JP2003282751A - Package for high frequency, power module substrate for high frequency, and its manufacturing method - Google Patents
Package for high frequency, power module substrate for high frequency, and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体素子を実装
するための高周波用パッケージ、ならびに、ヒートシン
ク板とリング状枠体、及び外部接続端子を有し、半導体
素子を実装してなる高周波用パワーモジュール基板及び
その製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-frequency package for mounting a semiconductor element, and a high-frequency power package having a heat sink plate, a ring-shaped frame, and external connection terminals for mounting the semiconductor element. The present invention relates to a module substrate and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】高周波用パッケージは、例えば、移動体
通信の基地局等に用いるシリコンや、ガリウム砒素電界
効果トランジスタ等の高周波、高出力用の半導体素子を
実装するのに用いられる。この高周波用パッケージは、
半導体素子を実装するためのキャビティ部が、半導体素
子の高周波の領域での電気特性を悪化させないために、
略長方形状をした高放熱特性を有する金属板上に形成さ
れた半導体素子実装領域をセラミック製のリング状枠体
で囲繞するように接合して形成されている。そして、高
周波用パッケージは、半導体素子が実装された後、リン
グ状枠体上に接合される蓋体でキャビティ部を気密に封
止するようになっている。また、高周波信号は、リング
状枠体上と蓋体との間に接合された外部接続端子を介し
て入出力されるようになっている。2. Description of the Related Art A high frequency package is used for mounting a high frequency and high power semiconductor element such as silicon or gallium arsenide field effect transistor for use in a mobile communication base station. This high frequency package is
Since the cavity for mounting the semiconductor element does not deteriorate the electrical characteristics of the semiconductor element in the high frequency region,
The semiconductor element mounting region formed on a metal plate having a substantially rectangular shape and having high heat dissipation characteristics is formed by being joined so as to be surrounded by a ring frame made of ceramic. In the high frequency package, after the semiconductor element is mounted, the cavity is hermetically sealed with the lid joined to the ring-shaped frame. Further, the high frequency signal is inputted and outputted through an external connection terminal joined between the ring-shaped frame body and the lid body.
【0003】この高周波用パッケージは、セラミック製
のリング状枠体と、半導体素子からの発熱を効率よく放
熱するための放熱用の金属板からなるヒートシンク板と
の接合において、セラミックとヒートシンク板の熱膨張
係数を近似させて応力の発生を少なくし、パッケージに
発生する反りを回避することで、半導体素子の実装不良
の発生を防止している。In this high-frequency package, when the ceramic ring-shaped frame and the heat sink plate made of a metal plate for heat dissipation for efficiently dissipating the heat generated from the semiconductor element are joined, the heat of the ceramic and the heat sink plate is The expansion coefficient is approximated to reduce the generation of stress and avoid the warp generated in the package, thereby preventing the mounting failure of the semiconductor element.
【0004】図4(A)、(B)に従来の高周波用パッ
ケージ50の一例を示す。セラミックと熱膨張係数が近
似し、しかも放熱特性が比較的よいCu−W(ポーラス
状のタングステンに銅を含浸させたもの)からなるヒー
トシンク板51には、セラミック製のリング状枠体52
が、その裏面側に形成されたメタライズパターンを介し
てヒートシンク板51にAgろう53でろう付け接合さ
れている。更に、リング状枠体52には、表面側に形成
されたメタライズパターン(図示せず)を介して外部と
接続するための金属部材からなる外部接続端子54がA
gろう53でろう付け接合されている。ヒートシンク板
51、リング状枠体52、及び外部接続端子54には、
ろう付け接合された後、金属表面にNiめっき、及びA
uめっきが施されて高周波用パッケージ50を形成して
いる。略長方形状をしたヒートシンク板51の長手方向
の両端部には、固定部材に固定するための固定用切り欠
き部55が設けられている。4A and 4B show an example of a conventional high frequency package 50. A heat-sink plate 51 made of Cu-W (a porous tungsten in which copper is impregnated) having a thermal expansion coefficient similar to that of ceramic and having a relatively good heat dissipation property is attached to a ceramic ring-shaped frame 52.
However, it is brazed to the heat sink plate 51 with Ag brazing 53 through the metallized pattern formed on the back surface side. Further, the ring-shaped frame body 52 has an external connection terminal 54 made of a metal member for connecting to the outside through a metallization pattern (not shown) formed on the front surface side.
It is brazed with g brazing 53. The heat sink plate 51, the ring-shaped frame body 52, and the external connection terminal 54 are
After brazing and joining, Ni plating on the metal surface, and A
u plating is performed to form the high frequency package 50. Fixing notches 55 for fixing to a fixing member are provided at both ends in the longitudinal direction of the heat sink plate 51 having a substantially rectangular shape.
