JP3183090B2 - Ceramic lid for package - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はパッケージ用セラミック
スリッドに関し、より詳細には、搭載するICの動作の
高速化に対応して導電性と熱伝導性とが高められたパッ
ケージ用セラミックスリッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic lid for a package, and more particularly, to a ceramic lid for a package having improved conductivity and thermal conductivity in response to a high-speed operation of an IC to be mounted.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の高速化や通信機器の高
周波化に伴い、電子部品に使用される信号も年々、高周
波化が進行してきている。従って、通信機器や大型コン
ピュータなどに使用されるセラミックス回路基板やIC
パッケージなどにおいても、この高周波化に対応した製
品が求められている。2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in speed of electronic devices and the frequency of communication devices, the frequency of signals used in electronic components has been increasing year by year. Therefore, ceramic circuit boards and ICs used in communication equipment and large computers
There is also a demand for a package or the like that is compatible with this high frequency.
【0003】また、このような高周波化に対応して、ノ
イズの発生を効果的に低減することができるICとパッ
ケージとの接続法が求められている。In addition, in response to such a high frequency, there is a need for a method of connecting an IC to a package that can effectively reduce the generation of noise.
【0004】一般にIC(チップ)とパッケージとの接
続にはワイヤボンディング法が多く用いられている。ワ
イヤボンディング法とは、チップ上のボンディングパッ
ドと外部リード線の端子間を20〜30μm径の細線に
より結線する方法であり、該方法には金属の融点以下の
温度で双方の金属の清浄面を加圧接触させ、溶融させる
ことなく金属の拡散によって接合させる熱圧着法と、超
音波の振動を接続するAl線に伝えて、チップ上のAl
パッドとAl線間との摩擦によりAl表面の酸化膜を除
去して双方を接合させる超音波ボンディング法とがあ
る。Generally, a wire bonding method is often used to connect an IC (chip) to a package. The wire bonding method is a method of connecting a bonding pad on a chip and a terminal of an external lead wire with a thin wire having a diameter of 20 to 30 μm. The method includes cleaning a clean surface of both metals at a temperature equal to or lower than the melting point of the metal. The thermocompression bonding method, in which the metal is bonded by diffusion without contacting and melting the metal, and the ultrasonic vibration is transmitted to the connecting Al wire,
There is an ultrasonic bonding method in which an oxide film on an Al surface is removed by friction between a pad and an Al line and both are joined.
【0005】しかしながら前記ワイヤボンディング法に
あっては、高周波化に伴ないワイヤのリアクタンスが高
くなり、ノイズが発生し易いといった課題があった。そ
こで、ワイヤボンディング法に代わってワイヤを用いな
いフリップチップ法によりICとパッケージとを接続す
ることが行われている。フリップチップ法では、チップ
のAlパッド上に、Cr、Cuの金属薄膜を介してPb
ーSnなどのはんだバンプをめっきや蒸着法によって形
成しておき、このバンプをパッケージ上に設けた金属電
極パッドと相対応させて位置合わせを行い、熱処理炉を
通すことによりはんだをリフローしてボンディングを行
う。However, in the wire bonding method, there is a problem that the reactance of the wire is increased as the frequency is increased, and noise is easily generated. Therefore, instead of the wire bonding method, an IC and a package are connected by a flip chip method without using a wire. In the flip chip method, Pb is formed on the Al pad of the chip via a metal thin film of Cr and Cu.
-Solder bumps such as Sn are formed by plating or vapor deposition, and the bumps are aligned with the metal electrode pads provided on the package, and the solder is reflowed by passing through a heat treatment furnace for bonding. I do.
