JP2003309205A - セラミックパッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取り付け部材に対してキャビティダウン型に
表面実装方式で接合できる安価なセラミックパッケージ
を提供する。 【解決手段】 一方を開口とする箱型形状のキャビティ
部１１を設け、取り付け部材２１に表面実装方式で取り
付けるためのメタライズパターンからなる外部接続端子
１３を有するセラミックパッケージ１０、１０ａ、１０
ｂにおいて、キャビティ部１１の開口の外周内縁部に、
半導体素子１７が実装され気密に封止する蓋体１９を接
合するための絶縁体からなる段差部１２を有し、しか
も、開口側の表面に取り付け部材２１にキャビティダウ
ン型に接合するための外部接続端子１３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、キャビティ部に半
導体素子を気密に封止するためのセラミックパッケージ
に係り、より詳細には、取り付け部材に表面実装方式で
取り付けるセラミックパッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、セラミックパッケージは、例
えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなるシート状のセ
ラミックグリーンシートに、上、下層の導通を形成する
ためのビア導体や、表面に配線パターン導体を印刷して
メタライズパターンを形成したり、キャビティ部用の孔
を穿設したりして、複数枚を重ね合わせて積層し、焼成
して形成している。

【０００３】図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、このよ
うに形成したセラミックパッケージ５０には、キャビテ
ィ部５１に半導体素子５２が取り付けられ、ボンディン
グワイヤ５３で接続して半導体素子５２とセラミックパ
ッケージ５０に形成されたワイヤボンディングパッドと
を導通状態にしている。そして、キャビティ部５１を気
密に封止するために、通常、次の４通の方法が採られて
いる。（１）キャビティ部５１の中を封止樹脂５４で満
たして気密に封止する（図５（Ａ）参照）。（２）セラ
ミック板、樹脂板、金属板等からなる蓋体５５をセラミ
ックパッケージ５０の上表面にガラス５６で接合してキ
ャビティ部５１内を気密に封止する（図５（Ｂ）参
照）。（３）セラミック板や、金属板からなる蓋体５５
ａをセラミックパッケージ５０の上表面に形成されたメ
タライズパターンにＡｕ−Ｓｎ等のろう材５７で接合し
てキャビティ部５１内を気密に封止する（図５（Ｃ）参
照）。（４）薄い金属板からなる蓋体５５ｂをセラミッ
クパッケージ５０の上表面にろう付け接合して形成され
た金属製のシールリング５８にシーム溶接５９をして接
合しキャビティ部５１内を気密に封止する（図５（Ｄ）
参照）。

【０００４】そして、半導体素子５２がキャビティ部内
に気密に封止されたセラミックパッケージ５０は、キャ
ビティ部５１を上向きにしたキャビティアップ型にし
て、セラミックパッケージ５０の底面に形成されたメタ
ライズパターンからなる外部接続端子６０で、プリント
回路基板等の樹脂ボードからなる取り付け部材６１に、
半田を介して接合される。なお、外部接続端子６０はセ
ラミックパッケージ５０に形成された配線パターンによ
ってワイヤボンディングパッドと導通状態にあるので、
半導体素子５２と電気的導通状態となっており、更に、
取り付け部材６１と半導体素子５２とが導通状態となっ
ている。

