(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に被着形成され、かつ該絶縁基板表面に実装される半導体素子と電気的に接続される第１の配線層と、前記半導体素子を気密に封止するための蓋体と、前記絶縁基板の他方の表面に被着形成された第２の配線層と、前記第１の配線層と前記第２の配線層とを直接的に接続するスルーホール導体とを備えた半導体素子収納用パッケージにおいて、
前記第１及び第２の配線層が、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を５０〜９０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄのうちの少なくとも１種を０．０２〜１０体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を２〜３０体積％の割合で含有する導体からなるとともに、前記スルーホール導体が、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜８０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属、またはその化合物を０．０４〜５体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を３５〜６０体積％の割合で含有する導体からなる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】
前記窒化アルミニウム質焼結体が、希土類元素およびアルカリ土類金属を酸化物換算による合計で０．５〜２０重量％の割合で含有す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】
前記希土類元素（ＲＥ）の酸化物（ＲＥ2Ｏ3）換算量と、アルカリ土類金属（Ｒ）の酸化物（ＲＯ）換算量とのＲＯ／ＲＥ2Ｏ3で表される重量比率が０．２〜０．５であることを特徴とする請求項２記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記窒化アルミニウム質焼結体が、ＳｉをＳｉＯ2 換算で０．０１〜３．０重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
前記スルーホール導体における導体の充填率が８５％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化アルミニウム質焼結体を絶縁基板として用いた半導体素子収納用パッケージに関するもので、特に前記絶縁基板と配線層とを同時に焼成してなり、スルーホール導体を有する半導体素子収納用パッケージに適用されるものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、アルミナや窒化アルミニウム質焼結体は電気絶縁性等の特性に優れていることから半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに使用されており、その表面や内部に電気回路を形成するための導体としてメタライズ配線層が形成されている。
【０００３】
一般に、配線層が多層に形成されたアルミナ質焼結体を絶縁基板とする半導体素子収納用パッケージでは、配線層の形成にあたっては、セラミックグリーンシート表面にスクリーン印刷法等により、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属を主成分とするメタライズペーストを塗布した後、適宜積層し、還元性雰囲気中で同時に焼結させる方法が採用されている。
【０００４】
最近、従来より、前記半導体素子収納用パッケージの絶縁基板として用いられるアルミナ質焼結体に代えて、高い絶縁抵抗、熱放散性の要求に答えるべく、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム質焼結体を用いることが提案されている。この窒化アルミニウム質焼結体の製造方法としては、高熱伝導化を達成するために、従来よりＹ2 Ｏ3 などの希土類元素化合物や、ＣａＯなどのアルカリ土類化合物等の焼結助剤を添加した後、これを成形し、１８００℃以上の高温で焼成する方法が採用されている。
【０００５】
しかしながら、前記製造方法では焼成に使用する冶具の消耗や、焼成炉の構造、更に焼成に係わるランニングコスト等を考慮すると製造コストがかなり高くなることから、製造コストを低減するために、焼結助剤として希土類化合物とアルカリ土類化合物を併用して添加し、１７００℃以下の温度で焼成することが特公平６−４９６１３号公報、特公平７−１７４５４号公報参照にて提案されている。
【０００６】
さらに、本発明者らは、焼結助剤として希土類酸化物に加え、ＳｉＯ2 やＭｇＯを加え、１７００℃以下の低温で焼成するとともに、強度、耐薬品性を向上させた配線基板用の絶縁材料を提案した。
【０００７】
また、このような窒化アルミニウム質焼結体を絶縁基板とする場合の配線層としては、タングステンやモリブデンなどの高融点金属を主成分とするペーストを窒化アルミニウム質グリーンシート表面に印刷塗布し、焼成することによって形成されている。また、配線層の絶縁基板との密着性を高めるために、上記高融点金属に加え、窒化アルミニウム成分を加えることも提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板表面に上記のようにして配線層を形成する場合、従来の配線層形成方法では、絶縁基板を構成する窒化アルミニウム質焼結体の高熱伝導化を達成する上で、窒化アルミニウム結晶間に介在するガラス成分の絶対量を少なくする必要がある結果、配線層との同時焼成時の配線層へのガラスの移行が少なくなり、配線層の焼結性が悪いという問題があった。
