JP3850313B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3850313B2 JP3850313B2 JP2002052425A JP2002052425A JP3850313B2 JP 3850313 B2 JP3850313 B2 JP 3850313B2 JP 2002052425 A JP2002052425 A JP 2002052425A JP 2002052425 A JP2002052425 A JP 2002052425A JP 3850313 B2 JP3850313 B2 JP 3850313B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- plate member
- metal lid
- semiconductor device
- semiconductor element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、IC,LSI等の半導体素子を収納した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、LSI(大規模集積回路素子)などの半導体素子を内部に収容した半導体装置は、通常、酸化アルミニウム質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およびその凹部周辺から外周部にかけて導出されたダングステン(W)、モリブデン(Mo)、マンガン(Mn)等の高融点金属粉末から成る複数個のメタライズ配線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メタライズ配線層に銀ろう等のろう材を介してろう付けされた複数個の外部リード端子と、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成る金属蓋体とから構成されている。
【0003】
そして、絶縁基体の凹部の底面に半導体素子をガラス、樹脂、ろう材等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子の各電極をボンディングワイヤを介してメタライズ配線層に接続し、しかる後、絶縁基体上面に金属蓋体を溶接し、絶縁基体と金属蓋体とから成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半導体装置となる。
【0004】
なお、絶縁基体上に金属蓋体を溶接するには、絶縁基体の上面に鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金やFe−Ni合金等の金属材料から成る金属枠体を予めろう付けしておくとともに、金属枠体に金属蓋体をシームウエルド法により溶接する方法が採用されている。このように、絶縁基体上にろう付けされた金属枠体に金属蓋体をシームウエルド法により溶接した半導体装置は、その気密信頼性が極めて高く、例えば通信衛星等に組み込まれて宇宙空間などで使用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の半導体装置によれば、宇宙空間で使用した場合、宇宙空間における放射線が、原子量の小さな元素から構成されたFe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等からなる金属蓋体を透過して半導体素子の表面から侵入してしまい、半導体素子に誤動作を引き起すという問題が発生していた。
【0006】
従って、本発明はかかる従来の問題に鑑み案出されたものであり、その目的は、半導体装置を通信衛星等に組み込んで放射線の影響の大きい宇宙空間等で使用する場合に、放射線が半導体素子の表面から侵入して半導体素子に誤動作を引起すことのない半導体装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、上面に凹部が形成された絶縁基体と、前記凹部の底面に載置された半導体素子と、前記絶縁基体の上面の前記凹部の周囲に取着された金属枠体と、該金属枠体の上面に接合されるとともに上側主面および/または下側主面の中央部に肉厚部が形成された金属蓋体と、前記肉厚部に接合されるとともに多孔質のタングステン焼結体に銅を含浸させて成る板部材とを具備しており、前記金属蓋体は前記肉厚部の側面に全周にわたって断面形状がV字状の溝が形成されているとともに、該溝の前記金属蓋体側の内面が前記肉厚部の側面に対して垂直になっていることを特徴とする。
【0008】
本発明の半導体装置によれば、金属蓋体の上側主面および/または下側主面の中央部に肉厚部が形成された金属蓋体と、前記肉厚部に接合されるとともに多孔質のタングステン焼結体に銅を含浸させて成る板部材とを具備したことから、半導体装置を通信衛星等に組み込んで放射線の影響が大きい宇宙空間等で使用した場合、銅を含浸させた多孔質のタングステン焼結体から成る板部材により放射線が半導体素子に侵入するのを阻止することができ、半導体装置の放射線による劣化を抑制して半導体装置を長寿命化することができる。また、金属蓋体に形成された肉厚部により、板部材を金属蓋体に接合する際に、ろう材が金属蓋体の外周部へ流れ出すことを防止して金属蓋体を金属枠体に強固に溶接することができる。
