JPH098169A - 半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体素子を収納するキャビティ１３を備え
た半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体におい
て、平面視したキャビティ１３のワイヤボンディング用
パッド１６の内側段部１７のコーナー部１７ａ、１７
ｂ、１７ｃが曲線により構成され、この曲線の少なくと
も一部が内側段部１７の直線状辺部１７ｄの延長線上の
外側に位置している半導体素子搭載用セラミックパッケ
ージ基体。 【効果】 部材の熱膨張率の差や外力等により発生する
応力がコーナー部１７ａに集中するのを防止することに
より、コーナー部１７ａからのクラックの発生を防止す
ることができ、より耐久性に優れた半導体素子搭載用セ
ラミックパッケージ基体を提供することができるととも
に、従来の場合の半導体素子に比べてより大きな形状の
半導体素子を搭載することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子搭載用セラミ
ックパッケージ基体に関し、より詳細にはセラミックス
単独又はセラミックスと金属製部材とから構成される半
導体素子搭載用セラミックパッケージ基体に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路などの半導体素子は、パッケー
ジ基体に設けられたキャビティに収納され、該キャビテ
ィがリッドで気密に封止されて実用に供されている。ア
ルミナ等のセラミックスは耐熱性、耐久性、信頼性など
に優れるため、このパッケージ基体及びリッドの材料と
して好適であり、特に、気密性、放熱特性を要求される
ＭＰＵ(Micro Processing Unit）用としても、セラミッ
ク製のＰＧＡ（Pin GridArray）タイプのパッケージは
現在盛んに使用されている。

【０００３】図２（ａ）はＰＧＡタイプのセラミック製
パッケージ基体を模式的に示した断面図であり、（ｂ）
はその平面図である。

【０００４】パッケージ基体２１の中央部にはキャビテ
ィ２２が形成され、その周囲にはリッド（図示せず）で
封止する際に用いられるメタライズ層２３が形成され、
さらにメタライズ層２３の周囲には図示しないマザーボ
ードに接続するための外部接続ピン１４が立てられてい
る。また、キャビティ２２は通常その周辺部分が階段状
に構成されており、中間の階段部分にはワイヤボンディ
ング用パッド２５が形成され、底面部分はＬＳＩ等の半
導体素子１８を載置する半導体素子搭載部２７となって
いる。さらに、外部接続ピン１４が立てられている面と
反対側の面には半導体素子１８から発散される熱を放散
するための金属製の放熱板２９が配設されている場合も
ある。なお、通常、半導体素子搭載部２７にもアース用
の金属層（図示せず）が形成されている。

【０００５】一方、セラミック製パッケージ基体２１と
構成の異なるパッケージ基体として、中央部に貫通孔を
有するセラミック枠体の底面に放熱用基板とキャビティ
底板とを兼ねる金属製部材が接合された、いわゆるヒー
トスラグ型のパッケージが用いられている。

【０００６】図３はこの種のヒートスラグ型パッケージ
基体を模式的に示した断面図である。

【０００７】セラミック枠体１１の中央部分に貫通孔１
１ａが形成され、このセラミック枠体１１の底面に、中
央部分に平板形状の半導体素子搭載部１９ａが突出形成
された金属製部材１９が銀ろう付け等により接合されて
貫通孔１１ａが塞がれ、これによりセラミック枠体１１
の中央部分にキャビティ１３が形成されている。その他
の部分は図２に示したセラミック製パッケージ基体２１
と同様であり、キャビティ１３はその周辺部分が階段状
に構成され、中間の階段部分にはワイヤボンディング用
パッド１６が形成され、底面部は金属製部材１９により
構成された半導体素子搭載部１９ａとなっている。さら
に、セラミック枠体１１の周囲上面にはメタライズ層１
５が形成され、このメタライズ層１５の周辺は、多数の
外部接続ピン１４が、セラミック枠体１１の表面に形成
された図示しない多数の金属パッド部にろう付けされ、
この外部接続ピン１４によりマザーボード（図示せず）
との接続が図られるようになっている。

