【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製の基体を用いた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、ＬＳＩ，ＩＣや光通信分野に使用される電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）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（以下、半導体パッケージともいう）を図４に示す。同図に示すように、半導体パッケージは、上面に形成された凹部１１ｂの底面の略中央部に半導体素子１５を載置するための載置部１３を有し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチック等の電気的に絶縁性の樹脂から成る基体１１と、両端が基体１１の側壁部１２の内外に突出するように取着され、側壁部１２の外側に突出する一端が外部電気回路に接続される複数のリード端子１７と、基体１１の側壁部１２の上面に封止材１８を介して取着されて内側を気密に封止する蓋体１９とから主に構成されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
なお、蓋体１９は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成る金属製の平板状のものが使用される。
【０００４】
そして、基体１１の載置部１３上にシリコン（Ｓｉ）等から成る基板１４上に搭載された半導体素子１５を載置固定するとともに、半導体素子１５の各電極をリード端子１７にボンディングワイヤ等の電気的接続手段１６を介して電気的に接続し、しかる後、側壁部１２の上面に蓋体１９を樹脂接着剤等の封止材１８を介して接合し、基体１１と蓋体１９とから成る容器内部に半導体素子１５を収容することによって、製品としての半導体装置が完成する。この半導体装置は、半導体素子１５にリード端子１７を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、半導体素子１５に光を励起させて励起した光を側壁部１２に形成された貫通穴１１ａに取着された光ファイバ２０で伝達させることによって、または光ファイバ２０を伝達する光を半導体素子１５で受光させ、半導体素子１５で受光された光に対応する電気信号を発生させ、発生した電気信号をリード端子１７を介して取り出すことによって作動する。このような半導体装置は光通信分野で多用される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−６４６８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体パッケージでは、側壁部１２の上面に蓋体１９を樹脂接着剤等の封止材１８を介して接合しているため、半導体パッケージ内部への水分の侵入が封止材１８を通して発生し、その結果、半導体素子１５の作動性が劣化するという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、樹脂製の基体の側壁部と蓋体との接合を非常に強固なものとして、半導体素子収納用パッケージ内部への水分の侵入を有効に防止することにある。
【０００８】
【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ための載置部が設けられた樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面に全周にわたって被着されたメタライズ層と、前記側壁部に一端部が前記側壁部の内側に突出し他端部が前記側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備し、前記側壁部の上面に樹脂製の蓋体が取着される半導体素子収納用パッケージであって、前記メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、前記側壁部の上面に前記側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、前記蓋体は、下面の外周部に前記メタライズ層を覆う金属層が全周にわたって被着されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、基体の側壁部の上面に被着されたメタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属層に強固に半田付けされる。その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。
【００１０】
また、基体の側壁部の上面に被着されたメタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。即ち、基体がセラミックス等から成る場合と比較して、樹脂製の基体にメタライズ層を被着した場合にはメタライズ層の密着力が低下するため、メタライズ層を基体の側壁部の上面の略全面に被着すると、メタライズ層の端が側壁部の内外面に面一となってメタライズ層の端が剥離し易くなる。従って、メタライズ層を側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着することによって、その剥離を抑えることができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００１１】
また、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ための載置部が設けられた樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面に全周にわたって被着されたメタライズ層と、前記側壁部に一端部が前記側壁部の内側に突出し他端部が前記側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備し、前記側壁部の上面に樹脂製の蓋体が取着される半導体素子収納用パッケージであって、前記メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、前記側壁部の上面に前記側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、前記蓋体は、下面の外周部に前記メタライズ層を覆う枠状の金属部材がその上側主面および側面を埋め込ませて設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記と同様に、メタライズ層の幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属部材に強固に半田付けされ、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。また、メタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００１３】
また、蓋体は、その下面に埋め込まれた金属部材がメタライズ層に接合されることから、蓋体が基体により強固に接合されて水分の侵入をより有効に防止できる。
【００１４】
さらに、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ための載置部が設けられた樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面に全周にわたって被着されたメタライズ層と、前記側壁部に一端部が前記側壁部の内側に突出し他端部が前記側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備し、前記側壁部の上面に樹脂製の蓋体が取着される半導体素子収納用パッケージであって、前記メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、前記側壁部の上面に前記側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、前記蓋体は、中央部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部が前記メタライズ層を覆う下面を有する、前記蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、上記と同様に、メタライズ層の幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属部材に強固に半田付けされ、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。また、メタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００１６】
また、蓋体は、外周部の金属枠体がメタライズ層に接合されることから、蓋体が基体にさらに強固に接合されて水分の侵入をより有効に防止できる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージの前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体と前記蓋体とが前記メタライズ層と前記金属層との間に半田を介して接合されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージの前記載置部に載置固定された半導体素子が前記リード端子に電気的に接続されるとともに、前記基体と前記蓋体とが、前記メタライズ層と前記金属部材との間に半田を介して接合されているかまたは前記メタライズ層と前記金属部材との溶接によって接合されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００２０】
本発明の半導体装置において、好ましくは、前記半田は厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、前記基体と前記蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体装置は、半田は厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、基体と蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることから、基体の側壁部と蓋体との半田または溶接による接合がより強固となり、より信頼性の高いものとなる。
【００２２】
【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を以下に詳細に説明する。図１において、１は樹脂製の基体、２は基体１の側壁部、２ａは側壁部２の上面に被着されたメタライズ層、３は基体１の凹部１ｂの底面に設けられた半導体素子５の載置部、４は半導体素子を搭載するための基板、５はＬＳＩ，ＩＣ，ＬＤ，ＰＤ等の半導体素子である。また、６はボンディングワイヤ等の電気的接続手段、７は半導体素子の電極に電気的に接続されるリード端子、９は金属層９ａが被着された蓋体、１０は光ファイバである。図２で、９は金属部材９ｂが設けられた蓋体である。図３で、９は金属枠体９ｃが設けられた蓋体である。
【００２３】
