(57)【要約】【課題】基体の側壁部と蓋体との半田による接合を非常に強固なものとして、内部への水分の浸入を有効に防止し、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとすること。【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１ｂの底面に半導体素子５を載置するための載置部３が設けられた樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が側壁部２の上面の幅よりも小さい、側壁部２の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材２ａと、側壁部２に一端部が側壁部２の内側に突出し他端部が側壁部２の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子７とを具備している。【選択図】  図２
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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を載置するための載置部が設けられた樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が前記側壁部の上面の幅よりも小さい、前記側壁部の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材と、前記側壁部に一端部が前記側壁部の内側に突出し他端部が前記側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備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】
前記側壁部の上面に、下面の外周部に前記基体の前記金属部材を覆う金属層が全周にわたって被着されている樹脂製の蓋体が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
前記側壁部の上面に、下面の外周部に前記基体の前記金属部材を覆う枠状の金属部材がその上側主面および両側面が埋め込まれて設けられている樹脂製の蓋体が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記側壁部の上面に、中心部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が前記基体の前記金属部材を覆う下面を有する、前記蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されている蓋体が設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージの前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に蓋体が半田を介して接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記半田は厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、前記基体と前記蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項３または請求項４記載の半導体素子収納用パッケージの前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に前記蓋体が溶接によって接合されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体素子収納用パッケージの前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に金属製の蓋体が溶接によって接合されている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、樹脂製の基体を用いた半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＳＩ，ＩＣや光通信分野に使用される電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の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（以下、半導体パッケージともいう）を図６に示す。同図に示すように、半導体パッケージは、上面に形成された凹部１１ｂの底面の略中央部に半導体素子１５を載置するための載置部１３を有し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチック等の電気的に絶縁性の樹脂から成る基体１１と、両端が基体１１の側壁部１２の内外に突出するように取着され、側壁部１２の外側に突出する一端が外部電気回路に接続される複数のリード端子１７とから主に構成されている。半導体装置は、半導体素子１５が収容された半導体パッケージと基体１１の側壁部１２の上面に封止材１８を介して取着されて内側を気密に封止する蓋体１９とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
なお、蓋体１９は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成る金属製の平板状のものが使用される。
【０００４】
そして、基体１１の載置部１３上にシリコン（Ｓｉ）等から成る基板１４上に搭載された半導体素子１５を載置固定するとともに、半導体素子１５の各電極をリード端子１７にボンディングワイヤ等の電気的接続手段１６を介して電気的に接続し、しかる後、側壁部１２の上面に蓋体１９を樹脂接着剤等の封止材１８を介して接合し、基体１１と蓋体１９とから成る容器内部に半導体素子１５を収容することによって、製品としての半導体装置が完成する。この半導体装置は、半導体素子１５にリード端子１７を介して外部電気回路から供給される駆動信号を入力し、半導体素子１５に光を励起させて励起した光を側壁部１２に形成された貫通穴１１ａに取着された光ファイバ２０で伝達させることによって、または光ファイバ２０を伝達する光を半導体素子１５で受光させ、半導体素子１５で受光された光に対応する電気信号を発生させ、発生した電気信号をリード端子１７を介して取り出すことによって作動する。このような半導体装置は光通信分野で多用される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−６４６８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体パッケージでは、側壁部１２の上面に蓋体１９を樹脂接着剤等の封止材１８を介して接合しているため、半導体パッケージ内部への水分の浸入が封止材１８を通して発生し、その結果、半導体素子１５の作動性が劣化するという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、樹脂製の基体の側壁部と蓋体との接合を非常に強固なものとして、半導体素子収納用パッケージ内部への水分の浸入を有効に防止することにある。
