JPS63314855A - セラミツクパツケ−ジ - Google Patents
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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。
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)
本発明は高熱伝導性セラミックとムライト焼結体とを用
いた電子部品用セラミックパッケージに関する。
いた電子部品用セラミックパッケージに関する。
(従来の技術およびその問題点)
近年、電子部品の高密度化、高速化、低コス1−化に伴
い、パッケージ材料はより低誘電率で、熱伝導性に優れ
、搭載される半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張率を有
するとともに1機械的強度が高くかつ低コストで製造で
きることが要請されている。また、気密性などの信頼性
が要求されることはいうまでもない。
い、パッケージ材料はより低誘電率で、熱伝導性に優れ
、搭載される半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張率を有
するとともに1機械的強度が高くかつ低コストで製造で
きることが要請されている。また、気密性などの信頼性
が要求されることはいうまでもない。
これに対応して、近年、熱伝導率が140 W/mk以
上という、従来のパッケージ材料であるアルミナ焼結体
にくらべて5倍以上の熱伝導性を有する窒化アルミニウ
ム焼結体や炭化けい素焼粘体が用いられるようになって
きている。これらの材料は機械的強度もアルミナ焼結体
と同等かそれ以上であり、また、熱膨張率もシリコン半
導体素子の熱膨張率により近いというパッケージ材料と
しての有利な性質を有している。
上という、従来のパッケージ材料であるアルミナ焼結体
にくらべて5倍以上の熱伝導性を有する窒化アルミニウ
ム焼結体や炭化けい素焼粘体が用いられるようになって
きている。これらの材料は機械的強度もアルミナ焼結体
と同等かそれ以上であり、また、熱膨張率もシリコン半
導体素子の熱膨張率により近いというパッケージ材料と
しての有利な性質を有している。
しかしながら、これら窒化アルミニウム焼結体や炭化け
い素焼粘体はアルミナ焼結体と比較して著しく高価であ
り、製品コストが高くなること、また、これらの誘電率
が、たとえば窒化アルミニラ11焼結体ではl M I
T zで8.5〜10、炭化けい素焼粘体では10〜4
0と高く、信号の伝播遅延時間の増大を招くという問題
点がある。
い素焼粘体はアルミナ焼結体と比較して著しく高価であ
り、製品コストが高くなること、また、これらの誘電率
が、たとえば窒化アルミニラ11焼結体ではl M I
T zで8.5〜10、炭化けい素焼粘体では10〜4
0と高く、信号の伝播遅延時間の増大を招くという問題
点がある。
また、とくに炭化けい素焼粘体では従来セラミックパッ
ケージを製造する際に使用されているグリーンシートの
積層による製造法などを適用することが難しいという問
題点がある。
ケージを製造する際に使用されているグリーンシートの
積層による製造法などを適用することが難しいという問
題点がある。
一方、シリコン半導体により近い熱膨張率を有する材料
として、ムライト焼結体が従来用いられており、近年原
料および製造法に改良が加えられた結果、誘電率もI
M Hzで7.0以下という電子部品の高速化の要求に
対応できるものも作成されるようになった。しかし、こ
のムライト焼結体はその熱伝導率がIOW/mk以下で
あり、従来のアルミナ焼結体よりも劣り、また、抗折強
度が30kg/mm2未満が一般的であり、やはり従来
のアルミナ焼結体よりも劣っている。そのため、ムライ
ト焼結体は低誘電率および低熱膨張率であることから大
型の半導体素子の実装に有益でありながら、熱放散性、
機械的強度の問題から適用が制約されている。
として、ムライト焼結体が従来用いられており、近年原
料および製造法に改良が加えられた結果、誘電率もI
M Hzで7.0以下という電子部品の高速化の要求に
対応できるものも作成されるようになった。しかし、こ
のムライト焼結体はその熱伝導率がIOW/mk以下で
