JPS6332264B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6332264B2
JPS6332264B2 JP4065782A JP4065782A JPS6332264B2 JP S6332264 B2 JPS6332264 B2 JP S6332264B2 JP 4065782 A JP4065782 A JP 4065782A JP 4065782 A JP4065782 A JP 4065782A JP S6332264 B2 JPS6332264 B2 JP S6332264B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
ceramic
lead frame
semiconductor chip
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP4065782A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57166053A (en
Inventor
Jii Guratsubu Deimitorii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TE Connectivity Corp
Original Assignee
AMP Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AMP Inc filed Critical AMP Inc
Publication of JPS57166053A publication Critical patent/JPS57166053A/en
Publication of JPS6332264B2 publication Critical patent/JPS6332264B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

Landscapes

  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気抵抗および熱抵抗の低い、パツケ
ージ中のセラミツク半導体チツプキヤリヤに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic semiconductor chip carrier in a package with low electrical and thermal resistance.

従来技術で最も知られているような半導体デバ
イス用の通常のセラミツクパツケージにおいて
は、半導体チツプからパツケージの外周上の端子
部までの電気路がモリブデンまたはタングステン
ペーストを用いてプリントし、かつ焼付した導体
で作られている。この型の電気路は、これがセラ
ミツク材料の熱膨張率にほどよく一致し、かつセ
ラミツク材料の焼付けに必要な高温下で分解しな
いので、使用されている。このように電気回路を
作る場合、電気路の材料の断面が極度に小さくな
つてしまう。この電気路の材料自体は比較的導電
率が低いので、その結果としてこの電気路の電気
抵抗が比較的高くなり、125ミリオームの領域に
なる。これらの従来技術によるデバイスはまた、
熱抵抗も比較的高いので、パツケージ内の半導体
チツプおよび電気回路中に発生した熱を除去する
ことが難しい。このような半導体パツケージで、
半導体チツプを気密封止した状態で保持する、熱
抵抗および電気抵抗が比較的低い半導体パツケー
ジを作り出すことが望まれている。
In typical ceramic packages for semiconductor devices, such as those best known in the prior art, the electrical path from the semiconductor chip to the terminals on the outer periphery of the package is a conductor printed and baked using molybdenum or tungsten paste. It is made of. This type of electrical path is used because it closely matches the coefficient of thermal expansion of the ceramic material and does not decompose under the high temperatures required to bake the ceramic material. When creating an electric circuit in this way, the cross section of the material of the electric path becomes extremely small. The material of this electrical path itself has a relatively low conductivity, resulting in a relatively high electrical resistance of this electrical path, in the region of 125 milliohms. These prior art devices also
Thermal resistance is also relatively high, making it difficult to remove the heat generated in the semiconductor chips and electrical circuitry within the package. With this kind of semiconductor package,
It would be desirable to create a semiconductor package with relatively low thermal and electrical resistance that holds a semiconductor chip in a hermetically sealed condition.