【0006】ところで図1は従来のパッケージを示した
模式的分解斜視図である。図中13は導電体(メタライ
ゼーション)を示しており、12は積層一体焼結セラミ
ックスを示している。パッケージ10は、例えばアルミ
ナ製であり、前記したメタライゼーション13と積層一
体焼結セラミックス12とを使用し、リードフレーム1
4を銀ろう材で取りつけ、さらに低温のろう材を使用す
ることによりリッド11を積層一体焼結セラミックス1
2に取りつけ、気密に封止するものである。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a conventional package. In the figure, reference numeral 13 denotes a conductor (metallization), and reference numeral 12 denotes a laminated integrated ceramic. The package 10 is made of, for example, alumina, and uses the metallization 13 and the laminated monolithic ceramics 12 described above.
4 is attached with a silver brazing material, and the lid 11 is further laminated by using a low-temperature brazing material.
2 and hermetically sealed.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
パッケージ10中にICを搭載する場合、ワイヤボンデ
ィング法によれば、ICを固定しているダイアタッチ部
(図示せず)を通してアースを取ることができるが、フ
リップチップ法を採用する場合は前記ダイアタッチ部に
はんだバンプが形成されるため、リッド11を通してア
ースを取る必要が生じる。更に、はんだバンプを介して
は十分にICチップの熱を外部に逃がしてやることは困
難であり、リッド自体の熱伝導性を高めて放熱特性を改
善する必要がある。リッド11が電子材料として一般的
に用いられているコバールなどのFe合金の場合はアー
スを取ることが可能であるが、熱伝導率が低い(例えば
20W/m・K程度)という課題があった。When an IC is mounted in the package 10 constructed as described above, according to the wire bonding method, the ground is taken through a die attach portion (not shown) fixing the IC. However, when the flip-chip method is employed, since a solder bump is formed on the die attach portion, it is necessary to take the ground through the lid 11. Further, it is difficult to sufficiently release the heat of the IC chip to the outside via the solder bumps, and it is necessary to improve the thermal conductivity of the lid itself to improve the heat radiation characteristics. When the lid 11 is made of an Fe alloy such as Kovar which is generally used as an electronic material, it can be grounded, but there is a problem that the thermal conductivity is low (for example, about 20 W / m · K). .
【0008】一方、一般にアルミナ製ICパッケージの
リッド材料としては、パッケージ材料と同じ材料である
アルミナを使用する場合も考えられるが、この場合はリ
ッド自体が絶縁体となるため、該リッドを通してアース
を取ることは困難であり、その上、熱伝導率が低いとい
う課題があった。On the other hand, in general, alumina may be used as the lid material of an alumina IC package, but the same material as the package material may be used. In this case, since the lid itself becomes an insulator, the ground is passed through the lid. It is difficult to take, and there is a problem that the thermal conductivity is low.
【0009】本発明は上記した課題に鑑みなされたもの
であり、熱膨張係数がアルミナのそれに近く、優れた導
電性と熱伝導性とを有するパッケージ用セラミックスリ
ッドを提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a ceramic lid for a package having a thermal expansion coefficient close to that of alumina and having excellent electrical conductivity and thermal conductivity.
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するため
に 本発明に係るパッケージ用セラミックスリッドは、窒
化アルミを主成分とするセラミックス基材に金属Alま
たは金属Cuを20〜40体積%の割合で含有し、かつ
導電性を有することを特徴としている(1)。 [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS] To achieve the above object
The ceramic lid for a package according to the present invention contains a ceramic base mainly composed of aluminum nitride, containing metal Al or metal Cu at a ratio of 20 to 40% by volume , and
It is characterized by having conductivity ( 1 ).
