JP2001156215A - セラミックパッケージ - Google Patents

セラミックパッケージ

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JP2001156215A
JP2001156215A JP33306799A JP33306799A JP2001156215A JP 2001156215 A JP2001156215 A JP 2001156215A JP 33306799 A JP33306799 A JP 33306799A JP 33306799 A JP33306799 A JP 33306799A JP 2001156215 A JP2001156215 A JP 2001156215A
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ceramic substrate
lead
lead frame
lead portion
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Toshihiko Ikeguchi
口 俊 彦 池
Hideo Tamura
村 英 男 田
Masatake Onobuchi
渕 正 剛 斧
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装精度および生産性のいずれについても優
れたセラミックパッケージを提供する。 【解決手段】 開口13とこの開口13内に延在して形
成され最終製品において外部リードとなるリード部12
とを有するリードフレーム11と、リード部12の先端
部にAgロウにより端子が固着されることにより開口1
3の配置に応じて所定間隔でリードフレーム11に取付
けられたセラミック基板15と、によりセラミックパッ
ケージ1を構成し、セラミック基板15のセラミック層
15cの主面に固着されたシールリング19の外側輪郭
形状を位置認識の基準として実装工程に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用セラミッ
クパッケージの構造に関し、特に、製造工程において用
いられ、外部リードとなるリード部を有するセラミック
パッケージを対象とする。
【0002】
【従来の技術】半導体素子のセラミック基板への実装工
程においては、半導体素子とセラミック基板の内部配線
とのワイヤボンディング工程などで高い位置精度が要求
されるため、従来はキャリアと呼ばれる専用の治具を用
意し、この治具に複数のセラミック基板を一個ずつ取付
けた上で、その後の実装工程に供給していた。
【0003】従来の技術によるセラミックパッケージに
ついて図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図
において同一の部分には同一の符号を付し、その説明を
適宜省略する。
【0004】図11は、チップ実装前のセラミック基板
の一例の説明図であり、同図(a)は、正面図、同図
(b)は、同図(a)において矢視する方向からみた側
面図である。同図に示すセラミック基板85は、底部と
なる最下層のセラミック層15aと、枠体をなすセラミ
ック層15bとでなる積層体と、外部リード82とを備
える。セラミック層の表裏面のうち、チップを実装する
側の面およびこれに対応する面を主面とすると、セラミ
ック層15aのには、内部配線17a,17bが形成さ
れている。セラミック層15aの裏面の端部には、図示
しない外部端子が設けられ、外部リード82の端部が固
着されてこの外部リード82と電気的に接続される。固
着材料としては、典型的にはAg(銀)ロウを用いる。
また、セラミック層15bの主面には、溶接により図示
しない蓋部を取付けるためのシールリング19が固着さ
れている。
【0005】図12は、キャリアの一例を示す正面図で
ある。同図に示すキャリア90は、帯形状の基板90
と、この基板90の主面に所定間隔で設けられた位置合
せ用のブロック91と、セラミック基板85を固定する
ための板バネ93とを備えている。ブロック91は、セ
ラミック基板85のコーナ部の輪郭形状に対応した逆L
字型の平面形状を有する。
【0006】セラミック基板85の実装工程において
は、まず、セラミック基板85を手作業でキャリア90
に取付ける。ブロック91の短手方向の内側側面と板バ
