JPH0228349A - 窒化アルミニウムパッケージおよびその製造方法 - 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、発熱の大きなＩＣを搭載する高熱伝導性の
窒化アルミニウムを用いたサーデイツプ型パッケージに
関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は例えば高密度実装技術ハンドブック（本多　進
、猪熊敏夫、用俣昭男、゛佐牟田穣編集、サイエンスフ
ォーラム社、昭和６１年）５８ページに示されたサーデ
イツプ型パッケージの構造を示す断面図であり、（１）
はセラミックベース、（２）はリードフレーム、（３）
はキャップ、（４）はセラミックベース（１）とリード
フレーム（２）とキャップ（３）との間に入り、内部を
封止するための低融点ガラス。

（５）はＩＣチップ（６）をセラミックベースに接着す
るためのメタライズ、（７）はＩＣチップ（６）とり−
ドフレーム（２）をつなぐワイヤである。

次にこのパッケージの製造方法を説明する。まず最初に
セラミックベース（１）のメタライズ（５）の部分にＩ
Ｃチップ（６）をダイボンド材料を用いてボンディング
する０次にセラミックベース（１）にリードフレーム（
２）をのせて、ワイヤ（７）でＩＣチップ（６）とリー
ドフレーム（２）を接合する。最後にキャップ（３）を
かぶせてこれらを焼成治具にセットし、４００〜５００
℃の炉に入れて加熱する。これにより、予めセラミック
ベース（１）とキャップ（３）に付着させである低融点
ガラス（４）を溶融させ、リードフレーム（２）ごと封
着する。

従来このようなパッケージのセラミックベース（１）お
よびキャップ（３）の材料はアルミナを主成分とする材
料であった。しかし最近、セラミックベース（１）とし
て窒化アルミニウムを用いた例が報告されている（１９
８３年電子通信学会総合全国大会講演番号１３４）、こ
の報告では、キャップ（３）の材料はアルミナであり、
封着部分にはやはり低融点ガラス（４）を用いているの
で、その使用方法は上記と全く同じであると考えられる
。

上記の方法において、この種のパッケージの本質にもつ
ながる重要な点は、封着のために４００〜５００℃に加
熱するので、すべての部品および接合部分がこの温度に
耐えなければならないことである。特にこのパッケージ
の使用に当って注意しなければならない点は、２箇所の
接合である。まず第１はＩＣチップ（６）をセラミック
ベース（１）にダイボンディングと呼ばれる接合を行う
箇所である。一般には、ダイボンディングの方法には、
■共晶接合法（Ａｕ−５Ｌ等を用いる。作業温度３２０
〜４５０℃）、■はんだ接合法（ｐｂ系等のはんだを用
いる。

作業温度２５０〜３５０℃）、■樹脂接着法（Ａｇ粉分
散エポキシ樹脂等を用いる。硬化温度１５０〜２００℃
）、■ガラス接着法（低融点ガラスを用いる０作業部度
４２０〜６００℃）等があるが、この種のパッケージを
用いる場合には、耐熱性が要求されるため、共晶接合法
（実際の作業の一例はＩＣチップのうらにＡｕペースト
をつけておき加熱して接合する）またはガラス接着法（
この場合メタライズ（５）は不必要）が用いられる。第
２は、ＩＣチップ（６）とリードフレーム（２）との間
をワイヤ（７）で配線する場合の接合箇所である。この
際リードフレーム（２）側の接合は耐熱性があり問題に
ならないが、ＩＣチップ側の接合が問題となる。ワイヤ
ボンディングの際のワイヤの材料は、一般にＡｕ、　Ａ
１．　Ｃｕ等があり、その接合方法には、（１）熱圧着
法（Ａｕワイヤの場合に用いられる。３００℃前後で熱
圧着、ＡＩ。

Ｃｕワイヤの場合には信頼性が確立されていない）。

■超音波法（Ａｌワイヤを用いる場合。金属表面の酸化
膜を破って接続する）、■サーモソニック法（熱圧着と
超音波を併用。Ａｕワイヤの場合、作業温度を１８０℃
以下にできる）等がある。しかし、ワイヤをＡｕとする
場合、パッケージの封止温度に加熱した際に、ＩＣチッ
プの配線材料であるＡｌとの間でＡｕ−Ａｌｌ共合合金
融点５２５℃）を作りやすく、このため、配線に残留す
る応力のために共晶合金の融点に到達しなくても結晶成
長を起し、その部分から切れやすくなるという欠点があ
る。従って、このパッケージを使用する場合には、Ａｌ
ワイヤを用いて超音波で接合する方法を用いなければな
らない。

