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JP2710893B2 - リード付き電子部品 - Google Patents

リード付き電子部品

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Publication number
JP2710893B2
JP2710893B2 JP4099248A JP9924892A JP2710893B2 JP 2710893 B2 JP2710893 B2 JP 2710893B2 JP 4099248 A JP4099248 A JP 4099248A JP 9924892 A JP9924892 A JP 9924892A JP 2710893 B2 JP2710893 B2 JP 2710893B2
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Japan
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insulating substrate
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哲生 平川
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Kyocera Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/1515Shape
    • H01L2924/15153Shape the die mounting substrate comprising a recess for hosting the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

Landscapes

  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はリード端子を有する電子
部品、具体的には半導体素子収納用パッケージやハイブ
リッドIC用配線基板等のリード付き電子部品の改良に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、リード付き電子部品、例えば半導
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、通常、酸化アルミニウムシート焼結体等の電気絶縁
材料から成り、その上面の略中央部に半導体素子を収容
するための凹部及び該凹部周辺から周縁部にかけて導出
されたタングステン、モリブデン、マンガン等の高融点
金属粉末から成るメタライズ金属層を有する絶縁基体
と、半導体素子を外部電気回路に電気的に接続するため
に前記メタライズ金属層に銀ロウ等のロウ材を介してロ
ウ付けされたコバール金属や42アロイ等の金属から成る
リード端子と、蓋体とから構成されており、絶縁基体の
凹部底面に半導体素子を取着固定し、半導体素子の各電
極とメタライズ金属層とをボンディングワイヤを介し電
気的に接続するとともに絶縁基体上面に蓋体をガラス、
樹脂等の封止材により接合させ、絶縁基体と蓋体とから
成る容器内部に半導体素子を気密に封止することによっ
て最終製品としての半導体装置となる。
【0003】しかしながら、近時、半導体素子は高密度
化、高集積化、高速化が急激に進み、該半導体素子を上
記従来の半導体素子収納用パッケージに収容した場合、
以下に述べる欠点を有したものとなる。
【0004】即ち、 (1) 半導体素子を構成するシリコンと半導体素子収納用
パッケージの絶縁基体を構成する酸化アルミニウム質焼
結体の熱膨張係数がそれぞれ3.0 〜3.5 ×10-6/ ℃、7.
5 ×10-6/ ℃であり、大きく相違することから両者に半
導体素子を作動させた際等に発生する熱が印加されると
両者間に大きな熱応力が発生し、該熱応力によって半導
体素子が破損したり、半導体素子が絶縁基体より剥離し
て半導体装置としての機能を喪失させてしまう。
【0005】(2) 半導体素子収納用パッケージの絶縁基
体を構成する酸化アルミニウム質焼結体の熱伝導率が約
20W/m ・k と低いため、絶縁基体が半導体素子の作動時
に発生する熱を大気中に良好に放散させることができ
ず、半導体素子が該半導体素子の発する熱によって高温
となり、半導体素子に熱破壊を起こさせたり、特性に熱
変化を与え、誤動作を生じさせたりする。
【0006】(3) 半導体素子収納用パッケージの絶縁基
体を構成する酸化アルミニウム質焼結体はその誘電率が
