(57)【要約】【課題】  たとえ基体強度が弱い絶縁基体であっても、金属枠との熱膨張係数差の熱応力による割れを防止することができると共に、予め全面に金メッキが施された金属枠と絶縁基体との半田付け接合時にその接合半田材が金属枠の金メッキ面を金属枠上端まで這い上がるのを防止することができ、その這い上がりに起因した金属蓋の溶接不良を解消できる信頼性の高い中空気密封止パッケージを得ることにある。【解決手段】  絶縁基体１と、予め内外周面全面に金メッキ２ａが施されて絶縁基体１上に半田付けされた金属枠２と、この金属枠２の開口端に溶接された金属蓋３とからなって、内部に収納された半導体素子４を気密封止する中空気密封止パッケージにおいて、前記金属枠２の内周面および外周面に前記金メッキ２ａが施されていない帯状の金メッキ無し部２ｂを設けたものである。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体と、予め内外周面全面に金メッキが施されて前記絶縁基体上に半田付けされた金属枠と、この金属枠の開口端に溶接された金属蓋とからなって、内部に収納された半導体素子を気密封止する中空気密封止パッケージにおいて、前記金属枠の内周面および外周面に前記金メッキが施されていない帯状の金メッキ無し部を設けたことを特徴とする中空気密封止パッケージ。
【請求項２】
金メッキ無し部は、金メッキ前の金属枠を両面エッチングにより外形加工して前記金属枠の内外周面の高さ方向中途部に帯状突起部を形成し、この帯状突起部を含む前記金属枠の全面に金メッキを施した後の前記帯状突起部の先端部分を削って形成されていることを特徴とする請求項１記載の中空気密封止パッケージ。
【請求項３】
金メッキ無し部は、金メッキ前の金属枠の内外周面にレジスト材を帯状に塗布し、その塗布部分を前記金属枠の全面に金メッキを施した後に前記レジスト材を剥離することにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の中空気密封止パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空気密封止が必要な半導体モジュール、特に強度が弱い絶縁基体を使用したパッケージでの高周波対応モジュールの気密封止に好適な中空気密封止パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の中空気密封止パッケージは、セラミック等の絶縁基体の上面に金属枠接合用のパッドを介して気密封止用の金属枠をＡｇ系合金等のロウ材によりロウ付け接合し、次いで、前記金属枠の全面、前記ロウ材の表面、前記絶縁基体上のパッド／パターンに一括して金メッキを施した後、前記金属枠の内底部となる前記絶縁基体上に半導体素子を接合固定し、この状態で前記金属枠の開口端部に金属蓋をシーム溶接することにより、前記半導体素子を気密封止した構造となっている。ここで、前記絶縁基体上に金属枠を接合するためのロウ材としては、一般にＡｇ系合金が使用されており、そのＡｇ系合金の溶融による前記金属枠の接合時には６００℃以上の接合温度が必要である。
【０００３】
以上のような従来の中空気密封止パッケージでは、金メッキ前の金属枠を絶縁基体上にロウ材で接合しているため、その接合時に溶融したロウ材が金属枠の壁面を這い上がって当該金属枠の上向き開口端部にまで達することがあり、この場合、その開口端部に金属蓋をシーム溶接する際の溶接不良が発生して内部の気密性が損なわれるため、内部に収納した半導体素子を長期的に正常かつ安定動作させることができなくなるという課題があった。
【０００４】
そこで、金メッキが施されていない金属枠の内側面および外側面に切り込み部もしくは凹部を設けることにより、前記ロウ材の這い上がり防止対策とした構造の中空気密封止パッケージも提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、前記ロウ材の這い上がり防止対策として、金メッキが施されていない金属枠の内外側面の上部にロウ材と非接合性の耐熱性膜を被着した構造の中空気密封止パッケージも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらには、従来の他の中空気密封止パッケージとして、絶縁基体上の導体パッドの表面および金属枠の全面に予め金メッキを施しておき、その金属枠と前記導体パッドを半田付けした構造のものもある。その半田付けの場合、３００℃以下の温度で接合できるという利点がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１６０２８３号公報（第３〜４頁、図２および図３）
【特許文献２】特開平５−１６０２８７号公報（第３頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の中空気密封止パッケージは以上のように構成されているので、絶縁基体と金属枠をロウ付け接合した構造の場合、ロウ材を溶融させてから絶縁基体と金属枠の接合を行うため、ロウ付け完了後の常温冷却時に前記絶縁基体と金属枠との間に両者の熱膨張係数の差による応力が発生し、基体強度が弱い絶縁基体では割れてしまうという課題があった。すなわち、前記ロウ材として、通常使用されるＡｇ系合金は６００℃以上の接合温度が必要であるにもかかわらず、絶縁基体がセラミック系、特に低温同時焼成セラミックス等の基体強度が弱い絶縁基体の場合、熱膨張係数差の熱応力によって金属枠接合部近傍に割れが発生するという大きな課題があった。