【０００９】
この配線層の焼結不良は、絶縁基板の表面に形成される配線層においては、導体抵抗さえ確保されれば特に問題とはならない。ところが、半導体素子収納用パッケージのように、半導体素子を気密に封止されたキャビティ内の絶縁基板表面に形成された配線層と、絶縁基板のキャビティ外の絶縁基板の他方の表面に形成された配線層とを直接に接続するためのスルーホール導体を上記のような方法によって形成すると、焼結不良によってスルーホール導体内に空隙部が発生する結果、キャビティ内の気密性が損なわれるというパッケージにおいては致命的な欠点を有するものであった。
【００１０】
特に、このような問題は、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板の低温焼結性が促進されるに従い、スルーホール導体の緻密化をいかに促進するかが、大きな問題となっていた。
【００１１】
従って、本発明は、窒化アルミニウム質焼結体よりなる絶縁基板を有する半導体素子収納用パッケージにおいて、スルーホール導体の緻密化を促進し、高い気密性を有する半導体素子収納用パッケージを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的に対して検討を重ねた結果、スルーホール導体をタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方からなる高融点金属に加え、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種と、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を比較的多量含有せしめることにより、絶縁基板と低温で同時焼成した場合においても優れた緻密性と充填性を有し、スルーホール導体の形成による気密性の
低下を防止できることを見いだし、本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明の半導体素子収納用パッケージは、窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板と、該絶縁基板の表面に被着形成され、かつ該絶縁基板表面に実装される半導体素子と電気的に接続される第１の配線層と、前記半導体素子を気密に封止するための蓋体と、前記絶縁基板の他方の表面に被着形成された第２の配線層と、前記第１の配線層と前記第２の配線層とを直接的に接続するスルーホール導体とを備えた半導体素子収納用パッケージにおいて、前記第１及び第２の配線層が、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を５０〜９０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄのうちの少なくとも１種を０．０２〜１０体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を２〜３０体積％の割合で含有する導体からなるとともに、前記スルーホール導体が、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜８０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｂおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその化合物を０．０４〜５体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を３５〜６０体積％の割合で含有する導体からなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記パッケージにおいては、前記窒化アルミニウム質焼結体が、希土類元素およびアルカリ土類金属を酸化物換算による合計で０．５〜２０重量％の割合で含有し、さらには、前記希土類元素（ＲＥ）の酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）換算量と、アルカリ土類金属（Ｒ）の酸化物（ＲＯ）換算量とのＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 で表される重量比率が０．２〜０．５であること、前記窒化アルミニウム質焼結体が、ＳｉをＳｉＯ2 換算で０．０１〜３．０重量％の割合で含有することが低温焼結性と高熱伝導化を達成する上で望ましい。
【００１５】
さらに、前記スルーホール導体は、前記導体による充填率が８５％以上であることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、絶縁基板表面に形成された配線層と、絶縁基板の他方の表面に形成された配線層とを電気的に導通させるスルーホール導体を、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜８０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその化合物を０．０４〜５体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を３５〜６０体積％の割合で含有する導体によって形成するこ
