JPH0719855B2 - 集積回路容器の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップを搭載するための集積回路容器
の製造方法に関する。さらに詳しくは、金属材料を素材
とする集積回路容器の製造方法に関する。

（従来の技術） 現在使用されているセラミックス製集積回路容器は、第
１図（イ）、（ロ）に示すように、矩形状のセラミック
ス板１の中央部に凹み部２を有し、半導体チップ（図示
せず）はこの凹み部２にガラス又は貴金属層を介して搭
載される。リードフレーム（図示せず）はこの凹み部を
取り囲む周面部３上に封着ガラスを介して搭載され、上
記半導体チップのリードと接続される。第２図に斜視図
で示すように、このような容器４と同様の構造を有し、
凹み部とその凹み部を取り囲む周面部を有する容器蓋
４′を、容器４の凹み部、周面部とそれぞれ対向せしめ
て封着し、リードフレームのリード５は容器４と容器蓋
４′との間の長辺側から取り出される。この容器蓋４′
も容器４と同様にセラミックスの焼結体である。なお、
容器と容器蓋は実質的には同一形状であることから、本
明細書では容器と容器蓋の両方を容器と総称する。

しかしながら、セラミックス製容器には次の欠点があ
る。

衝撃に弱いため、搬送工程中に、お互いに衝突して欠
けを生ずる危険が大きい。焼結が不完全な場合には、熱
衝撃によってクラックが発生することもある。

熱放散性が不十分であるため、半導体チップの集積度
が高く、発熱が大きい場合には誤動作が生じ易くなる。

焼成時の収縮が大きく、寸法精度が劣る。

冷却過程で反りが発生し易く、容器各部の平坦度に問
題がある。

これらの欠点を解消するため、本出願人は、既に実願昭
60-146527号において、素材として金属を用いた容器を
提案した。容器を金属材料で構成する場合には、リード
フレームと接触する恐れがある部位を電気絶縁層で覆う
必要がある。その場合の電気絶縁層としては金属酸化物
が適当であり、したがって、本出願人は既に特願昭62-6
8642号において、金属酸化物層を最表面に備えた金属材
料製の集積回路容器とその製造方法を提案した。

第３図はその容器６の途中工程品の一例で、同図（イ）
は略式斜視図を、同図（ロ）は断面図を示す。これらか
らも分かるように、板状の金属芯材9aが、酸化物となる
他の金属層9bで全面被覆されており、中央部に半導体チ
ップ搭載用の凹み部７が成形されている。

凹み部７は、打抜き途中止めあるいはポンチ張出しによ
って成形される。ところで、第３図に示す容器６には次
の問題がある。

凹み部７の裏面側に凸部10が形成されるため、搬送時
に容器同士がまた他のものにひっかかることがある。

凹み部７の成形に伴うスプリングバックにより、第４
図の如く周面部11に反りが生ずることがある。この周辺
部11は封着ガラス層を介してリードフレームが搭載され
る部位であり、平面度が要求される。第４図（イ）の場
合は上反り、同（ロ）は下反りを示す。反りの方向およ
びその程度は、凹み部７の深さｄ、板厚ｔによって変化
する。本発明者らの実験によれば、ｄ一定の場合、ｔの
増加に伴って下反りから上反りに変化し、適当なｔで反
りが０となる。すなわち、ｄに応じてｔを決定せねばな
らず、不必要に厚い材料を使わざるを得ない場合があ
る。また、ｔの適正値は材料の強度の影響も受け、強度
管理が非常にわずらわしいものとなる。

ガラスまたは貴金属層を介して半導体チップを搭載す
る凹み部７の底面は平坦であることが要求されるが、打
抜き途中止め或いはポンチ張出しで成形すると、当該凹
み部底面7aが第５図（イ）に示す如くダイス13の穴13′
内で湾曲状に変形してしまう。