【０００８】
【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を載置するための載置部が設けられた樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が前記側壁部の上面の幅よりも小さい、前記側壁部の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材と、前記側壁部に一端部が前記側壁部の内側に突出し他端部が前記側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、基体の側壁部の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が側壁部の上面の幅よりも小さい、側壁部の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材を有したことから、上記金属部材が金属製の蓋体やセラミック製で接合部にメタライズ層が被着された蓋体に強固に半田付けされる。また、金属部材と側壁部とが金属部材の下側主面およびその側面で接するために接触面積が大きくなって金属部材と側壁部の上面との密着力を大きくすることができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００１０】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、前記側壁部の上面に、下面の外周部に前記基体の前記金属部材を覆う金属層が全周にわたって被着されている樹脂製の蓋体が設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の構成により、上記金属層が基体の金属部材に強固に半田付けされる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、前記側壁部の上面に、下面の外周部に前記基体の前記金属部材を覆う枠状の金属部材がその上側主面および両側面が埋め込まれて設けられている樹脂製の蓋体が設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の構成により、蓋体の金属部材が基体の金属部材に強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体の金属部材と蓋体とが金属部材の上側主面およびその両側面で接するために接触面積が大きくなって金属部材と蓋体の下面との密着力を大きくすることができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００１４】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、前記側壁部の上面に、中心部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が前記基体の前記金属部材を覆う下面を有する、前記蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されている蓋体が設けられることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記の構成により、蓋体を成す金属枠体が基体の金属部材に強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体の外周部が金属枠体で構成されているため、蓋体全体を歪み難くすることができ、急激な温度変化等が生じたとしても蓋体と側壁部との接合部における応力を生じ難くし、蓋体が側壁部から外れたり、蓋体や側壁部にクラックが生じたりするのを有効に抑制することができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００１６】
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の前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に蓋体が半田を介して接合されていることを特徴とする。
【００１７】
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素子収納用パッケージを用いた接合の信頼性の高いものとなる。
【００１８】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記半田は厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、前記基体と前記蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、半田の厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、基体と蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることから、基体の側壁部と蓋体との半田による接合がより強固となり、より信頼性の高いものとなる。
【００２０】