とにより、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｂおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属またはその化合物が導体の低温焼結性を促進するとともに、スルーホール導体中の窒化アルミニウム成分がスルーホール導体の緻密性を高めるとともにスルーホールへの充填率を高める作用をなす結果、結果的にスルーホール導体と絶縁基板とを同時焼成によって形成できるとともに、スルーホール導体と絶縁基板との密着性を高めることができるために、電気抵抗
が低く接着強度の強い気密性に優れたスルーホール導体を形成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体素子収納用パッケージの一例を示す概略断面図である図１に基づき詳述する。
本発明における半導体素子収納用パッケージＡは、絶縁基板１の表面に配線層２が被着形成されている。また、絶縁基板の表面には、半導体素子３が搭載され、半導体素子３は配線層２とワイヤボンディング４などによって電気的に接続されている。
【００１８】
そして、絶縁基板１の表面には、蓋体５が金属層６などを介して接合され、蓋体５および絶縁基板１によって形成されるキャビティ７内に半導体素子３が気密に封止されている。
【００１９】
一方、絶縁基板１の裏面にも、パッケージＡと他の電気回路と接続するための配線層８が形成されている。この配線層８の一部は、絶縁基板１の表面に形成された配線層２の一部とスルーホール導体９ａによって直接に、即ち、絶縁基板１内部に形成された内部配線層１０を介することなく電気的に接続されている。
【００２０】
また、絶縁基板１内部には、内部配線層１０と配線層２または配線層８と電気的に接続されたスルーホール導体９ｂも形成されている。
【００２１】
（スルーホール導体）本発明によれば、上記スルーホール導体９ａをタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を３０〜８０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属、またはその化合物を０．０４〜５体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を３５〜６０体積％の割合で含有する導体によって形成することが重要である。
【００２２】
上記のスルーホール導体９ａの組成を上記のように限定したのは、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方が３０体積％よりも少ないと電気抵抗が上昇しパッケージとして不適当であり、８０体積％よりも多いと絶縁基板との焼成収縮挙動が合わず、緻密化不足となるためである。タングステンおよび／またはモリブデンは特に５０〜７０体積％の割合が望ましい。
【００２３】
また、上記スルーホール導体９ａを構成する導体中のうち、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属、またはその化合物もスルーホール導体の焼結を促進する焼結助剤として作用するものであり、導体の緻密化を促進し導体中のＷやＭｏの金属粒子同士を前記助剤を介して強固に焼結させて結合することができる。従って、上記金属の含有量が０．０４体積％よりも少ないと緻密化が十分にできず、５体積％よりも多いと導体が焼結過剰となり絶縁基板との収縮挙動が一致せず、絶縁基板との界面で剥離が発生し、気密のリークが発生する。
【００２４】
なお、上記Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属は、金属の他、酸化物などの化合物として存在していてもよく、場合によっては前記ＷやＭｏと合金化していてもよい。特に、周囲に影響を与えない点では酸化物の状態で存在することが好ましく、上記の金属の中でもＣｏおよびその化合物が最も望ましい。
【００２５】
上記スルーホール導体成分のうち、前記窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分は、スルーホール導体９ａと窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板１との同時焼結性を向上させるとともに、スルーホール導体の緻密性を高めるためのものであり、上記セラミック成分量が３５体積％よりも少ないと、焼結が不十分となり、絶縁基板との密着性およびパッケージとしての気密性を損ねるためであり、６０体積％を超える
とスルーホール導体９ａの電気抵抗が大きくなり配線層間を接続する導体として不適当となるためである。
【００２６】
なお、上記セラミック成分としては、窒化アルミニウム、あるいは窒化アルミニウムと希土類元素酸化物やアルカリ土類金属酸化物などの焼結助剤成分を含むものであり、とりわけ、絶縁基板を構成する成分と同様な組成物からなることが望ましい。
【００２７】
更に、上記のスルーホール導体９ａにおけるスルーホール内への導体の充填率が、８５％以上、特に９０％以上であることが、パッケージとしての気密性を保つとともに、高い導電率を達成する上で望ましい。この充填率は、スルーホール導体の断面写真からの導体の占める面積比率によって求められる。
【００２８】
上記半導体素子収納用パッケージにおいて、配線層２、配線層８、内部配線層１０、およびスルーホール導体９ｂは、前記スルーホール導体９ａと同様な導体によっても形成できるが、特に、配線層２、８は、導電性がある程度高いものであれば、必ずしもスルーホール導体９ａに要求される程度の緻密性が要求されない。
【００２９】
