JPH02139949A - 半導体素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、パッケージの製造方法に関し、特に半導体
集積回路素子（以下、ＩＣ素子と記す）を収納するため
の半導体素子収納用パッケージの製造方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

最近、コンピュータを代表とする情報処理装置の高性能
化、高速度化に伴い、それを構成するＩＣ素子も高密度
化５高集積化が進んでいる。そのため、ＩＣ素子の単位
面積、単位体積当たりの発熱量が増大してきている。

ところで、ＩＣ素子は、通常セラミック、樹脂等によっ
て構成されるパッケージ内に密封して収納され、使用さ
れる。したがって、前記のような高密度化、高集積化さ
れたＩＣ素子では、自己の作動時に発生する熱で、素子
自体が熱破壊を起こしたり、また安定した作動特性を示
さないといった問題が発生するおそれがある。このため
、作動時に発生する熱をいかにうまく外部に放散させる
かが重要な課題となる。

そこで、従来から第８図に示すようなパッケージ構造を
用いている。即ち、セラミック等で構成される絶縁性の
枠体１の中央部には、貫通孔２が形成されている。そし
て絶縁性枠体１の下面には金属放熱体３がロウ付けされ
、前記貫通孔２内の金属放熱体３の上面にＩＣ素子４が
載置される。

このような構造のパッケージでは、ＩＣ素子４から発生
される熱は、金属放熱体３に吸収され、この金属放熱体
３から大気中に放出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記第８図で示したような従来のパッケージ構造におい
て、絶縁性枠体ｌがセラミックで構成されている場合を
考える。中央部に貫通孔を有するセラミック焼結体から
成る枠体１は、所望の貫通孔を有するグリーンシートと
呼ばれる未焼成セラミックシートを複数枚積層し、これ
を１６００℃前後で焼成して形成される。そしてこの焼
成されたセラミック焼結体からなる枠体ｌに、金属放熱
体３がロウ付けされる。

しかし、前記のような貫通孔を有する未焼成セラミック
シートの積層体を高温で焼成すると、プレス圧力の相違
による内部応力の差異、各シートの熱収縮率の差異等に
起因して、第９図に示すようにセラミック焼結体から成
る枠体ｌに変形が生じる。このような変形が生じると、
枠体１と金属放熱体３との接触面積が小さくなり、両者
が十分に接合できず、金属放熱体との組立歩留りが悪く
なるという問題が生じる。また、両者が接合されたとし
ても、両者の接触面積が小さいので気密性が損なわれる
可能性が高い。この気密性が損なわれると、ＩＣ素子の
収納部に水分、硫化物等が浸入し、電極腐食による接触
不良、断線が生じたり、あるいは素子自体が破壊されて
しまう等の問題が生じる。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、枠体の
焼成時における変形を小さくでき、製造時における不良
率を抑えることのできる半導体素子収納用パッケージの
製造方法を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体素子収納用パッケージの製造方法
は、未焼成セラミックシート上に枠状の未焼成セラミッ
クシートを積層するとともに、これらを焼成して上面に
凹部を有するセラミック焼結体を得る工程と、前記セラ
ミック焼結体の凹部底面を打ち抜き、貫通孔を形成する
工程と、前記貫通孔を有するセラミック焼結体の下面に
、該貫通孔を塞ぐように金属放熱体をロウ付けする工程
とから成ることを特徴とするものである。

〔作用〕

この発明においては、平板状の未焼成セラミックシート
上に枠状の未焼成セラミックシートを積層し、しかる後
、これを焼成して上面に凹部を有するセラミック焼結体
を得る際、未焼成セラミックシートの積層体はその最下
層に孔が設けられていない平板状の未焼成セラミックシ
ートが配されていることから該平板状のシートが焼成時
に発生する反り等の変形を有効に防止してセラミック焼
結体の下面を平坦なものとなす、そのためこのセラミッ
ク焼結体から成る枠体は下面に金属放熱体を接触面積を
大として強固にロウ付けすることが可能となり、同時に
、枠体と金属放熱体とのロウ付は部における機密性を完
全とし、内部に収納するＩＣ素子を長期間にわたり正常
、かつ安定に作動させることが可能となる。

なお、前記セラミック焼結体は後工程で凹部底面が打ち
抜かれて貫通孔が形成されるが、焼成する前の段階、即
ち平板状の未焼成セラミックシートの凹部底面に対応す
る位置に予めＶ溝や貫通溝を形成しておくと、その打ち
抜き作業が容易となる。従って、平板状未焼成セラミッ
クシートには、焼成した後、凹部底面と成る位置にＶ溝
や貫通溝を設けておくことが好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

