JP4451996B2 - Hollow semiconductor package and manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は中空形状のパッケージ内に半導体を実装した後、気密性を保つためにキャップにて封止することが必要な半導体用パッケージに関する。このようなパッケージを必要とする半導体としては、光通信用、撮像用、演算用、マイクロ波用がある。これらの半導体用パッケージには半導体との電気的な結線を目的とした金属端子以外に、放熱板、封止用リング、ファイバー挿入筒のいずれかが形成されている事が必要とされるものがある。放熱板は半導体からの発熱を外部に放熱することを目的とし、封止用リング板は封止用蓋を金属ロウ材にて接着もしくは溶接するためのものであり、ファイバー挿入筒は通信用ファイバーをパッケージ内部に誘導する部位として用いられる。
【0002】
【従来の技術】
従来これらの半導体用パッケージは、予めセラミック及び金属を加工し筐体を形成したのちに、機能的に必要とされる半導体との結線用端子、放熱板、封止用リング板、ファイバー挿入筒の部品を金属ロウ材にて接着して製造されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記の通り従来のセラミック及び金属製パッケージでは、機能的に必要な部品を個々に予め製作し、それらを金属ロウ材等の接着剤で組み立てる必要がある。この組み立て方法の問題として、第一に形状が複雑なため加工が困難であり、安価にパッケージ形状に一体成形出来ない点が挙げられる。
【0004】
第二に個々の部品を金属ロウ材等の接着剤で組み立てるため接着剤を固化させる加熱工程が必要となり、加熱装置へパッケージをセッティングする手間や加熱時間も数十分必要とすることから固化工程の生産性が挙げられる。
第三にセラミックの場合は、主筐体部(セラミック)、結線用端子(金属)、封止用リング(金属)、放熱板(セラミック及び金属)、ファイバー挿入筒(セラミック及び金属)の最大5点の部品が必要であり、金属の場合は、主筐体部(金属)、結線用端子(金属)、結線用端子(金属)間の絶縁体(セラミック、樹脂)、放熱板(セラミック及び金属)、ファイバー挿入筒(セラミック及び金属)の最大5点の部品が必要である上に接着剤も必要となることからパッケージを構成する材料費が高くなる点が挙げられる。本願発明は前記問題を解決するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
半導体パッケージの主筐体部を樹脂にて形成し、この形成過程において機能的に必要な部品を樹脂と一体接着させることにより接着工程の簡素化、及び部品点数の少量化が図れることを特徴とするものである。即ち、本願発明は、
[1] 充填材配合樹脂からなり、開口部を有する中空型の主筐体部と;前記主筐体部の中空部に実装される半導体と電気的な結線を目的とした金属端子と;前記主筐体部の開口部上に配置された金属封止リングと;前記主筐体部の底面に配置された放熱板と;主筐体部を貫通するファイバー挿入筒と、を有し、
前記主筐体部は、内層と外層とを含む多層構造であり、
前記内層は、前記金属封止リングの内側面を覆い、かつ前記外層は、放熱板の外側面を覆う、中空半導体パッケージ。
[2] 前記主筐体部の内層は中空内部へ向かって段状に形成され、前記段状の平坦部位に半導体と電気的な結線を目的とした金属端子の一部が露出して配置されている、[1]に記載の中空半導体パッケージ。
[3] 放熱板およびファイバー挿入筒のいずれか一方または両方が金属である、[1]に記載の中空半導体パッケージ。
[4] 放熱板およびファイバー挿入筒のいずれか一方または両方がセラミックである、[1]に記載の中空半導体パッケージ。
[5] ファイバー挿入筒が樹脂である、[1]に記載の中空半導体パッケージ。
[6] 前記[1]に記載の中空半導体パッケージの製造方法であって、
前記主筐体部の樹脂成形とともに、前記主筐体部への前記金属封止リングと、前記放熱板と、前記ファイバー挿入筒の接着を行う、中空半導体パッケージの製造方法。
[7] 前記主筐体部と前記ファイバー挿入筒とを樹脂で一体成形する、[6]に記載の中空半導体パッケージの製造方法。に関する。
このように主筐体部を樹脂にて形成する手法は一般的に樹脂成形と呼ばれ本願発明の方法により、半導体パッケージとして機能的に必要な部品を主筐体部樹脂成形過程で接着、形成することが可能となる。又、金型に主筐体部形状に加えファイバー挿入筒形状を設けておくことで、主筐体部とファイバー挿入筒部を同時に形成することも可能となり、結果半導体パッケージを構成する機能部位点数を削減することが可能となる。
【0006】
【発明実施の態様】
以下に本発明の実施態様について説明する。
本願発明に用いられる樹脂としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂とこれらの無機物充填材配合樹脂のいずれでもかまわないが、好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリアミドとこれらの無機物充填材配合樹脂でより好ましくはエポキシ樹脂、フェノール樹脂とこれらの無機物充填材配合樹脂である。
無機充填材としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、球状アルミナ、多孔質シリカ、ガラスファイバー、カーボンファイバー等が挙げられる。
【0007】
封止用金属リング材として好ましくはコバール、42アロイ、ステンレス、Cu、Cu合金で、より好ましくはコバール、42アロイである。
放熱板材として好ましくは、Cu、Cu合金、AlN、SiC,Al2O3で、より好ましくはCu、Cu合金,AlNである。なお、一般的なセラミックも材料として使用できる。
【0008】
ファイバー挿入筒材として好ましくはコバール、42アロイ、ステンレス、Cu、Cu合金で、より好ましくはコバール、42アロイである。なお、一般的なセラミックも材料として使用できる。
本発明の半導体パッケージの基本構造を図1に示す。尚、図1では主筐体部1と半導体との電気的な結線用金属端子2を除いた他の機能部品3〜5は便宜的に全て形成されているが、実用時製造される形状としては前述したように半導体の使用目的に合わせ他の機能部品はいずれかが形成されていれば良い。
【0009】
