JP3323171B2 - 半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
半導体素子収納用パッケージInfo
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Description
波通信、ミリ波通信等の高い周波数で作動する各種半導
体素子を収容する半導体素子収納用パッケージに関する
ものである。
ミリ波通信等の高い周波数で作動する各種半導体素子を
収容するパッケージのなかで、一例としてマイクロ波通
信に用いられる半導体素子収納用パッケージ(以下、半
導体パッケージという)を図3に示す。同図において、
一般に上面に半導体素子16が載置される載置部11a
を有する鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(C
o)合金や銅(Cu)−タングステン(W)合金等の金
属材料から成る基体11と、載置部11aを囲繞するよ
うにして基体11の上面に銀ロウ等のロウ材Aのプリフ
ォームを介して接合され、側部に切欠部12aを有する
鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金
属材料から成る枠体12とを有する。
合されるとともに、ロウ付けの際の接着層と成るメタラ
イズ層13aおよび、枠体12の内側から外側にかけて
導出されるメタライズ配線層13bを有する酸化アルミ
ニウム(Al2O3)等のセラミックスから成る絶縁端子
部材13と、枠体12の上面に銀ロウ等のロウ材Bのプ
リフォームを介して接合され、枠形状を有する鉄−ニッ
ケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料か
ら成るシールリング14と、このシールリング14の上
面に取着され、半導体素子16を気密に封止する蓋体1
5とから構成されており、基体11の載置部11aに半
導体素子16を低融点ガラス、樹脂接着剤、ロウ材等の
接着剤を介して接着固定するとともに、半導体素子16
の電極をボンディングワイヤ(図示せず)を介して絶縁
端子部材13のメタライズ配線層13bに電気的に接続
する。しかる後、シールリング14の上面に蓋体15を
低融点ガラス、半田等から成る封止材を介して接合し、
基体11と枠体12と絶縁端子部材13とシールリング
14と蓋体15とから成る容器内部に半導体素子16を
気密に収容することによって製品としての半導体装置と
なる。
合は、基体11上のロウ材Aが溶融された際に、切欠部
12aの内周側面に毛細管現象によって這い上がる現象
を利用して、切欠部12aの内周側面とメタライズ層1
3aとをロウ付けすることによって行なわれる。また、
枠体12と絶縁端子部材13との間のボイド等の欠陥に
よる枠体12内部の気密性を損なうことがないように、
ロウ材Aおよび/またはロウ材Bのボリュームとその溶
融の際の熱容量とが適度になるように調整していた。
半導体パッケージにおいては、ロウ材Aおよび/または
ロウ材Bのボリュームと、その溶融の際の半導体パッケ
ージの熱容量とを適度に調整すれば、枠体12と絶縁端
子部材13との接合は良好となり気密性を損なうような
ものではなかったが、絶縁端子部材13の高さがより高
い場合には、枠体12と絶縁端子部材13との接合部
が、ボイドやロウ材不足等の欠陥によって、枠体12内
部の気密性を損なうという問題点を有していた。
Bの進出を良好にするには、ロウ材Aのボリュームを従
来よりも増大させるか、溶融の際の熱容量を従来よりも
増加させるか、あるいは、それらを適度に増大、増加さ
せるかのいずれかの選択となる。
大させた場合、熱容量は従来と同様であるが、ロウ材A
は毛細管現象によって切欠部12aの内周側面に這い上
がるようなことはなく、基体11と絶縁端子部材13と
の接合界面にロウ材Aが従来よりも多量に溜まってしま
う。そのため、枠体12と絶縁端子部材13との接合部
はボイドやロウ材不足等の欠陥によって枠体12内部の
気密性が損なわれてしまう。
させ、ロウ材Aのボリュームを従来と同様にした場合、
ロウ材Aは毛細管現象によって切欠部12aの内周側面
に這い上がるが、絶縁端子部材13の高さに対して、ロ