本発明の半導体パッケージは、上面に形成された凹部１ｂの底面に半導体素子５を載置するための載置部３が設けられた樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の上面に全周にわたって被着されたメタライズ層２ａと、側壁部２に一端部が側壁部２の内側に突出し他端部が側壁部２の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子７とを具備し、側壁部２の上面に樹脂製の蓋体９が取着される半導体パッケージであって、メタライズ層２ａは、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、側壁部２の上面に側壁部２の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、蓋体９は、下面の外周部にメタライズ層２ａを覆う金属層９ａが全周にわたって被着されている。
【００２４】
そして、基体１の側壁部２の上面のメタライズ層２ａに半田（図２の金属部材９ｂが設けられた蓋体９や図３の金属枠体９ｃが設けられた蓋体９の場合は溶接でも可）を介して蓋体９が接合されることによって、半導体装置が構成される。
【００２５】
本発明の基体１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等から成り、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法によって製作される。
【００２６】
リード端子７はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ（コバルト）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等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の従来周知の金属加工法を施すことによって作製される。リード端子７の側壁部２への取着は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型する際に予め金型内の所定位置にリード端子７をセットしておくことによって、側壁部２の内側に一端部が突出し他端部が側壁部２の外側に突出した状態で側壁部２に埋め込まれて、基体１に一体的に取着される。リード端子７の側壁部２内側の一端部は側壁部２の内側に突出しており、その一端部の上面にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を接続する。
【００２７】
リード端子７は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をメッキ法により所定厚み（１〜２０μｍ）に被着させておくのがよく、リード端子７の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに、外部リード端子７と電気的接続手段６との接続およびリード端子７と外部電気回路との接続を良好なものとして、信頼性の高い接続を実現できる。
【００２８】
さらに、基体１の側壁部２の上面にはメタライズ層２ａが設けられ、メタライズ層２ａに、金属層９ａ、金属部材９ｂまたは金属枠体９ｃが設けられた蓋体９が接合される。
【００２９】
側壁部２の上面にメタライズ層２ａを被着するには以下のようにして行なう。側壁部２の上面に脱脂処理を施し、次に水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液でエッチング処理した後、塩化水素（ＨＣｌ）水溶液にて中和洗浄し、触媒により表面を活性化した後、化学銅（Ｃｕ）めっき液に浸漬して表面に厚さ０．１〜２０μｍの化学銅めっきを施す。次に、半田との濡れ性に優れるＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により０．０５〜２０μｍの厚さに被着させることによりメタライズ層２ａを設ける。メタライズ層２ａの被着は、めっき法以外にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、転写法、導電剤塗装等いずれでも可能である。
【００３０】
蓋体９に金属層９ａを被着するには、メタライズ層２ａの被着の場合と同様にして、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型した樹脂製の蓋体９の下面の外周部に、厚さ０．１〜２０μｍの化学銅めっきを施す。そして、ＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により０．０５〜２０μｍの厚さに被着させることにより金属層９ａを設ける。金属層９ａの被着は、めっき法以外にスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、転写法、導電剤塗装等いずれでも可能である。
【００３１】
蓋体９に金属部材９ｂ、金属枠体９ｃを設けるには以下のようにして行なう。蓋体９をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により成型する際に予め金型内の所定位置に金属部材９ｂ、金属枠体９ｃをセットしておくことによって、金属部材９ｂ、金属枠体９ｃが蓋体９に一体的に取着される。これにより、メタライズ層２ａを覆う枠状の金属部材９ｂが、その上側主面および側面を蓋体９の下面の外周部に埋め込ませて設けられる。また、メタライズ層２ａを覆う下面を有する金属枠体９ｃが、中央部の樹脂製の蓋体本体部９Ａの側面に内周面が全周にわたって直接密着して設けられる。
【００３２】
金属部材９ｂおよび金属枠体９ｃは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等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の従来周知の金属加工法を施すことにより作製される。さらに、金属部材９ｂおよび金属枠体９ｃの露出部分に半田との濡れ性に優れるＮｉやＡｕ等の金属をめっき法により０．０５〜２０μｍの厚さで被着させておくのが良い。
【００３３】
側壁部２上面への蓋体９の接合は、それらの接合部における水分の侵入を有効に防止するために金属である半田から成る接合材を用いる。この接合材の溶融温度が非常に高い場合、側壁部２が軟化するため光ファイバ１０の固定が困難となる。従って、接合材としては溶融温度の低い半田を用いるのがよい。具体的には、接合材としてＳｎ（錫）−Ｐｂ（鉛）半田、Ｓｎ−Ａｇ（銀）半田等の低融点の半田を用いる。そして、例えばＳｎ−Ｐｂ半田等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た半田ペーストを、側壁部２のメタライズ層２ａを設けた部分に予め従来周知のスクリーン印刷法により印刷塗布しておき、その上に蓋体９を配置し、加熱溶融することにより、側壁部２の上面に蓋体９が接合される。
【００３４】
なお、側壁部２と蓋体９との接合部における外部からの水分の侵入を有効に防止するためには、それらの接合を強固とする必要がある。そのため、接合後の半田は、厚さが０．Ｏ１〜０．２ｍｍで、蓋体９に接している部位の幅が０．２乃至５ｍｍであることが好ましい。さらには、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良い。
【００３５】
半田の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、また半田の幅が０．２ｍｍ未満の場合、側壁部２と蓋体９との接合部で十分な接合強度が得られない。半田の厚さが０．２ｍｍを超える場合、側壁部２の上面と蓋体９の下面とを平行に接合することが困難となるため不均一な熱ストレスが発生することとなり、結果的に十分な強度が得られない傾向がある。半田の幅が５ｍｍを超える場合、半導体パッケージの小型化に適さない。
【００３６】
また、基体１と蓋体９は、例えば、基体１が熱膨張係数が１８．４×１０−６／℃であるオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂から成り、蓋体９が熱膨張係数が６．０×１０−６／℃であるオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂から成る場合、それらの熱膨張係数差は３０×１０−６／℃以下となり好ましいものとなる。熱膨張係数差が３０×１０−６／℃を超えると、接合部が剥離したり、接合部付近で側壁部２、蓋体９または半田にクラックや割れ等が発生し易くなる。
【００３７】
また、側壁部２と蓋体９との接合部における外部からの水分の侵入を有効に防止する接合構造として、上記の半田以外に、金属部材９ｂや金属枠体９ｃが設けられた蓋体９の場合は溶接によって接合しても良い。
【００３８】
本発明において、金属層９ａ、金属部材９ｂおよび金属枠体９ｃの幅は、メタライズ層２ａの幅よりも大きいことが好ましい。この場合、メタライズ層２ａの幅方向の両端を半田が覆うこととなり、メタライズ層２ａの剥離を有効に防ぐことができる。
【００３９】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体パッケージの載置部３に載置固定された半導体素子５がリード端子７に電気的に接続されるとともに、基体１の側壁部２の上面のメタライズ層２ａに蓋体９が半田を介して接合されているかまたは溶接によって接合されている構成である。本発明の半導体装置は、本発明の半導体パッケージを用いることにより、半導体素子５の作動性が非常に優れたものとなり、半導体素子５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。
【００４０】
【実施例】
本発明の半導体パッケージおよび半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００４１】
図１に示した半導体装置を以下のようにして構成した。Ｆｅ−Ｎｉ合金から成る厚みが０．２５ｍｍのリード端子７を有する基体１をトランスファ成型法で製作した。このとき、略直方体の基体１は長さ１０ｍｍ×幅８ｍｍ×高さ４ｍｍで、側壁部２の厚さが２ｍｍで、熱膨張係数が１８．４×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＡ）と、寸法は上記寸法と同じで熱膨張係数が３５．８×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＢ）と、寸法は上記寸法と同じで熱膨張係数が４０．３×１０−６／℃のエポキシ樹脂から成るもの（サンプルＣ）との３種類を作製した。
【００４２】
そして、３種類の基体１の側壁部２上面に、幅が０．２ｍｍであるメタライズ層２ａを、側壁部２の内面側の端および外面側の端に達しないようにして形成した。メタライズ層２ａは、側壁部２の上面に脱脂処理を施し、次にＫＯＨ水溶液にてエッチング処理した後、ＨＣｌ水溶液にて中和洗浄し、触媒により表面を活性化した後、化学銅Ｃｕめっき液に浸漬することにより、厚さ２μｍのＣｕめっき層、さらにその表面にめっき法で厚さ５μｍのＮｉめっき層および厚さ１μｍのＡｕめっき層を順次被着して形成した。
【００４３】
次に、基体１の凹部１ｂの底面の載置部３に、アルミナセラミックスから成る基板４を載置して樹脂接着剤で固定し、基板４の上面の導体層上にＬＤから成る半導体素子５を半田で接合して搭載し、半導体素子５の上面の電極をボンディングワイヤを介してリード端子７に接続した。
【００４４】
