JP2795951B2 - セラミックスパッケージの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置用のセラミックスパッケージの製
造方法に関わり、特に複数のグリーンシートを積層して
グリーンシート積層体を製造する方法に関する。

（従来の技術） 半導体装置においてはIC（集積回路）などの半導体部
品をセラミックスパッケージに収納したものがあり、こ
の半導体装置はセラミックスパッケージを仕様すること
から高い信頼性や厳しい環境下での使用に耐えるといっ
た特徴を有している。従来よりこの半導体装置のセラミ
ックスパッケージとしてはアルミナ（Al₂O₃）で形成さ
れたものが使用されてきているが、最近では熱伝導性に
優れた窒化アルミニウム（AlN）で形成したものを採用
することが検討されている。

このセラミックスパッケージにおいては配線密度を高
めるためにセラミックスシートを積層した積層型のもの
があり、この積層型のセラミックスパッケージは次に述
べる方法で製造されている。すなわち、積層すべき各グ
リーンシートにスルーホールを打ち抜き形成した後に各
グリーンシートに配線を印刷し、さらにこれら複数のグ
リーンシートを積層して熱圧着することにより半導体部
品収納用の凹部をもったグリーンシート積層体を形成す
る。次いで、グリーンシート形成したグリーンシート積
層体を焼成して焼成シート積層体とし、この焼成シート
積層体の外表面にメッキを施して焼成シート積層体の表
面に形成されている配線にろう付けにより端子ピンを取
り付けてセラミックスパッケージを製造する。

このセラミックスパッケージの製造方法において、複
数のグリーンシートを積層して圧着する工程では第３図
に示す方法が採用されている。複数のグリーンシート１
を積層して上部に凹部３を有するグリーンシート積層体
２とし、このグリーンシート積層体２の上面および凹部
３の表面を樹脂フィルム４で覆う。そして、加熱雰囲気
においてグリーンシート積層体２を受け型５に載せ、加
圧型６でグリーンシート積層体２を上側から加圧して積
層された各グリーンシート１を相互に接合する。加圧型
６は、グリーンシート積層体２の上面に当接する平面部
と、グリーンシート積層体２の凹部３に対応した形状を
なし該凹部３に嵌合する凸部とを金属で一体に形成した
もので、平面部でグリーンシート積層体２の上面を押圧
し、凸部で凹部３を押圧する。加圧型６は樹脂フィルム
４を介してグリーンシート積層体２に当接し、離型時に
グリーンシート積層体２から無理無く剥離する。

（発明が解決しようとする課題） この従来の方法はグリーンシート積層体２の製造性が
良好という利点を有する半面、次に述べる問題点を抱え
ている。すなわち、この従来の方法で製造したグリーン
シート積層体２では、凹部３を形作るグリーンシート１
の積層部分の接合が部分的に充分でなくその部分が剥離
することがある。例えば、凹部３の中間段部の周縁の一
部や凹部３の隅の部分においてグリーンシートの接着が
十分でなく剥離することが多い。このように凹部３での
グリーンシートの接着が不十分であると、凹部３におけ
る半導体部品の装着が確実に行えないなどのセラミック
スパッケージの信頼性を低下させる問題が発生する。

本発明は前記事情に基づいてなされたもので、積層し
たグリーンシートを確実に接合して高い品質を有するグ
リーンシート積層体を得ることができるセラミックスパ
ッケージの製造方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段と作用） 本発明の発明者は、積層したグリーンシートを熱圧着
法により接着してグリーンシート積層体を製造する方法
について研究を重ねてきた。

まず、発明者は従来の方法によりグリーンシート積層
体を製造する場合に、グリーンシート積層体の凹部を形
作るグリーンシートの積層部に部分的に接合が不十分な
箇所が生じる現象について考察した。この結果、グリー
ンシート積層体の凹部を形作るグリーンシートの積層部
に部分的に接着が不十分な現象が生じるのは、第３図に
ついて述べればグリーンシート積層体２の凹部３と加圧
型６の凸部との対応関係のなかで加圧型６との凸部がグ
リーンシート積層体２の凹部３に対応して当接できない
箇所が生じ、このように上型６の凸部がグリーンシート
積層体２の凹部３に対応して当接できない箇所は、他の
箇所のように加圧型６の凸部による押圧が十分にできな
いことが原因であり、さらにこの原因は加圧型６が平面
部と凸部とを一体に形成した構成に起因するものである
ことを見出した。すなわち、グリーンシート１の形状寸
法誤差やグリーンシート積層体２の組み立て寸法誤差な
どによりグリーンシート積層体２の凹部３における面方
向および積層方向に形状の寸法に誤差を生じる。一方、
加圧型６の凸部は平面部と金属で一体に形成して剛体で
固定した状態にあるために、グリーンシート積層体２の
凹部３の形状寸法誤差に柔軟に対応できず対応するには
限界があるので、グリーンシート積層体２の凹部３の形
状寸法誤差が加圧型６の対応できる範囲を越えた大きさ
であると、凹部６の中に加圧型６の凸部が十分押圧でき
ない箇所が発生することがある。例えば、グリーンシー
ト積層体２の凹部３においてＡ部の積層寸法が規定より
小さい場合およびＢ部の寸法が規定よりずれていると、
加圧部６の凸部がこの形状寸法の誤差に対応できず加圧
型の押圧が不充分となることがある。