これを防止するために、同図（ロ）に示す如くダイス穴
13′内に加圧パッド12を設け、下方より加圧することに
よって、凹み部底面7aを平坦に保ちつつ成形する必要が
ある。しかも所定深さに凹み部７を成形した後、板押え
15で周面部11を押えた状態でポンチ14を上昇させると、
パッド12によって凹み部７が押し戻されるので、板押え
15をポンチ14よりも先に上昇させるか、あるいはパッド
12を下降させてからポンチ14を上昇させる必要があり、
そのタイミングが難しく、金型の構造と作動が複雑とな
る。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、本発明の目的は、底面に搬送上の障害となる凸
部がなく、半導体チップを搭載する凹み部底面ならびに
リードフレームを搭載する周面部の平坦度を極めて容易
に得ることができる集積回路容器の製造方法を提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） かくして、本発明の要旨とするところは、半導体チップ
を搭載するための凹み部と、該凹み部を囲む周面部を有
する集積回路容器の製造方法において、平面寸法が上記
の容器と同一で、かつ中央部に前記凹み部の平面寸法と
同一寸法の透孔を有する、板状金属芯材を金属酸化物で
被覆した上層板を製造する工程と、該上層板と外形寸法
が同一で、板状金属芯材を金属酸化物で被覆した下層板
を製造する工程と、該上層板および該下層板を貼り合わ
せて一体化する工程を備えることを特徴とする集積回路
容器の製造方法である。

本発明の好適態様によれば、前記上層板、下層板の製造
に際し、前記板状金属芯材を所定形状に加工してから、
金属被覆層を設け、次いで酸化処理を行うようにしても
よい。

また、前記上層板、下層板の製造に際し、前記板状金属
芯材に金属被覆層を設け、次いで酸化処理を行ってから
所定形状に加工するようにしてもよい。

また、前記板状金属芯材に金属被覆層を設け、次いで所
定形状に加工してから酸化処理を行うようにしてもよ
い。

（作用） 次に、添付図面を参照しながら、本発明にかかる集積回
路容器の製造方法についてさらに詳しく説明する。

第６図（イ）および（ロ）は、本発明による方法で製造
される集積回路容器の構造の一例を示すそれぞれ斜視図
および断面図である。第６図（ロ）は第６図（イ）のロ
−ロ線に沿った断面図である。本発明でいう容器とは、
前記した如く容器、蓋の両方を意味するもので、容器も
蓋も同様の構造である。

第６図（イ）、（ロ）に示す如く、容器16は上層板16
a、下層板16bを接着層20を介して接着させた二重構造で
あり、上層板16aには半導体チップ（図示せず）を搭載
する凹み部の平面寸法に等しい透孔18があけられてい
る。すなわち、凹み部７の内壁7bは上層板16aで、凹み
部７の底面7aは下層板16bで構成される。凹み部７の深
さｄは上層板16aの厚さtaと接着層20の厚さtcの和に等
しい。搭載されるリードフレーム（図示せず）と容器16
が接触する恐れがある部位は金属酸化物層により電気的
に絶縁されている。第６図で云えば、リードフレームが
搭載される周面部32、前述の第２図の如く曲げられたリ
ードフレームが近接する上層板16aの長辺部30a、下層板
16bの長辺部30bおよび裏面33である。金属酸化物層はも
ちろん短辺部31a、31b、凹み部内壁7bに存在してもかま
わないが、電気絶縁性の点からは必須ではない。

以下、上層板16a、下層板16bの製造工程を説明する。い
ずれも素材は金属板であり、大別して２つのケースがあ
る。１つは、板状の金属芯材が、後工程で酸化物となる
金属層で被覆されているものを素材として使用する場
合、他の１つは板状の金属芯材を素材として使用し、加
工後に金属被覆を行う場合である。

第７図は被覆金属板を素材として上層板16aを製造する
途中工程の一例を示す略式斜視図である。

容器幅に等しい幅ｂの狭幅長尺板状素材17は板状の金属
芯材17aの周面が金属層17bで被覆されている。素材17の
製造方法としては、特願昭62-68642号にも記載されてい
るように、円形断面の棒状クラッド材を圧延する方法、
狭幅長尺板状の金属芯材17aにメッキあるいは蒸着で金
属を被覆する方法である。