そして、側壁部２上面のメタライズ層２ａに、外形サイズが縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍで、メタライズ層２ａと同様にして形成した幅が０．２ｍｍの金属層９ａが被着されたエポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９の下面の外周部の金属層９ａを、厚さ０．０１ｍｍのＳｎ−Ｐｂ半田で接合し、上記３種類の各２０個、合計６０個の半導体装置を作製した。これらについて、温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１より、サンプルＣのみに、基体１および／または半田にクラック等の割れが発生した不良品が発生した。これは、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃を超えているためと考えられる。この場合、半導体パッケージ内部に水分が侵入し易くなる。従って、サンプルＡ，Ｂのように、基体１と蓋体９との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが良いことが判った。
【００４７】
次に、サンプルＢにおいてメタライズ層２ａの幅を種々に設定したときの接合状態を調べた。即ち、メタライズ層２ａの幅が０．１５ｍｍ（サンプルＢ１）、０．２ｍｍ（サンプルＢ）、０．３ｍｍ（サンプルＢ２）、２ｍｍ（サンプルＢｓ；幅が側壁部２の上面の幅と同じ）の４種類を準備した。そして、基体１の側壁部２上面のメタライズ層２ａとエポキシ樹脂から成る蓋体９の金属層９ａとを、厚さ０．０１ｍｍのＳｎ−Ｐｂ半田で接合し、４種のサンプルの各２０個合計８０個の半導体装置を作製した。これらについて温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。その結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表２より、サンプルＢ１，Ｂｓにおいて基体１と半田との間で剥離が発生した。この場合、半導体パッケージ内部に水分が侵入し易くなる。従って、サンプルＢ，Ｂ２のように、メタライズ層２ａの幅は０．２ｍｍ以上であって、側壁部２の内面側の端および外面側の端に達しないように形成する必要があることが判った。ただし、メタライズ層２ａの幅が５ｍｍを超えると半導体パッケージが大型化することとなるため、メタライズ層２ａの幅は５ｍｍ以下とする。
【００５０】
次に、サンプルＢを用いて、メタライズ層２ａの幅を０．２ｍｍとし、半田の厚さを種々に設定したときの接合状態を調べた。半田の厚さが０．００５ｍｍ（サンプルＢ３）、０．０１ｍｍ（サンプルＢ）、０．０５ｍｍ（サンプルＢ４）、０．１ｍｍ（サンプルＢ５）、０．１５ｍｍ（サンプルＢ６）、０．２ｍｍ（サンプルＢ７）、０．２５ｍｍ（サンプルＢ８）、０．３ｍｍ（サンプルＢ９）の８種類を準備した。そして、メタライズ層２ａとエポキシ樹脂から成る蓋体９の金属層９ａとをＳｎ−Ｐｂ半田で接合し、上記８種類の各２０個合計１６０個の半導体装置を作製した。これらについて、温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。その結果を表３に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
表３より、サンプルＢ３，Ｂ８，Ｂ９で基体１と半田との間で剥離が発生した。これらのサンプルでは半導体パッケージ内部に水分が侵入し易くなる。従って、半田の厚さは０．０１〜０．２ｍｍであるのが良いことが判った。
【００５３】
次に、図２のように、外形サイズが縦９．５ｍｍ×横７．５ｍｍ×厚さ０．２５ｍｍの金属部材９ｂが一体的に取着されたエポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９を用いて、蓋体９の下面の外周部に（金属部材９ｂの露出表面に）半田との濡れ性に優れるＮｉ，Ａｕをめっき法により７μｍの厚さに被着させて、金属部材９ｂを半田を介して基体１の側壁部２に接合して成る半導体装置のサンプルＬ，Ｍ，ＮおよびＭ１〜Ｍ９，Ｍｓの１３種類を各２０個ずつ作製し、上記と同様に温度サイクル試験を行なった。その結果を表４〜６に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
【表５】
【００５６】
【表６】
【００５７】
表４〜表６より、上記の表１〜表３の場合と同様の結果が得られた。
【００５８】
次に、図３のように、外形サイズが縦１０ｍｍ×横８ｍｍ×厚さ１ｍｍの金属枠体９ｃが一体的に取着されたエポキシ樹脂（熱膨張係数５．８×１０−６／℃）から成る蓋体９を用いて、基体１の側壁部２のメタライズ層２ａに金属枠体９ｃを溶接によって接合して成る半導体装置のサンプルＰ，Ｑ，ＲおよびＱ１〜Ｑ９，Ｑｓの１３種類を各２０個ずつ作製し、上記と同様に温度サイクル試験を行なった。その結果を表７〜表９に示す。
【００５９】
【表７】
【００６０】
【表８】
【００６１】
【表９】
【００６２】
表７〜表９より、上記の表１〜表３と同様の結果が得られた。
【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、上記実施の形態では、図１のように基体１の側壁部２に光ファイバ１０を取着するものについて説明したが、半導体素子５がＬＳＩ，ＩＣ等であって光ファイバ１０が不要な場合には、側壁部２に貫通孔１ａを形成する必要はない。
【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ための載置部が設けられた樹脂製の基体と、基体の側壁部の上面に全周にわたって被着されたメタライズ層と、側壁部に一端部が側壁部の内側に突出し他端部が側壁部の外側に突出するようにして埋め込まれたリード端子とを具備し、側壁部の上面に樹脂製の蓋体が取着されるものであって、メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、側壁部の上面に側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、蓋体は、下面の外周部にメタライズ層を覆う金属層が全周にわたって被着されていることにより、メタライズ層の幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属層に強固に半田付けされ、その結果、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。
【００６５】
また、基体の側壁部の上面に被着されたメタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。即ち、基体がセラミックス等から成る場合と比較して、樹脂製の基体にメタライズ層を被着した場合にはメタライズ層の密着力が低下するため、メタライズ層を基体の側壁部の上面の略全面に被着すると、メタライズ層の端が側壁部の内外面に面一となってメタライズ層の端が剥離し易くなる。従って、メタライズ層を側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着することによって、その剥離を抑えることができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００６６】
また、本発明の半導体素子収納用パッケージは、メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、側壁部の上面に側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、蓋体は、下面の外周部にメタライズ層を覆う枠状の金属部材がその上側主面および側面を埋め込ませて設けられていることにより、メタライズ層の幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属部材に強固に半田付けされ、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。また、メタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００６７】
また、蓋体は、下面に埋め込まれた金属部材がメタライズ層に接合されることから、蓋体が基体により強固に接合されて水分の侵入をより有効に防止できる。
【００６８】
さらに、本発明の半導体素子収納用パッケージは、メタライズ層は、幅が０．２乃至５ｍｍとされ、側壁部の上面に側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されており、蓋体は、中央部が樹脂製の蓋体本体部と、外周部がメタライズ層を覆う下面を有する、蓋体本体部の側面に内周面が全周にわたって直接密着した金属枠体とで構成されていることにより、メタライズ層の幅が０．２乃至５ｍｍとされていることから、メタライズ層が蓋体の金属部材に強固に半田付けされ、半導体素子収納用パッケージを半導体装置と成した場合に内部への水分の侵入を有効に防止でき、半導体装置内部の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信頼性の高いものとなる。また、メタライズ層は、側壁部の内面側の端および外面側の端に達しないようにして被着されていることから、メタライズ層の端が基体の側壁部の内外面に面一とならず、その結果、基体と蓋体との熱膨張係数差によってメタライズ層の端が剥離するのを有効に抑制することができる。さらに、基体に蓋体を接合するための半田がメタライズ層の両端を覆うこととなるため、メタライズ層の剥離がより有効に抑制される。
【００６９】
また、蓋体は、外周部の金属枠体がメタライズ層に接合されることから、蓋体が基体にさらに強固に接合されて水分の侵入をより有効に防止できる。
【００７０】
本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージの載置部に載置固定された半導体素子がリード端子に電気的に接続されるとともに、基体と蓋体とがメタライズ層と金属層との間に半田を介して接合されていることにより、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００７１】
また、本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージの載置部に載置固定された半導体素子がリード端子に電気的に接続されるとともに、基体と蓋体とが、メタライズ層と金属部材との間に半田を介して接合されているかまたはメタライズ層と金属部材との溶接によって接合されていることにより、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００７２】
本発明の半導体装置において、好ましくは、半田は厚さが０．０１乃至０．２ｍｍとされており、基体と蓋体との熱膨張係数差が３０×１０−６／℃以下であることにより、基体の側壁部と蓋体との半田または溶接による接合がより強固となり、より信頼性の高いものとなる。
【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について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の発明の半導体素子収納用パッケージにおける蓋体について実施の形態の例を示す断面図である。
【図３】本発明の他の発明の半導体素子収納用パッケージにおける蓋体について実施の形態の例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ｂ：凹部