以上のように、このパッケージを使用する場合に注意し
なければな゛らない点は、■ＩＣチップが耐熱性である
こと、■ダイボンディングは共晶接合法かまたはガラス
接合法によること、■ワイヤボンディングはＡｌワイヤ
を用いて超音波で行うこと等であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のサーデイツプ型パッケージは封止の際に４００〜
５００℃に加熱するために、以上のような方法でアッセ
ンブリーされてきた。しかし、この方法では、接合に問
題を残している。まず第１にダイボンディングにＡｕを
用いる場合には、Ａｕ−３ｉの共晶融点は３７０℃であ
り、封止温度より低いため。

パッケージ封止の際、Ａｕ−３ｉ液相がＩＣチップの下
で偏よることになり、熱応力の集中によるチップの破損
、あるいは熱伝導不良を起こすことである。第２に、も
しダイボンディングにガラス接着法を採用した場合、ガ
ラスの熱伝導度は極めて悪いため、セラミックベースと
して高熱伝導性の窒化アルミニウムを用いる意味がなく
なることである・第３にワイヤボンディング法としてＡ
Ｉワイヤを用いて超音波でボンディングする場合、超音
波の方向性があり、ＩＣチップの接続用パッドに応じて
チップを回転しながらボンディングしなければならず、
ボンディング時間がかかるという欠点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ダイボンディングとして熱伝導性の高い共晶
接合または、はんだ接合を用いることができるとともに
、ワイヤボンディング法として、ボンディング時間の短
い熱圧着法を使用することのできるサーデイツプ型窒化
アルミニウムパッケージおよびその製造方法を得ること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は次の窒化アルミニウムパッケージおよびその
製造方法である。

（１）半導体集積回路素子を接合したセラミックベース
とリードフレームとキャップとを一体化した半導体集積
回路用パッケージにおいて、窒化アルミニウムからなる
セラミックベース使用し、このセラミックベースとリー
ドフレームとキャップとを有機樹脂により同時に封止し
た窒化アルミニウムパッケージ。

（２）窒化アルミニウムからなるセラミックベースに半
導体集積回路素子をＡｕ　−Ｓｉの共晶合金またははん
だを用いて接合する工程、上記セラミックベースならび
にそれにかぶせるキャップの周囲に熱硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂を塗布する工程、リードフレームを載せて
素子とリードフレームとの間をワイヤでボンディングす
る工程、キャップをかぶせる工程、および熱硬化性樹脂
を硬化させるか、または熱可塑性樹脂を融解硬化させて
、ベースとリードフレームとキャップとの隙間を埋めて
封止する工程からなる窒化アルミニウムパッケージの製
造方法。

従来のサーデイツプ型パッケージの欠点を生じる根本の
原因を考えてみると、その原因は、封止部がガラスであ
るために、４００〜５００℃に加熱しなけなばならない
ところにある。これを解決する手法としてガラスの融点
をもっと低くするか、または有機樹脂で封止する方法が
ある。ガラスの融点を低くする方法に関しては、これ以
下にすると、耐水性が劣ることになり、パッケージの信
頼性を低くすることになる。一方、有機樹脂で封止る場
合には、透湿性が問題となった。しかし、樹脂の透湿性
は樹脂の厚みと面積が関係しており、面積としては、プ
ラスチックパッケージと比較するとサーデイツプ型パッ
ケージの封止部分のプラスチック使用率はかなり小さい
。また、有機樹脂に無機物のフィラーを入れると水分の
通る道が長くなり、みかけの上厚みが増し１面積が減少
する。その上、最近のＩＣはパッシベーション技術が向
上している等、樹脂で封止を行っても目的を達すること
ができる。

〔作　用〕

この発明におけるサーデイツプ型パッケージは、有機樹
脂により封止するので、加熱温度は高くとも３５０℃以
下であり、従ってダイボンディングに共晶接合またはは
んだ接合の適用が可能であり、窒化アルミニウムの高熱
伝導度を効果的に利用できる。