従って、このような配線層２、８を形成する導体としては、タングステンおよびモリブデンの少なくとも一方を５０〜９０体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を２〜３０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄのうちの少なくとも１種を０．０２〜１０体積％の割合で含有する導体からなることが望ましい。この配線層２、８のシート抵抗は、３０ｍΩ／□以下であることが望ましい。
【００３０】
（絶縁基板）
一方、絶縁基板１は、窒化アルミニウムを主成分とするものであるが、焼結助剤成分として、少なくとも希土類元素およびアルカリ土類金属を酸化物換算による合計で０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で含有することが望ましい。
【００３１】
これは、絶縁基板の１７００℃以下での焼結性を高めるとともに高熱伝導性を達成するためのものであり、上記含有量が０．５重量％よりも少ないと、１７００℃以下の低温で緻密化できず、熱伝導率も大幅に低下し、２０重量％を越えると熱伝導率が低下するとともに表面にシミ状の結晶が多発し外観不良となるためである。
【００３２】
また、希土類元素（ＲＥ）の酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）換算量とアルカリ土類金属（Ｒ）の酸化物（ＲＯ）換算量とは、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 で表される重量比率が０．２〜０．５、特に０．２５〜０．４を満足する割合であることが低温焼結性を高めるとともに、焼結体の耐薬品性を高める上で望ましい。これは、上記比率が０．２よりも小さいと、１７００℃以下での低温で焼結することが難しく、０．５よりも大きいと耐薬品性が劣化し、パッケージ製造工程または使用時に薬品または水分によって腐食するなどの不具合が生じるためである。
【００３３】
前記希土類元素は酸化物として存在すると、窒化アルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成することにより焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡＰ、ＹＡＭなどの結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高熱伝導化を図る作用をなすもので、好適な希土類元素としては、Ｙ2 Ｏ3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｌｕ2 Ｏ3 の群から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、これらの中でも耐薬品性の点でＥｒ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 のうちの少なくとも１種が望ましい。
【００３４】
また、アルカリ土類金属も酸化物として存在すると、窒化アルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、希土類元素に比べてより低温で液相を生成し、焼結を促進する上、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相（アルミネート）を生成し、焼結体を構成する窒化アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高熱伝導化を図る作用をなし、具体的には、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等が挙げられ、これらの中でも耐薬品性に優れる点からＳｒＯ、ＣａＯが望ましい。
【００３５】
また、本発明の窒化アルミニウム質焼結体中には、Ｓｉを酸化物（ＳｉＯ2 ）換算で０．０１〜３．０重量％、特に０．１〜２．０重量％の割合で含むことが低温で液相を生成して低温焼結性を高める上で望ましく、この量が０．０１重量％よりも少ないと焼結性を高める作用が小さく、３．０重量％を越えると、熱伝導性が低下するためである。
【００３６】
さらに、焼結体中には、不純物酸素、即ち、焼結体中の全酸素量から、希土類元素、アルカリ土類元素およびＳｉに対して酸化物として化学量論的に結合する酸素を除いた残りの酸素量がＡｌ2 Ｏ3 換算で２〜４．５重量％であることが望ましい。この不純物酸素は、Ａｌ2 Ｏ3 として希土類元素をアルミネート化して、耐薬品性を高める作用をする。この不純物酸素量が２重量％よりも少ないと耐薬品性の向上効果が小さく、４．５重量％よりも多いと、熱伝導性を低下させるためである。
【００３７】
また、本発明における窒化アルミニウム質焼結体は、組織上、窒化アルミニウム粒子を主とするものであり、かかる窒化アルミニウム粒子は、平均粒径１〜３μｍの大きさで存在する。また、窒化アルミニウム粒子の粒界には、ＹＡＧ、ＹＡＰ、ＹＡＭなどの希土類元素（ＲＥ）含有酸化物結晶相を含みうるが、特にＹＡＧ型結晶相を主として含み、さらに副結晶相として、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相を含むことが望ましい。ＹＡＧ型結晶相とは、一般化学式Ａｌ5 ＲＥ3 Ｏ12で表される希土類元素酸化物とアルミナとの複合酸化物結晶である。
【００３８】
また、アルカリ土類金属（Ｒ）酸化物−アルミナ系結晶相としては、ＲＡｌ2 Ｏ4 、ＲＡｌ4 Ｏ7 で表される結晶相が挙げられる。さらに、これらの窒化アルミニウム粒子、粒界中の各結晶相間には、少なくともＡｌ、酸素を含有する非晶質相が存在し、この非晶質相中には、Ｓｉが含まれていてもよい。
【００３９】