ネ93との間にセラミック基板85を押入れ、セラミッ
ク層15bの側面のうち、外部リード82側の側面に対
向する側面をブロック91の長手方向の内側側面に当接
させ、板バネ93の長手方向の押圧力によりセラミック
基板85を固定する。このようにしてセラミック基板8
5をキャリア90に取付けた後、実装工程に送り、ブロ
ック91の内側コーナPSを位置合せの基準位置とし
て、半導体素子23の装着、内部配線17a,17bと
半導体素子23の端子とのワイヤボンディングなどを行
う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャリ
ア90のような専用の治具は非常に高価であるため、使
用できる数量が限られている。このため、製造工程にお
いて循環的に用いなければならず、チップ実装が終了し
た段階でセラミック基板85を取外し、元の工程に戻し
て新たなセラミック基板85を取付けていた。さらに、
専用の治具を用いるために、セラミック基板85の取付
け工程においては、熟練した作業員の手作業に依存しな
ければならなかった。このように、従来のセラミックパ
ッケージは、生産効率が悪く、かつ、コストも高かっ
た。この一方、近年、半導体装置は低価格化がより一層
進んでおり、コスト削減の要求が極めて厳しくなってい
る。
【0008】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、実装精度及び生産性のいずれにおい
ても優れたセラミックパッケージを提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。
【0010】即ち、本発明によれば、半導体素子を搭載
する複数のセラミック基板と、このセラミック基板を主
面に装着するリードフレームとを備え、このリードフレ
ームは、上記セラミック基板の装着位置に対応して設け
られた開口と、上記セラミック基板の外部端子の配列に
対応したピッチで上記開口の周縁から上記開口内に延在
して形成され、主面の先端領域で外部端子に固着され接
続されて上記セラミック基板の外部リードとなるリード
部とを含み、上記セラミック基板は、少なくともこのリ
ード部により上記リードフレームに保持されるセラミッ
クパッケージが提供される。
【0011】上記セラミックパッケージによれば、外部
リードとなるリード部を含む上記リードフレームと、少
なくとも上記リード部により上記リードフレームに保持
されるセラミック基板と、を備えるので、専用の治具お
よび熟練工の手作業による取付け工程を要することな
く、そのまま製造工程に供給される。これにより低コス
トでかつスループットの高いセラミックパッケージが提
供される。
【0012】上記セラミックパッケージは、上記セラミ
ック基板の主面に設けられたシールリングをさらに備え
ると好適である。
【0013】これにより、チップ実装およびその後の製
造工程において、上記シールリングの外側輪郭線を位置
認識の基準とすることができる。この結果、実装精度に
優れたセラミックパッケージが提供される。
【0014】上記リードフレームの上記開口の周辺領域
のうち、上記リード部が設けられた領域を除く部分の少
なくとも一部は、主面にて上記セラミック基板を支持す
ることが好ましい。これにより、上記セラミック基板が
上記リードフレームの主面に平行に取付けられる。これ
により実装精度が向上する。
【0015】また、上記セラミック基板は、上記リード
部との固着部分を除く裏面側に設けられ厚さが上記リー
ドフレームと略同一である第1のセラミック層を有する
積層体を含むと好適である。これにより、上記セラミッ
ク基板が上記リードフレームに平行に取付けられること
に加え、セラミック層で平行性が確保されるので、加熱
処理工程における熱伝導度が向上する。
【0016】上記セラミックパッケージにおいて、上記
セラミック基板は、上記半導体素子を主面に装着し平面
形状のサイズが上記シールリングよりも大きい第2のセ
ラミック層と、この第2のセラミック層の主面に固着さ
れて枠体をなす第3のセラミック層と、を有する積層体
を含むことが望ましい。
【0017】上記第2のセラミック層の平面形状のサイ
ズを上記シールリングよりも大きくすることにより、セ
ラミック基板の輪郭形状を位置認識の基準とすることが
できる。これにより、さらに実装精度に優れたセラミッ
クパッケージが提供される。上記積層体の構造におい
