JP2003068951A - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子が作動時に発する熱を外部に効率よ
く放散することができず、半導体素子に熱破壊が発生す
る。 【解決手段】タングステンが４０乃至７０重量％、銅が
３０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの上下両面にタ
ングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重
量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造を有す
る基体１と、Ｌｉ ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有する屈服点
が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体
積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジマイト、
エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１種か
ら成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形
成体を焼成し、クオーツ、クリストバライト、トリジマ
イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
１種の結晶相を含有する焼結体から成る枠状絶縁体２
と、蓋体３とから成る半導体素子収納用パッケージ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＬＳＩ（大規模集積
回路素子）や光半導体素子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に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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は、上面に半導体素子が載置さ
れる載置部を有する銅−タングステン合金や銅−モリブ
デン合金等の金属材料からなる基体と、該基体の上面に
前記載置部を囲繞するようにして取着された酸化アルミ
ニウム質焼結体等の電気絶縁材料からなる枠状絶縁体
と、該枠状絶縁体の内周部から外周部にかけて被着導出
されているタングステン、モリブデン、マンガン等の高
融点金属からなる複数個の配線層と、前記枠状絶縁体の
上面に取着され、絶縁体の内側の穴を塞ぐ蓋体とから構
成されており、基体の半導体素子載置部に半導体素子を
接着剤を介して接着固定するとともに該半導体素子の各
電極をボンディングワイヤを介して枠状絶縁体に形成し
た配線層に電気的に接続し、しかる後、枠状絶縁体に蓋
体を該枠状絶縁体の内側の穴を塞ぐようにしてガラス、
樹脂、ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体
と枠状絶縁体と蓋体とからなる容器内部に半導体素子を
気密に収容することによって製品としての半導体装置と
なる。

【０００３】なお上述の半導体素子収納用パッケージに
おいては、半導体素子が載置される基体が銅−タングス
テン合金や銅−モリブデン合金等の金属材料で形成され
ており、該銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金
等は熱伝導率が約１８０Ｗ／ｍ・Ｋと高く熱伝導性に優
れていることから基体は半導体素子の作動時に発する熱
を良好に吸収するとともに大気中に良好に放散させるこ
とができ、これによって半導体素子を常に適温とし半導
体素子に熱破壊が発生したり、特性に熱劣化が発生した
りするのを有効に防止している。

【０００４】また上述の半導体素子収納用パッケージの
基体として使用されている銅−タングステン合金や銅−
モリブデン合金はタングステン粉末やモリブデン粉末を
焼成して焼結多孔体を得、次に前記焼結多孔体の空孔内
に溶融させることによって製作されており、例えば、タ
ングステンから成る焼結多孔体に銅を含浸させる場合は
焼結多孔体が７５乃至９０重量％、銅が１０乃至２５重
量％の範囲に、モリブデンから成る焼結多孔体に銅を含
浸させる場合は焼結多孔体が８０乃至９０重量％、銅が
１０乃至２０重量％の範囲となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体素子収納用パッケージにおいては、枠状絶縁
体を形成する酸化アルミニウム質焼結体の比誘電率が９
〜１０（室温、１ＭＨｚ）と高いことから枠状絶縁体に
設けた配線層を伝わる電気信号の伝搬速度が遅く、その
ため信号の高速伝搬を要求する半導体素子は収容が不可
となる欠点を有していた。

【０００６】またこの従来の半導体素子収納用パッケー
ジにおいては、枠状絶縁体に形成されている配線層はタ
ングステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属材料
により形成されており、該タングステン等はその比電気
抵抗が５．４μΩ・ｃｍ（２０℃）以上と高いことから
配線層に電気信号を伝搬させた場合、電気信号に大きな
減衰が生じ、電気信号を正確、かつ確実に伝搬させるこ
とができないという欠点も有していた。

【０００７】更にこの従来の半導体素子収納用パッケー
ジにおいては、銅−タングステン合金あるいは銅−モリ
ブデン合金から成る基体の熱伝導率は最大でも約１８０
Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、近時の高密度化、高集積化が大
きく進み、作動時に多量の熱を発する半導体素子を収容
した場合、半導体素子が作動時に発する熱は基体を介し
て外部に完全に放散させることができなくなり、その結
果、半導体素子が該素子自身の発する熱によって高温と
なり、半導体素子に熱破壊を招来させたり、特性にばら
つきを生じ安定に作動させることができないという欠点
も有していた。