【0010】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、板部材を肉厚部にろう付けした際にろう材が肉厚部の側面を濡れ広がって、金属枠体の金属蓋体との溶接部に達するのを防ぐことができる。その結果、金属蓋体を金属枠体に強固に溶接することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置を以下に詳細に説明する。図1は本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、1は絶縁基体、2は金属蓋体、3は板部材、4は半導体素子、5は金属枠体である。この絶縁基体1と金属枠体5および金属蓋体2とで半導体素子4を収容するための容器が構成される。
【0012】
本発明の絶縁基体1は酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミックス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4を収容するための空所を形成する凹部1aが設けてあり、凹部1aの底面には半導体素子4がろう材、ガラス、樹脂等の接着剤を介して接着固定される。
【0013】
絶縁基体1は例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート(セラミック生シート)を得、しかる後、セラミック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、高温(約1600℃)で焼成することによって製作される。
【0014】
また、絶縁基体1にはその上面の凹部1a周辺から外周縁にかけて複数個のメタライズ配線層9が被着形成されており、メタライズ配線層9の凹部1a周辺部には半導体素子4の各電極がボンディングワイヤ6を介して電気的に接続され、また絶縁基体1の外周縁に導出する部位には外部リード端子7がろう材を介してろう付けされる。このメタライズ配線層9は、外部電気回路に接続される外部リード端子7に半導体素子4の各電極を電気的に導通させる作用を為し、W,Mo,Mn等の高融点金属粉末から成る。
【0015】
メタライズ配線層9は、例えば、W等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを絶縁基体1となるセラミック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。また、メタライズ配線層9は、その露出する表面にNi,金(Au)等の耐蝕性に優れかつろう材と濡れ性の良い金属をメッキ法により1〜20μmの厚みに層着させておくのがよく、メタライズ配線層9の酸化腐食を有効に防止できるとともにメタライズ配線層9とボンディングワイヤ6および外部リード端子7とのろう付け接合を強固にすることができる。
【0016】
外部リード端子7は、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為し、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属材料から成り、絶縁基体1に被着したメタライズ配線層9にろう付けされている。この外部リード端子7は、Fe−Ni−Co合金等のインゴット(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により所定の板状に形成することによって製作される。
【0017】
また、絶縁基体1の上面には、凹部1aを囲繞するようにしてアルミナセラミックス等から成るセラミック枠体1bが積層されており、そのセラミック枠体1bの上面にメタライズ金属層8が枠状に被着形成されており、枠状のメタライズ金属層8には金属枠体5がろう材を介してろう付けされている。枠状のメタライズ金属層8は金属枠体5を絶縁基体1にろう付けする際の下地金属層であり、W,Mo,Mn等の高融点金属粉末によって形成され、メタライズ配線層9と同様の方法で形成される。具体的には、W等の高融点金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストをセラミック枠体1bとなるセラミックグリーンシートに、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の上面に枠状に被着形成される。
【0018】