【0005】図5に示すように、この高周波用パッケー
ジ50には、半導体素子56がリング状枠体52の内側
のヒートシンク板51上にダイボンドされ、半導体素子
56と外部接続端子54とをボンディングワイヤ57で
接続した後、樹脂や、セラミックや、金属等からなる蓋
体58を用いてリング状枠体52の上部と外部接続端子
54を間に挟みながら樹脂接着剤59で接着して気密に
封止を行い、高周波用パワーモジュール基板60を形成
している。この高周波用パワーモジュール基板60は、
固定部材に固定用切り欠き部55でねじ止め等を行って
固定される。As shown in FIG. 5, in this high-frequency package 50, a semiconductor element 56 is die-bonded on a heat sink plate 51 inside a ring-shaped frame 52 to bond the semiconductor element 56 and an external connection terminal 54 with a bonding wire. After connecting with 57, a lid 58 made of resin, ceramic, metal, or the like is used to bond the upper portion of the ring-shaped frame 52 and the external connection terminal 54 with a resin adhesive 59 to hermetically seal them. Then, the high frequency power module substrate 60 is formed. This high frequency power module substrate 60 is
The fixing notch 55 is fixed to the fixing member by screwing or the like.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来の高周波用パッケージならびに高周波用パ
ワーモジュール基板及びその製造方法は、次のような問
題がある。
(1)半導体素子の高周波化が進む中において、高周波
の領域で電気特性を悪化させないために更なる高放熱化
の要求が強い。そこで、ヒートシンク板にCu−W(熱
伝導率が220W/mK程度)からなる金属板に代わっ
て熱伝導率が高く、安価なCu(熱伝導率が390W/
mK)板やCu合金板等のCu系金属板を使用するする
ことが考えられる。しかしながら、ヒートシンク板とセ
ラミック製のリング状枠体をAgろうからなる高温ろう
材で接合するときの熱膨張係数のミスマッチングから接
合面で応力が発生し、高周波用パッケージに大きな反り
が発生する。この反りによって、半導体素子が実装でき
ない場合が発生している。また、半導体素子が実装でき
たとしても、高周波用パワーモジュール基板を固定部材
に固定するときに曲げが発生して、半導体素子を破壊す
る場合が発生している。However, the above-described conventional high-frequency package, high-frequency power module substrate, and manufacturing method thereof have the following problems. (1) While semiconductor devices have higher frequencies, there is a strong demand for higher heat dissipation in order to prevent deterioration of electrical characteristics in the high frequency region. Therefore, in place of the metal plate made of Cu-W (heat conductivity is about 220 W / mK) for the heat sink plate, high heat conductivity and inexpensive Cu (heat conductivity is 390 W / mK) are used.
It is conceivable to use a Cu-based metal plate such as a mK) plate or a Cu alloy plate. However, when the heat sink plate and the ceramic ring-shaped frame are joined with a high-temperature brazing material made of Ag brazing, stress is generated at the joint surface due to a mismatch of thermal expansion coefficients, and a large warp occurs in the high-frequency package. Due to this warpage, there are cases where semiconductor elements cannot be mounted. Even if the semiconductor element can be mounted, bending may occur when the high frequency power module substrate is fixed to the fixing member, and the semiconductor element may be destroyed.
【0007】(2)移動体通信の基地局等に用いられる
高周波用パワーモジュール基板は、低コストの要求が高
い。しかしながら、ヒートシンク板に比較的高価なCu
−Wからなる金属板を用いる場合においては、低コスト
化に限界が生じている。(2) A high-frequency power module substrate used for a mobile communication base station or the like is highly required to be low in cost. However, the heat sink plate has a relatively expensive Cu
When using a metal plate made of -W, there is a limit to cost reduction.
【0008】(3)蓋体を樹脂で接合する高周波用パワ
ーモジュール基板は、樹脂から発生する水分及びキャビ
ティ部内の空気中の水分がキャビティ部に含まれた状態
で気密封止される。この状態で環境試験等を行った時
に、キャビティ部内で露結し、そこに電圧が掛けられる
と、ヒートシンク板とリング状枠体、及びリング状枠体
と外部接続端子の接合に使用したAgろうのAgがイオ
ン化し、Agが析出して樹枝状に成長し、セラミック製
のリング状枠体の内部側壁に樹枝状晶(デントライト)
が発生することが考えられる。これにより、外部接続端
子とヒートシンク板が短絡を起こす場合がある。(3) The power module substrate for high frequency in which the lid is joined with resin is hermetically sealed in a state where the moisture generated from the resin and the moisture in the air in the cavity are contained in the cavity. When an environmental test is conducted in this state, if condensation occurs in the cavity and a voltage is applied to it, the Ag solder used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame, and the ring-shaped frame and the external connection terminal. Ag ionizes, Ag precipitates and grows in a dendrite form, and dendritic crystals (dentrite) are formed on the inner side wall of the ceramic ring frame.
May occur. This may cause a short circuit between the external connection terminal and the heat sink plate.
【0009】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、安価で高放熱特性を有するヒートシンク板
が使用でき、反りやデントライトの発生を防止する高周
波用パッケージならびに高周波用パワーモジュール基板
及びその製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to use a heat sink plate which is inexpensive and has a high heat dissipation characteristic, and which prevents generation of warpage and dent light, and a high frequency power module substrate. And its manufacturing method.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係る高周波用パッケージは、略長方形状からなるヒート
シンク板の表面にリング状枠体を接合して有する高周波
用パッケージにおいて、ヒートシンク板が高放熱特性を
有するCu又はCu系金属板からなり、リング状枠体が
電気絶縁性を有する樹脂又はセラミックの絶縁体からな
り、しかも、ヒートシンク板とリング状枠体が樹脂、半
田、又はガラスからなる低融点接合材で接合されてい
る。これにより、ヒートシンク板が安価なCu又はCu
系金属板からなり、パッケージを安価にすることができ
る。また、ヒートシンク板とリング状枠体との接合に低
温度で接合できる低融点接合材を用いているので、熱膨
張係数の差の影響を受けることが少なく、反りの発生を
防止することができる。更に、ヒートシンク板とリング
状枠体との接合にAgろうを用いないので、デントライ
トの発生を防止することができる。A high frequency package according to the present invention which meets the above-mentioned object is a high frequency package in which a ring-shaped frame is joined to the surface of a heat sink plate having a substantially rectangular shape. The heat sink plate and the ring-shaped frame are made of resin, solder, or glass. The heat-sink plate and the ring-shaped frame are made of Cu or a Cu-based metal plate having a heat dissipation property, the ring-shaped frame is made of an electrically insulating resin or ceramic insulator. It is bonded with a low melting point bonding material. As a result, the heat sink plate is inexpensive Cu or Cu.