第７図は、素材17に半導体チップが搭載される容器凹み
部の平面寸法に等しい透孔18が容器長さｌのピッチであ
けられた状態を示し、この後、破線イ−イに沿って素材
17を切断分離し、上層板半成品19aとなす。もちろん、
先に長さｌに切断し、次いで透孔18を加工しても良い。

透孔18の加工は打抜きで行われ、前述の第３図の如き凹
み部７は形成されないので、第４図の如き周面部の平坦
不良は発生しない。また、周面部を平坦に拘束して打抜
きを行う単純な加工法であるので金型のコストも安くな
る。

第８図は同じく被覆金属板を素材とした下層板の製造法
の一例を示す略式斜視図である。上層板の素材17と同一
幅ｂの狭幅長尺板状素材21は板状の金属芯材21aの周面
が金属層21bで被覆されており、長さｌに切断されて下
層板半成品19bとなる。

上層板半成品19a、下層板半成品19bの以上に述べた製造
法の場合には、第６図に示す短辺31a、31b、凹み部内壁
7bでは金属芯材が露出することになり、芯材17a、21aの
耐食性が不十分な場合には、必要個所に耐熱性の樹脂塗
料を塗布する。

次に、狭幅長尺板状の金属芯材17a、21aを素材とし、加
工後に金属被覆する方法であるが、加工法自体は第７
図、第８図の場合と変わりはない。加工後の金属被覆は
メッキあるいは蒸着によって行われ、この場合には全面
が被覆されることになる。

次に上層板半成品19a、下層板半成品19bの被覆金属層17
b、21bを酸化処理して電気絶縁性を付与し、上層板16
a、下層板16bとなす。酸化処理の一例をあげれば、電気
化学的に行われる陽極酸化処理がある、 第９図（イ）、（ロ）はそれぞれ上層板16a、下層板16b
の断面図であり、それぞれ酸化物層22a、22bで被覆され
ている。なお、素材の被覆金属層17b、21bの全厚をすべ
て酸化物となす必要はなく、極く表面部だけを酸化した
だけでも要求される電気絶縁性が満足されればよい。

次に、上層板16a、下層板16bを前述の第６図の如く接着
する。この接着には気密性が要求される。凹み部７に半
導体チップを搭載し、後述するように容器蓋を封着した
後の半導体チップを外気から完全に遮断するためであ
る。

接着材の一例をあげれば、リードフレームの封着ガラス
であり、この低溶融点ガラスを上層板16aの下面27にス
クリーン印刷し、下層板16bと重ねて焼成し、接着層20
を形成する（第６図参照）。この場合、リードフレーム
と実質上同一の線膨張係数を有するのが好ましい。もち
ろん、下層板16bの上面28の貼り合わせ部分に上記低融
点ガラスをスクリーン印刷しておいてもよい。金属酸化
物層はガラスとの密着性がすぐれており、金属酸化物層
の形成は電気絶縁性以外でも重要な役割をはたす。

ところで、容器16は全体の線膨張係数がリードフレーム
の線膨張係数と実質的に等しくなるようにするが、これ
は容器とリードフレームの間で熱応力を発生させないた
めである。熱応力が発生すると封着ガラスに亀裂が生ず
る危険がある。そのために、上層板16a、下層板16bの金
属芯材17a、21aには、例えばリードフレームと同一の金
属が使用される。さきに上層板16aの接着層20にリード
フレームと実質的に同一の線膨張係数を有する封着ガラ
スを使用することを述べたが、これも同一の理由によ
る。

次に、第６図を参照しながら上層板16a、下層板16bの厚
さの好適寸法について説明する。

上層板16aの厚さtaは、前述したように容器凹み部７の
深さｄ、接着層20の厚さtcから決められる。一例をあげ
れば、ｄ＝0.4mm、tc＝0.1mm、ta_＝0.3mmである。

下層板16bの厚さtbは半導体チップに発生する熱の放散
性の点からは薄い方がよいが、チップ搭載部としての剛
性を考慮すれば0.1〜0.3mmが適当である。

第７図および第８図における被覆金属層17b、21bの厚さ
ts、ts′は酸化処理後の電気絶縁性能から決められる
が、本発明者らの経験によれば、それぞれ５〜30μｍで
十分である。