本発明の窒化アルミニウム質焼結体からなる絶縁基板１は、上記の構成によって、後述する実施例からも明らかなように、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有する。
【００４０】
（製造方法）
次に、本発明の半導体素子収納用パッケージの製造方法の一例について説明する。まず、窒化アルミニウム原料粉末を準備する。この原料粉末は、直接窒化法、あるいは還元窒化法によって作製されたものであり、特に、低温焼結性を高める上で還元窒化法の原料であることが望ましい。また、窒化アルミニウム原料粉末は、平均粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％のものが望ましい。
【００４１】
次に、上記窒化アルミニウム原料粉末に対して、前述したような希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で添加する。その時、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比率が０．２〜０．５を満足するように添加混合する。
【００４２】
また、上記に加え、ＳｉＯ2 粉末を０．０１〜３．０重量％、Ａｌ2 Ｏ3 を２〜４．５重量％の割合で添加する。この時のＡｌ2 Ｏ3 量は、窒化アルミニウム原料粉末中に含まれる酸素量をＡｌ2 Ｏ3 換算したものも含める。
【００４３】
次に、各成分を上記のような比率で配合した混合物に、適宜、アクリル系、ブチラール系等の有機バインダーと、イソプロピルアルコール、トルエン等の溶媒を添加混合して成形用原料を調製する。この成形用原料を用いて、所望の成形手段、例えば、ドクターブレード法、圧延法などのシート成形法、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出成形等により成形してグリーンシートを作製する。
【００４４】
得られたグリーンシートに対して、適宜、パンチング、マイクロドリル、レーザー加工などによって焼成後の孔径が５０〜３００μｍとなるように収縮量を勘案してスルーホールを形成する。
【００４５】
次に、配線層およびスルーホール導体を形成するための導体ペーストを調製する。まず、スルーホール導体用導体として、平均粒径が０．５〜５μｍのタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方からなる粉末を３０〜８０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属粉末、または酸化物粉末などの化合物粉末を０．０２〜１０体積％、窒化アルミニウムを主体とするセラミック成分粉末を１９〜６０体積％の割合で混合して導体成分を調製し、さらにこの導体成分に対して、アクリル樹脂、エチルセルロース、ニトロセルロース等の公知のバインダーや、ジブチルフタレートなどの公知の可塑剤、その他、消泡剤、界面活性剤等を溶剤ともども適宜添加して混合して導体ペーストを調製する。
【００４６】
そして、この導体ペーストを前記グリーンシートに加工したスルーホール内にスクリーン印刷法などによって充填する。
【００４７】
また、配線層用の導体ペーストとして、平均粒径が０．５〜５μｍのタングステンおよびモリブデンの少なくとも一方からなる粉末を５０〜９０体積％、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック成分を２〜３０体積％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄのうちの少なくとも１種の金属粉末、または酸化物粉末などの化合物粉末を０．０２〜１０体積％の割合で混合して導体成分を調製し、さらにこの導体成分に対して、上記と同様のバインダーや、可塑剤、その他、消泡剤、界面活性剤等を溶剤ともども適宜添加して混合して配線層用の導体ペーストを調製する。そして、この配線層用導体ペーストをスクリーン印刷法などによって印刷塗布する。
【００４８】
その後、上記のようにスルーホール導体用導体ペーストおよび配線層用導体ペーストが印刷された複数のグリーンシートを積層一体化した後、この積層体を非酸化性雰囲気もしくは還元雰囲気中にて１７００℃以下、特に１５５０〜１７００℃の温度で焼成する。雰囲気としては、窒素中の他、水素＋窒素混合雰囲気中で焼成する。この焼成によって、絶縁基板と配線層およびスルーホール導体とを同時に焼成することができる。
【００４９】
その後、基板表面の配線層や接続端子が取り付けられる配線層の表面には、耐食性を向上させたり、ロウ材やハンダの濡れ性を向上させて接合強度を高めるために、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の良導電性金属を電解メッキ、無電解メッキ等の手段により０．１〜１０μｍの厚さで被覆することにより、パッケージ用の配線基板を作製することができる。
【００５０】
そして、この基板の裏面の配線層に適宜リードピン、半田ボールなどの接続端子を半田などによって接続し、さらに基板表面に半導体素子を実装した後、セラミックスまたは金属からなる蓋体を絶縁基板の表面に配線層と同様な導体からなる金属層を介して接合することにより、半導体素子を気密に封止した半導体装置を得ることができる。
【００５１】
【実施例】
還元窒化法によって作製された平均粒径１．３μｍ、不純物酸素量１．０重量％、陽イオン不純物量が４００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末に対して、純度９９．９％以上の各種希土類元素酸化物、アルカリ土類金属炭酸塩、ＳｉＯ2 粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末を用いて、各成分が表１に示す割合となるように添加混合した。この粉末に成形用バインダーとしてアクリル系バインダーとトルエンの有機溶媒と混練した後、ドクターブレード法によりグリーンシートを成形した。そして、このグリーンシートに焼成後の孔径が１００μｍとなるようなスルーホールをマイクロドリルによって５０個形成した。
