JP4018991B2

JP4018991B2 - Semiconductor element storage package and semiconductor device

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Publication number: JP4018991B2
Application number: JP2003019486A
Authority: JP
Inventors: 海平澤; 正二郎木津
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2023-01-28
Also published as: JP2004235263A

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容するための半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、セラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を用いて、金属ペーストの印刷、積層、切断、焼成などの基本工程を経て作製される半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）Ｂを図４に示す。同図（ａ）に示すように、パッケージＢは、上面に形成された凹部の底面に載置部１ａを有するセラミックスからなる基体11に、基体11の側壁部12の内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差と、これらの段差の上面間にわたってその中央部に側壁部12を貫通するように形成された線路導体14とから成る入出力部16を具備しており、側壁部12の外面側の線路導体14（以下、側壁部12の外面側の線路導体14を外側線路導体14ａという）にリード端子16がロウ材を介して接合されている。リード端子16は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等からなり、外側線路導体14ａに一端がロウ材15により接合されるとともに他端が外部電気回路に電気的に接続される。
【０００３】
リード端子16をロウ材15で接合するに際しては、一般的にパッケージＢをカーボン治具に形成された凹みに載置し、図４（ｂ）に示すように、複数のリード端子16をカーボン治具の所定の部位から入出力部13にかけて載置し、還元雰囲気のブレージング炉で800〜900℃で加熱することにより行われる。接合に用いられるロウ材15は、リード端子16と入出力部13との間に発生する熱応力を緩和する作用も有しており、リード端子16と外側線路導体14ａとの間にクラックが発生するのを防止している。
【０００４】
このパッケージＢは、半導体素子17が載置部11ａに載置されるとともにボンディングワイヤで線路導体14に電気的に接続され、側壁部12の上面に蓋体18を接合して半導体素子17が気密に封止されて半導体装置となる。
【０００５】
しかしながら、従来のパッケージＢのリード端子16の接合構造では、図４（ｂ）に示すように、リード端子16と外側線路導体14ａとの間の隙間の大きさのバラツキに起因してリード端子16の接合強度に寄与するロウ材15のメニスカス15ａの大きさが小さくなることがあり、その場合リード端子16の接合強度が小さくなるという問題点を有していた。また、リード端子16と外側線路導体14ａの上面との間の隙間の大きさがリード端子16の傾きによって部分的に小さくなり、その結果、部分的にロウ材15が薄くなっていた。その場合、リード端子16を上方に引張る外力が加わった際に、ロウ材15が応力緩和部として有効に働かず、よってロウ材15中またはロウ材15の外側線路導体14ａとの界面の部位にマイクロクラックが発生し、このマイクロクラックに起因してリード端子16が外側線路導体14ａから剥れてしまうといった問題点があった。
【０００６】
これらの問題点を解消するために、図５（ａ）に示すように、外側線路導体14ａ上に、外側線路導体14ａの外形よりも一回り小さな外形寸法のメタライズ層Ｃを重ねて形成することにより、外側線路導体14ａに接合するリード端子16の周囲に大きなメニスカス15ａを形成することが行われており、これによりリード端子16の接合強度を大きくすることができる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
また他の構成として、図５（ｂ）に示すように、外側線路導体14ａを入出力部13の棚部13ａから側部13ｂに延出させることにより延出部14ｂを形成し、これによりロウ材15が延出部14ｂまで流れるようにして大きなメニスカス15ａを形成し、メニスカス15ａへの応力集中を分散させるという方法も提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−139439号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開昭57−1250号公報（第２−３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の特許文献１の方法では、メタライズ層Ｃとリード端子１６との間の間隔が小さくなり、リード端子１６周囲にメニスカス１５ａを大きくすることができても、ロウ材１５を厚くすることができず、その結果、リード端子１６と外側線路導体１４ａとの間に熱応力が加わった場合に、ロウ材１５が応力緩和部として有効に働かず、リード端子１６が容易に剥れてしまうことがあった。
【００１０】
また、特許文献２の方法では、延出部14ｂとなる金属ペーストを側部13ｂに印刷形成する必要があり、金属ペーストを外側線路導体14ａが形成された入出力部13の棚部13ａから側部13ｂにかけて印刷するには、グリーンシートを積層する前に側部13ｂに金属ペーストを垂れ込ませる方法がある。
【００１１】
しかし、この金属ペーストの垂れ込み量の制御が非常に困難であり、金属ペーストの垂れ込み量が多い場合、金属ペーストが基体11の下面まで達して接触不良となり易く、その結果、製造歩留まりが著しく低下して生産性が低くなる場合があった。
【００１２】
また、側部13ｂに所定の上下方向の長さで延出部14ｂを形成する方法として、線路導体14を設ける適当な厚さのグリーンシートの側面に金属ペーストを垂れ込ませた後、このグリーンシートの下に他の適当な厚さのグリーンシートを１層追加して側部13ｂを２層からなる絶縁層で構成するという方法もある。しかしながら、この方法では工程数が大きく増えることになり、また、金属ペーストがグリーンシートの下面に回り込んだ場合、積層時にデラミネーション（グリーンシート間の層間剥離）が発生し、その結果、リード端子16が棚部13ａを構成する１層目の絶縁層とともに剥れる場合があった。
【００１３】
従って、本発明は上記の不具合に鑑み完成されたもので、その目的は、リード端子と線路導体との接続を強固に、かつ接合信頼性の高いものとすることにより、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置する載置部を有するセラミックスから成る基体と、該基体の側壁部の内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差の上面間にわたって前記側壁部の内外を貫通するように形成された線路導体とから成る入出力部を具備しており、前記側壁部の外面側の前記線路導体にリード端子がロウ材を介して接合される半導体素子収納用パッケージであって、前記側壁部の外面側の前記線路導体は、その上面の前記リード端子の下方に位置する部位の外周部に全周にわたって、前記リード端子の下面を支持する複数の突起導体が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、好ましくは、上記本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、前記外周部に設けられた前記突起導体の内方に、縦横に整列させて突起導体が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、側壁部の外面側の前記線路導体の上面のリード端子の下方に位置する部位に、リード端子の下面を支持する複数の突起導体が設けられていることから、リード端子と線路導体との間の間隔をリード端子との接合部全体にわたって均一かつ大きくすることができ、その結果、リード端子と線路導体との接合部におけるロウ材が突起導体の高さ以上にほぼ接合部全体にわたって厚くなり、接合部に加わる応力をロウ材で有効に吸収することができる。
【００１８】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、突起導体が線路導体のリード端子の下方に位置する部位の外周部に全周にわたって複数設けられていることから、リード端子と線路導体との接合部の中央部に大きな体積のロウ材を溜めることができ、その結果、リード端子と線路導体との接合部に加わる応力を体積の大きなロウ材によってより効果的に吸収することができ、応力緩和効果を著しく向上させることができる。
【００１９】
また、リード端子の外周部に形成されるロウ材のメニスカスの表面積が大きくなり、従来は小さな面積のメニスカスに集中していた応力をメニスカスの表面積を大きくすることで分散させ、接合部におけるクラックの発生を効果的に抑えることができる。その結果、さらに接合強度を向上させることができ、リード端子の接合信頼性が非常に高いものとなる。