【０００８】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は内部に高速駆動を行う半導体素子を収容
することができ、かつ収容する半導体素子を長期間にわ
たり正常、かつ安定に作動させることができる半導体素
子収納用パッケージを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上面に半導体
素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に
半導体素子載置部を囲繞するようにして取着され、半導
体素子の各電極が接続される配線層を有する枠状絶縁体
と、前記枠状絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を
気密に封止する蓋体とから成る半導体素子収納用パッケ
ージであって、前記枠状絶縁体はＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体から成り、かつ前記基体はタングステンと銅とから
成り、タングステンが４０乃至７０重量％、銅が３０乃
至６０重量％から成る中間層の上下両面にタングステン
が２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重量％から成
る上下層を配した３層構造を有していることを特徴とす
るものである。

【００１０】また本発明は、上面に半導体素子が載置さ
れる載置部を有する基体と、前記基体上に半導体素子載
置部を囲繞するようにして取着され、半導体素子の各電
極が接続される配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状
絶縁体上に取着され、枠状絶縁体の内側を気密に封止す
る蓋体とから成る半導体素子収納用パッケージであっ
て、前記枠状絶縁体はＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有す
る屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０
〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジ
マイト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくと
も１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合
で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバ
ライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステラ
イトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体から成
り、かつ前記基体はモリブデンと銅とから成り、モリブ
デンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６５重量％か
ら成る中間層の上下両面にモリブデンが２０乃至３０重
量％、銅が７０乃至８０重量％から成る上下層を配した
３層構造を有していることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の半導体素子収納用パッケージによ
れば、枠状絶縁体をＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有する
屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜
８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジマ
イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合で
含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバラ
イト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライ
トの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
し、かかる焼結体の比誘電率が約５（室温、１ＭＨｚ）
と低いことから枠状絶縁体に設けた配線層を伝わる電気
信号の伝搬速度を速いものとして信号の高速伝搬を要求
する半導体素子の収容が可能となる。

【００１２】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、枠状絶縁体を構成する焼結体の焼成温度が８
５０℃〜１１００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼
成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・
ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することが
でき、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、
電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を
正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。

【００１３】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、基体をタングステンが４０乃至７０重量％、
銅が３０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にタ
ングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重
量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデ
ンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６５重量％から
成る中間層の上下両面にモリブデンが２０乃至３０重量
％、銅が７０乃至８０重量％から成る上下層を配した３
層構造となしたことから基体の半導体素子載置部である
上層の熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと
し、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱
を発したとしてもその熱は基体の半導体素子載置部平面
方向に素早く広がらせるとともに基体の上層、中間層、
下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させること
ができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半
導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させるこ
とが可能となる。

【００１４】また更に本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、基体をタングステンが４０乃至７０重量
％、銅が３０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面
にタングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７
５重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリ
ブデンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６５重量％
から成る中間層の上下両面にモリブデンが２０乃至３０
重量％、銅が７０乃至８０重量％から成る上下層を配し
た３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層を線熱
膨張係数の大きい上下層で挟み込むことにより基体全体
の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８〜１２
ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その結果、基体
上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子が作動した
際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が作用したと
しても基体と枠状絶縁体との間には両者の線熱膨張係数
の相違に起因する大きな熱応力が発生することはなく、
これによって半導体素子を収納する空所の気密封止が常
に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に作動させる
ことが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に示す実
施例に基づき詳細に説明する。図１は本発明の半導体素
子収納用パッケージの一実施例を示す断面図であり、図
１において、１は基体、２は枠状絶縁体、３は蓋体であ
る。この基体１と枠状絶縁体２と蓋体３とにより内部に
半導体素子４を気密に収容する容器５が構成される。

【００１６】前記基体１はその上面に半導体素子４が載
置される載置部１ａを有するとともに上面外周部に該基
体１の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１
ａを囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラ
ス、樹脂等の接着剤を介して取着されている。

【００１７】前記基体１は半導体素子４を支持する支持
部材として作用するとともに半導体素子４が作動時に発
する熱を良好に吸収するとともに大気中に効率よく放散
させ、半導体素子４を常に適温とする作用をなし、枠状
絶縁体２に囲まれた基体１の載置部１ａ上に半導体素子
４がガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して固定され
る。

【００１８】なお前記基体１はタングステンと銅とから
成り、タングステン粉末を焼成して得られる焼結多孔体
の空孔内に溶融させた銅を含浸させることによって製作
されている。

【００１９】また前記基体１の上面外周部には該基体１
の上面に設けた半導体素子４が載置される載置部１ａを
囲繞するようにして枠状絶縁体２がロウ材やガラス、樹
脂等の接着剤を介して取着されており、基体１と枠状絶
縁体２とで半導体素子４を収容するための空所が内部に
形成される。