金属枠体5は、枠状のメタライズ金属層8に取着されており、金属蓋体2を絶縁基体1に取着する際の下地金属部材であり、絶縁基体1の上面のセラミック枠体1bに被着させたメタライズ金属層8に銀ろう等のろう材を介してろう付けすることによって絶縁基体1の上面に取着されている。そして、絶縁基体1の凹部1aの底面に半導体素子4を接着固定するとともに半導体素子4の各電極とメタライズ配線層9とをボンディングワイヤ6を介して電気的に接続した後、金属枠体5の上面に金属蓋体2をシームウエルド法によって溶接することによって絶縁基体1と金属枠体5と金属蓋体2とから成る容器内部に半導体素子4が気密に封止される。この場合、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金から成る金属枠体5に、同じくFe−Ni−Co合金やFe−Ni合金から成る金属蓋体2をシームウエルド法により溶接することから、パッケージの気密信頼性が極めて高いものとなる。
【0019】
金属枠体5および金属蓋体2はFe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属材料から成り、Fe−Ni−Co合金等のインゴット(塊)に所定の金属加工を施すことによって形成される。
【0020】
さらに、金属蓋体2の上側主面および/または下側主面には、半導体素子4の表面から放射線(α線、β線、γ線、宇宙線等)の侵入を阻止するための板部材3が接合されている。この板部材3は、例えば多孔質のW焼結体に5〜30重量%の銅を含浸させたCu−W複合材料から成り、Ag−Cu合金等のろう材を介して金属蓋体2の下面に接合されている。この板部材3は、半導体装置内部に収容される半導体素子4の上方を覆うように、金属蓋体2の上側主面および/または下側主面の中央部に接合されており、半導体素子4に不要な放射線が半導体素子4の表面から侵入するのを防止する遮蔽部材として機能する。即ち、板部材3を構成するWの原子量が180程度と大きなことから、放射線が金属蓋体2を透過するのを有効に阻止することができる。従って、放射線が半導体素子4の表面から侵入して半導体素子4に誤動作を引起すこともなくなる。
【0021】
なお、板部材3の金属蓋体2へのろう付けは、金属蓋体2と板部材3とをそれらの間にろう材箔を挟んで重ね、約900℃の温度に加熱してろう材箔を溶融させることによって行われる。このとき、金属蓋体2の板部材3がろう付けされる中央部の厚みを金属枠体5に溶接される外周部の厚みよりも厚くして、金属蓋体2の板部材3がろう付けされる中央部と金属枠体5に溶接される外周部との間に高さが0.3〜2.0mm程度の肉厚部2aを形成しておくことが好ましい。この肉厚部2aにより、板部材3を金属蓋体2に接合する際に、ろう材が金属蓋体2の外周部へ流れ出すことが防止され、金属蓋体2の外周部に不要なろう材が付着しないので、金属蓋体2を金属枠体5に強固に溶接させることができる。肉厚部2aの高さが0.3mm未満では、肉厚部2aの高さが低いため、ろう材が金属蓋体2の外周部へ容易に流れ出してしまう。2.0mmを超えると、金属蓋体2の厚みのために半導体装置が不要に厚いものとなってしまう。
【0022】
さらに、図2に肉厚部2aの部分拡大断面図を示す。(a)は肉厚部2aの側面に全周にわたって断面形状がコ字状の溝を形成したものであり、(b)は断面形状がV字状の溝を形成したものである。このように、肉厚部2aの側面に溝を形成することでろう材が金属蓋体2の外周部へ流れ出すのをさらに防止することができる。また溝として、断面形状が略V字状のものであって、板部材3側(下側)の斜面が下側により傾斜して肉厚部2aの側面に平行に近くなっているとともに、金属蓋体2側(上側)の斜面が肉厚部2aの側面に略垂直になっている形状がよい。この場合、ろう材の濡れ広がりを確実に溝で阻止することができる。
【0023】
また、板部材3は、その厚みが0.1mm未満では放射線の透過を十分に阻止することができなくなる傾向にあり、2mmを超えると、板部材3の厚みのために半導体装置が不要に厚いものとなってしまう傾向にある。従って、板部材3の厚みは0.1〜2mmが好ましい。
【0024】
さらに、図2に示すように、肉厚部2aの板部材3が接合される接合面は、板部材3の主面よりも大きいことがよい。この場合、接合面の外周部にろう材のメニスカスが形成されて肉厚部2aの側面にろう材が這い上がらないようにすることができる。板部材3の周囲に0.1〜1.0mm程度の幅のろう付け部が全周にわたって形成されるように、肉厚部2aの接合面が板部材3の主面よりも大きいことがより好ましい。0.1mm未満では、ろう材が肉厚部2aの側面に這い上がり易くなり、1.0mmを超えると、肉厚部2aの接合面が不要に大きなものとなってしまい、半導体装置の小型化に対して不適である。
【0025】
また、板部材3を構成するCu−W複合材料に含有されるCuは、その含有量が5重量%未満であると、板部材3の熱膨張係数がFe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属から成る金属蓋体2の熱膨張係数よりも極めて小さいものとなる。30重量%を超えると、板部材3の熱膨張係数が金属蓋体2の熱膨張係数よりも極めて大きなものとなる。そして、いずれの場合にも、板部材3を金属蓋体2にろう付けする際に、両者の熱膨張係数の相違に起因して、金属蓋体2に大きな反りが発生し、金属蓋体2を金属枠体5にシームウエルド法で溶接するのが難しくなる。従って、板部材3を構成するCu−W複合材料に含有されるCuの含有量は5〜30重量%が好ましい。