【００５２】
また、平均粒径２μｍ、酸素含有量１．２重量％のタングステン（Ｗ）粉末、またはモリブデン（Ｍｏ）粉末と、前記絶縁基板と同一成分、同一組成のセラミック混合粉末と、平均粒径が１μｍのＦｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏの金属粉末を表２の割合で混合したものにバインダーとしてニトロセルロースを、溶媒としてジオクチルフタレートを加え、混練機で１０時間混練し、スルーホール導体用導体ペーストを作製し、このペーストを表１の種々のグリーンシートに対してスルーホール内にスクリーン印刷法によって充填した。
【００５３】
また、上記と同様な粉末を用いて、タングステン粉末を７０体積％、前記絶縁基板と同組成のセラミック成分を２５体積％、Ｃｏ酸化物粉末を５体積％の割合で混合したものに、バインダーとしてニトロセルロースを、溶媒としてジオクチルフタレートを加え、混練機で１０時間混練し、配線層用導体ペーストを作製し、このペーストをグリーンシートの表面にスクリーン印刷法によって回路パターンに印刷塗布した。
【００５４】
その後、それらのグリーンシートを３層積層後、弱酸化性雰囲気で５００℃で脱脂し、１６５０〜１７００℃還元雰囲気中で焼成を行い、パッケージ用基板を作製した。
【００５５】
各絶縁基板については、アルキメデス法に従い、相対密度を測定するとともに、ＪＩＳＲ１６１１に従いレーザーフラッシュ法によって試料厚さ３ｍｍで測定した後、これを補正した値を表１に示した。
【００５６】
得られたパッケージ用基板のスルーホール導体の走査型電子顕微鏡写真による断面写真から導体成分の面積比率を求めこれを充填率として表２に示した。また、パッケージ用基板に対して絶縁基板表面の配線層にＮｉメッキしロウ材でコバール製蓋体を封止して気密性の評価を行った。気密性の評価は、４気圧のＨｅガス中に上記パッケージを１時間保持した後、次にそのパッケージを真空中に保持し、雰囲気中へのＨｅ検出量によって評価した。また、このスルーホール導体の室温（２５℃）における電気抵抗を測定しその結果を表２に示した。
【００５７】
【表１】
0003739582.tif 000002
【００５８】
【表２】
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【００５９】
表１によれば、窒化アルミニウム質焼結体組成において、希土類元素およびアルカリ土類金属の酸化物換算による合計が０．５〜２０重量％、希土類元素（ＲＥ）の酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）換算量と、アルカリ土類金属（Ｒ）の酸化物（ＲＯ）換算量とのＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 で表される重量比率が０．２〜０．５、Ｓｉ量がＳｉＯ2 換算で０．０１〜３．０重量％、不純物酸素量がＡｌ2 Ｏ3 換算で２．０〜４．５重量％の試料Ｎo.Ｓ５〜Ｓ１３、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１８が１７００℃以下の温度で相対密度９５％以上に緻密化し、熱伝導率７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有するものであった。
【００６０】
また、表２の結果によれば、Ｆｅ、Ｎｉ、ＰｄおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種の金属の酸化物量が０．０４体積％よりも少ない試料Ｎo.Ｍ１及びNo.Ｍ２では焼結が不十分のため気密リークが発生し、５体積％よりも多い試料Ｎo.Ｍ１０及びＮo.Ｍ１１ではスルーホール導体と窒化アルミニウム質絶縁基板との収縮率が合わずスルーホール導体内に隙間ができ気密リークが発生した。また、試料Ｎo.Ｍ１６及びＮo.Ｍ１７のように、セラミック成分が３５体積％よりも少ない場合にもスルーホール導体内に隙間が生じ、気密リークが発生した。一方、セラミック成分量が６０体積％よりも多い試料Ｎo.Ｍ１９はスルーホール導体の抵抗が増大し、実用的でなかった。
【００６１】
それに対して、本発明の範囲内のものはいずれもＨｅリーク量が４．１×１０−８ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下と小さく、導体抵抗も８９ｍΩ以下と小さいものであった。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の半導体素子収納用パッケージは、高放熱性を有する窒化アルミニウム質焼結体を用いた絶縁基板と低い電気抵抗と緻密性を有する高い気密性を有するスルーホール導体を具備するために、パッケージとしての信頼性を高めることができる。
【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の一例を説明するための概略断面図を示す。
【符号の説明】
Ａ  半導体素子収納用パッケージ
１  絶縁基板
２，８  配線層
３  半導体素子
５  蓋体
７  キャビティ
９ａ、９ｂ  スルーホール導体
１０  内部配線層
【図１】
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