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【作用】 上記構成のパッケージ用セラミックスリッド
(1)によれば、窒化アルミを主成分とするセラミック
ス基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体積%の
割合で含有しており、導電性と熱伝導性の両者が高ま
る。また、熱膨張係数をアルミナのそれに近づけること
が可能となり、また、気密性の高いセラミックスリッド
を形成することが可能となる。 なお、前記金属が20体
積%未満の場合は、金属回路が安定形成されないため抵
抗率を低くすることができない。また、セラミックスと
の焼結が困難となり、焼結し得たとしてもポア率が高く
なり、オープンポアが形成されて気密性が保たれないた
め、実用に不適となる。一方、前記金属が40体積%を
超えると、熱膨張係数が大きすぎるため、例えばアルミ
ナ製のパッケージ本体の熱膨張係数との差が大きく、温
度上昇時に歪を生じる等、実用に不適となる。 According to the above configuration package ceramic lid (1), a metallic Al or Cu metal to ceramic substrate mainly composed of aluminum nitride are contained in a proportion of 20 to 40% by volume, conductivity and Both thermal conductivity
You. Also, make the thermal expansion coefficient close to that of alumina
And a highly airtight ceramic lid
Can be formed. The metal is 20
If it is less than the product%, the metal circuit will not be formed stably,
The drag rate cannot be lowered. Also, with ceramics
Sintering becomes difficult, and even if sintering is possible, the pore ratio is high.
The open pores are formed and the airtightness cannot be maintained.
Therefore, it is not suitable for practical use. On the other hand, the metal
If it exceeds, the coefficient of thermal expansion is too large.
The difference between the thermal expansion coefficient of the
It becomes unsuitable for practical use, such as distortion occurring when the temperature rises.
【0015】[0015]
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るパッケージ用
セラミックスリッドの実施例及び比較例を説明する。Examples and Comparative Examples Hereinafter, examples and comparative examples of the ceramic lid for a package according to the present invention will be described.
【0016】まず、実施例、参考例及び比較例に係るパ
ッケージ用セラミックスリッドの製造方法について説明
する。First, a method of manufacturing a ceramic lid for a package according to an example , a reference example, and a comparative example will be described.
【0017】炭化珪素と金属Cuが表1に示した割合と
なるよう正確に秤量し、これに焼結助剤を加えてよく混
合した後、ポリビニルアルコールなどの有機系バインダ
等を加えて混合して圧粉体をつくり、窒素、水素を主と
した還元性雰囲気中で1700℃〜1800℃程度の温
度で焼成することによりセラミックス金属複合体を作製
する。これを所望の寸法に加工し、パッケージ用セラミ
ックスリッドを形成する。The silicon carbide and the metal Cu are accurately weighed so as to have the ratios shown in Table 1, a sintering aid is added thereto and mixed well, and then an organic binder such as polyvinyl alcohol is added and mixed. Then, a green compact is produced and fired at a temperature of about 1700 ° C. to 1800 ° C. in a reducing atmosphere mainly containing nitrogen and hydrogen to produce a ceramic-metal composite. This is processed into a desired size to form a ceramic lid for a package.
【0018】また、同じように、窒化アルミと、金属A
lまたは金属Cuを表1に示した割合となるよう正確に
秤量し、上記した方法と同様の方法にてパッケージ用セ
ラミックスリッドを形成する。Similarly, aluminum nitride and metal A
1 or metal Cu is accurately weighed so as to have the ratio shown in Table 1, and a ceramic lid for a package is formed by the same method as described above.
【0019】なお、本実施例にあっては上述のように粉
末成形法を用いたが、何らこれに限定されるものではな
く、別の実施例にあっては、ドクターブレード法を用い
て成形を行ってもよい。In this embodiment, the powder molding method is used as described above. However, the present invention is not limited to this, and in another embodiment, the powder molding method is used by the doctor blade method. May be performed.
