JPH01151252A - セラミックパッケージとその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はセラミックパッケージとその製造方法に関し、
より詳細にはムライトセラミックを用いたセラ１ミツク
パツケージとその製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、ｔ［を子部品の高密度化および大型化、信号伝送
の高速化、低コスト化等にともない、電子部品用のパッ
ケージは熱放散性が良く、チップとの接合性が高く、ま
た低誘電率である等の様々な特性を満足するものが要求
されている。従来パッケージ材料として用いられている
のは、機械的特性の良さあるいは作業性の良さ等の点か
らほとんどがアルミナセラミックであり、これに対して
、前述した要求に対処すべく最近は窒化アルミニウム、
炭化ケイ素等のセラミック材料が提供されている。

第４図および第５図は熱放散性を高めるためにヒートシ
ンクを付設したアルミナセラミック製セラミックパッケ
ージの従来例を示すものである。

第４図のパッケージはアルミナセラミック基板１に放熱
板とステージ部を兼用するモリブデン板２を接合したも
のであり、第５図のパッケージはアルミナセラミック基
板１にモリブデン板の放熱板３を接合したものである。

前記モリブデン板２は半導体、チップとほぼ同等の熱膨
張係数を有するので半導体チップの接合には好適である
０図で４は半導体チップ、５はワイヤ、６は導通パター
ン。

７はリードビンである。

ところで、上述したようにアルミナセラミック基板１に
モリブデン板２を接合する場合は、モリブデンとアルミ
ナセラミックとの熱膨張係数が離れているため、熱膨張
によってクラック等が生じないように応力を吸収するこ
とが必要であり、このため、従来は銅、銀のような柔軟
な金属を介してろう付けすることにより応力を吸収した
り、歪み量を抑えるためヒートシンクを大きくしないよ
うにしたりしている。

第４図の例は銅泊８を介してろう材９によりアルミナセ
ラミック基板１とモリブデン板２とを接合したものであ
り、第５図の例は放熱板３をモリブデン板３ａを芯材と
し上下面を銅１０でクラッドしてアルミナセラミック基
板１に胴部分でろう付けしたものである。

また、これら従来例の他に第５図と同様にモリブデン哲
の両面に銅クラツドした放熱板をステージ部兼用のヒー
トシンクとしてアルミナセラミック基板にろう付けする
例もあり、この場合は半導体チップとの熱膨張係数を合
わせるために、放熱板の半導体チップを接合する範囲内
の銅クラツド面にモリブデンの薄板を接合して半導体チ
ップを接合するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のアルミナセラミック環のパッケージは電
気的特性に劣る他、上述したように熱放散性を高めるた
めにヒートシンクを付けたパッケージではヒートシンク
金属とセラミック基板との間に応力を緩和するための緩
Ｎ層を設けなくてはならず、構造が複雑であり、ろう付
けやろう付けのためのめっき処理等が必要となり工数が
多く、コストの上昇につながるという問題点がある。ま
た、前述したように緩衝層には銅、銀などの柔軟な金属
が用いられるが、大面積を接合することには適さなく、
パッケージの大型化には不向きであり、また接合部分が
厚くなる等の形状上の問題点もある。

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半導体チップとの接合
性を向上させることができるとともに、熱放散性に優れ
たセラミックパッケージを容易に得ることのできるセラ
ミックパッケージの製造方法を提供するとともに、熱放
散性、電気的特性にすぐれた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、パッケージ本体がムライトセラミックによっ
て形成され、該パッケージ本体に熱膨張係数が３．５〜
６．ＯＸｌ０−６／℃である放熱用の金属板が一体に接
合されたことを特徴とし、また。

セラミックパッケージの製造方法において、ムライト粉
末１００重量部にたいして、焼結助剤としてアルカリ土
類化合物あるいは希土類化合物の少なくとも一方を０．
１重量部以上添加されてなるムライトセラミックグリー
ンシートに、熱膨張係数が３．５〜６．ＯＸｌ０−’／
”Ｃである放熱用の金属板を密着させて焼結することに
より、ムライトセラミック基板と前記金属板とを一体に
接合することを特徴とする。