〔発明の実施例〕

次に、この発明の実施例を図について説明する。

第１図（ａ）〜（ｃ）はこの発明の一実施例による製造
工程を示す斜視図である。図において、（１）は窒化ア
ルミニウムからなるセラミックベース、（２）はリード
フレーム、（３）はキャビティーを有するキャップ、（
５）はセラミックベース（１）に施こされたメタライズ
、（６）はＩＣチップ、（７）はＩＣチップ（６）とリ
ードフレーム（２）とを電気的に接続するワイヤ、（８
）はリードフレーム（２）に接続している枠、　（４１
）はセラミックベース（１）の上に塗布された有機樹脂
、（４２）はキャビティーを有するキャップ（３）の周
囲に塗布された有機樹脂である。

このパッケージの製造方法は樹脂の種類によって２つの
方法がある。以下実施例を用いてこの方法を説明する。

実施例１ まず、１２．５園墓Ｘ　２５ｍｍの大きさの窒化アルミ
ニウムからなるセラミックベース（１）の中心付近にＩ
Ｃチップ（６）の寸法に合わせてＡｕペーストヲ塗布し
、９００℃で焼き付はメタライズ（５）を形成する。

次に裏面にＡｕを蒸着したＩＣチップ（６）をこの上に
載せ、４００℃に加熱して、こすり付けるようにして押
し付け、セラミックベース（１）とＩＣチップ（６）の
間に融液を生成させ、ＩＣチップ（６）を押し付けたま
まゆっくり冷却し、セラミックベース（１）にＩＣチッ
プ（６）を接合する０次に、第１図（ａ）に示したよう
に、セラミックベース（１）の周囲に熱硬化性の有機樹
脂（４１）を塗布する。熱硬化性の有機樹脂（４１）と
してはエポキシ樹脂が好適であるが、ポリイミド樹脂、
シリコン樹脂等でもよい。

その後、第１図（ｂ）に示すように、リードフレーム（
２）を載せ、これらを樹脂で仮止めした後、Ａｕ製のワ
イヤ（７）を用いてＩＣチップ（６）とリードフレーム
（２）との間を熱圧着法により接続する。リードフレー
ム（２）はＮｉ　４２％を含むＦｅ合金が最適である。

次に、第１図（ｃ）に示すように、キャビティーを有す
るキャップ（３）の周囲に第１図（ａ）で使用したもの
と同じ熱硬化性の有機樹脂（４２）を塗布し、これを（
ｂ）の工程を終了したパッケージの上にかぶせ、ＩＣチ
ップ（６）の入っている空間への通気孔がないようにし
た後１５０〜２５０℃に加熱し。

樹脂を硬化させる。この際のキャップ（３）の材料はア
ルミナ（熱膨張係数＝７Ｘ１０−’／Ｔ：）であっても
、Ｎｉ４２％−Ｆｅ合金（熱膨張係数＝４，６Ｘ１０−
’／”Ｃ）および窒化アルミニウム（熱膨張係数＝４．
４　Ｘ　１０−’／’Ｃ）との間の熱膨張係数の差によ
る熱応力を樹脂によって暖和することができるが、ムラ
イト（熱膨張係数：４．０Ｘ１０−”／”Ｃ）を用いる
ことができれば一層良い、その後リードフレーム（２）
の枠（８）を切りはなし、すべてのリードフレーム（２
）を独立させる。

実施例２ １２．５ｍ■Ｘ　２５ｍｇ５の窒化アルミニウムからな
るセラミックベース（１）の真中付近にＮｏ−Ｋｎ法に
よりメタライズ（５）を施す、その上にＮｉメツキを施
し、はんだペーストを印刷する６次に、Ｎｊを裏面に蒸
着したＩＣチップ（６）をその上に載せ、Ｎｉ雰囲気中
で２５０〜３５０℃に加熱し、はんだペーストを溶融す
る。次に、第１図（ａ）に示すように、１５０〜３５０
で軟化する熱可塑性の有機樹脂（４１）を窒化アルミニ
ウムからなるセラミックベース（１）の周囲に塗布する
。その後、第１図（ｂ）−に示すように、リードフレー
ム（２）を接置し、Ａｕ製のワイヤ（７）でＩＣチップ
（６）とリードフレーム（２）との間を接続する。

