JP2006216868A - Manufacturing method of semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体パッケージの製造方法に関し、より詳細には金属からなるベース板上に金属からなる枠体をろう付けして形成される半導体パッケージの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor package, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor package formed by brazing a metal frame on a metal base plate.
光通信あるいはマイクロ波通信で使用される高周波用の半導体素子を搭載する半導体パッケージには、図6に示すような、金属からなるベース板10に金属からなる枠体12をろう付けして形成されるメタルウォールパッケージと呼ばれる製品がある(たとえば、特許文献1参照)。枠体12には切欠12aが設けられ、切欠12aにセラミック端子14が取り付けられている。このセラミック端子14は、キャビティ内に搭載される半導体素子と外部の配線とを電気的に接続するためのものである。
A semiconductor package mounting a high-frequency semiconductor element used in optical communication or microwave communication is formed by brazing a
ベース板10は銅−モリブデン−銅、あるいは鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなり、枠体12は鉄−ニッケル−コバルト合金、あるいは鉄−ニッケル合金等の金属からなる。
半導体パッケージを製造する際には、組立用の治具にベース板10と枠体12とセラミック端子14とを組み付け、ベース板10と枠体12のろう付け面との間に、枠体12と同形の枠状に形成した銀ろう等のろう材(プリフォーム)を配置し、加熱炉内でろう材が溶融する温度まで加熱し、ベース板10と、枠体12および枠体12に取り付けられたセラミック端子のろう付け面を気密にろう付けすることによって得られる。
When manufacturing a semiconductor package, the
上記半導体パッケージでは、ベース板10に枠体12をろう付けして接合した際に、ろう付け部分に孔が生じたり隙間不良が生じたりすることがあり、このような問題を解消するために、枠体12に荷重を加えながらろう付けする方法が行われている。
しかしながら、ベース板10と枠体12との間にろう材のプリフォームを挟んで、枠体12に荷重を加えながらろう付けすると、ベース板10と枠体12がろう付け温度まで昇温する際に熱膨張し、このときにベース板10の熱膨張に追従して枠体12に取り付けられているセラミック端子14が外側に位置ずれしてろう付けされてしまうという問題がある。
In the semiconductor package, when the
However, if a preform of a brazing material is sandwiched between the
図5に、ベース板10と枠体12とをろう付けする方法の概略図を示す。図5(a)は、ベース板10と枠体12のろう付け面との間に枠状に形成したろう材15を配置する状態を示し、図5(b)は枠体12に荷重を作用させてろう付けしている状態を示す。図5(b)は、ろう材15が溶融温度まで達していない状態を示したもので、ろう材15が溶融されない状態では、セラミック端子14を含めた枠体12のろう付け面の全面がベース板10に加圧される状態になる。したがって、この状態でろう付け温度まで加熱されていくと、枠体12とベース板10とが徐々に熱膨張し、たとえばベース板10の方が枠体12に比べて熱膨張係数が大きいものである場合には、ベース板10の熱膨張に追従してセラミック端子14が位置ずれするようになると考えられる。
ろう材15として銀ろうを使用する場合は、加熱炉中で30分程度かけてろう付け温度(800℃程度)まで昇温させるから、ベース板10と枠体12は徐々に昇温し、それとともにセラミック端子14が位置ずれしていく。
FIG. 5 shows a schematic view of a method of brazing the
In the case of using silver brazing as the brazing
半導体パッケージ製品によっては、セラミック端子14のろう付け位置(枠体の対向する(向かい合う)壁面に対向して配置されたセラミック端子14の間隔)に高精度が求められることから、ろう付け時にセラミック端子14が正規の配置位置からわずかに位置ずれしただけで不良になる。また、セラミック端子14の位置ずれが、ろう付け時にベース板10が熱膨張し、この熱膨張に追従してセラミック端子14が位置ずれするといった作用による場合は、セラミック端子のろう付け位置がばらつく原因になるから、製品の仕上がり寸法精度がばらつくという問題もある。
Depending on the semiconductor package product, high accuracy is required for the brazing position of the ceramic terminal 14 (the interval between the
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、金属からなるベース板にセラミック端子が装着された枠体をろう付けしてなる半導体パッケージを製造する際に、セラミック端子を位置ずれさせずにろう付けすることができ、これによって仕上がりの寸法精度の高い製品を歩留まり良く製造することができる半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve these problems, and in manufacturing a semiconductor package in which a frame body having a ceramic terminal mounted thereon is brazed to a base plate made of metal, the ceramic terminal is positioned. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor package, which can be brazed without being displaced, and by which a product with high finished dimensional accuracy can be manufactured with high yield.
