JPH10154770A - セラミックスパッケージの製造方法 - Google Patents
セラミックスパッケージの製造方法Info
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- JPH10154770A JPH10154770A JP35197697A JP35197697A JPH10154770A JP H10154770 A JPH10154770 A JP H10154770A JP 35197697 A JP35197697 A JP 35197697A JP 35197697 A JP35197697 A JP 35197697A JP H10154770 A JPH10154770 A JP H10154770A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱抵抗が小さく、ガラスとの接合強度の高い
セラミックスパッケージの製造方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 窒化アルミニウムからなりその上面に半
導体チップが載置されるセラミックス基板の表面を酸化
処理してAl2 O3 、AlN−Al2 O3 、及び3Y2
O3 ・5Al2 O3 からなる酸化層を形成する工程と、
次いで前記基板上の酸化層上にガラス層を被着する工程
と、次いで上記ガラス層を介してセラミックスキャップ
を前記基板上の酸化層に接着する工程とを含むことを特
徴とするセラミックスパッケージの製造方法。
セラミックスパッケージの製造方法を提供することを目
的とする。 【解決手段】 窒化アルミニウムからなりその上面に半
導体チップが載置されるセラミックス基板の表面を酸化
処理してAl2 O3 、AlN−Al2 O3 、及び3Y2
O3 ・5Al2 O3 からなる酸化層を形成する工程と、
次いで前記基板上の酸化層上にガラス層を被着する工程
と、次いで上記ガラス層を介してセラミックスキャップ
を前記基板上の酸化層に接着する工程とを含むことを特
徴とするセラミックスパッケージの製造方法。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
を用いたセラミックスパッケージの製造方法に関する。
を用いたセラミックスパッケージの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置に半導体集積回路素子
を組み込むための気密容器として、セラミックス基板と
セラミックスキャップとを低融点ガラスにより接着し、
気密封止してなるセラミックスパッケージが用いられて
いる。この種のパッケージでは、セラミックス基板材料
として通常アルミナ(Al2 O3 )が使用されており、
このAl2 O3 でも放熱の点で一応十分である。しか
し、最近の集積回路の集積度の向上に伴い1チップの発
熱量が大きくなると、Al2 O3 では放熱が不十分とな
ることが懸念されており、放熱性の向上手段が要望され
ている。そこで本発明者らは、高熱伝導用として熱伝導
性により優れた窒化アルミニウム(AlN)を使用して
パッケージを作成することを検討した。
を組み込むための気密容器として、セラミックス基板と
セラミックスキャップとを低融点ガラスにより接着し、
気密封止してなるセラミックスパッケージが用いられて
いる。この種のパッケージでは、セラミックス基板材料
として通常アルミナ(Al2 O3 )が使用されており、
このAl2 O3 でも放熱の点で一応十分である。しか
し、最近の集積回路の集積度の向上に伴い1チップの発
熱量が大きくなると、Al2 O3 では放熱が不十分とな
ることが懸念されており、放熱性の向上手段が要望され
ている。そこで本発明者らは、高熱伝導用として熱伝導
性により優れた窒化アルミニウム(AlN)を使用して
パッケージを作成することを検討した。
【0003】しかしながら、AlNを用いると、次のよ
うな問題を招くことになる。即ち、一般にAlNはガラ
ス、金属、セラミックス他の物質のぬれ性が悪く、強固
に接合できない。できたとしてもセラミックスパッケー
ジの封止に関して、溶着の際、ガラス中に気泡が生じそ
の気密性が損なわれたり接合強度が弱くなることがあ
り、特にAlNはAl2 O3 に比べてガラスとの接合強
度が弱い。このため、セラミックス基板とセラミックス
キャップやリードフレームとの接着強度が不十分とな
り、気密性および強度の低下を招く恐れがある。
うな問題を招くことになる。即ち、一般にAlNはガラ
ス、金属、セラミックス他の物質のぬれ性が悪く、強固
に接合できない。できたとしてもセラミックスパッケー
ジの封止に関して、溶着の際、ガラス中に気泡が生じそ
の気密性が損なわれたり接合強度が弱くなることがあ
り、特にAlNはAl2 O3 に比べてガラスとの接合強
度が弱い。このため、セラミックス基板とセラミックス
キャップやリードフレームとの接着強度が不十分とな
り、気密性および強度の低下を招く恐れがある。
【0004】また、AlNは酸化液、メッキ液などの薬
品に表面が侵されやすく、このためパッケージ製作時に