【００２０】
さらに、設けられた突起導体の間における余分なロウ材を流出させてリード端子の側面および下面に流出したロウ材による大きなメニスカスを形成することができるので、リード端子とロウ材との密着性をより向上させることができる。また、ロウ材と線路導体およびロウ材と突起導体との接触面積を大きくすることができ、リード端子の接合強度がさらに向上する。
【００２１】
また、リード端子を接合するに際して、リード端子の長さ方向の中心線と線路導体の長さ方向の中心線とが多少ずれていても、突起導体が線路導体のリード端子の下方に形成されていることから、リード端子の両側に沿って大きなメニスカスが形成され、その表面張力により、いわゆるセルフアライメント効果により、リード端子を正常な位置に移動させて接合することができる。その結果、リード端子と線路導体との接合部において接合強度のばらつきが非常に小さくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００２２】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力部に電気的に接続された半導体素子と、前記基体の前記側壁部の上面に取着された蓋体とを具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、リード端子と線路導体との接続が強固で、かつ接合信頼性の高いものとなり、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置について以下に詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す平面図および断面図、図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ図１のパッケージにおける入出力部の部分拡大平面図および部分拡大断面図、図３は本発明のパッケージにおける入出力部について実施の形態の他の例を示す部分拡大平面図である。
【００２５】
これらの図において、１は半導体素子７が載置される載置部１ａを有する基体、２は基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように形成された側壁部、３は側壁部２の内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差と、これら段差の上面間にわたってその中央部に側壁部２を貫通するように形成された線路導体４とから成る入出力部、４は線路導体、４ａは側壁部２の外面側の入出力部３上に形成されている線路導体４の一部からなる外側線路導体、４ｂは突起導体、５はロウ材、５ａはロウ材５のメニスカス、６は一端部が外側線路導体４ａにロウ材を介して接合されるとともに他端部が外部電気回路装置に電気的に接続されるリード端子である。また、７は半導体素子、８は蓋体、Ａはパッケージである。
【００２６】
これら基体１、側壁部２、入出力部３、リード端子６で半導体素子７を収容するための容器が基本的に構成される。
【００２７】
本発明のパッケージＡは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子７を載置する載置部１ａを有するセラミックスから成る基体１に、基体１の側壁部２の内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差と、これら段差の上面間にわたってその中央部に側壁部２を貫通するように形成された線路導体４とから成る入出力部３を具備しており、側壁部２の外面側の線路導体４（外側線路導体４ａ）にリード端子６がロウ材を介して接合される。
【００２８】
本発明の基体１は、アルミナ質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体等のセラミックスから成る。こりにより、基体１を金属で構成した場合に比較して、パッケージＡの重量を極めて軽量とすることができる。
【００２９】
また、基体１の上面に凹部が形成されることによって載置部１ａを囲繞するように側壁部２が形成されている。なお、この側壁部２の上面には、蓋体８を取着するための金属からなるシールリング（図示せず）を取着するため、金属ペーストの印刷および焼成等の方法により接合層（図示せず）が形成されてもよい。
【００３０】
さらに、側壁部２は内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差が形成され、その段差の上面間にわたってその中央部に側壁部２を貫通するように形成された線路導体４を有する入出力部３が設けられている。そして、側壁部２の外面側の外側線路導体４ａにリード端子６がロウ材５を介して接合される。
【００３１】
なお、側壁部２の内外面に互いに対向するように設けられた２つの段差は、図１では側壁部２の一部の内外面を上下方向に薄くした溝状として形成されているが、側壁部２の内外面から突出するように形成されていてもよい。
【００３２】
この基体１は以下のようにして作製される。基体１が例えばアルミナセラミックスからなる場合、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃），酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ、溶剤等を添加混合してスラリーとなす。このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってグリーンシートと成し、所望の大きさに切断する。そして、その中から選ばれた複数のグリーンシートにおいて側壁部２および入出力部３となる貫通孔や切欠き部とするために適当な打抜き加工を施す。さらに、線路導体４や突起導体４ｂ等の導体層を形成するためのタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを印刷塗布し、次に順次これらのグリーンシートを積層し約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
【００３３】
また、作製された基体１に形成された線路導体４や突起導体４ｂ等の導体層の露出した表面に、耐食性に優れかつロウ材５との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層および厚さ0.5〜９μｍのＡｕ層をめっき法により順次被着しておくのがよい。これにより、導体層が酸化腐食するのを有効に防止するとともに入出力部３とリード端子６との銀ロウ等のロウ材５による接合をより強固なものとすることができる。
【００３４】
本発明のパッケージＡは、外側線路導体４ａのリード端子６の下方に位置する部位に、リード端子６の下面を支持する複数の突起導体４ｂが設けられている。これにより、リード端子６と外側線路導体４ａとの間の間隔をリード端子６との接合部（以下、単に接合部といえば外側線路導体４ａとリード端子６との接合部のことをいう）全体にわたって均一かつ大きくすることができ、その結果、接合部におけるロウ材５が突起導体４ｂの高さ以上にほぼ接合部全体にわたって厚くなり、接合部に加わる応力をロウ材５で有効に吸収することができる。
【００３５】
また、リード端子６の外周部に形成されるロウ材５のメニスカス５ａの表面積が大きくなり、従来は小さな面積のメニスカス５ａに集中していた応力をメニスカス５ａの表面積を大きくすることで分散させ、接合部におけるクラックの発生を効果的に抑えることができる。その結果、さらに接合強度を向上させることができ、リード端子６の接合信頼性が非常に高いものとなる。
【００３６】
さらに、設けられた突起導体４ｂの間における余分なロウ材５を流出させてリード端子６の側面および下面に流出したロウ材５による大きなメニスカス５ａを形成することができるので、リード端子６とロウ材５との密着性をより向上させることができる。
【００３７】
また、ロウ材５と外側線路導体４ａおよびロウ材５と突起導体４ｂとの接触面積を大きくすることができ、リード端子６の接合強度がさらに向上する。
【００３８】
さらに、リード端子６を接合するに際して、リード端子６の長さ方向の中心線と線路導体４の長さ方向の中心線とが多少ずれていても、突起導体４ｂが外側線路導体４ａのリード端子６の下方に形成されていることから、リード端子６の両側に沿って大きなメニスカス５ａが形成され、その表面張力により、いわゆるセルフアライメント効果により、リード端子６を正常な位置に移動させて接合することができる。その結果、接合部において接合強度のばらつきが非常に小さくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００３９】
突起導体４ｂの厚さは10乃至30μｍが好ましい。10μｍ未満の場合、ロウ材５が薄くなり過ぎて、メニスカス５ａの大きさが小さくなり、リード端子６の接合強度が小さくなるとともにロウ材５の応力緩和効果、およびセルフアラインメント効果が小さくなる。30μｍを超えると、メニスカス５ａを大きくしてロウ材５に加わる引張り応力を分散させることができるが、ロウ材５の熱膨張係数が常温で20×10^-6／℃程度と大きいため、半導体素子７が作動する際にロウ材５とアルミナセラミックス（熱膨張係数：７×10^-6〜９×10^-6／℃）等のセラミックスからなる基体１との間に大きな熱応力が発生し、その結果、基体１にマイクロクラックが発生し易くなる。