（作用） 次に、作用について述べる。

ムライトセラミックおよび熱膨張係数が３．５〜６、Ｏ
ＸＩＯ””／’Ｃの金属板は半導体チップとほぼ同等の
熱膨張係数を有するので、接合される半導体チップと熱
的な整合性が図れ、また、大型のヒートシンクを設ける
ことができて熱放散性を高めることができる。

また、ムライト粉末に焼結助剤を添加することにより、
ムライトセラミックの焼結と同時に金属板とムライトセ
ラミック基板とを一体に接合する。

（実施例） 以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に
説明する。

〔第１実施例〕 第１図は本発明のセラミックパッケージの製造方法によ
って得られたセラミックパッケージの一実施例で、ピン
グリッドアレイ型のセラミックパッケージの例を示す。

同図で１２はパッケージ本体として積層して設けられる
ムライトセラミック基板であり、１４はムライトセラミ
ック基板１２に設けられる配線パターン、１６は前記ム
ライトセラミック基板１２にろう付けされるリードピン
、１８はビアである。

２０は前記ムライ１−セラミック基板１２の下面にヒー
トシンクとして接合されるモリブデン板である。２２は
モリブデン板２０上に接合される半導体チップ、２３は
半導体チップ２２と前記配線パターン１４とを接続する
ワイヤ、２４は半導体チップ２２を密封するキャップで
ある。

第２図は上記セラミックパッケージの断面図を示す。

このセラミックパッケージはセラミックパッケージ本体
がムライトセラミックによって形成され。

これにステージ部兼用のヒートシンクとしてムライトセ
ラミック基板１２の下面全体にモリブデン板２０が接合
されている点を特徴としている。

このパッケージの製造にあたっては、まず、セラミック
材料としてムライト粉末１００重量部にたいして焼結助
剤として酸化イツトリウムを約４重量部を添加したもの
をベース材料とし、これにバインダおよび溶剤を加えて
ボールミルにより粉砕・混合する。

ついで、ドクターブレード法によってシート成形し、こ
れにビア加工を施し、タングステンペーストを用いて配
線パターンを印刷する。

そして、このムライトセラミックのグリーンシートを積
層するとともに、ステージ部兼用のモリブデン板２０に
載置して密着させてから、脱脂し所定温度にて焼結を行
って、ムライトセラミック基板１２の焼結とモリブデン
板２０との接合一体化を同時に行う。

この焼結方法では焼結助剤を添加することによって焼結
時に液相が生じるようにし、この液相によりムライトセ
ラミック基板１２とモリブデン板２０との接合性を高め
、ムライトセラミック基板１２にモリブデン板２０が強
固に接合されるようにしている。実施例では前記焼結助
剤として酸化イツトリウムを４重量％程度添加し、焼結
時のモリブデン板２０の濡れ性を向上させている。

なお、焼結助剤としては上記酸化イツトリウムの他に、
酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム
、酸化ケイ素等が使用できる。

〔第２実施例〕 第３図は本発明に係るセラミックパッケージの第２実施
例を示す断面図である。

この実施例で示すセラミックパッケージはムライトセラ
ミック基板１２にモリブデン板２０をろう材２６によっ
て接合したことを特徴とする。ムライトセラミック基板
１２は第１実施例と同様に、ムライト粉末に焼結助剤と
して酸化イツトリウムを添加し、バインダ、溶剤を加え
てボールミルした後、シート成形し、所定のビア加工、
導通パターンを印刷した後焼結される。

ついで、ムライトセラミック基板１２とモリブデン板２
０とを接合するため、ムライトセラミック基板１２側と
モリブデン板２０側のそれぞれの接合面にニッケルめっ
きを施し、ムライトセラミック基板１２とモリブデン板
２０とを共晶銀ろうによってろう付は接合する。そして
、リードピン１６等を取り付けた後、ステージ部等にニ
ッケルめっき、金めつきを施して製品とする。

