JPS6342147A - セラミツクパツケ−ジの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は放熱性に優れるセラミックパッケージを作業性
よく効率的に製造しうるセラミックパッケージの製造方
法に関する。

（背景技術） 近年半導体素子の大型化、高速化、高密度実装化が高ま
るにつれ、これに伴う発熱量の増大が極めて深刻な問題
となってきている。

これに対処すべく、第３図に示すように金属板から成る
ヒートシンクを備えたセラミックパッケージがある。

このセラミックパッケージ１０は、グリーンシートを積
層焼成してパンケージ本体１２を形成したのち、このパ
ッケージ本体１２に金属板から成るヒートシンク１４を
ろう材を用いて接合している。また場合によってはヒー
トシンク１４に放熱ファン（図示せず）を一体もしくは
別体に固定している。

しかしてヒートシンク１４上に半導体素子を固定してそ
の放熱を図るのである。

しかしこの従来例においては、パッケージ本体１２を焼
成してのちパフケージ本体１２にヒートシンク１４を接
合するものであるため、焼成工程とヒートシンク１４の
接合工程とが全く別個となり、作業性に劣り、また工数
が増大してコスト高となる問題点がある。

一部パッケージ自体を構成するセラミックの材料として
、近年熱伝導性に優れるＳｉＣ（炭化硅素）Ａｌｘ　（
窒化アルミニウム）などの素材の利用が開発されてきて
いる。

しかし、前者のＳｉＣは加工性が悪（、グリーンシート
の成形が実質上不可能であって積層加工ができないばか
りか、誘電率も高くて絶縁性に問題がある。また後者の
ｉＮ　も加工性に難があり、誘電率も比較的高く、さら
に化学的安定性に欠けるという問題がある。

また両者共に焼成温度が１７００〜２０００℃と高温で
ある上に、充分な接合強度をもつメタライジング法が未
だ得られていない。さらに上記ＳｉＣ，ＡＪＮなどのセ
ラミック素材は、従来のアルミナセラミックと比べて極
めて高価であり、コスト面において問題がある。

そこで本発明は上記問題点を解消すべくなされたもので
あり、その目的とするところは、熱放散性に優れるパッ
ケージを作業性よく効率的に製造でき、かつコストの低
減化が図れるセラミックパッケージの製造方法を提供す
るにある。

（発明の概要） 本発明は上記の問題点を解消するため次の構成を備える
。

すなわち、金属粉末、有機バインダーおよび可塑剤とか
らなる金属粉グリーンシートを形成し、この金属粉グリ
ーンシートとセラミック用グリーンシートとで、金属粉
グリーンシートが少なくとも半導体素子を搭載するステ
ージ部となる部位に、セラミック用グリーンシートが他
のパッケージ本体部となる部位になるように積層して未
焼成パッケージ体を形成し、この未焼成パ・ノケージ体
を還元または中性雰囲気中で焼成することを特徴とする
ものである。

（実施例） 以下には本発明の好適な一実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。

第１図は本発明方法におけるセラミックパッケージ２０
を示す。

２２は半導体素子が搭載されるステージ部となる部位で
あり、金属粉グリーンシートで形成される。２４はパフ
ケージ本体部となる部位でセラミック用グリーンシート
を積層して形成される。２６はその素子収納穴、２８は
メタライズ配線部、３゜は外部導通ビンである。

ステージ部となる部位２２は、金属粉グリーンシートが
パッケージ本体部となる部位２４下面全体に、素子収納
穴２６を覆って密着して積層して形成される。

なおステージ部となる部位２２は、第２図に示すように
、パフケージ本体部となる部位２４の下面の一部に亘っ
て形成するのでもよい。

金属粉グリーンシートは、金属粉末とポリビニルブチラ
ール系等の有機バインダーとジ−ｎ−ブチルフタレート
系等の可塑剤とを湿式ボールミル等により混練し、これ
をドクターブレード法等によってグリーンシートに形成
したものである。

セラミック用グリーンシートは、やはりセラミック材と
有機バインダーと可塑剤とを混練し、ドクターブレード
法等によってグリーンシートに形成したものである。

上記の金属粉グリーンシートとセラミック用グリーンシ
ートとを所望形状に加工して、さらにセラミ・ツク用グ
リーンシート上には必要なメタライジング配線パターン
等を形成したのち、両者を加熱圧着または用いたバイン
ダ一種と相溶性のある溶剤等を介して圧着して積層する
ことによって未焼成パッケージを形成して焼成し、その
後外部導通ピン３０を固着するのである。

なお上記金属粉グリーンシートには、焼成時の収縮率が
セラミック用グリーンシートと略等しくなるように調節
する目的およびセラミックと金属間との接合強度を調節
する目的から、Ａｊ２．Ｓｉ、Ｍｇ、　Ｃａｓ　ｒ＋、
　Ｃｒ、　Ｙ　、　Ｎｂの酸化物または窒化物を一種も
しくは複数種、０．０１〜ｌ０ＷＴ％添加したものを用
いるのが好ましい。あるいは上記酸化物、炭化物または
窒化物を含む層を金属粉グリーンシートとセラミック用
グリーンシートとの間に介在させて、焼成後のセラミッ
クと金属との間の接合強度を高めるようにしてもよい。

