(57)【要約】  【課題】封止材料として無鉛ガラスを用い、アウターリード部に半田濡れ性の良好な金属膜を備えた電子部品収納用セラミックパッケージを提供する。  【解決手段】セラミック製のベース基板２に無鉛ガラスからなる封止ガラス層４ａでリードフレーム６が接合された電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、前記リードフレーム６のインナーリード部９とアウターリード部１２の上下全面にアルミニウム蒸着膜１４が形成されていることを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。 【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック製のベース基板に無鉛ガラスからなる封止ガラス層でリードフレームが接合された電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、
前記リードフレームのインナーリード部とアウターリード部の上下全面にアルミニウム蒸着膜が形成されていることを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品収納用セラミックパッケージに関し、より詳細には、リードフレームを用いた電子部品収納用セラミックパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品収納用セラミックパッケージの１つに、セラミック製のベース基板と、鉄―ニッケル系合金等の金属からなるリードフレームとが低融点ガラスで接合された構造を有するものがある。前記低融点ガラスは酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とし、これにＳｉＯ2 、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3などの各種セラミック成分を適量配合した組成からなっている。この電子部品収納用セラミックパッケージの例を図５に示す。図５において、３１が電子部品収納用セラミックパッケージであり、このパッケージは以下のようにして作成される。
まず、セラミック製のベース基板３２の上面周縁部３３に低融点ガラスペーストを印刷して焼成し、封止ガラス層３４ａを形成する。次に、セラミック製の枠体３５上に低融点ガラスペーストを印刷して焼成し、封止ガラス層３４ｂを形成する。そして、ベース基板３２の封止ガラス層３４ａの上にリードフレーム３６を載置し、リードフレーム３６の上に封止ガラス層３４ｂが形成された面を下向きにした枠体３５を載置した後、約４６０℃の温度を加えて封止ガラス層３４ａ、３４ｂを溶融後冷却させることにより封止ガラス層を硬化させ、ベース基板３２、枠体３５、リードフレーム３６を接合する。
次に、ベース基板３２の電子部品搭載部３７に、半導体素子や撮像素子などの電子部品３８を搭載し、この電子部品３８とリードフレーム３６のインナーリード部３９をボンディングワイヤ４０で接合する。そして、封止ガラス層３４ｃを備えたセラミック製の封止用キャップ４１を、枠体３５の上面に前記封止ガラス層３４ｃで接合することで、電子部品３８を気密に封止している。封止後、リードフレーム３６のアウターリード部４２は実装基板に半田で接合される。尚、インナーリード部とは、リードフレーム３６の内、封止後は封止ガラスに隠れて見えなくなる部分を言い、アウターリード部とは、外部に露出している部分を言う。
図６に、電子部品収納用セラミックパッケージの別の例を示す。図６においては、図５に示す電子部品収納用セラミックパッケージ３１から枠体３５と封止ガラス層３４ｂを省略したものである。その他は図５と同様であり、図５と実質的に同一部分に同一符号を付す。
【０００３】
図５や図６に示す電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、リードフレーム３６のインナーリード部３９上面には、ボンディングワイヤ４０を容易に超音波ボンディングできるようにするためにアルミニウム膜が蒸着、又はクラッド法等によって形成されている。
一方、アウターリード部４２にまで前記アルミニウム膜が形成されていると、封止工程の熱でアルミニウム膜に形成される酸化膜によって半田濡れ性が阻害されてしまう。このため、アウターリード部４２には以下に示すようにアルミニウム膜以外の半田濡れ性の良好な金属膜を形成することが行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、「片面または両面の全表面にアルミニウムまたはアルミニウム系合金よりなる被膜を形成して成るリードフレームを用い、封止後に当該リードフレームの外部リードに形成された被膜をメッキ処理前に除去して成ることを特徴とするガラス又は樹脂封止型電子部品。」が記載されている。このような特許文献１に開示される発明によれば、リード表面はアルミクラッドで被覆されているので、ガラス封着工程で酸化が防止され、従来のごとく外部リード表面に酸化皮膜が形成されてメッキ自動化を妨げることはない。また、封止後メッキ処理前にアルミクラッドを除去することにより密着性の高いメッキ膜を形成することもできる。