The package can be made inexpensive because it is made of a metal plate. Further, since the low melting point bonding material that can be bonded at a low temperature is used for bonding the heat sink plate and the ring-shaped frame body, it is less affected by the difference in thermal expansion coefficient, and the occurrence of warpage can be prevented. . Furthermore, since Ag brazing is not used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame, it is possible to prevent the occurrence of dentrite.
【0011】前記目的に沿う本発明に係る高周波用パワ
ーモジュール基板は、ヒートシンク板とリング状枠体、
及び外部接続端子を有し、半導体素子を実装して気密に
封止する蓋体を有する高周波用パワーモジュール基板に
おいて、ヒートシンク板が高放熱特性を有するCu又は
Cu系金属板からなり、リング状枠体が電気絶縁性を有
する樹脂又はセラミックの絶縁体からなり、ヒートシン
ク板とリング状枠体で形成するキャビティ部には半導体
素子が実装され、しかも、上面側に外部接続端子が樹
脂、ろう材、ガラス、又は半田からなる接合部材を介し
て接合されているリング状枠体の下面側とヒートシンク
板が樹脂、半田、又はガラスからなる低融点接合材で接
合されており、蓋体でキャビティ部が気密に封止されて
いる。これにより、ヒートシンク板が安価なCu又はC
u系金属板からなり、高周波用パワーモジュール基板を
安価にすることができる。また、ヒートシンク板とリン
グ状枠体との接合に低温度で接合できる低融点接合材を
用いているので、熱膨張係数の差により発生する応力の
影響を受けることが少なく、反りの発生を防止すること
ができる。更に、ヒートシンク板とリング状枠体との接
合にAgろうを用いないので、デントライトの発生を防
止することができる。A high-frequency power module substrate according to the present invention which meets the above-mentioned object includes a heat sink plate and a ring-shaped frame,
And a power module board for high frequency having an external connection terminal and a lid for hermetically sealing a semiconductor element mounted thereon, wherein the heat sink plate is made of Cu or a Cu-based metal plate having a high heat dissipation property, and has a ring-shaped frame. The body is made of an electrically insulating resin or ceramic insulator, the semiconductor element is mounted in the cavity formed by the heat sink plate and the ring-shaped frame, and the external connection terminals are made of resin, a brazing material, The lower surface side of the ring-shaped frame that is joined via a joining member made of glass or solder and the heat sink plate are joined by a low melting point joining material made of resin, solder, or glass, and the cavity part is formed by the lid. It is hermetically sealed. As a result, the heat sink plate is inexpensive Cu or C.
The high-frequency power module substrate made of a u-based metal plate can be made inexpensive. In addition, since a low melting point bonding material that can be bonded at a low temperature is used to bond the heat sink plate and the ring-shaped frame, it is less affected by the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient and the occurrence of warpage is prevented. can do. Furthermore, since Ag brazing is not used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame, it is possible to prevent the occurrence of dentrite.
【0012】前記目的に沿う本発明に係る高周波用パワ
ーモジュール基板の製造方法は、高放熱特性を有する金
属からなるヒートシンク板と絶縁体からなるリング状枠
体で形成するキャビティ部に半導体素子を接合し、金属
板からなる外部接続端子で電気的に接続する高周波用パ
ワーモジュール基板の製造方法において、リング状枠体
が樹脂又はセラミックからなり、リング状枠体の上面に
外部接続端子を樹脂、ろう材、ガラス、又は半田からな
る接合部材で接合する第1工程と、ヒートシンク板のキ
ャビティ部を形成する部分に半導体素子をダイボンドす
る第2工程と、ヒートシンク板にダイボンドされた半導
体素子を囲繞するように、ヒートシンク板にリング状枠
体の下面を樹脂、半田、又はガラスからなる低融点接合
材を介して当接して接合する第3工程と、半導体素子と
外部接続端子をボンディングワイヤで接続する第4工程
と、キャビティ部を蓋体で接合して半導体素子を気密に
封止する第5工程を有する。これにより、ヒートシンク
板に安価なCu又はCu系金属板を用いて、高周波用パ
ワーモジュール基板を安価に製造することができる。ま
た、ヒートシンク板とリング状枠体との接合に低温度で
接合できる低融点接合材を用いて接合するので、熱膨張
係数の差から発生する応力の影響を受けることが少な
く、反りの発生を防止することができる高周波用パワー
モジュール基板を製造することができる。更に、ヒート
シンク板とリング状枠体との接合にAgろうを用いるこ
となく製造しているので、デントライトの発生を防止す
ることができる高周波用パワーモジュール基板を製造す
ることができる。In the method of manufacturing a high frequency power module substrate according to the present invention, which meets the above-mentioned object, a semiconductor element is bonded to a cavity portion formed by a heat sink plate made of metal having a high heat dissipation characteristic and a ring-shaped frame made of an insulator. Then, in the method of manufacturing a high frequency power module substrate which is electrically connected by an external connection terminal made of a metal plate, the ring-shaped frame body is made of resin or ceramic, and the external connection terminal is made of resin or solder on the upper surface of the ring-shaped frame body. A first step of joining with a joining member made of a material, glass, or solder, a second step of die-bonding a semiconductor element to a portion of the heat sink plate that forms a cavity, and a step of surrounding the semiconductor element die-bonded to the heat sink plate. The lower surface of the ring-shaped frame body against the heat sink plate through a low melting point bonding material made of resin, solder, or glass. And a third step of bonding, a fourth step of connecting the semiconductor element and the external connection terminal by a bonding wire, a fifth step of sealing the semiconductor element hermetically bonded to the cavity portion in the lid. This makes it possible to inexpensively manufacture the high-frequency power module substrate by using an inexpensive Cu or Cu-based metal plate for the heat sink plate. Moreover, since the heat sink plate and the ring-shaped frame are joined using a low-melting-point joining material that can be joined at a low temperature, the influence of the stress generated due to the difference in the thermal expansion coefficient is less likely to occur, and the warpage is prevented. A high frequency power module substrate that can be prevented can be manufactured. Further, since the heat sink plate and the ring-shaped frame are joined without using Ag brazing, it is possible to produce a high-frequency power module substrate capable of preventing the generation of dentrite.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本
発明の理解に供する。ここに、図1(A)、(B)はそ
れぞれ本発明の一実施の形態に係る高周波用パッケージ
の平面図、正面図、図2(A)、(B)はそれぞれ本発
明の一実施の形態に係る高周波用パワーモジュール基板
の平面図、A−A’線拡大縦断面図、図3(A)〜
(E)はそれぞれ同高周波用パワーモジュール基板の製
造方法の説明図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, referring to the attached drawings, an embodiment in which the present invention is embodied will be described to provide an understanding of the present invention. 1A and 1B are a plan view and a front view of a high-frequency package according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are one embodiment of the present invention. 3A is a plan view of the high-frequency power module substrate according to the embodiment, FIG.