て、上記第3のセラミック層は平面形状が上記シールリ
ングよりも小さく、予め上記シールリングの上に載置さ
れ、固着材により上記シールリングの周辺部に固着され
てフィレットが形成された後に、表裏反転されて上記第
2のセラミック層の主面周辺部に固着されて形成される
と、さらに望ましい。このような構造により上記セラミ
ック基板の強度がさらに高まる。
【0018】上記セラミックパッケージは、上記リード
部の基部と上記セラミック基板との間の領域で上記リー
ド部の長手方向と略直交する方向に棒状に設けられ、上
記リードフレームの上記開口周辺部のうち上記リード部
の長手方向と略直交する方向で対向する部分と上記リー
ド部とを接続するタイバーをさらに備えると好適であ
る。これにより、上記リードフレーム上にセラミック基
板をより安定的に取付けることができ、実装精度がさら
に向上する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。
【0020】(1)第1の実施形態 図1は、本発明にかかるセラミックパッケージの第1の
実施の形態を示す正面図および側面図である。同図に示
すように、本実施形態の特徴は、外部リードとなるリー
ド部12を含むリードフレーム11にセラミック基板1
5を取付け、そのまま最終工程に至るまでの製造工程に
供給する点にある。
【0021】図1に示すように、本実施形態のセラミッ
クパッケージ1は、リードフレーム11とセラミック基
板15とを備えている。
【0022】リードフレーム11は、セラミック基板1
5の配置に応じて所定の間隔で設けられた開口13と、
この開口13内に延在するリード部12とを含む。開口
13は、本実施形態では平面視においてセラミック基板
15が収納される形状となるように形成されている。ま
た、リード部12は、セラミック基板15の図示しない
外部端子の配置に対応したピッチで開口13の長手方向
の一辺から開口13内に延在するようにリードフレーム
11と一体的に形成されている。リード部12は、その
先端部の上面(主面)でセラミック基板23の外部端子
と固着され、これによりセラミック基板15を支持して
いる。
【0023】セラミック基板15は、上面に半導体素子
23を装着するセラミック層15aと、枠体をなすセラ
ミック層15bと、平面形状のサイズがセラミック層1
5bよりも大きいセラミック層15cでなる積層体で形
成され、セラミック層15cの主面にはシールリング1
9が固着されている。
【0024】図2は、図1の破線に示すセラミックパッ
ケージ1の端部の拡大図である。セラミック基板15
は、内部配線17a,17bと、略中央に載置され固着
された半導体素子23と、を備え、半導体素子23の端
子と内部配線17a,17bとはAu(金)ワイヤで接
続されている。
【0025】図3は、図2のA−A切断面における略示
断面図である。同図を含み、以下の断面図においてはパ
ッケージの構造の理解を容易にするため、リードフレー
ムの正面図における左側端部を省略している。
【0026】図3に示すように、リードフレーム11の
リード部12は、その先端部がAgロウによりセラミッ
ク基板21の裏面の外部端子(図示せず)に固着され
る。このリード部12は、最終工程において図1のZ−
Z線に示すようにその基部で切断されリードフレーム1
1と切離されることにより、セラミック基板15の外部
リードとなる。
【0027】本実施形態のセラミックパッケージ1の製
造方法の概略について図面を参照しながら説明する。図
4および図5は、セラミックパッケージ1の製造方法を
説明する略示平面図である。図4(a)は、リードフレ
ーム11の平面図であり、同図(b)は、リードフレー
ム11にセラミック基板15を取付けた状態を示し、ま
た、図5は、チップ実装工程とワイヤボンディング工程
を経た状態を示し、(a)は平面図、(b)は、(a)
において矢視する方向から見た側面図である。
【0028】まず、図示しない治具にセラミック基板1
5をリードフレーム11の開口13の位置に対応した所
定の間隔でセラミック層15cの主面が下面となるよう
に載置しておき、外部端子の部分にAgロウを付着し、
リード部12のピッチを基準として、リード部12の先
端部(図4(a)斜線部参照)の下面に外部端子が当接
するように位置合せした上でリードフレーム11を載置
し、既知の工程により固着させ、その後表裏を逆転させ
て図4(b)に示す状態とする。これ以降の工程におけ