ウ材Aのボリュームが少ないために、枠体12と絶縁端
子部材13との接合部にロウ材不足等による欠陥が生じ
て気密性が損なわれてしまう。また、加熱する熱量の増
加によって、基体11と枠体12と絶縁端子部材13と
の間の熱膨張差による残留熱応力が従来よりも大きくな
る。そのため、それらの接合信頼性が非常に低いものと
なるという問題点も有していた。
(従来ロウ材Bは枠体12と絶縁端子部材13との接合
における毛細管現象は起こさない)のボリュームを従来
よりも適度に増大させるとともに、溶融の際の熱容量を
従来よりも適度に増加させた場合には、枠体12と絶縁
端子部材13との接合部のロウ材Aおよび/またはロウ
材Bのボリュームが適度となるとともに、基体11と絶
縁端子部材13との接合界面にロウ材Aおよび/または
ロウ材Bが多量に溜まるようなことはない。そのため、
接合部の気密性は非常に良好なものとなる。しかし、熱
容量の増加によって、基体11と枠体12と絶縁端子部
材13との間の熱膨張差による残留熱応力が従来よりも
大きくなる。そのため、それらの接合信頼性が非常に低
いものとなってしまうという問題点も有していた。ま
た、ロウ材Aおよび/またはロウ材Bのボリュームの増
大や熱容量の増加は、半導体パッケージの製造コストを
大幅に上昇させてしまうという問題点も有していた。
合にも用いられるもう一つのロウ材Bはそのボリューム
を従来よりも増大させ、熱容量は従来と同様とした場合
であっても、溶融時に枠体12の側面ならびにシールリ
ング14の側面を流れる量が増大するとともに、基体1
1と枠体12との間にロウ材溜まりが発生し、枠体12
内部の気密性が良好となるように切欠部12aの内周側
面とメタライズ層13aとの間に完全に埋まるようなこ
とがなかった。すなわち、ロウ材Bが埋まる部位(接合
部)は、ボイドやロウ材不足等の欠陥が発生するという
問題点があった。
で、その目的は、絶縁端子部材13の高さがより高い場
合であっても、枠体12と絶縁端子部材13との接合部
のボイドやロウ材不足、ロウ材溜まりによる基体11と
枠体12と絶縁端子部材13との間の残留熱応力等の問
題の発生を有効に防止することによって、接合部の気密
性と接合信頼性とを良好なものとし得るとともに、製造
コストを従来と同程度に維持できる半導体パッケージを
提供することにある。
ジは、上面に半導体素子が載置される載置部を有する基
体と、該基体上面に前記載置部を囲繞するように取着さ
れ、前記基体側で内外を貫通する切欠部を有する枠体
と、前記切欠部に嵌合され、ロウ材により接合される絶
縁端子部材と、前記枠体の上面に取着される蓋体とを具
備する半導体素子収納用パッケージにおいて、前記枠体
には前記切欠部から上面にかけて溝が形成されており、
該溝の大きさは、前記切欠部の幅をX,前記溝の幅を
Y,前記枠体の厚さをZ,前記溝の深さをWとした場
合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z/4であるこ
とを特徴とするものである。
の切欠部に嵌合し接合される絶縁端子部材の高さがより
高い場合であっても、枠体と絶縁端子部材との接合部の
ボイドやロウ材不足等と、基体と枠体と絶縁端子部材と
の間の残留熱応力とを有効に防止することができるパッ
ケージ構造として、枠体には切欠部から上面にかけて溝
を形成し、この溝の大きさ、寸法を、切欠部の幅をX,
溝の幅をY,枠体の厚さをZ,溝の深さをWとした場
合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z/4としたも
のである。このような寸法の溝が形成されることによっ
て、ロウ材の増大を抑えることでパッケージの製造コス
トを従来と同程度に維持でき、枠体と絶縁端子部材のロ
ウ接合部の気密性と、基体と枠体と絶縁端子部材のロウ
接合部の接合信頼性を良好なものとすることができる。
その結果、半導体素子の作動を良好なものとすることが
できる。
詳細に説明する。
形態の一例を示す斜視図(ロウ材は図示せず)であり、
図2はこの半導体パッケージの発明の要部の拡大斜視図
(ロウ材は図示せず)である。
体、3は絶縁端子部材、4はシールリング、5は蓋体、
6はIC,LSI等の半導体素子である。これら基体1