【００４０】
また、突起導体４ｂの下面の合計の面積は、外側線路導体４ａの面積の１／４以下が良い。１／４を超えると、ロウ材５の厚さが適正な厚さであっても、ロウ材５の体積が小さくなるとともに外側線路導体４ａの両側におけるメニスカス５ａの面積が不足し、必要な接合強度が得られなくなる。
【００４１】
突起導体４ｂは、その横断面形状が円形，楕円形，多角形等のいずれの形状でもよい。円形の場合は直径が、また、四角形の場合は長辺が75乃至200μｍであるのがよい。75μｍ未満であれば、外側線路導体４ａ上に突起導体４ｂとなる金属ペーストを印刷する際に厚みの制御が困難であり、ロウ材５の厚さにバラツキを発生させてしまい、ロウ材５のクラック発生の原因となる。また、200μｍを超えると、ロウ材５の体積が減少して、温度サイクルなどの環境試験が行われたときにロウ材５全体の接合強度が小さくなってしまう。
【００４２】
また、突起導体４ｂ同士の間隔は100〜300μｍが好ましい。100μｍ未満であれば、外側線路導体４ａ上の表面粗さが大きいときには突起導体４ｂを所望のパターン通りに印刷形成できず、突起導体４ｂ同士が接触し易くなる。300μｍを超えると外側線路導体４ａ上において形成できる突起導体４ｂの数が少なくなり、本発明の効果が小さくなる。
【００４３】
突起導体４ｂは、外側線路導体４ａの上面のリード端子６の下方に位置する部位に複数設けられており、外側線路導体４ａの外周端から50乃至200μｍ内側に形成されているのがよい。50μｍ未満であると、リード端子６の側面と突起導体４ｂとの間隔が小さくなり、メニスカス５ａが小さくなって外側線路導体４ａとリード端子６との接合強度が弱くなり易い。また、200μｍを超えると、リード端子６を突起導体４ｂに安定して固定することが困難となり、リード端子６が傾き易くなって接合強度のばらつきが生じ易くなる。
【００４４】
また、突起導体４ｂは、図３に示すように、外側線路導体４ａのリード端子６の下方に位置する部位の外周部に全周にわたって複数設けられているのが好ましい。これにより、接合部の中央部に大きな体積のロウ材５を溜めることができ、その結果、接合部に加わる応力を体積の大きなロウ材５によってより効果的に吸収することができ、応力緩和効果を著しく向上させることができる。
【００４５】
突起導体４ｂは、線路導体４等の導体層を形成するためのタングステン（Ｗ）等の金属粉末を主成分とする金属ペーストを、線路導体４となる金属ペースト層上にさらに印刷塗布することによって形成される。または、突起導体４ｂとなる金属片などを線路導体４上にロウ付けしてもよい。
【００４６】
なお、リード端子６の下面と突起導体４ｂの上面とは、ロウ材５を介して接合されていてもよく、突起導体４ｂの上面がリード端子６の下面に当接していてもよい。応力を吸収する効果を向上するという観点からは、リード端子６の下面と突起導体４ｂの上面とはロウ材５を介して接合されているのがよい。
【００４７】
リード端子６と外側線路導体４ａとの接合は、リード端子６を突起導体４ｂ上に載置してリード端子６と外側線路導体４ａとの間隔を適度に大きなものとし、そして、これらを加熱によってロウ材５を溶融することにより行なわれる。このとき、毛細管現象によりロウ材５がリード端子６と突起導体４ｂとの間に浸入しようとする。従って、リード端子６を突起導体４ｂ上に載置するときの圧力を調整することにより、リード端子６と突起導体４ｂとの間に浸入しようとするロウ材５の量を調整することができる。
【００４８】
かくして、本発明のパッケージＡは、図１に示すように、半導体素子７を載置部１ａに錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田などの低融点ロウ材で載置固定するとともに、線路導体４と半導体素子７とをボンディングワイヤ等で電気的に接続し、側壁部２の上面にシールリングおよび蓋体８をシーム溶接法などにより取着することによって、製品としての半導体装置となる。この半導体装置は、例えば外部電気回路から供給される電気信号によって半導体素子７が駆動され、大容量の情報を高速に処理する情報処理装置等に用いられる。
【００４９】
【実施例】
本発明の半導体素子収納用パッケージの実施例について以下に説明する。
【００５０】
（実施例１）
図２の本発明の入出力部３を有するパッケージＡおよび従来の入出力部13（図４）を有するパッケージＢについて、以下のようにして作製および評価を行なった。
【００５１】
まず、図２の入出力部３を有するアルミナセラミックスから成る基体１において、幅1.5ｍｍ、長さ1.5ｍｍのＷのメタライズ層から成る外側線路導体４ａの先端から150μｍ内側に、Ｗのメタライズ層から成る突起導体４ｂを、７種の高さ（表１参照）で、一辺の長さが150μｍの正方形、隣り合う突起導体４ｂ同士の間隔を150μｍとして線路導体４の幅方向に５個、長さ方向に３列の計15個形成したサンプル（突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の15％）を10個作製した。
【００５２】
また同様にして、長さ方向に４列の計20個形成したサンプル（突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の20％）、長さ方向に５列の計25個形成したサンプル（突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の25％）、長さ方向に６列の計30個形成したサンプル（突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の30％）を、各10個ずつ作製した。なお、突起導体４ｂを長さ方向に６列形成したサンプルは、列間の間隔を75μｍとしてサンプルを作製した。
【００５３】
次に、各サンプルにおいて、幅１ｍｍ、厚さ0.2ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなるリード端子６を、外側線路導体４ａ上にＡｇロウ（ＢＡｇ８：ＪＩＳＺ 3261）を介して780℃の還元雰囲気下で接合した。
【００５４】
また、比較例として、突起導体４ｂを形成しないこと以外は同様にして比較用サンプルを10個作製した。
【００５５】
これらのサンプルについて、温度サイクル試験（−65〜＋125℃の温度幅で１サイクルが１時間）を10サイクル行なった後、リード端子６を接合部の際から上方に垂直に折り曲げて上方に引張ることによって接合強度を求める方法（ピール法）により接合強度を測定した。また、測定前のマイクロクラックの発生状態を調べた。それら結果を表１に示す。表１において、接合強度の値は10個の平均値である。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１より、本発明のパッケージＡでは、突起導体４ｂの高さが10乃至30μｍで、突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の１／４以下であれば、突起導体４ｂの高さに対応した大きなメニスカス５ａがリード端子６の周囲にわたってリード端子６と外側線路導体４ａとの間に形成されるとともに、ロウ材５の厚さおよび体積が十分なものとなるため、マイクロクラックが発生せず、また、比較例に比べて平均値で45％以上大きい接合強度が得られた。
【００５８】
なお、突起導体４ｂ下面の合計の面積が外側線路導体４ａの面積の１／４を超えると、マイクロクラックは発生しないものの、ロウ材５の体積が不十分なものとなるとともに、リード端子６と外側線路導体４ａとの間に形成されるメニスカス５ａが小さくなり、１／４以下の場合と比較して接合強度が40〜50％程度劣化することが判明した。
【００５９】
（実施例２）
次に、図３の本発明の入出力部３を有するパッケージＡを以下のようにして作製した。一辺が150μｍの正方形の突起導体４ｂを外側線路導体４ａの先端から150μｍ内側に、線路導体４の幅方向に５個、長さ方向に５個の１列で環状となるようにし、突起導体４ｂ同士の間隔が250μｍとして16個形成したこと以外は、上記実施例１と同様に作製したサンプル（突起導体４ｂの合計の面積が外側線路導体４ａの面積の16％）を、10個作製した（サンプルＮｏ．１〜10）。
【００６０】
このサンプルについて、上記実施例１と同様にして評価した結果を表２に示す。比較例については実施例１で用いた値を適用した。
【００６１】
【表２】

【００６２】
表２より、本発明のパッケージＡ（サンプルＮｏ．１〜10）において、図３の構成の場合、入出力部３におけるリード端子６の接合強度が従来のものに比して55〜65％程度大きくなっており、優れていることが判明した。
【００６３】
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、半導体素子７が半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子である場合においても本発明の効果は同様であり、その場合は側壁部２に光ファイバ取着用の貫通孔が設けられた構成となる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に半導体素子を載置する載置部を有するセラミックスから成る基体と、この基体の側壁部の内外面を貫通するように形成された線路導体とから成る入出力部を具備しており、側壁部の外面側の線路導体にリード端子がロウ材を介して接合される半導体素子収納用パッケージであって、側壁部の外面側の線路導体は、その上面のリード端子の下方に位置する部位に、リード端子の下面外周に沿ってリード端子の下面を支持する複数の突起導体が設けられていることから、リード端子と線路導体との間の間隔をリード端子との接合部全体にわたって均一かつ大きくすることができ、その結果、リード端子と線路導体との接合部におけるロウ材が突起導体の高さ以上にほぼ接合部全体にわたって厚くなり、接合部に加わる応力をロウ材で有効に吸収することができる。
