライズ配線層７に濡れ広がるのを防止し、メタライズ配線層７に確実にワイヤボンディングできる。また、メタライズ配線層７の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしたことから、メタライズ配線層７の表面の凹凸が小さいため強固かつ確実にワイヤボンディングできる。その結果、ボンディングワイヤによる半導体素子６とメタライズ配線層７との電気的な接続を確実なものとし、半導体素子６を正常に駆動させることができる。
【００１９】
搭載部５の表面のＲａが１０μｍ未満の場合、粗さが小さくなりすぎて導電性樹脂接着剤が搭載部５で流れ易くなり、導電性樹脂接着剤が搭載部５より外側へ流れ出てメタライズ配線層７に濡れ広がり、メタライズ配線層７上にワイヤボンディングできなくなる場合がある。Ｒａが１４μｍを超える場合、搭載部５の表面の粗さが大きくなり過ぎて、導電性樹脂接着剤が搭載部５に濡れ広がりにくくなり過ぎて、搭載部５に半導体素子４を強固に固定できなくなる場合がある。
【００２０】
また、メタライズ配線層７の表面のＲａが４μｍ未満の場合、粗さが小さくなりすぎてメタライズ配線層７上にワイヤボンディングしても、アンカー効果が得られず、ボンディングワイヤによる半導体素子６とメタライズ配線層７との電気的な接続を確実なものとできなくなる場合がある。Ｒａが８μｍを超える場合、粗さが大きくなり過ぎて、メタライズ配線層７にボンディングワイヤを接続するのが困難になる。
【００２１】
搭載部５およびメタライズ配線層７の表面のＲａをそれぞれ１０〜１４μｍ，４〜８μｍとするには、搭載部５およびメタライズ配線層７を形成する金属ペーストに含まれるＷ等の金属粒子の平均粒径を調整することにより行うことができる。例えば、Ｒａを４μｍとする場合金属粒子の平均粒径を３μｍ程度とすればよく、Ｒａを１４μｍとする場合金属粒子の平均粒径を１３μｍ程度とすればよい。
【００２２】
本発明の導電性樹脂接着剤は、エポキシ系樹脂等に銀（Ａｇ）等の金属等の導電性の微粒子を混入させたものである。導電性樹脂接着剤中における導電性の微粒子の含有率は５０〜７０重量％がよく、５０重量％未満では、十分な導電性を付与することが困難になる。７０重量％を超えると、導電性樹脂接着剤の粘性および粘着力が失われて接着力が劣化する傾向にある。導電性の微粒子の平均粒径は３〜８μｍがよく、３μｍ未満では微粒子が凝集して局所的に塊を形成し易くなる。８μｍを超えると、微粒子の粒径が大きくなりすぎて、微粒子間の界面での接着力が弱いものとなり、半導体素子６を搭載部５に強固に固定できなくなる。
【００２３】
基体１の上面には、蓋体４をシーム溶接やＡｕ−Ｓｎ（錫）等の低融点ロウ材で接合するのが可能な金属製のシールリング２が、Ａｇロウ等のロウ材を介して接合される。シールリング２を成す金属としては、基体１と熱膨張係数の近いＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等がよく、シールリング２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。
【００２４】
かくして、本発明の半導体素子収納用パッケージは、搭載部５に半導体素子６を固定するための導電性樹脂接着剤が搭載部５より外側へ流れ出てメタライズ配線層７に濡れ広がるのを防止し、メタライズ配線層７に確実にワイヤボンディングできる。その結果、ボンディングワイヤによる半導体素子６とメタライズ配線層７との電気的な接続を確実なものとし、半導体素子７を正常に駆動させることができる。
【００２５】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、搭載部５に導電性樹脂接着剤を介して搭載されるとともにメタライズ配線層７にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子６と、基体１の上面の凹部１ａの周囲に接合された蓋体４とを具備している。具体的には、基体１の凹部１ａに半導体素子６を収容し、搭載部５にエポキシ系樹脂等の導電性樹脂接着剤を介して載置固定するとともに、半導体素子６の電極をボンディングワイヤを介して所定のメタライズ配線層７に接続し、しかる後、基体１上面にシールリング２を介して蓋体４をシーム溶接等により接合して封止することにより、半導体素子６を内部に気密に封止した半導体装置となる。
【００２６】
メタライズ配線層７は、セラミック層を多層積層して成る基体１の側部を貫通して形成されることにより、基体１外面の外部電極８に電気的に接続されている。そして、外部電極８と外部電気回路とが電気的に接続されることによって、半導体素子６と外部電気回路とが電気的に接続され、半導体素子６に高周波信号が入出力されることによって、高周波信号で駆動することとなる。
【００２７】
【実施例】
本発明の半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００２８】