また、従来の方法では離型用とし樹脂テープを使用し
ているので、加圧型６の角部は樹脂テープの回り込みで
「だれ」を生じ、グリーンシート積層体２の凹部３の角
形をなす隅部を形状通り当接して加圧できなくなり、こ
のためグリーンシートの接着が不充分となる。

そこで、発明者はこのような従来の問題点の原因を踏
まえて、新規な加圧型の改良を図り、改良した加圧型を
使用して積層したグリーンシートを熱圧着することによ
り、これらの問題点を解決できることを見出した。加圧
型の開発に当たっては、従来の加圧型の構造による問題
点を踏まえて、凸部を型部材として平面部から分離する
ことおよび分離した凸部は柔軟性の材料で形成すること
を採用した。このことにより型部材を加圧型に制約され
ることなくグリーンシート積層体の凹部に形状寸法に合
わせて配置でき、また型部材をグリーンシート積層体の
凹部の形状寸法の誤差を吸収して凹部面全体に均一に接
触できることとなる。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであ
る。

本発明のセラミックスパッケージの製造方法は、複数
のグリーンシートを積層して半導体部品収納用の凹部を
有するグリーンシート積層体を製造するに際して、弾力
性およびグリーンシートに対する剥離性を有する材料の
みで前記グリーンシート積層体の凹部の形状寸法に合せ
た形状寸法に形成されて前記凹部の表面全体に接触する
型部材を前記凹部に配置し、その後前記グリーンシート
積層体を加圧する工程を具備することを特徴とするもの
である。

すなわち、本発明は上記方法を採用することにより、
グリーンシート積層体の凹部の形状寸法の誤差やばらつ
きに制約されずに凹部を形作るグリーンシートの積層部
の全体を均一且つ確実に接合して信頼性の高いグリーン
シート積層体を製造することができる。

本発明の製造方法は、複数のグリーンシートを積層し
熱圧着して半導体部品収納用の凹部を有するグリーンシ
ート積層体を製造する方法を対象とする。グリーンシー
トを形成するセラミックスはアルミナ、窒化アルミニウ
ムのいずれでも良く、さらに他の種類のセラミックスも
対象にできる。

本発明の製造方法において型部材は、弾力性およびグ
リーンシートに対する剥離性を有する種々の樹脂で形成
することができるが、特にシリコーンゴムが適してい
る。型部材を形成する樹脂は予め脱泡処理を施して気泡
ができるだけ少ないものを使用する。また、型部材を押
圧する加圧型は、型部材と同様に弾性を有するものが良
く、型部材と同じ材質であることが好ましい。

本発明の製造方法において、積層した複数のグリーン
シートを熱圧着するためには、従来から採用されている
１方向加圧による方法と、等方加圧による方法の２通り
の方法が挙げられる。

本発明の製造方法において１方向加圧法を採用した方
法について第１図を参照して説明する。

例えば５枚のグリーンシート11A〜11Eを容易する。こ
の各グリーンシート11A〜11Eはブランク加工を行い、ま
た打ち抜き加工を行って所定のスルーホールを形成する
とともに、四隅に位置決め孔11aを形成してある。ま
た、各グリーンシート11A〜11Eは夫々表面に配線が印刷
形成してある。なお、グリーンシート積層体において凹
部を形成するために、例えばグリーンシート11B〜11Eは
凹部用の開口部を形成する。

そして、各グリーンシート11A〜11Eを受け型14に載せ
て順次積層して上部に凹部13を有するグリーンシート積
層体12とする。受け型14は例えば四隅に夫々位置決め用
のピン15を立ててあり、グリーンシート11A〜11Eは夫々
の位置決め孔12aにピン15を通して位置決めしながら11
A、11B、11C、11D、11Eの順で下側から積層する。受け
型14とグリーンシート11Aとの間には両者が接合しない
ようにバイナシート16を介在させる。

さらに、グリーンシート積層体12の凹部13に型部材17
を配置し、最上層のグリーンシート11Eの上面にバイナ
シート18を介して加圧型19を重ねて載せる。加圧型19に
は位置決め孔19aを形成して受け型14のピン15を通す。
型部材17はシリコーンゴムからなるもので、脱泡処理を
施してグリーンシート積層体12の凹部13の寸法形状に合
わせて対応した寸法形状を有するように形成したもので
ある。加圧型19はシリコーンゴムで形成された板形をな
すものである。