【０００８】この種のヒートスラグ型パッケージ基体で
は、従来より金属製部材１９として多孔質Ｗ焼結体に溶
融銅を含浸させたＣｕ／Ｗ板が使用されていたが、製造
コストが高くつくという理由から、その熱伝導率も３９
０ｗ／ｍ² Ｋ程度と大きい銅板が使用されつつある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図２に示したセラミッ
ク製パッケージ基体２１においては、平面視したキャビ
ティ２２のワイヤボンディング用パッド２５の内側段部
３０の形状は、図２（ｂ）に示したように略正方形形状
であり、コーナー部３０ａは円形状の曲線により構成さ
れている。このようにコーナー部３０ａが曲線により構
成されているのは、熱応力や外力等が作用した場合にコ
ーナー部３０ａに応力が集中するのを防止するためであ
る（例えば特開平６−３１０８６２号公報）。しかし、
この半導体素子搭載部２７はできるだけ大きな半導体素
子を搭載できるのが好ましいため、実際にはコーナー部
３０ａに余り大きな半径を有する円形形状の曲線を用い
ることはできない。従って、キャビティ２２のワイヤボ
ンディング用パッド２５の内側段部３０の１辺の長さが
１５〜２０ｍｍのセラミック製パッケージでは、通常、
コーナー部３０ａの円形形状の曲線の半径は０．５ｍｍ
程度であった。

【００１０】また、セラミック製パッケージ基体は小型
薄型化が要求されており、外部接続ピン１４数の増大に
より、セラミック製パッケージ基体をマザーボードのソ
ケットに挿入する際の荷重が大きくなっているのにもか
かわらず、薄型化が進んでいる。そのため、前記セラミ
ック製パッケージ基体においてもその強度が低下してお
り、セラミック製パッケージ基体２１に熱応力や外力等
が作用した場合には、応力が集中するワイヤボンディン
グ用パッド２５の内側段部３０のコーナー部３０ａから
クラックが発生し易いという課題があった。

【００１１】また、図３に示したヒートスラグ型パッケ
ージ基体においても、金属製部材１９を構成する銅等の
金属と、セラミック枠体１１を構成するアルミナ等のセ
ラミックスとは、その熱膨張率が大きく異なるため、例
えば銅からなる金属製部材１９を銀ろうを用いてセラミ
ック枠体１１にそのまま接合すると、冷却の際の熱膨張
率の相違によりセラミック枠体１１が湾曲し、図２に示
したセラミック製パッケージ基体２１と同様の形状を有
するキャビティ１３のワイヤボンディング用パッド１６
の内側段部２０のコーナー部（図示せず）からクラック
が発生し易いという課題があった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、従来よりも大きな形状の半導体素子を搭載す
ることができ、しかも外力等が作用してもキャビティコ
ーナー部からクラックが発生しにくいセラミック製パッ
ケージ基体を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体素子搭載用セラミックパッケージ
基体は、半導体素子を収納するキャビティを備えた半導
体素子搭載用セラミックパッケージ基体において、平面
視したキャビティのワイヤーボンディング用パッドの内
側段部のコーナー部が曲線により構成され、該曲線の少
なくとも一部が前記パッドの内側段部の直線状辺部の延
長線上の外側に位置していることを特徴としている
（１）。

【００１４】また、本発明に係る半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージ基体は、上記（１）記載の半導体素子
搭載用セラミックパッケージ基体であって、内部配線層
を有するセラミック枠体と、該セラミック枠体の底部に
接合され、キャビティを形成する金属製部材とによって
構成されていることを特徴としている（２）。

【００１５】本発明に係る半導体素子搭載用セラミック
パッケージ基体は、図２に示したような基体となる部分
全体がセラミックスにより構成されているセラミック製
パッケージ基体であってもよく、また、図３に示したよ
うな枠体のみがセラミックスで、前記枠体に金属製部材
（ヒートスラグ）が接合された構成のパッケージ基体で
あってもよい。

【００１６】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図３に
示したものと同型式のヒートスラグ型パッケージ基体に
ついての、本発明に係る半導体素子搭載用セラミックパ
ッケージ基体の３つの実施例のコーナー部をそれぞれ模
式的に示した拡大平面図である。

【００１７】図１に示した半導体素子搭載用セラミック
パッケージ基体は、従来のヒートスラグ型パッケージ基
体とは平面視したキャビティ内側段部のコーナー部の形
状において変化している。実施例の場合のコーナー部の
形状を実線で示し、比較例の場合のコーナー部の形状
（想像線）と比較した。なお、辺部の延長線は点線で示
している。