本発明によれば、進歩した大規模集積回路
[LSI]および超大規模集積回路[VLSI]の半導
体デバイス等用の、従来技術によるデバイスに比
べて電気抵抗および熱抵抗の低いパツケージを提
供することができる。従来技術によるセラミツク
半導体チツプキヤリヤの電気路に替わつて、本発
明においては電気路が銅または表面に銅を有する
金属または表面に銅を有する合金でできている。
この電気路は米国特許第3744120号[Burgess
他]、第3766634号[Babcock他]、第3854892号
[Burgess他]、第3911553号[Burgess他]、第
3994430号[Cusano他]および第4129243号
[Cusano他]のいずれかに記載されたパツケージ
のセラミツク材料の表面に取り付けられるもので
ある。これらの特許に記載された方法に従うと、
非電気メツキ、真空蒸着または中間金属を必要と
しないで、金属部材は調節された反応性雰囲気の
中、高温でセラミツク材料に直接結合する。この
方法では、銅あるいは表面に銅を有する金属等の
金属部材をアルミナ、ベリリアあるいは他のセラ
ミツクのような絶縁基板に接して置き、次いでそ
の金属部材と絶縁基板をその金属の融点より僅か
に低い温度で加熱する。酸化雰囲気のような反応
性雰囲気下で充分な時間加熱することで銅−酸化
銅の共融物ができ、これが冷却された時銅を絶縁
基板に結合させる。この方法を用いることによ
り、従来のものと類似した電気路で、電気抵抗が
約5ミリオームのものが得られ、これにより電気
抵抗が約25分の1に減少する。さらに、前記特許
に示された、セラミツク基板に回路を取り付ける
方法を用いると、放熱板をセラミツク基板にあけ
た窓に取り付けることができるので、集積回路チ
ツプをろう付け、はんだ付け、ガラスもしくはポ
リマー接着等によつて直接放熱板に接合すること
ができ、これによりセラミツクの熱抵抗を避ける
ことができる。
In accordance with the present invention, it is possible to provide a package for advanced large scale integrated circuit (LSI) and very large scale integrated circuit (VLSI) semiconductor devices, etc., which has lower electrical and thermal resistance than prior art devices. can. Instead of the electrical paths of prior art ceramic semiconductor chip carriers, in the present invention the electrical paths are made of copper or a metal with copper on its surface or an alloy with copper on its surface.
This electrical path is described in U.S. Patent No. 3,744,120 [Burgess
], No. 3766634 [Babcock et al.], No. 3854892 [Burgess et al.], No. 3911553 [Burgess et al.], No.
No. 3,994,430 [Cusano et al.] and No. 4,129,243 [Cusano et al.]. Following the methods described in these patents,
The metal component is bonded directly to the ceramic material at elevated temperature in a controlled reactive atmosphere without the need for non-electroplating, vacuum deposition or intermediate metals. In this method, a metal component, such as copper or a metal with copper on its surface, is placed in contact with an insulating substrate such as alumina, beryllia, or other ceramic, and then the metal component and insulating substrate are placed at a temperature slightly lower than the melting point of the metal. Heat at temperature. Heating under a reactive atmosphere, such as an oxidizing atmosphere, for a sufficient period of time creates a copper-copper oxide eutectic which, when cooled, bonds the copper to the insulating substrate. Using this method, an electrical path similar to the conventional one with an electrical resistance of about 5 milliohms is obtained, which reduces the electrical resistance by a factor of about 25. Additionally, the method of attaching circuits to ceramic substrates as described in the patent allows heat sinks to be attached to windows in the ceramic substrate, allowing integrated circuit chips to be attached by brazing, soldering, glass or polymer bonding. It can be directly bonded to the heat sink by, for example, a heat sink, thereby avoiding the thermal resistance of ceramic.

半導体チツプと放熱板の熱膨張率を一致させる
ために、放熱板は、シリコンと熱膨張率が一致す
る合金やモリブデンのような金属の表面に銅を塗
つたもので形成する。あるいは、半導体チツプと
放熱板の間に中間金属もしくはセラミツクスペー
サーを使つてもよい。これらの方法により、従来
技術によるデバイスに比して、電気抵抗および熱
抵抗の低い半導体デバイス、特にLSIおよび
VLSI用のパツケージを提供することができる。
In order to match the thermal expansion coefficients of the semiconductor chip and the heat sink, the heat sink is made of an alloy whose coefficient of thermal expansion matches that of silicon, or a metal such as molybdenum coated with copper. Alternatively, an intermediate metal or ceramic spacer may be used between the semiconductor chip and the heat sink. These methods allow semiconductor devices, especially LSI and
We can provide packages for VLSI.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳
細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるセラミツクチ
ツプキヤリヤパツケージの分解図である。第1図
に示されるように、セラミツクチツプキヤリヤパ
ツケージは、基板底面に接着した半導体チツプお
よびリードフレーム3を有するセラミツク基板1
を含んでいる。リードフレーム3は、半導体チツ
プ上のパツドに対応して、セラミツク基板1を超
えて伸びている導電端子(端子4)を有してい
る。セラミツク基板の外縁に沿つた位置に絶縁わ
く(プラスチツク枠5)が配されている。この絶
縁わく(プラスチツク枠)はセラミツク基板1と
リードフレーム3に固定されている。
FIG. 1 is an exploded view of a ceramic chip carrier package which is an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the ceramic chip carrier package consists of a ceramic substrate 1 having a semiconductor chip and a lead frame 3 bonded to the bottom surface of the substrate.
Contains. The lead frame 3 has conductive terminals (terminals 4) extending beyond the ceramic substrate 1 in correspondence with pads on the semiconductor chip. An insulating frame (plastic frame 5) is arranged along the outer edge of the ceramic substrate. This insulating frame (plastic frame) is fixed to a ceramic substrate 1 and a lead frame 3.

