JP2000286355A - 半導体容器の製造方法および半導体容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】配線基板にアルミナペーストを介して枠部層を
積層、圧着し、同時焼成する半導体容器において、アル
ミナペーストの幅の変化や配線の形状の変化による電気
的特性の変化を容易に防止し、歩留り率を上昇させる。 【構成】セラミックグリーンシートを打ち抜いて枠部層
を形成し、この枠部層に予めアルミナペーストを塗布し
ておいてから、ベース基板となる配線基板に積層、圧着
し同時焼成する。アルミナペーストが予め前記枠部層に
塗布されるため、このアルミナペーストが枠部層の主側
面の延長線よりも張り出す幅を、容易に制御することが
可能となり、配線のインピーダンスマッチングが良好と
なりライン特性の変化を防止することを実現する。さら
に、アルミナペーストは、予め枠部層に形成されている
ので、積層する際に、塗布されたアルミナペースト層と
枠部層とを位置決めする必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、ハイ
ブリッドＩＣ、チップ抵抗、チップコンデンサ等の電子
部品等を収納するためのキャビティ（凹部）を有する半
導体容器の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子等を収納するため
のキャビティを有する半導体容器は、セラミックグリー
ンシートを打ち抜いて形成された枠部層を、アルミナペ
ーストを介して、セラミックグリーンシートに配線層や
半導体素子等の搭載部を有する配線基板に積層、圧着し
た後、両者を同時焼成して製造されていた。このような
半導体容器の製造方法は、例えば、特公平２−４１９１
７号公報に記載されている。

【０００３】従来より、このような半導体容器は以下の
ように製造されていた。まず、図４（ａ）に示すよう
に、セラミックグリーンシート上に半導体素子搭載部１
０８および配線部１０７とをタングステン粉末を調整し
てなるペーストで印刷し、ベース基板となる配線基板１
０６とする。次に、図４（ｂ）に示すように、前記配線
基板の上に、セラミックグリーンシートの打ち抜きによ
り形成された枠部層１０２の寸法幅よりも若干大きい寸
法にてアルミナペースト１０４を、例えば２０μmの厚
さにて塗布する。その後、図４（ｃ）に示すように、ア
ルミナペースト１０４上に、枠部層１０２を積層、圧着
し、水素と窒素の混合ガス中、１５５０℃で焼成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体容器の小
型化および配線の高密度化の必要性から、配線の幅自体
も極めて細いものとなっており、例えば、配線の幅は約
２５０μmである。特に、高周波配線の場合には、配線
のライン形状でその特性が変化してしまうため、設計通
りに配線を形成する精度が要求されている。

【０００５】これに対し、上記した従来の製造方法で
は、セラミックグリーンシートを打ち抜いて形成された
枠部層を配線基板に積層する前に、ベース基板となる配
線基板上に予めアルミナペーストを塗布していたため、
次のような問題が生じていた。すなわち、積層された枠
部層の下を通過するように配線基板上に印刷された配線
において、塗布されたアルミナペーストに対し、枠部層
を正確に位置決めして載置できない場合には、配線の所
望のインピーダンス特性が得られないことがあった。こ
のため、枠部層と塗布されたアルミナペーストとの位置
決めを容易とするためには、アルミナペーストを枠部層
の幅よりも広く形成しておくことが考えられるが、この
ような場合には、塗布されたアルミナペーストが枠部層
の主側面の延長線よりも張り出す（はみ出す）幅が大き
くなりすぎるため、配線のインピーダンスマッチングが
悪くなる。このため、求められるライン特性が出ない不
具合が生じることがしばしばあった。

【０００６】また、アルミナペーストが枠部層の主面側
の延長線よりも張り出す（はみ出す）幅を制御するため
には、塗布されるアルミナペーストの幅を狭くしておく
ことが考えられるが、このような場合には、塗布された
アルミナペーストと枠部層との位置決めが困難となり、
さらには、塗布されたアルミナペーストが枠部層の主側
面の延長線よりも引き下がってしまうことがしばしばあ
る。この場合、枠部層を配線基板に積層、圧着し、同時
焼成後に、半導体素子をキャビティ内の搭載部に搭載
し、蓋をしてシームウエルド工法にて接合するときに、
前記枠部層と前記配線基板との境界にクラックや割れが
生じて気密不良が生じるといった不具合があった。

