JP2687678B2 - Ceramics package for semiconductor - Google Patents

Ceramics package for semiconductor

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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は半導体用セラミックスパッケージ、詳しくは
AlNまたはSiCの半導体素子搭載部材とセラミックス枠体
とを、アルミニウム合金系ろう材を介挿して接合したセ
ラミックスパッケージの製造技術に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a semiconductor ceramic package,
The present invention relates to a ceramic package manufacturing technique in which a semiconductor element mounting member made of AlN or SiC and a ceramic frame are joined by interposing an aluminum alloy brazing material.

〈従来の技術〉 従来の半導体用セラミックスパッケージとしては、以
下のものが知られている。
<Prior Art> The following are known as conventional semiconductor ceramic packages.

例えば第3図に示すように、アルミナのパッケージ31
にキャビティ32を形成し、このキャビティ32の底面にシ
リコンチップ33をダイボンディングしたものである。更
に、ワイヤボンディングによりチップ33とリードとを接
続し、蓋材34によって封止したものである。
For example, as shown in FIG. 3, an alumina package 31
The cavity 32 is formed in the cavity 32, and the silicon chip 33 is die-bonded to the bottom surface of the cavity 32. Further, the chip 33 and the lead are connected by wire bonding and sealed by the lid member 34.

しかしながら、このアルミナセラミックスパッケージ
31は放熱性に劣るため、高出力用のパワーICチップの搭
載パッケージとしては使用することができないものであ
る。
However, this alumina ceramic package
Since 31 is inferior in heat dissipation, it cannot be used as a package for mounting a power IC chip for high output.

この放熱性を改良したセラミックスパッケージとし
て、第4図に示すように、アルミナの枠体41と、ICチッ
プ42の搭載基板43と、を別々に形成したものがある。搭
載基板43は金属、例えばコバール合金、ダングステン−
銅合金等によって形成され、ICチップ42からの放熱性を
改良したものである。
As a ceramic package having improved heat dissipation, there is a ceramic package in which an alumina frame 41 and a mounting substrate 43 for an IC chip 42 are separately formed as shown in FIG. The mounting substrate 43 is made of metal, for example, Kovar alloy, dungsten-
It is formed of a copper alloy or the like and has improved heat dissipation from the IC chip 42.

この場合、セラミックス(アルミナ)枠体41の接合面
部分をメタライズ(Mo-Mnコーティング)44し、ニッケ
ルメッキ45し、このNiメッキ層45と金属基板43とをAg-C
u合金系ろう材46によりろう付けすることにより、これ
らを接合している。
In this case, the joint surface portion of the ceramics (alumina) frame 41 is metalized (Mo-Mn coating) 44, nickel plated 45, and the Ni plated layer 45 and the metal substrate 43 are Ag-C.
These are joined by brazing with the u alloy brazing material 46.

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来の半導体用セラミック
スパッケージにあっては、金属基板とセラミックス枠体
とはそれらの熱膨張係数の差が大きく、それらの接合部
でセラミックス枠体に割れ等の変形が生じ易い。特に、
Ag-Cu合金系ろう材によるろう付け時にあっては接合温
度が820〜850℃と高いため、それらの熱変形が顕著であ
る。また、金属基板を使用している結果、全体として重
量が大きいという課題があった。
<Problems to be Solved by the Invention> However, in such a conventional ceramic package for a semiconductor, the difference in thermal expansion coefficient between the metal substrate and the ceramic frame is large, and the ceramic frame is formed at the joint portion between them. Deformation such as cracking easily occurs on the body. Especially,
At the time of brazing with an Ag-Cu alloy brazing material, the joining temperature is as high as 820 to 850 ℃, so the thermal deformation of them is remarkable. Further, as a result of using the metal substrate, there is a problem that the weight is large as a whole.

そこで、本発明は、放熱性に優れ、搭載部材に変形等
が生じず、枠体との接合強度の高い、しかも、軽量化を
達成した半導体用セラミックスパッケージを提供するこ
とを、その目的としている。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a ceramic package for semiconductors which has excellent heat dissipation, does not cause deformation of a mounting member, has high joint strength with a frame, and has achieved weight reduction. .

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、半導体素子が搭載される素子搭載部材と、
この半導体素子を取り囲むようにしてこの素子搭載部材
に接合される枠体と、この半導体素子を封止する蓋体
と、を有する半導体用セラミックスパッケージにおい
て、上記素子搭載部材を窒化アルミニウムまたは炭化珪
素で、上記枠体をセラミックスによってそれぞれ形成す
るとともに、これらをアルミニウム合金系のろう材を介
して接合した半導体用セラミックスパッケージである。
<Means for Solving the Problems> The present invention is an element mounting member on which a semiconductor element is mounted,
In a ceramic package for a semiconductor having a frame body that is joined to the element mounting member so as to surround the semiconductor element and a lid that seals the semiconductor element, the element mounting member is made of aluminum nitride or silicon carbide. A ceramic package for a semiconductor in which the above-mentioned frame is formed of ceramics respectively, and these are joined together through an aluminum alloy brazing material.