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の前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に、上記の下面の外周部に基体の金属部材を覆う枠状の金属部材がその上側主面および両側面が埋め込まれて設けられている樹脂製の蓋体、あるいは上記の中心部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が基体の金属部材を覆う下面を有する、蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されている蓋体が溶接によって接合されていることを特徴とする。
【００２１】
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素子収納用パッケージを用いた接合の信頼性の高いものとなる。
【００２２】
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の前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体の前記金属部材に金属製の蓋体が溶接によって接合されていることを特徴とする。
【００２３】
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素子収納用パッケージを用いた接合の信頼性の高いものとなる。
【００２４】
【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を以下に詳細に説明する。図１は本発明の半導体収納用パッケージについて実施の形態の例を示す斜視図、図２は図１の断面図、図３は本発明の半導体パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図、図４，５は本発明の半導体パッケージにおける蓋体について実施の形態の他の各種例を示す断面図である。これらの図において、１は樹脂製の基体、２は基体１の側壁部、２ａは金属部材、３は基体１の凹部１ｂの底面に設けられた半導体素子５の載置部、４は半導体素子を搭載するための基板、５はＬＳＩ，ＩＣ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子である。また、６はボンディングワイヤ等の電気的接続手段、７は半導体素子５の電極に電気的に接続されるリード端子、９は蓋体、１０は光ファイバである。
【００２５】
本発明の半導体パッケージは、上面に形成された凹部１ｂの底面に半導体素子５を載置するための載置部３が設けられた樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が側壁部２の上面の幅よりも小さい、側壁部２の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材２ａと、側壁部２に一端部が側壁部２の内側に突出し他端部が側壁部２の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子７とを具備している。
【００２６】
そして、基体１の側壁部２の上面に埋め込まれた金属部材２ａに半田（図４の金属部材９ｂが設けられた蓋体９や図５の金属枠体９ｃが設けられた蓋体９、金属製の蓋体９の場合は溶接でも可）を介して蓋体９が接合されることによって、半導体装置が構成される。
【００２７】
本発明の基体１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等から成り、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法によって製作される。
【００２８】
リード端子７および基体１の金属部材２ａは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（コバルト）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（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作製される。リード端子７および金属部材２ａの側壁部２への取着は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型する際に予め金型内の所定位置にリード端子７および金属部材２ａをセットしておくことによって、リード端子７は側壁部２の内側に一端部が突出し他端部が側壁部２の外側に突出するように側壁部２に埋め込まれた状態で、また、金属部材２ａは側壁部２の上面に金属部材２ａの下側主面および両側面が埋め込まれた状態で、それぞれ基体１に一体的に取着される。
【００２９】
リード端子７は、その側壁部２内側の一端部が側壁部２の内側に突出しており、その一端部の上面にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を接続する。また、リード端子７の側壁部２外側の他端部は側壁部２の外側に突出しており、その他端部を外部電気回路と接続する。
【００３０】
また、リード端子７は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をメッキ法により所定厚み（１〜２０μｍ）に被着させておくのがよく、リード端子７の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに、外部リード端子７と電気的接続手段６との接続およびリード端子７と外部電気回路との接続を良好なものとして、信頼性の高い接続を実現できる。
【００３１】
基体１の金属部材２ａは、その厚みが０．１〜３ｍｍとされているのがよい。０．１ｍｍ未満であると、金属部材２ａの側面と側壁部２との接触面積を大きくし難くなり、金属部材２ａと側壁部２との密着力が小さくなり易い。また、３ｍｍを超えると、側壁部２を構成する樹脂よりも密度が大きい金属部材２ａの体積が大きくなって半導体収納用パッケージを軽量化し難くなる。
【００３２】
また、基体１の金属部材２ａは、その下側主面と側壁部２の上面と間の距離が金属部材２ａの厚みの０．１〜１倍とされているのがよい。０．１倍未満であると、金属部材２ａと側壁部２との接触面の面積が小さくなって、金属部材２ａと側壁部２との密着強度が小さくなり易い。また、１倍を超えると、金属部材２ａの上側主面が側壁部２の上面より下側に位置することにより側壁部２上面が凹状となり、金属部材２ａと蓋体９とを半田を介して接合する際、上記凹状の部分に空隙が生じ易くなって半田が破壊され易くなる。
【００３３】