第2図および第3図は第1図に示した部材を組
立てた状態を示している。リードフレーム3は銅
または表面に銅を有する金属でできており、前述
の方法でセラミツク基板1に接着されている。リ
ードフレーム3の端子4は曲げられ、プラスチツ
ク枠5の外面に沿つて進み、プラスチツク枠の底
を取り巻いてプラスチツク枠5内の溝7の中へと
伸びている。セラミツク基板1を超えて伸びてい
る端子部4は、容易に曲げられるようになつてお
り、結合する素子との接点として作用する。結合
する素子はプラスチツク枠5の側面に沿つてある
いは曲部6でプラスチツク枠5の下方で端子と接
触するソケツトあるいはプリント回路板である。
2 and 3 show the members shown in FIG. 1 in an assembled state. The lead frame 3 is made of copper or a metal with copper on its surface and is bonded to the ceramic substrate 1 in the manner described above. The terminals 4 of the lead frame 3 are bent and run along the outer surface of the plastic frame 5, extending around the bottom of the plastic frame and into a groove 7 in the plastic frame 5. The terminal portion 4 extending beyond the ceramic substrate 1 is adapted to be easily bent and serves as a contact point with the element to be coupled. The coupling elements are sockets or printed circuit boards that contact the terminals along the sides of the plastic frame 5 or below the plastic frame 5 at the bends 6.

これによつて、例えば熱膨張率の差のために回
路板がセラミツク部材に関して移動してもこの移
動によつて接続点において接続が離れるという問
題のない摺接状態を、結合する素子との間にもつ
ことが可能となる。
As a result, even if the circuit board moves relative to the ceramic member due to, for example, a difference in coefficient of thermal expansion, this movement will not cause the problem of disconnection at the connection point, and a sliding contact between the connected elements can be achieved. It becomes possible to have both.

半導体チツプ9は技術上周知である適切な標準
の接着剤11によつてセラミツク基板1に接着さ
れている。半導体チツプ9上のパツド13は適切
なワイヤ15でリードフレーム3上の所定のリー
ド線に接続されている。ガラス充填材入り封止配
合剤19を用いてセラミツクキヤツプ17で半導
体チツプ9を気密封止する。セラミツクキヤツプ
17はガラス充填材入り封止配合剤19によつて
リードフレーム3およびセラミツク基板1に封止
されている。このセラミツクキヤツプ17が気密
封止手段を構成している。流し込み充填材21が
プラスチツク枠5とセラミツクキヤツプ17の間
の〓間に配されている。流し込み充填材はエポキ
シ、ポリウレタンまたはプラスチツク枠5とセラ
ミツクキヤツプ17の間の〓間の充填材として作
用する他の物質でできている。この充填材21
は、製造時にセラミツクキヤツプ17が必ずしも
正確な位置に配されるとは限らないので使用され
る。セラミツク基板1には標準の成形品が使用さ
れる。リードフレーム3はセラミツクと熱膨張率
の一致した銅または表面に銅を有する金属ででき
ている。銅は非常に柔軟で、容易に曲げられ、殆
ど強度がないので、プラスチツク枠5でその枠5
の形通りに端子4を形作ることができる。このこ
とにより最終パツケージは米国特許第4114519号
に示されたソケツトのような適切なソケツトに嵌
め込むことも、また曲部6に作られた接続部をは
んだ付することによつてプリント回路板に固着さ
せることも可能となる。
Semiconductor chip 9 is bonded to ceramic substrate 1 by any suitable standard adhesive 11 well known in the art. Pads 13 on semiconductor chip 9 are connected to predetermined leads on lead frame 3 by suitable wires 15. The semiconductor chip 9 is hermetically sealed in the ceramic cap 17 using a glass-filled sealing compound 19. The ceramic cap 17 is sealed to the lead frame 3 and the ceramic substrate 1 by a glass-filled sealing compound 19. This ceramic cap 17 constitutes an airtight sealing means. A pouring filler material 21 is placed between the plastic frame 5 and the ceramic cap 17. The pour filler is made of epoxy, polyurethane or other material that acts as a filler between the plastic frame 5 and the ceramic cap 17. This filling material 21
is used because the ceramic cap 17 is not always placed in the correct position during manufacturing. A standard molded product is used for the ceramic substrate 1. The lead frame 3 is made of copper whose coefficient of thermal expansion matches that of ceramic, or of metal having copper on its surface. Copper is very flexible, bends easily, and has little strength, so the plastic frame 5
The terminal 4 can be formed according to the shape of the figure. This allows the final package to be fitted into a suitable socket, such as that shown in U.S. Pat. It is also possible to fix it.

