JP2517024B2 - セラミックパッケ―ジとその製造方法 - Google Patents
セラミックパッケ―ジとその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックパッケージとその製造方法に関
し、より詳細にはムライトセラミックを用いたセラミッ
クパッケージとその製造方法に関する。
し、より詳細にはムライトセラミックを用いたセラミッ
クパッケージとその製造方法に関する。
（従来の技術） 近年、電子部品の高密度化および大型化、信号伝送の
高速化、低コスト化等にともない、電子部品用のパッケ
ージは熱放散性が良く、チップとの熱的な整合性が高
く、また低誘電率である等の様々な特性を満足するもの
が要求されている。従来パッケージ材料として用いられ
ているのは、機械的特性の良さあるいは作業性の良さ等
の点からほとんどがアルミナセラミックであり、これに
対して、前述した要求に対処すべく最近は窒化アルミニ
ウム、炭化ケイ素等のセラミック材料が提供されてい
る。
高速化、低コスト化等にともない、電子部品用のパッケ
ージは熱放散性が良く、チップとの熱的な整合性が高
く、また低誘電率である等の様々な特性を満足するもの
が要求されている。従来パッケージ材料として用いられ
ているのは、機械的特性の良さあるいは作業性の良さ等
の点からほとんどがアルミナセラミックであり、これに
対して、前述した要求に対処すべく最近は窒化アルミニ
ウム、炭化ケイ素等のセラミック材料が提供されてい
る。
第４図および第５図は熱放散性を高めるためにヒート
シンクを付設したアルミナセラミック製セラミックパッ
ケージの従来例を示すものである。第４図のパッケージ
はアルミナセラミック基板１に放熱板とステージ部を兼
用するモリブデン板２を接合したものであり、第５図の
パッケージはアルミナセラミック基板１にモリブデン板
の放熱板３を接合したものである。前記モリブデン板２
は半導体チップとほぼ同等の熱膨張係数を有するので半
導体チップの接合には好適である。図で４は半導体チッ
プ、５はワイヤ、６は導通パターン、７はリードピンで
ある。
シンクを付設したアルミナセラミック製セラミックパッ
ケージの従来例を示すものである。第４図のパッケージ
はアルミナセラミック基板１に放熱板とステージ部を兼
用するモリブデン板２を接合したものであり、第５図の
パッケージはアルミナセラミック基板１にモリブデン板
の放熱板３を接合したものである。前記モリブデン板２
は半導体チップとほぼ同等の熱膨張係数を有するので半
導体チップの接合には好適である。図で４は半導体チッ
プ、５はワイヤ、６は導通パターン、７はリードピンで
ある。
ところで、上述したようにアルミナセラミック基板１
にモリブデン板２を接合する場合は、モリブデンとアル
ミナセラミックとの熱膨張係数が離れているため、熱膨
張によってクラック等が生じないように応力を吸収する
ことが必要であり、このため、従来は銅、銀のような柔
軟な金属を介してろう付けすることにより応力を吸収し
たり、歪み量を抑えるためヒートシンクを大きくしない
ようにしたりしている。
にモリブデン板２を接合する場合は、モリブデンとアル
ミナセラミックとの熱膨張係数が離れているため、熱膨
張によってクラック等が生じないように応力を吸収する
ことが必要であり、このため、従来は銅、銀のような柔
軟な金属を介してろう付けすることにより応力を吸収し
たり、歪み量を抑えるためヒートシンクを大きくしない
ようにしたりしている。
第４図の例は銅泊８を介してろう材９によりアルミナ
セラミック基板１とモリブデン板２とを接合したもので
あり、第５図の例は放熱板３をモリブデン板3aを芯材と
し上下面を銅10でクラッドしてアルミナセラミック基板
１に銅部分でろう付けしたものである。
セラミック基板１とモリブデン板２とを接合したもので
あり、第５図の例は放熱板３をモリブデン板3aを芯材と
し上下面を銅10でクラッドしてアルミナセラミック基板
１に銅部分でろう付けしたものである。
また、これら従来例の他に第５図と同様にモリブデン
板の両面に銅クラッドした放熱板をステージ部兼用のヒ
ートシンクとしてアルミナセラミック基板にろう付けす
る例もあり、この場合は半導体チップとの熱膨張係数を
合わせるために、放熱板の半導体チップを接合する範囲
内の銅クラッド面にモリブデンの薄板を接合して半導体
チップを接合するようにしている。
板の両面に銅クラッドした放熱板をステージ部兼用のヒ
ートシンクとしてアルミナセラミック基板にろう付けす
る例もあり、この場合は半導体チップとの熱膨張係数を
合わせるために、放熱板の半導体チップを接合する範囲
内の銅クラッド面にモリブデンの薄板を接合して半導体
チップを接合するようにしている。
（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のアルミナセラミック製のパッケージは
電気的特性に劣る他、上述したように熱放散性を高める
ためにヒートシンクを付けたパッケージではヒートシン