【００２０】前記基体１に取着される枠状絶縁体２はガ
ラス質の焼結体から成り、リチウム珪酸ガラスとクオー
ツ、クリストバライトなどのフィラー成分にアクリル樹
脂を主成分とするバインダー及び分散剤、可塑剤、有機
溶媒を加えて泥漿物を作るとともに該泥漿物をドクター
ブレード法やカレンダーロール法を採用することによっ
てグリーンシート（生シート）となし、しかる後、前記
グリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこ
れを複数枚積層し、約８５０℃〜１１００℃の温度で焼
成することによって製作される。

【００２１】また前記枠状絶縁体２はその内周部から上
部にかけて導出する複数の配線層６が被着形成されてお
り、枠状絶縁体２の内周部に露出する配線層６の一端に
は半導体素子４の各電極がボンディングワイヤ７を介し
て電気的に接続され、また枠状絶縁体２の上面に導出さ
れた部位には外部電気回路と接続される外部リードピン
８が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されてい
る。

【００２２】前記配線層６は半導体素子４の各電極を外
部電気回路に接続する際の導電路として作用し、銅、
銀、金等の金属粉末により形成されている。

【００２３】前記配線層６は銅、銀、金等の金属粉末に
適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得られた
金属ペーストを枠状絶縁体２となるグリーンシートに予
め従来周知のスクリーン印刷法等の印刷法を用いること
により所定パターンに印刷塗布しておくことによって枠
状絶縁体２の内周部から上面にかけて被着形成される。

【００２４】なお、前記配線層６は銅や銀からなる場
合、その露出表面に耐蝕性に優れる金属をメッキ法によ
り１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線層
６の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配
線層６とボンディングワイヤ７との接続及び配線層６へ
の外部リードピン８の取着を強固となすことができる。
従って、前記配線層６は銅や銀からなる場合、配線層６
の酸化腐蝕を防止し、配線層６とボンディングワイヤ７
及び外部リードピン８との取着を強固とするには配線層
６の露出表面に金等の耐蝕性に優れる金属を１μｍ〜２
０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２５】また前記枠状絶縁体２に被着した配線層６
にロウ付けされる外部リードピン８は鉄−ニッケル−コ
バルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、
半導体素子４の各電極を外部電気回路に電気的に接続す
る作用をなす。

【００２６】前記外部リードピン８は、例えば、鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等の金属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、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。

【００２７】本発明においては、枠状絶縁体２をＬｉ₂
Ｏ₃を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜８００℃
のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、クオー
ツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイ
ト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフィラ
ー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼成し
て得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマイ
ト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも１
種の結晶相を含有する焼結体で形成しておくことが重要
である。

【００２８】前記枠状絶縁体２をＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼
結体で形成しておくと、枠状絶縁体２の比誘電率が約５
（室温、１ＭＨｚ）と低い値になり、その結果、枠状絶
縁体２に設けた配線層６を伝わる電気信号の伝搬速度を
速いものとして信号の高速伝搬を要求する半導体素子の
収容が可能となる。

【００２９】また上述の焼結体はその焼成温度が８５０
〜１１００℃と低いことから枠状絶縁体２と同時焼成に
より形成される配線層６を比抵抗が２．５Ω・ｃｍ（２
０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することができ、そ
の結果、配線層６に電気信号を伝搬させた場合、電気信
号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を正確か
つ確実に伝搬させることが可能となる。

【００３０】前記枠状絶縁体２はＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重
量％含有する屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガ
ラスを２０〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の少なくとも１種から成るフィラー成分を２０〜８０体
積％の割合で含む形成体を８５０〜１１００℃の温度で
焼成し、フィラー成分であるクオーツ、クリストバライ
ト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステライト
の結晶相をそのまま生成させる、或いはリチウム珪酸ガ
ラスのシリカとフォルステライトとを反応させてエンス
タタイトの結晶相を生成させた焼結体となすことによっ
て製作される。