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、枠体のろう付け面および枠体に形成された切欠に取り付けられるセラミック端子のろう付け面と、これらろう付け面が接合するベース板との間にろう材を配置し、前記ベース板と枠体とを挟圧する向きに荷重を加えながら、前記ろう材が溶融する温度まで加熱し、前記ベース板と前記枠体およびセラミック端子とをろう付けする半導体パッケージの製造方法において、前記枠体のろう付け面で、前記枠体に取り付けられるセラミック端子の取付位置と重複しない位置にろう材を配置してろう付けすることを特徴とする。
また、前記セラミック端子の取付位置と重複しない位置に配置するろう材として、前記枠体と同幅の細片状に形成したろう材を使用することを特徴とする。
The present invention has the following configuration in order to achieve the above object.
That is, a brazing material is disposed between a brazing surface of a frame body and a brazing surface of a ceramic terminal attached to a notch formed in the frame body, and a base plate to which these brazing surfaces are joined, and the base plate In a method for manufacturing a semiconductor package, in which a heat is applied to a direction in which a frame is clamped, the brazing material is heated to a melting temperature, and the base plate, the frame, and a ceramic terminal are brazed. A brazing material is disposed on the brazing surface at a position that does not overlap with the mounting position of the ceramic terminal attached to the frame, and is brazed.
In addition, a brazing material formed in the shape of a strip having the same width as the frame is used as the brazing material that is disposed at a position that does not overlap with the mounting position of the ceramic terminal.
また、枠体のろう付け面および枠体に形成された切欠に取り付けられるセラミック端子のろう付け面と、これらろう付け面が接合するベース板との間にろう材を配置し、前記ベース板と枠体とを挟圧する向きに荷重を加えながら、前記ろう材が溶融する温度まで加熱し、前記ベース板と前記枠体およびセラミック端子とをろう付けする半導体パッケージの製造方法において、前記枠体のろう付け面で、前記枠体に取り付けられるセラミック端子の取付位置と重複しない位置にろう材が融着された枠体と、前記ベース板と前記セラミック端子とを位置合わせしてろう付けすることを特徴とする。
また、枠体の切欠にセラミック端子を仮付けし、該セラミック端子が仮付けされた枠体と前記ベース板とを位置合わせしてろう付けすることにより、半導体パッケージを製造する作業性を向上させることができる。
Further, a brazing material is disposed between the brazing surface of the frame body and the brazing surface of the ceramic terminal attached to the notch formed in the frame body, and the base plate to which these brazing surfaces are joined, and the base plate In a method for manufacturing a semiconductor package, in which a heat is applied to a direction in which a frame is clamped, the brazing material is heated to a melting temperature, and the base plate, the frame, and a ceramic terminal are brazed. Brazing the brazing material at a position that does not overlap with the mounting position of the ceramic terminal attached to the frame, and the base plate and the ceramic terminal at the brazing surface. Features.
Further, the workability of manufacturing the semiconductor package is improved by temporarily attaching the ceramic terminal to the cutout of the frame body, and aligning and brazing the frame body on which the ceramic terminal is temporarily attached and the base plate. be able to.
本発明に係る半導体パッケージの製造方法によれば、ベース板に枠体をろう付けする際に、ろう材がベース板と枠体とを離間させるように作用するスペーサとして機能することにより、ベース板および枠体が加熱されて熱膨張する際にセラミック端子がベース板等に追従して位置ずれすることを抑えることができ、これによって仕上がり寸法精度の高い半導体パッケージ製品として得ることができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor package of the present invention, when the frame is brazed to the base plate, the brazing material functions as a spacer that acts to separate the base plate and the frame, thereby providing the base plate. In addition, when the frame body is heated and thermally expanded, it is possible to prevent the ceramic terminal from being displaced following the base plate and the like, thereby obtaining a semiconductor package product with high finished dimensional accuracy.