ク金属とセラミック基板との間に応力を緩和するための
緩衝層を設けなくてはならず、構造が複雑であり、ろう
付けやろう付けのためのめっき処理等が必要となり工数
が多く、コストの上昇につながるという問題点がある。
また、前述したように緩衝層には銅、銀などの柔軟な金
属が用いられるが、大面積を接合することには適さな
く、パッケージの大型化には不向きであり、また接合部
分が厚くなる等の形状上の問題点もある。
電気的特性に劣る他、上述したように熱放散性を高める
ためにヒートシンクを付けたパッケージではヒートシン
ク金属とセラミック基板との間に応力を緩和するための
緩衝層を設けなくてはならず、構造が複雑であり、ろう
付けやろう付けのためのめっき処理等が必要となり工数
が多く、コストの上昇につながるという問題点がある。
また、前述したように緩衝層には銅、銀などの柔軟な金
属が用いられるが、大面積を接合することには適さな
く、パッケージの大型化には不向きであり、また接合部
分が厚くなる等の形状上の問題点もある。
そこで、本発明は上記問題点を解消すべくなされたも
のであり、その目的するところは半導体チップとの熱的
な整合性を向上させることができるとともに、熱放散性
に優れたセラミックパッケージを容易に得ることのでき
るセラミックパッケージの製造方法を提供するととも
に、熱放散性、電気的特性にすぐれたセラミックパッケ
ージを提供するにある。
のであり、その目的するところは半導体チップとの熱的
な整合性を向上させることができるとともに、熱放散性
に優れたセラミックパッケージを容易に得ることのでき
るセラミックパッケージの製造方法を提供するととも
に、熱放散性、電気的特性にすぐれたセラミックパッケ
ージを提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため次の構成をそなえ
る。
る。
すなわち、パッケージ本体がムライトセラミックによ
って形成され、該パッケージ本体に、熱膨張係数が3.5
〜6.0×10-6/℃である、半導体チップから発生する熱を
放熱する放熱用の金属板が一体に接合されたことを特徴
とし、また、セラミックパッケージの製造方法におい
て、ムライト粉末100重量部にたいして、焼結助剤とし
てアルカリ土類化合物あるいは希土類化合物の少なくと
も一方を0.1重量部以上添加されてなるムライトセラミ
ックグリーンシートに、熱膨張係数が3.5〜6.0×10-6/
℃である放熱用の金属板を密着させて焼結することによ
り、ムライトセラミック基板と前記金属板とを一体に接
合することを特徴とする。
って形成され、該パッケージ本体に、熱膨張係数が3.5
〜6.0×10-6/℃である、半導体チップから発生する熱を
放熱する放熱用の金属板が一体に接合されたことを特徴
とし、また、セラミックパッケージの製造方法におい
て、ムライト粉末100重量部にたいして、焼結助剤とし
てアルカリ土類化合物あるいは希土類化合物の少なくと
も一方を0.1重量部以上添加されてなるムライトセラミ
ックグリーンシートに、熱膨張係数が3.5〜6.0×10-6/
℃である放熱用の金属板を密着させて焼結することによ
り、ムライトセラミック基板と前記金属板とを一体に接
合することを特徴とする。
（作用） 次に、作用について述べる。
ムライトセラミックおよび熱膨張係数が3.5〜6.0×10
-6/℃の金属板は半導体チップとほぼ同等の熱膨張係数
を有するので、接合される半導体チップの熱的な整合性
が図れ、また、大型のヒートシンクを設けることができ
て熱放散性を高めることができる。
-6/℃の金属板は半導体チップとほぼ同等の熱膨張係数
を有するので、接合される半導体チップの熱的な整合性
が図れ、また、大型のヒートシンクを設けることができ
て熱放散性を高めることができる。
また、ムライト粉末に焼結助剤を添加することによ
り、ムライトセラミックの焼結と同時に金属板とムライ
トセラミック基板とを一体に接合する。
り、ムライトセラミックの焼結と同時に金属板とムライ
トセラミック基板とを一体に接合する。
（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
〔第１実施例〕 第１図は本発明のセラミックパッケージの製造方法に
よって得られたセラミックパケージの一実施例で、ピン
グリッドアレイ型のセラミックパッケージの例を示す。
よって得られたセラミックパケージの一実施例で、ピン
グリッドアレイ型のセラミックパッケージの例を示す。
同図で12はパッケージ本体として積層して設けられる
ムライトセラミック基板であり、14はムライトセラミッ
ク基板12に設けられる配線パターン、16は前記ムライト
セラミック基板12にろう付けされるリードピン、18はビ
アである。
ムライトセラミック基板であり、14はムライトセラミッ
ク基板12に設けられる配線パターン、16は前記ムライト
セラミック基板12にろう付けされるリードピン、18はビ
アである。
20は前記ムライトセラミック基板12の下面にヒートシ