重量低下、重量増大や寸法変化を引き起こすなどの問題
を招くことになる。
品に表面が侵されやすく、このためパッケージ製作時に
重量低下、重量増大や寸法変化を引き起こすなどの問題
を招くことになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セラ
ミックス基板っ材料として窒化アルミニウムを用いた場
合にも該窒化アルミニウム基板とセラミックスキャップ
及びリードフレームとの接着強度を十分強くすることが
でき、半導体集積回路のパッケージに好適するセラミッ
クスパッケージの製造方法を提供することにある。
ミックス基板っ材料として窒化アルミニウムを用いた場
合にも該窒化アルミニウム基板とセラミックスキャップ
及びリードフレームとの接着強度を十分強くすることが
でき、半導体集積回路のパッケージに好適するセラミッ
クスパッケージの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、窒化
アルミニウムからなりその上面に半導体チップが載置さ
れるセラミックス基板の表面を酸化処理してAl
2 O3 、AlN−Al2 O3、及び3Y2 O3 ・5Al
2 O3 からなる酸化層を形成する工程と、次いで前記基
板上の酸化層上にガラス層を被着する工程と、次いで上
記ガラス層を介してセラミックスキャップを前記基板上
の酸化層に接着する工程とを含むセラミックスパッケー
ジの製造方法である。
アルミニウムからなりその上面に半導体チップが載置さ
れるセラミックス基板の表面を酸化処理してAl
2 O3 、AlN−Al2 O3、及び3Y2 O3 ・5Al
2 O3 からなる酸化層を形成する工程と、次いで前記基
板上の酸化層上にガラス層を被着する工程と、次いで上
記ガラス層を介してセラミックスキャップを前記基板上
の酸化層に接着する工程とを含むセラミックスパッケー
ジの製造方法である。
【0007】本願第2の発明は、前記半導体チップは、
前記基板のキャビティ上に印刷された導体ペーストを焼
成してなる導体膜上にマウントされる前記第1の発明に
記載のセラミックスパッケージの製造方法である。
前記基板のキャビティ上に印刷された導体ペーストを焼
成してなる導体膜上にマウントされる前記第1の発明に
記載のセラミックスパッケージの製造方法である。
【0008】本願第3の発明は、前記導体ペーストの焼
成と、前記酸化層の形成とを、所定の熱処理工程により
同時に行う前記第1の発明に記載のセラミックスパッケ
ージの製造方法である。
成と、前記酸化層の形成とを、所定の熱処理工程により
同時に行う前記第1の発明に記載のセラミックスパッケ
ージの製造方法である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の骨子は、窒化アルミニウ
ムからなるセラミックス基板の表面に酸化層を形成する
ことにより、基板とガラス層との接合強度を高めること
にある。
ムからなるセラミックス基板の表面に酸化層を形成する
ことにより、基板とガラス層との接合強度を高めること
にある。
【0010】AlNを酸化するとその表面に薄い酸化膜
(Al2 O3 、AlN−Al2 O3、及び3Y2 O3 ・
5Al2 O3 )が形成されるが、なかでもAl2 O3 は
下地AlN基板と強い結合状態にある。したがって、A
lNからなるセラミックス基板の表面を酸化することに
より、該基板とガラス層との接合強度を向上させること
ができ、これにより基板とキャップとの接着強度を十分
大きくすることが可能となる。なお、表面酸化によりA
lN基板の熱伝導率が低下することが考えられる、数μ
mの薄い酸化膜であれば、基体となる板の厚さが通常
1.5mm以上あって両者の比は1.5μm/1.5m
m×10-4もあるため、熱伝導率の低下はほとんど無い
ことが本発明者らの実験によって確認されている。
(Al2 O3 、AlN−Al2 O3、及び3Y2 O3 ・
5Al2 O3 )が形成されるが、なかでもAl2 O3 は
下地AlN基板と強い結合状態にある。したがって、A
lNからなるセラミックス基板の表面を酸化することに
より、該基板とガラス層との接合強度を向上させること
ができ、これにより基板とキャップとの接着強度を十分
大きくすることが可能となる。なお、表面酸化によりA
lN基板の熱伝導率が低下することが考えられる、数μ
mの薄い酸化膜であれば、基体となる板の厚さが通常
1.5mm以上あって両者の比は1.5μm/1.5m
m×10-4もあるため、熱伝導率の低下はほとんど無い
ことが本発明者らの実験によって確認されている。
【0011】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、セラミックス基板として窒化アルミニウムを用
いたセラミックスパッケージにおいて、前記基板のセラ
ミックスキャップとのガラス接着に供される部分及び必
要な場合に金属リードフレームの固定部分に、表面酸化
により酸化膜を形成するようにしたセラミックパッケー
ジの製造方法である。
もので、セラミックス基板として窒化アルミニウムを用