(E) is each explanatory drawing of the manufacturing method of the same high frequency power module substrate.
【0014】図1(A)、(B)に示すように、本発明
の一実施の形態に係る高周波用パッケージ10は、略長
方形状からなり、高放熱特性を有するCu又はCu合金
等のCu系金属板で形成されるヒートシンク板11と、
絶縁体からなり、電気絶縁性を有する樹脂又はセラミッ
クのリング状枠体12を有している。ヒートシンク板1
1の長手方向中央部表面とリング状枠体12は、エポキ
シ等の樹脂、Pb−Sn系等の半田、又は低融点のガラ
スからなる低融点接合材13で接合されている。低融点
接合材13が半田からなる場合には、リング状枠体12
のヒートシンク板11との接合面にメタライズパターン
が形成されて、このメタライズパターンを介してリング
状枠体12とヒートシンク板11が接合されている。As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), a high frequency package 10 according to an embodiment of the present invention has a substantially rectangular shape, and has a high heat dissipation characteristic such as Cu or Cu alloy. A heat sink plate 11 formed of a metal plate,
It is made of an insulating material and has a ring-shaped frame 12 made of a resin or a ceramic having an electric insulation property. Heat sink plate 1
The surface of the central portion in the longitudinal direction of No. 1 and the ring-shaped frame body 12 are joined by a low melting point bonding material 13 made of resin such as epoxy, Pb—Sn based solder, or low melting point glass. When the low melting point bonding material 13 is made of solder, the ring-shaped frame 12
A metallized pattern is formed on the joint surface with the heat sink plate 11, and the ring-shaped frame 12 and the heat sink plate 11 are joined via this metallized pattern.
【0015】なお、リング状枠体12の上面には、鉄系
や、銅系等の薄い金属板からなるリードフレーム形状の
外部接続端子14が、樹脂、ろう材、ガラス、又は半田
等の接合部材15を介して接合されていてもよい。ま
た、ヒートシンク板11には、略長方形状の長手方向の
両端部に、この高周波用パッケージ10を固定するため
の固定用切り欠き部16が設けられており、外部の固定
部材にねじ止め等を行うために使用される。そして、こ
の高周波用パッケージ10の金属表面には、Niめっき
及びAuめっきが施されている。この高周波用パッケー
ジ10には、ヒートシンク板11とリング状枠体12の
接合に用いた低融点接合材13の接合時の温度より低い
温度の接合材、例えば、Agペースト(接合温度は約1
50℃)等を用いることで半導体素子を接合することが
できる。On the upper surface of the ring-shaped frame body 12, a lead frame-shaped external connection terminal 14 made of a thin metal plate such as an iron-based or copper-based material is joined by resin, a brazing material, glass, solder or the like. It may be joined via the member 15. Further, the heat sink plate 11 is provided with fixing notches 16 for fixing the high frequency package 10 at both ends in a substantially rectangular shape in the longitudinal direction, and is fixed to an external fixing member with screws or the like. Used to do. The metal surface of the high frequency package 10 is plated with Ni and Au. In this high frequency package 10, a bonding material having a temperature lower than the temperature at the time of bonding the low melting point bonding material 13 used for bonding the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12, for example, Ag paste (bonding temperature is about 1
The semiconductor element can be bonded by using (50 ° C.) or the like.
【0016】次いで、図2(A)、(B)に示すよう
に、本発明の一実施の形態に係る高周波用パワーモジュ
ール基板20は、ヒートシンク板11と、リング状枠体
12、及び外部接続端子14を有し、キャビティ部21
に半導体素子22を実装して有し、キャビティ部21内
を気密に封止する蓋体24を有している。Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, a high frequency power module substrate 20 according to an embodiment of the present invention includes a heat sink plate 11, a ring-shaped frame body 12, and an external connection. It has a terminal 14 and a cavity portion 21.
The semiconductor element 22 is mounted on and has a lid 24 that hermetically seals the inside of the cavity 21.