と枠体2と絶縁端子部材3とシールリング4と蓋体5と
で、内部に半導体素子6を収容するための容器が構成さ
れる。
支持部材ならびに半導体素子6から発せられる熱を放散
するための放熱板として機能し、その上面の略中央部に
半導体素子6を載置するための載置部1aを有してお
り、この載置部1aに半導体素子6が鉛(Pb)−錫
(Sn)半田等の接着剤を介して接着固定されるととも
にこの接着剤を介して半導体素子6から発せられた熱が
伝えられ、外部に効率良く放熱され、半導体素子6の作
動性を良好なものとする。
金や銅−タングステン合金等の、セラミックスよりも熱
伝導性に優れた金属材料から成り、例えば、鉄−ニッケ
ル−コバルト合金から成る場合、鉄−ニッケル−コバル
ト合金のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来
周知の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作
される。
れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には、
厚さ0.5〜9μmのニッケル層と、厚さ0.5〜5μ
mの金(Au)層を順次、メッキ法により被着させてお
くと、基体1が酸化腐蝕するのを有効に防止することが
できるとともに、基体1上面に半導体素子6を強固に接
着固定させることができる。したがって、基体1の表面
には、0.5〜9μmのニッケルや0.5〜5μmの金
等の金属層をメッキ法により被着させておくことが好ま
しい。
が載置される載置部1aを囲繞するように枠体2が接合
されており、この枠体2の内側に半導体素子6を収容す
るための空所が形成される。
金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、
鉄−ニッケル合金の場合は、この合金のインゴットに圧
延加工やプレス加工等の金属加工を施すことによって所
定の形状に製作され、また、枠体2の基体1への接合
は、基体1の上面と枠体2の下面とを、基体1上面に敷
設した適度なボリュームを有するプリフォームとされた
銀ロウ等のロウ材を介してロウ接合される。
よび、この切欠部の上面に溝2bが形成されており、こ
の切欠部2aに、半導体素子6とボンディングワイヤと
を介することや外部電気回路とリード端子(図示せず)
とを介することで、電気的な入出力を行なうための絶縁
端子部材3が嵌合される。また、切欠部2aの側面に
は、端子部材3のメタライズ層3aが、基体1上面と枠
体2上面とに、それぞれ敷設した適度なボリュームを有
するプリフォームとされた銀ロウ等のロウ材を介して、
適度な熱容量によってロウ接合される。
設した適度なボリュームを有するプリフォームとされた
銀ロウ等のロウ材において、基体1上面のロウ材は、毛
細管現象によって切欠部2aの側面に這い上がってい
き、この切欠部2aとメタライズ層3aとを適度な熱容
量で接合し、一方、枠体2上面のロウ材は、溝2bを伝
わって切欠部2aとメタライズ層3aとを適度な熱容量
で接合する。そのため、枠体2と絶縁端子部材3との接
合部にボイドやロウ材不足等の欠陥を全く発生させず、
更には、接合後における基体1と枠体2と絶縁端子部材
3との熱膨張差による残留熱応力を従来程度に小さいも
のとすることができる。その結果、枠体2内部の気密性
および基体1と枠体2と絶縁端子部材3との接合信頼性
を良好なものとすることができる。
に、切欠部2aの幅をX、溝2bの幅をY、枠体2の厚
さをZ、溝2bの深さをWとした場合、X/5≦Y≦X
かつZ/6≦W≦3Z/4とする。このような寸法の範
囲の場合には、枠体2内部の気密性および基体1と枠体
2と絶縁端子部材3との接合信頼性を良好なものとする
ことができる。
合には、枠体2上面に敷設してあるロウ材が溝2bを伝
わりにくくなる傾向がある。そのため、切欠部2aの内
周上面と絶縁端子部材3の上面に形成されているメタラ
イズ層3aとの接合部にボイドやロウ材不足等の欠陥を
発生させることとなり、枠体2内部の気密性を損なわせ
る傾向にある。具体的には、このような場合のサンプル
を100個作成して気密性検査を行なったところ、気密
性の良好なサンプル数は12個のみであり、その他のサ