【0026】
また、板部材3は、粒径が10μm程度のW粉末をプレス成形により約98000000N/m2の圧力でブロック状に押し固めて、これを約2300℃の温度で焼成して多孔質のW焼結体を得、しかる後、1100℃の温度で加熱溶融させたCuをこのW焼結体の多孔部分に毛管現象を利用して含浸させることによって製作される。
【0027】
なお、板部材3のろう付け面に、板部材3と金属蓋体2とのろう付けを容易で強固なものとするために、厚みが1〜5μm程度のNiめっき層を被着することが好ましい。
【0028】
また、半導体素子4の上面への放射線の侵入を効果的に阻止するには、板部材3の主面の面積が半導体素子4の上面の面積よりも大きいことが好ましい。
【0029】
かくして、本発明の半導体装置は、絶縁基体1の凹部1a底面に半導体素子4をろう材、ガラス、樹脂等の接着剤を介して接着固定するとともに半導体素子4の各電極をボンディングワイヤ6を介してメタライズ配線層9に電気的に接続し、しかる後、絶縁基体1の上面にろう付けした金属枠体5に金属蓋体2をシームウエルド法により溶接し、絶縁基体1と金属蓋体2とから成る容器内部に半導体素子4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。
【0030】
【実施例】
本発明の半導体装置の実施例を以下に説明する。
【0031】
(実施例1)
図1の本発明の半導体装置を以下のようにして構成した。
【0032】
酸化アルミニウム焼結体(アルミナセラミックス)から成る絶縁基体1の凹部1a底面に、LSIから成る半導体素子4を樹脂接着剤を介して接着固定した。このとき、Wから成るとともに表面に厚さ5μmのNiメッキ層および厚さ1.2μmのAuメッキ層を順次被着したメタライズ配線層9に、半導体素子4の各電極をボンディングワイヤ6を介して電気的に接続し、メタライズ配線層9の絶縁基体1の上面の外周部にFe−Ni−Co合金から成る外部リード端子7をAgろうでろう付けした。絶縁基体1上面の凹部1aの周囲にはアルミナセラミックスから成るセラミック枠体1bを積層した。セラミック枠体1bの上面のWから成るメタライズ金属層8に、Fe−Ni−Co合金から成る金属枠体5をAgろうでろう付けし、金属枠体5の上面に、下側主面に板部材3をろう付けしたFe−Ni−Co合金から成る金属蓋体2をシームウェルド溶接法で溶接した。
【0033】
板部材3として、W板、Cu板、Cuの含有量を種々のものとしたCu−W複合材料から成るものを作製し、それらを設けた半導体装置について、放射線(高エネルギーの2次宇宙線(γ線)に相当する放射線)を外部から照射した場合の遮蔽性、板部材3の接合性について評価した結果を表1に示す。なお、W板、Cu板の場合は平板状のものとし、Cu−W複合材料から成るものの場合は肉厚部2a以外の厚さが1mmで肉厚部2aの高さが1mmであるものとした。また、表1でwt%は重量%を意味する。
【0034】
【表1】
【0035】
表1より、Cuの含有量が5〜30wt%のCu−W複合材料から成る板部材3では、放射線の遮蔽性および接合性が良好であった。なお、遮蔽性については、放射線の透過によって半導体素子4に誤動作が生じなかったものを○、誤動作が生じたたものを×とした。接合性については、金属蓋体2の熱膨張係数と板部材3の熱膨張係数との相違によってこれらが変形し、金属蓋体2と板部材3との接合部で板部材3の剥れ等の接合不良が発生しなかったものを○、接合不良が発生したものを×とした。
【0036】
遮蔽性について、W板およびCuの含有量が40wt%以下のCu−W複合材料が、半導体素子4に誤動作が生じなかった。これは、原子量の大きいWに対する原子量の小さいCuの含有量を40wt%以下とすることにより、板部材3の遮蔽効果が保持されたものである。接合性について、板部材3のCuの含有量が5〜30wt%のCu−W複合材料で良好であった。それ以外では、板部材3の熱膨張係数とFe−Ni−Co合金から成る金属蓋体2の熱膨張係数との差により発生する熱応力が、ろう材を介して接合されている金属蓋体2と板部材3の接合部にかかり、この接合部から板部材3が剥れてしまった。
【0037】
上記の結果より、遮蔽性および接合性を満足する板部材3はCuの含有量が5〜30wt%のCu−W複合材料であることが判った。なお、ろう付け時(約800℃)のFe−Ni−Co合金の熱膨脹係数は6.2×10-6/℃、Wの熱膨脹係数は5.0×10-6/℃、Cuの熱膨脹係数18.3×10-6/℃である。
【0038】
(実施例2)
また、Cuの含有量を10重量%としたCu−W複合材料から成り、肉厚部2a以外の厚さが1mmで肉厚部2aの高さを種々のものとした板部材3を設けた半導体装置を上記実施例1と同様にして作製した。これらの半導体装置について、板部材3を肉厚部2aにAgろうでろう付けした際のAgろうの流れについて評価結果を表2に示す。なお、これらの半導体装置について、肉厚部2aの板部材3が接合される接合面は、板部材3の主面よりも幅0.5mm分だけ全周にわたって大きいものとした。