【０００５】
また、特許文献２には、「リード内端部にアルミをクラッド等で被着してボンディング部を形成し、外部リードにそのパッケージの封止温度において酸化されにくく、かつ半田付性良好な銀、金またはニッケルー鈴合金などの金属を予め被着したリードフレームを用いたガラス封止型半導体装置。」が記載されている。このような特許文献２に記載された発明によれば、後工程である外部リードの表面処理工程を完全に排除できることより、製造工程を短縮できると同時に、後工程におけるめっき液による封止ガラスの溶解等または高温半田浴への半導体装置の浸漬による封止ガラスの割れ等の発生を排除できるので、信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【０００６】
また、特許文献３には、「上面の中央部に電子部品が搭載される搭載部が形成されたセラミックスから成る基板と、前記基板の上面の外周部にそれぞれ取着された複数のリード端子と、前記複数のリード端子を挟んで前記基板の上面の外周部の全周にわたって熱硬化性樹脂で接合されたセラミックスから成る枠体とを具備している電子部品収納用パッケージにおいて、前記リード端子は、表面にニッケルめっき層および金めっき層が順次形成されており、前記金めっき層の表面の光沢度が０．８以上１．３以下であることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。」が記載されている。このような特許文献３に記載された発明によれば、撮像素子としての電子部品４とリード端子５とを金線やアルミニウム線によるボンディングワイヤ（図示せず）によって電気的に接続することが容易となり、また、パッケージの外部に延出されたリード端子５の部位と外部電子回路基板の配線導体とを半田接合することが容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−３５５４８号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９４７５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２８５９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年では環境問題の観点から鉛を含有しない無鉛ガラスを封止材料として使用することが求められており、ビスマス系の無鉛ガラスが酸化鉛を主成分とするガラスに代えて用いられている。しかし、ビスマス系の無鉛ガラスは耐薬品性が弱いため、封止後にめっき処理を行う特許文献１に開示された発明では、めっき工程で封止ガラスがめっき液に犯されて絶縁抵抗が低下するという問題が発生する。
また、特許文献２に開示された発明では、後工程であるめっき工程を完全に排除できるため無鉛ガラスがめっき液に犯されるという問題は起こらないものの、リード内端部と外部リードにそれぞれ別の金属膜を被着しなければならないため、製造工程が煩雑になるという課題がある。
また、特許文献３に開示された発明では、封止材料として熱硬化性樹脂を使用している。熱硬化性樹脂の封止温度は約１５０℃と低温なのでリード端子表面の金めっき層の半田濡れ性が劣化することはないが、気密信頼性が無鉛ガラスに比べて劣っている。特許文献３のパッケージにおいて、仮に封止材料として熱硬化性樹脂に代えて無鉛ガラスを使用すると、４５０〜４９０℃の高温の雰囲気で封止されるため、ニッケルめっきが金めっきに拡散して金めっき膜の半田濡れ性が失われることになる。このため、実装基板への半田接続が困難になってしまう。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたものであり、封止材料として無鉛ガラスを用い、アウターリード部に半田濡れ性の良好な金属膜を備えた電子部品収納用セラミックパッケージ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】
【０００９】
本発明者は、封止工程の熱でアルミニウム膜表面に形成される酸化膜について種々検討した結果、アルミニウムクラッド膜は表面に強固な酸化膜が形成されフラックスを塗布しても半田濡れ性が回復しないのに対して、アルミニウム蒸着膜は分子間の結合力が弱いため、アルミニウム蒸着膜表面に形成される酸化膜は、フラックスの塗布で容易に除去され、半田濡れ性が回復できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、上記課題を解決するための本発明の請求項１記載の電子部品収納用セラミックパッケージは、セラミック製のベース基板に無鉛ガラスからなる封止ガラス層でリードフレームが接合された電子部品収納用セラミックパッケージにおいて、前記リードフレームのインナーリード部とアウターリード部の上下全面にアルミニウム蒸着膜が形成されていることを特徴とする電子部品収納用セラミックパッケージである。