9 〜10( 室温1MHz) と高いため、絶縁基体に設けたメタ
ライズ金属層を伝わる電気信号の伝播速度が遅く、その
ため信号の高速伝播を要求する半導体素子はその載置収
容が不可となる。等の欠点を有していた。
【0007】そこで上記欠点を解消するために半導体素
子収納用パッケージの絶縁基体を熱膨張係数が半導体素
子を構成するシリコンと近似し、低誘電率で、且つ熱伝
導率が高いムライト質焼結体やガラス成分を多量に含有
したガラスーセラミックス、窒化アルミニウム質焼結
体、炭化珪素質焼結体等を用いことが検討されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このム
ライト質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素
質焼結体、ガラスーセラミックス等を絶縁基体に使用し
た半導体素子収納用パッケージは、ムライト質焼結体や
窒化アルミニウム質焼結体等の熱膨張係数が5.0×10-6/
℃以下であるのに対し、リード端子を構成するコバー
ル金属や42アロイ等、鉄合金製金属の熱膨張係数は 7.0
×10 -6 / ℃であり大きく相違するため、絶縁基体表面
に被着させたメタライズ金属層にリード端子をロウ付け
する際、絶縁基体表面のメタライズ金属層とリード端子
との接合部に絶縁基体とリード端子の熱膨張係数の相違
に起因する大きな熱応力が内在し、その結果、リード端
子に小さな外力が印加されても該外力は前記内在応力と
相俊って大きくなり、リード端子を絶縁基体より剥離さ
せて半導体素子収納用パッケージとしての機能が喪失す
るという問題を有していた。
【0009】
【発明の目的】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は絶縁基体表面に被着させたメタライズ金
属層にリード端子を強固にロウ付けし、絶縁基体表面に
実装される半導体素子等の各電極をメタライズ金属層及
びリード端子を介して外部電気回路に確実に電気的接続
することができる半導体素子収納用パッケージ等のリー
ド付き電子部品を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は絶縁基体表面に
被着させたメタライズ金属層に、鉄合金系金属から成る
リード端子をロウ付けして成るリード付き電子部品であ
って、前記絶縁基体が熱膨張係数5.0 ×10-6/ ℃以下の
金属酸化物、窒化物、炭化物の少なくとも1 種から成
り、且つ絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属層と
リード端子との間にビッカース硬度が100 以下の弾性金
属部材が介在していることを特徴とするものである。
【0011】
【作用】本発明の配線基板によれば絶縁基体とリード端
子の熱膨張係数の相違により発生する熱応力は両者の間
に介在させた弾性金属部材で吸収され、これによって絶
感基体表面に被着させたメタライズ金属層にリード端子
を強固にロウ付けすることが可能となる。
【0012】
【実施例】次に本発明を添付図面に基づき詳細に説明す
る。図1及び図2は本発明のリード付き電子部品として
半導体素子を収容する半導体素子収納用パッケージを例
に挙げた一実施例を示し、図中、1は絶縁基体、2は蓋
体である。この絶縁基体1と蓋体2とで半導体素子3を
収容する容器が構成される。
【0013】前記絶縁基体1 はムライト質焼結体やガラ
スーセラミックス、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪
素質焼結体等の電気絶縁材料から成り、その上面中央部
に半導体素子3 を収容するための空所を形成する凹部1a
が設けてあり、該凹部1a底面にはシリコンから成る半導
体素子3 がロウ材、ガラス、樹脂等の接着材を介して取
着される。
【0014】前記絶縁基体1 を構成するムライト質焼結
体や窒化アルミニウム質焼結体等の金属酸化物、窒化
物、炭化物はその熱膨張係数が5.0 ×10-6/ ℃以下であ
り、半導体素子3 を構成するシリコンの熱膨張係数(3.0
〜3.5 ×10-6/ ℃) に近似することから絶縁基体1 の凹
部1a底面に半導体素子3 を取着した後、絶縁基体1 と半
導体素子3 の間に、例えば半導体素子の作動時に発生す
る熱が印加されたとしても両者間には大きな熱応力が発
生することはなく、該熱応力によって半導体素子3 を破
損させたり、半導体素子3 を絶縁基体1 より剥離させて
半導体装置としての機能を喪失させることは皆無とな
る。
【0015】また前記絶縁基体1 は凹部1a底面に取着さ
れる半導体素子3 が多量の熱を発生するタイプのもので