【０００７】さらに、塗布されたアルミナペーストが枠
部層の主側面の延長線よりも引き下がる場合には、積層
された枠部層の下を通過するように配線基板上に印刷さ
れた配線において、メッキだれを生じやすくなる。この
場合、配線の形状が変化して特性が変ってしまうという
不具合が生じていた。

【０００８】本発明の目的は、ベース基板である配線基
板表面に形成された配線部を枠部層が横切るように、前
記配線基板にアルミナペーストを介して前記枠部層を積
層、圧着し、同時焼成される半導体容器の製造方法およ
び半導体容器において、アルミナペースト（層）の幅の
変化配線の形状の変化による電気的特性の変化を防止
し、枠部層とベース基板との境界付近に生じるクラック
や割れを防止することで歩留り率を上昇させることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記の手
段を講じることにより解決することが可能である。請求
項１に記載の発明は、セラミックグリーンシートを打ち
抜いて枠部層を形成する工程と、前記枠部層の、配線基
板と接着する予定の面にアルミナペーストを塗布する工
程と、前記アルミナペースト塗布面を前記配線基板側に
して、前記枠部層を前記配線基板に積層、圧着し同時焼
成する工程と、を有することを特徴とする半導体容器の
製造方法を要旨とする。

【００１０】請求項１の発明によれば、セラミックグリ
ーンシートを打ち抜いて枠部層を形成し、この枠部層に
予めアルミナペーストを塗布しておいてから、ベース基
板となる配線基板に積層、圧着し同時焼成する。アルミ
ナペーストが、従来技術のように予め配線基板側に塗布
されるのではなく、予め前記枠部層に塗布されるため、
このアルミナペーストが枠部層の主側面の延長線よりも
張り出す幅を、容易に制御することが可能となり、配線
のインピーダンスマッチングが良好となりライン特性の
変化を防止することを実現する。

【００１１】さらに、塗布されたアルミナペーストが枠
部層の主側面の延長線よりも大幅に引き下がってしまう
ことを防止する。これにより、枠部層を配線基板に積
層、圧着し、同時焼成後に、半導体素子をキャビティ内
の搭載部に搭載し、蓋をしてシームウエルドで圧着する
ときに、前記枠部層と前記配線基板との境界にクラック
や割れが生じるのを防止し、気密不良を防止することが
可能である。

【００１２】さらに、アルミナペーストは、予め枠部層
に形成されているので、配線基板と積層する際に、塗布
されたアルミナペースト層と枠部層とを位置決めする必
要がない。

【００１３】請求項２に記載の発明は、セラミックグリ
ーンシートの第一主面にメタライズを印刷する工程と、
メタライズ印刷面を打ち抜き終了面にして、前記セラミ
ックグリーンシートを打ち抜いて枠部層を形成する工程
と、前記枠部層の、配線基板と接着する予定の面にアル
ミナペーストを塗布する工程と、前記アルミナペースト
塗布面を前記配線基板側にして、前記枠部層を前記配線
基板に積層、圧着し同時焼成する工程と、を有すること
を特徴とする半導体容器の製造方法を要旨とする。

【００１４】請求項２の発明によると、メタライズ印刷
面を打ち抜き終了面にして、セラミックグリーンシート
を打ち抜いて枠部層を形成することで、打ち抜き時に打
ち抜き金型（ポンチ）がメタライズ印刷を引きずり枠部
層側面に付着して、汚れやダレを生じるという不具合を
防止することが可能となる。

【００１５】請求項３に記載の発明は、配線基板表面に
形成された配線部を枠部層が横切るように、前記配線基
板にアルミナペーストを介して前記枠部層を積層、圧着
し、同時焼成された半導体容器であって、焼結後の前記
アルミナペーストが前記枠部層の主側面の延長線より張
り出す幅が６０μｍ以下であることを特徴とする半導体
容器を要旨とする。