【0039】
【表2】
【0040】
表2より、肉厚部2aの高さは0.3mm以上が適合となった。なお、判定は、金属蓋体2の外周部に不要なAgろうが流れ出していない場合を○、流れ出している場合を×とした。肉厚部2aの高さが0.1mm以下の場合、肉厚部2aの高さが低いためAgろうが金属蓋体2の外周部へ流れ出した。この場合、金属蓋体2の外周部に不要なAgろうが付着し、金属蓋体2を金属枠体5に強固に溶接させることができなくなった。0.3mmを超えると、Agろうの流れ出しはなくなったが、2.0mmを超えると、肉厚部2aの厚みのために半導体装置が不要に厚いものとなった。これにより、肉厚部2aの高さは0.3〜2.0mmとするのが好ましいことがわかった。
【0041】
(実施例3)
図2のように肉厚部2aの側面に、断面形状がコ字状の溝A、V字状の溝B、略V字状であって下側の斜面と肉厚部2a側面とのなす角が20°で上側の斜面と肉厚部2a側面とのなす角が90°である溝Cを形成した3種の半導体装置、および溝のない半導体装置を、上記実施例1と同様にして各10個ずつ作製した。これらについて、板部材3を肉厚部2aにAgろうでろう付けした際のAgろうの流れについて評価結果を表3に示す。なお、これらの半導体装置について、肉厚部2aの板部材3が接合される接合面が板部材3の主面よりも幅0.5mm分だけ全周にわたって大きくなるようにした。
【0042】
【表3】
【0043】
表3より、溝CはAgろうの流れ出しを完全に阻止していることが判った。なお、判定は、肉厚部2a以外の金属蓋体2へのAgろうの流れ出しがないものを○、Agろうの流れ出しがあるものを×とした。溝のない肉厚部2aに対し、溝A、溝Bおよび溝Cは、溝内の角部にメニスカスが形成されAgろうの流れ出しを有効に防いでいる。
【0044】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば図2の溝は他の形状であってもよく、円弧状やU字状の溝でもよい。また、例えば図3に本発明の実施の形態の他の例を示すように、板部材3が金属蓋体2の上側主面に接合されていてもよい。この場合、板部材3が金属蓋体2の下側主面に接合された場合と同様に放射線が半導体素子4の表面から侵入するのを阻止できる。また、金属蓋体2の上下主面に板部材3が接合されていてもかまわない。さらに、絶縁基体1の下面にも板部材3を接合させて裏面側からの放射線の透過を阻止することもできる。
【0045】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、上面に凹部が形成された絶縁基体と、凹部の底面に載置された半導体素子と、絶縁基体の上面の凹部の周囲に取着された金属枠体と、金属枠体の上面に接合されるとともに上側主面および/または下側主面の中央部に肉厚部が形成された金属蓋体と、肉厚部に接合されるとともに多孔質のタングステン焼結体に銅を含浸させて成る板部材とを具備したことにより、半導体装置を通信衛星等に組み込んで放射線の影響が大きい宇宙空間等で使用した場合、多孔質のタングステン焼結体に銅を含浸させて成る板部材により放射線が半導体素子に侵入するのを阻止することができ、半導体装置の放射線による劣化を抑制して半導体装置を長寿命化することができる。また、金属蓋体に形成された肉厚部により、板部材を金属蓋体に接合する際に、ろう材が金属蓋体の外周部へ流れ出すことを防止して金属蓋体を金属枠体に強固に溶接させることができる。
【0046】
本発明の半導体装置は、好ましくは、金属蓋体は肉厚部の側面に全周にわたって溝が形成されていることにより、板部材を肉厚部にろう付けした際にろう材が肉厚部の側面を濡れ広がって、金属枠体の金属蓋体との溶接部に達するのを防ぐことができる。その結果、金属蓋体を金属枠体に強固に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】(a),(b)は本発明の半導体装置における金属蓋体の肉厚部について実施の形態の例をそれぞれ示す要部拡大断面図である。
【図3】本発明の半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1:絶縁基体
1a:凹部
1b:セラミック枠体
2:金属蓋体
2a:肉厚部
3:板部材
4:半導体素子