【0017】このヒートシンク板11は、略長方形状か
らなり、高放熱特性を有するCu又はCu合金等のCu
系金属板で形成されている。また、リング状枠体12
は、電気絶縁性を有する樹脂又はセラミックからなる絶
縁体で形成されている。そして、ヒートシンク板11と
リング状枠体12を接合して形成するキャビティ部21
のヒートシンク板11の上に、半導体素子22が、例え
ば、Au−Snろうからなるダイアタッチ材23を介し
てダイボンドされている。リング状枠体12の上面側に
は、Fe系や、Cu系等の薄い金属板からなるリードフ
レーム形状の外部接続端子14が、例えば、エポキシ等
の樹脂、Agろう材等のろう材、低融点や高融点のガラ
ス、又はPb−Sn半田等の半田からなる低融点や高融
点の接合部材15を介して接合されている。また、リン
グ状枠体12の下面側には、ヒートシンク板11がエポ
キシ等の樹脂、Pb−Sn半田等の半田、又は低融点の
ガラスからなる低融点接合材13を介して接合されてい
る。蓋体24は、樹脂や、セラミックや、金属部材等を
用いて外形寸法がリング状枠体12と実質的に同じ大き
さからなり、例えば、箱型に形成されている。そして、
蓋体24は、キャビティ部21に実装されている半導体
素子22を気密に保つために、リング状枠体12や、外
部接続端子14の上面側にエポキシ等の樹脂接着剤25
を介して被せられて接合され、キャビティ部21内の半
導体素子22を気密に封止している。The heat sink plate 11 has a substantially rectangular shape and has a high heat dissipation property such as Cu or Cu alloy.
It is made of a metal plate. In addition, the ring-shaped frame 12
Is formed of an insulator made of resin or ceramic having electrical insulation properties. Then, the cavity portion 21 formed by joining the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame body 12 together
The semiconductor element 22 is die-bonded onto the heat sink plate 11 via a die attach material 23 made of, for example, Au—Sn solder. On the upper surface side of the ring-shaped frame body 12, a lead frame-shaped external connection terminal 14 made of a thin metal plate such as Fe-based or Cu-based is provided, for example, resin such as epoxy, brazing material such as Ag brazing material, low Bonding is performed through a low-melting point or high-melting point joining member 15 made of glass having a melting point or a high melting point, or solder such as Pb-Sn solder. A heat sink plate 11 is joined to the lower surface side of the ring-shaped frame 12 via a resin such as epoxy, a solder such as Pb-Sn solder, or a low melting point bonding material 13 made of low melting point glass. The lid 24 is made of resin, ceramics, a metal member, or the like and has an outer dimension substantially the same as that of the ring-shaped frame 12, and is formed in, for example, a box shape. And
The lid 24 has a resin adhesive 25 such as epoxy on the upper surface of the ring-shaped frame 12 and the external connection terminals 14 in order to keep the semiconductor element 22 mounted in the cavity 21 airtight.
The semiconductor element 22 in the cavity portion 21 is hermetically sealed by being covered and bonded via.
【0018】なお、半導体素子22と外部接続端子14
との接続はボンディングワイヤ26で接続されている。
また、ヒートシンク板11には、略長方形状の長手方向
の両端部に、高周波用パワーモジュール基板20を固定
部材に固定するための固定用切り欠き部16が設けられ
ており、固定部材にねじ止め等で固定するのに使用され
る。The semiconductor element 22 and the external connection terminal 14
The bonding wire 26 is used for the connection with.
Further, the heat sink plate 11 is provided with fixing notches 16 for fixing the high frequency power module substrate 20 to the fixing member at both ends in the longitudinal direction of the substantially rectangular shape, and is screwed to the fixing member. Used to fix with etc.
【0019】次いで、図3(A)〜(E)を参照しなが
ら本発明の一実施の形態に係る高周波用パワーモジュー
ル基板20の製造方法を説明する。図3(A)に示すよ
うに、樹脂又はセラミックからなるリング状枠体12の
上面には、エポキシ等の樹脂、Au−Snろう材等のろ
う材、低融点や、高融点からなるガラス、又はPb−S
n系等の半田からなる接合部材15で外部接続端子14
が接合されている。なお、このリング状枠体12は、絶
縁性の樹脂を額縁状に成形して形成したり、又はアルミ
ナ(Al2O3)等のセラミック粉末を額縁状にプレス
して成形したり、あるいはシート状のセラミックグリー
ンシートを成形して複数枚を重ね合わせて積層して額縁
状に成形したりして形成している。また、外部接続端子
14は、Fe系や、Cu系等の薄い金属板を打ち抜き金
型等を用いてリードフレーム形状に打ち抜いて形成して
いる。Next, a method of manufacturing the high frequency power module board 20 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3A, on the upper surface of the ring-shaped frame body 12 made of resin or ceramic, resin such as epoxy, brazing material such as Au—Sn brazing material, glass having a low melting point or high melting point, Or Pb-S
The external connection terminal 14 is formed by the joining member 15 made of n-type solder or the like.
Are joined. The ring-shaped frame 12 is formed by molding an insulating resin in a frame shape, or by pressing a ceramic powder such as alumina (Al 2 O 3 ) in a frame shape, or a sheet. Shaped ceramic green sheets are formed, and a plurality of sheets are stacked and laminated to form a frame shape. The external connection terminal 14 is formed by punching a thin metal plate such as Fe-based or Cu-based into a lead frame shape using a punching die or the like.