そして、第１１１（ｃ）に示すように、キャップ（３）
の周囲に、第１図（ａ）の工程で用いたと同じ樹脂（４
２）を塗布し、（ｂ）の工程を終了したパッケージの上
に載せ、１５０〜３５０℃に加熱し、樹脂を軟化させて
。

ＩＣチップ（６）の入っている空間に外部から通気孔の
入らないように接着する。その後、枠（８）をリードフ
レーム（２）から切り離す、なお、この際の１５（１〜
３５０℃に加熱すれば融解する樹脂の例としては、ポリ
プロピレン（融点：１７６℃）、ポリカーボネート（融
点：２６７℃）、ポリスルホン（融点＝２０７℃）、ポ
リフェニレンサルファイド（融点：２８８℃）等がある
・リードフレーム（２）およびキャップ（３）の材料は
実施例１と同様である。

なお、上記実施例では、ダイボンディングに共品接合法
を用いた場゛合に熱硬化樹脂を適用しており、はんだ接
合法を用いた場合に熱可塑性樹脂を適用しているが、逆
であってもよく、特に限定されない。

また、上記実施例においてはリードフレーム（２）の材
料として、Ｎｉ　４２％−Ｆｅ合金を用いたが、Ｃｕ合
金系の材料のように熱膨張係数の大きい材料であっても
よい。さらに、実施例の・リードフレーム（２）の形状
は２方向にリードを有する構造であったが。

４方向にリードを設けてもよい。

また、封止用の有機樹脂として、樹脂単体で使用するの
ではなく、石英ガラス粉末を混合して用いると、熱膨張
係数を小さくできる、熱変形温度が高くなる等の利点が
出てくる。しかし１反面。

接着剤としての効果は小さくなるので、混合量は４０％
以内にとどめておくべきである。

なお、窒化アルミニウム製のセラミックベース（１）と
しては、中心付近にキャビティーを有していても、有し
ていなくてもどちらでもよい、キャビティーを有しない
と、ワイヤ（７）を接続した際に、ＩＣチップ（６）の
接合部からリードフレーム（２）に向けてむりに下に曲
げることになるため、高温に加熱するとＡｕ　−Ａｌ共
品が生成して結晶粒が成長し、残留応力で折れたり、は
ずれたりしやすいが、この発明では高温で加熱しないた
め、このような現象は起りにくい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、サーデイツプ型パッ
ケージを低温で封着できるようにしたので、ダイボンデ
ィングに熱伝導性の良好な共晶接合法またははんだ接合
法を用いることができ、セラミックベースに窒化アルミ
ニウムを用いてもその高熱伝導性を効果的に利用できる
ばかりでなく、Ａｕワイヤを用いた熱圧着による方法も
採用できるので、ボンディング時間が短時間で済むとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

す斜視図、第２図は従来のサーデイツプ型パッケージを
示す断面図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示し。 （１）はセラミックベース、（２）はリードフレーム、
（３）はキャップ、（５）はメタライズ、（６）はＩＣ
チップ、（７）はワイヤ、（４１）、（４２）は有機樹
脂である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体集積回路素子を接合したセラミックベース
   とリードフレームとキャップとを一体化した半導体集積
   回路用パッケージにおいて、窒化アルミニウムからなる
   セラミックベース使用し、このセラミックベースとリー
   ドフレームとキャップとを有機樹脂により同時に封止し
   たことを特徴とする窒化アルミニウムパッケージ。
2. （２）窒化アルミニウムからなるセラミックベースに半
   導体集積回路素子をＡｕ−Ｓｉの共晶合金またははんだ
   を用いて接合する工程、上記セラミックベースならびに
   それにかぶせるキャップの周囲に熱硬化性樹脂または熱
   可塑性樹脂を塗布する工程、リードフレームを載せて素
   子とリードフレームとの間をワイヤでボンディングする
   工程、キャップをかぶせる工程、および熱硬化性樹脂を
   硬化させるか、または熱可塑性樹脂を融解硬化させて、
   ベースとリードフレームとキャップとの隙間を埋めて封
   止する工程からなることを特徴とする窒化アルミニウム
   パッケージの製造方法。