【００３１】なお、前記枠状絶縁体２を形成する焼結体
は、リチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％、フィラー
成分を２０〜８０体積％の割合とするのは、リチウム珪
酸ガラスの量が２０体積％より少ない、言い換えればフ
ィラー成分が８０体積％より多いと液相焼結することが
できずに高温で焼成する必要があり、その場合、配線層
６を銅や銀、金等の融点が低い金属材料で形成しようと
してもかかる金属材料は融点が低いことから焼成時に溶
融してしまって配線層６を枠状絶縁体２と同時焼成によ
り形成することができなくなり、またリチウム珪酸ガラ
スの量が８０体積％を超える、言い換えればフィラー成
分が８０体積％より少ないと焼結体の特性がリチウム珪
酸ガラスの特性に大きく依存し、材料特性の制御が困難
となるとともに焼結開始温度が低くなるため配線層６と
の同時焼成が困難となってしまうためである。

【００３２】また前記枠状絶縁体２に使用するＬｉ₂Ｏ₃
を５〜３０重量％、好適には５〜２０重量％の割合で含
有するリチウム珪酸ガラスを用いることが重要であり、
このようなリチウム珪酸ガラスを用いることによりリチ
ウム珪酸を析出させることができる。なおＬｉ₂Ｏ₃をの
含有量が５重量％より少ないと、焼結時にリチウム珪酸
の結晶の生成量が少なくなって高強度化が達成できず、
３０重量％より多いと誘電正接が１００×１０^-4を超え
るため配線基板用の枠状絶縁体２としての特性が劣化す
る。

【００３３】また、この焼結体中にはＰｂを実質的に含
まないことが望ましい。これは、Ｐｂが毒性を有するた
め、Ｐｂを含有すると製造工程中での被毒を防止するた
めの格別な装置及び管理を必要とするために焼結体を安
価に製造することができないためである。なお、Ｐｂが
不純物として不可避的に混入する場合を考慮すると、Ｐ
ｂの量は０．０５重量％以下であることが望ましい。

【００３４】更に前記焼結体の屈伏点が４００〜８００
℃、特に４００〜６５０℃であることも、リチウム珪酸
ガラス及びフィラー成分から成る混合物を形成する場合
に添加する有機バインダー、溶剤の焼成時における効率
的な除去及び枠状絶縁体２と同時に焼成される配線層６
との焼成条件のマッチングを図るために重要である。屈
伏点が４００℃より低いとリチウム珪酸ガラスが低い温
度で焼結を開始するために、例えば、銅や銀等の焼結開
始温度が６００〜８００℃の金属材料を用いた配線層６
との同時焼成ができず、また成形体の緻密化が低温で開
始するために有機バインダー、溶媒が分解揮散できなく
なって、焼結体中に残留し、焼結体の特性に悪影響を及
ぼす結果になるためである。一方、屈伏点が８００℃よ
り高いと、リチウム珪酸ガラスを多くしないと焼結しに
くくなるためであり、高価なリチウム珪酸ガラスを大量
に必要とするために焼結体のコストを高めることにもな
るためである。上記特性を満足するリチウム珪酸ガラス
としては、例えば、ＳｉＯ ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｏ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂−
Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｎａ₂Ｏ−Ｆ、ＳｉＯ₂−
Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ−Ｎａ₂Ｏ−ＺｎＯ、Ｓｉ
Ｏ₂−Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂−Ｌ
ｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｐ₂Ｏ₅−ＺｎＯ−Ｎａ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂−Ｌｉ ₂Ｏ−ＭｇＯ、ＳｉＯ₂−Ｌｉ₂Ｏ−ＺｎＯ
等の組成物が挙げられ、このうち、ＳｉＯ₂はリチウム
珪酸を形成するために必須の成分であり、ガラス全量中
６０〜８５重量％の割合で存在し、ＳｉＯ₂とＬｉ₂Ｏと
の合量がガラス全量中６５〜９５重量％であることがリ
チウム珪酸結晶を析出させるうえで望ましい。

【００３５】一方、フィラー成分としては、クオーツ、
クリストバライト、トリジマイト、エンスタタイト、フ
ォルステライトの少なくとも１種を２０〜８０体積％、
特に３０〜７０体積％の割合で配合することが望まし
い。このようなフィラー成分の組み合わせにより焼結体
の焼結を促進することができ、中でもクオーツ／フォル
ステライト比が０．４２７以上であれば、比誘電率が高
いフォルステライトを焼結中に比誘電率の低いエンスタ
タイトに変えることができる。

【００３６】上記のリチウム珪酸ガラス及びフィラー成
分は、リチウム珪酸ガラスの屈伏点に応じ、その量を適
宜調整することが望ましい。即ち、リチウム珪酸ガラス
の屈伏点が４００〜６００℃と低い場合、低温での焼結
性が高まるためフィラー成分の含有量は５０〜８０体積
％と比較的多く配合できる。これに対して、リチウム珪
酸ガラスの屈伏点が６５０〜８００℃と高い場合、焼結
性が低下するためフィラー成分の含有量は２０〜５０体
積％と比較的少なく配合することが望ましい。このリチ
ウム珪酸ガラスの屈伏点は配線層６の焼成条件に合わせ
て制御することが望ましい。