まず、第３図により本実施例の方法が適用されるパッケ
ージ構造を詳細に説明する０図において、１はアルミナ
、ベリリア等のセラミックからなる枠体であり、そのほ
ぼ中央部には貫通孔２が形成されている。また、この貫
通孔２の上部には、段差５．６が形成されている０段差
５にはメタライズ層によるボンディングエリア７が形成
され、このボンディングエリア７は、内部配線を介して
外部のリード端子８に電気的に接続されている。また、
段差６には蓋体９が配設されている。

前記セラミック枠体ｌの底面には、前記貫通孔２を塞ぐ
ように金属放熱板３がロウ伺けされ°ζいる。金属放熱
板３は、熱放散性が良好で、かつ枠体ｌを構成するセラ
ミックと熱膨張係数の近似した金属を用いるのが良い。

一般には、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣＯの合金であるコバールが
従来より用いられている。このコバールは、熱膨張係数
が５．７〜６．　２　Ｘ　ｌ　Ｏ−’／”Ｃであり、例
えばアルミナセラミックの熱膨張係数６．　５　Ｘ　１
０−’／”Ｃと近似している。他の熱放散性の良好な金
属としては、例えばＣｕ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏがある
が、熱膨張係数がセラミックに近似しているという点か
ら、Ｃｕ−Ｗ又はＣｕ　−Ｍ　ｏがより好ましい。これ
らの金属は、前記のコバールよりも、さらに熱膨張係数
がセラミックに近似している。

次に本発明の一実施例である前記パッケージの製造方法
を第１図に従って説明する。

セラミック枠体１は、グリーンシートと呼ばれる生のシ
ートを複数枚積層し、これらを焼成して形成されるが、
前記グリーンシートは、セラミックの粉末に、適当な有
機溶剤５溶媒を添加混合して泥漿状とし、これをドクタ
ーブレード法を採用することによって形成される。いま
、前記セラミック枠体ｌが、第１図（ａ）で示すように
、平板及び枠状の４枚のグリーンシート１ａ−１ｄによ
り構成されているとする。このうちの最も下部に位置す
るグリーンシートｌｄに対して、後述するセラミック枠
体ｌの凹部底面を打ち抜き、貫通孔を形成する際の作業
を容易とするため、第２図の平面図で示すように、貫通
孔予定部（図の破線で囲まれる部分）１０の対角線に沿
って×状の細い貫通溝１１を形成し、貫通孔予定部ｌＯ
を４つの小片１０　ａ−１０ｄに分割する。また、第１
図（ａ）　ニ示すグリーンシー）１ｃに対しては、貫通
孔２ａを形成し、さらにグリーンシー）１ｂ、ｌａに対
しては、それぞれ第３図に示す完成体としての段差５．
６を形成するよう前記貫通孔２ａより大きな貫通孔５ａ
、６ａを形成する。これらの貫通溝ｌｌ及び貫通孔２ａ
、５ａ、６ａは、打ち抜き加工により形成する。

そして前記４枚のグリーンシート１ａ−１ｄを積層する
ことにより、第１図（ｂ）に示すように、上面中央部に
凹部１２を有する未焼成セラミツク積層体１′が形成さ
れる。凹部１２は、グリーンシートｌｄの貫通孔予定部
ＩＯである底面を有し、この底面には前述のように×状
の貫通溝１１が形成されている。

次に第１図（ｂ）に示す状態で、約１６００°Ｃ前後で
焼成する。なお、ポンディングエリア７及び内部配線を
構成するメタライズ層は、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末
からなり、スクリーン印刷法等の厚膜手法を採用して形
成する。このメタライズ層は、金属放熱体が接合される
未焼成セラミック積層体１°底面の所定部分にも形成さ
れる。

次に、焼成後のセラミック枠体ｌ°に対して、その凹部
１２の底面ｌＯの中心部分をプレス機等により押圧する
。すると、前記底面ｌＯには貫通溝１１が形成されてい
ることから、底面ＩＯの各小片１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
、１０ｄは、前記押圧によりその根元部分にモーメント
を受け、第１図（Ｃ）に示すようにそれぞれ根元部分か
ら破断し、所望形状の貫通孔２が形成される。この第１
図（Ｃ）で示す貫通孔２を形成することにより、第３図
のセラミック枠体ｌが得られる。