以上が本発明の集積回路容器の製造方法であるが、半導
体チップ、リードフレームの搭載ならびに容器、容器蓋
の封着について補足的に説明する。

まず、第10図に示すように、容器16の凹み部７の底面に
ガラスまたは貴金属からなる半導体チップ接続層24を形
成する。

次に、気密封着のための低溶融点ガラス粉末を容器16の
周面部32の金属酸化物層22a上にスクリーン印刷で塗布
し、仮焼成を行って封着用ガラス層26を形成する。な
お、封着ガラスの印刷、焼成は、前述した上層板16a、
下層板16bを接着するガラスの印刷、焼成と同一時期に
実施することができる。同様にして容器蓋の周面部にも
封着ガラス層を形成する。

第10図に示すように、半導体チップ27は接着層24を加熱
溶融させることにより、またリードフレーム33は封着ガ
ラス層26を加熱溶融させることにより、まず容器16に付
着される。半導体チップ27のリードとリードフレーム33
は配線29で接続される。

最後に、第11図に示すようにして、容器16に容器蓋16′
をかぶせ、両者の封着ガラス層26、26′を加熱溶融して
一体化し、封着する。

（発明の効果） 本発明の製造法により製作した集積回路容器は、搬送上
の障害となる凸部が全くなく、かつリードフレームを搭
載する周面部を凹み部の深さ、使用する金属板材の厚さ
と無関係に平坦にすることができ、また金属製容器の特
徴として、衝撃に強くかつ半導体チップに発生した熱を
速やかに逃しうるというすぐれた特徴を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図（イ）は、従来のセラミックス製集積回路容器の
略式平面図； 第１図（ロ）は、第１図（イ）のロ−ロ線に沿った断面
図； 第２図は、第１図に示す容器に半導体チップを搭載して
組み立てたパッケージの略式斜視図； 第３図（イ）は、従来品の略式斜視図； 第３図（ロ）は、第３図（イ）のロ−ロ線に沿った断面
図； 第４図（イ）、（ロ）は、凹み部成形時のそれぞれ上反
り、下反りの形成される様子を示す略式説明図； 第５図（イ）、（ロ）は、凹み部成形の様子を示す模式
的説明図； 第６図（イ）は、本発明方法で製造される集積回路容器
の斜視図； 第６図（ロ）は、第６図（イ）のロ−ロ線に沿った断面
図； 第７図は、被覆金属板を素材として上層板を製造する途
中工程の略式斜視図； 第８図は、被覆金属板を素材として下層板を製造する途
中工程の略式斜視図； 第９図（イ）、（ロ）は、上層板、下層板のそれぞれの
断面図；および 第10および第11図は、本発明により製造される容器を使
って半導体チップをパッケージに組み立てる様子を説明
するそれぞれ略式断面図である。 16:容器、16a:上層板 16b:下層板、18:透孔 7:凹み部 17、21:素材、17a、21a:金属芯材 17b、21b:金属層 22a、22b:酸化物層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭62−112151（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップを搭載するための凹み部と、
   該凹み部を囲む周面部を有する集積回路容器の製造方法
   において、平面寸法が上記の容器と同一で、かつ中央部
   に前記凹み部の平面寸法と同一寸法の透孔を有する、板
   状金属芯材を金属酸化物で被覆した上層板を製造する工
   程と、該上層板と外形寸法が同一で、板状金属芯材を金
   属酸化物で被覆した下層板を製造する工程と、該上層板
   および該下層板を貼り合わせて一体化する工程を備える
   ことを特徴とする集積回路容器の製造方法。
2. 【請求項２】前記上層板、下層板の製造に際し、前記板
   状金属芯材を所定形状に加工してから、金属被覆層を設
   け、次いで酸化処理を行う、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。
3. 【請求項３】前記上層板、下層板の製造に際し、前記板
   状金属芯材に金属被覆層を設け、次いで酸化処理を行っ
   てから所定形状に加工する、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。
4. 【請求項４】前記上層板、下層板の製造に際し、前記板
   状金属芯材に金属被覆層を設け、次いで所定形状に加工
   してから酸化処理を行う、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。