JPH0770634B2 - セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法 - Google Patents
セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、窒化アルミニウムを用いたセラミックスパッ
ケージ及びその製造方法に関する。
ケージ及びその製造方法に関する。
従来、半導体装置に半導体集積回路素子を組込むための
気密容器として、セラミックス基板とセラミックスキャ
ップとを低融点ガラスにより接着し、気密封止してなる
セラミックスパッケージが用いられている。この種のパ
ッケージでは、セラミックス基板材料として通常アルミ
ナ（Al2O3）が使用されており、このAl2O3でも放熱の点
で一応十分である。しかし、最近の集積回路の集積度の
向上に伴い１チップの発熱量が大きくなると、Al2O3で
は放熱が不十分となることが懸念されており、放熱性の
向上手段が要望されている。そこで本発明者等は、高熱
伝導用として熱伝導性により優れた窒化アルミニウム
（AlN）を使用してパッケージを作成することを検討し
た。
気密容器として、セラミックス基板とセラミックスキャ
ップとを低融点ガラスにより接着し、気密封止してなる
セラミックスパッケージが用いられている。この種のパ
ッケージでは、セラミックス基板材料として通常アルミ
ナ（Al2O3）が使用されており、このAl2O3でも放熱の点
で一応十分である。しかし、最近の集積回路の集積度の
向上に伴い１チップの発熱量が大きくなると、Al2O3で
は放熱が不十分となることが懸念されており、放熱性の
向上手段が要望されている。そこで本発明者等は、高熱
伝導用として熱伝導性により優れた窒化アルミニウム
（AlN）を使用してパッケージを作成することを検討し
た。
しかしながら、AlNを用いると、次のような問題を招く
ことになる。即ち、一般にAlNはガラス，金属，セラミ
ックス他の物質のぬれ性が悪く、強固に接合できない。
できたとしてもセラミックスパッケージの封止に関し
て、溶着の際、ガラス中に気泡が生じそのため気密性が
損われたり接合強度が弱くなることがあり、特にAlNはA
l2O3に比べてガラスとの接合強度が弱い。このため、セ
ラミックス基板とセラミックスキャップやリードフレー
ムとの接着強度が不十分となり、気密性及び強度の低下
を招く虞れがある。また、AlNは酸化液，メッキ液等の
薬品に表面が侵され易く、このためパッケージ製作時に
重量低下，重量増大や寸法変化を引起こす等の問題を招
くことになる。
ことになる。即ち、一般にAlNはガラス，金属，セラミ
ックス他の物質のぬれ性が悪く、強固に接合できない。
できたとしてもセラミックスパッケージの封止に関し
て、溶着の際、ガラス中に気泡が生じそのため気密性が
損われたり接合強度が弱くなることがあり、特にAlNはA
l2O3に比べてガラスとの接合強度が弱い。このため、セ
ラミックス基板とセラミックスキャップやリードフレー
ムとの接着強度が不十分となり、気密性及び強度の低下
を招く虞れがある。また、AlNは酸化液，メッキ液等の
薬品に表面が侵され易く、このためパッケージ製作時に
重量低下，重量増大や寸法変化を引起こす等の問題を招
くことになる。
本発明の目的は、セラミックス基板材料として窒化アル
ミニウムを用いた場合にも該窒化アルミニウム基板とセ
ラミックスキャップ及び必要な場合にリードフレームと
の接着強度を十分強くすることができ、半導体集積回路
のパッケージングに好適するセラミックスパッケージ及
びその製造方法を提供することにある。
ミニウムを用いた場合にも該窒化アルミニウム基板とセ
ラミックスキャップ及び必要な場合にリードフレームと
の接着強度を十分強くすることができ、半導体集積回路
のパッケージングに好適するセラミックスパッケージ及
びその製造方法を提供することにある。
本発明の骨子は、窒化アルミニウムからなるセラミック
ス基板の表面に酸化層を形成することにより、基板とガ
ラス層との接合強度を高めることにある。
ス基板の表面に酸化層を形成することにより、基板とガ
ラス層との接合強度を高めることにある。
AlNを酸化するとその表面に薄い酸化膜（Al2O3,AlN−Al
2O3,3Y2O3・5Al2O3等）が形成されるが、なかでもAl2O3
はガラスとの接合強度の強いものである。さらに、AlN
の表面酸化膜の一つであるAl2O3は下地AlN基板と強い結
合状態にある。従って、AlNからなるセラミックス基板
の表面を酸化することにより、該基板とガラス層との接