【0020】このように形成されたパッケージ用セラミ
ックスリッドの抵抗率(μΩ・cm)を調べるため、本
実施例、参考例及び比較例では、各試料の直流抵抗値を
四端子法により測定し、試料形状から抵抗率を(抵抗率
=抵抗×試料断面積/試料長さ)として算出した。ま
た、表1中の熱伝導率(W/m・K)はレーザーフラッ
シュ法により測定した室温での値であり、熱膨張係数
(10-6/℃)は、室温から400℃までの平均熱膨張
係数を示している。Heリークはセラミックスリッドの
気密性を示すものであるが、表1ではHeリークの有無
をHeリークテスターにより調べた結果を示している。In order to examine the resistivity (μΩ · cm) of the ceramic lid for a package formed as described above, in the present embodiment , reference example and comparative example, the DC resistance value of each sample was measured by a four-terminal method. The resistivity was calculated from the sample shape as (resistivity = resistance × sample cross-sectional area / sample length). The thermal conductivity (W / m · K) in Table 1 is a value at room temperature measured by a laser flash method, and the coefficient of thermal expansion (10 −6 / ° C.) is the average heat from room temperature to 400 ° C. The expansion coefficient is shown. The He leak indicates the hermeticity of the ceramic lid, and Table 1 shows the result of an investigation using a He leak tester for the presence or absence of the He leak.
【0021】測定のための試料は各実施例、参考例及び
比較例ごとに10個ずつ製造し、それらの試料について
各特性をそれぞれ測定し、平均値を算出した。その結果
を表1に示す。[0021] Ten samples for measurement were produced for each example , reference example and comparative example, and each characteristic was measured for those samples, and the average value was calculated. Table 1 shows the results.
【0022】[0022]
【表1】 [Table 1]
【0023】表1から明らかなように、参考例1〜3に
係るパッケージ用セラミックスリッドでは、炭化珪素を
主成分とするセラミックス基材に金属Cuを20〜40
体積%の割合で含有しており、抵抗率(μΩ・cm)が
18〜80μΩ・cmと非常に小さな値となり、導電性
を向上させることができた。また、熱膨張係数は5〜8
×10-6/℃となり、アルミナの熱膨張係数7×10-6
/℃に近付けることができた。さらに、Heのリークは
確認されず、気密性の高いセラミックスリッドを形成す
ることができた。As is clear from Table 1, in the ceramic lids for packages according to Reference Examples 1 to 3, metal ceramics containing silicon carbide as a main component and metal Cu of 20 to 40 were used.
% By volume, and the resistivity (μΩ · cm) was a very small value of 18 to 80 μΩ · cm, and the conductivity could be improved. The coefficient of thermal expansion is 5 to 8
× 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient of alumina is 7 × 10 −6
/ ° C. Furthermore, no leakage of He was confirmed, and a highly airtight ceramics lid could be formed.
【0024】一方比較例1〜3に係るパッケージ用セラ
ミックスリッドでは、炭化珪素を主成分とするセラミッ
クス基材に金属Cuを20体積%未満の割合で含有して
おり、金属回路が形成されず絶縁体となった。またセラ
ミックスとの焼結が困難となり、焼結し得ても、Heの
リークが確認されたことからわかるように、ポア率が高
くなり、オープンポアが形成されて気密性が保たれず、
実用に不適のものとなった。一方前記金属が40体積%
を超えると、熱膨張係数が10×10-6/℃以上となる
ため、アルミナの熱膨張係数との差が大きくなり、温度
上昇時に歪が発生する等の不具合が生じ、実用に不適の
ものとなった。On the other hand, in the ceramic lids for packages according to Comparative Examples 1 to 3, the metal base material containing silicon carbide at a ratio of less than 20 vol. Became a body. In addition, sintering with ceramics becomes difficult, and even if sintering is possible, the leak rate of He is confirmed, as can be seen, the pore ratio increases, open pores are formed, and airtightness is not maintained.
It became unsuitable for practical use. On the other hand, 40% by volume of the metal
Exceeding the thermal expansion coefficient is 10 × 10 −6 / ° C. or more, so that the difference from the thermal expansion coefficient of alumina becomes large, causing problems such as generation of distortion when the temperature rises, which is not suitable for practical use. It became.