【０００５】また、最近の半導体素子５２の高集積化に
伴い半導体素子５２からの発熱が大きくなっており、放
熱性向上の要求が強い。これに対応するためにセラミッ
クパッケージ５０をキャビティ部５１を下向きにしたキ
ャビティダウン型にして、セラミックパッケージ５０の
下面側（キャビティダウンの状態でみれば上面側）に放
熱フィンや、放熱板等からなるヒートシンクを取り付け
て半導体素子５２からの発熱を放熱させる構造が求めら
れている。しかしながら、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すよ
うに、キャビティ部５１の中を封止樹脂５４で満たして
気密に封止する場合（図６（Ａ）参照）には、構造的に
セラミックパッケージ５０が取り付け部材６１に接触し
ないので、表面実装が可能であるが、蓋体５５、５５
ａ、５５ｂや、金属リング５８がセラミックパッケージ
５０の上面から飛び出る場合（図６（Ｂ）〜（Ｄ）参
照）には、表面実装が行えないので、例えば、リードフ
レーム６２をセラミックパッケージ５０にろう付けして
間隔を確保して実装している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような従来のセラミックパッケージは、次のような問
題がある。 （１）取り付け部材にセラミックパッケージを接合する
ために、セラミックパッケージにリードフレームをろう
付け接合するのは、取り付け等に材料と時間がかかりセ
ラミックパッケージのコスト高となっている。 （２）図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、蓋体５５、５
５ａ、５５ｂや、金属リング５８がセラミックパッケー
ジ５０の上面から飛び出る状態で、セラミックパッケー
ジ５０をキャビティダウン型に表面実装方式で接合する
ためには、接触する部分に孔６３を設けた取り付け部材
６１ａを準備して接合しなければならない。従って、取
り付け部材６１ａには、孔６３を穿孔するための加工処
理が必要となり、コスト高となっている。本発明は、か
かる事情に鑑みてなされたものであって、取り付け部材
に対してキャビティダウン型に表面実装方式で接合でき
る安価なセラミックパッケージを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う本発明に
係るセラミックパッケージは、一方を開口とする箱型形
状のキャビティ部を設け、取り付け部材に表面実装方式
で取り付けるためのメタライズパターンからなる外部接
続端子を有するセラミックパッケージにおいて、キャビ
ティ部の開口の外周内縁部に、半導体素子が実装され気
密に封止する蓋体を接合するための絶縁体からなる段差
部を有し、しかも、開口側の表面に取り付け部材にキャ
ビティダウン型に接合するための外部接続端子を有す
る。これにより、蓋体がセラミックパッケージの表面か
ら飛び出すことなく接合することができるので、取り付
け部材に特段の加工処理を施す必要がない。また、セラ
ミックパッケージにリードフレームを取り付ける必要も
なく、加工するための費用や、リードフレームの部材費
をなくすことができ、コスト高を防止することができ
る。

【０００８】ここで、段差部の表面に平面視してリング
状のメタライズパターンを有するのがよい。これによ
り、蓋体をＡｕ−Ｓｎ等のろう材を介して段差部に容易
に接合することができる。

【０００９】また、段差部の表面に平面視してリング状
のメタライズパターンを有し、メタライズパターンの上
にろう材を介して接合される金属製のシールリングを有
するのがよい。これにより、蓋体をシーム溶接をして段
差部に容易に接合することができる。

【００１０】

【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セラミックパッケー
ジの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、図２（Ａ）、（Ｂ）
はそれぞれ同変形例のセラミックパッケージの平面図、
Ｂ−Ｂ’線縦断面図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同
他の変形例のセラミックパッケージの平面図、Ｃ−Ｃ’
線縦断面図、図４（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同セラミッ
クパッケージのキャビティダウン型の表面実装形態の説
明図である。

【００１１】図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明
の一実施の形態に係るセラミックパッケージ１０には、
例えば、アルミナ等からなるシート状のセラミックグリ
ーンシートが用いられている。このセラミックグリーン
シートは、先ず、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、
カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチ
ルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダ
ー、及び、トルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤
が加えられ、十分に混練した後、脱泡して粘度２０００
〜４００００ｃｐｓのスラリーが作製される。次いで、
スラリーは、ドクターブレード法等によって、例えば、
厚み０．２５ｍｍのロール状のシートに形成され、適当
なサイズにカットして矩形状の複数枚のセラミックグリ
ーンシートが作製される。このセラミックグリーンシー
トには、打ち抜き金型やパンチングマシーン等を用い
て、それぞれの所定位置に上下層の導通を形成するため
のビアホールが穿設されている。更に、セラミックグリ
ーンシートには、ビアホールにビア導体や、表面に配線
パターン導体を印刷してメタライズパターンが形成され
たり、キャビティ部１１用の孔が穿設されたりして、複
数枚のセラミックグリーンシートが重ね合わされて積層
され積層体が形成される。そして、この積層体は、焼成
されてセラミックパッケージ１０が形成されている。