(第1の実施の形態)
本発明に係る半導体パッケージの製造方法は、平板状に形成された金属からなるベース板10に、金属からなる枠体12をろう付けして、図6に示すと同様な、枠体12にセラミック端子14が装着された半導体パッケージを得るものであり、基本的な製造方法は従来の半導体パッケージの製造方法と同様で、本発明において特徴とする点は、枠体12をベース板10にろう付けする際に使用するろう材の形状、配置を工夫した点にある。
(First embodiment)
In the method of manufacturing a semiconductor package according to the present invention, a
図1は、半導体パッケージの製造方法についての第1の実施の形態として、細片状に形成した2枚のろう材16a、16bを使用して、ベース板10と、セラミック端子14が装着された枠体12とをろう付けして半導体パッケージを製造する方法を示している。
なお、本実施形態ではベース板10として、銅−モリブデン−銅の3層構造からなるクラッド材を使用し、枠体12は、鉄−ニッケル−コバルト合金からなるものであるが、これらベース板10および枠体12の材質が限定されるものではない。
FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor package manufacturing method in which a
In this embodiment, a clad material having a three-layer structure of copper-molybdenum-copper is used as the
また、本実施形態では、枠体12の対向する長辺の各々に、セラミック端子14を装着する切欠12aを2つずつ対向配置するように設け、各々の切欠12aにセラミック端子14をろう材を用いて仮付けした枠体12をベース板10にろう付けしている。
セラミック端子14はアルミナセラミックからなるものであり、枠体12に接する部位に、あらかじめメタライスが施されるとともに、半導体パッケージに搭載される半導体素子と半導体パッケージの外側のリード端子等とを電気的に接続するための配線パターン14aが形成されている。なお、枠体12にセラミック端子14を仮付けせず、各部品を治具にセットする際に、セラミック端子14を組み付けるようにしてもよい。
In the present embodiment, two notches 12a for mounting the
The
図1に示すように、本実施形態において使用する銀ろう等のろう材16a、16bは、枠体12でセラミック端子14が装着されていない枠部12b、12cと略同じ長さに形成され、枠体12のろう付け面と略同幅の細片状に成形されたもの(プリフォーム)である。このろう材16a、16bを、ベース板10上で枠体12の枠部12b、12cが接合される位置に合わせて配置し、枠体12をベース板10に位置合わせしてろう付けする。
As shown in FIG. 1, brazing materials 16 a and 16 b such as silver brazing used in the present embodiment are formed to have substantially the same length as the frame portions 12 b and 12 c where the
図2に、上述した、ろう材16a、16bを用いてベース板10と枠体12とをろう付けする方法の説明図を示す。
図2(a)は、ろう付け時におけるベース板10と枠体12とろう材16a、16bの配置を示す。図2は、枠体12でセラミック端子14が装着されている面を正面方向として示したものであり、図2(a)では、ろう材16a、16bが、枠体12のセラミック端子14が装着されていない枠部12b、12cに位置合わせして配置されることを示す。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method for brazing the
Fig.2 (a) shows arrangement | positioning of the
図2(b)は、枠体12に荷重を加えてベース板10に枠体12を加圧してろう付けする状態を示す。実際には、治具にベース板10と枠体12を組み付け、加圧板を用いてベース板10と枠体12とを挟圧することによって、ベース板10と枠体12とを挟圧する向きに荷重を加えるようにすることができる。
本実施形態のろう付け方法において特徴的な作用は、治具にベース板10と枠体12とを支持して加熱炉でろう付け温度まで昇温させていった際に、ろう材16a、16bが溶融しない温度範囲においては、図2(b)に示すように、ろう材16a、16bが枠体12(セラミック端子14)のろう付け面とベース板10の接合面とを離間させるように作用するスペーサとして機能することにある。
FIG. 2B shows a state in which a load is applied to the
A characteristic action in the brazing method of the present embodiment is that when the
