DE2947270C3

DE2947270C3 - Keramiksubstrat für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE2947270C3
Application number: DE19792947270
Authority: DE
Inventors: Takao Doi; Satoshi Nomura
Original assignee: Kyoto Ceramic Co Ltd
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1978-11-25
Filing date: 1979-11-23
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 1999-11-24
Also published as: DE2947270C2; JPS5572064A; US4277528A; DE2947270A1; FR2442509B1; FR2442509A1

Description

Die Erfindung betrifft ein quadratisches Keramiksubstrat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs für Halbleiterbauelemente - im folgenden auch kurz "Halbleiterelemente" genannt.

Ein solches Keramiksubstrat ist dazu geeignet, daß ein Element für eine elektronische Vorrichtung darauf befe stigt und aufgenommen werden kann, es ist insbesondere ein Keramiksubstrat, das für ein Element für integrierte Halbleiterschaltungen geeignet ist.

Ein Keramiksubstrat mit zwei Stirnflächen und mehreren den Umfang bildenden Seitenflächen, die Vorsprünge auf weisen, und das als Träger für Halbleiterbauelemente verwendet wird, ist in der DE-OS 18 15 989 beschrieben. Das dort beschriebene Keramiksubstrat ist abweichend von üblichen Keramiksubstraten im Querschnitt nicht recht eckig wie das hier in den Fig. 1A und 1B dargestellte Keramiksubstrat 1, sondern es weist im Querschnitt Vor sprünge auf den Seitenflächen auf. Das Keramiksubstrat hat eine obere und untere Stirnfläche und Seitenflächen, wobei die obere Stirnfläche diejenige Oberfläche des plättchenförmigen Keramiksubstrats ist, auf welche Halb leiterbauelemente aufgebracht werden, während die untere Stirnfläche die Auflagefläche dieser Keramiksubstrate auf einer Unterlage ist und die Seitenflächen die obere und untere Stirnfläche miteinander verbinden. In jedem Falle sind die Vorsprünge auf den Seitenflächen des bekannten Keramiksubstrats durch ebene Flächen gebildet.

Bei einem automatischen Zusammenbau von Halbleiter elementen müssen die Keramiksubstrate zur Zusammenbau station gefördert werden. Bei dieser Beförderung kolli dieren die Keramiksubstrate untereinander und können sich dadurch gegenseitig beschädigen. Durch diese Kollisionen entstehen in dem Keramiksubstrat Fissuren, Risse, Sprün ge, Absplitterungen usw., wodurch die Ausbeute und die Verläßlichkeit der Produkte verringert bzw. verschlech tert werden.

Aus der Zeitschrift "Electronic Packaging and Produc tion", Juli 1978, Seite 160 bis 163 ist es bekannt, bei runden Siliciumscheiben eine praktisch halbkreisförmig oder halbelliptisch gerundete Seitenfläche zur Vermin derung von Verlusten auf Grund von Absplitterungen durch Stöße vorzusehen. Dieses praktisch halbkreisförmige oder halbellyptische Runden der Seitenfläche ist jedoch her stellungsmäßig aufwendig.

Weiterhin ist aus der DE-OS 22 43 318 eine Mosaikplatte oder Keramikfliese mit rechteckiger oder quadratischer Grundform bekannt, deren Seitenkanten regelmäßig wellen-, bogen- oder zickzackförmig ausgebildet sind, um Beschä digungen der Kanten weitgehend zu vermeiden.