さらに、基体１の金属部材２ａは、その側壁部２の内面側の端と側壁部２の内面との距離が０．１〜５ｍｍとされているのがよい。０．１ｍｍ未満であると、金属部材２ａに半田を介して蓋体９を接着した場合、半田が側壁部２の内面側にはみ出して、半導体素子５とリード端子７とを電気的に接続する電気的接続手段６と接し易くなり、電気的接続手段６同士を短絡させる可能性が高くなる。また、側壁部２の内面と金属部材２ａの側壁部２の内面側の端との間の側壁部２の厚みが薄くなって側壁部２に割れや欠けが発生し易くなる。一方、５ｍｍを超えると、側壁部２の上面の幅が大きくなり、それに伴って基体１の大きさが大きくなるため半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００３４】
また、基体１の金属部材２ａは、側壁部２の外面側の端と側壁部２の外面との距離が０．１〜５ｍｍとされているのがよい。０．１ｍｍ未満であると、側壁部２の外面と金属部材２ａの側壁部２の外面側の端との間の側壁部２の厚みが薄くなって側壁部２に割れや欠けが発生し易くなる。一方、５ｍｍを超えると、側壁部２の上面の幅が大きくなり、それに伴って基体１の大きさが大きくなるため半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００３５】
また、基体１の金属部材２ａは、基体１の側壁部２の上面に金属部材２ａの下側主面および両側面が埋め込まれており、その露出部に半田を介して蓋体９が接続される。
【００３６】
なお、基体１の金属部材２ａは、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ）に被着させておくのがよく、金属部材２ａの酸化腐蝕を有効に防止できるとともに、蓋体９との半田を介した接合を良好なものとして、信頼性の高い接合を実現できる。
【００３７】
基体１の金属部材２ａに接合される蓋体９は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂，ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等の樹脂、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属またはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス），ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体等のセラミックスから成る平板状のものであり、金属部材２ａの上側主面に半田を介して接合される。蓋体９がセラミックスから成る場合、蓋体９の下面の接合部にはタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等から成るメタライズ層を被着する。この蓋体９で側壁部２の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体９とで構成される容器内に半導体素子５が収容される。
【００３８】
また、本発明の他の発明において、基体１の金属部材２ａに接合される蓋体９は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂，ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等の樹脂から成り、図３に示すように、下面の外周部には全周にわたって銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ），Ａｕ等から成る金属層９ａが被着されている。そして、この金属層９ａと金属部材２ａとを半田を介して接合し、蓋体９で側壁部２の内側を塞ぐことによって基体１と蓋体９とで構成される容器内に半導体素子５が収容される。
【００３９】
この構成により、金属層９ａが基体１の金属部材２ａに強固に半田付けされる。その結果、半導体パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子５を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００４０】
蓋体９に金属層９ａを被着するには、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型した樹脂製の蓋体９の下面の外周部に、厚さ０．１〜２０μｍの化学Ｃｕめっきを施す。そして、ＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により０．０５〜２０μｍの厚さに被着させることにより金属層９ａを設ける。なお、金属層９ａの被着は、めっき法以外にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、転写法、導電剤塗装等いずれの方法によっても可能である。
【００４１】
また、本発明の他の発明において、基体１の金属部材２ａに接合される蓋体９は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂，ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等の樹脂から成り、図４に示すように、下面の外周部に基体１の金属部材２ａを覆う枠状の金属部材９ｂがその上側主面および側面が埋め込まれて設けられている。この場合、基体１の金属部材２ａと蓋体９の金属部材９ｂとを半田付けあるいは溶接により接合し、蓋体９で側壁部２の内側を塞ぐことによって基体１と蓋体９とで構成される容器内に半導体素子５が収容される。
【００４２】
この構成により、蓋体９の金属部材９ｂが基体１の金属部材２ａに強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体９の金属部材９ｂと蓋体９とが金属部材９ｂの上側主面およびその両側面で接するために接触面積が大きくなって金属部材９ｂと蓋体９の下面との密着力を大きくすることができる。その結果、半導体パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子５を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００４３】