このようにしてグリーンシート積層体12と型とをセッ
トしたものを熱圧着装置の内部に入れ、グリーンシート
積層体12を所定の温度で加熱しながら所定の圧力で加圧
して積層した各グリーンシート11A〜11Eを接合する。こ
の熱圧着に際して、熱圧着装置の加圧部により加圧型19
を下降させ、加圧型19でグリーンシート積層体12を上側
から押圧して加圧する。この場合、加圧型19はグリーン
シート積層体12の最上層のグリーンシート11Eに当接し
て上側から押圧するとともに、グリーンシート積層体12
の凹部13に嵌合配置してある型部材17を上側から押圧す
る。シリコーンゴムからなる型部材17は十分な弾力性を
有するので加圧型19に押圧されてグリーンシート積層体
12の凹部13の内部で圧縮変形して凹部13を形作る各グリ
ーンシート11B〜11Eの積層部の表面全体に接触し、加圧
型19からの圧力を伝達して凹部13を形作る各グリーンシ
ート11B〜11Eの積層部を押圧する。すなわち、型部材17
は加圧型19の加圧により圧縮変形して凹部13の各部分の
表面に余すこと無く密着して凹部13の全体の各部を均一
な圧力で確実に押圧する。また、グリーンシート11の形
状寸法誤差やグリーンシート積層体12の組み立て寸法誤
差などによりグリーンシート積層体12の凹部13における
面方向および積層方向に形状の寸法に誤差を生じた場合
でも、型部材17は圧縮変形して凹部13の表面全体に接触
して凹部13での形状寸法の誤差を吸収して凹部13を形作
るグリーンシートの積層部を押圧する。また、型部材17
は加圧型19とは別体で自由な関係にあるために、加圧型
19とグリーンシート積層体12の凹部13との位置関係に制
約されることなく凹部13に配置することができる。ま
た、型部材17は脱泡処理して気泡を大幅に現象してある
ので、加圧型19からの圧力を効果的にグリーンシート積
層体12に伝達することができる。従って、凹部13を形作
るグリーンシート11A〜11Eの積層部を確実に接合でき
る。

加圧終了後は、グリーンシート積層体12が所定温度以
下に温度降下するまで型にセットしたまま放置してお
き、グリーンシート積層体12が所定温度以下に温度降下
して十分冷却した時点で受け型14、型部材17および加圧
型19をグリーンシート積層体12から取り外す。型部材17
は離型性を有しているので、グリーンシート積層体12か
ら容易に取り外せる。このようにすればグリーンシート
積層体12の各グリーンシート11A〜11Eは粉末が十分結合
して強固な状態にあるので、これら各型を取り外す時に
グリーンシートの表面層が型に付着してグリーンシート
から一緒に剥離してグリーンシートに欠けを生じること
がない。

このようにして凹部13を形作るグリーンシート11A〜1
1Eの積層部を確実に接合したグリーンシート積層体12を
製造することができる。この方法は工程が簡便であり、
量産性にも優れている。

次に本発明の製造方法において等方加圧法を採用した
方法について第２図を参照して説明する。

等方加圧法はセラミックス成形体を加圧成形法のひと
つである冷間等方加圧法すなわち静水加圧法と同じ原理
である。ただし、積層したグリーンシート11A〜11Eを加
熱するために加圧液体として加熱された液体例えば湯を
使用する。

実施に際しては、前述に１方向加圧法と同じようにグ
リーンシート積層体12を受け型14、型部材17および加圧
型19と組み合わせる。次いで、この組み合わせたものを
合成樹脂からなる防水袋20の内部に入れ、防水袋20の内
部を30〜40cm/Hg程度に真空引きした後に防水袋20の開
口部を閉じる。このように袋に入れたものを温水等方加
圧装置の内部に配置して温水により加熱および加圧す
る。この温水の温度はグリーンシート積層体12のグリー
ンシート11A〜11Eを加熱するのに必要な温度とグリーン
シート11A〜11Eを加圧するのに必要な圧力を与えられて
いる。防水袋20の内部のグリーンシート積層体12のグリ
ーンシート11A〜11Eは温水から防水袋20を介して伝達さ
れる熱により加熱される。温水は防水袋20の内部の受け
型14、加圧型19および型部材17を介してグリーンシート
積層体12のグリーンシート11A〜11Eを積層方向から加圧
し、また温水は防水袋20の内部の型カバー21を介してグ
リーンシート積層体12のグリーンシート11A〜11Eの周囲
全体を積層方向に対して直角な方向から加圧する。な
お、型カバー21はグリーンシート積層体12の周囲全体を
囲むように例えば加圧型19に形成したもので、防水袋10
がグリーンシート積層体のグリーンシート11A〜11Eに直
接付着することを防止する離型部材である。このように
グリーンシート積層体12を全方位から等しい圧力で加圧
することにより、グリーンシート積層体12は特定の方向
に沿う伸びがなく全体が均一に圧縮される。また、この
場合もグリーンシート積層体12の凹部13を形作るグリー
ンシート11A〜11Eの積層部を確実に接合できる。