いたセラミックスパッケージにおいて、前記基板のセラ
ミックスキャップとのガラス接着に供される部分及び必
要な場合に金属リードフレームの固定部分に、表面酸化
により酸化膜を形成するようにしたセラミックパッケー
ジの製造方法である。
【0012】
【実施例】以下、本発明の詳細を図面を用いて説明す
る。
る。
【0013】図1(a)〜(f)は本発明の一実施例に
係るセラミックスパッケージ製造工程を示す断面図であ
る。まず、図1(a)に示す如くAlNからなるセラミ
ックス基板11のキャビティ上に導体ペースト12を印
刷する。ここで、導体ペースト12としては、例えばA
g−Pdペースト(ESL社製No.9601)を用い
た。
係るセラミックスパッケージ製造工程を示す断面図であ
る。まず、図1(a)に示す如くAlNからなるセラミ
ックス基板11のキャビティ上に導体ペースト12を印
刷する。ここで、導体ペースト12としては、例えばA
g−Pdペースト(ESL社製No.9601)を用い
た。
【0014】次いで、空気中、温度930°C、保持時
間10分で熱処理し上記導体ペースト12を焼成する。
この時、上記熱処理工程により、導体ペースト12の焼
成と同時に図1(b)に示す如くセラミックス基板11
の表面を酸化し酸化層13を形成する。酸化層13はA
l2 O3 で、その厚さは5μm程度とした。
間10分で熱処理し上記導体ペースト12を焼成する。
この時、上記熱処理工程により、導体ペースト12の焼
成と同時に図1(b)に示す如くセラミックス基板11
の表面を酸化し酸化層13を形成する。酸化層13はA
l2 O3 で、その厚さは5μm程度とした。
【0015】次いで、図1(c)に示す如く基板上面の
酸化層13上に被着層としてのガラス層14を被着す
る。ここで、ガラス層14はAlN基板11自体でなく
酸化層13と接することになるので、接続する焼成にお
いて、ガラス層14とAlN基板11との接合強度を大
きく(ガラスとAl2 O3 との接合強度と同程度に)す
ることが可能となる。ここで、Al2 O3 は基体となる
AlNから連続的に連なって生成されているために(段
階的にAl2 O3 化しているために)、両者の接合強度
は一般にガラス−Al2 O3 接合よりも強固である。
酸化層13上に被着層としてのガラス層14を被着す
る。ここで、ガラス層14はAlN基板11自体でなく
酸化層13と接することになるので、接続する焼成にお
いて、ガラス層14とAlN基板11との接合強度を大
きく(ガラスとAl2 O3 との接合強度と同程度に)す
ることが可能となる。ここで、Al2 O3 は基体となる
AlNから連続的に連なって生成されているために(段
階的にAl2 O3 化しているために)、両者の接合強度
は一般にガラス−Al2 O3 接合よりも強固である。
【0016】次いで、図1(d)に示す如く、ガラス層
14上に複数のリードフレーム15を形成した。その
後、図1(e)n示す如く前記導体ペースト12を焼成
してなる導体層12’上に半導体チップ16を実装し、
続いてチップ16とリードフレーム15との接続をボン
ディングワイヤ17にて行った。なお、この状態におけ
る平面図を図2に示す。
14上に複数のリードフレーム15を形成した。その
後、図1(e)n示す如く前記導体ペースト12を焼成
してなる導体層12’上に半導体チップ16を実装し、
続いてチップ16とリードフレーム15との接続をボン
ディングワイヤ17にて行った。なお、この状態におけ
る平面図を図2に示す。
【0017】次いで、図1(f)に示す如く、ガラス層
18を下面に被着したAl2 O3 からなるセラミックス
キャップ19を上記ガラス層18が前記ガラス層14と
接するように配置する。この状態で、基板11及びキャ
ップ19を自重圧接し、ガラス層14、18を焼成する
ことにより、基板11とキャップ19との接着を行っ
た。
18を下面に被着したAl2 O3 からなるセラミックス
キャップ19を上記ガラス層18が前記ガラス層14と
接するように配置する。この状態で、基板11及びキャ
ップ19を自重圧接し、ガラス層14、18を焼成する
ことにより、基板11とキャップ19との接着を行っ
た。
【0018】かくして形成されたセラミックスパッケー
ジにおいては、AlN基板11が酸化層13を介してガ
ラス層14と接することになるので、基板11とキャッ
プ19との接触強度を十分大きいものとのすることがで
きる。また、該パッケージの熱抵抗を調べた結果、次頁
の表1乃至3に示す如き熱抵抗値[ °C/W] が得られ
た。
ジにおいては、AlN基板11が酸化層13を介してガ
ラス層14と接することになるので、基板11とキャッ
プ19との接触強度を十分大きいものとのすることがで
きる。また、該パッケージの熱抵抗を調べた結果、次頁
の表1乃至3に示す如き熱抵抗値[ °C/W] が得られ
た。
【0019】
【表 1】
【0020】
【表 2】
【0021】
【表 3】 表1乃至3かr明らかなように、AlNを用いたセラミ
ックスパッケージの方が従来のAl2 O3 を用いたいも
のより、自然対流で14%、強制対流で27%、ヒート
シンク付きのもので28%優れていることが分かる。ここ