蓋体９の金属部材９ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット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作製される。金属部材９ｂの蓋体９への取着は、蓋体９をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型する際に予め金型内の所定位置に金属部材９ｂをセットしておくことによって、蓋体９の下面に金属部材９ｂの下側主面および両側面が埋め込まれた状態で、蓋体９に一体的に取着される。
【００４４】
蓋体９の金属部材９ｂはその厚みが０．１〜３ｍｍとされているのがよい。０．１ｍｍ未満であると、金属部材９ｂの両側面と蓋体９との接触面積を大きくし難くなり、金属部材９ｂと蓋体９との密着力が小さくなり易い。また、３ｍｍを超えると、密度が蓋体９を構成する樹脂よりも大きい金属部材９ｂの体積が大きくなって半導体パッケージを軽量化し難くなる。
【００４５】
また、蓋体９の金属部材９ｂはその上側主面と蓋体９の下面との間の距離が金属部材９ｂの厚みの０．１〜１倍とされているのがよい。０．１倍未満であると、金属部材９ａと蓋体９との接触面の面積が小さくなって、金属部材９ｂと蓋体９との密着強度が小さくなり易い。また、１倍を超えると、金属部材９ｂの下側主面が蓋体９の下面よりも上側に位置することにより蓋体９下面が凹状となり、蓋体９の金属部材９ｂと基体１の金属部材２ａとを半田を介して接合する際、上記凹状の部分に空隙が生じ易くなって半田が破壊され易くなる。
【００４６】
さらに本発明の他の発明において、基体１の金属部材２ａに接合される蓋体９は、図５に示すように、中心部がエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂，ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等の樹脂製の蓋体本体部９Ａと、外周部が基体１の金属部材２ａを覆う下面を有する、蓋体本体部９Ａの側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体９ｃとで構成されている。この場合、基体１の金属部材２ａと蓋体９の金属枠体９ｃとを半田接合あるいは溶接により接合し、蓋体９で側壁部２の内側を塞ぐことによって基体１と蓋体９とで構成される容器内に半導体素子５が収容される。
【００４７】
この構成により、金属枠体９ｃが、基体１の金属部材２ａに強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体９の外周部が金属枠体９ｃで構成されているため、蓋体９全体を歪み難くすることができ、急激な温度変化等が生じたとしても蓋体９と側壁部２との接合部における応力を生じ難くし、蓋体９が側壁部２から外れたり、蓋体９や側壁部２にクラックが生じたりするのを有効に抑制することができる。その結果、半導体パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子５を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００４８】
金属枠体９ｃは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット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り作製される。金属枠体９ｃの蓋体本体部９Ａへの取着は、蓋体９をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型する際に予め金型内の所定位置に金属枠体９ｃをセットしておくことによって、蓋体本体部９Ａの側面に金属枠体９ｃの内周面が全周にわたって直接密着して設けられる。
【００４９】
さらに、金属層９ａ、蓋体９の金属部材９ｂおよび金属枠体９ｃの露出部分は、半田との濡れ性を良くするため、また酸化腐蝕を有効に防止するため、ＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により０．０５〜２０μｍの厚さで被着させておくのが良い。
【００５０】
基体１の金属部材２ａの上側主面への蓋体９の接合は、それらの接合部における水分の浸入を有効に防止するために金属である半田から成る接合材を用いるのがよい。この接合材の溶融温度が非常に高い場合、側壁部２が軟化するため光ファイバ１０の固定が困難となる。従って、接合材としては溶融温度の低い半田を用いる。具体的には、接合材としてＳｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）半田（融点１９０℃）、Ｓｎ−Ａｇ半田（融点２２１℃）等の低融点の半田を用いる。そして、例えばＳｎ−Ｐｂ半田等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た半田ペーストを、側壁部２の上面に埋め込まれた金属部材２ａ上に予め従来周知のスクリーン印刷法により印刷塗布しておき、その上に蓋体９を配置し、半田ペーストを加熱することにより、側壁部２の上面に金属部材２ａを介して蓋体９が接合される。
【００５１】
なお、側壁部２と蓋体９との接合部における外部からの水分の浸入を有効に防止するためには、それらの接合を強固とする必要がある。そのため、接合後の半田は、蓋体９と基体１の金属部材２ａとの間の厚さが０．０１乃至０．２ｍｍで、基体１と蓋体９（金属枠体９ｃを有する場合は蓋体本体部９Ａ）との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることが好ましい。
【００５２】
半田の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、側壁部２と蓋体９との接合部で十分な接合強度が得られ難い。半田の厚さが０．２ｍｍを超える場合、側壁部２の上面と蓋体９の下面とを平行に接合することが困難となるため不均一な熱ストレスが発生し易くなり、結果的に十分な強度が得られ難い。
【００５３】
また、基体１と蓋体９は、例えば、基体１が熱膨張係数が１８．４×１０−６／℃であるオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂から成り、蓋体９が熱膨張係数が５．８×１０−６／℃であるＦｅ−Ｎｉ合金から成る場合、それらの熱膨張係数差は３０×１０−６／℃以下となり好ましいものとなる。熱膨張係数差が３０×１０−６／℃を超えると、接合部が剥離したり、接合部付近で側壁部２や蓋体９、半田にクラックや割れ等が発生し易くなる。
【００５４】