加圧終了後は防水袋20に入れたものを温水等方加圧装
置から取り出し、さらにグリーンシート積層体12を防水
袋20から取り出して型を取外す。

このように成形されたグリーンシート積層体12は全体
が均一に圧縮されていて角部の欠けなどの欠陥が発生し
にくく、且つ凹部13を形作るグリーンシート11A〜11Eの
積層部を確実に接合できて高い品質を有し信頼性が高
い。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

１方向加圧法を採用した場合の一実施例について説明
する。

窒化アルミニウムのグリーンシートを積層してなるグ
リーンシート積層体を受け型、型部材および加圧型に組
み込んで熱圧着装置の中に入れ、圧力100Kg/cm²、温度6
0℃、時間60分の条件で熱圧着した。この熱圧着後にグ
リーンシート積層体を装置から取出して所定温度に降下
するまで放置し、グリーンシート積層体が所定温度まで
降下した時点でグリーンシート積層体を型から取外し
た。この取り出し時にグリーンシート積層体の表面層が
型に付着して剥離することがなかった。得られたグリー
ンシート積層体は凹部を形作るグリーンシートの積層部
か確実に接合しており、他の部分に欠けなどが存在しな
い高い品質を有するものであった。

温間等方加圧法を採用した場合の一実施例について説
明する。

窒化アルミニウムのグリーンシートを積層をしてなる
グリーンシート積層体を受け型、型部材および加圧型に
組み込んで合成樹脂で形成された防水袋の内部に入れ
た。この防水袋に入れたものを温間等方加圧装置に入
れ、圧力100Kg/cm²、温水温度40℃、時間15分の条件で
熱圧着した。圧着終了後に防水袋に入れたグリーンシー
ト積層体を装置から取出し、温度降下させてからグリー
ンシート積層体を防水袋から取り出して型を取り外し
た。得られたグリーンシート積層体は凹部を形作るグリ
ーンシートの積層部が確実に接合しており、全体が均一
な割合で圧縮していた。なお、この方法において熱圧着
するための温度および圧力はグリーンシートの密度と関
係がある。すなわち、グリーンシートが低い密度の場合
は温度、圧力を低くして時間を長くする。また、高い密
度の場合は温度、圧力を高くし、時間を短くする。

また、これら２つの実施例においては、型部材として
脱泡処理を施したシリコーンゴムで形成したものを使用
した。この型部材は次に述べる方法で成形した。シリコ
ーンゴムの主剤と硬化剤とを10:1の割合で混合して脱泡
処理を施した。この材料を金型に入れ、再度脱泡処理し
て硬化させて成形した。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のセラミックスパッケージ
の製造方法によれば、複数のグリーンシートを積層し熱
圧着して半導体部品収納用の凹部を有するグリーンシー
ト積層体を製造するに際して、弾力性およびグリーンシ
ートに対する剥離性を有する材料で形成された型部材を
前記グリーンシート積層体の凹部に配置し、その後グリ
ーンシート積層体に加圧型を載せて加圧するので、グリ
ーンシート積層体の凹部を形作るグリーンシートの積層
部を確実に接合して高い品質を有するグリーンシート積
層体を製造でき、従って凹部に安定して半導体部品を収
納できる高い信頼性を有するセラミックスパッケージを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は本発明の製造方法における熱圧着
法を説明する図、第３図は従来例を説明する図である。 11A〜11E……グリーンシート、12……グリーンシート積
層体、14……受け型、17……型部材、19……加圧型。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体部品収納用の凹部を有するグリーン
   シート積層体を製造するに際して、弾力性および前記グ
   リーンシートに対する剥離性を有する材料のみで前記グ
   リーンシート積層体の凹部の形状寸法に合せた形状寸法
   に形成されて前記凹部の表面全体に接触する型部材を前
   記凹部に配置し、その後前記グリーンシート積層体を加
   圧する工程を具備することを特徴とするセラミックスパ
   ッケージの製造方法。
2. 【請求項２】前記型部材はシリコーンからなるものであ
   る請求項１に記載のセラミックスパッケージの製造方
   法。
3. 【請求項３】前記グリーンシート積層体を加圧する方法
   は１方向加圧である請求項１に記載のセラミックスパッ
   ケージの製造方法。
4. 【請求項４】前記グリーンシート積層体を加圧する方法
   は等方加圧である請求項１に記載のセラミックスパッケ
   ージの製造方法。