る位置合せは、シールリング19の外側の輪郭形状を位
置認識の基準とする。
【0029】即ち、図4(b)に示す状態のまま、チッ
プ実装工程に供給し、マウンタに取付けて半導体素子2
3をセラミック層15aの主面中央に載置して固着させ
る。
【0030】続いて、このままの状態で、ワイヤボンデ
ィング工程に供給してワイヤボンダに取付け、図5に示
すように、内部配線17a,17bと半導体素子23の
端子とをAuワイヤ25にて接続する。
【0031】その後、図5に示す状態のまま溶接工程に
供給してHe雰囲気中で図示しない蓋をシールリング1
9の主面に取付けてシーム溶接を行い、所定の検査工程
を経由して、最終的に図1の一点鎖線Z−Z線にて切断
し、最終製品として出荷の準備をする。
【0032】このように、本実施形態によれば、外部リ
ードとなるリード部12を含むリードフレーム11にセ
ラミック基板15を載置するので、特殊な治具および熟
練工による手作業が不要となる。これにより、低コスト
のセラミックパッケージが提供される。また、チップ実
装から検査工程に至るまで、シールリング19の外側輪
郭形状を位置認識の基準とすることができるので、高い
精度でチップ実装ができる。これにより、実装工程のス
ループットを向上させることができる。また、リードフ
レーム11についても外部リードの厚さに対応した厚み
で形成でき、さらに、セラミック基板の平面形状に対応
して開口13を設けるので、リードフレームのコストを
低減できる。これにより、高精度のセラミックパッケー
ジを高スループットでかつ低コストで提供することがで
きる。
【0033】(2)第2の実施形態 次に、本発明にかかるセラミックパッケージの第2の実
施の形態について図5および図6を参照しながら説明す
る。
【0034】図5(a)は、本実施形態のセラミックパ
ッケージ3の正面図であり、同図(b)は、(a)にお
いて矢視する方向から見たセラミックパッケージ3の側
面図である。また、図6は、図5(a)のB−B切断線
に沿った略示断面図である。
【0035】図5(a)に示すように、本実施形態の特
徴は、リードフレーム31が有する開口33の形状にあ
る。即ち、開口33は、平面視においてセラミックパッ
ケージ15の一部のみを収容するような形状を有するよ
うに形成される。その他の点は、図1に示すセラミック
パッケージ1と略同一である。
【0036】このような構成により、リードフレーム3
1は、図6の断面図に示すように、開口33の周辺領域
のうちリード部12の先端部に対向する領域でセラミッ
ク基板15を支持する。これにより、セラミック基板1
5は、リードフレーム31の表面と平行になるように載
置されるので、製造設備のワーク上で傾くおそれが解消
される。この結果、実装位置の精度も向上する。
【0037】(3)第3の実施形態 次に、本発明にかかるセラミックパッケージの第3の実
施の形態について説明する。本実施形態の特徴は、セラ
ミック基板の構造にある。その他の点は、図1に示すセ
ラミックパッケージ1と略同一であるので、ここでは、
図2のA−A切断線に対応する切断線に沿った断面図を
参照しながら説明する。
【0038】図7は、本発明にかかるセラミックパッケ
ージの第3の実施の形態を示す略示断面図である。同図
に示すセラミックパッケージ4が備えるセラミック基板
46は、図3に示すセラミック基板15の積層体に加
え、セラミック層15aの裏面に形成されたセラミック
層45(第1のセラミック層)を含む。セラミック層4
5は、セラミック層15aの裏面領域のうち、リード部
12との固着面を除く領域に形成され、その厚さは、リ
ードフレーム11と略同一となっている。これにより、
セラミック基板46は、製造工程においてリードフレー
ム11の表面に対して傾くことなく、常に平行となるよ
うに配置される。また、本実施形態では、図5に示すセ
ラミックパッケージ3と異なり、セラミック基板46の
平行性を確保する部材として金属でなくセラミック層4
5を用いるので、ワイヤボンディング工程において加熱
ブロックとの間の熱伝導効率も向上する。
【0039】(4)第4の実施形態 次に、本発明にかかるセラミックパッケージの第4の実
施の形態について図8および図9を参照しながら説明す
る。
【0040】図8は、本実施形態のセラミックパッケー
ジ5の部分正面図であり、また、図9は、図8のC−C
切断線に沿った略示断面図である。