あり、従来のアルミナ焼結体よりも劣り、また、抗折強
度が30kg/mm2未満が一般的であり、やはり従来
のアルミナ焼結体よりも劣っている。そのため、ムライ
ト焼結体は低誘電率および低熱膨張率であることから大
型の半導体素子の実装に有益でありながら、熱放散性、
機械的強度の問題から適用が制約されている。
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低誘電率でかつ熱伝導
性が良好であり、電子部品の高速化、高i度化に効果的
に対処できるセラミックパッケージを提供するにある。
であり、その目的とするところは低誘電率でかつ熱伝導
性が良好であり、電子部品の高速化、高i度化に効果的
に対処できるセラミックパッケージを提供するにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明は上記[目的を達成するため次の構成をそなえる
。
。
すなわち、半導体素子等が搭載される基板部が窒化アル
ミニウム焼結体または炭化けい未焼結体等の高熱伝導性
セラミックから成り、金属導体配線を有し該基板部上に
接合される枠体部がムライト焼結体から成ることを特徴
とする。
ミニウム焼結体または炭化けい未焼結体等の高熱伝導性
セラミックから成り、金属導体配線を有し該基板部上に
接合される枠体部がムライト焼結体から成ることを特徴
とする。
(実施例)
以下本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
第1図は本発明に係るセラミックパッケージの一実施例
の断面図である0図で10は窒化アルミニウム焼結体、
炭化けい未焼結体等の高熱伝導性セラミック基板であり
、この高熱伝導性セラミック基板10の上面に積層体に
構成されたムライト部材12が、高熱伝導性セラミック
基板10との間に接合媒体を介して接合される。13は
前記接合媒体として使用されたガラス層である。パッケ
ージの枠体を形成する前記ムライト部材12には所定パ
ターンの金属導体配線14が内設され、また、前記金属
導体配線14に一端が接続され、他端がパッケージ外方
に突出する外部リードピン16がろう付けなどにより立
設される。18は前記高熱伝導性セラミック基板10上
に固着される半導体素子であり、20は半導体素子18
と前記金属導体配線14とをワイヤボンディングするワ
イヤである。
の断面図である0図で10は窒化アルミニウム焼結体、
炭化けい未焼結体等の高熱伝導性セラミック基板であり
、この高熱伝導性セラミック基板10の上面に積層体に
構成されたムライト部材12が、高熱伝導性セラミック
基板10との間に接合媒体を介して接合される。13は
前記接合媒体として使用されたガラス層である。パッケ
ージの枠体を形成する前記ムライト部材12には所定パ
ターンの金属導体配線14が内設され、また、前記金属
導体配線14に一端が接続され、他端がパッケージ外方
に突出する外部リードピン16がろう付けなどにより立
設される。18は前記高熱伝導性セラミック基板10上
に固着される半導体素子であり、20は半導体素子18
と前記金属導体配線14とをワイヤボンディングするワ
イヤである。
半導体素子搭載後はキャップ(図示せず)を用いて半導
体素子等を気密封止する。
体素子等を気密封止する。
本実施例のセラミックパッケージでは、半導体素子が高
熱伝導性セラミック基板10上に接合されて搭載される
から、半導体素子からの熱放散性が良好となり1発熱量
の大きな高密度の半導体素子を搭載することが可能であ
り、電子部品の信頼性を向上させることができる。
熱伝導性セラミック基板10上に接合されて搭載される
から、半導体素子からの熱放散性が良好となり1発熱量
の大きな高密度の半導体素子を搭載することが可能であ
り、電子部品の信頼性を向上させることができる。
また、金属導体配[14が低誘電率のムライト焼結体中
に内設されているから、信号の伝播遅延時間を短縮でき
電子部品の高速化の要求に対応することができる。
に内設されているから、信号の伝播遅延時間を短縮でき
電子部品の高速化の要求に対応することができる。
なお、従来ムライト組成物の焼成は一般に1400℃〜
1600℃の範囲で行われており、窒化アルミニウムお
よび炭化けい素組成物の焼成は1700℃以上で行われ
る。上述したセラミックパッケージはこれらの焼結体を