すなわち、加熱炉をろう付け温度まで昇温させていくと、ベース板10と枠体12は、いずれも温度上昇することによって熱膨張するが、たとえばベース板10が枠体12にくらべて熱膨張係数が大きい場合でも、ろう材16a、16bがスペーサとして作用することによって、セラミック端子14のろう付け面とベース板10とを接触しない状態、もしくは接触してもベース板10の熱膨張にしたがってセラミック端子14が追従して位置ずれする程度の押接力が作用しない状態に維持することができ、ベース板10の熱膨張に追従してセラミック端子14が位置ずれする作用を抑制することが可能になる。
That is, when the temperature of the heating furnace is increased to the brazing temperature, the
図2(c)は、加熱炉内でろう材16a、16bが溶融し、ベース板10に枠体12がろう付けされた状態を示す。ろう材16a、16bが溶融されると、溶融したろう材16は枠体12の短辺である枠部12b、12cのろう付け面から長辺側に、枠体12のろう付け面に沿って回り込み、枠体12の全周にわたって枠体12がベース板10にろう付けされる。このときセラミック端子14のろう付け面(メタライズが施されている面)にも、ろう材16が回り込む。
枠体12に荷重を加えてろう付けすることによって、ろう付け部分に孔や隙間不良を生じさせずにろう付けすることができ、ベース板10と枠体12およびセラミック端子14とは、気密にろう付けされる。
FIG. 2C shows a state in which the brazing members 16 a and 16 b are melted in the heating furnace, and the
By brazing the
なお、ろう材16a、16bが溶融した際には、ベース板10が熱膨張することによって枠体12に作用する張力は、セラミック端子14が装着されている部位においてもベース板10との間で直接的に作用することになるが、セラミック端子14はベース板10の熱膨張に追従せずに、枠体12に支持されている位置でベース板10にろう付けされるから、セラミック端子14のろう付け位置が位置ずれすることがなく、所定の寸法精度でセラミック端子14をろう付けすることが可能になる。
When the brazing materials 16a and 16b are melted, the tension acting on the
(第2の実施の形態)
図3は、本発明に係る半導体パッケージの製造方法の第2の実施形態を示す。
本実施形態では、ベース板10にろう付けする枠体12として、枠体12でセラミック端子14が装着されていない短辺の枠部12b、12cのろう付け面に、ろう付け面の全長にわたって、ろう材16cを融着しておき、このろう材16cが融着された枠体12とベース板10とを位置合わせしてろう付けすることを特徴とする。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a second embodiment of a semiconductor package manufacturing method according to the present invention.
In the present embodiment, as the
図3(a)は、ろう材16cが融着された枠体12とベース板10とを正面方向から見た状態、図3(b)は、ろう材16cが融着された枠体12とベース板10に荷重を加えてろう付けしている状態を説明的に示している。
この実施形態の場合も、枠部12b、12cに融着されたろう材16cが、ベース板10と枠体12とを離間させるように作用するスペーサとして機能し、ろう付け時にベース板10が熱膨張した際に、ベース板10に追従してセラミック端子14が位置ずれすることを防止して枠体12とベース板10とをろう付けすることができる。
3A shows a state in which the
Also in this embodiment, the brazing material 16c fused to the frame portions 12b and 12c functions as a spacer that acts to separate the
図3(b)は、加熱炉内で、ベース板10と枠体12とを挟圧する向きに荷重を加えてろう付けしている状態を示す。ろう材16cがスペーサとして作用することによって、セラミック端子14のろう付け面とベース板10とが離間し、あるいはセラミック端子14がベース板10に押接される押接力が抑制されるから、ベース板10が加熱されて熱膨張する際にベース板10の熱膨張に追従してセラミック端子14が位置ずれすることを防止することができる。
FIG. 3B shows a state in which a load is applied and brazed in the direction in which the
このようにろう材16がスペーサとして有効に機能するためには、ろう材16cはある程度以上の突出高さに形成しておく必要がある。ろう材16cに求められる突出高さは、枠体12の大きさ、枠体12に作用させる荷重、枠体12の材質等にもよるが、本実施形態では、ろう材16cの高さを0.04〜0.06mmとすることによってセラミック端子14の位置ずれを効果的に抑えることができた。なお、本実施形態で使用した枠体は、鉄−ニッケル−コバルト合金からなる15×15mmの矩形枠体であり、ベース板は銅−モリブデン−銅の3層構造からなるクラッド材である。
Thus, in order for the