構造の詳細を図1,2で説明する、尚図2は図1のA−Bの断面を示したものである。主筐体部1は樹脂9,10により2層構造となっており、金属端子2は主筐体部1をはさみ中空部側と外側に露出している。金属封止リング板3は中空部内に半導体が実装されたのち中空部内の気密性を保つため封止用蓋と融着させる封止用のリングである。放熱板4は半導体冷却のための放熱板、ファイバー挿入筒5はファイバーを中空部に導くための挿入筒である。尚、放熱板にはパッケージ実装時の位置決め用に7,8のような貫通穴や切り欠きが設けられる場合がある。
【0010】
以下に製造法を述べる。樹脂主筐体を形成するにはまず放熱板4を除いた、筐体内壁を形成する樹脂9と金属端子2,封止リング3,ファイバー挿入筒5を、成形金型を用い図3の11ように形成する。これは、金型を用いた成形法では金属端子と放熱板の間に中空部を形成するためには放熱板を形成する前に主筐体部と金属端子を形成しておく必要があるからである。次に11と放熱板4を、筐体外壁を形成する樹脂10にて異なる成形金型を用い図2の構造にする。
【0011】
この過程において、封止リングの内壁及び放熱板外壁の側面に13、14のように樹脂が形成されている構造を取ることにより、樹脂と封止リング及び放熱板との接着強度が増すので好ましい。又、樹脂9,10の組成は形状、樹脂流動性等を考慮して任意に選択でき同一組成物、異組成物のいずれでもかまわない。
【0012】
以上の製造法では、形状11を形成する過程と形状11と放熱板4を形成する過程が必要となる。この工程をより簡略化するための構造を図4及び図5に示す、尚図5は図4のC−D断面構造を示したものである。図4及び図5では金属端子2の中空部側の下部に樹脂による段差14を設けることで、内部金属端子と放熱板4の間に空間が存在しない。このため、主筐体1と金属端子2、封止リング3、ファイバー挿入筒5及び放熱板4を同時に形成可能な成形金型を用いることができ、パッケージ形成工程を簡略化できる。
金型を利用した成形時間は5秒ないしは100秒で行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した中空半導体パッケージの代表的な例を示す斜視図
【図2】図1の金属端子方向の断面図
【図3】本発明を適用した中空半導体パッケージの製造過程を示した斜視図
【図4】図3の金属端子方向の断面図
【図5】本発明を適用し、中空内端子の下部に樹脂段差を設けた斜視図。
【図6】図5の金属端子方向の断面図
【符号の説明】
1 主筐体部(樹脂)、 2 金属端子、 3 封止用金属リング、 4 放熱板、 5 ファイバー挿入筒、 6 中空部、 7 パッケージ位置決め穴、 8 パッケージ位置決め切り欠き、 9 主筐体部内層(樹脂)、 10 主筐体部外層(樹脂)、 11 製造過程筐体部、 12 中空部端子下部に形成された樹脂段差、 13 封止リング内壁に形成した樹脂、 14 放熱板外壁に形成した樹脂、 15 中空内端子表面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor package that needs to be sealed with a cap in order to maintain hermeticity after the semiconductor is mounted in a hollow package. Semiconductors that require such packages include optical communications, imaging, computing, and microwaves. Some of these semiconductor packages require a heat sink, sealing ring, or fiber insertion tube in addition to the metal terminals for electrical connection with the semiconductor. is there. The heat dissipation plate is intended to dissipate the heat generated from the semiconductor to the outside, the sealing ring plate is for bonding or welding the sealing lid with a metal brazing material, and the fiber insertion tube is a communication fiber Is used as a part for guiding the inside of the package.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, these semiconductor packages are made by processing ceramic and metal in advance and forming a housing, and then connecting terminals, heat sinks, sealing ring plates, and fiber insertion cylinders to the functionally required semiconductors. It was manufactured by bonding parts with metal brazing material.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional ceramic and metal packages, it is necessary to individually manufacture functionally necessary parts individually and assemble them with an adhesive such as a metal brazing material. As a problem of this assembly method, firstly, since the shape is complicated, it is difficult to process, and it cannot be integrally formed into a package shape at a low cost.
[0004]