Schließlich ist aus der japanischen Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift 34 948/1977 ein quadratisches Kera miksubstrat der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die ursprünglich ebenen und senkrecht zu den Stirnflächen verlaufenden Seitenflächen dadurch nach außen gewölbt sind, daß die Kanten und Ecken des Keramiksubstrats ge rundet worden sind, wobei das Runden mit einem Radius von etwa 0,1 mm bis 0,4 mm bei Keramiksubstraten, die eine Dicke von 1 bis 2 mm haben, durchgeführt wird, um Ab splitterungen durch Stöße zu vermindern. Bei dieser Art der Bearbeitung durch Runden der Ecken und Kanten des ursprünglich quaderförmigen Keramiksubstrats bleibt der in Dickenrichtung mittlere Bereich der Seitenflächen zwischen den Strirnflächen eben, wodurch noch eine relativ große Gefahr des Erzeugens von Absplitterungen durch Stöße besteht, weil diese ebenen Teile der Seitenflächen mit den Ecken anderer Keramiksubstrate kollidieren können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein quadratisches Keramik substrat unter Vermeidung der Gefahr, daß die Herstellung des Keramiksubstrats zu schwierig wird, so auszubilden, daß das Entstehen von Sprüngen, Rissen, Absplitterungen und dergleichen bei einer Kollision dieser Keramiksub strate besser vermieden wird als bei einem quadratischen Keramiksubstrat nach der japanischen Gebrauchsmuster- Offenlegungsschrift 34 948/1977 und daß die Keramiksubstrate gut handhabbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einem Keramiksubstrat der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Auf diese Weise kommt es trotz einer im Verhältnis zur Dicke T relativ sehr geringen Höhe D des Scheitelpunkts des nach außen gewölbten Teils der Seitenflächen bei ei ner Kollosion von auf einer gemeinsamen Unterlagefläche nebeneinanderliegenden Keramiksubstraten dazu, daß die Keramiksubstrate mit ihren nach außen gewölbten Vorsprün gen aufeinandertreffen oder daß eine Ecke eines Keramik substrats auf einen solchen nach außen gewölbten Vor sprung auftrifft, wodurch das Entstehen von Sprüngen, Rissen, Absplitterungen und dergleichen ganz erheblich vermindert wird. Diese im Verhältnis zur Dicke T geringe Höhe D vermindert die Fehler an Fissuren, Rissen und Ab splitterungen in überraschender Weise auf weniger als ein Fünftel der Fehler an Fissuren, Rissen und Absplitterun gen, die sich bei einem ansonsten gleichen Keramiksub strat ergeben, das keinen nach außen gewölbten Vorsprung oder einen solchen von geringerer Höhe D hat (Tabelle I). Zwar ist eine größere Höhe D nicht nachteilig, aber in dem Maß, in dem die Höhe D des Keramiksubstrats erhöht wird, wird die Form des Keramiksubstrats und insbesondere die Form der Seitenflächen des Keramiksubstrats nicht nur in der normalen Größe verändert, sondern es besteht auch die Gefahr, daß die Herstellung des Keramiksubstrats zu schwierig wird.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Hand einiger Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1(A) und (B) eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines an sich bekannten Keramiksubstrats;

Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht einer Ausfüh rungsform eines Keramiksubstrats nach der Er findung; und

Fig. 3(A) und (B) eine Kollision von Keramiksubstraten nach der Erfindung.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform eines Keramiksubstrats 2, das mehrere den Umfang bildende Sei tenflächen 3, von denen nur eine gezeigt ist, sowie zwei Stirnflächen 4 hat, sind die Seitenflächen 3 im Quer schnitt senkrecht zu den Stirnflächen 4 nach außen ge wölbt. Der Scheitelpunkt des nach außen gewölbten Teils der Seitenfläche 3 befindet sich in der Dickenmitte des Keramiksubstrats 2 und hat die Höhe D. Bei einer Dicke T des Keramiksubstrats 2 von 1,52 mm liegt die Höhe D im Bereich von 0,02 bis 0,1 mm, was dem Verhältnis D/T von 0,013 bis 0,066 entspricht.

Eine Kollision zweier solcher Keramiksubstrate 2 und 2′ ist in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt, wobei die Keramiksubstrate 2 und 2′ mit den nach außen gewölbten Teilen ihrer Seitenflächen kollidieren. Hierbei wird, da der Kollisionsstoß auf die gerundeten, nach außen gewölb ten Teile der Seitenflächen 3 und 3′ wirkt, die weniger leicht rissig werden oder Absplitterungen bilden, ein Stoß auf Teile vermieden, die leicht einer Rißbildung, Absplitterungen unterliegen, und so wird das Keramiksub strat 2 gegenüber Beschädigungen geschützt.

Die nach außen gewölbten Teile der Seitenfläche 3 begin nen von jeder der vier Ecken Ra des Keramiksubstrats 2 und 2′ um etwa 5% der Seitenlänge des Keramiksubstrats entfernt, wie Fig. 3(A) zeigt.