で、基板11の表面を酸化することにより熱伝導率の低
下が考えられるが、上記表からはこの低下は殆ど認めら
れない。これは、半導体チップ16からの熱拡散に最も
寄与する前記導体層12’の下面において、AlN基板
11表面に形成される酸化層が他の部分より薄くなって
いるからであると推定される。また、酸化層13はAl
2O3 が主体であるが、基板11としてAlNを用いた
ものはAl2 O3 を用いたものより、全体としての熱抵
抗が小さくなることは明らかである。
ックスパッケージの方が従来のAl2 O3 を用いたいも
のより、自然対流で14%、強制対流で27%、ヒート
シンク付きのもので28%優れていることが分かる。ここ
で、基板11の表面を酸化することにより熱伝導率の低
下が考えられるが、上記表からはこの低下は殆ど認めら
れない。これは、半導体チップ16からの熱拡散に最も
寄与する前記導体層12’の下面において、AlN基板
11表面に形成される酸化層が他の部分より薄くなって
いるからであると推定される。また、酸化層13はAl
2O3 が主体であるが、基板11としてAlNを用いた
ものはAl2 O3 を用いたものより、全体としての熱抵
抗が小さくなることは明らかである。
【0022】このように本実施例によれば、AlNをセ
ラミックス基板11として用いることにより、Al2 O
3 を用いた場合より熱抵抗を10〜30%小さくするこ
とができる。また、AlN基板11の表面を酸化するこ
とにより、基板11とガラス層14との接合強度を高め
ることができ、これにより基板11とリードフレーム1
5及びセラミックスキャップ19との接着強度を十分大
きくすることができる。また、AlN基板11の酸化処
理を前記導体ペースト12の焼成と同時に行っているの
で、酸化処理のために工程が増大することはなく、従来
工程と同様に容易に実施することができる。
ラミックス基板11として用いることにより、Al2 O
3 を用いた場合より熱抵抗を10〜30%小さくするこ
とができる。また、AlN基板11の表面を酸化するこ
とにより、基板11とガラス層14との接合強度を高め
ることができ、これにより基板11とリードフレーム1
5及びセラミックスキャップ19との接着強度を十分大
きくすることができる。また、AlN基板11の酸化処
理を前記導体ペースト12の焼成と同時に行っているの
で、酸化処理のために工程が増大することはなく、従来
工程と同様に容易に実施することができる。
【0023】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、AlN基板表面に形成する酸
化層の厚さ及び酸化の方法は、仕様に応じて適宜決めれ
ばよい。さらに、熱酸化の場合酸化層の形成のための熱
処理温度も適宜変更可能である。また、セラミックスキ
ャップとしてはAl2 O3 の代わりにAlN、ムライ
ト、その他各種のセラミックス材料を用いることが可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
るものではない。例えば、AlN基板表面に形成する酸
化層の厚さ及び酸化の方法は、仕様に応じて適宜決めれ
ばよい。さらに、熱酸化の場合酸化層の形成のための熱
処理温度も適宜変更可能である。また、セラミックスキ
ャップとしてはAl2 O3 の代わりにAlN、ムライ
ト、その他各種のセラミックス材料を用いることが可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、AlNをセラミックス
基板材料として用いているので、Al2 O3 を用いた場
合に比して、30%程度熱抵抗を小さくすることができ
る。このため、内部に実装すべき半導体チップの発熱量
が大きくなっても十分に対処できるものを製造すること
ができる。また、AlN基板の表面を酸化するので、基
板とガラス層との接合強度を十分高くすることができ、
これによりAlN基板とセラミックスキャップ若しくは
リードフレームとの接合強度を十分大きくすることがで
きる。このため、Al2 O3 基板を用いた場合と同様
に、十分な気密封止若しくはリード強度を実現すること
が可能である。また、半導体チップを導体ペーストを焼
成してなる導体層上にマウントする場合、上記ペースト
の焼成とAlN基板の酸化とを同時に行うようにすれ
ば、工程の増加を招くことなく容易に実現することが可
能である。
基板材料として用いているので、Al2 O3 を用いた場
合に比して、30%程度熱抵抗を小さくすることができ
る。このため、内部に実装すべき半導体チップの発熱量
が大きくなっても十分に対処できるものを製造すること
ができる。また、AlN基板の表面を酸化するので、基
板とガラス層との接合強度を十分高くすることができ、
これによりAlN基板とセラミックスキャップ若しくは
リードフレームとの接合強度を十分大きくすることがで
きる。このため、Al2 O3 基板を用いた場合と同様
に、十分な気密封止若しくはリード強度を実現すること
が可能である。また、半導体チップを導体ペーストを焼
成してなる導体層上にマウントする場合、上記ペースト