２：側壁部
２ａ：メタライズ層
３：載置部
５：半導体素子
７：リード端子
９：蓋体
９ａ：メタライズ層
９ｂ：金属部材
９ｃ：金属枠体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element storage package and a semiconductor device using a resin base.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductors for accommodating semiconductor elements such as a semiconductor laser (LD) for converting an electric signal into an optical signal and a photodiode (PD) for converting an optical signal into an electric signal, which are used in LSIs, ICs and optical communication fields. FIG. 4 shows an element storage package (hereinafter, also referred to as a semiconductor package). As shown in the figure, the semiconductor package has a mounting portion 13 for mounting the semiconductor element 15 substantially at the center of the bottom surface of the concave portion 11b formed on the upper surface, and a thermosetting resin such as an epoxy resin. A base 11 made of an electrically insulating resin such as an engineering plastic such as polyphenylene sulfide (PPS) or liquid crystal polymer (LCP) is attached to the base 11 so that both ends protrude into and out of a side wall 12 of the base 11. A plurality of lead terminals 17 whose one ends protruding outside the side wall 12 are connected to an external electric circuit, and are attached to the upper surface of the side wall 12 of the base 11 via a sealing material 18 to hermetically seal the inside. It mainly comprises a lid 19 for stopping (for example, see Patent Document 1 below).
[0003]
The cover 19 is a flat metal plate made of iron (Fe) -nickel (Ni) alloy or the like.
[0004]
A semiconductor element 15 mounted on a substrate 14 made of silicon (Si) or the like is mounted and fixed on a mounting portion 13 of the base 11, and each electrode of the semiconductor element 15 is connected to a lead terminal 17 by a bonding wire or the like. The lid 19 is electrically connected via the electrical connection means 16 and then the lid 19 is joined to the upper surface of the side wall 12 via a sealing material 18 such as a resin adhesive. The semiconductor device as a product is completed by housing the semiconductor element 15 inside the container. In this semiconductor device, a drive signal supplied from an external electric circuit is applied to a semiconductor element 15 via a lead terminal 17 to excite the semiconductor element 15 to emit light. The light transmitted through the optical fiber 20 attached to the optical fiber 11a is received by the semiconductor element 15, and an electric signal corresponding to the light received by the semiconductor element 15 is generated and generated. It operates by extracting an electric signal through the lead terminal 17. Such a semiconductor device is frequently used in the field of optical communication.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-64689
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional semiconductor package, since the lid 19 is joined to the upper surface of the side wall portion 12 via the sealing material 18 such as a resin adhesive, the invasion of moisture into the semiconductor package is prevented by the sealing material 18. And, as a result, there is a problem that the operability of the semiconductor element 15 is deteriorated.
[0007]
Therefore, the present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to make the joining between the side wall portion and the lid of the resin base very strong, and to make the joining into the semiconductor element housing package. An object of the present invention is to effectively prevent intrusion of moisture.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor device housing package according to the present invention includes a resin base provided with a mounting portion for mounting a semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper surface, and an entire circumference formed on an upper surface of a side wall portion of the base. And a lead terminal embedded in the side wall so that one end protrudes inside the side wall and the other end protrudes outside the side wall. A metal lid layer having a resin lid attached to an upper surface of the portion, wherein the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm, and an inner surface of the side wall portion on the upper surface of the side wall portion. And a metal layer covering the metallized layer is attached to the outer periphery of the lower surface over the entire periphery of the lid. .
[0009]
In the package for housing a semiconductor element according to the present invention, the metallized layer applied to the upper surface of the side wall of the base has a width of 0.2 to 5 mm, so that the metallized layer is firmly attached to the metal layer of the lid. Soldered. As a result, when a semiconductor device housing package is formed as a semiconductor device, it is possible to effectively prevent moisture from entering the inside, and to provide a semiconductor device inside the semiconductor device with high reliability that can operate normally and stably for a long period of time. Become.