【００３７】更にリチウム珪酸ガラスは、フィラー成分
が無添加では収縮開始温度は７００℃以下で、８５０℃
以上では溶融してしまい、配線層６を枠状絶縁体２に同
時焼成により被着形成することができない。しかし、フ
ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で混合しておく
と、焼成温度を上昇させ、結晶の析出とフィラー成分を
液相焼結させるための液相を形成させることができる。
このフィラー成分の含有量の調整により枠状絶縁体２と
配線層６との同時焼成条件をマッチングさせることがで
きる。更に、原料コストを下げるために高価なリチウム
珪酸ガラスの含有量を減少させることができる。

【００３８】例えば、配線層６として銅を主成分とする
金属材料により構成する場合、配線層６の焼成は６００
〜１１００℃で行われるため、同時焼成を行うには、リ
チウム珪酸ガラスの屈伏点は４００〜６５０℃で、フィ
ラー成分の含有量は５０〜８０体積％であるのが好まし
い。また、このように高価なリチウム珪酸ガラスの配合
量を低減することにより焼結体のコストも低減できる。

【００３９】このリチウム珪酸ガラスとフィラー成分と
の混合物は、適当な成形用の有機バインダー、溶剤等を
添加した後、所望の成形手段、例えばドクターブレード
法、圧延法、金型プレス法等によりシート状等の任意の
形状に成形後、焼成する。

【００４０】焼成に当たっては、まず、成形のために添
加した有機バインダー、溶剤成分を除去する。有機バイ
ンダー、溶剤成分の除去は通常７００℃前後の大気雰囲
気中で行われるが、配線層６として銅を用いる場合に
は、水蒸気を含有する１００〜７００℃の窒素雰囲気中
で行われる。この時、成形体の収縮開始温度は７００〜
８５０℃程度であることが望ましく、かかる収縮開始温
度がこれより低いと有機バインダー、溶剤成分の除去が
困難となるため、成形体中のリチウム珪酸ガラスの特
性、特に屈伏点を前述したように制御することが必要と
なる。

【００４１】焼成は８５０〜１１００℃の酸化雰囲気中
で、あるいは配線層６と同時焼成する場合には非酸化性
雰囲気中で行われ、これにより相対密度９０％以上まで
緻密化される。この時の焼成温度が８５０℃より低いと
緻密化することができず、一方１１００℃を超えると配
線層６との同時焼成で配線層６が溶融してしまう。な
お、配線層６として銅を用いる場合には、８５０〜１０
５０℃の非酸化性雰囲気で行われる。

【００４２】また本発明においては、前記基体１をタン
グステンが４０乃至７０重量％、銅が３０乃至６０重量
％から成る中間層１ｃの上下両面にタングステンが２５
乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重量％から成る上下
層１ｂ、１ｄを配した３層構造としておくことが重要で
ある。

【００４３】前記基体１をタングステンが４０乃至７０
重量％、銅が３０乃至６０重量％から成る中間層１ｃの
上下両面にタングステンが２５乃至３５重量％、銅が６
５乃至７５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３
層構造としたことから基体１の半導体素子載置部１ａで
ある上層１ｂの熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い
ものとし、基体１上に載置される半導体素子４が作動時
に多量の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素
子載置部１ａ平面方向に素早く広がらせるとともに基体
１の上層１ｂ、中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部
に効率よく確実に放散させることができ、これによって
半導体素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間
にわたり安定かつ正常に作動させることが可能となる。

【００４４】また前記基体１はタングステンが４０乃至
７０重量％、銅が３０乃至６０重量％から成る中間層１
ｃの上下両面にタングステンが２５乃至３５重量％、銅
が６５乃至７５重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配し
た３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層１ｃを
線熱膨張係数の大きい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体
１全体の線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数
（８〜１２ｐｐｍ／℃）に近似させたことから、基体１
上に枠状絶縁体２を取着させる際や半導体素子４が作動
した際において基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用
したとしても基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線
熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生するこ
とはなく、これによって半導体素子４を収納する空所の
気密封止が常に完全となり、半導体素子４を安定かつ正
常に作動させることが可能となる。

【００４５】なお前記基体１はその中間層１ｃのタング
ステンの量が４０重量％未満の場合、或いは７０重量％
を超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の
線熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その
結果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくこ
とができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間
層１ｃはそれを形成するタングステンの量は４０乃至７
０重量％の範囲に特定される。