Secondly, since the individual parts are assembled with an adhesive such as a metal brazing material, a heating process is required to solidify the adhesive, and the setting process of the package to the heating device and several tenths of heating time are also required. Productivity.
Third, in the case of ceramic, the maximum number of main casing (ceramic), connection terminal (metal), sealing ring (metal), heat sink (ceramic and metal), and fiber insertion tube (ceramic and metal) In the case of metal, the main housing (metal), connection terminal (metal), insulation between the connection terminals (metal) (ceramic, resin), heat sink (ceramic and metal) ), Up to five parts of the fiber insertion tube (ceramic and metal) are required, and an adhesive is also required, which increases the material cost of the package. The present invention solves the above problems.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The main housing part of the semiconductor package is made of resin, and functionally necessary parts in this formation process are integrally bonded to the resin, thereby simplifying the bonding process and reducing the number of parts. To do. That is, the present invention
[1] A hollow main casing made of a filler-containing resin and having an opening; a metal terminal for electrical connection with a semiconductor mounted in the hollow of the main casing; A metal sealing ring disposed on the opening of the main housing; a heat sink disposed on the bottom surface of the main housing; and a fiber insertion tube penetrating the main housing.
The main casing has a multilayer structure including an inner layer and an outer layer,
The hollow semiconductor package, wherein the inner layer covers an inner surface of the metal sealing ring, and the outer layer covers an outer surface of the heat sink .
[2] The inner layer of the main casing is formed in a stepped shape toward the hollow interior, and a part of the metal terminal for electrical connection with the semiconductor is exposed at the stepped flat portion. The hollow semiconductor package according to [1] .
[3] The hollow semiconductor package according to [1], wherein one or both of the heat radiating plate and the fiber insertion tube is a metal .
[4] The hollow semiconductor package according to [1], wherein one or both of the heat radiating plate and the fiber insertion tube is ceramic .
[5] The hollow semiconductor package according to [1], wherein the fiber insertion tube is a resin .
[6] The method for manufacturing the hollow semiconductor package according to [1],
A method for manufacturing a hollow semiconductor package, wherein the metal sealing ring, the heat radiating plate, and the fiber insertion tube are bonded to the main casing together with resin molding of the main casing .
[7] The method for manufacturing a hollow semiconductor package according to [6], wherein the main housing portion and the fiber insertion cylinder are integrally formed of resin . About.