【００６５】
また、リード端子の外周部に形成されるロウ材のメニスカスの表面積が大きくなり、従来は小さな面積のメニスカスに集中していた応力をメニスカスの表面積を大きくすることで分散させ、接合部におけるクラックの発生を効果的に抑えることができる。その結果、さらに接合強度を向上させることができ、リード端子の接合信頼性が非常に高いものとなる。
【００６６】
さらに、設けられた突起導体の間における余分なロウ材を流出させてリード端子の側面および下面に流出したロウ材による大きなメニスカスを形成することができるので、リード端子とロウ材との密着性をより向上させることができる。
【００６７】
また、ロウ材と線路導体およびロウ材と突起導体とのの接触面積を大きくすることができ、リード端子の接合強度がさらに向上する。
【００６８】
さらに、リード端子を接合するに際して、リード端子の長さ方向の中心線と線路導体の長さ方向の中心線とが多少ずれていても、突起導体が線路導体のリード端子の下方に形成されていることから、リード端子の両側に沿って大きなメニスカスが形成され、その表面張力により、いわゆるセルフアライメント効果により、リード端子を正常な位置に移動させて接合することができる。その結果、リード端子と線路導体との接合部において接合強度のばらつきが非常に小さくなり、接合強度をより向上させることができる。
【００６９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、突起導体が線路導体のリード端子の下方に位置する部位の外周部に全周にわたって複数設けられていることから、リード端子と線路導体との接合部の中央部に大きな体積のロウ材を溜めることができ、その結果、リード端子と線路導体との接合部に加わる応力を体積の大きなロウ材によってより効果的に吸収することができ、応力緩和効果を著しく向上させることができる。
【００７０】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに入出力部に電気的に接続された半導体素子と、基体の側壁部の上面に取着された蓋体とを具備することにより、本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、リード端子と線路導体との接続が強固で、かつ接合信頼性の高いものとなり、半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図２】（ａ）は図１の半導体素子収納用パッケージにおける入出力部の拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】本発明の半導体素子収納用パッケージにおける入出力部について実施の形態の他の例を示す拡大平面図である。
【図４】（ａ）は従来の半導体素子収納用パッケージの断面図、（ｂ）は（ａ）の半導体素子収納用パッケージにおける入出力部についての要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は従来の半導体素子収納用パッケージにおける入出力部について他の例を示す要部拡大断面図、（ｂ）は従来の半導体素子収納用パッケージにおける入出力部について他の例を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：側壁部
３：入出力部
４：線路導体
４ａ：外側線路導体
４ｂ：突起導体
５：ロウ材
６：リード端子
７：半導体素子
８：蓋体
Ａ：半導体素子収納用パッケージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element housing package and a semiconductor device for housing semiconductor elements such as IC and LSI.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a package for housing a semiconductor element (hereinafter also referred to as a package) B, which is manufactured through basic steps such as printing, laminating, cutting and firing a metal paste using a ceramic green sheet (hereinafter also referred to as a green sheet) B Is shown in FIG. As shown in FIG. 2A, the package B is opposed to the inner and outer surfaces of the side wall portion 12 of the base body 11 and the base body 11 made of ceramics having the mounting portion 1a on the bottom surface of the recess formed on the upper surface. And an input / output section 16 comprising a line conductor 14 formed so as to penetrate the side wall 12 at the center between the upper surfaces of these steps. The lead terminal 16 is joined to the line conductor 14 on the outer surface side (hereinafter, the line conductor 14 on the outer surface side of the side wall portion 12 is referred to as the outer line conductor 14a) via a brazing material. The lead terminal 16 is made of an iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or the like, and one end is joined to the outer line conductor 14a by a brazing material 15 and the other end is electrically connected to an external electric circuit. Is done.
[0003]
When joining the lead terminals 16 with the brazing material 15, the package B is generally placed in a recess formed in a carbon jig, and as shown in FIG. It mounts over the input / output part 13 from the predetermined | prescribed site | part of a tool, and is performed by heating at 800-900 degreeC with the brazing furnace of a reducing atmosphere. The brazing material 15 used for joining also has a function of relieving thermal stress generated between the lead terminal 16 and the input / output unit 13, and a crack is generated between the lead terminal 16 and the outer line conductor 14a. Is prevented.
[0004]
In this package B, the semiconductor element 17 is mounted on the mounting portion 11a and is electrically connected to the line conductor 14 by a bonding wire. The lid 18 is joined to the upper surface of the side wall portion 12 so that the semiconductor element 17 is airtight. To be a semiconductor device.