[0010]
Further, since the metallized layer applied to the upper surface of the side wall of the base is applied so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall, the end of the metallized layer is formed on the base. The inner and outer surfaces of the side wall portion are not flush with each other, and as a result, the end of the metallized layer can be effectively prevented from peeling off due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid. That is, when the metallized layer is adhered to the resin-made substrate as compared with the case where the substrate is made of ceramics or the like, the adhesion of the metallized layer is reduced. , The edge of the metallized layer is flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion, and the edge of the metallized layer is easily peeled off. Therefore, by applying the metallized layer so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall portion, the separation can be suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0011]
In addition, the semiconductor device housing package of the present invention includes a resin base provided with a mounting portion for mounting a semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper surface, and a top surface of a side wall portion of the base. A metallized layer applied over the entire circumference, and a lead terminal embedded in the side wall portion such that one end protrudes inside the side wall portion and the other end protrudes outside the side wall portion, A semiconductor device housing package having a resin lid attached to an upper surface of the side wall portion, wherein the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm, and the upper surface of the side wall portion has a width of 0.2 to 5 mm. The lid is attached so as not to reach the end on the inner side and the end on the outer side, and the lid has a frame-shaped metal member covering the metallized layer on the outer peripheral portion of the lower surface with its upper main surface and side surfaces embedded. It is characterized by being provided.
[0012]
Since the width of the metallized layer is 0.2 to 5 mm, the metallized layer is firmly soldered to the metal member of the lid, and the package for semiconductor element storage according to the present invention has the same structure as described above. When the package for the semiconductor device is formed as a semiconductor device, it is possible to effectively prevent moisture from entering the inside, and the semiconductor device inside the semiconductor device can be operated normally and stably for a long time with high reliability. Further, since the metallized layer is applied so as not to reach the inner surface end and the outer surface end of the side wall portion, the end of the metallized layer is not flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base. As a result, exfoliation of the end of the metallized layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid can be effectively suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0013]
In addition, since the metal member embedded in the lower surface of the lid is bonded to the metallized layer, the lid is more firmly bonded to the base, so that the penetration of moisture can be more effectively prevented.
[0014]
Further, the semiconductor device housing package of the present invention has a resin base provided with a mounting portion for mounting a semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper surface, and a resin base having an upper surface of a side wall portion of the base. A metallized layer applied over the entire circumference, and a lead terminal embedded in the side wall portion such that one end protrudes inside the side wall portion and the other end protrudes outside the side wall portion, A semiconductor device housing package having a resin lid attached to an upper surface of the side wall portion, wherein the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm, and the upper surface of the side wall portion has a width of 0.2 to 5 mm. The lid is attached so as not to reach the end on the inner surface side and the end on the outer surface side, and the lid has a lid main body made of a resin at the center, and an outer peripheral part having a lower surface that covers the metallized layer. The inner peripheral surface extends over the entire circumference on the side surface of the lid main body. Characterized in that it is composed of a contact adhesion metal frame.
[0015]
Since the width of the metallized layer is 0.2 to 5 mm, the metallized layer is firmly soldered to the metal member of the lid, and the package for semiconductor element storage according to the present invention has the same structure as described above. When the package for the semiconductor device is formed as a semiconductor device, it is possible to effectively prevent moisture from entering the inside, and the semiconductor device inside the semiconductor device can be operated normally and stably for a long time with high reliability. Further, since the metallized layer is applied so as not to reach the inner surface end and the outer surface end of the side wall portion, the end of the metallized layer is not flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base. As a result, exfoliation of the end of the metallized layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid can be effectively suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0016]
Further, since the metal frame at the outer peripheral portion is bonded to the metallized layer, the lid is more firmly bonded to the base, so that the penetration of moisture can be more effectively prevented.
[0017]
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion of the semiconductor element housing package of the present invention is electrically connected to the lead terminals, and the base and the lid are connected to each other. It is characterized in that the metallized layer and the metal layer are joined via solder.
[0018]
Further, in the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion of the semiconductor element housing package of the present invention is electrically connected to the lead terminal, and the base and the lid Are connected between the metallized layer and the metal member via solder, or are bonded by welding the metallized layer and the metal member.
[0019]
With the above configuration, the semiconductor device of the present invention has high reliability using the semiconductor element housing package of the present invention.
[0020]
In the semiconductor device of the present invention, preferably, the solder has a thickness of 0.01 to 0.2 mm, and a difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid is 30 × 10 −6 / ° C. or less. There is a feature.
[0021]
In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the solder is 0.01 to 0.2 mm, and the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid is 30 × 10 −6 / ° C. or less. Bonding between the side wall and the lid by soldering or welding becomes stronger and more reliable.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The package for housing a semiconductor element and the semiconductor device according to the present invention will be described in detail below. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a base made of resin, 2 denotes a side wall of the base 1, 2a denotes a metallized layer adhered on the upper surface of the side wall 2, and 3 denotes a semiconductor element provided on the bottom of the concave portion 1b of the base 1. The mounting portion 4 is a substrate on which a semiconductor element is mounted, and the reference numeral 5 is a semiconductor element such as an LSI, an IC, an LD, or a PD. Reference numeral 6 denotes an electrical connection means such as a bonding wire, 7 denotes a lead terminal electrically connected to an electrode of the semiconductor element, 9 denotes a cover on which a metal layer 9a is attached, and 10 denotes an optical fiber. In FIG. 2, reference numeral 9 denotes a lid provided with a metal member 9b. In FIG. 3, reference numeral 9 denotes a lid provided with a metal frame 9c.
[0023]
The semiconductor package of the present invention includes a resin base 1 having a mounting portion 3 on which a semiconductor element 5 is mounted on a bottom surface of a concave portion 1 b formed on an upper surface, and a top surface of a side wall portion 2 of the base 1. A metallized layer 2a is provided over the entire circumference, and a lead terminal 7 is embedded in the side wall 2 so that one end protrudes inside the side wall 2 and the other end protrudes outside the side wall 2. The metallized layer 2a has a width of 0.2 to 5 mm, and the metallized layer 2a has a width of 0.2 to 5 mm. The cover 9 is attached so as not to reach the end on the inner surface side and the end on the outer surface side, and a metal layer 9a covering the metallized layer 2a is attached to the outer periphery of the lower surface over the entire periphery.
[0024]
Then, soldering (in the case of the lid 9 provided with the metal member 9b of FIG. 2 or the lid 9 provided with the metal frame 9c of FIG. 3) on the metallized layer 2a on the upper surface of the side wall 2 of the base 1, even by welding. The semiconductor device is formed by joining the lid 9 via the (possible).