【００１６】請求項３の発明の半導体容器によると、配
線のインピーダンスマッチングがより良好となり、ライ
ン特性の変化をより効果的に防止することを実現する。
焼成後のアルミナペーストが枠部層の主側面の延長線よ
り張り出す幅が６０μｍより大きくなると、配線のイン
ピーダンスマッチングが悪くなり、ライン特性が変化し
てしまう不具合がおこる。

【００１７】さらに、配線のインピーダンスマッチング
と、枠部層とベース基板となる配線基板との間に生じる
クラック防止によるキャビティ（凹部）内の気密性保持
を両立させることが容易に可能となる。よって、半導体
容器のキャビティ内に半導体容器を搭載する後工程での
歩留り率を著しく上昇させることが可能である。また、
搭載された半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定
に作動させることが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１（ａ）乃至（ｃ）は本発明の
第一の実施例の製造工程である。まず、アルミナ（Ａｌ
_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、マグネシア（Ｍｇ
Ｏ_２）等のセラミック粉末に、ブチラールまたはセルロ
ース等の有機結合材、及びこれらの有機結合材の溶剤等
を加えて、公知の方法で形成し、ドクターブレード法に
て所定の形に加工された未焼成のセラミックグリーンシ
ート３を用意する。

【００１９】次に、セラミックグリーンシート３を所定
の形状に打ち抜いて、枠部層２を形成する（図１（ａ）
参照）。

【００２０】次に、枠部層２の、配線基板６と接着する
予定の面にアルミナペースト４を適当量塗布する（図１
（ｂ）参照）。

【００２１】次に、枠部層２のアルミナペースト４の塗
布面に、接着溶剤としてブチルカルビドールを塗布す
る。このように、枠部層２のアルミナペースト塗布面に
接着溶剤を塗布した方が、従来技術のようにアルミナペ
ーストの塗布されていない枠部層に接着溶剤を塗布する
よりも、同量の溶剤量でより容易に軟化することができ
る。

【００２２】次に、タングステンやモリブデン等の高融
点金属を主に含んだメタライズペーストをスクリーン印
刷することで、所望のパターンの配線部７および半導体
素子搭載部８が形成された、ベース基板である配線基板
６を形成する。その後、アルミナペースト４の塗布面を
配線基板６側にして、枠部層２を配線基板６に積層、圧
着し、水素と窒素の混合ガス中にて１５５０℃で同時焼
成し、半導体容器１が得られる（図１（ｃ）参照）。

【００２３】予め、枠部層２にアルミナペースト４を塗
布することにより、アルミナペースト４が枠部層２の主
側面の延長線よりも張り出す幅を、容易に制御すること
が可能となり、配線部７のインピーダンスマッチングが
良好となりライン特性の変化を防止することを実現す
る。

【００２４】さらに、塗布されたアルミナペースト４が
枠部層２の主側面の延長線よりも大幅に引き下がってし
まうことを防止する。これにより、枠部層２を配線基板
に積層、圧着し、同時焼成後に、図示しない半導体素子
をキャビティ内の半導体素子搭載部８に搭載し、蓋をし
てシームウエルドで圧着するときに、枠部層２と配線基
板６との境界にクラックや割れが生じるのを防止し、気
密不良を防止することが可能である。

【００２５】さらに、アルミナペースト４を予め枠部層
２に形成するので、配線基板６に積層する際に、従来技
術のように塗布されたアルミナペースト層と枠部層とを
位置決めする必要がないため、容易にかつ、正確に積層
することが可能となる。

【００２６】次に、公知のメッキ方法により配線部７お
よび半導体素子搭載部８等の被メッキ部分をＮｉ／Ａｕ
メッキする。さらに、枠部層２により形成されたキャビ
ティ内の半導体素子搭載部８に図示しない半導体素子を
搭載する。その後、枠部層２上の所定の位置に図示しな
いコバール板をシームウエルド工法で接合し、気密封止
する。