5:金属枠体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device containing a semiconductor element such as an IC or LSI.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a semiconductor device in which a semiconductor element such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit Element) is accommodated is usually made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body, and the semiconductor element is accommodated in a substantially central portion on the upper surface thereof. An insulating substrate having a plurality of metallized wiring layers made of refractory metal powder such as dungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn), etc. A plurality of external lead terminals brazed to the metallized wiring layer through a brazing material such as silver brazing to electrically connect the element to an external electric circuit, and an iron-nickel-cobalt alloy, iron-nickel alloy, etc. And a metal lid made of a metal.
[0003]
Then, the semiconductor element is bonded and fixed to the bottom surface of the concave portion of the insulating base via an adhesive such as glass, resin, brazing material, and each electrode of the semiconductor element is connected to the metallized wiring layer via a bonding wire. A metal lid is welded to the upper surface of the insulating base, and the semiconductor element is hermetically accommodated inside a container composed of the insulating base and the metal lid, thereby forming a semiconductor device.
[0004]
In order to weld the metal lid on the insulating substrate, a metal frame made of a metal material such as iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or Fe-Ni alloy is provided on the upper surface of the insulating substrate. A method of brazing in advance and welding a metal lid to a metal frame by a seam weld method is employed. Thus, a semiconductor device in which a metal lid is welded to a metal frame brazed on an insulating substrate by a seam weld method has extremely high hermetic reliability, and is incorporated into a communication satellite or the like, for example, in outer space. used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this conventional semiconductor device, when used in outer space, the metal lid made of Fe-Ni-Co alloy, Fe-Ni alloy, or the like in which the radiation in outer space is composed of an element having a small atomic weight. There has been a problem that the light penetrates from the surface of the semiconductor element and causes a malfunction in the semiconductor element.