[0025]
The substrate 1 of the present invention is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin, an engineering plastic such as PPS or LCP, and is manufactured by a transfer molding method or an injection molding method.
[0026]
The lead terminal 7 is made of a metal such as an Fe-Ni-Co (cobalt) alloy or an Fe-Ni alloy. For example, a known method such as a rolling method or a punching method is applied to an ingot made of an Fe-Ni-Co alloy or the like. It is produced by applying the metal working method of The lead terminals 7 are attached to the side wall 2 by setting the lead terminals 7 at predetermined positions in the mold in advance when the base 1 is molded by the transfer molding method or the injection molding method. Is embedded in the side wall 2 with one end protruding inside and the other end protruding outside the side wall 2, and is integrally attached to the base 1. One end of the lead terminal 7 inside the side wall 2 protrudes inside the side wall 2, and an electrical connection means 6 such as a bonding wire is connected to the upper surface of the one end.
[0027]
The lead terminal 7 is preferably formed by applying a metal such as Ni or gold (Au) having good conductivity and excellent corrosion resistance to a predetermined thickness (1 to 20 μm) by a plating method on the exposed surface. The oxidation corrosion of the terminal 7 can be effectively prevented, and the connection between the external lead terminal 7 and the electric connection means 6 and the connection between the lead terminal 7 and the external electric circuit can be made good, and a highly reliable connection can be realized. .
[0028]
Further, a metallized layer 2a is provided on the upper surface of the side wall 2 of the base 1, and a lid 9 provided with a metal layer 9a, a metal member 9b or a metal frame 9c is joined to the metallized layer 2a.
[0029]
The metallization layer 2a is applied to the upper surface of the side wall portion 2 as follows. The upper surface of the side wall 2 is degreased and then etched with a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution, neutralized and washed with a hydrogen chloride (HCl) aqueous solution, activated by a catalyst, and then chemically copper (Cu) Chemical copper plating with a thickness of 0.1 to 20 μm is applied to the surface by dipping in a plating solution. Next, a metalized layer 2a is provided by applying a metal such as Ni or Au having excellent wettability with solder to a thickness of 0.05 to 20 μm by plating. The metallized layer 2a can be applied by any method other than the plating method, such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, a transfer method, and a conductive agent coating.
[0030]
In order to apply the metal layer 9a to the cover 9, in the same manner as in the case of applying the metallization layer 2a, an outer peripheral portion of the lower surface of the resin cover 9 molded by the transfer molding method or the injection molding method is provided. A chemical copper plating having a thickness of 0.1 to 20 μm is applied. Then, a metal layer 9a is provided by depositing a metal such as Ni or Au to a thickness of 0.05 to 20 μm by plating. The metal layer 9a can be applied by any method other than the plating method, such as a sputtering method, a vacuum evaporation method, an ion plating method, a transfer method, and a conductive agent coating.
[0031]
The provision of the metal member 9b and the metal frame 9c on the lid 9 is performed as follows. By setting the metal member 9b and the metal frame 9c at predetermined positions in the mold before molding the cover 9 by the transfer molding method or the injection molding method, the metal member 9b and the metal frame 9c It is integrally attached to the body 9. Thus, a frame-shaped metal member 9b that covers the metallized layer 2a is provided with its upper main surface and side surfaces embedded in the outer peripheral portion of the lower surface of the lid 9. In addition, a metal frame 9c having a lower surface that covers the metallized layer 2a is provided so that the inner peripheral surface is in direct contact with the side surface of the resin-made lid main body 9A at the central portion over the entire circumference.
[0032]
The metal member 9b and the metal frame 9c are made of a metal such as an Fe-Ni-Co alloy or an Fe-Ni alloy. For example, a rolling method, a punching method, or the like is performed on an ingot made of an Fe-Ni-Co alloy or the like. By applying a conventionally known metal working method. Further, a metal such as Ni or Au having excellent wettability with solder is preferably applied to the exposed portions of the metal member 9b and the metal frame 9c in a thickness of 0.05 to 20 μm by plating.
[0033]
The lid 9 is joined to the upper surface of the side wall 2 by using a joining material made of metal solder in order to effectively prevent intrusion of moisture at those joints. When the melting temperature of the bonding material is extremely high, the side wall portion 2 is softened, so that it is difficult to fix the optical fiber 10. Therefore, it is preferable to use solder having a low melting temperature as the bonding material. Specifically, a low melting point solder such as Sn (tin) -Pb (lead) solder or Sn-Ag (silver) solder is used as a bonding material. Then, for example, a solder paste obtained by adding and mixing an organic solvent and a solvent to a powder of Sn-Pb solder or the like is printed and applied to a portion of the side wall portion 2 where the metallized layer 2a is provided in advance by a conventionally known screen printing method. Then, the lid 9 is placed thereon, and the lid 9 is joined to the upper surface of the side wall 2 by heating and melting.
[0034]
In order to effectively prevent the intrusion of moisture from the outside at the joint between the side wall 2 and the lid 9, it is necessary to make the joint strong. For this reason, the thickness of the solder after joining is set to 0. It is preferable that O1 to 0.2 mm and the width of the portion in contact with the lid 9 be 0.2 to 5 mm. Further, the difference in thermal expansion coefficient between the base 1 and the lid 9 is preferably 30 × 10 −6 / ° C. or less.
[0035]
If the thickness of the solder is less than 0.01 mm, or if the width of the solder is less than 0.2 mm, a sufficient joining strength cannot be obtained at the joining portion between the side wall 2 and the lid 9. When the thickness of the solder exceeds 0.2 mm, it becomes difficult to join the upper surface of the side wall portion 2 and the lower surface of the lid 9 in parallel, so that uneven thermal stress occurs, and as a result, sufficient Strength tends not to be obtained. If the width of the solder exceeds 5 mm, it is not suitable for downsizing the semiconductor package.
[0036]
The base 1 and the lid 9 are made of, for example, an ortho-cresol novolac type epoxy resin having a thermal expansion coefficient of 18.4 × 10 −6 / ° C., and the lid 9 has a thermal expansion coefficient of 6.0. When it is made of an orthocresol novolac type epoxy resin having a temperature of × 10 −6 / ° C., the difference in thermal expansion coefficient between them is 30 × 10 −6 / ° C. or less, which is preferable. If the difference in thermal expansion coefficient exceeds 30 × 10 −6 / ° C., the joint is likely to peel off, and cracks and cracks are likely to occur in the side wall portion 2, the lid 9, or the solder near the joint.
[0037]
In addition to the above-mentioned solder, a lid 9 provided with a metal member 9b and a metal frame 9c is provided as a bonding structure for effectively preventing the intrusion of moisture from the outside at the bonding portion between the side wall 2 and the lid 9. In such a case, they may be joined by welding.