の焼成とAlN基板の酸化とを同時に行うようにすれ
ば、工程の増加を招くことなく容易に実現することが可
能である。
【図1】 (a)〜(f)は、本発明の一実施例に係る
セラミックスパッケージ製造工程を示す断面図である。
セラミックスパッケージ製造工程を示す断面図である。
【図2】 図1(e)に示す状態を示す平面図である。
11・・・AlN基板(セラミックス基板)、 12・
・・導体ペースト、 12’・・・導体層、 13・・
・酸化層 14,18・・・ガラス層、 15・・・リ
ードフレーム、 16・・・半導体チップ、 17・・
・ボンディングワイヤ、 19・・・セラミックスキャ
ップ
・・導体ペースト、 12’・・・導体層、 13・・
・酸化層 14,18・・・ガラス層、 15・・・リ
ードフレーム、 16・・・半導体チップ、 17・・
・ボンディングワイヤ、 19・・・セラミックスキャ
ップ
Claims (3)
- 【請求項1】 窒化アルミニウムからなりその上面に半
導体チップが載置されるセラミックス基板の表面を酸化
処理してAl2 O3 、AlN−Al2 O3 、及び3Y2
O3 ・5Al2 OA3 からなる酸化層を形成する工程
と、次いで前記基板上の酸化層上にガラス層を被着する
工程と、次いで上記ガラス層を介してセラミックスキャ
ップを前記基板上の酸化層に接着する工程とを含むこと
を特徴とするセラミックスパッケージの製造方法。 - 【請求項2】 前記半導体チップは、前記基板のキャビ
ティ上に印刷された導体ペーストを焼成してなる導体膜
上にマウントされることを特徴とする請求項1に記載の
セラミックスパッケージの製造方法。 - 【請求項3】 前記導体ペーストの焼成と、前記酸化層
の形成とを、所定の熱処理工程により同時に行うことを
特徴とする請求項1記載のセラミックスパッケージの製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35197697A JPH10154770A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | セラミックスパッケージの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35197697A JPH10154770A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | セラミックスパッケージの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60009772A Division JPH0770634B2 (ja) | 1985-01-22 | 1985-01-22 | セラミツクスパツケ−ジ及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10154770A true JPH10154770A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18420923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35197697A Pending JPH10154770A (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | セラミックスパッケージの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10154770A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6630727B1 (en) * | 1998-03-03 | 2003-10-07 | Infineon Technologies Ag | Modularly expandable multi-layered semiconductor component |
US8368291B2 (en) | 2010-08-18 | 2013-02-05 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Radiant heat substrate and method for manufacturing the radiant heat substrate, and luminous element package with the radiant heat substrate |
JP5302689B2 (ja) * | 2006-11-27 | 2013-10-02 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム接合体の製造方法 |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP35197697A patent/JPH10154770A/ja active Pending
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