【００２７】上記第一の実施例では、アルミナペースト
塗布前のセラミックグリーンシートは一枚であったが、
これに限ることはない。例えば、複数のセラミックグリ
ーンシートを積層した積層セラミックグリーンシートを
打ち抜いて枠部層を形成し、配線基板６と接着する予定
の面にアルミナペースト４を適当量塗布する。次に、枠
部層のアルミナペーストの塗布面に、接着溶剤としてブ
チルカルビドールを塗布し、その後、枠部層を配線基板
に積層、圧着し、同時焼成してもよい。

【００２８】図２（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第二の実
施例の製造工程である。まず、第一の実施例と同様に、
公知の製造方法にて加工された未焼成のセラミックグリ
ーンシート３を用意する。

【００２９】次に、セラミックグリーンシート３の第一
主面にタングステンを主成分とするメタライズ５を印刷
し、このメタライズ印刷面を打ち抜き終了面９として所
定の形状に打ち抜く（図２（ａ）参照）。

【００３０】このように、メタライズ印刷面を打ち抜き
終了面９にして、セラミックグリーンシート３を打ち抜
いて枠部層２を形成すると、ポンチ打ち抜き時にポンチ
がメタライズ印刷を引きずり枠部層のキャビティの内側
に付着して、汚れやダレを生じるという不具合を防止す
ることが可能となる。

【００３１】次に、所定の形状に打ち抜かれたセラミッ
クグリーンシート３の第二主面（メタライズ印刷面とは
反対の、配線基板６と接着する予定の面）にアルミナペ
ースト４を適当量塗布する（図２（ｂ）参照）。

【００３２】次に、枠部層２のアルミナペースト４の塗
布面に、接着溶剤としてブチルカルビドールを塗布す
る。このように、枠部層２のアルミナペースト塗布面に
接着溶剤を塗布した方が、従来技術のようにアルミナペ
ーストの塗布されていない枠部層に接着溶剤を塗布する
よりも、同量の溶剤量でより容易に軟化することができ
る。

【００３３】その後、所望のパターンの配線部７および
半導体素子搭載部８が形成された配線基板６を用意す
る。アルミナペースト４の塗布面をベース基板となる配
線基板６側にして、半導体容器の枠部となるセラミック
グリーンシート３を配線基板６に積層する。さらに、こ
れらの積層体を圧着し、水素と窒素の混合ガス中、１５
５０℃で同時焼成し、半導体容器１を得る（図２（ｃ）
参照）。

【００３４】次に、公知のメッキ方法により配線部７お
よび半導体素子搭載部８等の被メッキ部分をＮｉ／Ａｕ
メッキする。さらに、枠部層２により形成されたキャビ
ティ内の半導体素子搭載部８に図示しない半導体素子を
搭載する。その後、枠部層２上の所定の位置に図示しな
いコバール板をシームウエルド工法で接合し、キャビテ
ィ封止する。

【００３５】上記第二の実施例では、一枚のセラミック
グリーンシート３を所定の形状に打ち抜いて枠部層を形
成し、配線基板６に積層したが、これに限ることはな
い。例えば、複数のセラミックグリーンシートを積層し
た積層セラミックグリーンシートを打ち抜いて枠部層を
形成し、配線基板６と接着する予定の面にアルミナペー
スト４を適当量塗布する。次に、枠部層のアルミナペー
ストの塗布面に、接着溶剤としてブチルカルビドールを
塗布し、その後、枠部層を配線基板に積層、圧着し、同
時焼成してもよい。

【００３６】以下、本発明の製造方法によって製造され
た半導体容器について説明する。図３は、本発明の実施
例により製造された半導体容器の一部拡大断面図であ
る。枠部層２とベース基板である配線基板６は、アルミ
ナペースト４を介在して積層、圧着され、同時焼成され
ている。

【００３７】配線基板６上に形成された配線部７は、高
周波配線であり、配線の形状によりその特性が変化して
しまうため、高度の寸法精度が要求される。焼結したア
ルミナペースト４が枠部層２の主側面の延長線１０から
張り出す幅１１は、約１０μmである。