一体に接合して成るものであるが、これら2種の部材の
接合法はとくに限定されるものではなく、■各々あらか
じめ焼成された各部材の接合面間に副成分、例えばムラ
イトと反応して液相をつくる酸化マグネシウム含む層を
介して1600℃以上の中性雰囲気中にて処理する方法
、■焼成中に液相を多く生成するような組成としたムラ
イト組成物をグリーンシートとなし、これを窒化アルミ
ニウムまたは炭化けい未焼結体」−に載置して焼成を行
うことによりムライト組成物の焼成と ′同時に接合さ
せる方法、■各素材の焼結体をガラス封着法またはろう
付は法により接合媒体を介して1000℃以下の低温で
接合する方法などが好適に用いられる。
1600℃の範囲で行われており、窒化アルミニウムお
よび炭化けい素組成物の焼成は1700℃以上で行われ
る。上述したセラミックパッケージはこれらの焼結体を
一体に接合して成るものであるが、これら2種の部材の
接合法はとくに限定されるものではなく、■各々あらか
じめ焼成された各部材の接合面間に副成分、例えばムラ
イトと反応して液相をつくる酸化マグネシウム含む層を
介して1600℃以上の中性雰囲気中にて処理する方法
、■焼成中に液相を多く生成するような組成としたムラ
イト組成物をグリーンシートとなし、これを窒化アルミ
ニウムまたは炭化けい未焼結体」−に載置して焼成を行
うことによりムライト組成物の焼成と ′同時に接合さ
せる方法、■各素材の焼結体をガラス封着法またはろう
付は法により接合媒体を介して1000℃以下の低温で
接合する方法などが好適に用いられる。
また、とくに1000℃を越える温度で加熱処理する場
合は、非酸化物である窒化アルミニウムまたは炭化けい
素の酸化がおこるため中性または還元性雰囲気中で加熱
処理することが望ましい。
合は、非酸化物である窒化アルミニウムまたは炭化けい
素の酸化がおこるため中性または還元性雰囲気中で加熱
処理することが望ましい。
また、本実施例で枠体部に用いられるムライト組成物は
従来のグリーンシート法によって好適に供給され、ムラ
イト焼結体に内設される金属導体配線もタングステンや
モリブデン−マンガンペースト等を用いてスクリーン印
刷等で回路パターンを形成する従来のメタライズ法によ
って好適に施される。また、ムライ1−組成物の熱膨張
率は原料ムライト粉末の製造法や組成および焼結助剤成
分によって変えることができるので、高熱伝導性セラミ
ックとの熱的不整合による接合力の低下を防ぐため、熱
膨張率が高熱伝導性セラミックの熱膨張率により近い値
となるように組成等を選択する必要がある。なお、高熱
伝導性セラミックの原料粉末や組成等を制御するように
してもよい。
従来のグリーンシート法によって好適に供給され、ムラ
イト焼結体に内設される金属導体配線もタングステンや
モリブデン−マンガンペースト等を用いてスクリーン印
刷等で回路パターンを形成する従来のメタライズ法によ
って好適に施される。また、ムライ1−組成物の熱膨張
率は原料ムライト粉末の製造法や組成および焼結助剤成
分によって変えることができるので、高熱伝導性セラミ
ックとの熱的不整合による接合力の低下を防ぐため、熱
膨張率が高熱伝導性セラミックの熱膨張率により近い値
となるように組成等を選択する必要がある。なお、高熱
伝導性セラミックの原料粉末や組成等を制御するように
してもよい。
また、ムライト組成物と高熱伝導性セラミックとの間の
接合面積等、パッケージの設計上で制約を受ける条件下
においては、相互に接合する側の表面粗度をあらかじめ
制御することも有効である。
接合面積等、パッケージの設計上で制約を受ける条件下
においては、相互に接合する側の表面粗度をあらかじめ
制御することも有効である。
その他、特に前述したガラス封着法やろう付は法によっ
て接合する場合は、ガラス材またはろう材の特性とくに
熱膨張特性に配慮する必要がある。
て接合する場合は、ガラス材またはろう材の特性とくに
熱膨張特性に配慮する必要がある。
以下、上述したセラミックパッケージの製造実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
まず、窒化アルミニウム焼結体基板を得るため、平均粒
径2μm以下の窒化アルミニウム粉末50gに炭酸カル
シウム粉末1.5gを添加し、これに1−ブタノール4