ンクとして接合されるモリブデン板である。22はモリブ
デン板20上に接合される半導体チップ、23は半導体チッ
プ22と前記配線パターン14とを接続するワイヤ、24は半
導体チップ22を密封するキャップである。
ンクとして接合されるモリブデン板である。22はモリブ
デン板20上に接合される半導体チップ、23は半導体チッ
プ22と前記配線パターン14とを接続するワイヤ、24は半
導体チップ22を密封するキャップである。
第２図は上記セラミックパッケージの断面図を示す。
このセラミックパッケージはセラミックパッケージ本
体がムライトセラミックによって形成され、これにステ
ージ部兼用のヒートシンクとしてムライトセラミック基
板12の下面全体にモリブデン板20が接合されている点を
特徴としている。このパッケージの製造にあたっては、
まず、セラミック材料としてムライト粉末100重量部に
たいして焼結助剤として酸化イットリウムを約４重量部
を添加したものをベース材料とし、これにバインダおよ
び溶剤を加えてボールミルにより粉砕・混合する。
体がムライトセラミックによって形成され、これにステ
ージ部兼用のヒートシンクとしてムライトセラミック基
板12の下面全体にモリブデン板20が接合されている点を
特徴としている。このパッケージの製造にあたっては、
まず、セラミック材料としてムライト粉末100重量部に
たいして焼結助剤として酸化イットリウムを約４重量部
を添加したものをベース材料とし、これにバインダおよ
び溶剤を加えてボールミルにより粉砕・混合する。
ついで、ドクターブレード法によってシート成形し、
これにビア加工を施し、タングステンペーストを用いて
配線パターンを印刷する。
これにビア加工を施し、タングステンペーストを用いて
配線パターンを印刷する。
そして、このムライトセラミックのグリーンシートを
積層するとともに、ステージ部兼用のモリブデン板20に
載置して密着させてから、脱脂し所定温度にて焼結を行
って、ムライトセラミック基板12の焼結とモリブデン板
20との接合一体化を同時に行う。
積層するとともに、ステージ部兼用のモリブデン板20に
載置して密着させてから、脱脂し所定温度にて焼結を行
って、ムライトセラミック基板12の焼結とモリブデン板
20との接合一体化を同時に行う。
この焼結方法では焼結助剤を添加することによって焼
結時に液相が生じるようにし、この液相によりムライト
セラミック基板12とモリブデン板20との接合性を高め、
ムライトセラミック基板12にモリブデン板20が強固に接
合されるようにしている。実施例では前記焼結助剤とし
て酸化イットリウムを４重量％程度添加し、焼結時のモ
リブデン板20の濡れ性を向上させている。
結時に液相が生じるようにし、この液相によりムライト
セラミック基板12とモリブデン板20との接合性を高め、
ムライトセラミック基板12にモリブデン板20が強固に接
合されるようにしている。実施例では前記焼結助剤とし
て酸化イットリウムを４重量％程度添加し、焼結時のモ
リブデン板20の濡れ性を向上させている。
なお、焼結助剤としては上記酸化イットリウムの他
に、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウム、酸化ケイ素等が使用できる。
に、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシ
ウム、酸化ケイ素等が使用できる。
〔第２実施例〕 第３図は本発明に係るセラミックパッケージの第２実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
この実施例で示すセラミックパッケージはムライトセ
ラミック基板12にモリブデン板20をろう材26によって接
合したことを特徴とする。ムライトセラミック基板12は
第１実施例と同様に、ムライト粉末に焼結助剤として酸
化イットリウムを添加し、バインダ、溶剤を加えてボー
ルミルした後、シート成形し、所定のビア加工、導通パ
ターンを印刷した後焼結される。
ラミック基板12にモリブデン板20をろう材26によって接
合したことを特徴とする。ムライトセラミック基板12は
第１実施例と同様に、ムライト粉末に焼結助剤として酸
化イットリウムを添加し、バインダ、溶剤を加えてボー
ルミルした後、シート成形し、所定のビア加工、導通パ
ターンを印刷した後焼結される。
ついで、ムライトセラミック基板12とモリブデン板20
とを接合するため、ムライトセラミック基板12側とモリ
ブデン板20側のそれぞれの接合面にニッケルめっきを施
し、ムライトセラミック基板12とモリブデン板20とを共
晶銀ろうによってろう付け接合する。そして、リードピ
ン16等を取り付けた後、ステージ部等にニッケルめっ
き、金めっきを施して製品とする。
とを接合するため、ムライトセラミック基板12側とモリ
ブデン板20側のそれぞれの接合面にニッケルめっきを施
し、ムライトセラミック基板12とモリブデン板20とを共
晶銀ろうによってろう付け接合する。そして、リードピ