Nachstehend seien Vergleichsversuche angegeben:

Als Beispiel sind getrennt die Ergebnisse von Kollisions tests aufgeführt, die mit einem der hier vorgeschlage nen Keramiksubstrate und einem Keramiksubstrat nach dem Stande der Technik durchgeführt wurden, welche die gleiche Grundform besaßen, wobei das letztere ebene Seitenflächen hatte, während das erstere die in Fig. 2 dargestellte Querschnittsform hatte. Beide Keramiksubtrate hatten eine quadratische Form von 24,00×24,00 mm, waren 1,52 mm dick und besaßen einen Eckenradius von 0,381 mm. Bei dem verwendeten Keramiksubstrat nach Fig. 2 betrug die Höhe D 0,02 bis 0,05 mm. Für die Kollisionsversuchsbedingungen werden zwanzig Substrate als Testgruppe flach nebeneinander in einem Abstand von 50 cm auf dem oberen Teil eines schrägstehenden, 100 cm langen Tabletts mit einer Neigung von 70° angeordnet und auf Grund ihres Eigengewichts heruntergleiten gelassen, und zwar in Richtung auf einen Auffänger, hergestellt aus Polyamid harz, der am unteren Ende des Tabletts befestigt war. Diese Art von Herabgleiten wurde 10mal wiederholt und solche Keramiksubstrate, die Risse, Fissuren und/oder Absplitterungen am Ende des neunten Herabgleitens aufwiesen, wurden durch neue Keramiksubstrate ersetzt; jedesmal wurde untersucht, ob Risse, Fissuren und Absplitterungen auftraten. Die Anzahl der gebildeten Risse, Fissuren und Absplitterungen von einer Testgruppe von 20 Keramiksubstraten wurde summiert, nachdem die Keramiksubstrate das wiederholte Herabgleiten von 10mal beendigt hatten.

Aus den Testergebnissen der Tabelle I ist ersichtlich, daß durch die Bildung eines nach außen gewölbten Teils mit einer Höhe von D=0,1 mm auf der Seitenfläche des Keramiksubstrats, das 1,52 mm dick ist, die Bildung von Fissuren, Rissen, Absplitterungen durch eine Kollosion der Keramiksubstrate untereinander auf etwa 7,2% verringert wird.

Andererseits ist die Höhe D nicht strikt auf den Bereich von 0,02 bis 0,1 mm begrenzt und eine Erhöhung des Bereichs von 0,1 mm bewirkt auch eine Erhöhung der Wirkung bei der Verhinderung von Fissuren, Rissen, Absplitterungen. Abhängig von den Bedingungen, bei denen das Keramiksubstrat verwendet wird, ist eine Höhe D über 0,1 mm nicht nachteilig. Aber in dem Maß, in dem die Höhe D des Keramiksubstrats erhöht wird, wird die Form des Keramiksubstrats und insbesondere die Form der Seitenflächen des Keramiksubstrats nicht nur in der normalen Größe verändert, sondern es besteht die Gefahr, daß die Herstellung des Keramiksubstrats zu schwierig wird. Im Gegensatz dazu besteht, wenn die Höhe D des Keramiksubstrats auf eine Größe unter 0,02 mm verringert wird, die Gefahr, daß die Fehlerrate nicht so stark wie bei dem Testbeispiel von Tabelle I verringert wird.

Zur Herstellung des Keramiksubstrats und für die Bildung des nach außen gewölbten Teils der Seitenfläche des Keramiksubstrats kann man irgendein beliebiges, geeignetes Verfahren verwenden, wie zum Beispiel ein Verfahren, bei dem der nach außen gewölbte Teil der Seitenfläche des Keramiksubstrat gebildet wird, nachdem das Keramiksubstrats aus Keramikmaterialien nach irgendeinem der bekannten Verfahren, wie durch Pulver preßverfahren, Stampfen aus einer Rohplatte mit einem Rakelverfahren oder nach bekannten Extrudierverfah ren, hergestellt worden ist.

Claims

Quadratisches Keramiksubstrat für Halbleiterbauelemente mit zwei Stirnflächen und vier den Umfang bildenden Sei tenflächen, wobei die Seitenflächen zwischen den Stirn flächen nach außen gewölbte Vorsprünge aufweisen, dadurch gekenn zeichnet, daß die nach außen gewölbten Vorsprünge der Seitenflächen (3, 3′) in einem Abstand von etwa 5% der Seitenlänge von jeder der vier Ecken (Ra) des Keramiksubstrats (2, 2′) entfernt beginnen und das Verhältnis D/T der Höhe D des Scheitelpunkts der nach außen gewölbten Vorsprünge der Seitenflächen (3, 3′) zur Dicke T des Keramiksubstrats (2, 2′) einen Wert von 0,013 bis 0,066 besitzt.