第1の実施の形態において使用した細片状に形成したろう材16a、16bを使用する場合も、本実施形態におけるろう材16cと同様に、厚さ0.04〜0.06mmのものを使用することによって、ろう付け時にセラミック端子がベース板10の熱膨張による伸びに追従して位置ずれすることを防止し、好適なスペーサ作用を得ることができる。
Also when using the brazing material 16a, 16b formed in a strip shape used in the first embodiment, a material having a thickness of 0.04 to 0.06 mm is used, as in the brazing material 16c in the present embodiment. By doing so, it is possible to prevent the ceramic terminal from being displaced following the elongation due to the thermal expansion of the
本実施形態の半導体パッケージの製造方法によれば、枠体12にあらかじめろう材16cを融着しておくから、第1の実施形態のように枠体12と別体にろう材16a、16bを使用する方法にくらべて、治具に簡単に部品をセットすることができ、半導体パッケージを製造する際の作業性を改善することができる。
According to the semiconductor package manufacturing method of the present embodiment, the brazing material 16c is fused in advance to the
(試験結果)
表1は、上述した実施形態による半導体パッケージの製造方法の作用効果を調べるため、実際の製品について仕上がり精度を試験した結果を示す。表1中で、(1)は第1の実施形態による方法、(2)は第2の実施形態による方法、(3)はろう材として枠体と同形の枠状に形成したプリフォームを使用する方法により、枠体をベース板にろう付けして図6に示す半導体パッケージを製造し、枠体に対向して取り付けられたセラミック端子の間隔を測定した結果を示す。表1に示す値は、基準値からのずれ量を示す。なお、試験で使用した枠体は、鉄−ニッケル−コバルト合金製の15×15mmの矩形枠体であり、ベース板は、銅−モリブデン−銅の3層クラッド材で、20×20mm、厚さ1mmである。また、(1)、(2)ではろう材として、幅0.5mm×長さ12mm×厚さ0.04mmの銀ろうを使用し、(3)ではろう材として、枠体と略同形状で厚さ0.02mmの銀ろうを使用した。
(Test results)
Table 1 shows the results of testing the finishing accuracy of actual products in order to examine the operational effects of the semiconductor package manufacturing method according to the above-described embodiment. In Table 1, (1) is a method according to the first embodiment, (2) is a method according to the second embodiment, and (3) is a preform formed in the shape of a frame having the same shape as the frame as a brazing material. 6 shows a result of manufacturing the semiconductor package shown in FIG. 6 by brazing the frame body to the base plate and measuring the distance between the ceramic terminals attached facing the frame body. The values shown in Table 1 indicate the amount of deviation from the reference value. The frame used in the test is a 15 × 15 mm rectangular frame made of iron-nickel-cobalt alloy, and the base plate is a copper-molybdenum-copper three-layer clad material, 20 × 20 mm, thickness. 1 mm. In (1) and (2), a brazing material having a width of 0.5 mm × a length of 12 mm × a thickness of 0.04 mm is used as the brazing material. In (3), the brazing material has substantially the same shape as the frame. A silver solder having a thickness of 0.02 mm was used.