[0006]
Therefore, the present invention has been devised in view of such conventional problems, and the object thereof is to incorporate a semiconductor device into a communication satellite or the like and use the semiconductor device in a space where the influence of radiation is large. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that does not enter from the surface of the semiconductor device and cause a malfunction in the semiconductor element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device of the present invention includes an insulating base having a recess formed on the top surface, a semiconductor element placed on the bottom surface of the recess, and a metal frame attached around the recess on the top surface of the insulating base. A metal lid that is bonded to the upper surface of the metal frame and has a thick portion formed at the center of the upper main surface and / or the lower main surface, and is bonded to the thick portion and is porous. A plate member formed by impregnating a tungsten sintered body with copper, and the metal lid body has a V-shaped groove formed on the side surface of the thick portion over the entire circumference. An inner surface of the groove on the metal lid side is perpendicular to a side surface of the thick portion.
[0008]
According to the semiconductor device of the present invention, the metal lid body in which the thick portion is formed in the central portion of the upper main surface and / or the lower main surface of the metal lid body, and the porous portion that is joined to the thick portion and is porous Since the plate member made by impregnating copper into the tungsten sintered body of the above, the porous material impregnated with copper when the semiconductor device is incorporated in a communication satellite etc. and used in outer space where the influence of radiation is large The plate member made of the tungsten sintered body can prevent radiation from entering the semiconductor element, thereby suppressing deterioration of the semiconductor device due to radiation and extending the life of the semiconductor device. In addition, the thick portion formed on the metal lid prevents the brazing material from flowing out to the outer periphery of the metal lid when the plate member is joined to the metal lid, so that the metal lid is made into the metal frame. It can be firmly welded.
[0010]
In the semiconductor device of the present invention, with the above configuration, when the plate member is brazed to the thick part, the brazing material wets and spreads the side surface of the thick part and reaches the welded portion of the metal frame body with the metal lid. Can be prevented. As a result, the metal lid can be firmly welded to the metal frame.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 1 is an insulating substrate, 2 is a metal lid, 3 is a plate member, 4 is a semiconductor element, and 5 is a metal frame. The insulating base 1, the
[0012]
The insulating substrate 1 of the present invention is made of an electrically insulating material such as an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon carbide sintered body, a glass ceramic sintered body, etc. A recess 1a that forms a space for accommodating the
[0013]
When the insulating substrate 1 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, an appropriate organic binder, solvent, etc. are added to and mixed with raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide to form a slurry. A ceramic green sheet (ceramic raw sheet) is obtained by molding into a sheet shape by a conventionally known doctor blade method or calendar roll method, etc., and thereafter, a suitable number of punching processes are applied to the ceramic green sheet, and a plurality of these are laminated, Manufactured by firing at high temperature (about 1600 ° C).
[0014]
In addition, a plurality of metallized
[0015]
For example, the
[0016]
The
[0017]
A
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
Further, a plate member for preventing radiation (α rays, β rays, γ rays, cosmic rays, etc.) from entering the upper main surface and / or the lower main surface of the
[0021]
The brazing of the
[0022]
Further, FIG. 2 shows a partially enlarged sectional view of the
[0023]
Further, if the thickness of the
[0024]
Furthermore, as shown in FIG. 2, the joining surface to which the
[0025]
Further, Cu contained in the Cu—W composite material constituting the
[0026]
Further, the
[0027]
In addition, in order to make the brazing of the
[0028]
In order to effectively prevent radiation from entering the upper surface of the
[0029]
Thus, in the semiconductor device of the present invention, the
[0030]
【Example】
Examples of the semiconductor device of the present invention will be described below.
[0031]
Example 1
The semiconductor device of the present invention shown in FIG. 1 was configured as follows.