【００４６】また前記上下層１ｂ、１ｄのタングステン
の量が２５重量％未満となると、言い換えれば銅が７５
重量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体
２の線熱膨張係数に対して大きく相違して基体１に枠状
絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなって
しまい、またタングステンの量が３５重量％を超える
と、言い換えれば銅が６５重量％未満となると上下層１
ｂ、１ｄの熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いもの
と成すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱
を発した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放
散させることができなくなり、その結果、半導体素子４
を高温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、
特性にばらつきが生じ安定に作動させることができなく
なってしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄ
はタングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７
５重量％に特定される。

【００４７】更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚
みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間
に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生
する応力が相殺されて基体１の平坦度が良好となり、そ
の結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合させ
ることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実な
ものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作動
信頼性を安定、確実なものと成すことができる。

【００４８】また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１
ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１
ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲とし
ておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより
良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、
１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、
０．５Ｙ＞Ｘとなると３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導
率である上下層１ｂ、１ｄが薄くなり半導体素子４の発
する熱を外部に効率よく放散することができなくなる危
険性があり、Ｙ＜Ｘとなると線熱膨張係数の大きな上下
層の基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線
熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似さ
せることが困難となる危険性があることから、前記上下
層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１
ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．
５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲が望ましい。

【００４９】なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃ
となる所定量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸
させた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定
量のタングステン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定
厚みの板体とを準備し、前記中間層１ｃとなる板体の上
下を上下層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度
（１０８３℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もし
くは中性、還元雰囲気中で加圧しながら積層することに
よって製作される。

【００５０】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジによれば、基体１の半導体素子載置部１ａ上に半導体
素子４をガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤を介して接着
固定するとともに該半導体素子４の各電極をボンディン
グワイヤ７を介して所定の配線層６に接続させ、しかる
後、前記枠状絶縁体２の上面に蓋体３をガラス、樹脂、
ロウ材等から成る封止材を介して接合させ、基体１、枠
状絶縁体２及び蓋体３とから成る容器５内部に半導体素
子４を気密に収容することによって製品としての半導体
装置となる。

【００５１】次に本発明の他の実施例について説明す
る。

【００５２】上述の半導体素子収納用パッケージでは基
体１をタングステンが４０乃至７０重量％、銅が３０乃
至６０重量％から成る中間層１ｂの上下両面にタングス
テンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重量％か
ら成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としたが、こ
れをモリブデンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６
５重量％から成る中間層１ｃの上下両面にモリブデンが
２０乃至３０重量％、銅が７０乃至８０重量％から成る
上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造としてもよい。

【００５３】前記基体１をモリブデンが３５乃至７０重
量％、銅が３０乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上
下両面にモリブデンが２０乃至３０重量％、銅が７０乃
至８０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構
造とした場合、基体１の半導体素子載置部１ａである上
層１ｂの熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと
し、基体１上に載置される半導体素子４が作動時に多量
の熱を発したとしてもその熱は基体１の半導体素子載置
部１ａ平面方向に素早く広がらせるとともに基体１の上
層１ｂ、中間層１ｃ、下層１ｄを順次介して外部に効率
よく確実に放散させることができ、これによって半導体
素子４は常に適温となり、半導体素子４を長期間にわた
り安定かつ正常に作動させることが可能となる。

【００５４】また前記モリブデンが３５乃至７０重量
％、銅が３０乃至６５重量％から成る中間層１ｃの上下
両面にモリブデンが２０乃至３０重量％、銅が７０乃至
８０重量％から成る上下層１ｂ、１ｄを配した３層構造
の基体１は線熱膨張係数が小さい中間層１ｃを線熱膨張
係数の大きい上下層１ｂ、１ｄで挟み込み基体１全体の
線熱膨張係数を枠状絶縁体２の線熱膨張係数（８〜１２
ｐｐｍ／℃）に近似させたことから基体１上に枠状絶縁
体２を取着させる際や半導体素子４が作動した際におい
て基体１と枠状絶縁体２の両者に熱が作用したとしても
基体１と枠状絶縁体２との間には両者の線熱膨張係数の
相違に起因する大きな熱応力が発生することはなく、こ
れによって半導体素子４を収納する空所の気密封止が常
に完全となり、半導体素子４を安定かつ正常に作動させ
ることが可能となる。