【0025】また、実施例1〜6に係るパッケージ用セ
ラミックスリッドでは、窒化アルミを主成分とするセラ
ミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体
積%の割合で含有しており、抵抗率(μΩ・cm)が2
0〜90μΩ・cmと非常に小さな値となり、導電性を
向上させることができた。また、各金属の添加により熱
伝導性も高めることができた。また、熱膨張係数は6〜
10×10-6/℃となり、アルミナの熱膨張係数7×1
0-6/℃に近付けることができた。さらに、Heのリー
クは実施例4についてのみ少し確認されたが、その他の
実施例については全く確認されず、気密性の高いセラミ
ックスリッドを形成することができた。In the ceramic lid for a package according to Examples 1 to 6 , the ceramic base material mainly composed of aluminum nitride contains metal Al or metal Cu at a ratio of 20 to 40% by volume, (ΜΩ · cm) is 2
The value was as very small as 0 to 90 μΩ · cm, and the conductivity was able to be improved. The addition of each metal also increased the thermal conductivity. The coefficient of thermal expansion is 6 to
It becomes 10 × 10 -6 / ° C, and the thermal expansion coefficient of alumina is 7 × 1
0 -6 / ° C could be approached. Further, a small leak of He was confirmed only in Example 4, but other leaks were observed.
No example was confirmed at all , and a ceramic lid having high airtightness could be formed.
【0026】一方、比較例4〜8に係るパッケージ用セ
ラミックスリッドでは、窒化アルミを主成分とするセラ
ミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20体積%未
満の割合で含有しており、金属回路が形成されず絶縁体
になった。またセラミックスとの焼結が困難になり、焼
結し得たとしても、Heのリークが確認されたことから
わかるように、ポア率が高くなり、オープンポアが形成
されて気密性が保たれず、実用に不適のものとなった。
一方、前記金属が40体積%を超えると熱膨張係数が1
0×10-6/℃以上となるため、例えばアルミナ製のパ
ッケージ本体の熱膨張係数との差が大きくなり、温度上
昇時に歪が発生する等の不具合が生じ、実用に不適のも
のとなった。On the other hand, in the ceramic lid for packages according to Comparative Examples 4 to 8, the ceramic base mainly composed of aluminum nitride contains metal Al or metal Cu at a ratio of less than 20% by volume, and the metal circuit is It was not formed and became an insulator. In addition, sintering with ceramics becomes difficult, and even if sintering is possible, as can be seen from the fact that He leakage was confirmed, the pore ratio was increased, and open pores were formed and airtightness was not maintained. It became unsuitable for practical use.
On the other hand, when the metal content exceeds 40% by volume, the coefficient of thermal expansion is 1
Since the temperature is 0 × 10 −6 / ° C. or more, the difference from the coefficient of thermal expansion of the package body made of alumina, for example, becomes large, causing problems such as generation of distortion when the temperature rises, which is not suitable for practical use. .
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【発明の効果】 以上詳述したように、 本発明に係るパッ
ケージ用セラミックスリッドにあっては、窒化アルミを
主成分とするセラミックス基材に金属Alまたは金属C
uを20〜40体積%の割合で含有しているので、導電
性と熱伝導性の両者を高めることができる。また、熱膨
張係数をアルミナのそれに近づけることができ、さらに
は、気密性の高いセラミックスリッドを提供することが
できる。 As described in detail above, in the ceramic lid for a package according to the present invention, metal Al or metal C is coated on a ceramic base material mainly composed of aluminum nitride.
Since in a proportion of 20 to 40 vol% u, conductive
Properties and thermal conductivity can be increased. In addition, thermal expansion
Tension coefficient close to that of alumina,
Can provide a highly airtight ceramic lid
it can.
【図1】従来例のパッケージを示した模式的分解斜視図
である。FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a conventional package.
11 リッド 11 lid
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/02 H01L 23/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/02 H01L 23/06
Claims (1)
基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体積%の割
合で含有し、かつ導電性を有することを特徴とするパッ
ケージ用セラミックスリッド。1. A ceramic lid for a package, characterized in that a ceramic base mainly composed of aluminum nitride contains metal Al or metal Cu at a ratio of 20 to 40% by volume and has conductivity .
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