[0005]
However, in the conventional joint structure of the lead terminal 16 of the package B, as shown in FIG. 4B, the lead terminal 16 is caused by the variation in the size of the gap between the lead terminal 16 and the outer line conductor 14a. In some cases, the size of the meniscus 15a of the brazing material 15 that contributes to the bonding strength of the brazing material 15 may be reduced. In this case, the bonding strength of the lead terminal 16 may be reduced. Further, the size of the gap between the lead terminal 16 and the upper surface of the outer line conductor 14a is partially reduced by the inclination of the lead terminal 16, and as a result, the brazing material 15 is partially thinned. In that case, when an external force that pulls the lead terminal 16 upward is applied, the brazing material 15 does not effectively act as a stress relaxation portion, and therefore at the site of the brazing material 15 or the interface between the brazing material 15 and the outer line conductor 14a. There was a problem that a microcrack occurred and the lead terminal 16 peeled off from the outer line conductor 14a due to the microcrack.
[0006]
In order to solve these problems, as shown in FIG. 5A, a metallized layer C having an outer dimension slightly smaller than the outer shape of the outer line conductor 14a is formed on the outer line conductor 14a. Thus, a large meniscus 15a is formed around the lead terminal 16 to be joined to the outer line conductor 14a, whereby the joining strength of the lead terminal 16 can be increased (for example, Patent Document 1 below) reference).
[0007]
As another configuration, as shown in FIG. 5 (b), an extended portion 14b is formed by extending the outer line conductor 14a from the shelf portion 13a of the input / output portion 13 to the side portion 13b. There has also been proposed a method in which a large meniscus 15a is formed so that the material 15 flows to the extending portion 14b, and stress concentration on the meniscus 15a is dispersed (see, for example, Patent Document 2 below).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-139439 (page 3-4, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-57-1250 (page 2-3, FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method disclosed in Patent Document 1, the distance between the metallized layer C and the lead terminal 16 is reduced, and the brazing material 15 is thickened even if the meniscus 15a can be enlarged around the lead terminal 16. As a result, when a thermal stress is applied between the lead terminal 16 and the outer line conductor 14a, the brazing material 15 does not work effectively as a stress relaxation portion, and the lead terminal 16 is easily peeled off. There was a case.
[0010]
Further, in the method of Patent Document 2, it is necessary to print and form the metal paste that becomes the extending portion 14b on the side portion 13b, and the metal paste is formed on the side from the shelf portion 13a of the input / output portion 13 on which the outer line conductor 14a is formed. In order to print over the portion 13b, there is a method in which a metal paste is dripped onto the side portion 13b before the green sheets are laminated.
[0011]
However, it is very difficult to control the amount of sag of the metal paste, and when the amount of sag of the metal paste is large, the metal paste tends to reach the lower surface of the base 11 to cause poor contact, resulting in a significant manufacturing yield. In some cases, the productivity is lowered.
[0012]
Further, as a method of forming the extended portion 14b with a predetermined vertical length on the side portion 13b, a metal paste is dropped on the side surface of a green sheet having an appropriate thickness for providing the line conductor 14, and then the green portion There is also a method in which one layer of another appropriate thickness green sheet is added below the sheet, and the side portion 13b is formed of an insulating layer composed of two layers. However, this method greatly increases the number of processes, and if the metal paste wraps around the lower surface of the green sheet, delamination (delamination between the green sheets) occurs during lamination, resulting in the lead terminals 16 sometimes peeled off together with the first insulating layer constituting the shelf 13a.
[0013]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described problems, and its purpose is to make a semiconductor element normal over a long period of time by making the connection between the lead terminal and the line conductor strong and having high bonding reliability. It is another object of the present invention to provide a semiconductor element storage package and a semiconductor device that can be stably operated.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The package for housing a semiconductor element of the present invention is such that the base made of ceramics having a mounting portion for mounting the semiconductor element on the bottom surface of the recess formed on the upper surface and the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base face each other. An input / output unit comprising a line conductor formed so as to penetrate the inside and outside of the side wall between the upper surfaces of the two steps provided, and a lead terminal connected to the line conductor on the outer surface side of the side wall Is a package for semiconductor element storage that is joined via a brazing material, and the line conductor on the outer surface side of the side wall portion extends over the entire periphery to the outer peripheral portion of the portion located below the lead terminal on the upper surface. A plurality of protruding conductors for supporting the lower surface of the lead terminal are provided.
[0016]
Preferably, in the package for housing a semiconductor element according to the present invention, the protruding conductors are arranged in the vertical and horizontal directions inside the protruding conductors provided on the outer peripheral portion.
[0017]
The semiconductor element storage package of the present invention is provided with a plurality of protruding conductors that support the lower surface of the lead terminal at a position located below the lead terminal on the upper surface of the line conductor on the outer surface side of the side wall. The spacing between the lead terminal and the line conductor can be made uniform and large over the entire joint between the lead terminal and, as a result, the brazing material at the joint between the lead terminal and the line conductor is greater than the height of the protruding conductor. Thus, the thickness of the joint is increased over the entire joint, and the stress applied to the joint can be effectively absorbed by the brazing material.
[0018]
In the package for housing a semiconductor element of the present invention, a plurality of projecting conductors are provided on the entire outer periphery of the portion located below the lead terminal of the line conductor, so that the center of the joint between the lead terminal and the line conductor is provided. As a result, a large volume of brazing material can be stored in the portion, and as a result, the stress applied to the joint between the lead terminal and the line conductor can be absorbed more effectively by the large volume of brazing material, and the stress relaxation effect is remarkably improved. Can be improved.
[0019]
In addition, the surface area of the meniscus of the brazing material formed on the outer periphery of the lead terminal is increased, and the stress that has been concentrated on the meniscus having a small area in the past is dispersed by increasing the surface area of the meniscus, so that cracks in the joint portion are Generation can be effectively suppressed. As a result, the bonding strength can be further improved and the bonding reliability of the lead terminals becomes very high.
[0020]
Furthermore, a large meniscus can be formed by flowing out the excess brazing material between the provided protruding conductors and flowing out to the side surface and the lower surface of the lead terminal, so that the adhesion between the lead terminal and the brazing material is improved. It can be improved further. Further, the contact area between the brazing material and the line conductor and between the brazing material and the protruding conductor can be increased, and the joint strength of the lead terminal is further improved.
[0021]
Further, when joining the lead terminals, even if the center line in the length direction of the lead terminals and the center line in the length direction of the line conductor are slightly shifted, the protruding conductor is formed below the lead terminal of the line conductor. Therefore, a large meniscus is formed along both sides of the lead terminal, and due to the surface tension, the lead terminal can be moved to a normal position and joined by a so-called self-alignment effect. As a result, the variation in bonding strength at the bonding portion between the lead terminal and the line conductor becomes very small, and the bonding strength can be further improved.
[0022]
The semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor element storage package according to the present invention, a semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the input / output portion, and the side wall portion of the base body. And a lid attached to the upper surface.
[0023]
With the above configuration, the semiconductor device of the present invention has a strong connection between the lead terminal and the line conductor using the package for housing a semiconductor element of the present invention and high bonding reliability. It can be operated normally and stably.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor element storage package and the semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the package of the present invention, respectively, and FIGS. 2A and 2B are input / output portion portions of the package of FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view and a partial enlarged cross-sectional view, and FIG. 3 is a partial enlarged plan view showing another example of the embodiment of the input / output unit in the package of the present invention.