ン16等を取り付けた後、ステージ部等にニッケルめっ
き、金めっきを施して製品とする。
上述したように第１実施例および第２実施例ではいず
れもセラミック基板としてムライトセラミックを使用
し、ステージ部兼用のモリブデン板を接合している。こ
こでシリコンの熱膨張係数は約3.5×10-6/℃、モリブデ
ンの熱膨張係数は約４〜５×10-6/℃、ムライトセラミ
ックの熱膨張係数は約４×10-6/℃であり、これら相互
の熱膨張係数が近いので、半導体チップとの熱的な整合
性がきわめて良いという特徴を有する。これにより、モ
リブデン板20とムライトセラミック基板12との間でも熱
膨張による応力の発生をほとんどなくすることができ
る。この結果、従来例のように応力を吸収する緩衝層を
設ける必要がなく、熱膨張係数の相違によってクラック
が発生すること等がないから大面積のヒートシンクを設
けることができ、また、構造が簡単で放熱性に優れたパ
ッケージを提供することができる。
れもセラミック基板としてムライトセラミックを使用
し、ステージ部兼用のモリブデン板を接合している。こ
こでシリコンの熱膨張係数は約3.5×10-6/℃、モリブデ
ンの熱膨張係数は約４〜５×10-6/℃、ムライトセラミ
ックの熱膨張係数は約４×10-6/℃であり、これら相互
の熱膨張係数が近いので、半導体チップとの熱的な整合
性がきわめて良いという特徴を有する。これにより、モ
リブデン板20とムライトセラミック基板12との間でも熱
膨張による応力の発生をほとんどなくすることができ
る。この結果、従来例のように応力を吸収する緩衝層を
設ける必要がなく、熱膨張係数の相違によってクラック
が発生すること等がないから大面積のヒートシンクを設
けることができ、また、構造が簡単で放熱性に優れたパ
ッケージを提供することができる。
また、同時にムライトセラミックは低誘電率であるか
ら、信号伝送の遅延損失が少なく高速素子用パッケージ
として好適である。なお、ムライトセラミックは熱伝導
率がアルミナセラミック等と比較して低いが、上述した
ように大面積のヒートシンクを設けることができるの
で、熱放散性にも十分対処することができる。
ら、信号伝送の遅延損失が少なく高速素子用パッケージ
として好適である。なお、ムライトセラミックは熱伝導
率がアルミナセラミック等と比較して低いが、上述した
ように大面積のヒートシンクを設けることができるの
で、熱放散性にも十分対処することができる。
また、ムライトセラミックを使用したことにより、第
１実施例のようにムライトセラミック基板12のグリーン
シートを焼結すると同時にモリブデン板20を接合するこ
とができるから、この場合はヒートシンクを接合するた
めのめっき処理等がまったく不用で、製造工程がきわめ
て簡素化される。
１実施例のようにムライトセラミック基板12のグリーン
シートを焼結すると同時にモリブデン板20を接合するこ
とができるから、この場合はヒートシンクを接合するた
めのめっき処理等がまったく不用で、製造工程がきわめ
て簡素化される。
なお、上述した実施例ではモリブデン板20をステージ
部兼用としているが、場合によってはムライトセラミッ
ク基板にステージ部を設け、モリブデン板をヒートシン
ク専用とすることも可能である。
部兼用としているが、場合によってはムライトセラミッ
ク基板にステージ部を設け、モリブデン板をヒートシン
ク専用とすることも可能である。
以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し
得るのはもちろんのことである。
したが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
く、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し
得るのはもちろんのことである。
（発明の効果） 本発明のセラミックパッケージは半導体チップの熱膨
張係数に近いムライトセラムックによって形成されてい
るから、半導体チップと熱膨張係数のマッチングをとる
ことができるとともに、モリブデン等のように半導体チ
ップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属を容易
に接合することができる。そして、熱膨張係数がたがい
に近接しているから大型のヒートシンクを設けることが
でき、熱放散性に優れるとともに、素子との整合性が良
く信頼性が向上する。また、本体部に低誘電率のムライ
トセラミックを使用しているから、高速素子用パッケー
ジとして好適に使用することができる。
張係数に近いムライトセラムックによって形成されてい
るから、半導体チップと熱膨張係数のマッチングをとる
ことができるとともに、モリブデン等のように半導体チ
ップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属を容易
に接合することができる。そして、熱膨張係数がたがい
に近接しているから大型のヒートシンクを設けることが