ンプルは気密性がなかった。一方、溝2bの幅Yが切欠
部2aの幅Xを超える場合には、切欠部2aの両側面と
絶縁端子部材3の両側面に形成されているメタライズ層
3aとの接合部にボイドやロウ材不足等の欠陥を発生さ
せることとなり、枠体2内部の気密性を損なわせる傾向
にある。具体的には、このような場合のサンプルを10
0個作成して気密性検査を行なったところ、気密性の良
好なサンプル数は15個のみであり、その他のサンプル
は気密性がなかった。
5≦Y≦Xとなるようなサンプルを100個作成して気
密性検査を行なったところ、気密性の良好なサンプルは
76個であり、大幅に気密性の改善が行なえた。したが
って、切欠部2aの幅Xと溝2bの幅Yとの関係は、X
/5≦Y≦Xとする。
の関係がX/4≦Y≦Xとなるようなサンプルを100
個作成して気密性検査を行なったところ、100個とも
全て気密性は良好であった。したがって、X/4≦Y≦
Xであれば好ましい。
さWがZ/6未満の場合には、枠体2上面に敷設してあ
るロウ材が溝2bを伝わりにくくなる傾向がある。その
ため切欠部2aの内周上面と絶縁端子部材3の上面に形
成されているメタライズ層3aとの接合部にボイドやロ
ウ材不足等の欠陥を発生させることとなり、枠体2内部
の気密性を損なわせる傾向にある。具体的には、このよ
うな場合のサンプルを100個作成して気密性検査を行
なったところ、気密性の良好なサンプル数は14個のみ
であり、その他のサンプルは気密性がなかった。一方、
溝2bの枠体2の厚さ方向の深さWが3Z/4を超える
場合には、枠体2上面に敷設してあるロウ材が溝2bを
非常に伝わり易くなる傾向がある。そのため、枠体2と
シールリング6との接合部のロウ材不足によって、枠体
2内部の気密性を損なわせる傾向にある。具体的には、
このような場合のサンプルをそれぞれ100個作成して
気密性検査を行なったところ、気密性の良好なサンプル
数はそれぞれ19個のみ、17個のみであり、その他の
サンプルは気密性がなかった。
との関係が、Z/6≦W≦3Z/4となるようなサンプ
ルを100個作成して気密性検査を行なったところ気密
性の良好なサンプルは63個であり、大幅に気密性の改
善が行なえた。したがって、枠体2の厚さZと溝2bの
深さWとの関係は、Z/6≦W≦3Z/4とする。
m未満の場合には、この溝2bの残部が、枠体2と絶縁
端子部材3との接合時の応力に耐え得ない傾向にある。
すなわち、溝2bの残部が薄すぎるために変形等を起こ
して、ロウ材が切欠部2aの内周上面と絶縁端子部材3
の上面のメタライズ層3aとの間を完全に埋めることが
できなくなる場合がある。したがって、Z−W≧0.2
mmであることが好ましい。
厚さ方向の深さWとの関係がZ/5≦W≦2Z/3かつ
Z−W≧0.2mmとなるようなサンプルを100個作
成して気密性検査を行なったところ、100個とも全て
気密性は良好であった。したがって、Z/5≦W≦2Z
/3かつZ−W≧0.2mmであればより好ましい。
2bを枠体2に形成することによって、絶縁端子部材3
の高さがより高い場合であっても、適度な熱容量で、枠
体2上面に敷設してある適度なボリュームを有するロウ
材が溝2bを伝わることとなり、また、基体1上面に敷
設してある適度なボリュームを有するロウ材が切欠部2
aの内周側面を毛細管現象によって這い上がるので、枠
体2と絶縁端子部材3との接合部をボイドやロウ材不足
等の欠陥や、ロウ材溜まり等による基体1と枠体2と絶
縁端子部材3との間の残留熱応力を有効に防止すること
ができる。そのため接合部の気密性と接合信頼性とを良
好なものとでき、その結果、半導体素子6の作動性を良
好なものとできる。また、ロウ材のボリュームを増大さ
せたり、熱容量を増加させてロウ接合する必要がないの
で製造コストを従来と同程度に維持できる。
れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には、
厚さ0.5〜9μmのニッケル層と厚さ0.5〜5μm
の金層を順次、メッキ法により被着させておくと、枠体
2が酸化腐蝕するのを有効に防止することができる。し
たがって、枠体2の表面には、0.5〜9μmのニッケ
ルや0.5〜5μmの金等の金属層をメッキ法により被
着させておくことが好ましい。
酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る絶
縁体と、この絶縁体上面に電気的に絶縁されるように設
けたメタライズ層3aおよびメタライズ配線層3bとか
ら成る絶縁端子部材3が嵌合され、ロウ材を介して接合
されている。メタライズ層3aは基体1と枠体2と端子
部材3とのロウ材接合用の媒体として機能し、一方、メ
タライズ配線層3bは半導体素子6の電極を外部電気回
路に接続する際の導電路として機能し、ボンディングワ
イヤを介して電気的に接続される。
酸化アルミニウム(Al203),酸化珪素(Si
O2),酸化マグネシウム(MgO),酸化カルシウム
(CaO)等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加
混合してペースト状となすとともにこれを従来周知のド
クターブレード法やカレンダーロール法によりシート状
に成形してセラミックグリーンシート(セラミック生シ
ート)を得て、しかる後、このセラミックグリーンシー
トに適当な打ち抜き加工を施すとともに上下に複数枚積
層して、約1600℃の高温で焼成することによって製
作される。
配線層3bは、タングステンやモリブデン(Mo)、マ
ンガン(Mn)等で形成されており。例えば、タングス
テン等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属
ペーストを絶縁端子部材3の絶縁体となるセラミックグ
リーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により
所定パターンに印刷塗布しておくことによって絶縁体に
形成される。
れた枠体2の上面に、ロウ材を介してシールリング4が
接合される。
バルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、
例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金の金属材料から成
るインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周
知の金属加工法を施すことによって所定の形状に形成さ
れる。
ば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等
の金属材料から成る蓋体5が、低融点ガラスや半田等の
封止材で接合され、これによって、半導体素子6が基体
1と枠体2と絶縁端子部材3とシールリング4と蓋体5
とから成る容器内部に気密に収容されることとなる。
ームウェルド法等の溶接によって接合され、半導体素子
6を容器内部に気密に収容する場合もある。
は、上面に半導体素子6が載置される載置部1aを有す
る基体1と、基体1側(下側)で内外を貫通する切欠部
2aと溝2bとを有する枠体2と、メタライズ層3aお
よびメタライズ配線層3bを有するとともに切欠部2a
に嵌合される絶縁端子部材3とを具備するものであり、
枠体2の切欠部2aから上面にかけて溝2bが形成さ
れ、この溝2bの寸法を、切欠部2aの幅をX,溝2b
の幅をY,枠体2の厚さをZ,溝2bの深さをWとした
場合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z/4とす
る。
リュームを有する銀ロウ等のロウ材を介し、適度な熱容
量でロウ材を溶融した後に、半導体素子6を載置部1a
に低融点ガラスや樹脂接着剤等の接着剤を介して接着固
定し、半導体素子6の電極をボンディングワイヤを介し
て絶縁端子部材3のメタライズ配線層3bに電気的に接
続する。しかる後、シールリング4の上面に蓋体5を低
融点ガラスや半田等から成る封止材を介して接合させる
ことにより、基体1と枠体2と絶縁端子部材3とシール
リング4と蓋体5とから成る容器内部に半導体素子6を
気密に収容した、製品としての半導体装置となる。
れば、枠体2の切欠部2aから上面にかけて溝2bを形
成し、この溝2bの大きさ、寸法が、切欠部2aの幅を
X,溝2bの幅をY,枠体2の厚さをZ,溝2bの深さ
をWとした場合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z