[0025]
In these drawings, 1 is a base body having a mounting portion 1a on which a semiconductor element 7 is mounted, 2 is a side wall portion formed on the upper surface of the base body 1 so as to surround the mounting portion 1a, and 3 is a side wall portion 2. The input / output unit 4 is composed of two steps provided on the inner and outer surfaces so as to face each other, and a line conductor 4 formed so as to penetrate the side wall 2 at the center between the upper surfaces of these steps. The line conductor 4 a is an outer line conductor formed of a part of the line conductor 4 formed on the input / output unit 3 on the outer surface side of the

side wall

2, 4 b is a protruding conductor, 5 is a brazing material, 5 a is a brazing material 5 A meniscus 6 is a lead terminal having one end joined to the outer line conductor 4a via a brazing material and the other end electrically connected to an external electric circuit device. 7 is a semiconductor element, 8 is a lid, and A is a package.
[0026]
The base 1, the side wall 2, the input / output unit 3, and the lead terminal 6 basically constitute a container for housing the semiconductor element 7.
[0027]
The package A of the present invention faces a substrate 1 made of ceramics having a mounting portion 1a on which a semiconductor element 7 is mounted on the bottom surface of a recess formed on the upper surface so as to face the inner and outer surfaces of the side wall portion 2 of the substrate 1. And an input / output unit 3 including a line conductor 4 formed so as to penetrate the side wall 2 at the center between the upper surfaces of the steps. The lead terminal 6 is joined to the outer line conductor 4 (outer line conductor 4a) via a brazing material.
[0028]
The substrate 1 of the present invention is made of ceramics such as an alumina sintered body (alumina ceramic), an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, and the like. By this, the weight of the package A can be made extremely light compared to the case where the substrate 1 is made of metal.
[0029]
Moreover, the side wall part 2 is formed so that the mounting part 1a may be enclosed by forming a recessed part in the upper surface of the base | substrate 1. FIG. In addition, in order to attach the seal ring (not shown) which consists of a metal for attaching the cover body 8 to the upper surface of this side wall part 2, a bonding layer (FIG. (Not shown) may be formed.
[0030]
Further, the side wall portion 2 is formed with two steps provided on the inner and outer surfaces so as to face each other, and has a line conductor 4 formed so as to penetrate the side wall portion 2 at the center between the upper surfaces of the step. An input / output unit 3 is provided. Then, the lead terminal 6 is joined to the outer line conductor 4 a on the outer surface side of the side wall 2 via the brazing material 5.
[0031]
The two steps provided on the inner and outer surfaces of the side wall 2 so as to face each other are formed as a groove shape in which a part of the inner and outer surfaces of the side wall 2 are thinned in the vertical direction in FIG. It may be formed so as to protrude from the inner and outer surfaces of the portion 2.
[0032]
The substrate 1 is manufactured as follows. When the substrate 1 is made of alumina ceramic, for example, aluminum oxide (Al ₂ O _Three ), Silicon oxide (SiO ₂ ), Magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), and other raw material powders are mixed with a suitable organic binder, solvent, etc. to form a slurry. This slurry is formed into a green sheet by a doctor blade method or a calender roll method, and cut into a desired size. A plurality of green sheets selected from them are subjected to a suitable punching process so as to form through holes and cutout portions that become the side wall portions 2 and the input / output portions 3. Further, a metal paste mainly composed of a metal powder such as tungsten (W) for forming a conductor layer such as the line conductor 4 and the protruding conductor 4b is printed and applied, and then these green sheets are sequentially laminated to about 1600. It is produced by firing at a temperature of ° C.
[0033]
Further, on the exposed surface of the conductor layer such as the line conductor 4 and the protruding conductor 4b formed on the manufactured substrate 1, a metal having excellent corrosion resistance and excellent wettability with the brazing material 5, specifically, a thickness of 0.5 It is preferable that a Ni layer having a thickness of ˜9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5-9 μm are sequentially deposited by a plating method. Thereby, it is possible to effectively prevent the conductor layer from being oxidatively corroded and to further strengthen the joining of the input / output unit 3 and the lead terminal 6 with the brazing material 5 such as silver brazing.
[0034]
The package A of the present invention is provided with a plurality of protruding conductors 4b that support the lower surface of the lead terminal 6 at a portion located below the lead terminal 6 of the outer line conductor 4a. As a result, the distance between the lead terminal 6 and the outer line conductor 4a is defined as a joint portion between the lead terminal 6 (hereinafter simply referred to as a joint portion between the outer line conductor 4a and the lead terminal 6). As a result, the brazing material 5 in the joint becomes thicker over the entire joint than the height of the protruding conductor 4b, and the brazing material 5 effectively absorbs the stress applied to the joint. Can do.
[0035]
Further, the surface area of the meniscus 5a of the brazing material 5 formed on the outer peripheral portion of the lead terminal 6 is increased, and the stress concentrated on the meniscus 5a having a small area in the past is dispersed by increasing the surface area of the meniscus 5a. Generation of cracks at the joint can be effectively suppressed. As a result, the bonding strength can be further improved, and the bonding reliability of the lead terminal 6 becomes very high.
[0036]
Furthermore, since the excess brazing material 5 between the protruding conductors 4b provided can flow out and a large meniscus 5a can be formed by the brazing material 5 flowing out to the side and bottom surfaces of the lead terminals 6, Adhesion with the material 5 can be further improved.
[0037]
Further, the contact area between the brazing material 5 and the outer line conductor 4a and between the brazing material 5 and the protruding conductor 4b can be increased, and the bonding strength of the lead terminal 6 is further improved.
[0038]
Further, when the lead terminal 6 is joined, even if the center line in the length direction of the lead terminal 6 and the center line in the length direction of the line conductor 4 are slightly deviated, the protruding conductor 4b is connected to the lead terminal of the outer line conductor 4a. 6, a large meniscus 5 a is formed along both sides of the lead terminal 6. Due to the surface tension, the lead terminal 6 is moved to a normal position and joined by a so-called self-alignment effect. be able to. As a result, the variation in bonding strength at the bonding portion becomes very small, and the bonding strength can be further improved.
[0039]
The thickness of the protruding conductor 4b is preferably 10 to 30 μm. When the thickness is less than 10 μm, the brazing material 5 becomes too thin, the size of the meniscus 5a becomes small, the bonding strength of the lead terminal 6 becomes small, and the stress relaxation effect and the self-alignment effect of the brazing material 5 become small. If it exceeds 30 μm, the meniscus 5a can be enlarged to disperse the tensile stress applied to the brazing material 5, but the thermal expansion coefficient of the brazing material 5 is 20 × 10 at room temperature. ^-6 Since it is as large as about / ° C., when the semiconductor element 7 operates, the brazing material 5 and alumina ceramics (thermal expansion coefficient: 7 × 10 ^-6 ~ 9 × 10 ^-6 A large thermal stress is generated between the substrate 1 made of ceramics such as / ° C. and the like, and as a result, microcracks are easily generated in the substrate 1.