In this way, the method of forming the main housing portion with resin is generally called resin molding, and the method of the present invention is used to bond and form components functionally necessary as a semiconductor package in the main housing portion resin molding process. It becomes possible to do. Also, by providing the mold with a fiber insertion cylinder shape in addition to the main casing shape, it is possible to form the main casing and fiber insertion cylinder at the same time, resulting in the number of functional parts constituting the semiconductor package. Can be reduced.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
The resin used in the present invention may be any of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a resin containing these inorganic fillers, preferably an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide, a fluororesin, polyamide, polysulfone, poly Ether sulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyamide imide, polyether imide, polyether ether ketone, liquid crystal polymer, polyamide and these inorganic filler compounded resin, more preferably epoxy resin, phenol resin and these inorganic filler compounded Resin.
Examples of the inorganic filler include fused silica, crystalline silica, spherical alumina, porous silica, glass fiber, and carbon fiber.
[0007]
The metal ring material for sealing is preferably Kovar, 42 alloy, stainless steel, Cu, Cu alloy, and more preferably Kovar, 42 alloy.
The heat radiating plate material is preferably Cu, Cu alloy, AlN, SiC, Al 2 O 3 , and more preferably Cu, Cu alloy, or AlN. A general ceramic can also be used as a material.
[0008]
The fiber insertion tube material is preferably Kovar, 42 alloy, stainless steel, Cu, Cu alloy, and more preferably Kovar, 42 alloy. A general ceramic can also be used as a material.
The basic structure of the semiconductor package of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, all the other
[0009]
Details of the structure will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. The
[0010]
The production method is described below. In order to form the resin main casing, first, the resin 9 forming the inner wall of the casing, the metal terminal 2, the sealing
[0011]
In this process, it is preferable to adopt a structure in which the resin is formed like 13 and 14 on the side walls of the inner wall of the sealing ring and the outer wall of the heat sink, so that the adhesive strength between the resin, the sealing ring and the heat sink is increased. . The compositions of the resins 9 and 10 can be arbitrarily selected in consideration of the shape, resin fluidity, etc., and may be the same composition or different compositions.
[0012]
In the above manufacturing method, the process of forming the shape 11 and the process of forming the shape 11 and the heat sink 4 are required. A structure for further simplifying this process is shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 5 shows a cross-sectional structure taken along the line CD in FIG. In FIGS. 4 and 5, there is no space between the internal metal terminal and the heat radiating plate 4 by providing a step 14 made of resin at the lower part of the metal terminal 2 on the hollow portion side. For this reason, the molding die which can form the main housing |
The molding time using the mold can be 5 to 100 seconds.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a typical example of a hollow semiconductor package to which the present invention is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view in the direction of a metal terminal in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view in the direction of a metal terminal in FIG. 3. FIG. 5 is a perspective view in which the present invention is applied and a resin step is provided at the bottom of the hollow inner terminal.
6 is a sectional view in the direction of a metal terminal in FIG.
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記主筐体部は、内層と外層とを含む多層構造であり、
前記内層は、前記金属封止リングの内側面を覆い、かつ前記外層は、放熱板の外側面を覆う、中空半導体パッケージ。A hollow main casing made of a filler-containing resin and having an opening; a metal terminal for electrical connection with a semiconductor mounted in the hollow of the main casing; and the main casing A metal sealing ring disposed on the opening of the part; a heat dissipating plate disposed on the bottom surface of the main housing part; and a fiber insertion tube penetrating the main housing part,
The main casing has a multilayer structure including an inner layer and an outer layer,
The hollow semiconductor package, wherein the inner layer covers an inner surface of the metal sealing ring, and the outer layer covers an outer surface of the heat sink.
前記主筐体部の樹脂成形とともに、前記主筐体部への前記金属封止リングと、前記放熱板と、前記ファイバー挿入筒の接着を行う、中空半導体パッケージの製造方法。It is a manufacturing method of the hollow semiconductor package according to claim 1,
A method for manufacturing a hollow semiconductor package, wherein the metal sealing ring, the heat radiating plate, and the fiber insertion tube are bonded to the main casing together with resin molding of the main casing.
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