でき、熱放散性に優れるとともに、素子との整合性が良
く信頼性が向上する。また、本体部に低誘電率のムライ
トセラミックを使用しているから、高速素子用パッケー
ジとして好適に使用することができる。
また、ムライトセラミック基板の焼結時に同時にヒー
トシンク材料をそのままの形で容易に接合することがで
きるから、めっき処理等の工程が不用であり、きわめて
容易に製造することができる等の著効を奏する。
トシンク材料をそのままの形で容易に接合することがで
きるから、めっき処理等の工程が不用であり、きわめて
容易に製造することができる等の著効を奏する。
第１図および第２図は本発明に係るセラミックパッケー
ジの第１実施例を示す部分破断斜視図および断面図、第
３図は第２実施例を示す断面図、第４図および第５図は
セラミックパッケージの従来例を示す断面図である。 １……アルミナセラミック基板、２、3a……モリブデン
板、８……銅泊、９……ろう材、10……銅、12……ムラ
イトセラミック基板、14……配線パターン、16……リー
ドピン、18……ビア、20……モリブデン板、22……半導
体チップ、24……キャップ、26……ろう材。
ジの第１実施例を示す部分破断斜視図および断面図、第
３図は第２実施例を示す断面図、第４図および第５図は
セラミックパッケージの従来例を示す断面図である。 １……アルミナセラミック基板、２、3a……モリブデン
板、８……銅泊、９……ろう材、10……銅、12……ムラ
イトセラミック基板、14……配線パターン、16……リー
ドピン、18……ビア、20……モリブデン板、22……半導
体チップ、24……キャップ、26……ろう材。
Claims (4)
- 【請求項１】パッケージ本体がムライトセラミックによ
って形成され、該パッケージ本体に、熱膨張係数が3.5
〜6.0×10-6/℃である、半導体チップから発生する熱を
放熱する放熱用の金属板が一体に接合されたことを特徴
とするセラミックパッケージ。 - 【請求項２】前記金属板が、半導体チップが搭載される
ステージ部を兼用することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のセラミックパッケージ。 - 【請求項３】前記金属板がモリブデン板であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のセラ
ミックパッケージ。 - 【請求項４】セラミックパッケージの製造方法におい
て、 ムライト粉末100重量部にたいして、焼結助剤としてア
ルカリ土類化合物あるいは希土類化合物の少なくとも一
方を0.1重量部以上添加されてなるムライトセラミック
グリーンシートに、熱膨張係数が3.5〜6.0×10-6/℃で
ある放熱用の金属板を密着させて焼結することにより、
ムライトセラミック基盤と前記金属板とを一体に接合す
ることを特徴とするセラミックパッケージの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62310450A JP2517024B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | セラミックパッケ―ジとその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62310450A JP2517024B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | セラミックパッケ―ジとその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01151252A JPH01151252A (ja) | 1989-06-14 |
| JP2517024B2 true JP2517024B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=18005395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62310450A Expired - Lifetime JP2517024B2 (ja) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | セラミックパッケ―ジとその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2517024B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1987
- 1987-12-08 JP JP62310450A patent/JP2517024B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01151252A (ja) | 1989-06-14 |
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