上面に凹部１ａが形成されたアルミナ質焼結体から成る基体１をセラミックグリーンシート積層法により作製した。凹部１ａの底面に、搭載部５およびメタライズ配線層７を、Ｗ粉末からなるメタライズ層で形成し、搭載部５とメタライズ配線層７との間の距離は０．２ｍｍとした。そして、搭載部５およびメタライズ配線層７の表面の算術平均粗さＲａを同じとし、Ｗ粉末の平均粒径を調整することにより、Ｒａを変えた８種類のサンプルを各２０個ずつ作製した。搭載部５にはエポキシ系樹脂の導電性樹脂接着剤を介して半導体素子６を載置固定した。
【００２９】
その後、これら８種類のサンプルを温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。そして、各サンプルの評価を行なった。具体的には、搭載部５に半導体素子６が固定されていないものと、メタライズ配線層７の表面を１００倍の光学顕微鏡にて観察してメタライズ配線層７に導電性樹脂接着剤が流れ出ているものを不良品とした。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１より、Ｒａが１０μｍ未満の場合、導電性樹脂接着剤が搭載部５より外側へ流れ出てメタライズ配線層７に濡れ広がっている不良品が発生した。また、Ｒａが１４μｍを超える場合、半導体素子６が搭載部５から外れている不良品が発生した。従って、搭載部５に導電性樹脂接着剤を介して半導体素子６を確実に固定するとともに、導電性樹脂接着剤が搭載部５より外側へ流れ出てメタライズ配線層７に濡れ広がるのを防止し得る搭載部５のＲａは１０〜１４μｍであることが確認された。
【００３２】
次に、搭載部５のＲａを１２μｍとし、Ｗ粉末の平均粒径を調整することにより、メタライズ配線層７のＲａを変えた８種類のサンプルを各２０個ずつ作製した。そして、搭載部５にはエポキシ系樹脂の導電性樹脂接着剤を介して半導体素子６を載置固定し、半導体素子６の電極とメタライズ配線層７とをボンディングワイヤで接続した。その後、これら８種類のサンプルを温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。そして、各サンプルの評価を行なった。具体的には、メタライズ配線層７の表面を１００倍の光学顕微鏡にて観察し、メタライズ配線層７にボンディングワイヤによる接続が確実にできていない不良品の個数を計数した。その結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2004055928.tif 000004
【００３４】
表２より、メタライズ配線層７のＲａが４μｍ未満の場合、メタライズ配線層７上にワイヤボンディングしても、粗さが小さくなりすぎてアンカー効果が得られず、ボンディングワイヤとメタライズ配線層７との接合強度が不十分となっている不良品が発生した。また、Ｒａが８μｍを超える場合、メタライズ配線層７の表面の粗さが粗すぎて表面の凹凸が大きいため、メタライズ配線層７にボンディングできない不良品が発生した。従って、搭載部５とメタライズ配線層７とをボンディングワイヤによって確実に接続し得るメタライズ配線層７のＲａは４〜８μｍであることが確認された。
【００３５】
本発明は上述の実施の形態および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種々の変更や改良を加えることは何ら差し支えない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子が導電性樹脂接着剤を介して搭載されるメタライズ層から成る搭載部を有するセラミック製の基体と、凹部の底面の搭載部の周囲に形成され、半導体素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配線層とを具備し、搭載部の表面の算術平均粗さを１０〜１４μｍとし、メタライズ配線層の表面の算術平均粗さを４〜８μｍとしたことにより、搭載部に半導体素子を載置固定するための導電性樹脂接着剤が搭載部に付着して流動しにくくなり、導電性樹脂接着剤が搭載部より外側へ流れ出てメタライズ配線層に濡れ広がるのを防止できる。その結果、ボンディングワイヤによる半導体素子とメタライズ配線層との電気的な接続を確実なものとし、半導体素子を正常に駆動させることができる。
【００３７】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、搭載部に導電性樹脂接着剤を介して搭載されるとともにメタライズ配線層にボンディングワイヤを介して電気的に接続された半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の半導体パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の例を示す分解斜視図である。
【図２】従来の半導体素子収納用パッケージの例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凹部
５：搭載部
６：半導体素子
７：メタライズ配線層
【図１】
2004055928.tif 000005
【図２】
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