【００５５】なお前記基体１はその中間層１ｃのモリブ
デンの量が３５重量％未満の場合、或いは７０重量％を
超えた場合、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２の線
熱膨張係数に対して大きく相違することとなり、その結
果、基体１に枠状絶縁体２を強固に取着させておくこと
ができなくなってしまう。従って、前記基体１の中間層
１ｃはそれを形成するモリブデンの量は３５乃至７０重
量％の範囲に特定される。

【００５６】また前記上下層１ｂ、１ｄのモリブデンの
量が２０重量％未満となると、言い換えれば銅が８０重
量％を超えると、基体１の線熱膨張係数が枠状絶縁体２
の線熱膨張係数に対して大きく相違して、基体１に枠状
絶縁体２を強固に取着させておくことができなくなって
しまい、またモリブデンの量が３０重量％を超えると、
言い換えれば銅が７０重量％未満となると上下層１ｂ、
１ｄの熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと成
すことができず、半導体素子４が作動時に多量の熱を発
した場合、その熱を基体１を介して外部に完全に放散さ
せることができなくなり、その結果、半導体素子４を高
温として、半導体素子４に熱破壊を招来させたり、特性
にばらつきが生じ安定に作動させることができなくなっ
てしまう。従って、前記基体１の上下層１ｂ、１ｄはモ
リブデンが２０乃至３０重量％、銅が７０乃至８０重量
％に特定される。

【００５７】更に前記上下層１ｂ、１ｄはその組成、厚
みを略同一に形成しておくと上層１ｂと中間層１ｃの間
に発生する応力と、下層１ｄと中間層１ｃとの間に発生
する応力が相殺されて、基体１の平坦度が良好となり、
その結果、基体１に枠状絶縁体２を極めて強固に接合さ
せることができ、容器５の気密封止の信頼性をより確実
なものとして、容器５内部に収納する半導体素子４の作
動信頼性を安定、確実なものと成すことができる。

【００５８】また更に前記上下層１ｂ、１ｄと中間層１
ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１ｄの厚みをＸ、中間層１
ｃの厚みをＹとした場合、０．５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲とし
ておくと基体１を介して半導体素子４の発する熱をより
良好に外部に放散することができる。前記上下層１ｂ、
１ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、
０．５Ｙ＞Ｘとなると３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導
率である上下層１ｂ、１ｄが薄くなり半導体素子４の発
する熱を外部に効率よく放散することができなくなる危
険性があり、Ｙ＜Ｘとなると線熱膨張係数の大きな上下
層の基体１全体に及ぼす影響が大きくなり、基体１の線
熱膨張係数を前記枠状絶縁体２の線熱膨張係数と近似さ
せることが困難となる危険性があることから、前記上下
層１ｂ、１ｄと中間層１ｃの厚みは前記上下層１ｂ、１
ｄの厚みをＸ、中間層１ｃの厚みをＹとした場合、０．
５Ｙ≦Ｘ≦Ｙの範囲が望ましい。

【００５９】なお前記３層構造の基体１は、中間層１ｃ
となる所定量のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸さ
せた所定厚みの板体と、上下層１ｂ、１ｄとなる所定量
のモリブデン焼結体に所定量の銅を含浸させた所定厚み
の板体とを準備し、前記中間層となる板体の上下を上下
層となる板体で挟み込んだ後、銅の溶融温度（１０８３
℃）より２０℃程度高い温度にて真空中もしくは中性、
還元雰囲気中で加圧しながら積層することによって製作
される。

【００６０】また、本発明は上述の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あれば
種々の変更は可能である。

【００６１】

【発明の効果】本発明の半導体素子収納用パッケージに
よれば、枠状絶縁体をＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有す
る屈服点が４０〜８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０
〜８０体積％と、クオーツ、クリストバライト、トリジ
マイト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくと
も１種から成るフィラー成分を２０〜８０体積％の割合
で含む形成体を焼成して得られたクオーツ、クリストバ
ライト、トリジマイト、エンスタタイト、フォルステラ
イトの少なくとも１種の結晶相を含有する焼結体で形成
し、かかる焼結体の比誘電率が約５（室温、１ＭＨｚ）
と低いことから枠状絶縁体に設けた配線層を伝わる電気
信号の伝搬速度を速いものとして信号の高速伝搬を要求
する半導体素子の収容が可能となる。

【００６２】また本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、枠状絶縁体を構成する焼結体の焼成温度が８
５０℃〜１１００℃と低いことから枠状絶縁体と同時焼
成により形成される配線層を比電気抵抗が２．５μΩ・
ｃｍ（２０℃）以下と低い銅や銀、金で形成することが
でき、その結果、配線層に電気信号を伝搬させた場合、
電気信号に大きな減衰が生じることはなく、電気信号を
正確、かつ確実に伝搬させることが可能となる。