【0041】両図に示すように、本実施形態のセラミッ
クパッケージ5の特徴は、セラミック基板55の構造と
リードフレーム31の開口33の形状にある。リード部
12、半導体素子23、内部配線17a,17bおよび
Auワイヤ25は、上述した実施形態と同一である。
【0042】セラミック基板55は、半導体素子23を
搭載するセラミック層59(第2のセラミック層)と、
セラミック層59の主面に固着され枠体をなすセラミッ
ク層57(第3のセラミック層)とを含む積層構造とな
っている。セラミック層57の主面には、シールリング
19が取付けられている。
【0043】セラミック層59は、その平面形状のサイ
ズがシールリング19よりも大きく形成される。これに
より、上述した第1ないし第3の実施形態と異なり、セ
ラミック基板55の輪郭形状を位置認識の基準とするこ
とができる。この結果、さらに実装精度を向上させるこ
とができる。また、セラミック層57は、その平面形状
のサイズがシールリング19よりも小さく形成され、そ
の側面に付着されたAgロウ56により、セラミック層
59およびシールリング19と固着される。Agロウ5
6は、シールリング19との接着面の強度を高めるた
め、シールリング19の上面にセラミック層57を予め
載置した上でシールリング19の上面周辺部に付着され
る。Agロウ56によりフィレット56が形成された後
に、シールリング19およびセラミック層57が表裏反
転されてセラミック層59の上面に載置され固着され
る。Agロウ56の材料としては、気密性および耐熱性
に優れたメニスカスを用いる。このような構造により、
強度の高いセラミック基板55を備えるセラミックパッ
ケージが提供される。
【0044】また、リードフレーム31の開口33は、
平面視においてリード部12の領域を除く領域がセラミ
ック層59により覆われるようなサイズで形成される。
これにより、リードフレーム31の開口33の周辺領域
部分のうち、リード部12が設けられた領域を除く部分
が主面にてセラミック基板55を支持することになる。
これにより、さらに安定的にリードフレームに取付けら
れた上でその後の実装工程に供給される。
【0045】(5)第5の実施形態 次に、本発明にかかるセラミックパッケージの第5の実
施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0046】図10(a)は、本実施形態のセラミック
パッケージ2の正面図であり、また、同図(b)は、
(a)において矢視する方向から見た側面図である。図
10(a)に示すように、本実施形態の特徴は、リード
部12に直交してリードフレーム11の長手方向に開口
13の周辺領域の相互に対向する領域とリード部12と
を接続するタイバー27を備える点にある。その他の点
は、図1に示すセラミックパッケージ1と同一である。
【0047】このように、タイバー27により各リード
部12の略中央部とリードフレーム11とを再度接続す
ることにより、セラミック基板15をより安定的に取付
けることができる。なお、このタイバー27は、接続さ
れる機器との接続の良好性および外観形状を損わないよ
うに最終工程においてセラミック基板の外部リードから
除去される。
【0048】
【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。
【0049】即ち、本発明によれば、最終製品において
外部リードとなるリード部を含むリードフレームと、こ
のリード部の先端部にセラミック基板の端子を位置合せ
して固着することにより取付けられたセラミック基板と
を備えるので、専用の治具および熟練工の手作業を要す
ることなく製造できる。これによりスループットに優
れ、かつ、低コストのセラミックパッケージが提供され
る。また、シールリングの外側輪郭形状を位置認識の基
準にできるので、チップ実装やワイヤボンディング等の
製造工程において高い実装精度を有するセラミックパッ
ケージが提供される。
【0050】また、第2のセラミック層の平面形状のサ
イズをシールリングよりも大きくする場合は、セラミッ
ク基板の輪郭形状を位置認識の基準に用いることができ
るので、実装工程における位置精度をさらに高めること
ができる。これにより、実装工程のスループットをさら
に向上させ、かつ、製造コストを低減するセラミックパ
ッケージが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるセラミックパッケージの第1の