貫通孔２の形成後、セラミック枠体ｌと金属放熱体３と
の間にＡｇ−Ｃｕ共晶銀ロウ材を介在させた状態で、８
００〜９００℃程度の還元雰囲気中でロウ材を溶融させ
、第１図（ｄ）に示すように、前記セラミック枠体ｌに
金属放熱体３をロウ付けする。

以上のような手順でパッケージの製造を行った後、貫通
孔２内の金属放熱体３の上面にＩ−Ｃ素子４を接着剤を
介して接合し、さらにＩＣ素子４の各電極とボンディン
グエリア７とをワイヤを介して電気的に接続する。その
後、セラミック枠体１の段差６に蓋体９をガラス、樹脂
等の封止部材で接着し、セラミック枠体ｌ内にＩＣ素子
４を気密封止する。

このような本実施例では、グリーンシートを積層した段
階においては従来のような貫通孔２は形成されておらず
、底面ｌＯが残存している。したがってこれを焼成した
場合、最下層のグリーンシートが熱収縮等による反りを
防止し、セラミック枠体１の下面を平坦として該セラミ
ック枠体ｌと金属放熱体３とを接触面積を大として接合
でき、その結果両者を強固にロウ付けし、同時に気密不
良を防止して、信頼性の高いパッケージ構造を得ること
が可能となる。

ここで、焼成時の変形が本実施例によりどれだけ軽減さ
れるかを具体的に示すと、従来の製造方法でセラミック
枠体１を焼成した場合、第９図に示す変形量Ｉは、′５
−０〜１５０μであった。ところが、本実施例の方法を
採用すると、前記変形量Ｉを２０〜５０μに抑えること
ができる。さらに放熱金属体３との組立歩留りは、従来
２０％であったところを、９０％まで向上することがで
きた。

また、焼成後の貫通孔２の形成においては、焼成前に予
め貫通溝１１が形成されているので、凹部１２の底面１
０を押圧するだけで、容易に所望形状の貫通孔２を形成
することが可能となる。

〔他の実施例〕

前記凹部１２の底面１０の形状は、前記第２図に示す例
に限定されるものではない。例えば、第４図に示すよう
に、貫通溝１１の交差する部分を、より広い領域でもっ
て打ち抜いてもよい。また、第５図に示すように、貫通
孔予定部ｌＯの４辺位置にＶ溝１３を形成してもよい。

なお、このＶ溝１３は、第６図（ａ）に示すように貫通
孔予定部ｌＯの片面のみに形成してもよいし、あるいは
同図（ｂ）に示すように両面に形成してもよい。

このような実施例によっても、焼成時においては反り等
の変形を防止でき、また焼成後には、前記貫通孔予定部
である底面１０の中央部を押圧することにより、前記Ｖ
溝１３部分を破断させて容易に貫通孔２を形成すること
ができる。

さらに、第７図に示すように、貫通孔予定部１０の４辺
位置に、ミシン目１４を形成してもよく、前記実施例と
同様の効果を奏する。

（発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、セラミック枠体の貫通
孔予定位置に底面を残存させたまま焼成を行うので、焼
成時の変形を軽減でき、製造時の歩留りを良好にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による半導体素子収納用パッ
ケージの製造方法を示す図、第２図はこの製造に用いら
れるグリーンシートの一部平面図、第３図は本実施例の
方法が適用されるパッケージ構造を示す断面構成図、第
４図、第５図、第７図はそれぞれ本発明の他の実施例に
用いられるグリーンシートの一部を示す図、第６図（ａ
）（ｂ）は第５図の縦断面部分図、第８図は従来のパッ
ケージ構造の一部断面構成図、第９図は従来の製造方法
の問題点を説明するための図である。 １・・・セラミック枠体、２・・・貫通孔、３・・・金
属放熱体、４・・・ＩＣ素子、１０・・・貫通孔予定部
、１１・・・貫通溝、１２・・・半導体素子収納用キャ
ビティ、１３・・・■溝、１４・・・ミシン目。 第１図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 未焼成セラミックシート上に枠状の未焼成セラミックシ
   ートを積層するとともに、これらを焼成して上面に凹部
   を有するセラミック焼結体を得る工程と、 前記セラミック焼結体の凹部底面を打ち抜き、貫通孔を
   形成する工程と、 前記貫通孔を有するセラミック焼結体の下面に、該貫通
   孔を塞ぐように金属放熱体をロウ付けする工程と、 から成ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ
   の製造方法。