【００１８】図１（ａ）に示した実施例に係る半導体素
子搭載用セラミックパッケージ基体にあっては、ワイヤ
ボンディング用パッド１６の内側段部１７に平面視円形
形状の曲線からなるコーナー部１７ａが形成されてお
り、このコーナー部１７ａの曲線の一部が辺部１７ｄの
延長線上の外側に位置している。また、このコーナー部
１７ａを構成する曲線の半径ｒ₂ は、比較例の場合のワ
イヤボンディング用パッド１６の内側段部２０のコーナ
ー部２０ａを構成する曲線の半径ｒ₁ よりも大きく、か
つ比較例の場合のコーナー部２０ａよりも外側に形成さ
れている。

【００１９】また、図１（ｂ）に示した別の実施例に係
る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体にあって
も、ワイヤボンディング用パッド１６の内側段部１７の
コーナー部１７ｂを構成する円形形状の曲線の一部が辺
部１７ｄの延長線上の外側に位置している。このコーナ
ー部１７ｂを構成する曲線の半径ｒ₃ は、比較例に係る
コーナー部２０ａを構成する曲線の半径ｒ₁ と同じであ
るが、その中心点がキャビティ１３の中心から見て外側
にある。

【００２０】このように実施例に係る半導体素子搭載用
セラミックパッケージ基体によれば、コーナー部１７
ａ、１７ｂを構成する曲線の少なくとも一部が辺部１７
ｄの延長線上の外側に位置し、円形形状であるので、従
来の場合のコーナー部２０ａ（曲線が常に辺部１７ｄの
延長線上の内側に位置する）よりもコーナー部１７ａ、
１７ｂは外側に位置することになり、従来の場合の半導
体素子搭載部１９ａ外側線より大きな形状の半導体素子
搭載部１２ａ外側線となり、より大きな半導体素子の搭
載が可能となる。

【００２１】図１（ｃ）に示したさらに別の実施例に係
る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体にあって
は、ワイヤボンディング用パッド１６の内側段部１７の
コーナー部１７ｃを構成する曲線の形状は、円形形状で
はなく、楕円形状に近いものである。この場合にも、そ
の曲線の一部が直線状辺部１７ｄの延長線上の外側に形
成されていれば、通常、従来の場合のコーナー部２０ａ
（曲線が常に辺部１７ｄの延長線上の内側に位置する）
よりも外側に形成される。

【００２２】このように本発明の半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージ基体に係るコーナー部１７ａ、１７
ｂ、１７ｃを構成する曲線の少なくとも一部が直線状辺
部１７ｄの延長線上の外側に形成されていれば、必ずし
も円形形状の曲線でなくてもよい。そして、この曲線が
加工により形成し易い曲線（例えば、円形、楕円形等）
であれば、従来の場合のコーナー部２０ａよりも外側に
形成される。コーナー部１７ａ・・・ の形状は、形成の容
易さの点から、円形形状の曲線が好ましく、その半径ｒ
₂ 、ｒ₃ は従来の半導体素子搭載用セラミックパッケー
ジ基体のコーナー部２０ａの半径ｒ₁ よりも大きいのが
好ましい。

【００２３】このような形状の内側段部１７を有する半
導体素子搭載用セラミックパッケージ基体は、グリーン
シートを作製する際にワイヤボンディング用パッド１６
の内側段部１７の形状に相当する貫通孔を形成すること
により製造することができるが、この貫通孔の形成は、
放電加工等により形成されたワイヤボンディング用パッ
ド１６の内側段部１７の形状のダイスを使用することに
より容易に形成することができ、特に従来の場合と比べ
てコストアップになることはない。

【００２４】

【作用】本発明に係る半導体素子搭載用セラミックパッ
ケージ基体（１）によれば、半導体素子を収納するキャ
ビティを備えた半導体素子搭載用セラミックパッケージ
基体において、平面視したキャビティのワイヤーボンデ
ィング用パッドの内側段部のコーナー部が曲線により構
成され、該曲線の少なくとも一部が前記パッドの内側段
部の直線状辺部の延長線上の外側に位置しているので、
部材の熱膨張率の差や外力等により発生する応力が前記
コーナー部に集中しにくくなり、そのため前記コーナー
部にクラックが発生しにくくなる。また従来に比べてよ
り大きな形状の半導体素子を搭載し得る。