0m1を加え、これを樹脂製ポットおよび樹脂製ボール
を用いて20時間ボールミル混合した。この混合物をI
fi、燥して混合粉末を得た後、このうちから5gを分
取し、窒素ガス中で1800℃、300 kg / c
m ’のホットプレス焼成を行い、35X35X1.3
w+mの窒化アルミニウム焼結体基板を得た。
径2μm以下の窒化アルミニウム粉末50gに炭酸カル
シウム粉末1.5gを添加し、これに1−ブタノール4
0m1を加え、これを樹脂製ポットおよび樹脂製ボール
を用いて20時間ボールミル混合した。この混合物をI
fi、燥して混合粉末を得た後、このうちから5gを分
取し、窒素ガス中で1800℃、300 kg / c
m ’のホットプレス焼成を行い、35X35X1.3
w+mの窒化アルミニウム焼結体基板を得た。
この基板の濡れ性を向上させるため、苛性ソーダ水溶液
により表面処理した後、部分的に無電解ニッケルーリン
めっき22を施した。
により表面処理した後、部分的に無電解ニッケルーリン
めっき22を施した。
一方、パッケージ枠体部を構成するムライト焼結体とし
て、2重量%の酸化マグネシウムを含む平均粒径2μm
以下のムライト粉末200重量部にフタル酸ジ−n−ブ
チル7mlと、■−ブタノールートルエン混合溶液12
0m1を加え、アルミナボールミルにて20時間混合し
、これにポリビニルブチラール樹脂粉末を18g加えた
後、さらに24時間ボールミル混合を行い、得られた混
合物を脱泡後、ドクターブレード法にて乾燥後の厚さが
0.7mmのグリーンシートを得た。このグリーンシー
トを11l10X110に切断した後、スクリーン印刷
法によって粒径0.6μmタングステンペーストよりな
る導体配線を施し、さらにこれらを41X41mmに切
断等して所望の形状に加工した。これらを油圧プレスに
よって熱圧着して一体とした後、大気中にて1600℃
で5時間焼成し、金属導体配線を有する11ライト焼結
体を得た。
て、2重量%の酸化マグネシウムを含む平均粒径2μm
以下のムライト粉末200重量部にフタル酸ジ−n−ブ
チル7mlと、■−ブタノールートルエン混合溶液12
0m1を加え、アルミナボールミルにて20時間混合し
、これにポリビニルブチラール樹脂粉末を18g加えた
後、さらに24時間ボールミル混合を行い、得られた混
合物を脱泡後、ドクターブレード法にて乾燥後の厚さが
0.7mmのグリーンシートを得た。このグリーンシー
トを11l10X110に切断した後、スクリーン印刷
法によって粒径0.6μmタングステンペーストよりな
る導体配線を施し、さらにこれらを41X41mmに切
断等して所望の形状に加工した。これらを油圧プレスに
よって熱圧着して一体とした後、大気中にて1600℃
で5時間焼成し、金属導体配線を有する11ライト焼結
体を得た。
次に、得られたムライト焼結体の窒化アルミニウム焼結
体基板との接合面にホウケイ酸鉛ガラスペーストを薄く
塗布し、これを窒化アルミニウム焼結体部材の表面処理
を施した面に截置し、大気中にて600℃で50分間加
熱処理を行い、ムライト焼結体枠体部−窒化アルミニラ
11焼結体基板部複合体を得た。
体基板との接合面にホウケイ酸鉛ガラスペーストを薄く
塗布し、これを窒化アルミニウム焼結体部材の表面処理
を施した面に截置し、大気中にて600℃で50分間加
熱処理を行い、ムライト焼結体枠体部−窒化アルミニラ
11焼結体基板部複合体を得た。
この複合体の接合部は強固に固着しており、ムライト焼
結体の一部が破壊される程度の引張応力を加えても接合
界面からの剥離はおこらなかった。
結体の一部が破壊される程度の引張応力を加えても接合
界面からの剥離はおこらなかった。
(発明の効果)
本発明のセラミックパッケージは、高熱伝導性セラミッ
クとムライト焼結体を接合一体化する構成としたことに
より、以下のような顕著な作用効果を奏する。
クとムライト焼結体を接合一体化する構成としたことに
より、以下のような顕著な作用効果を奏する。
■ パッケージ特性として望まれる高熟放散性と低誘電
率を同時に満足することができる。
率を同時に満足することができる。
■ パッケージ全体を高価な高熱伝導性セラミック材料
で製造した場合とくらべて低コス1〜でパッケージを製
造することができる。
で製造した場合とくらべて低コス1〜でパッケージを製
造することができる。