[0038]
In the present invention, the width of the metal layer 9a, the metal member 9b, and the metal frame 9c is preferably larger than the width of the metallized layer 2a. In this case, the both ends of the metallized layer 2a in the width direction are covered with the solder, and the peeling of the metallized layer 2a can be effectively prevented.
[0039]
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element 5 mounted and fixed on the mounting portion 3 of the semiconductor package of the present invention is electrically connected to the lead terminals 7 and the upper surface of the side wall 2 of the base 1 is metallized. The lid 9 is joined to the layer 2a via solder or joined by welding. In the semiconductor device of the present invention, by using the semiconductor package of the present invention, the operability of the semiconductor element 5 is extremely excellent, and the semiconductor element 5 can be normally and stably operated for a long time.
[0040]
【Example】
Embodiments of a semiconductor package and a semiconductor device according to the present invention will be described below.
[0041]
The semiconductor device shown in FIG. 1 was configured as follows. A substrate 1 having a lead terminal 7 made of an Fe-Ni alloy and having a thickness of 0.25 mm was manufactured by a transfer molding method. At this time, the substantially rectangular parallelepiped base 1 is made of an epoxy resin having a length of 10 mm × a width of 8 mm × a height of 4 mm, a thickness of the side wall 2 of 2 mm, and a thermal expansion coefficient of 18.4 × 10 −6 / ° C. (Sample A) and an epoxy resin having the same dimensions as the above dimensions and a thermal expansion coefficient of 35.8 × 10 −6 / ° C. (Sample B), and the same dimensions as above and a thermal expansion coefficient of 40 3 × 10 −6 / ° C (sample C).
[0042]
Then, metallized layers 2 a having a width of 0.2 mm were formed on the upper surfaces of the side walls 2 of the three types of bases 1 so as not to reach the inner and outer ends of the side walls 2. The metallized layer 2a is subjected to a degreasing treatment on the upper surface of the side wall portion 2, followed by an etching treatment with a KOH aqueous solution, a neutralization washing with an HCl aqueous solution, a surface activation with a catalyst, and a chemical copper Cu plating solution. Then, a Cu plating layer having a thickness of 2 μm and a Ni plating layer having a thickness of 5 μm and an Au plating layer having a thickness of 1 μm were sequentially deposited on the surface thereof by a plating method.
[0043]
Next, a substrate 4 made of alumina ceramic is mounted on the mounting portion 3 on the bottom surface of the concave portion 1b of the base 1 and fixed with a resin adhesive, and a semiconductor element 5 made of LD is placed on the conductor layer on the upper surface of the substrate 4. Were mounted by soldering, and the electrode on the upper surface of the semiconductor element 5 was connected to the lead terminal 7 via a bonding wire.
[0044]
An epoxy having an outer size of 10 mm × 8 mm × 1 mm in thickness and a metal layer 9 a having a width of 0.2 mm formed in the same manner as the metallized layer 2 a is attached to the metallized layer 2 a on the upper surface of the side wall 2. The metal layer 9a on the outer peripheral portion of the lower surface of the lid 9 made of resin (coefficient of thermal expansion: 5.8 × 10 −6 / ° C.) is joined with Sn-Pb solder having a thickness of 0.01 mm, and each of the above three types is bonded. Twenty, a total of 60 semiconductor devices were manufactured. These were set in a temperature cycle test apparatus (“TSA-201S” manufactured by Tabai Espec Co., Ltd.), and one cycle (-7 hours) of a temperature cycle (−40 ° C. to 85 ° C.) was added. Table 1 shows the results.
[0045]
[Table 1]
[0046]
As shown in Table 1, defective samples in which cracks such as cracks occurred in the substrate 1 and / or the solder occurred only in the sample C. This is probably because the difference in the coefficient of thermal expansion between the base 1 and the lid 9 exceeds 30 × 10 −6 / ° C. In this case, moisture easily enters the inside of the semiconductor package. Therefore, it was found that the difference in the coefficient of thermal expansion between the base 1 and the lid 9 is preferably 30 × 10 −6 / ° C. or less as in the samples A and B.
[0047]
Next, the bonding state when the width of the metallized layer 2a was variously set in the sample B was examined. That is, the width of the metallized layer 2a is 0.15 mm (sample B1), 0.2 mm (sample B), 0.3 mm (sample B2), 2 mm (sample Bs; the width is the same as the width of the upper surface of the side wall 2). Four types were prepared. Then, the metallized layer 2a on the upper surface of the side wall 2 of the base 1 and the metal layer 9a of the lid 9 made of epoxy resin are joined with Sn-Pb solder having a thickness of 0.01 mm, and 20 samples of each of the four types of samples are formed. A total of 80 semiconductor devices were manufactured. These were set in a temperature cycle test apparatus (“TSA-201S” manufactured by Tabai Espec Co., Ltd.), and a temperature cycle (−40 ° C. to 85 ° C.) was added for one cycle (7 hours). Table 2 shows the results.
[0048]
[Table 2]
[0049]
From Table 2, peeling occurred between the base 1 and the solder in the samples B1 and Bs. In this case, moisture easily enters the inside of the semiconductor package. Therefore, as in the samples B and B2, the width of the metallized layer 2a is 0.2 mm or more, and it is necessary to form the metallized layer 2a so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall portion 2. Was. However, if the width of the metallized layer 2a exceeds 5 mm, the size of the semiconductor package increases, so the width of the metallized layer 2a is set to 5 mm or less.
[0050]
Next, using the sample B, the joining state was examined when the width of the metallized layer 2a was 0.2 mm and the thickness of the solder was variously set. The thickness of the solder is 0.005 mm (sample B3), 0.01 mm (sample B), 0.05 mm (sample B4), 0.1 mm (sample B5), 0.15 mm (sample B6), 0.2 mm (sample B7), eight kinds of 0.25 mm (sample B8) and 0.3 mm (sample B9) were prepared. Then, the metallized layer 2a and the metal layer 9a of the lid 9 made of epoxy resin were joined by Sn-Pb solder, thereby producing the above-mentioned 20 semiconductor devices of each of the eight types, for a total of 160 semiconductor devices. These were set in a temperature cycle test apparatus (“TSA-201S” manufactured by Tabai Espec Co., Ltd.), and one cycle (-7 hours) of a temperature cycle (−40 ° C. to 85 ° C.) was added. Table 3 shows the results.
[0051]
[Table 3]
[0052]
From Table 3, peeling occurred between the base 1 and the solder in the samples B3, B8, and B9. In these samples, moisture easily enters the inside of the semiconductor package. Therefore, it was found that the thickness of the solder is preferably 0.01 to 0.2 mm.