上記構成のセラミックパッケージにおいて、アルミニウム蒸着膜は、封止工程の熱に晒されても強靭な酸化膜は形成されないので、はんだ濡れ性に優れた金属膜をアウターリード部に形成できるととともに、封止工程後のアウターリード部へのめっき処理が不要となるので、今までめっき液に犯されやすいため使用が困難であった無鉛ガラスを封止ガラス層として使用することができるという作用を有する。
また、前記アウターリード部のアルミニウム蒸着膜は、インナーリード部のアルミニウム蒸着膜と同時に形成しておくことができるので、製造工程を簡略化することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、封止ガラス層の絶縁性を低下させることなく、アウターリード部に半田濡れ性に優れた金属膜を形成することができる。
しかも前記金属膜はインナーリード部の金属膜と同時に形成できるので、従来、インナーリード部の金属膜形成工程とは別に行っていたアウターリード部の金属膜形成工程を削減できる。 
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係るセラミックパッケージの断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るセラミックパッケージの要部断面図である。
【図３】比較例１に係るセラミックパッケージの要部断面図である。
【図４】比較例２に係るセラミックパッケージの要部断面図である。
【図５】従来のセラミックパッケージの一例を示す断面図である。
【図６】従来のセラミックパッケージの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、本実施の形態に係る電子部品収納用セラミックパッケージ１を示す。図１において、ベース基板２の上面周縁部３にはリードフレーム６と枠体５が無鉛ガラスよりなる封止ガラス層４ａ、４ｂで接合されている。ベース基板２の上面中央部には半導体素子や撮像素子などの電子部品８を搭載するための電子部品搭載部７を有している。電子部品８は、リードフレーム６のインナーリード部９とボンディングワイヤ１０で接続された後、封止用キャップ１１で気密に封止される。
【００１３】
ベース基板２は、上面中央部に凹部を有するセラミック基板であって、通常のパッケージと同じく、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウムを原料として成形・焼成して製造している。また、枠体５はベース基板２と同材質からなり、外形寸法をベース基板２とほぼ同じにし、中央に開口部を有する形状に成形後、焼成して製造している。
【００１４】
ベース基板２の上面周縁部３に熱接合されるリードフレーム６は、金属フレーム１３と、その金属フレーム１３の表裏全面に形成されたアルミニウム蒸着膜１４から構成されている。金属フレーム１３は、４２〜４９重量％のニッケルを含有する鉄−ニッケル合金材料を圧延して形成した合金板を打ち抜き加工して作成される。また、アルミニウム蒸着膜１４はこの金属フレーム１３にアルミニウム被膜を蒸着して形成される。金属フレーム１３の表面は、封止ガラス層４ａ、４ｂとの密着性および半田（図示せず）との濡れ性に劣る為、アルミニウム蒸着膜１４は金属フレーム１３の表裏両面に形成する必要がある。
アルミニウム蒸着膜１４は、分子間の結合力が弱い為、封止工程で形成された酸化膜は、フラックスの塗布で容易に除去され、半田濡れ性を回復させることができる。また、アルミニウム蒸着膜１４は、アルミニウムクラッド膜と同等のワイヤボンディング強度と低融点ガラスとの密着強度を有している。
アルミニウム蒸着膜１４の厚みは  ２．５μｍ〜１０μｍである。厚みが２．５μｍより薄いと半田濡れ不良やワイヤボンディング強度不足が発生し、１０μｍより厚いとワイヤボンディング強度不足が発生する。
【００１５】
封止ガラス層４ａ、４ｂは、ビスマス系無鉛ガラスであり、これらのガラス粉末に、樹脂、溶剤を添加して遠心攪拌機を用いて形成したガラスペーストをベース基板２と枠体５の所定箇所に印刷したあと、４５０〜４９０℃で焼成して形成している。
【実施例】
【００１６】
図２を参照しながら本発明の実施例を以下に説明する。
アルミナを主成分とする粉体原料をプレス成形し、約１５００℃で焼成して縦４０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのベース基板２を作成した。このベース基板２上にビスマス系無鉛ガラスからなるガラスペーストを印刷して焼成し、封止ガラス層４ａを形成した。
次に、アルミナを主成分とする粉体原料をプレス成形し、約１５００℃で焼成して外形寸法が縦４０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ１ｍｍ、内径寸法が縦２５ｍｍ×横２０ｍｍの枠体５を作成した。この枠体５上にビスマス系無鉛ガラスからなるガラスペーストを印刷して焼成し、封止ガラス層４ｂを形成した。