【００３８】なお、焼結したアルミナペースト４が枠部
層２の主側面の延長線１０から張り出す幅１１を制御す
るためには、例えば、未焼成のセラミックグリーンシー
ト３にアルミナペースト４をスクリーン印刷法により印
刷塗布する際、スクリーンのレジストの厚みを調節した
り、アルミナペースト４の粘度を小さくすることによっ
て調節される。また、本発明では、予めセラミックグリ
ーンシートを打ち抜き枠部層を形成し、その後アルミナ
ペーストを塗布するため、容易に焼結したアルミナペー
スト４が枠部層２の主側面の延長線１０から張り出す幅
１１を制御可能である。

【００３９】焼結したアルミナペーストが枠部層の主側
面の延長線から張り出す幅が大きいと、配線部上にある
絶縁体の存在の大きさによっても特性は変化するため、
インピーダンスマッチングが悪くなる。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１は、枠部層を有する半導体容器におけ
る、焼結したアルミナペーストが枠部層の主側面の延長
線から張り出す幅による、気密不良率および配線のライ
ン特性不良のテスト結果を示したものである。枠部層の
主側面の延長線から、焼結したアルミナペーストの張り
出す幅が、６０μｍ以下の場合良好な結果が得られた
（試料番号１乃至４参照）。

【００４２】また、焼結したアルミナペーストが枠部層
の主側面の延長線から張り出す幅が５μｍ未満の場合に
は、シームウエルドによるキャビティ封止時にクラッ
ク、割れの発生による気密不良が生じた（試料番号１参
照）。焼結したアルミナペーストが枠部層の主側面の延
長線から張り出す幅が４２μｍ以上６０μｍ以下の場合
には、配線のライン特性に若干不良がみられた（試料番
号４参照）。よって、より好ましくは、焼結したアルミ
ナペーストが枠部層の主側面の延長線から張り出す幅が
５μｍ以上４０μｍ以下であるとよい（試料番号２、３
参照）。

【００４３】焼結したアルミナペーストが枠部層の主側
面の延長線から張り出す幅が６２μｍから１２２μｍの
場合には（試料番号５乃至７参照）、配線のライン特性
不良が起った。

【００４４】なお、アルミナペーストが枠部層の主側面
の延長線よりも引き下がる場合には、アルミナペースト
に窪みが生じやすく、配線のメッキ工程において、この
窪みに無電解メッキ液がたまる。このメッキ液は洗浄し
ても完全には除去することができず、Ｎｉ／Ａｕメッキ
が、メッキされるべき配線以外の部分に残ってメッキだ
れが生じてしまう。本発明により、アルミナペーストが
枠部層の主側面の延長線から張り出すことで、メッキだ
れによる配線の形状の変化を防止することが可能とな
る。

【００４５】本発明の半導体容器の製造方法は、キャビ
ティを有する所謂ピングリッドアレイ型パッケージ、ボ
ールグリッドアレイ型パッケージ、リードレスチップキ
ャリア、またはマルチチップモジュール等の半導体容器
の製造方法に適応可能である。

【００４６】本発明の実施形態は、本発明の要旨を逸脱
しない範囲であれば上記実施形態に制限されることはな
い。例えば、上記セラミックグリーンシートは、アルミ
ナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、マグネシア
（ＭｇＯ_２）等を主成分とするものに限らず、窒化アル
ミニウム、ムライト、コージュライト等のガラスセラミ
ック、結晶化ガラス、Ｓｉ_３Ｎ_４等を用いることができ
る。また、前記キャビティ内に収納する部品は、半導体
素子にこだわらず、トランジスタ、ＩＣチップ等の半導
体素子、およびコンデンサ、インダクタンス、抵抗、Ｓ
ＡＷフィルタ等の電子部品等を収納することが可能であ
る。