【００１２】このセラミックパッケージ１０は、一方を
開口とする箱型形状からなり半導体素子を実装するため
のキャビティ部１１の開口の外周内縁部に、キャビティ
部１１に半導体素子１７（図４（Ａ）参照）をダイボン
ドして実装し、キャビティ部１１を気密に封止する蓋体
１９（図４（Ａ）参照）を接合するための絶縁体からな
る段差部１２を有している。また、セラミックパッケー
ジ１０は、取り付け部材２１（図４（Ａ）参照）に表面
実装方式でキャビティ部１１を下向きにするキャビティ
ダウン型に接合するための外部接続端子１３を有してい
る。また、セラミックパッケージ１０には、半導体素子
１７を実装して半導体素子１７と電気的にボンディング
ワイヤ１８（図４（Ａ）参照）を介して接続するための
ワイヤボンディングパッド１４を有している。

【００１３】図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明
の一実施の形態に係る変形例のセラミックパッケージ１
０ａは、上記セラミックパッケージ１０を形成するセラ
ミックグリーンシートと同様のセラミックグリーンシー
トを用いて形成されている。このセラミックパッケージ
１０ａは、一方を開口とする箱型形状からなり半導体素
子１７を実装するためのキャビティ部１１の開口の外周
内縁部に、キャビティ部１１に半導体素子１７をダイボ
ンドして実装し、キャビティ部１１を気密に封止する蓋
体１９ａ（図４（Ｂ）参照）を接合するための段差部１
２を有している。この段差部１２の表面には、平面視し
てリング状のメタライズパターン１５を有している。ま
た、セラミックパッケージ１０ａは、取り付け部材２１
に表面実装方式でキャビティ部１１を下向きにするキャ
ビティダウン型に接合するための外部接続端子１３を有
している。更に、セラミックパッケージ１０ａには、半
導体素子１７を実装して半導体素子１７と電気的にボン
ディングワイヤ１８を介して接続するためのワイヤボン
ディングパッド１４を有している。

【００１４】図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明
の一実施の形態に係る他の変形例のセラミックパッケー
ジ１０ｂは、上記セラミックパッケージ１０を形成する
セラミックグリーンシートと同様のセラミックグリーン
シートを用いて形成されている。このセラミックパッケ
ージ１０ｂは、一方を開口とする箱型形状からなり半導
体素子１７を実装するためのキャビティ部１１の開口の
外周内縁部に、キャビティ部１１に半導体素子１７をダ
イボンドして実装し、キャビティ部１１を気密に封止す
る蓋体１９ｂ（図４（Ｃ）参照）を接合するための段差
部１２を有している。この段差部１２の表面には、平面
視してリング状のメタライズパターン１５を有してい
る。そして、メタライズパターン１５の上には、Ａｇろ
う等のろう材を介して接合されるＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）、４２
アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の金属部材からなるシー
ルリング１６を接合して有している。また、セラミック
パッケージ１０ｂは、取り付け部材２１に表面実装方式
でキャビティ部１１を下向きにするキャビティダウン型
に接合するための外部接続端子１３を有している。更
に、セラミックパッケージ１０ｂには、半導体素子１７
を実装して半導体素子１７と電気的にボンディングワイ
ヤ１８を介して接続するためのワイヤボンディングパッ
ド１４を有している。