以上、特定の好ましい実施例について本発明を
説明してきたが、当業者にとつて、その多くの変
形および変更は直ちに明らかとなる。従つて、本
願特許の請求範囲は、従来技術に鑑みてこのよう
な変形および変更を含むようにできるだけ広く解
釈されるべきものである。
Although the invention has been described with respect to specific preferred embodiments, many variations and modifications thereof will become readily apparent to those skilled in the art. Therefore, the scope of the claims of the present patent application should be interpreted as broadly as possible to include such modifications and changes in light of the prior art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例によるセラミツク半
導体パツケージを示す分解図、第2図は第1図に
示した部材を組み立て、パツケージにしたものを
示す斜視図、第3図は第2図のパツケージを矢印
3−3に沿つて見た断面図である。 1……セラミツク基板、3……リードフレー
ム、4……導電端子(端子)、5……絶縁わく
(プラスチツク枠)、9……半導体チツプ、15…
…ワイヤ、17……気密封止手段(セラミツクキ
ヤツプ)。
FIG. 1 is an exploded view showing a ceramic semiconductor package according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a package formed by assembling the members shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the package taken along arrow 3-3. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ceramic substrate, 3... Lead frame, 4... Conductive terminal (terminal), 5... Insulating frame (plastic frame), 9... Semiconductor chip, 15...
... wire, 17 ... hermetic sealing means (ceramic cap).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (a) セラミツク基板、 (b) 前記基板の表面に直接接着された、表面に銅
を有するリードフレーム、 (c) 前記リードフレームおよび前記基板に固定さ
れ、前記基板の外縁に位置している絶縁わく、 (d) 前記基板を超えかつ前記絶縁わくに沿つて前
記基板の前記表面に垂直に伸びている、前記リ
ードフレームと一体となつた導電端子、 (e) 前記基板に接着された半導体チツプ、 (f) 前記チツプを前記リードフレーム上の所定の
リード線に接続するワイヤ、 (g) 前記基板に接着され、前記チツプ、前記リー
ド線および前記ワイヤをその内部に封止する気
密封止手段からなることを特徴とする半導体チ
ツプキヤリヤ。 2 前記基板がアルミナおよびベリリアからなる
群から選ばれた組成物でできていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のキヤリヤ。 3 前記端子が容易に曲げられるようになつてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
キヤリヤ。
[Scope of Claims] 1 (a) a ceramic substrate; (b) a lead frame having copper on the surface and directly bonded to the surface of the substrate; (c) a lead frame fixed to the lead frame and the substrate, an insulating frame located at an outer edge; (d) a conductive terminal integral with the lead frame extending beyond the substrate and along the insulating frame and perpendicular to the surface of the substrate; (e) a conductive terminal integral with the lead frame; a semiconductor chip adhered to a substrate; (f) a wire connecting the chip to a predetermined lead on the lead frame; (g) a semiconductor chip adhered to the substrate and connecting the chip, the lead wire and the wire therein; A semiconductor chip carrier comprising an airtight sealing means. 2. The carrier of claim 1, wherein said substrate is made of a composition selected from the group consisting of alumina and beryllia. 3. The carrier of claim 1, wherein the terminal is adapted to be easily bent.
JP4065782A 1981-03-27 1982-03-15 Defect receiving terminal and ceramic chip carrier with radiating plate Granted JPS57166053A (en)

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US24859081A 1981-03-27 1981-03-27

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JPS57166053A JPS57166053A (en) 1982-10-13
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ID=22939765

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0739242Y2 (en) * 1987-12-22 1995-09-06 セイコーエプソン株式会社 Semiconductor device

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JPS57166053A (en) 1982-10-13

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