あれば、熱伝導率が80W/m ・k 以上の窒化アルミニウム
質焼結体や炭化珪素質焼結で形成しておけば絶縁基体1
が半導体素子3 の発する熱を大気中に良好に放散し、半
導体素子3 を常に低温として長期間にわたり正常に作動
させることが可能となる。
【0016】尚、前記絶縁基体1 は例えば、ムライト質
焼結体から成る場合、ムライト(3Al2 0 3 ・2SiO2 ) 、
シリカ(SiO2 ) 、マグネシア(MgO) 、カルシア(CaO) 等
の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿
状となすとともにこれ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) を形成し、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複数枚積層し、高温(
約1400℃〜1800℃) で焼成することによって製作され
る。
【0017】また前記絶縁基体1 には凹部1a周辺から底
面にかけて複数個のメタライズ金属層4 が被着形成され
ており、該メタライズ金属層4 の凹部1a周辺部には半導
体素子3 の電極がボンディングワイヤ5 を介して電気的
に接続され、また絶縁基体1の底面に露出する部位には
リード端子6 が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされ
る。
【0018】前記絶縁基体1 に設けたメタライズ金属層
4 はタングステン(W) 、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)
等の金属粉末から成り、該メタライズ金属層4 は外部電
気回路に接続されるリード端子に半導体素子3 の各電極
を電気的に導通させる作用を為す。
【0019】前記メタライズ金属層4 は例えば、タング
ステン等の金属粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得
た金属ペーストを絶縁基体1 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により所定パターンに印
刷塗布しておくことによって絶縁基体1 の所定位置に被
着形成される。
【0020】尚、前記メタライズ金属層4 はその露出す
る外表面にニッケル(Ni)、金(Au)等の耐蝕性に優れ、且
つロウ材と濡れ性の良い金属をメッキにより1.0 乃至2
0.0μm の厚みに層着させておくとメタライズ金属層4
の酸化腐食を有効に防止することができるとともにメタ
ライズ配線層4 とボンディングワイヤ5 及びリード端子
6 とのロウ付け接合を強固なものとなすことができる。
従って、前記メタライズ金属層4 の表面にはニッケル(N
i)、金(Au)等の耐蝕性に優れ、且つロウ材と濡れ性の良
い金属をメッキにより1.0 乃至20.0μm の厚みに層着さ
せておくことが好ましい。
【0021】また前記絶縁基体1 に設けたメタライズ金
属層4 は、絶縁基体1 を誘電率が6.3 程度と低いムライ
ト質焼結体やガラスーセラミックスで形成しておけばメ
タライズ金属層4 を伝わる電気信号の伝播速度が極めて
速いものとなり、絶縁基体1の凹部1a底面に取着される
半導体素子3 が高速で電気信号の出し入れをする高速駆
動タイプのものであれば、メタライズ金属層4 が被着形
成される絶縁基体1 は誘電率の低いムライト質焼結体や
ガラスーセラミックスで形成しておくことが好ましい。
【0022】前記絶縁基体1 に被着形成したメタライズ
金属層4 にはまた図2 に示す如く、絶縁基体1 の底面部
においてリード端子6 が間にビッカース硬度(Hv)100 以
下の弾性金属部材7 を挟んで銀ロウ等のロウ材8 により
ロウ付けされている。
【0023】前記リード端子6 はコバール金属(Fe-Ni
Co合金) や42アロイ(Fe-Ni合金) 等の鉄合金系金属から
成り、半導体素子3 の各電極を外部電気回路に電気的に
接続する作用を為す。
【0024】尚、前記リード端子6 はコバール金属等の
インゴット( 塊) を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採用し、所定の棒状に形成するこ
とによって製作される。
【0025】また前記リード端子6 と絶縁基体1 に設け
たメタライズ金属層4 との間に挟まれる弾性金属部材7
は絶縁基体1 に設けたメタライズ金属層4 にリード端子
6 を銀ロウを介してロウ付けする際、絶縁基体1 とリー
ド端子6 の間に両者の熱膨張係数の相違に起因して発生
する熱応力を吸収緩和する作用を為し、これによってリ