〈作用〉 本発明に係る半導体用セラミックスパッケージにあっ
ては、素子搭載部材として窒化アルミニウムまたは炭化
珪素を用いているため、放熱性に優れている。そして、
枠体と素子搭載部材との接合は、アルミニウム合金系の
ろう材を介して行っているため、これらの接合強度は充
分に高められているとともに、熱応力によるひずみは緩
和、吸収される。
<Operation> The ceramic package for a semiconductor according to the present invention is excellent in heat dissipation because aluminum nitride or silicon carbide is used as the element mounting member. And
Since the joining of the frame and the element mounting member is performed through the brazing material of aluminum alloy, the joining strength of these is sufficiently enhanced, and the strain due to thermal stress is relaxed and absorbed.

更に、素子搭載部材をセラミックスで、接合部分をア
ルミニウム合金系のろう材で、形成したため、半導体用
セラミックスパッケージとしては、全体として軽量化を
達成することができた。
Further, since the element mounting member is made of ceramics and the joint portion is made of an aluminum alloy brazing material, it is possible to reduce the weight of the semiconductor ceramic package as a whole.

表1は、この素子搭載部材としてのセラミックス板と
金属板との重量を比較するものである。
Table 1 compares the weights of the ceramic plate and the metal plate as the element mounting member.

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 <Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係る半導体用セラミック
スパッケージを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a ceramic package for semiconductors according to an embodiment of the present invention.

この図において、11は半導体素子搭載部材である炭化
珪素の絶縁基板(SiC基板)であって、この基板11上に
は半導体素子(ICチップ)12が搭載されている。
In this figure, 11 is an insulating substrate (SiC substrate) of silicon carbide, which is a semiconductor element mounting member, and a semiconductor element (IC chip) 12 is mounted on this substrate 11.

この基板11の端部はアルミナ(Al2O3)の枠体13に接
合されており、このアルミナ製の枠体13によって上記IC
チップ12は取り囲まれている。そして、このICチップ12
と、枠体13に設けられたリードと、はボンディングワイ
ヤ14によって接続されている。
The end portion of the substrate 11 is joined to a frame body 13 of alumina (Al2O3), and the above-mentioned IC
The tip 12 is surrounded. And this IC chip 12
And the lead provided on the frame body 13 are connected by a bonding wire 14.

15はこの枠体13の上面に接着された蓋体であって、IC
チップ12をこのパッケージ中に封止している。この蓋体
15は例えば金属板によって形成されている。
Reference numeral 15 denotes a lid body adhered to the upper surface of the frame body 13,
Chip 12 is encapsulated in this package. This lid
15 is formed of a metal plate, for example.

ここで、上記基板11と枠体13との接合部は、例えばア
ルミニウム合金系のろう材16によって構成されている。
このろう材16としては、例えばAl-Si,Al-Ge,Al-Cu合金
系のもの等が使用される。
Here, the joint between the substrate 11 and the frame 13 is made of, for example, an aluminum alloy brazing material 16.
As the brazing material 16, for example, an Al-Si, Al-Ge, Al-Cu alloy-based material or the like is used.

そして、このようなセラミックスパッケージにあっ
て、まず、アルミナの枠体13に基板11が接合される。
Then, in such a ceramic package, the substrate 11 is first bonded to the alumina frame 13.

このとき、Al-Si系のろう材16では580〜620℃の温度
で接合され、Al-Ge系の場合は440〜500℃であり、Al-Cu
系の場合は560〜600℃である。したがって、接合時の熱
ひずみは低減されるため、基板11に加わる熱ひずみも低
減される。
At this time, the Al-Si brazing filler metal 16 is bonded at a temperature of 580 to 620 ° C, and the Al-Ge brazing filler metal 16 is 440 to 500 ° C.
In the case of the system, it is 560 to 600 ° C. Therefore, since the thermal strain at the time of joining is reduced, the thermal strain applied to the substrate 11 is also reduced.

次いで、ICチップ12が基板11上に搭載される。 Next, the IC chip 12 is mounted on the substrate 11.

更に、ワイヤボンディング後、蓋体15を接合すること
により、ICチップ12を封止したセラミックスパッケージ
が形成される。
Furthermore, after wire bonding, the lid 15 is joined to form a ceramics package in which the IC chip 12 is sealed.

第2図は本発明の他の実施例を示している。 FIG. 2 shows another embodiment of the present invention.