リードフレーム６は、厚み０．２５ｍｍの４２アロイの薄板を金型で所定形状に打ち抜いて金属フレーム１３を形成した後、その金属フレーム１３の表面と裏面の全面に厚み２．５〜１０μｍのアルミニウム蒸着膜１４を形成し、インナーリード部９とアウターリード部１２の境界１５にそって曲げ加工を施すことで形成した。
そして、ベース基板２の封止ガラス層４ａ上にリードフレーム６のインナーリード部９を配置し、インナーリード部９の上に、封止ガラス層４ｂが形成された面を下向きにした枠体５を配置した後、ベース基板２にリードフレーム６と枠体５を封止ガラス層４ａ、４ｂを用いて４６０℃、大気中で熱接合して取り付けた。
このようにして作成したパッケージについて、以下の方法でワイヤボンディング強度試験、はんだ濡れ性試験及び封止ガラス層の絶縁抵抗測定を行った。
ワイヤボンディング強度試験
まず、任意の隣接するワイヤボンディングパッド間に金ワイヤを超音波ボンディングし、隣り合う任意のワイヤボンディングパッド間１０箇所×５ｐｃ、計５０箇所を金ワイヤで結線した。この金ワイヤの中心を垂直に引っ張り上げることでワイヤが破断または接合部が剥離する状態を観察した。その結果、すべての試験においてワイヤが破断し、ボンディング接合部の剥がれは発生しなかった。
はんだ濡れ性試験
サンプル３ｐｃについて、アウターリード部にフラックス（千住金属社製、スパークルフラックスＥＳＲ−２５０）を塗布し、前記アウターリード部を３００〜３２０℃の半田（千住金属社製  Ｍ７０５）浴に浸漬して、アウターリード部への半田の濡れ状態を観察した。その結果、半田の不濡れ箇所は発生しなかった。
絶縁抵抗測定
サンプル５ｐｃについて、任意の隣接するアウターリード間の絶縁抵抗を５箇所測定した。その結果、全ての箇所で１０８Ω以上の絶縁抵抗値を示し、絶縁不良は発生しなかった。 
【００１７】
比較例１：
比較例１で使用したパッケージの作成方法について、図３を参照しながら説明する。尚、実施例と同一部分については同一符号を用いた。
まず、実施例と同じ方法で、ビスマス系無鉛ガラスからなる封止ガラス層をそれぞれ有するベース基板２と枠体５を作成した。
次に、インナーリード部となる部分にアルミニウム膜がクラッドされた４２アロイの金属薄板を金型で打ち抜いた後、インナーリード部９とアウターリード部１２の境界１５にそって曲げ加工を施すことで、インナーリード部１８にアルミニウムクラッド膜１６を有するリードフレーム６を作成した。
そして、実施例と同様にして、ベース基板２にリードフレーム６と枠体５を封止ガラス層４ａ、４ｂを用いて４６０℃、大気中で熱接合して取り付けた。
次に、枠体５にマスキングテープを貼りつけてキャビティ内をマスキングし、アウターリード部１２に錫めっき１７を施してマスキングテープを除去した。
このようにして作成したパッケージについて実施例と同様の方法でワイヤボンディング強度試験、はんだ濡れ性試験及び封止ガラスの絶縁抵抗測定を行った。その結果、ワイヤボンディング強度試験とはんだ濡れ性試験では不良は発生しなかったものの、絶縁抵抗測定において、絶縁抵抗値が１０８Ωに満たない不良箇所が５箇所発生した。 
【００１８】
比較例２：
比較例２で使用したパッケージの作成方法について、図４を参照しながら説明する。尚、実施例と同一部分については同一符号を用いた。
まず、実施例と同じ方法で、ビスマス系無鉛ガラスからなる封止ガラス層を有するベース基板２と枠体５を作成した。
リードフレーム４は、厚み０．２５ｍｍの４２アロイの薄板を金型で打ち抜いた後、表面と裏面の全面に厚み２〜６μｍのニッケルめっき１８と厚み０．１〜０．５μｍの金めっき１９を形成し、インナーリード部９とアウターリード部１２の境界１５にそって曲げ加工を施すことで形成した。
そして、実施例と同様にして、ベース基板２にリードフレーム６と枠体５を封止ガラス層４ａ、４ｂを用いて４６０℃、大気中で熱接合して取り付けた。
このようにして作成したパッケージについて実施例と同様の方法でワイヤボンディング強度試験、はんだ濡れ性試験及び封止ガラスの絶縁抵抗測定を行った。その結果はんだ濡れ性試験と絶縁抵抗測定では不良は発生しなかったものの、ワイヤボンディング強度試験において全ての箇所で金ワイヤがボンディングパッドに接合できない不良が発生した。 
【符号の説明】
【００１９】
１…セラミックパッケージ    ２…ベース基板    ３…上面周縁部    ４ａ、４ｂ、４ｃ…封止ガラス層    ５…枠体    ６…リードフレーム    ７…電子部品搭載部    ８…電子部品    ９…インナーリード部    １０…ボンディングワイヤ    １１…封止用キャップ    １２…アウターリード部    １３…金属フレーム    １４…アルミニウム蒸着膜    １５…境界
【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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