■ 高熱伝導性セラミックとムライ1−焼結体ともに熱
膨張率がシリコンに近いため、シリコン半導体の搭載に
好適に対応することができる。
膨張率がシリコンに近いため、シリコン半導体の搭載に
好適に対応することができる。
■ パッケージ全体がムラ−(ト焼結体で構成される場
合にくらべ、機械的強度に優れる。
合にくらべ、機械的強度に優れる。
このように、本発明のセラミックパッケージは、収納す
る半導体素子等の電子部品の機能を保証できる優れた特
性を有し、こ拉によって半導体装置等の信頼性を向」ユ
させることができる。
る半導体素子等の電子部品の機能を保証できる優れた特
性を有し、こ拉によって半導体装置等の信頼性を向」ユ
させることができる。
以上、本発明について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。
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。
第1図は本発明に係るセラミックパッケージの一実施例
を示す断面図である。 10・・・高熱伝導性セラミック基板、 12・・・
11ライト部材、 1;3・・・ガラス層、14・・
・金属導体配線。
を示す断面図である。 10・・・高熱伝導性セラミック基板、 12・・・
11ライト部材、 1;3・・・ガラス層、14・・
・金属導体配線。
Claims (1)
- 1、半導体素子等が搭載される基板部が窒化アルミニウ
ム焼結体または炭化けい素焼結体等の高熱伝導性セラミ
ックから成り、金属導体配線を有し該基板部上に接合さ
れる枠体部がムライト焼結体から成ることを特徴とする
セラミックパッケージ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62150683A JP2579315B2 (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | セラミツクパツケ−ジ |
KR1019880005343A KR910002811B1 (ko) | 1987-06-17 | 1988-05-09 | 세라믹 패키지 |
US07/207,218 US4827082A (en) | 1987-06-17 | 1988-06-16 | Ceramic package |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62150683A JP2579315B2 (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | セラミツクパツケ−ジ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63314855A true JPS63314855A (ja) | 1988-12-22 |
JP2579315B2 JP2579315B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=15502185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62150683A Expired - Lifetime JP2579315B2 (ja) | 1987-06-17 | 1987-06-17 | セラミツクパツケ−ジ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4827082A (ja) |
JP (1) | JP2579315B2 (ja) |
KR (1) | KR910002811B1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03167852A (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-19 | Kyocera Corp | 半導体素子収納用パッケージ |
JPH03167858A (ja) * | 1989-11-27 | 1991-07-19 | Kyocera Corp | 半導体素子収納用パッケージ |
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