【００１５】なお、半導体素子１７をセラミックパッケ
ージ１０、１０ａ、１０ｂに接続する方式としては、半
導体素子１７をセラミックパッケージ１０、１０ａ、１
０ｂに直接接続するフリップチップ方式等もある。

【００１６】次いで、図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照しなが
らセラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂのキャビ
ティダウン型の表面実装形態を説明する。図４（Ａ）に
示すように、セラミックパッケージ１０には、キャビテ
ィ部１１に半導体素子１７が取り付けられ、ボンディン
グワイヤ１８で接続して半導体素子１７とセラミックパ
ッケージ１０に形成されたワイヤボンディングパッド１
４とを導通状態にしている。そして、キャビティ部１１
を気密に封止するために、セラミック板、樹脂板、金属
板等からなる蓋体１９をセラミックパッケージ１０の段
差部１２に低融点のガラス２０を挟んで載置し、加熱し
て接合し、キャビティ部１１内を気密に封止している。
そして、セラミックパッケージ１０は、キャビティダウ
ン型にして外部接続端子１３に半田を介して取り付け部
材２１に接合している。

【００１７】図４（Ｂ）に示すように、セラミックパッ
ケージ１０ａには、キャビティ部１１に半導体素子１７
が取り付けられ、ボンディングワイヤ１８で接続して半
導体素子１７とセラミックパッケージ１０ａに形成され
たワイヤボンディングパッド１４とを導通状態にしてい
る。そして、キャビティ部１１を気密に封止するため
に、セラミック板や、金属板からなる蓋体１９ａをセラ
ミックパッケージ１０ａの段差部１２の上表面に形成さ
れているメタライズパターン１５にＡｕ−Ｓｎ等のろう
材を挟んで載置し、加熱して接合し、キャビティ部１１
内を気密に封止している。そして、セラミックパッケー
ジ１０ａは、キャビティダウン型にして外部接続端子１
３に半田を介して取り付け部材２１に接合している。

【００１８】図４（Ｃ）に示すように、セラミックパッ
ケージ１０ｂには、キャビティ部１１に半導体素子１７
が取り付けられ、ボンディングワイヤ１８で接続して半
導体素子１７とセラミックパッケージ１０ｂに形成され
たワイヤボンディングパッド１４とを導通状態にしてい
る。そして、キャビティ部１１を気密に封止するため
に、金属板からなる蓋体１９ｂをセラミックパッケージ
１０ｂの段差部１２の上表面に形成されているメタライ
ズパターン１５上にろう付けされているシールリング１
６にシーム溶接して接合し、キャビティ部１１内を気密
に封止している。そして、セラミックパッケージ１０ｂ
は、キャビティダウン型にして外部接続端子１３に半田
を介して取り付け部材２１に接合している。

【００１９】取り付け部材２１にキャビティダウン型で
実装されるセラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂ
の上面側には、放熱フィンや、放熱板等からなるヒート
シンクを容易に取り付けることができるので、半導体素
子からの発熱を効率的に放熱させることができる。ま
た、セラミックパッケージ１０、１０ａ、１０ｂの半導
体素子１７を取り付ける面をセラミックから、熱伝導性
がよくセラミックと熱膨張係数が近似するＣｕ−Ｗ（ポ
ーラス状のタングステンに銅を含浸させたもの）等から
なる金属板で構成し、この金属板に直接半導体素子を搭
載させ、半導体素子からの発熱を金属板の裏面から効率
的に放熱させることもできる。更に、蓋体１９、１９
ａ、１９ｂと取り付け部材２１との間には、電熱シー
ト、電熱グリス、又は半田等で接触させ、取り付け部材
２１を介して取り付け部材２１側からも放熱させること
もできる。