【００４７】また、より好ましい効果を得る為には、枠
部層２の主側面の延長線１０から、焼結したアルミナペ
ースト４の張り出す幅１１が５μｍ以上４０μｍ以下の
範囲で選択すると良い。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明に記載の半導体容
器の製造方法によると、セラミックグリーンシートを打
ち抜いて枠部層を形成し、その後、前記枠部層の配線基
板と接着する予定の面に、予めアルミナペーストを塗布
してから前記配線基板に積層、圧着して同時焼成する。
このため、従来のように、配線基板上のアルミナペース
トへの、枠部層の位置決めが不要となる。よって、積層
された枠部層の下を通過するように配線基板上に印刷さ
れた配線において、枠部層と、ベース基板となる配線基
板を介在するアルミナペーストが、枠部層の主側面の延
長線よりも張り出す幅が大きくなり過ぎることを容易に
避けることが可能となる。また、配線のインピーダンス
マッチングを良好にすることが容易となり、求められる
ライン特性が出ないという不具合を防止することができ
る。

【００４９】また、塗布されたアルミナペーストが枠部
層の主側面の延長線よりも引き下がることを避け、半導
体素子をキャビティ内の搭載部に搭載し、蓋をしてシー
ムウエルドで接合し、気密封止するときに、前記枠部層
と前記配線基板との境界にクラックや割れが生じて気密
不良が生じる不具合を避けることが可能となる。

【００５０】また、焼成後のアルミナペーストが枠部層
の主側面の延長線より張り出す幅を適度にすることがで
きるため、キャビティに蓋をしてシームウエルドで接合
し、気密封止するときに、前記枠部層と前記配線基板と
の境界にクラックや割れが生じ、気密不良が生じてしま
う不具合を容易に防止することが可能となる。さらに、
配線のインピーダンスマッチングが悪くなり、ライン特
性が変化してしまう不具合を容易に防止することが可能
となる。

【００５１】また、本発明の半導体容器によると、配線
のインピーダンスマッチングと、枠部層とベース基板と
なる配線基板との間に生じるクラック防止によるキャビ
ティ（凹部）内の気密性保持を両立させることが容易に
可能となる。よって、半導体容器のキャビティ内に半導
体容器を搭載する後工程での歩留り率を著しく上昇させ
ることが可能である。また、搭載された半導体素子を長
期間にわたり正常、かつ安定に作動させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の半導体容器の製造方
法の工程を示す。

【図２】本発明の第二の実施形態の半導体容器の製造方
法の工程を示す。

【図３】本発明の実施例により製造された半導体容器の
一部拡大断面図である。

【図４】従来技術の半導体容器の製造方法の工程を示
す。

【符号の説明】

１，１０１ 半導体容器 ２，１０２ 枠部層 ３ セラミックグリーンシート ４，１０４ アルミナペースト ５ メタライズ ６，１０６ 配線基板 ７，１０７ 配線部 ８，１０８ 半導体素子搭載部 ９ 打ち抜き終了面 １０ 枠部層の主側面の延長線 １１ 焼結したアルミナペーストが枠部層の主側面の延
長線から張り出す幅

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックグリーンシートを打ち抜いて
   枠部層を形成する工程と、 前記枠部層の、配線基板と接着する予定の面にアルミナ
   ペーストを塗布する工程と、 前記アルミナペースト塗布面を前記配線基板側にして、
   前記枠部層を前記配線基板に積層、圧着し同時焼成する
   工程と、を有することを特徴とする半導体容器の製造方
   法。
2. 【請求項２】 セラミックグリーンシートの第一主面に
   メタライズを印刷する工程と、 メタライズ印刷面を打ち抜き終了面にして、前記セラミ
   ックグリーンシートを打ち抜いて枠部層を形成する工程
   と、 前記枠部層の、配線基板と接着する予定の面にアルミナ
   ペーストを塗布する工程と、 前記アルミナペースト塗布面を前記配線基板側にして、
   前記枠部層を前記配線基板に積層、圧着し同時焼成する
   工程と、を有することを特徴とする半導体容器の製造方
   法。
3. 【請求項３】配線基板表面に形成された配線部を枠部層
   が横切るように、前記配線基板にアルミナペーストを介
   して前記枠部層を積層、圧着し、同時焼成された半導体
   容器であって、焼結後の前記アルミナペーストが前記枠
   部層の主側面の延長線より張り出す幅が６０μｍ以下で
   あることを特徴とする半導体容器。