【0020】次いで、図3(B)に示すように、Cu又
はCu系金属板からなる高放熱特性を有するヒートシン
ク板11とリング状枠体12を接合させたらキャビティ
部21(図3(C)参照)を形成する部分に、半導体素
子22をAu−Snろう(接合温度は約320℃)や、
Au−Siろう(接合温度は約400℃)等のダイアタ
ッチ材23を用いてダイボンドしている。Next, as shown in FIG. 3B, when the heat sink plate 11 made of Cu or a Cu-based metal plate and having a high heat dissipation characteristic and the ring-shaped frame 12 are joined, the cavity portion 21 (FIG. 3C) is formed. (Refer to FIG. 3), the semiconductor element 22 is formed of Au—Sn solder (junction temperature is about 320 ° C.),
Die-bonding is performed using a die attach material 23 such as Au-Si solder (bonding temperature is about 400 ° C.).
【0021】次いで、図3(C)に示すように、ヒート
シンク板11上にダイアタッチ材23を介してダイボン
ドされた半導体素子22を、外部接続端子14が接合部
材15で接合されているリング状枠体12の貫通孔の内
側壁27で囲繞するようにして、ヒートシンク板11に
リング状枠体12の下面を、エポキシ等の樹脂、低融点
のガラス、又はPb−Sn系等の半田からなる低融点接
合材13を介して当接して接合している。これにより、
ヒートシンク板11とリング状枠体12で囲まれた内部
には、キャビティ部21が形成される。低融点接合材1
3を用いてキャビティ部21を形成することができるの
は、キャビティ部21を形成する前に低融点接合材13
の接合温度より高い接合温度のダイアタッチ材23を用
いて半導体素子を22を接合しているからである。従っ
て、キャビティ部21を形成するのにAgろうを用いな
くてもよいので、デントライトの発生を防止することが
できる。Next, as shown in FIG. 3C, the semiconductor element 22 die-bonded on the heat sink plate 11 via the die attach material 23 is joined to the external connection terminal 14 by the joining member 15 to form a ring shape. The heat sink plate 11 is surrounded by the inner side wall 27 of the through hole of the frame body 12, and the lower surface of the ring-shaped frame body 12 is made of resin such as epoxy, low-melting glass, or solder such as Pb-Sn system. The low melting point bonding material 13 is abutted and bonded. This allows
A cavity 21 is formed inside the heat sink plate 11 and the ring-shaped frame 12. Low melting point bonding material 1
3 can be used to form the cavity portion 21 because the low melting point bonding material 13 is formed before the cavity portion 21 is formed.
This is because the semiconductor element 22 is bonded by using the die attach material 23 having a bonding temperature higher than the bonding temperature of. Therefore, since it is not necessary to use Ag brazing to form the cavity portion 21, it is possible to prevent the occurrence of dentrite.
【0022】次いで、図3(D)に示すように、ヒート
シンク板11上に接合された半導体素子22のボンディ
ングパッド(図示せず)と外部接続端子14の端部とを
ボンディングワイヤ26で接続している。これにより、
高周波信号は、リング状枠体12上と蓋体24(図3
(E)参照)との間に接合された外部接続端子14を介
して半導体素子22との間で入出力させることができ
る。Next, as shown in FIG. 3D, the bonding pads (not shown) of the semiconductor element 22 bonded on the heat sink plate 11 and the ends of the external connection terminals 14 are connected by the bonding wires 26. ing. This allows
The high-frequency signal is transmitted through the ring-shaped frame 12 and the lid 24 (see FIG. 3).
Input and output can be performed with the semiconductor element 22 through the external connection terminal 14 that is joined to (see (E)).
【0023】次いで、図3(E)に示すように、半導体
素子22が実装されているキャビティ部21には、半導
体素子22を気密に保つために、蓋体24がリング状枠
体12と外部接続端子14の上面側にエポキシ等の樹脂
接着剤25を介して被せられて接合され、キャビティ部
21内の半導体素子22が気密に封止されている。蓋体
24は、樹脂や、セラミックや、金属部材等からなり、
外形寸法がリング状枠体12と実質的に同じ大きさで、
例えば、箱型に形成されている。Next, as shown in FIG. 3 (E), in the cavity portion 21 in which the semiconductor element 22 is mounted, a lid 24 is attached to the ring-shaped frame 12 and the outside in order to keep the semiconductor element 22 airtight. The upper surface side of the connection terminal 14 is covered and bonded via a resin adhesive 25 such as epoxy, and the semiconductor element 22 in the cavity 21 is hermetically sealed. The lid 24 is made of resin, ceramic, metal member, or the like,
The outer dimensions are substantially the same as the ring-shaped frame 12,
For example, it is formed in a box shape.
【0024】[0024]
【発明の効果】請求項1記載の高周波用パッケージは、
ヒートシンク板が高放熱特性を有するCu又はCu系金
属板からなり、リング状枠体が電気絶縁性を有する樹脂
又はセラミックの絶縁体からなり、しかも、ヒートシン
ク板とリング状枠体が樹脂、半田、又はガラスからなる
低融点接合材で接合されているので、ヒートシンク板が
安価であり、パッケージを安価にすることができる。ま
た、ヒートシンク板とリング状枠体との接合温度が低
く、熱膨張係数の差による応力の発生の影響を受けるこ
とが少なくて反りの発生を防止することができる。更
に、ヒートシンク板とリング状枠体との接合にAgろう
を用いないので、デントライトの発生を防止することが
できる。The high frequency package according to claim 1 is
The heat sink plate is made of Cu or a Cu-based metal plate having high heat dissipation properties, the ring-shaped frame body is made of an electrically insulating resin or ceramic insulator, and the heat sink plate and the ring-shaped frame body are made of resin, solder, Alternatively, the heat sink plate is inexpensive and the package can be inexpensive because the low melting point bonding material made of glass is used for bonding. Further, since the joining temperature between the heat sink plate and the ring-shaped frame is low, it is less affected by the generation of stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and the occurrence of warpage can be prevented. Furthermore, since Ag brazing is not used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame, it is possible to prevent the occurrence of dentrite.