金属粉グリーンシートとセラミック用グリーンシートと
では、その金属粉末およびセラミック材が同一の焼成条
件で焼成しうる材料のものを選定する。

すなわち、セラミック材が１６００℃程度の高温焼成と
なるＡΩ２０３等の材料の場合には、金属粉末にＷ、Ｍ
Ｏ％あるいはＭｏ−Ｍｎ等の高温で焼結可能な金属また
は合金を用いる。

また、セラミック材が１０００℃以下の低温で焼成可能
な材料等の場合には、金属粉末にＣｕ、　Ｎｉ等の低温
で焼結可能な金属またはこれらを主体とした合金から成
るものを用いる。

以上のようにして成形した未焼成パッケージ体を、材料
が高温焼成用のときは１６００℃前後の焼成温度で、ま
た低温焼成用のときは１０００℃以下の焼成温度で、中
性または還元ガス雰囲気中で焼成することによって所望
のセラミックパッケージを得る。

得られたセラミックパッケージは、パッケージ本体がセ
ラミック製で、ステージ部がパッケージ本体と同時焼成
になる焼結金属製のものとなる。

しかしてステージ部上に搭載した半導体素子が発する熱
は、当該焼結金属体部に伝達され、その外表面から好適
に放熱されるものとなる。

特に金属粉末としてＣｕを用いた場合には放熱性に優れ
る。

また金属粉末としてＷ、Ｍｏ等を用いた場合には、これ
らの熱膨張率と、半導体素子およびこれをステージ上に
固定する金−シリコン共晶合金の熱膨張率とがほぼ同じ
であるので、半導体素子に歪を生じさせない。

金属粉末としてＣｕ−、Ｎｉ等を用いる場合には半導体
素子等との熱膨張率の差が問題となるが、この場合には
前述のようにＡ　ｌ　％　Ｓｉｓ　Ｍｇ等の酸化物、炭
化物または窒化物を添加して調整することとなる。

なお、ステージ部を含む焼結金属体部外表面に絶縁部が
必要なときは、必要に応じて焼成前に金属粉グリーンシ
ート上の所望部位にアルミナペースト等を印刷して同時
焼成して形成するか、あるいは焼成後に焼結金属体部に
樹脂膜を形成するようにすればよい。

また第１図のようなキャビティダウン型のパンケージに
おいては、焼結金属体部の外面に適宜な放熱ファン（図
示せず）を接続することも自由に行える。

本発明は同図に示すビングリッドアレイ型パッケージの
他、キャビティダウン型をとりうるパッケージ一般に用
いて好適である。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは
もちろんのことである。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るセラミックパッケージの製造
方法によれば、半導体素子の放熱を図る金属の部位を、
金属粉グリーンシートと、セラミック用グリーンシート
とを積層して未焼成パッケージ体を形成して、これを焼
成することでセラミ・ツクと同時に焼結全屈体として形
成するので、従来のように金属板を接合する工程が全く
不要となり、作業能率の大幅改善、工数の削減となり、
ひいてはコストの低減化が達成できるという著効を奏す
る。

また金属粉末としてＷ、Ｍｏ等を用いれば、放熱性が著
しく改善され、半導体素子との熱膨張率差も著しく小さ
くなり、半導体素子に歪を生じさせない。

さらに金属粉としてＣｕ、　Ｎｉ、セラミック材として
ガラス等の低温焼成材を用いれば、低温焼成材の本来の
低誘電率を保持したまま、高放熱性を有するセラミック
パッケージを提供しうるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明のセラミックパッ
ケージの断面説明図である。 第３図は従来のセラミックパッケージの断面説明図であ
る。 １０・・・セラミックパッケージ、 １２・・・パッケージ本体、 １４・・・ヒートシンク、　　２０・・・セラミックパ
ッケージ、　２２・・・ステージ部、２４・・・パッケ
ージ本体部、　２６・・・素子収納穴、　２８・・・メ
タライズ配線部、３０・・・外部導通ビン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属粉末、有機バインダーおよび可塑剤とからなる
   金属粉グリーンシートを形成し、 この金属粉グリーンシートとセラミック用 グリーンシートとで、金属粉グリーンシートが少なくと
   も半導体素子を搭載するステージ部となる部位に、セラ
   ミック用グリーンシートが他のパッケージ本体部となる
   部位になるように積層して未焼成パッケージ体を形成し
   、この未焼成パッケージ体を還元または中性 雰囲気中で焼成することを特徴とするセラミックパッケ
   ージの製造方法。 ２、金属粉グリーンシートに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ
   、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｙ、Ｎｂの酸化物、炭化物もしくは窒化
   物を一種または複数種、０．０１〜１０ｗｔ％添加した
   ものを用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のセラミックパッケージの製造方法。 ３、金属粉末としてＷ、Ｍｏ、Ｍｏ−Ｍｎ等の高温焼成
   用のものを用い、セラミック用グリーンシートのセラミ
   ック材としてＡｌ＿２Ｏ＿３等の高温焼成用のものを用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載のセラミックパッケージの製造方法。 ４、金属粉末としてＣｕ、Ｎｉ等の低温焼成用のものを
   用い、セラミック用グリーンシートのセラミック材とし
   て低温焼成用のものを用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のセラミックパッケージ
   の製造方法。