表1の試験結果は、従来の枠状に形成したろう材(プリフォーム)を使用して半導体パッケージを製造する方法にくらべて、上記第1の実施形態、第2の実施形態の方法による場合は、セラミック端子の基準位置からの位置ずれ量が大きく抑制されていることを示す。この試験結果は、上述した実施形態のろう付け方法、すなわち、ろう材のスペーサ作用を利用して枠体12とベース板10とをろう付けする方法が、セラミック端子14の位置ずれ防止にきわめて有効であることを示している。
The test results in Table 1 are based on the case of the methods of the first embodiment and the second embodiment, compared to the method of manufacturing a semiconductor package using a conventional brazing material (preform) formed in a frame shape. Indicates that the amount of displacement of the ceramic terminal from the reference position is greatly suppressed. This test result shows that the brazing method of the above-described embodiment, that is, the method of brazing the
このように、セラミック端子が装着されている枠体12をベース板10にろう付けする際に、ろう材を枠体12とベース板10との間に挿入するスペーサとしての作用を兼ねて使用する場合におけるろう材の配置は、上述した実施形態の例に限らず適宜配置とすることができる。
図4は、ろう材16の他の配置例を示す。図4(a)に示す枠体12は、対向する枠部に各々セラミック端子14を装着したもので、枠体12のコーナー部を通過するようにろう材16を配置し、短辺の中間部分にもろう材16を配置した例である。図4(b)は、枠体12の長辺と短辺の各々にセラミック端子14を配置した例で、枠体12のコーナー部を通過するようにろう材16を配置し、長辺に配置される2つのセラミック端子14の中間にもろう材16を配置した例である。
Thus, when brazing the
FIG. 4 shows another arrangement example of the
このように、ろう材16を配置する際には、枠体12のろう付け面でセラミック端子14の配置位置と重複しない配置にろう材16を配置することで、上述した実施形態と同様の作用によって、ろう付け時にセラミック端子14の位置ずれを防止してろう付けすることができる。なお、図4に示すようにろう材16を配置するかわりに、ろう材16の配置位置に合わせて、枠体12のろう付け面にあらかじめろう材16を融着しておき、ろう材16が融着された枠体12とベース板10とを位置合わせしてろう付けするようにしてもよい。
As described above, when the
10 ベース板
12 枠体
12a 切欠
12b、12c 枠部
14 セラミック端子
15、16、16a、16b ろう材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ベース板と枠体とを挟圧する向きに荷重を加えながら、前記ろう材が溶融する温度まで加熱し、前記ベース板と前記枠体およびセラミック端子とをろう付けする半導体パッケージの製造方法において、
前記枠体のろう付け面で、前記枠体に取り付けられるセラミック端子の取付位置と重複しない位置にろう材を配置してろう付けすることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 A brazing material is disposed between the brazing surface of the frame body and the brazing surface of the ceramic terminal attached to the notch formed in the frame body, and the base plate to which these brazing surfaces are joined;
In the method of manufacturing a semiconductor package, heating to a temperature at which the brazing material is melted while applying a load in a direction in which the base plate and the frame are sandwiched, and brazing the base plate, the frame, and the ceramic terminal.
A method of manufacturing a semiconductor package, comprising: brazing a brazing material on a brazing surface of the frame so as not to overlap a mounting position of a ceramic terminal attached to the frame.
前記ベース板と枠体とを挟圧する向きに荷重を加えながら、前記ろう材が溶融する温度まで加熱し、前記ベース板と前記枠体およびセラミック端子とをろう付けする半導体パッケージの製造方法において、
前記枠体のろう付け面で、前記枠体に取り付けられるセラミック端子の取付位置と重複しない位置にろう材が融着された枠体と、前記ベース板と前記セラミック端子とを位置合わせしてろう付けすることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 A brazing material is disposed between the brazing surface of the frame body and the brazing surface of the ceramic terminal attached to the notch formed in the frame body, and the base plate to which these brazing surfaces are joined;
In the method of manufacturing a semiconductor package, heating to a temperature at which the brazing material is melted while applying a load in a direction in which the base plate and the frame are sandwiched, and brazing the base plate, the frame, and the ceramic terminal.
At the brazing surface of the frame body, the frame body in which a brazing material is fused at a position not overlapping with the mounting position of the ceramic terminal attached to the frame body, the base plate, and the ceramic terminal are aligned. A method for manufacturing a semiconductor package, comprising: attaching a semiconductor package.
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