【0025】請求項2記載の高周波用パワーモジュール
基板は、ヒートシンク板が高放熱特性を有するCu又は
Cu系金属板からなり、リング状枠体が電気絶縁性を有
する樹脂又はセラミックの絶縁体からなり、ヒートシン
ク板とリング状枠体で形成するキャビティ部には半導体
素子が実装され、しかも、上面側に外部接続端子が樹
脂、ろう材、ガラス、又は半田からなる接合部材を介し
て接合されているリング状枠体の下面側とヒートシンク
板が樹脂、半田、又はガラスからなる低融点接合材で接
合されており、蓋体でキャビティ部が気密に封止されて
いるので、ヒートシンク板が安価であり、高周波用パワ
ーモジュール基板を安価にすることができる。また、ヒ
ートシンク板とリング状枠体との接合温度が低く、熱膨
張係数の差の影響を受けることが少なくて反りの発生を
防止することができる。更に、ヒートシンク板とリング
状枠体との接合にAgろうを用いないので、デントライ
トの発生を防止することができる。In the high frequency power module substrate according to the present invention, the heat sink plate is made of Cu or a Cu-based metal plate having a high heat dissipation characteristic, and the ring-shaped frame is made of an electrically insulating resin or ceramic insulator. The semiconductor element is mounted in the cavity formed by the heat sink plate and the ring-shaped frame, and the external connection terminals are bonded to the upper surface side through a bonding member made of resin, a brazing material, glass, or solder. Since the lower surface of the ring-shaped frame and the heat sink plate are joined with a low melting point bonding material made of resin, solder or glass, and the cavity is hermetically sealed by the lid, the heat sink plate is inexpensive. The cost of the high frequency power module substrate can be reduced. In addition, since the joining temperature between the heat sink plate and the ring-shaped frame is low, it is less affected by the difference in the coefficient of thermal expansion, and the occurrence of warpage can be prevented. Furthermore, since Ag brazing is not used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame, it is possible to prevent the occurrence of dentrite.
【0026】請求項3記載の高周波用パワーモジュール
基板の製造方法は、リング状枠体が樹脂又はセラミック
からなり、リング状枠体の上面に外部接続端子を樹脂、
ろう材、ガラス、又は半田からなる接合部材で接合する
第1工程と、ヒートシンク板のキャビティ部を形成する
部分に半導体素子をダイボンドする第2工程と、ヒート
シンク板にダイボンドされた半導体素子を囲繞するよう
に、ヒートシンク板にリング状枠体の下面を樹脂、半
田、又はガラスからなる低融点接合材を介して当接して
接合する第3工程と、半導体素子と外部接続端子をボン
ディングワイヤで接続する第4工程と、キャビティ部を
蓋体で接合して半導体素子を気密に封止する第5工程を
有するので、ヒートシンク板に安価なCu又はCu系金
属板を用いて、高周波用パワーモジュール基板を安価に
製造することができる。また、ヒートシンク板とリング
状枠体との接合に低温度で接合できる低融点接合材を用
いて接合し、熱膨張係数の差から発生する応力の影響を
受けることが少なく、反りの発生を防止することができ
る高周波用パワーモジュール基板を製造することができ
る。更に、ヒートシンク板とリング状枠体との接合にA
gろうを用いることなく製造して、デントライトの発生
を防止することができる高周波用パワーモジュール基板
を製造することができる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a high frequency power module substrate manufacturing method, wherein the ring-shaped frame body is made of resin or ceramic, and the external connection terminal is made of resin on the upper surface of the ring-shaped frame body.
A first step of joining with a joining member made of a brazing material, glass, or a solder, a second step of die-bonding a semiconductor element to a portion of the heat sink plate forming a cavity portion, and a step of surrounding the semiconductor element die-bonded to the heat sink plate. As described above, the third step of abutting and joining the lower surface of the ring-shaped frame body to the heat sink plate via the low melting point bonding material made of resin, solder, or glass, and connecting the semiconductor element and the external connection terminal with a bonding wire Since it has a fourth step and a fifth step of hermetically sealing the semiconductor element by joining the cavity portion with the lid, a high-frequency power module substrate is manufactured by using an inexpensive Cu or Cu-based metal plate for the heat sink plate. It can be manufactured at low cost. In addition, the heat sink plate and the ring-shaped frame are joined using a low melting point joining material that can be joined at a low temperature, and are less affected by the stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient, preventing the occurrence of warpage. It is possible to manufacture a high frequency power module substrate that can be manufactured. In addition, A is used for joining the heat sink plate and the ring-shaped frame.
It is possible to manufacture a high frequency power module substrate capable of preventing the occurrence of dentrite by manufacturing without using g wax.
【図1】(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形
態に係る高周波用パッケージの平面図、正面図である。1A and 1B are a plan view and a front view, respectively, of a high frequency package according to an embodiment of the present invention.
【図2】(A)、(B)はそれぞれ本発明の一実施の形
態に係る高周波用パワーモジュール基板の平面図、A−
A’線拡大縦断面図である。2 (A) and 2 (B) are plan views of a high frequency power module substrate according to an embodiment of the present invention, respectively.
It is an A'line expanded longitudinal cross-sectional view.