[0053]
Next, as shown in FIG. 2, an epoxy resin having a metal member 9b having an outer size of 9.5 mm in length × 7.5 mm in width × 0.25 mm in thickness is integrally attached (coefficient of thermal expansion: 5.8 × 10 −6 / ° C.), Ni and Au having excellent wettability with solder are plated on the outer peripheral portion of the lower surface of the lid 9 (on the exposed surface of the metal member 9 b) to a thickness of 7 μm by plating. And 20 types of samples L, M, N and M1 to M9, Ms of semiconductor devices, each of which is formed by attaching the metal member 9b to the side wall 2 of the base 1 via solder, are prepared. A temperature cycle test was performed in the same manner as described above. The results are shown in Tables 4 to 6.
[0054]
[Table 4]
[0055]
[Table 5]
[0056]
[Table 6]
[0057]
From Tables 4 to 6, the same results as those in Tables 1 to 3 above were obtained.
[0058]
Next, as shown in FIG. 3, an epoxy resin having a metal frame 9c having an outer size of 10 mm long × 8 mm wide × 1 mm thick is integrally attached (coefficient of thermal expansion: 5.8 × 10 −6 / ° C.). 13 samples of semiconductor devices P, Q, R and Q1 to Q9, Qs obtained by joining a metal frame 9c to the metallized layer 2a of the side wall 2 of the base 1 by welding using the lid 9 made of Twenty each were produced and subjected to a temperature cycle test in the same manner as described above. Tables 7 to 9 show the results.
[0059]
[Table 7]
[0060]
[Table 8]
[0061]
[Table 9]
[0062]
From Tables 7 to 9, the same results as in Tables 1 to 3 above were obtained.
[0063]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various changes may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the optical fiber 10 is attached to the side wall 2 of the base 1 as shown in FIG. 1, but the semiconductor element 5 is an LSI, an IC or the like, and the optical fiber 10 is unnecessary. In this case, it is not necessary to form the through hole 1a in the side wall portion 2.
[0064]
【The invention's effect】
The semiconductor device housing package of the present invention includes a resin base provided with a mounting portion for mounting a semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper surface, and an entire periphery on an upper surface of a side wall portion of the base. A metallized layer is provided, and a lead terminal is embedded in the side wall so that one end protrudes inside the side wall and the other end protrudes outside the side wall. The metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm, and does not reach the inner end and the outer end of the side wall on the upper surface of the side wall. The cover has a metal layer covering the metallization layer on the outer periphery of the lower surface over the entire circumference, so that the width of the metallization layer is 0.2 to 5 mm. , The metallized layer is firmly soldered to the metal layer of the lid As a result, when the semiconductor element storage package is formed as a semiconductor device, it is possible to effectively prevent moisture from entering the inside of the semiconductor device, and to provide a semiconductor device inside the semiconductor device with high reliability that can operate normally and stably for a long period of time. Become.
[0065]
Further, since the metallized layer applied to the upper surface of the side wall of the base is applied so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall, the end of the metallized layer is formed on the base. The inner and outer surfaces of the side wall portion are not flush with each other, and as a result, the end of the metallized layer can be effectively prevented from peeling off due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid. That is, when the metallized layer is adhered to the resin-made substrate as compared with the case where the substrate is made of ceramics or the like, the adhesion of the metallized layer is reduced. , The edge of the metallized layer is flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion, and the edge of the metallized layer is easily peeled off. Therefore, by applying the metallized layer so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall portion, the separation can be suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0066]
In the package for housing a semiconductor element of the present invention, the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm and is covered on the upper surface of the side wall so as not to reach the inner and outer ends of the side wall. The lid is provided with a frame-shaped metal member covering the metallized layer on the outer peripheral portion of the lower surface with the upper main surface and side surfaces embedded therein, so that the width of the metallized layer is 0.2 to 0.2 mm. Since the thickness is set to 5 mm, the metallized layer is firmly soldered to the metal member of the lid, and when the semiconductor element housing package is formed as a semiconductor device, it is possible to effectively prevent the intrusion of moisture into the semiconductor device. It is highly reliable that the internal semiconductor element can operate normally and stably for a long time. Further, since the metallized layer is applied so as not to reach the inner surface end and the outer surface end of the side wall portion, the end of the metallized layer is not flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base. As a result, exfoliation of the end of the metallized layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid can be effectively suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0067]
In addition, since the metal member embedded in the lower surface of the lid is joined to the metallized layer, the lid is more firmly joined to the base, so that the penetration of moisture can be more effectively prevented.
[0068]
Further, in the package for housing a semiconductor element of the present invention, the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm, and is covered on the upper surface of the side wall so as not to reach the inner end and the outer end of the side wall. The lid is made of a metal in which the inner peripheral surface is in direct contact with the side surface of the lid main body over the entire circumference, the central portion having a resin main body and a lower surface having an outer peripheral surface covering the metallized layer. Since the metallized layer has a width of 0.2 to 5 mm by being composed of the frame, the metallized layer is firmly soldered to the metal member of the lid, and the semiconductor element housing package is mounted on the semiconductor device. When the device is formed, it is possible to effectively prevent moisture from entering the inside, and the semiconductor device inside the semiconductor device can be operated normally and stably for a long time with high reliability. Further, since the metallized layer is applied so as not to reach the inner surface end and the outer surface end of the side wall portion, the end of the metallized layer is not flush with the inner and outer surfaces of the side wall portion of the base. As a result, exfoliation of the end of the metallized layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid can be effectively suppressed. Furthermore, since the solder for joining the lid to the substrate covers both ends of the metallized layer, the peeling of the metallized layer is more effectively suppressed.
[0069]
Further, since the metal frame at the outer peripheral portion is bonded to the metallized layer, the lid is more firmly bonded to the base, so that the penetration of moisture can be more effectively prevented.
[0070]
In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion of the semiconductor element housing package of the present invention is electrically connected to the lead terminals, and the base and the cover are formed of a metallized layer and a metal. Since the semiconductor device is packaged with the layers via solder, the semiconductor device housing package of the present invention is highly reliable.
[0071]
Also, in the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element mounted and fixed on the mounting portion of the semiconductor element housing package of the present invention is electrically connected to the lead terminals, and the base and the cover are formed by metallization. High reliability using the semiconductor element housing package of the present invention described above, because the layer and the metal member are joined via solder or are joined by welding the metallized layer and the metal member. It becomes.
[0072]
In the semiconductor device of the present invention, preferably, the solder has a thickness of 0.01 to 0.2 mm, and a difference in thermal expansion coefficient between the base and the lid is 30 × 10 −6 / ° C. or less. In addition, the joining between the side wall portion of the base and the lid by soldering or welding becomes stronger and more reliable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a package for housing a semiconductor element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a lid in a semiconductor element housing package according to another invention of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a lid in a semiconductor element housing package according to another invention of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional semiconductor element storage package.
[Explanation of symbols]
1: Base 1b: recess 2: side wall 2a: metallization layer 3: mounting section 5: semiconductor element 7: lead terminal 9: lid 9a: metallization layer 9b: metal member 9c: metal frame