また、側壁部２と蓋体９との接合については、Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る金属製の蓋体９の場合、蓋体９に金属部材９ｂが設けられている場合、あるいは蓋体９に金属枠体９ｃが設けられている場合、側壁部２の上面の金属部材２ａに、シーム溶接等の溶接によっておこなってもよい。この場合にも、外部からの水分の浸入を有効に防ぐことができる。
【００５５】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体パッケージの載置部３に載置固定された半導体素子５がリード端子７に電気的に接続されるとともに、基体１の側壁部２の上面に埋め込まれた枠状の金属部材２ａに蓋体９が半田接合あるいは溶接されている構成である。本発明の半導体装置は、本発明の半導体パッケージを用いることにより、内部への水分の浸入が抑制されて半導体素子５の作動性が非常に優れたものとなり、半導体素子５を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとなる。
【００５６】
【実施例】
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の実施例を以下に説明する。
【００５７】
（実施例１）
図２に示した半導体装置を以下のようにして構成した。Ｆｅ−Ｎｉ合金から成るリード端子７と金属部材２ａとを有する基体１を、熱膨張係数が３５．８×１０−６／℃のエポキシ樹脂をトランスファ成型することにより製作した。このとき、略直方体の基体１は縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×高さ４ｍｍで、かつ側壁部２の幅が２ｍｍであり、また、金属部材２ａは縦９．５ｍｍ×横７．５ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍで、かつ枠部の幅が１ｍｍの枠状であった。
【００５８】
次に、基体１の凹部１ｂの底面の載置部３に、アルミナセラミックスから成る基板４を載置して樹脂接着剤で固定し、基板４の上面の導体層上にＬＤから成る半導体素子５を半田で接合して搭載し、半導体素子５の上面の電極をボンディングワイヤを介してリード端子７に接続した。
【００５９】
そして、側壁部２上面に埋め込まれた枠状の金属部材２ａに、縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍでＦｅ−Ｎｉ合金（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９の下面の外周部を、厚さ０．０１ｍｍのＳｎ−Ｐｂ半田で接合することにより２０個のサンプルを製作した（サンプルＡ）。
【００６０】
また、比較例として、Ｆｅ−Ｎｉ合金から成るリード端子７を有する基体１を、熱膨張係数が３５．８×１０−６／℃のエポキシ樹脂をトランスファ成型することにより製作した。このとき、略直方体の基体１の形状はサンプルＡと同様であった。そして、サンプルＡと同様にして半導体素子５を搭載後、側壁部２上面に、縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍでＦｅ−Ｎｉ合金（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９の下面の外周部を、エポキシ樹脂から成る接着剤で接着することにより２０個のサンプルを製作した（サンプルＢ）。
【００６１】
これらについて、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）加えたところサンプルＢの２０個すべてに、基体１と接着剤との間で剥離が発生した。このサンプルＢでは半導体パッケージ内部に水分が浸入し易くなる。一方、サンプルＡでは基体１と半田との間で剥離が発生することはなく、本発明のサンプルＡが良いことが判った。
【００６２】
（実施例２）
次に、サンプルＡにおいて基体１を３種類の熱膨張係数のものに設定したときのそれぞれの接合状態を調べた。即ち、熱膨張係数が１８．４×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＡ１）と、熱膨張係数が３５．８×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＡ）と、熱膨張係数が４０．３×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＡ２）との３種類を準備した。そして、基体１の側壁部２上面の金属部材２ａとＦｅ−Ｎｉ合金（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９下面の外周部とを、厚さ０．０１ｍｍのＳｎ−Ｐｂ半田で接合し、上記３種類の各２０個合計６０個のサンプルを製作した。これらについて、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。その結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2004165178.tif 000003
【００６４】
表１より、サンプルＡ２のみに、基体１および／または半田にクラック等の割れが発生した不良品が発生した。これらは、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃を超えているためと考えられる。この場合、半導体パッケージ内部に水分が浸入し易くなる。従って、サンプルＡ１，Ａのように、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良いことが判った。
【００６５】
（実施例３）
次に、サンプルＡを用いて、半田の厚さを８種に設定したときの接合状態を調べた（下記表２参照）。そして、基体１の金属部材２ａと蓋体９とをＳｎ−Ｐｂ半田で接合し、上記８種類の各２０個合計１６０個のサンプルを製作した。これらについて、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。その結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】
2004165178.tif 000004
【００６７】
表２より、サンプルＡ３，Ａ８，Ａ９で基体１と半田との間で剥離が発生した。これらのサンプルでは半導体パッケージ内部に水分が浸入し易くなる。従って、半田の厚さは０．０１〜０．２ｍｍとされるのが良いことが判った。
【００６８】
（実施例４）
また、アルミナセラミックス（熱膨張係数７×１０−６／℃）から成る蓋体９を用いて、蓋体９の下面の外周部にＷから成るメタライズ層を形成し、そのメタライズ層を半田を介して基体１の側壁部２の金属部材２ａに接合して成る半導体装置を作製し、上記と同様に温度サイクル試験を行なった結果、上記と同様の結果が得られた。
【００６９】
（実施例５）
また、Ｆｅ−Ｎｉ合金（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９を溶接することにより基体１の金属部材２ａに接合して成る半導体装置を作製し、上記と同様に温度サイクル試験を行なった結果、上記と同様の結果が得られた。
【００７０】
（実施例６）
次に、エポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９に対して、脱脂処理、ＫＯＨ水溶液によるエッチング処理、ＨＣｌ水溶液による中和洗浄処理、触媒による表面の活性化処理を順次行なった。その後、この蓋体９を化学Ｃｕめっき液に浸漬することにより、蓋体９の下面の外周部に厚さ２μｍのＣｕめっき層を形成し、さらにその表面にめっき法により厚さ５μｍのＮｉめっき層および厚さ１μｍのＡｕめっき層を順次被着して金属層９ａ（外形サイズが縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍで、かつ枠部の幅が０．２ｍｍ）を形成した。この蓋体９を用いること以外は実施例１〜３と同様にして図３に示した半導体装置（サンプルＣおよびサンプルＣ１〜Ｃ９）を作製し、実施例１〜３と同様に温度サイクル試験を行なった。その結果を表３，４に示す。
【００７１】
【表３】
2004165178.tif 000005
【００７２】
【表４】
2004165178.tif 000006
【００７３】
表３，４より、実施例１〜３の場合と同様の結果が得られ、従来の基体１にエポキシ樹脂から成る接着剤で蓋体９を接着したもの（サンプルＢ）に比べ、本発明のサンプルＣが良いことが判った。また、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良いことが判った。さらに、半田の厚さは０．０１〜０．２ｍｍとされるのが良いことが判った。
【００７４】
（実施例７）
次に、図４のように、外形サイズが縦９．５ｍｍ×横７．５ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍで、かつ枠部の幅が１ｍｍの金属部材９ｂがその上側主面および側面が埋め込まれて下面に一体的に取着されたエポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９をトランスファ成型することにより作製した。そして、蓋体９の下面の金属部材９ｂの露出部に半田との濡れ性に優れるＮｉおよびＡｕをめっき法により計３μｍの厚さに順次被着した。この蓋体９を用いること以外は、実施例１〜３と同様にして半導体装置（サンプルＤおよびＤ１〜Ｄ９）を製作し、実施例１〜３と同様に温度サイクル試験を行なった。その結果を表５，６に示す。
【００７５】
【表５】
2004165178.tif 000007
【００７６】
【表６】
2004165178.tif 000008
【００７７】
表５，６より、実施例１〜３の場合と同様の結果が得られ、従来の基体１にエポキシ樹脂から成る接着剤で蓋体９を接着したもの（サンプルＢ）に比べ、本発明のサンプルＤが良いことが判った。また、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良いことが判った。さらに、半田の厚さは０．０１〜０．２ｍｍとされるのが良いことが判った。
【００７８】
（実施例８）
次に、図５のように、外形サイズが縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍで、かつ枠部の幅が１ｍｍの金属枠体９ｃが一体的に取着されたエポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９をトランスファ成型することにより作製した。この蓋体９を基体１の側壁部２の金属部材２ａに溶接によって接合すること以外は、実施例１〜３と同様にして半導体装置（サンプルＥおよびＥ１〜Ｅ９）を製作し、実施例１〜３と同様に温度サイクル試験を行なった。その結果を表７，８に示す。
【００７９】
【表７】
2004165178.tif 000009
【００８０】
【表８】
2004165178.tif 000010
【００８１】
表７，８より、実施例１〜３の場合と同様の結果が得られ、従来の基体１にエポキシ樹脂から成る接着剤で蓋体９を接着したもの（サンプルＢ）に比べ、本発明のサンプルＥが良いことが判った。また、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良いことが判った。さらに、半田の厚さは０．０１〜０．２ｍｍとされるのが良いことが判った。
【００８２】
（実施例９）
また、実施例７，８で用いた蓋体９を溶接することにより基体１の金属部材２ａに接合して成る半導体装置を作製し、上記と同様に温度サイクル試験を行なった結果、上記と同様の結果が得られた。
【００８３】
なお、本発明は上記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内であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、上記実施の形態では、図１のように基体１の側壁部２に光ファイバ１０を取着するものについて説明したが、半導体素子５がＬＳＩ，ＩＣ等であって光ファイバ１０が不要な場合には、側壁部２に貫通孔１ａを形成する必要はない。また、金属層９ａ、蓋体９の金属部材９ｂあるいは金属枠体９ｃの幅は、基体１の金属部材２ａの幅よりも小さくてもよい。この場合、金属層９ａ、蓋体９の金属部材９ｂあるいは金属枠体９ｃと、基体１の金属部材２ａとを半田を介して接合した際、金属層９ａ、蓋体９の金属部材９ｂあるいは金属枠体９ｃの露出した側面に半田の連続したメニスカスが形成され、接合強度が向上するとともに水分の浸入をより有効に防止できる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、基体の側壁部の上面と略同形の枠状とされているとともに枠部の幅が側壁部の上面の幅よりも小さい、側壁部の上面に下側主面および両側面が埋め込まれた金属部材を有したことから、上記金属部材が金属製の蓋体やセラミック製で接合部にメタライズ層が被着された蓋体に強固に半田付けされる。また、金属部材と側壁部とが金属部材の下側主面およびその側面で接するために接触面積が大きくなって金属部材と側壁部の上面との密着力を大きくすることができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００８５】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、側壁部の上面に、下面の外周部に基体の金属部材を覆う金属層が全周にわたって被着されている樹脂製の蓋体が設けられることから、上記金属層が基体の金属部材に強固に半田付けされる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００８６】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、側壁部の上面に、下面の外周部に基体の金属部材を覆う枠状の金属部材がその上側主面および両側面が埋め込まれて設けられている樹脂製の蓋体が設けられることから、蓋体の金属部材が基体の金属部材に強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体の金属部材と蓋体とが金属部材の上側主面およびその両側面で接するために接触面積が大きくなって金属部材と蓋体の下面との密着力を大きくすることができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００８７】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、側壁部の上面に、中心部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が基体の金属部材を覆う下面を有する、蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されている蓋体が設けられることから、蓋体を成す金属枠体が基体の金属部材に強固に半田付けあるいは溶接される。また、蓋体の外周部が金属枠体で構成されているため、蓋体全体を歪み難くすることができ、急激な温度変化等が生じたとしても蓋体と側壁部との接合部における応力を生じ難くし、蓋体が側壁部から外れたり、蓋体や側壁部にクラックが生じたりするのを有効に抑制することができる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の浸入を有効に防止でき、半導体装置内部の半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る信頼性の高いものとなる。
【００８８】
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の載置部に載置固定された半導体素子がリード端子に電気的に接続されるとともに、基体の金属部材に蓋体が半田を介して接合されていることから、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた接合の信頼性の高いものとなる。
【００８９】
本発明の半導体装置は、半田の厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、基体と蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることから、基体の側壁部と蓋体との半田による接合がより強固となり、より信頼性の高いものとなる。
【００９０】
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の載置部に載置固定された半導体素子がリード端子に電気的に接続されるとともに、基体の金属部材に、上記の下面の外周部に基体の金属部材を覆う枠状の金属部材がその上側主面および両側面が埋め込まれて設けられている樹脂製の蓋体、あるいは上記の中心部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が基体の金属部材を覆う下面を有する、蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されている蓋体が溶接によって接合されていることから、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた接合の信頼性の高いものとなる。
【００９１】
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の載置部に載置固定された半導体素子がリード端子に電気的に接続されるとともに、基体の金属部材に金属製の蓋体が溶接によって接合されていることから、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた接合の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斜視図である。
【図２】図１の半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【図３】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他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体素子収納用パッケージにおける蓋体について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体素子収納用パッケージにおける蓋体について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ｂ：凹部
２：側壁部
２ａ：金属部材
３：載置部
５：半導体素子
７：リード端子
９：蓋体
９ａ：金属層
９ｂ：金属部材
９ｃ：金属枠体
９Ａ：蓋体本体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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