【図3】(A)〜(E)はそれぞれ同高周波用パワーモ
ジュール基板の製造方法の説明図である。3A to 3E are explanatory views of a method of manufacturing the same high-frequency power module substrate.
【図4】(A)、(B)はそれぞれ従来の高周波用パッ
ケージの平面図、正面図である。4A and 4B are respectively a plan view and a front view of a conventional high frequency package.
【図5】従来の高周波用パワーモジュール基板の説明図
である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional high frequency power module substrate.
10:高周波用パッケージ、11:ヒートシンク板、1
2:リング状枠体、13:低融点接合材、14:外部接
続端子、15:接合部材、16:固定用切り欠き部、2
0:高周波用パワーモジュール基板、21:キャビティ
部、22:半導体素子、23:ダイアタッチ材、24:
蓋体、25:樹脂接着剤、26:ボンディングワイヤ、
27:内側壁10: high frequency package, 11: heat sink plate, 1
2: ring-shaped frame, 13: low melting point bonding material, 14: external connection terminal, 15: bonding member, 16: notch for fixing, 2
0: Power module substrate for high frequency, 21: Cavity part, 22: Semiconductor element, 23: Die attach material, 24:
Lid, 25: Resin adhesive, 26: Bonding wire,
27: Inner wall
Claims (3)
面にリング状枠体を接合して有する高周波用パッケージ
において、 前記ヒートシンク板が高放熱特性を有するCu又はCu
系金属板からなり、前記リング状枠体が電気絶縁性を有
する樹脂又はセラミックの絶縁体からなり、しかも、前
記ヒートシンク板と前記リング状枠体が樹脂、半田、又
はガラスからなる低融点接合材で接合されていることを
特徴とする高周波用パッケージ。1. A high frequency package comprising a heat sink plate having a substantially rectangular shape and a ring-shaped frame joined to the surface of the heat sink plate, wherein the heat sink plate is Cu or Cu having high heat dissipation characteristics.
A low melting point bonding material made of a system metal plate, the ring-shaped frame made of an electrically insulating resin or ceramic insulator, and the heat sink plate and the ring-shaped frame made of resin, solder, or glass. A high-frequency package characterized by being bonded together.
部接続端子を有し、半導体素子を実装して気密に封止す
る蓋体を有する高周波用パワーモジュール基板におい
て、 前記ヒートシンク板が高放熱特性を有するCu又はCu
系金属板からなり、前記リング状枠体が電気絶縁性を有
する樹脂又はセラミックの絶縁体からなり、前記ヒート
シンク板と前記リング状枠体で形成するキャビティ部に
は前記半導体素子が実装され、しかも、上面側に前記外
部接続端子が樹脂、ろう材、ガラス、又は半田からなる
接合部材を介して接合されている前記リング状枠体の下
面側と前記ヒートシンク板が樹脂、半田、又はガラスか
らなる低融点接合材で接合されており、前記蓋体で前記
キャビティ部が気密に封止されていることを特徴とする
高周波用パワーモジュール基板。2. A high frequency power module board having a heat sink plate, a ring-shaped frame body, and an external connection terminal, and a lid body for mounting a semiconductor element and hermetically sealing the semiconductor element, wherein the heat sink plate has high heat dissipation characteristics. With Cu or Cu
A ring-shaped frame body made of a resin or ceramic insulator having electrical insulation, and the semiconductor element is mounted in a cavity formed by the heat sink plate and the ring-shaped frame body, and The heat sink plate is made of resin, solder, or glass, and the lower surface side of the ring-shaped frame body is joined to the upper surface side by a joining member made of resin, a brazing material, glass, or solder. A high-frequency power module substrate, which is bonded with a low-melting-point bonding material, and the cavity is hermetically sealed by the lid.
シンク板と絶縁体からなるリング状枠体で形成するキャ
ビティ部に半導体素子を接合し、金属板からなる外部接
続端子で電気的に接続する高周波用パワーモジュール基
板の製造方法において、 前記リング状枠体が樹脂又はセラミックからなり、該リ
ング状枠体の上面に前記外部接続端子を樹脂、ろう材、
ガラス、又は半田からなる接合部材で接合する第1工程
と、 前記ヒートシンク板の前記キャビティ部を形成する部分
に前記半導体素子をダイボンドする第2工程と、 前記ヒートシンク板にダイボンドされた前記半導体素子
を囲繞するように、前記ヒートシンク板に前記リング状
枠体の下面を樹脂、半田、又はガラスからなる低融点接
合材を介して当接して接合する第3工程と、 前記半導体素子と前記外部接続端子をボンディングワイ
ヤで接続する第4工程と、 前記キャビティ部を蓋体で接合して前記半導体素子を気
密に封止する第5工程を有することを特徴とする高周波
用パワーモジュール基板の製造方法。3. A high frequency wave in which a semiconductor element is joined to a cavity formed by a heat sink plate made of a metal having a high heat dissipation characteristic and a ring-shaped frame made of an insulator and electrically connected by an external connection terminal made of a metal plate. In the method for manufacturing a power module board for use, the ring-shaped frame body is made of resin or ceramic, and the external connection terminal is made of resin, a brazing material,
A first step of joining with a joining member made of glass or solder; a second step of die-bonding the semiconductor element to a portion of the heat sink plate where the cavity is formed; and a semiconductor element die-bonded to the heat sink plate. A third step of surrounding and abutting the lower surface of the ring-shaped frame body to the heat sink plate via a low melting point bonding material made of resin, solder, or glass; and the semiconductor element and the external connection terminal. And a fifth step of connecting the cavity portion with a lid to hermetically seal the semiconductor element, and a method of manufacturing a high-frequency power module substrate.
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