実施の形態を示す正面図および側面図である。
【図2】図1に示すセラミックパッケージの部分拡大図
である。
【図3】図2のA−A切断面における略示断面図であ
る。
【図4】図1に示すセラミックパッケージの製造方法を
説明する正面図である。
【図5】本発明にかかるセラミックパッケージの第2の
実施の形態の正面図および側面図である。
【図6】図5に示すセラミックパッケージのB−B切断
面における略示断面図である。
【図7】本発明にかかるセラミックパッケージの第3の
実施の形態を示す略示断面図である。
【図8】本発明にかかるセラミックパッケージの第4の
実施の形態を説明する部分正面図である。
【図9】図8のC−C切断面における略示断面図であ
る。
【図10】本発明にかかるセラミックパッケージの第5
の実施の形態の正面図および側面図である。
【図11】従来の技術によるセラミックパッケージの説
明図である。
【図12】従来の技術における専用治具の一例を示す正
面図である。
【符号の説明】
1〜5 セラミックパッケージ 11,31 リードフレーム 12 リード部(外部リード) 13,33 開口 15,45,55 セラミック基板 17a,17b 内部配線 19 シールリング 21 銀ロウ固着部 23 半導体素子 25 ワイヤ 27 タイバー 45 第1のセラミック層 56 Agロウメニスカス 57 第3のセラミック層 59 第2のセラミック層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田 村 英 男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 斧 渕 正 剛 神奈川県川崎市川崎区日進町7番地1 東 芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子を搭載するセラミック基板と、 複数の前記セラミック基板を主面に装着するリードフレ
    ームと、を備え、 前記リードフレームは、 前記セラミック基板の装着位置に対応して設けられた開
    口と、前記セラミック基板の外部端子の配列に対応した
    ピッチで前記開口の周縁から前記開口内に延在して形成
    され、主面の先端領域で外部端子に固着され接続されて
    前記セラミック基板の外部リードとなるリード部とを含
    み、 前記セラミック基板は、少なくともこのリード部により
    前記リードフレーム上に保持されるセラミックパッケー
    ジ。
  2. 【請求項2】前記セラミック基板の主面に設けられたシ
    ールリングをさらに備えることを特徴とする請求項1に
    記載のセラミックパッケージ。
  3. 【請求項3】前記リードフレームの前記開口の周辺領域
    のうち、前記リード部が設けられた領域を除く部分の少
    なくとも一部は、主面にて前記セラミック基板を支持す
    ることを特徴とする請求項1または2に記載のセラミッ
    クパッケージ。
  4. 【請求項4】前記セラミック基板は、 前記リード部との固着部分を除く裏面側に設けられ厚さ
    が前記リードフレームと略同一である第1のセラミック
    層を有する積層体を含むことを特徴とする請求項3に記
    載のセラミックパッケージ。
  5. 【請求項5】前記セラミック基板は、 前記半導体素子を主面に装着し、平面形状のサイズが前
    記シールリングよりも大きい第2のセラミック層と、前
    記第2のセラミック層の主面に固着されて枠体をなす第
    3のセラミック層と、を有する積層体を含むことを特徴
    とする請求項2ないし4のいずれかに記載のセラミック
    パッケージ。
  6. 【請求項6】前記リード部の基部と前記セラミック基板
    との間の領域で前記リード部の長手方向と略直交する方
    向に棒状に設けられ、前記リードフレームの前記開口周
    辺部のうち前記リード部の長手方向と略直交する方向で
    対向する部分と前記リード部とを接続するタイバーをさ
    らに備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれ
    かに記載のセラミックパッケージ。
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