この実施例では、放熱性を改善するためにAlN(窒化
アルミニウム)基板21を使用したものである。この場
合、AlN基板21はその表面を酸化してアルミナ層22を形
成してある。これはチップのダイボンディング性等の接
着性を改善するものである。また、AlN基板21の使用に
より高周波数特性も改善されている。
In this embodiment, an AlN (aluminum nitride) substrate 21 is used to improve heat dissipation. In this case, the AlN substrate 21 has its surface oxidized to form the alumina layer 22. This improves the adhesiveness such as die bonding property of the chip. Further, the use of the AlN substrate 21 also improves high frequency characteristics.

そして、枠体23もAlNを使用すると、それらの熱膨張
係数が同じであるため、接合部の熱ひずみ等の変形はほ
ぼ抑止されることとなる。接合部にはアルミニウム合金
系のろう材24を用いるものとする。なお、ろう材として
Al-Cu系のものを用いる場合には表面処理を行う必要が
ある。また、窒化アルミニウムを枠体として使用する場
合には、接合部について表面酸化処理を行うことが接着
強度を増加することとなる。
If the frame body 23 is also made of AlN, the thermal expansion coefficients thereof are the same, so that the deformation such as thermal strain of the joint is almost suppressed. An aluminum alloy brazing material 24 is used for the joint. As a brazing material
When using an Al-Cu system, it is necessary to perform surface treatment. Further, when aluminum nitride is used as the frame body, surface oxidation treatment of the joint portion increases the adhesive strength.

第5図は本発明のさらに他の実施例を示している。 FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention.

この図において、51は炭化ケイ素基板であり、その上
にはICチップ52がはんだ層53を介して搭載されている。
アルミナの枠体54とこの基板51とは、アルミニウム57と
これを上下から挟むアルミニウム合金系(Al-Si)のろ
う材58A,58Bとの積層体によって接合されている。
In this figure, 51 is a silicon carbide substrate, on which an IC chip 52 is mounted via a solder layer 53.
The alumina frame 54 and the substrate 51 are joined together by a laminate of aluminum 57 and aluminum alloy (Al-Si) brazing filler metals 58A and 58B sandwiching the aluminum 57 from above and below.

また、55はボンディングワイヤ、56は蓋体を示してい
る。
Further, 55 is a bonding wire, and 56 is a lid.

このようにセラミックス基板51とセラミックス枠体54
とを積層体(57,58A,58B)からなるクラッドろう材によ
り接合することもできる。
Thus, the ceramic substrate 51 and the ceramic frame 54 are
It is also possible to join and with a clad brazing material made of a laminate (57, 58A, 58B).

〈効果〉 以上説明してきたように、本発明に係る半導体用セラ
ミックスパッケージによれば、放熱性に優れ、接合強度
が高く、熱応力等によるひずみ、変形が生じることがな
く、しかも、全体としての軽量化を達成することができ
る。
<Effects> As described above, according to the semiconductor ceramic package of the present invention, the heat dissipation is excellent, the bonding strength is high, strain and deformation due to thermal stress and the like do not occur, and moreover, as a whole. Weight reduction can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る半導体用セラミックス
パッケージの概略構造を示す断面図、第2図は本発明の
他の実施例を示すセラミックスパッケージの一部を示す
断面図、第3図は従来の半導体用セラミックスパッケー
ジをを示す断面図、第4図は別の従来例としての半導体
用セラミックスパッケージを示す断面図、第5図は本発
明のさらに他の実施例に係るすセラミックスパッケージ
の一部を示す断面図である。 11……炭化珪素基板(素子搭載部材)、12……ICチッ
プ、13……アルミナ枠体、15……蓋体、16……ろう材。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a ceramics package for semiconductors according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a part of a ceramics package showing another embodiment of the present invention, and FIG. Is a cross-sectional view showing a conventional ceramic package for semiconductors, FIG. 4 is a cross-sectional view showing another conventional ceramic package for semiconductors, and FIG. 5 is a ceramic package according to still another embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows some. 11 ... Silicon carbide substrate (element mounting member), 12 ... IC chip, 13 ... Alumina frame, 15 ... Lid, 16 ... Brazing material.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体素子が搭載される素子搭載部材と、 この半導体素子を取り囲むようにしてこの素子搭載部材
に接合される枠体と、 この半導体素子を封止する蓋体と、を有する半導体用セ
ラミックスパッケージにおいて、 上記素子搭載部材を窒化アルミニウムまたは炭化珪素
で、上記枠体をセラミックスによってそれぞれ形成する
とともに、 これらをアルミニウム合金系のろう材を介して接合した
ことを特徴とする半導体用セラミックスパッケージ。
1. A semiconductor having an element mounting member on which a semiconductor element is mounted, a frame body which is joined to the element mounting member so as to surround the semiconductor element, and a lid body which seals the semiconductor element. A ceramic package for semiconductors, characterized in that the element mounting member is made of aluminum nitride or silicon carbide, the frame is made of ceramics, and they are joined together through an aluminum alloy brazing material. .
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