上述したように第１実施例および第２実施例ではいずれ
もセラミック基板としてムライトセラミックを使用し、
ステージ部兼用のモリブデン板を接合している。ここで
シリコンの熱膨張係数は約３．５　ＸＩＧ−’／’Ｃ，
モリブデンの熱膨張係数は約４〜５　Ｘｌ０−’／’Ｃ
、ムライトセラミックの熱膨張係数は約４ＸＩＯ−’／
”Ｃであり、これら相互の熱膨張係数が近いので、半導
体チップとの熱的な整合性がきわめて良いという特徴を
有する。これにより、モリブデン板２０とムライトセラ
ミック基板１２との間でも熱膨張による応力の発生をほ
とんどなくす菖ことができる。この結果、従来例のよう
に応力を吸収する緩衝層を設ける必要がなく、熱膨張係
数の相違によってクラックが発生すること等がな・いか
ら大面積のヒートシンクを設けることができ、また、構
造が簡単で放熱性に優れたパッケージを提供することが
できる。

また、同時にムライトセラミックは低誘電率であるから
、信号伝送の遅延・損失がなく高速素子用パッケージと
して好適である。なお、ムライトセラミックは熱伝導率
がアルミナセラミック等と比較して低いが、上述したよ
うに大面積のヒートシンクを設けることができるので、
熱放散性にも十分対処することができる。

また、ムライトセラミックを使用したことにより、第１
実施例のようにムライトセラミック基板１２のグリーン
シートを焼結すると同時にモリブデン板２０を接合する
ことができるから、この場合はヒートシンクを接合する
ためのめっき処理等がまったく不用で、製造工程がきわ
めて簡素化される。

なお、上述した実施例ではモリブデン板２０をステージ
部兼用としているが、場合によってはムライト宮ラミッ
ク基板にステージ部を設け、モリブデン板をヒートシン
ク専用とすることも可能である。

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１本発明はこの実施例に限定されるものではなく９
発明の請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。

（発明の効果） 本発明のセラミックパッケージは半導体チップの熱膨張
係数に近いムライトセラミックによって形成されている
から、半導体チップと熱膨張係数のマツチングをとるこ
とができるとともに、モリブデン等のように半導体チッ
プの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する金属を容易に
接合することができる。そして、熱膨張係数がたがいに
近接しているから大型のヒートシンクを設けることがで
き、熱放散性に優れるとともに、素子との整合性が良く
信頼性が向上する。また、本体部に低誘電率のムライト
セラミックを使用しているから、高速素子用パッケージ
として好適に使用することができる。

また、ムライトセラミック基板の焼結時に同時にヒート
シンク材料をそのままの形で容易に接合することができ
るから、めっき処理等の工程が不用であり、きわめて容
易に製造することができる等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係るセラミックパッケー
ジの第１実施例を示す部分破断斜視図および断面図、第
３図は第２実施例を示す断面図、第４図および第５図は
セラミックパッケージの従来例を示す断面図である。 １・・・アルミナセラミック基板、　２．３ａ・・・モ
リブデン板、　８・・・銅泊、　９・・・ろう材、　１
０・・・銅、　１２・・・ムライトセラミック基板、　
　１４・・・配線パターン。 １６・・・リードビン、　　１８・・・ビア、　　。 ２０・・・モリブデン板、　２２・・・半導体チップ、
　２４・・・キャップ、　　２６・・・ろう材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パッケージ本体がムライトセラミックによって形成
   され、該パッケージ本体に熱膨張係数が３．５〜６．０
   ×１０＾−＾６／℃である放熱用の金属板が一体に接合
   されたことを特徴とするセラミックパッケージ。 ２、セラミックパッケージの製造方法において、ムライ
   ト粉末１００重量部にたいして、焼結助剤としてアルカ
   リ土類化合物あるいは希土類化合物の少なくとも一方を
   ０．１重量部以上添加されてなるムライトセラミックグ
   リーンシートに、熱膨張係数が３．５〜６．０×１０＾
   −＾６／℃である放熱用の金属板を密着させて焼結する
   ことにより、ムライトセラミック基板と前記金属板とを
   一体に接合することを特徴とするセラミックパッケージ
   の製造方法。