合強度を向上させることができ、これにより基板とキャ
ップとの接着強度を十分大きくすることが可能となる。
なお、表面酸化によりAlN基板の熱伝導率が低下するこ
とが考えられる、数［μｍ］の薄い酸化膜であれば、基
体となる板の厚さが通常1.5［mm］以上あって両者の比
は1.5μm/1.5mm＝10-3もあるため、熱伝導率の低下は殆
どないことが本発明者等の実験によって確認されてい
る。
2O3,3Y2O3・5Al2O3等）が形成されるが、なかでもAl2O3
はガラスとの接合強度の強いものである。さらに、AlN
の表面酸化膜の一つであるAl2O3は下地AlN基板と強い結
合状態にある。従って、AlNからなるセラミックス基板
の表面を酸化することにより、該基板とガラス層との接
合強度を向上させることができ、これにより基板とキャ
ップとの接着強度を十分大きくすることが可能となる。
なお、表面酸化によりAlN基板の熱伝導率が低下するこ
とが考えられる、数［μｍ］の薄い酸化膜であれば、基
体となる板の厚さが通常1.5［mm］以上あって両者の比
は1.5μm/1.5mm＝10-3もあるため、熱伝導率の低下は殆
どないことが本発明者等の実験によって確認されてい
る。
本発明はこのような点に着目してなされたもので、セラ
ミックス基板として窒化アルミニウムを用いたセラミッ
クスパッケージにおいて、前記基板のセラミックスキャ
ップとのガラス接着に供される部分及び必要な場合に金
属リードフレームの固定部分に、表面酸化により酸化膜
を形成するようにしたものである。
ミックス基板として窒化アルミニウムを用いたセラミッ
クスパッケージにおいて、前記基板のセラミックスキャ
ップとのガラス接着に供される部分及び必要な場合に金
属リードフレームの固定部分に、表面酸化により酸化膜
を形成するようにしたものである。
また本発明は、上記の構造を実現するセラミックスパッ
ケージの製造方法において、窒化アルミニウムからなり
その上面に半導体チップが載置されるセラミックス基板
の表面を酸化処理して酸化層を形成したのち、基板上の
酸化層上にガラス層を被着し、次いで上記ガラス層を介
してセラミックスキャップ及び必要な場合にはリードフ
レームを前記基板上の酸化層に接着するようにした方法
である。
ケージの製造方法において、窒化アルミニウムからなり
その上面に半導体チップが載置されるセラミックス基板
の表面を酸化処理して酸化層を形成したのち、基板上の
酸化層上にガラス層を被着し、次いで上記ガラス層を介
してセラミックスキャップ及び必要な場合にはリードフ
レームを前記基板上の酸化層に接着するようにした方法
である。
本発明によれば、AlNをセラミックス基板材料として用
いているので、Al2O3を用いた場合に比して、30［％］
程度熱抵抗を小さくすることができる。このため、内部
に実装すべき半導体チップの発熱量が大きくなっても十
分に対処することができる。また、AlN基板の表面を酸
化しているので、基板とガラス層との接合強度を十分高
くすることができ、これによりAlN基板とセラミックス
キャップ若しくはリードフレームとの接着強度を十分大
きくすることができる。このため、Al2O3基板を用いた
場合と同様に、十分な気密封止若しくはリード強度を実
現することが可能である。また、半導体チップを導体ペ
ーストを焼成してなる導体層上にマウントする場合、上
記ペーストの焼成とAlN基板の酸化とを同時に行うよう
にすれば、工程の増加を招くことなく容易に実現するこ
とが可能である。
いているので、Al2O3を用いた場合に比して、30［％］
程度熱抵抗を小さくすることができる。このため、内部
に実装すべき半導体チップの発熱量が大きくなっても十
分に対処することができる。また、AlN基板の表面を酸
化しているので、基板とガラス層との接合強度を十分高
くすることができ、これによりAlN基板とセラミックス
キャップ若しくはリードフレームとの接着強度を十分大
きくすることができる。このため、Al2O3基板を用いた
場合と同様に、十分な気密封止若しくはリード強度を実
現することが可能である。また、半導体チップを導体ペ
ーストを焼成してなる導体層上にマウントする場合、上
記ペーストの焼成とAlN基板の酸化とを同時に行うよう
にすれば、工程の増加を招くことなく容易に実現するこ
とが可能である。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例に係わるセラ
ミックスパッケージ製造工程を示す断面図である。ま
ず、第１図（ａ）に示す如くAlNからなるセラミックス
基板11のキャビティ上に導体ペースト12を印刷する。こ
こで、導体ペースト12としては、例えばAg−Pdペースト
（ESL社製No.9601）を用いた。
ミックスパッケージ製造工程を示す断面図である。ま
ず、第１図（ａ）に示す如くAlNからなるセラミックス
基板11のキャビティ上に導体ペースト12を印刷する。こ
こで、導体ペースト12としては、例えばAg−Pdペースト
（ESL社製No.9601）を用いた。
次いで、空気中，温度930［℃］，保持時間10分で熱処
理し上記導体ペースト12を焼成する。このとき、上記熱
処理工程により、導体ペースト12の焼成と同時に第１図
（ｂ）に示す如くセラミックス基板11の表面を酸化し酸
化層13を形成する。酸化層13はAl2O3で、その厚さは５
［μｍ］程度とした。
理し上記導体ペースト12を焼成する。このとき、上記熱
処理工程により、導体ペースト12の焼成と同時に第１図
（ｂ）に示す如くセラミックス基板11の表面を酸化し酸
化層13を形成する。酸化層13はAl2O3で、その厚さは５
［μｍ］程度とした。
次いで、第１図（ｃ）に示す如く基板上面の酸化層13上
に接着層としてのガラス層14を被着する。ここで、ガラ
ス層14はAlN基板11自体でなく酸化層13と接することに
なるので、後続する焼成において、ガラス層14とAlN基
板11との接合強度を大きく（ガラスとAl2O3との接合強
度と同程度に）することが可能となる。ここで、Al2O3
は基体となるAlNから連続的に連なって生成されている
ために（段階的にAl2O3化しているために）、両者の接
合強度は一般にガラス−Al2O3接合よりも強固である。
に接着層としてのガラス層14を被着する。ここで、ガラ
ス層14はAlN基板11自体でなく酸化層13と接することに
なるので、後続する焼成において、ガラス層14とAlN基
板11との接合強度を大きく（ガラスとAl2O3との接合強
度と同程度に）することが可能となる。ここで、Al2O3
は基体となるAlNから連続的に連なって生成されている
ために（段階的にAl2O3化しているために）、両者の接
合強度は一般にガラス−Al2O3接合よりも強固である。
次いで、第１図（ｄ）に示す如く、ガラス層14上に複数
のリードフレーム15を形成した。その後、第１図（ｅ）
に示す如く前記導体ペースト12を焼成してなる導体層1
2′上に半導体チップ16を実装し、続いてチップ16とリ
ードフレーム15との接続をボンディングワイヤ17にて行
った。なお、この状態における平面図を第２図に示す。
のリードフレーム15を形成した。その後、第１図（ｅ）
に示す如く前記導体ペースト12を焼成してなる導体層1
2′上に半導体チップ16を実装し、続いてチップ16とリ
ードフレーム15との接続をボンディングワイヤ17にて行
った。なお、この状態における平面図を第２図に示す。
次いで、第１図（ｆ）に示す如く、ガラス層18を下面に
被着したAl2O3からなるセラミックスキャップ19を上記
ガラス層18が前記ガラス層14と接するように配置する。
この状態で、基板11及びキャップ19を自重圧接し、ガラ
ス層14,18を焼成することにより、基板11とキャップ19
との接着を行った。
被着したAl2O3からなるセラミックスキャップ19を上記
ガラス層18が前記ガラス層14と接するように配置する。
この状態で、基板11及びキャップ19を自重圧接し、ガラ
ス層14,18を焼成することにより、基板11とキャップ19
との接着を行った。
かくして形成されたセラミックスパッケージにおいて
は、AlN基板11が酸化層13を介してガラス層14と接する
ことになるので、基板11とキャップ19との接触強度を十
分大きいものとなる。また、該パッケージの熱抵抗を調
べた結果、次頁の第１乃至第３表に示す如き熱抵抗値
［℃/W］が得られた。
は、AlN基板11が酸化層13を介してガラス層14と接する
ことになるので、基板11とキャップ19との接触強度を十
分大きいものとなる。また、該パッケージの熱抵抗を調
べた結果、次頁の第１乃至第３表に示す如き熱抵抗値
［℃/W］が得られた。
第１乃至第３表から明らかなように、AlNを用いたセラ
ミックスパッケージの方が従来のAl2O3を用いたものよ
り、自然対流で14［％］、強制対流で27［％］、ヒート
シンク付のもので28［％］優れていることが判る。ここ
で、基板11の表面を酸化することにより熱伝導率の低下
が考えられるが、上記表からはこの低下は殆ど認められ
ない。これは、半導体チップ16からの熱拡散に最も寄与
する前記導体層12′の下面において、AlN基板11表面に
形成される酸化層が他の部分より薄くなっているからで
あると推定される。また、酸化層13はAl2O3が主体であ
るが、基板11としてAlNを用いたものはAl2O3を用いたも
のより、全体としての熱抵抗が小さくなることは明かで
ある。
ミックスパッケージの方が従来のAl2O3を用いたものよ
り、自然対流で14［％］、強制対流で27［％］、ヒート
シンク付のもので28［％］優れていることが判る。ここ
で、基板11の表面を酸化することにより熱伝導率の低下
が考えられるが、上記表からはこの低下は殆ど認められ
ない。これは、半導体チップ16からの熱拡散に最も寄与
する前記導体層12′の下面において、AlN基板11表面に
形成される酸化層が他の部分より薄くなっているからで
あると推定される。また、酸化層13はAl2O3が主体であ
るが、基板11としてAlNを用いたものはAl2O3を用いたも
のより、全体としての熱抵抗が小さくなることは明かで
ある。
このように本実施例によれば、AlNをセラミックス基板1
1として用いることにより、Al2O3を用いた場合より熱抵
抗を10〜30［％］小さくすることができる。また、AlN
基板11の表面を酸化することにより、基板11とガラス層
14との接合強度を高めることができ、これにより基板11
とリードフレーム15及びセラミックスキャップ19との接
着強度を十分大きくすることができる。また、AlN基板1
1の酸化処理を前記導体ペースト12の焼成と同時に行っ
ているので、酸化処理のために工程が増大することはな
く、従来工程と同様に容易に実施することができる。
1として用いることにより、Al2O3を用いた場合より熱抵
抗を10〜30［％］小さくすることができる。また、AlN
基板11の表面を酸化することにより、基板11とガラス層
14との接合強度を高めることができ、これにより基板11
とリードフレーム15及びセラミックスキャップ19との接
着強度を十分大きくすることができる。また、AlN基板1
1の酸化処理を前記導体ペースト12の焼成と同時に行っ
ているので、酸化処理のために工程が増大することはな
く、従来工程と同様に容易に実施することができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、AlN基板表面に形成する酸化層の厚さ及び
酸化の方法は、仕様に応じて適宜定めればよい。さら
に、熱酸化の場合酸化層の形成のための熱処理温度も適
宜変更可能である。また、セラミックスキャップとして
はAl2O3の代りに、AlN,ムライト，その他各種のセラミ
ックス材料を用いることが可能である。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
い。例えば、AlN基板表面に形成する酸化層の厚さ及び
酸化の方法は、仕様に応じて適宜定めればよい。さら
に、熱酸化の場合酸化層の形成のための熱処理温度も適
宜変更可能である。また、セラミックスキャップとして
はAl2O3の代りに、AlN,ムライト，その他各種のセラミ
ックス材料を用いることが可能である。その他、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。
第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例に係わるセラ
ミックスパッケージ製造工程を示す断面図、第２図は第
１図（ｅ）に示す状態を示す平面図である。 11……AlN基板（セラミックス基板）、12……導体ペー
スト、12′……導体層、13……酸化層、14,18……ガラ
ス層、15……リードフレーム、16……半導体チップ、17
……ボンディングワイヤ、19……セラミックスキャッ
プ。
ミックスパッケージ製造工程を示す断面図、第２図は第
１図（ｅ）に示す状態を示す平面図である。 11……AlN基板（セラミックス基板）、12……導体ペー
スト、12′……導体層、13……酸化層、14,18……ガラ
ス層、15……リードフレーム、16……半導体チップ、17
……ボンディングワイヤ、19……セラミックスキャッ
プ。
Claims (5)
- 【請求項１】窒化アルミニウムからなりその上面に半導
体チップが載置されるセラミックス基板と、この基板の
表面に形成された酸化層と、前記チップを囲むよう前記
基板上面の酸化層にガラス層を介して接着されたセラミ
ックスキャップとを具備してなることを特徴とするセラ
ミックスパッケージ。 - 【請求項２】窒化アルミニウムからなりその上面に半導
体チップが載置されるセラミックス基板と、この基板の
表面に形成された酸化層と、前記チップを囲むよう前記
基板上面の酸化層にガラス層を介して接着されたセラミ
ックスキャップと、前記ガラス層を介して前記酸化層に
接着され、前記半導体チップと電気的に接続されるリー
ドフレームとを具備してなることを特徴とするセラミッ
クスパッケージ。 - 【請求項３】窒化アルミニウムからなりその上面に半導
体チップが載置されるセラミックス基板の表面を酸化処
理して酸化層を形成する工程と、次いで前記基板上の酸
化層上にガラス層を被着する工程と、次いで上記ガラス
層を介してセラミックスキャップを前記基板上の酸化層
に接着する工程とを含むことを特徴とするセラミックス
パッケージの製造方法。 - 【請求項４】前記半導体チップは、前記基板のキャビテ
ィ上に印刷された導体ペーストを焼成してなる導体膜上
にマウントされることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載のセラミックスパッケージの製造方法。 - 【請求項５】前記導体ペーストの焼成と、前記酸化層の
形成とを、所定の熱処理工程により同時に行うことを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載のセラミックスパッ
ケージの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60009772A JPH0770634B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60009772A JPH0770634B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35197697A Division JPH10154770A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | セラミックスパッケージの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61168938A JPS61168938A (ja) | 1986-07-30 |
| JPH0770634B2 true JPH0770634B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=11729546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60009772A Expired - Fee Related JPH0770634B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770634B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518694U (ja) * | 1991-08-24 | 1993-03-09 | 静男 高田 | 浄水器用フイルタ |
| JPH0564783A (ja) * | 1991-09-04 | 1993-03-19 | Toru Egashira | 飲用水の活性化方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4827641U (ja) * | 1971-08-03 | 1973-04-03 | ||
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 | ||
| JPS5914149Y2 (ja) * | 1981-07-06 | 1984-04-25 | 未来工業株式会社 | 床面の一点を直上の天井面へマ−クする装置におけるア−ムの係合構造 |
| JPS5896757A (ja) * | 1981-12-04 | 1983-06-08 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPS58101442A (ja) * | 1981-12-11 | 1983-06-16 | Hitachi Ltd | 電気的装置用基板 |
-
1985
- 1985-01-22 JP JP60009772A patent/JPH0770634B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61168938A (ja) | 1986-07-30 |
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