ード端子6 は絶縁基体1 のメタライズ金属層4 に大きな
熱応力を内在することなく強固にロウ付けされ、外力が
印加されてもリード端子6 が絶縁基体1 より剥離するこ
とは皆無となる。
【0026】前記弾性金属部材7 はビッカース硬度(Hv)
が100 以下の軟質な金属材料、具体的には銅(Cu)、銀(A
g)、金(Au)、白金(Pt)等が使用され、コストの点を考慮
すると銅が好適に使用される。
【0027】尚、前記弾性金属部材7 はそのビッカース
硬度(Hv)が100 を越えた硬いものとなると、絶縁基体1
に設けたメタライズ金属層4 にリード端子6 を銀ロウを
介してロウ付けする際、弾性金属部材7 が絶縁基体1 と
リード端子6 の間に発生する熱応力を充分に吸収緩和す
ることができず、絶縁基体1 のメタライズ金属層4 にリ
ード端子6 を強固にロウ付けすることができなくなる。
従って、前記弾性金属部材7 はビッカース硬度(Hv)が10
0 以下の軟質な金属材料に特定される。
【0028】また前記弾性金属部材7 はその厚みが300
μm 未満の薄いものとなるとリード端子6 をロウ付けす
る際、弾性金属部材7 が絶縁基体1 とリード端子6 との
間に発生する熱応力を充分に吸収緩和できなくなる傾向
にある。従って、前記弾性金属部材7 はその厚みを300
μm 以上の厚いものとしておくことが好ましい。
【0029】更に前記弾性金属部材7 はリード端子6 の
ロウ付け面側に予め圧延により接合させておくとリード
端子6 を絶縁基体1 のメタライズ金属層4 にロウ付けす
るだけでリード端子6 と絶縁基体1 のメタライズ金属層
4 との間に弾性金属部材7 を介在させることができる。
従って、弾性金属部材7 をリード端子6 と絶縁基体1の
メタライズ金属層4 との間に介在させる作業性を考慮
すれば弾性金属部材7 を予めリード端子6 に圧延により
接合させておくことが好ましい。
【0030】かくして上述の半導体素子収納用パッケー
ジによれば絶縁基体1 の凹部1a底面に半導体素子3 をロ
ウ材、ガラス、樹脂等の接着材を介して取着するととも
に該半導体素子3 の各電極をボンディングワイヤ5 を介
してメタライズ金属層4 に電気的に接続し、しかる後、
絶縁基体1 の上面に蓋体2 をガラス、樹脂等から成る封
止材を介して接合させ、絶縁基体1 と蓋体2 とから成る
容器内部に半導体素子3 を気密に収容することによって
最終製品としての半導体装置となる。
【0031】尚、本発明は上述した半導体素子収納用パ
ッケージ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り、例えば
ハイブリッドIC用配線基板等、リード端子がロウ付けさ
れてなるリード付き電子部品の全てに適用可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明のリード付き電子部品によれば、
熱膨張係数5.0 ×10-6/ ℃以下の金属酸化物、窒化物、
炭化物の少なくとも1 種から成る絶縁基体のメタライズ
金属層に鉄合金系金属から成るリード端子を間にビッカ
ース硬度(Hv)が100 以下の弾性金属部材を介在させてロ
ウ付けしたことから絶縁基体とリード端子との間に発生
する熱応力を弾性金属部材が吸収緩和し、その結果、絶
縁基体表面のメタライズ金属層にリード端子を強固にロ
ウ付けすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のリード付き電子部品を半導体素子を収
容する半導体素子収納用パッケージに適用した場合の一
実施例を示す断面図である。
【図2】図1に示すパッケージの要部拡大断面図であ
る。
【符号の説明】
1・・・・・・絶縁基体 2・・・・・・蓋体 3・・・・・・半導体素子 4・・・・・・メタライズ金属層 6・・・・・・リード端子 7・・・・・・弾性金属部材 8・・・・・・ロウ材

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基体表面に被着させたメタライズ金属
    層に、鉄合金系金属から成るリード端子をロウ付けして
    成るリード付き電子部品であって、前記絶縁基体が熱膨
    張係数5.0×10-6/℃以下の金属酸化物、窒化物、
    炭化物の少なくとも1種から成り、且つ絶縁基体表面に
    被着させたメタライズ金属層とリード端子との間に、
    さが300μm以上で、ビッカース硬度が100以下の
    弾性金属部材が介在していることを特徴とするリード付
    き電子部品。
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