[0040]
The total area of the lower surface of the protruding conductor 4b is preferably ¼ or less of the area of the outer line conductor 4a. If it exceeds 1/4, even if the thickness of the brazing material 5 is an appropriate thickness, the volume of the brazing material 5 is reduced and the area of the meniscus 5a on both sides of the outer line conductor 4a is insufficient, so that the necessary joining is achieved. Strength cannot be obtained.
[0041]
The protruding conductor 4b may have any shape such as a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal cross-sectional shape. In the case of a circle, the diameter is preferable, and in the case of a rectangle, the long side is preferably 75 to 200 μm. If the thickness is less than 75 μm, it is difficult to control the thickness when printing the metal paste to be the protruding conductor 4b on the outer line conductor 4a, and the thickness of the brazing material 5 varies. Cause cracks. On the other hand, when the thickness exceeds 200 μm, the volume of the brazing material 5 decreases, and the joint strength of the entire brazing material 5 becomes small when an environmental test such as a temperature cycle is performed.
[0042]
The spacing between the protruding conductors 4b is preferably 100 to 300 μm. If it is less than 100 μm, when the surface roughness on the outer line conductor 4a is large, the protruding conductor 4b cannot be printed and formed in a desired pattern, and the protruding conductors 4b are likely to contact each other. If it exceeds 300 μm, the number of protruding conductors 4b that can be formed on the outer line conductor 4a is reduced, and the effect of the present invention is reduced.
[0043]
A plurality of protruding conductors 4b are provided in a portion located below the lead terminal 6 on the upper surface of the outer line conductor 4a, and are preferably formed 50 to 200 μm inside from the outer peripheral end of the outer line conductor 4a. If it is less than 50 μm, the distance between the side surface of the lead terminal 6 and the protruding conductor 4b becomes small, the meniscus 5a becomes small, and the bonding strength between the outer line conductor 4a and the lead terminal 6 tends to be weak. On the other hand, if it exceeds 200 μm, it is difficult to stably fix the lead terminal 6 to the projecting conductor 4b, and the lead terminal 6 tends to be inclined and variations in bonding strength are likely to occur.
[0044]
Further, as shown in FIG. 3, it is preferable that a plurality of protruding conductors 4b are provided over the entire circumference in the outer peripheral portion of the portion located below the lead terminal 6 of the outer line conductor 4a. As a result, a large volume of brazing material 5 can be stored in the central portion of the joint, and as a result, the stress applied to the joint can be more effectively absorbed by the large volume of brazing material 5 and the stress relaxation effect. Can be significantly improved.
[0045]
The protruding conductor 4b is obtained by further printing and applying a metal paste mainly composed of a metal powder such as tungsten (W) for forming a conductor layer such as the line conductor 4 on the metal paste layer that becomes the line conductor 4. It is formed. Alternatively, a metal piece or the like that becomes the protruding conductor 4 b may be brazed on the line conductor 4.
[0046]
Note that the lower surface of the lead terminal 6 and the upper surface of the protruding conductor 4 b may be joined via the brazing material 5, and the upper surface of the protruding conductor 4 b may be in contact with the lower surface of the lead terminal 6. From the viewpoint of improving the effect of absorbing stress, it is preferable that the lower surface of the lead terminal 6 and the upper surface of the protruding conductor 4b are joined via the brazing material 5.
[0047]
In joining the lead terminal 6 and the outer line conductor 4a, the lead terminal 6 is placed on the protruding conductor 4b so that the distance between the lead terminal 6 and the outer line conductor 4a is appropriately large. This is done by melting the brazing material 5. At this time, the brazing material 5 tends to enter between the lead terminal 6 and the protruding conductor 4b by capillary action. Therefore, by adjusting the pressure when the lead terminal 6 is placed on the protruding conductor 4b, the amount of the brazing material 5 that is to penetrate between the lead terminal 6 and the protruding conductor 4b can be adjusted.
[0048]
Thus, in the package A of the present invention, as shown in FIG. 1, the semiconductor element 7 is mounted and fixed on the mounting portion 1a with a low melting point solder such as tin (Sn) -lead (Pb) solder, and a line conductor. 4 and the semiconductor element 7 are electrically connected by a bonding wire or the like, and a seal ring and a lid 8 are attached to the upper surface of the side wall portion 2 by a seam welding method or the like, so that a semiconductor device as a product is obtained. This semiconductor device is used, for example, in an information processing device or the like in which a semiconductor element 7 is driven by an electric signal supplied from an external electric circuit to process a large amount of information at high speed.
[0049]
【Example】
Examples of the package for housing semiconductor elements of the present invention will be described below.
[0050]
Example 1
The package A having the input / output unit 3 of the present invention shown in FIG. 2 and the package B having the conventional input / output unit 13 (FIG. 4) were produced and evaluated as follows.
[0051]
First, in the substrate 1 made of alumina ceramics having the input / output part 3 of FIG. 2, from the end of the outer line conductor 4a made of a W metallization layer having a width of 1.5 mm and a length of 1.5 mm, 150 μm inside, from the W metallization layer. The projecting conductor 4b is composed of seven heights (see Table 1), a square whose side is 150 μm in length, and the distance between adjacent projecting conductors 4b is 150 μm, and is five in the width direction of the line conductor 4. Ten samples (total area of the protruding conductors 4b being 15% of the area of the outer line conductors 4a) formed in a total of 15 rows in three rows were produced.
[0052]
Similarly, a total of 20 samples formed in 4 rows in the length direction (the total area of the protruding conductors 4b is 20% of the area of the outer line conductor 4a) and a total of 25 samples in 5 rows in the length direction were formed. Sample (total area of projecting conductors 4b is 25% of the area of outer line conductor 4a), 30 samples formed in a total of six rows in the length direction (total area of projecting conductors 4b is the area of outer line conductor 4a) 30%) was produced for each 10 pieces. In addition, the sample in which the protruding conductors 4b were formed in six rows in the length direction was prepared by setting the interval between the rows to 75 μm.
[0053]
Next, in each sample, a lead terminal 6 made of an Fe—Ni—Co alloy having a width of 1 mm and a thickness of 0.2 mm is reduced to 780 ° C. via Ag solder (BAg8: JIS Z 3261) on the outer line conductor 4a. Bonding was performed under an atmosphere.
[0054]
As a comparative example, ten comparative samples were produced in the same manner except that the protruding conductor 4b was not formed.
[0055]
For these samples, after 10 cycles of the temperature cycle test (1 cycle is 1 hour at a temperature range of −65 to + 125 ° C.), the lead terminal 6 is bent vertically upward from the joint and pulled upward. The bonding strength was measured by a method (peel method) for determining the bonding strength. Also, the occurrence of microcracks before measurement was examined. The results are shown in Table 1. In Table 1, the value of the bonding strength is an average value of 10 pieces.