【００２０】なお、段差部１２に接合したシールリング
１６に蓋体１９ｂをシーム溶接する場合には、シーム溶
接機のツール先端部がセラミックパッケージ１０ｂの外
部接続端子１３を形成するセラミック表面の角部と接触
することが考えられるが、ツール先端部を菱形円筒形状
等に工夫することで容易にシーム溶接を行うことができ
る。また、外部接続端子１３には、高融点半田や、Ｃｕ
等からなる金属ボールが接合される場合もある。

【００２１】

【発明の効果】請求項１記載とこれに従属する請求項２
又は３記載のセラミックパッケージは、キャビティ部の
開口の外周内縁部に、半導体素子が実装され気密に封止
する蓋体を接合するための絶縁体からなる段差部を有
し、しかも、開口側の表面に取り付け部材にキャビティ
ダウン型に接合するための外部接続端子を有するので、
蓋体がセラミックパッケージの表面から飛び出すことな
く接合することができ、取り付け部材に孔あけ加工等の
処理を施す必要がない。また、リードフレームを取り付
ける必要もなく、セラミックパッケージ及び取り付け部
材のコスト高を防止することができる。更に、セラミッ
クパッケージにヒートシンクを容易に取り付けることが
できる構造であり、半導体素子からの発熱を容易に放熱
させることができる。

【００２２】特に、請求項２記載のセラミックパッケー
ジは、段差部の表面に平面視してリング状のメタライズ
パターンを有するので、蓋体をＡｕ−Ｓｎ等のろう材を
介して段差部に容易に接合することができ、キャビティ
ダウン型に実装できるセラミックパッケージを得ること
ができるので、安価で放熱効果の高いセラミックパッケ
ージを提供できる。

【００２３】また、請求項３記載のセラミックパッケー
ジは、段差部の表面に平面視してリング状のメタライズ
パターンを有し、メタライズパターンの上にろう材を介
して接合される金属製のシールリングを有するので、蓋
体をシーム溶接をして段差部に容易に接合することがで
き、気密信頼性の高く、安価で放熱効果の高いセラミッ
クパッケージを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形
態に係るセラミックパッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦
断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同変形例のセラミッ
クパッケージの平面図、Ｂ−Ｂ’線縦断面図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同他の変形例のセラ
ミックパッケージの平面図、Ｃ−Ｃ’線縦断面図であ
る。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同セラミックパッケ
ージのキャビティダウン型の表面実装形態の説明図であ
る。

【図５】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ従来のセラミックパ
ッケージのキャビティアップ型の表面実装形態の説明図
である。

【図６】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ従来のセラミックパ
ッケージのキャビティダウン型の表面実装形態の説明図
である。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ他の従来のセラミッ
クパッケージのキャビティダウン型の表面実装形態の説
明図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ、１０ｂ：セラミックパッケージ、１１：
キャビティ部、１２：段差部、１３：外部接続端子、１
４：ワイヤボンディングパッド、１５：メタライズパタ
ーン、１６：シールリング、１７：半導体素子、１８：
ボンディングワイヤ、１９、１９ａ、１９ｂ：蓋体、２
０：ガラス、２１：取り付け部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方を開口とする箱型形状のキャビティ
   部を設け、取り付け部材に表面実装方式で取り付けるた
   めのメタライズパターンからなる外部接続端子を有する
   セラミックパッケージにおいて、 前記キャビティ部の前記開口の外周内縁部に、半導体素
   子が実装され気密に封止する蓋体を接合するための絶縁
   体からなる段差部を有し、しかも、前記開口側の表面に
   前記取り付け部材にキャビティダウン型に接合するため
   の前記外部接続端子を有することを特徴とするセラミッ
   クパッケージ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセラミックパッケージに
   おいて、前記段差部の表面に平面視してリング状のメタ
   ライズパターンを有することを特徴とするセラミックパ
   ッケージ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセラミックパッケージに
   おいて、前記段差部の表面に平面視してリング状のメタ
   ライズパターンを有し、該メタライズパターンの上にろ
   う材を介して接合される金属製のシールリングを有する
   ことを特徴とするセラミックパッケージ。