【００６３】更に本発明の半導体素子収納用パッケージ
によれば、基体をタングステンが４０乃至７０重量％、
銅が３０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面にタ
ングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７５重
量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリブデ
ンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６５重量％から
成る中間層の上下両面にモリブデンが２０乃至３０重量
％、銅が７０乃至８０重量％から成る上下層を配した３
層構造となしたことから基体の半導体素子載置部である
上層の熱伝導率を３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高いものと
し、基体上に載置される半導体素子が作動時に多量の熱
を発したとしてもその熱は基体の半導体素子載置部平面
方向に素早く広がらせるとともに基体の上層、中間層、
下層を順次介して外部に効率よく確実に放散させること
ができ、これによって半導体素子は常に適温となり、半
導体素子を長期間にわたり安定かつ正常に作動させるこ
とが可能となる。

【００６４】また更に本発明の半導体素子収納用パッケ
ージによれば、基体をタングステンが４０乃至７０重量
％、銅が３０乃至６０重量％から成る中間層の上下両面
にタングステンが２５乃至３５重量％、銅が６５乃至７
５重量％から成る上下層を配した３層構造、またはモリ
ブデンが３５乃至７０重量％、銅が３０乃至６５重量％
から成る中間層の上下両面にモリブデンが２０乃至３０
重量％、銅が７０乃至８０重量％から成る上下層を配し
た３層構造となし、線熱膨張係数が小さい中間層を線熱
膨張係数の大きい上下層で挟み込むことにより基体全体
の線熱膨張係数を枠状絶縁体の線熱膨張係数（８ｐｐｍ
／℃〜１２ｐｐｍ／℃）に近似させることができ、その
結果、基体上に枠状絶縁体を取着させる際や半導体素子
が作動した際等において基体と枠状絶縁体の両者に熱が
作用したとしても基体と枠状絶縁体との間には両者の線
熱膨張係数の相違に起因する大きな熱応力が発生するこ
とはなく、これによって半導体素子を収納する空所の気
密封止が常に完全となり、半導体素子を安定かつ正常に
作動させることが可能となる。

【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の一実施
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・基体 １ａ・・・・載置部 １ｂ・・・・上層 １ｃ・・・・中間層 １ｄ・・・・下層 ２・・・・・枠状絶縁体 ３・・・・・蓋体 ４・・・・・半導体素子 ５・・・・・容器 ６・・・・・配線層 ７・・・・・ボンディングワイヤ ８・・・・・外部リードピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に半導体素子が載置される載置部を有
   する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞する
   ようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される
   配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着
   され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成
   る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁
   体はＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜
   ８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
   クオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタ
   タイト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフ
   ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼
   成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマ
   イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
   １種の結晶相を含有する焼結体から成り、かつ前記基体
   はタングステンと銅とから成り、タングステンが４０乃
   至７０重量％、銅が３０乃至６０重量％から成る中間層
   の上下両面にタングステンが２５乃至３５重量％、銅が
   ６５乃至７５重量％から成る上下層を配した３層構造を
   有していることを特徴とする半導体素子収納用パッケー
   ジ。
2. 【請求項２】上面に半導体素子が載置される載置部を有
   する基体と、前記基体上に半導体素子載置部を囲繞する
   ようにして取着され、半導体素子の各電極が接続される
   配線層を有する枠状絶縁体と、前記枠状絶縁体上に取着
   され、枠状絶縁体の内側を気密に封止する蓋体とから成
   る半導体素子収納用パッケージであって、前記枠状絶縁
   体はＬｉ₂Ｏ₃を５〜３０重量％含有する屈服点が４０〜
   ８００℃のリチウム珪酸ガラスを２０〜８０体積％と、
   クオーツ、クリストバライト、トリジマイト、エンスタ
   タイト、フォルステライトの少なくとも１種から成るフ
   ィラー成分を２０〜８０体積％の割合で含む形成体を焼
   成して得られたクオーツ、クリストバライト、トリジマ
   イト、エンスタタイト、フォルステライトの少なくとも
   １種の結晶相を含有する焼結体から成り、かつ前記基体
   はモリブデンと銅とから成り、モリブデンが３５乃至７
   ０重量％、銅が３０乃至６５重量％から成る中間層の上
   下両面にモリブデンが２０乃至３０重量％、銅が７０乃
   至８０重量％から成る上下層を配した３層構造を有して
   いることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。