/4とすることにより、絶縁端子部材3の高さがより高
い場合であっても、適度な熱容量で、枠体2上面に敷設
してある適度なボリュームを有するロウ材が溝2bを伝
わることとなり、また基体1上面に敷設してある適度な
ボリュームを有するロウ材が切欠部2aの内周側面を毛
細管現象によって這い上がることとなる。その結果、枠
体2と絶縁端子部材3との接合部のボイドやロウ材不足
等の欠陥、ロウ材溜まりによる基体1と枠体2と絶縁端
子部材3との間の残留熱応力で接合信頼性が劣化すると
いった問題の発生を有効に防止することができる。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の
変更を行なうことは何等支障ない。
い場合に、枠体2と絶縁端子部材3とのロウ接合部をい
かに良好なものとするかといった内容を記載している
が、この場合のみに限らず、要は、切欠部2aの内周側
面が高い場合であれば本発明は有効なものとなる。すな
わち、例えば絶縁端子部材3の高さは従来通りで、この
絶縁端子部材3と基体1との間に、電気特性の改善や高
さ調整用等による金属板を介在させた場合であっても、
本発明は非常に有効なものとなる。
形状が正方形,長方形等の形状に限らず、溶融したロウ
材を導いて枠体2と絶縁端子部材3とのロウ接合部を良
好にできるものであればよい。例えば、図4の(a)〜
(f)に示すような形状を有していても良い。同図にお
いて、(a)は溝2aの断面形状が長方形のもの、
(b)は溝2aの断面形状が半円形のもの、(c)は溝
2aの断面形状が台形で溝2aの底面の幅が小さくされ
たもの(X>X′)、(d)は溝2aの断面形状がV字
状(または山型)のもの、(e)は溝2aの断面形状が
逆台形で溝2aの底面の幅が大きくされたもの(X<
X′)、(f)は溝2aの断面形状がレ字状のものであ
る。また、このような溝2bは、1つの半導体パッケー
ジにおいて複数設けられていてもよい。
体の切欠部に嵌合し接合される絶縁端子部材の高さがよ
り高い場合であっても、枠体と絶縁端子部材との接合部
のボイドやロウ材不足等の欠陥、基体と枠体と絶縁端子
部材との間の残留熱応力による接合不良を有効に防止す
ることができる構造として、枠体の切欠部から上面にか
けて溝を形成し、この溝の大きさ、寸法を、切欠部の幅
をX,溝の幅をY,枠体の厚さをZ,溝の深さをWとし
た場合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z/4とし
たものである。
ことによって、ロウ材のボリュームの増大や熱容量の増
加を抑制して、半導体パッケージの製造コストを従来と
同程度に維持できるとともに、枠体と絶縁端子部材のロ
ウ接合部の気密性と、基体と枠体と絶縁端子部材のロウ
接合部の接合信頼性を良好なものとすることができる。
その結果、半導体素子の作動を良好なものとすることが
できる。
を示す分解斜視図である。
ある。
図である。
示す溝の断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】上面に半導体素子が載置される載置部を有
する基体と、該基体上面に前記載置部を囲繞するように
取着され、前記基体側で内外を貫通する切欠部を有する
枠体と、前記切欠部に嵌合され、ロウ材により接合され
る絶縁端子部材と、前記枠体の上面に取着される蓋体と
を具備する半導体素子収納用パッケージにおいて、前記
枠体には前記切欠部から上面にかけて溝が形成されてお
り、該溝の大きさは、前記切欠部の幅をX,前記溝の幅
をY,前記枠体の厚さをZ,前記溝の深さをWとした場
合、X/5≦Y≦XかつZ/6≦W≦3Z/4であるこ
とを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35148899A JP3323171B2 (ja) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | 半導体素子収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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