[0056]
[Table 1]

[0057]
From Table 1, in the package A of the present invention, if the height of the protruding conductor 4b is 10 to 30 μm and the total area of the protruding conductor 4b is ¼ or less of the area of the outer line conductor 4a, the protruding conductor 4b Since a large meniscus 5a corresponding to the height is formed between the lead terminal 6 and the outer line conductor 4a around the lead terminal 6, and the thickness and volume of the brazing material 5 are sufficient, the microcrack In addition, a bonding strength of 45% or more on average was obtained as compared with the comparative example.
[0058]
If the total area of the lower surfaces of the protruding conductors 4b exceeds 1/4 of the area of the outer line conductor 4a, the microcracks will not occur, but the volume of the brazing material 5 will be insufficient, and the lead terminals 6 and It has been found that the meniscus 5a formed between the outer line conductor 4a and the outer line conductor 4a is small, and the joint strength is deteriorated by about 40 to 50% as compared with the case of 1/4 or less.
[0059]
(Example 2)
Next, a package A having the input / output unit 3 of the present invention shown in FIG. 3 was produced as follows. The protruding conductor 4b having a square shape with a side of 150 μm is formed in a ring of five in the width direction of the line conductor 4 and five in the length direction, 150 μm inward from the tip of the outer line conductor 4a. Except that 16 pieces were formed with an interval of 250 μm, 10 samples (the total area of the protruding conductors 4b was 16% of the area of the outer line conductors 4a) produced in the same manner as in Example 1 were produced ( Sample No. 1-10).
[0060]
The results of evaluating this sample in the same manner as in Example 1 are shown in Table 2. For the comparative example, the values used in Example 1 were applied.
[0061]
[Table 2]

[0062]
From Table 2, in the package A (sample Nos. 1 to 10) of the present invention, in the case of the configuration of FIG. 3, the bonding strength of the lead terminals 6 in the input / output section 3 is about 55 to 65% compared to the conventional one. It turned out to be excellent.
[0063]
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, even when the semiconductor element 7 is an optical semiconductor element such as a semiconductor laser (LD) or a photodiode (PD), the effect of the present invention is the same. In this case, a through hole for attaching an optical fiber to the side wall 2 is used. Is provided.
[0064]
【The invention's effect】
The package for housing a semiconductor element of the present invention is formed so as to penetrate a base made of ceramics having a mounting portion for mounting a semiconductor element on the bottom surface of a recess formed on the upper surface, and inner and outer surfaces of the side wall of the base. A package for housing a semiconductor element, wherein a lead terminal is joined to a line conductor on the outer surface side of the side wall portion via a brazing material, the input / output portion comprising a line conductor formed on the outer surface side of the side wall portion Since the line conductor of the upper surface is provided with a plurality of protruding conductors that support the lower surface of the lead terminal along the outer periphery of the lower surface of the lead terminal at a portion located below the lead terminal on the upper surface, the lead terminal and the line conductor The distance between the lead terminal and the lead terminal can be made uniform and large across the entire joint. As a result, the brazing material at the joint between the lead terminal and the line conductor is almost joined to the height of the protruding conductor. Thickened throughout, stress applied to the joint portion can be effectively absorbed by the brazing material.
[0065]
In addition, the surface area of the meniscus of the brazing material formed on the outer periphery of the lead terminal is increased, and the stress that has been concentrated on the meniscus having a small area in the past is dispersed by increasing the surface area of the meniscus, so that cracks in the joint portion are Generation can be effectively suppressed. As a result, the bonding strength can be further improved and the bonding reliability of the lead terminals becomes very high.
[0066]
Furthermore, a large meniscus can be formed by flowing out the excess brazing material between the provided protruding conductors and flowing out to the side surface and the lower surface of the lead terminal, so that the adhesion between the lead terminal and the brazing material is improved. It can be improved further.
[0067]
Further, the contact area between the brazing material and the line conductor and between the brazing material and the protruding conductor can be increased, and the joint strength of the lead terminal is further improved.
[0068]
Further, when the lead terminals are joined, even if the center line in the length direction of the lead terminal and the center line in the length direction of the line conductor are slightly shifted, the protruding conductor is formed below the lead terminal of the line conductor. Therefore, a large meniscus is formed along both sides of the lead terminal, and due to the surface tension, the lead terminal can be moved to a normal position and joined by a so-called self-alignment effect. As a result, the variation in bonding strength at the bonding portion between the lead terminal and the line conductor becomes very small, and the bonding strength can be further improved.
[0069]
In the package for housing a semiconductor element of the present invention, a plurality of projecting conductors are provided on the entire outer periphery of the portion located below the lead terminal of the line conductor, so that the center of the joint between the lead terminal and the line conductor is provided. As a result, a large volume of brazing material can be stored in the portion, and as a result, the stress applied to the joint between the lead terminal and the line conductor can be absorbed more effectively by the large volume of brazing material, and the stress relaxation effect is remarkably improved. Can be improved.
[0070]
A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor element storage package according to the present invention, a semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion and electrically connected to the input / output unit, and an upper surface of the side wall portion of the substrate. By providing the lid, the connection between the lead terminal and the line conductor using the package for housing a semiconductor element of the present invention is strong and the bonding reliability is high, and the semiconductor element is normal over a long period of time. In addition, it can be operated stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing an example of an embodiment of a package for housing a semiconductor element of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG.
2A is an enlarged plan view of an input / output unit in the semiconductor element storage package of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing another example of the embodiment of the input / output unit in the package for housing semiconductor elements of the present invention.
4A is a cross-sectional view of a conventional semiconductor element storage package, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of a main part of an input / output unit in the semiconductor element storage package of FIG.
5A is an enlarged cross-sectional view of a main part showing another example of an input / output section in a conventional semiconductor element storage package, and FIG. 5B is another example of an input / output section in a conventional semiconductor element storage package. It is a principal part expanded sectional view which shows this.
[Explanation of symbols]
1: Substrate
1a: Placement part
2: Side wall
3: Input / output section
4: Line conductor
4a: Outer line conductor
4b: Protruding conductor
5: brazing material
6: Lead terminal
7: Semiconductor element
8: Lid
A: Package for semiconductor element storage

Claims

A base made of ceramics having a mounting portion for mounting a semiconductor element on the bottom surface of the recess formed on the top surface, and between the top surfaces of the two steps provided opposite to the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base body A semiconductor device including an input / output unit including a line conductor formed so as to penetrate the inside and outside of the side wall portion, and a lead terminal joined to the line conductor on the outer surface side of the side wall portion via a brazing material In the element storage package, the line conductor on the outer surface side of the side wall portion has a plurality of supporting portions for supporting the lower surface of the lead terminal over the entire outer periphery of a portion of the upper surface located below the lead terminal. A package for housing a semiconductor element, wherein a protruding conductor is provided.

Inwardly of said projections conductor kicked set before Kigai periphery, the semiconductor element storage package according to claim 1, wherein a protrusion conductors are aligned vertically and horizontally disposed.

A package for housing semiconductor chip according to claim 1 or claim 2, wherein a semiconductor element is electrically connected to the input portion while being placed on and fixed to the mounting section, the upper surface of the side wall portion of the base body And a lid attached to the semiconductor device.