[0032]
The
[0033]
As the
[0034]
[Table 1]
[0035]
From Table 1, in the
[0036]
Regarding the shielding property, the W-plate and the Cu—W composite material having a Cu content of 40 wt% or less did not cause malfunction in the
[0037]
From the above results, it was found that the
[0038]
(Example 2)
Further, a
[0039]
[Table 2]
[0040]
From Table 2, the thickness of the
[0041]
Example 3
As shown in FIG. 2, on the side surface of the
[0042]
[Table 3]
[0043]
From Table 3, it was found that the groove C completely prevented the flow of Ag wax. In the determination, a case where there was no flow of Ag wax to the
[0044]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, the grooves in FIG. 2 may have other shapes, and may be arc-shaped or U-shaped grooves. Further, for example, as shown in FIG. 3 as another example of the embodiment of the present invention, the
[0045]
【The invention's effect】
A semiconductor device according to the present invention includes an insulating base having a recess formed on the upper surface, a semiconductor element placed on the bottom surface of the recess, a metal frame attached around the recess on the upper surface of the insulating base, and a metal frame. A metal lid body joined to the upper surface of the body and having a thick portion formed at the center of the upper main surface and / or the lower main surface, and a porous tungsten sintered body joined to the thick portion and By including a plate member impregnated with copper, a porous tungsten sintered body is impregnated with copper when the semiconductor device is incorporated into a communication satellite or the like and used in outer space where the influence of radiation is large. The plate member formed can prevent radiation from entering the semiconductor element, thereby suppressing the deterioration of the semiconductor device due to radiation and extending the life of the semiconductor device. In addition, the thick portion formed on the metal lid prevents the brazing material from flowing out to the outer periphery of the metal lid when the plate member is joined to the metal lid, so that the metal lid is made into the metal frame. It can be welded firmly.
[0046]
In the semiconductor device of the present invention, preferably, the metal lid is formed with grooves on the entire side surface of the thick portion, so that the brazing material is thick when the plate member is brazed to the thick portion. It is possible to prevent the side surface of the metal frame from getting wet and reaching the welded portion of the metal frame with the metal lid. As a result, the metal lid can be firmly welded to the metal frame.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are main part enlarged sectional views showing examples of an embodiment of a thick part of a metal lid in a semiconductor device of the present invention, respectively.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Insulating substrate 1a:
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052425A JP3850313B2 (en) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052425A JP3850313B2 (en) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258138A JP2003258138A (en) | 2003-09-12 |
| JP3850313B2 true JP3850313B2 (en) | 2006-11-29 |
Family
ID=28664106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002052425A Expired - Fee Related JP3850313B2 (en) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3850313B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010206090A (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Nec Corp | Semiconductor device |
| JP2013160684A (en) * | 2012-02-07 | 2013-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and module |
| WO2019163941A1 (en) * | 2018-02-22 | 2019-08-29 | 京セラ株式会社 | Substrate for power modules, and power module |
-
2002
- 2002-02-27 JP JP2002052425A patent/JP3850313B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003258138A (en) | 2003-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2000106408A (en) | Electronic component storage package and metal lid used for the same | |
| JP3850313B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP3706606B2 (en) | Package for storing semiconductor elements | |
| JPH05144956A (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JP2004288737A (en) | Electronic component mounting board and electronic device using the same | |
| JPH083009Y2 (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JP2000260915A (en) | Ceramic package | |
| JPH0883872A (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JP3935054B2 (en) | Wiring board | |
| JP3401089B2 (en) | Package for storing semiconductor elements | |
| JPH08316352A (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JP3318453B2 (en) | Electronic component storage package | |
| JP4105968B2 (en) | Electronic component mounting substrate and electronic device using the same | |
| JP3164802B1 (en) | Electronic component storage package | |
| JP3427053B2 (en) | Electronic component storage package | |
| JPH0810197Y2 (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JPH05160284A (en) | Package for storing semiconductor devices | |
| JP2948990B2 (en) | Package for storing semiconductor elements | |
| JP3559457B2 (en) | Brazing material | |
| JP2670208B2 (en) | Package for storing semiconductor elements | |
| JP2003338571A (en) | Electronic component mounting board and electronic device using the same | |
| JP3810335B2 (en) | Wiring board | |
| JP2685159B2 (en) | Electronic component storage package | |
| JPH05166958A (en) | Semiconductor element housing package | |
| JP3318452B2 (en) | Electronic component storage package |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040810 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050725 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050802 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050930 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060802 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060822 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060829 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090908 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100908 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110908 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120908 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130908 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |