JPH08279569A - パッケージ用セラミックスリッド - Google Patents

パッケージ用セラミックスリッド

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JPH08279569A
JPH08279569A JP7081042A JP8104295A JPH08279569A JP H08279569 A JPH08279569 A JP H08279569A JP 7081042 A JP7081042 A JP 7081042A JP 8104295 A JP8104295 A JP 8104295A JP H08279569 A JPH08279569 A JP H08279569A
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JP
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Masaya Hashimoto
昌也 橋本
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 炭化珪素を主成分とするセラミックス基材に
金属Cuを20〜40体積%の割合で含有しているパッ
ケージ用セラミックスリッド。 【効果】 導電性と熱伝導性とを高めることができ、気
密性が高く、熱膨張係数がアルミナのそれに近いパッケ
ージ用セラミックスリッドを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパッケージ用セラミック
スリッドに関し、より詳細には、搭載するICの動作の
高速化に対応して導電性と熱伝導性とが高められたパッ
ケージ用セラミックスリッドに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の高速化や通信機器の高
周波化に伴い、電子部品に使用される信号も年々、高周
波化が進行してきている。従って、通信機器や大型コン
ピュータなどに使用されるセラミックス回路基板やIC
パッケージなどにおいても、この高周波化に対応した製
品が求められている。
【0003】また、このような高周波化に対応して、ノ
イズの発生を効果的に低減することができるICとパッ
ケージとの接続法が求められている。
【0004】一般にIC(チップ)とパッケージとの接
続にはワイヤボンディング法が多く用いられている。ワ
イヤボンディング法とは、チップ上のボンディングパッ
ドと外部リード線の端子間を20〜30μm径の細線に
より結線する方法であり、該方法には金属の融点以下の
温度で双方の金属の清浄面を加圧接触させ、溶融させる
ことなく金属の拡散によって接合させる熱圧着法と、超
音波の振動を接続するAl線に伝えて、チップ上のAl
パッドとAl線間との摩擦によりAl表面の酸化膜を除
去して双方を接合させる超音波ボンディング法とがあ
る。
【0005】しかしながら前記ワイヤボンディング法に
あっては、高周波化に伴ないワイヤのリアクタンスが高
くなり、ノイズが発生し易いといった課題があった。そ
こで、ワイヤボンディング法に代わってワイヤを用いな
いフリップチップ法によりICとパッケージとを接続す
ることが行われている。フリップチップ法では、チップ
のAlパッド上に、Cr、Cuの金属薄膜を介してPb
ーSnなどのはんだバンプをめっきや蒸着法によって形
成しておき、このバンプをパッケージ上に設けた金属電
極パッドと相対応させて位置合わせを行い、熱処理炉を
通すことによりはんだをリフローしてボンディングを行
う。
【0006】ところで図1は従来のパッケージを示した
模式的分解斜視図である。図中13は導電体(メタライ
ゼーション)を示しており、12は積層一体焼結セラミ
ックスを示している。パッケージ10は、例えばアルミ
ナ製であり、前記したメタライゼーション13と積層一
体焼結セラミックス12とを使用し、リードフレーム1
4を銀ろう材で取りつけ、さらに低温のろう材を使用す
ることによりリッド11を積層一体焼結セラミックス1
2に取りつけ、気密に封止するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
パッケージ10中にICを搭載する場合、ワイヤボンデ
ィング法によれば、ICを固定しているダイアタッチ部
(図示せず)を通してアースを取ることができるが、フ
リップチップ法を採用する場合は前記ダイアタッチ部に
はんだバンプが形成されるため、リッド11を通してア
ースを取る必要が生じる。更に、はんだバンプを介して
は十分にICチップの熱を外部に逃がしてやることは困
難であり、リッド自体の熱伝導性を高めて放熱特性を改
善する必要がある。リッド11が電子材料として一般的
に用いられているコバールなどのFe合金の場合はアー
スを取ることが可能であるが、熱伝導率が低い(例えば
20W/m・K程度)という課題があった。
【0008】一方、一般にアルミナ製ICパッケージの
リッド材料としては、パッケージ材料と同じ材料である
アルミナを使用する場合も考えられるが、この場合はリ
ッド自体が絶縁体となるため、該リッドを通してアース
を取ることは困難であり、その上、熱伝導率が低いとい
う課題があった。
【0009】本発明は上記した課題に鑑みなされたもの
であり、熱膨張係数がアルミナのそれに近く、優れた導
電性と熱伝導性とを有するパッケージ用セラミックスリ
ッドを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るパッケージ用セラミックスリッドは、炭
化珪素を主成分とするセラミックス基材に金属Cuを2
0〜40体積%の割合で含有していることを特徴として
いる(1)。
【0011】また、本発明に係るパッケージ用セラミッ
クスリッドは、窒化アルミを主成分とするセラミックス
基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体積%の割
合で含有していることを特徴としている(2)。
【0012】
【作用】上記構成のパッケージ用セラミックスリッド
(1)によれば、炭化珪素を主成分とするセラミックス
基材に金属Cuを20〜40体積%の割合で含有してお
り、導電性と熱伝導性の両者が高まる。また、熱膨張係
数をアルミナのそれに近づけることが可能となり、ま
た、気密性の高いセラミックスリッドを形成することが
可能となる。
【0013】なお、前記金属が20体積%未満の場合
は、金属回路が安定形成されないため抵抗率を低くする
ことができない。また、セラミックスとの焼結が困難と
なり、焼結し得たとしてもポア率が高くなり、オープン
ポアが形成されて気密性が保たれないため、実用に不適
となる。一方、前記金属が40体積%を超えると、熱膨
張係数が大きすぎるため、例えばアルミナ製のパッケー
ジ本体の熱膨張係数との差が大きく、温度上昇時に歪を
生じる等、実用に不適となる。
【0014】また、上記構成のパッケージ用セラミック
スリッド(2)によれば、窒化アルミを主成分とするセ
ラミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40
体積%の割合で含有しており、上記(1)記載のパッケ
ージ用セラミックスリッドと同様の作用が得られる。
【0015】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係るパッケージ用
セラミックスリッドの実施例及び比較例を説明する。
【0016】まず、実施例及び比較例に係るパッケージ
用セラミックスリッドの製造方法について説明する。
【0017】炭化珪素と金属Cuが表1に示した割合と
なるよう正確に秤量し、これに焼結助剤を加えてよく混
合した後、ポリビニルアルコールなどの有機系バインダ
等を加えて混合して圧粉体をつくり、窒素、水素を主と
した還元性雰囲気中で1700℃〜1800℃程度の温
度で焼成することによりセラミックス金属複合体を作製
する。これを所望の寸法に加工し、パッケージ用セラミ
ックスリッドを形成する。
【0018】また、同じように、窒化アルミと、金属A
lまたは金属Cuを表1に示した割合となるよう正確に
秤量し、上記した方法と同様の方法にてパッケージ用セ
ラミックスリッドを形成する。
【0019】なお、本実施例にあっては上述のように粉
末成形法を用いたが、何らこれに限定されるものではな
く、別の実施例にあっては、ドクターブレード法を用い
て成形を行ってもよい。
【0020】このように形成されたパッケージ用セラミ
ックスリッドの抵抗率(μΩ・cm)を調べるため、本
実施例及び比較例では、各試料の直流抵抗値を四端子法
により測定し、試料形状から抵抗率を(抵抗率=抵抗×
試料断面積/試料長さ)として算出した。また、表1中
の熱伝導率(W/m・K)はレーザーフラッシュ法によ
り測定した室温での値であり、熱膨張係数(10-6
℃)は、室温から400℃までの平均熱膨張係数を示し
ている。Heリークはセラミックスリッドの気密性を示
すものであるが、表1ではHeリークの有無をHeリー
クテスターにより調べた結果を示している。
【0021】測定のための試料は各実施例及び比較例ご
とに10個ずつ製造し、それらの試料について各特性を
それぞれ測定し、平均値を算出した。その結果を表1に
示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1から明らかなように、実施例1〜3に
係るパッケージ用セラミックスリッドでは、炭化珪素を
主成分とするセラミックス基材に金属Cuを20〜40
体積%の割合で含有しており、抵抗率(μΩ・cm)が
18〜80μΩ・cmと非常に小さな値となり、導電性
を向上させることができた。また、熱膨張係数は5〜8
×10-6/℃となり、アルミナの熱膨張係数7×10-6
/℃に近付けることができた。さらに、Heのリークは
確認されず、気密性の高いセラミックスリッドを形成す
ることができた。
【0024】一方比較例1〜3に係るパッケージ用セラ
ミックスリッドでは、炭化珪素を主成分とするセラミッ
クス基材に金属Cuを20体積%未満の割合で含有して
おり、金属回路が形成されず絶縁体となった。またセラ
ミックスとの焼結が困難となり、焼結し得ても、Heの
リークが確認されたことからわかるように、ポア率が高
くなり、オープンポアが形成されて気密性が保たれず、
実用に不適のものとなった。一方前記金属が40体積%
を超えると、熱膨張係数が10×10-6/℃以上となる
ため、アルミナの熱膨張係数との差が大きくなり、温度
上昇時に歪が発生する等の不具合が生じ、実用に不適の
ものとなった。
【0025】また、実施例1〜3に係るパッケージ用セ
ラミックスリッドでは、窒化アルミを主成分とするセラ
ミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体
積%の割合で含有しており、抵抗率(μΩ・cm)が2
0〜90μΩ・cmと非常に小さな値となり、導電性を
向上させることができた。また、各金属の添加により熱
伝導性も高めることができた。また、熱膨張係数は6〜
10×10-6/℃となり、アルミナの熱膨張係数7×1
-6/℃に近付けることができた。さらに、Heのリー
クは確認されず、気密性の高いセラミックスリッドを形
成することができた。
【0026】一方、比較例4〜8に係るパッケージ用セ
ラミックスリッドでは、窒化アルミを主成分とするセラ
ミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20体積%未
満の割合で含有しており、金属回路が形成されず絶縁体
になった。またセラミックスとの焼結が困難になり、焼
結し得たとしても、Heのリークが確認されたことから
わかるように、ポア率が高くなり、オープンポアが形成
されて気密性が保たれず、実用に不適のものとなった。
一方、前記金属が40体積%を超えると熱膨張係数が1
0×10-6/℃以上となるため、例えばアルミナ製のパ
ッケージ本体の熱膨張係数との差が大きくなり、温度上
昇時に歪が発生する等の不具合が生じ、実用に不適のも
のとなった。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るパッ
ケージ用セラミックスリッドにあっては、炭化珪素を主
成分とするセラミックス基材に金属Cuを20〜40体
積%の割合で含有しているので、導電性と熱伝導性の両
者を高めることができる。また、熱膨張係数をアルミナ
のそれに近づけることができ、さらには、気密性の高い
セラミックスリッドを提供することができる。
【0028】また、本発明に係るパッケージ用セラミッ
クスリッドにあっては、窒化アルミを主成分とするセラ
ミックス基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体
積%の割合で含有しているので、上記(1)に係るパッ
ケージ用セラミックスリッドと同様の効果を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例のパッケージを示した模式的分解斜視図
である。
【符号の説明】
11 リッド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化珪素を主成分とするセラミックス基
    材に金属Cuを20〜40体積%の割合で含有している
    ことを特徴とするパッケージ用セラミックスリッド。
  2. 【請求項2】 窒化アルミを主成分とするセラミックス
    基材に金属Alまたは金属Cuを20〜40体積%の割
    合で含有していることを特徴とするパッケージ用セラミ
    ックスリッド。
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