【００２５】例えば、半導体素子搭載用セラミックパッ
ケージ基体のキャビティの一辺の大きさを約１５〜２０
ｍｍ程度とした場合、コーナー部を構成する円形形状の
曲線の半径を０．５ｍｍから１ｍｍにすると、コーナー
部への応力集中は７０％程度まで低減する。

【００２６】また、本発明に係る半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージ基体（２）によれば、セラミック製パ
ッケージが、内部配線層を有するセラミック枠体と、該
セラミック枠体の底部に接合され、キャビティを形成す
る金属製部材とによって構成されており、ワイヤボンデ
ィング用パッドの内側段部が上記（１）に記載された構
成となっているので、発生する応力が前記コーナー部に
集中しにくくなり、そのため前記コーナー部にクラック
が発生しにくくなる。また従来に比べてより大きな形状
の半導体素子が搭載される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明に係る半導体素子搭載用セラミ
ックパッケージ基体の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２８】半導体素子搭載用セラミックパッケージ基
体として、ワイヤボンディング用パッドの内側段部のコ
ーナー部の形状が異なる他は、図３に示したヒートスラ
グ型パッケージ基体と同様の構成のものを製造した。

【００２９】まず、セラミック枠体１１の製造を行っ
た。

【００３０】アルミナ粉末にバインダ等を混合してスラ
リを形成し、これを用いて正方形形状のグリーンシート
を１０枚作製した。次に、ワイヤボンディング用パッド
１６の内側段部１７のコーナー部１７ａを形成すること
になるグリーンシートの内側段部１７のコーナー部１７
ａに相当する部分のみを、まず円柱状ダイスにより孔開
けし、さらに内側段部１７の内側全体に相当する部分を
四角柱状ダイスで孔開けして貫通孔を形成した。また、
その他のグリーンシートについては、従来と同様の形状
になるように加工を行った。 次に、これらグリーンシ
ートのうち、配線層を形成する必要があるものにつき、
Ｗ粉末を含む導体ペーストを用いて印刷、乾燥を行い、
これらグリーンシートを積層した後、加圧して一体化
し、続いて窒素と水素の混合ガス中、１５５０℃で３時
間焼成を行うことによりセラミック枠体１１を製造し
た。

【００３１】製造されたセラミック枠体１１の外形は５
０ｍｍ×５０ｍｍ×２．７ｍｍ、略正方形形状のワイヤ
ボンディング用パッド１６の内側段部１７の１辺の長さ
は約１７ｍｍであった。また、ワイヤボンディング用パ
ッド１６の内側段部１７のコーナー部１７ａの円形形状
の曲線の半径は１ｍｍであり、その最も外側の部分から
辺部１７ｄに平行な直線を引いた場合の両者の距離Ｄは
０．２ｍｍとなった。

【００３２】次に、銅とタングステンからなる合金製の
金属製部材１２をセラミック枠体１１にろう付け接合
し、実施例１に係る半導体素子搭載用セラミックパッケ
ージ基体の製造を完了した。

【００３３】次に、同様の方法により実施例２に係る半
導体素子搭載用セラミックパッケージ基体の製造を行っ
た。この場合、ワイヤボンディング用パッド１６の内側
段部１７のコーナー部１７ａの曲線の半径を２ｍｍと
し、距離Ｄを０．５ｍｍとした。

【００３４】なお、比較例（従来例）としてワイヤボン
ディング用パッド１６の内側段部２０のコーナー部２０
ａの半径が０．５ｍｍの半導体素子搭載用セラミックパ
ッケージ基体も製造した。

【００３５】このようにして製造した実施例１及び２に
係る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体及び比
較例に係る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体
の中央部分に荷重を負荷し、前記半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージ基体の四角に治具を当てて荷重を支持
する方法で、前記半導体素子搭載用セラミックパッケー
ジ基体の強度を測定した。試験に用いた半導体素子搭載
用セラミックパッケージ基体の数は、実施例及び比較例
の場合のそれぞれについて１０個とした。