【０００８】
このような熱応力による絶縁基体の割れ防止対策として、絶縁基体と金属枠の接合温度を低温化して熱応力を低減する方策が考えられ、その１つの接合手段として、３００℃以下で接合可能な半田付け接合がある。その半田付けによる絶縁基体と金属枠の接合構造とした従来の中空気密封止パッケージにおいて、絶縁基体上の導体パッド表面および金属枠の全面に予め金メッキを施してから前記導体パッドと金属枠とを半田付け接合する場合、通常の接合半田材は金メッキ面上での濡れ広がり性が良好なため、絶縁基体と金属枠の半田付け接合時に、その接合半田材が金属枠の内外表面を這い上がって金属枠の上端面まで達することがあり、この場合、前記ロウ付け接合時と同様に、前記金属枠上に金属蓋をシーム溶接する際に溶接不良が発生してパッケージ内部の気密性が損なわれ、その内部に収納した半導体素子を長期に渡り正常かつ安定に動作させることができなくなるという課題があった。また、前述のように接合半田材が金属枠の内外面を這い上がると、絶縁基体と金属枠との接合部の半田量が減少し、絶縁基体上の導体パッドと金属枠との接合部からリークが発生してパッケージ内部の気密性が保てなくなり、内部に収納した半導体素子を長期に渡り正常かつ安定に動作させることができなくなるという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、たとえ基体強度が弱い絶縁基体であっても、金属枠との熱膨張係数差の熱応力による割れを防止することができると共に、予め全面に金メッキが施された金属枠と絶縁基体との半田付け接合時にその接合半田材が金属枠の金メッキ面を金属枠上端まで這い上がるのを防止することができ、その這い上がりに起因した金属蓋の溶接不良を解消できる信頼性の高い中空気密封止パッケージを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る中空気密封止パッケージは、絶縁基体と、予め内外周面全面に金メッキが施されて前記絶縁基体上に半田付けされた金属枠と、この金属枠の開口端に溶接された金属蓋とからなって、内部に収納された半導体素子を気密封止する中空気密封止パッケージにおいて、前記金属枠の内周面および外周面に前記金メッキが施されていない帯状の金メッキ無し部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、予め内外周全面に金メッキが施された金属枠の内外周面に金メッキが施されていない帯状の金メッキ無し部を設けるように構成したので、絶縁基体上に前記金属枠を半田付け接合するとき、その接合半田材が金属枠の金メッキ面を金属枠上端まで這い上がるのを前記帯状の金メッキ無し部によって阻止することができ、このため、金属枠上端までの這い上がり半田材に起因した金属蓋の金属枠上端との溶接不良が発生するようなことがないという効果がある。また、前述のように半田材の這い上がりを防止できるため、絶縁基体と金属枠との接合部の半田量が大幅に減少するようなこともなく、絶縁基体と金属枠の十分な接合強度を得ることができるという効果がある。さらには、絶縁基体と金属枠とを低温接合手段である半田付けによって行うため、絶縁基体と金属枠との熱膨張係数の差による熱応力で絶縁基体に割れが生じるのを防止できるという効果がある。したがって、この発明によれば、金属蓋溶接後におけるパッケージ内部の気密性を長期的に確保でき、パッケージ内部に収納した半導体素子を長期に渡り正常かつ安定に動作させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による中空気密封止パッケージの気密封止前の構造を示す断面図、図２は図１の気密封止後の構造を示す断面図、図３は図１および図２中の金属枠を示す斜視図である。
図１および図２に示す中空気密封止パッケージは、セラミック等の絶縁基体１と、この絶縁基体１の上面に接合された平面矩形枠状の金属枠２と、この金属枠２の上端開口端部に溶接する金属蓋３とからなり、内部に収納した半導体素子４を気密封止する構造となっているもので、その詳細について以下に説明する。
まず、絶縁基体１は半導体素子４を収納する凹部１ａ（図１参照）を有しており、その凹部１ａに樹脂等の接合材５を介して前記半導体素子４が収納固定されている。そして、図２に示すように、前記半導体素子４上の電極パッド７ａと前記絶縁基体１上の電極パッド７ｂが電極ワイヤ６で接続されている。また、前記絶縁基体１上には金属枠２を接合するためのパッド８が形成されている。
【００１３】
前記絶縁基体１上に金属枠２を半田材９で接合するが、その接合前の金属枠２の内周面および外周面には予め金メッキ２ａが施されている。そして、前記金属枠２の内周面および外周面における高さ方向の中途部には、図３に示すように、前記金メッキ２ａが施されていない金メッキ無し部２ｂが設けられている。この金メッキ無し部２ｂは、前記金属枠２の高さ方向中途部で内周面および外周面のそれぞれの全周に渡る帯状に形成されている。
【００１４】
次に動作について説明する。
前述のように予め金メッキ２ａが施され、かつ高さ方向中途部に帯状の金メッキ無し部２ｂが設けられた金属枠２を絶縁基体１上に半田材９で接合する（図１）。その接合時には半田材９が絶縁基体１と金属枠２との接合部から金属枠２の金メッキ２ａ面を這い上がるが、その這い上がりは前記金属枠２の高さ方向中途部の金メッキ無し部２ｂで阻止される。このため、前記金メッキ２ａ面上の這い上がり半田材９が金属枠２の上端面まで達するようなことはない。次いで、図２に示すように、半導体素子４を絶縁基体１の凹部１ａに樹脂等の接合材５で固定し、半導体素子４上の電極パッド７ａと絶縁基体１上の電極パッド７ｂと電極接続用ワイヤ６で接続した後、金属枠２の開口端（上端）に金属蓋３をシーム溶接する。その溶接時には、前述のように金メッキ２ａ面上の這い上がり半田材９が金属枠２の上端面まで達していないので、半田材９の這い上がりに起因した金属蓋３の溶接不良が発生するようなことはない。したがって、パッケージ内部の気密性を確保することができ、パッケージ内部の半導体素子４を長期に渡って正常かつ安定に動作させることができる。
【００１５】
以上説明した実施の形態１によれば、予め内外両方の周面に金メッキ２ａが施された金属枠２の高さ方向中途部に金メッキ２ａが施されていない帯状の金メッキ無し部２ｂを設けておき、その金属枠２を絶縁基体１上に半田材９で接合するように構成したので、絶縁基体１と金属枠２の半田付け接合時に半田材９が金属枠２の金メッキ２ａ面上を金属枠２の上端面まで這い上がるのを前記金メッキ無し部２ｂによって阻止することができ、このため、前記金メッキ２ａ面の這い上がり半田材９に起因した金属蓋３の溶接不良を確実に防止できると共に、絶縁基体１と金属枠２の接合半田量が減少するのを抑制することができ、これにより、絶縁基体１と金属枠２の十分な接合強度が得られるため、パッケージ内部の気密性の信頼性が大幅に向上し、パッケージ内部の半導体素子４を長期的に正常かつ安定に動作させ得るという効果がある。また、絶縁基体１と金属枠２は３００℃以下の低温接合となる半田付けによって接合するので、熱的強度が弱い材質（例えば、低温同時焼成セラミックス等）で形成された絶縁基体１であっても、金属枠２の半田付け接合時の熱応力によって割れが発生するようなことがなく、このため、熱的強度が弱い絶縁基体１でも適用できるという効果がある。
【００１６】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による金メッキ無し部の形成方法を説明するための工程図である。
この実施の形態２では、金属枠２の内周面および外周面に帯状の金メッキ無し部２ｂを形成する手段として、まず、図４（ａ）に示すように、金属枠２を両面エッチングにより外形加工することで、金属枠２の内周面および外周面のそれぞれの高さ方向中途部に尖鋭な帯状突起部２ｃを一体形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、金属枠２の帯状突起部２ｃを含む全面に金メッキ２ａを施す。その後、図４（ｃ）に示すように、前記帯状突起部２ｃの先端側を削ることによって金メッキ無し部２ｂが形成される。このような方法によれば、金メッキ無し部２ｂを簡易に形成することができる。
【００１７】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による金メッキ無し部の形成方法を説明するための工程図である。
この実施の形態３では、前記金メッキ無し部２ｂの形成手段として、まず図５（ａ）に示すように、金属枠２を外形加工し、その外形加工後の金属枠２の内周面および外周面におけるそれぞれの高さ方向中途部にレジスト材１０（図５（ｂ）参照）を周方向に渡る帯状に塗布し、そのレジスト材１０を含む前記金属枠２の全面に金メッキ２ａ（図５（ｃ）参照）を施した後、前記レジスト材１０をその表面の金メッキ２ａごとエッチング等で除去することにより、図５（ｄ）に示すように金メッキ無し部２ｂが形成される。このような方法によっても金メッキ無し部２ｂを簡易に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１による中空気密封止パッケージの気密封止前の構造を示す断面図である。
【図２】図１の気密封止後の構造を示す断面図である。
【図３】図１および図２中の金属枠を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２による金メッキ無し部の形成方法を説明するための工程図である。
【図５】この発明の実施の形態３による金メッキ無し部の形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  絶縁基体、１ａ  凹部、２  金属枠、２ａ  金メッキ、２ｂ  金メッキ無し部、２ｃ  帯状突起部、３  金属蓋、４  半導体素子、５  接合材、６  電極接続用ワイヤ、７ａ，７ｂ  電極パッド、８  金属枠接合用パッド、１０  レジスト材。
【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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