【００３６】その結果、比較例に係る半導体素子搭載用
セラミックパッケージ基体は、平均１２０ｋｇでコーナ
ー部２０ａより破壊したが、実施例１に係る半導体素子
搭載用セラミックパッケージ基体は平均１５０ｋｇで、
また実施例２に係る半導体素子搭載用セラミックパッケ
ージ基体は平均１６５ｋｇでコーナー部１７ａより破壊
した。

【００３７】また、比較例の場合には、１５．５ｍｍ×
１５．５ｍｍの半導体素子を搭載することしかできなか
ったのに対し、実施例の場合には１６ｍｍ×１６ｍｍの
半導体素子を搭載することができた。

【００３８】以上の結果より明らかなように、上記実施
例に係る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体に
あっては、ワイヤボンディング用パッド１６の内側段部
１７のコーナー部１７ａの円形形状の曲線の半径を大き
くし、コーナー部１７ａへの応力の集中を防止すること
より、コーナー部１３ａからのクラックの発生を防止す
ることができ、その強度を大きくすることができ、より
耐久性に優れた半導体素子搭載用セラミックパッケージ
基体を提供することができる。また、より大きな形状の
半導体素子を搭載することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る半導体
素子搭載用セラミックパッケージ基体（１）にあって
は、半導体素子を収納するキャビティを備えた半導体素
子搭載用セラミックパッケージ基体において、平面視し
たキャビティのワイヤーボンディング用パッドの内側段
部のコーナー部が曲線により構成され、該曲線の少なく
とも一部が前記パッドの内側段部の直線状辺部の延長線
上の外側に位置しているので、外力等により発生する応
力が前記コーナー部に集中するのを防止することによ
り、前記コーナー部からのクラックの発生を防止するこ
とができ、より耐久性に優れた半導体素子搭載用セラミ
ックパッケージ基体を提供することができるとともに、
従来に比べてより大きな形状の半導体素子を搭載し得
る。

【００４０】また、本発明に係る半導体素子搭載用セラ
ミックパッケージ基体（２）によれば、半導体素子搭載
用セラミックパッケージ基体が、内部配線層を有するセ
ラミック枠体と、該セラミック枠体の底部に接合され、
キャビティを形成する金属製部材とによって構成されて
おり、キャビティ内側段部を上記（１）に記載された構
成としているため、部材の熱膨張係数の差や、外力によ
り発生する応力が前記コーナー部に集中するのを防止す
ることにより、前記コーナー部にクラックが発生するの
を防止することができ、また従来に比べてより大きな形
状の半導体素子を搭載することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施例に係る半導体素子搭載用セラミ
ックパッケージ基体のキャビティに形成されたコーナー
部の形状を模式的に示した拡大平面図であり、（ｂ）は
別の実施例に係る半導体素子搭載用セラミックパッケー
ジ基体のキャビティに形成されたコーナー部の形状を模
式的に示した拡大平面図であり、（ｃ）はさらに別の実
施例に係る半導体素子搭載用セラミックパッケージ基体
のキャビティに形成されたコーナー部の形状を模式的に
示した拡大平面図である。

【図２】（ａ）はＰＧＡタイプのセラミック製パッケー
ジ基体を模式的に示した断面図であり、（ｂ）はその平
面図である。

【図３】ヒートスラグ型パッケージ基体を模式的に示し
た断面図である。

【符号の説明】

１２ａ 半導体素子搭載部 １３ キャビティ １６ ワイヤボンディング用パッド １７ 内側段部 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ コーナー部 １７ｄ 辺部 １９ａ 半導体素子搭載部（従来のヒートスラグ型パッ
ケージ基体） ２０ 内側段部（従来のヒートスラグ型パッケージ基
体） ２０ａ コーナー部（従来のヒートスラグ型パッケージ
基体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を収納するキャビティを備え
   た半導体素子搭載用パッケージ基体において、平面視し
   たキャビティのワイヤーボンディング用パッドの内側段
   部のコーナー部が曲線により構成され、該曲線の少なく
   とも一部が前記パッドの内側段部の直線状辺部の延長線
   上の外側に位置していることを特徴とする半導体素子搭
   載用セラミックパッケージ基体。
2. 【請求項２】 半導体素子搭載用セラミックパッケージ
   基体が、内部配線層を有するセラミック枠体と、該セラ
   ミック枠体の底部に接合され、キャビティを形成する金
   属製部材とによって構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の半導体素子搭載用セラミックパッケージ基
   体。